chemicallytechFine Chemical TechnologiesТонкие химические технологии2410-65932686-7575MIREA – Russian Technological University (RTU MIREA).10.32362/2410-6593-2020-16-1-26-35chemicallytech-1685Research ArticleCHEMISTRY AND TECHNOLOGY OF ORGANIC SUBSTANCESХИМИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВPara-tert-butylcumene synthesisСинтез пара-трет-бутилкумолаhttps://orcid.org/0000-0001-9719-3467ЯркинаЕ. М.YarkinaE. M.

Яркина Елизавета Михайловна, аспирант кафедры «Общая и физическая химия»

115023, Ярославль, Московский проспект, 88

Elizaveta M. Yarkina, Postgraduate Student, Department of General and Physical Chemistry

88, Moskovskii pr., Yaroslavl, 150023

yarkina.elizaveta@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-0087-1784КургановаЕ. А.KurganovaE. A.

Курганова Екатерина Анатольевна, д.х.н., профессор кафедры «Общая и физическая химия». ResearcherID B-4021-2018, Scopus Author ID 24338325800

115023, Ярославль, Московский проспект, 88

Ekaterina A. Kurganova, Dr. Sci. (Chem.), Professor, Department of General and Physical Chemistry. ResearherID B-4021-2018, Scopus Author ID 24338325800

88, Moskovskii pr., Yaroslavl, 150023

kurganovaea@ystu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0491-7452ФроловА. С.FrolovA. S.

Фролов Александр Сергеевич, к.х.н., старший преподаватель кафедры «Общая и физическая химия». ResearcherID I-8533-2018, Scopus Author ID 56412435400

115023, Ярославль, Московский проспект, 88

Aleksandr S. Frolov, Cand. Sci. (Chem.), Senior Lecturer, Department of General and Physical Chemistry. ResearherID I-8533-2018, Scopus Author ID 56412435400

88, Moskovskii pr., Yaroslavl, 150023

frolovas@ystu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1020-4643КошельГ. Н.KoshelG. N.

Кошель Георгий Николаевич, д.х.н., профессор, профессор кафедры «Общая и физическая химия». ResearcherID I-7782-2017, Scopus Author ID 6506863584

115023, Ярославль, Московский проспект, 88

Georgiy N. Koshel, Dr. Sci. (Chem.), Professor, Department of General and Physical Chemistry. ResearherID I-7782-2017, Scopus Author ID 6506863584

88, Moskovskii pr., Yaroslavl, 150023

koshelgn@ystu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3496-1075НестероваТ. Н.NesterovaT. N.

Нестерова Татьяна Николаевна, к.х.н., доцент, профессор кафедры «Технология органического и нефтехимического синтеза». Scopus Author ID 15045158000

443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244

Tatyana N. Nesterova, Cand. Sci. (Chem.), Associate Professor, Professor, Department of Technology of Organic and Petrochemical Synthesis. Scopus Author ID 15045158000

244, Molodogvardeiskaya ul., Samara, 443100

nesterovatn@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2682-3024ШакунВ. А.ShakunV. A.

Шакун Владимир Андреевич, ассистент кафедры «Технология органического и нефтехимического синтеза». Scopus Author ID 56829536300

443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244

Vladimir A. Shakun, Assistant, Department of Technology of Organic and Petrochemical Synthesis. Scopus Author ID 56829536300

244, Molodogvardeiskaya ul., Samara, 443100

shakyh@mail.ruСпиридоновС. А.SpiridonovS. A.

