DE2506829A1 - Verfahren zum umwandeln von diarylketoncarbonsaeureanhydriden in die entsprechenden diarylcarbinolcarbonsaeureanhydride - Google Patents
Verfahren zum umwandeln von diarylketoncarbonsaeureanhydriden in die entsprechenden diarylcarbinolcarbonsaeureanhydrideInfo
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Description
DR. KURT JACOBSOHN D - 8042 OBERSCHLEISSHEIM
18. Februar 1975
3 OV
GULF RESEARCH & DEVELOPMENT COMPANY Pittsburgh, Pennsylvania 15230, U.S.A.
Verfahren zum Umwandeln von Diarylketoncarbonsäureanhydriden
in die entsprechenden Diarylcarbinolcarbonsäureanhydride
Für diese Anmeldung wird die Priorität vom 1. Mai 1974 aus der USA-Patentanmeldung Serial No. 465 763 in Anspruch genommen.
In der US-PS 3 293 267 wird gezeigt, dass Diarylketoncarbonsäuren
und die entsprechenden Anhydride sich in herkömmlichen Trägern nicht zu den entsprechenden Diarylcarbinolcarbonsäuren
bzw. Diarylcarbinolcarbonsäureanhydriden hydrieren lassen. Es wurde vielmehr als notwendig befunden, die
Hydrierung an einem Ester der betreffenden Diarylketoncarbonsäure in einem ausgewählten Alkanol als Träger durchzuführen,
um den entsprechenden Ester der Diaryloarbiholcarbonsäure zu
erhalten. Der letztere wurde dann durch Verseifen in die Diarylcarbinolcarbonsäure
übergeführtf die sodann durch li'asserabspaltung
in das entsprechende Diaryloarbinoloarbonsäure«
anhydrid umgewandelt wurde£
Es wurde nun gefunden, dass sioh Diarylketoncarbonsäureanhydride,
wenn sie zunächst in einem besonderen Lösungsmittel gelöst werden, leicht unmittelbar ir. die entsprechenden Di-=
arylcarbino!carbonsäureanhydride umwandeln lassen. Ais Lösungsmittel
muss ein unter dsn Reaktionsbedingungen flüssiger
Ester verwendet werden, in dem das Biaryiketons&rbonsäure«
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anhydrid löslich genug ist, damit die Reaktion vor sich geht.
Diese Ester sind Aryl- oder Alkylester mit 2. bis 12, vorzugsweise
3 bis 8 Kohlenstoffatomen. Beispiele für solche Ester sind Methylformiat, Äthylformiat, n-Propylformiat, Isopropylformiat,
n-Butylformiat, Isobutylformiat, sek.Butylformiat,
tert.Butylformiat, Methylacetat, Äthylacetat, Propylacetat,
Isopropylacetat, n-Butylacetat, Isobutylacetat, sek.Butylacetat,
tert.Butylacetat, Amylacetat, Phenylacetat, Methylpropionat,
Äthylpropionat, Propylpropionat, Isopropylpropionat, n-Butylpropionat, Isobutylpropionat, sek.Butylpropionat,
tert.Butylpropionat, Amylpropionat, Methylbutyrat,
Äthylbutyrat, Propylbutyrat, Isopropylbutyrat, Chlormethylacetat,
Brommethylacetat, Fluormethylacetat, Dichlormethylacetat, Monochlormonobrommethylacetat, Methoxymethylacetat,
Methyläthyloxalat, Diäthyloxalat, Methyläthylmalonat, Dimethylmalonat,
Diäthylmalonat, Dipropylmalonat, Diäthylsuccinat, Diäthyladipat und andere. Von diesen Estern werden
Äthylacetat und Methylacetat bevorzugt. Zu den Diarylketoncarbonsäureanhydriden,
die in die entsprechenden Carbinolverbindungen übergeführt werden können, gehören Benzophenon-2,3-dicarbonsäureanhydrid,
Benzophenon-3,4-dicarbonsäureanhydrid, Benzophenon-2,3,2·,3'-tetracarbonsäuredianhydrid, Benzophenon-3,
4,3'^'..tetracarbonsäuredianhydrid, Benzophenon-2,3,3',4'-tetracarbonsäuredianhydrid,
4-Chlorbenzophenon-31,41-dicarbonsäureanhydrid,
3-Brom-4-chlorbenzophenon-2',3'-dicarbonsäureanhydrid
usw.
