DE10138967B4 - Process for the preparation of 3-alkoxypropanol - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur Herstellung von 3-Alkoxypropanol durch:
(a) Alkoxylierung
von Acrolein oder eines Acroleinvorläufers in Gegenwart eines heterogenen
Katalysators mit einem Alkohol,
(b) Trennen des Reaktionsgemisches
aus Schritt (a) von dem Katalysator und gegebenenfalls Abtrennen
von Edukten und
(c) Hydrieren des Produkts aus Schritt (b)
in Gegenwart eines Hydrierkatalysators,
dadurch gekennzeichnet,
dass
als Katalysator im Alkoxylierungsschritt (a) ein saurer
Ionenaustauscher verwendet wird, wobei im Alkoxylierungsschritt
(a) Acrolein oder Acroleinvorläufer
mit Alkohol in einem molaren Verhältnis von 1:1 bis 1:20 bei
30°C bis 120°C und einem
Druck im Bereich von 1 bis 20 bar umgesetzt wird.Process for the preparation of 3-alkoxypropanol by:
(a) alkoxylation of acrolein or an acrolein precursor in the presence of a heterogeneous catalyst with an alcohol,
(B) separating the reaction mixture from step (a) from the catalyst and optionally separating starting materials and
(c) hydrogenating the product from step (b) in the presence of a hydrogenation catalyst,
characterized in that
as catalyst in the alkoxylation step (a) an acidic ion exchanger is used, wherein in the alkoxylation step (a) acrolein or acrolein precursor with alcohol in a molar ratio of 1: 1 to 1:20 at 30 ° C to 120 ° C and a pressure in the range 1 to 20 bar is implemented.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 3-Alkoxypropanol durch Addition eines Alkohols an Acrolein in Gegenwart eines sauren Ionenaustauscherharzes mit nachfolgender katalytischer Hydrierung des Alkoxylierungsprodukts.The The invention relates to a process for the preparation of 3-alkoxypropanol by Addition of an alcohol to acrolein in the presence of an acidic ion exchange resin with subsequent catalytic hydrogenation of the alkoxylation product.
Es ist bekannt, 3-Alkoxypropanol herzustellen, indem man Acrolein zu 3-Alkoxypropionaldehyd alkoxyliert und anschließend zu 3-Alkoxypropanol hydriert.It It is known to produce 3-alkoxypropanol by adding acrolein Alkoxylated 3-alkoxypropionaldehyde and then hydrogenated to 3-alkoxypropanol.
So beschreiben R. H. Hall und E. S. Stern, Journal of Chemical Society, 1954, 3388 ff, die katalysierte Reaktion von Acrolein mit Alkoholen. Hierbei wurde festgestellt, dass neben dem 3-Alkoxypropionaldehyd in Abhängigkeit des verwandeten Katalysatorsystems auch 1,1,1-Trialkoxypropan und das Acetal von Acrolein entsteht. Im experimentellen Teil werden verschiedene Katalysatorsysteme untersucht und die dabei erreichten Ausbeuten an gewünschtem Produkt angegeben. So führt die Alkoxylierung von Acrolein mit Ethanol in Gegenwart von Natriumhydroxid als Katalysator, das durch Zugabe von Essigsäure und Phosphorsäure abgepuffert wurde, 3-Ethoxypropionaldehyd in einer Ausbeute von 40 %.So describe R.H. Hall and E.S. Stern, Journal of Chemical Society, 1954, 3388 ff, the catalyzed reaction of acrolein with alcohols. It was found that in addition to the 3-alkoxypropionaldehyde dependent on the related catalyst system also 1,1,1-Trialkoxypropan and the acetal of acrolein is formed. In the experimental part will be investigated different catalyst systems and achieved thereby Yields of desired Product indicated. So leads the alkoxylation of acrolein with ethanol in the presence of sodium hydroxide as a catalyst, buffered by the addition of acetic acid and phosphoric acid was 3-ethoxypropionaldehyde in a yield of 40%.
