DE4424625A1 - Mikroporöse Heteropolyoxometallate und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
Mikroporöse Heteropolyoxometallate und Verfahren zu ihrer HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Heteropolyoxometallate des Wolframs,
Molybdäns und Vanadiums mit einem strukturell definierten
Mikroporenvolumen, ein Verfahren zur Herstellung und ihre
Verwendung als Katalysatoren.
Heteropolyoxometallate sind bekanntermaßen Polyoxometallat
verbindungen des Vanadiums, Niobs, Molybdäns und Wolframs,
in kleinerem Ausmaße auch des Chroms und des Tantals, die
sich unter Zusatz von Heteroatomen wie etwa Phosphor,
Arsen, Germanium oder Silizium sowohl mit Alkalikationen
als auch mit organischen Kationen kristallisieren lassen.
Eine Übersicht über die Strukturen solcher Verbindungen
findet sich bei M.T. Pope (M.T.Pope, "Isopoly- and Hetero
polyanions", Compr. Coord. Chem., Band 3(1987), S.
1023-1058 Editor: Sir G. Wilkinson) oder bei K.H. Tytko und
O. Glemser, Adv. in Inorg. and Radiochem. 19 (1976),
S. 239-315).
Üblicherweise werden solche Verbindungen durch Ansäuern
wäßriger Lösungen von Wolframat, Molybdän, Vanadat oder
Niobdat erhalten. Eine Übersicht über experimentelle
Methoden sind bei K.H. Tytko und O. Glemser (K.H.Tytko,
O.Glemser, Adv. in Inorg. and Radiochem., 19 (1976)
S. 239-315) beschrieben. Dabei löst man üblicherweise die
Natriumsalze der entsprechenden Metallate in Wasser auf,
setzt im Falle der Heteropolyoxometallate das entsprechende
Heteroatom in Form einer löslichen Verbindung zu und säuert
die so erhaltenen Lösungen an. Nach mehreren Stunden, Tagen
oder Wochen können je nach Ansäuerungsgrad und Kristallisa
tionstemperatur die verschiedenen Verbindungen erhalten
werden. Typische Beispiele sind etwa die Keggin-Ionen
M₁₂XO₄₀ oder die Dawson-Ionen M₁₈X₂O₆₂ (M=Mo, W; X=P, As, Ge, Si).
Diese Verbindungen kristallisieren mit den genannten
Kationen als dichte Phasen, die kein strukturell
definiertes Mikroporenvolumen aufweisen.
Im Falle von Molybdän und Vanadium ist die hydrothermale
Herstellung solcher Heteropolyoxometallate bzw. mit
organischen Resten substituierter Heteropolyoxometallate
von Zubieta et al. beschrieben worden (M.I.Khan, J.Zubieta
J.Am.Chem.Soc., 114 (1992) S. 10 058-10 059); M.I.Khan,
Q.Chen, H.Höpke, S.Parkin, C.H.O′Connor, J.Zubieta, Inorg.
Chem.,32 (1993), 2929-2937; M.I.Khan, A.Müller, S.Dillinger,
H.Bögge, Q.Chen, J.Zubieta, Angew.Chem., 105 (1993),
1811-1814), allerdings wurden weder definierte Mikroporen
volumina noch katalytische Anwendungen gefunden. Außerdem
handelt es sich häufig um lösliche Verbindungen.
Aufgabe der Erfindung ist es, Heteropolyoxometallate mit
einer definierten mikroporösen Struktur zur Verfügung zu
stellen, die in katalytischen Verfahren formselektiv
arbeiten.
Gegenstand der Erfindung sind Heteropolyoxometallate des
Wolframs, Molybdäns und Vanadins bzw. mit Vanadin
substituierte Heteropolyoxowolframate mit einem strukturell
definierten Mikroporenvolumen, insbesondere solche mit
einem Dawson-Anion.
