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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Vinylethers. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein
Verfahren zur Herstellung eines hochreinen Vinylethers aus einem Rohstoffalkohol,
bei welchem der nicht umgesetzte Rohstoffalkohol in dem rohen Vinylether
effizient entfernt werden kann.
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Ein
Vinylether kann durch eine Additionsreaktion eines Alkohols an Acetylen,
eine Etheraustauschreaktion zwischen einem Vinylether und einem Alkohol,
bei der als Katalysator ein Übergangsmetallkomplex oder
dergleichen verwendet wird, oder eine Vinylaustauschreaktion zwischen
einem Vinylcarboxylat und einem Alkohol hergestellt werden.
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Bei
allen diesen Verfahren zur Herstellung eines Vinylethers wird ein
Alkohol als Rohstoff verwendet. Die Abtrennung und Gewinnung des
hergestellten Vinylethers durch Destillation ist jedoch schwierig,
wenn der nicht umgesetzte Rohstoffalkohol in dem rohen Vinylether
ein azeotropes Gemisch mit dem Vinylether bildet.
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Zur
Lösung dieses Problems werden ein Verfahren, bei welchem
die Azeotropie durch Zugabe eines Alkalimetallsalzes aufgehoben
wird, (Patentschrift 1) und ein Verfahren, bei welchem unter Ausnutzung
des Phänomens, dass die azeotrope Zusammensetzung in Abhängigkeit
vom Druck des Systems unterschiedlich ist, zwei Destillierkolonnen verwendet
werden und die Destillation unter verschiedenen Drücken
durchgeführt wird, um den nicht umgesetzten Rohstoffalkohol
zu entfernen, (Patentschriften 2 und 3, etc.) vorgeschlagen.
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Bei
dem Verfahren, bei welchem die Azeotropie durch Zugabe eines Alkalimetallsalzes
aufgehoben wird, besteht es jedoch das Problem, dass bei der Reaktion
des Alkalimetallsalzes mit dem Alkohol ein Alkalimetallalkoholat
entsteht und sich das Alkoholat infolge einer Abnahme des Reaktionsgemisches
als Feststoff im Rückstand am Boden der Destillierkolonne
ausscheidet, was die Methode als industrielles Verfahren unbrauchbar
macht.
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Bei
dem Verfahren, bei welchem zwei Destillierkolonnen verwendet werden
und die Destillation unter verschiedenen Drücken durchgeführt
wird, wird der Druck im Inneren der zweiten Destillierkolonne höher
eingestellt als im Inneren der ersten Destillierkolonne. Vom Kopf
der zweiten Destillierkolonne wird ein azeotropes Gemisch abgenommen,
dessen Alkoholkonzentration etwas höher ist als die des
azeotropen Gemisches, das von der ersten Destillierkolonne abdestilliert
wird, und vom Boden der zweiten Destillierkolonne wird ein Vinylether
gewonnen. Da der Hauptbestandteil des azeotropen Gemisches, das vom
Kopf der zweiten Destillierkolonne abgenommen wird, auch der Vinylether
ist, besteht jedoch das Problem, dass die Ausbeute an Vinylether
gering wird.
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[Literatur des Standes der Technik]
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Die
vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorstehend genannten
Probleme des Standes der Technik zu lösen. Die vorliegende
Erfindung hat die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines hochreinen
Vinylethers bereitzustellen, mit welchem ein hochreiner Vinylether
effizient aus einem rohen Vinylether, der den nicht umgesetzten
Rohstoffalkohol enthält, gewonnen werden kann, auch wenn
der Vinylether und der Alkohol ein azeotropes Gemisch bilden, und
welches einen Reinigungsschritt einschließt.
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Die
Erfinder fanden heraus, dass der nicht umgesetzte Rohstoffalkohol
in dem rohen Vinylether durch Zugabe einer sehr geringen Menge eines
Säurekatalysators in ein Acetal umgewandelt werden kann,
wobei die Polymerisation des Vinylethers unterdrückt wird.
Die vorstehende Umwandlung des nicht umgesetzten Rohstoffalkohols
in ein Acetal macht es möglich, auf einfache Weise durch
Destillation einen hochreinen Vinylether zu erhalten. Diese Feststellung
hat zur Fertigstellung der vorliegenden Erfindung geführt.
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Die
vorliegende Erfindung erfüllt die vorstehende Aufgabe durch
das in den folgenden Punkten [1] bis [8] beschriebene Verfahren.
- [1] Ein Verfahren zur Herstellung eines hochreinen
Vinylethers, umfassend:
als einen ersten Schritt einen Schritt
der Vinylethersynthese, bei dem ein Alkohol (I), dargestellt durch
die allgemeine Formel (1) R-O-H (1), wobei R
ein aliphatischer Kohlenwasserstoffrest oder ein alicyclischer Kohlenwasserstoffrest
ist, einer Vinyletherbildungsreaktion in Gegenwart eines Katalysators
unterzogen wird, um einen Vinylether (II), dargestellt durch die
allgemeine Formel (2), zu synthetisieren R-O-CH=CH2
(2), wobei R
ein aliphatischer Kohlenwasserstoffrest oder ein alicyclischer Kohlenwasserstoffrest
ist;
als einen zweiten Schritt einen Schritt des Entfernens
des Katalysators, bei dem der Katalysator aus dem im ersten Schritt
erhaltenen Reaktionsgemisch entfernt wird, um einen rohen Vinylether, enthaltend
den Vinylether (II) und den nicht umgesetzten Rohstoffalkohol (I),
zu erhalten;
als einen dritten Schritt einen Schritt der Acetalbildung,
bei dem der nicht umgesetzte Rohstoffalkohol (I) in dem rohen Vinylether
mit dem Vinylether (II) in Gegenwart eines Säurekatalysators
umgesetzt wird, um den Alkohol (I) und den Vinylether (II) in ein
Acetal (III), dargestellt durch die allgemeine Formel (3) umzuwandeln, wobei R ein
aliphatischer Kohlenwasserstoffrest oder ein alicyclischer Kohlenwasserstoffrest
ist; und
als einen vierten Schritt einen Schritt der Destillation
und Reinigung, bei dem ein roher Vinylether, der das Acetal (III)
enthält, einer Destillation unterzogen wird, um einen hochreinen
Vinylether zu erhalten.
