DEST008534MA - - Google Patents

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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 29. Juli 1954 Bekanntgemacht am 29. November 1956Registration date: July 29, 1954. Advertised on November 29, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

KLASSE 12 0 GRUPPE INTERNAT. KLASSE C07c CLASS 12 0 GROUP INTERNAT. CLASS C07c

St 8534 IVb/12 οSt 8534 IVb / 12 ο

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

und Kohlenoxydand carbon dioxide

Zusatz zum Patent 942Addendum to patent 942

Im Hauptpatent 942 987 ist ein Verfahren zur Herstellung von Carbonsäuren aus Olefinen und Kohlenoxyd in Gegenwart von mindestens 90%iger Schwefelsäure, wasserfreiem Fluorwasserstoff allein oder unter Zusatz von Bortrifluorid in flüssiger Phase zunächst ohne Zusatz von Wasser beschrieben, wobei das Umsetzungsprodukt dann in Wasser aufgenommen und in bekannter Weise aufgearbeitet wird. Die Umsetzung kann unter einem Druck bis zu 100 at durchgeführt werden.In the main patent 942 987 is a process for the production of carboxylic acids from olefins and carbon monoxide in the presence of at least 90% sulfuric acid, anhydrous hydrogen fluoride alone or below Addition of boron trifluoride in the liquid phase initially described without the addition of water, the The reaction product is then taken up in water and worked up in a known manner. The implementation can be carried out under a pressure of up to 100 atm.

Es wurde nun gefunden, daß durch Steigerung des Kohlenoxyddrucks bestimmte Umlagerungen der Olefine zurückgedrängt und vorzugsweise »normale«, d. h. ohne Umlagerung entstehende Carbonsäuren in einfacher Weise hergestellt werden können. Durch die Erhöhung des Kohlenoxyddruckes wird 1. die Wanderung der Methylgruppe unterdrückt, durch die es zur Bildung von tertiären an Stelle von »normalencc sekundären Carbonsäuren kommt, und 2. wird die Dimerisation der Olefine unterdrückt, durch die sonst höhermolekulare Carbonsäuren gebildet werden.It has now been found that by increasing the carbon oxide pressure certain rearrangements of the olefins pushed back and preferably "normal", i. H. carboxylic acids formed without rearrangement in a simple way Way can be made. By increasing the carbon monoxide pressure, 1. the migration the methyl group is suppressed, through which it leads to the formation of tertiary in place of »normalcc secondary Carboxylic acids come, and 2. the dimerization of the olefins is suppressed by the otherwise higher molecular weight Carboxylic acids are formed.

Die Methylgruppenwanderung tritt vorzugsweise bei unverzweigten Olefinen ein, d. h. bei solchen, die an der Doppelbindung keine Verzweigung tragen. BeiThe methyl group migration occurs preferentially with unbranched olefins; H. with those who at of the double bond do not bear any branching. at

609 709/403.609 709/403.

St 8534 IVb/12 οSt 8534 IVb / 12 ο

dieser Klasse von Olefinen spielt die Dimerisation keine Rolle, dagegen neigen die an der Doppelbindung verzweigten Olefine stark zur Dimerisation, und bei ihnen ■■ tritt keine Methylgruppenwanderung ein.Dimerization plays no role in this class of olefins, whereas olefins branched on the double bond have a strong tendency to dimerize , and they do not migrate methyl groups.

Am Beispiel der Umsetzung von zwei isomeren Pentenen, a) dem unverzweigten Penten-2 und b) dem an der Doppelbindung verzweigten 2-Methylbuten-2,wird der Reaktionsverlauf besonders deutlich.Using the example of the implementation of two isomeric pentenes, a) the unbranched pentene-2 and b) the one at the Double bond branched 2-methylbutene-2, the course of the reaction is particularly clear.

a) Die »normalen«· Reaktionsprodukte aus Penten-2 wären die beiden sekundären Cg-Carbonsäuren, ct-Methylvaleriansäure (Methylpropylessigsäure) und a-Äthylbuttersäure (Diäthylessigsäure).a) The "normal" reaction products from pentene-2 would be the two secondary Cg-carboxylic acids, ct-methylvaleric acid (Methylpropylacetic acid) and α-ethylbutyric acid (diethyl acetic acid).

