DE2702582C3 - Verfahren zur Herstellung von Trimethylolalkanen - Google Patents
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- C07C45/75—Reactions with formaldehyde
Description
durch Umsetzung von Aldehyden der allgemeinen Formel
H
R1—C-CHO
R1—C-CHO
in der
R1 die vorstehend angegebene Bedeutung hat,
mit Formaldehyd in Gegenwart von Hydroxiden und/oder Carbonaten der Alkali- und Erdalkalimetalle
und/oder tertiären Aminen und anschließender Hydrierung des erhaltenen 2,2-DimethyIoIaIkanals erhält, wenn
man den Aldehyd mit Formaldehyd im Molverhältnis von wenigstens J :8 im Temperaturbereich zwischen
-5 bis 0°C, gegebenenfalls in Gegenwart von Ionen eines Elements der VII. und/oder VIII, und/oder der I.
und/oder JI. Nebengruppe des periodischen Systems der Elemente umsetzt
Überraschenderweise erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren, die an sich für die Aldokondensation
üblichen und bekannten Basen einzusetzen, während sieh nach dem Verfahren der DE-OS 25 07 461
befriedigende Ausbeuten an Dimethylolalkanal nur erzielen ließen, wenn als Basen tertiäre aliphatische
Amine verwendet würden, in denen wenigstens ein Alkylrest stark verzweigt ist, insbesondere Neopentyl-(N)-dialkylamine.z.
B. Dimethylaminoneopentanol.
Als aliphatische Reste kommen gegebenenfalls substituierte, geradkettige oder verzweigte Alkylreste
mit bis zu 12, insbesondere 1 bis 6 Kohlenstoffatomen in Frage; als Substituenten dieser Reste kommen unter
den Reaklionsbedingungen inerte Gruppen, insbesondere Alkylgruppen oder Alkoxygruppen mit jeweils 1
bis 3 Kohlenstoffatomen in Frage. Beispielsweise seien als Aldehyde genannt:
CH3-CH2- C CHO + 2CH2O
3-Äthyl-, 3-n-Propyl-, 3-Isopropyl-,
3-n-Butyl-, 3-Isobutyl-, 3-sek.-ButyI-,
3-tert-ButyI-butanal
sowie entsprechende
sowie entsprechende
-n-pentanale, -n-hexanale, -n-heptanale;
4-Äthyi-, 4-n-Propyl-, 4-Isopropyl-,
4-n-Butyl-, 4-Isobutyl-, 4-sek.-Butyl-,
4-tert-Butyl-pentanale,-n-hexanale, -n-heptanale;
5-Äthyl-, 5-n-Propyl-, 5-IsopropyI-,
5-n-Butyl-, 5-Isobutyl-, 5-sek.-Butyl-,
5-tert-Butyl-n-hexanale,-n-heptanale; S-Methyl-hexanal^-Methyl-heptanal;
4-Methyl-pentanal,4-Methyl-heptanaI, 5-MethyI-hexanaI,5-Methylheptanal;
3,3,5-Trimethyl-n-pentyI-,
3,3-DiäthylpentyI-,
4,4-DiäthylpentyI-,3,3-Dimethyl-n-butyl-, 3,3-Dimethyl-n-pentyl-,
3,3,4-Trimethylpenty]-,3,4-Dimethylheptyl-, S.S-Dimethylheptyl-^-Dimethylheptyl-,
4,5-Dimethylhexyl-,3,4-Dimethylhexyl-,
S.S-DinethylhexyMß-Dimethylhexyl-,
S/t-Diäthylhexyl-.S-MethyM-äthylpentyl-,
3-Methyl-4-äthylhexyi-,
3,3,4-Trimethylpentyl-,
3,4,4-Trimethylpentyl-,
3,3,4-Trimethylhexyl-,
3,4,4-Trimethylhexyl-,
3,3,4,4-TetramethyIpentyIaldehyd; bevorzugt sind
Propanal, n-Butanal, n-Pentanal, 3-MethyIbutanal, n-Hexanal, 3-Methylpentanal,
n-Heptanal, 4-Methylhexanal, n-Octanal.
Das erfindungsgemäße Verfahren sei am Beispiel des Butyraldehyds durch nachstehendes Reaktionsschema
verdeutlicht.
