DE2717673C3 - Verfahren zur Herstellung von (1-Chloräthenyl-)oxiran - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von (1-Chloräthenyl-)oxiran

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DE2717673C3 DE2717673A DE2717673A DE2717673C3 DE 2717673 C3 DE2717673 C3 DE 2717673C3 DE 2717673 A DE2717673 A DE 2717673A DE 2717673 A DE2717673 A DE 2717673A DE 2717673 C3 DE2717673 C3 DE 2717673C3
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    • C07D303/08Compounds containing oxirane rings with hydrocarbon radicals, substituted by halogen atoms, nitro radicals or nitroso radicals

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Description

(4)
Ausbeute, was eine technische Anwendung dieser Methode ausschließt.
Bessere Ausbeuten wurden mit einem Syntheseweg erreicht, der 1957 in zwei Patentschriften (US-PS 07 774 und GB-PS 8 64 882) publiziert wurde. In beiden wird (l,2-Dichloräthyl-)oxiran mit Alkalihy-
droxid zu (l-ChIorätheny|-)oxiran umgesetzt; Cl CI
-t- NaOH —> J\y\
^O
NaCI
Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von (l-Cbloräthenyl-)oxiran durch Dehydrochlorierung von (l,2-DjchloräthyI-)Qxiran mit Alkalihydroxid in einem niedermolekularen aliphatischen Alkohol gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Umsetzung mit einer bis 1 Gew.-% Wasser enthaltenden Lösung des Natriumsalzes eines Alkohols mit mindestens 5 Kohlenstoffatomen der Formel
In der US-PS 29 07 774 wird die Dehydrochlorierung ι ο mit einer Suspension von Alkalihydroxid in Dialkyläther oder einem cyclischen Äther durchgeführt Gemäß Beispiel 1, Spalte 4, Zeile 60 ff, wird dabei Kaliumhydroxid als Suspension in Diäthyläther zur Dehydrochlorierung verwendet Die erreichte Ausbeute an (1-chlor- äthenyl-)oxiran betrug jedoch nur 28,7%. Gemäß Beispiel 2, Spalte 5, Zeile 20 ff, dieser US-PS wird die Dehydrochlorierung von (l,2-Dichloräthyl-)oxiran mit einer Suspension von Natriumhydroxid in Diäthylenglykoldiäthyläther durchgeführt Die dabei erhaltene Ausbeute betrue- etwa 82%. Für eine technische Anwendung dieses Verfahrens sind die erreichten Ausbeuten unbefriedigend. Ein besonderer technischer Nachteil entsteht durch die Entfernung und Rückgewinnung des im Überschuß eingesetzten Alkalihydroxids, das zusammen mit dem bei der Reaktion entstehenden Alkalichlorid als Niederschlag abfiltrert werden muß.
In der GB-PS 8 64 882 wird die Dehydrochlorierung von (l,2-Dichloräthyl-)oxiran mit wäßrigem Alkalihydroxid in Gegenwart von Lösungsmitteln wie Aiko- holen, Dioxan oder Äthylenglykol durchgeführt Nach Beispiel 3, Seite?, Zeile 80ff, wird (1,2-Dichloräthyl-)oxiran mit wäßrigem Natriumhydroxid in Gegenwart von Methanol dehydrochloriert Die erreichte Ausbeute betrug jedoch nur 47,b'%. Auch die Verwendung von wäßrigem Natriumhydroxid in Gegenwart von Dioxan erbrachte nur eine Ausbeute an (1-Chloräthenyl-)oxiran von 42%. (Beispiel 4, S. 2, Zeile 90 ff. der GB-PS 8 64 882.) Einen weiteren Nachteil dieses Verfahrens bildet neben der niedrigen Ausbeute die technisch aufwendige Aufarbeitung. So wird gemäß den genannten Beispielen nach Beendigung der Umsetzung das Reaktionsgemisch mit Wasser verdünnt, mit einem organischen Lösungsmittel extrahiert und anschließend die organische Phase fraktioniert Die Rückgewinnung des in der wäßrigen Phase verbleibenden, während der Reaktion verwendeten Lösungsmittels, wie Methanol, Dioxan oder Äthylenglykol, ist technisch sehr aufwendig.
