DE1293142B - Verfahren zur Herstellung von Olefinoxiden sowie Isobuttersaeure - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Olefinoxiden sowie Isobuttersaeure

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DE1293142B
DE1293142B DEB95836A DEB0095836A DE1293142B DE 1293142 B DE1293142 B DE 1293142B DE B95836 A DEB95836 A DE B95836A DE B0095836 A DEB0095836 A DE B0095836A DE 1293142 B DE1293142 B DE 1293142B
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isobutyric acid
olefin oxides
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BASF SE
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    • C07D301/19Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds with organic hydroperoxides
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    • C07C51/16Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation
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Description

  • Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Olefinoxiden und Isobuttersäure durch gemeinsames Umsetzen von olefinisch ungesättigten Verbindungen und von Isobutyraldehyd'mit-'molekularem Sauerstoff.
  • Olefinoxide mit mindestens 3 Kohlenstoffatomen wurden bisher hauptsächlich in einem mehrstufigen Verfahren über die entsprechenden Chlorhydride hergestellt (vgl. Ullmanns Encyklopädie 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 yon Olefinen ausgearbeitet. So wird in der deutschen Pätentschrift 1 109-659 beschrieben, daß man Olefinoxide durch Umsetzen von Olefinen mit molekularem Sauerstoff in wäßriger Phase in Gegenwart von Quecksilberverbindungen erhält. Das. Verfahren hat den Nachteil, daß die entstandenen Olefinoxide aus der wäßrigen Lösung abgetrennt werden müssen, was technisch aufwendig ist, und daß außerdem metallisches Quecksilber auftreten kann, was zwar die Reaktion nicht stört, jedoch Schwierigkeiten bei der Aufarbeitung bereitet. Weitere Verfahren zur Oxydation von Olefinen in flüssiger Phase mit Luft werden in der USA.-Patentschrift 2 784 202, der britischen Patentschrift 963 430 und der französischenPatentschrift 1 367 762 beschrieben. Nach diesen Verfahren erhält man jedoch eine große Zahl von Oxydationsprodukten, die schwer voneinander zu trennen sind. Ferner ist aus den belgischen Patentschriften 641 452, 638 162 und 657 838 bekannt, Olefine mit Hydroperoxiden in die entsprechenden Oxide überzuführen. Diese Verfahren haben jedoch bisher keine technische Bedeutung erlangt. Schließlich wird in der deutschen Auslegeschrift 1 190 926 beschrieben, daß man Olefinoxide und Carbonsäuren erhält, wenn man Olefine mit Sauerstoff in Gegenwart von Katalysatoren und Aldehyden mit mindestens 2 Kohlenstoffatomen umsetzt. Das Verfahren hat den Nachteil, daß gute Ausbeuten an Epoxiden, bezogen auf umgesetzte Olefine, nur durch Mitverwendung von Peroxiden als Initiatoren erzielt werden. Peroxide'sind jedoch im großtechnischen Betrieb schwierig zu handhaben. Außerdem entsprechen die Ausbeuten an Carbonsäuren nicht den in der Technik gestellten Anforderungen.
  • Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von Olefinoxiden sowie Isobuttersäure durch gemeinsames Umsetzen von olefinisch ungesättigten Verbindungen: mit mindestens 3 Kohlenstoffatomen in der Kohlenstoffkette und von Isobutyraldehyd in Aüssiger Phase mit molekularem Sauerstoff, gegebenenfalls bei erhöhtem Druck gefunden, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Umsetzung bei Temperaturen von -10 bis 45"C durchführt.
  • Das neue Verfahren hat den Vorteil, daß es auch in Abwesenheit von Katalysatoren mit guten Ausbeuten, insbesondere im Hinblick auf Isobuttersäure, verläuft.
  • Außerdem werden nur relativ geringe Mengen an Nebenprodukten gebildet, die von den Reaktionsprodukten anschließend abgetrennt werden müssen.