Base
CH2OH
CH3-CH2-C-CHO
CH2OH
In der ersten Reaktionsstufe wird der Aldehyd mit Formaldehyd in einem Molverhältnis von wenigstens
1 :8, bevorzugt im Molverhältnis 1:8 bis 1 :30 in
Gegenwart von Basen im vorstehend angegebenen erfindungsgemäßen Temperaturbereich umgesetzt.
Formaldehyd wird im allgemeinen als wäßrige Lösung, bevorzugt mit einem Gehalt von 20 bis 40
Gew.-% Formaldehyd, zweckmäßigerweise mit handelsüblicher Konzentration, eingesetzt. Als Basen
kommen die für die Aldolkondensation bekannten und üblicherweise verwendeten Basen in Betracht. Beispielsweise
seien genannt Hydroxide und Carbonate von CH2OH
CH3-CH2-C CH2OH
CH2OH
Alkali- und Erdalkalimetallen und tertiäre Amine; es können auch Gemische dieser Basen verwendet werden.
Als tertiäre Amine kommen heterocyclische, cycloaliphatische und bevorzugt aliphatische tertiäre Amine in
Betracht, beispielsweise Trimethylamin, Tri-n-propylamin,
Tri-isopropylamin, Tri-ji-butylamin, Triisobutylamin,
Tri-tert.-butylamin, ebenso unsymmetrische Trialkylamine
wie Methyldiisopropylamin oder Dimethyltert.-butylamin;
Diamine wie N.N-Tetramethyl-äthylendiamin;
N.N-Dimethylcyclohexylamin; N-Methyl-pyrro-Iidin,
N-Methyl-piperidin, N-Methyl-morpholin; durch
weitere funktioneile Gruppen substituierte Amine wie
N.N-Dimethylaminoäthanol.
Weiterhin kommen auch araliphatische Amine wie Tribenzylamm sowie Polyamine mit sekundären und
primären Aminogruppen in Frage wieTriäthylendiamin, Tetramethylendiamin; auch Tetraalkylammoniumhydroxide
können als Basen eingesetzt werden.
Im allgemeinen werden im erfindungsgemäßen Verfahren Basen in einer Menge von 0,01 bis 03 Mol je
Mol Aldehyd der Formel II verwendet; der pH-Weit der Reaktionslösung soll 9 bis 12, vorzugsweise 11 bis 12
betragen.
Bei der Durchführung der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorteilhaft sein, dem
Gemisch des Aldehyds und dem wäßrigen Formaldehyd organische Lösungsmittel zuzusetzen, um eine bessere
Löslichkeit des Aldehyds in der wäßrigen Formaldehydlösung oder eine homogene Lösung zu erreichen.
Als solche organischen Lösungsmittel kommen die dafür bekannten Lösungsmittel in Frage, bevorzugt
niedere aliphatische Alkohole wie Methanol, Äthanol, Propanol und Isopropanol; alicyclische Äther wie
Tetrahydrofuran und Dioxan.
Die Menge des Lösungsmittels, die zweckmäßigerweise verwendet wird, richtet sich nach der Art des
Aldehyds und kann gegebenenfalls durch einige Vorversuche leicht bestimmt werden.
Die erste Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann sowohl diskontinuierlich als auch kontinuierlich
durchgeführt werden. Bei diskontinuierlicher Arbeitsweise kann man z. B. den Aldehyd, Formaldehydlösung
und die Base im gewählten Verhältnis und gegebenenfalls das organische Lösungsmittel unter Rühren bei der
gewählten Temperatur zusammengeben und das Reaktionsgemisch eine entsprechende Zeit bei der Reaktionstemperatur
halten.
Im allgemeinen werden für die Durchführung der Aldolkondensation, das heißt der ersten Reaktionsstufe,
Reaktionszeiten zwischen 2 und 24 Stunden, insbesondere 5 bis 12 Stunden, benötigt. Dabei kann die im
Einzelfall erforderliche Reaktionszeit in üblicher Weise durch Verfolgen des Reaktionsverlaufs mit analytischen
Methoden oder durch einige wenige Vorversuche leicht bestimmt werden.
