DE881338C - Verfahren zur Herstellung von mehrwertigen Alkoholen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von mehrwertigen Alkoholen

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DE881338C
DE881338C DEG6719A DEG0006719A DE881338C DE 881338 C DE881338 C DE 881338C DE G6719 A DEG6719 A DE G6719A DE G0006719 A DEG0006719 A DE G0006719A DE 881338 C DE881338 C DE 881338C
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Germany
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formaldehyde
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DEG6719A
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Walter Dipl-Chem Dr Grimme
Johannes Dipl-Chem Dr Woellner
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Rheinpreussen AG fuer Bergbau und Chemie
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Rheinpreussen AG fuer Bergbau und Chemie
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22CFOUNDRY MOULDING
    • B22C1/00Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds
    • B22C1/16Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents
    • B22C1/20Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of organic agents
    • B22C1/22Compositions of refractory mould or core materials; Grain structures thereof; Chemical or physical features in the formation or manufacture of moulds characterised by the use of binding agents; Mixtures of binding agents of organic agents of resins or rosins
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C31/00Saturated compounds having hydroxy or O-metal groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C31/18Polyhydroxylic acyclic alcohols

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

  • Verfahren zur Herstellung von mehrwertigen Alkoholen Es ist bekannt, durch Kondensation von Aldehyden mit Formaldehyd mehrwertige Alkohole herzustellen. Bei diesen Kondensationen lagern die beweglichen Wasserstoffatome der Aldehyde Formaldehyd unter Bildung von Methylolgruppen an, gleichzeitig wird die Aldehydgruppe zur primären Alkoholgruppe reduziert. So entsteht z. B. beim längeren Erhitzen von Acetaldehyd mit Formaldehyd in Gegenwart von Kalkmilch nach der Gleichung CH, # CHO +4CH20 + 11,0 = C(CH20H)4 T H # COOH Pentaerythrit. In ähnlicher Reaktion entsteht aus n-Butyraldehyd und Formaldehyd i, i, i-Trimethylolpropan C H3 - C H2 - C (C H2 0 H)2. Für diese Reaktionen ist es charakteristisch, daß nur primäre Alkoholgruppen gebildet werden. Es ist ferner bekannt, Ketone mit der doppelten Molzahl Formaldehyd in Gegenwart geringer Mengen katalytisch wirkender Basen zu Dimethylolketonen zu kondensieren (vgl. z. B. Patentschrift 544 887). Durch anschließende Hydrierung können aus diesen Dimethylolketonen dreiwertige Alkohole dargestellt werden, doch wird bei der Hydrierung nur eine schlechte Ausbeute von solchen Produkten erzielt, die als dreiwertige Alkohole anzusprechen sind. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei der Dimethylolketonherstellung in mehr oder weniger großer Menge Nebenprodukte gebildet werden, die die Ausbeute an dreiwertigen Alkoholen beeinträchtigen. Bei diesen Nebenprodukten handelt es sich zum Teil um sirupöse Produkte, welche durch Kondensation des Formaldehyds in Gegenwart der alkalischen Kondensationsmittel entstehen, sowie um Polymethylolketone, die durch- Verätherung der Dimethylolketone gebildet werden. Abgesehen von der unbefriedigenden Ausbeute an dreiwertigen Alkoholen, bedeutet die Hydrierung der Dimethylolketone einen zusätzlichen Arbeitsgang, der die wirtschaftliche Herstellung von dreiwertigen Alkoholen aus Ketonen nachteilig beeinflußt.
  • Es ist ferner bekannt, aliphatische Ketone mit überschüssigem Formaldehyd im alkalischen Medium, z. B. unter Zusatz von Kalkmilch, bei schwach erhöhten Temperaturen zu kondensieren. Bei diesen Umsetzungen werden in der Hauptsache Methylolgruppen enthaltende Kondensationsprodukte cyclischer Struktur erhalten. So entsteht bei der Kondensation von Aceton mit überschüssigem Formaldehyd (8 Mol) in der Hauptsache (go %) Tetrahydro-3, 3, 5, 5,-tetra-(oxymethyl)-q.-pyranol der Formel während nur in geringer Menge (io °/o) ein mehrwertiger Alkohol von offener Kette, nämlich i, i=Bis-(oxymethyl)-2-oxypropan (HOH,C)2CH-CHOH-CH" gebildet wird. Bei diesen Kondensationsreaktionen lagern die der Carbonylgruppe des Ketons benachbarten Methylen- bzw. Methylgruppen Formaldehyd unter Bildung von Methylolgruppen an, während die Ketogruppe zur sekundären Alkoholgruppe reduziert wird. Durch Wasseraustritt zwischen zwei Methylolgruppen erfolgt die Bildung des Pyranrings. In ähnlicher Weise liefert Methyläthylketon bei der Kondensation mit überschüssigem Formaldehyd vorwiegend Tetrahydro-3, 3, 5-tri-(oxymethyl)-5-methyl-q-pyranol neben wenig (etwa 15 °/o) Trioxyhexan von der Konstitution 2, 2-Bis-(oxymethyl)-3-oxy-butan. Ebenso liefert Diäthylketon bei der erschöpfenden Formylierung ein 3, 5-Bis-(oxymethyl)-3, 5-dimethyl-q.-pyranol. Diese Oxypyranole stellen hochsiedende, zum Teil kristallisierende Substanzen dar, die einen Hydroxylgehalt von etwa 30 °/o aufweisen.