Wurde die Dehydrochlorierung nur mit wäßrigem Natriumhydroxid ohne Zusatz eines organischen Lösungsmittels durchgeführt, so betrug die Ausbeute an (l-Chloräthenyl-)oxiran nur 36,8% (Beispiel 6, Seite 2, Zeile 110 ff. der GB-PS 8 64 882).
Die Verwendung von geschmolzenem Natriumhydroxid zur Dehydrochlorierung von (l,2-Dichloräthyl-)oxiran wird in Beispiel 9, Seite 3, Zeile 18 ff. der GB-PS 8 64 882 beschrieben. Trotz Rückführung des nichtumgesetzten (l,2-Dichloräthyl-)oxirans in die Umsetzung konnte die Ausbeute nur auf 84% gesteigert werden, mi was für ein technisches Verfahren unbefriedigend ist. Besonders nachteilig für eine technische Anwendung dieser Methode ist jedoch die durch die Verwendung von geschmolzenem Natriumhydroxid bei 200° C bedingte aufwendige Reaktionsführung und der — wie „5 aus Beispiel 8, Seite 3, Zeile 5 ff., der genannten Patentschrift zu entnehmen ist — mit 80% für eine technische Anwendung völlig unbefriedigende Umsatz.
H R1-C-R2
OH
wurm
Ri und R2 unabhängig voneinander Wasserstoff, Cr bis C7-AIkyl, C5- bis Cy-Cycloalkyl oder Phenyl bedeuten, wobei die Summe der Kohlenstoffatome der Reste Ri und R2 4 -14 beträgt,
in diesem Alkohol bei 0 bis !000C und einem Molverhältnis von Natriumalkoholat zu (1,2-Dichloräthyl-)oxiran von 1:2 bis 2:1 durchführt, das Unisetzungsgemisch in eine Destillationskolonne gibt und es in (l-Chloräthenyl-)oxiran als Kopfpndukt und ein (l-ChIoräthenyl-)oxiran-freies natriurnchloridhaltiges Sumpfprodukt aut\?ennt
Im einzelnen seien als Alkohole der allgemeinen Formel (I) genannt:
n-Pentanol-( 1), 2-Methyl-1 -butanol, 3-Methyl-1 -butartbl, 4-Methyl-2-pentanol, n-PentanoI-(2), n-Pentanol-(3), n-Hexanol-(l), n-Hexanol-(2), n-Hexanol-(3), 2-Methyl-1 -pentanol, 3-Methyl-1 -pentanol, 4-Methyl-1 -pentanol, 2-Äthyl-l-butanol,n-Heptanol-(l), n-Heptanol-(2), Benzylalkohol, n-Octanol-(l), n-OctanoI-(2), 2-Äthyl-l-hexanol.
Im Rahmen der Verbindungen der Formel (I) kommen beispielsweise Alkohole mit mindestens 5 Kohlenstoffatomen der Formel
R3-CH2-OH,
worin
R3 für einen C4- bis C7-Alkylrest oder für einen Phenylrest steht,
besonders in Betracht. I-n einzelnen seien beispielsweise genannt:
n-Pentanol-( 1), 2-Methyl-1 -butanol, 3-Methyl-1 -butanol, n- Hexanol( 1), 4-Methyl-1 -pentanol, 2-Methyl-1 -pentanol, 3-Methyl-1 -pentanol, n-Heptanol-(l), n-Octanol-(i), 2-Äthy!-l-hexanol, Benzylalkohol.
Besonders geeignet sind zur Umsetzung von (1,2-Dichloräthyl-)oxiran nach dem erfindungsgemäßen Verfahren n-Pentanol-(l), 3-Methyl· I-butanol, n-Hexanol-(l), 4-Methyl-2-pentanol, 2-Äthyl-l-hexanol. Ganz besonders sind zur Dehydrochlorierung von (1,2-Dichloräthyl-)oxiran nach dem erfindungsgemäßen Verfahren n-Pentanol-(l), n-Hexanol-1 und 2-Äthyl-l-hexanol geeignet.