Dazu zählen insbesondere Heteropolyoxometallate des
Wolframs mit der allgemeinen Formel
(H₃NRNH₃)xy/2[W₁₈P₂O₆₂]y x·zH₂O (I)
in der bedeuten
x: 8 und 12, wenn y = 1
x: 6 und 10, wenn y = 2
z: 1 bis 12, insbesondere 1 bis 6
R: -(CH₂)n-, n : 1 bis 10, bevorzugt 3 bis 6, -(CH₂-CH₂-NH)m-CH₂-CH₂-, m : 2 bis 6, bevorzugt 2 bis 4
x: 6 und 10, wenn y = 2
z: 1 bis 12, insbesondere 1 bis 6
R: -(CH₂)n-, n : 1 bis 10, bevorzugt 3 bis 6, -(CH₂-CH₂-NH)m-CH₂-CH₂-, m : 2 bis 6, bevorzugt 2 bis 4
ebenso Heteropolyoxometallate des Molybdäns mit der
allgemeinen Formel
(H₃NRNH₃)xy/2[Mo₁₈P₂O₆₂]y x·zH₂O (II)
in der R, x, y, z die Bedeutungen wie oben haben, und die
Heteropolyoxometallate des Vanadins mit der allgemeinen
Formel
(H₃NRNH₃)xy/2[W18-aVaP₂O₆₂]y x·zH₂O (III)
in der R, x, y, z die obige Bedeutung haben und a einer ganzen
Zahl von 1 bis 18, bevorzugt 1 bis 10, insbesondere 1 bis 6
entspricht, (V vierwertig), wobei die Summenformeln
natürlich immer zu einer elektroneutralen Verbindung
führen.
Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls ein Verfahren, das
die Möglichkeit bietet, Heteropolyoxometallat-Verbindungen
mit mikroporöser Struktur durch hydrothermale
Kristallisation zu erhalten. Die nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren entstehenden Kristallite können als Katalysatoren
zur Umsetzung organischer Moleküle, und zwar insbesondere
als Katalysatoren in Oxidationsreaktionen eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäßen Verbindungen werden durch Erhitzen
eines Gemisches aus Metall (Pulver) und Metalloxid bzw.
einer oxidischen Verbindung dieses Metalls, die im
Verhältnis von 0,5 bis 15, bevorzugt 1 bis 10, insbesondere
3 bis 7 vorliegen, bei einem pH-Wert zwischen 2 und 8,
bevorzugt 3 und 7, insbesondere 4 und 6, in Wasser, wobei
sich das Verhältnis des in Synthesemischung vorhandenen
Wassers zum Metall auf 3000 bis 5000 : 1, insbesondere
3200 bis 4400 : 1, beläuft und die Verhältnisse der als
Spacer einzeln oder im Gemisch miteinander verwendeten
Amine der allgemeinen Formel
H₂N-R-NH₂ (IV)
in der bedeuten
R: -(CH₂)n- mit n : 1 bis 10, insbesondere 3 bis 6,
-(CH₂-CH₂-NH)m-CH₂-CH₂- m : 2 bis 6, insbesondere 2 bis 4
bzw. der Phosphorsäure, jeweils bezogen auf die eingesetzte
Metallmenge zwischen 50 und 25 : 1, bevorzugt 42 und
35 : 1, bzw. zwischen 50 und 25 : 1, bevorzugt zwischen
40 und 25 : 1 liegen,
einer Temperatur von 80° bis 250°C, bevorzugt 150° und 230°C, insbesondere 170° und 210°C,
und einem Druck zwischen 3 und 15 bar, insbesondere 3 und 7 bar,
bis zur vollständigen Umsetzung hergestellt, abfiltriert, gewaschen und getrocknet. Die Verhältnisangaben beziehen sich jeweils auf Molmengen.
einer Temperatur von 80° bis 250°C, bevorzugt 150° und 230°C, insbesondere 170° und 210°C,
und einem Druck zwischen 3 und 15 bar, insbesondere 3 und 7 bar,
bis zur vollständigen Umsetzung hergestellt, abfiltriert, gewaschen und getrocknet. Die Verhältnisangaben beziehen sich jeweils auf Molmengen.
Als Oxide eingesetzt werden im allgemeinen WO₃ und MoO₃
bzw. die entsprechenden Oxidhydrate, aber auch andere
oxidische Verbindungen wie z. B. VOSO₄.
Eine der bevorzugt hergestellten Verbindungen ist das
Tetrakis(1,6-diammoniumhexan)-18-wolframato-diphosphat,
(H₃N(CH₂)₆NH₃)₄[W₁₈P₂O₆₂]·3 H₂O.
