DE4429699A1 - Verfahren zur Herstellung von Butendiolen und Butendiol-Derivaten in Gegenwart oxidischer Katalysatoren - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Butendiolen und Butendiol-Derivaten in Gegenwart oxidischer KatalysatorenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Umsetzung von Vinyloxiranen mit Sauer
stoffnukleophilen wie Wasser, Alkoholen oder Carbonsäuren in Ge
genwart von festen oxidischen Katalysatoren zu Butendiolen und
Butendiol-Derivaten.
In WO 8 504 392 und WO 8 504 393 ist die Hydrolyse von Oxiranen
in Gegenwart von Metallaten und festen organischen Materialien
wie anionischen Ionentauschern beschrieben. Gemäß WO 9 115 469,
WO 9 115 470 und WO 115 472 wird die Hydrolyse von Vinyloxiran an
sauren Ionentauschern durchgeführt. In WO 8 902 883 wird die Re
aktion von Vinyloxiran mit Sauerstoffnukleophilen in Anwesenheit
von Pd-0-Verbindungen auf einem polymeren Substrat geoffenbart.
In den genannten Schriften sind Katalysatorsysteme beschrieben,
die im Reaktionssystem zwar heterogen vorliegen. Sie sind jedoch
entweder organischer oder nicht-oxidischer Natur. Die Ionenaus
tauscher bergen den Nachteil der geringen thermischen Stabilität.
Damit verbunden ist die Schwierigkeit der Regenerierung bei Akti
vitätsabnahme. Pd-Katalysatoren haben den Nachteil einerseits des
hohen Preises, andererseits weisen sie bei der vorliegenden Reak
tion eine unzureichende Standzeit auf.
Es bestand daher die Aufgabe, Katalysatoren vorzuschlagen, die
einerseits billig und leicht verfügbar, andererseits unter den
Reaktionsbedingungen stabil sind.
Diese Aufgabe wurde gelöst mit einem Verfahren zur Umsetzung von
Vinyloxiranen der Formel I
in der R¹ und R² gleich oder verschieden sind und ein Wasserstoff
atom oder eine C₁ bis C₅-Alkylgruppe bedeuten, zu Butendiolen und
Butendiol-Derivaten der Formeln
in der R³ und R⁴ gleich oder verschieden sind und für ein Wasser
stoffatom einen aliphatischen Rest mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen
oder den Rest
stehen, wobei R⁵ Wasserstoff oder einen aliphatischen, cycloali
phatischen, araliphatischen oder aromatischen Rest mit 1 bis
15 Kohlenstoffatomen bedeutet, das dadurch gekennzeichnet ist,
daß Vinyloxirane der Formel I mit Sauerstoffnukleophilen R³OH,
R⁴OH oder R⁵COOH, wobei R³, R⁴ und R⁵ die oben genannten Bedeutun
gen haben, in Gegenwart von festen, im Reaktionsmedium unlösli
chen, oxidischen Katalysatoren umsetzt.
Butendiolderivate der Formel II und III sind Vorprodukte, z. B.
für 1,4-Butandiol, Tetrahydrofuran oder Vitamine.
Erfindungsgemäß zu verwendenden oxidischen Katalysatoren sind
unter den Reaktionsbedingungen unlösliche Oxide der Hauptgruppen
III, IV, V und VI, der Nebengruppen IIIb-VIIb und VIII des
Periodensystems sowie der Oxide der Seltenerdmetalle.
Insbesondere kommen Oxide des Siliziums, Aluminiums, Titans, Zir
kons und Hafniums in Betracht.
Vorteilhafterweise können solche Oxide auch miteinander kombi
niert werden, wie etwa die Oxide des Siliziums mit den Oxiden des
Aluminiums, Titans, Zirkons, Hafniums, Zinns, Niobs oder Oxide
von Zirkon mit denen des Chroms, Wolframs, Molybdäns, Selens und
Tellurs.
Als Kombination von Oxiden sind insbesondere Zeolithe oder
Schichtsilikate wie z. B. Montmorillonite (Tonsil) geeignet. Im
einzelnen sind z. B. folgende Oxidkatalysatoren zu nennen:
Siliziumoxid/Aluminiumoxid, Siliziumoxid/Titanoxid, Siliziumoxid/ Zirkonoxid oder Siliziumoxid/Hafniumoxid.
Siliziumoxid/Aluminiumoxid, Siliziumoxid/Titanoxid, Siliziumoxid/ Zirkonoxid oder Siliziumoxid/Hafniumoxid.
