DE2655826C2 - Verfahren zur Herstellung von Alkylaryläthern - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von AlkylaryläthernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
von Alkylaryläthem durch Umsetzung von aromatischen Hydroxyverbindungen mit aliphatischen Alkoholen in
Gegenwart von Kationenaustauschern als Katalysatoren.
Verfahren zur Herstellung von Alkylaryläthem sind
bekannt. Im allgemeinen werden diese aus den Salzen der aromatischen Hydroxyverbindungen und Alkylhalogeniden
bzw. Alkylsulfaten hergestellt (Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, Band VI/3, 54
[1965]).
Die Herstellung der Äther aus den Salzen der aromatischen Hydroxyverbindungen mit Alkylhalogeniden bzw.
Alkylsulfaten haben den Nachteil, daß neben den Äthern noch äquivalente Mengen an anorganischen Verbindungen
entstehen, die entweder korrosiv wirken oder eine erhebliche Abwasserbelastung verursachen.
So sind Verfahren zur Herstellung von Alkylaryläthem
durch direkte Umsetzung von aromatischen Hydroxyverbindungen mit Methanol bzw. niederen aliphatischen
Alkoholen mit Metalloxiden und/oder Metallsalzen bekannt (JP 48-0 99J29, JP 71-11 494).
Verfahren mit Metalloxiden und Metallsalzen als Katalysatoren
haben den Nachteil, liai'J sie einerseits hohe
Reaktionstemperaturen erfordern und/oder andererseits einen erheblichen Teil kernalkylierter Produkte liefern
(JP 48-0 99 129).
Es ist auth die Herstellung von Methyl-phenyiäther aus m-KresoI und Methanol in Gegenwart saurer lonenaustauscher
bei Temperaturen zwischen 150 und 1800C bekannt. Be! den Reaktionstemperaturen entstehen
erhebliche Anteile kernalkylierter Produkte außerdem ist durch die hohe Temperatur bedingt, die Haltbarkeit des
Ionenaustauschers nur begrenzt, was insbesondere eine technische Anwendung erschwert (Nippon Kagaku
Kaishi 8, 1513 [1974]).
Außerdem ist die Umsetzung von Phenol und o-KresoI mit Methanol an einem sauren Ionenaustauscher bekannt
(SU-PS 1 97 613); Methanol wird hier mit Phenol bzw. m-KresoI im Molverhältnis 1 : 1 und 4: 1 umgesetzt. Die
Umsetzung ist nur unter Druck durchzuführen und es entstehen dabei erhebliche Anteile an Dimethyläther, der
giftig äst und erhebliehe Sicherheltsvorkehrur.gen erfordert.
Bei dem aus der SU-PS 197 613 bekannten System
handelt es sich um ein Reaktionsgemisch, das Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase enthält, bei dem keine Voraussagen
über den Reaktionsverlauf, z. B. durch eine Änderung der Mengenverhältnisse, möglich sind.
Es wurde ein Verfahren zur Herstellung von Alkylaryläthem durch Umsetzung von aromatischen Hydroxyverbindungen
mit aliphatischen Alkoholen in Gegenwart von sauren Kationenaustauschern auf Kunstharzbasis
gefunden, bei dem man die aromatischen Hydroxyverbindung und den aliphatischen Alkohol im Molverhältnis
von größer als 2 : 1 umsetzt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann anhand der folgenden
Reaktionsgleichung für die Umsetzung von Phenol mit Äthanol erläutert werden:
40
-OH + C2H5OH-
-0-C2H5+H2O
(D
50
Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit einem Molverhältnis
der aromatischen Hydroxyverblndung zu dem aliphatischen Alkohol von größer als 3:1 durchgeführt.
Im altgemeinen Ist es ausreichend, wenn der molare Anteil der aromatischen Hydroxylverbindung mindestens
3 bis 5 mal höher ist als der molare des aliphatischen Alkohols.
