DE2218004A1 - Verfahren zur herstellung von anthracenen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von anthracenen

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Description

FARBENFABRIKEN BAYER AG
LEVERKUSEN-Bayerwerk '^ »»ΡΓΟ 1972
Zentralbereidi 2218004
Patente, Marken und Lizenzen
Dz/Cr
Verfahren zur Herstellung von Anthracenen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur thermischen Umwandlung von Diphenylmethanen in Anthracene.
Es ist bereits bekannt, aus Benzyltoluol in der Gasphase thermisch Anthracen darzustellen (Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft 5, 1071 (1872)). Bei diesem Verfahren, das in einem hocherhitzten Reaktionsrohr durchgeführt wird, wird Benzyltoluol teilweise zu Anthracen umgesetzt. Bei diesem Verfahren treten an den Wandungen des Reaktionsrohres Kohlenstoffablagerungen auf. Die Kohlenstoff bildung ist besonders stark, wenn man für das Reaktionsrohr eisenhaltige Werkstoffe, z.B. Stahl, verwendet. Die Kohlenstoffablagerung führt dann zu mechanischen Schwierigkeiten durch Verstopfung, bedingt eine erhebliche Verschlechterung der Selektivität der Umsetzung und macht eine kontinuierliche Durchführung der Reaktion über einen längeren Zeitraum unmöglich.
Es wurde nun gefunden, daß man die Kohlenstoffabscheidung bei der Herstellung von Anthracenen durch thermische Umwandlung von Diphenylmethanderivaten mit einer Methylgruppe
Le A 14 336
309845/1113
in o-Stellung zum Methan-Kohlenstoffatom vollständig vermeiden kann, wenn man die thermische Umwandlung in Gegenwart kleiner Mengen von Schwefel in elementarer oder gebundener Form durchführt.
Für den Zusatz von Schwefel in gebundener Form zum Einsatzprodukt sind die verschiedensten Schwefelverbindungen geeignet. Bevorzugt kommen flüchtige Schwefelverbindungen in Betracht. Beispielsweise können anorganische Schwefelverbindungen verwendet werden, wie Schwefelkohlenstoff, Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid. Als organische Schwefelverbindungen kommen z.B. infrage: Thiole, wie Methylmercaptan, Äthylmereaptan, n-Propylmercaptan, iso-Propylmercaptan, n-Butylmereaptan, iso-Butylmercaptan, iso-Butenylmercaptan, tert.-Butylmercaptan, n-Dodecylmereaptan, Allylmercaptan, Benzylmereaptan, Äthandithiol, Monothioglykol; Thiophenole, wie Thiophenol, o-Thiokresol, Thiosalicylsäure; Thio-Alkane, wie Diäthylsulfid, Dipropylsulfid, Äthylpropylsulfid, Thiodiglykolsäure, Diallylsulfid, Allyl-ß-oxyäthylsulfid, ß-Naththyl-n-hexylsulfid, Thiocyclopentan, Thiocyclohexan, Äthylensulfid; Disulfide, wie Diäthyldisulfid, Methyläthyldisulfid, Diallyldisulfid, Diphenyldisulfid, Dithiodiglykolsäure, Dioxy-diäthyldisulfid, Cyxtin; organische Polysulfide, wie Äthylhydrogentrisulfid, Diphenyltrisulfid, Di-o-tolyltrisulfid,Amyltetrasulfid, Dibenzylpentasulfid; Sulfonsäuren und ihre Derivate, wie Benzolsulfonsäure, p-Toluolsulfonsäure, p-Phenolsulfonsäure, p-Anilinsulfonsäure(=Sulfanilsäure), Methandisulfonsäure, Isäthionsäure; Sulfone, wie Di-n-buty^sulfon, Diacetonylsulfon, 4-Methyl-diphenylsulfon; Sulfoximine, wie Dimethylsulfoximin; Sulfensäuren und ihre Derivate; Sulfinsäuren und ihre Derivate, wie Benzolsulfinsäure, Äthansulfinsäure, p-Toluolsulfinsäure; Sulfoxide und ihre Derivate,wie Diphenyldisulfoxid, Diäthylsulf oxid, Tetraphenylschwefel; Sulfinimine; Trialkylsulfoniumsalze, wie Triäthylsulfoniumäthylsulfat; Thiosulfensäureester, wie Benzolthiosulfonsäurephenylester; Thiosulfinsäureester;
