DE2253486A1 - Verfahren zur herstellung von 2-pyrrolidinon - Google Patents

Description

Priorität vom 1. November 1971, U.S.A., Nr. 194 685

Die Erfindung betrifft- ein Verfahren zur Herstellung von 2-Pyrrolidinon durch Umsetzen von Bernsteinsäurenitril bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck in Gegenwart von Wasserstoff an einem Raney-Kobalt-Katalysator in wässrige Lösung.

Es ist bekannt, daß 2-Pyrrolidinon durch Umsetzen einer wässrigen L"sunJT von Bernsteinsäurenitril, vorzugsweise einer wässrig ammoniakalischen Lesung, bei erhöhten Temperaturen (20 bis ?00 C, vorzugsweise 80 bis 160° C) und erhöhtem Druck in Gegenwart von Wasserstoff und eines Katalysators, wie Rutheniumoxyd, Platinoxyd, auf Trägern befindlichen Edelmefcallkataly^atoren, wie Platin und Palladium auf Kohle oder Aluminiumohvd,

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Raney-Nickel, Raney-Kobalt und dergleichen, hergestellt werden können. Bei etwa 150° C werden Ausbeuten in der Größenordnung von 25 io 2-Pyrrolidinon erreicht und es wurde die
Lehre gegeben, daß durch Erniedrigen der Reaktionstemperatur wesentliche Ausbeuteerhöhungen erzielt werden können.

Es wurde nun gefunden, daß "bei der Herstellung von 2-Pyrrolidinon durch Hydrieren einer wässrigen Lösung von Bernsteinßäurenitril mit einem Raney-Kobalt-Katalysator ein bedeutender Anstieg der Ausbeute erzielt wird, wenn höhere Temperaturen angewendet werden.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von 2-Pyrrolidinon durch Umsetzen von Bernsteinsäurenitril j η wässriger Lösung bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck in Gegenwart von Wasserstoff und eines Raney-Katalysators, das dadurch gekennzeichnet ist, daß eine wässrige Losung von Bernsteinsäurenitri1 ohne Zusatz von Ammoniak bei einer Temperatur von etwa 250 bis etwa 300° C und einem V/assersto ffdruck von etwa 140,6 bis 246,1 at über Atmosphärendruck in Gegenwart eines Raney-Kobalt-Katalysators hydriert wird.

Bei der· Durchführung des erfindungngeraäßen Verfahrens, werden Bernsteinsäu*enitril und der Katalysator in einen Reaktionsraum eingeführt, der dann verschlossen und weiter mit
Wasserstoff bis zu einem Druck von etwa 35,15 atu beschickt wird. Die Temperatur der Reaktionsmasse wird dann auf einen Wert zwischen etwa 250 und etwa 300 C erhöht und der Wasseretoffdruck wird bei etwa 140,6 bis etwa 246,1 atü gehalten, w'ihrond die Reaktionsm-'jsüe ständig gerührt wird. Nach einer Dauer von etvn 0,5 bin 5 Stunden, vorzugEv;eise etwa 1 bis 2

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Stunden, wird die Wärme abgeführt und die Reaktionsmasse abkühlen gelassen, wonach sie zur Entfernung des Katalysators filtriert und zum Entfernen von überschüssigem Wasser und flüchtigen Bestandteilen einer Entspannungsdestillation unterworfen.wird. Eine Vakuumdestillation führt dann in guter Ausbeute zu dem als Produkt gewünschten 2-Pyrrolidinon.

Zwar sind die Mer.gen der Reaktanten nicht kritisch, es ist jedoch im allgemeinen wünschenwert, das Verfahren innerhalb gewisser Bereiche durchzuführen. Die Konzentration des wässrigen Bernsteinsäurenitrils beträgt im allgemeinen etwa 0,10 bis etwa 0,50 Mol pro 100 g Wasser. Der Katalysator ist Raney-Kobalt und liegt im allgemeinen in einer Henge von etwa 0,5 bis 10 Gew.-^ der Losung von Ber^et^insaurenitril, "vorzugsweise zwischen etwa 20 und etwa 40 g pro Mol Bernsteinsäurenitril vor. Wie bereits ausgeführt, beträgt der bei dem Verfahren angewendete Wasserstoffdruck etwa 140,6 bis 246,1 Atmosphären über eine Atmosphäre, wobei ein Druck von etwa 168,7 bis etwa 210,9 atü bevorzugt wird. Für die Dauer der Reaktion wird etwa 1 Stunde bevorzugt. Wie bereits angegeben, ist es wichtig, daß die Reaktionstemperatur innerhalb des Bereiches von etwa 250 bis e
optimale Ausbeuten zu erreichen.

des Bereiches von etwa 250 bis etwa 300° C gehalten wird, um

Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele weiter verdeutlicht.

