DE2750282A1 - Liq. phase organic isocyanate prepn. - by reacting nitro cpds. with carbon mon:oxide using catalyst supported on heat-modified nitrile polymer - Google Patents
Liq. phase organic isocyanate prepn. - by reacting nitro cpds. with carbon mon:oxide using catalyst supported on heat-modified nitrile polymerInfo
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Abstract
Description
Verfahren zur Herstellung organischer IsocyanateProcess for the production of organic isocyanates
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung organischer Isocyante durch Umsetzung organischer Nitroverbindungen mit Kohlenmonoxid in Gegenwart eines heterogenen Katalysatorsystems.The present invention relates to an improved method for Production of organic isocyanates by converting organic nitro compounds with carbon monoxide in the presence of a heterogeneous catalyst system.
Organische Isocyanate sind wichtige Zwischenprodukte für eine Reihe von Synthesen. So stellen organische Monoisocyanate wertvolle Zwischennrodukte zur Herstellung von technisch wertvollen Schädlingsbekämpfungsmitteln dar, während organische Polyisocyanate, insbesondere Diisocyanate,wichtige Ausgangsmaterialien für die Herstellung Polyurethanen sind.Organic isocyanates are important intermediates for a number of syntheses. Organic monoisocyanates provide valuable intermediate products Manufacture of technically valuable pesticides represent while organic Polyisocyanates, especially diisocyanates, are important starting materials for production Polyurethanes are.
Sie werden technisch durch Umsetzung von Aminen mit Phosgen hergestellt, wobei die Giftigkeit des Phosgens besondere Vorsichtsmaßnahmen erforderlich macht. Das im Phosgen erhaltene Chlor geht bei der Phosgenierung in wertlosen Chlorwasserstoff über, aus dem durch Elektrolyse wieder Chlor zurückgewonnen werden muß. Aus diesem Grunde wird angestrebt, die Herstellung von Isocyanaten auf anderem Wege als durch die technisch bekannte Phosgenierung durchzuführen, und in der Patentliteratur wird eine große Zahl solcher phosgen freien Herstellungsverfahren beschrieben.They are produced industrially by reacting amines with phosgene, the toxicity of the phosgene necessitates special precautionary measures. The chlorine obtained in the phosgene is converted into worthless hydrogen chloride during the phosgenation about, from which chlorine has to be recovered by electrolysis. For this Basically, the aim is to produce isocyanates by other means than by carry out the technically known phosgenation, and in the patent literature a large number of such phosgene-free manufacturing processes have been described.
Aus der DT-PS 1 815 517 ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, nach welchem Nitroverbindungen mit Kohlenmonoxid in Gegenwart von im wesentlichen homogen gelösten Edelmetallhalogeniden, heteroaromatischen Stickstoffverbindungen und Nichtedelmetalloxiden zu Isocyanaten umgesetzt werden. Bei diesem Verfahren werden zwar hohe Umwandlungsgrade der Nitroverbindungen erhalten und bei Einsatz von Mononitroverbindungen auch brauchbare Selektivitäten erhalten. Von Nachteil ist jedoch die hohe erforderliche Katalysatormenge und die schwierige Aufarbeitung der im Reaktionsmedium gelösten Edelmetallkomplexe, die nicht ohne Verluste und hohen technischen Aufwand durchführbar ist und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens in Frage stellt.From DT-PS 1 815 517, for example, a method is known after which nitro compounds with carbon monoxide in the presence of essentially homogeneously dissolved noble metal halides, heteroaromatic nitrogen compounds and base metal oxides are converted to isocyanates. In this procedure Although high degrees of conversion of the nitro compounds are obtained and when used also obtain useful selectivities from mononitro compounds. A disadvantage however, is the high amount of catalyst required and the difficult work-up of the noble metal complexes dissolved in the reaction medium, which are not without losses and high technical effort can be carried out and the economy of the process questions.