- [2] Ein Verfahren zur Herstellung eines hochreinen Vinylethers
gemäß Punkt [1], wobei die Vinyletherbildungsreaktion
eine Reaktion ist, die ausgewählt ist aus den folgenden
Reaktionen:
(A) einer Etheraustauschreaktion zwischen einem Vinylether
und einem Alkohol,
(B) einer Vinylaustauschreaktion zwischen
einem Vinylcarboxylat und einem Alkohol und
(C) einer Additionsreaktion
eines Alkohols an Acetylen.
- [3] Ein Verfahren zur Herstellung eines hochreinen Vinylethers
gemäß Punkt [1] oder [2], wobei der zweite Schritt
ein Schritt ist, bei dem das Reaktionsgemisch der Vinyletherbildungsreaktion
einer Destillation unterzogen wird, um den Katalysator zu entfernen,
und ein roher Vinylether erhalten wird, der den Alkohol (I) und
den Vinylether (II) enthält.
- [4] Ein Verfahren zur Herstellung eines hochreinen Vinylethers
gemäß Punkt [1] oder [2], wobei der zweite Schritt
als Teil des Schrittes einen Vorgang einschließt, bei dem
das Gemisch, das durch das Entfernen des Katalysators aus dem Reaktionsgemisch
der Vinyletherbildungsreaktion erhalten wird, einer Destillation
unterzogen wird, und ein roher Vinylether erhalten wird, der den
Alkohol (I) und den Vinylether (II) enthält.
- [5] Ein Verfahren zur Herstellung eines hochreinen Vinylethers
gemäß einem der Punkte [1] bis [4], wobei im dritten
Schritt der bei der Acetalbildungsreaktion verwendete Säurekatalysator
eine anorganische Säure, eine organische Säure
oder ein fester Säurekatalysator ist.
- [6] Ein Verfahren zur Herstellung eines hochreinen Vinylethers
gemäß einem der Punkte [1] bis [5], wobei im dritten
Schritt die Acetalbildungsreaktion bei 0 bis 80°C durchgeführt
wird.
- [7] Ein Verfahren zur Herstellung eines hochreinen Vinylethers
gemäß einem der Punkte [1] bis [6], wobei der
dritte Schritt als Teil des Schrittes einen Vorgang einschließt,
bei dem der Säurekatalysator nach der Acetalbildungsreaktion
neutralisiert und/oder entfernt wird.
- [8] Ein Verfahren zur Herstellung eines hochreinen Vinylethers
gemäß einem der Punkte [1] bis [7], umfassend
die Rückgewinnung des Rückstands vom Boden der
Destillierkolonne, welcher reich an dem Acetal (III) ist, Umwandlung
des Acetals (III) in den Alkohol (I) und den Vinylether (II) und
dann Rückführen des Alkohols (I) und des Vinylethers
(II) in den Vinylethersynthese-Schritt der als Rohstoffe für
die Vinylethersynthese.
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Gemäß dem
Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung kann durch Umwandeln
des nicht umgesetzten Rohstoffalkohols in dem rohen Vinylether,
der den Vinylether und einen nicht umgesetzten Rohstoffalkohol enthält,
in ein Acetal ein hochreiner Vinylether auf einfache Weise durch
Destillation erhalten werden, auch wenn der Vinylether und der Alkohol
ein azeotropes Gemisch bilden. Ferner kann das im Rückstand
am Boden der Destillierkolonne enthaltene Acetal zurückgewonnen
und in den Vinylether und den Rohstoffalkohol umgewandelt werden.
Sie können als Rohstoffe zur Vinylethersynthese rückgeführt
werden; und somit kann effizient ein Vinylether hergestellt werden.
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1 ist
eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform des
Herstellungsverfahrens der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Erläuterung der Bezugsnummern
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In 1 bezeichnet
1 den Schritt der Vinylethersynthese; bezeichnet 2 den Schritt des
Entfernens des Katalysators; bezeichnet 3 den Schritt der Acetalbildung;
bezeichnet 4 den Schritt der Destillation und Reinigung; und bezeichnet
5 den Schritt der Acetalzersetzung.
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Anhand
von 1 wird eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung überblickhaft beschrieben. Ein im ersten Schritt
(Vinylethersynthese-Schritt) erhaltenes Reaktionsgemisch, das einen nicht
umgesetzten Rohstoffalkohol (I), einen Vinylether (II) und einen
Katalysator enthält, wird dem zweiten Schritt (Schritt
des Entfernens des Katalysators), dem dritten Schritt (Schritt der
Acetalbildung) und dem vierten Schritt (Schritt der Destillation
und Reinigung), in dieser Reihenfolge zugeführt, und im
vierten Schritt wird ein hochreiner Vinylether erhalten.
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[1] Erster Schritt: Vinylethersynthese-Schritt
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Im
ersten Schritt wird ein Alkohol (I), dargestellt durch die allgemeine
Formel (1) R-O-H (1), einer Vinyletherbildungsreaktion
in Gegenwart eines Katalysators unterzogen, um einen Vinylether
(II), dargestellt durch die allgemeine Formel (2) zu synthetisieren R-O-CH=CH2
(2), wodurch
ein Reaktionsgemisch, das den Vinylether (II), den nicht umgesetzten
Rohstoffalkohol (I) und den Katalysator enthält, erhalten
wird.
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In
den allgemeinen Formeln (1) und (2) ist R ein aliphatischer Kohlenwasserstoffrest
oder ein alicyclischer Kohlenwasserstoffrest, vorzugsweise ein aliphatischer
Kohlenwasserstoffrest mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen oder ein alicyclischer
Kohlenwasserstoffrest mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen.
