DE2218004B2 - Verfahren zur Herstellung von Anthracenen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von AnthracenenInfo
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Description
CH3
worin
Ri und R2 unabhängig voneinander für Wasserstoff
oder Alkyl-, Aryl- oder Aralkylreste stehen und
m
eine Zahl von 1 bis 5 bedeutet und
π
für eine Zahl von 1 bis 4 steht,
bei Temperaturen von 400 bis 8000C, dadurch
gekennzeichnet, daß man die Umwandlung in Gegenwart von 0,001 bis 1 Gewichtsprozent
Schwefel in elementarer oder gebundener Form durchführt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umwandlung in Gegenwart
von 0,01 bis 0,1 Gewichtsprozent Schwefel durchführt.
scheidung bei der Herstellung von Anthracenen der allgemeinen Formel
10
worin
R3 und Rt unabhängig voneinander für Wasserstoff
oder Alkyl-, Aryl- oder Aralkylreste stehen und
ρ und q unabhängig voneinander eine Zahl von 1
bis 4 bedeuten,
durch thermische Umwandlung von Diphenylme
thanderivaten der allgemeinen Formel
25
JO
35
40
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, Bd. 5, 1872, Seite 1071). Bei diesem Verfahren, das in einem hocherhitzten Raktionsrohr durchgeführt wird, wird Benzyltoluol
teilweise zu Anthracen umgesetzt. Bei diesem Verfahren treten an den Wandungen des Reaktionsrohres y,
Kohlenstoffablagerungen auf. Die Kohlenstoffbildung 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 er- <,o
hebliche Verschlechterung der Selektivität der Umsetzung und macht eine kontinuierliche Durchführung der
Reaktion über einen längeren Zeitraum unmöglich.
Katalytische Verfahren zur Herstellung von Anthracenen aus Diphenylmethanen sind z. B. aus der DE-PS 6>
86 766, der DE-AS 19 51 127 und der GB-PS 7 98 167 bekannt.
worin
oder Alkyl-, Aryl- oder Aralkylreste stehen
und
ρ und q unabhängig voneinander eine Zahl von 1 bis
4 bedeuten,
durch thermische Umwandlung von Diphenylmethanderivaten der allgemeinen Formel
CH,
20
(R>)„
CH,
oder Alkyl-, Aryl- oder Aralkylreste stehen
und
m
eine Zahl von 1 bis 5 bedeutet und
η
für eine Zahl von 1 bis 4 steht,
bei Temperaturen von 400 bis 8000C vollständig vermeiden kann, wenn man die thermische Umwandlung
in Gegenwart von 0,001 bis 1 Gew.-% 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 oder Schwefeldioxid. Als organische Schwefelverbindungen kommen z. B. in Frage: Thiole, wie Methylmercaptan, Äthylmercaptan, n-Propy!mercaptan, iso-Propylmercaptan, n-Butylmercaptan, iso-Butylmercaptan,
iso-Butenylmercaptan, tert-Butylmercaptan, n-Dodecylmercaptan, Allyl mercaptan, Benzylmercaptan,
Äthandithiol oder Monothioglykol; Thiophenole, wie Thiophenol, o-Thiokresol oder Thiosalicylsäure; Thio-Alkane, wie Diäthylsulfid, Dipropylsulfid, Äthylpropylsulfid, Thioglykolsäure, Diallylsulfid, Allyl-/?-oxyäthylsu I fid, 0-NaththyI-n-hexylsulfid, Thiocyclopentan, Thiocyclohexan oder Äthylensulfid; Disulfide, wie Diäthyldisulfid, Methyläthyldisulfid, Diallyldisulfid, Diphenyldisi'lfid, Dithiodiglykolsäure, Dioxy-diäthyldisulfid oder
