DE10155520A1 - Process for the preparation of n-butyraldehyde, n-butanol and 2-ethylhexanol from 1,3-butadiene-containing hydrocarbon streams - Google Patents
Process for the preparation of n-butyraldehyde, n-butanol and 2-ethylhexanol from 1,3-butadiene-containing hydrocarbon streamsInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von n-Butyraldehyd aus 1,3-Butadien-haltigen Kohlenwasserstoffströmen. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das 1,3-Butadien an Amine addiert, das entstehenden Alkylamin lässt sich nach Isomerisierung zu einem Enamin zu n-Butyraldehyd hydrolysieren. Durch Hydrieren von n-Butyraldehyd ist n-Butanol zugänglich, ebenso wie weitere Produkte aus verschiedenen Umsetzungsreaktionen, beispielsweise 2-Ethylhexanol. The present invention relates to a process for the preparation of n-butyraldehyde from 1,3-butadiene-containing hydrocarbon streams. In the method according to the invention the 1,3-butadiene is added to amines, the resulting alkylamine can be removed Hydrolyze isomerization to an enamine to n-butyraldehyde. By hydrogenating n-Butyraldehyde is accessible to n-butanol, as are other products from various Reaction reactions, for example 2-ethylhexanol.
n-Butyraldehyd und n-Butanol sind Großprodukte der chemischen Industrie und finden vielseitige Verwendung. n-Butyraldehyd wird weltweit in Mengen von über 4 Millionen t/Jahr produziert und dient als Ausgangsmaterial zur Herstellung verschiedener Folgeprodukte. n-Butyraldehyde and n-butanol are large products of the chemical industry and can be found versatile use. n-Butyraldehyde is used worldwide in quantities of over 4 million t / year produces and serves as starting material for the production of various Secondary products.
n-Butyraldehyd wird heute großtechnisch praktisch ausschließlich durch die Hydroformylierung von Propen hergestellt, wozu verschiedene Verfahren existieren, die im wesentlichen Cobalt- oder Rhodium-Hydroformylierungskatalysatoren verwenden, (Kirk-Othmer: Encyclopedia of Chemical Technology, 4. Aufl., Band 4, S. 741-746, John Wiley & Sons, New York 1992). On an industrial scale, n-butyraldehyde is now practically exclusively produced by Hydroformylation of propene, for which various processes exist that essentially use cobalt or rhodium hydroformylation catalysts, (Kirk-Othmer: Encyclopedia of Chemical Technology, 4th ed., Volume 4, pp. 741-746, John Wiley & Sons, New York 1992).
n-Butanol ist eines der mengenmäßig wichtigsten Folgeprodukte des n-Butyraldehyds und wird aus diesem durch Hydrierung gewonnen. n-Butanol wird in großem Umfang als Lösungsmittel, beispielsweise für Lacke, eingesetzt. n-Butanol is one of the most important quantitative products of n-butyraldehyde and is obtained from this by hydrogenation. n-Butanol is widely used as Solvents, for example for paints, are used.
Andere Verfahren zur Herstellung von n-Butanol, wie die Hydrierung von Crotonaldehyd, der wiederum durch Aldolkondensation von Acetaldehyd erzeugt wird, sind heute nur noch von historischem Interesse oder haben, wie die mikrobiologische Erzeugung von n-Butanol durch die Vergärung von Melasse, nur regionale Bedeutung (Kirk-Othmer: Encyclopedia of Chemical Technology, 4. Aufl., Band 4, S. 694-696, John Wiley & Sons, New York 1992). Die Verfahren zur Herstellung von n-Butyraldehyd und n-Propanol, insbesondere die Hydroformylierung von Propen, erfordern hohe Investitionen, beispielsweise für die Errichtung von Hochdruckanlagen für die kobaltkatalysierte Hydroformylierung oder für den Kauf des teuren Rhodium-Katalysators, die Anlagen für dessen Handhabung bei der Hydroformylierung und zur Aufarbeitung verbrauchter, Rhodium-haltiger Katalysatorlösungen. Weiterhin müssen zur Herstellung von n-Butyraldehyd nach dem Hydroformylierungsverfahren Synthesegasanlagen zur Verfügung stehen, die das zur Hydroformylierung benötigte Synthesegas liefern. Ein weiterer Nachteil des Hydroformylierungsverfahrens ist der hohe Zwangsanfall des Nebenprodukts Isobutyraldehyd, der aufgrund seiner mengenmäßig beschränkten Weiterverwendungsmöglichkeiten nur einen niedrigen Wert aufweist. Other processes for the production of n-butanol, such as the hydrogenation of crotonaldehyde, which, in turn, is generated by aldol condensation of acetaldehyde are now only of historical interest or have such as the microbiological production of n-butanol due to the fermentation of molasses, only regional importance (Kirk-Othmer: Encyclopedia of Chemical Technology, 4th Edition, Volume 4, pp. 694-696, John Wiley & Sons, New York 1992). The process for the preparation of n-butyraldehyde and n-propanol, in particular the hydroformylation of propene require high investments, for example for the Construction of high-pressure plants for cobalt-catalyzed hydroformylation or for the purchase of the expensive rhodium catalyst, the equipment for its handling at the Hydroformylation and used up, rhodium-containing Catalyst solutions. Furthermore, for the production of n-butyraldehyde after Hydroformylation process syngas plants are available that the Hydroformylation supply the required synthesis gas. Another disadvantage of Hydroformylation is the high amount of by-product Isobutyraldehyde, due to its limited quantity of possible uses has only a low value.
2-Ethylhexanol wird großtechnisch über eine Aldolreaktion von n-Butyraldehyd mit anschließender Hydrierung des Aldolproduktes hergestellt (Kirk-Othmer: Encyclopedia of Chemical Technology, 4th Edition, 1991, Vol. 1, S. 893; Ullmanns Encyklopädie der techn. Chemie, 4. Auflage, 1974, Band 4, S. 214). Der Alkohol dient zur Herstellung des Weichmachers Bis-(2-ethylhexyl)-phthalat. 2-ethylhexanol is produced on an industrial scale using an aldol reaction of n-butyraldehyde subsequent hydrogenation of the aldol product (Kirk-Othmer: Encyclopedia of Chemical Technology, 4th Edition, 1991, Vol. 1, p. 893; Ullmann 's Encyclopedia of techn. Chemistry, 4th edition, 1974, volume 4, p. 214). The alcohol is used to make the Plasticizer bis (2-ethylhexyl) phthalate.
Es ist einsichtig, dass ein Bedarf an Verfahren besteht, die eine Herstellung von n- Butyraldehyd bzw. n-Butanol ermöglichen und nicht die Nachteile der Verfahren nach dem Stand der Technik aufweisen. Insbesondere soll ein solches Verfahren auf leicht zugängliche, preiswerte Ausgangsstoffe zurückgreifen können. It is understood that there is a need for processes that produce n- Enable butyraldehyde or n-butanol and not the disadvantages of the process according to Have state of the art. In particular, such a method is said to be easy Accessible, inexpensive raw materials.
1,3-Butadien ist eine Grundchemikalie, die in großen Mengen in dem von Steamcrackern erzeugten C4-Schnitt vorkommt. Obwohl inzwischen die verschiedensten Verfahren zur Verwertung von C4-Schnitt entwickelt wurden, steht dieser immer noch in vergleichsweise großen Mengen zur Verfügung und gilt nach wie vor als preiswerter Rohstoff. Butadien bzw. C4-Schnitt ist jedoch auch ein Rohstoff, der schwierig zu handhaben ist. Dies liegt etwa sowohl an der Neigung des 1,3-Butadiens zu Dimerisierung und Polymerisationsreaktionen als an der Bildung von Gemischen aus 1,2- und 1,4-Addukten bei Additionsreaktionen aufgrund des Vorliegens zweier konjugierter Doppelbindungen im 1,3-Butadienmolekül (Kirk-Othmer: Encyclopedia of Chemical Technology, 4. Aufl., Band 4, S. 676-683, John Wiley & Sons, New York 1992). 1,3-butadiene is a basic chemical used in large quantities in that of steam crackers generated C4 cut occurs. Although in the meantime the most diverse procedures for Recovery of C4 cuts were developed, this is still comparatively available in large quantities and is still considered an inexpensive raw material. butadiene C4 cutting is also a raw material that is difficult to handle. This is because about both the tendency of 1,3-butadiene to dimerize and Polymerization reactions than on the formation of mixtures of 1,2- and 1,4-adducts in addition reactions due to the presence of two conjugated double bonds in the 1,3-butadiene molecule (Kirk-Othmer: Encyclopedia of Chemical Technology, 4th ed., Volume 4, pp. 676-683, John Wiley & Sons, New York 1992).
Es ist aus der US 3,391,192 bekannt, dass Amine mit 1,3-Butadien in Gegenwart von Alkalimetallamiden zu den entsprechenden Allylaminen reagieren. Falk et al. (J. Org. Chem. 37, 4243 (1972)) untersuchten die Lithiumamid-katalysierte Addition von Aminen an Butadien in Abhängigkeit von Lösungsmittel und Amin. Kakuno und Hattori (J. Catal. 85 (1984) 509) beschrieben die katalysierte Umsetzung von Butadien und Aminen mit Hilfe fester Basenkatalysatoren wie MgO oder CaO. Die Reaktionsmischung wird dabei in einem Kreisgasreaktor über ein Festbett bei einem Gesamtdruck von 100 Torr geleitet. Gemäß der US 4,675,307 sind stark basische Hydrotalcite als Katalysatoren für die Hydroaminierung geeignet. Auch die Verwendung von Übergangsmetallkomplexen als Katalysatoren für die Addition von Aminen an 1,3-Butadien ist aus einer Vielzahl von Veröffentlichungen und Patentanmeldungen bekannt. It is known from US 3,391,192 that amines with 1,3-butadiene in the presence of Alkali metal amides react to the corresponding allylamines. Falk et al. (J. Org. Chem. 37, 4243 (1972)) examined the lithium amide-catalyzed addition of amines of butadiene depending on the solvent and amine. Kakuno and Hattori (J. Catal. 85 (1984) 509) described the catalyzed reaction of butadiene and amines with Solid base catalysts such as MgO or CaO. The reaction mixture is in a circulating gas reactor passed over a fixed bed at a total pressure of 100 torr. According to US 4,675,307 are strongly basic hydrotalcites as catalysts for the Suitable for hydroamination. Also the use of transition metal complexes as Catalysts for the addition of amines to 1,3-butadiene are from a variety of Publications and patent applications known.
Ein Nachteil sämtlicher bekannten Verfahren zur Addition von Aminen an 1,3-Butadien liegt vor allem darin, dass neben dem erwünschten 1,4-Additionsprodukt (N-But-2- enylamin) eine unerwünscht hohe Menge an den verzweigten 1,2-Additionsprodukt (N-(2- Methyl-Prop-2-enylamin) entsteht. Die mit den bisher bekannten Verfahren gebildete Menge an 1,2-Additionsprodukt liegt in einem Bereich, der für großtechnische Verfahren nicht oder kaum tolerierbar ist. Eine der Additionsreaktion nachgeschaltete Isomerisierung des 1,2-Additionsprodukts zum 1,4-Additionsprodukt ist nicht zu vermeiden. Weiterhin ist es nötig - für den Fall, dass aus den in der Additionsreaktion erhaltenen Aminen die Herstellung von Butyraldehyd erwünscht ist - das nach der 1,4-Addition erhaltene Allylamin zu dem doppelbindungsisomeren Enamin N-But-1-enylamin umzulagern. Aus diesem ist der lineare n-Butyraldehyd in einer Hydrolysereaktion zugänglich. A disadvantage of all known processes for the addition of amines to 1,3-butadiene lies mainly in the fact that in addition to the desired 1,4-addition product (N-but-2- enylamine) an undesirably high amount of the branched 1,2-addition product (N- (2- Methyl-prop-2-enylamine) is formed. The formed with the previously known methods Amount of 1,2-addition product is in a range for large-scale processes is not or hardly tolerable. An isomerization following the addition reaction of the 1,2-addition product to the 1,4-addition product cannot be avoided. Furthermore is it is necessary - in the event that from the amines obtained in the addition reaction Production of butyraldehyde is desired - that obtained after the 1,4-addition Rearrange allylamine to the double bond isomer enamine N-but-1-enylamine. Out the linear n-butyraldehyde is accessible to it in a hydrolysis reaction.
Die erwähnte Doppelbindungsumlagerung ist eine bekannte Reaktion, die in der wissenschaftlichen und der Patentliteratur beschrieben wird. Es wurden bereits eine Reihe von Reagenzien untersucht Die Isomerisierung von 1-N-Pyrrolidino-2-propen mit basischen heterogenen Oxidkatalysatoren wie MgO, CaO oder BaO ist von Hattori et al. (J. Catal. 65, 245 (1980) beschrieben. Hubert (J. Chem. Soc. (C), 2048 (1968)) führt die Umlagerung von Allylaminen in Gegenwart von geträgertem Kaliumamid auf Aluminiumoxid durch. Außer den genannten Heterogenkatalysatoren wurden auch homogene Katalysatoren zur Isomerisierung von Allylaminen in flüssiger Phase eingesetzt. Im organischen Medium lösliche starke Basen wie beispielsweise Kalium-tert-butanolat wurden von Price et al. (Tetrahedron Lett. 69 (1962)), Sauer (Tetrahedron Lett. 2863 (1966)) und Martinez (Tetrahedron 34, 3027 (1978)) zur Umwandlung von Allylaminen zu Enaminen untersucht. The double bond rearrangement mentioned is a known reaction that occurs in the scientific and patent literature is described. There have already been a number of reagents examined The isomerization of 1-N-pyrrolidino-2-propene with basic heterogeneous oxide catalysts such as MgO, CaO or BaO is described by Hattori et al. (J. Catal. 65, 245 (1980). Hubert (J. Chem. Soc. (C), 2048 (1968)) leads the Rearrangement of allylamines in the presence of supported potassium amide Alumina through. In addition to the heterogeneous catalysts mentioned homogeneous catalysts for the isomerization of allylamines in the liquid phase. Strong bases soluble in the organic medium, such as potassium tert-butoxide have been developed by Price et al. (Tetrahedron Lett. 69 (1962)), Sauer (Tetrahedron Lett. 2863 (1966)) and Martinez (Tetrahedron 34, 3027 (1978)) for the conversion of allylamines Enamines examined.
Neben diesen basenkatalysierten Reaktionen sind auch Umsetzungen mit Übergangsmetallverbindungen beschrieben. In addition to these base-catalyzed reactions, there are also reactions Transition metal compounds described.
Isomerisierungen von sekundären und tertiären Allylaminen mit Rhodium-Diphosphin- Komplexen zu Enaminen bzw. Iminen sind von Otsuka et al. (J. Am. Chem. Soc. 106, 5208 (1984)) und Schmid et al. (Helv. Chim. Acta 73, 1258 (1990), Helv. Chim. Acta 74, 370 (1991)) beschrieben. Aus der US-A 4,861,890, der EP-A 068 506 und der EP-A 257 411 und von Otsuka (Org. Synth. 67, 33 (1989)) ist bekannt, dass β,γ-ungesättigte Amine mit Rhodium-Diphosphin-Komplexen zu Enaminen isomerisieren, die nach Hydrolyse in ihre entsprechenden Aldehyde überführt werden. Isomerizations of Secondary and Tertiary Allylamines with Rhodium Diphosphine Complexes to enamines or imines have been described by Otsuka et al. (J. Am. Chem. Soc. 106, 5208 (1984)) and Schmid et al. (Helv. Chim. Acta 73, 1258 (1990), Helv. Chim. Acta 74, 370 (1991)). From US-A 4,861,890, EP-A 068 506 and EP-A 257 411 and from Otsuka (Org. Synth. 67, 33 (1989)) it is known that β, γ-unsaturated amines isomerize with rhodium-diphosphine complexes to enamines, which after hydrolysis in their corresponding aldehydes are transferred.
Eine durch Cobalt-Phophin-Komplexe katalysierte Umlagerung von Allylaminen wird in JP-A 79/5907 und von Otsuka (J. Am. Chem. Soc. 100, 3949 (1978)) beschrieben. Neben den genannten können auch Molybdän- (Tatsumi et al. J. Organomet. Chem. 25Z 105 (1983)) oder Rutheniumverbindungen (EP-A 398 132; Doering et al. J. Am. Chem. Soc. 107, 428 (1985)) eingesetzt werden. A rearrangement of allylamines catalyzed by cobalt-phophine complexes is described in JP-A 79/5907 and by Otsuka (J. Am. Chem. Soc. 100, 3949 (1978)). Next Molybdenum (Tatsumi et al. J. Organomet. Chem. 25Z 105 (1983)) or ruthenium compounds (EP-A 398 132; Doering et al. J. Am. Chem. Soc. 107, 428 (1985)) can be used.
Ein Verfahren zur Herstellung von n-Butyraldehyd bzw. n-Butanol ausgehend von 1,3- Butadien und einem Dialkylamin wird in der DE-A 44 31 528 der Anmelderin offenbart. Es wird zunächst 1,3-Butadien mit einem Dialkylamin umgesetzt und anschließend das immer in relativ hohen Mengen von etwa > 10 Gew.-% gebildete 1,2-Additionsprodukt N- 1-Methyl-Prop-2-enylamin zu dem 1,4-Additionsprodukt isomerisiert. Das 1,4- Additionsprodukt N-But-2-enylamin wird zu N-But-1-enylamin isomerisiert und das so gebildete Enamin hydrolysiert und gegebenenfalls hydriert, wonach n- Butyraldehyd bzw. n-Butanol erhalten wird. A process for the preparation of n-butyraldehyde or n-butanol starting from 1,3- Butadiene and a dialkylamine is disclosed in DE-A 44 31 528 by the applicant. First 1,3-butadiene is reacted with a dialkylamine and then that 1,2-addition product N- always formed in relatively high amounts of about> 10% by weight 1-Methyl-prop-2-enylamine isomerized to the 1,4-addition product. The 1,4- Addition product N-but-2-enylamine is isomerized to N-but-1-enylamine and so formed enamine hydrolyzed and optionally hydrogenated, after which n-butyraldehyde or n-butanol is obtained.
Das Verfahren nach der DE-A 44 31 528 liefert n-Butyraldehyd in guten Ausbeuten und hoher Reinheit, weist jedoch eine vergleichsweise aufwendige Abfolge mehrerer Reaktionsschritte auf. Beispielsweise sind zwei verschiedene Isomerisierungsreaktionen notwendig (eine Gerüstisomerisierung von 1,2- zum 1,4-Addukt und eine Doppelbindungsisomerisierung vom Allylamin zum Enamin). Es wäre wünschenswert, über ein Verfahren zu verfügen, das weniger aufwendig durchzuführen ist und n- Butyraldehyd und/oder n-Butanol in vergleichbarer Ausbeute und Reinheit liefert. The process according to DE-A 44 31 528 provides n-butyraldehyde in good yields and high purity, but has a comparatively complex sequence of several Reaction steps on. For example, there are two different isomerization reactions necessary (a scaffold isomerization of 1,2- to 1,4-adduct and one Double bond isomerization from allylamine to enamine). It would be desirable, to have a process that is less complex to carry out and n- Butyraldehyde and / or n-butanol provides comparable yield and purity.
Weiterhin erfordert das Verfahren nach der DE-A 44 31 528 zum Erzielen eines optimalen Resultats den Einsatz von 1,3-Butadien, das von den weiteren, im C4-Schnitt vorhandenen Produkten des Crackprozesses befreit wurde. Es ist zwar auch der Einsatz von C4-Schnitt möglich. Dabei wird jedoch ein unerwünscht hoher Anteil an Nebenprodukten gebildet, auch liegt die Produktausbeute generell bei niedrigeren Werten als bei Einsatz von 1,3- Butadien. Schließlich wird bei der hydrierenden Hydrolyse des Enamins in einer Nebenreaktion butyliertes Einsatzamin (Carrieramin) gebildet, wodurch das Carrieramin verloren geht und durch neues Substrat ersetzt werden muss. Furthermore, the method according to DE-A 44 31 528 requires an optimum Result of the use of 1,3-butadiene, that of the other, available in the C4 cut Products of the cracking process was exempted. It is also the use of a C4 cut possible. However, an undesirably high proportion of by-products is formed, the product yield is generally lower than when using 1.3- Butadiene. Finally, in the hydrolysis of the enamine in a Side reaction butylated insert amine (carrier amine) is formed, causing the carrier amine is lost and has to be replaced by a new substrate.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von n-Butyraldehyd und/oder n-Butanol zu finden, das die vorstehend aufgeführten Nachteile des Verfahrens nach der DE-A 44 31 528 nicht aufweist. Das Verfahren soll insbesondere großtechnisch anwendbar sein. The present invention is therefore based on the object of a method for Production of n-butyraldehyde and / or n-butanol to find the above Disadvantages of the method listed in DE-A 44 31 528 does not have. The The method should in particular be applicable on an industrial scale.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von n-Butyraldehyd aus
1,3-Butadien mit den folgenden Schritten:
- a) Umsetzen von 1,3-Butadien mit einem Amin der allgemeinen Formel
R1R2NH I
zu einem Amin der Formel
wobei in den Formeln I und II die Substituenten R1 und R2 unabhängig voneinander für Wasserstoff oder einen geeigneten organischen Rest aus der Gruppe Alkyl, Alkenyl, Cycloalkyl, Alkoxyalkyl, Aminoalkyl, Monoalkylaminoalkyl, Dialkylaminoalkyl, Aryl und Aralkyl stehen, oder R1 und R2 gemeinsam mit dem Stickstoffatom einen 3-7-gliedrigen Heterocyclus bilden, der gegebenenfalls ein oder mehrere Doppelbindungen sowie gegebenenfalls ein weiteres Heteroatom aus der Gruppe N, O und S aufweist,
in Anwesenheit eines Amids der Formel
MNR3R4 III
in der R3 und R4 unabhängig voneinander die bei dem Amin I und dem Amid II für R1 und R2 gegebene Bedeutung haben und M für ein Alkalimetall steht; - b) Isomerisieren des Amins II zu einem Amin der Formel
in der R1 und R2 die bei den Formeln I und II gegebene Bedeutung haben; - c) Freisetzen von n-Butyraldehyd sowie des Amins der Formel I durch Hydrolyse des Amins IV mit Wasser.
- a) reacting 1,3-butadiene with an amine of the general formula
R 1 R 2 NH I
to an amine of the formula
where in the formulas I and II the substituents R 1 and R 2 independently of one another represent hydrogen or a suitable organic radical from the group alkyl, alkenyl, cycloalkyl, alkoxyalkyl, aminoalkyl, monoalkylaminoalkyl, dialkylaminoalkyl, aryl and aralkyl, or R 1 and R 2 together with the nitrogen atom form a 3-7-membered heterocycle which optionally has one or more double bonds and optionally a further heteroatom from the group N, O and S,
in the presence of an amide of the formula
MNR 3 R 4 III
in which R 3 and R 4 independently of one another have the meanings given for amine I and amide II for R 1 and R 2 and M represents an alkali metal; - b) isomerizing the amine II to an amine of the formula
in which R 1 and R 2 have the meaning given in the formulas I and II; - c) release of n-butyraldehyde and the amine of the formula I by hydrolysis of the amine IV with water.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der nach Hydrolyse in Teilschritt c) erhaltene n-Butyraldehyd zu n-Butanol hydriert. Diese Hydrierung kann in einer bevorzugten Ausführungsform simultan mit der Hydrolyse des Enamins durchgeführt und diese beiden Verfahrensschritte somit zu einer einzigen Verfahrensstufe c) zusammengefasst werden. In one embodiment of the present invention, after hydrolysis in Sub-step c) hydrogenated n-butyraldehyde to n-butanol. This hydrogenation can be in a preferred embodiment carried out simultaneously with the hydrolysis of the enamine and these two process steps thus to a single process step c) be summarized.
