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Verfahren zur Durchführung von organischen Reaktionen Zusatz zu Patent
... ... (Patentanmeldung P 17 68 oo.1-42) Gegenstand des Hauptpatents ist ein Verfahren
zur Durchführung von organischen Reaktionen, bei welchen die Reaktionspartner in
verschiedenen flüssigen, miteinander in Kontakt stehenden, nicht mischbaren Phasen
vorliegen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß dem heterogenen Reaktionssystem,
in dem die Reaktionspartner in verschiedenen Phasen unterschiedlicher Polarität
vorliegen, zur Beschleunigung der Umsetzung als Phasentransfermittel mindestens
ein quartäres organisches Salz mit mindestens einer Gruppe der Formel [(AM)]+X-
(i) zugesetzt wird, in der M ein Stickstoff-, Phosphor-, Arsen-, Antimon- oder Wismutatom
der Oxydationsstufe +5, A ein an M mit 4 kovalenten
Bindungen gebundener
organischer Bestandteil des Salzmoleküls und xr ein in wäßriger Lösung vom Kation
(AM)+ abdissoziierendes Anion ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des vorstehenden Verfahrens
wird eine oxydierbare organische Verbindung mit einem anorganischen Oxydationsmittel
oxydiert, z. B. ein Olefin mit Kaliumpermanganat zur entsprechenden Carbonsäure.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt den Gegenstand des Hauptpatents
hinsichtlich der Anwendung der quartären organischen Salze der allgemeinen Formel
I als Phasentransiermittel bei bestimmten Oxydationsreaktionen weiter auszugestalten.
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Es wurde nun festgestellt, daß sich die Salze der Formel I besonders
vorteilhaft bei der Oxydation von in öliger Phase vorliegenden Olefinen mit in wäßriger
Phase befindlichen Oxydationsmitteln allgemein anwenden lassen, d.h., daß sich derartige
Oxydationsreaktionen nicht nur im bereits im Hauptpatent beanspruchten speziellen
Fall der Oxydation von Olefinen mit Kaliumpermanganat zu Carbonsäuren, sondern ganz
allgemein durch die nach der Lehre des Hauptpatents zu verwendenden Phasentransfermittel
beschleunigen lassen.
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Es ist beispielsweise bekannt, daß man olefinisch ungesättigte Verbindungen
mit Wasserstoffperoxyd, PerJodsäure, Kaliumpermanganat und dergleichen zu verschiedenen
wertvollen Produkten oxydieren kann, und daß sich diese Reaktionen mit Hilfe bestimmter
Metallverbindungen katalysieren lassen, vergleiche beispielsweise L. F. Fieser "Reagents
for Organic Synthesis", Seiten 457-478, R. Poppo und Miturbeiter,
J.
Organic Ohemistry, 21, eiten lF78-479 (1956), USA-Patentschrift 3 057 915 und R.
Poppo und Mitarbeiter, Bal. Res. Council of Israel, 5A, Seiten 300-301 (1956).
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So ist es beispielsweise bekannt, daß man beim Oxydieren von Olefinen
mit Perjodsäure in Gegenwart von Osmium als Produkt hauptsächlich Aldehyde erhält,
während bei der Verwendung von Ruthenium als Katalysator als Produkt hauptsächlich
die entsprechende Carbonsäure entsteht.
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Weiterhin ist es bekannt, daß Wasserstoffperoxyd in wäßriger Lösung
durch solche katalytische Metallverbindungen rasch zersetzt wird, wodurch es seine
Fähigkeit, als Oxydationsmittel bei der Oxydationsreaktion zu wirken, verliert.
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Dadurch verbot sich bislang die Zugabe eines metallischen Katalysators
bei derartigen Oxydationen mit Wasserstoffperoxyd in einem wäßrigen Medium von selbst.
Es ist diesbezüglich beispielsweise bekannt, daß Osmiumtetraoxyd die Oxydation von
Cyclohexen mit Wasserstoffperoxyd zu cis-1,2-Diolen katalysiert, wobei es jedoch
nach dem Stand der Technik wesentlich darauf ankommt, daß bei dieser Umsetzung das
verwendete Wasserstoffperoxyd wasserfrei ist. Dieser Bedingung wurde in der Regel
durch die Verwendung von tert.-Buylalkohol als Lösungsmittel Rechnung getragen.