Bei der Umsetzung von Ethanol mit Acrolein in Gegenwart von Chlorwasserstoff als Katalysator entsteht als Hauptprodukt 1,1,3-Triethoxypropan in einer Ausbeute von 17 %. Bei der Verwendung von Chlorwasserstoff und Calciumchlorid als Katalysator entsteht ebenfalls 1,1,3-Triethoxypropan als Hauptprodukt in einer Ausbeute von 28,7 %. Bei Verwendung von Ammoniumchlorid als Katalysator wird 1,1,3-Triethoxypropan in einer Ausbeute von 38,4 % erhalten. Hall und Stern haben eine Vielzahl von Katalysatorsystemen getestet, haben aber in allen Fällen sehr unbefriedigende Ergebnisse bezüglich der Produktausbeute erzielt, die für ein kommerzielles Verfahren bei weitem nicht ausreichend ist.at the reaction of ethanol with acrolein in the presence of hydrogen chloride The main product produced as catalyst is 1,1,3-triethoxypropane in a yield of 17%. When using hydrogen chloride and calcium chloride as a catalyst also produces 1,1,3-triethoxypropane as the main product in a yield of 28.7%. When using Ammonium chloride as a catalyst is 1,1,3-triethoxypropane in one Yield of 38.4%. Hall and star have a variety tested by catalyst systems, but have in all cases very unsatisfactory results regarding the product yield achieved for a commercial process is far from sufficient.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung von 3-Alkoxypropanol durch Alkoxylierung von Acrolein mit nachfolgender katalytischer Hydrierung zur Verfügung zu stellen, das in der Alkoxylierungsstufe mit guter Selektivität und hoher Ausbeute durchgeführt werden kann. Weiterhin sollte das aus der Alkoxylierung erhaltene Reaktionsgemisch den Hydrierkatalysator möglichst wenig desaktivieren, um die Wiederverwendung des Hydrierkatalysators in Folgechargen zu ermöglichen bzw. die Standzeit eines Festbetthydrierkatalysators zu verlängern und damit die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zu verbessern.task It is therefore the object of the present invention to provide a process for the preparation of 3-alkoxypropanol by alkoxylation of acrolein with the following to provide catalytic hydrogenation, which in the Alkoxylation be carried out with good selectivity and high yield can. Furthermore, the reaction mixture obtained from the alkoxylation should the hydrogenation catalyst as possible deactivate little to reuse the hydrogenation catalyst to allow in subsequent batches or to extend the service life of a fixed bed hydrogenation catalyst, and thus improving the cost-effectiveness of the process.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von 3-Alkoxypropanol durch:
- a) Alkoxylierung von Acrolein oder eines Acroleinvorläufers in Gegenwart eines heterogenen Katalysators mit einem Alkohol,
- b) Trennen des Reaktionsgemisches aus Schritt a) von dem Katalysator und gegebenenfalls Abtrennen von Edukten und
- c) Hydrieren des Produkts aus Schritt b) in Gegenwart eines Hydrierkatalysators gelöst, wobei als Katalysator im Alkoxylierungsschritt a) ein saurer Ionenaustauscher verwendet wird und wobei im Alkoxylierungsschritt (a) Acrolein oder ein Acroleinvorläufer mit Alkohol in einem molaren Verhältnis von 1:1 bis 1:20 bei 30°C bis 120°C und einem Druck im Bereich von 1 bis 20 bar umgesetzt wird.
- a) alkoxylation of acrolein or an acrolein precursor in the presence of a heterogeneous catalyst with an alcohol,
- b) separating the reaction mixture from step a) from the catalyst and optionally separating starting materials and
- c) hydrogenating the product from step b) in the presence of a hydrogenation catalyst, using as catalyst in the alkoxylation step a) an acidic ion exchanger and wherein in the alkoxylation step (a) acrolein or an acrolein precursor with alcohol in a molar ratio of 1: 1 to 1 : 20 is reacted at 30 ° C to 120 ° C and a pressure in the range of 1 to 20 bar.
Besonders vorteilhaft ist es, den Alkohol im molaren Überschuss, bezogen auf Acrolein oder den Acroleinvorläufer, einzusetzen. Bevorzugte molare Verhältnisse liegen daher im Bereich von 1:2 bis 1:10 und besonders bevorzugt von 1:3 bis 1:6. Die Reaktionstemperatur im Alkoxylierungsschritt liegt vorzugsweise in einem Bereich von 40°C bis 90°C, besonders bevorzugt von 50°C bis 80°C. Die Reaktion lässt sich zwar bei Temperaturen von unter 40°C durchführen. Dies führt allerdings zu verlängerten Reaktionszeiten. Temperaturen oberhalb von 90°C sind weniger bevorzugt, da hier bereits eine verminderte Selektivität und eine Beein trächtigung der Standzeit des Ionenaustauscherkatalysators auftreten kann.Especially It is advantageous to use the alcohol in molar excess, based on acrolein or the acrolein precursor, use. Preferred molar ratios are therefore within the range from 1: 2 to 1:10, and more preferably from 1: 3 to 1: 6. The reaction temperature in the alkoxylation step is preferably in a range of 40 ° C to 90 ° C, especially preferably from 50 ° C up to 80 ° C. The reaction leaves Although at temperatures below 40 ° C perform. However, this leads to extend Reaction times. Temperatures above 90 ° C are less preferred since here already a reduced selectivity and a trächtigung the lifetime of the ion exchange catalyst can occur.
