DE1294966B - Verfahren zur Hydrierung von ungesaettigten organischen Verbindungen - Google Patents
Verfahren zur Hydrierung von ungesaettigten organischen VerbindungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hydrierung der Gruppe VIII-B, wie Eisen, Kobalt, Nickel und
von ungesättigten organischen Verbindungen mit 2 bis Platin.
30 C-Atomen in flüssigem Zustand bei einer Tempe- Die Auswahl der anionischen Komponenten des
ratur zwischen — 20 und + 200° C und einem Druck Übergangsmetallsalzes ist nicht kritisch, und es können
von 0 bis 210 atü mit Wasserstoff in Gegenwart eines 5 sowohl organische als auch anorganische Kompo-
Katalysators, dadurch gekennzeichnet, daß man als nenten eingesetzt werden. Beispiele anorganischer
Katalysator , Reste, die verwendet werden können, sind Chloride,
Bromide und der Rest SiF6—. Organische Reste, wie
. . . T, ,, . _ , T . _, Acetate und Naphthenate, sind jedoch bevorzugte
a) ?-mr ln Kohlenwasserstoffen oder Lewis-Basen 10 Komponenten der Metallsalze, da sie eine ausgezeichloshche
Komplexverbmdung aus einem Über- nete Löslichkeit und Trocknungsfähigkeit besitzen,
gangsmetallsalz der Platingruppe und einer alu- Eine besondere bev0rZugte organische Komponente
miniumorganischen Verbindung der allgemeinen · t · Ch , t B Acetvlacetonat auf Grund seiner
Formel AIR R R ,AlRR OR bzw AlRR H ausgezeichneten Löslichkeit und leichten Erhältlichverwendet,
wobei R, R und R Alkylgruppen kdt Natürlich können auch andere Chelat wie Di.
mit 1 bis 20 C-Atomen oder Arylgruppen be- methylglyoximderivate, verwendet werden.
deuten, oder Die Auswani des Reduktionsmittels ist ein kritisches
b) eine feste Komplexverbindung aus der Umsetzung Merkmal bei der Katalysatorenherstellung, da es einen
von mindestens einem Übergangsmetallchelat mit bedeutenden Einfluß auf die Aktivität des loslichen
einer aluminiumorganischen Verbindung der all- ao Katalysators haben kann. Als Reduktionsmittel gegemeinen
FormelA1(CH3)2Y,wobeiYeinHalogen, eJSnet ?md aluminiumorganische Verbindungen der
Wasserstoff, eine Methyl-, Methanolat-, Äthano- allgemeinen Formeln:
lat-, Cyanid- oder Azidgruppe sein kann und das
Übergangsmetall zum Aluminium im Verhältnis R' R' R'
1:1 bis 1:30 steht, verwendet. a5 >./„„ .,/,.„ , ../ „„
A1^~"K Al ς—'is. Oder Al ς—K.
R'" OR'" H
Die Verwendung von heterogenen Ziegler-Katalysatoren für Polymerisationen ist bekannt. In der
USA.-Patentschrift 2 781410 wird beispielsweise ein 30 1n der R', R" und R'" gleich oder verschieden sein
Polymerisationskatalysator beschrieben, der aus Alu- können und Alkylgruppen, z. B. Äthyl- oder Butylminiumtrialkyl
und Spuren kolloidalen Nickels be- gruppen; Cycloalkylgruppen, z.B. Cyclohexyl- und
steht. Trotz umfangreicher Untersuchungen ist der Cyclopentadienylgruppen; aromatische Gruppen, z. B.
Einsatz dieser Katalysatorsysteme für andere Reak- Phenyl- und Naphthylgruppen; oder Alkyl-Aryltionen
als Polymerisationsreaktionen und Verdrän- 35 Gruppen, z. B. Benzylgruppen, darstellen. Im allgegungsreaktionen
bisher praktisch nicht in Erwägung meinen kann jede Alkylgruppe 1 bis 20 C-Atome entgezogen
worden. Es wurde nun gefunden, daß es halten. Typische Beispiele für diese Verbindungen sind
möglich ist, diese heterogenen Systeme derart zu AI(i-C4H9)3, Al(C2Hs)3, (C2H5)2AlO(n-C4H9) und
modifizieren, daß ein komplexes Katalysatorsystem Al(i-C4H8)2H.
