DE2447069C2 - Verfahren zur Herstellung von Carbonsäureestern - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von CarbonsäureesternInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Carbonssäureestern durch Umsetzung von Olefinen
mit Kohlenmonoxid und mehrwertigen Alkoholen.
Es ist seit langem bekannt, Cabonsäuren oder Carbonsäureester
durch Umsetzen von Olefinen mit Kohlenmonoxid und Wasser und/oder Alkoholen in Gegenwart
einer Kobaltverbindung herzustellen. Diese Umsetzung entspricht der Oxosynthese, wobei der bei dieser
Umsetzung verwendete Wasserstoff durch Wasser und/oder Alkohole ersetzt wird. Wenn man jedoch die
Herstellung der Carbonsäuren und/oder Carbonsäureester unter denselben Reaktionsbedingungen, wie sie
bei der Oxosynthese eingehalten werden, durchführt, erreicht man nur eine niedrige Reaktionsgeschwindigkeit
und eine Ausbeute an Carbonsäuren oder Carbonsäureestern von höchstens etwa 40%.
Zur Verbesserung dieser Umsetzung wurden bereits die verschiedensten Versuche unternommen. So ist e-s
beispielsweise aus der japanischen Patentanmeldung 12 854/1966 bekannt, die Ausbeute an Carbonsäureester
dadurch zu erhöhen, daß man zur Steigerung der Reaktionsgeschwindigkeit in die Reaktionszone zusätzlich
zu einem Kobaltkatalysator Wasserstoff und eine Pyridinbase einführt. Aus der japanischen Patentanmeldung
1 362/1971 ist es bekannt, die Ausbeute durch Einführen eines Laktams, Nitrils oder Amids und dergleichen
in die Reaktionszone zu erhöhen. In beiden Fällen läuft jedoch die Umsetzung ziemlich langsam ab, so daß
man bei hohen Temperaturen und hohen Drucken arbeiten muß.
Eine Hochtemperatur/Hochdruck-Umsetzung ist jedoch in der Regel mit verschiedenen Nachteilen behaftet.
So läßt die Qualität der bei solchen Umsetzungen erhaltenen Fettsäuren oder Fettsäureester zu wünschen
übrig. Ferner erhöhen sich die Kosten für die zur Durchführung dieser Umsetzung erforderlichen Anlagen.
Schließlich müssen während des Betriebs spezielle Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden. Insbesondere
bei der Herstellung verschiedener Produkte in jeweils geringen Mengen, beispielsweise bei der Herstellung
.gehinderter Ester, ist es, da häufig von einer Vorrichtung auf die andere umgeschaltet werden muß, unvermeidbar,
daß die Nachteile der Hochtemperätur/Hochdruck-Umsetzung
voll zur Geltung kommen.
Unter diesen Umständen wurde Niederdruckverfahren immer größere Beachtung geschenkt. So ist beispielsweise
in der japanischen Patentanmeldung 19 290/1973 ein diesbezügliches Verfahren beschrieben,
bei welchem die Umsetzung unter Verwendung eines Rhodium- oder Iridiumkatalysators unter einem Druck
von 19,8 bis 49 bar durchgeführt wird Da jedoch dieses Verfahren mit einem kostspieligen Edelmetallkatalysator
arbeitet, ist es aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten,
z. B. aus Gründen einer quantitativen Katalysatorrückgewinnung und dergleichen, kaum für die Praxis geeignet
Der Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, die
ίο geschilderten Nachteile einer üblichen Hochternperatur/Hochdruck-Umsetzung
zu vermeiden und ein Verfahren zur Herstellung von Carbonsäureestern mehrwertiger
Alkohole in hoher Ausbeute zu schaffen.
Gegenstand der Erfindung ist dahe/ ein Verfahren zur Herstellung von Carbonsäureestern mehrwertiger Alkohole durch Umsetzung von Olefinen mit Kohlenmonoxid und mehrwertigen Alkoholen in Gegenwart eines aus einer Cobaltverbindung und Pyridin oder einer Pyridiinbase in Form eines mono-, di- oder trialkylsubstituierten Pyridins mit jeweils t bis 3 Kohlenstnffatom(en) im Alkylteil bestehenden Katalysators, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Umsetzung in Gegenwart eines vorher durch Erhitzen einer Cobaltverbindung mit Pyridin oder der Pyridinbase unter Kohlenmonoxiddruck zubereiteten aktiven Katalysators durchführt.
Gegenstand der Erfindung ist dahe/ ein Verfahren zur Herstellung von Carbonsäureestern mehrwertiger Alkohole durch Umsetzung von Olefinen mit Kohlenmonoxid und mehrwertigen Alkoholen in Gegenwart eines aus einer Cobaltverbindung und Pyridin oder einer Pyridiinbase in Form eines mono-, di- oder trialkylsubstituierten Pyridins mit jeweils t bis 3 Kohlenstnffatom(en) im Alkylteil bestehenden Katalysators, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Umsetzung in Gegenwart eines vorher durch Erhitzen einer Cobaltverbindung mit Pyridin oder der Pyridinbase unter Kohlenmonoxiddruck zubereiteten aktiven Katalysators durchführt.
Allgemein läuft diese sich der Reppe-Reaktion bedienende Umsetzung unter Hochtemperatur- und Hochdmckbedingungen
ab. In diesem Zusammenhang war zu erwarten, daß sich der Katalysator bei Hochtemperatur-
und Niederdruckbedingungen zersetzt und daß die Umsetzung unter Niedertemperatur- und Niederdruckbedingungen
kaum abläuft. Aufgrund umfangreicher Untersuchungen dieser Umsetzung wurde gefunden,
daß ein Komplex aus einer Kobaltverbindung und Pyridin unter niedrigem Druck relativ stabil ist und daß sich
aus einer Kobaltverbindung, Pyridin und Kohlenmonoxid ein aktiver Katalysator herstellen läßt, daß jedoch
die Anwesenheit eines Alkohols die Bildung dieses aktiven Katalysators stark beeinträchtigt.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich die geschilderten Schwierigkeiten vermeiden lassen,
wenn man den aktiven Katalysator vorher herstellt und den Verfahrensablauf unter niedrigem Druck durch Einführen
des vorher hergestellten aktiven Katalysator in die Reaktionszone beschleunigt Erfindungsgemäß läßt
sich der aktive Katalysator selbst unter niedrigem Druck herstellen, sofern Alkohole abwesend sind. Die
Umsetzung kann bei niedrigem Druck, z. B. bei 203 bis
40,5 bar durchgeführt werden.
Im Rahmen des Verfahrens gemäß der Erfindung eignen sich als Ausgangsolefine ungesättigte Kohlenwasserstoffe
mit mindestens einer Kohlenstoff/Kohlenstoff-Doppelbindung und 3 oder mehr Kohlenstoffatomen,
z. B. Hexen-l,Octen-l,Octen-3. Octadecen-1 und deren
Analoge sowie Mischungen aus verschiedenen Olefinen des geschilderten Typs.
Als Alkohole können im Rahmen des Verfahrens gemäß der Erfindung sämtliche mehrwertigen Alkohole
mit weniger als 20 Kohlenstoffatomen, z. B. Alkohole, wie Äthylenglykol, Glyzerin, 'Pentaerythrit und deren
Analoge, verwendet werden. Das Verhältnis Olefin zu Alkohol kann beliebig gewählt werden. In der Regel ist
es jedoch zweckmäßig, pro 1 Äquivalent, an alkoholisehen Hydroxylgruppen 0,2 bis 10 Mol(e) Olefin(e) zu
verwenden.
Als Katalysatoren eignen sich beispielsweise Dikobaltoctacarbonyl oder Kobaltcarbonylhydrid oder Ver-
bindungen, die diese Derivate bilden, ζ. B. Kobaltoctanoat,
Kobaltstearat und KobaJthydroxid. Zweckmäßigerweise
verwendet man pro 1 Äquivalent an alkoholischen Hydroxylgruppen 0,001 bis 0,1 Mol Kobaltverbindung.
Zu der erfindungsgemäßen vorherigen Herstellung eines aktiven Katalysators ist es erforderlich, die
gesamte Menge an Kobaltverbir.dung zusammen mit dem Pyridin oder der Pyridinbase in die Katalysatoraktivierungsvorrichtung
einzutragen.
Zur Bildung des aktiven Katalysators ist, wie bereits
erwähnt, die Anwijsenheit von Pyridin oder einer Pyridinbase
der gegebenen Definition unabdingbar. Neben Pyridin sind als Pyridinbasen besonders geeignet /-Picolin,
3,5-Lutidin,4-Äthylpyridin und deren Analoge.
Pro 1 Mo! Kobaltverbindung wird (werden) zweckmäßigerweise
1 bis 100 Mol(e), vorzugsweise 3 bis 50 Mole, Pyridin oder Pyridinbase verwendet. Es ist jedoch
nicht immer erforderlich, die Gesamtmenge an Pyridin oder Pyrid'nbase zum Zeitpunkt der Bildung des
aktiven Katalysaiors zu der Keilverbindung zugeben,
es ist auch möglich. 1 bis 10 Mol(e) Pyridin oder Pyridinbase in der Reaktionszone der Kobaltverbindung zuzusetzen.
Zur Bildung eines aktiven Kataiysators durch Umsetzung
einer bestimmten Menge (innerhalb des angegebenen Bereichs) Kobaltverbindung mit einer bestimmten
Menge (innerhalb des angegebenen Bereichs) Pyridin oder Pyridinbase reicht es aus, das Gemisch aus Kobaltverbindung
und Pyridin oder Pyridinbase unter Kohlenmonoxiddruck,
zw ckmäßigerweise unter einem Kohlenmonoxiddruck von 19,6 bis 191,6 bar zu erhitzen. Solange
der Kohlenmonoxiddruck innerhalb dieses Bereichs liegt, besteht keine Geiafir, d;?ß hierdurch die
Katalysatoraktivierung beeinträchtigt v/ird. Die Temperatur zur Aktivierung des Katalysators sollte zweckmäßigerweise
im Bereich von 100°"bis 1800C liegen. Wenn
diese Temperatur 1800C übersteigt, gibt es Fälle, in denen
der Katalysatorakiivierungsgrad niedriger wird.
Folglich muß auf die Einhaltung einer geeigneten Temperatur geachtet werden. Die Aktivierungsdauer sollte
etwa 30 min betragen. Jede Verlängerung der Aktivierungsdauer ist umsonst
Wie bereits erwähnt, läßt sich erfindungsgemäß die
Carbonylierungsreaktion unter niedrigem Druck, z. B. bei einem Druck von 19,6 bis 39,2 bar durchführen. Dadurch
bedingt, lassen sich qualitativ hochwertige Endprodukte gewinnen, die Anlagekosten niedrig halten
und besondere Sicherheitsvorkehrungen während des Betriebs der Anlage vermeiden. Insbesondere bei der
Herstellung mehrwertiger Alkoholester, bei welcher ein häufiges Umschalten derVorrichtungen erforderlich ist,
hat sich das Niederdruckverfahren gemäß der Erfindung aus Sicherheitsgründen und aus Gründen der Produktivität
als vorteilhaft erwiesen.
Versuchsbeispiel
55
Ein 300 ml fassender Autoklav aus rostfreiem Stahl wurde mit 0,016 MoI Kobaltoctanoat, 0,24 Mol ^-Pico-Jm,
0,65 Mol Hexen-1 und 0,125 Mol Pentaerythrit bei*schickt,
worauf in den Autoklaven unter Druck Kohlenmonoxid eingeleitet wurde. Die Carbonylierung wurde
bei einem Druck von 29,4 bar und einer Temperatur von 1600C durchgeführt Nach Beginn der Umsetzung war
kaum eine CO-Absorption feststellbar, selbst nach 40-stündiger Umsetzung hatte sich der Druck nicht geändert
Nach beendeter Umsetzung wurde die obere flüssige
Nach beendeter Umsetzung wurde die obere flüssige
65 Schicht des Reaktionsgemische, aus dem sich Pentaerythrit
in fester Form abgeschieden hat, destilliert, um nicht-umgesetztes Olefin, Picoün und dergleichen abzudestillieren.
Der Hauptteil des ursprünglich eingesetzten Hexen-1 wurde wiedergefunden bzw. zurückgewonnen,
d. h. der gewünschte Ester hatte sich kaum gebildet
Ein 100 ml fassender Autoklav aus rostfreiem Stahl wurde zunächst mit 0,016 Mol Kobaltoctanoat und
0,24 Mol ^-Picolin beschickt, worauf der Autoklaveninhalt
zur Herstellung das aktiven Katalysators 30 min latg auf eine Temperatur von 1600C unter einem Kohlenmonoxiddruck
von 49 bar erhitzt wurde.
Gleichzeitig wurde ein 300 ml fassender Autoklav aus rostfreiem Stahl mit 0,65 MoI Hexen-1 und 0,125 MoI
Pentaerythrit beschickt und unter einen Kohlenmonoxiddruck von 29,4 bar gesetzt
Hierauf wurde dsr vorher zubereitete Katalysator in
den zweiten Autoklaven eingetragen, worauf das darin befindliche Reaktionsgemisch 7 h lang bei einer Temperatur
von 1600C unter einem Druck von 29,4 bar reagieren
gelassen wurde.
Nach beendeter Umsetzung wurden nicht-umgesetztes Olefin und /-Picolin aus dem Reaktionsgemisch abdestilliert,
worauf der Pentaerythritcarbonsäureester mit Hilfe einer Molekulardestillationsanlage weiter
fraktioniert wurde.
Der Ester bestand aus 10% Triester und 90% Tetraester.
Beispiel l wurde wiederholt, wobei jedoch das«- Picolin
durch 3,5-Lutidin ersetzt wurde. Der hierbei erhaltene
Pentaerythritcarbonsäureester bestand aus 5% Triester und 95% Tetraester.
0,016 Mol Cobaltoctanoat, 0,12 Mol /-Picolin und
0,048 Mol Wasser werden in einen 100 tnl fassenden Autoklaven
gefüllt und darin bei einer Temperatur von 1600C unter einem Gasdruck (H2/CO-Verhältnis im verwendeten
Gasgemisch: 1 :1) von 147 bar 2 h lang gerührt, wobei ein Katalysator erhalten wird.
Ferner werden in einen 300 ml fassenden Autoklaven 1 Mol Hexen-1 und 0,083 Mol (03 Äquivalent) Dipentaerythrit
gefüllt. Danach wird das im Autoklaven befindliche Gemisch unter einen Kohlenmonoxiddruck
von 147 bar gesetzt und mit dem zuvor hergestellten Katalysator beschickt. Schließlich wird das Ganze 7 h
lang bei einer Temperatur von 1600C reagieren gelassen.
Eine Analyse des Reaktionsprodukts zeigt, daß es zu 96% aus Dipentaerythrithexaester und zum Rest aus
Pentaester und Tetraester besteht
Beispiel 3 wird mit 0,187 Mol Trimethylolpropan anstelle von 0,083 Mol Dipentaerythrit wiederholt Eine
Analyse des erhaltenen Reaktionsprodukts zeigt, daß es zu 98% aus dem Triester und zum Rest aus einem Diester
besteht.
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung von Carbonsäureestern mehrwertiger Alkohole durch Umsetzung von Olefinen mit Kohlenmonoxid und mehrwertigen Alkoholen in Gegenwart eines aus einer Cobaltverbindung und Pyridin oder einer Pyridinbase in Form eines mono-, di- oder trialkylsubstituierten Pyridins mit jeweils 1 bis 3 Kohlenstoffatom(en) im Alkylteil bestehenden Katalysators, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Gegenwart eines vorher durch Erhitzen einer Cobaltverbindung mit Pyridin oder der Pyridinbase unter Kohlenmonoxiddruck zubereiteten aktiven Katalysators durchführt
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