CH670634A5

CH670634A5 -

Info

Publication number: CH670634A5
Application number: CH330285A
Authority: CH
Inventors: Vladimir Vladimirovich Ershov; Boris Nikolaevich Gorbunov; Alexandr Alexandrovic Volodkin; Vladimir Ivanovich Paramonov; Felix Mikhailovich Egidis; Leonid Konstantinovich Popov; Boris Iosifovich Rubinshtein; Taisia Vasilievna Pankova
Original assignee: Inst Khim Fiz An Sssr; Ni Institutkhimikatov Dlya Pol
Priority date: 1983-12-01
Filing date: 1983-12-01
Publication date: 1989-06-30
Also published as: FI852961A0; JPS61500548A; GB8516865D0; WO1985002401A1; GB2161162B; NL8320436A; GB2161162A; DE3390557T1; DE3390557C2; FI852961L

Description

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PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von ß-(4-Hydroxy-3,5-di-tert.-butylphenyl)-propionsäurealkylestern durch Umsetzung von 2,6-Di-tert.-butylphenol mit Alkylakrylat in Gegenwart eines Katalysators, der ein Alkalimetallhydroxid enthält, bei einer Temperatur von 70 bis 150 °C, dadurch gekennzeichnet, dass man 2,6-Di-tert.-butylphenol und Alkylakrylat bei deren Molverhältnis wie 1:1 bis 1:1,3 verwendet und den Prozess in Gegenwart eines Katalysators durchführt, der neben Alkalihydroxid auch 4-R-2,6-Di-tert.-butylphenolat eines Alkalimetalls und 4-R-2,6-Di-tert.-butylphenol, worin R für H, CH3, C(CH3)3 steht, aufweist, bei folgendem Verhältnis der genannten Komponenten in Masseanteilen:

Alkalihydroxid 0,05-20 4-R-2,6-Di-tert.-butylphenolat eines Alkalimetalls 2,05-99,94

4-R-2,6-Di-tert.-butylphenol alles übrige wobei der genannte Katalysator in einer Menge von 2 bis 20 Mol.-%, bezogen auf das 2,6-Di-tert.-butylphenol, berechnet aus der Summe von Alkalihydroxid und 4-R-2,6-Di-tert.-bu-tylphenolat eines Alkalimetalls, eingesetzt wird.

BESCHREIBUNG Technisches Gebiet Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von ß-(4-Hydroxy-3,5-di-tert.-butylphenyl)-propionsäu-realkylestern.

Stand der Technik Bekannt ist ein Verfahren zur Herstellung von ß-(4-Hy-droxy-3,5-di-tert.-butylphenyl)-propionsäurealkylestern durch Umsetzung von Alkylakrylat mit 2,6-Di-tert.-butyl-phenol bei einer Temperatur von 110 bis 120 °C in Gegenwart von Metallphenoxid als Katalysator, beispielsweise Natrium-, Aluminiumphenolat bzw. 2,4-Kaliumdimethyl-phenolat, in einer Menge von 50 Mol.-%, bezogen auf das 2,6-Di-tert.-butylphenol. Bei der Verwendung von Methyl-akrylat beträgt die Ausbeute an ß-(4-Hydroxy-3,5-di-tert.-butylphenyl)-propionsäuremethylester in 5 Reaktionsstunden 82,3% (JA-PS 62 731, 1973, Klasse 16 C 52).

Man verwendet aber in dem genannten Verfahren eine grosse Menge an nicht genug aktivem Katalysator, was sich auf die Ausbeute und Isolierung des Endproduktes negativ auswirkt.

