DE1768213A1 - Verfahren zur katalytischen Cyclo-Dimerisation von 1,3-Diolefinen - Google Patents
Verfahren zur katalytischen Cyclo-Dimerisation von 1,3-DiolefinenInfo
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Description
Verfahren zur katalytischen Cyclo-Dimerisation von
1,3-Diolefinen
Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Herstellung von cyclischen Dimeren aus 1,3-D!olefinen bekannt. So ergibt
die thermische, nichtkatalytische Dimerisation von Butadien-1,3
neben sehr viel 4-Vinylcyclohexen-1 nur geringe
Mengen an Cyclooktadien-1,5.
Nach dem Verfahren der deutschen Patentschrift 951 21j5 wird
in Gegenwart von Nickelverbindungen der allgemeinen Formel /"(RO)3p7xNi(CO)^-x Butadien-1,5 katalytisch zu 4-Vinylcyclohexen-1
und Cyclooktadien-1,5 umgesetzt. Ferner ist bekannt, daß Katalysatoren für die Cyclodimerisation von 1,3-Diolefinen
durch Reduktion von Ni-II-Salzen in Gegenwart
von Phosphorverbindungen dargestellt werden können. Als Reduktionsmittel
werden hierfür nach dem Verfahren der deutschen Patentschrift 1 I4o 569 metallorganische Verbindungen
und Metallhydride, vorzugsweise von Metallen der I - III Hauptgruppe des Periodischen Systems, nach dem der deutschen
Patentschrift 1 126 864 Metalle, speziell solche der I - III Hauptgruppe des Periodischen Systems verwendet.
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Ferner ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 224 770 bekannt, daß Ni-II-Verblndungen, die ein reduzierendes
Anion, wie z.B. Formiat enthalten, beim Erhitzen in Gegenwart
von Organophosphorverbindungen Katalysatoren ergeben, die Butadien-1,3 teilweise in Cyclooktadlen-1,5
umwandeln·
Nach dem Verfahren der US-Patentschrift 3 261 875 werden die Katalysatoren flir die Darstellung von Cyclooktadlenen-1,5 aus konjugierten Dienen durch Hydrierung einer Mischung
von Bls-(oyclopentadienyl)-nickel-II und Triarylphosphin
erzeugt. Dabei muß das Verhältnis von Wasserstoff zu Nickelverbindung größer als 1, vorzugsweise 5 bis I5, sein.
überraschend wurde nun ein Verfahren gefunden zur katalytischer!
Dimerisation von 1,3-Diolefinen, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß man in Abwesenheit von Wasserstoff oder eines Reduktionsmittels die 1,3-DIolefine zusammen mit den Katalysatoren auf Temperaturen von 6o° bis 400°C, vorzugsweise auf
8o° bis 1500C, bei einem Druck von 0 bis I50 atü, vorzugsweise
0 bis 50 atü erhitzt und anschließend die Reaktion bei Temperaturen von 0° bis 2000C, vorzugsweise von 50° bis 1500C
zu Ende führt, wobei die Katalysatoren aus
a) einer Cyclopentadlenylnickel-Verbindung der allgemeinen Formel 0* 1J1-CcH5-11) gNi, wobei R1 eine Alkyl- oder Arylgruppe, η « 0 bis 3 bedeutet und/oder der allgemeinen
Formel (R^-C^H ) NiXR2 m, wobei R1 eine Alkyl- oder
2
Anion, R ein Phosphin oder Kohlenmonoxid, m = 0 oder 1
bedeutet und wobei in den vorstehenden allgemeinen Formeln zwei benachbarte Reste R ringförmig so miteinander
verbunden sein können, daß ein Sechsring am Cyclopentadienylsystem anneliiert ist und
b) einer Phosphor-III-Verbindung der allgemeinen Formel
PR,, P(OR)5 oder P(NR2),, wobei R eine Alkyl- oder
Arylgruppe ist,
bestehen.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren gelingt es z.B. Butadien- 1,3 selektiv und In hoher Ausbeute in Cyclooktadien-1,5 zu Überführen.
