El proceso cumeno ( proceso cumeno-fenol , proceso Hock ) es un proceso industrial para sintetizar fenol y acetona a partir de benceno y propileno . El término proviene del cumeno (isopropilbenceno), el material intermedio durante el proceso. Fue inventado por R. Ūdris y P. Sergeyev en 1942 (URSS), [1] e independientemente por Heinrich Hock en 1944. [2] [3]
Este proceso convierte dos materias primas relativamente baratas, el benceno y el propileno , en otras dos más valiosas, el fenol y la acetona . Otros reactivos necesarios son el oxígeno del aire y pequeñas cantidades de un iniciador de radicales . La mayor parte de la producción mundial de fenol y acetona se basa ahora en este método. En 2022, se produjeron casi 10,8 millones de toneladas de fenol mediante el proceso del cumeno. [4] Para que este proceso sea económico, también debe haber demanda del subproducto acetona , además del fenol . [5]
El cumeno se forma en la alquilación de Friedel-Crafts en fase gaseosa del benceno con propeno. El benceno y el propeno se comprimen juntos a una presión de 30 atmósferas estándar a 250 °C en presencia de un ácido de Lewis catalítico . El ácido fosfórico suele preferirse a los haluros de aluminio . El cumeno se oxida en el aire, lo que elimina el hidrógeno bencílico terciario del cumeno y, por lo tanto, forma un radical cumeno :
El radical cumeno se une entonces a una molécula de oxígeno para formar el radical peróxido de cumeno , que a su vez forma hidroperóxido de cumeno (C 6 H 5 C(CH 3 ) 2 O 2 H) mediante la abstracción de un hidrógeno bencílico de otra molécula de cumeno. Este último cumeno se convierte en radical cumeno y retroalimenta las formaciones de cadenas subsiguientes de hidroperóxidos de cumeno. Se utiliza una presión de 5 atm para garantizar que el peróxido inestable se mantenga en estado líquido.
El hidroperóxido de cumeno sufre una reacción de reordenamiento en un medio ácido ( reordenamiento de Hock ) para dar fenol y acetona . En el primer paso, se protona el átomo de oxígeno terminal del hidroperóxido. A esto le sigue un paso en el que el grupo fenilo migra del carbono bencílico al oxígeno adyacente y se pierde una molécula de agua, produciendo un carbocatión terciario estabilizado por resonancia . El mecanismo concertado de este paso es similar a los mecanismos de la oxidación de Baeyer-Villiger [6] y las reacciones de reordenamiento de Criegee , y también al paso de oxidación del proceso de hidroboración-oxidación . [7] En 2009, se demostró que una arcilla bentonita acidificada era un catalizador más económico que el ácido sulfúrico como medio ácido.
El carbocatión resultante es atacado por el agua y forma una estructura similar a la de un hemiacetal . Después de transferir un protón del oxígeno del hidroxilo al oxígeno del éter, el ion se descompone en fenol y acetona.
El ciclohexilbenceno puede reemplazar al isopropilbenceno. A través de la transposición de Hock, el hidroperóxido de ciclohexilbenceno se escinde para dar fenol y ciclohexanona . La ciclohexanona es un precursor importante de algunos nailones . [8]
A partir de la alquilación del benceno con una mezcla de 1 y 2-butenos , el proceso del cumeno produce fenol y butanonas . [5]
La acetona cruda se hidrogena en fase líquida sobre níquel Raney o una mezcla de óxido de cobre y cromo para producir alcohol isopropílico . Este proceso es útil cuando se combina con una producción excesiva de acetona. [14] Mitsui & Co. desarrolló pasos adicionales para hidrogenar la acetona y deshidratar el producto de isopropanol a propeno, que se recicla como reactivo de partida. [5]
Los subproductos del proceso de cumeno para producir fenol y acetona son acetofenona y alfa-metilestireno .
