DE1953489A1 - Verfahren zur Dimerisierung von Olefinen - Google Patents

Verfahren zur Dimerisierung von Olefinen

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methylpentene
acid
dimerisation
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    • C07C2/04Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by addition between unsaturated hydrocarbons by oligomerisation of well-defined unsaturated hydrocarbons without ring formation
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Description

  • Verfahren zur Dimerisierung von Olefinen Es ist bekannt, daß Olefine in Gegenwart von Alkalimetallen zu Oligomeren umgesetzt werden können. Große Aufmerksamkeit wurde dabei der alkalimetallkatalysierten Dimerisierung von Propylen zu 4-Methylpenten-(1) geschenkt, weil von den möglichen Isomeren des dimerisierten Propylens das 4-Methylpenten-(1) als Treibstoffzusatz zur Erhöhung der Octanzahl besonderes Interesse gefunden hat. Vor allem aber ist 4-Methylpenten-(1) ein begehrtes Monomeres für die Herstellung von hochschmelzenden isotaktischen Polymeren, die z.B. zu Fasern und Pilmen verarbeitet werden können.
  • Aus der österreichischen Patentschrift 237 580 ist es bekannt, Propylen in Gegenwart von Natrium- oder Lithiummetall und in Gegenwart eines Kaliumsalzes zu dimerisieren. Nach dem genannten Verfahren sind jedoch sehr lange Reaktionszeiten erforderlich, um einen befriedigenden Propylenumsatz zu erzielen.
  • Es wurde nun gefunden, daß sich Olefine in Gegenwart von Alkalimetallen, deren Atomgewicht unter dem des Kaliums liegt, und in Gegenwart eines Kaliumsalzes bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck vorteilhaft dimerisieren lassen, wenn man ein Olefin oder eine Mischung von zwei oder mehreren Olefinen bei Temperaturen zwischen 60 und 200 0C und bei Drücken zwischen Atmosphärendruck und 300 atm in Gegenwart von Natriummetall unter Verwendung einer eine oder mehrere Carbonylgruppen enthaltenden organischen Verbindung dimerisiert.
  • Nach dem neuen Verfahren ist es möglich, Olefine mit hoher Reaktionsgeschwindigkeit und hohen Umwandlungsraten zu dimerisieren.
  • Es war überraschend, daß bei Verwendung er erfindungsgemäß anzuwendenden Katalysatoren für die Dimerisierung des Propylens das entstehende Hexengemisch trotz der großen Reaktionsgeschwindigkeit bis zu 85% das gewünschte 4-Methylpenten-(1) enthält. Das neue Verfahren eignet sich daher insbesondere zur wirksamen und selektiven,Dimerisierung von Propylen zu 4-Methylpenten-(1).
  • Nach dem Verfahren der Erfindung werden geradkettige und verzweigtkettige Olefine, vorteilhaft Olefine mit 3 - 8 Kohlenstoffatomen, dimerisiert. Beispiele der zu verwendenden Olefine sind Hepten-(1), Buten-(1), Buten-(2), Isobutylen, Penten-(l), Hexen-(1), Octen-(1) und insbesondere Propylen. Technisch interessante Produkte werden vor allem durch Umsetzung von geradkettigen Olefinen erhalten.
  • Die Verbesserungen gegenüber den bekannten Verfahren werden dadurch erreicht, daß die Dimerisierung in Gegenwart von Natriummetall und eines Kaliumsalzes unter Verwendung einer eine oder mehrere Carbonylgruppen enthaltenden organischen Verbindung durchgeführt wird. Da das Natrium unter den angewandten Reaktionsbedingungen geschmolzen ist, kann es in beliebiger Form in das Reaktionsgefäß gegeben werden. Zur Erzielung eines hohen Umsatzes werden das Kaliumsalz und die eine oder mehrere Carbonylgruppen enthaltende organische Verbindung zweckmäßig in feinverteilter Form eingesetzt. Vorteilhaft wendetman das Natrium in feindispergierter Form und in inniger Vermischung mit dem Kaliumsalz und der eine oder mehrere Carbonylgruppen enthaltenden organischen Verbindung an.
