Synthesis of Methyl-t-Butyl Ether from Methanol and Isobutene Using a Clay Catalyst

Abstract

The acid-catalyzed reaction between methanol and isobutene to give methyl-t-butyl ether may be carried out using a cation-exchanged smectite as the catalyst. In 1,4-dioxan solvent at 60°C smectites exchanged with Al³⁺, Fe³⁺, or Cr³⁺ give yields of ∼60% after 4 hr, whereas smectites exchanged with Cu²⁺, Pb²⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Ca²⁺, and Na⁺ give less than ∼8% yield. The reaction is efficient only when certain solvents are used, e.g., with Al³⁺-smectite the yield is ∼5% when using 1,2-dimethoxyethane, diethyleneglycol diethylether, n-pentane, tetrahydropyran, N-methylmorpholine, or tetrahydrofuran solvents compared with ∼60% using 1,4-dioxan solvent (4 hr). Moreover, the effective solvents depend somewhat on the clay interlayer cation. The use of tetrahydrofuran and tetrahydropyran gives ∼35% yields at 60°C (4 hr) with Fe³⁺- or Cr³⁺-smectites but ∼4% yield with Al³⁺-smectite.

Резюме

Реакция с кислотой как катализатором между метанолом и изобутаном для получения метило-бутилового эфира может быть проведена, используя катионо-обменный смектит как катализатор. В 1,4-диоксановом растворителе при темп. 60°С количество смектитов, обмененных с Al³⁺, Fe³⁺, либо Сг³⁺ было ~60% после 4 часов, в то время как количество смектитов, обмененных с Cu²⁺, Pb²⁺, Ni²⁺, Со²⁺, Са²⁺, и Na⁺ было менее 8%. Реакция была эффективна только тогда, когда использовались определенные растворители. Так например, при использовании растворителей 1,2-диметоксиэтана, диэтиленгликолевого диэтилового эфира, n-пентана, тетрагидро-пирана, N-метилморфолина, или тетрагидрофурана количество А1³⁺-обмененного смектита было ~5% по сравнению с 60% при применении 1,4-диоксанового растворителя (4 часа). Кроме того эффективные растворители зависят в некоторой степени от межслойного катиона глины. Использование тетрагидрофурана и тетрагидропирана дает ~35% при 60°С (4 часа) с Fe³⁺ либо Сг³⁺- смектитами, но только ~4% с А1³⁺-смектитами. [Е.С.]

Resümee

Die durch Säure katalysierte Reaktion zwischen Methanol und Isobutylen zu Methyl-t-Butyläther kann unter Verwendung eines Kationen-ausgetauschten Smektits als Katalysator durchgeführt werden. In einem 1,4-Dioxan als Lösungsmittel geben Smektite, die mit Al³⁺, Fe³⁺, oder Cr³⁺ ausgetauscht worden sind, bei 60°C nach 4 Stunden eine Ausbeute von etwa 60%, während Smektite, die mit Cu²⁺, Pb²⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Ca²⁺, und Na⁺ ausgetauscht wurden, weniger als etwa 8% Ausbeute ergeben. Die Reaktion ist nur wirksam, wenn gewisse Lösungsmittel verwendet werden; so beträgt unter Verwendung von Al³⁺-Smektit die Ausbeute etwa 5%, wenn 1,2-Dimethoxyäthan, Diäthylenglykol-Diäthyläther, n-Pentan, Tetrahydropyran, N-Methylmorpholin, oder Tetrahydroforan als Lösungsmittel verwendet werden, während die Ausbeute etwa 60% beträgt, wenn 1,4-Dioxan als Lösungsmittel (4 Stunden) verwendet wird. Darüberhinaus hängt die Wirksamkeit des Lösungsmittels in gewisser Weise vom Zwischenschichtkation des Tons ab. Tetrahydroforan und Tetrahydropyran geben bei 60°C (4 Stunden) mit Fe³⁺-oder Cr³⁺-Smektit etwa 35% Ausbeute aber nur etwa 4% Ausbeute bei Al³⁺-Smektit. [U.W.]

Résumé

La réaction catalysée par un acide, entre le méthanol et l'isobutène pour donner l’éther méthyl-t-butyl peut être produite en employant comme catalyseur une smectite à cations échangés. Dans un solvant dioxane-1,4 à 60°C, des smectites échangées à Al³⁺, Fe³⁺, ou Cr³⁺ ont produit ~60% après 4 heures, tandis que des smectites échangées à Cu²⁺, Pb²⁺, Ni²⁺, Co²⁺, Ca²⁺, et Na⁺, ont produit moins de ~8%. La réaction n'est éfficace que lorsque certains solvants sont employés, par exemple, avec la smectite-Al³⁺, le produit est ~5% quand on emploie des solvants diméthoxyéthane-l,2,diéthyléther diéthyleneglycol, pentane-n, tétrahydropyrane, méthylmoipholine-N, ou tétrahydrofurane comparé avec ~60% obtenus en employant le solvant dioxane-1,4 (4 heures). De plus, les solvants éffectifs dépendent quelque peu du cation argile intercouche. L'emploi de tétrahydrofurane et de tétrahydropyrane produit ~35% à 60°C (4 heures) avec des smectites-Fe³⁺ ou -Cr³⁺, mais ~4% avec la smectite-Al³⁺. [D.J.]