DE1175233B - Process for the electrolytic production of organic lead compounds - Google Patents
Process for the electrolytic production of organic lead compoundsInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES -WM^ PATENTAMTFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY GERMAN -WM ^ PATENT OFFICE
AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL
Internat. Kl.: C07f;Boarding school Cl .: C07f;
BOIk
Deutschem.: 12 ο-26/03 BOIk
German: 12 ο -26/03
Nummer: 1175 233Number: 1175 233
Aktenzeichen: E19443IV b /12 οFile number: E19443IV b / 12 ο
Anmeldetag: 9. Juni 1960Filing date: June 9, 1960
Auslegetag: 6. August 1964Opening day: August 6, 1964
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrolytischen Gewinnung von Organobleiverbindungen unter Verwendung einer Bleianode und eines Organoborkomplexes als Elektrolyt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Wasser als Lösungsmedium für den Elektrolyten verwendet. Bevorzugt werden solche Organoborkomplexe verwendet, deren Anion aus einem Boratom, das nur über Kohlenstoff an Kohlenwasserstoffe gebunden ist, von denen mindestens einer aus einem niederen Alkylrest mit bis zu etwa 8 Kohlenstoffatomen, insbesondere dem Äthylrest, besteht und deren Kation aus einem Alkaliion, insbesondere Natrium, besteht. Die Elektrolyse kann bei Temperaturen bis zur Zersetzungstemperatur von Elektrolyt und Organobleiverbindung durchgeführt werden. Wenn auch der beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Elektrolyt eine ausgezeichnete Leitfähigkeit besitzt, ist zuweilen eine Verbesserung seiner Leitfähigkeit durch Zusatz von inonisierbaren Salzen erwünscht. Zu den bevorzugt zugesetzten, ionisierbaren Salzen gehören die Natrium- und Kaliumhalogenide.The invention relates to a method for the electrolytic production of organic lead compounds using a lead anode and an organoboron complex as electrolyte, which is characterized is that one uses water as a solution medium for the electrolyte. To be favoured such organoboron complexes used, whose anion consists of a boron atom, which is only attached to carbon Hydrocarbons is bonded, of which at least one of a lower alkyl radical with up to consists of about 8 carbon atoms, especially the ethyl radical, and their cation consists of an alkali ion, especially sodium. The electrolysis can take place at temperatures up to the decomposition temperature of Electrolyte and organic lead compound are carried out. Even if the one according to the invention The electrolyte used in the process has excellent conductivity is sometimes an improvement its conductivity is desirable through the addition of ionizable salts. Among the preferred added, Ionizable salts include the sodium and potassium halides.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist den bekannten Verfahren in mehrfacher Weise überlegen. Beispielsweise wird das Organobleiprodukt mit hoher Ausbeute und Reinheit bei geringem Stromaufwand gewonnen. Ein besonderer Vorzug des neuen Verfahrens besteht darin, daß Wasser als Lösungsmittel verwendet und dadurch ein System höherer Leitfähigkeit geschaffen wird. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß das Bormetall nicht auf der Kathode niedergeschlagen wird, wie dies mit Aluminium und Zink bei Verwendung der Alkylzink- oder Alkylaluminiumverbindungen als Elektrolyt der Fall ist. Daher entfallen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die schwierige Abtrennung von Bor von der Kathode und die damit zusammenhängenden Schwierigkeiten bei der Aufarbeitung und Wiederverwendung dieses Bors für die Elektrolytherstellung oder sonstige Zwecke. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß zur Wiederaufarbeitung des Elektrolyten einfachere Verfahren zur Verfügung stehen, von denen einige nachstehend näher beschrieben sind. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß höhere Wirkungsgrade und höhere Leitfähigkeiten bei der Herstellung von Organobleiverbindungen erzielbar sind.The method according to the invention is superior to the known methods in several ways. For example becomes the organic lead product with high yield and purity with little power consumption won. A particular advantage of the new process is that water is used as the solvent used and thereby a system of higher conductivity is created. Another benefit of the Method is that the boron metal is not deposited on the cathode, as with Aluminum and zinc when using the alkyl zinc or alkyl aluminum compounds as electrolytes the case is. In the process according to the invention, there is therefore no need for the difficult separation of Boron from the cathode and the associated difficulties in processing and Reuse of this boron for electrolyte production or other purposes. Another advantage of the invention is that simpler processes for reprocessing the electrolyte available, some of which are detailed below. Another advantage of the invention Process consists in the fact that higher efficiencies and higher conductivities can be achieved in the production of organic lead compounds are.
