NL7908147A

NL7908147A - Werkwijze voor de bereiding van ketonen.

Info

Publication number: NL7908147A
Application number: NL7908147A
Authority: NL
Original assignee: Huels Chemische Werke Ag
Priority date: 1978-11-08
Filing date: 1979-11-07
Publication date: 1980-05-12
Also published as: DE2848400A1; BE879893A; ES485791A1; JPS5566526A; DE2848400C2; IT7950781A0; RO79022A; EP0011098A1; GB2038320A; FR2440932A1; ATA713279A

Description

V

N.O. 28.040 *

Werkwijze voor de bereiding van ketonen

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de bereiding van ketonen.

De selectieve bereiding van een keton door heterogeen gekatalyseerde, oxydatieve decarbonylering van een aldehyde dat een 5 koolstofatoom meer dan het keton bevat in de gasfase is voor ace-ton bekend (Duitse octrooiaanvrage 28 02 672.½). Bij de bereiding van aceton wordt isobutanal in de gasfase aan metaaloxide-kataly-satoren oxydatief tot aceton gedecarbonyleerd. In de literatuur zijn geen andere werkwijzen bekend waarbij aldehyden in de gasfase 10 selectief tot de overeenkomstige, een koolstofatoom minder bevattende ketonen oxydatief worden gedecarbonyleerd, zodat zou moeten worden verondersteld dat de grote selectiviteit bij de oxydatieve decarbonylering van een aldehyde in de gasfase tot het enkele geval van isobutanal/aceton is beperkt. Deze veronderstelling werd 15 zelfs door een aantal gedane proeven met andere aldehyden vooreerst bevestigd (vergelijkende voorbeelden 5 tot en met 9)·

Derhalve lag aan de uitvinding het probleem ten grondslag een werkwijze voor de selectieve bereiding van ketonen met ten minste 4 koolstofatomen te verschaffen.

20 Het probleem wordt volgens de uitvinding opgelost doordat men ter bereiding van ketonen met ten minste 4 koolstofatomen en met de formule 1 waarin en R2 lineaire of vertakte alkyl-, alkenyl-, alkylary1-, alkenylary1-, alkylcycloalkyl-, alkenylcyclo-alkyl-, alkylcycloalkenyl-, of alkenylcycloalkenylgroepen met 1 -25 18 koolstofatomen of tezamen een macrocyclische ring met 5 tot 18 koolstofatomen voorstellen en de resten groepen met heteroatomen kunnen bevatten,aldehyden met de formule 2, waarin R^ en R2 de vermelde betekenissen hebbentin de gasfase in een concentratie van het aldehyde in het toegevoerde, als uitgangsprodukt gebruikte gas van 30 1-3 vol·# met zuurstof of zuurstof bevattende gassen bij een tem peratuur van 120 tot 270°C en met een contacttijd van 0,2 - 10 seconden eventueel bij aanwezigheid van indifferente v'erdunningsmid-delen aan metaaloxidekatalysatoren omzet, die een oxide van de elementen koper en/of mangaan en eventueel zinkoxide en/of grafiet 35 bevatten.

Verrassenderwijze werd gevonden dat de selectieve oxydatieve decarbonylering van aldehyden tot ketonen in de gasfase niet tot isobutanal/aceton is beperkt, maar een algemeen reactie-principe is 7908147 2 4 s* τ indien als katalysatoren koper-en/of mangaanoxide en als aldehyden aldehyden worden gebruikt die op de α-plaats ten opzichte van de carbonylgroep een tertiair koolstofatoom met éen waterstofatoom bevatten (zie formule 2).

5 De groepen en R^ kunnen alkyl-, alkenyl-, alkylaryl-, alkenylaryl-, alkylcycloalkyl-, alkenylcycloalkyl-, alkylcyclo-alkenyl- of alkenylcycloalkenylgroepen met 1 - 18 koolstofatomen voorstellen· De groepen en R£ kunnen tezamen ook een macrocycli-sche ring met 5 tot 18 koolstofatomen vormen. De beperking van de 10 groepen met betrekking tot het aantal koolstofatomen daarvan wordt niet bepaald door het reactiemechanisme, de omzetting of de selectiviteit, maar door de noodzakelijkheid de aldehyden te verdampen. Bij geschikte lage drukken kunnen dus ook aldehyden met meer koolstofatomen worden gebruikt. Daar in de praktijk aldehyden met groe-15 pen die meer dan 18 koolstofatomen bevatten betrekkelijk zelden voorkomen en daar deze aldehyden moeilijk in de gasfase zijn te brengen verdienen aldehyden met groepen^die niet meer dan 18 koolstofatomen bevatten,de voorkeur.

