Изобретение относится к способам получения золькеталя - смеси изомеров 2,2-диметил-4-гидроксиметил-1,3-диоксолана и 2,2-диметил-1,3-диоксан-5-ола - из продуктов реакции взаимодействия глицерина и ацетона на гетерогенных катализаторах, например катионообменных смолах или цеолитах, и может быть использовано при производстве оксигенатов, улучшающих эксплуатационные свойства топлив для двигателей внутреннего сгорания.
Известен способ получения золькеталя взаимодействием глицерина с ацетоном в присутствии гетерогенного катализатора, отличающийся тем, что все компоненты реакции интенсивно перемешиваются при температуре от 10°С до 30°С (ЕР 2183238 от 16 июля 2007 г.)
В соответствии с другим способом золькеталь получают конденсацией глицерина и ацетона в проточном реакторе колонного типа со стационарным слоем кислотного гетерогенного катализатора при мольном соотношении глицерин : ацетон =1:(5-20) и температуре 35-55°C с возвращением непрореагировавшего ацетона в реактор (патент РФ №2522764 от 08.06.2012 г.).
Наиболее близким к заявляемому является способ получения золькеталя путем конденсации глицерина и ацетона в присутствии катализатора Амберлист или КУ-2 при интенсивном перемешивании реакционной массы с последующим фильтрованием и разделением продуктов реакции методом ректификации (Катализ в промышленности, №5, 2010, с. 39-44). При этом ацетон отгоняют при атмосферном давлении, а из оставшейся массы выделяют золькеталь перегонкой под вакуумом (остаточное давление 10 мм рт.ст.).
Недостатком данного способа является низкий выход золькеталя.
Технической задачей изобретения является увеличение выхода золькеталя.
Данная задача решается тем, что в способе получения золькеталя путем взаимодействия глицерина и ацетона на гетерогенном катализаторе с последующим разделением продуктов реакции методом ректификации в исходный глицерин или в продукты реакции добавляют щелочь в количестве не менее 0,02% от массы взятого глицерина.
В качестве гетерогенных катализаторов могут использовать цеолиты, ионообменные смолы. В качестве щелочи используют водный раствор гидроксида любого щелочного металла, например натрия, калия, лития, или их смесь.
Примеры, иллюстрирующие, но не ограничивающие, настоящее изобретение
Пример 1 (по прототипу)
Синтез золькеталя проводят в стеклянном реакторе объемом 250 мл, снабженном перемешивающим устройством, датчиком температуры, электрообогревом и обратным холодильником. В реактор загружают 100 г глицерина дистиллированного марки «Д-98» по ГОСТ 6824-96, 70 г. ацетона и 10,4 г катионообменной смолы КУ-2. Полученную смесь при интенсивном перемешивании кипятят 3 часа, катализатор отделяют фильтрованием. Продукты реакции подвергают ректификации. Ацетон отгоняют при атмосферном давлении. Из оставшейся массы перегонкой под вакуумом (10 мм рт.ст.) выделяют золькеталь в количестве 53,28 г с концентрацией 38% массовых. Выход золькеталя по глицерину составляет 14,4%.
Пример 2 (по прототипу)
Синтез золькеталя проводят в стеклянном реакторе объемом 500 мл, снабженном перемешивающим устройством, датчиком температуры, электрообогревом и обратным холодильником. В реактор загружают 100 г глицерина дистиллированного марки «Д-98» по ГОСТ 6824-96, 370 г ацетона и 30 г катионообменной смолы КУ-2. Полученную смесь при интенсивном перемешивании кипятят 3 часа, остужают до 20-30°С и выдерживают при перемешивании еще 3 часа. Катализатор отделяют фильтрованием, а продукты реакции подвергают ректификации. Ацетон отгоняют при атмосферном давлении. Из оставшейся массы перегонкой под вакуумом (10 мм рт.ст.) выделяют золькеталь в количестве 54 г с концентрацией 39% массовых. Выход золькеталя по глицерину составляет 15,0%.
