DE19706876A1 - Process for the preparation of carboxylic acids or their esters by carbonylation of olefins - Google Patents
Process for the preparation of carboxylic acids or their esters by carbonylation of olefinsInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Carbonsäuren oder deren Estern durch Umsetzung eines Olefins mit Kohlenmonoxid in Gegenwart von Wasser oder Alkoholen und eines halogenfreien Katalysatorsystems, einer Mischung aus Nickel oder einer Nickelverbindung, mindestens einem Edelmetall oder dessen Verbindung sowie einer nichtmetallischen Stickstoff-, Ar sen- oder Phosphorverbindung, bei einem Druck von 30 bis 100 bar und 100 bis 270°C.The present invention relates to a method for manufacturing of carboxylic acids or their esters by reacting an olefin with carbon monoxide in the presence of water or alcohol and a halogen-free catalyst system, a mixture of nickel or a nickel compound, at least one noble metal or its connection and a non-metallic nitrogen, Ar sen or phosphorus compound, at a pressure of 30 to 100 bar and 100 to 270 ° C.
Weissermel et al. beschreiben in Industrielle Organische Chemie, 1978, 2. Auflage, Verlag Chemie, S. 132 die Carbonylierung von Olefinen nach dem Reppe-Verfahren, beispielsweise die Herstellung von Propionsäure aus Ethylen, Kohlenmonoxid und Wasser in Gegen wart von Katalysatoren. Als Katalysator wird Nickelpropionat ein gesetzt, das sich unter Reaktionsbedingungen zu Nickelcarbonyl umsetzt. Ein hoher Umsatz des Ethylens wird nur bei hohen Drücken (200-240 bar) erzielt. Diese Reaktionsbedingungen erfordern einen hohen technischen Aufwand beim Bau geeigneter Reaktoren sowie - bedingt durch die Korrosivität des Produktes unter den Reaktion bedingungen - besondere und teure Werkstoffe.Weissermel et al. describe in industrial organic chemistry, 1978, 2nd edition, Verlag Chemie, p. 132 the carbonylation of Olefins by the Reppe process, for example the production of propionic acid from ethylene, carbon monoxide and water in counter were from catalysts. Nickel propionate is used as a catalyst set that under reaction conditions to nickel carbonyl implements. A high conversion of ethylene is only possible at high pressures (200-240 bar). These reaction conditions require one high technical effort when building suitable reactors and - due to the corrosiveness of the product under the reaction conditions - special and expensive materials.
Die GB-A 1 063 617 lehrt die Carbonylierung von Olefinen mit Nickel- und Cobaltkatalysatoren in Gegenwart von Borsäure. Auch hierzu sind hohe Drücke und Temperaturen erforderlich.GB-A 1 063 617 teaches the carbonylation of olefins Nickel and cobalt catalysts in the presence of boric acid. Also this requires high pressures and temperatures.
Carbonylierungen von Olefinen können mit Edelmetallkatalysatoren bei Drücken von ca. 100 bar durchgeführt werden. So lehrt die EP-A 1 495 547 Katalysatoren, die aus einer Palladiumquelle und zweizähnigen Phosphinliganden bestehen. Solche Katalysatoren wer den aber häufig nach kurzer Reaktionsdauer durch Abscheidung metallischen Palladiums desaktiviert; insbesondere sind die ein gesetzten Phosphinliganden unter den gewünschten Reaktions bedingungen nicht thermostabil.Carbonylations of olefins can be carried out with noble metal catalysts at pressures of approx. 100 bar. This is how she teaches EP-A 1 495 547 catalysts consisting of a palladium source and bidentate phosphine ligands exist. Such catalysts who but often after a short reaction time by deposition metallic palladium deactivated; in particular are the one put phosphine ligands under the desired reaction conditions not thermostable.
Die DE-A 44 24 710 beschreibt die Carbonylierung von Olefinen mit einer Mischung aus Nickel oder einer Nickelverbindung und einem Edelmetall oder einer Edelmetallverbindung als Katalysatorsystem. Das beschriebene Verfahren ist jedoch in Hinsicht auf die Selektivität und Aktivität bezüglich der herzustellenden Pro dukte, insbesondere bei Drücken unter 100 bar, noch nicht befrie digend.DE-A 44 24 710 describes the carbonylation of olefins a mixture of nickel or a nickel compound and one Noble metal or a noble metal compound as a catalyst system. However, the method described is in terms of Selectivity and activity regarding the pro to be manufactured Products, especially at pressures below 100 bar, have not yet been cleared digend.
Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Carbony lierung von Olefinen bereitzustellen, das die oben angegebenen Nachteile vermeidet und bezüglich seiner Selektivität und Aktivität, bei Drücken bis zu 100 bar, verbessert ist.It was therefore the task of a process for carbony tion of olefins to provide the above Avoids disadvantages and in terms of its selectivity and Activity, at pressures up to 100 bar, is improved.