Aromatische Hydroxyverbindungen für das erflndungsgemäße
Verfahren können Verbindungen der Formel
65
R1 bis Rs gleich oder verschieden sind und
Wasserstoff, Alkyl, Alkoxy, Carbalkoxy, Phenyl, Phenoxy, Benzyl, Halogen oder Hydroxy
bedeuten oder wo benachbarte Reste R1 bis Rs
zu einem weiteren arom?!'schen carbocyclischen Ring verbunden sind.
Alkylreste (R1 bis R5) können geradkettlge oder verzweigte
allphatische Reste mit I bis 8 Kohlenstoffatomen, wie Methyl, Äthyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl,
Penlyl, Isopeniyl, Hexyl, Isohexyl, Heptyl, Isoheptyl,
Octyl und Isooctyl, bevorzugt Methyl und Äthyl, sein.
Alkoxyreste (R! bis R5) können solche mit einem
geradkettlgen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen sein, wie Methoxy, Äthoxy, Propoxy,
Isopropoxy, Butoxy, Isobutoxy, Pentoxy, Isopentoxy,
Hexoxy, Isohexoxy, Heptoxy, Isoheptoxy, Octoxy und Isooctoxy, bevorzugt Methoxy und Äthoxy, sein.
Carbalkoxyreste (R1 bis R!) können solche mit einem
geradkettlgen oder verzweigten Alkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen sein, wie Methoxycarbonyl. Äthoxy-
carbonyl, Propoxycarbonyl, Isopropoxycaibonyl, Butoxy-.
carbonyl. Isobutoxycarbonyl. Penloxycarbonyl, Isopentoxycarbonyl»
HexoxycarbonyL. Isohexoxycarbonyl, Heptoxycarbonyl. Isoheptoxycarbonyl, Isoheploxycarbonyl,
Ocioxycarbonyl und Isooctoxycarbonyl, bevorzugt Methoxycarbonyl
und Äthoxycarbonyl.
Halogene können Fluor. Chlor, Brom oder Jod. bevorzugt
Fluor und Chior. sein.
Aromatische, carbocyclische Ringe (R1 bis R5) können
5 und 6 Kohlenstoffatome haben.
Die Reste R1 bis R5 können durch alle üblichen Reste
substituiert sein, die unter den Reaktionsbedingungen nicht verändert werden.
Die Herstellung der aromatischen Hydroxyverbindungen ist an sich bekannt (Ullmanns Enzyklopädie der
technischen Chemie,. Band 13. 429. [1962]). Beispielsweise
seien folgende aromatische Hydroxyverbindungen genannt:
Phenol, m-, o-, p-KresoIe, Xylenole, m-, o- oder p-Chlorphenol,
p-Hydroxybenzoesäureäthylester, Benzcatechin.
Resorcin, Hytfrochinon, 1,2,4-Trihydroxybenzol, stund
^-Naphthol und Hydroxyanthracen.
Aliphalische Alkohole for das erfindungsgemäße Verfahren
können Verbindungen der Formel
R*-OH
worin
R* ein geradkettiger oder verzweigter Alkylrest ist,
sein.
Im allgemeinen werden in das erfindungsgemäße Verfahren
einwertige Alkohole eingesetzt, deren aliphatischer Rest 1 bis 8, vorzugsweise 1 bis 4 Kohlenstoffatome
hat. Beispielsweise seipn Methanol, Äthanol, Propanol,
Isopropanol, Butar.oi, Isobutanol, Pentanol, Isopentanol,
Hexanol, Isohexanol, Heptsr-ol, Isoheptanol,
Octanol und Isooctanol, bevorzugt Methanol und Äthanol, genannt.
Als saure Ionenaustauscher seien die an sich bekannten
Kationenaustauscher auf Kunstharzbasis genannt:
(Angew. Chemie 66, 241 [1954)); Chemische Technik 5, 187(1953]).
(Angew. Chemie 66, 241 [1954)); Chemische Technik 5, 187(1953]).
Es können sowohl Ionenaustauscher auf Kondensatbasis (BP-PS 4 50 308, DE-PS 7 55 119, DE-PS 7 34 279,
DE-PS 7 47 664, DE-PS 7 33 679) als auch vorzugsweise solche auf Polymerisalbasis (US-PS 23 66 007; Ind. Eng.