Wenn nämlich größere Mengen Wasser anwesend sind, so zersetzt sich das Wasserstoffperoxyd
rasch unter Bildung von Sauerstoff und Wasser, so daß folglich nur wenig oder überhaupt
kein Olefin oxydiert wird (vgl. Miles und Mitarbeiter, J. Am. Chem. Soc., 2, Seite
1302 (1936).
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Im Zuge umfangreicher experimentieller Forschungsarbeiten zur Verbesserung
derartiger Oxydationen von olerinisch ungesättigten Verbindungen wurde nun überraschenderweise
festgestellt, daß sich diese Umsetzungen mit den nach
der Lehre
des Hauptpatents als Phasentransfermittel bei organischen Reaktionen, bei, denen
die Reaktionspartner in verschiedenen miteinander in Kontakt stehenden, flüssigen,
nicht miteinander mischbaren Phasen unterschiedlicher Polarität vorliegen, zu verwendenden
Salzen der Formel I günstig beeinflussen lassen, wobei diese quartären Oniumverbindungen
nicht das anfallende Produkt verändern, sondern-im wesentlichen nur die Reaktion
beschleunigen. Ganz besonders vorteilhaft ist dabei die Verwendung von Oniumverbindungen
der allgemeinen Formel I bei der Oxydation mit wäßrigem H202, insbesondere in Gegenwart
katalytisch wirkender Metallverbindungen, da sie in diesem Fall überraschenderweise
nicht nur als Phasentransfermittel wirken, sondern außerdem das H202 gegen Zersetzung
stabilisieren.
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Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Durchführung
von organischen Reaktionen, bei welchen die ~~Reaktionspartner in verschiedenen,
flüssigen, miteinander in Kontakt stehenden, nicht mischbaren Phasen vorliegen,
wobei dem heterogenen Reaktionssystem, in dem die Reaktionspartner in verschiedenen
Phasen unterschiedlicher Polarität vorliegen, zur Beschleunigung der Umsetzung als
Phasentransfermittel mindestens ein quartäres organisches Salz mit mindestens einr
Gruppe der Formel [(AMfx (1) zugesetzt wird, in der M ein Stickstoff-, Phosphor-,
Arsen-, Antimon- oder Wismutatom der Oxydationsstufe +5, A ein ån M mit 4 kovalenten
Bindungen gebundener organischer Bestandteil des Salzmoleküls und X ein in wäßriger
Lösung vom Kation (AM)+ abdissoziierendes Anion ist, nsch Patent ... ... (Patentanmeldung
P
17 68 050.1-42), das dadurch gekenxizeidnc"t ist, daß mindestens ein in einer öligen
Phase vorlietcfl des Olefin mit mindestens einem in einer wäßrigen Phase vorliegenden
Oxydationsmittel, ausgenommen Kaliumpermanganat, soweit die Oxydation zu Carbonsäuren
führt, oxydiert wird.
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Vorzugsweise verwendet man beim Verfahren der Erfindung als Phasentransfermittel
Ammoniumsalze der Formel I und insbesondere der allgemeinen Formel
in der X die vorstehend angegebene Bedeutung hat und vorzugsweise ein Halogenid-,
Sulfat-, Nitrat-, Citrat-, Acetat-, Adipat- oder Hydroxylion ist, R einen Alkylrest
mit 1 bis 20 C-Atomen bedeutet und R' ein Alkylrest mit 1 bis 20 C-Atomen oder ein,
gegebenenfalls mit Alkylrest(en) mit 1 bis 20 C-Atomen substituierter,aromatischer
Rest mit einem einzigen Ring ist.
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Bei den Oxydationsverfahren, für die nach dem Vorschlag der vorliegenden
Erfindung Oniumverbindungen der allgemeinen Formel 1 und insbesondere solche der
allgemeinen Formel II verwendet werden sollen, muß somit lediglich die Bedingung
erfüllt sein, daß sowohl das Olefin (organische Verbindung mit mindestens einer
olefinischen Doppelbindung) als auch die Oxydationsmittellösung flüssig ist.
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Vorzugsweise wird die Umsetzung in einem Kohl,enwasserstofflösungsmittel
durchgeführt, da durch solche Lösungsmittel die Abtrennung der Verfahrensprodukte
erleichtert wird.
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Reaktionsdruck und -temperatur können innerhalb weiter Bereiche schwanken.
In der Regel arbeitet man bei Umgebungstemperatur und unter einem Druck, der ausreicht,
um das Olefin in Flüssigem Zustand'zu hal bein. Außer bei der Oxydation derart niedrig
siedender Olefine, wie Äthylen, Propylen und dergleichen, wird in den meisten Fällen
atmosphärischer Druck angewandt.