De groepen R1 en R^ kunnen ook heteroatomen bevatten, zoals 20 bijvoorbeeld Si, N, P, As, 0, S, Se, F, Cl, Br of J, enz., waarbij de heteroatomen afhankelijk van de aard daarvan elk voor zich aan één of meer koolstofatomen, zoals bijvoorbeeld de groepen met de formules 3* enz., tussen twee of meer koolstofatomen, zoals bijvoorbeeld de groepen met de formules 5> 6, enz., of in verbinding 25 met andere atomen als groep aan édn of meer koolstofatomen zoals de bijvoorbeeld de groepen met•'fornral® 7, 8, enz., of tussen twee of meer koolstofatomen, zoals bijvoorbeeld de groep met de formule 9» enz., kunnen zijn gebonden.

De heteroatomen bevattende groepen kunnen afhankelijk van 30 de aard daarvan tijdens de oxydatieve decarbonylering indifferent blijven of zelf reacties aangaan. Vanwege het grote aantal mogelijke groepen met heteroatomen in de groepen R^ en R£ moet in het betreffende geval worden onderzocht of de groep met de heteroatomen de selectiviteit bij de oxydatieve decarbonylering van het aldehyde 33 nadelig beïnvloedt. De werkwijze volgens de uitvinding is in het bijzonder geschikt voor de oxydatieve decarbonylering van 2-ethyl-hexanal tot heptanon-3·

De katalysatoren volgens de uitvinding kunnen als vol-katalysatoren of als drager-katalysatoren volgens de gebruikelijke ifO methoden worden bereid. De voorkeur verdienen- drager-katalysatoren, 7908147 3 * daar zij mechanisch stabieler en goedkoper zijn. Het koper- en/of mangaan-gehalte van de gerede katalysator dient bij voorkeur 0,1 -6 gew.$ te zijn. Beneden 0,1 gew.$ wordt de omzetting voor technische doeleinden te laag en concentraties boven 6 gew,% leveren geen 5 verdere verbetering op. Daarnaast neemt bij hogere concentraties het gedeelte van totale verbranding van het aldehyde toe. In het bijzonder verdient een gehalte aan koper en/of mangaan in de vorm van de oxiden van 1-3 gew·# de voorkeur. Het zinkgehalte van de gerede katalysator in de vorm van het oxide kan 0,1 - 80 gew.# zijn. In 10 het algemeen wordt een gehalte van 0,1 - 20 gew.# toegepast· In het bijzonder verdient een zinkgehalte van 1 - 5 gew·# de voorkeur. Bij zinkgehalten van groter dan 20 gew.# dient het zinkoxide in het algemeen gelijktijdig als drager voor de andere katalysatorcomponen-ten. In een dergelijk geval is het doelmatig gebleken aan het zink-15 oxide 2-20 gew.# colloidaal grafiet, betrokken op het zinkoxide, toe te voegen. De voorkeur verdient een grafietgehalte van 2 -5 gew·#, betrokken op het zinkoxide, daar grotere hoeveelheden grafiet geen voordelen opleveren»

Als dragers voor de actieve metaaloxiden komen materialen 20 in .aanmerking die onder de reactieomstandigheden óf indifferent óf een eigen activiteit voor de oxydatieve decarbonylering hebben, zoals bijvoorbeeld bij zinkoxide/grafiet het geval is. Als bijzonder geschikte materialen voor dragers zijn in de handel verkrijgbaar aluminium-, zink- en titaandioxide gebleken. Vanwege het grote aan-25 tal verschillen bij de afzonderlijke, als drager gebruikte materialen, bijvoorbeeld bij de verschillende aluminiumoxiden, is het vereist te onderzoeken of de speciale drager onder de reactieomstandigheden een selectiviteitsverminderende eigen activiteit heeft.

