DE10041198A1 - Verfahren zur Herstellung makrocyclischer Ester - Google Patents
Verfahren zur Herstellung makrocyclischer EsterInfo
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Abstract
Makrocyclische Esterverbindungen können aus Oligoestern durch thermische Spaltung in Gegenwart eines thermostabilen Benzolderivats hergestellt werden.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von makro
cyclischen Esterverbindungen aus Oligoestern durch thermische Spaltung in Gegen
wart von thermostabilen Benzolderivaten. Als thermostabil im Sinne der Erfindung
gelten Verbindungen, die sich bei der Oligoesterspaltung bei Temperaturen zwischen
200°C und 350°C weitgehend inert verhalten.
Moschus-Riechstoffe sind in nicht unerheblichen Mengen in vielen Parfümölen ent
halten. Entsprechend liegt der Weltjahresbedarf an Moschus-Riechstoffen bei
mehreren tausend Tonnen. Der weitaus größte Teil wird dabei von den sogenannten
polycyclischen aromatischen Moschus-Riechstoffen gestellt. Es ist bekannt ge
worden, dass polycyclische aromatische Moschus-Riechstoffe sich biologisch nur
schwer abbauen lassen und sich demzufolge als extrem lipophile Verbindungen bio
akkumulativ verhalten, d. h. sich im Fettgewebe von Lebewesen anreichern können.
In der Parfümindustrie besteht daher ein dringender Bedarf an bioabbaubaren
Moschus-Riechstoffen, die sowohl von den geruchlichen Eigenschaften als auch vom
Preisniveau her geeignet sind, die polycyclischen aromatischen Verbindungen zu er
setzen. Im Gegensatz zu den polycyclischen aromatischen Verbindungen werden
macrocyclische Moschus-Riechstoffe als biologisch abbaubar gesehen (US 6 034 052).
Die bekannten Verfahren lassen sich nicht in befriedigender Weise wirtschaft
lich durchführen.
Es ist bekannt, dass makrocyclische Esterverbindungen durch Depolymerisation
linearer Oligoester der entsprechenden aliphatischen Hydroxycarbonsäuren oder Di
carbonsäuren und Alkylenglykole hergestellt werden können. Üblicherweise wird die
thermische Depolymerisation in Substanz unter Vakuum (< 100 hPa) und bei hohen
Temperaturen (200-300°C) in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt. Mitent
scheidend für die erreichte Spaltausbeute ist dabei das Molekulargewicht des einge
setzten Oligoesters. Daher ist die Kontrolle dieser Größe während der Oligoesterbildung
wichtig. Die Kondensationsreaktion muß demnach vor dem für die Poly
esterreaktion typischen Einsetzen des Molmassenaufbaus bei fast vollständigen Um
sätzen abgebrochen werden. Als Maß kann dabei z. B. die Verfolgung der Produkt-
Viskosität herangezogen werden. Alternativ kann die Kondensation und damit die
Oligoesterbildung zur Vermeidung hoher Molekulargewichte bereits im für die
Spaltung ausgewählten Lösungsmittel durchgeführt werden. Bereits in EP A 0 260 680
wurde darauf hingewiesen, daß es vorteilhaft sein kann das Molekulargewicht
und die Viskosität der eingesetzten Oligoester zu kontrollieren durch gezielte
Termination mit Monocarbonsäuren und/oder monofunktionelle Alkohole. Polyester
mit Säure- und OH-Zahlen unter 20 bzw. unter 10 seien besonders vorteilhaft.
Bei der Depolymerisation wird die gewünschte Cyclisierungsreaktion von einer
weiteren Polykondensation des linearen Polyesters und einer weiteren inter
molekularen Vernetzungsreaktion begleitet. Die Ausbeute an Produkt nimmt dadurch
deutlich ab. Darüber hinaus führen die Vernetzungsreaktionen zu einer Erhöhung der
Viskosität und zu einer Wandhaftung des Produktes im Reaktor. Dadurch begünstigt
setzen Zersetzungsreaktionen des Produktes ein, wobei die Zersetzungsprodukte die
geruchlichen Eigenschaften erheblich beeinträchtigen können.
Diese Nachteile bei der Depolymerisation in Substanz können überwunden werden,
indem die Reaktion in einem inerten Reaktionsmedium mit einem hohen Siedepunkt
durchgeführt wird. Die Auswahl des Reaktionsmediums ist dabei entscheidend für
die erreichbare Reaktionsausbeute und die Qualität des Produktes und damit auch für
die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. In EP A 0 260 680 werden zum Beispiel
Olefinpolymere, in JP A 55-120 581 Polyester, Polyetherglykole, Polyetherglykol
ester oder nur Polyglykole, in DE A 32 25 431 Paraffine, in EP A 0 739 889 Poly
ethylenglykoldialkylether als hochsiedendes Medium vorgeschlagen.
Zwar kann durch den Einsatz dieser Hilfsstoffe die Produktausbeute gegenüber einer
Spaltung in Substanz erhöht werden. Die genannten Hilfsstoffe haben jedoch den
Nachteil, dass sie meist einen hohen Schmelzpunkt aufweisen, der die Handhabung
erschwert. Dieser Nachteil ist umso gravierender, als eine in der Technik wichtige
Forderung darin besteht, dass das im Destillationsumpf verbliebene thermostabile
Reaktionsmedium bei Unterbrechung oder Beendigung der Reaktion bequem dem
Reaktor entnommen werden kann, was bei den bekannten Verfahren mit den her
kömmlichen Reaktionsmedien kaum möglich ist.
