The Synergy Effect in the Cyclotrimerization Reaction of Propanal on Acid Lignosulfonate Catalyst

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A new acid catalyst based on sodium lignosulfonate has been investigated in the cyclotrimerization reaction of propanal to obtain 2,4,6-triethyl-1,3,5-trioxane. The catalyst is a polyfunctional cation exchange material synthesized from technical lignosulfonates using sulfuric acid sulfonation. The influence of temperature on the quantitative indicators of the process has been established. At 25°C, the reaction proceeds with a selectivity of over 95% and a conversion of 72%. Increasing the temperature promotes the conversion of propanal; however, it decreases the selectivity of the process. The presence of a synergistic effect from the various functional groups contained in the catalyst has been established.

Full Text

Restricted Access

About the authors

O. K. Karimov

MIREA – Russian Technological University, Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies

Author for correspondence.
Email: karimov.oleg@gmail.com
Russian Federation, 86 Vernadsky Ave., Moscow, 119571

E. M. Marcinkevich

MIREA – Russian Technological University, Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies

Email: Karimov.oleg@gmail.com
Russian Federation, 86 Vernadsky Ave., Moscow, 119571

V. R. Flid

MIREA – Russian Technological University, Lomonosov Institute of Fine Chemical Technologies

Email: Karimov.oleg@gmail.com
Russian Federation, 86 Vernadsky Ave., Moscow, 119571