Bei einer Reaktionstemperatur unterhalb des Siedepunkts des Acroleins kann die Umsetzung bei Normaldruck oder mäßigem Druck erfolgen. Bei Umsetzungstemperaturen um oder oberhalb des Siedepunkts von Acrolein ist es bevorzugt, unter einem Druck im Bereich von 2 bis 20 bar zu arbeiten. Im bevorzugten Temperaturbereich von 40°C bis 90°C hat sich ein Druck im Bereich von 2 bis 5 bar als vorteilhaft erwiesen.at a reaction temperature below the boiling point of the acrolein the reaction can be carried out at atmospheric pressure or moderate pressure. At reaction temperatures around or above the boiling point of acrolein, it is preferred to work under a pressure in the range of 2 to 20 bar. In the preferred Temperature range of 40 ° C up to 90 ° C a pressure in the range of 2 to 5 bar has proved to be advantageous.
Dem Acrolein/Alkoholgemisch können vorzugsweise Polymerisationsinhibitoren wie z. B. Hydrochinon, Hydrochinonmonomethylether oder butylierte Phenole in einer Menge von 100 bis 2.000 ppm zugegeben werden.The acrolein / alcohol mixture may preferably contain polymerization inhibitors such. B. Hydrochi non, hydroquinone monomethyl ether or butylated phenols in an amount of 100 to 2,000 ppm.
Die Alkoxylierung kann diskontinuierlich oder kontinuierlich in an sich bekannten Reaktoren, wie z. B. Rührreaktoren, Schlaufenreaktoren, Schwebebett-, Wirbelbett- oder Festbettreaktoren durchgeführt werden. Die zusetzt genannten Reaktoren werden gegenüber den Schlaufen- und Rührreaktoren bevorzugt. Die Durchflussgeschwindigkeit durch einen Festbettreaktor, der den Ionenaustauscher enthält und mit einem heizbaren Mantel versehen ist, sowie die Reaktionstemperatur wird man vorzugsweise so aufeinander abstimmen, dass durch einmalige Passage des Reaktionsgemisches durch den Reaktor der gewünschte Acroleinumsatz erreicht wird. Die Alkoxylierung wird im Allgemeinen bis zu einem Acroleinumsatz im Bereich von 30 bis 95 % oder darüber durchgeführt. Ein Umsatz von 40 % bis 95 % und insbesondere von 50 % bis 95 % wird bevorzugt.The Alkoxylation may be batchwise or continuous in itself known reactors, such as. B. stirred reactors, Loop reactors, fluidized bed, fluidized bed or fixed bed reactors carried out become. The cited reactors are compared with the Loop and stirred reactors prefers. The flow rate through a fixed bed reactor, containing the ion exchanger and provided with a heatable jacket, and the reaction temperature it is preferable to match each other so that by one-time Passage of the reaction mixture through the reactor reaches the desired acrolein conversion becomes. The alkoxylation is generally up to an acrolein conversion in the range of 30 to 95% or more. One Turnover of 40% to 95% and in particular from 50% to 95% prefers.
Der Alkoxylierungsschritt a) kann kontinuierlich oder absatzweise mit einem in dem Reaktionsgemisch suspendierten Katalysator durchgeführt werden. In diesem Fall wird der Katalysator nach Beendigung der Reaktion mit einem Fest-Flüssig-Trennverfahren abgetrennt. Für die Abtrennung kommt Sedimentation oder Filtration in Betracht.Of the Alkoxylation step a) may be continuous or batchwise with a catalyst suspended in the reaction mixture. In this case, the catalyst becomes after completion of the reaction with a solid-liquid separation process separated. For separation is contemplated by sedimentation or filtration.
