DE2401553C2 - Verfahren zur Herstellung von Butandiol-1,4 - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Butandiol-1,4

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DE2401553C2 DE2401553A DE2401553A DE2401553C2 DE 2401553 C2 DE2401553 C2 DE 2401553C2 DE 2401553 A DE2401553 A DE 2401553A DE 2401553 A DE2401553 A DE 2401553A DE 2401553 C2 DE2401553 C2 DE 2401553C2
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Nach einem in der Technik eingeführten Verfahren stellt man Butandiol-1,4 durch Umsetzen von Acetylen mit Formaldehyd in Gegenwart von Kupfcracetylid zu Butindiol und anschließende Hydrierung zu Butandiol-1.4 her. Da die Zugänglichkeit von Acetylen für chemische Verfahret) in zunehmendem Maß erschwert wird, besteht ein Bedarf, Butandiol-1.1 aus einfacher zugänglichen petrochemischen Rohstoffen zu erzeugen. So wurde auch schon versuch! (vgl. DF-OS 22 17 452). Butandiol-1,4 durch Umsetzen von Butadien mit Essigsäure und molekularem Sauerstoff oder solchen enthaltenden Gasen in Gegenwart von Fdelmetallkatalysatoren zu Butendiol-M-diaectat und nachfolgende 1 lydrierung und Verseifung herzustellen. Dieses Verfahren hat zwar den Vorteil, daß von einfachen petrochemischen Rohstoffen ausgegangen werden kann, jedoch hat sie); das Verfahren bislang in der Technik nicht bewährt.
Aus der Monographie von J. Falbe. »Synthesen mit Kohlenmonoxid«. Springer-Verlag I9b7, Seiten 39 und 49, war es bekannt, daß sich die Acetale konjugiert ungesättigter Aldehyde im Gegensatz zu den freien Aldehyden, die lediglich hydriert werden, hydroformylieren lassen. Nach Tabelle 18 auf Seite 43 loc-cit. erhält man jedoch bei der Hydroformylieriim' des strukliirdl ahnkdien Melln IricthacA Ι.γλ nut einem Rhodium Ί>: but \ 'phosphin-kaIaK >,ih>r neben S [Hire η J er ,M onm ί ■· .ThinduiiL' l'-i Ί' der \ I orniv l\ cbii.Juns:. Mi: tier ΐιΓίπΐιhIiIι/κτίι ti. ;iKc keini I'!ι< >sρ;ι!!'t einhakende· Kobalt- Ulli! HhouiuincarhonvlkompkAcr, heiras:! dc (ι rad Jer ,;' ί οπη\ he; ·;πι' /u.ir > ■ !ν.·. Γ*'1 ■. ied^cl bereitet in diesen Fällen die Abtrennung der unter Normaldruck instabilen Katalysatoren Schwierigkeiten, wogegen die phosphinniodifizierten Komplexe bei den üblichen Aufarbeitungstechniken stabil bleiben und sich . z. B. im Destillationsrückstand wiederfinden, der unmittelbar wieder in die Hydroformylierung zurückgeführt werden kann.
Nach der Lehre der GB-PS 7 02 206 eignen sich cyclische Acetale von ungesättigten Aldehyden beson-
!M dersgut für die Hydroformylierung mit Kobaltcarbonylkomplexen, jedoch wird dort nichts über das Isomerenverhältnis gesagt. Lediglich dem Beispiel 13 dieser GB-PS ist zu entnehmen, daß die Hydroformylierung des Acrolein/Butandiol-l^-Acetals höchstens zu 34%
ι, an 0-formyliertem Produkt, also dem Vorprodukt des Butandiol-1,4, führt.
Aus der Arbeit von Maeda et al. in Bi,II. Chem. Soc. Japan, Band 41 (1968), Seiten 2969-74, ist ferner die Hydroformylierung einiger cyclischer Acroleinacetale.
.-Ii darunter desjenigen mit 2-Methylpropandiol-l,3 als Acetalkomponentc, mittels Dikobaltoctacarbonyl bekannt, wobei man indes auch nur Ausbeuten von 53—57% an /?-formylicrtem Produkt erhält.
Schließlich ist aus der DE-OS 21 11 116 auch die
.·. Hydroformylierung von cyclischen Acroleinacetalen mittels Rhodiumcarbonylkomplexen bekannt, jedoch führt diese nur zu Ausbeuten an j9-formyliertem Produkt von etwa 40%.