  • Es wurde nun gefunden, daß man an aliphatische Ketone auch ohne gleichzeitige Ringschlußreaktionen Methylolgruppen durch Behandlung mit Formaldehyd anlagern kann, wobei gleichzeitig die Ketogruppe zu einer sekundären Alkoholgruppe reduziert wird. Auf diese Weise gelingt es, aliphatische Polyalkohole herzustellen, die neben einer sekundären Alkoholgruppe primäre Alkoholgruppen enthalten und damit in ihrem Reaktionsvermögen eine besondere Ähnlichkeit mit Glycerin aufweisen.
  • Um die Kondensationen in dieser Weise verlaufen zu lassen, müssen auf i Mol Keton 3 bis 6 Mol, vorzugsweise 5 Mo1 Formaldehyd und mindestens i Äquivalent Base zur Anwendung kommen. Als Basen können z. B. Alkali- oder Erdalkalihydroxyde oder organische Basen, wie Dimethylanilin oder Piperidin, angewandt werden.
  • Die Temperaturen werden bei diesen Kondensationen zweckmäßig in der Grenze von ungefähr 2o bis 35° gehalten. Höhere Temperaturen als etwa 5o° anzuwenden, bietet keine Vorteile. Wird diese Temperaturgrenze überschritten, so treten weitergehende Verätherungen und Verharzungen ein, wodurch eine Gelbfärbung der Kondensate hervorgerufen wird. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Kondensation bei gewöhnlicher oder nur schwach erhöhter Temperatur einzuleiten und die Temperatur im weiteren Verlauf der Kondensation stufenweise oder kontinuierlich auf die Endtemperatur ansteigen zu lassen.
  • Die Reaktionszeiten richten sich nach den während der Kondensationsreaktion eingehaltenen Temperaturen. Bei einer gleichbleibenden Kondensationstemperatur von 23° ist eine Reaktionszeit von etwa 22 Stunden erforderlich, bis über go % der Ketogruppen reduziert sind. Läßt man hingegen die Temperatur bei der Kondensation, beginnend bei 23°, innerhalb von io Stunden auf 35° ansteigen, so sind nach einer weiteren Stunde bereits über go der Ketogruppen reduziert, ohne daß stärkere Polymerisation oder Gelbfärbung als bei 23° eintreten. Höhere Temperaturen als etwa 50° werden jedoch zweckmäßigerweise nicht angewandt.
  • Für eine hinreichend schnelle Reduktion der Ketogruppen ist ferner eine ausreichende Verdünnung des Reaktionsgemisches mit Wasser erforderlich. Bei der Kondensation von Methyläthylketon wird auf i Grammol Keton zweckmäßig eine Verdünnung von 65o bis iooo ccm Wasser angewandt. Bei der Kondensation anderer Ketone liegen die Verhältnisse ähnlich. Der optimale Verdünnungsgrad kann durch einige Vorversuche mit Leichtigkeit ermittelt werden.
  • Zur Erzielung farbloser Polyalkohole mit Hydroxylzahlen von etwa iooo bis iioo ist ferner die Art der Aufarbeitung der Kondensationsprodukte von ausschlaggebender Bedeutung. Hierbei ist es wesentlich, daß die Reaktionsflüssigkeit nicht zu stark angesäuert wird. Bei Verwendung von Calciumhydroxyd fügt man z. B. nur so viel Schwefelsäure hinzu, bis ein pH-Wert von 6 (schwach sauer) erreicht ist. Das durch die Zugabe der Schwefelsäure ausgefällte Calciumsulfat wird abfiltriert, und die Lösung, die die Hauptmenge des gelöst gebliebenen Calciumformiats enthält, wird zweckmäßig in einem schnell arbeitenden Verdampfer eingedampft, wobei das zuvor gelöste Calciumformiat infolge der Konzentrationsänderung ausfällt, das dann abgetrennt wird.
