DE1493025C3 - A process for the preparation of alkyl adamantanes having 12 to 15 carbon atoms by catalytic isomerization of certain tricyclic perhydroaromatic hydrocarbons having 12 to 15 carbon atoms and interrupting the reaction before the isomerization is complete - Google Patents

A process for the preparation of alkyl adamantanes having 12 to 15 carbon atoms by catalytic isomerization of certain tricyclic perhydroaromatic hydrocarbons having 12 to 15 carbon atoms and interrupting the reaction before the isomerization is complete

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DE1493025C3 DE19651493025 DE1493025A DE1493025C3 DE 1493025 C3 DE1493025 C3 DE 1493025C3 DE 19651493025 DE19651493025 DE 19651493025 DE 1493025 A DE1493025 A DE 1493025A DE 1493025 C3 DE1493025 C3 DE 1493025C3
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Description

3535

Der Kohlenstoffkern des Adamantans enthält Kohlenstoffatome, die vollständig symmetrisch und spannungsfrei angeordnet sind, so daß vier kondensierte, sechsgliedrige Ringe und vier Brückenkopfkohlenstoffatome vorliegen. Die Struktur von Adamantan (C10H16) wird im allgemeinen schematisch wie folgt angegeben:The carbon nucleus of adamantane contains carbon atoms which are arranged completely symmetrically and without tension, so that there are four condensed, six-membered rings and four bridgehead carbon atoms. The structure of adamantane (C 10 H 16 ) is generally given schematically as follows:

.■:■:■■·■■■■: .-.......■. ■: ■: ■■ · ■■■■:.-....... ■

5555

6060

Adamantan hat einen Schmelzpunkt von 268° C, sublimiert unterhalb seines Schmelzpunkts und tritt infolgedessen nicht in flüssigem Zustand auf. Wegen der symmetrischen, spannungsfreien Anordnung der Kohlenstoffatome und der Tatsache, daß infolge der Brückenkopfkohlenstoffatome keine Wasserstoffabspaltung auftreten kann, stellt Adamantan einen außerordentlich stabilen Kohlenwasserstoff dar.Adamantane has a melting point of 268 ° C, sublimes below its melting point and occurs consequently not in a liquid state. Because of the symmetrical, tension-free arrangement of the Carbon atoms and the fact that due to the bridgehead carbon atoms no hydrogen splitting can occur, adamantane is an extremely stable hydrocarbon.

Es sind bereits zahlreiche Derivate des Adamantans bekannt. Auch äthylsubstituierte Adamantane wurden bereits nach klassischen Synthesemethoden hergestellt.Numerous derivatives of adamantane are already known. Ethyl-substituted adamantanes were also used already produced according to classical synthetic methods.

Es war außerdem bereits ein Verfahren zur Umlagerung von dreikernigen perhydrierten aromatischen Kohlenwasserstoffen bekannt, das bei relativ niederer Temperatur von —5 bis +500C in Gegenwart eines Aluminiumhalogenidkatalysators durchgeführt wurde (US-PS 31 28 316). Dieses bekannte Verfahren wurde vor allem zur Herstellung von methylsubstituierten Adamantahen angewendet.It was also already known a method for the rearrangement of perhydrogenated trinuclear aromatic hydrocarbons known, which was carried out at a relatively low temperature of -5 to +50 0 C in the presence of a Aluminiumhalogenidkatalysators (US-PS 31 28 316). This known process was mainly used for the production of methyl-substituted adamantahs.

