DE2502894C3 - Ruthenium-Trägerkatalysator - Google Patents
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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- B01J23/6562—Manganese
Description
Die Erfindung betrifft einen Ruthenium-Trägerkatalysator und seine Verwendung als Hydrierkatalysator.
Aus der DE-OS 19 09 342 ist die Verwendung eines Ruthenium-Katalysators zur Kernhydrierung von 4,4'-Diamino-diphenylmethan
bekannt, der auch auf üblichen Katalysatorträgern aufgebracht sein kann. Ferner
ist aus der DE-AS 15 42 392 ein Ruthenium-Katalysator auf basischen Carbonatträgern bekannt, der besonders
für die Hydrierung von substituierten cyclischen Verbindungen geeignet ist Die bekannten Ruthenium-Katalysatoren
besitzen jedoch noch Nachteile, wie begrenzte Aktivität und Selektivität, so daß ein
Bedürfnis für bessere Ruthenium-Katalysatoren besteht
Es wurde nun ein Ruthenium-Trägerkatalysator mit besseren Eigenschaften gefunden, dessen Katalysatorträger
aus Hydroxiden und/oder Oxydhydraten des Chroms und Mangans und/oder deren Dehydratisierungsprodukten
besteht
Der Rutheniumgehalt des Katalysators, berechnet als Ruthenium, beträgt im allgemeinen 0,1 bis 10 Gew.-%,
bevorzugt 03 bis 5 Gew.-%, bezogen auf den
Trägerkatalysator.
In dem erfindungsgemäßen Katalysatorträger beträgt das Gewichtsverhältnis der Elemente Mangan und
Chrom zueinander im allgemeinen 0,2:1 bis 5:1, bevorzugt 04 :1 bis 3 :1, insbesondere 0,8 :1 bis 2:1.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Katalysators kann nach an sich bekannten Methoden erfolgen. Sie
wird zweckmäßigerweise in zwei Stufen durchgeführt, wobei in der ersten Stufe der Katalysatorträger
hergestellt und in der zweiten Stufe das Ruthenium auf den Katalysatorträger aufgebracht wird.
Die Herstellung des Katalysatorträgers kann nach an sich bekannten Methoden erfolgen, z. B. durch gemeinsames
Ausfällen eines Chrom-Mangan-Hydroxidgemisches aus einer Chrom- und Mangansalze enthaltenden
Lösung mit Alkalilauge oder Ammoniak und anschließendes Auswaschen der löslichen Anteile mit Wasser
(Journal American Chemical Society, Band 63, Seiten 1385, 1386 [1941]), Sie kann auch so erfolgen, daß aus
einer Mangansaßlösung mittels Alkali- oder Ammoncarbonat Mangancarbonat ausgefällt wird, das mit
Wasser anionenfrei gewaschen und anschließend in wäßriger Suspension mit Ammoniumbichroroat bei
erhöhter Temperatur, vorzugsweise 70 bis 100° C umgesetzt wird (vgL DE-OS 1443 901). Eine weitere
Möglichkeit besteht in der Herstellung nach DE-AS 15 42 370 durch Umsetzung von Mangancarbonat mit
Chromtrioxid.
Als besonders geeignete Chrom- und Mangan-Salze seien die Nitrate und Sulfate, sowie NH4Cr(SO^)2,
12 H2O genannt Ebenso kann als Fällungslösung eine Alkalihydroxid und Alkalicarbonat im Gemisch enthaltende
wäßrige Lösung verwendet werden. Als Alkalihydroxid und -carbonat werden vorzugsweise die leicht
zugänglichen Natrium- und Kaliumverbindungen verwendet
Der erfindungsgemäße Katalysatorträger kann auch mit anderen bekannten Katalysatorträgern, wie AI2O3,
SiOi Kieselgur, Bimsstein, Eisenoxid in bekannter Weise vermischt werden, z. B. durch Zusatz dieser
Trägermaterialien zur Mangansalzlösung vor der Fällung des Mangancarbonates. Ebenso können auch
anstelle dieser Trägermaterialien ihre wasserlöslichen Vorstufen, wie Eisen- und Aluminiumsalze zugegeben
werden. Im allgemeinen wird der Anteil dieses Trägermaterials nicht über 50 Gew.-% betragen. Die
zweckmäßigerweise zu wählende Menge läßt sich leicht durch einige Versuche ermitteln.
Der erfindungsgemäße Katalysatorträger kann sowohl direkt nach seiner Herstellung in wasserfeuchter
Form als auch nach einer Trocknung bei erhöhter Temperatur bis etwa 1200C und gegebenenfalls nach
J5 weiterer Temperaturbehandlung in die zweite Stufe
eingesetzt werden.
Dabei kann die Trocknung sowohl bei Normaldruck als auch bei vermindertem Druck vorgenommen
werden, wobei die Trockentemperatur dann niedriger gewählt werden kann.
Die weitere Temperaturbehandlung erfolgt zweckmäßigerweise bei Temperaturen oberhalb 200 bis etwa
4500C, vorzugsweise im Temperaturbereich von 250 bis 3500C. Diese Temperaturbehandlung kann insbesondere
bei solchen Katalysatorträgern vorteilhaft sein, die unter Einsatz von Chrom(VI)-Verbindungen hergestellt
sind.
Nach der Trocknung bzw. der weiteren Temperaturbehandlung kann der erfindungsgemäß?, Katalysatorträger
weiterhin in an sich bekannter Weise gemahlen, homogenisiert und zu Formungen verformt werden.
Auch die zweite Stufe der Katalysator-Herstellung, die Aufbringung des Rutheniums auf den Katalysatorträger,
kann nach an sich bekannten Methoden erfolgen, wobei man zweckmäßigerweise von wasserlöslichen
Rutheniumverbindungen, wie Rutheniumtrichlorid-hydrat ausgeht.