Es handelt sich um die erstmalige Herstellung von Dawson-
Anionen in einem Feststoff mit definierten Mikroporen. Die
erfindungsgemäße Hydrothermalreaktion von Wolfram, Wolfram
oxid (WO₃), Hexamethylendiamin, Phosphorsäure und Wasser
lieferte dunkelblaue Kristalle in 90%iger Ausbeute. Die
Kristallstrukturanalyse zeigt das Vorhandensein von
isolierten W₁₈P₂O₆₂-Anionen, die von Hexamethylendiamin so
umgeben sind, daß die protonierten Aminogruppen eines
Moleküls jeweils zwei Dawson-Einheiten miteinander
verbinden. Insgesamt befinden sich acht Alkylammonium
gruppen in der Nähe eines Anions (Abb. 1). Entlang der
kristallographischen c-Achse öffnen sich auf diese Weise
Hohlräume, deren kürzeste O-O Abstände 7,6 bzw. 8,4 Å
betragen (Durchmesser von Atomkern zu Atomkern). Blickt man
entlang der kristallographischen a-Achse, so ist der
schichtartige Aufbau zu erkennen. Die Polyanionen bilden
parallel zueinander und in Richtung der b-Achse verlaufende
Zick-Zack-Ketten, in denen jedes übernächste Anion auf
gleicher Höhe liegt. Zwischen den Schichten wirken die
Hexamethylendiamin Moleküle als Spacer, die ebenfalls
Öffnungen freilassen, und zwar in der Projektion mit
kürzesten O-O-Abständen von 3,6 Å bzw. C-C-Abständen von
9,1 Å, die Wassermoleküle enthalten, deren Sauerstoffatome
in der Strukturanalyse lokalisiert werden konnten. Das gilt
ebenso für die Öffnungen in b-Richtung, die Abmessungen von
ca. 3,6 × 8,7 Å aufweisen.
Im allgemeinen besitzen die erfindungsgemäßen
Heteropolyoxometallate Hohlräume mit den Abständen 3 bis
40 Å, insbesondere 4 bis 20 Å.
Die nach dem vorliegenden Verfahren herstellbaren Hetero
polyoxowolframate -molybdate und -vanadate werden zur
katalytischen Umwandlung organischer Moleküle sowohl in der
Gas- als auch in der Flüssigphase eingesetzt. Umsetzungen
dieser Art sind beispielsweise Oxidationen. Hierzu gehören
die Epoxidation von Olefinen wie Propylenoxid aus Propylen
und H₂O₂, die Hydroxilierung von Aromaten wie Hydrochinon
aus Phenol und H₂O₂, die Umwandlung von Alkanen zu
Alkoholen, Aldehyden und Säuren, Isomerisierungsreaktionen
wie die Umwandlung von Epoxiden zu Aldehyden, die Spaltung
cyclischer 1,2-Diole zu Carbonsäuren mit O₂ sowie weitere
in der Literatur mit solchen Katalysatoren beschriebenen
Reaktionen wie beispielsweise in W.F. Hölderich, "Zeolites:
Catalysts for the synthesis of organiccompounds", Elsevier,
Stud.Surf.Sci.Catal.,Vol. 49, Amsterdam (1989), S. 69 bis
93, oder W. Hölderich, "New Frontiers in Catalysis", in
Proceedgs of the 10th International Congress on Catalysis,
Budapest (1992), S. 127 bis 163 und insbesondere für
mögliche Oxidationsreaktionen von B. Notari in
Stud.Surf.Sci.Catal.,Vol. 37 (1987), S. 413 bis 425, oder
M.Misono, "New Frontiers in Catalysis", in Proceedgs. of
the 10th International Congress on Catalysis, Budapest
(1992), S. 69 bis 101.
So läßt sich beispielsweise Cyclohexandiol-1,2 unter
Verwendung solcher Katalysatoren mit H₂O₂ als Oxidations
mittel zu Adipinsäure umsetzen. Dabei kann beispielsweise
mit wäßriger H₂O₂-Lösung bei Temperaturen zwischen 50° und
100°C, besonders zwischen 60° und 80°C und Sauerstoff
drucken von 1 bar bis 50 bar gearbeitet werden. Das
Verhältnis von Katalysator zu Cyclohexandiol-1,2 sollte
zwischen 1 : 10 und 1 : 100 liegen, besonders aber zwischen
1 : 20 und 1 : 50 H₂O₂-Lösung sollte in 1,1 bis 2,0-fachem
Überschuß eingesetzt werden, besonders in 1,3 bis
1,6-fachem Überschuß bezogen auf Cyclohexandiol-1,2.
