Акролеїн

Акролеїн
Propenal.svg
Скелетна формула акролеїну
Acrolein-3D-balls.png
Назва за IUPAC Проп-2-еналь
Інші назви пропеналь, акриловий альдегід, алілальдегід, етиленальдегід
Ідентифікатори
Номер CAS 107-02-8
PubChem 7847
Номер EINECS 203-453-4
KEGG C01471
ChEBI CHEBI:15368
RTECS AS1050000
SMILES O=CC=C
InChI 1S/C3H4O/c1-2-3-4/h2-3H,1H2
Номер Бельштейна 741856
Властивості
Молекулярна формула С3Н4
Молярна маса 56,06 г/моль
Молекулярна маса 56 а. о. м.
Зовнішній вигляд Безбарвна або жовтувата рідина
Запах подразнюючий
Густина 838,9 кг/м³
Тпл −86,95 °C
Ткип 52,69 °C
Розчинність (вода) Значна (> 10%)
Показник заломлення (nD) 1,4017
В'язкість 0,393 сП (при 20 °С)
Термохімія
Ст. ентальпія
утворення
ΔfHo298
-17,79 ккал/моль
Ст. ентальпія
згоряння
ΔcHo298
6,95 ккал/г
Теплоємність, cop 0,511 ккал/(г · °С)
Небезпеки
NFPA 704
NFPA 704.svg
3
4
3
Температура спалаху - 25 °C
Вибухові границі 2,8%-31%
Пов'язані речовини
Пов'язані речовини кротоновий альдегід
Якщо не зазначено інше, дані приведені для речовин у стандартному стані (за 25 °C, 100 кПа)
Інструкція з використання шаблону
Примітки картки

Акролеї́н, (акриловий альдегід) (лат. асег, лат. acris — гострий і лат. oleum — олія, рос. акролеин, англ. acrolein, нім. Akrolein, Propenal) — С3Н4О, або СН2=СНСНО, органічна сполука з їдким запахом, найпростіший ненасичений альдегід, що володіє дуже хорошою реакційною здатністю завдяки наявності альдегідної групи і подвійного зв'язку. Це безбарвна летка рідина з жовтуватим відтінком, неприємним різким їдким запахом пригорілих жирів, дуже отруйна, сильно подразнююче діє на слизову оболонку очей. У повітрі присутня у вигляді парів, які в 1,9 разів важчі за нього і добре розчиняються у воді. Легкозаймиста; добре розчиняється в органічних розчинниках; розчинність у воді 40г в 100 мл. Отрута. При зберіганні полімеризується в тверду склоподібну масу — діакрил. Для стабілізації акролеїну додають гідрохінон. На повітрі акролеїн окиснюється в акрилову кислоту.

В атмосферу акролеїн надходить у вигляді вихлопних газів дизельних двигунів; утворюється при термічному розкладі жирів. Гранично допустима концентрація акролеїну — 0,00008 % за об'ємом. Десятихвилинне перебування в атмосфері, яка містить 0,014 % акролеїну, для людини смертельне.

Застосовують переважно у виготовленні фармацевтичних препаратів.

Відкриття

Акролеїн був відкритий у 19 столітті Редтенбахером при сухій перегонці жирів[1]. В ході своїх досліджень вчений також відкрив і акрилову кислоту.

Одержання

Синтез з формальдегіду і оцтового альдегіду

Метод був розроблений фірмою Degussa, яка з 1942 року виробляла акролеїн в промисловому масштабі. За ним формальдегід у вигляді 30%-ного водного розчину пропускається разом з еквімолекулярною кількістю оцтового альдегіду при 300 - 320 °С через силікагель, просочений 10% розчином силікату натрію. Ступінь перетворення складає 45-52%, а вихід процесу досягає 70-80%[2][3]. Альдегіди, що прореагували, відокремлюються перегонкою від акролеїну і знову повертаються в процес.

Каталізатором процесу є силікагель, просочений 10% розчином силікату натрію. Оптимальні температури для цього каталізатора 303-320 °С. Оскільки утворення акролеїну протікає екзотермічно, підведення тепла здійснюється в трубчастій печі.

В якості побічних продуктів утворюються метанол, кротоновий альдегід і відпрацьований газ, які можна без зусиль видалити. Для виключення полімеризації акролеїну при розділенні суміші потрібно безперервно подавати в перегінні колони інгібітор. Додавання 0,1% інгібітору (гідрохінон або пірокатехін) робить акролеїн стійким протягом року і виключає утворення твердих осадів.

