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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
TCD-Alkohol DM {3(4),
8(9)-Dihydroxymethyl-tricyclo[5.2.1.02.6]decan}
aus Dicyclopentadien (DCP).
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Das
durch Dimerisierung von Cyclopentadien leicht zugängliche
und auch großtechnisch
hergestellte Dicyclopentadien (DCP) lässt sich zu anwendungstechnisch
wichtigen Verbindungen umsetzen, denen das Tricyclodecan-Gerüst besondere
Eigenschaften verleiht. Die vom DCP-abgeleiteten Verbindungen mit
Tricyclodecan-Struktur werden in der Literatur häufig unterschiedlich bezeichnet.
In Anlehnung an die aus Chemiker-Zeitung, 98, 1974, Seiten 70 bis
76 bekannte Nomenklatur für
DCP-Derivate, wird auch im folgenden die auf dem Tricyclodecan-Gerüst, auch
TCD-Gerüst
genannt, aufbauende Nomenklatur verwendet.
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TCD-Alkohol
DM {3(4), 8(9)-Dihydroxymethyl-tricyclo[5.2.1.0
2.6]decan}
besitzt als wichtiges Zwischenprodukt für die chemische Industrie eine
große
wirtschaftliche Bedeutung. Der zweiwertige Alkohol ist in vielfältiger Weise
für unterschiedliche
Anwendungen von hohem technischen Interesse: Acrylsäureester
bzw. Methacrylsäureester
von OH-gruppenhaltigen tricyclischen Decanolen (
DE 22 00 021 A ), als Bestandteil
von bei Sauerstoffausschluss erhärtenden
Acrylsäureesterklebstoffen,
(Meth)acrylsäureester
von Ethergruppen enthaltenden tricyclischen Decanolen (
EP 23 686 A2 ), zur Herstellung von
Kleb- und Dichtungsstoffen, Ester und Polyester der Tricyclodecanreihe
(
DE 934 889 ), die als
Weichmacher und hochwertige Esterschmieröle geeignet sind, Riechstoffkompositionen
(
DE-OS 2 307 627 )
und säuresterilisationsfeste
Polyesterlacke (
DE
31 34 640 C1 im Metall-Lackierungsbereich. TCD-Alkohol DM erhält man durch
Hydrierung der Hydroformylierungsprodukte des Dicyclopentadiens,
der sogenannten TCD-Aldehyde.
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Die
Herstellung von Aldehyden durch katalytische Anlagerung von Kohlenmonoxid
und Wasserstoff an olefinische Doppelbindungen ist bekannt. Während diese
Umsetzung früher
nahezu ausschließlich
mit Co als Katalysator durchgeführt
wurde, arbeiten moderne Verfahren mit metallischem Rhodium oder
mit Rhodiumverbindungen als Katalysatoren, die allein oder mit komplexbildenden
Liganden, z.B. organischen Phosphinen oder Estern der phosphorigen
Säure,
eingesetzt werden. Unter den Reaktionsbedingungen als Katalysator wirksam
sind nach übereinstimmender
Auffassung der Fachwelt Hydridocarbonylverbindungen des Rhodiums, die
sich durch die allgemeine Formel H[Rh(CO)4-xLx] wiedergeben lassen, wobei L einen Liganden
bezeichnet und x gleich 0 oder eine ganze Zahl von 1 bis 3 ist.
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Einen
Sonderfall stellt die Hydroformylierung von Dienen dar. Während bei
der Hydroformylierung konjugierter Diene unter den üblichen
Bedingungen der Oxo-Synthese fast ausschließlich Monoaldehyde erhalten werden,
lassen sich aus Dicyclopentadien (DCP) mit seinen isolierten Doppelbindungen
neben den Mono- auch die Disubstitutionsprodukte gewinnen. Wegen
der Gefahr der Retro-Diels-Alder-Reaktion bei den Temperaturen der
Oxo-Synthese und der damit verbundenen Freisetzung von Dicyclopentadien,
das zur Komplexbildung gegenüber Übergangsmetallen
befähigt
ist und das die Aktivität
der eingesetzten Katalysatoren mindern kann, muss die Hydroformylierung
unter besonderen Bedingungen ablaufen. Es erwies sich als vorteilhaft,
den früher üblichen
Co-Katalysator durch Rhodium zu ersetzen, das eine hohe Selektivität der Umsetzung
zu Aldehyden erreichen lässt
und die Hydroformylierung bei Bedingungen erlaubt, bei denen das
Ausmaß der Retro-Diels-Alder-Spaltung
geringer ist. Eine zusammenfassende Darstellung über die Hydroformylierung von
Dicyclopentadien und über
die Weiterverarbeitung der TCD-Aldehyde findet sich in Chemiker-Zeitung
98, 1974, 70–76.
Besondere Bedeutung besitzt dabei 8(9)-Formyl-tricyclo[5.2.1.02.6]dec-3-en,
auch als TCD-Monenal bezeichnet und 3(4),8(9)-Bisformyl-tricyclo[5.2.1.02.6]decan,
auch als TCD-Dialdehyd bezeichnet. Wegen ihrer thermischen Labilität, die bei
der Destillation zu Verlusten führt,
werden die TCD-Aldehyde zumeist nicht rein isoliert, sondern als
Rohprodukte der Hydroformylierungsreaktion weiterverarbeitet.
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Aufgrund
der vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten
besitzt TCD-Alkohol-DM ein hohes wirtschaftliches Interesse und
in der Patentliteratur finden sich auch zahlreiche Hinweise auf
Verfahren zu seiner Herstellung.
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Das
US-Patent
US 4 647 708 beschreibt
die Hydroformylierung von Dicyclopentadien mit Rh als Katalysator
in Gegenwart von Ionenaustauschern (Dowex
® MWA-1)
in Toluol/THF als Lösungsmitteln.
Die Umsetzung erfolgt bei 120°C
und 27,5 MPa CO/H
2 (im Verhältnis 1
: 2) in zwei getrennten kontinuierlich betriebenen Autoklaven. Anhand
der offenbarten Versuchsergebnisse kann man ersehen, dass die Ausbeute
an TCD-Alkohol DM in dem 30 tägigen
Versuchslauf von 85 % auf 65 % abfällt. Das Reaktionssystem ist
somit für
eine technische Anwendung nicht geeignet.
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Im
US-Patent
US 4 262 147 wird
der Einsatz von bimetallischen Rh/Co-Clustern auf Harzen wie Amberlite
® IRA-68
beschrieben. Unter den angewandten Bedingungen (110°C, 11 MPa,
8 Stunden) wird eine Selektivität
von 68 % an TCD-Alkohol DM in dieser einstufigen Synthese erhalten.