Die nachfolgenden Beispiele erläutern das erfindungsgemäße
Herstellverfahren sowie die katalytischen Eigenschaften der
erhaltenen Heteropolyoxometallate.
Dieses Beispiel beschreibt die erfindungsgemäße Herstellung
eines kristallinen mikroporösen Heteropolyoxowolframates
unter Verwendung von 1,6-Diaminohexan:
In einem mit einem Teflonbecher (250 ml Volumen) versehenen Autoklaven wurden WO₃, W, Hexamethylendiamin (50% in H₂O), H₃PO₄, und H₂O im Molverhältnis 8 : 1 : 42 : 27 : 4400 vier Tage lang auf 200°C erhitzt (Füllvolumen des Teflonbechers ca. 45%). Nach Filtration verblieben quaderförmige dunkelblaue Kristalle, die mit H₂O gewaschen und an der Luft getrocknet wurden. Die Ausbeute bezogen auf W lag zwischen 85 und 95%. Die chemische Analyse ergab folgende Werte: C: 6.97%, N: 2.23%, P: 1.48% (Gew.-%).
In einem mit einem Teflonbecher (250 ml Volumen) versehenen Autoklaven wurden WO₃, W, Hexamethylendiamin (50% in H₂O), H₃PO₄, und H₂O im Molverhältnis 8 : 1 : 42 : 27 : 4400 vier Tage lang auf 200°C erhitzt (Füllvolumen des Teflonbechers ca. 45%). Nach Filtration verblieben quaderförmige dunkelblaue Kristalle, die mit H₂O gewaschen und an der Luft getrocknet wurden. Die Ausbeute bezogen auf W lag zwischen 85 und 95%. Die chemische Analyse ergab folgende Werte: C: 6.97%, N: 2.23%, P: 1.48% (Gew.-%).
Die erfindungsgemäß hergestellte Verbindung (Tetrakis(1,6-
diammoniumhexan)-18-wolframato-diphosphat,
(H₃N(CH₂)₆NH₃)₄[W₁₈P₂O₆₂]·3 H₂O) zeigt folgendes
charakteristisches Röntgenbeugungsdiagramm (CuKα₁, Siemens
D500 Pulverdiffraktometer):
Interplanarer Abstand | |
Relative Intensität | |
d(Å) ± 0,01 | |
I/Io × 100 ± 1 | |
13,555 | |
100 | |
12,581 | 65,3 |
10,467 | 2,30 |
9,284 | 8,86 |
7,763 | 6,27 |
6,781 | 8,19 |
6,193 | 3,45 |
5,960 | 15,47 |
5,714 | 13,27 |
5,376 | 6,32 |
5,225 | 7,23 |
5,104 | 3,07 |
4,861 | 2,11 |
Die Verbindung läßt sich orthorhombisch indizieren mit den
Gitterkonstanten a = 19.839, b = 18.682, c = 12.605 Å. Das
FTIR-Spektrum (KBr-Preßling) der Verbindung zeigt folgende
charakteristische Banden:
Wellenzahl | |
Intensität | |
(cm-1) | |
3449 | |
m | |
3130 | m |
2930 | m |
2860 | m |
1080 | m |
943 | vs |
912 | vs |
819 | vs |
Die ¹³C- und ³¹P-MASNMR-Messungen (Bruker MSL300 bzw.
Bruker MSL500; Resonanzfrequenz 75.5 bzw. 202.5 MHz,
protonenentkoppelt) zeigen folgende charakteristische
Signale:
¹³C-MASNMR | |
³¹P-MASNMR | |
δ (ppm) | |
δ (ppm) | |
27,8 | |
-1,2 | |
41,8 | -7,2 |
-13,0 |
Das FIR-Spektrum zeigt die charakteristischen Schwingungs
banden von Heteropolyoxowolframaten, den Einbau des
organischen Spacers und den Einbau von Phosphor. Die ¹³C-
und ³¹P-MASNMR-Messungen bestätigten den Einbau von
Phosphor in die Struktur des Heteropolyoxometallatanions
bzw. den Einbau des als Spacer verwendeten Amins in die
Struktur. Die Struktur der Verbindung konnte durch Röntgen
einkristallstrukturanalyse aufgeklärt werden. Dabei zeigte
sich, daß die Verbindung definierte Mikroporen
verschiedener Größe hat. Die größten dieser Mikroporen
haben ungefähre Abmessungen von 7,6 × 8,3 A (s. Abb. 1).
