DE2138570C3 - Verfahren zur Herstellung eines Triaikoxyaluminiums aus einer Alkylaluminiumverbindung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Triaikoxyaluminiums aus einer Alkylaluminiumverbindung

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DE2138570C3
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    • C07C29/50Preparation of compounds having hydroxy or O-metal groups bound to a carbon atom not belonging to a six-membered aromatic ring by oxidation reactions with formation of hydroxy groups with molecular oxygen only
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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
Al
OR
R
OR Ali OR
— Al
.OR
OR
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
ZUr nciaisiiunß uuu »..— j
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,
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
VÄfWetidert, weit es sehr fcirtit .st, die Reaknons^
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.
Beispiel 1
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.
Beispiel 2
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-
Alkylaluminiumverbindung zu Alkoxyaluminium,
1,5% zu Paraffinen und 0,5% zu Olefinen umge-, wandelt sind, während 2,0% nicht umgesetzte Alkyl-
gruppen sind.
Beispiel 3
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-
Vergleichsbeispiel
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)

Patentansprüche:
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
DE2138570A 1970-08-18 1971-08-02 Verfahren zur Herstellung eines Triaikoxyaluminiums aus einer Alkylaluminiumverbindung Expired DE2138570C3 (de)

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US3736342A (en) 1973-05-29
GB1354730A (en) 1974-06-05
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