DE1909620C3 - Verfahren zur Herstellung von Aldehyden und/oder Alkoholen durch die Oxosynthese - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Aldehyden und/oder Alkoholen durch die OxosyntheseInfo
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Description
Gegenstand des Hauptpatents 15 43 471 ist ein Verfahren zur Herstellung von Aldehyden und/oder
Alkoholen durch Umsetzung von Olefinen mit Kohlenmonoxyd und Wasserstoff in Gegenwart eines Katalysatorkomplexes
aus Kobalt, Kohlenmonoxyd und einem heterocyclischen Phosphin mit mindestens 5 Kohlen-Stoffatomen
im heterocyclischen Ring.
Bei diesem Verfahren werden insbesondere bicyclische heterocyclische tertiäre Phosphine als Katalysatorkomponenten
empfohlen. Primäre und sekundäre Phosphine werden als weniger geeignet betrachtet, und
zwar infolge ihrer großen Reaktivität, da sie in der Regel leichter oxydierbar sind bzw. sich in einer
oxydierenden Umgebung, wie in Anwesenheit von Kobalt, leichter zersetzen.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, üaß auch spezifische sekundäre Phosphine mit Erfolg als Liganden
in derartigen kobalthaltigen Katalysatorkomplexen eingesetzt werden können. Es hat sich gezeigt, daß
Kobaltkomplexkatalysatoren, welche derartige spezifische Phosphine als Liganden enthalten, eine ausreichende
Stabilität aufweisen, so daß sie sich nicht sehr gut für die Hydroformylierung von Olefinen einsetzen lassen,
insbesondere, wenn das Hauptprodukt des Verfahrens aus primären Alkoholen bestehen soll.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Aldehyden und/oder Alkoholen durch Umsetzung
von Olefinen mit Kohlenmonoxyd und Wasserstoff in Gegenwart eines Katalysatorkomplexes aus Kobalt,
Kohlenmonoxyd und einem heterocyclischen Phosphin mit mindestens 5 Kohlenstoffatomen im heterocyclisehen
Ring nach Patent 15 43471.6 ist dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator ein bicyclisches
heterocyclisches sekundäres Phosphin enthält.
Bei den erfindungsgemäß als Katalysatorliganden zu verwendenden bicyclischen heterocyclischen Sekundaren
Phosphinen handelt es sich dem Typ nach um Monophosphabicycloalkane mit 8 oder 9 Ringatomen,
wobei der kleinste phosphorhaltige Ring mindestens 5 Atome enthält und das Phosphoratom ein Glied der
Brijckenbindung aber kein Brückenkopfatom ist. Die '>>
Ringkohlenstoffatome können jedoch substituiert sein. Vorzugsweise werden dabei Substituenten eingesetzt,
welche keinen zu großen Raumbedarf haben, beispielsweise niedere Alkylgruppen mit 1—4 Kohlenstoffatomen.
Die erfindungsgemäß als Katalysatorkomponenten verwendeten bicyclischen heterocyclischen sekundären
Phosphine können gemäß einer Arbeitsweise erhalten werden, wie sie bereits im Hauptpatent beschrieben
worden ist Gemäß einer Ausführungsform wird Phosphin (PH3) mit einem cyclischen Kohlenwasserstoff
umgesetzt, welcher zwei nicht konjugierte und nicht selbstkonjugierende Doppelbindungen im Ring enthält.
Ein Vorteil dieser Herstellungsweise besteht darin, daß die Phosphinliganden in einer einzigen Verfahrensstufe
erhalten werden können, während für die Herstellung der entsprechenden tertiären Phosphine eine weitere
Verfahrensstufe erforderlich ist. Zwar kann man tertiäre Phosphine auch in einem einstufigen Verfahren
herstellen, indem man anstelle von Phosphin mit der Formel PH3 ein primäres Phosphin als Ausgangsmaterial
einsetzt, doch besteht dann öfters die Schwierigkeit, daß das monosubstiituierte primäre Phosphin zunächst
synthesiert werden muß, was präparativ nicht einfach ist.
Zu den neuen Katalysatoren gemäß der Erfindung gehören Sekundär-Organophosphin-Kobalt-Carbonylkomplexe,
welche durch die nachstehende empirische Formel wiedergegeben werden können.
