DE2237612A1 - Verfahren zur herstellung von benzylalkohol - Google Patents

Verfahren zur herstellung von benzylalkohol

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DE2237612A1
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Union Rheinische Braunkohlen Kraftstoff AG
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B3/00Electrolytic production of organic compounds
    • C25B3/20Processes
    • C25B3/25Reduction

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Description

  • Verfahren zur Herstellung von Benzylalkohol Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Benzylalkohol durch elektrochemische Umwandlung von Benzoesäure.
  • Es ist bekannt, Benzoesäure elektrochemisch zu Ben4ylalkohol zu reduzieren. Dabei wurde zur Erhöhung der Löslichkeit der Benzoesäure in äthanolischer Schwefelsäure gearbeitet. Die Zelle wurde mit einem Tondiaphragma geteilt, um keine Oxidationsprodukte des Äthylalkohols und der Endprodukte zu erhalten. Äthylalkohol steigert einerseits die Löslichkeit der Benzoesäure im Elektrolyten, andererseits bilden sich in größerem Maße Ester mit der Benzoesäure und Konde-Rationoprodukte mit dem bei der Reduktion entstehenden Zwischenprodukten, z.B. Benzaldehyd, so daß ein aufwendiges Aufarbeiten der Umsetzungsprodukte erforderlich war Man arbeitete im allgemeinen mit einem Zusatz von 20 -30 % äthanolischer Schwefelsäure, die selbst etwa 10 - 15%ig war, bei Temperaturen zwischen 10 und 50 °C. Als Elektroden dienten im allgeeine Reinbleikatboden und Blei/Bleidioxidanoden; cs wurden auch quecksilberamalgamierte Kupfer- und Cadmiumkathoden beschrieben. Die üblochen Stromdichten lagen zwischen 1 und 2G A/dm2, wobei Reduktionspotentiale an der Kathode - gemessen gegen Kalomelelektronde - von -1,5 bis -2,1 V gemessen wurden (C. Mettler, Ber. 38, 1745 (1905); F. Fichter u. I. Stein, Helv. Chim. Acta 12, 821 (1929)). Nach einem anderen Vorschlag wurde der Benzoesäureester: eingesetzt, um die Nachteile, die die Schwerlöslichkeit der Benzoesäure mit sich brachte, zu vermeiden. Ein Arbeiten in schwefelsaurer Lösung, selbst in der Hitze, schien ohne Zusatz von Alkohol nicht möglich (DRP 177 490).
  • Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man in einfacher Weise Benzylalkohol durch elektrochemische Reduktion von Benzoesäure gewinnen kann, wenn man ein Gemisch aus Benzoesäure und 10 - 50 %iger, insbesondere 20 - 30 %iger Schwefelsäure unter Einsatz einer Kathode mit großer Oberfläche mit hoher Wasserstoffüberspannung zur Reduktion bringt. Es zeigte sich nämlich, daß im Gegensatz zu der bisherigen Annahme es durchaus mogliclv ist, BenzoesJure auch ohne Zusatz von Alkohol mit befriedigenden Ausbeuten zum Benzylalkohol zu reduzieren.
  • Gewünschtenfalls kann man dem Gemisch mit Schwefelsäure nicht mischbare organische Lösungsmittel, wie Aromaten, Aliphaten, Cycloaromaten oder Äther, die sich kathodisch nicht unsetzen und als Lösungsmittel für Benzoesäure dienen, unter turbulentcr Durchmischung des Zweiphasengemisches, gegebenenfalls bis zur Bildung einer Emulsion, zusetzen. Als Lösungsmittel seien genannt z.B. Benzol, Cyclohexan, Hexan.
  • Es werden so in der Zeiteinheit mchr Benzoesäuremoleküle an die Elektrode transportiert und umgesetzt. Gleichzeitig werden auch Lösungsmittelnolekülc herangebracht, dic die Reaktionsprodukte, die wenig wasserlöslich sind, wegtransportieren. Die Reaktionsprodukte werden dann durch den Elektrolyten aufgenommen und scheiden *ich nach Erreichung der Sättigungskonzentration an der Oberfläche der Bades als Ol ab.
  • Der Elektrolyt sowie gegebenenfalls das Lösungsmittel werden zweckmäßig mit Benzoesäure gesättigt.
  • Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Iöglichkeit, Kationenaustauschermembranen einzusetzen, durch die nur Protonen bei der Verwendung von Schwefelsäure vom Anolyten zum Katholyten gebracht werden und für die Redukticn zur Verfügung stehen. Eine Rückvermischung zwischen Anolyt und Katholyt ist nicht möglich. Sowohl Anolyt als auch Katholyt werden auf die günstigen Schwefelsäurebedingungen eingestellt. Im allgemeinen soll die Säurekonzentration im Anodenraum etwas höher liegen als im Kathodenraum. Die bevorzugte Konzentration für den Anodenraur. beträgt etwa 20 - 30 % und für den Kathodenraum 15 - 25 . Als gunstigste Temperatur hat sich der Bereich zwischen 40 bis 60 OC, bevorzugt 45 - 55 °C, erwiesen.
