DE1912730A1 - Process for the preparation of alpha-oxicarboxylic acid esters - Google Patents

Process for the preparation of alpha-oxicarboxylic acid esters

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Description

Badisohe Anilin- 3c Soda-Fabrik AGBadisohe aniline- 3c Soda-Fabrik AG

Unser Zeichen: O.Z. 26 064 WB/IB 6700 Ludwigshafen, 11.3.1969Our reference: O.Z. 26 064 WB / IB 6700 Ludwigshafen, March 11, 1969

Verfahren zur Herstellung von äC-OxicarbonsäureesternProcess for the production of ÄC-oxicarboxylic acid esters

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Qi-Oxicarbonsäureestern durch Umsetzung von oC-Oxicarbonsäuren mit Alkoholen unter Zusatz von Wasser und in Gegenwart von sauren Ionenaustauschern. The invention relates to a process for the production of Qi-oxicarboxylic acid esters by reacting oC-oxicarboxylic acids with alcohols with the addition of water and in the presence of acidic ion exchangers.

Es ist bekannt, Ester durch Umsetzung von Alkoholen mit Carbonsäuren herzustellen (Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band 8, Seiten 5l6 ff.). Als Katalysatoren werden Mineralsäuren oder organische Sulfonsäuren, z. B. p-Toluolsulfonsäure, verwendet. Ferner ist bekannt, daß man die Veresterung zwischen Alkohol und Carbonsäure in Anwesenheit eines sauren Ionenaustauschers durchführen kann (Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band I, 1, Seite 587). Um die Veresterung möglichst quantitativ zu gestalten, wurde vorgeschlagen, das sich bildende Wasser aus dem Gleichgewicht zu entfernen. So wurde z. B. für die Veresterung von ot-Oxicarbonsäuren entwässertes Kupfersulfat als besonders geeigneter Katalysator beschrieben (loc. cit., Band 8, Seite 519). Es wurden für die Veresterung von dC-Oxicarbonsäuren bisher keine Ionenaustauscher, hingegen als Katalysatoren Chlorwasserstoff und Mineralsäuren verwendet (Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas, Band 68, Seite 618 (19^9); Industrial and Engineering Chemistry, Band 38, Seiten 229 ff. (19^6)).It is known that esters can be prepared by reacting alcohols with carboxylic acids (Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Volume 8, pages 516 ff.). The catalysts used are mineral acids or organic sulfonic acids, e.g. B. p-toluenesulfonic acid is used. It is also known that the esterification between alcohol and carboxylic acid can be carried out in the presence of an acidic ion exchanger (Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Volume I, 1, page 587). In order to make the esterification as quantitative as possible, it was proposed to remove the water that forms from the equilibrium. So was z. B. for the esterification of ot-oxicarboxylic acids dehydrated copper sulfate described as a particularly suitable catalyst (loc. Cit., Volume 8, page 519). So far, no ion exchangers have been used for the esterification of dC-oxicarboxylic acids, but hydrogen chloride and mineral acids have been used as catalysts (Recueil des Travaux Chimiques des Pays-Bas, Volume 68, page 618 (19 ^ 9); Industrial and Engineering Chemistry, Volume 38, pages 229 ff. (19 ^ 6)).

Es wurde nun gefunden, daß man o£-Oxicarbonsäureester durch Umsetzung von oC-Oxi carbonsäuren mit Alkoholen in Gegenwart von sauren Katalysatoren vorteilhaft erhält, wenn die Umsetzung in Gegenwart von sauren Ionenaustauschern und unter Zusatz von Wasser durchgeführt wird. It has now been found that o £ -oxicarboxylic acid esters are advantageously obtained by reacting oC-oxycarboxylic acids with alcohols in the presence of acidic catalysts if the reaction is carried out in the presence of acidic ion exchangers and with the addition of water.

