DE10049228A1 - Verfahren zur Trennung verzweigter und linearer Aldenyde durch selektive Extraktion mit komprimiertem Kohlendioxid - Google Patents

Verfahren zur Trennung verzweigter und linearer Aldenyde durch selektive Extraktion mit komprimiertem Kohlendioxid

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Trennung von Mischungen verzweigter und linearer Aldehyde durch selektive Extraktion der verzweigten Aldehyd-Isomere aus Mischungen mit den entsprechend linearen Isomeren, dadurch gekennzeichnet, daß komprimiertes Kohlendioxid (CO¶2¶) als Extraktionsmittel verwendet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Trennung von Mischungen verzweigter und linearer Aldehyde durch selektive Extraktion der verzweigten Aldehyd-Isomere aus Mischungen mit den entsprechend linearen Isomeren, dadurch gekennzeichnet, daß kompri­ miertes Kohlendioxid (CO2) als Extraktionsmittel verwendet wird.
Aldehyde sind wichtige Zwischenprodukte der chemische Industrie. Sie finden Anwendung als Weichmacher und Modifikatoren für PVC und andere Polymere, in der Waschmittelproduktion, sowie als Feinchemikalien und als Intermediate für die Produktion von Agrochemi­ kalien, Lebensmittelzusatzstoffen und Pharmazeutika (C.D. Frohning, C.W. Kohlpaintner, in: Applied Homogeneous Catalysis with Organometallic Compounds (Hrsg.: B. Cornils, W.A. Herrmann), VCH, Weinheim, 1996, Vol. 1, Kap. 2.1.1). Chirale verzweigte Aldehyde bieten mögliche Zugänge zu chiralen Intermediaten für die Produktion von Aromastoffen, Kosmetika, Pflanzen­ schutzmitteln, Lebensmittelzusatzstoffen (Vitamine) und Pharmazeutika (Chirality 1991, 3, 355). Besonders erwähnt sei hier die Darstellung der entzündungs­ hemmenden und schmerzstillenden Wirkstoffe Ibuprofen und Naproxen durch Oxidation der entsprechenden Aldehyde. Ferner bieten chirale Aldehyde Zugang zu α-Aminosäuren, Antibiotika auf Polyetherbasis und makrocyclischen Antitumorwirkstoffen.
Die katalytische Hydroformylierung ist eine technisch interessante Methode zu Herstellung chiraler, nicht racemischer Aldehyde (Chem. Rev. 1995, 95, 2485; C.D. Frohning, C.W. Kohlpaintner, in: Applied Homogeneous Catalysis with Organometallic Compounds (Hrsg.: B. Cornils, W.A. Herrmann), VCH, Weinheim, 1996, Vol. 1, Kap. 2.1.1). Bei diesen Verfahren fallen in der Regel die Aldehyde als Gemische aus dem chiralen verzweigten Isomer (iso-Aldehyd) und dem nicht-chiralen linearen Isomer (linearer oder n-Aldehyd) an. Die Selektivität zugunsten des jeweilig gewünschten Produkts kann in weiten Bereichen über den Katalysator und die Reaktionsbedingungen gesteuert werden. Beim gegen­ wärtigen Stand der Technik ist jedoch eine anschließende Reinigung bzw. Anreicherung des gewünschten Isomers für die genannten Anwendungen unerläßlich. Die zur Trennung von Aldehydgemischen vorgeschlagenen Verfahren (Kristallisation, Destil­ lation, Chromatographie) sind zeitaufwendig und/oder erfordern große Mengen potentiell toxischer und umweltbelastender Lösungsmittel. Ferner besteht die Gefahr der Racemisierung im Falle chiraler Wertprodukte während der Aufarbeitung. Gleichzeitig führen die Reinigungsoperationen in der Regel zum Verlust des Katalysators, der einen wichtigen Kostenfaktor für die Verfahren darstellt.
Wir beschreiben nun ein neues Verfahren zur Trennung verzweigter und linearer Aldehyde durch selektive Extraktion aus ihren Mischungen mit den entsprechenden linearen Isomeren, wobei komprimiertes CO2 als Extraktionsmittel verwendet wird. Insbesondere läßt sich dieses Verfahren auf Reaktionsmischungen anwenden, die durch katalytische Hydroformylierung erhalten wurden. Die Hydroformylierung kann dabei ohne Lösungsmittel, in organischen Lösungsmitteln, in Wasser oder in beliebigen anderen flüssigen Reaktionsmedien durch­ geführt werden. Insbesondere bietet sich die Kombination der Reinigung mit CO2 mit der Reaktionsführung in komprimiertem CO2 an. Bei diesem neuen Reinigungsverfahren erfolgt eine rasche Reinigung oder Anreicherung des gewünschten Aldehydisomers unter milden Bedingungen. Dadurch können bei der Anwendung auf Reaktionsmischungen der katalytischen Hydroformy­ lierung die Katalysatoren in aktiver Form zurück­ gewonnen werden.
Die Verwendung von komprimiertem CO2 als Reaktionsmedium für katalytische nicht-asymmetrische Hydroformylierung ist beispielsweise in DE 197 02 025 A1 beschrieben. Dort wird gezeigt, daß die Aldehydmischung vom Katalysator abgetrennt werden kann. Die Herstellung und Verwendung entsprechender chiraler Katalysatoren für die asymmetrische Hydroformylierung ist in DE-A-19 85 378.4 beschrieben. Eine Trennung der verzweigten und linearen Aldehyde während der Aufarbeitung ist in beiden Anmeldungen nicht erwähnt und aus den Ansprüchen und Beispielen nicht ersichtlich.
Überraschenderweise finden wir nun, daß sich durch Extraktion mit komprimiertem CO2 nicht nur die Aldehydmischung vom Katalysator abtrennen läßt, sondern auch eine Trennung des verzweigten und linearen Isomers möglich ist. Der Reinigungsschritt ist dabei nicht auf die in CO2 erhaltene Reaktionsmischung beschränkt, sondern läßt sich auch auf anderweitig hergestellte Aldehydmischungen anwenden.
Die Trennung kann in batch, semibatch oder kontinuier­ licher Verfahrensweise durchgeführt werden. Im folgenden wird die Reinigung für batch-Verfahren beschrieben, die Umsetzung in analoge kontinuierliche Prozesse kann nach bekannten Verfahren (G. Brunner, Gas Extraction. An Introduction to Fundamentals of Super­ critical Fluids and their Application to Separation Processes, Steinkopff Darmstadt, Springer, New York, 1994) erfolgen.
Zur Trennung wird die Mischung der Aldehyde inklusive eventueller Katalysatoranteile in einen Hochdruck­ extraktor eingebracht und bei einer Temperatur im Bereich zwischen -10°C bis 100°C und bei CO2 Drücken im Bereich zwischen 50 bar bis 300 bar extrahiert. Dabei reichert sich in der Regel der verzweigte Aldehyd im CO2 Strom an und kann in einer Vorlage durch Entspannen des CO2 aufgefangen werden. Die exakten Bedingungen zum Erreichen der optimale Selektivität und Extraktions­ geschwindigkeit hängen von der Struktur der Aldehyde ab und können zweckmäßig in entsprechenden Vorversuchen ermittelt werden. Dies soll am Beispiel der Naphth-2- yl-propanale verdeutlicht werden.
Eine Probe (420 mg) einer Mischung aus 90.9% des chiralen verzweigten 2-Naphth-2-yl-propanals und 9.1% des linearen 3-Naphth-2-yl-propanals wird in einem Hochdruckreaktor (10 mL) vorgelegt, der mit 8.3 g CO2 gefüllt wird. Die Mischung wird kurzzeitig auf 45°C erwärmt und anschließend auf 0°C abgekühlt. Beim Abkühlen scheidet sich Aldehyd am Boden des Reaktors und aus der komprimiertem Gasphase in fester Form ab. Das Produkt aus der Gasphase (ca. 120 mg) enthält den verzweigten chiralen Aldehyd auf 96.0% angereichert. Im verbleibende Produkt (ca. 280 mg) ist entsprechend der Anteil an linearem Aldehyd angewachsen (90.0%). Die Möglichkeit zur Kombination der Reinigung mit der Reaktionsführung in CO2 wird im folgenden Beispiel verdeutlicht. Die Herstellung von Naphth-2-yl-propanale erfolgt durch katalytische asymmetrische Hydro­ formylierung von 2-Vinylnaphthalin in komprimiertem CO2 gemäß DE-A-19 85 378.4. Die Reaktionsmischung enthält nach Beendigung der Reaktion neben CO2 noch die Gase CO und H2, den Katalysator und die beiden isomeren Aldehyde (92.7% 2-Naphth-2-yl-propanal, 7.3% 3-Naphth- 2-yl-propanal). Diese Mischung wird auf 0°C abgekühlt, wobei aus der komprimiertem Gasphase ein Produkt isoliert wird, das ausschließlich die Aldehyde enthält und in dem 2-Naphth-2-yl-propanal auf 98% angereichert wurde.

