DE2015505C3 - Verfahren zur Herstellung von Oxiranen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von OxiranenInfo
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Description
Es ist bekannt, Verbindungen mit mindestens einer olefinisch ungesättigten Bindung im Molekül, wie
Alkene und Styrol und seine Derivate, dadurch in die entsprechenden Oxirane zu überführen, daß man sie in
Gegenwart eines Katalysators mit einem organischen Hydroperoxid umsetzt Diebetreffenden Reaktionsprodukte, z. B. Äthylenoxid und Propylenoxid, stellen
wertvolle Handelsprodukte dar, die u. a. durch Polymerisationsreaktionen in vielseitig einsetzbare Polymere
umgewandelt werden können.
Als Katalysatoren sind für die Epoxidierungsreaktion
in gelöster Form vorliegende Metallverbindungen vom Typ der Heteropolysäuren des Chroms, Molybdäns
oder Wolframs (US-PS 27 54 325) bzw. andere lösliche Organometallverbindungen in Form der Naphthenate,
Stearate, Octoate, Carbonyle, Chelate und enolartigen Salze (US-PS 33 50422 und 33 51635 bzw. BE-PS
6 65 082) empfohlen worden, die sich u. a. auch von Zirkonium ableiten können. Außerdem kann dabei ein
Promotor in Form basischer Verbindungen mitverwendet werden, wie ein Erdalkalimetalloxid und bevorzugt
Na-Naphthenat. Derartige homogene Reaktionssysteme weisen jedoch den Nachteil auf, daß die Umsetzungsprodukte nicht in einfacher Weise von der
Kaialysatorkomponente abtrennbar sind, so daß auch Schwierigkeiten bezüglich einer großtechnischen kontinuierlichen Arbeitsweise entstehen.
überraschenderweise wurde nun gefunden, daß sich die betreffende Umsetzung auch mittels eines im
Reaktionsmedium im wesentlichen unlöslichen Katalysatorsystems durchführen läßt, wobei hohe Ausbeuten
und gute Selektivitäten erzielbar sind.
Das erfmdungsgemäße Verfahren zur Herstellung
von Oxiranen durch Umsetzung eines gegebenenfalls durch eine Hydroxylgruppe oder ein Halogenatom
substituierten Alken? mit 3 bis 40 C-Atomen mit einem
Kohlenwasserstoffhydroperoxid mit 3 bis 20 C-Atomen
bei Temperaturen von 0 bis 2000C in Gegenwart eines
Zirkoniumkatalysators und gegebenenfalls von Promotoren ist demgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die
Umsetzung in einem heterogenen System in Gegenwart
eines im Reaktionsgemisch im wesentlichen unlöslichen
Katalysators durchgeführt wird, der aus einer chemischen Kombination von Siliciumdioxid und/oder anorganischen festen Silikaten mit einer spezifischen
Oberfläche von 25 bis 800 m2/g, mit Zirkonium in einer
auf den Katalysator bezogenen Menge von 0,1 bis 25 Gewichtsprozent, ausgedruckt als Zirkoniumdioxid,
besteht, wobei der Gehalt des Siliciums im Silikat, ausgedrückt als Siliciumdioxid, mindestens 50 Gewichtsprozent ausmacht
Als Kohlenwasserstoffhydroperoxid eignet sich eine Verbindung der Formel R—O—O—H, in welcher R
einen gegebenenfalls substituierten einwertigen Kohlenwasserstoffrest bedeutet
Der Rest R ist vorzugsweise ein C3- κ,-KohIenwasser-
Stoffrest, insbesondere ein entsprechender nicht-substi-
tuierter Kohlenwasserstoffrest, speziell ein sekundärer oder tertiärer C3_io-Alkyl- oder Aralkylrest Am
meisten bevorzugt als Reste R werden die tertiären Alkylreste und sekundären oder tertiären Aralkylreste,
wie die tert-Butyl-, tert-Pentyl-, Cyclopentyl-, 1-PhenyI-äthyl-l- und 2-PhenylpropyI-2-Gruppe, sowie die
verschiedensten Tetralinylreste, die durch Abspaltung eines Wasserstoffatoms aus der aliphatischen Seitenkette eines Tetralinmoleküls gebildet werdsn.
