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DE2454768C2 - Verfahren zur Isomerisierung von Butendioldiacetaten - Google Patents

Verfahren zur Isomerisierung von Butendioldiacetaten

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Publication number
DE2454768C2
DE2454768C2 DE19742454768 DE2454768A DE2454768C2 DE 2454768 C2 DE2454768 C2 DE 2454768C2 DE 19742454768 DE19742454768 DE 19742454768 DE 2454768 A DE2454768 A DE 2454768A DE 2454768 C2 DE2454768 C2 DE 2454768C2
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DE
Germany
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diacetate
diol
butene
isomerization
platinum
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DE19742454768
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English (en)
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DE2454768A1 (de
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Juergen Dipl.-Chem. Dr. 6700 Ludwigshafen Hartig
Hans-Martin Dipl.-Chem. Dr. 6710 Frankenthal Weitz
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BASF SE
Original Assignee
BASF SE
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Publication date
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Priority to GB4742175A priority patent/GB1519038A/en
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C67/00Preparation of carboxylic acid esters
    • C07C67/28Preparation of carboxylic acid esters by modifying the hydroxylic moiety of the ester, such modification not being an introduction of an ester group
    • C07C67/293Preparation of carboxylic acid esters by modifying the hydroxylic moiety of the ester, such modification not being an introduction of an ester group by isomerisation; by change of size of the carbon skeleton

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Description

15
Die Isomerisierung von Carbonsäureallylestern, insbesondere von Essigsäureallylestern in Gegenwart von Säuren in An- oder Abwesenheit von Katalysatoren ist bekannt Beispielsweise können Buten-l-diol-3,4-diacetat und Buten-2-diol-l,4-diacetat in Essigsäure in Gegenwart von Palldiumverbindungen gegenseitig isomerisiert werden (s. Uemura et al. Kogyo Kagaku Zasshi72,5.1096,1969).
Auch die Isomerisierung von Essigsäureallylestern in Gegenwart einer Platin-Chlor-Verbindung als Katalysator ist in der DE-AS 21 34 115 beschrieben. Die betrachtete Isomerisierungsreaktion ist deshalb von Belang, weil die Isomeren beide technische Bedeutung unterschiedlicher Art besitzen, z. B. als Vorprodukte zur Herstellung von Vitaminen und von Butandiol-1,4.
Ein Nachteil der palladiumhaltigen Katalysatoren ist deren rasche Inaktivierung die durch Reduktion des Edelmetalls verursacht wird, und die im Vergleich zu platinhaltigen Katalysatoren langsamere Isomerisierungsgeschwindigkeit. Die höherwertigen Verbindungen des Platins werden jedoch auch verhältnismäßig rasch unter Isomerisierungsbedingungen reduziert. Wenn die Edelmetallverbindung vollständig zum Metall reduziert ist, verliert sie ihre Aktivität als Isomerisierungskatalysator. Dieses führt dazu, daß, um die UmIagerung der Acetate in wirtschaftlicher Weise durchzuführen, hohe Katalysatorkonzentrationen erforderlich sind, wenn die Isomerisierung bei einem hohen Umsatz durchgeführt werden soll. Wird dagegen nur bei einem geringen Umsatz gearbeitet, muß ein unverhältnismäßig hoher Destillationsaufwand betrieben werden, um das Reaktionsprodukt von dem Einsatzprodukt zu trennen. In der DE-AS 21 34 115 wird zwar beschrieben, daß durch Zusatz von Oxidationsmitteln, wie Kupfer(II)-chlorid oder Eisen(III)-chlorid zum Isomerisierungsge- so misch die Lebensdauer des Katalysators verlängert werden könnte, jedoch sind keinerlei Beispiele aufgeführt und eine Nachprüfung hat diesen Sachverhalt nicht bestätigt.
Eine derartige Reaktionsführung hat dazu noch den Nachteil, daß bei der Wiederaufarbeitung des Isomerisierungskontaktes eine aufwendige Trennung der Metalle durchgeführt werden muß.