Die Herstellung der Lösung des Natriumalkoholats in dem entsprechenden Alkohol erfolgt vorteilhafterweise durch Azeotropentwässerung von z.B. 50%iger Natronlauge mit dem dem gewünschten Natriumalkoholat entsprechenden Alkohol. Dabei wird eine weitgehend wasserfreie Lösung des Natriumalkoholats in dem entsprechenden Alkohol erhalten.
Die Umsetzung dieser Lösung von Natriumalkoholat in Alkohol mit (l,2-OichIoräthyl-)oxiran erfolgt in flüssiger Phase bei Temperaturen von 0 bis 100° C. Bevorzugt arbeitet man bei 20 bis 800C, besonders bei 40 bis 600C In Sonderfällen können die angegebenen Temperaturen auch unter- oder überschritten werden.
Neben der Arbeitsweise unter isothermen Bedingungen, d. h. Einhaltung einer einheitlichen Temperatur im gesamten Reaktionsgemisch, kann man die Umsetzung auch unter Ausbildung eines sogenannten Temperaturgradienten durchführen, der im allgemeinen mit fortschreitender Reaktion zunimmt Man kann aber die Reaktion auch so führen, daß sich mit dem Fortschreiten der Reaktion ein Gradient fallender Temperatur ausbildet.
Das Molverhältnis von Natriumalkoholat zu (1,2-Dichloräthyl-)oxiran beträgt 1:2 bis 2:1. In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird ein Mol verhältnis von Natriumalkoholat zu (1,2-Dichloräthyl-)oxiran von 1,0 :1,0 bis 1,1 oder 1,0 bis 1,1 :1,0, z. B. 1 :1 angewendet Bei einem Verhältnis von Natriumalkoholat zu (l,2-Dichloräthyl-)oxiran von 1,0 :1,0 bis 1,1 kann ein praktisch vollständiger Umsatz des Natriumalkoholats erfolgen, so daß das entstehende Reaktionsgemisch praktisch frei von Natriumalkoholat ist Bei einem Verhältnis von Natriumalkoholat zu (1,2-Dichloräthyl-)-oxiran von 1,0 bis 1,1:1,0 kann ein praktisch vollständiger Urnsatz des (l,2-Dichloräthyl-)oxirans erfolgen, so daß das Reaktionsgemisch praktisch frei von (l,2-Dichloräthyl-)oxiran ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei den verschiedensten Drücken durchgeführt werden. Im allgemeinen arbeitet man bei Normaldruck; das Verfahren kann jedoch auch bei Unter- oder Oberdruck durchgeführt werden.
Der Wassergehalt der zur Dehydrochlorierung verwendeten Lösung von Natriumalkoholat in Alkohol ist möglichst niedrig und nicht über 1 Gew.-%. Vorzugsweise verwendet man eine Natriumalkoholat-Lösung, die weniger als 03 Gew.-% Wasser enthält. Besonders bevorzugt ist ein Wassergehalt von weniger als 0,1 Gew.-%.
Die Durchführung der Dehydrochlorierung kann diskontinuierlich oder kontinuierlich in den für Umsetzungen dieser Art üblichen Vorrichtungen wie Rührwerkskesseln, Siedereaktoren, Röhrenreaktoren, Schlaufenreaktoren oder Schleifenreaktoren erfolgen.
Die Reaktionswärme wird durch innen- oder
(l,2-Dichloräthyl-)oxiran + NaOiI — außenliegende Kühler abgeführt Zur Ableitung der Reaktionswärme kann die Umsetzung auch unter Rückfluß (Siedereaktoren) durchgeführt werden.
