DE3145212C2 - Verfahren zur Herstellung von Monoalkyläthern des Hydrochinons und von substituierten Hydrochinonen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Monoalkyläthern des Hydrochinons und von substituierten HydrochinonenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Monoalkyläthern des Hydrochinons und von substituierten Hydrochinonen der allgemeinen Formel (Formel 1) worin R eine Alkylgruppe bedeutet und R ↓1 Wasserstoff oder eine Alkylgruppe bedeutet, bei dem eine Hydrochinonverbindung der allgemeinen Formel (Formel 2) mit einem Alkohol der Formel R-OH in Gegenwart von Übergangsmetallsalzen entweder in Gegenwart oder in Abwesenheit von Luft oder Sauerstoff umgesetzt wird.
Description
mit einem Alkohol der allgemeinen Formel R-OH in Gegenwart eines Katalysators, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Umsetzung bei Temperaturen zwischen 25 und 150° C in Gegenwart von Übergangsmetallsalzen
durchführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung in Anwesenheit
von Luft oder Sauerstoff durchführt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Übergangsmetallsalze Chloride
und Sulfate von zweiwertigem Kupfer und dreiwertigem Eisen einsetzt.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß man als Übergangsmetallsalze Chloride und Sulfate von Kupfer Im Valenz-Zustand 1 und 2
und von Elsen Im Valenz-Zustand 2 und 3 als solche
oder aufgetragen auf Ionenaustauscherharze einsetzt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Monoalkyläthem von Hydrochinon und substituierten
Hydrochlnonen der allgemeinen Formel
OR
Außer der Verwendung von relativ kostspieligen und häufig hoch toxischen Alkylierungsmiueln, wie
Dimethylsulfat, umfassen die Nachtelle dieser Methoden das Problem einer Beseitigung von Nebenprodukten, wie
Ka2SO4 und NaCl, und die Bildung von Mischungen der
entsprechenden Monoäther, die im allgemeinen die gewünschten Produkte darstellen, mit Diäthern.
Es ist auch bekannt, daß Hydrochinone durch Alkohole in Gegenwart starker Säuren in flüssiger Phase oder
durch saure Katalysatoren in der Gasphase veräthert werden können.
Diese Reaktionen ergeben Im allgemeinen ziemlich niedrige Ausbeuten und erfordern hohe Temperaturen,
die die Bildung von teerartigen Rückständen begünstigen und eine gute Selektivität in bezug auf die erwünschten
Produkte, die erhalten werden, verhindern.
Die Verätherung der Hydrochinone durch Methanol/Methylacetat-Mlschungen
in Gegenwart von Triäthylamln bei 200 bis 250° C wurde kürzlich beschrieben
(US-PS 39 11 022). Jedoch führt die Umsetzung zur Bildung von Mischungen aus Monoäthem und Diäthern.
Schließlich wurde die selektive Herstellung von Hydrochlnonmonoäthern durch Umsetzung von
Mischungen aus Hydrochlnonen und den entsprechenden Chinonen mit Methanol In Gegenwart von dehydratlsierenden
Säuren beschrieben (GB-PS 15 57 237).
Hydrochinon-monoalkyläther werden in großem Umfang in der chemischen Industrie verwendet. Beispielsweise
wird Hydrochlnon-monomethyläther (p-Methoxyphencl) bei der Herstellung von Antioxidantien,
pharmazeutischen Produkten, Weichmachern und Farbstoffen, als Stabilisator für chlorierte Kohlenwasserstoffe
und Äthylcellulose, als Inhibitor für Acrylmonomere verwendet.
Tert.-butyl-hydrochlnon-monomethyläther (3-tert.-Butyl-4-hydroxyanlsol
BHA) wird In großem Umfang als Antioxidans, Insbesondere auf dem Nahrunp.smlttelgeblet,
verwendet.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Monoalkyläthem des Hydrochinons und von substituierten
Hydrochinonen der allgemeinen Formel
OR
OH
worin R eine Alkylgruppe und R, ein Wasserstoffatom
oder eine Alkylgruppe bedeuten, durch Umsetzung einer Hydrochinonverbindung der allgemeinen Formel
OH
worin R Alkyl bedeutet und R, ein Wasserstoffatom oder
eine Alkylgruppe bedeuten.
Es Ist bekannt, Hydrochlnonäther unter Verwendung
von aliphatischen Alkylsulfaten oder -halogeniden In Gegenwart von Basen herzustellen.
mit einem Alkohol der allgemeinen Formel R-OH In
Gegenwart eines Katalysators, 1st dadurch gekennzeichnet, daß man die Umsetzung bei Temperaturen zwischen
25 und 150° C in Gegenwart von Übergangsmetallsalzen
durchführt.
