DE2104206A1 - Process for the continuous production of alkyl orthoformate - Google Patents
Process for the continuous production of alkyl orthoformateInfo
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Description
Troisdorf, den 27. Januar 197t 71 002 (1870)Troisdorf, January 27, 197t 71 002 (1870)
DYNAMIT NOBEL AKTIENGESELLSCHAFT Troisdorf, Bez. KölnDYNAMIT NOBEL AKTIENGESELLSCHAFT Troisdorf, District Cologne
"Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Orthoaraeisensäurealkylester" "Process for the continuous production of orthoaric acid alkyl ester"
Gegenstand der Erfindung ist ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Orthoameisensäurealkylester durch Umsetzung von Chloroform mit Alkalialkoholaten.The invention relates to a continuous process for the production of alkyl orthoformate by reacting chloroform with alkali metal alkoxides.
Es sind schon zahlreiche Methoden zur Herstellung- von Orthoameisensäurealkylester bekannt. Eine Zusammenfassung der Darstellungsverfahren befindet sich im "Organic Synthesis" Coll. VoI I, S. 253 ff» "Houben Weyl, Methoden der organischen Chemie", 4. Auflage, Band 6, Teil 3 (1965), S. 300 bis 308 und in "Organic Chemistry» Vol. 14 (1970), S. 2 bis 54, (Carboxylic Ortho Acid Derivatives von Robert H. De Wolfe).There are already numerous methods for the production of alkyl orthoformate known. A summary of the methods of preparation can be found in the "Organic Synthesis" Coll. VoI I, P. 253 ff »" Houben Weyl, Methods of Organic Chemistry ", 4. Edition, Volume 6, Part 3 (1965), pp. 300 to 308 and in "Organic Chemistry" Vol. 14 (1970), pp. 2 to 54, (Carboxylic Ortho Acid Derivatives by Robert H. De Wolfe).
Diese bekannten Verfahren sind diskontinuierlich und besitzen erhebliche Nachteile: Es entstehen zahlreiche Nebenprodukte, die die Ausbeute beträchtlich herabsetzen und die wirtschaftliche Isolierung des reinen Orthoesters sehr erschweren bzw. unmöglich machen. Die besten Ausbeuten, die nach den bekannten Verfahren erhalten werden, betragen nach der deutschen Patentschrift 919 .465 87 % unsauberen Orthoameisensäuretrirae-These known processes are discontinuous and have considerable disadvantages: numerous by-products are formed which reduce the yield considerably and make the economic isolation of the pure ortho ester very difficult or impossible. The best yields that are obtained by the known processes are, according to German Patent 919.465, 87 % of unclean orthoformic acid trirae
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thylestei? mit einem Siedebereich von 95 bis 1020C bezogen auf das eingesetzte Methylat und 65 % unsauberen Orthoameisensäuretriäthylester (Siedebereich 135 bis 1420C) bezogen auf Natriumäthylat. thylestei? with a boiling range of 95 to 102 0 C based on the methylate used and 65 % unclean triethyl orthoformate (boiling range 135 to 142 0 C) based on sodium ethylate.
In der genannten Patentschrift werden die schlechten Ausbeuten an Orthoameisensäureester der bekannten Verfahren auf die geringe Stabilität der entstehenden Orthoester gegenüber dem Reaktionsmilieu zurückgeführt. Auch bei dem Verfahren gemäß dieser Patentschrift wird als Bedingung angegeben, daß der entstandene Ester sofort nach dem Zusammenbringen der Reaktionspartner aus dem Reaktionsgemisch abgetrennt werden muß.In the patent mentioned, the poor yields of orthoformic acid esters of the known processes are reduced to the low ones Stability of the resulting orthoesters in relation to the reaction medium returned. In the method according to this patent specification is specified as a condition that the resulting Ester must be separated from the reaction mixture immediately after the reactants have been brought together.
Die konkurrierenden Reaktionen, die bei der Umsetzung von Chloroform mit alkoholischer Lösung von Alkalialkoholaten auftreten, werden in "Organic Chemistry" VoI 14 (1970), S. 12, skizziert. Neben Kohlenmonooxid und Alkenen werden die Nebenreaktionen des intermediär auftretenden Dichlorcarbens in der alkoholischen Alkoholatlösung als die Hauptursache für die mäßigen Ausbeuten angesehen. The competing reactions that occur in the implementation of chloroform occur with an alcoholic solution of alkali alcoholates are outlined in "Organic Chemistry" Vol 14 (1970), p. 12. In addition to carbon monoxide and alkenes, the side reactions of the intermediate dichlorocarbene in the alcoholic alcoholate solution occur regarded as the main cause of the modest yields.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Verfahren liegt darin, daß das bei der Reaktion entstehende Alkalichlorid durch Zugabe von Wasser in Lösung gebracht wird und auf diese Weise von dem Ester abgetrennt wird; dadurch entsteht ein zusätzlicher technischer Aufwand.Another disadvantage of the known process is that the alkali metal chloride formed in the reaction is caused by the addition of Water is brought into solution and thus separated from the ester; this creates an additional technical one Expenditure.
