DE2031921B2 - Process for the production of isoprene by dehydrating 3-methyl-3-buten-1-ol - Google Patents
Process for the production of isoprene by dehydrating 3-methyl-3-buten-1-olInfo
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Description
bis 220 und J. Org. Chem. USSR 3 [1967] [8] S. 1328). Die Reaktion verläuft nach diesen bekannten Verfahren sehr langsam und unter unerwünschten Nebenreaktionen, wie Hydratisierung und Isomerisierung des 3-Methyl-3-buten-l-ol bzw. Zerfall des Alkohols in Isobuten und Formaldehyd.to 220 and J. Org. Chem. USSR 3 [1967] [8] p. 1328). According to these known processes, the reaction proceeds very slowly and with undesirable effects Side reactions, such as hydration and isomerization of 3-methyl-3-buten-l-ol or decomposition of the Alcohol in isobutene and formaldehyde.
Als Säuren sind für das neue Verfahren ein- oder mehrbasische anorganische oder organische Säuren geeignet, die in Wasser eine Dissoziationskonstante von mindestens 1 · 10" aufweisen, wie Chlorwasserstoffsäure, Bromwasserstoffsäure, Jodwasserstoffsäure, Fluorwasserstoffsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, Ameisensäure, Essigsäure, p-Toluolsulfonsäure, Trichloressigsäure, Oxalsäure, Maleinsäure oder Ionenaustauschharze, die Sulfonsäuregruppen enthalten.The acids for the new process are monobasic or polybasic, inorganic or organic acids suitable which have a dissociation constant of at least 1 · 10 "in water, such as hydrochloric acid, Hydrobromic acid, hydriodic acid, hydrofluoric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, Formic acid, acetic acid, p-toluenesulfonic acid, trichloroacetic acid, Oxalic acid, maleic acid, or ion exchange resins that contain sulfonic acid groups.
Stoffe, die in wäßrigem Medium Säuren bilden, sind z. B. Aluminiumtrichlorid, Bortrifluorid, Titantetrachlorid oder Acylhalogenide wie Acetylchlorid.Substances that form acids in an aqueous medium are, for. B. aluminum trichloride, boron trifluoride, titanium tetrachloride or acyl halides such as acetyl chloride.
Man kann auch Gemische der Säuren und/oder der Säure abgebenden Stoffe verwenden. Aus wirtschaftlichen Gründen wird man den direkten Einsatz der wohlfeilen Säuren bevorzugen.Mixtures of the acids and / or the acid-releasing substances can also be used. For economic For reasons, one will prefer the direct use of cheap acids.
Da man das erfindungsgemäße Verfahren in Gegenwart von Wasser durchführt, wendet man die Säuren zweckmäßigerweise von vornherein als wäßrige Lösungen an. Die Konzentration der wäßrigen Säuren kann in weiten Grenzen schwanken und liegt vorzugsweise zwischen 0,01 und 40 Gewichtsprozent. Sehr starke Säuren, d. h. Säuren mit Dissoziationskonstanten von mehr als 10"1, werden vorteilhaft in Konzentrationen von 0,01 bis 20, insbesondere 0,05 bis 10 Gewichtsprozent und Säuren mit kleineren Dissoziationskonstanten als 1O-1, vorteilhaft in Konzentrationen von 1 bis 40, vorzugsweise 5 bis 30 Gewichtsprozent eingesetzt. Das Verfahren ist aber auch außerhalb der hier angegebenen Grenzen der Säurekonzentrationen ausführbar.Since the process according to the invention is carried out in the presence of water, the acids are expediently used from the outset as aqueous solutions. The concentration of the aqueous acids can vary within wide limits and is preferably between 0.01 and 40 percent by weight. Very strong acids, ie acids with dissociation constants of more than 10 " 1 , are advantageously used in concentrations of 0.01 to 20, in particular 0.05 to 10 percent by weight, and acids with dissociation constants of less than 10 -1 , advantageously in concentrations of 1 to 40 , preferably 5 to 30 percent by weight, but the process can also be carried out outside the acid concentration limits specified here.
Im allgemeinen wird man bei Anwendung höherer Temperaturen geringe Säurekonzentrationen bevorzugen, und umgekehrt. So kann es beispielsweise zweckmäßig sein, bei Temperatursteigerung von z. B. 30° C die Säurekonzentration um den Faktor 0,2 bis 0,1 zu verringern.In general, when higher temperatures are used, low acid concentrations are preferred, and vice versa. For example, it may be useful when the temperature increases by, for. B. 30 ° C to reduce the acid concentration by a factor of 0.2 to 0.1.