Das Boranion dieses Komplexes enthält an Bor gebundene Gruppen, von denen mindestens eine aus
einem über ein Kohlenstoffatom gebundenen Kohlenwasserstoffrest mit bis zu etwa 30 Kohlenstoffatomen
Verfahren zur elektrolytischen Herstellung
von OrganobleiverbindungenThe boron anion of this complex contains groups bonded to boron, at least one of which consists of a hydrocarbon radical bonded via a carbon atom and having up to about 30 carbon atoms. Process for electrolytic production
of organic lead compounds
Anmelder:Applicant:
Ethyl Corporation, New York, N. Y. (V. St. A.)Ethyl Corporation, New York, N.Y. (V. St. A.)
Vertreter:Representative:
Dr. phil. G. Henkel, Baden-Baden-Balg,
und Dr. rer. nat. W.-D. Henkel,
München 9, Eduard-Schmid-Str.Y2,
PatentanwälteDr. phil. G. Henkel, Baden-Baden-Balg,
and Dr. rer. nat. W.-D. Handle,
Munich 9, Eduard-Schmid-Str. Y 2,
Patent attorneys
Als Erfinder benannt:
Richard Coleman Pinkerton,
Baton Rouge, La. (V. St. A.)Named as inventor:
Richard Coleman Pinkerton,
Baton Rouge, La. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
V. St. v. Amerika vom 23. Juni 1959 (822 215)V. St. v. America June 23, 1959 (822 215)
besteht und die übrigen aus Halogen, Wasserstoff, Alkoholresten (—OR) mit bis zu etwa 18 Kohlenstoffatomen, Pseudohalogeniden, aus organischen Säureanionen mit bis zu etwa 18 Kohlenstoffatomen oder anorganischen Anionen bestehen können. Der kationische Anteil des Organoborkomplexes besteht im allgemeinen aus einem Alkali- oder Erdalkalimetallion oder Ammonium. Die organischen Borkomplexe können durch folgende Formel dargestellt werden:consists and the rest of halogen, hydrogen, alcohol residues (-OR) with up to about 18 carbon atoms, Pseudohalides, from organic acid anions with up to about 18 carbon atoms or inorganic anions can exist. The cationic portion of the organoboron complex exists generally from an alkali or alkaline earth metal ion or ammonium. The organic boron complexes can be represented by the following formula:
M(BR1R2R3R4).,M (BR 1 R 2 R 3 R 4 ).,
in der R1, R2, R3 und R4 aus den vorstehend in bezug auf das Boranion des Komplexes beschriebenen Gruppen bestehen und y gleich 1 oder 2 ist. Solche Komplexe werden gewöhnlich so hergestellt, daß eine BR1R2R3-Verbindung mit einer M(R4)^.-Verbindung umgesetzt wird, wobei R1, R2 und R3 die vorstehend angegebene Bedeutung haben, M das vorstehend beschriebene Kation bedeutet und χ gleich der Wertigkeit des Metalls ist.in which R 1 , R 2 , R 3 and R 4 consist of the groups described above with respect to the boron anion of the complex and y is 1 or 2. Such complexes are usually prepared in such a way that a BR 1 R 2 R 3 compound is reacted with an M (R 4 ) ^ .- compound, where R 1 , R 2 and R 3 are as defined above, and M as described above Means cation and χ is equal to the valence of the metal.
