DE102004052041A1 - Preparation of orthoformate esters, useful as starting materials for pharmaceuticals, comprises reacting methyl orthoformate with an alcohol in presence of heterogeneous acidic catalyst - Google Patents

Preparation of orthoformate esters, useful as starting materials for pharmaceuticals, comprises reacting methyl orthoformate with an alcohol in presence of heterogeneous acidic catalyst Download PDF

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Ingo Richter
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    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
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    • C07C41/60—Preparation of compounds having groups or groups

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Abstract

Preparation of orthoformate esters (I) comprises reacting methyl orthoformate (II) and an alcohol (III) with at least 2 C atoms, in contact with a heterogeneous acidic catalyst (A). (A) is silicic acid; and aluminosilicate, or an oxide/mixed oxide of aluminum, zinc, zirconium and/or titanium.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ameisensäureorthoestern durch Umesterung von Methylorthoformiat mit höheren Alkoholen. Die hergestellten Ameisensäureorthoester sind bekannte Mittel zur schonenden Veresterung organischer Säuren. Weiter sind Orthoester wichtige Vorprodukte der pharmazeutischen Industrie.The The invention relates to a process for the preparation of formic acid orthoesters by transesterification of methyl orthoformate with higher alcohols. The manufactured Ameisensäureorthoester are known agents for gentle esterification of organic acids. Further Orthoesters are important precursors of the pharmaceutical industry.

Die Umesterung von Methylorthoformiat mit höheren Alkoholen ist bekannt. Ohne Katalysatoren ist eine lange Reaktionszeit erforderlich. Der Stand der Technik schlägt verschiedene Katalysatoren vor.The Transesterification of methyl orthoformate with higher alcohols is known. Without catalysts, a long reaction time is required. Of the State of the art suggests various catalysts before.

Die Verwendung starker Säuren wie H2SO4 oder p-Toluolsulfonsäure ist z. B. in J. Org. Chem. 2002, 67, 7, 2152-59; Tetrahedron Letters 1986, 27, 24, 2703-06 oder J. Org. Chem. 1982, 47, 27, 5382-84 beschrieben. Starke Säuren als Katalysatoren führen allerdings zu Nebenreaktionen durch Dehydratisierung tertiärer und sekundärer Alkohole. Die Bildung von Ethern der höheren Alkohole durch starke Säuren vermindert die Ausbeute und kann sogar zur Hauptreaktion werden.The use of strong acids such as H 2 SO 4 or p-toluenesulfonic acid is z. In J. Org. Chem. 2002, 67, 7, 2152-59; Tetrahedron Letters 1986, 27, 24, 2703-06 or J. Org. Chem. 1982, 47, 27, 5382-84. However, strong acids as catalysts lead to side reactions by dehydration of tertiary and secondary alcohols. The formation of ethers of the higher alcohols by strong acids reduces the yield and may even become the main reaction.

Gemäß der DE-AS 12 05 076 wird daher Ameisensäure als Katalysator verwendet. Ameisensäure hat aber den Nachteil, dass sie ebenfalls verestert wird.According to DE-AS 12 05 076 therefore becomes formic acid used as a catalyst. But formic acid has the disadvantage that it is also esterified.

Die Verwendung von metallischem Natrium ist in J. Am. Chem. Soc. 1955, 77, 3801 und der US 2,410,305 offenbart. Lewis-Säuren wie MgCl2 (vgl. Tetrahedron Letters 1988, 29, 17, 2023-26) und ZnCl2 ( US 2,409,699 ) sind ebenfalls als Katalysatoren bekannt.The use of metallic sodium is described in J. Am. Chem. Soc. 1955, 77, 3801 and the US 2,410,305 disclosed. Lewis acids such as MgCl 2 (see Tetrahedron Letters 1988, 29, 17, 2023-26) and ZnCl 2 ( US 2,409,699 ) are also known as catalysts.

Gemäß DE-AS 15 18 712 werden saure Ionenaustauscherharze verwendet. Ionenaustauscher haben nur eine ungenügende thermische, physikalische und chemische Stabilität. In ihrer käuflichen Form sind Ionenaustauscherharze mit einem wässrigen Medium äquilibriert. Sie müssen aufwändig getrocknet werden, bevor man sie in nichtwässrigen Medien einsetzen kann.According to DE-AS 15 18 712 acidic ion exchange resins are used. Have ion exchanger only an insufficient one thermal, physical and chemical stability. In her commercial form For example, ion exchange resins are equilibrated with an aqueous medium. You need to costly be dried before they can be used in non-aqueous media.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren zur Herstellung von Ameisensäureorthoestern anzugeben, das weitgehend frei von Nebenreaktionen ist, und sich leicht vom Reaktionsgemisch abtrennbarer Katalysatoren bedient.Of the The invention is based on the object of a method for the production of formic acid orthoesters which is largely free of side reactions, and itself easily operated by the reaction mixture separable catalysts.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Ameisensäureorthoestern, bei dem man Methylorthoformiat und einen wenigstens zwei Kohlenstoffatome aufweisenden Alkohol mit einem heterogenen sauren Katalysator in Kontakt bringt, der ausgewählt ist unter Kieselsäure, Aluminosilikaten, Oxiden oder Mischoxiden von Aluminium, Zink, Zirkonium und/oder Titan.object the invention is a process for the preparation of formic acid orthoesters, in which one has methyl orthoformate and one at least two carbon atoms having alcohol with a heterogeneous acid catalyst in Contact brings that selected is under silica, Aluminosilicates, oxides or mixed oxides of aluminum, zinc, zirconium and / or titanium.

