DE1924429C3 - Verfahren zur Herstellung von Bisurethanen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von BisurethanenInfo
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- C07C271/06—Esters of carbamic acids
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Description
Gegenstand der Erfindung ist die weitere Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung von Bisurethanen
durch Umsetzung einer aromatischen Dinitroverbindung mit einer hvdroxylhaltigen Verbindung und
Kohlenmonoxid in Gegenwart eines aus Palladium und einer Lewissäure bestehenden Katalysators nach Patent
15 68 044 und ist dadurch gekennzeichnet, daß man das
Verfahren in zwei Stufen durchführt, die Reaktionstemperatur in der ersten Stufe zwischen 130 und !750C und
in der /weiten Stufe zwischen 160 und 2300C hält und die Nitroverbindung in einer Konzentration von 20 bis
60 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Nitro- und Hydroxylverbindung, einsetzt.
Vorzugsweise wird bei diesem Verfahren in beiden Stufen ein Reaktionsdruck von über 70 kg/cm2 angewandt.
Nach dem Einstufenverfahren gemäß Patent 15 68 044 können /war Bisurethane mit befriedigender
Farbe in hohen Ausbeuten mit einem Minimum an unerwünschten Nebenprodukten erhalten werden, der
Stoffdurchsatz ist jedoch stark beschränkt, da nur mit niederen Konzentrationen an Dinitroreaktionsteilnehmcr
gearbeitet wird. Setzt man beispielsweise Dinitrotoluol mit Kohlenmonoxid und Äthanol in Gegenwart
eines Palladium-Lcwissäure-Kalalysators bei Konzentrationen an Dinitrotoluol von über etwa 25'Vo um, dann
verläuft die Umsetzung unter Auftreten exothermer Reaktionen und Temperaturschwankungen ungleichmäßig,
wodurch die Durchführung des Verfahrens erschwert wird. Bei Konzentralionen an Dinitrotoluol
von über etwa 30% wird die Reaktion für eine Temperatursteuerung und sichere Arbeitsweise zu
heftig. Unter diesen Umständen wird die Temperatur unerwünscht hoch, so daß große Mengen unerwünschter
teeriger Zersetzungsproduku entstehen. Bei der Umsetzung von Dinitrotoluol, Äthanol und Kohlenmonoxid
in Gegenwart eines Palladium-l.ewissäure-Ka- (>o
talysators soll daher aus praktischen Gründen zur Erzielung hoher Ausbeuten eines Produkts mit guter
Qualität die Konzentration an Dinitrotoluol unter etwa 25% und vorzugsweise unter etwa 15% gehalten
werden. Unter diesen Bedingungen geringer Konzen- fts
tration an Dinitroverbindung ist der Wirkungsgrad der Vorrichtung unzulänglich, da übermäßige Mengen des
Reaktionsteilneliniers Äthanol eingesetzt werden müssen.
Dadurch werden übermäßige große Kreislaufströmc und übermäßige Wärmemengen zur Abtrennung des
nichtumgesetzten Äthanols von dem Produkt sowie übermäßig große Vorrichtungen für eine bestimmte
Menge an erzeugtem Produkt benötigt.
Es wurde versucht, durch Anwendung geringerer Kohlenmonoxiddrücke und/oder Katalysatorkonzentrationen
die Konzentration an Dinitrotoluol zu erhöhen, dabei jedoch die gleiche Ausbeute zu erzielen
und die Bildung von unerwünschten Produkten einzuschränken. Damit jedoch unter diesen Bedingungen eine
zufriedenstellende Umsetzung erzielt wird, ist eine längere Verweilzeit erforderlich. Da das entstandene
Bisurethan verhältnismäßig unbeständig ist, werden infolge der längeren Verweilzeit bei den Temperaturen,
die normalerweise während der Umsetzung angewandt werden, verhältnismäßig große Mengen an unerwünschten
Nebenprodukten und teerigen Zersetzungsprodukten gebildet.
Durch Verwendung eines Palladium-Lewissäure-Katalysators werden daher zwar beträchtliche Vorteile
gegenüber den bisher bekannten Verfahren zur Herstellung von Bisurethanen aus Dinitroverbindungen
erzielt, das Einstufenverfahren gemäß Patent 15 68 044 weist jedoch noch erhebliche Nachteile auf.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Verfahrens, mit dem Bisurethane aus wohlfeilen
Dinitroverbindungen als Ausgangsstoffen hergestellt werden können und bei dem die Reaktionsteilnehmer
hohe Konzentrationen der Dinitroverbindung enthalten können, und diese Aufgabe wird erfincungsgemäß in der
eingangs beschriebenen Weise nun zufriedenstellend gelöst.