  • Als Anode dient z.B. eine bleidioxidbcschichtete Titananode; es kann aber auch eine Blci/Bleidioxidanode benutzt werden. Die Kathode besteht bevorzugt aus Blei, wobei sie die Form einer Großpberflächenelektrode haben soll. Da deren genaue Oberfläche nicht meßbar ist, verstehen sich die angegebenen Stromdichten als geometrische Stromdichten.
  • Von wesentlicher Bedeutung ist die Beachtung dee Arbeits- oder Kathodenpotentials. Die Produktausbeuten an Benzylalkohol und Benzaldehyd lassen sich entscheidend dadurch beeinflussen. Das Kethoder.potent nl muß oberhalb von -1,0 V, bevorzugt zwischen -1,4 und-1,7 V gegen gesättigte Kalomelelektroden liegen.
  • Ein weiterer Vorteil dieser vorgeschlagenen Arbeitsweise ist die Möglichkeit, mit einer relativ niedrigen Zellspannung von z.B. 3,8 V bei Stromdichten von 2,5 A/dm² zu arbeiten. Die Zellspannung wird auch durch ein Lösungsmittel, z.R. Benzol oder Cyclohexan, bis zu ein cm Mischungsverhältnis von Schwefelsäure : Lösungsmittel von etwa 2 : 1 nicht merklich beeinflußt. Demgegenüber treten nach Zugabe von Äthylalkohol Spannungen von 7 - 8 V auf.
  • Man elektrolysiert solange, bis die theoretisch nötige Strommenge durch die Zelle geflossen ist und zweigt eine entsprechende Menge des U;rlsetzungsproduktes ab, die man z.B. einer Extraktion mit einem der genannten Lösungsmitteln unterwirft. Der Ellctrolyt kann ohne weitere Bearbeitung in die Zelle zurückgeführt werden, der neutrale Extrakt einer Vakuumdestiliation unterworfen werden. Dabei werden Extraktionsmittel, Benzaldehyd und Benzylalkohol fraktioniert abgetrennt, der ßurrp der aus Benzoesäure besteht, kann als Einsatzprodukt zurück in die Elektrolyse gegeben werden.
  • die Produktausbeuten an Benzylalkohol und Benzaldehyd lassen sich durch Änderung der mittleren Verweilzeit bei gleicher Stromdichte verschieben. Bei kurzer Verweilzeit überwiegt die Benzaldehydmenge gegenüber Benzylalkohol. Bei langer Verweilzeit ist das Verhältnis umgekehrt. Das beschriebene Verfahren kann in den üblichen Elektrolyse apparaturen, in denen Anoden- und Kathodenraum getrennt sind, durchgeführt werden. Es können z.B. Röhrenzellen als auch Trog und Kastenzellen verwendet werden. Eine Parallel- und Reihenschaltung der Zellen für den Elektrolyse- und Produktstrom mit Zwischenentgasung ist mög lief.
  • Beispiel 1 Als Elektrolysezelle zur Reduktion der Bcnzoesäure diente eine trogförmige Apparatur aus Polypropylen, die sich aus zwei Einheiten zusammensetzte. Anodenraum und Kathodenraum waren durch eine Kationehaustauschermembran auf der Basis von sulfoniertem Polystyrol/Divinylbenzol getrennt. Eine wasserdurchflossene Kühlschlange diente zur Wärmeabführung. Ein Rührmotor mit ca. 1 000 Upm vermischte die Benzoesäure mit der Schwefelsäure. Als Elektroden dienten eine Blei/Bleidioxidanode und eine Feinbleikathode,'die als Großoberflächenelektroden, wie sie in Akkumulatoren Anwendung finden, ausgebildet waren.
  • Eine Luggin-Kapillare tastete das KathodenlJotential gegen eine Kalom9lelektrode ab.
  • Elektrodenfläche (geometrisch) 2,5 dm² Reaktionstemperatur 500c Anolyt 30 sige Schwefelsäure 800 cm3 Katholyt 18 ziege Schwefelsäure 800 cm3 mit Benzoesäure Umsatz der eingesetzten Benzoesäure 78 % Gesamt-Stromausbeute 53 % Erhaltene Menge Benzylalkohol 25 g Erhaltene menge ßenzaldehyd 5,1 g Kathodenpotential -1,5 V Klemmspannung 3,8 V Stromstärke 25 A Beispiel 2 Entsprechend der in Beispiel 1 beschriebenen Weise wurde in einem Zweiphasensystem aus Benzol und Benzoesäure/Schwefelsäure elektrolysiert: Reaktionstemperatur 45 °C Anolyt 25 %ige Schwefelsäure 800 cm3 Katholyt 20 %ige Schwefelsäure 600 cm³ + 300 cm3 Benzol mit Benzo -säure gesättigt Umsatz der eingesetzten Benzoesäure, Rest zurückgewonnen 75 % Gesamt-Stromausbeute 49 % Erhaltene enge Benzylalkohol 20,8 g Erhaltene Menge Benzaldehyd 4,1 g Kathodenpotential -1,5 V Klemmspannung 3,9 - 4,o'v Stromstärke 25 A

