CH540886A - Verfahren zur Herstellung von Urethanen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Urethanen

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CH540886A
CH540886A CH731069A CH731069A CH540886A CH 540886 A CH540886 A CH 540886A CH 731069 A CH731069 A CH 731069A CH 731069 A CH731069 A CH 731069A CH 540886 A CH540886 A CH 540886A
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CH
Switzerland
Prior art keywords
cpd
reaction
stage
nitro
compound
Prior art date
Application number
CH731069A
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English (en)
Inventor
John Balling Peter
Leonard Wiesner George
Original Assignee
American Cyanamid Co
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C271/00Derivatives of carbamic acids, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atom not being part of nitro or nitroso groups
    • C07C271/06Esters of carbamic acids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60QARRANGEMENT OF SIGNALLING OR LIGHTING DEVICES, THE MOUNTING OR SUPPORTING THEREOF OR CIRCUITS THEREFOR, FOR VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q7/00Arrangement or adaptation of portable emergency signal devices on vehicles

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description


  Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung  von Urethanen, welches eine weitere Ausbildung des Verfah  rens nach dem Hauptpatent Nr. 510 643 darstellt.  



  Nach dem Verfahren des Hauptpatentes werden Urethane  durch Umsetzung einer organischen Nitroverbindung mit  Kohlenmonoxid in Gegenwart einer hydroxygruppenhaltigen  organischen Verbindung und eines geeigneten Katalysators bei  erhöhten Temperaturen und Drücken hergestellt.  



  Es wurde nun gefunden, dass Bisurethane durch zweistufige  Umsetzung von Kohlenmonoxid einer     hydroxylgruppenhalti-          gen    Verbindung und einer aromatischen Dinitroverbindung in  Gegenwart einer wirksamen Menge eines Katalysators, der im  wesentlichen aus Palladium und einer Lewissäure besteht,  hergestellt werden können. In der ersten Stufe wird die     Dini-          troverbindung    bei einer Temperatur zwischen 130 und 175 C  und einemDruck von wenigstens 70 kg/cm3 (1000 psi) in ein  Produkt übergeführt, das vorwiegend aus dem Monourethan  besteht.

   Das Produkt der ersten Stufe wird in einer zweiten  Stufe bei einer Temperatur zwischen 160 und etwa 230 C und  einem Druck über etwa 70 kg/cm3 (1000 psi) in das     Bisure-          than    umgewandelt.  



  Es wurde bereits vorgeschlagen, eine aromatische     Dinitro-          verbindung,    eine Hydroxylverbindung und Kohlenmonoxid in  Gegenwart eines Katalysators aus Palladium und einer     Lewis-          säure    bei verhältnismässig konstanten Reaktionsbedingungen  umzusetzen,wodurch die Dinitroverbindung in einer Stufe in  Bisurethan umgewandelt wird. Zwar können nach dem Einstu  fenverfahren Bisurethane mit befriedigender Farbe in hohen  Ausbeuten mit einem Minimum an unerwünschten Nebenpro  dukten erhalten werden, der Stoffdurchsatz ist jedoch stark  beschränkt, da nur niedere Konzentrationen an     Dinitroreak-          tionsteilnehmer    angewandt werden können.

   Wenn beispiels  weise Dinitrotoluol mit Kohlenmonoxid und Äthanol in  Gegenwart eines Palladium-Lewissäure-Katalysators bei Kon  zentrationen an Dinitrotoluol von über etwa 25% umgesetzt  wird, verläuft die Umsetzung unter Auftreten exothermer  Reaktionen und Temperaturschwankungen ungleichmässig,  wodurch die Durchführung des Verfahrens erschwert wird. Bei  Konzentrationen an Dinitrotoluol von über etwa 30% wird die  Reaktion für eine Temperatursteuerung und sichere Arbeits  weise zu heftig. Unter diesen Umständen wird die Temperatur  unerwünscht hoch, so dass grosse Mengen unerwünschter  teeriger Zersetzungsprodukte entstehen.

   Bei der Umsetzung  von Dinitrotoluol, Äthanol und Kohlenmonoxid in Gegenwart  eines Palladium-Lewissäure-Katalysators soll daher aus prakti  schen Gründen zur Erzielung hoher Ausbeuten eines Produk  tes mit guter Qualität die Konzentration an Dinitrotoluol unter  etwa 25 % und vorzugsweise unter etwa 15 % gehalten wer  den. Unter diesen Bedingungen geringer Konzentration an  Dinitroverbindung ist der Wirkungsgrad der Vorrichtung  unzulänglich, da übermässige Mengen des Reaktionsteilneh  mers Äthanol eingesetzt werden müssen. Dadurch werden  übermässige grosse Kreislaufströme und     übermässige    Wärme  mengen zur Abtrennung des nichtumgesetzten Äthanols von  dem Produkt sowie übermässig grosse Vorrichtungen für eine  bestimmte Menge an erzeugtem Produkt benötigt.  



