EP0000534A1 - Process for the preparation of vinyl oxiranes - Google Patents
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- EP0000534A1 EP0000534A1 EP78100420A EP78100420A EP0000534A1 EP 0000534 A1 EP0000534 A1 EP 0000534A1 EP 78100420 A EP78100420 A EP 78100420A EP 78100420 A EP78100420 A EP 78100420A EP 0000534 A1 EP0000534 A1 EP 0000534A1
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- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
- C07D303/00—Compounds containing three-membered rings having one oxygen atom as the only ring hetero atom
- C07D303/02—Compounds containing oxirane rings
- C07D303/04—Compounds containing oxirane rings containing only hydrogen and carbon atoms in addition to the ring oxygen atoms
Definitions
- the present invention relates to a process for the preparation of vinyloxiranes from polyenes and percarboxylic acids.
- Vinyloxiranes are particularly important as monomers because of their bifunctional structure. They are therefore used both in the field of paints and plastics and as organic intermediates. To a large extent, no technical use of vinyloxiranes has taken place since no satisfactory technical process has yet been available for their production.
- halohydrin method which has long been known for the production of oxiranes from olefins, has also been used for the production of vinyl oxiranes.
- the published Japanese patent application 23 545/64 describes the preparation of isoprene oxide from isoprene monochlorohydrin and alkali metal hydroxide.
- this method has the disadvantage of the formation of undesired chlorinated by-products and environmentally harmful salt waste (Ullmanns Encyklopadie d. Techn. Chemie, Vol. 10, p. 565, left column, line ff .; DAS 1 543 174, column 2, line 15 ff. ).
- Another method for producing epoxy compounds is based on the reaction of olefins with hydrogen peroxide in the presence of catalysts.
- the use of this method for the production of vinyloxiranes from polyenes and hydrogen peroxide is described in DAS 2 012 049, p. 15, line 7, example 18, in particular Table I (continued). It reports on the reaction of butadiene with 70% hydrogen peroxide in the presence of trimethyltin hydroxide and the molybdenum salt of acetylacetone as a catalyst. Ethanol was used as the solvent. But even after stirring for 20 hours at 40 ° C., vinyloxirane was only obtained in a yield of 21.7%, based on the hydrogen peroxide used.
- Another principle of synthesis is based on the reaction of olefins with organic hydroperoxides with the aid of catalysts.
- the use of this synthetic principle for the production of vinyloxiranes from polyenes and tert-butyl hydroperoxide or cumene hydroperoxide in the presence of molybdenum hexacarbonyl as a catalyst is described by MN Sheng and JGZajacek (J.Org. Chem. 35, No. 6, (1970) S. 1840, Table I; USA-PS 3 538 "24).
- ferroacetic acid which was also prepared by oxydation of acetaldehyde, in acetic acid as the solvent is described in Japanese Patent I 74 046-284, and the use of perisobutyric acid, which was obtained by oxidation of isobutyraldehyde, in isobutyric acid as the solvent is proposed in Japanese PS I 74 040-202 for the epoxidation of butadiene.
- carboxylic acid as as a solvent in the production of oxiranes, however, has the disadvantage that many oxiranes react with carboxylic acids with ring opening to give the acylates (D. Swern, "Organic Peroxides", Wiley Interscience, 1971, Vol. 2, p. 376, line 10 ff .), which can lead to considerable losses in yield.
- vinyloxirane and substituted vinyloxiranes can be prepared from polyenes and porcarboxylic acids in organic solution in high yields and high purity if a polyene of the formula wherein R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , R 5 and R 6 independently of one another are hydrogen, C 1 - to C 4 -alkyl, vinyl, C 3 - to C 7 -cycloalkyl or phenyl and in which R 1 with R 3 , R 1 with R 4 , or R 1 with R 5 can form a carbocyclic ring with up to 12 carbon atoms, with a solution of a percarboxylic acid containing 3 to 4 carbon atoms in an aromatic hydrocarbon with 6 to 12 carbon atoms or in a chlorinated hydrocarbon containing 1-8 carbon atoms at a molar ratio of polyene to percarboxylic acid such as 1.1: 1 to 10: 1 and one Temperature from -20 ° C to + 100
- compounds of the following formula (II-V) are particularly suitable: wherein R 7 , R 8 , R 9 and R 10 independently of one another are hydrogen, C 1 - to C 4 -alkyl, vinyl, C 5 - to C 7 -cycloalkyl or phenyl and in which R 7 with R 8 , R 7 with R 9 or R 7 with R 10 can form a carbocyclic ring with up to 12 carbon atoms.
- R 11 , R 12 and R 13 independently of one another are hydrogen, C 1 to C 4 alkyl, vinyl, C 1 to C 5 cycloalkyl or phenyl and n is an integer from 3 to 6; wherein R 14 , R 15 , R 16 and R 17 independently of one another are hydrogen, C 1 to C 4 alkyl, vinyl, C 5 to C 7 cycloalkyl or phenyl and n is an integer from 2 to 5; wherein R 18 , R 19 , R 20 and R 21 independently of one another are hydrogen, C 1 - to C 4 -alkyl, vinyl, C 5 - to C 7 -cycloalkyl or phenyl and n is an integer from 1 to 4.
- Polyenes of the formula are particularly suitable for reaction with fercarboxylic acids according to the process of the invention wherein R 22 and R 23 are independently hydrogen, methyl, ethyl, vinyl or phenyl.
- Butadiene, isoprene, piperylene, cyclopentadiene, 1,3,5-hexatriene and 1,3,7-octatriene are very particularly suitable for reaction with percarboxylic acids by the process according to the invention.
- chlorinated hydrocarbons can be used as solvents, such as methylene chloride, chloroform, carbon tetrachloride, 1-chloroethane, 1,2-dichlorocretane, 1,1-dichloroethane, 1,1,2,2-tetrachloroethane, 1-chloropropane, 2-chloropropane , 1,2-dichloropropane, 1,3-dichloropropane 2,3-dichloropropane, 1,2,3-trichloropropane, 1,1,2,3-tetrachloropropane, butyl chloride, 1,2-dichlorobutane, 1,4-dichlorobutane, 2,3-dichlorobutane 1,3-dichlorobutane, 1,2,3,4-tetrachlorobutane, tert-butyl chloride, amyl chloride, 1,2-dichloropentane, 1,5-dichloropentane,
- Preferred solvents are the chlorinated hydrocarbons methylene chloride, chloroform, carbon tetrachloride and 1,2-dichloropropane, the aromatic hydrocarbons benzene, nitrobenzene. Toluene and chlorobenzene.
- chlorinated hydrocarbons 1,2-dichleropropane and of the aromatic hydrocarbons benrol and chlorobenzene are particularly preferred solvents.
- Solvent mixtures of chlorinated hydrocarbons and solvent mixtures of aromatic hydrocarbons can also be used. Mixtures of chlorinated and aromatic hydrocarbons can also be used as solvents.
- Peracids which can be used according to the invention are perpropionic acid, per-n-butyric acid and perisobutyric acid. Perpropionic acid and perisobutyric acid are preferably used. Perpropionic acid is particularly preferred.
- the preparation of the mineral acid-free peracids in one of the organic solvents mentioned can e.g. according to the procedure described in DOS 2 262 970.
- the process according to the invention is carried out in a temperature range from 20 to 100 ° C. It is preferred to work at 0-60 ° C, particularly preferably at 10-40 ° C. In special cases, the specified temperatures can also be exceeded or fallen short of.
- the reaction can also be carried out with the formation of a so-called temperature gradient, which generally increases with the progress of the reaction.
- the reaction can also be carried out in such a way that a gradient of falling temperature is formed as the reaction proceeds.
- the molar ratio of olefin to peracid is 1.1: 1 to 10: 1.
- a molar ratio of 1.5: 1 to 5: 1 is preferably used. It is particularly advantageous to use a molar ratio of 2.0 to 3.0 moles of polyene per mole of peracid.