Bei ευ.ι el 1

Ein 300 ml-Schüttelautoklav aus rostfreiem Stahl wurde mit 0,25 Mol Bernste-'nsäurenitril, 100 ml destilliertem Wasser, Wasserstoff unter einem Druck von 35,15 atü und 10 g Raney-

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Kobalt-Katalysator beschickt und bis auf die Reaktionstemperatur erhitzt. Dann wurde gasförmiger Wasserstoff unter konstantem Druck eingeleitet, bis durch die Tatsache, daß kein weiterer Wasserstoff absorbiert wurde, die Beendigung der Reaktion angezeigt wurde. Die Reaktionsprodukte wurden dann abgekühlt und die wässrigen Produkte durch kernmagnetische Resonanzspektroskopie analysiert, um die Ausbeute an 2-Pyrrolidinon zu bestimmen. In der folgenden Tabelle werden mehrere Versuche und die dabei erzielten Ergebnisse aufgeführt. Dabei bedeutet die Abkürzung 2-P 2-Pyrrolidinon.

TABEILE

Beispiel	Temperatur ( C)	Vvasserstoff-	atti	2-P-Ausbeu-
		druck.		te,
		(pBig]	(1200)	(MoI^)
1	150	64,4	(1200)	41,5
2	200	84,4	(1200)	40,3
3	225	84,4	(1200)	42,0
4	275	84,4	(2900)	44,2
5	150	203,9	(2900)	38.6
6	210	203,9	(2900)	38,6
7	240	203,9	(2900)	43,7
8	275	203,9	(2900)	61,8
9	300	203,9	48,0

Aus den Beispielen 1 bis 4 der vorstehenden Tabelle ist ersichtlich, dai? bei einem Druck von etwa 84,4 atü (1200 psig) die Et höhung der Reaktionste^peratur keine besonders nützliche

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Wirkung zeigt. Selbst bei Drucken von etwa 210,9 atü (300 psig) wird nur ein geringer Vorteil erzielt, wenn die Temperaturen bis etwa 240° C erhöht werden (Beispiele 5 bis 7). Unter den erfindungsgemäßen Bedingungen (Beispiele 8 und 9) werden jedoch wesentlich höhere Ausbeuten erzielt und Beispiel 8 verdeutlicht den bevorzugten Wert der Reaktionstemperatur von etwa 275° C, da bei einer weiteren Temperatures höhung auf 300° C die Ausbeute wieder abfällt..

Beispiel , 10

Wenn Beispiel 8 wiederholt wird, wobei jedoch 5 g des Katalysators anstelle von 10 g verwendet werden und bei 246,1 atü gearbeitet wird, so beträgt die Ausbeute an 2-Pyrrolidinon 39ti Kol#. Wenn bei höheren Drucken, von mehr als etwa 210,9 atü gearbeitet wird, sollte der Anteil des Katalysators auf einen Weit von nicht mehr als etwa 20 g pro Mol Bernsteinsäürenitril vermindert werden, um eine Ausbeuteverminderung durch Hydrierung des Produkts unter den aktiveren Bedingungen zu verhindern.

Beispiel 11

Wenn Beispiel 8 wiederholt wird, wobei jedoch 0,5 Mol Ammoniak pro Mol Bernsteinsäurenitril zugesetzt werden, beträgt die Ausbeute des als Produkt erhaltenen 2-Pyrrolidinon 42,2 Mol$ im Gegensatz zu dem Wert von 61,8 j£, der erhalten wird, wenn kein Ammoniak zugesetzt wird.

Aus den vorstehenden Beispielen ist ersichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren auf der Abwesenheit irgendeines Ammoniakzusatzes, auf der Einstellung der Temperatur innerhalb des Bereiches von etwa 250° bis etwa 300° C und des Druckes

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auf etwa 140,6 bis etwa 246,1 atü (2000 bis 3500 psig) beruht und daß unter diesen Bedingungen eine optimale Ausbeute an 2-Pyrrolidinon erhalten wird.

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Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung von 2-Pyrrolidinon durch. Umsetzen von Bernsteinsäurenitril in wässriger Lösung bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck in Gegenwart von Wasserstoff und eines Raney-Katalysators, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung des Bernsteinsäurenitrils ohne Zusatz von Ammoniak bei einer Temperatur von etwa 250 bis 300° C und einem Wasserstoffdruck von etwa 140,6 bis 246,1 atU in Gegenwart von Raney-Kobalt als Katalysator erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gefce.nnze.i c h net, daß die Umsetzung bei einer Temperatur von etwa 275 C und einem Wasserstoffdruck von etwa 210,9 ätü vorgenommen wird.

3. Verfahren naeh Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Umsetzung in Gegenwart von etwa 40 g Raney-Kobalt pro Mol des eingesetzten Bernsteinsaurenitrils vorgenommen wird. -

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