WO1996037295A1 - New ruthenium- and selenium- or sulphur-containing metal oxide catalysts, process for producing the same and their use - Google Patents

New ruthenium- and selenium- or sulphur-containing metal oxide catalysts, process for producing the same and their use Download PDF

Info

Publication number
WO1996037295A1
WO1996037295A1 PCT/EP1996/001960 EP9601960W WO9637295A1 WO 1996037295 A1 WO1996037295 A1 WO 1996037295A1 EP 9601960 W EP9601960 W EP 9601960W WO 9637295 A1 WO9637295 A1 WO 9637295A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
stands
ranging
oxidation
oxide
oxygen
Prior art date
Application number
PCT/EP1996/001960
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Bernd Scharbert
Rolf Schulz
Original Assignee
Hoechst Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hoechst Aktiengesellschaft filed Critical Hoechst Aktiengesellschaft
Publication of WO1996037295A1 publication Critical patent/WO1996037295A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/26Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing in addition, inorganic metal compounds not provided for in groups B01J31/02 - B01J31/24
    • B01J31/28Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing in addition, inorganic metal compounds not provided for in groups B01J31/02 - B01J31/24 of the platinum group metals, iron group metals or copper
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/007Mixed salts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/54Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
    • B01J23/56Platinum group metals
    • B01J23/64Platinum group metals with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/652Chromium, molybdenum or tungsten
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/02Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing organic compounds or metal hydrides
    • B01J31/0234Nitrogen-, phosphorus-, arsenic- or antimony-containing compounds
    • B01J31/0235Nitrogen containing compounds
    • B01J31/0239Quaternary ammonium compounds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/02Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing organic compounds or metal hydrides
    • B01J31/0234Nitrogen-, phosphorus-, arsenic- or antimony-containing compounds
    • B01J31/0235Nitrogen containing compounds
    • B01J31/0254Nitrogen containing compounds on mineral substrates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/26Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing in addition, inorganic metal compounds not provided for in groups B01J31/02 - B01J31/24
    • B01J31/34Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing in addition, inorganic metal compounds not provided for in groups B01J31/02 - B01J31/24 of chromium, molybdenum or tungsten
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D301/00Preparation of oxiranes
    • C07D301/02Synthesis of the oxirane ring
    • C07D301/03Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds
    • C07D301/04Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds with air or molecular oxygen
    • C07D301/06Synthesis of the oxirane ring by oxidation of unsaturated compounds, or of mixtures of unsaturated and saturated compounds with air or molecular oxygen in the liquid phase
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2231/00Catalytic reactions performed with catalysts classified in B01J31/00
    • B01J2231/70Oxidation reactions, e.g. epoxidation, (di)hydroxylation, dehydrogenation and analogues
    • B01J2231/72Epoxidation

Definitions

  • the present invention relates to new ruthenium and be or sulfur-containing metal oxide catalysts and a process for their preparation and their use.
  • Epoxies are compounds of considerable industrial importance. They are used in the production of a large number of economically important products.
  • epoxides can be hydrolyzed to glycols, which are used as deicing agents or as reactive monomers for the production of condensation polymers.
  • Polyether polyols produced by ring opening polymerization of epoxides, are commonly used as intermediates in the production of polyurethane foams, elastomers, coatings, sealants or similar articles.
  • glycol ethers e.g. B. find use as a polar solvent.
  • EP-A-0 404 529 describes metal oxides based on iron, antimony and phosphorus, which are particularly suitable as catalysts in the ammoxidation of methanol.
  • the metal oxide masses described here are less suitable.
  • REPLACEMENT BLA ⁇ (RULE 26) the metal oxide compositions described here are less suitable.
  • Molybdenum bismuth iron catalysts which are only recommended for the gas phase oxidation of propene or isobutene to acrolein or methacrolein. All of the catalysts described here are unsuitable for the epoxidation of propene.
  • Oxidation processes that were developed in the liquid phase use the technically most interesting and cheapest oxidizing agent, molecular oxygen, only in exceptional cases.
  • Huybrecht J. Mol. Catal. 71, 129 (1992); EP-A-31 1983 describes the epoxidation of olefins with hydrogen peroxide in the presence of titanium silicate compounds as a catalyst.
  • hydrogen peroxide is on the one hand a relatively expensive oxidizing agent and on the other hand cannot be used completely because it partly decomposes to water and oxygen.
  • a process for the epoxidation of ethylene with tert-butyl hydroperoxide (TBHP) in the presence of molybdenum complexes as a catalyst is described by Kelly et al. (Polyhedron, Vol. 5, 271-275, (1986)).
  • the actual active catalyst is a molybdenum complex that has already added TBHP and one equivalent of epoxy.
  • the process proceeds with high selectivity, but an expensive oxidation agent is used. Furthermore, there are problems with reproducibility, which prevents the method from being used industrially.
  • Epoxidation-active transition metal salts or complexes of molybdenum are used as catalysts, for example chlorine, carbonyl or chloronitrosyl complexes which also contain donor ligands such as hexamethylphosphoric triamide (HMPT), triphenyl phosphite or acetonitrile.
  • HMPT hexamethylphosphoric triamide
  • the most active compounds here are those that contain HMPT as donor ligands, with HMPT being known as a carcinogen.
  • the catalysts known to date from the literature are unsatisfactory in terms of selective epoxidation.
  • the catalysts for the oxidation of olefins in the gas phase usually achieve satisfactory selectivities only for oxidation in the allyl position (e.g. propene to acrolein) or for ammoxidation (propene to acrylonitrile) or for oxidative dehydrogenation (butene to butadiene).
  • the catalysts for the oxidation of olefins in the liquid phase only achieve unsatisfactory epoxide selectivities when molecular oxygen is used, or use carcinogens to prepare the catalysts.
  • the object of the present invention is therefore to provide new catalyst systems which lead to good selectivities in the oxidation of olefins to the corresponding epoxides by means of molecular oxygen or atmospheric oxygen.
  • the present invention solves this problem and relates to compounds of the general formula
  • Q stands for one or more elements selected from the group Na, K,
  • Rb Cs, NR 1 R 2 R 3 R +, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, wherein R 1, R 2, R 3 and R 4 independently represent hydrogen, a C, -. C 2C N-alkyl -, especially for a C r C 8 - and C 16 -C 20 alkyl, or C r C 8 cycloalkyl radical, one
  • Aryl radical in particular a methyl, ethyl, propyl or butyl radical;
  • M stands for one or more of the following elements V, Mo, Wo;
  • R stands for one or more elements selected from the following
  • Ir, Ni, Pd, Pt, Cu; X stands for one or more of the following elements F, Cl, Br, J, NO 3 " ,
  • a is a number in the range from 1 to 30; b is a number ranging from 5 to 50; c is a number ranging from 0.1 to 10; d is a number ranging from 0 to 10; e is a number ranging from 0 to 20; f is a number ranging from 0 to 10; g is a number in the range of 0.01 to 10; h stands for the stoichiometric compensation of the oxide formation
  • Number of oxygen atoms; i is a number in the range from 0 to 25, preferably in the range from 4 to
  • the compounds according to the invention with the basic building blocks of ruthenium, selenium or sulfur and oxygen, and as further elements molybdenum and / or vanadium and / or tungsten are suitable as selective catalysts for the epoxidation of olefins.
  • Oxygen or oxygen-containing gases are always heterogeneous or homogeneous catalyzed liquid phase reaction are used.
  • the catalysts of the present invention must have ruthenium and selenium and / or sulfur in the ranges given above.
  • the catalyst theses can also be carried out in organic solvents. Dichloromethane, ethers, alcohols and other polar solvents are particularly suitable for this.
  • Q in particular represents Na, K, Cs and NR 1 R 2 R 3 R 4 + , the index a preferably being in the range from 5 to 20.
  • M stands for at least one or more elements from the group Mo, W and vanadium, in particular for Mo and W.
  • Mo and W are preferably in the form of their water-soluble compounds, particularly preferably in oxidation state VI. Examples are (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 , Na 2 MoO 4 , Na 2 WO 4 , Na 6 W 12 O 39 but also MoOCI 4 , MoO 2 CI 2 , MoF 6 , WOCI 4 , WO 2 CI 2 , WCI 6 and WF 6 as well as NaVO 3 , VOSO 4 and VOF 3 can be used.
  • the index b is preferably in the range from 10 to 30.
  • R is preferably an element selected from the group consisting of V, Ru, Os, Cu, Ti and Ce; the index d is in the range from 0 to 5.
  • X is Cl or Br and Y is selected in particular from the group S, Se, Te, P, Sb and Bi.
  • the indices e and f are in particular in the range from 1 to 10 for e and from 0 to 5 for f.
  • Component Y plays a role in particular with regard to an increase in selectivity and in terms of suppressing total oxidation.
  • the preparation of the catalysts is preferably based on the soluble or more soluble selenium and sulfur compounds.
  • Examples include selenic acid H 2 SeO 3 and sulfurous acid H 2 SO 3 , selenic acid H 2 SeO 4 or sulfuric acid H 2 SO 4 or SO 3 or their alkali and alkaline earth metal and ammonium salts.
  • g is preferably in the range of 0.02 to 5.
  • the selenium or sulfur content of the metal oxide is below the range given above (g ⁇ 0.01), the proportion of total oxidation products increases considerably and the selectivity of the reaction drops drastically. On the other hand, if the selenium / sulfur content exceeds the specified upper limit, the catalyst activity is restricted and the physical properties deteriorate.
  • Selenium and sulfur, like ruthenium, are present in the metal oxide catalysts according to the invention in higher oxidation states and in oxidic form.
  • the starting compound for introducing the ruthenium is particularly suitable due to its simple commercial availability Ruthenium trichlorohydrate, but also other compounds of the trivalent metal, such as Ru-III-bromide, acetone acetonate, nitrosyl chloride, nitrosyl nitrate, K 2 RuCI 5 , Ru (NH 3 ) 6 CI 3 and H 3 Ru (SO 3 ) 2 OH proven itself.
  • compounds of ruthenium in other oxidation states are also suitable, such as Ru (NH 3 ) 6 Cl 2 , (NH 4 ) 2 RuCl 6 , Ru (C 10 H 8 N 2 ) 2 Cl 2 , (2,2'-bipy ) and all-trans-Ru (O) 2 (OAc) 2 Py 2 .
  • the index c is therefore in particular in the range from 0.1 to 5.
  • Metal oxide catalysts according to the present invention contain selenium and / or sulfur and ruthenium as essential elements. In order to achieve an increased epoxide selectivity in the oxidation of alkenes, at least one of the two elements S or Se must be present in the metal oxide compositions according to the invention within the limits specified above.
  • the other optional elements are selected in their selection and their exact composition according to the desired field of application of the catalyst. In this way, the catalyst can be optimized for the desired epoxidation.
  • the metal oxide catalyst according to the invention can without a corresponding
  • Carrier material are used or applied to such.
  • the usual carrier materials such as silicon dioxide, porous or non-porous aluminum oxide, titanium dioxide, zirconium dioxide, thorium dioxide, lanthanum oxide, magnesium oxide, calcium oxide, barium oxide, tin oxide, cerium dioxide, zinc oxide, boron oxide, boron nitride, boron carbide, boron phosphate, zirconium phosphate, aluminum silicate, silicon nitrate, are suitable or silicon carbide.
  • Preferred carrier materials have a surface area of less than 20 m 2 / g.
  • Preferred carrier materials are silicon dioxide and aluminum dioxide with a low specific surface area.
  • the metal oxide catalysts according to the invention are prepared by preparing a slurry, preferably an aqueous solution, which contains the individual starting components.
  • M is molybdenum or tungsten
  • Examples are Na 2 WO 4 and Na 2 MoO 4 .
  • one of these substances is used in an aqueous solution.
  • a soluble selenium compound and, depending on the field of use of the catalyst, a soluble compound of one or more elements from group Y are then added to this solution.
  • the ruthenium component is also dissolved separately, if appropriate with a compound of a cation from the group R which is matched to the catalyst application.
  • An acidic, aqueous solution is preferably prepared.
  • the salt is preferably dissolved in hydrochloric acid and added dropwise to the reaction solution.
  • the resulting mixture is stirred for 2 to 6 hours, preferably 3 to 5 hours at 15 to 50 ° C., in particular at 20 to 30 ° C.
  • Organic solvents are also suitable for the synthesis of the metal oxide catalysts according to the invention, provided that the compounds to be dissolved have a sufficiently high solubility in the corresponding solvents.
  • saturated and unsaturated, aliphatic, cyclic and aromatic solvents, which preferably contain oxygen, and halogenated hydrocarbons can be used.
  • dichloromethane, alcohols, ethers or ketones and organic acids are used.
  • the solution is then mixed with 0.2 to 30 equivalents, in particular 0.5 to 25 equivalents, based on the ruthenium component, alkali metal or ammonium halide, in particular potassium chloride or tetramethyl or tetraethylammonium bromide, and the catalyst crystallizes out.
  • alkali metal or ammonium halide in particular potassium chloride or tetramethyl or tetraethylammonium bromide
  • the mass obtained in this way is dried at 20 to 100 ° C., preferably at 25 to 40 ° C. for 1 to 48 hours, in particular 6 to 24 hours.
  • the pH of the mass to be dried should preferably not be above 7, especially in the range from pH 1 to 4.
  • the mixed oxide catalyst obtained is subsequently subjected to a calcination process, it is advisable to use the dried and pulverized catalyst at a temperature in the range from 200 to 1000 ° C., in particular 350 to 800 ° C. in the presence of nitrogen, oxygen or one to calcine oxygen-containing gas.
  • the time period is 0.5 to 24 hours.
  • Such calcination of the catalyst according to the invention is particularly preferred in the case of mixed oxide catalysts in which (alkyl) ammonium compounds have been used as starting materials.
  • the catalyst obtained by the process according to the invention is impregnated with an organic or inorganic compound of one or more components of the groups R, X and Y either before or after the calcination in an organic solvent or an aqueous solution.
  • the catalyst according to the invention can be used for all epoxidation reactions in the liquid phase, in particular for the epoxidation of linear terminal olefins.
  • Aliphatic, optionally branched and alicyclic C 2 -C 30 olefins preferably linear olefins having 2 to 12 carbon atoms and cyclic olefins having 5 to 12 carbon atoms are epoxidized with a high selectivity using the catalysts according to the invention.
  • Oxygen serves as the oxidizing agent, which can be diluted in pure form or with an inert gas such as CO 2 , N 2 , noble gases or methane.
  • the oxidation conditions are chosen so that a noticeable oxidation occurs even without the addition of catalyst, in which case the selectivity of the epoxide formation is low.
  • the temperature at which the reaction can be carried out is in the range from 30 to 500 ° C.
  • the pressure range can be varied from normal pressure to 200 bar and is preferably not more than 100 bar.
  • the temperature / pressure range should be chosen so that neither temperature nor pressure assume extremely high values, since the reaction is more difficult to handle under these conditions.
  • a temperature range of 30 to 300 ° C and a pressure in the range of normal pressure to 30 bar has proven to be advantageous in the oxidation of C 6 -C 1 -alkenes, while the epoxidation of alkenes with less than 6 carbon atoms preferably at lower Temperatures in the range of 120 to 230 "C and pressures in the range of 30 to 100 bar. It is carried out so that the oxidation always takes place in the liquid phase.
  • halogenated aromatics such as chlorobenzene, 1-chloro-4-bromobenzene, bromobenzene, halogenated and non-halogenated hydrocarbons, such as chloroform, chloropropanol, dichloromethane, 1, 2-dichloroethane, trichlorethylene, ketones , such as acetone, and ethers, furthermore alcohols, in particular C 12 -C 12 alcohols, such as ethanol, methanol or propanol, and higher alcohols, esters, such as alkyl benzoates, and water.
  • halogenated aromatics such as chlorobenzene, 1-chloro-4-bromobenzene, bromobenzene
  • halogenated and non-halogenated hydrocarbons such as chloroform, chloropropanol, dichloromethane, 1, 2-dichloroethane, trichlorethylene
  • ketones such as acetone
  • ethers furthermore alcohols, in particular C
  • the oxidation can be carried out continuously or in a batch process.
  • the catalyst can be added in bulk.
  • the catalyst can also be generated in situ during catalysis, e.g. according to the manufacturing instructions from the individual components.
  • reaction can be accelerated by adding stoichiometric amounts, based on the catalyst, of an activator such as hydroperoxides, hydrogen peroxide or peracids and / or by adding a radical initiator such as azobisisobutyronitrile.
  • an activator such as hydroperoxides, hydrogen peroxide or peracids and / or by adding a radical initiator such as azobisisobutyronitrile.
  • the addition of oxygen is metered in such a way that a residence time in the reactor is less than 60 minutes, preferably less than 1 minute results.
  • the oxygen uptake can take place until the alkene has completely converted, but preference is given to oxygen up to an alkene conversion of 50%.
  • the reaction product is worked up and purified, for example by distillation. This also applies to the continuous procedure.
  • epoxy yields of> 35%, in particular in the range of 35-50%, are achieved.
  • the epoxy yields are improved when using metal oxide catalysts and the use of carcinogenic substances for the production can be dispensed with.
  • the oxygen used as an oxidizing agent in the process according to the invention is available inexpensively and there is no formation of reduced by-products which have to be disposed of after the epoxidation reaction.
  • Tetraethylammoniumbromid added and the catalyst crystallized out, filtered off, washed and dried.
  • reaction solution analogous to Example 4 is concentrated before adding a
  • Reflux gas burette are added exactly 2.0 ml (12.6 mmol) of oct-1-ene and 200 mg of catalyst.
  • the apparatus is rinsed with O 2 and filled with a pure O 2 atmosphere (1 bar). The time until an O 2 intake of 10 ml (0.45 mmol) is measured. It is then cooled, 1 ml of the reaction solution is mixed with exactly 0.050 ml of heptane (external GC standard) and the selectivity for 1, 2-epoxyoctane is determined by gas chromatography.
  • reaction mixture is brought to 150 ° C., 15 bar of air are pressed in at this temperature and the mixture is stirred for 10 minutes.
  • the reaction is then stopped by cooling, a gas and a liquid sample are taken at 20 ° C. and both are analyzed by gas chromatography.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Epoxy Compounds (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