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Die Reaktionstemperatur liegt somit normalerweise in einem Bereich-von
etwa 30 bis 1000 C, wobei der angewahdte Druck, jeweils nur so hoch gewählt wird,
daß er ausreicht, um das Reaktionssystem in flüssigem Zustand zu halten. Die Umsetzung
kann auch bei unter Umgebungstemperatur-liegenden Temperaturen und sogar unter vermindertem
Druck durchgeführt werden, jedoch steigern bzw.
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beschleunigen erhöhte Temperaturen und erhöhter Druck die Umsetzung,
wie bei den meisten Reaktionen, auch hier, so daß durch Temperatur- oder Druckverringerung
in der Regel kein Vorteil zu erzielen ist. Die Umsetzung verläuft normalerweise
bei Umgebungstemperatur glatt, so daX man aus Gründen der Wirtschaftlichkeit in
der Regel keine erhöhten Temperaturen oder Drücke zur Durchführung der Umsetzung
anwendet. Die Reaktionen sind exotherm, so daß die Temperatur des Reaktionsgemisches
nach dem einsetzen der Umsetzung über der Raumtemperatur liegt. Gewünschtenfalls
könnten auch sehr viel höhere Temperaturen und Drucke angewendet werden, was jedoch,
wie bereits erwähnt, nicht uilbedingt erforderlich ist, und daher nur deswegen besonders
erwähnt wird, um nochmals mit Nachdruck herauszustellen, daß die angewandten Temperaturen
und Drücke gewünschtenfalls innerhalb weiter Grenzen variiert werden können.
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Als Oxydationsmittel werden vorzugsweise Perjodsäure, H202 und Kaliumpermanganat
in Form wäßriger Lösungen mit
einem Wassergehalt von mindestens
) % angewandt, wobei es sich empfiehlt, die wäBrige Oxydationsmittellösung im Überschuß
einzusetzen, um, insbesondere dann, wenn OfO4 als Katalysator verwendet wird, einen
vollständigen Verlauf der Oxydation sicherzustellen. Die letztgenannte Maßnahme
ist hingegen bei der Verwendung von Ru04 als Katalysator nicht erforderlich. Die
verschiedenen Metallkatalysatoren können erfindungsgemäß mit oder, wie nach dem
Stand der Technik, ohne Wasser verwendet werden.
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Erfindungsgemäß lassen sich Olefine bzw. olefinisch ungesättigte
Verbindungen mit ein oder mehreren olefinischen Doppelbindungen oxydieren, wobei
die Verbindungen aliphatisch oderseycloaliphatisi oder auch Arylolefine sein können.
Die aromatisch substituierten Olefine und die Cycloolefine können auch Alkylsubstituenten
aufweisen und die aliphatischen Olefine können geradkettig oder verzweigt sein.
Die Nolekülgröße der als Ausgangsmaterial zu verwendenden olefinischen Verbindungen
kann innerhalb eines breiten Bereiches schwanken, sofern die Verbindungen nur bei
den herrachenden Reaktionsbedingungen flüssig sind. Es liegt auf der Hand, daß die
Oxydation durch die Molekülgröße nicht beeinträchtigt wird.
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Die aliphatischen Olefine können beispielsweise 2 bis 50 C-htome oder
mehr enthalten. In aller Regel enthalten geeignete Olefine 4 bis 30 C-Atome. Geeignete
Cycloolefine enthalten in der Regel 4 bis 34 und vorzugsweise 4 bis 8 C-Atome. Die
Arylolefine können ein- oder mehrkernig sein, enthalten jedoch in aller Regel ein
bis zwei aromatische Ringe. Auch bei den Arylolefinen kann die Gesamtkohlenstoffatomzahl
bis zu 50 und mehr betragen, wobei die untere Grenze natürlich 8 Kohlenstoffatome
sind, das ist die Kohlenstoffzahl von Styrol. In der
Regel verwendet
man als Arylolefine Styrol oder alkylsubstituierte Styrole mit 8 bis 18 C-Atomen.