- the method according to the invention can be carried out at a wide variety of pressures. Generally one works at normal pressure; however, the method can also be carried out under negative or positive pressure.
- the water content of the percarboxylic acid used for the epoxidation should generally be as low as possible. Small amounts of water up to 5% by weight are generally not disturbing.
- a percarboxylic acid with a water content of up to 1% by weight is suitable.
- a percarboxylic acid solution which contains less than 0.5% by weight of water is preferably used.
- the hydrogen peroxide content of the percarboxylic acid used should generally be as low as possible. It can be up to 2% by weight. It is advantageous to work with a content of less than 1% by weight. It is particularly advantageous to carry out the reaction with a percarboxylic acid solution which has a hydrogen peroxide content below 0.3% by weight, for example an H 2 O 2 content of 0.01-0.3% by weight.
- the mineral acid content of the percarboxylic acid solution to be implemented should be as low as possible. It is advantageous to carry out the reaction with a percarboxylic acid solution which has a mineral acid content below 50 ppm. A mineral acid content is particularly advantageous less than 10 ppm.
- the reaction can be carried out batchwise or continuously in the apparatuses customary for reactions of this type, such as stirrer boilers, boiling reactors, tubular reactors, loop reactors or loop reactors.
- Glass, stainless steel or enamelled material can be used as materials for carrying out the processes.
- Heavy metal ions in the reaction mixture catalyze the decomposition of the percarboxylic acid. Substances are therefore generally added to the percarboxylic acid solution which inactivate the heavy metal ions through complex formation.
- Known substances of this type are sluconic acid, ethylenediaminetetraacetic acid, sodium silicate, sodium pyrophosphate, sodium hexametaphosphate, disodium dimethyl pyrophosphate or Na 2 (2-ethylhexyl) 5 (P 3 O 10 ) 2 (DAS 1 056 596, column 4, line 60 ff.).
- the polyene can be introduced into the device used for the reaction in various ways. It can be added to the reactor together with the percarboxylic acid solution, or the two components can be fed to the reactor separately. It is also possible to feed the olefin and the percarboxylic acid solution into the reactor unit at various points. When using several ge in cascade - switched reactors, it may be advantageous to incorporate all of the olefin in the first reactor. However, the olefin can also be divided between the various reactors.
- the heat of reaction is dissipated by internal or external coolers.
- the reaction can also be carried out under reflux, i.e. in boiling reactors.
- the reaction is expediently carried out with the most complete possible conversion of the percarboxylic acid. In general, more than 95 mol% of the percarboxylic acid is reacted. It is expedient to convert more than 98 mol% of peracid.
- oxirane yields of 90% of theory and above, based on the percarboxylic acid used, can be achieved.
- the reaction mixture is worked up in a manner known per se, for example by distillation.
- an approximately 20% by weight perpropionic acid solution in 1,2-dichloropropane or benzene is added with stirring to the double molar amount of polyene, which is thermostated at 30 ° C.
- the perpropionic acid solution contains less than 10 ppm mineral acid; it has a water content of less than 0.1% and a hydrogen peroxide content of less than 0.3%.
- To complex heavy metal ions about 0.05% by weight of Na 5 ( 2- ethylhexyl) 5 (P 3 O 10 ) 2 was added to the perpropionic acid before the reaction. The progress and the end of the reaction are checked by taking samples from the reaction solution at intervals and determining the still present content of percarboxylic acid by titration. After the reaction has ended, the reaction mixture is fractionated.
- the first reactor of this four-stage cascade which, like the three subsequent reaction vessels, is equipped with a stirrer and has a content of 1600 ml, is at a temperature of 35 ° C.
- the second, third and fourth reactors at a temperature of 40 ° each C operated.
- the perpropionic acid used is converted to 99.8% under these reaction conditions.
- the reaction mixture which was produced at a rate of 1920 g per hour, and on average the composition: 16.52% butadiene, 11.67% vinyl oxirane, 21.46% propionic acid and 50.08% benzene and 13% water had, after cooling to 30 ° C relaxed in a cutter to normal pressure, with a small part of the butadiene (37 g / h) outgassing and was returned to the reaction system.
- the mixture obtained after the expansion was mixed with 2 g / h of 4-tert-butyl catechol and fed to a first distillation column. The entire vinyloxirane was obtained together with butadiene and part of the benzene as a distillate.
- This distillate had an average composition of 32.6% butadiene, 27.25% vinyl oxirane, 39.9% benzene and small amounts of water 22 g per hour and was then separated from the butadiene in a second distillation column. The distillate obtained 268 g of butadiene per hour, which was returned to the reaction system.
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Vinyloxiranen aus Polyenen und Percarbonsäuren.The present invention relates to a process for the preparation of vinyloxiranes from polyenes and percarboxylic acids.
Vinyloxirane haben als Monomere aufgrund ihrer bifunktionellen Struktur eine besondere Bedeutung. Sie finden deshalb sowohl auf dem Gebiet der Lacke und Kunststoffe als auch als organische Zwischenprodukte Verwendung. Ein technischer Einsatz der Vinyloxirane ist in größerem Maße bisher nicht erfolgt, da noch kein befriedigendes technisches Verfahren zu ihrer Herstellung zur Verfügung gestanden hat.Vinyloxiranes are particularly important as monomers because of their bifunctional structure. They are therefore used both in the field of paints and plastics and as organic intermediates. To a large extent, no technical use of vinyloxiranes has taken place since no satisfactory technical process has yet been available for their production.
Es sind bereits viele Methoden zur Umwandlung von Olefinen in Oxirane bekannt, und es ist auch versucht worden, diese Methoden zur Herstellung von Vinyloxiranen anzuwenden. So wird in der USA-PS 3 232 957 vorgeschlagen, Olefine mit molekularem Sauerstoff in flüssiger Phase in die Epoxide umzuwandeln. In Spalte 10, Zeile 15, Beispiel 8 der genannten Patentschrift wird die Umsetzung von Butadien mit Sauerstoff bei 150°C in Dicyclopropylketon als Lösungsmittel beschrieben. Die erreichte Ausbeute an Vinyloxiran war jedoch niedrig; sie betrug nur 25 %. Auch die Verwendung von Acetophenon anstelle von Dicyclopropylketon als Lösungsmittel erbrachte nur eine geringfügig höhere Ausbeute an Vinyloxiran; sie betrug nur 28 % (USA-PS 3 232 957, Spalte 12, Zeile 15).Many methods for converting olefins to oxiranes are known and attempts have been made to use these methods to produce vinyl oxiranes. For example, US Pat. No. 3,232,957 proposes converting olefins with molecular oxygen in the liquid phase into the epoxides. In column 10, line 15, example 8 of the patent mentioned, the reaction of butadiene with oxygen at 150 ° C. in dicyclopropyl ketone as a solvent is described. However, the vinyl oxirane yield achieved was low; it was only 25%. The use of acetophenone instead of dicyclopropyl ketone as solvent also only yielded a slightly higher yield of vinyl oxirane; it was only 28% (U.S. Patent 3,232,957, column 12, line 15).
Die seit langem zur Herstellung von Oxiranen aus Olefinen bekannte Halogenhydrinmethode wurde auch zur Herstellung von Vinyloxiranen angexandt. Beispielsweise wird in der bekanntgemachten Japanischen Patentanmeldung 23 545/64 die Herstellung von Isoprenoxid aus Isoprenmonochlorhydrin und Alkalihydroxid beschrieben. Diese Methode besitzt jedoch den Nachteil der Bildung unerwünschter chlorierter Nebenprodukte und umweltbelastender Salzabfälle (Ullmanns Encyklopädie d. techn. Chemie, Bd. 10, S. 565, linke Spalte, Zeile ff.; DAS 1 543 174, Spalte 2, Zeile 15 ff.).The halohydrin method, which has long been known for the production of oxiranes from olefins, has also been used for the production of vinyl oxiranes. For example, the published Japanese patent application 23 545/64 describes the preparation of isoprene oxide from isoprene monochlorohydrin and alkali metal hydroxide. However, this method has the disadvantage of the formation of undesired chlorinated by-products and environmentally harmful salt waste (Ullmanns Encyklopadie d. Techn. Chemie, Vol. 10, p. 565, left column, line ff .; DAS 1 543 174, column 2, line 15 ff. ).
