DE2138570C3 - Verfahren zur Herstellung eines Triaikoxyaluminiums aus einer Alkylaluminiumverbindung - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Triaikoxyaluminiums aus einer AlkylaluminiumverbindungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Trialkoxyaluminiums durch Oxydation
einer Alkylaluminiumverbindung.
Die Alkoxyaluminiumverbindungen sind sehr wichtige
Ausgangssubstanzen, weil sie durch Hydrolyse in als Lösungsmittel, Weichmacher, Reinigungsmittel,
Schmiermittel usw. brauchbare Alkohole umgewandelt werden.
Es ist bekannt, daß eine Oxydationsreaktion von Trialkylaluminium durch molekularen Sauerstoff,
stufenweise wie nachstehend gezeigt:
im Gegensatz zu den durch s die'olefcbungen (J) und (2) wiedergegebenen Reaktionen, die durch die Gleichung (3) wtedergegebene
Reaktion sehr langsam und es ist sehr schwierig, die
Reaküon zu vollenden und die unerwünschten Nebey-Sionen können sehr leicht eintreten, wodurch
ίο dfc AlkylgruppeB zu Olefinen und Paraffinen umge-
*^iS daberdie Reaktionen bei einer gesteuerten
Temperatur durchgeführt werden, um die mit den
SSnen (I), (2) und O) ^»™? fj^
« Nebenreaktionen zu verhindern, so ist es schwierig,
die Reaktion (3) zu voflendea^ ,^^«"f
höhere Temperatur angewandt wnd, um die Reaktion
(3) zu vollenden, so treten bei den Reaktionen (1)
P) und (3) die Nebenreaktionen in bemerkenswertem
Umfang ein. Bei der Durchführung der Reaktionen
besteht also das Problem, sich widersprechende Forderungen zu erfüllen.
Es ist bekannt, zu' Oberwindung dieses Problems
die Alkylaluminiumverbindung mit molekularem
a5 Sauerstoff, welcher im Anfangsstadium der Reaktion
mit einer großen Menge inerten Gases verdünnt ist, zu oxydieren die Sauerstoffkonzentration des Gases
mit dem Fortschreiten der Reaktion zu steigern und im letzten Stadium zu vollenden (japanische Offen-
legungsschrift 9881/58). Ferner ist es bekannt, ein sauerstoffhaltiges Gas in ein Gemisch von mindestens
80 Gewichtsprozent inerten Kohlenwasserstoffs und Trialkylaluminium einzublasen, wodurch die Reaktion
beschleunigt wird (USA.-Patentschrift 2 863 895).
Jedoch kann das Auftreten der Nebenreaktionen nicht vollständig verhindert, und die Reaktion kann
durch kein Verfahren innerhalb kurzer Zeit vollendet werden. Ferner besteht bei jedem Verfahren der Nachteil,
daß die Ausbeute an Trialkyloxyaluminium auf
nicht höher als 90< gesteigert werden kann.
Es wurde nämlich gefunden, daß bei dem Verfahren Herstellung eines Trialkoxyaluminiums durch
Al; R
R
R
Al
OR
R
R
OR
Ali OR
— Al
.OR
OR
OR
R
OR
R
OR.
-OR
XOR
(1)
(2)
(3)
fortschreitet, wobei Al Aluminium ist, — R eine Alkylgruppe bedeutet, — OR eine Alkoxygruppe bedeutet,
und O1 molekularer Sauerstoff ist.
Die durch die Gleichungen (1) und (2) wiedergegebenen Reaktionen schreiten sehr stürmisch voran
und setzen eine große Wärmemenge frei. Wenn nicht die Reaktionen unter gesteuerten Bedingungen durch'
geführt werden, steigert sich die Temperatur, und es
Oxydieren einer Alkylaluminiumverbindung mit molekularem Sauerstoff folgende Vorgänge stattfinden:
Das Monoalkoxydialkylaluminium, welches gemäß Gleichung (1) gebildet wird, und das Dialkoxymonoalkylaluminium,
welches gemäß GLichung (2) gebilde' wird, unterliegen sehr leicht der Assoziation.
