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Beschreibung zur Patentanme ldung betreffend Verfahren zur Herstellung
von ,ß-ungesättigten Alkoholen und Katalysator zur Durchführung desselben Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur herstellung von ,ß-ungesättigten Alkoholen und einen
Katalysator zur Durchführung desselben.
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Es ist bekannt, daß die C = C - Doppelbindung mit den allgemein verwendeten
Hydrierkatalysatoren, wie Raney-Metall- und Edelmetallkatalysatoren, mit höherer
Geschwindigkeit hydriert
wird als die Carbonylgruppe. So können
diese Katalysatoren für die selektive Hydrierung von ,ß-ungesåttigten Aldehyden
beziehungsweise Ketonen zu den entsprechenden Alkoholen nicht verwendet werden.
Daher werden die ungesättigten Alkohole entweder auf einem anderen Weg hergestellt,
zum Beispiel der Zimtalkohol über Zimtacetat, oder aber wird die selektive Hydrierung
von ungesättigten Aldehyden beziehungsweise Ketonen mit Hilfe von selektiv vergifteten
Katalysatoren durchgeführt. Nach einem in die letztgenannte Gruppe gehörenden Verfahren
wird Platinruß mit Eisen(I1I)-chlorid [Ferrichloridg und Zinkacetat vergiftet und
mit dem so erhaltenen Katalysator Zimtalkohol durch Hydrieren von in Äthanol gelöstem
Zimtaldehyd hergestellt (uley W. und Adanis L.: J. Am. Chem.
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Soc., 47 F19251, 3 061). Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin,
daß sich auch eine größere Menge Hydrozimtalkohol als Nebenprodukt bildet und die
Verwendung eines aufwendigen Platinkatalysators erforderlich ist.
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Nach der deutschen Patentschrift 1 230 012 werden ungesättigte Aldehyde
mit einen 8 Gew.-% Kupfer, 2 Gew.-% Magnesium und 10 Gew.-% Cadmium enthaltenden
Katalysator bei einer Temperatur von 150 bis 3000C und unter einem Druck von 15
bis 20 atm in der Dampfphase zu den entsprechenden Alkoholen reduziert. Durch Hydrieren
von 15 g einer 880igen wäßrigen Crotonaldehydlösung mit 1 5CO 1 Wasserstoff/l Katalysator
bei 2000C unter einem Druck von 15 atm wurde ein Reaktionsgemisch mit einem Gehalt
an 86°,b Crotylalkohol, 9% Butylalkohol, 0150/o Butyraldehyd und 4% Crotonaldehyd
erhalten. Dieses Verfahren hat jedoch mehrere Nachteile: Die Herstellung des Katalysators
ist schwierig und langwierig, es bilden sich Nebenprodukte in beträchtlicher Menge
und die Aktivität des Katalysators ist niedrig.
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Nach der japanischen Patentschrift 610('64) wird ein Katalysator
aus einer 50 Gew.-% Aluminium und 50 Gew.-% Kupfer enthaltenden Legierung in der
Weise hergestellt, daß die
Legierung mit einer 30 gew.-%-igen Natriumhydroxydlösung,
die 4 bis 5 Gew.-% Cadmiumnitrat, bezogen auf das Gewicht der Legierung, enthält,
behandelt wird. Mit diesem Katalysator wurde Crotonaldehyd bei 2000C hydriert, wobei
Orotylalkohol in einer Ausbeute von 81,6% der Theorie erhalten wurde. Ein Nachteil
dieses Verfahrens besteht darin, daß die Herstellung des Katalysators umständlich
ist, wobei auch die Ausbeuten niedrig sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Behebung der Nachteile
des Standes der Technik ein Verfahren, welches die Herstellung von o(,ß-ungesättigten
Alkoholen aus den entsprechenden Aldehyden beziehungsweise Ketonen mit guter Selektivität
und in hohen Ausbeuten ermöglicht, vorzusehen.
