Синтез зольных моющих присадок, обеспечивающих чистоту двигателя при высоких температурах. Описание способов применения технических кислот с алкильными радикалами олигомеров этилена для получения алкилсалицилатных присадок Детерсол-50, 140 и 180.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Министерство образования и науки Украины

Национальный технический университет Украины

"Киевский политехнический институт"

Кафедра органической химии и технологии органических веществ

Курсовая работа

Тема: "Синтез и исследование алкилсалицилатных присадок"

Выполнил:

студент 5-го курса

химико-технологического факультета

группы ХО - 11

Товмаченко Андрей Валентинович

Научные руководители:

к. х. н., с. н. с. Суховерхов В. Д.

к. х. н., доц. Черняев Б. В.

Киев - 2006

Реферат

В данной работе рассмотрены основные методы синтеза алкилсалицилатных присадок Детерсол-50, Детерсол-140 и Детерсол-180.

Дана подробная характеристика каждого метода, приведён обзор патентов, указаны особенности промышленного производства этих присадок. Проанализированы механизмы ключевых стадий синтеза, указаны особенности применения алкилсалицилатов. Кроме того, в работе приведена классификация алкилсалицилатных присадок и описан механизм их действия. Экспериментальная часть работы включает в себя лабораторный синтез Детерсолов, определение их щёлочности и характеристику исходного сырья.

Введение

Масла, применяемые для смазки двигателей внутреннего сгорания, называют моторными. В зависимости от назначения их подразделяют на масла для дизелей, масла для бензиновых двигателей и универсальные масла, которые предназначены для смазки двигателей обоих типов. Все современные моторные масла состоят из базовых масел и улучшающих их свойства добавок, так называемых присадок, представляющих собой химические соединения различных классов.

Моторные масла, в зависимости от назначения, должны выполнять следующие функции:

- образовывать устойчивую смазывающую плёнку, предотвращающую контакт и износ трущихся деталей при любых условиях работы техники;

- эффективно защищать детали двигателя от коррозии;

- создавать уплотнение в зоне поршневых колец с целью сведения до минимума проникновения продуктов сгорания в картер и масла в камеру сгорания;

- обладать высокой устойчивостью к окислению при средних (80-120?С) и высоких (250-300?С) температурах;

- предотвращать образование нагара на деталях цилиндро-поршневой группы двигателя за счёт удаления с поверхности деталей смолистых образований, а также шламов, образующихся в картере, за счёт их диспергирования в масле;

- обладать вязкостно-температурной характеристикой, обеспечивающей подвижность масла при минусовых температурах (возможность запуска двигателя) и достаточной вязкостью при высоких температурах (для смазки верхнего поршневого кольца);

- иметь высокую стабильность против механической деструкции;

- характеризоваться низкой испаряемостью;

- защищать от ржавения детали двигателей при краткосрочной консервации;

- не вспениваться.

Для обеспечения и улучшения перечисленных требований применяются следующие присадки:

- вязкостные (улучшают вязкостно-температурные свойства);

- депрессорные (понижают температуру застывания);

- антиокислительные (ингибируют окисление масла и образование смолообразных продуктов этого процесса);

- антикоррозионные (защищают цветные металлы подшипников от коррозионного износа);

- диспергирующие;

- моющие (детергентные);

- смазывающие (противоизносные и антизадирные);

- антипенные;

- антиржавейные.

Как указывалось выше, присадки представляют собой химические соединения различных классов.

Так, антиокислительные присадки - это обычно пространственно затруднённые алкилфенолы, производные дитиофосфорных кислот, аминосодержащие соединения. Противоизносные присадки - это чаще всего серу-, азот-, фосфорсодержащие соединения типа сульфидов, производных дитиофосфорных кислот, дитиокарбаматы. Антикоррозионные присадки - чаще всего соединения сульфонатного типа. Диспергирующие присадки - это высокомолекулярные соединения полиалкилсукцинимидного типа или высокомолекулярные соединения Манниха. Наиболее характерными моющими присадками являются алкилсалицилаты; к таким присадкам также относятся металлсодержащие соединения алкилфенольного и сульфонатного типов.