Het opbrengen van de katalytische componenten op de drager 30 wordt volgens de in de techniek gebruikelijke methoden uitgevoerd, zoals bijvoorbeeld door impregneren van de dragers met zoutoplossingen van de metalen in water, drogen van de geïmpregneerde dragers en omzetten van de zouten bij verhoogde temperaturen in de overeenkomstige oxiden. Daarbij kan het opbrengen van de metaalverbindin-35 gen op de drager in een enkele trap worden uitgevoerd door oplossingen te gebruiken die alle vereiste metaalionen bevatten of in afzonderlijke trappen door eerst de ene metaalverbinding op de drager te brengen, het produkt te drogen en te calcineren en vervolgens de volgende component volgens dezelfde verwerkingstrappen, enz. kO Als vormen waarin de katalysator dient te worden gebracht zijn de 7908147 * k volgende vormen geschikt: bolletjes, tabletten, strengen, pellets; de katalysator kan ook in de vorm van stukken worden gebracht.

De concentratie van het aldehyde in het gasmengsel kan tussen 1 en 8 vol.$ variëren. Er zijn echter ook grotere en kleinere 5 concentraties mogelijk, echter zijn de kleine concentraties economisch van geen belang en bij de grotere concentraties wordt de warmte-afvoer een groot probleem. In het bijzonder verdienen concentraties tussen 2 en 5 vol.$ de voorkeur.

De zuurstofconcentratie in het toegevoerde, als uitgangs-10 produkt gebruikte gas wordt afhankelijk van de aldehyde-concentra-tie gekozen. De minimale molaire verhouding dient 1 : 1,2 te zijn. Bij nog kleinere verhoudingen daalt de omzetting snel. De voorkeur verdienen molaire verhoudingen aldehyde : zuurstof van 1 : 2 tot 1 : 3· De aldehyde/zuurstof-verhouding kan echter ook groter dan 15 de vermelde verhoudingen zijn. Zo kan de omzetting ook met zuivere zuurstof worden uitgevoerd indien de aldehyde-concentratie niet te groot wordt gekozen. Bij voorkeur wordt lucht als oxydatiemiddel gebruikt* In het algemeen wordt een indifferent verdunningsmiddel aan het toegevoerde, als uitgangsprodukt gebruikte gas toegevoegd. 20 Als verdunningsmiddelen komen in aanmerking: stikstof, stoom, kooldioxide of koolmonoxide. Verdunningsmiddelen die de voorkeur verdienen zijn stikstof en/of stoom, waarbij de stikstof van de als oxydatiemi'ddel, dat de voorkeur verdient, gebruikte lucht afkomstig is.

25 De reactietemperatuur wordt door het gebruikte aldehyde bepaald. Deze is 120 - 270°C. De verblijftijd van de reactiecompo-nénten in het katalysatorbed (contacttijd) wordt bepaald door de samenstelling van het uitgangsmengsel en door de reactietemperatuur en kan binnen het gebied van 0,2 - 10 sec. schommelen. De con-50 tacttijd is bij voorkeur 1-6 sec. De omzetting wordt in het algemeen onder atmosferische druk of onder zwak verhoogde druk tot ongeveer 5 har uitgevoerd. Er kunnen echter ook grotere drukken worden toegepast. Bij betrekkelijk hoogkokende aldehyden wordt de omzetting onder verminderde druk uitgevoerd. De mate waarin de druk 35 wordt verminderd wordt door het gebruikte aldehyde bepaald.

Volgens de werkwijze van de uitvinding is het mogelijk tot dusverre moeilijk verkrijgbare ketonen op eenvoudige.wijze selectief te bereiden.

7908147 5

Voorbeeld I

(Bereiding van de katalysator).

200 g geactiveerd aluminiumoxide (strengen, diameter 1,6 mm, lengte 4 mm, een produkt van "Katalysatorenwerke Houdry-Huls'') wer-5 den met 213 g van een kopertetraminecarbonaatoplossing in water die b,3 gew·# koperionen bevatte geïmpregneerd. De boven bet aluminium-oxide liggende oplossing werd gedecanteerd. De katalysator werd 16 uren bij 110°C gedroogd en b uren bij 350° C gecalcineerd. Het kopergehalte in de vorm van bet oxide was 2,5 gew.$, betrokken op 10 de gerede katalysator.

