Shape-selective isopropylation of naphthalene over H–mordenite catalysts for environmentally friendly synthesis of 2,6-dialkylnaphthalene

Abstract

Recent development of advanced polymer materials such as polyethylene naphthalate, polybutylene naphthalate and liquid crystalline polymers has created an increasing demand for 2,6-dialkylnaphthalene, which has spurred interest in shape-selective naphthalene alkylation. This work deals with mordenite-catalyzed shape-selective naphthalene isopropylation to produce 2,6-diisopropylnaphthalene (2,6-DIPN). Effects of dealumination of mordenite on the structural and acidic characteristics and on the shape selectivity and activity were examined by physicochemical analysis, TPD, solid-state 27 Al and 29 Si MAS NMR, XRD, as well as catalytic alkylation reactions. Dealumination removes octahedral Al species as well as tetrahedral Al species, decreases the unit cell dimensions and reduces the number of strong acid sites in mordenites. Proper dealumination can improve selectivity to 2,6-DIPN from 33 to 61 % and significantly increases 2,6/2,7 ratio. Improved selectivity to 2,6-DIPN upon proper dealumination was attributed to the decrease in mordenite acidity, reduction in unit cell dimension and removal of some strong acid sites. However, neither the change in selectivity nor that in activity is a simple function of dealumination degree or SiO 2 /Al 2 O 3 ratio. Some minor difference in the apparent framework SiO 2 /Al 2 O 3 ratio can result in a major difference in activity or selectivity. There exist optimum conditions of dealumination as well as optimum reaction conditions for achieving higher selectivity to 2,6-DIPN. Version française abrégée – Synthèse respectueuse de l'environnement du 2,6-diisopropylnaphtalène par isopropylation du naphtalène catalysée par la mordénite par effet de sélectivité de forme. Le développement récent de matériaux polymères tels que les polyéthylènes naphthalates, polybutylènes naphthalates et les polymères à cristaux liquides a créé une demande importante en 2,6-dialkylnaphthalène. Ceci a accru l'intérêt pour l'alkylation sélective de forme du naphthalène. Ce travail décrit l'isopropylation du naphtalène catalysée par la mordénite pour produire du 2,6-diisopropylnapthalène (2,6-DIPN). Les effets de la déalumination de la mordénite, sur les caractéristiques structurales, l'acidité, aussi bien que sur les réactions catalytiques d'alkylation (la sélectivité de forme et l'activité) ont été étudiés par les différentes techniques d'analyses, TDP, RMN solide du silicium et de l'aluminium. Les centres Al octaédriques et Al tetraédriques sont éliminés par déalumination, réduisant ainsi les dimensions de la maille cristalline et le nombre de sites à forte acidité de la mordénite. Ceci entraı̂ne, dans des conditions de déalumination bien choisies, une augmentation de la sélectivité en 2,6-DIPN de 33 à 61 % et du rapport 2,6-DIPN/2,7-DIPN. Cependant, aucune corrélation simple entre la variation de la sélectivité et de l'activité avec le degré de déalumination n'a pu être établie. Les conditions optimales varient pour chaque mordénite.