EP2344444A1 - Verfahren zur herstellung von diphenylcarbonat mit katalysator umfassend ionische flüssigkeiten - Google Patents

Verfahren zur herstellung von diphenylcarbonat mit katalysator umfassend ionische flüssigkeiten

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EP2344444A1
EP2344444A1 EP09778577A EP09778577A EP2344444A1 EP 2344444 A1 EP2344444 A1 EP 2344444A1 EP 09778577 A EP09778577 A EP 09778577A EP 09778577 A EP09778577 A EP 09778577A EP 2344444 A1 EP2344444 A1 EP 2344444A1
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EP
European Patent Office
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catalyst composition
butyl
manganese
palladium
salt
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09778577A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Alexandra GROßE BÖWING
Aurel Wolf
Kilian Tellmann
Leslaw Mleczko
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Bayer Intellectual Property GmbH
Original Assignee
Bayer Technology Services GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B01J2531/82—Metals of the platinum group
    • B01J2531/824—Palladium

Definitions

  • the invention relates to a process for the preparation of diphenyl carbonate using a catalyst composition comprising ionic liquids.
  • Diphenyl carbonates are intermediates in processes for making polycarbonates.
  • Polycarbonates in turn, are synthetic polymers from the polyester family.
  • an aqueous solution or suspension of a bisphenol sodium salt is initially charged and gaseous phosgene is introduced in the presence of a solvent for polycarbonate.
  • gaseous phosgene is introduced in the presence of a solvent for polycarbonate.
  • the polycondensation reaction starts with the formation of polycarbonate.
  • the invention described here thus relates in particular to the preparation of diphenyl carbonate for further conversion to polycarbonates according to the second process variant just described.
  • a well-known problem of processes for the preparation of diphenyl carbonate is that they are primarily homogeneously catalyzed process, so that a recovery of the catalyst from the reaction mixture is at least consuming, often even not fully representable.
  • Another well-known problem with such processes for preparing diphenyl carbonate is that the well-known metal salts of catalyst compositions used in the reaction composition tend to form colloidal particles which either precipitate out of the homogeneous phase or precipitate on the wall of the reactor. Although this facilitates the just mentioned problems of recovery, however, this means that the metal salts of the reaction are no longer available in sufficient quantity and / or their activity drops significantly, so that the process is again operated economically unfavorably.
  • WO 2006 088348 A1 a method is disclosed in which an ionic liquid and carbon dioxide as solvent mixture at a certain pressure and a certain Temperature can be used in such a way that at a first time the two solvents are present with the reaction mixture in a homogeneous phase and at a later time the pressure and the temperature are changed such that a phase comprising the ionic liquid and a phase comprising the carbon dioxide arise, the latter being essentially free of ionic liquid.
  • the ionic liquid in WO 2006 088348 A1 may also comprise a catalyst or the ionic liquid is itself the catalyst.
  • Characteristic of the process disclosed in WO 2006 088348 A1 is the necessary presence of carbon dioxide as a solubilizer between the reaction mixture and the solvent mixture. The disclosed method is particularly suitable for reactions of organic material. It is further disclosed that the catalyst compositions present in the ionic liquid preferably also have ionic character.
  • WO 2006 088348 A1 does not disclose on an individualized basis that the ionic liquid is a 1-butyl-3-methylpyrrolidinium tetrafluoroacetate or 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate or a mixture thereof. Further, any other catalyst compositions that may be in phase, except for phosphine-noble metal catalysts, are not disclosed individually.
  • WO 2006 088348 A1 discloses individualized 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, it is known to the person skilled in the art that even small changes in a constituent of the ionic liquid, in particular in the class of ionic liquids, have a great influence on their properties. Thus, said 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate is hydrophilic, while 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate has hydrophobic character.
  • the object of the prior art is thus to provide a catalyst composition comprising ionic liquids which can be used in particular in carbonylations for the preparation of diphenyl carbonate and which allows such processes to be operated without costly recovery of the catalyst composition or being prone to Forming colloidal particles.
  • a process for the preparation of diphenyl carbonate is to be provided, within which, without the need for elaborate recovery of the catalyst composition and without loss of activity of the metal salts, the desired diphenyl carbonate can be produced in a simple and economically advantageous manner with high selectivity and yield.
  • a catalyst composition for the preparation of diphenyl carbonate comprising an ionic A liquid, characterized in that the ionic liquid is 1-butyl-3-methylpyrrolidinium tetrafluoroacetate or 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate or a mixture thereof and that the catalyst composition further contains a palladium salt, a manganese salt and a base, to be able to solve this task.
  • Preferred palladium salts are palladium bromide, palladium acetate or palladium chloride.
  • Preferred manganese salts are manganese (II) acetylacetonate, manganese (III) acetylacetonate, manganese (II) acetate, manganese (III) acetate, or manganese bromide.
  • the palladium salts and manganese salts are also referred to collectively as metal salts in the context of the present invention.
  • Bases in the context of the present invention refer to substances of the general composition A m + (Y) " m , where A is atoms of groups I and II and m is a natural number from 1 to 2, or where A is an ammonium ion and m is 1 is.
  • Y can be either OH or an organic group of the general composition R-O.
  • R-O is an alkoxide group. More preferably, R-O is an alcoholate group comprising at least one aromatic moiety covalently attached thereto.
  • Particularly preferred bases are NaOH, KOH, sodium phenolate or ammonium phenolate.
  • the ionic liquid is 1-butyl-3-methylpyrrolidinium tetrafluoroacetate or 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluoro-phosphate.
