Processo al cumene
Il processo al cumene, noto anche come processo Hock, è un processo utilizzato dall'industria chimica per la sintesi del fenolo e dell'acetone. Descritto dai chimici tedeschi Heinrich Hock e Shon Lang nel 1944,[1] si ritiene che anche i sovietici Rudolfs Udris e P. Sergeyev abbiano nel 1942 scoperto in modo indipendente le reazioni implicate.[2]
Il cumene (o isopropilbenzene) rappresenta il prodotto intermedio, ottenuto facendo reagire il benzene con il propilene, la cui ossidazione a idroperossido porta al successivo ottenimento dei prodotti finali fenolo e acetone. Nel 2008, oltre il 97% del fenolo sintetizzato a livello mondiale è stato ricavato tramite questo processo.[3]
Parallelamente al classico processo Hock, nel corso degli anni ne sono state brevettate diverse varianti.
Descrizione modifica
Ossidazione del cumene modifica
La prima fase del processo, che porta alla formazione del cumene, è un'alchilazione di Friedel-Crafts condotta a elevata temperatura e pressione, in presenza di acido fosforico (H3PO4) quale catalizzatore:
In alternativa all'acido fosforico, a partire dal 1996 anche la zeolite viene impiegata come catalizzatore nella sintesi del cumene.[4]
Il cumene ottenuto viene quindi sottoposto ad ossidazione con aria, alla temperatura di circa 100 °C e in ambiente alcalino, realizzando una reazione radicalica a catena con formazione dell'idroperossido di cumene. Inizialmente si ha l'autossidazione del cumene con formazione di un radicale benzilico terziario:
In seguito, questo radicale reagisce con l'ossigeno presente nell'aria formando un radicale perossido (R-O-O·), il quale infine estrae un atomo di idrogeno da una molecola di cumene producendo l'idroperossido di cumene e il radicale benzilico terziario iniziale in grado di far propagare la catena:
L'ossidazione del cumene, che richiede lunghi periodi di induzione, viene realizzata usando reattori continui in serie.[4]
Idrolisi dell'idroperossido di cumene modifica
Nella fase finale del processo, l'idroperossido di cumene viene sottoposto a idrolisi in ambiente acido (comunemente si usa acido solforico) con una resa in fenolo e acetone maggiore del 99,5% a temperature inferiori ai 70 °C.[4] A temperature maggiori si ottiene una maggior quantità dei sottoprodotti dimetilfeniletanolo (DMPM) e acetofenone.
Il meccanismo di reazione consiste dapprima nella protonazione del gruppo idroperossidico, con conseguente formazione di un carbocatione in seguito all'eliminazione di una molecola di acqua (H2O). Il carbocatione in questione è il risultato di un riarrangiamento con la formazione di un nuovo legame tra l'anello benzenico e l'ossigeno.
L'addizione nucleofila dell'acqua al carbocatione dà un nuovo ione ossonio, il quale trasferisce un atomo di idrogeno da un ossigeno all'altro, e successivamente si scinde dando fenolo e acetone cedendo un protone.
I prodotti ottenuti vengono separati tramite distillazione.
Note modifica
- ^ Heinrich Hock e Shon Lang, Autoxydation von Kohlenwasserstoffen, IX. Mitteil.: Über Peroxyde von Benzol-Derivaten, in Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft (A and B Series), vol. 77, n. 3-4, 1944, pp. 257–264, DOI:10.1002/cber.19440770321.
- ^ (EN) Rudolfs UDRIS, su izgudrojumi.lza.lv. URL consultato il 12 gennaio 2016 (archiviato dall'url originale il 3 marzo 2016).
- ^ Louis Pilato, Phenolic Resins: A Century of Progress, Springer, 2010, p. 13, DOI:10.1007/978-3-642-04714-5_2, ISBN 978-3-642-04713-8.
- ^ a b c Stylianos Sifniades, Alan B. Levy e Hubert Bahl, Acetone, in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, 2002, DOI:10.1002/14356007.a01_079.pub2.
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