  • Man kann auch so verfahren, daß die Reaktionsflüssigkeit zunächst mit Schwefelsäure bis auf ein px von 3 bis q. angesäuert wird, wobei etwa zwei Drittel des in der Reaktionslösung vorhandenen Calciumformiats in Gips und Ameisensäure übergeführt werden. Nach dem Abtrennen des Gipses wird die Lösung zweckmäßig im Vakuum eingedampft, wobei der nicht umgesetzte Formaldehyd, das Wasser und die freie Ameisensäure entfernt und zugleich der vorher noch in Lösung gebliebene Anteil des Gipses zusammen mit dem restlichen Calciumformiat ausgefällt werden: Diese Kalksalze werden- zweckmäßig durch Druckfiltration entfernt.
  • Es hat sich als unzweckmäßig erwiesen, das gesamte Calcium durch Zugabe einer äquivalenten Menge Schwefelsäure auszufällen. Bei Anwendung einer so großen Säuremenge wird eine so stark saure Reaktion erzielt, daß beim weiteren Aufarbeiten ein deutlicher Abfall der Hydroxylzahl des Polyalkohols eintritt.
  • Nach beiden Arbeitsweisen erhält man ein Rohprodukt, das noch gelöstes Calcium enthält. Dieses wird vorteilhaft mit der berechneten Menge Oxalsäure ausgefällt und die filtrierte Lösung endgültig eingedampft.
  • Um völlig säurefreie Polyalkohole zu erhalten, wird die im Rohprodukt durch die Entfernung des alkalischen Kondensationsmittels vorhandene Säure, wie Schwefel- und Oxalsäure, mit Natron- oder Kalilauge genau neutralisiert. Nach dem Entfernen des Wassers wird der Rückstand in ein organisches Lösungsmittel aufgenommen, und die darin unlöslichen Alkalisalze werden abgetrennt. Aus der verbleibenden neutralen Lösung wird das Lösungsmittel durch Verdampfen entfernt.
  • An Stelle von Alkalien zur Beseitigung der Säurereste können auch Kationen austauschende Stoffe angewandt werden. Man läßt die saure Lösung der Kondensationsprodukte über die Basenaustauscher fließen oder bringt sie chargenweise damit in Berührung, wobei eine nur sehr schwach saure Lösung erhalten wird, die ohne besondere Maßnahmen aufgearbeitet werden kann.
  • Die nach dem vorliegenden Verfahren erhältlichen Polyalkohole zeichnen sich durch eine hohe Hydroxylzahl von etwa 90o bis i2oo aus. Sie können als Glycerinersatz verwendet werden und eignen sich besonders gut für die Veresterung von Harzsäuren, wobei modifizierte Harze von besonders vorteilhaften Eigenschaften erhalten werden. Beispiel i 42,8 g Kalk mit 95 % Ca (OH) -Gehalt (o,55 Mol) werden in 65o ccm Wasser unter kräftigem Rühren aufgeschlämmt. Dazu wird im Verlauf von '""`4Stunde eine Mischung aus 72g Methyläthylketon (i Mol) und 500 g 3o°/oiger Formaldehydlösung (5 Mol) zugegeben. Man hält die Temperatur während der ersten 41/o Stunden auf 23'. Dann steigert man die Temperatur auf 28° und läßt eine weitere Stunde reagieren. Anschließend wird noch so lange bei 35' gerührt, bis mindestens 0,45 Mol Ca (0H)2 in Calciumformiat verwandelt sind, was nach etwa i?!. bis 2 Stunden der Fall ist. Man verfolgt die Kalkabnahme laufend durch Titration des Kalkgehalts in der Reaktionsmischung. Hat der Kalkumsatz die angegebene Höhe erreicht, so wird die Reaktionsmischung durch Zugabevon 5o- bis 7o°/oiger Schwefelsäure derart angesäuert, daß etwa zwei Drittel des Gesamtkalkes in Gips verwandelt werden. Der pH-Wert der Flüssigkeit ist dann etwa 3,5 bis 4,0.
  • Nach dem Abnutschen des Gipsniederschlages wird die klare, praktisch wasserhelle Lösung im Vakuum eingedampft, wobei sich schließlich noch Calciumsalze abscheiden. Nach dem restlosen Verdampfen des Wassers wird der dickflüssige Rückstand durch ein geheiztes Druckfilter geschickt. Man erhält etwa 150 g eines wasserhellen und dickflüssigen Produkts, dessen OH-Zahl um iioo liegt. Der erhaltene Polyalkohol ist für viele Zwecke, namentlich für Veresterungen, gut zu gebrauchen.