Nach erfolgter Trennung des Reaktionsgemischs von dem Katalysator ist es vorteilhaft, nicht umgesetztes Acrolein zu entfernen. Die Abtrennung des Acroleins kann bekannterweise insbesondere destillativ, vorzugsweise unter vermindertem Druck und Temperatur unter 80°C, durchgeführt werden. Das zurückgewonnene Acrolein kann wieder gegebenenfalls nach erfolgter Stabilisierung in den Prozess zurückgeführt werden. Die erhaltene, nahezu acroleinfreie Alkoxypropionaldehydlösung kann vor der Hydrierung z. B. über einen Dünnschichtverdampfer nochmals aufkonzentriert werden.To completed separation of the reaction mixture from the catalyst it is advantageous to remove unreacted acrolein. The separation the acrolein can be known, in particular by distillation, preferably under reduced pressure and temperature below 80 ° C, are performed. The recovered Acrolein can again optionally after stabilization be traced back to the process. The obtained, almost acroleinfreie alkoxypropionaldehyde solution can before hydrogenation z. B. over a thin film evaporator be concentrated again.
Als Alkohole können vorzugsweise C1-C5-Alkohole eingesetzt werden, beispielsweise sind dies die Alkohole Methanol, Ethanol, Propanol, Isopropanol, Butanol, Isobutanol, Pentanol, Isopentanol, wobei Methanol, Ethanol und Propanol besonders bevorzugt sind.The alcohols used may preferably be C 1 -C 5 -alcohols, for example these are the alcohols methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, isobutanol, pentanol, isopentanol, with methanol, ethanol and propanol being particularly preferred.
Anstatt von Acrolein können auch Acroleinvorläufer wie z. B. Vinyldioxolan eingesetzt werden, das unter den Reaktionsbedingungen für die Durchführung des Alkoxylierungsschritts zu Acrolein und Ethylenglykol aufspaltet. Das Ethylenglykol reagiert unter den Bedingungen nur vernachlässigbar mit Methanol.Instead of of acrolein also acrolein precursors such as As vinyl dioxolane can be used under reaction conditions for the execution of the alkoxylation step to acrolein and ethylene glycol. The ethylene glycol reacts only negligibly under the conditions with methanol.
Es wurde überraschenderweise festgestellt, dass bei Verwendung von saurem Ionenaustauscherharz im Vergleich zu anderen aus dem Stand der Technik bekannten sauren Katalysatoren bei hohen Acroleinumsätzen eine hohe Selektivität für 3-Alkoxypropanol bzw. 1,1,3-Trialkoxypropan, die beide im nachfolgenden Hydrierungsschritt zu dem 3-Alkoxypropanol umgesetzt werden, erreicht werden können.It was surprisingly found that when using acidic ion exchange resin in Compared to other known from the prior art acidic Catalysts at high acrolein conversions a high selectivity for 3-alkoxypropanol or 1,1,3-trialkoxypropane, both in the subsequent hydrogenation step can be achieved to the 3-alkoxypropanol can be achieved.
Im Allgemeinen können alle sauren Ionenaustauscherharze in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden. Geeignet sind organische oder anorganische saure Ionenaustauscher, insbesondere Ionenaustauscherharze mit Sulfonsäure-, Phosphonsäure- oder Carbonsäuregruppen. Austauscherharze mit Sulfonsäuregruppen, im Falle wenn stark saure Austauscher erwünscht sind und mit Carbonsäuregruppen, im Falle wenn mittel/schwach-saure Austauscher erwünscht sind, sind besonders bevorzugt.in the Generally can all acidic ion exchange resins used in the process according to the invention become. Suitable organic or inorganic acidic ion exchangers, in particular ion exchange resins with sulfonic acid, phosphonic acid or Carboxylic acid groups. Exchange resins with sulfonic acid groups, in the case when strong acid exchangers are desired and with carboxylic acid groups, in case medium / weak-acid exchangers are desired, are particularly preferred.