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Als
spezielle Beispiele für den aliphatischen Kohlenwasserstoffrest
können Alkylreste mit gerader oder verzweigter Kette, wie
z. B. eine Ethyl-, n-Propyl-, Isopropyl-, Butyl-, Isobutyl-, sec-Butyl-,
tert-Butyl-, Pentyl-, Isopentyl-, Neopentyl-, n-Hexyl-, n-Heptyl-,
n-Octyl-, n-Nonyl-, n-Decyl-, 2-Ethylhexylgruppe und dergleichen;
Alkylreste mit Cycloalkylsubstituenten, wie z. B. eine Cyclohexylmethyl-,
Tricyclodecanylmethyl-, 1-Adamantylmethylgruppe und dergleichen;
und Alkenylreste mit gerader oder verzweigter Kette, wie z. B. eine
Allyl-, Isopropenyl-, Butenyl-, Pentenyl-, Hexenyl-, Heptenyl-,
Octenylgruppe und dergleichen, genannt werden.
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Als
spezielle Beispiele für den alicyclischen Kohlenwasserstoffrest
können monocyclische Cycloalkylreste, wie z. B. eine Cyclopropyl-,
Cyclobutyl-, Cyclopentyl-, Cyclohexyl-, Cyclooctylgruppe und dergleichen;
monocyclische Cycloalkenylreste, wie z. B. eine Cyclopentenyl-,
Cyclohexenylgruppe und dergleichen; und polycyclische Kohlenwasserstoffreste, wie
z. B. eine Perhydronaphthyl-, Adamantyl-, Tricyclodecanyl-, Norbornylgruppe
und dergleichen, genannt werden.
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Als
spezielle Beispiele für den Alkohol (I), der als Rohstoff
verwendet wird, können gesättigte aliphatische
Alkohole mit gerader oder verzweigter Kette, wie z. B. Ethanol,
n-Propanol, Isopropanol, n-Butanol, Isobutanol, sec-Butanol, tert-Butanol,
n-Pentanol, Isopentanol, Neopentanol, n-Hexanol, n-Heptanol, n-Octanol,
n-Nonanol, n-Decanol, 2-Ethylhexanol und dergleichen; ungesättigte
aliphatische Alkohole mit gerader oder verzweigter Kette, wie z.
B. Allylalkohol, Isopropenylalkohol, Butenylalkohol, Pentenylalkohol,
Hexenylalkohol, Heptenylalkohol, Octenylalkohol und dergleichen;
und alicyclische Alkohole, wie z. B. Cyclopentanol, Cyclohexanol,
Tricyclodecanol, 1-Adamantanol, 2-Adamantanol, Cyclohexanmethanol
und dergleichen, genannt werden.
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Als
spezielle Beispiele für den erhaltenen Vinylether (II)
können Alkylvinylether mit gerader oder verzweigter Kette,
wie z. B. Ethylvinylether, n-Propylvinylether, Isopropylvinylether,
n-Butylvinylether, Isobutylvinylether, sec-Butylvinylether, tert-Butylvinylether,
n-Pentylvinylether, Isopentylvinylether, Neopentylvinylether, n-Hexylvinylether,
n-Heptylvinylether, n-Octylvinylether, n-Nonylvinylether, n-Decylvinylether,
2-Ethylhexylvinylether und dergleichen; Alkenylvinylether mit gerader
oder verzweigter Kette, wie z. B. Allylvinylether, Isopropenylvinylether,
Butenylvinylether, Pentenylvinylether, Hexenylvinylether, Heptenylvinylether,
Octenylvinylether und dergleichen; und alicyclische Vinylether,
wie z. B. Cyclopentylvinylether, Cyclohexylvinylether, Tricyclodecanvinylether, 1-Adamantanvinylether,
2-Adamantanvinylether, Cyclohexylmethylvinylether und dergleichen,
genannt werden.
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Die
vorliegende Erfindung kann besonders effektiv in einem System genutzt
werden, in welchem der Rohstoffalkohol (I), dargestellt durch die
allgemeine Formel (1), und der Vinylether (II), dargestellt durch
die allgemeine Formel (2), ein azeotropes Gemisch bilden.
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Der
Vinylether (II) kann durch ein bekanntes Verfahren aus dem durch
die allgemeine Formel (1) dargestellten Alkohol (I) als Rohstoff
hergestellt werden. Als spezielle Verfahren können genannt
werden:
- (A) ein Etheraustauschverfahren zwischen
einem Vinylether und einem Alkohol,
- (B) ein Vinylaustauschverfahren zwischen einem Vinylcarboxylat
und einem Alkohol, und
- (C) eine Additionsreaktion eines Alkohols an Acetylen.
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Bei
der Etheraustauschreaktion (A) wird der Alkohol (I) mit einem Vinylether
(IV), der von dem angestrebten Vinylether (II) verschieden ist,
und der durch die allgemeine Formel (4) dargestellt ist R1-O-CH=CH2
(4), wobei R1 ein aliphatischer Kohlenwasserstoffrest oder
ein alicyclischer Kohlenwasserstoffrest ist, in Gegenwart eines Übergangsmetallkomplexkatalysators
umgesetzt, um einen Vinylether (II) zu erhalten.
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Als
Rohstoffvinylether (IV) wird typischerweise ein Vinylether verwendet,
welcher im Vergleich zu dem angestrebten Vinylether (II) leicht
zu erhalten ist. Insbesondere werden vorzugsweise Methylvinylether,
Ethylvinylether, n-Propylvinylether, n-Butylvinylether usw. verwendet.
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Als Übergangsmetallkomplexkatalysator kann
ein bekannter Katalysator für die Vinyletheraustauschreaktion,
wie z. B. ein Palladiumkomplex und ein Cobaltkomplex, verwendet
werden. Als spezielle Beispiele für den Palladiumkomplex
können 1,10-Phenanthrolinkomplexe von Palladium, wie z. B.
der Palladiumacetat-1,10-phenanthrolinkomplex, Palladiumchlorid-1,10-phenanthrolinkomplex
und dergleichen, genannt werden. Als spezielle Beispiele für
den Cobaltkomplex können Cobaltcarbonylkomplexe, wie z.
