DE2715208C3 - Verfahren zur Herstellung von 3-Methyl-2-buten-l-al - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von 3-Methyl-2-buten-l-al

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DE2715208C3 DE2715208A DE2715208A DE2715208C3 DE 2715208 C3 DE2715208 C3 DE 2715208C3 DE 2715208 A DE2715208 A DE 2715208A DE 2715208 A DE2715208 A DE 2715208A DE 2715208 C3 DE2715208 C3 DE 2715208C3
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    • C07C45/61Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by reactions not involving the formation of >C = O groups
    • C07C45/67Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by reactions not involving the formation of >C = O groups by isomerisation; by change of size of the carbon skeleton

Description

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von 3-Methyl-2-buten-l-al durch Isomerisierung von 3-Methyl-3-buten-l-aI in Gegenwart saurer oder basischer Verbindungen.
Bezüglich der Verschiebung von Doppelbindungen in ungesättigten Aldehyden hat es nach Houben—Weyl, Methoden der Organischen Chemie, Band 7/1. Seiten 395 und 396, den Anschein, als ob isoliert stehende Doppelbindungen dazu neigen, in die aJ-Stellung zur Aldehydgruppe zu wandern. Es wird angegeben, daß derartige Isomerisierungen besonders durch Alkalialkoholate, Aluminiumäthylat und Pyridin in Gegenwart von Kupferverbindungen ausgelöst werden. Solche Agenzien bewirken bei Aldehyden eine Aldolkondensation, und Houben—Weyl weist darauf hin, daß nur in einzelnen Fällen, in denen die Aldolkondensation erschwert und gleichzeitig die Verschiebung der Doppelbindung begünstigt ist. sich eine Isomerisierung ausführen läßt
Es ist ebenfalls aus Houben-Weyls Werk (loc. cit, Seite 384) bekannt, daß bei ^-ungesättigten Aldehyden in Gestalt von Acrolein und Crotonaldehyd io Gegenwart von Alkalien leicht Verharzungen eintreten. Weiterhin ist bekannt, daß diese Aldehyde mit aliphatischen Alkoholen in Gegenwart von Säuren oder Alkalien gesättigte 0-Alkoxyaldehyde und /7-Alkoxyacetale, ^-ungesättigte Acetale oder Gemische dieser Komponenten bilden.
Crotonaldehyd cyclisiert in Gegenwart von Basen zu Dihydro-otolylaldehyd und durch Einwirkung weiterer Crotonaldehydmolekeln zu höhermolekularen Kondensaten; unter der Mitwirkung des abgespaltenen Wassers bilden sich außerdem noch Aldoxane. Entsprechend cyclisiert J-Methyl-2-buten-1-al zu 1.1,5-Trimethyl-2-formy!cyclohexadiene). Ebenfalls wird 3-Methyl 2-buten-1-al durch reines Erhitzen zu 2-Formyl-2J-dihydro-3J.4.4 tetramethylpyran cyclisiert; dem Endstoff muß zur Verhinderung von Kettenpolymerisation Hydrochinon zugesetzt werden (Houben —Weyl loc. cn, Seiten 129 - 131). In Gegenwart von wäßriger .Salzoder Schwefelsäure erhält man aus Crotonaldehyd das Dimer und Trimer sowie Octatrienal.
F.\ wurde nun gefunden, daß man 3-Methyl 2-buten I al durch Isomerisierung ungesättigter Verbindungen vorteilhaft erhält, wenn man 3 Methyl Vbuten 1 al in Gegenwart einer starken Säure oder einer basischen Verbindung bei einer Temperatur von 50 bis 250"C isomerisiert.
Die Umsetzung kann durch die folgende l-ormel wiedergegeben werden:
II,C
C-CHj-C
O II,C
H Ii1C
C = CII-C
Im Hinblick auf den Stand der Technik liefert das Verfahren nach der Erfindung 3-Methyl-2-buten-l-al in hoher Ausbeute, Raum-Zeit-Ausbeute und Reinheit Alle diese vorteilhaften Ergebnisse sind überraschend, denn man hätte im Hinblick auf die bekannten Verfahren Verharzung, Kettenpolymerisationen, Kondensationsreaktionen, Cyclisierung des Endstoffs und der Ausgangsstoffe sowie die Bildung heterogener Gemische mit zahlreichen Nebenstoffen erwarten müssen.