Спиридонов Станислав Андреевич, магистрант кафедры «Технология органического и нефтехимического синтеза»

443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244

Stanislav A. Spiridonov, Master Student, Department of Technology of Organic and Petrochemical Synthesis

244, Molodogvardeiskaya ul., Samara, 443100

Ярославский государственный технический университетРоссияYaroslavl State Technical UniversityRussian FederationСамарский государственный технический университетРоссияSamara State Technical UniversityRussian Federation2021180320211612635Copyright © Yarkina E.M., Kurganova E.A., Frolov A.S., Koshel G.N., Nesterova T.N., Shakun V.A., Spiridonov S.A., 20212021Яркина Е.М., Курганова Е.А., Фролов А.С., Кошель Г.Н., Нестерова Т.Н., Шакун В.А., Спиридонов С.А.Yarkina E.M., Kurganova E.A., Frolov A.S., Koshel G.N., Nesterova T.N., Shakun V.A., Spiridonov S.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.finechem-mirea.ru/jour/article/view/1685Objectives

Objectives. This study describes a new approach to obtain para-tert-butylcumene by alkylation of cumene with isobutylene in the presence of catalysts, such as Amberlyst 36 Dry, KU-2-8, aluminum chloride, and tert-butyl alcohol and concentrated sulfuric acid.

Methods

Methods. To determine the qualitative and quantitative composition of the compounds and reaction masses, the following analysis methods were used: gas–liquid chromatography (on the Kristall 2000M hardware-software complex), chromatomass spectrometry on an Agilent 6850 instrument equipped with an Agilent 19091S-433E capillary column (30 m × 250 μm × 0.25 μm), and nuclear magnetic resonance spectroscopy (on a Bruker DRX 400 instrument with an operating frequency of 400 MHz).

Results

Results. A significant quantity of meta-tert-butylcumene was obtained by the alkylation of cumene with isobutylene using several catalysts, along with para-tert-butylcumene. This study also showed that the use of the catalysts Amberlyst 36 Dry and KU-2-8 during alkylation in a closed system (autoclave) led to the formation of isobutylene oligomers, often in quantity greater than the target reaction product. Simultaneously, the alkylation of cumene with tert-butyl alcohol in the presence of concentrated sulfuric acid enabled the obtainment of only one isomer, para-tertbutylcumene, which is essential for the further production of high-purity para-tert-butyl phenol.

Conclusions

Conclusions. Sulfuric acid alkylation of cumene with tert-butyl alcohol enabled the obtainment of an individual para-isomer of tert-butylcumene with a yield of 87–89% for the loaded tert-butyl-alcohol with a cumene conversion of ~30%.

Цели

Цели. В статье рассматривается возможность получения пара-трет-бутилкумола алкилированием кумола изобутиленом в присутствии таких катализаторов, как Amberlyst 36 Dry, КУ-2-8, хлористый алюминий, и трет-бутиловым спиртом в присутствии концентрированной серной кислоты.

Методы

Методы. Для определения качественного и количественного состава веществ и реакционных масс использованы следующие методы анализа: газожидкостная хроматография (на аппаратно-программном комплексе «Кристалл 2000М»), хроматомасс-спектрометрия (на приборе Agilent 6850, оснащенном капиллярной колонкой Agilent 19091S-433E (30 м × 250 мкм × 0.25 мкм) и спектроскопия ядерного магнитного резонанса (на приборе «Bruker DRX 400» с рабочими частотами 400 МГц).

Результаты

Результаты. Установлено, что в процессе алкилирования кумола изобутиленом с использованием перечисленных катализаторов наряду с пара-трет-бутилкумолом образуется значительное количество мета-трет-бутилкумола. Также исследования показали, что применение катализаторов Amberlyst 36 Dry и КУ-2-8 при алкилировании в замкнутой системе (автоклав) приводит к образованию олигомеров изобутилена, количество которых многократно преобладает над целевым продуктом реакции. В то же время установлено, что алкилирование кумола трет-бутиловым спиртом в присутствии концентрированной серной кислоты позволяет получать только один изомер – пара-трет-бутилкумол, что имеет важное практическое значение для дальнейшего получения пара-трет-бутилфенола с высокой степенью чистоты.

Выводы

Выводы. Сернокислотное алкилирование кумола трет-бутиловым спиртом позволяет получить индивидуальный пара-изомер трет-бутилкумола с выходом 87–89% на загруженный трет-бутиловый спирт при конверсии кумола около 30%.