Eine andere Methode zur Herstellung von Epoxyverbindungen beruht auf der Umsetzung von Olefinen mit Wasserstoffperoxid in Gegenwart von Katalysatoren. Die Anwendung dieser Methode zur Erzeugung von Vinyloxiranen aus Polyenen und Wasserstoffperoxid wird in der DAS 2 012 049, S. 15, Zeile 7, Beispiel 18, insbesondere Tabelle I (Fortsetzung) beschrieben. Darin wird über die Umsetzung von Butadien mit 70 %-igem Wasserstoffperoxid in Gegenwart von Trimethylzinnhydroxid und dem Molybdänsalz des Acetylacetons als Katalysator berichtet. Als Lösungsnittel wurde Äthanol verwendet. Aber selbst nach 20-stündigem Rühren bei 40°C wurde Vinyloxiran nur in einer Ausbeute von 21,7 %, bezogen auf eingesetstes Wasserstoffperoxid, erhalten.Another method for producing epoxy compounds is based on the reaction of olefins with hydrogen peroxide in the presence of catalysts. The use of this method for the production of vinyloxiranes from polyenes and hydrogen peroxide is described in DAS 2 012 049, p. 15, line 7, example 18, in particular Table I (continued). It reports on the reaction of butadiene with 70% hydrogen peroxide in the presence of trimethyltin hydroxide and the molybdenum salt of acetylacetone as a catalyst. Ethanol was used as the solvent. But even after stirring for 20 hours at 40 ° C., vinyloxirane was only obtained in a yield of 21.7%, based on the hydrogen peroxide used.
Ein weiteres Sytheseprinzip beruht auf der Umsetzung von Olefinen mit organischen Hydroperoxiden mit Hilfe von Katalysatoren. Die Anwendung dieses Syntheseprinzips zur Herstellung von Vinyloxiranen aus Polyenen und tert.-Butylhydroperoxid oder Cumolhydroperoxid in Gegenwart von Molybdänhexacarbonyl als Katalysator wird von M.N. Sheng und J.G.Zajacek beschrieben (J.Org. Chem. 35, No. 6, (1970) S. 1840, Tabelle I; USA-PS 3 538 "24). Obwohl für die Umwandlung von Butadien, Isopren und Piperylen in die Monoepoxide Ausbeuten von 84-90 % erhalten werden, hat dieses Syntheseprinzip doch den entscheidenden Nachteil, daß das organische Hydroperoxid ROOH, wobei R einen niedermolekularen organischen Rest wie tert.-Butyl oder Cumyl bedeutet, gemäß nachstehender Gleichung während der Reaktion in den entsprechenden Alkohol ROH umgewandelt wird:
Es fällt somit der dem eingesetzten Hydroperoxid (ROCH) entsprechende Alkohol als Koppelprodukt an, was eine Abhängigkeit der Wirtschaftlichkeit dieses Verfahrens von der Verwertbarkeit dieses Alkohols (ROH) mit sich bringt. Falls dieser Alkohol nicht verwertet werden kann, muß er über mehrere Verfahrensstufen in das entsprechende Hydroperoxid (ROOH) zurückverwandelt werden.Thus it falls of the hydroperoxide used (ROCH) corresponding alcohol as co p pelprodukt to what a function of the economics of this process of the usability of this alcohol (ROH) entails. If this alcohol cannot be used, it must be converted back into the corresponding hydroperoxide (ROOH) over several process steps.
Eine weitere Methode zur Herstellung von Vinyloxiran aus Butadien wird in der DAS 1 593 306 auf Seite 8 im Beispiel 3 beschrieben. Hierin wird Butadien mit Tri-(cyclohexylperoxy-) boran bei einem Druck von 20 bar und einer Temperatur von 100°C umgesetzt. Die destillative Aufarbeitung des Reaktionsgemisches ergab eine zwischen 70°C und 126°C siedende Fraktion, die Vinyloxiran in einer Menge enthielt, die einer Ausbeute von 81,7 % entsprach. Offensichtlich treten bei dieser Methode Probleme bei der Abtrennung des Vinyloxirans aus dem Reaktionsgemisch auf. Auch die angegebene Ausbeute an Vinyloxiran ist unbefriedigend.Another method for the production of vinyloxirane from butadiene is described in DAS 1 593 306 on page 8 in Example 3. Here butadiene is reacted with tri- (cyclohexylperoxy-) borane at a pressure of 20 bar and a temperature of 100 ° C. Working up the reaction mixture by distillation gave a fraction boiling between 70 ° C. and 126 ° C. which contained vinyloxirane in an amount which corresponded to a yield of 81.7%. Obviously there are problems with the separation of the vinyl oxirane from the reaction mixture with this method. The stated yield of vinyloxirane is also unsatisfactory.
Die Umsetzung von Polyenen mit Percarbonsäuren beschreiben erstmals Pummerer und Reindel 1933 (R. Pummerer und W. Reindel, Ber. dtsch. chem. Ger. 66, S. 334-339 (1933)). Auf Seite 335, Zeile 16 ff. berichten sie über die Epoxidation von Isopren mit Perbenzoesäure in Äthylchlorid als Lösungsmittel. Sie erhalten als einziges Produkt 2-Methyl-2-vinyloxiran in einer Ausheute von 30 bis 42 %. Bei der Umsetzung von Butadien mit Perbenzoesäure erreichen sie für Vinyloxiran eine Ausbeute von etwa 40 %.Pummerer and Reindel described the reaction of polyenes with percarboxylic acids for the first time in 1933 (R. Pummerer and W. Reindel, Ber. Dtsch. Chem. Ger. 66, pp. 334-339 (1933)). On page 335, line 16 ff., They report on the epoxidation of isoprene with perbenzoic acid in ethyl chloride as a solvent. The only product you get is 2-methyl-2-vinyloxirane in a yield of 30 to 42%. In the reaction of butadiene with perbenzoic acid, they achieve a yield of about 40% for vinyloxirane.
Eine wesentliche Verbesserung konnte auch von F.C. Frostick et. al. (J.Am. Chem.Soc, 81, 3354, Tabelle IV) nicht erreicht werden. Bei der Umsetzung von Butadien mit Peressigsäure, die durch Oxidation von Acetaldehyd hergestellt wurde, in Äthylacetat oder Aceton als Lösungsmittel erzielte er eine Aus-beute an Vinyloxiran von 56 %.F.C. Frostick et. al. (J.Am. Chem. Soc, 81, 3354, Table IV) cannot be achieved. In the reaction of butadiene with peracetic acid, which was produced by oxidation of acetaldehyde, in ethyl acetate or acetone as solvent, he achieved a yield of vinyl oxirane of 56%.
Auch die Anwendung spezieller verfahrenstechnischer Maßnahmen wie sie in der Deutschen PS 1 216 506 zur Durchführung von Epoxidationen vorgeschlagen werden, bringen keine befriedigenden Ausbeuten. Im Beispiel 3, Spalte 8, Zeile 60 ff. dieser Patentschrift wird die Umsetzung von Butadien mit Peressigsäure in Äthylacetat beschrieben. Vinyloxiran wird dabei in 68 %iger Ausbeute erhalten.The use of special procedural measures as proposed in German PS 1 216 506 for carrying out epoxidations also does not produce satisfactory yields. Example 3, column 8, lines 60 ff. Of this patent describes the reaction of butadiene with peracetic acid in ethyl acetate. Vinyloxirane is obtained in 68% yield.
