DE2758113C3 - Verfahren zur Herstellung von Ketonen sowie hierfür geeignete Katalysatoren - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Ketonen sowie hierfür geeignete KatalysatorenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Ketonen der allgemeinen
Formel
Ri_C0-R2
in der R1 eine Alkylgruppe mit 1 bis 17 C-Atomen oder
eine Aralkylgruppe mit 7 bis 12 C-Atomen und R2 einen
der Reste R1, eine Cycloalkylgruppe mit 5 bis 8 Ringgliedern oder eine Arylgruppe bedeutet, durch
dehydratisierende Gasphasendecarboxylierung einer Säure R1-COOH oder eines Säuregemisches aus den
Säuren R1 -COOH und R2COOH an Zirkondioxid oder
Thoriumdioxid enthaltenden Kontakten. Außerdem betrifft die Erfindung Katalysatoren, die für das
genannte Verfahren geeignet sind.
Es ist allgemein bekannt (z. B. aus der DE-AS 21 11 722) für diese Reaktion u.a. Zirkondioxid oder
Thoriumdioxid enthaltende Kontakte, besonders solche mit Aluminiumoxid als Trägermaterial, zu verwenden.
Die mit diesen Katalysatoren erzielbaren Ausbeuten befriedigen indes ebensowenig wie deren relativ
geringe Aktivitätsdauer.
Demgemäß war es Aufgabe der Erfindung, die Katalysatoren für das dehydratisierende Decarboxylierungsverfahren
zur Herstellunp der Ketone zu verbessern.
Es wurde gefunden, daß man die Ketone
R'-CO-R2
in denen R1 eine Alkylgruppe mit 1 bis 17 C-Atomen
oder eine Aralkylgruppe mit 7 bis 12 C-Atomen und R2 einen der Reste R1, eine Cycloalkylgruppe mit 5 bis 8
Ringgliedern oder eine Arylgruppe bedeutet, durch dehydratisierende Gasphasendecarboxylierung einer
Säure ic1— COOH oder eines Säuregemisches aus den
Säuren R1 -COOH und R2-COOH an Zirkondioxid
oder Thoriumdioxid enthaltenden Katalysatoren auf wirtschaftlicher Weise als bisher erhältlich, wenn man
hierzu Katalysatoren verwendet, deren aktive Masse aus 5 bis 30 Gew.-% Zirkondioxid und/oder Thoriumdioxid
und dem Rest aus Anatas besteht.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Katalysatoren können in Form von Tränk- oder Mischkatalysatoren eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Katalysatoren können in Form von Tränk- oder Mischkatalysatoren eingesetzt werden.
Zur Herstellung der Tränkkatalysatoren tränkt man Anatasstränge von i,5 bis 6 mm Durchmesser, Jie man
wie üblich durch Ansteigen von möglichst feinem Anataspulver mit wäßriger Stärkelösung, Formgebung,
Trocknen und Erhitzen mit Luft bei Temperaturen von 500 bis 800° C herstellen kann, oder daraus hergestelltes
Granulat mit einer wäßrigen Zr- und/oder Th-Salz-Lösung, trocknet das imprägnierte Material und wiederholt
den Tränkvorgang so oft, bis die gewünschte Zr- und/oder Th-Konzentration erreicht ist. Im allgemeinen
kann man es hierbei so einrichten, daß bei Verwendung konzentrierter Salzlösungen ein einmaliger Tränkvorgang
genügt. Danach wird der imprägnierte Anatas im Luft- oder Sauerstoffstrom etwa 2 bis 16 Stunden lang
bei 120° C getrocknet und anschließend 1 bis 6 Stunden
lang auf 450 bis 5500C erhitzt, wobei die Zr- und Th-Salze in Zirkondioxid und Thoriumdioxid übergehen.
Als Salze kommen vor allem die Nitrate in
jo Betracht; daneben eignen sich aber auch beispielsweise
die Acetate.
Im Falle der Mischkatalysatoren teigt man zweckmäßigerweise Anataspulver mit wäßrigen Zr- bzw.