In manchen Fällen wird ein Vorteil dadurch erzielt, daß eine der an Bor gebundenen Gruppen aus einem Alkylrest mit bis zu 8 Kohlenstoffatomen besteht und die drei anderen Gruppen Alkylreste mit bis zu etwa 30 Kohlenstoffatomen sind, da hierdurchIn some cases an advantage is obtained by having one of the groups bonded to boron from consists of an alkyl radical with up to 8 carbon atoms and the three other groups are alkyl radicals with up to about 30 carbon atoms are, as a result
409 639/434409 639/434
i 175 233i 175 233
ein niedrigerschmelzender Elektrolyt gewonnen und die Abtrennung der als Nebenprodukt anfallenden Organoborverbindung von der an der Anode erzeugten Organobleiverbindung erleichtert wird. Eine ähnliche Wirkung wird erzielt, wenn die drei anderen Gruppen aus verzweigtkettigen Alkylresten, wie Isopropyl oder Isobutyl, bestehen. Als typische Beispiele für diese bevorzugten Komplexe seien Natriumäthyltrioctylboranat, Natriumäthyltricyclohexylboranat, Natriumäthyltributylboranat, Natriumäthyltriisopropylboranat, Natriumäthyltriphenylboranat und Natriumäthyltrioctadecylboranat genannt.a lower-melting electrolyte obtained and the separation of the by-product Organoboron compound is facilitated by the organic lead compound produced at the anode. A similar Effect is achieved when the other three groups consist of branched-chain alkyl radicals, such as isopropyl or isobutyl. Typical examples of these preferred complexes are sodium ethyl trioctylboranate, Sodium ethyl tricyclohexylboranate, sodium ethyl tributylboranate, sodium ethyl triisopropylboranate, Sodium ethyl triphenylboranate and sodium ethyltrioctadecylboranate called.
Selbstverständlich sind auch Mischungen der vorerwähnten Organoborkomplexe, wie eine Mischung aus Natriumtetraäthylboranat und Kaliumtetraäthylboranat verwendbar. Andere brauchbare Mischungen bestehen beispielsweise aus Natriumäthyltriphenylboranat und Kaliumtetraäthylboranat sowie aus Natriumäthyltriphenylboranat und Kaliumäthyltriphenylboranat. Beim Ansatz solcher Mischungen kommt es lediglich darauf an, daß zwei oder mehr Komplexe miteinander mischbar sind.It goes without saying that mixtures of the aforementioned organoboron complexes are also like a mixture from sodium tetraethylboranate and potassium tetraethylboranate can be used. Other useful mixtures consist for example of Natriumäthyltriphenylboranat and Kaliumtetraäthylboranat as well from sodium ethyl triphenylboranate and potassium ethyl triphenylboranate. When making such mixtures all that matters is that two or more complexes are miscible with one another.
Von Vorteil kann es sein, den Organoborkomplexen ein ionisierbares Salz zuzusetzen, weil hierdurch im allgemeinen die Leitfähigkeit des Elektrolyten erhöht wird. Die Hauptbedingung für solche ionisierbaren Salze besteht darin, daß sie unter den Elektrolysebedingungen mit dem Organoborkomplex in Lösung gehen oder sich mit ihm unter Bildung eines Komplexes oder Komplexgemisches angegebener Art umsetzen. Für diesen Zweck sind vor allem die Alkali- und Erdalkalihalogenide und -pseudohalogenide geeignet.It can be advantageous to add an ionizable salt to the organoboron complexes, because it does this in general, the conductivity of the electrolyte is increased. The main condition for such ionizable salts consists in the fact that they under the electrolysis conditions with the organoboron complex go into solution or deal with it with the formation of a complex or complex mixture specified Implement Art. The alkali and alkaline earth halides and pseudohalides are especially useful for this purpose suitable.