[L1nCo(CO)1,],
In dieser Formel bedeutet L das erfindungsgemäß einzusetzende bicyclische heterocyclische sekundäre
Phosphin, m und η sind positive ganze Zahlen, deren
Summe den Wert 4 ergibt, und χ bedeutet eine positive ganze Zahl mit einem Wert von 1—3. Besonders
bevorzugt sind im Rahmen der Erfindung Katalysatoren der vorstehend genannten Art, bei welchen es sich um
bicyclische heterocyclische Sekundärphosphin-Kobalt-Carbonylkomplexe
handelt, in denen das sekundäre Phosphin ein 9-Phosphabicyclononan ist, wobei der
kleinste phosphorhaltige Ring mindestens 5 Atome enthält. Es handelt sich bei der Phosphinkomponente
also um ein 9-Phosiphabicyclononan mit zwei Ringen
von jeweils 5 bis 7 Atomen mit einer Gesamtzahl von 9 Ringatomen, wcbei ein einzelnes Phosphoratom beiden
Ringsystemen gemeinsam zugehört, aber kein Brückenkopfatom darstellt.
Die durch die vorstehend angegebene empirische Formel I in ihrer Struktur darstellbaren neuen
Katalysatoren können auch zwei verschiedene Liganden L enthalten, und sie können auch zwei oder mehrere
der Gruppen LmCo(CO)„ aufweisen. Beispielsweise kann
der neue Katalysatorkomplex zwischen Kobalt, Kohlenmonoxyd und dem sekundären Phosphinliganden eine
monomere Struktur aufweisen, oder er kann sich aus mehreren monomeren Einheiten aufbauen. Beispielsweise
kann der Katalysatorkomplex ein Dimeres darstellen, wie ein Bis-(Sekundärphosphin)-dicobalt-hexacarbonyl.
Ein Teil des Kobalts kann dabei auch in Form eines Phosphin-cobalt-hydrocarbonyls oder eines
Salzes eines solchen Hydrocarbonyls oder eines Salzes eines solchen Hydrocarbonyls vorliegen, wobei dann ein
Gleichgewicht zwischen den verschiedenen molekularen Strukturformen besteht.
Im Rahmen der Erfindung können in den neuen Komplexkatalysatoren eine Vielzahl von bicyclischen
heterocyclischen sekundären Phosphinliganden eingesetzt werden. Für die Nomenklatur dieser Verbindungen
wird die übliche Bezifferung der Ringsysteme
verwendet die sich aus den nachstehenden Formeln ergibt:
(ID
Geeignete Sekundärphosphinliganden, welche in den neuen Komplexkatalysatoren vorliegen können und
gemäß der vorstehenden Bezifferung charakterisiert werden, insbesondere bei Bis-(Sekundärphosphin)-dicobalt-hexacarbonyl-Komplexen,
sind beispielsweise 9-Phosphabicyclononan, wobei der kleinste phosphorhaltige
Ring mindestens 5 Atome enthält, wie
9-Phosphabicyclo-[4,2,l ]-nonan;
9-Phosphabicyclo-[3,3,l ]-nonan;
SJ-Dimethyl-^-phosphabicyclo- [4,2,l]-nonan;
3,8-Dimethyi-9-phosphabicyclo-[4,2,l]-nonan;
3,7-Dimethyl-9-phosphabicyclo-[3,3,l]-nonan;
3,8-Dimethyl-9-phosphabicyclo-[3,3,l]-nonan;
f ]-octan und
f ]-octan und
Katalysatoren, bei welchen das sekundäre Phosphin die Verbindung Monophosphabicyclononan ist, sind
etwas bevorzugt. Ein besonders bevorzugter Katalysator besteht aus Cobali-tricarbonyl-9-phosphabicyclo-[3,3,l]-nonan
und ist in der Struktur wahrscheinlich dimer, wie sich aus den nachstehenden beiden
Strukturformeln ergibt:
Co(CO),! P-H
und/oder
Co(CO)
Die neuen Katalysatoren werden zweckmäßig hergestellt, indem man das sekundäre Phosphin mit einem
Kobaltsalz umsetzt. Es kann sich dabei um Kobaltsalze von Carbonsäuren, wie Acetate und Octoate, handeln.
Statt dessen kann aber auch von einem Kohlenmonoxydkomplex
des Kobalts ausgegangen werden.
