DE19625234A1 - Process for the selective heterogeneous-catalytic synthesis of 4-methyl- and 4,4'-dimethylbiphenyl - Google Patents

Process for the selective heterogeneous-catalytic synthesis of 4-methyl- and 4,4'-dimethylbiphenyl

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DE19625234A1
DE19625234A1 DE1996125234 DE19625234A DE19625234A1 DE 19625234 A1 DE19625234 A1 DE 19625234A1 DE 1996125234 DE1996125234 DE 1996125234 DE 19625234 A DE19625234 A DE 19625234A DE 19625234 A1 DE19625234 A1 DE 19625234A1
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Abstract

The invention relates to a process for selective preparation of 4-substituted or 4,4'-disubstituted alkylated derivatives of biphenyl or a biphenyl derivative. According to said process, biphenyl or a biphenyl derivative are brought into contact with an alkylated benzol in the presence of a catalyst. The invention is characterised in that a zeolite with a large micropore diameter is used as the catalyst.

Description

Verfahren zur Herstellung von 4-Methyl- und 4,4′-Dimethylbiphenyl sind aus der Literatur bekannt.Processes for the preparation of 4-methyl- and 4,4'-dimethylbiphenyl are known from the Literature known.

So ist die Herstellung von 4,4′-Dimethylbiphenyl durch homogenkatalytische Kopplung von Toluol in Gegenwart einer Palladium-II-Verbindung, vorzugsweise Palladiumacetat oder Palladiumacetonylacetonat, und in Anwesenheit von Sauer­ stoff bereits in der Literatur beschrieben worden (J. Org. Chem. Vol. 38, No.1, 76- 79, 1972; Bull. Chem. Soc. Jap., Vol. 46, 1973, 2490-2492). Die erreichbaren Ausbeuten schwanken, in Abhängigkeit vom verwendeten Katalysator, zwischen 0,4 bis 13%, bei Selektivitäten von 11,9% für 4,4′-Dimethylbiphenyl (4,4′- DMBP).So is the production of 4,4'-dimethylbiphenyl by homogeneous catalytic Coupling of toluene in the presence of a palladium-II compound, preferably Palladium acetate or Palladiumacetonylacetonat, and in the presence of Sauer have already been described in the literature (J. Org. Chem. Vol. 38, No.1, 76- 79, 1972; Bull. Chem. Soc. Jap., Vol. 46, 1973, 2490-2492). The attainable Yields vary, depending on the catalyst used 0.4 to 13%, with selectivities of 11.9% for 4,4'-dimethylbiphenyl (4,4'- DMBP).

Der Nachteil dieses Verfahrens liegt insbesondere in den langen Reaktionszeiten (Bis zu 23 h) und in der schlechten Abtrennbarkeit des teuren Katalysators vom Edukt-/Produktgemisch.The disadvantage of this process is the long reaction times (Up to 23 h) and in the poor separability of the expensive catalyst from Educt / product mixture.

Die US-A-5,177,286 beschreibt die Herstellung von 4,4′-Alkylmethylbiphenyl, ausgehend von Biphenyl oder 4-Methylbiphenyl oder Gemischen dieser Verbindungen, unter Einsatz eines speziellen Lewis-sauren-Katalysators, z. B. AlCl₃, und in Gegenwart eines Methylierungsagens bei Temperaturen von -40 bis 80°C. Die Ausbeuten für 4,4′-Dimethylbiphenyl liegen um 2% bei Selektivitäten von 9,6%.US-A-5,177,286 describes the preparation of 4,4'-alkylmethylbiphenyl, starting from biphenyl or 4-methylbiphenyl or mixtures thereof Compounds using a special Lewis acid catalyst, e.g. B. AlCl₃, and in the presence of a methylating agent at temperatures from -40 to 80 ° C. The yields for 4,4'-dimethylbiphenyl are around 2% with selectivities of 9.6%.

Auch hier läßt sich der Katalysator wieder nur mit sehr hohem Trennaufwand, wenn überhaupt, vom Reaktionsgemisch abtrennen.Here, too, the catalyst can only be separated with a very high separation effort, if any, separate from the reaction mixture.

Die EP-B-0 202 752 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von 4-substituierten oder 4,4′-substituierten alkylierten Derivaten von Biphenyl oder einem Biphenyl­ derivat in Gegenwart eines Katalysators, der einen kristallinen Zeolithen mit mittleren Porendurchmesser oder eine kristalline zeolithische Substanz mit mitt­ lerem Porendurchmesser enthält, wobei das Biphenyl oder Biphenylderivat mit einem alkylierten Benzol in Berührung gebracht wird.EP-B-0 202 752 describes a process for the preparation of 4-substituted or 4,4'-substituted alkylated derivatives of biphenyl or a biphenyl derivative in the presence of a catalyst containing a crystalline zeolite average pore diameter or a crystalline zeolitic substance with lerem pore diameter, the biphenyl or biphenyl derivative with is brought into contact with an alkylated benzene.

