ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Гидрирование ароматических углеводородов ряда бензола из "Превращения углеводородов на металлсодержащих катализаторах" Гидрирование аренов изучали многие исследователи. Однако в стереоспецифическом аспекте эта реакция обсуждена еще недостаточно, так как большинство работ носит чисто препаративный характер. В основном изучено гидрирование ди- и полиалкилбензолов на платиновых и никелевых катализаторах. Оказалось, что в присутствии различных катализаторов наряду с цис-то-мером образуются транс-изомеры. Между тем, казалось бы, что простое присоединение шести атомов водорода к ароматическому ядру при его плоскостной адсорбции должно приводить исключительно к цис-форме. Поэтому основной интерес здесь представляют следующие вопросы как получаются транс-изомеры циклогексанового ряда, через какие промежуточные стадии идет их образование, имеет ли место десорбция (хотя бы частичная) этих промежуточных соединений в объем с последующей повторной адсорбцией на катализаторе или же все стадии проходят непосредственно в адсорбированном слое. [c.46] Количество образующегося транс-изомера зависит от природы катализатора и условий гидрирования. Наиболее интересные результаты -по стереоселективности гидрирования 0-, м- и н-ксилолов, а также некоторых других ди- и триалкилбензолов над различными гетерогенными катализаторами получены в работах [77—85]. Анализируя эти данные, можно выделить ряд закономерностей. [c.46] Механизм гидрирования аренов обсуждается в работах многих авторов, однако вопрос этот очень сложен и единой точки зрения в настоящее время нет. [c.47] Ке) [86]. Многочисленными исследованиями показано, что перечисленные выше металлы, имеющие гране-центрированную кубическую или гексагональную решетку с межатомными расстояниями от 0,249 нм (для N1) до 0,277 нм (для Р1), действительно являются катализаторами гидрирования — дегидрирования. При плоскостной адсорбции ароматическое кольцо, согласно мультиплетной теории, не покидает активный центр, пока не присоединит (сразу или один за другим) все шесть атомов водорода. При этом вопрос об образовании транс-заме-щенных циклогексанов остается открытым. [c.48] По Хориути и Поляни [11] обе реакции — гидрирование и дейтерообмен — проходят по ассоциативному механизму, причем в первом случае два атома водорода присоединяются последовательно. [c.48] Позднее было показано [88], что если при дейтеро-обмене по диссоциативной схеме медленной стадией является взаимодействие адсорбированного фенильного радикала с атомом дейтерия, то обе схемы (диссоциативная и ассоциативная) описываются одним и тем же кинетическим уравнением. [c.49] Тщательное исследование стереохимии гидрирования ксилолов и некоторых их тетрагидропроизводных позволило Сигелю и сотр. [1, 77] высказать предположение, что циклоалкены получаются путем г ис-присоединения к молекуле ксилола четырех атомов водорода со стороны поверхности катализатора с десорбцией циклоалкена, после чего может произойти повторная адсорбция и исчерпывающее гидрирование в соответствии со схемой, описанной выше (см. с. 23, 24). [c.49] В дальнейшем это предположение -получило экспериментальное подтверждение. Было обнаружено [89] образование циклогексена в начальной стадии гидрирования бензола на никелевой пленке в интервале температур О—50°С. Установлено [90], что при жидкофазной гидрогенизации ксилолов в присутствии ряда металлов VHI группы концентрация циклоалкенов является функцией как природы катализатора, так и природы исходного углеводорода. Так, в присутствии скелетного никеля, Rh/ и Ru/ при 25°С из о-ксилола образуется соответственно 0,04, 1,4 и 3,4% (мол.) 1,2-диметилциклогексена при гидрировании бензола на рутениевой черни в катализате было обнаружено 0,2% (мол.) циклогексена. [c.49] Образование циклогексена наблюдалось [91] при селективном гидрировании бензола в водных системах в присутствии Ru/СаСОз, Ru/ a (ОН) 2 и Ru с добавками Fe, Со, Ni на носителях Са(0Н)2 или АЬОз при 180— 200 °С и давлении 6,9 МПа. Установлено, что добавка ионов переходных металлов (в небольших концентрациях) снижает активность Ru-катализаторов на носителях, но увеличивает селективность образования