DE2547655A1 - Verfahren zur herstellung von halogensubstituierten anthrachinonen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von halogensubstituierten anthrachinonen

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DE2547655A1
DE2547655A1 DE19752547655 DE2547655A DE2547655A1 DE 2547655 A1 DE2547655 A1 DE 2547655A1 DE 19752547655 DE19752547655 DE 19752547655 DE 2547655 A DE2547655 A DE 2547655A DE 2547655 A1 DE2547655 A1 DE 2547655A1
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Heinz Dipl Chem Dr Eilingsfeld
Manfred Dipl Chem Dr Patsch
Peter Dipl Chem Dr Reuter
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/16Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/20Vanadium, niobium or tantalum
    • B01J23/22Vanadium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
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Description

  • Verfahren zur Herstellung von halogensubstituierten
  • Anthrachinonen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von halogensubstituierten Anthrachinonen durch Oxidation von halogenierten Diphenylmethanverbindungen in der Gasphase in Gegenwart von Vanadium-V-oxid und Titandioxid und/oder Zirkondioxid in bestimmtem Gewichtsverhältnis.
  • Gegenstand der deutschen Patentschrift 2 050 798 ist ein Ver fahren zur Herstellung von Anthrachinon durch Oxidation von Diphenylmethanderivaten der Formel in der die einzelnen Reste R4, R5 und R6 gleich oder verschieden sein können und Jeweils ein Wasserstoffatom oder einen aliphatischen Rest bedeuten, darüber hinaus auch die beiden Reste R5 und/oder die beiden Reste R6 dle beiden zusammen Reste R6 jeweils zusammen eine Oxogruppe bezeichnen können, und/oder R4 und ein Rest R6 zusammen für einen aliphatischen Rest mit einem substituierten Methylenrest oder mit mindestens 2 Kohlenstoffatomen oder auch, sofern die Reste R5 eine Oxogruppe bedeuten, für einen unsubstituierten Methylenrest stehen können oder beide Reste R5 und ein Rest R6 oder ein Rest R5 und beide Reste R6 oder beide Reste R5 und beide Reste R6 jeweils zusammen auch einen aliphatischen Rest bedeuten können, mit Sauerstoff in der Gasphase in Gegenwart von Vanadium-V-Verbindungen als Katalysator bei erhöhter Temperatur.
  • In allen Beispielen wird Vanadium-(V)°oxid als Komponente eines Vanadium-V-Katalysators, der als zweites Metall noch Antimon enthält, beschrieben. Titan und bestimmte Mengenverhältnisse von Titandioxid und Vanadiumpentoxid werden nicht als spezifische Katalysatoren für in 2-Stellung an einem Ring durch einen aliphatischen Rest substituiertes Diphenylmethan und entsprechende, an der Methylengruppe durch aliphatische Reste substituierte Diphenylmethane aufgeführt. Alle Beispiele zeigen bicyclische Verbindungen in Gestalt von Indenderivaten> Indanonderivaten und Naphthalinderivaten0 Die verwendeten Katalysatoren werden vorteilhaft auf einem Träger nach einem Flammspritz- oder Plasmaspritzverfahren aufgetragen; ein solcher Auftrag ergibt Schichten ohe innere Oberfläche bzw. nur mit sehr geringer innerer Oberrlache, Oxidiert man in 2-Stellung an einem Ring durch einen aliphatischen Rest substituiertes Diphenylmethan und entsprechende, an der Methylengruppe durch aliphatische Reste substituierte Diphenylmethane mit dem in den Beispielen beschriebenen Antimon-Vanadium-V-Katalysator, was in der Patentschrift nicht beschrieben wird, so erhält man Ausbeuten bis zu 58 % der Theorie.
  • Neben Anthrachinon fallen weitere Nebenstoffe an. Geht man z.B.
  • vom 2-Methyldiphenylmethan aus, so enthalten die Reaktionsgase im allgemeinen neben Anthrachinon Phthalsäureanhydrid, Benzoesäure, Maleinsäureanhydrid, Fluorenon, Xanthon, Benzophenon, Benzaldehyd, 3,3'-Spirodiphthalid, Sauerstoff und Begleitgase, z t Be Wasserdampf, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid Zwar kann man einen Teil der in Wasser oder Alkali löslichen Nebenstoffe durch entsprechende Waschoperationen abtrennen Es ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 127 873 bekannt, daß man ein Anthrachinondampf-Luft-Gemisch, wie es bei der katalytischen Oxidation von Anthracendampf an einem alkalischen Vanadinoxidkatalysator anfällt, durch Verdampfung von wäßrigen Flüssigkeitsnebeln abkühlt, wobei Anthrachinon kondensiert und als praktisch völlig trockenes Pulver anfällt, Die Auslegeschrift lehrt, daß der Flüssigkeitsnebel und somit das zugeführte Wasser in der Behandlungszone vollständig und sofort in Wasserdampf übergehen0 Die Temperatur des zugeführten Wassers beträgt 100°C, dem Trägergas wird somit nur die der Verdampfungswärme des Wassers entsprechende Wärmemenge entzogen.