Cyxtin; organische Polysulfide, wie Äthylhydrogentrisulfid, Diphenyltrisulfid, Di-o-tolyltrisulfid, Amyltetrasulfid oder Dibenzylpentasulfid; Sulfonsäuren und ihre
Derivate, wie Benzolsulfonsäure, p-Toluolsulfonsäure,
p-Phenolsulfonsäure, p-Anilinsulfonsäure (SuIf anilsäure), Methandisulfonsäure oder Isäthionsäure; Sulfone, wie Di-n-butylsulfon, Diacetonylsulfon oder 4-Methyl-diphenylsulfcn; Sulfoximine, wie Dimethylsulfoximin; Sulfensäuren und ihre Derivate; Sulfinsäuren und
ihre Derivate, wie Benzolsulfinsäure, Äthansulfinsäure oder p-Toluolsulfinsäure; Sulfoxide und ihre Derivate,
wie Diphenyldisulfoxid, Diäthylsulfoxid oder Tetraphenylschwefel; Sulfinimine; Trialkylsulfoniumsalze,
wie Triäthylsulfoniumäthylsulfat; Thiosulfonsäureester,
wie Benzolthiosulfonsäurephenylester; Thiosulfinsäureester; Thioaldehyde, wie Trithioformaldehyd; Thioke-
tone, wie Thiobenzophenon oder Thiocyclopentanon; Monothioacetale, wie «,/?'-DialkoxydiäthyIsuIfid; Mercaptale,
wie Diäthylacetonmercaptal; Mercaptole, wie
Benzüdiphenylmercaptol; schwefelhaltige Heterocyclen,
wie Thiphene, Thiotolene, Thioxene, Thionaphthen, Thiophthen, Azathiophene, (Diazathiophene), Trithione
(z. B. 4,5-DimethyI-trithion), Thiopyrane, Thiazine,
Thioxanthren oder Thianthren; Thiocarbonsäuren und deren Derivate, wie Thioessigsäure, Thiobenzoesäure,
Dithiobenzoesäure oder Thioformamid; Thiokohlensäurederivate,
wie Schwefelkohlenstoff, Kohlenoxysulfid, Thiocyansäure, Isothiocyansäure, Dirhodan, Rhodanwasserstoffsäure,
Phenylrhodanid, Thiokohlensäureester, Xanthogensäurederivate, Thiourethane, Dithiocarbamidsäure,
Thioharnstoff, Isothioharnstoff oder Thiuramsulfid.
Geeignete Konzentrationen an Schwefel oder Schwefelverbindungen liegen, gerechnet als elementarer
Schwefel, 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 «tuch gasförmig in den Einsatzstrom leiten.
Man kann die schwefelhaltigen Verbindungen direkt dem Einsatzprodu'i; vor der Verdampfung der Diphenylmethane
zufügen, sie lassen «ich ebenso direkt in den Verdampfer eingeben oder in den gasförmigen
Strom der Diphenylmethane nsch d~m Verdampfer. Vorzugsweise löst man die flüssigen ouer festen Schwefelverbindungen
im Einsatzprodukt oder dosiert leichtflüchtige Substanzen in den gasförmigen Einsatzstrom
nach dem Verdampfer.
Als Diphenylmethanderivate werden für das erfindungsgemäße
Verfahren Verbindungen der allgemeinen Formel
z. B. Alkyl reste, wie Methyl, Äthyl, n-Propyl, iso-Propyl,
η-Butyl, iso-Butyl, tert-Butyl, n-Pentyl, iso-Pentyl,
2-MethyIpentyl, 3-Methylpentyl, n-Octyl, iso-Octyl
sowie Cyclohexyl; Arylreste, wie Phenyl, 2-Methylphenyl, 4-MethylphenyI oder Naphthyl; Aralkylreste,
wie Benzyl, Phenyläthyl, Phenylpropyl oder Phenylbutyl. Vorzugsweise stehen die Kohlenwasserstoffreste
Ri bis R4 für eine Methylgruppe.
