способ получения многофункциональной присадки к топливам

Формула изобретения

Способ получения многофункциональной присадки к топливам путем взаимодействия безводного изопропилата натрия, циклопентадиена и бистетрагидрофураната-дихлорида железа в среде изопропилового спирта и диэтиламина при массовом соотношении компонентов, равном соответственно 1,64:1,32:2,71:20:0,73 путем их перемешивания в течение 1-5 ч при температуре 0-30°С.

Описание изобретения к патенту

Данное изобретение относится к способу получения присадки к топливам, в том числе углеводородным и твердым, улучшающей их антидетонационные, антидымные, противонагарные свойства, улучшающей характеристики их сгорания, а также повышающей цетановое число и представляющей собой комплексное соединение железа, т.е. дициклопентадиенил железа (ферроцен).

Известен способ получения присадки к топливам путем взаимодействия циклопентадиена, безводного хлористого железа и диэтиламина (А.С. СССР №176293, 02.11.1965).

Однако выход целевого продукта, полученного этим способом, недостаточен.

Известен также способ получения присадки путем взаимодействия циклопентадиена, хлористого железа и диэтиламина, причем в качестве хлорида железа используют шихту, полученную термическим инициированием смеси, включающей хлорид железа, алюминиевую пудру и активированный уголь при определенном соотношении компонентов. Процесс ведут при 28-32°С в течение 2,5-3 ч (RU №2177949, 10.01.2002).

Недостатком известного способа является его сложность и многостадийность вследствие необходимости предварительного получения некоторых реагентов и, как следствие, его высокая стоимость.

Более близким к предложенному способу по сущности является способ получения присадки путем взаимодействия циклопентадиена и тетрагидрата хлорида железа в присутствии гидрооксида щелочного металла и диметилсульфоксида (RU №2096413, 20.11.1997).

Недостатком известного способа является относительно невысокий выход целевого продукта.

Целью заявленного изобретения является повышение выхода присадки и ее качества.

Поставленная цель достигается способом получения многофункциональной присадки к топливам путем взаимодействия безводного изопропилата натрия, циклопентадиена и бистетрагидрофураната-дихлорида железа в среде изопропилового спирта и диэтиламина при массовом соотношении компонентов, равном соответственно 1,64:1,32:2,71:20:0,73, путем их перемешивания в течение 1-5 часов при температуре 0-30°С.

Использование безводного изопропилата натрия (i-C₃H ₇ONa) связано с тем, что он является более мягким и селективным металлирующим агентом циклопентадиена в изопропиловом спирте до циклопентадиена натрия (C₅H ₅Na), которое в дальнейшем, взаимодействуя с бистетрагидрофуранат-дихлоридом железа FeCl₂(ТГФ)₂ приводит к получению ферроцена с выходом до 94 мас.%.

Использование дихлорида железа в виде тетрагидрофуранового продукта FeCl₂(ТГФ)₂ связано, с одной стороны, с предотвращением образования изопропилатного продукта, который пассивирует обменную реакцию, с другой стороны, за счет его плохого растворения в реакционной среде уменьшается скорость обмена атома хлора Cl^- на С ₅Н₅ ^- анионы.

Роль диэтиламина (C₂H ₅)₂NH как катализатора заключается в этом процессе прежде всего в нуклеофильном содействии в восстановительной реакции, протекающей между C₅H ₅Na и FeCl₂.

Таким образом, используя изопропилат натрия и дихлорид железа в виде тетрагидрофуранового продукта циклопентадиена в абсолютированном изопропаноле в присутствии диэтиламинового катализатора, можно получить ферроцен с высоким выходом в одну стадию.

В таблице 1 приведены данные по влиянию соотношения реагирующих компонентов и продолжительности процесса на выход ферроцена при оптимальной температуре 26°С и использованием абсолютированного изопропанола в присутствии диэтиламинового катализатора.

В таблице 2 приведены данные по влиянию на выход ферроцена при оптимальной продолжительности процесса - 2,5 часа в абсолютированном изопропаноле с использованием (C₂H₅) ₂NH катализатора.

В таблице 3 приведены оптимальные параметры реагирующих компонентов для получения ферроцена в условиях жидкофазного катализа.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1.

Оптимальные условия получения ферроцена. Процесс ведут в двухгорловой колбе, снабженной механической мешалкой. Берут 2 мл (120 г) абсолютированного изопропанола и 2 г-атома (46 г) металлического натрия. К полученному изопропилату натрия (1,64 г) добавляют 2 моля (1,32 г.) свежеперегнанного моноциклопентадиена (Т_кип.=40-41°С) в 20 мл абсолютированного изопропанола и перемешивают в течение 5-6 мин. После чего к реакционной смеси сначала добавляют несколько капель ( 0,5 мл, 0,73 г) диэтиламина в качестве катализатора, а затем по порциям 2 моля (2,71 г) FeCl₂(ТГФ) ₂.