Voorbeeld II

(Bereiding van de katalysator).

112 g geactiveerd aluminiumoxide werden met 98 ml van een oplossing in water die 20,5 g Zn(N0^)2 · 6 H^O bevatte geïmpreg-15 neerd, 16 uren bij 110°C gedroogd en 16 uren bij 350°C gecalcineerd. De gecalcineerde katalysator werd vervolgens met 98 ml van een kopertetraminecarbonaatoplossing in water die 1^,1 gew.% koperionen bevatte, geïmpregneerd en eveneens 16 uren bij 110°C gedroogd en 16 uren bij 350°C gecalcineerd. De gerede katalysator bevatte 20 2,3 gew·# koper en 2,3 gew.# zink in de vorm van de oxiden ervan.

Voorbeeld III

(Bereiding van de katalysator).

96Ο g zinkoxide werden intensief met kO g colloidaal grafiet en 30 g water gemengd, waarna bet mengsel door persen tot ta-25 bletten met een diameter van b mm en een dikte van b mm werd verwerkt. Vervolgens werden de tabletten 16 uren bij 110°C gedroogd en 16 uren bij 350°C getemperd. De gerede tabletten werden met 122 g van een kopertetraminecarbonaatoplossing die 13,9 gew·# koperionen bevatte geïmpregneerd, 16 uren bij 110°C gedroogd en .16 uren bij 30 350°C gecalcineerd. Het koperoxidegebalte van de gerede katalysator was 2,1 gew.Jé, bet grafietgebalte 3,9 gew.$.

Voorbeeld IV

(Bereiding van de katalysator).

85 g in de bandel verkrijgbaar zinkoxide en 10 g in de han-35 del verkrijgbaar colloidaal grafiet werden in 120 ml van een mangaan-acetaat-oplossing in water die 5 g mangaanionen bevatte gesuspendeerd. De suspensie werd droog gedampt en de verkregen rest werd 16 uren bij 110°C gedroogd, gemalen, tot tabletten geperst (diameter b mm, dikte b mm) en 16 uren bij 350°C getemperd. Het mangaan-bO gehalte in de vorm van het oxide was 5 gew.$, betrokken op de gere- 7908147 f 6 de katalysator.

Voorbeelden V tot en met IX (Vergelijkende voorbeelden) 60 ml van de in voorbeeld II beschreven katalysator werden 5 in een met kokend water verwarmde reactiebuis van staal met· een inwendige diameter van 20 mm voorzien van een thermostaat gebracht, waarna de buis werd belast bij de in tabel A vermelde temperaturen en contacttijden van 2 sec. onder drukken in de reactiebuis van' 1,5 bar met gasmengsels, die uit 2,5 vol·# van een aldehyde die op 10 de α-plaats ten opzichte van de carbonylgroep geen tertiair kool-stofatoom met een waterstofatoom bevatte, vol.# lucht en 52,0 vol.# stoom bestonden. De uit de reactor tredende gasmengsels werden gaschromatografisch onderzocht. De verkregen resultaten zijn.in tabel A samengevat.

15 Voorbeelden X tot en met XIV

Onder de in de voorbeelden V tot en met IX vermelde proef-omstandigheden werden aldhyden gebruikt die op de α-plaats ten opzichte van de carbonylgroep een tertiair koolstofatoom met een waterstofatoom bevatten. De verkregen resultaten zijn in tabel B

20 vermeld.

Soortgelijke resultaten werden verkregen door bij de voorbeelden V tot en met XIV de in de voorbeelden I, III en IV beschreven katalysatoren te gebruiken.

