Билет 11

1. Получение алкилпроизводных ароматических соединений является широко используемым процессом в нефтехимической отрасли РТ. Алкилированнием бензола этиленом (ОАО «Нижнекамскнефтехим») получают этилбензол:

C₆H₆ + CH₂=CH₂ → C₆H₅CH₂CH₃.

Этилбензол далее дегидрируется и превращается в стирол (С₆Н₅СН=СН₂). Стирол является одним из важнейших мономеров в химии полимеров. Стирол используется для получения полистирола.

Механизм алкилирования бензола этиленом. Все реакции алкилирования ароматических углеводородов непредельными соединениями протекают сходным образом. Эти превращения протекают в присутствии сильных кислот Бренстеда.

Протонирование этилена приводит к образованию этильного катиона:

СН₂=СН₂ + Н⁺ → СН₃-СН₂⁺ .

Образовавшийся этильный катион далее вступает с бензолом в реакцию электрофильного ароматического замещения:

Процесс взаимодействия этильного катиона с бензолом включает ряд стадий. Первоначально в ходе этого процесса образуется π-комплекс:

Образовавшийся π-комплекс на последующей стадии превращается в σ-комплекс:

Целевой продукт – этилбензол – образуется в результате отщепления протона от σ-комплекса:

При этом сопряженная система ароматического ядра полностью восстанавливается. Этот процесс протекает с выделением энергии.

Дальнейшее развитие процесса идет по пути повторения рассмотренных стадий.

Побочные процессы в реакциях алкилирования бензола этиленом.

Полиалкилирование бензола. Образующийся в ходе алкилирования бензола этиленом этилбензол не является инертным по отношению к этильным катионам. Такое взаимодействие приводит к образованию пара- и орто-диэтилбензола:

Диэтилбензолы более легко реагируют с этильными катионами, образуя 1,2,4-триэтилбензол:

Процесс алкилирования может повторяться снова и снова, пока в ходе этого процесса не образуется гексаэтилбензол.

Процесс полиалкилирования бензола является нежелательным процессом. Он связан с бесполезной потерей дефицитного бензола.

Реакция трансалкилирования. Реакции алкилирования ароматических соединений являются обратимыми. Молекулы полиалкилбенолов могут протонироваться. Образующийся σ-комплекс может либо отщепить протон, либо этильный катион. Образующийся этильный катион далее может прореагировать с молекулой бензола, например:

Краткая запись этих процессов в виде химического уравнения выглядит следующим образом:

В ходе этого процесса от молекулы полиалкилбензола алкильная группа переносится на молекулу бензола. Процессы подобного типа получили название реакций трансалкилирования или переалкилирования.

Образование высших линейных алкилбензолов. Другим побочным направлением в процессе получения этилбензола является образование высших линейных алкилбензолов.

Каждый из образующихся катионов способен алкилировать бензол, что приводит к появлению в реакционной смеси н-бутил-, н-гексил-, н-октилбензола:

Высшие линейные алкилбензолы имеют более высокие температуры кипения, и они отделяются от этилбензола в процессе ректификации.

Побочные процессы, связанные с протонированием боковой цепи этилбензола. В качестве побочного продукта в реакции алкилирования бензола этиленом образуется толуол.

Таким образом, процесс получения этилбензола является сложным. В условиях реакции образуется не только целевой продукт, но и ряд побочных соединений, включая такие неожиданные продукты, как водород, метан.