Die Verwendung von Feressigsäure die ebenfalls durch Oxi -dation von Acetaldehyd hergestellt wurde, in Essigsäure als Lösungsmittel wird in der Japanischen PS I 74 046-284, und die Verwendung von Perisobuttersäure, die durch Oxidation von Isobutyraldehyd erhalten wurde, in Isobuttersäure als Lösungs- mittel wird in der Japanischen PS I 74 040-202 zur Epoxidation von Butadien vorgeschlagen. Die Verwendung von Carbonsäurer als als Lösungsmittel bei der Herstellung von Oxiranen besitzt aber den Nachteil, daß viele Oxirane mit Carbonsäuren unter Ringöffnung zu den Acylaten reagieren, (D. Swern, "Organic Peroxides", Wiley Interscience, 1971, Vol. 2, S. 376, Zeile 10 ff.), was zu erheblichen Ausbeuteverlusten führen kann.The use of ferroacetic acid, which was also prepared by oxydation of acetaldehyde, in acetic acid as the solvent is described in Japanese Patent I 74 046-284, and the use of perisobutyric acid, which was obtained by oxidation of isobutyraldehyde, in isobutyric acid as the solvent is proposed in Japanese PS I 74 040-202 for the epoxidation of butadiene. The use of carboxylic acid as as a solvent in the production of oxiranes, however, has the disadvantage that many oxiranes react with carboxylic acids with ring opening to give the acylates (D. Swern, "Organic Peroxides", Wiley Interscience, 1971, Vol. 2, p. 376, line 10 ff .), which can lead to considerable losses in yield.
In der DAS 1 190 926 wird die Percarbonsäure bei der Umsetzung mit Butadien "in situ" erzeugt. Die erreichte Ausbeute ist jedoch auch hierbei nicht befriedigend. In Spalte 15, Zeile 5 ff., wird die Umsetzung von Butadien bei 73-76°C in Äthylacetat als Lösungsmittel mit Sauerstoff in Gegenwart von n-Butyraldehyd und Kobaltnaphthenat als Katalysator beschrieben. Die Ausbeute an Epoxid wird mit 55 % angegeben. Davon entfallen 45 % auf Butadienmonoxid und 10 % auf Butadiendioxid.In DAS 1 190 926 the percarboxylic acid is generated "in situ" during the reaction with butadiene. However, the yield achieved here is also unsatisfactory. Column 15, line 5 ff., Describes the reaction of butadiene at 73-76 ° C in ethyl acetate as a solvent with oxygen in the presence of n-butyraldehyde and cobalt naphthenate as a catalyst. The yield of epoxy is given as 55%. 45% of this is accounted for by butadiene monoxide and 10% by butadiene dioxide.
Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung von Vinyloxiranen wird in der Britischen PS 735 974 beschrieben. Darin wird im Beispiel 13, Spalte 8, Zeile 31 ff., die Umsetzung von Butadien mit durch Oxidation von Acetaldehyd hergestelltem Acetaldehydmonoperacetat in Aceton als Lösungsmittel bei 700C beschrieben. Vinyloxiran wird jedoch nur in einer Ausbeute von 33 % erhalten.A further possibility for the production of vinyl oxiranes is described in British PS 735 974. In Example 13, column 8, lines 31 ff., The reaction of butadiene with acetaldehyde monoperacetate prepared by oxidation of acetaldehyde in acetone as solvent at 70 ° C. is described therein. However, vinyloxirane is only obtained in a yield of 33%.
Ein anderes Syntheseprinzip zur Epoxidation von Polyenen wird in der USA-PS 3 053 856 beschrieben. Hierbei wird die Umsetzung von Butadien mit Wasserstoffperoxid in Gegenwart von Acetonitril durchgeführt, wobei Vinyloxiran als Hauptprodukt erhalten wird (Beispiel XII). Allerdings muß bei diesem Verfahren in Kauf genommen werden, daß man das aus dem Nitril während der Reaktion gebildete Carbonsäureamid als Koppelprodukt erhält, das entweder einer geeigneten Verwendung zugeführt oder aber einer Dehydratisierung unterworfen werden muß, um in den Prozeß zurückgeführt werden zu könnan.Another synthesis principle for the epoxidation of polyenes is described in US Pat. No. 3,053,856. The reaction of butadiene with hydrogen peroxide is carried out in the presence of acetonitrile, vinyloxirane being obtained as the main product (Example XII). However, in this process it must be accepted that the carboxylic acid amide formed from the nitrile during the reaction is obtained as a by-product, which is either Appropriate use supplied or must be subjected to dehydration in order to be returned to the process.
Demgegenüber wurde nun gefunden, daß man Vinyloxiran und substituierte Vinyloxirane aus Polyenen und Porcarbonsäuren in organischer Lösung in hohen Ausbeuten und großer Reinheit herstellen kann, wenn man ein Polyen der Formel
mit einer Lösung einer 3 bis 4 Kohlenstoffatome enthaltenden Percarbonsäure in einem aromatischen Kohlenwasserstoff mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen oder in einem chlorierten, 1-8 Kohlenstoffatome enthaltenden Kohlenwasserstoff bei einem Molverhältnis von Polyen zu Percarbonsäure wie 1,1:1 bis 10:1 und bei einer Temperatur von -20°C bis +100°C umsetzt.In contrast, it has now been found that vinyloxirane and substituted vinyloxiranes can be prepared from polyenes and porcarboxylic acids in organic solution in high yields and high purity if a polyene of the formula
with a solution of a percarboxylic acid containing 3 to 4 carbon atoms in an aromatic hydrocarbon with 6 to 12 carbon atoms or in a chlorinated hydrocarbon containing 1-8 carbon atoms at a molar ratio of polyene to percarboxylic acid such as 1.1: 1 to 10: 1 and one Temperature from -20 ° C to + 100 ° C implemented.
Im Rahmen der Verbindungen der Formel (I) kommen beispielsweise Verbindungen der folgenden Formel (II-V) besonders in Betracht:
Im einzelnen seien als Polyene genannt:
- Butadien, Isopren, Piperylen, Cyclopentadien, Methyl-cyclopentadien, 2,4-Dimethyl-1,3-butadien, 1,3-Dimethyl-1,3-butadien, 2,4-Hexadien, 1,3-Hexadien, 1,3,5-Hexatrien, Dimethyl-cyclopentadien, 2-Methyl-1,3-pentadien, 3-Methyl-1,3-pentadien, 4-Xethyl-1,3-pentadien, 2-Äthyl-1,3-butadien, 1,3-Cyclohexadien, Methylen-2-cyclopenten, Methylen-2-cyclohexen, 3,4-Dimethyl-1,3-pentadien, 2,4-Dimethyl-1,3-pentadien, 2-Methyl-2,4-hexadien, 2-Methyl-1,3-hoxadien, 2-Methyl-1,3,5-hexatrien, 3-Methyl-1,3-hexadien, 4-Mehyl-1,3-hexadien, 3-Methyl-1,3,5-hexatrien, Methyl-1,3-cyclohexadien, 1,3-Cycloheptadien, 1,3,5-Cycloheptatrien, Dimethyl-1,3-cyclohexadien, 1-Vinyl-1-cyclohexen, Methyl-1,3-cycloheptadien, 2,5-Dimethyl-1,3-hexadien, 2,5-Dimethyl-2,4-hexadien, 2,5-Dimethyl-1,3,5-hexatrien, 2-Äthyl-1,3-hexadien, 2-Äthyl-1,3,5-hexatrien, 1,3-Cyclooctadien, Cyclooctatetraen, 2,4-Dimethyl-1,3,5-hexatrien, 2,4-Dimethyl-1,3- hexadien, 5,5-Dimethyl-1,3-hexadien, 5,5-Dimethyl-1,3,5-hexatrien, 1,3,7-Octatrien, 2-Methyl-1,3,7-octatrien, 2-Methyl-1,5,7-octatrien, Methyl-1,3-cyclooctadien, 1-Cyclopentyl-1,3-butadien, 2-Cyclopentyl-1,3-butadien, 1,2,3,4-Tetramethyl-cyclopentadien, 2,6-Dimethyl-1,3,7-octatrien, 3,7-Dimethyl-1,3,7-octatrien, 1-Cyclo- hexyl-1,3-outadien, 2-Cyclohexyl-1,3-butadien, 1-Phenyl-1,3- butacien, 2-Phenyl-1,3-butadien, 1,3,9,11-Dodecatetraen, 1,2,3,4-Tetramethyl-cyclooctatetraen.