Das als Ausgangsmaterial verwendete organische Hydroperoxid kann in verdünnter oder konzentrierter
bzw. in gereinigter oder ungereinigter Form eingesetzt Werden. Lösungen mit einer Konzentration von 5 bis 70
Gewichtsprozent des Hydroperoxids im entsprechen
den Kohlenwasserstoff können bekanntlich in der Regel
leicht durch Oxidation des betreffenden Kohlenwasserstoffs hergestellt werden. Hierfür geeigente Oxidationsverfahren sind bekannt
Als Ausgangsalkene für die Umsetzung eignen sich
vor allem acyclische Monoolefine mit 3 bis 10
C-Atomen, wie Propylen, Isobuten, Hexen-3, Octen-I oderDecen-I.
Ein Beispiel für ein geeignetes Diolefin ist Butadien. Speziell bevorzugt werden olefinisch ungesättigte
so Alkohole und halogensubstituierte olefinisch ungesättigte Kohlenwasserstoffe, wie Allylalkohol, Crotylalkohol oder Allylchlorid.
Die erfindungsgemäße Umsetzung wird im allgemeinen in der flüssigen Phase unter Verwendung von
Lösungs- und/oder Verdünnungsmitteln durchgeführt, die bei der Reaktionstemperatur und unter dem
entsprechenden Druck flüssig sowie sowohl gegenüber den Ausgangsmaterialien als auch den Umsetzungsprodukten im wesentlichen inert sind. Ein wesentlicher
Anteil des Lösungsmittels kann aus jenen Materialien bestehen, die in der eingesetzten Hydroperoxidlösung
enthalten sind Außerdem werden als Lösungsmittel vorzugsweise einkernige Aromaten, wie Benzol« Toluol
Chlorbenzol, Brombenzol oder o-Dichlorbenzol, und
6$ Alkane, wie Octan, Dekan oder Dodekan, zugesetzt Ei
kann jedoch auch ein Überschuß der eingesetzter olefinischen Verbindung gemeinsam mit dem Lösungs
mittel, das zusammen mit dem Hydroperoxid eitige
bracht wwrde, afc Lösungsmittel dienen, so daß keine
weiteren Lösungsmittel mehr zugesetzt zu werden
brauchen. Der GesamtanateU des Lösungsmittels kann
bis 20 Mol/Mol Hydroperoxid betragen.
Die Reaktion geht im allgemeinen bei mäßigen Temperaturen und unter mäßigen Drücken vor sich,
Temperaturen von 0 bis 200° C, insbesondere von 25 bis
2000C, werden bevorzugt Der genaue Druck ist nicht
kritisch; er muß lediglich dazu ausreichen, das Reaktionsgemisch in flüssigem Zustand zu halten, ro
Atmosphärendruck kann ausreichend sein; Drücke von 1 bis 100 Atmosphären sind im allgemeinen ausreichend.
Nach Beendigung der Reaktion kann das flüssige, die gewünschte Oxirane enthaltende Gemisch leicht vom
festen Katalysator abgetrennt werden. Anschließend kann das flüssige Gemisch nach einem beliebigen
herkömmlichen Verfahren aufgearbeitet werden, wie durch fraktionierte Destillation, selektive Extraktion
oder Filtration. Das Lösungsmittel, der Katalysator
sowie gegebenenfafe vorhandenes nicht umgesetztes Olefin bzw. Hydroperoxid können zur Weiterverarbeitung zurückgeführt werden. Das Verfahren der
Erfindung kann mit Vorteil in Gegenwart eines Katalysators durchgeführt werden, der in Form einer
Aufschlämmung, einen Wirbelschicht oder eines fluidisierten Bettes angeordnet ist Für den großtechnischen
Maßstab ist jedoch die Anwendung eines Katalysatorfestbettes vorzuziehen. Die Flüssigkeit die die Ausgangsmaterialien enthält kann dann so durch das
Katalysatorbett geleitet werden, daß der aus der Reaktionszone abfließende Strom gänzlich oder praktisch katalysatorfrei ist
Der im Verfahren der Erfindung eingesetzte Katalysator enthält eine chemische Kombination von Zirkonium mit festen anorganischen siliciufc.tfioxidhaltigen
Verbindungen, d.h. Siliciumdioxid und/oder Silikaten. Das Zirkonium geht während der Reaktion in den
vierwertigen Zustand über Und wird vorzugsweise in
diesem Oxidationszustand mit den anorganischen festen siliciumdioxidhaltigen Verbindungen kombiniert Der
Anteil des Katalysators an Zirkonium kann innerhalb der angegebenen Bereiche variiert werden. 0,1 bis 25
Gewichtsprozent Zr, ausgedrückt als Ζ1Ό2, entsprechen
dabei 0,074 Gewichtsprozent ausgedrückt als Zirkoniummetall. Bevorzugt beträgt der Zirkoniumgehalt 0,2
bis 25 Gewichtsprozent ausgedrückt als "LrOj.