In der GB-PS 1 313 199, sowie der DT-OS 1 901 202 und 2 165 355 werden heterogene Katalysatoren beschrieben, die Edelmetalle auf anorganischen Trägermaterialien, wie z.B. Silikagel oder Aluminiumoxid, enthalten, wodurch die kostspielige Aufarbeitung des Katalysators entfällt. Mit diesen heterogenen Katalysatoren werden jedoch nur geringe Umsätze erhalten, was sich insbesondere bei der Umsetzung von Dinitroverbindungen störend bemerkbar macht, da praktisch nur die Monoisocyanate und nicht die gewünschten Diisocyanate erhalten werden.In GB-PS 1 313 199, as well as DT-OS 1 901 202 and 2 165 355 heterogeneous catalysts described, the noble metals on inorganic support materials, such as silica gel or aluminum oxide, which eliminates the costly reconditioning of the catalytic converter is not required. With these heterogeneous catalysts, however, only low conversions obtained, which is particularly evident in the implementation of dinitro compounds makes disturbing noticeable, since practically only the monoisocyanates and not the desired ones Diisocyanates are obtained.
Auch die in der DT-OS 2 413 962 beschriebenen Trägerkatalysatoren auf der Basis von Vinylovridin-Polymeren und die in der japanischen Anmeldung 74 014 731 beanspruchten Phthalocyanin-Trägerkatalysatoren geben nur mäßige Isocyanat-Ausbeuten und sind für eine wirtschaftliche Durchführung nicht geeignet. Es wurde nun gefunden, daß man Nitroverbindungen mit Kohlenmonoxid in der flüssigen Phase bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck in Gegenwart von heterogenen Trägerkatalysatoren aus einer Edelmetallverbindung der 8. Nebengruppe des Periodischen Systems, einer oder mehrerer Nichtedelmetallverbindungen der 5. bis 8. Nebengruppe des Periodischen Systems und einem organischen Trägermaterial in hohen Ausbeuten zu Isocyanaten umsetzen kann, wenn man als Träger gegebenenfalls thermisch modifizierte Nitrilpolymere verwendet.Also the supported catalysts described in DT-OS 2,413,962 based on vinylovridine polymers and those in Japanese application 74 014 731 supported phthalocyanine catalysts give only moderate isocyanate yields and are not suitable for economic implementation. It it has now been found that nitro compounds with carbon monoxide in the liquid Phase at elevated temperature and pressure in the presence of heterogeneous supported catalysts from a noble metal compound of the 8th subgroup of the periodic system, a or several non-precious metal compounds of the 5th to 8th subgroup of the periodic System and an organic carrier material in high yields to convert isocyanates can, if optionally thermally modified nitrile polymers are used as the carrier.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von organischen Isocyanaten durch katalytische Umsetzung von organischen Nitroverbindungen mit Kohlenmonoxid in der flüssigen Phase bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck in Gegenwart von heterogenen Trägerkatalysatoren aus einer Edelmetallverbindung der 8. Nebengruppe des Periodischen Systems, einer oder mehreren Nichtedelmetallverbindungen der 5. bis 8. Nebengruppe des Periodischen Systems und einem organischen Trägermaterial, dadurchgekennzeichnet, daß man als Träger gegebenenfalls durch Hitzeeinwirkung modifizierte Nitrilpolymere verwendet.The present invention is therefore a method for Production of organic isocyanates by catalytic conversion of organic Nitro compounds with carbon monoxide in the liquid phase at elevated temperature and elevated pressure in the presence of heterogeneous supported catalysts made from a noble metal compound of the 8th subgroup of the periodic system, one or more non-precious metal compounds the 5th to 8th subgroup of the periodic system and an organic carrier material, characterized in that the carrier optionally modified by the action of heat Nitrile polymers used.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind unter "Nitrilpolymeren" sowohl beliebige Polymerisate der Blausäure (polymere Blausäure) als auch beliebige Polymerisate bzw. Copolymerisate von olefinisch und/oder acetylenisch ungesättigten Nitril-Gruppen aufweisenden Monomeren mit sich selbst bzw.In the context of the present invention are under "nitrile polymers" both any polymerizate of hydrocyanic acid (polymeric hydrocyanic acid) as well as any Polymers or copolymers of olefinically and / or acetylenically unsaturated Monomers containing nitrile groups with themselves or
mit anderen olefinisch und/oder acetylenisch ungesättigten Verbindungen zu verstehen.with other olefinically and / or acetylenically unsaturated compounds to understand.
