catalКатализ в промышленностиKataliz v promyshlennosti1816-03872413-6476LLC "KALVIS"10.18412/1816-0387-2020-1-40-49catal-671Research ArticleКАТАЛИЗ В ХИМИЧЕСКОЙ И НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИCATALYSIS IN CHEMICAL AND PETROCHEMICAL INDUSTRYИcпользование микроканального реактора для оптимизации получения хлоридов 1-алкил-3-метилимидазолияThe use of a microchannel reactor for optimizing the production of 1-alkyl-3-methylimidazolium chloridesКлименкоА. С.KlimenkoA. S.ctls@kalvis.ruАндреевД. В.AndreevD. V.ctls@kalvis.ruПриходькоС. А.Prikhod’koS. A.ctls@kalvis.ruГрибовскийА. Г.GribovskyA. G.ctls@kalvis.ruМакаршинЛ. Л.MakarshinL. L.ctls@kalvis.ruАдонинН. Ю.AdoninN. Yu.ctls@kalvis.ruИнститут катализа им. Г.К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН), НовосибирскРоссияBoreskov Institute of Catalysis SB RAS, NovosibirskRussian FederationИнститут катализа им. Г.К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН), Новосибирск; Новосибирский национальный исследовательский государственный университет (НГУ)РоссияBoreskov Institute of Catalysis SB RAS, Novosibirsk; Novosibirsk State UniversityRussian Federation2020220120202014049Copyright © LLC "KALVIS", 20202020LLC "KALVIS"LLC "KALVIS"https://www.catalysis-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.catalysis-kalvis.ru/jour/article/view/671

Возможность использования микроканальных проточных реакторов для получения кинетических и технологических параметров процесса синтеза ионной жидкости 1-бутил-3-метилимидазолия хлорида (BMIMCl) была продемонстрирована на примере реакции 1-метилимидазола (MIm) с 1-хлорбутаном в отсутствие растворителей. BMIMCl был получен с высокой селективностью и удельной производительностью в проточном микроканальным реакторе при температурах 120–180 °C и временах контакта 2–45 мин при давлении 20 бар. Положительный результат достигается благодаря ламинарному профилю потока и равномерному распределению концентрации реагентов по сечению микроканалов. Исследование кинетики процесса с помощью проточного микроканального реактора позволило обнаружить переход реакции в режим диффузионного торможения при температуре выше 150 °С. На основании полученных кинетических данных синтеза BMIMCl были разработаны методики получения хлоридов 1-этил-3-метилимидазолия и 1-гексил-3-метилимидазолия (соответственно EMIMCl и HMIMCl) в условиях микроканального проточного реактора. Подход, предложенный в этой статье, представляет интерес для разработки проточных и периодических установок для малотоннажного производства солей диалкилимидазолия, аммония и пиридиния путем кватернизации соответствующих алкилхлоридов и азотсодержащих оснований.

The possibility to use microchannel flow reactors for obtaining kinetic and technological parameters of the synthesis of 1-butyl-3-methylimidazolium chloride (BMIMCl) ionic liquid was demonstrated for the reaction of 1-methylimidazole (MIm) with 1-chlorobutane in the absence of solvents. BMIMCl was produced with high selectivity and specific output in a microchannel flow reactor at temperatures 120–180 °C and contact times 2-45 min at a pressure of 20 bar. The positive result is obtained due to the laminar profile of the flow and a uniform distribution of the reagents’ concentration over the microchannel cross-section. Investigation of the process kinetics in a microchannel flow reactor made it possible to reveal that the reaction moves to the diffusion resistance mode at a temperature above 150 °C. The kinetic data obtained for the BMIMCl synthesis were used to develop methods for the production of 1-ethyl-3-methylimidazolium and 1-hexyl-3-methylimidazolium chlorides (EMIMCl and HMIMCl, respectively) under the conditions of a microchannel flow reactor. The approach suggested in this paper is of interest for the development of flow and batch setups for a small-tonnage production of dialkylimidazolium, ammonium and pyridinium salts by quaternization of the corresponding alkyl chlorides and nitrogen-containing bases.