In einer technischen Ausführungsform des Verfahrens wird (l,2-Dich!oräthyl-)oxiran mit Natriumalkoholat bei einem Molverhältnis von 1,0 bis 1,1 :1,0 umgesetzt Hierbei wird ein quantitativer Umsatz von Natriumalkoholat erreicht, wobei das Reaktionsgemisch gegebenenfalls noch kleine Mengen nicht umgesetztes
ίο (l^-Dichloräthyl-)oxiran enthält Das bei der Dehydrochlorierung anfallende Natriumchlorid ist weitgehend wasserfrei und fällt in feinkörniger fester Form als Suspension im Reaktionsgemisch an. Die destillative Abtrennung des (l-Chloräthenyl-)oxirans kann unmit-
telbar nach Durchführung der Dehydrochlorierung erfolgen, wobei verschiedene Aufarbeitungsverfahren gewählt werden können. Man kann z. B. vor der destillativen Abtrennung des (l-ChIoräthenyl-)oxirans das Natriumchlorid mechanisch, z. B. durch Filtrieren oder Zentrifugieren, aus dem Reaktionsgemisch entfernen und daran anschließend aus der natriumchloridfreien Lösung (l-ChloräthenyI-)oxir...'i durch Destillation in reiner Form isolieren. Man kanr aber auch das Reaktionsgemisch ohne vorherige Abtrennung des Natriumchlorids in eine Destillationskolonne geben, wobei als Kopfprodukt reines (l-Chloräthenyl-)oxiran und als Sumpfprodukt eine Suspension von Natriumchlorid in Alkohol, die gegebenenfalls kleine Mengen (l,2-Dichloräthyl-)oxiran enthält, erhalten wird. Aus dem Sumpfprodukt läßt sich dann Natriumchlorid mechanisch abtrennen. In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens erfolgt die destillative Abtrennung des (l-Chloräthenyl-)oxirans in der Weise, daß man die Dehydrochlorierung in einer Rührkesselkaskade mit aufgesetzten Destillationskolonnen durchführt, wobei man reines (l-Chloräthenyl-)oxiran als Kopfprodukt und ein (l-Chloräthsnyl-)oxiran-freies Sumpfprodukt erhält. Aus dem Sumpfprodukt läßt sich das Natriumchlorid wieder mechanisch abtrennen.
Die mechanische Abtrennung des Natrkimchlorids kann beispielsweise in einem Trockendünnschichtverdampfer erfolgen. Natriumchlorid läßt sich so frei von Alkohol und Oxiran erhalten.
Der Alkohol kann nach Abtrennung von (1,2-Dichloräthyl-)oxiran in die Stufe zur Herstellung der Lösung des Natriumalkoholats in dem entsprechenden Alkohol durch Azeotropentwässerung von Natronlauge zurückgeführt werden. Durch die Wiedergewinnung des Alkohols und Rückführung in die Azeotropentwässerung wird für das Verfahren zur Herstellung von (l-Chloräthenyl-)oxiran kein Alkohol als Rohstoff benötigt. Die für das Verfahren erforderlichen Rohstoffe sind Natriumhydroxid und (l,2-Dichloräthyl-)oxiran. Die Gesamtreaktion kann durch die Gleichung
(l-Chloräthenyi-)oxiran + NaCI + H2O
beschrieben werden. Ein wesentliches Kennzeichen des Verfahrens besteht darin, daß das bei der Umsetzung entstehende Wasser vor der Dehydrochlorierung in Form eines sauberen Abwassers erhalten werden kann und daß das Natriumchlorid in fester wasserfreier Form erhalten wird.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Sämtliche Proz^ntangaben stellen, soweit nichts anderes gesagt wird, Gewichtsprozente dar.
Beispiel 1
Durch Azeotropentwässerung von 50%iger Natronlauge mit n-Pentanol-1 wird eine weitgehend wasserfreie, 20 —25%ige Lösung von Natriumpentylat in n-Pentanol-1 (mit einem Wassergehalt von <0,1%) erhalten.
