DE112021000998T5 - Ein Verfahren zur Herstellung von 1,4-Cyclohexandion - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zur Herstellung von 1,4-Cyclohexandion, umfassend folgende Schritte: Schritt 1: Zugabe von Dimethylsuccinylsuccinat (DMSS) in einen Reaktionskessel, Zugabe von Wasser und Beginnen mit dem Rühren; Schritt 2: Zugabe eines Phasentransferkatalysators in den Reaktionskessel und Beginnen mit dem Erhitzen; Schritt 3: Zugabe einer Säure und eines Übergangsmetallsalzes und Starten der Hydrolysereaktion nach Erreichen der Reaktionstemperatur; Schritt 4: Erhalten von 1,4-Cyclohexandion nachdem die Hydrolysereaktion für eine vorgegebenen Zeit stattgefunden hat. Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von 1,4-Cyclohexandion können die Probleme der herkömmlichen Technik, bei welcher 1,4-Cyclohexandion aus DMSS hergestellt wird, dass die Hydrolyse von DMSS schwierig und die Hydrolysezeit lang ist, gelöst werden.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der organisch-chemischen Technik und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von 1,4-Cyclohexandion.
  • Stand der Technik
  • Die Summenformel von 1,4-Cyclohexandion ist C6H8O2. 1,4-Cyclohexandion ist ein wichtiges chemisches Zwischenprodukt und kann zur Herstellung von Arzneimitteln, Pestiziden, Flüssigkristallmaterialien, organischen optoelektronischen Materialien, supraleitenden Materialien usw. verwendet werden.
  • 1,4-Cyclohexandion wird aus Dimethylsuccinylsuccinat (DMSS) durch Hydrolyseverfahren hergestellt. Dies hat den Vorteil, dass hierfür Rohstoffquellen in ausreichendem Maße vorhanden sind, und den Vorteil niedriger Kosten. Allerdings ist unter den gegenwärtig bestehenden technologischen Bedingungen DMSS schwierig zu hydrolysieren, ist seine Hydrolysezeit lang, entstehen viele Nebenprodukte und ist DMSS schwierig abzutrennen. Zur Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von 1,4-Cyclohexandion aus DMSS muss daher ein effizientes Hydrolyseverfahren für DMSS entwickelt werden.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von 1,4-Cyclohexandion bereitzustellen, durch das die Probleme der herkömmlichen Technik, bei welcher 1,4-Cyclohexandion aus DMSS hergestellt wird, dass die Hydrolyse von DMSS schwierig und die Hydrolysezeit lang ist, gelöst werden können.
  • Die in der vorliegenden Erfindung verwendete technische Lösung besteht in einem Verfahren zur Herstellung von 1,4-Cyclohexandion, das die folgenden Schritte umfasst:
    • Schritt 1: Zugabe von Dimethylsuccinylsuccinat (DMSS) in einen Reaktionskessel, Zugabe von Wasser und Beginnen mit dem Rühren;
    • Schritt 2: Zugabe eines Phasentransferkatalysators in den Reaktionskessel und Beginnen mit dem Erhitzen;
    • Schritt 3: Zugabe einer Säure und eines Übergangsmetallsalzes und Starten der Hydrolysereaktion nach Erreichen der Reaktionstemperatur;
    • Schritt 4: Erhalten von 1,4-Cyclohexandion nachdem die Hydrolysereaktion für eine vorgegebenen Zeit stattgefunden hat.
  • In einer Ausführungsform beträgt die Wasserverbrauchsmenge in Schritt 1 das 5- bis 20-fache der Masse von Dimethylsuccinylsuccinat (DMSS).
  • In einer Ausführungsform ist der Phasentransferkatalysator in Schritt 2 entweder Dodecylbenzolsulfonsäure, Natriumdodecylbenzolsulfonat, Polyethylenglykol, Dodecyltrimethylammoniumchlorid oder Tetrabutylammoniumbromid.
  • In einer Ausführungsform beträgt die Verbrauchsmenge an Phasentransferkatalysator in Schritt 2 0,01 bis 0,1 % der Wasserverbrauchsmenge von Schritt 1.
  • In einer Ausführungsform beträgt die Reaktionstemperatur in Schritt 3 60 °C bis 100 °C.
  • In einer Ausführungsform ist die Säure in Schritt 3 entweder Schwefelsäure, Salzsäure oder Salpetersäure.
  • In einer Ausführungsform sollte die Zugabemenge der Säure in Schritt 3 die Wasserstoffionen-Konzentration auf 0,2 bis 12 mol/l bringen.