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Ein
modifiziertes Co-Verfahren wird in der
DE 3 008 497 A1 beschrieben,
wobei Dicyclopentadien unter Katalyse von Co/Tri-n-octylphosphin
bei 200°C
und einem Synthesegasdruck von 15 MPa umgesetzt wird. Nach einer
Reaktionszeit von 5 Stunden wird der TCD-Alkohol DM in einer Ausbeute von
69 % erhalten. Als Nebenprodukte entstehen 11,7 % des TCD-Monoalkohols
und 14,6 % Hydroxymethylcyclopentan. Aufgrund der notwendigerweise
angewandten hohen Temperaturen kommt es zur Retro-Diels-Alder-Reaktion von Dicyclopentadien
in Cyclopentadien und somit zu der Bildung signifikanter Mengen
an Hydroxymethylcyclopentan. Daher ist diese Verfahrensvariante
für eine
technische Anwendung nicht geeignet.
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Aus
JP 111 00 339 ist bekannt,
die Hydroformylierung von DCP in Isopropanol/Toluol mit Rhodiumdicarbonylacetylacetonat,
Tris(2,4-di-tert.-butylphenyl)-phosphit und Triethylamin bei 120°C unter 8,8
MPa Synthesegas über
8 Stunden durchzuführen.
Es werden 93 % TCD-Dialdehyd erhalten, der in Isopropanol bei 110°C und 0,78
MPa Wasserstoff für
6 Stunden an Raney-Nickel
zu 91 % TCD-Alkohol DM hydriert wird. Der Einsatz der komplexen
und aufwendig herstellbaren Phosphit-Liganden ist für eine technische
Anwendung und auch aus wirtschaftlichen Gründen von Nachteil. Zudem wird
die breite Verwendung von Phosphit-Liganden durch ihre im Vergleich
zu konventionellen Phosphin-Liganden geringere Stabilität und höhere Hydrolyseempfindlichkeit
gegenüber
Wasser und -Säurespuren
eingeschränkt
und die während
des kontinuierlich betriebenen Hydrofromylierungsprozesses gebildeten
Phosphonigsäuren
beeinträchtigen
die Katalysatorlebensdauer und müssen
aufwendig aus dem Prozess entfernt werden. Außerdem ist bei der Verwendung
von Aminen stets mit einer Verunreinigung des TCD-Alkohol DM mit
stickstoffhaltigen Komponenten zu rechnen.
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In
der
EP 1 065 194 A1 wird
ein Niederdruckverfahren zur Hydroformylierung von Dicyclopentadien beschrieben,
in dem als Katalysatorsystem ebenfalls Rh/Tris-(2,4-di-tert.-butylphenyl)-phosphit
eingesetzt wird. Die Hydroformylierung wird bei Drücken von
1 – 15
MPa und Temperaturen von 80 – 140°C durchgeführt. Als
Lösungsmittel
werden inerte Kohlwasserstoffe wie Toluol, Diisopropylbenzol oder
Methylcyclohexan verwendet. Die Aufarbeitung des Hydroformylierungsprodukts
erfolgt durch eine mehrstufige Extraktion unter Verwendung von mehrwertigen
Alkoholen wie z.B. Ethylenglykol, wobei der Zusatz von tertiären Aminen
empfohlen wird. Nach der Extraktion liegt das Oxorohprodukt vorwiegend
in der Alkoholphase vor, während
sich geringe Anteile an Mono- und Dialdehyd sowie die Hauptmenge
an Rhodium und Phosphin-Liganden in der Kohlenwasserstoffphase befinden.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Extraktion in absoluter Abwesenheit
von Sauerstoff erfolgen muss. Der Einsatz von Extraktionsmitteln
unter Zusatz von tertiären
Aminen sowie die absolute Notwendigkeit der Abwesenheit von Sauerstoff
erschweren die technische Durchführung
dieses Verfahrens und beinhalten das Risiko der Verunreinigung von
TCD-Alkohol DM mit Spuren von Aminen.
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Die
bekannten Verfahren zur Herstellung von TCD-Alkohol DM durch Hydroformylierung
von Dicyclopentadien mit nachfolgender Hydrierung erfordern entweder
die Anwesenheit von speziellen, in der Technik nicht verfügbaren oder
umweltunverträglichen
Katalysatorsystemen oder ermöglichen
nur wirtschaftlich unbefriedigende Selektivitäten und Ausbeuten in der Hydroformylierungsstufe
zu TCD-Aldehyden. Daher besteht ein Bedarf nach einem möglichst
einfachen und kostengünstigen
Verfahren zur Hydroformylierung von DCP mit nachfolgender Herstellung
von TCD-Alkohol DM.
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Die
Erfindung besteht daher in einem Verfahren zur Herstellung von 3(4),8(9)-Dihydroxymethyl-tricyclo[5.2.1.02.6]decan durch Hydroformylierung von Dicyclopentadien
mit nachfolgender Hydrierung. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass
man Dicyclopentadien in einer ersten Hydroformylierungsstufe in
einem heterogenen Reaktionssystem unter Verwendung einer wässrigen
Lösung
von wasserlöslichen
organische Phosphor(III)verbindungen in komplexer Bindung enthaltenden Übergangsmetallverbindungen
der Gruppe VIII des Periodensystems der Elemente bei Temperaturen
von 70 bis 150°C
und Drücken
von 0,5 bis 10 MPa mit Synthesegas zum 8(9)-Formyl-tricyclo[5.2.1.02.6]dec-3-en umgesetzt, danach die organische
Phase von der wässrigen
Phase trennt und anschließend
das so erhaltene 8(9)-Formyl-tricyclo[5.2.1.02.6]dec-3-en in einer zweiten Hydroformylierungsstufe
in homogener organischer Phase in Gegenwart von Übergangsmetallverbin dungen der
Gruppe VIII des Periodensystems der Elemente bei Temperaturen von
70 bis 140°C
und Drücken
von 5 bis 35 MPa durch Umsetzung mit Synthesegas in 3(4),8(9)-Bisformyl-tricyclo[5.2.1.02.6]decan überführt und das so erhaltene 3(4),8(9)-Bisformyl-tricyclo[5.2.1.02.6]decan anschließend zum 3(4),8(9)-Dihydroxymethyl-tricyclo[5.2.1.02.6]decan hydriert.
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Charakteristisch
für das
erfindungsgemäße Hydroformylierungsverfahren
von Dicyclopentadien ist die zweistufige Reaktionsführung, wobei
in der ersten Stufe nach dem heterogenen Zweiphasenprozess in Gegenwart
einer wässrigen
Katalysatorlösung
gearbeitet wird und das Reaktionsprodukt der ersten Stufe, enthaltend überwiegend
TCD-Monoaldehyd und geringe Mengen an nicht umgesetzten DCP, ohne
weitere Reinigung in einer zweiten Stufe nach Katalysatorzusatz
in einem homogenen Reaktionsmedium zum TCD-Dialdehyd umgesetzt wird,
das dann anschließend
zum TCD-Alkohol DM hydriert wird. Durch diese Art der Reaktionsführung erfolgt
in der ersten Reaktionsstufe eine sehr selektive Hydroformylierung
der im Sechsring des TCD-Gerüstes vorhandenen
Doppelbindung zu TCD-Monoaldehyd, der häufig auch als TCD-Monenal {8(9)-Formyl-tricyclo[5.2.1.02.6]dec-3-en} bezeichnet wird.