References

  1. Блохин А.Н., Дудкина М.М., Теньковцев А.В. Ионная полимеризация с раскрытием цикла в синтезе звездообразных полимеров // Высокомолекулярные соединения. Серия С. 2022. Т. 64. № 2. С. 176. doi: 10.1134/S1811238222700187
  2. Лешина М.Н., Мазлов А.М., Корниенко П.В., Ширшин К.В., Видяева Т.И., Солодухин А.А., Ильяш А.И. Особенности процесса стабилизации 1,3,5-триоксана // Клей. Герметики. Технологии. 2022. № 10. С. 19. doi: 10.31044/1813-7008-2022-0-10-19-23
  3. Казанцев Д.А., Денисов А.А., Корякова О.В., Ежикова М.А., Кодесс М.И., Пестов А.В. Синтез диаллилацеталей из аллилового спирта и параформа или 1,3,5-триоксанов // Изв. АН. Серия хим. 2023. Т. 72. № 12. С. 2908. doi: 10.1007/s11172-023-4100-y
  4. Van Wyngarden A.L., Perez-Montano S., Bui J.V.H., Li E.S.W., Nelson T.E., Ha K.T., Leong L., Iraci L.T. Complex chemical composition of colored surface films formed from reactions of propanal in sulfuric acid at upper troposphere/lower stratosphere aerosol acidities // Atmos. Chem. Phys. Discuss. 2014. V. 14. P. 28571. doi: 10.5194/acpd-14-28571-2014
  5. Li W., Zhen L., Fang W., Min L., Jing C. Kinetics and quantum chemical study for cyclotrimerization of propanal catalyzed by Brönsted acidic ionic liquids // J. Mol. Catal. A: Chem. 2013. V. 379. P. 86. doi: 10.1016/j.molcata.2013.07.021
  6. Klopfer V., Chinchole A., Reiser O. Dual iron- and organophotocatalyzed hydroformylation, hydroacylation and hydrocarboxylation of Michael-acceptors utilizing 1,3,5-trioxanes as C1-Synthone // Tetrahedron Chem. 2024. V. 10. Art. 100073. doi: 10.1016/j.tchem.2024.100073
  7. Sato S., Sakurai C., Furuta H., Sodesawa T., Nozaki F. A heteropoly acid catalyst and its convenient, recyclable application to liquid-phase cyclotrimerization of propionaldehyde // J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1991. V. 19. P. 1327. doi: 10.1039/c39910001327
  8. Балашов А.Л., Краснов В.Л., Данов С.М., Сулимов А.В., Чернов А.Ю. Образование циклических олигомеров в концентрированных водных растворах формальдегида // Журнал структурной химии. 2001. Т. 42. № 3. С. 480. doi: 10.1023/A:1012408904389
  9. Фетисова О.Ю., Микова Н.М., Чесноков Н.В. Кинетическое исследование термического разложения этаноллигнинов пихты и осины // Кинетика и катализ. 2019. Т. 60. № 3. С. 289. doi: 10.1134/S0023158419030054
  10. Каримов О.Х., Колчина Г.Ю., Тептерева Г.А., Четвертнева И.А., Каримов Э.Х., Бадретдинов А.Р. Реакционная способность производных коричной кислоты в качестве предшественников лигнина // Тонкие химические технологии. 2020. Т. 15. № 4. С. 73. doi: 10.32362/2410-6593-2020-15-4-7-13
  11. Заварухин С.Г., Яковлев В.А. Математическое моделирование неизотермического пиролиза биомассы сорго на основе трехкомпонентной кинетической модели // Кинетика и катализ. 2021. Т. 62. № 5. С. 647. doi: 10.1134/S0023158421050128
  12. Каримов О.Х., Медведева А.С., Устюгов А.В., Колчина Г.Ю., Каримов Э.Х. Новые подходы к получению сульфокатионообменных катализаторов для органического синтеза // Нефтегазохимия. 2024. № 1. С. 74. doi: 10.24412/2310-8266-2024-1-74-77
  13. Каримов О.Х., Медведева А.С., Каримов Э.Х., Мовсумзаде Э.М., Флид В.Р. Сульфокатионообменные катализаторы на основе лигносульфонатов // Изв. АН. Серия хим. 2023. Т. 72. № 9. С. 1967. doi: 10.24412/2310-8266-2021-1-2-82-88
  14. Марцинкевич Е.М., Брук Л.Г., Дашко Л.В., Афаунов А.А., Флид В.Р., Седов И.В. Каталитические реакции гомо- и перекрестной конденсации этаналя и пропаналя // Нефтехимия. 2018. Т. 58. № 12. С. 1032. doi: 10.1134/S0965544118120083
  15. Каримов О.Х., Медведева А.С., Дураков С.А., Флид В.Р., Мовсумзаде Э.М., Каримов Э.Х. Особенности получения и эксплуатации в водно-спиртовой среде сульфокатионитных катализаторов из технических лигносульфонатов // Химическая промышленность сегодня. 2023. № 4. С. 66. doi: 10.53884/27132854-2023-4-66
  16. Логинова М.Е., Четвертнева И.А., Колчина Г.Ю., Мовсумзаде Э.М., Тивас Н.С. Синтез и свойства производных фурана из пентозансодержащей фракции нейтральных лигносульфонатов // Известия ВУЗов. Серия Химия и химическая технология. Т. 67. № 3. С. 94. doi: 10.6060/ivkkt.20246703.6908
  17. Далидович В.В., Григорьева Л.В. Сульфокатиониты на основе побочных продуктов и отходов деревообрабатывающей промышленности и лесопромышленного комплекса // Известия СПбГТИ(ТУ). 2016. № 33. С. 82.
  18. Corrochano P., Garcia-Rio L., Poblete F.J. Rodriguez-Dafonte P. Spontaneous cyclo-trimerization of propionaldehyde in aqueous solution // Tetrahedron Lett. 2010. V. 51. P. 1761. doi: 10.1016/j.tetlet.2010.01.099

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. SEM images of the surface of the initial lignosulfonate (a) and the synthesized catalyst (b).

Download (58KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. IR spectra of the initial LS (black line) and the catalyst obtained from it (green line).

Download (47KB)
Indexing metadata
4. Scheme 1. The reaction of cyclotrimerization of PA.

Download (4KB)
Indexing metadata
5. Fig. 3. Dependence of technological parameters of the reaction on temperature (catalyst loading – 0.5 g, reaction time – 1 h).

Download (12KB)
Indexing metadata