DE3316223C2 - Process for the preparation of acetoin from α-hydroxyisobutyraldehyde - Google Patents
Process for the preparation of acetoin from α-hydroxyisobutyraldehydeInfo
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Abstract
Zur Herstellung von Acetoin aus α-Hydroxyisobutyraldehyd erhitzt man α-Hydroxyisobutyraldehyd in Gegenwart von Dehydratisierungskatalysatoren auf Temperaturen von 150 bis 350°C. Als Dehydratisierungskatalysatoren sind beispielsweise Al2O3 oder SiO2, die gegebenenfalls mit Alkalihydroxyden, Alkalicarbonaten oder Erdalkalihydroxiden imprägniert sind, geeignet.To prepare acetoin from α-hydroxyisobutyraldehyde, α-hydroxyisobutyraldehyde is heated to temperatures of 150 to 350 ° C. in the presence of dehydration catalysts. Suitable dehydration catalysts are, for example, Al2O3 or SiO2, which are optionally impregnated with alkali hydroxides, alkali carbonates or alkaline earth hydroxides.
Description
Acetoin ist ein wertvolles Zwischenprodukt z. B. zur Herstellung von Diacetyl oder von Butandiol-2,3. ManAcetoin is a valuable intermediate e.g. B. for the production of diacetyl or 2,3-butanediol. Man
gewinnt Acetoin u. a. durch alkoholische Gärung. Nach S. Danilow und E. V. Danilowa (Chemische Berichte,wins acetoin, inter alia. through alcoholic fermentation. According to S. Danilow and E. V. Danilowa (Chemical reports,
Weinheim/Bergstr. [1934], Seiten 24 bis 35) kann man auch polymeren Λ-Hydroxyisobutyraldehyd in einer grOucn ivicHgc Wauilgcr o€iiw*€iei5EUre uci ijj \^ ZU ACctöffi iSöFficFlSicrcn. DicSc UinSciZüng criöfdcfi jedoch eine sehr aufwendige Aufarbeitung. Nach der Neutralisation der Schwefelsäure muß das Acetoin von der großen Wassermenge abgetrennt werden.Weinheim / Bergstrasse [1934], pages 24 to 35) can also be polymeric Λ-hydroxyisobutyraldehyde in one grOucn ivicHgc Wauilgcr o € iiw * € iei5EUre uci ijj \ ^ ZU ACctöffi iSöFficFlSicrcn. DicSc UinSciZüng criöfdcfi however a very laborious work-up. After the sulfuric acid has been neutralized, the acetoin must be removed from the large amount of water are separated.
Daraus ergibt sich die Aufgabe, ein Verfahren zu finden, das diese Nachteile des Standes der TechnikThis results in the task of finding a method that addresses these disadvantages of the prior art
;i5 vermeidet und die Herstellung von Acetoin in einfacher und wirtschaftlicher Weise in guter Ausbeute bei hohen Umsätzen ermöglicht.; i5 avoids and the production of acetoin in a simple and economical manner in good yield at high Turnover enables.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den Angaben der Patentansprüche gelöst.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß Λ-Hydroxyisobutyraldehyd an handelsüblichen Katalysatorträgermaterialien
auf Basis AI2O3 oder SiO2 als Dehydratisierungskatalysatoren bei Temperaturen von 150 bisAccording to the invention, this object is achieved in accordance with the details of the claims.