Insbesondere das Dialkoxymonoalkylaluminium be-
sitzt eine bemerkenswerte Neigung, assoziiert zu werden. Ist es assoziiert, so sind wegen der sterischen
Hinderung die verbleibenden nicht eingesetzten Alkylgruppen
der sich ergebenden Verbindungen sehr schwierig oxydierbar.
Das Monoalkoxydialkylaluminium und das Dialkoxymonoalkylaluminium unterliegen sehr leicht
der Oxydation vor der Assoziation. Die durch die Gleichung (3) wiedergegeben* Oxydationsreaktion,
vollzieht sich also zusammen mit der Assoziation des
Dialkoxymoriöalkylalumim'ums und daher muß die
Oxydation ausgeführt werden, bevor die Assoziation des Dialkoxymonoalkylaluminiums stattfindet
Da diese Tatsachen bisher nicht berücksichtigt wurden, fand bei der Oxydation einer Alkylaluminium*
e$ verbindung bei den bisherigen Verfahren, bei denen
man die Alkylalüminiumvefblndung in ein Gefäß
gab und molekularen Sauerstoff in das Gefäß einblies, die Assoziation des Dialkoxymofioalkylälumifliums
2 138
bevor die Reaktion der Alkylgruppe mit dem n Sauerstoff eintritt, und zwar wegen einer
fllen Diffusion des molekularen Sauerstoffs.
^wird die durch die Gleichung (3) wiedergegebene
ton verzögert, was die Ursache for die Hemmung
wandlung gewesen ist.
nst der Erfindung ist ein Verfahren zur lung eines TrialkoxyaJuminiums aus einer
duroiniumverbindung durch Umsetzung der
uminiumverbindung mit einem molekularen off enthaltenden Gas, dadurch gekennzeichnet,
an die Alkylaluminiuinverbindung oxydiert, man sie im Zustand eines nicht mehr als 5 ram
fifanes raft dem Gas in Berührung bringt. dungsgemäß wird ein Trialkoxyaluminium
iniumverbindung der Formel:
R1
R3
«,euet wobei in der Formel R1 und R2 Alkylgruppen
-t ? bis 30 Kohlenstoffatomen bedeuten und R3
w Älkvl- oder Alkoxygruppe mit 2 bis 30 Kohlenstoffatomen
ist. Die Erzeugung erfolgt durch Oxy-
Aotinn indem man die Alkykluminiumverbindung
S? ebem molekularem Sauerstoff enthaltenden Gas
tasSm eines Filmes in Berührung bringt, wobei
d« FHm eine Dicke von nicht mehr als 5 mm, Vorzugs-
teise rieht mehr als 3 mm, bes;-tf, und das Inbe-
rährunaringen bei einer Temperatur von -20 bis
Γί Γ vorzugsweise von 0 biV ,X)0C, und unter
einem DrSc von nicht mehr als 50 kg/cm' absolut,
vorweise von 0,5 bis 40 kg/cm* absolut, erfolgt.
nie beim erfindungsgemäßen Verfahren als Aus-
e?1—
von weniger als etwa 3 mm, besitzt» Wenn die FiImdicke etwa 5 mm überschreitet, so erfolgt die Assoziation des Dialkoxymonoalkylaluminiums bevorzugt
vor der Reaktion der Alkylaluminiumverbindung mit
dem molekularen Sauerstoff, und demzufolge kann die durch die Gleichung (3) wiedergegebene Oxydationsreaktion nicht stattfinden, und die Umwandlung wird herabgesetzt.
Wenn die Alkylaluminiuinverbindung im Zustand
t» eines solchen Filmes durch Berührung mit raotekularem Sauerstoff oxydiert wird, so schreitet die
Oxydationsreaktion voran, bevor die Assoziation des Pialkoxymonoalkylahis stattfindet, und des-HIb kann die Reaktion in kurzer Zeit durobgeführt
»5 werden. Gleichzeitig kann die Umwandlung betracm-
lieh erhöht werden.