Die Mengenverhältnisse der Elektrolytbestandteile sind im allgemeinen in ziemlicher Breite variabel. In den Fällen, in denen dem Organoborkomplex ein ionosierbares Salz zugesetzt wird, kann der Anteil zwischen etwa 0,01 und 50 Molprozent betragen. Die Menge des angewendeten Wassers liegt im allgemeinen zwischen dem zur Auflösung des Elektrolyten gerade ausreichenden bis zum etwa fünffachen Betrag davon.The proportions of the electrolyte components are generally variable within a fairly wide range. In cases in which an ionizable salt is added to the organoboron complex, the proportion can be between about 0.01 and 50 mole percent. The amount of water used is general between that which is just sufficient to dissolve the electrolyte up to about five times Amount thereof.
Die Elektrolyse kann in verschiedener Weise durchgeführt werden, benötigt aber im allgemeinen nur die Aufstellung einer elektrolytischen Zelle mit mindestens einer Bleianode und einer entsprechenden Anzahl geeigneter Kathoden und die Eingabe des Elektrolyten oder seiner Lösung. Danach wird die Zelle auf die gewünschte Betriebstemperatur erhitzt und Strom durchgeleitet. Während der Elektrolyse kann weiterer Elektrolyt zum Ersatz nachgefüllt werden, und die Organobleiverbindung wird aus dem Anodengebiet der Zelle abgezogen. Falls der Anolyt aus einer Mischung aus dem Organobleiprodukt und Nebenprodukten und/oder Wasser besteht, wird er nach den üblichen, physikalischen Trennmethoden aufgearbeitet. In vielen Fällen ist die gewünschte Organobleiverbindung nicht mit den übrigen Systembestandteilen mischbar und kann dann in praktisch reiner Form aus der Zelle entnommen werden. Andere Ausführungsformen des elektrolytischen Vorganges erfordern beispielsweise eine Regeneration des Elektrolyten, die nachstehend näher beschrieben werden soll.The electrolysis can be carried out in various ways, but generally requires only the installation of an electrolytic cell with at least one lead anode and a corresponding one Number of suitable cathodes and the input of the electrolyte or its solution. After that, the The cell is heated to the desired operating temperature and electricity is passed through it. During electrolysis further electrolyte can be topped up to replace it, and the organic lead compound is removed from the Peeled off the anode area of the cell. If the anolyte consists of a mixture of the organic lead product and By-products and / or water consists, it is separated according to the usual physical separation methods worked up. In many cases the desired organic lead compound is not compatible with the other system components miscible and can then be removed from the cell in practically pure form. Other Embodiments of the electrolytic process require regeneration, for example of the electrolyte, which will be described in more detail below.
Das erfindungsgemäße Elektrolyseverfahren wird an Hand der nachstehenden Beispiele weiter erläutert, in denen sich alle Teile, sofern nicht anders angegeben, auf Gewicht beziehen.The electrolysis process according to the invention is further illustrated by the following examples: in which all parts are by weight unless otherwise specified.
Eine elektrolytische Zelle mit Bleianode und Kupferkathode wurde mit 0,432 Teilen Natriumtetraäthylboranat in Form des Diäthylätherats und 40 Teilen Wasser gefüllt und nach dem Verschließen insgesamt 3 Stunden und 53 Minuten lang mit einem Strom von 10 mA beschickt. Während der Elektrolyse bildete sich Tetraäthylblei und sammelte sich ίο leicht herausnehmbar am Zellenboden an. Am Ende der Elektrolyse wurde Tetraäthylblei in lOOVoiger Ausbeute gewonnen.An electrolytic cell with a lead anode and a copper cathode was made with 0.432 parts of sodium tetraethylboranate in the form of diethyl ether and 40 parts of water and filled after sealing charged with a current of 10 mA for a total of 3 hours and 53 minutes. During electrolysis Tetraethyl lead formed and collected ίο easily removable on the cell floor. At the end the electrolysis, tetraethyl lead was obtained in 100% yield.