Compounds for catalytic oxidation in the liquid phase have the general formula (1): QaMbRucRdXeYfZgOh * H2Oi, in which the symbols Q, M, R, X, Y, a, b, c, d, e, f, g, h and i have the following meanings: Q stands for one or several elements selected in the group Na, K, Rb, Cs, NR?1R2R3R4+¿, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, in which R?1, R2, R3 and R4¿ represent independently from each other hydrogen, a C¿1?-C20 alkyl or C1-C8 cycloalkyl residue, an aryl residue, in particular a methyl, ethyl, propyl or butyl residue; M stands for one or several elements among V, Mo, Wo; R stands for one or several elements selected in the group Sc, Y, La, Ce, Ti, Zr, Nb, Ta, V, Cr, Mn, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu; X stands for one or several elements among F, Cl, Br, J, NO3?-, SO¿42-; Y stands for one or several elements selected in the group Ga, In, Ge, Sn, S, Se, Te, P, As, Sb, Bi; Z stands for S or Se; a equals 1 to 30; b equals 5 to 50; c equals 0.1 to 10; d equals 0 to 10; e equals 0 to 20; f equals 0 to 10; g equals 0.01 to 10; h equals the number of oxygen atoms required to stochiometrically compensate for oxide formation; i equals 0 to 25.