Das Verfahren wird weiterhin dadurch eingeschränkt, daß die Temperaturführung während der Isomerisierung von besonderer Bedeutung ist. So muß einerseits, um zu vernünftigen Gleichgewichtseinstellungen zu kommen, bei höheren Temperaturen gearbeitet werden, die höheren Temperaturen führen jedoch ihrerseits zu einer rascheren Desaktivierung des Kontakts durch Reduktion.
Es wurde nun gefunden, daß man die gegenseitige Isomerisierung von Buten-l-diol-3,4-diacetat und Buten-2-diol-l,4-diacetat in flüssiger Phase und in Gegenwart von gegebenfalls auf einem Träger aufgebrachten Verbindungen des Platins oder Palladiums mit besonders hoher Ausbeute und ohne schnelle Desaktivierung des Katalysators durchführen kann, wenn man die Isomerisierung in Gegenwart von Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltenden Gasen vornimmt Die Reaktion kann auch bei höheren Reaktionstemperaturen erfolgen.
Wird beispielsweise die Isomerisierung von Buten-1-diol-3,4-diacetat bei 1000C in Abwesenheit von Lösungsmitteln mit 0,1 Gewichtsprozent Platinchlorid durchgeführt, liegt nach Erreichen des Gleichgewichts, welches bei ca 33% Buten-l-diol-3,4-diacetat/67% Buten-2-diol-l,4-diacetat liegt, das eingesetzte Platin zu über 99% in der metallischen Form vor. Wird dagegen während der Umlagerung unter sonst gleichen Bedingungen noch zusätzlich Sauerstoff in das Reaktionsgemisch eingeleitet, so besteht das Platin nach Erreichen des Gleichgewichts nur zu 56% aus Pt-Metall. Der im Reaktionsgemisch verbleibende Katalysator ist dadurch weiterhin in der Lage, Butendioldiacetat zu isomerisieren. Ähnliches kann in Gegenwart von Lösungsmitteln, z. B. Essigsäure beobachtet werden.
Als Katalysatoren eignen sich grundsätzlich alle Platin- und Palladiumhalogenide; es können auch Palladium- und Platinoxide oder Acetate verwendet werden, wenn eine Halogenverbindung wie HCl, HBr, LiBr, NaCl, KCI, KBr, NaBr usw. zugegen ist.
Die Katalysatoren können in freier Form oder auf einem Träger, wie Aktivkohle verwendet werden. Beispielsweise kann eine Lösung von Palladium- oder Platinsalzen, mit oder ohne Zusatz von anderen Metallsalzen, auf ein Trägermaterial aufgebracht werden. Durch Reduktion, z. B. durch H2 oder Hydrazin kann dann das Metall in unlöslicher Form auf dem Träger fixiert werden. Durch nachträgliche Oxidation wird der Katalysator in die für die Isomerisierung aktive Form überführt.
Durch Zusatz von weiteren Metallsalzen, wie beispielsweise Salzen der Elemente Tellur, Selen, Arsen, Wismut, Zinn kann die katalytische Aktivität günstig beeinflußt werden.
Zur Durchführung des Isomerisierungsverfahrens genügt es, den Katalysator, gegebenenfalls auf einen Träger, einem der beiden Isomeren oder einer Mischung dieser Isomeren zuzusetzen, welche sich nicht im Gleichgewicht befinden, worauf bei einer Temperatur, welche zwischen Zimmertemperaturen und 23O0C und vorzugsweise zwischen 100 und 1500C liegt, sich das jeweilige Gleichgewicht einstellt. Es können Lösungsmittel verwendet werden. Diese werden jedoch normalerweise nicht benötigt.
Falls das gewünschte Isomere die Verbindung mit dem niedrigen Siedepunkt (Buten-l-diol-3,4-diacetat) ist, so kann diese kontinuierlich durch Abdestillieren mit fortschreitender Reaktion entfernt werden. Wenn das gewünschte Isomere die Verbindung mit dem höheren Siedepunkt ist, so kann sie z. B. durch fraktionierte Destillation aus dem Reaktionssystem genommen werden. Dies geschieht unter vorherigem Entfernen des Katalysators, z. B. durch Filtration, aus dem Reaktionsystem, welches nahezu das Gleichgewicht erreicht hat. Nach dem Verfahren können auch rohe, d. h. undestillierte Reaktionsausträge eingesetzt werden.