Beispiel 1 wurde unter Verwendung von Natriumtetraäthylboranat in Form des Diätherats des Diäthylenglykoldimethyläthers an Stelle des Diäthylätherats und Erhöhung des pH-Werts der wäßrigen Lösung durch geringfügigen Alkalizusatz auf 12 wiederholt und die Elektrolyse 3 Stunden lang bei Raumtemperatur durchgeführt, wobei die Ausbeute an Tetraäthylblei 88,2% betrug.Example 1 was the p H -value of the aqueous solution repeated using Natriumtetraäthylboranat in the form of the diet Herat of Diäthylenglykoldimethyläthers instead of Diäthylätherats and increase by slight addition of alkali 12, and electrolysis carried out at room temperature for 3 hours, whereby the yield of tetraethyl lead 88, 2%.
Zwecks weiterer Erhöhung der Leitfähigkeit können noch größere Mengen Alkalihydroxyd, bis zu etwa 40 Gewichtsprozent des anwesenden Wassers verwendet werden.To further increase the conductivity, even larger amounts of alkali metal hydroxide, up to about 40 percent by weight of the water present can be used.
Bei einer bevorzugten Verfahrensweise wird die Elektrolyse bei Temperaturen zwischen etwa 70 und HO0C durchgeführt, weil dann die Leitfähigkeiten höher sind. Druckanwendung ist nicht erforderlich, sofern nicht oberhalb des Siedepunktes der Elektrolytbestandteile oder des Produktes gearbeitet wird. Autogener Druck ist im allgemeinen und insbesondere dann anwendbar, wenn die Elektrolyse nicht mit einer In-situ-Aufarbeitung des Elektrolyten nachstehend beschriebener Art vereinigt wird.In a preferred procedure, the electrolysis is carried out at temperatures between about 70 and HO 0 C, because the conductivities are then higher. The application of pressure is not necessary unless the work is carried out above the boiling point of the electrolyte components or the product. Autogenous pressure can be used in general and in particular when the electrolysis is not combined with an in-situ work-up of the electrolyte of the type described below.
Die an die Zelle angelegte Spannung beträgt im allgemeinen bis zu etwa 50 V, liegt jedoch vorzugsweise
unter etwa 10 V. Die Stromstärke liegt aus praktischen Gründen gewöhnlich über 10 mA/cm2
und wird zur Vermeidung übermäßiger, örtlicher Erhitzung und Kurzschlusses vorzugsweise unter
1 A/cm-' gehalten.
Ebenso ist es häufig vorteilhaft, Kammerzellen zu verwenden, d. h. in bei sonstigen Elektrolysierprozessen
üblicher Weise ein Diaphragma zwischen Anode und Kathode einzusetzen.The voltage applied to the cell is generally up to about 50 V, but is preferably below about 10 V. The current is usually above 10 mA / cm 2 for practical reasons and is preferably below 1 A to avoid excessive localized heating and short circuits / cm- 'held.
It is also often advantageous to use chamber cells, ie to insert a diaphragm between the anode and cathode in the usual way in other electrolysis processes.
Die Kathode kann aus einem leitenden Material bestehen, das sich dem verwendeten Elektrolyten
gegenüber praktisch neutral verhält. So können beispielsweise außer Kupfer, Platin, Nickel, Wolfram
oder Nickel-Kohlenstoff-Legierungen verwendet werden. Die Kathode kann auch aus Blei bestehen.
Das vorstehend beschriebene grundlegende Elektrolysierverfahren
ist gut zur Kombinierung mit einer Elektrolytregenerierung geeignet. Ein solches Elektrolytregenerierungsverfahren
besteht aus einem Insitu-Prozeß, bei dem Wasserstoff und ein geeignetes Olefin als Atmosphäre in der Zelle erhalten oder
noch besser in den die Kathode umgebenden Elektrolyten eingeführt werden. Wasserstoff und Olefin
können gleichzeitig oder nacheinander zugegeben werden, indem beispielsweise abwechselnd zunächst
Wasserstoff und danach Olefin jeweils so lange eingeleitet werden, bis nichts mehr aufgenommen wird,
wie durch Druckabfall ersichtlich ist, und dieser Wechsel während der Elektrolyse wiederholt wird.
