DE1568350B1 - Verfahren zur Herstellung von Aldehyden bzw.Ketonen durch Oxydation von olefinischen Verbindungen mit Thallium(III)-salzloesung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Aldehyden bzw.Ketonen durch Oxydation von olefinischen Verbindungen mit Thallium(III)-salzloesungInfo
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- DE1568350B1 DE1568350B1 DE1966C0040766 DEC0040766A DE1568350B1 DE 1568350 B1 DE1568350 B1 DE 1568350B1 DE 1966C0040766 DE1966C0040766 DE 1966C0040766 DE C0040766 A DEC0040766 A DE C0040766A DE 1568350 B1 DE1568350 B1 DE 1568350B1
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Description
die Salze der meisten anderen Metalle, unter anderem auch die Thalliumsalze, eingehend daraufhin untersucht,
ob sie in ähnlicher Weise bei einem derartigen Verfahren eingesetzt werden könnten.
So ist in »Tetrahedron Letters«, 1962, S. 1155 bis
1159, die Oxydation von verschiedenen Olefinkohlenwasserstoffen
mit Hilfe von Thallium(IH)-salzen beschrieben. Dabei entstehen als Endprodukte ver
zielt werden, gehören zu den wichtigsten Umsetzungen io nicht gar in allen Fällen im wesentlichen nur ein
der chemischen Verfahrenstechnik. Das in neuerer einziges Oxydationsprodukt entsteht, so daß die Kost-Zeit
in die Technik eingeführte Wacker-Verfahren be- spieligkeit und Schwierigkeit der Abtrennung dieses
ruht z. B. zum Teil auf der Oxydation eines Olefins, Produktes von den anderen Bestandteilen des Reakbesonders
Äthylen, mit einer wäßrigen Palladiumsalz- tionsgemisches vermieden wird und bei dem das
lösung unter Bildung eines Aldehyds oder Ketons 15 gewünschte Produkt schnell und in hoher Ausbeute
in hoher Ausbeute und zum Teil auf der Rückoxy- anfällt.
dation des dabei entstehenden elementaren Palla- Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten
diums mit molekularem Sauerstoff in Gegenwart Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
eines Kupfersalzes als Katalysator, wodurch das für Umsetzung mit normalerweise flüssigen olefinischen
die weitere Oxydation des Olefins erforderliche Palla- 20 Verbindungen und einer sauren wäßrigen Lösung
diumsalz regeneriert wird. Wie zu erwarten, hat man eines Thallium(III)-salzes durchgeführt wird, das mit
dem entsprechenden Thallium(I)-salz kein schwerlösliches Komplexsalz bildet, wobei das Thalliumsalz
im einwertigen und dreiwertigen Zustand in verdünn-25 ter wäßriger Säure bei 3O0C eine Löslichkeit von
mindestens 4 g in 100 g Lösung aufweist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können Ausbeuten an den gewünschten Oxydationsprodukten
von 50 bis 90% und mehr erzielt werden, und die
wickelt zusammengesetzte Gemische aus gesättigten 30 Produkte lassen sich leicht aus dem Reaktionsgemisch
und ungesättigten ein-und mehrwertigen Alkoholen, isolieren, wenn man sich der weiteren erfindungs-Estern
derselben, Ketonen bzw. Aldehyden, die sich gemäßen Maßnahme bedient, weitere Mengen der zu
schwer voneinander trennen lassen. Ketone bzw. oxydierenden olefinischen Verbindung als Extrak-Aldehyde
entstehen dabei in so niedrigen Ausbeuten, tionsmittel zu verwenden. Der dabei erhaltene Extrakt
daß das Verfahren nicht nur technisch unwirtschaft- 35 kann als Ausgangsgut für die nachfolgende Oxydation
lieh, sondern sogar als Herstellungsmethode im Labo- mit regenerierter Thallium(III)-salzlösung verwendet
ratorium unbrauchbar ist. werden.
Die USA.-Patentschrift 3 048 636 beschreibt die Es wird angenommen, daß die erfindungsgemäße
Oxydation von Olefinen mit sauren wäßrigen Lö- Anwendung eines stöchiometrischen Überschusses an
sungen von Thallium(III)-salzen, wobei die Thallium- 4° der Olefinverbindung über die nach der Gleichung
salze in äquimolarer Menge mit dem Olefin eingesetzt
werden müssen. Hierbei entstehen aber in erster
Linie Glykole, während sich Aldehyde bzw. Ketone
nur in untergeordneten Mengen bilden.
werden müssen. Hierbei entstehen aber in erster
Linie Glykole, während sich Aldehyde bzw. Ketone
nur in untergeordneten Mengen bilden.