Besonders bevorzugt werden im Rahmen von Verbindungen der Diphenylmethanderivate verwendet, die
der folgenden Formel entsprechen:
CH,
worin
Ri' und R2' Wasserstoff oder einen Methylrest
Ri' und R2' Wasserstoff oder einen Methylrest
bedeuten.
Diese Verbindungen werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in Anthracene der allgemeinen
Formel umgewandelt:
jo worin
R3' und R4' für Wasserstoff oder einen Methylrest
stehen.
Als Diarylmethane seien im einzelnen beispielsweise genannt:
worin
Ri und R2 unabhängig voneinander für Wasserstoff
oder Alkyl-, Aryl- oder Aralkylreste stehen, m eine Zahl von 1 bis 5 bedeutet und
η für eine Zahl von I bis 4 steht,
verwendet, wobei Anthracene der allgemeinen Formel
(R4),
worin
R3 und Rt unabhängig voneinander für Wasserstoff
oder Alkyl-, Aryl- oder Aralkylreste stehen,
und
ρ und q unabhängig voneinander eine Zahl von 1 bis
ρ und q unabhängig voneinander eine Zahl von 1 bis
4 bedeuten,
gebildet werden.
gebildet werden.
Als Reste Ri bis R4 kommen beispielsweise Kohlenwasserstoffreste
mit bis zu 12 C-Atomen in Betracht,
2-Methyldiphenylmethan,
2,3-Dimethyldiphenylmethan,
2,4-Dimethyldiphenylmethan,
2,2'-Dimethyldiphenylmethan,
23-DimethyIdiphenylmethan,
2,4-Dimethyldiphenylmethan,
2-Mcthyl-3-äthyldiphenylmethan, 2-Methyl-4-äthyldiphenylmethan, 2-Methyl-5-äthyldiphenylmethan,
2-Methyl-6-Äthyldiphenylmethan, 2-Methyl-2'-äthyldiphenylmethan, 2-Methyl-3'-äthyldiphenylmethan,
2-Methyl-4'-äthyldiphenylmethan, 23,4-TrimethyIdiphenylmethan,
2,3,5-TrimethyldiphenyImethan, 23,6-Trimethyldiphenylmethan,
2,3,2'-Trimethyldiphenylmethan, ^^'-Trimethyldiphenylmethan, 2,3,4'-Trimethyldiphenylmethan,
2,5,2'-Trimethyldiphenylmethan, 2,5,3'-Trimethyldiphenylmethan, 2,5,4'-Trimethyldiphenylmethan,
2,3-DimethyI-2'-äthy!diphenylmethan, 2,3-Dimethyl-3'-äthyldiphenylm3than,
2,3-Dimethyl-4'-äthyldiphenylmethan, 2-Methyl-3,2'-diäthyldiphenylmethan,
2-Methyl-3r3'-di-n-propyldiphenylmethan, 2-Methyl-3,4'-di-n-butyldiphenylmethan,
2-Methyl-5-äthyl-3'-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'-triätliyIdiphenylmethan,
2-Methyl-3-iso-butyl-3'-n-butyldiphenylmethan,
2,3',4'-TΓimethyI-4-n-pentyldiphenylmethan,
2,4-DimethyI-3',5'-di-isopenthyldiphenyImethan, 2-Methyl-5-phenyldiphenylmethan,
2,4-Diphenyl-4'-(4-Methylphenyl)-dipheny!methan,
2,3'-Dimethyl-5-naphthyldiphenylmethan, 2-Methyl-4-(2-methylphenyl)-3',4'-dipropyl-
dipher.Mmethan,
2,4-Dimethyl-5-naphthyl-3'-diisopropyl-
2,4-Dimethyl-5-naphthyl-3'-diisopropyl-
diphenylmethan,
2,43'-TrimethyI-3-äthyl-5'-(tert.)-butyI-diphenylmethan,
2,43'-TrimethyI-3-äthyl-5'-(tert.)-butyI-diphenylmethan,
2-Methyl~4'-phenyiäthyldiphenylmethan, 2-Methyl-3-äthyl-4'-phenylpropyldiphenylmethan,
2,4-Dimethy!-3'-phenylbutyIdiphenylmethan,
2-Methyl-4-benzyI-3',4',5'-tributyldiphenyImethan,
diphenylmethan,
23'-Dimcthyl-5-isobutyl-4'-benzyl-5',6'-diäthyl-
23'-Dimcthyl-5-isobutyl-4'-benzyl-5',6'-diäthyl-
diphenylmethan,
2-MethyI-5-phenylpropyl-3-benzyl-4',6'-diäthyl-
2-MethyI-5-phenylpropyl-3-benzyl-4',6'-diäthyl-
5'-(tert.)butyldiphenylmethan, 2,3,2'-Trimethyl-4-phenyIbutyI-5,6'-diäthyl-
4'-(4-Methylphenyl)diphenylmethan und 2,3-Dimethyl-5-naphthyl-3',5'-diisopropyldiphenylmethan.
