DE1804469A1 - Verfahren zur Herstellung von alpha,ss-ungesaettigten Aldehyden,Ketonen,Nitrilen und/oder Estern aliphatischer Monocarbonsaeuren - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von alpha,ss-ungesaettigten Aldehyden,Ketonen,Nitrilen und/oder Estern aliphatischer Monocarbonsaeuren

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DE1804469A1 DE19681804469 DE1804469A DE1804469A1 DE 1804469 A1 DE1804469 A1 DE 1804469A1 DE 19681804469 DE19681804469 DE 19681804469 DE 1804469 A DE1804469 A DE 1804469A DE 1804469 A1 DE1804469 A1 DE 1804469A1
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Blood Alden Edward
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    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
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Description

Eastman Kodak Company, 343 State Street, Rochester, Staat New York, Vereinigte Staaten von Amerika
Verfahren zur Herstellung von α, ß-ungesättigten Aldehyden, Ketonen, Nitrilen und/oder Estern aliphatischer Monocarbonsäuren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von ot,e-ungesättigten Aldehyden, Ketonen, Nitrilen und/oder Estern aliphatischer Monocarbonsäuren, bei dem die entsprechenden ot,ß-gesättigten,am α-Kohlenstoff atom mindestens 2 tfasserstoffatome aufweisendai Verbindungen mit Formaldehyd vermischt werden und das erhaltene Gemisch in der Dampfphase mit einem Katalysator auf der Basis von Silicagel in Kontakt gebracht wird.
Me Herstellung α, 8 -ungesättigter Aldehyde, Ketone, Nitrile und/oder Ester aliphatischer iMonocarb ons äuren durch katalytische, in der Dampfphase durchgeführte Kondensation mit
9820/1342
Formaldehyd ist bekannt, z. B. aus den USA-Patentschriften 2 734 074; 2 821 453; 3 089 900; 3 089 901 und 3 100 795. Zur Durchführung dieser Verfahren werden die verschiedensten üblichen bekannten Katalysatoren verwendet, z. B. Bleiacetat oder Silicagel, ferner im sog. Fließbettverfahren anwendbare feste basische Metallverbindungen, z. B. auf Siliciumdioxyd oder aktiviertes Aluminiumoxyd aufgebrachtes Manganoxyd oder Bleioxyd sowie im sog. Festbettverfahren anwendbare Siliciumverbindungen, beispielsweise Zeolith oder modifiziertes Siliciumdioxyd oder auf Silicagel aufgebrachte Alkaliverbindungen, beispielsweise Kaliumhydroxyd oder Alkalimetallborate.
Die bekannten, unter Verwendung derartiger Katalysatoren durchgeführten Verfahren haben jedoch zahlreiche, auf unzureichende Aktivitätsbeständigkeit, mangelnde Leistungsfähigkeit und/oder Schädlichkeit oder Korrosionswirkung der verwendeten Katalysatoren zurückzuführende Nachteile. So führen sie z. B. oftmals zu unbefriedigenden Umwandlungsraten, schlechten Ausbeuten und/oder zahlreichen unerwünschten Nebenprodukten. Ferner können durch Katalysatorrückstände verunreinigte Verfahrensprodukte anfallen, die nur unter großen Zeit- und Kostenaufwendungen gereinigt werden können.
Aufgabe der Erfindung ist daher, ein einfach durchzuführendes Verfahren zur Herstellung von o,3-ungesättigten Aldehyden, Ketonen, Nitrilen und/oder Estern aliphatischer Monocarbon-
909820/1342
säuren anzugeben, das frei von den angegebenen Nachteilen ist.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von α,β-ungesättigten Aldehyden, Ketonen, Nitrilen und/oder Estern aliphatischer Monocarbonsäuren, bei dem die entsprechenden α,β-gesättigten, am α-Kohlenstoffatom mindestens zwei Wasserstoffatome aufweisende Verbindungen mit Formaldehyd vermischt werden und das erhaltene Gemisch in der Dampfphase mit einem Katalysator auf der Basis von Silicagel in Kontakt gebracht wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die im molaren Verhältnis von etwa 3:1 bis 20:1 mit Formaldehyd vermischten α,β-gesättigten Verbindungen auf Temperaturen von 450 bis 5000C erhitzt und in der Dampfphase mit unmodifiziertem Silicagel in Kontakt bringt.
