DE933148C - Verfahren zur Herstellung sauerstoffhaltiger organischer Verbindungen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung sauerstoffhaltiger organischer Verbindungen

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DE933148C
DE933148C DEB25147A DEB0025147A DE933148C DE 933148 C DE933148 C DE 933148C DE B25147 A DEB25147 A DE B25147A DE B0025147 A DEB0025147 A DE B0025147A DE 933148 C DE933148 C DE 933148C
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cobalt
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nickel
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DEB25147A
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Herbert Dr Friederich
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BASF SE
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BASF SE
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/10Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by reaction with carbon monoxide
    • C07C51/12Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by reaction with carbon monoxide on an oxygen-containing group in organic compounds, e.g. alcohols
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/54Preparation of carboxylic acid anhydrides
    • C07C51/56Preparation of carboxylic acid anhydrides from organic acids, their salts, their esters or their halides, e.g. by carboxylation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C67/00Preparation of carboxylic acid esters
    • C07C67/36Preparation of carboxylic acid esters by reaction with carbon monoxide or formates

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Description

  • Verfahren zur HerstellSung sauerstoffhaltiger organischer Verbindungen Es ist bekannt, daß man Alkohole oder deren Äther und Ester durch Behandeln mit Kohlenoxyd, gegebenenfalls in Anwesenheit von Wasserstoff, bei erhöhter Temperatur und unter erhöhtem Druck in sauerstoffhaltige organische Verbindungen überführen kann, die mindestens ein Kohlenstoffatom mehr enthalten als der Ausgangsstoff. Bei diesen als »Carbonylierung« bekannten Umsetzungen haben sich insbesondere Nickel und Kobalt und deren Verbindungen als wirksame Katalysatoren erwiesen. (Vgl. W. Repp e »Neue Entwicklungen auf dem Gebiet der Chemie des Acetylens und Kohlenoxydsvr, Springer-Verlag, 1949.) Gemäß verschiedenen älteren Vorschlägen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, bei diesen Carbonylierungen als Katalysatoren komplexe Verbindungen zu benutzen, die aus Nickel- oder Kobaltverbindungen und tertiären oder quaternären Oniumhalogeniden, insbesondere Ammonium- und Phosphoniumhalogeniden, gebildet werden. Diese Komplexverbindungen können entweder für sich vor der Umsetzung hergestellt oder im Laufe der Umsetzung aus den entsprechenden Bestandteilen gebildet werden.
  • Derartige Katalysatoren hat man auch bei der Carbonylierung von Amidew verwendet und dabei beispielsweise aus tertiären Aminen unter Eintreten des Kohlenmonoxyds substituierte Carbonsäureamide erhalten.
  • Es wurde nun gefunden, daß sich die Carbonylierung von Alkoholen, Äthern, Estern oder Aminen besonders gut durchführen läßt, wenn man bei der Verwendung komplexer, quaternäre Oniumhalogenide enthaltender Nickel- oder Kobaltkatalysatoren dafür sorgt, daß quaternäre Oniumhalogenide in einer größeren Menge vorhanden sind, als es dem durch die formelmäßige Zusammensetzung [Q]2 Me X4 gegebenen Verhältnis entspricht. - In dieser Formel bedeutet 0 den Rest einer quaternären Oniumver- bindung, also z. B. einen Tetraalkylammonium- oder Triphenylalkylphosphoniumrest, Me Nickel oder Kobalt und X das Äquivalent eines einwertigen Anions; mindestens zwei der ResteXsindHalogen, insbesondere Brom oder Jod.
  • Die Anwendung zusätzlicher Mengen der Oniumhalogenide gestattet es, wesentlich höhere Reaktionsgeschwindigkeiten als bisher zu erzielen, mit außerordentlich geringen Konzentrationen am Katalysatormetall auszukommen und die korrodierende Wirkung auf metallische Apparateteile zu verringern. Diese Vorteile bringen es mit sich, daß eine Zersetzung der Endprodukte weitgehend verhindert wird und daß sie als wasserhelle Destillate gewonnen werden können, die frei von Metallverbindungen sind.
