DE2313957B1

DE2313957B1 - Verfahren zur Herstellung von aliphatischen 2-Ketoalkoholen

Info

Publication number: DE2313957B1
Application number: DE19732313957
Authority: DE
Inventors: Karl Dr. 6940 Weinheim Baer; Helmut Dr. Goerth; Walter Dr. 6909 Walldorf Himmele; Werner Dr. Kirschenlohr; Gerhard Dr. Paul
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1973-03-21
Filing date: 1973-03-21
Publication date: 1974-07-04
Also published as: CA988942A; FR2222346B3; DE2313957C2; JPS505311A; BE812633A; NL7403693A; FR2222346A1; GB1454646A

Description

in der R einen Alkylrest mit 1 bis 10 Kohlenstoffato-

men bezeichnet. Besondere Bedeutung haben 1,2-Diole

der obengenannten Formel erlangt, in denen R einen

40 Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bezeichnet.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Her- Besondere technische Bedeutung haben Propandiol-1,2

stellung von aliphatischen 2-Ketoalkoholen mit min- und Butandiol-1,2 erlangt.

destens 3 Kohlenstoffatomen durch Dehydrieren von Geeignete 1,2-Diole sind beispielsweise 1,2-Propan-

aliphatischen 1,2-Diolen mit mindestens 3 Kohlen- diol, 1,2-Butandiol, 1,2-Hexandiol oder 1,2-Oktandiol.

Stoffatomen in Gegenwart von Kupfer enthaltenden 45 Die Umsetzung wird bei Temperaturen von 180 bis

Trägerkatalysatoren bei Temperaturen von 180 bis 28O⁰C durchgeführt. Besonders gute Ergebnisse er-

280° C. hält man, wenn man Temperaturen von 230 bis 270° C

Es ist schon eine Reihe von Verfahren zur Dehy- anwendet. Die Umsetzung läßt sich bei Normaldruck drierung von 1,2-Diolen zu den entsprechenden Ketoal- und vermindertem Druck, z. B. bis zu 50 Torr, oder koholen unter Verwendung von Kupfer enthaltenden 50 schwach erhöhtem Druck, z. B. bis zu 5 atm durchKatalysatoren, z. B. aus der deutschen Patentschrift führen. Vorzugsweise wendet man jedoch Atmosphä-608 und der französischen Patentschrift 977 009 rendruck an. Ferner wird das Verfahren in der Gasoder der USA.-Patentschrift 2 143 383, bekannt. phase durchgeführt. Es versteht sich, daß man die Nach den bekanntgewordenen Verfahren erhält Druck- und Temperaturbedingungen so aufeinander man zwar gute Ausbeuten an Ketoalkoholen, be- 55 abstimmt, daß die als Ausgangsstoffe verwendeten zogen auf umgesetzte 1,2-Diole. Die Umsätze erreichen 1,2-Diole in dampfförmigem Zustand vorliegen,
jedoch nicht den in der Technik gewünschten Wert. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, zusätzlich inerte Darüber hinaus haben die verwendeten Katalysatoren Gase wie Stickstoff oder Kohlendioxid mitzuverwenden Nachteil, daß sie nur eine relativ kurze Lebens- den. Vorzugsweise wendet man zusätzlich Stickstoff dauer haben und bei einer längeren Verwendung eine 60 an. Besonders gute Ergebnisse erhält man, wenn man völlig unbefriedigende Wirksamkeit aufweisen. Weiter im Ausgangsgasgemisch, bestehend aus 1,2-Diolen ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 486 117 bekannt, und Inertgasen, einen Inertgasanteil von 20 bis 80 Vodaß man durch Modifizieren von Kupferkatalysatoren lumprozent, insbesondere 20 bis 50 Volumprozent einmit Chrom und Nickel die Lebensdauer der Katalysa- hält.

toren verbessern kann. Jedoch gelingt es auch durch 65 Die Umsetzung wird in Gegenwart von Kupfer entdie Modifikation der Katalysatoren nicht, eine Lebens- haltenden Kieselsäureträgerkatalysatoren durchgedauer der Katalysatoren zu erreichen, bei der auch nach führt, wobei die Kieselsäureträger eine Wasserauflängerer Zeit ein guter Umsatz an 1,2-Diolen verbun- nahmefähigkeit von 0,4 bis 1,1 cm³/g Kieselsäureträ-