Demgemäß wurde ein neues und verbessertes Verfahren zur Her
stellung von Carbonsäuren oder deren Estern aus Olefinen und
Kohlenmonoxid in Gegenwart von Wasser oder Alkoholen und eines
halogenfreien Katalysatorsystems bei Temperaturen von 100 bis
270°C und Drücken von 30 bis 100 bar, bevorzugt 30 bis 80 bar,
dadurch gekennzeichnet, daß man als Katalysatorsystem eine
Mischung aus
Accordingly, a new and improved process for the production of carboxylic acids or their esters from olefins and carbon monoxide in the presence of water or alcohols and a halogen-free catalyst system at temperatures from 100 to 270 ° C and pressures from 30 to 100 bar, preferably 30 to 80 bar , characterized in that a mixture of
- a) Nickel oder einer Nickelverbindung,a) nickel or a nickel compound,
- b) mindestens einem der Metalle der Gruppe Chrom, Molybdän, Wolfram, Rhenium, Ruthenium, Osmium, Rhodium, Iridium, Palladium, Platin, Silber, Gold oder einer Verbindung dieser Metalle undb) at least one of the metals from the group chromium, molybdenum, Tungsten, rhenium, ruthenium, osmium, rhodium, iridium, Palladium, platinum, silver, gold or a combination of these Metals and
- c) mindestens einer nichtmetallischen Verbindung aus der Gruppe der tertiären oder quartären Stickstoff-, Phosphor- oder Ar senverbindungen und der stickstoffhaltigen hetereocyclischen Verbindungen, eingesetztc) at least one non-metallic compound from the group the tertiary or quaternary nitrogen, phosphorus or Ar sen compounds and the nitrogen-containing heterocyclic Connections
Durch das erfindungsgemäße Verfahren konnte die Aktivität und die Selektivität gegenüber dem in der DE-A 44 24 710 beschriebenen Katalysatorsystem, insbesondere bei niedrigen Drücken bis zu 100 bar, erheblich verbessert werden. Zudem ist das in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Katalysatorsystem auch bei niedrigen Wasserkonzentrationen von 0,5 bis 5 mol Wasser pro Mol Olefin so aktiv, daß die Herstellung von Carbonsäuren ermöglicht wird, die bereits im Reaktionsaustrag einen Wassergehalt von unter 1% aufweisen, wodurch die Aufarbeitung des Reaktionspro duktes erheblich vereinfacht wird.The activity and the Selectivity compared to that described in DE-A 44 24 710 Catalyst system, especially at low pressures up to 100 bar, can be significantly improved. It is also in the The catalyst system used according to the invention also in low water concentrations of 0.5 to 5 moles of water per mole Olefin so active that it enables the production of carboxylic acids which already has a water content of Have less than 1%, whereby the workup of the reaction pro product is significantly simplified.
Die folgende Reaktionsgleichung verdeutlicht das erfindungsgemäße
Verfahren am Beispiel der Umsetzung von Ethylen zu Propionsäure:
The following reaction equation illustrates the process according to the invention using the example of the conversion of ethylene to propionic acid:
Als Ausgangsstoffe für das erfindungsgemäße Verfahren kommen aliphatische und cycloaliphatische Alkene mit vorzugsweise 2 bis 20, besonders bevorzugt 2 bis 7 Kohlenstoffatomen in Betracht. Beispielhaft sind Ethylen, Propylen, iso-Buten, 1-Buten, 2-Buten und die Isomeren des Pentens und Hexens sowie Cyclohexen zu nen nen, von denen Ethylen bevorzugt ist.Coming as starting materials for the process according to the invention aliphatic and cycloaliphatic alkenes with preferably 2 to 20, particularly preferably 2 to 7 carbon atoms. Examples are ethylene, propylene, isobutene, 1-butene, 2-butene and the isomers of pentene and hexene and cyclohexene nen, of which ethylene is preferred.
Diese Olefine werden zur Herstellung von Carbonsäuren mit Wasser oder zur Herstellung von Carbonsäureestern mit Alkoholen umge setzt. Diese Alkohole umfassen aliphatische und cycloaliphatische Verbindungen mit bevorzugt 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, besonders bevorzugt mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, wie Methanol, Ethanol, n-Propanol, iso-Propanol, tert.-Butanol, Stearylalkohol, Diole wie Ethylenglykol, 1,2-Propandiol und 1,6-Hexandiol sowie Cyclo hexanol. Werden Diole umgesetzt, können je nach den gewählten stöchiometrischen Verhältnissen Mono- und Diester erhalten wer den, wobei zur Herstellung von Diestern das Diol und das Olefin im molaren Verhältnis von etwa 1 : 2 und zur Herstellung der Monoester das Diol im Überschuß eingesetzt werden.These olefins are used to make carboxylic acids with water or for the production of carboxylic acid esters with alcohols puts. These alcohols include aliphatic and cycloaliphatic Compounds with preferably 1 to 20 carbon atoms, especially preferably with 1 to 6 carbon atoms, such as methanol, ethanol, n-propanol, iso-propanol, tert-butanol, stearyl alcohol, diols such as ethylene glycol, 1,2-propanediol and 1,6-hexanediol and cyclo hexanol. If diols are converted, depending on the selected stoichiometric ratios of mono- and diesters are obtained which, for the production of diesters, the diol and the olefin in a molar ratio of about 1: 2 and to produce the Monoesters are used in excess of the diol.
Die genannten Ausgangsverbindungen werden mit Kohlenmonoxid umge setzt, wobei dieses in reiner Form oder verdünnt mit inerten Gasen wie Stickstoff oder Argon eingesetzt werden kann.The starting compounds mentioned are reversed with carbon monoxide sets, this in pure form or diluted with inert Gases such as nitrogen or argon can be used.