Die Teilreaktionen a) und b) können auch bevorzugt derart zusammengefaßt werden, daß man aus einer Hydrolyse der Amine II und IV unumgesetztes Amin II und gegebenenfalls, aber nicht bevorzugt, auch ein Rest an Amin IV in die kombinierte Reaktionsstufe a) plus b) zurückführt und parallel zur Synthese von II aus I und 1,3-Butadien II zu IV isomerisiert. The partial reactions a) and b) can also preferably be summarized in such a way that unreacted amine II and optionally, from a hydrolysis of amines II and IV, but not preferred, also a residue of amine IV in the combined reaction step a) plus b) recycled and parallel to the synthesis of II from I and 1,3-butadiene II to IV isomerized.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von n-Butyraldehyd und/oder n-Butanol setzt sich somit aus 3 Teilreaktionen a) bis c) zusammen. Die Teilreaktionen a) und b) können wahlweise getrennt voneinander unter Einsatz verschiedener Katalysatoren oder gekoppelt unter Vermeidung von Aufarbeitungsschritten und Verwendung des gleichen Katalysators oder des gleichen Katalysatortyps durchgeführt werden. Es können aber auch die Teilreaktionen b) und c) zu einer einzigen Verfahrensstufe zusammengefasst werden. The process according to the invention for the preparation of n-butyraldehyde and / or n-butanol is composed of 3 partial reactions a) to c). The partial reactions a) and b) can optionally be separated from one another using different catalysts or coupled avoiding refurbishment steps and using the same Catalyst or the same type of catalyst can be carried out. But it can also the partial reactions b) and c) are combined into a single process step.
Der Ausdruck "Verfahrensstufe" wird in dieser Anmeldung einerseits für eine Anlageneinheit gebraucht, in der jeweils eine einzelne der Teilreaktionen a) bis c) an dem oder den in dieser Anlageneinheit eingesetzten Katalysator oder Katalysatoren abläuft. "Verfahrensstufe" bezeichnet andererseits eine Anlageeinheit, in der mehrere, insbesondere 2 dieser Teilreaktionen, nebeneinander an dem oder den in dieser Anlageneinheit verwendeten Katalysator oder Katalysatoren ablaufen. In this application, the expression "process stage" is used on the one hand for a Plant unit used, in each of which one of the partial reactions a) to c) on the or the catalyst or catalysts used in this plant unit expires. "Process stage" on the other hand denotes a plant unit in which several, in particular 2 of these partial reactions, side by side on the or in this plant unit used catalyst or catalysts expire.
Ist der in einer Anlageneinheit verwendete Katalysator (oder die in einer Anlageneinheit verwendeten Katalysatoren) beispielsweise in der Lage, unter den vorliegenden Reaktionsbedingungen die Isomerisierung des Allylamins II zum Enamin IV gemäß Teilreaktion b) und die Hydrolyse/Hydrierung gemäss Teilschritt c) zu katalysieren, wobei der Ablauf dieser Teilreaktionen in der Anlageneinheit nicht räumlich voneinander getrennt werden kann, so wird in dieser Anmeldung von der Durchführung der Teilreaktionen b) und c) in einer einzigen Verfahrensstufe gesprochen. Eine Anlageneinheit kann dabei sowohl einen einzigen Reaktor als auch mehrere, in Reihe geschaltete Reaktoren umfassen, die mit dem gleichen oder gegebenenfalls mit verschiedenen Katalysatoren befüllt sind und in der gleichen Betriebsweise und bei gleichen oder verschiedenen Temperatur- und Druckbedingungen betrieben werden. Als Betriebsweise wird dabei beispielsweise das Arbeiten in flüssiger Phase unter Anwendung eines Homogenkatalysators, das Arbeiten in flüssiger Phase unter Anwendung eines Heterogenkatalysators oder das Arbeiten in der Gasphase verstanden. Daraus folgt, dass in dieser Anmeldung beispielsweise dann nicht von einer Umsetzung in einer einzigen Verfahrensstufe gesprochen wird, wenn in den einzelnen, aufeinanderfolgenden Reaktoren Katalysatoren angewandt werden, die allein zur Katalyse einer bestimmten Teilreaktion befähigt sind, wenn in diesen Reaktoren mit unterschiedlichen Betriebsweisen gearbeitet wird, oder wenn bei der Durchführung einer Teilreaktion unterschiedliche Temperaturen gegenüber der vorhergehenden Teilreaktion angelegt werden. Is the catalyst used in a plant unit (or that in a plant unit catalysts used), for example, able to, among the present Reaction conditions according to the isomerization of allylamine II to enamine IV React partial reaction b) and the hydrolysis / hydrogenation according to partial step c), wherein the sequence of these partial reactions in the plant unit is not spatially separate can be separated in this application from the implementation of the Partial reactions b) and c) spoken in a single process step. A The plant unit can have both a single reactor and several in series switched reactors include those with the same or optionally with different catalysts are filled and in the same mode of operation and at the same or different temperature and pressure conditions are operated. As The operating mode is, for example, working in the liquid phase a homogeneous catalyst that works in the liquid phase using a Understand heterogeneous catalyst or working in the gas phase. It follows that in this application, for example, then not from a single implementation Process stage is spoken when in the individual, successive reactors Catalysts are used alone to catalyze a particular sub-reaction are capable of working in these reactors with different operating modes or if different temperatures occur when a partial reaction is carried out compared to the previous partial reaction.
Bei der Anlagerungsreaktion des Amins an 1,3-Butadien wird das Eduktamin mit einem 1,3-Butadien-haltigen Gemisch umgesetzt. Dies geschieht in Gegenwart eines Alkalimetallamids als Katalysator. In the addition reaction of the amine with 1,3-butadiene, the eductamine is mixed with a 1,3-butadiene-containing mixture implemented. This happens in the presence of one Alkali metal amide as a catalyst.
Die 1,3-Butadien-haltigen Gemische stammen vorzugsweise aus den folgenden Quellen:
- a) C4-Schnitte, die großtechnisch bei der thermischen oder katalytischen Spaltung von Erdölfraktionen, wie z. B. Benzinen, insbesondere Naphtha, anfallen (Steamcracken; siehe z. B. K. Weissermel und H.-J. Arpe, Industrielle Organische Chemie, 4. Aufl. 1994, VCH Verlagsgesellschaft, Seiten 70-76);
- b) Kohlenwasserstoffströme aus der Dehydrierung von sogenanntem LPG oder LNG, vorzugsweise C4-Schnitten daraus, wobei der C4-Anteil des LPG-Stroms vor oder nach der Dehydrierung vom LPG-Strom abgetrennt wird. Ein LNG-Strom mit hohem C1 und C2 kann dabei z. B. über ein MTO-Verfahren zuvor in C4 überführt werden.
- a) C4 cuts, the industrial scale in the thermal or catalytic splitting of petroleum fractions, such as. B. gasoline, in particular naphtha, occur (steam cracking; see, for example, BK Weissermel and H.-J. Arpe, Industrial Organic Chemistry, 4th ed. 1994, VCH Verlagsgesellschaft, pages 70-76);
- b) hydrocarbon streams from the dehydrogenation of so-called LPG or LNG, preferably C4 cuts thereof, the C4 fraction of the LPG stream being separated from the LPG stream before or after the dehydrogenation. An LNG stream with high C1 and C2 can z. B. previously transferred to C4 using an MTO process.
LPG bedeutet dabei Liquified Petroleum Gas (Flüssiggase). Derartige Flüssiggase sind beispielsweise in der DIN 51 622 definiert. Sie enthalten im allgemeinen die Kohlenwasserstoffe Propan, Propen, Butan, Buten und deren Gemische, die in Ölraffinerien als Nebenprodukte bei Destillation und Cracken von Erdöl sowie in der Erdgas-Aufbereitung bei der Benzinabscheidung anfallen. LNG bedeutet Liquified Natural Gas (Erdgas). Erdgas besteht hauptsächlich aus gesättigten Kohlenwasserstoffen, die je nach ihrer Herkunft unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen und im allgemeinen in drei Gruppen eingeteilt werden. Erdgas aus reinen Erdgas-Lagerstätten besteht aus Methan und wenig Ethan. Erdgas aus Erdöl-Lagerstätten enthält zusätzlich noch größere Mengen höher molekularer Kohlenwasserstoffe wie Ethan, Propan, Isobutan, Butan, Hexan, Heptan und Nebenprodukte. Erdgas aus Kondensat- und Destillat-Lagerstätten enthält nicht nur Methan und Ethan, sondern auch in erheblichem Umfang höher siedende Komponenten mit mehr als 7 Kohlenstoffatomen. Für eine nähere Beschreibung von Flüssiggasen und Erdgas kann auf die entsprechenden Stichworte in Römpp, Chemielexikon, 9. Auflage verwiesen werden. LPG means Liquified Petroleum Gas. Such liquefied gases are defined for example in DIN 51 622. They generally contain the Hydrocarbons propane, propene, butane, butene and their mixtures, which in Oil refineries as by-products in the distillation and cracking of petroleum and in the Natural gas processing during gasoline separation. LNG means Liquified Natural Gas (natural gas). Natural gas mainly consists of saturated hydrocarbons, which ever have different compositions according to their origin and in general be divided into three groups. Natural gas from pure natural gas deposits consists of Methane and little ethane. Natural gas from oil deposits also contains larger ones Amounts of higher molecular hydrocarbons such as ethane, propane, isobutane, butane, Hexane, heptane and by-products. Natural gas from condensate and distillate deposits contains not only methane and ethane, but also to a considerable extent higher boiling Components with more than 7 carbon atoms. For a more detailed description of Liquefied gases and natural gas can be found in the relevant keywords in Römpp, Chemistry lexicon, 9th edition.
Das als Ausgangsgemisch (Feedstock) verwendete LPG und LNG umfaßt insbesondere sogenannte Feldbutane, wie man die C4-Fraktion der "feuchten" Anteile des Erdgases sowie der Erdölbegleitgase nennt, die durch Trocknung und Abkühlung auf etwa -30°C in flüssiger Form aus den Gasen abgetrennt werden. Durch Tieftemperatur- oder Druckdestillation gewinnt man daraus die Feldbutane, deren Zusammensetzung je nach Lagerstätte schwankt, die jedoch im allgemeinen etwa 30% iso-Butan und etwa 65% n- Butan enthalten. The LPG and LNG used as the starting mixture (feedstock) include in particular so-called field butanes, how to get the C4 fraction of the "moist" portions of natural gas as well as the associated petroleum gases, which by drying and cooling to about -30 ° C in liquid form can be separated from the gases. By low temperature or Pressure distillation is used to obtain the field butanes, the composition of which depends on Deposit fluctuates, but generally about 30% isobutane and about 65% n- Contain butane.
Geeignete Verfahren zur Dehydrierung von Kohlenwasserstoffen sind beispielsweise in der DE-A-10 04 7642 beschrieben. Weiterhin kann für die Dehydrierung von Alkanen auf US 4,788,371, WO 94/29021, US 5,733,518, EP-A-0 838 534, WO 96/33151 oder WO 96/33150 verwiesen werden. Suitable processes for the dehydrogenation of hydrocarbons are, for example, in DE-A-10 04 7642. Can also be used for the dehydrogenation of alkanes US 4,788,371, WO 94/29021, US 5,733,518, EP-A-0 838 534, WO 96/33151 or WO 96/33150 to get expelled.
Das oben erwähnte MTO steht dabei für Methanol-To-Olefin. Es ist mit dem MTG- Verfahren (Methanol-To-Gasoline) verwandt. Es handelt sich dabei um ein Verfahren zur Dehydratisierung von Methanol an geeigneten Katalysatoren, wobei ein olefinisches Kohlenwasserstoffgemisch entsteht. Selbst C1-Feedströme können damit beispielsweise über Methanol und das MTO-Verfahren in Olefin-Gemische überführt werden, aus denen die C4-Anteile durch geeignete Methoden abgetrennt werden können. Die Abtrennung kann beispielsweise durch Destillation erfolgen. Für das MTO-Verfahren kann auf Weissermel, Arpe, Industrielle organische Chemie, 4. Auflage 1994, VCH- Verlagsgesellschaft, Weinheim, S. 36 ff. verwiesen werden. The MTO mentioned above stands for methanol-to-olefin. It is related to the MTG (Methanol-To-Gasoline) process. It is a process for the dehydration of methanol over suitable catalysts, whereby an olefinic hydrocarbon mixture is formed. Even C 1 feed streams can thus be converted into olefin mixtures, for example via methanol and the MTO process, from which the C 4 components can be separated off by suitable methods. The separation can take place, for example, by distillation. For the MTO process, reference can be made to Weissermel, Arpe, Industrielle organic Chemie, 4th edition 1994, VCH-Verlagsgesellschaft, Weinheim, p. 36 ff.
Das Methanol-To-Olefin-Verfahren ist zudem beispielsweise in P. J. Jackson, N. White, Technologies for the conversion of natural gas, Austr. Inst. Energy Conference 1985 beschrieben.
- a) C4-Schnitte aus der sogenannten GTL-Technologie, beispielsweise der Fischer- Tropsch-Synthese.
- b) beliebige Mischungen aus den vorgenannten Kohlenwasserstoffströmen.
- a) C4 sections from the so-called GTL technology, for example the Fischer-Tropsch synthesis.
- b) any mixtures of the aforementioned hydrocarbon streams.
Bevorzugte C4-Schnitte besitzen folgende Zusammensetzung (in Gew.-%):
1. C4-Crackerschnitte
1,3-Butadien
25-60, bevorzugt 35-50, besonders bevorzugt 40-45;
Butene (iso-Buten, 1-Buten, trans-2-Buten, cis-2-Buten):
35-70, bevorzugt 40-60;
Butane (n-Butan, iso-Butan):
3-12, bevorzugt 5-10;
Alkine (Vinylacetylen, 1-Butin):
0-4, bevorzugt 0 - < 2, besonders bevorzugt 0 - < 1;
Sonstige (z. B. 1,2-Butadien, C5-Komponenten wie Pentane):
0-2, bevorzugt 0-1.
Preferred C4 cuts have the following composition (in% by weight): 1. C4 cracker cuts 1,3-butadiene
25-60, preferably 35-50, particularly preferably 40-45;
Butenes (isobutene, 1-butene, trans-2-butene, cis-2-butene):
35-70, preferably 40-60;
Butanes (n-butane, isobutane):
3-12, preferably 5-10;
Alkynes (vinyl acetylene, 1-butyne):
0-4, preferably 0 - <2, particularly preferably 0 - <1;
Other (e.g. 1,2-butadiene, C5 components such as pentanes):
0-2, preferably 0-1.
Eine typische C4-Crackerschnitt-Zusammensetzung (in Gew.-%) ist z. B.:
1,3-Butadien: 42,3
Butene: 47, 5
Butane: 8,7
Alkine: 0,8
Sonstige: 0,7.
2. Kohlenwasserstoffgemische aus der Dehydrierung von n-Butan
1,3-Butadien:
3-40, bevorzugt 5-30, besonders bevorzugt 7-15;
Butene (1-Buten, trans-2-Buten, cis-2-Buten):
35-70, bevorzugt 40-60;
n-Butan:
35-70, bevorzugt 40-60;
Alkine (Vinylacetylen, 1-Butin):
0-1, bevorzugt 0-0,5, besonders bevorzugt 0-0,2;
Sonstige (z. B. 1,2-Butadien):
0-1, bevorzugt 0-0,5.
A typical C4 cracker cut composition (in% by weight) is e.g. B .:
1,3-butadiene: 42.3
Butenes: 47, 5
Butanes: 8.7
Alkynes: 0.8
Others: 0.7. 2. Hydrocarbon mixtures from the dehydrogenation of n-butane 1,3-butadiene:
3-40, preferably 5-30, particularly preferably 7-15;
Butenes (1-butene, trans-2-butene, cis-2-butene):
35-70, preferably 40-60;
n-butane:
35-70, preferably 40-60;
Alkynes (vinyl acetylene, 1-butyne):
0-1, preferably 0-0.5, particularly preferably 0-0.2;
Other (e.g. 1,2-butadiene):
0-1, preferably 0-0.5.
Eine typische Zusammensetzung (in Gew.-%) von C4 aus einer n-Butandehydrierung ist
z. B.:
1,3-Butadien: 8
Butene: 46
Butane: 45
sonstige: < 1
3. Kohlenwasserstoffgemische aus der Dehydrierung von Feldbutanen
1,3-Butadien:
1-20, bevorzugt 2-15, besonders bevorzugt 3-10;
Butene (1-Buten, trans-2-Buten, cis-2-Buten, i-Buten):
50-90, bevorzugt 60-80;
Butane (n-Butan, i-Butan):
15-50, bevorzugt 20-40;
Sonstige:
0-1, bevorzugt 0-0,5.
A typical composition (in% by weight) of C4 from an n-butane dehydrogenation is e.g. B .:
1,3-butadiene: 8
Butenes: 46
Butanes: 45
other: <1 3. Hydrocarbon mixtures from the dehydrogenation of field butanes 1,3-butadiene:
1-20, preferably 2-15, particularly preferably 3-10;
Butenes (1-butene, trans-2-butene, cis-2-butene, i-butene):
50-90, preferably 60-80;
Butanes (n-butane, i-butane):
15-50, preferably 20-40;
other:
0-1, preferably 0-0.5.
Eine typische Zusammensetzung (in Gew.-%) von C4 aus einer n-Butandehydrierung ist
z. B.:
1,3-Butadien: 6
Butene: 66
Butane: 27
sonstige: 1
A typical composition (in% by weight) of C4 from an n-butane dehydrogenation is e.g. B .:
1,3-butadiene: 6
Butenes: 66
Butanes: 27
other: 1
Besonders bevorzugt wird ein Kohlenwasserstoff-Feedstrom eingesetzt, der weniger als 2 Gew.-%, insbesondere weniger als 1 Gew.-%, Verbindungen enthält, die nach der MSAD- Skala einen pKs-Wert kleiner 30 besitzen. A hydrocarbon feed stream which is less than 2% by weight, contains in particular less than 1% by weight of compounds which, according to the MSAD Have a pKs value less than 30.
Bei solchen Verbindungen handelt es sich z. B. um H2O, Alkohole oder Oxo- Verbindungen, aber auch um Kohlenwasserstoffe wie z. B. 1-Butin, Cyclopentadien und Vinylacetylen. Such connections are e.g. B. to H 2 O, alcohols or oxo compounds, but also hydrocarbons such. B. 1-butyne, cyclopentadiene and vinyl acetylene.
[Zur Definition der MSAD-Skala siehe ("Mc Ewen-Streitwieser-Applequist-Dessy-Skala") z. B. in D. J. Cram, Fundamentals of Carbonion Chemistry, Acad. Press, 1965]. [For the definition of the MSAD scale see ("Mc Ewen-Streitwieser-Applequist-Dessy scale") z. B. in D. J. Cram, Fundamentals of Carbonion Chemistry, Acad. Press, 1965].
Diese Stoffe können das Verfahren dadurch stören, daß sie als Säuren das Amid III protonieren und ein erhöhte Menge an Alkalimetall zur Aufrechterhaltung der Katalyse nötig ist. Sie stellen kein prinzipielles chemisches Problem dar. These substances can interfere with the process in that they form amide III protonate and an increased amount of alkali metal to maintain catalysis is necessary. They are not a fundamental chemical problem.
Überraschenderweise ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren, bei der Umsetzung des Ammoniaks oder Amins mit dem 1,3-Butadien-haltigen Gemisch eine Olefin-Selektivität, bezogen auf alle Olefine im Gemisch, von größer 90%, insbesondere größer 95%, ganz besonders größer 98% zum entsprechenden n-Butenylamin als Hydroaminierungsprodukt zu erhalten. Aus dem 1,3-Butadien-haltigen Gemisch reagiert nahezu ausschließlich 1,3- Butadien ab. Weiterhin werden durch den erfindungsgemässen Einsatz von Alkalimetallamiden < 10%, bezogen auf das 1,4-Additionsprodukt, an 1,2-Additionsprodukt gebildet. Surprisingly, the method according to the invention enables the implementation of the Ammonia or amine with the 1,3-butadiene-containing mixture an olefin selectivity, based on all olefins in the mixture, greater than 90%, in particular greater than 95%, entirely particularly greater than 98% of the corresponding n-butenylamine as a hydroamination product to obtain. The 1,3-butadiene-containing mixture reacts almost exclusively with 1,3- Butadiene. Furthermore, the use of Alkali metal amides <10%, based on the 1,4-addition product, formed on 1,2-addition product.
Erzielt wird die sehr hohe Selektivität durch eine oder mehrere der folgenden Maßnahmen:
- 1. Verwendung der erfindungsgemäß benutzten Alkalimetallkatalysatoren,
- 2. Verwendung eines Unterschuß an 1,3-Butadien - bevorzugt ist ein molares Verhältnis 1,3-Butadien im butadienhaltigen Gemisch: sekundärem Amin von 0,95 : 1 bis 1 : 10, besonders bevorzugt von 0,9 : 1 bis 1 : 2 bzw. ein molares Verhältnis 1,3-Butadien im butadienhaltigen Gemisch: primärem Amin von 1,9 : 1 bis 1 : 5, besonders bevorzugt ist 1,8 : 1 bis 1 : 1 -,
- 3. Wahl des Temperaturfensters von 20 bis 130°C, vorzugsweise 70 bis 100°C
- 4. Einstellung einer aktuellen Konzentration an 1,3-Butadien im Reaktionsgemisch von < 3, bevorzugt < 1, besonders bevorzugt < 0,5 Gew.-%.
- 1. Use of the alkali metal catalysts used according to the invention,
- 2. Use of a deficit of 1,3-butadiene - a molar ratio of 1,3-butadiene in the butadiene-containing mixture: secondary amine is preferred from 0.95: 1 to 1:10, particularly preferably from 0.9: 1 to 1: 2 or a molar ratio of 1,3-butadiene in the butadiene-containing mixture: primary amine from 1.9: 1 to 1: 5, particularly preferred is 1.8: 1 to 1: 1 -,
- 3. Choice of the temperature window from 20 to 130 ° C, preferably 70 to 100 ° C.
- 4. Setting a current concentration of 1,3-butadiene in the reaction mixture of <3, preferably <1, particularly preferably <0.5% by weight.
Besonders bevorzugt werden die Reaktionsbedingungen so gewählt, dass das 1,3-Butadien zu 98%, insbesondere 99% aus dem 1,3-Butadien-haltigen Gemisch entfernt wird. The reaction conditions are particularly preferably selected such that 1,3-butadiene 98%, in particular 99%, of the 1,3-butadiene-containing mixture is removed.
Die nach Durchführung der Umsetzung verbleibenden Bestandteile des eingesetzten 1,3- Butadien-haltigen Gemischs können nach der Abtrennung und gegebenenfalls Reinigung weiterverarbeitet und anderweitig verwendet werden. Zum Beispiel können diese verbleibenden Bestandteile wieder in einem Steamcracker oder eine Alkandehydrierung zurückgeleitet werden. The remaining components of the 1,3- Butadiene-containing mixture can after separation and optionally cleaning processed and used for other purposes. For example, these remaining ingredients again in a steam cracker or an alkane dehydrogenation be returned.