Erfindungsgcinäß lassen sich Olefine zu Reaktionsprodukten
hyd.oformylieren, in denen primäre Alkohole die Hauptkomponente darstellen, indem man das
olefinische Ausgangsmaterial in flüssiger Phase innig mit Kohlenmonoxyd und Wasserstoff in Anwesenheil
der vorstehend geschilderten Katalysatoren in Beruhrung bringt. Es werden dabei zweckmäßig diejenigen
Reaktionsbedingungen hinsichtlich Temperatur, Druck und Verhältnis von Katalysator zu Olefin sowie von
Wasserstoff zu Kohlenmonoxyd angewendet, wie es s bereits in dem Hauptpatent geschildert ist. Man wählt
daher zweckmäßig die Reaktionstemperatur im Bereich von 100 bis 3000C, insbesondere im Bereich von 125 bis
2100C. Die Drücke können im Bereich von 20 bis 105 atm. liegen, zweckmäßig im Bereich von 28 bis
ίο 85 atm. Das Molverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenmonoxyd
wird im allgemeinen im Bereich von 1 :1 bis 10:1 gewählt. Gegebenenfalls kann bei der Umsetzung
ein inertes Lösungsmittel mitverwendet werden, wie Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Äther, Acetonitril oder
ι s Sulfolan.
Ein Druckkessel von 700 ml Fassungsvermögen wird ivil einer Mischung aus 162 g (1,5 Mol) redestilliertem
!,S-Cyclooctadien, 100 ml entlüftetem Pentan und 12,3 g
(0,075 Mol) Azobisisobutyronitril beschickt. Das Reaktionsgefäß wird dann verschlossen, in einem Trockeneisbad
auf — 800C abgekühlt und dann evakuiert. Man leitet anschließend Stickstoff ein und wiederholt das
Verfahren noch zweimal, um allen Sauerstoff zu entfernen. Dann wird das evakuierte Reaktionsgefäß
mittels einer gewogenen Übertragungsbombe mit 52 g (1,5 Mol) Phosphin beschickt. Man erhitzt das
Reaktionsgefäß ganz allmählich auf 75°C, wobei der Druck bis auf 19,3 Atm ansteigt. Nach 20 Minuten bei
dieser Temperatur steigt diese infolge der exothermen Reaktionswärme auf 85° C an, wobei gleichzeitig ein
Druckabfall beobachtet wird. Eine Stunde nach Beginn der Reaktion stellt sich der Druck auf einen konstanten
is Wert von 8,1 Atm ein. Man erhitzt dann noch weitere 12
Stunden auf 75°C. Das Druckgefäß wird dann wiederum in einem Bad aus Trockeneis abgeschreckt, evakuiert
und mit Stickstoff gefüllt. Die Reaktionsmischung wird unter dem Schutz von Stickstoff in einen Desiillationskolben
überführt, und das Reaktionsgefäß wird mit entgastem Pentan gespült. Das Lösungsmittel wird dann
unter Stickstoff abdestilliert, wobei der Inhalt der Destillationsblase eine Temperatur von etwa 900C
annimmt. Das so erhaltene rohe Produkt wiegt 211 g.
Durch Sublimieren auf einem ölbad bei einer Temperatur
von 100°C und bei einem Druck von 0,3 mm Hg erhält man 120 g (Ausbeute 57%) einer Mischung aus
9-Phosphabicyclo-[4,2,l]-nonan und 9-Phosphabicyclo-[3,3,l]-nonan mit einem Schmelzpunkt von 117°C.
Analyse für C8Hi5P:
Berechnet: C 67,6, H 10,6, P 21,8%;
gefunden: C 66,9, H 10,8, P 21,2%.
gefunden: C 66,9, H 10,8, P 21,2%.
Durch gaschromatische Analyse wird bestätigt, daß J5 das Reaktionsprodukt tatsächlich aus zwei eng benachbart
elulierbaren Isomeren, nämlich 9-Phosphabicyclo-[4,2,l]-nonan und 9-Phosphabicyclo-[3,3,I]-nonan im
Verhältnis 0,55 :1 besteht.
Wenn das Phosphin der Luft ausgesetzt wird, so oxydiert es sich sehr schnell zu dem entsprechenden
sekundären Phosphinoxyd und Phosphinsäure.
Kin Reaktor, der als Autoklav ausgebildet ist, ein Fassungsvermögen von 300 ml hat und aus rostfreiem
Stahl besteht und magnetisch mit einer Geschwindigkeit von 1250 LJpM gerührt wird, ist mit einem Vorratsbehälter
für eine Vormischung aus Wasserstoff und
Kohlenmonoxydgas verbunden, welcher das Gasgemisch
bei jedem gewünschten Druck einspeist.
