DE3003100A1 - Verfahren zum entfaerben eines gesaettigten oder olefinischen hexacyclischen norbornadien-dimeren - Google Patents
Verfahren zum entfaerben eines gesaettigten oder olefinischen hexacyclischen norbornadien-dimerenInfo
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Description
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung eines olefinischen hexacyclischen endo-endo-Homodimeren des Norbornadiens
oder eines Isomerengemisches dieser Norbornadien-Dimeren. Das olefinische Dimere oder das Gemisch dieser Dimeren
und dessen Isomeren werden nachstehend auch als OHDNB bezeichnet.
Die Erfindung betrifft außerdem die Reinigung des gesättigten hexacyclischen endo-endo-Homodimeren des Norbornadiens
oder eines Gemisches dieser Dimeren und dessen Isomeren. Dieses gesättigte Dimere bzw. Dimerengemisch und dessen Isomeres
werden nachstehend auch mit SHDNB bezeichnet.
Die Erfindung bezieht sich speziell auf die Entfernung von Farbkörpern bzw. färbenden Verbindungen aus OHDNB oder SHDNB.
Farbkörper sind färbende Substanzen, die dem flüssigen OHDNB oder SHDNB Färbung verleihen. Diese Färbung ist häufig gelb
im Bereich zwischen einem schwachen Farbton bis zu tiefgelb.
Einige der Farbkörper können geringe Mengen der Organometallkatalysatoren sein, die zur Herstellung des Dimeren aus dem
Monomeren verwendet werden. OHDNB und SHDNB, die frei von Farbkörpern sind, haben das gleiche Aussehen wie reines Wasser.
Norbornadien (Bicyclo-[2.2.i] hepta-2f 5-dien kann durch Umsetzung
von Cyclopentadien und Acetylen bei erhöhter Temperatur hergestellt werden (US-PS 2 875 256).
Norbornadien hat folgende Struktur:
Die Verbindung kann unter Bildung eines olefinischen hexacyclischen
Homodimeren der nachstehenden Struktur dimerisiert werden:
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Die Dimerisation von Norbornadien zur Verbindung I ist in der Veröffentlichung "The Stereochemical Course of Metal Catalyzed
Cycloaddition Reactions of Norbornadien", T. J. Katz et al, Tetrahedron Letters, No. 27, S. 2601-2605, 1967, beschrieben.
Für die Dimerisierung wird ein Komplex eines Metalls der Gruppe VIII des Periodensystems der Elemente verwendet.
Zu Verbindungen, die gebildet werden können, indem die vorstehende
Verbindung I mit Jodwasserstoff in Kontakt gehalten wird, gehört eine Verbindung der nachstehenden Struktur II
II
Dies wird in der Veröffentlichung "Dimerization and Trimerization
of Norbornadiene by Soluble Rhodium Catalysts", Nancy Acton et al, Journal of the American Chemical Society, 94/15,
July 26, 1972, beschrieben. Die Verbindung II sowie auch Verbindung I werden außerdem in Chemical Abstracts, Band 70, 1969,
Seite 265, Nr. 87128q sowie in Journal of the American Society,
91/1, 1. Juni 1969, Seiten 206 bis 208 beschrieben.
Die Hydrierung der Verbindungen I oder II oder eines diese Verbindungen
enthaltenden Isomerengemisches führt zu einer Verbindung bzw. einem Gemisch mit hoher Dichte und hoher Verbrennungswärme,
die es für Verwendung als Geschoß- bzw. Raketen-Treibstoff für Strahlantriebe oder Raketenantriebe geeignet
macht. Die hydrierte Verbindung besteht aus folgenden Strukturen:
030032/0753 BAU) OBl1GlNAL
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Strahlantriebe umfassen Strahltriebwerke, die für Geschosse bzv/P
Raketen, Flugzeuge und andere Vorrichtungen angewendet, v/erden können und zu denen die drei grundlegenden Typen gehören, d.h.
Staustrahltriebwerke, Turbostrahitriebwerke und Pulsdüsentriebwerke.