Das Verfahren lässt sich leicht durchführen. Man beschickt z.B. ein Reaktionsgefäss mit dem Ester, dem zu hydrierenden
Diarylketoncarbonsäureanhydrid und dem Hydrierungskatalysator, spült das Reaktionsgefäss mit Wasserstoff und erhitzt
es dann auf Reaktionstemperatur. Hierauf wird Wasserstoff in das Reaktionsgefäss eingeleitet, bis der gewünschte Wasserstoffdruckbereich
erreicht ist. Die Umsetzung wird für eine bestimmte Zeitdauer fortgesetzt, wobei nach Bedarf weiterer
Wasserstoff eingeleitet wird, um den Wasserstoffdruck konstant zu halten. Nach Beendigung der Umsetzung wird der Inhalt des
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Reaktionsgefasses auf Raumtemperatur gekühlt und das Reaktionsgemisch
ausgetragen« Dann filtriert man den Katalysator ab und verwendet ihn für weitere Reduktionsvorgänge, während
man das Filtrat in einem rotierenden Verdampfer unter vermindertem Druck bei Temperaturen von etwa 25 bis 30° C nahezu
zur Trockne eindampft. Das feste Diarylcarbinol wird durch Filtrieren gewonnen und dann getrocknet.
Das Gewichtsverhältnis des als Lösungsmittel verwendeten Esters zu dem Diarylketoncarbonsäureanhydrid kann z.B. im Bereich
von etwa 99:1 bis 2:1 liegen und liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 95:5 bis 4:1. Als Hydrierungskatalysator kann
man z.B. Nickel, Kobalt, Kupferchromit usw. in Mengen von mindestens etwa 2 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 5 bis 10 Gewichtsprozent,
bezogen auf das Ausgangsketon, verwenden. Zur Umwandlung der Carbonylbrücke in die gewünschte Carbinolbrücke
genügen stöchiometrische Wasserstoffmengen. Der Wasserstoffüberdruck
beträgt mindestens etwa 7 kg/cm , vorzugsweise etwa 35 bis 105 kg/cm . Die Reaktionstemperatur kann im Bereich von
etwa 100 bis 150 C liegen und liegt vorzugsweise im Bereich
von etwa 125 bis 140° C. Die Umsetzung dauert mindestens etwa
5 Minuten und wird vorzugsweise im Verlaufe von etwa 30 Minuten bis 3 Stunden durchgeführt.
Dass die Reduktion von Diarylketoncarbonsäureanhydriden zu den entsprechenden Diarylcarbinolcarbonsäureanhydriden in
herkömmlichen Trägern entweder undurchführbar oder nur äusserst schwer durchführbar ist, ergibt sich aus den folgenden
Vergleichsbeispielen.
Ein 1 1 fassender Autoklav aus rostfreiem Stahl Nr. 316 wird mit 150 g Benzophenon-3,4,31,4'-tetracarbonsäuredianhydrid,
500 ml Cyclohexan und 20 g Nickelkatalysator (Harshaw 0104P) beschickt. Der Autoklav wird zweimal mit Wasserstoff
gespült, auf 180° C erhitzt und dann unter einen Wasserstoffüberdruck
von 119 kg/cm gesetzt. Das Reaktionsgemisch wird 2 Stunden unter den angegebenen Bedingungen von Temperatur
und Druck gehalten. Dann wird der Autoklav gekühlt, der
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Druck entspannt und das Produkt ausgetragen. Das Produkt,
nicht-umgewandeltes Benzophenon-3,4,31,4'-tetracarbonsäuredianhydrid,
das in Cyclohexan schwer löslich ist, lässt sich nur schwierig aus dem Autoklaven austragen. Die Untersuchung
durch Infrarotspektroskopie zeigt, dass keine Reaktion stattgefunden hat.