- Butadiene, isoprene, piperylene, cyclopentadiene, methyl-cyclopentadiene, 2,4-dimethyl-1,3-butadiene, 1,3-dimethyl-1,3-butadiene, 2,4-hexadiene, 1,3-hexadiene, 1, 3,5-hexatriene, dimethyl-cyclopentadiene, 2-methyl-1,3-pentadiene, 3-methyl-1,3-pentadiene, 4-xethyl-1,3-pentadiene, 2-ethyl-1,3-butadiene, 1,3-cyclohexadiene, methylene-2-cyclopentene, methylene-2-cyclohexene, 3,4-dimethyl-1,3-pentadiene, 2,4-dimethyl-1,3-pentadiene, 2-methyl-2,4- hexadiene, 2-methyl-1,3-hoxadiene, 2-methyl-1,3,5-hexatriene, 3-methyl-1,3-hexadiene, 4-methyl-1,3-hexadiene, 3-methyl-1, 3,5-hexatriene, methyl-1,3-cyclohexadiene, 1,3-cycloheptadiene, 1,3,5-cycloheptatriene, dimethyl-1,3-cyclohexadiene, 1-vinyl-1-cyclohexene, methyl-1,3- cycloheptadiene, 2,5-dimethyl-1,3-hexadiene, 2,5-dimethyl-2,4-hexadiene, 2,5-dimethyl-1,3,5-hexatriene, 2-ethyl-1,3-hexadiene, 2-ethyl-1,3,5-hexatriene, 1,3-cyclooctadiene, cyclooctatetraene, 2,4-dimethyl-1,3,5-hexatriene, 2,4-dimethyl-1,3-hexadiene, 5.5- Dimethyl-1,3-hexadiene, 5,5-dimethyl-1,3,5-hexatriene, 1,3,7-octatriene, 2- Methyl-1,3,7-octatriene, 2-methyl-1,5,7-octatriene, methyl-1,3-cyclooctadiene, 1-cyclopentyl-1,3-butadiene, 2-cyclopentyl-1,3-butadiene, 1,2,3,4-tetramethyl-cyclopentadiene, 2,6-dimethyl-1,3,7-octatriene, 3,7-dimethyl-1,3,7-octatriene, 1-cyclohexyl-1,3- outadiene, 2-cyclohexyl-1,3-butadiene, 1-phenyl-1,3-butaciene, 2-phenyl-1,3-butadiene, 1,3,9,11-dodecatetraene, 1,2,3,4- Tetramethyl-cyclooctatetraene.
Besonders geeignet zur Umsetzung mit Fercarbonsäuren gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren sind Polyene der Formel
Im einzelnen seien als Verbindungen der Formel VI beispielsweise genannt:
- Butadien, Isopren, Piperylen, 1,3-Hexadien, 1,3,5-Hexatrien, 2-Athyl-1,3-butadien, 1,3-Dimethyl-1,3-butadien, 2,4-Hexadien, 1-Phenyl-1,3-butadien, 2-Phenyl-1,3-butadien, 1-Methyl-1,3- hcxadien, 1-Methyl-1,3,5-hexadien, 2-Methyl-1,3-pentadien, 2-Methyl-1,3-hexadien, 2-Methyl-1,3,5-hexatrien, 2-Äthyl-1,3-hexadien, 2-Äthyl-1,3,5-hexatrien, 2-Phenyl-1,3,5-hexatrien, 2-Phenyl-1,3-hexadien, 2-Phenyl-1,3-pentadieng
- Butadiene, isoprene, piperylene, 1,3-hexadiene, 1,3,5-hexatriene, 2-ethyl-1,3-butadiene, 1,3-dimethyl-1,3-butadiene, 2,4-hexadiene, 1- Phenyl-1,3-butadiene, 2-phenyl-1,3-butadiene, 1-methyl-1,3-hexadiene, 1-methyl-1,3,5-hexadiene, 2-methyl-1,3-pentadiene, 2-methyl-1,3-hexadiene, 2-methyl-1,3,5-hexatriene, 2-ethyl-1,3-hexadiene, 2-ethyl-1,3,5-hexatriene, 2-phenyl-1, 3,5-hexatriene, 2-phenyl-1,3-hexadiene, 2-phenyl-1,3-pentadiene
Ganz besonders sind zur Umsetzung mit Percarbonsäuren nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Butadien, Isopren, Piperylen, Cyclopentadien, 1,3,5-Hexatrien und 1,3,7-Octatrien geeignet.Butadiene, isoprene, piperylene, cyclopentadiene, 1,3,5-hexatriene and 1,3,7-octatriene are very particularly suitable for reaction with percarboxylic acids by the process according to the invention.
Als Lösungsmittel können die verschiedensten chlorierten Kohlenwasserstoff verwendet werden, wie Methylenchlorid, Chloroform, Tetrachlorkorlenstoff, 1-Chloräthan, 1,2-Dichlcräthan, 1,1-Dichloräthan, 1,1,2,2-Tetrachloräthan, 1-Chlorpropan, 2-Chlorpropan, 1,2-Dichlorpropan, 1,3-Dichlorpropan 2,3-Dichlorpropan, 1,2,3-Trichlorpropan, 1,1,2,3-Tetrachlorpropan, Butylchlorid, 1,2-Dichlorbutan, 1,4-Dichlorbutan, 2,3-Dichlorbutan 1,3-Dichlorbutan, 1,2,3,4-Tetrachlorbutan, tert.-Butylchlorid, Amylchlorid, 1,2-Dichlorpentan, 1,5-Dichlorpentan, 1,2,3,4-Tetrachlorpentan, Cyclopentylchlorid, 1,2-Dichlorcyclopentylchlorid, Hexylchlorid, 1,2-Dichlorhexan, 1,6-Dichlorhexan, 1,2,3,4-Tetrachlorhexan, 1,2,5,6-Tetrachlorhexan, Cyclohexylchlorid, 1,2-Dichlorhexan, Chlorbenzol, Heptylchlorid, 1,2-Dichlorheptan, 1,2, 1,2,3,4-Tetrachlorheptan, Cycloheptylchlorid, 1,2-Dichlorheptan, Octylchlorid, 1.,2-Dichloroctan, 1,2,3,4-Tetrachloroctan, Cyclooctylchlorid oder 1,2-Dichloroctan, sowie aromatische Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Nitrobenzol, Toluol, Äthylbenzol, Cumol, Diisopropylbenzol, Xylol oder Chlorbenzol.A wide variety of chlorinated hydrocarbons can be used as solvents, such as methylene chloride, chloroform, carbon tetrachloride, 1-chloroethane, 1,2-dichlorocretane, 1,1-dichloroethane, 1,1,2,2-tetrachloroethane, 1-chloropropane, 2-chloropropane , 1,2-dichloropropane, 1,3-dichloropropane 2,3-dichloropropane, 1,2,3-trichloropropane, 1,1,2,3-tetrachloropropane, butyl chloride, 1,2-dichlorobutane, 1,4-dichlorobutane, 2,3-dichlorobutane 1,3-dichlorobutane, 1,2,3,4-tetrachlorobutane, tert-butyl chloride, amyl chloride, 1,2-dichloropentane, 1,5-dichloropentane, 1,2,3,4-tetrachloropentane, Cyclopentyl chloride, 1,2-dichlorocyclopentyl chloride, hexyl chloride, 1,2-dichlorohexane, 1,6-dichlorohexane, 1,2,3,4-tetrachlorohexane, 1,2,5,6-tetrachlorohexane, cyclohexyl chloride, 1,2-dichlorohexane, Chlorobenzene, heptyl chloride, 1,2-dichloroheptane, 1,2, 1,2,3,4-tetrachloroheptane, cycloheptyl chloride, 1,2-dichloroheptane, octyl chloride, 1, 2-dichloroctane, 1,2,3,4-tetrachloroctane , Cyclooctyl chloride or 1,2-dichloroctane, and aromatic hydrocarbons substances such as benzene, nitrobenzene, toluene, ethylbenzene, cumene, diisopropylbenzene, xylene or chlorobenzene.