Bei den verwendeten Polyetherglykolen und bei den Polyetherglykolestern (JP-A 55-
120 581) besteht ferner ein erheblicher Nachteil darin, dass sie funktionelle Gruppen
besitzen, die in unerwünschter Weise an der Polymerisation teilnehmen, was zu deut
lichen Ausbeuteverlusten führen kann. Bei den Paraffinen ergibt sich daneben auch
die Schwierigkeit, dass sie im Vergleich zu den Reaktionspartnern relativ hohe
Dampfdrücke besitzen und daher mit in die Dampfphase übergehen. Daher ist bei
Einsatz von Paraffinen die Reindarstellung des Produktes, die sich an die Depoly
merisation des Oligoesters anschließt, mit einem deutlich höheren Aufwand ver
bunden.
Darüber hinaus sind hochsiedende Reaktionsmedien wie zum Beispiel Paraffine (DE-
A 32 25 341) oder Olefinpolymere (EP-A 0 260 680) für alle linearen Poly- bzw.
Oligoester wenig geeignete Lösungsmittel. Sie dispergieren diese vielfach nur, wobei
die Teilchen zu Blöcken koagulieren können. Abhilfe erzielt man meist durch
weitere Verdünnung, wodurch die Raum-Zeit-Ausbeute deutlich reduziert wird, wie
es nach bekannten Verfahren der Fall ist.
In der JP-B 55-120581 ist ferner ein Verfahren beschrieben zur Durchführung der
Depolymerisation und Cyclisierung in Gegenwart von Polyoxyalkylenglykol und
dessen Derivaten, einwertigen Alkoholen und deren Derivaten oder einwertigen Fett
säuren und deren Derivaten, die jeweils einen hohen Siedepunkt besitzen. Nach
diesem Verfahren werden Etherbindungen des zugesetzten Polyoxyalkylenglykols
aufgespalten und dadurch verschiedene Abbauprodukte oder Gase gebildet und folg
lich wird das Vakuum geringer oder die Qualität der erhaltenene makrocyclischen
Esterverbindung verschlechtert. Ferner mischen sich der Geruch des einwertigen
Alkohols oder der einwertigen Säure oder von deren Derivaten mit dem Destillat und
dadurch wird der Duft der makrocyclischen Esterverbindung negativ beeinflußt und
ihre Verwendung als Parfüm erschwert. Diese Phänomene sind als Nachteile bei
diesen üblichen Verfahren angegeben.
Der Einsatz von Polyethylenglykoldialkylethern (EP A 0 739 889) schließlich ist mit
dem Nachteil verbunden, dass die gewünschte Wirkung der Erhöhung der Ausbeute
nur bei hinreichend großen Verdünnungsverhältnissen erreicht wird; zum Beispiel
sind in EP A 0 739 889 Verdünnungsverhältnisse zwischen 5 und 1000 Gewichts
teilen Polyethylenglykoldialkylether auf 1 Gewichtsteil Oligomer angegeben. Ein
weiterer wesentlicher Nachteil des Einsatzes von Polyethylenglykoldialkylethern ist
ferner, dass eine Aufarbeitung des Lösungsmittels nicht einfach möglich ist und da
her Nebenprodukte, die das Lösungsmittel verunreinigen, die Verwendbarkeit des
Lösungsmittels erheblich einschränken.
Die Aufgabenstellung für die vorliegende Erfindung bestand daher darin, ein Her
stellverfahren für makrocyclische Esterverbindungen zu finden, mit dem sich eine
möglichst hohe Reaktionsausbeute erzielen läßt und mit dem ferner die Lösungs
mittelkosten reduziert werden können, indem ein Lösungsmittel verwendet wird, das
die Bildung von Nebenprodukten, die den Einsatz der makrocyclischen Esterver
bindungen als Riechstoff verhindern, einschränken, das einen niedrigen Schmelz
punkt und damit eine gute Handhabbarkeit besitzt, das durch einen hohen Siedepunkt
die Produktabtrennung vereinfacht, und das sich gut zur Wiederverwertung im
Prozeß ohne größere Verluste durch Rückstandsbildung aufarbeiten läßt.
Es wurde ein Verfahren zur Herstellung makrocyclischer Esterverbindungen, er
hältlich aus linearen Oligoestern durch thermische Depolymerisation mit oder ohne
Zusatz von Katalysatoren, gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die De
polymerisation in thermostabilen Benzolderivaten bei einem Druck von weniger als
100 hPa, und bei Temperaturen von 200°C bis 350°C durchgeführt wird, wobei pro
Gewichtsanteil des Oligoesters 0,1 bis 1000 Gewichtsteile Lösemittel zur An
wendung kommen
Makrocyclische Esterverbindungen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren her
gestellt werden können, sind im allgemeinen 14 bis 17 gliedrige Ringsysteme. Sie
können durch die folgende allgemeine Formel beschrieben werden,
worin
x und y in Summe eine Zahl von mindestens 10 und höchstens 13 ergeben;
A eine Methylengruppe oder ein Heteroatom wie Sauerstoff oder Schwefel be deuten kann;
B eine Methylengruppe oder eine Carbonylgruppe bedeuten kann oder
A und B zusammengenommen eine Kohlenstoffdoppelbindung bedeuten können;
x und y in Summe eine Zahl von mindestens 10 und höchstens 13 ergeben;
A eine Methylengruppe oder ein Heteroatom wie Sauerstoff oder Schwefel be deuten kann;
B eine Methylengruppe oder eine Carbonylgruppe bedeuten kann oder
A und B zusammengenommen eine Kohlenstoffdoppelbindung bedeuten können;
Bevorzugt können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren makrocyclische Lactone
von ω-Hydroxycarbonsäuren, die gegebenenfalls eine Doppelbindung und/oder ein
weiteres Heteroatom, z. B. Sauerstoff, enthalten können, oder makrocyclische
Lactone von Dicarbonsäuren und Diolen hergestellt werden.
