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Verfahren zur Herstellung von 2,6-Xylidin
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 2,6-Xylidin
durch Aminierung von 2,6-Dimethylphenol in der Dampfphase mit Ammoniak in Gegenwart
eines Aluminiumoxidkatalysators.
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Es ist bekannt, Phenole in der Dampfphase mit Ammoniak unter Druck
an Aluminiumoxid-haltigen Katalysatoren zu den entsprechenden Anilinen umzusetzen
(US-PS 1 935 209, US-PS 2 013 873, US-PS 3 272 865, DE-AS 2 026 053, DE-OS 2 003
842). Obwohl in den genannten Druckschriften eine -Vielzahl von Phenolen als geeignete
Ausgangsverbindungen für die Umsetzung aufgezählt werden, werden in den dort angegebenen
Beispielen nur einige wenige Phenole, insbesondere Phenol selbst, m- und p-Kresol
und 3,5-Xylenol eingesetzt (US-PS 3 272 865, US-PS 1 935 209, US-PS 2 013 873).
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Der DE-OS 2 516 316 zufolge treten bei Aminierungsreaktionen mit substituierten
Phenolen Schwierigkeiten au.
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So wird beispielsweise erwähnt, daß bei Einsatz von
m-Kresol
bis zu 10 % Nebenprodukte entstehen. Zur Vermeidung dieser Nachteile wird in der
DE-OS 2 516 316 der Zusatz von Toluol empfohlen. In den aus dem Stand der Technik
bekannten Aminierungsreaktionen sind 2,6-substituierte Phenole überhaupt noch nicht
eingesetzt worden. Die Herstellung von 2,6-Xylidin erfolgte bisher durch Umsetzung
von Aluminium-tris-(2,6-dimethylphenolat) mit Ammoniak bei einer Temperatur von
etwa 200 bis 500"C (DE-AS 1 933 636).
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Nach einem anderen Verfahren (DE-AS 2 208 827) setzt man 2,6-Dimethylphenol
mit Ammoniak bei 200 bis 4000C in Gegenwart eines Wasserstoffübertragungskatalysators
sowie in Gegenwart von Wasser und katalytischen Mengen eines Cyclohexanons zu 2,6-Xylidin
um.
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Aufgrund der sterischen Hinderung durch die 2,6-Substituenten und
der aus DE-OS 2 516 316 bekannten Lehre, daß o-Substituenten die Aminierungsreaktion
behindern und zur Bildung von Nebenprodukten Anlaß geben, ist verständlich, daß
die an sich bekannte Aminierungsreaktion für die-Herstellung von 2,6-Xylidin nicht
angewandt wurde und man auf die aufwendigen. Verfahren nach der DE-AS 1 933 636
und DE-AS 2 208 827 zur Herstellung von 2,6-Xylidin ausgewichen ist.
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Setzt man 2,6-Dimethyl-phenol unter den bekannten Aminierungsbedingungen
um, so stellt man auch tatsächlich einen vergleichsweise geringen Umsatz fest, und
man beobachtet in erheblichem Ausmaß die Bildung von Nebenprodukten, insbesondere
eine Isomerisierung
und Disproportionierung unter Bildung von Anilin,
o-, m- und p-Toluidin, isomeren Xylidinen und Trimethylanilinen. So liefert die
Umsetzung von 2,6-Xylenol mit Ammoniak in der Gasphase unter den in der DE-AS 2
026 053 beschriebenen Aminierungsbedingungen nach 50 Stunden bei 95 % Umsatz ein
Produktgemisch mit einem 2,6-Xylidin-Gehalt von nur etwa 50 %.
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Abgesehen von dem durch die schlechte Selektivität bewirkten Au sbeuteverlu
st bereiten besonders die beträchtlichen Anteile von isomeren 2,4- und 2,5-Xylidinen
bei der Aufarbeitung große Schwierigkeiten, da sich vor allem das 2,4-Dimethyl-anilin
nicht oder nur mit sehr großem Destillationsaufwand abtrennen läßt.
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Auch die Erhöhung des Druckes auf die in der DE-AS 2 026 053 angegebene
obere Grenze von 70 bar bringt beim Einsatz eines in der DE-AS 2 026 053 verwendeten
Katalysators weder eine Verbesserung des Umsatzes noch der Selektivität mit sich.