Die Umsetzung wird bei einer Temperatur von 50 bis 2500C, zweckmäßig von 72 bis 225° C1 vorzugsweise von 120 bis 2250C, insbesondere von 130 bis 2200C, drucklos oder unter Druck, kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt. Die Verweilzeit im Isomerisierraum beträgt kontinuierlich und diskontinuierlich von 10 Sekunden bis 300 Minuten, vorzugsweise von 1 bis 5 Minuten. Man kann in Anwesenheit oder Abwesenheit zusätzlicher Lösungsmittel isomerisieren.
Vorzugsweise verwendet man den Ausgangsstoff im Reaktionsgemisch seiner Herstellung, z. b. durch Dehydrierung von 3-Methyl-3-buten-l-ol. insbesondere nach der in der DE-OS 27 15 209 beschriebenen Arbeitsweise; folgende Komponenten solcher Reaktionsgemische, deren Anteil gegebenenfalls vor Beginn der Umsetzung durch Zugabe weiterer Anteile erhöht werden kann, kommen als vorgenannte Lösungsmittel in Betracht: Wasser. 3-Methyl-3-buten-l-ol, 3-Methyl-2-buten-l-oI, 3-Methylbutan-l-al. Wasser kommt zweckmäßig in einer Menge von 0 bir. 50. vorzugsweise von 2 bis 25 Gewichtsprozent, bezogen auf 3-Methyl-3-buten-1-al. die organischen Lösungsmittel kommen einzeln in einer Menge von 0 bis 50. vorzugsweise von 2 bis 40 Gewichtsprozent, bezogen auf 3-Methyl-3-buten-
$5 IaI und insgesamt das Gemisch an Lösungsmittel in einer Menge von 0 bis 80, vorzugsweise von 2 bis 50 Gewichtsprozent, bezogen auf 3-Methyl-3-buten I-al. in Frage. Man kann im ein- oder zweiphasigen System isomerisieren.
Als Katalysatoren der Isomerisierung kommen starke Säuren oder basische Verbindungen in Betracht. Unter starken Säuren werden hier organische oder anorganische, unter den Reaktionsbedingungen inerte Säuren mit einem Säureexponent (pKs) von -7 bis -1-2,16 verstanden: bezüglich der Definition der Säureexponenten bzw. des pKs Wertes wird auf Ulimanns Encyklopädie der technischen Chemie. Band 15, Seite 2. verwiesen. Geeignet sind beispielsweise Schwefelsäure, zweckmäßig 10- bis 98gewichtsprozentige, Phosphor-
>n säure, zweckmäßig 70- bis 90gewickisprozentige. Salzsäure, zweckmäßig 10- bis 35gewichtsprozentige. Salpetersäure, zweckmäßig 60- bis 98gewichtsprozentige. Perchlorsäure, zweckmäßig 10- bis 70gewichtsprozentige. Ameisensäure, /weckmäßig IO bis 98gewichts-
)i prozentige- Ebenfalls kommen Chlorwasserstoffgas. Borsäure. Sulfonsäuren wie Benzol- und p-Toluolsulfon· säure. Trichloressigsäure. sauere Ionenaustauscher wie die in Houben—Weyl. Methoden der Organischen Chemie. Band 1/1. Seiten 528 ff beschriebenen sauren
M) Ionenaustauscher, bevorzugt Polystyrolsulfonsäurehäfze, Phenölsulfonsäureharze, Polyfluoräthylensulfon· säuren; oder entsprechende Gemische in Betracht. Bevorzugte Säuren >im! kon/L-nlrierte Salzsäure oder Schwefelsäure oder Phosphorsäure, insbesondere
h-> vorgenannter Konzentrationen. Die Säure verwendet man zweckmäßig in Mengen von 0,01 bis 5, vorzugsweise 0,1 bis 1 Gewichtsprozent Säure je Gewichtsmenge Ausgangsstoff.