Die molaren Verhältnisse der Ausgangsverbindungen Olefin und Wasser oder Alkohol können in weiten Grenzen variieren, jedoch wird in der Regel mindestens eine äquimolare Menge an Wasser bzw. Alkohol eingesetzt. Bei der Herstellung von Carbonsäuren können 0,5 bis 10 mol Wasser pro mol Olefin, bevorzugt 0,5 bis 5 mol, eingesetzt werden.The molar ratios of the starting compounds olefin and Water or alcohol can vary widely, however is usually at least an equimolar amount of water or Alcohol used. In the manufacture of carboxylic acids 0.5 to 10 mol water per mol olefin, preferably 0.5 to 5 mol, be used.
Auch das molare Verhältnis von Olefin zu Kohlenmonoxid kann stark variiert werden, wobei ein molares Verhältnis von 5 : 1 bis 1 : 5 mol Olefin pro mol Kohlenmonoxid bevorzugt ist.The molar ratio of olefin to carbon monoxide can also be strong are varied, with a molar ratio of 5: 1 to 1: 5 mol Olefin per mole of carbon monoxide is preferred.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird als halogenfreies
Katalysatorsystem eine Mischung aus
In the process of the invention, a mixture of is used as the halogen-free catalyst system
- a) Nickel oder einer Nickelverbindung,a) nickel or a nickel compound,
- b) mindestens einem der Metalle der Gruppe Chrom, Molybdän, Wolfram, Rhenium, Ruthenium, Osmium, Rhodium, Iridium, Palladium, Platin, Silber, Gold oder einer Verbindung dieser Metalle und b) at least one of the metals from the group chromium, molybdenum, Tungsten, rhenium, ruthenium, osmium, rhodium, iridium, Palladium, platinum, silver, gold or a combination of these Metals and
- c) mindestens einer nichtmetallischen Verbindung aus der Gruppe der tertiären oder quartären Stickstoff-, Phosphor- oder Ar senverbindungen und der stickstoffhaltigen hetereocyclischen Verbindungen, eingesetzt.c) at least one non-metallic compound from the group the tertiary or quaternary nitrogen, phosphorus or Ar sen compounds and the nitrogen-containing heterocyclic Connections.
Damit sich die aktiven Nickel-Verbindungen bilden können, werden dem Reaktionsgemisch zweckmäßigerweise darin lösliche Verbindungen, wie beispielsweise Acetate, Propionate, Acetyl acetonate, Hydroxide und Carbonate oder Mischungen dieser Verbindungen zugesetzt. Es ist aber auch möglich, Ni(CO)4 sowie Nickelmetall in das Reaktionsgemisch einzutragen. Besonders bevorzugt ist es, die Nickelkomponente in Form von Salzen der bei der Reaktion gebildeten Carbonsäuren einzutragen.To enable the active nickel compounds to form, compounds which are soluble therein, such as acetates, propionates, acetyl acetonates, hydroxides and carbonates or mixtures of these compounds, are expediently added to the reaction mixture. However, it is also possible to add Ni (CO) 4 and nickel metal to the reaction mixture. It is particularly preferred to enter the nickel component in the form of salts of the carboxylic acids formed in the reaction.
Als zweite Katalysatorkomponente dient mindestens eines der Metalle oder eine Verbindung dieser Metalle aus der Gruppe Chrom, Molybdän, Wolfram, Rhenium, Ruthenium, Osmium, Rhodium, Iridium, Palladium, Platin, Silber, Gold, von denen Rhodium und Palladium bevorzugt, Ruthenium und Platin besonders bevorzugt sind. Diese Metalle können beispielsweise als Salze, wie sie vorstehend für Nickel angegeben sind, in die Reaktionslösung eingebracht werden, das heißt als Acetate, Propionate, Acetylacetonate, Hydroxide oder Carbonate. Weiterhin kommen Carbonylverbindungen in Be tracht, insbesondere Chromhexacarbonyl, Molybdänhexacarbonyl, Wolframhexacarbonyl, Dirheniumdecacarbonyl, Trirutheniumdodeca carbonyl, Triosmiumdodecacarbonyl und Carbonylverbindungen, die weitere Liganden tragen wie Rhodiumdicarbonylacetylacetonat oder durch Donorliganden wie Phosphine, Arsine und Stickstoffbasen so wie Olefine stabilisierte Metallverbindungen. Platin kann auch als Dibenzalacetonplatin eingesetzt werden. Ruthenium wird vor zugsweise als Acetylacetonat eingesetzt. Die Metalle liegen in der Reaktionsmischung je nach den Löslichkeitsverhältnissen ge löst oder suspendiert vor. Die Metalle oder Verbindungen dieser Metalle der Katalysatorkomponente b) können auch auf organischen oder anorganischen inerten Trägern, wie zum Beispiel Aktivkohle, Graphit, Aluminiumoxid, Zirkonoxid und Siliciumoxid, verwendet werden.At least one of the serves as the second catalyst component Metals or a combination of these metals from the group chromium, Molybdenum, tungsten, rhenium, ruthenium, osmium, rhodium, iridium, Palladium, platinum, silver, gold, of which rhodium and palladium preferred, ruthenium and platinum are particularly preferred. This Metals can, for example, as salts, as for above Nickel are specified, are introduced into the reaction solution, that is, as acetates, propionates, acetylacetonates, hydroxides or carbonates. Furthermore carbonyl compounds come in Be traditional, especially chrome hexacarbonyl, molybdenum hexacarbonyl, Tungsten hexacarbonyl, dirhenium decacarbonyl, triruthenium dodeca carbonyl, triosmium dodecacarbonyl and carbonyl compounds, the carry other ligands such as rhodium dicarbonylacetylacetonate or by donor ligands such as phosphines, arsines and nitrogen bases like olefins stabilized metal compounds. Platinum can too can be used as dibenzalacetone platinum. Ruthenium will come before preferably used as acetylacetonate. The metals are in the reaction mixture depending on the solubility ratios ge dissolves or suspends. The metals or compounds of these Metals of the catalyst component b) can also be organic or inorganic inert carriers, such as activated carbon, Graphite, alumina, zirconia and silica are used will.