Die Reaktion kann in Gegenwart oder in Abwesenheit von Sauerstoff oder Luft erfolgen. Wird in Abwesenheit
von Sauerstoff gearbeitet, werden zweiwertige Kupferoder dreiwertige Eisensalze verwendet.
Der Alkohol wird vorzugsweise sowohl als Alkylierungsmedlum
als auch als Lösungsmittel für das Reaktionssystem verwendet, jedoch kann die Reaktion auch
in Gegenwart eines geeigneten Lösungsmittels erfolgen. Die Konzentration des Hydrochinonsubstrats im Reak-Uonssystem
ist nicht kritisch und wird in der Praxis lediglich durch die Löslichkeit eingeschränkt, jedoch
muß ein molarer Überschuß an Alkohol vorhanden sein.
Wird die Umsetzung in Abwesenheit von Luft oder Sauerstoff durchgeführt, wird das anorganische Salz in
einem Gewichtsverhältnis eingesetzt, das vorzugsweise zwischen 1 : 50 und 1 : I Im Hinblick auf das Hydrochinonsubstrat
variiert.
Beispiele für anciganische Salze, die für die Reaktion
eingesetzt werden können, sind Chloride und Sulfate von zweiwertigem Kupfer und dreiwertigem Eisen. Die
Umsetzung wird bei einer Temperatur zwischen 25 und 150° C durchgeführt. Bei Beendigung kann das Produkt
durch Destillation unter vermindertem Druck oder durch Lösungsmittelextraktion abgetrennt werden. Die Umsetzung
besitzt wesentliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik insoweit, als sie selektiv den Monoäther des
Mydrochlnonsubstrais (eine Diätherbildung wird nicht
beobachtet) mit hohen Ausbeulen unter Anwendung von besonders milden Bedingungen und ohne die Notwendigkeit
kostspieliger oder toxischer Reagcntien ergibt und zusätzlich keine Bildung von Nebenprodukten, die
schwierig zu entfernen sind, verursacht.
Wird die Umsetzung in Gegenwart von Luft oder Sauerstoffdurchgeführt,
wird das anorganische Salz in einem Gewichtsverhältnis eingesetzt, das vorzugsweise zwischen
1 : 1000 und 1 : 2 In bezug auf das Hydrochlnonsubstrat variiert. Beispiele für anorganische Salze, die für
die Reaktion eingesetzt werden können, sind Chloride
und Sulfate des Kupfers In den Valenz-Zuständen 1 und 2 und des Eisens In den Valenz-Zuständen 2 und 3.
Diese Salze können entweder als solche verwendet werden oder auf geeignete Materlallen aufgebracht sein,
beispielsweise mit Hilfe des lonenaustausches auf sulfonierten
Styrolharzen. Dies erleichtert die Abtrennung des anorganischen Materials aus der Mischung am Ende der
Reaktion und seine Wiedergewinnung für die erneute Verwendung bei einer sich anschließenden Umsetzung.
Der Sauerstoff oder die Luft können zu dem Reaktionssystem zugeführt werden, indem man eine Schicht
bei Atmosphärendruck oder überatmosphärischem Druck bildet oder sie in die flüssige Phase einleitet. Die Reaktion
wird bei einer Temperatur zwischen 25 und 150° C durchgeführt. Bei Beendigung kann das Produkt entweder
durch Destillation unter vermindertem Druck oder durch Lösungsmittelextraktion abgetrennt werden.
Beispiele für die Reste R und R, In der angegebenen
Formel sind Alkylreste mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, und insbesondere
Nledrig-Alkylreste. Beispiele für Niedrig-Alkylreste sind Methyl, Äthyl, n-Propyl, Isopropyl, η-Butyl, tert-Butyl
und Pentyl.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
chlorid. Der Autoklav wird mit Stickstoff gespult und
4 Stunden bei 105° C gehallen. Bei Beendigung der Reaktion zeigt eine Analyse der Reaktionsmischung die Bildung
von 2,6 g Hydrochinop-monomethyläther (Umwandlung 55%, Selektivität 87"t) an.
Man wiederholt die unter Beispiel I beschriebene Umsetzung unter Verwendung von 1,0 g Kupfer(II)-chlorid,
wobei man den Autoklaven bei 105° C während 2,5 Stunden hält. Man erhält 4,1 g Hydrochinon-monomethyläther
(Umwandlung 85%, Selektivität 87%).
Man beschickt den Autoklaven mit 5,0 g Hydrochinon, 40 cm1 Methanol und 1,0 g wasserfreiem Eisen-trichlorid.