Die Reaktionstemperatur liegt vorzugsweise im Bereich von 200 bis 600°C. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt insbesondere in der Vielzahl der Produkte, die unter den angegebenen Reaktionsbedingungen erhalten werden und teilweise nur schwer voneinander abgetrennt werden können. Ebenso sind die mit diesem Verfahren erreichbaren Ausbeuten und Selektivitäten, insbesondere für 4,4′- Dimethylbiphenyl (Ausbeute: 1,1%, Selektivität: 10,4%), nicht befriedigend.The reaction temperature is preferably in the range from 200 to 600 ° C. Of the  The disadvantage of this process is the large number of products can be obtained under the specified reaction conditions and in some cases only difficult to separate from each other. So are those with this Process achievable yields and selectivities, especially for 4,4'- Dimethylbiphenyl (yield: 1.1%, selectivity: 10.4%), unsatisfactory.

Alle im Stand der Technik bekannten Verfahren besitzen den Nachteil, daß die Herstellung von 4-Methylbiphenyl und 4,4′-Dimethylbiphenyl, trotz langer Versuchszeiten und niedriger Umsatzgrade, nur in geringen Ausbeuten und niedri­ gen Selektivitäten gelingt.All methods known in the prior art have the disadvantage that the Production of 4-methylbiphenyl and 4,4'-dimethylbiphenyl, despite a long time Trial times and low conversion rates, only in low yields and low selectivity.

Die Aufgabe besteht somit darin, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches es erlaubt 4-Methylbiphenyl und 4,4′-Dimethylbiphenyl mit guten Ausbeuten und ausreichend hoher Selektivität innerhalb relativ kurzer Reaktionszeiten zur Verfü­ gung zu stellen.The task is therefore to provide a method which it allows 4-methylbiphenyl and 4,4'-dimethylbiphenyl with good yields and sufficiently high selectivity within relatively short reaction times supply.

Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe und betrifft ein Verfahren zur selek­ tiven Herstellung von 4-substituierten oder 4,4′-disubstituierten alkylierten, insbesondere methylierten und ethylierten Derivaten von Biphenyl oder einem Biphenylderivat bei dem Biphenyl oder ein Biphenylderivat in Gegenwart eines Katalysators mit einem alkylierten Benzol in Berührung gebracht wird.The present invention solves this problem and relates to a method for selek tive preparation of 4-substituted or 4,4'-disubstituted alkylated, especially methylated and ethylated derivatives of biphenyl or a Biphenyl derivative in which biphenyl or a biphenyl derivative in the presence of a Catalyst is brought into contact with an alkylated benzene.

Überraschender Weise wurde gefunden, daß besonders gute Selektivitäten und Ausbeuten erzielt werden, wenn als Katalysator ein Zeolith mit großem Mikropo­ rendurchmesser, insbesondere <7 Å, verwendet wird. Vorzugsweise besitzt der eingesetzte Katalysator sogenannte Super-Cages mit einem Durchmesser von mindestens 12 Å.It has surprisingly been found that particularly good selectivities and Yields can be achieved if a zeolite with a large micropo diameter, in particular <7 Å, is used. Preferably, the used catalyst so-called super-cages with a diameter of at least 12 Å.

Bevorzugt werden Faujasit Katalysatoren mit einem molaren SiO₂/Al₂O₃-Verhält­ nis im Bereich von < 5 bis 30, insbesondere 11 bis 26, verwendet. Beispiele hierfür sind ®US-HY-11(Grace GmbH) oder ®US-HY-26 (DEGUSSA).Faujasite catalysts with a molar SiO₂ / Al₂O₃ ratio are preferred nis in the range from <5 to 30, in particular 11 to 26, used. Examples for this are ®US-HY-11 (Grace GmbH) or ®US-HY-26 (DEGUSSA).

Bei handelsüblichen Zeolith-Katalysatoren werden erfindungsgemäß Porendurch­ messer, Porengefüge und Säurestärke des Katalysators durch Behandlung mit phosphorhaltigen Verbindungen, vorzugsweise Tributylphosphit und Ortho- Phosphorsäure, oder durch Behandlung des Katalysators mit Salzsäure oder Wasser modifiziert.In the case of commercially available zeolite catalysts, pores are formed according to the invention knife, pore structure and acidity of the catalyst by treatment with phosphorus-containing compounds, preferably tributyl phosphite and ortho- Phosphoric acid, or by treating the catalyst with hydrochloric acid or  Modified water.