mit ausgeprägten neuen Eigenschaften erhalten wird. 40 Das Verhältnis von Übergangsmetallsalz zu alu-
mit ausgeprägten neuen Eigenschaften erhalten wird. 40 Das Verhältnis von Übergangsmetallsalz zu alu-
Aufgäbe dieser Erfindung ist daher die Anwendung miniumorganischer Verbindung ist ein kritisches Merkvon
komplexen Katalysatoren als Hydrierungskataly- mal. Bei der Katalysatorherstellung für die hochsatoren,
insbesondere für Olefine, unter milden Tempe- aktiven homogenen Katalysatoren ist es wesentlich,
ratur- und Druckbedingungen. daß das molare Verhältnis von Aluminium zu Über-
Die erfindungsgemäß verwendbaren Katalysatoren 45 gangsmetall im Bereich von 1:1 bis 15:1 und vorwerden
durch Reduktion eines Salzes eines Übergangs- zugsweise 1:1 bis 10:1 liegt. Vergleichsweise wurden
metalls oder von Mischungen solcher Salze mit einer bisher, z. B. in der USA.-Patentschrift 2 781410, PoIymetallorganischen
Verbindung unter kritischen Bedin- merisationskatalysatoren nach Ziegler verwendet,
gungen erhalten, die die Bildung eines metallorga- in denen nur Spuren von Übergangsmetallen entnischen
Komplexes zwischen der metallorganischen 50 halten waren und molare Verhältnisse von 5000:1 beKomponente
und dem Übergangsmetall im Zustand standen. Obwohl keine ausreichende Erklärung hierfür
einer geringeren Wertigkeit begünstigen. Die auf diese gegeben werden kann, zeigen die Versuchsergebnisse,
Weise erhaltenen Katalysatoren können für schnelle daß Verhältnisse von Aluminium zu Übergangsmetall
Hydrierungen von olefinischen Verbindungen bei oberhalb 10:1 leicht die Katalysatoraktivität verniederen
Temperaturen und Drücken verwendet wer- 55 giften. In einigen Fällen ist es jedoch möglich, diesen
den. Weiterhin ist es möglich, durch geeignete Aus- Vergiftungseffekt durch Zugabe geeigneter Stoffe, wie
wahl der Komponenten des Katalysators einen Kataly- einer Lewis-Säure, Lewis-Base oder Sauerstoff, auszusator
erhalten, der für selektive Hydrierung olefinischer schalten. Ein begrenztes Maß an Vergiftung kann jedoch
Verbindungen verwendet werden kann. für selektive Hydrierungsreaktionen günstig sein. So
Die Metallsalze, die erfindungsgemäß unter Bildung 60 können für bestimmte Anwendungen, wie Sättigung
der festen komplexen Katalysatoren reduziert werden, einer Seitenkette einer ungesättigten cyclischen Versind
Salze von Übergangsmetallen. Metalle aus den bindung ohne Sättigung des Ringes, oder bei der EntGruppen
I-B bis VII-B des Periodischen Systems fernung von acetylenischen Verunreinigungen aus
können mit Vorteil erfindungsgemäß verwendet werden. olefinischen Verbindungen molare Verhältnisse von
Beispielsweise wurden Kupfer-, Zink,- Titan-, Vana- 65 Aluminium zu Übergangsmetall von 10:1 bis 20:1
din-, Chrom- und Platinsalze verwendet, um aktive und vorzugsweise 10:1 bis 15:1 mit Erfolg ange-Katalysatorsysteme
zu erhalten. Besonders bevorzugte wendet werden.
Metallsalze sind die der Edelmetalle und die Metalle Die geeigneten Mengen an Übergangsmetallsalz und
Metallsalze sind die der Edelmetalle und die Metalle Die geeigneten Mengen an Übergangsmetallsalz und
3 4
aluminiumorganiseher Verbindung werden in einem Typische Beispiele für Verbindungen mit Kohlen-Lösungsmittel
gemischt, um den erfindungsgemäß zu stoff-Kohlenstoff-Doppelverbindungen sind Buten,
verwendenden homogenen Katalysator zu erhalten. Octen, Cyclohexen, Cyclododecatrien, Norbonylen,
Die Bedingungen bei der Herstellung sind in den Acetylen, Octin-4, Hexin-3, Phenylacetylen, Benzol,
meisten Fällen nicht kritisch, und Umgebungsbedin- 5 Toluol, Xylol, Naphtalin und Anthracen. Die Vergungen
im Hinblick auf Temperatur und Druck sind bindungen mit Kohlenstoff-Stickstoff-Doppelbindunausreichend.
Reduktionen können jedoch bei Tempe- gen schließen Nitrile, Imine und heterocyclische Stickraturen
im Bereich von — 10 bis + 1000C durchge- Stoffverbindungen ein. Typische Beispiele dieser stickführt
werden. Unter Umständen, unter denen das Über- stoffhaltigen Verbindungen sind Benzonitril, Benzalgangsmetallsalz
sich nicht sofort im Lösungsmittel löst, io imin und Chinolin. Auch Verbindungen mit Kohlenkann
die Reduktion ohne schädliche Nebenwirkung stoff-Sauerstoff-Doppelbindungen können als Bedadurch
beschleunigt werden, daß man Temperaturen Schickungen für Hydrierungsverfahren nach vorim
oberen Teil dieses Bereiches anwendet. Das für liegender Erfindung verwendet werden und schließen
das Katalysatorsystem verwend te Lösungsmittel kann Alhedyde, Ketone und Ester ein.
ein flüssiger Kohlenwasserstoff oder eine polare Ver- 15 Die Hydrierungsbedingungen können innerhalb bindung, wie eine Lewis-Base, sein. Unter bestimmten weiter Grenzen in Abhängigkeit von der verwendeten Bedingungen kann das Lösungsmittel auch eine Beschickung variieren. So findet die Hydrierung von schwache Lewis-Säure, wie tert.-Butylalkohol, oder ein olefinisch ungesättigten Verbindungen schnell bei einer Sauerstoff oder Stickstoff enthaltender Kohlenwasser- Temperatur im Bereich von — 20 bis + 15O0C und stoff sein. Bevorzugte Lösungsmittel sind aliphatische 20 vorzugsweise 0 bis 500C und einem Druck im Bereich Kohlenwasserstoffe mit 5 bis 20 Kohlenstoffatomen, von Normaldruck bis 140 at Wasserstoff, vorzugswie Pentan und Heptan, und aromatische Kohlen- weise 7 bis 70 at, statt. Wenn schwieriger reduzierbare Wasserstoffe mit 6 bis 12 C-Atomen, wie Benzol. Beschickungen, wie Nitrile und aromatische VerBenzol kann jedoch als Lösungsmittel nur dann ver- bindungen, verwendet werden, kann die Reaktionswendet werden, wenn die folgenden Reaktionsbe- 35 geschwindigkeit durch höhere Temperaturen und dingungen bei der Verwendung des Katalysatorsystems Drücke beschleunigt werden, und Temperaturen bis so sind, daß es nicht hydriert wird. Bevorzugte polare zu etwa 2000C und Drücke bis zu 210 at können anVerbindungen sind Äther, wie Diäthyläther, p-Dioxan, gewendet werden.
