DE1941971A1 - Verfahren zur Synthese von Olefinoxiden - Google Patents

Verfahren zur Synthese von Olefinoxiden

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DE1941971A1
DE1941971A1 DE19691941971 DE1941971A DE1941971A1 DE 1941971 A1 DE1941971 A1 DE 1941971A1 DE 19691941971 DE19691941971 DE 19691941971 DE 1941971 A DE1941971 A DE 1941971A DE 1941971 A1 DE1941971 A1 DE 1941971A1
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olefin
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oxygen
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chlorobenzene
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DE19691941971
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Kassal Robert James
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EIDP Inc
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EI Du Pont de Nemours and Co
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D301/00Preparation of oxiranes
    • C07D301/02Synthesis of the oxirane ring
    • C07D301/03Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds
    • C07D301/04Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds with air or molecular oxygen
    • C07D301/06Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds with air or molecular oxygen in the liquid phase

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

  • Verfahren zur Synthese von Olefinoxiden Die Erfindung betrifft Olefinoxide, insbesondere ein Verfahren zu deren Synthese.
  • Der Stand der Technik nennt viele Flüssigphase- und Dampfphase-Synthesen von Olefinoxiden, bei denen die Ausgangsstoffe gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffe sind. Olefinoxide stellen wertvolle Comonomere zu einer Vielfalt anderer Comonomeren bei der Herstellung von Polymeren dar, die als Formmasseharze und Überzugsmittel Verwendung finden.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Flüssgphase-Synthese von Olefinoxiden mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen aus den entsprechenden Olefinen, z. B. Xthylen, Propylen, Butylen und Isobutylen, unter Erzielung hoher Ausbeuten zur Verfügung, bei dem man die Olefine in Gegenwart von molekularem Sauerstoff und einer von einem ohlorierten Benzol und einem gesättigten, oyolischon Kohlenwasserstoff mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen gobildeton Lösungsmittelmischung bei 100 bis 2000 C Jrhitst Der bei dem Verfahren eingesetzte, molekulare Sauerstoff wird dem System als Sauerstoff, Luft oder eine Gasmischung zugeführt, die Sauerstoff und ein inertes Gas, wie Stickstoff, Argon, Neon usw., enthält. Im allgemeinen soll dem Behälter zu Beginn der Umsetzung kein unverdflnnter Sauerstoff zugeführt werden, da in diesem Falle eine Momentreaktion eintreten könnte. Wenn jedoch die Umsetzung in einem geschlossenen System durchgefuhrt wird, kann man unverdunnten Sauerstoff zufuhren, nachdem die Reaktion-Oxidation etwas vorangeschritten ist und ein Teil des Sauerstoffs verbraucht worden ist, da jegliche inerte Komponente der Gasmischung in dem Reaktionssystem verbleibt Die Zusammensetzung der Lösungsmittelmischung stellt eine wichtige Veränderiche dar. Ea wird angenommen, dass die Umsetzung nach einem freidradikalischen Flüssigphase-Mechanismus abläuft, bei dem anscheinend die Eigenschaften des Lösungsmittelsystems steuernd wirken. Eine von einem gesättigten, cyclischen Kohlen-Wasserstoff mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen und einem chlorierten Benzol gebildete Lösungsmittelmischung ist beztiglich der Ausbeute jedem der Einzellösungsmittel allein weit überlegen.
  • Der Erläuterung der cyclischen Kohlenwasserstoffe für die Zweckke der Erfindung können Cyclopentan, Cyclohexan, Cycloheptan, Cyclooctan, Cyclononan, Cyclodecan und methylcyclohexan dienen. Das Cyclohexan stellt den bevorzugten cycliscen Kohlenwasserstoff dar.
  • Das als andere Komponente der Lösungsmittelmischung eingesetzte chlorierte Benzol kann eine Flüssigkeit bei Raumtemperatur oder einen unter der Reaktionstemperatur schmelzenden Feststoff bei Raumtemperatur darstellen. Die Chlorbenzol-Komponente der Lösungsmittelmischung kann auch von einer Mischung von festen und flüssigen, chlorierten Benzolen gebildet werden. Der Erläuterung der chlorierten Benzole für die Zwecke der Erfindung können Monochlorbenzol, o-Diohlorbensol, m-Dichlorbenzol, 1,2,3-, 1,2,4- und 1,3,5-Trichlorbenzol, 1,2,3,4-Tetrachlorbenzol und Pentachlorbenzol dienen. Vorzugsweise arbeitet man mit chlorierten Benzolen der Formel C6H6-yCly, worin y gleich 1 bis 3 ist, die bei Raumtemperatur flflssig sind.
