DE2609209C2 - Verfahren zur Herstellung von 2-Pyrrolidon - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von 2-PyrrolidonInfo
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- C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
- C07D201/00—Preparation, separation, purification or stabilisation of unsubstituted lactams
- C07D201/02—Preparation of lactams
- C07D201/08—Preparation of lactams from carboxylic acids or derivatives thereof, e.g. hydroxy carboxylic acids, lactones or nitriles
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 2-Pyrrolidon gemäß den Patentansprüchen.
Gemäß der deutschen Patentanmeldung 19 23 063 kann 2-Pyrrolidon durch Hydrierung von Succinonitril
(1,2-Dicyanoäthan) bei einer Temperatur von 80 bis 2000C in Pyridin oder einem ähnlichen Lösungsmittel
unter gleichzeitiger Bildung von 4-Aminobutyronitril und durch anschließende Behandlung des Aminonitrils
bei einer Temperatur von 200 bis 300 °C mit Wasser oder mit einer wässerigen Ammoniaklösung hergestellt
werden. Als Ausbeute wird in dieser Veröffentlichung 72% erwähnt.
Aus »Chemical Abstracts«, Band 80,1974,10 8357n ist
es bekannt Pyrrolidon aus Bernsteinsäure oder einem Vorläufer wie Maleinsäureanhydrid herzustellen. Es
kann zwar eine Ausbeute von etwa 90% erreicht werden, jedoch ist dieses Verfahren sehr kostspielig, weil
die Reaktionsmasse im Autoklaven während 4 Stunden bei 112 atü auf 275°C erhitzt werden muß. Derartige
Reaktionsbedingungen erfordern sehr kostspielige Autoklaven.
Im Gegensatz dazu wird bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren Bernsteinsäuredinitril als Ausgangsmaterial verwendet welches kein Vorläufer von Bernsteinsäure
ist; es kann auf einfache Weise aus HCN und Acrylnitril mit 98%iger Ausbeute hergestellt werden, während
Maleinsäureanhydrid mit nur 73%iger Ausbeute aus Benzol hergestellt wird. (vgl. Ulimann, 4. Auflage, Band
16, Seite 408/409).
Nach dem e iindungsgemäßen Verfahren wird Pyrrolidon
in einer Ausbeute von 86% aus Bernsteinsäuredinitril hergestellt, jedoch wird die Reaktionsmasse nicht
4 Stunden, sondern 15 Minuten bei nur 20 at auf nur 1200C im Autoklaven erhitzt. Das Material des Autoklaven
kann viel billiger sein als bei dem bekannten Verfahren, die Verweilzeit im Autoklaven ist bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren sechzehnmal kleiner als bei dem bekannten Verfahren.
Für die gleiche Produktion pro Stunde wird demnach bei dem bekannten Verfahren ein sechzehnmal größerer
Reaktionsraum benötigt
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von 2-pyrroIidon ist demnach dadurch gekennzeichnet
daß man Bernsteinsäuredinitril in flüssiger Phase in Anwesenheit von Ammoniak bei einem partiellen Wasserstoffdruck
von 1 bis 50 at einer Hydrierung unterzieht und das anfallende Reaktionsprodukt in der flüssigem
Phase bei erhöhter Temperatur mit Wasser behandelt
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich innerhalb des genannten Druckbereichs von 1 —50 at bei verschiedenen
partiellen Wasserstoffdrücken ausführen. In der Praxis erweist sich ein partieller Wasserstoffdruck zwischen
15 und 25 at als am besten geeignet
Der partielle Wasserstoffdruck wird während der Hydrierung
vorzugsweise so geregelt, daß er ungefähr gleich bleibt
Die Hydrierung läßt sich bei verschiedenen Temperaturen ausführen. Temperaturen von 80 bis 2000C vorzugsweise
von 100 bis 1500C, sind zum Ausführen der
Hydrierung sehr gut geeignet
Die bei der Hydrierung benötigte Ammoniakmenge kann schwanken. Es kann z. B. eine Menge von 04 Mol
Ammoniak je Mol Succinonitril Anwendung finden. Anwendung von mehr als 10 Mol Ammoniak je Mol Succinonitril
bietet praktisch keine Vorteile. Eine Menge von 3—6 Mol Ammoniak je Mol Bernsteinsäuredinitril gibt
ein sehr günstiges Ergebnis.
Die Hydrierung wird im allgemeinen in Anwesenheit eines inerten Lösungsmittels ausgeführt; dafür kommen
u. a. Pyridin, ein Pyrrolidon oder Toluol in Betracht Als inertes Lösungsmittel wird vorzugsweise ein nicht mit
Wasser mischbares Lösungsmittel, wie z. B. Toluol, verwendet weil das Reaktionsgemisch dann nach der Hydrierung
mit Wasser'extrahiert die organische Schicht
zurückgewälzt und die Wasserschicht unmittelbar zur Hydrolysevorrichtung geführt werden kann.
Als Katalysator kan bei der Hydrierung jeder bekannte Hydrierungskatalysator, wie etwa Raney-Nickel,
Raney-Kobalt, Palladium auf Kohle und Nickel auf Siliciumdioxid, in den für Hydrierungen üblichen Mengen
verwendet werden.
