Patterns of phenol alkylation with various alkylating agents in the industrial process for the production of phenol and acetone

Abstract

В современной химической промышленности 4-(2-фенилпропан-2-ил)фенол (пара-кумилфенол, ПКФ) используется в качестве регулятора длины цепи при получении поликарбонатов. Его сейчас получают в качестве целевого продукта алкилированием фенола. В то же время он является побочным продуктом в существующем сейчас промышленном процессе получения фенола т.н. кумольным способом, однако выделение ПКФ оттуда затруднено в связи с незначительным содержанием его в реакционной смеси. Данная работа посвящена исследованию закономерностей получения ПКФ в условиях промышленного синтеза фенола с целью изучения возможности модификации процесса для увеличения доли ПКФ среди продуктов реакции. Для достижения этой цели было изучено алкилирование фенола агентами, присутствующими в процессе разложения гидропероксида кумола (ГПК) на фенол и ацетон: альфа-метилстиролом (АМС), 2-фенил-пропанолом-2 (ДМФК), дикумилпероксидом (ДКПО), 2,4-дифенил-4-метилпент-1-еном (линейным димером АМС с терминальной двойной связью). В ходе выполнения работы были получены следующие основные результаты и выводы: 1. Показано, что наиболее эффективными алкилирующими агентами для получения ПКФ среди веществ, присутствующих в процессе разложения ГПК на фенол и ацетон, являются ДКПО и ДМФК. 2. Показано, что во всех случаях ПКФ образуется практически необратимо: скорость обратной реакции разложения ПКФ пренебрежимо мала в диапазоне условий, представляющих практический интерес. 3. Показано, что АМС, ДМФК и ДКПО в условиях реакции быстро образуют линейные димеры АМС, ПКФ и 2-(2-фенилпропан-2-ил)фенол (орто-кумилфенол, ОКФ) в параллельных процессах. Линейные димеры АМС медленно разлагаются обратно в АМС и обратимо превращаются друг в друга, а также медленно образуют циклический димер путем внутримолекулярной циклизации. Циклический димер АМС образуется практически необратимо. 4. Для увеличения доли ПКФ в побочных продуктах процесса получения фенола и ацетона целесообразно добавлять некоторое количество воды (до 5 %) в реакционную массу на стадии разложения ГПК. 5. Стадию разложения ГПК предпочтительно проводить при возможно более низкой температуре, чтобы минимизировать образование АМС, а из него – циклического димера.

4-(2-Phenylpropan-2-yl)phenol (para-cumylphenol, PCP) is used as a regulator of chain length in the production of polycarbonates in the modern chemical industry. It is now obtained as the desired product by the alkylation of phenol. At the same time, it is a by-product in the current industrial process for the production of phenol, but the isolation of PCP from there is difficult because of its insignificant content in the reaction mixture. This work is devoted to the study of the regularities of obtaining PCF under conditions of industrial phenol synthesis in order to study the possibility of modification of the process to increase the proportion of PCP among the reaction products. To achieve this goal, the alkylation of phenol by agents that present in the reaction mixture of cumene hydroperoxide (CHP) decomposition into phenol and acetone: alpha-methylstyrene (AMS), 2-phenylpropanol-2 (DMPC), dicumylperoxide (DCPO), 2,4-diphenyl-4-methylpent-1-ene (linear dimer of AMS with the terminal double bond). The following main results and conclusions were obtained: 1. DCPO and DMPC are the most effective alkylating agents for the production of PCP (among the substances that present in the reaction mixture of cumene hydroperoxide (CHP) decomposition process). 2. PCP is formed practically irreversibly in all cases: the rate of the reverse reaction of PCP decomposition is negligible in a range of used conditions. 3. AMS, DMPC and DCPO rapidly form linear dimers of AMS, PCP and 2-(2-phenylpropan-2-yl) phenol (ortho-cumylphenol, OCP) in parallel processes under the reaction conditions. Linear dimers of AMS slowly decompose back into the AMS and reversibly convert into each other, and also slowly form a cyclic dimer by intramolecular cyclization. The cyclic dimer of AMS is formed almost irreversibly. 4. To increase the proportion of PCP in the by-products mixture of the phenol and acetone production process, it is advisable to add a certain amount of water (up to 5%) to the reaction mixture at the stage of CHP decomposition. 5. The CHP decomposition step is preferably carried out at the lowest possible temperature in order to minimize the formation of AMS cyclic dimer.