Im allgemeinen wird diese erste Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens bei Normaldruck durchgeführt; es
ist jedoch auch möglich, bei vermindertem oder erhöhtem Druck zu arbeiten.
In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird die erste Stufe des Verfahrens, nämlich die Aldolkondensation, in Gegenwart
von Ionen eines Elementes der VII. und/oder VIII. Gruppe und/oder I. und/oder II. Nebengruppe des
Periodischen Systems der Elemente, bevorzugt der Elemente Kobalt, Nickel, Kupfer, Mangan, Zink, Silber
und/oder Kadmium durchgeführt
Diese Ionen werden dem Reaktionsgemisch zweckmäßig in Form wasserlöslicher Salze in einer Menge
von 0,001 bis 0,03, bevorzugt 0,002 bis 0,01 Mol je Mol des Aldehyds zugesetzt; dabei ist die Art des Anions
nicht von Bedeutung.
Das als Reaktiorc,T '
<kt der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltene 2,2-Dimethylolalkanal
wird anschließend in üblicher Weise zum Trimethylolpropan reduziert. Dabei ist es nicht notwendig,
das 2,2-Dimcthylolalkanal vor der Reduktion zu
isolieren. Vorteilhaft wird man jedoch den überschüssigen Formaldehyd und das gegebenenfalls verwendete
Lösungsmittel vor der Reduktion teilweise oder vollständig abtrennen. Dies kann beispielsweise durch
Destillation, vorzugsweise unter vermindertem Druck,
oder durch das aus der DE-OS 25 07 461 bekannte Strippen erfolgen.
In der zweiten Stufe des erfindungsgemäßeii Verfahrens
erfolgt die Reduktion des erhaltenen 2^-Dimethylolalkanals zum Endprodukt, dem Trimethylollalkan in
an sich bekannter Weise. Sie kann sowohl mit katalytisch aktiviertem als auch mit nascierendem
ι ο Wasserstoff erfolgen. Ferner kann das 2^-Dime thylolalkanal
auch mit Alkylaminboranen und/oder Borhydriden
der Alkali- und Erdalkalimetalle reduziert werden.
Bevorzugt wird das in der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltene 2,2-Dimethylolalkanal
in Gegenwart eines Hydrierkatalysators bei erhöhtem Wasserstoffdruck hydriert.
Wie bereits ausgeführt, kann man das Reaktionsgemisch
der ersten Stufe entweder ohne weitere Vorbehandlung oder aber nach Abtrennung niedrig
siedender Anteile der katalytischen Hydrierung zuführen, wobei es jedoch vorteilhaft sein kann, als Base
verwendetes Amin und den im Überschuß eingesetzten Formaldehyd wiederzugewinnen. Beispielsweise kann
man das erhaltene Reaktionsgemisch der ersten Stufe andestillieren um wenigstens einen Teil des überschüssigen
Formaldehyds und gegebenenfalls Amins wiederzugewinnen, beispielsweise im Druckbereich zwischen o,5
und 8 bar.
Es kann ferner zweckmäßig sein, den pH-Wert des in
der ersten Stufe erhaltenen Reaktionsgemische:; vor der Hydrierung durch Säurezugabe in üblicher Weise auf
den für die Hydrierung günstigsten Wert einzustellen.
Hat man überschüssigen Formaldehyd, gegebenenfalls Lösungsmittel und Amin ganz oder teilweise
entfernt, so kann es weiterhin zweckmäßig sein, den Eindampf- oder Destillationsrückstand vor der Hydrierung
mit Wasser oder einem anderen üblichen Lösungsmittel, z. B. Dioxan oder Isopropanol, zu
verdünnen.
Im allgemeinen wird im Temperaturbereich zwischen Raumtemperatur (etwa 200C) und 200"C, vorzugsweise
von etwa 50 bis 170° C, insbesondere zwischen 80 bis
1300C hydriert Der Wasserstoffdruck kann dabei 1 bis
500 bar vorzugsweise 50 bis 400 bar, insbesondere 100 bis 300 bar betragen.
