DE19711404A1 - Verfahren zur Herstellung von aromatischen Alkoholen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von aromatischen Alkoholen

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DE19711404A1
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Rainer Dr Roesky
Holger Dr Borchert
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    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C29/00Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring
    • C07C29/132Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of an oxygen containing functional group
    • C07C29/136Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of an oxygen containing functional group of >C=O containing groups, e.g. —COOH
    • C07C29/147Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of an oxygen containing functional group of >C=O containing groups, e.g. —COOH of carboxylic acids or derivatives thereof
    • C07C29/149Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by reduction of an oxygen containing functional group of >C=O containing groups, e.g. —COOH of carboxylic acids or derivatives thereof with hydrogen or hydrogen-containing gases

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von aromatischen Alkoholen in Gegenwart von Oxidkatalysatoren, insbesondere Metalloxidkatalysatoren.
Phenylethanole sind wichtige chemische Zwischenprodukte für die Herstellung von Arzneimitteln, für deren Herstellung im Stand der Technik verschiedene Verfahren beschrieben sind. Diesen Verfahren ist gemeinsam, daß ein entsprechender Ester in Lösung zum Alkohol reduziert wird. DE-A-3 332 505 offenbart die Verwendung von NaBH4 als Reduktionsmittel, nach Acta Chem. Scand. 21 (1967) 53 kommt auch LiAlH4 dafür in Frage. Als Lösungsmittel dienen Diethylenglykol oder Tetrahydrofuran, Synth. Commun. 18 (1988) 1765 offenbart auch die Verwendung von Wasser oder Wasser-Dioxan-Gemischen als Lösungsmittel.
Diese Verfahren des Standes der Technik haben den Nachteil, daß sie in der Flüssigphase durchgeführt werden und damit aufwendige Trennprozesse zur Isolierung des Produktes notwendig machen. Außerdem werden teure Reagenzien wie NaBH4 oder LiAlH4 im Überschuß verwendet, was zu einem erheblichen Abfallaufkommen führt.
Org. React. 1954, 8, 1-27 offenbart ein Verfahren zur Hydrierung von Carbonsäureestern an einem Kupferchromitkatalysator in der Gasphase. Die Reaktion wird aber diskontinuierlich in einem Autoklaven durchgeführt.
Es bestand somit die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung von Phenylethanolen zu finden, das die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile der Flüssigphasenreaktion oder diskontinuierlichen Gasphasenreaktion vermeidet. Außerdem sollte die Verwendung der teuren Chromverbindungen wie beispielsweise Chromnitrat vermieden werden.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß Ester der Phenylessigsäure mit Wasserstoff an bestimmten Oxidkatalysatoren in die entsprechenden Phenylethanole überführt werden können. Diese Reaktion ist mit guten Ausbeuten kontinuierlich durchführbar, und die verwendeten Oxidkatalysatoren sind einfacher und billiger herstellbar als Kupferchromitkatalysatoren.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur selektiven kontinuierlichen Herstellung eines Phenylethanols der Formel (1)
durch Umsetzung eines Phenylessigsäureesters der Formel (2) mit Wasserstoff
an einem festen Katalysator, enthaltend eines oder mehrere Oxide, wobei die Reste R und R1 in den Formeln (1) und (2) gleich oder verschieden sind, und H, OH, F, Cl, Br, I, (C1- bis C20)-Alkyl, (C6- bis C14)-Aryl, (C1- bis C10)-Alkoxy, (C2- bis C10)-Alkenyl, (C7- bis C20)-Arylalkyl, (C7- bis C20)-Alkylaryl, (C6- bis C10)-Aryloxy, (C1- bis C10)-Fluoralkyl, (C6- bis C10)-Halogenaryl oder (C2- bis C10)-Alkinyl bedeuten, und R in ortho-, meta- oder para-Stellung steht.
In Formel (1) ist bevorzugt, daß R für eine (C1- bis C16)-Alkyl- oder (C1- bis C10)- Alkoxygruppe und R1 für eine (C1- bis C16)-Alkylgruppe steht. Bevorzugt steht R in para-Stellung.
Beispiele für Phenylethanole der Formel (1) sind Phenylethanol, Hydroxyphenylethanol, Methoxyphenylethanol, Butoxyphenylethanol, Methylphenylethanol und Propylphenylethanol. Die als Ausgangsstoffe dienenden Phenylessigsäureester sind Produkte, die großtechnisch hergestellt werden.