Dieses Beispiel beschreibt die erfindungsgemäße Herstellung
eines Heteropolyoxowolframates unter Verwendung von
Tetraethylenpentamin:
In einem mit einem Teflonbecher (250 ml Volumen) versehenen Autoklaven wurden WO₃, W, Tetraethylenpentamin, H₃PO₄, und H₂O im Molverhältnis 8 : 1 : 42 : 27 : 4400 vier Tage lang auf 200°C erhitzt (Füllvolumen des Teflonbechers ca. 45%). Nach Filtration verblieben nadelförmige dunkelblaue Kristalle, die mit H₂O gewaschen und an der Luft getrocknet wurden. Die Ausbeute bezogen auf W lag zwischen 70 und 80%.
In einem mit einem Teflonbecher (250 ml Volumen) versehenen Autoklaven wurden WO₃, W, Tetraethylenpentamin, H₃PO₄, und H₂O im Molverhältnis 8 : 1 : 42 : 27 : 4400 vier Tage lang auf 200°C erhitzt (Füllvolumen des Teflonbechers ca. 45%). Nach Filtration verblieben nadelförmige dunkelblaue Kristalle, die mit H₂O gewaschen und an der Luft getrocknet wurden. Die Ausbeute bezogen auf W lag zwischen 70 und 80%.
Die erfindungsgemäß hergestellte Verbindung zeigt folgendes
charakteristisches Röntgenbeugungsdiagramm (CuKa₁α₂,
Philips PW 1050/25 Pulverdiffraktometer):
Interplanarer Abstand | |
Relative Intensität | |
d(Å) ± 0,1 | |
I/Io × 100 ± 5 | |
13,01 | |
20,7 | |
11,96 | 65,8 |
11,49 | 100,0 |
10,17 | 16,4 |
6,97 | 5,3 |
6,87 | 7,4 |
6,42 | 6,8 |
6,31 | 7,5 |
Das FTIR-Spektrum (KBr-Preßling) der Verbindung zeigt
folgende charakteristische Banden:
Wellenzahl | |
Intensität | |
(cm-1) | |
3448 | |
vs | |
2930 | w |
2860 | w |
1077 | m |
943 | vs |
907 | vs |
828 | vs |
Dieses Beispiel beschreibt die erfindungsgemäße Herstellung
eines Heteropolyoxowolframates unter Verwendung von
Triethylentetramin:
In einem mit einem Teflonbecher (250 ml Volumen) versehenen Autoklaven wurden WO₃, W, Triethylentetramin, H₃PO₄, und H₂O im Molverhältnis 8 : 1 : 42 : 27 : 4400 vier Tage lang auf 200°C erhitzt (Füllvolumen des Teflonbechers ca. 45%). Nach Filtration verblieben nadelförmige dunkelblaue Kristalle, die mit H₂O gewaschen und an der Luft getrocknet wurden. Die Ausbeute bezogen auf W lag zwischen 70 und 85%.
In einem mit einem Teflonbecher (250 ml Volumen) versehenen Autoklaven wurden WO₃, W, Triethylentetramin, H₃PO₄, und H₂O im Molverhältnis 8 : 1 : 42 : 27 : 4400 vier Tage lang auf 200°C erhitzt (Füllvolumen des Teflonbechers ca. 45%). Nach Filtration verblieben nadelförmige dunkelblaue Kristalle, die mit H₂O gewaschen und an der Luft getrocknet wurden. Die Ausbeute bezogen auf W lag zwischen 70 und 85%.
Die erfindungsgemäß hergestellte Verbindung zeigt folgendes
charakteristisches Röntgenbeugungsdiagramm (Cuα₁α₂,
Philips PW 1050/25 Pulverdiffraktometer):
Interplanarer Abstand | |
Relative Intensität | |
d(Å) ± 0,05 | |
I/Io × 100 ± 5 | |
13,82 | |
22,3 | |
12,81 | 45,6 |
11,94 | 67,4 |
11,33 | 100,0 |
10,16 | 16,5 |
7,76 | 3,4 |
6,86 | 7,4 |
6,42 | 6,2 |
6,19 | 4,8 |
5,68 | 3,6 |
Das FTIR-Spektrum (KBr-Preßling) der Verbindung zeigt
folgende charakteristische Banden:
Wellenzahl | |
Intensität | |
(cm-1) | |
3441 | |
vs | |
2966 | w |
2830 | w |
2859 | w |
1077 | w |
943 | vs |
906 | vs |
817 | s |
Das Beispiel beschreibt die erfindungsgemäße Herstellung
eines kristallinen mikroporösen mit Vanadium substituierten
Heteropolyoxowolframates unter Verwendung von 1,6-Diamino
hexan.