Zur Duidiführung des Verfahrens der Erfindung sind die verschiedensten, am α-Kohlenstoffatom mindestens zwei Wasserstoff atome aufweisenden α,β-gesättigten Verbindungen geeignet, nämlich
Ester aliphatischer Monocarbonsäuren der allgemeinen Formel
R-CH2COOR1,
Aldehyde der allgemeinen Formel
R2-CH2-CHO,
909820/ 13 4 2
BAD ORIGINAL
Ketone der allgemeinen Formel
R3-CH2-CO-R4
Nitrile der allgemeinen Formel
R5-CH2-CN
in denen bedeuten:
R, R , R und R Wasserstoffatome oder Alkylreste mit
1 bis 6 Kohlenstoffatomen und
R1 und R4 Alkylreste mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen.
Als vorteilhaft haben sich die verschiedensten Verbindungen der angegebenen allgemeinen Formeln, die in der Regel im Handel erhältlich sind, erwiesen. Typische geeignete Ester sind z» B. Methylpropionat, Methylacetat, Äthylacetat und MethyIbutyrat, geeignete Aldehyde sind a B. Acetaldehyd, Propionaldehyd und Butyraldehyd, geeignete Ketone sind z.B. Aceton und Methyläthylketon, und geeignete Nitrile sind z.B. Propionitril und Butyronitril.
909820/1 342
Das Verfahren der Erfindung läßt sich z. B. durch folgende Reaktionsgleichung veranschaulichen:
R' H
I i
R—CH^-R1 + HCOH > R—C—C—H
worin bedeuten:
R ein Wasserstoffatom oder ein Alkylrest mit 1 bis 6 C-Atomen und
R1 ein Nitril- (-CN); Aldehyd- (-COH)j Keton- (-C-R") oder Älkylesterrest (-C-O-R"), worin R" eine Alkylgruppe mit 1 bis 6 C-Atomen ist.
Die nach dem Verfahren der Erfindung aus den angegebenen Verbindungen erhaltenen, entsprechenden α,β-ungesättigten Verbindungen können in üblicher bekannter Weise, z. B. durch fraktionierte Destillation unter vermindertem Druck, isoliert werden.
Der zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung verwendete Formaldehyd kann in üblicher bekannter, im Handel erhältlicher Form vorliegen, z. B. in Form wässriger oder alkoholischer Lösungen oder in polymerer Form.
909820/1342 6A0 ORIGINAL
Die Aktivität des zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung als Katalysator verwendeten unmodifizierten Sllicagels wirdVDn dessen Porenvolumen und Oberfläche beeinflußt. Als vorteilhaft hat sich die Verwendung von Silicagelen mit einem Porenvolumen von über 0,30 ccm/g und einer Oberfläche
2 ρ
von etwa 100 bis 600 m /g, insbesondere 150 bis 450 m/g, erwiesen.
Die Herstellung derartiger Silicagele ist bekannt,ζ. B. aus J. G.-Vail "Soluble Silicates", Band II, A.C.S. Monograph Series, Reinhold Publishing Co., New York, 1952.
Die in der Dampfphase durch das Katalysatorbett geleiteten Reaktionspartner können vor Einführung in die Reaktionszone entweder einzeln oder als Gemisch geeigneter Zusammensetzung vorerhitzt werden. Die Umsetzung der Reaktionspartner kann bei verschiedenen Temperaturen erfolgen. Als geeignet haben sich Temperaturen von etwa350 bis 525°Cj vorzugsweise von
-6-
9820/1342
etwa 425 bis 50O0C erwiesen.