пара-трет-бутилкумолизобутилентрет-бутиловый спирталкилированиеpara-tert-butylcumeneisobutylenetert-butyl alcoholalkylationReferencesКурганова Е.А., Сапунов В.Н., Кошель Г.Н., Фролов А.С. Селективное аэробное окисление циклогексил- и втор-алкиларенов до гидропероксидов в присутствии N-гидроксифталимида. Изв. АН. Сер. хим. 2016;(9):2115‒2128.Kurganova E.A., Sapunov V.N., Koshel G.N., Frolov A.S. Selective aerobic oxidation of cyclohexyland sec-alkylarenes to hydroperoxides in the presence of N-hydroxyphthalimide. Russ. Chem. Bull. 2016;65(9):2115‒2128. https://doi.org/10.1007/s11172-016-1560-3Alonso-Magdalena Р., Marroquí L., Tudurí E., Quesada I., Sargis R.M., Nadal A. Toxic Effects of Common Environmental Pollutants in Pancreatic β-Cells and the Onset of Diabetes Mellitus. Encyclopedia of Endocrine Diseases. 2019;1:764‒775. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801238-3.64325-8Alonso-Magdalena Р., Marroquí L., Tudurí E., Quesada I., Sargis R.M., Nadal A. Toxic Effects of Common Environmental Pollutants in Pancreatic β-Cells and the Onset of Diabetes Mellitus. Encyclopedia of Endocrine Diseases. 2019;1:764‒775. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-801238-3.64325-8Saha M. Alkylation of Phenol with n-Alcohols (C5–C7) in the Presence of Sulphuric Acid. Dhaka Univ. J. Sci. 2010;58(2):247‒251.Saha M. Alkylation of Phenol with n-Alcohols (C5–C7) in the Presence of Sulphuric Acid. Dhaka Univ. J. Sci. 2010;58(2):247‒251.Toor J.S., Sikka S.C. Developmental and Reproductive Disorders‒Role of Endocrine Disruptors in Testicular Toxicity. In: Gupta R. (Ed.) Reproductive and Developmental Toxicology. Academic Press; 2017. P. 1111‒1121. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-804239-7.00059-7Toor J.S., Sikka S.C. Developmental and Reproductive Disorders‒Role of Endocrine Disruptors in Testicular Toxicity. In: Gupta R. (Ed.) Reproductive and Developmental Toxicology. Academic Press; 2017. P. 1111‒1121. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-804239-7.00059-7Tungmunnithum D., Thongboonyou A., Pholboon A., Yangsabai A. Flavonoids and Other Phenolic Compounds from Medicinal Plants for Pharmaceutical and Medical Aspects. Medicines. 2018;5(3):93. https://doi.org/10.3390/medicines5030093Tungmunnithum D., Thongboonyou A., Pholboon A., Yangsabai A. Flavonoids and Other Phenolic Compounds from Medicinal Plants for Pharmaceutical and Medical Aspects. Medicines. 2018;5(3):93. https://doi.org/10.3390/medicines5030093Flecknell P, Dyson M.C., Marini R.R., Swindle M., Wilson R.P. Preanesthesia, Anesthesia, Analgesia, and Euthanasia. In: Fox J.G., Otto G.M., Whary M.T. (Eds.). Laboratory Animal Medicine. Academic Press; 2015. P. 1135‒1200. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-409527-4.00024-9Flecknell P, Dyson M.C., Marini R.R., Swindle M., Wilson R.P. Preanesthesia, Anesthesia, Analgesia, and Euthanasia. In: Fox J.G., Otto G.M., Whary M.T. (Eds.). Laboratory Animal Medicine. Academic Press; 2015. P. 1135‒1200. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-409527-4.00024-9Dews T.E. 16 Analgesia and Anesthesia for Office Hysteroscopy and Hysteroscopic Procedures. Hysteroscopy: Office Evaluation and Management of the Uterine Cavity. 