DE3248326A1 - Verfahren zur herstellung von polyaminen aus 2-cyanethylaminen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von polyaminen aus 2-cyanethylaminen

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DE3248326A1
DE3248326A1 DE19823248326 DE3248326A DE3248326A1 DE 3248326 A1 DE3248326 A1 DE 3248326A1 DE 19823248326 DE19823248326 DE 19823248326 DE 3248326 A DE3248326 A DE 3248326A DE 3248326 A1 DE3248326 A1 DE 3248326A1
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Otto Dr. 6700 Ludwigshafen Hertel
Wolfgang Dr. 6901 Dossenheim Körnig
Rolf Dr. 6700 Ludwigshafen Lebkücher
Rudi Dr. 6712 Bobenheim-Roxheim Schanz
Emil Dr. 6700 Ludwigshafen Scharf
Harro Dr. 6701 Fußgönheim Wache
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BASF SE
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C209/00Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton
    • C07C209/44Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton by reduction of carboxylic acids or esters thereof in presence of ammonia or amines, or by reduction of nitriles, carboxylic acid amides, imines or imino-ethers
    • C07C209/48Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton by reduction of carboxylic acids or esters thereof in presence of ammonia or amines, or by reduction of nitriles, carboxylic acid amides, imines or imino-ethers by reduction of nitriles