Surprisingly, it has been found that Λ-hydroxyisobutyraldehyde on commercially available catalyst support materials based on Al 2 O 3 or SiO 2 as dehydration catalysts at temperatures from 150 to
:ir» 3500C, vorzugsweise von 190 bis 2800C, zu Acetoin umgelagert werden kann. Diese Umlagerung von Λ-Hydroxyisobutyraldehyd an einem Dehydratisierungskatalysator war in keiner Weise zu erwarten, denn Λ-Hydroxyisobutyraldehyd ist ein tertiärer Alkohol, der in Gegenwart eines Dehydratisierungskatalysators unter Wasserabspaltung Methacrolein bilden sollte. Diese zu erwartende Wasserabspaltung findet überraschenderweise an dem Dehydratisierungskatalysator nicht statt: ir »350 0 C, preferably from 190 to 280 0 C, can be rearranged to acetoin. This rearrangement of Λ-hydroxyisobutyraldehyde over a dehydration catalyst was in no way to be expected, because Λ-hydroxyisobutyraldehyde is a tertiary alcohol which, in the presence of a dehydration catalyst, should form methacrolein with elimination of water. This expected elimination of water surprisingly does not take place on the dehydration catalyst
Die Umlagerung zum Acetoin, die der klassischen Pinacolinumlagerung gleicht, geht vermutlich von der Hydratform des Λ-Hydroxyisobutyraldehyd aus. Schritt 1 der Umlagerung sieht darum so aus:The rearrangement to acetoin, which is similar to the classic pinacoline rearrangement, presumably comes from the Hydrate form of Λ-hydroxyisobutyraldehyde. Step 1 of the rearrangement therefore looks like this:
CH3 OH CHjCH 3 OH CHj
HO C C H HO C C+ H OH"
HO—C C — H ► HO — C C —H + OHHO CCH HO CC + H OH "
HO-CC-H ► HO-CC-H + OH
Il IlIl Il
CH3 OH CH3 OHCH 3 OH CH 3 OH
Auf die Aldehydform von Λ-Hydroxyisobutyraldehyd ist dieser Mechanismus nicht übertragbar. Auch unter diesem Gesichtspunkt überrascht die glatte Umlagerung des hochprozentigen Λ-Hydroxyisobutyraldehyds.This mechanism cannot be transferred to the aldehyde form of Λ-hydroxyisobutyraldehyde. Also under From this point of view, the smooth rearrangement of the high-percentage Λ-hydroxyisobutyraldehyde is surprising.
Als Λ-Hydroxyisobutyraldehyd setzt man vorzugsweise rohen, hochkonzentrierten Λ-Hydroxyisobutyraldehyd ein. wie man ihn beispielsweise durch Hydrolyse von 2-Methoxy-3,3-dimethyl-oxiran erhält. Dieser durch Hydrolyse von 2-Methoxy-3,3-dimethyl-oxiran erhaltene Λ-Hydroxyisobutyraldehyd enthält noch geringe Mengen (ca. 5%) Wasser, die man bevorzugt nicht entfernt, da vollständiger Wasserentzug leicht zu di- oder =« polymeren Produkten führt.The Λ-hydroxyisobutyraldehyde is preferably crude, highly concentrated Λ-hydroxyisobutyraldehyde a. as obtained, for example, by hydrolysis of 2-methoxy-3,3-dimethyl-oxirane. This through Λ-Hydroxyisobutyraldehyde obtained from hydrolysis of 2-methoxy-3,3-dimethyl-oxirane still contains small amounts (approx. 5%) water, which is preferably not removed, since complete dehydration is easy to di- or = «Polymeric products.
Als Dehydratisierungskatalysatoren sind die handelsüblichen Katalysa'orträgermaterialien auf Basis Al2O3 oder SiO2 geeignet Vorzugsweise setzt man mit geringen Mengen, 0,01 bis 2 Gew.-% eines Alkalihydroxydes, eines Alkalicarbonates oder eines Erdalkalihydroxides insbesondere NaOH, KOH, Na?C03, K2CO3 oder Ca(OH)2 dotierte Oxide ein. Mit ihnen erzielt man die besten Ausbeuten bei den höchsten Umsätzen. Man erreicht mit ihnen Umsätze bis ca. 1000 g Λ-Hydroxyisobutyraldehyd/l Katalysator · h. Alle diese Katalysatoren haben eine lange Lebensdauer bei hoher Aktivität.The commercially available catalyst support materials based on Al 2 O 3 or SiO 2 are suitable as dehydration catalysts. Small amounts, 0.01 to 2 wt 3 , K 2 CO 3 or Ca (OH) 2 doped oxides. With them you get the best yields with the highest sales. With them, conversions of up to approx. 1000 g Λ-hydroxyisobutyraldehyde / l catalyst · h are achieved. All of these catalysts have a long life with high activity.