In den bekanntgemachten Unterlagen des belgi- 45
sehen Patents 571 902 ist die Oxydation von Äthylen
zu Acetaldehyd und Essigsäure unter Verwendung
von sauren wäßrigen Lösungen von Salzen von Metallen mit verschiedenen Wertigkeiten, wie Salzen von
Kupfer, Eisen, Kobalt, Nickel, Mangan, Quecksilber, 5° aus schwer voneinander trennbaren Produkten und Cer, Titan, Uran, Wismut, Thallium, Zinn, Blei, zu einem unnötig hohen Verbrauch des als Oxyda-Chrom, Molybdän, Vanadium oder Antimon, be- tionsmittels dienenden Thallium(III)-salzes führt. Ferschrieben. Dabei kann die Oxydation entweder durch ner wurde gefunden, daß die Anwesenheit des Uber-Einleiten von Sauerstoff bzw. Luft vorgenommen wer- Schusses der olefinischen Verbindung eine schnelle den, wobei die Salze der mehrwertigen Metalle als 55 und scharfe Trennung der Gesamtmenge des organi-Redox-Katalysatoren wirken, oder sie kann ohne sehen Materials von der wäßrigen Phase zur Folge Sauerstoffzufuhr durch die höhere Wertigkeitsstufe hat, wodurch die Gewinnung des Endproduktes bedes Metallsalzes erfolgen und das dabei reduzierte deutend erleichtert und wirksamer gestaltet wird, und Metallsalz in einer besonderen Verfahrensstufe wieder daß hierdurch ferner die Einwirkungszeit des sauren oxydiert werden. Im Falle der Oxydation in Abwesen- 6o Reaktionsmediums auf die stark reaktionsfähigen heit von Sauerstoff kann das oxydierend wirkende Aldehyde und Ketone verkürzt wird, wodurch das Salz im molaren Unterschuß angewandt werden. Ausmaß der durch die Säure katalysierten unerwünsch-Dieses Verfahren wird .bei Temperaturen von 50 bis ten Polymerisation vermindert wird. Alle diese Vor-2500C, insbesondere von 130 bis 2000C, und vor- teile führen zu einer wirtschaftlichen Gewinnung von zugsweise bei Drücken bis zu 400 atü durchgeführt. 65 Aldehyden und Ketonen in hoher Ausbeute. Bei einer Insoweit in der Patentschrift Ausbeuten an Acetalde- Untersuchung der Einwirkung des Thallium(III)-hyd angegeben sind, läßt sich daraus entnehmen, daß salzes auf einen Aldehyd wurde gefunden, daß Phenylbei Sauerstoffzufuhr nur 5% und ohne Sauerstoff- acetaldehyd, der das anfängliche Produkt der Oxyda-
sehen Patents 571 902 ist die Oxydation von Äthylen
zu Acetaldehyd und Essigsäure unter Verwendung
von sauren wäßrigen Lösungen von Salzen von Metallen mit verschiedenen Wertigkeiten, wie Salzen von
Kupfer, Eisen, Kobalt, Nickel, Mangan, Quecksilber, 5° aus schwer voneinander trennbaren Produkten und Cer, Titan, Uran, Wismut, Thallium, Zinn, Blei, zu einem unnötig hohen Verbrauch des als Oxyda-Chrom, Molybdän, Vanadium oder Antimon, be- tionsmittels dienenden Thallium(III)-salzes führt. Ferschrieben. Dabei kann die Oxydation entweder durch ner wurde gefunden, daß die Anwesenheit des Uber-Einleiten von Sauerstoff bzw. Luft vorgenommen wer- Schusses der olefinischen Verbindung eine schnelle den, wobei die Salze der mehrwertigen Metalle als 55 und scharfe Trennung der Gesamtmenge des organi-Redox-Katalysatoren wirken, oder sie kann ohne sehen Materials von der wäßrigen Phase zur Folge Sauerstoffzufuhr durch die höhere Wertigkeitsstufe hat, wodurch die Gewinnung des Endproduktes bedes Metallsalzes erfolgen und das dabei reduzierte deutend erleichtert und wirksamer gestaltet wird, und Metallsalz in einer besonderen Verfahrensstufe wieder daß hierdurch ferner die Einwirkungszeit des sauren oxydiert werden. Im Falle der Oxydation in Abwesen- 6o Reaktionsmediums auf die stark reaktionsfähigen heit von Sauerstoff kann das oxydierend wirkende Aldehyde und Ketone verkürzt wird, wodurch das Salz im molaren Unterschuß angewandt werden. Ausmaß der durch die Säure katalysierten unerwünsch-Dieses Verfahren wird .bei Temperaturen von 50 bis ten Polymerisation vermindert wird. Alle diese Vor-2500C, insbesondere von 130 bis 2000C, und vor- teile führen zu einer wirtschaftlichen Gewinnung von zugsweise bei Drücken bis zu 400 atü durchgeführt. 65 Aldehyden und Ketonen in hoher Ausbeute. Bei einer Insoweit in der Patentschrift Ausbeuten an Acetalde- Untersuchung der Einwirkung des Thallium(III)-hyd angegeben sind, läßt sich daraus entnehmen, daß salzes auf einen Aldehyd wurde gefunden, daß Phenylbei Sauerstoffzufuhr nur 5% und ohne Sauerstoff- acetaldehyd, der das anfängliche Produkt der Oxyda-
RCH = CHR' + [Tl]+3 + H2O
> RCH2C(O)R' + [Tl]+ + 2 [H]+
erforderliche Menge den unerwünschten oxydierenden Abbau des gewünschten und sich zu Anfang auch
tatsächlich bildenden Aldehyds bzw. Ketons verhindert, der seinerseits zur Bildung von Gemischen
tion von Styrol mit dem Thallium(III)-salz darstellt, durch die Thallium(III)-ionen nach der Gleichung
QH5CH2CHO + 2[Tl]+3 + 2H2O
> QH5CHO + HCO2H + 2[Tl]+ + 4[H]+
weiter zu Benzaldehyd und Ameisensäure oxydiert wird. Wenn Styrol in der bisher bekannten Weise mit
1 Mol Thallium(III)-sulfat je MoI Styrol oxydiert wird, beträgt die Ausbeute an Pheny!acetaldehyd nur
0,5%· Wenn die Umsetzung aber im Sinne der Erfindung mit 1 g-Äquivalent Thallium(III)-sulfat je Mol
Styrol unter Zusatz eunes weiteren Mols Styrol durchgeführt wird, beträgt die Ausbeute an Phenylacetaldehyd
größenordnungsmäßig 90% °der mehr. 1S
Das erfindungsgemäße Verfahren ist leicht und einfach bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck
durchführbar und erfordert keine Katalysatoren. Die innige Berührung zwischen der olefinischen Verbindung
und der wäßrigen Thallium(III)-salzlösung kann mit den üblichen Rührvorrichtungen herbeigeführt
