DE2642270A1 - Verfahren zur herstellung von aethylvanadat - Google Patents
Verfahren zur herstellung von aethylvanadatInfo
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Description
RECHTSANWÄLTE X,
DR. JUR. DIPl.-CKEM. WALTER ΘΕ&
Alfred wocPP-irirR 2 ö. Sep, 1976
DR. <UR. C- .-r.MIEM. H.-i. WOLFF
DK. JUk. hrtiu CiIi. Beil
DK. JUk. hrtiu CiIi. Beil
«ff FRANKFUKfAM MAiN-H OCHSf
Unsere Nr. 20 689 Ka/La
Stauffer Chemical Company Westport, Conn., V.St.A.
Verfahren zur Herstellung von Äthylvanadat
Die vorliegende Erfindung betrifft Äthylvanadat und insbesondere
Verfahren zur Herstellung von Äthylvanadat.
Zur Herstellung von Äthylvanadat wurden viele Verfahren vorgeschlagen und angewandt. Eines dieser bekannten Verfahren
umfaßt das Umsetzen von Vanadiumpentoxid mit Äthylalkohol,
wobei Äthylvanadat und als Nebenprodukt Wasser, welches anschließend als Azeotrop mit überschüssigem
Alkohol entfernt wurde, gebildet wurde. Ein Nachteil dieses Verfahrens war der, das es ein ausgedehntes Erhitzen erforderte
und den Abbau des Äthylvanadates bewirkte. Vanadiumoxytrichlorid
wurde ebenfalls mit einem Überschuß an Butylalkohol in Gegenwart von Ammoniak unter Bildung von Butylvanadat
und Ammoniumchlorid umgesetzt. Die Butylvanadatlösung wurde von den Ammoniumchlorid-Kristallen durch Ab-
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filtrieren abgetrennt. Da jedoch die kleinen Ammoniumchlorid-Kristalle
die Tendenz haben, das Filter zu verstopfen, war es schwierig, die Butylvanadatlösung zu
filtrieren. Darüberhinaus mußte zur Vermeidung der Hydrolyse des Vanadates die PiItrationsstufe in einem geschlossenen
System durchgeführt werden, woraus ein aufwendiges Verfahren resultiert.
Butylvanadat wurde ebenfalls durch Umsetzen von Vanadiumoxytrichlorid
mit Buty!alkohol in Gegenwart von Formamid, das mit Ammoniak gesättigt war, hergestellt. Es wurden 2
flüssige Schichten gebildet, wobei die eine das Butylvanadat und die andere das Formamid-Ammoniumchlorid-Nebenprodukt
enthielt. ■
überraschend wurde gefunden, daß wenn Äthylvanadat nach
diesem Verfahren hergestellt wurde, die Reaktionsprodukte keine 2 Phasen bilden. Daher muß das Äthylvanadat vom
Ammoniumchlorid durch Filtration entfernt werden, was aufgrund der absorptiven Eigenschaften der Ammoniumchloridkristalle
in einem wesentlichen Materialverlust resultiert«
Ziel der vorlxegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren zur Herstlelung von Äthylvanadat, ein verbessertes
Verfahren zur Abtrennung von Äthylvanadat von Ammoniumchlorid-Kristallen sowie ein verbessertes Verfahren
zur Herstellung von im wesentlichen reinen Äthylvanadat bereitzustellen.
Diese und weitere Ziele werden erfindungsgemäß dadurch erzielt,
daß man Vanadiumoxytrichlorid mit Äthanol in Gegenwart eines Kohlenwasserstofflösungsmittels und Ammoniak unter
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Bildung von Äthylvanadat und Ammoniumchlorid umsetzt und
ein Amid, wie Formamid oder Methylformamid zur Bildung von
2 flüssigen Schichten, wobei eine Schicht das Äthylvanadat enthaltende Kohlenwasserstofflösungsmittel und die andere
Schicht die Ammoniumchlorid-Amid-Suspension enthält, zusetzt. Das Äthylvanadat wird anschließend leicht von der
Ammoniumchlorid-Amid-Schicht durch in der Technik bekannte
übliche Methoden abgetrennt.
überraschenderweise wurde gefunden, daß das Äthylvanadat
keine separate Phase bildet, wenn Vanadiumoxytrichlorid mit Äthanol in Gegenwart von Ammoniak und Formamid umgesetzt
wurde. Selbst der Zusatz eines Kohlenwasserstofflösungsmittels wird die Abtrennung des Äthylvanadats aus
der Ammoniumchlorid-Amidlösung nicht erhöhen. Wenn jedoch
das Vanad^iumoxytrichlorid mit Äthanol in Gegenwart von
Ammoniak und einem Kohlenwasserstofflösungsmittel umgesetzt wird und nach Vervollständigung der Reaktion Formamid
oder Methylformamid zugesetzt wird, trennt sich das Äthylvanadat leicht von der Ammoniumchlorid-Amid-Lösung ab.
