DE2726005B2 - Verfahren zur Herstellung von Dimethylformamid - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von DimethylformamidInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Dimethylformamid aus Trimethylamin und Kohlenmonoxid
in Anwesenheit eines Katalysators.
In der Regel wird Dimethylformamid durch Umsetzung
\on Dimethylamin mit Kohlenmonoxid oder
Methylformiat hergestellt
Bei diesem aus den US-Patentschriften 23 10 478 und
20 72 725 bekannten Verfahren wird das als Ausgangsmaterial verwendete Dimethylamin im allgemeinen
durch Entwässerung von Methanol und Ammoniak hergestellt Dabei entsteht jedoch unvermeidlich neben
dem Dimethylamin als Nebenprodukt eine große Menge an Monomethylamin und Trimethylamin. Da die
Nachfrage nach Monomethylamin und Trimethylamin jo im Vergleich zu derjenigen nach Dimethylamin gering
ist, wird in der Regel der größte Teil dieser Nebenprodukt-Amine wieder in das Methylamin-Synthesesystem
eingeführt und in Dimethylamin umgewandelt Die Verwendung von Monomethylamin und is
Trimethylamin, für die derzeit eine geringe Nachfrage besteht, als Ausgangsmaterial für die Herstellung von
Dimethylformamid anstelle von Dimethylamin wäre daher ein beträchtlicher Beitrag zur Rationalisierung in
der Methylamin-Industrie und auch von großer wirtschaftlicher Bedeutung.
Aus der US-Patentschrift 26 77 706 ist ein Verfahren zur katalytischen Herstellung von Dimethylformamid
aus Trimethylamin und Kohlenmonoxid bekannt, bei dem man Monomethylamin und/oder Dimethylamin,
gegebenenfalls zusammen mit Trimethylamin, in Gegenwart von Kupferchlorid, Kupfer(II)chlorid, Ammoniumchlorid,
Calciumacetat oder Bortrifluorid als
(CHj)3N + HCONHCH3 + CO
Katalysator mit Kohlenmonoxid umsetzt Dieses Verfahren weist jedoch eine geringe Selektivität der
Umwandlung von Monomethylamin und Trimethylamin in Dimethylformamid auf und ist daher unwirtschaftlich.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, dieses
bekannte Verfahren zur Herstellung von Dimethylformamid insbesondere im Hinblick auf seine Wirtschaftlichkeit
zu verbessern.
Nach umfangreichen Studien des Verfahrens zur Herstellung von Dimethylformamid aus Monomethylamin
oder Trimethylamin wurde nun überraschend gefunden, daß Dimethylformamid in hoher Ausbeute
erhalten wird, wenn man Monomethylformamid, das leicht durch Umsetzung von Monomethylamin mit
Kohlenmonoxid oder Methylformiat hergestellt werden kann, mit Trimethylamin und Kohlenmonoxid umsetzt
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Dimethylformamid aus Trimethylamin
und Kohlenmonoxid in Anwesenheit eines Katalysators, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Trimethylamin
mit Mononr.ethylformamid in einem Molverhältnis von
0,1 :1 bis 10:1 und einem großen Überschuß an Kohlenmonoxid unter einem Druck von mindestens 21
bar und bei einer Temperatur von 150 bis 3000C umsetzt
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich. Dimethylformamid in hoher Ausbeute mit
hoher Selektivität herzustellen, so daß es außerordentlich wirtschaftlich durchgeführt werden kann.
Es wird angenommen, daß bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die folgende Reaktion
abläuft:
j. HCON(CHj)2
Die Umsetzung wird unter einem Druck von mindestens 21 bar, vorzugsweise von 31 bis 601 bar,
durchgeführt. Die Reaktion kann auch unter einem geringeren Druck als 21 bar ablaufen, dabei werden
jedoch unerwünschte Nebenreaktionen gefördert und das Verfahren wird unwirtschaftlich. Bei der Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zwar auch ein Druck von mehr als 601 bar angewendet
werden, er ist jedoch aus wirtschaftlichen Gründen unerwünscht.
Die Umsetzung wird bei einer Temperatur von 150 bis 300° C, vorzugsweise von 150 bis 28O0C, durchgeführt.
Temperaturen außerhalb dieses Bereiches sollten im Hinblick auf ihre Reaktionsgeschwindigkeit und die
Selektivität vermieden werden.
Das Molverhältnis von Trimelhylamin zu Monomethylformamid
beträgt 0,1:1 bis 10:1, vorzugsweise 0,5 :1 bis 5:1. Ein Mol verhältnis außerhalb dieses
Bereiches ist unwirtschaftlich, da dann die Menge an nicht-umgesetzten Ausgangsmaterialien zunimmt.
γ, Das in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte
Kohlenmonoxid dient nicht nur als Ausgangsmaterial, sondern spielt auch eine Rolle bei der Aufrechterhaltung
des Reaktionsdruckes und muß deshalb in großem Überschuß eingesetzt werden. Erfindungsgemäß kann
einem Inertgas verwendet werden, vorausgesetzt, daß der Partialdruck des Kohlenmonoxids über 11 bar liegt.
br> eines Katalysators aus wirtschaftlichen Gründen unerläßlich.