Als Hydrierkatalysatoren kommen solche in Frage, die als katalytisch wirksamen Bestandteil ein Element
der 8. Gruppe und/oder der 1. Nebengruppe des Periodensystems enthalten, d.h. eines der Elemente
Eisen, Kobalt, Nickel, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium, Platin und/oder Kupfer, Silber,, Gold.
Bevorzugt seien genannt Platin, Ruthenium, Kobalt, Nickel und Kupfer.
Diese Katalysatoren können in Form von Skelett-, Träger- oder Mischkatalysatoren zur Anwendung kommen.
Diese Katalysatoren können in Form von Skelett-, Träger- oder Mischkatalysatoren zur Anwendung kommen.
Bevorzugt werden Mischkatalysatoren auf Basis Nickel und Kobalt verwendet, insbesondere solche, die
als weitere Bestandteile Chrom, Aluminium, Magnesium, Barium, Zink, Mangan, Thorium und/oder Kupfer
enthalten, beispielsweise Nickelchromit-Katalysatoren der Zusammensetzung
Ni-Cr-Al-Cu, Ni-Cr-Zn-Ba,
Ni-Cr-Mg-Th-Ba-Cu,
Ni-Cr-Mg-Th-Ba-Cu,
oder Kobaltkatalysatoren der Zusammensetzung
Co-Mg-Cu, Co-Mn-Cu.
Die Hydrierung kann sowohl diskontinuierlich als auch kontinuierlich in üblicher Weise durchgeführt
Die Hydrierung kann sowohl diskontinuierlich als auch kontinuierlich in üblicher Weise durchgeführt
werden, ζ, B. in Rührautoklaven oder einem Reaktionsrohr. Zur Durchführung der Hydrierung sind die
üblichen apparativen Anordnungen der verschiedensten Art geeignet. Dabei ist es möglich, die Hydrierung als
Sumpfphasen- oder als Rieselphasen-Verfahren durchzuführen.
Diskontinuierlich wird die Hydrierung bevorzugt in üblicher Weise als Sumpfphasen-Verfahren in einem
Autoklaven in Gegenwart von pulverförmigen Katalysatoren durchgeführt.
Besonders vorteilhaft kann die Hydrierung kontinuierlich durchgeführt werden. Dabei kann man einmal in
üblicher Weise mit pulverförmigem Katalysator, z. B. nach dem Blasensäulenprinzip, in der Weise arbeiten,
daß das flüssige Ausgangsprodukt, in dem der Katalysator suspendiert ist, zusammen mit Wasserstoff
im Gleichstrom durch eine Reaktor-Kaskade geleitet wird, oder mit stückigem Katalysator, z. B. nach dem
Rieselphasenprinzip in der Weise, daß das Ausgangsprodukt flüssig über den im Reaktionsrohr befindlichen,
stationären Katalysator rieselt, während der Wasserstoff im Gleichstrom oder Gegenstrom durch das
Reaktionsrohr geleitet wird. Vorteilhaft kann dabei überschüssiger Wasserstoff im Kreis geführt werden.
Die Aufarbeitung nach beendeter Hydrierung erfolgt in üblicher Weise. Gegebenenfalls wird zuerst der
Hydrierkatalysator abgetrennt, z. B. durch Abfiltrieren. Die Abtrennung des als Reaktionsprodukt erhaltenen
Trimethylolalkans kann ebenfalls in üblicher Weise erfolgen, z. B. durch Destillation unter vermindertem
Druck. Dabei kann es zweckmäßig sein, die Destillation in zwei oder mehr Stufen durchzuführen. In einer ersten
Stufe wird das nach der Hydrierung erhaltene Gemisch bei Drücken von z. B. 40 bis 70 Torr destilliert, wobei die
niedrig siedenden Verbindungen wie Methanol, das durch Hydrierung von gegebenenfalls noch anwesendem
Formaldehyd entstanden ist, sowie gegebenenfalls noch vorhandenes Amin und gegebenenfalls organisches
Lösungsmittel aus der ersten Reaktionsstufe abgetrennt. In einer weiteren Destillationsstufe wird
dann das erhaltene Trimethylolalkan unter vermindertem Druck, beispielsweise zwischen 0,1 und 5 Torr,
destilliert, wobei es, z. B. im Falle des Trimethylolpropans
bei etwa 160 bis 1700C, als Kopfprodukt abgenommen werden kann.