Th-Salzlösungen an, formt die entstehende Paste zu Tabletten oder Strängen und setzt diese dann wie bei
den Tränkkatalysatoren der thermischen Behandlung mit Luft oder Sauerstoff aus. Zur Erleichterung der
Formgebung und zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Tabletten bzw. Stränge kann man dem
Teig etwas Stearinsäure sowie bis zu 50 Gew.-% (TiO2+ ZrO2 +ThO2= 100 Gew.-%) inerter Materialien
wie Aluminiumoxid, Kieselgur oder Bimsstein beimischen.
Bei der thermischen Behandlung ist darauf zu achten, daß die Temperatur von 8000C nicht für längere
4) Zeit überschritten wird, damit sich der Anatas nicht in
erheblichem Maß in den wenig aktiven Rutil umlagert.
Innerhalb des angegebenen Mengenverhältnisses sind solche Katalysatoren zu empfehlen, die 10 bis 20%
Zirkon- bzw. Thoriumdioxid und den Rest Anatas
in enthalten. Weiterhin ist den Katalysatoren mit Thoriumdioxid
der Vorzug vor den Katalysatoren mit Zirkondioxid zu geben.
Während die bisher bekannten, ZrO2 und ThO2
enthaltenden Katalysatoren lediglich über etwa 20 bis 30 Tage Dauerbetrieb aktiv blieben, sind die erfindungsgemäßen
Katalysatoren ungefähr 30 bis 50 Tage unverändert wirksam.
Danach lassen sich die Katalysatoren durch thermische Behandlung mit Luft oder einem Luft-Stickstoffge-
bo misch bei 450 —5500C analog dem Verfahren ihrer
Herstellung wieder regenerieren.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält man Ketone bzw. Ketongemische gemäß folgender Gleichung:
R'-COOH + R2-C00H
R'-CO-R1 + R2-CO-R2 + R'-CO-R2 + H2O + CO2
Ia Ib Ic
Ia Ib Ic
Im Falle der Herstellung von gemischten Ketonen Ic wird das statistische Mengenverhältnis von
Ia : Ib : Ic = 25% : 25% : 50% normalerweise nicht erreicht Wegen der unterschiedlichen Aktivitäten der
Ausgangssäuren setzt sich die aktivere Säure bevorzugt mit sich selber um, so daß diese nur noch im
verminderten Maß für die Bildung des gemischten Ketons zur Verfügung steht. Bei der Umsetzung von
Essigsäure und Isobuttersäure erhielt man nach den bekannten Verfahren beispielsweise nur 38% des
gewünschten Methylisopropylketons. Es ist ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Katalysatoren,
daß auch die reaktionsträgere Säure stärker als im Falle herkömmlicher Katalysatoren aktiviert wird, so daß die
Aktivitätsunterschiede sich verringern. Demgemäß beträgt die Ausbeute an Methylisopropylketon nach
dem Verfahren der Erfindung 45%.
Die Ausbeute an gemischtem Keton läßt sich auch dadurch erhöhen, daß man die aktivere Säure in einem
bis zu 10 molarem Überschuß gegenüber der weniger aktiven verwendet; allerdings erhält man in diesem Fall
entsprechend große Mengen an dem symmetrischen Keton der überschüssigen Säure, was bei der Berechnung
der Wirtschaftlichkeit zu berücksichtigen ist. Ferner ist es bemerkenswert, daß sich gemischte
Ketone mit aromatischen Carbonsäuren, z. B. Benzoesäure, die bisher überhaupt nicht in nennenswerten
Ausbeuten erhältlich waren, in hohen Ausbeuten herstellen lassen. Ähnliches gilt für die Herstellung der
symmetrischen oder asymmetrischen Ketone aus jo -verzweigten Carbonsäuren.
Beispiele für wichtige Ketone, die als Lösungsmittel oder Zwischenprodukt für die Herstellung von Farbstoffen,
Pflanzenschutzmitteln und Arzneimitteln Verwendung finden, und die nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren aus den entsprechenden Säuren erhältlich, sind Diäthylketon, Methylisopropylketon, Äthylisopropylketon,
Acetophenon und Propiophenon. Als mehr oder weniger erwünschten Zwangsfall erhält man
daneben Aceton, Di-n-propylketon, Diisopropylketon und Methyläthylketon.