Insbesondere bevorzugt können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren 1,15-Penta
decanolid, cis-/trans-1,15-Pentadec-11-enolid, cis-/trans-1,15-Pentadec-12-enolid
oder Mischungen davon, 1,16-Hexadecanolid oder trans-1,16-Hexadec-9-enolid oder
Ethylentridecadioat, Ethylendodecadioat oder Ethylenundecadioat oder Mischungen
davon hergestellt werden.
Die linearen Oligoester für das erfindungsgemäße Verfahren können durch die
folgende allgemeine Formel beschrieben werden:
worin
x und y in Summe eine Zahl von mindestens 10 und höchstens 13 ergeben;
A eine Methylengruppe oder ein Heteroatom wie Sauerstoff oder Schwefel bedeuten kann;
B eine Methylengruppe oder eine Carbonylgruppe bedeuten kann oder
A und B zusammengenommen eine Kohlenstoffdoppelbindung bedeuten können;
x und y in Summe eine Zahl von mindestens 10 und höchstens 13 ergeben;
A eine Methylengruppe oder ein Heteroatom wie Sauerstoff oder Schwefel bedeuten kann;
B eine Methylengruppe oder eine Carbonylgruppe bedeuten kann oder
A und B zusammengenommen eine Kohlenstoffdoppelbindung bedeuten können;
Für das erfindungsgemäße Verfahren sind Oligoester aliphatischer Hydroxycarbon
säuren oder Oliogoester von Dicarbonsäuren mit Diolen bevorzugt.
Lineare Oligoester als Ausgangsverbindungen für das erfindungsgemäße Verfahren
können durch Kondensation von difunktionellen Verbindungen der Formel
worin
x und y in Summe eine Zahl von mindestens 10 und höchstens 13 ergeben;
A eine Methylengruppe oder ein Heteroatom wie Sauerstoff oder Schwefel bedeuten kann;
B eine Methylengruppe bedeuten kann oder A und B zusammengenommen eine Kohlenstoffdoppelbindung bedeuten können;
R1 ein Wasserstoffatom oder eine niedere Alkylgruppe, wie z. B. Methyl oder Ethyl, bedeuten kann
oder der Formel
x und y in Summe eine Zahl von mindestens 10 und höchstens 13 ergeben;
A eine Methylengruppe oder ein Heteroatom wie Sauerstoff oder Schwefel bedeuten kann;
B eine Methylengruppe bedeuten kann oder A und B zusammengenommen eine Kohlenstoffdoppelbindung bedeuten können;
R1 ein Wasserstoffatom oder eine niedere Alkylgruppe, wie z. B. Methyl oder Ethyl, bedeuten kann
oder der Formel
worin
x und y in Summe eine Zahl von mindestens 10 und höchstens 13 ergeben;
R1 ein Wasserstoffatom oder eine niedere Alkylgruppe, wie z. B. Methyl oder Ethyl, bedeuten kann.
in an sich bekannter Weise (DE B 27 31 543; Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie Bd. 4/2, S. 787ff. und Bd. 6/2, S. 738f.) hergestellt werden.
x und y in Summe eine Zahl von mindestens 10 und höchstens 13 ergeben;
R1 ein Wasserstoffatom oder eine niedere Alkylgruppe, wie z. B. Methyl oder Ethyl, bedeuten kann.
in an sich bekannter Weise (DE B 27 31 543; Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie Bd. 4/2, S. 787ff. und Bd. 6/2, S. 738f.) hergestellt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf einer thermischen Spaltung von Oligo
estern zu den gewünschten makrocyclischen Estern. Die Spaltungsreaktion wird im
Vakuum und bei sehr hohen Temperaturen in einem inerten, schwersiedenden
Reaktionsmedium mit oder ohne Zusatz von Katalysatoren durchgeführt, wobei auf
den Behälter, in dem die chemische Reaktion stattfindet, eine Rektifikationskolonne
aufgesetzt ist, mit der die gebildeten makrocyclischen Ester abgetrennt und auf
konzentriert werden. Hierbei wird die thermische Spaltung in thermostabilen, hoch
siedenden Alkylbenzol- oder Benzolderivaten z. B. der Formel
worin R1
und R2 H oder CH3
bedeutet,
als Reaktionsmedium durchgeführt wird. Durch den Einsatz dieser thermostabilen Benzolderivate wird gegenüber einer Spaltung in Substanz die Ausbeute deutlich erhöht werden. Bei den Derivaten der Form a) handelt es sich im wesentlichen um isomere Dibenzyltoluole, b) bezeichnet die Gruppe der Diarylalkyle, c) repräsentiert die Bi- oder Triaryloxide, d) umfaßt die Gruppe der Terphenyle und ihre teilhy drierten Analoga und e) stellt schließlich die alkylierten oder nichtalkylsubstituierten Benzyltoluole dar.
bedeutet,
als Reaktionsmedium durchgeführt wird. Durch den Einsatz dieser thermostabilen Benzolderivate wird gegenüber einer Spaltung in Substanz die Ausbeute deutlich erhöht werden. Bei den Derivaten der Form a) handelt es sich im wesentlichen um isomere Dibenzyltoluole, b) bezeichnet die Gruppe der Diarylalkyle, c) repräsentiert die Bi- oder Triaryloxide, d) umfaßt die Gruppe der Terphenyle und ihre teilhy drierten Analoga und e) stellt schließlich die alkylierten oder nichtalkylsubstituierten Benzyltoluole dar.
