Obtención de productos valiosos por alquilación selectiva de m-cresol

Abstract

El objetivo de esta tesis fue desarrollar un nuevo proceso para la síntesis de xilenoles y trimetilfenoles que disminuya la contaminación ambiental y resulte económicamente viable. Se estudió la alquilación de m-cresol con metanol mediante catálisis heterogénea. Para ello, se investigaron distintos sólidos ácidos y ácido – base, a fin de obtener catalizadores altamente activos, selectivos, reciclables y reutilizables. Los catalizadores ácidos fueron: HBEA, ZnY, HZSM5, HMCM-22 y Al-MCM-41 y los ácido – base fueron óxidos simples de Mg y Al, óxidos mixtos de Mg-Al en las relaciones Mg/Al de 5, 2 y 1, sintetizados por co-precipitación. Sitios ácidos de fuerza moderada (Al-MCM-41) fueron más selectivos hacia la O-alquilación, que hacia la C-alquilación. La formación de xilenoles por C-alquilación fue altamente favorable sobre ZnY y HMCM-22. Ambos con sitios ácidos fuertes de naturaleza Lewis (ZnY) y Brønsted y Lewis (HMCM-22) indicando que la C-alquilación requiere de sitios ácidos fuertes. Se observó una elevada selectividad hacia el 2,5-xilenol sobre HZSM5, probablemente debido a restricciones difusivas en los poros atribuidas al menor diámetro cinético del xilenol. Todos los catalizadores desactivaron, excepto AlMCM-41. Los catalizadores ácido – base fueron activos a mayores temperaturas que los catalizadores ácidos. El óxido mixto de relación Mg/Al = 1 presentó alta selectividad hacia la C-alquilación en posición orto-, con una relación orto-/para- de 21.5 lográndose mayor selectividad hacia el 2,3,6-trimetilfenol. Si bien los óxidos mixtos son menos activos y trabajan a mayor temperatura, su desactivación fue mucho menor.

The aim of this thesis was to develop a new process for the synthesis of xylenols and trimethylphenols that reduces environmental pollution and is economically viable. Alkylation of m-cresol with methanol by heterogeneous catalysis was studied. Different acid and acid-base solids were investigated in order to obtain highly active, selective, recyclable and reusable catalysts. The acid catalysts were: HBEA, ZnY, HZSM5, HMCM-22 and Al-MCM-41 and the acid-base were mixed oxides of Mg-Al with Mg/Al ratios of 5, 2 and 1 and MgO and Al2O3 for comparison, synthesized by co-precipitation. Acid sites of moderate strength (Al-MCM-41) were more selective to O-alkylation (3-methyl anisole). The formation of xylenols by C-alkylation was highly favored over ZnY and HMCM-22. Both with strong acid sites of Lewis nature (ZnY) and Brønsted and Lewis (HMCM-22) indicating that C-alkylation requires strong acid sites. A high selectivity to 2,5-xyleneol over HZSM5 was observed, probably due to diffusive restrictions in the pores attributed to the smaller kinetic diameter of 2,5-xyleneol. All catalysts were deactivated except AlMCM-41. The acid-base catalysts were active at higher temperatures than the acid catalysts. Between the Mg/Al mixed oxides the solid with relation Mg/Al = 1, at 673 K presented the highest selectivity to C-alkylation in ortho position, with an ortho/para relation of 21.5, achieving greater selectivity towards 2,3,6-trimethylphenol. Although the mixed oxides are less active and need higher temperatures, their deactivation was much lower.