Ein Austauscherharz, das sich von einem Polyaminharz auf Basis einer vernetzten Polyacrylamidmatrix ableitet hat sich als besonders geeignet erwiesen. Das Polyaminharz kann durch Umsetzung einer Polyacrylatvorstufe, z. B. Polyacrylsäureester mit Tetraethylenpentamin oder Triethylentetramin, hergestellt. Hierbei bildet eine der Aminogruppen zur Verankerung an die Polyacrylatmatrix eine Aminbindung aus. Die restlichen Aminogruppen sind frei und prägen die Polyaminfunktionalität des Harzes. Das Polyaminharz ist für die Acroleinalkoxylieruag zunächst ungeeignet, da es als Anionenaustauscher in der OH- oder Cl-Form vorliegt und unter diesen Bedingungen nur die unerwünschte Acroleinpolymerisation katalysiert. Durch Reaktion mit Acrylsäure, Acrylsäurederivaten oder dem Salz einer ω-Halogencarbonsäure (Natrium-2-chloracetat, Natrium-3-brompropionat) erhält man jedoch mit Carbonsäuregruppen belegte Harze, die hohe H+-Kapazitäten aufweisen. Die Synthese des erfindungsgemäß einsetzbaren Polyaminpolycarbonsäureharzes erfolgt schematisch nach folgenden Gleichungen, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit nur die Reaktion an einer Aminogruppe abgebildet ist:An exchange resin derived from a polyamine resin based on a crosslinked polyacrylamide matrix has been found to be particularly suitable. The polyamine resin can be prepared by reacting a polyacrylate precursor, e.g. As polyacrylate with tetraethylene or triethylenetetramine prepared. One of the amino groups forms an amine bond for anchoring to the polyacrylate matrix. The remaining amino groups are free and characterize the polyamine functionality of the resin. The polyamine resin is initially unsuitable for the Acroleinalkoxylieruag because it is present as an anion exchanger in the OH or Cl form and catalyses under these conditions, only the unwanted Acroleinpolymerisation. However, reaction with acrylic acid, acrylic acid derivatives or the salt of an ω-halocarboxylic acid (sodium 2-chloroacetate, sodium 3-bromopropionate) gives resins coated with carboxylic acid groups which have high H + capacities. The synthesis of the inventively employable Polyaminpolycarbonsäureharzes is carried out schematically according to the following equations, wherein for reasons of clarity, only the reaction is depicted on an amino group:
Umsetzung mit Acrylsäure Reaction with acrylic acid
Umsetzung mit einem ω-Halogencarbonsäuresalz Reaction with a ω-halocarboxylic acid salt
Im ersten Fall werden Aminogruppen an die Doppelbindung der Acrylsäure bzw. deren Derivate addiert, wobei Amino-, bzw. Iminodipropionsäuregruppen entstehen. Im zweiten Fall können durch Kondensation (HX-Abspaltung) Amino-, bzw. Iminodicarbonsäuren unterschiedlicher Kettenlängen aufgebaut werden. Charakteristisch für diese Derivatisierungen ist die Umpolung des Harzes, d. h., es wird der Anionenaustauscher in einen Kationenaustauscher umgewandelt.in the In the first case, amino groups are added to the double bond of acrylic acid or their derivatives added, wherein amino, or Iminodipropionsäuregruppen arise. In the second case can by condensation (HX cleavage) amino, or Iminodicarbonsäuren different chain lengths being constructed. Characteristic of these derivatizations is the polarity reversal of the resin, d. h., it becomes the anion exchanger in converted a cation exchanger.
Die für die Harzderivatisierung verwendete Temperatur liegt bei der Umsetzung mit Acrylsäure bei 0°C bis 150°C, vorzugsweise 20°C bis 130°C. Der Einsatz von Acrylsäure/Methacrylsäure erfolgt in stabilisierter Form in Abwesenheit oder in Gegenwart von Wasser. Bei der Umsetzung in einem Säure-Wasser-Gemisch kann der Acrylsäure/Methacrylsäureanteil zwischen 5 Gew.-% bis 100 Gew.-%, vorzugsweise 30 Gew.-% bis 90 Gew.-%, betragen. Als Acrylsäurederivate können beispielsweise Acrylsäureester, Acrylsäureanhydrid, Acrylsäurechlorid und/oder Acrylsäureamid eingesetzt werden. Durch eine anschließende Verseifung kann die Carboxylfunktion -freigesetzt werden (Entschützen).The for the Resin derivatization temperature used in the implementation with acrylic acid at 0 ° C to 150 ° C, preferably 20 ° C to 130 ° C. Of the Use of acrylic acid / methacrylic acid takes place in stabilized form in the absence or presence of water. When implemented in an acid-water mixture can the acrylic acid / methacrylic acid moiety between 5 wt% to 100 wt%, preferably 30 wt% to 90 Wt .-%, amount. As acrylic acid derivatives can for example, acrylic acid esters, Acrylic acid anhydride, acrylic acid chloride and / or acrylic acid amide be used. By subsequent saponification, the carboxyl function -released (deprotect).