Claims (5)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zur lierstellung von Benzylalkohol durch elektrochemisch Reduktion von Benzoesäure, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch aus Benzoesäure und 10. - 50 %iger, insbesondere 20 - DiO %iger Schwefelsäure unter Einsatz einer Kathode mit großer Oberfläche mit hoher Wasserstoffüberspannung zur Reduktion bringt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch geknnzeichnet, daß man dem 5emisch nicht mischbare, unter den Reaktionsbedingungen inerte organische Lösungsmittel zusetzt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösungsmittel Benzol, Cyclohexan oder Hexan zusetzt.
  4. 4. Verfahren nach Ansprüchen 1 - 3, dadurch gekenozeicbnet, daß man als Diaphragma. zwischen Anoden- und Kathodenraum Ionenaustauschermembranen verwendet.
  5. 5. Verfahren nach Ansprüchen 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Anodenmaterial mit Bleidioxid beschicntetes Titanstreckmetall verwendet.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0228181A1 (de) * 1985-11-26 1987-07-08 MITSUI TOATSU CHEMICALS, Inc. Verfahren zur Herstellung von m-Hydroxybenzylalkohol
EP0348094A1 (de) * 1988-06-20 1989-12-27 MITSUI TOATSU CHEMICALS, Inc. Verfahren für die Elektroreduktion von aromatischen Carboxylsäuren
US5290404A (en) * 1990-10-31 1994-03-01 Reilly Industries, Inc. Electro-synthesis of alcohols and carboxylic acids from corresponding metal salts

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AU584477B2 (en) * 1985-11-26 1989-05-25 Mitsui Toatsu Chemicals Inc. Process for producing m-hydroxybenzyl alcohol
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