Bevorzugte thermostabile Benzolderivate sind Dibenzyltoluole und deren Isomeren
gemische sowie Terphenyle und ihre teilhydrierten Analoga. Insbesondere bevorzugt
sind Dibenzyltoluole und deren Isomerengemische.
Die thermostabilen Benzolderivate für das erfindungsgemäße Verfahren besitzen
gleichzeitig einen niedrigen Schmelzpunkt und einen hohen Siedepunkt. Sie sind
aber trotz des hohen Siedepunktes gut verdampfbar und lassen sich somit gut von
schwersiedenden Verunreinigungen trennen. Ihr Einsatz als Reaktionsmedium ist da
her sowohl hinsichtlich der Handhabung als auch hinsichtlich der Produktabtrennung
vorteilhaft. So gelingt die Trennung des Produktes von dem Reaktionsmedium in
einer Rektifikationskolonne mit einigen wenigen Trennstufen, wobei sich die er
forderliche Trennstufenzahl und das einzustellende Rücklaufverhältnis nach der
Siedepunktsdifferenz zwischen dem gebildeten macrocyclischen Ester und dem ein
gesetzten Lösungsmittel richten.
Bei Einsatz der Benzolderivate lassen sich Reaktionsausbeuten von mehr als 90%
erzielen. Dabei ist für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens wesentlich, dass die
hohen Reaktionsausbeuten bei niedrigen Lösungsmittelkosten erreicht werden
können. Dies gelingt insbesondere dadurch, dass bei der Depolymerisation geringe
Verdünnungsverhältnisse Lösungsmittel zu Oligomer eingestellt werden und das ge
brauchte Lösungmittel darüber hinaus zur Rückführung und Wiederverwertung im
Prozess aufgearbeitet wird.
Es war überraschend, dass die verwendeten Benzolderivate als Reaktionsmedium für
die thermische Depolymerisation stabil sind. Dies konnte man nicht erwarten, da
alkyl- bzw. benzylsubstituierte Benzolderivate in Gegenwart der für die Depoly
merisation geeigneten Katalysatoren und bei den hohen Reaktionstemperaturen
Transalkylierungsreaktionen eingehen können, in deren Verlauf durch Dispro
portionierung Hoch- und Niedrigsieder gebildet werden. Neben einem Lösungs
mittelverlust würde dies auch die Eignung des Lösungsmittels nachhaltig negativ be
einflussen, da sich leichtsiedende Lösungsmittelbestandteile im Produkt anreichern
und die hochsiedenden Bestandteile zu einer Verharzung des Destillationssumpfes
führen können.
Insbesondere Dibenzyltoluol, das als Isomerengemisch technisch verfügbar ist, weist
ein hervorragendes Eigenschaftsprofil für das erfindungsgemäße Verfahren auf, da es
aufgrund seines hohen, vergleichsweise engen Siedebereiches eine besonders
effektive Trennung vom abdestillierenden Produkt erlaubt.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der Einfachkeit wegen die Kondensation der
difunktionellen Verbindungen zu den linearen Oligoestern vorgeschaltet.
Die Durchführung des Verfahrens wird daher zunächst mit der Kondensation einge
leitet, was nach bekannten Verfahren bei erhöhten Temperaturen mit oder ohne
Katalysator erfolgen kann. Dabei werden Hydroxycarbonsäuren, bzw. Hydroxy
carbonsäureester erhitzt oder die Dicarbonsäuren oder deren Ester mit einem Glykol
umgesetzt. Das dabei entstehende Wasser oder der Alkohol wird abdestilliert oder
mit Hilfe eines Schleppmittels bzw. unter Zuhilfenahme von geringem Vakuum ent
fernt. Die Entfernung von überschüssigem Glykols kann auch ganz oder teilweise im
nachfolgenden Verfahrensschritt, d. h. aus dem Spaltreaktor, erfolgen.
Danach wird das Oligomer in den Spaltreaktor überführt, in dem das hochsiedende
Medium zusammen mit der Katalysatorkomponente vorgelegt sind. Als Kataly
satoren werden übliche und an sich bekannte Katalysatoren (EP A 0 739 889) ein
gesetzt, wie z. B. Alkali- und Erdalkalimetalle und deren Salze, sowie Salze und
metallorganische Verbindungen der Elemente Mangan, Cadmium, Eisen, Cobalt,
Zinn, Blei, Aluminium, Zirkon und Titan. Die Menge des Katalysators liegt je nach
Verwendung des entsprechenden Typs im Bereich von 0,1 bis 20 Gew.-%, vorzugs
weise jedoch im Bereich von 0,5 und 10 Gew.-% bezogen auf 100 Gew.-% Oligo
ester.
