DE1244170B - Verfahren zur Herstellung von Cycloalkanolen und Cycloalkanonen einerseits sowie vonOlefinoxyden andererseits - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Cycloalkanolen und Cycloalkanonen einerseits sowie vonOlefinoxyden andererseitsInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND Int. Cl.:
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Deutsche Kl.: 12 ο-25
Nummer: 1244170
Aktenzeichen: B 83779IV b/12 ο
Anmeldetag: 17. September 1965
Auslegetag: 13. Juli 1967
Ein Verfahren zur Herstellung von Cyclohexanol und Cyclohexanon, das in großem Ausmaß technisch
durchgeführt wird, ist die Oxydation von Cyclohexan in flüssiger Phase mit Luft in Gegenwart katalytischer
Mengen Kobaltnaphthenat, Die Oxydation führt jedoch nicht nur zu den gewünschten Produkten,
sondern die Reaktion schreitet weiter fort (vgl. Ulimanns Enzyklopädie der technischen Chemie,
Bd. 5, 1954, S. 686, und deutsche Auslegeschrift 1 046 610). Dabei entsteht eine erhebliche Menge von
Folgeprodukten, wie Dicarbonsäuren, Hydroxycarbonsäuren und Monocarbonsäuren, die aus dem Reaktionsgemisch
entfernt werden müssen und nicht weiterverwendet werden können, Das bedeutet eine
erhebliche Verminderung der Ausbeute. Aus der britischen Patentschrift 1 026 971 ist ein Verfahren
bekannt, die Säurebildung durch Zusatz von Borsäure bei der Oxydation zurückzudrängen. Jedoch ist die
Wiedergewinnung der Borsäure mit großen Schwierigkeiten verbunden. ao
Olefinoxyde wurden bisher hauptsächlich in einem mehrstufigen Verfahren über die Chlorhydrine hergestellt
(vgl. Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, Bd. 3, 1953, S. 146, und a.a.O., Bd. 14,
1963, S. 396), Da diese Arbeitsweise unbefriedigend.
ist, wurde eine Reihe von Verfahren zur direkten Oxydation von Olefinen ausgearbeitet (vgl. Ullmanns
Enzyklopädie der technischen Chemie, Bd. 3, 1953, S. 147 bis 149). So wird z. B. Äthylenoxyd in der
Gasphase aus Äthylen mit Luft an Silberkatalysatoren hergestellt. Wie aus eigenen Arbeiten bekannt ist,
kann dieses Verfahren jedoch bereits auf Propylen nicht mehr angewandt werden; im Gegenteil, der
Silberkatalysator wird durch Propylen vergiftet. Weitere, in der USA.-Patentschrift 2 784 202, der
britischen Patentschrift 963 430 und der französischen Patentschrift 1 367 762 beschriebene Oxydationsverfahren,
die in flüssiger Phase durchgeführt werden, liefern eine große Zahl von Oxydationsprodukten, die
schwierig voneinander zu trennen sind. Ferner ist aus den belgischen Patentschriften 641 452, 638 162 und
657 838 bekannt, Olefine mit Hydroperoxyden in die Oxyde überzuführen. Diese Verfahren haben jedoch
bisher keine technische Bedeutung erlangt.
Es wurde nun gefunden, daß sich Cycloalkanole und Cycloalkanone einerseits sowie Olefinoxyde andererseits
durch katalytische Oxydation von Cycloalkanen und Olefinen mit molekularem Sauerstoff bei erhöhter
Temperatur und erhöhtem Druck in flüssiger Phase vorteilhaft herstellen lassen, wenn man die Oxydation
von Cycloalkanen. in Gegenwart von Olefinen durchführt.
Verfahren zur Herstellung von Cycloalkanol«!
und Cycloalkanonen einerseits
sowie von Olefinoxyden andererseits
und Cycloalkanonen einerseits
sowie von Olefinoxyden andererseits
Anmelder:
Badische Anilin- & Soda-Fabrik
Aktiengesellschaft, Ludwigshafen/Rhein
Als Erfinder benannt:
Dr, Toni Dockner, Meckenheim (Pfalz);
Dr. Rolf Platz, Dr. Günter Herrmann, Mannheim; Dr. Manfred Minsinger, Dr. Erich Dreher,
Ludwigshafen/Rhein
Dieses neue Verfahren hat den Vorteil, daß durch die Gegenwart des Olefins die Oxydation des Cycloalkans
zu den gewünschten Oxydationsprodukten Cycloalkanol und Cycloalkanon spezifischer verläuft.