Description

  • Verfahren zur Herstellung von Polyaminen aus
  • 2-Cyanethylaminen Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von Polyaminen durch Hydrierung von 2-Cyanethylaminen unter Zusatz eines Diamins.
  • 2-Cyanethylamine werden durch Umsetzung von Acrylnitril mit Ammoniak bzw. Aminen bei einer Temperatur von 40 bis 700C und einem Druck von 10 bis 40 bar erhalten. Diese Umsetzung, die mit oder ohne Katalysatoren durchgeführt werden kann, ist als "Cyanethylierungsreaktion" allgemein bekannt (DE-PS 25 25 735; DE-OSen 29 24 133, 29 24 134; DE-AS 22 23 236; Beilstein Handbuch d. Organ. Chemie 4/III, S. 1260).
  • Abhängig von der eingesetzten Aminokomponente und von den Reaktionsbedingungen werden dabei Mono-, Bis- oder Tris(2-cyanethyl)amine des Typs (I) bis (III), bzw. deren Gemische erhalten. Die anschließende Hydrierung liefert die entsprechenden Polyamine des Typs (IV) bis (VI) (vgl.
  • dazu Schema 1).
  • Schema 1 Die Hydrierung der Cyanethylierungsaddukte wird üblicherweise bevorzugt mit Kobaltkatalysatoren in Gegenwart von Ammoniak bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck vorgenommen (DE-PSen 964 864, 1 072 972, 2 555 735). Auch andere Katalysatoren auf Basis Eisen oder Nickel sind für die Hydrierung geeignet.
  • Während die Hydrierung der Mono(2-cyanethyl)amine des-Typs (I) relativ einfach durchführbar ist, können die Bis-und Tris(2-cyanethyl)amine (II) und (III) nur noch außerordentlich schwer und unter großen Ausbeuteverlusten hydriert werden.
  • Die Ursache dieser Schwierigkeiten ist in der großen Labilität der Bis- bzw. Trisaddukte zu suchen. Unter Hydrierbedingungen wird nämlich ein Teil des Bis- bzw.
  • Trisadduktes gespalten, wobei Acrylnitril entsteht, das dann sofort polymerisiert. Die Bildung der Polymerisationsprodukte, die in geringerem Maße auch bei den Monoaddukten zu beobachten ist, verursacht Desaktivierungs- und Zerstörungsprozesse am Katalysator. Bei einigen Umsetzungen (z.B. Acrylnitril mit Ammoniak) wird häufig keine vollständige Anlagerung erzielt, so daß auch auf diesem Wege polymerisierbares Acrylnitril zum Katalysator gelangen kann.
  • Dadurch verringern sich die Standzeiten der Katalysatoren bei der Hydrierung von Bis- und Trisaddukten im Vergleich zu den reinen Monoaddukten erheblich.
  • Auch die Raum-Zeit-Ausbeuten, die bei der Hydrierung der Monoaddukte z.B. 3 kg Diamin/l.d betragen, fallen bei den Bis- und Trisaddukten auf ca. 30 % dieses Wertes ab.
  • Hingegen müssen die Katalysatoreinsatzzahlen, die bei den Monoaddukten beispielsweise bei 0,3 bis 0,5 kg Katalysator/100'kg'Diamin liegen, bei den Bis- und Trisaddukten auf Werte von 1,5 bis 3 kg Katalysator/100 kg Polyamin angehoben werden.
  • Es bestand daher die Aufgabe, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem verhindert wird, daß das während der Hydrierung vorhandene Acrylnitril durch Polymerisation den Ratalysator desaktiviert und zerstört.
  • Es wurde nun gefunden, daß man Polyamine durch Hydrierung ßon Mono-, Bis- oder Tris(2-cyanethyl)aminen oder deren Gemischen, erhalten in üblicher Weise durch Umsetzung von Acrylnitril mit Ammoniak oder einem primären oder sekundären Alkyl- bzw. Cycloalkylamin mit jeweils bis zu 13 Rohlenstoffatomen imAlkyl- bzw. Cycloalkylrest, an einem Kobaltkatalysator bei einer Temperatur von 60 bis 1400C und einem Druck von 60 bis 200 bar, vorteilhaft herstellen kann, wenn man die Hydrierung unter Zusatz von 5 bis 400 Gew.-%, bezogen auf die Mono-, Bis- oder Tris(2-cyanethyl)amine bzw. deren Gemische, eines Diamins durchführt.
  • Dabei setzt man das Diamin vor der Hydrierung den einzelnen (2-Cyanethyl)aminen bzw. deren Gemischen zu. (Üblicherweise enthalten die Gemische zum überwiegenden Teil Bis (2-cyanethyl ) amine.) Der Anteil des Diamins soll dabei 5 bis 400 Gew.-%, vorzugsweise 30 bis 120 Gew.-%, bezogen auf die (2-Cyanethyl)amine bzw. deren Gemische, betragen.
  • Die Hydrierung findet an einem an sich bekannten Kobaltkatalysator bei einer Temperatur von 60 bis 1400cm vorzugs- weise 70 bis 950C, und einem Druck von 60 bis 200 bar, vorzugsweise 150 bis 200 bar statt.
  • Dabei fängt das zugesetzte Diamin freies bzw. freiwerdendes Acrylnitril durch Adduktbildung ab. Es ist weiterhin in'der Lage, am Hydrierkatalysator das äußerst labile Trisaddukt in ein Bisaddukt zu spalten. In beiden Fällen wird das Diamin in ein relativ leicht hydrierbares "Acrylnitril-Diamin-Monoaddukt" überführt. Dies zeigt sich beispielsweise daran, daß im Fall der Acrylnitril-Ammoniak-Addukte nach deren Hydrierung wesentlich weniger Tris(3-aminopropyl)amin gefunden wird, als es der ursprünglichen Menge an Tris(2-cyanethyl)amin nach zu erwarten ist.
  • Als Diamine können Alkylendiamine, beispielsweise 1,2-Diamonoethan, 1,3-Diaminopropan, 1,4-Diaminobutan verwendet werden.
  • Aus der voranstehenden Beschreibung ergibt sich aber, daß man als Diamin vorzugsweise das hydrierte Monoaddukt aus -Acrylnitril und Ammoniak bzw. dem jeweiligen Amin einsetzt, weil in diesem Fall das durch Hydrierung des "Acrylnitril-Diamin-Monoaddukts" erhaltene Polyamin identisch ist, mit dem hydrierten Bisaddukt, wodurch mögliche Schwierigkeiten bei der Aufarbeitung (üblicherweise Destillation des Reaktionsaustrags) vermieden werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt, aber auch die diskontinuierliche Arbeitsweise ist möglich. In allen Fällen ist vorteilhaft, die Umsetzung in Gegenwart von Ammoniak vorzunehmen.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, die Raum-Zeit-Ausbeuten auf Werte von 3 bis 4 kg Polyamin/l.d zu erhöhen. Dies entspricht einer Verdrei- bis Vervierfachung der üblichen Werte.