Description

Neue ruthenium- und seien- oder schwefelhaltige Metalloxidkatalysatoren sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre VerwendungNew metal oxide catalysts containing ruthenium and be or sulfur, as well as a process for their preparation and their use
Die vorliegende Erfindung betrifft neue ruthenium- und seien- oder schwefelhaltige Metalioxidkatalysatoren sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung.The present invention relates to new ruthenium and be or sulfur-containing metal oxide catalysts and a process for their preparation and their use.
Epoxide (Oxirane) sind Verbindungen von beträchtlicher industrieller Bedeutung. Sie finden Verwendung bei der Herstellung einer Vielzahl wirtschaftlich wichtiger Erzeugnisse.Epoxies (oxiranes) are compounds of considerable industrial importance. They are used in the production of a large number of economically important products.
So können Epoxide beispielsweise zu Glykolen hydrolysiert werden, die als Enteisungsmittel oder als reaktive Monomere für die Herstellung von Kondensationspolymeren Anwendung finden.For example, epoxides can be hydrolyzed to glycols, which are used as deicing agents or as reactive monomers for the production of condensation polymers.
Polyetherpolyole, hergestellt durch Ringöffnungspolymerisation von Epoxiden, sind gebräuchlich als Zwischenprodukte bei der Herstellung von Polyurethan- Schaumstoffen, Elastomeren, Überzügen, Dichtungsmitteln oder ähnlichen Artikeln.Polyether polyols, produced by ring opening polymerization of epoxides, are commonly used as intermediates in the production of polyurethane foams, elastomers, coatings, sealants or similar articles.
Die Reaktion von Epoxiden mit Alkoholen führt zu Glykolethern, die z. B. als polare Lösungsmittel Verwendung finden.The reaction of epoxides with alcohols leads to glycol ethers, e.g. B. find use as a polar solvent.
Zur Herstellung von Epoxiden sind viele verschiedene Verfahren entwickelt worden, die eine selektive Epoxidierung von Alkenen gestatten sollen. Dabei wurde festgestellt, daß Metalloxidmassen als Katalysatoren in einer Gasphasenoxidation nur eine unzureichende Selektivität für die Epoxide aufweisen.Many different processes have been developed for the production of epoxides, which are intended to allow selective epoxidation of alkenes. It was found that metal oxide compositions as catalysts in a gas phase oxidation have an insufficient selectivity for the epoxides.
So beschreibt beispielsweise EP-A- 0 404 529 Metalloxide auf der Basis von Eisen, Antimon und Phosphor, die sich insbesondere als Katalysatoren bei der Ammonoxidation von Methanol eignen. Hinsichtlich der selektiven Oxidation, insbesondere der Epoxidierung von Olefinen, und der oxidativen Dehydrierungen eignen sich die hier beschriebenen metalioxidischen Massen weniger.For example, EP-A-0 404 529 describes metal oxides based on iron, antimony and phosphorus, which are particularly suitable as catalysts in the ammoxidation of methanol. With regard to the selective oxidation, in particular the epoxidation of olefins, and the oxidative dehydrogenations, the metal oxide masses described here are less suitable.
ERSATZBLAΠ (REGEL 26) eignen sich die hier beschriebenen metalloxidischen Massen weniger.REPLACEMENT BLAΠ (RULE 26) the metal oxide compositions described here are less suitable.
Bismuthhaltige Systeme sind bekannte Katalysatoren für die Oxidation in Allylstellung. So sind Bismuth-Molybdän-Oxide die Grundlage zahlreicher bekannter Katalysatorsysteme, insbesondere für die Oxidation von Propen zu Acrolein sowie die Ammonoxidation (US-A- 4 414 134). Die EP-B- 468 290 beschreibtSystems containing bismuth are known catalysts for oxidation in the allyl position. Bismuth-molybdenum oxides are the basis of numerous known catalyst systems, in particular for the oxidation of propene to acrolein and for the ammoxidation (US Pat. No. 4,414,134). EP-B-468 290 describes
Molybdän-Bismuth-Eisen-Katalysatoren, die nur für die Gasphasenoxidation von Propen oder Iso-Buten zu Acrolein bzw. Methacrolein empfohlen werden. Sämtliche der hier beschriebenen Katalysatoren sind für die Epoxidierung von Propen ungeeignet.Molybdenum bismuth iron catalysts, which are only recommended for the gas phase oxidation of propene or isobutene to acrolein or methacrolein. All of the catalysts described here are unsuitable for the epoxidation of propene.
Die Epoxidierung von Alkenen wird in zahlreichen Fällen am Silber bzw. Silberoxidkontakt durchgefuehrt (EP-A- 036 392). Der Nachteil des hier beschriebenen Verfahrens ist hier die Limitierung auf Alkene ohne allylische Wasserstoffatome, da ansonsten die Verbrennung überwiegt.The epoxidation of alkenes is carried out in numerous cases on silver or silver oxide contact (EP-A-036 392). The disadvantage of the process described here is the limitation to alkenes without allylic hydrogen atoms, since otherwise the combustion predominates.
Oxidationsverfahren, die in der Flüssigphase entwickelt wurden, verwenden nur in Ausnahmefällen das technisch interessanteste und billigste Oxidationsmittel, molekularen Sauerstoff.Oxidation processes that were developed in the liquid phase use the technically most interesting and cheapest oxidizing agent, molecular oxygen, only in exceptional cases.
So beschreibt beispielsweise Huybrecht (J. Mol. Catal. 71 , 129 (1992); EP-A-31 1983) die Epoxidierung von Olefinen mit Wasserstoffperoxid in Gegenwart von Titan-Silikatverbindungen als Katalysator. Eine wirtschaftliche Anwendung des hier offenbarten Verfahrens ist jedoch nicht gegeben, da Wasserstoffperoxid einerseits ein relativ teures Oxidationsmittel ist und zum anderen nicht vollständig genutzt werden kann, da es teilweise zu Wasser und Sauerstoff zerfällt.For example, Huybrecht (J. Mol. Catal. 71, 129 (1992); EP-A-31 1983) describes the epoxidation of olefins with hydrogen peroxide in the presence of titanium silicate compounds as a catalyst. However, there is no economic application of the method disclosed here, since hydrogen peroxide is on the one hand a relatively expensive oxidizing agent and on the other hand cannot be used completely because it partly decomposes to water and oxygen.
Die Epoxidierung von Propylen mit Luftsauerstoff in Gegenwart von wolfram- oder molybdänhaltigen Katalysatoren wird in DE-C-22 35 229 beschrieben. Die Epoxidationsreaktion wird in einem Lösungsmittel durchgeführt, das sich mit Sauerstoff unter Bildung von Hydroperoxiden oxidieren lässt. Die gebildeten Hydroperoxide führen jedoch in Folgereaktionen zu sauerstoffhaltigen Nebenprodukten, in der Regel Alkohole, die als Reaktionskopplungsprodukte anfallen.The epoxidation of propylene with atmospheric oxygen in the presence of catalysts containing tungsten or molybdenum is described in DE-C-22 35 229. The epoxidation reaction is carried out in a solvent that coexists with Oxygen can be oxidized to form hydroperoxides. In subsequent reactions, however, the hydroperoxides formed lead to oxygen-containing by-products, generally alcohols, which are obtained as reaction coupling products.
Ein Verfahren zur Epoxidierung von Ethylen mit tert.-Butylhydroperoxid (TBHP) in Gegenwart von Molybdänkomplexen als Katalysator wird von Kelly et al. beschrieben (Polyhedron, Vol. 5, 271-275, (1986)). Als Verbindungen mit hoher Katalysatoraktivität werden Komplexe wie z.B. MoO2(8-hydroxychinolin)2, MoO2(phenylen-bis-salicylimin) ( = MoO2(salphen)), MoO2(salicylaldoxim)2 und MoO2(5-nitroso-8-hydroxychinolin)2 genannt. Der eigentlich aktive Katalysator ist ein Molybdänkomplex, der bereits TBHP und ein Äquivalent Epoxid addiert hat.A process for the epoxidation of ethylene with tert-butyl hydroperoxide (TBHP) in the presence of molybdenum complexes as a catalyst is described by Kelly et al. (Polyhedron, Vol. 5, 271-275, (1986)). Compounds such as MoO 2 (8-hydroxyquinoline) 2 , MoO 2 (phenylene-bis-salicylimine) (= MoO 2 (salphen)), MoO 2 (salicylaldoxime) 2 and MoO 2 (5-nitroso- 8-hydroxyquinoline) 2 called. The actual active catalyst is a molybdenum complex that has already added TBHP and one equivalent of epoxy.
Der Prozeß verläuft zwar mit hoher Selektivität, jedoch wird ein teures Oxidationsagens verwendet. Ferner treten Probleme hinsichtlich der Reproduzierbarkeit auf, was einen technischen Einsatz des Verfahrens verhindert.The process proceeds with high selectivity, but an expensive oxidation agent is used. Furthermore, there are problems with reproducibility, which prevents the method from being used industrially.
Die im Stand der Technik beschriebenen Verfahren zur Epoxidierung von Alkenen haben den Nachteil, daß neben dem gewünschten Epoxid-Endprodukt ebenfalls eine Reihe unerwünschter Nebenprodukte erhalten wird, d.h., daß die Reaktion nicht selektiv gesteuert werden kann. Ferner muß zusätzlich zu dem verwendeten Katalysator oft noch ein weiteres Oxidationsagens eingesetzt werden (allgemein ein Hydroperoxid), dessen Reduktionsendprodukt nach Durchführung der Reaktion entsorgt werden muß.The processes for the epoxidation of alkenes described in the prior art have the disadvantage that, in addition to the desired end product of the epoxide, a number of undesirable by-products are also obtained, i.e. the reaction cannot be controlled selectively. Furthermore, in addition to the catalyst used, it is often necessary to use a further oxidation agent (generally a hydroperoxide), the end product of which must be disposed of after the reaction has been carried out.
Die Oxidation von Olefinen mit Luft oder Sauerstoff als Oxidationsmittel wäre technisch von großem Vorteil, da das Oxidationsmittel preiswert zur Verfügung steht und die Reaktion ohne Bildung von reduzierten Nebenprodukten ablaufen könnte.The oxidation of olefins with air or oxygen as the oxidizing agent would be of great technical advantage since the oxidizing agent is available inexpensively and the reaction could proceed without the formation of reduced by-products.