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22180(H
Thioaldehyde, wie Trithioformaldehyd; Thioketone, wie Thiobenzophenon, Thiocyclopentanon; Monothioacetale, wieci^ß'-Dialkoxydiäthylsulfid; Mercaptale, wie Diäthylacetonmercaptal;
Mercaptole, wie Benzildiphenylmercaptol; schwefelhaltige Heterocyclen, wie Thiphene, Thiotolene, Thioxene, Thionaphthen, Thiophthen, Azathiophene, (Diazathiophene), Trithione (z.B. 4,5-Dimethyl-trithion), Thiopyrone, Thiazine, Thioxanthren, Thianthren; Thiocarbonsäuren und deren Derivate, wie Thioessigsäure, Thiobenzoesäure, Dithiobenzoesäure, Thioformamid; Thiokohlensäurederivate, wie Schwefelkohlenstoff, Kohlenoxysulfid, Thiocyansäure, Isothiocyansäure, Dirhodan, Rhodanwasserstoffsäure, Phenylrhodanid, Thiokohlensäureester, Xanthogensäurederivate, Thiourethane, Bithiocarbamidsäure, Thioharnstoff, Isothioharnstoff, Thiuramsulfid. Geeignete Konzentrationen an Schwefel oder Schwefelverbindungen liegen, gerechnet als elementarer Schwfel, bei 0,001 bis 1, vorzugsweise 0,01 bis 0,1, Gewichtsprozent, bezogen auf das eingesetzte Diphenylmethan.
Die schwefelhaltigen Substanzen können in verschiedener Form dem Einsatzprodukt zugefügt werden. Sie lassen sich gasförmig oder flüssig den Einsatzdiphenylmethanen zumischen. Man kann ebenso Lösungen der festen, flüssigen oder gasförmigen Schwefelverbindungen im Einsatzprodukt herstellen und mittels einer Pumpe dem Hauptstrom an Diphenylmethanen zudosieren. Flüchtige Schwefelverbindungen lassen sich auch gasförmig in den Einsatzstrom leiten,
Man kann die schwefelhaltigen Verbindungen direkt dem Einsatzprodukt vor der Verdampfung der Diphenylmethane zufügen, sie lassen sich ebenso direkt in den Verdampfer eingeben oder in den gasförmigen Strom der Diphenylmethane nach dem Verdampfer.
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Vorzugsweise löst man die flüssigen oder festen Schwefelverbindungen im Einsatzprodukt oder dosiert leichtflüchtige Substanzen in den gasförmigen Einsatzstrom nach dem Verdampfer.
Als Diphenylmethanderivate können für das erfindungsgemäße Verfahren Verbindungen der allgemeinen Formel
worin
R^ und FL, unabhängig voneinander für Wasserstoff oder
Alkyl-, Aryl- oder Aralkylreste stehen, m eine Zahl von 1-5 bedeutet, und η für eine Zahl von 1-4 steht,
verwendet werden, wobei Anthracene der allgemeinen Formel
(II)
worin
FU und R/ unabhängig voneinander für Wasserstoff oder
Alkyl-, Aryl- oder Aralkylreste stehen, und ρ und q unabhängig voneinander eine Zahl von 1-4
bedeuten,
gebildet werden.
Le A 14 336 - 4 -
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Als Reste R- bis R, kommen beispielsweise Kohlenwasserstoffreste mit bis zu 12 C-Atomen in Betracht, z.B. Alkylreste, wie Methyl, Äthyl, n-Propyl, iso-Propyl, η-Butyl, iso-Butyl, tert.-Butyl, n-Pentyl, iso-Pentyl, 2-Methylpentyl, 3-Methylpentyl, n-Octyl, iso-Octyl sowie Cyclohexyl; Arylreste, wie Phenyl, 2-Methylphenyl, 4-Methylphenyl, Naphthyl; Aralkylreste, wie Benzyl, Phenyläthyl, Phenylpropyl, Phenylbutyl. Vorzugsweise stehen die Kohlenwasserstoffreste bis R^ für eine Methylgruppe.