Die Hydrierung cyclischer Monoacetale von Dialde-
In hyden unter Hydrolysebedingungeii, wobei man das dem Dialdehyd entsprechende Diol sowie das Diol der Acetalgruppicrung erhält, ist aus der US-PS 28 88 492 bekannt.
Der Erfindung lag nun die allgemeine Aufgabe
;. zugrunde, Butandiol-1,4 auf dem Wege über die Hydroformylierung eines cyclischen Acroleinacctals und die anschließende Hydrierung des Hydroformylierungsproduktes unter Hydrolysebedingungen herzustellen, wobei sich die spezielle Aufgabe auf die Erhöhung > der Ausbeute an /Mbrmyliertem Produkt bei der Hydroformylierung und auf eine verfahrenstechnisch einfache Ausgestaltung des Gesamtverfahrens erstreckte.
Demgemäß wurde gefunden, daß man Butandiol-1,4
■ vorteilhaft erhält, wenn man das cyclische Acetal aus Acrolein und 2-Methylpropandiol-l,3 mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff in Gegenwart von Kobalt- oder Rhodiumcarbonylkomplexen, die mit tertiären organischen Phosphinen modifiziert sind, bei Temperaturen
'■■ von 80 bis 1600C unter erhöhtem Druck umsetzt, aas Reaktionsgemisch von den Katalysatorbestandleilen befreit und in Gegenwart von Wasser und Hydrierkatalysatoren bei erhöhter Temperatur und unter erhöhtem Druck in an sich bekannter Weise der Hydrierung
• unterwirft und das Butandiol-1.4 hieraus in ebenfalls an sich bekannter Weise isoliert.
Das neue Verfahren hat den Vorteil, daß es mit guten Ausbeuten verläuft, einfach durchzuführen ist und neben CO und II: praktisch allein auf dem leicht zugänglichen Acrolein als Ausgangssloff basiert. Beider Hydroformylierung des dcfiniiionsgemäßen Acroleinacetals erhält man nämlich neben überwiegenden Mengen des !.ic'.v uiischien i I oniiylpropi'>"aldch>dacelals auch die enKprei heiitle ^-lorrnylverhindung, welche bei der I Iv,! nc- .iiii; in J Mol 2 Mctln Ipropandiol-1,;, ,,!so in die Aceialkompnnenie ic1 cin/usel/eiideM Aeroleiiiacelals. gespalten wird. Dies hat Jen besonderen verfahrenstechnischen Vorteil, daß nun bei tier llvdricruiiE im
wesentlichen nur das Butandiol-1,4 und das 2-Methylpropandiol-1,3 erhält. Hiervon kann das Butandiol-1,4 leicht abgetrennt werden, wonach das 2-Methylpropandiol-1,3 gänzlich oder zum Teil wieder für die in üblicher Weise erfolgende Aceialisierung des Acroleins verwendet werden kann.
Zur Herstellung des Acetals kann man das Acrolein beispielsweise mit einem 2- bis 3molaren Überschuß an dem Diol bei 30—500C in Gegenwart eines stark sauren Ionenaustauschers umsetzen, wonach man das Acetal aus diesem Umsetzungsgemisch wie üblich durch Destillation gewinnt.
Bei der Hydroformylierung werden Kohlenmonoxid und Wasserstoff im allgemeinen im Volumenverhältnis 0,25 : 1 bis 4 :1. insbesondere 0,5 :1 bis 2 : 1 angewandt. In der Regel wendet man mindestens die stöchiometrisch notwendige Menge des Gasgemischs an, vorteilhaft jedoch im Überschuß bis zu 200 mol%. Die Temperaturen betragen hierbei 80—180, vorzugsweise 100-1600C, und für den Druck empfiehlt sich ein Bereich von 5—100, besonders von 10—80 bar.
Die Hydroformylierung wird in Gegenwart von Kobalt- oder Rhodiumcarbonylkomplexen, die mit tertiären organischen Phosphinen modifiziert sind, durchgeführt, wobei man von den vorgebildeten Katalysatorkomplexen, z. B. von CO2(CO)6L2, HCo(CO)3L3, HRhCOL1, ClRhCOL2 und L3RhCI (L = tert. Phosphin) ausgehen kann. Es ist jedoch auch möglich, die Katalysatorkomplexe aus dem Phosphin und den entsprechenden Metallcarbonylen wie Dikobaltoctacarbonyl und Rhodiumcarbonyl oder reaktiven Metallverbindungen, z. B. Kobaltsalzen von Fettsäuren, Rhodiumcarbonylchlorid, Rhodiumcarbonylacrlyat oder Cyclooctadienyl-l,5-rhodiumchlond, mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff unter den Reaktionsbedingungen in situ herzustellen. Im allgemeinen wendet man die Carbonylkomplexe in Mengen von 0,01 —2, insbesondere 0,1 — l,0Gew.-% an, gerechnet als Metall und bezogen auf die Menge des Acroleinacetals.
