WO2005085160A1 - Verfahren zur herstellung optisch aktiver carbonylverbindungen - Google Patents

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WO2005085160A1
WO2005085160A1 PCT/EP2005/002288 EP2005002288W WO2005085160A1 WO 2005085160 A1 WO2005085160 A1 WO 2005085160A1 EP 2005002288 W EP2005002288 W EP 2005002288W WO 2005085160 A1 WO2005085160 A1 WO 2005085160A1
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optically active
catalyst
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ketones
aldehydes
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PCT/EP2005/002288
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Thorsten Johann
Oliver LÖBER
Eike Johannes Bergner
Klaus Ebel
Klaus Harth
Christian Walsdorff
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Basf Aktiengesellschaft
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    • C07C45/002—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by dehydrogenation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07B—GENERAL METHODS OF ORGANIC CHEMISTRY; APPARATUS THEREFOR
    • C07B2200/00—Indexing scheme relating to specific properties of organic compounds
    • C07B2200/07—Optical isomers
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    • C07C2601/00—Systems containing only non-condensed rings
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    • C07C2601/00—Systems containing only non-condensed rings
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    • C07C2601/12—Systems containing only non-condensed rings with a six-membered ring
    • C07C2601/16—Systems containing only non-condensed rings with a six-membered ring the ring being unsaturated

Definitions

  • chiral aldehydes or ketones are often produced or used in racemic form or obtained from natural sources in an optically active form.
  • the production or implementation of optically active aldehydes or ketones on an industrial scale is often subject to narrow limits, since the compounds mentioned are chemically, in particular stereochemically labile and are therefore incompatible with a large number of technically and economically attractive process or reaction conditions.
  • DE-A 199 11 169 describes a process for the preparation of cyclic ⁇ , ⁇ -unsaturated ketones by dehydrogenation of cyclic ketones at elevated temperature in the presence of a catalyst in the gas phase.
  • CN-A 1059710 and CN-A 1059711 describe a process for the preparation of camphor by dehydrogenation of isobomeol in the presence of CaO / ZnO-based catalysts. The reaction is carried out under reduced pressure of 0 to 60 torr.
  • optically active connections are understood to mean those connections which are capable, as such or in a dissolved form, of rotating the plane of polarization of the linearly polarized light passing through.
  • Compounds with a stereogenic center are non-racemic mixtures of the two enantiomers, i.e. mixtures in which the two enantiomers are not equally present.
  • a suitable measure for describing this ratio is the so-called enantiomeric excess (ee), the determination of which by suitable methods, e.g. by gas chromatography, known to those skilled in the art.
  • the process is of particular importance for the implementation of such primary or secondary alcohols in optically active form which carry a racemizable stereocentre in the ⁇ or ⁇ position to the alcohol function to be dehydrogenated.
  • Such aldehydes or ketones are optically activated from them by the process according to the invention. ver accessible form that have a stereo center in the ⁇ or ⁇ position to the resulting carbonyl function.
  • the further substitution pattern or the number of substituents of the selected substrates is not critical and is generally only limited by the stability of the substituents or the compound to be reacted under the chosen reaction conditions.
  • the process according to the invention is particularly suitable for the dehydrogenation of optically active cycloaliphatic and open-chain primary and secondary alcohols with at least one racemizable stereocenter, which can in each case be branched or unbranched and can carry 3 to 25, preferably 5 to 12, carbon atoms to give the corresponding optically aldehydes or ketones.
  • branched or unbranched open-chain or monocyclic aldehydes or ketones with at least one racemizable stereocenter are obtained.
  • the alcohols to be dehydrogenated can also have one or more, as a rule 1 to 3, olefinic double bonds which are stable under the reaction conditions.
  • the compounds mentioned can be used as individual compounds or in the form of mixtures thereof, in particular, in the case of the reaction of compounds having more than one stereocenter, in the form of diastereomer mixtures in the manner according to the invention.
  • Preferred starting compounds for carrying out the process according to the invention are optically active terpene alcohols, in particular optically active mono- or sesquiterpene alcohols, i.e. Alcohols with 5, 10 or 15 carbon atoms and their derivatives.
  • the following compounds may be mentioned as examples: 2-methylbutan-1-ol, 3,7-dimethyl-oct-6-en-1-ol (citronellol), 3,7-dimethyl-octan-1-ol, 8 -p- menthen-3-ol (isopulegol), p-menthan-3-ol (menthol), 2-methylcyclohexanol, 3-methylcyclohexanol, 2-methylcyclopentanol, 3-methylcyclopentanol, 2,6-dimethylcyclohexanol or 2,3-dimethylcyclohexanol.
  • the process is particularly suitable for the production of optically active citronellal of the formula (I) (I)
  • Both enantiomers of citronellol are naturally equally suitable as starting materials in the process according to the invention.
  • a preferred starting material is R - (+) - Citronellol (D-Citronellol).
  • the choice of the enantiomeric excess in the educt can influence the enantiomeric excess of the product aldehydes or ketones obtained according to the invention.