Außerdem kann die Beseitigung der Reaktionswärme
wegen des Filmzuslandes leicht durchfc-eröh,t werden
und das Auftreten der Nebenreaktionen kann man
ao beträchtlich herabmindern. Die Reaktion kann im
Filmzustand leicht durchgeführt werden, indem man als Reaktor einen solchen mit benetzter Wandung,
einen bepackten Kolonnenreaktor, einen Rotaöonsfilmreaktor,
einen Reaktor, welcher in der Lage ist,
a5 eine Flüssigkeit auf eine Reaktorwandung im FiUnzustand
mittels ein* Gasstroms auszudehnen usw.,
anwendet.
Als das molekularen Sauerstoff enthaltende Gas verwendet man beim ernndungsgemaßen Verfa hren
so Sauerstoff, mit inerten Gasen wie Stickstoff und
Argon oder Kohlenwasserstoffen wie Propan und
Butan verdünntes Sauerstoffgas Luft od dgl. Das den molekularen Sauerstoff enthaltende Gas kann
parallel mit oder im Gegenstrom zu den»Strom der
Alkylaluminiumverbmdung du/ehden »*££■*£
Beim ernndungsgemaßen Verfahren betragt^ der
R1
AJ-R2
R,
R,
40
welcher R, und
tennaR^ncAIkyignypeoder
AlkoxygruppemitlbisSOKohlenstoffatomenbedeutet.
A Zu Beisp^n der ^^aluminiumverbindungen
zählen Tributylalumimum, Tripentylaluminium, Trihexvlaluminium,
Trioctylaluminium, TridecylaluminSm iridodecylaluminium, Trihexadecylaluminium,
TStadecylaluminium und dieTeiloxydationsprodukte
die Reaktion in kürzerer Zeit wirksam durchgeführt werden und daher ist es erwünscht, den Partialdruck
der> Sauerstofrs so hoch wie möglich zu wählen.
Die Oxydationsreaktion wird gewöhnlich bei einer Temperatur von - 20 bis 150° C, jedoch vorzugsweise
mit 2 bis 30 Koh- 45 bei einer Temperatur von 0 bis 100 C, durchgeführt
Wenn ^^SSS^^^
ist, so ist die Reaktionsges cn win digKe» Be™ß ' fc
hingegen SeUenreakUonen sta tfinden wem, dje Reak
..onstemperatur 150 9 "be^hra^ Daher ,«
Reaktionstemperatur über den Bereich von 150» C hinaus, nicht vorzugehen.
Die Oxydationsreak ·οη w.rd gewohnhch
er
tfctiÄa=
·^ durch ein Kühlmedium
iltie Dicke von weniger als etwa 5 mm, vorzugsweise
abzuführen.
Als Lösungsmittel, welches mit der Alkylatuminiumverbindung zum Entfernen der Reaktionswärme vermischt werden soll, werden Verbindungen verwendet,
welche einen Siedepunkt von -SO bis ISO0C besitzen
und welche gegenüber den Alkylaluminiumverbindüngen im wesentlichen inert sind. Beispiele solcher
Lösungsmittel sind Paraffine wie Butan, Pentan, Hexan, Heptan und Octan; Cycloparaffine wie Cyclotmtan, Cyclopentan und Cyclohexan; Olefine wie
Buten, lauten, Hexen und Hepten; Cycloolefine wie u
Cyclohexen und Cycloocten; aromatische Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol und Xylol
Das so erhaltene Trialkoxyaluminium ist eine Alkoxyalurainiumverbradung, weiche Alkoxygruppen
aufweist, die den Alkylgruppen des verwendeten Ausgangsmaterials entsprechen und welche durch
die allgemeine Formel:
OR1
AL -OR2 ao
OR3
wiedergegeben wird, in welcher -OR1, -OR2
und — OR3 die Alkoxygruppen mit 2 bis 30 Kohlen- as
Stoffatomen bedeuten.
Zu Beispielen des so erhaltenen Trialkoxyalummiums,
zählen Tributoxyaluminium, Tripentoxyaluminium, Trihexoxyaluminium, Trioctoxyaluminium,
Tridecyloxyaluminium, Tridodecyloxyaluminium, und Trihexadecyloxyaluminium oder deren Gemische.