Bei hohen Temperaturen zwischen 200°C und 350°C, bevorzugt zwischen 220°C
und 290°C, und bei einem Vakuum von weniger als 100 hPa findet dann die Depoly
merisation statt. Die Spaltprodukte steigen dabei bevorzugt dampfförmig auf und
werden somit unmittelbar der Reaktion in der Flüssigphase entzogen. In einer auf den
Reaktionsbehälter aufgesetzten Rektifikationskolonne können die Produktkomponen
ten von den Komponenten des Reaktionsmediums getrennt werden, wobei am oberen
Ende der Kolonne die Produktkomponenten entnommen werden und am unteren
Ende der Kolonne die Komponenten des Reaktionsmediums zur Rückführung in den
Reaktionsbehälter abgenommen werden. Die Kolonne wird hierzu bei Drücken
< 100 hPa betrieben, bevorzugt wird der Druckbereich von 10 bis 80 hPa. Am Kopf
der Kolonne ist ein Rücklaufverhältnis zwischen 0,1 und 100, bevorzugt zwischen 10
und 80, einzustellen.
Das Verfahren kann entweder diskontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt
werden. Bei diskontinuierlicher Fahrweise wird das Oligomer zusammen mit dem
Lösungsmittel einmal vorgelegt und in einem Ansatz gespalten. Bei kontinuierlicher
Fahrweise hingegen wird das Oligomer während der Spaltung portionsweise oder mit
konstantem Mengenstrom zu dem Reaktionsmedium dosiert. Bevorzugt wird die
kontinuierliche Fahrweise durchgeführt, da hierbei das Produkt mit einer konstanten
Zusammensetzung am Kopf der Kolonne entnommen werden kann.
Die Rückgewinnung des Lösungsmittels erfolgt durch partielles Verdampfen zum
Beispiel in einem Dünnschichtverdampfer bei Drücken kleiner 100 hPa, bevorzugt
bei Drücken kleiner 50 hPa.
Nach diesem Verfahren können die verschiedensten makrocyclischen Esterver
bindungen hergestellt werden. Es ist besonders geeignet zur Herstellung von makro
cyclischen Estern mit 6 bis 20, bevorzugt 13 bis 16, Kohlenstoffatomen, da sie sich
durch das erfindungsgemäße Verfahren besonders rein darstellen lassen, was ihrer
Verwendung als Riechstoffe in hohem Maße zugute kommt. Insbesondere lassen sich
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch die in US 6 034 052 beschriebenen
Mischungen aus Ethylendodecandioat und Ethylenundecandioat herstellen.
500 g Tridecandisäuredimethylester, 250 g Ethylenglycol und 3 g Tetrabutyltitanat
werden in einer Reaktions-Destillationsapparatur langsam unter einem Vakuum von
300 hPa erhitzt. Sobald eine Reaktionstemperatur von 140°C erreicht ist, beginnt
Methanol abzuspalten. Das Erhitzen wird solange fortgesetzt, bis kein Methanol
mehr abspaltet; dabei wird die Sumpftemperatur langsam bis auf 185°C erhöht. An
schließend wird das Vakuum bis auf 1 hPa abgezogen und das überschüssige
Ethylenglycol abdestilliert. Als Rückstand werden 510 g Polyester erhalten.
Ein aufgeschmolzenes Gemisch aus 2 Gewichtsteilen Dibenzyltoluol (Isomeren
gemisch), 1 Gewichtsteil Ethylenglycoltridecandisäurepolyester und 0,02 Gewichts
teilen Dibutylzinndilaurat wird in einen Reaktionsbehälter mit aufgesetzter
Rektifikationskolonne dosiert, in dem sich eine Mischung aus 2 Gewichtsteilen Di
benzyltoluol (Isomerengemisch) und 0,02 Gewichtsteilen Dibutylzinndilaurat be
findet, die auf ca. 280°C erhitzt ist und bei einem Druck von 55 hPa unter Rückfluß
gekocht wird. Die Bildung von monomerem Ethylentridecadioat macht sich durch
ein Absinken der Temperatur am Destillationskopf bemerkbar. Destillat wird in dem
Maße abgenommen, wie Polyester nachdosiert wird. Je nach Trennleistung der auf
gesetzten Rektifikationskolonne und gewähltem Rücklaufverhältnis enthält das abge
nommene Destillat zwischen 30 und 98% Ethylentridecadioat, das in einer an
schließenden Feindestillation in reiner Form gewonnen wird. Die Ausbeute beträgt
auf diese Weise ca. 90% bezogen auf eingesetzten Tridecandisäuredimethylester.
Durch Destillation des Reaktionsrückstandes werden über 90% des eingesetzten
Dibenzyltoluols zurückgewonnen.
225 g eines technischen Gemisches, enthaltend zwischen 40 bis 60% Dodecandi
säure und 30-50% Undecandisäure, werden mit 105 g Ethylenglykol versetzt und
langsam auf 150°C erhitzt.; bei etwa 130°C bis 140°C setzt Wasserabspaltung ein.
Nach dem Ende der Wasserabspaltung wird zur Entfernung überschüssigen Ethylen
glykols die Temperatur auf 170°C erhöht und die Reaktionsapparatur langsam bis zu
einem Druck von 1 hPa evakuiert.
Der als Rückstand resultierende Dicarbonsäure/Ethylenglykol-Polyester wird pro Ge
wichtsanteil Polyester mit 3 Gewichtsanteilen Dibenzyltoluol (Isomerengemisch)
und 0,05 Gewichtsanteilen Dibutylzinndilaurat versetzt und in einem Reaktionsbe
hälter mit aufgesetzter Rektifikationskolonne bei einem Druck von 55 hPa auf ca.
280°C erhitzt und unter Rückfluß gekocht. Dabei destillieren die monomeren Spalt
produkte über. Das Destillat enthält dabei zu Beginn je nach Zusammensetzung des
Ausgangsmaterials zwischen 40-60% Ethylendodecadioat und 30 bis 50% Ethylen
undecadioat, und im weiteren Verlauf der Reaktion zunehmend auch geringe Mengen
an Dibenzyltoluolen, die in einer anschließenden Feindestillation abgetrennt werden.