Als dritte Katalysatorkomponente dient mindestens eine nichtme tallische Verbindung aus der Gruppe der tertiären oder quartären Stickstoff-, Phosphor- oder Arsenverbindungen und der stickstoff haltigen heterocyclischen Verbindungen.At least one nonme serves as the third catalyst component metallic compound from the group of tertiary or quaternary Nitrogen, phosphorus or arsenic compounds and the nitrogen containing heterocyclic compounds.
Unter quartären Stickstoff-, Phosphor- oder Arsenverbindungen werden die quatären Ammonium-, Arsonium und Phosphoniumsalze ver standen. Under quaternary nitrogen, phosphorus or arsenic compounds the quaternary ammonium, arsonium and phosphonium salts are ver stood.
Als quartäre Stickstoff-, Arsen- oder Phosphorverbindung enthält
die dritte Katalysatorkomponente c) bevorzugt eine Verbindung der
allgemeinen Formel (I)
The third catalyst component c) preferably contains a compound of the general formula (I) as the quaternary nitrogen, arsenic or phosphorus compound
worin E Stickstoff, Phosphor oder Arsen bedeutet, X- ein halogen freies Anion wie ein Nitration oder ein Hydroxydion, besonders bevorzugt jedoch ein Anion der bei der Reaktion gebildeten Carbonsäure, darstellt, und R1, R2, R3 und R4 aliphatische Reste wie Alkylgruppen, die bevorzugt 1 bis 18 Kohlenstoffatome tragen und geradkettig oder verzweigt sind, besonders bevorzugt C1 bis C8-Alkylgruppen wie Methyl, Ethyl, n-Propyl, n-Butyl und Octyl, darstellen.wherein E is nitrogen, phosphorus or arsenic, X - is a halogen-free anion such as a nitrate ion or a hydroxide ion, but particularly preferably an anion of the carboxylic acid formed in the reaction, and R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are aliphatic radicals such as alkyl groups which preferably carry 1 to 18 carbon atoms and are straight-chain or branched, particularly preferably C 1 to C 8 alkyl groups such as methyl, ethyl, n-propyl, n-butyl and octyl.
R1, R2, R3 und R4 können auch für einen cycloaliphatischen Rest wie Cyclopentyl oder Cyclohexyl, einen aromatischen Rest wie Phenyl oder einen durch Alkylgruppen substituierten aromatischen Rest wie Tolyl oder einen araliphatischen Rest wie Benzyl stehen.R 1 , R 2 , R 3 and R 4 can also represent a cycloaliphatic radical such as cyclopentyl or cyclohexyl, an aromatic radical such as phenyl or an aromatic radical substituted by alkyl groups such as tolyl or an araliphatic radical such as benzyl.
Als tertiäre Stickstoff-, Phosphor- oder Arsenverbindung enthält
die dritte Katalysatorkomponente c) bevorzugt eine Verbindung der
allgemeinen Formel (II)
The third catalyst component c) preferably contains a compound of the general formula (II) as tertiary nitrogen, phosphorus or arsenic compound
worin E, R1, R2 und R3 die vorstehend unter Formel I genannte Be deutung zukommt.wherein E, R 1 , R 2 and R 3 have the meaning given above under formula I.
Als stickstoffhaltige heterocyclische Verbindung eignen sich als dritte Katalysatorkomponente c) Pyridin, durch C1- bis C4-Alkyl ein- bis dreifach substituiertes Pyridin, Chinolin, Isochinolin, Pyrimidin, Pyridazin, Pyrazin, Pyrazol, Imidazol, Thiazol und Oxazol, bevorzugt gegebenenfalls durch C1- bis C4-Alkyl einfach substituiertes Pyridin, Chinolin, Isochinolin, Pyrimidin, Pyridazin, Pyrazin, Pyrazol, Imidazol, Thiazol und Oxazol sowie deren am Stickstoff N-C1- bis C4-alkylierten oder N,N-C1- bis C4-dialkylierten Salze mit halogenfreien Anionen X-, wobei X die vorstehend genannte Bedeutung zukommt, bevorzugt Pyridin, N-Me thylpyridiniumsalze, Imidazol und N,N-Dimethylimidazoliniumsalze.Suitable nitrogen-containing heterocyclic compounds are the third catalyst component c) pyridine, pyridine, quinoline, isoquinoline, pyrimidine, pyridazine, pyrazine, pyrazole, imidazole, thiazole and oxazole, preferably optionally substituted by C 1 - to C 4 -alkyl C 1 - to C 4 alkyl monosubstituted pyridine, quinoline, isoquinoline, pyrimidine, pyridazine, pyrazine, pyrazole, imidazole, thiazole and oxazole and their nitrogenated NC 1 - to C 4 -alkylated or N, NC 1 - to C 4 -dialkylated salts with halogen-free anions X-, where X has the meaning given above, preferably pyridine, N-methylpyridinium salts, imidazole and N, N-dimethylimidazolinium salts.