Enthalten die nach Durchführung der Umsetzung verbleibenden Bestandteile des eingesetzten 1,3-Butadien-haltigen Gemischs noch geringe Mengen an 1,3-Butadien, werden diese Bestandteile bevorzugt einer 1,3-Butadien-Partialhydrierungsstufe zugeführt. Contain the remaining components of the 1,3-butadiene-containing mixture used still small amounts of 1,3-butadiene, these constituents are preferably fed to a 1,3-butadiene partial hydrogenation stage.
Insbesondere können die nach Durchführung der Umsetzung verbleibenden Bestandteile des eingesetzten 1,3-Butadien-haltigen Gemischs bei durch die Umsetzung erfolgter vollständiger Entfernung des 1,3-Butadiens nach ihrer Abtrennung als sogenanntes Raffinat I weiterverarbeitet werden. In particular, the constituents remaining after the implementation has been carried out of the 1,3-butadiene-containing mixture used when the reaction was carried out complete removal of the 1,3-butadiene after its separation as a so-called Raffinate I can be processed further.
Ein solches erfindungsgemäß erhaltenes Raffinat I enthält n-Butan, iso-Butan, 1-Buten, cis-2-Buten, trans-2-Buten, iso-Buten, weniger als 1 Gew.-%, insbesondere weniger als 0,5 Gew.-%, ganz besonders 0-0,1 Gew.-% 1,3 Butadien, 0-0,1 Gew.-% Alkinen und gegebenenfalls Reste weiterer Komponenten (z. B. Spuren an C5-Komponenten). Such a raffinate I obtained according to the invention contains n-butane, isobutane, 1-butene, cis-2-butene, trans-2-butene, isobutene, less than 1% by weight, in particular less than 0.5% by weight, very particularly 0-0.1% by weight of 1.3 butadiene, 0-0.1% by weight of alkynes and optionally residues of other components (e.g. traces of C5 components).
Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit auch ein Verfahren zur Herstellung eines 1,3- Butadien-freien Gemischs (d. h. 1,3-Butadien-Gehalt kleiner 1 Gew.-%, insbesondere kleiner 0,5 Gew.-%, ganz besonders kleiner 0,1 Gew.-%), z. B. Raffinat I, aus dem entsprechenden 1,3-Butadien-haltigen Gemisch, das bei der Spaltung von Erdölfraktionen erhalten wurde (z. B. einem C4-Schnitt). The method according to the invention is thus also a method for producing a 1,3- Butadiene-free mixture (i.e. 1,3-butadiene content less than 1% by weight, in particular less than 0.5% by weight, very particularly less than 0.1% by weight), e.g. B. raffinate I, from the corresponding 1,3-butadiene-containing mixture, which is used in the splitting of petroleum fractions was obtained (e.g. a C4 cut).
Werden die Reaktionsbedingungen nicht sorgfältig ausgewählt bzw. aufeinander abgestimmt, kann es vorkommen, dass auch ein Teil der in dem 1,3-Butadien-haltigen Gemisch enthaltenen Butene mit dem primären und/oder sekundären Amin reagiert. Dies ist insbesondere bei Temperaturen > 150°C der Fall. Dabei entstehen am N-Atom sek- butylierte Amine, die in aller Regel unerwünscht sind. If the reaction conditions are not carefully selected or on top of each other coordinated, it can happen that some of the 1,3-butadiene-containing Mixture contained butenes reacted with the primary and / or secondary amine. This is particularly the case at temperatures> 150 ° C. This creates sec- butylated amines, which are generally undesirable.
Im erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbare Amine oder Mischungen hiervon sind
Amine der Formel
R1R2NH I
in der R1 und R2 unabhängig voneinander für Wasserstoff oder einen geeigneten
organischen Rest aus der Gruppe Alkyl, Alkenyl, Cycloalkyl, Alkoxyalkyl, Aminoalkyl,
Monoalkylaminoalkyl, Dialkylaminoalkyl, Aryl und Aralkyl steht, oder R1 und R2
gemeinsam mit dem Stickstoffatom einen 3-7-gliedrigen Heterocyclus bilden, der
gegebenenfalls ein oder mehrere Doppelbindungen sowie gegebenenfalls ein weiteres
Heteroatom aus der Gruppe N, O und S aufweist.
Amines or mixtures thereof which can be used in the process according to the invention are amines of the formula
R 1 R 2 NH I
in which R 1 and R 2 independently of one another represent hydrogen or a suitable organic radical from the group alkyl, alkenyl, cycloalkyl, alkoxyalkyl, aminoalkyl, monoalkylaminoalkyl, dialkylaminoalkyl, aryl and aralkyl, or R 1 and R 2 together with the nitrogen atom represent a 3rd Form a 7-membered heterocycle which optionally has one or more double bonds and optionally a further heteroatom from the group N, O and S.
Da das Amin nach beendeter Reaktion abgespalten und rückgeführt wird, ist die Größe des oder der organischen Substituenten nicht entscheidend. Das Amin I muss lediglich eine für die Additionsreaktion ausreichende Reaktivität aufweisen. Since the amine is split off and returned after the reaction has ended, the size of the or the organic substituents are not critical. The amine I only needs one for the addition reaction has sufficient reactivity.
Es ist bevorzugt, wenn R1 und R2 unabhängig voneinander aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, C1-C20-Alkyl, C2-C20-Alkenyl, C3-C20-Cycloalkyl, C3-C20-Cycloalkenyl, gegebenenfalls mit C1-C4-Alkylgruppen substituiertem C6-C10-Aryl und C7-C11-Aralkyl ausgewählt sind. It is preferred if R 1 and R 2 independently of one another from the group consisting of hydrogen, C 1 -C 20 alkyl, C 2 -C 20 alkenyl, C 3 -C 20 cycloalkyl, C 3 -C 20 cycloalkenyl , C 6 -C 10 aryl and C 7 -C 11 aralkyl optionally substituted with C 1 -C 4 alkyl groups.
Insbesondere ist das Amin ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ammoniak, Mono- und Dialkylaminen mit C1-C6-Alkyl-, C2-C6-Alkyl- und C4-C7-Cycloalkylsubstituenten und C1-C6-N-Alkylanilinen. In particular, the amine is selected from the group consisting of ammonia, mono- and dialkylamines with C 1 -C 6 alkyl, C 2 -C 6 alkyl and C 4 -C 7 cycloalkyl substituents and C 1 -C 6 -N -Alkylanilinen.
Nachfolgend werden beispielhaft einige erfindungsgemäß zu verwendende Amine
aufgeführt:
Methylamin, Ethylamin, n-Propylamin, iso-Propylamin, n-Butylamin, iso-Butylamin, sek-
Butylamin, tert.-Butylamin, iso-Pentylamin, 3-Methyl-2-butylamin, n-Hexylamin,
Octylamin, 2-Ethylhexylamin, Decylamin, tert.-Hexylamin 1,1,3,-Tetramethylbutylamin,
Allylamin, 2-Butenylamin, 3-Pentenylamin, Hexylamin, n-Heptylamin, Cyclopentylamin,
Cyclohexylamin, Methylcyclohexylamin, Cyclooctylamin, Cyclodecylamin, Benzylamin,
2-Phenylethylamin, 4-Methoxyphenylethylamin, Anilin, Toluidin, 2-
Diethylaminoethylamin, Dimethylaminopropylamin, 2-Aminoethanol, 1-Amino-2-
propanol, 3-Aminopropanol-1,2-Aminobutanol-1, Dimethylamin, Diethylamin,
Dipentylamin, Di-n-hexylamin Di-2-ethylhexylamin, N-Methylbutylamin, N-
Ethylbutylamin, Di-2-methoxyethylamin, N-Methylcyclohexylamin, N-
Ethylcyclohexylamin, N-Methylethylamin, N-Methylbutylamin, Di-2-methoxyethylamin,
N-Methylcyclohexylamin, N-Ethylcyclohexylamin, N-Ethylethylamin, Dicyclohexylamin,
N-Ethylanilin, Diamylamin, Di-n-octylamin, Allylmethylamin, 2-Butenylethylamin,
Dialkylamin, N-Methylbenzylamin, Allylmethyllylamin, Pyrrolidin, Piperidin, 4-
Methylpiperidin, Morpholin, 2,6-Dimethylmorpholin, Imidazol, 2-Methylimidazol, 4-
Methylimidazol, Piperazin, 1-Ethylpiperazin, Pyrazol, Ethylendiamin, 1,3-Diaminopropan,
1,2-Propyldiamin, Neopentandiamin, Hexamethylendiamin, Diethylentriamin.
Some amines to be used according to the invention are listed below by way of example:
Methylamine, ethylamine, n-propylamine, iso-propylamine, n-butylamine, iso-butylamine, sec-butylamine, tert-butylamine, iso-pentylamine, 3-methyl-2-butylamine, n-hexylamine, octylamine, 2-ethylhexylamine , Decylamine, tert-hexylamine 1,1,3, tetramethylbutylamine, allylamine, 2-butenylamine, 3-pentenylamine, hexylamine, n-heptylamine, cyclopentylamine, cyclohexylamine, methylcyclohexylamine, cyclooctylamine, cyclodecylamine, benzylamine, 2-phenylethylamine, 4- Methoxyphenylethylamine, aniline, toluidine, 2-diethylaminoethylamine, dimethylaminopropylamine, 2-aminoethanol, 1-amino-2-propanol, 3-aminopropanol-1,2-aminobutanol-1, dimethylamine, diethylamine, dipentylamine, di-n-hexylamine di-2 -ethylhexylamine, N-methylbutylamine, N-ethylbutylamine, di-2-methoxyethylamine, N-methylcyclohexylamine, N-ethylcyclohexylamine, N-methylethylamine, N-methylbutylamine, di-2-methoxyethylamine, N-methylcyclohexylamine, N-ethylcyclohexylamine, N-ethylyl , Dicyclohexylamine, N-ethylaniline, diamylamine, di-n-octylamine, allylmethylamine, 2-butene ylethylamine, dialkylamine, N-methylbenzylamine, allylmethyllylamine, pyrrolidine, piperidine, 4-methylpiperidine, morpholine, 2,6-dimethylmorpholine, imidazole, 2-methylimidazole, 4-methylimidazole, piperazine, 1-ethylpiperazine, pyrazole, ethylenediamine, 1,3-ethylenediamine Diaminopropane, 1,2-propyl diamine, neopentane diamine, hexamethylene diamine, diethylene triamine.
Die eingesetzten Amine sind generell technischen Ursprungs und enthalten bis zu 0,1 Mol-% Verunreinigungen wie z. B. H2O, tertiäre Amine - z. B. Dibutylmethylamin in Dibutylamin -, sowie Alkohole, Amide, Enamine oder Nitrile. Amine technischer Qualität, wie sie z. B. von der BASF oder der Fa. Air-Products angeboten werden, sind im allgemeinen von ausreichender Qualität. The amines used are generally of technical origin and contain up to 0.1 mol% of impurities such as. B. H 2 O, tertiary amines - z. B. dibutylmethylamine in dibutylamine, and alcohols, amides, enamines or nitriles. Amines of technical quality, such as B. offered by BASF or Air Products are generally of sufficient quality.
Bevorzugte Amine sind Piperazin, Mono-n-Butylamin und Di-n-butylamin. Das meistbevorzugte Amin ist Di-n-butylamin. Es wird beispielsweise von der BASF AG unter der Produkt-Nr. 208.056 angeboten. Preferred amines are piperazine, mono-n-butylamine and di-n-butylamine. The the most preferred amine is di-n-butylamine. It is, for example, from BASF AG the product no. 208.056 offered.
Als Katalysator bei der Addition von 1,3-Butadien an Ammoniak, ein primäres oder sekundäres Amin wird als Katalysator ein Alkalimetallamid eingesetzt. Vorzugsweise ist das Metallamid (III) von dem Amin (I), das mit dem Butadien in der Aminoalkylierungsreaktion umgesetzt wird, abgeleitet. Dabei sind die Substituenten R3 und R4 in Formel (III) mit den Substituenten R1 und R2 in Formel (I) identisch. As a catalyst in the addition of 1,3-butadiene to ammonia, a primary or secondary amine, an alkali metal amide is used as the catalyst. Preferably the metal amide (III) is derived from the amine (I) which is reacted with the butadiene in the aminoalkylation reaction. The substituents R 3 and R 4 in formula (III) are identical to the substituents R 1 and R 2 in formula (I).
Die eingesetzten Alkalimetallamide entsprechen der allgemeinen Formel
MNR3R4 III
in der M Li, Na, K, Rb oder Cs, vorzugsweise Li, Na oder K, mehr bevorzugt Na oder K,
insbesondere Na, bedeutet, und R3 und R4 unabhängig voneinander die im Zusammenhang
mit Formel I gegebene Bedeutung der Substituenten R1 und R2 aufweisen.
The alkali metal amides used correspond to the general formula
MNR 3 R 4 III
in which M denotes Li, Na, K, Rb or Cs, preferably Li, Na or K, more preferably Na or K, in particular Na, and R 3 and R 4 independently of one another have the meaning of the substituents R given in connection with formula I. 1 and R 2 have.
Es können auch Legierungen der Alkalimetalle untereinander eingesetzt werden. Eine Vorreinigung der Alkalimetalle vor dem Einsatz in die Reaktion ist nicht notwendig. So kann technisches Alkalimetall, wie es z. B. von den Firmen Métaux-Spéciaux, Chemmetall, Callery Chem. Comp., PA oder Alkali Metals Ltd., Hyderabad, Indien angeboten wird, eingesetzt werden. Das Alkalimetall ist in der Regel verunreinigt durch Hydroxide, Oxide, Erdalkalimetalle, Halogenide und - im Falle des Lithiums - Nitride. Alloys of the alkali metals can also be used with one another. A Pre-cleaning of the alkali metals before use in the reaction is not necessary. So can technical alkali metal, as z. B. from the companies Métaux-Spéciaux, Chemmetall, Callery Chem. Comp., PA or Alkali Metals Ltd., Hyderabad, India is offered be used. The alkali metal is usually contaminated by hydroxides, oxides, Alkaline earth metals, halides and - in the case of lithium - nitrides.
Beispiele für Alkalimetallalkylamide sind NaHNC2H5, NaN(C2H5)2, KHNC2H5, KN(C2H5)2, LiHNC2H5, LiN(C2H5)2, LiN(iso-C3H7)2, NaN(iso-C3H7)2, NaN(n-C4H9)2, NaHN(iso-C3H7) und NaHN(iso-C5H11). Examples of alkali metal alkylamides are NaHNC 2 H 5 , NaN (C 2 H 5 ) 2 , KHNC 2 H 5 , KN (C 2 H 5 ) 2 , LiHNC 2 H 5 , LiN (C 2 H 5 ) 2 , LiN (iso- C 3 H 7 ) 2 , NaN (iso-C 3 H 7 ) 2 , NaN (nC 4 H 9 ) 2 , NaHN (iso-C 3 H 7 ) and NaHN (iso-C 5 H 11 ).
Bei der Hydroaminierung von n-Butylamin mit dem 1,3-Butadien-haltigen Gemisch sind Na(H)N(n-C4H9) und K(H)N(n-C4H9) besonders bevorzugt, bei der Hydroaminierung von Di-n-butylamin mit dem 1,3-Butadien-haltigen Gemisch sind NaN(n-C4H9)2 und KN (n- C4H9)2 besonders bevorzugt, wobei NaN(n-C4H9)2 insbesondere bevorzugt ist. Na (H) N (nC 4 H 9 ) and K (H) N (nC 4 H 9 ) are particularly preferred for the hydroamination of n-butylamine with the 1,3-butadiene-containing mixture, and for the hydroamination of di- n-Butylamine with the 1,3-butadiene-containing mixture are particularly preferred NaN (nC 4 H 9 ) 2 and KN (n-C 4 H 9 ) 2 , with NaN (nC 4 H 9 ) 2 being particularly preferred.
Die Herstellung der erfindungsgemäss verwendeten Alkalimetallamide erfolgt wie in Houben-Weyl, Methoden der organischen Chemie, 4. Aufl., Band XI/2 (Stickstoffverbindungen II und III), Verlag Thieme, Stuttgart, S. 182ff., in US-A-4,595,779, WO 93/14061, DE-A-21 17 970, DRP 615,468, GB-A-742 790, DE-A-2613 113, US-A-2,750,417, J. Wollensak, Org. Synth. 43 (1963), Seite 45ff, oder C. A. Brown, J. Am. Chem. Soc. 95(3) (1973), Seite 982ff, beschrieben, durch Umsetzung des Alkalimetalls mit dem entsprechenden Amin in Gegenwart einer ungesättigten Verbindung wie z. B. 1,3-Butadien, Isopren, Naphthalin, Pyridin oder Styrol, durch Umsetzung eines Alkaliamids des Ammoniaks MNH2 oder -hydrids mit dem entsprechenden Amin oder durch Umsetzung einer Organometallverbindung, wie z. B. n-BuLi, MeLi, PhNa, Naphthaliden von Li, Na und K oder Graphitverbindungen wie C8K und C24K mit dem entsprechenden Amin. The alkali metal amides used according to the invention are prepared as in Houben-Weyl, Methods of Organic Chemistry, 4th edition, Volume XI / 2 (nitrogen compounds II and III), Verlag Thieme, Stuttgart, p. 182ff., In US Pat. No. 4,595,779 , WO 93/14061, DE-A-21 17 970, DRP 615.468, GB-A-742 790, DE-A-2613 113, US-A-2,750,417, J. Wollensak, Org. Synth. 43 (1963), page 45ff, or CA Brown, J. Am. Chem. Soc. 95 (3) (1973), page 982ff, described by reacting the alkali metal with the corresponding amine in the presence of an unsaturated compound such as. B. 1,3-butadiene, isoprene, naphthalene, pyridine or styrene, by reacting an alkali amide of ammonia MNH 2 or hydride with the corresponding amine or by reacting an organometallic compound such as. B. n-BuLi, MeLi, PhNa, naphthalides of Li, Na and K or graphite compounds such as C 8 K and C 24 K with the corresponding amine.
Man geht dabei in der Regel so vor, dass man den Katalysator (oder das entsprechende Alkalimetall, das entsprechende Metallhydrid oder die entsprechende Organometallverbindung wie beispielsweise n-Butyllithium als Katalysatorvorläufer) in dem entsprechenden Amin löst oder suspendiert. As a rule, the procedure is such that the catalyst (or the corresponding Alkali metal, the corresponding metal hydride or the corresponding Organometallic compound such as n-butyllithium as a catalyst precursor) in the corresponding amine dissolves or suspended.
Der Katalysator kann als Lösung, als Suspension oder geträgert auf einem typischen Katalysatorträger wie z. B. SiO2, Al2O3, TiO2, ZrO2, Aktivkohle, MgO, MgAl2O4 vorliegen. Bevorzugt liegt der Katalysator als Lösung oder Suspension, besonders bevorzugt als Lösung vor. The catalyst can be used as a solution, as a suspension or supported on a typical catalyst support such as e.g. B. SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 , activated carbon, MgO, MgAl 2 O 4 are present. The catalyst is preferably present as a solution or suspension, particularly preferably as a solution.
Die Hydroaminierungsreaktion wird wie nachfolgend beschrieben durchgeführt:
1,3-Butadien wird in Form eines 1,3-Butadien-haltigen Gemischs, das man bei der
Spaltung von Erdölfraktionen erhält, bevorzugt in Form eines 1,3-Butadien-haltigen
Gemischs mit einer Zusammensetzung wie oben beschrieben, mit Ammoniak, einem
primären Amin und/oder einem sekundären Amin unter hydroaminierenden Bedingungen
umgesetzt.
The hydroamination reaction is carried out as described below:
1,3-butadiene is in the form of a 1,3-butadiene-containing mixture which is obtained by splitting petroleum fractions, preferably in the form of a 1,3-butadiene-containing mixture having a composition as described above, with ammonia, a primary amine and / or a secondary amine implemented under hydroaminating conditions.
Es lässt sich natürlich auch reines Butadien, das keine oder nur noch geringe Mengen der üblichen, bei seiner Herstellung anfallenden Begleitprodukte aufweist, in dem erfindungsgemäßen Verfahren einsetzen. Dabei entfällt jedoch ein großer Teil der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere die Verfahrensvereinfachung gerade auf Grund des nicht erforderlichen Reinigungsschritts des Butadiens. Of course, it is also possible to use pure butadiene, which has no or only small amounts of has usual, in its manufacture accompanying products in which Use the inventive method. However, a large part of the advantages are lost of the method according to the invention, in particular the simplification of the method Because of the unnecessary purification step of the butadiene.
Bei der Umsetzung des 1,3-Butadien-haltigen Gemischs mit einen sekundären Amin resultiert in der Hydroaminierungsstufe ein tertiäres Amin, das einen n-Butenylsubstituenten aufweist, bei der Umsetzung mit einen primären Amin je nach gewählten Reaktionsbedingungen entweder ein sekundäres Amin oder tertiäres Amin mit einem bzw. zwei n-Butenylsubstituenten oder ein Gemisch daraus. Im Fall der Wahl von Ammoniak als Amin erhält man ein primäres, sekundäres oder tertiäres Amin mit einem, zwei oder drei n-Butenylsubstituenten oder Gemische davon. In the reaction of the 1,3-butadiene-containing mixture with a secondary amine the result of the hydroamination step is a tertiary amine, the one Has n-butenyl substituents, depending on the reaction with a primary amine selected reaction conditions with either a secondary amine or tertiary amine one or two n-butenyl substituents or a mixture thereof. In the case of choosing Ammonia as an amine gives a primary, secondary or tertiary amine with a two or three n-butenyl substituents or mixtures thereof.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird aus dem 1,3-Butadien generell das N-But-2- enylamin II gebildet; dieses kann in der (E)- und (Z)-Form vorliegen, wobei die (E)-Form bevorzugt ist. Das doppelbindungsisomere entsprechende N-But-3-enylamin liegt nur in geringen Mengen von generell < 10 Gew.-% vor, wobei auch dieses in Schritt b) zum Enamin IV hydrolysiert wird und daher nicht stört. In the process according to the invention, the 1,3-butadiene is generally converted into the N-but-2- enylamine II formed; this can be in the (E) and (Z) form, the (E) form is preferred. The double bond isomer corresponding N-but-3-enylamine is only in small amounts of generally <10% by weight, this also being used in step b) Enamine IV is hydrolyzed and therefore does not interfere.
Besonders bevorzugte Amine sind Mono- und Dialkylamine wie Monoethylamin, Diethylamin, n-Butylamin, Di-n-Butylamin, Piperazin, t-Butylamin und Isopropylamin. Particularly preferred amines are mono- and dialkylamines such as monoethylamine, Diethylamine, n-butylamine, di-n-butylamine, piperazine, t-butylamine and isopropylamine.
Ausgehend von 1,3-Butadien und Di-n-butylamin wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Stufe a) des erfindungsgemässen Verfahrens Di-n-butyl-n-but-2- enylamin erhalten. Starting from 1,3-butadiene and di-n-butylamine is preferred in one Embodiment of stage a) of the process according to the invention di-n-butyl-n-but-2- Get enylamine.