Das so erhaltene Trialkoxyaluminium wird dann hydrolysiert, beispielsweise mit Wasser, Schwefelsäure
oder Natriumhydroxyd, wodurch der entsprechende Alkohol gebildet wird.
Der so erhaltene Alkohol kann als Lösungsmittel, Weichmacher, Reinigungsmittel, Schmiermittel usw.
wirksam verwendet werden.
Erfifldungsgemaß können, wie oben eingehend erläutert,
die folgenden bemerkenswerten Vorteile erzielt werden:
1. Es kann beträchtlich hohe Umwandlung durch Oxydation erreicht werden.
2. Das Auftreten unerwünschter Nebenreaktionen kann verhindert werden.
3. Die Zeit für die Oxydationsreaktion kann stark abgekürzt werden.
4. Die Reaktiohsbedingungen können sehr leicht gesteuert werden.
Die Erfindung sei nunmehr unter Bezugnahme auf die folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert,
welche indes über den Rahmen der Erfindung nichts aussagen.
Ein Reaktor des Typs mit sich drehendem Film, bestehend aus einem Glasrohr mit einem Innendurchmesser von 15 mm und einer Höhe von 1800 mm,
und einem sich drehenden Teflonband mit einer Breite von 13 mm, wobei das Band im Rohr angebracht ist upd sich mit ISSO U/min dreht, wird gründlich mit trockener Luft durchspült. Dann bringt man
in den Reaktor, Vom Oberteil des Reaktors her mit einer Geschwindigkeit von 3,6 g/min ein Gemisch,
welches aus 80,4 Gewichtsprozent trocknen n-Pentans und 19,6 Gewichtsprozent Tri-2-äthylhexylaluminium besteht. Das Gemisch wird durch das sich drehende Band in die Form eines Filmes gebracht, welcher eine
Dicke von etwa I mm besitzt und man fahrt im Gegenstrom dem Reaktor trockne Luft mit einer Geschwindigkeit von 1 l/min zu, wodurch die Reaktion durch«
geführt wird. Die Außenwandung des Reaktors hält man konstant bei 300C, indem man auf 300C gekühltes Kerosin durch eine Ummantelung rings um
den Reaktor zirkulieren läßt Das Restgas aus dem Reaktor wird vom Lösungsmittel und Nebenprodukten abgetrennt, mit dem Gas in einen Unterkühler
gezogen und unter Steuerung so gespült, daß der Druck innerhalb des Reaktionssystems unter Atraosphärendruck gehalten werden kann. Die Produktflüssigkeit wird kontinuierlich vom Boden des Reaktors abgezogen und in einem Lagertank für Produktflüssigkeit gelagert Nachdem man die Reaktion auf
stationären Zustand gebrach* bat, werden die im Unterkühler gesammelten Kohlenwasserstoffe und die
PoduktflQssigkeit im Flü^sigprodukt-LagertanK, sämtlich
miteinander vereinig, und der Verdampfungstrennung im Vakuum unterwc rf en. Die sich ergebende,
verbleibende Flüssigkeit wird hydrolysiert und die so erhaltene organische Schicht und die als solche verdampften
Kohlenwasserstoffe werden analysiert. Man findet, daß 94,2% der Alkylgruppen der Ausgangs-Alkylaluminiumverbindung,
zum Alkoxyaluminium, 2,3% davon in Paraffin, und 0,6% davon in Olefine
umgewandelt sind, währead 2,9% davon unreagierte Alkylgruppen sind.
Nachdem man einen Reaktor mit benetzter Wandung mit einer Stahlummantelung, welcher einen
inneren Durchmesser von 40 mm und eine Höhe von 2500 mm besitzt, gründlich mi* trockner Luft durchgespült
hat, wird der Druck des ReaLiionssystems auf
7 atü gesteigert und mit einer Geschwindigkeit von 6,5 kg/Stunde, führt man dem Reaktor vom Reaktoroberteil
her ein Gemisch aus 89,0 Gewichtsprozent trocknen flüssigen Butan-Buten-Gemisches und 11,0Gewichtsprozent
eines Lösungsgemisches zu. welch letzteres aus 84,7 Äquivalentprozent Tri-2-äthylhexylaluminium,
6,3 Äquivalentprozent Tri-2-äthyl-4-methylpentylaluminium
und 9,0 Äquivalentprozent Tri-2-methylhexyIaluminium
besteht Zur gleichen Zeit führt man im Gegenstrom mit einer Geschwindigkeit von 500 l/Stunde trockne Luft zu und man führt die
Reaktion durch, während man das Restgas vom Reaktor so durch einen Unterkühler spult, daß das
Reaktionssystem bei 10 atü gehalten werden kann.