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ger haben. Vorzugsweise verwendet man Katalysato- man je kg Katalysator stündlich 0,2 bis 6 kg, insberen, die 5 bis 20 Gewichtsprozent Kupfer, insbeson- sondere 0,5 bis 1,5 kg 1,2-Diole anwendet,
dere 5 bis 18 Gewichtsprozent Kupfer, bezogen auf Das Verfahren nach der Erfindung führt man beiden Katalysator einschließlich Kieselsäureträger, ha- spielsweise durch, indem man die beschriebenen Kaben. 5 talysatoren fest in einem Rohr anordnet und bei den

Als Träger verwendet man vorzugsweise Kieselsäu- angegebenen Temperaturen von oben die beschriebereträger, die durch Fällen von Kieselsäure aus Silikatlö- nen 1,2-Diole in Dampfform, gegebenenfalls zusamsungen und anschließendes Tempern auf Temperatu- men mit einem Inertgas, einleitet. Das so erhaltene ren von 600 bis 1300⁰C erhalten wurden. Besonders Reaktionsgemisch wird abgekühlt und von der Gasbewährt haben sich Kieselsäureträger, die durch Fällen io phase getrennt. Aus der erhaltenen flüssigen Phase von Kieselsäure aus Natriumsilikatlösungen gewonnen werden nach bekannten Methoden, z. B. fraktionierte werden, z. B. durch Versetzen einer, auf SiO₂ bezogen, Destillation, die als Reaktionsprodukt gewünschten 2- bis 5molaren Natronwasserglaslösung mit der 0,1- Ketoalkohole erhalten. Nicht umgesetzte 1,2-Diole bis 0,2fachen Menge an 15- bis 25gewichtsprozentiger können wieder der Reaktion zugeführt werden. Falls Ammoniaklösung, gegebenenfalls unter Zusatz von 15 die Leistung des Katalysators nachläßt, ist es möglich, Ammoniumsulfat, und anschließendes Zusetzen von diesen mit Luft, gegebenenfalls unter Zusatz von Stick-Mineralsäuren, z.B. 15- bis 35gewichtsprozentigen, stoff bei Temperaturen von 300 bis 350°C, z.B. für insbesondere 15- bis 20gewichtsprozentigen wäßrigen einen Zeitraum von 2 bis 10 Stunden zu behandeln. Mineralsäuren, insbesondere Schwefelsäure, bis zu Ketoalkohole, die nach dem Verfahren der Erfindung einem pH-Wert von 6 bis 7, wobei man darauf achtet, 20 hergestellt werden, eignen sich zur Herstellung von daß während der Fällung ein alkalischer pH-Wert ein- Aminoketonen, Aminoalkoholen, verschieden an gehalten wird, gegebenenfalls jedoch der genannte pH- N und N' substituierten 1,2-Diaminoalkanen und He-Wert nicht unterschritten wird. Die gefällte Kiesel- terocyclen, z. B. 3-Hydroxy-chinaldin-4-carbonsäure, säure wird dann ausgewaschen, getrocknet, anschlie- einem wertvollen Farbstoffvorprodukt,
ßend in bekannter Weise zu Formungen, z. B. Strän- 25 Das Verfahren nach der Erfindung sei in folgenden gen, verformt. Die so erhaltenen Kieselsäureträger Beispielen veranschaulicht,
werden auf Temperaturen von 600 bis 1300^c C, insbe- . -I₁
sondere auf Temperaturen von 700 bis 1100^; C, z. B. B e 1 s ρ 1 e 1 1
für einen Zeitraum von 1 bis 6 Stunden erhitzt. Die Technisches Natronwasserglas mit einem Gehalt von Temperungstemperatur und -dauer hängen stark vom 30 25 Gewichtsprozent Siliziumdioxid und einem Gehalt Alkaligehalt der Kieselsäure und dessen Verteilung ab. von 7 bis 8 Gewichtsprozent Natriumoxid wird im Die Temperungstemperatur und -dauer werden so ge- Verhältnis von 1:1 mit Wasser verdünnt und zu diewählt, daß die erhaltenen Stränge nach dem Tempern ser Lösung auf etwa 1 kg Siliziumdioxid 0,22 kg Ameine Wasseraufnahmefähigkeit von 0,4 bis 1,1 cm³/g, moniak als 25gewichtsprozentige wäßrige Lösung unvorzugsweise 0,6 bis 1,0 cm³/g haben. Die so erhalte- 35 ter Rühren zugegeben. Zu dieser Mischung wird so nen Kieselsäureträger haben in der Regel eine innere lange 17,6gewichtsprozentige wäßrige Schwefelsäure Oberfläche von 70 bis 170 m²/g, gemessen nach der zugefügt, bis ein pH-Wert von 6,5 bis 7,5 erreicht ist. BET-Methode. Um die gewünschten Werte zu erhal- Während der Fällung hält man eine Temperatur von ten ist es vorteilhaft, wenn die Kieselsäure einen Ge- 20 bis 35⁰C. Der Niederschlag wird mit Wasser gehalt von 0,3 bis 0,8 Gewichtsprozent Na, berechnet als 40 waschen, bis ein Restalkaligehalt von 0,3 bis 0,7 Ge-Na₂O, hat. wichtsprozent, bezogen auf das getrocknete Produkt,