  • the reaction conditions, for example the reaction temperature, are selected with particular advantage such that the enantiomeric excess of the product aldehyde or ketone obtained is at least about 90%, preferably at least about 95%, of the enantiomeric excess of the alcohol used.
  • catalysts are suitable for carrying out the process according to the invention, in particular those catalysts which contain at least one of the elements selected from the group of the elements zinc, calcium and copper, in each case as such or in the form of suitable compounds.
  • the catalysts which can be used according to the invention can also contain one or more elements from groups 1, 2, 3, 4, 13 and / or 14, such as e.g. Contain Na, K, Mg, Ti, Zr, Al, C, Si, and / or Ge.
  • Catalysts containing zinc and calcium are particularly suitable for carrying out the dehydrogenation process according to the invention, preferably in oxidic form and / or in the form of their carbonates. Catalysts which contain zinc oxide and calcium carbonate are particularly preferred.
  • Further catalysts which can be used according to the invention are copper-containing catalysts, in particular those which contain copper in an oxidation state> 0 in a form deposited on an oxidic support, as described in DE-A 197 57 297.
  • Calcium carbonate and other suitable carrier materials may also be considered as further carrier materials.
  • Such a catalyst can be obtained, for example, by precipitation of sparingly soluble zinc and calcium compounds from water-soluble zinc and calcium compounds with a base and subsequent workup in a manner known per se, with
  • the calcined powder is pressed into shaped bodies.
  • the molar ratio of zinc to calcium is preferably chosen so that after calcining, 30 to 60% by weight of the active component of the catalyst consists of zinc oxide and 40 to 70% by weight of calcium carbonate, which is preferably present in the calcite modification.
  • the precipitation is generally carried out at temperatures ranging from 10 to 90 C C, preferably from 40 to 80 ° C.
  • the precipitate can be filtered off if desired.
  • the precipitate, which is filtered off if desired is generally washed with water, preferably until no more nitrate can be detected by means of the nitrate ring sample, and is then dried preferably at a temperature in the range from 90 to 150 ° C. to obtain a dried powder. Drying can take place in a stationary or moving layer, preferably by spray drying.
  • the dried powder can then be calcined at temperatures of not higher than 600 ° C., preferably in the range from 300 to 600 ° C., in particular from 400 to 475 ° C., preferably in air. According to previous observations, prolonged heating above 600 ° C leads to the formation of the aragonite modification of CaC0 3 . A short-term heating above 600 ° C is not a hindrance for the production of the preferred catalysts, as long as no aragonite (detection by means of X-ray diffractometry) forms.
  • the calcined powder can, if desired, be pressed to give shaped articles such as tablets, rings, cylinders, etc., preferably tablets.
  • the calcined powder is pressed together with graphite, preferably with 0.1 to 5, particularly preferably with 1 to 2.5, in particular 2% by weight, based on the total mass, of graphite.
  • the BET specific surface area is generally 5 to 50 m 2 / g, preferably 10 to 30 m 2 / g.
  • the pore volume in the pore diameter range between 0.1 nm and 300 nm usually has values between 0.1 and 0.5 cm 3 / g, preferably 0.2 to 0.35 cm 3 / g with the proviso that at least 85%, preferably more than 90% of this pore volume is in the pore diameter range from 0.01 to 0.5 mm.
  • the face compressive strength of the tablets is preferably 500 to 4000 N / cm 2 , in particular 1000 to 2500 N / cm 2 and the side compressive strength of the pills is preferably between 30 and 300 N, preferably 50 to 200 N.
  • the gaseous primary or secondary alcohol is brought into contact in a conventional manner with the catalyst used, for example in a fixed bed reactor, tube reactor, tube bundle reactor or in a fluidized bed reactor, preferably in a tube reactor in which the catalyst is arranged in a fixed manner.
  • Shell and tube reactors are particularly preferred.
  • the discharge is usually worked up by distillation.
  • the optically active alcohol to be used according to the invention is evaporated in a manner known per se, for example in a suitable evaporator.
  • the pressure of the gas phase in the reaction zone is generally chosen in the range from 0.3 to 10 bar.
  • the load on the catalyst is generally chosen in the range from 0.5 to 3.0, preferably from 0.6 to 2.0 liters of alcohol per liter of catalyst and per hour.
  • Suitable reactor forms for carrying out the process according to the invention are the fixed bed tube or tube bundle reactor.
  • the selected catalyst is located as a fixed bed in a reaction tube or in a bundle of reaction tubes.
  • the reaction tubes are usually indirectly heated in that a gas, e.g. a hydrocarbon such as methane is burned or a heat transfer medium (salt bath, rolling gas, etc.) is used.
  • the reaction tubes can also be heated electrically with heating jackets. Usual reaction tube inner diameters are approximately 2.5 to 15 cm.
  • the method according to the invention can also, as in Chem. Eng. Be. 1992 b, 47 (9-11) 2313, heterogeneously catalyzed in a fluidized bed.
  • two fluidized beds are operated side by side, one of which is usually in the state of regeneration.