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Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von 2,6-Xylidin durch Aminierung
von 2,6-Dimethylphenol in der Dampfphase mit Ammoniak in Gegenwart eines Aluminiumoxid-Katalysators
gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Aminierung bei Temperaturen
von 3 60 OC bis 4 6 0 OC bei einem Mindest-Molverhältnis von Ammoniak zu 2,6-Dimethylphenol
durchführt, das der allgemeinen Formel
worin X das Mindest-Molverhältnis von Ammoniak zu 2,6-Dimethylphenol
wiedergibt, y für den Mindest-Druck steht und M und B Konstanten mit M = -39,2826
und B = 262,809 sind, entspricht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird bei einem Molverhältnis von Ammoniak
zu 2,6-Dimethylphenol von mindestens etwa 3:1 und einem Mindest-Druck von etwa 70
bar durchgeführt. Nach oben bestehen sowohl beim Ammoniak/ 2,6-Dimethylphenol-Molverhältnis
als auch beim Druck lediglich technische und wirtschaftliche Grenzen. Bei erhöhtem
Druck muß allerdings beachtet werden, daß das Ammoniak/2, 6-Dimethylphenol-Gemisch
im Reaktor noch dampfförmig und nicht schon flüssig vorliegt. Im allgemeinen wird
das erfindungsgemäße Verfahren bei einem Molverhältnis von Ammoniak zu 2,6-Dimethylphenol
von 3:1 bis 140:1, bevorzugt von 5:1 bis 75:1, und bei Drücken von 70 bis 250, bevorzugt
von 90 bis 220, bar durchgeführt.
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Es empfiehlt sich dabei in technischen Anlagen, die Aminierung bei
hohen Drucken durchzuführen, damit nur kleine Ammoniak-Mengen durchgesetzt werden
müssen und auf diese Weise eine aufwendige Ammoniak-Wiederaufbereitung vermieden
werden kann.
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Gemäß der oben angegebenen Formel erhält man z.B.
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für ein gewähltes Ammoniak/2,6-Dimethylphenol-Mol-
verhältnis
von 15:1, 30:1, 70:1 oder 75:1 einen korrespondierenden Mindestdruck von 156, 129,
96 bzw. 93 bar, der bei den vorgegebenen Ammoniakmengen erforderlich ist, um den
Gehalt an isomeren Xylidinen bei vollständigem 2,6-Dimethylphenol-Umsatz unter 1
% zu halten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird üblicherweise bei Temperaturen
von 360 bis 4600C, bevorzugt bei 380 bis 4400C, besonders bevorzugt bei 400 bis
4300C, durchgeführt.
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Als Katalysatoren haben sich Aluminiumoxidkatalysatoren bewährt, die
mindestens 95 Gew.-% Aluminiumoxid, weniger als 0,5 % Natriumowid und weniger als
0,5 % Eisenoxid enthalten. Bevorzugt wird ein hochreiner Aluminiumoxid-Katalysator
eingesetzt, der höchstens 0,2 Gew.-% Alkalimetall (angegeben als Alkalimetalloxid)
und höchstens 0,3 Gew.-* Eisenmetall (angegeben als Eisenoxid) enthält. Insbesondere
wird ein hochreiner Aluminiumoxidkatalysator der BASF mit der Typenbezeichnung D
10-10 (Firmenschrift der BASF: BASF-Katalysatoren, K 0020 d, e, f 2.74, Seite 27)
oder die Aluminiumkatalysatoren der Rhone Progil mit den Typenbezeichnungen SAS
350, SCS 250 und SCS 100 (Firmenschrift der Rhone Progil: Alumina Catalyst Carries
SPHERALITE. 09.73.10) bevorzugt.
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Die einzusetzenden Aluminiumoxidkatalysatoren können in Form von Preßlingen
oder Kugeln verwendet werden, bevorzugt werden Preßlinge mit einem Durchmesser von
etwa
1,5 mm bis etwa 10 mm eingesetzt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise wie folgt durchgeführt
werden: Das 2,6-Dimethylphenol wird mit einem Überschuß an Ammoniak durch das mit
dem Aluminiumoxidkatalysator gefüllte Reaktionsrohr unter Druck bei höheren Temperaturen
geleitet. Nach dem Reaktionsrohr wird das Reaktionsgemisch entspannt und kondensiert.