Die Umsetzung des 1,3-Butadien-haltigen Gemischs mit dem Amin in Gegenwart des Metallamids (Hydroaminierungsstufe) kann z. B. analog wie in G. P. Pez et al., Pure & Appl. Chem. 57(12), 1917-26 (1985), R. D. Closson et al., J. Org. Chem. 22 (1957), 646-9, G. M. Whitman et al., US-A-2,501,556), D. Steinborn et al., Z. Chem. 29 (1989), 333-4, D. Steinborn et al., Z. Chem. 26 (1986) 349-59 und H. Lehmkuhl et al., J. Organomet. Chem. 55 (1973), 215-20 beschrieben erfolgen. The reaction of the 1,3-butadiene-containing mixture with the amine in the presence of the Metallamids (hydroamination stage) can e.g. B. analogous to G. P. Pez et al., Pure & Appl. Chem. 57 (12), 1917-26 (1985), R. D. Closson et al., J. Org. Chem. 22 (1957), 646-9, G.M. Whitman et al., US-A-2,501,556), D. Steinborn et al., Z. Chem. 29 (1989), 333-4, D. Steinborn et al., Z. Chem. 26 (1986) 349-59 and H. Lehmkuhl et al., J. Organomet. Chem. 55 (1973), 215-20.
Die Umsetzung des 1,3-Butadien-haltigen Gemischs mit dem Amin in Gegenwart des Metallamids kann auch in Gegenwart geringer Mengen von Ammoniak (kleiner 1 Mol.% bezogen auf das/die eingesetzten Amine) durchgeführt werden (analog DE-A- 21 17 790). The reaction of the 1,3-butadiene-containing mixture with the amine in the presence of the Metallamides can also in the presence of small amounts of ammonia (less than 1 mol.% based on the amine (s) used) are carried out (analogously to DE-A-21 17 790).
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Herstellung des Metallamids in situ vorgenommen, wobei die katalytische Hydroaminierung des 1,3- Butadien-haltigen Gemischs nach der Bildung des Katalysators direkt oder gegebenenfalls nach Zugabe der notwendigen Menge des umzusetzenden Amins eintritt. Man setzt dabei das Amin, das mit dem 1,3-Butadien in der Hydroaminierungsreaktion reagiert, mit einer geeigneten Organometallverbindung, beispielsweise Butyllithium, oder einem Alkalimetall um. Die Umsetzung mit einem Alkalimetall ist bevorzugt. Die in-situ-Herstellung des Amids kann also vor der Durchführung der Reaktionsstufe a) oder simultan mit dieser stattfinden. In a preferred embodiment of the present invention, the manufacture of the metal amide carried out in situ, the catalytic hydroamination of the 1,3- Butadiene-containing mixture after the formation of the catalyst directly or optionally after adding the necessary amount of the amine to be reacted. You bet the amine that reacts with the 1,3-butadiene in the hydroamination reaction with a suitable organometallic compound, for example butyllithium, or an alkali metal around. The reaction with an alkali metal is preferred. The in-situ production of the Amides can thus be carried out before reaction stage a) or simultaneously with it occur.
Da bei der Herstellung von Amiden aus einem Amin und Alkalimetall die Anwesenheit einer elektronenliefernden Substanz - beispielsweise 1,3-Butadien - notwendig ist, tritt die Amidbildung bei Zugabe des 1,3-Butadien-haltigen Gemischs spontan ein. Das entstandene Amid - das nicht isoliert wird - wirkt dann als Katalysator bei der Reaktion des überschüssigen Amins mit dem Butadien. Bei dieser Ausführungsform wird üblicherweise bei der Herstellung des Amids und der Hydroaminierung dasselbe Amin eingesetzt, so dass der Amidkatalysator von dem Eduktamin abgeleitet ist. Since the presence in the production of amides from an amine and alkali metal an electron-donating substance - for example 1,3-butadiene - is necessary Amide formation spontaneously upon addition of the 1,3-butadiene-containing mixture. The The resulting amide - which is not isolated - then acts as a catalyst in the reaction of the excess amine with the butadiene. In this embodiment, usually used the same amine in the preparation of the amide and the hydroamination, so that the amide catalyst is derived from the starting amine.
Das Verfahren kann voll-, halb- oder diskontinuierlich durchgeführt werden. The process can be carried out in full, semi or batchwise.
Bei der in-situ-Darstellung des Metallamids wird eine Dispersion des Alkalimetalls in dem gewählten Amin mit den üblichen technischen Methoden nach dem Fachmann bekannten Verfahren, generell durch Einwirkung von Scherkräften, wie beispielsweise Rühren oder Ultraschall, hergestellt. Die Dispergierung wird bevorzugt oberhalb der Schmelztemperatur des Alkalimetalls durchgeführt und kann beispielsweise mit einem geeigneten Rührer, einer Düse, einer Reaktionsmischpumpe oder einer Pumpe und einem statischen Mischer erfolgen. Das Metall kann auch in vorgelegtes, kaltes Amin eingedüst werden oder über die Gasphase auf vorgelegtes kaltes Amin gesprüht werden. Auch das Versprühen in kaltes Gas mit anschließender Redispergierung ist möglich. In the in-situ representation of the metal amide, a dispersion of the alkali metal in the selected amine with the usual technical methods known to those skilled in the art Processes, generally by the action of shear forces, such as stirring or Ultrasound. The dispersion is preferably above the melting temperature of the alkali metal and can, for example, with a suitable stirrer, a nozzle, a reaction mixing pump or a pump and a static mixer respectively. The metal can also be injected into, or over, cold amine the gas phase can be sprayed onto cold amine. Also spraying in cold Gas with subsequent redispersion is possible.
Das Metall wird vorzugsweise so dispergiert, dass 50 Gew.-% des Metalls in Tröpfchen < 1000 µm, besonders bevorzugt < 300 µm, insbesondere < 100 µm vorliegen. Bei Vorliegen einer gröberen Dispersion resultiert eventuell ein höherer Verbrauch an Alkalimetall, da dieses nicht quantitativ umgesetzt wird. Gegebenenfalls wird nach der Herstellung des Katalysators zusätzliches Amin zugegeben, falls dieses noch nicht in den notwendigen Mengen vorliegt. Nach der Bereitstellung des Katalysators tritt dann, gegebenenfalls nach Anpassen der Reaktionsbedingungen, die Hydroaminierungsreaktion ein The metal is preferably dispersed so that 50% by weight of the metal in droplets <1000 μm, particularly preferably <300 μm, in particular <100 μm. If available a coarser dispersion may result in a higher consumption of alkali metal, since this is not implemented quantitatively. If necessary, after the production of the Additional amine added to the catalyst, if this is not yet in the necessary Quantities. After the catalyst has been provided, it then optionally occurs Adjust the reaction conditions, the hydroamination reaction
Zur Verhinderung von Polymerisaten des Butadiens sollte die Konzentration des 1,3- Butadiens im Reaktionsgemisch vorzugsweise bei Werten < 5 Gew.-%, mehr bevorzugt < 3 Gew.-%, insbesondere < 1 Gew.-% liegen. To prevent butadiene polymers, the concentration of 1,3- Butadiene in the reaction mixture preferably at values <5% by weight, more preferably < 3% by weight, in particular <1% by weight.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren entstehen durch die Verwendung von Alkalimetallamid-Katalysatoren in Schritt a) < 10%, vorzugweise < 2%, insbesondere < 0,2% an Gerüstisomeren des N-But-(2,E)-enyldialkylamins, z. B N-(1-Methyl-Prop-2- enyldialkylamin). In the method according to the invention, the use of Alkali metal amide catalysts in step a) <10%, preferably <2%, in particular <0.2% of framework isomers of N-but- (2, E) -enyldialkylamine, e.g. B N- (1-methyl-prop-2- enyldialkylamin).
Das Metallamid kann während der Reaktion durch z. B. β-Eliminierung oder Einwirkung von H2 wie in DE-A-26 13 113 beschrieben in Metallhydrid umgewandelt werden; im Falle der β-Eliminierung entsteht dabei parallel ein Imin. Dieses kann unter Einwirkung von primärem oder sekundärem Amin nach DE-A-26 13 113, C. A. Brown, J. Am. Chem. Soc. 95(3) (1973), 982ff oder C. A. Brown, Synthesis (1978), 754ff, wieder in Metallamid und H2 umgewandelt werden, so dass das Metallhydrid als eine Art "Ruheform" des Metallamids angesehen werden kann und daher im Sinne der vorliegenden Erfindung mit dem Metallamid gleichzusetzen ist. So kann auch ein Metallhydrid als solches in die Reaktion als Katalysator eingesetzt werden. Üblicherweise wird dieses dann mit vorhandenem Amin zu dem katalytisch aktiven Amid reagieren. The metal amide can during the reaction by z. B. β-elimination or exposure to H 2 as described in DE-A-26 13 113 can be converted into metal hydride; in the case of β elimination, an imine is formed in parallel. This can under the action of primary or secondary amine according to DE-A-26 13 113, CA Brown, J. Am. Chem. Soc. 95 (3) (1973), 982ff or CA Brown, Synthesis (1978), 754ff, can be converted back to metal amide and H 2 , so that the metal hydride can be regarded as a kind of "resting form" of the metal amide and therefore in the sense of the present Invention is equated with the metal amide. A metal hydride as such can also be used as a catalyst in the reaction. Usually this will then react with the amine present to form the catalytically active amide.
Weiter können Komplexbildner als Lösungsmittel sowohl bei er Katalysatorherstellung als auch bei der Hydroamiierungsreaktion zugegen sein. Furthermore, complexing agents can be used as solvents both in catalyst production and also be present in the hydroamination reaction.
Bekannt ist die Verwendung von N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin, N,N,N',N',N"- Pentamethyldiethylentriamin, N,N,N',N'-Tetramethylcyclohexandiamin und Tetrahydrofuran als Komplexbildner, siehe beipsielsweise J. F. Remenar (J. Am. Chem. Soc. 120 (1988), 4081ff), H. Lehmkuhl et al. (J. Organomet. Chem. 55 (1973), 215ff) und D. Steinborn et al. (Z. Chem. 29 (1989), 333ff.). Weiterhin können Amine mit mehreren Aminfunktionen pro Molekül, wie z. B. N,N',N'-Tetraethylethylendiamin, N- permethyliertes bzw. N-perethyliertes Triethylentetramin bis hin zu N-permethyliertem bzw. N-perethyliertem Polyimin mit Molmassen bis 500 000 Dalton, Ether und Polyether, wie z. B. Diglyme, Triglyme und die entsprechenden Homologen, endgruppenverschlossene Polyole - z. B. Polyethylenglykol, Polypropylenglykol, Poly-THF- und Komplexbildner mit aminischen N- und etherischen O-Atomen im Molekül, wie z. B. 3-Methoxyethylamin, 3-(2-Methoxyethoxy)propylamin oder N,N,N',N'-Tetramethyldiaminodiethylether, eingesetzt werden. It is known to use N, N, N ', N'-tetramethylethylenediamine, N, N, N', N ', N "- Pentamethyldiethylenetriamine, N, N, N ', N'-tetramethylcyclohexanediamine and Tetrahydrofuran as complexing agent, see for example J. F. Remenar (J. Am. Chem. Soc. 120 (1988), 4081ff), H. Lehmkuhl et al. (J. Organomet. Chem. 55 (1973), 215ff) and D. Steinborn et al. (Z. Chem. 29 (1989), 333ff.). Furthermore, amines with several Amine functions per molecule, such as B. N, N ', N'-tetraethylethylenediamine, N- permethylated or N-perethylated triethylene tetramine to N-permethylated or N-perethylated polyimine with molecular weights of up to 500,000 daltons, ethers and polyethers, such as B. diglyme, triglyme and the corresponding homologues, end group capped polyols - e.g. B. polyethylene glycol, polypropylene glycol, Poly-THF and complexing agents with amine N and ethereal O atoms in Molecule, such as B. 3-methoxyethylamine, 3- (2-methoxyethoxy) propylamine or N, N, N ', N'-tetramethyldiaminodiethyl ether can be used.
Die Hydroaminierung des 1,3-Butadien-haltigen Gemischs kann diskontinuierlich, halbkontinuierlich oder kontinuierlich erfolgen. The hydroamination of the 1,3-butadiene-containing mixture can be carried out batchwise, semi-continuously or continuously.
Im ersten Fall wird das 1,3-Butadien-haltige Gemisch zu Katalysator und Amin gegeben und umgesetzt. Im zweiten Fall wird das 1,3-Butadien-haltige Gemisch zur Reaktionsmischung dosiert. Im dritten Fall werden Katalysator, Amin und 1,3-Butadien- haltige Gemisch kontinuierlich zudosiert. In the first case, the 1,3-butadiene-containing mixture is added to the catalyst and amine and implemented. In the second case, the 1,3-butadiene-containing mixture becomes Dosed reaction mixture. In the third case, catalyst, amine and 1,3-butadiene containing mixture continuously metered.
Durch den Einsatz der erfindungsgemäß verwendeten Alkalimetallamid-Katalysatoren
erzielt man nur eine geringe Poly- oder Telomerisation des Butadiens und kaum 1,2-
Addition. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn einer oder mehrere der folgenden
Parameter eingehalten werden:
- 1. Einsatz eines Unterschusses an Butadien, vorzugsweise eines molaren Verhältnisses 1,3- Butadien im butadienhaltigen Gemisch: sekundärem Amin von 0,95 : 1 bis 1 : 10, besonders bevorzugt von 0,9 : 1 bis 1 : 2 bzw. vorzugsweise eines molaren Verhältnisses 1,3-Butadien im butadienhaltigen Gemisch: primärem Amin von 1,9 : 1 bis 1 : 5, besonders bevorzugt von 1,8 : 1 bis 1 : 1;
- 2. Durchführen der Reaktion bei Temperaturen von 20 bis 130°C, vorzugsweise 70 bis 100°C,
- 3. Einstellen einer aktuellen Konzentration an 1,3-Butadien im Reaktionsgemisch von < 3, bevorzugt < 1, besonders bevorzugt < 0,5 Gew.-%.
- 1. Use of a deficit of butadiene, preferably a molar ratio of 1,3-butadiene in the butadiene-containing mixture: secondary amine from 0.95: 1 to 1:10, particularly preferably from 0.9: 1 to 1: 2 or preferably one molar ratio of 1,3-butadiene in the butadiene-containing mixture: primary amine from 1.9: 1 to 1: 5, particularly preferably from 1.8: 1 to 1: 1;
- 2. carrying out the reaction at temperatures of 20 to 130 ° C., preferably 70 to 100 ° C.,
- 3. Setting a current concentration of 1,3-butadiene in the reaction mixture of <3, preferably <1, particularly preferably <0.5% by weight.
Die Reaktion kann unter dem sich unter den gewählten Bedingungen ergebenden Druck (Eigendruck) durchgeführt werden. Im allgemeinen beträgt der Überdruck bei der Reaktionsdurchführung 0 bis 200 bar, insbesondere 2 bis 100 bar, ganz besonders 3 bis 30 bar. The reaction can take place under the pressure resulting under the chosen conditions (Autoprint) can be carried out. In general, the overpressure at Reaction procedure 0 to 200 bar, in particular 2 to 100 bar, very particularly 3 to 30 bar.
Als Reaktoren kommen alle typischen Reaktionsapparate in Frage, z. B. Rührkessel, Schlaufenreaktoren, Blasensäulen, gepackte Blasensäulen, kaskadierte Blasensäulen und Rührkolonnen. All typical reaction apparatuses come into question as reactors, e.g. B. stirred kettle, Loop reactors, bubble columns, packed bubble columns, cascaded bubble columns and Stirred columns.
Nach der Reaktion wird das Produkt z. B. durch Destillation, Rektifikation, Filtration, Membranfiltration, Wasserwäsche oder Adsorption vom Katalysator getrennt. After the reaction, the product is e.g. B. by distillation, rectification, filtration, Membrane filtration, water washing or adsorption separated from the catalyst.
Nichtprotolysierter Katalysator, kann, wenn gewünscht, anschließend zurückgeführt werden. Unprotolyzed catalyst, can then be recycled if desired become.
Bei der Batch-Fahrweise kann der Katalysator zusammen mit dem Produktgemisch über Sumpf aus dem Reaktor gefahren werden und separat aufgearbeitet werden. In the batch mode, the catalyst together with the product mixture can Bottom are driven out of the reactor and worked up separately.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Reaktion in einem Rührkessel durchzuführen. Another possibility is to carry out the reaction in a stirred tank.
Bei kontinuierlicher Fahrweise kann die Reaktion auch in einer Blasensäule durchgeführt werden. Hierbei wird das 1,3-Butadien-haltige Gemisch von unten durch das Gemisch aus Katalysator und Produktlösung geblasen. Die Lösung kann destillativ vom Katalysator entfernt oder der Katalysator mittels Membran aus der Produktlösung entfernt werden. Der Katalysator muss gegebenenfalls nicht entfernt werden, sondern kann während der Aufarbeitung anwesend sein oder in dem nächsten Verfahrensschritt verwendet werden. With continuous driving, the reaction can also be carried out in a bubble column become. The 1,3-butadiene-containing mixture is expelled from below through the mixture Blown catalyst and product solution. The solution can be distilled from the catalyst removed or the catalyst can be removed from the product solution by means of a membrane. The The catalyst may not have to be removed, but can be removed during the Workup may be present or used in the next process step.
Der Reaktionsaustrag aus Teilreaktion a) des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält neben gegebenenfalls nicht umgesetztem 1,3-Butadien das Addukt II sowie gegebenenfalls Isomere des betreffenden Aminooctadiens, nachfolgend Aminooctadien genannt. Das Aminooctadien entsteht durch Telomerisation in einer Nebenreaktion. Neben diesen Bestandteilen kann der Reaktionsaustrag aus Teilreaktion a) noch geringe Mengen an anderen Nebenprodukten enthalten, beispielsweise Octatrien und Vinylcyclohexen. Die Bildung dieser Nebenprodukte kann durch die Art und Weise der Reaktionsführung in Teilreaktion a), beispielsweise durch die Wahl des 1,3-Butadien/R1R2NH-Verhältnisses in der Reaktionsmischung, die Wahl der Reaktionstemperatur, des Katalysatorgehalts und des Drucks beeinflußt und gewünschtenfalls noch weiter minimiert werden. The reaction product from partial reaction a) of the process according to the invention contains, in addition to any unreacted 1,3-butadiene, the adduct II and, if appropriate, isomers of the aminooctadiene in question, hereinafter called aminooctadiene. The amino octadiene is formed by telomerization in a side reaction. In addition to these components, the reaction product from partial reaction a) can also contain small amounts of other by-products, for example octatriene and vinylcyclohexene. The formation of these by-products can be influenced by the manner in which the reaction is carried out in partial reaction a), for example by the choice of the 1,3-butadiene / R 1 R 2 NH ratio in the reaction mixture, the choice of the reaction temperature, the catalyst content and the pressure and can be further minimized if desired.
Im weiteren Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von n-Butyraldehyd wird das Addukt II in der Teilreaktion b) katalytisch zum Enamin der Formel IV isomerisiert, das anschließend in der Teilreaktion c) in Gegenwart von Wasser zu n-Butyraldehyd hydrolysiert wird. In the further course of the process according to the invention for the production of n-Butyraldehyde, the adduct II becomes catalytic to the enamine in the partial reaction b) Formula IV isomerizes, which is then in the partial reaction c) in the presence of water is hydrolyzed to n-butyraldehyde.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das nach Beendigung des Teilschritts a) erhaltene Reaktionsgemisch, welches das Edukt II enthält, ohne vorheriges Aufarbeiten, insbesondere ohne vorheriges Entfernen des Amidkatalysators, der Isomerisierung nach Teilschritt b) unterzogen. Es wurde gefunden, dass die erfindungsgemäß bei der Teilreaktion a) eingesetzten Alkalimetallamide, -hydride oder andere, sich in situ bildende, basische Spezies auch die Isomerisierung des dabei entstandenen But-2-enyl- bzw. But-3-enylamins zum Enamin katalysieren. Die Isomerisierung wird also direkt im Anschluss an die Aminoalkylierung durchgeführt, wobei dann vorteilhafterweise der in Schritt a) eingesetzte Katalysator auch bei der Isomerisierungsreaktion eingesetzt wird. Insbesondere ist eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens bevorzugt, in der das Metallamid in situ hergestellt wird und die Teilschritte a) und b) wie vorstehend beschrieben gekoppelt ohne Aufarbeiten, insbesondere ohne Abtrennen des Katalysators, durchgeführt werden. Bei einer solchen Durchführungsweise hat sich der Einsatz von Na-Amiden, insbesondere der Einsatz von Na-Di-n-butylamid im Fall des Einsatzes von Di-n-butylamin als Carrieramin, als besonders vorteilhaft erwiesen. Es ist dann generell nicht notwendig, frischen Katalysator zuzugeben. In a preferred embodiment of the present invention, this is after Termination of substep a) reaction mixture obtained which contains the starting material II, without previous work-up, especially without prior removal of the Amide catalyst, subjected to the isomerization after sub-step b). It was found, that the alkali metal amides, hydrides used according to the invention in partial reaction a) or other basic species that form in situ, including the isomerization of the Catalyze the resulting but-2-enylamine or but-3-enylamine to the enamine. The So isomerization is carried out directly after the aminoalkylation, then advantageously the catalyst used in step a) also in the Isomerization reaction is used. In particular, an embodiment of the Preferred method according to the invention, in which the metal amide is produced in situ and the sub-steps a) and b) coupled as described above without working up, in particular without separating the catalyst. With one The use of Na amides, in particular the use of Na-di-n-butylamide in the case of using di-n-butylamine as carrieramine, as proven particularly advantageous. It is then generally not necessary to use fresh catalyst admit.
Es ist in jedem Fall bevorzugt, den in a) eingesetzten Metallamidkatalysator auch als Katalysator für die Doppelbindungsisomerisierung b) zu verwenden. Gegebenenfalls kann frischer Katalysator zugegeben werden. Dabei handelt es sich vorzugsweise um die chemisch gleiche Katalysatorverbindung, es kann aber auch eine chemisch unterschiedliche, jedoch zu der Gruppe der Alkalimetallamide gehörende Katalysatorverbindung zugegeben werden. In any case, it is preferred to use the metal amide catalyst used in a) as To use catalyst for the double bond isomerization b). If necessary fresh catalyst can be added. It is preferably the chemically identical catalyst compound, but it can also be a chemical different, but belonging to the group of alkali metal amides Catalyst compound are added.
Damit die Alkalimetallamide bei der Doppelbindungsisomerisierung b) eine katalytische Aktivität zeigen, ist es häufig notwendig, die Isomerisierung bei höheren Temperaturen als die Additionsreaktion a) durchzuführen. Die dabei angewandten Temperaturen liegen bei Werten von 80 bis 200°C, vorzugsweise 100 bis 150°C, insbesondere 110 bis 130°C. Der so in Teilschritt b) erreichte Isomerisierungsgrad von N-But-1-enyldialkylamin in N-But- 2-enyldialkylamin beträgt > 60%, vorzugsweise > 80%, insbesondere > 90%. So that the alkali metal amides in the double bond isomerization b) a catalytic Showing activity, it is often necessary to conduct isomerization at higher temperatures than carry out the addition reaction a). The temperatures used are Values from 80 to 200 ° C, preferably 100 to 150 ° C, in particular 110 to 130 ° C. The degree of isomerization of N-but-1-enyldialkylamine in N-but- 2-enyldialkylamine is> 60%, preferably> 80%, in particular> 90%.
Alternativ kann aus der Hydrolyse des Enamins (Reaktionsstufe c) unumgesetztes But-3- enyl-, But-2-enyl und auch But-1-enylamin in die Reaktionsstufe a) zurückgefahren werden, in der parallel zur Hydroaminierung (Reaktionsstufe a) die Isomerisierung (Reaktionsschritt b) stattfindet. Alternatively, unreacted but-3- from the hydrolysis of the enamine (reaction step c) enyl-, but-2-enyl and also but-1-enylamine returned to reaction step a) in the isomerization parallel to the hydroamination (reaction stage a) (Reaction step b) takes place.
