DE1813182A1 - Verfahren zur Herstellung von Carbonylverbindungen und Carbonsaeuren - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Carbonylverbindungen und Carbonsaeuren

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DE1813182A1 DE19681813182 DE1813182A DE1813182A1 DE 1813182 A1 DE1813182 A1 DE 1813182A1 DE 19681813182 DE19681813182 DE 19681813182 DE 1813182 A DE1813182 A DE 1813182A DE 1813182 A1 DE1813182 A1 DE 1813182A1
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Description

Dr. F. Zurostein - Dr. E. Assmann
Dr. R. Koenigsberger
Dipl. Phys. R. Holzbauer
Palenlanwälte Mönchen 2, Bräuhausstrafje 4/llt
SC 3236
RHONB-POULBNC S.A.« farts / Frankreich Verfahren zur Herstellung von Carbonylverbindungen und Carbonsäuren
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.
Die wptur wird vorsugsweise zwischen 60 und 1OO*C ge-
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
Man wendet die folgende allgemeine Arbeltsweise an:
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&lt, 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
N Q
β R R RR in co
SKK
β R R 9» ι- «n
9 »
κ :■
nr«
it:
S3
ψ- CO
;n
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·
Die Brgebnisse sind In der folgenden Tabelle zusammengestellt:
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& RR
«ο
Ol
SS
SSRP ? i
β SS RR
γ CO
-
RR RR 5 S
ι*\
IR RR 8β a 8
ιο «η
RR
RR ° 8 % £
RRSo
ITX
18131Ö2
VO VO
OO CO
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Beispiel 21
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.
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.
Beispiel 28
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.
Nach 1 3/4 Stunden hat sich der Druck bei 70 bar stabilisiert.
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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Aoroleln 18 %
Aoeton und Fropantl 43#2J< Aoryl« und BMlgattur· 28,6j< Der l>WMndlHngigrad dee Propylene betriet 12,6ji.
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Claims (1)

  1. Patentanspruch
    Verfahren 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.
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BE725006A (de) 1969-06-05
LU57467A1 (de) 1969-07-31
NL6817040A (de) 1969-06-10
US3671582A (en) 1972-06-20
ES361139A1 (es) 1970-08-01
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SE362410B (de) 1973-12-10
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