Chem. 39, 1453 [1947]); J. Chem. Soc. [London] 1953,
4097;J.Appl. Chem. 1, 124 [1951]; DE-PS 908 247; B-PS 5 00 370; DE-AS 11 68 081) eingesetzt werden, z. B. Austauscher,
die durch Mischpolymerisation von Styrol mit Polyvinylbenzol und anschließende Sulfonierung mit
Schwefelsäure und Oleum in bekannter Welse (DE-PS 7 55 119, DE-PS 7 34 279; DE-PS 7 49 553) erhalten werden.
Für das erfindungsgemäße Verfahren liegen die Ionenaustauscher
in saurer Form (H'Form) vor. Dies kann gegebenenfalls durch Säurebehandlung erreicht werden.
Die Ionenaustauscher können in verschiedener äußerer Beschaffenheit zur Anwendung kommen, z. B. stückig,
in Form des handelsüblichen Perlgranulates oder auch in fein gemahlenem Zustand.
Für das erflndungsgemälie Verfahren werden besonders
gelförmlge Ionenaustauscher bevorzugt, die mit 2 bis 4'\. Dlvinylbenzol vernetzt sind.
Der Zusatz eines Lösungsmittels für das erfindungsgeniäi3e
Verfahren ist dann vorteilhaft, wenn höherschmelzcnde Hydroxyverbindungen eingesetzt werden sollen.
Als Lösungsmittel selen solche organischen Flüssigkeiten genannt, die gute Löslichkeit für die betreffende Ausgangsverbindung
besitzen und unter den Reaktionsbedingungen nicht verändert werden. Beispielsweise seien
als Lösungsmittel Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, Halogenkohlenwasserstoffe,
wie Chlorbenzol. Tetrachlorkohlenstoff, 1.2-Dichloräthan und Chloroform. Äther, wie
Diälhyläther oder Ketone, wie Aceton, genannt. Die
■ Mengen der eingesetzten Lösungsmittel können in weiten Grenzen schwanken. Im allgemeinen wird man
jedoch nur die zur Lösung des Ausgangsmaterials notwendige Menge zusetzen, jedoch kann es bei der Durchführung
der Umsetzung in kontinuierlicher Weise aus förderungstechnischen Gründen von Vorteil sein,
wesentlich mehr Lösungsmittel zu verwenden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird beispielsweise so durchgeführt, daß man die zu verälhernde aromatische
Hydroxyverbindung im Oberschuß mit dem aliphatischen Alkohol vorlegt, den sauren Ionenaustauscher
zusetzt und das Gemisch auf die Reaktionstemperatur im Bereich von 50 bis 150° C, bevorzugt von 80 bis 110° C,
erwärmt.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich besonders vorteilhaft in kontinuierlicher Arbeitsweise durchführen.
So ist es beispielsweise möglich, das Gemisch aus aromatischen Hydroxyverbindungen, aliphatischen Alkoholen
mit der Katalysatoraufschlämmung in einen Reaktor zu
pumpen, aus dem bei der entsprechenden Menge des Endproduktes kontinuierlich abgenommen wird. Eine
andere, bevorzugte Ausführungsform der kontinuierlichen Arbeltsweise ist das Arbeiten mit einem Katalysatorfestbett.
In diesem Falle werden die Ausgangsverbindungen entweder einzeln oder nach vorheriger Mischung
im kontinuierlichen Strom über den in einem Festbett angeordneten Ionenaustauscher geführt.
Falls erforderlich, kann der Ionenaustauscher nach Durchführung des Verfahrens leicht durch Filtrieren,
Sedimentieren, Abschleudern oder anderen üblichen Verfahren abgetrennt werden.