B. Co(CH3COCHCOCH3)2, Co(CH3COCHCOCH3)3, Co(CH3COCHCOCH3)2·2H2O,
Co2(CO)8 und dergleichen,
genannt werden.
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Bei
der Etheraustauschreaktion (A) kann ein organisches Lösungsmittel
verwendet werden. Als organisches Lösungsmittel können
beispielsweise gesättigte Kohlenwasserstofflösungsmittel,
wie z. B. Pentan, Hexan, Heptan, Cyclopentan, Cyclohexan und dergleichen;
Ether, wie z. B. Dioxan, Diethylether, Diisopropylether, Methyl-tert-butylether,
Tetrahydrofuran, Sulfolan, Diethylenglycoldimethylether, Diethylenglycoldiethylether,
Triethylenglycoldimethylether, Triethylenglycoldiethylether und
dergleichen; und aromatische Kohlenwasserstofflösungsmittel, wie
z. B. Benzol, Toluol und dergleichen, genannt werden.
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Die
Reaktionstemperatur beträgt gewöhnlich –20
bis 150°C. Unter den Gesichtspunkten der Reaktionsgeschwindigkeit
und der Unterdrückung von Nebenreaktionen beträgt
sie vorzugsweise 0 bis 100°C, stärker bevorzugt
20 bis 50°C. Die Reaktionszeit ist in Abhängigkeit
von den Reaktionsbedingungen verschieden, beträgt aber
gewöhnlich etwa 10 min bis 48 h.
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Bei
der Vinylaustauschreaktion (B) wird der Alkohol (I) mit einem Vinylcarboxylat
(V), dargestellt durch die folgende allgemeine Formel (5) R2COO-CH=CH2
(5), wobei R2 ein aliphatischer Kohlenwasserstoffrest,
ein alicyclischer Kohlenwasserstoffrest oder ein aromatischer Kohlenwasserstoffrest
ist, in Gegenwart eines Übergangsmetallkomplexkatalysators
und einer basischen Verbindung umgesetzt, um einen Vinylether (II)
zu erhalten.
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Als
spezielle Beispiele für das Vinylcarboxylat (V) das als
Rohstoff verwendet wird, können Vinylacetat, Vinylpropionat,
Vinylformiat und Vinylbenzoat genannt werden.
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Als Übergangsmetallkomplexkatalysator kann
ein bekannter Katalysator für eine Vinylaustauschreaktion,
wie z. B. ein Iridiumkomplex, verwendet werden. Als spezielle Beispiele
für den Iridiumkomplex können Di-μ-chlortetrakis(cycloocten)diiridium(I),
Di-μ-chlortetrakis(ethylen)diiridium(I), Di-μ-chlorbis(1,5-cyclooctadien)diiridium(I), Bis(1,5-cyclooctadien)iridiumtetrafluorborat
und (1,5-Cyclooctadien)(acetonitril)iridiumtetrafluorborat genannt
werden.
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Als
basische Verbindung können z. B. Hydroxide, Carbonate und
Hydrogencarbonate von Alkalimetallen, wie z. B. Natrium, Kalium
und dergleichen, genannt werden.
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Da
die Vinylaustauschreaktion eine Gleichgewichtsreaktion ist, ist
es bevorzugt, die Reaktion in Gegenwart einer basischen Verbindung
durchzuführen, um die durch das Entfernen des Vinyls gebildete Carbonsäure
abfangen. Es ist ferner bevorzugt, die Reaktion unter Entfernen des
Wassers, das durch die Reaktion zwischen der Carbonsäure
und der basischen Verbindung gebildet wird, aus dem System durchzuführen.
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Bei
der Vinylaustauschreaktion (B) kann ein organisches Lösungsmittel
verwendet werden. Als organisches Lösungsmittel können
beispielsweise gesättigte Kohlenwasserstofflösungsmittel,
wie z. B. Pentan, Hexan, Heptan, Cyclopentan, Cyclohexan und dergleichen;
Ether, wie z. B. Dioxan, Diethylether, Diisopropylether, Methyl-tert-butylether,
Tetrahydrofuran, Sulfolan, Diethylenglycoldimethylether, Diethylenglycoldiethylether,
Triethylenglycoldimethylether, Triethylenglycoldiethylether und
dergleichen; und aromatische Kohlenwasserstofflösungsmittel, wie
z. B. Benzol, Toluol und dergleichen, genannt werden.
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Die
Reaktionstemperatur beträgt gewöhnlich 50 bis
170°C und unter den Gesichtspunkten der Reaktionsgeschwindigkeit
und der Unterdrückung von Nebenreaktionen vorzugsweise
70 bis 150°C, stärker bevorzugt 90 bis 130°C.
Die Reaktionszeit variiert in Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen,
beträgt aber gewöhnlich etwa 10 min bis 48 h.
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Bei
der Reaktion (C) (Additionsreaktion eines Alkohols an Acetylen)
wird der Alkohol (I) mit Acetylen in Gegenwart eines Alkalimetallalkoholats als
Katalysator umgesetzt, um einen Vinylether (II) zu erhalten.
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Der
Alkalimetallalkoholat-Katalysator ist eine Verbindung, welche aus
dem Rohstoffalkohol (I) und einer Verbindung, ausgewählt
aus Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Rubidiumhydroxid und Cäsiumhydroxid
oder einem Gemisch davon, synthetisiert wird. Zur Handhabung ist
der Katalysator vorzugsweise in dem Alkohol (I) löslich.
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Bei
der Reaktion (C) kann ein organisches Lösungsmittel verwendet
werden. Bevorzugt als organisches Lösungsmittel ist z.