Bevorzugte Lösungsmittel sind von den chlorierten Kohlenwasserstoffen Methylenchlorid, Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff und 1,2-Dichlorpropan, von den aromatischen Kohlenwasserstoffen Benzol, Nitrobenzol. Toluol und Chlorbenzol.Preferred solvents are the chlorinated hydrocarbons methylene chloride, chloroform, carbon tetrachloride and 1,2-dichloropropane, the aromatic hydrocarbons benzene, nitrobenzene. Toluene and chlorobenzene.
Besonders bevorzugtes Lösungsmittel ist von den chlorierten Kohlenwasserstoffen 1,2-Dichlerpropan und von den aromatischen Kohlenwasserstoffen Benrol und Chlorbenzol.Of the chlorinated hydrocarbons, 1,2-dichleropropane and of the aromatic hydrocarbons benrol and chlorobenzene are particularly preferred solvents.
Verwendet werden können auch Lösungsmittelgemische chlorierter Kohlenwasserstoffe und Lösungsmittelgemische aromatischer Kohlenwasserstoffe. Man kann auch Gemische chlorierter und aromatischer Kohlenwasserstoffe als Lösungsmittel verwenden.Solvent mixtures of chlorinated hydrocarbons and solvent mixtures of aromatic hydrocarbons can also be used. Mixtures of chlorinated and aromatic hydrocarbons can also be used as solvents.
Erfindungsgemäß verwendbare Persäuren sind Perpropionsäure, Per-n-buttersäure und Perisobuttersäure. Bevorzugt verwendet werden Perpropionsäure und Perisobuttersäure. Besonders bevorzugt ist Perpropionsäure. Die Herstellung der mineralsäurefreien Persäuren in einem der genannten organischen Lösungsmittel kann z.B. nach dem in der DOS 2 262 970 beschriebenen Verfahren erfolgen.Peracids which can be used according to the invention are perpropionic acid, per-n-butyric acid and perisobutyric acid. Perpropionic acid and perisobutyric acid are preferably used. Perpropionic acid is particularly preferred. The preparation of the mineral acid-free peracids in one of the organic solvents mentioned can e.g. according to the procedure described in DOS 2 262 970.
Im allgemeinen arbeitet man bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Temperaturbereich von 20 - 100°C. Bevorzugt arbeitet man bei 0-60°C, besonders bevorzugt bei 10 - 40°C. In Sonderfällen können auch die angegebenen Temperaturen unter- oder überschritten werden.In general, the process according to the invention is carried out in a temperature range from 20 to 100 ° C. It is preferred to work at 0-60 ° C, particularly preferably at 10-40 ° C. In special cases, the specified temperatures can also be exceeded or fallen short of.
Neben der Arbeitsweise unter isothermen Bedingungen, d.h. Einhaltung einer einheitlichen Temperatur im gesamten Reaktionsgemisch, kann man die Umsetzung auch unter Ausbildung eines sogenannten Temperaturgradienten durchführen, der im allgemeinen mit fortschreitender Reaktion zunimmt. Man kann aber auch die Reaktion so führen, daß sich mit dem Fortschreiten der Reaktion ein Gradient fallender Temperatur ausbildet.In addition to working under isothermal conditions, ie maintaining a uniform temperature throughout the reaction mixture, the reaction can also be carried out with the formation of a so-called temperature gradient, which generally increases with the progress of the reaction. However, the reaction can also be carried out in such a way that a gradient of falling temperature is formed as the reaction proceeds.
Das Molverhältnis von Olefin zu Persäure beträgt erfindungsgemäß 1,1:1 bis 10:1. Bevorzugt wird ein Molverhältnis von 1,5:1 bis 5:1 angewendet. Canz besonders vorteilhaft ist es, ein Molverhältnis von 2,0 bis 3,0 Mol Polyen je Mol Persäure anzuwenden.According to the invention, the molar ratio of olefin to peracid is 1.1: 1 to 10: 1. A molar ratio of 1.5: 1 to 5: 1 is preferably used. It is particularly advantageous to use a molar ratio of 2.0 to 3.0 moles of polyene per mole of peracid.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei den verschiedensten Drücken durchgeführt werden. Im allgemeinen arbeitet man bei Normaldruck; das Verfahren kann jedoch auch bei Unter-oder Überdruck durchgeführt werden.The method according to the invention can be carried out at a wide variety of pressures. Generally one works at normal pressure; however, the method can also be carried out under negative or positive pressure.
Der Wassergehalt der zur Epoxidation verwendeten Percarbonsäure soll im allgemeinen möglichst niedrig sein. Geringe Wassermengen bis 5 Gew.-% sind im allgemeinen nicht störend. Geeignet ist beispielsweise eine Percarbonsäure mit einem Wassergehalt von bis zu 1 Gew.-%. Vorzugsweise verwendet man eine Percarbonsäurelösung, die weniger als 0,5 Gew.-% Wasser enthält. Besonders bevorzugt ist ein Wassergehalt von weniger als 0,1 Gew.-%, z.B. ein Wassergehalt von 0,01 - 0,1 Gew.-%The water content of the percarboxylic acid used for the epoxidation should generally be as low as possible. Small amounts of water up to 5% by weight are generally not disturbing. For example, a percarboxylic acid with a water content of up to 1% by weight is suitable. A percarboxylic acid solution which contains less than 0.5% by weight of water is preferably used. A water content of less than 0.1% by weight, e.g. a water content of 0.01-0.1% by weight
Der Wasserstoffperoxidgehalt der angewendeten Percarbonsäure soll im allgemeinen möglischst niedrig sein. Er kann bis zu 2 Gew.-% betragen. Vorteilhaft arbeitet.man bei einem Gehalt von weniger als 1 Gew.-%. Besonders vorteilhaft ist es, die Umsetzung mit einer Percarbonsäurelösung durchzuführen, die einen Wasserstoffperoxidgehalt unterhalb 0,3 Gew.-% aufweist, z.B. einen Gehalt an H2O2 von 0,01 -.0,3 Gew.-%.The hydrogen peroxide content of the percarboxylic acid used should generally be as low as possible. It can be up to 2% by weight. It is advantageous to work with a content of less than 1% by weight. It is particularly advantageous to carry out the reaction with a percarboxylic acid solution which has a hydrogen peroxide content below 0.3% by weight, for example an H 2 O 2 content of 0.01-0.3% by weight.
Der Mineralsäuregehalt der zur Umsetzung gelangenden Percarbonsäurelösung soll möglichst niedrig sein. Vorteilhaft ist es, die Reaktion mit einer Percarbonsäurelösung durchzuführen, die einen Mineralsäuregehalt unterhalb 50 ppm besitzt. Besonders vorteilhaft ist ein Mineralsäuregehalt von weniger als 10 ppm.The mineral acid content of the percarboxylic acid solution to be implemented should be as low as possible. It is advantageous to carry out the reaction with a percarboxylic acid solution which has a mineral acid content below 50 ppm. A mineral acid content is particularly advantageous less than 10 ppm.