Man arbeitet nach Beispiel A, jedoch mit Methylcyclohexan anstelle des Cyclohexans bei einer Temperatur von
220 C. Die Ergebnisse sind die gleichen wie in Beispiel A.
Man arbeitet nach Beispiel A, jedoch mit 75 g Benzophenon-3,4,3' ,4' -te tracarbonsäuredianhydr id, 500 ml Benzol und
25 g des gleichen Nickelkatalysators. Der Inhalt des Autoklaven wird 0,5 Stunden auf 180° C unter einem Wasserstoffüberdruck
von 119 kg/cm gehalten. Die Analyse des Produkts ergibt, dass keine Reaktion stattgefunden hat.
Man arbeitet nach Beispiel A mit 75 g Benzophenon-3,4,3',4'-tetracarbonsäuredianhydrid,
500 ml Dimethylformamid und 28 g des gleichen Nickelkatalysators. Der Inhalt des
Autoklaven wird 0,5 Stunden bei 130° C unter einem Wasserstoffüberdruck
von 119 kg/cm gehalten. Die Analyse des Produkts zeigt, dass keine Reaktion stattgefunden hat.
Man arbeitet nach Beispiel A mit 150 g Benzophenon-3,4,3'f4'-tetracarbonsäuredianhydrid,
500 ml Tetrahydrofuran und 15 g des gleichen Nickelkatalysators. Die Umsetzung·wird
0,5 Stunden bei 200° C unter einem Wasserstoffüberdruck von
73,5 kg/cm durchgeführt. Dann wird der Autoklav gekühlt, der Druck entspannt und das rohe Reaktionsgemisch ausgetragen.
Durch Filtrieren wird der grösste Teil des Produkts von dem nicht-umgesetzten Benzophenon-3,4,3',4'-tetracarbonsäuredianhydrid
und Katalysator getrennt. Durch Einengen des FiI-
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trats in einem rotierenden Verdampfer, Kühlen und teilweises
Auakristallisieren erhält man ein Produktgemisch, das vorwiegend
aus Dilacton besteht, aber kein Benzhydroldianhydrid enthält.
Um festzustellen, ob die Bildung des gewünschten Carbinols vielleicht durch niedrigere Temperaturen begünstigt
wird, wird ein weiterer Versuch mit 150 g Benzophenon-3,4,3'^'-tetracarbonsauredianhydrid,
600 ml Tetrahydrofuran und 15 g des gleichen Nickelkatalysators im Verlaufe von einer
Stunde bei 130° C und einem Wasserstoffüberdruck von 77 kg/cm
durchgeführt. Das Reaktionsprodukt wird gemäss Beispiel E aufgearbeitet.
Beim Filtrieren erhält man als Filterrückstand den Katalysator und 20 g nicht-umgesetztes Benzophenon-3,4,3',4'-tetracarbonsauredianhydrid.
Das Filtrat wird in einem rotierenden Verdampfer zu einer zähflüssigen, glasartigen Flüssigkeit
eingeengt. Man lässt diese Flüssigkeit zwei Monate bei Raumtemperatur stehen. Obwohl dabei eine Abscheidung von etwas
Feststoffen beginnt, lassen sich diese nicht isolieren. Die Analyse des Rohprodukts durch Infrarotspektroskopie und kernmagnetische
Resonanzspektroskopie zeigt die Anwesenheit von Benzhydro1-3,4,3',4'-tetracarbonsauredianhydrid zusammen mit
grossen Mengen an Nebenprodukten, die sich durch Umsetzung zwischen den Hydroxyl- und Anhydridfunktionen der Benzhydrol-3,4,3',4·-tetradarbonsäuredianhydridmoleküle
gebildet haben. Das Neutralisationsäquivalent dieses Materials beträgt 113,7
(theoretischer Wert für Benzhydro1-3»4,3',4·-tetracarbonsauredianhydrid.