B. ein aprotisches polares Lösungsmittel, welches mit dem
Rohstoffalkohol mischbar ist und den Alkalimetallalkoholat-Katalysator
löst. Insbesondere werden z. B. Lösungsmittel
vom Typ Amid, wie z. B. Dimethylacetamid, 2-Pyrrolidon, N-Methyl-2-pyrrolidon,
1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon und dergleichen; Lösungsmittel
vom Typ Schwefel enthaltende Verbindung, wie z. B. Sulfolan, Dimethylsulfoxid
und dergleichen; und Lösungsmittel vom Typ Glycoldialkylether,
wie z. B. Diethylenglycoldimethylether, Diethylenglycoldiethylether,
Triethylenglycoldimethylether, Triethylenglycoldiethylether und
dergleichen, verwendet.
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Die
Reaktionstemperatur beträgt gewöhnlich 80 bis
200°C und unter den Gesichtspunkten der Reaktionsgeschwindigkeit
und der Unterdrückung von Nebenreaktionen vorzugsweise
100 bis 180°C. Was den Reaktionsdruck angeht, so ergibt
ein höherer Druck eine größere Reaktionsgeschwindigkeit,
aber ein Druck von 0,3 MPa oder niedriger ist bevorzugt, um die
Zersetzung und Explosion von Acetylen zu verhindern. Die Reaktionszeit
ist in Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen verschieden,
beträgt aber gewöhnlich etwa 10 min bis 48 h.
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In
der vorliegenden Erfindung wird von den Reaktionen (A) bis (C) vorzugsweise
die Reaktion (C) (Additionsreaktion eines Alkohols an Acetylen)
angewendet, da sie eine hohe Ausbeute liefert, kostengünstige
Rohstoffe verwendet und keinen Katalysator erfordert.
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[2] Zweiter Schritt: Schritt des Entfernens
des Katalysators
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Im
zweiten Schritt wird der bei der Reaktion verwendete Katalysator
nach der Vinyletherbildungsreaktion aus dem Reaktionsgemisch entfernt,
um einen rohen Vinylether, der den Vinylether (II) und den nicht
umgesetzten Rohstoffalkohol (I) enthält, zu erhalten.
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Die
Entfernung des Katalysators kann durch ein bekanntes Verfahren,
beispielsweise eine Fest-Flüssig-Trennung (im Falle eines
festen Katalysators oder eines trägergebundenen Katalysators), wie
z. B. eine Lösungsmittelextraktion, Destillation, Filtration
oder dergleichen, erfolgen. Von diesen Verfahren ist die Destillation
bevorzugt, da der Katalysator leicht abzutrennen ist und sie eine
Verringerung der Alkoholkonzentration ermöglicht.
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Auch
wenn der Katalysator durch ein anderes Verfahren als die Destillation
entfernt wird, ist es bevorzugt, eine Destillation durchzuführen,
um den Alkoholgehalt in dem rohen Vinylether zu verringern.
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Die
bei der Destillation verwendete Destillierkolonne kann beliebig
eine Füllkörperkolonne, Bodenkolonne, Glockenbodenkolonne
usw. sein. Die Bodenzahl der Destillierkolonne beträgt bezüglich der
theoretischen Bodenzahl beispielsweise 1 bis 100, vorzugsweise 5
bis 50. Der Druck bei der Destillation beträgt gewöhnlich
0,7 bis 13,3 kPa, vorzugsweise 1,3 bis 6,7 kPa.
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[3] Dritter Schritt: Schritt der Acetalbildung
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Im
dritten Schritt wird der nicht umgesetzte Rohstoffalkohol (I) in
dem im zweiten Schritt erhaltenen rohen Vinylether mit dem Vinylether
(II) in Gegenwart eines Säurekatalysators umgesetzt, um
den Alkohol in ein Acetal (III), dargestellt durch die allgemeine
Formel (3)
wobei R der gleiche Rest
ist wie in der allgemeinen Formel (1) und der allgemeinen Formel
(2), umzuwandeln.
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Als
Säurekatalysator, der bei der Acetalbildungsreaktion verwendet
wird, können beispielsweise anorganische Säuren,
wie z. B. Schwefelsäure, Salpetersäure, Salzsäure,
Phosphorsäure und dergleichen; organische Säuren,
wie z. B. Carbonsäuren, organische Sulfonsäuren
und dergleichen; und feste Säurekatalysatoren, wie z. B.
saurer Zeolith, Heteropolysäure, stark saure Ionenaustauschharze und
dergleichen, genannt werden.
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Von
diesen Säurekatalysatoren sind Phosphorsäure,
organische Sulfonsäuren, stark saure Ionenaustauschharze,
die einen Sulfonsäurerest enthalten, usw. unter dem Gesichtspunkt
der Unterdrückung von Nebenreaktionen, insbesondere der
Unterdrückung der Vinyletherpolymerisation, bevorzugt.
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Als
organische Sulfonsäure können aromatische Sulfonsäuren,
wie z. B. p-Toluolsulfonsäure, o-Toluolsulfonsäure,
Benzolsulfonsäure, p-Xylol-2-sulfonsäure, Dodecylbenzolsulfonsäure, 1-Naphthalinsulfonsäure,
2-Naphthalinsulfonsäure, Dinonylnaphthalinsulfonsäure,
Dinonylnaphthalindisulfonsäure und dergleichen; aliphatische
Sulfonsäuren, wie z. B. Methansulfonsäure, Ethansulfonsäure, Trifluormethansulfonsäure
und dergleichen; aromatische Sulfonsäuresalze, wie z. B.
p-Toluolsulfonsäurepyridiniumsalz, p-Toluolsulfonsäurechinoliniumsalz und
dergleichen; usw. genannt werden.
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Als
stark saures Ionenaustauschharz können stark saure Ionenaustauschharze
vom Typ Sulfonsäure, wie z. B. Amberlyst 15 DRY (Handelsname,
ein Produkt von Organo) und dergleichen; ein Gemisch aus einem stark
sauren Ionenaustauschharz vom Typ Sulfonsäure [z. B. Amberlyst
MSPS 2-1·DRY (Handelsname, ein Produkt von Organo)] und
einem schwach basischen Ionenaustauschharz vom Typ Amin; usw. genannt
werden.