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Beispiele von als Ausgangsmaterial geeigneten Olefinen bzw. olefinisch
ungesättigten Verbindungen sind: Äthylen, Penten-2, Octadien-1,5, Dodecen-4, Pentacosen-6,
Nonacosen-3, Hexatriaconten-1 Pentacõnten-15, 3-Methylhexen-1, 4-Äthylocten-2, 2-Äthyl-5-buyl-23-hexyl-33-pro
pylpentatriaconten-3, Cyclobuten, Cyclohexen, Cyclododecer, Cyclotriaconten, 1-Äthyl-4-propyl-cycloocten,
1-Äthyl-3 butyl-5-pentylcyclododecen, Styrol, 3-Methylstyrol, Stilben, Tetraphenyläthylen,
Vinylnaphthalin, Vi Vinylanthracen, 4-Butyl-1-vinylnaphthalin, 2,7-Diphenyldodecen-3,
Hexen, Octen, Decen, Dodecen, Tetradecen, Hexadecen, Octadecen und zicosen-mit end-
oder mittelständiger Doppelbindung, Vinylcyclohexen, Butadien-1,3 oder alkylsubstituierte
Butadiene, Vinylchlorid, Vinylacetat, Öl- und Linolsäure und andere derartige, dem
Fachmann bekannte Verbindungen mit mindestens einer olefinischen Doppelbindung.
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Als Katalysatoren eignen sich für die Oxydationsreaktonen, für die
erfindungsgemäß Oniumverbindungen der allgemeinen Formel I verwendet werden sollen,
die Oxyde der vorstehend aufgeführten Metalle.
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Vorzugsweise verwendet man Osmium- undRutheniumtetraoxyd, jedoch
können Osmium oder Ruthenium auch in fein zerteilter Form als reine Metalle, in
Form niedrigerer Oxyde oder als Salz, z.B. als Halogenid, insbesondere als chlorid,
Sulfat, Acetat,Adipat, Nitrat, Citrat, Hydroxyd und dergleichen, dem Xeaktionssystem
zugesetzt werden. Das im Eteaktionssystem vorhandene Oxydationsmittel oxydiert dann
das Metall zum aktiven Oxyd auf. Es liegt auf der Hand, daß das Metall vorzugsweise
als Oxyd zugesetzt werden soll, da anderenfalls
ein Teil des vorhandenen
Oxydationsmittelf zum Aufoxydieren des Katalyc;ators verbraucht wird und somit selbstverständlich
nicht mehr für die Oxydation des Olefins zur Verfügung steht. Wie bei Katalysatoren
meist der Fall, werden auch hier nur kleine Nengcnverwendet, gewöhnlich 0,05 bis
2 %, jedoch kann man zuweilen auch noch geringere Mengen oder aber erheblich größere
Mengen anwenden, wobei letzteres zwar nicht erforderlich, aber auch nicht nachteilig
ist.
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Die Beispiele erläutern die Erfindung.
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Beispiel 1 Eine Suspension aus 10 g (0,056 Mol) Stilben in 40 ml
Benzol und 26,4 g (0,167 Mol) Kaliumpermanganat, das in 50 ml Wasser teilweise gelöst
ist, wird bei Raumtemperatur 4 h gerührt. Wie aus der Abwesenheit von Mangandioxyd
zu ersehen
ist, findet bis zu diesem Zeitpunkt keine merkliche
Reaktion statt. Dann setzt man dem Reaktionsgemisch 2 Tropfen Tricaprylylmethylammoniumchlorid
zu, worauf sofort unter-so starker Wärmeentwicklung, daß das Benzol zu sieden beginnt,
eine so heftige Reaktion einsetzt,daß das Gemisch-aus dem Kolben überschäumt.
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Hierauf wird ein weiterer Versuch zur Oxydation von Stilben mit Permanganat
durchgeführt, indem man in ein Gemisch aus 40 ml Benzol, 1,0 g Uricaprylylmethylammoniumchlorid,
26,4 g Kaliumpermanganat und 50 ml Wasser 10 g Stilben in kleinen Anteilen einträgt.
Die Geschwindigkeit der Stilbenzugabe wird so geregelt, daß die Temperatur zwischen
30 und 400 C bleibt. Nach beendeter Stilbenzugabe wird das Reaktionsgeiiiisch noch
eine halbe Stunde weiter gerührt. Das ausgefallene Mangandioxyd wird abfiltriert.
Das Filtrat wird durch Zugabe einer kleinen Menge Natriumdisulfit entfernt und dann
auf einen pH-Wert von 2 mit konzentrierter Salzsäure angesäuert. Die sich dabei
ausscheidende Benzoesäure wird auf einem Filter gesammelt und getrocknet. Man erhält
7,24 g Benzoesäure, entsprechend einer Ausbeute von 53 A.