Die Umsetzung wird im Falle einer basischen Verbindung vorteilhaft mit einer Menge von 0,01 bis 5, vorzugsweise von 0,05 bis t Gewichtsprozent basischer Verbindung, bezogen auf die Gewichtsmenge Ausgangsstoff, durchgeführt. Als basische Verbindungen werden zweckmäßig tertiäre Amine, Erdalkaliverbindungen, Ammoniumverbindungen, tertiäre Phosphine und Alkaliverbindungen sowie entsprechende Gemische verwendet Es können aber auch Zinkverbindungen, primäre oder sekundäre Amine verwendet werden. Es kommen z. B. als basische Verbindungen in Frage: Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Kaliumcarbonat, Natriumcarbonat, Lithiumhydroxid, lithiumcarbonat, Natriumbicarbonat, Kaliumbicarbonat, Calciumhydroxid, Calciumoxid, Bariumoxid, Magnesiumhydroxid, Magnesiumoxid, Bariumhydroxid, CaI-ciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Magnesiumbicarbonat, Magnesiumacetat, Zinkhydroxid, Zinkoxid, Zinkcarbonat, Zinkbicarbonat, Zinkacetat,
Natriumformiai. Natriumacetat, Natrium-
propionat, Wstriumbutyrat, Natriumisobutyrat Kaliumformiat, Kaliumace'at, Kaliumpropionat, KaIiumbutyrat, Kaliumisobutyrat, Natriummethylat Natriumäthylat, Natriumpropylat, Natriumisopropylat, Nairiumbutylat, Natriumisobutylat Natrium-selc-butylat. Natrium-tert-butylat, Natriumäthylenglykolat Natriumpropylen-{ 1.2)-glykolat N a>iriumpropylen-( 13)-glykolat, Natriumdiäthylenglykoiat Natriumtriäthylenglykolat, Natriumdipropylen-O^Vglykolat, Kaliummethylat, Kaliumäthylat Kalium-n-propylat, Kaliumrsopropylat, Kalium-n-butylat, Kaliumisobutylat. Kalium-sek-butycot, Kalium-tert-butylat, Kaliumäthylenglykolat, Kaliumpropyle^U)-,'ykolat Kaliumpropylen-( 13)-grykolat Kaliumdiäthylenglykolat,
Kaliumtriäthylenglykolat. Kaiiumd: ~.ropylen-( 1>2)-glykolat; Trimethylamin, Triäthylamin, Tripropylamin. Triisopropylamin, Tributylamin, Triisobutylamin, Tri-sek.-butylamin, Tri-tert-butylamin, Tribenzylamin, Tricyclohexylamin, Triamylamin, Trihexylamin. N.N-Dimethylanilin, NJsl-Diäthylanilin, NjNl-Dipropylanilin, N1N-Dimethyltoluidin. N}>l-Diäthyltoluidin, N.N-Dipropyltoluidin, Ν,Ν-Dimethyl-p-aminopyridin, N.N-Diäthylp-aminopyridin, NJM-Dipropyl-p-aminopyridin, N.N Dimethylamtnoäthanol. NJvl-Diäthylaminoäthanol. NJ'J-Dipropylaminoäthanol, Triisopropanolamin. Triäthanolamin, N-Methylpyrrolidon, N-Äthylpyrrolidon, N-Methylpiperidin, N-Athylpiperidin, N Methylpyrrolidin. N-ÄthylpyiTolidin, N-Methylimidazol, N-Äthylimidazol, N-Methylpyrrol, N-Äthylpyrrol. N-Methylmorpholin, N-Äthylmorpholin, N-Methylhexamethylenimin, N Äthylhexamethylenimin, Pyridin, Chinolin, «Picolin, β Picolin, y-Picolin, Isochinolin, Pyrimidin, Acridin, N.N.N'J^'-Tetramethyläthylendiamin. N.NJ^'^J'-Tetraäthyläthylendiamin. Chinoxalin, Chinazolin, N-Propyldiisopropylamin, N.N-Dimethylcyclohexylamin, 2,6-Lutidin, 2,4-Lutidin. Trifurfurylamin, Triäthylendiamin; Dimethylamin. Diäihylamin, Dipr<»- pylamin. Diisopropylamin. Dibutylamin. Diisobutylamm, Di sek butylamin, Di-lert.-butylamin. Diben/ylamin. Dicyclohexylamin, Diamylamin, Dihexylamin. N-Methylanilin, N-Äthylanilin, N=Propylanilin, N-Methyltoluidin, N-Äthyltoluidin, N-Propyltoluidin, N-Methylaminoäthanol, N-Athylaminoäthanol, N-Propylaminoätliaiiol, Pyrrolidon, Piperidin, Pyrrolidin, Imidazol. Pyrrol, N.N'-Dimethyläthylendiamin, N.N'-Diäthyläthylendiamin, Morpholin, Hexamethylenimin, Difurfurylamin, N-Methylcyclohexylamin; Methylamin, Äthylamin, Propylamin, Isopropylamin, Butylamin, sek.-Butylamin, tert-Butyiamin, Benzylamin, Hexylamin, Cyclohexylamin, Amylamin, Anilin, Toluidin, Aminoäthanol, ÄthyJendiamin, Furfurylamin; Ammoniumacetat, Ammonhjmpropionat, Tetrabutylammonium-
hydroxid; Trimethylbenzylammoniumhydroxid; Tri-
äthyl-, Tri-n-propyl-, Triisopropyl-, Tri-n-butyl-, Tri-
phenyl-, Tri-(2-cyanoäthyl)-, Bis-(2-cyanoäthyl)-phenyl-, Bis-(äthyl)-phenyl-phosphin.
