DE2033573B2 - Verfahren zur Herstellung von Aldehyden und/oder Alkoholen durch die Oxosynthese - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Aldehyden und/oder Alkoholen durch die Oxosynthese

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DE2033573B2 DE2033573A DE2033573A DE2033573B2 DE 2033573 B2 DE2033573 B2 DE 2033573B2 DE 2033573 A DE2033573 A DE 2033573A DE 2033573 A DE2033573 A DE 2033573A DE 2033573 B2 DE2033573 B2 DE 2033573B2
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Rudolf Dr. 6710 Frankenthal Kummer
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Rolf Dr. 6800 Mannheim Platz
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    • C07C45/49Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by reaction with carbon monoxide
    • C07C45/50Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by reaction with carbon monoxide by oxo-reactions

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Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Aldehyden und/oder Alkoholen nach ller Oxosynthese durch Umsetzen von Olefinen mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff bei erhöhter Temperatur und unter erhöhtem Druck in Gegenwart von Carbonylkomplexen von Metallen der 8. Gruppe des Periodischen Systems, die durch organische Phosphine modifiziert sind.
Ein allgemein in der Technik eingeführtes Verfahren zur Herstellung von Aldehyden und Alkoholen ist die Oxosynthese, bei der Olefine mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff in Gegenwart von Kobaltcarbonylverbindungen als Katalysator umgesetzt werden. Das Verfahren hat den Nachteil, daß bis zu einem gewissen Grad verzweigte Aldehyde und Alkohole, die weniger erwünscht sind, entstehen. Wie aus der deutschen Auslegeschrift 1186 455 und den deutschen Offenlegungssc'hriften 19 09 619 und 19 09 620 bekannt ist, läßt sich das Isomerenverhältnis bei der Oxosynthese durch Modifikation des Katalysatorsystems mit Phosphinen in der gewünschten Richtung, nämlich zur Bildung von geradkcuigen Verbindungen, beeinflussen. Diese Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß als Modifizierungsmittel reine Phosphine verwendet werden, deren Herstellung sehr aufwendig ist. Wegen des hohen WVrtes der verwendeten Phosphine müssen diese deshalb nach der Reaktion wiedergewonnen werden. Darüber hinaus muß verhindert werden, daß die verwendeten Phosphine während der Reaktion z. B. durch Oxidation inaktiv werden. Es wurde schon versucht, die Stabilität der verwendeten Phosphine durch Zusatz von Carbonsäuren zu erhöhen (vgl. deutsche Auslegeschrift 1212 953). Die so erzielten Ergebnisse sind für die technische Durchführung des Verfahrens jedoch noch nicht befriedigend.
Es war deshalb die technische Aufgabe gestellt, das Oxoverfahren in Gegenwart von organischen Phosphinen so durchzufühlen, daß keine reinen Phosphine verwendet werden mUsssen und deren Wiedergewinnung sowie deren Lebensdauer keine wesentliche Rolle für die technische Durchführung des Verfahrens spielen.
Es wurde nun gefunden, daß man Aldehyde und/ oder Alkohole nach der Oxosynthese durch Umsetzen von Olefinen mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff bei erhöhter Temperatur und unter erhöhtem Druck in Gegenwart von Carbonylkomplexen von Metallen der 8. Gruppe des Periodischen Systems, die durch organische Phosphine modifiziert sind, vorteilhafter als bisher erhält, wenn man die als Ausgangsstoffe verwendeten Olefine oder einen Teil derselben zunächst mit einer der anzuwendenden Menge an organischem Phosphinen äquivalenten Menge an Phosphorwasserstoff bei Temperaturen von C «s 200° C in Gegenwart von organischen Peroxydt-- oder Azoisobutyrnitril, die bei den angegebenen Temperaturen in Radikale zerfallen, oder mit UV-Licht üehandelt und dann die Oxosynthese in bekannter Weise durchführt.
Das neue Verfahren hat den Vorteil, daß man nicht von reinen Phosphinen ausgehen muß, so daß deren Wiedergewinnung sowie deren Lebensdauer für die Oxosynthese von untergeordneter Bedeutung sind.