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Überraschenderweise
zeigt sich, dass das Reaktionsprodukt der ersten Hydroformylierungsstufe
nach Abtrennung der wässrigen
Katalysatorphase ohne weitere Reinigung in einem homogenen organischen
Medium nach Katalysatorzusatz zum TCD-Dialdehyd hydroformyliert
werden kann, obwohl die das Wertprodukt enthaltende organische Phase
homogen gelöste
und analytisch nachweisbare Mengen an Phosphor- und Schwefel-Spalt-
und Abbauprodukten enthält,
die als Katalysatorgifte in der Oxo-Synthese bekannt sind.
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Nach „New Synthesis
with Carbon Monoxide" (Edited
by J. Falbe, Springer-Verlag
1980, Reactivity and Structure Concepts in Organic Chemisty, Vol.
11, Seite 73) sind bei der rhodiumkatalysierten Hydroformylierung
zahlreiche Katalysatorgifte bekannt. Neben Halogen, Acetylenen und
Carbonsäuren
wird vor allem auch auf Schwefel hingewiesen. Bereits geringe Mengen
dieser Katalysatogifte bewirken eine drastische Deaktivierung des
Hydroformylierungskatalysators.
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Auch
für den
nachfolgenden Hydrierschritt kann das TCD-Dialdehyd haltige Rohprodukt
ohne zwischengeschaltete Reinigungsschritte, wie zum Beispiel Destillations-
oder Waschschritte, eingesetzt werden. Die Hydrierung des TCD-Dialdehyds
zum TCD-Alkohol DM erfolgt nach konventionellen Verfahren.
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Dies
ist insofern überraschend,
weil auch bei den in der Technik durchgeführten Hydrierverfahren an Festbettkatalysatoren
der Einfluß von
Katalysatorgiften in zahlreichen Publikationen beschrieben wird.
In Ullmann's Encyclopedia
of Industrial Chemistry, 5. Auflage, 1985, Vol. Al, Seite 283, wird
auf die Wirkung von schwefelhaltigen Katalysatorgiften bei heterogenkatalysierten
Hydrierverfahren hingewiesen.
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Ferner
weist die
DE 29 18
107 A1 vor einer Weiterverarbeitung von TCD-Monenal {(8)9-Formyl-tricyclo[5.2.1.0
2.6]dec-3-en} zum entsprechenden gesättigten
Aldehyd TCD-Monal auf eine destillative Reinigung des ungesättigten
Aldehyds hin.
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Auch
die Lehre in
DE 26
54 221 A1 mutet darauf hin, für den nachfolgenden Hydrierschritt
destillativ aufgearbeitetes TCD-Monenal einzusetzen.
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Überraschenderweise
zeigte sich ebenfalls, dass das in der ersten Stufe nicht vollständig umgesetzte Dicyclopentadien
in der zweiten Hydroformylierungsstufe ohne Bildung von hochsiedenden
Nebenprodukten vollständig
in den TCD-Dialdehyd überführt werden
kann. Daraus ergibt sich die vorteilhafte Möglichkeit einer DCP-Teilumsatzfahrweise
in der ersten Hydroformylierungsstufe.
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Eine
destillative Reinigung von TCD-Monenal aus der abgetrennten organischen
Phase der ersten Hydroformylierungsstufe ist jedoch nicht ausgeschlossen.
Diese Arbeitsweise bedarf jedoch eines zusätzlichen Destillationsschrittes
und führt,
wenn auch zu nur geringen Destillationsverlusten. Die gezielte Herstellung
von TCD-Monenal aus Dicyclopentadien unter Verwendung einer wässrigen
Katalysatorlösung
sowie die destillative Reinigung ist aus EP-B1-0 186 075 bekannt.
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Die
erste Reaktionsstufe des neuen Verfahrens führt man als heterogene Reaktion
im einem Zweiphasensystem durch, eine Umsetzung, die z.B. in der
DE-B2-26 27 354 beschrieben ist. Dieser Prozess ist charakterisiert
durch das Vorliegen einer organischen Phase, die das olefinische
Ausgangsmaterial und das Reaktionsprodukt enthält, und einer wässrigen
Phase, in der der Katalysator gelöst ist. Als Katalysatoren werden wasserlösliche Rhodium-Komplexverbindungen
eingesetzt, die wasserlösliche
organischen Phosphor(III)-Verbindungen als Liganden enthalten. Beispiele
für wasserlösliche Phosphor(III)-Verbindungen,
die mit Rhodium Komplexverbindungen bilden, sind Triarylphosphine,
Trialkylphosphine, gemischte aliphatische-aromatische Phosphine
und arylierte bzw. alkylierte Diphosphine, deren organische Reste
Sulfonsäuregruppen
oder Carboxylgruppen enthalten. Ihre Herstellung und Anwendung ist
z.B. aus DE-B2-26 27 354, EP-B1-0 103 810, EP-B1-0 163 234 und EP-A1-0
571 819 bekannt. Weitere Gruppen geeigneter Verbindungen sind sulfonierte oder
carboxylierte organische Phosphite sowie heterocyclische Verbindungen
des dreiwertigen Phosphors, die z.B. aus EP-A1-0 575 785 und EP-A1-0
646 588 bekannt sind.
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Als
sulfonierte Arylphosphine eignen sich in dem erfindungsgemäßen Verfahren
sulfonierte Triarylphosphine der allgemeinen Formel (I)
in der Ar
1,
Ar
2 und Ar
3 gleiche
oder verschiedene Arylgruppen mit 6 bis 14 Kohlenstoffatomen bedeuten,
die Substituenten Y
1, Y
2 und
Y
3 gleiche oder verschiedene geradkettige
oder verzweigte Alkyl- oder Alkoxyreste mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen,
Chlor, Brom, die Hydroxyl-, Cyanid- oder Nitrogruppe bedeuten, ferner
für die Aminogruppe
der Formel NR
1R
2 stehen,
in der die Substituenten R
1 und R
2 gleich oder verschieden sind und Wasserstoff,
geradkettige oder verzweigte Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen
bedeuten, in der M für Lithium,
Natrium, Kalium, Magnesium, Calcium oder Barium steht, in der m
1, m
2 und m
3 gleich oder verschieden sind und ganze
Zahlen von 0 bis 5 bedeuten, in der n
1,
n
2 und n
3 gleich
oder verschieden sind und für
ganze Zahlen von 0 bis 3 stehen, wobei mindestens eine der Zahlen
n
1, n
2 und n
3 gleich oder größer 1 ist.