  • Das Trägergas soll sich nur auf eine Temperatur abkühlen, bei der die Sättigungskonzentration an dampfförmigen, verunreinigenden Begleitstoffen im Trägergas noch nicht erreicht wird. Um eine sofortige und vollständige Verdampfung zu erzielen, werden bestimmte Ausführungsformen bezüglich der Wasserzerstäubung und bezüglich der Wassertropfengröße bevorzugt. Zur Bildung der Flüssigkeitsnebel werden destilliertes oder enthärtetes Wasser verwendet. Im Falle von Trägergasen, die Wasserdampf enthalten, zB; bei Reaktionsgasen der Anthrachinonsynthese, muß das Behandlungsgefäß gut isoliert oder sogar beheizt werden, damit sich nicht Wasser an den Gefäßwänden kondensiert (Spalte 59 Zeilen 37 bis 5O)o Nach der Lehre der Auslegeschrift ist ein Abschrecken des Sublimats auf tiefe Temperaturen durch ztBo einen feinen Sprühregen von Wasser bzw0 kaltes Wasser ungesteuert, und Korngröße sowie Reinheit des so kondensierten Endstoffes können nicht kontrolliert werden Ein solches Verfahren ist, wie Spalte 2 der Auslegeschrift schildert, umso weniger angezeigt, wenn der sublimierte Stoff von Verunreinigungen begleitet ist, wie sie bekanntlich bei der Anthrachinonherstellung anfallen, Die Gefahr der Abtrennung eines unreinen Endstoffes wird hervorgehobeno Der Nachteil dieses Verfahrens besteht vor allem darin, daß die trockene Abscheidung von Anthrachinonkristallen die Gefahr von Staubexplosionen und Bränden in der Behandlungszone (Desublimator) und den AbscheJdeapparaten mit sich bringt. Darüber hinaus geht bei einem höheren Gehalt an Nebenprodukten infolge des entsprechenden, höher liegenden Taupunktes ein Teil des dampfförmigen Anthrachinons im Abgas verloren, das kondensierte Anthrachinon kann dabei stärker verunreinigt sein.
  • Durch vorgenannte Operationen lassen sich aber in Wasser oder alkalischen Lösungen unlösliche Nebenstoffe, wie insbesondere Fluorenon, Xanthon oder Benzophenon nicht entfernten. Bei späteren Umsetzungen, gerade auch bei der Farbstoffsynthese, verschlechtern diese Nebenstoffe die Ausbeute und Reinheit der Folgeprodukte, so daß zusätzliche und unwirtschaftliche Reinigungsoperationen benötigt werden.
  • In der Beschreibung der deutschen Patentschrift 2 050 798 wird kein Hinweis gegeben, welchen Einfluß reaktive Substituenten an den Arylkernen, insbesondere Halogenatome wie z.B. Chloratome, auf die Durchführung und die Ergebnisse der Reaktion bzw. die Reaktionsbedingungen auf solche Substituenten ausüben. Halogensubstituierte Anthrachinone werden seit langem im industriellen Maßstab über entsprechende o-Benzoylbenzoesäuren durch Friedel-Crafts-Reaktion mit Benzol bzw. Halogenbenzolen und Phthalsäureanhydrid bzw. seinen Halogenderivaten hergestellt (Rodd, Chemistry of Carbon Compounds (Elsevier, N.Y., 1956), Band III B, Seite 1 075)0 Es wurde nun gefunden, daß man halogensubstituierte Anthrachinone durch Oxidation von aromatischen Verbindungen mit Sauerstoff in der Gasphase in Gegenwart eines Vanadium-Katalysators bei erhöhter Temperatur vorteilhaft erhält, wenn man Diphenylmethanverbindungen der Formel worin die einzelnen Reste R1, R2 und R3 gleich oder verschieden sein können und jeweils ein Wasserstoffatom oder einen aliphatischen Rest bedeuten, die einzelnen Reste X und Y gleich oder verschieden sein können und jeweils ein Halogenatom bezeichnen, oder darüber hinaus die Reste Y und einer der Reste X auch jeweils ein Wasserstoffatom bedeuten können, in Gegenwart eines Katalysators, der Titandioxid und/oder Zirkondioxid und Vanadiumpentoxid in einem Gewichtsverhältnis von 0,004 bis 0,75 Teilen Vanadiumpentoxid, bezogen auf 1 Teil Titandioxid und/oder Zirkondioxid, enthält, oxidiert.