Das als Katalysator eingesetzte Amid kann durch Zugabe von Alkohol oder Wasser zersetzt werden. Das Wasser kann verschiedene Zusätze enthalten, beispielsweise Salze oder Säuren, oder in reiner Form vorliegen und lediglich die üblichen Verunreinigungen und Zusätze aufweisen. The amide used as a catalyst can be added by adding alcohol or water be decomposed. The water can contain various additives, for example salts or acids, or in pure form and only the usual impurities and have additives.
Bevorzugt wird das Gemisch zur Hydrolyse des Amids mit H2O behandelt, das keine Zusätze enthält. Dabei wird die zugegebene Menge an H2O vorzugsweise so gewählt, dass die resultierende NaOH-Lösung > 10%, bevorzugt > 15% Gew.-% an festem NaOH enthält. Da sich bei steigendem Gehalt der NaOH-Lösung die Menge des darin löslichen Amins verringert, kann durch das Einstellen des NaOH-Gehalts erreicht werden, dass die NaOH- Lösung < 1%, bevorzugt < 100 ppm, besonders bevorzugt < 10 ppm Amin enthält. Je konzentrierter die NaOH-Lösung eingestellt wird, desto weniger Amin ist darin gelöst. Dadurch kann die NaOH-Lösung in anderen Prozessen eingesetzt werden, beispielsweise bei der Neutralisation von Reaktionsausträgen aus der Herstellung von Methylendiamin aus Anilin und Formaldehyd. For the hydrolysis of the amide, the mixture is preferably treated with H 2 O which contains no additives. The amount of H 2 O added is preferably chosen so that the resulting NaOH solution contains> 10%, preferably> 15% by weight, of solid NaOH. Since the amount of the amine soluble in it decreases as the content of the NaOH solution increases, it can be achieved by adjusting the NaOH content that the NaOH solution contains <1%, preferably <100 ppm, particularly preferably <10 ppm amine. The more concentrated the NaOH solution, the less amine is dissolved in it. As a result, the NaOH solution can be used in other processes, for example in the neutralization of reaction products from the production of methylenediamine from aniline and formaldehyde.
Während der Hydrolyse werden aus den Na-Salzen der sauren Kohlenwasserstoffe, z. B. Na-Cyclopentadienid oder Na-1-Butinid, diese Kohlenwasserstoffe, also Cyclopentadien bzw. 1-Butin, freigesetzt. Sie werden, gegebenenfalls nach Reinigung, ebenfalls als Nebenausbeute erhalten. During the hydrolysis of the Na salts of the acidic hydrocarbons, for. B. Na-cyclopentadienide or Na-1-butinide, these hydrocarbons, i.e. cyclopentadiene or 1-butyne released. They are also, if necessary after cleaning, as Obtained secondary yield.
Die Trennung der NaOH-Lösung von der organischen Phase erfolgt in üblichen technischen Apparaten, wie z. B. einem Phasenscheider. Aufgrund der hohen Dichte und der hohen Ionenstärke der NaOH-Lösung verläuft die Trennung sehr rasch und einfach. The NaOH solution is separated from the organic phase in the usual way technical apparatus such as B. a phase separator. Because of the high density and The high ionic strength of the NaOH solution makes the separation very quick and easy.
Werden die Teilreaktion a) und b) nicht wie vorstehend unter Verwendung des gleichen Katalysators oder des gleichen Katalysatortyps (Alkalimetallamide) durchgeführt, so können - nach Abtrennen des in a) verwendeten Katalysators - die Teilreaktionen b) und c) im erfindungsgemäßen Verfahren wahlweise entweder sukzessive in einem einzelnen Reaktor oder einstufig in einer einzigen Verfahrensstufe durchgeführt werden. Die Durchführung in einer einzigen Verfahrensstufe ist bevorzugt. Beide Teilreaktionen b) und c) können sowohl in der Gasphase als auch in flüssiger Phase stattfinden. If partial reaction a) and b) are not as above using the same Catalyst or the same type of catalyst (alkali metal amides) performed, so can - after removal of the catalyst used in a) - the sub-reactions b) and c) in the method according to the invention either either successively in one Reactor or be carried out in one stage in a single process step. The Execution in a single process stage is preferred. Both partial reactions b) and c) can take place both in the gas phase and in the liquid phase.
Soll mit dem erfindungsgemäßen Verfahren n-Butanol hergestellt werden, so wird Schritt c) generell so durchgeführt, dass dabei das Addukt II in Gegenwart von Wasser und Wasserstoff in n-Butanol umgewandelt wird. Dies kann sowohl bei einer separaten Durchführung des Schritts c) als auch bei einer Koppelung der Schritte b) und c) zu einer einzigen Verfahrensstufe geschehen. Natürlich kann auch n-Butyraldehyd separat hergestellt und anschließend zu n-Butanol hydriert werden. Dies eröffnet die Möglichkeit, den gebildeten Butyraldehyd z. B. katalysiert durch überschüssiges Amin - zusammen mit Reaktionsstufe c) zu 2-Ethylhexenal zu aldolisieren, welches anschließend zu 2- Ethylhexanol hydriert wird. Alternativ kann Reaktionsschritt c) - z. B. durch strippen mit N2 - so durchgeführt werden, daß Butyraldehyd dem Reaktionsgemisch entzogen wird und rein als Produkt anfällt. Der Butyraldehyd kann dann wahlweise einer Hydrierung, einer Aldolisierung oder anderen Reaktionen zugeführt werden. If the process according to the invention is to be used to produce n-butanol, step c) is generally carried out in such a way that adduct II is converted into n-butanol in the presence of water and hydrogen. This can be done both when step c) is carried out separately and when steps b) and c) are coupled to a single process step. Of course, n-butyraldehyde can also be prepared separately and then hydrogenated to n-butanol. This opens up the possibility of z. B. catalyzed by excess amine - together with reaction step c) to aldolize to 2-ethylhexenal, which is then hydrogenated to 2-ethylhexanol. Alternatively, reaction step c) - e.g. B. by stripping with N 2 - so that butyraldehyde is removed from the reaction mixture and is obtained purely as a product. The butyraldehyde can then optionally be fed to a hydrogenation, an aldolization or other reactions.
Durch die Wahl der Reaktionsbedingungen, des Katalysators oder der Säure und die Wahl der bei der Umsetzung zur Verfügung gestellten Menge der Reaktanden Wasser und Wasserstoff, kann der Reaktionsschritt c) so gesteuert werden, dass wahlweise das Endprodukt n-Butyraldehyd oder n-Butanol selektiv gebildet wird oder dass Gemische dieser beiden Wertprodukte als Endprodukt des erfindungsgemäßen Verfahrens entstehen. By the choice of the reaction conditions, the catalyst or the acid and the choice the amount of the reactants water and Hydrogen, the reaction step c) can be controlled so that either End product n-butyraldehyde or n-butanol is selectively formed or that mixtures of these two valuable products arise as the end product of the process according to the invention.
Mit Ausnahme der vorstehend behandelten Amide sind Katalysatoren, die die Isomerisierung des Addukts II zu Enamin IV katalysieren, auch gut als Katalysatoren für die Hydrolyse des Enamins IV zu n-Butyraldehyd oder für die kombinierte Hydrolyse/Hydrierung des Enamins IV zu n-Butanol geeignet. Dementsprechend werden bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, in der die Durchführung der Teilreaktion b) und c) in einer einzigen Verfahrensstufe geschieht, vorzugsweise sowohl für die Herstellung des Endproduktes n-Butyraldehyd als auch für die Herstellung des Endproduktes n-Butanol die gleichen Katalysatoren eingesetzt. With the exception of the amides treated above, catalysts are the Catalyze isomerization of adduct II to enamine IV, also a good catalyst for hydrolysis of enamine IV to n-butyraldehyde or for the combined Hydrolysis / hydrogenation of enamine IV to n-butanol suitable. Accordingly in one embodiment of the method according to the invention, in which the implementation the partial reaction b) and c) occurs in a single process step, preferably both for the production of the end product n-butyraldehyde and for the production of the end product n-butanol used the same catalysts.
Die nachfolgenden Ausführungen zur Durchführung der Reaktionen b) und c) beziehen sich, wenn nicht anders gesagt, sowohl auf die getrennte Durchführung dieser Teilschritte als auch auf deren Durchführung in einer einzigen Verfahrensstufe. Obtain the following explanations for carrying out reactions b) and c) unless otherwise stated, both refer to the separate implementation of these sub-steps as well as their implementation in a single process step.
Sowohl die Isomerisierung des Addukts II zu Enamin IV (Teilschritt b)) als auch die Hydrolyse des Enamins IV zu n-Butyraldehyd (Teilschritt c)) können in der Gasphase oder in flüssiger Phase ausgeführt werden. Bei der Durchführung dieser Reaktionsschritte in einer einzigen Verfahrensstufe in flüssiger Phase können sowohl homogene als auch heterogene Katalysatoren angewandt werden. Wird in der Gasphase gearbeitet, werden heterogene Katalysatoren bevorzugt. Both the isomerization of adduct II to enamine IV (sub-step b)) and Hydrolysis of the enamine IV to n-butyraldehyde (sub-step c)) can be in the gas phase or be carried out in the liquid phase. When performing these reaction steps in A single process stage in the liquid phase can be both homogeneous and heterogeneous catalysts are used. If you work in the gas phase, be heterogeneous catalysts preferred.
Als Homogenkatalysatoren zur Isomerisierung des Addukts II zum Enamin IV und dessen Hydrolyse oder kombinierte Hydrolyse/Hydrierung zu n-Butyraldehyd und/oder n-Butanol in einer einzigen Verfahrensstufe können eine Vielzahl von Übergangsmetallelementverbindungen eingesetzt werden, insbesondere solche, die Elemente aus den Gruppen VI, VII und VIII des Periodensystems der Elemente vorzugsweise Chrom, Molybdän, Wolfram, Rhenium, Kobalt, Nickel, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Platin, Osmium und/oder Iridium enthalten. As homogeneous catalysts for the isomerization of adduct II to enamine IV and its Hydrolysis or combined hydrolysis / hydrogenation to n-butyraldehyde and / or n-butanol a large number of Transition metal element connections are used, in particular those which elements from the Groups VI, VII and VIII of the Periodic Table of the Elements, preferably chromium, Molybdenum, tungsten, rhenium, cobalt, nickel, ruthenium, rhodium, palladium, platinum, Contain osmium and / or iridium.
Als Katalysatoren eigenen sich beispielsweise die Salze dieser Übergangsmetalle, insbesondere deren im Reaktionsmedium löslichen Halogenide, Nitrate, Sulfate, Phosphate, Carboxylate, beispielsweise deren C1- bis C20-Carboxylate, wie Formiate, Acetate, Propionate, 2-Ethylhexanoate, ferner die Citrate, Tartrate, Malate, Malonate, Maleinate oder Fumarate, Sulfonate, beispielsweise Methansulfonate, Benzolsulfonate, Naphthalinsulfonate, Toluolsulfonate oder Trifluormethansulfonate, Cyanide, Tetrafluoroborate, Perchlorate oder Hexafluorphosphate, weiterhin lösliche Salze der Oxosäuren dieser Metalle, insbesondere die Alkalimetal-, Erdalkalimetall- oder Oniumsalze wie Ammonium-, Phosphonium-, Arsonium- oder Stiboniumsalze, der Vanadiumsauerstoffsäuren, Rheniumsauerstoffsäuren oder der Perrheniumsäure oder die Anhydride dieser Säuren, insbesondere das Dirheniumheptoxid, lösliche anorganische Komplexverbindungen dieser Elemente, insbesondere deren Aquo-, Ammin-, Halogeno-, Phosphin-, Phosphit-, Cyano- oder Amino-Komplexe sowie die Komplexe dieser Übergangsmetalle mit Chelatbildnern, wie Acetylaceton, Dioximen, beispielsweise Diacetyldioxim, Furildioxim oder Benzildioxim, Ethylendiamintetraessigsäure, Nitrilotriessigsäure, Nitrilotriethanol, Harnstoffen oder Thioharnstoffen, Bisphosphinen, Bisphosphiten, Bipyridinen, Terpyridinen, Phenanthrolinen, 8-Hydroxychinolin, Kronenethern oder Polyalkylenglykolen, sowie Organometallverbindungen dieser Übergangsmetallelemente, beispielsweise Carbonylkomplexe wie RuCl2(CO)2(PPh3)2, HRuCl(CO)(PPh3)3, HRuCl(CO)(Hexyldiphenylphosphin)3, RuH2(CO)(PPh3)3, HRh(CO)(PPh3)3 oder IrCl(CO)(PPh3)3 (PPh3 = Triphenylphosphin), weiterhin RuH2(PPh)3, HRhCl(PPh3)3, Fe2(CO)9 oder Fe3(CO)12, Organotrioxorhenium(VII)- Verbindungen wie C1- bis C4-Alkyltrioxorhenium (VII), insbesondere Methyltrioxorhenium (VII), Cyclopentadienyltrioxorhenium (VII) oder Phenyltrioxorhenium (VII). Suitable catalysts are, for example, the salts of these transition metals, in particular their halides, nitrates, sulfates, phosphates, carboxylates, for example their C 1 -C 20 -carboxylates, such as formates, acetates, propionates, 2-ethylhexanoates, and also the citrates , Tartrates, malates, malonates, maleinates or fumarates, sulfonates, for example methanesulfonates, benzenesulfonates, naphthalenesulfonates, toluenesulfonates or trifluoromethanesulfonates, cyanides, tetrafluoroborates, perchlorates or hexafluorophosphates, furthermore soluble salts of the oxoalkalides, in particular the alkali metal salts, such as alkali metal oxides, Ammonium, phosphonium, arsonium or stibonium salts, the vanadium oxygen acids, rhenium oxygen acids or the perrhenium acid or the anhydrides of these acids, in particular the dirhenium heptoxide, soluble inorganic complex compounds of these elements, in particular their aquo, amine, halogen, phosphine -, Phosphite, cyano or amino complexes as well as the complexes of these transition metals with chelating agents, such as acetylacetone, dioximes, for example diacetyl dioxime, furildioxime or benzil dioxime, ethylenediaminetetraacetic acid, nitrilotriacetic acid, nitrilotriethanol, urea or thiourea, bisphenidosphinophene, bisphosphinophene, bisphosphinophene, bisphosphinophene, bisphosphinophene, bisphosphinophene, bisphosphinidene, bisphosphinidene, bisphosphinine, bisphenidenephosphine, bisphenidenephosphine, bisphenidenephosphine, bisphosphine , 8-hydroxyquinoline, crown ethers or polyalkylene glycols, and organometallic compounds of these transition metal elements, for example carbonyl complexes such as RuCl 2 (CO) 2 (PPh 3 ) 2 , HRuCl (CO) (PPh 3 ) 3 , HRuCl (CO) (hexyldiphenylphosphine) 3 , RuH 2 (CO) (PPh 3 ) 3 , HRh (CO) (PPh 3 ) 3 or IrCl (CO) (PPh 3 ) 3 (PPh 3 = triphenylphosphine), further RuH 2 (PPh) 3 , HRhCl (PPh 3 ) 3 , Fe 2 (CO) 9 or Fe 3 (CO) 12 , organotrioxorhenium (VII) compounds such as C 1 to C 4 alkyltrioxorhenium (VII), in particular methyltrioxorhenium (VII), cyclopentadienyltrioxorhenium (VII) or phenyltrioxorhenium (VII).
Bevorzugt salzartige Homogenkatalysatoren sind die Halogenide, insbesondere die Chloride, Nitrate, Sulfate, Carboxylate und Cyanide des Rhodiums, Rutheniums, Palladiums, Platins, Iridiums, Rheniums und Vanadiums sowie die Alkalimetall-, Erdalkalimetall-, Ammonium-, Alkylammonium-, Arylammonium-, Arylphosphonium- und Alkylphosphoniumsalze der Vanadiumsäuren, insbesondere deren Monovanadate sowie die entsprechednen Salze der Rheniumsäuren, insbesondere deren Rhenate (IV), Rhenate (VI) und Perrhenate. Preferred salt-like homogeneous catalysts are the halides, especially the Chlorides, nitrates, sulfates, carboxylates and cyanides of rhodium, ruthenium, Palladium, platinum, iridium, rhenium and vanadium as well as the alkali metal, Alkaline earth metal, ammonium, alkylammonium, arylammonium, arylphosphonium and alkylphosphonium salts of vanadium acids, especially their monovanadates and the corresponding salts of rhenium acids, in particular their rhenates (IV), Rhenate (VI) and Perrhenate.
Ein geeigneter Homogenkatalysator ist weiterhin Dirheniumheptoxid (Re2O7). Another suitable homogeneous catalyst is dirhenium heptoxide (Re 2 O 7 ).
Anorganische Komplexverbindungen, die bevorzugt im erfindungsgemäßen Verfahren zur Durchführung der Teilreaktionen b) und c) eingesetzt werden, sind z. B. Rutheniumtrichlorid, Rhodiumtrichlorid oder Iridiumhexaquoditosylat. Inorganic complex compounds, which are preferred in the process according to the invention for Carrying out the partial reactions b) and c) are used, for. B. Ruthenium trichloride, rhodium trichloride or iridium hexaquoditosylate.
Übergangsorganometallelement-Verbindungen, die erfindungsgemäß bevorzugt als
Homogenkatalysatoren zur Durchführung der Teilreaktionen b) und c) verwendet werden,
sind z. B. Carbonylkomplexe, wie HRh(PPh3)3(CO), HRuCl(CO)(PPh3)3 oder
H2Ru(CO)2(PPh3), besonders bevorzugt RuCl2(CO)2(PPh3)3, sowie Organotrioxorhenium-
Verbindungen der Formel
R1-ReO3 V
in der R1 eine C1- bis C10-Alkylgruppe, eine unsubstituierte oder eine mit 1 bis 5 C1- bis
C4-Alkylgruppen substituierte Cyclopentadienylgruppe, eine C6- bis C10-Aryl- oder eine
C7- bis C11-Aralkylgruppe ist. Zur Herstellung dieser Organotrioxorhenium-Verbindungen
wird auf die in Angew. Chem. 100, 420 (1988), Angew. Chem. 103, 183 (1991), J.
Organomet. Chem. 297, C5 (1985), Angew. Chem. 100, 1269 (1988) und J. Organomet.
Chem. 382, 1 (1990) angegebenen Verfahren verwiesen.
Transition organometallic element compounds which are preferably used according to the invention as homogeneous catalysts for carrying out the partial reactions b) and c) are, for. B. carbonyl complexes such as HRh (PPh 3 ) 3 (CO), HRuCl (CO) (PPh 3 ) 3 or H 2 Ru (CO) 2 (PPh 3 ), particularly preferably RuCl 2 (CO) 2 (PPh 3 ) 3 , as well as organotrioxorhenium compounds of the formula
R 1 -ReO 3 V
in which R 1 is a C 1 to C 10 alkyl group, an unsubstituted or a cyclopentadienyl group which is substituted by 1 to 5 C 1 to C 4 alkyl groups, a C 6 to C 10 aryl or a C 7 to C 11 is aralkyl group. For the preparation of these organotrioxorhenium compounds, reference is made to the in Angew. Chem. 100, 420 (1988), Angew. Chem. 103, 183 (1991), J. Organomet. Chem. 297, C5 (1985), Angew. Chem. 100, 1269 (1988) and J. Organomet. Chem. 382, 1 (1990) referenced methods.
Die homogen im Reaktionsmedium löslichen Übergangsmetallkatalysatoren werden vorzugsweise bezogen auf das Allylamin II, in Mengen von 0,0001 bis 0,5 mol-%, insbesondere 0,00023 bis 0,2 mol-% eingesetzt. The transition metal catalysts are homogeneously soluble in the reaction medium preferably based on allylamine II, in amounts of 0.0001 to 0.5 mol%, in particular 0.00023 to 0.2 mol% used.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Isomerisierung des Addukts II zum Enamin IV und/oder dessen Hydrolyse oder Hydrierung zu n-Butyraldehyd und/oder n-Butanol in einer einzigen Verfahrensstufe unter Verwendung eines heterogenen Katalysators ausgeführt, wobei das Verfahren wahlweise in flüssiger Phase oder in der Gasphase durchgeführt werden kann. In a further embodiment of the method according to the invention, the Isomerization of adduct II to enamine IV and / or its hydrolysis or Hydrogenation to n-butyraldehyde and / or n-butanol in a single process step Using a heterogeneous catalyst, the method being optional can be carried out in the liquid phase or in the gas phase.
Es wurde gefunden, daß als Katalysatoren sowohl für die Isomerisierung des Addukts II zum Enamin IV als auch für die Hydrolyse des Enamins IV zu n-Butyraldehyd oder für die kombinierte Hydrolyse/Hydrierung des Enamins IV zu n-Butanol an sich gängige heterogene Hydrierkatalysatoren, die im Reaktionsmedium im wesentlichen unlöslich sind, verwendet werden können. Von diesen Hydrierkatalysatoren sind solche bevorzugt, die ein oder mehrere Elemente der Gruppe Ib, VIb, VIIb und VIIIb, gegebenenfalls in Kombination mit einem oder mehreren Elementen der Gruppe Vb, des Periodensystems der Elemente, insbesondere Kupfer, Chrom, Molybdän, Wolfram, Rhenium, Ruthenium, Kobalt, Nickel, Rhodium, Iridium, Palladium und/oder Platin, gegebenenfalls in Kombination mit Eisen, enthalten. It was found that as catalysts for both the isomerization of adduct II to enamine IV as well as for the hydrolysis of enamine IV to n-butyraldehyde or for the Combined hydrolysis / hydrogenation of the enamine IV to n-butanol common per se heterogeneous hydrogenation catalysts which are essentially insoluble in the reaction medium, can be used. Of these hydrogenation catalysts, preference is given to those which have a or more elements of group Ib, VIb, VIIb and VIIIb, optionally in Combination with one or more elements from group Vb, the periodic table the elements, in particular copper, chromium, molybdenum, tungsten, rhenium, ruthenium, Cobalt, nickel, rhodium, iridium, palladium and / or platinum, optionally in Combination with iron, included.
Besonders aktive Hydrierkatalysatoren wie Nickel oder die Platinmetalle werden vorteilhaft mit Hauptgruppenelementen, die als Katalysatorgift wirken, dotiert und auf diese Weise partiell vergiftet. Durch diese Maßnahme kann eine höhere Selektivität bei der kombinierten Hydrolyse/Hydrierung des Enamins IV zu n-Butanol erzielt werden. Geeignete Hauptgruppenelemente sind z. B. die Chalcogene, wie Schwefel, Selen und Tellur, sowie die Elemente Phosphor, Arsen, Antimon, Wismut, Zinn, Blei und Thallium. Particularly active hydrogenation catalysts such as nickel or the platinum metals advantageous with main group elements that act as a catalyst poison, doped and on partially poisoned this way. Through this measure, a higher selectivity in the combined hydrolysis / hydrogenation of the enamine IV to n-butanol can be achieved. Suitable main group elements are e.g. B. the chalcogens, such as sulfur, selenium and Tellurium, as well as the elements phosphorus, arsenic, antimony, bismuth, tin, lead and thallium.