Bekannt ist auch ein Verfahren zur Herstellung von ß-(4-Hydroxy-3,5-di-tert.-butylphenyl)-propionsäurealkylestern durch Umsetzung von Alkylakrylat mit 2,6-Di-tert.-butyl-phenol in Gegenwart von 5 bis 25 Mol.-% Alkalimetallbase, beispielsweise Alkalihydroxid, bei einer Temperatur von 20 bis 200 °C. Beim Erhitzen von 37,3 Masseanteilen 2,6 Di-tert.-butylphenol mit 17,7 Masseanteilen Methylakrylat und 3,5 Masseanteilen Kaliumhydroxid in 500 Masseanteilen tert.-Butylalkohol innerhalb von 18 Stunden bei einer Temperatur von 50 C unter darauffolgender Neutralisation, Extraktion mit Diäthyläther und Fraktionierung unter Vakuum erhält man ein Endprodukt in Form eines gelben Öls, das beim Stehenlassen kristallisiert; Kristalle weisen einen Schmelzpunkt von 63 bis 64,5 °C (US-PS 3 247 240,1970, Klasse 260-473). Dabei wird in der Patentschrift hingewiesen, dass die Ausbeute an Endprodukt niedriger ist, als die Ausbeute an demselben Produkt, erhalten unter ähnlichen Bedingungen bei der Verwendung von metallischem Kalium in einer Menge von 2,1 Masseanteilen im tert.-Butylakohol. Somit ist in dem Verfahren, bei dem Kaliumhydroxid als Katalysator verwendet wird, die Ausbeute an Endprodukt niedriger als bei der Verwendung eines Katalysators auf der Basis eines Alkalimetalls, des metallischen Kaliums. Man verwendet ausserdem in dem Verfahren organische Lösungsmittel, was die Isolierung des Endproduktes kompliziert 5 macht. Das Verfahren zeichnet sich durch eine niedrige Leistung, was ebenso eine ungenügend hohe Aktivität des Katalysators, des Kaliumhydroxids oder des metallischen Kaliums im tert.-Butylalkohol zeigt. Darüber hinaus kann die Verwendung des metallischen Kaliums eine Explosion her-io vorrufen.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, im Verfahren 15 zur Herstellung von ß-(4-Hydroxy-3,5-di-tert.-butylphenyl)-propionsäurealkylestern solch einen aktiven Katalysator und solche Bedingungen der Prozessführung zu wählen, die es ermöglichen, die Ausbeute an Endprodukt zu steigern, die Prozessdauer zu verkürzen und die Verwendung der organi-20 sehen Lösungsmittel auszuschliessen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass ein Verfahren zur Herstellung von ß-(4-Hydroxy-3,5-di-tert.-butylphenyl)-propionsäurealkylestern durch Umsetzung von 2,6-Di-tert.-butylphenol mit Alkylakrylat in Gegenwart eines Katalysa-25 tors, der ein Alkalihydroxid enthält, bei einer Temperatur von 70 bis 150 °C vorgeschlagen wird, wobei man erfin-dungsgemäss 2,6-Di-tert.-butylphenol und Alkylakrylat bei einem Molverhältnis von 1:1 bis 1:1,3 verwendet und den Prozess in Gegenwart eines Katalysators durchführt, der ne-30 ben dem Alkalihydroxid 4-R-2,6-Di-tert.-butylphenolat eines Alkalimetalls und 4-R-2,6-Di-tert.-butylphenol enthält, worin R für H, CH3, C(CH3)3 steht, bei folgendem Verhältnis der genannten Komponenten (in Masseanteilen):

35 Alkalinhydroxid 0,05-20 4-R-2,6-Di-tert.-butylphenolat eines Alkalimetalls 2,05-99,94

4-R-2,6-Di-tert.-butylphenol alles übrige

40 wobei der genannte Katalysator in einer Menge von 2 bis 20 Mol.-%, bezogen auf das 2,6-Di-tert.-butylphenol, berechnet aus der Summe von Alkalihydroxid und 4-R-2,6-Di-tert.-bu-tylphenolat eines Alkalimetalls, eingesetzt wird.

Der in dem erfindungsgemässen Verfahren verwendete 45 Katalysator zeichnet sich durch eine hohe Aktivität aus, was es möglich macht, in Kombination mit den Bedingungen der Prozessführung die Prozessdauer bis zu 1-2 Stunden zu reduzieren sowie organische Lösungsmittel auszuschliessen, wodurch die Leistung des Verfahrens gesteigert und die 50 Energieintensität desselben herabgesetzt wird.

Die Ausbeute an Endprodukt beträgt dabei 86-98%.

Wie oben hingewiesen wurde, führt man die Umsetzung von 2,6-Di-tert.-butylphenol mit Alkylakrylat bei einer Temperatur von 70 bis 150 °C durch.