Es wurde nun überraschend gefunden, daß sich Orthoameisensäureester aus Chloroform und Alkalialkoholat dadurch herstellenIt has now surprisingly been found that orthoformic acid esters from chloroform and alkali alcoholate
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lassen, daß man die beiden Reaktionskomponenten in etwa stöchiometri sehen Mengen kontinuierlich gleichzeitig einem Reaktionsgefäß zuführt, die Reaktion in Abwesenheit von Wasser und möglichst vollständigem Ausschluß von Sauerstoff bei Temperaturen zwischen 40 und 1200C und einem Druck von 1 bis 8 ata durchführt, die Reaktionsprodukte kontinuierlich abzieht und anschließend die Abtrennung des entstandenen Alkalichlorids von der Reaktionslösung unter Wasserausschluß durchführt.let that one see the two reaction components in approximately stoichiometric amounts continuously at the same time to a reaction vessel, the reaction is carried out in the absence of water and as complete as possible exclusion of oxygen at temperatures between 40 and 120 0 C and a pressure of 1 to 8 ata, the reaction products continuously withdraws and then the separation of the alkali metal chloride formed is carried out from the reaction solution with exclusion of water.
Bei dieser Arbeitsweise wurde überraschenderweise festgestellt, daß die Ausbeuten besonders beim Orthoameisensäuretrimethylester weitgehend von der Reaktionstemperatur und der Reaktionszeit unabhängig und viel höher als bei den bekannten diskontinuierlichen Verfahren sind. Das bedeutet, daß entgegen dem bekannten Stand der Technik die entstehenden Orthoester gegenüber dem Reaktionsmilieu beständig sind. Es ist daher nicht erforderlich, diese sofort aus dem Reaktionsgemisch abzutrennen.In this way of working it was surprisingly found that that the yields, especially in the case of trimethyl orthoformate, are largely independent of the reaction temperature and the reaction time and are much higher than in the known batch processes. That means that contrary to the known State of the art The orthoesters formed are resistant to the reaction medium. It is therefore not necessary to separate these immediately from the reaction mixture.
Als Reaktor sind insbesondere längere Reaktionsrohre geeignet, m die zweckmäßigerweise so aufgebaut sind, daß ein Absetzen des Alkälichlorids, welches sich bei der Reaktion bildet, verhindert wird. Man kann jedoch auch andere Reaktionsgefäße mit Rührvorrichtungen verwenden und auch mehrere Reaktoren hintereinander schalten, so daß im ersten Reaktor die Hauptmenge der Reaktionspartner umgesetzt wird, und in den nachgeschalteten Reaktoren die Umsetzung, gegebenenfalls bei erhöhter Temperatur und höherem Druck, zu Ende geführt wird.As a reactor, in particular a longer reaction tubes are suitable, m which are advantageously constructed such that settling of the Alkälichlorids which forms in the reaction, is prevented. However, other reaction vessels with stirrers can also be used and several reactors can be connected in series so that most of the reactants are converted in the first reactor and the reaction is completed in the downstream reactors, if necessary at elevated temperature and pressure.
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Bei Verwendung von zwei oder mehreren hintereinandergeschalteten Reaktoren ist es zweckmäßig, in dem ersten Reaktor bis zu 80 % der Reaktionspartner umzusetzen und in den nachgeschalteten Reaktoren die Reaktion zu Ende zu führen. Die Abtrennung des Alkalichlorids erfolgt dabei zweckmäßigerweise nach dem letzten Reaktor.When using two or more reactors connected in series, it is advantageous to convert up to 80 % of the reactants in the first reactor and to complete the reaction in the reactors connected downstream. The alkali metal chloride is expediently separated off after the last reactor.
Bei der erfindungsgemäßen Verfahrensweise ist darauf zu achten, daß die beiden Reaktionskomponenten möglichst schnell als homogenes Gemisch vorliegen. Dies läßt sich entweder durch heftiges Mischen der Komponenten unter Verwendung eines hochtourigen Rührers mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von etwa 100 bis 1000 Umdrehungen/Min, erreichen, oder man läßt die Mischung mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,3 bis 10 m/sec. durch einen Rohrabschnitt fließen.In the procedure according to the invention, it is important to ensure that that the two reaction components are present as a homogeneous mixture as quickly as possible. This can be done either by violent Mix the components using a high speed stirrer at a speed of about 100 to 1000 Revolutions / min, or the mixture is left at a speed of about 0.3 to 10 m / sec. through a pipe section flow.