Die Trimethylolalkane, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten werden können, insbesondere
das Trimethylolpropan, sind Zwischenprodukte von technischer Bedeutung für die Herstellung von Weichmachern,
Lackrohstoffen, Polyestern und Polyurethanen.
Der technische Fortschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere für die Herstellung von
Trimethylolpropan, liegt in folgendem begründet Zwar war es nach dem Verfahren der DE-OS 25 07 461
möglich, durch die zweistufige Herstellung der Trimethylolalkane den unerwünschten Zwangsanfall von
Formiat nach dem Stand der Technik zu vermeiden, jedoch war zur Reaktion des Aldehyds mit Formaldehyd
die Gegenwart von schwer zugänglichen Aminen notwendig, um befriedigende Ausbeuten zu erreichen.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden nun noch bessere Ausbeuten der Kondensation in Gegenwart
üblicher Basen erzielt.
Dieser überraschende Fortschritt beruht auf der Verwendung eines großen Überschusses an Formaldehyd
und tiefer Temperaturen. Er war nicht vorauszusehen, denn nach dem Stand der Technik waren stets
höhere Temperaturen angewendet worden, um die Reaktion zu beschleunigen, und der Überschuß an
Formaldehyd gering gehalten worden, um Nebenreaktionen zu vermeiden.
1000 g wäßriger Formaldehydlösung (etwa 30 Gew.-% Formaldehyd, 10 Mol) wurden auf O0C
abgekühlt und mit 25 g 20gewichtsprozentiger Natronlauge (0,12 Mol) und 25 ml (0,18 Mol) Triäthylamin
versetzt. Zu diesem Gemisch wurden im Laufe von 15 Minuten unter Einhaltung einer Temperatur von etwa
00C 72 g (1,0 Mol) n-Butanal unter Rühren zugetropft.
Anschließend wurde das Reaktionsgemisch noch 45 Stunden bei Temperaturen zwischen etwa -40C bis
etwa 00C stehen gelassen. Danach wurde mit Essigsäure
neutralisiert und 100 g der Lösung in einem Autoklaven in Gegenwart von 15 g eines Ni-Cr-Al-Katalysators
bei etwa HO0C und 200 bis 280 bar Wasserstoffdruck hydriert.
Die Analyse des Hydriergemisches ergab umgerechnet eine Ausbeute von 88,5% der Theorie an
Trimethylolpropan, bezogen auf das eingesetzte n-Butanal.
In 1000 g einer wäßrigen Formaldehydlösung (etwa 30 Gew.-% Formaldehyd) wurde 1 g (0,005 Mol)
Kupferacetat gelöst. Die Lösung wurde auf etwa O0C abgekühlt und bei dieser Temperatur wurden unter
Rühren zunächst 25 g 20gewichtsprozentiger Natronlauge und dann 72 g n-Butanal zugetropft. Das
Reaktionsgemisch anschließend 41 Stunden lang bei Temperaturen von etwa —4° C bis etwa O0C stehen
gelassen und danach mit Essigsäure neutralisiert.
100 g dieser Lösung wurden anschließend in Gegenwart
von 15 g eines Ni — Cr — Al-Katalysators bei etwa 1100C und 230 bis 280 bar Wasserstoffdruck hydriert
Die Umrechnung der Analyse des hydrierten Reaktionsproduktes ergab eine Ausbeute an Trimethylolpropan von 89,5% der Theorie.
Die Umrechnung der Analyse des hydrierten Reaktionsproduktes ergab eine Ausbeute an Trimethylolpropan von 89,5% der Theorie.
