DE1813182A1 - Verfahren zur Herstellung von Carbonylverbindungen und Carbonsaeuren - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Carbonylverbindungen und CarbonsaeurenInfo
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Description
Dr. R. Koenigsberger
Dipl. Phys. R. Holzbauer
Dipl. Phys. R. Holzbauer
SC 3236
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Oxydation
von organischen Verbindungen« Insbesondere von olefinischen Verbindungen» zu Carbonylderivaten und
Carbonsäuren· " .
Es ist bekannt« daß man Äthylen In einer Lösung eines Palla*
diumsalzes in Wasser oder Essigsäure umsetzen kann« um
Acetaldehyd oder Vinylacetat zu erhalten« wobei das Palla-, dlumsalz zu metallischem Palladium reduziert wird. Bei den
industriellen Verfahren« die auf diesen Reaktionen beruhen« verwendet man außerdem Cuprlsalze (z.B. französische Patentschrift
1 210 009)« um das metallische Palladium zu dem Zustand des löslichen Salzes zu reoxydieren« und molekularen
Sauerstoff« um die Cuprosalze in Cuprlsalze zu überführen« doch weisen diese Verfahren den Nachteil auf« daß
sie zur Bildung von Nebenprodukten führen« beispielsweise chlorierten Derivaten« wenn die vorgenannten Salze Chloride
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sind» und ein stark korrodierendes Beaktionsmediiam erfordern,
das die Verwendung von mit Titan ausgekleideten Apparaturen erforderlich macht. Bs ist auch bekannt (französische Patentschrift
1 211 356), Olefine ausschließlich in Carbonyl verbindungen
Überzuführen« indem man diese Olefine über Katalysatoren auf der Basis von Metallen der Untergruppen 5 bis 8 und 1
des Periodensystems, wie beispielsweise Palladiumdichlorld,
mit Sauerstoff und in Anwesenheit von Wasserdampf oder von
unter den Reaktionsbedingungen WaSSeI1SaJnPf liefernden Verbindungen
führt. Bs ist auch bekannt, organische Ester, wie beispielsweise
Vinylacetat unA Btnsyiiicefeat aus Äthylen bzw.
Toluol durch Oxydation mit nolekulareiB Sauerstoff in Essigsäure
und in Anwesenheit eines ein Edelmetall in elementarer Form, vorzugsweise metallisches Palladium, enthaltenen Katalysators
herzustellen (fransBsisch® Patentschrift 1 346 219)» Me Oxydation
von Äthylen liefert Acetaldehyd sowie ithylaeetat, Methylaoetat
und Aceton als nebenprodukte Heben Kohleximonoxyd und
Kohlendloxyd. Es wurde auctb ein Verfahren zur Herstellung von
Acetaldehyd durch Oxydation von Kthylen mit Sauerstoff in Anwesenheit von Wasser vorgeschlagen (ftraasösisohe Patentschrift
1 428 957)» gemäß welchem mitt einen festen Katalysator verwendet,
der ein elementares Bdelmetall der Gruppe VIII des
Periodensystems, vorteilhaftonreise Palladium*, enthält. Bei
diesem Verfahren erhält man Essigsäure als Hebenprodukt neben Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd· Bs wurde auch vorgeschlagen (französische Patentschrift 1 H-%7 023), das obige
Verfahren zu verbessern, indem man die Oxydation von Äthylen
in Anwesenheit von Hangan- und/oder Kobaltverbindungen durchführt.
Bei den in Abständen erfolgenden Regenerationen des Katalysators wird die Wiedergewinnung von reinem Palladium
jedoch durch das Vorhandensein anderer Metalle komplizierte
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren *ur Her·»
stellung von Aldehyden» Ketonen und/oder Carbonsäuren durch Oxydation von organischen Verbindungen, insbesondere olefinischen
Verbindungen« mit molekularem Sauerstoff oder molekularen
Sauerstoff enthaltenden Gasgemischen in Anwesenheit eines Katalysators* der ein Edelmetall der Gruppe VIII enthält,
wobei sieh dieses Verfahren dadurch auszeichnet, daß
die Reaktion in einer flüssigen Phase, die Dirnethylsulfoxyd
(DMSO) oder ein Gemisch Wasser-DM30 enthält, durohgeftlhrt wird.
