DE3042633C2 - Verfahren zur Herstellung von Acetaldehyddimethylacetal - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von AcetaldehyddimethylacetalInfo
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Description
30
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Acetaldehyddimethylacetal durch Umsetzung von
Methanol mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff bei erhöhten Temperaturen und Drücken in Gegenwart eines
Katalysators, der neben Kobalt ein oder mehrere der Metalle Molybdän, Wolfram, Chrom, Vanadium, Titan
und Eisen enthält gemäß dem vorstehenden Patentanspruch.
Die Hauptanmeldung P 29 13 677.4 beschreibt ein Verfahren
zur Herstellung von Acetaldehyddi.nethylacetal durch Kobalt-katalysierle Umsetzung von Methanol mit
Kohlenmonoxid und Wasserstoff in Gegenwart von Halogen und/oder Halogenid als Promotor bei erhöhten
Temperaturen und Drücken, dadurch gekennzeichnet, daß man neben Kobalt Nickel In Form seiner Verblndungen
oder als feinverteiltes Metall als Cokatalysator in einer solchen Menge einsetzt, daß, bezogen auf das
eingesetzte Methanol bis zu 1 Gew.-% Kobalt und 0,1 bis
5 Gew.-% Nickel vorliegen, unter Verwendung der als Lifeanden üblicherweise verwendeten Verbindungen des
3wertigen Phosphors in einem molaren Verhältnis von Nickel zu Ligand wie 5 : 1 bis 1 : 3, wobei man bei Temperaturen
von 180 bis 230" C, Drücken von 200 bis 500 bar und mit einem Verhältnis von CO zu H; zwischen
2 : 1 und 1 : 2,2 arbeitet.
Damit wurde erstmals ein Zwel-Metall-Katalysatorsystem
für die Gewinnung von Acetaldehyddimethylacetal beschrieben, das gegenüber dem Einsatz von Kobalt
allein Vorteile aufweist. Zwar wurde bereits früher vorgeschlagen, bei der Homologlslerung von Methanol neben
Kobalt noch Ruthenium einzusetzen, doch geschah dies, um neben der Homologisierungsreaktlon die Hydrierungsreakllon
zu begünstigen i'.id so die Bildung von
Ethanol zu fördern und die von Nebenprodukten, z. B. Acetaldehyd, Ether, Estern usw. zu unterdrücken
(US 41 33 966).
Es wurde nun gefunden, daß man ebenfalls sehr gute Ergebnisse erzielt mit einem Verfahren zur Herstellung
von Acetaldehyddimethylacetal durch Kobalt-katalysierte
Umsetzung von Methanol mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff in Gegenwart von Halogen und/oder
Halogenid als Promotor bei erhöhten Temperaturen und Drücken, dadurch gekennzeichnet, daß man neben
Kobalt Nickel In Form seiner Verbindungen oder als feinverteiltes Metall als Cokatalysator in einer solchen
Menge einsetzt, daß, bezogen auf das eingesetzte Methanol bis zu 1 Gew.-% Kobalt und 0,1 bis 5 Gew.-% Nickel
vorliegen, unter Verwendung der als Liguiden üblicherweise
verwendeten Verbindungen des 3wertigen Phosphors in einem molaren Verhältnis von Nickel zu Ligand
wie 5 : 1 bis 1 : 3, wobei man bei Temperaturen von 180 bis 230° C, Drücken von 200 bis 500 bar und mit einem
Verhältnis von CO zu H2 zwischen 2 : 1 und 1 : 2,2 arbeitet.
Es hat sich also gezeigt, daß nicht nur Nickel ab Cokatalysator neben Kobalt die Umsetzung von Methanol
zu Acetaldehyddimethylacetal begünstigt, sondern das das neue Prinzip der Zwei-Metall-Ketalysatoren In überraschend
breitem Umfang zur Anwendung kommen kann.
Es ist vorteilhaft. In flüssiger Phase mit gelöstem Katalysator
zu arbeiten. Der Katalysator kann jedoch auch in unlöslicher Form, z. B. als feinverteiltes Metall oder auf
einem Trägermaterial eingesetzt werden. Auch in der Gasphase läßt sich die Umsetzung durchführen.
Lösungsmittel sind für die erfindungsgemäße Umsetzung nicht erforderlich, können jedoch eingesetzt werden,
z. B. Kohlenwasserstoffe wie Heptan, Cyclohexan, Toluol oder auch sauerstoffhaltlge Lösungsmittel.