Claims (11)

1. Verfahren zur Trennung verzweigter und linearer Aldehyde, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung durch Extraktion mit komprimiertem Kohlendioxid erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die verzweigten Aldehyde in CO2 Strom angereichert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, wobei die genannten Mischungen durch katalytische asymmetrische Hydro­ formylierung hergestellt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Aldehyde mit Hilfe der Extraktion auch von Katalysatoren oder Katalysatorenbestandteilen abgetrennt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Katalysatoren in aktiver Form zurückgewonnen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 3-5, wobei die katalytische asymmetrische Hydroformylierung in komprimiertem Kohlendioxid als Reaktionsmedium durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1-6 zur Herstellung und Reinigung von linearen Aldehyden.
8. Verfahren nach Anspruch 7 zur Produktion von Weichmacher oder Bestandteilen von Weichmacher.
9. Verfahren nach Anspruch 1-6 zur Herstellung und Reinigung von verzweigten Aldehyden.
10. Verfahren nach Anspruch 9 zur Produktion von chiralen Wirkstoffen und Pharmazeutika.
11. Verfahren nach Anspruch 10 zur Produktion von Ibuprofen, Naproxen und verwandten schmerzstillenden Wirkstoffen.
DE2000149228 2000-09-28 2000-09-28 Verfahren zur Trennung verzweigter und linearer Aldenyde durch selektive Extraktion mit komprimiertem Kohlendioxid Withdrawn DE10049228A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19730783A1 (de) * 1997-07-18 1999-01-21 Studiengesellschaft Kohle Mbh Hydroformylierung mit unmodifizierten Rhodiumkatalysatoren in überkritischem Kohlendioxid
DE19853748A1 (de) * 1998-11-21 2000-05-25 Studiengesellschaft Kohle Mbh Verfahren zur Herstellungh chiraler Aldehyde

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DE19730783A1 (de) * 1997-07-18 1999-01-21 Studiengesellschaft Kohle Mbh Hydroformylierung mit unmodifizierten Rhodiumkatalysatoren in überkritischem Kohlendioxid
DE19853748A1 (de) * 1998-11-21 2000-05-25 Studiengesellschaft Kohle Mbh Verfahren zur Herstellungh chiraler Aldehyde

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