  • Pur die Umsetzung können Kaliumsalze von organischen Säuren und von Mineralsäuren verwendet werden. Die den Kaliumsalzen zugrunde liegenden organischen Säuren sind beispielsweise aliphatische Carbonsäuren mit 1 bis 12 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 2 bis 8 Kohlenstoffatomen, sowie aromatische Carbonsäuren und aromatische Sulfonsäuren. Als zugrunde liegende organische Säuren seien beispielsweise im einzelnen genannt: Essigsäure, Propionsäure, Isobuttersäure, Caprylsäure, Oxalsäure, Adipinsäure, Phenylessigsäure, Chloressigsäure, Benzoesäure, Terephthalsäure, Phthalsäure, Benzolsulfonsäure, p-Toluolsulfonsäure.
  • Beispiele für die den Kaliumsalzen zugrunde liegenden Mineralsäuren sind Kieselsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Chlorwasserstoffsäure, Bromwasserstoffsäure, Kohlensäure. Die von Mineralsäuren abgeleiteten Kaliumsalze werden bevorzugt verwendet. Im einzelnen seien als Kaliumsalze genannt: Kaliumchlorid, Kaliumsulfat, Kaliumsilikat, Ksliumphosphat und insbesondere-Kali1lmcarbonat. Das Gewichtsverhältnis von Natriummetall zu dem Kaliumsalz beträgt im allgemeinen 1 zu 0,5 bis 1 zu 100, vorzugsweise 1 zu 2 bis 1 zu 20.
  • Bevorzugte Carbonylgruppen enthaltende organische Verbindungen enthalten 1 bis 4, insbesondere 1 bis 2 Carbonylgruppen.
  • Es können beispielsweise Carbonsäureester, Dicarbonsäureester, Ketocarbonsäureester, Carbonsäureanhydride, Dicarbonsäureanhydride, Aldehyde, aliphatische oder aromatische Ketone und Diketone verwendet werden. Vorzugsweise werden von den Carbonylgruppen enthaltenfl Verbindungen die Mono- und -dicarbonsäureester sekundärer und tertiärer Alkohole, Ketocarbonaäureester und Dicarbonsäureanhydride eingesetzt. Die Carbonylgruppen enthaltenden organischen Verbindungen weisen im allgemeinen 2 bis 20, vorzugsweise 2 bis 15 Kohlenstoffatome auf und können, von den Carbonylgruppen abgesehen, Kohlenwasserstoffcharakter aufweisen oder beliebige andere Gruppen auch mit Stickstoff oder Schwefel z.B. Alkoxygruppen, Nitrogruppen oder Halogenatome enthalten. Geeignete Verbindungen sind beispielsweise: Essigsäureäthylester, Propionsäuretertiärbutylester- und -sekundärbutylester, Butyraldehyd, Aceton, Acetophenon, Acetylaceton, Acetonylaceton, Phthalsäureanhydrid, Bernsteinsäureanhydrid, Benzochinone, Naphthochinone, Anthrachinon, - PhenantSffnchinon.
  • Das Verhältnis von Molen der Carbonylgruppen enthaltenden organischen Verbindung zu Grammatomen Natrium bzw. Lithium beträgt im allgemeinen 0,001 bis 0,5, vorzugsweise 0,003 bis 0,.
  • Das Gewichtsverhältnis von Carbonylgruppen enthaltender organischer Verbindung zu dem als Ausgangsstoff zu verwendenden Olefin beträgt zweckmäßig 1 zu 10 bis 1 zu 5000, vorzugsweise 1 zu 50 bis 1 zu 1000.
  • Das Verfahren wird bei Temperaturen zwischen 80 und 2000C, insbesondere zwischen 100 und 1500G durchgeführt. Man kann bei Atmosphärendruck arbeiten. Zur Erzielung eines hohen Umsatzes wendet man jedoch zweckmäßig Drücke, zwischen 10 und 300 atm, vorzugsweise zwischen 30 und 80 atm an.
  • Die Umsetzung führt man zweckmäßig in einem Druckreaktor aus, der den Katalysator enthält und in den man das zu dimerisierende Olefin einleitet. Man kann die Umsetzung in Abwesenheit eines Lösungsmittels ausführen. Es ist jedoch vorteilhaft, die Dimerisierung in einem unter den Reaktionsbedingungen inerten organischen Lösungsmittel durchzuführen. Als inerte organische Lösungsmittel kommen insbesondere gesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Hexan, Heptan, Octan, Nonan, Dekan, Hexadekan, Isooctan oder Gemische von gesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffen, wie Kerosin, Paraffinöl oder ein Mineralöl in Betracht. Man setzt zweckmäßig Lösungsmittel ein, deren Siedepunkt oder Siedebereich sich merklich vom Siedepunkt des Reaktionsproduktes unterscheidet, wodurch die Abtrennung des Reaktionsproduktes aus dem Reaktionsgemisch erleichtert wird. Im allgemeinen verwendet man Lösungsmittel und Katalysator in einem Verhältnis von 80 bis 99 Gew. Lösungsmittel zu 20 bis 1 Gew, Katalysator.