282 g (2 Moi) (l,2-Dichloräthyl-)oxiran wurden in einem 2-l-Dreihalskolben mit Rückflußkühler, KPG-
Rührer und Tropftrichter vorgelegt und auf 400C erwärmt Unter starkem Rühren tropfte man 956,5 g einer 23%igen Natriumpentylat-Lösung in n-Pentanol-1 innerhalb einer Stunde zu, wobei sich eine Innentemperatur von etwa 54°C im Reaktionskolben einstellte. Man rührte nach Zutropfende noch eine halbe Stunde bei dieser Temperatur, dann zeigte die titrimetrische Analyse, daß der Natriumpentylatumsatz über 99% betrug. Die gaschromatographische Analyse ergab für (1-Chloräthenyl-)oxiran eine Selektivität von 96%.
Die Fraktionierung dieses Reaktionsgemisches, das das gebildete Natriumchlorid suspendiert enthielt, mit einer 30-cm-Füllkörperkolonnne und bei einem Druck von 50 Torr ergab (l-Ch!oräthenyl-)o>.iran in einer Ausbeute von 192,3 g (92%) und einer Reinheit von über 99%.
Beispiel 2
Die DenyiifüCuiüricriing von (1.2-Dich!Gr3;hy! )οχ! ran mit 23%igem Natriumpentylat in n-Pentanol-1 wurde durchgeführt, wie in Beispiel 1 beschrieben. Nach Beendigung der Reaktion wurde das Reaktionsgemisch von gebildetem Natriumchlorid, das in gut filtrierbarer Form anfiel, durch Filtration abgetrennt.
Die anschließende Fraktionierung des Filtrats ergab (1-Chloräthenyl-)oxiran in einer Ausbeute von 94.6% und einer Reinheit von über 99%.
Beispiel 3
423 g (3 Mol) (1.2-Dichloräthyl-)oxiran wurden in einem 2-1-Dreihalskolben mit Tropftrichter, KPG-Rüh-
rer und Destillationsaufsatz (30-cm-Füllkörperkolonne) vorgelegt und auf 54"C erwärmt. Bei einem Vakuum von 15 Torr wurden 1434,8 g 23%ige Natriumpentylat-Lösung in n-Pentanol-1 unter starkem Rühren zugetropft und das entstehende (l-Chloräthenyl-)oxiran kontinuierlich abdestilliert. Nach Beendigung der Reaktion resultierten 294,7 g (l-Chloräthenyl-)oxiran; dem entspricht eine Ausbeute von 94%.
Beispiel 4
Durch Azeotropentwässerung von 50%iger Natron lauge mit n-Hexanol-l wird eine weitgehend wasserfreie 22%ige Lösung des Natriumsalzes von n-Hexanol-l in n-Hexanol 1 erhalten. 282g (2 Mol) (!,2-Dichloräthyl-)oxiran wurden mit 2 Mol dieser 22%igen Lösung des Natriumsalzes von n-Hexanol-1 in n-Hexanol wie unter Beispiel 1 beschrieben umgesetzt. Die titrimetrische Analyse ergab nach Beendigung der Reaktion einen Ums?.t? vnn 9iQ/n lln(\ die gaschromatographische Analyse zeigte, daß (l-Chloräthenyl-)oxiran in einer Selektivität von 95,8% gebildet wurde. Nach Fraktionierung des Reaktionsgemisches bei 50 Torr wurde (l-Chlor.'thenyl-)oxiran in einer Ausbeute von 93% erhalten.
Beispiel 5
Es wurde wie im Beispiel 1 gearbeitet: Anstelle von n-PentancM wurde jedoch 2-Athyl-l-hexanol verwendet. Nach Fraktion^rung des Reaktionsgemisches bei 50 Torr wurde (1 -Chloräthenyl-Joxiran in einer Ausbeute von 92% erhalten.

