HU199384B

HU199384B - Process for producing carboxylic acids

Info

Publication number: HU199384B
Application number: HU862559A
Authority: HU
Inventors: Ernst I Leupold
Original assignee: Hoechst Ag
Priority date: 1985-06-20
Filing date: 1986-06-18
Publication date: 1990-02-28
Also published as: US4976893A; CA1268187A; EP0206054B1; JPH072673B2; DE3522032A1; DE3666420D1; EP0206054A3; JPS61293948A; HUT44476A; EP0206054A2

Description

A találmány tárgya eljárás karbonsavak előállítására oly módon, hogy korlátozott, 0,01 t% alattitól 20 tömeg%-ig terjedő vízoldhatóságú primer alkoholokat víz és egy oldáskőzvetítő keverékében oxigénnel, platina katalizátor jelenlétében, oxidálunk.

Ismeretes, hogy primer alkoholoknak oxigénnel, platina katalizátor jelenlétében történő oxidálásával karbonsavakat lehet előállítani. A reakciót általában vízben, mint oldószerben játszatják le (3 342 858 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás, 3 799 977 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás, 2 936 123 sz. NSZK-beli nyilvánosságrahozatali irat).

A 3 407 220 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás szerint az alkohol és a karbonsav korlátozott vízoldhatósága miatt oldószerként szénhidrogéneket alkalmaznak. Ennek az eljárásnak több hátránya van. A reakció csak az oxigén megnövelt parciális nyomása mellett megy végbe megfelelő reakciósebességgel; továbbá, ha szénhidrogéneket oxigén jelenlétében alkalmaznak, körültekintő biztonsági intézkedéseket kell alkalmazni, hogy a robbanás veszélye minél kisebb legyen.

A 4 238 625 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás szerint oldószerként vizet alkalmaznak, és a keletkező karbonsavat először közvetlenül a megfelelő alkálisóvá alakítják. Az ehhez szükséges moláris mennyiségű bázisból és a karbonsav felszabadításához használt szervetlen savból keletkező só eltávolítása azonban jelentős költségnövekedéssel jár.

A 2 851 788 sz. NSZK-beli nyilvánosságrahozatali iratban azt javasolták, hogy korlátozott vízoldhatóságú primer alkoholokat — platinakatalizátor jelenlétében — oldásközvetítő alkalmazása mellett oxidáljanak, de konkrét adatokat az oldásközvetítő fajtájáról nem adtak meg.

A feladat tehát annak felderítése volt, hogy milyen oldásközvetítő alkalmas korlátozott vízoldhatóságú primer alkoholok oxigénnel történő oxidációjához vízben, platina katalizátor jelenlétében.

A megfelelő oldásközvetítőnek többféle tulajdonsággal kell rendelkeznie:

— a reakciófeltételek között inért, — a szokásos, 35—95°C közötti reakcióhőmérséklet mellett nem illékony, hogy a gőztérben a robbanásveszély kiküszöbölhetőlegyen, — könnyen eltávolítható legyen a reakciókeverékből.

A felsorolt, gazdasági szempontokból fontos tulajdonságok miatt a szokásos oldásközvetítők, mint a terc-butanol, aceton, dioxán, tetrahidrofurán az említett célra alkalmatlannak mutatkoztak.

A találmány tárgya tehát eljárás karbonsavak előállítására, melynek során korlátozott vízoldhatóságú primer alkoholokat oxidálunk víz és egy oldásközvetítő keveréké2 ben, platina katalizátor jelenlétében. Az eljárást az jellemzi, hogy oldásközvetítőként az (I) általános képletű étert alkalmazzuk, a képletben n értéke 1—4,

R, és R₂ jelentése 1—4 szénatomos alkilcsoport.

A találmány szerinti eljárással vízben nehezen oldható alkoholokat is egyszerű módon és gazdaságosan lehet Oxidálni. E mellett a fentebb említett alkáli-hidroxid alkalmazása feleslegessé válik, igy a feldolgozás során szervetlen sók költséges eltávolítására nincs szükség.