Der Autoklav wird mit Stickstoff gespült und 4 Stunden bei !050C gehalten.
Bei Beendigung der Reaktion werden 2,9 g Hydrochinon-monomeihyläther
erhalten (Umwandlung 55t, Selektivität 96%).
Man beschickt den Autoklaven mit 5,0 g Hydrochinon, 40cm! Methanol und 0.5 g Eisendll (-sulfat. Der Autoklav
wird mit Stickstoff gespült und 3 Stunden boi 105° C
gehalten.
Man erhält 1,3 g Hydrochinon-monomethyläther (Umwandlung 25%, Selektivität 97%).
Man erhält 1,3 g Hydrochinon-monomethyläther (Umwandlung 25%, Selektivität 97%).
Beispiel 4 A
(Vergleich)
(Vergleich)
Man beschickt den Autoklaven mit 5,0 g Hydrochinon und 40 cm1 Methanol. Man bringt mit O2 auf einen
Druck von 4,9 bar und beläßt 3 Stunden bei 125° C. Bei Beendigung der Reaktion zeigt die gaschromatographische
Analyse die Abwesenheit von llydrochinon-monomethyläther
an.
Man beschickt den Autoklaven mit 5,0 g ten.-Butylhydrochinon,
40 cm' Methanol und 1,0 g Kupfertll)-chlorid.
Der Autoklav wird mit Stickstoff gespült und 2,5 Stunden bei 105° C gehalten. Bei Beendigung der Reaktion
zeigt die Analyse der Mischung die Bildung von 4,4g tert.-Butyl-hydrochinon-monomethyläther (BIlA)
(Umwandlung 100%, Selektivität 82%) an. Die beiden BHA-lsomeren (3-tert.-Butyl-4-hydroxyanisol und 2-tert.-Butyl-4-hydroxyanisol)
werden in einem Gewichtsverhältnis von 99 : 1 gebildet.
Beispiel 5 A
(Vergleich)
(Vergleich)
Man beschickt den Autoklaven mit 4,0 g Hydrochinon. 1,0 g p-Chinon und 40 cm1 Methanol.
Nach 2 Stunden bei 125° C zeigt die gaschromatographlsche
Analyse der Reaktionsmischung die Bildung von 0,20 g (3%) Hydrochinon-monomethyläther an.
Man beschickt einen Autoklaven mit einer Innenkapa-
Man beschickt einen Teflon-ausgekleideten Autokla- zität von 100 cm1, der innen mit Teflon ausgekleidet ist.
ven mit einer Innenkapazität von 100 cm' mit 5,0 g Hydrochinon, 40cm' Methanol und 0,5g Kupfer(II)-
mit 5,0 g Hydrochinon. 0,20 g FeSO4 ■ IW2O und 40 cm'
Methanol.
Der Autoklav wird mit O3 auf einen Druck von 4,9 bar
gebracht und 3 Stunden bei 125° C erhitzt. Die gaschromatographische Analyse der Mischung zeigt bei Beendigung
der Reaktion die Bildung von 3,8 g Hydrochinonmonomethylätner an (Umwandlung 15%. Selektivität
71%).
Beispiel '.'
Man wiederhol! die in Beispiel i beschriebene Umsetzung
unter Verwendung von 0,04 g FeSO4 ■ 7H2O, wobei
man den Autoklaven mit O2 auf einen Druck von 2 bar bringt.
Es werden 2,4 g Hydrochinon-moncmethyläther nach 3 Stunden bei 125° C gebildet (Umwandlung 60%, Selektivität
71%).
Man beschickt den Autoklaven mit 5,0 g Hydrochinon, 0,04 g CuCI und 40cm! Methanol. Der Autoklav wird
mit O2 auf einen Druck von 4,9 ba- gebracht und
2 Stunden bei 125° C gehalten. Bei Beendigung der Reaktion zeigt die gaschromatographische Analyse der
Mischung die Bildung von 3,1 g Hydrochinon-monomethyläther an (Umwandlung 90%, Selektivität 61%).
Man beschickt den Autoklaven mit 5,0 g tert.-Butylhydrochlnon,
0,20 g FeSO4 ■ 7H2O und 40cm! Methanol.
Man bringt ihn mit O2 auf einen Druck von 4,9 bar und hält ihn 3 Stunden bei 125° C. Man erhält 2,6 g tert.-Butyl-hydrochlnon-monomethyläther
(BHA) (Urr.wandlung 80%, Selektivität 60%).