Im Vergleich zu den bekannten Verfahren liefert das Verfahren nach der Erfindung auf einfachem und wirtschaftlichem Wege eine große Zahl von oC-Oxicarbonsäureestern in besserer Ausbeute und Reinheit. DieCompared to the known methods, the method delivers the invention in a simple and economical way a large number of oC-oxicarboxylic acid esters in better yield and purity. the

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Verwendung von Ionenaustauschern erleichtert die Abtrennung der Endstoffe und des Katalysators, vermeidet Korrosionsproblerne und Katalysatorverluste und erhöht somit diö Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. Es ist außerdem im Hinblick auf den Stand der Technik überraschend, daß ein Zusatz von Wasser höhere Ausbeuten erlaubt und keine Nebenreaktionen wesentlich begünstigt.The use of ion exchangers facilitates the separation of the end products and the catalyst, avoids corrosion problems and Catalyst losses and thus increases the economic efficiency of the process. It is also in view of the state of the art Surprisingly, the addition of water permits higher yields and does not significantly promote side reactions.

Bevorzugte Ausgangsstoffe sind cC-Oxicarbonsäuren der allgemeinen FormelPreferred starting materials are cC-oxicarboxylic acids of general formula

OH 0OH 0

! It! It

R1-C-C-OH IR 1 -CC-OH I

in der FL einen Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, einen Cycloalkylrest mit 5 bis 7 Kohlenstoffatomen, einen Aralkylrest mit 7 bis 12 Kohlenstoffatomen, einen Arylrest mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen oder ein Wasserstoffatom bedeutet. Die genannten Reste können noch durch unter den Reaktionsbedingungen inerte Gruppen und/ oder Atome,- z. B. Hydroxylgruppen, Nitrogruppen, substituiert sein.in the FL an alkyl radical with 1 to 6 carbon atoms, a cycloalkyl radical with 5 to 7 carbon atoms, an aralkyl radical with 7 to 12 carbon atoms, an aryl radical having 6 to 10 carbon atoms or a hydrogen atom. The remnants mentioned can nor by inert groups and / or atoms under the reaction conditions - z. B. hydroxyl groups, nitro groups, may be substituted.

Es können z. B. folgende CC-Oxicarbonsäuren als Ausgangsstoffe I verwendet werden: Milchsäure, Glykolsäure, Glycerinsäures flC-Hydroxyot-cyclohexy!essigsäure, o6-HydVoxy-dihydrozimtsäure, o£-Hydroxyphenylessigsäure. It can e.g. B. The following CC Oxicarbonsäuren be used as starting materials I: lactic acid, glycolic acid, glyceric s FLC Hydroxyot-cyclohexy acid, o6-HydVoxy-dihydrocinnamic, o £ -Hydroxyphenylessigsäure!.

Die of-0xicarbonsäuren werden mit Alkoholen, z. B. aromatischen, cycloaliphatischen, araliphatischen oder insbesondere aliphatischen Alkoholen, in stöchiometrischer Menge oder mit einem Überschuß an Alkohol, vorzugsweise einem' bis zu 5-fachen Überschuß an Alkohol über die stöchiometrische Menge, umgesetzt. Besitzt die Q^-Oxicarbonsäure mehr als einen <^-0xicarbonsäurerest, a» B-. die Weinsäure, und verwendet man mindestens 1 Mol Alkohol je öC-Oxicarbonsäurerest, so erhält man die entsprechenden oi-0xicarbonsäurepolyester, z. B. die Weinsäurediester. Entsprechend benötigt man bei der Umsetzung von Polyalkoholen, z. B. Äthylenglykols mitThe of-oxicarboxylic acids are with alcohols, z. B. aromatic, cycloaliphatic, araliphatic or, in particular, aliphatic alcohols, reacted in a stoichiometric amount or with an excess of alcohol, preferably up to a 5-fold excess of alcohol over the stoichiometric amount. If the Q ^ -oxicarboxylic acid has more than one <^ - oxicarboxylic acid residue, a »B-. the tartaric acid, and if at least 1 mole of alcohol is used per C-oxicarboxylic acid residue, the corresponding oi-oxicarboxylic acid polyester is obtained, e.g. B. the tartaric acid diesters. Accordingly, you need in the implementation of polyalcohols, for. B. ethylene glycol s with