Die Bezeichnung "Rakete" bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung, die ihren eigenen Sauerstoff oder ihr eigenes Oxydationsmittel
enthält. In einem Artikel in "Aviation Week and Space Technology1,1 26. Januar 1976, Seiten 111 bis 113, sind
einige Kohlenwasserstoff-Treibstoffe hoher Dichte angegeben,
die als Raketentreibstoffe "bzw. Gescho.ßtreibstoffe in Betracht
ko rasen.
Die in OHDNB vorliegenden Farbkörper können jedoch die Aktivität eines Hydrierungskatalysators vermindern, der zur Umwandlung von
OHDMB zu SHDMB verwendet wird. Außerdem können sich die Färb- ·
körper in dem SHDrJB auf den Turbinenschaufeln der Vorrichtung abscheiden und Schwierigkeiten im Hinblick auf den Betrieb und
die Wartung der Vorrichtung verursachen. Es ist daher vorteilhaft,
die Farbkörper aus den vorstehend angegebenen Materialien zu entfernen. Wie nachstehend erläutert werden soll, hat es sich
überraschenderweise als äußerst schwierig erwiesen, diese Farbkörper zu entfernen.
Die Verwendung verschiedener Tone als Entfärbungsmittel zur Behandlung
von Kohlenwasserstoffen ist bekannt, beispielsweise aus Encyclopedia of Chemical Technology, Kirk-Othmer, 2. Auflage,
Band 5, Ton (Überblick). In der vorstehenden Literaturstelle werden Tone im Hinblick auf ihre geographische Herkunft, chemische
Zusammensetzung und ihre Anwendung klassifiziert.
Serpentinmineral-Tone v/erden als analoge Mineralien wie Kaolin
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klassifiziert, wobei in dem zuletzt genannten Mineral das Aluminium
durch Magnesium ersetzt ist. Somit kann ein Serpentinmineral-Ton als Mineral betrachtet werden, das aus Mg5Si2O-(OH)
besteht, oder als eine Variante dieses Minerals, wobei Jedoch wie bei allen Tonen andere Mineralien vorhanden sein können.
Synthetische Tone, wie ein Ton, bestehend aus Magnesium, Silicium,
Sauerstoff und Wasserstoff, können ebenfalls hergestellt werden. Die Verwendung von Magnesiumsilicat als Entfärbungsmittel
wird in den folgenden Zitaten in Chemical Abstracts beschrieben: 1943, 2410 c; Vol. 55, 23951 a; Vol. 44, 4607 i;
und Vol. 86, 1977, S. 372, 86; 22242 h.
Ein Bentonitton ist ein Ton, der reich an Montmorillonit ist,
welches sowohl Magnesium, als auch Aluminium sowie bestimmte Kationen, wie Natrium, sowie andere Elemente enthält. Bentonit
unterscheidet sich zwar von Montmorillonit-Ton im Hinblick auf
die geographische Herkunft, zur Entfärbung kann jedoch jeder der beiden Tone eingesetzt werden.
Die Verwendung eines Bentonits oder eines Montmorillonits zur
Entfärbung wird in den folgenden Zitaten in Chemical Abstracts beschrieben: Vol. 81, 1974, S. 365, iO3421q; Vol. 79, 1973,
S. 97, 68067 p; Vol. 73, 1970, S. 86, 5221 q; Vol. 63, I968,
S. 5137, 52872 j; Vol. 71, 1969, S. 254, 64473 e, und Vol. 70,
1969, 3. 72, 69460 n.
Ein Bentonit-Ton, der mit einer Säure, wie Chlorwasserstoffsäure,
Schwefelsäure, Phosphorsäure u. dgl. gewaschen wurde, wird als saurer Bentonit-Ton bezeichnet.
Farbkörper, die während der Umwandlung von Norbornadien in hexacyclische Dimere gebildet werden, bleiben hartnäckig in
Verbindung mit den Dimeren.
Es hat sich nun gezeigt, daß diese Farbkörper leicht aus OHDNB entfernt werden können, indem das Dimere mit einem Serpentinmineral-Ton
in Kontakt gehalten wird. Ebenso hat sich gezeigt, daß die Farbkörper aus SHDNB dadurch entfernt werden können,
daß dieses gesättigte Dimere mit einem Serpentinmineral-Ton, einem Montmorillonitmineral-Ton oder einem Attapulgit-Ton in
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Kontakt gehalten wird. Zur Reinigung von SHDKB können Gemische
der vorstehenden Tone eingesetzt werden.