  • the ionic liquid is l-butyl-3-methylpyrrolidinium tetrafluoroacetate or 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate or a mixture thereof and the palladium salt is palladium bromide, the manganese salt is manganese (III) acetylacetonate and the base is sodium phenolate.
  • the ionic liquid is 1-butyl-3-methylpyrrolidinium tetrafluoroacetate or 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluoro-phosphate and the palladium salt is palladium bromide, the manganese salt is manganese (III) acetylacetonate and the base is sodium phenolate.
  • the catalyst composition according to the invention and its preferred embodiment are particularly advantageous, since the ionic liquids selected surprisingly stabilize especially palladium salts in the solution, so that the problem of the formation of agglomerated, collidal particles can be avoided and thus a loss of the metal salt or a reduction of the activity no longer has to be feared for the reaction to be carried out.
  • the selected metal salts in combination with the ionic liquids according to the invention are particularly active for the carbonylation of phenol, so that the combination of the selected metal salts with the selected ionic liquids leads to particularly advantageous conversions in processes for the preparation of diphenyl carbonate from phenol.
  • a further advantage of the catalyst composition of the invention and its preferred embodiment is that due to the ionic nature of the palladium salt, manganese salt and base in conjunction with the ionic liquid, they have a high affinity for the ionic liquid, thereby substantially immobilizing these components in the catalyst composition ,
  • the catalyst composition of the present invention and its preferred embodiments preferably contains between 0.01 and 0.06 weight percent of palladium salt, between 0.1 and 0.5 weight percent of manganese salt, and between 0.5 and 6 weight percent of base in the ionic liquid.
  • the lower limit of the proportion of the palladium salt and manganese salt of the catalyst composition is advantageously very low due to the above-mentioned positive effect of the combination with the ionic liquid, since no loss due to the immobilization has to be feared, which is economically advantageous.
  • the upper limit is also advantageously low and essentially limiting for economic reasons, as further metal salt would not produce any significant improvement.
  • the catalyst of the present invention can be easily obtained by blending the above-mentioned components of the catalyst composition.
  • Another object of the invention is a process for the preparation of diphenyl carbonate from a reaction mixture comprising phenol, carbon monoxide, and optionally diphenyl and oxygen in a reaction zone, characterized in that the reaction mixture in the reaction zone by a catalyst composition containing an ionic liquid, the l Butyl-3-methyl-pyrrolidinium tetrafluoroacetate or 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate or a mixture of these, a palladium salt, a manganese salt and a base is passed.
  • the preferred palladium salts used in the process are those already disclosed in connection with the catalyst composition of the present invention.
  • the ionic liquid is 1-butyl-3-methylpyrrolidinium tetrafluoroacetate or 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluoro-phosphate.
  • the ionic liquid is l-butyl-3-methylpyrrolidinium tetrafluoroacetate or 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate or a mixture thereof and the palladium salt is palladium bromide, the manganese salt is manganese (IH) acetylacetonate and the base is sodium phenolate.
  • the ionic liquid is 1-butyl-3-methylpyrrolidinium tetrafluoroacetate or 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate and the palladium salt is palladium bromide, the manganese salt is manganese (III) acetylacetonate and the base is sodium phenolate.
  • the reaction mixture is molecularly dissolved in the catalyst composition in the reaction zone.
  • reaction zone In the reaction zone usually prevails a temperature of 75 to 150 0 C, preferably 85-110 0 C.
  • Next prevailing in the reaction zone usually a pressure of 3 to 80 bar, preferably from 15 to 30 bar.
  • the erf ⁇ ndungshielen pressures and temperatures in the reaction zone are therefore particularly advantageous because in these a particularly high conversion of phenol and carbon monoxide, and oxygen to diphenyl carbonate can be obtained.
  • the combined reaction conditions with respect to pressure and temperature are particularly advantageously selectable, since in the catalyst composition the ionic liquid, the palladium salt, the manganese salt, and the base are dissolved and none of these substances has a significant vapor pressure under the reaction conditions indicated, so that the high Turnover without the risk of loss of the catalyst composition by evaporation, as would be the case in processes using homogeneous catalysis in a well-known solvent.
  • the reaction mixture is passed through a separation zone after the reaction zone.
  • the preferred further development of the process according to the invention for preparing diphenyl carbonate is particularly advantageous because two phases form in the separation zone and the separate product phase is separated from the catalyst composition containing the ionic liquid, the palladium salt, the manganese salt and the base by a simple phase separation can be. This allows a simple and inexpensive separation of the reaction mixture from the catalyst composition and thereafter a substantially complete reuse of the catalyst composition.
  • the catalyst composition surprisingly found in this invention preferably finds use in processes for the preparation of diphenyl carbonate according to the process disclosed herein.
  • a further subject of the present invention is therefore the use of a mixture comprising 1-buty-W-methylpyrrolidinium tetrafluoroacetate or 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate or a mixture thereof, a palladium salt, a manganese salt and a base for the production of diphenyl carbonate, from a reaction mixture comprising phenol, carbon monoxide, and oxygen.
  • a mixture which contains 1-butyl-3-methylpyrrolidinium tetrafluoroacetate or 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate or a mixture of these, palladium bromide, manganese (III) acetylacetonate and sodium phenolate.
  • reaction mixture (A) comprising phenol, carbon monoxide and oxygen is introduced into a reaction zone (R) with catalyst composition (K) at a pressure pi.
  • reaction mixture (B) comprising phenol, carbon monoxide, and oxygen, diphenyl carbonate and the catalyst composition is obtained.
  • reaction mixture (B) is then passed into a separation zone (S), in which a reaction mixture (C), comprising phenol, carbon monoxide, and oxygen and diphenyl carbonate as a separate phase of the catalyst composition (K), settles.