Im erfindungsgemäßen Verfahren können als Heterogenkatalysatoren z. B. sogenannte Fällungskatalysatoren verwendet werden. Solche Katalysatoren können hergestellt werden, indem man ihre katalytisch aktiven Komponenten aus deren Salzlösungen, insbesondere aus den Lösungen von deren Nitraten und/oder Acetaten, beispielsweise durch Zugabe von Lösungen von Alkalimetall- und/oder Erdalkalimetallhydroxid- und/oder Carbonat- Lösungen, als z. B. schwerlösliche Hydroxyde, Oxidhydrate, basische Salze oder Carbonate ausfällt, die erhaltenen Niederschläge anschließend trocknet und diese dann durch Calcinierung bei im allgemeinen 300 bis 700°C, insbesondere 400 bis 600°C in die betreffenden Oxide, Mischoxide und/oder gemischtvalentigen Oxide umwandelt, welche z. B. durch eine Behandlung mit Reduktionsmitteln, wie Wasserstoff oder Wasserstoff enthaltenden Gasen, bei in der Regel 20 bis 700°C, insbesondere bei 20 bis 300°C, zu den betreffenden Metallen und/oder zu oxidischen Verbindungen niedriger Oxidationsstufe reduziert und in die eigentliche, katalytisch aktive Form überführt werden. Dabei wird in der Regel so lange reduziert, bis kein Wasser mehr gebildet wird. Bei der Herstellung von Fällungskatalysatoren, die ein Trägermaterial enthalten, kann die Fällung der katalytisch aktiven Komponenten in Gegenwart des betreffenden Trägermaterials erfolgen. Die katalytisch aktiven Komponenten können vorteilhaft aber auch gleichzeitig mit dem Trägermaterial aus den betreffenden Salzlösungen gefällt werden. In the process according to the invention, z. B. so-called Precipitation catalysts are used. Such catalysts can be made by removing their catalytically active components from their salt solutions, in particular from the solutions of their nitrates and / or acetates, for example by adding Solutions of alkali metal and / or alkaline earth metal hydroxide and / or carbonate Solutions as z. B. poorly soluble hydroxides, oxide hydrates, basic salts or carbonates fails, the precipitates obtained then dry and then through Calcination at generally 300 to 700 ° C, especially 400 to 600 ° C in the relevant oxides, mixed oxides and / or mixed valence oxides, which z. B. by treatment with reducing agents such as hydrogen or hydrogen containing gases, at usually 20 to 700 ° C, especially at 20 to 300 ° C, to the metals and / or to oxidic compounds of low oxidation level reduced and converted into the actual, catalytically active form. Thereby in usually reduced until no more water is formed. In the manufacture of Precipitation catalysts that contain a support material can precipitate the catalytically active components take place in the presence of the carrier material in question. The Catalytically active components can also advantageously be used simultaneously with the Carrier material can be precipitated from the relevant salt solutions.
Bevorzugt werden im erfindungsgemäßen Verfahren Hydrierkatalysatoren eingesetzt, welche die die Hydrierung katalysierenden Metalle oder Metallverbindungen auf einem Trägermaterial abgeschieden enthalten. Außer den obengenannten Fällungskatalysatoren, welche außer den katalytisch aktiven Komponenten noch zusätzlich ein Trägermaterial enthalten, eignen sich für das erfindungsgemäße Verfahren im allgemeinen solche Trägerkatalysatoren, bei denen die katalytisch wirkenden Komponenten z. B. durch Imprägnierung auf ein Trägermaterial aufgebracht worden sind. Hydrogenation catalysts are preferably used in the process according to the invention, which the metals or metal compounds catalyzing the hydrogenation on a Carrier material included included. In addition to the above precipitation catalysts, which in addition to the catalytically active components is also a carrier material contain, are generally suitable for the inventive method Supported catalysts in which the catalytically active components z. B. by Impregnation have been applied to a carrier material.
Die Art der Aufbringung der katalytisch aktiven Metalle auf den Träger ist in der Regel nicht kritisch und kann auf verschiedenerlei Art und Weise bewerkstelligt werden. Die katalytisch aktiven Metalle können auf diese Trägermaterialien z. B. durch Tränkung mit Lösungen oder Suspensionen der Salze oder Oxide betreffenden Elemente, Trocknung und anschließende Reduktion der Metallverbindungen zu den betreffenden Metallen oder Verbindungen niederer Oxidationsstufe mittels eines Reduktionsmittels, vorzugsweise mit Hilfe von Wasserstoff, Wasserstoff enthaltenden Gasen oder Hydrazin, aufgebracht werden. Eine andere Möglichkeit zur Aufbringung der katalytisch aktiven Metalle auf diese Träger besteht darin, die Träger mit Lösungen thermisch leicht zersetzbarer Salze, z. B. mit Nitraten oder mit thermisch leicht zersetzbaren Komplexverbindungen, z. B. Carbonyl- oder Hydrido-Komplexen der katalytisch aktiven Metalle, zu imprägnieren und den so getränkten Träger zwecks thermischer Zersetzung der adsorbierten Metallverbindungen auf Temperaturen von 300 bis 600°C zu erhitzen. Diese thermische Zersetzung wird vorzugsweise unter einer Schutzgasatmosphäre vorgenommen. Geeignete Schutzgase sind z. B. Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserstoff oder die Edelgase. Weiterhin können die katalytisch aktiven Metalle auf dem Katalysatorträger durch Aufdampfung oder durch Flammspritzen abgeschieden werden. The type of application of the catalytically active metals to the support is usually not critical and can be accomplished in a variety of ways. The Catalytically active metals can on these support materials such. B. by impregnation with Solutions or suspensions of the salts or oxides related elements, drying and subsequent reduction of the metal compounds to the metals concerned or Compounds of low oxidation level using a reducing agent, preferably with With the help of hydrogen, hydrogen-containing gases or hydrazine, applied become. Another way of applying the catalytically active metals these carriers consist of the carriers with solutions of thermally easily decomposable salts, z. B. with nitrates or with thermally easily decomposable complex compounds, for. B. Carbonyl or hydrido complexes of catalytically active metals, impregnated and the soaked carrier for the thermal decomposition of the adsorbed Heat metal compounds to temperatures of 300 to 600 ° C. This thermal Decomposition is preferably carried out under a protective gas atmosphere. suitable Protective gases are e.g. B. nitrogen, carbon dioxide, hydrogen or the noble gases. Farther can the catalytically active metals on the catalyst support by vapor deposition or be deposited by flame spraying.
Der Gehalt dieser Trägerkatalysatoren an den katalytisch aktiven Metallen ist prinzipiell für das Gelingen des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht kritisch. Es versteht sich für den Fachmann von selbst, daß höhere Gehalte dieser Trägerkatalysatoren an katalytisch aktiven Metallen zu höheren Raum-Zeit-Umsätzen führen als niedrigere Gehalte. Im allgemeinen werden aber Trägerkatalysatoren verwendet, deren Gehalt an katalytisch aktiven Metallen 0,1 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 0,5 bis 30 Gew.-%, bezogen auf den gesamten Katalysator beträgt. Da sich diese Gehaltsangaben auf den gesamten Katalysator inklusive Trägermaterial beziehen, die unterschiedlichen Trägermaterialien jedoch sehr unterschiedliche spezifische Gewichte und spezifische Oberflächen haben, können diese Angaben aber auch unter- oder überschritten werden, ohne daß sich dies nachteilig auf das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens auswirkt. Selbstverständlich können auch mehrere der katalytisch aktiven Metalle auf dem jeweiligen Trägermaterial aufgebracht sein. Weiterhin können die katalytisch aktiven Metalle beispielsweise nach den Verfahren von DE-A 25 19 817, EP-A 147 219 und EP-A 285 420 auf den Träger aufgebracht werden. In den Katalysatoren gemäß den vorgenannten Schriften liegen die katalytisch aktiven Metalle als Legierung vor, die durch thermische Behandlung und/oder Reduktion der z. B. durch Tränkung auf einem Träger abgeschiedenen Salze oder Komplexe der zuvor genannten Metalle, erzeugt werden. The content of these supported catalysts in the catalytically active metals is in principle not critical for the success of the method according to the invention. It is for the Those skilled in the art understand that higher levels of these supported catalysts are catalytically active Metals lead to higher space-time conversions than lower contents. In general but supported catalysts are used, their content of catalytically active metals 0.1 to 80 wt .-%, preferably 0.5 to 30 wt .-%, based on the total Catalyst. Because this content information includes the entire catalyst Obtain carrier material, but the different carrier materials very much can have different specific weights and specific surfaces However, details are also fallen short of or exceeded, without this having an adverse effect on the Result of the inventive method affects. Of course you can too several of the catalytically active metals applied to the respective support material his. Furthermore, the catalytically active metals can be used, for example, by the process from DE-A 25 19 817, EP-A 147 219 and EP-A 285 420 applied to the carrier become. They are catalytic in the catalysts according to the abovementioned publications active metals as an alloy by thermal treatment and / or reduction the z. B. by impregnation on a support deposited salts or complexes of the previously mentioned metals are generated.
Die Aktivierung der Fällungskatalysatoren als auch der Trägerkatalysatoren kann auch in situ in der Reaktionsmischung durch den dort anwesenden Wasserstoff erfolgen, bevorzugt werden diese Katalysatoren jedoch von ihrer Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren aktiviert. The activation of the precipitation catalysts as well as the supported catalysts can also be carried out in done in situ in the reaction mixture by the hydrogen present there, preferred However, these catalysts are of their use in the invention Procedure activated.
Als Trägermaterialien können im allgemeinen die Oxide des Aluminiums und Titans, Zirkoniumdioxid, Siliziumdioxid, Kieselgur, Kieselgel, Tonerden, z. B. Montmorillonite, Silikate, wie Magnesium- oder Aluminiumsilikate, Zeolithe, wie ZSM-5 oder ZSM-10- Zeolithe sowie Aktivkohle verwendet werden. Bevorzugte Trägermaterialien sind Aluminiumoxide, Titandioxide, Zirkoniumdioxid und Aktivkohle. Selbstverständlich können auch Mischungen verschiedener Trägermaterialien als Träger für im erfindungsgemäßen Verfahren anwendbare Katalysatoren dienen. In general, the oxides of aluminum and titanium, Zirconium dioxide, silicon dioxide, diatomaceous earth, silica gel, clays, e.g. B. Montmorillonite, Silicates, such as magnesium or aluminum silicates, zeolites, such as ZSM-5 or ZSM-10- Zeolites and activated carbon can be used. Preferred carrier materials are Aluminum oxides, titanium dioxide, zirconium dioxide and activated carbon. Of course can also mixtures of different carrier materials as a carrier for in Catalysts which can be used according to the process of the invention are used.
Als für die Durchführung der Hydrolyse und der Hydrierung in einer einzigen Verfahrensstufe einsetzbare Heterogenkatalysatoren seien die folgenden Katalysatoren beispielhaft genannt: Platindioxid, Palladium auf Aluminiumoxid, Palladium auf Siliziumdioxid, Palladium auf Bariumsulfat, Rhodium auf Aktivkohle, Rhodium auf Aluminiumoxid, Ruthenium auf Siliziumdioxid oder Aktivkohle, Nickel auf Siliziumdioxid, Kobalt auf Siliziumdioxid, Kobalt auf Aluminiumoxid, Carbonyleisenpulver, Rheniumschwarz, Raney-Rhenium, Rhenium auf Aktivkohle, Rhenium- Palladium auf Aktivkohle, Rhenium-Platin auf Aktivkohle, Kupfer auf Kieselgur, Kupfer auf Kieselgel, Kupfer auf Titandioxid, Kupfer auf Zirkoniumdioxid, Kupfer auf Magnesiumsilikat, Kupfer auf Aluminiumsilikat, Kupfer auf Montmorillonit, Kupfer auf Zeolith, Raney-Kupfer, Platinoxid-Rhodiumoxid-Mischungen, Platin-Palladium auf Aktivkohle, Kuferchromit, Bariumchromit, Nickel-Chromoxid auf Aluminiumoxid, Dirheniumheptoxid (Re2O7), Kobaltsulfid, Nickelsulfid, Molybdän(VI)sulfid, Kupfer- Molybdän(VI)oxid-Siliziumdioxid-Aluminiumoxid-Katalysatoren, mit Selen oder Blei partiell vergiftete Palladium auf-Aktivkohlekatalysatoren sowie die Katalysatoren gemäß DE-A 39 32 332, US-A 3 449 445, EP-A 44 444, EP-A 147 219, DE-A 39 04 083, DE-A 23 21 101, EP-A 415 202, De-A 23 66 264 und EP-A 100 406. Examples of heterogeneous catalysts which can be used for carrying out the hydrolysis and hydrogenation in a single process step are: platinum dioxide, palladium on aluminum oxide, palladium on silicon dioxide, palladium on barium sulfate, rhodium on activated carbon, rhodium on aluminum oxide, ruthenium on silicon dioxide or activated carbon, Nickel on silicon dioxide, cobalt on silicon dioxide, cobalt on aluminum oxide, carbonyl iron powder, rhenium black, Raney rhenium, rhenium on activated carbon, rhenium-palladium on activated carbon, rhenium-platinum on activated carbon, copper on diatomaceous earth, copper on silica gel, copper on titanium dioxide, copper on Zirconium dioxide, copper on magnesium silicate, copper on aluminum silicate, copper on montmorillonite, copper on zeolite, Raney copper, platinum oxide-rhodium oxide mixtures, platinum-palladium on activated carbon, buyer chromite, barium chromite, nickel-chromium oxide on aluminum oxide, dirhenium heptoxide (Re 2 O 7 ), Cobalt sulfide, Ni nickel sulfide, molybdenum (VI) sulfide, copper-molybdenum (VI) oxide-silicon dioxide-aluminum oxide catalysts, palladium on activated carbon catalysts partially poisoned with selenium or lead, and also the catalysts according to DE-A 39 32 332, US Pat. No. 3,449,445, EP-A 44 444, EP-A 147 219, DE-A 39 04 083, DE-A 23 21 101, EP-A 415 202, De-A 23 66 264 and EP-A 100 406.
Vorteilhaft können im erfindungsgemäßen Verfahren auch Hydrierkatalysatoren verwendet werden, die Brönsted- und/oder Lewisacide-Zentren enthalten. Bei der Verwendung derartiger Katalysatoren ist im allgemeinen die zusätzliche Zugabe einer Brönsted- oder Lewis-Säure zur Reaktionsmischung nicht erforderlich. Hydrogenation catalysts can also advantageously be used in the process according to the invention be that contain Brönsted and / or Lewisacide centers. When using Such catalysts is generally the additional addition of a Brönsted or Lewis acid not required for the reaction mixture.
Als Brönsted- oder Lewis-saure Zentren können z. B. die katalytisch aktiven Metalle selber wirken, wenn diese bei der Aktivierung des Katalysators mit Wasserstoff oder Wasserstoff enthaltenden Gasen nicht vollständig zu den betreffenden Metallen reduziert werden. Dies gilt z. B. für die rhenium- und chromithaltigen Katalysatoren, bei Rheniumträgerkatalysatoren liegt das Rhenium als Mischung von Rheniummetall mit Rheniumverbindungen in höheren Oxidationsstufen vor, wobei letztere Wirkungen wie Lewis- oder Brönsted-Säuren entfalten können. Weiterhin können solche Lewis- oder Brönsted-aciden Zentren über das verwendete Trägermaterial in den Katalysator eingebracht werden. Als Lewis- oder Brönstedacide Zentren enthaltende Trägermaterialien seien z. B. Zirkoniumdioxid, Siliziumdioxid, die Silikate, Tonerden, Zeolithe und Aktivkohle genannt. As Brönsted or Lewis acidic centers z. B. the catalytically active metals themselves act if these when activating the catalyst with hydrogen or hydrogen containing gases can not be completely reduced to the metals in question. This applies z. B. for the rhenium and chromite-containing catalysts Rhenium supported catalysts contain the rhenium as a mixture of rhenium metal with rhenium compounds higher oxidation levels, the latter effects such as Lewis or Bronsted acids can unfold. Such Lewis or Brönsted acidic centers can also via the used carrier material are introduced into the catalyst. As Lewis or Brönstedacide centers containing carrier materials are, for. B. zirconium dioxide, Silicon dioxide, called silicates, clays, zeolites and activated carbon.
Besonders bevorzugt werden deshalb im erfindungsgemäßen Verfahren als Hydrierkatalysatoren Trägerkatalysatoren verwendet, die Elemente der I., VI., VII. und/oder VIII. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente, insbesondere der Elemente der I., VII. und VIII. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente auf einem Brönsted- oder Lewis-acide wirkenden Trägermaterial abgeschieden enthalten. Besonders vorteilhafte Katalysatoren sind z. B. Rhenium auf Aktivkohle, Rhenium auf Zirkoniumdioxid, Rhenium auf Titandioxid, Rhenium auf Siliziumdioxid, Kupfer auf Aktivkohle, Kupfer aus Siliziumdioxid, Kupfer auf Kieselgur, Kupfer auf Kieselgel, Kupfer auf Titandioxid, Kupfer auf Zirkoniumdioxid, Kupfer auf Magnesiumsilikat, Kupfer auf Aluminiumsilikat, Kupfer auf Bleicherde, Kupfer auf Zeolith, Ruthenium auf Aktivkohle, Ruthenium auf Aluminiumoxid, Ruthenium auf Siliziumdioxid, Ruthenium auf Titandioxid und mit Selen oder Blei partiell vergiftete Palladium auf Aktivkohle-Katalysatoren. Therefore, are particularly preferred in the inventive method as Hydrogenation catalysts supported catalysts are used, the elements of I., VI., VII. And / or VIII. Subgroup of the Periodic Table of the Elements, especially the elements of I., VII. and VIII. Subgroup of the Periodic Table of the Elements on a Brönsted or Contain Lewis-acidic carrier material deposited. Particularly advantageous Catalysts are e.g. B. rhenium on activated carbon, rhenium on zirconium dioxide, rhenium on titanium dioxide, rhenium on silicon dioxide, copper on activated carbon, copper Silicon dioxide, copper on kieselguhr, copper on silica gel, copper on titanium dioxide, Copper on zirconium dioxide, copper on magnesium silicate, copper on aluminum silicate, Copper on bleaching earth, copper on zeolite, ruthenium on activated carbon, ruthenium on Aluminum oxide, ruthenium on silicon dioxide, ruthenium on titanium dioxide and with selenium or lead partially poisoned palladium on activated carbon catalysts.
Hydrierkatalysatoren, welche selbst keine derartigen Brönsted- oder Lewis-aciden Zentren haben, können Lewis- oder Brönstedacide-Komponenten, wie Zeolithe, Aluminium- oder Siliziumoxide, Phosphorsäure oder Schwefelsäure, zugesetzt werden. Sie werden im allgemeinen in Mengen von 0,01 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,05 bis 0,5 Gew.-% und besonders bevorzugt von 0,1 bis 0,4 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des eingesetzten Katalysators, zugesetzt. Hydrogenation catalysts, which themselves have no such Bronsted or Lewis acid centers can have Lewis or Bronsted acid components such as zeolites, aluminum or Silicon oxides, phosphoric acid or sulfuric acid can be added. You will be in generally in amounts of 0.01 to 5 wt .-%, preferably 0.05 to 0.5 wt .-% and particularly preferably from 0.1 to 0.4 wt .-%, based on the weight of the used Catalyst added.
Weiterhin sind zur Isomerisierung des Addukts II zum Enamin IV und dessen Hydrolyse oder Hydrierung zu n-Butyraldehyd und/oder n-Butanol in einer einzigen Verfahrensstufe Heterogenkatalysatoren geeignet, welche die zur homogenen Katalyse dieser Verfahrensstufe verwendbaren Komplexverbindungen von Übergangsmetallelementen aus der Gruppe VIb und VIIIb des Periodensystems der Elemente in heterogenisierter Form enthalten, beispielsweise solche, in denen das betreffende Übergangsmetallelement an eine polymere Matrix fixiert ist. Furthermore, isomerization of adduct II to enamine IV and its hydrolysis or hydrogenation to n-butyraldehyde and / or n-butanol in a single process step Heterogeneous catalysts suitable for the homogeneous catalysis of these Process stage usable complex compounds from transition metal elements Group VIb and VIIIb of the Periodic Table of the Elements in heterogeneous form contain, for example those in which the transition metal element in question to a polymer matrix is fixed.
Solche polymeren Matrizes können Harze, wie Styrol-Divinylbenzol-Harze (US 3,725,489) oder Phenol-Formaldehyd-Harze sein, an die die betreffenden zur Komplexierung des Übergangsmetallelements dienenden Liganden vorzugsweise kovalent gebunden sind, welche wiederum mit den betreffenden Übergangsmetallen Komplexe bilden und diese derart quasi immobilisieren. Derartige heterogenisierte, polymer gebundene Übergangsmetallkomplex-Katalysatoren mit 2,2'-Bipyridin- oder 1,10-Phenanthrolin- Liganden oder heterogenisierte Phosphin- oder Phosphitkomplexe der katalytisch aktiven Übergangsmetallelemente können nach bekannten Literaturverfahren hergestellt werden. Organotrioxorhenium(VII)-Katalysatoren können z. B. nach dem Verfahren von DE-A 39 02 357 an stickstofthaltige Polymere, wie Polyvinylpyrrolidon, Poly(2-vinylpyridin),(2- Vinylpyridin-)Styrol-Copolymere, Polyacrylsäureamide, Polyimide, Polyamide und Polyurethane durch koordinative Bindung fixiert und auf diese Weise heterogenisiert, als Heterogenkatalysator erfindungsgemäß verwenden werden. Such polymeric matrices can be resins such as styrene-divinylbenzene resins (US 3,725,489) or be phenol-formaldehyde resins to which the concerned Complexation of the transition metal element-serving ligand is preferably covalently bound are, which in turn form complexes with the relevant transition metals and immobilize them in this way. Such heterogenized, polymer-bound Transition metal complex catalysts with 2,2'-bipyridine or 1,10-phenanthroline Ligands or heterogenized phosphine or phosphite complexes of the catalytically active Transition metal elements can be produced by known literature processes. Organotrioxorhenium (VII) catalysts can e.g. B. by the method of DE-A 39 02 357 to nitrogen-containing polymers, such as polyvinylpyrrolidone, poly (2-vinylpyridine), (2- Vinylpyridine) styrene copolymers, polyacrylic acid amides, polyimides, polyamides and Polyurethanes fixed by coordinative bonding and thus heterogenized as Heterogeneous catalyst can be used according to the invention.
Mit den genannten Heterogenkatalysatoren kann die Isomerisierung des Addukts II zum Enamin IV und dessen Hydrolyse oder Hydrierung zu n-Butyraldehyd und/oder n-Butanol in einer einzigen Verfahrensstufe sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich durchgeführt werden. With the heterogeneous catalysts mentioned, the isomerization of the adduct II to Enamine IV and its hydrolysis or hydrogenation to n-butyraldehyde and / or n-butanol Both continuously and discontinuously in a single process step be performed.