Einer der geeigneten Tone ist ein Serpentinmineral-Ton, für den Magnesiumsilicat ein Beispiel ist. Die zuletzt genannte Verbindung
ist im Handel unter der Bezeichnung "Florisil" (Warenzeichen)
erhältlich, welches ein hochselektives Adsorptionsmittel aus außerordentlich weißem körnigem oder pulverförmigem Magnesiumoxid-Silicagel
darstellt. Der Ton kann vor seiner Anwendung leicht erhitzt werden, um adsorbiertes Wasser auszutreiben. Ein
synthetischer Ton kann ebenfalls verwendet werden.
Ein weiterer geeigneter Ton ist saurer Bentonit-Ton. Bentonit ist ein kolloidaler Ton, der Montmorillonit enthält. Ferner
kann ein Montmorillonit-Ton selbst verwendet werden. Die Bezeichnung
"sauer" bedeutet, daß dieser Ton mit einer Säure behandelt wurde oder in einer sauren Umgebung hergestellt wurde.
Ein saurer Bentonit-Ton ist unter dem Warenzeichen "Superfiltrol"
im Handel erhältlich.
Ein weiterer geeigneter Ton ist Attapulgit- Es können auch Gemische
aus mehreren der vorstehend erwähnten Tone angewendet werden. Die eingesetzten Tone können synthetische oder natürliche
Tone sein.
Die Menge des für die Kontaktbehandlung der Dinieren verwendeten Tons kann beträchtlich schwanken. Die Menge des Tons sollte ausreichend
sein, um die Farbkörper zu entfernen, wobei eine überschüssige Menge wegen des unnötigen Aufwands vermieden werden
sollte. Die optimale Menge hängt von zahlreichen Variablen ab, wie der Menge der vorhandenen Farbkörper, der Dauer der Kontaktbehandlung
und der Art der Kontaktbehandlung und der Menge des zu behandelnden Norbornadien-Dimeren. Im allgemeinen liegt das
Gewichtsverhältnis von Ton zu dem Dimeren für die Kontaktbehandlung
im Bereich zwischen etwa 0,05 und etwa 1.
Die zur Kontaktbehandlung des Dimeren mit dem Ton erforderliche Zeit kann ebenfalls wesentlich variieren. Der Kontakt sollte so
lange fortgesetzt werden, bis das Dimere den gewünschten Grad
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dar Entfärbung erreicht hat. Häufig wird die Entfärbung im wesentlichen vollständig durchgeführt. Der gewünschte Entfärbungsgrad
ist der erforderliche Entfärbungsgrad, um die Vergiftung des Katalysators und/oder die Ausbildung von Ablagerungen
auf den Turbinenschaufeln von Vorrichtungen zu vermeiden. Die erforderliche Zeit wird durch zahlreiche Variablen beeinflußt.
Zu diesen gehören die relativen Mengen der vorliegenden Farbkörper und der gewünschte zu entfernende Anteil.
Der Grad der Entfärbung, der durch diese Behandlung erreicht wird, kann durch zahlreiche bekannte colorimetrische Methoden
gemessen werden, zu denen die Methode nach Saybolt gehört. Für die Verbindung OHDNB beträgt die untere Grenze für eine geeignete
Saybolt-Färbung etwa +20 +2. Bei diesem Wert könnte die Flüssigkeit als Material beschrieben werden, welches eine Verfärbung
oder ein leicht gefärbtes Aussehen zeigt. Für SHDNB wird ein höherer Wert der Saybolt-Färbung bevorzugt, d.h. ein
Wert von etwa +25, wobei +30 stärker bevorzugt wird. Bei einer Saybolt-Färbung von etwa +30 kann die Flüssigkeit als Flüssigkeit
mit wasserhellem Aussehen beschrieben werden. Nach dem Eintreten der gewünschten Entfärbung wird die behandelte Flüssigkeit
mit Hilfe bekannter Methoden, wie durch Filtration, von dem Ton abgetrennt.
■Όν
Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele und Vergleichsbeispiele
erläutert. Außerdem wird nachstehend ein Verfahren zur Herstellung der Isomeren und deren Gemische beschrieben.