Die Umlagerung kann man in einfacher Weise in der Flüssig- oder Gasphase durchführen. Vorzugsweise arbeitet man in der Gasphase. Die Gasphasenreaktion verläuft einheitlicher und bringt deshalb höhere Ausbeuten. Durch Anheben der Reaktionstemperatur läßt sich die Raum-Zeit-Ausbeute und der Umsatz noch beträchtlieh erhöhen. Die Gasphase kann mit einem Inertgas wie Stickstoff oder Kohlendioxid verdünnen.The rearrangement can be carried out in a simple manner in the liquid or gas phase. Preferably one works in the gas phase. The gas phase reaction proceeds more uniformly and therefore brings higher yields. By raising the reaction temperature, the space-time yield and the conversion can still be considerable raise. The gas phase can be diluted with an inert gas such as nitrogen or carbon dioxide.
Die Umsetzung erfolgt im allgemeinen ohne Zusatz eines Lösemittels. Ein besonderer Wasserzusatz wie beim Stand der Technik ist nicht erforderlich.The reaction is generally carried out without the addition of a solvent. A special water additive like with Prior art is not required.
Man erhält das Acetoin in hoher Konzentration in guter Ausbeute bei hohen Umsätzen. Die Reindarstellung des Acetoins gelingt mit den üblichen destillativen Trennmethoden.The acetoin is obtained in high concentration in good yield with high conversions. The pure representation of the acetoin succeeds with the usual distillative separation methods.
In einen salzbadbeheizten VA-Rohr-Spiralenreaktor von 5 m Länge und 10 mm Durchmesser füllt man 250 ml eines mit 0,1 Gew.-% NaOH imprägnierten AhCh-Katalysators, Stranggröße: Durchmesser = 3,2 mm, Länge = 4 mm.250 ml are filled into a VA tubular spiral reactor 5 m long and 10 mm in diameter, heated in a salt bath of an AhCh catalyst impregnated with 0.1% by weight of NaOH, strand size: diameter = 3.2 mm, length = 4 mm.
Bei einer Salzbadtemperatur von 1900C gibt man stündlich 137 g Λ-Hydroxyisobutyraldehyd, roh (92,1% Λ-Hydroxyisobutyraldehydmonomer und reversibel oligomer, 4,5% Wasser, 0,4% Methanol, 0,2% Aceton und 2,8% Rest) gasförmig über den Katalysator. Der kondensierbare Anteil des Reaktionsaustrages (135 g) setzt sich wie folgt zusammen:At a salt bath temperature of 190 0 C are hourly to 137 g Λ-Hydroxyisobutyraldehyd, crude (92.1% Λ-Hydroxyisobutyraldehydmonomer and reversibly oligomer, 4.5% water, 0.4% methanol, 0.2% acetone and 2.8 % Remainder) in gaseous form over the catalyst. The condensable portion of the reaction discharge (135 g) is made up as follows:
zusammen 823% Acetointogether 823% acetoin
1515th
*) Das dimere Produkt geht bei der Destillation in monomeres Acetoin über.*) The dimeric product changes into monomeric acetoin during the distillation.
2020th
Bei einem Λ-Hydroxyisobutyraidehyd-ümsatz von 92% erreicht man eine Aceioin-Ausbeute von 96,8%. Der Reaktionsaustrag wurde über eine 30-cm-Kolonne, gefüllt mit 4x4 mm Drahtnetzringen, mit aufgesetztem Dampfteiler destilliert Bei einem Druck von 50 mbar, einem Rücklaufverhältnis von 10:1 und einer Temperatur in der Dampfphase von 68 bis 69°C konnten ca. 90% des Acetoins mit einer Reinheit von 99,0% isoliert werden. Die Vor- und Nachläufe enthielten weitere Mengen isolierbaren Acetoins.At an Λ-hydroxyisobutyric acid conversion of 92%, an aceioin yield of 96.8% is achieved. Of the The reaction discharge was via a 30 cm column, filled with 4 × 4 mm wire mesh rings, with attached Steam splitter distilled at a pressure of 50 mbar, a reflux ratio of 10: 1 and a temperature in the vapor phase from 68 to 69 ° C. approx. 90% of the acetoin could be isolated with a purity of 99.0%. The first and last legs contained additional amounts of isolable acetoins.