Es ist nicht erforderlich, die Carbonsäuren in reiner Form einzusetzen. Vielmehr kann man von Säuren
ausgehen, die bis zu 30 Gew.-% (reine Säure = 100%) Wasser enthalten. Da das Wasser sich häufig günstig auf «
die Aktivitätsdauer der Kontakte auswirkt — es scheidet sich weniger Kohlenstoff auf ihnen ab — ist es
oft sogar zweckmäßig, die Säuren (= 100 Gew.-%) mit 3 bis 20 Gew.-% Wasser zu versetzen.
Im übrigen ist das gute Gelingen des Verfahrens von der Art der Säure allenfalls graduell, nicht aber
prinzipiell abhängig, sieht man davon ab, daß rein-aromatische Ketone wie Benzophenon sich nur schwer
bilden, da sich hier die intramolekulare Decarboxylierung als störende Konkurrenzreaktion bemerkbar
macht.
Man nimmt die dehydratisierende Decarboxylierungsreaktion vorzugsweise bei Normaldruck und bei
Temperaturen von 350-500, vor allem 350-450° C, indem man die auf diese Temperatur vorerhitzten
Säuredämpfe durch Kontaktsäulen leitet, die mit den Katalysatorsträngen, -granalien oder -tabletten gefüllt
sind. Im Falle schwer flüchtiger Säuren kann sich auch das Arbeiten unter vermindertem Druck empfehlen. Pro
Liter Katalysator und pro Stunde lassen sich auf diese Weise im allgemeinen 200-50Og des Ketongemisches
herstellen.
Nach Passieren des Kontaktes werden die Dämpfe gekühlt und wie üblich auf die nicht umgesetzten Säuren
und die Ketone aufgearoeitet Man erzielt im allgemeinen Umsätze von 97 bis 99% und hierauf bezogen
Ketonausbeuten von 75 bis 90%, entsprechend absoluten Ketonausbeuten von 72 bis 89%.
Da die Kontakte eine lange Aktivitätsdauer haben und den bisherigen Beobachtungen zufolge beliebig oft,
ohne aus den Reaktoren entnommen werden zu müssen, regeneriert werden können, bietet das erfindungsgemäße
Verfahren auch im Hinblick auf das radioaktive Thorium kaum umweltbedingte Schwierigkeiten. Lediglich
bei der Herstellung der Thorium enthaltenden Kontakte müssen die üblichen strengen Sicherheitsvorkehrungen
getroffen werden, wogegen die Ketonisierung an den Katalysatorfestbetten problemlos ist.
Radioaktive Partikel gelangen weder in das Abgas noch in die kondensierten Bestandteile des Reaktionsgemisches.
Herstellung der Katalysatoren
Kontakt A
Kontakt A
1000 g Ariataspulver wurden mit 300 g einer 17gew.-%igen
Stärkelösung angeteigt, wonach die erhaltene Paste zu Strängen von 4 mm Durchmesser verarbeitet
wurde. Diese Stränge wurden 16 Stunden lang bei 120°C getrocknet, anschließend 6 Stunden lang im
Luftstrom auf 500°C erhitzt, 5 Stunden lang bei 800°C
geglüht und danach in etwa 1 cm lange Strangabschnitte gebrochen.
1500 g der Anatasstrangabschnitte wurden mit einer Lösung aus 300 ml Wasser und 363 g Zirkonnitrat
getränkt, sodann 16 Stunden lang bei 120° C getrocknet
und 6 Stunden lang im Luftstrom bei 520° C erhitzt. Hierbei fielen 1666 g eines rund 10Gew.-% Zirkondioxid
enthaltenden Katalysators an.
Kontakt B
Auf gleiche Weise wurde aus 1350 g Anatasstrangabschnitten und einer Lösung aus 334 g Thoriumnitrat und
390 ml Wasser ein Katalysator hergestellt, der rund 10
Gew.-% Thoriumdioxid enthielt.