In einem mit einem Teflonbecher (259 ml Volumen) versehenen
Autoklaven wurden WO₃, W, Hexamethylendiamin (50% in H₂O),
H₃PO₄, VOSO₄ und H₂O im Molverhältnis 8 : 1 : 42 : 27 : 0,8 : 4400
vier Tage lang auf 200°C erhitzt (Füllvolumen des Teflon
bechers 45%). Nach Filtration verblieben quaderförmige
dunkelblaue Kristalle, die mit H₂O gewaschen und an der
Luft getrocknet wurden. Die Ausbeute bezogen auf W lag
zwischen 85 und 95%. Die qualitative Analyse mittels
Röntgenfluoreszensanalyse zeigte das Vorhandensein von
Vanadium.
Dieses Beispiel beschreibt die Verwendung des
erfindungsgemäß hergestellten mikroporösen
Heteropolyoxowolframates in der Oxidation von
Cyclohexandiol-1,2 zu Adipinsäure:
0.15 g des erfindungsgemäßen nach Beispiel 1 hergestellten Heteropolyoxowolframtes werden in einem Rundkolben mit Rückflußkühler zu 1.45 g Cyclohexandiol-1,2 gegeben. Dazu werden 5.2 ml einer 30%igen H₂O₂-Lösung gegeben. Diese Mischung wird auf 80°C erhitzt und bei dieser Temperatur 24 Stunden gerührt. Man filtrierte heiß vom Katalysator ab. Die Mutterlauge wurde gefriergetrocknet, der entstandene Feststoff mit Diazomethan verestert und der entstandene Adipinsäuremethylester gaschromatographisch analysiert. Die Ausbeute an Adipinsäure betrug 65% bei einem Umsatz von 93%.
0.15 g des erfindungsgemäßen nach Beispiel 1 hergestellten Heteropolyoxowolframtes werden in einem Rundkolben mit Rückflußkühler zu 1.45 g Cyclohexandiol-1,2 gegeben. Dazu werden 5.2 ml einer 30%igen H₂O₂-Lösung gegeben. Diese Mischung wird auf 80°C erhitzt und bei dieser Temperatur 24 Stunden gerührt. Man filtrierte heiß vom Katalysator ab. Die Mutterlauge wurde gefriergetrocknet, der entstandene Feststoff mit Diazomethan verestert und der entstandene Adipinsäuremethylester gaschromatographisch analysiert. Die Ausbeute an Adipinsäure betrug 65% bei einem Umsatz von 93%.
Dieses Beispiel beschreibt die Verwendung des
erfindungsgemäß hergestellten mikroporösen
Heteropolyoxowolframates in der Oxidation von
Cyclohexandiol-1,2 zu Adipinsäure unter leicht erhöhtem
Sauerstoffdruck:
0.15 g des erfindungsgemäßen, nach Beispiel 1 hergestellten Heteropolyoxowolframates werden in einem Glasautoklaven zu 1.45 g Cyclohexandiol-1,2 gegeben. Dazu werden 5.2 ml einer 30%igen H₂O₂-Lösung gegeben. Anschließend wird auf die Reaktionsmischung ein O₂-Druck von 3 bar aufgepreßt. Es wurde auf 80°C erhitzt und bei dieser Temperatur wurde 24 Stunden gerührt. Man filtrierte heiß vom Katalysator ab. Die Mutterlauge wurde gefriergetrocknet, der entstandene Feststoff mit Diazomethan verestert und der entstandene Adipinsäuremethylester gaschromatographisch analysiert. Die Ausbeute an Adipinsäure betrug 78% bei einem Umsatz von 93%.
0.15 g des erfindungsgemäßen, nach Beispiel 1 hergestellten Heteropolyoxowolframates werden in einem Glasautoklaven zu 1.45 g Cyclohexandiol-1,2 gegeben. Dazu werden 5.2 ml einer 30%igen H₂O₂-Lösung gegeben. Anschließend wird auf die Reaktionsmischung ein O₂-Druck von 3 bar aufgepreßt. Es wurde auf 80°C erhitzt und bei dieser Temperatur wurde 24 Stunden gerührt. Man filtrierte heiß vom Katalysator ab. Die Mutterlauge wurde gefriergetrocknet, der entstandene Feststoff mit Diazomethan verestert und der entstandene Adipinsäuremethylester gaschromatographisch analysiert. Die Ausbeute an Adipinsäure betrug 78% bei einem Umsatz von 93%.