Erfindungsgemäß geeignete anorganische feste siliciumdioxidhallige Verbindungen enthalten mindestens 50
Gewichtsprozent, vorzugsweise mindestens 75 Gewichtsprozent insbesondere mindestens 90 Gewichts-
Prozent Si, ausgedrückt als S1O2. Die anorganischen
festen siliciumdioxidhaltigen Verbindungen weisen ferner eine relativ hohe spezifische Oberfläche auf.
Relativ dichte, eng gepackte, poröse Massen, die aus zusammengelagerten oder aneinandergebundenen Teil·
chen vo/i amorphem Siliciumdioxid bestehen, wie
Kieselgel oder gefüllte Kieselsäure, eignen sich beispielsweise für das Verfahren der Erfindung. Die
Herstellung und die Eigenschaften dieser Produkte sind z. B. in dem Buch »The Colloid Chemistry of Silica and bo
Silicates«, Cornell University Press, New York (1955),
Kapitel Vt, von R. G. lter und in der US-PS 26 57 149
beschrieben. Kieselgel'Handeisprodukte, die zumindest
zu 99% aus Siliciumdioxid bestehen und eine spezifische
Oberfläche von 25 bis 700 mVg sowie ein Porenvolumen es
von 0,3 bis UcmVg aufweisen, sind im allgemeien als
Katalysatorkortiponenten für das erfindurtgsgeffiäße
Verfahren am besten geeignet
Ebenfalls geeignet sind jedoch pulverförrnjge Silicjumdioxidsorten, die aus Teilchen von amorphem
Siliciumdioxid bestehen. Diese Teilchen sind Flocken in Form offen gepackter, leicht zerteilbarer, lose anejnandergebundener Aggregate, Ein Beispiel für pulverförmige Siliciumdioxidsorten ist pyrogenes Siliciumdioxid in
Aerogelform, das durch Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff mit SHiciumtetrachlorid oder -tetrafluorid erhalten wird.
Im allgemeinen am besten geeignet sind Aerogel-Siliciumdioxidsorten, die zumindest aus 99% Siliciumdioxid
bestehen, sowie eine spezifische Oberfläche von 50 bis 40Om2Zg und eine Korngröße von 0,007 bis 0,05 μ
aufweisen.
Weitere Beispiele für geeignete anorganische feste siliciumdioxidhaltige Verbindungen sind die unter der
Bezeichnung »Molekularsiebe« bekannten kristallinen Alumosilikate sowie natürlich vorkommende kristalline
Mineralsilikate, wie Asbestmineralien, z. B. Serpentin
(kristallwasserhaltiges Magnesiumsilikat), Tonmineralien, z. B. Hectorit (Magnesiumlithiumsilikat), Kaoline,
Bentonite und Glimmermineralien, z.B. Phlogopit (Kaliummagnesiumaluminiumsilikat) oder Vermiculit
(kristallwasserhaltiges Magnesiumsilikat). Bevorzugt werden jedoch synthetische amorphe anorganische
feste siliciumdioxidhaltige Verbindungen, insbesondere jene, die zur Hauptsache aus im wesentlichen reinem
Siliciumdioxid, z. B. zu mindestens 95% aus Siliciumdioxid, bestehen.
Es kann zweckmäßig sein, den erfindungsgemäß eingesetzten Katalysatoren Promotoren einzuverleiben,
insbesondere Erdalkaliverbindungen, wie Magnesium-, Calcium-, Strontium- oder Bariumverbindungen. Bevorzugt werden die Oxide und Verbindungen, die leicht in
Oxide überführbar sind. Zur Durchführung der Überführung in Oxide kann es vorteilhaft sein, den ursprünglich
hergestellten Katalysator vor seiner Verwendung vorzubehandeln. Die Anteile des Promotors oder der
Promotoren sind nicht kritisch, in der Re^eI sind jedoch
höchstens Anteile von 10 Gew.-%, ausgedrückt als Metall, und bezogen auf den Katalysator-Träger
erforderlich. Der Einbau von Promotoren ist besonders dann zweckmäßig, wenn anorganische feste siliciumdioxidhaltige Verbindungen mit stark sauren Stellen
eingesetzt werden, z, B. bei einer Eigenacidität von unterhalb -3. Die im allgemeinen durch den Wert pKa
ausgedrückte Eigenacidität wird durch Titration des betreffenden Materials mit einer geeigneten Base in
Gegenwart eines Indikatorfarbstoffes bestimmt, wie z. B, in der US-PS 28 68 688 beschrieben ist.
