WO2002048079A2 - Verfahren zur herstellung von cis-2-tertiär-butylcyclohexanol - Google Patents

Verfahren zur herstellung von cis-2-tertiär-butylcyclohexanol Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a process for the preparation of cis-2-tertiary butylcyclohexanol from 2-tertiary butylphenol, the cis isomer preferably being formed under the hydrogenation conditions.
  • 2-tertiary-butylcyclohexanol which can occur in the form of the ice and trans stereoisomers, is a valuable intermediate for the production of the fragrance 2-tertiary-butylcylohexyl acetate.
  • the aim is to obtain large proportions of the cis isomer in order to subsequently obtain the perfume-worthy ice-2-tertiary-butylcyclohexyl acetate, which is marketed under the common name Agrumex HC is known.
  • noble metal catalysts such as metallic rhodium, rhodium-platinum and rhodium-ruthenium alloys are known which are deposited on catalyst supports.
  • JP-A 42-13 938 A disadvantage of the hydrogenation in the presence of a rhodium catalyst is, in addition to the high price for the catalyst, the low stereoselectivity with regard to the cis isomer and the decrease in activity of the catalyst at higher temperatures. In addition, tertiary-butylbenzene is formed in the rhodium-catalyzed hydrogenation.
  • a 3401343 describes the hydrogenation of 2-tertiary-butylphenol to 2-tertiary-butylcyclohexanol in the presence of palladium and ruthenium, where work in two stages at hydrogen pressures above 200 bar and temperatures of 70 ° -200 ° C.
  • a palladium catalyst is used in the first stage and a ruthenium catalyst is used in the second stage.
  • the cis / trans ratio is up to 90/10.
  • JP A 59/065031 describes the hydrogenation of 2-tertiary-butylphenol to 2-tertiary-butylcyclohexanol under Raney cobalt catalysis at 50 bar and 150 ° C., the cis: trans isomer mixture being formed in a ratio of 94: 6 ,
  • JP A 49/045037 describes the hydrogenation of 2-tertiary-butylphenol to 2-tertiary-butylcyclohexanol under Raney nickel catalysis at 80 bar and 85 ° C.
  • the Raney nickel catalyst is treated with aqueous sodium boranate solution before use. With this catalyst treated in this way, the cis: trans isomer mixture is formed in a ratio of 92: 8. Without treatment of the Raney nickel catalyst, the cis: trans isomer mixture is formed in a ratio of 80:20.
  • the object of the present invention is accordingly to provide a process which provides inexpensive 2-tert-butylcyclohexanol with a high cis isomer content and guarantees an extended service life of the catalyst compared to the prior art.
  • Raney nickel-iron catalysts is particularly preferred.
  • Butylcyclohexyl acetate leads to a 2-tertiary-butylcyclohexanol with a cis-trans isomer mixture of up to 95: 5.
  • the catalyst can be used in the dry or moist state for the process according to the invention.
  • the proportion of iron in the dry catalyst can be 2-40% by weight, preferably 10-20% by weight; the proportion of nickel 60-95% by weight, preferably 70-85% by weight, the proportion of aluminum 1-20% by weight, preferably 3-10
  • the weight ratio of the catalyst used to 2-tertiary-butylphenol is 0.0001 to 0.1, preferably 0.01 to 0.03 to 1.
  • the weight ratio of the starting materials 2-tertiary-butylphenol and 2-tertiary butylcyclohexyl acetate can be 100-0.2: 1, preferably 7-9: 1.
  • the reaction temperature for the process according to the invention is 50 to 200 ° C., preferably 90 to 130 ° C.
  • the hydrogen pressure is 1 to 100 bar, preferably 10 to 20 bar.
  • the reaction time is 2 to 100 hours, preferably 5 to 20 hours.
  • the raw mixture has the following composition:
  • the ratio of cis-trans 2-tertiary butylcyclohexanol is 95: 5.
  • the subsequent batches 2-13 proceed analogously to 1, the catalyst from the starting batch 1 being reused.
  • the cis-trans ratio varies between 94: 6 and 91: 9.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von cis-2-tertiär-Butylcyclohexanol wobei 2-tertiär-Butylphenol in Gegenwart eines Nickel/Eisen Katalysatorgemisches und 2-tertiär-Butylcyclohexylacetat hydriert wird.

Description

Verfahren zur Herstellung von cis-2-tertiär-ButyIcycIohexanol durch kataly- tische Hydrierung von 2-tertiär-Butylphenol
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von cis-2-tertiär Butylcyclohexanol aus 2-tertiär-Butylphenol, wobei unter den Hydrierbedingungen bevorzugt das cis-Isomer gebildet wird.
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2-tertiär-Butylcyclohexanol, das in Form der eis und trans Stereoisomeren auftreten kann, ist ein wertvolles Zwischenprodukt für die Herstellung des Duftstoffes 2- tertiär-Butylcylohexylacetat. Bei der technischen Produktion von 2-tertiär-Butyl- cyclohexanol wird angestrebt große Anteile des cis-Isomers zu erhalten, um im An- schluss durch Veresterung das parfümistisch wertvolle eis 2-tertiär-Butyl- cyclohexylacetat zu erhalten, das unter dem Trivialnamen Agrumex HC bekannt ist.