Dieses Beispiel beschreibt die Verwendung des
erfindungsgemäß hergestellten mikroporösen
Heteropolyoxowolframates in der Oxidation von
Cyclohexandiol-1,2 zu Adipinsäure unter erhöhtem
Sauerstoffdruck:
0.15 g des erfindungsgemäßen, nach Beispiel 1 hergestellten Heteropolyoxowolframates werden in einem Stahlautoklaven zu 1.45 g Cyclohexandiol-1,2 gegeben. Dazu werden 5.2 ml einer 30%igen H₂O₂-Lösung gegeben. Anschließend wird auf die Reaktionsmischung ein O₂-Druck von 40 bar aufgepreßt. Es wurde auf 80°C erhitzt und bei dieser Temperatur wurde 24 Stunden gerührt. Man filtrierte heiß vom Katalysator ab. Die Mutterlauge wurde gefriergetrocknet, der entstandene Feststoff mit Diazomethan verestert und der entstandene Adipinsäuremethylester gaschromatographisch analysiert. Die Ausbeute an Adipinsäure betrug 89% bei einem Umsatz von 97%.
0.15 g des erfindungsgemäßen, nach Beispiel 1 hergestellten Heteropolyoxowolframates werden in einem Stahlautoklaven zu 1.45 g Cyclohexandiol-1,2 gegeben. Dazu werden 5.2 ml einer 30%igen H₂O₂-Lösung gegeben. Anschließend wird auf die Reaktionsmischung ein O₂-Druck von 40 bar aufgepreßt. Es wurde auf 80°C erhitzt und bei dieser Temperatur wurde 24 Stunden gerührt. Man filtrierte heiß vom Katalysator ab. Die Mutterlauge wurde gefriergetrocknet, der entstandene Feststoff mit Diazomethan verestert und der entstandene Adipinsäuremethylester gaschromatographisch analysiert. Die Ausbeute an Adipinsäure betrug 89% bei einem Umsatz von 97%.
Claims (8)
1. Heteropolyoxometallate des Wolframs, Molybdäns und
Vanadins mit einem strukturell definierten Mikroporen
volumen.
2. Heteropolyoxometallate des Wolframs gemäß Anspruch 1
mit der allgemeinen Formel
(H₃NRNH₃)xy/2[W₁₈P₂O₆₂]y x·zH₂O (I),in der bedeuten
x: 8 und 12, wenn y = 1
x: 6 und 10, wenn y = 2
z: 1 bis 12
R: -(CH₂)n-, n : 1 bis 10 -(CH₂-CH₂-NH)m-CH₂-CH₂-, m : 2 bis 6.
x: 8 und 12, wenn y = 1
x: 6 und 10, wenn y = 2
z: 1 bis 12
R: -(CH₂)n-, n : 1 bis 10 -(CH₂-CH₂-NH)m-CH₂-CH₂-, m : 2 bis 6.
3. Heteropolyoxometallate des Molybdäns gemäß Anspruch 1
mit der allgemeinen Formel
(H₃NRNH₃)xy/2[Mo₁₈P₂O₆₂]y x·zH₂O (II),in der R, x, y, z die Bedeutungen wie in Anspruch 2 haben.
4. Heteropolyoxometallate des Vanadins gemäß Anspruch 1
mit der allgemeinen Formel
(H₃NRNH₃)xy/2[W18-aVaP₂O₆₂]y x·zH₂O (III),in der R, x, y, z die Bedeutungen wie in Anspruch 2 haben
und a 1 bis 18 entspricht, bevorzugt 1 bis 10.
5. Heteropolyoxometallate gemäß Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie entlang der kristallographischen c-Achse
Hohlräume mit den Abmessungen 4 bis 40 A, bevorzugt 4
bis 20 A, aufweisen.