Отримання прямим окисленням пропілену

У 1936-1939 роках було встановлено, що при окисненні пропілену в присутності сульфату ртуті в сірчанокислому розчині утворюється дуже незначна кількість акролеїну[4][5].Окиснення пропілену в акролеїн в промисловому масштабі проходить на каталізаторах оксиду міді (I)[6][7][8] і молібдату вісмуту.

Окислення пропілену на мідних каталізаторах

У 1942 році американські вчені виявили, що при пропусканні пропілену через оксид міді (I) і селенід срібла на азбесті при 295 °С утворювалася значна кількість акролеїну[9].

Це привело до розробки в 1946-1947 роках нового процесу фірмою Shell Development Co.[10][11]. Пропілен разом з повітрям і водяною парою пропускали при 370-400 °С і невеликому тиску в присутності 0,03 молярних % ізопропілхлориду через оксид міді (I) на карбіді кремнію. Максимальний вихід акролеїну дорівнював 51%. Підвищення тиску кисню збільшує вихід акролеїну до 68-81%[12]. У промисловому масштабі конверсія пропілену складає 14% при 368 °С і об'ємному співвідношенні пропілен:водяна пара:кисень = 4,4:4,7:1 у присутності 0,4% оксиду міді (I) на карбіді кремнію. Вихід акролеїну коливається в межах 65-85%[13].

Утворення акролеїну відбувається одночасно з повним окисненням до діоксиду вуглецю і води, при цьому каталізатори з високим вмістом міді сприяють окисній деструкції. Побічними продуктами реакції будуть формальдегід, оцтовий альдегід, діоксид вуглецю, органічні кислоти, карбонільні сполуки і полімери.

Окиснення пропілену на фосфоромолібдаті вісмуту

У 1960 році американська фірма Sohio запустила першу промислову установку для виробництва акрилонітрилу за даним методом[14]. При цьому в промисловому масштабі отримують і акролеїн. Каталізатором окислення пропілену, яке відбувається при температурі 425-480 °С виступає фосфоромолібдат вісмуту на силікатній кислоті. Вихід акролеїну становить близько 70%.

Застосування

Найбільша кількість акролеїну витрачається на синтез гліцерину без використання хлору, де акролеїн гідрогенізують до алілового спирту, який потім за допомогою перекису водню перетворюють в гліцерин.

Поряд з виробництвом алілового спирту для синтезу гліцерину однією з основних областей застосування акролеїну є синтез метіоніну. При взаємодії акролеїну з метилмеркаптаном в присутності каталізаторів (піридин, ацетат міді, піперидин, етилат натрію) в результаті ряду перетворень утворюється метіонін[15].

Реакція акролеїну з багатофункціональними сполуками приводить до цікавих конденсаційних полімерів, серед яких особливо відомі поліацеталі з багатоосновними спиртами. При полімеризації продукту конденсації з пентаеритритом (торгова марка «ультра-лон») отримують речовини з хорошою міцністю на розрив, високою ударною міцністю, стійкістю до стирання[16]. Але ці продукти володіють, на жаль, невисокою теплостійкістю (65-104 °C).

В результаті гідролізу продукту димеризації акролеїну[17] і його подальшого гідрування утворюється 1,2,6-гексантріол, який застосовується як пластифікатор і складова частина при виробництві алкідних і поліефірних смол.

Примітки

  1. J. Redtenbacher, Liebigs Annalen der Chemie, 47, 114 (1843). (нім.)
  2. Патенти США 2245582, 2246037, 1941. (англ.)
  3. Шведські патенти 101032, 101145, 1938, 1942. (швед.)
  4. Патент США 2197258, 1936. (англ.)
  5. Патент США 2334091, 1938. (англ.)
  6. Патент США 2486842, 1946. (англ.)
  7. Патент США 2451485, 1947. (англ.)
  8. О. В. Исаев, Л. Я. Марголис, Кинетика и катализ, 1, 237 (1960). (рос.)
  9. Патент США 2383711, 1942. (англ.)
  10. Патент США 2486842, 1946. (англ.)
  11. Патент США 2451485, 1947. (англ.)
  12. Патент США 2608585, 1951. (англ.)
  13. Англійський патент 640383, 1950. (англ.)
  14. F. Veatch et al., Petroleum Refiner, 41, № 11, 187—190 (1962). (англ.)
  15. Патент США 2485236, 1949. (англ.)
  16. Патент ФРН 837289, 1952. (нім.)
  17. K. Adler, E. Ruden, Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft, 74B, 920—926 (1941). (нім.)

Література