ein flüssiger Kohlenwasserstoff oder eine polare Ver- 15 Die Hydrierungsbedingungen können innerhalb bindung, wie eine Lewis-Base, sein. Unter bestimmten weiter Grenzen in Abhängigkeit von der verwendeten Bedingungen kann das Lösungsmittel auch eine Beschickung variieren. So findet die Hydrierung von schwache Lewis-Säure, wie tert.-Butylalkohol, oder ein olefinisch ungesättigten Verbindungen schnell bei einer Sauerstoff oder Stickstoff enthaltender Kohlenwasser- Temperatur im Bereich von — 20 bis + 15O0C und stoff sein. Bevorzugte Lösungsmittel sind aliphatische 20 vorzugsweise 0 bis 500C und einem Druck im Bereich Kohlenwasserstoffe mit 5 bis 20 Kohlenstoffatomen, von Normaldruck bis 140 at Wasserstoff, vorzugswie Pentan und Heptan, und aromatische Kohlen- weise 7 bis 70 at, statt. Wenn schwieriger reduzierbare Wasserstoffe mit 6 bis 12 C-Atomen, wie Benzol. Beschickungen, wie Nitrile und aromatische VerBenzol kann jedoch als Lösungsmittel nur dann ver- bindungen, verwendet werden, kann die Reaktionswendet werden, wenn die folgenden Reaktionsbe- 35 geschwindigkeit durch höhere Temperaturen und dingungen bei der Verwendung des Katalysatorsystems Drücke beschleunigt werden, und Temperaturen bis so sind, daß es nicht hydriert wird. Bevorzugte polare zu etwa 2000C und Drücke bis zu 210 at können anVerbindungen sind Äther, wie Diäthyläther, p-Dioxan, gewendet werden.
Dimethoxyäthan, Diäthylenglykol-dimethyläther und Die Dauer der Hydrierungsreaktion ist nicht kritisch;
tertiäre Amine, wie Triäthylamin und n-Methyl- 30 es können Reaktionszeiten von 15 Minuten bis
morpholin. Diese polaren Lösungsmittel, insbesondere 10 Stunden angewendet werden. In ähnlicher Weise
die Äther, können als Promotoren dienen, die be- kann die Katalysatorkonzentration über weite Be*
wirken, daß eine aktivere Form des Katalysators er- reiche variiert werden, wobei nur geringe Mengen
halten wird. Wenn beispielsweise p-Dioxan zu Tri- ausreichen, um wesentliche Umwandlungen der Beisobutylaluminium
gegeben wird, bildet sich ein Äthe- 35 Schickung zu bewirken. Im allgemeinen sind Konzenratkomplex,
der einen hochaktiven Katalysator ergibt, trationen von 0,001 bis 1%, vorzugsweise 0,01 bis
wenn er zur Reduktion eines Kobaltchelats ver- 0,1%, des Übergangsmetalls, bezogen auf die der
wendet wird. Außerdem sind Äther ausgezeichnete Reaktion zugeführte Beschickung, wirksam.
Lösungsmittel, da sie die Vergiftungswirkung von Einige der obengenannten Katalysatoren haben die überschüssigen Mengen an aluminiumorganischer Ver- 40 Fähigkeit, bestimmte Arten von Doppelbindungen bindung verzögern und daher die Anwendung höherer bevorzugt vor anderen Arten zu hydrieren. Zum Beimolarer Verhältnisse von Aluminium zu Übergangs- spiel können acetylenische Verbindungen, die in nur metall erlauben, als es im vorhergehenden beschrieben geringen Mengen vorhanden sind, selektiv zu den Olewurde, finen hydriert werden, ohne daß in diesen Mischungen Die oben beschriebenen Katalysatoren sind er- 45 enthaltene Olefine hydriert werden. Außerdem können findungsgemäß als hochaktive Hydrierungskataly- endständige olefinischen Bindungen bevorzugt vor mitsatoren einzusetzen. Es wurde gefunden, daß diese telständigen olefinischen Bindungen selektiv hydriert Katalysatoren ausgezeichnete Aktivitäten besitzen, werden. Diese selektive Hydrierung findet sogar dann wenn man sie mit den üblicherweise verwendeten statt, wenn beide Arten von Bindungen im gleichen Raney-Metallkatalysatoren vergleicht, und daß sie 50 Molekül vorhanden sind.
Lösungsmittel, da sie die Vergiftungswirkung von Einige der obengenannten Katalysatoren haben die überschüssigen Mengen an aluminiumorganischer Ver- 40 Fähigkeit, bestimmte Arten von Doppelbindungen bindung verzögern und daher die Anwendung höherer bevorzugt vor anderen Arten zu hydrieren. Zum Beimolarer Verhältnisse von Aluminium zu Übergangs- spiel können acetylenische Verbindungen, die in nur metall erlauben, als es im vorhergehenden beschrieben geringen Mengen vorhanden sind, selektiv zu den Olewurde, finen hydriert werden, ohne daß in diesen Mischungen Die oben beschriebenen Katalysatoren sind er- 45 enthaltene Olefine hydriert werden. Außerdem können findungsgemäß als hochaktive Hydrierungskataly- endständige olefinischen Bindungen bevorzugt vor mitsatoren einzusetzen. Es wurde gefunden, daß diese telständigen olefinischen Bindungen selektiv hydriert Katalysatoren ausgezeichnete Aktivitäten besitzen, werden. Diese selektive Hydrierung findet sogar dann wenn man sie mit den üblicherweise verwendeten statt, wenn beide Arten von Bindungen im gleichen Raney-Metallkatalysatoren vergleicht, und daß sie 50 Molekül vorhanden sind.