Es fallen also weniger organische Säuren als unerwünschte Folgeprodukte an, was in einer Erhöhung
der Ausbeute zum Ausdruck kommt. Andererseits wird es ermöglicht, auf einfache Weise in einer Stufe und
ohne zusätzlichen apparativen Aufwand Olefinoxyde aus Olefinen herzustellen, wobei hohe Ausbeuten
erzielt werden und weitere Oxydationsprodukte nicht in nennenswerter Menge anfallen.
Für das neue Verfahren geeignete Cycloalkane haben vorzugsweise 5 bis 12 Kohlenstoffatome. Die
cycloaliphatische Ringe können auch Seitenketten haben, wie Methyl- oder Äthylgruppen. Im einzelnen
seien Cyclopentan, Cyclohexan, Cyclooctan, Cyclodecan,
Cyclododecan, Ätliylcyclohexan, Methylcyclohexan,
Dimethylcyclooctane und Trimethylcyclododekane genannt. Besondere Bedeutung hat das Verfahren
für die Oxydation von Cyclohexan.
Als Olefine können olefinisch ungesättigte Verbindungen mit KohlenwasserstofTstruktur eingesetzt
werden. Vorzugsweise werden offenkettige oder cyclische Olefine mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen und
bis zu drei Doppelbindungen, wie Äthylen, Propylen, Butene, 1,3-Butadiene, Octen-(l), verwendet. Die
Olefine können aber auch durch Gruppen oder Atome substituiert sein, die unter den Reaktionsbedingungen
inert sind, wie Halogenatome, Hydroxyl-, Carboxyl-, Ester- und Äthergruppen sowie N,N-disubstituierte
Säureamidgruppen. Vorzugsweise werden solche Olefine, die noch ein Wasserstoffatom an der Doppel-
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bindung haben, insbesondere Olefine mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, verwendet.
Man verwendet das Olefin vorteilhaft in Konzentrationen von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf
das Cycloalkan, vorzugsweise in Konzentrationen von 1,5 bis 4 Gewichtsprozent. Besonders gute Ausbeuten
an Olefinoxyden erhält man, wenn pro Mol oxydiertes Cycloalkan etwa ein Äquivalent an olefinischer Doppelbindung
vorhanden ist.
Die Arbeitsweise bei dem neuen Verfahren entspricht etwa den bei der katalytischen Oxydation von Cyclohexan
zu Cyclohexanol und Cyclohexanon üblichen Bedingungen. Die Oxydation wird also mit molekularem
Sauerstoff durchgeführt, der durch inerte Giase verdünnt ist, wobei die Sauerstoffkonzentration
vorteilhaft zwischen 10 und 30 Volumprozent, bezogen auf die Gesamtgasmenge, gewählt wird. Im großtechnischen
Betrieb verwendet man vorzugsweise Gase mit Sauerstoffkonzentrationen von 15 bis 25 Volumprozent,
wie Luft. Das molekularen Sauerstoff enthaltende Gas wird dem Cycloalkan zweckmäßig in
eifler solchen Menge zudpsiert, daß sich bei gegebener
Verweilzeit ein Umsatz von etwa 2 bis 15 Gewichtsprozent,
bezogen auf das Cycloalkan, einstellt.
Als Katalysatoren werden die bei der Cyclohexanoxydation üblichen Katalysatoren, d. h. Verbindungen
der Übergangsmetalle der V. bis VIII. Nebengruppe, insbesondere Verbindungen des Kobalts und/oder
Mangans, eingesetzt. Insbesondere verwendet man deren Salze mit höheren Fettsäuren, wie Laurinsäure,
Palmitinsäure, Stearinsäure sowie Naphthensäure.
Es können aber auch Acetylacetonate, Chelate sowie Carbonyle eingesetzt werden. Die Katalysatorkonzentration
liegt im allgemeinen zwischen 0,1 und 5000 Teilen pro Million Teile, bezogen auf das Cycloalkan.
Vorzugsweise setzt man die Katalysatoren in Konzentrationen von 0,3 bis 50 Teilen pro Million Teile ein.