Zu den bevorzugten "Nitrilpolymeren" gehören a) polymere Blausäure (Azulminsäure) wie sie durch radikalische oder vorzugsweise basisch katalysierte Polymerisation von Blausäure in an sich bekannter Weise zugänglich ist (vgl. z.B. DT-PS 662 338 oder DT-PS 949 060), und die im allgemeinen ein über 270 , vorzugsweise zwischen 540 und 5400 liegendes Molekulargewicht aufweist und b) durch radikalische oder basisch katalysierte Polymerisation von olefinisch und/oder acetylenisch ungesättigten Nitrilen erhaltene Nitrilpolymere. Derartige Polymere sind beispielsweise Polyacrylnitril, Polymethacrylnitril, Poly-(2-phenylacrylnitril) oder Polycyanacetylen. Diese Polymeren weisen im allgemeinen ein über 5000 und vorzugsweise ein zwischen 50000 bis 200000 liegendes Molekulargewicht auf.The preferred "nitrile polymers" include a) polymeric hydrocyanic acid (Azulmic acid) as catalyzed by free radicals or preferably basic Polymerization of hydrocyanic acid is accessible in a manner known per se (cf. DT-PS 662 338 or DT-PS 949 060), and generally one over 270, preferably has a molecular weight between 540 and 5400 and b) by radical or base-catalyzed polymerization of olefinically and / or acetylenically unsaturated Nitrile polymers obtained from nitriles. Such polymers are, for example, polyacrylonitrile, Polymethacrylonitrile, poly (2-phenylacrylonitrile) or polycyanoacetylene. These polymers generally above 5000 and preferably between 50,000 to 200,000 lying molecular weight.
Mischpolymerisate aus olefinisch und/oder acetylenisch ungesättigten Nitrilen der den beispielhaft genannten Polymerisaten entsprechenden Art sind ebenfalls geeignet. Weniger bevorzugt, jedoch ebenfalls in Betracht kommend, sind Mischpolymerisate derartiger ungesättigter Nitrile mit anderen Nitrilgruppen-freien olefinisch und/ oder acetylenisch ungesättigten Verbindungen wie z.B. Copolymers of olefinically and / or acetylenically unsaturated Nitriles of the type corresponding to the polymers mentioned by way of example are also used suitable. Copolymers are less preferred, but also come into consideration such unsaturated nitriles with other nitrile groups-free olefinic and / or acetylenically unsaturated compounds such as e.g.
Vinylchlorid, Styrol, Butadien oder Acetylen, wobei der gewichtsmäßige Anteil der Nitrilgruppen-freien Monomeren im Nitrilpolymerisat bis zu 50 Gew.-% ausmachen kann. Vinyl chloride, styrene, butadiene or acetylene, the weight being Proportion of nitrile group-free monomers in the nitrile polymer up to 50% by weight can make out.
Besonders bevorzugt werden beim erfindungsgemäßen Verfahren solche Nitrilpolymere eingesetzt, die im Anschluß an ihre Herstellung durch Erhitzen auf Temperaturen über 200°C,insbesondere 220-6000C, in Strukturisomere oder Derivate mit verbesserten Trägereigenschaften überführt worden sind. Diese thermische Behandlung kann in Abwesenheit oder in Gegenwart von molekularem Sauerstoff, beispielsweise Luft oder einem Stickstoff-Luftgemisch erfolgen. In Gegenwart von molekularem Sauerstoff kann bei Anwesenheit von dehydrierbaren Wasserstoffatomen eine Oxidehydrierung zu Nitrilpolymeren mit Polyenstruktur oder zu kondensierten stickstoffhaltigen Leiterpolymeren mit annellierten Pyridineinheiten erfolgen, die eine hohe thermische Stabilität und eine hohe Aktivität zur aktiven Edelmetallkomponente aufweisen. Those are particularly preferred in the process according to the invention Nitrile polymers used, followed by to their production Heating to temperatures above 200 ° C, especially 220-6000C, into structural isomers or derivatives with improved carrier properties have been transferred. These thermal treatment can take place in the absence or presence of molecular oxygen, for example air or a nitrogen-air mixture. In the presence of Molecular oxygen can in the presence of dehydrogenatable hydrogen atoms an oxydehydrogenation to nitrile polymers with a polyene structure or to condensed nitrogen-containing ladder polymers with fused pyridine units that high thermal stability and high activity for the active noble metal component exhibit.