Die Oxide werden in an sich bekannter Weise hergestellt. Eine
Fällung aus entsprechenden Alkoholaten, vor allem in Gegenwart
von Ammoniumfluorid oder Ammoniumsulfat hat sich dabei als vor
teilhaft erwiesen.
Darüber hinaus können die erfindungsgemäß zu verwendenden
Katalysatoren noch Dotierungen in Form von sauerstoffhaltigen
Schwefel- oder Phosphorverbindungen sowie Halogenverbindungen, z. B.
Fluoride enthalten.
Es ist vorteilhaft, die vorgenannten Oxide, Oxidkombinationen und
dotierten Oxide bzw. Oxidkombinationen vor der Verwendung einer
thermischen Behandlung bei Temperaturen zwischen 120 bis 650°C,
vorteilhafter bei 250 bis 600°C und besonders vorteilhaft bei 350
bis 550°C für die Dauer von 0,2 bis 25 Stunden, bevorzugt 2 bis 17
Stunden zu unterziehen.
Der Katalysator wird in Mengen (Gewicht) zu Vinyloxiran von 1 zu
100 bis 100 : 1, besonders bevorzugt 1 : 10 bis 5 : 1 bei diskontinu
ierlicher Umsetzung angewandt. Bei kontinuierlicher Umsetzung be
trägt die Katalysatorbelastung in der Regel 0,01 bis 10 vorzugs
weise 0,1 bis 1.
Den Reaktionsansätzen können neben den erfindungsgemäßen
Katalysatoren reaktionsfördernde Verbindungen zugesetzt werden.
Diese Zusätze sind vor allem Halogenide, bevorzugt Iodide des
Lithiums, Natriums oder Kaliums, die den Gehalt an 1,4-Butendiol-
Derivat erhöhen.
Ferner kommen als reaktionsfördernde Verbindungen Metallate der
4., 5. und 6. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente in Be
tracht, z. B. Vanadate, Molybdate, Wolframate oder Perrhenate.
Durch den Zusatz dieser Metallate erhöht sich die Gesamtausbeute
an Butendiolen und Derivaten.
Die reaktionsfördernden Verbindungen werden in der Regel in einem
Gewichtsverhältnis zum eingesetztem Katalysator von 0,01 : 1 bis
3:1, bevorzugt 0,1 : 1 bis 2 : 1 eingesetzt.
Die molaren Verhältnisse von Sauerstoffnukleophil zu Vinyloxiran
betragen z. B. 0,5 : 1 bis 100 : 1, bevorzugt 1 : 1 bis 40 : 1, besonders
bevorzugt 1 : 1 bis 20 : 1.
Als Sauerstoffnukleophile kommen Wasser, Alkohole mit 1 bis
15 Kohlenstoffatome oder Carbonsäuren mit 2 bis 16 Kohlenstoff
atomen in Betracht.
Erfindungsgemäß zu verwendende Alkohole sind primäre, sekundäre
oder tertiäre Alkohole oder Polyole insbesondere Methanol,
Ethanol oder tert.-Butanol.
Als Carbonsäuren kommen aliphatische, cycloaliphatische,
araliphatische oder aromatische Carbonsäuren in Betracht, vor al
lem Ameisensäure, Essigsäure und Propionsäure.
Die Reaktion wird bei Temperaturen zwischen 0 und 200°C, bevorzugt
aber zwischen 15 und 100°C durchgeführt. Der Reaktionsdruck ist
systemimmanent oder wird durch Aufpressen von Inertgasen wie
Stickstoff auf Werte bis z. B. 50 bar eingestellt. Er wird immer
so gewählt, daß die Reaktionskomponenten vorwiegend flüssig vor
liegen.
Die Reaktion kann diskontinuierlich oder kontinuierlich z. B. mit
suspendiertem oder fest angeordneten Katalysator entweder in Rie
sel- oder Sumpffahrweise durchgeführt werden. Die Verweilzeiten
liegen dabei in der Regel zwischen einer und 300 Minuten, bevor
zugt zwischen 5 bis 120 Minuten.
Nach Abtrennung des gegebenenfalls im Reaktionsaustrag enthalte
nen Katalysators können die Produkte der Formel II und III nach
an sich bekannten Methoden, z. B. durch Destillation voneinander
getrennt werden.
Das Verfahren wird anhand nachfolgender Beispiele näher
erläutert, aber in keiner Weise eingeschränkt. Die angegebenen
Ausbeuten wurden gaschromatographisch bestimmt. Prozente sind
Gewichtsprozente; bei der Ausbeute % d.Th.