Bei der Behandlung mit Phosphorverbindungen wird der Katalysator mit wäßrigen Lösungen der entsprechenden Phosphorverbindungen imprägniert und anschlie­ ßend im Stickstoffstrom oder Luftstrom bei Temperaturen im Bereich von 400 bis 800°C, insbesondere 500 bis 700°C, kalziniert.In the treatment with phosphorus compounds, the catalyst is mixed with aqueous Solutions of the corresponding phosphorus compounds impregnated and then ßend in nitrogen flow or air flow at temperatures in the range of 400 to 800 ° C, especially 500 to 700 ° C, calcined.

Die Modifizierung von Zeolith-Eigenschaften mit Tributylphosphit an Mordenit Katalysatoren mit mittlerem Porendurchmesser ist aus der Literatur bekannt (Res. Chem. Intermed., 1993, Vol. 19, 319-332; Appl. Catal. A., General 131, 1995, 215-224).Modification of zeolite properties with tributyl phosphite on mordenite Medium pore diameter catalysts are known from the literature (Res. Chem. Intermed., 1993, Vol. 19, 319-332; Appl. Catal. A., General 131, 1995, 215-224).

Bei der Behandlung mit Salzsäure wird der Katalysator mit wäßrigen Salzsäure- Lösungen versetzt und 1 bis 6 Stunden, vorzugsweise 2 bis 4 Stunden, unter Rückfluß gekocht. Anschließend wird der Katalysator im Luftstrom bei Temperaturen im Bereich von 400 bis 800°C, insbesondere 500 bis 700°C, kalziniert.In the treatment with hydrochloric acid, the catalyst is washed with aqueous hydrochloric acid Solutions added and 1 to 6 hours, preferably 2 to 4 hours, under Reflux cooked. Then the catalyst in the air flow Temperatures in the range from 400 to 800 ° C, in particular 500 to 700 ° C, calcined.

Bei der Modifikation des Katalysators mit Wasser wird der Katalysator vor dem Einsatz bei Temperaturen von 400 bis 800°C, insbesondere 500 bis 700°C, im Stickstoffstrom kalziniert und anschließend für 24 bis 72 Stunden einer gesättigten Wasserdampfatmosphäre ausgesetzt.In the modification of the catalyst with water, the catalyst is before Use at temperatures from 400 to 800 ° C, especially 500 to 700 ° C, in Calcined nitrogen stream and then one for 24 to 72 hours exposed to saturated water vapor atmosphere.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird als Alkylierungsagens insbesondere Pentamethylbenzol verwendet. Der Vorteil bei der Verwendung des, im Vergleich zu Hexamethylbenzol, preiswerten Pentamethylbenzols ist unter anderem darin zu sehen, daß die während der Reaktion entstehenden Di-, Tri- und Tetramethylbenzole, leicht vom Produktgemisch abgestrennt werden können (z. B. destillativ) und in einer zweiten Reaktionsstufe mit Methanol an dealuminierten Mordenit-Katalysatoren, vorzugsweise an Mordenit-Katalysatoren mit einem SiO₂/Al₂O₃-Verhältnis im Bereich von 5 bis 25, wieder zu dem benötigten Pentamethylbenzol umgesetzt werden. Hierdurch können die Ausbeuten von Pentamethylbenzol auf < 25%, insbesondere 25 bis 35%, was einer Selektivität von < 30% entspricht, gesteigert werden.In the process according to the invention, the alkylation agent is in particular Pentamethylbenzene used. The advantage of using the, in comparison to hexamethylbenzene, inexpensive pentamethylbenzene is among others included in it see that the di-, tri- and Tetramethylbenzenes, can easily be separated from the product mixture (e.g. by distillation) and dealuminized with methanol in a second reaction stage Mordenite catalysts, preferably on mordenite catalysts with a SiO₂ / Al₂O₃ ratio in the range of 5 to 25, again to the required Pentamethylbenzene be implemented. As a result, the yields of Pentamethylbenzene to <25%, especially 25 to 35%, which is one Selectivity of <30% corresponds to be increased.

Auf diese Weise ist es möglich nicht umgesetztes Di-, Tri- oder Tetramethylbenzol, welches zu Pentamethylbenzol regeneriert wurde, der Kreislaufstromführung wieder zuzuführen und wieder zur Alkylierung zu verwenden.In this way it is possible to implement unreacted di-, tri- or Tetramethylbenzene, which was regenerated to pentamethylbenzene, the  Recycle circuit supply and again for alkylation use.

Zur Herstellung von 4-Methylbiphenyl und/oder 4,4′-Dimethylbiphenyl nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird Biphenyl oder ein Biphenylderivat in einem Lösungsmittel gelöst oder suspendiert und unter Zugabe von Polymethylbenzolen, z. B. Tri-, Tetra- und/oder Pentamethylbenzol, insbesondere Pentamethylbenzol, in einem diskontinuierlichen Rührkesselreaktor aus Edelstahl an einem großporigen Zeolithkatalysator umgesetzt.For the preparation of 4-methylbiphenyl and / or 4,4'-dimethylbiphenyl after The inventive method is biphenyl or a biphenyl derivative in one Solvent dissolved or suspended and with the addition of polymethylbenzenes, e.g. B. tri-, tetra- and / or pentamethylbenzene, especially pentamethylbenzene, in a discontinuous stirred tank reactor made of stainless steel on a large pore Zeolite catalyst implemented.