55 Es empfiehlt sich nicht, das Verfahren bei einer unterhalb 70 °C liegenden Temperatur durchzuführen, da es bei einer unter 70 C liegenden Temperatur zu einer Herabsetzung der Reaktionsgeschwindigkeit kommt. Es ist unzweckmässig, das Verfahren bei einer oberhalb 150 °C liegenden Tempera-60 tur durchzuführen, da dabei Nebenprodukte gebildet werden.

Erfindungsgemäss führt man die Umsetzung von 2,6-Di-tert.-butylphenol mit Alkylakrylat bei einem Verhältnis 1:1 -1:1,3 durch.

65 Es ist unzweckmässig, das Verfahren bei einem Über-schuss an 2,6-Di-tert.-butylphenol durchzuführen, da ein Gemisch aus 2,6-Di-tert.-butylphenol mit ß-(4-Hydroxy-3,5-di-tert.-butylphenyl)-propionsäurealkylester gebildet wird

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und die Abtrennung derselben eine recht komplizierte Aufgabe darstellt.

Die Verwendung eines mehr als l,3fachen Überschusses an Alkylakrylat führt zu keiner Steigerung der Umwandlung von 2,6-Di-tert.-butylphenol.

Die Umsetzung von 2,6-Di-tert.-butylphenol mit Alkylakrylat führt man zweckmässigerweise in Gegenwart eines Katalysators, genommen in einer Menge von 2 bis 20 Mol.-%, bezogen auf das 2,6-Di-tert.-butylphenol, berechnet aus der Summe von Alkalihydroxid und 4-R-2,6-Di-tert.-bu-tylphenolat eines Alkalimetalls, durch, wobei seine konkrete Menge durch die Zusammensetzung des Katalysators, die Reaktionstemperatur und das Verhältnis der Komponenten bestimmt wird. Es wird nicht empfohlen, einen Katalysator in einer Menge von unterhalb 2 Mol.-% zu verwenden, da dabei seine Aktivität herabgesetzt werden kann. Es ist die Verwendung eines Katalysators in einer Menge mehr als 20 Mol.-% unerwünscht, da die Löslichkeit des Katalysators im Gemisch aus 2,6-Di-tert.-butylphenol mit Alkylakrylat begrenzt ist.

Man erhält den in dem erfindungsgemässen Verfahren eingesetzten Katalysator nach einem bekannten Verfahren (US-PS 2 745 882, 1956, Kl. 260-624), das darin besteht,

dass man 4-R-2,6-Di-tert.-butylphenol, worin R für H, CH3, C(CH3)3 steht, mit dem Alkalihydroxid in der Atmosphäre eines Inertgases bei einer Temperatur von 50 bis 150 °C in einem organischen Lösungsmittel, beispielsweise Xylol, Hep-tan, erhitzt unter azeotropem Abdestillieren des Wassers und unter darauffolgendem Abdestillieren des Lösungsmittels aus der Reaktionsmasse. Das Verhältnis der Komponenten in dem Katalysator kann man durch Änderung des Verhältnisses der Ausgangskomponenten und der Reaktionsdauer variieren, das durch Messung der Menge des abdestillierten Wassers bei dem azeotropen Abdestillieren geprüft wird.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Einem Katalysator, erhalten wie oben beschrieben, gibt man eine berechnete Menge von 2,6-Di-tert.-butylphenol und Alkylakrylat zu. Die Reaktion kann sowohl in einem offenen als auch in einem geschlossenen System (in einem Autoklaven) durchgeführt werden.

Bei der Umsetzung von 2,6-Di-tert.-butylphenol mit Alkylakrylat in dem offenen System (Atmosphärendruck) verwendet man einen Rückflusskühler. Die Reaktion verläuft bei einer Temperatur von 70 bis 150 °C, wünschenswert wird die Reaktion beim Sieden des Reaktionsgemisches durchgeführt. Nach dem Abklingen der Reaktion isoliert man das Endprodukt entweder durch Fraktionieren unter Vakuum, oder durch Kristallisation.

Die technologische und apparative Gestaltung des Verfahrens ist einfach.