Die entstehende beträchtliche Reaktionswärme läßt sich sowohl durch Außenkühlung als auch durch Verdampfungskühlung abführen. Die Temperatur im Reaktor soll etwa 40 bis 1200C betragen. Im allgemeinen zieht man es vor, die Reaktionstemperaturen so hoch wie möglich zu halten, um die Raum-Zeit-Ausbeuten zu erhöhen. Wendet man Temperaturen oberhalb des Siedebereiches an, so benötigt man eine Apparatur, die mäßigen Drücken widerstehen kann. Bevorzugte Temperaturen liegen im Bereich von 60 bis 10O0C.The resulting considerable heat of reaction can be dissipated both by external cooling and by evaporative cooling. The temperature in the reactor should be about 40 to 120 0 C. In general, it is preferred to keep the reaction temperatures as high as possible in order to increase the space-time yields. If you use temperatures above the boiling range, you need an apparatus that can withstand moderate pressures. Preferred temperatures are in the range of 60 to 10O 0 C.
Als Alkoholate werden vorzugsweise die Natrium- und/oder KaIiumalkoholate eingesetzt. Sie werden als Lösung in dem entsprechenden Alkohol verwendet. Die Konzentration der Lösung sollSodium and / or potassium alcoholates are preferred as alcoholates used. They are used as a solution in the appropriate alcohol. The concentration of the solution should be
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vorzugsweise so eingestellt werden, daß bei den gewünschten Reaktionsbedingungen (Druck und Temperatur) eine nahezu gesättigte Lösung vorliegt. Es ist jedoch auch prinzipiell möglich, die erfindungsgemäße Reaktion mit einer Alkoholat-Lösung geringerer Konzentration von z.B. 10 Gew.% oder noch tiefer durchzuführen.are preferably adjusted so that an almost saturated solution is present under the desired reaction conditions (pressure and temperature). In principle, however, it is also possible to carry out the reaction according to the invention with an alcoholate solution of a lower concentration of, for example, 10 % by weight or even lower.
Die beiden Reaktionspartner sollen etwa in stöchiometrisehen Mengen zur Umsetzung gebracht werden. Von Vorteil ist ein geringer Überschuß an Chloroform in der Menge, daß das Molverhältnis von Chloroform : Alkalialkoholat zwischen 1,0 : 3 und 1,2 : 3 liegt.The two reactants should be about stoichiometric Quantities are brought to implementation. A small excess of chloroform in the amount that the molar ratio of chloroform: alkali alcoholate is between 1.0: 3 and 1.2: 3.
Die Reaktionsbedingungen (Verweilzeit, Temperatur, Druck) werden vorteilhafterweise so eingestellt, daß das bei der Reaktion entstehende Alkalichlorid O bis max. 1 % Alkalialkoholat und die vom Alkalichlorid befreite Lösung noch ca. 0,5 bis 2 % Chloroform enthalten.The reaction conditions (residence time, temperature, pressure) are advantageously set so that the alkali metal chloride formed during the reaction contains 0 to a maximum of 1 % alkali metal alcoholate and the solution freed from the alkali metal chloride still contains about 0.5 to 2 % chloroform.
Die Aufarbeitung des bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise kontinuierlich anfallenden Reaktionsgemisches läßt sich mit an sich bekannten Methoden in einfacher Weise durchführen. Im allgemeinen wird das gebildete Alkalichlorid durch Zentrifugieren oder Filtration und/oder Abdampfen der Reaktionslösung entfernt, und anschließend wird der Alkohol destillativ vom Orthoester abgetrennt. The work-up in the procedure according to the invention is continuous The reaction mixture obtained can be carried out in a simple manner using methods known per se. In general the alkali metal chloride formed is removed by centrifugation or filtration and / or evaporation of the reaction solution, and then the alcohol is separated from the orthoester by distillation.
Die Aufarbeitung kann gewünschtenfalls auch diskontinuierlich durchgeführt werden.If desired, the work-up can also be carried out batchwise be performed.