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Die
zu verwendende Menge des Säurekatalysators variiert in
Abhängigkeit von der Art der verwendeten Säure
und es kann daher kein bestimmter Bereich festgelegt werden. Die
Menge beträgt jedoch gewöhnlich 0,1 bis 3.000
ppm, bezogen auf den rohen Vinylether, vorzugsweise 0,5 bis 2.000
ppm, stärker bevorzugt 1 bis 1.000 ppm, wenn eine anorganische
Säure als Säurekatalysator verwendet wird. Wenn
eine organische Säure als Säurekatalysator verwendet
wird, beträgt die Menge gewöhnlich 1 bis 3.000
ppm, bezogen auf den rohen Vinylether, vorzugsweise 5 bis 2.000
ppm, stärker bevorzugt 10 bis 1.000 ppm. Wenn ein fester
Säurekatalysator als Säurekatalysator verwendet
wird, beträgt die Menge gewöhnlich 0,01 bis 5,0
Masse-%, bezogen auf den rohen Vinylether, vorzugsweise 0,5 bis
3,0 Masse-%, stärker bevorzugt 0,1 bis 1,0 Masse-%. Mit
einer zu großen Menge an Säurekatalysator können
Nebenreaktionen, wie die Polymerisation des Vinylethers und dergleichen,
stattfinden. Mit einer zu kleinen Menge kann eine ausreichende Reaktionsgeschwindigkeit
nicht erhalten werden.
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Die
anorganische Säure oder die organische Säure können
pur oder in einem passenden Lösungsmittel gelöst
verwendet werden. Der feste Säurekatalysator kann dem rohen
Vinylether direkt zugefügt werden; oder er kann in eine
Kolonne oder dergleichen gefüllt werden, gefolgt von dadurch
Hindurchleiten des rohen Vinylethers zur Acetalbildung.
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Die
Temperatur für die Acetalbildung beträgt unter
den Gesichtspunkten der Reaktionsgeschwindigkeit und der Unterdrückung
von Nebenreaktionen vorzugsweise 0 bis 80°C, stärker
bevorzugt 10 bis 60°C. Die Reaktionszeit ist in Abhängigkeit
von den verwendeten Reaktionsbedingungen verschieden, beträgt
aber gewöhnlich etwa 10 min bis 48 h.
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Im Übrigen
ist es bevorzugt, dass der Säurekatalysator nach der Acetalbildungsreaktion
neutralisiert und/oder entfernt wird, da verbleibender Säurekatalysator
im nächsten Schritt (dem Destillations- und Reinigungsschritt)
zur Bildung von Schwerstoffen führen kann.
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Wenn
eine anorganische Säure oder eine organische Säure
als Säurekatalysator verwendet wird, erfolgt die Neutralisation
erwünschterweise durch Zugabe einer basischen Verbindung.
Als die basische Verbindung können Alkalimetallverbindungen, beispielsweise
Hydroxide, Carbonate und Hydrogencarbonate von Alkalimetallen (z.
B. Natrium oder Kalium); basische Ionenaustauschharze; usw. genannt werden.
Die basische Verbindung wird vorzugsweise im Überschuss
zum Säurekatalysator verwendet.
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Die
basische Verbindung kann, wenn es eine Alkalimetallverbindung ist,
pur oder gelöst in einem passenden Lösungsmittel
verwendet werden, und kann, wenn es ein basisches Ionenaustauschharz
ist, direkt zugefügt werden oder in eine Kolonne oder dergleichen
gefüllt werden, gefolgt von Hindurchleiten des rohen Vinylethers
dadurch zur Neutralisierung. Wenn nach der Neutralisation ein Feststoff
oder Niederschlag in der Lösung vorhanden ist, kann die Lösung
erforderlichenfalls durch Filtration, Zentrifugieren oder dergleichen
in einen Feststoff und eine Flüssigkeit getrennt werden.
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Wenn
ein fester Säurekatalysator als Säurekatalysator
verwendet wird, ist die Neutralisation gewöhnlich nicht
erforderlich, und es wird eine Fest-Flüssig-Trennung durch
Filtration, Zentrifugieren oder dergleichen durchgeführt.
Wenn der feste Säurekatalysator in einer Kolonne öder
dergleichen verwendet wird, ist keine Trennung erforderlich.
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[4] Vierter Schritt: Schritt der Destillation
und Reinigung
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Im
vierten Schritt wird der rohe Vinylether, der das Acetal (III) enthält,
einer Destillation unterzogen, um einen hochreinen Vinylether zu
erhalten.
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Das
Acetal (III) und der Vinylether (II) sind weitgehend unterschiedlich
im Siedepunkt und bilden kein azeotropes Gemisch, weshalb sie leicht
durch Destilliren getrennt werden können und in effizienter Weise
ein hochreiner Vinylether mit einer Reinheit von 99 Masse-% oder
höher erhalten werden kann.
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Bezüglich
der verwendeten Destillationsvorrichtung oder -methode gibt es keine
besondere Beschränkung und es kann beliebig eine einfache
Destillation oder eine Bodenkolonnen-Destillation angewendet werden.
Wenn die Bodenkolonnen-Destillation angewendet wird, beträgt
die theoretische Bodenzahl gewöhnlich 1 bis 20, vorzugsweise
5 bis 10. Der Druck während der Destillation beträgt
gewöhnlich 0,1 bis 13,3 kPa, vorzugsweise 0,1 bis 6,7 kPa.
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Der
angestrebte hochreine Vinylether wird vom Kopf der Destillierkolonne
erhalten und vom Boden der Destillierkolonne wird ein Bodenrückstand, der
reich an Acetal (III) ist, zurückgewonnen.