  • In einer Ausführungsform ist das Übergangsmetallsalz in Schritt 3 entweder Kupfernitrat, Kupfersulfat, Kupferchlorid, Nickelnitrat, Nickelsulfat, Nickelchlorid, Zinknitrat, Zinksulfat, Zinkchlorid, Mangannitrat, Mangansulfat, Manganchlorid oder eine Kombination davon.
  • In einer Ausführungsform sollte die Zugabemenge des Übergangsmetallsalzes in Schritt 3 die Metallkationen-Konzentration auf 0,01 bis 0,1 mol/l bringen.
  • In einer Ausführungsform beträgt die vorgegebene Zeit in Schritt 44 bis 60 Stunden.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von 1,4-Cyclohexandion werden die folgenden vorteilhaften Effekte erzielt:
  • Durch die vorliegende Erfindung wird ein einfacher Prozess und eine bequeme Bedienung gewährleistet. Die Reaktionszeit beträgt 4 bis 60 Stunden, was erheblich kürzer als die Hydrolyse-Reaktionszeit der herkömmlichen Technik ist.
  • Die Umwandlungsrate von DMSS ist hoch und beträgt bis zu 100 %. Die Selektivität des Produkts 1,4-Cyclohexandion ist hoch und beträgt bis zu mehr als 98 %. Der Grund dafür ist, dass die Stabilität des sechsgliedrigen Rings durch die koordinative Bindung zwischen Metallkation und sechsgliedrigem Ring erhöht wird.
  • Es ist nicht erforderlich, bei der Reaktion ein organisches Lösungsmittel zuzusetzen. Durch Zugabe eines Phasentransferkatalysators zur Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen DMSS und Wasser wird hinsichtlich der Verbrauchsmenge an organischem Lösungsmittel eine Einsparung erzielt und die Menge an Abfallflüssigkeit reduziert.
  • Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Zum besseren Verständnis wird nachfolgend die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf konkrete Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung von 1,4-Cyclohexandion bereit, das die folgenden Schritte umfasst:
    • Schritt 1: Zugabe von Dimethylsuccinylsuccinat (DMSS) in einen Reaktionskessel, Zugabe von Wasser und Beginnen mit dem Rühren;
    • Schritt 2: Zugabe eines Phasentransferkatalysators in den Reaktionskessel und Beginnen mit dem Erhitzen;
    • Schritt 3: Zugabe einer Säure und eines Übergangsmetallsalzes und Starten der Hydrolysereaktion nach Erreichen der Reaktionstemperatur;
    • Schritt 4: Erhalten von 1,4-Cyclohexandion nachdem die Hydrolysereaktion für eine vorgegebenen Zeit stattgefunden hat.
    • In Schritt 1 beträgt die Wasserverbrauchsmenge das 5- bis 20-fache der Masse von Dimethylsuccinylsuccinat (DMSS).
  • In Schritt 2 ist der Phasentransferkatalysator entweder Dodecylbenzolsulfonsäure, Natriumdodecylbenzolsulfonat, Polyethylenglykol, Dodecyltrimethylammoniumchlorid oder Tetrabutylammoniumbromid. Die Verbrauchsmenge an Phasentransferkatalysator beträgt 0,01 bis 0,1 % der Wasserverbrauchsmenge.
  • In Schritt 3 ist die Säure entweder Schwefelsäure, Salzsäure oder Salpetersäure. Die Zugabemenge der Säure sollte die Wasserstoffionen-Konzentration auf 0,2 bis 12 mol/l bringen.
  • In Schritt 3 ist das Übergangsmetallsalz entweder Kupfernitrat, Kupfersulfat, Kupferchlorid, Nickelnitrat, Nickelsulfat, Nickelchlorid, Zinknitrat, Zinksulfat, Zinkchlorid, Mangannitrat, Mangansulfat, Manganchlorid oder eine Kombination davon. Die Zugabemenge des Übergangsmetallsalzes sollte die Metallkationen-Konzentration auf 0,01 bis 0,1 mol/l bringen.
  • Ausführungsbeispiel 1
  • 200 g DMSS abwiegen, 1 Liter Wasser hinzufügen und mit dem Rühren beginnen; 0,1 g Dodecylbenzolsulfonsäure zugeben und auf 60 °C erhitzen; dann 10 g konzentrierte Schwefelsäure und 2,4 g Kupfernitrat-Trihydrat zugeben; Die Reaktion war nach 60 Stunden abgeschlossen und es wurde ein oranges geklärtes System erhalten; Die chromatographische Analyse zeigte, dass die Umwandlungsrate von DMSS 100 % und die Selektivität zu 1,4-Cyclohexandion 90,5 % betrug.