  • Die Umsetzung läßt sich für den Fall der Verwendung von 2-Methyl-6-chlor-diphenylmethan durch die folgenden Formeln wiedergeben: Im Vergleich zum Stand der Technik liefert das Verfahren nach der Erfindung auf einfachere und wirtschaftlichere Weise halogensubstituierte Anthrachinone in besserer Reinheit, insbesondere mit Bezug auf in Wasser und Alkalien unlösliche Nebenstoffe. Diese vorteilhaften Ergebnisse sind mit Bezug auf den Stand der Technik überraschend9 denn man hätte eine änderung der Reaktionsrichtung und der Reaktivität der Ausgangsstoffe I, z.B. Bildung von halogensubstituierten o-Phthalsäurederivaten oder entsprechend substituierten Diphenylmethancarbonsäuren, a,a-Diphenyl-essigsäuren, oder eine völlige oder teilweise Blockierung der Oxidation und die Bildung von Gemischen schwer trennbarer Nebenprodukte infolge der Beeinflussung der Oxidation durch die Halogensubstituenten erwarten sollen, Daneben war eine teilweise Abspaltung des Halogens und gegebenenfalls erneute Anlagerung des abgespalteten Halogens an anderer Stelle des Moleküls zu vermuten. Eine Bildung heterogener Gemische hätte andererseits eine großtechnische, einfache und wirtschaftliche Durchführung des Verfahrens nicht erlaubt.
  • Die Oxide von Vanadium und Titan bzw. Zirkon in vorgenannten Mengenverhältnissen erweisen sich als Katalysatoren von hoher Selektivität für die Oxidation vorgenannter halogenierter Diphenylmethanverbindungen. Die Abtrennung des Halogenanthrachinons von den Nebenstoffen seiner Herstellung ist wesentlich vereinfacht, zusätzliche Reinigungsoperationen werden vermieden und somit die Wirtschaftlichkeit der Farbstoffproduktion verbessert. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden neben dem Halogenanthrachinon in der Regel nur leicht flüchtige bzw in Alkalien gut lösliche Nebenprodukte gebildet, zcBo wird durch eine alkalische Wäsche der aus dem Reaktionsgas kondensierten Reaktionsprodukte im allgemeinen ein Halogenanthrachinon mit einer Reinheit von über 99 % erhalten. Alle diese vorteilhaften Ergebnisse sind überraschend, denn es war nach dem Stand der Technik anzunehmen, daß größere Mengen an Oxidationsprodukten und Zersetzungsprodukten und insbesondere keine geringeren Mengen an unlöslichen Nebenprodukten gebildet werden und sich die Ausbeute an Halogenanthrachinon somit verschlechtert. Ebenfalls war im Hinblick auf die deutsche Patentschrift 2 050 798 nicht zu erwarten, daß diese spezifische Katalyse der Oxidation von Halogendiphenylmethanen durch einen Katalysator bewirkt wird, der neben Vanadium gerade Titan oder Zirkon in wesentlich höherer Menge enthält und vorteilhaft eine vergleichsweise hohe innere Oberfläche besitzt Die Ausgangsstoffe I können in bekannter Weise hergestellt werden, z0B. 2-Benzyl-3-chlor-toluol durch Umsetzung von Benzylchlorid und 3-Chlor-toluol analog dem in Berg, Band 6 (1873), Seite 906 beschriebenen Verfahren. Die an der Methylengruppe substituierten Homologe der genannten Ausgangsstoffe können in analoger Weise, z0B. durch Umsetzung von Halogentoluolen mit entsprechend substituierten Styrolen erhalten werden0 Bevorzugte Ausgangsstoffe I und dementsprechend bevorzugte halogensubstituierte Anthrachinone der Formel sind solche, in deren Formel R1> R2, R3 gleich oder verschieden sein können und jeweils ein Wasserstoffatom oder einen Alkylrest mit 1 bis 4, insbesondere 1, 2 oder 3 Kohlenstoffatomen bedeuten, die einzelnen Reste X und Y gleich oder verschieden sein können und jeweils ein Bromatom oder ein Fluoratom oder insbesondere ein Chloratom bezeichnen, oder darüber hinaus die Reste Y und einer der Reste X auch jeweils ein Wasserstoffatom bedeuten können0 Die vorgenannten Reste können noch durch unter den Reaktionsbedingungen inerte Gruppen und/oder Atome, z.B. Alkoxygruppen, Alkylgruppen mit jeweils 1 bis 3 Kohlenstoffatomen, substituiert sein0 Beispielsweise kommen folgende Verbindungen als Ausgangsstoffe I in Frage: 2-n-Butyl-, Methoxyäthyl-> Athoxymethyl , 2-Isopropyl-, 2-Isobutyl-, 2-tert.