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Die Erfindung beruht auf der Feststellung, daß o(,ß-ungesättigte
Aldehyde beziehungsweise Ketone selektiv zu den entsprechenden ungesättigten Alkoholen
hydriert werden können, wenn Cadmiummetall und/oder Cadmiumionen als Katalysator
verwendet werden. Diese Feststellung ist für den Fachmann sehr überraschend, weil
bisher die Ansicht herrschte, daß das Cadmium beziehungsweise seine Ionen allein
für die Katalyse von heterogenen oder homogenen Hydrierungsreaktionen nicht geeignet
ist beziehungsweise sind oder allenfalls zur Modifizierung der katalytischen Eigenschaften
der bekannten zu Hydrierungen verwendeten Metallkatalysatoren, wie von Edelmetallen,
Nickel und Kupfer, verwendet werden kann beziehungsweise können.
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Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung
vono(,ß-ungesättigten Alkoholen der allgemeinen Formel
worin R1 für Wasserstoff, einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen
oder einen, egebenenfalls substituierten, Phenylrest steht und R2 , R3 und R4 unabhangig
voneinander Wasserstoff oder Alkylreste mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen bedeuten,
durch Hydrieren der entsprechenden Oxoverbindungen der allgemeinen Formel
worin R1 , R2 , R3 und R4 wie oben festgelegt sind, bei erhöhter Temperatur unter
Verwendung eines cadmiumhaltigen Katalysators, welches dadurch gekennzeichnet ist,
daß das Hydrieren der Oxoverbindungen bei einer Temperatur von 80 bis 2000C und
unter einem Druck von 20 bis 80 atm in Gegenwart von 1 bis 90 Gew.-% feinverteiltem
Cadmiummetall und/oder 1 oder mehr feinverteilten Cadmiumsalzen als Katalysator
beziehungsweise Katalysatoren durchgeführt wird.
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Vorzugsweise steht R1 in den obigen Formeln für einen Methyl-, Äthyl-,
Propyl- oder Phenylrest. Ferner ist es bevorzugt, daß R2 und R4 Wasserstoff oder
Methylreste bedeuten.
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R3 steht vorzugsweise für Wasserstoff oder einen Methyl-oder Äthylrest.
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Nach einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird als feinverteiltes Cadmiummetall durch Dispergieren von geschmolzenem Cadmium
hergestelltes Cadmiumpulver verwendet. Gemäß einer anderen zweckmäßigen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als feinverteiltes Cadmiummetall aus Lösungen
von Cadmiumsalzen mit Hilfe von elektronegativeren Metallen, wie Zink oder Aluminium,
abgeschiedenes Cadmiumpulver verwendet. Nach einer weiteren
vorteilhaften
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als feinverteiltes Cadmiummetall
ein durch alkalisches Auslaugen von neben Cadmium Zink und/oder Aluminium enthaltenden
Legierungen hergestellter Skelettkatalysator verwendet.
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Gemäß einer noch weiteren zweckmäßigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird als feinverteiltes Cadmiummetall auf der Oberfläche von Aktivkohle
abgeschiedenes Cadmium verwendet. Nach einer anderen vorteilhaften Ausführungs form
des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als feinverteiltes Cadmiummetall durch kathodische
Reduktion von Cadmiumoxyd abgeschiedenes Cadmium verwendet.
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Als feinverteilte Cadmiumsalze werden vorzugsweise Salze des Cadmiums
mit organischen Säuren, insbesondere Cadmiumacetat und/oder Cadmiumcinnamat, verwendet.
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Erfindungsgemäß wird zweckmäßigerweise in der Weise vorgegangen,
daß der ungesättigte Aldehyd oder das ungesättigte Keton oder eine alkoholische
Lösung derselben in einem Autoklaven bei einer Temperatur von 100 bis 170 OO und
unter einem Druck von 40 bis 70 atm in Gegenwart von feinverteiltem Cadmiummetall,
Cadmiumacetat oder Cadmiumcinnamat hydriert wird.
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Gegenstand der Erfindung ist auch ein Katalysator zur Durchfuhrung
des erfindungsgemäßen Verfahrens, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß er aus
feinverteiltem Cadmiummetall und/oder 1 oder mehr feinverteilten Cadmiumsalzen besteht.
Bevorzugt sind dabei als feinverteiltes Cadmiummetall und feinverteilte Cadmiumsalze
die bei den obigen vorteilhaften beziehungsweise zweckmäßigen erfindungsgenäßen
Ausführungsformen beschriebenen. Als feinverteiltes Cadmiummetall ist ein solches
mit einer Kornfeinheit unter 1 mm besonderß bevorzugt.