Das Molverhältnis des in der ersten Komponente a) des Katalysatorsystems enthaltenen Nickels zur zweiten Katalysator komponente b) liegt bei 1 : 1 bis 100 000 : 1, bevorzugt bei 100 : 1 bis 50 000 : 1. Der Gehalt der Reaktionslösung an den katalytisch aktiven Metallen der Komponenten a) und b) beträgt insgesamt 0,1 bis 5 Gew.-%, berechnet als Metall. Das Molverhältnis des Nickels der Komponente a) zur dritten nichtmetallischen Katalysator komponente c) liegt im allgemeinen bei 2 : 1 bis 1 : 20, bevorzugt bei 1 : 1 bis 1 : 10. Der Gehalt der Reaktionslösung an der nicht metallischen Katalysatorkomponente c) beträgt 1 bis 50 Gew.-%.The molar ratio of the in the first component a) Catalyst system contained nickel for the second catalyst Component b) is 1: 1 to 100,000: 1, preferably 100: 1 up to 50,000: 1. The content of the reaction solution in the catalytic active metals of components a) and b) is 0.1 in total up to 5% by weight, calculated as metal. The molar ratio of nickel component a) to the third non-metallic catalyst Component c) is generally 2: 1 to 1:20, preferred at 1: 1 to 1: 10. The content of the reaction solution is not metallic catalyst component c) is 1 to 50 wt .-%.
Die Umsetzung kann ohne oder mit einem Lösungsmittel durchgeführt werden. Dazu kommen Lösungsmittel wie Aceton, Ether, Dioxan, Dimethoxyethan, Tetraethylenglykoldimethylether, aprotische polare Lösungsmittel wie N-Methylpyrolidon und aromatische Kohlenwasserstoffe wie Toluol in Betracht. Es ist bevorzugt, die Umsetzung zur Herstellung von Carbonsäuren in der 20 bis 95 Gew.-%igen, bevorzugt 50 bis 80 Gew.-%igen, wäßrigen Carbonsäure durchzuführen.The reaction can be carried out without or with a solvent will. In addition there are solvents such as acetone, ether, dioxane, Dimethoxyethane, tetraethylene glycol dimethyl ether, aprotic polar solvents such as N-methylpyrolidone and aromatic Hydrocarbons such as toluene. It is preferred that Implementation for the production of carboxylic acids in the 20 to 95 % By weight, preferably 50 to 80% by weight, aqueous carboxylic acid perform.
Die Herstellung der Carbonsäureester nach dem erfindungsgemäßen Vorfahren wird bevorzugt in dem jeweiligen Alkohol, der 1 bis 5 Gew.-% Wasser enthalten kann, als Lösungsmittel durchgeführt.The preparation of the carboxylic acid esters according to the invention Ancestor is preferred in the respective alcohol, the 1 to Can contain 5 wt .-% water, carried out as a solvent.
Bei der Herstellung von Propionsäure ist die Verwendung von wäßriger Propionsäure als Lösungsmittel bevorzugt.In the manufacture of propionic acid, the use of aqueous propionic acid is preferred as the solvent.
Die Reaktion wird in der Regel bei 100 bis 270°C, vorzugsweise 170 bis 250°C und Drücken von 30 bis 100 bar, vorzugsweise 30 bis 80 bar, besonders bevorzugt 40 bis 60 bar, durchgeführt.The reaction is usually at 100 to 270 ° C, preferably 170 up to 250 ° C and pressures from 30 to 100 bar, preferably 30 to 80 bar, particularly preferably 40 to 60 bar.
Die Ausgangsverbindungen Olefin, Wasser und das Katalysatorsystem können vor der Umsetzung gegebenenfalls in einem Lösungsmittel in einem Reaktor vermischt werden. Sie können dann auf die Reaktionstemperatur erhitzt werden, wobei der Reaktionsdruck durch Aufpressen von Kohlenmonoxid oder bei Verwendung kurz kettiger Olefine durch Aufpressen eines Gemisches aus diesem Olefin und Kohlenmonoxid eingestellt wird. The starting compounds olefin, water and the catalyst system can optionally in a solvent before the reaction be mixed in a reactor. You can then click on the Reaction temperature are heated, the reaction pressure by squeezing carbon monoxide or briefly when used chain olefins by injecting a mixture thereof Olefin and carbon monoxide is discontinued.
In der Regel ist die Umsetzung nach 0,5 bis 3 h beendet. Sie kann kontinuierlich oder diskontinuierlich in Reaktoren wie Kesseln, Blasensäulen, Rohrreaktoren oder Umlaufreaktoren ausgeführt wer den.As a rule, the reaction is complete after 0.5 to 3 hours. she can continuously or discontinuously in reactors such as boilers, Bubble columns, tubular reactors or circulation reactors who run the.