werden. Wenn die Oxydation vollständig ist, was an der vollständigen Reduktion des dreiwertigen Thalliums
zum einwertigen Thallium erkennbar ist, wird das Rühren unterbrochen, worauf die organischen
Stoffe, die im wesentlichen aus einer Lösung des gewünschten Aldehyds oder Ketons in überschüssiger
Olefinverbindung bestehen, nach oben steigen und sich leicht auf übliche Weise von der wäßrigen Salzlösung
trennen lassen. Durch fraktionierte Destillation dieser Lösung wird das Endprodukt von der olefinischen
Verbindung getrennt, die dann im Kreislauf geführt werden kann. Durch Extraktion der verbrauchten
wäßrigen Lösung mit frischer olefinischer Verbindung als Extraktionsmittel läßt sich das noch in der
wäßrigen Lösung enthaltene Aldehyd- oder Ketonprodukt vollständig oder wenigstens größtenteils
daraus entfernen, und dieser Extrakt kann dann bei der nächsten Oxydation als Ausgangsgut verwendet
werden. Wegen der Schnelligkeit der Reaktion selbst und der Schnelligkeit der Trennung der organischen
Phase von der wäßrigen Phase läßt sich dieses Verfahren leicht kontinuierlich ausgestalten, indem man
die olefinische Verbindung und die wäßrige Thallium(III)-salzlösung in den unteren Teil eines zylinderfTirmigen
Reaktionsturmes einleitet, der mit einer wirksamen Rührvorrichtung und einer Anzahl von Prallplatten bzw. Umlenkorganen ausgestattet ist. Die Reaktionsprodukte
strömen vom Kopf des Turmes ab und werden einem Flüssigkeitsscheider zugeführt, aus
dem die organische Phase in eine kontinuierlich arbeitende Destillieranlage und die wäßrige Phase in eine
Gegenstromextraktionsvorrichtung zur Extraktion mit der zu oxydierenden olefinischen Verbindung geleitet
wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann jedes Thalliumsalz verwendet werden, das sowohl in einwertigem
als auch in dreiwertigem Zustand in verdünnter wäßriger Säure bei 30° C eine hohe Löslichkeit
von mindestens 4 g Salz in 100 g Lösung aufweist, sofern sich bei gleichzeitiger Anwesenheit des einwertigen
und des dreiwertigen Thalliumsalzes keine schwerlöslichen Komplexsalze bilden. Erfindungsgemäß
verwendbar sind z. B. das Sulfat, das Nitrat und das Fluoborat, während das Chlorid, das Bromid und
das Jodid nicht verwendet werden können, weil diese Salze in einwertigem Zustande nur eine sehr geringe
Löslichkeit aufweisen und weil sie außerdem schwer-
55 lösliche Komplexverbindungen bilden, die einwertige und dreiwertige Kationen enthalten, wie die Komplexverbindung
Tl3(TlCl6). Ferner ist es wesentlich, daß
die wäßrige Thallium(III)-salzlösung eine erhebliche Menge an freier Säure enthält, um die Hydrolyse des
Salzes unter Ausfällung des unlöslichen Thallium(III)-oxyds zu verhindern.
Als Ausgangsstoffe können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren allgemein oxydierbare olefinische
Verbindungen eingesetzt werden, z.B. die isomeren Pentene, Hexene und Heptene, die alicyclischen Olefine,
wie Cyclopenten und Cyclohexen, die arylsubstituierten Olefine, wie Styrol, a-Methylstyrol, Inden,
und die Dihydronaphthaline.
Ferner kann man bei dem erfindungsgemäßen Oxydationsverfahren als Ausgangsstoffe die verschiedensten
Olefine verwenden, die in ihrem Molekül außer Kohlenstoff und Wasserstoff ein Atom oder mehrere
Atome von anderen Elementen enthalten, wie z. B. Safrol (3,4-Dioxymethylen-l-allylbenzol), Anethol
(p - Methoxypropenylbenzol), ρ - Methoxystyrol und m-Chlorstyrol.
Ein mit Rührer und Eintauchthermometer ausgestatteter 2-1-Dreihalskolben wird mit 1110 ml einer
sauren wäßrigen Thallium(III)-sulfatlösung beschickt, die O,50g-Ion Tl+3 und 2,22g-Ion SO4T2 enthält.
Diese Lösung wird unter Rühren in einem Schuß mit 104,1 g (1,00 Mol) Styrol versetzt. Nach 10 Minuten
zeigt eine qualitative Prüfung auf Tl+3-Ionen,
daß die Umsetzung beendet ist. Das Reaktionsgemisch wird in einen Scheidetrichter übergeführt, wo die
wäßrige Phase von der organischen Phase getrennt wird.
Die wäßrige Phase wird dreimal mit je 69,4 g Styrol extrahiert, wobei man 75,2, 70,5 bzw. 69,6 g
Extrakt erhält. Hierauf wird die wäßrige Phase zweimal mit je 38,4 g Cyclohexan extrahiert, wobei man
37,9 bzw. 37,6 g Extrakt erhält.
Die dampffraktometrische Analyse des ersten Cyclohexanextraktes
zeigt die Anwesenheit einer mäßigen Menge Styrol, aber keinen Phenylacetaldehyd. Der
zweite Cyclohexanextrakt enthält weder Styrol noch Phenylacetaldehyd.
Die organische Phase (103,9 g) wird mit den drei Styrolextrakten vereinigt und das Ganze mit 40 ml
Wasser gewaschen. 180,5 g dieses Materials (Gesamtgewichtsmenge 318,9g)-liefern bei der Destillation
unter vermindertem Druck in einer Drehbandkolonne die folgenden Fraktionen, deren Zusammensetzung
durch fraktometrische Dampfphasenanalyse bestimmt wird:
Fraktion
Nr.
Nr.
1
2
3
Rückstand..
CO2-Vorlage
CO2-Vorlage
Gewichtsmenge
Zusammensetzung, %
C6H5CH = CH2 C6H5CH2CHO
C6H5CH = CH2 C6H5CH2CHO
145,3
0,24
30,82
1,53
1,60
100
9
1
9
1
90*)
99
99
10*)
*) Enthält Spuren von Benzaldehyd.
Durch Umrechnung der Gewichtsmengen der obigen Fraktionen auf die Mengen, die erhalten worden
wären, wenn die; Destillation mit den gesamten 318,9 g
der organischen Phase ■ durchgeführt worden wäre, ergibt sich; daß die umgerechnete Gewichtsmenge der
Fraktion· 3 für sick allein einer 90,7%igen Ausbeute
an Phenylacetaldehyd, bezogen auf die bei der Umsetzung eingesetzten Tlt3-Ionen, entspricht. Die umgerechnete
Gewichtsmenge der Fraktion Nr. 1 zeigt, daß von: dem: theoretisch nicht umgesetzten Styrol
98,5% -zurückgewonnen worden sind.