2008;1158:179‒185.Dews T.E. 16 Analgesia and Anesthesia for Office Hysteroscopy and Hysteroscopic Procedures. Hysteroscopy: Office Evaluation and Management of the Uterine Cavity. 2008;1158:179‒185.Соколов В.З., Харлампович Г.Д. Производство и использование ароматических углеводородов. М.: Химия; 1980. 336 с.Sokolov V.Z., Kharlampovich G.D. Proizvodstvo i ispol’zovanie aromaticheskikh uglevodorodov (Production and use of aromatic hydrocarbons). Moscow: Khimiya; 1980. 336 с. (in Russ.).Terekhov A.V. Zanaveskin L.N., Khadzhiev S.N. Selecting an Optimum Catalyst for Producing para-tertButylphenol by Phenol Alkylation with tert-Butanol. Pet. Chem. 2017;57(8):714‒717. https://doi.org/10.1134/S096554411708014XTerekhov A.V. Zanaveskin L.N., Khadzhiev S.N. Selecting an Optimum Catalyst for Producing para-tertButylphenol by Phenol Alkylation with tert-Butanol. Pet. Chem. 2017;57(8):714‒717. https://doi.org/10.1134/S096554411708014XJérôme Fr., Luque R. Bio-Based Solvents. Wiley Series in Renewable Resource; 2017. 183 р.Jérôme Fr., Luque R. Bio-Based Solvents. Wiley Series in Renewable Resource; 2017. 183 р.Kharayat Y. Phenols & phenolic compounds. Parivesh; 2016. 72 р. URL: https://cpcb.nic.in/uploads/News_Letter_Phenols_Phenolic_Compounds_2017.pdfKharayat Y. Phenols & phenolic compounds. Parivesh; 2016. 72 р. URL: https://cpcb.nic.in/uploads/News_Letter_Phenols_Phenolic_Compounds_2017.pdfWang L., Ma W., Lei D., Zhang D. Preparation and characterization of para-tertiary-butylphenol formaldehyde resins using dual catalytic-extraction method. Progress in Organic Coatings. 2015;87:1‒9. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2015.04.024Wang L., Ma W., Lei D., Zhang D. Preparation and characterization of para-tertiary-butylphenol formaldehyde resins using dual catalytic-extraction method. Progress in Organic Coatings. 2015;87:1‒9. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2015.04.024Saha M., Hossain M.K., Ashaduzzama M., Afroza S.T., Galib M., Sharif N. Alkylation of Phenol with Olefins in the Presence of Sulphuric Acid. Bangladesh J. Sci. Ind. Res. 2009;44(1):131–136. https://doi.org/10.3329/bjsir.v44i1.2722Saha M., Hossain M.K., Ashaduzzama M., Afroza S.T., Galib M., Sharif N. Alkylation of Phenol with Olefins in the Presence of Sulphuric Acid. Bangladesh J. Sci. Ind. Res. 2009;44(1):131–136. https://doi.org/10.3329/bjsir.v44i1.2722Atwood J.L., Barbour L.J., Thallapally P.K., Wirsig T.B. A crystalline organic substrate absorbs methane under STP conditions. Chem. Commun. 2005;1:51‒53. https://doi.org/10.1039/B416752JAtwood J.L., Barbour L.J., Thallapally P.K., Wirsig T.B. A crystalline organic substrate absorbs methane under STP conditions. Chem. Commun. 2005;1:51‒53. https://doi.org/10.1039/B416752JEspañol E.S., Villamil M.M. Calixarenes: Generalities and Their Role in Improving the Solubility, Biocompatibility, Stability, Bioavailability, Detection, and Transport of Biomolecules. Biomolecules. 2019;9(3):90. https://doi.org/10.3390/biom9030090Español E.S., Villamil M.M. Calixarenes: Generalities and Their Role in Improving the Solubility, Biocompatibility, Stability, Bioavailability, Detection, and Transport of Biomolecules. Biomolecules. 2019;9(3):90. https://doi.org/10.3390/biom9030090Воронин И.