Besonders bevorzugt werden im Rahmen von Verbindungen der Formel (I) Diphenylmethandrivate verwendet, die der folgenden Formel entsprechen:
(III)
worin
R„' und
für Wasserstoff oder einen Methylrest stehen.
Die Verbindungen der Formel (III) werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in Anthracene der allgemeinen Formel (IV) umgewandelt:
(iv)
worin
,f und R^' für Wasserstoff oder einen Methylrest stehen-
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Als Diarylmethane seien im einzelnen beispielsweise genannt:
2-Methyldiphenylmethan, 2,3-Dimethyldiphenylmethan, 2,4-Dimethyldiphenylmethan, 2,2'-Dimethyldiphenylmethan, 2,3-Dimethyldiphenylmethan, 2,4-Dimethyldiphenylmethan, 2-Methyl-3-äthyldiphenylmethan, 2-Methyl-4-äthyldiphenylmethan, 2-Methyl-5-äthyIdiphenylmethan, 2-Methyl-6-Äthyldiphenylmethan, 2-Methyl-2'-äthyldiphenylmethan, 2-Methyl-3'-äthyldiphenylmethan, 2-Methyl-4'-äthyldiphenylmethan, 2,3,4-Trimethyldiphenylmethan, 2,3,5-Trimethyldiphenylmethan, 2,3,6-Trimethyldiphenylmethan, 2,3 ,2'-Trimethyldiphenylmethan, 2,3,3'-Trimethyldiphenylmethan, 2,3,4'-TrimethyIdiphenylmethan, 2,5,2'-Trimethyldiphenylmethan, 2,5,3'-Trimethyldiphenylmethan, 2,5,4'-Trimethyldiphenylmethan, 2,3-Dimethyl-2'-äthyldiphenylmethan, 2,3-Dimethyl-3'-äthyldiphenylmethan, 2,3-Dimethyl-4'-äthyldiphenylmethan, 2-Methyl-3,2'-diäthyldiphenylmethan, 2-Methyl-3,3'-di-n-propyldiphenylmethan,2-Methyl-3,4'-di-n-butyldiphenylmethan, 2-Methyl-5-äthyl-31-isopropyldiphenylmethan, 2-Methyl-5-iso-butyldiphenylmethan, 2-Methyl-4-äthyl-4'-cyclohexyldiphenylmethan, 2-Methyl-6-äthyl-3'-iso-propyldiphenylmethan, 2-Methyl-5-n-propyl-4'-isooctyldiphenylmethan, 2-Methyl-5-n-butyl-3',4'-diäthyldiphenylmethan, 2-Methyl-3',4',5'-triäthyldiphenylmethan, 2-Methyl-3-iso-butyl-3'-n-butyldiphenylmethan, 2,3',4'-Trimethyl-4-n-pentyldiphenylmethan, 2,4-Dimethyl-3',5'-di-isopenthyldiphenylmethan, 2-Me thyl -5 -pheny Id iphenylme than, 2,4-Diphenyl-4'-(4-Methylphenyl)-diphenylmethan, 2,3'-Dimethyl-5-naphthyldiphenylmethan, 2-Methyl-4-(2-methylphenyl)-3',4'-dipropyldiphenylmethan, 2,4-Dimethyl-5-naphthyl-3'-diisopropyldiphenylmethan, 2,4,3'-Trimethyl-3-äthyl-5'-(tert.)-butyldiphenylmethan, 2-Methyl-4'-phenyläthyIdiphenylmethan, 2-Methyl-3-äthyl-4fphenylpropyIdiphenylmethan, 2,4-Dimethyl-3'-phenylbutyldiphenylmethan, 2-Methyl-4-benzyl-3', 4' , 5.'-tributyldiphenylmethan, 2,2'-Dirnethyl-4,5-diäthyl-5'-phenyläthyldiphenylmethan, 2,3'-Dimethyl-5-isobutyl-4'-benzyl-5',6'-diäthyIdiphenylmethan, 2-Methyl-5-phenylpropyl-3-benzyl-4',6'-diäthyl-5'-(tert.)butyldiphenylmethan, 2,3,2'-Trimethyl-4-phenylbutyl-5,6'-diäthyl-41-(4-Methylphenyl)diphenylmethan, 2,3-Dimethyl-5-naphthyl-3',5'rdiisopropyldiphenylmethan.