noch bei niedrigeren Temperaturen, als sie bisher in Die Beschickungen für derartige selektive Hydrie-Hydrierungsverfahren
angewendet werden konnten, rungen können im wesentlichen die gleichen wie die aktiv sind. Eine Vielzahl ungesättigter organischer Ver- zuvor für die allgemeine Hydrierung beschriebenen
bindungen kann mit diesen Katalysatoren reduziert sein. Die selektiven Hydrierungen werden jedoch durch
werden. So können die Katalysatoren erfolgreich an- 55 die Katalysatoraktivität gesteuert. So werden die
gewendet werden, um Verbindungen zu reduzieren, selektiven Hydrierungen bei geringeren Temperaturen
die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen, Koh- und Drücken und mit geringeren Mengen an aktivem
lenstoff-Stickstoff-Doppelbindungen oder Kohlenstoff- Katalysator durchgeführt. Weiterhin können durch geSauerstoff-Doppelbindungen
enthalten. Die Beschik- eignete Auswahl von Katalysatorkomponenten Katalykungen mit Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen 60 satoren von geringerer Wirksamkeit als der üblichen
können nichtsubstituierte Verbindungen sein oder erhalten werden, die sich für selektive Hydrierungen
können durch weitere funktionell Gruppen sub- sogar noch besser eignen. Typische Beispiele für
stituiert sein und schließen olefinische Verbindungen, selektive Hydrierungen mit den Katalysatoren dieser
wie acyclische oder cyclische Mono-, Di- und Triolefine Erfindung sind die Reduktion von Vinylcyclohexen
mit 2 bis 30 Kohlenstoffatomen, acetylenische Ver- 65 zu Äthylcyclohexen und von Cyclopentadien zu
bindungen mit 2 bis 30 Kohlenstoffatomen und aro- Cyclopenten.
matische Verbindungen mit 6 bis 30 Kohlenstoff- Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele
atomen ein. erläutert.
a) Etwa 100 bis 120 mg der Acetylacetonate von Eisen, Kobalt und Nickel wurden mit entweder einer
Lösung, die 2 cm8 Triisobutylaluminium in 10 cm3
Heptan, oder einer solchen, die 3 cm3 n-Butyloxyaluminiumdiäthyl
in 10 cm3 Heptan enthielt, reduziert, wie in der Tabelle angegeben ist. Die Reduktionen erfolgten
sofort, und es wurden homogene Lösungen erhalten. In einigen Fällen wurde ein Niederschlag beobachtet,
der sich bei Verdünnung auflöste.
b) 100 cm3 einer 8%igen Lösung von Cyclohexen in
Heptan wurden zu dem Katalysator gegeben, und das Gemisch wurde bei einer konstanten Temperatur
von 22° C und einem konstanten Druck von 7 at unter Rühren hydriert. Von Zeit zu Zeit wurden
Proben genommen und durch Gaschromatographie analysiert.
Ähnliche Hydrierungen wurden auch bei Verwendung gleicher Beschickung, Lösungsmittel, Temperatur
und Druck mit einem Raney-Nickel-Katalysator durchgeführt. Die Ergebnisse sind nachfolgend
zusammengestellt:
Katalysator | Reduktionsmittel | Lösungs mittel |
Zeit für 50%ige Umwandlung |
76 mg Raney-Nickel 17 mg Fe 25 mg Co 26 mg Ni 78 mg Pt |
Al(i-QH9)3 Al(i-QH9)3 Al(C2H5)2O(n-QH9) Al(i-C9H9)3 |
n-Heptan n-Heptan n-Heptan n-Heptan n-Heptan |
115 Minuten 57 Minuten 37 Minuten 38 Minuten 29 Minuten |
Die aufgeführten Ergebnisse zeigen die wesentlich höhere Hydrierungsgeschwindigkeit der reduzierten
Katalysatoren, verglichen mit üblichem Raney-Nickel unter vergleichbaren Bedingungen.
Es ist leicht zu sehen, daß die aufgezeigten Ergebnisse bessere "Wirksamkeiten im Vergleich zu dem in
Tabelle I aufgeführten Raney-Nickel-Katalysator zeigen.
Außerdem wurden ähnliche Versuche mit Titan, Mangan, Kupfer und Zink als komplexen Katalysatorsystemen
durchgeführt, und es wurden Hydrierungsaktivitäten beobachtet, die allerdings nicht so hoch wie
die oben aufgeführten lagen.
Nach der Arbeitsweise des Beispiels 1 wurden verschiedene Versuche durchgeführt, um die Brauchbarkeit
anderer Reduktionsmittel und Lösungsmittel für die komplexen Katalysatoren zu bestimmen. Die Ergebnisse
sind nachfolgend zusammengestellt:
Tabelle II | Über gangs- |
Reduktions mittel |
Lösungsmittel | Zeit für 5O»/oige |
metall | Umwandlung | |||
Co | Al(i-QH9)s | Heptan | 34 Minuten | |
Co | Al(i-QH9)3 | Dimethoxy- | 38 Minuten | |
äthan | ||||
Co | Al(i-C4H8)s | Triäthylamin | 40 Minuten | |
Co | Al(i-QH9)3 | Benzol | 30 Minuten | |
Co | Al(C2Hs)3 | Heptan | 31 Minuten | |
Co | HAl(i-C8H19)a | Heptan | 33 Minuten |
Die Ergebnisse zeigen, daß eine große Vielzahl von Lösungsmitteln und Reduktionsmitteln zur Bildung
der erfindungsgemäß verwendbaren komplexen Katalysatoren eingesetzt werden kann.
106,5 mg Kobalt(II>acetylacetonat wurden bei Raumtemperatur
mit 1,6 g (C2H5)2Al-O-nC4H9 in 10cma
Decan reduziert. Dann wurden 54 g Cyclododecatriencis-trans-trans- und 20 cm3 Decan unter Stickstoff zugesetzt.