Ein Verfahren zur Herstellung von Epoxiden bei der katalysierten Flüssigphasenoxidation von Olefinen mit molekularem Sauerstoff oder Luft wird in DD-B-159 075 beschrieben. Als Katalysatoren werden epoxidierungsaktive Übergangsmetallsalze oder Komplexe des Molybdäns eingesetzt, z.B. Chlor-, Carbonyl- oder Chloronitrosylkomplexe, die noch Donorliganden wie Hexamethylphosphorsäuretriamid (HMPT), Triphenylphosphit oder Acetonitril enthalten. Die aktivsten Verbindungen sind hier solche die HMPT als Donorliganden enthalten, wobei HMPT als krebserzeugender Stoff bekannt ist.A process for the production of epoxides in the catalyzed Liquid phase oxidation of olefins with molecular oxygen or air is described in DD-B-159 075. Epoxidation-active transition metal salts or complexes of molybdenum are used as catalysts, for example chlorine, carbonyl or chloronitrosyl complexes which also contain donor ligands such as hexamethylphosphoric triamide (HMPT), triphenyl phosphite or acetonitrile. The most active compounds here are those that contain HMPT as donor ligands, with HMPT being known as a carcinogen.
Im Fall der Epoxidierung von Oct-1 -en werden in Gegenwart von Molybdänylacetylacetonat 34% Epoxid-Selektivität, in Gegenwart von MoO3 28% gefunden [J. prakt.Chem. 334 (1992) 165-75, Tabelle 1 , 7. Spalte].In the case of the epoxidation of oct-1 -es, 34% epoxide selectivity is found in the presence of molybdenum acetylacetonate and 28% in the presence of MoO 3 [J. practical chem. 334 (1992) 165-75, Table 1, 7th column].
Die bislang aus der Literatur bekannten Katalysatoren vermögen hinsichtlich einer selektiven Epoxidation nicht zu befriedigen. Die Katalysatoren zur Oxidation von Olefinen in der Gasphase erreichen befriedigende Selektivitäten meist nur für Oxidationen in Allylstellung (z.B. Propen zu Acrolein) oder zur Ammonoxidation (Propen zu Acrylnitril) oder zur oxidativen Dehydrierung (Buten zu Butadien). Die Katalysatoren zur Oxidation von Olefinen in der Flüssigphase erzielen nur unbefriedigende Epoxid-Selektivitäten, wenn molekularer Sauerstoff verwendet wird, oder verwenden krebserzeugende Stoffe zur Darstellung der Katalysatoren.The catalysts known to date from the literature are unsatisfactory in terms of selective epoxidation. The catalysts for the oxidation of olefins in the gas phase usually achieve satisfactory selectivities only for oxidation in the allyl position (e.g. propene to acrolein) or for ammoxidation (propene to acrylonitrile) or for oxidative dehydrogenation (butene to butadiene). The catalysts for the oxidation of olefins in the liquid phase only achieve unsatisfactory epoxide selectivities when molecular oxygen is used, or use carcinogens to prepare the catalysts.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, neue Katalysatorsysteme zur Verfügung zu stellen, die bei der Oxidation von Olefinen zu den entsprechenden Epoxiden mittels molekularem Sauerstoff oder Luftsauerstoff zu guten Selektivitäten führen.The object of the present invention is therefore to provide new catalyst systems which lead to good selectivities in the oxidation of olefins to the corresponding epoxides by means of molecular oxygen or atmospheric oxygen.
Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe und betrifft Verbindungen der aligemeinen FormelThe present invention solves this problem and relates to compounds of the general formula
QaMbRucRdXeYfZflOh * H20, worin die Symbole Q, M, R, X, Y, a, b, c, d, e, f, g, h und i folgende Bedeutung haben:Q a M b Ru c R d X e Y f Z fl O h * H 2 0, where the symbols Q, M, R, X, Y, a, b, c, d, e, f, g, h and i have the following meaning:
Q steht für eines oder mehrere Elemente ausgewählt aus der Gruppe Na, K,Q stands for one or more elements selected from the group Na, K,
Rb, Cs, NR1R2R3R + , Be, Mg, Ca, Sr, Ba, wobei R1 , R2, R3 und R4 unabhängig voneinander für Wasserstoff, einen C.,-C2CN-Alkyl- , besonders für einen CrC8- und C16-C20-Alkyl, oder CrC8 -Cycloalkylrest, einenRb, Cs, NR 1 R 2 R 3 R +, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, wherein R 1, R 2, R 3 and R 4 independently represent hydrogen, a C, -. C 2C N-alkyl -, especially for a C r C 8 - and C 16 -C 20 alkyl, or C r C 8 cycloalkyl radical, one
Arylrest, insbesondere für einen Methyl-, Ethyl-, Propyl- oder Butylrest stehen ; M steht für eines oder mehrere der folgenden Elemente V, Mo, Wo; R steht für eines oder mehrere Elemente ausgewählt aus der folgendenAryl radical, in particular a methyl, ethyl, propyl or butyl radical; M stands for one or more of the following elements V, Mo, Wo; R stands for one or more elements selected from the following
Gruppe Sc, Y, La, Ce, Ti, Zr, Nb, Ta, V, Cr, Mn, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh,Group Sc, Y, La, Ce, Ti, Zr, Nb, Ta, V, Cr, Mn, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh,
Ir, Ni, Pd, Pt, Cu; X steht für eines oder mehrere der folgenden Elemente F, Cl, Br, J, NO3 ",Ir, Ni, Pd, Pt, Cu; X stands for one or more of the following elements F, Cl, Br, J, NO 3 " ,
SO4 2" Y steht für eines oder mehrere Elemente ausgewählt aus der folgendenSO 4 2 " Y stands for one or more elements selected from the following
Gruppe Ga, In, S, Ge, Sn, Se, Te, P, As, Sb, Bi; Z steht für S oder Se a ist eine Zahl im Bereich von 1 bis 30; b ist eine Zahl im Bereich von 5 bis 50; c ist eine Zahl im Bereich von 0,1 bis 10; d ist eine Zahl im Bereich von 0 bis 10; e ist eine Zahl im Bereich von 0 bis 20; f ist eine Zahl im Bereich von 0 bis 10; g ist eine Zahl im Bereich von 0,01 bis 10; h steht für die zum stöchiometrischen Ausgleich der Oxidbildung benötigteGroup Ga, In, S, Ge, Sn, Se, Te, P, As, Sb, Bi; Z stands for S or Se a is a number in the range from 1 to 30; b is a number ranging from 5 to 50; c is a number ranging from 0.1 to 10; d is a number ranging from 0 to 10; e is a number ranging from 0 to 20; f is a number ranging from 0 to 10; g is a number in the range of 0.01 to 10; h stands for the stoichiometric compensation of the oxide formation
Anzahl an Sauerstoffatomen ; i ist eine Zahl im Bereich von 0 bis 25, vorzugsweise im Bereich von 4 bisNumber of oxygen atoms; i is a number in the range from 0 to 25, preferably in the range from 4 to
18.18th
ein Verfahren zur Herstellung dieser Verbindungen und deren Verwendung. Die erfindungsgemäßen Verbindungen mit den Grundbausteinen Ruthenium, Selen oder Schwefel und Sauerstoff, sowie als weitere Elemente Molybdän und/oder Vanadium und/oder Wolfram eignen sich als selektive Katalysatoren zur Epoxidation von Olefinen., wobei stets Sauerstoff oder Sauerstoff haltige Gase in der heterogen oder homogen katalysierten Flüssigphasenreaktion zum Einsatz kommen.a process for the preparation of these compounds and their use. The compounds according to the invention with the basic building blocks of ruthenium, selenium or sulfur and oxygen, and as further elements molybdenum and / or vanadium and / or tungsten are suitable as selective catalysts for the epoxidation of olefins. Oxygen or oxygen-containing gases are always heterogeneous or homogeneous catalyzed liquid phase reaction are used.
Um Katalysatoren zu erhalten, die gute Selektivitäten für die Epoxidbildung liefern, müssen bei den Katalysatoren der vorliegenden Erfindung Ruthenium und Selen und/oder Schwefel in den oben angegebenen Bereichen vorhanden sein.To obtain catalysts that provide good selectivities for epoxide formation, the catalysts of the present invention must have ruthenium and selenium and / or sulfur in the ranges given above.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen bei der Synthese der Metalloxidkatalysatoren von den in wässriger Lösung löslichen bzw. nicht schwerlöslichen Ausgangsverbindungen auszugehen, insbesondere bevorzugt werden die Halogenide, Nitrate, Sulfate, Hydroxide und Säuren, sowie einige Oxyverbindungen, wie z.B Natriummolybdat oder Natriumwolframat.It has proven to be advantageous in the synthesis of the metal oxide catalysts to start from the starting compounds which are soluble or not readily soluble in aqueous solution, with particular preference given to the halides, nitrates, sulfates, hydroxides and acids, and some oxy compounds, such as sodium molybdate or sodium tungstate.
Durch Austausch der Metalikationen durch Alkylammoniumkationen können die Katalysatorsγnthesen auch in organischen Lösungsmitteln durchgeführt werden. Hierzu bieten sich besonders Dichlormethan, Ether, Alkohole sowie andere polare Lösungsmittel an.By replacing the metalations with alkylammonium cations, the catalyst theses can also be carried out in organic solvents. Dichloromethane, ethers, alcohols and other polar solvents are particularly suitable for this.
In der vorstehend angegebenen Formel steht Q insbesondere für Na, K, Cs und NR1R2R3R4 + , wobei der Index a vorzugsweise im Bereich von 5 bis 20 ist.In the formula given above, Q in particular represents Na, K, Cs and NR 1 R 2 R 3 R 4 + , the index a preferably being in the range from 5 to 20.
M steht für mindestens eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe Mo, W, und Vanadium, insbesondere für Mo und W. Mo und W liegen vorzugsweise in Form ihrer wasserlöslichen Verbindungen, insbesondere bevorzugt in der Oxidationsstufe VI vor. Beispiele hierfür sind (NH4)6Mo7O24, Na2MoO4, Na2WO4, Na6W12O39 aber auch MoOCI4, MoO2CI2, MoF6, WOCI4, WO2CI2, WCI6 und WF6 sowie NaVO3, VOSO4 und VOF3 sind verwendbar. Der Index b liegt vorzugsweise im Bereich von 10 bis 30. R ist vorzugsweise ein Element ausgewählt aus der Gruppe von V, Ru, Os, Cu, Ti und Ce; der Index d liegt im Bereich von 0 bis 5.M stands for at least one or more elements from the group Mo, W and vanadium, in particular for Mo and W. Mo and W are preferably in the form of their water-soluble compounds, particularly preferably in oxidation state VI. Examples are (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 , Na 2 MoO 4 , Na 2 WO 4 , Na 6 W 12 O 39 but also MoOCI 4 , MoO 2 CI 2 , MoF 6 , WOCI 4 , WO 2 CI 2 , WCI 6 and WF 6 as well as NaVO 3 , VOSO 4 and VOF 3 can be used. The index b is preferably in the range from 10 to 30. R is preferably an element selected from the group consisting of V, Ru, Os, Cu, Ti and Ce; the index d is in the range from 0 to 5.