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Von den zahlreichen Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens und
Katalysators seien die folgenden hervorgehoben: a) Es beziehungsweise er ermöglicht
die selektive Herstellung von 4?ß-ungesättigten Alkoholen in guten Ausbeuten unmittelbar
aus den entsprechenden Aldehyden oder Ketonen.
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b) Der Katalysator muß nicht selektiv vergiftet werden.
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Die Katalysatoren sind handelsüblich oder können einfach hergestellt
werden.
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d) Das Verfahren ist sehr wirtschaftlich, weil der Katalysator nur
mit geringem Aufwand verbunden ist und mehrmals verwendet und einfach regeneriert
werden kann.
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Die Erfindung wird an Hand der folgenden nicht als Beschränkung aufzufassenden
Beispiele näher erläutert.
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Beispiel 1 Es wurden zu einer Lösung von 60 g Zimtaldehyd in 200
cm3 Äthanol 40 g Cadmiumacetat zugegeben. Das so erhaltene Gemisch wurde in einen
1 1 Kippautoklaven eingebracht. Der Autoklav wurde mit Wasserstoff bis zu einem
Druck von 70 atm gefüllt und die Hydrierung wurde 6 Stunden lang bei 1500C durchgeführt.
Das Reaktionsgemisch wurde abgekühlt, das Cadmiumacetat abfiltriert und das als
Lösungsmittel verwendete Äthanol abdestilliert.
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Das erhaltene Reaktionsgemisch hatte auf Grund der gaschromatographischen
Analyse die folgende Zusammensetzung: 88 Mol-% Zimtalkohol, 7 Mole6 Hydrozimtalkohol
und 5 Mol-% nicht umgesetzter Zimtaldehyd.
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Das aus dem Reaktionsgemisch rückgewonnene Cadmiumacetat wurde wiederholt
zur Hydrierung von 60 g Zimtaldehyd unter identischen Bedingungen verwendet. Nach
der Hydrierung war die Zusammensetzung des Reaktionsgemisches wie folgt: 89 Mol-%
Zimtalkohol, 6,5 Mol-% Hydrozimtalkohol und 4,5 Mol-% nicht umgesetzter Zimtaldehyd.
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Beispiel 2 Es wurden 100 g Zimtaldehyd in 400 cm3 Äthanol gelöst
und die Lösung wurde in einen 1 1 Kippautoklaven eingebracht.
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Nach Zugabe von 10 g Cadmiumacetat wurde der Autoklav mit Wasserstoff
bis zu einem Druck von 40 atm gefüllt. Die Hydrierung wurde 6 Stunden lang bei einer
Temperatur von 14-00C durchgeführt. Das Cadmiumacetat wurde vom abgekühlten Reaktionsgemisch
abfiltriert und das Äthanol wurde abdestilliert0 Auf Grund der gaschromatographischen
Analyse hatte das erhaltene Reaktionsgemisch die folgende Zusammensetzung: 65 Molqd
Zimtalkohol, 12 Mol-% Hydrozimtalkohol und 23 Mol-% nicht umgesetzter Zimtaldehyd.
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Beispiel 3 Es wurden 50 g Crotonaldehyd und 200 cm3 Äthanol und darauffolgend
35 g Cadmiumacetat in den im Beispiel 1 angegebenen Autoklaven eingebracht. Nach
Zugabe der 35 g Cadmiumacetat wurde die Hydrierung 3 Stunden lang bei einer Temperatur
von 1200C unter einem Druck von 50 atm durchgeführt.
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Die Umsetzung betrug 100%, weil das Reaktionsgemisch neben dem gebildeten
Crotylalkohol nur 2 Mol-% Butanol, jedoch keinen Crotonaldehyd enthielt.
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Beispiel 4 Es wurden 40 g Nesityloxyd (2-Nethylpent-2-en-4-on), 200
cm3 Methanol und 25 g Cadmiumacetat in den im Beispiel 1 angegebenen Autoklaven
eingebracht. Die Hydrierung wurde 3 Stunden lang bei einer Temperatur von 140 0C
unter einem Druck von 65 atm durchgeführt.
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Die Umsetzung betrug 100%. Die Zusammensetzung des Reaktionsgemisches
war wie folgt: 98 Mol-% 2-Methylpent-2-en-4-ol und 2 Mol-4d 2-Methylpentan-4-ol.