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[5] Optionaler fünfter Schritt:
Schritt der Zersetzung des Acetals
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Der
im vierten Schritt erhaltene Bodenrückstand, der reich
an Acetal (III) ist, wird erforderlichenfalls rückgewonnen
und das Acetal (III) wird in einen Alkohol (I) und einen Vinylether
(II) umgewandelt. Diese können dann als Rohstoffe für
die Vinylethersynthese in den Schritt der Vinylethersynthese rückgeführt
werden.
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Es
kann ein bekanntes Verfahren zur Umwandlung des Acetals (III) in
einen Alkohol (I) und einen Vinylether (II) verwendet werden und
es gibt keine besondere Beschränkung. Genannt werden können
insbesondere z. B.
- (a) ein Verfahren durch thermische Zersetzung
in der Gasphase in Gegenwart eines Katalysators vom Typ Siliciumdioxid/Aluminiumoxid,
der mit einem Alkali- oder Erdalkalimetall beladen ist [z. B. Khim.
Prom. 48 (9) (1972), 657–660; JP-A-1973-78109 ; JP-A-1987-87247 ],
- (b) ein Verfahren durch Zersetzung in der Gasphase unter Verwendung
von Magnesiumoxid als Katalysator ( JP-A-1996-268945 ),
- (c) ein Verfahren durch Zersetzung in Gegenwart eines Edelmetall
enthaltenden Katalysators (z. B. Ann., 60181-84, 1956; deutsche Offenlegungsschrift
des Patents Nr. 1957680 ; JP-A-1973-76803 ),
und
- (d) ein Verfahren durch Zersetzung unter Verwendung eines Säurekatalysators
[z. B. J. Org. Chem., 38 (1973), 2910; Hely.
Chim. Acta (1967), 1158; Bull. Chem. Soc., Jpn.
(1976), 3089; JP-A-1996-277237 ].
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Beispiele
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Nachstehend
wird das vorliegende Verfahren anhand von Beispielen beschrieben.
Diese Beispiele dienen jedoch der Veranschaulichung und schränken
die vorliegende Erfindung nicht ein.
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Beispiel 1 (Herstellungsbeispiel I für
hochreinen 2-Ethylhexylvinylether)
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(Vinylethersynthese-Schritt und Schritt
des Entfernens des Katalysators)
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4.800
g 2-Ethylhexanol und 500 g Kaliumhydroxid wurden in eine kontinuierliche
Reaktions- und Destilliervorrichtung, ausgestattet mit einem Reaktionsgefäß mit
einem Innenvolumen von 101 und einer Destillierkolonne mit 10 theoretischen
Böden, dosiert. Es wurde eine Dehydratisierung unter vermindertem
Druck bei Erwärmen auf 120°C durchgeführt, um
einen Kaliumalkoholat-Katalysator herzustellen. Dann wurden Acetylen
(20 kPa, 103 g/h) und 2-Ethylhexanol (557 g/h) kontinuierlich zugeführt;
es wurde eine Reaktion bei 137°C durchgeführt;
und vom Kopf der Destillierkolonne wurde ein roher 2-Ethylhexylvinylether
(686 g/h, Zusammensetzung: 90 Masse-% 2-Ethylhexylvinylether und
10 Masse-% 2-Ethylhexanol) erhalten.
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(Schritt der Acetalbildung und Schritt
der Destillation und Reinigung)
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346,8
g des in den vorstehenden Schritten erhaltenen rohen 2-Ethylhexylvinylethers
wurden in einen 500-ml-Dreihalskolben, ausgestattet mit einem Rührstab,
dosiert. Dazu wurden 0,29 g (711 ppm, bezogen auf den rohen Vinylether)
einer 85%igen wässrigen Phosphorsäurelösung
gegeben, gefolgt von Rühren bei Raumtemperatur für
60 min zur Reaktion. Der Gehalt an 2-Ethylhexanol in dem Gemisch
nach der Reaktion betrug 0,1 Masse-% oder weniger und 80 Masse-%
2-Ethylhexylvinylether und 20 Masse-% Acetaldehyddi(2-ethylhexyl)acetal
waren zugegen. Zur Neutralisierung wurden dem Reaktionsgemisch 4,94
g einer Methanollösung, die 8,8 Masse-% Kaliumhydroxid
enthielt, zugesetzt. Dann wurde unter Verwendung einer einfachen
Destilliervorrichtung eine Destillation durchgeführt (Innendruck:
4,6 kPa, eingestellte Ölbadtemperatur: 95 bis 120°C,
eingestellte Kühlmitteltemperatur: 5°C), wodurch 245,1
g (Rückgewinnungsausbeute: 70,7%) hochreiner 2-Ethylhexylvinylether
mit einer Reinheit von 99 Masse-% oder höher erhalten wurden.
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Beispiel 2 (Herstellungsbeispiel II für
hochreinen 2-Ethylhexylvinylether)
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1.507
g eines rohen 2-Ethylhexylvinylethers der, in der gleichen Art und
Weise wie in Beispiel 1 erhalten wurde, wurden in einen 2-Liter-Dreihalskolben,
ausgestattet mit einem Rührstab, dosiert. Dazu wurden 47,7
mg (31,5 ppm, bezogen auf den rohen 2-Ethylhexylvinylether) p-Toluolsulfonsäuremonohydrat
gegeben, gefolgt von Rühren bei Raumtemperatur für
10 min zur Reaktion. In dem Gemisch nach der Reaktion betrug der
Gehalt an 2-Ethylhexanol 0,1 Masse-% oder weniger und es waren 80
Masse-% 2-Ethylhexylvinylether und 20 Masse-% Acetaldehyddi(2-ethylhexyl)acetal
zugegen. Zur Neutralisierung wurden dem Reaktionsgemisch 47,7 mg
einer gesättigten wässrigen Natriumhydroxidlösung
zugesetzt. Dann wurde unter Verwendung einer Oldershaw-Destilliervorrichtung
mit 10 Böden eine Destillation durchgeführt (Innendruck:
1,3 kPa, eingestellte Ölbadtemperatur: 70 bis 136°C,
eingestellte Kühlmitteltemperatur: 20°C), wodurch
1.044 g (Rückgewinnungsausbeute: 69,3%) hochreiner 2-Ethylhexylvinylether
mit einer Reinheit von 99 Masse-% oder höher erhalten wurden.