Das Verfahren kann entweder in der Gasphase oder der Flüssigphase oder in einer Mischphase (Flüssig/Gas) ausgeführt werden.The process can be either in the gas phase or the liquid phase or in a mixed phase (liquid / gas).

Als Lösungs- oder Suspensionsmittel für Biphenyl bzw. Biphenylderivate werden insbesondere C₅ bis C ₁₄-Alkane, vorzugsweise Heptan, verwendet. Weitere erfindungsgemäß einsetzbare Lösungsmittel sind cyclische Alkane, wie z. B. Cyclo-Hexan oder Dekalin. Das Verhältnis Biphenyl : Lösungsmittel liegt insbesondere im Bereich von 1 : 10 bis 1 : 40.As a solvent or suspending agent for biphenyl or biphenyl derivatives in particular C₅ to C ₁₄ alkanes, preferably heptane, used. Further Solvents which can be used according to the invention are cyclic alkanes, such as, for. B. Cyclo-hexane or decalin. The ratio of biphenyl: solvent is especially in the range of 1:10 to 1:40.

Das Verhältnis Pentamethylbenzol : Biphenyl beträgt 5 : 1 bis 1 : 5, vorzugsweise 4 : 1 bis 1 : 4. Die Temperatur im Reaktor liegt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren über 200°C, insbesondere im Bereich von 220 bis 270° C, bei Drücken von 20 bis 60 bar, insbesondere 25 bis 35 bar.The ratio of pentamethylbenzene: biphenyl is 5: 1 to 1: 5, preferably 4: 1 to 1: 4. The temperature in the reactor is that of the invention Processes above 200 ° C, in particular in the range from 220 to 270 ° C, at pressures from 20 to 60 bar, in particular 25 to 35 bar.

Die Reaktionszeiten liegen im Bereich von 1 bis 10 Stunden, insbesondere 1,5 bis 6 Stunden.The reaction times are in the range from 1 to 10 hours, in particular 1.5 to 6 hours.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Umsatzraten für Biphenyl bzw. Biphenylderivate im Bereich von 60 bis 100% erreicht werden.With the method according to the invention, conversion rates for biphenyl or Biphenyl derivatives in the range of 60 to 100% can be achieved.

Mit Hilfe des vorliegenden Verfahrens ist es möglich die Ausbeute für 4- Methylbiphenyl auf 20 bis 28% und die Ausbeute für 4,4′-Dimethylbiphenyl auf 7 bis 10%, bei Selektivitäten von 25 bis 60% (für 4-Methylbiphenyl) bzw. 7 bis 15% (für 4,4′-DMBP) zu steigern.With the help of the present method it is possible to obtain the yield for 4- Methylbiphenyl to 20 to 28% and the yield for 4,4'-dimethylbiphenyl 7 to 10%, with selectivities of 25 to 60% (for 4-methylbiphenyl) or 7 to 15% (for 4,4′-DMBP) to increase.

Die erfindungsgemäß modifizierten Katalysatoren zeichnen sich insbesondere durch gute Standfestigkeiten, hohe Aktivitäten und geringe Desaktivierungen sowie leichte Regenerierbarkeit aus.The catalysts modified according to the invention are particularly noteworthy due to good stability, high activities and low deactivations  as well as easy regenerability.

Nach dem im Stand der Technik vertretenen Meinung ist es insbesondere überraschend, daß sich die Ausbeuten und Selektivitäten für 4-Methybiphenyl und 4,4′-DMBP unter Verwendung von großporigen Zeolithen erheblich verbessern lassen.According to the opinion represented in the state of the art, it is in particular Surprisingly, the yields and selectivities for 4-methylbiphenyl and 4,4'-DMBP using large-pore zeolites considerably have it improved.

Die nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren erhaltenen Verbindungen sind begehrte Ausgangsstoffe für die Herstellung von Hochtemperatur- Wärmeträgermedien, thermotrophen Flüssigkristallen und temperaturbeständigen Kunststoffen.The compounds obtained by the method described above are coveted raw materials for the production of high-temperature Heat transfer media, thermotrophic liquid crystals and temperature resistant Plastics.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert.The invention is illustrated by the following examples.

BeispieleExamples 1. Katalysatorpräparation1. Catalyst preparation

Sämtliche angegebenen Präparationsvorschriften wurden ausgehend von einem protonierten ultrastabilen Faujasit mit SiO₂/Al₂O₃-Verhältnis von 26 (US-HY-26) durchgeführt.All specified preparation instructions were based on a protonated ultra stable faujasite with SiO₂ / Al₂O₃ ratio of 26 (US-HY-26) carried out.

