DE1189975B

DE1189975B - Verfahren zur Herstellung von beta, beta'-Dicyandiaethylaether

Info

Publication number: DE1189975B
Application number: DEL45709A
Authority: DE
Inventors: Kasimir Krzemicki
Original assignee: Lentia GmbH
Current assignee: Lentia GmbH
Priority date: 1962-10-12
Filing date: 1963-08-28
Publication date: 1965-04-01

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES ^*W> PATENTAMT Int. Cl/

C07c

AUSLEGESCHRIFT

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 12 ο-11

1189 975
L45709IVb/12o
28. August 1963
1. April 1965

Es ist bekannt, daß sich /S,ß'-Dicyandiäthyläther dadurch herstellen läßt, daß man Äthylencyanhydrin mit Acrylnitril umsetzt (vgl. USA.-Patentschriften 2404164 und, 2 333 782). Es wurde ferner bereits vorgeschlagen, die Verwendung von Äthylencyanhydrin dadurch zu umgehen, daß man 2 Mol Acrylnitril mit 1 Mol Wasser in Gegenwart von basischen Katalysatoren zum β,/Γ-Dicyandiäthyläther umsetzt (vgl. deutsche Patentschrift 731708). Diese Methode hatte jedoch den Nachteil, daß das gewünschte Produkt dabei nur in Ausbeuten unter 50% erhalten werden konnte und daß es überdies sehr stark gefärbt war. Diese tiefe Färbung kann bei einem weiteren bekannten Verfahren dadurch vermieden werden, daß man nicht, wie bisher, Acrylnitril und Wasser im stöchiometrischen Verhältnis von 2MoI zu 1 Mol umsetzt, sondern auf 1 Mol Wasser mindestens 4 Mol Acrylnitril einsetzt. Die Ausbeute an /fjß'-Dicyandiäthyläther konnte auf diese Weise jedoch nicht erhöht werden (vgl. USA.-Patentschrift 2816130).

Es wurde nun gefunden, daß es möglich ist, den /Jj/T-Dicyandiäthyläther durch Umsetzung von Acrylnitril mit Wasser in sehr guter, bisher bei dieser Umsetzung noch nicht erreichter Ausbeute zu erhalten, wenn man im Gegensatz zu den bisher bekannten Verfahren einen Überschuß an Wasser gegenüber Acrylnitril von 100 bis 400%, vorzugsweise 200%, verwendet.

Gegenstand vorliegender Erfindung ist demnach ein Verfahren zur Herstellung von ßß'-Dicyandiäthyläther durch Umsetzung von Acrylnitril mit Wasser in Gegenwart eines basischen Katalysators bei mäßig erhöhter Temperatur, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man das Wasser in einem 100- bis 400%igen, vorzugsweise 200%igen Überschuß über die stöchiometrisch erforderliche Menge von 1 Mol je 2 Mol Nitril verwendet, anschließend das Reaktionsgemisch ansäuert, nicht umgesetztes Acrylnitril mit Wasser abtreibt, Mineralsalze abfiltriert, das Filtrat durch Destillation in drei Fraktionen zerlegt, die den ß,ß'-Dicyandiäthyläther enthaltende mittlere (Haupt-) Fraktion mit Wasser extrahiert und gegebenenfalls anschließend trocknet.

Die Umsetzung des Acrylnitril mit dem überschüssigen Wasser erfolgt bei mäßig erhöhter Temperatur von 30 bis 60° C in Gegenwart von basisch reagierenden Katalysatoren, wie Alkali- oder Erdalkalihydroxyden oder Alkali- oder Erdalkalisalzen schwacher Säuren. Bei der fraktionierten Destillation des Reaktionsproduktes nach dem Ansäuern, Abtreiben des Wassers und von nicht umgesetztem Verfahren zur Herstellung von
ßß'-Dicyandiäthyläther

Anmelder:

Lentia Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Ein- und Verkauf,

München 15, Schwanthalerstr. 39

Als Erfinder benannt:

Kasimir Krzemicki, Linz/Donau (Österreich)

Beanspruchte Priorität:

Österreich vom 12. Oktober 1962 (A 8055/62)