ионная жидкость1-алкил-3-метилимидазолий хлоридBMIMCреакция кватернизациипроточный микроканальный реакторionic liquid1-alkyl-3-methylimidazolium chlorideBMIMClquaternization reactionmicrochannel flow reactorReferencesElements of the Business of Chemistry, 2017.Elements of the Business of Chemistry, 2017.Specialty chemicals market to reach $1.79 trillion by 2025. Focus on Catalysts 2017, 3.Specialty chemicals market to reach $1.79 trillion by 2025. Focus on Catalysts 2017, 3.Eisberg, N // Chemistry & Industry. 2014. Vol. 78. P. 42–44.Eisberg, N // Chemistry & Industry. 2014. Vol. 78. P. 42–44.Green D.W., Perry R.H. Perry's Chemical Engineers' Handbook, 8th ed. McGraw-Hill, 2008, USA.Green D.W., Perry R.H. Perry's Chemical Engineers' Handbook, 8th ed. McGraw-Hill, 2008, USA.Bieringer T., Buchholz S., Kockmann N. // Chem. Eng. & Tech. 2013. Vol. 36. P. 900–910.Bieringer T., Buchholz S., Kockmann N. // Chem. Eng. & Tech. 2013. Vol. 36. P. 900–910.Keil F.J. // Reviews in Chemical Engineering. 2018. Vol. 34. P. 135–200.Keil F.J. // Reviews in Chemical Engineering. 2018. Vol. 34. P. 135–200.Appel J., Colombo C., Datwyler U., Chen Y., Kerimoglu N. // Chimia. 2016. Vol. 70. P. 621–627.Appel J., Colombo C., Datwyler U., Chen Y., Kerimoglu N. // Chimia. 2016. Vol. 70. P. 621–627.Wesche M., Haberl M., Kohnke M., Scholl S. // Chemie Ingenieur Technik. 2015. Vol. 87. P. 203–215.Wesche M., Haberl M., Kohnke M., Scholl S. // Chemie Ingenieur Technik. 2015. Vol. 87. P. 203–215.Ghaini A., Balon-Burger M., Bogdan A., Krtschil U., Lob P. // Chem. Eng. & Technology. 2015. Vol. 38. P. 33–43.Ghaini A., Balon-Burger M., Bogdan A., Krtschil U., Lob P. // Chem. Eng. & Technology. 2015. Vol. 38. P. 33–43.Kashid M.N., Renken A., Kiwi-Minsker L. Overview of Micro Reaction Engineering. Wiley-V C H Verlag Gmbh, 2015. Weinheim.Kashid M.N., Renken A., Kiwi-Minsker L. Overview of Micro Reaction Engineering. Wiley-V C H Verlag Gmbh, 2015. Weinheim.Krtschil U., Hofmann C., Lob P., Schutt C., Schorcht P., Streuber M. // Green Processing and Synthesis. 2013. Vol. 2. P. 451–463.Krtschil U., Hofmann C., Lob P., Schutt C., Schorcht P., Streuber M. // Green Processing and Synthesis. 2013. Vol. 2. P. 451–463.Porta R., Benaglia M., Puglisi A. // Organic Process Research & Development. 2016. Vol. 20. P. 2–25.Porta R., Benaglia M., Puglisi A. // Organic Process Research & Development. 2016. Vol. 20. P. 2–25.Reintjens R., de Vries A.H.M. // Chemical Engineering. 2016. Vol. 123. P. 40.Reintjens R., de Vries A.H.M. // Chemical Engineering. 2016. Vol. 123. P. 40.Suryawanshi P.L., Gumfekar S.P., Bhanvase B.A., Sonawane S.H., Pimplapure M.S. // Chemical Engineering Science. 2018.Suryawanshi P.L., Gumfekar S.P., Bhanvase B.A., Sonawane S.H., Pimplapure M.S. // Chemical Engineering Science. 2018.Protasova L.N., Bulut M., Ormerod D., Buekenhoudt A., Berton J., Stevens C.V. // Organic Process Research & Development. 2013. Vol. 17. P. 760–791.Protasova L.N., Bulut M., Ormerod D., Buekenhoudt A., Berton J., Stevens C.V. // Organic Process Research & Development. 