Der Erfindung liegt dagegen die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur katalytischen Isomerisierung von bestimmten perhydroaromatischen Kohlenwasserstoffen zur Verfügung zu stellen, das zur Bildung von äthylsubstituierten Adamantanen führt.In contrast, the invention is based on the object of a process for the catalytic isomerization of to provide certain perhydroaromatic hydrocarbons that lead to the formation of ethyl-substituted adamantanes.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Alkyladamantanen mit 12 bis 15 Kohlenstoffatomen durch Isomerisierung von Perhydroanthracen, Perhydrobenzonaphthen, Perhydrofluoren, Perhydroacenaphthen, Perhydrophenanthren oder deren Alkylhomologen mit 12 bis 15 Kohlenstoffatomen bei erhöhter Temperatur in Gegenwart eines Isomerisierungskatalysators und unter Unterbrechen der Reaktion vor dem Abschluß der Isomerisierung. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man zur Herstellung von äthylsubstituierten Adamantanen die Umsetzung in Gegenwart eines HF—BF3-Katalysators bei 50 bis 200° C so lange durchführt, bis wenigsten der größere Anteil des perhydrierten aromatischen Kohlenwasserstoffs in Kohlenwasserstoffe mit Adamantanstruktur übergeführt ist, die Reaktion jedoch unterbricht, bevor die Isomerisierung eines größeren Anteils der Alkyladamantane zu Polymethyladamantanen erfolgt ist, und daß man während der Reaktion ein Gewichtsverhältnis von Perhydroaromaten zu HF von 2 bis 20:1 und ein Molverhältnis von HF:BF3 von 1:1 bis 50:1 einhält.The invention relates to a process for the preparation of alkyl adamantanes having 12 to 15 carbon atoms by isomerizing perhydroanthracene, perhydrobenzonaphthene, perhydrofluoren, perhydroacenaphthene, perhydrophenanthrene or their alkyl homologues having 12 to 15 carbon atoms at elevated temperature in the presence of an isomerization catalyst and interrupting the reaction before completion of isomerization. The process is characterized in that, for the preparation of ethyl-substituted adamantanes, the reaction is carried out in the presence of an HF-BF 3 catalyst at 50 to 200 ° C. until at least the greater proportion of the perhydrogenated aromatic hydrocarbon has been converted into hydrocarbons with an adamantane structure, However, the reaction is interrupted before the isomerization of a larger proportion of the alkyl adamantanes to polymethyladamantanes has taken place, and that during the reaction a weight ratio of perhydroaromatics to HF of 2 to 20: 1 and a molar ratio of HF: BF 3 of 1: 1 to 50 : 1 complies.

Im allgemeinen sind Perhydroaromaten, wie sie erfindungsgemäß als Ausgangsverbindungen verwendet werden, nicht leicht verfügbar. Jedoch können die entsprechenden aromatischen Kohlenwasserstoffe aus Quellen wie Direktdestillaten, gecrackten Erdölfraktionen oder Kohleteer erhalten werden.In general, perhydroaromatics are used as starting compounds according to the invention not readily available. However, the corresponding aromatic hydrocarbons can be made from Sources such as direct distillates, cracked petroleum fractions or coal tar can be obtained.

Demnach können derartige Aromaten als geeignetes Ausgangsmaterial herangezogen werden, und sie können leicht in Perhydroaromaten für die Zwecke des vorliegenden Verfahrens durch vollständige Hydrierung unter Verwendung eines geeigneten Katalysators umgewandelt werden. Ein für diese Zwecke geeigneter Katalysator ist Raney-Nickel. Geeignete Hydrierungsbedingungen sind bei Verwendung dieses Katalysators ein Temperaturbereich von 200 bis 275° C, ein Wasserstoffdruck von 140,6 bis 281,2 kg/cm2 über Atmosphärendruck, ein Gewichtsverhältnis von Katalysator zu Kohlenwasserstoff von 1:4 bis 1:20 und eine Reaktionszeit von 2 bis 12 Stunden. Andere hierfür geeignete Katalysatoren sind z. B. Platin, Kobaltmolybdat, Nickelwolframat oder Nickelsulfid—Wolframsulfid, wobei diese Hydrierungskomponenten auf Aluminiumoxid niedergeschlagen sind. Platinreformierungskatalysatoren, die im Handel zur Verfügung stehen, können ebenfalls für diesen Zweck verwendet werden. Diese anderen Katalysatoren werden im allgemeinen bei dem gleichen Druck, aber bei höheren Temperaturen als für Raney-Accordingly, such aromatics can be used as a suitable starting material and they can easily be converted to perhydroaromatics for the purposes of the present process by complete hydrogenation using a suitable catalyst. A catalyst suitable for this purpose is Raney nickel. Suitable hydrogenation conditions when using this catalyst are a temperature range of 200 to 275 ° C., a hydrogen pressure of 140.6 to 281.2 kg / cm 2 above atmospheric pressure, a weight ratio of catalyst to hydrocarbon of 1: 4 to 1:20 and a reaction time from 2 to 12 hours. Other suitable catalysts are, for. B. platinum, cobalt molybdate, nickel tungstate or nickel sulfide — tungsten sulfide, these hydrogenation components being deposited on aluminum oxide. Commercially available platinum reforming catalysts can also be used for this purpose. These other catalysts are generally used at the same pressure, but at higher temperatures than for Raney

e
e
•s
is
e
e
• s
is

Nickel, z. B. bei 300 bis 4000C, verwendet, um die vollständige Hydrierung des aromatischen Kohlenwasserstoffs zu erreichen.Nickel, e.g. B. at 300 to 400 0 C, used to achieve the complete hydrogenation of the aromatic hydrocarbon.