  • Ausführungsbeispiel 2
  • 200 g DMSS abwiegen, 1 Liter Wasser hinzufügen und mit dem Rühren beginnen; 0,3 g Dodecylbenzolsulfonsäure zugeben und auf 70 °C erhitzen; dann 25 g konzentrierte Schwefelsäure und 6,8 g Zinkchlorid zugeben; Die Reaktion war nach 50 Stunden abgeschlossen und es wurde ein blassgelbes geklärtes System erhalten; Die chromatographische Analyse zeigte, dass die Umwandlungsrate von DMSS 100 % und die Selektivität zu 1,4-Cyclohexandion 95,1 % betrug.
  • Ausführungsbeispiel 3
  • 200 g DMSS abwiegen, 1 Liter Wasser hinzufügen und mit dem Rühren beginnen; 1 g Polyethylenglykol zugeben und auf 80 °C erhitzen; dann 156 g konzentrierte Schwefelsäure und 26,3 g Nickelsulfat-Hexahydrat zugeben; Die Reaktion war nach 35 Stunden abgeschlossen und es wurde ein blassgelbgrünes geklärtes System erhalten; Die chromatographische Analyse zeigte, dass die Umwandlungsrate von DMSS 100 % und die Selektivität zu 1,4-Cyclohexandion 98,3 % betrug.
  • Ausführungsbeispiel 4
  • 200 g DMSS abwiegen, 1 Liter Wasser hinzufügen und mit dem Rühren beginnen; 0,5 g Dodecylbenzolsulfonsäure zugeben und auf 100 °C erhitzen; dann 792 g konzentrierte Schwefelsäure und 23,9 g 50 %ige Mangannitrat-Lösung zugeben; Die Reaktion war nach 4 Stunden abgeschlossen und es wurde ein braungelbes geklärtes System erhalten; Die chromatographische Analyse zeigte, dass die Umwandlungsrate von DMSS 100 % und die Selektivität zu 1,4-Cyclohexandion 90,2 % betrug.
  • Ausführungsbeispiel 5
  • 200 g DMSS abwiegen, 2 Liter Wasser hinzufügen und mit dem Rühren beginnen; 1 g Dodecyltrimethylammoniumchlorid zugeben und auf 80 °C erhitzen; dann 503 g konzentrierte Schwefelsäure und 32,7 g Zinknitrat-Hexahydrat zugeben; Die Reaktion war nach 24 Stunden abgeschlossen und es wurde ein blassgelbes geklärtes System erhalten; Die chromatographische Analyse zeigte, dass die Umwandlungsrate von DMSS 100 % und die Selektivität zu 1,4-Cyclohexandion 98,5 % betrug.
  • Ausführungsbeispiel 6
  • 200 g DMSS abwiegen, 4 Liter Wasser hinzufügen und mit dem Rühren beginnen; 2 g Dodecyltrimethylammoniumchlorid zugeben und auf 80 °C erhitzen; dann 1000 g konzentrierte Schwefelsäure und 55,6 g Zinknitrat-Hexahydrat-Lösung zugeben; Die Reaktion war nach 18 Stunden abgeschlossen und es wurde ein blassgelbes geklärtes System erhalten; Die chromatographische Analyse zeigte, dass die Umwandlungsrate von DMSS 100 % und die Selektivität zu 1,4-Cyclohexandion 98,0 % betrug.
  • Ausführungsbeispiel 7
  • 200 g DMSS abwiegen, 2 Liter Wasser hinzufügen und mit dem Rühren beginnen; 1 g Tetrabutylammoniumbromid zugeben und auf 80 °C erhitzen; dann 793 g konzentrierte Schwefelsäure und 39,6 g Zinknitrat-Hexahydrat-Lösung zugeben; Die Reaktion war nach 40 Stunden abgeschlossen und es wurde ein blassgelbes geklärtes System erhalten; Die chromatographische Analyse zeigte, dass die Umwandlungsrate von DMSS 100 % und die Selektivität zu 1,4-Cyclohexandion 94,5 % betrug.