Die Olefine j dl· nach des erflndungsgenäßen Verfahren oxydiert
werden ktfcmen» ktfemen eine oder mehrere olefinische
Doppelbindungen enthalten· 81e können außerdem Substituenten
tragen. So können beispielsweise Olefine der Poreel
verwendet werden. In welcher R., Rg, R. und R^ Wasserstoff·
atome oder aliphatisch·, cycloaliphatische oder aroaatische
Kohlenwasserstoffreste bedeuten, wobei stiel dieser Reate ausserdem
ein· fcweiwertlg· Alkylenkette, die gegebenenfalls
ein Heteroatom, wie beispielsweise O, H, S, enthalten kann,
bilden künnan. Insbesondere Winnen Äthylen, Propylen, Buten·,
Hexen, Deoen, Dodecen, Butadien, Cyolopenten, Cyolohexen und
Styrol nach dem erflndungsgesstlen Verfahren oxydiert werden.
Das erfindungflgenÄie Verfahren liefert als Oxydatlonsprodukt
Aldehyd· oder Keton· oder ein Gemisch dieser Oarbonylderlvate
sowie sitkiren. Die Art und der Hengenanteil dieser versohledenen
Reaktionsprodukte hängen von dar eineesetKt«ti au oxydierenden
Verbindung und Am B^aktlonsbedingungen, insbesondere
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dem Verhältnis wasser/DMSO» ab· Das erflndungegeniäße Verfahren besitzt den Vorteil» gute Ausbeuten an Carbonylderivaten
und Säuren zu liefern und für Reaktionen« dl· su Gemischen
Aldehyden/Säuren führen» das relative Mengenverhältnis dieser zwei Produkte duroh Einstellung des Mengenanteile
an Wasser und an DMSO leicht variieren zu können·
Das flüssige Lösungsmittel» das den wesentlichen Bestandteil des Heaktlonsmedlums darstellt» ist UMSO oder ein Gemisch
Wasser-DMSO mit einem Gehalt von mehr als 1 VoI-Ji und vorzugsweise
mehr als S» 5 Vol-£ OHSO. Der Bereich der optimalen
Konzentrationen hängt von dem gewünschten Reaktionsprodukt (Carbonylderivat oder Säure) und der Art des eingesetzten Olefins
ab. Im Falle der Oxydation von Äthylen zu Acetaldehyd enthält das Gemisch Wasser-DMSO vorzugsweise 70 bis 99 VoI-JG
DHSO.
Als Edelmetallkatalysator verwendet man vorteilhafterweise
Palladium. Bs kann in feinzerteilter metallischer Form verwendet oder auch auf Träger» wie beispielsweise Aktivkohle»
Bimsstein» Kieselsäuregel» Aluminiumoxyd oder -sllicat oder
Bentonit, aufgebracht werden. Wenn das Edelmetall auf einem
Träger verwendet wird» 1st es vorteilhaft» daß Gehalte an Metall von 1 bis 20 Gew.£» bezogen auf das Gesamtgewicht
Träger-Metall» vorliegen. Diese Grenzen sind jedoch keinesfalls unbedingt erforderlich. Die Menge an zu verwendendem metallischem
Katalysator kann in ziemlich weiten Grenzen variieren. Sie kann beispielsweise 0,1 bis 5 Gew.£» vorzugsweise 0»?
bis 1 Gew.J^, bezogen auf das Lusungsmittelmedium» betragen.