Zur Isolierung der Verfahrensprodukte wird der Reaktionsaustrag in einer bevorzugten Ausführungsform entspannt. Sodann wird Nickelcarbonyl durch Durchleiten von Gasen wie Luft oder Stick stoff aus der Flüssigkeit ausgetragen. Nickelcarbonyl kann vom Inertgas abgetrennt und zu einer Nickelverbindung aufgearbeitet werden, welche dann in die Reaktion zurückgeführt werden kann. Die Flüssigphase des Reaktionsaustrags, die neben dem Verfahrens produkt löslichen oder suspendierten Katalysator enthält, wird destillativ aufgearbeitet, wobei das Verfahrensprodukt, gegebe nenfalls nach einer anschließenden Feindestillation, isoliert wird. Der katalysatorhaltige Destillationssumpf wird in die Reaktion zurückgeführt. Ebenso können gegebenenfalls vor der Destillation abgetrennte Katalysatorbestandteile sowie als Leichtsieder oder als Seitenstrom einer Destillation abgetrennte flüchtige Katalysatorbestandteile nach entsprechender Aufarbei tung zurückgeführt werden.The reaction product is used to isolate the process products relaxed in a preferred embodiment. Then will Nickel carbonyl by passing gases such as air or stick substance removed from the liquid. Nickel carbonyl can be dated Inert gas separated and worked up to a nickel compound which can then be returned to the reaction. The liquid phase of the reaction discharge, which in addition to the process Contains product soluble or suspended catalyst worked up by distillation, the process product being given if necessary after a subsequent fine distillation, isolated becomes. The catalyst-containing distillation sump is in the Response returned. Likewise, before the Distillation separated catalyst components and as Low boilers or separated as a side stream of a distillation volatile catalyst components after appropriate work-up tion can be returned.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Herstellung der Verfahrensprodukte in hoher Raum-Zeit-Ausbeute mit hoher Selektivität.The inventive method allows the production of Process products in high space-time yield with high Selectivity.
In einem 300 ml-Autoklaven mit Magnetrührstab wurde eine Lösung aus 2,13 g basischem Nickelcarbonat und 12 mg Rutheniumacetyl acetonat in einem Gemisch aus 90 g Propionsäure und 10 g Wasser vorgelegt. Anschließend wurden 20 g einer 40%igen wäßrigen Te trabutylammoniumhydroxid-Lösung ([NBu4]OH) zugefügt. Danach wurde mit einem Gasgemisch aus 50 Vol.-% CO und 50 Vol.-% Ethylen ein Vordruck von 30 bar eingestellt und die Reaktionslösung auf 200°C erwärmt. Nach Erreichen der Reaktionstemperatur wurde der End druck von 60 bar eingestellt und durch viertelstündliches Nach pressen des CO/Ethen-Gasgemischs gehalten. Nach einer Stunde wurde auf Raumtemperatur abgekühlt, entspannt und der Reaktions austrag titrimetrisch und gasanalytisch untersucht. Das Ergebnis ist in Tabelle 1 zusammengefaßt. A solution of 2.13 g of basic nickel carbonate and 12 mg of ruthenium acetyl acetonate in a mixture of 90 g of propionic acid and 10 g of water was placed in a 300 ml autoclave with a magnetic stir bar. Then 20 g of a 40% aqueous solution of trabutylammonium hydroxide ([NBu 4 ] OH) were added. A pre-pressure of 30 bar was then set with a gas mixture of 50% by volume of CO and 50% by volume of ethylene and the reaction solution was heated to 200.degree. After the reaction temperature had been reached, the final pressure was set at 60 bar and maintained by pressing the CO / ethene gas mixture for a quarter of an hour. After one hour, the mixture was cooled to room temperature, the pressure was released and the reaction product was examined by titrimetry and gas analysis. The result is summarized in Table 1.
Der Versuch wurde wie in Beispiel 1 beschrieben durchgeführt. Anstelle von Tetrabutylammoniumhydroxid wurden jedoch 10 g Tri ethylamin (NEt3) eingesetzt. Das Ergebnis ist Tabelle 1 zu entneh men.The test was carried out as described in Example 1. Instead of tetrabutylammonium hydroxide, however, 10 g of triethylamine (NEt 3 ) were used. The result is shown in Table 1.
Der Versuch wurde wie in Beispiel 1 beschrieben, jedoch ohne Zusatz einer Stickstoffverbindung durchgeführt. Das Ergebnis ist in Tabelle 1 zusammengefaßt.The experiment was as described in Example 1, but without Added a nitrogen compound. The result is summarized in Table 1.
Der Versuch wurde wie in Beispiel 1 beschrieben, jedoch ohne Rutheniumkatalysator durchgeführt. Das Ergebnis ist in Tabelle 1 zusammengefaßt.The experiment was as described in Example 1, but without Ruthenium catalyst performed. The result is in Table 1 summarized.
Der Versuch wurde wie in Beispiel 1 beschrieben, jedoch ohne
Nickelkatalysator durchgeführt. Das Ergebnis ist in Tabelle 1
zusammengefaßt.
The experiment was carried out as described in Example 1, but without a nickel catalyst. The result is summarized in Table 1.
In den erfindungsgemäßen Beispielen 1 und 2 konnten mit einem Katalysator aus Nickel, Ruthenium und Tetrabutylammoniumhydroxid bzw. Triethylamin bei 60 bar deutlich höhere Raum-Zeit-Ausbeuten und Selektivitäten erzielt werden als im Vergleichsversuch A mit den beiden metallischen Katalysatorkomponenten allein. Die Vergleichsbeispiele B und C verdeutlichen, daß durch Zusatz von Tetrabutylammoniumhydroxid zu einem der beiden Katalysatormetalle kein aktives Katalysatorsystem resultiert. Die Versuche 1, 2, A und C zeigen, daß die zugesetzten Stickstoffkomponenten vor allem die Carbonylierungsreaktion beschleunigen, jedoch weit weniger die Bildung der Nebenprodukte Ethan, Propionaldehyd und Diethyl keton.In Examples 1 and 2 according to the invention, a Nickel, ruthenium and tetrabutylammonium hydroxide catalyst or triethylamine at 60 bar, significantly higher space-time yields and selectivities are achieved than in comparative experiment A. the two metallic catalyst components alone. The Comparative examples B and C illustrate that by adding Tetrabutylammonium hydroxide to one of the two catalyst metals no active catalyst system results. Experiments 1, 2, A and C show that the nitrogen components added mainly accelerate the carbonylation reaction, but far less the formation of the by-products ethane, propionaldehyde and diethyl ketone.