Acrylnitril sowie Abfiltrieren der Mineralsalze empfiehlt es sich, nur eine grobe Auftrennung in Vorlauf, /J^'-Dicyandiäthyläther und Nachlauf vorzunehmen, da eine feinere Fraktionierung und damit eine Verlängerung der Destillation durch die Zersetzlichkeit des ^'-Dicyandiäthyläthers eine Verminderung der Ausbeute zur Folge hätte. Dabei wird vorzugsweise als Hauptfraktion die bei einem Vakuum von 5 mm Hg bei 150 bis 165° C übergehende aufgefangen. Da sämtliche nach dieser rohen Abtrennung noch vorhandenen Verunreinigungen des /?,/J'-Dicyandiäthyläthers in Wasser löslich sind, hat es sich als günstig erwiesen, die weitere Reinigung des Äthers durch Extraktion der Hauptfraktion mit Wasser vorzunehmen. Nach etwa viermaliger Extraktion mit der gleichen Menge Wasser ist der erhaltene /?,/?'-Dicyandiäthyläther zwar mit Wasser gesättigt, aber sonst völlig rein. Für Verwendungszwecke, bei denen der Wassergehalt stört, muß noch eine übliche Trocknung angeschlossen werden.

Die bei der Extraktion mit Wasser anfallende wäßrige Phase enthält noch Dicyandiäthyläther, der stark durch hoch- und tiefsiedende Nebenprodukte verunreinigt ist. Dieser unreine Äther, der durch Abdestillieren des Wassers isoliert werden kann, wird zweckmäßig gemeinsam mit dem Reaktionsprodukt eines folgenden Ansatzes erneut der fraktionierten Destillation unterworfen.

Das auf die erfindungsgemäße Weise durchgeführte Verfahren liefert den ^,^'-Dicyandiäthyläther bereits in wesentlich höherer Ausbeute, als bisher bei der Umsetzung von Acrylnitril mit Wasser erreicht werden konnte. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens

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ist es aber möglich, die Ausbeute noch weiter, und Er stellt auch ein Zwischenprodukt für die Herstel-

zwar auf über 80% zu steigern, wenn man die bei lung von Estern der Diäthyläther-ß/S'-dicarbonsäure

der fraktionierten Destillation anfallende dritte Frak- dar, die als Weichmacher für Polyvinylchlorid Ver-

tion praktisch vollständig und die erste Fraktion zu- Wendung finden,

mindest zum Teil erneut in die Umsetzung von 5

Acrylnitril mit Wasser zurückführt. Es wurde näm- Beispiel 1
lieh festgestellt, daß die Bildung von höhersiedenden Nebenprodukten praktisch vollständig und die 212 g Acrylnitril (4MoI), 108 g Wasser (6MoI von tiefer als der /J^-Dicyandiäthyläther siedenden =200% Überschuß) und 2 g Ätznatron werden Nebenprodukten sehr weitgehend unterdrückt wer- io 8 Stunden unter Rühren auf 50° C erwärmt. Anden kann, wenn man die Reaktion in Gegenwart schließend wird das Reaktionsgemisch durch Zujener Nebenprodukte durchführt, die bei einer vor- satz von Salzsäure auf einen pH-Wert von 5 eingehergehenden Reaktion angefallen sind. Bei einer stellt und im mäßigen Vakuum von etwa 400 mm Serie von hintereinander ablaufenden Reaktions- Hg bei etwa 50 bis 6O⁰C durch Destillation von Chargen kann die dritte Fraktion immer wieder voll- 15 nicht umgesetztem Acrylnitril und überschüssigem ständig zurückgeführt werden, da ein merkbares An- Wasser befreit. Man gewinnt so 36 g Acrylnitril zusteigen der Menge derselben nach zwei Versuchen rück. Das dabei ausgefallene Natriumchlorid wird nicht mehr zu beobachten war. Die erste Fraktion abfiltriert und das Filtrat einer fraktionierten Destildagegen nimmt mit jeder Reaktionscharge mengen- lation bei 5 mm Hg unterworfen, wobei es in drei mäßig etwas zu, so daß es sich empfiehlt, stets einen so Fraktionen getrennt wird. Die erste. Fraktion, die kleinen Teil dieser Fraktion von der Rückführung die bis zu 15O⁰C siedenden Anteile enthält, wiegt auszuschließen. Natürlich kann auch nach mehr- 22,8 g, die Hauptfraktion mit einer Siedetemperatur maliger völliger Rückführung der ersten Fraktion ein von 150 bis 165° C 158,2 g, als dritte Fraktion er-Teil der daraufhin erheblich angewachsenen Menge hält man 8,6 g über 165° C siedende Anteile. Die an niedrigsiedenden Produkten auf einmal aus dem as Hauptfraktion besteht aus 97%igem /?,/?'-Dicyan-System entfernt werden. Diese Rückführung der diäthyläther, entsprechend einer Ausbeute an reinem niedriger und höher als der ßyS'-Dicyandiäthyläther Äther von rund 74 % der Theorie, bezogen auf umsiedenden Nebenprodukte kann auch bei kontinuier- gesetztes Acrylnitril.

iicher Arbeitsweise erfolgen, wobei für eine laufende Der rohe β,β'-Dicyandiäthyläther wird viermal mit Entfernung eines geringen Teiles der niedrigsieden- 30 jeweils dem gleichen Volumen einer gesättigten Loden Anteile aus dem System gesorgt werden muß, sung von /^/T-Dicyandiäthyläther in Wasser durch um eine Anreicherung derselben zu vermeiden. Rühren intensiv gemischt und jedesmal so lange

Da die auf die Extraktion mit Wasser folgende stehengelassen, bis Phasentrennung eingetreten ist.