Die als Ausgangsmaterial für die Isomerisierung verwendeten Aromaten können auch nichtcyclische Substituenten, wie Methyl- und/oder Äthylgruppen sowie olefinische oder acetylenische Gruppen enthalten und können auch in Form eines Gemisches eingesetzt werden. <The aromatics used as starting material for the isomerization can also be non-cyclic Substituents such as methyl and / or ethyl groups and olefinic or acetylenic groups and can also be used in the form of a mixture. <

Um die gewünschten äthylsubstituierten Produkte zu erhalten, ist es außerordentlich wichtig, die Reaktion in der richtigen Stufe zu unterbrechen, da sonst die Hauptprodukte Dimethyladamantan, Trimethyladamantan, Tetramethyladamantan oder Pentamethyladamantan darstellen, bei denen die Methylgruppen hauptsächlich an den Brückenkopfkohlenstoffatomen im Adamantankern ersetzt sind. Wenn die Reaktion an der entsprechenden Stufe unterbrochen wird, werden im allgemeinen mehr als 40% des Reaktionsprodukts Adamantane mit einem einzigen Äthylsubstituenten und 0 bis 3 Methylsubstituenten sein, je nach der Anzahl an Kohlenstoffatomen im Ausgangsperhydroaromaten. Die Substitution des Adamantankerns erfolgt größtenteils an den Brückenkohlenstoffatomen, doch können sich auch kleinere Mengen Methyl- oder Äthylgruppen an den Nicht-Brückenkohlenstoffatomen befinden. Demnach können die folgenden Verbindungen als Hauptprodukte der Isömerisierungsreaktion erhalten werden:In order to obtain the desired ethyl-substituted products, it is extremely important to carry out the reaction interrupt at the right level, otherwise the main products dimethyladamantane, trimethyladamantane, Represent tetramethyladamantane or pentamethyladamantane, in which the methyl groups are replaced mainly at the bridgehead carbon atoms in the adamantine core. When the reaction is interrupted at the corresponding stage, generally more than 40% of the reaction product adamantanes with a single ethyl substituent and 0 to 3 methyl substituents depending on the number of carbon atoms in the starting perhydroaromatic. The substitution of the adamantane core occurs largely on the bridging carbon atoms, but can separate there are also smaller amounts of methyl or ethyl groups on the non-bridging carbon atoms. Accordingly, the following compounds can be obtained as the main products of the isomerization reaction will:

aus C12-Perhydroaromatenfrom C 12 perhydroaromatics

1-Äthyladamantan,
aus C13-Perhydroaromaten
1-ethyladamantane,
from C 13 perhydroaromatics

1-Methyl-3-äthyladamantan,
aus C14-Perhydroaromaten
1-methyl-3-ethyladamantane,
from C 14 perhydroaromatics

1 ,S-Dimethyl-S-äthyladamantan,
aus C15-Perhydroaromaten
1, S-dimethyl-S-ethyladamantane,
from C 15 perhydroaromatic compounds

l,3,5-Trimethyl-7-Äthyladamantan.1,3,5-trimethyl-7-ethyladamantane.

3030th

3535

4040

4545

Die Isömerisierungsreaktion wird lediglich eingeleitet durch Berührung des perhydroaromatischen Kohlenstoffs mit dem HF—BF3-Katalysator bei einer Temperatur von 50 bis 200° C, vorzugsweise von 70 bis 150° C und insbesondere bei 75 bis 125° C. Als Verdünnungsmittel für den Perhydroaromaten kann gegebenenfalls ein gesättigter Kohlenwasserstoff verwendet werden, doch ist dies im allgemeinen nicht erforderlich. Wenn man ein Verdünnungsmittel verwendet, handelt es sich vorzugsweise um ein Alkylnaphthalin wie Methylcyclohexan oder Dimethylcyclohexan. Das Gewichtsverhältnis von Perhydroaromat zu HF soll im Bereich von 2 bis 20:1 liegen. Das Molverhältnis von HF:.BF3 soll im Bereich, von 1:1 bis 50:1 gehalten werden. Der wirksame Katalysator ist offensichtlich ein Komplex, der zwischen HF und BF3 gebildet worden ist. Die Drücke in der Reaktionszorie können stark schwankende nach der Temperatur und der Menge an BF3, die verwendet worden ist. Bevorzugt werden Drücke im Bereich von 15,1 bis 57,2 kg/cm2. ' ' ; The isomerization reaction is only initiated by contacting the perhydroaromatic carbon with the HF-BF 3 catalyst at a temperature from 50 to 200 ° C., preferably from 70 to 150 ° C. and in particular at 75 to 125 ° C. As a diluent for the perhydroaromatic a saturated hydrocarbon can optionally be used, but this is generally not necessary. If a diluent is used, it is preferably an alkyl naphthalene such as methylcyclohexane or dimethylcyclohexane. The weight ratio of perhydroaromatic to HF should be in the range from 2 to 20: 1. The molar ratio of HF: .BF 3 should be kept in the range from 1: 1 to 50: 1. The effective catalyst is apparently a complex formed between HF and BF 3. The pressures in the reaction zone can vary widely depending on the temperature and the amount of BF 3 that has been used. Pressures in the range from 15.1 to 57.2 kg / cm 2 are preferred. '';