Das Rondensat wird in an sich bekannter Weise fraktioniert destilliert. Zur Rückführung
des nicht umgesetzten Ammoniakanteils kann der Ammoniak bei ca. 50 bar von dem Produktgemisch
abdestilliert und im Kreis gefahren werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
setzt man bei der Umsetzung Wasser hinzu. Im allgemeinen ist es zweckmäßig bis zu
15 Gew.-% Wasser, bezogen auf die Menge des'eingesetzten Ammoniaks und des 2,6-Dimethylphenols,
hinzuzusetzen.
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Bevorzugt gibt man 5 bis 10 Gew.-% Wasser hinzu.
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Durch diese bevorzugte Arbeitsweise kann die Selektivität der Reaktion
noch verbessert werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl diskontinuierlich als auch
kontinuierlich durchgeführt werden.
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Überraschenderweise ist es mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens
möglich, 2,6-Xylidin praktisch frei
von den störenden isomeren
2,4- und 2,5-Xylidinen herzustellen, so daß die Isolierung des 2,6-Xylidins in über
99 %iger Reinheit ohne Schwierigkeiten gewährleistet ist.
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2,6-Xylidin ist ein Zwischenprodukt zur Herstellung von Herbiziden
(vgl. DE-OS 2 648 008, DE-OS 2 305 495, US-PS 3952 056 und 4 019 894). Die Herbizide
können beispielsweise durch Acylierung und. Veretherung des 2,6-Xylidins hergestellt
werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sei anhand der nachfolgenden Beispiele
erläutert.
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A) Aluminiumoxid-Katalysator 1. γ -Al2O3-Preßling mit einem
Durchmesser von 10 bis 15 mm Oberfläche: 230 m2/g Zusammensetzung des trockenen
Katalysators: A1203 99 % Na2 0 0,2 % Fe2O3 0,3 % 2. g -Al2O3-Kugeln mit einem Durchmesser
von 2 bis 5 mm Oberfläche: 350 m /g Zusammensetzung des Katalysators: A1203 99 %
Na2O 0,7 % Fe2O3 0,025 % SiO2 0,02 % 3. γ -Al2O3-Kugeln mit einem Durchmesser
von 4 bis 6 mm Oberfläche: 275 m²/g Zusammensetzung des Katalysators:
A1203
99 % Na2O 0,08 % Fe2O3 0,025 % SiO2 0,02 % 4. γ-Al2O3-Kugeln mit einem Durchmesser
von 2 bis 4 mm Oberfläche:- 80 bis 100 m2 /g Zusammensetzung des Katalysators: A1203
99 % Na2O 0,08 % Fe2O3 0,025 % SiO2 0,02 % 5. γ -Al2O3-Kugeln mit einem Durchmesser
von 2 bis 3 mm Oberfläche: 390 m²/g Zusammensetzung des trockenen Katalysators:
Al2°3 96,5 % Na2O 1,5 % Fe2O3 0,1 % SiO2 1,8 %
B) Herstellung von
2,6-Xylidin Beispiel 1 Ein Reaktorrohr wird mit 880 ml t-Al203-PreBlingen der Zusammensetzung
von A 1 beschickt und auf 400"C aufgeheizt. Durch Stahlkapillaren, die ebenfalls
bei 4000C gehalten werden, pumpt man 2,6-Dimethyl-phenol mit einer Geschwindigkeit
von 37,5 g (= 0,31 Mol) Xylenol in der Stunde und Ammoniak mit einer Geschwindigkeit
von 313,4 g (= 18,4 Mol) NH3 in der Stunde in den heißen Reaktor, wobei mit Hilfe
eines Druckhalteventils im Reaktor ein Druck von 190 bar eingestellt wird.
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Das durch das Ventil austretende Gasgemisch wird kondensiert und in
einem Vorlagegefäß gesammelt; um Ammoniak im Kreis zu fahren, destilliert man das
überschüssige NH3 bei abgesenktem Druck (ca. 50 bar) vom Produktgemisch ab, kondensiert
und führt das verflüssigte Ammoniak in die Reaktion zurück.
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Man erhält in der Stunde 34,1 g 2,6-Xylidin.
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Nach 50 h enthält das vom Reaktionswasser abgetrennte Produktgemisch:
90,8 % 2,6-Dimethyl-anilin, 0,1 % 2,4-Dimethyl-anilin, 0,2 % 2,5-Dimethyl-anilin,
0,2 % 2,6-Dimethyl-phenol und 8,2 % Anilin sowie einfach oder mehrfach methylsubstituierte
Aniline.