Zu den geeigneten Aluminosilikaten zählen Gerüst- und Schichtsilikate. Schichtsilikate umfassen Tonmineralien, die unter dem Begriff "Bleicherden" zusammengefasst werden, wie z. B. Montmorillonit, Palygorskit, Beidellit, Saponit, Hectorit oder Halloysit. Die Bleicherden können nicht aktiviert, d. h. in der Alkali- oder Erdalkaliform, oder vorzugsweise aktiviert vorliegen. Bei der Aktivierung werden zunächst die Alkali- bzw. Erdalkalimetallionen zwischen den Schichten des smektitischen Tonminerals durch Protonen ausgetauscht; weiterhin werden aus dem Gitter Aluminiumionen aus den Randzonen herausgelöst, wodurch eine Desorientierung der Schichten und eine Bildung amorpher Kieselsäure in den Randbereichen der Schichtpakete erfolgt.To the suitable aluminosilicates include framework and layer silicates. phyllosilicates include clay minerals, which are summarized by the term "bleaching earths", such as. B. montmorillonite, palygorskite, Beidellite, saponite, hectorite or halloysite. The bleaching earths can not activated, d. H. in the alkali or alkaline earth form, or preferably activated. Upon activation, the alkali or alkaline earth metal ions between the layers of smectite Clay minerals exchanged by protons; continue to be from the Lattice aluminum ions are leached out of the edge zones, causing a disorientation of the layers and a formation of amorphous silica in the Edge regions of the layer packages takes place.

Zu den Gerüstsilikaten zählen vor allem Zeolithe. Zeolithe, die auch als Molekularsiebe bezeichnet werden, sind kristalline Aluminosilikate, die ein hochgeordnetes Gerüst mit einem starren dreidimensionalen Netzwerk von SiO4- und AlO4-Tetraedern aufweisen, welche durch gemeinsame Sauerstoffatome verbunden sind. Zur Kompensation der Elektrovalenz der Aluminium enthaltenden Tetraeder enthalten die Zeolithe Kationen. Das Aluminium im Gitter der Zeolithe kann ganz oder teilweise durch andere Elemente wie B, Ga, Fe, Cr, V, As, Sb, Bi oder Be oder Gemische davon ersetzt sein. Das Silicium kann durch ein anderes vierwertiges Element, z. B. Ge, Ti, Zr oder Hf, ersetzt sein. Zeolithe können nach bekannten Verfahren synthetisch hergestellt werden, vgl. z. B. Ullmanns Enzyklopädie d. Techn. Chemie, 4. Aufl. Bd. 17 S. 9-17 (1983). Zeolithe werden vorzugsweise in ihrer Säureform verwendet.The framework silicates include, above all, zeolites. Zeolites, also referred to as molecular sieves, are crystalline aluminosilicates having a highly ordered framework with a rigid three-dimensional network of SiO 4 and AlO 4 tetrahedra joined by common oxygen atoms. To compensate for the electrovalence of the aluminum-containing tetrahedra, the zeolites contain cations. The aluminum in the lattice of the zeolites may be wholly or partly replaced by other elements such as B, Ga, Fe, Cr, V, As, Sb, Bi or Be or mixtures thereof. The silicon may be replaced by another tetravalent element, e.g. As Ge, Ti, Zr or Hf, be replaced. Zeolites can be synthesized by known methods, cf. z. B. Ullmann's Encyclopedia d. Techn. Chemie, 4th ed., Vol. 17, pages 9-17 (1983). Zeolites are preferably used in their acid form.

Als weitere heterogene saure Katalysatoren eignen sich Oxide oder Mischoxide von Aluminium, Zink, Zirkonium und/oder Titan. Derartige Oxide werden auch als "Feuerfestoxide" bezeichnet. Sie werden in großem Umfang als Trägermaterialien zur Herstellung von Schalenkatalysatoren verwendet. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung werden diese Oxide jedoch ohne aufgebrachte katalytisch aktive Masse verwendet.When other heterogeneous acid catalysts are oxides or mixed oxides of aluminum, zinc, zirconium and / or titanium. Such oxides are also referred to as "refractory oxides". she be in great Scope as support materials used for the production of coated catalysts. For the purpose However, in the present invention, these oxides are applied without used catalytically active material.

Die Materialien können als solche oder eingebettet in eine oxidische Bindemittelmatrix, z. B. aus Aluminiumoxiden, Siliciumdioxid, Gemischen von hochdispersem Siliciumdioxid und Aluminiumoxid, Titandioxid, Zirkondioxid oder Ton zu Förmkörpern wie Strängen oder Tabletten geformt werden. Vorzugsweise liegt der heterogene saure Katalysator in Teilchenform mit einer Teilchengröße (maximale Längenausdehnung) von 1 bis 10 mm, vorzugsweise 1 bis 4 mm vor.The materials may be used as such or embedded in an oxidic binder matrix, e.g. For example, from alumina, silica, mixtures of fumed silica and alumina, titania, zirconia or clay into shaped bodies such as strands or tablets are formed. Preferably, the heterogeneous acid catalyst is in particulate form having a particle size (maximum elongation) of 1 to 10 mm, preferably 1 to 4 mm before.