Die Reaktionszeit für die Isömerisierungsreaktion kann stark schwanken, je nach der Temperatur und auch nach dem Verhältnis an HF^-BF3-Katalysatorkomplex im Verhältnis zur zugeführten Menge an Perhydroaromaten. Infolgedessen kann die Reaktionszeit zwischen 5 Minuten und 100 Stunden liegen. Bei Reaktionstemperaturen im bevorzugten Bereich von 75 bis 125° C liegt die Reaktionszeit im allgemeinen bei 3 bis 24 Stunden.The reaction time for the isomerization reaction can vary widely, depending on the temperature and also on the ratio of HF ^ -BF 3 -catalyst complex in relation to the amount of perhydroaromatic compounds supplied. As a result, the reaction time can be between 5 minutes and 100 hours. At reaction temperatures in the preferred range from 75 to 125 ° C., the reaction time is generally from 3 to 24 hours.

Der Reaktionsmechanismus für die Umsetzung, welche durch HF-BF3 katalysiert wird, umfaßt mehrere Isomerisierungen, bei denen die Endprodukte Polymethyladamantane darstellen würden, wenn die Reaktion zu lang ablaufen würde. Die äthylsubstituierten Adamantane repräsentieren eine Zwischenstufe bei der Gesamtisomerisierurigjes ist infolge^ dessen wichtig, daß die Reaktion an dieser Stufe unterbrochen wird. Wenn das Ausgangsmaterial ein anderer C12-Perhydroaromat als Perhydroacenaphthen ist, so erfolgt bei der 1. Stufe eine Isomerisierung zum Perhydroacenaphtheri, welches die oben angegebene Struktur hat. Bei der weiteren Isomerisierung wird diese Verbindung in das Äthyladamantan überführt. Es hat den Anschein, daß das zuerst gebildete Äthyladamantan das 2-Isomer ist, d.h., bei dem.die Äthylgruppe sich an keinem Brücken-Kohlenstöffatom befindet: Jedoch wird dieses 2-Isömer offensichtlich rasch zum 1-Äthyl-adamäntah isomerisiert, so daß als praktische Folge das 1-Isomer stets vorzüherrschen scheint gegenüber dem 2-Isomer im Reäktionsprodukt. Eine zusätzliche Isomerisierung führt zur Umwandlung des Äthyladaniantans in Dimethyladamantan, welches zu Beginn eine Mischung zweier Isomerer, nämlich des 1,2- und des 1,4-Dimethyl-. adamantane, zu sein scheint. Wenn man"die Reaktion weiterlaufen läßt, werden sich diese Verbindungen zu dem vollständig ari Brücken-Kohlenstoffatomen substituierten Isomer, also dem i,3-Dimethyladamantän, isomerisiereri, welches das thermodynamisch begünstigte Isomer ist und somit das Endprodukt darstellt, wenn man die Isomerisierung vollständig ablaufen läßt. Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung wird die Reaktion vor Beendigung der isomerisierung unterbrochen; so daß die Herstellung von Äthyladamantan, hauptsächlich von 1-Äthyladamantan, zu einem Maximum geführt werden kann. Das Äthyladamantan kann aus den anderen Reaktionsprodukten durch Destillation unter guten Fraktionierungsbedingungen isoliert werden. The reaction mechanism for the reaction, which is catalyzed by HF-BF 3 , comprises several isomerizations in which the end products would be polymethyladamantanes if the reaction were to take too long. The ethyl-substituted adamantanes represent an intermediate stage in the overall isomerization, as it is important that the reaction be interrupted at this stage. If the starting material is a C 12 perhydroaromatic compound other than perhydroacenaphthene, isomerization to perhydroacenaphthene, which has the structure given above, takes place in the first stage. During the further isomerization, this compound is converted into ethyl adamantane. It appears that the ethyl adamantane formed first is the 2-isomer, i.e. in which the ethyl group is not located on any bridging carbon atom: However, this 2-isomer is obviously isomerized rapidly to the 1-ethyl-adamantah, so that as practical consequence the 1-isomer always seems to predominate over the 2-isomer in the reaction product. An additional isomerization leads to the conversion of Äthyladaniantans into dimethyladamantan, which is a mixture of two isomers, namely 1,2- and 1,4-dimethyl- at the beginning. adamantane, appears to be. If the reaction is allowed to continue, these compounds will be isomerized to the isomer which is completely substituted by the bridging carbon atoms, i.e. the 1,3-dimethyladamantene, which is the thermodynamically favored isomer and thus the end product when the isomerization is complete In carrying out the present invention, the reaction is interrupted before the isomerization is complete, so that the production of ethyl adamantane, mainly 1-ethyl adamantane, can be maximized. The ethyl adamantane can be isolated from the other reaction products by distillation under good fractionation conditions will.