Als Salze kommen in Wasser lösliche Salze in Betracht, die sich von Säuren ableiten, wie sie oben definiert werden. Das heißt, daß sich die Salze von Säuren mit Dissoziationskonstanten von mindestens 1 · 10" ableiten. Die Auswahl des Salzes ist so vorzunehmen, daß in den Fällen, in denen keine Halogenwasserstoffsäure verwendet wird, ein Salz genommen wird, das sich von einer Halogenwasserstoffsäure ableitet. Geeignete Salze sind beispielsweise Natriumchlorid, Kaliumbromid, Calciumjodid, Natriumsulfat, Natriumphosphat, Calciumchlorid, Aluminiumsulfat, Magnesiumsulfat, Zinkchlorid und Natriumoxalat. Da man alle Salze mit etwa gleich gutem Erfolg verwenden kann — sofern sie mit der passenden Säure kombiniert werden —, werden wirtschaftliche Erwägungen die Anwendung billiger Salze wie Kochsalz, Calciumchlorid oder Glaubersalz nahelegen. Es können auch Gemische der Salze eingesetzt werden. Beispielsweise ist Meerwasser ein geeignetes Medium, um die Reaktion durchzuführen.Suitable salts are water-soluble salts which are derived from acids, such as those above To be defined. This means that the salts of acids with dissociation constants of at least Derive 1 · 10 ". The selection of the salt is to be made in such a way that that in cases where no hydrohalic acid is used, a salt is used derived from a hydrohalic acid. Suitable salts are, for example, sodium chloride, Potassium bromide, calcium iodide, sodium sulfate, sodium phosphate, calcium chloride, aluminum sulfate, Magnesium sulfate, zinc chloride and sodium oxalate. Since you can use all salts with about equally good success can - provided they are combined with the appropriate acid - are economic considerations suggest the use of cheap salts such as table salt, calcium chloride or Glauber's salt. It Mixtures of the salts can also be used. For example, seawater is a suitable medium to carry out the reaction.
Die Konzentration der Salze im wäßrigen Dehydratisierungsmedium wird man nach oben hin durch ihfe Löslichkeit bei der Umsetzungstemperatur begrenzen. Man kann diese obere Grenze aber auch überschreiten, um einer Verdünnung der Lösung durch das bei der Dehydratisierung entstehende Wasser entgegenzuwirken. Da die Reaktionsgeschwindigkeit mit zunehmender Verdünnung abnimmt, sollte der Salzgehalt im wäßrig-sauren Medium 3 Gewichtsprozent nicht unterschreiten, obwohl auch in diesem Bereich die Dehydratisierung gegenüber der Abwesenheit von Salzen um einen Faktor von mehr als 100 beschleunigt ist.The concentration of the salts in the aqueous dehydration medium becomes one upwards limit by ihfe solubility at the reaction temperature. But you can also use this upper limit exceed the dilution of the solution by the water produced during dehydration to counteract. Since the reaction rate decreases with increasing dilution, the The salt content in the aqueous acidic medium does not fall below 3 percent by weight, although this is also the case Area the dehydration versus the absence of salts by a factor of more than 100 is accelerated.
Man führt die Dehydratisierung nach dem neuen Verfahren bei Temperaturen zwischen 40 und 100°C durch. Zweckmäßigerweise wählt man Temperaturen, die mindestens dem Siedepunkt des Isoprens entsprechen. Es kann bei vermindertem oder erhöhtem Druck gearbeitet werden. Vorzugsweise nimmt man die Umsetzung bei Normaldruck zwischen 60 und 100° C vor.The dehydration is carried out according to the new process at temperatures between 40 and 100.degree by. It is expedient to choose temperatures which correspond at least to the boiling point of isoprene. It can be carried out at reduced or increased pressure. Preferably one takes the reaction at normal pressure between 60 and 100 ° C before.
Zur Erhöhung der Ausbeute ist es in vielen Fällen vorteilhaft, Verdünnungsmittel zum Umsetzungsgemisch zu geben. Verdünnungsmittel sind im Rahmen dieser Erfindung unter den Bedingungen der Dehydratisierung inerte flüssige organische Verbindungen, die zweckmäßig im Temperaturbereich, in dem man die Dehydratisierung vornimmt, sieden. Beispielsweise seien als Verdünnungsmittel genannt: Kohlenwasserstoffe wie Benzinfraktionen im Siedebereich von 50 bis 120° C, Benzol, Toluol, Xylol, Cyclohexan und Methylcyclohexan. Bewährt hat sich ein Zusatz dieser Verdünnungsmittel in Mengen von 5 bis 100 Gewichtsprozent, bezogen auf die saure Salzlösung.To increase the yield, it is advantageous in many cases to add diluents to the reaction mixture. Thinners are in the frame of this invention under the conditions of dehydration inert liquid organic compounds, the expediently boil in the temperature range in which the dehydration is carried out. For example The following may be mentioned as diluents: hydrocarbons such as gasoline fractions in the boiling range of 50 up to 120 ° C, benzene, toluene, xylene, cyclohexane and methylcyclohexane. An addition of this has proven itself Diluents in amounts of 5 to 100 percent by weight, based on the acidic salt solution.