. . Bei spiel 2
Die Vorrichtung gemäß Beispiel 1 wird mit 1300 ml einer sauren wäßrigen Thallium(III)-sulfatlösung beschickt,
die 0,498 g-Ion· Tl+3 und 1,3.4 g-Ion SO4"2
enthält. Diese Lösung wird unter Rühren in einem Schuß mit 117,7 g (0,996 Mol) a-Methylstyrol versetzt.
Nach 16 Minuten zeigt eine qualitative Prüfung auf Tl+3-Ionen, daß die Umsetzung beendet ist; das
Gemisch hat sich dabei von 25 auf 29° C erwärmt. Das Gemisch wird in einen Scheidetrichter übergeführt,
wo die wäßrige von der organischen Phase getrennt wird.
Die wäßrige Phase wird dreimal mit je 78,5 g a-Methylstyrol und dann zweimal mit Cyclohexan
(38,5 bzw. 39,6 g) extrahiert. Die Gewichtsmengen der dabei erhaltenen Extrakte sind die folgenden:
Erster a-Methylstyrolextrakt ... 82,0 g
Zweiter a-Methylstyrolextrakt 80,5 g
Dritter a-Methylstyrolextrakt 79,1 g
Erster Cyclohexanextrakt 38,0 g
Zweiter Cyclohexanextrakt 38,6 g
Die fraktometrische Dampfphasenanalyse der Cyclohexanextrakte zeigt, daß der erste Extrakt etwas
a-Methylstyrol, aber kein Benzylmethylketon enthält.
Die organische Phase (119,9 g) wird mit den a-Methylstyrolextrakten
vereinigt und mit 50 ml Wasser gewaschen. 200,7 g dieses Materials (dessen Gesamtmenge
360,1 g beträgt) ergeben bei der Destillation unter vermindertem Druck in einer Drehbandkolonne
die folgenden Fraktionen, deren prozentuale Zusammensetzung durch fraktometrische Dampfphasenanalyse
festgestellt wird:
Die im Beispiel 1 beschriebene Vorrichtung wird mit 1280 ml einer sauren wäßrigen Thallium(III)-sulfatlösung
beschickt, die 0,485 g-Ion Tl+3 und 1,16 g-Ion SO^T2 enthält. Diese Lösung wird unter
Rühren in einem Schuß mit 81,7 g (0,97 Mol) Hexen-(l) versetzt Nach 50 Minuten zeigt eine qualitative Prüfung
auf Tl+3-Ionen, daß die Umsetzung beendet ist;
das Gemisch hat sich dabei von 23 auf 34° C erwärmt.
Das Gemisch wird in einen Scheidetrichter übergeführt,
wo die wäßrige von der organischen Phase getrennt wird.
Die wäßrige Phase wird zunächst dreimal mit je 54,5 g Hexen-(l) und dann zweimal mit je 38,5 g
Cyclohexan extrahiert. Die Gewichtsmengen der dabei erhaltenen Extrakte sind die folgenden:
Erster Hexen-(l)-extrakt 55,8 g
Zweiter Hexen-(l)-extrakt 52,5 g
Dritter Hexen-(l)-extrakt 55,7 g
Erster Cyclohexanextrakt 37,6 g
Zweiter Cyclohexanextrakt 38,2 g
Die fraktometrische Dampfphasenanalyse der Cyclohexanextrakte zeigt, daß diese mäßige Mengen an
Hexanon-(2) enthalten, während das wäßrige Raffinat einen positiven Test ink 2,4-Dinitrophenylhydrazin
gibt.
Die organische Phase (67,4 g) wird mit den Hexen-(l)-extrakten vereinigt und mit etwas Wasser
gewaschen. 141,4 g dieser vereinigten organischen Phasen (Gesamtmenge 231,4 g) liefern bei der Destillation
unter vermindertem Druck in einer Drehbandkolonne die folgenden Fraktionen, deren Zusammensetzung durch fraktometrische Dampfanalyse
festgestellt wird:
Fraktion
Nr.
Nr.
Fraktion Nr. |
Ge wichts- menge g |
Zusammen QH5C(CH3) = CH2 |
setzung, % C6H5CH2C(O)CH3 |
1 | 164,0 0,57 35,66 0,04 0,02 0,20 |
100 0 |
0 |
2 ... | |||
3 | 100 | ||
4 | |||
Rück stand .. CO2- Vorlage |
— |
45
5*y.
Rückstand
CO2-Vorlage ..
CO2-Vorlage ..
109,7
1,54
6,71
16,76
1,24
0,47
1,54
6,71
16,76
1,24
0,47
3,82
Zusammensetzung, % C4H9CH = CH2 C4H9C(O)CH3
100 90
Durch Umrechnung der Gewichtsmengen dieser Fraktionen auf die Mengen, die erhalten worden
wären, wenn die ganzen 360,1 g destilliert worden wären, ergibt sich, daß die Fraktion Nr. 3 einer
96%igen Ausbeute an Benzylmethylketon (bezogen auf die Menge der bei der Umsetzung verwendeten
Tl+3-Ionen) entspricht, während die Fraktion Nr. 1
eine 99%ige Rückgewinnung des theoretisch nicht umgesetzten a-Methylstyrols darstellt.
*) Das Dampfphasenfraktogramm zeigt geringe Mengen an sieben nicht identifizierten Verunreinigungen. Hexanon-(2) wird
durch sein 2,4-Dinitrophenylhydrazon identifiziert.
Die Umrechnungen der Gewichtsmengen der obigen Fraktionen auf diejenigen Mengen, die erhalten worden
wären, wenn die ganzen 231,4 g organischer Phase destilliert worden wären, zeigt, daß die Fraktion
Nr. 4 einer 56,5%igen Ausbeute an Hexanon-(2) (bezogen auf die Menge der bei der Umsetzung eingesetzten
Tl+3-Ionen) entspricht, während die Fraktion
Nr. 1 einer 87,8%igen Rückgewinnung des theoretisch nicht umgesetzten Hexens-(l) entspricht.