Kontakte
(Vergleichskontakt)
(Vergleichskontakt)
Analog Kontakt B wurde ein herkömmlicher, Thoriumdioxid enthaltender Kontakt hergestellt, und
zwar mit «-Aluminiumoxid anstelle des Anatas.
Beispiel 2
Herstellung von Methylisopropylketon
Herstellung von Methylisopropylketon
In der Mitte eines Quarzrohres von 1 m Länge und 4 cm Durchmesser wurden 278 g 250 ml) des Kontaktes
A zwischen Tonringen angeordnet. Die Kontaktmasse wurde durch eine Außenheizung auf 430° C erhitzt und
stündlich mit den Dämpfen aus 46,2 g (0,77 mol) Essigsäure, 46,2 g (0,525 mol) Isobuttersäure und 11,6 g
(0,644 mol) Wasser beschickt.
Die übliche Aufarbeitung des Reaktionsgemisches lieferte pro Stunde
29,9 g (0,347 mol) Methylisopropylketon
7,3 g (0,125 mol) Aceton und
6,7 g (0,059 mol) Diisopropylketon.
7,3 g (0,125 mol) Aceton und
6,7 g (0,059 mol) Diisopropylketon.
Bezogen auf Essigsäure betrug die Ausbeute an Methylisopropylketon somit rund 45%.
Gegen Ende einer ununterbrochenen Betriebszeit von 31 Tagen fiel die Ausbeute an Methylisopropylketon
(bezogen auf Essigsäure) auf 43% ab.
Auf gleiche Weise, jedoch mit den. Katalysator B wurden pro Stunde folgende Ergebnisse erzielt:
29,8 g (0,346 mol) Methylisopropy!keton
7,6 g (0,131 mol) Aceton und
6,5 g (0,058 mol) Diisopropylketon.
7,6 g (0,131 mol) Aceton und
6,5 g (0,058 mol) Diisopropylketon.
Dies entspricht einer Methylisopropylketon- Ausbeute, bezogen auf Essigsäure, von 45%. Nach 50 Tagen
ununterbrochener Betriebszeit war noch kein Aktivitätsverlust des Katalysators festzustellen.
Zum Vergleich wurde das Ausgangsgemisch unter denselben Bedingungen an dem herkömmlichen Thoriumdioxid-Katalysator
C umgesetzt. Hier wurden folgende Werte für das Verfahrensergebnis erzielt:
25,2 g (0,293 mol) Methylisopropylketon
7 g (0,120 mol) Aceton und
7,3 g (0,064 mol) Diisopropylketon.
7 g (0,120 mol) Aceton und
7,3 g (0,064 mol) Diisopropylketon.
Dies entspricht einer Methylisopropylketon-Ausbeute, bezogen auf Essigsäure, von 38%. Nach bereits
20tätiger Betriebszeit ging der Säureumsatz merklich zurück.
Herstellung von Propiophenon
Auf die in Beispiel 2 beschriebene Weise wurden pro Stunde die überhitzten Dämpfe aus 23,9 g (0,196 mol)
Benzoesäure, 72,5 g (0,980 mol) Propionsäure und 3,5 g (0,196 mol) Wasser bei 4300C über den Kontakt B
geleitet. Folgende Ergebnisse wurden erzielt:
23,7 g (0,176 mol) Propiophenon und
31,6g (0,367 mol) Diäthylketon.
31,6g (0,367 mol) Diäthylketon.
Dies entspricht einer Ausbeute an dem gewünschten Verfahrensprodukt Propiophenon von 90%, bezogen
auf Benzoesäure. Nach 50tätigem Betrieb war noch kein Nachlassen der Katalysatoraktivität zu beobachten.
Praktisch das gleiche Ergebnis wurde mit dem Katalysator A erzielt.
Die entsprechenden Werte mit dem Vergleichskontakt C betrugen
17,1 g (0,127 mol) Propiophenon und
32,7 g (0,381 moi) Diäthylketon.
32,7 g (0,381 moi) Diäthylketon.