  • the catalyst composition (K) is recycled to the reaction zone (R).
  • Example 1 Inventive Catalyst Composition
  • a first catalyst composition according to the invention consisting of 0.19 g of PdBr 2 , 1.9 g of manganese (III) acetylacetonate, 1.8 g of sodium phenolate, and 3.0 g of 1-butyl-3-methylpyrrolidinium tetrafluoroacetate (Fluka) and 9 g molecular sieve 3A (pore size 3 Angstrom; Fluka) was obtained by weighing the individual components in a beaker.
  • Example 2 Inventive Catalyst Composition
  • Example 3 Inventive Catalyst Composition
  • a third catalyst composition according to the invention consisting of 0.019 g of PdBr 2 , 0.19 g of manganese (III) acetylacetonate, 0.18 g of sodium phenolate, and a mixture of 0.15 g of 1-butyl-3-methylpyrrolidinium tetrafluoroacetate (Fluka ) and 0.15 g of 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate (Fluka) and 1 g of molecular sieve 3A (pore size 3 Angstrom; Fluka) was obtained by weighing the individual components in a beaker.
  • Example 2 Inventive Process with Catalyst Composition According to Example 2 An experiment was carried out analogously to that in Example 4, but the catalyst composition according to Example 2 was used. No precipitation of metal salts was observed. A yield of diphenyl carbonate of 5.01 wt.% was determined.
  • Example 6
  • Example 3 in connection with Example 6 was therefore a factor of 1/10 over the
  • a first catalyst composition not according to the invention was identical to that of Example 3, except that instead of the mixture of 0.15 g of 1-butyl-3-methylpyrrolidinium tetrafluoroacetate (Fluka) and 0.15 g of 1-butyl 3-methylimidazolium hexafluorophosphate (Fluka) was now weighed 0.3 g of 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (Fluka).
  • a second catalyst composition was identical to that of Example 1 except that 3.0 g of 1-butyl-3-methylimidazolium bromide were used in place of 3.0 g of 1-butyl-3-methylpyrrolidinium tetrafluoroacetate (Fluka) were weighed, prepared.
  • a third catalyst composition not according to the invention was identical to that of Example 1, except that 3.0 g of 1-ethyl-3-methylimidazolium bromide instead of 3.0 g of 1-butyl-3-methylpyrrolidinium tetrafluoroacetate (Fluka) were weighed, prepared.
  • a fourth catalyst composition not according to the invention was identical to that of Example 1 except that instead of 3.0 g of 1-butyl-1-methylpyrrolidinium tetrafluoroacetate, 3.0 g of tri-hexyl-tetradecyl-phosphonium acetate were added. tetrafluoroborate (Fluka). Comparative Example 5: Fifth Non-Inventive Catalyst Composition
  • Example 6 A fifth, non-inventive catalyst composition equal to that of Example 1 was prepared with the difference that instead of 3.0 g of l-butyl-3-methyl-pyrrolidinium tetrafluoroacetate now 3.0 g of tetrabutylammonium bromide (Fluka) were weighed. Comparative Example 6:
  • Example 4 An experiment was carried out analogously to that in Example 4, except that the catalyst composition according to Comparative Example 5 was used. A yield of diphenyl carbonate of 7.5% by weight was determined. However, it was found that the palladium catalyst precipitates as black palladium metal.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Diphenylcarbonat unter Verwendung einer Katalysatorzusammensetzung umfassend ionische Flüssigkeiten.

Description

Verfahren zur Herstellung von Diphenylcarbonat mit Katalysator umfassend ionische Flüssigkeiten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Diphenylcarbonat unter Verwendung einer Katalysatorzusammensetzung umfassend ionische Flüssigkeiten. Diphenylcarbonate sind Zwischenprodukte in Verfahren zur Herstellung von Polycarbonaten. Polycarbonate wiederum sind synthetische Polymere aus der Familie der Polyester.
Gegenwärtig sind zwei generelle Verfahrensweisen zur Herstellung von Polycarbonat allgemein bekannt.
In einer ersten Verfahrensvariante wird eine wässrige Lösung oder Suspension eines Bisphenol- Natrium-Salzes vorgelegt und gasförmiges Phosgen in Gegenwart eines Lösungsmittels für Polycarbonat eingeleitet. Hierbei setzt die Polykondensationsreaktion unter Bildung von Polycarbonat ein.
In einer zweiten Verfahrensvariante werden Bisphenol A, Diphenylcarbonat und ein Umesterungskatalysator zusammen aufgeschmolzen. Unter vermindertem Druck wird dann die Hauptmenge an Phenol abdestilliert und hiernach der Druck weiter erniedrigt, wobei die Polykondensationsreaktion unter Bildung von Polycarbonat einsetzt und das restliche Phenol aus der schon viskosen Schmelze entweicht.
Die hier beschriebene Erfindung bezieht sich also insbesondere auf die Herstellung von Diphenylcarbonat zur weiteren Umsetzung zu Polycarbonaten nach der gerade beschriebenen zweiten Verfahrensvariante.
Ein allgemein bekanntes Problem von Verfahren zur Herstellung von Diphenylcarbonat ist, dass diese vornehmlich homogen katalysierte Verfahren sind, so dass eine Rückgewinnung des Katalysators aus dem Reaktionsgemisch mindestens aufwändig, vielfach sogar wirtschaftlich nicht vollständig darstellbar ist. Ein weiteres allgemein bekanntes Problem solcher Verfahren zur Herstellung von Diphenylcarbonat, ist, dass die allgemein bekannten verwendeten Metallsalze der Katalysatorzusammensetzungen in der Reaktionszusammensetzung zur Bildung kolloidaler Partikel neigt, welche dann entweder aus der homogenen Phase ausfallen oder sich an der Wand des Reaktionsapparates abscheiden. Dies erleichtert zwar die gerade genannte Problematik der Rückgewinnung, allerdings stehen hierdurch die Metallsalze der Reaktion nicht mehr in ausreichender Menge zur Verfügung und/oder ihre Aktivität sinkt signifikant, so dass Verfahren wiederum wirtschaftlich unvorteilhaft betrieben wird.