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Zu
den Triarylphosphinen zählen
bevorzugt solche Triarylphosphine, bei denen die Gruppen Ar1, Ar2, Ar3 Phenylgruppen sind; Y1,
Y2 und Y3 für die Methyl-,
die Ethylgruppe, für
die Methoxy-, Ethoxygruppe und/oder für ein Chloratom stehen; und
die kationischen Reste M anorganische Kationen von Natrium, Kalium, Calcium
und Barium sind. Insbesondere geeignet sind solche Triarylphosphine,
bei denen Ar1, Ar2,
Ar3 jeweils eine Phenylgruppe bedeuten,
m1, m2, m3 gleich 0 sind, n1,
n2 und n3 gleich
0 oder 1 sind und n1+n2+n3 zusammen 1 bis 3 ausmachen, und bei denen
die Sulfonat-Gruppen in meta-Stellung stehen.
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Ein
für die
Durchführung
des erfindungsgemäßen Hydroformylierungsverfahrens
geeignetes Gemisch an (Sulfophenyl)-diphenylphosphin, Di-(sulfophenyl)phenylphosphin
und Tri(sulfophenylphosphin) fällt
bei er Sulfonierung von Triphenylphosphin an, wie z.B. aus
DE 26 27 354 A1 bekannt.
Im Stand der Technik wird (Sulfophenyl)diphenylphosphin als TPPMS,
Di-(sulfophenyl)phenylphosphin als TPPDS und Tri(sulfophenyl)phosphin
als TPPTS abgekürzt.
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Als
sulfonierte Arylphosphine eignen sich ebenfalls sulfonierte Diphosphine
der allgemeinen Formeln (II) oder (III)
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Diese
Diphosphine der allgemeinen Formeln (II) und (III) sind aus WO98/30526
A1 bekannt.
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In
(II) steht ein jedes n4 und n5 unabhängig voneinander
für 0 oder
1, wobei die Verbindung der Formel (II) bis sechs -SO3M-Gruppen
enthält.
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In
(III) steht ein jedes n6, n7,
n8 und n9 unabhängig voneinander
für 0 oder
1, wobei die Verbindung der Formel (III) vier bis acht -SO3M-Gruppen enthält.
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Aufgrund
der Herstellung durch Sulfonierung der entsprechenden Diphosphine
der Formeln (IIa) und (IIIa), die keine -SO
3M-Gruppen
enthalten,
erhält man üblicherweise
Gemische von Verbindungen (II) und (III) mit unterschiedlicher Anzahl
von -SO
3M-Gruppen. So enthält eine
Verbindung der Formeln (II) oder (III), die beispielsweise drei
-SO
3M-Gruppen enthält, auch Verbindungen mit lediglich
zwei -SO
3M-Gruppen aber auch Verbindungen
mit vier oder fünf -SO
3M-Gruppen. Eine Verbindung der Formeln (II)
oder (III) mit beispielsweise fünf
-SO
3M-Gruppen enthält üblicherweise auch Verbindungen
mit lediglich drei oder vier -SO
3M-Gruppen
aber auch Verbindungen mit sechs oder sieben -SO
3M-Gruppen.
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Verbindungen
der Formel (II) besitzen maximal sechs -SO3M-Gruppen,
während
Verbindungen der Formel (III) maximal acht -SO3M-Gruppen
aufweisen.
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Aus
diesem Grund gelangen in der Regel Mischungen von Verbindungen der
Verbindungen (II) und (III) mit unterschiedlicher Anzahl von -SO3M-Gruppen zum Einsatz.
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In
den Formeln (II) und (III) steht M für Ammonium, ein einwertiges
Metall oder das Äquivalent
eines mehrwertigen Metalls, insbesondere für Natrium, Kalium, Calcium
oder Barium.
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Besonders
vorteilhaft ist der Einsatz wasserlöslicher Komplexverbindungen
des Rhodiums, obwohl die Verwendung anderer katalytisch aktiver Übergangsmetallverbindungen
der Gruppe VIII des Periodensystems der Elemente nicht ausgeschlossen
wird. So kann man in der ersten Hydroformylierungsstufe auch wasserlösliche Komplexverbindungen
von Kobalt, Iridium, Nickel, Palladium, Platin, Eisen oder Ruthenium
verwenden, und besonders wasserlösliche
Komplexverbindungen des Kobalts, Iridiums und Platins haben sich
als wirksame Hydroformylierungskatalysatoren erwiesen.
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Die
Bedingungen, unter denen die Umsetzung in der ersten Hydroformylierungsstufe
abläuft,
können innerhalb
weiter Grenzen variieren und den individuellen Gegebenheiten angepasst
werden. Sie hängen
u.a. vom Einsatz material, vom ausgewählten Katalysatorsystem und
vom angestrebten Umsetzungsgrad ab. Üblicherweise führt man
die Hydroformylierung der Einsatzstoffe bei Temperaturen von 70
bis 150°C
durch. Bevorzugt hält
man Temperaturen von 100 bis 150°C
und insbesondere von 110 bis 140°C
ein. Der Gesamtdruck erstreckt sich über einen Bereich von 0,5 bis
10 MPa, vorzugsweise 1 bis 6 MPa und insbesondere 1,5 bis 5 MPa.
Das molare Verhältnis
von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid bewegt sich üblicherweise zwischen 1:10
und 10:1, Mischungen, die Wasserstoff und Kohlenmonoxid im molaren
Verhältnis
3:1 bis 1:3, insbesondere etwa 1:1, enthalten, sind besonders geeignet.
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Die
Rhodium-Konzentration beträgt
20 bis 1000 Gew.-ppm, vorzugsweise 50 bis 800 Gew.-ppm und insbesondere
100 bis 600 Gew.-ppm, jeweils bezogen auf die wässrige Katalysatorlösung. Obgleich
es möglich
ist, als Katalysator die stöchiometrisch
zusammengesetzte Rhodium-Phosphor-Komplexverbindung einzusetzen,
arbeitet man üblicherweise
in Gegenwart von überschüssigem Phosphor-Liganden,
d.h. Ligand, der mit Rhodium keine komplexe Bindung eingegangen
ist. Je mol Rhodium wendet man bevorzugt 10 bis 300 mol Phosphor
in Form einer wasserlöslichen
organischen Phosphorverbindung an. Besonders bewährt haben sich molare Verhältnisse
von Rhodium zu Phosphor im Bereich von 1:50 bis 1:150. Der Rhodium-Phosphor-Komplexkatalysator
braucht nicht einheitlich zusammengesetzt sein, sondern kann z.B.
aus einem Gemisch von Rhodium-Komplexverbindungen bestehen, die
sich durch die Art der Phosphor-Liganden unterscheiden. Ebenso kann
der in der wässrigen
Katalysatorlösung
enthaltene freie Phosphor-Ligand aus einem Gemisch unterschiedlicher
wasserlöslicher
organischer Phosphorverbindungen zusammengesetzt sein.
