DE4404515A1 - Verfahren zur Herstellung von Acetaldehyddiethylacetal - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von AcetaldehyddiethylacetalInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein technisches Verfahren zur Herstellung von
Acetaldehyddiethylacetal (auch nur Acetal genannt) durch Umsetzung von
Acetaldehyd mit Ethanol in Gegenwart eines sauren Katalysators.
Das Acetal ist ein wichtiger Riechstoff sowie ein Rohstoff für Riechstof
fe und für Pharmaprodukte. Durch Abspaltung von Alkohol aus dem Acetal
gewinnt man beispielsweise leicht Vinylethylether, der wiederum ein reak
tiver Baustein für Pharma- und Riechstoffsynthesen ist.
Die Herstellung des Acetals ist literaturbekannt. Bei dem in Org. Synth.
Coll. Vol I, 1948, Seite 1, beschriebenen Verfahren handelt es sich um
ein Laborverfahren, das wegen seines hohen Chemikalienverbrauchs und den
damit zusammenhängenden Kosten für technische Realisierungen nicht in
Frage kommt.
Bei höher siedenden Aldehyden und Ketonen wie z. B. Butyraldehyd sind
auch katalytische Acetalisierungsverfahren literaturbekannt, die für
technische Produktionen benutzbar sind (s. Weygand/Hilgetag, Org.-Chem.
Experimentierkunst [1970], J. A. Barth-Verlag Leipzig, Seite 393). Das
anfallende Reaktionswasser wird in solchen Fällen mit einem Schleppmit
tel, das niedriger siedet als der Aldehyd oder das Keton, oder mit dem
wenig wasserlöslichen Aldehyd oder Keton selbst ausgeschleust. So wird
das Gleichgewicht der Reaktion zur gewünschten Seite verschoben. Nur auf
solche Weise sind bekanntlich bei katalytischen Reaktionen hohe Umsätze
zu erzielen.
Diese übliche Arbeitsweise ist bei dem niedrig siedenden Acetaldehyd
(Sdp. 20,2°C) nicht möglich, denn der Einsatzstoff destilliert aus dem
Reaktor ab und entzieht sich einer Umsetzung. Der Acetaldehyd ist auch
nicht zur Wasserauskreisung geeignet, weil er in jedem Verhältnis mit
Wasser mischbar ist. Die üblichen Acetalisierungsmethoden sind also
grundsätzlich beim Acetaldehyd nicht anwendbar.
Die DE-A-34 03 426 schlägt ein technisches Acetalisierungsverfahren vor,
das mit festen sauren Katalysatoren arbeitet und bei dem die Aufarbeitung
des Reaktionsproduktes durch Zugabe von viel Wasser und großen Mengen
eines mit Wasser nicht mischbaren Extraktionsmittels erfolgt. Das Extrak
tionsmittel nimmt das Acetal und den nicht umgesetzten Aldehyd auf. Das
Wasser nimmt den Alkohol auf. Diese Trennung ist hier sehr wichtig, weil
im Falle des Acetals dieses mit Ethanol ein Azeotrop bildet (Siedepunkt:
78°C₁ Acetalgehalt: 24%), so daß eine Destillation allein kein Reinpro
dukt liefern würde.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß große Mengen an Wasser und Ex
traktionsmittel erforderlich sind, deren Handhabung zu unwirtschaftlich
hohen Kosten führt. Außerdem wird bei diesem sowie bei allen anderen in
der Literatur veröffentlichten Acetalisierungsverfahren bei der Reaktion
zwischen Aldehyd und Alkohol höchstens der Gleichgewichtszustand er
reicht, d. h. es bleibt grundsätzlich ein großer Teil des Aldehyds nicht
umgesetzt und muß zurückgewonnen oder vernichtet werden. Dadurch entste
hen zusätzlich Kosten.
Wünschenswert ist daher ein einfaches Verfahren, das die Umsetzung des
Acetaldehyds über den Gleichgewichtszustand hinaus erlaubt und bei dem
die Aufarbeitung effektiv ist und keine größeren Mengen an Hilfsstoffen
benötigt. Es besteht ferner ein großes Interesse an einem Verfahren, nach
dem man bei geringem technischen Aufwand und ohne den Einsatz von teuren
Chemikalien Acetaldehyd mit Ethanol in Gegenwart eines Katalysators um
setzt und gleichzeitig dabei Reaktionswasser ausschleust, um damit einen
hohen Acetaldehydumsatz zu erreichen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man die Reaktion in
Gegenwart eines Schleppmittels mit einem Siedepunkt von 25 bis 75°C
durchführt.