Die erfindungsgemäß eingesetzten Katalysatoren können nach herkömmlichen Verfahren, wie durch
Vermischen der trockenen Komponenten und anschließende Calcinierung, Cogelierung, gemeinsame Fällung,
Imprägnierung oder Ionenaustausch, hergestellt werden. Man kann beispielsweise ein Gemisch eines
Zirkoniumsalzes und eines Kieselsäuresol cogelieren, das erhaltene Gel trocknen und schließlich zu einer
geeigneten Korngröße mahlen. Man kann das Cogel jedoch auch aufschlämmen und sprühtrocknen. Der
Katalysator kann aber auch nach den in den US-PS
3116542, 32 70459 oder 32 74120 beschriebenen
Verfahren durch Umsetzung der an der Oberfläche der anorganischen festen siliciumdioxidhaltigen Verbindung
befindlichen Hydroxylgruppen mit einem Zirkoniumsalz hergestellt werden. Gemäß einem weiteren Verfahren
wird ein pyrogener Katalysator in Aerogelform, insbesondere ein pyrogenes Zirkondioxid-Siliciumdi-
oxid, durch Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff mit meinem Gemisch aus SiliciumtetrahaJogenid
und einem Zirkoniumhalogenid hergestellt.
Vor der Verwendung im Verfahren der Erfindung können die vorgenannten Katalysatoren vorbehandelt
werden- Eine solche Vorbehandlung wird zur Erzielung einer höheren Aktivist bevorzugt angewendet Zur
Vorbehandlung wird der Katalysator in der Regel mit Vorteil in einer Atmosphäre eines nicht reduzierend
wirkenden Gases, wie Stickstoff, Argon oder Kohlendioxid, oder eines freien Sauerstoff enthaltenden Gases,
wie Luft, erhitzt Es hängt jedoch im allgemeinen auch davon ab, in welcher Art die Zirkoniumkomponente
chemisch gebunden ist welches Vorbehandlungsverfahren jeweils das zweckmäßigste ist In vielen Fällen
10
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müssen Zirkoniumverbindungen in das Oxid umgewandelt werden, ζ, B, wenn der Katalysatoar zu Beginn
Zirkonium in Form seines Tetrachloride oder in Form eines Gemisches aus Tetrakismethylpropylaminozirkonium und KCI enthält Die Umwandlung kann in der
Regel mit Vorteil durch Erhitzen des Katalysators in einer nicht reduzierend wirkenden Atmosphäre, insbesondere bei Temperaturen von 350 bis 800" C, während
1 bis 18 Stunden, durchgeführt werden.
Der Katalysator kann im Verfahren der Erfindung in
jeder beliebigen geeigenten physikalischen Form eingesetzt werden, z.B als Pulver, Flocken, Körnern
oder Pellets.
Verwendung eines Zirkonium-auf-Siliciumdioxid-Katalysators, der aus pyrogenem
Siliciumdioxid und Zirkoniumtetrachlorid hergestellt wurde
Ein Gemisch aus 25 g eines im Handel erhältlichen pyrogenen Siliciumdioxids, das eine spezifische Oberfläche
von 390 mVg aufweist und 1700 ml n-Heptan wird getrocknet indem es 10 Stunden lang unter Rückfluß in
einem Glasreaktor erhitzt wird, der mit einer zum Auffangen des azeotrop siedenden Wasser/Heptan-Gemisches
vorgesehenen Dean-Stark-Falle ausgestattet ist Nach dem Abkühlen des Gemisches auf 300C wird
eine Probe von 2,89 g (15,2 mMol) Zirkoniumtetrachlorid
in den Reaktor eingespeist, und das Reaktionsgemisch wird auf etwa 95° C erhitzt bis etwa 15,2 mMol (1
Äquivalent), bezogen auf ZrCl4, Chlorwasserstoff freigesetzt sind. Der Chlorwasserstoff wird durch einen
trockenen Stickstoffstrom ausgetrieben und in eine eine verdünnte Alkalilösung enthaltende Abstreifvorrichtung
geleitet Um die Freisetzung von weiterem Chlorwasserstoff in Gang zu bringen, werden etwa
10 ml Waser in Teilmengen von etwa 0,5 ml zugesetzt.