  • the working pressure is typically 1 to 2 bar, the dehydrogenation temperature usually 250 to 600 ° C.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung optisch aktiver Aldehyde oder Ketone mit 3 bis 25 Kohlenstoffatomen, die mindestens ein racemisierbares Stereozentrum aufweisen, durch katalytische Dehydrierung der entsprechenden optisch aktiven primären oder sekundären Alkohole in Gegenwart eines Katalysators in der Gasphase.

Description

Verfahren zur Herstellung optisch aktiver Carbonylverbindungen
Beschreibung:
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung optisch aktiver Aldehyde oder Ketone mit 3 bis 25 Kohlenstoffatomen, die mindestens ein racemisierbares Stereozentrum aufweisen.
Chirale Aldehyde oder Ketone stellen wichtige Zwischenprodukte zur Herstellung höher veredelter Verbindungen dar. Daneben besitzen sie ihrerseits in bestimmten Anwendungsgebieten wie z.B. der Riech- bzw. Aromastoffindustrie zentrale Bedeutung als Wert- oder Wirkstoffe.
Aufgrund ihrer schweren Zugänglichkeit werden chirale Aldehyde oder Ketone oft in racemischer Form hergestellt bzw. eingesetzt oder aus natürlichen Quellen in optisch aktiver Form gewonnen. Der Herstellung oder Umsetzung optisch aktiver Aldehyde oder Ketone in technischem Maßstab sind oft enge Grenzen gesetzt, da die genannten Verbindungen chemisch, insbesondere stereochemisch labil und daher mit einer Vielzahl von technisch wie ökonomisch attraktiven Verfahrens- bzw. Reaktionsbedingun- gen nicht kompatibel sind.
Die DE-A 199 11 169 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung cyclischer α,ß- ungesättigter Ketone durch Dehydrierung von cyclischen Ketonen bei erhöhter Temperatur in Gegenwart eines Katalysators in der Gasphase.
Die WO 97/33853 betrifft ein Verfahren zur Dehydrierung von sekundären cyclischen Alkoholen in Gegenwart eines Katalysators, enthaltend Zinkoxid und Calciumcarbonat, bei erhöhter Temperatur in der Gasphase.
In der CN-A 1059710 und der CN-A 1059711 wird ein Verfahren zur Herstellung von Campher durch Dehydrierung von Isobomeol in Gegenwart von Katalysatoren auf CaO/ZnO-Basis beschrieben. Die Reaktion wird unter vermindertem Druck von 0 bis 60 Torr durchgeführt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war die Bereitstellung eines Verfahrens, das es ermöglicht, optisch aktive Alkohole mit racemisierbaren Stereozentren durch Dehydrierung und unter weitgehendem Erhalt der absoluten Konfiguration der racemisierbaren Stereozentren in die entsprechenden optisch aktiven Aldehyde oder Ketone zu überführen.
Die Aufgabe wurde in überraschenderweise erfindungsgemäß gelöst durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung optisch aktiver Aldehyde oder Ketone mit 3 bis 25 Kohlenstoffatomen, die mindestens ein racemisierbares Stereozentrum aufweisen, durch katalytische Dehydrierung der entsprechenden optisch aktiven primären oder sekundären Alkohole in Gegenwart eines Katalysators in der Gasphase.
Unter optisch aktiven Verbindungen sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung solche Verbindungen zu verstehen, die in der Lage sind, als solche oder in gelöster Form die Polarisationsebene des durchtretenden linear polarisierten Lichtes zu drehen. Bei Verbindungen mit einem Stereogenen Zentrum handelt es sich dabei um nicht- racemische Gemische der beiden Enantiomere, d.h. um Gemische, in denen die bei- den Enantiomere zu nicht gleichen Teilen vorliegen. Ein geeignetes Maß zur Beschreibung dieses Verhältnisses ist der sogenannte Enantiomerenüberschuss (ee), dessen Bestimmung durch geeignete Methoden, z.B. auf gaschromatographischem Wege, dem Fachmann an sich bekannt ist.
Unter dem Begriff racemisierbares Stereozentrum ist dabei insbesondere ein asymmetrisch substituiertes Kohlenstoffatom zu verstehen, das unter Einwirkung bestimmter Reagenzien wie z.B. Säuren oder Basen aber auch Radikalen in der Lage ist, zumindest intermediär eine trigonal-planare Konfiguration unter Verlust der ursprünglichen stereochemischen Information einzunehmen. Insbesondere sind hierbei solche asym- metrischen Kohlenstoffatome zu nennen, die neben drei nicht-Wasserstoff-Substitu- enten ein Wasserstoffatom tragen, das beispielsweise durch geeignete Basen abstrahiert werden kann. Als weiteres Beispiel seien die asymmetrisch substituierten tertiären Carbinolzentren genannt. Nicht racemisierbar im Sinne der vorliegenden Erfindung sind beispielsweise asymmetrische Brückenkopfatome verbrückter bi- bzw. polycycli- scher Verbindungen.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Dehydrierung von optisch aktiven primären und sekundären Alkoholen mit 3 bis 25 Kohlenstoffatomen, die mindestens ein racemisierbares Stereozentrum aufweisen. Im Falle der Umsetzung sekundärer Alkohole ist damit nicht das gegebenenfalls ebenfalls asymmetrisch substituierte Kohlenstoffatom gemeint, das die zu dehydrierendende Alkoholfunktion trägt. Setzt man chirale Alkohole in racemischer Form ein so erhält man mit gutem Erfolg die entsprechenden racemischen Aldehyde und Ketone. Bevorzugt setzt man die chiralen primären oder sekundären Alkohole in optisch aktiver Form ein und erhält unter weitgehen- dem Erhalt der Konfiguiration des racemisierbaren Stereozentrums, d.h. unter weitgehender Unterdrückung der Racemisierung des besagten Stereozentrums, die entsprechenden optisch aktiven Aldehyde oder Ketone.