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Beispiel 3 (Herstellungsbeispiel III für
hochreinen 2-Ethylhexylvinylether)
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(Vinylethersynthese-Schritt und Schritt
des Entfernens des Katalysators)
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5.015
g 2-Ethylhexanol und 500 g Kaliumhydroxid wurden in eine kontinuierliche
Reaktions- und Destilliervorrichtung, ausgestattet mit einem Reaktionsgefäß mit
einem Innenvolumen von 101 und einer Destillierkolonne mit 10 theoretischen
Böden, dosiert. Es wurde eine Dehydratisierung unter vermindertem
Druck bei Erwärmen auf 120°C durchgeführt, um
einen Kaliumalkoholat-Katalysator herzustellen. Dann wurden Acetylen
(20 kPa, 65 g/h) und 2-Ethylhexanol (361 g/h) kontinuierlich zugeführt;
es wurde eine Reaktion bei 140°C durchgeführt;
und vom Kopf der Destillierkolonne wurde ein roher 2-Ethylhexylvinylether
(401 g/h, Zusammensetzung: 94 Masse-% 2-Ethylhexylvinylether und
6 Masse-% 2-Ethylhexanol) erhalten.
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(Schritt der Acetalbildung und Schritt
der Destillation und Reinigung)
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87,2
g des in den vorstehenden Schritten erhaltenen rohen 2-Ethylhexylvinylethers
und 0,15 g (0,17 Masse-%, bezogen auf den rohen 2-Ethylhexylvinylether)
Amberlyst 15 DRY (Handelsname) wurden in einen 200-ml-Erlenmeyerkolben,
ausgestattet mit einem Rührstab, dosiert, gefolgt von Rühren
bei Raumtemperatur für 20 min zur Reaktion. In dem Gemisch
nach der Reaktion betrug der Gehalt an 2-Ethylhexanol 0,1 Masse-%
oder weniger und 88 Masse-% 2-Ethylhexylvinylether und 12 Masse-% Acetaldehyddi(2-ethylhexyl)acetal
waren zugegen. Das Amberlyst 15 DRY wurde durch Filtration entfernt,
wonach unter Verwendung eines Verdampfers eine Destillation durchgeführt
wurde (Innendruck: 0,2 kPa, eingestellte Ölbadtemperatur:
50°C, eingestellte Kühlmitteltemperatur: 0°C),
wodurch 65,8 g (Rückgewinnungsausbeute: 75,5%) hochreiner
2-Ethylhexylvinylethers mit einer Reinheit von 99 Masse-% oder höher
erhalten wurden.
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Beispiel 4 (Herstellungsbeispiel I für
hochreinen Cyclohexylvinylether)
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(Vinylethersynthese-Schritt und Schritt
des Entfernens des Katalysators)
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2.500
g Cyclohexanol, 2.500 g Triethylenglycoldimethylether als Lösungsmittel
und 250 g Kaliumhydroxid wurden in eine kontinuierliche Reaktions-
und Destilliervorrichtung, ausgestattet mit einem Reaktionsgefäß mit
einem Innenvolumen von 101 und einer Destillierkolonne mit 10 theoretischen
Böden, dosiert. Es wurde eine Dehydratisierung durch Einleiten
von Stickstoff bei Erwärmen auf 120°C durchgeführt,
um einen Kaliumalkoholat-Katalysator herzustellen. Dann wurden Acetylen
(20 kPa, 138 g/h) und Cyclohexanol (529 g/h) kontinuierlich zugeführt;
es wurde eine Reaktion bei 135°C durchgeführt;
und vom Kopf der Destillierkolonne wurde ein roher Cyclohexylvinylether
(636 g/h, Zusammensetzung: 95 Masse-% Cyclohexylvinylether, 4 Masse-% Cyclohexanol
und 1 Masse-% andere Verunreinigungen) erhalten.
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(Schritt der Acetalbildung und Schritt
der Destillation und Reinigung)
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268,7
g des in den vorstehenden Schritten erhaltenen rohen Cyclohexylvinylethers
und 0,71 g (0,26 Masse-%, bezogen auf den rohen Cyclohexylvinylether)
Amberlyst 15 DRY (Handelsname) wurden in einen 500-ml-Erlenmeyerkolben,
ausgestattet mit einem Rührstab, dosiert, gefolgt von Rühren
bei Raumtemperatur für 10 min zur Reaktion. In dem Gemisch
nach der Reaktion betrug der Gehalt an Cyclohexanol 0,1 Masse-%
oder weniger und 91 Masse-% Cyclohexylvinylether und 8 Masse-% Acetaldehyddicyclohexylacetal
waren zugegen (der Rest waren andere Verunreinigungen). Das Amberlyst
15 DRY wurde durch Filtration entfernt, wonach unter Verwendung
eines Verdampfers eine Destillation durchgeführt wurde
(Innendruck: 0,1 kPa, eingestellte Ölbadtemperatur: 25°C,
eingestellte Kühlmitteltemperatur: 0°C), wodurch
201,8 g (Rückgewinnungsausbeute: 75,1%) eines hochreinen
Cyclohexylvinylethers mit einer Reinheit von 99 Masse-% oder höher
erhalten wurden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 1973-78109
A [0060]
- - JP 1987-87247 A [0060]
- - JP 1996-268945 A [0060]
- - DE 1957680 A [0060]
- - JP 1973-76803 [0060]
- - JP 1996-277237 A [0060]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Khim. Prom.
48 (9) (1972), 657–660 [0060]
- - Ann., 60181-84, 1956 [0060]
- - J. Org. Chem., 38 (1973), 2910 [0060]
- - Hely. Chim. Acta (1967), 1158 [0060]
- - Bull. Chem. Soc., Jpn. (1976), 3089 [0060]