Die Reaktion verläuft gewöhnlich bei Temperaturen zwischen 80 und 2000C, wobei die besten Ergebnisse
zwischen 135 und 1550C erhalten werden.
Üblicherweise wird die Oxydation des Cycloalkans, je nach der Flüchtigkeit des eingesetzten Olefins, bei
einem Druck von 2 bis 80 at, vorzugsweise zwischen 5 und 25 at durchgeführt. Druck und Temperatur
werden so aufeinander abgestimmt, daß das Gemisch in flüssiger Phase vorliegt.
Man kann das Verfahren nach der Erfindung beispielsweise ausführen, indem man das Cycloalkan
und das Olefin im gewünschten Verhältnis einzeln oder gemischt über Dosierpumpen kontinuierlich in ein
Reaktionsgefäß einbringt, wobei man den Zulauf auf eine gewünschte Temperatur vorwärmen kann. Das
molekularen Sauerstoff enthaltende Gas wird getrennt oder zusammen mit dem zu oxydierenden Gemisch in
das Reaktionsgefäß eingedüst. Zweckmäßig wird das Gas unten im Reaktor zugegeben. Der Katalysator
wird entweder im Cycloalkan gelöst oder als Konzentrat in Cycloalkan über eine Dosierpumpe getrennt
eingespeist. Im Reaktor wird durch Rühren oder durch Einbauten für eine innige Durchmischung von Cycloalkan,
Olefin und Sauerstoff gesorgt. Temperatur und Druck werden in üblicher Weise aufrechterhalten.
Die Oxydation kann in einem oder mehreren hintereinander geschalteten Reaktoren durchgeführt werden.
Um ein günstiges Ergebnis zu erzielen, verwendet man so viel molekularen Sauerstoff enthaltendes Gas, daß
nach einer Verweilzeit von 10 bis 120 Minuten etwa 2 bis 15 Gewichtsprozent des Cycloalkans oxydiert
sind. Das abfließende Reaktionsgemisch wird abgekühlt und in einem nachfolgenden Abscheider von den
gasförmigen Bestandteilen getrennt. Sowohl die gasförmige wie die flüssige Phase werden mit Wasser
gewaschen, wobei das Olefinoxyd, wenn es wasserlöslich ist, in die wäßrige Phase übergeht und nach einer
Anreicherung durch Destillation gewonnen wird. Nicht wasserlösliche Olefinoxyde bleiben in der Flüssigphase
und werden daraus durch fraktionierte Destillation ίο isoliert. Die Flüssigphase wird durch nochmalige
Extraktion mit Wasser gereinigt und dann durch Destillation getrennt. Das nicht oxydierte Cycloalkan
und das nicht umgesetzte Olefin werden im Kreislauf dem Verfahren zugeführt.
Aus einem Vorratsgefäß wird eine Lösung von 2 Gewichtsprozent Propylen, bezogen auf Cyclohexan,
und 30 Teilen Kobalt als Naphthanat pro Million Teile in Cyclohexan über eine Dosierpumpe kontinuierlich
in ein auf 145°C beheiztes Druckgefäß von 11 Inhalt dosiert. Der Durchsatz beträgt 11/Std. Über
eine Düse am Boden des Reaktionsgefäßes werden 30 Nl Luft je Stunde in das zu oxydierende Gemisch
eingeblasen, wobei durch Rühren für eine innige Durchmischung von Cyclohexan, Propylen und Luft
gesorgt wird. Die Reaktion wird unter einem Druck von 15 bis 20 at durchgeführt. Das abfließende
Reaktionsgemisch wird abgekühlt und in einem Abscheider in flüssige und gasförmige Bestandteile
getrennt. Die gaschromatographische Analyse der gasförmigen und flüssigen Bestandteile ergibt, daß
Propylenoxyd mit 60%iger Ausbeute, bezogen auf umgesetztes Propylen, und Cyclohexanol und Cyclohexanon
in 77%iger Ausbeute, bezogen auf umgesetztes Cyclohexan, erhalten wird. 17% an Cyclohexan,
bezogen auf umgesetztes Cyclohexan, können als Carbonsäuren bestimmt werden.