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Beispiel 2 Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wird mit der Änderung wiederholt,
daß durch 880 ml Katalysator der Zusammensetzung von Al 20,1 g 2,6-Dimethyl-phenol
(0,16 Mol) in der Stunde und 125,9 g Ammoniak (7,4 Mol) in der Stunde gepumpt werden.
Bei einer Temperatur von 4000C wird im Reaktor ein Druck von 190 bar gehalten.
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Man erhält in der Stunde 18,8 g 2,6-Xylidin.
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Das nach 50 Stunden entnommene Produktgemisch setzt sich aus 93,6
% 2,6-Dimethyl-anilin, 0,1 % 2,4-Dimethyl-anilin, 0,1 % 2,5-Dimethyl-anilin, 0,2
% 2,6-Dimethyl-phenol und 5,5 % Anilin sowie einfach oder mehrfach methylsubstituierten
Anilinen zusammen.
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Beispiel 3 Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wird mit der Änderung wiederholt,
daß durch 880 ml Katalysator der Zusammensetzung von Al 17,5 g 2,6-Dimethyl-phenol
(0,14 Mol)
in der Stunde und 146,4 g Ammoniak (8,6 Mol) in der
Stunde gepumpt werden. Bei einer Temperatur von 4000C wird im Reaktor ein Druck
von 160 bar gehalten.
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Man erhält in der Stunde 15,8 g 2,6-Dimethyl-anilin.
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Das nach 50 Stunden entnommene Produktgemisch setzt sich aus 90,0
% 2,6-Dimethyl-anilin 0,2 % 2,4-Dimethyl-anilin 0,2 % 2,5-Dimethyl-anilin 0,2 %
2,6-Dimethyl-phenol und 8,9 % Anilin sowie einfach oder mehrfach methylsubstituierten
Anilinen zusammen.
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Beispiel 4 Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wird mit der Änderung wiederholt,
daß durch 880 ml Katalysator der Zusammensetzung von A1 24,4 g 2,6-Dimethyl-phenol
(0,2 Mol) in der Stunde und 305,7 g NH3 (18,0 Mol) in der Stunde gepumpt werden.
Bei einer Temperatur von 4000C wird im Reaktor ein Druck von 130 bar gehalten.
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Man erhält in der Stunde 21,7 g 2,6-Xylidin.
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Das nach 50 Stunden entnommene Produktgemisch setzt sich aus 89,1
% 2,6-Dimethyl-anilin, 0,3 % 2,4-Dimethyl-anilin, 0,3 % 2,5-Dimethyl-anilin, 0,3
% 2,6-Dimethyl-phenol und 9,3 % Anilin sowie einfach oder mehrfach methylsubstituierten
Anilinen zusammen.
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Beispiel 5 Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wird mit der Änderung wiederholt,
daß durch 880 ml Katalysator der Zusammensetzung von A2 29,8 g (0,24 Mol) 2,6-Dimethyl-phenol
in der Stunde und 249,2 g (14y7 Mol) NH3 in der Stunde gepumpt werden. Bei einer
Temperatur von 4000C wird im Reaktor ein Druck von 190 bar gehalten.
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Man erhält in einer Stunde 21,5 g 2,6-Xylidin.
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Das nach 50 Stunden entnommene Produktgemisch setzt sich aus 72,0
% 2,6-Dimethyl-anilin, 0,7 % 2,4-Dimethyl-anilin, 0,2 % 2,5-Dimethyl-anilin, 11,6
% 2,6-Dimethyl-phenol und 13,2 % Anilin sowie einfach oder mehrfach methylsubstituierten
Anilinen zusammen.
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Beispiel 6 Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wird mit der Änderung wiederholt,
daß durch 880 ml Katalysator der Zusammensetzung von A3 19,0 g (0,16 Mol) 2,6-Dimethyl-phenol
in der Stunde und 159,3 g (9,4 Mol) NH3 in der Stunde gepumpt werden. Bei einer
Temperatur von 4000C wird im Reaktor ein Druck von 190 bar gehalten.
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Man erhält in einer Stunde 14,8 g 2,6-Xylidin.
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Das nach 50 Stunden entnommene Produktgemisch setzt sich aus 77,8
% 2,6-Dimethyl-anilin, 0,5 % 2,4-Dimethyl-anilin, 0,1 % 2,5-Dimethyl-anilin, 9,0
% 2,6-Dimethyl-phenol und 11,2 % Anilin sowie einfach oder mehrfach methylsubstituierten
Anilinen zusammen.