Die Drucke» unter denen man arbeitet» liegen im allgemeinen
Über 5 bar und vorzugsweise zwischen 50 und 120 bar. Niedriger·
Drucke sind nicht ausgeschlossen» doch führen nie zu
geringeren Reaktionsgeschwindigkeiten· Bs gibt kein· kritische
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f-iR^T»? ii'f?1!?!!! 5 :-::: fsiiiii r.
ob·*· Qr«ns· für dm Druck, doch sind «us technischen und
wirtschaftlichen OrOnden eehr hon· Drucke nicht von Inter-
Di· MengenenteiTe an zu oxydierender Verbindung und Sauerstoff
können In weiten Orensen variieren· doch sollte «an
sich aus QrQtIdMi dar Sicherheit außerhalb der Mengenanteile
halten, dl· explosive Qsartiohe egee, so daß «an «elstena
•inen großen Überschuß an Olefin verwendet.
Da» Verhältnis swiechen der Anzahl von Hol Lösungsmittel
und der Anzahl von Hol der su oxydierenden Verbindung, dl·
in de« LBsungsaittel vorhanden sind, beträgt vorteilha
1.
wählt. Nan kann Jedoch auch bei Temperaturen, die auferhalb
dieser Orenaen liegen, arbeit·»· Xu niedrig· Teeperaturen
führen jedoch m unsureAeoe Reaktionsgeschwindigkeiten,
und hoher· Tesjpet'atnren ee «Ine teilweise Ersetzung
des DM3O.
Das erfindungsgemMe Verfahren kann In folgender Weis· durohgeftthrt
wardens In «In Oeftl, das ein Arbeiten, unter Druck «S-laubt,
bringt «an das Oeaisoh Vassar-OMBO und den Katalysator
ein und führt dann dl· su oxydierende Verbindung und Sauerstoff und/oder Luft bis su de» gewOfisohten Oeaaatdruek ein
und erhitst. Man kam da« Loaungsadttel auch vor der SinfUhrung
der Oase erhltsen· Wenn dl· Gasabsorption beendet let,
läßt «an abkühlen, sieht dl· gasförmigen Produkte ab und trennt
die flüssigen Produkt·· beispielsweise durch Destillation;
Man kann auch kontinuierlich arbeiten, wobei «an vorsugsweise
eine rohrförmig« Reaktlonsapparatur verwendet, in der das
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Wasser, daa SMSO und der Katalysator in konstanten Mengenanteilen gehalten «erden und in die das Maaser» dee 9NS0,
daa Olefin und der Sauerstoff kontinuierlich eingeführt «erden» «tthrend die UBwanälungspreäukte und die nicht umgesetzten
Reaktionskonponenten kontinuierlich abgeführt «erden.
Wenn das Olefin unter den Arbeitsbedingungen gasförmig ist» kann man die Oxydation «ie folgt voraehraen:
In ein druekfeetee vertikales Bohr bringt man von oben ein
Gemisch wasser-DMSO» das den Katalysator In Suspension ent«
hält, ein» wobei ein konstantes Niveau durch ein geeignetes
Abziehen an unteren Ende der Kolonne aaifreehterhalten wird·
unter stindigera Halten des Reaktionsmediians bei erhöhter Temperatur und unter Druck leitet man von unten riaoh oben einen
Strom eines Qasgemlsehs ein» das aus Olefin und Sauerstoff
besteht» «Khrend glelehseltig gasförmige Produkte abslehen»
die man kondensiert. Das Kondensat wird ansohlieSend beispielsweise
duroh Destillation behandelt· und der nicht umgesetste Teil der Reaktlonskoaponenten Sauerstoff-Olefin wird
In die Reaktlonssone surtlokgefUhrt. Man ergSnst kontinuierlich
die verbrauchten Ausgangeprodukte·
wenn das Olefin flüssig und in den Qenisoh Wasser-DMSO löslich
ist» ist es vorteilhaft» das obige Verfahren abzuändern» in« de» nan das Olefin von oben nach unten und nicht aehr von
unten nach oben sirkulleren läßt. In diesen Falle sieht man die Reaktionsprodukte auch as unteren Ende ab· Es ist vorteilhaft, das vertikale Rohr ait Füllkörpern analog denjenigen
von Destillationskolonnen su füllen, um einen möglichst innigen Kontakt der an der Reaktion teilnehmenden verschiedenen Substanzen
su gewährleisten.