Azokkal az eljárásokkal ellentétben, amelyeknél oldószerként valamilyen szénhidrogént, vagy oldásközvetítőként a reakció körülményei között illékony anyagot használnak, a találmány szerinti eljárást technikailag lényegesen egyszerűbben és biztonságosabban lehet megvalósítani, mivel a gőztérben az oxigén mellett főleg víz van jelen, így gyakorlatilag elkerülhető, hogy robbanásveszélyes gázkeverék keletkezik.

A találmány szerinti oldásközvetítők (I) általános képletű glikoléterek, a képletben n értéke 1—4, és R, valamint R₂ jelentése

1—4 szénatomos alkilcsoport. Előnyösen alkalmazhatók a (II), (III) és (IV) képletű dimetil-, dietil- vagy metil-etil-éterek, elsősorban a dimetiléter. Különösen alkalmasak azok a glikoléterek, amelyek közömbösek, illékonyságuk csekély, könnyen elválaszthatók, mint a dietilén-glikol-dimetiléter és a trimetilén-glikol-dimetiléter.

Az (I) általános képletű glikoléterek közül azokat is lehet használni, amelyekbenπ értéke 4-nél nagyobb és/vagy az R, és R₂ alkilcsoportok szénatomszáma 4-nél több, azonban a viszonylag magasabb forráspont miatt a desztillációs visszanyeréshez szükséges ráfordítási költség megnövekszik.

Oldásközvetítőként még egyéb étereket, mint pl. propilénglikol-étert vagy gyűrűs szerkezetű, ún. koronaétert is alkalmazhatunk, ha a felhasználhatóság és az ár tekintetében az eljárás gazdaságosnak bizonyul.

Az éter mennyisége a víz mennyiségéhez viszonyítva széles határok között ingadozhat. Olyan mennyiséget célszerű választani, hogy a reakció hőmérsékletén a bevitt alkohol teljesen feloldódjon. Ez azt jelenti, hogy a víz/oldásközvetítő tömegaránya általában 0,1 és 100 között van.

A találmány szerinti eljárással gyakorlatilag valamennyi, vízben korlátozottan, legfeljebb 20 tömeg%-ban oldható primer alkohol a megfelelő karbonsavvá oxidálható, tehát olyan alkoholok, amelyek n- és/vagy izo-alkil- és/vagy cikloalkil- és/vagy arilcsoportokat tartalmazhatnak, ezekben még kiegészítőleg heteroatomok is lehetnek.

Például a következő anyagokat alkalmazhatjuk: alifás alkoholok, mint l-pentanol, 2-metil-l-butanol, 3-metil-l-butanol, 2,2-dimetil' -1-propanol, 1-hexanol, 2-metil-l-pentanol,

-2HU 199384 Β

2-etil-l-butanol, 1-heptanol, 1-oktanol, 2-etil-1-hexanol, izooktanol, 1-nonanol, 1-dekanol,

1-undekanol, 1-dodekanol, 1-tridekanol, 1-tetradekanol, 1-pentadekanol, 1-hexadekanol,

1-heptadekanol, 1-oktadekanol, 1-nonadekanol, l-ejkozanol, 1-dokozanol, 1-tetrakozanol, 1-hexakozanol, 1-oktakozanol; glikol éterként azokat az (V) általános képletű vegyületeket alkalmazhatjuk, amelyek képletében R jelentése alkil-, cikloalkil- vagy arilcsoport n>l, mint butil-glikol, pentil-glikol, hexil-glikol, ciklohexil-glikol, 2-etil-hexil-glikol, fenil-glikol, o-szek-butil-fenil-glikol, p-nonil-fenil-glikol, hexil-diglikol, 2-etil-hexil-triglikol, fenil-poliglikol.

Az alkoholokat előnyösen a víz és az oldásközvetítö keverékében készített 10—50t%os oldat formájában alkalmazzuk. A koncentráció elvben kisebb is lehet, de akkor a reakciótermék elkülönítése költségesebb. Nagyobb koncentrációk esetén viszont a reakciósebesség jelentősen csökken.

A reakció hőmérséklete általában 20°C és 150°C között lehet, de adott esetben túlnyomást kell alkalmazni, hogy a magasabb hőmérsékletet elérhessük. Előnyösnek bizonyult a 35—95°C közötti tartomány, mert ebben különösen nagy szelektivitást és reaktivitást lehet elérni.