Die Isomerisierung eines olefinischen endo-endo-Dimeren der
Struktur I wurde in folgender Weise durchgeführt: 131f6 g saures Aluminiumoxid als Katalysator und 3270 g des
gelbgefärbten Dimeren wurden in einem geeigneten Kolben bei 25°G miteinander vermischt und dann 20 Minuten lang unter Rühren
unter Argon von Luft befreit. Nach dem Verdrängen der Luft- wurde
das Gemisch allmählich während etwa 2 Stunden bis auf eine
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Temperatur von etwa 1700C erhitzt. Während dieses Zeitraums
wurde eine gewisse Menge an Feuchtigkeit entfernt. Intermittierendes Erhitzen wurde während etwa 37,6 Stunden durchgeführt
und während dieser Zeit erreichte die Temperatur einen Maximalwert von etwa 207°C. Während der Isomerisierung nahm das Aluminiumoxid
eine Orangefärbung an, während die Flüssigkeit hellgelb wurde. Die Umwandlung, bestimmt durch Dampfphasenchromatographie,
betrug etwa 75 Gewichtsprozent und die Selektivität der Bildung von Verbindung II betrug etwa 74 %.
Es wurde versucht, die gelbe Färbung des vorstehend beschriebenen flüssigen Isomerengemisches (OHDNB) zu entfernen, welche
die Vergiftung des Hydrierungskatalysators oder die Schädigung von Turbinenschaufeln verursachen kann. Eine Probe des gebildeten
OHDNB wurde mit 7,5 Gewichtsprozent saurem Bentonit ("Superfiltrol-Ton")
in Berührung gebracht, der vorher zwei Stunden lang bei 1OO°C getrocknet (aktiviert) worden war. Als der trokkene
Ton langsam dem Dimeren unter Rühren zugesetzt wurde, trat jedoch eine heftige exotherme Reaktion ein. Dabei bildeten sich
an dem Ton dunkle Farbkörper, ohne daß die gelbe Färbung des Isomerengemisches entfernt werden konnte.
Ein weiterer Versuch zur Entfernung der Gelbfärbung des OHDNB wurde durchgeführt, indem eine Probe der Flüssigkeit über Nacht
mit einem Gemisch aus nicht aktiviertem Attapulgit und "SuperfiltrolM-Ton
im Verhältnis 90:10 gerührt wurde. Dabei wurde keine exotherme Reaktion beobachtet; es wurde Jedoch auch keine
sichtliche Verminderung der Gelbfärbung festgestellt, nachdem der Ton von der Flüssigkeit abfiltriert worden war.
Eine weitere Probe von OHDNB wurde dann durch 14,8 Gew.96 basisches
Aluminiumoxid (Aluminiumoxid, Al9O-Z), welches eine Stunde
ο
lang bei 100 C getrocknet worden war, perkoliert. Dabei wurde wiederum keine Verminderung der Färbung festgestellt. Eine weitere Probe wurde durch 38,6 Gew.% Silicagel (eine Stunde bei 147°C getrocknet) perkoliert, wodurch keine sichtbare Verbesserung erreicht wurde.
lang bei 100 C getrocknet worden war, perkoliert. Dabei wurde wiederum keine Verminderung der Färbung festgestellt. Eine weitere Probe wurde durch 38,6 Gew.% Silicagel (eine Stunde bei 147°C getrocknet) perkoliert, wodurch keine sichtbare Verbesserung erreicht wurde.
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Eine weitere Probe von OHDNB wurde schließlich durch 21,8
Magnesiumsllicat (handelsübliches Produkt "Plorisil")einer
Korngröße von 0,074 bis 0,149 ram (Maschengröße 100 bis 200)
in einer Säule mit einem Durchmesser von 4,4 cm perkoliert.
Das Silicat war vorher durch dreißigminütiges Erhitzen auf 145°C getrocknet worden. Das OlefInfiltrat zeigte eine merkliche
Verminderung der Färbung.
