Патент на изобретение №2310682

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ПРИСАДКИ К ТОПЛИВАМ

(57) Реферат:

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). Способ осуществляют 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. В результате использования заявленного способа получают ферроцен с высоким выходом и высокого качества. 4 пр. 3 табл.

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-C₃H₇ONa) связано с тем, что он является более мягким и селективным металлирующим агентом циклопентадиена в изопропиловом спирте до циклопентадиена натрия (C₅H₅Na), 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 С₅Н₅ ^– анионы.

Роль диэтиламина (C₂H₅)₂NH как катализатора заключается в этом процессе прежде всего в нуклеофильном содействии в восстановительной реакции, протекающей между C₅H₅Na 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-С₃Н₇ONa, 0,66 г С₅Н₆, 2,71 г FeCl₂ (ТГФ)₂ в 20 мл абсолютированного изопропанола (i-С₃Н₇ОН) с последующим перемешиванием реакционной смеси в течение 1 часа при температуре 26°С, с использованием 0,73 г катализатора (C₂H₅)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 FeCl₂(ТГФ)₂ в 20 мл абсолютированного изопропанола (i-С₃Н₇ОН) 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-C₃H₇ONa, 1,32 г С₅Н₆, 2,71 г FeCl₂(ТГФ)₂ в 20 мл абсолютированного изопропанола (i-C₃H₇OH) с последующим перемешиванием реакционной смеси в течение 1 часа при температуре 0°С, с использованием 0,73 г катализатора (C₂H₅)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.

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.