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οί-Oxicarbonsäure jeweils mindestens 1 Mol oi-Oxicarbonsäure je Hydroxylgruppe zur Herstellung der entsprechenden Poly- ot-Oxi-carbonsäureester, ζ. B. der Äthylenglykol-di-ot-oxicarbonsäureester. Bevorzugte Alkohole sind solche der allgemeinen Formelοί-oxicarboxylic acid in each case at least 1 mol of oi-oxicarboxylic acid per hydroxyl group for the preparation of the corresponding poly ot-oxicarboxylic acid ester, ζ. B. the ethylene glycol di-ot-oxicarboxylic acid ester. Preferred alcohols are those of the general formula

R2OH I,R 2 OH I,

in der R„ einen Alkylrest mit 1 bis. 6 Kohlenstoffatomen, einen Cycloalkylrest mit 5 bis 7 Kohlenstoffatomen, einen Aralkylrest mit 7 bis 12 Kohlenstoffatomen oder einen Phenylrest bedeutet, wobei die genannten Reste durch die oben aufgeführten inerten Gruppen und/oder Atome substituiert sein können.in the R "is an alkyl radical with 1 to. 6 carbon atoms, one Cycloalkyl radical with 5 to 7 carbon atoms, an aralkyl radical with 7 to 12 carbon atoms or a phenyl radical, the radicals mentioned being replaced by the inert ones listed above Groups and / or atoms can be substituted.

Es können z. B. folgende Alkohole als Ausgangsstoffe verwendet werden: Methanol, tert.-Butanol, Isopropanol, Cyclohexanol, Benzylalkohol, Phenol, Glycerin, Propylenglykol, n-Butanol.It can e.g. B. the following alcohols are used as starting materials: methanol, tert-butanol, isopropanol, cyclohexanol, benzyl alcohol, Phenol, glycerine, propylene glycol, n-butanol.

Die Umsetzung wird unter Zusatz von Wasser, in der Regel in einer Menge von 1 bis 50 Gew.%, vorzugsweise von 8 bis 50 Gew.%, bezogen auf 06-Oxicarbonsäure, durchgeführt. Das Wasser kann auf beliebige Weise, z. B. im Gemisch mit dem Alkohol oder der oC-Oxicarbonsäure oder als davon gesonderter Zusatz, der Reaktion zugeführt werden. So können auch vorteilhaft o^-Oxicarbonsäuren mit einem aus ihrer Herstellung stammenden Wassergehalt verwendet werden. In dieser zugesetzten Wassermenge ist die Menge an Reaktionswasser, die sich erst durch die Veresterung im Reaktionsgemisch bildet, nicht einbegriffen.The reaction is carried out with the addition of water, generally in an amount from 1 to 50% by weight , preferably from 8 to 50% by weight, based on 06-oxicarboxylic acid. The water can be used in any way, e.g. B. in a mixture with the alcohol or the oC-oxicarboxylic acid or as a separate additive, fed to the reaction. Thus, o ^ -oxicarboxylic acids with a water content derived from their preparation can also advantageously be used. This added amount of water does not include the amount of water of reaction which is only formed in the reaction mixture as a result of the esterification.