1.1. Beispiel1.1. example KalzinierungCalcination

Die Kalzinierung der Zeolithe wird in einem mit einem Quarzglasrohr versehenen Ofen durchgeführt. Zur Kalzinierung wird an einem Rotameter ein Volumenstrom von ca. 0,4 l Stickstoff pro Minute eingestellt. Ungefähr 6 g des Zeolithen werden in einen Graphittiegel gefüllt und über Nacht einer Temperatur von 450°C ausgesetzt.The calcination of the zeolites is carried out in a quartz glass tube Oven performed. A volume flow is used on a rotameter for calcination 0.4 l nitrogen per minute. About 6 g of the zeolite will be filled in a graphite crucible and overnight at a temperature of 450 ° C exposed.

1.2. Beispiel1.2. example Einführung von Phosphor in den ZeolithenIntroduction of phosphorus in the zeolite a.) Behandlung mit Phosphorsäurea.) Treatment with phosphoric acid

i. Der zu modifizierende US-HY-26 wird zunächst 2 Stunden bei 450°C kalziniert. Danach wird er 2 Stunden unter Rückfluß in zweimolarer Phosphorsäure bei 140°C gekocht. Durch einen unter dem Kolben angebrachten Magnetrührer wird die Suspension dabei gerührt. Danach wird der phosphorhaltige Faujasit abfiltriert, mit Wasser gewaschen, bei 120°C eine Stunde getrocknet und schließlich 2 Stunden bei 450°C kalziniert.i. The US-HY-26 to be modified is initially 2 hours at Calcined at 450 ° C. Then it is refluxed for 2 hours two molar phosphoric acid cooked at 140 ° C. By one under the suspension is attached to the piston touched. Then the phosphorus-containing faujasite is filtered off with Washed water, dried at 120 ° C for one hour and finally calcined at 450 ° C for 2 hours.

ii. Die Vorschrift 1.2a)i wird in der Art abgeändert, daß der US-HY-26 eine Stunde unter Rückfluß in einmolarer Phosphorsäure gekocht wird.ii. Regulation 1.2a) i is modified in such a way that the US-HY-26 refluxed in one molar phosphoric acid for one hour becomes.

b.) Behandlung mit Tributylphosphit (TBP)b.) Treatment with tributyl phosphite (TBP)

i. 15 g des Katalysators (US-HY-26) werden zu 75 ml wäßriger 10%iger TBP-Lösung gegeben. Diese Suspension wird für 2,5 Stunden unter Rückfluß bei 140°C gekocht. Danach wird der Zeolith abfiltriert und mit Wasser gewaschen. Der modifizierte Faujasit wird anschließend bei 120°C eine Stunde lang getrocknet und dann bei 450°C 2 Stunden kalziniert. i. 15 g of the catalyst (US-HY-26) become 75 ml more aqueous Given 10% TBP solution. This suspension is used for 2.5 Cooked under reflux at 140 ° C for hours. After that, the zeolite filtered off and washed with water. The modified faujasite is then dried at 120 ° C for one hour and then at Calcined at 450 ° C for 2 hours.  

ii. Die Vorgehensweise ist analog zu 1.2b)i. Der Unterschied besteht darin, daß mit 20%iger TBP-Lösung gearbeitet wird.ii. The procedure is analogous to 1.2b) i. The difference is there in that you work with 20% TBP solution.

iii. Die für 1.2b)i angegebene Präparationsvorschrift wird zweimal durchgeführt; Trocknung und Kalzinierung finden aber nur einmal, am Ende der Katalysatorpräparation, statt.iii. The preparation instructions given for 1.2b) i are repeated twice carried out; Drying and calcination only take place once, at the end of the catalyst preparation.

iv. Im Vergleich zu 1.2b)iii wird der Katalysator ein weiteres Mal, also insgesamt dreimal, mit 10%iger TBP-Lösung unter Rückfluß gekocht.iv. Compared to 1.2b) iii, the catalyst is a second time, ie a total of three times, with 10% TBP solution under reflux cooked.

v. Der modifizierte Katalysator wird mit Aceton statt mit Wasser gewaschen. Dadurch soll überschüßiges Tributylphosphit, das nicht mit dem Katalysator reagiert hat, besser entfernt werden. Ansonsten wird analog zu 1.2b) gearbeitet.v. The modified catalyst is made with acetone instead of water washed. This is said to cause excess tributyl phosphite, which is not has reacted with the catalyst, can be removed better. Otherwise is carried out analogously to 1.2b).

vi. Zunächst wird die für 1.2b) angegebene Präparationsvorschrift komplett durchgeführt. Danach wird der mit TBP modifizierte US- HY-26 eine Stunde mit einmolarer Phosphorsäure unter Rückfluß und Rühren erhitzt. Nach dem Abfiltrieren wird mit Wasser gewaschen, für eine Stunde bei 120°C getrocknet und anschließend zwei Stunden bei 450°C kalziniert.vi. First, the preparation instructions given for 1.2b) carried out completely. Then the TBP-modified US HY-26 for one hour with single molar phosphoric acid under reflux and stirring heated. After filtering off with water washed, dried for one hour at 120 ° C and then calcined at 450 ° C for two hours.