Im Falle des tricyclischen perhydroaromatischen C13-C15-Ausgangsmäteriais ist der erste Typ, der sich bei der Isomerisierung bildet, eine Verbindung vom Typ des Perhydropeririaphthens' (auch bekannt als. Perhydrobenzonaphthen und Perhydrophenalen). Somit hat der Kern an dieser 1. Reäktionsstüfe die folgende Strukturformel: .·..'■.In the case of the starting C 13 -C 15 tricyclic perhydroaromatic material, the first type to be formed upon isomerization is a compound of the perhydropeririaphthene type (also known as perhydrobenzonaphthene and perhydrophenals). Thus the kernel at this 1st reaction stage has the following structural formula:. · .. '■.

Wenn der als Ausgängsmaterial dienende Perhydroaromat 13 Kohlenstoffatome besitzt, so ist. das'zuerst gebildete Isomerisierüngsprödukt Perhydroperinaphthen selbst. In analoger Weise ist das erste Re^ktionsprodukt eines C^-AüsgahgSmateriais Methylperhydröperinaphthen, während das entsprechende Produkt eines Cis-AuSgängsmäteriars Dimethylperhydroperinaphthen ist. Die weitere isomerisierung führt dann zu einem Ädamanfänkerri, an dem eine Äthylgruppe und eine, zwei oder drei Methylgruppen; hängen, je nach.der Anzahl der Kohlenstoffatome im Ausgangsmaterial. Die Äthylgruppe scheint zu BeginnIf the perhydroaromatic used as the starting material Has 13 carbon atoms, so is. that's first Isomerization product formed is perhydroperinaphthene itself. The first reaction product is analogous of a C ^ -ausgahgSmateriais Methylperhydröperinaphthen, while the corresponding product of a cis-starting material dimethylperhydroperinaphthene is. The further isomerization then leads to a Ädamanfänkerri, on which one Ethyl group and one, two or three methyl groups; depend, depending on the number of carbon atoms in the Source material. The ethyl group appears at the beginning

an einem Kohlenstoffatom zu sitzen, welches keine Brücke bildet, doch wird sie rasch in eine Brückenstellung isomerisiert. Die eine Methylgruppe aus einem C^-Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial und die beiden Methylgruppen im Falle eines C14-AuS-gangsmaterials neigen dazu, vorzugsweise an Brükkenkohlenstoffatomen aufzutreten. So wird Tür ein C13 -Ausgangsmaterial 1 -Methyl-3-äthyladamantan erzeugt, während aus einer C14-Charge 1,3-Dimethyl-5-äthyladamantan hervorgeht. Im Falle der C15-Perhydroaromaten werden eine Äthylgruppe und 3 Methylgruppen gebildet, wobei sich wiederum die bevorzugten Substituentenstellungen an den 4 Brükken-Kohlenstoffatomen befinden. Bei all diesen Isomerisierungsvorgängen sollte die Reaktion an der geeigneten Stufe unterbrochen werden, um die Ausbeute des äthylsubstituierten Produkts zu einem Maximum zu führen, da sonst die Äthylgruppe in 2 Methylgruppen überführt wird und man PoIymethyladamantane erhält. Im Falle des C15-Materials wandelt eine zu lange Reaktion nicht nur das Dimethyläthyladamantan in das 1,2,3,5,7-Pentamethyladamantan um, sondern sie neigt auch zu einer Krackung.sitting on a non-bridging carbon atom, but it is quickly isomerized to a bridging position. The one methyl group from a C 1-4 hydrocarbon starting material and the two methyl groups in the case of a C 14 starting material tend to occur preferentially on bridging carbon atoms. For example, a C 13 starting material 1-methyl-3-ethyladamantane is produced, while a C 14 charge produces 1,3-dimethyl-5-ethyladamantane. In the case of the C 15 perhydroaromatic compounds, an ethyl group and 3 methyl groups are formed, the preferred substituent positions again being on the 4 bridging carbon atoms. In all of these isomerization processes, the reaction should be interrupted at the appropriate stage in order to maximize the yield of the ethyl-substituted product, otherwise the ethyl group is converted into 2 methyl groups and polymethyladamantanes are obtained. In the case of the C 15 material, too long a reaction not only converts the dimethylethyladamantane into the 1,2,3,5,7-pentamethyladamantane, but also tends to crack.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten äthylsubstituierten Adamantane besitzen eine hohe thermische Stabilität, sie treten für gesättigte Kohlenwasserstoffe in einem ungewöhnlich breiten Temperaturbereich als Flüssigkeiten auf. Sie sind infolgedessen nützlich als spezielle Kühlmittel und Schmiermittel.,Vergleichsweise hat z. B. 1-Äthyladamantan einen Schmelz- bzw. Siedepunkt von —60 bzw. 219° C, während die entsprechenden Werte für sein Isomer, 1,3-Dimethyladamantan, etwa —30 bzw. 205° C sind. Die Schmelz- und Siedepunkte für 1,3-Dimethyl-5-äthyladamantan sind unter — 80 bzw. 235° C, während die entsprechenden Werte für sein Isomer, 1,3,5,7-Tetramethyladamantan, etwa 67 und 215° C sind.The ethyl-substituted adamantanes produced by the process according to the invention have high thermal stability, they occur for saturated hydrocarbons in an unusually broad range Temperature range as liquids. They are useful as specialty coolants and as a result Lubricant., Comparatively, e.g. B. 1-Ethyladamantane a melting or boiling point of -60 or 219 ° C, while the corresponding values for its isomer, 1,3-dimethyladamantane, about -30 or 205 ° C. The melting and boiling points for 1,3-dimethyl-5-ethyladamantane are below - 80 or 235 ° C, while the corresponding values for its isomer, 1,3,5,7-tetramethyladamantane, about 67 and 215 ° C.