In bevorzugten Ausführungsformen ist der heterogene saure Katalysator ausgewählt unter Kieselsäure, Bleicherden, Zeolithen und Zirkoniumdioxid.In preferred embodiments the heterogeneous acid catalyst is selected from silica, bleaching earth, Zeolites and zirconia.

Als Alkohol eignen sich beliebige Alkohole mit wenigstens zwei Kohlenstoffatomen, wie C2-C12-Alkanole, vorzugsweise C2-C4-Alkanole, wie Ethanol, n-Propanol, i-Propanol, n-Butanol; C6-C10-Aryl-C1-C4-alkanole, wie Benzylalkohol oder Phenylethanol; Heteroaryl-C1-C4-alkanole (5- oder 6-gliedriges Heteroaryl mit 1, 2 oder 3 unter O, S und N aus gewählten Heteroatomen, das gegebenenfalls benzannelliert ist) wie Furfurol. In bevorzugten Ausführungsformen handelt es sich bei dem Alkohol um Ethanol.Suitable alcohols are any alcohols having at least two carbon atoms, such as C 2 -C 12 -alkanols, preferably C 2 -C 4 -alkanols, such as ethanol, n-propanol, i-propanol, n-butanol; C 6 -C 10 aryl-C 1 -C 4 alkanols, such as benzyl alcohol or phenylethanol; Heteroaryl-C 1 -C 4 -alkanols (5- or 6-membered heteroaryl having 1, 2 or 3 among O, S and N selected heteroatoms, which is optionally benzannellated) such as furfurol. In preferred embodiments, the alcohol is ethanol.

Das Methylorthoformiat, der Alkohol und der heterogene saure Katalysatoren können nach jedem beliebigen Verfahren miteinander in Kontakt gebracht werden, das zur Durchführung heterogen katalysierter Flüssigphasenreaktionen geeignet ist. In bevorzugten Ausführungsformen ist der heterogene saure Katalysator ortsfest angeordnet, vorzugsweise als Katalysatorschüttung. Zweckmäßigerweise zirkuliert man ein Reaktionsgemisch, das Methylorthoformiat und den Alkohol umfasst, durch eine Reaktionszone, die eine Schüttung des heterogenen sauren Katalysators enthält. In einer Ausführungsform verwendet man einen Vorlagebehälter, aus dem man das Reaktionsgemisch entnimmt, durch eine Katalysator-haltige Reaktionszone zirkuliert und in den Vorlagebehälter zurückführt.The Methyl orthoformate, the alcohol and the heterogeneous acid catalysts can be brought into contact with each other by any method, that to carry out heterogeneously catalyzed liquid phase reactions suitable is. In preferred embodiments, the heterogeneous acid catalyst arranged fixed, preferably as a catalyst bed. Conveniently, circulating a reaction mixture, the methyl orthoformate and The alcohol comprises, through a reaction zone, a bulk of the contains heterogeneous acidic catalyst. In one embodiment if you use a storage container, from which one takes the reaction mixture, by a catalyst-containing Reaction zone circulated and returned to the storage tank.

Die Reaktionszone ist vorzugsweise länglich, wobei das Verhältnis der Länge zum Durchmesser insbesondere größer als 5, vorzugsweise größer als 10 ist. Die Reaktionszone wird im Allgemeinen mit einer Strömungsgeschwindigkeit (Volumenstrom bezogen auf den Querschnitt der Reaktionszone) von 1 bis 20 mms-1 durchströmt.The reaction zone is preferably elongated, wherein the ratio of the length to the diameter is in particular greater than 5, preferably greater than 10. The reaction zone is generally flowed through at a flow rate (volume flow based on the cross section of the reaction zone) of 1 to 20 mms -1 .

Der Alkohol wird in wenigstens stöchiometrischer Menge verwendet. Vorzugsweise verwendet man einen Überschuss des Alkohols. Z. B. hält man das molare Verhältnis von Methylorthoformiat zu Alkohol in dem Reaktionsgemisch bei 1:3 bis 1:10, insbesondere 1:4 bis 1:7.Of the Alcohol becomes at least stoichiometric Quantity used. Preferably, an excess is used of the alcohol. For example, stops one the molar ratio of methyl orthoformate to alcohol in the reaction mixture at 1: 3 to 1:10, especially 1: 4 to 1: 7.

Die Umsetzung zwischen dem Methylorthoformiat und dem Alkohol erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur von 0 bis 100°C, insbesondere 15 bis 50 °C. Die Reaktionszone kann zur Einstellung einer geeigneten Reaktionstemperatur mit geeigneten Heizelementen versehen sein, die elektrisch beheizt oder von einem Heizmedium durchströmt werden. Es ist allerdings zweckmäßiger, das Reaktionsgemisch vor dessen Eintritt in die Reaktionszone auf eine geeignete Reaktionstemperatur zu bringen, z. B. indem man es durch geeignete Wärmetauscher leitet und/oder einen oben angesprochenen Vorlagebehälter mit einer Heizung versieht.The Implementation between the methyl orthoformate and the alcohol takes place preferably at a temperature of 0 to 100 ° C, in particular 15 to 50 ° C. The reaction zone can be used to set a suitable reaction temperature with suitable Be provided heating elements that are electrically heated or by a Heating medium flows through become. However, it is more appropriate that Reaction mixture before entering the reaction zone to a to bring appropriate reaction temperature, for. B. by passing it through suitable heat exchangers directs and / or an above-mentioned storage container with a heater provides.

