DE2611724B2 - Verfahren zur Herstellung von 1,1 -Dimethylhydrazin - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von 1,1 -DimethylhydrazinInfo
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- C07C241/04—Preparation of hydrazides
Description
1,1-Dimethylhydrazin ist ein wertvolles Zwischenprodukt zur Herstellung von beispielsweise grenzflächenaktiven
Verbindungen, Insektiziden und Farbstoffen. Ferner findet es als flüssiger Raketentreibstoff Verwendung.
Es sind zwei Verfahren zur technischen Herstellung von 1,1-Dimethylhydrazin bekannt. Bei dem günstigeren
Verfahren wird Nitrosodimethylamin, das durch Nitrosieren von Dimethylamin erhalten wird, hydriert. Dieses
Verfahren hat den Nachteil, daß Nitrosodimethylamin eine gefährliche kanzerogene Verbindung ist, so daß
besondere Sicherheitsmaßnahmen am Arbeitsplatz getroffen werden müssen. Das andere Verfahren ist das
Raschig-Verfahren, bei dem Monochloramin mit Dime-
CH3-CNH-NH,
CH2O/H,
Kat.
Kat.
ihylamin umgesetzt wird. Bei diesem Verfahren
gestaltet sich nicht nur die Isolierung des 1,1-DimethyI-hydrazins
umständlich, sondern es hat den weiteren Nachteil, daß bei der Herstellung von Monochloramin
auch geringe Mengen des extrem explosiven Trichloramins gebildet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein technisch einfaches und gefahrloses Verfahren zur
Herstellung von 1,1-Dimethylhydrazin zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.
Die Erfindung betrifft somit den in den Ansprüchen gekennzeichneten Gegenstand.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird durch folgendes Reaktionsschema erläutert:
OH"
CH1-C-NH-N(CH3),
CH3-C-O"+ H2N-N(CH3), (I)
Η,ΝΝΗ,
Erfindungsgemäß wird als Ausgangsverbindung Acetylhydrazin eingesetzt, das sich durch Umsetzung eines
niederen Esters der Essigsäure, vorzugsweise des Äthylesters, mit Hydrazin herstellen läßt. Die Umsetzung
wird im allgemeinen in einem niederen aliphatischen Alkohol, vorzugsweise Methanol, durchgeführt.
Das Hydrazin kann in wasserfreier Form eingesetzt werden. Aus wirtschaftlichen Gründen wird 85prozentiges
Hydrazinhydrat bevorzugt. Die Reaktionstemperatur liegt vorzugsweise beim Siedepunkt des eingesetzten
Esters. Bei Verwendung von Äthylacetat liegt die Reaktionstemperatur somit im Bereich von 6O0C. Der
Essigsäureester wird vorzugsweise in einem Überschuß von etwa 10 Molprozent eingesetzt. Bei Verwendung
eines Alkohols als Lösungsmittel wird etwa 1 Mol Alkohol pro Mol Essigsäureester verwendet. Nach
beendeter Umsetzung kann die Acetylhydrazinlösung als solche verwendet oder zur Abtrennung von Wasser,
Alkohol und nichtumgesetztem Ester eingedampft werden.
Die erste Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in der reduktiven Alkylierung des Acetylhydrazins
mit Formaldehyd zu 1,1-Dimethyl-2-acetylhydrazin.
► CH3-CNH-NH, + H2N-N(CH3J2 (II)
Der Formaldehyd kann in Form einer Lösung in Wasser oder Methanol verwendet werden. Es kann auch
Paraformaldehyd verwendet werden. Vorzugsweise wird Formaldehyd in Form des Formaldehydmethylhalbacetals
eingesetzt. Das Molverhältnis von Formaldehyd zu Acetylhydrazin beträgt 2:1 bis 3:1,
vorzugsweise 2,1 :1. Die reduktive Alkylierung kann bei Temperaturen von 20° C bis 100° C, vorzugsweise 50 bis
70° C, durchgeführt werden. Der Wasserstoffdruck
v> während der reduktiven Alkylierung beträgt im allgemeinen etwa 3,5 bis 10,5 at. Das Arbeiten im
geschlossenen System ist bevorzugt, doch kann das Reaktionsgemisch auch im offenen System mit Wasserstoff
gespült werden, wenn für eine Kreislaufführung
Wi des Wasserstoffs gesorgt wird.
Als Katalysator für die reduktive Alkylierung kommen die Metallkataiysatoren der VIII. Gruppe des
Periodensystems in Frage, wie Palladium-, Platin-, Rhodium-, Nickel-, Kobalt- und Iridiumkatalysatoren.
h") Es können Trägerkatalysatoren verwendet werden.