Die Wirkungsweise der Nitrilpolymer-Träger ist im einzelnen nicht bekannt. Es kann jedoch angenommen werden, daß die Stickstoffatome des Nitrilpolymeren mit den aktiven Edelmetallkomponenten des Trägerkatalysators in Wechselwirkung treten und neben einem günstigen Einfluß auf den Reaktionsverkauf eine Fixierung des teuren Edelmetalls am Trägermaterial bewirken.The mode of operation of the nitrile polymer carriers is not detailed known. However, it can be assumed that the nitrogen atoms of the nitrile polymer interact with the active noble metal components of the supported catalyst and besides a favorable influence on the reaction sales, a fixation of the expensive one Effect precious metal on the carrier material.
Als Edelmetallverbindungen kommen die Halogenide des Palladiums, Platins, Rhodiums, Rutheniums, iridium und Osmiums in Frage. Bevorzugt werden die Chloride verwendet. Ein besonders bevorzugtes Edelmetallhalogenid ist Palladiumchlorid.The halides of palladium, platinum, Rhodium, ruthenium, iridium and osmium in question. The chlorides are preferred used. A particularly preferred noble metal halide is palladium chloride.
Ein wesentlicher Bestandteil der Edelmetall-Nitrilpolymer-Trägerkatalysatoren sind neben dem Nltrllpolymer-Träge. und der Edelmetallverbindung Nichtedelmetall-Verbindungen der 5. bis 8. Nebengruppe des Periodischen Systems, die als Cokatalysatoren im wesentlichen eine Beschleunigung des Reaktionsablaufs bewirken. Als Kokatalysatoren sind Halogenide, insbesondere Chloride, und/oder Oxide der genannten Nebengruppenelemente geeignet. Beispielsweise seien genannt: Vanadintrichlorid, Vanadinpentoxid, Niobpentoxid, Tantalpentoxid, Tantalpentachlorid, Chrom-(III)-chlorid, Chron-(III)-oxid, Chromdioxid, Molybdan-(III)-oxid, Molybdändioxid, Molybdäntrioxid, Wolframoxid, Wolframtrioxid, Eisen-(III)-chlorid, Eisen-(III)-oxid, Eisenspinell. Die Kokatalysatoren können als reine Verbindungen oder in Form von Gemischen dem Träger zugesetzt werden.An essential component of the noble metal nitrile polymer supported catalysts are in addition to the central polymer inert. and the precious metal compound Non-precious metal compounds of the 5th to 8th subgroup of the periodic system, which, as cocatalysts, essentially accelerate the course of the reaction cause. Halides, in particular chlorides, and / or oxides are used as cocatalysts of the sub-group elements mentioned are suitable. Examples include: vanadium trichloride, Vanadium pentoxide, niobium pentoxide, tantalum pentoxide, tantalum pentachloride, chromium (III) chloride, Chron (III) oxide, chromium dioxide, molybdenum (III) oxide, molybdenum dioxide, molybdenum trioxide, Tungsten oxide, tungsten trioxide, iron (III) chloride, iron (III) oxide, iron spinel. The cocatalysts can be used as pure compounds or in the form of mixtures Carriers are added.