  • Die relativen Mengen der Cycl.-Kohlenwasserstoff- und Chlorbenzol-Lösungsmittel können beträchtlich variiert werden. So kann man etwa 10 Gew.teile acyclischen Kohlenwasserstoff mit etwa 10 bis 60 Teilchen chloriertem Benzol oder einer Mischung von zwei oder mehr chlorierten Benzolen einsetzen.
  • Man kann 2 bis 90 Teile acyclischen Kohlenwasserstoff mit 10 Teir len Olefin einsetzen. Zur Erzielung bester Ergebnisse werden 5 bis 20 Teile cyclischer Kohlenwasserstoff mit 10 Teilen Olefin eingesetzt. Beim Arbeiten mit Propylen als Olefin und Cyclohexan als cyclischem Kohlenwasserstoff setzt man das letztere im Molarverhältnis zu Propylen zwischen 1 : 1 und 1 : 4 ein.
  • Das Verfahren kann im Temperaturbereich von 100 bis 2000 C durchgefuhrt werden. Bei Temperaturen nahe 1000 C ergibt sich eine langsame Umwandlung. Oberhalb etwa 2004 C läuft die Umsetzung rasch ab, wobei aber eine ausserordentliche Sorgfalt bei der Zufuhrung von Sauerstoff oder von Sauerstoff gebildetem Gas (wie oben erwähnt) zu dem Reaktionssystem notwendig ist, um eine Moment reaktion und einen Abbau von Olefinoxiden zu deren Zersetzungsprodukten zu verhindern. Bei der Synthese ton Propylenoxid werden höhere Ausbeuten im Temperaturbereich von 150 bis 2000 C erhalten. Vorzugsweise arbeitet man bei der Propylenoxid-Syntheae bei 175 bia 1850 C.
  • Man kann Sauerstoff oder ein sauerstoffhaltiges Gas mit den anderen Stoffen vor der Erhöhung der Temperatur zuführen. Andererseits kann man Sauerstoff oder sauerstoffhaltiges Gas auch nach Erreichen der Reaktionstemperatur zufuhren. In beiden Fällen kann ein Zusatz von zusätzlichem Sauerstoff oder sauerstoffhaltigem Qas während des Ablaufens der Reaktion erfolgen. Mit einem langsamen Zusatz (z. B. in kleinen Teilmengen) nach Erreichung der Reaktionstemperatur werden bessere Er gebnisse erhalten, da eine Umsetzung bei sauerstoffmageren Bedingungen die Tendenz ergibt, einen Abbau des Olefinoxides zu desseü' Nebenprodukten zu verhindern.
  • Der Arbeitsdruck des Reaktionssystems kann verschieden gewählt werden. Beim Arbeiten mit einer von Sauerstoff und einem oder mehreren anderen, bei dem Verfahren inerten Gasen (wie den obengenannten) gebildeten Gasmischung soll der Sauerstoffdruck in dem System im Bereich von 4 bis 24 at (60 bis 340 Pounds/ Quadratzoll) liegen. In ähnlicher Weise soll man beim Einsatz von reinem Sauerstoff anstatt einer Gasmischung mit einem Druck in dem System im Bereich von 4 bis 24 at arbeiten. Bei Verwendung von Luft als Gasmischung können derart niedrige DrUcke wie 21 at und derart hohe DrUcke wie 112 at (300 bzw.
  • 1600 PoundsQuadratzoll) Anwendung finden. Bei hohen Reaktionsdrücken soll eine enge Temperatürlenkung beibehalten werden, um einer Gefahr einer Explosion des Reaktionssystems vorzubeugen Da die vorliegende Reaktion nach einem freiradikalischen Mechanismus abläuft, soll eine Gegenwart freiradikalischer tnhibitoren auf einem Minimum gehalten werden. Die Innenseite des Reaktionsbehälters kann z. B. von boratberuhigtem, rostfreiem Stahl, Nickellegierung in Art von Hastelloy C, Platin oder anderem Material gebildet werden, das freiradikalische Reaktionen nicht inhibiert.