Beispiel 1
50 mg Platinchlorid und 5 g Buten-l-diol-3,4-diacetat werden 1 Stunde bei 1000C gerührt. Während der
VC tv-
Umsetzung wird kontinuierlich Sauerstoff durch die flüssige Phase geleitet (ca. 1 ml/Minute). Nach Beendigung der Reaktion ist die Lösung hellgelb gefärbt. Es kann keine Platinabscheidung (s. Vergleichsbeispiel 1) beobachtet werden. Nach Destillation des Reaktionsproduktes i. Vak. wird festgestellt, daß noch der größte Teil des Platins in oxidierter Form vorliegt. Der Reaktionsaustrag besteht zu 49% aus Buten-l-diol-3,4-diacetat und zu 51% aus eis- und trans-Buten-2-diol-l,4-diace-
tat
Beispiel 2
Der Versuch von Beispiel 1 wird unter Zusatz von 5 g Eisessig wiederholt Nach destillativer Aufarbeitung besteht das Reaktionsprodukt zu 33% aus Buten-1-diol-3,4-diacetat und zu 67% aus Buten-2-diol-l,4-diacetat
Beispiele 3 und 4
50 mg Palladiumchlorid und 5 g eines Diacetatgemisches(9% Buten-1-diol-3,4-diacetat: 90% Buten-2-dioI-1,4-diacetat) werden ohne Lösungsmittel bzw. mit 5 ml Eisessig 1 Stunde bei 100° C gerührt. Während der Reaktion wird in beide Reaktionsgefäße ein schwacher Sauerstoffstrom eingeleitet. Nach Aufarbeitung wie in Beispiel 1 ist die Zusammensetzung der Acetate wie folgt:
Ohne Lösungsmittel: 32,5% Buten-l-diol-3,4-diacetat 66% Buten-2-diol-l,4-diacetat
Mit Lösungsmittel: 28% Buten-l-diol-3,4-diacetat
70% Buten-2-diol-l,4-diacetat
Der Kontakt ist nach Beendigung des Versuches noch überwiegend in gelöster Form.
Beispiel 5
In einer Destillationsapparatur werden 100 g eines Diacetatgemisches (9% Buten-l-diol-3,4-diacetat; 90%
Buten-2-diol-l,6-diacetat) in Gegenwart von 0,50 g Platinchlorid bei 0,5 Torr über eine 20 cm lange Kolonne destilliert Durch die Siedekapillare werden stündlich 2 Nl Sauerstoff in das Reaktionsgemisch eingeleitet Nach 2,5 h ist die Destillation beendet Bei einer Übergangstemperatur von 70°C wird das Destillat aufgefangen. Es besteht zu 99,5% aus Buten-l-diol-3,4-diacetat (Ausbeute bzw. auf eingesetztes Diacetatgeinisch 95%). Der Destillationsrückstand enthäl: das gesamte Platin, davon liegen 61% in metallischer Form vor.
Beispiele 6bis 16
Es werden (siehe Tabelle) Butendioldiacetatgemische an festen Kontakten mit Sauerstoff isomerisiert Es werden jeweils 1 g Kontakt mit 5,0 g Diacetat bei 100° C 2 Stunden lang gerührt; in einigen Fällen wird Essigsäure als Lösungsmittel verwendet. Die Zusammensetzung der Reaktionslösung wird gaschromatographisch ermittelt
Die Trägerkontakte werden wie folgt hergestellt: Das Platin- oder Palladiumsalz, gegebenenfalls noch andere Metallsalze, werden in einem geeigneten Lösungmittel
gelöst, das Trägermaterial (Aktivkohle) zugegeben und der Kontaki durch Abdampfen des Lösungsmittels hergestellt.