Beispiele für Katalysatoren, die mit Erfolg zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet
werden können, sind Halogene, wie Fluor,
Chlor, Brom und Jod, Halogenide, wie Metallhalogenide,
Ammoniumhalogenide, Halogenwasserstoffsäuren und Alkylhalogenide, anorganische Säuren, wie Borsäure,
Schwefelsäure und Phosphorsäure, feste Säuren, wie Kieselsäure-Tonerde, Metallcarbonyle, wie Carbonyle
von Eisen, Kobalt, Nickel, Rhodium und Ruthenium. Unter diesen Katalysatoren werden die Halogene,
Halogenide und Metallcarbonyle bevorzugt verwendet Besonders bevorzugt ist Eisencarbonyl
Die vorgenannten Katalysatoren können allein oder in Form von Kombinationen aus zwei oder mehreren
davon eingesetzt werden. Wenn Metallcarbonyle als Katalysatoren verwendet werden, ist es nicht immer
erforderlich, das Metallcarbonyl dem Reaktionssystem zuzusetzen, es reicht vielmehr aus, ihm ein Metall oder
eine Metallverbindung, die unter den Reaktionsbedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens in das
Metall überführt werden kann, wie z. B. Eisen, Kobalt,
Nickel, Rhodium und Ruthenium, und ihre Oxide, Hydroxide und Salze orginischer und anorganischer
Säuren, wie Oxalat, Naphthenat, Sulfat, Nitrat und
Carbonat, dem Reaktionssystem zuzusetzen.
verden als Katalysatoren in einer Menge von 0,1 bis 350mg-Atom, vorzugsweise von 1 bis 300mg-Atom,
bezogen auf Halogen, pro Mol Monomethylformamid eingesetzt
Die anorganische Säure und das Metallcarbonyl werden als Katalysator in einer Menge von 0,1 bis
350 mg-Atom, vorzugsweise von 1 bis 300 mg-Mol, pro Mol Monomethylformamid eingesetzt.
Die feste Säure wird als Katalysator in einer Menge von 0,1 bis 50 g, vorzugsweise von 1 bis 30 g, pro Mol
Monomethylformamid verwendet.
Wenn die Mengen des eingesetzten Katalysators unterhalb der Untergrenze des angegebenen Bereiches
liegt, sinkt die Dimethylformamid-Ausbeute, während bei Verwendung einer Katalysatormenge oberhalb der
Obergrenze des genannten Bere'ches Wasserstoff, Kohlendioxid und Methan als Nebenprodukte entstehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in beliebiger Weise, beispielsweise diskontinuierlich (chargenweise)
oder kontinuierlich, durchgeführ· werden.
Das in dem erfindungsgemäßen Verfahren als Ausgangsmaterial eingesetzte Monomethylformamid
kann leicht aus Monomethylamin und Kohlenmonoxid oder Methylformiat hergestellt werden. Damit ist es
möglich, sowohl Monomethylamin als auch Trimethylamin,
die bei der Umsetzung von Methanol mit Tabelle
Ammoniak als Nebenprodukte entstehen und für die eine geringe wirtschaftliche Nachfrage besteht, zur
wirtschaftlichen Herstellung von Dimethylformamid einzusetzea Selbstverständlich kann zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens auch ein auf andere Weise hergestelltes Monomethylformamid als Ausgangsmaterial
eingesetzt werden.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele, in denen die Ausbeute an Dimethylformamid, bezogen auf
ίο Monomethylformamid, und die Selektivität von Monomethylformamid
gegen Dimethylformamid auf der Grundlage der obigen Reaktionsgleichung errechnet
wurden, näher erläutert
Das in den folgenden Beispielen eingesetzte Monomethylformamid wurde wie folgt hergestellt:
Unter einem Reaktionsdruck von 21 bar wurde Monomethylamin bei einer Reaktionstemperatur von
750C unter Verwendung von 40 mg-Atom Natriummethylat, bezogen auf Natrium, pro Mol Monomethylamin,
mit Kohlenmonoxid umgesetzt Dabei wurde Monomethylformamid in einer Ausbeute von 97% erhalten.
10 g Monomethylamid, das wie vorstehend beschrie-2r>
ben hergestellt wurde, 10 g Trimethylamin und 1,6 g Jod (als Katalysator) wurden in einen 100 ml-Autoklaven
eingeführt und es wurde Kohlenmonoxid unter einem Druck von bis zu 96 bar eingepreßt Die Umsetzung
wurde bei einer Temperatur von 2600C vier Stunden lang durchgeführt Der Maximaldruck während der
Umsetzung betrug 237 bar und der Druck am Ende der Reaktion betrug 78 bar. Das dabei erhaltene Produkt
wurde dann gaschromatographisch analysiert Es ergab sich, daß 82,1% des eingesetzten Monomethylformr
> amids umgesetzt worden waren und es wurden 15,0 g Dimethylformamid erhalten. Die Ausbeute an Dimethylformamid,
bezogen auf Monomethylformamid, betrug 60,6% und die Selektivität von Monomethylformamid
zu Dimethylformamid betrug 73,8%.