Beispiele für geeignete Amide, welche im erfindungsgemäßen
Verfahren angewandt werden können, sind Formamid und Methylformamid
.
Die Gesamtreaktion zwischen Vanadiumoxytrichlorid und
Äthanol wird durch die folgenden Gleichungen veranschaulicht:
VOCl3 + C2H5OH ^C2H5OVOCl2 + HCl
C0H1-OVOCl., + 2C0H^OH + 2NH=—X C ..H1-O),VO + 2NH..C1
25 2 2d 5 25 3 4
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Im allgemeinen wird Vanadiumoxytrichlorid mit Äthanol und einem Kohlenwasserstofflösungsmittel vermischt und Ammoniakgas
wird durch das Reaktionsgemisch geblasen. Wenn Vanadiumoxytrichlorid
dem Äthanol zugesetzt wird, findet eine exotherme Reaktion statt und wird eine Menge an Chlorwasserstoff
freigesetzt. Etwas von dem freigesetzten Chlorwasserstoff kann zur Reduktion der Bildung von Ammoniumchlorid
als Nebenprodukt vor dem Zusatz von Ammoniak entfernt werden. Dies kann durch Hindurchleiten eines Stromes
eines Inertgases, z.B. Krypton, Xenon, Radon, Argon, Helium, Stickstoff oder Kohlendioxid durch das Reaktionsgemisch
zum Beseitigen eines Teiles des freigesetzten Chlorwasserstoffs erreicht werden. Nach Vervollständigung der Reaktion
wird das Amid dem Reaktionsgemisch zugesetzt, wobei 2 flüssige Phasen gebildet werden, von denen die eine Äthylvanadat
und die andere die Amid-Ammoniumchlorid-Suspension ist. Das Vanadat-Produkt kann durch Dekantieren oder andere
in der Technik bekannte übliche Verfahren abgetrennt werden.
Das Vanadiumoxytrichlorid und das Äthanol werden vorzugsweise in einem Molverhältnis von etwa 1:3 angewandt, sie
können jedoch in einem Molverhältnis von 1:1 bis 1:6 angewandt werden. Wenn das Molverhältnis von Vanadiumoxytrichlorid
zu Äthanol weniger als 1:3 ist, besteht das resultierende Produkt aus einem Äthyl-substituierten
Vanadiumoxytrichlorid.
Jedes Kohlenwasserstofflösungsmittel, welches mit dem Amid,
unmischbar ist und kein Lösungsmittel für Ammoniumchlorid darstellt, kann im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet
werden. Es wird jedoch bevorzugt, daß das Äthylvanadat in den Kohlenwasserstofflösungsmitteln löslich ist. Vorzugsweise
sind die Kohlenwasserstofflösungsmittel inerte ali-
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phatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Pentan, Hexan, Octan, Decan, Dodecan, Benzol, Toluol, Xylol und
dergleichen. Gewünschtenfalls kann ebenfalls ein Gemisch der Lösungsmittel verwendet werden.
Obgleich die Menge an Kohlenwasserstofflösungsmittel, die während der Reaktion vorliegt, nicht kritisch ist, sollte
eine ausreichende Menge vorliegen, um eine polare Schicht und eine nicht-polare Schicht zu bilden. Im allgemeinen
sollte das Kohlenwasserstofflösungsmittel in einer Menge im Gewichtsverhältnis von Lösungsmittel zu Vanadiumoxytrichlorid
von etwa 1:1 bis etwa 5:1 und insbesondere von etwa 2:1 bis k:l vorliegen. Die obere Grenze hängt hauptsächlich
von ökonomischen Betrachtungen ab.
Es wird bevorzugt, daß ein Teil des Chlorwasserstoffs vor dem Zusatz des Ammoniakgases aus dem Reaktionsgemisch beseitigt wird,- wodurch die Menge des Ammoniumchlorids, das
als Ergebnis des Ammoniakzusatzes gebildet wird, reduziert
wird. Eine ausreichende Menge Ammoniak sollte jedoch zur Umsetzung mit im wesentlichen dem gesamten Chlorwasserstoff
in dem Reaktionsgemisch zugesetzt werden. Die Menge des Amides, das zugesetzt wird, kann über einen weiten Bereich
vom 1,5 bis etwa 5-fachen des Gewichtes des Vanadiumoxytrichlorides
variieren. Wenn das Amid in einem Gewichtsverhältnis von etwa 1:1 mit dem Vanadiumoxytrichlorid vorliegt,
wird sich das Ammoniumchlorid nicht leicht vom Äthylvanadat trennen. Vorzugsweise beträgt das Gewichtsverhältnis von
Amid zu Vanadiumoxytrichlorid von 1,5:1 bis etwa 5*1 und insbesondere von etwa 2:1 bis etwa 3:1.