X ist in einer bevorzugten Ausführungsform Cl oder Br und Y wird insbesondere aus der Gruppe S, Se, Te, P, Sb und Bi ausgewählt.In a preferred embodiment, X is Cl or Br and Y is selected in particular from the group S, Se, Te, P, Sb and Bi.
Die Indices e und f liegen insbesondere im Bereich von 1 bis 10 für e und von 0 bis 5 für f.The indices e and f are in particular in the range from 1 to 10 for e and from 0 to 5 for f.
Die Komponente Y spielt insbesondere in Bezug auf eine Steigerung der Selektivität und hinsichtlich der Unterdrückung der Totaloxidation eine Rolle.Component Y plays a role in particular with regard to an increase in selectivity and in terms of suppressing total oxidation.
Bei der Herstellung der Katalysatoren geht man vorzugsweise von den löslichen bzw. leichter löslichen Selen- und Schwefelverbindungen aus. Hier sind beispielsweise selenige Säure H2SeO3 sowie schweflige Säure H2SO3, Selensäure H2SeO4 oder Schwefelsäure H2SO4 oder SO3 oder deren Alkali- und Erdalkali- sowie Ammoniumsalze zu nennen. g ist in der vorstehend aufgeführten Formel vorzugsweise im Bereich von 0,02 bis 5.The preparation of the catalysts is preferably based on the soluble or more soluble selenium and sulfur compounds. Examples include selenic acid H 2 SeO 3 and sulfurous acid H 2 SO 3 , selenic acid H 2 SeO 4 or sulfuric acid H 2 SO 4 or SO 3 or their alkali and alkaline earth metal and ammonium salts. In the above formula, g is preferably in the range of 0.02 to 5.
Liegt der Selen- bzw. Schwefelanteil des Metalloxids unter dem oben angegebenen Bereich (g < 0,01 ) so nimmt der Anteil der Totaloxidationsprodukte erheblich zu und die Selektivität der Reaktion sinkt drastisch ab. Übersteigt der Selen/ Schwefelanteil dagegen die angegebene Obergrenze, so kommt es zu einer Einschränkung der Katalysatoraktivität und zu einer Verschlechterung der physikalischen Eigenschaften.If the selenium or sulfur content of the metal oxide is below the range given above (g <0.01), the proportion of total oxidation products increases considerably and the selectivity of the reaction drops drastically. On the other hand, if the selenium / sulfur content exceeds the specified upper limit, the catalyst activity is restricted and the physical properties deteriorate.
Selen und Schwefel liegen, wie auch Ruthenium in den erfindungsgemäßen Metalloxidkatalysatoren in höheren Oxidationsstufen und in oxidischer Form vor.Selenium and sulfur, like ruthenium, are present in the metal oxide catalysts according to the invention in higher oxidation states and in oxidic form.
Als Ausgangsverbindung für das Einbringen des Rutheniums eignet sich aufgrund seiner einfachen kommerziellen Verfügbarkeit insbesondere Rutheniumtrichlorhydrat, aber auch andere Verbindungen des dreiwertigen Metalls, wie Ru-Ill-Bromid, -Acetonylacetonat, -Nitrosylchlorid, -Nitrosylnitrat, K2RuCI5, Ru(NH3)6CI3 und H3Ru(SO3)2OH haben sich bewährt. Darüberhinaus eignen sich auch Verbindungen des Rutheniums in anderen Oxidationsstufen, wie beispielsweise Ru(NH3)6CI2, (NH4)2RuCI6, Ru(C10H8N2)2CI2, (2,2'-Bipy) und all-trans-Ru(O)2(OAc)2Py2.The starting compound for introducing the ruthenium is particularly suitable due to its simple commercial availability Ruthenium trichlorohydrate, but also other compounds of the trivalent metal, such as Ru-III-bromide, acetone acetonate, nitrosyl chloride, nitrosyl nitrate, K 2 RuCI 5 , Ru (NH 3 ) 6 CI 3 and H 3 Ru (SO 3 ) 2 OH proven itself. In addition, compounds of ruthenium in other oxidation states are also suitable, such as Ru (NH 3 ) 6 Cl 2 , (NH 4 ) 2 RuCl 6 , Ru (C 10 H 8 N 2 ) 2 Cl 2 , (2,2'-bipy ) and all-trans-Ru (O) 2 (OAc) 2 Py 2 .
Bei einer Erhöhung des Rutheniumanteils über die oben angegebenen Grenzen steigt der Anteil der Totalverbrennung. Der Index c liegt daher insbesondere im Bereich von 0,1 bis 5.If the proportion of ruthenium increases above the limits specified above, the proportion of total combustion increases. The index c is therefore in particular in the range from 0.1 to 5.
Metalloxid katalysatoren gemäß der vorliegenden Erfindung enthalten Selen und/oder Schwefel und Ruthenium als essentielle Elemente. Um eine erhöhte Epoxidselektivität bei der Oxidation von Alkenen zu erreichen, muß mindestens eines der beiden Elemente S oder Se in den erfindungsgemäßen Metalloxidmassen in den oben angegebenen Grenzen Vorhandensein.Metal oxide catalysts according to the present invention contain selenium and / or sulfur and ruthenium as essential elements. In order to achieve an increased epoxide selectivity in the oxidation of alkenes, at least one of the two elements S or Se must be present in the metal oxide compositions according to the invention within the limits specified above.
Die anderen fakultativen Elemente werden in ihrer Auswahl und ihrer exakten Zusammensetzung gemäß des gewünschten Einsatzgebietes des Katalysators ausgewählt. So kann der Katalysator für die jeweils gewünschte Epoxidation entsprechend optimiert werden.The other optional elements are selected in their selection and their exact composition according to the desired field of application of the catalyst. In this way, the catalyst can be optimized for the desired epoxidation.
Bei der Epoxidation von höheren Alkenen ( > C8) wird allgemein Mo bevorzugt für den Fall, daß Z = S ist, während W und V bevorzugt werden für den Fall, daß Z = Se ist. Ferner werden beispielsweise bei der Epoxidation von Oct-1-en in der Flüssigphase besonders gute Selektivitäten erreicht, wenn der Kalium-Gehalt (Q = K) bei der Katalysatorherstellung erhöht wird. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn M = Mo ist. Zum anderen gelangt man zu erhöhten Selektivitäten bei Verwendung von R4NBr im Falle von M = W oder V.In the epoxidation of higher alkenes (> C 8 ), Mo is generally preferred when Z = S, while W and V are preferred when Z = Se. Furthermore, particularly good selectivities are achieved, for example, in the epoxidation of oct-1-ene in the liquid phase if the potassium content (Q = K) is increased in the preparation of the catalyst. This is particularly advantageous if M = Mo. On the other hand, increased selectivities are achieved when using R 4 NBr in the case of M = W or V.
Bei der Epoxidation von niederen Alkenen ( < C3) hat sich die Verwendung von R4NBr, insbesondere wenn M = Mo ist, bewährt. Durch Variation des Verhältnisses der einzelnen Komponenten zueinander ist es auf diese Weise möglich die physikalischen Eigenschaften des Katalysators und die Selektivität entsprechend der eingesetzten Ausgangsverbindungen gezielt zu beeinflußen.In the epoxidation of lower alkenes (<C 3 ), the use of R 4 NBr has proven itself, especially when M = Mo. By varying the ratio of the individual components to one another, it is possible in this way to specifically influence the physical properties of the catalyst and the selectivity in accordance with the starting compounds used.
Auf diese Weise ist es möglich die Ausbeuten zu erhöhen und unerwünschteIn this way it is possible to increase yields and undesirable ones
Nebenreaktionen, z.B. Totaloxidation, zu unterdrücken.Side reactions, e.g. Suppress total oxidation.
Der Metalloxidkatalysator gemäß der Erfindung kann ohne ein entsprechendesThe metal oxide catalyst according to the invention can without a corresponding
Trägermaterial eingesetzt werden oder auf ein solches aufgebracht werden.Carrier material are used or applied to such.
Geeignet sind die üblichen Trägermaterialien, wie z.B. Siliziumdioxid, poröses oder nicht-poröses Aluminiumoxid, Titandioxid, Zirkoniumdioxid, Thoriumdioxid, Lanthanoxid, Magnesiumoxid, Calciumoxid, Bariumoxid, Zinnoxid, Cerdioxid, Zinkoxid, Boroxid, Bornitrid, Borcarbid, Borphosphat, Zirkoniumphosphat, Aluminiumsilikat, Siliziumnitrid oder Siliziumcarbid. Bevorzugte Trägermaterialien haben eine Oberfläche von weniger als 20m2/g. Bevorzugte Trägermaterialien sind Siliziumdioxid und Aluminiumdioxid mit geringer spezifischer Oberfläche. Der Katalysator kann nach der Formgebung als regelmäßig oder unregelmäßig geformter Trägerkörper oder aber in Pulverform als heterogener Oxidationskatalysator eingesetzt werden.The usual carrier materials, such as silicon dioxide, porous or non-porous aluminum oxide, titanium dioxide, zirconium dioxide, thorium dioxide, lanthanum oxide, magnesium oxide, calcium oxide, barium oxide, tin oxide, cerium dioxide, zinc oxide, boron oxide, boron nitride, boron carbide, boron phosphate, zirconium phosphate, aluminum silicate, silicon nitrate, are suitable or silicon carbide. Preferred carrier materials have a surface area of less than 20 m 2 / g. Preferred carrier materials are silicon dioxide and aluminum dioxide with a low specific surface area. After shaping, the catalyst can be used as a regularly or irregularly shaped support body or in powder form as a heterogeneous oxidation catalyst.
Die erfindungsgemäßen Metalloxidkatalysatoren werden dargestellt indem man eine Aufschlämmung, vorzugsweise eine wäßrige Lösung herstellt, die die einzelnen Ausgangskomponenten enthält.The metal oxide catalysts according to the invention are prepared by preparing a slurry, preferably an aqueous solution, which contains the individual starting components.
Für den Fall, daß M Molybdän oder Wolfram ist, empfiehlt es sich aufgrund der kommerziellen Verfügbarkeit als Ausgangsverbindungen die entsprechenden Molybdate bzw. Wolframate einzusetzen; Beispiele sind Na2WO4 bzw. Na2MoO4.In the event that M is molybdenum or tungsten, it is advisable to use the corresponding molybdates or tungstates as starting compounds due to the commercial availability; Examples are Na 2 WO 4 and Na 2 MoO 4 .
