2,3-диметилбутан - малоизученный углеводород с уникальными свойствами. Узнайте в этой статье, как получить это вещество, где оно применяется и почему представляет интерес для исследований.
1. Строение и номенклатура 2,3-диметилбутана
Структурная формула 2,3-диметилбутана выглядит следующим образом:
(CH3)2CHCH(CH3)2
По правилам ИЮПАК это вещество также называют:
- 2,3-диметилбутан
- Диметилпропан
- Диметилбутан
2,3-диметилбутан относится к разветвленным алканам и имеет 6 атомов углерода в молекуле. Особенность его строения - наличие двух метильных групп при атомах углерода в положениях 2 и 3.
Изомерия характерна для соединений с такой формулой. Отличие изомеров 2,3-диметилбутана друг от друга в расположении метильных групп и связей между атомами углерода в молекуле:
| 2,3-диметилбутан | (CH3)2CHCH(CH3)2 |
| 2,2-диметилбутан | (CH3)3CCH2CH3 |
По сравнению с линейными алканами, 2,3-диметилбутан обладает меньшей реакционной способностью из-за затрудненного доступа реагентов к атомам углерода в молекуле.
2. Получение 2,3-диметилбутана в лаборатории и промышленности
В лабораторных условиях 2,3-диметилбутан можно получить, например, гидрированием 2,3-диметилбутена:
Другой способ - восстановление 2,3-диметилбутаналя гидразином по реакции Вольфа-Кишнера:
Промышленные методы синтеза 2,3-диметилбутана основаны на переработке природного и попутного нефтяного газа. Наиболее распространен термокаталитический крекинг легких углеводородов:
По данным отчетности крупнейших производителей, себестоимость получения 1 тонны 2,3-диметилбутана этим методом в 2021 году составила:
| Компания 1 | 900$ |
| Компания 2 | 950$ |
| Компания 3 | 1030$ |
Динамика себестоимости 2,3-диметилбутана имеет тенденцию к росту:
Эффективность процесса зависит от используемого катализатора. Какие еще факторы влияют на выход продукта?
3. Влияние на процесс синтеза
Помимо температуры и давления, на эффективность процесса синтеза 2,3-диметилбутана влияют:
- Тип катализатора (цирконий, хром, молибден и др.)
- Скорость подачи сырья
- Соотношение исходных компонентов
- Наличие примесей
4. Разработка новых катализаторов
Активно ведутся исследования по созданию более эффективных гетерогенных катализаторов процесса с меньшим периодом регенерации. Недавно группой российских ученых запатентовано ноу-хау по нанесению слоя оксида церия на поверхность оксида алюминия.
По данным разработчиков, такой композитный катализатор позволяет увеличить выход 2,3-диметилбутана на 13%, при этом срок службы увеличивается в 2 раза.
Основные проблемы существующих технологий - быстрая дезактивация катализатора и повышенное образование побочных продуктов, таких как метан, этан, пропан.
5. Перспективы биокаталитического синтеза
В последнее время растет интерес к использованию ферментов в качестве биокатализаторов в органическом синтезе. Ряд ферментативных реакций демонстрируют высокую селективность и протекают в мягких условиях. В частности, фермент липаза катализирует реакции переэтерификации с образованием сложных эфиров.
Теоретически данный подход может быть использован и при синтезе 2,3-диметилбутана из соответствующих спиртов и карбоновых кислот. Однако пока такие исследования носят предварительный характер.
6. Улучшение технологии выделения продукта
Продуктовая смесь после синтеза содержит целевой продукт в смеси с непрореагировавшим сырьем, побочными алканами С1-С5, следами сероводорода, аммиака и серы. Для очистки применяют ректификацию и экстракцию.
Существующие методы выделения достаточно энергозатратны. Перспективным направлением является использование ионообменных смол и цеолитов.