Die Außenwandung des Reaktors' hält man konstant bei 200C, indem man auf 200C gekühltes Kerosin
durch die Ummantelung des Reaktors zirkulieren läßt.
Die i'roduktflüssigkeit wird kontinuierlich vom
Buden des Reaktors abgezogen und im Lagertank für flüssiges Produkt gelagert Nachdem man die
Reaktion auf stationären Zustand gebracht hat
werden die im Unterkühler gesammelten Kohlenwasserstoffe als solche analysiert, und die Produktflüssigkeit im Flüssigprodukt-Lagertank wird der
Analyse unterzogen, nachdem man die Flüssigkeit in Kohlenwasserstoffe und Alkoxyaluminium getrennt hat, indem man die abgetrennten Kohlenwasserstoffe als solche analysiert, aber das Alkoxyaluminium hydrolysiert und die sich ergebende
organische Schicht analysiert. Als Ergebnis findet £. matt, daß 96,0% der Alkylgruppen der Ausgangs-
1,5% zu Paraffinen und 0,5% zu Olefinen umge-, wandelt sind, während 2,0% nicht umgesetzte Alkyl-
gruppen sind.
Eine Pack-Flüssigkeitsspray-Kolonne mit Untmantelung, welche eisen Innendurchmesser von 40 mm
ufid eine Höhe von 2500 mm besitzt, wird mit Spezial·
ringen aus rostfreiem Stahl bepackt und gründlich mit einem Gas durchspült, welches aus 20 Volumprozent Sauentoff und 80 Volumprozent Propan
besteht Dana führt man dem Reaktor von dessen
Oberteil mit einer Geschwindigkeit von 3,50 kg/Stunde, ein Gemisch aus 85 Gewichtsprozent trocknete Toluol
-~ j lin«.,^,,,,,«,^, Alkvlaluminium hinzu, wel-
ein Genüscn aus aa vjcwiviiu>i»u<~..i ...
und 15 Gewichtsprozent Alkylaluminium hinzu, wel Ches durch Äthylen-Wachstumsreaktion erhalten
wurde und welches durchschnittlich 12 Kohlenstoffatome und eine Poisson-Verteilung aufweist. Gleichzeitig führt man dem Reaktor im Gegenstrom mit
einer Geschwindigkeit von 1,5 m'/Stunde, ein Gas· gemisch aus 20 Volumprozent Sauerstoff und 80 Volumpro/ent Propan ta. Die Reaktion wird in dieser
Weise durchgefünr. Die Außenwandung des Reaktors hält man konstant bei 300C, indem man auf
3o° gekühltes K rosin durch die Ummantelung rings um den Reakte* zirkulieren läßt. Das Rest·
gas aus dem Reaktor läßt man durch einen Kühler gehen, wo das Lösungsmittel und Nebenprodukte,
welche durch das Gas mitgerissen wurden, abgetrennt werden, und dann spült man, während man
den Druck des Reaktionssystems so steuert, daß er bei atmosphärischem Druck gehalten werden kann.
Die Produktflüssigkeit wird kontinuierlich vom Boden des Reaktors abgezogen und in einem Lagertank
für Flüssigprodukt gehalten. Nachdem man die Reaktion auf stationären Zustand gebracht hat,
werden die Produkte in gleicher Weise wie im Beispiel 1 analysiert. Man findet, daß 97,0% des Octyl·
aluminiums der Ausgangs-Alkylaluminiumverbindungen in Octoxyaluminium umgewandelt wurden,
und daß 95,5% des Hexadecylaluminiums in Hexadetoxyaluminium umgewandelt wurden, während die
Rückstände Nebenprodukte und nicht umgesetzte Alkylähimmramverbindüngen sind.