Als Katalysator bevorzugt sind feste Oxide von Elementen der Gruppen Ia, IIa, IIIa, IVa, Va, VIa, Ib, IIb, IIIb, IVb, Vb, Vib, VIIb und VIIIb des Periodensystems der Elemente, oder Oxide der Elemente der Gruppe der Lanthaniden. Bevorzugte Katalysatoren sind Oxide der folgenden Elemente oder deren Mischungen:
Cadmium, Silber, Nickel, Kobalt, Kupfer, Eisen, Mangan, Molybdän, Tantal, Scandium, Wolfram, Vanadium, Niob, Hafnium, Yttrium, Bor, Indium, Zinn, Blei, Zink Wismut, Selen, Gallium, Germanium, Antimon, Arsen, Tellur oder ein Element der Lanthanide. Unter diesen Oxiden sind die Oxide der Metalle besonders bevorzugt.
Speziell werden Oxide von Cadmium, Silber, Nickel, Cobalt, Kupfer, Eisen, Mangan, Molybdän, Wolfram, Vanadium, Zink, Zinn, Antimon, Aluminium, Zirkon oder einem Element der Lanthanide, oder deren Mischungen als Katalysatoren verwendet.
Besonders bevorzugt sind die Oxide von Kupfer, Zink, Aluminium und Zirkonium, sowie deren Mischungen.
Besonders bevorzugte Mischungen sind diejenigen der Oxide von Al-Zn, Sn-Zn, Cu-Zn, Cu-Zr, Cu-Al, Cu-Sn-Zn, Sn-Al-Zn, V-Cu-Zn, W-Cu-Zn, Fe-Al-Zn, Co-Al-Zn, Cd-Cu-Zn, V-Al-Zn und W-Al-Zn.
Der erfindungsgemäß eingesetzte Katalysator kann durch Imprägnierung auf Träger und Formkörper oder durch Cofällung sowie anschließende Trocknung und Kalzination hergestellt werden. Eine weitere Möglichkeit besteht in der direkten Kalzination geeigneter Metallverbindungen, z. B. von Nitraten, Acetaten, Carbonaten oder anderen Salzen und Komplexen oben genannter Elemente.
Der erfindungsgemäß verwendete Katalysator kann ein anorganisches oder organisches Trägermaterial enthalten. Als Trägermaterialien werden vorzugsweise folgende Materialien verwendet: Aluminiumoxide, Siliciumdioxid, Alumosilikate, Titandioxid, Zirkoniumdioxid, Thoriumdioxid, Lanthanoxid, Magnesiumoxid, Calciumoxid, Bariumoxid, Zinnoxid, Cerdioxid, Zinkoxid, Boroxid, Bornitrid, Borcarbid, Borphosphat, Zirkoniumphosphat, Siliziumnitrid oder Siliziumcarbid oder Polypyridine oder Polyacrylate.
Zur Imprägnierung auf Träger kann eine Lösung von Verbindungen obiger Elemente auf einen Träger, der bevorzugt anorganisch ist und beispielsweise aus SiO2, SiC, Al2O3, Al(OH)3, ZrO2, Alumosilikaten, SiN oder TiO2 bestehen kann, aufgebracht werden. Zur Imprägnierung geeignete Verbindungen obiger Elemente sind z. B. deren Halogenide, Nitrate, Sulfate, Oxalate, Carboxylate und Alkoxide. Die imprägnierten Träger werden anschließend bei 100 bis 170°C, bevorzugt bei 120 bis 150°C, getrocknet und bei 400-1000°C, bevorzugt bei 500 bis 800°C kalziniert. Die so hergestellten Katalysatoren können nach üblichen Verfahren vor oder nach dem Kalzinieren zu Pellets, Tabletten oder Extrudaten weiterverarbeitet werden.
Zur Cofällung können geeignete Verbindungen der oben genannten katalytisch aktiven Elemente bei geeigneten pH-Werten als Hydroxide gefällt werden. Nach der Fällung werden die entstandenen Hydroxide abfiltriert und mit einem geeigneten Lösungsmittel gewaschen. Die Trocknung erfolgt bei 100 bis 170°C, bevorzugt bei 120 bis 150°C, gegebenenfalls unter Anlegung von Vakuum, die Kalzination bei 400 bis 1000°C, bevorzugt bei 500 bis 900°C. Der so hergestellte Katalysator liegt als Granulat vor und kann nach Zerkleinerung auf die gewünschte Teilchengröße direkt in der Reaktion eingesetzt werden.