2013. Vol. 17. P. 760–791.Lau W.N., Yeung K.L., Martin-Aranda R. // Microporous and Mesoporous Materials. 2008. Vol. 115. P. 156-163.Lau W.N., Yeung K.L., Martin-Aranda R. // Microporous and Mesoporous Materials. 2008. Vol. 115. P. 156-163.Wan Y.S.S., Gavriilidis A., Yeung K.L. // Chem. Eng. Res. and Design. 2003. Vol. 81. P. 753–759.Wan Y.S.S., Gavriilidis A., Yeung K.L. // Chem. Eng. Res. and Design. 2003. Vol. 81. P. 753–759.Horny C., Kiwi-Minsker L., Renken A. // Chem. Eng. J. 2004. Vol. 101. P. 3–9.Horny C., Kiwi-Minsker L., Renken A. // Chem. Eng. J. 2004. Vol. 101. P. 3–9.Karim A., Bravo J., Datye A. // Applied Cat. A: General. 2005. Vol. 282. P. 101–109.Karim A., Bravo J., Datye A. // Applied Cat. A: General. 2005. Vol. 282. P. 101–109.Bellos G.D., Papayannakos N.G. // Catal. Today. 2003. Vol. 79-80. P. 349–355.Bellos G.D., Papayannakos N.G. // Catal. Today. 2003. Vol. 79-80. P. 349–355.Andreev D.V., Sergeev E.E., Gribovskii A.G., Makarshin L.L., Prikhod'ko S.A., Adonin N.Yu., Pai Z.P., Parmon V.N. // Chem Eng. J. 2017. Vol. 330. P. 899–905.Andreev D.V., Sergeev E.E., Gribovskii A.G., Makarshin L.L., Prikhod'ko S.A., Adonin N.Yu., Pai Z.P., Parmon V.N. // Chem Eng. J. 2017. Vol. 330. P. 899–905.Garcia-Verdugo E., Altava B., Burguete M.I., Lozano P., Luis S.V. // Green Chem. 2015. Vol. 17. P. 2693–2713.Garcia-Verdugo E., Altava B., Burguete M.I., Lozano P., Luis S.V. // Green Chem. 2015. Vol. 17. P. 2693–2713.Hallett J.P., Welton T. // Chemical Reviews. 2011. Vol. 111. P. 3508-3576.Hallett J.P., Welton T. // Chemical Reviews. 2011. Vol. 111. P. 3508-3576.Sawant A.D., Raut D.G., Darvatkar N.B., Salunkhe M.M. // Green Chem. Letters and Reviews. 2011. Vol. 4. P. 41–54.Sawant A.D., Raut D.G., Darvatkar N.B., Salunkhe M.M. // Green Chem. Letters and Reviews. 2011. Vol. 4. P. 41–54.Hu S.Z., Wang A.J., Lowe H., Li X.A., Wang Y., Li C.H., Yang D. // Chem. Eng. J. 2010. Vol. 162. P. 350–354.Hu S.Z., Wang A.J., Lowe H., Li X.A., Wang Y., Li C.H., Yang D. // Chem. Eng. J. 2010. Vol. 162. P. 350–354.Lowe H., Axinte R.D., Breuch D., Hofmann C., Petersen J.H., Pommersheim R., Wang A. // Chem. Eng. J. 2010. Vol. 163. P. 429–437.Lowe H., Axinte R.D., Breuch D., Hofmann C., Petersen J.H., Pommersheim R., Wang A. // Chem. Eng. J. 2010. Vol. 163. P. 429–437.Zhang J., Wang Y.J., Hu S.Z. // Asian J. Chem. 2014. Vol. 26. P. 2369–2372.Zhang J., Wang Y.J., Hu S.Z. // Asian J. Chem. 2014. Vol. 26. P. 2369–2372.Bubalo M.C., Sabotin I., Rados I., Valentincic J., Bosiljkov T., Brncic M., Znidarsic-Plazl P. // Green Proc. Synthesis. 2013. Vol. 2. P. 579–590.Bubalo M.C., Sabotin I., Rados I., Valentincic J., Bosiljkov T., Brncic M., Znidarsic-Plazl P. // Green Proc. Synthesis. 2013. Vol. 2. P. 579–590.Seddon K.R.J. // J. Chem. Technology and Biotechnology. 1997. Vol. 68. 351–356.Seddon K.R.J. // J. Chem. Technology and Biotechnology. 1997. Vol. 68. 