Das Reaktionsgemisch wurde in einen Autoklav gebracht und bei 70,3 at H2 und 55° C hydriert.
Nach 44 Minuten wurde eine Probe genommen und analysiert. Es stellt sich heraus, daß eine 100°/0ige
Umwandlung in Cyclododecan eingetreten war.
In einem ähnlichen Versuch wurden 0,05 mMol Kobalt(II)-acetylacetonat mit 2 mMol (CHs)2AlOC6H5
in Benzol reduziert. Der Katalysator wurde für die Hydrierung von 100 mMol Cyclohexen bei 200C und
3,52 at H2 verwendet. Innerhalb von 2 Stunden hatten sich 18,4°/o Cyclohexan gebildet.
In einem weiteren Versuch wurden 0,05 mMol Kobalt(II)-acetylacetonat
mit 2 mMol (CH3)2Al-acetylacetonat
in Benzol reduziert. Der Katalysator wurde für die Hydrierung von 100 mMol Cyclohexen bei
200C und 3,52 at H2 verwendet. Innerhalb von 2 Stunden
hatten sich 7,1 °/0 Cyclohexan gebildet.
Die beschriebenen Versuche zeigen deutlich, daß Reduktionsmittel der allgemeinenFormel R'R"AlOR'"
im erfindungsgemäßen Verfahren verwendbar sind.
Durch Umsetzung von Triisobutylaluminium mit einer Lösung von Kobalt(II)-acetylacetonat in Benzol
wurden lösliche Kobaltkatalysatoren hergestellt. Auf diese Weise wurden verschiedene Katalysatoren mit
einem Verhältnis von Al: Co = 4:1, 6:1, 8:1 und
10:1 hergestellt. Ein anderer Katalysator wurde durch
Reduktion des Kobaltchelats mit dem Ätherat Triisobutylaluniinium-p-dioxan
im Verhältnis p-Dioxan: Al: Co = 10: 8:1 hergestellt. Diese Katalysatoren
wurden für die Hydrierung von Cyclohexen bei einem konstanten Druck von 3,52 at H2 und einer
konstanten Temperatur von 2O0C verwendet. Für
jeden Versuch wurden 100 mMol Cyclohexen und 0,1 mMol Kobaltkatalysator eingesetzt, wobei etwa
90 cm3 Benzol als Lösungsmittel verwendet wurden. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:
Vergleich von Katalysatoren, die in Gegenwart und in Abwesenheit einer Lewis-Base hergestellt sind
Al(i-C4)3: Co | Halbwertzeit | |
für die | ||
Lewis-Base | Hydrierung von |
|
8:1 | Cyclohexan | |
10:1 | Minuten | |
Äther(p-Dioxan) | 8:1 | 12 |
— | 6:1 | 99 |
— | 4:1 | 47 |
— | 15 | |
— | sehr langsam | |
Die Ergebnisse zeigen die wachsende Katalysatoraktivität, die erhalten wird, wenn ein polares Lösungsmittel,
wie Äther, im Katalysatorsystem verwendet wird und ein Ätheratkomplex mit der aluminiumorganischen
Verbindung gebildet wird.
110 mg Kobaltacetylacetonat wurden mit 1,6 g Triäthylaluminium reduziert. Das molare Verhältnis von
Al: Co betrug etwa 35:1. Eine Lösung von Cyclohexen
wurde zu dem Katalysatorsystem gegeben, und die Mischung wurde bei einer konstanten Temperatur
von 22° C und einem konstanten Druck von 7,03 at hydriert. Die Analyse des Endproduktes zeigte, daß
sich kein Cyclohexen in Cyclohexan umgewandelt hatte. Ähnliche Ergebnisse wurden unter Verwendung
anderer Trialkylaluminiumverbindungen als Reduktionsmittel und aluminiumorganischer Monochloride
erhalten.
Die Ergebnisse zeigen, daß die bevorzugten, üblichen Ziegler-Polymerisationskatalysatoren keine Hydrierungswirksamkeit
aufweisen, was auf die kritische Natur des Verhältnisses von Al: Übergangsmetall zurückzuführen
ist.
Der Katalysator wurde durch Zusatz von 8,7 mMol Triisobutylaluminium in 146 mMol p-Dioxan zu einer
Lösung von 1 mMol Kobalt(II)-acetylacetonat in 58 mMol p-Dioxan hergestellt. Nachdem der Katalysator
über Nacht abgestellt worden war, versetzte man ihn mit 225 mMol Benzol und brachte die Mischung
in einen Autoklav. Die Hydrierung wurde bei 500C
ίο und einem konstanten Wasserstoffdruck von 84,4 at durchgeführt. Das Reaktionsprodukt wurde kontinuierlich
mit 1000 Umdr./Min. gerührt. Nach 420 Minuten wurde eine Probe analysiert, und es wurde gefunden,
daß 82 % des Benzols hydriert worden waren.
250 mg Kobaltacetylacetonat wurden mit 2cm3 Triao isobutylaluminium zu einer homogenen Lösung reduziert.
Der so erhaltene Katalysator wurde mit 40 g Benzonitril versetzt und die Hydrierung bei 7,03 at H2 und
1500C durchgeführt. Innerhalb von 6 Stunden war
das gesamte Nitril in das entsprechende Amin umgewandelt.
Ein löslicher Kobaltkatalysator wurde durch Umsetzung
einer Lösung von 0,4 mMol Cobalt(II)-acetylacetonat in Benzol mit einer Benzollösung, die 4,0 mMol
Triisobutylaluminium und 5,0 mMol p-Dioxan enthielt, hergestellt. Anschließend wurden 10.9 g Chinolin
zu dem Katalysator gegeben und dann mit p-Xylol auf 50 cm3 verdünnt. Die lösliche Mischung wurde in
einen Autoklav übergeführt und 4 Stunden lang bei 90 bis 100°C und einem Wasserstoffdruck von 70,3 at
hydriert. Nach dieser Zeit wurde eine Probe analysiert; sie bestand aus 11,3% Chinolin, 78,3% 1,2,3,4-Tetrahydrochinolin,
8,9% 5,6,7,8-Tetrahydrochinolin und 1,5% Decahydrochinolin.