Das molare Verhältnis von umzusetzenden α,β-gesättigten Verbindungen zu Formaldehyd kann sehr verschieden sein. Als geeignet haben sich molare Verhältnisse von 1:1 bis 25:1, vorzugsweise von 1:1 bis 20:1 erwiesen.
Die erfindungsgemäß zu erzielenden überraschenden Vorteile sind aus den Ergebnissen von Vergleichsversuchen, deren graphische Auswertung in Fig. 1 wiedergegeben wird, ersichtlich.
Da die üblichen bekannten Verfahren hauptsächlich unter Verwendung eines mit basischen Metallverbindungen imprägnierten Silicagels als Katalysator durchgeführt werden, wurden die nach bekannten Verfahren durchgeführten Vergleichsversuche in Gegenwart eines KOH enthaltenden Silicagels in folgender Weise durchgeführt.
Versuch A
Es wurden Methylpropionat und methanolischen Formaldehyd in den in Tabelle A angegebenen Molverhältnissen enthaltende Gasgemische bei Temperaturen von 360 bis 3750C und atmosphärischem Druck über KOH-haltige Silicagelkatalysatoren der in Tabelle A angegebenen Zusammensetzung geleitet. Der Formaldehyd kam in Form eiier im Handel erhältlichen, aus 46,5%
909820/13 4?
8AD ORIGINAL
α»
Formaldehyd, 44,51 Methanol und 91 Wasser bestehenden Lösung zur Anwendung. Die auf eingesetzten Formaldehyd bezogenen Umwandlungsraten und Ausbeuten an erhaltenem Methylmethacrylat sind in der folgenden Tabelle A aufgeführt.
Tabelle A
Versuchsansatz * KOH im Ester:CH7O Umwandlung Ausbeute Nr. Silicagel Molverhältnis I *
1 3 5:2 6 15
2 3 5:1 10 20
3 10 5:1 5 12
Versuch B
Das in Versuch A beschriebene Verfahren wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß anstelle von Formaldehyd Trioxan verwendet wurde. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle B wiedergegeben.
909820/13 A 2
T-Jt JL-S-X.1
VifstiehS- cii-.fu η
έήέέίζ I köH ite fcster.LH^u Üiiiwändlüiig AtisbSuti
..„-jjttt— Siiieäjäi Molverhältitis I _ .j....
3 5:1 8 i4
2-10 5:1 3 6
3 10:1 14 26
I 1ÖH 6 19
In Figi ί Sind die iiaeh dem bekannten Verfahren untör Verwendung eiiies 3 Geki-I KOII enthaiiendferi Siiicagels eihiii%h'6ht dufehjdle gestrithelte KurVe wiedergegebenen Ergebnisse öiitsprecheMehi Üäcii dem Verfahren der Erfindung unter Verwehdüng eines urnnedifizieftöhi praktisch metäilfreien Silieägeis grhäiten6h| durch die ausgezogene Kurve wiedergegöbeneii Ergebnissen gegenüb6rgöstellt< Den graphisch ausgewertetöri Ergebnissen ist zu entnehmen» daß die Aktivität des erfindungsgemäß verwendeten Katalysators weniger stark abfällt und längere Zeit auf beträchtlich höheren Werten erhalten bleibt als diejenige des bei den bekannten Verfahren verwendeten Katalysators. Daraus erklärt sich, daß das Verfahren der Erfindung zu erhöhten Umwandlungsraten und Ausbeuten sowie zu verminderter Nebenproduktbildung führt.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern.
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BAD ORIGINAL
•4t-
Die in den Beispielen Beschriebenen Versuch® wliräiii in eihöir eirten kalibrierten Vorratsbehälter^ eine Dosierpumpe» einen Vörerhitzerj ein den Katalysator enthalten·* des Reaktionsrohr sowie öiiieri Kondensator iilfweiäindeü Vorrichtung dürchgeführt.
Beispiel, 1
Es wurde ein Gasgemisch aus Methylpropionät ühä fiiethähöi is ehern Formaldehyd bei einer Temperatur von 4ÖÖÖG und bei atmosphärischem Druck in der Weise über einen aus SiÜcägei mit einem Porenvolumen von 1,16 ccm/g und einer Oberfläche von 340 m/g bestehenden Katalysator geleitet* daß die Köiitaktzeit des Gasgemisches mit dem Katalysator 3 Sekunden betrüg* Als Formaldehyd wurde eine im Handel erhältliche^ aus 46,5$ Formaldehyd, 4415% Methanol und 9% Wasser bestehende Lösung verwendet.
Das in dem verwendeten Gasgemisch vorliegendi molare Verhältnis von Methylpropionat zu Formaldehyd sowie die auf Formaldehyd bezogene prozentuale Umwandlung und Ausbeute an erhaltenem Methylmethacrylat Sind in der folgenden Tabelle I wiedergegeben.
T...a,-b el le I '-'- '"-
Umsetzung von Methylpropionat mit Formaldehyd zu Methyimethacrylat
9098 2"0/1342
Beispiel 2 Ester : CH2O
Molverhältnis
Umwandlung
I
Ausbeute
I
5:1 38 76
Versuch
Nr.
1:1 8 68
1 3:1 24 83
2 10:1 34 75
3 15:1 40 92
4 20:1 46 94
5
6
Nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wurde ein Gasgemisch aus Methylacetat und methanolischem, aus einer im Handel erhältlichen methanolischen Lösung gewonnenem Formaldehyd bei Temperaturen von 475 bis 49O0C mit einer Verweilzeit von 3 Sekunden über einen Silicagelkatalysator der in Beispiel 1 beschriebenen Eigenschaften geleitet. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle II aufgeführt.
Tabelle
II
Umsetzung von Methylacetat mit Formaldehyd zu Methylacrylat
Versuch
Nr.
1
2
3
4
5
Ester : CH7O Molverhältnis
3:1
5:1
10:1
15:1
20:1
Umwandlung Ausbeute
20 88
29 78
41 96
42 95
45 96
909820/1342
Beispiel 3
Nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wurde ein Gasgemisch aus Methylacetat und Trioxan bei Temperaturen von 485 bis 4950C mit einer Kontaktzeit von 3 Sekunden über einen Silicagelkatalysator der in Beispiel 1 beschriebenen Eigenschaften geleitet. Wurden Methylacetat und Formaldehyd im molaren Verhältnis von 5:1 angewandt, so wurde bei 15liger Umwandlung des Formaldehyds Methylacrylat in 33%iger Ausbeute erhalten.
Beispiel 4
Nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wurden aus verschiedenen Aldehyden, Ketonen und Nitrilen sowie methanolischem Formaldehyd bestehende Gasgemische bei Temperaturen von 460 bis 49O0C bei einer Verweilzeit von 3 Sekunden über einen Silicagelkatalysator mit einem Porenvolumen von
2 1,16 ccm/g und einer Oberfläche von 340 m /g geleitet. Der verwendete Formaldehyd stammte aus einer im Händeiferhältlichen, aus 46,51 Formaldehyd, 44,51 Methanol und 91 Wasser bestehenden Lösung. In den verwendeten Gasgemischen betrug das molare Verhältnis von umzusetzender α,β-gesättigter Verbindungformaldehyd =3:1.
Die zur Umsetzung verwendeten Verbindungen sowie die bei der Formaldehydkondensation erhaltenen Ergebnisse sind in den folgenden Tabellen III bis V wiedergegeben. Die Umwandlungsraten UJLd (AusieuteiL an, erhaltenen α,β-ungesättigten
BAD ORIGINAL
Verbindungen sind auf den eingesetzten Formaldehyd bezogen.
Tabelle III
Formaldehydkondensation von Aldehyden:
R-CHO
Versuch
Nr.
R Umwandlung
%
IV Ausbeute
I
1 CH3 39 88
2 CH3CH2 45 92
3 CH7CH-CHη 35 94
Tabelle
Formaldehydkondensation von Ketonen:
R-C-R..
Versuch Nr. R
1 2
CH, CH,
CH3CH2
Umwandlung %
39 43
Ausbeute %
87 91
909820/13A2
BAD ORIGINAL
T a b β 1 IeV
Formaldehydkondensation von Nitrilen:
R-CN
Versuch
Nr.
R Umwandlung
. i
Ausbeute
I
1 CH3 17 20
2 CH3CH2 31 87
3 CH3CH2CH2 28 85
Beispiel 5 ,-
Nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wurden Gasgemische aus Methylpropionat und Formaldehyd bei Temperaturen von 450 bis 5000C unter Verwendung von Silicagelkata1-lysatoren der in Tabelle VI angegebenen Eigenschaften umgesetzt. Die erhaltenen, auf verwendeten Formaldehyd bezogenen Umwandlungsraten und Ausbeuten an Methylmethacrylat sind in der folgenden Tabelle VI aufgeführt.
Tabelle VI
Umsetzung von Methylpropionat mit Formaldehyd zu Methyl
Versuch
Nr.
methacrylat
verwendetes
Porenvolumen
ccm/g
Silicagel
Oberfläche
Umwandlung
I
Ausbeute
1 1.16 340 45 80
2 1.15 340 27 81
3 0.38 166 26 93
909820/13 42
• !!IiFiIIISK J Ί! II! f
- 44·-
4 0.38 600 6 11
5 0.45 832 8 12
6 0.45 743 5 8
909820/1 3U7

Claims (4)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von α,β-ungesättigten Aldehyden, Ketonen, Nitrilen und/oder Estern aliphatischer Monocarbonsäuren, bei dem die entsprechenden o,ß-gesättigten, am α-Kohlenstoffatom mindestens zwei Wasserstoffatome aufweis enden Verb indungen mit Formaldehyd vermischt werden und das erhaltene Gemisch in der Dampfphase mit einem Katalysator auf der Basis von Silicagel in Kontakt gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die im molaren Verhältnis von etwa 3:1 bis 20:1 mit Formaldehyd vermischten α,β-gesättigten Verbindungen auf Temperaturen von 450 bis 5000C erhitzt und in der Dampfphase mit unmodifiziertem Silicagel in Kontakt bringt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man ein Silicagel mit einem Porenvolumen von über 0,30 ecm/
2 g und einer Oberfläche von weniger als 600 m /g verwendet.
3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als α,β-gesättigte Verbindungen verwendet:
Ester aliphatischer Monocarbonsäuren der allgemeinen Formel R-CH2COOR1,
909820/13A2
Aldehyde der allgemeinen Formel R2-CH2-CHO# Ketone der allgemeinen Formel R3-CH2-CO-R und Nitrile der allgemeinen Formel R-CH2-CN,
in denen bedeuten:
R, R2, R3 und R5 Wasserstoffatome oder Alkylreste
mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen und
R1 und R4 Alkylreste mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen .
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ester einer aliphatischen Monocarbonsäure Methylpropionat, Methylacetat, Äthylacetat oder Methylbutyrat, als Aldehyd Acetaldehyd, Propionaldehyd oder Butyraldehyd, als Keton Aceton oder Methyläthylketon und als Nitril Acetonitril, Propionitril oder Butyronitril verwendet.
909820/13A2
DE19681804469 1967-10-23 1968-10-22 Verfahren zur Herstellung von alpha,ss-ungesaettigten Aldehyden,Ketonen,Nitrilen und/oder Estern aliphatischer Monocarbonsaeuren Pending DE1804469A1 (de)

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