Oxidálószerként a tiszta oxigén előnyös, de használhatók az oxigén inért gázokkal alkotott keverékei is, mint pl. a levegő.

Platinakatalizátorként megfelelőek a kereskedelemben kapható hordozós katalizátorok, különösen az aktívszén 5—10 tőmeg% platinával.

Nincs szükség feltétlenül nyomás alkalmazására, azonban az oxigén-résznyomással a reakciósebesség is jelentősen növekszik. Az előnyös nyomástartomány 100 és 1000 kPa között van. Nagyobb nyomásnál — pl. 10 000 kPa-nál — a reakció még gyorsabban megy végbe; minden esetre a nagyobb reakciósebességből adódó előnyöket nagyobb beruházás szükségessége kompenzálhatja.

A találmány szerinti eljárást minden olyan készülékben meg lehet valósítani, amelyikben a reakciót folyadékbázisban végre lehet hajtani, túlnyomás alkalmazásával vagy anélkül.

A reakciókeveréket ismert módszerekkel fel lehet dolgozni, célszerűen desztillációval, melynek során általában először a víz és az oldáskőzvetítő, valamint az át nem alakult kiindulási anyag megy át és ezeket a reaktorba vissza lehet vezetni. A tisztasági fok feltételeitől függően a karbonsavat vagy közvetlenül, vagy egy desztillációs tisztítás után további feldolgozásnak lehet alávetni.

1. példa

200 g n-oktanot-(l) (oldhatósága vízben 0,01—0,05 t%), 175 g víz, 550 g diglikol-dimetil-éter és 50 g kereskedelmi katalizá4 tor (5% platina aktív szénen) keverékével töltött, kívülről fűtött, függőlegesen elrendezett üvegcsőbe (átmérő: 50 m/m, hosszúság: 800 m/m) alulról, üvegfritten keresztül 25 Nl/h oxigént vezetünk 90°C hőmérsékleten. A reakció ideje 20 óra. A leszűrt reakcióoldat 19,7 tömeg% kaprilsavat tartalmaz. A desztillációs feldolgozásnál a víz és a glikol-dimetiléter elválasztása után 171,4 g kaprilsavat kapunk, ez 77,4% hozamnak felel meg.

Összehasonlító példa:

Az oldásközvetítőt ugyanolyan mennyiségű vízzel helyettesítjük, majd a továbbiakban az 1. példában leírtakkal azonos feltételek mellett járunk el. A reakciókeverék 1 tömeg% kaprilsavnál kevesebbet tartalmaz.

2. példa

Az 1. példában leírt feltételek mellett 200 g

2-fenoxí-etanol (oldhatósága vízben <0,11%) 500 g víz, 300 g diglikol-dimetil-éter és 50 g katalizátor keverékét 22 óra hosszat 80°Con oxigénnel reagáltatjuk. A leszűrt reakcióoldat 14,4 tömeg% 2-fenoxi-ecetsavat tartalmaz.

3. példa

Az 1. példában leírt feltételek mellett 200 g o-szek-butil-fenoxi-etanolt (oldhatósága vízben <0,1 t%), 255 g vízben és 545 g diglikol-dimetil-éterben 50 g katalizátor jelenlétében 80°C-on, 23 óra hosszat oxigénnel oxidálunk. A leszűrt reakcióoldatban 16,3 tömeg% o-szek-butil-fenoxi-ecetsav mutatható ki.

4. példa

Az 1. példában leírt feltételek mellett 200 g n-oktanol-(l), 250 g víz, 550 g tetraetilénglikol-metil-terc-butiléter és 40 g katalizátor keverékét 25 óra hosszat 80°C-on, oxigénnel oxidáljuk. A leszűrt reakcióoldat 13,3 tömeg^ kaprilsavat tartalmaz.

5. példa

Az 1. példában leírt feltételek mellett 200 g

2-etil-hexanol (oldhatósága vízben 0,07 t%), 650 g diglikol-dimetil-éter, 150 g víz és 50 g katalizátor keverékét 90°C-on 14 óra hoszszat oxigénnel reagáltatjiik. A leszűrt reakcióoldat 18,3 tőmeg% 2-etil-hexánsavat tartalmaz.