Der Katalysator Kobalt und die genannten Cokatalysatoren
werden vorteilhaft in Form von Metallcarbonylen oder in Form geeigneter Salze eingesetzt, z. B. als Bromide,
Jodide, Acetate, Formlate oder Propionate sowie anderer Verbindungen, die mit Kohlenmonoxid bzw.
Kohlenmonoxid und Wasserstoff Carbonyl- bzw. Hydrocarbonylkomplexe bilden.
Kobalt wird, bezogen auf das eingesetzte Methanol, mit bis zu 1 Gew.-% eingesetzt, bevorzugt mit 0,01 bis
0,5 Gew.-%, während der Cokatalysator mit bis zu
5 Gew.-% bevorzugt mit 0,01 bis 3 Gew.-%, bezogen
auf Methanol, eingesetzt wird.
Als Liganden werden Insbesondere Verbindungen des 3wertlgen Phosphors der Formel
RD
3 1M
verwendet, wobei Ri, R2 und R5 z. B. Alkyl, Aryl- oder
Aralkylgruppen sein können. Aber auch zahlreiche andere Gruppen, wie bicycllsche Verbindungen, In denen
P als Heteroatom eingebaut Ist, Phenoxy- oder Alkoxygruppen, sind für die Umsetzung geeignet. Als vorteilhaft
hat sich z. B. der Einsatz von Trlphenylphosphin erwiesen. Auch ein Einsatz der entsprechenden Verbindungen
von 3wertlgem Arsen oder Antimon Ist bei allen Cokatalysator-Systemen möglich. Dabei traten überraschenderweise
die bei Einsatz von nur Kobalt enthaltenden Katalysatoren beobachteten Nachtelle einer verstärkten
Aldolkondensatlon (EPA 00 10 373) bei den Bimetall-Katalysatoren nicht auf.
Als Promotoren für die Reaktion können Halogenide, Insbesondere Jod- oder Bromwasserstoff, aber auch
Metallbromide und -jodlde, ferner Methyljodld oder -bro-
mid, Phosphoniumjodide, jedoch auch elementares Jod oder Brom sowie Gemische dieser Stoffe verwendet
werden.
Das molare Verhältnis von Jod und/oder Brom, bezogen auf den Cokatalysator, liegt im allgemeinen bei 0,1
bis 5. Die Reaktion erfolgt In einem Temperaturbereich von 180 bis 230° C und einem Druckbereich von etwa
200 bis 500 bar, jedoch kann auch die Anwendung noch höherer Drücke vorteilhaft sein. Bevorzugte Reaktionsbedingungen sind 190 bis 210° C und 230 bis 320 bar.
Man arbeitet mit Verhältnissen von Kohlenmonoxid : Wasserstoff zwischen 2 : 1 und 1 : 3, wobei das
bevorzugte Verhältnis 1 : 1 ist. Die Ausbeute an Acetaldehyddimethylacetal wird nicht beeinträchtigt, wenn sich
im Einsatzgas Inertanteile, wie CO2, N2 oder CH«, befinden.
Es kann daher die übliche Synthesegasqualität eingesetzt werden.
Beim Arbeiten gemäß der Erfindung lassen sich die in den bekannten Verfahren erforderlichen Verweilzeiten
von über 30 Stunden im allgemeinen auf weniger als zwei Stunden senken. Die bevorzugten Verweilzeiten liegen je
nach diskontinuierlicher oder kontinuierlicher Fahrweise zwischen 5 Minuten bis 2 Stunden.
Das Reaktionsprodukt enthält nur geringe Mengen an Nebenprodukten und kann In üblicher Weise destillativ
aufgearbeitet werden.
Ein Rührautoklav wurde mit 39,8 g (1,24 Mol) Methanol, 160 mg Co (acetat)2 ■ 4 H2O, 429 mg 57%lger wäf ·
ger Jodwasserstofflösung, 674 mg Trlphenylphosphh . ^
450 mg Wolframhexacarbonyl beschickt. Es wurde ein Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff (Volumenverhältnis
1 : 1) In einer solchen Menge aufgepreßt, daß nach Erreichen von 200° C der Druck bei 300 bar lag.
Während 1 Stunde Reaktionszeit wurde Synthesegas zur Aufrechterhaltung dieses Druckes nachgepreßt. Nach
Abkühlen und Aufarbeitung wurde gefunden, daß sich 56,0 Gew.-% des eingesetzten Methanols umgesetzt hatten.