In der WO 2006 088348 Al, wird ein Verfahren offenbart, in dem eine ionische Flüssigkeit und Kohlendioxid als Lösungsmittelgemisch bei einem bestimmten Druck und einer bestimmten Temperatur in der Art verwendet werden, dass zu einem ersten Zeitpunkt die beiden Lösungsmittel mit dem Reaktionsgemisch in einer homogenen Phase vorliegen und zu einem späteren Zeitpunkt der Druck und die Temperatur dergestalt geändert werden, dass eine Phase umfassend die ionische Flüssigkeit und eine Phase umfassend das Kohlendioxid entstehen, wobei letztere im Wesentlichen frei von ionischer Flüssigkeit ist.
Die ionische Flüssigkeit in der WO 2006 088348 Al kann auch einen Katalysator umfassen oder die ionische Flüssigkeit ist selber der Katalysator. Kennzeichnend für das in der WO 2006 088348 Al offenbarte Verfahren ist 3ie notwendige Anwesenheit von Kohlendioxid als Lösungsvermittler zwischen Reaktionsgemisch und Lösungsmittelgemisch. Das offenbarte Verfahren ist insbesondere für Reaktionen von organischem Material geeignet. Weiter wird offenbart, dass die in der ionischen Flüssigkeit befindlichen Katalysatorzusammensetzungen bevorzugt ebenfalls ionischen Charakter haben.
In der WO 2006 088348 Al wird nicht individualisiert offenbart, dass die ionische Flüssigkeit ein 1 -Butyl-3-methyl-pyrrolidinium-tetrafluoroacetat oder 1 -Butyl-3-methylimidazolium-hexafluoro- phosphat oder eine Mischung dieser ist. Weiter werden eventuell in der Phase befindliche weitere Katalysatorzusammensetzungen bis auf Phosphin-Edelmetallkatalysatoren nicht individualisiert offenbart. Die WO 2006 088348 Al offenbart zwar individualisiert l-Butyl-3-methylimidazolium- tetrafluorborat, aber dem Fachmann ist bekannt, dass insbesondere in der Klasse der ionischen Flüssigkeiten schon kleine Änderungen eines Bestandteils der ionischen Flüssigkeit großen Einfluss auf deren Eigenschaften haben. So ist das besagte l-Butyl-3-methylimidazolium- tetrafluorborat hydrophil, während l-Butyl-3-methylimidazolium-hexafluorophosphat hydrophoben Charakter aufweist.
Insbesondere wird keine Offenbarung zu einer Katalysatorzusammensetzung, enthaltend ein Palladiumsalz, ein Mangansalz und eine Base in einer ionischen Flüssigkeit, gegeben. Das Verfahren wird nicht individualisiert zur Verwendbarkeit im Zuge einer Carbonylierung offenbart.
Ausgehend vom Stand der Technik besteht also die Aufgabe, eine Katalysatorzusammensetzung, umfassend ionische Flüssigkeiten, bereitzustellen, die insbesondere in Carbonylierungen zur Herstellung von Diphenylcarbonat verwendet werden kann und die es erlaubt solche Verfahren ohne aufwändige Rückgewinnung der Katalysatorzusammensetzung zu betreiben, bzw. die keine Neigung zur Bildung kolloidaler Partikel aufweist.
Weiter ist ein Verfahren zur Herstellung von Diphenylcarbonat bereitzustellen, innerhalb dessen ohne die Notwendigkeit einer aufwändigen Rückgewinnung der Katalysatorzusammensetzung und ohne Verlust an Aktivität der Metallsalze in einfacher und wirtschaftlich vorteilhafter Weise das gewünschte Diphenylcarbonat mit hoher Selektivität und Ausbeute erzeugt werden kann. Es wurde nun als erster Gegenstand dieser Erfindung überraschend gefunden, dass eine Katalysatorzusammensetzung zur Herstellung von Diphenylcarbonat umfassend eine ionische Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass die ionische Flüssigkeit l-Butyl-3-methyl- pyrrolidinium-tetrafluoroacetat oder l-Butyl-3-methylimidazolium-hexafluorophosphat oder eine Mischung dieser ist und dass die Katalysatorzusammensetzung weiter ein Palladiumsalz, ein Mangansalz und eine Base enthält, diese Aufgabe zu lösen vermag. Bevorzugte Palladiumsalze sind Palladiumbromid, Palladiumacetat oder Palladiumchlorid.
Bevorzugte Mangansalze sind Mangan(II)-acetylacetonat, Mangan(III)-acetylacetonat, Mangan(II)- acetat, Mangan(III)-acetat, oder Manganbromid.
Die Palladiumsalze und Mangansalze werden im Sinne der vorliegenden Erfindung auch zusammenfassend als Metallsalze bezeichnet. Basen bezeichnen im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung Stoffe der allgemeinen Zusammensetzung Am+(Y)" m, wobei A für Atome der Gruppen I und II steht und m eine natürliche Zahl von 1 bis 2 ist, oder wobei A ein Ammoniumion und m gleich 1 ist.
Y kann entweder OH oder eine organische Gruppe der allgemeinen Zusammensetzung R-O sein.