  • Als Grundlage der nach der Erfindung zu verwendenden Katalysatorsysteme, die in Form fertiger Komplexverbindungen oder auch ihrer Ausgangsstoffe angewandt werden, verwendet man vornehmlich die Bromide, Jodide oder Bromide-Jodide, aber auch carbonsaure Salze und andere halogenfreie Verbindungen, z. B. die Carbonyle des Nickels oder Kobalts.
  • Unter bestimmten Voraussetzungen kann man sogar von den Metallen selbst ausgehen, wenn man z. B. dem Umsetzungsgemisch freies Halogen zusetzt. Auch hat sich der Zusatz von metallischem Nickel oder Kobalt als aktivierend auf die Komplexkatalysatoren erwiesen. Ähnliche Wirkung haben geringe Mengen von Metallcarbonylen, z. B. Eisencarbonyl.
  • Bei den Oniumhalogeniden bevorzugt man die Bromide und Jodide. Im übrigen ist die spezielle Zusammensetzung des quaternären Oniumrestes von untergeordneter Bedeutung. Man wählt ihn vielmehr nach praktischen Gesichtspunkten aus, vornehmlich nach dem Gesichtspunkt der Löslichkeit, Zugänglichkeit und Wohlfeilheit. Von den quaternären A«nmoniumhalogeniden seien beispielsweise solche erwähnt, die sich von niedermolekularen Trialkylaminen, wie Trimethyl-, Triäthyl-, Triallyl- oder Tributylamin, oder entsprechenden ringförmigen tertiären Aminen, wie N-Alkylpyrrolidinen, -piperidinen oder -hexamethyleniminen, Pyrrol, Pyridin, Alkylpyridinen, ableiten und durch Behandeln mit Brom-oder Jodwasserstoffsäureestern aliphatischer oder araliphatischer Alkohole quaternär gemacht wurden.
  • Auch bisquaternäre Ammoniumhalogenide, wie sie sich z. B. von Tetraalkylalkylendiaminen ableiten, können Verwendung finden. Die quaternären Phosphoniumhalogenide leiten sich vorzugsweise von den leicht zugänglichen Triarylphosphinen, z. B. Triphenyl-, Tritolyl- oder TrixylyIphosphinen, ab, die mit Alkyl- oder Aralkylbromiden oder -jodiden, z. B.
  • Methyljodid, Äthyl- oder Butylbromid oder Benzylbromid, quaternär gemacht wurden. Für Arsonium-und Stiboniumhalogenide gilt das gleiche. Es ist häufig von Vorteil, Mischungen oder Doppelsalze aus verschiedenen Oniumhaliden, z. B. aus Ammonium-und Phosphoniumverbindungen, zu benutzen. Statt der quaternären Halogenide kann man auch die tertiäre Verbindung und den Halogenwasserstoffester zugeben.
  • Die Umsetzung wird vorzugsweise bei Temperaturen zwischen etwa 70 und 250°, vorzugsweise zwischen I50 und 2100, und unter einem Druck von mindestens 50 at, vorzugsweise über 200 bei 400 bis 800 at, durchgeführt. Wenn man Wasserstoff mitverwendet, kann das Verhältnis zwischen Kohlenoxyd und Wasserstoff in weiten Grenzen schwanken, doch empfiehlt es sich, zur Erzielung guter Umsätze keine Gasgemische zu verwenden, die weniger als 20 ovo, vorzugsweise mindestens 4001,, Kohlenoxyd enthalten. Die Gaszusammensetzung ist allerdings nicht ohne Einfluß auf die Zusammensetzung des Reaktionsproduktes.
  • Bei verhältnismäßig wasserstoffarmen Gemischen, etwa mit einem Wasserstoffgehalt bis etwa 40010, ist bei der Carbonylierung von Alkoholen das Haupterzeugnis Carbonsäure oder Ester, also im Falle des Methanols Essigsäure bzw. Essigsäuremethylester.