B e i s ρ i e 1 4
Wenn nach den vorhergehenden Beispielen 1350 ml einer sauren wäßrigen Thallium(III)-sulfatlösung, die
0,49 g-Ion Tl+3 und 1,22 g-Ion SO4"2 enthält, mit
79,5 g (0,98 Mol) Cyclohexen umgesetzt werden, ist
die Reaktion nach 15 Minuten beendet. Das Reaktionsgemisch
wird im Scheidetrichter in eine organische und eine wäßrige Phase zerlegt.
Die wäßrige Phase wird dreimal mit je 53,0 g Cyclohexen und dann zweimal mit je 38,5 g Cyclohexan
extrahiert, wobei die folgenden Extrakte erhalten werden:
Erster Cyclohexenextrakt 56,3 g
Zweiter Cyclohexenextrakt 54,2 g
Dritter Cyclohexenextrakt 52,8 g
Erster Cyclohexanextrakt 36,3 g
Zweiter Cyclohexanextrakt 38,1 g
Die fraktometrische Dampfphasenanalyse der Cyclohexanextrakte ergibt bedeutende Mengen an Formylcyclopentan;
und zwar enthält der erste Extrakt nahezu die doppelte Menge an dieser Verbindung wie
der zweite Extrakt.
Die organische Phase (76,1 g) und die Cyclohexenextrakte werden vereinigt, mit 50 ml Wasser gewaschen,
und 177,5 g dieses Materials (dessen Gesamtmenge 237,6 g beträgt) werden unter vermindertem
Druck in einer Drehbandkolonne destilliert. Hierbei erhält man die folgenden Fraktionen, deren Zusammensetzung
durch fraktometrische Dampfp'hasenanalyse festgestellt wird:
Hexen-(2), aber keine Hexanone enthalten; die wäßrige Phase weist aber einen Geruch nach Keton auf.
Die Hexen-(2)-extrakte werden mit der organischen Phase (76,6 g) vereinigt, und die vereinigte Lösung
wird mit etwas Wasser gewaschen. 144,6 g dieser vereinigten organischen Phase (deren Gesamtmenge
252,6 g beträgt) liefern bei der Destillation unter vermindertem Druck in einer Drehbandkolonne die
folgenden Fraktionen, deren prozentuale Zusammensetzung durch fraktometrische Dampfphasenanalyse
bestimmt wird:
Fraktion Nr. |
Gewichts menge g |
1 | 114,8 1,10 1,58 14,11 0,55 7,21 2,00 |
2 | |
3 | |
4 | |
5 Rückstand.. CO2-Vorlage |
Zusammensetzung, % C3H7CH = CHCH3
100
33
33
Hexanon-(2) und -(3)*)
0 67 67 95 90
Fraktion Nr. |
Gewichtsmenge g |
Zusamme QH10 |
nsetzung, % C5H9CHO |
1 | 134,5 0,82 25,32 0,31 1,73 14,40 |
99 20 0 60 |
1 80 100 |
2 | 40 | ||
3 | |||
4 | |||
Rückstand.... CO2-Vorlage.. |
Die Umrechnung der Gewichtsmengen der obigen Fraktionen auf die Mengen, die erhalten worden
wären, wenn die ganzen 237,6 g destilliert worden wären, zeigt, daß die Fraktion Nr. 3, bezogen auf die
Menge der bei der Umsetzung eingesetzten Tl+3-Ionen,
einer Ausbeute von 70,4% an Formylcyclopentan entspricht, welches durch sein 2,4-Dinitrophenylhydrazon
identifiziert wird, während die Fraktion Nr. 1 einer 88,2%igen Wiedergewinnung des theoretisch
nicht umgesetzten Cyclohexens entspricht.
Die Umsetzung von 84,0 g (1,0 Mol) Hexen-(2) mit 1170 ml einer sauren wäßrigen Thallium(III)-sulfatlösung,
die 0,5 g-Ion Tl+3 und 1,25 g-Ion SOJ2
enthält, nach den vorhergehenden Beispielen dauert 1,5 Stunden.
Nach Trennung der organischen und der wäßrigen Phase voneinander wird die wäßrige Phase dreimal
mit je 59,0 g Hexen-(2) und dann zweimal mit je 38,5 g Cyclohexan extrahiert, wobei die folgenden
Extrakte erhalten werden:
Erster Hexen-(2)-extrakt 61,1 g
Zweiter Hexen-(2)-extrakt 59,9 g
Dritter Hexen-(2)-extrakt 58,9 g
Erster Cyclohexanextrakt 37,7 g
Zweiter Cyclohexanextrakt 38,1 g
Durch fraktometrische Dampfphasenanalyse der Cyclohexanextrakte wird gefunden, daß diese etwas
*) Gemisch aus Hexanon-(3) und Hexanon-(2) im Verhältnis 2:1, identifiziert durch Ultrarotspektroskopie und durch die
Schmelzpunkte ihrer 2,4-Dinitrophenylhydrazone.
Durch Umrechnung der Gewichtsmengen der obigen Fraktionen auf diejenigen Mengen, die erhalten worden
wären, wenn die ganzen 252,6 g des organischen Materials destilliert worden wären, und unter der
Annahme, daß die Fraktion Nr. 4 ein Gemisch aus Hexanon-(2) und Hexanon-(3) ist, wird festgestellt,
daß die Fraktion 4 für sich allein eine 49,5%ige Ausbeute an diesen Ketonen, bezogen auf die Menge
der bei der Umsetzung eingesetzten Tl+3-Ionen, bedeutet.
Die umgerechnete Gewichtsmenge der Fraktion I entspricht einer 92,0%igen Wiedergewinnung
des theoretisch nicht umgesetzten Hexens-(2).