Der erforderliche Katalysator wird in situ aus
Kobaltoctanoat und dem sekundären Phosphin hergestellt.
Der Reaktor wird mit den KataJysatorkomponen-Len beschickt, nämlich mit KoL\iltoctanoat und einer
Mischung der gemäß Beispiel 1 hergestellten 9-Phosphabicyclononane. Außerdem speist man in den
Reaktor das zu hydroformylierende Olefin, nämlich 1-Dodecen, und Kaliumhydroxyd ein. Der Reaktor wird
dann verschlossen, evakuiert und mit der Gasmischung aus Sauerstoff und Kohlenmoncxyd beaufschlagt, bis
alle Fremdgase verdrängt sind. Der Reaktor wird dann
unter einem positiven Druck der Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxyd erhitzt, bis sich bei
der Reaktionstemperatur ein Enddruck von etwa 85 Atm einstellt. Nach dem Temperaturausgleich wird
die Druckminderung aufgezeichnet. Die Reaktionsbedingungen und die erhaltenen Ergebnisse sind nachstehend
in der Tabelle zusammengefaßt:
Hydroformylierung von 1-Dodecen
Phosphinligand
Mischung aus:
9-Phosphd-
bityclo|4.2.1j-
nonan und
9-lJhospha-
bicyclo-|3.?.l|-
nonan
Kobalt, Gew.-"/;. 0.2
Molverhältnis:
Phosphin Kobalt 1.5
KOH/Ko! alt 0.75
11,/CO 2 1
Temperatur, C 182-184
Druck, Atm. 85
Für eine 50%ige Umwandlung 63
benötigte Zeit in Minuten
Umwandlung von 1-Dodecen, Gew.-". 99,6
benötigte Zeit in Minuten
Umwandlung von 1-Dodecen, Gew.-". 99,6
Umwandlung in (jeweils Gew.-'*):
Gesättigten Kohlenwasserstoff 12.0
Aldehyde O.'i
Primäre Al kanüle 86.6
Von den gebildeten primären Alkanolen bestehen 57,2% aus dem linearen, geradkettigen n-Tridecanol,
der Rest ist verzweigtkettige Alkenole.
Zu einer Mischung aus 3,6 g 9- Phosphabicyclo-[3,3,l]-nonan
und 9-Phosphabicyclo-[4,2,l]-nonan werden 250 g frisch destilliertes Octanol zugesetzt, welche
3,75 g Dicobalt-octacarbonyl enthalten (0,5 Gew.-% Kobalt in Lösung, Mol-Verhältnis P/Co = 1,2). Zu
dieser Mischung setzt man noch 1,4 g Kaiiumhydroxyd (Reinheitsgrad 85%) und 3,0 g 2-Äthylhexansäure hinzu
(Mol-Verhältnis K : Säure :Co = 1 :1 :1). Diese Mischung
wird in einen Paar-Autoklav von 1 Liter Fassungsvermögen eingespeist und dann wird dieser mit
21 g Propylen beaufschlagt. Der Reaktor wird bis auf eine Temperatur von 160°C erhitzt und durch Zusatz
von Synthesegas (Mol-Verhältnis H2: CO = 2,1) bis auf
einen Druck von 35 Atm gebracht. Man läßt die Umsetzung insgesamt 5'/2 Stunden ablaufen. Anschließend
analysiert man das Reaktionsgemisch mittels Gas-Flüssigkeits-Chromatographie, wodurch bestätigt
wird, daß der Umsetzungsgrad 650C beträgt, bezogen auf das eingespeiste Propylen, wobei primäre Alkohole
mit einer Selektivität von 91% gebildet worden sind, welche aus normalen, d. h. linearen geradkettigen
Aldehyden entstanden sind.
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von Aldehyden und/oder Alkoholen durch Umsetzung von Olefinen
mit Kohlenmonoxyd und Wasserstoff in Gegenwart eines Kataiysatorkomplexes aus Kobalt, Kohlenmonoxyd
und einem heterocyclischen Phosphin mit mindestens 5 Kohlenstoffatomen im heterocyclischen
Ring nach Patent 15 43 471.6, dadurch ι ο
gekennzeichnet, daß der Katalysator ein bicyclisches heterocyclisches sekundäres Phosphin
enthält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator 9-Phosphabicyclo-[3,3,l]-nonan
und/oder 9-Phosphabicyclo-[4,2,l]-nonan enthält.
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