Reaktionskinetik der Isobutan-2-Buten-Alkylierung mit ionischen Flüssigkeiten als Katalysatoren

Die Isobutan/2-Buten-Alkylierung ist einer der wichtigsten Prozesse zur Erzeugung von schwefel-, aromaten- und olefinfreien hochoktanigen Ottokraftstoffen. Die bisher industriell eingesetzten Alkylierungskatalysatoren HF und H2SO4 weisen eine Reihe erheblicher Nachteile auf. Die starke Toxizität von HF sowie der hohe Verbrauch von Schwefelsäure machen die Suche nach alternativen Alkylierungskatalysatoren zu einem wichtigen Gegenstand aktueller Forschung. Neben den festen Alkylierungskatalysatoren, die jedoch rasch deaktivieren, stellen ionische Flüssigkeiten (Ionic Liquids, ILs) eine vielversprechende Alternative zu den kommerziellen Katalysatoren dar. Mit Lewis-sauren Chloroaluminat-ILs (CAILs) konnte bereits eine zu den technisch eingesetzten Katalysatoren konkurrenzfähige Alkylatselektivität erreicht werden. Die Reaktivität dieser Schmelzen basiert auf den in der IL vorhandenen Lewis-aciden [Al2Cl7]Ionen, die direkt mit dem 2Buten interagieren können. Zudem werden durch die Zugabe geeigneter Additive (H2O, HCl) zusätzlich Brønsted-acide Eigenschaften der CAIL induziert. Ein Ziel der vorliegenden Arbeit bestand darin, einen geeigneten Katalysator auf der Basis ionischer Flüssigkeiten zu finden sowie die Reaktionsbedingungen zu optimieren. Der Einfluss des IL-Anions, das maßgeblich für die Lewis- und Brønsted-Acidität der Chloroaluminat-IL verantwortlich ist, erwies sich gegenüber dem Einfluss des Kations als eindeutig dominierend. Die Selektivität und insbesondere die Aktivität einer Chloroaluminat- IL nehmen mit der Lewis- sowie der Brønsted-Acidität der Schmelze zu.