In einen Gasblasreaktor mit Flüssigkeitskolonne und Ummantelung, welcher einen inneren Durchmesser von 150 mm und ein Fassungsvermögen von
27,11 besitzt, führt man mit einer Geschwindigkeit von 11 l/Stunde, eine Lösung aus 50 Gewichtsprozent
Tri-2-äthylhexylaluminium und 50 Gewichtsprozent
Heptan ein. Zur gleichen Zeit führt man dem Reaktor ίο vom Boden her Trockenluft mit einer Geschwindigkeit von 1,35 Nm*/Stunde zu. In dieser Weise wird
die Oxydationsreaktion durchgeführt. Die Reaktionstemperatur hält man bei 300C. Die Flüssigkeit wird
aus dem Reaktor abgezogen, wobei man einen is Flüssigkeitsspiegel im Reaktor konstant hält, und das
Gas wird ebenfalls vom Reaktoroberteil abgezogen, während man den Reaktor unter Atmosphärendruck
hält. Nachdem man die Reaktion auf stationäres Stadium gebracht hat, wird die Produktflüssigkeit
jM> analysiert. Man findet, daß 77,8% der Alkylgruppen
der Alkylaluminiumverbindung zu Alkoxygruppen und 8,5% zu Paraffinen und Olefinen umgewandelt
wurden, während 13,9% nicht umgesetzter Alkylgruppen verbleiben Dann führt man das sich eras gebende Alkylaluminiumgetnisch in einen Gasblasreaktor mit Flüssigkeitskolonne ein, welcher mit
einem Rührer ausgestattet ist und einen Innendurchmesser von 250 mm und t'n Fassungsvermögen von
601 besitzt, wobei die ZuI ahrgeschwindigkeit 101/ 3ö Stunde beträgt. Gleichzeitig führt man dem Reaktor
von dessen Boden trockenen Sauerstoff mit einer Geschwindigkeit von lOONI/Stunde zu Die Reaktionstemperatur hält man bei 3O0C. Der Rührer ist
ein Achtstufen-Turbinenrührer. Nachdem man die 3$ Reaktion auf völlig stationäres Stadium mit Rühren
bei 95 U/min gebracht hat, wird die Produktflüssigkeit geprüft und analysiert Man findet, daß 81,2% der
Ausgangs-Alkylaluminiumverbindung zum Alkoxyaluminium umgewandelt wurden, während der Rest
4» Nebenprodukte und nicht umgesetzte Alkylaluminiumverbindung ist
Aus den vorstehenden Beispielen und dem Vergleichsbeispiel ist ersichtlich, daß im Vergleich mit
dem bekannten Verfahren, beim erfindungsgemäßen 45 Verfahren eine beträchtlich höhere Umwandlung
erzielt werden kann und daß die Oxydatior -n kürzerer
Zeh mit viel weniger Auftreten von Nebenreaktionen durchgeführt werden kann.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung eines Trialkoxyaluminiums aus einer Alkylaluminiuraverbindeng
durch Umsetzung der Alkylaluaimiumverbinrtung
mit einem molekularen Sauerstoff enthaltenden Gas» dadurch gekennzeichnet, daß
man die Alkylahrnifniumverbindung oxydiert, indem man sie im Zustand eines nicht mehr als S mm
dicken Fumes mit des Gas in Berührung bringt.
2. Verfemten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Fümdicke von nicht mehr
als 3 mm einhalt
3. Verfehlen nach einem der vorhergehenden Anspreche, dadurch gekennzeichnet, daß man die
Afkylahiuiuverbmthmg mit einem Lösungsmittel
verdünnt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die
Oxydation bei einer Temperatur von —20 bis 1500C, vorzugsweise 0 bis 1000C, durchführt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die
Oxydation unter einem !Druck von nicht mehr als 50 kg/cm* absolut, vorzugsweise 0,5 bis 40 kg/cm*
absolut, durchführt.
treten leicht tmerottwcbte Neberowkifoii«^, wodurch dte Alkylgrtrapen zu Olefinen und Paraffinen
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