« 81,0), und dies entspricht grob einem Anlagerungsprodukt aus 1 Mol Benzhydrol-3,4,3'^'-tetracarbonsauredianhydrid
und 2 Mol Tetrahydrofuran. Das Tetrahydrofuran lässt sich selbst bei 40° C unter einem Vakuum von 10 mm Hg
in 24 Stunden nicht vollständig aus dem Produkt entfernen. Das Produkt wird folgendermassen hydrolysiert, um das chemisch gebundene
Tetrahydrofuran zu entfernen: 10g Rückstand und 50 ml
Wasser werden auf Rückflusstemperatür erhitzt, bis sich eine
Lösung gebildet hat. Hierbei entwickelt sich Tetrahydrofuran,
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was am Geruch festzustellen ist. Nach dem Abdampfen der Hälfte des Wassers und Kühlen erhält man 8 g weissen Niederschlag.
Der Niederschlag wird mit Wasser gewaschen und 8 Stunden im Vakuumofen getrocknet. Das Neutralisationsäquivalent des hydrolysierten
Rückstandes (Benzhydrol-3,4,3',4'-tetracarbonsäure)
beträgt 95,4 (theoretischer Wert 90,0).
Man arbeitet nach Beispiel F, jedoch nur mit 75 g Benzophenon-3,4,3',4·-tetracarbonsäuredianhydrid.
Die Analyse des Produkts durch Infrarotspektroskopie zeigt, dass sich etwas weniger Ester gebildet hat als im Beispiel F. Ebenso wie im
Beispiel F, entspricht das Produkt grob einem Anlagerungsprodukt aus 1 Mol Benzhydrol-3,4,3',4·-tetracarbonsäuredianhydrid
und 2 Mol Tetrahydrofuran.
Man arbeitet nach Beispiel F, Jedoch nur mit 40 g Benzophenon-3,4,3',4'-tetracarbonsäuredianhydrid.
Die Analyse des Produkts durch Infrarotspektroskopie zeigt, dass keine nennenswerten
Mengen an Ester vorhanden sind, obwohl das Produkt wiederum aus einem Anlagerungsprodukt aus 1 Mol Benzhydrol-3,4,3',4·-tetracarbonsäuredianhydrid
und 2 Mol Tetrahydrofuran besteht. Dieses Produkt wird 40 Stunden im Vakuum auf 40° C
erhitzt. Hierauf wird festgestellt, dass sich ein Anlagerungsprodukt gebildet hat, welches grob der Zusammensetzung aus
äquimolekularen Mengen Benzhydrol-3.,4,3' ,4' -tetracarbonsäuredianhydrid
und Tetrahydrofuran entspricht. Versuche, das Lösungsmittel vollständig aus dem Produkt zu entfernen, misslingen.
Man arbeitet nach Beispiel A mit 75 g Benzophenon-3,4,3',4'-tetracarbonsäuredianhydrid,
500 ml p-Dioxan und 25 g des gleichen Nickelkatalysators bei 135° C und einem Wasserstoffüberdruck
von 84 kg/cm bei einer Reaktionszeit von 2 Stunden. Die Analyse zeigt, dass das Produkt im wesentlichen
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aus einem Anlagerungsprodukt aus Benzhydrol-3,4,3',4'-tetracarbonsäuredianhydrid
und p-Dioxan bestellt. Eine geringe Menge Ester wird als Verunreinigung festgestellt.
Man arbeitet nach Beispiel I, jedoch nur mit 40 g Benzophenon-3,4,31,4'-tetracarbonsäuredianhydrid
bei einer Temperatur von 130° C. Der Wasserstoffüberdruck beträgt 105 kg/cm
und die Reaktionsdauer eine Stunde. Nach dem Abdampfen des Lösungsmittels besteht das Produkt aus einem Anlagerungsprodukt
aus 1 Mol Benzhydrol-3,4,3',4'-tetracarbonsäuredianhydrid und
1 bis 2 Mol p-Dioxan.