Die Umsetzung mit Salzen der ω-Halogencarbonsäure erfolgt bei 0°C bis 60°C, vorzugsweise 10°C bis 60°C und ist in der Literatur R. Hering „Chelatbildende Ionenaustauscher" (Akademie-Verlag, Berlin 1067) für die Synthese sogenannter „Chelationenaustauscher" beschrieben. Gängige ω-Halogencarbonsäuresalze sind Natrium-2-chloracetat und Natrium-3-chlorpropionat sowie höhere Homologe.The Reaction with salts of ω-halogenated carboxylic acid takes place at 0 ° C up to 60 ° C, preferably 10 ° C to 60 ° C and is in the literature R. Hering "chelating ion exchangers" (Akademie-Verlag, Berlin 1067) for the synthesis of so-called "chelation exchangers" are described Sodium 2-chloroacetate and sodium 3-chloropropionate, as well as higher homologs.
Die Polyaminpolycarbonsäureharze zeigen überraschenderweise nur sehr geringe Volumenänderung bei der Überführung von der Natrium- in die katalytisch aktive H-Form und umgekehrt.The Polyaminpolycarbonsäureharze show surprisingly only very small change in volume the transfer of the sodium in the catalytically active H-form and vice versa.
Andere bevorzugte Austauscherharze sind solche auf Basis von sulfonierten Polystyrolmatrices. Beispiele hierfür sind Lewatit 5100 und S200 der Bayer AG, die in der Na-Form vertrieben werden und vor Verwendung in dem erfindungsgemäßen verfahren durch Behandlung mit Säure in die saure Form überführt werden.Other preferred exchange resins are those based on sulfonated Polystyrene matrices. Examples include Lewatit 5100 and S200 Bayer AG, which are sold in the Na form and before use in the inventive method by treatment with acid be converted into the acid form.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass aufgrund der Verwendung der sauren Ionentauscher als Katalysatoren in dem Alkoxylierungsschritt 3-Alkoxypropanol und 1,1,3-Trialkoxypropan mit hoher Selektivität entsteht. Aus beiden Verbindungsklassen entsteht bei der katalytischen Hydrierung das gewünschte 3-Alkoxypropanol, so dass eine aufwendige Auftrennung des Reaktionsgemischs aus der Alkoxylierungsstufe a) nicht notwendig ist. Wie bereits weiter oben beschrieben reicht es vollständig aus, wenn der heterogene Katalysator abgetrennt wird und gegebenenfalls, falls vorhanden, nicht umgesetztes Acrolein aus dem Reaktionsgemisch entfernt wird. Da Acrolein als niedrigsiedende Verbindung einfach destillativ unter vermindertem Druck entfernt werden kann, sind keine aufwendigen Aufarbeitungsschritte zur Reinigung des Reaktionsgemischs aus der Alkoxylierungsstufe notwendig, was zur Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens beiträgt.One particular advantage of the method is that due the use of the acidic ion exchangers as catalysts in the Alkoxylation step 3-alkoxypropanol and 1,1,3-Trialkoxypropan with high selectivity arises. From both classes of compounds arises in the catalytic Hydrogenation the desired 3-alkoxypropanol, so that a complicated separation of the reaction mixture from the alkoxylation stage a) is not necessary. As already described above, it is sufficient if the heterogeneous Catalyst is separated and optionally, if any, unreacted acrolein is removed from the reaction mixture. Since acrolein as a low-boiling compound simply by distillation under reduced Pressure can be removed, are not consuming processing steps for purifying the reaction mixture from the alkoxylation step necessary, leading to the economy of the method according to the invention contributes.