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Beispiel 2 Es werden zwei Umsetzungen (A und B) unter, mit Ausnahme
der Anwesenheit eines quartären Ammoniumsalzes völlig identischen Bedingungen durchgeführt.
Dabei werden jeweils )00 ml einer wäßrigen, 45,59 g (0,2 Mol) Paraperjodsäure und
0,10 g (0,0004 Mol) Osmiumtetraoxyd enthaltenden Lösung in zwei Dreihalskolben,
die jeweils mit gleichen Magnetrührern, Thermometern, Kondensatoren und Stickstoffeinlässen
ausgerüstet sind,.gegeben. In die Dreihalskolben
wird jeweils ein
Stickstoffspülstrom mit einer Geschwindigkeit von 25 ml/Nin eingeleitet. Dann gibt
man in den einen Kolben eine Lösung von 22,44 g (0,2 Mol) Oct-1-en und 2,0 g Tetradecan.
Das Gemisch wird bei Raumtemperatur gerührt. In den Kolben B werden 0,5 g Methyltricaprylylammoniumchlorid
und ebenfalls eine Tetradecan-Octen-Lösung mit gleicher Zusammensetzung und in gleicher
Menge wie in - Kolben A gegeben. Auch dieses Gemisch wird bei Raumtemperatur gerührt,
erwärmt sich jedoch infolge einer exothermen Reaktion rasch auf 430 C. Aus beiden
Kolben werden in periodischen Abständen Proben entnommen und durch Gaschromatografie
analysiert, wobei das Tetradecan als Bezugssubstanz verwendet wird. Die bei diesen
Analysen erhaltenen Ergebnisse sind, entsprechend den individuellen thermischen
Ansprech- bzw. Empfindlichkeitsfaktoren korrigiert, in der nachtstehenden Tabelle
I aufgeführt. Wie aus der Tabelle zu ersehen ist, ist die Reaktionsgeschwindigkeit
in Anwesenheit des quartären Ammoniumsalzes weitaus höher, als ohne das Ammoniumsalz.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines quartären Ammoniumsalzes werden also
zwei Vorteile erzielt, da man außer der auf der Hand liegenden Möglichkeit, die
Reaktionszeit zu verkürzen,aufgrund der höheren Reaktionsgeschwindigkeit außerdem
sicherlich die für einen raschen Reaktionsverlauf erforderliche Osmiumtetraoxydmenge
drastisch verringern kann. Dies stellt jedoch einen erheblichen wirtschaftlichen
Vorteil dar.
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Tabelle 1 Umsetzung A ~ Umsetzung B Zeit Õct-1-en Heptanol Heptan-
Oct-1-en Heptanal Heptan-(Min) säure säure 15 99,2 0,8 0,0 96,8 2,0 1,1 30 98,9
1,1 0,0 53,0 41,3 5,6 60 98,2 1,9 0,0 45,2* 43,1 6,9 120 96,3 3,8 0,0 240 91,0 9,0
0,0 560 73,7 25,1 1,3
Die angegebenen Werte bedeuten Gew.-, Die
theoretische Umwandlung beträgt 50 %.
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* Diese Probeenthält außerdem 4,6 /0 1,2-Octandiol, der, wie festgestellt
wurde, eine auf die Verwendung von über schussigem Oct-1-en als Lösungsmittel zurückzuführende
Verunreinigung darstellt und'sich erst bildet, nachdem das ganze Perjodat verbraucht
ist.
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Beispiel 3 Ein bei 700 C gehaltenes Gemisch aus 100 g Cyclohexen,
5 g Tridecylmethylammoniumchlorid und 1 g Osmiumtetraoxyd wird im Laufe von 8 h
mit 180 ml einer wäßrigen 28%-igen Wasserstoffperoxydlösung versetzt. Ein an den
Reaktionskolben angeschlossenes, flüssigkeitsgefülltes Gasmeßgerät zeigt, daß sich
bei der Umsetzung 360 ml Sauerstoff, entsprechend einer WasserstofSperoxydzersetzung
von 3,3 Wo, entwickeln. Dann läßt man das Reaktionsgemisch abkühlen und über Nacht
stehen, worauf in der wäßrigen Schicht SOg Natriumsulfat gelöst werden, um die organischen
Produkte aus der wäßrigen Phase auszusalzen. Die organische Phase wird hierauf abgetrennt,
worauf man die wäßrige Phase mit Äther auswäscht. Die Analyse der organischen Schicht
ergibt, daß die Ausbeute an 1,2-Cyclohexandiol, bezogen auf nicht umgesetztes Cyclohexen,
52 % beträgt. Die organische Schicht und der Atherauszug werden vereinigt, worauf
man den Äther und nicht umgesetztes Cyclohexen unter vermindertem Druck abdampft
und den Rückstand destilliert, wobei man 1,2-Oyclohexandiol mit einem Siedepunkt
von 60 bis 700C: bei 0,3 Torr erhält, der beim Stehen kristallisiert;.