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Beispiel 5 Der Katalysator wurde wie folgt hergestellt: Es wurden
250 g einer 50 Gew,-O Cadmium und 50 Gew.-% Zink enthaltenden Legierung mit einer
Kornfeinheit unter 1 mm in kleinen Portionen unter ständigem Rühren bei 600C zu
1 200 cm3 einer 30 gew.-%-igen Natriumhydroxydlösung zugegeben.
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Nach 1-stündigem Rühren bei dieser Temperatur wurde die Temperatur
auf 1000C erhöht und das Rühren noch 1 Stunde fortgesetzt. Nach dem Absetzenlassen
wurde der Katalysator abdekantiert und mit destilliertem Wasser bis zur Erreichung
der neutralen Reaktion gewaschen.
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20 g des so hergestellten Katalysators wurden zum Hydrieren einer
Lösung von 50 g Zimtaldehyd in 240 cm3 Äthanol verwendet. Die Hydrierung wurde 5
Stunden lang bei 14000 unter einem Druck von 75 atm durchgeführt.
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Die Zusammensetzung des erhaltenen Reaktionsgemisches war wie folgt:
91 mol- Zimtalkohol, 8 Mol-96 Hydrozimtalkohol und 1 Mol-% nicht umgesetzter Zimtaldehyd.
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Beispiel 6 Der Katalysator wurde aus einer 50 Gew.-% Cadmium und
50 Gew.-% Aluminium enthaltenden Legierung durch alkalisches Auslaugen in der Weise
hergestellt, daß 200 g der Legierung mit einer gornfeinheit unter 1 mm bei 4-00C
zu 1 000 cm3 einer
25 gew.-%-igen Natriumhydroxydlösung zugegeben
wurden. Die Temperatur wurde unter ständigem Rühren auf 800C erhöht und das Gemisch
wurde bei dieser Temperatur 1 Stunde lang gerührt.
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Der so erhaltene Katalysator wurde nach dem Abkühlen abdekantiert
und mit destilliertem Wasser bis zur Erreichung der neutralen Reaktion gewaschen.
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15 g des erhaltenen Katalysators wurden für die Hydrierung einer
Lösung von 40 g Zimtaldehyd in 200 cm3 Äthanol verwendet.
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Die Hydrierung wurde 5 Stunden lang bei einer Temperatur von 15000
unter einem Druck von 70 atm durchgeführt.
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Die Zusammensetzung des erhaltenen Reaktionagemisches war wie folgt:
92 Mol-% Zimtalkohol und 8 Mol-% Hydrozimtalkohol.
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Beispiel 7 Es wurden 50 g Aktivkohle mit einer Lösung von 11,8 g
Cadmiumacetat in 50 cm3 destilliertem Wasser vermischt. Diese Lösung wurde bei 600C
unter einem Vakuum von 20 mm Hg auf die Oberfläche der Aktivkohle aufgedampft. Der
imprägnierte Träger wurde nach dem Trocknen mit 800 cm3 einer 0,1 in Natriumhydroxydlösung
behandelt. Dann wurden 100 cm3 einer 10 gw.-%--igen Natriumborhydridlösung zugegeben
und es wurde noch 1 Stunde behandelt, worauf mit destilliertem Wasser bis zur Erreichung
der neutralen Reaktion gewaschen wurde.
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20 g des so erhaltenen Katalysators wurden zum Hydrieren einer äthanolischen
Lösung von 45 g Zimtaldehyd verwendet. Die Hydrierung wurde 6 Stunden lang bei 165°C
unter einem Druck von 65 atm durchgeführt.
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Das erhaltene Reaktionsgemisch enthielt keinen Zimtaldehyd.
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Auf Grund der gas chromato graphischen Analyse war die Zusammensetzung
wie folgt: 91 Mol-% Zimtalkohol und 9 Mol-% Hydrozimtalkohol.
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Beispiel 8 Es wurden 66,5 g Cadmiumacetat in 300 cm3 destilliertem
Wasser gelöst. Der erhaltenen Lösung wurden unter ständigem Rühren 16,4 g feinverteiltes
Zinkpulver zugesetzt. Das ausgeschiedene Cadmiummetall wurde nach dem Absetzenlassen
abdekantiert und mit destilliertem Wasser gründlich gewaschen.