Bevorzugt ist hierbei, dass R-O eine Alkoholatgruppe ist. Besonders bevorzugt ist R-O eine Alkoholatgruppe umfassend mindestens einen aromatischen Rest, der hieran kovalent gebunden ist.
Besonders bevorzugte Basen sind NaOH, KOH, Natriumphenolat oder Ammoniumphenolat.
In einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Katalysatorzusammensetzung ist die ionische Flüssigkeit l-Butyl-3-methyl-pyrrolidinium-tetrafluoroacetat oder l-Butyl-3-methylimidazolium- hexafluoro-phosphat. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Katalysatorzusammensetzung ist die ionische Flüssigkeit l-Butyl-3-methyl-pyrrolidinium-tetrafluoroacetat oder l-Butyl-3-methylimidazolium- hexafluorophosphat oder eine Mischung dieser und das Palladiumsalz ist Palladiumbromid, das Mangansalz ist Mangan(III)-acetylacetonat und die Base ist Natriumphenolat.
Besonders bevorzugt ist die ionische Flüssigkeit l-Butyl-3-methyl-pyrrolidinium-tetrafluoroacetat oder l-Butyl-3-methylimidazolium-hexafluoro-phosphat und das Palladiumsalz ist Palladiumbromid, das Mangansalz ist Mangan(III)-acetylacetonat und die Base ist Natriumphenolat.
Die erfindungsgemäße Katalysatorzusammensetzung und ihre bevorzugte Ausführungsform sind besonders vorteilhaft, da die ausgewählten ionischen Flüssigkeiten überraschenderweise insbesondere Palladiumsalze in der Lösung stabilisieren, sodass hierdurch die Problematik der Bildung von agglomerierten, kollidalen Partikeln vermieden werden kann und damit ein Verlust des Metallsalzes bzw. eine Reduktion der Aktivität für die auszuführende Reaktion nicht mehr befürchtet werden muss. Weiter sind insbesondere die ausgewählten Metallsalze in Kombination mit den erfindungsgemäßen ionischen Flüssigkeiten besonders aktiv für die Carbonylierung von Phenol, so dass die Kombination der ausgewählten Metallsalze mit den ausgewählten ionischen Flüssigkeiten zu besonders vorteilhaften Umsätzen bei Verfahren zur Darstellung von Diphenylcarbonat aus Phenol fuhrt.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Katalysatorzusammensetzung und ihrer bevorzugten Ausführungsform ist, dass augrund des ionischen Charakters des Palladiumsalzes, des Mangansalzes und der Base in Verbindung mit der ionischen Flüssigkeit diese eine hohe Affinität zur ionischen Flüssigkeit haben, wodurch im Wesentlichen diese Komponenten in der Katalysatorzusammensetzung immobilisiert vorliegen.
Die erfindungsgemäße Katalysatorzusammensetzung und ihre bevorzugten Ausführungsformen enthält bevorzugt zwischen 0,01 und 0,06 Gew.-% an Palladiumsalz, zwischen 0,1 und 0,5 Gew.-% an Mangansalz und zwischen 0,5 und 6 Gew.-% Base in der ionischen Flüssigkeit.
Die untere Grenze des Anteils des Palladiumsalzes und Mangansalzes der Katalysatorzusammensetzung ist durch den oben genannten positiven Effekt der Kombination mit der ionischen Flüssigkeit in vorteilhafter Weise sehr niedrig, da ein Verlust durch die Immobilisierung nicht befürchtet werden muss, was wirtschaftlich vorteilhaft ist. Die obere Grenze ist ebenfalls vorteilhaft niedrig und im Wesentlichen aus wirtschaftlichen Überlegungen limitierend, da weiteres Metallsalz keine signifikante Verbesserung erzeugen würde. Der erfindungsgemäße Katalysator kann in einfacher Weise durch Vermengen der oben angegebenen Bestandteile der Katalysatorzusammensetzung erhalten werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Diphenylcarbonat aus einem Reaktionsgemisch, umfassend Phenol, Kohlenmonoxid, sowie Sauerstoff und gegebenenfalls Diphenylcarbonat in einer Reaktionszone, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgemisch in der Reaktionszone durch eine Katalysatorzusammensetzung, enthaltend eine ionische Flüssigkeit, die l-Butyl-3-methyl-pyrrolidinium-tetrafluoroacetat oder l-Butyl-3- methylimidazolium-hexafluorophosphat oder eine Mischung dieser ist, ein Palladiumsalz, ein Mangansalz und eine Base, geleitet wird.
Die in dem Verfahren bevorzugt verwendeten Palladiumsalze sind jene, wie sie bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Katalysatorzusammensetzung offenbart wurden.
Bevorzugte und verwendbare Mangansalze und Basen sind ebenfalls jene, wie sie bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Katalysatorzusammensetzung offenbart wurden. hi einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die ionische Flüssigkeit l-Butyl-3-methyl-pyrrolidinium-tetrafluoroacetat oder l-Butyl-3-methylimidazolium- hexafluoro-phosphat. In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die ionische Flüssigkeit l-Butyl-3-methyl-pyrrolidinium-tetrafluoroacetat oder l-Butyl-3- methylimidazolium-hexafluorophosphat oder eine Mischung dieser und das Palladiumsalz ist Palladiumbromid, das Mangansalz ist Mangan(IH)-acetylacetonat und die Base ist Natriumphenolat.
Besonders bevorzugt ist die ionische Flüssigkeit l-Butyl-3-methyl-pyrrolidinium-tetrafluoroacetat oder l-Butyl-3-methylimidazolium-hexafluorophosphat und das Palladiumsalz ist Palladiumbromid, das Mangansalz ist Mangan(III)-acetylacetonat und die Base ist Natriumphenolat. Bevorzugt befindet sich das Reaktionsgemisch molekular gelöst in der Katalysatorzusammensetzung in der Reaktionszone.