1.3. Beispiel1.3. example Behandlung des Katalysators mit WasserTreatment of the catalyst with water

Der zu präparierende Katalysator (US-HY-26) wird in ein Porzellanschälchen gefüllt. Aus dem Exsiccator wird das zur Trocknung verwendete Mittel, z. B. Kieselgel, entfernt und der Exsiccator ca. 3 cm hoch mit destilliertem Wasser befüllt. Das Porzellanschälchen wird in den Exsiccator gestellt und dieser geschlossen. Durch eine Standzeit von ca. 10 Stunden wird sichergestellt, daß sich im Exsiccator eine mit Wasserdampf gesättigte Atmosphäre ausbildet. Ein Teil des Wasserdampfs wird dabei von dem Zeolithen absorbiert. Unmittelbar vor dem Versuch wird der Katalysator aus dem Exsiccator genommen und ohne weitere Vorbehandlung der Reaktionsmischung zugegeben.The catalyst to be prepared (US-HY-26) is placed in a porcelain bowl filled. From the desiccator, the agent used for drying, e.g. B. Silica gel, removed and the desiccator approx. 3 cm high with distilled water filled. The porcelain bowl is placed in the desiccator and this closed. A standing time of approx. 10 hours ensures that an atmosphere saturated with water vapor forms in the desiccator. A Part of the water vapor is absorbed by the zeolite. Just before In the experiment, the catalyst is removed from the desiccator and without further pretreatment of the reaction mixture was added.

1.4. Behandlung des Katalysators mit Salzsäure1.4. Treatment of the catalyst with hydrochloric acid

a) 15 g des Katalysators werden in 0.5 molarer Salzsäure (225 ml) aufgeschlämmt und für 2 h unter Rückfluß erhitzt. Danach wird der Zeolith abfiltriert und zuerst mit kaltem, dann mit warmem destillierten Wasser (ca. 300-400 ml) gewaschen. Der Katalysator wird 1 h im Trockenschrank bei 100°C getrocknet, danach für 12 bis 14 h bei 450°C im Kalzinierofen unter synthetischer Luft kalziniert.a) 15 g of the catalyst are dissolved in 0.5 molar hydrochloric acid (225 ml)  slurried and heated under reflux for 2 h. After that, the zeolite filtered and first with cold, then with warm distilled water (approx. 300-400 ml) washed. The catalyst is in 1 h Drying cabinet dried at 100 ° C, then for 12 to 14 h at 450 ° C calcined in the calciner under synthetic air.

b) Vorgehensweise analog zu 1.4a), jedoch wird eine 1 M Salzsäure verwendet.b) Procedure analogous to 1.4a), but a 1 M hydrochloric acid used.

c) Vorgehensweise analog zu 1.4a), jedoch wird eine 1 M Salzsäure verwendet und die Behandlung 4 h durchgeführt.c) Procedure analogous to 1.4a), but a 1 M hydrochloric acid used and the treatment was carried out for 4 h.

1.5. Beispiel1.5. example Reaktivierung bereits eingesetzter KatalysatorenReactivation of catalysts already in use

Nach einmaligem Einsatz wird der durch die Verkokung bräunlich gewordene Katalysator von der Produktlösung abfiltriert und über Nacht im Trockenschrank bei 80°C getrocknet. Anschließend wird er in Graphittiegel gefüllt, die in einen Rohrofen eingebracht werden. Es wird ein Volumenstrom von synthetischer Luft von ca. 0,4 l/min, bei einer Temperatur von 300°C eingestellt, wodurch es zum Austritt des Coke aus dem Porengefüge an die Oberfläche kommt. Durch kurzzeitiges Aufklappen des Heizmantels kann beobachtet werden, daß der Zeolith wesentlich dunkler wird. Nach drei Stunden wird die Temperatur für weitere 5 Stunden auf 450°C gesteigert. Bei dieser Temperatur brennt der Coke ab. Optisch kann dies daran erkannt werden, daß der Zeolith wieder heller wird und schließlich wieder seine ursprüngliche helle Farbe annimmt.After a single use, the coke becomes brownish Filter the catalyst from the product solution and overnight in a drying cabinet dried at 80 ° C. Then it is filled into graphite crucibles, which are placed in a Tube furnace are introduced. It becomes a volume flow of synthetic air of about 0.4 l / min, set at a temperature of 300 ° C, which makes it the The coke comes out of the pore structure to the surface. By briefly opening the heating jacket can be observed that the Zeolite gets much darker. After three hours, the temperature for increased to 450 ° C for a further 5 hours. The coke burns at this temperature from. This can be recognized optically by the fact that the zeolite becomes lighter again and finally returns to its original light color.