Von besonderer Bedeutung ist das Verfahren für die Umsetzung solcher primärer oder sekundärer Alkohole in optisch aktiver Form, die ein racemisierbares Stereozentrum in α- oder ß-Position zu der zu dehydrierenden Alkoholfunktion tragen. Aus ihnen sind durch das erfindungsgemäße Verfahren solche Aldehyde oder Ketone in optisch akti- ver Form zugänglich, die ein Stereozentrum in α- bzw. ß-Position zu der resultierenden Carbonylfunktion aufweisen. Das weitere Substitutionsmuster bzw. die Anzahl der Substituenten der gewählten Substrate ist nicht kritisch und in der Regel nur durch die Stabilität der Substituenten bzw. der umzusetzenden Verbindung unter den gewählten Reaktionsbedingungen begrenzt.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Dehydrierung jeweils optisch aktiver cycloaliphatischer sowie offenkettiger primärer und sekundärer Alkohole mit mindestens einem racemisierbaren Stereozentrum, die jeweils verzweigt oder un- verzweigt sein können und 3 bis 25, bevorzugt 5 bis 12 Kohlenstoffatome tragen können zu den entsprechenden optisch Aldehyden oder Ketonen. Man erhält dann in erfindungsgemäßer Weise verzweigt oder unverzweigt offenkettige oder monocyclische Aldehyde oder Ketone mit mindestens einem racemisierbaren Stereozentrum. Die zu dehydrierenden Alkohole können auch eine oder mehrere, in der Regel 1 bis 3 olefini- sehe Doppelbindungen aufweisen, die unter den Reaktionsbedingungen stabil sind.
Die genannten Verbindungen können als Einzelverbindungen oder in Form von Gemischen derselben, insbesondere, im Fall der Umsetzung von Verbindungen mit mehr als einem Stereozentrum, in Form von Diastereomerengemischen in erfindungsgemäßer Weise eingesetzt werden.
Bevorzugte Ausgangsverbindungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind optisch aktive Terpenalkohole, insbesondere optisch aktive Mono-, oder Sesquiterpenalkohole, d.h. Alkohole mit 5, 10 oder 15 Kohlenstoffatomen sowie deren Derivate. Beispielhaft seien hierfür die folgenden Verbindungen genannt: 2-Methyl- butan-1-ol, 3,7-Dimethyl-oct-6-en-1-ol (Citronellol), 3,7-Dimethyl-octan-1-ol, 8-p- Menthen-3-ol (Isopulegol), p-Menthan-3-ol (Menthol), 2-Methylcyclohexanol, 3-Methyl- cyclohexanol, 2-Methyl-cyclopentanol, 3-Methylcyclopentanol, 2,6-Dimethylcyclo- hexanol oder 2,3-Dimethylcyclohexanol.
Aus den genannten Verbindungen werden in erfindungsgemäßer Weise durch Dehydrierung die entsprechenden Aldehyde bzw. Ketone erhalten, die im folgenden ebenfalls beispielhaft genannt seien: 2-Methyl-butan-1-al, 3,7-Dimethyl-oct-6-en-1-al (Citronel- lal), 3,7-Dimethyl-octan-1-al, 8-p-Menthen-3-on (Isopulegon), p-Menthan-3-on (Men- thon), 2-Methylcyclohexanon, 3-Methylcyclohexanon, 2-Methyl-cyclopentanon, 3- Methylcyclopentanon, 2,6-Dimethylcyclohexanon oder 2,3-Dimethylcyclohexanon.
In besonderem Maße eignet sich das Verfahren zur Herstellung von optisch aktivem Citronellal der Formel (I)
Figure imgf000005_0001
(I)
ausgehend von optisch aktivem Citronellol der Formel (II).
Figure imgf000005_0002
(II)
Dabei sind naturgemäß beide Enantiomere des Citronellols gleichermaßen als Aus- gangsstoffe im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet. Ein bevorzugter Ausgangsstoff ist R-(+)- Citronellol (D-Citronellol).