In 2500 g einer wäßrigen Formaldehydlösung (etwa 30 Gew.-% Formaldehyd, 25 Mol) wurden 2,5 g (0,012
Mol) Kupfer-II-Acetat gelöst. Bei 00C wurden der
Lösung zunächst 62,5 ml (0,45 MoI) Triäthylamin und dann 62,5 g einer 20gewichtsprozentigen Natronlauge
zugetropft. Im Verlauf einer halben Stunde wurden bei etwa 00C in diese Lösung 180 g (2,5 Mol) n-Butanal
unter Rühren eingetropft
Anschließend wurde 5 Siunden bei gleicher Temperatur
stehen gelassen und dann 10,74 g der Lösung mit Essigsäure angesäuert
Zu dieser Probe wurde eine Lösung von 1,9 g (0,032 Mol) Dimethylaminboran, gelöst in 25 ml Methanol,
zugegeben und das Gemisch eine Stunde unter Rückfluß zum Sieden erhitzt
Das so hydrierte Reaktionsprodukt wurde analysiert und die Analyse auf den Gesamtansatz umgerechnet
Die Ausbeute betrag 94,5% der Theorie Trimethylolpropan,
bezogen auf das eingesetzte n-Butanal.
Ein Gemisch von 1000 g wäßriger Formaldehydlösung (etwa 30 Gew.-% Formaldehyd und 72 g
n-Butanal) wurde auf etwa 00C abgekühlt und bei dieser
Temperatur unter Rühren und Kühlen 10 g (0,13 Mol)
Calciumhydroxid in Pulverform eingetragen und das Gemisch dann 24 Stunden bei etwa -4° C bis etwa O0C
stehen gelassen.
10,425 g des so erhaltenen Reaktionsgemisches wurden mit Essigsäure angesäuert und nach Zugabe von
1,9 g Trimethylaminburan, gelöst in 25 ml Methanol, eine Stunde unter Rückfluß zum Sieden erhitzt.
Anschließend wurde die Probe analysiert und die Analyse auf den Gesamtansatz umgerechnet. Die
Ausbeute betrug 88% der Theorie Trimethylolpropan, bezogen auf das eingesetzte n-Butanal.
In eine auf etwa O0C abgekühlte Lösung von 2 g (0,01
Mol) Kupfer-II-Acetat in 2000 g einer wäßrigen Formaldehydlösung (etwa 30 Gew.-% Formaldehyd)
wurden unter Rühren und Einhaltung der Temperatur zunächst 50 ml (0,36 Mol) Triäthylamin und dann 144 g
(2,0 Mol) n-Butanal eingetropft. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch 96 Stunden bei etwa -2° C bis etwa
00C stehen gelassen.
Danach wurde eine Probe von 10,49 g entnommen, mit Essigsäure angesäuert und nach Zugabe von 1,9 g
Trimethylaminboran, gelöst in 25 ml Methanol, eine Stunde unter Rückfluß zum Sieden erhitzt.
Die Umrechnung der Analyse dieser Probe ergab eine Ausbeute von 74,6% der Theorie Trimethylolpropan
bezogen auf das eingesetzte n-Butanal.
In 5000 g einer wäßrigen Formaldehydlösung (30 Gew.-% Formaldehyd, 50 Mol) wurden unter Kühlung
bei etwa O0C nacheinander 5 g (0,03 Mo!) Mangan-II-Acetat,
125 ml (0,9 Mol) Triäthylamin und 125 g einer 20gewichtsprozentigen Natronlauge unter Rühren
langsam zugegeben. Anschließend wurde bei gleicher Temperatur im Verlauf von einer halben Stunde unter
Rühren und Kühlen 360 g (5,0 Mol) n-Butanal zugetropft.
Dann wurde das Reaktionsgemisch 24 Stunden lang bei Temperaturen zwischen —2° C und -80C stehen
gelassen und anschließend bei etwa -80C mit Essigsäure neutralisiert
Unter Normaldruck wurde das Reaktionsgemisch dann in einem Sambay-Verdampfer bei 760 Torr
eingedampft, wobei ein Großteil des überschüssigen Formaldehyds überdestilliert Der Eindampfrückstand
betrug 1948 g.
61 g dieses Rückstandes wurden mit 61 g Isopropanol verdünnt und in Gegenwart von 15 g eines Ni-Cr-Al-Katalysators
im Autoklaven bei etwa 1100C und 200 bis
280 bar Wasserstoffdruck hydriert
Die Analyse des isolierten Produktes wurde auf den Gesamtansatz umgerechnet; die Ausbeute an Trimethylolpropan
betrug 88% der Theorie, bezogen auf eingesetztes n-Butanal.
