Гідрування ароматичних вуглеводнів

 

Каталізаторами гідрування ароматичних систем можуть служити всі метали VIII групи, але в промисловості застосовують, головним чином, нікель на носії, а особливо Сr₂О₃. З таким контактом достатня швидкість процесу досягається при температурі 120-240⁰С, при цьому, на відміну від гідрування олефінів, необхіден підвищений тиск (1-5 МПа) не тільки для прискорення реакції, але і для збільшення рівноважного ступеня конверсії, тому що термодинамічне відношення в цьому випадку менш сприятливе для гідрування. Ароматичні вуглеводні потрібно попередньо очищати від з'єднань сірки.

Порівняльна стабільність ароматичної системи обумовлює її меншу реакційну здатність при гідруванні в порівнянні з олефінами. Так відносні швидкості гідрування бензолу, циклоолефіну і подвійних зв'язків у бічному ланцюзі арилолефіну такі (в умовних одиницях):

                                                ¾ СН₂=СН₃

 

1              150          900

 

З цієї причини, незважаючи на послідовно-рівнобіжний тип реакції зі східчастим насиченням зв'язку, у реакційній масі не виявляються циклічні олефіни:

 

                         

 

Однак у спеціальних умовах з бензолу можна одержати циклогексен (на гомогенних каталізаторах) або циклогексилбензол (на гетерогенних біфункциональних каталізаторах):

 

С₆Н₆  С₆Н₁₀  С₆Н₅-С₆Н₁₁

 

Гомологи бензолу гідруються з меншою швидкістю, чим сам бензол - це явище дезактивуючого впливу заступників при гидруємих зв'язках. Вони гидруються в першу чергу при наявності в ароматичному вуглеводні ненасиченого бічного ланцюга. У присутності мідного каталізатора, некаталізуючого гідрування ароматичних систем, насичуються тільки бічні ланцюги, а на нікелі, при надлишку водню, відбувається повне гідрування, наприклад стиролу:

¾ С₂Н₅       СН=СН₂        ¾ С₂Н₅

 

Ароматичні вуглеводні з конденсованими ядрами звичайно гідруються східчасто, з поступовим насиченням зв'язків і кілець. Гідрування нафталіну йде через наступні стадії (із проміжною ізомеризацією aa' дегідронафталіну в більш стабільний a-, b-ізомер):

 

                    

                                                  тетралін      декалін

 

Умови гідрування ароматичних вуглеводнів багато в чому визначаються побічними реакціями гідрогенолізу з розщепленням бічних ланцюгів і циклів. Так, з бензолу на нікелевому каталізаторі при температурі 290⁰С утвориться метан (до 71 %) і вільний вуглець:

 

                             3СН₄ + 3С

 

Ще легше розщеплюються бічні ланцюги, особливо більш довгі. Наприклад, з н-пропілбензолу при гідруванні можна одержати не тільки пропілциклогексан, але також этил-метилзамісні, циклогексан і нижчі парафіни. Ці побічні реакції визначають верхню межу температури при гідруванні ароматичних вуглеводнів.

У промисловості процеси гідрування ароматичних вуглеводнів застосовують для синтезу ряду важливих продуктів, особливо циклогексану, що застосовується для одержання циклогексанолу, капролактаму, адипінової кислоти.