Bevorzugt setzt man im Rahmen der vorliegenden Erfindung solche Alkohole ein, die einen Enantiomerenüberschuss von mindestens 85 % ee, besonders bevorzugt von mindestens 90 % ee und ganz besonders bevorzugt von mindestens 95 % ee aufweisen. Durch die Wahl des Enantiomerenüberschusses im Edukt lässt sich der Enantio- merenüberschuss der erfindungsgemäß erhaltenen Produkt-Aldehyde bzw. Ketone beeinflussen. Mit besonderem Vorteil wählt man die Reaktionsbedingungen, beispielsweise die Reaktionstemperatur, so, dass der Enantiomerenüberschuss des erhaltenen Produkt-Aldehyds oder -Ketons mindestens etwa 90 %, bevorzugt mindestens etwa 95 % des Enantiomerenüberschusses des eingesetzten Alkohols beträgt.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich eine große Vielfalt von Katalysatoren, insbesondere solche Katalysatoren die mindestens eines der Elemente ausgewählt aus der Gruppe der Elemente Zink, Calcium und Kupfer, jeweils als solche oder in Form geeigneter Verbindungen enthalten.
Neben den genannten Elemente können die erfindungsgemäß einsetzbaren Katalysatoren noch eines oder mehrere Elemente der Gruppen 1 , 2, 3, 4, 13 und/oder 14, wie z.B. Na, K, Mg, Ti, Zr, AI, C, Si, und/oder Ge enthalten.
Besonders geeignet zur Durchführung des erfindungsgemäßen Dehydrierverfahrens sind solche Katalysatoren, die Zink und Calcium enthalten, bevorzugt in oxidischer Form und/oder in Form ihrer Carbonate. Dabei sind insbesondere solche Katalysatoren zu bevorzugen, die Zinkoxid und Calciumcarbonat enthalten.
Bevorzugte Katalysatoren zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind solche, deren aktive Komponente zu 30 bis 60 Gew.-%, bevorzugt zu 40 bis 50 Gew.-% aus Zinkoxid und zu 40 bis 70 Gew.-%, bevorzugt zu 50 bis 60 Gew.-% aus Calciumcarbonaten bestehen. Weiterhin bevorzug sind darunter solche, deren Calci- umcarbonat-Komponente in der Calcit-Modifikation vorliegt. Die genannten Mengenanteile sind aus der geglühten Katalysatormasse zu bestimmen, in der Zink und Calcium jeweils in Form ihrer Oxide vorliegen.
Weitere erfindungsgemäß einsetzbare Katalysatoren sind Kupfer enthaltende Katalysatoren, insbesondere solche, die Kupfer in einer Oxidationsstufe >0 in auf einem oxidischen Träger abgeschiedener Form enthalten, wie sie in der DE-A 197 57 297 beschrieben sind. Als weiteres Trägermaterial kommen beispielsweise auch Calcium- carbonat sowie weitere geeignete Trägermaterialien in Betracht.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die erfindungsgemäß einsetzbaren Katalysatoren eine spezifische Oberfläche nach BET von 5 bis 50 m2/g, vorzugsweise von 10 bis 30 m2/g auf.
Ein solcher Katalysator ist beispielsweise durch Ausfällen von schwerlöslichen Zink- und Calciumverbindungen aus wasserlöslichen Zink- und Calciumverbindungen mit einer Base und anschließender Aufarbeitung in an sich bekannter Weise erhältlich, wobei man
(a) als Base ein wasserlösliches basisches Carbonat einsetzt,
(b) gewünschtenfalls die schwerlöslichen Zink- und Calciumverbindungen nach dem Ausfällen filtriert,
(c) die gewünschtenfalls filtrierten Zink- und Calciumverbindungen wäscht,
(d) die gewaschenen Zink- und Calciumverbindungen aus (c) trocknet unter Erhalt eines Pulvers, und anschließend
(e) das Pulver aus (d) bei Temperaturen von nicht über 600°C calciniert, und
(f) gewünschtenfalls das calcinierte Pulver zu Formkörpern verpresst.
Als wasserlösliche Zink- und Calciumsalze kann man Acetate, Sulfate, Nitrate, Chloride, bevorzugt Nitrate wie Zinknitrat, Zinkacetat, Zinksulfat, Calciumacetat, Calciumnit- rat, bevorzugt Zinknitrat und Calciumnitrat, einsetzen. Üblicherweise kann man wässri- ge Lösungen der entsprechenden Salze in Konzentrationen im Bereich von 3 bis 25, bevorzugt von 10 bis 25, insbesondere 20 Gew.-%, einsetzen.
Das Molverhältnis von Zink zu Calcium wählt man bevorzugt so, dass nach dem Calci- nieren die aktive Komponente des Katalysators zu 30 bis 60 Gew.-% aus Zinkoxid und zu 40 bis 70 Gew.-% aus Calciumcarbonat, welches bevorzugt in der Calcit- Modifikation vorliegt, besteht.
Als Base verwendet man vorzugsweise wasserlösliche basische Carbonate wie Alkali- metallcarbonate wie Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat, Alkalimetallhydrogencarbonate wie Natriumhydrogencarbonat, Kaliumhydrogencarbonat, Ammoniumcarbonat oder Ammoniumhydrogencarbonat sowie deren Mischungen, vorzugsweise Natriumcarbonat, besonders bevorzugt in Form ihrer wässrigen Lösungen in Konzentrationen im allgemeinen im Bereich von 0,5 bis 30, bevorzugt von 10 bis 25 Gramm Base/100 Gramm Lösung.