In einem 3-l-Kolben wurden in 360 g deionisiertem Wasser und
476 g Ammoniaklösung (25 Gew.-% in Wasser) 74 g Ammoniumfluorid
gelöst. Über Tropftrichter als Vorlage wurden unter Rühren vorge
mischte 416 g Tetraethylorthosilicat und 284 Tetraisopropylortho
titanat innerhalb von 25 Minuten zugetropft. Danach wurde die
Mischung zwei Stunden nachgerührt. Der Ansatz wurde so weit er
wärmt, daß das durch die Hydrolyse entstandene Alkoholgemisch ab
destillierte. Nach Erkalten wurde die Hydrolysat abfiltriert und
mit deionisiertem Wasser gewaschen. Der Filterkuchen wurde 16
Stunden bei 120°C vorgetrocknet und anschließend 5 Stunden bei
500°C calciniert.
Die chemische Analyse des Katalysators ergab als Gew.-% Oxid ge
rechnet 59% SiO₂, 38% TiO₂ sowie 0,25 Gew.-% Fluor. 0,1 g die
ses Katalysators wurden mit 0,7 g Vinyloxiran und 0,45 g Wasser
1 Stunde auf 80°C erhitzt. Bei vollständigem Umsatz fanden sich
54% 3,4-Buten-1-diol und 7% 1,4-Buten-2-diol.
0,7 g Vinyloxiran und 1,8 g Wasser wurden mit 0,1 g gemäß Bei
spiel 1 hergestelltem Katalysator versetzt und die Mischung
1 Stunde auf 80°C erhitzt. Bei vollständigem Umsatz fanden sich 64%
3,4-Buten-1-diol und 13% 1,4-Buten-2-diol.
0,7 g Vinyloxiran und 0,45 g Wasser wurden mit 0,1 g gemäß Bei
spiel 1 hergestelltem Katalysator und 0,1 g Kaliumrhenat versetzt
und die Mischung 1 Stunde auf 80°C erhitzt. Bei vollständigem Um
satz fanden sich 64% 3,4-Buten-1-diol und 7% 1,4-Buten-2-diol.
0,7 g Vinyloxiran und 0,45 g Wasser wurden mit 0,1 g gemäß Bei
spiel 1 hergestellten Katalysator und 0,1 g KI versetzt und die
Mischung 1 Stunde auf 100°C erhitzt. Bei 50% Umsatz fanden sich
16% 3,4-Buten-1-diol und 12% 1,4-Buten-2-diol.
0,7 g Vinyloxiran und 0,8 g Methanol wurden mit 0, 1 g gemäß Bei
spiel 1 hergestelltem Katalysator versetzt und die Mischung
1 Stunde auf 80°C erhitzt. Bei 31% Umsatz fanden sich 40%
3-Methoxy-4-hydroxy-but-1-en.
0,7 g Vinyloxiran und 1,5 g Essigsäure wurden mit 0,1 g gemäß
Beispiel 1 hergestelltem Katalysator versetzt und die Mischung 1
Stunde auf 80°C erhitzt. Bei 90% Umsatz fanden sich 40% 3,4-Bu
ten-1-diolmonoacetate und 5% 1,4-Buten-2-diolmonoacetat.
In einem 3 1-Kolben wurden in 360 g deionisiertem Wasser und 476 g
Ammoniaklösung (25 Gew.-% in Wasser) 264 g Ammoniumsulfat ge
löst. Über Tropftrichter als Vorlage wurden unter Rühren vorge
mischte 416 g Tetraethylorthosilicat und 467 Zirkonium(IV)propy
lat innerhalb von 25 Minuten zugetropft und die Mischung eine
Stunde nachgerührt. Der Ansatz wurde in einem Druckbehälter bei
180°C unter einem autogenen Druck von 25 bar 24 Stunden gerührt.
Nach dem Abkühlen wurde der Feststoff abfiltriert, mit Wasser
neutralgewaschen und 16 Stunden bei 120°C getrocknet und anschlie
ßend 5 Stunden bei 500°C calciniert. Der erhaltene Katalysator
hatte folgende Zusammensetzung (als Oxid berechnet) : SiO₂ 45,5%,
ZrO₂ 45,5%, Sulfat 0,02%.