Ein mit mechanischem Rührer und Eintauchthermometer ausgestatteter 5-1-Dreihalskolben wird in der
im Beispiel 1 beschriebenen Weise mit 3380 ml einer sauren wäßrigen Thallium(III)-nitratlösung beschickt,
die 0,925 g-Ion Tl+3 und 5,1 g-Ion NOf enthält. Die
Lösung wird unter Rühren mit 191,6 g (1,850 Mol) Styrol in einem Schuß versetzt, worauf das Gemisch
kräftig gerührt wird. Nach 10 Minuten ist die Temperatur des Gemisches von 25 auf 320C gestiegen, und
eine qualitative Prüfung auf Tl+3-Ionen ergibt,· daß
die Umsetzung beendet ist. Nach Erkalten des Gemisches auf Raumtemperatur werden die wäßrige
und die organische Phase in einem 2-1-Scheidetrichter voneinander getrennt.
Die wäßrige Phase wird dreimal mit je 96,3 g Styrol extrahiert, wobei Extrakte erhalten werden,
deren Gewichtsmenge gegenüber der ursprünglichen Styrolmenge um 21,8, 7,4 bzw. 1,7 g zugenommen hat.
Dann wird die wäßrige Phase zweimal mit je 76,8 g Cyclohexan extrahiert, wobei 76,5 bzw. 75,4 g Extrakt
erhalten werden. Die fraktometrische Dampfphasenanalyse der Cyclohexanextrakte zeigt, daß sie Styrol
und geringe Mengen Phenylacetaldehyd enthalten.
Die organische Phase, die etwas gelb gefärbt ist und 169,6 g wiegt, wird mit den Styrolextrakten ver-
009525/291
einigt, mit 50 ml Wasser gewaschen, und das etwas trübe Material wird durch einen Glaswollebausch
filtriert.' Die Menge der so erhaltenen klaren Lösung
beträgt 487,0 g. 202,5 g davon liefern bei der Destillation
unter* vermindertem Druck die folgenden Fraktionen, deren Zusammensetzungen durch fraktometrische
Dampfphäsenanalyse festgestellt werden:
Druck in einer Drehbandkolonne die folgenden Fraktionen,
deren prozentuale Zusammensetzung durch fraktometrische Dampfphasenanalyse festgestellt wird:
Fraktion
Nr.
Nr.
1
2
3
4
Rückstand..
CO2-Vorlage
CO2-Vorlage
Gewichtsmenge
140,2
0,56
0,49
0,56
0,49
36,56
3,48
3,48
19,10
Zusammensetzung-, %
C6H5CH ■= CH2
94
25 2
C6H5CH2CHO
75
98
<100
Durch Umrechnung der Gewichtsmengen der obigen Fraktionen auf die Mengen, die erhalten worden
wären, wenn die ganzen 487,0 g des organischen Materials destilliert worden wären, und unter der
Annahme, daß die Fraktionen Nr. 3 und. 4 aus reinem Phenylacetaldehyd bestehen, wird ermittelt, daß die
Ausbeute an Phenylacetaldehyd, bezogen auf die Menge der bei der Umsetzung eingesetzten Tl+3-Ionen,
80,3 °/o beträgt. Die umgerechneten Gewichtsmengen der Fraktion Nr. 1 und des in der Trockeneisvorlage
kondensierten Materials ergeben unter der Annahme, daß es sich dabei um reines Styrol handelt, eine
99%ige Rückgewinnung des theoretisch nicht' umgesetzten Styrols.
B;ei s ρ i el 7
Nach .dem Verfahren des Beispiels 1 wird ein mit
Eintauchthermometer und mechanischem Rührer ausgestatteter 5-1-Dreihalskolben mit 1830 ml einer sauren
wäßrigen Thallium(III)-fluoboratlösung beschickt, die 1,27 g-Ion Tl+3 und 6,23 g-Ion BF4 enthält. Die Lösung
wird unter Rühren mit 264,4 g (2,54 Mol) Styrol in einem Schuß versetzt und das Gemisch anschließend
kräftig gerührt. Nach 14 Minuten wird durch eine qualitative Prüfung auf Tl+3-Ionen festgestellt, daß die
Umsetzung beendet ist; dabei ist die Temperatur des Reaktionsgeniisches von 24 auf 40° C gestiegen. Das
Reaktionsgemisch wird in einen Scheidetrichter übergeführt, wo die wäßrige von der organischen Phase
getrennt wird. Das Gewicht der organischen Phase beträgt 261,9 g.
Die wäßrige Phase wird dreimal mit je 132,2 g Styrol'extrahiert, wobei 149,1, 135,5 bzw. 133,1g
Extrakt gewonnen werden. Sodann wird die wäßrige Phase zweimal mit je 85,4 g Cyclohexan extrahiert,
wobei 84,3 bzw. 84,0 g Extrakt erhalten werden. Die fraktometrische Dampfphasenanalyse der Cyclohexanextrakte
zeigt, daß der erste Extrakt eine mäßige Menge an Styrol, aber keinen Phenylacetaldehyd enthält,
während der zweite Extrakt nur sehr wenig Styrol enthält.
Die organische Phase und die Styrolextrakte werden miteinander vereinigt und mit' 50 ml Wasser gewaschen.
Öle 677,9 ^ wiegende trübe Flüssigkeit wird 45 Minuten üb:er etwas' wasserfreiem Natriumsulfat
'getrocknet, 204,0 g der" getrockneten klaren Flüssigkeit liefern bei der Destillation unter vermindertem
5 - Fraktion Nr. |
Gewichts menge g |
Zusammen C6H5CH = CH2 |
»etzung, % C6H5CH2CHO* |
1 ; | 152,4 0,81 0,32 1,09 34,15 10,36 2,80' |
' 100 90 50 : 33 0 " 98 |
0, |
10 2 | 50 " ■ 67 .-. 100.. : - . -2 ·■ |
||
3 | |||
4 ......... | |||
5. | |||
i5 Rückstand.. COi-Vbrlage |
Durch Umrechnung der Gewichtsmengen der obigen Fraktionen auf diejenigen Mengen, die erhalten worden
wären, wenn die ganzen 677,9 g des organischen Materials destilliert worden wären, wird festgestellt,
daß die Fraktion Nr. 5 für sich allein einer 74,5%igen Ausbeute an Phenylacetaldehyd, bezogen auf "die
Menge der bei der Uinsetzung eingesetzten Thallium(III)-ionen, entspricht. Unter der Annahme,· daß
das Kondensat in der Trockeneisvorläge reines Styrol ist, ergibt sich aus den umgerechneten Gewichtsmengen dieses Materials und der Fraktion! zusammen,
daß die Rückgewinnung des theoretisch
nicht umgesetzten Styrols 97,4% beträgt.