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— Io —
Die Reaktionstexlnehmer werden bei einer Temperatur und einer Zeit aufrecht gehalten, die ausreicht, um das gewünschte
Äthylvanadat herzustellen. Die Temperaturbreite ist derart, daß die Reaktion bei von etwa O C bis etwa
8O0C und insbesondere von etwa 10 bis etwa 500C durchgeführt
werden kann. Die Reaktionszeit kann von mehreren Minuten bis zu mehreren Stunden, z.B. von etwa 1 bis 8
Stunden variieren. Wenn die Reaktion eingestellt wird, um unter optimalen Bedingungen zu arbeiten, werden maximale
Ausbeuten an reinem Produkt mit minimalen Abbau erhalten.
Obgleich die Reaktion normalerweise bei Atmosphärendruck durchgeführt wird, kann sie bei Unterdruck oder bei Überdruck
in entweder diskontinuierlichem oder kontinuierlichem Verfahren durchgeführt werden.
Gewünsentenfalls kann das Äthylvanadat-Produkt durch
Destillation oder andere übliche Methoden weiter gereinigt werden. Wenn das Äthylvanadat destilliert werden soll oder
wenn es aus irgendeinem anderen Grund gewünscht ist, das Äthylvanadat zu erhitzen, wird es bevorzugt, das Äthylvanadat
unter wasserfreien Bedingungen zu erhitzen.
Darüberhinaus sollten die ursprünglichen Reaktionsteilnehmer vorzugsweise vollständig wasserfrei sein, da die
Gegenwart von Feuchtigkeit die Hydrolyse des Vanadates bewirkt
und demzufolge zu geringeren Ausbeuten führt. Idealerweise sollte zur Verhinderung der Zersetzung des Produktes
über dem System eine Inertgasatmosphäre angewandt werden.
Das erfindungsgemäß hergestellte Äthylvanadat kann zusammen
mit verschiedenen Aluminiumalkylen als Katalysator für die Polymerisation von Olefinen zur Herstellung von
elastomeren Materialien verwendet werden.
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Die nachfolgenden Beispiele dienen der Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Wenn nicht anders angegeben beziehen
sich in den nachfolgenden Beispielen alle Teile auf das Gewicht.
Etwa 282 Teile VanadiumoxytriChlorid und etwa 330 Teile
Hexan wurden in einen Reaktor, der mit einem Rührer und einer äußeren Kühlvorrichtung ausgestattet war, gebracht,
während mit Stickstoff gespült wurde. Etwa 158 Teile eines
Gemisches, das 170 Teile Hexan und 246 Teile Äthanol enthielt,
wurden dem Reaktor innerhalb einer Stunde unter Rühren und langsamen Stickstoffzusatz zugesetzt und anschließend
wurde das Gemisch eine weitere Stunde unter Rückfluß erhitzt. Das Gemisch wurde auf etwa 50°C gekühlt
und Ammoniak wurde in das Reaktionsgemisch eingeleitet, während der Rest des Äthanol-Hexan-Gemisches tropfenweise
zugesetzt wurde. Nach 2 Stunden war die Zugabe von Äthanol vollständig, während ein positiver Ammoniakdruck im Reaktor
eine weitere Stunde aufrecht erhalten wurde. Anschließend wurden 670 Teile Formamid unter Rühren zugesetzt. Der Inhalt
des Reaktors wurde in einen Scheidetrichter gebracht, wo sich der Inhalt in 2 Phasen, eine obere Phase, welche
eine klare gelbe Flüssigkeit darstellte und eine untere Phase, welche die Ammoniumchloridsuspension in Formamid
darstellte, trennte. Die obere Phase wurde von der unteren Phase durch Dekantieren abgetrennt und anschließend wurde
das Lösungsmittel unter Vakuum abdestilliert. Das erhaltene Produkt wurde als Äthylvanadat mit einer Reinheit von 99,2 %
identifiziert.