AusgangSTerbindungen für das erfindungsgemlfie Verfahren
sind 1,3-D!olefine, wie Butadien-1,3 oder dessen Alkylsubstltutionsprodukte - die Alkylgruppen enthalten 1 bis
k Kohlenstoffatoae -, die entweder für sich allein oder
auch im Gemisch mit anderen, unter den Reaktionsbedingungen Inerten Stoffen, eingesetzt werden.
Für die Herstellung des Katalysators kommen Cyolopentadlenylnickel-II-Verblndungen der obengenannten allgemeinen
Formeln in Frage. Als Neutralliganden bzw. Anionen kommen z.B. in Frage, Kohlenmonoxid, Stickstoffmonoxid, Halogenid,
Nitrat, Sulfat, Aeetyläcetonat, Hydrid, Alkyl-, Allyl- und
Arylgruppe. R kann z.B. Triphenylphosphln oder Tricyclohexylphosphin sein. Geeignet sind z.B. Bis-(cyclopentadienyl)-nickel-II, Bis-Cmethylcyclopentadieijl) -nickel-II,
Bs-( Kthylcyclopentadienyl)-nickel-II, Bis«-(propylcyclopentadienyl)-nickel-II, Bis-(dime thy Icy clopentadienyl)nickel-II,
Bis-(phenylcyclopentadlenyl)-nickel-II, Bis-(indenyl)-nickel-II, dl^meres Cyolopentadlenyl-nlckel-carbonyl, Cyclopentadlenyl-nlokel-nltrosyl, Allyl-nickel-II-cyclopentadlenyl.
Durch die Zugabe von organischen Phosphor-III-Verblndungen
wird die Selektivität des Katalysators erheblich gesteigert. Geeignet sind hierfür alle Verbindungen des dreiwertigen
Phosphors, die organische Reste enthalten, wobei diese auch über ein Sauerstoff- oder Stickstoffatom gebunden sein
können. Beispiele für solche Verbindungen sind Triäthylphosphin, Tributylpnosphin, Tricyolohexylphosphin, Triphenylphosphln, Trläthylphosphit, Triphenylphosphit, Tri-(omethyl-phenyl)-phosphit, Trl-(o-phenyl-phenyl)-phosphit und
PhosphorIgsäuretripiperldid.
Weiterhin sind als Katalysatoren auch Komplexverbindungen
geeignet, die gleichzeitig eine Nickel-II- und eine Phosphor-III-Verbindung enthalten, wie z.B. Trlphenylphosphin-
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cyclopentadienyl-nickel-II-methyl, Triphenylphosphin-cyelcpentadienyl-nickel-II-chlorid, Triphenylphosphin-cyclopentadlenyl-nickel-II-phenyl, Besonders bevorzugt 1st ein
Katalysator, der aus Bis-(cyclopentadien?!)-nickel-II und
o-substituierten aromatischen Phosphiten besteht. Das Molverhältnis von Nicke1-II-Verbindungen zu Phosphor-III-Verbindungen beträgt 1 : 0,5 bis 1 : 10, bevorzugt 1:1.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es
nötig, in Gegenwart von 1,3-Diolefinen und gegebenenfalls
eines inerten Lösungsmittels die beiden Katalysatorbestandteile auf mindestens 6o°C zu erwärmen. Sobald die Reaktion
eingesetzt hat, kann man sie in einem weiten Temperaturbereich von 0° bis 200°C, bevorzugt zwischen 50° und 1500C
welter zu Ende führen. Das Ende der Reaktion ist an den auftretenden Druckabfall zu erkennen.
Die Herstellung des Katalysators und die Durchführung der Reaktion kann bei Atmosphärendruck oder unter Druck durchgeführt werden. Dieser richtet sich nach der Temperatur,
nach dem Dampfdruck des 1,3-Diolefines und evtl. zugegebener Lösungsmittel und beträgt 0 bis 150 atu, vorzugsweise
0 bis 50 atU.