In einer bevorzugten Ausführungsform arbeitet man in einer wässrigen Lösung mit jeweils einem dieser Stoffe. Zu dieser Lösung wird dann eine lösliche Selenverbindung, und abhängig vom Einsatzgebiet des Katalysators auch eine lösliche Verbindung eines oder mehrerer Elemente aus der Gruppe Y, zugefügt. Die Rutheniumkomponente wird, gegebenenfalls mit einer auf die Katalysatoranwendung abgestimmten Verbindung eines Kations aus der Gruppe R, ebenfalls seperat gelöst. Vorzugsweise wird eine saure, wässrige Lösung bereitet. Bei Verwendung von Rutheniumchlorid wird das Salz vorzugsweise in Salzsäure gelöst und der Reaktionslösung zugetropft.In a preferred embodiment, one of these substances is used in an aqueous solution. A soluble selenium compound and, depending on the field of use of the catalyst, a soluble compound of one or more elements from group Y are then added to this solution. The ruthenium component is also dissolved separately, if appropriate with a compound of a cation from the group R which is matched to the catalyst application. An acidic, aqueous solution is preferably prepared. When using ruthenium chloride, the salt is preferably dissolved in hydrochloric acid and added dropwise to the reaction solution.
Die resultierende Mischung wird 2 bis 6 Stunden, vorzugsweise 3 bis 5 Stunden bei 15 bis 50 "C, insbesondere bei 20 bis 30 °C gerührt.The resulting mixture is stirred for 2 to 6 hours, preferably 3 to 5 hours at 15 to 50 ° C., in particular at 20 to 30 ° C.
Für die Synthese der erfindungsgemäßen Metalloxidkatalysatoren eignen sich unter anderem auch organische Lösemittel, sofern die zu lösenden Verbindungen eine ausreichend hohe Löslichkeit in den entsprechenden Solventien besitzen. Einsetzbar sind beispielsweise gesättigte und ungesättigte, aliphatische, cyclische und aromatische Solventien, die bevorzugt Sauerstoff enthalten sowie halogenierte Kohlenwasserstoffe. In einer bevorzugten Ausführungsform werden Dichlormethan, Alkohole, Ether oder Ketone sowie organische Säuren eingesetzt.Organic solvents are also suitable for the synthesis of the metal oxide catalysts according to the invention, provided that the compounds to be dissolved have a sufficiently high solubility in the corresponding solvents. For example, saturated and unsaturated, aliphatic, cyclic and aromatic solvents, which preferably contain oxygen, and halogenated hydrocarbons can be used. In a preferred embodiment, dichloromethane, alcohols, ethers or ketones and organic acids are used.
Anschliessend wird die Lösung mit 0,2 bis 30 Äquivalenten, insbesondere 0,5 bis 25 Äquivalenten, bezogen auf die Rutheniumkomponente, Alkali- oder Ammoniumhalogenid, insbesondere Kaliumchlorid oder Tetramethyl- oder Tetraethylammoniumbromid versetzt und der Katalysator auskristallisiert.The solution is then mixed with 0.2 to 30 equivalents, in particular 0.5 to 25 equivalents, based on the ruthenium component, alkali metal or ammonium halide, in particular potassium chloride or tetramethyl or tetraethylammonium bromide, and the catalyst crystallizes out.
Die so erhaltene Masse wird bei 20 bis 100βC, vorzugsweise bei 25 bis 40 "C 1 bis 48 Stunden, insbesondere 6 bis 24 Stunden getrocknet. Der pH-Wert der zu trocknenden Masse sollte vorzugsweise nicht über 7 liegen, besonders im Bereich von pH 1 bis 4.The mass obtained in this way is dried at 20 to 100 ° C., preferably at 25 to 40 ° C. for 1 to 48 hours, in particular 6 to 24 hours. The pH of the mass to be dried should preferably not be above 7, especially in the range from pH 1 to 4.
Für den Fall, daß der erhaltene Mischoxidkatalysator anschließend noch einem Kalzinierungsprozeß unterworfen wird, empfiehlt es sich den getrockneten und pulverisierten Katalysator bei einer Temperatur im Bereich von 200 bis 1000°C, insbesondere 350 bis 800 °C in Gegenwart von Stickstoff, Sauerstoff oder eines sauerstoffhaltigen Gases zu kalzinieren. Die Zeitdauer beträgt 0,5 bis 24 Stunden. Eine solche Kalzinierung des erfindungsgemäßen Katalysators wird insbesondere bei solchen Mischoxidkatalysatoren bevorzugt, bei denen (Alkyl-) Ammoniumverbindungen als Ausgangsmaterialien eingesetzt wurden.In the event that the mixed oxide catalyst obtained is subsequently subjected to a calcination process, it is advisable to use the dried and pulverized catalyst at a temperature in the range from 200 to 1000 ° C., in particular 350 to 800 ° C. in the presence of nitrogen, oxygen or one to calcine oxygen-containing gas. The time period is 0.5 to 24 hours. Such calcination of the catalyst according to the invention is particularly preferred in the case of mixed oxide catalysts in which (alkyl) ammonium compounds have been used as starting materials.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Katalysator entweder vor oder nach dem Kalzinieren in einem organischen Lösemittel oder einer wässrigen Lösung mit einer organischen oder anorganischen Verbindung einer oder mehrerer Komponenten der Gruppen R, X und Y imprägniert.In a further preferred embodiment, the catalyst obtained by the process according to the invention is impregnated with an organic or inorganic compound of one or more components of the groups R, X and Y either before or after the calcination in an organic solvent or an aqueous solution.
Der erfindungsgemäße Katalysator ist für alle Epoxidationsreaktionen in der Fiüssigphase einsetzbar, insbesondere zur Epoxidation von linear endständigen Olefinen.The catalyst according to the invention can be used for all epoxidation reactions in the liquid phase, in particular for the epoxidation of linear terminal olefins.
Mit einer hohen Selektivität werden mit den erfindungsgemäßen Katalysatoren insbesondere aliphatische, gegebenenfalls verzweigte, und alicyclische C2-C30-Olefine, bevorzugt lineare Olefine mit 2 bis 12 Kohlenstoffatomen und cyclische Olefine mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen epoxidiert.Aliphatic, optionally branched and alicyclic C 2 -C 30 olefins, preferably linear olefins having 2 to 12 carbon atoms and cyclic olefins having 5 to 12 carbon atoms are epoxidized with a high selectivity using the catalysts according to the invention.
Als Oxidationsmittel dient Sauerstoff, der in reiner Form oder mit einem Inertgas wie CO2, N2, Edelgasen oder Methan verdünnt sein kann.Oxygen serves as the oxidizing agent, which can be diluted in pure form or with an inert gas such as CO 2 , N 2 , noble gases or methane.
Die Oxidationsbedingungen werden so gewählt, daß bereits ohne Zusatz von Katalysator eine merkliche Oxidation eintritt, wobei in diesem Fall die Selektivität der Epoxidbildung gering ist.The oxidation conditions are chosen so that a noticeable oxidation occurs even without the addition of catalyst, in which case the selectivity of the epoxide formation is low.
Die Temperatur, bei der die Reaktion durchführbar ist liegt im Bereich von 30 bis 500 "C, der Druckbereich kann von Normaldruck bis 200 bar variiert werden und liegt vorzugsweise nicht über 100 bar. Allgemein ist der Temperatur/Druck-Bereich so wählen, daß weder Temperatur noch Druck extrem hohe Werte annehmen, da die Reaktion unter diesen Bedingungen schwieriger zu handhaben ist.The temperature at which the reaction can be carried out is in the range from 30 to 500 ° C., the pressure range can be varied from normal pressure to 200 bar and is preferably not more than 100 bar. In general, the temperature / pressure range should be chosen so that neither temperature nor pressure assume extremely high values, since the reaction is more difficult to handle under these conditions.
So hat sich beispielsweise ein Temperaturbereich von 30 bis 300 °C und ein Druck im Bereich von Normaldruck bis 30 bar bei der Oxidation von C6-C1 -Alkenen als vorteilhaft erwiesen, während die Epoxidation von Alkenen mit weniger als 6 Kohlenstoffatomen bevorzugt bei niedrigeren Temperaturen im Bereich von 120 bis 230 "C und Drücken im Bereich von 30 bis 100 bar durchgeführt wird. Es wird so gearbeitet, daß die Oxidation stets in der Flüssigphase stattfindet.For example, a temperature range of 30 to 300 ° C and a pressure in the range of normal pressure to 30 bar has proven to be advantageous in the oxidation of C 6 -C 1 -alkenes, while the epoxidation of alkenes with less than 6 carbon atoms preferably at lower Temperatures in the range of 120 to 230 "C and pressures in the range of 30 to 100 bar. It is carried out so that the oxidation always takes place in the liquid phase.
Die Flüssigphasenoxidation erfolgt entweder in reinem Olefin oder verdünnt in einem oxidationsstabilen Lösemittel. Als geeignete Lösemittel kommen z.B. folgende Gruppen in Frage: halogenierte Aromaten, wie beispielsweise Chlorbenzol, 1 -Chlor-4-brombenzol, Brombenzol, halogenierte und nicht halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie z.B. Chloroform, Chlorpropanol, Dichlormethan, 1 ,2-Dichlorethan, Trichlorethylen, Ketone, wie z.B. Aceton, und Ether, ferner Alkohole, insbesondere C-.-C12-Alkohole, wie Ethanol, Methanol oder Propanol sowie höhere Alkohole, Ester, wie z.B. Alkylbenzoate, und Wasser.The liquid phase oxidation takes place either in pure olefin or diluted in an oxidation-stable solvent. Examples of suitable solvents include the following groups: halogenated aromatics, such as chlorobenzene, 1-chloro-4-bromobenzene, bromobenzene, halogenated and non-halogenated hydrocarbons, such as chloroform, chloropropanol, dichloromethane, 1, 2-dichloroethane, trichlorethylene, ketones , such as acetone, and ethers, furthermore alcohols, in particular C 12 -C 12 alcohols, such as ethanol, methanol or propanol, and higher alcohols, esters, such as alkyl benzoates, and water.
Die Oxidation kann kontinuierlich oder im Batchverfahren durchgeführt werden. Der Zusatz des Katalysators kann in Substanz erfolgen. Der Katalysator kann auch während der Katalyse in-situ erzeugt werden, z.B. gemäß den Herstellvorschriften aus den Einzelkomponenten.The oxidation can be carried out continuously or in a batch process. The catalyst can be added in bulk. The catalyst can also be generated in situ during catalysis, e.g. according to the manufacturing instructions from the individual components.