Die Durchführung der Teilreaktionen b) und c) in einer einzigen Verfahrensstufe mit Hilfe der genannten Katalysatoren kann diskontinuierlich, z. B. in Rührkesseln, oder kontinuierlich, z. B. in Rohrreaktoren oder Schlaufenreaktoren, bei Temperaturen von im allgemeinen 80 bis 150°C und einem Druck von im allgemeinen 5 bis 10 bar, vorzugsweise von 10 bis 60 bar, vorgenommen werden. Die Isomerisierung des Addukts II zum Enamin IV und dessen Umsetzung zu n-Butyraldehyd und/oder n-Butanol in einer einzigen Verfahrensstufe kann in An- oder Abwesenheit von zugesetzten Lösungsmitteln, wie aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffen, z. B. Toluol, Benzol oder Cyclohexan, Alkoholen, z. B. Butanolen, insbesondere n-Butanol, höhere Fettalkohole oder Glykole, Ethern, z. B. Dibutylether, Tetrahydrofuran, Dioxan oder niedermolekulare Polyalkylenglykolen, halogenierten aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoffen z. B. Chloroform, Dichlormethan, Chlorbenzol oder Dichlorbenzol, Sulfoxiden oder Sulfonen, z. B. Dimethylsulfoxid oder Sulfolan, erfolgen. The implementation of the partial reactions b) and c) in a single process step with the help the catalysts mentioned can be discontinuous, for. B. in stirred tanks, or continuously, e.g. B. in tubular reactors or loop reactors, at temperatures of im generally 80 to 150 ° C and a pressure of generally 5 to 10 bar, preferably from 10 to 60 bar. The isomerization of adduct II to enamine IV and its conversion to n-butyraldehyde and / or n-butanol in one single process step can in the presence or absence of added solvents, such as aliphatic or aromatic hydrocarbons, e.g. B. toluene, benzene or Cyclohexane, alcohols, e.g. B. butanols, especially n-butanol, higher fatty alcohols or Glycols, ethers e.g. B. dibutyl ether, tetrahydrofuran, dioxane or low molecular weight Polyalkylene glycols, halogenated aliphatic or aromatic hydrocarbons z. As chloroform, dichloromethane, chlorobenzene or dichlorobenzene, sulfoxides or Sulfones, e.g. As dimethyl sulfoxide or sulfolane.
Zur Herstellung der Endprodukte n-Butyraldehyd und n-Butanol wird der Reaktionsmischung Wasser in einem Molverhältnis, bezogen auf das dem Reaktor zugeführte Addukt II oder Amin IV, von im allgemeinen 1 : 3 bis 100 : 1, vorzugsweise 1 : 2 bis 20 : 1 und besonders bevorzugt von 1 : 2 bis 10 : 1 zugesetzt. Dabei kann das Amin, H2O oder das optionale Lösungsmittel jeweils entweder vorgelegt oder kontrolliert zudosiert werden. Ein Dosierung muß dabei nicht gleichmäßig erfolgen, sondern sie wird so optimiert, daß die Ausbeute am Wunschprodukt oder am Produktmix - Butyraldehyd, Butanol, 2-Ethylhexenal oder 2-Ethylhexanol maximal wird. To produce the end products n-butyraldehyde and n-butanol, water is added to the reaction mixture in a molar ratio, based on the adduct II or amine IV fed to the reactor, of generally 1: 3 to 100: 1, preferably 1: 2 to 20: 1 and particularly preferably from 1: 2 to 10: 1 added. The amine, H 2 O or the optional solvent can either be initially charged or metered in in a controlled manner. Dosing does not have to be uniform, but is optimized so that the yield of the desired product or of the product mix - butyraldehyde, butanol, 2-ethylhexenal or 2-ethylhexanol is maximal.
Ist das gewünschte Endprodukt n-Butanol, wird der Reaktionsmischung, zusätzlich zu dem für die Hydrolyse des Enamins IV benötigten Wasser, noch Wasserstoff in einem Molverhältnis, bezogen auf das dem Reaktor zugeführte Addukt II, von im allgemeinen 1 : 1 bis 100 : 1, vorzugsweise von 1 : 1 bis 10 : 1 und besonders bevorzugt von 1 : 1 bis 3 : 1 zugemischt. Diese Zumischung kann bei diskontinuierlicher Betriebsweise des Wasserstoffs im Reaktionsmedium beispielsweise in mit Blasensäulen oder Strahldüsen zur Dispergierung des Wasserstoffs ausgestatteten Schlaufenreaktoren erfolgen. If the desired end product is n-butanol, the reaction mixture is added to that Water required for the hydrolysis of enamine IV, still hydrogen in one Molar ratio, based on the adduct II fed to the reactor, of generally 1: 1 to 100: 1, preferably from 1: 1 to 10: 1 and particularly preferably from 1: 1 to 3: 1 admixed. This admixture can be used in discontinuous mode of operation Hydrogen in the reaction medium, for example with bubble columns or jet nozzles loop reactors equipped to disperse the hydrogen.
Ist das gewünschte Endprodukt eine Mischung aus n-Butanol und n-Butyraldehyd, so kann das Mengenverhältnis dieser Produkte in der Produktmischung beispielsweise über den Zusatz des Wasserstoffs und/oder die angewandte Reaktionstemperatur eingestellt werden. Werden unterstöchiometrische Mengen an Wasserstoff eingesetzt, wird selbstverständlich nur ein Teil des Ausgangsmaterials zu n-Butanol hydriert und durch Anwendung einer niedrigeren Reaktionstemperatur kann die Geschwindigkeit der Hydrierreaktion so weit verlangsamt werden, dass nur ein Teil des Ausgangsmaterials zu n-Butanol hydriert wird. If the desired end product is a mixture of n-butanol and n-butyraldehyde, it can the quantitative ratio of these products in the product mixture, for example over the Addition of the hydrogen and / or the reaction temperature used can be set. If substoichiometric amounts of hydrogen are used, it goes without saying only some of the starting material is hydrogenated to n-butanol and by using a lower reaction temperature can speed up the hydrogenation reaction so far slowed down that only a part of the starting material is hydrogenated to n-butanol.
Bei der Hydrierreaktion kann in einer sogenannten Überhydrierung der Butenylrest in dem entstandenen Enamin (IV) hydriert werden. Dadurch geht Produkt verloren. Bei dem Einsatz von Di-n-butylamin als Carrieramin, bei dem vorzugsweise Di-n-butylamid als Katalysator eingesetzt wird, entsteht bei dieser Überhydrierung Tri-n-butylamin. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann dieses Tributylamin in einer sogenannten Transalkylierungsreaktion durch Umsetzung mit Ammoniak oder auch Mono-n-butylamin wieder in Di-n-butylamin überführt werden, das erneut in die Reaktion eingesetzt werden kann. Die Transalkylierungsreaktion wird unter den üblichen, dem Fachmann bekannten Bedingungen und unter Verwendung der bekannten Katalysatoren durchgeführt. Allgemein geschieht die Umalkylierung bei Temperaturen von 80 bis 400°C und in Gegenwart von Dehydratationskatalysatoren und/oder Hydrier- /Dehydrierkatalysatoren. Geeignete Katalysatoren sind in der PCT-Anmeldung mit dem Titel "Verfahren zur Herstellung von Alkylaminen" vom 22. 06. 2001, Aktenzeichen PCT/EP/01/07124 und der deutschen Anmeldung mit dem Titel "Verfahren zur Herstellung von n-Butylaminen" vom 07. 03. 2001, Aktenzeichen DE 101 10 842.7 beschrieben. Die darin offenbarten Katalysatoren sind ein integraler Bestandteil der vorliegenden Erfindung und durch Bezugnahme eingeschlossen. In the hydrogenation reaction in a so-called overhydrogenation, the butenyl residue in the resulting enamine (IV) are hydrogenated. As a result, the product is lost. In which Use of di-n-butylamine as carrieramine, in which preferably di-n-butylamide as If catalyst is used, tri-n-butylamine is formed in this overhydrogenation. In a preferred embodiment of the present invention, this tributylamine can a so-called transalkylation reaction by reaction with ammonia or Mono-n-butylamine can be converted back to di-n-butylamine, which reacts in the reaction can be used. The transalkylation reaction is carried out under the usual, the Conditions known to those skilled in the art and using the known catalysts carried out. In general, the transalkylation takes place at temperatures of 80 to 400 ° C and in the presence of dehydration catalysts and / or hydrogenation / Dehydrogenation catalysts. Suitable catalysts are in the PCT application with the Title "Process for the production of alkylamines" from June 22, 2001, file number PCT / EP / 01/07124 and the German application entitled "Procedure for Production of n-butylamines "dated March 7, 2001, file number DE 101 10 842.7 described. The catalysts disclosed therein are an integral part of the present invention and incorporated by reference.
Wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, dass die Aminoalkylierung in Teilschritt a) und die Isomerisierung in Teilschritt b) in einer einzigen Verfahrensstufe durchgeführt werden, wird die Hydrolyse des Enamins in Teilschritt c) vorzugsweise in Gegenwart einer Säure durchgeführt. Die Säure kann in homogener oder heterogener Form vorliegen, und die Hydrolyse kann diskontinuierlich, semikontinuierlich oder vollkontinuierlich durchgeführt werden. Die Durchführung mit einer in heterogener Form vorliegenden Säure ist bevorzugt. If the process according to the invention is carried out so that the aminoalkylation in Sub-step a) and the isomerization in sub-step b) in a single process step are carried out, the hydrolysis of the enamine in substep c) is preferably carried out in In the presence of an acid. The acid can be in homogeneous or heterogeneous form are present, and the hydrolysis can be discontinuous, semi-continuous or be carried out continuously. Implementation with one in heterogeneous form acid present is preferred.
Die Hydrolyse c) wird bei einer Temperatur von 60 bis 200°C, vorzugsweise 80 bis 160°C, und dem Eigendruck des Systems durchgeführt. Die Durchführung kann in einem ein- oder zweiphasigen System geschehen. The hydrolysis c) is carried out at a temperature of 60 to 200 ° C, preferably 80 to 160 ° C, and the system's own pressure. The implementation can be done in one or two-phase system happen.
Säuren, die bei der homogenen Reaktionsführung eingesetzt werden können, umfassen die üblichen organischen oder anorganischen Säuren, die dem Fachmann bekannt sind, wobei bevorzugte Säuren H2SO4, H3PO4, Oxalsäure, Ameisensäure und HCl sind. Acids which can be used in the homogeneous reaction comprise the usual organic or inorganic acids which are known to the person skilled in the art, preferred acids being H 2 SO 4 , H 3 PO 4 , oxalic acid, formic acid and HCl.
Bei Einsatz von heterogenen Säuren ("Festkörpersäuren") kann der Schritt c) der erfindungsgemäßen Verfahrens an einen Suspensions- oder Festbettkatalysator durchgeführt werden. If heterogeneous acids (“solid acids”) are used, step c) can be carried out process according to the invention on a suspension or fixed bed catalyst be performed.
Weiterhin sind stark saure Ionenaustauscher als Festkörpersäuren geeignet, insbesondere solche des Typs Divinylbenzol-Styrol-Sulfonsäure. Strongly acidic ion exchangers are also suitable as solid acids, in particular those of the divinylbenzene-styrene-sulfonic acid type.
Für den Einsatz in dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung geeignete Festkörpersäuren besitzen mehr als 50 µmol/g saure Zentren bei einem pKs-Wert kleiner 3,3 besitzt und sind bis mindestens 400°C thermisch stabil. Suitable for use in the method according to the present invention Solid acids have more than 50 µmol / g acidic centers with a pKa value smaller 3.3 owns and is thermally stable up to at least 400 ° C.
Die Zahl der sauren Zentren wird dabei nach der Methode der Hammett-Titration mit Dimethylgelb [CAS-No. 60-11-7] als Indikator und n-Butylamin als Sonde gemäß H. A. Benesi und B. H. C. Winquist in Adv. Catal., Vol. 27, Academic Press 1978, S. 100ff, bestimmt. The number of acidic centers is determined using the Hammett titration method Dimethyl yellow [CAS-No. 60-11-7] as an indicator and n-butylamine as a probe according to H.A. Benesi and B.H. C. Winquist in Adv. Catal., Vol. 27, Academic Press 1978, pp. 100ff, certainly.
Beispiele für derartige Säuren umfassen Zeolithe und Alumosilikate, Aluminiumphosphate bzw. Silica-Alumophosphate, gemischte saure Metalloxide und saure Metalloxide mit hoher Oberfläche, Schichtsilikate sowie geträgerte und ungeträgerte Ammoniumhalogenide. Examples of such acids include zeolites and aluminosilicates, aluminum phosphates or silica-alumophosphates, mixed acidic metal oxides and acidic metal oxides high surface, layered silicates as well as supported and unsupported Ammonium.
Bevorzugte Beispiele für Zeolithe umfassen Faujasite wie X-, Y- und USY-Zeolith, Erionit, Chabazit, Mordenit, Offretit, Clinoptiolith, Pentasile wie ZSM-5 und ZBM-10, ZSM-11, ZSM-12, MCM-22, MCM-41, MCM-48, MCM-49, MCM-56, EMT, SSZ-26, SSZ-33, SSZ-37, CIT-1, PSH-3, NU-85 Beta, die borhaltigen Formen, wie z. B. ZBM-11, H-Bor-ZSM-5, H-Bor-Beta, H-Bor-ZSM-11, sowie die gallium- oder titanhaltigen Formen. Preferred examples of zeolites include faujasites such as X, Y and USY zeolite, Erionite, chabazite, mordenite, offretite, clinoptiolite, pentasiles such as ZSM-5 and ZBM-10, ZSM-11, ZSM-12, MCM-22, MCM-41, MCM-48, MCM-49, MCM-56, EMT, SSZ-26, SSZ-33, SSZ-37, CIT-1, PSH-3, NU-85 Beta, the boron-containing forms, such as. B. ZBM-11, H-boron ZSM-5, H-boron beta, H-boron ZSM-11, as well as the forms containing gallium or titanium.
Die genannten Zeolithe zeichnen sich durch eine hohe Anzahl an katalytisch aktiven Zentren aus, kombiniert mit einer großen Oberfläche. Sie unterscheiden sich im Typ und in der Art der Nachbehandlung nach Herstellung, beispielsweise der thermischen Behandlung, Dealuminierung, Säurebehandlung, oder Metallioneneintausch. The zeolites mentioned are distinguished by a high number of catalytically active ones Centers, combined with a large surface. They differ in type and in the type of aftertreatment after manufacture, for example the thermal Treatment, dealumination, acid treatment, or metal ion exchange.
Geeignete Zeolithe sind beispielsweise in US-A-4,375,002, US-A-4,536,602, EP-A-305 564, EP-A-101 921, DE-A-42 06 992, EP-A-133 938, EP-A-431 451, EP-A132 736, CA-A-2 092 964 und DE-A-195 30 177 beschrieben. Suitable zeolites are described, for example, in US-A-4,375,002, US-A-4,536,602, EP-A-305 564, EP-A-101 921, DE-A-42 06 992, EP-A-133 938, EP-A-431 451, EP-A132 736, CA-A-2 092 964 and DE-A-195 30 177.
Insbesondere geeignet sind Zeolith-Katalysatoren des Pentasil-Typs mit einem SiO2/Al2O3- Molverhältnis von größer/gleich 10, die etwa in EP-A-132 736 offenbart sind. Zeolite catalysts of the pentasil type with an SiO 2 / Al 2 O 3 molar ratio of greater than or equal to 10, which are disclosed, for example, in EP-A-132 736, are particularly suitable.
Aluminiumphosphate und Silico-Alumophosphate sind beispielsweise kristalline Systeme
mit Zeolithstrukturen oder zeolithähnlichen Strukturen wie z. B. SAPO-37, AlPO4-5,
SAPO-5, die etwa in DE-A-196 01 409 beschrieben sind. Auch amorphe Systeme, wie z. B.
in DE-A-44 31 093 beschrieben, sind geeignet. Sie besitzen allgemein die Formel
Al2O3.P2O5.xSiO2.
Aluminum phosphates and silico-alumophosphates are, for example, crystalline systems with zeolite structures or zeolite-like structures such as e.g. B. SAPO-37, AlPO 4 -5, SAPO-5, which are described for example in DE-A-196 01 409. Amorphous systems such as B. described in DE-A-44 31 093 are suitable. They generally have the formula
Al 2 O 3 .P 2 O 5 .xSiO 2 .
Beispiele für saure gemischte Metalloxide sind insbesondere Al2O3-TiO2, SiO2-TiO2, ZrO2-TiO2, Fe2O3-TiO2, WO3-TiO2, MoO3, TiO2, Nb2O5-TiO2, Al2O3-B2O3, SiO2-Ga2O3, SiO2-B2O3, SiO2-Y2O3, SiO2-ZrO2, SiO2-WO3, SiO2-MoO3, ZrO2-MO3, ZrO2-WO3. Examples of acid mixed metal oxides are in particular Al 2 O 3 -TiO 2 , SiO 2 -TiO 2 , ZrO 2 -TiO 2 , Fe 2 O 3 -TiO 2 , WO 3 -TiO 2 , MoO 3 , TiO 2 , Nb 2 O 5 -TiO 2 , Al 2 O 3 -B 2 O 3 , SiO 2 -Ga 2 O 3 , SiO 2 -B 2 O 3 , SiO 2 -Y 2 O 3 , SiO 2 -ZrO 2 , SiO 2 -WO 3 , SiO 2 -MoO 3 , ZrO 2 -MO 3 , ZrO 2 -WO 3 .
Die als Katalysator einsetzbaren Schichtsilikate sind insbesondere Tone der Montmorillonit-Saponit-, der Kaolin-Serpentin- und der Palygorsit-Sepiolith-Gruppe, z. B. Montmorillonit, Hectorit, Kaolin, Attapulgit, Sepiolith, Beidellit, Montronit, Saponit, Sauconit. The sheet silicates that can be used as catalysts are, in particular, clays of Montmorillonite-saponite, the kaolin-serpentine and the palygorsite-sepiolite group, e.g. B. Montmorillonite, hectorite, kaolin, attapulgite, sepiolite, beidellite, Montronite, saponite, Sauconite.
Die Katalysatoren können in Form von Pulver oder bevorzugt in Form von Formkörpern wie Strängen, Tabletten oder Splitt eingesetzt werden. Für die Verformung kann 2 bis 60 Gew.-% (bezogen auf die zu verformende Masse) Bindemittel zugesetzt werden. Als Bindemittel eignen sich verschiedene Aluminiumoxide, amorphe Aluminosilikate, Siliciumdioxid, bevorzugt hochdisperses SiO2 wie z. B. Silikasole, Gemische aus hochdispersem SiO2 und hochdispersem Al2O3, hochdisperses TiO2 sowie Tone. The catalysts can be used in the form of powder or, preferably, in the form of shaped articles such as strands, tablets or grit. For the shaping, 2 to 60% by weight (based on the mass to be shaped) of binder can be added. Various aluminum oxides, amorphous aluminosilicates, silicon dioxide, preferably highly disperse SiO 2, such as, for example, are suitable as binders. B. silica sols, mixtures of highly disperse SiO 2 and highly disperse Al 2 O 3 , highly disperse TiO 2 and clays.
In der Regel werden die Katalysatoren in der H-Form eingesetzt. Zur Erhöhung der Selektivität, der Standzeit und der Anzahl der möglichen Katalysatorregenerierungen kann man jedoch verschiedene Modifizierungen an den Katalysatoren vornehmen. As a rule, the catalysts are used in the H form. To increase the Selectivity, the service life and the number of possible catalyst regenerations can however, various modifications are made to the catalysts.
Eine Modifizierung der Katalysatoren besteht darin, dass man die unverformten Katalysatoren mit Alkalimetallen wie Na und K, Erdalkalimetallen wie Ca, Mg, Erdmetallen wie Tl, Übergangsmetallen wie beispielsweise Mn, Fe, Mo, Cu, Zn, Cr, Edelmetallen und/oder seltenen Erdmetallen, wie z. B. La, Ce oder Y, einem Ionentausch unterziehen bzw. dotieren kann. A modification of the catalysts is that the undeformed Catalysts with alkali metals such as Na and K, alkaline earth metals such as Ca, Mg, Earth metals such as Tl, transition metals such as Mn, Fe, Mo, Cu, Zn, Cr, Precious metals and / or rare earth metals, such as B. La, Ce or Y, an ion exchange can undergo or dope.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäß verwendete Katalysatorpulver vor seiner Verformung 1 bis 3 Stunden mit Flusssäure (0,001 bis 2 molar, bevorzugt 0,05 bis 0,5 molar) unter Rückfluss behandelt. Nach Abfiltrieren und Auswaschen wird in der Regel bei 100 bis 160°C getrocknet und bei 400 bis 550°C calciniert. In a preferred embodiment that is used according to the invention Catalyst powder with hydrofluoric acid (0.001 to 2 molar, preferably 0.05 to 0.5 molar) treated under reflux. After filtering and Wash out is usually dried at 100 to 160 ° C and at 400 to 550 ° C calcined.
Eine weitere besondere Ausführungsform liegt in einer HCl-Behandlung der Heterogenkatalysatoren nach ihrer Verformung mit Bindemittel. Hierbei wird der Heterogenkatalysator in der Regel 1 bis 3 Stunden bei Temperaturen zwischen 60 und 80°C mit einer 3 bis 25%igen, insbesondere mit einer 12 bis 20%igen Salzsäure behandelt, anschließend ausgewaschen, bei 100 bis 160°C getrocknet und bei 400 bis 550°C calciniert. Another special embodiment is an HCl treatment Heterogeneous catalysts after their deformation with binder. Here, the Heterogeneous catalyst usually 1 to 3 hours at temperatures between 60 and 80 ° C with a 3 to 25%, in particular with a 12 to 20% hydrochloric acid treated, then washed out, dried at 100 to 160 ° C and at 400 to Calcined at 550 ° C.
Eine andere Möglichkeit der Modifizierung des Katalysators ist der Austausch mit Ammoniumsalzen, z. B. mit NH4Cl, oder mit Mono-, Di- oder Polyaminen. Hierbei wird der mit Bindemittel verformte Heterogenkatalysator in der Regel bei 60 bis 80°C mit 10 bis 25%iger, bevorzugt ca. 20%iger, NH4Cl-Lösung 2 h kontinuierlich in gewichtsmäßiger Heterogenkatalysator/Ammoniumchlorid-Lösung von 1 : 15 ausgetauscht und danach bei 100 bis 120°C getrocknet. Another possibility of modifying the catalyst is the exchange with ammonium salts, e.g. B. with NH 4 Cl, or with mono-, di- or polyamines. Here, the heterogeneous catalyst deformed with the binder is generally continuously exchanged at 60 to 80 ° C. with 10 to 25%, preferably about 20%, NH 4 Cl solution for 2 hours in a 1:15 by weight heterogeneous catalyst / ammonium chloride solution and then dried at 100 to 120 ° C.
Eine weitere Modifikation, die an aluminiumhaltigen Katalysatoren vorgenommen werden kann, ist eine Dealuminierung, bei der ein Teil der Aluminiumatome durch Silicium ersetzt wird oder die Katalysatoren durch beispielsweise hydrothermale Behandlung in ihrem Aluminiumgehalt abgereichert werden. An eine hydrothermale Dealuminierung schließt sich vorteilhafterweise eine Extraktion mit Säuren oder Komplexbildnern an, um gebildetes Nichtgitteraluminium zu entfernen. Der Ersatz von Aluminium durch Silicium kann beispielsweise mit Hilfe von (NH4)2SiF6 oder SiCl4 erfolgen. Beispiele für Dealuminierungen von Y-Zeolithen finden sich in Corma et al., Stud. Surf. Sci. Catal. 37 (1987), Seiten 495 bis 503. Another modification that can be made to aluminum-containing catalysts is dealuminization, in which some of the aluminum atoms are replaced by silicon, or the aluminum content of the catalysts is reduced by, for example, hydrothermal treatment. Hydrothermal dealumination advantageously is followed by extraction with acids or complexing agents in order to remove non-lattice aluminum formed. Aluminum can be replaced by silicon, for example using (NH 4 ) 2 SiF 6 or SiCl 4 . Examples of dealuminations of Y zeolites can be found in Corma et al., Stud. Surf. Sci. Catal. 37 (1987), pages 495 to 503.