  • Die folgenden Beispiele, in denen sich alle Prosent- und Teile angaben, wenn nicht anders angegeben, auf daß Gewicht beziehen (wobei Jedoch die genannten Produktprozent,sätze sich auf gaschromatographisch ermittelte Flächenprozentsätze, die ungefähr Molprozentsätzen entsprechen, beziehen), dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung, ohne dass diese Jedoch auf sie beschränkt ist.
  • Beispiel 1 A? Ein 180-ml-SchUttelrohr aus boratberuhigtem, rostfreiem Stahl wird mit 10 g Cyclohexan, 10 g Propylen und 38 g o-Dichlorbenzol beschickt. Vor Erhöhung der Temperatur führt man in das Rohr Luft auf 42,2 at ein. Das Rohr wird 30 Min.
  • bei 1750 C erhitzt und dann abgekühlt. Die Bombe erreicht einen Druck von 66,8 bis 70,3 at. Als Produkte (gaschromatographisch analysiert) fallen 72,8 % Propylenoxid, 13,5 % Acetaldehyd, 0,4 % Propionaldehyd, 7,7 % Aeeton und 5,5 S Allylalkohol an.
  • B) Man arbeitet mit der Abänderung wie unter (A), dass ein Rohr aus nichtberuhlgtem rostfreiem Stahl verwendet wird. Als Produkte fallen 58,9 % Propylenoxid, 28,2 S Acetaldehyd, 1,0 % Propionaldehyd, 4,4 % Aceton und 7,5 % Allylalkohol an.
  • Beispiel 2 Dieses Beispiel entapricht dem Beispiel 1,A mit der Abänderung, dass man Sauerstoff anstatt bei Raumtemperatur hier zuführt, nachdem das Rohr die Reaktionstemperatur erreicht hat.
  • Man gibt in ein 180-ml-Schüttelrohr aus boratberuhigtem, roatfreiem Stahl 10 g Cyclohexan, 10 g Propylen und 38 g o-Dichlorbenzol, erhitzt das Rohr unter konstantem Schütteln auf 175° C, lässt dann in 20-Min.-Abständen Luft in acht 4,2-at-Teilbeträgn eintreten, bis der Rohrdruck 42 at beträgt, hält die Reaktionsvorrichtung 1 Std. in diesem Zustand und kühlt hierauf ab.
  • Die Produkte enthalten 83,3 % Propylenoxid, 9,7 % Acetaldehyd, 0,9 % Propionaldehyd und 6,0 % Allylalkohol.
  • B e: i B p i e 1 e 3 bis 10 Die Luftzufuhr zum Behälter erfolgt entweder in Porm @ einer Einzelfüllung wie in Beispiel 1 oder duroh Luftzuführung in -20-Min.-Abständen in Form von 4,2-at-Teilbeträgen wie in Beispiel 2, während ansonsten die Arbeitstechniken der obigen ertsprechen. Die Kennwerte sind in der Tabelle genannt.
  • Das Beispiel 3 erläutert die Anwendung eines doppelt so hohen Arbeitsdruckes wie in Beispiel 2. In Beispiel 4 wird eine deutliche Erhöhung des Molverhältnisses von Cyclohexan zu Propylen erhalten, während in Beispiel 5 eine Verminderung desselben eintritt. Die Beispiele 6 und 7 erläutern den Einsatz von Reaktionsbehältern, die aus anderen Materialien als dem boratberuhigten, rostfreien Stahl aufgebaut sind. In Beispiel 8 bis 10 wird die Chlorbenzol-Komponente der Lösungsmittelmischung verändert.
  • 3,428,658 Bei- Be- Cy- Prop- Chlor- Luftzufüh- Zeit Maxi- Produkte, % spiel häl- clo- ylen, benzol, g rung bei mal- Pro- Acet- Pro- Acet- Acro- Altera) he- g 175° druck, pyl- alde- pion- ton lein lylxan, Cb), at en- hyd alde- alkog Std. oxid hyd hol 3 SS 10 10 o-Dichlor-, 4,2-at-TBc) 92,8 79,0 9,9 1,7 3,2 6,2 38 bei 175° C 4 SS 20 10 o-Dichlor-, 4,2-at-TB 1 42,2 71,9 11,3 1,2 1,2 55 90 38 bei 175° C 5 SS 10 20 o-Dichlor-, 4,2-at-TB 70,3 65,8 17,7 1,5 4,2 2,9 7,9 38 bei 175° C 6 HC 6,5 7 o-Dichlor-, 42,2 at bei 2/3 63,3 77,5 9,9 0,7 4,1 2,6 5,1 18 Raumtemp.