Dieses Beispiel erläutert die kontinuierliche Durchführbarkeit
des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Reaktionsprodukte zum Kopf des Reaktionsturmes
strömen und von dort einem Flüssigkeitsscheider zugeführt werden können, von dem aus die organische
Phase in eine kontinuierlich arbeitende Destillieranlage und die wäßrige Phase in-eine Gegenstromextraktionsvorrichtung
zur Extraktion mit dem zu oxydierenden Olefin" geleitet wird. ' ■ - ' ■
In den Boden· eines zylinderförmigeri Reaktionsturmes
von 81,3 cm Höhe und 44,5 mm lichter Weite, der mit einer Rührvolrichtung und einer Reihe, von
waagerechten; Umlenkplatten ausgestattet ist·, werden
eine saure wäßrige Thallium(III)-sulfatlösuiig mit einer Geschwindigkeit von 30 ml/Min, und' Styrol
mit einer Geschwindigkeit von·.2,82ml/Min, eingeführt.
Bei diesen Strömungsgeschwindigkeiten beträgt das Molverhältnis von Styrol zu Thallium(III)-ionen
im Reaktionsgefäß etwa 2:1. Das vom Kopf der Säule austretende Reaktionsgemisch gibt einen negativen
Test auf Tl+3-Ibnen und wird in einem Sc'heidetrichter
aufgefangen, wo die organische von der wäßrigen Phase getrennt wird. Nach 102 Minuten
sind dem Reaktionsgefäß 2870 ml wäßrige Thallium(III)-sulfatlösüng,
'diel,! 8 g-Iöfl Tl+3 und 3,73 g-Ion
SO42 enthält, und 240,0 g (2,3MoI) Styrol zugeführt
worden. Das Rühren wird noch 10 Minuten fortgesetzt und dann unterbrochen, Das noch in der Säule
verbliebene Reaktionsgemisch wird abgelassen und die Säule gründlich mit verbrauchter. ThaÜium(I)-sulfatlösung
ausgespült, .Die. abgetrennte organische
65· Phase wiegt 234,8 g. .·■/,. ... ,· ,. .<:'·-·,..'*
Die wäßrige Phase (2840 ml) wird dreimal mit Styrol (und zwar mit 40,8-, 4Ü,:2'bzw:40,2;g Styrol)'und
dann zweimal mit Cyclöhexari (und-zwar mit ΤΘ,ί und
1 568 3150
mit 75,7 g Cyclohexan) extrahiert. Hierbei werden die folgenden Extraktmengen erhalten:.
Erster Styrolextrakt. 49,7
Zweiter Styrolextrakt 45,2
Dritter Styrolextrakt 42,6
Erster Cyclohexanextrakt 75,8
Zweiter Cyclohexanextrakt 73,4
Durch fraktometrische Dampfphasenanalyse dieser Extrakte wird festgestellt, daß die drei Styrolextrakte
8,6, 3,6 bzw. 1,4 g Phenylacetaldehyd enthalten, während die Cyclohexanextrakte nur sehr geringe Mengen
an Phenylacetaldehyd und Styrol enthalten.
148,8 g der organischen Phase (deren Gesamtgewichtsmenge 234,8 g beträgt) ergeben bei der Destillation
unter vermindertem Druck in einer Drehbandkolonne die folgenden Fraktionen, deren prozentuale
Zusammensetzungen durch fraktometrische Dampfphasenanalyse bestimmt werden:
Fraktion Nr. |
Gewichts menge g |
Zusammen QH5CH = CH2 |
Setzung. 0I0 QH5CH2CHO |
1 | 70,0 1,0 64,5 |
98 90 1 |
~> |
1 | 5,9 5,0 |
98 | 10 99 |
3 | 2 | ||
Rückstand.. CO2-Vorlage |
Wenn die Gewichtsmengen der obigen Fraktionen auf die Werte umgerechnet werden, die erhalten
worden wären, wenn die ganzen 234,8 g der organischen Phase destilliert worden wären, entspricht die
Fraktion Nr. 3 für sich allein einem 74%igen Umwandlungsgrad zu Phenylacetaldehyd (bezogen auf die eingesetzte
Menge an Tl+3-Ionen), während die umgerechnete
Gesamtgewichtsmenge aus der Fraktion Nr. 1 und dem Kondensat in der Trockeneisvorlage
einer 98%igen Rückgewinnung des theoretisch nicht umgesetzten Styrols entspricht.
Ein mit Rührer und Eintauchthermometer ausgekitteter
0,5-1-Dreihalskolben wird mit 222 ml einer
sauren wäßrigen Thallium(III)-sulfatlösung beschickt, die 0,10 Mol Tl+3-Ionen und 0,438 Mol SQ^-Ionen
enthält. Zu dieser Lösung werden unter Rühren in einem Schuß 31,6 g (0,213 Mol) Anethol (p-Methoxy-/f-methylstyrol)
zugesetzt. Nach 1,5 Stunden ergibt eine qualitative Prüfung auf Tl+3-Ionen, daß die
Reaktion beendet ist. Das Reaktionsgemisch wird in einen Scheidetrichter übergeführt und die wäßrige
von der organischen Phase getrennt. Die wäßrige Phase wird zweimal nacheinander mit je 14,8 g
Anethol extrahiert, wobei die Gewichtsmengen der sich ursprünglich abscheidenden organischen Phase
und der beiden Extrakte 34,0, 14,8 bzw. 14,9 g betragen.