Die Fällung führt man im allgemeinen bei Temperaturen im Bereich von 10 bis 90CC, vorzugsweise von 40 bis 80°C durch. Nach dem Ausfällen kann man gewünschtenfalls den Niederschlag abfiltrieren. Der gewünschtenfalls abfiltrierte Niederschlag wäscht man in der Regel mit Wasser, bevorzugt solange, bis kein Nitrat mehr mittels der Nitratringprobe feststellbar ist, und trocknet ihn anschließend bevorzugt bei einer Temperatur im Bereich von 90 bis 150°C unter Erhalt eines getrockneten Pulvers. Die Trocknung kann in ruhender oder bewegter Schicht, vorzugsweise durch Sprühtrocknung, erfolgen.
Das getrocknete Pulver kann dann bei Temperaturen von nicht höher als 600°C, bevorzugt im Bereich von 300 bis 600°C, insbesondere von 400 bis 475°C, bevorzugt in Luft, calciniert werden. Nach bisherigen Beobachtungen führt eine längere Erhitzung über 600°C zur Bildung der Aragonit-Modifikation von CaC03. Eine kurzfristige Erhit- zung über 600°C ist dann nicht hinderlich für die Herstellung der bevorzugten Katalysatoren, solange sich dabei kein Aragonit (Nachweis mittels Röntgendiffraktometrie) bildet.
Nach dem Calcinieren kann man gewünschtenfalls das calcinierte Pulver zu Formkör- pern wie Tabletten, Ringe, Zylinder etc., bevorzugt Tabletten, verpressen.
In einer bevorzugten Ausführungsform verpresst man das calcinierte Pulver zusammen mit Graphit, bevorzugt mit 0,1 bis 5, besonders bevorzugt mit 1 bis 2,5, insbesondere 2 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmasse, Graphit.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform verpresst man das uncalcinierte Pulver aus Schritt (c) (s.o.) zu Formkörpern, bevorzugt zu Tabletten, Ringtabletten, kalottier- ten Tabletten, wie in der US-6,518,220 beschrieben, oder Triloben und calciniert die so erhaltenen Formkörper wie unter Schritt (d) beschrieben. Alternativ kann auch eine Extrusion zu Strängen oder Sternsträngen, bevorzugt zu Strängen, durchgeführt werden. Die so erhaltenen calcinierten Pulver und Formkörper können als Katalysatoren eingesetzt werden, wobei diese Katalysatoren als aktive Komponenten Zinkoxid und Calci- umcarbonat (in der Calcit-Modifikation) und als passive Komponente gewünschtenfalls Graphit enthalten können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform setzt man einen Katalysator der beschriebenen Art ein, der ein Porenvolumen im Bereich von 0,10 bis 0,50 cm3/g, insbesondere von 0,20 bis 0,35 cm3/g, bei einem Porendurchmesser im Bereich von 5 nm bis 300 mm aufweist, wobei besonders bevorzugt mindestens 85 %, vorzugsweise mehr als 90 % dieses Porenvolumens mit einem Porendurchmesser im Bereich von 0,01 bis 0,5 mm verbunden ist.
Besonders bevorzugte Katalysatoren der genannten Art sind solche, die eine Stirndruckfestigkeit im Bereich von 500 bis 4000 N/cm2, insbesondere von 1000 bis 2500 N/cm2 und eine Seitendruckfestigkeit von 30 bis 300 N, vorzugsweise 50 bis 200 N aufweisen.
Die spezifische Oberfläche nach BET beträgt im allgemeinen 5 bis 50 m2/g, vorzugsweise 10 bis 30 m2/g. Das Porenvolumen im Porendurchmesserbereich zwischen 0,1 nm und 300 nm besitzt Werte üblicherweise zwischen 0,1 und 0,5 cm3/g, vorzugsweise 0,2 bis 0,35 cm3/g mit der Maßgabe, dass mindestens 85 %, vorzugsweise mehr als 90 % dieses Porenvolumens im Porendurchmesserbereich von 0,01 bis 0,5 mm liegen.
Die Stirndruckfestigkeit der Tabletten beträgt vorzugsweise 500 bis 4000 N/cm2, insbesondere 1000 bis 2500 N/cm2 und die Seitendruckfestigkeit der Pillen liegt bevorzugt zwischen 30 und 300 N, vorzugsweise 50 bis 200 N.
Mit besonderem Vorteil wäscht man den Niederschlag aus schwerlöslichen Zink- und Calciumverbindungen, bevorzugt Zinkhydroxidcarbonat und Calciumcarbonat, auf Filterpressen, maischt den dabei erhaltenen Filterkuchen mit Wasser an, und versprüht die Maische zum Trocknen in einem Sprühturm. Das auf diese Weise erhaltene getrocknete Sprühpulver kann man danach wie oben beschrieben weiterverarbeiten.