Für die Hydrierung von 2-tertiär-Butylphenol zu 2-tertiär-Butylcyclohexanol sind Edelmetallkatalysatoren wie metallisches Rhodium, Rhodium-Platin- und Rhodium- Ruthenium-Legierungen bekannt, die auf Katalysatorträgern niedergeschlagen sind.
(JP-A 42-13 938). Nachteilig bei der Hydrierung in Gegenwart eines Rhodiumkatalysators ist neben dem hohen Preis für den Katalysator die nur geringe Stereoselektivität im Hinblick auf das cis-Isomer und die Aktivitätsabnahme des Katalysators bei höheren Temperaturen. Daneben entsteht bei der rhodiumkatalysierten Hydrierung tertiär-Butylbenzol.
In DE A 3401343 wird die Hydrierung von 2-tertiär-Butylphenol zu 2-tertiär- Butylcyclohexanol in Gegenwart von Palladium und Ruthenium beschrieben, wobei in zwei Stufen bei Wasserstoffdrücken über 200 bar und Temperaturen von 70°-200°C gearbeitet wird. In der ersten Stufe setzt man einen Palladiumkatalysator und in der zweiten Stufe einen Rutheniumkatalysator ein. Das cis/trans- Verhältnis beträgt dabei bis zu 90/10.
In JP A 59/065031 wird die Hydrierung von 2-tertiär-Butylphenol zu 2-tertiär- Butylcyclohexanol unter Raney-Cobalt-Katalyse bei 50 bar und 150°C beschrieben, wobei das cis:trans-Isomerengemisch im Verhältnis 94:6 gebildet wird.
In DE A 2909663 wird die Hydrierung von 2-tertiär-Butylphenol zu 2-tertiär-
Butylcyclohexanol unter Ruthenium-Katalyse bei 40 bar und 100°C beschrieben, wobei das cis:trans-Isomerengemisch im Verhältnis 92.5:7.5 gebildet wird.
In JP A 49/045037 wird die Hydrierung von 2-tertiär-Butylphenol zu 2-tertiär- Butylcyclohexanol unter Raney-Nickel-Katalyse bei 80 bar und 85°C beschrieben.
Der Raney-Nickel-Katalysator wird vor Einsatz mit wässriger Natriumboranat-Lö- sung behandelt. Mit diesem so behandelten Katalysator wird das cis:trans-Isomeren- gemisch im Verhältnis 92:8 gebildet. Ohne Behandlung des Raney-Nickel-Kataly- sators entsteht das cis:trans-Isomerengemisch im Verhältnis 80:20.
Nachteilig bei dem beschriebenen Stand der Technik ist, dass die Standzeiten der Katalysatoren und der Anteil des cis-Isomeren nicht ausreichend sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgemäß, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, dass preiswert 2-tertiär-Butylcyclohexanol mit hohem cis-Isomeranteil liefert und eine gegenüber dem Stand der Technik verlängerte Standzeit des Katalysators garantiert.
Es wurde ein Verfahren zur Herstellung von cis-2-tertiär-Butylcyclohexanol gefun- den, das dadurch gekennzeichnet ist, dass 2-tertiär-Butylphenol in Gegenwart eines Nickel/Eisen Katalysatorgemisches und 2-tertiär-Butylcyclohexylacetat hydriert wird.
Erfindungsgemäß besonders bevorzugt ist der Einsatz von Raney-Nickel-Eisen- Katalysatoren. Die Verwendung dieser Katalysatoren in Kombination mit 2-tertiär-
Butylcyclohexylacetat führt zu einem 2-tertiär-Butylcyclohexanol mit einem cis- trans-Isomerengemisch von bis zu 95:5.
Mit dem Zusatz von 2-tertiär-Butylcyclohexylacetat kann die Standzeit des Kata- lysators erheblich verlängert werden. Es hat sich gezeigt, dass der Raney-Katalysator bei Zusatz des 2-tertiär-Butylcyclohexylacetats mehr als lOmal eingesetzt werden kann, ohne dass das cis-trans- Verhältnis unter 90:10 abfällt.
Vergleichsversuche haben dagegen gezeigt, dass ohne den Zusatz von 2-tertiär- Butylcyclohexylactat bei der Hydrierung das cis-trans- Verhältnis nur bei 92:8 liegt.
Bei wiederholtem Einsatz des Katalysators sinkt das cis-trans- Verhältnis sogar noch weiter ab. Schon bei der dritten Wiederholung des Katalysatoreinsatzes ohne Zusatz von 2-tertiär-Butylcyclohexylacetat beträgt das Verhältnis nur noch 90:10.
Für das erfϊndungsgemäße Verfahren kann der Katalysator im trockenen oder feuchten Zustand verwendet werden.
Für das erfindungsgemäße Verfahren kann im trockenen Katalysator der Anteil von Eisen 2-40 Gew.-% bevorzugt 10-20 Gew.-%; der Anteil von Nickel 60-95 Gew.-% bevorzugt 70-85 Gew.-%, der Anteil von Aluminium 1-20 Gew.-% bevorzugt 3-10
Gew.-%, betragen.