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von (1-Chloräthenyl-)oxiran durch Dehydrochlorierung von (1,2-Dichloräthyl-)oxiran mit Alkalihydroxid in einem niedermolekularen aliphatischen Alkohol, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung mit einer bis 1 Gew.-% Wasser enthaltenden Lösung des Natriumsalzes eines Alkohols mit mindestens 5 Kohlenstoffatomen der Formel
Ri-C-R2
OH
worin
Ri und R2 unabhängig voneinander Wasserstoff, Cibis Cz-Alkyl, C5- bis Cy-Cycloalkyl oder Phenyl bedeuten, wobei die Summe der Kohlenstoffatome der Reste Ri und R2 4-14 beträgt,
in diesem Alkohol bei 0° bis 1000C und einem Molverhältnis von Natriumalkoholat zu (1,2-Dichloräthyl-Joxiran von 1 ; 2 bis 2 ; 1 durchführt, das Umsetzungsgemisch in eine Destillationskolonne gibt und es in (l-Chloräthenyl-)oxiran als Kopfprodukt und ein (l-Ch|oräthenyl-)oxiran-freies natrium- chloridbaltiges Sumpfprodukt auftrennt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei einem Wassergehalt der Lösung des Natriumsalzes eines Alkoholes in diesem
ίο Alkohol von weniger als 03 Gew.-%, insbesondere weniger als 0,1 Gew.-%, arbeitet
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Dehydrochlorierung bei einem Molverhältnis von Natriumalkoholat zu (l,2-Dichloräthyl-)oxiran von 1,0 :1,0 bis 1,1 oder 1,0 bis 1,1 :1,0 durchführt
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzt1 Tg in einer Reaktionseinheit unter Vakuum durchführt und das dampfförmige Umsetzungsprodukt einer Destillationskolonne zuführt und in (l-Chloräthenyl-)oxiran als Kopfprodukt und in ein Sumpfprodukt das den dem verwendeten Natriumalkoholat entsprechenden Alkohol und gegebenenfalls (1,2-DichIor- äthyl-)oxiran enthält, auftrennt und dieses Sumpfprodukt in die Reaktionseinheit zurückführt
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von (l-Chloräthenyl-)oxiran durch Dehydrochlorierung von (l,2-Dichloräthyl-)oxiran.
(1 -Chloräthenyl-Joxiran findet für die Herstellung von Polymeren und als organisches Zwischenprodukt Verwendung. Ein technischer Einsatz ist bisher in größerem Maße nicht erfolgt, da noch kein befriedigendes technisches Verfahren zu seiner Herstellung zur
Cl
/S/ + HOBr
Ausbeuten wurden nicht angegeben. Eine technische Anwendung dieser Methode kommt jedoch wegen des hohen Preises der hypobromigen Säure und der Verwendung des relativ teuren Kaliumhydroxids nicht in Betracht. Auch muß mit einem hohen Prozentsatz an Nebenprodukten gerechnet werden, da nicht
Verfügung gestanden hat Zur Herstellung von (l-Chloräthenyl-)oxiran sind bereits verschiedene Vorschläge gemacht worden. So berichtete Petrov 1939 über die Herstellung von (l-ChloräthenyI-)oxiran durch Umsetzen von 2-ChIor-13-butadien mit hypobromiger Säure und anschließender Dehydrochlorierung mit Kaliumhydroxid (A.A.
Petrov, J. Gen. Chem. 9,2232-43 [ 1939]):
Cl Br KOH Cl Λ -KBr λ OH
erwarten ist, daß der Angriff der hypobromigen Säure ausschließlich an der unsubstituierten Doppelbindung erfolgt.
1952 verwendete Petrov an Stelle der hypobromigen Säure hypochlorige Säure (A. A. Petrov, J. Gen. Chem. 12,1516-28 [ 1952]):
Cl
Cl OH Cl Cl
Cl
+ HOCI
(1)
Dabei erfolgte der Angriff der hypochlorigen Säure sogar in größerem Maße auf die durch Chlor substituierte Doppelbindung, d. h. das Chlorhydrin (3), das durch Dehydrochlorierung in (1-Chlorälhenyl-)oxiran (4) übergeht, wurde in geringerem Maße gebildet. Das gewünschte Produkt entsteht somit nur in niedriger
KOH
-KCI
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