Insgesamt wird bei der Depolymerisation eine Reaktionsausbeute von ca. 91% er
reicht.
Durch Destillation des Reaktionsrückstandes werden über 90% des eingesetzten Di
benzyltoluols zurückgewonnen.
250 g Ethylenglycol, 500 g eines technischen Gemisches, bestehend aus 40 bis 60%
Dodecandisäuredimethylester und 30-50% Undecandisäuredimethylester, und 3 g
Tetrabutyltitanat werden in einer Reaktions-Destillationsapparatur langsam unter
einem Vakuum von 300 hPa erhitzt. Zwischen 130-140°C Reaktionstemperatur
setzt die Abspaltung von Methanol ein, das über eine 30 cm-Füllkörperkolonne ab
destilliert wird. Das Erhitzen wird solange fortgesetzt, bis kein Methanol mehr ab
spaltet; dabei wird die Sumpftemperatur langsam bis auf 185°C erhöht. Anschließend
wird das Vakuum bis auf 1 hPa abgezogen und das überschüssige Ethylenglycol ab
destilliert. Als Rückstand werden 500 g Polyester erhalten.
Ein aufgeschmolzenes Gemisch aus 500 g Dibenzyltoluol (Isomerengemisch), 250 g
des nach a) gewonnenen Disäureethylenglycolpolyester-Gemisches und 5 g Dibutyl
zinndilaurat wird in einen Reaktionsbehälter mit aufgesetzter Rektifikationskolonne
dosiert, in dem sich eine Mischung aus 500 g Dibenzyltoluol (Isomerengemisch) und
5 g Dibutylzinndilaurat befindet, die auf ca. 280°C erhitzt ist und bei einem Druck
von 55 hPa unter Rückfluß gekocht wird. Die Bildung von Monomeren Estern macht
sich durch ein Absinken der Temperatur am Destillationskopf bemerkbar. Sobald die
Kopftemperatur auf unter 220°C gesunken ist, wird Destillat abgenommen und
Polyester-Gemisch kontinuierlich nachdosiert. Je nach Trennleistung der aufge
setzten Rektifikationskolonne und gewähltem Rücklaufverhältnis enthält das abge
nommene Destillat zwischen 30 und 98% an Gemisch der Monomeren Ethylen
dodecadioat und Ethylenundecadioat. Im vorliegenden Fall wurden bei einer Kopf
temperatur von 220-225°C und einem Rücklaufverhältnis von 15 : 1 490 g Destillat
mit einem Gewichtsanteil von 225 g Ethylendodecadioat- und Ethylenundecadioat-
Gemisch erhalten, was einer Ausbeute von 90% bezogen auf eingesetztes Dicarbon
säuredimethylester-Gemisch entspricht. Das Gemisch aus Ethylendodecadioat und
Ethylenundecadioat wurde in einer anschließenden Feindestillation vom Dibenzyl
toluol abgetrennt und so in reiner Form gewonnen.
Durch Destillation des Reaktionsrückstandes werden über 90% des eingesetzten Di
benzyltoluols zurückgewonnen.
260 g 15-Hydroxypentadecansäure werden unter leichtem Vakuum (650 hPa) lang
sam bis auf 170°C erhitzt. Sobald die Abspaltung von Wasser nachläßt, wird noch
1 h bei einem Vakuum von 20 hPa und 30 min bei einem Vakuum von 1 hPa gerührt.
Als Rückstand verbleibt der Polyester der 15-Hydroxypentadecansäure.
Ein aufgeschmolzenes Gemisch aus 1 Gewichtsteil des als Rückstand verbliebenen
15-Hydroxypentadecansäurepolyesters, 2 Gewichtsteilen Dibenzyltoluol (Isomeren
gemisch) und 0,02 Gewichtsteilen Dibutylzinndilaurat wird in einen Reaktionsbe
hälter mit aufgesetzter Rektifikationskolonne dosiert, in dem sich eine Mischung aus
2 Gewichtsteilen Dibenzyltoluol (Isomerengemisch) und 0,02 Gewichtsteilen Di
butylzinndilaurat befindet, die auf ca. 280°C erhitzt ist und bei einem Druck von
55 hPa unter Rückfluß gekocht wird. Die Bildung von monomerem 1,15-Penta
decanolid macht sich durch ein Absinken der Temperatur am Destillationskopf be
merkbar. Destillat wird in dem Maße abgenommen, wie Polyester nachdosiert wird.
Je nach Trennleistung der aufgesetzten Rektifikationskolonne und gewähltem Rück
laufverhältnis enthält das abgenommene Destillat zwischen 30 und 95 % 1,15-Penta
decanolid.
Im vorliegenden Fall wurde bei einer Kopftemperatur von 215-220°C und einem
Rücklaufverhältnis von 10 : 1 ein Destillat mit einem Gewichtsanteil von ca. 60%
1,15-Pentadecanolid erhalten, das in einer anschließenden Feindestillation in reiner
Form gewonnen wird. Die Ausbeute des auf diese Weise gewonnenen 1,15-Penta
decanolids beträgt 85% bezogen auf eingesetzten 15-Hydroxypentadecansäure
polyester.
Durch Destillation des Reaktionsrückstandes werden über 90% des eingesetzten Di
benzyltoluols zurückgewonnen.