Schichtentrennung zwischen dem ^,^-Dicyandiäthyl- Nach beendeter Extraktion wird der /?,/?'-Dicyan-

äther und Wasser auf Grund der geringen Dichte- 35 diäthyläther als untere Schicht abgetrennt und ge-

unterschiede eine gewisse Zeit erfordert, kann die trocknet. Er besitzt eine Reinheit von 99,9%.

Extraktion mit reinem Wasser nicht ohne weiteres in Brechungsindex n²g — 1,4405.

eine kontinuierliche Verfahrensweise eingebaut wer- Aus dem bei der Extraktion erhaltenen wäßrigen

den. Diese Schwierigkeit kann aber gemäß einer Extrakt wird das Wasser bei 20 mm Hg abdestilliert,

weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen 4° Der zurückbleibende unreine /3,/?'-Dicyandiäthyläther

Verfahrens beseitigt werden, indem man die bei der wird in die fraktionierte Destillation zurückgeführt. fraktionierten Destillation erhaltene Mittelfraktion

zunächst mit einem praktisch wasserunlöslichen orga- Beispiel 2
nischen Lösungsmittel mit hohem spezifischem Gewicht, das im ^,^-Dicyandiäthyläther löslich ist und 45 212 g Acrylnitril (4 Mol), 108 g Wasser (6 Mol), einen niedrigeren Siedepunkt als dieser Äther besitzt, 2,4 g Ätznatron, 22,8 g niedrigsiedende Nebenproversetzt und die erhaltene Lösung erst dann der dukte der Reaktion, die bei der fraktionierten Destil-Extraktion, vorzugsweise einer Gegenstromextrak- lation des Reaktionsproduktes eines vorhergehenden tion, mit Wasser unterwirft. Die erforderliche Menge Ansatzes als erste Fraktion erhalten wurden, und des Lösungsmittels hängt von seinem spezifischen 50 28 g hochsiedender Nebenprodukte, wie sie bei der Gewicht ab. Je größer die Differenz zwischen dem fraktionierten Destillation des Reaktionsproduktes spezifischen Gewicht des Lösungsmittels und dem eines vorhergehenden Ansatzes als dritte Fraktion des Wassers ist, desto kleiner kann die Menge des erhalten wurden, werden wie im Beispiel 1 8 Stunden Zusatzes gewählt werden. Vorzugsweise werden hier- unter Rühren auf 50° C erwärmt. Nach dem Anfür aliphatische Chlorkohlenwasserstoffe, wie bei- 55 säuern auf einen pH-Wert von 5, Abdestillieren des spielsweise Tetrachloräthan, Dichloräthan, Trichlor- Wassers und des nicht umgesetzten Acrylnitrils im äthylen oder Chloroform verwendet. Nach der Gegen- Vakuum (rückgewonnenes Acrylnitril 33,4 g) und Stromextraktion mit Wasser kann der ß/f'-Dicyan- Abfiltrieren des abgeschiedenen Natriumsalzes wird diäthyläther aus der organischen Schicht auf übliche das Filtrat bei einem Vakuum von 5 mm Hg frak-Weise, beispielsweise durch Abdestillieren des Lö- 60 tioniert. Man erhält als erste Fraktion 26,8 g bis zu sungsmittel gewonnen werden. Eine gesonderte 15O⁰C siedende Anteile, eine von 150 bis 165° C Trocknung des Endproduktes erübrigt sich dabei. siedende Hauptfraktion von 176,8 g und 28 g höher Bei Verwendung einer Gegenstromextraktionsvor- als 165° C siedende Anteile. Das entspricht einer richtung mit vier bis sechs theoretischen Böden ist Neubildung von 4 g niedrigsiedenden und keinen der gewonnene /^-Dicyandiäthyläther völlig rein. 65 höhersiedenden Nebenprodukten.

Der /Jj/S'-Dicyandiäthyläther kann als Lösungs- Die 176,8 g Hauptfraktion bestehen aus 96%igem

mittel beispielsweise für Celluloselacke oder zur rohem jS^'-Dicyandiäthyläther, entsprechend einer

Aromatenextraktion aus Rohöl verwendet werden. Ausbeute an reinem ßß'-Dicyandiäthyläther von

81 % der Theorie, bezogen auf umgesetztes Acrylnitril.