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Venn das Olefin flüssig und in den Gemisch Wasser-DMSO
teilweise löslich ist, 1st es sweoknKfiig, diese Arbeiteweisen
In Abhängigkeit von den Lösliohkeitsgrad zu modifizieren,
so dafl stets eine möglichst Innige Mlsohung der
Reelctionskonponenten sowie eine möglichst leichte Abtrennung
erzielt wird.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie
zu beschranken·
Beispiele 1-11
In einen 1 1-Autoklaven bringt man 200 com des in der nachfolgenden
Tabelle definierten Lösungsmittels und 10,6 g
eines Katalysators« der aus Palladiumkohle (dehalt an Palladium 1OjS) besteht, ein. Man verschließt die Apparatur,
spült sie alt Stickstoff und bringt sie in einen auf einer
Schüttelvorrichtung montierten Ofen.
Man erhöht die Temperatur auf T°C unter Schütteln innerhalb
von einer Stunde und 40 Minuten. Man führt dann Äthylen
bis zu einem Druck P1 (in bar) und dann Luft bis zu einem :
Oesamtdruek P2 (in bar) ein und läßt die Reaktion fortschrei- (
ten. Man verfolgt den Gang mit Hilfe des in dem Autoklaven herrschenden Ctosamtdrueks· Am Snde der Reaktion oder ein
wenig davor bricht man das Schütteln ab und kühlt auf Zimmertemperatur (20*C) ab. Man entgast den Autoklaven durch eine
mit einem Gemisch Aoeton-Trookenels gekühlte Falle und an- '
sehlieBend eine Waschvorrichtung mit Hydroxylamin-hydroohlorid,
das die lotsten Reste von Acetaldehyd zurUokh<, und
aneohllesend noch eine Waschvorrichtung mit Kaliuinhydroxyd
zur Zurückhaltung von Kohlendioxyd.
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Die In der Kühlfalle geaaanelte Fraktion wird au den ReaktlonamediuBi
zugegeben« und das Qanze wird destilliert· Man
gewinnt die unterhalb 980C siedende Fraktion. Man erhalt
so ein Oemleeh Waseer-Aoetaldehyd, das man mit Hilfe von
qraadn-hydroohlorid bestimmt.
Der !Destillationsrückstand wird filtriert« der Katalysator
wird gewaschen, und das Flltrat durch Alkalimetrie bestimmt.
Das Brgebnis liefert die Menge an gebildeter Essigsäure.
In der nachfolgenden Tabelle sind für verschiedene Arbeite·
bedingungen die Mengen an Sssigsgure und Acetaldehyd sowie
die Ausbeuten an diesen beiden Verbindungen» besogen auf verbrauchtes Äthylen, und die Menge an erzeugte» COg* ebenfalls
besogen auf verbrauchtes Äthylen ausgedrückt, angegeben·
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S SS RR
*\ cn
in ΒΓ
Si ·
a » s rr
·> ΟΛ ΟΛ
SRRRR
CU CO
in in in
^ co
i ρ
IA OD
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β R R RR in co
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β R R 9» ι- «n
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it:
S3
ψ- CO
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8 R
R 5
P IR
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Beispiele 12 - 20
In eine Apparatur, die «it der der vorhergehenden Beispiele identisch 1st, bringt «an JOO ooa des in der nachfolgenden Tabelle definierten Löaungumittele, 26 g Styrol und
10,6 g Katalysator, der mit den der vorhergehenden Beispiele identisch 1st, ein.
Nan stellt in der Apparatur einen Druck von 10 bar Stickstoff ein und erhitst unter Schütteln auf T9C.
Nan führt noch Stickstoff bis su einen Druck von P1 bar und
< dann Luft bis su einen Qesantdruck von P2 bar ein· Nan IXSt
die Reaktion fortschreiten· Nan -verfolgt den Gang der Reaktion
durch den in den Autoklaven herrschenden Oesantdruck.