Beispiele für Träger .',ind Kohlenstoff, Aluminiumoxid
bzw. Tonerde, Kieselsiiure bzw. Siliciumdioxid, Siliciumdioxid-Aluminiumoxic
und Titandioxid. Vorzugsweise
wird als Katalysator Palladium-auf-Kohlenstoff verwendet
Die reduktive Alkylierung kann in Abwesenheit eines Lösungsmittels durchgeführt werden. Vorzugsweise
wird die Umsetzung jedoch in Gegenwart eines Lösungsmittels durchgeführt. Die bevorzugten Lösungsmittel
sind polare Lösungsmittel, insbesondere niedere aliphatische Alkohole, wie Methanol.
Ein wichtiges Merkmal der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Steuerung des
pH-Werts zu sehen. Der pH-Wert soll 7,5 nicht überschreiten. Der bevorzugte pH-Bereich liegt bei 6
bis 7. Beim Arbeiten im pH-Bereich von 6 bis 7,5 wird das l,l-Dimethyl-2-acetylhydrazin in praktisch quantitativer
Ausbeute erhalten. Ferner hat der Katalysator eine längere Lebensdauer. Die Steuerung des pH-Werts
kann mittels einer niederen aliphatischen Carbonsäure, wie Essigsäure oder Ameisensäure, oder durch Zugabe
von Phosphorsäure erfolgen. Phosphorsäure ist wegen der geringeren Korrosionsprobleme bevorzugt Nach
beendeter Umsetzung kann das entstandene 1,1-Dimethyl-2-acetylhydrazin
durch Eindampfen des Reaktionsgemisches isoliert werden.
Die Umsetzung des l,l-Dimethyl-2-acetylhydrazins zum 1,1-Dimethylhydrazin kann nach zwei Methoden
erfolgen, nämlich durch Behandlung mit Alkali oder Hydrazin. Die Hydrolyse mit Alkali ist bevorzugt. Es
können die verschiedensten Basen verwendet werden, doch sind Alkalimetallhydroxide, insbesondere Natriumhydroxid,
bevorzugt. Das Molverhältnis von 1,1-Dimethyl-2-acetylhydrazin
zu Natriumhydroxid beträgt im allgemeinen 1:1 bis 1:4. Das Alkalimetallhydroxid wird vorzugsweise als wäßrige Lösung eingesetzt.
Natriumhydroxid wird vorzugsweise als etwa 50prozentige Lösung verwendet. Die bevorzugte Menge des
Natriumhydroxids zur Hydrolyse beträgt etwa 2 Mol pro Mol l.l-Dimethyl^-acetylhydrazin. Die Temperatur
bei der Hydrolyse kann etwa 60 bis 100° C, vorzugsweise 90 bis 100° C, betragen. Das entstandene
1,1-Dimethylhydrazin wird während der Hydrolyse durch Destillation abgetrennt. Die Reaktionszeit bei der
Hydrolyse liegt in der Größenordnung von mehreren Stunden. Unter den vorstehend angegebenen bevorzugten
Bedingungen beträgt die Ausbeute mindestens 80%d.Th.
Die Hydrazinolyse des U-Dimethyl-2-acetylhydrazins
wird bei Temperaturen von etwa 65 bis 125° C, vorzugsweise 100° C, durchgeführt. Das Molverhältnis
von Hydrazin zu l,l-Dimethyl-2-acetylhydrazin beträgt im allgemeinen 1 :1 bis 10:1, vorzugsweise 5:1. Das
entstandene 1,1-Dimethylhydrazin wird während der Hydrazinolyse aus dem Reaktionsgemisch abdestilliert.
Bei diesem Verfahren beträgt die Ausbeute mindestens 700/0 d. Th.
Die Beispiele erläutern die Erfindung. Teile und Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht, sofern
nichts anderes angegeben ist.
a) In einem Reaktionsgefäß werden 3,63 kg Isopropanol
und 16,33 kg 85prozentiges Hydrazinhydrat vorgelegt. Das Gemisch wird auf 40°C erwärmt und innerhalb
20 Minuten mit 22,23 kg Äthylacetat versetzt. Es erfolgt eine exotherme Reaktion. Die Temperatur steigt
langsam auf 600C an, und sie wird bei diesem Wert 4 Stunden gehalten. Nach beendeter Umsetzung wird das
Reaktionsgemisch eingedampft. Bei Abkühlen kristallisiert das Acetylhydrazin aus.
b) In einem Reaktionsgefäß werden 18,60 kg Acetylhydrazin, 18,14 kg Methanol und 1,497 kg Palladiumauf-Kohlenstoff
als Katalysator vorgelegt. Das Reaktionsgefäß wird mit Wasserstoff gespült und auf 450C
erwärmt. Sodann wird Wasserstoff bis zu einem Druck von 10,5 at aufgepreßt. Innerhalb 120 Minuten wird in
das Reaktionsgefäß ein Gemisch von 36,29 kg Forma!- dehydmethylhalbacetal und 1,81 kg Essigsäure eingespeist.