Das erfIndungsgemäße Verfahren kann In Gegenwart inerter
Lösungsmittel durchgeführt werden. Hierfür geeignete Lösungsmittel sind beispielsweise aliphatIsche, cycloaliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe und Äther,
Besonders geeignete Lösungsmittel sind ungesättigte cycloaliphatische Kohlenwasserstoffe wie z.B. Cyclooktadien-1,5·
Das erfindungsgemäße Verfahren kann diskontinuierlich so
durchgeführt werden, daß man in einem Druckgefäß die Katalysatorbestandteile, gegebenenfalls in einem Lösungsoder Dispergiermittel, vorlegt, dann das 1,3-Diolefin aufdrückt und anschließend auf die gewünschte Reaktionstemperatur aufheizt. Nach Beendigung der Reaktion werden die
Produkte ausgetragen und z.B. durch Destillation getrennt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich jedoch auch kontinuierlich durchführen, indem man das bei der Reaktion
entstandene Dlmerisat kontinuierlich aus dem Reaktor entfernt und gleichzeitig neuen Katalysator und neues 1,3-Diolefln einpresst* Als Reaktionsraum kann dabei z.B. ein
beheiztes Druckrohr dienen, bei dem an einem Ende die Reaktionsteilnehmer eingeführt, am anderen Ende die Umsetzungsprodukte entnommen werden·
0,38 g Bis-(cyclopentadienyl)-nickel-II und 1,08 g TrI-(o-phenyl-phenyl)-phosphit, gelöst in 10 g Benzol, werden
in ein Druckgefäß übergeführt. Nach dem Aufdrücken von 48 g
Butadien-1,3 wird 16 Stunden bei 110° bis 125°C geschüttelt. Beim destillativen Aufarbeiten der Reaktionsprodukte werden
40.3 g flüchtige Butadien-1,3-01igomere erhalten; sie setzen
sich aus 4,8 g 4-Vinylcyclohexen-l, 34,4 g Cyclooktadien-1,5
und 0,1 g Cyclododekatrien zusammen. Außer dem Katalysator
verbleiben noch 1,6 g an höheren Butadien-Ollgomeren.
0,85 g Bis-(äthyl-cyclopentadienyl)-nickel-II und 1,05 g
Trlphenylphosphln werden zusammen mit 15 g Benzol und 4o g Butadien-1,3 In ein Druckgefäß eingebracht; anschließend
werden die Ausgangsprodukte I5 Stunden auf 110° bis 1200C
erhitzt. Beim Aufarbeiten der Reaktionsprodukte werden
32.4 g flüchtige Butadien-1,3-01Igomere erhalten; sie setzen
sich aus 7,5 g 4-Vinylcyclohexen-l, 20,9 €>
Cyclooktadien-1,5 und 1,7 g Cyclododekatrien zusammen. Außer dem Katalysator verbleiben noch 1,6 g an höheren Butadien-Ollgomeren·
0,58 g Allyl-(cyclopentadienyl)-nlckel-II, 1,9 g TrIs-
(o-phenyl-phenyl)-phosphit, 20 g Benzol und 5I g Butadien-1,3
werden 18 Stunden bei 115° bis 125°C in einem Druckgefäß
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geschüttelt. Bel der destUlatlven Aufarbeitung erhält
man 42,5 S an flüchtigen Butadien-1,3-Oligoneren, die aus
5,3 g 4-Vinylcyolohexen, 35,6 g Cyclooktadien-1,5 und
0,2 g Cyclododekatrlen bestehen. Aufler dem Katalysator
verbleiben als Destillationsrückstand noch 1,5 g an höheren Butadien-1,3-01igoraeren.
0,70 g Triphenylphosphln-cyclopentadienyl-nlckel-II-chlorid
und O,6o g Tri-(o-methyl-phenyl)-phosphlt werden In 15 g
Benzol gelöst und in ein Druckgefäß Übergeführt· Nach dem
Aufdrücken von 4} g Butadien-1,3 werden die Reaktionsausgangsprodukte 15 Stunden bei 135° bis 14O°C geschüttelt.
Beim destillation Aufarbeiten wurden 22,1 g an flüchtigen
Butadien-1,3-Ollgomeren erhalten, die aus 11,3 g 4-Vinylcyclohexen-1, 9,7 g Cyclooktadien-1,5 und 0,2 g Cyolododekatrien bestehen. Außer den Katalysator verbleiben noch
5,8 g an höheren Butadien-l,3-011gomeren.