  • Er weist jedoch noch einen geringen Calciumgehalt von etwa o,i °/" auf. Um ein vollkommen calciumfreies Produkt zu erzielen, dampft man das nach dem Abnutschen des Gipses erhaltene Filtrat nur bis zu einem Wassergehalt von io bis 15 °/o ein, trennt die ausgeschiedenen Salze ab, verdünnt das Filtrat mit dem doppelten Volumen Wasser und fällt das Calcium mit der berechneten Menge Oxalsäure aus. Nach dem Abtrennen des Calciumoxalats wird bis zur restlosen Vertreibung des Wassers eingedampft. Das Endprodukt ist vollkommen calciumfrei und ohne weitere Filtration verwendbar. Beispiel 2 58 g Aceton (i Mol) und 60o g 3o°/oiger Formaldehyd (6 Mol) werden in Gegenwart von 42,8 g Kalk (95°/Qig) und 58o ccm Wasser in der beschriebenen Weise zur Reaktion gebracht. Nach einer Vorkondensation von 5 Stunden bei 23" wird i Stunde bei 28' und weitere 3 Stunden bei 35' kondensiert. Anschließend wird mit 5o°/oiger Schwefelsäure bis auf PH 3 angesäuert und vom ausgefallenen Gips abgenutscht. Wie in Beispiel i beschrieben, wird das Reaktionsprodukt vom gelösten Calcium befreit und schließlich restlos eingedampft. Man erhält 165 g eines Sirups, dessen OH-Zahl bei ii5o liegt. Beispiel 3 86 g (i Mol) Pentanon werden mit 50o g (5 Mol) 3o°/(,igem Formaldehyd und 422,8 g 95°/oigem Kalkhydrat (o,55 Mol) zum Umsatz gebracht. Man schlämmt den Kalk wie in Beispiel i in 65o ccm Wasser auf und läßt innerhalb '/'4Stunde das dauernd gerührte Gemisch aus Pentanon und Formaldehyd zulaufen. Die Rührung muß besonders intensiv sein, da sich andernfalls aus den angegebenen Mengen Pentanon und Formaldehyd zwei Schichten bilden. Während der ersten 5 Stunden wird die Temperatur auf 23' gehalten. Nach einer Übergangstemperatur von 28' während i Stunde wird die Temperatur auf 3o bis 35' erhöht und das Reaktionsgemisch weitere 3 Stunden gerührt. Darauf wird mit 5o°/oiger Schwefelsäure bis PH = 3 angesäuert und vom Gips abgetrennt. Die «eitere Aufarbeitung erfolgt wie im Beispiel i. Man erhält etwa 18o g eines Sirups mit einer OH-Zahl um 1040.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von mehrwertigen aliphatischen Alkoholen durch Kondensation von Ketonen mit Formaldehyd in Gegenwart eines basischen Katalysators, dadurch gekennzeichnet, daß auf i Mol Keton 3 bis 6, vorzugsweise 5 Mo1 Formaldehyd und mindestens x Äquivalent Base angewandt und die Kondensation bei nur wenig erhöhten, zweckmäßig 5o° nicht überschreitenden Temperaturen durchgeführt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensation bei Temperaturen von etwa 2o bis 35' erfolgt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensation bei stetig oder stufenweise erhöhten Temperaturen durchgeführt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Verdünnungsmittel auf i Grammol Keton wenigstens 650 ccm Wasser angewandt werden.
  5. 5. Weitere Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgemisch mit einer zur völligen Entfernung des Calciums unzureichenden Menge an Schwefelsäure versetzt, der ausgefallene Gips abgetrennt, die verbleibende Lösung eingedickt, die erneut ausgefällten Kalksalze wiederum abgetrennt und das noch in Lösung verbliebene Calcium mit Oxalsäure ausgefällt wird.
  6. 6. Weitere Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nach dem Abtrennen der Kalksalze im Rohprodukt verbleibenden Säurereste durch Abstumpfen mit Alkalilauge bis zum Neutralpunkt oder durch Behandlung des Rohprodukts mit Basenaustauschern entfernt werden.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1166758B (de) * 1959-01-13 1964-04-02 Trojan Powder Co Verfahren zur Herstellung von Trimethylolalkanen

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1166758B (de) * 1959-01-13 1964-04-02 Trojan Powder Co Verfahren zur Herstellung von Trimethylolalkanen

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