Erfindungsgemäß bringt man den gasförmigen primären oder sekundären Alkohol in an sich üblicher Weise in Kontakt mit dem eingesetzten Katalysator, beispielsweise in einem Festbettreaktor, Rohrreaktor, Rohrbündelreaktor oder in einem Wirbelschichtreaktor, bevorzugt in einem Rohrreaktor, in dem der Katalysator fest angeordnet ist. Besonders bevorzugt sind Rohrbündelreaktoren. Der Austrag wird üblicherweise destil- lativ aufgearbeitet. Im allgemeinen verdampft man den erfindungsgemäß einzusetzenden optisch aktiven Alkohol in an sich bekannter Weise, beispielsweise in einem geeigneten Verdampfer.
Das erfindungsgemäße Verfahren führt man üblicherweise bei erhöhter Temperatur durch. Die Temperatur der Gasphase in der Reaktionszone wählt man üblicherweise im Bereich von 250 bis 600°C, vorzugsweise von 300 bis 450°C. In einer bevorzugten Ausführungsform wählt man den Temperaturbereich so, dass man einen Umsatz im Bereich von 20 bis 60, bevorzugt von 35 bis 50 %, Alkohol erhält. Im Falle von Citronellol als Ausgangsverbindung wählt man dann die Temperatur vorzugsweise im Bereich von 350 bis 450°C.
Den Druck der Gasphase in der Reaktionszone wählt man im allgemeinen im Bereich von 0,3 bis 10 bar.
Die Belastung des Katalysators wählt man im allgemeinen im Bereich von 0,5 bis 3,0, vorzugsweise von 0,6 bis 2,0 Liter Alkohol pro Liter an Katalysator und pro Stunde. Geeignete Reaktorformen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind der Festbettrohr- oder Rohrbündelreaktor. Bei diesen befindet sich der gewählte Katalysator als Festbett in einem Reaktionsrohr oder in einem Bündel von Reaktionsrohren. Die Reaktionsrohre werden üblicherweise dadurch indirekt beheizt, dass in dem die Reaktionsrohre umgebenden Raum ein Gas, z.B. ein Kohlenwasserstoff wie Methan, verbrannt wird oder ein Wärmeträgermedium (Salzbad, Wälzgas etc.) eingesetzt wird. Es kann auch eine elektrische Beheizung der Reaktionsrohre mit Heizmanschetten erfolgen. Übliche Reaktionsrohr-Innendurchmesser betragen etwa 2,5 bis 15 cm. Ein typischer Dehydrierrohrbündelreaktor umfasst ca. 10 bis 32000 Reaktionsrohre, bevorzugt ca. 10 bis 200 Reaktionsrohre. Die Temperatur im Reaktionsrohrinneren bewegt sich üblicherweise im Bereich von 250 bis 600°C, vorzugsweise im Bereich von 300 bis 600°C. Der Arbeitsdruck liegt üblicherweise zwischen 0,5 und 8 bar, häufig zwischen 1 und 2 bar.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch, wie in Chem. Eng. Sei. 1992 b, 47 (9-11) 2313 beschrieben, heterogen katalysiert im Wirbelbett durchgeführt werden. Zweckmäßigerweise werden dabei zwei Wirbelbetten nebeneinander betrieben, von denen sich eines in der Regel im Zustand der Regenerierung befindet. Der Arbeitsdruck be- trägt typischerweise 1 bis 2 bar, die Dehydriertemperatur in der Regel 250 bis 600°C.
Die erfindungsgemäße katalytische Dehydrierung kann mit oder ohne sauerstoffhalti- gem Gas als Co-Feed und optional unter Zusatz von Wasserdampf, Stickstoff, Methan und/oder Argon durchgeführt werden. Der gewählte Reaktor kann ein oder mehrere aufeinanderfolgende Katalysatorbetten aufweisen. Die Anzahl der Katalysatorbetten kann 1 bis 20, zweckmäßigerweise 1 bis 6, bevorzugt 1 bis 4 und insbesondere 1 bis 3 betragen. Die Katalysatorbetten werden vorzugsweise radial oder axial vom Reakti- onsgas durchströmt. Im Allgemeinen wird ein solcher Hordenreaktor mit einem Katalysatorfestbett betrieben. Im einfachsten Fall sind die Katalysatorfestbetten in einem Schachtofenreaktor axial oder in den Ringspalten von konzentrisch angeordneten zylindrischen Gitterrosten angeordnet. Ein Schachtofen reaktor entspricht einer Horde.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens setzt man einen optisch aktiven Terpenalkohol, insbesondere Citronellol, bevorzugt R- (+)-Citronellol mit einem Enantiomerenüberschuss von mindestens 90 % ee, bevorzugt 95 % ee an einem Katalysator, dessen Aktivkomponenete 54 bis 57 Gew.-% Zinkoxid und 43 bis 46 Gew.-% Caiciumcarbonat enthält (jeweils bestimmt in Form der Oxide der geglühten Katalysatormasse) in einem geeigneten Reaktor, beispielsweise einem Rohrreaktor um. Der Reaktor kann dabei durch jede geeignete Methode, bevorzugt durch eine Salzschmelze, auf Temperaturen im Bereich von etwa 350 bis etwa 450°C beheizt werden. Die Reaktion findet in der Gasphase statt. Gute Resultate erhält man insbesondere, wenn die Reaktion in Abwesenheit von Sauerstoff durchgeführt wird. Dazu leitet man ein das zu dehydrierende Edukt enthaltende Stoffgemisch beispielsweise in einem Inertgasstrom wie z.B. einem Stickstoffstrom über den gewählten Katalysator. Optional ist auch eine autotherme Fahrweise durch partielle H2-Verbrennung nach vorheriger Einspeisung eines H2-haltigen Stoffgemisches möglich.