Das neue Verfahren zur Herstellung von Isopren kann diskontinuierlich ausgeführt werden. Vorteilhaft führt man es jedoch kontinuierlich aus. Nach einer besonders zweckmäßigen kontinuierlichen Arbeitsweise wird das 3-Methyl-3-buten-l-ol in das mit der sauren wäßrigen Salzlösung beschickte und auf die Umsetzungstemperatur gebrachte Reaktionsgefäß unter Rühren in dem Maße gegeben, in dem das gebildete Isopren einer am Kopf des Reaktionsgefäßes angebrachten Fraktionierkolonne entnommen werden kann. Dabei wird das bei der Dehydratisierung frei werdende Wasser ebenfalls kontinuierlich aus der sauren Salzlösung, beispielsweise durch Destillation, entfernt. Ein Verbrauch des im Reaktionsgefäß zurückbleibenden, aus der sauren wäßrigen Salzlösung bestehenden Katalysators tritt nicht oder nur in geringem Umfang ein.The new process for the production of isoprene can be carried out batchwise. Advantageous however, you run it continuously. According to a particularly expedient continuous procedure the 3-methyl-3-buten-l-ol is charged into the with the acidic aqueous salt solution and on the Reaction temperature brought reaction vessel with stirring to the extent in which the formed Isoprene can be removed from a fractionation column attached to the top of the reaction vessel can. The water released during dehydration is also continuously removed from the acidic salt solution, for example by distillation, removed. A consumption of the in the reaction vessel remaining catalyst consisting of the acidic aqueous salt solution does not occur or only occurs to a small extent.
Isopren ist ein wichtiges Monomeres für die Herstellung von Polymeren sowie ein wertvolles Zwischenprodukt z. B. für die Herstellung von Terpenen.Isoprene is an important monomer for the production of polymers and a valuable intermediate product z. B. for the production of terpenes.
Die im Beispiel genannten Teile sind Gewichtsteile. Sie verhalten sich zu Volumteilen wie Kilogramm zu Liter.The parts mentioned in the example are parts by weight. They relate to parts of volume like kilograms Liter.
Die in der Tabelle angegebenen Ergebnisse erhielten wir in folgender Versuchsanordnung:We obtained the results given in the table in the following test arrangement:
Ein zylindrisches mit Rührer versehenes Reaktionsgefäß mit einem Inhalt von 4 Volumteilen wird mit der sauren Salzlösung, die man durch Vermischen von Salz, Säure und Wasser herstellt, beschickt. Man erhitzt unter Rühren auf 90 bis 95 0C. Das Reaktionsgefäß ist mit einem bei 40 bis 450C betriebenen Rückflußkühler und einem daran angeschlossenen absteigenden Kühler versehen, in dem man das entstandene Isopren kondensiert. Im Versuch Nr. 8 werden neben der sauren Salzlösung noch 0,5 Volum-A cylindrical reaction vessel provided with a stirrer and having a capacity of 4 parts by volume is charged with the acidic salt solution, which is prepared by mixing salt, acid and water. The mixture is heated with stirring at 90 to 95 0 C. The reaction vessel is provided with a at 40 to 45 0 C and a reflux condenser connected thereto operated descending condenser, in which condensing the resultant isoprene. In experiment No. 8, in addition to the acidic salt solution, 0.5 volume
teile Methylcyclohexan verwendet. Der Versuch Nr. 9 ist ein Vergleichsversuch, bei dem in Abwesenheit von Salz gearbeitet wird.parts methylcyclohexane used. Experiment No. 9 is a comparative experiment in which in the absence is worked by salt.
3-Methyl-3-buten-l-ol wird im angegebenen Zeitraum kontinuierlich zugegeben. Nach Beendigung der Methylbutenolzufuhr wird zur Vervollständigung3-Methyl-3-buten-1-ol is added continuously over the specified period. After completion the methylbutenol feed becomes complete
der Reaktion noch 2 Stunden auf Reaktionstemperatur gehalten. Die Menge des entstandenen Isoprens, das im Durchschnitt bereits eine Reinheit von 94 bis 96% aufweist und nur etwas im Dephlegmator nicht kondensiertes Methylbutenol enthält, wurde gaschromatographisch bestimmt.the reaction was held at reaction temperature for a further 2 hours. The amount of isoprene that is produced on average already has a purity of 94 to 96% and only something that has not condensed in the dephlegmator Contains methylbutenol, was determined by gas chromatography.
WasserVolume parts
water
SalzParts
salt
Teilemethyl
Parts
zugegeben
in Stunden) utenol
admitted
in hours
IsoprenParts
Isoprene
Nr.attempt
No.
siedende
Neben
produkteheavier
boiling
Next to
Products
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