Die Umesterung ist eine Gleichgewichtsreaktion. Es ist daher zur Verschiebung des Gleichgewichts auf die Seite des gewünschten Ameisensäureorthoesters vorteilhaft, das bei der Umsetzung gebildete Methanol zu entfernen, insbesondere durch Abdestillieren. Obgleich die Art und Weise der destillativen Methanolentfernung beliebig ist, ist es bevorzugt, die Abdestillation des Methanols von der Umsetzung am heterogenen sauren Katalysator räumlich zu trennen. Zweckmäßigerweise leitet man daher das Reaktionsgemisch durch eine Destillationszone, in der durch Temperaturerhöhung und/oder Druckerniedrigung niedrigsiedende Komponenten, einschließlich des gebildeten Methanols, verdampfen und aus dem Reaktionssystem entfernt werden können. Zum Beispiel kann ein oben angesprochener Vorlagebehälter mit einer Destillationskolonne verbunden sein, die geeigneterweise mit trennwirksamen Einbauten wie Böden, Packungen oder Füllkörpern versehen ist. Die am Kopf der Kolonne austretenden Brüden können kondensiert werden und das Kondensat gegebenenfalls teilweise als Rücklauf zurückgeführt werden. Das Methanol wird über das abgeführte Destillat entfernt.The Transesterification is an equilibrium reaction. It is therefore for shifting of equilibrium on the side of the desired formic acid orthoester advantageous to remove the methanol formed in the reaction, in particular by distillation. Although the way the distillative methanol removal is arbitrary, it is preferred distilling off the methanol from the reaction on the heterogeneous acidic catalyst spatially to separate. Conveniently, Therefore, the reaction mixture is passed through a distillation zone, in by increasing the temperature and / or depressurising low boiling components, including the formed methanol, evaporate and removed from the reaction system can be. For example, an above-mentioned storage container with a distillation column, suitably with separating internals such as trays, packings or packing provided is. The vapors leaving the top of the column can be condensed and The condensate may be partially recycled as reflux. The methanol is over the dissipated Distillate removed.

In einer bevorzugten Ausführungsform isoliert man in der Destillationszone eine Produktfraktion, die den gewünschten Ameisensäureorthoester umfasst, und eine Zwischensiederfraktion, die Methylorthoformiat und/oder gemischte Ameisensäureorthoester umfasst. Die Zwischensiedertraktion wird rezirkuliert.In a preferred embodiment isolated in the distillation zone, a product fraction, the the wished Includes formic acid orthoester, and an intermediate boiler fraction, the methyl orthoformate and / or mixed formic acid orthoester includes. The intermediate boiling fraction is recirculated.

Für diese Trennung des Reaktionsgemisches in die zu rezirkulierende Zwischensiederfraktion, die höher siedende Produktfraktion und niedriger siedendes Methanol kann man hintereinander geschaltete Destillationskolonnen verwenden, die bei gleichem oder unterschiedlichem Druck betrieben werden können. Die Bestandteile des Reaktionsgemisches werden in den aufeinander folgenden Kolonnen in der Reihenfolge ihrer Flüchtigkeit jeweils über Kopf abdestilliertFor this Separation of the reaction mixture into the intermediate boiler fraction to be recirculated, the higher boiling product fraction and lower boiling methanol can be use sequential distillation columns, the can be operated at the same or different pressure. The Components of the reaction mixture become consecutive Columns in the order of their volatility overhead distilled

Bei dieser Arbeitsweise ist es jedoch von Nachteil, dass neben den Leichtsiedern auch die Zwischensiederfraktion über Kopf getrieben werden muss und dadurch ein hoher Energiebedarf entsteht. Außerdem werden bei der Destillation in hintereinander geschalteten Kolonnen, begünstigt durch hohe Verweilzeiten in den Kolonnensümpfen, deutliche Mengen unerwünschter Nebenprodukte gebildet.at However, this procedure is disadvantageous in that, in addition to the low-boiling components also the intermediate boiler fraction over Must be driven head and thus a high energy demand. In addition, will in the distillation in successive columns, favored by high residence times in the column bottoms, significant amounts of undesirable By-products formed.

Vorzugsweise umfasst daher die Destillationszone eine Zulaufsäule mit einem Abtriebs- und einem Verstärkungsteil, eine mit dem Verstärkungsteil kommunizierende obere Vereinigungssäule, eine mit dem Abtriebsteil kommunizierende untere Vereinigungssäule und eine mit der oberen und unteren Vereinigungssäule kommunizierende Abzugssäule. Man führt das Reaktionsgemisch seitlich in die Zulaufsäule ein, zieht Methanol am Kopf der oberen Vereinigungssäule, die Zwischensiederfraktion seitlich aus der Abzugssäule und die Produktfraktion am Sumpf oder im unteren Bereich der unteren Vereinigungssäule ab.Preferably, therefore, the distillation zone comprises a feed column with a stripping and egg a reinforcing member, an upper combining pillar communicating with the reinforcing member, a lower pillar communicating with the driven member, and a draft pill communicating with the upper and lower pillars. The reaction mixture is introduced laterally into the feed column, methanol is withdrawn from the head of the upper assembly column, the intermediate boiler fraction from the discharge column laterally, and the product fraction at the bottom or in the lower region of the lower consolidation column.