  • Bei höherem Wasserstoffgehalt findet in steigendem Maße eine Bildung von Aldehyden, beim Methanol von Acetaldehyd und insbesondere von Acetaldehyddimethylacetal statt.
  • Das für die Umsetzung benutzte Kohlenoxyd-Wasserstoff-Gemisch kann auch noch inerte Gase enthalten, doch soll es nach Möglichkeit frei von Schwefelwasserstoff sein.
  • Die Umsetzung, für die man auch wasserhaltige oder technische Alkohole oder Alkoholgemische sowie deren Mischungen mit Äthern oder Estern verwenden kann, läßt sich diskontinuierlich und auch kontinuierlich durchführen. Es ist nicht erforderlich, die Einwirkung des Kohlenoxyd-Wasserstoff-Gemisches auf den Ausgangsstoff so lange fortzusetzen, bis er völlig umgesetzt ist; es empfiehlt sich vielmehr, nur einen Teil davon umzusetzen und aus dem Umsetzung erzeugnis den nicht verbrauchten Ausgangsstoff zurückzugewinnen und wider der Umsetzung zuzuführen.
  • Die Aufarbeitung des Reaktionsproduktes erfolgt zweckmäßig durch Destillation, gegebenenfalls unter erhöhtem oder vermindertem Druck, unter Verwendung von HilfsfLüssigkeiten oder unter Zusatz von Wasserdampf. Der verwendete Katalysator findet sich in unveränderter Form zum größten Teil im Destillationsrückstand; er kann meist ohne weitere Reinigung wieder verwendet werden.
  • Das Verfahren eignet sich für die Carbonylierung aller gesättigten Alkohole, ihrer Äther und Ester und auch zur Herstellung von Säureamiden aus insbesondere tertiären Aminen. Besonders vorteilhaft ist es zur Herstellung von Essigsäure aus Methanol und zur Herstellung von Essigsäureanhydrid aus Dimethyläther oder Methylacetat.
  • Die Konzentration an Kobalt oder Nickel beträgt zweckmäßig zwischen 0,OI und 20/0 Kobalt oder Nickel, bezogen auf die Gesamtmenge der der Umsetzung zugeführten Bestandteile. Die Konzentration an quaternärem Oniumhalogenid kann in weiten Grenzen variiert werden. Die untere Grenze ist dadurch gegeben, daß etwas mehr als 2 Mol des Oniumhalogenids auf I Atom des Katalysatormetalls vorhanden sein sollen. Meist nimmt man 20 bis 100010 der theoretischen Menge als Überschuß. Die obere Grenze ergibt sich aus den gewählten Arbeitsbedingungen und ist durch einen Vorversuch leicht zu ermitteln.
  • Das Verfahren wird vorteilhaft so durchgeführt, daß das Katalysatorsystem sich immer in Lösung befindet. Wenn hierzu die Reaktionsteilnehmer nicht ausreichen, setzt man ein besonderes Lösungsmittel ein.
  • Die in den folgenden Beispielen angegebenen Teile sind Gewichtsteile.
  • Beispiel I In einem Hochdruckautoklav läßt man auf ein Gemisch aus 300 Teilen Methanol, 10 Teilen Kobaltbromid, 46 Teilen Triphenyläthylphosphoniumj odid und g Teilen Triphenylbutylphosphoniumbromid unter 700 at bei I90° Kohlenoxyd 7 Stunden einwirken.
  • Bei der Aufarbeitung der Reaktionslösung durch Destillation erhält man 503 Teile eines farblosen Destillats, das neben sehr kleinen Mengen Methanol zu 76 0in aus Essigsäure und zu I80/o aus Methylacetat besteht. Das als Destillationsrückstand hinterbleibende grüne Kristallisat kann sofort als Katalysator wiederverwendet werden.