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Wird
ein anderes Übergangsmetall
der Guppe VIII des Periodensystems der Elemente als katalytisch aktives
Metall eingesetzt, so bewegt sich die Konzentration an Übergangsmetall
sowie das molare Verhältnis von Übergangsmetall
zu Phosphor in den Bereichen, die man auch bei Rhodium wählt. Die
jeweiligen optimalen Werte lassen sich in Abhängigkeit von dem jeweils eingesetzten Übergangsmetall
durch einfache Routineversuche ermitteln.
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Man
bildet den Katalysator üblicherweise
aus den Komponenten Übergangsmetall
oder Übergangsmetallverbindung,
organische Phosphorverbindung und Synthesegas unter den Bedingungen
der Hydroformylierungsreaktion im Reaktionsgemisch. Es ist aber
auch möglich,
den Katalysator zunächst
zu präformieren und
ihn anschließend
der eigentlichen Hydroformylierungsstufe zuzuführen. Die Bedingungen der Präformierung
entsprechen dabei im allgemeinen den Hydroformylierungsbedingungen.
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Dicylopentadien
kann als solches oder in Lösung
der Hydroformylierung zugeführt
werden. Geeignete Lösungsmittel
sind wasserunlösliche
Ketone, Dialkylether, aliphatische Nitrile, aromatische Kohlenwasserstoffe
wie Benzol oder Toluol und gesättigte
cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe wie Cyclopentan oder Cylcohexan
oder gesättigte
aliphatische Kohlenwasserstoffe.
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Um
den Umsatz je Zeiteinheit von Dicyclopentadien, das in der wässrigen
Katalysatorlösung
nur wenig löslich
sind, zu erhöhen,
kann es sich empfehlen, dieser Lösung
ein Phasentransferreagenz (Lösungsvermittler)
zuzusetzen. Er verändert
die physikalischen Eigenschaften der Grenzflächen zwischen den beiden flüssigen Phasen
und erleichtert den Übergang
des organischen Reaktanten in die wässrige Katalysatorlösung.
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Als
Lösungsvermittler
sind Verbindungen bekannt, deren hydrophile Gruppen ionisch (anionisch
oder kationisch) oder nicht ionisch sind. Zu den anionenaktiven
Verbindungen gehören
Natrium-, Kalium- oder Ammoniumsalze von Carbonsäuren, vorzugsweise solcher
mit 8 bis 20 Kohlenstoffatomen und insbesondere von gesättigten
Fettsäuren
mit 12 bis 18 Kohlenstoffatomen, ferner Alkylsulfate, Alkylbenzolsulfonate
und Alkylbenzolphosphate. Beispiele für kationische Lösungsvermittler
sind Tetraalkylammonium- und N-Alkylpyri diniumsalze. Die nichtionischen
Phasentransferreagenzien dissoziieren in wässriger Lösung nicht in Ionen. Zu ihnen
zählen
Alkylpolyethylenglykole, Alkylphenylpolyethylenglykole, Fettsäurealkylolamine
und Trialkylaminoxide. Ferner finden Ampholyte wie Aminocarbonsäuren, Betaine
und Sulfobetain als Lösungsvermittler
Anwendung. Entsprechende Verfahren sind z.B. aus EP-B1-0 157 316
bekannt.
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Es
können
auch Rhodiumkomplexverbindungen eingesetzt werden, die gleichzeitig
Katalysator und Phasentransferreagenz sind. Eine solche Arbeitsweise
ist z.B. Gegenstand der EP-B1-0 163 234.
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Auch
hinsichtlich der verfahrenstechnischen und apparativen Ausgestaltung
der ersten Stufe des neuen Verfahrens kann man sich innerhalb weiter
Grenzen bewegen. Eine bewährte
Ausführungsform
der heterogenen Hydroformylierung unter Verwendung einer wässrigen
Katalysatorphase ist in der EP-B1-0 103 810 beschrieben. Der Reaktionsaustrag
der ersten Hydroformylierungsstufe wird in einem Phasentrenner in
die organische Produktphase und in die wässrige Katalysatorlösung aufgetrennt.
Es hat sich als zweckmäßig erwiesen,
die Katalysatorlösung
im Kreis zu führen.
Die rohe organische Produktphase wird ohne weitere Reinigungsschritte
der zweiten Hydroformylierungsstufe zugeführt. Eine zwischengeschaltete
destillative Reinigung des Reaktionsproduktes der ersten Hydroformylierungsstufe
kann aber gegebenenfalls auch durchgeführt werden.
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Die
zweite Hydroformylierungsstufe des neuen Verfahrens führt man
in einem homogenen Reaktionssystem durch. Der Begriff homogenes
Reaktionssystem steht für
eine im wesentlichen aus Lösungsmittel,
falls in der ersten Stufe und/oder in der zweiten Reaktionsstufe
zugesetzt, Katalysator, unumgesetztes Dicyclopentadien und TCD-Monenal
zusammengesetzte homogene Lösung.
Gegebenenfalls kann sich ein Lösungsmittelzusatz
in der zweiten Reaktionsstufe als zweckmäßig erweisen. Als Lösungsmittel
werden organische Verbindungen eingesetzt, in denen Ausgangsmaterial,
Reakti onsprodukt und Katalysatorsystem löslich sind. Beispiele für solche
Verbindungen sind aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Benzol und
Toluol oder die isomeren Xylole und Mesitylen. Andere gebräuchliche
Lösungsmittel
sind Paraffinöl,
Cyclohexan, n-Hexan, n-Heptan oder n-Octan, Ether, wie Tetrahydrofuran,
Ketone oder Texanol® der Firma Eastman. Der
Anteil des Lösungsmittels
im Reaktionsmedium kann über
einen weiten Bereich variiert werden und beträgt üblicherweise zwischen 10 und
80 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Reaktionsgemisch.
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Ein
Lösungsmittelzusatz
in der zweiten, wie auch in der ersten Hydroformylierungsstufe,
ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
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Als
Katalysatoren in der zweiten Hydroformylierungsstufe verwendet man Übergangsmetallverbindungen
der Gruppe VIII des Periodensystems der Elemente, vorzugsweise Verbindungen
des Kobalts, Rhodiums, Iridiums, Nickels, Eisens, Platins, Palladiums
ode Rutheniums und insbesondere des Kobalts, Rhodiums und Iridiums.
Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Rhodium. Dabei werden
im allgemeinen Rhodium-Verbindungen verwendet, die nicht mit phosphorhaltigen
Liganden, wie Phosphinen oder Phosphiten modifiziert sind. Solche,
nicht mit Phosphinen oder Phosphiten modifizierten Rhodiumkatalysatoren
und ihre Eignung als Katalysator zur Hydroformylierung sind aus
der Literatur bekannt und sie werden als unmodifizierte Rhodiumkatalysatoren
bezeichnet. Es wird in der Fachliteratur angenommen, dass die Rhodium-Verbindung
HRh(CO)4 die katalytisch aktive Rhodiumspezies
bei der Hydroformylierung mit unmodifizierten Rhodiumkatalysatoren ist,
obgleich dies aufgrund der vielen in der Hydroformylierungszone
nebeneinander ablaufenden Chemismen nicht eindeutig bewiesen ist.
Da im allgemeinen die Verwendung von nicht mit Phosphinen modifizierten
Rhodiumkatalysatoren einen geringeren Rhodiumgehalt erfordert, arbeitet
man vorzugsweise in der zweiten Hydroformylierungsstufe mit unmodifizierten
Rhodiumkatalysatoren. Der Rhodiumgehalt beträgt im allgemeinen von 5 bis
100 ppm, bezogen auf das homogene Reaktionsgemisch.
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Man
kann aber auch in der zweiten Hydroformylierungsstufe Rhodium-Komplexverbindungen
verwenden, die organische Phosphor(III)-Verbindungen als Liganden
enthalten. Derartige Komplexverbindungen und ihre Herstellung sind
bekannt (z.B. aus US-A-3 527 809, US-A-4 148 830, US-A-4 247 486,
US-A-4 283 562). Sie können
als einheitliche Komplexverbindungen oder auch als Gemisch unterschiedlicher
Komplexverbindungen eingesetzt werden. Die Rhodium-Konzentration
im Reaktionsmedium erstreckt sich über einen Bereich von etwa
5 bis etwa 1000 Gew.-ppm und beträgt vorzugsweise 10 bis 700
Gew.-ppm. Insbesondere wendet man Rhodium in Konzentrationen von
20 bis 500 Gew.-ppm, jeweils bezogen auf das homogene Reaktionsgemisch
an. Als Katalysator kann die stöchiometrisch
zusammengesetzte Rhodium-Komplexverbindung Anwendung finden. Es
hat sich jedoch als zweckmäßig erwiesen,
die Hydroformylierung in Gegenwart eines Katalysatorsystems aus
Rhodium-Phosphor-Komplexverbindung und freiem, d.h. überschüssigen Phosphor-Liganden
durchzuführen,
der mit Rhodium keine Komplexverbindung mehr eingeht. Der freie
Phosphor-Ligand kann der gleiche sein, wie in der Rhodium-Komplexverbindung,
es können
aber auch von diesem verschiedene Liganden eingesetzt werden. Der
freie Ligand kann eine einheitliche Verbindung sein oder aus einem
Gemisch verschiedener Organophosphorverbindungen bestehen. Beispiele
für Rhodium-Phosphor-Komplexverbindungen,
die als Katalysatoren Anwendung finden können, sind in US-A-3 527 809
beschrieben. Zu den bevorzugten Liganden in den Rhodium-Komplexkatalysatoren
zählen
z. B. Triarylphosphine wie Triphenylphosphin, Trialkylphosphine
wie Tri-(n-octyl)-phosphin, Trilaurylphosphin, Tri-(cyclohexyl)-phosphin,
Alkylphenylphosphine, Cycloalkylphenylphosphine und organische Diphosphite.
Wegen seiner leichten Zugänglichkeit
wird Triphenylphosphin besonders häufig angewandt.
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Arbeitet
man mit einem modifizierten Rhodium-Komplexkatalysatorsystem, beträgt üblicherweise
in der homogenen Reaktionsmischung das molare Verhältnis von
Rhodium zu Phosphor 1 : 5 bis 1 : 200, jedoch kann der molare Anteil
des Phosphors in Form organischer Phosphorverbindungen auch höher sein.
Vorzugsweise setzt man Rhodium und organisch gebundenen Phosphor
in molaren Verhältnissen
von 1 : 10 bis 1 : 100 ein.
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Verwendet
man in der zweiten Hydroformylierungsstufe ein anderes Übergangsmetall
der Gruppe VIII des Periodensystems der Elemente als Rhodium, so
liegt die Konzentration an Übergangsmetall
und das molare Verhältnis
von Übergangsmetall
zu Phosphor, falls man nach dem phosphinmodifizierten Verfahren
arbeitet, in den Bereichen, die man auch bei Rhodium wählt. Die
jeweiligen optimalen Werte lassen sich in Abhängigkeit von dem jeweils eingesetzten Übergangsmetall
durch einfache Routineversuche ermitteln.
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Die
Bedingungen, unter denen die Umsetzung in der zweiten Hydroformylierungsstufe
abläuft,
können innerhalb
weiter Grenzen variieren und den individuellen Gegebenheiten angepasst
werden. Sie hängen
u.a. vom Einsatzmaterial, vom ausgewählten Katalysatorsystem und
vom angestrebten Umsetzungsgrad ab. Üblicherweise führt man
die zweite Hydroformylierungsstufe des rohen TCD-Monenal's bei Temperaturen
von 70 bis 140°C
durch. Bevorzugt hält
man Temperaturen von 80 bis 130°C
und insbesondere von 90 bis 120°C
ein. Der Gesamtdruck erstreckt sich über einen Bereich von 5 bis
35 MPa, vorzugsweise 10 bis 30 MPa und insbesondere 20 bis 30 MPa.
Das molare Verhältnis
von Wasserstoff zu Kohlenmonoxid bewegt sich üblicherweise zwischen 1:10
und 10:1, Mischungen, die Wasserstoff und Kohlenmonoxid im molaren
Verhältnis
3:1 bis 1:3, insbesondere etwa 1:1, enthalten, sind besonders geeignet.
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Man
bildet den Katalysator üblicherweise
aus den Komponenten Übergangsmetall
oder Übergangsmetallverbindung
und Synthesegas unter den Bedingungen der Hydroformylierungsreaktion
im Reaktionsgemisch, gegebenenfalls in Gegenwart von organischen
Phosphor(III)-Verbindungen. Es ist aber auch möglich, den Katalysator zunächst zu
präformieren
und ihn an schließend
der eigentlichen Hydroformylierungsstufe zuzuführen. Die Bedingungen der Präformierung
entsprechen dabei im allgemeinen den Hydroformylierungsbedingungen.