Als überwiegendes Reaktionsprodukt entsteht in der ersten Stufe das Monoiirethan in Mengen von etwa 50
bis etwa 90 Gewichts-%, bezogen auf das entstandene Produkt, während das Bisurethan in der ersten Stufe in
Mengen unterhalb etwa 40 Gewichts-%, bezogen auf das gebildete Produkt, entsteht. Da das Monourethan
beständiger ist als die Polynitrovcrbindung, ist es zweckmäßig, eine rasche Umwandlung der Dinitroverbindung
in das Monourethan zu fördern. Die im Einzelfall angewandte Temperatur hängt daher von den
jeweils angewandten Reaktionsteilnehmern ab. Auf jeden Fall wird die Temperatur in der ersten Stufe in
dem oben angegebenen Bereich gehalten, wenn die erwünschte rasche Umwandlung in das Monourethan
stattfinden soll, ohne daß eine beträchtliche Zersetzung der Dinitroverbindung erfolgt. In der zweiten Stufe wird
das in der ersten Stufe erhaltene Produkt zusammen mit unveränderten Ausgangsstoffen schärferen Reaktionsbedingungen unterworfen, um die Umsetzung der
zweiten Nitrogruppe unter Bildung des entsprechenden Bisurethans zu fördern. Da das Bisurethan zur
Zersetzung neigt, wenn die zweite Stufe des Verfahrens zu lange dauert, ist es zweckmäßig, Reaktionsbedingungen
zu wählen, die die Bildung der Bisurethane bei möglichst geringer Zersetzung fördern. In der zweiten
Stufe hängt die angewandte Temperatur von den verwendeten Reaktionsteilnehmern ab und wird zwischen
etwa 1600C und etwa 2300C gehallen. Bei diesen
Temperaturen läuft die Umsetzung rasch ab. Dadurch wird die Verweilzeit des Produkts unter Reaktionsbedingungen
verringert.
Durch die Erfindung wird ermöglicht, daß die Diniiroausgangsverbmdung in der Reaktionsmischung
in so hohen Konzentrationen wie etwa 60 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht aus Dinitroverbindung
und Hydroxylverbindung, vorliegen kann, ohne daß während der Umsetzung eine unerwünschte Zersetzung
erfolgt. Die Dinitroverbindungen können auch in geringeren Mengen angewandt werden, dadurch wird
jedoch der Produkiausstoß vermindert. Vorzugsweise werden etwa 20 bis etwa 40% Dinitroverbindung im
Ausgangsmaterial angewandt, damit ein befriedigender Wirkungsgrad des Verfahrens erzielt wird, während die
Bildung von unerwünschten Nebenprodukten auf ein Minimum beschränkt wird.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein allgemein anwendbares Verfahren zur Umwandlung von Dinitroverbindungen
in die entsprechenden Urethane geschaffen.
Für die erfindungsgemäßen Zwecke kommen beliebige
hydroxylhaltige Verbindungen oder Mischungen daraus in Betracht, beispielsweise substituierte oder
unsubstituierte aromatische oder aliphatische Mono- oder Polyhydroxyverbindungen.
Zur Erzielung optimaler Ausbeuten müssen die Reaktionsbedingungen in bezug auf Druck und Temperatur
sorgfältig gesteuert werden. Die Drücke im Reaktor müssen in allen Stufen im Bereich von etwa 70
bis 7000 kg/cm2 (1000 bis 100 000 psi) oder darüber liegen. Bei kontinuierlichen Verfahren können niedrigere
Drücke angewandt werden. Vorzugsweise soll dei Druck über 140 kg/cm2 (2000 psi) liegen. In der ersten
Stufe verläuft die Umsetzung bei Temperaturen zwischen etwa 1300C und der Zcrsetzungstemperatur
von Ausgangsstoffen oder Produkten (etwa 175°C), für die Dinotrotoluol vorzugsweise zwischen etwa 140 und
etwa 1700C. In der zweiten Stufe findet die Umsetzung
bei Temperaturen zwischen etwa 1600C und der
Zersetzungstemperatur von Ausgangsstoffen oder Reaktionsprodukten (etwa 230°C) und für Dinitrotoluol
vorzugsweise zwischen etwa 160 und etwa 200°C statt.
Die Verweilzeit ändert sich umgekehrt proportional mit der Temperatur im Reaktor. Bei reaktiveren Ausgangsstoffen
kann man weniger scharfe Bedingungen anwenden. Aufgrund der virstehenden Erläuterungen
lassen sich die jeweiligen Bedingungen für einen gegebenen Reaktionsteilnehmer leicht ermitteln.
Der Katalysator für die erfindungsgemäße Umsetzung besteht aus Palladium und einer Lewissäiirc. Der
Begriff »Lewissäure« ist in lack H ine, »Physical Organic Chemistry«. 1962, McGraw-Hill Book Co.. New
York, definiert. Danach fallen auch Bronstedsiiuren unter den Begriff »Lewissäuren«.
Der Lewissäurebestandteil des Katalysators ist ein Halogenid, Acetat, Sulfat oder Phosphat von Zinn,
Titan, Gallium, Eisen, Aluminium oder Kupfer.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert. Prozentsätze beziehen sich auf das
Gewicht.