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Die Umwandlung der Diphenylmethanderivate in Anthracene der Formel (II) kann anhand der folgenden Gleichungen erläutert werden:
2-Methyldipheylmethan >· Anthracen + 2 H2
2,5-Dimethyldiphenylmethan —> 2-Methylanthracen + 2 H2
Bei den Umwandlungen kann ein Kohlenwasserstoff als Nebenprodukt gebildet werden, beispielsweise Methan, entsprechend der Gleichung:
2.5-Dimethyldiphenylmethan > Anthracen + Methan + EL
In geringem Maße können auch Nebenreaktionen auftreten, beispielsweise entsprechend der Gleichung:
2-Methyldiphenylmethan + H2 Diphenylmethan + Methan.
Die Umsetzung kann im Temperaturbereich von 400 bis 800 C, vorzugsweise von 600 bis 7000C durchgeführt werden, wobei man bei Normaldruck, erhöhtem oder vermindertem Druck arbeiten kann. Vorzugsweise wird bei Normaldruck oder schwach erhöhtem Druck, z.B. 1 bis 3 ata, gearbeitet. Die Verweilzeit kann in weiten Grenzen schwanken. Geeignete Verweilzeiten liegen beispielsweise zwischen 0,1 und 100 Sekunden. Vorzugsweise werden Verweilzeiten von etwa 1 bis 10 Sekunden angewandt. Es kann vorteilhaft sein, die Umsetzung in turbulenter Gasströmung durchzuführen. Die thermische Umwandlung kann bei konstanter Temperatur in isothermer Fahrweise oder bsi unterschiedlichen Temperaturen im Temperaturbereich von AOO bis 8000C bei adiabatischer oder teiladiabatischer Fahrweise durchgeführt werden. Man kann die Diarylmethane in geradem Durchgang weitgehend vollständig zu Anthracenen umsetzen. Ss ist ferner möglich, die Diphenylmethane in /,eradem Durchgang nur teilweise umzusetzen und die nichtumgesetzten
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2218Q(K
Diphenylmethanderivate aus dem Raktionsprodukt, z.B. durch Destillation, abzutrennen und in die Reaktion zurückzuführen, um auf diese Weise eine vollständige Umsetzung zu erzielen.
Die Möglichkeit einer te ohnischen Durchführung des Verfahrens sei im folgenden am Beispiel der Umwandlung von 2-Methyldipheny lmethan zu Anthracen veranschaulicht.
Man kann z.B. 2-Methyldiphenylmethan bei Normaldruck oder schwach erhöhtem Druck unter Zusatz von 0,01 - 0,1 Gewichtsprozent Schwefelkohlenstoff verdampfen, das gasförmige Einsatzprodukt auf die Keaktionstemperatur von 65O0C aufheizen, bei dieser Temperatur durch ein Reaktionsrohr bei einer Verweilzeit von 0,1 - 100 Sekunden leiten, anschließend das gasförmige Reaktionsprodukt beispielsweise auf 100 - 2500C abkühlen, das auf diese Temperatur gekühlte Reaktionsprodukt in eine kontinuierliche Destillationskolonne eingehen, in der bei Normaldruck oder vermindertem Druck, beispielsweise bei 100. Torr, das nicht umgesetzte Methyldiphenylmethan als Kopfprodukt aagetrennt und in die Umsetzung zurückgeführt wird, während das bei der Reaktion entstandene Anthracen am Sumpf oder als Seitenstrom im unteren Teil der Kolonne abgezogen wird. Es kann vorteilhaft sein, nach dem Abkühlen des gasförmigen Reaktionsproduktes auf 100 - 25O0C in einem Abscheider eine Trennung vorzunehmen in ein flüssiges Produkt, das im wesentlichen aus Methyldiphenylmethan und Anthracen besteht, und in ein gasförmiges Produkt, das im wesentlichen aus dem bei der Reaktion gebildeten Wasserstoff besteht. Aus der Gasphase kann man durch Abkühlen auf Temperaturen unterhalb 50°C in dem Wasserstoffstrom enthaltenes Methyldiphenylmethan in flüssiger Form abscheiden und in die Destillation oder Umsetzung zurückführen.