Целью данной работы является синтез и исследование зольных моющих присадок алкилсалицилатного типа, обеспечивающих чистоту деталей двигателя при высоких температурах.

Алкилсалицилаты являются важной составной частью моторных масел, потому что эти вещества являются наиболее характерными представителями моющих присадок. Кроме того, данные присадки нейтрализуют кислые соединения, которые образуются при сгорании топлива в двигателе и попадают в картер в составе газов сгорания. Тем самым алкилсалицилаты защищают детали двигателя от кислотной коррозии.

Следует также отметить и то, что рассматриваемые присадки имеют антиокислительное действие.

Высокие эксплуатационные свойства алкилсалицилатных присадок, их стойкость к пресной и морской воде обеспечивают им широкую область применения, в частности при создании масел для различных двигателей с тяжёлыми условиями работы [54,55], для карбюраторных двигателей с высокой степенью сжатия, для высокофорсированных дизелей, судовых дизелей с лубрикаторной смазкой, свободнопоршневых дизель-компрессоров и ряда других объектов.

Литературный обзор

Алкилсалицилатные присадки являются солями или химическими производными алкилсалициловых кислот. Исходными реагентами для синтеза этих кислот являются алкилфенолы, имеющие хотя бы одно свободное орто-положение:

Введение карбоксильной группы в орто-положение ароматического ядра может быть достигнуто несколькими путями.

Карбоксилирование ортометаллалкилфенолята диоксидом углерода

где Ме = Li, Na, K.

Взаимодействие с оксидом углерода:

Карбоксилирование алкилфенолятов металлов диоксидом углерода:

где Me = Na, K.

Алкилсалициловые кислоты можно получить и алкилированием салициловых кислот [1]. Но из-за малого выхода продуктов алкилирования широкого применения эта реакция не нашла.

Карбоксилирование ортометаллалкилфенолята диоксидом углерода

Металлирование органических соединений обычно проводят следующими реагентами:

-бутиллитием -C₄H₉Li,

-амилнатрием -C₅H₁₁Na,

-бутилкалием -C₄H₉K.

При этом могут замещаться на металл водород гидроксильной группы, водороды ароматического кольца и алкильных групп.

Необходимо учитывать, что наличие заместителей в ароматическом ядре изменяет его реакционную способность, причём она зависит как от химического строения заместителя, так и от места замещения.

В литературе отсутствуют данные по металлированию алкилфенолятов, но имеются данные по металлированию алкилбензолов [2,3], которые в известной мере можно использовать при оценке металлирования алкилфенолятов. Установлено, что при металлировании литием или бутиллитием в присутствии N, N, N`, N`-тетраметилэтилендиамина [4], натрий- и калийорганическими соединениями [2,3] происходит замещение водорода не только в ароматическом ядре, но и в алкильной цепи, так как металлированное в кольцо производное подвергается перегруппировке в более стабильный альфа-изомер. Карбоксилирование таких металлсодержащих соединений приведёт к получению сложной смеси карбоновых кислот. В любом случае на металлирование алкилфенолов будет расходоваться не менее двух молекул металлалкила. Если учесть, что металлалкилы относительно дорогостоящие и малодоступные реагенты, то становится очевидным, что синтез алкилсалициловых кислот через металлорганические соединения в промышленном масштабе бесперспективен.

Взаимодействие с оксидом углерода

Реакция протекает с калиевыми соединениями и приводит к получению п-оксибензойных, а не салициловых кислот. Условия реакции жёсткие: температура 230-260 ?С давление СО 8МПа, продолжительность 5 ч [5]. В зависимости от молекулярной массы алкилфенолов изменяется выход алкилпараоксибензойных кислот от 80% от теории для крезолов до 20% от теории для алкил(С₁₄-С₁₈)фенола.

Следовательно, данный метод получения оксибензойных кислот для круп...