Die so erhaltenen Kieselsäureträger werden dann mit erreicht ist. Der Filterkuchen wird 16 Stunden bei

Kupfersalzen, die beim Erhitzen in ihre Oxide über- 12O⁰C getrocknet und dann unter Zusatz von 0,121

gehen, z. B. Kupfernitrat, getränkt. Bevorzugt wendet 25gewichtsprozentiger Ammoniaklösung und Wasser

man ammoniakalische Lösungen der genannten Me- 45 bis zur Knetfähigkeit 3 Stunden geknetet und zu

tallsalze an. Besonders bewährt hat sich Tränken mit Strangpreßlingen verformt. Die so erhaltenen Strang-

ammoniakalischer Lösung von basischem Kupfercar- preßlinge werden getrocknet und in 1,5 Stunden bei

bonat. 950⁰C getempert. Die erhaltenen Stränge haben eine

Die getränkten Kieselsäureträger werden getrocknet, Wasseraufnahmefähigkeit von 0,6 cm³/g. Der so erhal-

z.. B. in 8 bis 15 Stunden bei Temperaturen von 100 bis 5° tene Kieselsäureträger wird mit einer 12 bis 15 Ge-

16O⁰C. Vorteilhaft schließt man an das Trocknen der wichtsprozent Kupfer enthaltenden Lösung von basi-

getränkten Stränge eine Nachtemperung bei Tempe- schem Kupfercarbonat in 25gewichtsprozentiger wäß-

raturen von 200 bis 500° C, insbesondere 220 bis 350° C, riger Ammoniaklösung ein- oder mehrmals getränkt

z. B. für einen Zeitraum von 5 bis 24 Stunden an. bis eine Kupferkonzentration von 12 Gewichtsprozent

Die so hergestellten Katalysatoren werden zweck- 55 auf dem Träger erreicht wird. Die so erhaltenen Strän-

mäßig vor der Verwendung mit Wasserstoff, z. B. 70 ge werden dann bei 120°C getrocknet und bei 240"C

bis 350 1 Wasserstoff je Stunde und je kg Katalysator, 24 Stunden getempert. Der fertige Katalysator hat

bei erhöhter Temperatur, z.B. von 170 bis 240° C, einen Kupfergehalt von 12 Gewichtsprozent, bezogen

z. B. für einen Zeitraum von 2 bis 5 Stunden behandelt. auf den gesamten Katalysator, eine Oberfläche, welche

Um eine Schädigung des Katalysators zu vermeiden, 60 nach der BET-Methode gemessen wurde, von 150 m²/g,

hat es sich als vorteilhaft erwiesen, nicht reinen Was- eine Porosität von 0,45 cm³/g und ein Schüttgewicht

serstoff zu verwenden, sondern Wasserstoff-Strickstoff- von 730 g/l.

Gemische, die z. B. 10 bis 40 Volumprozent Stickstoff 100 g Katalysator werden in einem Rohr von 3 cm

enthalten. Durchmesser fest angeordnet und von oben stündlich

Es ist möglich, den Katalysator fest angeordnet zu 65 110 g Propandiol-1,2 dampfförmig mit dem gleichen

verwenden, andererseits ist es auch möglich, den Ka- Volumen Stickstoff verdünnt zudosiert. Das entspricht

talysator im Wirbelbett anzuwenden. 1,1 kg Propandiol-1,2 pro kg Katalysator und Stunde.

Vorteilhaft führt man die Umsetzung so durch, daß Gleichzeitig wird der Katalysator auf eine Temperatur

von 250° C erhitzt. Das dem Reaktionsrohr entnommene Gemisch wird abgekühlt und die Gasphase abgetrennt. Nach gaschromatographischer Analyse sind 84 % des eingesetzten Propandiols umgesetzt. Die Ausbeute an Hydroxyaceton, bezogen auf umgesetztes Propandiol-1,2, beträgt 97%.