Vor dem Einsetzen in dem erfindungsgemäßen Verfahren, kann der Katalysator bei Temperaturen von 100 bis 800°C mit einem geeigneten Reduktionsmittel präformiert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Fahrweise in einem geeigneten Reaktor durchgeführt werden. Vorzugsweise werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren Verbindungen der Formel (2) bei einer Temperatur im Bereich von vorzugsweise 50 bis 400°C, insbesondere bei 140 bis 320°C, und einem Druck im Bereich von vorzugsweise 1 bis 150 bar, insbesondere bei 70 bis 120 bar, in Gegenwart eines Katalysators enthaltend obige Oxid-Verbindungen zu Verbindungen der Formel (1) umgesetzt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit molekularem Wasserstoff durchgeführt werden, der auch in situ hergestellt werden kann. Es ist auch möglich, den Wasserstoff mit einem Inertgas wie Stickstoff oder Argon zu verdünnen. Der erfindungsgemäß eingesetzte Ester der Phenylessigsäure kann als Flüssigkeit oder als Lösung in einem geeigneten Lösungsmittel, wie Benzol, Xylol, Toluol oder Cyclohexan eingesetzt werden. Bevorzugt wird der Ester direkt zugeführt und anschließend in der Gasphase mit dem erfindungsgemäß eingesetzten Katalysator in Kontakt gebracht. Das molare Verhältnis des Esters zu Wasserstoff liegt bevorzugt bei 1 : 1 bis 1 : 500, besonders bevorzugt bei 1 : 2 bis 1 : 50. Die Zufuhrgeschwindigkeit für den Ester liegt bevorzugt bei 0,01 bis 20 g/mlKatalysatorh (LHSV: liquid hourly space velocity), besonders bevorzugt bei 0,2 bis 10 g/mlKatalysatorh. Die Zufuhrgeschwindigkeit des Wasserstoffs liegt bevorzugt bei 0 bis 50000 h-1 (GHSV: gaseous hourly space velocity), besonders bevorzugt bei 0 bis 1000 h-1.
Mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens können Phenylethanole der Formel (1) mit einer Selektivität von 80 bis 100%, insbesondere von 85 bis 99% hergestellt werden. Die Umsätze für Ester der Phenylessigsäure liegen hierbei üblicherweise im Bereich von 60 bis 80%, insbesondere im Bereich von 65 bis 77%.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele erläutert.
Beispiel 1
139,0 g Cu(NO3)2×3 H2O werden in 1,8 l Wasser aufgelöst und auf 5°C abgekühlt. Der pH-Wert wird mit 25%iger Ammoniaklösung auf pH = 9 eingestellt. Der Niederschlag wird abfiltriert und mit Wasser gewaschen. Die Trocknung erfolgt bei 130°C und die Kalzination bei 600°C. Nach Zerkleinerung auf Teilchengrößen von 10 bis 20 mesh wird der Katalysator bei 450°C im Wasserstoffstrom präformiert.
Beispiel 2
139,0 g Zn(NO3)2×6 H2O und 55,0 g Al(NO3)3×9 H2O werden in 3,8 l Wasser aufgelöst und auf 5°C abgekühlt. Der pH-Wert wird mit 25%iger Ammoniaklösung auf pH = 9 eingestellt. Der Niederschlag wird abfiltriert und mit Wasser gewaschen. Die Trocknung erfolgt bei 130°C und die Kalzination bei 600°C. Nach Zerkleinerung auf Teilchengrößen von 10 bis 20 mesh wird der Katalysator bei 450°C im Wasserstoffstrom präformiert.
Beispiel 3
Man löse 23,56 g Cu(NO3)2.3H2O in 54,32 ml H2O. Anschließend werden 100 g ZnO Träger (BASF) abgewogen und der Träger wird in einen Kolben gegeben. Die Lösung wird zügig zugegeben und der Kolben verschlossen. Während einer halben Stunde wird mehrmals geschüttelt. Sobald die Lösung vollständig aufgesaugt ist und die Körper nicht mehr kleben wird der Kolben geöffnet und die Körper bei 120°C während 16 Stunden getrocknet. Anschließend wird bei 600°C kalziniert.
Beispiel 4
Man löse 77,5 g Cu(NO3)2.3H2O in 78,52 ml H2O. Anschließend werden 100 g ZrO Träger (Norton) abgewogen und der Träger wird in einen Kolben gegeben. Die Lösung wird zügig zugegeben und der Kolben verschlossen. Während einer halben Stunde wird mehrmals geschüttelt. Sobald die Lösung vollständig aufgesaugt ist und die Körper nicht mehr kleben wird der Kolben geöffnet und die Körper bei 120°C während 16 Stunden getrocknet. Anschließend wird bei 600°C kalziniert.