Besonders vorteilhaft sind Phosphorsäure und
ίο vorzugsweise tertiäre Amine, insbesondere die vorgenannten tertiären Amine.
Die Reaktion kann wie folgt durchgeführt werden: Ein Gemisch von Ausgangsstoff und Katalysator, gegebenenfalls zusammen mit Lösungsmittel, wird wähtend 10 Sekunden bis 300 Minuten bei der Reaktionstemperatur gehaltea Aus dem Reaktionsgemisch wird
der Endstoff in üblicher Weise, in der Regel durch fraktionierte Destillation abgetrennt
Das nach dem Verfahren der Erfindung herstellbare
3-Methyl-2-buten-l-al ist ein wertvoller Ausgangsstoff für die Herstellung von Farbstoffen, Schädlingsbekämpfungsmitteln, Pharmazeuüka, Kunststoffen, Naturstoffen, Riechstoffen, z. B. Citral, Vitaminen, z. B. Vitamine A und E, Chrysanthemumsäure, /Monen. Bezüglich der
Verwendung wird auf die deutsche Patentschrift 22 43 810, die deutsche Offenlegungsschrift 20 41976, die deutsche Patentschrift 20 20 865, die US-Patentschrift 20 42 220 verwiesen. Bisher konnten aus ecß- bzw. /f.y-ungesättigten Alkoholen nur in unbefriedigen-
JO der Weise mit Bezug auf Ausbeute, Reinheit des Endstoffs und einfachen, wirtschaftlichen Betrieb ctßungesättigte Aldehyde hergestellt werden. Die Herstellung von 3-Alkyl-2-buten-l-olen, insbesondere von 3-Methyl-2-buten-l-ol ist aufwendig; hingegen sind die entsprechenden 3-Buten-Verbindungen leichter zugänglich. z.B. 3-Methyl-3-buten-l-ol aus Isobuten und Formaldehyd. Durch die Oxidation von 3-Methyl-3-buten-1-ol zu 3-Methyl 3 buten-1-al und anschließende Isomerisierung der Reaktionsgemische ergibt sich somit ein einfacher und wirtschaftlich.." Weg, 3-Methyl-2-buten-l-al. ein Zwischenprodukt für die Citralsynthese, in besserer Ausbeute und Reinheit herzustellen.
Die in den folgenden Beispielen aufgeführten Teile
4> bedeuten Gewichtsteile.
Beispiel 1
69,2 Teile 3-Methyl-3-buten-1-al werden mit 0.4 Teilen 75gewichtsprozentiger, wäßriger Phosphorsäure versetzt und in einem Druckgefäß innerhalb von 5 Minuten auf 1400C erhitzt. Dabei wird mit Stickstoff ein Gesamtdruck von 10 bar eingestellt. Nach 70 Minuten bei dieser Temperatur kühlt man innerhalb von 5 Minuten auf Raumtemperatur ab. Man erhält nach Neutralisation der Phosphorsäure durch Destillation bei 100 Torr 4,2 Teile nicht umgesetztes 3-Methyl-3-buten-1 -al und 61,8 Teile (95% der Theorie) 3-Methyl 2-buten-l-al vom Kp. 770C. Das entspricht einem Umsatz von 94 Prozent.