Bevorzugt werden Olefine mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen, insbesondere mit 3 bis 16 Kohlenstoffatomen als Ausgangsstoffe verwendet. Besondere Redeutung haben Olefine mit 3 bis 16 Kohlenstoffatomen, die eine endständige Doppelbindung haben, erlangt, Geeignete Olefine sind beispielsweise Propylen, Hexen-1, Octen-1, Decen-1, Olefingemische wie sie bei der Polymerisation von Äthylen oder beim Cracken von Wachsen anfallen. Besondere technische Bedeutung als Ausgangsstoffe haben geradkettige «-Olefine erlangt.
Kohlenmonoxid und Wasserstoff werden im allgemeinen in einem Volumenverhältnis von 2:1 bis 10, insbesondere in einem Verhältnis von 1:1 bis 3, verwendet.
Es ist möglich, die Olefine in stöchiometrischen Mengen, bezogen auf das Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff einzusetzen. Vorteilhaft verwendet man jedoch das genannte Gasgemisch im Überschuß, z. B. bis zu 500 °/o.
Die Umsetzung führt man mit Vorteil bei Temperaturen von 150 bis 250° C durch. Besonders gute Ergebnisse erhält man, wenn man Temperaturen von 170 bis 230° C anwendet. Allgemein verwendet man für die Umsetzung Drücke von 30 bis 350 atm an. Besonders vorteilhaft haben sich Drücke von 60 bis 300 atm erwiesen.
Es ist möglich, die Umsetzung ohne zusätzliche Verwendung von Lösungsmitteln durchzuführen. Die verwendeten Olefine dienen in diesem Falle als Lösungsmittel. In der Technik verwendet man zweckmäßig die als Reaktionsprodukte anfallenden Stoffe als Lösungsmittel.
Die Umsetzung wird in Gegenwart von Carbonylkomplexen von Metallen der 8. Gruppe des Periodischen Systems durchgeführt. Bevorzugte Carbonylkomplexe sind diejenigen von Eisen, Kobalt, Rhodium oder Palladium. Besonders gute erhält man mit Kobalt oder Rhodiumcarbonylkomplexen. Besondere technische Bedeutung haben Kobaltcarbonylkornplexe erlangt. Vorteilhaft wendet man die Katalysatoren in Mengen von 0,1 bis 2 Gewichtsprozent, berechnet als Metall, bezogen auf die eingesetzten Olefine an. Besonders gute Ergebnisse erhält man, wenn man 0,2 bis 1 Gewichtsprozent verwendet.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist es, daß die als Ausgangsstoffe verwendeten Olefine oder
ein Teil derselben zunächst mit einer der anzuwendenden Menge an organischen Phosphiinen äquivalenten Menge an PhospTiorwasserstoff bei Temperaturen von 0 bis 200° C in Gegenwart von Verbindungen, die bei den angegebenen Temperaturen in Radikale zerfallen, oder UV-Licht behandelt werden. Auf diese Weise werden die als !Modifizierungsmittel miiverwendeten organischen Phosphine erzeugt und zusammen mit den Olefinen in die Reaktion eingebracht. Vorteilhaft wendet man soviel Phosphorwasserstoft an, daß die Konzentration im Olefin 0,1 bis 1 Gewichtsprozent beträgt. Als Verbindungen, die bei den angegebenen Temperaturen in Radikale zerfallen, eignen sich beispielsweise organische Peroxide, wie Alkyihydroperoxide, z.B. tert.-Butylhydroperoxid, Dialkylperoxid, z. B. Di-ten.-butylperoxid, Diacylperoxide, z. B. Dibenzoylperoxide, ferner Peroxide von Aldehyden oder Ketonen, ferner Azoisobutyronitril. Es ist ferner möglich. Verbindungen, die den Zerfall der Radikalbildner beschleunigen, z. B. Schwermetallsalze wie Kobaltsalze von Fettsäure oder Amine mitzuverwenden. Anstatt derartigen Verbindungen, die in Radikale zerfallen, kann auch UV-Licht angewendet werden. Voirzugsweise verwendet man 5 bis 10 Molprozent an Radikalbildner. bezogen auf Phosphonvasserstoff. Zweckmäßig werden der zu verwendende Radikalbildner und die anzuwendende Temperatur einander angepaßt, was durch einfache Vonersuche leicht [estgestellt werden kann.
Es ist auch möglich, nur einen Teil der als Ausgangsstoffe verwendeten Olefine, z.B. 10 bis 50 ° ο der Olefine, vorzugsweise 20 bis 40 °«. mit Phcsphorwasserstoff in der beschriebenen Weise zu behandeln. Es versteht sich, daß der Phosphorgehalt so gewählt wird, daß er für die gesamte einzusetzende Menge an Olefin ausreicht.