  • 7 PL 10 10 o-Dichlor-, 4,2-at-TB 1 42,2 76,3 8,5 1,6 2,9 2,1 8,5 38 bei 175° C 8 SS 10 10 1,2,4-Tri- 42,2 at bei 1/2 63,3 72,6 13,8 0,8 4,5 3,0 5,4 chlor-, 34 Raumtemp.
  • 9 HC 6,5 7 o-Dichlor-, 4,2-at-TB 42,2 74,4 8,1 1,0 2,3 5,5 8,7 15; 1,2,3- bei 175° C Trichlor-, 19 10 SS 10 10 Monochlor-, 4,2-at-TB 54,5 69,1 13,4 1,3 3,3 3,9 8,9 38 bei 175° C a) SS = 180-ml-Schüttelrohr aus boratberuhigtem, rostfreiem Stahl; HC = 117-ml-Schüttelrohr as Nickellegierung Hastelloy C; PL = 180-ml-Schüttelrorh mit Platinauskleidung b) Zeit, welche das Rohr nach der vollständigen Luftzuführung (in Form kleiner Teilmengen oder einer Einzelfüllung) bei 175° C gehalten wird (in Beispiel 3, 5, 9 und 10 wird das Rohr kurz nach der vollständigen Luftzuführung abgekühlt).
  • c) TB = Teilbeträge bzw. -mengen

Claims (8)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zur Synthese von Olefinoxiden mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen durch Umsetzen des entsprechenden Olefins in der Flüssigphase mit Sauerstoff, dadurch gekennzeichnet, dass man in einen Druckbehälter das Olefin und eine von einem gesättigen, cyclischen Kohlenwasserstoff mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen und einem chlorierten Benzol gebildete Lösungsmittelmischung, wobei die Mischung etwa 10 bis 60 Gew.teile des Chlorbenzols auf 10 Teile des cyclischen Kohlenwasserstoffs enthält, einfUhrt, dem Druckbehälter ein molekularen Sauerstoff enthaltendes Gas zufUhrt'und den Behälter bei einem Sauerstoffdruck von etwa 4 bis 24 at bei einer Temperatur im Bereich von 100 bia 2000 C hält und auf diese Weise mindestens einen Teil des Olefins in das Olefinoxid dberführt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als molekularen Sauerstoff enthaltendes Gas Luft einsetzt und bei einem Druck von etwa 21 bis 112 at arbeitet.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man als, cyclischenKohlenwasserstoff Cyclohexan und als Chlorbenzol ein solches der Formel C6H6-yCly, worin y gleich 1 bis 3 ist, einsetzt.
  4. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man als Olefin Xthylen einsetzt und als Olefinoxid Äthylenoxid gewinnt.
  5. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der AnsprUche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man als Olefin Butylen ein setzt und als Olefinoxid Butylenoxid gewinnt.
  6. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man als Olefin Propylen ein setzt und als Olefinoxid Propylenoxid gewinnt.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet', dass man als acyclischen Kohlenwasserstoff Cyclohexan und als Chlorbenzol ein solches der Formel C6H6-yCly, worin y gleich 1 bis 3 ist, einsetzt, als molekularen Sauerstoff enthaltendes Gas Luft verwendet und bei einem Druck von etwa 21 bis 112 at bei 150 bis 2000 C arbeitet
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass man bei einer Temperatur im Bereich von 175 bis 185° C arbreitet.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2534944A1 (de) * 1974-08-06 1976-05-06 Inst Neftechimitscheskich Proz Verfahren zur herstellung von aethylenoxid
DE3438266A1 (de) * 1983-10-21 1985-05-09 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma, Osaka Lenkrad
DE19708092A1 (de) * 1997-02-28 1998-09-03 Bayerische Motoren Werke Ag Lenkrad mit einer Einrichtung zum Zuführen von Kühlluft

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