  • Das neue Verfahren ist insofern bemerkenswert, als in der deutschen Auslegeschrift 1 190 926, Spalte 2, Zeilen37ff., beschrieben wird, daß verzweigtkettige aliphatische Aldehyde, beispielsweise Isobutyraldehyd, für diese Reaktion ungeeignet sind, weil sie leichter Nebenreaktionen unterliegen als geradkettige Aldehyde. t BqvQrzugt werden aliphatische ?. cy, clogliphatische o'dcr äraliphatische - olefinish b'n'g'esätt'igte Verbindungen mit 3 bis'12, insbesondere 3 bis 8 Kohlenstoffatomen verwende't. - Sie können mehrere Doppelbindungen, z. B. eine bis drei Doppelbindungen, im Molekül enthalten und unter Reaktionsbedingungen inerte Substituenten, wie Halogenatome, Alkoxygruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, Carboxylgruppen oder Carbalkoxygruppen mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen, haben. Vorzugsweise werden aliphatische oder cycloaliphatische Olefine mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen und - eine bis zwei Doppelbindungen im Molekül, die Kohlenwasserstoffstruktur haben, insbesondere aliphatische Olefine mit endständiger Doppelbindung, für die Reaktion eingesetzt. Besondere technische Bedeutung haben Olefine mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, insbesondere Propylen, erlangt. Geeignete olefinisch ungesättigte Verbindungen sind beispielsweise Propylen, Butylen-(1), Butylen-(2), Cyclohexen, Cycloocten, Decen-(1), Butadien, Cyclooctadien-(1, 5), Cyclododecatrien-(1, 5,9), Allylalkohol, Allylchlorid oder Crotonsäuremethylester.
  • Es ist möglich, reinen moiekularen Sauerstoff anzuwenden. Aus Sicherheitsgründen verwendet man jedoch vorzugsweise molekularen Sauerstoff enthaltende Gase, die nebernASauerstoff Inertgase enthalten, wie Kohlendioxid oder Stickstoff. Die Sauerstoffkonzentration der molekularen Sauerstoff enthåtenden Gase -ist vorteilhaft von 10- bis' 30 Volumproztnt bezogen auf die Gesamtmenge,. Im großtechnischen Betrieb verwendet man vorzugsweise Gase mit Sauerstoffkonzentrationen von 15 bis 25 Volumprozent, insbesondere Luft. .
  • 'Gute Ergebnisse erhält man, wenn man z ; B. Isobutyraldehyd und olefinisch ungesättigte Verbindungen im Molverhältnis, wie 1 : 1 bis 100, vorzugsweise 1 : 4 bis 15, einsetzt. Vorteilhaft verwendet man je Mol Isobutyraldehyd 0,5 bis 2 Mol Sauerstoff. BeSonders gute Ergebnisse erhält man, wenn man je Mol Isobutyraldehyd 1 bis i;5 Mol Sauerstoff einsetzt.' Die Reaktion wird bei Temperaturen von - - 10 bis 45°'C durchgeführt. Vorteilhaft wendet : man- Temperaturen von 0 bis 35"C, insbesondere von 10 bis 30"C, an. Wenn olefinisch ungesättigte Verbindungen eingesetzt werden, die über 400C sieden, ist es möglich, die Umsetzung bei Normaldruck durchzuführen. Vorteilhaft ist es jedoch, insbesondere bei Verwendung von niedrigsiedenden olefinisch ungesättigten Verbindungen, die Umsetzung unter erhöhtem Druck, z. B. bis 150 at, insbesondere von 20 bis 60 at, durchzuführen.
  • Im allgemeinen wird die Reaktion ohne Mitverwendung von Kataysatoren ausgeführt. Es ist jedoch auch möglich, Katalysatoren mitzuverwenden. Geeignete Katalysatoren sind z. B. Verbindungen der übergangsmetalle der V. bis VIII. Nebengruppe des Periodischen Systems, insbesondere deren öllösliche Salze mit Fettsäuren. Als besonders geeignet haben sich Kobalt, Mangan, Molybdän, Nickel und Vanadiumsalze mit Fettsäuren erwiesen. Die Katalysatorkonzentration liegt im allgemeinen zwischen 0,1 und 5000 ppm, bezogen auf den Isobutyraldehyd. Vorzugsweise setzt man die Katalysatoren in Konzentrationen von 0,3 bis 100 ppm ein.
  • Im allgemeinen führt man die Umsetzung ohne Mitverwendung von Lösungsmitteln durch. Es ist jedoch auch möglich, unter Reaktionsbedingungen inerte Lösungsmittel, wie Kohlenwasserstoffe, z. B. Benzol, Halogenkohlenwasserstoffe, wie Chlorbenzol, Chloroform, oder Ester, wie Äthylacetat, mitzuverwenden.
  • Vorteilhaft verwendet man jedoch die olefinisch ungesättigten Verbindungen im Überschuß als Lösungsmittel.
  • Das Verfahren nach der Erfindung führt man beispielsweise durch, indem man olefinisch ungesättigte Verbindungen und Isobutyraldehyd im gewünschten Verhältnis, gegebenenfalls in Gegenwart eines Katalysators, in einem Hochdruckgefäß vorlegt und unter den angegebenen Druck- und Temperaturbedingungen Sauerstoff aufpreßt. In einer bevorzugten Ausführungsweise wird die Umsetzung kontinuierlich durchgeführt, wobei man die olefinisch ungesättigten Verbindungen und Isobutyraldehyd im gewünschten Verhältnis einzeln oder gemischt über Dosierpumpen kontinuierlich in ein Hochdruckreaktionsgefäß einbringt und den Zulauf auf die gewünschte Temperatur einstellt. Sauerstoff oder das molekularen Sauerstoff enthaltende Gas wird abgetrennt oder zusammen mit dem zu oxydierenden Gemisch in das Reaktionsgefäß eingedüst. Zweckmäßig wird das Gas von unten dem Reaktionsgefäß zugegeben. Im Reaktor wird durch Rühren oder durch Einbauten für eine innige Durchmischung der Reaktionspartner gesorgt. Temperatur und Druck werden in üblicher Weise aufrechterhalten.