Die Zulaufsäule, Abzugssäule, obere Vereinigungssäule und untere Vereinigungssäule können diskrete Bauelemente sein oder als Abschnitt oder Kammer einer Kolonne ausgebildet sein, die mehrere Funktionen vereint. Der Ausdruck "kommunizierende Säulen" bedeutet, dass zwischen ihnen ein Austausch sowohl von aufsteigenden Brüden als auch von ablaufendem Kondensat erfolgt.The Feed column, Draw column, upper union column and lower union column can be discreet Be components or formed as a section or chamber of a column be, which combines several functions. The term "communicating columns" means that between them an exchange of both ascending vapors and expiring ones Condensate takes place.

In einer bevorzugten Ausführungsform verwendet man zur Destillation eine so genannte Trennwandkolonne, das heißt die Zulaufsäule und die Abzugssäule sind als beidseitig zu je einem Vereinigungsraum offene Teilkammern ausgebildet, die sich über einen Abschnitt der Längsausdehnung einer Kolonne erstrecken und durch eine Trennwand voneinander getrennt sind. Destillationskolonnen, die eine Trennwand enthalten, sind an sich bekannt und z. B. beschrieben in der US-A 2,271,134, US-A 4,230,533, der EP-A 122 367, der EP-A 126 288, der EP-A 133 510, Chem. Eng. Technol. 10 (1987) 92-98; Chem, -Ing.-Techn. 61 (1989) Nr. 1, 16-25; Gas Separation and Purification 4 (1990) 109-114; Process Engineering 2 (1993) 33-34; Trans IChemE (1994) Part A 639-644 und Chemical Engineering 7 (1997) 72-76. Die Trennwand kann in die Kolonne fest eingebaut, z. B. eingeschweißt sein, oder aber sie ist lösbar in der Kolonne befestigt, z. B. eingesteckt. Die lösbare Befestigung bietet Vorteile, wie größere Flexibilität, einfachere Packung der Kolonne mit Einbauten und niedrigere Investitionskosten.In a preferred embodiment used for distillation, a so-called dividing wall column, this means the inlet column and the deduction column are as open on both sides of a union space open sub-chambers educated, over a section of the longitudinal extent extend a column and separated by a partition wall are. Distillation columns containing a partition are known and z. As described in US-A 2,271,134, US-A 4,230,533, EP-A 122 367, EP-A 126 288, EP-A 133 510, Chem. Eng. Technol. 10 (1987) 92-98; Chem, -Ing.-Techn. 61 (1989) No. 1, 16-25; Gas Separation and Purification 4 (1990) 109-114; Process engineering 2 (1993) 33-34; Trans IChemE (1994) Part A 639-644 and Chemical Engineering 7 (1997) 72-76. The partition can be stuck in the column installed, z. B. welded be, or it is solvable attached in the column, z. B. inserted. The detachable attachment offers advantages, such as greater flexibility, simpler Packing the column with internals and lower investment costs.

In alternativen Ausführungsformen verwendet man zur Destillation thermisch gekoppelte Kolonnen, z. B. eine Destillationskolonne mit einer thermisch gekoppelten Vorkolonne, das heißt die Abzugssäule, die obere Vereinigungssäule und die untere Vereinigungssäule sind als einstückige Destillationskolonne ausgebildet und die Zulaufsäule ist als Vorkolonne zur Destillationskolonne ausgebildet. Alternativ kann man eine Destillationskolonne mit einer thermisch gekoppelten Nachkolonne verwenden, das heißt die Zulaufsäule, die obere Vereinigungssäule und die untere Vereinigungssäule sind als einstückige Destillationskolonne ausgebildet und die Abzugssäule ist als Nachkolonne zu der Destillationskolonne ausgebildet. Destillationskolonnen mit beigeschalteten Hilfskolonnen sind an sich bekannt und dem Fachmann geläufig.In alternative embodiments used for distillation thermally coupled columns, eg. B. a distillation column with a thermally coupled Vorkolonne, this means the withdrawal column, the upper union column and the lower union column are as one piece Distillation column formed and the feed column is as a precursor to Distillation column formed. Alternatively, one can use a distillation column use with a thermally coupled post column, that is, the feed column, the upper union column and the lower union column are as one piece Distillation column formed and the withdrawal column is as a post column formed the distillation column. Distillation columns with activated auxiliary columns are known per se and the person skilled in the art common.

Die Summe der theoretischen Trennstufen von oberer Vereinigungssäule, Zulaufsäule, Abzugssäule und unterer Vereinigungssäule beträgt vorzugsweise 20 bis 80, insbesondere 25 bis 65.The Sum of the theoretical separation stages of the upper union column, inlet column, withdrawal column and lower union column is preferably 20 to 80, in particular 25 to 65.