H3C-CH2-CH = CH-CH3-I-CO +H2OH 3 C-CH 2 -CH = CH-CH 3 -I-CO + H 2 O

Infolge der Methylgruppenwanderung entsteht jedoch daneben auch eine tertiäre Säure, unter Umständen sogar vorzugsweise, nämlich die a, ez-Dimethylbuttersäure (Dimethyläthylessigsäure).As a result of the migration of methyl groups, however, a tertiary acid is also formed, possibly even preferably, namely a, ez-dimethylbutyric acid (dimethylethyl acetic acid).

CH3 CH 3

CH3-CH2-C-COOHCH 3 -CH 2 -C-COOH

..■: .■:■■:: ch3 .. ■. ■: ■■: ch 3

b) Das Reaktionsprodukt des an der Doppelbindung verzweigten Pentenisomeren 2-Methylbuten-2 enthält als C6-Carbonsäure nur die einheitliche tertiäre a, ct-Dimethylbuttersäure. Bei niedrigem Kohlenoxyddruck findet jedoch eine Dimerisation zu einem verzweigten Decen statt, das dann mit Kohlenoxyd reagiert und ein Gemisch von Cn-Carbonsäuren ergibt.b) The reaction product of the pentene isomer 2-methylbutene-2, which is branched at the double bond, contains only the uniform tertiary a, ct-dimethylbutyric acid as C 6 -carboxylic acid. At low carbon oxide pressure, however, dimerization to a branched decene takes place, which then reacts with carbon oxide and gives a mixture of C n -carboxylic acids.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren gelingt es, diese in vielen Fällen zweifellos unerwünschten Umlagerungen, die z. B. infolge der Methylgruppenwanderung bei 100 at etwa 42 % und infolge Dimerisierung bei 100 at noch 38% betragen, weitgehendst zu unterdrücken. Die Umlagerungen werden im wesentlichen innerhalb des Druckbereiches zwischen 100 und 600 at unterdrückt, vorzugsweise innerhalb eines Druckbereiches zwischen 100 und 300 at.The process according to the invention succeeds in eliminating these rearrangements, which are undoubtedly undesirable in many cases, the z. B. as a result of the methyl group migration at 100 at about 42% and as a result of dimerization at 100 at still be 38%, to be suppressed as far as possible. The rearrangements are essentially suppressed within the pressure range between 100 and 600 at, preferably within one Pressure range between 100 and 300 at.

Beispiel 1example 1

In zwei Versuchsreihen mit Penten-2 als Ausgangs-In two test series with penten-2 as the starting

olefin wurde untersucht, in welchem Umfange durch Erhöhung des Kohlenoxyddruckes wesentlich über 100 at hinaus die Methylgruppen wanderung und damit die Bildung der tertiären Carbonsäure zurückgedrängt wird. Die Versuche...der Reihe a) wurden bei einerolefin was investigated to what extent by increasing the carbon oxide pressure substantially over 100 at, the migration of methyl groups and thus the formation of the tertiary carboxylic acid is suppressed will. The tests ... of series a) were carried out on a

, ■ Temperatur von +5° durchgeführt, während in der Versuchsreihe b) eine Temperatur von—50 eingehalten wurde. Die übrigen Versuchsbedingungen waren bei allen Ansätzen gleich.. Das Molverhältnis von Olefin zur konzentrierten Schwefelsäure (97%ig) betrug 1: 10,, ■ temperature of + 5 ° carried out, while in test series b) a temperature of -5 0 was maintained. The other test conditions were the same for all approaches. The molar ratio of olefin to concentrated sulfuric acid (97%) was 1:10,

c r die Versuchsdauer j eweils 20 Stunden,und das Penten-2 wurde, mit der 2,5fa.chen Menge n-Pentan verdünnt, angewandt. Als Reäktionsgefäß diente ein 2 1 fassender V4A-Extra-AutokläY.iriit magnetischer Rührung, der jeweils mit 0,5! konzentrierter Schwefelsäure beschickt c r the duration of the experiment in each case 20 hours, and the pentene-2 was diluted with 2.5 times the amount of n-pentane, applied. A V4A extra autoclave with magnetic stirring with a capacity of 2 1 served as a reaction vessel, which was filled with 0.5! concentrated sulfuric acid charged