Beispiel 1example 1

Acenaphthen wird in Methylcyclohexan gelöst und dann bei 246° C unter einem Wasserstoffdruck von 36,2 kg/cm2 mit Hilfe eines l%igen Platin-Aluminiumoxyd-Katalysators zu Perhydroacenaphthen (C12H20) hydriert. Nach Entfernung des größten Teils des Methylcyclohexans durch Destillation werden 520 g Perhydroacenaphthen, welches 3,3% restliches Methylcyclohexan enthält, einem Autoklav zugeführt, der mit einer Rührvorrichtung versehen ist. Es werden 70 g wasserfreies HF zugegeben und der Autoklav mit 30 g BF3 unter Druck gesetzt. Wenn das Reaktionsgemisch auf 31° C erwärmt ist, wird es bei dieser Temperatur etwa 3 Stunden gerührt, wobei praktisch keine Reaktion eintritt. Die Mischung wird dann erhitzt und in einem Temperaturbereich von 65 bis 85° C belassen, hauptsächlich in der Gegend von 82° C, im Verlauf von 6,3 Stunden unter Rühren.Acenaphthene is dissolved in methylcyclohexane and then hydrogenated at 246 ° C. under a hydrogen pressure of 36.2 kg / cm 2 with the aid of a 1% platinum-aluminum oxide catalyst to give perhydroacenaphthene (C 12 H 20 ). After most of the methylcyclohexane has been removed by distillation, 520 g of perhydroacenaphthene, which contains 3.3% residual methylcyclohexane, are fed to an autoclave which is provided with a stirrer. 70 g of anhydrous HF are added and the autoclave is pressurized with 30 g of BF 3. When the reaction mixture has been heated to 31 ° C., it is stirred at this temperature for about 3 hours, with virtually no reaction occurring. The mixture is then heated and maintained in a temperature range of 65 to 85 ° C, mainly in the region of 82 ° C, for 6.3 hours with stirring.

Die Reaktion wird dann abgebrochen, und die Kohlenwasserstoffschicht wird von der Katalysatorschicht abgetrennt und zur Entfernung von Katalysatorrückständen gewaschen. Das Kohlenwasserstoffprodukt wird durch Abtrennung der Komponenten mit Hilfe der Dampfphasenchromatographie analysiert; die Hauptkomponenten werden durch kernmagnetische Resonanz, Infrarot- und Massenspektroskopie sowie durch Kohlenstoff- und Wasserstoffanalysen bestimmt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.The reaction is then stopped and the hydrocarbon layer is removed from the catalyst layer separated and washed to remove catalyst residues. The hydrocarbon product is analyzed by separating the components with the aid of vapor phase chromatography; the main components are determined by nuclear magnetic resonance, infrared and mass spectroscopy as well as determined by carbon and hydrogen analyzes. The results are in the following Table compiled.