Die Analyse, die an dieser Probe aus gereinigtem olefinischen Dimeren durchgeführt wurde, zeigte folgende Ergebnisse:
Fe <0,1 ppm; Al <0,1 ppm (durch Atomabsorption); Cl 38,1 ppm
(durch Dohroman-Colometrie); Phosphor 0,3 ppm (Naßtestmethode) und Saybolt-Färbung + 19·
Einige der vorstehend angegebenen Isomerengemische (OHDNB) wurden unter Verwendung von 10 Gev.% pulverförmiger!!.Katalysator
aus 5" %- Rhodium auf Aluminiumoxid bei einer Maximaltemperatur
ο /2
von 125 C und einem Wasserstoffdruck von 7,0 kg/cm über Ataosphärendruck
unter Schütteln während etwa 77 Minuten vollständig
und rasch hydriert. Nach der Filtration zur Entfernung des Hydrierungskatalysators war das endgültig erhaltene Hydrierungsprodukt (SHDNB) eine klare, sehr blaßgelbe Flüssigkeit mit
einem Gießpunkt von etwa -25°C.
Eine Probe von SHDNB wurde in folgender Weise entfärbt: 3000 g SHDNB wurden unter Rühren mit 300 g eines Gemisches aus
etwa 10 % saurem Bentonit und etwa 90 % Attapulgit in einem
4-1-Erlenmeyer-Kolben während etwa 19 Stunden in Kontakt gehalten.
Das erhaltene Gemisch wurde filtriert, wobei ein Filtrat mit einer Saybolt-Färbung von +30 erhalten wurde.
030032/0753
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Claims (10)
- E
SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBE!—HOPF EBBtNGHAUS FINCKMARIAHII-FPlATZ 2 4 3, MDNCHEN SO POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O, D-8OOO MÖNCHEN 85professional representatives also before the european patent office- karl ludwig schiff (1θ64 -1s78)o1pl. chem. dr. alexander v. fünerdipl. jng. peter strehloiplcheh. dr. ursula schübel-hopfdipl. ins. dieter ebbinshausdr. (nq. djeter fincktelefon (obo) 48 so£4 telex s-ssbcs auro dauromarcpat mönchenSUNTECH7 INC. DEA -13 35629. Januar 1980Verfahren zum Entfärben eines gesättigten oder olefinischen hexacyclischen Norbornadien-DimerenPATENTANSPRÜCHEΛ/ Verfahren zum Entfärben eines olefinischen hexacyclischen Norbornadien-Dimeren, dadurch gekennzeichnet , daß man ein Isomeres der nachstehenden Struktur I oder II oder ein Gemisch dieser IsomerenIImit einem natürlichen oder synthetischen Serpentinton bis zum Eintritt der Entfärbung in Kontakt hält. - 2. Verfahren zum Entfärben eines gesättigten hexacyclischen030032/0753Norbornadien-Dimeren, dadurch gekennzeichnet , daß man ein Isomeres der nachstehenden Struktur III oder IV oder ein Gemisch dieser Isomerenin Xa 1\ / ivmit einem natürlichen oder synthetischen Ton aus der Gruppe Serpentinton, Montmorillonitton, saurem Bentonit, Attapulgit oder einem Gemisch solcher Tone bis zum Eintritt der Entfärbung in Kontakt hält.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen von adsorbiertem Wasser freien Serpentinton verwendet.
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß man ein Gewichtsverhältnis des Tons bzw. des Tongemisches zu dem Dimeren im Bereich von etwa 0,05 bis etwa 1 einhält.
- 5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß man die Kontaktbehandlung durchführt, bis das Dimere im wesentlichen entfärbt ist.
- 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß man nach der Entfärbung das Dimere wieder von dem Ton abtrennt.030032/0753
BAD ORIGINAL - 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß man als Serpentinton Magnesiumsilicat verwendet.
- 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß man die Kontaktbehandlung durchführt, bis das olefinische hexacyclische Dimere wenigstens eine SayboIt-Färbung von etwa +20 + 2 hat.
- 9- Verfahren nach einem der Ansprüche 2, h, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , daß man als Ton ein Gemisch aus saurem Bentonit und Attapulgit verwendet.
- 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7 oder 9» dadurch gekennzeichnet , daß man die Kontaktbehandlung des gesättigten hexacyclischen Dimeren so lange durchführt, bis das Dimere eine Saybolt-Färbung von wenigstens etwa +25 hat.003270753
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OI | Miscellaneous see part 1 | ||
8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: STREHL, P., DIPL.-ING. DIPL.-WIRTSCH.-ING. SCHUEBE |
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8141 | Disposal/no request for examination |