Die Isolierung der Reaktionsprodukte kann nach allen geeigneten und dem Fachmann an sich bekannten Methoden vorgenommen werden. Man erhält auf diese Weise bei einem Umsatz von vorzugsweise etwa 30 bis etwa 60 % d. Th. optisch aktives Citronal- lal in einer Selektivität von normalerweise etwa 60 bis etwa 95 %.
Die in erfindungsgemäßer Weise herstellbaren optisch aktiven Aldehyde oder Ketone lassen sich in vielfältiger Weise verwerten. Sie stellen mitunter wichtige Ausgangsbzw. Zwischenprodukte zur Synthese höher veredelter Produkte dar. So stellt beispielsweise optisch aktives Citronellal, bevorzugt R-(+)-Citronellal ein wichtiges Inter- mediat zur Synthese von optisch aktivem Menthol, bevorzugt L-Menthol dar. So lässt sich optisch aktives Citronellal unter Einsatz geeigneter, üblicherweise saurer, bzw. lewis-saurer Katalysatoren zu optisch aktivem Isopulegol cyclisieren. Daraus ist durch Hydrierung optisch aktives Menthol zugänglich. Demgemäß stellt auch die Verwendung von erfindungsgemäß hergestelltem optisch aktivem Citronellal zur Herstellung von optisch aktivem Menthol einen weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung dar.
Das folgende Beispiel dient der Verdeutlichung der Erfindung, ohne sie jedoch in irgendeiner Weise zu beschränken:
Beispiel 1 :
Ein durch eine Salzschmelze beheizbarer Rohrreaktor wurde mit 10,8 g eines Katalysators bestehend aus 55 Gew.-% ZnO, und 45 Gew.-% CaC03 in der Calcit- Modifikation (jeweils bestimmt in Form der Oxide der geglühten Katalysatormasse) beschickt. Bei einer Temperatur von 400°C wurden ein Gemisch von 46 Nl/h Stickstoff und 3,44 g/h R-Citronellol mit einem Enantiomerenüberschuss von 95% ee über die
Schüttung geleitet. Man erhielt bei einem Umsatz von 50,2 % in einer Selektivität von
75,5 % Citronellal mit einem Enantiomerenüberschuss bezüglich fi-Citronellal von
95 % ee.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung optisch aktiver Aldehyde oder Ketone mit 3 bis 25 Kohlenstoffatomen, die mindestens ein racemisierbares Stereozentrum aufwei- sen, durch katalytische Dehydrierung der entsprechenden optisch aktiven primären oder sekundären Alkohole in Gegenwart eines Katalysators in der Gasphase.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass man einen Katalysator einsetzt, der mindestens ein Element ausgewählt aus der Gruppe der Ele- mente Calcium, Zink und Kupfer enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Katalysator einsetzt, der Zinkoxid und Caiciumcarbonat enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Katalysator einsetzt, dessen aktive Komponente zu 30 bis 60 Gew.-% aus Zinkoxid und zu 40 bis 70 Gew.-% aus Calciumcarbonaten besteht.
5. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Calcium- carbonat in der Calcit-Modifikation vorliegt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5 zur Herstellung verzweigt oder unverzweigt offenkettiger oder monocyclischer Aldehyde oder Ketone.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6 zur Herstellung von Aldehyden oder Ketonen, die ein Stereozentrum in α- und/oder ß-Position zur Carbonylgruppe aufweisen.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7 zur Herstellung von optisch aktivem 2-Methyl- butan-1-al, 3,7-Dimethyl-oct-6-en-1-al, 3,7-Dimethyl-octan-1-al, 8-p-Menthen-3- on, p-Menthan-3-on, 2-Methylcyclohexanon, 3-Methylcyclohexanon, 2-Methyl- cyclopentanon, 3-Methylcyclopentanon, 2,6-Dimethylcyclohexanon oder 2,3- Dimethylcyclohexanon.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8 zur Herstellung von optisch aktivem Citronellal ausgehend von optisch aktivem Citronellol.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Enantiomerenüberschuss (ee) des erhaltenen des erhaltenen Aldehyds oder Ketons mindestens 90% des Enantiomerenüberschusses des eingesetzten Alkohols ent- spricht.
11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass man die Dehydrierung bei einer Temperatur im Bereich von 250 bis 600°C durchführt.
12. Verfahren zur Herstellung von optisch aktivem Menthol durch Cyclisierung von gemäß Anspruch 1 bis 11 hergestelltem Citronellal zum Isopulegol und anschließender Hydrierung.
13. Verwendung von optisch aktivem Citronellal, hergestellt gemäß Anspruch 1 bis 12, zur Herstellung von optisch aktivem Menthol.
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