Реакционную смесь перемешивают в течение 2,5 часов при температуре 26°С.

После чего органическую часть отделяют и упаривают досуха. Получают остаток темного цвета весом 1,78 г (выход 94 мас.%), представляющий собой ферроцен.

После перекристаллизации бензолом получен 1,75 г целевого продукта с Т_пл=172-173°С.

Результаты элементного анализа ферроцена:

Найдено, %: С 64,52, Н 5,37, Fe 30,11

Вычислено, %: С 64,47, Н 5,30, Fe 30,23

ИК-спектр C₅H₅ - 1050 см^-1 (валентные колебания С-Н связей незамещенного циклопентадиенильного кольца).

Пример 2. Влияние соотношения реагирующих компонентов на выход ферроцена.

В условиях примера 1, исходя из 1,64 г i-С₃Н ₇ONa, 0,66 г С₅Н₆ , 2,71 г FeCl₂ (ТГФ)₂ в 20 мл абсолютированного изопропанола (i-С₃ Н₇ОН) с последующим перемешиванием реакционной смеси в течение 1 часа при температуре 26°С, с использованием 0,73 г катализатора (C₂H ₅)₂NH, получен 0,63 г (34%) ферроцена.

Без применения катализатора в аналогичных условиях получен ферроцен с выходом 3%.

Остальные изменения приведены в таблице 1.

Пример 3. Влияние продолжительности процесса на выход ферроцена.

В условиях примера 1, исходя из 1,64 г i-С₃Н₇ONa, 1,32 г С₅Н₆, 2,71 г FeCl ₂(ТГФ)₂ в 20 мл абсолютированного изопропанола (i-С₃Н₇ ОН) с последующим перемешиванием реакционной смеси в течение 1 часа при температуре 26°С, с использованием 0,73 г катализатора (C₂H₅) ₂NH, получен 1 г (54%) ферроцена.

Остальные изменения приведены в таблице 1.

Пример 4. Влияние температуры реакции на выход ферроцена в течение 2,5 часов.

В условиях примера 1, исходя из 1,64 г i-C₃H ₇ONa, 1,32 г С₅Н₆ , 2,71 г FeCl₂(ТГФ)₂ в 20 мл абсолютированного изопропанола (i-C₃ H₇OH) с последующим перемешиванием реакционной смеси в течение 1 часа при температуре 0°С, с использованием 0,73 г катализатора (C₂H ₅)₂NH получен 0,51 г (28%) ферроцена.

Остальные изменения приведены в таблице 2.

Из приведенных данных следует, что в результате использования заявленного способа только в соответствии с формулой изобретения возможно получение ферроцена с высоким выходом и высокого качества, что позволяет при его использовании значительно улучшить эксплуатационные характеристики топлив. В частности, в 1,5 раза улучшаются антидымные, противонагарные свойства и другие характеристики их сгорания, в 1,2 раза - антидетонационные свойства и цетановое число.

Полученный ферроцен может быть также использован в качестве лекарственных препаратов, различных добавок для полимерных материалов, пластификаторов, светочувствительных элементов и т.д.

Таблица 1 Влияние соотношений реагирующих компонентов к продолжительности процесса при t 26°С с использованием 0.73 г (C2H 5)2NH катализатора и 20 мл абсолютированного i-С3Н7ОН на выход ферроцена
№	Исходные компоненты	Соотношение реагирующих компонентов, мольн. весовое		Продолжительность процесса, ч	Выход ферроцена, %	№	Исходные компоненты	Соотношение реагирирующих компонентов, мольн. весовое		Продолжительность процесса, ч	Выход ферроцена, %
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1	i-C3 H7ONa	2	1.64			4	i-C3 H7ONa	1	0.82
	С 5Н6	1	0.66 2.71	1	3		С5Н 6	2	1.32	1	3
	FeCl2(C 4H8O)2	1	-				FeCl2(C 4H8O)2	1	2.71
	без катализатора	-	0.73	1	34		(С 2Н5)2NH	0.1	0.73
	с катализатором	1
2	i-C3H 7ONa	2	1.64	2,5	49	5	i-C3H 7ONa	1	0.82	2,5	36
	С5Н 6	1	0.66				С3Н 6	2	1.32
	FeCl 2(C4H8O) 2	1	2.71				FeCl2(C 4H8O)2	1	2.71
	(C2H 5)2NH						(C 2H5)2NH	0.1	0.73
3	i-C3H 7ONa	2	1.64			6	i-C3H 7ONa	1	0.82	5	27
	С3Н 6	1	0.66				С5Н 6	2	1.32
	FeCl 2(C4H8O) 2	1	2.71	5	28		FeCl2(C 4H8O)2	1	2.71
	(C2H 5)2NH	0.1	0.73				(C 2H5)2NH	0.1	0.73