Ferner kann die Reaktion durch Zusatz von stöchiometrischen Mengen, bezogen auf den Katalysator, eines Aktivators, wie Hydroperoxiden, Wasserstoffperoxid oder Persäuren und/oder durch Zusatz eines Radikalstarters wie Azobis- isobutyronitril beschleunigt werden.Furthermore, the reaction can be accelerated by adding stoichiometric amounts, based on the catalyst, of an activator such as hydroperoxides, hydrogen peroxide or peracids and / or by adding a radical initiator such as azobisisobutyronitrile.
Bei kontinuierlicher Verfahrensweise wird die Zugabe von Sauerstoff so dosiert, daß eine Verweilzeit im Reaktor unter 60 Minuten, bevorzugt unter 1 Minute resultiert. Im Batchverfahren kann die Sauerstoffaufnahme bis zum vollständigen Umsatz des Alkens erfolgen, bevorzugt ist jedoch eine Sauerstoffaufnahme bis zu einem Alkenumsatz von 50%. Das Reaktionsprodukt wird aufgearbeitet und z.B. destillativ gereinigt. Das gilt auch für die kontinuierliche Verfahrensweise.In the case of a continuous procedure, the addition of oxygen is metered in such a way that a residence time in the reactor is less than 60 minutes, preferably less than 1 minute results. In the batch process, the oxygen uptake can take place until the alkene has completely converted, but preference is given to oxygen up to an alkene conversion of 50%. The reaction product is worked up and purified, for example by distillation. This also applies to the continuous procedure.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Katalysatoren werden Epoxidausbeuten > 35%, insbesondere im Bereich von 35-50% erzielt. Im Vergleich zum Stand der Technik werden die Epoxidausbeuten bei Verwendung von Metalloxidkatalysatoren verbessert und auf die Verwendung von krebserzeugende Stoffe zur Herstellung kann verzichtet werden.With the aid of the catalysts according to the invention, epoxy yields of> 35%, in particular in the range of 35-50%, are achieved. Compared to the prior art, the epoxy yields are improved when using metal oxide catalysts and the use of carcinogenic substances for the production can be dispensed with.
Der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als Oxidationsmittel verwendete Sauerstoff steht preiswert zur Verfügung und eine Bildung von reduzierten Nebenprodukten, die im Anschluß an die Epoxidierungsreaktion entsorgt werden müßen entfällt.The oxygen used as an oxidizing agent in the process according to the invention is available inexpensively and there is no formation of reduced by-products which have to be disposed of after the epoxidation reaction.
BeispieleExamples
Beispiel 1example 1
Ein Katalysator mit der empirischen FormelA catalyst with the empirical formula
Na4 l ((C2H5)4N)2(8Se2(4Wl 8/2Ru1 #0CI1 8Br0 -,07^5 x 7,7 H2O wurde folgendermaßen hergestellt:Na 4 l ((C 2 H 5 ) 4 N) 2 (8 Se 2 (4 W l 8/2 Ru 1 # 0 CI 1 8 Br 0 -, 0 7 ^ 5 x 7.7 H 2 O was prepared as follows :
Zu einer Lösung von 3,95 g Na2WO4 2H2O und 0,19 g H2SeO3 in 20 ml H2O wird eine Lösung von 0,39 g RuCI3 3H2O in 12ml 1 N Salzsäure getropft. DieA solution of 0.39 g RuCI 3 3H 2 O in 12 ml 1 N hydrochloric acid is added dropwise to a solution of 3.95 g Na 2 WO 4 2H 2 O and 0.19 g H 2 SeO 3 in 20 ml H 2 O. The
Lösung wird 2 Stunden bei Raumtemperatur gerührt und anschließend mit 0,32 g Tetraethylammoniumbromid versetzt und der Katalysator auskristallisiert, abfiltriert, gewaschen und getrocknet. Beispiel 2The solution is stirred for 2 hours at room temperature, 0.32 g of tetraethylammonium bromide is then added and the catalyst is crystallized out, filtered off, washed and dried. Example 2
Ein Katalysator mit der empirischen FormelA catalyst with the empirical formula
Na6 0((C2H5)4N)2 0Se0(2Mo16 2Ru2#0CI3 5Br0 2O53 1 x 10,5 H2O wurde folgendermaßen hergestellt:Na 6 0 ((C 2 H 5 ) 4 N) 2 0 Se 0 (2 Mo 16 2 Ru 2 # 0 CI 3 5 Br 0 2 O 53 1 x 10.5 H 2 O was prepared as follows:
Zu einer Lösung von 2,90 g Na2MoO4 2H2O und 0,22 g H2SeO4 in 10 ml H2O wird eine Lösung von 0,39 g RuCI3 3 H2O in 12 ml 1 N Salzsäure getropft. Es wird 2 Stunden bei Raumtemperatur gerührt, die Reaktionslösung mit 0,32 gA solution of 0.39 g RuCl 3 3 H 2 O in 12 ml 1 N hydrochloric acid becomes a solution of 2.90 g Na 2 MoO 4 2H 2 O and 0.22 g H 2 SeO 4 in 10 ml H 2 O. dripped. It is stirred for 2 hours at room temperature, the reaction solution with 0.32 g
Tetraethylammoniumbromid versetzt und der Katalysator auskristallisiert, abfiltriert, gewaschen und getrocknet.Tetraethylammoniumbromid added and the catalyst crystallized out, filtered off, washed and dried.
Beispiel 3Example 3
Ein Katalysator mit der empirischen FormelA catalyst with the empirical formula
Nai.8 7,6Sl,2MOl8(5Ru1 ,0CI4,4θ48,3 x 13,8 H2O wurde folgendermaßen hergestellt: N ai.8 7.6 S 1.2 M Ol8 ( 5 Ru 1.0 CI 4.4θ 4 8.3 x 1 3.8 H 2 O was prepared as follows:
Zu einer Lösung von 2,9 g Na2MoO4 2H2O und 1 ,5 mmol H2SO4 in 10 ml H2O wird eine Lösung von 0,39 g RuCI3 3H2O in 12 ml 1 N Salzsäure zugetropft. Nach zweistündigem Rühren bei Raumtemperatur wird die Reaktionslösung mit einem Überschuß festen Kaliumchlorids zur Fällung versetzt und der Katalysator auskristallisiert, abfiltriert, gewaschen und getrocknet.A solution of 0.39 g RuCI 3 3H 2 O in 12 ml 1 N hydrochloric acid is added dropwise to a solution of 2.9 g Na 2 MoO 4 2H 2 O and 1.5 mmol H 2 SO 4 in 10 ml H 2 O. . After stirring for two hours at room temperature, an excess of solid potassium chloride is added to the reaction solution for precipitation, and the catalyst is crystallized out, filtered off, washed and dried.
Beispiel 4Example 4
Ein Katalysator mit der empirischen FormelA catalyst with the empirical formula
Na5 8((C2H5)4N)2 ,6S0,0318,3Ru0 ,2CI2 ,4°64,1 x 8Hwurde folgendermaßen hergestellt: 5 Na 8 ((C 2 H 5) 4 N) 2, 6 S 0 03 18.3 Ru 0, 2 Cl 2, 4 ° 64.1 x 8 '° 2 ° H was prepared as follows:
Zu einer Lösung von 2,9 g Na2MoO4 2H2O und 1 ,5 mmol H2SO4 in 10 ml H2O wird eine Lösung von 0,39 g RuCI3 3H2O in 12 ml 1 N Salzsäure zugetropft. Nach zweistündigem Rühren bei Raumtemperatur wird die Reaktionslösung mit 0,32 g Tetraethylammoniumbromid versetzt und der Katalysator auskristallisiert, abfiltriert, gewaschen und getrocknet. Beispiel 5A solution of 0.39 g RuCI 3 3H 2 O in 12 ml 1 N hydrochloric acid is added dropwise to a solution of 2.9 g Na 2 MoO 4 2H 2 O and 1.5 mmol H 2 SO 4 in 10 ml H 2 O. . After stirring for two hours at room temperature, 0.32 g of tetraethylammonium bromide is added to the reaction solution, and the catalyst is crystallized out, filtered off, washed and dried. Example 5
Eine Reaktionslösung analog Beispiel 4 wird vor der Zugabe einer konzentriertenA reaction solution analogous to Example 4 is concentrated before adding a
Lösung von 0,32 g Tetraethylammoniumbromid 5g neutrales Aluminiumoxid zugesetzt. Das Reaktionsgemisch wird filtriert und gewaschen und anschließend getrocknet.Solution of 0.32 g tetraethylammonium bromide 5g neutral aluminum oxide added. The reaction mixture is filtered and washed and then dried.
Allgemeine Arbeitsvorschrift für die Epoxidierung von Oct-1 -enGeneral working instructions for the epoxidation of oct-1s
Beispiele 6-12Examples 6-12
In einen auf 100βC temperierten 10-ml-Reaktor (Septum,In a β at 100 C tempered 10 ml reactor (septum,
Rückflußkühler-Gasbürette) werden exakt 2,0 ml (12,6 mMol) Oct-1 -en und 200 mg Katalysator gegeben. Die Apparatur wird mit O2 gespült und mit einer reinen O2-Atmosphäre (1 bar) gefüllt. Die Zeit bis zu einer O2-Auf nähme von 10 ml (0,45 mMol) wird gemessen. Danach wird abgekühlt, 1 ml der Reaktionslösung mit exakt 0.050 ml Heptan (externer GC-Standard) versetzt und die Selektivität für 1 ,2-Epoxyoctan gaschromatographisch bestimmt.Reflux gas burette) are added exactly 2.0 ml (12.6 mmol) of oct-1-ene and 200 mg of catalyst. The apparatus is rinsed with O 2 and filled with a pure O 2 atmosphere (1 bar). The time until an O 2 intake of 10 ml (0.45 mmol) is measured. It is then cooled, 1 ml of the reaction solution is mixed with exactly 0.050 ml of heptane (external GC standard) and the selectivity for 1, 2-epoxyoctane is determined by gas chromatography.
Beispiel-Nr. Katalysator Zeit bis zur Aufnahme Epoxid-Selektivität aus Bsp. von 10 ml O2 Example No. Catalyst time to take up epoxide selectivity from e.g. 10 ml O 2
6 (Vgl.) Na2WO4 300 min 24%6 (cf.) Na 2 WO 4 300 min 24%
7 (Vgl.) Na2MoO4 230 min 32%7 (See) Na 2 MoO 4 230 min 32%
8 1 1 10 min 41 %8 1 1 10 min 41%
9 2 125 min 41 %9 2 125 min 41%
10 3 200 min 46%10 3 200 min 46%
1 1 4 170 min 45%1 1 4 170 min 45%
12 5 145 min 46% Oxidation von Propen12 5 145 min 46% Oxidation of propene
Beispiele 13, 14Examples 13, 14
In einen 200 ml Autoklaven werden 200 mg Katalysator in 20 ml Chlorbenzol aufgeschlämmt und bei -20° C 25 g Propen einkondensiert. DieIn a 200 ml autoclave, 200 mg of catalyst are slurried in 20 ml of chlorobenzene and 25 g of propene are condensed in at -20 ° C. The
Reaktionsmischung wird auf 150"C gebracht, bei dieser Temperatur 15 bar Luft aufgedrückt und 10 Minuten gerührt. Danach wird die Reaktion durch Abkühlen abgebrochen, bei 20 *C eine Gas- und eine Flüssigprobe genommen und beides gaschromatographisch analysiert.The reaction mixture is brought to 150 ° C., 15 bar of air are pressed in at this temperature and the mixture is stirred for 10 minutes. The reaction is then stopped by cooling, a gas and a liquid sample are taken at 20 ° C. and both are analyzed by gas chromatography.
Beispiel 13:Example 13:
Katalysator aus Beispiel 3: Selektivität für 1 ,2-Epoxypropan beträgt 27% beiCatalyst from Example 3: Selectivity for 1,2-epoxypropane is 27%
35% Umsatz.35% sales.
Beispiel 14:Example 14:
Katalysator aus Beispiel 2: Selektivität für 1 ,2-Epoxypropan beträgt 30% beiCatalyst from Example 2: selectivity for 1, 2-epoxypropane is 30%
35% Umsatz. 35% sales.