Die Umsetzung wird in Gegenwart von sauren Ionenaustauschern, vorzugsweise sauren Kunstharzaustauschern, durchgeführt. Solche Austauscher sind z. B. alle in Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band I/l, Seite 528, Tabelle 3 beschriebenen Kationenaustauscher. Vorzugsweise verwendet man stark und mittelstark saure Austauscher, ζ. B. Phenol- oder Polystyrolsulfonsäureharze, oder entsprechende saure Harze enthaltende Austauscher, ζ. B. bifunktionelle Kondensationsharze. Die Menge der verwendeten Ausgangsstoffe bzw. des Austauschers hängt von der Selektivität bzw. der Zahl der austauschaktiven Gruppen der verwendeten Austauscher bei der Reak-The reaction is carried out in the presence of acidic ion exchangers, preferably acidic synthetic resin exchangers. Such exchangers are z. B. all in Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, Volume I / l, page 528, Table 3 described cation exchangers. Strongly and moderately acidic exchangers are preferably used, ζ. B. phenolic or polystyrene sulfonic acid resins, or corresponding acidic resin-containing exchangers, ζ. B. bifunctional Condensation resins. The amount of starting materials used or the exchanger depends on the selectivity or the number of active exchange groups of the exchangers used in the reaction

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tionstemperatur ab, im allgemeinen verwendet man 20 bis 25 Gew.% Austauscher, bezogen auf Λ-Oxicarbonsäure, im diskontinuierlichen Betrieb und im kontinuierlichen Betrieb 50 bis 400 Gew.%, vorzugsweise 200 bis 300 Gew./? Austauscher, bezogen auf die durchschnittlich pro Stunde durch den Austauscher geleitete o6-Oxicarbonsäuremenge. Die im trockenen Austauscher enthaltene Wassermenge, die je nach Struktur bis zu 50 Gew.% betragen kann, ist in dem oben definierten Zusatz an Wasser nicht einbegriffen. Form und Korngröße des Austauschers können in einem weiten Bereich beliebig gewählt werden. Bezüglich Herstellung und Einzelheiten der Verwendung von Ionenaustauschern wird auf das Kapitel "Ionenaustauscher" des genannten Werkes verwiesen.tion temperature, in general, from 20 to 25 wt.% exchanger, based on Λ-oxycarboxylic acid, in batch operation and continuous operation 50 to 400 wt.%, preferably 200 to 300 Gew./? Exchanger, based on the average amount of o6-oxicarboxylic acid passed through the exchanger per hour. The amount of water contained in the dry exchangers, which may be, depending on the structure up to 50 wt.% Is not included in the above-defined addition of water. The shape and grain size of the exchanger can be chosen arbitrarily within a wide range. With regard to the manufacture and details of the use of ion exchangers, reference is made to the chapter "Ion exchangers" of the work mentioned.

Die Reaktion wird in der Regel bei einer Temperatur zwischen 20 bis 1500C, vorzugsweise zwischen 60 bis 1000C, drucklos oder unter Druck, kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt. Im allgemeinen dienen die Komponenten des Reaktionsgemische, z.B. der Alkohol, gleichzeitig als Lösungsmittel, gegebenenfalls kann man noch unter den Reaktionsbedingungen inerte, organische Lösungsmittel, z. B. Aceton, Tetrahydrofuran, Dioxan, verwenden« The reaction is generally carried out at a temperature between 20 to 150 ° C., preferably between 60 to 100 ° C., without pressure or under pressure, continuously or batchwise. In general, the components of the reaction mixture, for example the alcohol, serve at the same time as solvents; organic solvents which are inert under the reaction conditions, e.g. B. acetone, tetrahydrofuran, dioxane, use «

Die Umsetzung kann wie folgt durchgeführt werden: Ein Gemisch von Ok-Oxicarbonsäure, Alkohol und Wasser, gegebenenfalls zusammen mit einem organischen Lösungsmittel, wird kontinuierlich bei der Reaktionstemperatur über einen mit dem Austauscher gefüllten Säulenreaktor geleitet. Entsprechend kann man das vorgenannte Gemisch zusammen mit dem Austauscher auch diskontinuierlich während 120 bis ISO Minuten bei der Reaktionstemperatur halten* Aus dem kontinuierlichen Austrag bzw. dem Reaktionsgemisch der diskontinuierlichen Umsetzung wird der Endstoff in üblicher Weise., z„ B. durch fraktionierte Destillation, isoliert.The reaction can be carried out as follows: A mixture of ok-oxicarboxylic acid, alcohol and water, optionally together with an organic solvent, is continuously at the reaction temperature passed through a column reactor filled with the exchanger. The aforementioned mixture can be used accordingly hold together with the exchanger also discontinuously for 120 to ISO minutes at the reaction temperature * From the continuous Discharge or the reaction mixture of the discontinuous The end product is converted in the usual way, for example by fractional distillation, isolated.