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Beispiele 4 bis~17 Bei diesen Versuchen wird ein Rcaktionskolben
jeweils mit 100 g Cyclohexen, 20 g Benzol (das als interne Bezugssubstanz für die
Gaschromatografie dient), 6 g Tridecylmethylammoniumchlorid und 1,0 g des jeweils
in der nachstehenden Tabelle II aufgeführten Metallsalzes beschickt. Dann pumpt
man innerhalb einer Zeit von 3 bis 6 h jeweils 50 bis 100 ml einer 270/oigen wäßrigen
Wasserstoffperoxydlösung mittels einer Kolben- bzw. Spritzenpumpe in das bei 700
C gehaltene Reaktionsgemisch ein. Aus dem Reaktionskolben werden jeweils periodisch
Proben entnommen, die gaschromatografisch analysiert werden. Die bei der Umsetzung
entwickelte Sauerstoffnenge wird jeweils analog Beispiel 1 gemessen. Außerdem wird
eine- Reihe weiterer Versuche nach der gleichen Arbeitsweise durchgeführt, wobei
jedoch abbrechend von den übrigen Versuchen jeweils kein quartäres Ammoniumsalz
eingesetzt wird. Auch die Brgebnisse dieser Versuche sind in der nachstehenden Tabelle
II aufgeführt.
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Tabelle II Oxydation von Cyclohexen mit Wasserstoffperoxyd a) Produktausbeute
(Mol %) b) Beispiel Metall- Cyclohexen- Cyclohexen- Cyclo-hexan- %H2O2 zersetzt
verbindung oxyd -2-on und -1,2-dio c) -2-ol quart. Oniumsalz Anwesend Abwesend 3
OsO4 - - 52,0 3,3 100 4 MoO3 28,4 - 28,3 2,6 91 5 H2WO4 42,1 - 23,6 4,0 18 6 SeOCl2
4,1 10,2 46,2 5,0 -7 V2O5 - 88,6 - 5,6 95 8 Cr2O3 - 73,5 - 3,0 -9 TiO2 3,8 70,4
- 6,7 -10 CeSO4 2,3 65,8 - 33,5 100 11 NiO 3,5 59,0 - 5,6 -12 MnCl2 3,5 78,5 - 21,1
-13 CoCl2 0,9 69,5 - 20,1 -14 PtO2 4,9 74,4 - 44,9 100 15 FeSO2 3,8 65,1 - 26,8
97 16 Pb(OAc)2 4,3 76,2 - 5,0 -17 PdCl2 17,6 38,6 - 20,5 -a
) Alle
Ansätze enthalten 100 g Gyclohexen, 20 g Benzol (als interne Bezugssubstanz für
die Gaschromatografie), 5 g Tridecylmethylammoniumchlorid und 1 g Metallsalz.
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In jedenAnsatz werden jeweils im Laufe von 3 h 50 bis 100 ml einer
27%igen wäßrigen Wasserstoffperoxydlösung eingespritzt, wobei die Reaktionstemperatur
bei 70° Ö gehalten wird.
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b) Bezogen auf nicht umgesetztes Cyclohexen.
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c) In Abwesenheit des quartären Ammoniumsalzes findet keine Gyclohexenoxydation
statt.
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Beispiel 18 Das Gemisch aus 50 g Cyclohexen, 50 g Benzol, 5 g Tridecylmethylammoniumchlorid,
1,0 g Wolframsäure und 15 g Natriumsulfat wird mit 20 ml einer 28%igen wäßrigen
Wasserstoffperoxydlösung im Laufe von 3 h versetzt. Die Temperatur wird bei 400
C gehalten. Die Analyse der organischen Schicht nach 3 h zeigt, daß 15 % des Cyclohexens
umgesetzt sind und daß sich, bezogen auf nicht.umgesetztes Cyclohexen in einer Ausbeute
von 89 % 1',2-poxycyclohexan gebildet hat. Die Bildung von 1 , 2-Gyclohexandiol
ist nicht festzustellen.