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Bei der Umsetzung von Dirnethyldiphenylmethanen kann in ähnlicher Weise gearbeitet werden wie bei der Umsetzung von 2-Methyldiphenylmethan. Man erhält ein Gemisch aus Anthracen und Methylanthracen. Es wird fernerhin ein im wesentlichen aus Wasserstoff und Methan bestehendes Abgas erhalten.
Die Umsetzung der Diphenylmethane kann in Gegenwart von inerten Gasen, wie Stickstoff oder Methan, durchgeführt werden. Es kann vorteilhaft sein, die Umsetzung in Abwesenheit von Sauerstoff durchzuführen. Als Material für die für die Umsetzung verwendeten Apparaturen, insbesondere für den Vorheizer, den Reaktor und die Kühler, können Stähle, z.B. normaler C-Stahl oder Spezialstähle, verwendet werden.
Beispiel 1;
370 g 2-Methyldiphenylmethan werden stündlich in ein elektrisch auf 5000C beheiztes Rohr aus Stahl von 3 m Länge und 6 mm lichter Weite gepumpt, wo Verdampfung und Aufheizung auf 5000C erfolgt. Die Methyldiphenylmethandämpfe werden durch ein auf 6000C elektrisch beheiztes Reaktionsrohr aus Stahl von 3 m Länge und 6 mm lichter Weite geleitet, anschließend auf 1500C abgekühlt und in eine flüssige, aus Anthracen und 2-Methyldiphenylmethan bestehende Phase und eine im wesentlichen aus Wasserstoff bestehende Gasphase getrennt. In dem bei 1500C flüssigen Reaktionsprodukt wird der Gehalt an gebildetem Anthracen, gebildetem Kohlenstoff und nichtumgesetztem 2-Methyldiphenylmethan bestimmt. Die Versuche werden mit Zusätzen von verschiedenen Schwefelverbindungen zum Einsatzprodukt und in einem Vergleichsversuch ohne Zusatz von Schwefel oder Schwefelverbindungen durchgeführt. Die erhaltenen Versuchsergebnisse gehen aus der nachfolgenden Tabelle hervor:
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Zusatz von Schwefel
in Gew.-% bezogen auf eingesetztes 2-Methyldipheny!methan
in Form von
Reaktionsprodukte
in g/h
Anthracen Kohlenstoff
0,00 0,C5 0,05 0,05 0,05
ohne Zusatz 30
Schwefelkohlenstoff 42
elementarer Schwefel 40
Schwefelwasserstoff 41
Methylmercaptan 40
10
0,0 0,0 0,0 0,0"
Bei dem Versuch ohne Zusatz von Schwefel oder Schwefelverbindungen trat nach 36 Stunden ein Druckanstieg auf. Ausbau und Aufschneiden des Reaktionsrohres zeigte eine Verstopfung durch an den Wandungen abgeschiedenen Kohlenstoff. Bei den Versuchen mit Zusatz von Schwefel oder Schwefelverbindungen konnte nach einer Laufzeit von jeweils 200 Stunden in dem Reaktionsrohr keine Abscheidung von Kohlenstoff festgestellt werden.
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- 10 -
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Beispiel 2:
Beispiel 1 wurde mit Zusatz von 0,05 Gew.-% Schwefel (bezogen auf eingesetztes 2-M3thyldiphmylmethan) in Form von Schwefelkohlenstoff wiederholt, jedoch betrug die Reaktionstemperatur 620 C. Außerdem wurde ein 6 m langes Reaktionsrohr anstelle des in Beispiel 1 benutzten 3 m langen Reaktionsrohres verwendet. Es wurden stündlich 95 g Anthracen gebildet. Kohlenstoffbildung konnte nicht festgestellt werden.