Durch Reduktion, z. B. mit H2, CO, Hydrazin, Formaldehyd oder in einem Stickstoffstrom, der mit Methanol gesättigt war, wurden die aktiven Komponenten auf dem Träger fixiert Auf dem Träger befanden sich jeweils -5% Edelmetall und ~ 1 bis 5% andere Zusätze. Die Umsetzungen wurden dann in Gegenwart von Sauerstoff durchgeführt.
in der Tabelle werden folgende Abkürzungen verwendet:
eis, tr.-BEDA-l,4 = cis, trans-Buten-2-diol-l,4-diacetat BEDA-3,4 = Buten-l-diol-3,4-diacetat
Beispiel Kontaktbeschickung
6 Pd(OAc)2/TeO2/NaCl
7 Pd(OAc)2/TeO2/NaCl
8 PdCl2
9 PtCl4
10 PtCI4
11 PdCI2/SnCI2
12 PdCI2/SnCI2
13 PtCl4/SnCI2
14 PtCl4/As2O3
15 PdCl2/Sb2O3
16 PdCl2/Bi2O3
Beispiel 17
HOAc Zusammensetzung (%)
Vorher Nachher
eis+ trans BEDA-3,4 eis+ trans
BEDA-1,4 BEDA-1,4
BEDA-3,4
91
91
91
91
91
91
91
91
91
91
91
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
8
81
83
75
67
66
67
70
85
76
71
84
17,5
16
24
32
32
31
29
14
23
27
15
Der Destillationsrückstand aus Beispiel 1 wird zusammen mit 5 g Buten-l-diol-3,4-diacetat nochmals der Isomerisierung unterworfen. Nach 1 Stunde Rühren bei 100°C unter Zugabe von Sauerstoff besteht der Reaktionsaustrag zu 64% aus Buten-l-diol-3,4-diacetat und zu
acetat.
35% aus eis- und trans-Buten-2-diol-l,4-di-
Vergleichsversuch 1
Die Isomerisierung analog Beispiel 1 wird ohne Sauerstoff durchgeführt. Man erhält 30% Buten-l-diol-3,4-diacetat und 68% Buten-2-diol-l,4-diacetal. Das im De-
stillationsrfickstand enthaltene Platin besteht zu 99% aus Platinmetall. Die Reaktionslösung vor dem Aufarbeiten ist farblos. Platin liegt als Niederschlag im Reaktionskolben.
Vc-gleichsversuch 2
Der Destillationsrückstand des Vergleichsversuchs 1 wird nochmals mit 5,0 g Buten-l-diol-3,4-diacetat versetzt und analog Beispiel 1 verfahren. Der Reaktionsaustrag besteht zu 98% aus Buten-1-diol-3,4-diacetat und zu 1% aus Buten-2-diol-l,4-diacetat, d.h. es hat praktisch keine Isomerisierung stattgefunden.
Vergleichsversuch 3
Unter den gleichen Bedingungen des Beispiels 5 wird die Destillation von einem Diacetatgemisch (9% Buienl-diol-3,4-diacetat und 90% Buten-2-diol-!,4-diacetat) mit 0,50 g Platinchlorid unier einer Stickstoffatmocphäre durchgeführt Man erhält 95,0 g Destillat, welches zu 69% aus Buten-l-diol-3,4-diacetat und zu 30% aus Buten-2-diol-l,4-diacetat besteht. Das im Destillationsrückstand enthaltene Platin liegt vollständig als Metall vor und ist nicht mehr zur Isomerisierung befähigt

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zur gegenseitigen Isomerisierung von Buten-l-diol-3,4-diacetat und Buten-2-diol-l,4-diacetat in flüssiger Phase in Gegenwart von ggf. auf einen Träger aufgebi achten Verbindungen des Platins oder Palladiums, dadurch gekennzeichnet, daß man die Isomerisierung in Gegenwart von Sauerstoff oder Sauerstoff enthaltenden Gasen durchführt
    10
DE19742454768 1974-11-19 1974-11-19 Verfahren zur Isomerisierung von Butendioldiacetaten Expired DE2454768C2 (de)

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