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Für das örfindungsgemäße Verfahren sind Vorrichtungen aus rostfreiem Stahl besonders geeignet. Die Erfindung sei anhand folgender Beispiele erläutert, in denen sämtliche Teile Gewichtsteile darstellen:For the method according to the invention, devices are made of stainless steel Steel is particularly suitable. The invention is illustrated by the following examples, in which all parts are parts by weight represent:
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Beispiel example ΛΛ
Die kontinuierliche Herstellung von Orthoameisensäuretrimethylester wurde unter Stickstoff in einer Apparatur durchgeführt, die aus 2 Reaktoren bestand. Der erste Reaktor hatte 20 Liter und der zweite 30 Liter Inhalt. 1200 Teile Chloroform je Stunde sowie 5100 Teile/Stunde einer 32 Gew.^igen Natriummethylat-Lösung in Methanol wurden in den ersten Reaktor eingeführt. Die beiden Reaktionskomponenten wurden gut gemischt und anschließend direkt dem zweiten Reaktor zugeführt. Die Temperatur des Reakti- ^j onsgemisches wurde durch Außenkühlung auf etwa 600C gehalten. Das rohe Reaktionsprodukt wurde kontinuierlich aus dem zweiten Reaktor abgezogen, wobei der Flüssigkeitsgehalt in beiden Reaktoren während der gesamten Versuchsdauer konstant gehalten wurde. Von dem aus dem zweiten Reaktor abgezogenen Reaktionsgemisch wurde das Natriumchlorid kontinuierlich durch Zentrifugieren abgetrennt. Die vom NaCl befreite Lösung wurde in bekannter Weise destillativ aufgearbeitet..Aus der Kolonne konnten in der Stunde 130 Teile Orthoester (Siedepunkt 1020C) mit einer Reinheit J von 99,8 96.abgezogen werden. Das entsprach einer Ausbeute von 97,3 % der Theorie, bezogen auf Chloroform und 97 % der Theorie, bezogen auf Natriummethylat.The continuous production of trimethyl orthoformate was carried out under nitrogen in an apparatus which consisted of 2 reactors. The first reactor had a capacity of 20 liters and the second 30 liters. 1200 parts of chloroform per hour and 5100 parts / hour of a 32% strength by weight sodium methylate solution in methanol were introduced into the first reactor. The two reaction components were mixed well and then fed directly to the second reactor. The temperature of the reaction ^ j onsgemisches was maintained by external cooling to about 60 0 C. The crude reaction product was continuously withdrawn from the second reactor, the liquid content in both reactors being kept constant over the entire duration of the experiment. The sodium chloride was continuously separated off by centrifugation from the reaction mixture withdrawn from the second reactor. The freed from NaCl solution was in a known manner by distillation aufgearbeitet..Aus column could hour 130 parts Orthoester (boiling point 102 0 C) 96.abgezogen having a purity of 99.8 J. This corresponded to a yield of 97.3 % of theory, based on chloroform and 97 % of theory, based on sodium methylate.
Für diesen Versuch wurde die gleiche Apparatur wie in Beispiel 1 verwendet. In den Reaktor wurden 600 Teile Chloroform/Stunde sowie eine Lösung von Natriumäthylat in Äthanol mit 20 Gew.% Äthylat mit einer Geschwindigkeit von 5100 Teilen/Stunde einge-The same apparatus as in Example 1 was used for this experiment. In the reactor were 600 parts of chloroform / hour and a solution of sodium ethylate in ethanol with 20 wt.% Ethylate is fed in at a rate of 5100 parts / hour.
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führt. Das Reaktionsgemisch wurde aus dem ersten Reaktor abgezogen und kontinuierlich dem zweiten Reaktor zugeleitet, aus dem das Reaktionsprodukt so abgezogen wurde, daß der Inhalt beider Reaktionsgefäße praktisch konstant blieb. Das Gemisch wurde in jedem Reaktionsbehälter gut gerührt und durch Außenkühlung auf etwa 65°C gehalten. Die Abtrennung des Natriumchlorids und die destillative Aufarbeitung des Reaktionsgemisches erfolgte wie im Beispiel 1 beschrieben.leads. The reaction mixture was been deducted from the first reactor and continuously fed to the second reactor from which the reaction product was removed so that the contents of both the reaction vessels remained practically constant. The mixture was stirred well in each reaction vessel and kept at about 65 ° C. by external cooling. The sodium chloride was separated off and the reaction mixture was worked up by distillation as described in Example 1.
Aus der Kolonne wurden 590 Teile Orthoameisensäureäthylester/ Stunde abgezogen, das entsprach einer Ausbeute von ca. 79 % der Theorie. Der Siedepunkt des Orthoameisensäureesters lag bei 146°C.590 parts of ethyl orthoformate / hour were withdrawn from the column, which corresponded to a yield of about 79 % of theory. The boiling point of the orthoformate was 146 ° C.
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