Für die Herstellung von pulverförmiger! Katalysatoren
kann es vorteilhaft sein, die Abscheidung des Rutheniums auf dem Katalysatorträger aus wäßriger
Lösung, z. B. durch Fällung mit Alkalilaugen oder Alkalicarbonat-Lösungen vorzunehmen.
Bei der Herstellung von stückigen Katalysatoren kann man beispielsweise so vorgehen, daß man den
Katalysatorträger nach dessen Verformung, beispielsweise durch Tablettierung des pulverförmigen Trägers,
nacheinander mit der Rutheniumsalzlösung und der vorstehend beschriebenen Fällungslösung in beliebiger
Reihenfolge tränkt, jeweils nach der Tränkung eine
Zwischentrocknung vornimmt und anschließend das entstandene Alkalisalz mit Wasser auswäscht Man kann
aber auch beide Lösungen nacheinander in einer beheizten Dragiertrommel auf den verformten Katalysatorträger aufsprühen und diesen dann waschen. Dabei
richtet sich die ein- oder mehrmalige Tränkung oder Dragierung nach der aufzubringenden Menge Ruthenium.
Der erfindungsgemäße Katalysator kann direkt nach ι ο
dem Trocknen verwendet werden. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, ihn vor der Verwendung einer
Behandlung mit Wasserstoff bei Temperaturen von etwa 20 bis etwa 200° C zu unterwerfen.
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren sind insbesondere zur Herstellung cycloaliphatischer Amine durch
Kernhydrierung entsprechender aromatischer Amine geeignet.
Der technische Fortschritt der erfindungsgemäßen Katalysatoren ist in folgendem begründet.
Es ist besonders überraschend, daß ein Katalysatorträger aus Hydroxiden und/oder Oxydhydraten des
Chroms und Mangans und/oder deren Dehydratisierungsprodukten ein geeigneter Katalysatorträger für
Hydrierkatalysatoren ist Es ist nämlich aus J. Chem.
Soc. 63 (1941), Seiten 1385, 1386, bekannt daß ein C^CVMnO-Katalysator als Dehydrierungskatalysator
für die Aromatisierung von n-Heptan verwendet wird und ebenso ist ein Manganoxid/Chromoxid-Katalysator
aus DE-OS 14 43 901 als Dehydrierungskatalysator für Alkylaromaten bekamt Auch der DE-AS 15 42 370 ist
zu entnehmen, daß Manganoxid/Chromoxid-Katalysatoren besondere Eignung als Oxidationskatalysatoren
haben. Danach war ihre Eignung ah Katalysatorträger eines Hydrierkatalysators überhaupt nicht zu erwarten.
Nach DE-OS 19 09 342 werden mit üblichen Ruthenium-Katalysatoren bei der Hydrierung des 4,4'-Diaminodiphenylmethans nur Ausbeuten von etwa 87% erreicht
obgleich die eingesetzte Katalysatormenge einer Aufwandmenge von etwa 15 bis 20 g Ruthenium für 1 kg
4,4'-DiaminodiphenyImethan entspricht
Bessere Ausbeuten werden zwar nach dem Verfahren der DE-OS 21 32 547 mit einem Ruthenium(IV)-oxydhydrat als Katalysator erhalten, jedoch beträgt die
Aufwandmenge an Ruthenium noch 5 g für 1 kg zu hydrierender Substanz, wenn man die beträchtlichen
Rutheniumverluste bei der Herstellung des Katalysators berücksichtigt. Außerdem wird die Hydrierung in
Gegenwart erheblicher Mengen Lösungsmittel vorgenommen.
Zwar erhält man mit einem Ruthenium-Katalysator auf basischen Metallcarbonaten als Träger nach DE-AS
15 42 392 hohe Ausbeuten, jedoch wird dann ebenfalls in
Lösung und unter Zusatz von Ammoniak zur Verhinderung von Nebenreaktionen gearbeitet Die verwendete
Katalysatormenge ist ebenfalls sehr hoch und entspricht 5 g Ruthenium pro kg zu hydrierender Substanz.
Demgegenüber ist der erfindungsgemäße Ruthenium-Trägerkatalysator wesentlich aktiver, so daß geringere Aufwandmengen an Ruthenium erforderlich sind.
Er arbeitet zudem auch bei höheren Temperaturen, beispielsweise oberhalb 240° C, so selektiv, daß Nebenreaktionen praktisch nicht auftreten. Ebenso ist wegen
seiner hohen Selektivität ein Arbeiten in Gegenwart von Lösungsmitteln und/oder Ammoniak nicht erfor- μ
derlich.
Bevorzugt kann der erfindungsgemäße Katalysator zur Kernhydrierung aromatischer Amine verwendet
werden. Dabei weist er besondere Vorteile gegenüber den bekannten Ruthenium-Katalysatoren bei der
Hydrierung ein- und mehrkerniger mehrfunktioneller aromatischer Amine auf.
Daher betrifft die Erfindung auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Katalysators in einem Verfahren zur Herstellung cycloaliphatischer Amine durch
katalytische Hydrierung der entsprechenden aromatischen Amine bei erhöhtem Druck und erhöhter
Temperatur in Gegenwart des erfindungsgemäßen Katalysators.
Als Ausgangsverbindungen für dieses Verfahren kommen Anilin und substituierte Aniline in Frage.
Damit kann dieses Verfahren zur katalytischen Kern-liydrierung aromatischer Amine der Formel I
NHR1
NHR\
dienen, in der
R1, R2 und R3 gleich oder verschieden sind und für
Wasserstoff oder einen Alkylrest stehen,
R4 und R5 gleich oder verschieden sind und für
einen gegebenenfalls substituierten Alkyl-, Cycloalkyl-, Aralkyl- oder Arylrest stehen und
m, η und ρ jeweils füt eine der Zahlen 0 oder 1
stehen.