Beispiele 3 bis 8

In einer Serie von sechs weiteren aufeinanderfolgenden Versuchen werden jeweils wiederum 212 g Acrylnitril und 108 g Wasser eingesetzt, und die gesamte erste und dritte Fraktion der fraktionierten Destillation des vorhergehenden Versuches werden zurückgeführt, wobei die Menge an Ätznatron entsprechend der Acidität der rückgeführten Nebenprodukte erhöht wird. Die Ausbeute an /?,/J'-Dicyandiäthyläther, bezogen auf Reinsubstanz im Rohäther und auf umgesetztes Acrylnitril, beträgt 83 bis 85 % der Theorie. Die dritte Fraktion bleibt mit 25 bis 30 g während der Versuchsreihe praktisch konstant. Die Menge der ersten Fraktion beträgt beim sechsten Versuch 42 g.

Beispiel 9

20

In einem weiteren Versuch werden 212 g Acrylnitril und 108 g Wasser gemeinsam mit der gesamten dritten Fraktion des sechsten Versuches (Beispiel 8) und 20 g der ersten Fraktion dieses Versuches wie oben umgesetzt. Bei der fraktionierten Destillation erhält man 24 g erste Fraktion und 27 g dritte Fraktion. Die Ausbeute an ß/J'-Dicyandiäthyläther beträgt 82,5 % der Theorie.

Der bei diesen Versuchen (Beispiele 3 bis 9) anfallende rohe ^,jS'-Dicyandiäthyläther wird mit 20 % Tetrachloräthan versetzt und in einem kontinuierlich arbeitenden Gegenstromextraktor mit fünf theoretischen Böden extrahiert. Aus der organischen Schicht erhält man nach Abdestillieren des Tetrachlorethane 99,9%igen /?,/?'-Dicyandiäthyläther (Kp.₅ 3s = 163⁰C). Die wäßrige Schicht wird wie im Beispiel 1 beschrieben aufgearbeitet und in die fraktionierte Destillation zurückgeführt, Verluste an /?,/J'-Diciandiathyrather sind im Zuge des Reinigungsverfahrens nicht zu verzeichnen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von ß,ß'-O'icyzndiäthyläther durch Umsetzung von Acrylnitril mit Wasser in Gegenwart eines basischen Katalysators bei mäßig erhöhter Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß man das Wasser in einem 100- bis 400%igen, vorzugsweise 200°/oigen Überschuß über die stöchiometrisch erforderliche Menge von 1 Mol je 2 Mol Nitril verwendet, anschließend das Reaktionsgemisch ansäuert, nicht umgesetztes Acrylnitril und Wasser abtreibt, Mineralsalze abfiltriert, das Filtrat durch Destillation in drei Fraktionen zerlegt, die den ß,ß'-Oiciandiäthyläther enthaltende mittlere (Haupt-) Fraktion mit Wasser extrahiert und gegebenenfalls anschließend trocknet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der fraktionierten Destillation die bei 150 bis 165° C/5 mm siedenden Anteile als Hauptfraktion gewinnt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die bei der fraktionierten Destillation anfallende dritte Fraktion praktisch vollständig und die erste Fraktion zumindest zum Teil in die Umsetzung von Acrylnitril mit Wasser zurückführt.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die bei der Extraktion der Hauptfraktion mit Wasser anfallende wäßrige Phase durch Destillation vom Wasser befreit und den zurückbleibenden unreinen ß,ß -Dicyandiäthyläther mit dem Reaktionsprodukt eines folgenden Ansatzes fraktioniert.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß man der Hauptfraktion vor der Extraktion mit Wasser ein praktisch wasserunlösliches organisches Lösungsmittel mit hohem spezifischem Gewicht, das im ß,ß'-Dicyandiäthyläther löslich ist und einen niedrigeren Siedepunkt als dieser Äther besitzt, in einer dem Dichteunterschied zwischen dem Lösungsmittel und Wasser umgekehrt proportionalen Menge zusetzt und nach Beendigung der Extraktion mit Wasser den β,/J'-Dicyandiäthyläther aus der organischen Schicht durch Abdestillieren dieses Lösungsmittels isoliert.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man einen aliphatischen Chlorkohlenwasserstoff als Lösungsmittel verwendet.

7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Extraktion mit Wasser in einer vorzugsweise vier bis sechs theoretische Böden enthaltenden Gegenstromextraktionsvorrichtung durchführt.