Im allgemeinen richtet sich die Menge an anzuwendenden organischen Phosphinen danach, daß man ein Atomverhältnis von Katalysatormetall zu Phosphor wie 1:1 bis 8, insbesondere 1:1 bis 4. erhält. Die für die Reaktion wirksamen Katalysatoren bilden sich in situ während der Reaktion aus den einzelnen Bestandteilen, z. B. fettsauren Salzen der Metalle. Kohlenmonoxid und den mit den Olefinen eingebrachten organischen Phosphinen.
Das Verfahren nach der Erfindung führt man beispielsweise aus, indem man Olefine bei den angegebenen Temperaturen in Gegenwart von in Radikale zerfallenden Stoffen mit Phosphorwasserstoff behandelt und dann das so erhaltene Gemisch in ein senkrecht stehendes Hochdruckrohr von unten zusammen mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff und einer Lösung von Salzen der genannten Metalle gegebenenfalls zusammen mit einem geeigneten Lösungsmittel zuführt und unter den angegebenen Druck- und Temperaturbedingungeit die Umsetzung durchführt. Das Reaktionsgemisch wird nach den Entspannen. z. B. durch Destillation vom Katalysator befreit und anschließend nach bekannten Methoden in einzelne Bestandteile zerlegt. Es ist möglich, nichiumgeseizte Olefine und nichtverbrauchtes Gemisch au? Kohlenmonoxid und Wasserstoff sowie wiedergewonnene Katalysatoren der Reaktion zuzuführen.
Die nach dem Verfahren der Erfindvng hergestellten Aldehyde und Alkohole eignen sie zur Herstellung von Weichmachern fü:r Polymere oder sie werden als Lösungsmittel verwandt.
Das Verfahren nach der Erfindung sei an folgenden Beispielen veranschaulicht.
Beispiel 1
In 210 g Octen-1 wird so lzjige PhosphorwasserstoS über eine Fritte eingeleitet, bis die Lösung 0.44 Gewichtsprozent Phosphor enthält. Diese Lösung wird nach Zugabe von 0,33 g Azobisisobutyronitril zwei Stunden in einem 2-1-Autoldav auf 80 bis
ίο S5: C erhitzt. Anschließend preßt man Kohlenmonoxid und Wasserstoff im Volumenverhältnis 1 :2 bis zu einem Druck von 20 atü auf und erhitzt auf 190c C. Anschließend dosiert man 1,4 g KobaJtäthylhexanoat gelöst in 24 g Octen zu und erhöht den Druck durch Zupressen des genannten Gasgemisches auf 80 atü. Dieser Druck wird fortlaufend durch Zugabe von Kohlenmonoxid und Wasserstoff aufrechterhalten. Kach 4 Stunden wird die Reaktion unierbrochen und das Reaktionsgemisch gaschromatographisch analysiert. Das Reaktionsgemisch setzt sich wie folgt zusammen: 19 Gewichtsprozent Octen, 10 Gewichtsprozent Octan. 3 Gewichtsprozent C9-Aldehvde. 58 Gewichtsprozent C9-AIkOhOIe, 10 °o Katalysator und höher siedende Bestandteile. 86 °'o der C9-Alkohole sind Nonanol-1.
Beispiel 2
Ir. 336 g Octen-1 wird so lange Phosphorwasserstoff über eine Fritte eingeleitet, bis die Lösung 0,85 Gewichtsprozent Phosphor enthält. Diese Lösung wird nach Zugabe von 0.58 g Di-tert.-butylperoxid unter einem Druck von 10 atü eines Gasgemisches aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff im Volumenverhältnis 1:2 4 Stunden auf 175; C erhitzt. Dann entnimmt man dem Reaktionsgefäß soviel des Reakiionsgemisch.es, daß 108 g im Reaktionsgefäß verbleiben. Dann setzt man 100 g Octen-1 zu und preßt von dem genannten Gasgemisch bis ein Druck von 40 atü auf und erhitzt auf 190- C. Daraufhin gibt man über eine Druckschleuse 1,45 g KobaH-2-äthylhexanoat gelöst in 24 g Octen-1 zu und erhöht den Druck durch Aufpressen des genannten Gasgemisches auf 80 atü. Dieser Druck wird fortlaufend aufrechterhalten. Nach 4 Stunden wird die Reaktion abgebrochen und das Reaktionsgemisch gaschromatographisch analysiert. Es besteht au«, 11 Gewichtsprozent Octen, 12 Gewichtsprozent Octan. 1.5 Gewichtsprozent C9-Aldehyden, 66 Gewichtsprozent C9-Alkoholen, i.5 Gewichtsprozent C9-Formiaten sowie höher siedenden Anteilen. 85*« der Ce-Alkohole sind Nonanol-1.