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Zur
Herstellung des Hydroformylierungskatalysators für die erste und zweite Reaktionsstufe
gelangt das Übergangsmetall
der Gruppe VIII des Periodensystems der Elemente, insbesondere Rhodium,
entweder in metallischer Form oder als Verbindung zum Einsatz. In
metallischer Form verwendet man das Übergangsmetall entweder als
feinverteilte Partikel oder in dünner
Schicht auf einem Träger,
wie Aktivkohle, Calciumcarbonat, Aluminiumsilikat, Tonerde niedergeschlagen.
Als Übergangsmetallverbindungen
eignen sich Salze aliphatischer Mono- und Polycarbonsäuren, wie Übergangsmetall-2-Ethylhexanoate, -Acetate,
-Oxalate, -Propionate oder -Malonate. Weiterhin können Salze
anorganischer Wasserstoff- und Sauerstoffsäuren, wie Nitrate oder Sulfate,
die verschiedenen Übergangsmetalloxide
oder auch Übergangsmetallcarbonylverbindungen,
wie Rh3(CO)12, Rh6(CO)16, Co2(CO)8, Co4(CO)16, Fe(CO)5, Fe2(CO)9, Ir2(CO)8, Ir4(CO)12 oder Übergangsmetall-Komplexverbindungen,
z.B. Cyclopentadienylrhodiumverbindungen, Rhodiumacetylacetonat,
Cyclopentadienylkobalt-Cyclooctadien-1,5, Fe(CO)3-Cyclooctadien-1,5,
[RhCl(Cyclooctadien-1,5]2 oder PtCl2(Cyclooctadien-1,5) eingesetzt werden. Übergangsmetallhalogenverbindungen
kommen wegen ihres korrosiven Verhaltens der Halogenidionen weniger
in Betracht.
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Bevorzugt
werden Übergangsmetalloxide
und insbesondere Übergangsmetallacetate
und -2-ethylhexanoate. Als besonders geeignet hat sich Rhodiumoxid,
Rhodiumacetat, Rhodium-2-ethylhexanoat, Kobaltoxid, Kobaltacetat
und Kobalt-2-ethylhexanoat erwiesen.
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Die
einzelnen Hydroformylierungsstufen können sowohl absatzweise als
auch kontinuierlich durchgeführt
werden.
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Das
Umsetzungsprodukt der zweiten Hydroformylierungsstufe wird ohne
weitere Reinigung und ohne Katalysatorabtrennung der Hydrierstufe
zugeführt.
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Die
Hydrierung des rohen TCD-Dialdehyds zum TCD-Alkohol DM erfolgt unter
allgemein üblichen
Reaktionsbedingungen in Gegenwart konventioneller Hydrierkatalysatoren.
Im allgemeinen beträgt
die Hydriertemperatur 70 bis 170°C
und der angewandte Druck 1 bis 30 MPa. Als Hydrierkatalysatoren
sind besonders Nickelkatalysatoren geeignet.
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Das
katalytisch aktive Metall kann auf einem Träger aufgebracht werden, im
allgemeinen in einer Menge von etwa 5 bis etwa 70 Gew.-%, vorzugsweise
etwa 10 bis etwa 65 Gew.-% und insbesondere etwa 20 bis etwa 60
Gew.-% jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Katalysators. Als
Katalysatorträger
eignen sich alle herkömmlichen
Trägermaterialien,
z.B. Aluminiumoxid, Aluminiumoxidhydrate in ihren verschiedenen
Erscheinungsformen, Siliciumdioxid, Polykieselsäuren (Kieselgele) einschließlich Kieselgur,
Kieselxerogele, Magnesiumoxid, Zinkoxid, Zirconiumoxid und Aktivkohle.
Neben den Hauptkomponenten Nickel und Trägermaterial können die
Katalysatoren noch Zusatzstoffe in untergeordneten Mengen enthalten,
die z.B. der Verbesserung ihrer Hydrieraktivität und/oder ihrer Standzeit
und/oder ihrer Selektivität
dienen. Derartige Zusatzstoffe sind bekannt, zu ihnen gehören z.B.
die Oxide des Natriums, Kaliums, Magnesiums, Calciums, Bariums,
Zinks, Aluminiums, Zirconiums und Chroms. Sie werden dem Katalysator
im allgemeinen in einem Anteil von insgesamt 0,1 bis 50 Gew.-Teile
bezogen auf 100 Gew.-Teile Nickel zugesetzt.
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Aber
auch trägerfreie
Katalysatoren, wie Raney-Nickel oder Raney-Kobalt können in
dem Hydrierprozess verwendet werden.
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Die
Hydrierstufe wird diskontinuierlich oder kontinuierlich in flüssiger Phase
mit suspendierten Katalysatoren oder in flüssiger oder gasförmiger Phase
mit fest angeordneten Katalysatoren durchgeführt; die kontinuierliche Arbeitsweise
wird bevorzugt.
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Bei
diskontinuierlicher Verfahrensführung
verwendet man, bezogen auf TCD-Dialdehyd,
1 bis 10, vorzugsweise 2 bis 6 Gew.-% Nickel in Form der vorstehend
beschriebenen Katalysatoren. Bei kontinuierlicher Arbeitsweise setzt
man je Liter Katalysator und Stunde etwa 0,05 bis etwa 5,0 kg des
TCD-Dialdehyds ein, bevorzugt
werden etwa 0,1 bis 2,0 kg TCD-Dialdehyd je Liter Katalysator und
Stunde.
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Die
Hydrierung erfolgt vorzugsweise mit reinem Wasserstoff. Es können jedoch
auch Gemische verwendet werden, die freien Wasserstoff und daneben
unter den Hydrierbedingungen inerte Bestandteile enthalten. In jedem
Fall ist dafür
Sorge zu tragen, dass das Hydriergas frei von Katalysatorgiften
wie Schwefelverbindungen oder Kohlenmonoxid in schädlichen
Mengen ist.
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Überraschenderweise
wirken sich die im rohen TCD-Alkohol DM vorhandenen phosphor- und
schwefelhaltigen Spalt- und Abbauprodukte nicht schädlich auf
die Hydrieraktivität
des Katalysators aus. Das Übergangsmetall,
vorzugsweise Rhodium, aus dem nicht abgetrennten Hydroformylierungskatalysator
der zweiten Hydroformylierungsstufe schlägt sich nahezu vollständig auf
dem Hydrierkatalysator nieder. Es kann nach bekannten Verfahren
zurückgewonnen
werden.
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Roher
TCD-Dialdehyd kann als solcher oder zusammen mit einem Lösungs- oder Verdünnungsmittel eingesetzt
werden, wobei die zuerst genannte Variante bevorzugt wird. Setzt
man ein Lösungs-
oder Verdünnungsmittel
hinzu, ist die Auswahl der Lösungs-
oder Verdünnungsmittel,
die reine Substanzen aber auch Substanzgemische sein können, nicht
kritisch sofern sichergestellt ist, dass sie mit dem Einsatzstoff
eine homogene Lösung
bilden. Beispiele für
geeignete Lösungs-
oder Verdünnungsmittel
sind lineare oder cyclische Ether wie Tetrahydrofuran oder Dioxan.