351–356.Bowing A.G., Jess A. // Green Chem. 2005. Vol. 7. P. 230–235.Bowing A.G., Jess A. // Green Chem. 2005. Vol. 7. P. 230–235.Burrell A.K., Sesto R.E.D., Baker S.N., McCleskey T.M., Baker G.A. // Green Chem. 2007. Vol. 9. P. 449–454.Burrell A.K., Sesto R.E.D., Baker S.N., McCleskey T.M., Baker G.A. // Green Chem. 2007. Vol. 9. P. 449–454.Karkkainen J., Asikkala J., Laitenen R.S., Lajunen M.K. // Z. Naturforsch. 2004, Vol. 59. P. 763–770.Karkkainen J., Asikkala J., Laitenen R.S., Lajunen M.K. // Z. Naturforsch. 2004, Vol. 59. P. 763–770.Zhou Z.H., Wang T., Xing H.B. // Ind. Eng. Chem. Res. 2006. Vol. 45. P. 525–529.Zhou Z.H., Wang T., Xing H.B. // Ind. Eng. Chem. Res. 2006. Vol. 45. P. 525–529.Verevkin S.P., Zaitsau D.H., Emel’yanenko V.N., Paulechka Y.U., Blokhin A.V., Bazyleva A.B., Kabo G.J. // J. Phys. Chem. B. 2011. Vol. 115. P. 4404–4411.Verevkin S.P., Zaitsau D.H., Emel’yanenko V.N., Paulechka Y.U., Blokhin A.V., Bazyleva A.B., Kabo G.J. // J. Phys. Chem. B. 2011. Vol. 115. P. 4404–4411.Stridh G., Sunner S. // J. Chem. Thermodynamics. 1975. Vol. 7. P. 161-168.Stridh G., Sunner S. // J. Chem. Thermodynamics. 1975. Vol. 7. P. 161-168.Shehatta I. // Thermochimica Acta. 1993. Vol. 213. P. 1–10.Shehatta I. // Thermochimica Acta. 1993. Vol. 213. P. 1–10.Verevkin S.P., Zaitsau D.H., Emel’yanenko V.N., Ralys R.V., Yermalayeu A.V., Schick C. // Thermochimica Acta. 2013. Vol. 562. P. 84–95.Verevkin S.P., Zaitsau D.H., Emel’yanenko V.N., Ralys R.V., Yermalayeu A.V., Schick C. // Thermochimica Acta. 2013. Vol. 562. P. 84–95.Raja L.L., Kee R.J., Deutschmann O., Warnatz J., and Schmidt L.D. // Catal. Today. 2000. Vol. 59. P. 47–60.Raja L.L., Kee R.J., Deutschmann O., Warnatz J., and Schmidt L.D. // Catal. Today. 2000. Vol. 59. P. 47–60.Scott F.H. Elements of Chemical Reaction Engineering, 5th Edition ed. 2016. Prentice Hall.Scott F.H. Elements of Chemical Reaction Engineering, 5th Edition ed. 2016. Prentice Hall.Bogdanov M.G., Svinyarov I. // Processes. 2017. Vol. 5. P.52-62Bogdanov M.G., Svinyarov I. // Processes. 2017. Vol. 5. P.52-62Firaha D.S., Paulechka Y.U. // Int. J. Chem. Kinetics. 2013. Vol. 45. P. 771–779.Firaha D.S., Paulechka Y.U. // Int. J. Chem. Kinetics. 2013. Vol. 45. P. 771–779.Clough C., Griffith J., Sulaiman M.R., Corbett P., Welton T. // CHEMSPIDER SyntheticPages. Royal Society of Chemistry, p. 747.Clough C., Griffith J., Sulaiman M.R., Corbett P., Welton T. // CHEMSPIDER SyntheticPages. Royal Society of Chemistry, p. 747.Dupont J., Consorti C.S., Suarez P.A.Z., De Souza R.F., Fulmer S.L., Richardson D.P., Smith T.E., Wolff S. // Organic Syntheses. 2002. P. 236.Dupont J., Consorti C.S., Suarez P.A.Z., De Souza R.F., Fulmer S.L., Richardson D.P., Smith T.E., Wolff S. // Organic Syntheses. 2002. P. 236.Chiappe C., Mezzetta A., Pomelli C.S., Puccini M., Seggiani M. // Org. Proc. Res. & Dev. 2016. Vol. 20. P. 2080–2084.Chiappe C., Mezzetta A., Pomelli C.S., Puccini M., Seggiani M. // Org. Proc. Res. & Dev. 2016. Vol. 20. P. 2080–2084.Gonzalez M.A., Ciszewski J.T. // Organic Process Research & Development. 2009. Vol. 13. P. 64–66.Gonzalez M.A., Ciszewski J.T. // Organic Process Research & Development. 2009. Vol. 13. P. 64–66.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.