Nach Beendigung der Regeneration kann der Katalysator durch Umschalten der Gasversorgung von synthetischer Luft auf Stickstoff im gleichen Ofen kalziniert werden. Bei der Regeneration wird der Zeolith relativ moderaten Temperaturen von maximal 450°C ausgesetzt. Durch diese schonende Vorgehensweise sollen hydrothermale Effekte, wie Dealuminierung vermieden werden, um die Versuchsergebnisse beim Einsatz der regenerierten Katalysatoren nicht zu verfälschen.After the regeneration has ended, the catalytic converter can be switched over by Gas supply of synthetic air calcined on nitrogen in the same furnace will. During the regeneration, the zeolite becomes relatively moderate temperatures exposed to a maximum of 450 ° C. Through this gentle approach hydrothermal effects, such as dealumination, are avoided in order to Test results when using the regenerated catalysts do not distort.

Sämtliche auf die oben beschriebene Weise modifizierten Katalysatoren zeichnen sich durch gute Standfestigkeiten, hohe Aktivitäten und geringe Desaktivierungen sowie leichte Regenerierbarkeit aus (vgl. Tabelle 2). All catalysts modified in the manner described above are characterized by good stability, high activities and low Deactivations and easy regenerability from (see Table 2).  

2. Katalysator-Screening Versuche2. Catalyst screening experiments 2.1. Apparatives2.1. Apparatus

Versuchsanlage: diskontinuierlicher Rührkesselreaktor aus Edelstahl.
ϑ = 600 ml
Experimental plant: discontinuous stirred tank reactor made of stainless steel.
ϑ = 600 ml

Versuchsbedingungen: Flüssigphase, Suspension von Katalysator in HeptanTest conditions: liquid phase, suspension of catalyst in heptane

Tabelle 1 Table 1

Versuchsbedingungen Test conditions

Vorgehensweise bei der VersuchsdurchführungProcedure for carrying out the experiment

  • - Der Reaktor wurde mit ausreichend N₂-Druck beaufschlagt, daß das Lösungsmittel bei den gewählten Versuchsbedingungen gerade nicht siedet.- The reactor was pressurized with sufficient N₂ that Solvents just not under the chosen test conditions boils.
  • - Aufheizen des Reaktors bis zum Betriebspunkt- Heating up the reactor to the operating point
  • - Bei Temperaturkonstanz Auffüllen auf Enddruck und Versuchsbeginn- If the temperature is constant, fill up to the final pressure and start the experiment
AnalytikAnalytics

  • - Flüssiges Produktgemisch wurde gaschromatographisch mit FID analysiert - The liquid product mixture was gas chromatographed using FID analyzed  
  • - Dodekan wurde als interner Standard verwendet- Dodecane was used as an internal standard
  • - Trennsäule DB-1 Glas-Kapillarsäule, Temperaturprogramm 70 bis 200°C- Separation column DB-1 glass capillary column, temperature program 70 to 200 ° C
  • - Identifizierung der verschiedenen Dimethylbiphenylisomere mittels GC-MS- Identification of the different dimethylbiphenyl isomers using GC-MS
2.2. Versuchsergebnisse2.2. Test results a) Allgemeines Reaktionsschema (3n 6)a) General reaction scheme (3n 6)

H₅C₆-C₆H₅ + (CH₃)nC₆H(6-n) → H₃C-H₄C₆-C₆H₅ + (CH₃)(n-1)C₆H(7-n1) (1)H₅C₆-C₆H₅ + (CH₃) n C₆H (6-n) → H₃C-H₄C₆-C₆H₅ + (CH₃) (n-1 ) C₆H (7-n1) (1)

H₃C-H₄C₆-C₆H₅ + (CH₃)nC₆H(6-n) → H₃C-H₄C₆-C₆H₄-C₃ + (CH₃)(n-1)C₆H(7-n) (2)H₃C-H₄C₆-C₆H₅ + (CH₃) n C₆H (6-n) → H₃C-H₄C₆-C₆H₄-C₃ + (CH₃) (n-1) C₆H (7-n) (2)

b) Reaktionstechnische Beurteilungsgrößenb) Reaction-technical assessment variables