Nach einer gesamten Reaktionsdauer von etwa 16 Stunden bei einer Temperatur von 95° C hört die
Chbrwasserstoffentwicklung auf. Das Reaktionsgemisch wird dann unter vermindertem Druck bei 60" C
eingedampft, und der erhaltene Rückstand wird 2 Tage lang unter vermindertem Druck bei 115° C getrocknet
Der Zirkoniumgehalt des erhaltenen Produkts beträgt 135 Gew.-%, ausgedrückt als Metall.
Der auf die vorgenannte Weise hergestellte Katalysator
wird auf seine Eignung für die Epoxidierung verschiedener Olefine mit tert-Butylhydroperoxid in
einem 100-ml-Glasreaktor geprüft Aus Tabelle I sind
die Reaktionsbedingungen, der Hydroperoxid-Umwandlungsgrad und die Olefinoxid-Seiektivität, die auf
das umgewandelte Hydroperoxid bezogen ist ersichtlich.
Versuch | 2 | 3 | |
1 | Cyclohexen, | Cyclohexen-3-ol, | |
1-Octen-l, | 40 g | 10 g | |
36,5 g | 1 | 0,2 | |
Katalysator, g | 1 | 4,5 | 0,9 |
tert.-Butylhydroperexid, g | 4,5 | - | - |
Nonan als Verdünnungsmittel, g | 2,1 | 3 | 3 |
ReaktRmsdauer, h | 2 | 85-90 | 108 |
Temperatur, "C | nc | 69 | 59 |
Hydroperoxid'Umwandlungsgrad, % | 45 | 84 | 76 |
Epoxid-Selektivität, % | 65 | ||
Zirkonium-auf-Siliciumdioxid-Katalysators,
der durch Imprägnierung und Calcinierung
erhalten wird
Eine Probe von 10 g eines im Handel erhältlichen pyrogenen Siliciumdioxids, das eine spezifische Oberfläche von 20OmVg tmd eine Korngröße von 500A
aufweist, wird mit einer Lösung von 0,539 g
() · 5 H2O in 50 ml Wasser behandelt Das
imprägnierte biliciumdioxid wird bei 1500C getrocknet
und anschließend 2 Stunden lang bei 8QQ°C calciniert,
Der Zirkoniumoxidgehalt de? erhaltenen. Produkts beträgt US Gew.*%.
Eine Probe von 1 g des auf die vorgenannte Weise hergestellten Katalysators wird 2 Stunden lang bei
UO0C mit 42 g tkten*i und 5,5 g tert-Butylhydroperoxid behandelt Die Analyse des Produktgemisches
ergibt einen Urnwändlüngsgfad des Hydroperoxids von 46,1% und eine Selektivität der Umwandlung zu
Octen-l-oxid, bezogen auf das umgewandelte Hydroperoxid, von 67,5%.
Zirkonium-auf-Siliciumdioxid-Katalysators,
der aus SiCU und ZrCU hergestellt wurde
Ein Gemisch aus 0,07 g Zirkoniumtetrachlorid in 36,9 i Siliciumtetrachlorid (Handelsprodukt; Halbleiter-Qualität)
wird in 500 ml entionisiertes, auf eine
Temperatur von etwa 70°C erhitztes Wasser eingetropft. Das erhaltene Gemisch wird unter vermindertem
Druck auf einem Dampfbad eingedampft, und der erhaltene Rückstand wird 4 Stunden lang bei 150°C
getrocknet. Der als Metall ausgedrückte Zirkoniumgehalt des erhaltenen Produkts beträgt 0,47 Gew.-%.
Eine Probe von I g des auf die vorgenannte Weise hergestellten Katalysators wird in einem 100-ml-Glasreaktor
18 Stunden lang bei 85°C mit 26,2 g Cyclohexen, 4,5 g tert.-Butylhydroperoxid und 2,1 g Nonan behandelt.
Die Analyse des Produktgemisches ergibt einen Umwandlungsgrad des tert.-Butylhydroperoxids von
60% und eine Selektivität der Umwandlung zu Cyclohexenoxid. bezogen auf das umgewandelte Hydroperoxid,
von 42%.