Vorzugsweise entfallen auf die obere Vereinigungssäule 5 bis 50 %, insbesondere 15 bis 30 %, auf den Verstärkungsteil der Zulaufsäule 5 bis 50 %, insbesondere 15 bis 30 %, auf den Abtriebsteil der Zulaufsäule 5 bis 50 %, insbesondere 15 bis 30 %, auf den oberhalb des Seitenabzugs gelegenen Teil der Abzugssäule 5 bis 50 %, insbesondere 15 bis 30 %, auf den unterhalb des Seitenabzugs gelegenen Teil der Abzugssäule 5 bis 50 %, insbesondere 15 bis 30 %, und auf die untere Vereinigungssäule 5 bis 50 %, insbesondere 15 bis 30 %, der Summe der theoretischen Trennstufen von oberer Vereinigungssäule, Zulaufsäule, Abzugssäule und unterer Vereinigungssäule.Preferably attributable to the upper union column 5 to 50%, in particular 15 to 30%, on the reinforcing part the inlet column 5 to 50%, in particular 15 to 30%, on the stripping section of the feed column 5 to 50%, especially 15 to 30%, on the above the side offtake located part of the deduction column 5 to 50%, especially 15 to 30%, on the below the side offtake located part of the deduction column 5 to 50%, in particular 15 to 30%, and to the lower union column 5 to 50%, in particular 15 to 30%, of the sum of the theoretical plates from upper union column, inflow column, deduction column and lower union column.

Vorzugsweise beträgt das Verhältnis der Summe der theoretischen Trennstufen der Zulaufsäule zur Summe der theoretischen Trennstufen der Abzugssäule 0,8 bis 1,1, insbesondere 0,9 bis 1,0.Preferably is The relationship the sum of the theoretical separation stages of the feed column for Sum of the theoretical plates of the withdrawal column 0.8 to 1.1, in particular 0.9 to 1.0.

Die Zulaufsäule, die obere Vereinigungssäule, die untere Vereinigungssäule und die Abzugssäule enthalten trennwirksame Einbauten, wie Trennböden, z. B. Lochböden oder Ventilböden, geordnete Packungen, z. B. Blech- oder Gewebepackungen wie Sulzer Mellapak, Sulzer BX, Montz B1 oder Montz A3 oder Kühni Rhombopak, oder regellose Schüttungen von Füllkörpern, wie z. B. Dixon-Ringen, Raschig-Ringen, High-Flow-Ringen oder Raschig-Super-Ringen.The Feed column, the upper union column, the lower union column and the deduction column contain separating internals, such as separating trays, z. B. perforated plates or Valve trays, ordered packs, eg. B. sheet or tissue packings such as Sulzer Mellapak, Sulzer BX, Montz B1 or Montz A3 or Kühni Rhombopak, or random dumps of Packings, like z. Dixon rings, Raschig rings, high flow rings or Raschig super rings.

Bei Einsatz einer Trennwandkolonne hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Trennwand zumindest in Teilbereichen wärmeisolierend ist, z. B. doppelwandig mit dazwischenliegendem Gasraum, ausgeführt ist. Eine Beschreibung der verschiedenen Möglichkeiten der thermischen Isolierung der Trennwand findet sich in der EP-A 640 367.at Use of a dividing wall column, it has proved to be beneficial when the partition at least in some areas heat-insulating is, for. B. double-walled with intermediate gas space is executed. A description of the different possibilities of thermal Isolation of the partition can be found in EP-A 640 367.

Die Erfindung wird durch die beigefügte Zeichnung und die nachfolgenden Beispiele näher veranschaulicht.The Invention is indicated by the attached drawing and the following examples illustrate in more detail.

1 zeigt eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Anlage mit einer Katalysator-gefüllten Reaktionszone und einer Trennwandkolonne. 1 shows a suitable plant for carrying out the process according to the invention with a catalyst-filled reaction zone and a dividing wall column.