Für das erfindungsgemäße Verfahren beträgt das Gewichtsverhältnis des eingesetzten Katalysators zu 2-tertiär-Butylphenol 0,0001 bis 0,1, bevorzugt 0,01 bis 0,03 zu 1. Das Gewichtsverhältnis der Einsatzstoffe 2-tertiär-Butylphenol und 2-tertiär Butylcyclohexylacetat kann 100-0.2:1, bevorzugt 7-9:1 betragen.
Die Reaktionstemperatur für das erfindungsgemäße Verfahren liegt bei 50 bis 200°C, bevorzugt bei 90 bis 130°C.
Der Wasserstoffdruck liegt bei 1 bis 100 bar, bevorzugt bei 10 bis 20 bar.
Die Reaktionszeit beträgt 2 bis 100 Stunden, bevorzugt 5 bis 20 Stunden.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im allgemeinen wie folgt durchgeführt: In einem Druckbehälter mit Rührer werden 2-tertiär-Butylphenol, 2-tertiär Butylcyclohexylacetat und der Katalysator vorgelegt. Es wird bei der gewählten Reaktionstemperatur und Wasserstoffdruck hydriert. Das so erhaltene cis-2-tertiär Butyl- cyclohexanol wird nach Entfernen des Katalysators durch Filtration, Dekantieren oder Zentrifugation erhalten.
Das so erhaltene Rohgemisch kann ohne weitere Vorbehandlung mit Essigsäureanhydrid zum Zielprodukt cis-2-tertiär Butylcyclohexylacetat umgesetzt werden. Cis- 2-tertiär Butylcyclohexylacetat ist ein Riechstoff mit holzig-fruchtigen Eigenschaften
(S. Steffen Arctander, Perfüme and Flavour Chemicals, No. 438, Montclair, New Jersey, 1969).
Beispiele
Beispiel 1
In einem Rührautoklaven mit Begasungsrührer werden 520 g 2-tertiär-Butylphenol,
80 g 2-tertiär Butylcyclohexylacetat und 17 g Raney-Nickel-Eisen (Wassergehalt 44 %, Nickelgehalt 45 %, Eisengehalt 8 %, Aluminiumgehalt 3 %) vorgelegt. Es wird 10 Stunden bei 130°C und anschließend 3h bei 100°C hydriert. Der Wasserstoffdruck beträgt 20 bar. Nach Filtration werden 605 g Rohgemisch erhalten.
Das Rohgemisch hat lt. gaschromatographischer Analyse folgende Zusammensetzung:
84.1 % cis-2-tertiär-Butylcyclohexanol, 4.6 % trans-2-tertiär-Butylcyclohexanol, 10.5 % cis-2-tertiär-Buthylcyclohexylacetat,
0.5 % trans-2-tertiär-Butylcyclohexylacetat und 0.2 % 2-tertiär-Butylcyclohexanon.
Das Verhältnis cis-trans 2-tertiär Butylcyclohexanol beträgt 95:5.
Beispiele 2-13
Die Folgeansätze 2-13 verlaufen analog 1 wobei der Katalysator aus dem Startansatz 1 wieder verwendet wird. Das cis-trans Verhältnis schwankt zwischen 94:6 und 91:9.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von cis-2-tertiär-Butylcyclohexanol, dadurch gekennzeichnet, dass 2-tertiär-Butylphenol in Gegenwart eines Nickel/Eisen Katalysatorgemisches und 2-tertiär-Butylcyclohexylacetat hydriert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Raney-Nickel- Eisen-Katalysatoren eingesetzt werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoren im trocknen oder feuchten Zustand eingesetzt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoren im trockenen Zustand einen Eisenanteil von 2-40 Gew.-%, vorzugsweise 10-20 Gew.-%; einen Nickelanteil von 60-95 Gew.-% vorzugsweise 70-85 Gew.-% und einen Aluminiumanteil von 1-20 Gew.-% vorzugsweise 3-10 Gew.-%, aufweisen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis von 2-tertiär-Butylphenol zu 2-tertiär-Butylcyclo- hexylacetat 100:1 - 0,2:1, vorzugsweise 7:1 - 9:1 beträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewichtsverhältnis von Raney-Katalysator zu 2-tertiär-Butylphenol 0,0001:1 bis 0,1:1, vorzugsweise 0,01:1 bis 0,03:1 beträgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionstemperatur zwischen 50 und 200°C, vorzugsweise zwischen 90 und 130°C liegt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoffdruck zwischen 1 und 100 bar, vorzugsweise zwischen 10 und 20 bar liegt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionszeit zwischen 2 und 100 Stunden, vorzugsweise zwischen 5 und 20 Stunden liegt.
10. Verfahren zur Herstellung von 2-tertiär-Butylcyclohexanol, dadurch gekenn- zeichnet, dass es ein cis-trans-Isomeren- Verhältnis von 95:5 aufweist.
11. Verwendung des 2-tertiär-Butylcyclohexanols nach Anspruch 1 bis 10 für die Herstellung von 2-tertiär-Butylcyclohexylacetat als Riechstoff.
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