  • Auch die Katalysatoreinsatzzahlen können durch das neue Verfahren erheblich verbessert werden. Es werden Werte <0,8 kg Ratalysator/100 kg Polyamin erreicht.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß durch den Diaminzusatz der Anteil an nicht verwertbarem Rückstand nach der Destillation des-Rohaustrags von vorher 6 bis 9 Gew.-% auf0,7 bis 2 Gew.-% vermindert werden konnte. Dies entspricht einer Erhöhung der Hydrierausbeute von ca, 5 %.
  • Die durch Hydrierung der Mono- und Bisaddukte erhaltenen linearen Polyamine sind wertvolle Zwischenprodukte zur Synthese von z.B. Pharmazeutika, Polyamiden oder Hilfsmitteln, wie Klebstoffe etc.. (Im allgemeinen wird die Anlagerung des Acrylnitrils an Ammoniak bzw. an die jeweiligen Amine so gesteuert, daß neben dem Bisaddukt z.B. 5 bis 30 Gew.-% Monoaddukt entstehen.) Die nachfolgenden Beispiele sollen das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutern.
  • Beispiel 1 1000 kg Ammoniak, 240 kg Acrylnitril und 15 kg Wasser wurden pro Stunde kontinuierlich bei einer Temperatur von 450C und einem Druck von 26 bar miteinander umgesetzt. Das resultierende Reaktionsgemisch enthielt 52,5 kg 3-Aminopropionitril, 220 kg Bis(2-cyanethyl)amin, 11 kg Tris(2-cyanethyl)amin und 0,5 kg Acrylnitril.
  • Es wurde kontinuierlich mit 300 kg Ammoniak/Stunde und 160 kg 1,3-Diaminopropan/Stunde versetzt und bei einer Maximaltemperatur von 980C und einem Druck von 200 bar in Gegenwart von überschüssigem Wasserstoff an einem Kobaltkatalysator hydriert. Nach Abdestillieren des Ammoniaks erhielt man einen farblosen Reaktionsaustrag der folgende Zusammensetzung aufwies: 1,3-Diaminopropan: 215 kg (160 kg zugesetztes und 55 kg entstandenes Diamin) Bis(3-aminopropyl)amin: 240 kg Rückstand und Tris(3-aminopropyl)amin: 6 kg Bezogen auf die Wertprodukte 1,3-Diaminopropan und Bis(3-aminopropyl)amin betrug die Ausbeute 97,5 %. Man erzielte dabei eine Katalysatoreinsatzzahl von 0,5 kg Katalysator/100 kg Wertprodukt.
  • Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel) Die in Beispiel 1 genannte Mischung wurde unter analogen Bedingungen hydriert, aber ohne Zusatz von 1,3-Diaminopropan. Nach Abtrennen des Ammoniaks erhielt man einen gelben, dunklen Reaktionsaustrag, der folgende Zusammensetzung aufwies: 1,3-Diaminopropan: 50 kg Bis(3-aminopropyl)amin: 228 kg Rückstand und Tris(3-aminopropyl)amin: 23 kg Die Ausbeute an den Wertprodukten 1,3-Diaminopropan und Bis(3-aminopropyl)amin betrug 92 %. In diesem Fall wurde lediglich eine Katalysatoreinsatzzahl von 2,2 kg Katalysator/100 kg Wertprodukt erreicht.
  • Beispiel 3 118 kg Propylamin wurden mit 180 kg Acrylnitril bei einer Temperatur von 550C umgesetzt und anschließend kontinuierlich mit 100 kg Ammoniak/Stunde und 170 kg N-Propyl-1,3--diaminopropan/Stunde versetzt und kontinuierlich bei einer Temperatur von 960C und einem Druck von 200 bar mit überschüssigem Wasserstoff an einem Kobaltkatalysator hydriert. Nach Abdestillieren des Ammoniaks erhielt man einen leicht gelblichen Reaktionsaustrag mit folgender Zusammensetzung: Propylamin: 3 kg N-Propyl-1,3-di- 237 kg (170 kg zugesetztes und aminopropan: 67 kg entstandenes Diamin) N-Propyl-N'- 236 kg -(3-aminopropyl)-1,3-diaminopropan: Rückstand: 5,5 kg Bezogen auf Acrylnitril betrug die Ausbeute der Wertprodukte N-Propyl-1,3-diaminopropan und N-Propyl-N'-(3-aminopropyl)-1,3-diaminopropan 97,5 %.
  • Beispiel 4 (Vergleichsbeispiel) Die in Beispiel 3 erhaltenen Addukte wurden unter analogen Bedingungen, aber ohne Zusatz von N-Propyl-1,3-diaminopropan hydriert. Nach Abtrennen des Ammoniaks erhielt man einen braunen Reaktionsaustrag mit folgender Zusammensetzung: Propylamin: 4 kg N-Propyl-1,3-diamino- 65 kg propan: N-Propyl-N'- 226 kg -(3-aminopropyl)-1,3-diaminopropan: Rückstand: 13,5 kg Bezogen auf Acrylnitril betrug die Ausbeute der Wertprodukte N-Propyl-1,3-diaminopropan und N-Propyl-N'-(3-aminopropyl)-1,3-diaminopropan 93 %.

Claims (3)

  1. Patentansprüche verfahren zur Herstellung von Polyaminen durch Hydrierung von Mono-, Bis- oder Tris<2-cyanethyl)aminen oder deren Gemischen, erhalten in üblicher Weise durch Umsetzung von Acrylnitril mit Ammoniak oder einem primären oder sekundären Alkyl- bzw. Cycloalkylamin mit jeweils bis zu 13 Kohlenstoffatomen im Alkyl- bzw. Cycloalkylrest, an einem Kobaltkatalysator bei einer Temperatur von 60 bis 1400C und einem Druck von 60 bis 200 bar, dadurch gekennzeichnet, daß man die Hydrierung unter Zusatz von 5 bis 400 Gew.-%, bezogen auf die Mono-, Bis- oder Tris(2-cyanethyl)-amine bzw deren Gemische, eines Diamins durchführt.
  2. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Diamin das hydrierte Monoaddukt aus Acrylnitril und Ammoniak oder dem primären oder sekundären Amin verwendet.
  3. 3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Hydrierung zusätzlich in Gegenwart von Ammoniak durchführt.
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