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Beispiel 19 Ein Reaktionsgefäß wird mit 20 g 1,5-Hexadien, 2,0 g
Tridecylmethylammoniumchlorid, 0,25gWolframsäure, 5 ml einer wäßrigen, 30%igen Wasserstoffperoxydlösung
und 5 g als Bezussubstanz für die Gaschromatografie dienenden Benzol beschickt.
Dann wird das Reaktionsgemisch mehrere Stunden ci
Raumtemperatur
gerührt, wobei von Zeit zu Zeit aus der organischen Schicht Proben entnommen und
durch Gaschromatografie analysiert werden. Nach 3 h haben sich etwa 15 % des eingesetzten
1,5-Hexadiens zu einem Gemisch aus 1,2-Epoxy-5-hexen, 1,2,5,6-Diepoxyhexan, 1,2-Dihydroxy-5-hexen,
1,2-Epoxy-5,6-dihydroxyhexan, und 1,2,5,6-Tetrahydroxyhexan als Hauptprodukte sowie
1,5-Hexadien-3-on und 1,5-Hexadien-3-ol als in geringerer Menge anfallende Produkte
umgesetzt.
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Beispiel 20 Beispiel 19 wird wiederholt, wobei abweichend davon jedoch
3,3-Dimethyl-but-1-en an Stelle von 1,5-Hexadien verwendet wird. Die Hauptprodukte
der Umsetzung sind 1,2-Epoxy 3, 3-dimethylbutan und 3, 3-Dimethylbutan-1 2-diol.
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Beispiel 21 Beispiel 19 wird unter Verwendung eines Gemisches aus
cis- und trans-Hex-2-en an Stelle von 1,5-Hexadien wiederholt, wobei man als Hauptprodukte
cis- und trans-2,3-Epoxy hexan und erythro- sowie threo-2,3-Dihydroxyhexan erhält.
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Beispiel 22 Beispiel 19 wird wiederholt, wobeiian abweichend davon
an Stelle von 1,5-Hexadien ein Gemisch aus cis- und trans-Oct-2-en verwendet. Als
Hauptprodukte erhält man cis- urd trans-2,3-Epoxyoctan und erythro- und threo-2,3-Dihydroxyoctan.
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Beispiel 23 Beispiel 19 wird unter Verwendung von Styrol an stelle
von 1,5-Hexadien wiederholt. Als Reaktionsprodutt erhält man etwas Styroloxyd und
2-Ehenyläthan-1,2-diol, jedoch polymerisiert der größte Teil des eingesetzten Styrols.
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Beispiel 24 Es werden drei in jeder Hinsicht mit Ausnahme der Anwesenheit
von Promotoren und Katalysatoren identische Versuche (A, B und C) durchgeführt.
Dabei werden drei mit Magnetrührern, Thermometem und Kondensatoren ausgerüstete
Dreihalskolben jeweils mit 500 ml einer' wäßrigen, 100,30 g (0,44 Mol) Paraperjodsäure
enthaltenden Lösung beschickt, worauf man in jeden der Dreihalskolben 0,0535 g (0,0004
Mol) festes Rutheniumdioxyd gibt. Der zugesetzte schwarze Feststoff reagiert sofort
unter Bildung einer gelben Rutheniumtetraoxydlö sung.
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Der Kolben A wird hierauf mit einer Lösung von 11,22 g (0,1 Mol)
Oct-1-en in 100 ml Hexan beschickt, worauf man das Reaktionsgemisch bei 270 C rührt.
Die Temperatur des Reaktionsgemisches steigt allmählich auf 320 a und fällt dann
wieder ab.
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Der Kolben B wird mit einer Lösung von 11,22 g (0,1 Mol) Oct-1-en
und 0,5 g Tridodecylamin in 100 ml Hexan beschickt, worauf das Gemisch bei 270 C
gerührt wird. Das Reaktionsgemisch erwärmt sich durch exotherme Reaktion auf 550
C und kühlt dann langsam wieder ab.
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In den Kolben C wird eine Lösung von 11,22 g (0,1 Mol) Oct-1-en und
0,5 g Methyltricaprylylammoniumchlorid in 100 mol Hexan gegeben. Das Reaktionsgemisch
wird ebenfalls bei 270 C gerührt, worauf es sich rasch durch exotherme Reaktion
auf 570 C erhitzt und dann langsam wieder abkühlt.