Die Umwandlung der Diphenylmethanderivate in Anthracene wird anhand der folgenden Gleichungen
erläutert werden:
2-Methyldiphenylmethan -► Anthracen + 2 H2,
2,5-Dimethyldiphenylmethan
-► 2-Methylanthracen + 2 H2.
-► 2-Methylanthracen + 2 H2.
Bei den Umwandlungen kann ein Kohlenwasserstoff als Nebenprodukt gebildet werden, beispielsweise Methan,
entsp echend der Gleichung:
2,5-DimethyldiphenyImethan
-►Anthracen + Methan + H2.
-►Anthracen + Methan + H2.
In geringem Maße können auch Nebenreaktionen auftreten, beispielsweise entsprechend der Gleichung:
2-Methyldiphenylmethan + H2 -► Diphenylmethan + Methan.
Die Umsetzung wird im Temperaturbereich von 400 bis 800° C, vorzugsweise von 600 bis 700° C durchgeführt,
wobei man bei Normaldruck, erhöhtem oder vermindertem Druck arbeiten kann. Vorzugsweise wird bei Normaldruck
oder scnwach 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 bei unterschiedlichen Temperaturen
im Temperaturbereich von 400 bis 800°C bei adiabatischer oder teiladiabatischer Fahrweise durchgeführt
werden. Man kann die Diarylmethane in einem Durchgang weitgehenr1 vollständig zu Anthracenen umsetzen.
Es ist ferner möglich, die Diphenyfmethane zunächst nur teilweise umzusetzen und die nichtumgesetsten
Diphenylmethanderivate aus dem Reaktionsprodunkt, z. B. durch Destillation, abzutrennen und in die
Reaktion zurückzuführen, um auf diese Weise eine vollständige Umsetzung zu erzielen.
DieMöglichkeit einer technischen Durchführung des Verfahrens sei im folgenden am Beispiel der Umwandlung
von 2-Methyldiphenylmethan zu Anthracen veranschaulicht.
2-Methyldiphenylmethan wird z. B. bei Normaldruck oder schwach erhöhtem Druck unter Zusatz von 0,01
bis 0,1 Gewichtsprozent Schwefelkohlenstoff verdampfen, das gasförmige Einsatzprodukt auf die Reaktions-
!5 temperatur von 6500C aufgeheizt, bei dieser Temperatur
durch ein Reaktionsrohr bei einer Verweilzeit von 0,1 bis 100 Sekunden leiten, anschließend das gasförmige
Reaktionsprodukt beispielweise auf 100 bis 250°C abkühlen. Das auf diese Temperatur gekühlte
Reaktionsprodukt wird in eine kontinuierliche Destillationskolonne
eingegeben, in df bei Normaldruck oder vermindertem Druck, bcispicisv;c;sc bei 100 Torr,
das nicht umgesetzte Methyldiphenylmethan als Kopfprodukt abgetrennt 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 bis 250" C in einem Abscheider erne
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.