Als Alkylreste seien geradkettige und verzweigte Alkylreste mit 1 bis 10 C-Atomen, bevorzugt mit bis zu 6
und insbesondere bis zu 4 C-Atomen genannt beispielsweise Methyl-, Äthyl, Propyl, Isopropyl, Butyl,
Isobutyl, tert-Butyl, die isomeren Pentyl- und Hexylreste.
Als Cycloalkylreste seien gegebenenfaK, substituierte
Cycloalkylreste mit bis zu 10 C-Atomen genannt bevorzugt Cyclopentyl und Cyclohexyl.
Als Aralkylreste seien solche mit bis zu 30 C-Atomen,
bevorzugt mit bis zu 6 C-Atomen in der Kette und 12 C-Atomen im aromatischen Teil genannt beispielsweise
Benzyl, Benzhydryl, Phenyläthyl, Phenylpropyl, Phenylisopropyl, Phenylbutyl, Phenylisobutyl, Phenyltrimethylpropyl, bevorzugt Benzyl und Phenylisopropyl.
Als aromatische Reste seien solche mit bis zu 14 C-Atomen genannt vorzugsweise Phenyl und Naphthyl,
insbesondere Phenyl.
Als Substituenten der gegebenenfalls substituierten Reste R4 und R5 seien beispielsweise genannt niedere
Alkylreste, die Hydroxygruppe und bevorzugt die Aminogruppe und die Alkylaminogruppe.
Eine besondere Gruppe der Verbindungen der allgemeinen Formel I entspricht damit der Formel U
(ID
in der
R1, R2,
m, η und ρ die vorstehend angegebene Bedeutung besitzen und
R6 und R7 gleich oder verschieden sind und for einen
Alkylrest stehen.
Als Verbindungen der allgemeinen Formel II seien beispielsweise genannt:
o-, m-, und p-ToIuidin, Xylidine wie
1,2,3-, 1,2,4- und 1 A4- »na 1,3,5-Xylidin, Äthyl-,
und durch höhere Alkylreste substituierte Aniline;
ferner N-Alkylaniline wie
o-, m-, und p-Phenylendiamin, 2,4-DiaminotoIuol.
Weiterhin seien als Verbindungen der allgemeinen Formel I beispielsweise genannt:
4,4'-Diaminodiphenyl,
2,2',6,6'-Tetramethyl-4,4'-diaminodiphenyfmethan,
2,2',6,6'-Tetraäthyl-4,4'-diaminophenyl-methan,
2£-Bis-(4-aminophenyl)-propan,
l,l-Bis-(4-aminophenyl)-cycIohexan,
4,4',4"-Triaminotriphenyl-methan,
l,3-Bis-(4-aminophenyl)-l,l,3-trimethyI-propan.
Besondere Gruppen substituierter Aniline der Formel entsprechen den allgemeinen Formeln
R2HN
NHR1
(HD
R2HN
NHR1
(IV)
in denen
R', R2, R3 die vorstehend angegebene Bedeutung
besitzen,
R», R9 und R10 gleich oder verschieden sind und für
Wasserstoff oder einen Aikylrest stehen und
Alkylenrest, bevorzugt mit 1 —6 Kohlenstoffatomen, steht
Eine weitere bevorzugte Gruppe von Ausgangsverbindungen entspricht der allgemeinen Formel
R1HN
CH3
CH3 R3
in der
R1, R2, R'.
hab-ji.·.
Als Verbindungen der Formel V seien bevorzugt genannt
/vx'-Bis-(4-aminophenyl)-m-diisoprupylbenzol,
«^t-Bis-(4-aminophenyl)-p-diisopropyIbenzol,
<%^x'-Bis-(4-methylaminophenyl)-p-di-
isopropylbenzol,
0Mx'-Bis-(4-methylaminophenyl)-m-di-
isopropylbenzol,
sowie Gemische der vorgenannten isomeren Verbin
düngen.
Im allgemeinen wird das Verfahren bei erhöhter Temperatur oberhalb 150" C bis etwa 3500C, vorzugsweise im Temperaturbereich zwischen etwa 180 und
280° C, durchgeführt
Ebenso wird in dem Verfahren mit erhöhtem Druck gearbeitet, im allgemeinen mit einem Druck oberhalb
100 bar, insbesondere oberhalb 180 bar bis etwa 1000 bar. Dabei nimmt im allgemeinen die Reaktionsgeschwindigkeit mit höherem Druck zu, so daß eine obere
Grenze des Drucks lediglich von der apparativen Seite her gegeben ist
Im allgemeinen wird das Verfahren ohne Verwendung eines Lösungsmittels durchgeführt; jedoch ist die
Gegenwart eines Lösungsmittels nicht schädlich. Sie
bringt jedoch im allgemeinen keinen Vorteil.
!m allgemeinen wird der erfindungsgemäß verwendete Katalysator in einer Menge eingesetzt, deren
Rutheniumgehalt etwa 0,005 bis 03 g, vorzugsweise
etwa 0,01 bis 0,2 g und insbesondere 0,02 bis 0,1 g je kg
des zu hydrierenden Ausgangsmaterials beträgt
Im allgemeinen kann das Verfahren sowohl diskontinuierlich als auch kontinuierlich in üblicher Weise
durchgeführt werden, z. B. in einem Rührautoklaven oder einem Reaktionsrohr; die zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Apparaturen sind Stand der Technik. Dabei ist es möglich, das
erfindungsgemäße Verfahren z.B. als Sumpfphasenoder als Rieselphasen-Verfahren durchzuführen.