Beispiel 2

Entsprechend Beispiel 1 hergestellte Kieselsäurestrangpreßlinge werden nach dem Trocknen 2 Stunden auf 700° C erhitzt. Die so erhaltenen Kieselsäurestränge haben eine Wasseraufnahmefähigkeit von 0,95 cm^s/g. Die Stränge werden wie im Beispiel 1 beschrieben mit Kupfercarbonatlösung getränkt, getrocknet und bei 300° C getempert. Der so erhaltene Katalysator hat einen Kupfergehalt von 12 Gewichtsprozent, bezogen auf den Gesamtkatalysator einschließlich Kieselsäureträger, eine Oberfläche gemessen nach der BET Methode von 350 m²/g, eine Wasseraufnahmefähigkeit von 0,76 cm^s/g und ein Schüttgewicht von 550 g/l.

Wie im Beispiel 1 beschrieben wird Propandiol-1,2 mit dem nach Beispiel 2 hergestellten Katalysator dehydriert, wobei man 1 kg Propandiol je kg Katalysator und Stunde anwendet. Nach gaschromatographischer Analyse wird ein Umsatz von 75 %, bezogen auf Propandiol, und eine Ausbeute von 96% an Hydroxyaceton erzielt.

Beispiel 3

Man führt die Dehydrierung von Propandiol-1,2 wie im Beispiel 1 beschrieben durch, verwendet jedoch die in nachfolgender Tabelle aufgeführten Katalysatoren und führt die Umsetzung so lange durch, bis die Aktivität des Katalysators erschöpft ist.

Katalysator	Durchsatz geschwindigkeit	Versuchsdauer	Umsatz PD*)	Ausbeute HA*)	93	(kg/kg
	(kg PD*)/kg				91	Kontakt · h)
	Kontakt · h)	(Tage)	(%)		74	0,11
Vollkontakt aus 75% CuO,	0,15	1	75	92	0,07
25% ZnO		11	53	66	0,18
Trägerkontakt 10% Cu,	0,30	2	83	64	0,09
7% Zn auf SiO₂		22	34	96	0,03
Trägerkontakt 20% Cu,	0,05	1	80	98	0,02
Trägerkontakt 1 % Cr auf SiO₂		6	47	98	0,16
Trägerkontakt 20 % CuCO₃ auf	0,21	1	78	97	0,15
Bims		10	74	39	0,10
		20	46	30	0,06
		29	28	90	0,25
Trägerkontakt 12 % Cu auf Al₂O₃	1,0	1	64	96	0,15
		5	49	95	0,68
Trägerkontakt nach Beispiel 2	1,0	2	75	92	0,72
		10	75	96	0,67
		21	70	96	0,68
		39	75	91	0,65
		42	67	97	0,66
		49	69	94	0,78
Trägerkontakt nach Beispiel 1	1,0	2	86	94	0,72
		28	74	94	0,74
		42	79	97	0,73
		49	78	96	0,71
		61	75	100
DAS 1 468 117		0	59	98
		7,3	47
DAS 1 468 117		0	31
		8,2	45

*) PD = Propandiol-1,2; HA = Hydroxyaceton;

Prozentzahien aus Flächenprozenten der gaschromatographischen Bestimmung berechnet.

Die Vergleichsversuche zeigen, daß unter Verwendung eines Katalysators nach Beispiel 1 selbst nach 61 Tagen die Aktivität des Katalysators unmerklich nachgelassen hat, während vergleichbare Katalysatoren schon nach wesentlich kürzeren Zeiten nicht mehr brauchbar sind. Vergleichsweise sei darauf hingewiesen, daß nach dem in der deutschen Auslegeschrift 1 468 117, Beispiel 2 beschriebenen Verfahren unter Verwendung eines Kupfer, Chrom und Zink enthaltenden Katalysators nach einer Betriebsdauer von 197 Stunden, das sind 8,2 Tage, der Umsatz an Propandiol 45 % und die Ausbeute an Hydroxyaceton 89 % beträgt.

Beispiel 4

Man verfährt wie im Beispiel 1 beschrieben, ändert jedoch die Durchsatzgeschwindigkeit an Propandiol je kg Katalysator und Stunde entsprechend nachfolgender Tabelle.