Das Gewichtsverhältnis von Träger zu Edelmetallkomponente und Cokatalysator kann in weiten Grenzen gewählt werden. Im allgemeinen werden je Gewichtsteil Polynitril-Träger 0,01 bis 10 Gewichtsteile Cokatalysator eingesetzt. Insbesondere beträgt das Gewichtsverhältnis von Edelmetallhalogenid zu Träger 0,05:1 bis 3,5:1 besonders bevorzugt 0,1:1 bis 1:1 und das Gewichtsverhältnis von Cokatalysator zu Träger 0,05:1 bis 5:1 besonders bevorzugt 0,5:1 bis 2,5:1.The weight ratio of carrier to noble metal component and cocatalyst can be chosen within wide limits. In general, polynitrile supports are used per part by weight 0.01 to 10 parts by weight of cocatalyst used. In particular, the weight ratio is from noble metal halide to support 0.05: 1 to 3.5: 1, particularly preferably 0.1: 1 to 1: 1 and the weight ratio of cocatalyst to support 0.05: 1 to 5: 1 in particular preferably 0.5: 1 to 2.5: 1.
Die Nitrilpolymer-Trägerkatalysatoren können als feines Pulver im Reaktionsmedium suspendiert eingesetzt werden. Man verwendet dann Konzentrationen von 0,5 bis 30 Gew.% , insbesondere von 1 bis 15 Gew., bez. auf das Reaktionsgemisch einschließlich gegebenenfalls mitverwendetem Lösungsmittel. Eine weitere vorteilhafte Durchführungsform besteht beispielsweise darin, daß der Katalysator in stückiger Form oder in Form von Pillen im Reaktionsraum fest angeordnet wird und die Einsatzprodukte über den Katalysator geleitet werden.The nitrile polymer supported catalysts can be used as a fine powder in Reaction medium can be used in suspension. Concentrations are then used from 0.5 to 30% by weight, in particular from 1 to 15% by weight, based on the reaction mixture including any solvent used. Another beneficial one Implementation is, for example, that the catalyst in lumpy Form or in the form of pills is firmly arranged in the reaction space and the input products be passed over the catalyst.
Die Herstellung des Trägerkatalysators kann auf verschiedene Weise erfolgen. Beispielsweise wird monomeres Ausgangsnitril bzw. Blausäure in einem Lösungsmittel wie z.B. Wasser, Dioxan, Äthylencarbonat, Dimethylformamid, Dimethylsulfoxid, Chloroform, mit einem Polymerisationskatalysator (Basen wie z.B. Ammoniak oder NaOH bzw. Radikalbildner wie z.B. Azodiisobuttersäurenitril) unter Rühren vorzugsweise im Temperaturbereich von 30 bis 80°C zu einem pulverförmigen Polymeren polymerisiert, das vom Lösungsmittel befreit, gründlich getrocknet und gegebenenfalls durch thermische und/ oder oxidative Nachbehandlung wie bereits oben beschrieben, weiter modifiziert wird. Der so erhaltene Nitrilpolymer-Träger kann nun mit den entsprechenden Mengen wasser freiem fein pulverisierten Edelmetallhalogenid und Nichtedelmetallverbindung (Cokatalysator) in einem inerten Lösungs- bzw. Suspendiermittel wie z.B. den nachstehend beispielhaft genannten, gegebenenfalls bei erhöhter Temperatur und gegebenenfalls unter einer Atmosphäre von Kohlenmonoxid, vermischt werden. Nach Absaugen des Lösungsmittels kann der resultierende Trägerkatalysator für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden. Es ist auch möglich, bereits bei der Herstellung des Trägerkatalysators ein beim erfindungsgemäßen Verfahren mitzuverwendendes Lösungsmittel zu verwenden, welches für den Trägerkatalysator bzw. für die einzelnen Komponenten des Trägerkatalysators als Suspendiermittel wirkt,und die