Beispiel 4
(Vergleichsbeispiel)
Verwendung von Katalysatoren, die Zirkonium und
andere Metalle auf nicht siliciumdioxydhaltigen
Trägern aufweisen
Es werden mehrere Materialien, die aus verschiedenen Metalloxiden, wie Zirkonoxid, sowie silieiumdioxid-
to freien Trägern bestehen, auf ihre Eignung als Katalysa
toren für die Epoxidierung von Octen-l mit tert.-Butylhydroperoxid
geprüft. Aus Tabelle Il sind die Reaktionsbedingungen und die Ergebnisse ersichtlich. Die in den
Versuchen A bis G eingesetzten Katalysatoren werden
Ii durch Umsetzung eines Metallhalogenids mit entweder
pyrogenem Aluminiumoxid (spezifische Oberfläche = 100 mVg), Mg(OH)CI (spezifische Oberfläche = etwa
20 nWg) oder Zirkonoxid (spezifische Oberfläche= 169 m2/g) hergestellt, wobei ein Verfahren angewendet
wird, das jenem von Beispiel I ähnlich ist. Beim Versuch H wird ein im Handel erhältliches Material
verwendet, das 2.5 Gew.-% Kobalt und 9.5 Gew.-% Molybdän auf Aluminiumoxid enthält. Beim Versuch I
wird die Epoxidierung von Octen-l mit tert.-Butylhy-
-'Ί droperoxid ohne Verwendung eines Katalysators
durchgeführt.
Ver- Ausgangsmaterialien für die Katalysatorsuch Herstellung
Metallanleil
am Katalysator-Träger
am Katalysator-Träger
Gew.-%
Katalysator Octen-l
tert.-Butylhydroperoxid
A ZrCI4 (2,9 g), ΑΙ,Ο., (25 g)
B TiCI4(Ig), Al,O, (25g)
C TiCI4 (5 g), AI2Oj (25 g)
D TiCI4 (4,7 g), ZrO2 (25 g)
E TiCI4 (2.3 g). Mg(OH)Cl (12,7 g)
f [NDCl5 (J,8g), AI3Oj (25 g)
G TaCI5 (5g), AI2O3 (25 g)
Il 2,5Gew.-%Co,
9.5 Gew.-% Mo auf Al,O,
2,5 (Zr) | 36,1 | 4,6 |
1,2 (Ti) | 36,5 | 9.5 |
4,4 (Ti) | 36,5 | 4.5 |
3,5 (Ti) | 36,5 | 4,5 |
2,4 (Ti) | 36,5 | 4.5 |
5 (Nb) | 36,5 | 4,5 |
5(Ta) | 36,1 | 4,6 |
- | 42 | 5,5 |
36,5
4,5
Tabelle Il (FOrtsetzung)
Versuch | Nonan als Ver | Temperatur | Reaktionsdauer | Hydroperoxid, | Epoxid-Selek- | 1 |
dünnungsmittel | Umwandlungs- | tivität | 13 | |||
grad | 13 | |||||
g | C | h | % | % | 18 | |
A | 2,1 | 110 | 11 | 45 | 6,0 | |
B | 2,1 | 110 | 23 | 69 | 7 | |
C | 2,1 | 110 | 23 | 74 | 0 | |
D | 2,1 | 111 | 5 | 24 | 21 | |
E | 2,1 | 110 | 4,5 | 60,2 | 13 | |
F | 0 | 110 | 22 | 55 | ||
G | 0 | HO | 23 | 63 | ||
H | 0 | 110 | 2 | 70,2 | ||
I | 2.1 | 110 | 20 | 17 |
ίο
Beispiel 5
(Vergleichsbeispiel)
Es t»'?rden verschiedene Kombinationen von Metallen mit Siliciumdioxid hergestellt und auf ihre Eignung
als Katalysatoren für die Epoxidierung von Oeten-1 mit
tert.-Butylhydroperoxid geprüft Aus Tabelle Ht sind die
Reaktionsbedingungen bei der Epoxidierung sowie die Ergebnisse ersichtlich. Die in den Versuchen A bis C
eingesetzten Katalysatoren wurden hergestellt, indem ein Metallhalogenid nach einem Verfahren, das jenem
von Heispiel 1 ähnlich ist, durch Oberflächenreaktion mit einem im Handel erhältlichen pyrogenen Siliciumdioxid
zur Umsetzung gebracht wird. Die in den Versuchen E bis ) eingesetzten Katalysatoren wurden
durch gemeinsame Hydrolyse eines Metallhalogenids und Siliciumtetrachlorid nach einem Verfahren hergestellt,
das jenem von Beispiel 3 ähnlich ist. Zur Herstellung des in Versuch K eingesetzten Katalysators
wird eine Probe von 50 g eines im Handel erhältlichen
Kieselgels (spezifische Oberfläche = 750 m'/g) mit einer Losung von 0.625 g Chromtrioxid in 20 ml Wasser
behandelt, das imprägnierte Kieselgel wird bei 150° C
getroeknet und anschließend 2 Stunden lang bei 500° C ealeiniert. Die Herstellung des im Versuch L eingesetzten Katalysators wird durchgeführt, indem eine Probe