Vorzugsweise führt man die Reaktion in Gegenwart eines siedenden Schlepp
mittels aus.
Als Schleppmittel sind die üblichen wasserunlöslichen Lösemittel geeig
net, wie Kohlenwasserstoffe, chlorierte Kohlenwasserstoffe und Ether. Ihr
Siedepunkt muß deutlich höher als der des Acetaldehyds und niedriger als
der des Ethanols liegen. Vorzugsweise liegt der Siedepunkt im Bereich von
40 bis 70°C. Beispiele für geeignete Lösemittel sind Pentan, Hexan,
technische Kohlenwasserstoffgemische, Methylenchlorid und Diethylether.
Aus wirtschaftlichen Gründen verwendet man vorzugsweise die preiswerten
Benzinfraktionen mit dem entsprechenden Siedebereich, wobei Hexan (Siede
punkt ca. 69°C) ganz besonders bevorzugt wird.
Die Menge an Schleppmittel beträgt im allgemeinen 10 bis 500 g, vorzugs
weise 20 bis 100 g pro Mol Aldehyd.
Das Molverhältnis Acetaldehyd zu Ethanol liegt meist bei 1 : 2 bis
1 : 20, vorzugsweise bei 1 : 2,2 bis 1 : 8 und im besonderen bei 1 : 2,5
bis 1 : 3,5.
Als Katalysator sind die üblichen bekannten Säuren, wie Mineralsäuren und
Carbonsäuren, einsetzbar. Aus wirtschaftlichen Gründen verwendet man vor
zugsweise Phosphorsäure oder Schwefelsäure. Die Katalysatormenge ist bei
Acetalisierungen sehr gering, sie beträgt z. B. 0,01 bis 0,1, vorzugswei
se 0,02 bis 0,08 g pro Mol Aldehyd.
Vorzugsweise führt man das erfindungsgemäße Verfahren in einer Auskrei
sungsapparatur durch. Dabei wird das Schleppmittel zunächst im Reaktor
(Reaktionskolben) vorgelegt und zum Sieden erhitzt. Dann werden Acetalde
hyd und Ethanol zugegeben und ein zu über 50% aus Ethanol und Wasser
bestehendes Gemisch ausgekreist, wobei im Gemisch enthaltender unumge
setzter Acetaldehyd destillativ zurückgewonnen und wieder für die Reak
tion eingesetzt wird. Das gebildete Acetal gewinnt man dabei aus dem
Sumpfprodukt des Reaktors.
Die Zugabe von Aldehyd und Ethanol erfolgt vorzugsweise auf die Art, daß
man zunächst 5 bis 20% des Ethanols zum Schleppmittel gibt und es mit
diesem bis zum Sieden erhitzt. Dann werden Acetaldehyd und restliches
Ethanol, getrennt oder als Gemisch, zudosiert.
Das Destillat des Reaktors wird kondensiert und mit Hilfe eines Wasser
auskreisers in 2 Phasen getrennt. Während die unpolare Schleppmittelphase
direkt zurückgeführt wird, trennt man die polare, überwiegend Ethanol und
Wasser enthaltende Phase ab. Der in der polaren Phase noch enthaltende
Acetaldehyd wird dann durch Destillation oder Kochen unter Rückfluß (Aus
kochen) abgetrennt und zurückgewonnen. Der so ausgegaste Acetaldehyd kann
dabei beispielsweise an einem Trockeneiskühler kondensiert werden.
Vorzugsweise stellt man in der Auskreisungsapparatur die Temperatur des
Wasserauskreisers und die des Kühlers über dem Wasserauskreiser auf über
20°C ein. Dadurch bleibt ein Teil des Acetaldehyds gasförmig. Er kann an
anderer Stelle kondensiert werden. Gleichzeitig erreicht man dadurch, daß
der Acetaldehydgehalt der Schleppmittelphase unter 50%, vorzugsweise
unter 20%, liegt.
