DE2717673C3 - Verfahren zur Herstellung von (1-Chloräthenyl-)oxiran - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von (1-Chloräthenyl-)oxiranInfo
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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
^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
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.
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%.
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%.
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%.
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.
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)
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
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]):
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
-KCI
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