Claims

PatentansprücheClaims
1. Verbindungen der allgemeinen Formel (1 ) für die katalytische Oxidation in der Flüssigphase1. Compounds of the general formula (1) for catalytic oxidation in the liquid phase
QaMbRucRdXeYfZgOh * H2Oi (DQ a M b Ru c R d X e Y f Z g O h * H 2 Oi (D
worin die Symbole Q, M, R, X, Y, a, b, c, d, e, f, g, h und i folgendewhere the symbols Q, M, R, X, Y, a, b, c, d, e, f, g, h and i follow
Bedeutung haben:Have meaning:
Q steht für eines oder mehrere Elemente ausgewählt aus der Gruppe Na, K, Rb, Cs, NR1R2R3R4 + , Be, Mg, Ca, Sr, Ba, wobei R1 , R2, R3 und R4 unabhängig voneinander für Wasserstoff, einen C^C^- Alkyl- oder C1-C8 -Cycloalkylrest, einen Arylrest, insbesondere für einen Methyl-, Ethyl-, Propyl- oder Butylrest stehen ;Q stands for one or more elements selected from the group Na, K, Rb, Cs, NR 1 R 2 R 3 R 4 + , Be, Mg, Ca, Sr, Ba, where R 1 , R 2 , R 3 and R 4 independently of one another represent hydrogen, a C 1 -C 8 -alkyl or C 1 -C 8 -cycloalkyl radical, an aryl radical, in particular a methyl, ethyl, propyl or butyl radical;
M steht für eines oder mehrere der folgenden Elemente V, Mo, Wo;M stands for one or more of the following elements V, Mo, Wo;
R steht für eines oder mehrere Elemente ausgewählt aus der folgenden Gruppe Sc, Y, La, Ce, Ti, Zr, Nb, Ta, V, Cr, Mn, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu;R stands for one or more elements selected from the following group Sc, Y, La, Ce, Ti, Zr, Nb, Ta, V, Cr, Mn, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu;
X steht für eines oder mehrere der folgenden Elemente F, Cl, Br, J, NO3\ SO4 2';X represents one or more of the following elements F, Cl, Br, J, NO 3 \ SO 4 2 ' ;
Y steht für eines oder mehrere Elemente ausgewählt aus der folgenden gruppe Ga, In, Ge, Sn, S, Se, Te, P, As, Sb, Bi;Y stands for one or more elements selected from the following group Ga, In, Ge, Sn, S, Se, Te, P, As, Sb, Bi;
Z steht für S oder Se; a ist eine Zahl im Bereich von 1 bis 30; b ist eine Zahl im Bereich von 5 bis 50; c ist eine Zahl im Bereich von 0,1 bis 10; d ist eine Zahl im Bereich von 0 bis 10; e ist eine Zahl im Bereich von 0 bis 20; f ist eine Zahl im Bereich von 0 bis 10; g ist eine Zahl im Bereich von 0,01 bis 10; h steht für die zum stöchiometrischen Ausgleich der Oxidbildung benötigte Anzahl an Sauerstoffatomen; i ist eine Zahl im Bereich von 0 bis 25;Z stands for S or Se; a is a number ranging from 1 to 30; b is a number ranging from 5 to 50; c is a number ranging from 0.1 to 10; d is a number ranging from 0 to 10; e is a number ranging from 0 to 20; f is a number ranging from 0 to 10; g is a number in the range of 0.01 to 10; h stands for the number of oxygen atoms required for stoichiometric compensation of the oxide formation; i is a number ranging from 0 to 25;
Verbindungen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß sie sich als selektive Oxidationskatalysatoren in Gegenwart von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen zur Epoxidation aliphatischen, gegebenenfalls verzweigten, und alicyclischen C2-C30-Olefinen und cyclischen Olefinen mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen eignen.Compounds according to Claim 1, characterized in that they are suitable as selective oxidation catalysts in the presence of oxygen or oxygen-containing gases for the epoxidation of aliphatic, optionally branched and alicyclic C 2 -C 30 olefins and cyclic olefins having 5 to 12 carbon atoms.
Verbindungen nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf ein entsprechendes Trägermaterial aufgebracht werden und als regelmäßig oder unregelmäßig geformte Trägerkörper oder aber in Pulverform als heterogene Oxidationskatalysatoren eingesetzt werden.Compounds according to at least one of claims 1 and 2, characterized in that they are applied to a corresponding carrier material and are used as regularly or irregularly shaped carrier bodies or in powder form as heterogeneous oxidation catalysts.
Verbindungen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägermaterial Siliziumdioxid, poröses oder nicht-poröses Aluminiumoxid, Titandioxid, Zirkoniumdioxid, Thoriumdioxid, Lanthanoxid, Magnesiumoxid, Calciumoxid, Bariumoxid, Zinnoxid, Cerdioxid, Zinkoxid, Boroxid, Bornitrid, Borcarbid, Borphosphat, Zirkoniumphosphat, Aluminiumsilikat, Siliziumnitrid oder Siliziumcarbid verwendet wird.Compounds according to claim 3, characterized in that the carrier material is silicon dioxide, porous or non-porous aluminum oxide, titanium dioxide, zirconium dioxide, thorium dioxide, lanthanum oxide, magnesium oxide, calcium oxide, barium oxide, tin oxide, cerium dioxide, zinc oxide, boron oxide, boron nitride, boron carbide, boron phosphate, zirconium phosphate, Aluminum silicate, silicon nitride or silicon carbide is used.
Verfahren zur selektiven Epoxidierung von aliphatischen, gegebenenfalls verzweigten, und alicyclischen C2-C30-Olefinen und cyclischen Olefinen mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen mit Luftsauerstoff oder eines sauerstoff¬ haltigen Gases in der Flüssigphase in Gegenwart eines Katalysators der allgemeinen Formel (1 )Process for the selective epoxidation of aliphatic, optionally branched, and alicyclic C 2 -C 30 olefins and cyclic olefins having 5 to 12 carbon atoms with atmospheric oxygen or an oxygen-containing gas in the liquid phase in the presence of a catalyst of the general formula (1)
QaMbRucRdXeYfZgOh * H2Oj (1 )Q a M b Ru c R d X e Y f Z g O h * H 2 O j (1)
worin die Symbole Q, M, R, X, Y, a, b, c, d, e, f, g, h und i folgende Bedeutung haben: Q steht für eines oder mehrere Elemente ausgewählt aus der Gruppe Na, K, Rb, Cs, NR1 R2R3R4 + , Be, Mg, Ca, Sr, Ba, wobei R1 , R2, R3 und R4 unabhängig voneinander für Wasserstoff, einen C,-C20- Alkyl- oder C.-C8 -Cycloalkylrest, einen Arylrest, insbesondere für einen Methyl-, Ethyl-, Propyl- oder Butylrest stehen ;where the symbols Q, M, R, X, Y, a, b, c, d, e, f, g, h and i have the following meaning: Q stands for one or more elements selected from the group Na, K, Rb, Cs, NR 1 R 2 R 3 R 4 + , Be, Mg, Ca, Sr, Ba, where R 1 , R 2 , R 3 and R 4 independently of one another represent hydrogen, a C, -C 20 -alkyl or C.-C 8 -cycloalkyl radical, an aryl radical, in particular a methyl, ethyl, propyl or butyl radical;
M steht für eines oder mehrere der folgenden Elemente V, Mo, Wo;M stands for one or more of the following elements V, Mo, Wo;
R steht für eines oder mehrere Elemente ausgewählt aus der folgenden Gruppe Sc, Y, La, Ce, Ti, Zr, Nb, Ta, V, Cr, Mn, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu;R stands for one or more elements selected from the following group Sc, Y, La, Ce, Ti, Zr, Nb, Ta, V, Cr, Mn, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pd, Pt, Cu;
X steht für eines oder mehrere der folgenden Elemente F, Cl, Br, J, NO3 ", SO4 2";X represents one or more of the following elements F, Cl, Br, J, NO 3 " , SO 4 2" ;
Y steht für eines oder mehrere Elemente ausgewählt aus der folgenden Gruppe Ga, In, Ge, Sn, S, Se, Te, P, As, Sb, Bi;Y stands for one or more elements selected from the following group Ga, In, Ge, Sn, S, Se, Te, P, As, Sb, Bi;
Z steht für S oder Se; a ist eine Zahl m Bereich von 1 bis 30; b ist eine Zahl m Bereich von 5 bis 100; c ist eine Zahl m Bereich von 0, 1 bis 10; d ist eine Zahl m Bereich von 0 bis 10; e ist eine Zahl m Bereich von 0 bis 20; f ist eine Zahl m Bereich von 0 bis 10; g ist eine Zahl m Bereich von 0,01 bis 10; h steht für die zum stöchiometrischen Ausgleich der Oxidbildung benötigten Anzahl an Sauerstoffatomen; i ist eine Zahl im Bereich von 0 bis 10;Z stands for S or Se; a is a number m ranging from 1 to 30; b is a number m ranging from 5 to 100; c is a number m ranging from 0.1 to 10; d is a number m ranging from 0 to 10; e is a number m ranging from 0 to 20; f is a number m ranging from 0 to 10; g is a number m range from 0.01 to 10; h stands for the number of oxygen atoms required for stoichiometric compensation of the oxide formation; i is a number ranging from 0 to 10;
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der als Oxidationsmittel verwendete Sauerstoff in reiner Form verwendet wird oder mit einem Inertgas verdünnt wird.A method according to claim 5, characterized in that the oxygen used as the oxidizing agent is used in pure form or is diluted with an inert gas.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionstemperatur bei der Oxidation von C6-C1 2-Alkenen im Bereich von 30 bis 300 " C und bei der Oxidation von C2-C5-Alkenen im Bereich von 120 bis 230 °C liegt und der Druck so gewählt wird, daß die Reaktion in der Flüssigphase abläuft.A method according to claim 5, characterized in that the reaction temperature in the oxidation of C 6 -C 1 2 -alkenes in the range of 30 to 300 "C and in the oxidation of C 2 -C 5 -alkenes in the range is from 120 to 230 ° C and the pressure is selected so that the reaction takes place in the liquid phase.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidation ohne Lösemittel, im reinen Olefin erfolgt.8. The method according to claim 5, characterized in that the oxidation takes place without solvent, in the pure olefin.
9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidation in einem Lösemittel ausgewählt aus der Gruppe der halogenierten Aromaten, der halogenierten oder nicht halogenierten Kohlenwasserstoffe, der C..-C12-Alkohole oder in Wasser durchgeführt wird.9. The method according to claim 5, characterized in that the oxidation in a solvent selected from the group of halogenated aromatics, the halogenated or non-halogenated hydrocarbons, the C ..- C 12 alcohols or in water is carried out.
10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktionsmischung ein Aktivator und/oder ein Radikalstarter zugesetzt wird.10. The method according to claim 5, characterized in that an activator and / or a radical initiator is added to the reaction mixture.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktivator in stöchiometrischen Mengen, bezogen auf den Katalysator zugesetzt wird.1 1. The method according to claim 10, characterized in that the activator is added in stoichiometric amounts, based on the catalyst.
12. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Epoxidausbeuten > 35% betragen. 12. The method according to claim 5, characterized in that the epoxy yields are> 35%.
PCT/EP1996/001960 1995-05-24 1996-05-09 New ruthenium- and selenium- or sulphur-containing metal oxide catalysts, process for producing the same and their use WO1996037295A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19519008.4 1995-05-24
DE1995119008 DE19519008A1 (en) 1995-05-24 1995-05-24 New metal oxide catalysts containing ruthenium and selenium or sulfur, and a process for their preparation and their use

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1996037295A1 true WO1996037295A1 (en) 1996-11-28

Family

ID=7762731

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP1996/001960 WO1996037295A1 (en) 1995-05-24 1996-05-09 New ruthenium- and selenium- or sulphur-containing metal oxide catalysts, process for producing the same and their use

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE19519008A1 (en)
WO (1) WO1996037295A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL120942A0 (en) * 1997-05-29 1997-09-30 Yissum Res Dev Co A process for the epoxidation of alkenes

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1543029A1 (en) * 1964-11-09 1969-09-11 Halcon International Inc Process for the production of oxirane compounds
FR2279706A1 (en) * 1974-07-22 1976-02-20 Standard Oil Co OLEFINS OXIDATION PROCESS USING CATALYSTS CONTAINING VARIOUS ACTIVATOR ELEMENTS
EP0475351A1 (en) * 1990-09-10 1992-03-18 Nitto Chemical Industry Co., Ltd. Iron-antimony-molybdenum containing oxide catalyst composition and process for preparing the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1543029A1 (en) * 1964-11-09 1969-09-11 Halcon International Inc Process for the production of oxirane compounds
FR2279706A1 (en) * 1974-07-22 1976-02-20 Standard Oil Co OLEFINS OXIDATION PROCESS USING CATALYSTS CONTAINING VARIOUS ACTIVATOR ELEMENTS
EP0475351A1 (en) * 1990-09-10 1992-03-18 Nitto Chemical Industry Co., Ltd. Iron-antimony-molybdenum containing oxide catalyst composition and process for preparing the same

Also Published As

Publication number Publication date
DE19519008A1 (en) 1996-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1411050B1 (en) Process for the epoxydation of cycloalkenes
DE69822117T2 (en) Process for the preparation of olefinic epoxides
DE3027349A1 (en) METHOD FOR THE CATALYTIC EPOXYDATION OF OLEFINS
EP1411051B1 (en) Use of compounds for accelerated phase separation in heterogenic epoxydation reactions of cycloalkenes
EP1205474B1 (en) Epoxidation process of cis-double bonds
EP0869843A1 (en) Epoxides produced by the oxidation of olefines with air or oxygen
DE2543574A1 (en) PROCESS FOR THE PRODUCTION OF ALKYLENE CARBONATES
EP2635544B1 (en) Method for the production of a phenylcyclohexane
EP0420035B1 (en) Two-step process for the preparation of alcohols
DE2752626C2 (en) Process for the epoxidation of olefins using hydrogen peroxide
DE69207019T2 (en) Process for the preparation of carbonyl compounds
WO1996037295A1 (en) New ruthenium- and selenium- or sulphur-containing metal oxide catalysts, process for producing the same and their use
DE69306117T2 (en) EPOXYDING CATALYST
EP1175382A1 (en) Method for the dihydroxylation of olefins using transition-metal catalysts
DE2916834C2 (en) Process for the catalytic epoxidation of olefins
WO1996037297A1 (en) Catalysts for the selective oxidation of organic substrates and process for producing the same
WO1998047847A1 (en) Method for selective catalytic oxidation into aldehydes/ketones by breaking the c=c bond
DE1543001C3 (en) Process for the production of epoxies
DE2100385A1 (en) Catalytic process for the manufacture of oxirane compounds
DE2431034A1 (en) METHOD AND CATALYST FOR OXIDATING OLEFINS
DD203714A5 (en) METHOD FOR THE SELECTIVE CLEAVAGE OF POLYALKYLENE GLYCOLS
WO1999002261A1 (en) Catalysts for olefin selective epoxidation with atmospheric oxygen
WO1999002511A1 (en) Method for producing epoxides through olefin oxidation with air or oxygen
DE1568764C3 (en) Process for the simultaneous production of isoprene and an epoxy or an acrylate or an oxime
DE3340586A1 (en) METHOD FOR HYDROXYLATING OLEFINS

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): CA JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: CA