Ein Autoklav wird mit 18,2 Teilen 2,4-Dinitrotoluol,
0,2 Teilen 5% Palladium-auf-Aluminiumoxid, 80 Teilen
Äthanol und 2,5 Teilen Ferrichlorid beschickt. Die Konzentration an Dinitrotoluc! beträgt 18%, bezogen (»
auf das Gesamtgewicht aus Alkohol und Dinitrotoluol. Der Autoklav wird mit Kohlenmonoxid auf einen Druck
von 378 kg/cm2 gebracht. Dann wird 90 Minuten auf 1500C und anschließend 10 Minuten auf 190°C erwärmt.
Hierauf wird der Autoklav abgekühlt und entspannt, die (\s
Reaktionsmischung wird zur Entfernung des Palladiums
filtriert, und das Filtrat wird zur Trockne eingedampft. Die Analyse des Produkts ergibt, daß die Ausbeute an
Diäthyltoluol-2.4-diearbamal etwa 89% der Theorie beträgt.
Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wird unter Verwendung von 0.5 Teilen 5% Palladium-auf-Aluminiumoxid
und 2.5 Teilen Ferrichlorid wiederholt, wobei die Heizdauer für drei Proben abgeändert wird. Die
Ergebnisse sind in Tabelle I angegeben.
Tabelle I | Zeit bei 190 C | Ausbeute an Bisurethan |
Zeit bei 150 C | 20 Min. 20 Min 15 Min. Beispiel 3 |
86% 87% 83% |
30 Min. 60 Min. 90 Min. |
||
A. Ein Autoklav wird mit 45 Teilen 2,4-Dinitrotoluol. 1.0 Teilen Palladium-auf-Aluminiumoxid, 45 Teilen
Äthanol und 9,0 Teilen Ferrichlorid beschickt. Die Konzentration des Dinitrotoluols beträgt 50%, bezogen
auf das Gewicht von Dinitrotoluol und Äthanol. Der Autoklav wi-d mit Kohlenmonoxid auf einen Druck von
378 kg/cm2 gebracht. Es wird 60 Minuten auf 1300C und
dann 60 Minuten auf 1900C erwärmt. Der Höchstdruck beträgt etwa 518 kg/jm2 (7400 psi). wenn der freie Raum
etwa 60% ausmacht. Der Autoklav wird abgekühlt und entspannt, die Reaktionsmischung wird zur Entfernung
des Palladiums filtriert, und das Filtrat wird zur Trockne eingedampft. Die Analyse des Produkts ergibt, dr.ß die
Ausbeute an Diäthyltoluol-2,4-dicarbamat etwa 80% der Theorie beträgt.
B. Wenn die oben beschriebene Reaktionsmischung sofort auf 190°C erwärmt wird, findet eine heftige
exotherme Reaktion statt, wobei die Temperatur rasch auf 425°C und der Druck auf wenigstens 2100kg/cmansteigt.
Es werden nur teerige Zersetzungsprodukte ohne nachweisbare Mengen an Diäthyltoluol-2,4-dicarbamat
erhalten.
Ein Autoklav wird mit 50 Teilen einer Mischung von 2.4-/2,6-Üinitrotoluol (80/20), 1,0 Teilen 5% Palladiumauf-Kohle,
80 Teilen Äthanol und 2,5 Teilen Ferrichlorid beschickt. Die Konzentration an Dinitrotoluol beträgt
38%. Der Autoklav wird mit Kohlenmonoxid auf einen Druck von 378 kg/cm2 gebracht. Es wird 15 Minuten auf
1500C und dann 30 Minuten auf 19O0C erwärmt. Dann
wird der Autoklav abgekühlt und entspannt, die Reaktionsmischung wird filtriert, und das Filtrat wird
zur Trockne eingedampft. Die Analyse des Produkts ergibt, daß die Ausbeute an Diäthyltoluoldicarbamat
etwa 85% der Theorie beträgt.
Die Arbeitsweise von Beispiel 4 wird unter Verwendung einer gleichen Masse Methanol anstelle des
Äihanols wiederholt. Die Ausbeute an Dimcthyltolunldicarbamat
beträgt elwa 75"/» der Theorie.
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von Bisurethanen durch Umsetzung einer aromatischen Dinitroverbindung
mit einer hydroxylhaltigen Verbindung und Kohlenmonoxid in Gegenwart eines aus Palladium
und einer Lewissäure bestehenden Katalysators nach Patent 15 68 044, dadurch gekennzeichnet,
daß man das Verfahren in zwei Stufen durchführt, die Reaktionstemperatur in der ersten
Stufe zwischen 130 und 175°C und in der zweiten
Stufe zwischen 160 und 230 T hält und die Nitroverbindung in einer Konzentration von 20 bis
60 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Nitro- und Hydroxylverbindung, einsetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man in beiden Stufen einen Reaktionsdruck von über 70 kg/cm2 anwendet.
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