Hoppa till innehållet
Hem

Monsantoprocessen — metanolkarbonylation för framställning av ättiksyra

Monsantoprocessen är en homogen katalytisk metod för att omvandla metanol till ättiksyra genom karbonylation. Utvecklad på 1960-talet, senare delvis ersatt av Cativa-processen.

Författare: Skapad: Uppdaterad:

Översikt

Monsantoprocessen är en industriell metod för framställning av ättiksyra genom karbonylation av metanol. Reaktionen drivs av en homogen katalysator och kännetecknas av mycket hög selektivitet och effektiv omvandling av råmaterial till slutprodukt. Processen var en viktig utveckling i modern kemisk industri eftersom den möjliggjorde ekonomisk tillverkning av ättiksyra med relativt rena slutprodukter.

Grundläggande egenskaper och reaktionsmekanism

Principen bygger på karbonylation: en karbonylgrupp (CO) införs i en metylgrupp från metanol och bildar acetylenhet som slutligen ger ättiksyra. I praktiken ingår ett halidmedium (ofta jodider) och katalytiska komplex som aktiverar och omformar mellanprodukter som metyljodid. Reaktionsförhållandena är trycksatta och uppvärmda; typiska driftsparametrar anges som tryck omkring 30–60 atm och temperaturer i storleksordningen 150–200 °C. Monsantoprocessen uppnår selektivitet över 99 procent under optimala förhållanden.

Historia och teknologisk utveckling

Grunden till metanolkarbonylation lades under mitten av 1900‑talet. En tidig industriell riktning utvecklades av tyska forskare vid BASF omkring 1960. Senare introducerade kemiker vid Monsanto ett forbedrat katalysatorsystem omkring 1966 som blev känt under företagets namn. Dessa förbättringar gjorde processen mer praktisk och utbredd i industrin under flera decennier.

Användning och efterföljare

Monsantoprocessen användes länge som standardmetod för den kommersiella framställningen av ättiksyra. Under senare år ersattes den i stor utsträckning av den så kallade Cativa-processen, en iridiumbaserad karbonylation utvecklad av BP Chemicals Ltd och ibland omnämnd som en mer miljö- och kostnadseffektiv variant. Cativa erbjuder vissa driftsekonomiska fördelar och minskar behovet av stora halidkoncentrationer, vilket gjort att Monsantoprocessen inte längre dominerar i nya anläggningar.

Skillnader, för- och nackdelar

  • Fördelar: mycket hög selektivitet, välutvecklad teknik och industriell erfarenhet.
  • Nackdelar: kräver hantering av korrosiva och reaktiva halider, utmaningar vid katalysatoråtervinning och potentiella miljö‑ och säkerhetsaspekter relaterade till intermediärer som metyljodid.
  • Modern konkurrens: iridiumbaserade system som Cativa konkurrerar med bättre materialutnyttjande och lägre driftskostnader.

Sammanfattning och relevanta fakta

Monsantoprocessen är ett historiskt viktigt exempel på homogen katalys i stor skala och visar hur katalysatorutveckling kan förändra industrins val av teknologi. Den kombinerar metanol, koldioxid‑karbonyl eller gasformigt kolmonoxid under tryck och värme för att bilda ättiksyra med mycket hög selektivitet. För den som vill fördjupa sig i detaljer om råvaror, katalysatorsystem och energieffektivitet finns översikter och tekniska artiklar som beskriver både den ursprungliga Monsantometoden och dess efterföljare. Ytterligare läsning och tekniska resurser: Ättiksyra – översikt, katalysatortyper, metanol som råvara, trycksatta processer (tryckparametrar, driftintervall) och temperaturkrav (temperaturintervall). För historisk kontext se arbeten från BASF och senare utveckling hos BP Chemicals samt jämförelser med iridiumbaserade alternativ.

Katalytisk cykel

Processen består av flera steg som upprepas för att återskapa katalysatorn:

The catalytic cycle of the Monsanto process

Den katalytiskt aktiva arten är anjonen cis-[Rh(CO)2 I2 ]− (1). Den katalytiska cykeln har visat sig omfatta sex steg, varav två inte omfattar rhodium: omvandling av metanol till metyljodid och hydrolys av acetyljodid till ättiksyra. (Dessa steg är i mitten av diagrammet ovan.) Det första metallorganiska steget är den oxidativa additionen av metyljodid till cis-[Rh(CO)2 I2 ]− för att bilda den hexakoordinerade arten [(CH3 )Rh(CO)2 I3 ]− (2). Denna anjon omvandlas snabbt genom att en metylgrupp flyttas till karbonylliganden, vilket ger det pentakoordinerade acetylkomplexet [(CH3 CO)Rh(CO)I3 ]− (3). Detta femkoordinerade komplex reagerar sedan med kolmonoxid för att bilda det sexkoordinerade dikarbonylkomplexet. (4) Detta sönderdelas genom reduktiv eliminering för att bilda acetyljodid (CH3 COI) och regenerera den aktiva formen av katalysatorn. Acetyljodid hydrolyseras sedan till ättiksyra.

Reaktionsmekanismen är av första ordningen med avseende på metyljodid och katalysatorn (1). Det hastighetsbestämmande steget i den katalytiska cykeln har därför föreslagits vara den oxidativa tillsatsen av metyljodid till katalysatorn (1). Kemisterna tror att detta sker genom att rhodiumcentret gör en nukleofil attack på metyljodidens kol.

Tennessee Eastmans ättiksyraanhydridprocess

Monsantos process för att framställa ättiksyra inspirerade kemister att uppfinna ett sätt att framställa ättiksyraanhydrid. Den framställs genom karbonylering av metylacetat.

CH3 CO2 CH3 + CO → (CH3 CO)2 O

I denna process omvandlar litiumjodid metylacetat till litiumacetat och metyliodid, som i sin tur genom karbonylering ger acetyljodid. Acetyljodid reagerar med acetatsalter eller ättiksyra för att ge produkten. Rhodiumjodider och litiumsalter används som katalysatorer. Eftersom ättiksyraanhydrid inte är stabil i vatten sker omvandlingen under vattenfria (vattenfria) förhållanden till skillnad från Monsantos ättiksyrasyntes.

Relaterade artiklar

Författare

AlegsaOnline.com Monsantoprocessen — metanolkarbonylation för framställning av ättiksyra

URL: https://sv.alegsaonline.com/art/66168

Dela

Källor