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Mit dem so erhaltenen Katalysator wurden 40 g Crotonaldehyd 4 Stunden
lang bei einer Temperatur von 1300C unter einem Druck von 45 atm hydriert.
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Die Zusammensetzung des erhaltenen Reaktionsgemisches war wie folgt:
99 Mol-% Crotylalkohol und 1 Molqb Butanol.
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Beispiel 9 Es wurden 25 g Cadmiummetallpulver mit einem Reinheitsgrad
von 9% und einer Kornfeinheit von 100 bis 150 p in den im Beispiel 1 angegebenen
Autoklaven eingebracht. Nach Zugabe einer Lösung von 58 g Crotonaldehyd in 200 cm3
Ethanol wurde die Hydrierung 7 Stunden lang bei einer Temperatur von 13500 unter
einem Druck von 50 atm durchgeführt.
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Die Zusammensetzung des erhaltenen Reaktionsgemisches war wie folgt:
96 Mol-% Crotylalkohol, 2 Mol-% Butanol und 2 Mol-°% nicht umgesetzter Crotonaldehyd.
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Beispiel 10 Es wurde wie im Beispiel 9 beschrieben vorgegangen, jedoch
mit dem Unterschied, daß neben dem feinverteilten Cadmiumpulver auch 10 g Cadmiumacetat
in den Autoklaven eingebracht wurden.
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Die Hydrierung wurde 3 Stunden lang bei einer Temperatur von 125°C
unter einem Druck von 40 atm durchgeführt.
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Die Zusammensetzung des erhaltenen Reaktionsgemisches war wie folgt:
98 Mol-% Crotylalkohol und 2 Mol-% Butanol.
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Beispiel 11 Der in diesem Beispiel verwendete feinverteilte Cadmiumkatalysator
wurde wie folgt beschrieben hergestellt: Ein mit einer elektrischen Zuleitung versehenes
feingewobenes Nickelnetz wurde auf den Boden eines 500 cm3 Becherglases gelegt.
Auf das Nickelnetz wurden 100 g Cadmiumoxyd geschichtet, wonach auf die Cadmiumoxydschicht
300 cm3 einer 15 gew.-%-igen Kaliumhydroxydlösung gefüllt wurden. Es wurde
eine
Nickelplatte mit einer Oberfläche von 10 cm2 in den oberen Teil der Lauge gebracht
und das Cadmiumoxyd wurde mit einer Spannung von 2,4 bis 2,6 V und einer Stromstärke
von 0,6 bis 0,8 A kathodisch reduziert. Nach 24-stündiger Reduktion wurde das ausgeschiedene
feinverteilte Cadmiummetall bis zur Erreichung der neutralen Reaktion gewaschen
und bei 60 0C getrocknet.
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30 g des so erhaltenen Katalysators wurden in den im Beispiel 1 angegebenen
Autoklaven eingebracht. Nach Zugabe von 100 cm3 2-Xthylhex-2-en-1-al wurde die Hydrierung
15 Stunden lang bei einer Temperatur von 2000C unter einem Druck von 80 atm durchgeführt.
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Das vom abgekühlten Reaktionsgemisch abfiltrierte Cadmium pulver
konnte nach dem Waschen mit Äthanol zu einer neuen Hydrierung verwendet werden.
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Auf Grund der gaschromatographischen Analyse betrug die Umsetzung
95%. Die Zusammensetzung des Reaktionsgemisches war wie folgt: 78 Mol- 2-Äthylhex-2-en-1-ol,
17 Mol-% 2-Xthylhexan-1-ol und 5 Mol-% nicht umgesetztes Ausgangsmaterial.
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Beispiel 12 Es wurden 37 g nach Beispiel 11 hergestellter feinverteilter
Cadmiumpulverkatalysator zum Hydrieren von 100 cm3 2-Methylpent-2-en-1-£ erwl£et.
Die Hydrierung wurde 15 Stunden lang bei einer Temperatur von 19000 unter einem
Druck von 75 atm durchgeführt.
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Auf Grund der gaschromatographischen Analyse war die Zusammensetzung
des Reaktionsgemisches wie folgt: 76 Mol-% 2-Methylpent-2-en-1-ol, 21 Mol-% 2-Methylpentan-1-ol
und 3 Mol-% nicht umgesetztes Ausgangsmaterial.