Überraschenderweise erhält man bei der Acetalisierung des Acetaldehyds
mit Ethanol in Gegenwart von den üblichen sauren Katalysatoren auch bei
höherer Temperatur, bei der Siedetemperatur eines geeigneten Schleppmit
tels, hohe Umsätze an Acetaldehyd. Das wird dadurch erreicht, daß man ein
Wasser-Alkohol-Gemisch auskreist, das sich von dem Schleppmittel abtren
nen läßt, und dafür sorgt, daß der Aldehydgehalt in den sich trennenden
Phasen nicht zu hoch ist und daß abdestillierender Aldehyd auskondensiert
und in den Reaktor zurückgeführt wird. Dabei sollte jedoch darauf geach
tet werden, daß die Menge an Acetaldehyd, der abdestilliert und nicht
mehr reagierte, im Vergleich zu der Aldehydmenge, die zum Acetal reagier
te, nicht zu hoch ist.
Es ist ein großer Vorteil bei diesem Verfahren, daß es leicht regelbar
ist und genau geprüft werden kann, wieviel Aldehyd umgesetzt und auskon
densiert wird. Dadurch ist das Verfahren für eine technische Realisierung
besonders gut geeignet. Es benötigt keine besondere Apparatur und kann in
Mehrzweckapparatur durchgeführt werden. Wichtig ist nur die Einhaltung
der oben angegebenen Temperaturen, damit der Aldehyd in der gewünschten
Weise geführt wird. Vorteilhaft ist außerdem, daß das Acetal nicht in
nennenswerten Mengen in Form eines Azeotrops mit Schleppmittel, Ethanol
und Wasser überdestilliert und deshalb im wesentlichen im Sumpf des Reak
tors verbleibt. Dieses günstige Verhalten des speziellen Stoffgemisches
sowie die dazu passenden Reaktionsgeschwindigkeiten und die schnelle Pha
sentrennung waren nicht vorhersehbar und sind überraschend. Die Vorteile
des Verfahrens sind darüber hinaus seine einfache Durchführbarkeit und
seine gute Wirtschaftlichkeit.
Die Erfindung kann beispielsweise in einer Apparatur ausgeführt werden,
die im wesentlichen aus einem Rührreaktor mit einem auf -5 bis -10°C
kühlbaren Tropftrichter für ein Ethanol-Acetaldehyd-Gemisch und mit einem
aufgesetzten Wasserauskreiser und Rückflußkühler sowie aus einem mit dem
Wasserauskreiser verbundenen Destillationskolben mit Rückflußkühler be
steht und bei der durch Querverbindungen dafür gesorgt ist, daß das in
Kühlern kondensierte Acetaldehyd in den Tropftrichter oder direkt in den
Rührreaktor zurückgeführt werden kann.
Im Reaktor wird dann das Schleppmittel vorzugsweise zusammen mit einem
Teil des Ethanols zum Sieden erhitzt, worauf ein Gemisch aus Acetaldehyd
und dem restlichen Ethanol zugegeben wird. Im Wasserauskreiser fallen
zwei Phasen an, von denen die obere, wenn beispielsweise Hexan das
Schleppmittel ist, in den Reaktor zurückgeleitet und die untere in den
Destillationskolben abgelassen wird, wo sie am Rückfluß zum Sieden er
hitzt wird. Dabei wird Acetaldehyd ausgegast, kondensiert und gesammelt.
Nachdem die Zugabe von frischem Aldehyd beendet ist, wird der auskonden
sierte Aldehyd zugetropft. - Man kann das Verfahren auch abändern und
z. B. den auskondensierten Aldehyd nicht zutropfen, sondern bei der näch
sten Charge wieder einsetzen.
In einer oben beschriebenen Apparatur legt man im Reaktor vor:
300 g (6,43 Mol) Ethanol (98,7%ig)
300 g n-Hexan als Schleppmittel
0,37 g konzentrierte Schwefelsäure.
300 g n-Hexan als Schleppmittel
0,37 g konzentrierte Schwefelsäure.
Im Verlauf von 7,5 h wird zunächst bei Raumtemperatur dann nach 1 h bei
54 bis 52°C unter Sieden am Rückfluß folgende Lösung zugegeben:
353 g ( 8,0 Mol) Acetaldehyd
598 g (12,8 Mol) Ethanol (98,7%ig).
598 g (12,8 Mol) Ethanol (98,7%ig).
Innerhalb von 30 Minuten fallen 21 bis 30 ml untere Phase an, die jeweils
in den Destillationskolben abgelassen werden.