Zu einem besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden folgende Beispiele ihrer konkreten Ausführung angeführt.

Die Zusammensetzung des in den Beispielen angeführten Katalysators sowie sein Verbrauch sind in der nach den Beispielen aufgeführten Tabelle dargestellt.

Beispiel 1

In einem Kolben, versehen mit einem Rückflusskühler, einer Vorlage zur Wasserabnahme sowie einer Vorrichtung zur Einführung des Inertgases, erhitzt man in der Stickstoffatmosphäre 42 g (0,2 Mol) 2,6-Di-tert.-butylphenol mit 7 g (0,125 Mol) Kaliumhydroxid in 250 ml Xylol und entnimmt in eine Vorlage etwa 2 ml Wasser innerhalb von 1,5 Stunden, destilliert 20 ml Lösungsmittel ab, filtriert den Niederschlag ab und erhitzt während 10 Minuten bei 150 °C. Man erhält einen Katalysator folgender Zusammensetzung:

Kaliumhydroxid 0,5 Masseanteile

2,6-Di-tert.-kaliumbutylphenolat 99 Masseanteile 2,6-Di-tert.-butylphenol 0,5 Masseanteile

(siehe Tabelle)

Zu 0,43 g Katalysators obengenannter Zusammensetzung fügt man 9,95 g (0,048 Mol) 2,6-Di-tert.-butylphenol und 5 ml (0,056 Mol) Methylakrylat hinzu. Das Reaktionsgemisch siedet man innerhalb von 3 Stunden, wobei die Temperatur von 70 auf 150 "C gesteigert, dann auf 70 "C abgekühlt wird, weiterhin neutralisiert man mit 5%iger Schwefelsäure, filtriert den ß-(4-Hydroxy-3,5-di-tert.-butylphenyl)-propionsäuremethylester in einer Menge von 14,5 g (98% der Theorie) vom Schmelzpunkt 64-65 °C ab.

Beispiel 2

Analog dem Beispiel 1 aus 45 g (0,2 Mol) 4-MethyI-2,6-Di-tert.-butylphenol, 5 g (0,125 Mol) Natriumhydroxid in 250 ml Xylol erhält man einen Katalysator, dessen Zusammensetzung in der Tabelle angegeben ist.

Zu 0,93 g Katalysators fügt man 20,4 g (0,99 Mol) 2,6-Di-tert.-butylphenol und 9,5 ml (0,105 Mol) Methylakrylat hinzu und führt den Prozess ähnlich wie in Beispiel 1 durch.

Nach dem Abklingen der Reaktion isoliert man durch Fraktionieren im Vakuum 26 g (90% der Theorie) ß-(4-Hy-droxy-3,5-Di-tert.-butylphenyl)-propionsäuremethylester vom Schmelzpunkt 64-65 °C.

Beispiel 3

Man stellt einen Katalysator ähnlich wie in Beispiel 1 her mit dem Unterschied aber, dass man dem abfiltrierten Rückstand O/m Anteil von der Gesamtmenge) zusätzlich 103 g (0,5 Mol) 2,6-Di-tert.-butylphenol zugibt und während 15 Minuten bei einer Temperatur von 150 °C unter Vakuum stehenlässt. Nach dem Abkühlen fügt man dem Gemisch 50 ml (0,56 Mol) Methylakrylat hinzu und siedet noch 3,5 Stunden lang. Das Reaktionsgemisch wird abgekühlt, neutralisiert; man isoliert 490 g (96% der Theorie) ß-(4-Hydroxy-

3.5-di-tert.-butylphenyl)-propionsäuremethylester vom Schmelzpunkt 64-65 °C.

Beispiel 4

In einer Anlage, die der in Beispiel 1 beschriebenen ähnlich ist, erhitzt man 20,6 g (0,1 Mol) 2,6-Di-tert.-butylphenol mit 5,6 g (0,1 Mol) Kaliumhydroxid in 250 ml Heptan bei einer Temperatur von 79 °C und entnimmt in eine Vorlage etwa 1,4 ml Wasser. Das Lösungsmittel wird unter Vakuum abgetrieben und man erhält einen Katalysator der in der Tabelle angegebenen Zusammensetzung.