MethylcyclohexanMethylcyclohexane ChargeBatch ReaktionsReaction 0,60.6 JJ IsodekalineIsodecaline «%)«%) produktproduct 20,120.1 1,3-Dimethyladamantan1,3-dimethyladamantane 3,33.3 12,312.3 IOIO 1,2- und 1,4-Dimethyl-1,2- and 1,4-dimethyl — .-. adamantan*)adamantan *) - 3,23.2 Nicht identifiziertesUnidentified - C12-AdamantanC 12 adamantane 48,948.9 1515th 1-Äthyladamantan1-ethyladamantane - 14,914.9 2-Äthyladamantan2-ethyladamantane - PerhydroacenaphthenPerhydroacenaphthene - 100,0100.0 - 2020th 96,796.7 100,0100.0

*) Die beiden Isomere treten in annähernd gleichen Mengen auf.*) The two isomers occur in approximately the same amounts.

Die Werte in der Tabelle zeigen, daß bei dieser Reaktionsführung die beiden Äthyladamantane das Hauptprodukt darstellen und daß davon das an einem Brücken - Kohlenstoffatom substituierte Isomer (1-Äthyladamantan) weitaus überwiegend entsteht.The values in the table show that the two ethyladamantanes in this reaction procedure Represent the main product and that of them represent the isomer substituted on a bridging carbon atom (1-ethyladamantane) arises by far predominantly.

Beispiel 2Example 2

Perhydrophenanthren wird durch Hydrieren von Phenanthren nach im wesentlichen dem gleichen Verfahren wie im Beispiel 1 hergestellt. Es werden zwei Ansätze durchgeführt, in denen das hydrierte Produkt im Gemisch mit einer kleinen Menge Methylcyclohexan isomerisiert wird. Ein Ansatz wird bei hauptsächlich etwa 90° C 3 Stunden lang und der andere im wesentlichen bei etwa 100° C 8 Stunden lang durchgeführt. Beim Aufarbeiten und Analysieren der Produkte wie im vorhergehenden Beispiel wurden die folgenden Ergebnisse erzielt:Perhydrophenanthrene is made by hydrogenating phenanthrene by essentially the same procedure produced as in example 1. Two approaches are carried out in which the hydrogenated product is isomerized in a mixture with a small amount of methylcyclohexane. One approach is mainly at about 90 ° C for 3 hours and the other substantially at about 100 ° C for 8 hours accomplished. When working up and analyzing the products as in the previous example achieved the following results:

Reaktionstemperatur (° C) .. 90 100Reaction temperature (° C) .. 90 100

Reaktionszeit (Std.) 3 8Response time (hours) 3 8

Kohlenwasserstoffcharge:Hydrocarbon charge:

Perhydrophenanthren (g) 527 311Perhydrophenanthrene (g) 527 311

Methylcyclopentan (g) ... 13 13Methylcyclopentane (g) ... 13 13

Katalysator:Catalyst:

HF (g) 32 100HF (g) 32 100

BF3 (g) 35 35BF 3 (g) 35 35

Flüssiges Reaktionsprodukt:Liquid reaction product:

Methylcyclohexan 1,9 4,0Methylcyclohexane 1.9 4.0

C8-Naphthen keines SpurenNo traces of C 8 naphthene

C9-Naphthen keines 1,7C 9 naphthene none 1.7

Qo-Naphthen keines 0,6Qo-naphthene none 0.6

Methyladamantane Spuren 1,7Methyladamantane traces 1.7

1,3,5,7-Tetramethyladamantan 0,5 5,61,3,5,7-tetramethyladamantane 0.5 5.6

Andere Tetramethyl-Other tetramethyl

adamantane 3,8 2,3adamantane 3.8 2.3

1,3-Dimethyl-5-äthyl-1,3-dimethyl-5-ethyl

adamantan 11,4 59,3adamantan 11.4 59.3

Nicht identifizierteUnidentified

Adamantane 11,0 10,1Adamantanes 11.0 10.1

Methylperhydroperi-Methyl perhydroperi-

naphthen 50,5naphthene 50.5

Perhydroanthracen 17,6Perhydroanthracene 17.6

Perhydrophenanthren.... 3,3Perhydrophenanthrene .... 3.3

9,0
4,0
1,7
9.0
4.0
1.7

Die in der Tabelle enthaltenen Werte zeigen, daß für den bei 90° C durchgeführten Ansatz eine Reaktionszeit von 3 Stunden nicht ausreicht, um den eingesetzten C14-Perhydroaromaten bis zu der Stufe zu isomerisieren, bei der das Dimethyläthyladamantan das Hauptprodukt darstellt. Dieser Ansatz repräsen- -iiert eine frühere Stufe der Isomerisierung, bei der das Hauptprodukt die Perhydroperinaphthenstruktur besitzt. Der andere, bei einer etwas höheren Temperatur und einer längeren Reaktionszeit durchgeführte Ansatz gibt die Isomerisierungsstufe wieder, bei der das Dimethyläthyladamantan annähernd als Hauptprodukt anfällt, wie sich aus der Ausbeute von 59,3% l,3-Dimethyl-5-äthyladamantan ersehen läßt.The values in the table show that for the batch carried out at 90 ° C., a reaction time of 3 hours is not sufficient to isomerize the C 14 perhydroaromatic compound used up to the stage at which dimethylethyladamantane is the main product. This approach represents an earlier stage of isomerization in which the main product has the perhydroperinaphthene structure. The other approach, carried out at a slightly higher temperature and a longer reaction time, shows the isomerization stage in which the dimethylethyladamantane is obtained almost as the main product, as can be seen from the yield of 59.3% 1,3-dimethyl-5-ethyladamantane.

Die vorhergehenden Beispiele erläutern die Darstellung von äthylsubstituierten Adamantanen mit 12 bzw. 14 Kohlenstoffatomen. In gleicher Weise können äthylsubstituierte Adamantane mit 13 und 15 Kohlenstoffatomen aus den eingangs aufgeführten tricyclischen Perhydroaromaten des C13- und C15-Typs hergestellt werden. Jedes dieser äthylsubstituierten Produkte kann von dem begleitenden Isomer durch Superfraktionierung abgetrennt und in hoher Reinheit isoliert werden.The preceding examples explain the preparation of ethyl-substituted adamantanes with 12 or 14 carbon atoms. In the same way, ethyl-substituted adamantanes with 13 and 15 carbon atoms can be prepared from the tricyclic perhydroaromatics of the C 13 and C 15 type listed at the outset. Each of these ethyl-substituted products can be separated from the accompanying isomer by superfractionation and isolated in high purity.

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Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Herstellung von Alkyladamantanen mit 12 bis 15 Kohlenstoffatomen durch Isomerisierung von Perhydroanthracen, Perhydrobenzonaphthen, Perhydrofluoren, Perhydroacenaphthen, Perhydrophenanthren oder deren Alkylhomologen mit 12 bis 15 Kohlenstoffatomen bei erhöhter Temperatur in Gegenwart eines Isomerisierungskatalysators und unter Unterbrechen der Reaktion vor dem Abschluß der Isomerisierung, dadurch gek.ennzeichnet, daß man zur Herstellung von äthylsubstituierten Adamantanen die Umsetzung in Gegenwart eines HF—BF3-Katalysators bei 50 bis 2000C so lange durchführt, bis wenigstens der größere Anteil des perhydrierten aromatischen Kohlenwasserstoffes in Kohlenwasserstoffe mit Adamantanstruktur übergeführt ist, die Reaktion jedoch unterbricht, bevor die Isomerisierung eines größeren Anteils der Alkyladamantane zu Polymethyladamantanen erfolgt ist, und daß man während der Reaktion ein Gewichtsverhältnis von Perhydroaromaten zu HF von 2 bis 20:1 und ein Molverhältnis von HF:BF3 von 1:1 bis 50:1 einhält.1. Process for the preparation of alkyl adamantanes with 12 to 15 carbon atoms by isomerization of perhydroanthracene, perhydrobenzonaphthene, perhydrofluoren, perhydroacenaphthene, perhydrophenanthrene or their alkyl homologues with 12 to 15 carbon atoms at elevated temperature in the presence of an isomerization catalyst and with interruption of the reaction before the completion of the isomerization, characterized gek.ennzeichnet, wherein the reaction for the preparation of äthylsubstituierten adamantanes 3 catalyst as long as carried out in the presence of a HF-BF at 50 to 200 0 C, until at least the greater proportion of perhydrogenated aromatic hydrocarbon is converted into hydrocarbons with adamantane which However, the reaction is interrupted before the isomerization of a larger proportion of the alkyl adamantanes to polymethyladamantanes has taken place, and that during the reaction a weight ratio of perhydroaromatic to HF of 2 to 20: 1 and a molar ratio of HF : Complies with BF 3 from 1: 1 to 50: 1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung bei 70 bis 150° C, insbesondere bei 75 bis 125° C, durchführt.2. The method according to claim 1, characterized in that the reaction is carried out at 70 to 150 ° C, in particular at 75 to 125 ° C carried out.
DE19651493025 1964-04-13 1965-02-09 A process for the preparation of alkyl adamantanes having 12 to 15 carbon atoms by catalytic isomerization of certain tricyclic perhydroaromatic hydrocarbons having 12 to 15 carbon atoms and interrupting the reaction before the isomerization is complete Expired DE1493025C3 (en)

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