Die Menge des eingesetzten Lösungs-
oder Verdünnungsmittels
kann entsprechend den apparativen und verfahrenstechnischen Gegebenheiten
frei gewählt
werden, im allgemeinen setzt man Lösungen ein, die 10 bis 75 Gew.-%
TCD-Dialdehyd enthalten. Besonders bewährt hat es sich im Rahmen des
erfindungsgemäßen Verfahrens,
den bei der Hydrierung entstandenen TCD-Alkohol DM als Lösungs- oder Verdünnungsmittel
zu verwenden. In diesem Fall wird, bezogen auf das Gewicht des TCD-Dialdehyds,
zweckmäßig die
1- bis 30-fache, vorzugsweise die 5- bis 20-fache und insbesondere
die 5- bis 10-fache Menge des TCD-Alkohol DM als Lösungs- und
Verdünnungsmittel
zugesetzt.
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Die
Gewinnung des reinen TCD-Alkohol DM erfolgt nach konventionellen
Destillationsverfahren. TCD-Alkohol DM wird als Kopfprodukt abgezogen.
Restmengen des in der zweiten Hydroformylierungsstufe eingesetzten Übergangsmetalls
fallen im Destillationsrückstand
an und werden nach bekannten Verfahren zurückgewonnen.
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Im
Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren
anhand einiger Beispiele näher
erläutert.
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Beispiele
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Die
bei der analytischen Charakterisierung der Reaktionsprodukte verwendeten
Abkürzungen
haben folgende Bedeutung:
DCP | Dicyclopentadien |
TCD-Monenal | 8(9)-Formyl-tricyclo[5.2.1.02.6]dec-3-en |
TCD-Dial | 3(4),8(9)-Bisformyl-tricyclo[5.2.102.6]decan |
Tri-CP | Tricyclopentadien. |
TPPTS
bedeutet | Natrium-Triphenylphosphintrisulfonat |
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Herstellung von TCD-Alkohol
DM
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1. Herstellung von TCD-Monenal
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In
einem 5 I-Autoklaven werden 2.119 g TPPTS-Lösung mit einem P(III)-Gehalt von 472 mmol/kg
vorgelegt und mit 160,2 g Rh-Lösung
(Rh-Gehalt: 6.423 mg/kg) versetzt. Danach wird eine Mischung aus
661,1 g Dicyclopentadien (technisch, DCP-Gehalt: 93,72 Gew.-%) und
283,0 g Toluol zugegeben. Das Reaktionsgemisch wird auf 135°C erwärmt und
bei einem Synthesegasdruck von 2,5 MPa und einer Reaktionszeit von
6 Stunden umgesetzt.
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Nach
Reaktionsende wird abgekühlt
und die obere, organische Phase von der wässrigen Katalysatorphase durch
Phasentrennung abgetrennt. Die verbleibende Katalysatorphase wird
erneut mit einem Gemisch aus Dicyclopentadien und Toluol versetzt
und erneut umgesetzt. Dieser Vorgang wird insgesamt achtmal wiederholt.
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Die
organischen Phasen (Summe: 9.923 g) werden vereinigt und gaschromatographisch
untersucht. GC-Analyse
(in Fl.-%, Flächenprozent)
Vorlaufkomponenten | 0,32 |
Toluol | 29,45 |
DCP | 4,55 |
TCD-Monenal | 61,30 |
TCD-Dial | 0,81 |
Tri-CP | 0,42 |
Sonstige | 3,15 |
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2. Herstellung
von TCD-Dialdehyd
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400
g rohes TCD-Monenal aus der ersten Reaktionsstufe werden ohne Anwendung
weiterer Reinigungsschritte durch Zugabe einer toluolischen Lösung von
Rh-2-ethylhexanoat auf einen Rhodiumgehalt von 20 ppm, bezogen auf
die gesamte Reaktionslösung,
eingestellt und in einem 1-I Autoklav vorgelegt. Das Reaktionsgemisch
wird auf 120°C
erwärmt
und bei einem Druck von 26,0 MPa und einer Reaktionszeit von 6 Stunden
umgesetzt.
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Nach
Reaktionsende wird abgekühlt
und entspannt, das erhaltene Reaktionsprodukt (455,9 g) wird gaschromatographisch
untersucht. GC-Analyse
(in Fl.-%)
Vorlaufkomponenten | 1,30 |
Toluol | 31,70 |
TCD-Monenal | 2,32 |
TCD-Dial | 62,36 |
Sonstige | 2,32 |
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3. Herstellung
von TCD-Alkohol-DM
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Der
nach der zweiten Hydroformylierungsstufe erhaltene TCD-Dialdehyd
wird ohne weitere Reinigung in die Hydrierung eingesetzt. Hierzu
werden 450 g TCD-Dialdehyd aus der zweiten Stufe und 40 g Ni 52/35 – Katalysator
der Firma Johnson-Matthey Plc – in
einem 1-I Autoklav vorgelegt. Das Reaktionsgemisch wird auf 120°C erwärmt und
bei einem Druck von 10,0 MPa und einer Reaktionszeit von 8 Stunden
umgesetzt. Nach Reaktionsende wird abgekühlt, entspannt und vom Katalysator
abfiltriert. Das so erhaltene Reaktionsprodukt (456,0 g) wird gaschromatographisch
untersucht. GC-Analyse
(in Fl.-%)
Vorlaufkomponenten | 1,37 |
Toluol/Methylcyclohexan | 30,20 |
TCD-Alkohol
M | 2,52 |
TCD-Alkohol
DM | 63,57 |
Sonstige | 2,34 |
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Zur
Aufarbeitung wird das rohe Hydrierprodukt (450,0 g) an einer Claisenbrücke destilliert.
Man erhält 301,6
g Hauptfraktion in einem Siedebereich von 148 – 210°C bei einem Druck von 1 hPa
mit folgender Zusammensetzung: GC-Analyse
(in Fl.-%)
Vorlaufkomponenten | 0,15 |
TCD-Alkohol
M | 3,46 |
TCD-Alkohol
DM | 96,13 |
Sonstige | 0,26 |
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Die
Gesamtausbeute an TCD-Alkohol DM über alle Stufen beträgt 89,3
d.Th., bezogen auf eingesetztes Dicyclopentadien. TCD-Alkohol M
bedeutet den monofunktionellen Alkohol 8(9)-Hydroxymethyl-tricyclo[5.2.1.02.6]decan.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
die Herstellung von TCD-Alkohol DM in hohen Ausbeuten, wobei auf
die aufwendige Reinigung der Zwischenstufen verzichtet werden kann.