Die Durchführung der Reaktion kann diskontinuierlich oder kontinuierlich in den für Umsetzungen dieser Art üblichen Vorrichtungen wie Rührwerkskefsel, Siedereaktoren, Röhrenreaktoren, Schlaufenreaktoren oder Schleifenreaktoren erfolgen.The reaction can be carried out batchwise or continuously in the apparatuses customary for reactions of this type, such as stirrer boilers, boiling reactors, tubular reactors, loop reactors or loop reactors.
Als Werkstoffe für die Durchführung der Verfahren können Glas, Edelstähle oder emailliertes Material verwendet werden.Glass, stainless steel or enamelled material can be used as materials for carrying out the processes.
Schwermetallionen im Reaktionsgemisch katalysieren die Zersetzung der Percarbonsäure. Man setzt deshalb der Percarbonsäurelösung im allgemeinen Substanzen zu, die die Schwermetallionen durch Komplexbildung inaktivieren. Bekannte Substanzen solcher Art sind Sluconsäure, Äthylendiamintetraessigsäure, Natriumsilicat, Natriumpyrophosphat, Natriumhexametaphosphat, Dinatriumdimethylpyrophosphat oder Na2 (2-äthylhexyl)5(P3O10)2 (DAS 1 056 596, Spalte 4, Zeile 60 ff.).Heavy metal ions in the reaction mixture catalyze the decomposition of the percarboxylic acid. Substances are therefore generally added to the percarboxylic acid solution which inactivate the heavy metal ions through complex formation. Known substances of this type are sluconic acid, ethylenediaminetetraacetic acid, sodium silicate, sodium pyrophosphate, sodium hexametaphosphate, disodium dimethyl pyrophosphate or Na 2 (2-ethylhexyl) 5 (P 3 O 10 ) 2 (DAS 1 056 596, column 4, line 60 ff.).
Das Polyen kann auf verschiedene Art in die für die Umsetzung verwendete Vorrichtung eingebracht werden. Man kann es gemeinsam mit der Percarbonsäurelösung in den Reaktor geben oder man führt die beiden Komponenten getrennt voneinander dem Reaktor zu. Weiterhin ist es möglich, das Olefin und die Percarbonsäurelösung an verschiedenen Stellen in die Reaktoreinheit zu leiten. Bei Verwendung mehrerer in Kaskade ge- schalteter Reaktoren kann es zweckmäßig sein, das gesamte Olefin in den ersten Reaktor einzubringen. Man kann aber das Olefin auch auf die verschiedenen Reaktoren aufteilen.The polyene can be introduced into the device used for the reaction in various ways. It can be added to the reactor together with the percarboxylic acid solution, or the two components can be fed to the reactor separately. It is also possible to feed the olefin and the percarboxylic acid solution into the reactor unit at various points. When using several ge in cascade - switched reactors, it may be advantageous to incorporate all of the olefin in the first reactor. However, the olefin can also be divided between the various reactors.
Die Reaktionswärme wird durch innen- oder außenliegende Kühler abgeführt. Zur Ableitung der Reaktionswärme kann die Umsetzung auch unter Rückfluß, d.h. in Siedereaktoren, durchgeführt werden.The heat of reaction is dissipated by internal or external coolers. To remove the heat of reaction, the reaction can also be carried out under reflux, i.e. in boiling reactors.
Die Reaktion wird zweckmäßigerweise unter möglichst vollständiger Umsetzung der Percarbonsäure vorgenommen. Im allgemeinen setzt man mehr als 95 Mol.-% der Percarbonsäure um. Zweckmäßig ist es, mehr als 98 Mol.-% Persäure umzusetzen.The reaction is expediently carried out with the most complete possible conversion of the percarboxylic acid. In general, more than 95 mol% of the percarboxylic acid is reacted. It is expedient to convert more than 98 mol% of peracid.
Bei der erfindungsgemäßen Durchführung der Reaktion zwischen dem Polyen und der Persäure gelingt es, Oxiranausbeuten von 90 % der Theorie und darüber, bezogen auf eingesetzte Percarbonsäure, zu erzielen.When carrying out the reaction between the polyene and the peracid according to the invention, oxirane yields of 90% of theory and above, based on the percarboxylic acid used, can be achieved.
Die Aufarbeitung des Reaktionsgemisches erfolgt in an sich bekannter Weise, z.B. durch Destillation. Bei einer bevorzugten Durchführung des Verfahrens wird eine etwa 20 Gew.-%ige Perpropionsäurelösung in 1,2-Dichlorpropan bzw..Benzol unter Rühren zu der zweifach-molaren Menge Polyen, das auf 30°C thermostatisiert ist, gegeben. Die Perpropionsäurelösung enthält weniger als 10 ppm Mineralsäure; sie hat einen Wassergehalt, der unterhalb von 0,1 % liegt und weist einen Wasserstoffperoxidgehalt von weniger als 0,3 % auf. Zur Komplexierung von Schwermetallionen wurde der Perpropionsäure vor der Umsetzung etwa 0,05 Gew.-% Na5(2-Äthylhexyl)5(P3O10)2 zugesetzt. Der Fortgang und das Ende der Reaktion werden kontrolliert indem man der Reaktionslösung in zeitlichen Abständen Proben entnimmt und titrimetrisch den noch vorhandenen Gehalt an Percarbonsäure bestimmt. Nach Beendigung der Reaktion wird das Reaktionsgemisch fraktioniert.The reaction mixture is worked up in a manner known per se, for example by distillation. In a preferred implementation of the process, an approximately 20% by weight perpropionic acid solution in 1,2-dichloropropane or benzene is added with stirring to the double molar amount of polyene, which is thermostated at 30 ° C. The perpropionic acid solution contains less than 10 ppm mineral acid; it has a water content of less than 0.1% and a hydrogen peroxide content of less than 0.3%. To complex heavy metal ions, about 0.05% by weight of Na 5 ( 2- ethylhexyl) 5 (P 3 O 10 ) 2 was added to the perpropionic acid before the reaction. The progress and the end of the reaction are checked by taking samples from the reaction solution at intervals and determining the still present content of percarboxylic acid by titration. After the reaction has ended, the reaction mixture is fractionated.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Sämtliche Prozentangaben stellen, soweit nicht anderes gesagt wird, Gewichtsprozente dar.The following examples illustrate the invention. Unless otherwise stated, all percentages are percentages by weight.
Umsetzung von Isopren mit Perpropionsäure in 1,2-Dichlorpropan.Reaction of isoprene with perpropionic acid in 1,2-dichloropropane.
Zu 85,15 g (1,25Mol) Isopren tropfte man bei 20°C unter Rühren innerhalb einer Stunde eine Lösung von 235 g (0,5 Mol) Perpropionsäure als 20 %ige Lösung in 1,2-Dichlorpropan zu. Nach Zutropfende wurde noch weitere 1,5 Stunden bei dieser Temperatur gerührt; dann zeigte die titrimetrische Analyse einen Persäureumsatz von 99 %. Die gaschromatographische Analyse zeigte, daß die beiden isomeren Oxirane 2-Methyl-2-vinyl-oxiran und 2-(1-Methyläthenyl-)-oxiran im Verhältnis von 4:1 gebildet wurden. Die Gesamtselektivität der beiden Oxirane betrug 90,5 %, bezogen auf eingesetzte Perpropionsäure.A solution of 235 g (0.5 mol) of perpropionic acid as a 20% solution in 1,2-dichloropropane was added dropwise to 20.15 ° C. to 85.15 g (1.25 mol) of isoprene with stirring at 20 ° C. After the dropping had ended, the mixture was stirred at this temperature for a further 1.5 hours; then the titrimetric analysis showed a peracid conversion of 99%. Gas chromatographic analysis showed that the two isomeric oxiranes 2-methyl-2-vinyl-oxirane and 2- (1-methylethenyl -) - oxirane were formed in a ratio of 4: 1. The overall selectivity of the two oxiranes was 90.5%, based on the perpropionic acid used.