260 g cis-/trans-15-Hydroxy-11/12-pentadecensäure werden unter leichtem Vakuum
(650 hPa) langsam bis auf 170°C erhitzt. Sobald die Abspaltung von Wasser nach
läßt, wird noch 1 h bei einem Vakuum von 20 hPa und 30 min bei einem Vakuum
von 1 hPa gerührt. Als Rückstand verbleibt der Polyester der 15-Hydroxypentadecan
säure.
Ein aufgeschmolzenes Gemisch aus 1 Gewichtsteil des als Rückstand verbliebenen
cis-/trans-15-Hydroxy-11/12-pentadecensäurepolyesters, 2 Gewichtsteilen Dibenzyl
toluol (Isomerengemisch) und 0,02 Gewichtsteilen Dibutylzinndilaurat wird in einen
Reaktionsbehälter mit aufgesetzter Rektifikationskolonne dosiert, in dem sich eine
Mischung aus 2 Gewichtsteilen Dibenzyltoluol (Isomerengemisch) und 0,02 Ge
wichtsteilen Dibutylzinndilaurat befindet, die auf ea. 280°C erhitzt ist und bei einem
Druck von 55 hPa unter Rückfluß gekocht wird. Die Bildung von monomerem cis-
/trans-1,15-Pentadec-11/12-enolid macht sich durch ein Absinken der Temperatur am
Destillationskopf bemerkbar. Destillat wird in dem Maße abgenommen, wie
Polyester nachdosiert wird. Je nach Trennleistung der aufgesetzten Rektifikations
kolonne und gewähltem Rücklaufverhältnis enthält das abgenommene Destillat
zwischen 30 und 90% 1,15-Pentadecanolid. Im vorliegenden Fall wurde bei einer
Kopftemperatur von 210-215°C und einem Rücklaufverhältnis von 10 : 1 ein Destillat
mit einem Gewichtsanteil von ca. 60% cis-/trans-1,15-Pentadec-11/12-enolid er
halten, das in einer anschließenden Feindestillation in reiner Form gewonnen wird.
Die auf diese Weise erzielte Ausbeute an cis-/trans-1,15-Pentadec-11/12-enolid be
trägt ca. 85% bezogen auf eingesetzten 15-Hydroxypentadecansäurepolyester.
Durch Destillation des Reaktionsrückstandes werden über 90% des eingesetzten Di
benzyltoluols zurückgewonnen.
140 g 16-Hydroxyhexadecansäure werden unter leichtem Vakuum (650 hPa) lang
sam bis auf 170°C erhitzt. Sobald die Abspaltung von Wasser nachläßt, wird noch
1 h bei einem Vakuum von 20 hPa und 30 min bei einem Vakuum von 1 hPa gerührt.
Als Rückstand verbleibt der Polyester der 16-Hydroxyhexadecansäure.
Ein aufgeschmolzenes Gemisch aus 1 Gewichtsteil des als Rückstand verbliebenen
16-Hydroxyhexadecansäurepolyesters, 2 Gewichtsteilen Dibenzyltoluol (Isomeren
gemisch) und 0,02 Gewichtsteilen Dibutylzinndilaurat wird in einen Reaktionsbe
hälter mit aufgesetzter Rektifikationskolonne dosiert, in dem sich eine Mischung aus
2 Gewichtsteilen Dibenzyltoluol (Isomerengemisch) und 0,02 Gewichtsteilen
Dioctylzinndilaurat befindet, die auf ca. 280°C erhitzt ist und bei einem Druck von
55 hPa unter Rückfluß gekocht wird. Die Bildung von monomerem 1,16-Hexadecanolid
macht sich durch ein Absinken der Temperatur am Destillationskopf be
merkbar. Destillat wird in dem Maße abgenommen, wie Polyester nachdosiert wird.
Je nach Trennleistung der aufgesetzten Rektifikationskolonne und gewähltem Rück
laufverhältnis enthält das abgenommene Destillat zwischen 30 und 90% 1,16-Hexa
decanolid.
Im vorliegenden Fall wurde bei einer Kopftemperatur von 220-230°C und einem
Rücklaufverhältnis von 5 : 1 ein Destillat mit einem Gewichtsanteil von ca. 50%
1,16-Hexadecanolid erhalten, das in einer anschließenden Feindestillation in reiner
Form gewonnen wird. Die auf diese Weise erzielte Ausbeute an 1,16-Hexadecanolid
beträgt ca. 75% bezogen auf eingesetzten 16-Hydroxyhexadecansäure-polyester.
Durch Destillation des Reaktionsrückstandes werden über 90% des eingesetzten Di
benzyltoluols zurückgewonnen.
260 g trans-16-Hydroxy-9-hexadecensäure werden unter leichtem Vakuum (650 hPa)
langsam bis auf 170°C erhitzt. Sobald die Abspaltung von Wasser nachläßt, wird
noch 1 h bei einem Vakuum von 20 hPa und 30 min bei einem Vakuum von 1 hPa
gerührt. Als Rückstand verbleibt der Polyester der trans-16-Hydroxy-9-hexadecen
säure.