Таблица 2 Влияние температуры реакции на выход ферроцена в течение 2,5 часа, в 20 мл абсолютированного 1-С3Н7OH с использованием 0,73 г (C2H5) 2NH катализатора
№	Исходные компонеты	Соотношение реагирующих компонентов, мольн. весовое		Температура реакции, °С	Выход ферроцена, %	№	Исходные компонеты	Соотношение реагирирующих компонентов, мольн. весовое		Температура реакции, °С	Выход ферроцена, %
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
1	i-C 3H7ONa	2	1,64	0	28	4	i-C 3H7ONa	2	1,64	23	88
	С 5Н6	2	1,32				С5 Н6	2	1,32
	FeCl 2(C4H8O) 2	1	2,71				FeCl2(C 4H8O)2	1	2,71
	(C2H 5)2NH	0,1	0,73				(C 2H5)2NH	0,1	0,73
2	i-C3H 7ONa	2	1,64	10	75	5	i-C3H 7ONa	2	1,64	26	94
	С5Н 6	2	1,32				С5Н 6	2	1,32
	FeCl 2(C4H8O) 2	1	2,71				FeCl2(C 4H8O)2	1	2,71
	(С2Н 5)2NH	0,1	0,73				(C 2H5)2NH	0,1	0,73
3	i-C3H 7ONa	2	1,64	20	80		i-C3H 7ONa	2	1,64	30	91
	С5Н 6	2	1,32				С3Н 6	2	1,32
	FeCl 2(C4H8O) 2	1	2,71				FeCl2(C 4H8O)2	1	2,71
	(C2H 5)2NH	0,1	0,73				(C 2H5)2NH	0,1	0,73

Продолжение табл.2
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
7	i-C 3H7ONa	2	1,64	1	29	12	i-C 3H7ONa	2	1,64	5	82
	С 5Н6	2	1,32				C5 H6	2	1,32
	FeCl 2(C4H8O) 2	0,5	1,35				FeCl2(C 4H8O)2	1	2,71
	(C2H 5)2NH	0,1	0,73				(C 2H5)2NH	0,1	0,73
8	i-C3H 7ONa	2	1,64	2,5	37	13	i-C3H 7ONa	2	1,64	1	47
	С3Н 6	2	1,32				C5H 6	2	1,32
	FeCl 2(C4H8O) 2	0,5	1,35				FeCl2(C 4H8O)2	0,5	1,35
	(C2H 5)2NH	0,1	0,73				(C 2H5)2NH	0,1	0,73
9	i-C3H 7ONa	2	1,64	5	32	14	i-C3H 7ONa	2	1,64	2,5	91
	С5Н 6	2	1,32				С5Н 6	2	1,32
	FeCl 2(C4H8O) 2	0,5	1,35				FeCl2(C 4H8O)2	0,5	1,35
	(C2H 5)2NH	0,1	0,73				(C 2H5)2NH	0,1	0,73
10	i-C3H 7ONa	2	1,64	1	54	15	i-C3H 7ONa	2	1,64	5	77
	С5Н 6	2	1,32				С5Н 6	2	1,32
	FeCl 2(C4H8O) 2	1	2,71				FeCl2(C 4H8O)2	0,5	1,35
	(C2H 5)2NH	0,1	0,73				(C 2H5)2NH	0,1	0,73
11	i-C3H 7ONa	2	1,64	2,5	94
	С5Н6	2	1,32
	FeCl2(C 4H8O)2	1	2,71
	(C 2H8)2NH	0,1	0,73

Таблица 3 Оптимальные условия получения ферроцена катализа в условиях жидкофазного катализа
Реагирующ. компоненты	Соотношение реагирующих реагентов		Продолж. процесса в час	Темпер. реакции в °С	Выход ферроцена			Результаты анализа
								НАЙДЕНО, %	ВЫЧИСЛЕНО, %
	мольн.	весовое			в молях	грам	%	С - 64,52	С - 64,47
i-C3H7ONa	2	1.64	2,5	26	0.941	1.75	94	Н - 5.37	Н - 5,30
С5Н 6	2	1.32						Fe - 30?11	Fe - 30,23
FeCl2(C 4H8O)2	1	2.71
(C2H5) 2NH (катализатор)	0.01	0.73