-Butyl-, 2-n-Propyl-, 2-Äthyl-, 2-sekO-Butyl- und vorzugsweise 2-Methyl-6-chlordiphenylmethan sowie entsprechende am Methylenglied durch Methoxyäthyl-, Athoxymethyl-, Methyl-, Äthyl-, Isopropyl-, n-Butyl-, Isobutyl-, sek. -Butyl- oder n-Propyl-gruppen einfach oder durch zwei gleiche oder verschiedene der vorgenannten Gruppen zweifach substituierte Homologe; entsprechende 3-Chlor-, 4-Chlor-, 5-Chlor-, 3,3'-Dichlor , 4>4'-Dichlor-, 5,5'-Dichlor-, 6,6'-Dichlor-, 21-Chlor-, 3'-Chlor-, 4'-Chlor-, 4,6-Dichlor-, 3,4-Dichlor-, 7,5-Dichlor-, 3>6-Dichlor-,5,6-Dichlor-, 2',4'-Dichlor-, 2',6'-Dichlor-s 3',5'-Dichlor-, 2',4',6'-Trichlor-, 3,4,6-Triehlor-, 4,6,2'-Trichlor-s 4,6,4'-Trichlor-, 6,2',4'-Trichlor-, 4,2',4'-Trichlor-, 4,6,2',4'-Tetrachlor-, 3,4,5,6-Tetrachlor-, 2',3',4',6'-Tetrachlorhomologe vorgenannter 2-Alkyl-diphenyl-alkane; entsprechende Monobromide, Polybromide, Monofluoride, PolySluorideO Die Oxidation wird in der Regel mit einem Sauerstoffüberschuß durchgeführt Im allgemeinen verwendet man Sauerstoff in Gestalt von Luft, ebenfalls können beliebige Gemische von Sauerstoff und unter den Reaktionsbedingungen inerten Gasen, wie Argon, Wasserdampf, Stickstoff und/oder Kohlendioxid oder Rauchgas zur Anwendung gelangen. Bevorzugt, insbesondere im Falle des 2-Methyl-6-chlor-diphenylmethans, beträgt die Beladung 15 bis 700, vorteilhaft 20 bis 164, insbesondere 28 bis 82 Mol Sauerstoff pro 1 Mol Ausgangsstoff Io Man verwendet zweckmäßig von 20 bis 500, vorteilhaft 100 bis 300 Gramm Ausgangsstoff I pro Liter Katalysator (bzw0 Katalysator auf Träger) und Stunde im kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Betriebe Der Katalysator enthält die Oxide in einem Gewichtsverhältnis von 0,004 bis 0>75, zweckmäßig 0,004 bis 0,35,vorzugsweise 0,01 bis 0,20 Teile Vanadiumpentoxid, bezogen auf 1 Teil Titandioxid oder 1 Teil Zirkondioxid oder 1 Teil eines Gemisches von Titandioxid und Zirkondioxid. Es können auch Verbindungen verwendet werden, die bei der Katalysatorherstellung oder während der Reaktion die Oxide der vorgenannten Metalle bilden. Solche Verbindungen sind z.B, Hydroxide, Oxide in geringerer Wertigkeit oder Salze, wie Carbonate, Bicarbonate oder Nitrate der vorgenannten Metalle. So kommen in Frage: Titanhydroxid, Titan sulfat3 Titan-II-oxid, Titan-IV-chlorid, Titan-IV-chlorat, Titancarbonat, Titannitrat, Titanbicarbonat, Titantartrat, Titanformiat, Titancitrat, Titanacetat; Vanadyloxalat, Vanadiumformiat, Vanadiumhydroxid, Vanadiumcarbonat, Vanadiumnitrat, Vanadiumbicarbonat, Vanadiumacetat, Vanadiumtartrat, Vanadiumchlorid, Vanadiumcitrat, Ammoniumvanadat, Vanadium-IV-oxids Zirkoniumsulfat, ZirkonUmtetrachlorids Zirkoniumoxychlorid, Zirkoniumoxalat, Zirkoniumacetat, Zirkoniumnitrat, Zirkoniumhydroxid, Zirkoniumcarbonat. Entsprechend können im Katalysator neben den erfindungsgemäßen Anteilen an Titandioxid, Zirkondioxid und Vanadiumpentoxid noch Anteile an nicht erfindungswesentlichen, diese Oxide bildenden, aber noch nicht oder nur teilweise oxidierten Titanverbindungen, Zirkoniumverbindungen und Vanadiumverbindungen sowie an