ц лоалка-нов. Предполагают, что активные центры Ru, на которых образуется циклогексен, модифицируются хемосорбцией ионов Fe, Ni, Со и что промежуточные циклоалкены образуются на тех же центрах, на которых при повышенных температурах происходит гидрирование бензола и этих промежуточных циклоалкенов. [c.49] Все остальные диметилциклогексены гидрируются существенно быстрее и не сохраняются в продуктах реакции. [c.50] На основе полученных результатов и стереохимических представлений Сигель пришел к выводу [2], что при гидрировании большей части (свыше 50%) ароматического углеводорода происходит промежуточная десорбция циклоалкена. Однако на основании кинетического анализа [90] было сделано заключение, что доля циклоалкенного пути гидрирования ароматических углеводородов весьма незначительна. Так, было показано 93], что при гидрировании бензола на Ки-черни лишь % исходного углеводорода десорбируется с поверхности катализатора в виде циклогексена, а основная часть бензола гидрируется в ходе однократного пребывания на поверхности. [c.50] Соотношение образующихся цис-транс-изомеров зависит от давления водорода как и для циклоалкенов, оно растет с ростом давления водорода [77]. Однако из работ Сигеля с сотр. [2, 20, 77] следует, что при гидрировании ксилолов образуются заметно большие количества ИС-изомеров, чем в случае соответствующих циклоалкенов. Поэтому приведенные выше соображения о механизме гидрирования не очень убедительны. [c.51] В диапазоне температур 600—672 К исследована 102] кинетика конкурентных реакций гидрирования бензола и толуола и дегидрирования соответствующих нафтенов на платиновой проволоке. Реакции протекают строго селективно. Полученные результаты по всем диапазонам температур, давлений и активностей описываются одним кинетическим уравнением. Постоянство отношения скоростей конкурентных реакций в процессе дезактивации катализатора позволило сделать вывод, что на лимитирующих стадиях обе реакции протекают на одних и тех же активных центрах. [c.56] В интересном цикле работ С. Л. Кипермана с сотр. [103—106] проведено комплексное исследование кинетики и механизма гидрирования бензола и его ближайших гомологов с применением кинетических, изотопных, адсорбционных и расчетных методов. Исследование кинетики гидрирования толуола в области обратимости процесса показало, что скорость реакции проходит через температурный максимум и характеризуется температурным коэффициентом, меньшим единицы. При переходе от одного углеводорода к другому скорость гидрирования на М1-катализаторе изменяется в ряду бензол этилбензол толуол л-ксилол л-кси-лол мезитилен но закономерных изменений скоростей изотопного обмена как в ароматическом кольце, так и в алкильных заместителях не наблюдается. Полученные данные указывают, по мнению авторов [106], на различие механизмов реакций гидрирования и Э—Н-обмена. [c.56] Описано [107] гидрирование аренов на Р1/А120з, Рё/ЛЬОз, Ки/АЬОз, а также на биметаллических катализаторах Р1—Ке, Рс1—Ке и Ки—Ке, нанесенных на АЬОз (суммарное содержание металлов 0,6%). Отношение активностей катализаторов Р1 Ки Рё составляет 4,2 2,6 1, а для биметаллических катализаторов, содержащих равные количества обоих металлов, отношение (Р1—Ке) (Ки—Ке) (Рс1—Ке) равно 4,1 1,9 1. [c.56] При исследовании влияния содержания натрия и фтора на активность алюмоплатинового катализатора в реакциях гидрирования бензола и изомеризации к-пентана было показано [110], что фтор и натрий снижают гидрирующую активность алюмоплатинового катализатора в отличие от антибатного действия этих элементов в реакции изомеризации. Добавка фтора к алюмоилатиновому катализатору уменьшает хемосорбцию кислорода на платине. [c.57] Описание гидрирования ароматических соединений с функциональными группами в качестве заместителей выходит за рамки настоящей книги, однако сказать о них несколько слов полезно для большей полноты картины. Гидрирование функциональных производных бензола протекает сложнее, чем в ряду углеводородов. Показано [111 —112], в частности, что реакционная способность ароматических соединений в процессе каталитического гидрирования существенно зависит от природы заместителя. [c.57] Вернуться к основной статье