Die Propiophenonausbeute, bezogen auf Benzoesäure, betrug somit nur 65%. Nach 8tätiger Betriebsdauer
war der Katalysator wegen Verkohlung unbrauchbar geworden.
Beispiel 4
Herstellung von Methylpropylketon
Herstellung von Methylpropylketon
Analog Beispiel 2 wurde stündlich ein Gemisch aus 35,5 g (0,591 mol) Essigsäure, 50,9 g (0.578 mol) Buttersäure
und 10,6 g (0,588 mol) Wasser bei 4300C an
Kontakt A umgesetzt.
Die Ausbeute an Methylpropylketon betrug 43%. Daneben fielen 30% Aceton und 33% Di-n-propylketon
an.
Beispiel 5
Herstellung von Methyl-n-undecylketon
Herstellung von Methyl-n-undecylketon
Analog Beispiel 2 wurden 69.3 g (1.155 mol) Essigsäure
und 30,7 g (0,153 mol) Laurinsäure (n-Cu-Fettsäure) bei 4300C an Kontakt A umgesetzt. Bezogen auf die
Laurinsäure, wurde das gemischte Keton in 60%iger und das Di-r,-undecylketon in 31%iger Ausbeute
JO erhalten. Außerdem fielen 50% Aceton, bezogen auf die
Essigsäure, an.
Beispiel 6
Herstellung von Phenylaceton
Herstellung von Phenylaceton
Analog Beispiel 2 wurden 66,1 (1,1 mol) Essigsäure, 30 g (0,22 mol) Phenylessigsäure und 4 g (0,222 mol)
Wasser bei 4300C an Kontakt A umgesetzt. Die übliche Aufarbeitung lieferte das Phenylaceton in 61%iger
Ausbeute (bezogen auf Phenylessigsäure) und daneben das Dibenzylketon in 27%iger und Aceton in 45%iger
Ausbeute.
Claims (2)
1. Verfahren zur Herstellung von Ketonen der allgemeinen Formel
R' -CO -R*
in der R1 eine Alkylgruppe mit 1 bis 17 C-Atomen
oder eine Aralkylgruppe mit 7 bis 12 C-Atomen und R2 einen der Reste R1 oder eine Cycloalkylgruppe
mit 5 bis 8 Ringgliedern oder eine Arylgruppe bedeutet, durch dehydratisierende Gasphasendecarboxylierung
einer Säure R1-COOH oder eines Säuregemisches aus den Säuren R1 —COOH und
R2 —COOH an Zikondioxid oder Thoriumdioxid enthaltenden Katalysatoren, dadurch gekennzeichnet,
daß man solche Katalysatoren verwendet, deren aktive Masse aus 5 bis 30 Gew.-% Zirkondioxid und/oder Thoriumdioxid und dem Rest
aus Anatas besteht.
2. Für die Herstellung von Ketonen durch dehydratisierende Gasphasendecarboxylierung geeignete
Katalysatoren, deren aktive Masse aus 5 bis 30 Gew.-% Zirkondioxid und/oder Thoriumdioxid
und dem Rest aus Anatas besteht.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19772758113 DE2758113C3 (de) | 1977-12-24 | 1977-12-24 | Verfahren zur Herstellung von Ketonen sowie hierfür geeignete Katalysatoren |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19772758113 DE2758113C3 (de) | 1977-12-24 | 1977-12-24 | Verfahren zur Herstellung von Ketonen sowie hierfür geeignete Katalysatoren |
Publications (3)
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|---|---|
| DE2758113A1 DE2758113A1 (de) | 1979-07-05 |
| DE2758113B2 DE2758113B2 (de) | 1981-01-08 |
| DE2758113C3 true DE2758113C3 (de) | 1982-01-14 |
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ID=6027353
Family Applications (1)
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Country Status (1)
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|---|---|
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| DE3720850A1 (de) * | 1987-06-24 | 1989-01-05 | Basf Ag | Verfahren zur herstellung von ungesaettigten und gesaettigten ketonen |
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-
1977
- 1977-12-24 DE DE19772758113 patent/DE2758113C3/de not_active Expired
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|---|
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Also Published As
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| DE2758113B2 (de) | 1981-01-08 |
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