|f· In den in Beispiel 1 beschriebenen Reaktor gibt man 250 ml eines mit 0,1 Gew.-% NaOH imprägnierten| f · 250 ml of a reactor impregnated with 0.1% by weight of NaOH are placed in the reactor described in Example 1
|| SiOrKatalysators, Stranggröße: Durchmesser = 4 mm, Länge 4 bis 6 mm. Bei einer Salzbadtemperatur von|| SiOr catalyst, strand size: diameter = 4 mm, length 4 to 6 mm. At a salt bath temperature of
fei 2200C wird der iCatalysator stündlich mit 125 g dampfförmigem Λ-Hydroxyisobutyraldehyd, roh (siehe BeispielAt 220 0 C the iCatalyst is hourly with 125 g of vaporous Λ-hydroxyisobutyraldehyde, crude (see example
's 1) beschickt Der Reaktionsaustr?«; wird kondensiert. Im Kondensat sind 6,5 g Wasser, 4,8 g Λ-Hydroxyisobuty-'s 1) fed to the reaction outlet? «; is condensed. The condensate contains 6.5 g of water, 4.8 g of Λ-hydroxyisobutyl
f/j raldehyd, 87,1 g monomeres und 11,4g dimeres Acetoin, was einem ar-Hydroxyisobutyraldehyd-Umsatz vonf / j raldehyde, 87.1 g of monomeric and 11.4 g of dimeric acetoin, which corresponds to an ar-hydroxyisobutyraldehyde conversion of
|;' 95,6% und einer Acetoin-Ausbeute' on 93,7% entspricht.|; ' 95.6% and an acetoin yield 'on 93.7%.
££
¥>. B e i s ρ i e 1 3 ¥>. B is ρ ie 1 3
,: Reaktor und Katalysator wie in Beisiel 2 beschrieben, SiO2-Stränge jedoch mit 0,1 Gew.-% KOH statt 0,1,: Reactor and catalyst as described in Example 2, but SiO 2 strands with 0.1 wt .-% KOH instead of 0.1
Gew.-% NaOH imprägniert Bei einer Salzbadtemperatur von 2800C wird der Katalysator stüriJIich mit 185 gWt .-% NaOH impregnated at a salt bath temperature of 280 0 C, the catalyst is stüriJIich with 185 g
■;'.■ dampfförmigem Λ-Hydroxyisobutyraldehyd, roh (siehe Beispiel 1) beschickt. Gleichzeitig gibt man einen Inert-■; '. ■ vaporous Λ-hydroxyisobutyraldehyde, crude (see Example 1) charged. At the same time one gives an inert
'. gasstrom (N2) von 50 l/h über den Katalysator. Der kondensierbare Anteil des Reaktionsaustrags wird kondensiert. Im Kondensat sind 9,7 g H2O11,5 g Λ-Hydroxyiscbutyraldehyd, 144 g monomeres und 4 g dimeres Acetoin, was einem Λ-Hydroxyisobutyraldehyd-Umsatz von 99,1 % und einer Acetoin-Ausbeute von 91,8% entspricht. '. gas flow (N2) of 50 l / h over the catalyst. The condensable portion of the reaction discharge is condensed. The condensate contains 9.7 g of H 2 O 1, 1.5 g of Λ-hydroxyisobutyraldehyde, 144 g of monomeric and 4 g of dimeric acetoin, resulting in a Λ-hydroxyisobutyraldehyde conversion of 99.1% and an acetoin yield of 91.8% is equivalent to.