54 g Cyclododecatrien wurden bei 5O0C und einem
konstanten Wasserstoffdruck von 70,3 at hydriert. Der Katalysator wurde wie folgt hergestellt: 143 mg Ferriacetylacetonat
werden mit 2 cm3 Triisobutylaluminium in 10 cm3 Pentan reduziert. Die Reduktion erfolgt
sofort, und man erhält ein dunkles, homogenes Produkt. Dieses wird mit dem Cyclododecatrien und Wasserstoff
unter Druck versetzt. Die Reaktion setzt sofort ein, was sich durch einen Temperaturanstieg bemerkbar
macht. Von Zeit zu Zeit werden Proben entnommen und durch Gaschromatographie analysiert.
Zeit Minuten |
CDA(l) I CDEO I CDDE(S) Gewichtsprozent |
44,3 21,0 |
7,1 0,6 |
CDT(4) |
29 44 91 |
47,9 78,9 100 |
0,7 |
6o
(*) Cyclododecan.
(*) Cyelododecen.
(*) Cyelododecen.
(s) Cyclododecadien.
(4) Cyclododecatrien.
(4) Cyclododecatrien.
Es wurde ein löslicher Kobaltkatalysator hergestellt, der 0,43 mMol Kobalt und 4 mMol Triisobutylaluminium
in Heptan enthielt. Dieser Katalysator wurde mit 84 mMol Chinolin und 9 mMol (C2H5)2S versetzt.
Das Produkt wurde bei einem Wasserstoffdruck von 70,3 at und 150° C 4 Stunden lang hydriert. Nach
dieser Zeit enthielt eine Probe 17 % 1,2,3,4-Tetrahydrochinolin. Obwohl die Wirksamkeit des Katalysators
unter dem Einfluß der Schwefelverbindung verringert war, bestand immer noch eine Hydrierungswirksamkeit.
105 mg Nickelacetylacetonat wurden bei — 60C mit
einer Lösung von 3 cm3 Triisobutyaluminium in 50 cm3 Pentan reduziert. Dann wurden 44 g monomeres
Cyclopentadien zugesetzt und die Hydrierung bei —60C und einem Wasserstoffdruck von 70,3 at
durchgeführt. Von Zeit zu Zeit wurden Proben entnommen, um das Fortschreiten der Hydrierung zu
verfolgen. Die folgende Tabelle zeigt die mit diesem komplexen Katalysatorsystem erhaltene selektive Hydrierung:
909520/588
Tabelle | IV | Zeit Minuten |
|
Cyclopentadien | Cyclopenten | Cyclopentan | 45 150 175 260 |
63,7 31,4 24,1 2,7 |
32,2 64,8 70,8 87,5 |
2,1 4,0 5,1 9,7 |
|
Die Ergebnisse zeigen, daß unter kontrollierten Reaktionsbedingungen die erfindungsgemäßen Katalysatoren
für eine weitgehende selektive Hydrierung eingesetzt werden können.
250 mg Kobaltacetylacetonat wurden mit4 cm3 Triisobutylaluminium
in 10 cm3 Pentan umgesetzt. Dann wurde eine Lösung von 20 g Benzophenon in 120 cm3
Äther zugesetzt, die mit 2 cm3 Triisobutylaluminium getrocknet worden war. Das Gemisch wurde bei
1500C und 105 at 12 Stunden lang hydriert. Nach Aufarbeiten der Reaktionsmischung und Entfernen
des Lösungsmittels erhielt man ein Produkt, das aus 95 % Diphenylmethan, 1 °/0 Diphenyläthan und polykondensierten
Stoffen als Rest bestand. Es war kein Ausgangsmaterial mehr vorhanden.
103 mg KobalulQ-acetylacetonat in 6,8 g Diäthyläther
wurden mit 1,6 g Triisobutylaluminium in 5 g Heptan reduziert. Hierzu wurden 10 g 4-Vinylcyclohexen-1
in 50 g Heptan als Lösungsmittel gegeben. Die Hydrierung wurde bei 22° C und 7,03 at unter Rühren
durchgeführt. Nachdem die Hydrierung 10 Minuten lang durchgeführt worden war, war kein Vinylcyclohexen
mehr vorhanden, und es hatten sich 97 °/0 Äthylcyclohexen
und 3°/0 Äthylcyclohexan gebildet. Auf diese Weise wurde die hohe Selektivität dieses Katalysators
bewiesen.
110 mg Kobalt(II)-acetylacetonat wurden in 4,3 g Dimethoxyäthan gelöst und mit 1,6 g Triisobutylaluminium
in 5 g Heptan reduziert. Hierzu wurden 0,5 g Phenylacetylen und 53 g einer Heptanlösung gegeben,
die 6,6 g Hexen-1 enthielt. Die Lösung wurde bei 22° C und 7,03 at Wasserstoff unter Rühren hydriert.