In der Reaktionszone herrscht üblicherweise eine Temperatur von 75 bis 1500C, bevorzugt von 85 bis 1100C. Weiter herrscht in der Reaktionszone üblicherweise ein Druck von 3 bis 80 bar, bevorzugt von 15 bis 30 bar. Die erfϊndungsgemäßen Drücke und Temperaturen in der Reaktionszone sind deshalb besonders vorteilhaft, weil bei diesen ein besonders hoher Umsatz an Phenol und Kohlenmonoxid, sowie Sauerstoff zu Diphenylcarbonat erhalten werden kann.
Weiter sind die kombinierten Reaktionsbedingungen bzgl. Druck und Temperatur besonders vorteilhaft wählbar, da in der Katalysatorzusammensetzung die ionische Flüssigkeit, das Palladiumsalz, das Mangansalz, sowie die Base gelöst sind und keiner dieser Stoffe einen signifikanten Dampfdruck unter den angegebenen Reaktionsbedingungen aufweist, so dass der hohe Umsatz ohne die Gefahr des Verlustes der Katalysatorzusammensetzung durch Verdampfung, wie es bei Verfahren unter Verwendung einer homogenen Katalyse in einem allgemein bekannten Lösungsmittel der Fall wäre, ausgeführt werden kann. hi einer bevorzugten Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Diphenylcarbonat wird das Reaktionsgemisch nach der Reaktionszone durch eine Separationszone geleitet.
Die bevorzugte Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Diphenylcarbonat ist besonders vorteilhaft, weil sich in der Separationszone zwei Phasen ausbilden und die separate Produktphase von der Katalysatorzusammensetzung, enthaltend die ionische Flüssigkeit, das Palladiumsalz, das Mangansalz, sowie die Base, durch eine einfache Phasentrennung abgetrennt werden kann. Dies erlaubt ein einfaches und kostengünstiges Abtrennen der Reaktionsmischung von der Katalysatorzusammensetzung sowie hiernach eine im Wesentlichen vollständige Wiederverwendung der Katalysatorzusammensetzung. Die in dieser Erfindung überraschend gefundene Katalysatorzusammensetzung findet gemäß dem hier offenbarten Verfahren bevorzugt Verwendung in Verfahren zur Herstellung von Diphenylcarbonat.
Einen weiteren Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet daher die Verwendung einer Mischung enthaltend l-ButyW-methyl-pyrrolidinium-tetrafluoroacetat oder l-Butyl-3- methylimidazolium-hexafluorophosphat oder eine Mischung dieser, ein Palladiumsalz, ein Mangansalz und eine Base zur Herstellung von Diphenylcarbonat, aus einem Reaktionsgemisch umfassend Phenol, Kohlenmonoxid, sowie Sauerstoff.
Bevorzugt wird eine Mischung verwendet, die l-Butyl-3-methyl-pyrrolidinium-tetrafluoroacetat oder l-Butyl-3-methylimidazolium-hexafluorophosphat oder eine Mischung dieser, Palladiumbromid, Mangan(III)-acetylacetonat und Natriumphenolat enthält.
Besonders bevorzugt wird eine Mischung verwendet, die l-Butyl-3-methyl-pyrrolidinium- terrafluoroacetat oder l-Butyl-3-methylimidazolium-hexafluorophosphat, Palladiumbromid, Mangan(m)-acetylacetonat und Natriumphenolat enthält. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen und Figuren erläutert, ohne sie hierdurch hierauf zu beschränken.
Fig. 1 zeigt hierbei eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, in dem ein Reaktionsgemisch (A) umfassend Phenol, Kohlenmonoxid, sowie Sauerstoff in eine Reaktionszone (R) mit Katalysatorzusammensetzung (K) bei einem Druck pi eingeleitet. Hierin findet der Umsatz statt und ein Reaktionsgemisch (B), umfassend Phenol, Kohlenmonoxid, sowie Sauerstoff, Diphenylcarbonat und die Katalysatorzusammensetzung, wird erhalten. Das Reaktionsgemisch (B) wird dann in eine Separationszone (S) geleitet, in der sich ein Reaktionsgemisch (C), umfassend Phenol, Kohlenmonoxid, sowie Sauerstoff und Diphenylcarbonat als separate Phase aus der Katalysatorzusammensetzung (K), absetzt. Die Katalysatorzusammensetzung (K) wird in die Reaktionszone (R) zurückgeführt.
Beispiele:
Beispiel 1: Erfindungsgemäße Katalysatorzusammensetzung
Eine erste erfindungsgemäße Katalysatorzusammensetzung, bestehend aus 0,19 g PdBr2, 1,9 g Mangan(III)-acetylacetonat, 1,8 g Natriumphenolat, sowie 3,0 g l-Butyl-3-methyl-pyrrolidinium- tetrafluoroacetat (Fluka) und 9 g Molekularsieb 3A (Porengröße 3 Angström; Fluka), wurde durch Abwiegen der einzelnen Bestandteile in einem Becherglas erhalten.
Beispiel 2: Erfindungsgemäße Katalysatorzusammensetzung
Eine zweite erfindungsgemäße Katalysatorzusammensetzung gleich zu jener des Beispiels 1 mit dem Unterschied, dass an Stelle von 3,0 g l-Butyl-3-methyl-pyrrolidinium-tetrafluoroacetat nun 3,0 g l-ButyI-3-methylimidazolium-hexafluorophosphat (Fluka) eingewogen wurden, wurde durch Abwiegen der einzelnen Bestandteile in einem Becherglas erhalten.