Ein aufgeschmolzenes Gemisch aus 1 Gewichtsteil des als Rückstand verbliebenen
trans-16-Hydroxy-9-hexadecensäurepolyesters, 2 Gewichtsteilen Dibenzyltoluol
(Isomerengemisch) und 0,02 Gewichtsteilen Dibutylzinndilaurat wird in einen
Reaktionsbehälter mit aufgesetzter Rektifikationskolonne dosiert, in dem sich eine
Mischung aus 2 Gewichtsteilen Dibenzyltoluol (Isomerengemisch) und 0,02 Ge
wichtsteilen Dibutylzinndilaurat befindet, die auf ca. 280°C erhitzt ist und bei einem
Druck von 55 hPa unter Rückfluß gekocht wird. Die Bildung von monomerem trans-
1,16-Hexadec-9-enolid macht sich durch ein Absinken der Temperatur am
Destillationskopf bemerkbar. Destillat wird in dem Maße abgenommen, wie Poly
ester nachdosiert wird. Je nach Trennleistung der aufgesetzten Rektifikationskolonne
und gewähltem Rücklaufverhältnis enthält das abgenommene Destillat zwischen 30
und 90% trans-1,16-Hexadec-9-enolid.
Im vorliegenden Fall wurde bei einer Kopftemperatur von 225-235°C und einem
Rücklaufverhältnis von 10 : 1 ein Destillat mit einem Gewichtsanteil von ca. 60%
trans-1,16-Hexadec-9-enolid erhalten, das in einer anschließenden Feindestillation in
reiner Form gewonnen wird. Die so erzielte Ausbeute an trans-1,16-Hexadec-9-
enolid beträgt ca. 80% bezogen auf eingesetzten trans-16-Hydroxy-9-hexadecen
säurepolyester.
Durch Destillation des Reaktionsrückstandes werden über 90% des eingesetzten Di
benzyltoluols zurückgewonnen.
Ein aufgeschmolzenes Gemisch aus 260 g teilhydriertem Terphenyl (Isomeren
gemisch, Handelsname Diphyl THT, Bayer AG), 130 g des nach Beispiel 3a) ge
wonnenen Disäureethylenglycolpolyester-Gemisches und 6,4 g Dibutylzinndilaurat
wird in einen Reaktionsbehälter mit aufgesetzter Rektifikationskolonne dosiert, in
dem sich eine Mischung aus 500 g teilhydriertem Terphenyl (Isomerengemisch, s. o.)
und befindet, die auf ca. 280°C erhitzt ist und bei einem Druck von 110 hPa unter
Rückfluß gekocht wird. Die Bildung von Monomeren Estern macht sich durch ein
Absinken der Temperatur am Destillationskopf bemerkbar. Sobald die Kopftemperatur
auf unter 240°C gesunken ist, wird Destillat abgenommen und Polyester-
Gemisch kontinuierlich nachdosiert. Je nach Trennleistung der aufgesetzten
Rektifikationskolonne und gewähltem Rücklaufverhältnis enthält das abgenommene
Destillat zwischen 20 und 90% an Gemisch der Monomeren Ethylendodecadioat und
Ethylenundecadioat. Im vorliegenden Fall wurden bei einer Kopftemperatur von
238-240°C und einem Rücklaufverhältnis von 10 : 1 250 g Destillat mit einem Ge
wichtsanteil von 95 g Ethylendodecadioat- und Ethylenundecadioat-Gemisch er
halten, was einer Ausbeute von 70% bezogen auf eingesetztes Dicarbonsäuredi
methylester-Gemisch entspricht. Das Gemisch aus Ethylendodecadioat und Ethylen-
undecadioat wurde in einer anschließenden Feindestillation vom teilhydriertem
Terphenyl abgetrennt und so in reiner Form gewonnen.
Durch Destillation des Reaktionsrückstandes werden über 90% des eingesetzten teil
hydriertem Terphenyl zurückgewonnen.
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung makrocyclischer Esterverbindungen, erhältlich
durch Kondensation von difunktionellen Verbindungen zu linearen Oligo
estern und anschließender thermischer Depolymerisation mit oder ohne Zu
satz von Katalysatoren, dadurch gekennzeichnet, dass die Depolymerisation
in thermostabilen Benzolderivaten bei einem Druck von weniger als 100 hPa,
und bei Temperaturen von 200°C bis 350°C durchgeführt wird, wobei pro
Gewichtsanteil des Oligoesters 0,1 bis 1000 Gewichtsteile Lösemittel zur An
wendung kommen.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass thermostabile
Benzolderivate der Formel
worin R1 und R2 H oder CH3
bedeutet,
eingesetzt werden.
worin R1 und R2 H oder CH3
bedeutet,
eingesetzt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass als thermostabiles
Benzolderivate isomere Dibenzyltoluole eingesetzt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass
Alkali- oder Erdalkalimetalle oder deren Salze, oder Salze oder metall
organische Verbindungen der Elemente Mangan, Cadmium, Eisen, Cobalt,
Zinn, Blei, Aluminium, Zirkon oder Titan als Katalysatoren eingesetzt
werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass
Dibutylzinnoxid, Dioctylzinnoxid, Dibutylzinndilaurat, Dioctylzinndilaurat,
Dibutylzinn-bis-2-ethylhexanoat, Butylzinn-tris-2-ethylhexanoat, Butylzinn
hydroxidoxid oder zyklisches Dibutylstannoxan als Katalysatoren eingesetzt
werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass
der Katalysator portionsweise oder kontinuierlich nachdosiert wird, um
konstante Konzentrationen der aktiven Form des Katalysators zu erzielen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
auf den Reaktionsbehälter eine Rektifikationskolonne aufgesetzt ist, an deren
Kopf der gebildete makrocyclische Ester entnommen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die thermostabile Benzolverbindung durch partielles Verdampfen zu mehr als
50 Gewichtsprozent von schwersiedenden Reaktionsrückständen befreit und
anschließend erneut als Reaktionsmedium bei der Oligoester-Depoly
merisation eingesetzt wird.
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