Titanoxiden und Vanadiumoxiden geringerer Wertigkeit oder an durch andersartige Umsetzungen der Titan- und/oder Vanadium-Verbindung während der Reaktion gebildeten Stoffen, z.B. Zirkon- oder Titan-vanadat, anwesend sein. Die Berechnung auf Metalloxid umfaßt lediglich das jeweilige, während der Reaktion anwesende oder gebildete Titandioxid oder Vanadium-V-oxid und ist somit unabhängig davon, ob die Metalle zu Beginn der Reaktion in einer anderen Verbindung, oder von Anfang an oder während der Reaktion gleichzeitig in von Titandioxid und Vanadiumpentoxid unterschiedlichen Verbindungen vorliegen. Bei Gemischen von Oxiden ist ein Verhältnis von 0,01 bis 1,0 Mol Zirkondioxid Je Mol Titandioxid bevorzugte Das Titandioxid kommt in Form des Rutils oder bevorzugt in Form des Anatas in Frage. Es kann in wasserfreier Form oder in Gestalt von Hydraten TiO2 o x H20, z.B. Orthotitansäure oder Metatitansäure, verwendet werden. Die innere Oberfläche der Metalloxide des Katalysators beträgt vorteilhaft von 1 bis 80, vorzugsweise von 2 bis 25 Quadratmeter pro Gramm Katalysator. Man wählt zweckmäßig Korngrößen des Titandioxids von 0,1 bis 1,5, vorzugsweise von 0,2 bis 0,5 Mikrometer0 Neben den Oxiden der vorgenannten 3 Elemente können noch Verbindungen, insbesondere sauerstoffhaltige Verbindungen wie Oxide und Vanadate, von Zusatzelementen der Gruppen Ia, IIIa, IVa, IVb, Va und Vb, bevorzugt Ia und Va, des Periodischen Systems (Periodisches System gemäß D'Ans-Lax, Taschenbuch für Chemiker und Physiker (Springer, Berlin, 1967), Band 1, Seite 63; Clark, the Encyclopedia of Chemistry, 2 edO (Reinhold Pub. Cord*, N,Y,, 1966)> Seite 790), zweckmäßig Kalium-, Cer-, Bor-, Thorium-, Blei-, Germanium-, Niob-, Rubidium-, Phosphor-, Arsen-, Wismuth-, Lanthan-, Caesium-Tantal-, Zinn- und Antimon-verbindungen verwendet werden.
  • Als solche Zusatzverbindungen sind Verbindungen des Antimons, Caesiums und insbesondere des Rubidiums, Phosphors, Arsens bevorzugt, Unabhängig von der Zusammensetzung der Verbindungen und der Wertigkeit der entsprechenden Metalle in den Verbindungen, die der Katalysator enthält, ist im Katalysator zweckmäßig das Atomverhältnis von Vanadin zu den Zusatzelementen der Gruppe Ia von 2 000 bis 0,5 Vanadium zu 1 Zusatzelement, in der Gruppe IIIa von 4 000 bis 1 Vanadium zu 1 Zusatzelement, in der Gruppe IVa von 2 000 bis 0,1 Vanadium zu 1 Zusatzelemeint, in der Gruppe Va von 2 000 bis 1 Vanadium zu 1 Zusatzelement, in der Gruppe IVb von 2 000 bis 0,1 Vanadium zu 1 Zusatzelement und in der Gruppe Vb von 4 000 bis 5 Vanadium zu 1 Zusatzelemente Als Verbindungen der Zusatzelemente kommen im allgemeinen die Oxide, Säuren, Basen, Salze, zOBo Carbonate, Bicarbonate, Chloride oder Nitrate, und solche Verbindungen der Zusatzelemente in Frage, die sich während der Katalysatorherstellung oder der Reaktion zu den entsprechenden Oxiden und/oder Vanadaten umsetzen, Als Zusatzverbindungen sind zweckmäßig geeignet: Kaliumchlorid, Kaliumcarbonat, Bortrioxid, Cernitrat, Borsäure, Kaliumhydroxid, Antimontrioxid, Antimontetroxid, Antimonpentoxid, Antimontrioxidhydrate, Antimonpentoxid hydrate, Kaliumnitrat, Kaliumbicarbonat, Kaliumoxalat, Kaliumformiat, Germaniumdioxid, Niobnitrat, Wismuthnitrat, Bleiacetat, Thoriumnitrat, Bleidioxid, Lanthanacetat, Lanthancarbonat, Ammoniumborat, Caesiumcarbonatv Caesiumnitrat, Caesiumbicarbonat, Caesiumoxalat, Caesiumformiat, Caesiumacetat, Caesiumhydrogentartrat, Cersulfat, Tantalcarbonat, Lanthanoxid, Bleinitrat, Lanthanhydroxid, Tantaloxid, Tantalnitrat, Thoriumoxalat, Lanthanformiat, Rubidiumacetat, Rubidiumcarbonat, Rubidiumsulfat, Rubidiumhydroxid, Rubidiumacetat, Sauerstoffsäuren