:" B e i s ρ i e 1 4: "B e i s ρ i e 1 4
Wie Beispie! 2, jedoch SiO2-Stränge ohne ImprägnierungAs an example! 2, but SiO2 strands without impregnation
Man gibt 125 dampfförmigen Λ-Hydroxyisobutyraldehyd, roh (siehe Beispiel 1) stündlich bei 2200C über den ■ Katalysator. Den Reaktionsaustrag gibt man über einen Kondensator. Im Kondensat sind 6.8 g Wasser, 31 g125 gaseous Λ-hydroxyisobutyraldehyde, crude (see Example 1) is added hourly at 220 ° C. over the catalyst. The discharge from the reaction is passed through a condenser. There are 6.8 g water, 31 g in the condensate
Λ-Hydroxyisobutyraldehyd, 58,8 g monomeres und 0,5 g dimeres Acetoin. Hieraus errechnet sich ein Λ-Hydroxyisobutyraldehyd-Umsatz von 71,8% und eine Acetoin-Ausbeute von 75,1%.Λ-Hydroxyisobutyraldehyde, 58.8 g of monomeric and 0.5 g of dimeric acetoin. A Λ-hydroxyisobutyraldehyde conversion is calculated from this of 71.8% and an acetoin yield of 75.1%.
• ■• ■
In einen 150-ml-Autoklav mit Rührer legt man 20 ml SiO2-Katalysator (wie in Beispiel 2), jedoch pulverisiert, vor, gibt 30 g Λ-Hydroxyisobutyraldehyd, roh (siehe Beispiel 1) hinzu und erwärmt unter Rühren und unter Rühren und unter Eigendruck 1,5 Stunden auf 215°C. Der Reaktionsaustrag enthält neben 7,15 g Λ-Hydroxyisobutyraldehyd 9,89 g monomeres und 0,08 g dimeres Acetoin, was einem Λ-Hydroxyisobutyraldehyd-Umsatz von 72,9% und einer Acetoin-Ausbeute von 51,8% entspricht.20 ml of SiO2 catalyst (as in Example 2), but pulverized, are placed in a 150 ml autoclave with a stirrer, before, are 30 g of Λ-hydroxyisobutyraldehyde, raw (see Example 1) and heated with stirring and under Stir and under autogenous pressure at 215 ° C. for 1.5 hours. The discharge from the reaction contains 7.15 g of Λ-hydroxyisobutyraldehyde 9.89 g of monomeric and 0.08 g of dimeric acetoin, which corresponds to a Λ-hydroxyisobutyraldehyde conversion of 72.9% and an acetoin yield of 51.8%.
Beispiel 6
Katalysator wie Beispiel 2, jedoch SiO2-Stränge mit 0,5 Gew.-% NaOH imprägniertExample 6
Catalyst as in Example 2, but SiO 2 strands impregnated with 0.5% by weight of NaOH
6565
Man gibt 125 g dampfförmigen Λ-Hydroxyisobutyraldehyd, roh (siehe Beispiel 1) stündlich bei 22O0C über den Katalysator. Gleichzeitig gibt man einen Stickstoffstrom von 50 l/h über den Katalysator. Den ReaktionsaustragPriority 125 g vaporous Λ-Hydroxyisobutyraldehyd, unbleached (see Example 1) hour at 22O 0 C over the catalyst. At the same time, a nitrogen flow of 50 l / h is passed over the catalyst. The discharge from the reaction
gibt man über einen Kondensator. Im Kondensat sind 5,7 g Wasser, 8,7 g «-Hydroxyisobutyraldehyd, 88,4 g monomeres und 12,8 g diineres Acetoin. Hieraus errechnet sich ein «-Hydroxyisobutyraldehydutr.satz vor, 92,4% und eine Acetoin-Ausbeute von 95,1%.is given through a capacitor. The condensate contains 5.7 g of water, 8.7 g of -hydroxyisobutyraldehyde, 88.4 g monomeric and 12.8 g diineric acetoin. From this, a «-Hydroxyisobutyraldehydutr.satz is calculated before, 92.4% and an acetoin yield of 95.1%.