1 g Cyclopentadienyl-nickel-nltrosyl, gelöst in 10 g Pentan,
3,5 g Tri-(o-phenyl-phenyl)-phosphit und 42 g Butadien-1,5
werden in einem Druckgefäß 11 Stunden bei l4o°C geschüttelt. Nach der destillativen Aufarbeitung der Reaktionsprodukte
erhält man 19,0 g an flüchtigen Butadien-l,3-011gomeren, die sich aus 6,6,g 4-VinyIcyclohexen-1 und 12,0 g Cyclooktadien-1,5 zusammensetzen. Es verbleiben neben dem Katalysator noch 4,4 g an Rückstand.
0,3 g dimeres Cyclopentadienyl-niokel-carbonyl, gelöst in
15 g Diäthyläther, 1,1 g Trl-(o-phenyl-phenyl)-phosphit und 49 g Butadien-1,3 werden In einem Druckgefäß 8 Stunden bei
130° bis 1500C geschüttelt. Nach der destillativen Aufarbeitung der Reaktionsprodukte werden 25,4 g an flüchtigen
Butadien-1,3-Ollgomeren und 5,0 g an nichtflUchtigen Butadien- 1,3-Ollgomeren erhalten. Die flüchtigen Butadien-1,3-Oligomeren setzen sich aus 4,2 α 4-yinyleyolohexen-l, 19*5 g
Cyclooktadien-1,5 und 0,5 g Cyclododekatrlen zusammen·
Der Versuch wird in der in Beispiel 1 beschriebenen Weise durchgeführt, Jedoch werden 1,7 g Bis-(cyclopentadienyl)-nickel-II
und 4,8 g Tri-(o-phenyl-phenyl)-phosphit und an
Stelle von Butadien 56 g Pentadien-1,3 eingesetzt· Nach den
destillativen Aufarbeiten erhält man 34,J5 g flüchtige
Pentadien~l,3-01igomeren, die 25,1 g Dlmethylcyclooktädien«
1,5 enthalten.
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Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von cyclischen Diniere η von
1,3-Diolefinen, dadurch gekennzeichnet, daß man In
Abwesenheit von Wasserstoff oder eines Reduktionsmittels die 1,3-Dloleflne zusammen mit den Katalysatoren auf Temperaturen von 60° bis 4OO°C, vorzugsweise
auf 80° bis 1500C bei einem Druck von 0 bis atü, vorzugsweise 0 bis 50 atU erhitzt und anschließend
die Reaktion bei Temperaturen von 0° bis 2000C, vorzugsweise 50° bis 1500C zu Ende führt, wobei
die Katalysatoren aus
a) einer Cyclopentadienylnlckel-Verblndung der allgemeinen Formel (R n"C5H5«n)2Ii^· wobei R eine Alkyl-
oder Arylgruppe, η « 0 bis 3 bedeutet und/oder
der allgemeinen Formel ßn n-^c^mn)J N1XR m» wobei
R eine Alkyl- oder Arylgruppe, η - 0 bis 3, X einen
Neutralliganden oder ein Anion, R ein Phosphin oder Kohlenmonoxid, m - 0 oder 1 bedeutet und wobei in
den vorstehenden allgemeinen Formeln zwei benachbarte Reste R ringförmig so miteinander verbunden sein
können, daß ein Sechsring am Cyclopentadlenylsystem
anneiliert 1st und
b) einer Phosphor-III-Verbindung der allgemeinen Formel
PR,, P(OR), oder P(NR2),, wobei R eine Alkyl- oder
arylgruppe ist,
bestehen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Katalyeatorkonponente a)
eine Verbindung der allgemeinen Formel nS^n
NlXR2 m verwendet, wobei X - eine Alkyl-, Allyl- oder
In
Arylgruppe bedeutet.
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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man als Katalysatorkonponente b)
ein o-substituiertes aromatisches Phosphit verwendet,
4, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das man einen Katalysator verwendet, der aus
a) Bis-(cyclopentadienyl)-nickel-II und
b) einem o-substituierten aromatischen Phosphit besteht,
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man als 1,3-Diolefin Butadien-1,3 verwendet,
6, Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man als 1,3-Diolefin Pentadien-1,3 verwendet.
1Q9841/1877
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