des Phosphors und Arsens, Ammoniumarsenat, Phosphorpentoxid, Kaliumarsenit, Arsentrioxid, Caesiumphosphat, Kaliumphosphat, Phosphortrioxid, Kaliumphosphit, Calciumphosphat, Arsenpentoxido Die Katalysatoren können gegebenenfalls auch zusammen mit einem Trägermaterial, zoBo Bims, Steatit, Siliciumcarbid, sowie Eisen-, Silicium- und Aluminium-oxide, Aluminiumsilikate wie Mullit, und vorteilhaft Steatit, zur Verwendung gelangen. Zweckmäßig sind Mengen von 1 bis 30 Gewichtsprozent Katalysator, bezogen auf Träger, und Schichtdicken des Katalysators von 0,02 bis 2 Millimetern auf dem Träger, Die Form und Größe der trägerlosen Katalysatoren können in einem weiten Bereich beliebig gewählt werden, vorteilhaft verwendet man kugelförmige, tablettierte oder stückige Katalysatoren oder Strangpreßlinge von einem durchschnittlichen Durchmesser zwischen 2 und 12 Millimeter. Zur Herstellung trägerloser Katalysatoren können z.B, Titandioxid und/oder Zirkondioxid und Vanadiumpentoxid gemischt bzw. Titandioxid und/oder Zirkondioxid mit einer wäßrigen Lösung von Vanadyloxalat getränkt und anschließend getrocknet bzw. Vanadinpentoxid und Titandioxid und/oder Zirkondioxid gemeinsam durch geeignete Fällungsmittel, z.B. Ammoniak, Alkalihydroxide, aus wäßrigen Lösungen ihrer Salze gefällt und getrocknet werden; die gebildeten Katalysatoren können dann, z.B. mit Hilfe einer StXangpresse, in entsprechende Formlinge übergeführt werden* Die Katalysatoren können durch Fällung oder durch Eindampfen einer Lösung von Ammonium-vanadat mit den entsprechenden Titan- oder Zirkonium-salzen, z.B. Lösungen von Titan-(III)-oxalat oder Zirkoniumnitrat bzw. Zirkoniumchlorid, Filtration und Trocknen des Metalloxidniederschlags hergestellt werden0 Durch Zugabe des Trägermaterials vor oder während der Fällung wird der Katalysator gleichzeitig auf dem Träger fein verteilt. Ebenfalls kann die Suspension der Oxide durch Tranken oder Sprühen auf den Träger aufgebracht werden0 Auch ist es möglich, die trockenen oder feuchten Oxide mit dem Träger zu vermischen, gegebenenfalls das Gemisch zu zerkleinern und dann, zOBo mit Hilfe einer Strangpresse, in entsprechende Formlinge überzuführen. Zur Herstellung von Katalysatoren mit Trägern kann man vorteilhaft auch eine Lösung von Vanadinpentoxid in wäßriger Oxalsäure oder Salzsäure mit Titandioxid und/oder Zirkondioxid versetzen und die entsprechende Suspension auf den zweckmäßig auf 160 bis 5000 C> vorzugsweise 250 bis 5000C, erhitzten Träger auftragen, Hierbei läßt sich die Benetzbarkeit des Trägermaterials häufig erhöhen, wenn die Suspension noch organische wasserlösliche Lösungen mittel, wie Alkanole, z,B, Methanol oder Äthanol, Formamid oder Dimethylformamid, zweckmäßig in einer Menge von 1 bis 3,5 Gewichtsprozent, bezogen auf Wasser, enthält0 Nach dem Trocknen kann der Katalysator bzw0 der Katalysator auf Träger noch vorteilhaft im Luftstrom calciniert werden, z0B0 bei einer Temperatur zwischen 300 und 7000C, Es wird in diesem Zusammenhang bezüglich Herstellung von Katalysatoren auf Houben-Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Band 4/2, Seiten 143 bis 240, und Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, Band 9, Seiten 254 ff, verwiesen. Ebenfalls schildern diese Werke Verfahren, die katalytisch aktive Komponente auf inerte Träger aufzubringen, zoBo außer durch Tränken durch Sprühen oder Ausfällung und anschließendem Calcinieren des so hergestellten Trägerkatalysators.