Пример 3
Процесс получения золькеталя проводят аналогично примеру 2. Отличие состоит в том, что в исходный глицерин добавляют 2,5 мл 0,1 нормального раствора гидроксида натрия (количество введенной щелочи составляет 0,01% от массы взятого глицерина), а продукты реакции после фильтрования разделяют по следующей методике: сначала отгоняют ацетон при атмосферном давлении, а затем под вакуумом (10 мм рт.ст.) отбирают фракции воды и золькеталя. Количество полученного золькеталя составляет 21,4 г при концентрации основного вещества 98,6% масс. Выход золькеталя по глицерину составляет 15%.
Пример 4
Процесс получения золькеталя проводят аналогично примеру 3. Отличие состоит в том, что в исходный глицерин добавляют 5 мл 0,1 нормального раствора гидроксида натрия (количество введенной щелочи составляет 0,02% от массы взятого глицерина). Количество полученного золькеталя составляет 115,3 г при концентрации основного вещества 98,8% масс. Выход золькеталя по глицерину составляет 81%.
Пример 5
Процесс получения золькеталя проводят аналогично примеру 3. Отличие состоит в том, что в исходный глицерин добавляют 7,5 мл 0,1 нормального раствора гидроксида натрия (количество введенной щелочи составляет 0,03% от массы взятого глицерина). Количество полученного золькеталя составляет 116,5 г при концентрации основного вещества 99% масс. Выход золькеталя составляет 82%.
Пример 6
Процесс получения золькеталя проводят аналогично примеру 3. Отличие состоит в том, что 2,5 мл 0,1 нормального раствора гидроксида натрия добавляют в продукты реакции (количество введенной щелочи составляет 0,01% от массы взятого глицерина). Количество полученного золькеталя составляет 21,3 г при концентрации основного вещества 99,1% масс. Выход золькеталя составляет 15%.
Пример 7
Процесс получения золькеталя проводят аналогично примеру 4. Отличие состоит в том, что 5,0 мл 0,1 нормального раствора гидроксида натрия добавляют в продукты реакции (количество введенной щелочи составляет 0,02% от массы взятого глицерина). Количество полученного золькеталя составляет 114,9 г при концентрации основного вещества 99,4% масс. Выход золькеталя составляет 81,2%.
Пример 8
Процесс получения золькеталя проводят аналогично примеру 5. Отличие состоит в том, что 7,5 мл 0,1 нормального раствора гидроксида натрия добавляют в продукты реакции (количество введенной щелочи составляет 0,03% от массы взятого глицерина). Количество полученного золькеталя составляет 116,0 г при концентрации основного вещества 99,5% масс. Выход золькеталя составляет 82,1%.
Пример 9
Процесс получения золькеталя проводят аналогично примеру 7. Отличие состоит в том, что в качестве катализатора используют цеолит-бета. Количество полученного золькеталя составляет 116,3 г при концентрации основного вещества 99,0% масс. Выход золькеталя составляет 81,9%.
Пример 10
Процесс получения золькеталя проводят аналогично примеру 7. Отличие состоит в том, что в качестве щелочи используют 0,1 нормальный раствор гидроксида калия. Количество полученного золькеталя составляет 116,1 г при концентрации основного вещества 99,3% масс. Выход золькеталя составляет 82,0%.
Пример 11
Процесс получения золькеталя проводят аналогично примеру 5. Отличие состоит в том, что в качестве щелочи используют 0,1 нормальный раствор гидроксида калия. Количество полученного золькеталя составляет 116,4 г при концентрации основного вещества 98,9% масс. Выход золькеталя составляет 81,9%.
Анализ данных, представленных в примерах 1-11, показывает, что добавление щелочи в исходный глицерин или в продукты реакции в количестве не менее 0,02% от массы взятого глицерина позволяет увеличить выход золькеталя. Увеличение содержания щелочи (даже многократное по сравнению с представленным в примерах) также позволяет обеспечить высокий выход золькеталя, но не приводит к его дальнейшему повышению.