Die katalytische Hydrierung des Reaktionsprodukt aus der Alkoxylierungsstufe, das im Wesentlichen Alkoxypropionaldehyd und 1,1,3-Trialkoxypropan enthält, wird in gasförmiger oder flüssiger Phase, vorzugsweise in flüssiger Phase, in an sich bekannter Weise und in üblichen Hydrierapparaten durchgeführt. Der Katalysator kann sowohl in suspendierter Form per se oder trägergebunden zur Anwendung gelangen, oder sich in einem Festbettreaktor befinden. Homogene Katalysatoren können verwendet werden. Als Suspensionskatalysatoren sind Raney-Nickel, das mit verschiedenen anderen Metallen dotiert sein kann, sowie feinverteiltes Platin auf einem Trägermaterial wie z. B. Aktivkohle besonders geeignet. Festbettkatalysatoren können die in der US-PS 2,434,110 genannten Stoffe sein. Rutheniumkatalysatoren haben sich als besonders wirkungsvolle Katalysatoren erwiesen. Zur Erzielung einer hohen Umsatzrate wird die Hydrierung unter Druck und bei erhöhter Temperatur durchgeführt, wobei die alkoholische Lösung einen pH-Wert im Bereich von 3,0 bis 8,5, vorzugsweise um 6 aufweist. Drücke von 20 bis 250 bar, insbesondere 40 bis 140 bar und Temperaturen von 40°C bis 140°C, insbesondere 60°C bis 100°C werden bevorzugt.The catalytic hydrogenation of the reaction product from the alkoxylation step, which essentially comprises alkoxypropionaldehyde and 1,1,3-trialkoxypropane, is carried out in the gaseous or liquid phase, preferably in the liquid phase, in a manner known per se and in customary hydrogenation apparatuses. The catalyst can be used either in a suspended form per se or carrier-bound, or in a fixed bed reactor. Homogeneous catalysts can be used. As Suspensionska catalysts are Raney nickel, which can be doped with various other metals, as well as finely divided platinum on a support material such. As activated carbon particularly suitable. Fixed bed catalysts may be those mentioned in US Pat. No. 2,434,110. Ruthenium catalysts have proven to be particularly effective catalysts. To achieve a high conversion rate, the hydrogenation is carried out under pressure and at elevated temperature, the alcoholic solution having a pH in the range from 3.0 to 8.5, preferably by 6. Pressures of 20 to 250 bar, in particular 40 to 140 bar and temperatures of 40 ° C to 140 ° C, in particular 60 ° C to 100 ° C are preferred.
Die vorliegende Erfindung soll nun anhand von Beispielen näher erläutert werden.The The present invention will now be explained in more detail by way of examples.
Beispiel 1example 1
Eine Reaktionslösung aus 20 % handelsüblichem Acrolein in technischem Methanol wurde mit einer LHSV von 1 h-1 über ein Katalysatorbett, gefüllt mit 14 1 Lewatit VPOC 1505 (BAYER AG, saures Ionenaustauscherharz auf der Basis eines carboxyalkylierten Polyaminharzes) geleitet. Dabei wird ein Umsatz im Bereich von 50 % bis 60 %, bezogen auf Acrolein über die Temperatur im Katalysatorbett eingestellt. Die Temperatur im Alkoxylierungsreaktor wurde innerhalb von 100 Betriebsstunden von 52 auf 57°C erhöht. Der Druck am Reaktorkopf wurde auf 1,8 bar eingestellt. Neben dem primären Produkt 3-Methoxypropanol wurde 1,1,3-Trimethoxypropan sowie das Dimethylacetal des Acroleins gebildet. Die Zusammensetzung des Reaktionsprodukts wurde durch Gaschromatographie bestimmt. Die drei genannten Produkte entstanden im Verhältnis von ca. 10:1:0,1 und ergaben zusammen mit Acrolein und Methanol 90 bis 95 %. Das Reaktionsgemisch wurde zur Entfernung von Acrolein und anderen Leichtsiedern bei 50°C Sumpftemperatur und 300 mbar Druck am Kopf destilliert, wodurch ein Gemisch aus im Wesentlichen Acrolein und Methanol entfernt wurde, das zumindest teilweise wieder in die Synthese zurückgeführt werden kann. Das Sumpfprodukt der oben beschriebenen Destillation wird zweistufig bei einem Druck von 80 bar und einer LHSV von 1, 6 h-1 hydriert. In der ersten Stufe wird ein erster Rutheniumkatalysator, 3 % Ruthenium auf SiO2 und in der zweiten Stufe ein anderer Rutheniumkatalysator, 2 % Ruthenium auf Aktivkohle eingesetzt. Die Temperatur wurde so eingestellt, dass Methoxypropanal in der ersten Stufe zu 90 % und nach der zweiten Stufe nahezu vollständig umgesetzt wurde. 1,1,3-Trimethoxypropan wurde zu über 90 % zu dem gewünschten Endprodukt 3-Methoxypropanal umgesetzt. Das Hydrierungsprodukt wurde zweistufig destillativ aufgearbeitet, wobei in der ersten Stufe Lösungsmittel und Leichtsieder über einen Fallfilmverdampfer entfernt wurde und in einer zweiten Stufe eine Reindestillation durchgeführt wurde. 