  Es wurde versucht, durch Anwendung geringerer Kohlen  monoxiddrücke und/oder Katalysatorkonzentrationen die Kon  zentration an Dinitrotoluol zu erhöhen, dabei jedoch die glei  che Ausbeute zu erzielen und die Bildung von unerwünschten  Produkten einzuschränken. Damit jedoch unter diesen Bedin  gungen eine zufriedenstellende Umsetzung erzielt wird, ist eine  längere Verweilzeit erforderlich. Da das entstandene     Bisure-          than    verhältnismässig unbeständig ist, werden infolge der länge  ren Verweilzeit bei den Temperaturen, die normalerweise  während der Umsetzung angewandt werden, verhältnismässig  grosse Mengen an unerwünschten Nebenprodukten und teeri  gen Zersetzungsprodukten gebildet.

      Durch Verwendung eines Palladium-Lewissäure-Katalysa  tors werden daher zwar beträchtliche Vorteile gegenüber den  bisher bekannten Verfahren zur Herstellung von Bisurethanen  aus Dinitroverbindungen erzielt, das oben beschriebene Ein  stufenverfahren weist jedoch noch erhebliche Nachteile auf.  



  Es besteht daher ein Bedarf an einem Verfahren, mit dem  Bisurethane aus wohlfeilen Dinitroverbindungen als Ausgangs  stoffen hergestellt werden können und bei dem die Reaktions  teilnehmer hohe Konzentrationen der Dinitroverbindung ent  halten können.  



  Die erfindungsgemässe Umsetzung zwischen der     Dinitrover-          bindung,    der Hydroxylverbindung und Kohlenmonoxid wird in  der ersten Stufe bei einer Temperatur von etwa 130 C bis etwa  175 C durchgeführt. Als überwiegendes Reaktionsprodukt  entsteht in der ersten Stufe das Monourethan in Mengen von  etwa 50 bis etwa 90 Gewichts-%, bezogen auf das entstandene  Produkt, während das Bisurethan in der ersten Stufe in Men  gen unterhalb etwa 40-Gewichts-%, bezogen auf das gebildete  Produkt, entsteht. Da das Monourethan beständiger ist als die  Polynitroverbindung, ist es zweckmässig, eine rasche Umwand  lung der Dinitroverbindung in das Monourethan zu fördern.  Die im Einzelfall angewandte Temperatur hängt daher von  den jeweils angewandten Reaktionsteilnehmern ab.

   Auf jeden  Fall wird die Temperatur in der ersten Stufe in dem oben  angegebenen Bereich gehalten, wenn die erwünchte rasche  Umwandlung in das Monourethan stattfinden soll, ohne dass  eine beträchtliche Zersetzung der Dinitroverbindung erfolgt. In  der zweiten Stufe wird das in der ersten Stufe erhaltene Pro  dukt zusammen mit unveränderten Ausgangsstoffen schärferen  Reaktionsbedingungen unterworfen, um die Umsetzung der  zweiten Nitrogruppe unter Bildung des entsprechenden     Bis-          urethans    zu fördern. Da das Bisurethan zur Zersetzung neigt,  wenn die zweite Stufe des Verfahren zu lange dauert, ist es  zweckmässig, Reaktionsbedingungen zu wählen, die die Bil  dung der Bisurethane bei möglichst geringer Zersetzung för  dern.

   In der zweiten Stufe hängt die angewandte Temperatur  von den verwendeten Reaktionsteilnehmern ab und wird  zwischen etwa 160 C und etwa 230C gehalten. Bei diesen  Temperaturen läuft die Umsetzung rasch ab. Dadurch wird die  Verweilzeit des Produkts unter Reaktionsbedingungen verrin  gert.  



  Durch die Erfindung wird ermöglicht, dass die     Dinitroaus-          gangsverbindung    in der Reaktionsmischung in so hohen Kon  zentrationen wie etwa 60 Gewichts-CC, bezogen auf das  Gesamtgewicht aus Dinitroverbindung und     Hvdroxylverbin-          dung,    vorliegen kann, ohne dass während der Umsetzung eine  unerwünschte Zersetzung erfolgt. Die Dinitroverbindungen  können auch in geringeren Mengen angewandt werden,  dadurch wird jedoch der Produktausstoss vermindert, Vor  zugsweise werden etwa 20 bis etwa 40% Dinitroverbindung im  Ausgangsmaterial angewandt, damit ein befriedigender Wir  kungsgrad des Verfahrens erzielt wird, während die Bildung  von unerwünschten Nebenprodukten auf ein Minimum  beschränkt wird.  