Die nach dem Verfahren der Erfindung herstellbaren Verbindungen sind Lösungsmittel, Riechstoffe, Weichmacher und wertvolle Ausgangsstoffe für die Herstellung solcher Stoffe und von Kunststoffen Waschmitteln und Farbstoffen. Bezgl. der Verwendung wird auf Ulimanns Encyclopädie der technischen Chemie, Band 5» Seiten 108 ff und Band 13, Seiten 73 ff, verwiesen.The compounds which can be prepared by the process of the invention are solvents, fragrances, plasticizers and valuable starting materials for the production of such substances and of plastics Detergents and dyes. Regarding the use is on Ulimanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, Volume 5 »Pages 108 ff and Volume 13, pages 73 ff.

- 5— ■ 0098A0/2161- 5— ■ 0098A0 / 2161

- 5 - O.Z. 26 064- 5 - O.Z. 26 064

Die in den folgenden Beispielen angeführten Teile bedeuten Gewichtsteile. The parts given in the following examples are parts by weight.

Beispiel 1example 1

Ein auf 800C erhitzter, zylindrischer Reaktor ist mit 1 000 Teilen eines Polystyrolsulfonsäureharzes, das unter der Bezeichnung ^LE-WATIT S 100 im Handel erhältlich ist, gefüllt. 500 Teile Milchsäure, 355 Teile Methanol und 70 Teile Wasser werden während 60 Minuten bei 80°C durch den Reaktor geleitet. Der flüssige Austrag, der aus Methanol, Wasser, Milchsäuremethylester und Milchsäure besteht, wird durch Destillation in seine Komponenten zerlegt. Man erhält 474 Teile Milchsäuremethylester (82 % der Theorie, bezogen auf eingesetzte Milchsäure) vom Kp.g 580C.A heated to 80 0 C, cylindrical reactor with 1000 parts of a Polystyrolsulfonsäureharzes, which is available under the name ^ LE-WATIT S 100 commercially filled. 500 parts of lactic acid, 355 parts of methanol and 70 parts of water are passed through the reactor at 80 ° C. for 60 minutes. The liquid discharge, which consists of methanol, water, lactic acid methyl ester and lactic acid, is broken down into its components by distillation. This gives 474 parts Milchsäuremethylester (82% of theory, based on the lactic acid), bp. 58 g 0 C.

Zum Vergleich wird die Umsetzung unter denselben Bedingungen, aber anstelle des Zusatzes von Wasser und der Verwendung des Austauschers unter Zusatz von a) 10 Teilen p-Toluolsulfonsäure und b) 10 Teilen konzentrierter Schwefelsäure durchgeführt. Nach entsprechender Aufarbeitung erhält man a) 270 Teile (46,7 % der Theorie) bzw. b) 283 Teile (49 % der Theorie) Milchsäuremethylester.For comparison, the reaction is carried out under the same conditions, but instead of adding water and using the exchanger with the addition of a) 10 parts of p-toluenesulfonic acid and b) 10 parts of concentrated sulfuric acid. Appropriate work-up gives a) 270 parts (46.7 % of theory) or b) 283 parts (49 % of theory) of methyl lactate.

Beispiel 2Example 2 ■,■,

Die Umsetzung wird analog Beispiel 1 durchgeführt. Anstelle von ® LEWATIT S 100 wird ® BERMUTIT RS verwendet. Man erhält Teile Milchsäuremethylester (80 % der Theorie, bezogen auf eingesetzte Milchsäure). The reaction is carried out as in Example 1. Instead of ® LEWATIT S 100 ® BERMUTIT RS is used. Parts of lactic acid methyl ester are obtained (80 % of theory, based on the lactic acid used).