  • Die Oxidation wird in der Regel bei einer Temperatur zwischen 200 und 4500C, vorzugsweise zwischen 300 und 4200C, drucklos oder unter Druck, diskontinuierlich oder vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt Die Reaktionstemperatur wird als Temperatur des Salzbades (Nitratschmelze), die die Wände des Reaktorrohres beheizt, gemessen und im folgenden Rohrwandtemperatur genannt. Man oxidiert zoBo den Ausgangsstoff I in der folgenden Weise: Die Ausgangsdiphenylmethanverbindung wird in einem auf mehr als 1500C erhitzten Luftstrom verdampft0 Es ist auch möglich, einen sauerstofffreien Teilstrom der Reaktionsabgase mit dem Dampf des Ausgangsstoffs zu sättigen und so die gewünschte Konzentration an Ausgangsstoff I im Reaktionsgemisch einzustellen. Das Gas/Dampf-Gemisch wird dann in einem Reaktor bei der Reaktionstemperatur durch die Katalysatorschicht geleitet, Als Reaktoren kommen zweckmäßig mit Salzbad gekühlte Röhrenreaktoren, Wirbelschichtreaktoren mit eingebauten Kühl elementen oder Schichtenreaktoren mit Zwischenkühlung in Frage* Aus dem Reaktionsgemisch wird dann in üblicher Weise der Endstoff abgetrennt, z.B, leitet man die den Reaktor verlassenden Gase durch einen oder mehrere Abscheider* Gegebenenfalls kann das Halogenanthrachinon anschließend durch Waschen mit Wasser oder alkalischen Lösungen von Nebenprodukten abgetrennt werden. Der Endstoff kann auch durch Einleiten des gasförmigen Reaktionsgemisches in Wasser oder in eine alkalische Lösung abgetrennt werden, wobei das Anthrachinon als unlöslicher Feststoff mit hoher Reinheit anfällt.
  • Die nach dem Verfahren der Erfindung herstellbaren Verbindungen sind wertvolle Ausgangsstoffe für zahlreiche Synthesen (siehe zOBo Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, Band 3, Seiten 665 off)¢ Von besonderer Bedeutung sind sie als Ausgangsstoffe für die Herstellung von substituierten AnthrachinonenO Das Verfahren nach der Erfindung eröffnet einen eleganten Weg zur Herstellung von Anthrachinonderivaten, ausgehend von wohlfeilen halogenierten Diphenylalkanverbindungen. Aus den Mono-, Di- und Polyhalogenanthrachinonen, zoBo dem nach bisherigen Methoden nur schwer zugänglichen l-Chloranthrachinon, können nach bekannten Verfahren durch Austausch der Halogenatome gegen Aminogruppen die entsprechenden Aminoanthrachinone erhalten werden, von denen sich, wie beispielsweise vom l-Amino)h~uichinon, zahlreiche wertvolle Küpenfarbstoffe und lichtechte Lackpigmente ableiten.
  • Besonders vorteilhaft unter den vorgenannten bevorzugten Endstoffen II sind die halogensubstituierten Anthrachinone der Formel worin die Reste X und Y gleich oder verschieden sein korden und X ein Chloratom und Y ein Chlor- oder Wasserstoffatom bezeichneun, Die in den folgenden Beispielen aufgeführten Teile bedeuten Gewichtsteile* Sie verhalten sich zu den Volumenteilen wie Kilogramm zu Liter* Beispiel 1 a) Herstellung des Katalysators 8,18 Teile Vanadyloxalat (entspricht 4 Teilen V205) werden in 200 Teilen Wasser gelöst, 96 Teile Titandioxid und 32 Teile Formamid zugesetzt und die gebildete Suspension auf Steatitkugeln von 6 mm Durchmesser (auf 3000C erhitzt) aufgetragen* Eine beschichtete Kugel enthält 4 Teile Katalysator (Vanadiumpentoxid und Titandioxid) und 96 Teile Träger. Der Katalysator setzt sich aus 96 Gewichtsprozent Titandioxid und 4 Gewichtsprozent Vandinpentoxid zusammen0 b) Oxidation 64 Teile des gemäß a) hergestellten Katalvsators werden in einen Röhrenreaktor (25 mm innerer Durchmesser) eingefüllt.
  • Nun wird ein Gemisch aus 200 000 Volumenteilen Luft und 4 Teilen eines Gemisches von 5-Chlor- und 6-Chlor-2-methyldiphenylmethan im Gewichtsverhältnis 1 : 1 stündlich über den Katalysator geleitet* Die Rohrwandtemperatur beträgt 4100C0 Das den Reaktor verlassende, gasförmige Reaktionsgemisch wird auf 60°C abgekühlt, wobei der Endstoff kondensiert0 Der nicht kondensierte Anteil wird mit Wasser ausgewaschen. Die in Wasser unlöslichen Anteile werden mit dem Kondensat vereinigt* Aus 16,0 Teilen Chlor-2-methyl-diphenylmethan werden 14,4 Teile roher Endstoff verhalten, der 84 Gewichtsprozent Chloranthrachinon enthält0 Nach Behandlung mit 1 000 Teilen einer 10-gewichtsprozentigen Sodalösung werden 12,1 Teile Chloranthrachinon vom Fp 188 bis 192 0C erhalten (entspricht einer Chloranthrachinon-Ausbeute, bezogen auf eingesetztes Chlor-2-methyldiphenylmethan, von 67,4 ffi der Theorie)0 Das erhaltene Chloranthrachinon enthält 1- und 2-Chloranthrachinon im Verhältnis 1 : 7 und weist nur Spuren von chlorfreiem Anthrachinon auf 0 Im Endstoff und in den Filtraten der Wäschen können mittels UV-Absorption und Gaschromatographie weder Fluorenon noch Xanthon noch deren halogenhaltige Verbindungen nachgewiesen werden0 Beispiel 2 Mit dem im Beispiel la beschriebenen Katalysator werden analog Beispiel lb aus 16 Teilen 5-Chlor-2-methyl-diphenylmethan stündlich 13,2 Teile 2-Chloranthrachinon vom Fp 208 bis 2100C (entspricht einer Ausbeute, bezogen auf eingesetztes 5-Chlor-2-methyl-diphenylmethan, von 73>5 % der Theorie) erhalten. Im Endstoff und in den Filtraten der Wäschen können mittels Uv-Absorption und Gaschromatographie weder Fluorenon noch Xanthon noch deren halogenhaltige Verbindungen nachgewiesen werden.