— C-H η- C-H η

C Hg C H2C Hg C H2

C Ho — C HoC Ho - C Ho

;cH—coöH; cH — coöH

CH-COOHCH-COOH

CH,CH,

war und den gewünschten Kohlenoxyddruck bereits aufwies, bevor das Olefin mit Hilfe einer Druckförderpumpe zugepreßt wurde. Nach beendeter'Kohlenoxydaufnahme wurde das Reaktionsprodukt mit Eiswasser zersetzt und die entstandenen Carbonsäuren aus der obenauf schwimmenden organischen Schicht über ihre Alkalisalzlösungen abgetrennt. Die daraus wieder in Freiheit gesetzten Fettsäuren wurden durch Feinfraktionierung über eine i-m-Drehbandkolpnne zerlegt, wobei sich eine Trennung der niedrigersiedenden, durch Umlagerung entstandenen tertiären Säure von den beiden ohne Methylgruppenwanderung gebildeten sekundären Säuren erzielen ließ. Die' Identifizierung der in den verschiedenen Fraktionen vorliegenden Carbonsäuren erfolgte an Hand der physikalischen Konstanten und zusätzlich hoch durch Aufnahme der Infrarotspektren. Bei der tertiären Säure handelte es sich um die a, cc-Dimethylbuttersäure (Kp. 20 = 96°, np° = 1,4142), während die sekundären Säuren sich als ein Gemisch der a-Methylvaleriansäure (Kp. 20 = 102,5, w^° =-1,4138) und der a-Äthylbuttersäure (Kp. 20 = 101, nf = 1,4133) erwiesen.and already had the desired carbon oxide pressure before the olefin was injected with the aid of a pressure feed pump. After the uptake of carbon dioxide had ended, the reaction product was decomposed with ice water and the carboxylic acids formed were separated off from the organic layer floating on top by means of their alkali metal salt solutions. The fatty acids set free from this were broken down by fine fractionation using a rotating band column, whereby a separation of the lower-boiling tertiary acid formed by rearrangement from the two secondary acids formed without methyl group migration could be achieved. The 'identification of the carboxylic acids present in the various fractions was carried out on the basis of the physical constants and additionally by recording the infrared spectra. The tertiary acid was a, cc-dimethylbutyric acid (b.p. 20 = 96 °, np ° = 1.4142), while the secondary acids were a mixture of a-methylvaleric acid (b.p. 20 = 102.5 , w ^ ° = -1.4138) and a-ethylbutyric acid (bp 20 = 101, nf = 1.4133).

Versuchsreihe a), Temperatur+5°Test series a), temperature + 5 °

°/0-Ausbeuten an Carbonsäuren° / 0 -Ausbeuten of carboxylic acids davonof that tertiäretertiary KohlenoxydCarbon dioxide sekundäresecondary SäurenAcids druck (at)pressure (at) SäurenAcids 7373 gesamttotal 2727 4242 5050 91 9 1 5858 1919th IOOIOO 9393 8l8l 600600 9393

Versuchsreihe b), Temperatur —Test series b), temperature - -5C -5 C davonof that tertiäretertiary sekundäresecondary SäurenAcids KohlenoxydCarbon dioxide °/0-Ausbeuten an Carbonsäuren° / 0 -Ausbeuten of carboxylic acids SäurenAcids 48,048.0 druck (at)pressure (at) 52,052.0 33.033.0 67,067.0 29,029.0 5050 gesamttotal 71,071.0 21,521.5 IOOIOO 89,589.5 78,5 ■■■78.5 ■■■ 14,014.0 200200 95,o95, o 86,086.0 3OO3OO 99,099.0 600600 99.099.0 99,o99, o

709/403709/403

St 8534 IVb/12 οSt 8534 IVb / 12 ο

Beispiel 2Example 2

Unter den im Beispiel 1 gewählten Versuchsbedingungen wurde die Umsetzung von Penten-i in Abhängigkeit vom Kohlenoxyddruck untersucht, wobei ebenfalls eine starke Zurückdrängung der zur tertiären Carbonsäure führenden Methylgruppenwanderung festgestellt wurde. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle zusammengefaßt:Under the test conditions chosen in Example 1 the conversion of pentene-i was investigated as a function of the carbon oxide pressure, whereby likewise a strong suppression of the migration of methyl groups leading to the tertiary carboxylic acid was established. The results are summarized in the table below:

Vers.-Verse.- "/(,-Ausbeute an Carbonsäuren"/ (, - yield of carboxylic acids davonof that tertiäretertiary KohlenoxydCarbon dioxide Temp.(°C)Temp. (° C) sekundäresecondary SäurenAcids druck (at)pressure (at) SäurenAcids 64,064.0 ■ +5■ +5 gesamttotal 36,036.0 41,541.5 5050 +5+5 82,082.0 58,558.5 46,546.5 150150 (Jl(Jl 89,589.5 53,553.5 24,024.0 5050 55 8o,O8o, O 76,076.0 200200 87,087.0

Die aus Penten-i erhaltenen Carbonsäuren erwiesen sich als identisch mit den aus Penten-2 gebildeten Verbindungen. Während aus den Beispielen 1 und 2 die Zurückdrängung der Methylgruppenwanderung bei den nicht an der Doppelbindung verzweigten Olefinen Penten-i und Penten-2 durch Anwendung eines wesentlich über 100 at hinaus gesteigerten Kohlenoxyddrucks hervorgeht, zeigen die folgenden Beispiele 3 und 4 die hemmende Wirkung des erhöhten Kohlenoxyddrucks auf die Dimerisation der an der Doppelbindung verzweigten Olefine.The carboxylic acids obtained from pentene-i were found to be identical to the compounds formed from pentene-2. While in Examples 1 and 2, the methyl group migration is suppressed the olefins pentene-1 and pentene-2 not branched at the double bond by using a The following Examples 3 show the carbon oxide pressure which is increased significantly above 100 at and 4 the inhibitory effect of the increased carbon oxide pressure on the dimerization of the at the double bond branched olefins.

Beispiel 3Example 3

Isobuten wurde mit Kohlenoxyd bei einer Temperatur von -f 50 in Gegenwart von 97°/oiger Schwefelsäure umgesetzt. Das Molverhältnis von Olefin zu Schwefelsäure betrug 1: 7, die Versuchsdauer 15 Stunden. Als Reaktionsgefäß diente wieder ein 2-I-V4A-Extra-Autoklav mit magnetischer Rührung, in dem 0,5 1 der konzentrierten Schwefelsäure vorgelegt waren und in den bei dem gewünschten Kohlenoxyddruck das Isobuten eingepreßt wurde. Die Aufarbeitung der Reaktionsprodukte und die Isolierung der Carbonsäuren erfolgte nach der im Beispiel 1 geschilderten Arbeitsweise. Als hauptsächliche Verbindungen wurden die Trimethylessigsäure (Kp.2o = 76,5°, F. = 35,5°) und ein Gemisch von aus dem Dimeren des Isobutens stammenden ^-Carbonsäuren erhalten. Daneben . fanden sich in geringen Mengen noch Carbonsäuren anderer Kohlenstoffzahl, die durch Disproportionierung des Diisobutens entstanden waren. In der folgenden Tabelle sind die Versuchsergebnisse enthalten, die bei 50, 100 und 200 at Kohlenoxyddruck erzielt wurden. Bei Erhöhung des Kohlenoxyddrucks von 100 auf 200 at ist der Anteil an C9-Carbonsäuren von 38 auf 9% vermindert worden.Isobutene was reacted with carbon monoxide at a temperature of 0 -f 5 in the presence of 97 ° / o sulfuric acid. The molar ratio of olefin to sulfuric acid was 1: 7 and the test lasted 15 hours. A 2 l V4A extra autoclave with magnetic stirring, in which 0.5 l of the concentrated sulfuric acid had been placed and into which the isobutene was injected at the desired carbon oxide pressure, again served as the reaction vessel. The reaction products were worked up and the carboxylic acids were isolated using the procedure described in Example 1. The main compounds obtained were trimethyl acetic acid (boiling point 2o = 76.5 °, melting point = 35.5 °) and a mixture of ^ -carboxylic acids derived from the dimer of isobutene. Besides . Small amounts of carboxylic acids with a different carbon number were found, which were formed by disproportionation of the diisobutene. The following table contains the test results obtained at 50, 100 and 200 atmospheres of carbon dioxide pressure. When the carbon oxide pressure was increased from 100 to 200 atm, the proportion of C 9 carboxylic acids was reduced from 38 to 9%.