  • Ausführungsbeispiel 8
  • 200 g DMSS abwiegen, 2 Liter Wasser hinzufügen und mit dem Rühren beginnen; 1 g Dodecyltrimethylammoniumchlorid zugeben und auf 80 °C erhitzen; dann 703 g konzentrierte Schwefelsäure und 36,5 g Zinknitrat-Hexahydrat-Lösung zugeben; Die Reaktion war nach 40 Stunden abgeschlossen und es wurde ein blassgelbes geklärtes System erhalten; Die chromatographische Analyse zeigte, dass die Umwandlungsrate von DMSS 100 % und die Selektivität zu 1,4-Cyclohexandion 94,6 % betrug.
  • Durch das durch die Ausführungsbeispiele bereitgestellte, erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von 1,4-Cyclohexandion kann die für die Hydrolyse von DMSS erforderliche Zeit erheblich verkürzt werden. Die Hydrolysezeit beträgt nur 4 bis 60 Stunden. Durch die koordinative Bindung zwischen Metallkation und sechsgliedrigem Ring kann die Stabilität des sechsgliedrigen Rings erhöht werden, sodass erreicht werden kann, dass die Umwandlungsrate von DMSS nahe bei 100 % liegt und die Selektivität zu 1,4-Cyclohexandion mehr als 98 % beträgt, wodurch die Probleme der herkömmlichen Technik, dass die Hydrolyse von DMSS schwierig ist und die Produkte kompliziert sind, gelöst werden können. Darüber hinaus muss bei der Reaktion kein organisches Lösungsmittel zugesetzt werden. Durch Zugabe eines Phasentransferkatalysators zur Vergrößerung der Kontaktfläche zwischen DMSS und Wasser wird hinsichtlich der Verbrauchsmenge an organischem Lösungsmittel eine Einsparung erzielt und die Menge an Abfallflüssigkeit reduziert.

Claims (10)

  1. Ein Verfahren zur Herstellung von 1,4-Cyclohexandion, dadurch gekennzeichnet, dass dieses die folgenden Schritte umfasst: Schritt 1: Zugabe von Dimethylsuccinylsuccinat (DMSS) in einen Reaktionskessel, Zugabe von Wasser und Beginnen mit dem Rühren; Schritt 2: Zugabe eines Phasentransferkatalysators in den Reaktionskessel und Beginnen mit dem Erhitzen; Schritt 3: Zugabe einer Säure und eines Übergangsmetallsalzes und Starten der Hydrolysereaktion nach Erreichen der Reaktionstemperatur; Schritt 4: Erhalten von 1,4-Cyclohexandion nachdem die Hydrolysereaktion für eine vorgegebenen Zeit stattgefunden hat.
  2. Verfahren zur Herstellung von 1,4-Cyclohexandion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserverbrauchsmenge in Schritt 1 das 5- bis 20-fache der Masse von Dimethylsuccinylsuccinat (DMSS) beträgt.
  3. Verfahren zur Herstellung von 1,4-Cyclohexandion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Phasentransferkatalysator in Schritt 2 entweder Dodecylbenzolsulfonsäure, Natriumdodecylbenzolsulfonat, Polyethylenglykol, Dodecyltrimethylammoniumchlorid oder Tetrabutylammoniumbromid ist.
  4. Verfahren zur Herstellung von 1,4-Cyclohexandion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrauchsmenge an Phasentransferkatalysator in Schritt 2 0,01 bis 0,1 % der Wasserverbrauchsmenge von Schritt 1 beträgt.
  5. Verfahren zur Herstellung von 1,4-Cyclohexandion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionstemperatur in Schritt 3 60 °C bis 100 °C beträgt.
  6. Verfahren zur Herstellung von 1,4-Cyclohexandion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Säure in Schritt 3 entweder Schwefelsäure, Salzsäure oder Salpetersäure ist.
  7. Verfahren zur Herstellung von 1,4-Cyclohexandion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabemenge der Säure in Schritt 3 die Wasserstoffionen-Konzentration auf 0,2 bis 12 mol/l bringen soll.
  8. Verfahren zur Herstellung von 1,4-Cyclohexandion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Übergangsmetallsalz in Schritt 3 entweder Kupfernitrat, Kupfersulfat, Kupferchlorid, Nickelnitrat, Nickelsulfat, Nickelchlorid, Zinknitrat, Zinksulfat, Zinkchlorid, Mangannitrat, Mangansulfat, Manganchlorid oder eine Kombination davon ist.
  9. Verfahren zur Herstellung von 1,4-Cyclohexandion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabemenge des Übergangsmetallsalzes in Schritt 3 die Metallkationen-Konzentration auf 0,01 bis 0,1 mol/l bringen soll.
  10. Verfahren zur Herstellung von 1,4-Cyclohexandion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Zeit in Schritt 4 4 bis 60 Stunden beträgt.
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