Beispiel 3:
Es wird wie in Beispiel 2 gearbeitet, jedoch wird die Umsetzung bei 65O°C durchgeführt und das Reaktionsprodukt destillativ in nichtumgesetztes Me thyldiphenylme than und Anthracen aufgetrennt und das nichtumgesetzte Methyldiphenylmethan in die Reaktion zurückgeführt. Im Zeitraum von 100 bis 200 Betriebsstunden wurden folgende Ergebnisse erhalten:
Mengen in g/h:
Frisch-Methyldiphenylmethan 160 Rückf ühr-Me thyldiphenylme than 210
CS2 0,4
Anthracen in g/h 147
Kohlenstoffbildung konnte nicht festgestellt werden.
Beispiel 4:
Es wurde wie in Beispiel 1 gearbeitet, jedoch die Umsetzung bei 6'7O°C unter Verwendung von Quarz als Reaktionsmaterial durchgeführt. Die Ergebnisse gehen aus der folgenden Tabelle hervor:
Le A 14 336 - 11 -
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Einsatzprodukt Schwefelzusatz
Kohlenstoffabscheidung an den Reaktorwänden nach 10 h
2-Methyldiphenylmethan 2-Methyldiphenylmethan 2,5-Dimethyldiphenylmethan 2,5-Dimethyldipheny!methan kein
0,1 Gew.-% CS2
kein
0,1 Gew.-96 CS2
ja
nein ja nein
"A 336
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Claims (9)

  1. Patentansprüche:
    ι > Verfahren zur Herstellung von Anthracenen durch thermische Umwandlung von Diphenylmethanderivaten mit einer Methylgruppe in o-Stellung zum Methan-Kohlenstoffatom, dadurch gekennzeichnet, daß man die thermische Umwand- lung in Gegenwart kleiner Mengen Schwefel in elementarer oder gebundener Form durchführt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die thermische Umwandlung in Gegenwart von 0,001 bis 1 Gewichtsprozent Schwefel in elementarer oder gebundener Form durchführt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die thermische Umwandlung bei Temperaturen von 400 bis 8000C durchführt.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Diphenylmethanderivate der allgemeinen Formel
    worin
    und R2 unabhängig voneinander für Wasserstoff oder Alkyl-, Aryl- oder Aralkylreste stehen,
    m eine Zahl von 1-5 bedeutet, und η für eine Zahl von 1-4 steht,
    Le A 14 336 - 13 -
    309845/1113
    in Anthracene der allgemeinen Formel
    worm
    R, und R, unabhängig voneinander für Wasserstoff oder Alkyl-, Aryl- oder Aralkylreste stehen, und
    ρ und q unabhängig voneinander eine Zahl von 1-4 bedeuten,
    umwandelt.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Diphenylmethanderivate der allgemeinen Formel
    worin
    R1 1 und R2' für Wasserstoff oder einen Methylrest stehen,
    in Anthracene der allgemeinen Formel
    worin
    R,' und R,' für Wasserstoff oder einen Methylrest stehen, «
    umwandelt.
    Le A 14 536 - 14 -
    30984 5/1113
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man 2-Methyldiphenylmethan, 2,3-Dimethyldiphenylmethan, 2,4-Dimethyldiphenylmethan, 2,5-Dimethyldiphenylmethan oder 2,6-Dimethyldiphenylmethan verwendet,
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umwandlung in Gegenwart von 0,01 bis 0,1 Gewichtsprozent Schwefel in elementarer oder gebundener Form durchführt.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umwandlung in Gegenwart von Schwefel in Form von Schwefelkohlenstoff durchführt.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Reaktormaterial für die thermische Umwandlung Stahl verwendet.
    Le A 14 336 - 15 -
    309845/1 1 Ί 3
DE2218004A 1972-04-14 1972-04-14 Verfahren zur Herstellung von Anthracenen Expired DE2218004C3 (de)

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