Bei der Umsetzung von Dimethyldiphenylm^thanen kann in ähnlicher Weise gearbeitet werden wie bei der
Umsetzung von 2-Methyldiphenyimethan. Man erhält ei'· 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.
3/Og 2-Methyldiphenylmethan werden stündlich in ein elektrisch auf 500°C beheiztes Rohr ius Sta'il von
3 m Länge und 6 mm lichter Weite gepumpt, wo Verdampfung und Aufheizung auf 500° C erfolgt. Die
Metnyldiphenylmethandämpfe werden durch ein auf 600° C elektrisch beheiztes Reaktionsrohr aus Stahl von
3 m Länge und 6 mm lichter Weite geleitet, anschließend auf 15O0C abgekühlt und in eine flüssige,
aus Anthracen und 2-Methyldiphenylraethan bestehende
Phase und eine im wesentlichen aus Wasserstoff bestehende Gasphase getrennt. In dem bei 150°C flüssigen
Reaktionsprou'ikt wird der Gehalt an gebildetem
Anthracen, gebildetem Kohlenstoff und nichtumgesetztem 2-Methyldiphenylmethan bestimmt. Die Ver-
suche werden mit Zusätzen von verschiedenen Schwefelverbindungen zum Einsatzprodukt und in
einem Vergleichsversuch ohne Zusatz von Schwefel
oder Schwefelverbindungen durchgeführt. Die er haltenen Versuchsergebnisse gehen aus der nachfolgen
den Tabelle hervor:
Zusatz von Schwefel | in Form von |
in Gew.-% bezogen | |
auf eingesetztes | |
2-Methyldiphenyl | |
methan | ohne Zusatz |
0,00 | Schwefelkohlenstoff |
0,05 | elementarer Schwefel |
0,05 | Schwefelwasserstoff |
0,05 | Methylmercaptan |
0,05 | |
Bei dem Versuch ohne Zusatz von
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.
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.
Beispiel 1 wurde mit Zusatz von 0,05 Gew.-% Schwefei
(bezogen auf eingesetztes 2-Methyldiphenylmethan) 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.
Reaktionsprodukte in g/Std. | 10 (Vergleichsversuch) |
Anthracen Kohlenstoff | 0,0 |
30 | 0,0 |
42 | 0,0 |
40 | 0,0 |
41 | Beispiel 3 |
40 | |
Es wird wie in Beispiel 2 gearbeitet, jedoch wird di< Umsetzung bei 6500C durchgeführt und das Reaktions
produkt destillativ in nichtumgesetztes Methyldiphenyl methan und Anthracen aufgetrennt und das nichtumge
setzte Methyldiphenylmethan in die Reaktion zurück geführt. Im Zeitraum von 100 bis 200 Betriebsstundei
wurden folgende Ergebnisse erhalten:
Mengen in g/Std.
Frisch-Methyldiphenylmethan 160
Rückführ-Methyldiphenylmethan 210
CSi 0,4
Anthracen in g/Std. 147
Kohlenstoffbildung konnte nicht festgestellt werden
Es wurde wie in Beispiel 1 gearbeitet, jedoch die Umsetzung bei 670°C unter Verwendung von Quarz al«
Reaktionsmaterial durchgeführt. Die Ergebnisse geher aus der folgenden Tabelle hervor:
Kohlenstoffabscheidung
an den Reaktorwänden
nach 10 h
2-Methyldiphenylmethan
2-Methyldiphenylmethan
2,5-Dimethyldiphenylmethan
2,5-Dimethyldiphenylmethan
2-Methyldiphenylmethan
2,5-Dimethyldiphenylmethan
2,5-Dimethyldiphenylmethan
kein
0,1 Gew.-% CS2
kein
0,1 Gew.-% CS2
ja (Vergleichsversuch)
nein
ja (Vergleichsversuch)
nein
Claims (1)
1. Verfahren zur Herstellung von Anthracenen der allgemeinen Formel
(R1).
y\/
CH,
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