5 Beispiel 75 Example 7
Katalysator wie Beispiel 2, jedoch SiO2-Stränge mit 2 Gew.-% NaOH imprägniertCatalyst as in Example 2, but SiO 2 strands impregnated with 2% by weight NaOH
Durchführung wie in Beispiel 6. Im Kondensat sind 5,5 g H20,11,6 g ar-Hydroxyisobutyraldehyd, 90 g mono-10 meres und 10,5 g dimeres Acetoin, was einem «-Hydroxyisobutyraldehyd-Umsatz von 89,9% und einer Acetoin-Ausbeute von 97,1 % entspricht.Procedure as in Example 6. In the condensate there are 5.5 g of H 2 0.11.6 g of ar-hydroxyisobutyraldehyde, 90 g of mono-10 meres and 10.5 g of dimeric acetoin, which corresponds to a -hydroxyisobutyraldehyde conversion of 89.9 % and an acetoin yield of 97.1%.
Beispiel 8
15 Katalysator wie Beispiel 2, jedoch SiO2-Stränge mit 0,05 Gew.-% Na2COa imprägniertExample 8
15 Catalyst as in Example 2, but SiO 2 strands impregnated with 0.05% by weight Na 2 COa
Bei einer Salzbadtemperatur von 15O0C gibt man 125 g dampfförmigen Λ-Hydroxyisobutyraldehyd, roh (siehe Beispiel 1) stündlich über den Katalysator. Gleichzeitig gibt man einen CO2-Strom von 50 l/h über den Katalysator. Der kondensierbare Anteil des Reaktionsaustrages enthält 5,5 f Wasser, 36,3 g ar-Hydroxyisobutyraldehyd 20 und 77,1 g Acetoin, was einen α-Hydroxyisobutyraldehyd-Umsatz von 68,5% und einer Acet.vn-Ausbeute von 97,8% entspricht.At a salt bath temperature of 15O 0 C crude (see Example 1) are added 125 g vaporous Λ-Hydroxyisobutyraldehyd, every hour over the catalyst. At the same time, a CO 2 flow of 50 l / h is passed over the catalyst. The condensable portion of the reaction discharge contains 5.5% of water, 36.3 g of ar-hydroxyisobutyraldehyde 20 and 77.1 g of acetoin, which corresponds to an α-hydroxyisobutyraldehyde conversion of 68.5% and an acet.vn yield of 97.8 % is equivalent to.
Beispiel 9
25 Katalysator wie Beispiel 2, jedoch SiOrStränge mit 0,075% Ca(OH)2 imprägniertExample 9
25 Catalyst as in Example 2, but SiOr strands impregnated with 0.075% Ca (OH) 2
Durchführung wie in Beispiel 8, jedoch bei einer Salzbadtemperatur von 3500C. Der Reaktionsaustrag enthält 7,2 g Wasser, 1 g Λ-Hydroxyisobutyraldehyd und 93,7 g Acetoin, was einem Λ-Hydroxyisobutyraldehyd-Umsatz von > 99% und einer Acetoin-Ausbeute von 82,2% entspricht.The procedure was as in Example 8, but at a salt bath temperature of 350 0 C. The reaction product contains 7.2 grams of water, 1 g Λ-Hydroxyisobutyraldehyd and 93.7 g acetoin, representing a Λ-Hydroxyisobutyraldehyd conversion of> 99% and a acetoin Yield of 82.2%.
Claims (4)
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| DE19833316223 DE3316223C2 (en) | 1983-05-04 | 1983-05-04 | Process for the preparation of acetoin from α-hydroxyisobutyraldehyde |
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| DE19833316223 DE3316223C2 (en) | 1983-05-04 | 1983-05-04 | Process for the preparation of acetoin from α-hydroxyisobutyraldehyde |
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| DE3316223A1 DE3316223A1 (en) | 1984-11-08 |
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Family Applications (1)
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1983
- 1983-05-04 DE DE19833316223 patent/DE3316223C2/en not_active Expired
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| NICHTS-ERMITTELT |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3316223A1 (en) | 1984-11-08 |
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