Herstellung von Vinyloxiran aus Butadien und Perpropionsäure.Production of vinyl oxirane from butadiene and perpropionic acid.
Zu 145,8 g (2,7 Mol) Butadien in 730 g Benzol tropfte man bei 40°C unter Rühren innerhalb einer Stunde 450 g (1 Mol) Perpropionsäure als 20 %ige Lösung in Benzol zu. Nach Zutropfende wurde noch weitere 2 Stunden gerührt; dann betrug der Persäureumsatz 99 %. Die Selektivität des gebildeten Vinyloxirans betrug, bezogen auf eingesetzte Persäure, 95 % (GC-Analyse).To 145.8 g (2.7 mol) of butadiene in 730 g of benzene, 450 g (1 mol) of perpropionic acid was added dropwise at 40 ° C. with stirring as a 20% solution in benzene. After the dropping had ended, stirring was continued for a further 2 hours; then the peracid conversion was 99%. The selectivity of the V inyloxirans formed was, based on the starting peracid, 95% (GC analysis).
Kontinuierliche Herstellung von Vinyloxiran aus Butadien und Perpropionsäure.Continuous production of vinyl oxirane from butadiene and perpropionic acid.
20,71 %ige benzolische Perpropionsäure wurde mit überschüssigem Butadien in einer vierstufigen Kesselkaskade umgesetzt. Die Reaktion warde bei Druck von 2 bar durchgeführt. Butadien wurde gasförmig in den ersten Reaktor eingegeben. Der Überschuß an Butadien, bezogen auf in die Reaktion eingesetzte Perpropionsäure, betrug insgesamt 170 Mol.-%. Die in das Reaktienssystem stündlich eingegebenen Mengen betrugen 482 g Butadien und 1438 g benzolische Perpropionsäure. Der erste Reaktor dieser vierstufigen Kaskade, der ebenso wie die drei nachfolgenden Reaktionsgefäße mit einer Rührvorrichtung versehen ist und einen Inhalt von 1600 ml besitzt, wird bei einer Temperatur von 35°C, der zweite, dritte und vierte Reaktor bei einer Temperatur von jeweils 40°C betrieben. Die eingesetzte Perpropionsäure wird unter diesen Reaktionsbedingungen zu 99,8 % umgesetzt. Hinter dem vierten Reaktor wurde das Reaktionsgemisch, das mit einer Menge von 1920 g pro Stunde anfiel und im Mittel die Zusammensetzung: 16,52 % Butadien, 11,67 % Vinyloxiran, 21,46 % Propionsäure und 50,08 % Benzol sowie 0,13 % Wasser besaß, nach Abkühlen auf 30°C in einem Abschneider auf Normaldruck entspannt, wobei ein geringer Teil des Butadiens (37 g/h) ausgaste und wieder dem Reaktionssystem zugeführt wurde. Das nach dem Entspannen erhaltene Gemisch wurde mit 2 g/h 4-tert.-Butyl-brenzkatechin versetzt und einer ersten Destillationskolonne zugeführt. Dabei wurde das gesamte Vinyloxiran zusammen mit Butadien und einem Teil des Benzols als Destillat erhalten. Dieses Destillat besaß im Mittel eine Zusammensetzung von 32,6 % Butadien, 27,25 % Vinyloxiran, 39,9 % Benzol und geringen Mengen Wasser Es fiel in einer Menge von 22 g pro Stunde an und wurde anschließend in einer zweiten Destillationskolonne vom Butadien abgetrennt. Man erhielt als Destillat 268 g Butadien pro Stunde, das in das Reaktionssystem zurückgeführt wurde.20.71% benzene perpropionic acid was mixed with excess butadiene in a four-stage cascade implemented. The reaction was carried out at a pressure of 2 bar. Butadiene was introduced into the first reactor in gaseous form. The excess of butadiene, based on the perpropionic acid used in the reaction, totaled 170 mol%. The amounts entered into the reactant system every hour were 482 g butadiene and 1438 g benzene perpropionic acid. The first reactor of this four-stage cascade, which, like the three subsequent reaction vessels, is equipped with a stirrer and has a content of 1600 ml, is at a temperature of 35 ° C., the second, third and fourth reactors at a temperature of 40 ° each C operated. The perpropionic acid used is converted to 99.8% under these reaction conditions. Behind the fourth reactor, the reaction mixture, which was produced at a rate of 1920 g per hour, and on average the composition: 16.52% butadiene, 11.67% vinyl oxirane, 21.46% propionic acid and 50.08% benzene and 13% water had, after cooling to 30 ° C relaxed in a cutter to normal pressure, with a small part of the butadiene (37 g / h) outgassing and was returned to the reaction system. The mixture obtained after the expansion was mixed with 2 g / h of 4-tert-butyl catechol and fed to a first distillation column. The entire vinyloxirane was obtained together with butadiene and part of the benzene as a distillate. This distillate had an average composition of 32.6% butadiene, 27.25% vinyl oxirane, 39.9% benzene and small amounts of water 22 g per hour and was then separated from the butadiene in a second distillation column. The distillate obtained 268 g of butadiene per hour, which was returned to the reaction system.
Aus dem butadienfreien Sumpfprodukt wurden in einer dritten Kolonne 224 g Vinyloxiran in einer Reinheit von 99, als Destillat erhalten. Das Suryfprodukt dieser. Kolonne wurde mit dem Sumpfprodukt der ersten Kolonne vereinigt und in einer vierten Kolonne aufgetrennt. Als Destillat erhielt man pro Stunde 361 g Benzol. Vom Sumpfprodukt erhielt man in einer fünften Kolcnne 415 g/h Propionsäure als Destillat während am Sumpf dieser Kolonne stündlich 15 g eines Gemisches von höhersiedenden Verbindungen anfielen. Diese höhersiedenden Verbindungen bestanden im wesentlichen aus den Mono- und Dipropionaten von 3,4-Dihydroxy-1-buten. Die Ausbeute an Vinyloxiran betrug, bezogen auf die in das Reaktionsystem eingesetzte Perpropionsäure, 96,7 %.From the butadiene-free bottom product, 224 g of vinyloxirane in a purity of 99 were obtained as distillate in a third column. The Suryf product of this. Column was combined with the bottom product of the first column and separated in a fourth column. 361 g of benzene were obtained as the distillate per hour. From the bottom product, 415 g / h of propionic acid were obtained as distillate in a fifth column, while 15 g of a mixture of higher-boiling compounds were obtained per hour at the bottom of this column. These higher boiling compounds consisted essentially of the mono- and dipropionates of 3,4-dihydroxy-1-butene. The yield of vinyloxirane, based on the perpropionic acid used in the reaction system, was 96.7%.
Claims (10)
mit einer Lösung einer 3 bis 4 Kohlenstoffatome enthaltenden Percarbonsäure in einem aromatischen Kohlenwasserstoff mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen oder in einem chlorierten, 1 bis 8 Kohlenstoffatome enthaltenden Kohlenwasserstoff bei einem Molverhältnis von Polyen zur Percarbonsäure wie 1,1:1 bis 10:1 und bei einer Temperatur von -20°C bis +100°C umsetzt.1. A process for the preparation of vinyloxirane and substituted vinyloxiranes on polyenes and percanon trees, characterized in that a polyene of the formula
with a solution of a percarboxylic acid containing 3 to 4 carbon atoms in an aromatic hydrocarbon with 6 to 12 carbon atoms or in a chlorinated hydrocarbon containing 1 to 8 carbon atoms with a molar ratio of polyene to percarboxylic acid such as 1.1: 1 to 10: 1 and one Temperature from -20 ° C to + 100 ° C implemented.
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