Beispiele 5 bis 8
In einem Rohrreaktor wurde 4-Hydroxyphenylethylester in Gegenwart des Katalysators aus den Beispielen 1 bis 4 mit Wasserstoff zu Hydroxyphenylethanol umgesetzt. Die Temperatur betrug 200°C und der Wasserstoffdruck 90 bar. Das Schüttvolumen des eingesetzten Katalysators betrug 20 ml. Die GHSV (gaseous hourly space velocity) betrug 0,3/h und die LHSV (liquid hourly space velocity) betrug 3,25 g/mlKath. Das Reaktionsprodukt wurde mit einem Kühler kondensiert und gaschromatographisch analysiert. Der Umsatz und die Selektivität zu Hydroxyphenylethanol sind aus Tabelle 1 zu entnehmen.
Tabelle 1

Claims (15)

1. Verfahren zur selektiven kontinuierlichen Herstellung eines Phenylethanols der Formel (1)
durch Umsetzung eines Phenylessigsäureesters der Formel (2) mit Wasserstoff
an einem festen Katalysator, enthaltend eines oder mehrere Oxide, wobei die Reste R und R1 in den Formeln (1) und (2) gleich oder verschieden sind, und H, OH, F, Cl, Br, I, (C1- bis C20)-Alkyl, (C6- bis C14)-Aryl, (C1- bis C10)-Alkoxy, (C2- bis C10)-Alkenyl, (C7- bis C20)-Arylalkyl, (C7- bis C20)-Alkylaryl, (C6- bis C10)-Aryloxy, (C1- bis C10)-Fluoralkyl, (C6- bis C10)-Halogenaryl oder (C2- bis C10)-Alkinyl bedeuten, und R in ortho-, meta- oder para-Stellung steht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß R (C1- bis C16)-Alkyl oder (C1- bis C10)-Alkoxy und R1 (C1- bis C16)-Alkyl bedeutet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Phenylethanol nach Formel (1) Phenylethanol, Hydroxyphenylethanol, Methoxyphenylethanol, Butoxyphenylethanol, Methylphenylethanol oder Propylphenylethanol ist.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator feste Oxide von Elementen der Gruppen Ia, IIa, IIIa, IVa, Va, VIa, Ib, IIb, IIIb, IVb, Vb, Vib, VIIb und VIIIb des Periodensystems der Elemente oder Oxide der Elemente der Gruppe der Lanthaniden verwendet werden.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysatoren Oxide der Elemente Cadmium, Kupfer, Silber, Nickel, Cobalt, Eisen, Mangan, Molybdän, Wolfram, Vanadium, Zink, Zinn, Antimon, Aluminium, Zirkon oder einem Element der Lanthanide, oder deren Mischungen verwendet werden.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Metalloxide als Katalysatoren verwendet werden.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator durch Imprägnierung auf Träger und Formkörper oder durch Cofällung sowie anschließender Trocknung und Kalzination hergestellt wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator auf einem anorganischen oder organischen Trägermaterial aufgebracht ist, vorzugsweise auf Aluminiumoxide, Siliciumdioxid, Alumosilikate, Titandioxid, Zirkoniumdioxid, Thoriumdioxid, Lanthanoxid, Magnesiumoxid, Calciumoxid, Bariumoxid, Zinnoxid, Cerdioxid, Zinkoxid, Boroxid, Bornitrid, Borcarbid, Borphosphat, Zirkoniumphosphat, Siliziumnitrid, Siliziumcarbid Polypyridine oder Polyacrylat.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es bei einer Temperatur im Bereich von 50 bis 400°C, insbesondere bei 140 bis 320°C durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es bei einem Druck im Bereich von 1 bis 150 bar, insbesondere bei 70 bis 120 bar durchgeführt wird.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem wasserstoffhaltigen Gasgemisch, insbesondere mit reinem Wasserstoff durchgeführt wird.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ester der Phenylessigsäure als Flüssigkeit oder als Lösung in einem geeigneten Lösungsmittel, insbesondere Benzol, Xylol, Toluol oder Cyclohexan in die Reaktion gegeben wird.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das molare Verhältnis von Ester der Phenylessigsäure zu Wasserstoff 1 : 1 bis 1 : 500, bevorzugt 1 : 2 bis 1 : 50 beträgt.
14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrgeschwindigkeit für den Ester der Phenylessigsäure 0,01 bis 20 g/(mlKatalysatorh), bevorzugt 0,2 bis 10 g/(mlKatalysatorh), und die Zufuhrgeschwindigkeit des Wasserstoffs 0 bis 50000 h-1, bevorzugt 0 bis 1000 h-1 beträgt.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Selektivität für die Herstellung der Phenylethanole 80 bis 100%, insbesondere 85 bis 99%, und der Umsatz der Ester der Phenylessigsäure 60 bis 80%, insbesondere 65 bis 77% beträgt.
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