Als tertiäre Phosphine eignen sich besonders Tri-Ci-Cre-alkylphosphine wie Trioctylphosphin, Tridodecylphosphin, Diethyldodecylphosphin und Dimethylicosylphosphin oder Aryl- oder Aralkylphosphine, insbesondere Phenyl- oder Aikylphenylphosphine wie Triphenylphosphin, Tritolylphosphin, Dimethylphenyl- ; phosphin und Ethylditolylphosphin. Die Alkyl- oder Arylreste können funktionell Gruppen haben, wie Methoxygruppen, Carboxyl- oder Carbalkoxygruppen, wie z. B. im p-Methoxphenyldimethylphosphin oder 10-Carboxydecyldimethylphosphin. Besonders bevorzugt werden Tri-Ci-C2o-alkylphosphine und Triphenylphosphin. Vorteilhaft wendet man je Mol Kolbalt 1 —lOmol eines Alkylphosphins an. Für Rhodium hat sich die Kombination mit Aryiphosphincn besonders bewährt, wobei man je Mol Rhodium 5 — 50 mol des , Phosphins anwendet.
Die Hydroformylierung, die diskontinuierlich oder auf einfache Weise kontinuierlich ausgeführt werden kann, kann ohne Mitverwendung von zusätzlichen Lösungsmitteln durchgeführt werden (in diesem Fall dienen die ■ Erzeugnisse als Lösungsmittel) oder auch in Gegenwart von zusätzlichen Lösungsmitteln wie KohlenwasserMoflcn. /. ft. Bcn/ol. Cyclohexan und Hexan, ferner I them wie Tetrahydrofuran oder Dibutylcther oder Alkanolen wie ßutanol.
Als Hydroforrnylierungsprudukte erhält man im wesentlichen das i-l-onmipropinnalilelmhuviai t;iul Jas 4-1 lyilrov.hutvraiucln J acetal neben im ι ei μ cm J inten Mengen an dem den isomeren Verbindungen, nämlich an dem 2-FormylpropionaldehydacetaI und dem 2-MethyI-3-hydroxypropionaldehydacetal.
Nach beendeter Reaktion werden aus dem Reaktionsgemisch gegebenenfalls die Lösungsmittel und die Hydroformylierungsprodukte nach bekannten Methoden, z. B. durch Destillation unter vermindertem Druck, vom kaialysatorhaltigen Rückstand abgetrennt, der seinerseits sofort wieder für die Hydroformylierung verwendet werden kann.
Das so erhaltene Rohgemisch wird in Gegenwart von Wasser und Hydrierkatalysatoren in an sich bekannter Weise hydriert. Vorteilhaft wendet man mindestens die stöchiometrisch notwendige Menge Wasser an. Insbesondere wendet man je MoI Acetal 1—30 mol Wasser an, wobei sogar direkt in Wasser hydriert werden kann.
Als Hydrierungskatalysatoren verwendet man bevorzugt Metalle der 8. Gruppe des periodischen Systems, insbesondere Nickel, Kobalt oder die Edelmetalle wie Platin oder Palladium. In der Technik haben sich besonderes Kupfer-, Nickel- oder Kobaltkatalysatoren bewährt. Daneben können die Katalysatoren Aktivatoren wie Kupfer, Zink und Chrom enthalten. Besonders geeignete Katalysatoren sind Raney-Nickel. Raney-Kobalt und die sogenannten Adkins-Katalysatoren (Kupfer-Chromoxid-Katalysatoren).
Die Katalysatoren können als sogenannte Vollkatalysatoren oder in Form von Trägerkatalysatoren mit beispielsweise Kieselgel, Kieselsäure oder Aluminiumoxid als Trägermaterialien angewandt werden. Im allgemeinen enthalten die Trägerkatalysatoren 5—40 Gew.-% der katalytisch aktiven Metalle.
Die Hydrierung wird vorteilhaft bei Temperaturen von 70-150, insbesondere 80-130°C durchgeführt. Hierbei haben sich vor allem Drücke von 100—300 bar bewährt. Aus dem Hydrieraustrag wird das Butandiol-1,4 nach bekannten Methoden, z. B. durch Destillation, isoliert. Das aus dem Acetal stammende 2-Methylpropandio!-l,3 kann für die Herstellung des als Ausgangsstoff einzusetzenden Acroleinacetals wiederverwendet werden.
Beispiel
In einem Druckreaktionsgefäß von 2 I Volumen, das mit einem Hubruhrer ausgerüstet war, wurden unter Schutzgas (N2). 4,3 g Dikobaltoctacarbonyl und 26 g Dimethylalkylphosphin (Alkyl = C2H bis C2(,) in 120 g Benzol vorgelegt. Es wurde zweimal mit einem Gasgemisch aus 1 Volumenteil Kohlenmonoxid und 2 Volumenteilen Wasserstoff gespült. Nach dem Aufheizen auf 1500C wurde mit diesem Gasgemisch ein Druck von 70 bar eingestellt. Dann wurde innerhalb von 2 Stunden in 4 Portionen ein Gemisch aus 96 g des Acetals des Acroleins mit 2-Methylpropandiol-l,3 und 80g Benzol in das Reaktionsgefäß eingebracht. Der Druck wurde durch Nachpressen des Gasgemischs auf 70 bis 80 bar gehalten. Nach 2 Stunden waren insgesamt 38 bar Gas aufgenommen.
Die gaschromatographische Analyse- des Rekationsproduklcs zeigte 82% lineare Isomere. Der Austrag wurde anschließend destilliert, wobei zunächst das Benzol entfernt wurde. Danach fielen 1 3 c -. Acmleinace-tal entsprechenden !Yopmnaidei . und K1S;; der durch Hydroforim Ironing en;s· Acetale an (das sind K9% ei.'- theoi-, erwartenden Menge), und st h!. i'h. ·; \eri'l..· eines den Katalysator en thai; ei'nu :1 1-!1K ks:a;;!
Du.- iliSt-' 1 !ydroforim Ik rir . ιγί du'kl «
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Jenen
24 Ol 553
400 ml Methanol, 100 ml Wasser und 40 g sorgfältig neutral gewaschenem Raney-Nickel 5 Stunden lang bei einem Druck von 280 bar und einer maximalen Temperatur von 140°C hydriert. Abschließend wurde der Katalysator abfiltriert, das Lösungsmittel abgezogen und das Diolgemisch bei 93 —96°C/3 mbar destilliert. Es wurden 105 g Diole erhalten, die nach gaschromatographischer Analyse der Diacetale aus 60% 2-MethylpropandioI-l,3 und 40% Butandiol-1.4 bestanden. Unter Berücksichtigung des als Acetalisierungskomponente eingesetzten verzweigten Isomeren entfielen also auf das neu gebildete Diol 80% DUiaiiijiül-1,4 und 20% 2-Methylpropandiol-1.3. Bei der Destillation unter 14 mbar ging das 2-Methylpropandiol-1.3 bei 97CC und das ButandioI-1,4 bei 1110C über.

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Butandiol-1,4, dadurch gekennzeichnet, daß man das cyclische Acetal aus Acrolein und 2-Mcthylpropandiol-1,3 mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff in Gegenwart von Kobalt- oder Rhodiumcarbonylkomplexen, die mit tertiären organischen Phosphinen modifiziert sind, bei Temperaturen von 80—2000C und unter erhöhtem Druck umsetzt, das Reaktionsgemisch von den Katalysatorbestandteilen befreit und in Gegenwart von Wasser und Hydrierkatalysatoren bei erhöhter Temperatur und unter erhöhtem Druck in an sich bekannter Weise der Hydrierung unterwirft und das Butandiol-1,4 hieraus ebenfalls in an sich bekannter Weise isoliert.
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Gegenwart von Tri-CrCM-alkylphosphinen oder Triphenylphosphin als Modifizierungsmittel durchführt.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Gegenwart von 5 — 50 mol des tertiären organischen Phosphins je Grammatom Rhodium durchführt.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Gegenwart von 1 —20 mol des tertiären organischen Phosphins je Grammatom Kobalt durchführt.
5. Verfahren nach den Ansprüchen I bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Hydrierung in Gegenwart von 1 bis 30 Mol Wasser je Mol der erhaltenen Hydroformylierungsprodukte durchführt.
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