  Durch die vorliegende Erfindung wird ein allgemein  anwendbares Verfahren zur Umwandlung von     Polynitroderiva-          ten    in die entsprechenden Urethane geschaffen. Wenn die  Nitroverbindung eine Dinitroverbindung ist, ist eine zweistu  fige Umsetzung erforderlich. Bei einer     Trinitroverbindung     oder bei einer höheren Nitroverbindung kann ein zweistufiges  Verfahren genügen, bei Bedarf können aber auch drei oder  mehr Stufen angewandt werden.  



  Für die erfindungsgemässen Zwecke kommen beliebige       hydroxylhaltige    Verbindungen oder Mischungen daraus in  Betracht, beispielsweise substituierte oder     unsubstituierte     aromatische oder     aliphatische    Mono- oder     Polyhydroxyverbin-          dungen.         Zur Erzielung optimaler Ausbeuten müssen die Reaktions  bedingungen in bezug auf Druck und Temperatur sorgfältig  gesteuert werden. Die Drücke im Reaktor müssen in allen  Stufen im Bereich von etwa 70 bis 7000 kg/cm3 (1000 bis  100 000 psi) oder darüber liegen. Bei kontinuierlichen Verfah  ren können niedrigere Drücke angewandt werden. Vorzugs  weise soll der Druck über 140 kg/cm2 (2000 psi) liegen.

   In der  ersten Stufe verläuft die Umsetzung bei Temperaturen zwi  schen etwa 130 C und der Zersetzungstemperatur von Aus  gangsstoffen oder Produkten (etwa 175 C), für Dinitrotoluol  vorzugsweise zwischen etwa 140 und etwa 170      C.    In der  zweiten Stufe findet die Umsetzung bei Temperaturen zwi  schen etwa 160 C und der Zersetzungstemperatur von Aus  gangsstoffen oder Reaktionsprodukten (etwa 230 C) und für  Dinitrotoluol vorzugsweise zwischen etwa 160 und etwa 200C  statt. Die Verweilzeit ändert sich umgekehrt proportional mit  der Temperatur im Reaktor. Bei reaktiveren Ausgangssioffen  kann man weniger scharfe Bedingungen anwenden. Aufgrund  der vorstehenden Erläuterungen lassen sich die jeweiligen  Bedingungen für einen gegebenen Reaktionsteilnehmer leicht  ermitteln.  



  Der Katalysator für die erfindungsgemässe Umsetzung  besteht aus Palladium und einer Lewissäure. Der Begriff   Lewissäure  ist in Jack Hine,  Physical Organic Chemistry ,  1962, McGraw-Hill Bock Co., New York definiert. Danach  fallen auch Bronstedsäuren unter den Begriff  Lewissäuren ,  Der Lewissäurebestandteil des Katalysators kann ein Haloge  nid. Acetat, Sulfat oder Phosphat eines Metalls wie Zinn,  Titan. Gallium, Eisen, Aluminium oder Kupfer sein.  



  Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher  erläutert. Prozentsätze beziehen sich auf das Gewicht.    <I>Beispiel 1</I>  Ein Autoklav wird mit 18,2 Teilen 2,4-Dinitrotoluol, 0,2  Teilen 5 17c Palladium- auf-Aluminiumoxid, 80 Teilen Äthanol ;  und 2,5 Teilen Ferrichlorid beschickt. Die Konzentration an  Dinitrotoluol beträgt 18%, bezogen auf das Gesamtgewicht aus  Alkohol und Dinitrötoluol. Der Autoklav wird mit Kohlenmon  oxid auf einen Druck von 378 kg/cm2 (5400 psi) gebracht.  Dann wird 90 Minuten auf 150C und anschliessend 10 Minu  ten auf 190 C erwärmt. Hierauf wird der Autoklav abgekühlt  und entspannt, die Reaktionsmischung wird zur Entfernung  'des Palladiums filtriert, und das Filtrat wird zur Trockne einge  dampft. Die Analyse des Produkts ergibt, dass die Ausbeute  an Diäthyltoluol-2,4-dicarbamat etwa 89% der Theorie  beträgt.  