> von 20 g eines im Handel erhältlichen Magnesiumirisilikats (10,2 Gew.-% Mg und 35,6 Gew.<% Sh Porenvolumen ist = etwa 1,1 cmVg) mit einer Lösung von 0,1 g
Chromtrioxid in 25 ml Wasser behandelt wird, wonach das imprägnierte Magnesiumtrisilikat zuerst bei 150°C
in getrocknet und anschließend über Nacht bei 500"C
calciniert wird. Der im Versuch M eingesetzte Katalysator wird hergestellt, indem eine Probe von 10 g
eines im Handel erhaltlichen pyrogenen Siliciumdioxids (spezifische Oberfläche = 200 m-'/g) mit einer Lösung
Ii von 0,308 g Wolframsäure (HjWO1), 45 ml 25gew.-%igem
Ammoniumhydroxid und 5 ml 5Ogew.-°/oigem Wasserstoffperoxid behandelt wird, wonach das imprägnierte
Siliciumdioxid zuerst bei I5O°C getrocknet
und anschließend 2 Stunden lang bei 8000C calciniert
.'" wird. Zur Herstellung des im Versuch D eingesetzten
Katalysators (Rheniumoxid/Siliciumdioxid; 6.9 Gew.-°/o
Re) werden 10 g eines im Handel erhältlichen pyrogenen Siliciumdioxids mit I g Rheniumsäure
(HReO4) in 30 ml Wasser behandelt, und das erhaltene
r> Produkt wird anschließend bei 2000C getrocknet.
Tabelle | Ml | Metallanteil Katalysator | Octen-1 | TBIIP*) |
'er | Ausgangsmatcrialien für die Katalysator- | des Kataly | ||
such | hcrstellung | sators | ||
Gew.-% g | g | g | ||
3,8 | 36,5 | 4,5 | ||
A | WCI6 (2,3 g), SiO2 (25 g) | 5 | 36,5 | 4,5 |
B | NbCI5 (3,8 g), SiO2 (25 g) | 5 | 36,5 | 4,5 |
C | TaCI5 (3 g), SiO2 (25 g) | 6,9 | 36,5 | 4,5 |
D | HReO41SiO, | 1,4 | 36,5 | 4,5 |
E | NbCI5 (0,9g), SiCI4 (36,7 g) | 0,2 | 36,5 | 4,5 |
F | NbCI5 (0,G8g), SiCI4 (36,7 g) | 1,5 | 36,5 | 4,5 |
G | WCI6 (0,65g), SiCI4 (36,4 g) | 0,3 | 36,5 | 4,5 |
H | WCI6 (0,07 g), SiCI4 (36,7 g) | 3,1 | 36,5 | 4,5 |
I | TaCI5(COg)1SiCl4(SOJg) | 0,26 | 36,5 | 4,5 |
J | TaCI5 (0,06 g), SiCI4 (36,6 g) | L3 | 35 | 7,5 |
K | CrO1, SiO2 | 0,5 | 42 | 4,5 |
L | CrO,, MgO · SiO2 | 2,9 | 42 | 5,5 |
M | H2WO4, SiO, | |||
*) tert.-Butylhydroperoxid.
Tabelle III (Fortsetzung)
Tabelle III (Fortsetzung)
Versuch | Nonan als Ver dünnungsmittel |
Temperatur | Reaktionsdauer | Hydroperoxid- Umwandlungs grad |
Epoxid- Selektivitüt |
(. | h | % | 7. | ||
Λ | 2,1 | 105 | 18 | 38,6 | 25,2 |
U | 2,1 | 108 | 13 | 60 | 1 |
C | 2.1 | 110 | 6'/. | 40 | 32 |
D | 0 | 105 | I | 100 | I) |
\. | 2,1 | 110 | 7 | 50 | S |
I | 2.1 | HH | 21 | W 7 | I'».8 |
it | 20 | 15 505 | 12 | Epoxid- Selektivität |
|
Fortsetzung | % | ||||
Versueh | Nonan als Ver dünnungsmittel |
Temperatur | Reaktionsdauer | Hydroperoxid^ Umwandlungs grad |
10 |
C | h | % | 14 | ||
O | 2,1 | 110 | 70 | 29 | 7 |
Il | 2,1 | UO | 70 | 34 | 14,4 |
I | 2,1 | 108 | 20 | 53,6 | 15 |
J | 2.1 | 111 | 20 | 45,4 | 18 |
K | 0 | 110 | 1 | 76 | 37,2 |
L | 0 | 110 | 4 | 39 | |
M | 0 | 110 | 4 | 26,2 | |
B e i s ρ i e I 6
(Vergleichsbeispiel)
(Vergleichsbeispiel)
Verwendung eines Katalysators aus Metallverbindungen (ohne siliciumdioxidhaltiges
Material)
Material)
In einer Versuchsserie werden verschiedene Metallverbindungen
auf ihre Eignung als heterogene Katalysatoren für die Epoxidierung von Octen-I mit tert.-Butylhydroperoxid
geprüft. In jedem Versuch wird eine Probe von I g der betreffenden Metallverbindung mit
einem Anteil von 36,5 bis 42 g Octen-1 und einem Anteil
von 4.5 bis 5,5 g tert.-Butylhydroperoxid behandelt. Aus
Tabelle IV sind die Reaktionsbedingungen und die Ergebnisse ersichtlich.