Beispiel 3: Erfindungsgemäße Katalysatorzusammensetzung
Eine dritte erfindungsgemäße Katalysatorzusammensetzung, bestehend aus 0,019 g PdBr2, 0,19 g Mangan(III)-acetylacetonat, 0,18 g Natriumphenolat, sowie eine Mischung aus 0,15 g l-Butyl-3- methyl-pyrrolidinium-tetrafluoroacetat (Fluka) und 0,15 g l-Butyl-3-methylimidazolium- hexafluorophosphat (Fluka) und 1 g Molekularsieb 3A (Porengröße 3 Angström; Fluka), wurde durch Abwiegen der einzelnen Bestandteile in einem Becherglas erhalten.
Beispiel 4:
Erfindungsgemäßes Verfahren mit Katalysatorzusammensetzung gemäß Beispiel 1 Li einem 300 ml Rührautoklaven wurden 88 g Chlorbenzol vorgelegt und 14 g Phenol hierin aufgelöst. Hierzu wurden 15 g der Katalysatorzusammensetzung gemäß Beispiel 1 hinzugegeben und mit einem Gasgemisch, enthaltend 97 Vol.-% Kohlenmonoxid und 3 Vol.-% Sauerstoff bei 15 bar bei 900C für 250 min. umgesetzt. Das Produkt wird nach beendeter Reaktion gaschromatographisch untersucht (HP 6890 Series, DB-5 (30m x 320mm x 0,25mm); 50 - 320 °C/14 K/min; FID).
Es wurde kein Niederschlag von Metallsalzen beobachtet. Es wurde eine Ausbeute an Diphenylcarbonat von 8,3 Gew.-% ermittelt.
Beispiel 5:
Erfindungsgemäßes Verfahren mit Katalysatorzusammensetzung gemäß Beispiel 2 Es wurde ein Versuch analog zu jenem in Beispiel 4 ausgeführt, wobei jedoch die Katalysatorzusammensetzung gemäß Beispiel 2 verwendet wurde. Es wurde kein Niederschlag von Metallsalzen beobachtet. Es wurde eine Ausbeute an Diphenylcarbonat von 5,01 Gew.-% ermittelt. Beispiel 6:
Erfindungsgemäßes Verfahren mit Katalysatorzusammensetzung gemäß Beispiel 3
Es wurde ein Versuch analog zu jenem in Beispiel 4 ausgeführt, wobei jedoch 1,5 g der
Katalysatorzusammensetzung gemäß Beispiel 3 in einem maßstabsverkleinerten Rührautoklaven ansonsten gleicher Bauart verwendet wurde und anstelle von 88 g Chlorbenzol und 14 g Phenol nun 8,8 g Chlorbenzol und 1,4 g Phenol vorgelegt, bzw. aufgelöst wurden. Der Versuch gemäß
Beispiel 3 in Verbindung mit Beispiel 6 wurde demzufolge um einen Faktor 1/10 gegenüber den
Versuchen gemäß den Beispielen 1, 2 in Verbindung mit den Beispielen 4, 5 maßstabsverkleinert.
Es wurde kein Niederschlag von Metallsalzen beobachtet. Es wurde eine Ausbeute an Diphenylcarbonat von 1,75 Gew.-% ermittelt
Vergleichsbeispiel 1: Nicht erfindungsgemäße Katalysatorzusammensetzung
Eine erste, nicht erfindungsgemäße Katalysatorzusammensetzung gleich zu jener des Beispiels 3 wurde mit dem Unterschied, dass an Stelle der Mischung aus 0,15 g l-Butyl-3-methyl- pyrrolidinium-tetrafluoroacetat (Fluka) und 0,15 g l-Butyl-3-methylimidazolium- hexafluorophosphat (Fluka) nun 0,3 g l-Butyl-3-methylimidazolium-tetrafluoroborat (Fluka) eingewogen wurden, hergestellt.
Vergleichsbeispiel 2: Weitere nicht erfϊndungsgemäße Katalysatorzusammensetzung
Eine zweite, nicht erfindungsgemäße Katalysatorzusammensetzung gleich zu jener des Beispiels 1 wurde mit dem Unterschied, dass an Stelle von 3,0 g l-Butyl-3-methyl-pyrrolidinium- tetrafluoroacetat nun 3,0 g l-Butyl-3-methylimidazolium-bromid (Fluka) eingewogen wurden, hergestellt.
Vergleichsbeispiel 3: Dritte nicht erfindungsgemäße Katalysatorzusammensetzung
Eine dritte, nicht erfindungsgemäße Katalysatorzusammensetzung gleich zu jener des Beispiels 1 wurde mit dem Unterschied, dass an Stelle von 3,0 g l-Butyl-3-methyl-pyrrolidinium- tetrafluoroacetat nun 3,0 g l-Ethyl-3-methylimidazolium-bromid (Fluka) eingewogen wurden, hergestellt.