Nan bricht das Schütteln ab, wenn dl· Reaktion beendet iat
(oder in einigen füllen suvor), kühlt auf Zinsertenperatur
(30*C) ab und entgast die Apparatur in eine Waschvorrichtung
■it Xthanol. Die so erhaltene Ithanollaohe Lusung wird «it
der suvor filtrierten flüssigen Beaktionanasae vereinigt, und
die Reaktionsprodukte werden durch Danpfphasenohronatographie bcstiant.
Das Bauptreaktlonsprodukt 1st Acetophenon. AIa Nebenprodukt
tritt insbesondere Bensaldehyd auf (2,44 g in Beispiel 20). Bs bildet sich auch «annhmai ein wenig Polystyrol·
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& RR
«ο
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β SS RR
γ CO
-
RR RR 5 S
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ιο «η
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RR ° 8 % £
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18131Ö2
VO VO
OO CO
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In einen 1 !«Autoklaven bringt man ein Oemisett iron
18O com »ISO» SO com Wasser, 10,6 g palladlumicolile mit
Metall und 20,5 g Cyclohexen ein.
Man bringt die Apparatur unter
(Druckϊ 10 bar)· Man bringt die tttnqperatur dumh fortaclireitendes Erhitsen nalirend 1 1/2 Stunden auf 80 0C. It&n esftifSlit den Druck mittels Stickstoff auf 50 bar und d&ui mittels Luft auf 100 bar.
(Druckϊ 10 bar)· Man bringt die tttnqperatur dumh fortaclireitendes Erhitsen nalirend 1 1/2 Stunden auf 80 0C. It&n esftifSlit den Druck mittels Stickstoff auf 50 bar und d&ui mittels Luft auf 100 bar.
Man lädt 5 Stunden bei 8o°C reagieren. ß»r Braekabfall
der Apparatur betrügt 5 bar. Man kühlt ab, entgast die Apparatur*
filtriert den Inhalt und nascht den Katalysator mit
DHSO. In dem Filtrat stellt man 2,9 g Cyelöhe3e®n»(2)~on«(i)
fest.
In einen 1 !-Autoklaven bringt man 18O ecm ΏΜ30, 20 com
Wasser, 10,6 g Palladiumkohle mit 10$ Metall und 42,8 g
Propylen ein.
Man spült die Apparatur mit Stickstoff und bringt sie dann
Innerhalb iron 11/2 Stunden unter Bewegen auf 100°C· Der
Druck beträgt dann 28 bar. Man erhöht den Druck mit Luft auf 78 bar.
Man kühlt ab, entgast die Apparatur durch eine Waschvorrichtung mit Hydroxylamin-hydrochlorid, die 100 com einer
an Hydroohlorld 0,5m-Lusung in einem Gemisch Wasser-Kthanol
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i I S !! B '3!""! '1E 11S !"!!■!" ■ """"""ί )'»' !*:"'· '■ ■.■-■■■■ ■ ! -
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In elnea Yoli—ηνιΜΠtη1 ■ von 20:80 «nthSlt, und mn-8ohll«e«nd
«Int simlt· ttaohvoirlehtung, dl« 100 ooa 5n-
«nthllt.
Man dMtlIll«rt dm Inhalt des AutolclaTwa» wodurch man
80 eea «imp w*»erlg*n fraktion* Al· dl· e»blld«t«n Garbo·
«ntbftlt, «rhllt.
Dl· B—t!—ma·!! der Mtialtenan Produkt· imrd«n wl· mwror
durotaetfOhrt vma «rfg*b«n dl· tolgßaäen Ausbeuten (ber«ohnet
auf varbvaoohtea Propylen bezogen) t
Aoroleln 18 %
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Claims (1)
- PatentanspruchVerfahren zur Oxydation von organischen Verbindungen» insbesondere olefinischen Verbindungen« au organischen Carbonylderivaten und Säuren durch Einwirkung eines molekularen Sauerstoff enthaltenden Gases unter Arbeiten in Anwesenheit eines Katalysators auf der Baals eines Edelmetalls der Gruppe VIII des Periodensystems, dadurch.gekennzeichnet, daß nan in Anwesenheit von Dlmethylsulfoxyd oder einem Gemisch Wasser-Dimethylsulfoxyd arbeitet.909836/1581
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