In einem 300 ml-Autoklaven ausgestattet mit Begasungsrührer (1000 UpM) wurde eine Lösung aus 2,13 g basischem Nickelcarbonat und 12 mg Rutheniumacetylacetonat in einem Gemisch aus 60 g Propionsäure und 40 g einer 40%igen wäßrigen Tetrabylammoniumhy droxid-Lösung vorgelegt. Danach wurde mit einem Gasgemisch aus 50 Vol.-% CO und 50 Vol.-% Ethylen ein Vordruck von 30 bar einge stellt und die Reaktionslösung auf 200°C erwärmt. Nach Erreichen der Reaktionstemperatur wurde der Enddruck von 75 bar eingestellt und durch kontinuierliches Nachpressen des CO/Ethen-Gasgemischs konstant gehalten. Nach zwei Stunden wurde auf Raumtemperatur ab gekühlt, entspannt und der Reaktionsaustrag titrimetrisch und ga sanalytisch untersucht. Das Ergebnis ist in Tabelle 2 zusammen gefaßt.In a 300 ml autoclave equipped with a gassing stirrer (1000 rpm) became a solution of 2.13 g basic nickel carbonate and 12 mg of ruthenium acetylacetonate in a mixture of 60 g Propionic acid and 40 g of a 40% aqueous tetrabylammoniumhy submitted hydroxide solution. Then it was made with a gas mixture 50 vol .-% CO and 50 vol .-% ethylene a pre-pressure of 30 bar provides and the reaction solution heated to 200 ° C. After reaching the reaction temperature was set at 75 bar and by continuously repressing the CO / ethene gas mixture kept constant. After two hours the temperature dropped to room temperature cooled, relaxed and the reaction discharge titrimetric and ga examined by analysis. The result is summarized in Table 2 composed.
In dem im Beispiel 3 beschriebenen Autoklaven wurde eine Lösung aus 2,13 g basischem Nickelcarbonat und 12 mg Rutheniumacetyl acetonat in einem Gasgemisch aus 50 Vol.-% CO und 50 Vol.-% Ethylen ein Vordruck von 30 bar eingestellt und die Reaktions lösung auf 200°C erwärmt. Nach Erreichen der Reaktionstemperatur wurde der Enddruck von 75 bar eingestellt und durch kontinuier liches Nachpressen des CO/Ethen-Gasgemischs konstant gehalten. Nach zwei Stunden wurde auf Raumtemperatur abgekühlt, entspannt und der Reaktionsaustrag titrimetrisch und gasanalytisch unter sucht. Das Ergebnis ist in Tabelle 2 zusammengefaßt. A solution was found in the autoclave described in Example 3 from 2.13 g basic nickel carbonate and 12 mg ruthenium acetyl acetonate in a gas mixture of 50 vol.% CO and 50 vol.% Ethylene set a pre-pressure of 30 bar and the reaction solution heated to 200 ° C. After reaching the reaction temperature the final pressure of 75 bar was set and by continuous repressing the CO / ethene gas mixture kept constant. After two hours, the mixture was cooled to room temperature and the pressure was released and the reaction discharge under titrimetry and gas analysis is looking for. The result is summarized in Table 2.
Der Versuch wurde wie in Beispiel 3 beschrieben, jedoch bei einem Druck von 55 bar durchgeführt. Das Ergebnis ist in Tabelle 2 zusammengefaßt.The experiment was described as in Example 3, but with one Pressure of 55 bar carried out. The result is in Table 2 summarized.
Der Versuch wurde wie in Beispiel 3 beschrieben, jedoch mit 60 g Propionsäure, 25 g einer 40%igen wäßrigen Tetrabylammoniumhydro xid-Lösung und 15 g Wasser als Lösungsmittel und einem Druck von 55 bar durchgeführt. Das Ergebnis ist in Tabelle 2 zusammen gefaßt.The experiment was described as in Example 3, but with 60 g Propionic acid, 25 g of a 40% aqueous tetrabylammonium hydro xid solution and 15 g water as a solvent and a pressure of 55 bar carried out. The result is summarized in Table 2 composed.
Der Versuch wurde wie in Beispiel D beschrieben, jedoch bei einem
Druck von 55 bar durchgeführt. Das Ergebnis ist in Tabelle 2
zusammengefaßt.
The test was carried out as described in Example D, but at a pressure of 55 bar. The result is summarized in Table 2.