dann erhaltene Suspension des Trägerkatalysators direkt ohne Abtrennung des Trägerkatalysators als Reaktionsmedium für das erfindungsgemäße Verfahren einzusetzen. Die Edelmetallhalogenide können auch aus wäßriger oder alkoholischer Lösung auf den Träger aufgetränkt werden. Ebenso können auch die Cokatalysatoren als wasserlösliche Verbindungen oder gelöst in organischen Lösungsmitteln auf den Nitrilpolymer-Träger aufgetränkt werden.The supported catalyst can be prepared in various ways take place. For example, monomeric starting nitrile or hydrocyanic acid is in a solvent such as water, dioxane, ethylene carbonate, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, chloroform, with a polymerization catalyst (bases such as ammonia or NaOH or radical generator e.g. azodiisobutyronitrile) with stirring, preferably in the temperature range polymerized from 30 to 80 ° C to a powdery polymer, which from the solvent freed, thoroughly dried and optionally by thermal and / or oxidative Post-treatment as already described above, is further modified. The thus obtained Nitrile polymer carrier can now be finely powdered with the appropriate amounts of anhydrous Noble metal halide and base metal compound (cocatalyst) in one inert Solvents or suspending agents such as those mentioned below by way of example, optionally at elevated temperature and optionally under an atmosphere of carbon monoxide. After suctioning off the solvent, the resulting Supported catalyst can be used for the process according to the invention. It is also possible, even during the preparation of the supported catalyst in accordance with the invention Process to use the solvent that is to be used for the supported catalyst or acts as a suspending agent for the individual components of the supported catalyst, and the suspension of the supported catalyst then obtained directly without separating off the Use a supported catalyst as a reaction medium for the process according to the invention. The noble metal halides can also be obtained from aqueous or alcoholic solution soaked on the carrier. The cocatalysts can also be water-soluble links or dissolved in organic solvents on the Nitrile polymer carrier are impregnated.
Nach Zusatz eines Bindemittels, z.B. Graphit, können die Träger-Katalysatoren verpillt werden. Man kann auch bereits das Verpillen mit dem gegebenenfalls modifizierten Nitrilpolymer-Träger vornehmen und erst dann die weiteren Katalysatorkomponenten z.B. durch Tränken aufbringen.After adding a binder, e.g. graphite, the supported catalysts become pilled. You can already pill with the possibly modified Carry out nitrile polymer support and only then the other catalyst components apply e.g. by soaking.
Ausgangsverbindungen für das erfindungsgemäße Verfahren sind beliebige organische Nitroverbindungen, d.h. beliebige Nitrogruppen aufweisende, ansonsten unter den Bedingungen des erfindungsgemäßen Verfahrens inerte organische Verbindungen mit mindestens einer aliphatisch, cycloaliphatisch und/oder aromatisch gebundenen Nitrogruppe.Starting compounds for the process according to the invention are any organic nitro compounds, i.e. containing any nitro groups, otherwise organic compounds which are inert under the conditions of the process according to the invention with at least one aliphatically, cycloaliphatically and / or aromatically bound Nitro group.