Überschüssiger Acetaldehyd wird auskondensiert und gesammelt. Nach dem
Ende des Zutropfens sind es ca. 120 ml. Nach einer Nachreaktionszeit von
5 Stunden wird der gesammelte Acetaldehyd innerhalb von 2 Stunden in das
Reaktionsgemisch getropft.
Das Auskreisen und Ablassen der unteren Phasen wird ständig fortgeführt.
Nach 20 Stunden beträgt die Menge pro halbe Stunde ca. 15 ml, nach 24
Stunden ca. 12 ml, nach 26 Stunden 8 ml und nach 29 Stunden nur noch
3 ml, d. h. die Reaktion wird gegen Ende immer langsamer.
Die gaschromatographischen Analysen der folgenden Tabellen zeigen den
genauen Reaktionsverlauf. Dabei ist in der genannten Reaktionszeit (RZ)
die Eintropfzeit mit enthalten.
Nach 29 Stunden wird das Reaktionsgemisch mit 2,46 g 50%iger Natronlauge
alkalisch gestellt: pH-Wert bei 10,0.
Danach wird das Auskreisen zur Abtrennung des Ethanols vom n-Hexan fort
gesetzt, Dauer ca. 2 h. Danach wird, da keine Phasentrennung mehr er
folgt, ca. 10 bis 20 ml/h Wasser zum Destillat gegeben und weitere 4
Stunden lang Ethanol, insgesamt 128 g, gewonnen.
Dieses ausgekreiste Ethanol hat folgende Zusammensetzung:
Ethanol 47,1%
Wasser 50,4%
Acetal 0,7%
Aldehyd 1,1%
Hexan 0,5%
Wasser 50,4%
Acetal 0,7%
Aldehyd 1,1%
Hexan 0,5%
Das Sumpfprodukt, 991 g, hatte folgende Zusammensetzung:
Acetal 71,2%
Hexan 27,3%
Wasser 0,1%
Hexan 27,3%
Wasser 0,1%
Die Reindestillation dieses Sumpfproduktes, 985 g, bei Normaldruck lie
ferte die in Tabelle 5 aufgeführten Fraktionen.
Die Ausbeute an Acetal errechnet sich zu 74% d. Th. bezogen auf einge
setzten Aldehyd. Der Umsatz an Aldehyd liegt nach der Acetalisierung vor
der Neutralisation bei 80,0%. Bezogen auf umgesetzten Aldehyd beträgt
die Ausbeute 92%.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung von Acetaldehyddiethylacetal durch säureka
talysierte Umsetzung von Acetaldehyd mit Ethanol,
dadurch gekennzeichnet,
daß man die Reaktion in Gegenwart eines Schleppmittels mit einem Sie
depunkt von 25 bis 75°C durchführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß man die Reaktion in Gegenwart eines siedenden Schleppmittels aus
führt.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet
daß man ein Schleppmittel mit einem Siedepunkt von 40 bis 70°C ver
wendet.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß man pro Mol Acetaldehyd 2 bis 20 Mol, vorzugsweise 2,2 bis 8 Mol
Ethanol einsetzt.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß man
- - das Schleppmittel in einer Auskreisungsapparatur vorlegt und zum Sieden erhitzt,
- - Acetaldehyd und Ethanol zugibt,
- - ein zu über 50% aus Ethanol und Wasser bestehendes Gemisch aus kreist und
- - nicht umgesetzten Acetaldehyd aus dem ausgekreisten Gemisch destil lativ zurückgewinnt und wieder einsetzt.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß man 5 bis 20% des Ethanols zusammen mit dem Schleppmittel vorlegt
und zum Sieden erhitzt und dann Acetaldehyd und restliches Ethanol
zugibt.
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4404515A DE4404515A1 (de) | 1994-02-12 | 1994-02-12 | Verfahren zur Herstellung von Acetaldehyddiethylacetal |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4404515A DE4404515A1 (de) | 1994-02-12 | 1994-02-12 | Verfahren zur Herstellung von Acetaldehyddiethylacetal |
Publications (1)
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|---|---|
| DE4404515A1 true DE4404515A1 (de) | 1995-08-17 |
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ID=6510118
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE4404515A Withdrawn DE4404515A1 (de) | 1994-02-12 | 1994-02-12 | Verfahren zur Herstellung von Acetaldehyddiethylacetal |
Country Status (4)
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| CH (1) | CH688477A5 (de) |
| DE (1) | DE4404515A1 (de) |
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