Die beiden BHA-Isomeren (3-tert.-Butyl-4-hydroxyanisol
und 2-tert.-Butyl-4-hydroxyanisol) werden in einem Gewichtsverhältnis von 98 : 2 gebildet.
Beispiel 10
Man beschickt einen 3-1-Autoklaven, der innen mit
einem keramischen Material ausgekleidet ist, mit 250 g Hydrochinon. 5,0 g FeSO4 · 7H2O und 2 I Methanol.
Der Autoklav wird auf 125° C erhitzt, und man leitet einen Luftstrom von 35 Normal-l/Stunde durch ein Einleitungsrohr
ein, während man den Gesamtdruck des Systems bei 19,6 bar hält und das Reaktionsgemisch
rührt. Nach 3 Stunden wird der Autoklav abgekühlt und der Inhalt entnommen. Mit Hilfe einer Destillation unter
vermindertem Druck erhält man 150 g (53%) Hydrochlnon-monometliyläther.
Stunden bei 85° C findet man 4,4 g Hydrochinon-monomethyläiher
in der Reaktionsmischung (Umwandlung 95%, Selektivität 82%).
Beispiel 13
Man beschickt den Autoklaven mit 5.0 g Hydrochinon, 0,5 g CuCl2 und 40 cm3 Methanol. Die Mischung wird
2 Stunden bei 105° C unter Stickstoff gehalten. Am Ende dieses Zeitraums zeigt die Analyse die Anwesenheit von
2,2 g Hydrochinon-monomethyläther an (Umwandlung 45%, Selektivität 88%).
wird der Autoklav auf 60° C auf einen Druck von 2 bar
Beispiel 11
Man beschickt den Autoklaven mit 5,0 g Hydrochinon,
0,25 g CuCI2 und 40 cm1 Methanol. Der Autoklav wird
mit O2 auf einen Druck von 2,9 bar gebracht und 1,5 Stunden bei 85° C gehalten.
Die gaschromatographische Analyse der Reaktionsmischung zeigt die Bildung von 3,9 g Hydrochinon-monomethyläiher
an (Umwandlung 95%, Selektivität 73%).
Beispiel 12
Man wiederholt die In Beispiel 8 beschriebene Umsetzung
mit dem mit Luft auf einen Druck von 2,9 bar gebrachten Autoklaven. Nach 5 Stunden bei 85° C bilden
sich 4,0 g Hydrochinon-monomethyläther (Umwandlung 80%, Selektivität 8Ή). Der Autoklav wird abgekühlt, das
Gas abgezogen und der Autoklav erneut mit Luft auf einen Druck von 2,9 bar gebracht. Nach weiteren 1,5
Zu diesem Zeitpunkt
abgekühlt und mit O2
gebracht.
abgekühlt und mit O2
gebracht.
Wenn der Druck auf 1 bar fällt (etwa 15 Minuten), wird das verbliebene Gas durch eine Stickstoffschicht
ersetzt und der Autoklav erneut 2 Stunden auf 105° C erhitzt. Am Ende dieses Zeltraums zeigt die Analyse die
Anwesenheit von 4,1 g Hydrochinon-monomethyläther an (Umwandlung 90%, Selektivität 81%).
Beispiel 14
Man beschickt einen mit einem Rückflußkühler, einem Rührer und einer Luftzufuhr-Vorrichtung versehenen
Kolben mit 5,0 g Hydrochinon, 40 cm3 Methanol und 0,25 g CuCl2.
Das System wird 8 Stunden unter Rückfluß gehalten, wobei man einen starken Luftstrom in die Flüssigkeit
einperlen laßt.
Bei Beendigung zeigt die Analyse die Bildung von 3,9 g Hydrochinon-monomethyläther an (Umwandlung
75%, Selektivität 90%).
Beispiel 15
Man stellt einen Katalysator her, indem man eine Methanol-Lösung von CuCI2 durch ein Bett eines sulfonierten
Styrolharzes (Amberlyst 15) perkolieren läßt, bis keine Acidltät mehr In der eluierten Flüssigkeit vorhanden
Ist.
Man beschickt den Autoklaven mit 2,25 g des In dieser
Weise einem Ionenaustausch unterzogenen und anschließend getrockneten Harzes gemeinsam mit 5,0 g Hydrochinon
und 40 cm3 Methanol. Man bringt Ihn mit O2 auf
einen Druck von 2,9 bar und beläßt Ihn 3 Stunden bei
105° C. Man erhält 3,7 g Hydrochinon-monomethyläther (Umwandlung 80%, Selektivität 82%).
Der Katalysator wird durch Filtration gewonnen, mit Methanol gewaschen und unter Vakuum getrocknet.