Die Katalysatoren kann man als Stränge mit Durchmessern von z. B. 1 bis 4 mm oder als Tabletten mit z. B. 3 bis 5 mm Durchmesser für die Hydroaminierung der Olefine einsetzen. The catalysts can be used as strands with diameters of z. B. 1 to 4 mm or as Tablets with e.g. B. 3 to 5 mm diameter for the hydroamination of the olefins deploy.
Die genannten Katalysatoren sind vorzugsweise in einem Festbett angeordnet und werden in der Sumpf oder Rieselfahrweise von der flüssigen Reaktionsmischung durchströmt. Das Katalysatorfestbett kann z. B. in Rohrreaktoren oder vorzugsweise in Reaktorkaskaden eingebaut werden. The catalysts mentioned are preferably arranged in a fixed bed and are flows through the liquid reaction mixture in the sump or trickle mode. The fixed catalyst bed can e.g. B. in tubular reactors or preferably in reactor cascades to be built in.
Der erfindungsgemäß hergestellte n-Butyraldehyd kann nach beispielsweise destillativer Isolierung in an sich bekannter Weise zu 2-Ethylhexanol umgesetzt werden. So kann n- Butyraldehyd bei 80 bis 130°C und 3 bis 10 bar Druck in Gegenwart von Natrium- oder Kaliumhydroxid in das Aldolprodukt 2-Ethylhex-2-enal überführt werden, das dann katalytisch bei etwa 200 bis 250°C und 50 bis 200 bar Wasserstoffdruck zu 2-Ethylhexanol reduziert werden kann. The n-butyraldehyde produced according to the invention can be distilled, for example Isolation can be converted to 2-ethylhexanol in a manner known per se. So n- Butyraldehyde at 80 to 130 ° C and 3 to 10 bar pressure in the presence of sodium or Potassium hydroxide are converted into the aldol product 2-ethylhex-2-enal, which then catalytically at about 200 to 250 ° C and 50 to 200 bar hydrogen pressure to 2-ethylhexanol can be reduced.
Es ist auch möglich, ein erfindungsgemäß erhaltenes, n-Butyraldehyd enthaltendes Reaktionsgemisch in der oben angegebenen Weise einer Aldolreaktion und einer Hydrierung zu unterwerfen und anschließend das Produkt von den im ursprünglichen Reaktionsgemisch enthaltenen Verunreinigungen destillativ zu reinigen. It is also possible to contain an n-butyraldehyde obtained according to the invention Reaction mixture in the manner indicated above and an aldol reaction Submit to hydrogenation and then the product from those in the original To clean the reaction mixture contained impurities by distillation.
Bevorzugt wird eine Verfahrensvariante, in der Butyraldehyd durch saure Hydrolyse des Enamins IV hergestellt wird, wie oben ausführlich beschrieben. In Gegenwart der im Reaktionsgemisch befindlichen Säure oder des Amins kann der n-Butyraldehyd zum Aldolprodukt 2-Ethylhex-2-enal reagieren. Die Reaktion kann so gesteuert werden, dass die Aldolreaktion bevorzugt eintritt. Dazu sind in der Regel unter sonst gleichen Reaktionsbedingungen längere Reaktionszeiten notwendig. Es ist auch möglich, durch Erhöhung der Temperatur oder der Säurekonzentration im Vergleich zu einer auf hohe Ausbeute an n-Butyraldehyd abzielenden Verfahrensweise eine schnellere Reaktion zum Aldolprodukt zu erzielen. Das so erhaltene Aldolprodukt kann in bekannter Weise zum 2- Ethylhexanol hydriert werden. A process variant is preferred in which butyraldehyde by acid hydrolysis of the Enamine IV is prepared as described in detail above. In the presence of the Acid or amine in the reaction mixture can be the n-butyraldehyde Aldol product 2-ethylhex-2-enal react. The reaction can be controlled so that the aldol reaction occurs preferentially. These are usually the same among other things Reaction conditions longer reaction times necessary. It is also possible to go through Increase in temperature or acid concentration compared to a high one Yield of n-butyraldehyde-based procedure a faster reaction to To achieve aldol product. The aldol product thus obtained can be prepared in a known manner for 2- Ethylhexanol are hydrogenated.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, kann das erfindungsgemässe Verfahren in verschiedenen Varianten bezüglich der Durchführung der einzelnen Verfahrensschritte und deren Kopplung zu einer einzigen oder miteinander verbundenen Verfahrensstufen ausgeführt werden. So kann es sich als vorteilhaft erweisen, die Isomerisierung des Addukts II zum Enamin IV, die Hydrolyse des Enamins IV zu n-Butyraldehyd oder die Hydrierung des Butyraldehyds zu n-Butanol in mehreren Verfahrensstufen durchzuführen. Beispielsweise ist es möglich, jede einzelne dieser Reaktionen in einer Verfahrensstufe vorzunehmen, indem man zunächst in einer Verfahrensstufe das Addukt II zum Enamin IV isomerisiert, anschließend das Enamin IV zu n-Butyraldehyd isoliert und dann den n-Butyraldehyd zu n-Butanol hydriert, oder den entstandenen Butyraldehyd hydrolysiert und dann zu n-Butanol hydriert, oder den entstandenen Butyraldehyd oder einen Teil des entstandenen Butyraldehyds abtrennt, in einer weiteren Stufe aldolisiert und anschließend zu 2-Ethylhexanol hydriert. Ebenso kann die Isomerisierung des Addukts II zum Enamin IV für sich in einer Verfahrensstufe durchgeführt werden und das Enamin IV anschließend zu n-Butyraldehyd hydrolysiert oder in einer Hydrolyse-/Hydrierumsetzung zu n-Butanol oder einer Mischung aus n- Butanol und n-Butyraldehyd verarbeitet werden. Eine weiterer Variante des erfindungsgemäßen Verfaherns besteht darin, die Isomerisierung des Addukts II zum Enamin IV und dessen Hydrolyse zu n-Butyraldehyd in einer einzigen Verfahrensstufe auszuführen und anschließend den hierbei erhaltenen n-Butyraldehyd in einer weiteren Verfahrensstufe zu n-Butanol zu hydrieren. As is apparent from the above description, the inventive Procedures in different variants regarding the implementation of each Process steps and their coupling into a single one or connected to one another Process steps are carried out. So it can prove beneficial to the Isomerization of adduct II to enamine IV, hydrolysis of enamine IV to n-Butyraldehyde or the hydrogenation of butyraldehyde to n-butanol in several To carry out procedural stages. For example, it is possible to use each one of these Carry out reactions in one process step by first in one Process stage isomerizes the adduct II to the enamine IV, then the enamine IV isolated to n-butyraldehyde and then hydrogenated the n-butyraldehyde to n-butanol, or the hydrolysed butyraldehyde and then hydrogenated to n-butanol, or separated butyraldehyde or part of the resulting butyraldehyde, in aldolized in a further stage and then hydrogenated to 2-ethylhexanol. Likewise can the isomerization of adduct II to enamine IV per se in one process step be carried out and the enamine IV is then hydrolyzed to n-butyraldehyde or in a hydrolysis / hydrogenation reaction to n-butanol or a mixture of n- Butanol and n-butyraldehyde can be processed. Another variant of the The inventive method consists in the isomerization of the adduct II to Enamine IV and its hydrolysis to n-butyraldehyde in a single process step to carry out and then the n-butyraldehyde obtained in a further Process step to hydrogenate n-butanol.
Wird n-Butanol als Produkt gewünscht und werden Reaktionsschritt c) und die Hydrierung des Butyraldehyds zu Butanol nicht in einer Stufe durchgeführt, dann muß der Butyraldehyd dem Reaktionsgemisch möglichst rasch entzogen werden. Dies kann z. B. durch Strippen mit N2 oder Abdestillieren erfolgen. Auch für den Fall, daß n-Butyraldehyd gewünscht wird, muß dieses nach seiner Bildung schnell der Reaktionsstufe c) entzogen werden. If n-butanol is desired as the product and reaction step c) and the hydrogenation of the butyraldehyde to butanol are not carried out in one step, the butyraldehyde must be removed from the reaction mixture as quickly as possible. This can e.g. B. by stripping with N 2 or distilling off. Even if n-butyraldehyde is desired, it must be quickly removed from reaction step c) after its formation.
Die Erfindung wird nun in den nachfolgenden Beispielen näher erläutert: The invention is now explained in more detail in the following examples:
Dibutylamin [Prod.-Nr 208.056] und C4-Crackerschnitt wurden von BASF bezogen, alle anderen Chemikalien von Fa. Aldrich. GC-Analysen wurden auf einer 50 m DB-5-Säule mit FID-Detektor durchgeführt. Für Dibutylamin, die Butenyldibutylamine, Butyraldehyd und 2-Ethylhexenal wurden GC-Eichfaktoren bestimmt. Dibutylamine [Prod.-Nr. 208.056] and C 4 cracker cuts were obtained from BASF, all other chemicals from Aldrich. GC analyzes were carried out on a 50 m DB-5 column with FID detector. GC calibration factors were determined for dibutylamine, butenyldibutylamine, butyraldehyde and 2-ethylhexenal.
In einen 1 l-Rührautoklaven wurde eine Suspension von 50 mmol Na (mittlere
Partikelgröße 60 µm) in 87 g Di-n-Butylamin eingefüllt und der Inhalt nach Verschließen
auf 60°C erwärmt. Dann wurde eine Mischung aus 264 g Di-n-Butylamin und 214 g C4-
Crackerschnitt der unten angegebenen Zusammensetzung binnen 70 Minuten zugepumpt,
so dass die Innentemperatur des Reaktors zwischen 60 und 65°C bleibt. Anschließend
wurde 35 Minuten nachgerührt, auf 90°C erwärmt und 30 Minuten bei 90°C nachreagiert.
Edukt C4-Crackerschnitt
Verlauf des Versuchs
A suspension of 50 mmol Na (average particle size 60 μm) in 87 g di-n-butylamine was poured into a 1 liter stirred autoclave and the contents were heated to 60 ° C. after sealing. A mixture of 264 g of di-n-butylamine and 214 g of C4 cracker cut of the composition given below was then pumped in over the course of 70 minutes, so that the internal temperature of the reactor remained between 60 and 65.degree. The mixture was then stirred for 35 minutes, warmed to 90 ° C and reacted at 90 ° C for 30 minutes. Educt C4 cracker cut
Course of the experiment
Dann wurde der Autoklav auf Raumtemperatur abgekühlt und das Abgas in eine mit
Trockeneis gekühlte Stahlflasche entspannt. Die Gesamtmenge an Flüssiggas betrug 105 g
der unten angegebenen Zusammensetzung:
Abgas
The autoclave was then cooled to room temperature and the exhaust gas was released into a steel bottle cooled with dry ice. The total amount of liquid gas was 105 g of the composition given below: exhaust gas
Danach wurden 10 ml 50% KOH-Lösung in den Reaktor gegeben, gerührt, die organische
Phase abgetrennt und destilliert. Man erhält 445 g Destillat der folgenden
Zusammensetzung:
Zusammensetzung Amindestillat
Then 10 ml of 50% KOH solution were added to the reactor, stirred, the organic phase separated and distilled. 445 g of distillate having the following composition are obtained: Composition amine distillate
Anschließend wurde das Amindestillat hydriert und analysiert. Das einzige vorhandene Tributylamin war N,N,N-Tri-n-Butylamin, Isomere wie z. B. N,N,N-Sec-Butyl-di-n- Butylamin wurden nicht identifiziert. Die Chemo- und Regioselektivität der Addition konnte damit auf größer als 500 : 1 abgeschätzt werden. The amine distillate was then hydrogenated and analyzed. The only one available Tributylamine was N, N, N-tri-n-butylamine, isomers such as e.g. B. N, N, N-sec-butyl-di-n- Butylamine have not been identified. The chemoselectivity and regioselectivity of the addition could thus be estimated to be greater than 500: 1.
In einen 10 L Autoklav mit Begasungsrührer, aufgesetztem Rückflußkühler und Heizmantel
wurde eine Dispersion von 4,80 g Na in 2693 g Dibutylamin vorgelegt und auf 90°C
erhitzt. Dann wurden binnen 230 Minuten 2341 g C4-Schnitt der Zusammensetzung aus
Beispiel 1 eingeleitet und durch Heizung/Kühlung die Temperatur auf 90°C eingeregelt.
Der Verlauf der Reaktion wurde über GC-Analysen verfolgt.
A dispersion of 4.80 g of Na in 2693 g of dibutylamine was placed in a 10 L autoclave with a gas stirrer, a reflux condenser and a heating jacket and heated to 90.degree. Then 2341 g of C4 cut of the composition from Example 1 were introduced within 230 minutes and the temperature was adjusted to 90 ° C. by heating / cooling. The course of the reaction was followed by GC analyzes.
Mit zunehmender Laufzeit verschiebt sich das Verhältnis der Butenyldibutylaminisomere immer weiter in Richtung des gewünschten But-(1,E)-enyldibutylamins. Die Isomerisierung zum Enamin geschieht als Folgereaktion der Hydroaminierung am gleichen Katalysator. The ratio of butenyldibutylamine isomers shifts with increasing runtime always in the direction of the desired but- (1, E) -enyldibutylamine. The Isomerization to the enamine occurs as a follow-up reaction to the hydroamination Catalyst.
In einen 1 l-Rührautoklaven wurde eine Suspension von 100 mmol Na in 20 ml n-Dodecan
eingefüllt und 195 g Dimethylamin zugepreßt. Dann wurde auf 40°C erwärmt und mittels
18 bar He-Druck über ein Nadelventil 378 g C4-Crackerschnitt der o. a. Zusammensetzung
binnen 140 Minuten in den Reaktor dosiert. Dann wurde bei 40°C 100 Minuten
nachgerührt.
Verlauf des Versuchs
A suspension of 100 mmol Na in 20 ml n-dodecane was poured into a 1 l stirred autoclave and 195 g dimethylamine were injected. The mixture was then heated to 40 ° C. and 378 g of C4 cracker cut of the above composition were metered into the reactor within 140 minutes by means of 18 bar He pressure via a needle valve. The mixture was then stirred at 40 ° C for 100 minutes. Course of the experiment
Anschließend wurde der Autoklav auf Raumtemperatur abgekühlt und eine Abgasprobe genommen. Sie enthielt 52 ppm 1,3-Butadien. Dann wurde der Autoklaveninhalt im Vakuum (500-3 mbar) bei einer Heizmanteltemperatur von 45°C in einen 1 l-Kolben mit aufgesetztem Trockeneiskühler destilliert. The autoclave was then cooled to room temperature and an exhaust gas sample taken. It contained 52 ppm 1,3-butadiene. Then the contents of the autoclave in the Vacuum (500-3 mbar) at a heating jacket temperature of 45 ° C in a 1 l flask the dry ice cooler distilled.
Es wurden 280 g Destillat aufgefangen, welches zu 88 Gew.-% aus N-(n-Butenyl)- dimethylamin-Isomeren bestand. 280 g of distillate were collected, which was 88% by weight N- (n-butenyl) - dimethylamine isomers existed.
0,25 ml/min einer Lösung von Dimethylbutenylamingemisch aus Beispiel 3 (44% But-1-
enyldimethylamin, 12% Dimethylamin) und 0,05 ml/min H2O wurden zusammen mit 0,15
Normliter N2/min durch ein auf 450°C erhitztes, Al2O3-beschichtetes ("alonisiertes") Rohr
von 4 mm Innendurchmesser und 30 cm Länge geleitet. Anschließend wurde der Gasstrom
auf 2°C abgeschreckt. Nach einer Einfahrperiode von 30 Minuten wurde das Produkt GC-
MS-analytisch (50 m DB-5) untersucht.
0.25 ml / min of a solution of dimethylbutenylamine mixture from Example 3 (44% but-1-enyldimethylamine, 12% dimethylamine) and 0.05 ml / min of H 2 O were dissolved together with 0.15 standard liters of N 2 / min 450 ° C heated, Al 2 O 3 coated ("ionized") tube of 4 mm inner diameter and 30 cm in length. The gas stream was then quenched to 2 ° C. After a running-in period of 30 minutes, the product was analyzed by GC-MS analysis (50 m DB-5).
In einer Beispiel 2 analogen Na-katalysierten Addition von 1,3-Butadien an Dibutylamin wurde nach vollständiger Butadienzugabe die Temperatur für 5,5 h auf 120°C gesteigert. Der Anteil an n-But-(1,E)-enyl-di-n-butylamin an allen n-Butenyldi-n-butylamin- Doppelbindungsisomeren stieg von 33% auf 86%. In an example 2 analog Na-catalyzed addition of 1,3-butadiene to dibutylamine after complete addition of butadiene, the temperature was raised to 120 ° C. for 5.5 h. The proportion of n-but- (1, E) -enyl-di-n-butylamine in all n-butenyldi-n-butylamine Double bond isomers increased from 33% to 86%.
In einen 100 ml-Dreihalskolben mit Magnetrührer, Kühler und Flüssigkeitsthermometer
wurden 40 ml Additionsprodukt (Isomerengemisch), das mit rund 12% Dibutylamin
versetzt war, zusammen mit 3 g 5-10 mm langen und 4 mm dicken Strängen eines
Trägerkatalysators aus γ-Al2O3 in unregelmäßiger Schüttung gefüllt. Der Katalysator, der
als aktive Masse 5 Gew.-% Pr2O3 und 0,5 Gew.-% Pd enthielt, wurde in üblicher Weise
durch Imprägnieren der γ-Al2O3-Stränge mit einer wäßrigen Lösung der
Katalysatorkomponenten und anschließendes Trocknen und Erhitzen der imprägnierten
Stränge im Luftstrom hergestellt. Zur Bereitung der Lösung wurde eine Suspension aus 75 ml
Wasser und 100 g Pr-Oxid mit 180 g 65%iger Salpetersäure und anschließend mit 85 g
einer 11%igen wäßrigen Pd-Nitratlösung versetzt. Die hieraus resultierende Lösung wurde
sodann mit Wasser auf ein Volumen von 1840 ml aufgefüllt. Als Pr-Oxid wurde das
handelsübliche Mischoxid der Bruttoformel Pr6O11 eingesetzt. Dann wurde unter Rückfluss
7 Stunden bei 200°C gerührt. Die Gemische wiesen die folgenden Zusammensetzungen
auf:
In a 100 ml three-necked flask with magnetic stirrer, cooler and liquid thermometer, 40 ml of addition product (mixture of isomers), which was mixed with around 12% dibutylamine, together with 3 g of 5-10 mm long and 4 mm thick strands of a supported catalyst made of γ-Al 2 O 3 filled in irregular fill. The catalyst, which contained 5% by weight of Pr 2 O 3 and 0.5% by weight of Pd as the active composition, was prepared in a conventional manner by impregnating the γ-Al 2 O 3 strands with an aqueous solution of the catalyst components and then Drying and heating the impregnated strands produced in an air stream. To prepare the solution, a suspension of 75 ml of water and 100 g of Pr oxide was mixed with 180 g of 65% nitric acid and then with 85 g of an 11% aqueous Pd nitrate solution. The resulting solution was then made up to a volume of 1840 ml with water. The commercially available mixed oxide of the gross formula Pr 6 O 11 was used as the Pr oxide. The mixture was then stirred at 200 ° C. under reflux for 7 hours. The mixtures had the following compositions:
Eine Lösung von 4,2 g (23 mmol) (1,N)-(But-2-enyl)dibutylamin, 0,23 g (0,024 mmol) HRuCl(CO)(PPH3)3 und 0,034 g (0,125 mmol) Triphenylphosphin wurde mit 20 g Wasser versetzt und bei 12 bar Wasserstoffdruck und 150°C gerührt. Nach 18 h Reaktionszeit wurde ein Umsatz von 85% bei einer Selektivität von 76% 1-Butanol, 3% (1,N)-(But-1- enyl)dibutylamin und 21% Tributylamin erhalten. Dibutylamin wurde zurückgewonnen. A solution of 4.2 g (23 mmol) (1, N) - (but-2-enyl) dibutylamine, 0.23 g (0.024 mmol) HRuCl (CO) (PPH 3 ) 3 and 0.034 g (0.125 mmol) Triphenylphosphine was mixed with 20 g of water and stirred at 12 bar hydrogen pressure and 150 ° C. After a reaction time of 18 h, a conversion of 85% with a selectivity of 76% 1-butanol, 3% (1, N) - (but-1-enyl) dibutylamine and 21% tributylamine was obtained. Dibutylamine was recovered.
1 g des gewählten Katalysators, 50 ml N-But-(1,E)-enyldibutylamin und 30 ml H2O wurden
jeweils in einem Stahlautoklaven unter Rührung 12 h bei 100 bzw. 150°C umgesetzt.
Anschließend wurde die Flüssigkeit filtriert und die organische Phase analysiert.
1 g of the chosen catalyst, 50 ml of N-but- (1, E) -enyldibutylamine and 30 ml of H 2 O were each reacted in a steel autoclave with stirring for 12 hours at 100 or 150 ° C. The liquid was then filtered and the organic phase analyzed.
D10-10: γ-Al2O3; K10: Montmorillonit; Amberlyst CSP3: Styrol-Divinylbenzol- Sulfonsäure; CP814: H-Beta-Zeolith, kalziniert 5 h bei 500°C an Luft. D10-10: γ-Al 2 O 3 ; K10: montmorillonite; Amberlyst CSP3: styrene-divinylbenzene sulfonic acid; CP814: H-beta zeolite, calcined in air at 500 ° C for 5 h.
Claims (18)
R1R2NH I
zu einem Amin der Formel
wobei in den Formeln I und II die Substituenten R1 und R2 unabhängig voneinander für Wasserstoff oder einen geeigneten organischen Rest aus der Gruppe Alkyl, Alkenyl, Cycloalkyl, Alkoxyalkyl, Aminoalkyl, Monoalkylaminoalkyl, Dialkylaminoalkyl, Aryl und Aralkyl stehen, oder R1 und R2 gemeinsam mit dem Stickstoffatom einen 3-7-gliedrigen Heterocyclus bilden, der gegebenenfalls ein oder mehrere Doppelbindungen sowie gegebenenfalls ein weiteres Heteroatom aus der Gruppe N, O und S aufweist, bedeuten, in Anwesenheit eines Amids der Formel
MNR3R4 III
in der R3 und R4 unabhängig voneinander die bei dem Amin I und dem Amid II für R1 und R2 gegebene Bedeutung haben und M für ein Alkalimetall steht;
in den R1 und R2 die bei den Formeln I und II gegebene Bedeutung haben;
R 1 R 2 NH I
to an amine of the formula
where in the formulas I and II the substituents R 1 and R 2 independently of one another represent hydrogen or a suitable organic radical from the group alkyl, alkenyl, cycloalkyl, alkoxyalkyl, aminoalkyl, monoalkylaminoalkyl, dialkylaminoalkyl, aryl and aralkyl, or R 1 and R 2 together with the nitrogen atom form a 3-7-membered heterocycle which optionally has one or more double bonds and optionally a further heteroatom from the group N, O and S, in the presence of an amide of the formula
MNR 3 R 4 III
in which R 3 and R 4 independently of one another have the meanings given for amine I and amide II for R 1 and R 2 and M represents an alkali metal;
in R 1 and R 2 have the meaning given for formulas I and II;
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