  • Beispiel 2 In einem Hochdruckautoklav läßt man auf ein Gemisch aus 300 Teilen Methanol, I Teil Kobaltacetat, I7 Teilen Triphenyläthylphosphoniumj odid und 3 Teilen Triphenylbutylphosphoniumbromid unter 700 at Druck bei I90° Kohlenoxyd g Stunden einwirken.
  • Bei der Aufarbeitung der Reaktionslösung erhält man 529 Teile eines farblosen Destillats, das neben kleinen Mengen Methanol 85 01o Essigsäure und 120/0 Methylacetat enthält. Das als Destillationsrückstand hinterbleibende hellgrüne Gemisch kann ohne weiteres für einen neuen Ansatz verwendet werden.
  • Beispiel 3 In einem Hochdruckautoklav läßt man auf ein Gemisch aus 100 Teilen Methanol, I5 Teilen Triphenyläthylphosphoniumjodid, 3 Teilen Triphenylbutylphosphoniumbromid, I Teil Kobaltacetat und I Teil Nickelacetat unter 300 at Druck bei I90° Kohlenoxyd 30 Stunden einwirken. Bei der Aufarbeitung des Reaktionsproduktes durch Destillation erhält man I65 Teile eines Destillats, das neben kleinen Mengen Methanol 8601o Essigsäure und 8 °lo Methylacetat enthält.
  • Beispiel 4 In einem Hochdruckautoklav läßt man auf ein Gemisch aus 200 Teilen Methanol, 100 Teilen Dimethyläther, 3 Teilen Kobaltacetat, 25 Teilen Tetraäthylammoniumjodid und IO Teilen Tetrabutylammoniumbromid unter 700 at Druck bei I85" ein Gemisch aus 97 Volumprozent Kohlenoxyd und 3 Volumprozent Wasserstoff I3 Stunden einwirken. Durch Destillation des Reaktionsproduktes erhält man neben unumgesetztem Dimethyläther 41 Teile Methylacetat, 395 Teile Eisessig und 82 Teile Essigsäureanhydrid.
  • Beispiel 5 In einem Hochdruckautoklav läßt man auf ein Gemisch aus 250 Teilen Dimethylanilin, I Teil Kobaltbromid, 0,5 Teilen Kobaltacetat und 15 Teilen Triphenyläthylphosphoniumj odid bei I90° eine Mischung aus 95 Volumprozent Kohlenoxyd und 5 Volumprozent Wasserstoff unter einem Druck von 700 at 4 Stunden einwirken. Man erhält bei der Destillation 290 Teile N-Methylacetanilid neben nicht umgesetztem Ausgangsstoff.
  • Beispiel 6 In einem Hochdruckautoklav läßt man auf ein Gemisch aus IOO Teilen Methanol, 15 Teilen Triphenyläthylphosphoniumjodid, 3 Teilen Triphenylbutylphosphoniumbromid, I,5 Teilen Kobaltacetat und 2,5 Teilen Eisenpentacarbonyl unter 300 at Druck bei I90° Kohlenoxyd 30 Stunden einwirken. Bei der Destillation des Reaktionsproduktes erhält man I69 Teile eines Destillats, das zu go°/O aus Essigsäure und zu 50/0 aus Methylacetat besteht.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung sauerstoffhaltiger organischer Verbindungen durch Umsetzung von Alkoholen, Äthern, Estern oder Aminen mit Kohlenoxyd, gegebenenfalls im Gemisch mit Wasserstoff, bei erhöhter Temperatur und unter erhöhtem Druck in Gegenwart von carbonylbildenden Metallen oder deren Verbindungen als Katalysator, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Verwendung von komplexen Salzen aus Nickel- oder Kobaltverbindungen und quaternären Oniumhalogeniden als Katalysatoren mehr quaternäres Oniumhalogenid zusetzt, als der formelmäßigen Zusammensetzung des Komplexsalzes mit der Nickel- oder Kobaltverbindung entspricht.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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