DE1443732A1 - Process for the preparation of carboxylic acid esters of unsaturated alcohols - Google Patents
Process for the preparation of carboxylic acid esters of unsaturated alcoholsInfo
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Description
Anmelder: The Distillers Company Limited, 12, Torphichen Street, Edinburgh 3, SchottlandApplicant: The Distillers Company Limited, 12, Torphichen Street, Edinburgh 3, Scotland
"Verfahren zur Herstellung von Carbonsäureestern ungesättigter Alkohole""Process for the preparation of unsaturated carboxylic acid esters Alcohols "
Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung von Estern ungesättigter Alkohole.The present invention relates to the preparation of esters of unsaturated alcohols.
Die Herstellung von Estern ungesättigter Alkohole durch Oxydation eines Olefins in einer Carboxylationen und Carbonsäure enthaltenden Lösung in Gegenwart eines Metalls der Platingruppe als Katalysator ist bereits vorgeschlagen worden. Die Oxydation kann ausgeführt werden unter Verwendung von Sauerstoff als Oxydationsmittel; auch kann die Oxydationskomponente eines Redoxsystems verwendet werden, und die reduzierte Komponente kann entweder in situ oder außerhalb des Reaktionsmilieus durch Sauerstoff wieder aufoxydiert werden und kann in dem Verfahren wieder verwendet werden. In jedem Fall wird der Sauerstoff zu Wasser umgewandelt. Bislang wurde gelehrt, daß zur Erzielung einer wirtschaftlich annehmbaren Ausbeute des Esters es notwendig ist, das Verfahren unter nahezu wasserfreien Bedingungen auszuführen und die sich daraus ergebende Notwendigkeit der nahezu vollständigen Entfernung von Wasser entweder aus der Reaktionsmischung oder aus dem wiederaufoxydierten Redoxsystem, zur Vermeidung der Anwesenheit von Wasser in der Reaktionsmischung, erhöhte die Verfahrenskosten· The production of esters of unsaturated alcohols by the oxidation of an olefin in a carboxylate ion and carboxylic acid containing solution in the presence of a platinum group metal as a catalyst has already been proposed been. The oxidation can be carried out using oxygen as an oxidizing agent; also can the oxidation component of a redox system are used, and the reduced component can be recovered either in situ or outside the reaction environment by oxygen be oxidized and can be used again in the process. In either case, the oxygen is too Converted to water. Heretofore it has been taught that in order to obtain an economically acceptable yield of the ester it is necessary to carry out the process under almost anhydrous conditions and the necessity that arises therefrom the almost complete removal of water either from the reaction mixture or from the reoxidized one Redox system, to avoid the presence of water in the reaction mixture, increased the process costs
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Gemäß vorliegender Erfindung wurde nunmehr gefunden, daß annehmbare Ausbeuten erhalten werden können, wenn in Gegenwart von Wasser gearbeitet wird unter der Voraussetzung, daß das Verfahren unter erhöhtem Druck durchgeführt wird. Weiterhin wurde gefunden, daß mit bestimmten Reaktionsmischungen die Anwesenheit von Wasser sogar die Reaktionsgeschwindigkeit und Wirksamkeit des Verfahrens noch erhöhen kann, vorausgesetzt, daß ein erhöhter Druck angewandt wird.In accordance with the present invention, it has now been found that acceptable yields can be obtained when in the presence water is used, provided that the process is carried out under increased pressure. Furthermore, it has been found that with certain reaction mixtures, the presence of water even increases the rate of the reaction and the effectiveness of the process, provided that increased pressure is applied.
Erfindungsgemäß wird daher ein Verfahren zur Herstellung von Estern ungesättigter Alkohole offenbart, welches darin besteht, daß ein Cp bis Cg-Olefin der allgemeinen FormelAccording to the invention, a process for the preparation of esters of unsaturated alcohols is therefore disclosed, which therein consists that a Cp to Cg olefin of the general formula
R1 R3 R 1 R 3
C = C
R^ HC = C
R ^ H
in welcher R1, R2 und R5 Alkylrädikale oder Wasserstoff atome sind in einer Suspension oder Lösung, die Carboxylationen, eine Garbonsäure, ein Metall oder eine Metallverbindung der Platingruppe als Katalysator sowie Wasser in einer Konzentration bis etwa 25 Vol.-^ enthält, bei einem überatmosphärischen Druck oxydiert wird.in which R 1 , R 2 and R 5 are alkyl radicals or hydrogen atoms in a suspension or solution that contains carboxylate ions, a carboxylic acid, a metal or a metal compound of the platinum group as a catalyst and water in a concentration of up to about 25 vol .- ^, is oxidized at a pressure above atmospheric.
Das Olefin kann z.B. Propylen oder Äthylen sein. Äthylen wird bevorzugt.The olefin can be, for example, propylene or ethylene. Ethylene is preferred.
Die Carbonsäure kann z.B. Essigsäure oder Propionsäure sein.The carboxylic acid can be, for example, acetic acid or propionic acid.
Das Carboxylation entspricht vorzugsweise der Carbonsäure und wird der Reaktionsmischung in Form eines Salzes der Carbonsäure, z.B. eines Alkali- oder Erdalkali- oder Kupfersalzes zugesetzt. Auch kann das Carboxylation in situ in der Reaktionsmischung aus der Carbonsäure durch Zugabe einer geeigneten Base gebildet werden, z.B. einer Alkalimetall- oder Brialkälimetallbase oder einer starken organischen Base wieThe carboxylate ion preferably corresponds to the carboxylic acid and is added to the reaction mixture in the form of a salt of the carboxylic acid, e.g. an alkali or alkaline earth or copper salt added. The carboxylation ion can also be carried out in situ in the Reaction mixture can be formed from the carboxylic acid by adding a suitable base, e.g. an alkali metal or Brial alkali metal base or a strong organic base such as
-3-809809/:! U]-3-809809 / :! U]
z.B. einem tertiären Amin.e.g. a tertiary amine.
Der Katalysator aus der Platingruppe kann z.B. Palladiummetall als solches oder ein Palladiumsalz, z.B. Palladium-II-Chlorid oder Palladium-II-Acetat sein.The platinum group catalyst may, for example, be palladium metal as such or a palladium salt such as palladium-II chloride or palladium-II-acetate.
Die Oxydation kann durch Einführung molekularen Sauerstoffs in die Reaktionsmischung, geeigneter Weise in Form von Luft, durchgeführt werden und/oder durch Einführung eines Redoxsystems, z.B. eines Ferri/Ferro- oder Kupfer-IIl/Kupfer-II-Systems, wobei das letztere bevorzugt wird.Oxidation can be achieved by introducing molecular oxygen be carried out in the reaction mixture, suitably in the form of air, and / or by introducing a redox system, e.g. a ferric / ferrous or copper-IIl / copper-II system, the latter being preferred.
Die Reaktion kann auch in Gegenwart von Halogenionen durchgeführt werden, die in Form von Metallsalzen zugesetzt werden können. Das Kupfer-IIl/Kupfer-II-Redoxsystem wird am besten in Gegenwart von Chloridionen benutzt, in welchem Fall die Carboxylat- und Halogenionen der Reaktionsmischung in Form von verschiedenen Metallsalzen zugesetzt werden können, von denen eines ein Kupfersalz ist, z.B. als eine Mischung aus Natriumchlorid und Rupfer-III-Aeetat.The reaction can also be carried out in the presence of halogen ions which can be added in the form of metal salts. The copper-IIl / copper-II redox system is on best used in the presence of chloride ions, in which case the carboxylate and halogen ions of the reaction mixture in the form of various metal salts, one of which is a copper salt, for example as a mixture from sodium chloride and Rupfer III acetate.
Das Verfahren wird ausgeführt in Gegenwart von Wasser, geeigneter Weise in Konzentrationen von 0,5 bis etwa 25 Vol.-$ und vorzugsweise in Konzentrationen im Bereich von 1-10 Vol. Das Wasser kann in die Reaktionsmischung bei der Zuführung der Ausgangsstoffe eingebracht werden, oder man kann das Reaktionswasser sich in dem System ansammeln lassen, wodurch die Zugabe von weiteren Wassermengen nicht notwendig wird. Das Reaktionswasser wird in der Reaktionsmischung gebildet, wenn die Reaktion in Anwesenheit von molekularem Sauerstoff durchgeführt wird und wird auch gebildet während der getrenn ten Aufoxydierung des Redoxsystems. Im letzteren Fall kann das Wasser mit dem wiederaufoxydierten Redoxsystem zurückgeführt werden. Wenn das Reaktionsprodukt abgezogen und destil liert wird, um den ungesättigten Ester Überkopf abzutrennen, kann der Rückstand, welcher das Reaktionswasser enthält, im Kreislauf zu der Reaktion zurückgeführt werden in einer genügenden Menge, um die Wasserkonzentration auf dem gewünsch-The process is carried out in the presence of water, suitably in concentrations of from 0.5 to about 25 $ by volume and preferably in concentrations in the range of 1-10 vol. The water can be added to the reaction mixture as it is fed the starting materials are introduced, or the water of reaction can be allowed to accumulate in the system, whereby the addition of further amounts of water is not necessary. The water of reaction is formed in the reaction mixture, when the reaction is carried out in the presence of molecular oxygen and is also formed during the separation th oxidation of the redox system. In the latter case, can the water returned with the re-oxidized redox system will. When the reaction product is withdrawn and distilled to remove the unsaturated ester overhead, the residue containing the water of reaction can be recycled to the reaction in a sufficient amount Amount to keep the water concentration at the desired
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ten Niveau zu halten. In dem 3PaIl, wo der ungesättigte Ester kontinuierlich direkt aus der Reaktionsmischung abdestilliert wird, kann die Wasserkonzentration entweder durch gemeinsames Destillieren mit dem Produkt oder durch kontinuierliches Abziehen einer berechneten Menge der flüssigen Reaktionsmischung kontrolliert werden.to maintain the highest level. In the 3PaIl where the unsaturated Ester continuously directly from the reaction mixture is distilled off, the water concentration can either be distilled together with the product or can be controlled by continuously withdrawing a calculated amount of the liquid reaction mixture.
Das Verfahren wird unter Drucken oberhalb des Atmosphärendrucks ausgeführt, z.B. bei Drucken bis zu etwa 200 Atmosphären und vorzugsweise zwischen 3 und 50 Atmosphären. The process is carried out under pressures above atmospheric, e.g., pressures up to about 200 atmospheres and preferably between 3 and 50 atmospheres.
Geeignete Reaktionstemperaturen sind solche zwischen 50 und 1800O, wobei Temperaturen im Bereich zwischen 60 und 1300C bevorzugt werden. Die Verwendung von zusätzlichen polaren Lösungsmitteln, z.B. Dimethylformamid oder Acetonitril liegt auch im Bereich der Erfindung.Suitable reaction temperatures are those between 50 and 180 0 O, wherein temperatures are preferably in the range 60-130 0 C. The use of additional polar solvents, for example dimethylformamide or acetonitrile, is also within the scope of the invention.
Das Verfahren wird vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt, indem das Olefin unter Druck in die Reaktionsmischung geleitet wird, zusammen mit neuer Carbonsäure, Carboxylationen, dem Platinkatalysator, dem Redoxsystem und zusätzlichem Wasser, soweit notwendig, und der gebildete Ester kontinuierlich entfernt wird. Der Ester kann aus dem Reaktionsprodukt z.B. durch fraktionierte Destillation gewonnen werden. In einer Ausführungsform wird ein Anteil der flüssigen Reaktionsmischung kontinuierlich abgezogen und einer fraktionierten Destillation unterworfen, um den ungesättigten Ester als Kopffraktion abzuführen, während ein Teil des Rückstandes aus der Kolonne zu der Reaktion zurückgeführt wird. Andernfalls kann der gebildete, ungesättigte Ester kontinuierlich aus der Reaktionsmischung abdestilliert werden, z.B. indem gin Überschuß des gasförmigen Olefins oder der Mischung von Olefin mit Sauerstoff und/oder ein inertes Gas durch die Reaktionsmischung geleitet wird; in diesem Fall wird vorzugsweise das nichtumgesetzte Olefin im Kreislauf geführt.The process is preferably carried out continuously by adding the olefin under pressure to the reaction mixture is conducted, together with new carboxylic acid, Carboxylate ions, the platinum catalyst, the redox system and additional water, if necessary, and the ester formed is continuously removed. The ester can can be obtained from the reaction product e.g. by fractional distillation. In one embodiment, a Portion of the liquid reaction mixture continuously withdrawn and subjected to a fractional distillation, to remove the unsaturated ester as the top fraction, while part of the residue from the column to the Reaction is returned. Otherwise, the unsaturated ester formed can continuously flow out of the reaction mixture be distilled off, e.g. by gin excess of the gaseous olefin or the mixture of olefin with oxygen and / or an inert gas is passed through the reaction mixture; in this case, it is preferable that the unreacted Olefin circulated.
Wenn ein Redoxsystem anwesend ist, kann dieses durch Aufoxydation mit molekularem Sauerstoff in einer abgetrennten Stufe regeneriert werden. Andernfalls kann das Redoxsystem teilweise oder vollständig in situ regeneriert werden durch Einführung von molekularem Sauerstoff mit der Reaktionsmischung. Luft oder andere Sauerstoff enthaltende Gase können für die Zulieferung des Sauerstoffs in jedem Fall benutzt werden.If a redox system is present, this can be caused by oxidation regenerated with molecular oxygen in a separate stage. Otherwise the redox system can partially or fully regenerated in situ by introducing molecular oxygen with the reaction mixture. Air or other oxygen-containing gases can be used for the supply of oxygen in any case will.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachstehend weiter durch die folgenden Beispiele erläutert. In den Beispielen sind alle Teile als Gewichtsteile gegeben.The process according to the invention is further illustrated below by the following examples. In the examples are all parts given as parts by weight.
Zum Vergleich wurde eine Mischung aus 60 Teilen Kupfer-III-acetatmonohydrat, 25 Teilen Natriumchlorid und einem Teil Palladium-II-Chlorid (PdGl2) in 500 Teilen Eisessig, wozu 20 Teile Wasser gegeben waren, bei 600G in Gegenwart von Äthylen bei einem Druck von einer Atmosphäre gerührt. Im Laufe von 197 Minuten wurden 4,3 Teile Äthylen absorbiert. Das Reaktionsprodukt enthielt 1,1 Teile Vinylacetat und 4,2 Teile Acetaldehyd. Die Ausbeuten an Vinylacetat und Acetaldehyd, bezogen auf das absorbierte Äthylen, betrugen also 8 bzw. 61$.For comparison, a mixture of 60 parts was copper acetate monohydrate III, 25 parts of sodium chloride and one part of palladium-II-chloride (PDE 2) in 500 parts glacial acetic acid, to which 20 parts of water were added at 60 0 G in the presence of ethylene at stirred at one atmosphere pressure. 4.3 parts of ethylene were absorbed over 197 minutes. The reaction product contained 1.1 parts of vinyl acetate and 4.2 parts of acetaldehyde. The yields of vinyl acetate and acetaldehyde, based on the absorbed ethylene, were 8 and 61 $, respectively.
Die in Beispiel 1 beschriebene Reaktion wurde wiederholt durch Rühren bei 600C einer Mischung aus 60 Teilen Kupfer-III-acetat, 18 Teilen Natriumchlorid und einem Teil Palla-Ί dium-II-chlorid in 500 Teilen Eisessig, wozu 20 Teile Wasser gegeben waren, in Gegenwart von Äthylen bei einem Druck von 3,2 Atmosphären. Im Laufe von 103 Minuten wurden 4t4 Teile Äthylen absorbiert. Das Reaktionsprodukt wurde fraktioniert destilliert und enthielt 4,1 Teile Vinylacetat und 3,3 Teile Acetaldehyd. Die Ausbeuten an Vinylacetat und Acetaldehyd, bezogen auf die absorbierte Äthylenmenge betrugen alsoThe reaction described in Example 1 was repeated by stirring at 60 0 C a mixture of 60 parts of copper acetate III, 18 parts of sodium chloride and a portion palladium Ί dium-II-chloride in 500 parts of glacial acetic acid, to which 20 parts of water were added , in the presence of ethylene at a pressure of 3.2 atmospheres. In the course of 103 minutes, 4 tons of 4 parts of ethylene were absorbed. The reaction product was fractionally distilled and contained 4.1 parts of vinyl acetate and 3.3 parts of acetaldehyde. The yields of vinyl acetate and acetaldehyde, based on the amount of ethylene absorbed, were therefore
80 980 9/1 141 ~6~80 980 9/1 141 ~ 6 ~
30 bzw. 48%. Dieses Beispiel zeigt, wie die Verwendung eines erhöhten Druckes in Gegenwart von Wasser gemäß vorliegender Erfindung zu einer verbesserten Ausbeute an Vinylacetat führt.30 and 48%, respectively. This example shows how to use an increased pressure in the presence of water in accordance with the present invention leads to an improved yield leads to vinyl acetate.
■Sine Mischung aus 60 Teilen Kupfer-III-acetatmonohydratj, 18 Teilen Natriumchlorid und einem Teil Palladium-11-chlorid in 500 Teilen Eisessig und 20 Teilen Wasser wurde bei 600C in Gegenwart von Äthylen bei einem Druck toe. 10 Atmosphären gerührt. Nach 73 Minuten wurde die Sealitionsmisohung abgekühlt. Das Reaktionsprodukt enthielt 5,6 Teile Vinylacetat und 2,5 Teile Acetaldehyd»■ A mixture of 60 parts of copper (III) acetate monohydrate, 18 parts of sodium chloride and one part of palladium-11-chloride in 500 parts of glacial acetic acid and 20 parts of water was toe at 60 ° C. in the presence of ethylene at a pressure. Stirred for 10 atmospheres. After 73 minutes the sealing mixture was cooled. The reaction product contained 5.6 parts of vinyl acetate and 2.5 parts of acetaldehyde »
Die in Beispiel 3 beschriebene Reaktion wurde wiederholt bei verschiedenen Temperaturen. Tabelle 1 zeigt die Temperatur, die Reaktionszeit und die Ausbeute an Vinylacetat, bezogen auf die absorbierte Äthylenmenge *The reaction described in Example 3 was repeated at different temperatures. Table 1 shows the temperature the reaction time and the yield of vinyl acetate, based on the amount of ethylene absorbed *
Eine Mischung aus 60 Teilen Kupfer-III-acetatmonohydrat, ■ 18 Teilen Natriumchlorid und 1 Teil. Palladium-II-chlorid in 520 Teilen einer Mischung aus Eisessig und Wasser wurde bei 96 - 10O0C in Gegenwart von Äthylen bei einem Druck.von 10 Atmosphären gerührt. Tabelle 2 zeigt die Ausbeute an Vinylacetat in Abhängigkeit von der Wasserkonzen-A mixture of 60 parts of copper (III) acetate monohydrate, 18 parts of sodium chloride and 1 part. Palladium-II-chloride in 520 parts of a mixture of glacial acetic acid and water was at 96 - 10 atmospheres stirred 10O 0 C in the presence of ethylene at a Druck.von. Table 2 shows the yield of vinyl acetate as a function of the water concentration
8098Üd/1 14 1 ~7~8098Üd / 1 14 1 ~ 7 ~
tration in der Wasser-Essigsäuremischung. Tabelle 2tration in the water-acetic acid mixture. Table 2
Volumen $water
Volume $
* yield
*
Die in Beispiel 3 beschriebene Reaktion wurde wiederholt bei 1000G mit 4 Teilen Palladium-II-ehlorid anstatt einem Teil. Im Laufe von 60 Minuten wurden 4,9 Teile Äthylen absorbiert. Das Reaktionsprodukt enthielt 9,5 Teile Vinylacetat. Die Ausbeute, bezogen auf absorbiertes Äthylen, betrugThe reaction described in Example 3 was repeated at 100 0 G with 4 parts of palladium-II-chloride instead of one part. 4.9 parts of ethylene were absorbed over the course of 60 minutes. The reaction product contained 9.5 parts of vinyl acetate. The yield based on ethylene absorbed was
Die in Beispiel 3 beschriebene Reaktion wurde wiederholt in Gegenwart von 12 Teilen Natriumacetat. Im Laufe von 60 Minuten wurden 3,2 Teile Äthylen absorbiert. Die Reaktionsmischung enthielt 5,3 Teile Vinylacetat. Die Ausbeute, bezogen auf die absorbierte Äthylenmenge, betrug 54$.The reaction described in Example 3 was repeated in the presence of 12 parts of sodium acetate. In the course of 3.2 parts of ethylene were absorbed in 60 minutes. The reaction mixture contained 5.3 parts vinyl acetate. The yield based on the amount of ethylene absorbed was $ 54.
