КИНЕТИКА ОКСИПРОПИЛИРОВАНИЯ МОНОЭТАНОЛАМИНА
Аннотация
Третичные аминоспирты широко применяются в качестве интенсификаторов помола цемента, позволяющих повысить производительность шаровых мельниц, снизить удельные энергозатраты, увеличить эффективность размалывания и получить цемент с высокой текучестью и насыпной плотностью. Основным промышленным способом получения третичных аминоспиртов является оксиалкилирование моно- и диалканоламинов. В настоящей работе исследована кинетика оксипропилирования моноэтаноламина в температурном интервале от 40 до 80 °С при молярных соотношениях реагентов (окись пропилена/моноэтаноламин) 0,4 - 1,8. Определены параметры аррениусовской зависимости целевых и побочных реакций. Анализ реакционной массы методом хромато-масс-спектрометрии показал, что в процессе оксипропилирования моноэтаноламина в небольшом количестве образуются изомеры целевых продуктов. Изомеры образуются при «аномальном» оксипропилировании, при котором взаимодействие окиси пропилена с аминогруппой происходит по третичному атому углерода оксиранового кольца. Продукты оксипропилирования по гидроксильной группе образуются в пренебрежимо малом количестве. Установлено, что энергии активации целевых реакций («нормального» оксипропилирования) равны. Показано, что энергия активации «аномального» оксипропилирования на 17 кДж/моль выше, чем для «нормального». Относительно меньшая реакционная способность вторичного «аномального» аминоспирта по сравнению с «нормальным» может быть обусловлена стерическими затруднениями, связанными с наличием метильной группы в β-положении к реакционному центру. Методом лабораторной ректификации из реакционной массы выделены этанолизопропаноламин и этанолдиизопропаноламин, состав и структура которых охарактеризованы методами ИК, 1Н и 13С ЯМР спектроскопии. Полученные в исследовании результаты могут представлять интерес для оптимизации процесса получения этанолизопропаноламинов.
Литература
Shakhova L.D., Luginina I.G., Cherkasov R.A. Intensification of Cement Grinding with Apply Grinding Aids with Modify Effect. Modern Appl. Sci. 2014. V. 8. P. 296-305. DOI: 10.5539/mas.v8n6p296.
Xia-ling Liao, Hong Huang, Fu-qiang He, Chang-hui Yang. Microstructural characterization of cement in the presence of alkanolamines. Mater. Today Commun. 2021. V. 27. 102386. DOI: 10.1016/j.mtcomm.2021.102386.
Hashem F., Hekal E. The influence of Triethanol amine and Ethylene glycol on the grindability, setting and hydration characteristics of Portland cement. Petrol. Chem. 2019. V. 4. P. 81-88. DOI: 10.15406/ipcse.2019.04.00107.
Chipakwe V., Semsari P., Karlkvist T., Rosenkranz J., Chehreh S. A critical review on the mechanisms of chemical additives used in grinding and their effects on the downstream processes. J. Mater. Res. Technol. 2020. V. 9. N 4. P. 8148-8162. DOI: 10.1016/j.jmrt.2020.05.080.
Polyakov I.V., Barannikov M.V., Stepanova E.A. Additives for Heavy Concrete Based on Industrial Waste from Chemical Industries. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2021. V. 64. N 4. P. 104-109. DOI: 10.6060/ivkkt.20216404.6330.
Allahverdi A., Babasafari Z. Effectiveness of triethanolamine on grindability and properties of portland cement in laboratory ball and vibrating disk mills. Ceramics Silikaty. 2014. V. 58. P. 89-94.
Katsioti M., Tsakiridis P.E., Giannatos P., Tsibouki Z., Marinos J. Characterization of various cement grinding aids and their impact on grindability and cement performance. Construct. Build. Mater. 2009. V. 23. N 5. P. 1954-1959. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2008.09.003.
Ma S., Li W., Zhang S., Hu Y., Shen X. Study on the hydration and microstructure of Portland cement containing diethanol-isopropanolamine. Cem. Concr. Res. 2015. V. 67. P. 122-130. DOI: 10.1016/j.cemconres.2014.09.002.
Cheung J., Jeknavorian A., Roberts L., Silva D. Impact of admixtures on the hydration kinetics of Portland cement. Cem. Concr. Res. 2011. V. 41. P. 1289-1309. DOI: 10.1016/j.cemconres.2011.03.005.
Huerta G., Contreras‐Ordoñez G., Alvarez‐Toledano C., Santes V., Gómez E., Toscano R.A. Facile Synthesis of Aminoalcohols by Ring Opening of Epoxides Under Solvent Free Conditions. Synth. Commun. 2004. V. 34. N 13. P. 2393-2406. DOI: 10.1081/scc-120039493.
Dake G. Oxiranes and oxirenes: Monocyclic. Comprehensive heterocyclic chemistry III. 2008. P. 173-233. DOI: 10.1016/b978-008044992-0.00103-6.
Azizi N., Saidi M.R. Highly Chemoselective Addition of Amines to Epoxides in Water. Org. Lett. 2005. V. 7. N 17. P. 3649-3651. DOI: 10.1021/ol051220q.
Talybov A., Abdullayev Y. Synthesis of Substituted N-Alkylamines in Aqueous Media. Green Sust. Chem. 2013. V. 3. N 1. P. 31-35. DOI: 10.4236/gsc.2013.31006.
Tang W., Zhang L., Linninger A., Tranter R., Brezinsky K. Solving Kinetic Inversion Problems via a Physically Bounded Gauss−Newton (PGN) Method. Indust. Eng. Chem. Res. 2005. V. 44. P. 3626-3637. DOI: 10.1021/ie048872n.
Kol’tsov N.I. Solving Inverse Problem of Chemical Kineticswith Use of Cubic Splines. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2020. V. 63. N 7. P. 61-66. DOI: 10.6060/ivkkt.20206307.6204.
Petrov A.I., Dergachev V.D. Equivalency of Kinetic Schemes: Causes and an Analysis of Some Model Fitting Al-gorithms. Int.. J. Chem. Kinet. 2017. V. 49. P. 494-505. DOI: 10.1002/kin.21092.
Zahedi G., Amraei S., Biglari M. Simulation and optimization of ethanol amine production plant. Korean J. Chem. Eng. 2009. V. 26. P. 1504–1511. DOI: 10.1007/s11814-009-0254-z.
Andreev D.V., Sergeev E.E., Makarshin L.L. Ivanov E. A., Gribovskii A. G., Adonin N. Yu., Pai Z. P., Parmon V. N. Catalytic Synthesis of Triethanolamine in a Microchannel Reactor. Catal. Ind. 2019. V. 11 P. 45–52. DOI: 10.1134/S2070050419010033.
Müller P., Krösschell R. D. E., Winkenwerder W., van der Schaaf J. The butoxylation of dodecylamine: Reaction mechanism and kinetics. Chem. Eng. J. 2020. V. 382. N 122939. P. 1-27. DOI: 10.1016/j.cej.2019.122939.
Tiltscher V.H. Kinetik Und Mechanismus Der Anlagerung von Propylenoxid an Diathylamin Unter Ausschluss. Protonenaktiver Verbindungen. Angew. Makromol. Chem. 1972. V. 25. P. 1–14. DOI: 10.1002/apmc.1972.050250101.
Longuet C., Coq B., Durand R., Finiels A., Geneste P., Mauvezin M.J. Oligomer model to explain the coloration of TEA and discoloration catalytic treatment. Mol. Catal. A: Chem. 2005. V. 234. P. 59–62. DOI: 10.1016/j.molcata.2005.02.016.