Die erste Probe nach 10 Minuten zeigte kein Phenylacetylen, während nur Spuren von Hexen-1 hydriert
worden waren und kein Hexen-1 isomerisiert worden war. Dieses Beispiel zeigt, daß das neue Katalysatorsystem
mit Vorteil verwendet werden kann, um Spuren acetylenischer Verbindungen aus Beschickungen zu
entfernen, die olefinische Kohlenwasserstoffe enthalten.
a) 5,0 g Kobalt(II)-acetylacetonat in 200 cm3 Heptan wurden mit 4,2 g Trimethylaluminium in 50 cm3 Heptan
bei Umgebungsbedingungen (Normaldruck, etwa 20° C) unter Rühren umgesetzt. Ein festes schwarzes
Reaktionsprodukt fiel aus der Lösung aus und setzte sich ab. Die klare, fast farblose, überstehende
Flüssigkeit wurde dekantiert, und der Feststoff wurde getrocknet. Eine Analyse des festen Produktes, d. h.
des reduzierten Kobaltkatalysators, zeigte einen Argon-Oberflächenbereich von 150m2/g. Handelsübliche
Katalysatoren mit gleichem Metallgehalt haben normalerweise einen Oberflächenbereich von weniger
als30ma/g.
b) 431 mg des nach a) hergestellten Katalysators wurden zu einer Mischung von 100 mMol Cyclohexen,
5 g Heptan und Benzol gegeben, die insgesamt aus 100 cm3 bestand. Die gesamte Mischung wurde bei
ίο einem Wasserstoffdruck von 1,76 at und einer Temperatur
von 22° C hydriert. In weniger als 7,5 Minuten war alles Cyclohexen zu Cyclohexan hydriert. Die
Ergebnisse zeigen die ausgezeichnete Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Katalysatorsystems.
c) 440 mg des nach a) hergestellten Katalysators wurden zu 100 cm3 einer Mischung gegeben, die
100 mMol Benzol und als Rest Heptan enthielt. Die gesamte Mischung wurde unter einem Wasserstoffdruck
von 10,5 at und bei einer Temperatur von 20° C hy-
ao driert. In weniger als 77 Minuten war alles Benzol zu
Cyclohexan hydriert.
as Nach der im Beispiel 15 beschriebenen Arbeitsweise
wurde ein fester Katalysator durch Mischen von 7 g Nickelacetylacetonat, gelöst in 200 cm3 Heptan, und
5,2 gTrimethylaluminium, gelöst in 50 cm3Heptan, hergestellt.
Der bei dieser Umsetzung gebildete Feststoff wurde durch Zentrifugieren abgetrennt und anschließend
im Vakuum getrocknet. 453 mg dieses Feststoffes wurden zur Hydrierung von 100 mMol Benzol
in Pentan als Lösungsmittel verwendet. Die Reaktion wurde bei einem Wasserstoffdruck von
10,5 at und 20° C durchgeführt. Innerhalb von 10 Stunden
wurden 50°/0 des Benzols in Cyclohexan umgewandelt.
7 g Ferriacetylacetanat in 200 cm3 Pentan wurden unter Rühren bei Raumtemperatur mit 6,4 g Trimethylaluminium
in 50 cm3 Pentan gemischt. Nach der Umsetzung setzte sich der Feststoff leicht ab und wurde
durch Dekantieren von der überstehenden Lösung abgetrennt. Nach Trocknen des Feststoffes im Vakuum
wurden 493 mg verwendet, um 100 mMol Benzol in Pentan als Lösungsmittel zu hydrieren. Die Hydrierung
wurde bei einem Wasserstoffdruck von 10,5 at und 2O0C durchgeführt. Nach 58 Minuten waren etwa 50 %
des Benzols zu Cyclohexan hydriert.
476 mg eines festen Kobaltkatalysators, der nach der im Beispiel 15 beschriebenen Arbeitsweise hergestellt
worden war, wurden unter Stickstoff zusammen mit 10,7 g p-Xylol in ein Glasgefäß gebracht.
Durch Verdünnen mit trockenem n-Pentan wurde das Volumen der Reaktionsmischung auf 100 cm3 gebracht.
Nach Rühren setzte sich der Katalysator sofort ab, während die überstehende Flüssigkeit klar und nur
leicht gelb gefärbt war. Das unter Stickstoff gehaltene Glasgefäß wurde dann in einen Autoklav gebracht,
auf 50° C erhitzt und unter einem Druck von 7,03 at mit Stickstoff behandelt. Die Umsetzung wurde unter
kontinuierlichem Rühren durchgeführt, was man mit Hilfe eines magnetischen Rührers erreichte, da der
feste Katalysator von diesem angezogen wurde. Nach
86 Minuten war das gesamte p-Xylol zu einer cis-trans-Mischung
von l^-Dimethylcyclohexan hydriert, in
dem die Isomeren in einem molaren Verhältnis von 1,5:1 vorlagen.
5 Beispiel 19
Nach der Arbeitsweise von Beispiel 18 wurden 479,5 mg eines reduzierten Platinkatalysators, der
durch Reduktion von Platin(IV)-chlorid mit Trimethylaluminium ähnlich wie im Beispiel 15 beschrieben
hergestellt worden war, zur Hydrierung von 10,65 g p-Xylol verwendet. Nach 92 Minuten war das gesamte
p-Xylol zu einer cis-trans-Mischung von 1,4-Dimethylcyclohexan
hydriert.
Ein Gemisch von 2,8 g Kobaltacetylacetonat und 3,5 g Ferriacetylacetonat wurde mit Heptan aufgeschlämmt
und mit einer Lösung von 5,1 g Trimethyl- ao aluminium in 50 cm3 Heptan gemischt. Anschließend
wurde das gemeinsam reduzierte Eisen und Kobalt isoliert und im Vakuum getrocknet. Dieser Katalysator
enthielt Eisen und Kobalt etwa im molaren Verhältnis 1:1. 453 mg dieses Katalysators wurden verwendet,
um Benzol bei 200C und 10,5 at H2 zu hydrieren.