Der Wasserstoffdruck wird konstant auf 10,5 at
ι ο eingestellt Es erfolgt eine exotherme Reaktion, die etwa
10 Minuten nach der Zugabe des Halbacetals und der Essigsäure beendet ist. Es entsteht in praktisch
quantitativer Ausbeute das l.l-Dimethyl-2-acetylhydrazin,
das durch Abfiltrieren des Katalysators und Eindampfen der Lösung erhalten wird. Das Produkt ist
bei Raumtemperatur eine farblose Flüssigkeit
c) In einem Reaktionsgefäß werden 25,4 kg 1,1-Dimethyl-2-acetylhydrazin
vorgelegt und innerhalb 30 Minuten auf 900C erwärmt und gerührt Sodann werden
43,54 kg 50prozentige Natronlauge eingetragen. Es erfolgt eine exotherme Reaktion, und das entstandene
1,1-Dimethylhydrazin destilliert ab. Die Ausbeute an 1,1-Dimethylhydrazin liegt oberhalb 80% und die
Reinheit des nicht fraktionierten Produkts beträgt 91%.
Das Produkt enthält 2,2% Methylamin, 2,0% Methylendimethyihydrazin
und 4,7% Wasser.
c') In einem Reaktionsgefäß, das mit einer Destillationskolonne ausgerüstet ist, werden 10,2 Teile 1,1'-Dimethyl-2-acctylhydrazin
und 6,75 Teile Hydrazin vorgelegt. Das Gemisch wird unter Rühren auf 100° C erhitzt.
Gleichzeitig werden 4,93 Teile 1,1-Dimethylhydrazin abdestilliert. Auf Grund der gaschromatographischen
Analyse hat das Produkt eine Reinheit von 96%. Die Ausbeute beträgt 74% d. Th.
Der im Reaktionsgefäß verbleibende Rückstand wird unter vermindertem Druck eingedampft. Die zurückbleibende
Lösung wird abgekühlt, filtriert, mit Isopropanol gewaschen und getrocknet. Es wird Acetylhydrazin
erhalten, das erneut in die Reaktion eingesetzt werden kann.
In einem 114 Liter fassenden Reaktionsgefäß, das mit
einem Rückflußkühler ausgerüstet ist, werden 26,2 kg Äthylacetat und 15,87 kg 85prozentiges Hydrazinhydrat
vorgelegt. Das Gemisch wird 10 Stunden unter Rückfluß erhitzt und gerührt. Nach dem Abkühlen wird das
Reaktionsgemisch mit Eisessig bis zu einem pH-Wert
so von 6 versetzt. Hierauf werden 0,771 kg 5prozentiges Palladium-auf-Kohlenstoff als Katalysator eingetragen.
Das Reaktionsgefäß wird verschlossen und mit 7 at Wasserstoff beaufschlagt. Innerhalb 5 Stunden werden
25,85 kg Formaldehydmethylhalbacetal mit 5% Essigsäure eingespeist. Das Reaktionsgemisch wird auf 60 bis
9O0C erwärmt und der Druck während der Formaldehydmethylhalbacetalzugabe
auf einen Wert von 7 bis 10,5 at eingestellt. Nach beendeter Umsetzung wird das Reaktionsgefäß abgekühlt, sodann geöffnet und der
wi Katalysator abfiltriert. Das Filtral wird zur Abtrennung
der Lösungsmittel (Methanol, Äthylacetat und Äthanol) eingedampft. Die zurückbleibende wäßrige Lösung von
l,l-Dimethyl-2-acetylhydrazin wird mit 30,84 kg 50prozentiger Natronlauge versetzt und unter Rückfluß auf
6O0C erwärmt. Nach 3 Stunden wird das entstandene 1,1-Dimethylhydrazin aus dem Reaktionsgemisch abdestilliert.
Ausbeute 12,7 kg 1,1-Dimethylhydrazin einer Reinheit von 99%.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von 1,1· Dimethylhydrazin, dadurch gekennzeichnet, daß man
Acetylhydrazin mit Formaldehyd oder einer Formaldehyd liefernden Verbindung bei einem pH-Wert
von 6 bis 7,5 in Gegenwart von Wasserstoff und einem Katalysator der VIII. Gruppe des Periodensystems
bei Temperaturen von 20 bis 1000C reduktiv alkyliert, wobei man pro Mol Acetylhydrazin 2 bis 3
Mol Formaldehyd einsetzt,
das erhaltene l,l-Dimethyl-2-acetylhydrazin durch Umsetzen mit Alkali oder Hydrazin spaltet und
das entstandene 1,1-Dimethylhydrazin aus dem Reaktionsgemisch abtrennt.
das entstandene 1,1-Dimethylhydrazin aus dem Reaktionsgemisch abtrennt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die reduktive Alkylierung bei
einem pH-Wert von 6 bis 7 und bei einer Temperatur von 50 bis 7O0C durchführt
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die reduktive Alkylierung mit
einem Molverhältnis von Formaldehyd zu Acetylhydrazin von 2,1 :1 durchführt
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die reduktive Alkylierung
bei einem Wasserstoffdruck von 3,5 bis 10,5 at durchführt
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die reduktive Alkylierung
in Gegenwart eines Palladium-auf-Kohlenstoff-Katalysators
durchführt
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