Bei wechselnder Zuführung kann auch die Reihen-The cathode can consist of a conductive material that is practically neutral to the electrolyte used. For example, in addition to copper, platinum, nickel, tungsten or nickel-carbon alloys can be used. The cathode can also consist of lead.
The basic electrolyzing process described above is well suited for combination with electrolyte regeneration. Such an electrolyte regeneration process consists of an in-situ process in which hydrogen and a suitable olefin are kept as the atmosphere in the cell or, better still, are introduced into the electrolyte surrounding the cathode. Hydrogen and olefin can be added simultaneously or one after the other, for example by alternately introducing hydrogen and then olefin in each case until nothing is absorbed anymore, as can be seen from the pressure drop, and this change is repeated during the electrolysis. In the case of an alternating feed, the row
folge umgekehrt, d.h. zunächst Olefin und danach Wasserstoff in angegebener Weise zugegeben werden. Bei dieser Ausführungsform besteht also das Verfahren darin, einen Strom durch das Bleimetall und den Organoborkomplex hindurch zur Kathode zu schicken und gleichzeitig den Wasserstoff und/oder das Olefin in beschriebener Weise in das Kathodengebiet einzuleiten.follow the other way round, i.e. first olefin and then hydrogen are added in the manner indicated. In this embodiment, the method consists in passing a current through the lead metal and to send the organobor complex through to the cathode and at the same time the hydrogen and / or to introduce the olefin into the cathode region in the manner described.
Bei der Durchführung dieser Arbeitsweise werden die vorstehend in bezug auf die einfache Elektrolyse geschilderten Bedingungen angewendet. In den Ausgangselektrolyten wird jedoch eine Borverbindung BR1R2R3 in einer Menge von — auf 1 Mol Organoborkomplex berechnet — etwa V20 bis 1 Mol zugegeben, wobei R1, R2 und R3 die früher angegebene Bedeutung besitzen und die Verbindungen vorzugsweise der zusammen mit dem Organobleiprodukt an der Anode gebildeten Borverbindung analog sind. Wenn also beispielsweise an der Anode neben dem Organoblei ein Borhalogenid erzeugt wird, besteht die ursprüngliche Zugabe aus einem Borhalogenid. Analog wird bei der Elektrolyse von Natriumtetraäthylboranat dem Elektrolyten anfänglich Triäthylbor zugesetzt.In carrying out this procedure, the conditions described above with respect to simple electrolysis are used. In the starting electrolyte, however, a boron compound BR 1 R 2 R 3 is added in an amount of - calculated on 1 mole of organoboron complex - about V20 to 1 mole, where R 1 , R 2 and R 3 have the meaning given earlier and the compounds are preferably the boron compound formed together with the organic lead product at the anode are analogous. For example, if a boron halide is generated at the anode in addition to the organic lead, the original addition will be a boron halide. Similarly, in the electrolysis of sodium tetraethyl boronate, triethyl boron is initially added to the electrolyte.
Die verwendeten Olefine sind dem während der Elektrolyse für die Organobleiproduktbildung verbrauchten Kohlenwasserstoffradikal analog. Bei der Herstellung von Tetraäthylblei beispielsweise besteht also das angewendete Olefin aus Äthylen. Wegen ihrer leichteren Erhältlichkeit und Ausnutzbarkeit beim Regenerierungsprozeß werden die endständig ungesättigten Olefine mit bis zu etwa 8 Kohlenstoffatomen besonders bevorzugt.The olefins used are those consumed during electrolysis for the formation of organic lead products Hydrocarbon radical analogous. For example, in the manufacture of tetraethyl lead So the used olefin from ethylene. Because of their easier availability and usability in the regeneration process, the terminally unsaturated olefins with up to about 8 carbon atoms particularly preferred.
Claims (5)
Britische Patentschrift Nr. 797 093.Considered publications:
British Patent No. 797 093.
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