  • Die Reaktion kann in einem oder mehreren hintereinandergeschalteten Reaktionsgefäßen durchgeführt werden. Das abfließende Reaktionsgemisch wird in einem Abscheider von den gasförmigen Bestandteilen getrennt. Die Aufarbeitung des Reaktionsgemisches geschieht beispielsweise durch fraktionierte Destillation, wobei gegebenenfalls vorher Isobuttersäure durch alkalische Mittel extrahiert wird, die dann in üblicher Weise zurückgewonnen werden kann. Nicht oxydierte olefinisch ungesättigte Verbindungen werden zweckmäßig dem Verfahren wieder zugeführt.
  • Die nach dem Verfahren nach der Erfindung hergestellten Olefinoxide eignen sich zur Herstellung von 1,2-Diolen. Die hergestellte Isobuttersäure wird beispielsweise zur Erzeugung von Methacrylsäure oder Methacrylsäuremethylester verwendet.
  • Die in folgenden Beispielen angegebenen Teile sind Gewichtsteile.
  • Beispiel 1 In einem Druckgefäß von 1000 Raumteilen Inhalt legt man 25 Teile Isobutyraldehyd und 250 Teile Benzol sowie 150 Teile Propylen vor und preßt bei 30"C unter guter Durchmischung Luft ein, bis ein Druck von 10 at erreicht ist. Nach einem Druckabfall von 2 at preßt man weitere 10 at Luft auf und wiederholt diese Maßnahme, bis ein Gesamtdruck von 150 at erreicht ist. Anschließend wird das Reaktionsgemisch entspannt und fraktioniert destilliert. Man erhält 8,3 Teile Propylenoxyd (900/, der Theorie, bezogen auf umgesetztes Propylen) und 25 Teile Isobuttersäure (80 0/o der Theorie, bezogen auf umgesetzten i-Butyraldehyd). Bezogen auf 100 Mol umgesetzten i-Butyraldehyd bilden sich 41 Mol Propylenoxyd.
  • Beispiel 2 Man verfährt wie im Beispiel 1 beschrieben, verwendet jedoch anstatt Propylen die entsprechende Menge i-Buten. Nach analoger Aufarbeitung erhält man 14 Teile i-Butenoxid (83 °/o der Theorie, bezogen auf umgesetztes i-Buten) sowie 25 Teile i-Buttersäure (80 0/o der Theorie, bezogen auf umgesetzten i-Butyraldehyd).
  • Beispiel 3 Man verfährt wie im Beispiel 1 beschrieben, verwendet jedoch anstatt Propylen die entsprechende Menge Allylalkohol. Man erhält 13,5 Teile Glycid (74 01o der Theorie, bezogen auf umgesetzten Allylalkohol) sowie 25 Teile -Buttersäure (80 0/o der Theorie, bezogen auf umgesetzten i-Butyraldeyhd).
  • Beispiel 4 In einem Druckgefäß von 1000 Raumteilen Inhalt werden 400Teile Benzol, 300Teile Propylen und 40 Teile i-Butyraldehyd vorgelegt. Das Gemisch enthält 10 ppm Cobalt als Äthylhexanat. Bei 300 C werden unter kräftigem Rühren 30000 Normalraumteile Luft pro Stunde durchgeleitet. Mit einem Entspannungsventil wird der Druck auf 25 atü gehalten. Wenn der Sauerstoffgehalt im Abgas unter 10 Volumprozent gefallen ist, werden 4 Stunden über eine Dosierpumpe stündlich 25 Raumteile i-Butyraldehyd zudosiert. Anschließend werden noch innerhalb von 2 Stunden 60000 Raumteile Luft durchgeblasen. Das Reaktionsgemisch wird entspannt und der flüssige Austrag durch Destillation in seine Bestandteile zerlegt. Es wurden 35 Teile nicht umgesetzten i-Butyraldehyd zurückgewonnen. Außerdem erhält man 88 Teile i-Buttersäure (85°/o der Theorie, bezogen auf umgesetzten i-Butyraldehyd) und 53,5Teile Propylenoxid (90 0/, der Theorie, bezogen auf umgesetztes Propylen).
  • Bezogen auf 100 Mol umgesetzten i-Butyraldehyd, bilden sich 78 Mol Propylenoxid.

Claims (1)

  1. Patentanspruch : Verfahren zur Herstellung von Olefinoxiden sowie Isobuttersäure durch gemeinsames Umsetzen von olefinisch ungesättigten Verbindungen mit mindestens 3 Kohlenstoffatomen in der Kohlenstoffkette und von Isobutyraldehyd in flüssiger Phase mit molekularem Sauerstoff, gegebenenfalls bei erhöhtem Druck, d a d II r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß man die Umsetzung bei Temperaturen von -10 bis 45"C durchführt.
DEB95836A 1967-12-14 1967-12-14 Verfahren zur Herstellung von Olefinoxiden sowie Isobuttersaeure Pending DE1293142B (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3716562A (en) * 1970-06-12 1973-02-13 Montedison Spa Process for preparing olefin oxides
US4721798A (en) * 1983-06-01 1988-01-26 Shell Oil Company Process for epoxidation of olefinically-unsaturated compounds

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