Man. arbeitet nach Beispiel A mit 75 g Benzophenon-3,4,3',4'-tetracarbonsäuredianhydrid,
500 ml 2,2-Dimethoxypropan und 25 g des gleichen Nickelkatalysators bei 130° C im
Verlaufe von 0,6 Stunden unter einem Wasserstoffüberdruck von
119 kg/cm . Die Reaktion lässt sich nicht durchführen, weil das Lösungsmittel sich in Aceton und Methanol zersetzt und das
Aceton zu Isopropanol reduziert wird.
Man arbeitet nach Beispiel A mit 150 g Benzophenon-3,4,3',4'-tetracarbonsäuredianhydrid,
500 ml Tetrahydrofuran und 35 g Kupferchromit als Katalysator bei 130° C im Verlaufe
von 3 Stunden unter einem Wasserstoffüberdruck von 112 kg/cm .
Beim Aufarbeiten wird etwas nicht-umgesetztes Benzophenon-3,4,3',4'-tetracarbonsäuredianhydrid
zusammen mit dem Katalysator abfiltriert. Das eingeengte Filtrat besteht zufolge der
Analyse aus einem Anlagerungsprodukt aus Benzhydrol-3,4,3',4·-
tetracarbonsäuredianhydrid und Tetrahydrofuran.
Die folgenden Beispiele zeigen, dass sich Diarylketoncarbonsäureanhydride
leicht zu den entsprechenden Diarylcarbinolcarbonsäureanhydriden hydrieren lassen, wenn sie zunächst
in einem flüssigen Ester gelöst werden, und dass die Gewinnung des Diarylcarbinolcarbonsäureanhydrids aus dem Reaktionsprodukt
keinerlei Schwierigkeiten bereitet.
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Man arbeitet nach Vergleichsbeispiel A mit 40 g Benzophenon-3,4,3'
,4'-tetracarbonsäuredianhydrid, 500 ml Äthylacetat und 20 g Nickelkatalysator (Harshaw O1O4P) bei 140° C
im Verlaufe von 0,5 Stunden unter einem Wasserstoffüberdruck
von 119 kg/cm . Der Autoklav wird gekühlt, der Druck entspannt und das Reaktionsgemisch ausgetragen. Nach dem Abfiltrieren
des Katalysators wird das Filtrat im rotierenden Verdampfer eingeengt. Man lässt das Konzentrat übernacht stehen und filtriert
den blassgelben festen Niederschlag, der sich gebildet hat, ab und trocknet ihn an der Luft. Die Analyse des Produkts
durch Kohlenstoff-Wasserstoff-Elementaranalyse, Bestimmung des
Neutralisationsäquivalents, kernmagnetische Resonanz, Infrarotspektroskopie, Schmelzpunktsbestimmung und Dampfphasenchromatographie
ergibt, dass das feste Produkt aus Benzhydrol-3,4,3',4'-tetracarbonsäuredianhydrid
besteht. Die ^Umwandlung des Benzophenon-3,4,31,4'-tetracarbonsäuredianhydrids ist
vollständig und der Wirkungsgrad für die Umsetzung zu Benzhydrol-3,4,31,4·-tetracarbonsäuredianhydrid
beträgt 90 %.
Man arbeitet nach Beispiel 1, jedoch mit 500 ml Methylacetat
anstelle des Äthylacetats. Die Ergebnisse sind praktisch die gleichen.
Man arbeitet nach Beispiel 1 mit 40 g Benzophenon-3,4,31
,4' -tetracarbonsäuredianhydrid, 500 ml Amylacetat und 25 g des gleichen Nickelkatalysators bei 140° C im Verlaufe
von 0,5 Stunden unter einem Wasserstoffüberdruck von
105 kg/cm „ In diesem Fall beträgt der Umwandlungsgrad 65 %
und der Wirkungsgrad für die Umsetzung zu Benzhydrol-3,4,3',4·-tetracarbonsäuredianhydrid
95 %.