Gemäß 1 werden über die Leitungen 4 und 5 Trimethylorfhoformiat und ein Alkohol, z. B. Ethanol, in den Vorlagebehälter 3 eingeführt. Mittels der Pumpe 2 wird das Gemisch durch die Reaktionsszone 1 gepumpt, in der sich eine Schüttung eines heterogenen sauren Katalysators befindet. Das aus der Reaktionszone 1 austretende Gemisch wird über die Leitung 6 in eine Trennwandkolonne 7 eingeführt. Die Trennwandkolonne 7 umfasst einen Zulaufteil 8, einen Abzugsteil 9, einen oberen Vereinigungsteil 10 und einen unteren Vereinigungsteil 11. Das Sumpfprodukt der Trennwandkolonne 7 wird über den aus der Pumpe 12 und dem Aufheizer 13 bestehenden Kreislauf umgepumpt. Ein Teilstrom wird über die Leitung 14 ausgeschleust, um eine Aufpegelung von hochsiedenden Nebenprodukten zu vermeiden. Über den Seitenabzug 15 am Abzugsteil 9 der Trennwandkolonne 7 wird eine Zwischensiederfraktion entnommen, die nicht umgesetztes Trimethylorfhoformiat, Alkohol und gemischte Ameisensäureorthoester enthält. Diese Zwischensiederfraktion wird über die Leitung 16 in den Vorlagebehälter 3 zurückgeführt. Über den Abzug 17 in der Nähe des Kopfes der Trennwandkolonne 7 wird Methanol abgezogen. Über den Abzug 18 in der Nähe des Sumpfes der Trennwandkolonne 7 wird der gewünschte Ameisensäureorthoester abgezogen.According to 1 be over the wires 4 and 5 Trimethylorfhoformiat and an alcohol, for. As ethanol, in the reservoir 3 introduced. By means of the pump 2 the mixture is passed through the reaction zone 1 pumped, in which a pile of a heterogeneous acid catalyst is located. That from the reaction zone 1 exiting mixture is over the line 6 in a dividing wall column 7 introduced. The dividing wall column 7 includes an inlet part 8th , a deduction part 9 , an upper union part 10 and a lower union part 11 , The bottom product of the dividing wall column 7 gets over from the pump 12 and the heater 13 circulated existing cycle. A partial flow is over the line 14 discharged to avoid accumulation of high-boiling by-products. About the side trigger 15 at the deduction part 9 the dividing wall column 7 an interim-boiling fraction is withdrawn containing unreacted trimethyl orthoformate, alcohol and mixed formic acid orthoesters. This intermediate boiler fraction is over the line 16 in the storage container 3 recycled. About the deduction 17 near the head of the dividing wall column 7 methanol is withdrawn. About the deduction 18 near the bottom of the dividing wall column 7 the desired formic acid orthoester is withdrawn.

VergleichsbeispielComparative example

In einem mit einem Rührer versehenen Vorlagebehälter wurde ein Gemisch von Trimethylorthoformiat und Ethanol (molares Verhältnis 1:5) auf 78°C temperiert. Das Gemisch wurde mehrfach mit einer Zufuhrrate von 2000 ml/h über einen Wärmetauscher und einen Rohrreaktor (Länge 24 cm, Innenvolumen etwa 240 ml) umgepumpt, der mit einem Kationentauscher (Lewatit®K2621) in Säureform gefüllt war. Die Temperatur im Rohrreaktor betrug 40°C. Aus dem Vorlagebehälter wurden gleichzeitig über eine Füllkörperkolonne die leichtsiedenden Substanzen abdestilliert und gesammelt.In a provided with a stirrer feed tank, a mixture of trimethyl orthoformate and ethanol (molar ratio 1: 5) was heated to 78 ° C. The mixture was pumped several times at a feed rate of 2000 ml / h via a heat exchanger and a tubular reactor (length 24 cm, internal volume about 240 ml), which was filled with a cation exchanger (Lewatit ® K2621) in acid form. The temperature in the tubular reactor was 40 ° C. From the storage tank, the low-boiling substances were distilled off and collected simultaneously via a packed column.

Die Ausbeute an Triethylorthoformiat im Rückstand betrug nach 25 Stunden etwa 70 %. Als Nebenprodukte wurden Diethylether, Dimethylether, Ethylmethylether, Methylformiat, Ethylformiat, Ethyldimethylorthoformiat und Diethylmethylorthoformiat festgestellt.The Yield of triethyl orthoformate in the residue was after 25 hours about 70%. By-products were diethyl ether, dimethyl ether, ethyl methyl ether, Methyl formate, ethyl formate, Ethyldimethylorthoformiat and Diethylmethylorthoformiat found.

Beispiel 1example 1

Das Vergleichsbeispiel wurde wiederholt, wobei jedoch an Stelle des Ionenaustauschers Kieselsäure in Form von 1,5 mm Stränglingen verwendet wurde. Die Ausbeute an Ethylorthoformiat (und gemischten Orthoestern) betrug etwa 90 %. Als Nebenprodukt wurde lediglich Ethylformiat festgestellt.The Comparative Example was repeated, but instead of Ion exchanger silicic acid in the form of 1.5 mm stringers has been used. The yield of ethyl orthoformate (and mixed Orthoesters) was about 90%. As by-product was only Ethyl formate detected.

Beispiel 2Example 2

Gemische von Methylorthoformiat und Ethanol (molares Verhältnis 1:3, 1:4 bzw. 1:7) wurden in Rührkolben bei einer Temperatur von 21, 35 bzw. 50 °C mit verschiedenen heterogenen Katalysatoren (Kieselsäure 1,5 mm Stränglinge und Bleicherde) versetzt. In Intervallen von 1 min wurden Proben entnommen und gaschromatographisch mit internem Standard untersucht. Bei allen untersuchten Katalysatoren, Temperaturen und Verhältnissen war innerhalb von 5 min ein wenigstens 70 %iger Umsatz des Methylorthoformiats erreicht.mixtures of methyl orthoformate and ethanol (molar ratio 1: 3, 1: 4 and 1: 7, respectively) in stirred flasks at a temperature of 21, 35 or 50 ° C with different heterogeneous Catalysts (silica 1.5 mm stringers and bleaching earth). At 1 minute intervals, samples were taken taken and analyzed by gas chromatography with internal standard. For all investigated catalysts, temperatures and ratios was at least 70% conversion of the methyl orthoformate within 5 minutes reached.