Zu 2000 g einer wäßrigen Formaldehydlösung (30 Gew.-% Formaldehyd) wurden bei 0cC unter Rühren
und Kühlung 50 g 20gewichtsprozentige Natronlauge zugetropft und anschließend ebenfalls bei 0°C 114 g
n-Butanal im Verlauf von 45 Minuten. Das Reaktionsgemisch blieb 24 Stunden bei Temperaturen zwischen 00C
bis -6° C stehen.
Anschließend wurde das Reaktionsgemisch mit Essigsäure neutralisiert und die Lösung in einem
Sambay-Verdampfer bei 760 Torr auf 34,4% ihres Gewichtes eingedampft. 130 g des Eindampfrückstandes
wurden anschließend in 500 ml Aceton aufgenommen, filtriert und im Rotationsverdampfer im Wasserstrahl-Vakuum
eingedampft.
Der erhaltene Rückstand wurde im Gewichtsverhältnis 1:1 mit Wasser verdünnt und im Autoklaven in
Gegenwart von 15 g eines Ni — Cr — Al-Katalysators bei
etwa 110° C und 200 bis 280 bar Wasserstoffdruck
hydriert.
Durch Umrechnung der Analyse ergab sich eine Ausbeute von 85,8% der Theorie an Trimethylolpropan,
bezogen auf den eingesetzten n-Butyraldehyd.
Zu 2000 g einer wäßrigen Formaldehydlösung (etwa 30 Gew.-% Formaldehyd) wurde 1 g (0,005 Mol)
Kupfer-II-Acetat gegeben und in die auf 0°C abgekühlte
Lösung nacheinander unter Rühren und Kühlen bei dieser Temperatur 30 ml (0,22 Mol) Triäthylamin, 50 g
einer 20gewichtsprozentigen Natronlauge und danach 116 g (2,0 MoI) Propanal zugetropft. Anschließend
wurde das Reaktionsgemisch 24 Stunden lang auf Temperaturen zwischen etwa -I0C bis —5°C gehalten
und dann im Sambay-Verdampfer auf 38% seines Gewichtes eingedampft.
150 g dieses Eindampfrückstandes wurden in 600 ml Aceton aufgenommen, filtriert und in einem Rotationsverdampfer
im Wasserstrahlvakuum weiter eingeengt.
Der erhaltene Rückstand wurde im Gewichtsverhältnis 1:1 mit Wasser verdünnt und im Autoklaven in
■so Gegenwart von 15 g eines Ni-Cr- Al-Katalysators bei
etwa 110° C und 200 bis 280 bar Wasserstoffdruck
hydriert.
Die Umrechnung der Analyse des Hydriergemisches ergab eine Ausbeute von 81,4% der Theorie an
Trimelhyloläthan, bezogen auf eingesetztes Propanal.
Beispiele9bisl5
In den nachstehenden Beispielen 9 bis 15 wurde die jeweils angegebene Menge wäßriger Formaldehydlösung
(etwa 30 Gew.-% Formaldehyd) jeweils mit den angegebenen Mengen einer oder mehrerer Basen bei
00C versetzt und zu dieser Mischung ebenfalls bei 00C
unter Rühren die angegebene Menge n-Butanal im Verlauf von etwa einer halben Stunde zugetropft und
das Reaktionsgemisch anschließend 6 Stunden lang bei etwa 00C stehen gelassen.
Danach wurde eine Probe von etwa 10 g des Reaktionsgemisches mit Essigsäure angesäuert und mit
1,9 g Dimethylaminboran, gelöst in 25 ml Methanol, versetzt Danach wurde eine Stunde unter Rückfluß zum
Sieden erhitzt und anschließend analysiert
In der nachstehenden Tabelle I sind für jedes Beispiel
b5 die verwendeten Basen nach Art und Menge sowie die
durch Umrechnung der Analysen auf den Gesamtansatz gefundenen Ausbeuten an Trimethylolpropan (TMP) in
% der Theorie angegeben.