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Etwa 282 Teile. VanadiumoxytriChlorid und etwa 330 Teile
Hexan wurden in einen Reaktor, der mit einem Rührer und einer äußeren Kühlvorrichtung ausgestattet war unter
Spülen mit Stickstoff gebracht. Etwa 4l6 Teile eines Gemisches, das 170 Teile Hexan und 246 Teile Äthanol enthielt,
wurden dem Reaktor innerhalb von etwa 2 Stunden tropfenweise unter Rühren und langsamen Spülen mit Stickstoff
zugesetzt. Das Gemisch wurde auf etwa 50 C gekühlt und Ammoniak wurde in das Reaktionsgemisch eingeblasen.
Nach etwa 2 Stunden wurden 67O Teile Formamid unter Rühren in den Reaktor gebracht. Der Inhalt des Reaktors wurde in
einen Scheidetrichter gebracht, wo er sich in 2 Schichten, eine obere Äthylvanadat enthaltende Schicht und eine untere
Schicht, die Ammoniumchlorid suspendiert in Formamid enthielt, trennte. Das Äthylvanadat, das aus der oberen Phase
gewonnen wurde, hatte eine Reinheit von etwa 99,2 %.
Das Verfahren von Beispiel 2 wurde mit der Ausnahme wiederholt, daß die Menge an Formamid' auf 282 Teile reduziert
wurde. Die resultierende Aufschlämmung trennte sich nicht klar in 2 flüssige Schichten.
Das Verfahren von Beispiel 2 wurde mit der Ausnahme wiederholt, daß anstelle von Hexan als Lösungsmittel Toluol verwendet
wurde. Das gewonnene Äthylvanadat wies eine Reinheit von etwa 99 % auf.
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Das Verfahren von Beispiel 2 wurde mit der Ausnahme wiederholt,
daß als Lösungsmittel anstelle von Hexan Benzol verwendet wurde. Das gewonnene Äthylvanadat hatte eine Reinheit
von etwa 99 %·
Das 2
Verfahren von Beispiel/wurde mit der Ausnahme wiederholt, daß anstelle von Hexan als Lösungsmittel Dodecan verwendet
wurde. Es wurde Sthylvanadat mit einer Reinheit von etwa
99 % erhalten.
Das Verfahren von Beispiel 2 wurde mit der Ausnahme wiederholt, daß Methylformamid anstelle von Formamid verwendet
wurde. Es wurde eine Phasentrennung beobachtet, in welcher das Triäthylvanadat in der oberen Hexanschicht und die
Ammoniumchloridsuspension in der Methylformamid-Schicht vorlag.
In einem Vergleichsbeispiel wurden etwa 92 Teile Äthanol tropfenweise unter Rühren und Aufrechterhalten der Temperatur
unter etwa 50°C unter äußerem Kühlen einem Reaktor zugesetzt,
der etwa 115 Teile Vanadxumoxytrichlorid enthielt. Nach etwa 2 Stunden wurden etwa 5^0 Teile Formamid, die mit
Ammoniak gesättigt waren, dem Reaktionsgemisch zugesetzt und etwa 1 Stunde gerührt. Das Reaktionsgemisch wurde anschließend
in einen Scheidetrichter gebracht und dort etwa 1 Stunde abgestellt. Es wurde keine Phasentrennung beobachtet,
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Etwa 300 Teile Hexan wurden dem Scheidetrichter zugesetzt, gerührt und anschließend eine weitere Stunde abgestellt.
Es wurde, falls überhaupt, eine geringe Phasentrennung be- :
obachtet.
Ί'
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Claims (5)
- Patentansprüche;[ 1.,Verfahren zur Herstellung von Äthylvanadt durch Um- "~~~^ setzen von Vanadiumoxytrichlorid mit Äthanol in Gegenwart von Ammoniak, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktion in Gegenwart eines inerten Kohlenwasserstofflösungsmittels durchführt und anschließend ein Amid, wie Formamid oder Methylformamid in einem Gewichtsverhältnis von Amid zu Vanadiumoxytrichlorid von mindestens 1,5:1 zusetzt.
- 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kohlenwasserstofflösungsmittel aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe verwendet.
- 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß • man das Kohlenwasserstofflösungsmittel in einem Gewichtsverhältnis von Kohlenwasserstofflösungsmittel zu Vanadiumoxytrichlorid von 1:1 bis 5:1 verwendet.
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Amid in einem Gewichtsverhältnis von Amid zu Vanadiumoxytrichlorid von etwa 2:1 bis etwa 3:1 verwendet .
- 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Entfernung des Chlorwasserstoffs vor dem Ammoniakzusatz ein Inertgas durch das Reaktionsgemisch leitet.Für: Stauffer Chemical Company Westport,fConn//ü V.St.A.Rechtsanwalt709816/1137
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