Führt man die Oxydation von Cyclohexan unter den gleichen Bedingungen durch, jedoch ohne Zusatz von Propylen, so erhält man Cyclohexanol und Cyclohexanon in einer Ausbeute von 73%, bezogen auf umgesetztes Cyclohexan. 21% Cyclohexan, bezogen auf umgesetztes Cyclohexan, können als Carbonsäuren bestimmt werden.
Führt man die Oxydation von Cyclohexan unter den gleichen Bedingungen durch, jedoch ohne Zusatz von Propylen, so erhält man Cyclohexanol und Cyclohexanon in einer Ausbeute von 73%, bezogen auf umgesetztes Cyclohexan. 21% Cyclohexan, bezogen auf umgesetztes Cyclohexan, können als Carbonsäuren bestimmt werden.
Man arbeitet wie im Beispiel 1 beschrieben und setzt Cyclooctan und Propylen bei einer Temperatur von
1500C um. Die Ausbeuten sind 85% Cyclooctanol und Cyclooctanon und 60% Propylenoxyd.
Man führt die Umsetzung, wie im Beispiel 1 beschrieben,
mit Cyclohexan und Isobutylen bei 135° C durch. Die Ausbeute beträgt 79% Cyclohexanol und Cyclohexanon
und 78 % Isobutylenoxyd.
Man führt die Umsetzung, wie im Beispiel 1 beschrieben, mit Cyclohexan und Buten-(l) bei 135°C durch.
Die Ausbeute beträgt 77% Cyclohexanol und Cyclohexanon und 30% Buten-(l)-oxyd.
Man arbeitet wie im Beispiel 1 beschrieben und setzt Cyclohexan und Cyclohexen bei 145° C um. Die
Ausbeute beträgt 78°/o Cyclohexanol und Cyclohexanon
und 58°/o Cyclohexenoxyd.
a e i s P! e l b
Man arbeitet wie im Beispiel 1 beschrieben und setzt Cyclohexan und Allylchlorid bei 1500C um. Die
Ausbeute beträgt 77% Cyclohexanol und Cyclohexanon und 60% l,2-Epoxy-3-chlor-propan.
B e ι s ρ ι e I 7
Man arbeitet wie im Beispiel 1 beschrieben und setzt Cyclohexan und Ν,Ν-Dimethylcrotonsäureamid bei
150°C um. Die Ausbeute beträgt 74% Cyclohexanol und Cyclohexanon und 27% Epoxy-N.N-dimethylcrotonsäureamid.
( Beispiel 8
Man arbeitet wie im Beispiel 1 beschrieben und setzt
Cyclohexan und ölsäuremethylester bei 145° C um. Die Ausbeute beträgt 76% Cyclohexanol und Cyclohexanon
lind 50% Epoxyölsäuremethylester.
1 -η · · 1 ο
Man arbeitet wie im Beispiel 1 beschrieben und setzt Methylcyclohexan und Propylen bei 1450C um. Der
Reaktionsaustrag wird gaschromatographisch und infrarotspektroskopisch analysiert. Die Ausbeute beträgt
73% Methylcyclohexanol und Methylcyclohexanon und 32 % Propylenoxyd.
Man arbeitet wie im Beispiel 1 und setzt Cyclohgxan und
i^^.Decatrien bei 145° C um. Die Ausbeute
beträgt 74% Cyclohexanol und Cyclohexanon. Das Reaktionsgemisch hat einen Gehalt von 1,6% an
Epoxydsauerstoff.
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung von Cycloalkanolen und Cycloalkanonen einerseits sowie von Olefinoxyden andererseits durch katalytisch« Oxydation von Cycloalkanen und Olefinen mit molekularem Sauerstoff bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck in flüssiger Phase, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oxydation der Cycloalkane in Gegenwart von Olefinen durchführt.
Priority Applications (8)
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DEB83779A DE1244170B (de) | 1965-09-17 | 1965-09-17 | Verfahren zur Herstellung von Cycloalkanolen und Cycloalkanonen einerseits sowie vonOlefinoxyden andererseits |
DEB85872A DE1286027B (de) | 1965-09-17 | 1966-02-19 | Verfahren zur Herstellung von Cycloalkanolen und Cycloalkanonen einerseits sowie von Olefinoxiden andererseits |
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- 1966-09-16 GB GB4146866A patent/GB1151574A/en not_active Expired
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