Beispiel 3Example 3

Durch den mit 150- Teilen ® LEWATIT S 100 feucht (entspricht ca. 75 Teilen LEWATIT S 100 trocken) beschichteten und auf 8O0C erwärmten Reaktor wird während 8 Stunden ein Gemisch, bestehend aus 270 Teilen Milchsäure, 372 Teilen Äthylenglykol und 90 Teilen Wasser, geleitet. Die Säurezahl beträgt in der Ausgangslösung und im Austrag 36. Due to the moist with 150- parts ® LEWATIT S 100 (corresponds to about 75 parts LEWATIT S 100 dry) coated and heated at 8O 0 C reactor is a mixture for 8 hours, consisting of 270 parts of lactic acid, 372 parts of ethylene glycol and 90 parts of water , directed. The acid number in the starting solution and in the discharge is 36.

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- f - " a.Z. 26 - f - "aZ 26

Nach Destillation des Austrage, der aus Äthylenglykol, Wasser, Milchsäure-[2-hydroxy-äthylester] und Milchsäure besteht", erhält man 298 Teile Milchsäure-jj>-hydroxy-äthylester] (74 % der Theorie, bezogen auf eingesetzte Milchsäure) vom Kp10 140 C.After distillation of the discharge, which consists of ethylene glycol, water, lactic acid [2-hydroxy-ethyl ester] and lactic acid, 298 parts of lactic acid-jj> -hydroxy-ethyl ester] (74 % of theory, based on lactic acid used) are obtained from Kp 10 140 C.

Beispiel 4"Example 4 "

Der in Beispiel 1 beschriebene und mit ^LEWATIT S 100 gefüllte Reaktor wird mit einem Gemisch aus 1 200 Teilen Glykolsäure, 4 800 Teilen Methanol und 400 Teilen Wasser kontinuierlich bei 800C während 8 Stunden beschickt. Die Säurezahl, die in der Ausgangs lösung 138,-5 beträgt, ist im Austrag auf 40 abgefallen.The reactor described in Example 1 and filled with LEWATIT S 100 is charged with a mixture of 1,200 parts of glycolic acid, 4,800 parts of methanol and 400 parts of water continuously at 80 ° C. for 8 hours. The acid number, which is 138.5 in the starting solution, has fallen to 40 in the discharge.

Nach Destillation des aus Methanol, Wasser, Glykolsäure und Glykolsäuremethylester bestehenden, flüssigen Austrage erhält man 1 018 Teile Glykolsäuremethylester (71,7 % der Theorie, bezogen auf eingesetzte Glykolsäure) vom Kp20 580C.After distillation of the liquid discharge consisting of methanol, water, glycolic acid and glycolic acid methyl ester, 1,018 parts of glycolic acid methyl ester (71.7 % of theory, based on the glycolic acid used) with a boiling point of 20 58 ° C. are obtained.

= 7 —= 7 -

009840/2161009840/2161

Claims (1)

O.Z. 26 064O.Z. 26 064 Pat entanspruchPatent entitlement Verfahren zur Herstellung von oi-Oxic-arbonsäureestern durch Umsetzung von o£-Oxicarbonsäuren mit Alkoholen in Gegenwart von sauren Katalysatoren dadurch gekennzeichnet 3 daß die Umsetzung in Gegenwart von sauren Ionenaustauschern und unter Zusatz von Wasser durchgeführt wird.A process for preparing .alpha.-Oxic-arbonsäureestern by reacting o £ -Oxicarbonsäuren with alcohols in the presence of acid catalysts characterized in that the 3 reaction is carried out in the presence of acidic ion exchangers and with the addition of water. Badische Anilin- & Soda-Fabrik AGBadische Anilin- & Soda-Fabrik AG ©09840/2161© 09840/2161
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