Tabelle | IV | Nonan als | Reaktions | Tempera | Hydroper- | Epoxid- | 1 |
Ver | Katalysator | Verdün | dauer | tur | oxid-Um- | Selektivität | 5 |
such | nungs | wandlungs- | 0 | ||||
mittel | grad | 0 | |||||
g | h | C | % | % | 0 | ||
2,1 | 20 | 107 | 76,7 | 0 | |||
1 | ZrO, | 0 | 2 | 110 | 24 | 9 | |
2 | (NJU4ZrF6 | 0 | 2 | 110 | 85 | 6 | |
3 | ZrB2 | 0 | 2 | 110 | IO | 1 | |
4 | CaZK)., | 2,1 | 20 | 110 | 50 | 1 | |
5 | TiO,*) | 2,1 | 19 | 110 | 40 | 1 | |
6 | TiO,*) | 2.1 | 21 | 113 | 73 | 0 | |
7 | TiO, (hydrolisiertes TiCI4) | 0 | 4 | 110 | 48 | 5 | |
8 | Bi,Ti ,O7 | 2.1 | 12 | 116 | 28 | 22 | |
9 | Mg3TiO4 | 2,1 | 16 | 111 | 35 | 0 | |
10 | SrTiO, | 2,1 | 16 | 110 | 28 | 5 | |
11 | CaTiO1 | 0 | 4,5 | 115 | 9 | 5. | |
12 | NbX), | 0 | 4,5 | 110 | Ii | 0 | |
13 | Ta,O, | 0 | 0,5 | 108 | 99 | 7 | |
14 | CK), | 0 | 1,5 | 96 | 98 | 0 | |
15 | CrCI, | 2,1 | 12 | 116 | 56 | 5 | |
16 | WC | 0 | 22 | 111 | 85 | ||
17 | WO, | 0 | 4 | 110 | 100 | ||
18 | Re-O7 | 0 | 22 | 110 | 3i | ||
1') | TeO2 | 0 | 3 | 110 | 97 | ||
20 | SeO, | 0 | 20 | 110 | 55 | ||
21 | UO, | ||||||
*) /wei verschiedene im llaniicl erhältliche l'vpen.
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung von Oxiranen durch
Umsetzung eines gegebenenfalls durch eine Hydroxylgruppe oder ein Halogenatom substituierten
Alkens mit 3 bis 40 C-Atomen mit einem Kohlenwasserstoffhydroperoxid mit 5 bis 20 C-Atomen bei Temperaturen von 0 bis 2000C in
Gegenwart eines Zirkoniumkatalysators und gegebenenfalls von Promotoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in einem heterogenen System in Gegenwart eines im Reaktionsgemisch im wesentlichen unlöslichen Katalysators
durchgeführt wird, der aus einer chemischen Kombination von Siliciumdioxid und/oder anorganischen festen Silikaten mit einer spezifischen
Oberfläche von 25 bis 800 m2/g, mit Zirkonium in einer auf den Katalysator bezogenen Menge von 0,1
bis 25 Gewichtsprozent, ausgedrückt als Zirkoniumdioxid, besteht, wobei der Gehalt des Siliciums im
Silikat, ausgedrückt als Siliciumdioxid, mindestens 50 Gewichtsprozent ausmacht
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zirkoniumanteil des Katalysators,
ausgedrückt als Zirkoniumdioxid, 0,2 bis 25 Gewichtsprozent beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt des
Siliciums im Silikat, ausgedrückt als Siliciumdioxid,
mindestens 75 Gewichtsprozent, insbesondere mindestens 90 Gewichtsprozent ausmacht
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