Die Behandlung des bei der Hydrierung erhaltenen Reaktionsprodukts mit Wasser kann sowohl in An- wie
in Abwesenheit von Ammoniak ausgeführt werden. Die Temperatur kann dabei verschieden gewählt werden,
z. B. zwischen 180 und 3000C Vorzugsweise wird eine
Temperatur innerhalb des Bereichs 200—2500C gewählt
weil bei solchen Temperaturen eine gute Ausbeute bei einer ausreichend schnellen Reaktion und einem
nicht allzu hohen Druck erzielt wird. Die zur genannten Behandlung verwendete Wassermenge beträgt im allgemeinen 1—20 Mol, vorzugsweise 5—15 Mol, je Mol
Succinonitril. Das erfindungsgemäße Verfahren, das sowohl kontinuierlich wie chargenweise ausgeführt werden
kann, wird in den nachstehenden Beispielen näher erläutert.
In einen mit einem Rührwerk und einem Heizmantel versehenen Autoklav werden 40 Gramm Succinonitril,
337 Grann Pyridin und 50 Gramm Ammoniak eingeleitet. Der Autoklav wird auf eine Temperatur von 120° C
26 Ö9
gebracht; anschließend werden mit Hilfe von Wasserstoff 60 Gramm Pyridin und 4 Gramm Raney-Nickel in
den Autoklav gepreßt und wird der partielle Wasserstoffdruck auf 20 at eingestellt
Anschließend wird das Rührwerk angelassen und setzt die Reaktion ein. Der partielle Wasserstoffdruck
wird während der Hydrierung auf 20 at gehalten, indem
frischer Wasserstoff zugeführt wird.
Nach etwa 15 Minuten ist die Reaktion beendet und
wird der Katalysator aus dem Reaktionsgemisch abfil- to
triert Nach Abkühlung wird das Filtrat zusammen mit
175 Gramm Wasser in ein Stahlrohr eingeleitet und zur
Hydrolyse des Filtrats 2 Stunden lang auf 2100C erhitzt.
Nach dieser Hydrolyse wird das erhaltene Reaktionsgemisch gaschromatographisch analysiert; er zeigt sich,
daß kein Succinonitril mehr vorhanden ist und daß sich 36,5 Gramm 2-PyrrGÜdon, entsprechend 86% der theoretisch
möglichen Ausbeute, gebildet haben.
Durch Destillation des erhaltenen Reaktionsgemisches bei 133°C und einem Druck von 12 mm Hg fallen
34,4 Gramm 2-Pyrrolidon mit einer Reinheit von 99% an.
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Beispiel I wird wiederholt, wobei diesmal jedoch kein
Ammoniak beigegeben wird. Die gaschromatographische Analyse des Reaktionsgemisches weist aus, daß das
Gemisch 28,9 Gramm 2-Pyrrolidon enthält Ausbeute 68%. ·
Beispiel I wird mit diesem Unterschied wiederholt, daß der partielle Wasserstoffdruck auf 100 at eingestellt
wird.
Gaschromatographische Analyse weist aus, daß sich im Reaktionsgemisch 26,0 Gramm 2-Py.Tolidon befinden.
Ausbeute 61%.
40
Beispiel I wird wiederholt, diesmal wird die Hydrierung jedoch bei 100r C ausgeführt, und die Reaktionszeit
beträgt 20 Minuten.
Gaschromatographische Analyse des Reaktionsgemisches ergibt daß die Ausbeute 33,6 Gramm 2-Pyrrolidon,
entsprechend 79%, beträgt.
Beispiel I wird wiederholt, diesmal wird die Hydrierung
jedoch bei 140° C ausgeführt, und die Reaktionszeit beträgt 10 Minuten.
Gaschromatographische Analyse des Reaktionsgemisches
weist aus, daß dies 33,2 Gramm 2-Pyrrolidon enthält Ausbeute 78%.
60
Beispiel I wird wiederholt, die Hydrierung wird jedoch
mit Toluol als Lösungsmittel ausgeführt.
Gaschromatographische Analyse des Reaktior.sgemisches weist aus, daß dies 35,3 Gramm 2-Pyrrolidon enthält.
Ausbeute 83%.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung von 2-Pyrrolidon,
dadurch gekennzeichnet, daß man Bern- s steinsäuredinitril in flüssiger Phase in Anwesenheit
von Ammoniak bei einem partiellen Wasserstoffdruck von 1 bis 50 at einer Hydrierung unterzieht
und das anfallende Reaktionsprodukt in der flüssigen Phase bei erhöhter Temperatur mit Wasser behandelt
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Hydrierung bei einem partiellen
Wasserstoffdruck von 15 bis 25 at ausführt
3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1—2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Hydrierung
bei einem nahezu gleichbleibenden partiellen Wasserstoffdruck ausführt
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet daß man die Hydrierung
bei einer Temperatur von 100 bis 1500C ausführt
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch
gekennzeichnet daß man bei der Hydrierung ein nicht mit Wasser mischbares Lösungsmittel verwendet
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 —5, dadurch gekennzeichnet daß man die Behandlung
mit Wassei bei einer Temperatur von 200 bis 2500C
ausführt
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