  • Es ist ein besonderer Vorteil des Verfahrens, daß nur relativ kurze Reaktionszeiten erforderlich sind. Im allgemeinen beträgt die Reaktionszeit je nach den Reaktionsbedingungen 1 bis 6 Stunden.
  • Das Verfahren kann diskontinuierlich und kontinuierlich ausgeführt werden. Das diskontinuierliche Verfahren wird z.B. in der Weise ausgeführt, daß man in ein Druckgefäß, welches beispielsweise Paraffinöl enthält, Natrium, Kaliumsalz und die eine oder mehrere Carbonylgruppen enthaltende organische Verbindung einträgt und dem Reaktionsgefäß anschließend das zu dimerisierende Olefin zuführt. Die Mischung wird unter kräftigem Rühren auf Reaktionstemperatur gebracht, die man zweckmäßig so lange einhält, bis durch Druckabfall das Ende der Reaktion angezeigt wird. Das Reaktionsprodukt wird aus der Reaktionsmischung abgetrennt und gegebenenfalls nicht umgesetzter Ausgangsstoff zweckmäßig zurückgeführt. Die nach dem Abtrennen verbleibende Suspension des Katalysators im Lösungsmittel kann wiederholt ohne Erneuerung des Katalysators für weitere Umsetzungen verwendet werden. Es ist jedoch vorteilhaft, das Verfahren kontinuierlich auszuführen, z.B. indem man das Dimere fortlaufend abzieht und dabei den Druck im Reaktor durch kontinuierliche Zufuhr des Olefins aufrechterhält. Mit dem Dimeren abgezogener Ausgangsstoff wird abgetrennt und zweckmäßig in den Reaktor zurückgeführt.
  • Beispiel 1 Eine Suspension von 1 Grammatom Natrium, 0,005 Mol ter.-Butylpropionat und 1 Mol Kaliumcarbonat in 600 g Paraffinöl wird in einen mit Rührer versehenen Autoklaven eingefüllt. Man preßt 8 Mol Propylen auf und erhitzt 6 Stunden bei 1400. Nach dem Abkühlen isoliert man aus dem Reaktionsgemisch 2,7 Mole eines Hexengemisches folgender Zusammensetzung: 4-Methylpenten-(1) 76,9 Gew.% 4-Methylpenten-(2) 17 Gew.% 2-Methylpenten-(1) 2,7 ew.
  • 2-Methylpenten-(2) 1,5 Gew.
  • Sonstige 1,9 Gew.% Verfährt man wie im Beispiel beschrieben, wobei man jedoch in-Abwesenheit von tert.-Butylpropionat arbeitet, so findet keine Reaktion unter Bildung von Hexenen statt.
  • Beispiel 2 Eine Suspension von 1 Grammatom Natrium, 0,004 Mol Phthalsäureanhydrid und 1 Mol Kaliumcarbonat in 600 g Paraffinöl wird in einem mit Rührer versehenen Autoklaven eingefüllt. Man preßt 8 Mol Propylen auf und erhitst 3 Stunden bei 14000. Nach dem Abkühlen isoliert man aus dem Reaktionsgemisch 3,6 Mole eines Hexengemisches folgender Zusammensetzung: 4-Methylpenten-1 81,8 Gew.% 4-Methylpenten-2 14,1 Gew.% 2-Methylpenten-1 1,5 Gew.% 2-Methylpenten-2 0,9 Gew.% Sonstige 1,7 Gew.% Beispiel 3 Eine Suspension von 1 Grammatom Natrium, 0,007 Mol Acetonylaceton und 1,2 Mol Kaliumcarbonat in 600 g-Paraffinöl wird in einem mit Rührer versehenen Autoklaven eingefüllt. Man preßt 8 Mol Propylen auf und erhitzt 4 Stunden bei i500C. Nach dem Abkühlen isoliert man aus dem Reaktionsgemisch 3,4 Mole eines Hexengemisches folgender Zusammensetzung: 4-Methylpenten-1 75,4 Gew, 4-Methylpenten-2 17,9 Gew.% 2-Methylpenten-1 3,1 Gew.
  • 2-Methylpenten-2 1,6 Gew.% Sonstige 2,0 Gew.

Claims (1)

  1. Patentanspruch
    Verfahren zur Dimerisierung von Olefinen in Gegenwart von Alkalimetallen, deren Atomgewicht unter dem des Kaliums liegt und in Gegenwart eines Kaliumsalzes bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Olefin oder eine Mischung von 2 oder mehreren Olefinen bei Temperaturen zwischen 60 und 2000C und bei Drücken zwischen Atmosphärendruck und 300 Atmosphären in Gegenwart von Natriummetall unter Verwendung einer eine oder mehrere Carbonylgruppen enthaltenden organischen Verbindung dimerisiert.
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