Die Menge des Katalysators kann bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in weiten.Grenzen
variiert werden. Im allgemeinen kun;i der Ionenaustauscher
in Mengen von 0,5 bis 50 Gew.-%, bevorzugt von 1 bis 15 Gew.-5b, bezogen auf das gesamte Ausgangsmaterial,
eingesetzt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich per Unter-, Normal- oder Überdruck
durchführen. Zur Erzielung hoher Reaktionsgeschwindigkeiten und guter Raum/Zelt-Ausbeuten kann es
jedoch vorteilhaft sein unter erhöhtem Druck zu arbeiten. Dies gilt vor allem bei dem Einsatz von niedrig siedenden,
aliphatischen Alkoholen, die bei der Reaktionstemperatur gasförmig sind. In diesem Fall sind Drucke,
die über dem Eigendampfdruck der am niedrigsten siedenden Komponente liegen, zweckmäßig.
Nach Beendigung der Reaktion kann das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene. Reaktlonsgemisch
wie folgt aufgearbeitet werden:
Zunächst wird der feste Katalysator, falls nicht in einem Festbett gearbeitet wird, nach üblichen Methoden
der Fest/Flüsslg-Trennung, wie Filtrieren, Zentrifugieren,
Sedimentleren und Dekantieren, entfernt. Der Katalysator kann für neue Umsetzungen wieder verwendet
werden. Aus der flüssigen Phase werden zunächst der Alkohol, das Wasser und gegebenenfalls das Lösungsmittel
destillativ abgetrennt. Der dann verbleibende Rückstand enthält den entstandenen Alkylaryläther, der
nach an sich bekannten Methoden, z. B. Destillleren oder Kristallisieren, isoliert werden kann.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können bevorzugt Alkylarylälher der Formel
O—R6
(IH)
R5
worin
R1 bis R* die obengenannte Bedeutung haben,
hergestellt werden.
Es ist überraschend, daß sich Alkylaryläther nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren herstellen lassen, ohne daß dabei Nebenprodukte entstehen, die die Ausbeute
verringern.
Zum anderen ist es überraschend, daß Ionenaustauscher mit einem Vernetzungsgrad von 2 bis 4% mit
Divißylbenzol unter gleichen Bedingungen höhere Umsätze erbringen als Ionenaustauscher mit einem höheren
bzw. niedrigerem Vernetzungsgrad oder Ionenaustauscher vom makroporösen Typ.
Alkylaryläther nach dem erfindungsgemäßen Verfahren sind Zwischenprodukte für die Herstellung von
Schädlingsbekämpfungsmitteln, Farbstoffen und HiIfsprodukten für Kunststoffe (DAS 16 43 358 Riechstoffe,
Antioxidantien, Konservierungsmittel [Ulimanns Enzyklopädie der technischen Chemie 13, 4.50 [1962)).
In einem senkrecht stehenden Rohr von 40 mm innerem Durchmesser und 2 I Rauminhalt werden 500 Gev·'.-Teile
eines trockenen sauren Ionenaustauschers (sulfoniertes
Harz auf Basis eines Perlpolymerisates aus Styrol/Diviny!benzol mit 4··,, Divinylbenzol) zu einem
Festbett angeordnet und mit Phenol zur Volumenkonstanz ?ufgequollen. Der Reaktor ist am unteren Ende mit
einer Zuführungsleitung versehen, durch die die Reaktionslösung mit einem den Druckverlust in der Säule
ausgleichenden üegendruck zudosiert werden kann. Der Überlauf am oberen Ende des Reaktors ist mit einer Vorlage
verbunden, die wiederum, zur Ausfrierung nichl
ίο kondensierter gasförmiger Bestandteile. Verbindung zu
einer Kühlfalle hat.
Eine vorgeheizte Lösung, bestehend aus 470 Gew.-Teilen
Phenol und 32 Gew.-Teilen Methanol (Molverhältnis 5:1), durchströmt von unten nach oben das Festbett.
Die mittlere Verweilzeit der flüssigen Phase, bezogen auf das Leerrohr beträgt 30 Stunden. Die sich durch eine
Außenheizung im Inneren des Reaktors einstellende Temperatur beträgt 120° C. Die Zusammensetzung des
Reaktionsgemisches ist in Tabelle 1 wiedergegeben.