Diskontinuierlich wird das Verfahren in üblicher
Weise als Sumpfphasen-Verfahren in einem Autoklaven
in Gegenwart von pulverförmigem Katalysator durchgeführt
Besonders vorteilhaft kann das Verfahren kontinuierlich durchgeführt werden. Dies erfolgt in üblicher Weise
entweder mit pulverförmigem Katalysator z. B. nach dem Blasensäulenprinzip in der Weise, daß das flüssige
Ausgangsprodukt, in dem der Katalysator suspendiert ist, zusammen mit Wasserstoff im Gleichstrom durch
eine Reaktionsrohr-Kaskade geleitet wird, oder mit
stückigem Katalysator z. B. nach dem Rieselphasenprinzip in der Weise, daß das Ausgangsprcdukt flüssig über
den im Reaktionsrohr befindlichen, stationären Katalysator rieselt, während der Wasserstoff im Gleich- oder
Gegenstrom durch das Reaktionsrohr geleitet wird.
Vorteilhafterweise wird dabei überschüssiger Wasserstoff im Kreise geführt
Bei mehrkernigen aromatischen Aminen ist es möglich, die Reaktion so zu lenken, daß alle oder nur ein
Teil der aromatischen Kerne hydriert werden. Beispiels
weise erhält :nan das «A-Bis-{4-aminocyclohexyl)-p-di-
isopropylbenzol in fast quantitativer Ausbeute, wenn
man «,«-Bis-(4-aminophenyl)-p-diisopropy!benzol bei
250° C und einem Wasserstoffdruck von etwa 200 bis 300 bar in Gegenwart von einem Gewichtsprozent des
erfindungsgemäßen Katalysators mit einem Ruthenium-Gehalt von » Gev/-% bis zur Aufnahme der
stöchiometrisch notwendigen Wasserstoffmenge von 6 Mol ie Mol Auseanesverbindune durchführt.
25 02 394
Führt man die Hydrierung bis zur Aufnahme von 9 «,a'-Bis-(4-aminocycIohexyl)-l,4-diisopropyl-cyclohe-MoI
Wasserstoff je Mol Ausgangsverbindung unter den xan.
angegebenen Bedingungen weiter, so erhält man
angegebenen Bedingungen weiter, so erhält man
CH, CH,
HjN
CH1
+ 6II.
CH,
H,N
+ 9fl,
H, N
NH2
CH,
NH,
NH,
Die Reaktionsgeschwindigkeit der Hydrierung des mittleren Kerns ist dabei unter gleichen Bedingungen
wesentlich geringer als die der äußeren Kerne, so daß im Reaktionsgeschwindigkeit-Zeit-Diagramm ein ausgesprochener
Knick auftritt. Für die Hydrierung des mittleren Kerns empfiehlt es sich daher, höhere
Temperaturen, höhere Wasserstoffdnicke und geringere
Katalysatorbelastungen zu wählen.
Allgemein kann man so aus Verbindungen der Formel V nach dem Verfahren bevorzugt Verbindungen der
Formeln
R H\ S / |
/ | j nc! | / | CH f |
CH-. r· |
NHR-' ''/ (VD |
R HN | V. "*~ | — ^ —^ | ||||
CH: | CH: | NHR" | ||||
CH: | CH: | ' y (\'ii) | ||||
Γ' \ | ||||||
CrI. | / CH: |
in denen R; und R2 die vorstehend angegebene
Bedeutung besitzen, erhalten. Die zweckmäßigsten Reaktionsbedingungen, z. B. hinsichtlich Temperatur.
Wasserstoffdruck. Kataiysatorkonzentration bzw. Katalysatorbelastung
kann man dabei im Einzelfalle leicht durch einige Vorversuche ermitteln.
Verbindungen der Formel Vl und VII waren bislang nicht bekannt. Sie sind wertvolle Zwischenprodukte zur
Herstellung von Poiykondensationskunststoffen und Lacken wie Polyharnstoffen. Polyimiden und vor allem
Polyamiden und Polyurethanen. So zeichnen sich beispielsweise die aus den entsprechenden primären
Diaminen hergestellten Polyamide durch verbesserte
Härte und Elastizität (E-modul). Transparenz, hohe Einfriertemperatur, geringe Wasseraufnahme, verbesserte
LöfVchkeit in gängigen Lösungsmitteln und verbessertes elektrisches Verhalten, d. h. niedrigen
in dielektrischen Verlustfaktor (tg δ) und hohe Kriechstromfestigkeit
aus. Ähnliche verbesserte Eigenschaften weisen auch die aus den primären und sekundären
Diaminen hergestellten Polyurethane auf. Zur Verwendung auf dem Lacksektor sind sie infolge ihrer hellen
υ Farbe und hohen Vergilbungsbeständigkeit besonders
geeignet. Ferner ist ihre Resistenz gegen Abbau durch Einwirkung aggressiver Chemikalien hervorzuheben.
Die besonderen Vorteile des Verfahrens gegenüber bekannten Hydrierverfahren bestehen darin, daß in
J" Abwesenheit eines inerten Lösungsmittels und von
Ammoniak gearbeitet werden kann, deren Anwesenheit bislang zur Vermeidung von Nebenreaktionen vorteilhaft
war (DE-OS 19 09 342). Kerner kann im Verfahren
eine wesentlich geringere Menge Ruthenium, bezogen
j- auf das Ausgangsmaterial, verwendet werden, als es
dem Stand der Technik entspricht (DE-OS 21 32 547). Weiterhin kann das Verfahren bei höherer Temperatur,
als sie dem Stand der Technik entspricht, durchgeführt werden. Durch Vermeiden der Verdünnung durch ein
;o inertes Lösungsmittel oder Ammoniak, erhöhte Temperatur
und damit größere Reaktionsgeschwindig'.^it ergibt sich für das erfindungsgemäße Verfahren eine
wesentlich höhere Raum-Zeit-Ausbeute unter Einsparung von Ruthenium.