In diesem Beispiel werden 40 g Benzophenon-3,4,3',4'-tetracarbonsäuredianhydrid,
500 ml Äthylmalonat und 25 g
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Nickelkatalysator (Harshaw 0104P) 25 Minuten unter einem Wasserstoff
über druck von 105 kg/cm auf 140° C erhitzt. Dann wird der Autoklav gekühlt, der Druck entspannt und das Reaktionsgemisch
ausgetragen. Der Katalysator wird abfiltriert und das Filtrat nach zwei Methoden aufgearbeitet. Bei der ersten
Aufarbeitung wird der vierte Teil des Filtrats langsam zu 600 ml η-Hexan zugesetzt, wobei sich ein fester Niederschlag
bildet. Dieser wird abfiltriert und durch Infrarotanalyse als Benzhydrol-3,4,31^'-tetracarbonsäuredianhydrid identifiziert.
Der Rest des Filtrats wird unter einem Druck von 10 mm Hg bei 100° C in einem rotierenden Verdampfer nahezu zur Trockne eingedampft.
Der Rückstand erweist sich nach der Gewinnung gemäss Beispiel 1 als Benzhydrol-3,4,31^'-teträcarbonsäuredianhydrid.
Die beiden Ausbeuten an Benzhydrol-3,4,31^'-tetracarbonsäuredianhydrid
werden miteinander vereinigt, an der Luft getrocknet und analysiert. Insgesamt werden 38 g Benzhydrol-3,4,3',4'-tetracarbonsäuredianhydrid
von 99,8-prozentiger Reinheit gewonnen. Der Umwandlungsgrad des Benzophenon-3,4,3',4'-tetracarbonsäuredianhydrids
ist vollständig, während der Wirkungsgrad für die Umwandlung zu Benzhydrol-3,4,31^'-tetracarbonsäuredianhydrid
mehr als 95 % beträgt.
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Claims (17)
- Gulf Research & Development
CompanyPatentansprüche1/ Verfahren zum Umwandeln von Diarylketoncarbonsäureanhydriden zu den entsprechenden Diarylcarbinolcarbonsäureanhydriden, dadurch gekennzeichnet, dass man das Diarylketoncarbonsäureanhydrid in Gegenwart eines Hydrierungskatalysators mit Wasserstoff hydriert, wobei das Diarylketoncarbonsäureanhydrid in Lösung in einem flüssigen Ester mit 2 bis Kohlenstoffatomen vorliegt. - 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Lösungsmittel einen Ester mit 3 bis 8 Kohlenstoffatomen verwendet.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Lösungsmittel einen Alkylester verwendet.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als Lösungsmittel einen Arylester verwendet.
- 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man Benzophenon-3 »4,3',4'-tetracarbonsäuredianhydrid hydriert. .
- 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung bei etwa 100 bis 150° C unter einem Wasserstoffüberdruck von mindestens etwa 7 kg/cm durchführt.
- 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung bei Temperaturen von etwa 125 bis- 10 -509846/1044140° C unter einem Wasserstoffüberdruck von etwa 25 bis 105 kg/cm2 durchführt.
- 8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man als Lösungsmittel Methylacetat verwendet.
- 9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man als Lösungsmittel Äthylacetat verwendet.
- 10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man als Lösungsmittel Amylacetat verwendet.
- 11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man als Lösungsmittel Äthylmalonat verwendet.
- 12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass man von einem Gewichtsyerhältnis von Ester zu Diarylketoncarbonsäureanhydrid von etwa 99:1 bis 2:1 ausgeht.
- 13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass man von einem Gewichtsverhältnis von Ester zu Diarylketoncarbonsäureanhydrid von etwa 95:5 bis 4:1 ausgeht.
- 14. Verfahren nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass man als Katalysator Nickel, Kobalt oder Kupferchromit verwendet.
- 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass man als Hydrierungskatalysator Nickel verwendet.
- 16. Verfahren nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass man den Katalysator in Mengen von mindestens etwa 2 Gewichtsprozent, bezogen auf das Diarylketoncarbonsäureanhydrid, anwendet.- 11 -509846/1044
- 17. "Verfahren nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass man den Hydrierungskatalysator in Mengen von etwa 5 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Diarylketoncarbonsäureanhydrid, anwendet.- 12 -509846/1044
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