Beispiel .1
Wie Beispiel 1 nur dadurch geär.iert, daß die zulaufende
Lösung 94 Gew.-Teile Phenol und 32 Gew.-Teile Methanol enthält (Molverhältnis 1:1). Die Zusammensetzung
des Reaktionsgemisches ist in Tabelle 1 wiedergegeben.
Wie in Beispiel 1 nur dadurch geändert, daß die sich im Reaktor einstellende Temperatur 100° C beträgt. Die
Zusammensetzung des Reaktionsgemisches ist in. Tabelle 1 wiedergegeben.
Beispiel Molverhältnis Temperatur Zusammensetzung des Endproduktes in Gew.-Anteilen Umsatz Ausbeute
Phenol/ (0C) Phenol Methanol Anisol Wasser Dimethyläther %d. Th. ber. fcszogen auf
Methanol ·' aus umgesetztem umgesetztes
Phenol Methanol (%)
1 | 5/1 | 120 | 413 | 12 | 66 | 11 | Lösung | 61 | ca. 100 | |
2 | 1/1 | 120 | 79 | 20,5 | 17,5 | 4,5 | 4,5 | 16 | ca. 85 | |
3 | 5/1 | 120 | 451,5 | 25,5 | 21,5 | 3,5 | - | 20 | ca. 100 | |
Beispiel 4 | umgesetzt. D anist inn n |
Die ..ο At |
setzt ToIIo |
sich nach Beendigung der η Pkonnl IfIS C.PVJ -Tollen |
||||||
470 Gew.-Teile Ptonol, 46 Gew.-Teile Äthanol und 103 Gew.-Teile (20 Gew.-%) eines trockenen sauren
Ionenaustauschers (s. Deispiel 1) werden In einem mit
Rührer, Rückflußkühler und Thermometer versehenen Dreihalskolben 20 Stunden bei 110° C gerührt. Die
Lösung setzt sich nach Beendigung der Reaktion aus 414 Gew.-Teilen Phenol, 73 Gew.-Teilen Phenyläthyläther,
18 Gew.-Anteilen Äthanol und 11 Gew.-Teilen Wasser zusammen, d. h. es werden 60% der theoretisch erreichbaren
Menge an Phenyläthyläther hergestellt. Die Ausbeute, bezogen auf Äthanol betrug ca. 100°. Der Anteil
kernalkylierter Produkte ist kleiner als K.
470 Gew.-Teile Phenol. 74 Gew.-Teile Iso-Butanol und
109 Gew.-Teile (20 Gew.-1U eines trockenen sauren
Ionenaustauschers is. Beispiel 1) werden wie in Beispiel 4 Phenylisobutyläther, 22,5 Gew.-Teilen Isobutylalkohol
und 12,5 Gew.-Teilen Wasser zusammen, d. h. es werden
70% der theoretisch erreichbaren Menge an Phenylisobutyläther gebildet. Die Ausbeute an Isobutanol beträgt
Sj IUH. Der Anteil kernalkylierter Produkte ist kleiner als
0,2%.
540 Gew.-Teile p-Kresol, 32 Gew.-Teile Methanol und 114 Gew.-TeI1R (20 Gew.-%) eines trockenen sauren
Ionenaustauschers (s. Beispiel 1) werden wie in Beispiel 4 umgesetzt. Die Reäktiönslösüng setzt Sieh aus 497,9
Gew.-Teilen p-Kresol, 47,6 Gew.-Teilen p-Methylanlsol,
19,5 Gew.-Teilen Methanol und 7 Gew.-Teilen Wasser zusammen, d. h. es werden 39% der theoretisch erreichbaren
Menge gibildet. Der Anteil kernalkylierter Produkte ist kleiner als 0.3%. Die Ausbeute an Methanol
betrügt 100%.
643 Gew.-Teile p-Chlorphenol. 32 Gew.-Teile Methanol
und 135 Gew.-Teile (20 Gew.-",,) eines trockenen sauren Ionenaustauschers (s. Beispiel 1) werden wie in Beispiel
4 umgesetzt.