Für die organischen Produkte wurden Selektivitäten von 85,5% zu Acetaldehyddlmethylacetal, 6,6% zu Acetaldehyd,
0,7% zu Acetaldehydmethylethylacetai, 1,0% zu Ethanol, 4,9% zu Methylacetat und 1,3% zu Produkten
mit C > 2 erzielt. Bei der Wiederholung des Versuches unter Zusatz von 612 mg Triphenylarsln anstelle des
Triphenylphosphins wurde mit einer Reaktionszelt von
45 Minuten ein Umsatz von 56,4 Gew.-% bei einer Selektivität von 84,1% zu Acetaldehyddimethylacetal erreicht.
Die Umsetzung wurde analog Beispiel 1 durchgeführt, jedoch wurden anstelle des Wolfram carbonyls 338 mg
Molybdänhexacarbonyl zugegeben.
Der Umsatz lag bei 69,1 Gew.-% des eingesetzten Methanols. Die Selektivitäten betrugen 66,6% zu Acetaldehyddimethylacetal,
15,1% zu Acetaldehyd, 5,0% zu Acetaldehydmethylethylacetai, 4,0% zu Ethanol, 5,3% zu
Methylacetat und 4,0% zu Produkten mit C > 2. Eine Wiederholung des Versuches unter Zusatz von 495 mg
Tributylphosphin ergab einen Methanolumsatz von 64,2 Gew.-% bei einer Selektivität zu Acetaldehyddimethylacetal
von 68,4%.
Die Umsetzung wurde analog Beispiel 1 durchgeführt, jedoch wurden als Zweitmetall 450 mg Chrom-(acetylacetonaOj
sowie 336 mg Triphenylphosphin zugesetzt. Der Methanolumsatz lag bei 68,2 Gew.-% bei einer Selektivität
von 69,9% zu Acetafdehyddfmethylacetal. Bei Wiederholung des Versuches mit 225 mg Chrom-(aceiylacetonat))
lagen die entsprechenden Ergebnisse bei 68,6 bzw. 66,8%.
Die Umsetzung wurde analog Beispiel 1 durchgeführt,
jedoch mit eir?ni FJns;:t? von 336 mg Triphenylphosphin
und ι·.!' ;-i6 bzw. 223 mg Vandlum-Ucetylacetonath.
TO ..: tier Methanolumsat7 bei 66,7 bzw. 69,1 Gew.-'t,
jclektlvitäien von 56,9 bzw. 64,2% zu Acetaldehyd-
dimelhylacetal.
Die Umsetzung wurde analog Beispiel 1 durchgeführt,
jedoch mit einem Einsatz von 336 mg Triphenylphosphin und 168 mg Titan-(acetylacetonat)2. Dabei wurde ein
Methanolumsatz von 63,4 Gew.-% bei einer Selektivität von 63,8% zu Acetaldehyddlmethylacetal erhalten. Bei
Wiederholung des Versuches mit 168 mg Triphenylphosphin lagen die entsprechenden Ergebnisse bei 65,1
bzw. 62,1%.
Die Umsetzung wurde analog Beispiel 1 durchgeführt,
jedoch mit einem Einsatz von 336 mg Triphenylphosphin und 150 mg Fe (CH1COO)2. Dabei lag der Methanolumsatz
bei 53 Gew.-% bei einer Selektivität 51,2% Acetaldehyddimethylactal.
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung von Acetaldehyddimethylacetal durch Kobalt-katalyslerte Umsetzung von Methanol mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff in Gegenwart von Halogen und/oder Halogenid als Promotor bei Temperaturen von 180 bis 230° C und Drücken von 200 bis 500 bar unter Verwendung von Nickel als Cokatalysator und unter Verwendung der als Liganden üblicherweise verwendeten Verbindungen des 3wertigen Phosphors (nach Patentanmeldung P 29 13677.4), dadurch gekennzeichnet, daß man anstelle von oder gemeinsam mit Verbindungen des 3wertigen Phosphors Verbindungen des 3wertigen Arsens und/oder Antimons verwendet oder anstelle von Nickel als Cokatalysator ein oder mehrere der Metalle Molybdän, Wolfram, Chrom, Vanadium, Titan und Eisen gemeinsam mit Verbindungen des 3wenigen Phosphors, Arsens und/oder Antimons als Liganden einsetzt, wobei man mit einem Verhältnis von Kohlenmonoxid zu Wasserstoff zwischen 2 : 1 und 1 : 3, mit bis zu 1 Gew.-% Kobalt und bis zu 5 Gew.-% der genannten Metalle, bezogen auf eingesetztes Methanol und mit einem molaren Verhältnis von Ligand zu eingesetztem Cokatalysator von 5:1 bis 1 : 5 arbeitet.
Priority Applications (7)
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