6. példa

Az l. példában leírt feltételek mellett 200 g

2-etil-hexil-glikol (oldhatósága vízben 1 t%), 550 g diglikol-dimetil-éter, 250 g víz és 50 g katalizátor keverékét 6 óra hosszat 80°C-on oxigénnel -reagáltatjuk (A/ reakcióvázlat).

A leszűrt reakcióoldat 20,6 tömeg% 2-etil-hexoxi-ecetsavat tartalmaz. A desztillációs feldolgozásnál a víz és a diglikol-dimetil-éter elválasztása után 163 g tiszta 23

-3HU 199384 Β

-etil-hexoxi-ecetsavat kapunk, melynek forráspontja 3 mbar-nál 115°C. A tiszta hozam: 75,4%.

7. példa 5

Az 1. példában leírt feltételek mellett 200 g izomer p-izo-nonilfenoxi-etanolok (különbözőképpen elágazó nonilcsoportok) keverékét (oldhatóság vízben <1 t%), 600 g triglikol-dimetil-étert, 200 g vizet és 50 g katalizá- 10 tort 11 óra hosszat, 90°C-on oxigénnel oxidálunk (B/ reakcióvázlat).

A katalizátor eltávolítása után a reakcióoldat 19,2 tömeg% izomer p-izo-nonilfenoxi-ecetsavakat tartalmaz.

8—10. példa ml diglikol-dimetil-éter, 5 ml H₂O, 2,5 g katalizátor (5% platina aktív szénen) és 10 g azonos szénatomszámú primer, alkoholok izomer jeinek elegye — melyet pl. olefinelegyek hidroformilezése és azt követő hidrálása útján lehet nyerni — keverékével töltött, kívülről fűtött, függőlegesen elrendezett üvegcsőbe (átmérő: 25 m/m, hosszúság 200 m/m) alulról, üvegfritten keresztül 10 Nl/h oxigént vezetünk 90°C hőmérsékleten, 12 órán keresztül. A leszűrt reakcióoldat a táblázatban megadott tömegű karbonsav-izomereket tartalmazza:

Táblázat

Példa	Alkohol Oldhatóság vízben (tZ)	Karbonsav	Tartalom (tZ)
8	izotridekanol <0,01	izotridekánsav	18,1
9	izohexadekanol <0,01	ízohexadekánsav	18,6
10	izooktadekanol <0,01	izooktadekánsav	19,8

11. példa

A 8—10. példákban leírt feltételek mellett 10 g hidroxi-metil-triciklo (5.2.1.0^2,6] dékánt (oldhatóság vízben 0,01 t%) 30 g diglikol-dimetil-éter, 10 g víz és 2,5 g katalizátor jelenlétében 14 óra hosszat 80°C-on oxigénnel kezelünk.

A leszűrt reakcióoldat 19,1 tömeg% 8-karboxi-triciklo [5.2.1,0?·⁶] dékánt tartalmaz (C/ reakcióvázlat).

12. példa

A 8—11. példákban leírt feltételek mellett 10 g (VI) általános képletű p-izo-nonil-fenil-poliglikolok (oldhatóságuk vízben 0,1— 20 t%) elegyét — a képletben n jelentése

3—8 — 15 g diglikol-dimetil-éter, 25 g víz és 2,5 g katalizátor jelenlétében 10 óra hoszszat 60°C-on oxigénnel kezelünk.

A leszűrt reakcióoldat 18,3 tömeg%-ban a megfelelő p-izo-nonil-fenil-poliglikolsavak elegyét tartalmazza.

Claims

1. Eljárás karbonsavak előállítására, melynek során 0,01 t% alattitól 20 t%-ig terjedő vízoldhatóságú primer alkoholokat oxidálunk víz és 0,1 —100 t% oldásközvetítő keverékében, platina katalizátor jelenlétében, azzal jellemezve, hogy oldásközvetítőként (I) általános képletű étert alkalmazunk, a képletben n értéke 1—4,

R, és R₂ jelentése 1—4 szénatomos alkilcsoport.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy oldásközvetítőként dietilén-glikol-dimetil-étert vagy trietilénglikol-dimetil-étert alkalmazunk.