11
12
Beispiel Butyraldehyd Formalin (30%ig) Base
(Mol) (Mol Formaldehyd) [g]
Zeit
[h]
[h]
TMP
C5-DiOl
1000(10)
1000(10)
1000(10)
1000(10)
1000(10)
13 | *) | 1 | 230 (2,3) |
14 | *) | 1 | 230 (2,3) |
15 | *) | 1 | 230 (2,3) |
770g H2O | |||
*) | Beispiele | 13 bis | 15 sind Vergleichsbeispiele |
5NaOH 17ΤΑΛ 10 Ca(OH)2
5 NaOH 18TÄA
1 Cd-Acetat
5 NaOH 18TÄA 1 Cu-Acetat
4,3 NaOH 4,2 NaOH
10 Ca(OH)2
81,5
78,6 89,9
92
57,6 57,1
1,5
4,5
Claims (1)
-
27 02
1in der in der 5 • IO OH 582
7 ίS ■ C2H5-C-CHO + CH2O + NaOH-7 OH / CH2OH 1 R1 einen aliphatischen Rest bedeutet, R1 die vorstehend angegebene Bedeutung hat, talle und/oder tertiären Aminen und anschließender CH2 i
CH2OH iι 1 Patentansprüche: durch Umsetzung von Aldehyden der allgemeinen mit Formaldehyd in Gegenwart von Hydroxiden Hydrierung des erhaltenen 2,2-DimethylolalkanaIs, i C2H5-C-CH2OH + HCOONa 1 R1—C-CH2OH (I) \ Formel
Hund/oder Carbonaten der Alkali- und Erdalkalime- dadurch gekennzeichnet, daß man den j CH2OH I
5I 'i 1. Verfahren zur Herstellung von Trimethylolalka- I 15 Aldehyd mit Formaldehyd im Molverhältnis von \ len, das sich dann in üblicher Weise zum Trimethylolal- f CH2OH J nen der allgemeinen Formel R1—C-CHO wenigstens I : 8 im Temperaturbereich zwischen—5 I 2,2-Dimethylolbutanal tritt hierbei intermediär als kan hydrieren läßt (DE-OS 25 07 461). | 1 I bis O0C, gegebenenfalls in Gegenwart von Ionen - Zwischenprodukt auf und reagiert mit Formaldehyd und 55 Es wurde nun gefunden, daß man in einfacher Weise \ • A i CH2GH H 20 eines Elements der VII. und/oder VIII, und/oder der der Base nach Cannizzaro zu Trimethylolpropan und und mit guter Ausbeute Trimethylolalkane der allgemei- j in der ι I I. und/oder II. Nebengruppe des periodischen j Formiat. nen Formel ΐ R1 einen aliphatischen Rest bedeutet, | ^-C-CH2OH Systems der Elemente, umsetzt. j Bei der technischen Herstellung von Trimethylolpro 1 I 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn pan fallen also zumindest stöchiometrische Mengen von \ CH2OH zeichnet, daß man die Umsetzung in Gegenwart von \ Natriumformiat zwangsläufig als Nebenprodukt an. Das 60 25 Ionen der Elemente Kobalt, Nickel, Kupfer, Mangan, j Natriumformiat kann zwar auch einer entsprechenden Zink, Silber und/oder Cadmium durchführt, die in Verwertung zugeführt werden, jedoch ist der Bedarf an einer Menge von 0,001 bis 0,03 Grammatomen je j
Mol des Aldehyds zugegen sind. |Natriumformiat nicht zwangsläufig ebenso groß wie der an Trimethylolpropan. Aus dem Zwangsanfall von C2H5-CH2-CH2O + 3CH2O + NaOH
/Natriumformiat ergeben sich also erhebliche Probleme 65 /
CH2Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung I der Entsorgung und des Umweltschutzes, die bislang in von Trimethyioiaikanen durch Umsetzung von Alkana- a wirtschaftlicher Weise nur durch Deponierung gelöst len mit Formaldehyd in Gegenwart eines basischen i; werden konnten. Es ist auch bereits bekannt, in einer Kondensationsmitteis und anschließende Hydrierung \ ersten Stufe zunächst das Dimethylolalkanal herzustel- des erhaltenen 2,2-Dimethylolalkanals. I Aus der DE-AS 11 54 080 ist es bekannt, Trimethylol- Ij propan durch alkalische Kondensation von Formalde- I
hyd mit Butyraldehyd herzustellen. Die Umsetzung ikann durch folgende Reaktionsgleichung wiedergege- f ben werden: j! 7
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