Nach 78 Minuten war das gesamte Benzol hydriert. Ein Vergleich der Geschwindigkeit dieser Hydrierung
mit anderen Hydrierungen, bei denen Eisen- oder Kobaltkatalysatoren getrennt verwendet worden waren
(vgl. die vorherigen Beispiele) zeigt, daß der gemeinsam reduzierte Katalysator eine wesentlich höhere (27%)
Hydrierungsaktivität besaß.
35
Ein reduzierter fester Kobaltkatalysator wurde durch Umsetzung von Kobaltacetylacetonat in Pentan mit
Trimethylaluminium in einem molaren Verhältnis von Aluminium zu Kobalt wie 3:1 hergestellt. Nach Abschluß
der Reaktion wurde ein fester Niederschlag isoliert, durch Dekantieren gewonnen und im Vakuum
getrocknet. Der so erhaltene feste Katalysator enthielt 37,6% Kobalt und 11,2% Aluminium. 485 mg dieses
Feststoffes wurden verwendet, um 100 mMol Benzol bei 2O0C und einem Wasserstoffdruck von 10,5 at zu
hydrieren. Das Benzol war in 42 Minuten vollständig zu Cyclohexan hydriert.
0,508 g des vorstehend hergestellten Katalysators wurden zusammen mit 2,668 g wasserfreier Tonerde
30 Minuten in einer Mikrokugelmühle Grindo-mat gemahlen. 3 g des gemahlenen Katalysators (enthaltend
480 mg des reduzierten Kobaltkatalysators) wurden verwendet, um die gleiche Hydrierung wie
oben beschrieben durchzuführen. In 32 Minuten war das gesamte Benzol zu Cyclohexan hydriert. Die Ergebnisse
zeigen deutlich die verbesserte Aktivität des verdünnten Katalysators.
60
Ähnlich wie im Beispiel 21 wurde in einer Kugelmühle ein Kobalt-Tonerde-Kieselsäure-Katalysator
hergestellt. 2,95 g dieses Katalysators (enthaltend 480 mg des Kobaltkatalysators) führten in 34 Minuten
zu einer vollständigen Hydrisierung von Benzol unter den gleichen Bedingungen, die im vorhergehenden
Beispiel angewandt worden waren.
Ein nach der Arbeitsweise von Beispiel 21 in einer Kugelmühle hergestellter Kobalt-Tonerde-Katalysator
wurde verwendet, um p-Xylol bei 500C und einem konstanten Wasserstoffdruck von 10,5 at zu hydrieren.
Das p-Xylol war in 60 Minuten vollständig hydriert. Die Ergebnisse zeigen wiederum die verbesserte Aktivität
des festen verdünnten Katalysators.
Claims (9)
1. Verfahren zur Hydrierung von ungesättigten organischen Verbindungen mit 2 bis 30 C-Atomen
in flüssigem Zustand bei einer Temperatur zwischen -20 und +2000C und einem Druck von 0 bis
210 at mit Wasserstoff in Gegenwart eines Katalysators, dadurch gekennzeichnet, daß
man als Katalysator
a) eine in Kohlenwasserstoffen oder Lewis-Basen lösliche Komplexverbindung aus einem Übergangsmetallsalz
der Platingruppe und einer aluminiumorganischen Verbindung der allgemeinen Formel A1R'R"R'", AIR'R'OR'"
bzw. A1R'R"H verwendet, wobei R', R" und R'" Alkylgruppen mit 1 bis 20 C-Atomen oder
Arylgruppen bedeuten, oder
b) eine feste Komplexverbindung aus der Umsetzung von mindestens einem Übergangsmetallchelat
mit einer aluminiumorganischen Verbindung der allgemeinen Formel A1(CH3)2 Y,
wobei Y ein Halogen, Wasserstoff, eine Methyl-, Methanolat-, Äthanolat-, Cyanid- oder Azidgruppe
sein kann und das Übergangsmetall zum Aluminium im Verhältnis 1:1 bis 1: 30
steht, verwendet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als ungesättigte Verbindungen
solche mit Kohlenstoff-Kohlenstoff- und/oder Kohlenstoff-Stickstoff-Doppelbindungen
hydriert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösungsmittel einen
Kohlenwasserstoff mit 5 bis 20 C-Atomen oder einen Äther verwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Katalysator einen solchen
verwendet, der als Übergangsmetall Pt, Fe, Co, Ni oder Mo enthält.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Katalysator verwendet,
der das Übergangsmetallsalz als Chelat enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Katalysator eine homogene
Lösung aus einem Übergangsmetallsalz und einem Ätherat eines Aluminiumtrialkyls mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen
pro Alkylgruppe und einem organischen Äther verwendet.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur selektiven Hydrierung einer
mehr als eine Doppelbindung enthaltenden organischen Verbindung in Gegenwart eines Katalysators,
bei dem das molare Verhältnis von Ubergangsmetall zu Aluminium 1:1 bis 1:10 beträgt,
in einem Kohlenwasserstoff oder einer Lewis-Base als Lösungsmittel so lange mit Wasserstoff reagieren
läßt, bis ein Produkt entstanden ist, das
überwiegend aus einem Olefin besteht, das weniger Doppelbindungen als das Ausgangsmaterial enthält.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man einen olefinisch ungesättigten
Kohlenwasserstoff, der einen geringen Anteil acetylenischer Kohlenwasserstoffe enthält, bei einer
Temperatur von 0 bis 50 0C und einem Druck
von 1 bis 140 at in Gegenwart eines Katalysators
aus Kobaltacetylenacetonat und einem Aluminiumtrialkyl mit 1 bis 20 C-Atomen, bei dem das molare
Verhältnis von Übergangsmetall zu Aluminium 1:1 bis 1:10 beträgt, in einem Kohlenwasserstoff umsetzt,
bis der acetylenische Anteil gesättigt ist.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man bei einer Temperatur von —10 bis +500C und einem Hydrierungsdruck von 0 bis
10,5 atü arbeitet.
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