Eine Mischung aus 110 g wasserfreien Kupfer-III-acetat, 40 g Natriumchlorid, 2 g Palladium-II-chlorid, 1000 g ÜBessig und 10 g Wasser wurde je Stunde in ein gerührtes Reaktionsgefaß mit einer Kapazität von 1 1 eingeführt. Das Reaktionsgefäß wurde bei 1000C gehalten und Äthylen wurde zugeführt mit der Maßgabe, daß ein Druck von 100 lbs./sq.inch aufrechterhalten wurde. Die Reaktionsmischung wurde kontinuierlich aus dem Reaktionsgefäß mit A mixture of 110 g of anhydrous copper (III) acetate, 40 g of sodium chloride, 2 g of palladium (II) chloride, 1000 g of acetic acid and 10 g of water was introduced into a stirred reaction vessel with a capacity of 1 liter per hour. The reaction vessel was maintained at 100 0 C and ethylene was fed with the proviso that a pressure was maintained lbs./sq.inch of 100th The reaction mixture was continuously flowing out of the reaction vessel
44"3-73244 "3-732
einer Geschwindigkeit von etwa 1 1 je Stunde abgezogen.deducted at a rate of about 1 liter per hour.
Die molaren Ausbeuten an Vinylacetat und Acetaldehyd, die bei dieser Methode erhältlich sind, betrugen 40 bzw. 4$ der Theorie, bezogen auf das umgesetzte Äthylen. Die Ausbeute mit Bezug auf Raum und Zeit an Vinylacetat betrug 12 g je Liter je Stunde.The molar yields of vinyl acetate and acetaldehyde obtainable by this method were $ 40 and $ 4, respectively the theory, based on the converted ethylene. The yield in terms of space and time of vinyl acetate was 12 g per liter per hour.
Acetaldehyd und Vinylacetat wurden aus dem Reaktionsprodukt durch fraktionierte Destillation abgetrennt und die restliche verbrauchte Katalysatormischung wurde unter Luft bei 800O unter einem Druck von 100 lbs/sq..inch behandelt, um die Kupfer-II-ionen auf die Kupfer-III-oxydationsstufe aufzuoxydieren.Acetaldehyde and vinyl acetate were separated from the reaction product by fractional distillation and the remaining used catalyst mixture was treated in air at 80 0 O under a pressure of 100 lbs / sq. Inch to reduce the copper (II) ions to the copper (III) oxidation stage to oxidize.
Das Verfahren des vorgehenden Beispiels wurde wiederholt, jedoch wurde die je Stunde zugeführte Wassermehge auf 50 g gesteigert.The procedure of the previous example was repeated, but the amount of water fed in per hour was reduced to 50 g increased.
Die molaren Ausbeuten an Vinylacetat und Acetaldehyd, die unter diesen Bedingungen erhältlich sind, betrugen 60 bzw. 15$ der Theorie, bezogen auf das umgesetzte Äthylen und die Ausbeute pro Raum und Zeit an Vinylacetat betrug 16,0 g je Liter je Stunde.The molar yields of vinyl acetate and acetaldehyde obtainable under these conditions were 60 and 60, respectively. 15 $ of the theory, based on the converted ethylene and the yield per space and time of vinyl acetate was 16.0 g per liter per hour.
Die Ausbeute pro Raum und Zeiteinheit kann gesteigert werden durch Steigerung der Zuführungsgeschwindigkeit der Reaktionsmischung in das Reaktionsgefäß.The yield per unit of space and time can be increased by increasing the feed rate of the reaction mixture into the reaction vessel.
Zum Vergleich ist festzustellen, daß, wenn das Verfahren dieses Beispiels unter atmosphärischem Druck durchgeführt wird* das Hätiptreaktionsprodukt Aeetaldehyd ist und die Ausbeute am Vinyiäeetat weniger als 10$ der Theorie, bezogen auf das umgesetzteFor comparison, it should be noted that if the procedure of this example carried out under atmospheric pressure is * the Hätiptreaktionsprodukt is acetaldehyde and the yield on vinyl acetate less than $ 10 of theory on the implemented
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