Nachfolgend erläuterte reaktionstechnische Kenngrößen (Umsatz­ grad X, Ausbeute Y und Selektivität S) wurden zur Beurteilung der Screeningversuche herangezogen. Hierbei steht n für die Molmenge, t für die Zeit und ν für den stöchiometrischen Koeffizienten der chemischen Spezies i bzw. k.Reaction characteristics (sales degrees X, Y yield and selectivity S) were used to assess the Screening attempts used. N stands for the molar amount, t for time and ν for the stoichiometric coefficient of chemical species i or k.

c) Resultate des Katalysator-Screeningsc) Results of the catalyst screening

Die unter Berücksichtigung von Punkt 2.1 und 2.2b erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt. Die im Reaktionsverlauf auftretenden höch­ sten Werte der Ausbeute der Zielprodukte (bei gleichzeitiger Angabe von Umsatzgrad und Selektivität) sind bei den entsprechenden Versuchszeiten aufgeführt. Aus dieser zusammenfassenden Übersicht können folgenden Schlüsse abgeleitet werden:The results obtained taking into account points 2.1 and 2.2b are listed in Table 2. The highest occurring in the course of the reaction Most values of the yield of the target products (while specifying Degree of conversion and selectivity) are at the corresponding test times listed. From this summary overview you can do the following Conclusions are derived:

  • - Optimale Alkylierungsagens/Katalysatorkombination: Pentamethyl­ benzol und US-HY-26.- Optimal alkylation agent / catalyst combination: pentamethyl benzene and US-HY-26.
  • - Sämtliche unter Punkt 1.2 und 1.3 beschriebenen Modifikations­ methoden ergeben eine deutliche Ausbeute- und Selektivitätsverbesserung für 4-Methyl- und 4,4′-Dimethylbiphenyl im Vergleich zu den nicht modifizierten Katalysatoren (Punkt 1.1) bei gleichem Alkylierungsagens.- All modifications described under points 1.2 and 1.3 methods result in a clear yield and Selectivity improvement for 4-methyl- and 4,4'-dimethylbiphenyl compared to the unmodified catalysts (point 1.1) same alkylation agent.
  • - Die modifizierten Katalysatoren sind gut regenierbar.- The modified catalysts are easy to regenerate.

Claims (10)

1. Verfahren zur selektiven Herstellung von 4-substituierten oder 4,4′-di­ substituierten alkylierten Derivaten von Biphenyl oder einem Biphenylderivat bei dem Biphenyl oder ein Biphenylderivat in Gegenwart eines Katalysators mit einem alkylierten Benzol in Berührung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator ein Zeolith mit großem Mikroporendurchmesser verwendet wird.1. A process for the selective preparation of 4-substituted or 4,4'-di substituted alkylated derivatives of biphenyl or a biphenyl derivative in which biphenyl or a biphenyl derivative is brought into contact with an alkylated benzene in the presence of a catalyst, characterized in that the catalyst a large micropore diameter zeolite is used. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator ein Faujasit Katalysator mit einem molaren SiO₂/Al₂O₃-Verhältnis im Bereich von < 5 bis 30 ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the catalyst a faujasite catalyst with a molar SiO₂ / Al₂O₃ ratio in Range is <5 to 30. 3. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Alkylierungsagens Pentamethylbenzol verwendet wird.3. The method according to at least one of claims 1 to 2, characterized records that pentamethylbenzene is used as the alkylating agent. 4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Umsatzrate für Biphenyl oder das Biphenylderivat im Bereich von 60 bis 100% liegt.4. The method according to at least one of claims 1 to 3, characterized records that the turnover rate for biphenyl or the biphenyl derivative in Range is from 60 to 100%. 5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionszeit im Bereich von 1 bis 10 Stunden liegt.5. The method according to at least one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the reaction time in the range of 1 to 10 hours lies. 6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionstemperatur < 200°C ist.6. The method according to at least one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the reaction temperature is <200 ° C. 7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator vor seiner Verwendung durch Behandlung mit Phosphorverbindungen modifiziert wurde.7. The method according to at least one of claims 1 to 6, characterized characterized in that the catalyst prior to its use by Treatment with phosphorus compounds was modified. 8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator vor seiner Verwendung durch Behandlung mit Salzsäure oder Wasser modifiziert wurde.8. The method according to at least one of claims 1 to 6, characterized characterized in that the catalyst prior to its use by Treatment with hydrochloric acid or water has been modified. 9. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Selektivität für die Bildung von 4,4′- Dimethylbiphenyl im Bereich von 7 bis 15% liegt.9. The method according to at least one of claims 1 to 8, characterized  characterized in that the selectivity for the formation of 4,4'- Dimethylbiphenyl is in the range of 7 to 15%. 10. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Selektivität für die Bildung von 4-Methylbiphenyl im Bereich von 25 bis 60% liegt.10. The method according to at least one of claims 1 to 9, characterized characterized in that the selectivity for the formation of 4-methylbiphenyl is in the range of 25 to 60%.
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