О., Нестерова Т.Н., Стрельчик Б.С., Журавский Е.А. Сравнение эффективности сульфокатионитов, применяемых в производстве пара-трет-бутилфенола, на основе кинетического исследования переалкилирования в системе фенол – трет-бутилфенолы. Кинетика и катализ. 2014;55(6):723‒729. https://doi.org/10.7868/S045388111406015XVoronin I.O., Nesterova T.N., Zhuravskii E.A., Strelchik B.S. Efficiency of sulfonic cation-exchange resins used in para-tert-butylphenol production: a comparison based on the kinetics of transalkylation in the phenol-tert-butylphenols system. Kinetics and Catalysis. 2014;55(6):705‒711. https://doi.org/10.1134/S0023158414060147Яркина Е.М., Курганова Е.А., Фролов А.С., Лебедева Н.В., Кошель Г.Н. Аэробное жидкофазное окисление пара-трет-бутилкумола до гидропероксида. Нефтехимия. 2019;59(6):696‒700. https://doi.org/10.1134/S0028242119060169Yarkina E.M., Kurganova E.A., Frolov A.S., Lebedeva N.V., Koshel’ G.N. Aerobic Liquid-Phase Oxidation of Para-tert-Butylcumene to Hydroperoxide. Pet. Chem. 2019;59(11)1245‒1248. https://doi.org/10.1134/S0965544119110161Лебедев А.Т. Масс-спектрометрия в органической химии. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Техносфера; 2015. 704с. ISBN 978-5-94836-409-4Lebedev A.T. Mass-spektrometriya v organicheskoi khimii (Mass spectrometry in organic chemistry). Мoscow: Tekhnosfera; 2015. 704p. ISBN 978-5-94836-409-4NIST Standard Reference Database 1A. NIST/EPA/ NIH EI AND NIST TANDEM LIBRARIES (NIST 17) and NIST MASS SPECTRAL SEARCH PROGRAM Version 2.3 Build May 4, 2017 for use with Microsoft(R) Windows(TM) 306,622 EI spectra for 267376 compounds.NIST Standard Reference Database 1A. NIST/EPA/ NIH EI AND NIST TANDEM LIBRARIES (NIST 17) and NIST MASS SPECTRAL SEARCH PROGRAM Version 2.3 Build May 4, 2017 for use with Microsoft(R) Windows(TM) 306,622 EI spectra for 267376 compounds.Zech E.A., Okla B. Alkylation of airomatic hydrocarbons using a compacted montmorellonete clay catalyst: US Patent US3849507А, 1974.Zech E.A., Okla B. Alkylation of airomatic hydrocarbons using a compacted montmorellonete clay catalyst: US Patent US3849507А, 1974.Burress G.T. Alkylation of aromatic hydrocarbons: US Patent US4469908A, 1984.Burress G.T. Alkylation of aromatic hydrocarbons: US Patent US4469908A, 1984.Зефиров Н.С., Кулов Н.Н. (ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. Т. 5: ТРИ-ЯТР. М.: Большая российская энциклопедия; 1998. 783 с. ISBN 5-85270-310-9Zefirov N.S., Kulov N.N. (Eds.) Khimicheskaya entsiklopediya: v 5 t., V. 5: TRI-YATR (Chemical Encyclopedia: in 5 v., V. 5: TRI-YATR) Moscow: Bol’shaya Rossiiskaya Entsiklopediya; 1998. 783 p. ISBN 5-85270-310-9.Яркина Е.М., Курганова Е.А., Фролов А.С., Кошель Г.Н., Денисова Е.М. Кислотное разложение гидропероксида пара-трет-бутилкумола до пара-трет-бутилфенола и ацетона. Журн. прикл. химии. 2019;92(11)1427‒1434. https://doi.org/10.1134/S0044461819110094Yarkina E.M., Kurganova E.A., Frolov A.S., Koshel’ G.N., Denisova E.M. Acid Decomposition of p-tertButylcumene Hydroperoxide to p-tert-Butylphenol and Acetone. Russ. J. Appl. Chem. 2019;92(11)1524‒1530. https://doi.org/10.1134/S1070427219110090

The authors declare that there are no conflicts of interest present.