6. Verfahren zur Herstellung von Heteropolyoxometallaten
gemäß den Ansprüchen 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß man Gemische des entsprechenden Metalls und des
Metalloxids bzw. eine oxidische Verbindung dieses
Metalls, deren Anteile im Verhältnis von 0,5 bis 15,
bevorzugt 1 bis 10, insbesondere 3 bis 7 vorliegen, bei
einem pH-Wert zwischen 2 und 8, bevorzugt 3 und 7,
insbesondere 4 und 6, in Wasser,
wobei sich das Verhältnis das in Synthesemischung vorhandenen Wassers zum Metall auf 3000 bis 5000 : 1, insbesondere 3200 bis 4400 beläuft
und die Verhältnisse der als Spacer einzeln oder im Gemisch miteinander verwendeten Amine der allgemeinen Formel H₂N-R-NH₂ (IV)in der bedeuten
R: -(CH₂)n-, n: 1 bis 10, insbesondere 3 bis 6 -(CH₂-CH₂-NH)m-CH₂-CH₂, m: 2 bis 6, insbesondere 2 bis 4,
bzw. der Phosphorsäure, jeweils bezogen auf die eingesetzte Metallmenge zwischen 50 und 25 : 1, bevorzugt 42 und 35 : 1, bzw. zwischen 50 und 25 : 1, bevorzugt zwischen 40 und 25 : 1 liegen,
bei einer Temperatur von 80 bis 250°C, bevorzugt 150 und 230°C, insbesondere 170 und 210°C und einem Druck zwischen 3 und 15 bar, insbesondere 3 und 7 bar,
bis zur vollständigen Umsetzung reagieren läßt, das Produkt abfiltriert, wäscht und trocknet.
wobei sich das Verhältnis das in Synthesemischung vorhandenen Wassers zum Metall auf 3000 bis 5000 : 1, insbesondere 3200 bis 4400 beläuft
und die Verhältnisse der als Spacer einzeln oder im Gemisch miteinander verwendeten Amine der allgemeinen Formel H₂N-R-NH₂ (IV)in der bedeuten
R: -(CH₂)n-, n: 1 bis 10, insbesondere 3 bis 6 -(CH₂-CH₂-NH)m-CH₂-CH₂, m: 2 bis 6, insbesondere 2 bis 4,
bzw. der Phosphorsäure, jeweils bezogen auf die eingesetzte Metallmenge zwischen 50 und 25 : 1, bevorzugt 42 und 35 : 1, bzw. zwischen 50 und 25 : 1, bevorzugt zwischen 40 und 25 : 1 liegen,
bei einer Temperatur von 80 bis 250°C, bevorzugt 150 und 230°C, insbesondere 170 und 210°C und einem Druck zwischen 3 und 15 bar, insbesondere 3 und 7 bar,
bis zur vollständigen Umsetzung reagieren läßt, das Produkt abfiltriert, wäscht und trocknet.
7. Verwendung der Heteropolyoxometallate gemäß den
Ansprüchen 1 bis 5 als Katalysatoren bei Umsetzungen
organischer Verbindungen in der Gasphase oder in der
flüssigen Phase.
8. Verwendung gemäß Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß man die Katalysatoren in Oxidationsreaktionen
einsetzt.
Priority Applications (4)
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---|---|---|---|
DE4424625A DE4424625A1 (de) | 1994-07-13 | 1994-07-13 | Mikroporöse Heteropolyoxometallate und Verfahren zu ihrer Herstellung |
JP7170036A JPH0853481A (ja) | 1994-07-13 | 1995-07-05 | 構造上限定されたミクロ孔容量を有するタングステン、モリブデンおよびバナジウムのヘテロポリオキソ金属酸塩、その製造方法および気相および液相中での有機化合物の反応のためのそれからなる触媒 |
BE9500611A BE1009990A3 (fr) | 1994-07-13 | 1995-07-10 | Heteropolyoxometallates microporeux et procede pour leur fabrication. |
US08/502,261 US5681973A (en) | 1994-07-13 | 1995-07-13 | Microporous heteropolyoxometallates and method of their production and use as catalysts |
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DE4424625A1 true DE4424625A1 (de) | 1996-01-18 |
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- 1994-07-13 DE DE4424625A patent/DE4424625A1/de not_active Withdrawn
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1995
- 1995-07-05 JP JP7170036A patent/JPH0853481A/ja active Pending
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- 1995-07-13 US US08/502,261 patent/US5681973A/en not_active Expired - Fee Related
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Owner name: DEGUSSA-HUELS AG, 60311 FRANKFURT, DE |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8125 | Change of the main classification |
Ipc: C01G 41/00 |
|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DEGUSSA AG, 40474 DUESSELDORF, DE |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |