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 MonocarbonsaeurenInfo
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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
Aldehyde der allgemeinen Formel
R2-CH2-CHO,
909820/ 13 4 2
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.
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.
909820/13 4 2
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.
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.
II
Umsetzung von Methylacetat mit Formaldehyd zu Methylacrylat
Versuch
Nr.
1
2
3
4
5
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
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.
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.
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
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)
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
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US4433174A (en) * | 1982-07-26 | 1984-02-21 | Standard Oil Company (Indiana) | Process for preparation of alpha, beta-unsaturated aldehydes using AMS-1B borosilicate crystalline molecular sieve |
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