25 7908147 7

\ r—I

td in ö id td ^

P N

sd id

tsO 3 Φ 60 O

ti Ö ft sd £ •Η N Ο *H ft >0 S3 Ο Ό td

MÖ Öt-3-rtÖ Ο M

ö td Φ *h td sd

•H Sh -P N -P Sh -P -H

©+>tipj 5^5 if {^©©TjjdTdOTd ®

SJ N > Ο © O > p N

•rl S S< ** % § X ΟΦ ft S3 ft® ft °

Sh rH ° Td H 2 - Φ £ td tH p 'h aS Ή S3 ΗΦ-ΡΟΦΟ-ΡΟ Φ ftOOOOOOO © Ο 60 -P Λ td Λ -P ,3 60 id o /~N p

Ö Φ I I I III I

Φ td

Td r-i . © Φ

'S O

o o < o > ·

Td u H ® 3 vo φ d d k\

o φ td

h Ü if Ο v- I Ο IA O

O φ -rj· VO -if" D*· t>- F- O-Hftr-r-Ο r-r-r- *" > <-i ε -d- Φ Φ t-

60 -P

® Φ ·Η

> -P

w O

td φ Pi o o

II II

o O-M O-W

II I I

o O O -« O 0-0-0 φ II ii 1 I 11 -Ö O -W O -K o o o j? ό ό ό ο o

Td o o-oo ο o <ό Ó Ó Ó Ó

Td

'φ H

φ 1—1 H

Ο l—1 i—i 1 i

JL, > > > > H

o o 7908147 . * 8 a Ρ •Η ^ Φ -Ρ -Ρ Ö •Η Φ > Ο

+J ίπ ΟΝ Ο O' -d- IN

Ο ft Ο· θ'» Ν 00 CO

Φ Η Η Ο α> a - CO 'w' to ti

•H

P

+> /-n O vo KN IN IN

φ o ON CO ON ON

Ν'—1 r-S O

o

II

o o -o -o

II I

d O O 0-0 0

o II II II

-p o r—< 0-0 0-0-0 o o

Φ II / “ \ I I » I

* Ί-% /> V Ί Ί Ί o V—/ o o o o m i—I , Φ u te 3 td pi E-l -P ^ (d ft

Pi (d Φ te ft s a Φ o _ +5 0 v~ VO r- ON r*

ΦΟ ON r* ON O N

•H Γ- ·· OJ r- CV1 V- -P ft O 3 (d h Φ Ό ft w

O

II

o o

II I

o o o -w w - o -te

φ II II I I

•o - o o -te o -te te -o -o o -o -o

X II II II

λ o -te ·—< w -o -o te -o -o-o o o φ i // \\ i i i i

Ό w -O-\ '> O O O O

H I \_ / I I I I

«a< o *-* O O O O

Ό

H

Q> H ,

<D H M

fQ Η Η Η H

P< X X X XX

O O

> 7908147

Claims

1. Werkwijze voor de bereiding van ketonen met ten minste k koolstofatomen en met de formule 1, waarin R^ en E^ lineaire of vertakte alkyl-, alkenyl-, alkylaryl-, alkenylaryl-, alkylcyclo-5 alkyl-, alkenylcycloalkyl-, alkylcycloalkenyl- of alkenylcycloalke-nylgroepen met 1 - 18 koolstofatomen of tezamen een macrocyclische ring met 5 bot 18 koolstofatomen voorstellen en de groepen groepen met heteroatomen kunnen bevatten, met het kenmerk, dat men aldehyden met de formule 2 waarin R^ en R£ de vermelde be-10 tekenissen hebben in de gasfase in een concentratie van het aldehyde in het toegevoerde, als uitgangsprodukt gebruikte gas. van 1-8 vol.# met zuurstof of zuurstof bevattende gassen bij een temperatuur van 120 - 270°C en met een contacttijd van 0,2 - 10 seconden, eventueel bij aanwezigheid van indifferente verdunningsmidde-15 len, aan metaaloxide-katalysatoren omzet^die een oxide van de elementen koper en/of mangaan en eventueel zinkoxide en/of grafiet bevatten.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de hoeveelheid koper en/of mangaan in de vorm van de 20 oxiden 0,1-6 gew·# is, betrokken op de gerede katalysator. ******* 7908147 * ' / _L Z. 3. Ϋ .0 I Rt-c=° Rri-C< -C-Ct R2 R2 A X _l_I_ I _|_ V -C-N-C- I I — c—N—C —Ο Ι J_ JL I II — C-COOCH* —C 9— I 3 II

1 N 0 V A I 1 —C—N—ΟΙ I I H 7 9 0 8 1 4 7