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Beispiel 7 Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wird mit der Änderung wiederholt,
daß durch 880 ml Katalysator der Zusammensetzung von A4 10,1 g (0,08 Mol) 2,6-Dimethyl-phenol
in der Stunde und 84,8 g (5,0 Mol) NH3 in der Stunde gepumpt werden. Bei einer Temperatur
von 4000C wird im Reaktor ein Druck von 190 bar gehalten.
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Man erhält in einer Stunde 8,6 g 2,6-Xylidin.
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Das nach 50 Stunden entnommene Produktgemisch setzt sich aus 84,5
% 2,6-Dimethyl-anilin, 0,5 % 2,4-Dimethyl-anilin, 0,2 % 2,5-Dimethyl-anilin, 0,7
% 2,6-Dimethyl-phenol und 13,5 % Anilin sowie einfach oder mehrfach methylsubstituierten
Anilinen zusammen.
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Beispiel 8 Ein Reaktorrohr wird mit 1 200 ml V-Al203-Preßlingen der
Zusammensetzung von Al beschickt und auf 4000C aufgeheizt.
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Man pumpt eine Lösung von 732 g (6 Mol) 2,6-Dimethylphenol in 6 120
g (360 Mol) Ammoniak und 686 g (38,1 Mol) Wasser aus einem Vorlagegefäß über ein
Steigrohr durch eine auf 400"C beheizte Kapillare mit einer Geschwindig-
keit
von 377 g (22,2 Mol) NH3 bzw. 45,1 g (0,37 Mol) Xylenol in der Stunde in den heißen
Reaktor, wobei mit Hilfe eines Druckhalteventils im Reaktor ein Druck von 190 bar
eingestellt wird.
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Das durch das Ventil austretende Gasgemisch wird kondensiert und in
einem Vorlagegefäß gesammelt; zur Rtckgewinnung des überschüssigen Ammoniaks destilliert
man das nicht umgesetzte NH3 bei abgesenktem Druck (ca. 50 bar) vom Produktgemisch
ab.
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Man erhält in der Stunde 41,7 g 2,6-Xylidin. Das nach 50 Stunden entnommene
Produktgemisch setzt sich aus 92,3 % 2,6-Dimethyl-anilin, 0,1 % 2,4-Dimethyl-anilin,
0,1 % 2,5-Dimethyl-anilin, 1,8 % 2,6-Dimethyl-phenol und 5,6 % Anilin sowie einfach
oder mehrfach methylsubstituierten Anilinen zusammen.
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C) Vergleichsbeispiele nach DE-AS 2 026 053 Beispiel 9 Die Arbeitsweise
von Beispiel 1 wird mit der Änderung wiederholt, daß durch 880 ml Katalysator der
Zusammensetzung von Al 10,6 g (0,09 Mol) 2,6-Dimethyl-phenol in der Stunde und 29,5
g (1,7 Mol) NH3 in der Stunde gempumpt werden. (NH3/Xylenol = 20:1).
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Bei einer Temperatur von 3800C wird im Reaktor ein Druck von 17 bar
gehalten.
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Man erhält in einer Stunde 5,3 g 2,6-Xylidin.
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Das nach 50 Stunden entnommene Produktgemisch setzt sich aus 49,7
% 2,6-Dimethyl-anilin, 6,0 % 2,4-Dimethyl-anilin, 3,4 % 2,5-Dimethyl-anilin, 4,2
% 2,6-Dimethyl-phenol und 32,7 % Anilin sowie einfach oder mehrfach methylsubstituierten
Anilinen zusammen.
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Beispiel 10 Die Arbeitsweise von Beispiel 1 wird mit der Änderung
wiederholt, daß durch 880 ml Katalysator der Zusammensetzung von A5 7,8 g (0,06
Mol) 2,6-Dimethyl-phenol in der Stunde und 21,8 g (1,3 Mol) NH3 in der Stunde
gepumpt
werden (NH3/Xylenol = 20:1).
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Bei einer Temperatur von 380"C wird in dem Reaktor ein Druck von 70
bar gehalten.
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Man erhält in einer Stunde 3i1 g 2,6-Xylidin.
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Das nach 50 Stunden entnommene Produktgemisch setzt sich aus 39,4
% 2,6-Dimethyl-anilin, 11,1 % 2,4-Dimethyl-anilin, 0,5 % 2,5-Dimethyl-anilin, 3,2
% 2,6-Dimethyl-phenol und 42,7 % Anilin sowie einfach oder mehrfach methylsubstituierten
Anilinen zusammen.