Man führt unter den gleichen Bedingungen einen weiteren Versuch durch, wobei man den zurückgewonnenen
Katalysator verwendet. Es werden 3,6 g Hydrochinonmonomethyläther erhalten. Bei einem dritten Katalysetor-Recycllslerungsversuch
unter den gleichen Bedingungen werden weitere 3,6 g Hydrochinon-monomethyläther erhalten.
Beispiel 16
Man stellt einen Katalysator her, indem man 10 g sulfoniertes
Styrolharz (Amberlyst 15) mit 50 cm3 einer 0,20-molaren Methanol-Lösung von CuCl2 behandelt.
Das Harz enthält nach dem Filtrieren und Trocknen 0,7 · 10"3 Äquivalente Kupfer je g Harz.
Man beschickt den Autoklaven mit 2,0 g des auf diese Weise hergestellten Katalysators zusammen mit 5,0 g
Hydrochinon und 40 cm' Methanol.
Der Autoklav wird mit O2 auf einen Druck von 4,9 bar
gebracht und 4 Stunden bei 105° C gehalten. Man erhält
3.4 g Hydrochinon-monomethylüther (Umwandlung 75"i,,
Selektivität 81 "S.).
Der Katalysator wird durch Filtrieren zurückgewonnen,
mit Methanol gewaschen und getrocknet und In einem mit dem vorstehenden identischen Versuch verwendet.
Man erhält 3,9 g Hydrochlnon-monomelhyläther (Umwandlung 85".,. Selektivität 81%).
Beispiel 16 A
Man beschickt den Autoklaven mit 2,0 g des wie in dem vorangegangenen Beispiel hergestellten Katalysators,
5,0 g Hydrochinon und 40 cm' Methanol. Der Autoklav wird 4 Stunden bei 105° C unter Stickstoff
gehalten. Man erhalt 0,25 g Hydrochlnon-monomeihylüther.
Beispiel 16 B
Man beschickt den Autoklaven mit 5,0 g Hydrochinon, 40 cm' Methanol und 1.0 g sulfonierten Styrolharz
(Amberlyst 15). Der Autoklav wird mit O2 auf einen
Druck von 5 kg/cm2 gebracht und 4 Stunden bei 105° C gehalten. Man erhalt 1,04 g Hydrochinon-monomethyläther
(181U
Beispiel 17
Der in dem vorangegangenen Beispiel beschriebene Versuch wird unter Zugabe von 0,200 g CuCI wiederholt.
Man erhält 4,7 g Hydrochinon-monomethyläther (Umwandlung 95%, Selektivität 88%).
Beispiel 18
Man stellt einen Katalysator her. Indem man 10 g sulfoniertes
Styrolharz (Amberlyst 15) mit 50 cm' einer 0,13-niolaren Lösung von wasserfreiem FeCU in Methanol
behandelt.
Nach Abfilirieren, Waschen mit Methanol und Trocknen
enthält das Harz 1.0 Millläqulvalente Eisen je g Harz. Man beschickt den Autoklaven mit 2,0 g des auf
diese Welse hergestellten Katalysators zusammen mit 5,0 g Hydrochinon und 40 cm' Methanol. Der Autoklav
wird mit O2 auf einen Druck von 5 kg/cm2 gebracht und
4,5 Stunden bei 105° C gehalten. Man erhält 4,1 g Hydrochlnon-monomelhyläther
(Umwandlung 80%, Selektivität 91%).
Beispiel 19
Der Katalysator aus dem vorangegangenen Beispiel wird durch Filtration, Waschen mit Methanol und
Trocknen unter Vakuum zurückgewonnen und erneut in den Autoklaven zusammen mit 5,0 g tert.-Butyl-hydrochinon
und 40 cm3 Methanol eingeführt. Der Autoklav wird mit O2 auf einen Druck von 5 kg/cm2 gebracht und
4 Stunden bei 105° C gehalten. Man erhält 3.4 g tert.-Butyl-hydrochinon-monomethyläther
(BHA) (Umwandlung 100%, Selektivität 63%).
Die beiden BHA-Isomeren (3-tert.-Butyl-4-hydroxyanisol
und 2-tert.-Butyl-4-hydroxyanlsol) werden in einem Gewichtsverhältnis von 96 : 4 gebildet.
Claims (1)
1. Verfahren zur Herstellung von Monoalkyläthem
des Hydrochinons und von substituierten llydrochinonen
der allgemeinen Forme!
OR
Worin R eine Alkylgruppe und Ri ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe bedeuten, durch Umsetzung
einer Hydrochinonverbindung der allgemeinen Formel
OH
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