Claims (10)

Verfahren zur Herstellung von Ameisensäureorthoestern, bei dem man Methylorthoformiat und einen wenigstens zwei Kohlenstoffatome aufweisenden Alkohol mit einem heterogenen sauren Katalysator in Kontakt bringt, der ausgewählt ist unter Kieselsäure, Aluminosilikaten, Oxiden oder Mischoxiden von Aluminium, Zink, Zirkonium und/oder Titan.Process for the preparation of formic acid orthoesters, in which one has methyl orthoformate and one at least two carbon atoms having alcohol with a heterogeneous acid catalyst in Contact brings that selected is under silica, Aluminosilicates, oxides or mixed oxides of aluminum, zinc, zirconium and / or titanium. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der heterogene saure Katalysator ausgewählt ist unter Kieselsäure, Bleicherden und Zeolithen.The method of claim 1, wherein the heterogeneous acid catalyst selected is under silica, Bleaching earths and zeolites. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem man ein Reaktionsgemisch, das Methylorthoformiat und den Alkohol umfasst, durch eine Reaktionszone zirkuliert, die eine Schüttung des heterogenen sauren Katalysators enthält.A method according to claim 1 or 2, wherein one is Reaction mixture comprising methyl orthoformate and the alcohol, circulated through a reaction zone containing a bed of the contains heterogeneous acidic catalyst. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem man das Reaktionsgemisch außerdem durch eine Destillationszone zirkuliert, in der man Methanol aus dem Reaktionsgemisch abdestilliert.Process according to claim 3, wherein the reaction mixture Furthermore circulated through a distillation zone in which methanol is extracted distilled off the reaction mixture. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem man in der Destillationszone eine Produktfraktion, die den Ameisensäureorthoester des Alkohols umfasst, und eine Zwischensiedertraktion, die Methylorthoformiat und/oder gemischte Ameisensäureorthoester umfasst, isoliert und die Zwischensiederfraktion zur Reaktionszone rezirkuliert.Process according to Claim 4, in which the distillation zone a product fraction containing the formic acid orthoester of the alcohol and an intermediate boiling fraction, the methyl orthoformate and / or mixed formic acid orthoester comprises, isolated and the intermediate boiler fraction to the reaction zone recirculated. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Destillationszone eine Zulaufsäule mit einem Abtriebs- und einem Verstärkungsteil, eine mit dem Verstärkungsteil kommunizierende obere Vereinigungssäule, eine mit dem Abtriebsteil kommunizierende untere Vereinigungssäule und eine mit der oberen und unteren Vereinigungssäule kommunizierende Abzugssäule umfasst, und man das Reaktionsgemisch seitlich in die Zulaufsäule einführt, Methanol am Kopf der oberen Vereinigungssäule abzieht, die Zwischensiedertraktion seitlich aus der Abzugssäule abzieht und die Produktfraktion am Sumpf oder im unteren Bereich der unteren Vereinigungssäule abzieht.Process according to claim 5, wherein the distillation zone an inflow column with a stripping and a reinforcement part, one with the reinforcing part communicating upper union column, one with the stripping section communicating lower union column and one with the upper one and lower union column communicating withdrawal column and introducing the reaction mixture laterally into the feed column, methanol at the head of the upper union column subtracts the Zwiedensiedertraktion laterally from the deduction column and the product fraction at the bottom or bottom of the bottom combining column withdraws. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Zulaufsäule und die Abzugssäule als beidseitig zu je einem Vereinigungsraum offene Teilkammern ausgebildet sind, die sich über einen Abschnitt der Längsausdehnung einer Destillationskolonne erstrecken und durch eine Trennwand voneinander getrennt sind.A method according to claim 7, wherein the inlet column and the withdrawal column formed as on both sides to each a union space open sub-chambers are, which extend over a portion of the longitudinal extent of a distillation column and are separated by a partition wall. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Alkohol unter C2-C12-Alkanolen; C6-C10-Aryl-C1-C4-alkanolen; Heteroaryl-C1-C4-alkanolen mit 5- oder 6-gliedrigem Heteroaryl mit 1, 2 oder 3 unter O, S und N ausgewähl ten Heteroatomen, das gegebenenfalls benzannelliert ist, ausgewählt ist.A process according to any one of the preceding claims wherein the alcohol is C 2 -C 12 alkanols; C 6 -C 10 aryl-C 1 -C 4 alkanols; Heteroaryl-C 1 -C 4 -alkanols with 5- or 6-membered heteroaryl with 1, 2 or 3 selected from O, S and N-selected heteroatoms, which is optionally benzannellated. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Alkohol Ethanol ist.The method of claim 8, wherein the alcohol is ethanol is. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem man das Methylorthoformiat und den Alkohol kontinuierlich zuführt.Method according to one of the preceding claims, in to which the methyl orthoformate and the alcohol are fed continuously.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109771980A (en) * 2018-12-23 2019-05-21 中国科学院山西煤炭化学研究所 A kind of heterogeneous azeotropic rectification method separating 2 pentanone, 4- heptanone, water and carbon dioxide mixture
CN109771980B (en) * 2018-12-23 2021-04-13 中国科学院山西煤炭化学研究所 Heterogeneous azeotropic rectification method for separating mixture of 2-pentanone, 4-heptanone, water and carbon dioxide

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