Die Reaktionslösung setzt sich aus 553./ Gew.-!eilen
p-thlorphenol. 100.1 Gew.-Teilen p-Chloranisol. 9.6
Gew.-Teilen Methanol und 12.6 Gew.-Teilen Wasser zusammen, d. h. es werden 70",, der theoretischen Menge
an p-Chloranisol gebildet. Der Anteil kernalkylierter Produkte ist kleiner als \'\.. Die Ausbeute an Methanol
betragt 100",.
550 Gew.-Teile Brenzkatechin. 32 Gew.-Teile Methanol und 116 Gew.-Teile (20 Gew-%) eines trockenen sauren
Ionenaustauschers (s. Beispiel I) werden wie in Beispiel 4 umgesetzt. Die Reaktionslösung setzt sich aus
445.5 Gew.-Teilen Brenzkatechin, 117,S Gew.-Teilen Brenkatechinmonomethv lather. 1.6 Gew.-Teilen Methanoi
und 17.1 Gew.-Teilen Wasser zusammen, d.h. es werden 95", der theoretisch erreichbaren Menge gebildet
Der Anteil kernalkylierter Produkte ist kleiner als 0.5%. Die Ausbeute an Methanol betrug 100%.
720 Gew.-Teile jr-Naphthol. 32 Gew.-Teile Methanol
und 150 Gew.-Teile (20 Gew.-1U eines trockenen sauren
Ionenaustauschers (s. Beispiel I) werden wie in Beispiel 4 umgesetzt. Die Reaktlonslösung setzt sich aus 578,9
Gew.-Teilen or-Naphthol. 155 Gew.-Tcilcn Jr-Naphthylmethyliither,
0,6 Gew.-Teilen Methanol und 17,6 Gew.-Teilen Wasser zusammen, d. h. es werden 98% der theoretisch
erreichbaren Menge gebildet. Der Anteil kernalkylierter Produkte Ist kleiner als 0,1%. Die Ausbeute an
Methanol beträgt 100%.
Beispiel 10
470 Gew.-Teile Phenol und 32 Gew.-Teile Methanol (Molverhältnis 5:1) werden mit Im Divlnylbenzolgehall
und in der Porengröße unterschiedlichen Ionenaustauschern in jeweils gleichen Mengen (20 Ciew.-'Λ. heznorn
auf den trockenen Ionenaustauscher) 20 Stunden bei 110" C zur Reaktion gebracht. Die Zusammensetzungen
der Lösungen nach Beendigung der Reaktion sind in Tabelle 2 wiedergegeben.
Art des Ionenaustauschers | Maschenweite | Vernetzungs grad mit Divinylbenzol 1%) |
gelblorniige Ionenaustauscher |
große | |
mittlere | 2 | |
niedrige | 4 | |
Porengröße | 8 | |
makroporöse Ionenaustauscher |
mittlere ca. 400 Ä |
|
große ca. 600 Ä |
8 | |
18 |
Phenol Methanol Anisol
Wasser
Umsatz
% d. Th. ber.
aus umgesetztem
Phenol
449.3 | 25 | 23,8 | 4,0 | 22 |
442.7 | 22,7 | 31,3 | 5,2 | 29 |
458,7 | 28,2 | 13 | 2,1 | 12 |
460.6 | 28,8 | 10,8 | 1,8 | 10 |
464,4 | 30,0 | 6,5 | 1,1 | 6 |
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von Alleylaryiäthem
durch Umsetzung von aromatischen Hydroxyverbindungen mit aliphatischen Alkoholen in Gegenwart
von sauren Kaüonenaustauschem auf Kunslharzbasls,
dadurch gekennzeichnet, daß man die aromatischen Hydroxyverbindungen mit den aliphatischen
Alkoholen in einem Molverhältnis von größer als 2: 1
umsetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der molare Anteil der aromatischen
Hydroxylverbindung mindestens 3 bis 5 mal höher ist als der molare Anteil des aliphatischen Alkohols.
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