Beispiel 2
81,2 Teile 3-Methyl-3-buten-l -al werden mit 0,16 Teilen Triäthylamin versetzt und in einem Druckgefäß innerhalb von 8 Minuten auf 1700C und 10 bar erhitzt. Sofort nach Erreichen dieser Temperatur wird binnen 5 Minuten das Gemisch auf 50°C abgekühlt. Man erhält durch Destillation bei 100 Torr 1,6 Teile nicht umgesetztes 3-Methy!-3-buten-l-al und 78,0 Teile (98% der
Theorie) 3-MethyI-2-buten-t-al vom Kp. 77° C, Das entspricht einem Umsatz von 98 Prozent
Beispiel 3
97 Teile 3-Methyl-3-tmten-l-al werden mit 0,5 Teilen Tri-n-butylamin versetzt und bei 1 bar 30 Minuten lang auf 75° C erhitzt Man destilliert wahrend 10 Minuten bei 20 Torr, um das Gemisch vom Katalysator abzutrennen, und erhält durch fraktionierte Destillation des so erhultenen Destillats bei 100 Torr 3 Teile nicht umgesetztes 3-Methyi-3-buten-l-al und 93 Teile (99% der Theorie) 3-Methyl-2-buten-l-al vom Kp. 77° C. Das entspricht einem Umsatz von 97 Prozent
Beispiel 4
1000 Teile 3-Methyl-3-buten-l-al werden stündlich mit 2 Teilen Tri-n-butylamin versetzt und bei 220° C und 12 bar durch ein Reaktionsrohr während 2 Minuten geleitet Man erhält durch Destillation bei 100 Torr stündlich 20 Teile nicht umgesetztes 3-Methyl-3-butenl-al und 970 Teile (99% der Theorie) 3-Methyl-2-buten-1-al vom Kp. 77"C. Das entspricht einem Umsatz von 98 Prozent
Beispiel 5
94,9 Teile 3-Methyl-3-buten-l-al werden mit 0,018 Teilen Natriummethylat versetzt und im Laufe von 4 Minuten auf 110°C erwärmt Nach weiteren 15 Minuten bei 110° C wird das Gemisch auf 22° C abgekühlt Man erhält (gaschromatogtaphisch bestimmt) 0,9 Teile nicht umgesetztes 3-Methyl-3-buten-1-al und 91,6 Teile 3-Methyl-2-buten-l-al. Dies entspricht einer Ausbeute von 96,5 Prozent und einem Umsatz von 99,1 Prozent
Beispiel 6
65,6 Teile 3-Methyl-3-buten-l-aI werden mit 0,15 Teilen lOgewichtsprozentiger wäßriger Natronlauge im Laufe von 5 Minuten auf 1100C erwärmt Nach weiteren 4 Minuten bei 110° C wird das Gemisch auf 22° C abgekühlt Man erhält 0,8 Teile 3-MethyI-3-buten-l-al und 62,7 Teile 3-Methyl-2-buten-l-aL Dies entspricht einer Ausbeute von 95,6 Prozent der Theorie und einem Umsatz von 98,8 Prozent
Beispiel 7
753 Teile 3-Methyl-3-buten-l-aI werden mit 0,15 Teilen lOgewichtsprozentiger wäßriger Ameisensäure innerhalb von 2 Minuten zum Sieden erhitzt Man erhitzt das Gemisch noch 2 Stunden zum Sieden, wobei die Temperatur auf 110° C ansteigt Nach Abkühlen auf 22° C erhält man (gaschromatographisch bestimmt) 2,2 Teil«; 3-Methyl-3-buten-l-al und 72,0 Teile 3-Methyl-2-buten-l-al, entsprechend eher Ausbeute von 95,6 Prozent der Theorie bei einem Umsatz von 97 Prozent
Beispiel 8
100,7 Teile 3-Methyl-3-buten-l-al werden mit 0,15 Teilen lOgewichtsprozentiger Schwefelsäure versetzt und das Gemisch in 5 Minuten auf 1000C erwärmt Nach weiteren 2 Stunden bei 100°C wird das Gemisch auf 22° C abgekühlt Man erhält (gaschromatographisch bestimmt) 35,6 Teile 3-Methyl-3-buten-l-al und 64,1 Teile 3-Methyl-2-buten-l-aL Dies entspricht einer Ausbeute von 63,7 Prozent der Theorie und einem Umsatz von 64,6 Prozent

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zur Herstellung von 3-Methyl-2-buten-1-al durch Isomerisierung ungesättigter Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß man 3-Methyl-3-buten-l-aJ in Gegenwart einer starken Säure oder einer basischen Verbindung bei einer Temperatur von 50 bis 2500C isomerisiert
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