0,1 g dieses Katalysators wurden mit 0,7 g Vinyloxiran und 0,45 g
Wasser 1 Stunde auf 80°C erhitzt. Bei vollständigem Umsatz fanden
sich 54% 3,4-Buten-1-diol und 0,4% 1,4-Buten-2-diol.
0,7 g Vinyloxiran und 0,45 g Wasser wurden mit 0,1 g Tonsil ver
setzt und die Mischung 1 Stunde auf 80°C erhitzt. Bei 90% Umsatz
fanden sich 50% 3,4-Buten-1-diol und 10% 1,4-Buten-2-diol.
Claims (9)
1. Verfahren zur Umsetzung von Vinyloxiranen der Formel
in der R¹ und R² gleich oder verschieden sind und ein Wasser
stoffatom oder eine C₁ bis C₅-Alkylgruppe bedeuten, zu Buten
diolen und Butendiol-Derivaten der Formeln
in der R³ und R⁴ gleich oder verschieden sind und für ein
Wasserstoffatom, einen aliphatischen Rest mit 1 bis
10 Kohlenstoffatomen oder den Rest
stehen, wobei R⁵ Wasserstoff oder einen aliphatischen, cyclo
aliphatischen, araliphatischen oder aromatischen Rest mit 1
bis 15 Kohlenstoffatomen bedeutet, dadurch gekennzeichnet,
daß man Vinyloxirane der Formel I mit Sauerstoffnukleophilen
R³OH, R⁴OH oder R⁵COOH, wobei R³, R⁴ und R⁵ die oben genannten
Bedeutungen haben, in Gegenwart von festen, im Reaktionsme
dium unlöslichen, oxidischen Katalysatoren umsetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man
als Katalysatoren Oxide oder Oxid-Kombinationen der Haupt
gruppen III, IV, V und VI des Periodensystems, der Neben
gruppen IIIb-VIIIb sowie Oxide der Seltenerdmetalle
verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Oxide oder Oxidkombinationen mit geringen Mengen sauerstoff
haltiger Schwefel-, Phosphor- oder Halogenverbindungen do
tiert sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man
den unlöslichen Katalysatoren Halogenide des Natriums, Kali
ums oder Lithiums zusetzt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man
ein molares Verhältnis von Sauerstoffnukleophil zu Vinyloxi
ran von 1 : 1 bis 1 : 40 verwendet.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man
bei Temperaturen von 15-150°C arbeitet.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man
als Sauerstoffnukleophil Wasser verwendet.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als
Sauerstoffnukleophile primäre, sekundäre oder tertiäre Alko
hole mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen verwendet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als
Sauerstoffnukleophile aliphatische oder aromatische Carbon
säuren mit 1 bis 16 Kohlenstoffatomen verwendet werden.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4429699A DE4429699A1 (de) | 1993-08-27 | 1994-08-22 | Verfahren zur Herstellung von Butendiolen und Butendiol-Derivaten in Gegenwart oxidischer Katalysatoren |
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| DE4328805 | 1993-08-27 | ||
| DE4429699A DE4429699A1 (de) | 1993-08-27 | 1994-08-22 | Verfahren zur Herstellung von Butendiolen und Butendiol-Derivaten in Gegenwart oxidischer Katalysatoren |
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| Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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| DE4429699A Withdrawn DE4429699A1 (de) | 1993-08-27 | 1994-08-22 | Verfahren zur Herstellung von Butendiolen und Butendiol-Derivaten in Gegenwart oxidischer Katalysatoren |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4429699A1 (de) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5811601A (en) * | 1996-08-09 | 1998-09-22 | The Dow Chemical Company | Isomerization of vinyl glycols to unsaturated diols |
| WO1999011592A1 (en) * | 1997-09-04 | 1999-03-11 | The Dow Chemical Company | Process for the preparation of 1,4-butenediol from epoxybutene |
| WO2006030877A1 (ja) * | 2004-09-14 | 2006-03-23 | Sumitomo Chemical Company, Limited | 不飽和ビシナルジオール化合物の製造方法 |
| JP2006111612A (ja) * | 2004-09-14 | 2006-04-27 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 不飽和ビシナルジオール化合物の製造方法 |
-
1994
- 1994-08-22 DE DE4429699A patent/DE4429699A1/de not_active Withdrawn
Cited By (6)
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| US7459588B2 (en) | 2004-09-14 | 2008-12-02 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Method for producing unsaturated vicinal diol compound |
| CN100564336C (zh) * | 2004-09-14 | 2009-12-02 | 住友化学株式会社 | 用于生产不饱和邻二醇化合物的方法 |
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|---|---|---|---|
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