Eine Lösung von 300Og MnSO4H2O in 151 Wasser
wird im Laufe von etwa 10 Minuten unter Rühren mit einer Lösung von 2500g Natriumcarbonat in 101
Wasser versetzt. Der ausgefallene Niederschlag wird sulfatfrei gewaschen, in 101 Wasser suspendiert und
unter Rühren auf 85= C erhitzt. Zu dieser Suspension läßt
man bei 85°C eine Lösung von 5350 g Ammoniumbichromat in 7000 ml Wasser laufen und rührt noch 3
Stunden bei 85° C nach. Nach dem Erkalten wird der dunkie Niederschlag abgenutscht, mit wenig Wasser
nachgewaschen und bei 120cC getrocknet Man erhält
3510 g eines braunschwarzen Pulvers [Träger (1 a)\
Analyse:
27.3% Mn
25,3% Cr
300 g des Trägers (la) werden etwa 30 Minuten auf 250 bis 2600C erhitzt. Man erhalt 246 g eines
braunschwarzen Pulvers [Träger (1 b)J.
Anai/je:
33,2% Mn
30,8% Cr
30,8% Cr
100g des homogenisierten Trägers (la) werden in
500 ml Wasser aufgeschlämmt und bei Raumtemperatur unter Rühren mit einer Lösung von 2,48 g Ruthenium·
chlorid-hydrat (Ru-Gehalt: 40,3%) in 200 ml 0,05 n-HCI
versetzt. Anschließend werden im Laufe von etwa 5 Minuten etwa 140 η-Natronlauge bis zu einem pH-Wert
von 9— 10 zugetropft. Nach fünfstündigem Nachrühren u/irrl Af r I^ ataivcafsir aK<TAtr«innt r*\\\r\r\Atra'\ nAwn«oKan
Raumtemperatur mit einer Lösung von 0,248 g Rutheniumtrichlorid-hydrat (Ru-Gehalt: 40,3%) in 20 ml
0,05 n-HCI versetzt. Dann werden im Laufe von 5 Minuten etwa 15mln-NaOH zugetropft, bis der
pH-Wert den Wert von etwa 9—10 angenommen hat. Nach fünfstündigem Nachführen wird der Katalysator
abgetrennt, chloridfrei gewaschen und im Vakuumexsikkator getrocknet. Man erhält 10,0 g eines braunschwarzen Pulvers [Katalysator (2)].
Eine Lösung von 338 g MnSO4 · H2O und 500 g
AI(NO))j · 9 H2O in 1800 ml Wasser wird unter Rühren
bei Raumtemperatur im Laufe von 10 Minuten mit einer Lösung von 530 g Ammoniumcarbonat in 1200 ml
Wasser versetzt. Man rührt etwa 30 Minuten nach, wäscht den Niederschlag sulfat- und nitratfrei und setzt ihn Hann in u/ä[lricrpr QiicnAncirvn in 1 OOfi ml Waccpr
und 3 Stunden bei 11O0C getrocknet. Man erhält 93 g
braunschwarzes Pulver [Katalysator (la)].
Analyse:
28,7% Mn
20,6% Cr
1,1% Ru
50 g des homogenisierten Trägers (Ib) werden in 250 ml Wasser aufgeschlämmt und wie oben beschrieben nacheinander mit einer Lösung von 1,24 g
Rutheniumtrichlorid-hydrat in 100 ml 0,05 n-HCI und 85 rl n-NaOH versetzt. Nach fünfstündigem Nachrühren wird abgesaugt, chloridfrei gewaschen und im
Vakuumexsikkator getrocknet. Man erhält 50,5 g eines schwarzbraunen Pulvers [Katalysator (1 b)}
Analyse:
32,9% Mn
23,8% Cr
1.0% Ru
Eine Lösung von 338 g MnSO4 · H2O und 50 g
AI(NU3), · 9 H2U in 1600 ml Wasser wird in 5 Minuten
unter Rühren mit einer Lösung von 281 g Na2CO3 in
1200 ml Wasser versetzt. Der Niederschlag wird sulfat- und nitratfrei gewaschen und als Suspension in 1000 ml
Wasser auf 85°C erwärmt. Dann wird eine Lösung von 550 g (NH4)2Cr2O7 in 750 ml Wasser in 5 Minuten
zugegeben und noch weitere 90 Minuten bei 85° C nachgerührt. Nach dem Erkalten wird der dunkle
Niederschlag abgetrennt, mit etwa 1000 ml Wasser gewaschen und 12 Stunden bei 1200C getrocknet. Man
erhält 353 g eines braunschwarzen Pulvers [Träger (2a)].
Analyse:
25,0% Mn
19,2% Cr
1,8% Al
100,0 g des Trägers (2a) werden etwa 30 Minuten auf 2500C erhitzt Man erhält 78,0 g eines braunschwarzen
Pulvers [Träger (2b)].
Analyse:
32,0% Mn
23,7% Cr
23% A!
10.0 g des homogenisierten Trägers (2b) werden in 50 ml Wasser aufgeschlämmt und unter Rühren bei
.'n durch 2,5stündiges Erhitzen auf 850C mit einer Lösung
von 53Og Ammoniumbichromat in 750 ml Wasser um. Nach dem Erkalten trennt man den dunkelfarbenen
Niederschlag ab, wäscht ihn mit etwa 500 ml Wasser nach und trocknet ihn 3 Stunden bei 120°C. Man erhält
> > 455 g einer braunschwarzen Masse (Analyse: 22,8% Mn,
21,0% Cr, 9,3% Al), die 20 Minuten auf 250°C erhitzt wird; man erhält so 390 g eines braunschwarzen Pulvers
[Träger (3)}
Analyse:
"' 26,6% Mn
24,5% Cr
10,8% Al
10.0 g des Trägers (3) werden in 50 ml Wasser
r. suspendiert, bei Raumtemperatur mit einer Lösung von
0,248 g Rutheniumtrichlorid-hydrat in 20 ml 0,05 n-HCI
und anschließend in 10 Minuten mit etwa 14 ml n-NaOH
bis zu einem pH-Wert von 9—10 versetzt. Nach
fünfstündigem Nachrühren wird der Katalysator abge
trennt, chloridfrei gewaschen und im Vakuumexsikkator
getrocknet. Man erhält 9,8 g eines braunschwarzen
In eine Lösung von 338 g MnSO4 ■ H2O, 500 g
AI(NO3J3 · 9 H2O und 70 g FeSO4 · 7 H2O in 2000 ml
Wasser läßt man bei 25° C unter Rühren in 5 Minuten eine Lösung von 590 g Ammoniumcarbonat in 1350 ml
;n Wasser einfließen. Man rührt etwa 30 Minuten nach,
wäscht den Niederschlag sulfat- und nitratfrei, erhitzt ihn anschließend in Suspension in 1000 ml Wasser auf
85° C und läßt bei dieser Temperatur eine Lösung von 550 g (NH4J2Cr2O7 in 75OmI Wasser zufließen. Man
rührt etwa 2 Stunden bei 85° C nach, trennt den dunklen
Niederschlag nach dem Erkalten ab, wäscht ihn mit 500 ml Wasser nach und trocknet ihn 3 Stunden bei
1200C Man erhält 4S0 g eines braunschwarzen Pulvers;
Analyse: 21,7% Mn, 20,0% Cr, 83% AL £5% Fe. Dieses
Pulver wird etwa 30 Minuten auf 250=C erhitzt. Man
erhält so 392 g eines braunschwarzen Pulvers [Träger
10,Og des pulvrigen Trägers (4) werden in 50 ml Wasser suspendiert und mit einer Lösung von 0,248 g
Rutheniumtrichlorid-hydrat (Rutheniumgehalt: 403 Gew.-%) in 20 ml 0,05 n-HC'i versetzt. Anschließend
werden etwa 17 ml N-NaOH bis zu einem pH-Wert von
etwa 8—10 zugetropft. Nach 5 Stunden wird der dunkle
Niederschlag abgetrennt, chloridfrei gewaschen und bei 120°C 2 Stunden getrocknet. Man erhält 9,6 g eines
braunschwarzen Pulvers [Katalysator (4)J
Beispiel 5
(Vergleichsbeispiel)
Je 10,Og feingepulvertes Cr2O3, MnO2 und MnCO3
werden in je 50 ml Wasser suspendiert und analog Beispielen (2) bis (4) jeweils zuerst mit einer Lösung von
0,248 g RuClj-Hydrat in 20 ml 0,05 n-HC'l und anschließend mit n-NaOH bis zu einem pH-Wert von 9—10
behandelt. Nach dem Waschen und Trocknen erhält man
Nr Katalysator
Zusammensetzung
Katalysator(5a): Rufl%)/Cr>Oj; 10,1g
Katalysator (5b): Ru { (%)/MnO2; 9,7 g
Katalysator (5c): Ru (l%)/MnCO3; 10,0 g
' Beispiele
(Verwendung)
Je 100 g 4,4'-Diamino-diphenyl-methan werden in einem Schüttelautoklaven bei 2500C im Druckbereich
in von 200 bis 280 bar mit in nachstehender Tabelle I
aufgeführten Katalysatoren bis zur Beendigung der Wasserstoffaufnahme hydriert. Die Aufwandmenge an
Ruthenium beträgt in allen Fällen 0.05 g pro kg zu hydrierender Substanz. Man erhält die Ergebnisse der
ι-, Tabelle I Ivdrier/Cit Ausbeute ('■»!
Ru 0%) Mn-Cr
Ru (1%)—Mn —Cr
Ru (1%) —Mn — Cr1)
Menge | (min) | Nchcn- prncl |
(II. v ■ |
- NlI- > NII- |
Dcsi.· rückst |
0.5 | 80 | 0.8 | 97,4 | 1.8 | |
0.5 | 70 | 0,7 | 98.5 | 0.8 | |
0.5 | 100 | 1.0 | 98.2 | 0,8 | |
0.5 | 90 | 1,0 | 98,2 | 0.8 | |
0,5 | 70 | 0.8 | 97,7 | 1.5 | |
0,5 | 100 | 0,7 | 97.3 | 2.0 |
1I Dieser Katalysator wurde vor der Verwendung 1 Stunde hei 100 C mit Wasserstoff behandelt.
Beispiel 7
(Vergleichsbeispiel)
Zum Vergleich mit den erfindungsgemäßen Katalysatoren werden unter sonst gleichen Bedingungen, wie sie
in Beispiel b genannt sind, Katalysatoren eingesetzt, die
handelsüblich sind oder lediglich einzelne Bestandteile der erfindungsgemäßen Katalysatorträger enthalten.
Die Aufwandmengen an Ruthenium betragen auch hier in allen Fällen etwa 0,05 g pro kg zu hydrierender
Substanz. Die Ergebnisse zeigt Tabelle H.
Katalysator
Zusammensetzung
Menge
(g)
Hydrier- Bemerzeit klingen
Imin)
Ausbeule (M
Nebenp rod.
CII.
NH;
NH.
liest -
CH:
Ru (5%) Al2O3 0,1
(handelsüblich)
(5a) Ru (1%)—Cr2O3 0,5
(5b) Ru (1%)—MnO2 0,5
(5c) Ru(!%)—MnCO3 0,5
925 |
Hydr.
bleibt unvollst. |
2,2 | 33,2 |
185 | desgl. | 1.2 | 2,3 |
890 |
Tempe
ratur 250- 270 C |
1.7 | 74,1 |
465 |
Hydr.
geht nicht zu Ende |
1,1 | 5.1 |
37,8
33.6
7,6
46,6
0,4
54.9
Das Beispiel zeigt, daß die Vergleichskatalysatoren in der geringen Einsatzkonzentration, in der die erfindungsgemäßen
Katalysatoren noch eine hohe Wirksamkeit aufweisen, nur unbefriedigende Aktivität und
Selektivität aufweisen. Die Hydrierungen lassen sich nicht quantitativ zu Ende führen.
2000 g 4,4'-Diamino-diphenyl-methan werden in einem Rührautoklaven zusammen mit 4,0 g des Katalysators
(2) bei 2500C unter einem Wasserstoffdruck von 280 bar so lange gerührt, bis die Wasserstoffaufnahme
beendet ist; Dauer etwa 150 Minuten. Nach dem Abkühlen wird das Reaktionsprodukt in Methanol
aufgenommen, filtriert und destilliert. Man erhält 2100 £
Destillat, Kp.: 128-130° C/0,05 Torr, bestehend aus
99,2% 4,4'-Diaminodicyclohexylmethan und 0,8%
4-Aminodicyclohexylmethan, das entspricht einer Ausbeute
von 98% der Theorie. Der Erstarrungspunkt des
1500 g 2,4-Diaminotoluol werden in Gegenwart von
7,5 g des Katalysators (2) mit einem Ruthenium-Gehalt von etwa 1 Gew.-% unter einem Wasserstoffdruck von
etwa 280 bar im Temperaturbereich von 235 bis 25O0C
so lange gerührt, bis die Wasserstoffaufnahme beendet ist; Dauer: 9 Stunden. Nach dem Erkalten wird der
Katalysator durch Filtration abgetrennt und das Filtrat fraktioniert destilliert. Mf ■>
erhält
23 g Hexahydrotoluidin
1525 g 2,4-Diamino-methylcyclohexan
1525 g 2,4-Diamino-methylcyclohexan
( = 96,8% der Theorie)
21 g Destillationsrückstand.
21 g Destillationsrückstand.
Vergleichsversuch
Führt man die Hydrierung unter den gleichen Bedingungen in Gegenwart von 1,5 g eines handelsüblichen
Ru(5%)-Al2Oj-Katalysators duf:h, so bleibt die
Hydrierung nach einer Wasseritoffaufnahme von etwa 25% der Theorie innerhalb von 5,5 Stundeil stehen.
Setzt man dem Hydrieransatz weitere 6,0 g des Ru(5%)-AliO3-Katalysators zu, so erhält man nach
weiteren 6,5 Stunden ein Reaktionsgemisch, das zu 49,1% aus Hexahydrotoluidin und zu 46,7% aus
2.4-Diamino-methylcyclohexan besteht.
Beispiel 10
100 g 4,4'-Diamino-3,3',5,5'-tetraäthyl-diphenylme-
man wtiucii in ucgciiwuit von u,J g UCS fvaidiysdiurs
(la) in einem Schüttelautoklaven bei 250°C unter einem
Wasserstoffdruck von 200—280 Bar bis zur Beendigung der Wasserstoffaufnahme geschüttelt; Hydrierzeit: 5
Stunden. Das Hydrierungsprodukt wird in üblicher Weise nach Abtrennung des Katalysators destillativ
aufgearbeitet. Man erhält 102 g eines farblosen, viskosen Destillates, KpOj: 157-163" C, das aus
praktisch reinem 4,4'-Diamino-3,3',5,5'-tetraäthyl-dicyclohexylmethan
besteht. Ausbeute: 98% der Theorie. Die Titration ergibt 9,9% stark basische primäre
Aminogruppen. Die gaschromatographische Analyse ergibt einen Reinheitsgrad von 100%.
Ebenso gute Ergebnisse erhält man bei der Hydrierung
der folgenden Bisanilinderivate:
Ausgangsprodukt
Katalysator
(g)
Hydrierbeilingungen
Temperatur Wasserstoff- Zeil
( O
druck
(bar)
(bar)
(h)
Ergebnis
Ausbeute
an Diamin
an Diamin
(% d. Th.)
( O
l.l-Bis-W-aminn- (lh) in
phenyU-cyclohexan
2,2-Bis-(4-amino- (Ib) 1,0
phenyl)-propan
250
Beispiel 11
100 g N,N'-Dimethyl-4,4'-diaminophenylmethan werden in Gegenwart von 0,5 g des Katalysators (la) unter
einem Wasserstoffdruck von 180—280 bar bis zur Beendigung der Wasserstoffaufnahme hydriert Die
Hydriertemperktur wird im Verlaufe der 3stündigen
Hydrierung von 165° C auf 210° C gesteigert
Bei der destillativen Aufarbeitung des vom Katalysator
befreiten Hydrierungsproduktes erhält man das N.N'-DimethyM^'-diaminodicyclohexylmethan als
farblose viskose Flüssigkeit,
Siedepunkt:
120-122" C/0,1 Ton-Menge:
104,5 g = 99% der Theorie
Analyse:
Analyse:
ges. stark bas. Stickstoff, gef- 11,7%
sek. stark bas. Stickstoff, gef. 11,6%
ber. 11.73%
ber. 11.73%
65
200-280
50
Ql
Beispiel 12
Wn- .·
■52-155
Ep: 55-71
Ep: 55-71
Kp11.,:
133-136
133-136
100 g «/t'-Bis-(4-aminophenyl)-p-diisopropylbenzv/
werden in Gegenwart von 1,0 g Katalysator (2) (ca. 1% Ruthenium) bei 240—2500C unter einem Wasserstoffdruck
von 170—290 bar so lange hydriert bis die Geschwindigkeit der Wasserstoffaufnahme sehr stark
abfällt Hydrierzeit etwa 100 Minuten. Nach dem Abkühlen wird das Reaktionsprodukt in Methanol
aufgenommen, filtriert und nach dem Abtreiben des Lösungsmittels im Vakuum destilliert
Man erhält 101 g <v*'-Bis-{4-aminocyclohexyl)-p-diisopropylbenzol,
entsprechend 97,6% der Theorie,
Siedepunkt:
203-205° C/0,1 Torr;
Erstarrungspunkt:
Erstarrungspunkt:
97-1050C
Analyse:
Analyse:
stark bas. Stickstoff: gef. 7,75%
her 785%
her 785%
Vergleichsversuch
Führt man die Hydrierung in Gegenwart von 0,2 g eines handelsüblichen Ru(5%)-AbC>3-Katalysators
durch, so erhält man nach einer Hydrierzeit von 590 Minuten ein Hydrierungsprodukt, aus dem bei der
destillativen Aufarbeitung 59 g 95,5%iges ixa'-Bis-(4-aminocyclohexyl)-p-diisopropylbenzol
gewonnen werden (= 54,4% der Theorie) und 42 g Destillationsrückstand anfallen.
Beispiel 13
100 g <x/i'-Bis-(4-methylamino-phenyl)-p-diisopropylbenzyl
werden in Gegenwart von 1,0 g des Katalysators (ib) (ca. 1% Ruthenium) bei 180-2000C und
200—280 bar Wasserstoffdruck hydriert, bis die Wasserstoffaufnahme
beendet ist. Dauer etwa 160 Minuten. Das Hydnerungsprodukt wird nach dem Erkalten in
Methanol aufgenommen. Filtriert, eingeengt und unter
vermindertem Druck destilliert. Man erhält 103 g •vx'-Bis-^-methylaminocyclohexylJ-p-diisopropylbenzoi,
entsprechend i00% der Theorie,
Siedebereich:
203-206° CZO^ Torr
Erstarrungspunkt: 84 - 86° C
Analyse:
Erstarrungspunkt: 84 - 86° C
Analyse:
gesamter stark basischer Stickstoff:
gef. 7,22%
sekundärer stark basischer Stickstoff:
gef. 7,19%
ber. 728%
Vergleichsversuch
Verwendet man statt 1,0 g des Katalysators (Ib) 0,2 g
eines handelsüblichen Ru(5%)-AI2Oj-Katalysators, so
erhält man nach 6stündiger Hydrierung bei 2100C 98,5 g
Hydrierungsprodukt;
Siedebereich: 205 - 210°C/0,2 Torr
Erstarrungspunkt: 107-108° C
Analyse: gesamter stark basischer Stickstoff:
gef. 7.07%
aromatisch gebundener Stickstoff:
gef. 0,20%
sekundärer stark basischer Stickstoff:
gef. 6,60%
Kor 7 78%
Der Vergleichsversuch zeigt, daß die Hydrierung mit
dem Ru(5%)-AliO3-Katalysator mit einer erheblichen
Abspaltung der Methylgruppe verbunden ist Außerdem
verläuft die Hydrierung nicht quantitativ, wie der Anteil an aromatisch gebundenem Stickstoff zeigt.
Beispiel 14
in 100 g 4,4'-Triamino-triphenyl-methan werden in Gegenwart
von 2,0 g des Katalysators (Ib) bei 260 bis 265° C unter einem Wasserstoffdruck von 240 bis
300 bar so lange geschüttelt, bis die Wasserstoffaufnahme beendet ist; Dauer etwa 19 Stunden. Nach dem
Abkühlen wird das Reaktionsgemisch in Methanol aufgenommen, filtriert und nach dem Einengen unter
verwendetem Druck destilliert. Man erhält 603 g eines
farblosen, zähen Destillats, das langsam kristallisiert;
Siedebereich:
-° 188-133° C/0,2 Torr
-° 188-133° C/0,2 Torr
Analyse:
basischer Stickstoff:
gef. 13,0%
ber. 13,66%
Durch Umkristallisation aus der dreifachen Menge Methylcyclohexan erhält man farblose Kristalle:
Schmelzpunkt:
132-136°C
Analyse:
Analyse:
stark basischer Stickstoff:
gef. 133%
ber. 13,66%
gef. 133%
ber. 13,66%
Führt man die Hydrierung in Gegenwart von 4,0 g de; gleichen Katalysators bei 2500C unter einem Wasser
stoffdruck von 250 bis 300 Bar durch, so erhält man nacl 7stündiger Reaktionszeit bei der anschließenden Destil
lation 82,0 g farbloses Destillat, das langsam kristall!
siert;
Siedebereich:
145-200° C/03 Torr
Analyse:
Analyse:
5 stark basischer Stickstoff:
gef. 13,2%
ber. 13,66%
gef. 13,2%
ber. 13,66%
130 249/15
Claims (4)
1. Hydrierungskatalysator, bei welchem Ruthenium auf einen Träger aufgebracht wird, dadurch
gekennzeichnet, daß als Träger Hydroxide und/oder Oxidhydrate des Chroms und Mangans
und/oder deren Dehydratisierungsprodukte verwendet werden, wobei das Gewichtsverhältnis der
Elemente Mangan und Chrom zueinander 0,2 :1 bis 5 :1 beträgt
2. Verfahren zur Herstellung des Katalysators gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Katalysatorträger durch gemeinsames Ausfällen eines Chrom-Mangan-Hydroxidgemisches aus einer
Chrom- und Mangansalz enthaltenen Lösung, anschließendes Auswaschen der löslichen Anteile
mit Wasser und gegebenenfalls Trocknung bei erhöhter Temperatur bis 1200C und gegebenenfalls
weiterer Temperaturbehandlung hergestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysatorträger durch Umsetzung
von frisch gefälltem Mangancarbonal in
wäßriger Suspension mit Ammoniumbicarbonat bei erhöhter Temperatur hergestellt wird.
4. Verwendung des Katalysators nach Ansprüchen 1 bis 3 zur katalytischen Hydrierung aromatischer
Amine.
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