3-Methoxypropanal wurde in einer Ausbeute von 93 %, bezogen auf umgesetztes Acrolein, in einer Reinheit von 99,7 % hergestellt. Die Analyse erfolgte über Gaschromatographie.A reaction solution of 20% commercially available acrolein in technical grade methanol was passed at a LHSV of 1 h -1 over a catalyst bed filled with 14 l of Lewatit VPOC 1505 (BAYER AG, acidic ion exchange resin based on a carboxyalkylated polyamine resin). In this case, a conversion in the range of 50% to 60%, based on acrolein on the temperature in the catalyst bed is set. The temperature in the alkoxylation reactor was increased from 52 to 57 ° C within 100 hours of operation. The pressure at the reactor head was adjusted to 1.8 bar. In addition to the primary product 3-methoxypropanol, 1,1,3-trimethoxypropane and the dimethylacetal of acrolein were formed. The composition of the reaction product was determined by gas chromatography. The three products mentioned were produced in a ratio of about 10: 1: 0.1 and, together with acrolein and methanol, gave 90 to 95%. The reaction mixture was distilled to remove acrolein and other low boilers at 50 ° C bottom temperature and 300 mbar pressure at the top, whereby a mixture of essentially acrolein and methanol was removed, which can be at least partially recycled back into the synthesis. The bottom product of the distillation described above is hydrogenated in two stages at a pressure of 80 bar and a LHSV of 1, 6 h -1 . In the first stage, a first ruthenium catalyst, 3% ruthenium on SiO 2 and in the second stage another ruthenium catalyst, 2% ruthenium on activated carbon is used. The temperature was adjusted so that methoxypropanal was almost completely reacted in the first stage at 90% and after the second stage. 1,1,3-Trimethoxypropane was converted to over 90% to the desired end product 3-Methoxypropanal. The hydrogenation product was worked up by two stages by distillation, wherein in the first stage, solvents and low boilers were removed via a falling film evaporator and in a second stage, a purifying distillation was carried out. 3-Methoxypropanal was prepared in a yield of 93%, based on converted acrolein, in a purity of 99.7%. The analysis was carried out by gas chromatography.
Beispiel 2Example 2
Die Alkoxylierung im Batch-Verfahren wurde in Injektionsfläschchen durchgeführt, welche in einem thermostatisierten Bad an einem Rührer befestigt bewegt wurden. Die Reaktionsfläschchen wurden mit einer 20 Gew.-%igen methanolischen Acroleinlösung und dem untersuchten Alkoxylierungskatalysator im Volumenverhältnis 1:1 befüllt. Die Umsetzung erfolgte bei 50°C in einer Stunde. Der Acroleinumsatz und die Selektivitäten an dem Michael-Addukt 3-Methoxypropanal (MPAL) und dem Acetal hiervon 1,1,3-Trimethoxypropanol (TRMP) wurden gaschromatographisch ermittelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengefasst.The Alkoxylation in the batch process was carried out in injection vials carried out, which is attached to a stirrer in a thermostatted bath were moved. The reaction vials were mixed with a 20 wt .-% methanolic Acroleinlösung and the investigated alkoxylation catalyst in the volume ratio 1: 1 filled. The reaction took place at 50.degree in an hour. The acrolein turnover and the selectivities at the Michael adduct 3-methoxypropanal (MPAL) and the acetal thereof 1,1,3-trimethoxypropanol (TRMP) were determined by gas chromatography. The results are in table 1 summarized.
Tabelle 1: Table 1:
Beispiel 3:Example 3:
Die Alkoxylierung wurde analog zu Beispiel 1 durchgeführt. Als Katalysator wurde Lewatit 5120 in der H-Form eingesetzt. Die Temperatur wurde stufenweise im Bereich von 40–53°C eingestellt (0–144h 45°C, 144–318h 40°C, 318–401h 45°C, 701–893h Steigerung von 45°C auf 53°C, 893–1033h 53°C). Die Selektivität an den gewünschten Produkten wurde gaschromatographisch während des Verlaufs der Reaktion bestimmt und wird in GC-Flächenprozent als Mittelwert über die gesamte Reaktionszeit angeben. Die Selektivität an 1,1,3-Trimethoxypropan betrug 90 Flächen-% und die an 3-Methoxypropanal 10 Flächen-%.The Alkoxylation was carried out analogously to Example 1. When Catalyst was used Lewatit 5120 in H form. The temperature was gradually adjusted in the range of 40-53 ° C (0-144h 45 ° C, 144-318h 40 ° C, 318-401h 45 ° C, 701-893h increase from 45 ° C to 53 ° C, 893-1033h 53 ° C). The Selectivity the wished Products were gas chromatographed during the course of the reaction determined and is in GC area percent as an average over specify the total reaction time. The selectivity to 1,1,3-trimethoxypropane was 90 area% and those attached to 3-methoxypropanal 10 area%.
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