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Aus allen Reaktionsgemischen werden periodisch Proben entnommen und
durch Gaschromatografle analysiert. Die thermischen Ansprech- bzw. Empfindlichkeitsfaktoren
für Oct-1-en und Heptanal werden dabei anhand von Standardlösungen bestimmt, wobei
der Ansprech- bzw. Empfindlichkeitsfaktor von Heptansäure mit 1,0 angenommen wird.
Die thermischen Ansprech- bzw. Empfindlichkeitsfaktoren aller Verunreinigungen werden
mit 1,0 angenommen. Dieoin der Tabelle III zusammengestellten Werte geben die Entwicklung
der drei Hauptkomponenten (Oct-1-en, Heptanal und Heptansäure) im zeitlichen Verlauf
an.
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Tabelle III Oxydation von Olefinen Zeit Versuch A (ohne Phasentrans-
Versuch B (tertiäres Amin)- Versuch C (quartäres fermittel) Ammoniumsalz Oct-1-en
Heptanol Heptansäure Oct-1-en Heptanol Heptan- Oct-1-en Heptanol Heptansäure säure
15 13,2 55,6 30,1 30 91,5 4,9 1,7 97,9 1,0 0,0 0,0 24,9 74,5 45 0,0 6,2 93,2 60
87,2 8,5 3,5 90,9 2,9 4,3 0,0 0,0 99,3 120 84,3 6,7 7,9 75,7 5,0 15,9 0,0 0,0 99,4#
240 81,0 8,6 9,3 46,5 7,6 39,4 360 78,2 15,6 5,7 20,7 6,6 63,2 480 78,1 6,1 14,3
0,0 2,2 87,4 1440 72,6 12,8 13,6 0,0 0,0 93,2
Beispiel 25 Es werden
zwei Umsetzungen durchgeführt, bei denen alle Bedingungenmit Ausnahme der Anwesenheit
der quartären Oniumverbindung identisch sind. Dabei wird jeweils ein Reaktionskolben,
der mit einem Magnetrührer, einem Thermometer und einem Kühler ausgerüstet ist,
mit 500 ml einer wäßrigen Lösung beschickt, die 100,30 (0,44 Mol) Perjodsäure enthält.
Dieser Lösung setzt man jeweils 0,0535 g (0,0004 Mol) Rutheniumdioxyd zu. Der schwarze
Feststoff reagiert sofort mit der Perjodsäure unter Bildung einer blaßgelben Lösung-
von Rutheniumtetraoxyd.
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Beim Versuch 25-A wird dann eine Lösung von 11,22 g (0,10 -Mol)- Oct-1-en
in 100wml Hexan in den Kolben gegeben. Eine quartäre Oniumverbindung wird diesem
Ansatz nicht zugesetzt.
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Das Reaktionsgemisch wird bei 270 C gerührt. Die Temperatur des Reaktionsgemisches
steigt dann langsam auf 320 C.
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Beim Versuch 25-B wird der Reaktionskolbeninhalt mit einer Lösung
von 11,22 g (0,10 Mol) und 0,5 g Tributylstearylphosphoniumbromid in 100 ml Hexan
versetzt. Das Gemisch wird bei 280 C gerührt, wobei jedoch die Temperatur infolge
einer exothermen Reaktion sich rasch auf 580 C erhitzt und sich dann langsam wiederabkühlt.
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Aus der organischen Phase der beiden Ansätze werden jeweils von Zeit
zu Zeit Proben entnommen und gaschromatografisch analysiert. Die Zusammensetzung
des Reaktionsgemisches wird dabei durch Vergleich mit einer Standardlösung bestimmt.
Die in der nachstehenden Tabelle IV aufgeführten dabei erhaltenen Werte geben den
Gehalt der drei Hauptkomponenten, d.h. Oct-1-en, Hoptana1 und Heptansäurc, im zeitlichen
Verlauf an.
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Tabelle IV Oxydation von Oct-1-en Versuch Nr. 25-A 25-B Phasentransfermittel
Keines [R4P]+X-Zeit (h) A¹ B² C³ A B C 0,25 46,3 42,3 11,0 0,50 91,5 4,9 1,7 16,4
65,7 17,9 0,75 0,0 59,6 35,4 1,0 87,2 8,5 3,5 0,0 28,5 66,9 2,0 84,3 6,7 7,9 0,0
0,0 94,0 4,0 81,0 8,6 9,3 6,0 78,2 15,6 5,7 8,0 78,1 6,1 14,3 24 72,6 12,8 13,6
1) A bedeutet Oct-1-en 2) B bedeutet Heptanal 3) C bedeutet Heptansäure - P a t
e n t a n s p r ü c h e -