Die Umsetzung wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt, wobei diesmal jedoch die
Molverhältnissse der Ausgangsmaterialien, die Art und
4') Menge des Katalysators, die Reaktionstemperatur und
der Reaktionsdruck wie in der nachfolgenden Tabelle angegeben geändert wurden. Die erzielten Ergebnisse
sind ebenfalls in der folgenden Tabelle zusammengestellt zusammen mit den entsprechenden Daten des
■-,(I Beispiels 1.
Beispiel I |
Nr. 2 |
3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
Katalysator Art Menge (g) |
J, 1,6 |
h 0,8 |
h 0,8 |
h 2,1 |
TiJ4 0,85 |
konz. H2SO4 0,85 |
Br, 0,5 |
NH4J 0,9 |
36% HCI 0,6 |
Monomcthylformumid (g) | 10,0 | 10,0 | 5,0 | 5,0 | 10,0 | 10,0 | 9,9 | 10,2 | 9,9 |
Trimethylamin (g) | 10,0 | 10,0 | 15,5 | 15,0 | 10,0 | 10,0 | 10,3 | 10,1 | 10,5 |
Druck des aufgegebenen CO- (bar) |
96 | 146 | 96 | 141 | 96 | 91 | 94 | 93 | 91 |
Maximaler CO-Druck (bar) 237
341
313
246
235
234
233
246
Fortsetzung
Beispiel Nr. 1
CO-Druck am Ende der Reaktion (bar)
Reaktionstemperatur ( C) Reaktionszeit (Std.)
Monomethylformamid-Umsetzung (.%)
Dimethylformamid-Ausbeute
(g)
Dimethylformamid-Ausbeute (%), bezogen auf
Monomethylformamid
78
126
88
94
85
89
260 255
4 4
82,1 74.5 90,7
15,0 14,1 8,7
60,6 57,0 70,3
Selektivität von Monomethyl- 73,8 76,5 77,5 formamid zu Dimethylformamid
(%)
Tabelle (Fortsetzung)
220 | 265 | 265 | 265 | 259 | 265 |
4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
95,2 | 79,0 | 41,2 | 71,6 | 75,5 | 56,0 |
9,7 | 12,2 | 5,4 | 10,0 | 13,4 | 8,8 |
78,4 | 49,3 | 21,8 | 40,8 | 53,1 | 35,9 |
82,3 | 62,4 | 53,0 | 57,0 | 70,3 | 64,1 |
Beispiel Nr. 10
15
16
17
18
Katalysator
Art
Art
Menge (g)
Monomethylformamid (g) Trimethylamin (g)
Druck des aufgegebenen Co- (bar)
Maximaler CO-Druck (bar)
CO-Druck am Ende der Reaktion (bar)
Reaktionstemperatur ( C) Reaktionszeit (Std.)
Monomethylformamid-Umsetzung (%)
Dimethylformamid-Ausbeute (g)
Dimethylformamid-Ausbeute (Vo), bezogen auf
Monomethylformamid
SiO2/ Co1(CO)„ CHJ
A12O;*)
2 1 1,1
Fe(CO)5 (a)
10.3 10,0
10.4 10,3 100
248 107
265
44,0
4,4 17,3
234 85
260
58,2
9,7 39,2
1,2
10,2 10,3 90
10,2 10,3 90
250 82
239
65,1
14,6 12,7
55,1 50,3
(b)
2,8 10,2 9,8 99
270 93
238
48,3
6,6 26,1
Fe2O. Fe
0,5 0,4
10,6 10,6 10,6 10,6 90
92
250 84
250
86,1
250 85
240 4 5 !,7
13,1 7,8 49,9 29,7
Selektivität von Monomethyl- 39,2 67,3 formamid zu Dimethylformamid
(%)
Fußnoten:
*) 13% AI2O;.
a) FcC2O4 2H2O.
b) (NH4IiFe(C2O4),-3H2O.
65,8 60,5
FeSO4
1,1 10,6 10,6 90
250 85
240
50,4
8,0 30,5
77,3 54,1 58,0 57,5 60,5
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung von Dimethylformamid aus Trimethylamin und Kohlenmonoxid in
Anwesenheit eines Katalysators, dadurch gekennzeichnet, daß man Trimethylamin mit
Monomethylformamid in einem Molverhältnis von 0,1 :1 bis 10:1 und einem großen Oberschuß an
Kohlenmonoxid unter einem Druck von mindestens 21 bar und bei einer Temperatur von 150 bis 3000C
umsetzt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn-
10 zeichnet, daß man das Verfahren unter einem Druck
von 31 bis 601 bar durchführt
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Verfahren bei einer
Temperatur von 160 bis 280° C durchführt
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man mit einem Molverhältnis von
Trimethylamin zu Monomethylformamid von 03 :1
bis 5 :1 arbeitet.
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