Beispiel 5

Man verfährt wie in Beispiel 1 beschrieben, verwendet jedoch an Statt Propandiol-1,2 Butandiol-1,2. Nach gaschromatographischer Analyse erzielt man einen Umsatz von 70 %, bezogen auf Butandiol-1,2, und eine Ausbeute von 90% an Butanon-2-01-1.

Durchsatz	Umsatz PD*)	Ausbeute HA*)
geschwindigkeit
(kg PD*)/kg	(%)	(%)
Kontakt · h)	84	94
0,26	84	94
0,55	82	96
1,00	83	97
1,10	82	96
1,50

*) PD = Propandiol-1,2; HA = Hydroxyaceton; Prozentzahlen aus den Flächenprozenten der gaschromatographischen Bestimmung berechnet.

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Claims

den mit einer hohen Ausbeute an Ketoalkoholen erPatentansprüche : zielt wird. Man erzielt z. B. nach dem letztgenannten Verfahren nach 8 Tagen Betriebsdauer nur einen Um-

1. Verfahren zur Herstellung von aliphatischen satz von 45%.

1,2-Ketoalkoholen mit mindestens 3 Kohlenstoff- 5 Es war deshalb die technische Aufgabe gestellt, die atomen durch Dehydrieren von aliphatischen Herstellung von aliphatischen Ketoalkoholen durch 1,2-Diolen mit mindestens 3 Kohlenstoffatomen in Dehydrieren von 1,2-Diolen so zu gestalten, daß auch Gegenwart von Kupfer enthaltenden Trägerkataly- bei langen Betriebszeiten die Wirksamkeit des Katalysatoren bei Temperaturen von 180 bis 280⁰C in der sators erhalten bleibt und möglichst gleichbleibende Gasphase, dadurch gekennzeichnet, io hohe Umsätze und Ausbeuten ermöglicht,
daß man Kupfer enthaltende Kieselsäureträgerka- Es wurde gefunden, daß man aliphatische 1,2-Ketalysatoren verwendet, wobei die Kieselsäureträger toalkohole mit mindestens 3 C-Atomen durch Dehyeine Wasseraufnahmefähigkeit von 0,4 bis 1,1 cm³/g drieren von aliphatischen 1,2-Diolen in Gegenwart Kieselsäureträger haben. von Kupfer enthaltenden Trägerkatalysatoren bei

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- 15 Temperaturen von 180 bis 28O⁰C in der Gasphase zeichnet, daß man Katalysatoren verwendet, die vorteilhafter als bisher erhält, wenn man Kupfer enteinen Kupfergehalt von 5 bis 20 Gewichtspro- haltende Kieselsäureträgerkatalysatoren verwendet, zent, bezogen auf den gesamten Katalysator ein- wobei die Kieselsäureträger eine Wasseraufnahmefäschließlich Kieselsäureträger, haben. higkeit von 0,4 bis 1,1 cm³ pro g Kieselsäureträger ha-

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, da- 20 ben.

durch gekennzeichnet, daß man Katalysatoren ver- Das neue Verfahren hat den Vorteil, daß es mit ho-

wendet, die durch Fällen von Kieselsäure aus Na- hen Umsätzen und gleichzeitig hohen Ausbeuten vertriumsilikatlösungen bis zu einem pH-Wert von 6, läuft. Darüber hinaus hat das neue Verfahren den ent-Auswaschen der erhaltenen Kieselsäure und Tem- scheidenden Vorteil, daß die Katalysatoren eine bisher pern auf Temperaturen von 600 bis 1300⁰C, dar- 25 nie erreichte Lebensdauer haben, wobei die hohen Umauffolgendes Tränken der so erhaltenen Kiesel- sätze und hohen Ausbeuten über lange Zeit aufrechtsäureträger mit Kupfersalzen, gegebenenfalls an- erhalten werden. Ferner hat das neue Verfahren den schließend nochmaliges Erhitzen auf Temperaturen Vorteil, daß der verwendete Katalysator über lange von 200 bis 500⁰C und nachfolgende Behandlung Zeit eine hohe Belastbarkeit beibehält,
mit Wasserstoff bei einer Temperatur von 120 bis 30 Als Ausgangsstoffe verwendet man aliphatische 240° C in an sich bekannter Weise erhalten worden 1,2-Diole. Bevorzugte 1,2-Diole sind solche der Formel sind.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 mit 3, da- R — CH — CH₂,
durch gekennzeichnet, daß man bei der Dehydrie- | |
rung eine Temperatur von 230 bis 27O°C einhält. 35 OH OH