Vergleichsbeispiel 4: Vierte nicht erfindungsgemäße Katalysatorzusammensetzung
Eine vierte, nicht erfindungsgemäße Katalysatorzusammensetzung gleich zu jener des Beispiels 1 wurde mit dem Unterschied, dass an Stelle von 3,0 g 1-Buty 1-3 -methyl-pyrrolidinium- tetrafluoroacetat nun 3,0 g Tri-hexyl-tetradecyl-phosphonium-tetrafluoroborat (Fluka) eingewogen wurden, hergestellt. Vergleichsbeispiel 5: Fünfte nicht erfindungsgemäße Katalysatorzusammensetzung
Eine fünfte, nicht erfindungsgemäße Katalysatorzusammensetzung gleich zu jener des Beispiels 1 wurde mit dem Unterschied, dass an Stelle von 3,0 g l-Butyl-3-methyl-pyrrolidinium- tetrafluoroacetat nun 3,0 g Tetrabutylammoniumbromid (Fluka) eingewogen wurden, hergestellt. Vergleichsbeispiel 6:
Verfahren mit Katalysatorzusammensetzung gemäß Vergleichsbeispiel 1
Es wurde ein Versuch analog zu jenem in Beispiel 6 ausgeführt, wobei jedoch die Katalysatorzusammensetzung gemäß Vergleichsbeispiel 1 verwendet wurde. Es wurde eine Ausbeute an Diphenylcarbonat von 1,89 Gew.-% ermittelt. Vergleichsbeispiel 7:
Verfahren mit Katalysatorzusammensetzung gemäß Vergleichsbeispiel 2
Es wurde ein Versuch analog zu jenem in Beispiel 4 ausgeführt, wobei jedoch die Katalysatorzusammensetzung gemäß Vergleichsbeispiel 2 verwendet wurde. Es wurde eine Ausbeute an Diphenylcarbonat von 3,89 Gew.-% ermittelt. Vergleichsbeispiel 8:
Verfahren mit Katalysatorzusammensetzung gemäß Vergleichsbeispiel 3
Es wurde ein Versuch analog zu jenem in Beispiel 4 ausgeführt, wobei jedoch die Katalysatorzusammensetzung gemäß Vergleichsbeispiel 3 verwendet wurde. Es wurde eine Ausbeute an Diphenylcarbonat von 2,44 Gew.-% ermittelt. Vergleichsbeispiel 9:
Verfahren mit Katalysatorzusammensetzung gemäß Vergleichsbeispiel 4
Es wurde ein Versuch analog zu jenem in Beispiel 4 ausgeführt, wobei jedoch die Katalysatorzusammensetzung gemäß Vergleichsbeispiel 4 verwendet wurde. Es wurde eine Ausbeute an Diphenylcarbonat von 3,69 Gew.-% ermittelt. Vergleichsbeispiel 10:
Verfahren mit Katalysatorzusammensetzung gemäß Vergleichsbeispiel S
Es wurde ein Versuch analog zu jenem in Beispiel 4 ausgeführt, wobei jedoch die Katalysatorzusammensetzung gemäß Vergleichsbeispiel 5 verwendet wurde. Es wurde eine Ausbeute an Diphenylcarbonat von 7,5 Gew.-% ermittelt. Allerdings zeigte sich, dass der Palladium-Katalysator als schwarzes Palladiummetall ausfällt.

Claims

Patentansprüche:
1. Katalysatorzusammensetzung zur Herstellung von Diphenylcarbonat umfassend eine ionische Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass die ionische Flüssigkeit l-Butyl-3- methyl-pyrrolidinium-tetrafluoroacetat oder 1 -Butyl-3-methylimidazolium-hexafluoro- phosphat oder eine Mischung dieser ist und dass die Katalysatorzusammensetzung weiter ein
Palladiumsalz, ein Mangansalz und eine Base enthält.
2. Katalysatorzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Palladiumsalz Palladiumbromid, Palladiumacetat oder Palladiumchlorid ist.
3. Katalysatorzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mangansalz Mangan(II)-acetylacetonat, Mangan(IH)-acetylacetonat, Mangan(II)-acetat,
Mangan(HI)-acetat, oder Manganbromid ist.
4. Katalysatorzusammensetzung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ionische Flüssigkeit l-Butyl-3-methyl-pyrrolidinium- tetrafluoroacetat oder l-Butyl-3-methylimidazolium-hexafluorophosphat ist. 5. Katalysatorzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwischen 0,01 und 0,06 Gew.-% an Palladiumsalz, zwischen 0,1 und 0,5 Gew.-% an Mangansalz und zwischen 0,
5 und 6 Gew.-% Base in der ionischen Flüssigkeit enthält.
6. Verfahren zur Herstellung von Diphenylcarbonat aus einem Reaktionsgemisch, umfassend Phenol, Kohlenmonoxid, sowie Sauerstoff und gegebenenfalls Diphenylcarbonat in einer
Reaktionszone, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgemisch in der Reaktionszone durch eine Katalysatorzusammensetzung, enthaltend eine ionische Flüssigkeit, die l-Butyl-3- methyl-pyrrolidinium-tetrafluoroacetat oder 1 -Butyl-3 -methylimidazolium-hexafluoro- phosphat oder eine Mischung dieser ist, ein Palladiumsalz, ein Mangansalz und eine Base, geleitet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es bei einer Temperatur von 75 bis 1500C, bevorzugt von 85 bis 1100C ausgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass es bei einem Druck von 3 bis 80 bar, bevorzugt von 15 bis 30 bar ausgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgemisch nach der Reaktionszone durch eine Separationszone geleitet wird.
10. Verwendung von einer Mischung enthaltend l-Butyl-3-methyl-pyrrolidinium- tetrafluoroacetat oder l-Butyl-3-methylimidazolium-hexafluorophosphat oder eine Mischung dieser, ein Palladiumsalz, ein Mangansalz und eine Base zur Herstellung von Diphenylcarbonat, aus einem Reaktionsgemisch umfassend Phenol, Kohlenmonoxid, sowie Sauerstoff.
11. Verwendung einer Mischung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung l-Butyl-S-methyl-pyrrolidinium-tetrafluoroacetat oder l-Buryl-3- methylimidazolium-hexafluorophosphat, Palladiumbromid, Mangan(ffl)-acetylacetonat und Natriumphenolat enthält.
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