  • Beispiel 3 Werden bei der Herstellung des Katalysators, wie in Beispiel la beschrieben, anstelle von 96 Teilen Titandioxid 88 Teile Titandioxid und 8 Teile Zirkgndioxid verwendet und wird die Umsetzung analog Beispiel lb durchgeführt, so werden bei der Oxidation von 16 Teilen eines Gemisches von 5-Chlor- und 6-Chlor-methyl-diphenylmethan im Gewichtsverhältnis 1 : 1 stündlich 12,5 Teile Chloranthrachinon vom Fp 188 bis 1920C erhalten (entspricht einer Chloranthrachinon-Ausbeute, bezogen auf eingesetztes Chlor-2-methyl-diphenylmethan, von 69,6 ffi der Theorie). Das erhaltene Chloranthrachinon enthält 1- und 2-Chloranthrachinon im Verhältnis 1 : 6,8. Im Endstoff und in den Filtraten der Wäschen können mittelsUV-Absorption und Gaschromatographie weder Fluorenon noch Xanthon noch deren halogenhaltige Verbindungen nachgewiesen werden.
  • Beispiel 4 Wird der Katalysator analog Beispiel la hergestellt und werden anstelle der 96 Teile Titandioxid 96 Teile Zirkondioxid verwendet und Oxidation und Aufarbeitung, wie in Beispiel lb beschrieben, durchgeführt, so werden aus 16 Teilen 5-Chlor- und 6-Chlor-2-methyl-diphenylmethan im Gewichtsverhältnis 1 : 1 11,5 Teile Chloranthrachinon vom Fp 187 bis 191 0C erhalten (entspricht einer Chloranthrachinon-Ausbeute, bezogen auf eingesetztes Chlor-2-methyl-diphenylmethan, von 64,0 % der Theorie). Das erhaltene Chloranthrachinon enthält 1- und 2-Chloranthrachinon im Verhältnis 1 : 7,6. Im Endstoff und in den Filtraten der Wäschen können mittels UV-Absorption und Gaschromatographie weder Fluorenon noch Xanthon noch deren halogenhaltige Verbindungen nachgewiesen werden*

Claims (1)

  1. Patentanspruch Verfahren zur Herstellung von halogensubstituierten Anthrachinonen durch Oxidation von aromatischen Verbindungen mit Sauerstoff in der Gasphase in Gegenwart eines Vanadium-Katalysators bei erhöhter Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß man Diphenylmethanverbindungen der Formel worin die einzelnen Reste R1, R2 und R) gleich oder verschieden sein können und jeweils ein Wasserstoffatom oder einen aliphatischen Rest bedeuten, die einzelnen Reste X und Y gleich oder verschieden sein können und jeweils ein Halogenatom bezeichnen, oder darüber hinaus die Reste Y und einer der Reste X auch jeweils ein Wasserstoffatom bedeuten können, in Gegenwart eines Katalysators, der Titandioxid und/oder Zirkondioxid und Vanadiumpentoxid in einem Gewichtsverhältnis von 0,004 bis 0,75 Teilen Vanadiumpentoxid, bezogen auf 1 Teil Titandioxid und/oder Zirkondioxid, enthält, oxidiert.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0004591A1 (de) * 1978-04-03 1979-10-17 BASF Aktiengesellschaft Schalenkatalysatoren, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung für die Bereitung von Anthrachinonen
FR2450800A1 (fr) * 1979-03-08 1980-10-03 Mitsubishi Gas Chemical Co Procede de production d'anthraquinones substituees en 2-alcoyle tertiaire
WO1995032054A1 (en) * 1994-05-23 1995-11-30 Lonza Ltd. Oxidative ammonolysis of alkylpyridines
CN1086311C (zh) * 1994-05-23 2002-06-19 隆萨股份公司 烷基吡啶的氧化氨解

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