"/(,-Ausbeute an Carbonsäuren"/ (, - yield of carboxylic acids davonof that C0-CarbonC 0 carbon KohlenoxydCarbon dioxide TrimethylTrimethyl säureacid druck (at)pressure (at) gesamttotal essigsäureacetic acid 4444 ■ 56■ 56 3838 5050 7575 6262 99 100100 9090 91 9 1 200200 9292

Beispiel 4Example 4

Als Ausgangsolefin diente 2-Methylpenten-i, das mit Kohlenoxyd bei einem Druck zwischen 50 und 600 at in Gegenwart von o,7°/0iger Schwefelsäure umgesetzt wurde. Das Molverhäjtnis von Olefin zu Schwefelsäure betrug 1:9; im übrigen verliefen Versuchsdurchführung und Aufarbeitung analog der Umsetzung des Isobutens im Beispiel 3. Als ein Hauptprodukt der Reaktion wurde a, a-Dimethylvaleriansäure (Kp.20 = iio°, η2£ = 1,4210) erhalten. Das zweite Hauptprodukt bestand aus einem Gemisch von C13-Carbonsäuren, die durch Dimerisation des 2-Methylpenten-i entstanden waren. Daneben hatten sich in geringer Menge infolge von Disproportionierungsreaktionen noch Carbonsäuren anderer Kohlenstoffzahl gebildet. Die in der nachfolgenden Tabelle zusammengefaßten Ergebnisse zeigen deutlich, daß die auf die Dimerisation zurückzuführende Bildung der C13-Carbonsäuren durch die Steigerung des Kohlenoxyddrucks auf wesentlich über 100 at hinaus stark, zurückgedrängt wird.Served as the starting 2-methyl-i, the at with carbon monoxide at a pressure between 50 and 600 in the presence of o, 7 ° / 0 sulfuric acid was reacted. The molar ratio of olefin to sulfuric acid was 1: 9; Otherwise, the execution of the experiment and work-up proceeded analogously to the conversion of isobutene in Example 3. A , a-dimethylvaleric acid ( boiling point 20 = 10 °, η 2 £ = 1.4210) was obtained as a main product of the reaction. The second main product consisted of a mixture of C 13 carboxylic acids which were formed by dimerization of 2-methylpentene-i. In addition, small amounts of carboxylic acids with a different carbon number had formed as a result of disproportionation reactions. The results summarized in the table below clearly show that the formation of the C 13 carboxylic acids due to the dimerization is strongly suppressed by the increase in the carbon oxide pressure to well above 100 atm.

°/0-Ausbeute an Carbonsäuren° / 0 yield of carboxylic acids davonof that C13-Carbon-C 13 carbon KohlenoxydCarbon dioxide α,α-Dimethyl-α, α-dimethyl druck (at)pressure (at) valeriansäurevaleric acid gesamttotal 5252 5050 7171 7070 130130 8383 8585 200200 8181 8989 säureacid 600600 8282 4848 3030th 1515th IIII

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Verfahren zur Herstellung von Carbonsäuren aus Olefinen und Kohlenoxyd in Gegenwart von mindestens o,o%iger Schwefelsäure, wasserfreiem Fluorwasserstoff allein oder unter Zusatz von Bortrifluorid als Katalysator, wobei die Umsetzung zunächst ohne Zusatz von Wasser in flüssiger Phase durchgeführt und das Umsetzungsprodukt dann in Wasser aufgenommen und in bekannter Weise aufgearbeitet wird, nach Patent 942 987, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung bei einem Druck zwischen 100 und 600 at, vorzugsweise zwischen 100 und 300 at, durchgeführt wird.Process for the preparation of carboxylic acids from olefins and carbon monoxide in the presence of at least o, o% sulfuric acid, anhydrous hydrogen fluoride alone or with the addition of boron trifluoride as a catalyst, the reaction initially in liquid form without the addition of water Phase carried out and the reaction product then taken up in water and known in Way is worked up, according to patent 942 987, characterized in that the implementation at a pressure between 100 and 600 at, preferably between 100 and 300 at, is carried out. © 609 709/403 11.56© 609 709/403 11.56

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