Zu 1,05 g Katalysators fügt man 9,6 g (0,048 Mol)

2.6-Di-tert.-butylphenol und 5,8 ml (0,064 Mol) Methylakrylat hinzu. Das Reaktionsgemisch wird in dem Autoklaven bei einer Temperatur von 140 °C innerhalb von 3,5 Stunden erhitzt; nach der Behandlung, die der in Beispiel 1 beschriebenen ähnlich ist, erhält man 12,5 g (86% der Theorie) ß-(4-Hydroxy-3,5-di-tert.-butylphenyl)-propionsäuremethylester vom Schmelzpunkt 64-65 °C.

Beispiel 5

Einen Katalysator, dessen Zusammensetzung in der Tabelle dargestellt ist, stellt man unter den Bedingungen des Beispiels 1 her mit dem Unterschied aber, dass man 26,2 g (0,1 Mol) 2,4,6-Tri-tert.-butyIphenol mit 2,76 g (0,069 Mol) Natriumhydroxid in 250 ml Xylol erhitzt und nach dem Abklingen der Reaktion das Lösungsmittel unter Vakuum abdestilliert.

Zu 5,0 g Katalysators fügt man 20,6 g (0,1 Mol) 2,6-Di-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

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tert.-butylphenol und 9 ml (0,1 Mol) Methylakrylat hinzu. Das Reaktionsgemisch erhitzt man innerhalb von 2,5 Stunden bei einer Temperatur von 140 °C und isoliert durch Fraktionieren im Vakuum 25,4 g (88% der Theorie) ß-(4-Hydroxy-3,5-di-tert.-butylphenyl)-propionsäuremethylester vom Schmelzpunkt 64-65 °C.

Beispiel 6

Man stellt einen Katalysator analog dem Beispiel 1 her mit dem Unterschied aber, dass man den Rückstand nach dem Filtrieren auf eine Temperatur von 150 °C unter Vakuum (20 Torr) erhitzt und 2,6-Di-tert.-butylphenol destilliert. Danach bringt man in einen Dreihalskolben 39,14 g (0,16 Mol) 2,6-Di-tert.-butylphenol, 2,44 g (0,01 Mol) Katalysator (siehe Tabelle) und 23,5 ml (0,26 Mol) Methylakrylat ein. Das Gemisch wird erhitzt, bei 120 °C innerhalb von 1 Stunde und bei 130 °C innerhalb von 1 Stunde stehengelassen. Danach kühlt man das Reaktionsgemisch Auf 80 °C ab und verdünnt mit 50 ml Benzin, behandelt die Benzinlösung mit 48 ml 3%iger Salzsäure, wäscht mit Wasser zur neutral, trennt ab und dampft die organische Schicht ein, destilliert den Rückstand unter Vakuum bei 26,6-102Pa 20 Torr) unter Entnahme der Endfraktion ab. Der Siedepunkt beträgt 200-204 °C. Man erhält 52,9 g (90,5% der Theorie) ß-(4-Hydroxy-3,5-di-tert.-butylphenyl)-propionsäuremethylester vom Schmelzpunkt 64-65 °C.

Beispiel 7

Man stellt einen Katalysator ähnlich wie in Beispiel 1 mit dem Unterschied aber, dass man 42 g (0,02 Mol) 2,6-Di-tert.-butylphenol mit 5 g (0,125 Mol) Natriumhydroxid in 250 ml Xylol erhitzt und anschliessend den Rückstand bei einer Temperatur von 150 °C unter Vakuum von 20 Torr erhitzt.

Dann erhält man aus dem Gemisch von 39,14 g (0,19 Mol) 2,6-Di-tert.-butylphenol mit 51 ml (0,24 Mol) Butyl-akrylat in Gegenwart von 2,28 g (0,01 Mol) Katalysator unter den dem Beispiel 6 analogen Bedingungen bei darauffol-5 gender Neutralisation mit Essigsäure, unter Waschen mit Wasser und Abdestillieren im Vakuum 59 g (88% der Theorie) ß-(4-Hydroxy-3,5-di-tert.-butylphenyl)-propionsäure-butylester von Siedepunkt 205-209 C.

10 Beispiel 8

In einen Reaktor von 50 Liter Fassungsvermögen, der mit einem Wärmeaustauscher verbunden ist, bringt man 20,6 kg (100 Mol) rohes 2,6-Di-tert.-butylphenol (Gehalt an Grundstoff beträgt 98,5 Masse-%) und 0,35 kg (6,3 Mol) 15 Kaliumhydroxid ein, und unter den dem Beispiel 1 analogen Bedingungen erhält man einen Katalysator bei einer Temperatur von 110 bis 130 °C. Weiterhin bringt man in den Reaktor 11,1 kg (130 Mol) rohes Methylakrylat mit einem Wassergehalt von 0,1 Masse-% ein.

20 Die Reaktion führt man bei einer Temperatur von 135 bis 140 °C innerhalb von 1,5 bis 2 Stunden durch. Man isoliert den ß-(4-Hydroxy-3,5-di-tert.-butylphenyl)-propionsäu-remethylester durch Vakuumdestillation in einer Menge von 27,3 kg (95% der Theorie); der Siedepunkt beträgt 2* 202-204 °C bei 26,6-102Pa (20 Torr).

Beispiel9 (Vergleichsbeispiel)

Einem Gemisch von 9,95 g (0,048 Mol) 2,6-Di-tert.-bu-tylphenol mit 0,2 g (0,0036 Mol) Kaliumhydroxid als Kata-30 lysator gibt man 5 ml (0,056 Mol) Methylakrylat zu und nach der Durchführung der Reaktion unter den Bedingungen des Beispiels 1 mit darauffolgendem Fraktionieren unter Vakuum erhält man 1,77 g (12% der Theorie) ß-(4-Hydroxy-3,5-Di-tert.-butylphenyl)-propionsäuremethylester vom 35 Schmelzpunkt 64-65 °C.

Tabelle

Nr.

Zusammensetzung des Katalysators

Gehalt des Bei

Gehalt an

Gehalt an 4-R-2,6-di-

Wert an Katalysator in spiels

Alkalihydroxid,

tert.-butylphenolat tert.-butylphenol,

R

Bezug auf 4-R-2,6-

Masseanteile eines Alkalimetalls,

Masseanteile

Di-tert.-butylphe-

Masseanteile

nol, Mol.-%

1

0,5

99

0,5

h

4

2

1,8

95,5

2,7

ch3

4,1

3

0,05

2,05

97,90

h

2

4

20

77

3

h

10

5

1

68

31

c(ch3)3

20

6

0,05

99,94

0,01

h

5,2

7

0,05

99,94

0,01

h

6,25

8

1,6

6,7

91,7

h

6,3

9

10

88

2

h

7,5

Berechnet aus der Summe von Alkalihydroxid und 4-R-2,6-Di-tert.-butylphenolat eines Alkalimetalls.

Die Verwendung des erfmdungsgemässen Verfahrens zur Herstellung von ß-(4-Hydroxy-3,5-di-tert.-butylphenyl)-pro-pionsäurealkylestern macht es möglich, das Endprodukt in einer Ausbeute von 86 bis 98% zu erhalten, seinen Reinheitsgrad durch eine vollendetere Reaktionsführung zu steigern, den Verbrauch an Katalysator um das 2,5fache herabzusetzen, die Reaktionsdauer um das 1,5 bis 4fache zu verkürzen, was es gestattet, den Prozess zu intensivieren sowie die unerwünschte Polymerisation von Alkylakrylat zu vermindern, den technologischen Prozess durch die Vermeidung des Lösungsmittels und Bildung von Abwässern zu vereinfachen, 55 die Sicherheit des Verfahrens durch Verwendung eines nicht-brandgefährlichen Katalysators zu erhöhen.

Gewerbliche Verwertbarkeit so Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es, ß-(4-Hydroxy-3,5-di-tert.-butylphenyl)-propionsäurealkylester zu erhalten, die als Antioxydationsmittel für polymere Stoffe sowie bei der Synthese der Wärmestabilisatoren von Polyole-finen, Polyamiden und anderen Polymeren eingesetzt werden 65 können.

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