B e i s ρ i ε 1 3
In 250 g Octen-1 leitet man so lange Phosphorwasserstoff über eine Fritte ein, bis die Lösung 0.9 Gewichtsprozent Phosphor enthält. Diese Lösung wird unter Rühren 70 Stunden lang bei Raumtemperatur mit einer gekühlten UV-Tauchlampe (Philipps HPK 125 W) bestrahlt. 52 g der so erhaltenen Losung werden zusammen mit 148 g Oxten-1 in ein Hochdruckgefäß gefüllt. Ois rnu einem Gasgemisch aus Kohlenmc" >x;d und Wasserstoff κ·η Yolumenverhältnis 1 : 2 r.unächst gespült und iiann da= Gasgemisch bis zu einem Druck vcn 20 atü aufgepreßt wird. Anschließend erhitzt man auf 190: C und gib! über eine Schleuse 1.4 g Kobalt-2-äthylhexanoat gelöst in 24 g Octen-1 zu. Der Druck wird dann auf 80 atü durch Aufpressen des genannten Gasgemi-
«ches erhöht und während der gesamten Reaktion aufrechterhalten. Nach 4 Stunden wird die Reaktion unterbrochen und das Reaktionsgemisch gaschromatßgraphisch analysiert. Es besteht aus 19,5 Gewichtsprozent Octen, 12 Gewichtsprozent Octan, 3 Ge-Wichtsprozent C9-Aldehyden, 58 Gewichtsprozent Cg-Alkoholen, 1 Gewichtsprozent Cg-Formiaten sowie höher siedenden Anteilen. 86 °/o der C9-Alkohole iind Nonanol-1.
Beispiel 4
In 326 g Tetradecen 1 wird so lange Phosphorwasserstoff über eine Fritte eingeleitet, bis die Lösung 0,75 Gewichtsprozent Phosphor enthält. Diese Lösung wird in ein Hochdruckgefäß überführt und unter Ausschluß von Sauerstoff auf 145C C erhitzt. Dann dosiert man 0,66 g Di-tert.-butyl-peroxid gelöst in 1Oe Tetradecen-1 zu. Anschließend erhöht man den Druck auf 80 atü durch Zupressen von Kohlenmonoxid und Wasserstoff im Volurnenverhaltms 1:1. Ser Druck wird 6 Stunden aufrechterhalten Anschließend kühlt man ab, entspannt, preßt nochmals bis zu einem Druck von 20 atü von dem genannten Gasgemisch auf und entnimmt 260 g des Reaküonsoroduktes Zu den im Reaktionsgefaß verbliebenen ?6 ο Reaktionsprodukt preßt man 180 g Tetradecen-1 und= erhöh die Temperatur auf 190° C. Dann dosiert man 14g Kobalt-2-äthyihexanoat gelost in jO g ?£adecei zu und erhöht den Druck auf 80 atu durch Zupressen des genannten Gasgemisches Den Druck halt man für 6 Stunden aufrecht. Nach Abbrechen der Reaktion wird das Reaküonsgem.sch S Destillation aufgearbeitet. 85 ·/. der erhaltenen C -Alkohole sind Pentadecanol-1.

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zur Herstellung von Aldehyden und/ oder Alkoholen nach der Oxosynthese durch Umsetzen von Olefinen mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff bei erhöhter Temperatur und unter erhöhtem Druck in Gegenwart von Carbonylkomplexen von Metallen der 8. Gruppe des Periodischen Systems, die durch organische Phosphine modifiziert sind, dadurch gekenn- «< zeichnet, daß man die als Ausgangsstoffe verwendeten Olefine oder einen Teil derselben zunächst mit einer der anzuwendenden Menge an organischem Phosphin äquivalenten Menge an Phosphorwasserstoff bei Temperaturen von 0 bis 200° C in Gegenwart von organischen Peroxiden oder Azoisobutyrnitril, die bei den angegebenen Temperaturen in Radikale zerfallen oder UV-Licht behandelt und dann die Oxosynthese in bekannter Weise durchführt.
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