  <I>Beispiel 2</I>  Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wird unter Verwendung  von 0,5 Teilen 5 % Palladium-auf-Aluminiumoxyd und 2,5  Teilen Ferrichlorid wiederholt, wobei die Heizdauer für drei  Proben abgeändert wird. Die Ergebnisse sind in Tabelle I  angegeben.  
EMI0002.0001     
  
    <I>Tabelle <SEP> I</I>
<tb>  Zeit <SEP> bei <SEP> 110 C <SEP> Zeit <SEP> bei <SEP> 190 C <SEP> Ausbeute <SEP> an <SEP> Bisurethan
<tb>  30 <SEP> Min. <SEP> 20 <SEP> Min: <SEP> <B>86%</B>
<tb>  60 <SEP> Min. <SEP> 20 <SEP> Min. <SEP> <B>87%</B>
<tb>  90 <SEP> Min. <SEP> 15 <SEP> Min. <SEP> <B>83%</B>       <I>Beispiel 3</I>  . A. Ein Autoklav wird mit 45 Teilen 2,4-Dinitrotoluol, 1,0  Teilen Palladium-auf-Alluminiumoxid, 45 Teilen Äthanol und  9,0 Teilen Ferrichlorid beschickt.

   Die Konzentration des     Dini-          trotoluols    beträgt 50%, bezogen auf das Gewicht von     Dinitro-          toluol    und Äthanol. Der Autoklav wird mit Kohlenmonoxid  auf einen Druck von 378 kg/cmê (5400 psi) gebracht. Es wird  60 Minuten auf 130 C und dann 60 Minuten auf 190 C  erwärmt. Der Höchstdruck beträgt etwa 518 kg/cm' (7400  psi), wenn der freie Raum etwa 60% ausmacht. Der Autoklav  wird abgekühlt, und entspannt, die Reaktionsmischung wir zur  Entfernung des Palladiums filtriert und das Filtrat wird zur  Trockne eingedampft. Die Analyse des Produkts ergibt, dass  die Ausbeute an Diäthyltoluol-2,4-dicarbamat etwa 80% der  Therorie beträgt.  



  B. Wenn die oben beschriebene Reaktionsmischung sofort  auf 190 C erwärmt wird, findet eine heftige exotherme Reak  tion statt, wobei die Temperatur rasch auf 425 C und der  Druck auf wenigstens 2100 kg/cmê (30 000 psi) ansteigt. Es  werden nur teerige Zersetzungsprodukte ohne nachweisbare  Mengen an Diäthyltoluol-2,4-dicarbamat erhalten.  



  <I>Beispiel 4</I>  Ein Autoklav wird mit 50 Teilen einer Mischung von     2,4-          /2,6-Dinitrotoluol    (80/20), 1,0 Teilen 5 %     Palladium-auf-          Kohle,    80 Teilen Äthanol und 2,5 Teilen Fehrrichlorid  beschickt. Die Konzentration an Dinitrotoluol beträgt 38 %.  Der Autoklav wird mit Kohlenmonoxid auf einen Druck von  378 kg/cmê (5400 psi) gebracht. Es wird 15 Minuten auf  150 C und dann 30 Minuten auf 190 C erwärmt. Dann wird  der Autoklav abgekühlt und entspannt, die Reaktionsmischung  wird filtriert, und das Filtrat wird zur Trockne eingedampft.  Die Analyse des Produktes ergibt, dass die Ausbeute an  Diäthyltoluoldicarbamat etwa 85 % der Theorie beträgt.  



  <I>Beispiel S</I>  Die Arbeitsweise von Beispiel 4 wird unter Verwendung  einer gleichen Menge Methanol anstelle des Äthanols wieder  holt. Die Ausbeute an Dimethyltoluoldicarbamat beträgt etwa  75 %a der Theorie.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von Urethanen, nach Patentan spruch des Hauptpatentes Nr. 510 643 wobei man Kohlen monoxid, eine hydroxylgruppenhaltige Verbindung und eine Katalysators, der im wesentlichen aus Palladium und einer Lewissäure besteht, umsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass man das Verfahren in mindestens zwei Stufen durchführt, wobei die Reaktionstemperatur in der ersten Stufe zwischen <B>130</B> und 175 C und in der zweiten Stufe zwischen 160 und 230 C liegt, und dass man die Nitroverbindung in einer Kon zentration von 20 bis 60 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Nitro- und Hydroxylverbindung, verwen det. UNTERANSPRÜCHE 1.
    Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man in beiden Stufen einen Reaktionsdruck von über 70 kg/cm2 anwendet. 2. Verfahren nach Patentanspruch oder Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man eine aromatische Dinitro- verbindung verwendet und das Verfahren in zwei Stufen aus führt.
CH731069A 1965-10-15 1969-05-13 Verfahren zur Herstellung von Urethanen CH540886A (de)

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