Die organische Phase und die beiden Extrakte werden miteinander vereinigt, mit 20 ml 6n-Schwefelsäure
gewaschen, wieder gewogen (60,8 g) und in einer Drehbandkolonne bei einem Druck von 0,4 Torr
destilliert. Es werden insgesamt 42,6 g Anethol zusammen mit 15,6 g eines Materials mit einer Brechungszahl
η" = 1,5262 (Literaturwert für p-Methoxyhydratropaldehyd
n" = 1,5257) gewonnen, das ein Semicarbazon mit einem Schmelzpunkt von 135
bis 136° C (Literaturwert für. p-Methoxyhydratropaldehyd
130 bis 131°C)Jiefert und eine mit dieser Verbindung
übereinstimmende Efementaranalyse ergibt (gefunden: C 54,65%, H 6,77%; theqpetisch: C 59,71 %,
H 6,83%)· Die Ausbeute an p-Methoxyhydratropaldehyd
beträgt also 67%.
ίο . Ein mit Rührer und Eintauchthermometer ausgestatteter
0,5-1-Dreihalskolben wird mit 242 ml einer sauren wäßrigen Thaliium(III)-sulfatlö$uiig beschickt,
die .0,10 Mol Tl+3-Ionen und 0,44 Mol SQ^-Ionen
enthält. Zu dieser Lösung werden unter Rühren in einem Schuß 30,5 g (0,20 Mol) p-Chlor-a-methylstyrol
zugesetzt. Nach 2 Stunden ergibt die qualitative Prüfung auf Tl+3-Ionen, daß die Umsetzung beendet
ist. Das Reaktionsgemisch wird in einen Scheidetrichter übergeführt, und die wäßrige Phase wird von
der organischen Phase getrennt. Die wäßrige Phase wird zweimal nacheinander mit je 15,2 g p-Chlora-methylstyrol
extrahiert. Die Gewichtsmengen der sich anfänglich abscheidenden organischen Phase und
der beiden Extrakte betragen 32,9, 16,6 bzw. 14,9 g.
Die organische Phase wird mit den beiden Extrakten vereinigt, mit 20 ml 6n-Schwefelsäure gewaschen,
wieder gewogen (58,2 g) und in einer Drehbandkolonne unter einem Druck von 0,2 Torr destilliert.
Man gewinnt 41,3 g p-Chlor-a-methylstyrol zusammen
mit 14,5 g einer Substanz mit einer Brechungszahl n2S = 1,5342 (Literaturwert für p-Chlorphenylaceton
nf = 1,5328), die ein Semicarbazon mit einem Schmelzpunkt von 188 bis 189° C bildet (Literaturwert für p-Chlorphenylaceton 188°C). Die Ausbeute
an p-Chlorphenylaceton beträgt daher 86%·
Beispie! 11
Ein mit Rührer und Eintauchthermometer versehener 0,5-1-Dreihalskolben wird mit 250 ml einer
sauren wäßrigen Thailium(III)-sulfatlösung beschickt,
die 0,10 Mol Tl+3-Ionen und 0,44 Mol SO4 2-Ionen
enthält. Zu dieser Lösung werden unter Rühren in einem Schuß 32,8 g (0,20 Mol) p-Nitro-a-methylstyrol,
gelöst in 50 ml Benzol, zugesetzt. Nach 4 Stunden ergibt eine qualitative Prüfung auf Tl+3-Ionen, daß
die Umsetzung beendet ist. Das Reaktionsgemisch wird in einen Scheidetrichter übergeführt, wo die
wäßrige Phase von der organischen Phase getrennt wird. Die wäßrige Phase wird dann mit 21,8 g Benzol
extrahiert; die Gewichtsmengen der sich anfänglich abscheidenden organischen Phase und des Extraktes
betragen 72,3 bzw 22,0 g.
Die organische Phase und der wäßrige Extrakt werden miteinander vereinigt, mit 20 ml 6n-Schwefelsäure
gewaschen, wieder gewogen (93,3 g), und das Benzol wird bei Atmosphärendruck abdestilliert, wobei
61,2 g zurückgewonnen werden. Die Menge des Destillationsrückstandes beträgt 31,7 g. Etwa die
Hälfte dieses Rückstandes (15,0 g) wird in 25 ml Diäthyläther gelöst, die Lösung mit 150 ml Petroläther
(Siedebereich 20 bis 49° C) versetzt und der Kolben über Nacht im Kühlschrank aufbewahrt. Beim Filtrieren
erhält man 5,0 gp-Nitrophenylaceton; Fp. = 63
bis 64° C (Literaturwert Fp. = 62 bis 63° C), welches ein 2,4-Dinitrophenylhydrazon mit einem Schmelzpunkt
von 182 bis 184°C bildet (Literaturwert 185 bis 186° C). Die Ausbeute an p-Nitrophenylaceton
beträgt daher 59%.
In ähnlicher Weise wie in den obigen Beispielen können bei Anwendung eines doppelten Überschusses
an verschiedenen anderen Olefinen, wie z. B. a-Methylstyrol, bei der Oxydation mit wäßrigen Lösungen
von Thallium(III)-fluoborat oder -nitrat hohe Ausbeuten an den entsprechenden Aldehyden oder Ketonen
erzielt werden.
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von Aldehyden
bzw. Ketonen durch Oxydation von olefinischen Verbindungen mit weniger als der äquimolaren
Menge einer wäßrigen Thallium(III)-salzlösung,
dadurch gekennzeichnet, daß.die Umsetzung
mit normalerweise flüssigen olefinischen Verbindungen und einer sauren wäßrigen Lösung
eines" Thalliurn(III)-salzes durchgeführt wird, das mit dem entsprechenden Thallium(I):salz kein
schwerlösliches Komplexsalz bildet, wobei das Thaliiumsalz im einwertigen und dreiwertigen
Zustand in verdünnter wäßriger Säure bei 300C
eine Löslichkeit von mindestens 4 g in 100 g Lösung aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Oxydation mit Thallium(III)-sulfat, -nitrat oder -fluoborat durchgeführt wird.
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