In einem 300 ml-Autoklaven mit Magnetrührstab wurde eine Lösung aus 2,13 g basischem Nickelcarbonat und 12 mg Rutheniumacetyl acetonat in einem Gemisch aus 80 g Propionsäure und 20 g einer 40%igen wäßrigen Tetrabutylammoniumhydroxid-Lösung vorgelegt ([H2O]=12 g). Danach wurde mit einem Gasgemisch aus 50 Vol.-% CO und 50 Vol.-% Ethylen ein Vordruck von 30 bar eingestellt und die Reaktionslösung auf 200°C erwärmt. Nach Erreichen der Reaktions temperatur wurde der Enddruck von 100 bar eingestellt und durch halbstündiges Nachpressen des CO/Ethen-Gasgemischs gehalten. Nach zwei Stunden wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und entspannt. Es wurden 126 g flüssiger Reaktionsaustrag erhalten. Die gas chromatographische und titrimetrische Analyse ergab die folgende in Tabelle 3 zusammengefaßte Zusammensetzung.A solution of 2.13 g of basic nickel carbonate and 12 mg of ruthenium acetyl acetonate in a mixture of 80 g of propionic acid and 20 g of a 40% strength aqueous tetrabutylammonium hydroxide solution was placed in a 300 ml autoclave with a magnetic stir bar ([H 2 O] = 12 G). A pre-pressure of 30 bar was then set with a gas mixture of 50% by volume CO and 50% by volume ethylene and the reaction solution was heated to 200.degree. After the reaction temperature had been reached, the final pressure was set at 100 bar and maintained by pressing the CO / ethene gas mixture for half an hour. After two hours, the mixture was cooled to room temperature and let down. 126 g of liquid reaction product were obtained. Gas chromatographic and titrimetric analysis gave the following composition, summarized in Table 3.
In einem 300 ml-Autoklaven mit Magnetrührstab wurde eine Lösung
aus 2,13 g basischem Nickelcarbonat und 12 mg Rutheniumacetyl
acetonat in einem Gemisch aus 90 g Propionsäure und 10 g Wasser
und 10 g Triethylamin vorgelegt. Danach wurde mit einem Gasge
misch aus 50 Vol.-% CO und 50 Vol.-% Ethylen ein Vordruck von
30 bar eingestellt und die Reaktionslösung auf 200°C erwärmt. Nach
Erreichen der Reaktionstemperatur wurde der Enddruck von 100 bar
eingestellt und durch halbstündiges Nachpressen des CO/Ethen-Gas
gemischs gehalten. Nach zwei Stunden wurde auf Raumtemperatur ab
gekühlt und entspannt. Es wurden 134 g flüssiger Reaktionsaustrag
erhalten. Die gaschromatographische und titrimetrische Analyse
ergaben folgende in Tabelle 3 zusammengefaßte Zusammensetzung.
A solution of 2.13 g of basic nickel carbonate and 12 mg of ruthenium acetyl acetonate in a mixture of 90 g of propionic acid and 10 g of water and 10 g of triethylamine was placed in a 300 ml autoclave with a magnetic stir bar. A pre-pressure of 30 bar was then set with a gas mixture of 50% by volume of CO and 50% by volume of ethylene and the reaction solution was heated to 200.degree. After the reaction temperature had been reached, the final pressure was set at 100 bar and maintained by pressing the CO / ethene gas mixture for half an hour. After two hours, the mixture was cooled to room temperature and let down. 134 g of liquid reaction product were obtained. The gas chromatographic and titrimetric analysis gave the following composition summarized in Table 3.
Die Beispiele 6 und 7 verdeutlichen, daß das Katalysatorsystem bestehend aus einer Nickelverbindung, einer Rutheniumverbindung und einer stickstoffhaltigen Verbindung wie Triethylamin oder Tetrabutylammoniumhydroxid auch bei sehr niedriger Wasser konzentration eine hohe Aktivität besitzt.Examples 6 and 7 illustrate that the catalyst system consisting of a nickel compound, a ruthenium compound and a nitrogen-containing compound such as triethylamine or Tetrabutylammonium hydroxide even at very low water concentration has a high activity.
Claims (11)
- a) Nickel oder einer Nickelverbindung,
- b) mindestens einem der Metalle der Gruppe Chrom, Molybdän, Wolfram, Rhenium, Ruthenium, Osmium, Rhodium, Iridium Palladium, Platin, Silber, Gold oder einer Verbindung dieser Metalle und
- c) mindestens einer nichtmetallischen Verbindung aus der Gruppe der tertiären oder quartären Stickstoff-, Phosphor- oder Arsenverbindungen und der stickstoffhalti gen heterocyclischen Verbindungen, einsetzt.
- a) nickel or a nickel compound,
- b) at least one of the metals from the group chromium, molybdenum, tungsten, rhenium, ruthenium, osmium, rhodium, iridium palladium, platinum, silver, gold or a compound of these metals and
- c) at least one non-metallic compound from the group of tertiary or quaternary nitrogen, phosphorus or arsenic compounds and the nitrogen-containing heterocyclic compounds used.
worin E Stickstoff, Phosphor oder Arsen bedeutet, R1, R2, R3, R4 einen aliphatischen, cycloaliphatischen, araliphatischen oder aromatischen Rest und X ein halogenfreies Anion dar stellen, enthält. 3. A process for the preparation of carboxylic acids or their esters according to claims 1 or 2, characterized in that the catalyst system is a quaternary compound of the general formula (I)
wherein E is nitrogen, phosphorus or arsenic, R 1 , R 2 , R 3 , R 4 is an aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic or aromatic radical and X is a halogen-free anion.
worin E Stickstoff, Phosphor oder Arsen bedeutet und R1, R2 und R3 einen aliphatischen, cycloaliphatischen, araliphatischen oder aromatischen Rest darstellen, enthält.4. A process for the preparation of carboxylic acids or their esters according to claims 1 to 3, characterized in that the catalyst system is a tertiary compound of the general formula (II)
wherein E represents nitrogen, phosphorus or arsenic and R 1 , R 2 and R 3 represent an aliphatic, cycloaliphatic, araliphatic or aromatic radical.
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