Beispielsweise können folgende aromatische Nitroverbindungen eingesetzt werden: Nitrobenzol, o-Dinitrobenzol, m-Dinitrobenzol, p-Dinitrobenzol, o-Chlor-nitrobenzol, m-Chlor-nitrobenzol, o-Chlor-nitrobenzol, o-Nitrotoluol, m-Nitrotoluol, p-Nitrotoluol, 2,3-Dinitrotoluol, 2,4-Dinitrotoluol, 2,5-Dinitrotoluol, 2,6-Dinitrotoluol, 3,4-Dinitrotoluol, 3-Nitroo-xylol, 4-Nitro-o-xylol, 2-Nitro-m-xylol, 4-Nitro-m-xylol, 5-Nitro-m-xylol, Nitro-p-xylol, 3,4-Dinitro-o-xylol, 3,5-Dinitro-o-xylol, 3,6-Dinitro-o-xylol, 4,5-Dinitro-o-xylol, 2,4-Dinitro-m-xylol, 2,5-Dinitro-m-xylol, 4,5-Dinitro-m-xylol, 4,6-Dinitro-m-xylol, 2,3-Dinitro-p-xylol, 2,6-Dinitro-p-xylol, 1-Nitronaphthalin, 2-Nitronaphthalin, Dinitronaphthaline, Nitroanthracene, Nitrodiphenyle, Bis-(nitrophenyl)-methane, Bis-(nitrophenyl)-thioäther, Bis-(nitrophenyl)-sulfone, Nitrodiphenoxyalkane, Nitrophenothiazine.For example, the following aromatic nitro compounds can be used be: nitrobenzene, o-dinitrobenzene, m-dinitrobenzene, p-dinitrobenzene, o-chloro-nitrobenzene, m-chloro-nitrobenzene, o-chloro-nitrobenzene, o-nitrotoluene, m-nitrotoluene, p-nitrotoluene, 2,3-dinitrotoluene, 2,4-dinitrotoluene, 2,5-dinitrotoluene, 2,6-dinitrotoluene, 3,4-dinitrotoluene, 3-nitro-xylene, 4-nitro-o-xylene, 2-nitro-m-xylene, 4-nitro-m-xylene, 5-nitro-m-xylene, Nitro-p-xylene, 3,4-dinitro-o-xylene, 3,5-dinitro-o-xylene, 3,6-dinitro-o-xylene, 4,5-dinitro-o-xylene, 2,4-dinitro-m-xylene, 2,5-dinitro-m-xylene, 4,5-dinitro-m-xylene, 4,6-dinitro-m-xylene, 2,3-dinitro-p-xylene, 2,6-dinitro-p-xylene, 1-nitronaphthalene, 2-nitronaphthalene, Dinitronaphthalenes, nitroanthracenes, nitrodiphenyls, bis (nitrophenyl) methanes, Bis (nitrophenyl) thioether, bis (nitrophenyl) sulfones, nitrodiphenoxyalkanes, nitrophenothiazines.
Als cycloaliphatische Nitroverbindungen seien genannt: Nitrocyclobutan, Nitrocyclopentan, Nitrocyclohexan, 1,2-Dinitrocyclohexan, 1,3-Dinitrocyclohexan, 1,4-Dinitrocyclohexan, Bis-(nitrocyclohexyl)-methane.The following are mentioned as cycloaliphatic nitro compounds: Nitrocyclobutane, Nitrocyclopentane, nitrocyclohexane, 1,2-dinitrocyclohexane, 1,3-dinitrocyclohexane, 1,4-dinitrocyclohexane, bis (nitrocyclohexyl) methane.
Beispielhaft für die Gruppe der Nitroalkane seien genannt: Nitromethan, Nitroäthan, 1-Nitropropan, 2-Nitropropan, Nitrobutane, Nitropentane, Nitrohexane, Nitrodecane, Nitrocetane, 1 ,2-Dinitroäthan, 1,2-Dinitropropan, 1,3-Dinitropropan, Dinitrobutane, Dinitroentane, Dinitrohexane, Dinitrodecane, Phenylnitromethan, Bis-(nitromethyl)-cyclohexane, Bis- (nitromethyl) -benzole, <9 -Nitrocarbonsäurenitrile.Examples of the group of nitroalkanes are: nitromethane, Nitroethane, 1-Nitropropane, 2-Nitropropane, Nitrobutane, Nitropentane, Nitrohexane, Nitrodecanes, nitrocetanes, 1,2-dinitroethane, 1,2-dinitropropane, 1,3-dinitropropane, Dinitrobutane, Dinitroentane, Dinitrohexane, Dinitrodecane, Phenylnitromethane, Bis- (nitromethyl) -cyclohexane, Bis- (nitromethyl) -benzenes, <9 -nitrocarboxylic acid nitriles.
Besonders bevorzugte Ausgangsmaterialien für das erfindungsgemäße Verfahren sind aromatische Nitroverbindungen wie insbesondere Nitrobenzol, 1,3-Dinitrobenzol, 2,4-Dinitrotoluol, 2,6-Dinitrotoluol, Dinitronaphthaline wie z.B. 1,5-Dinitronaphthalin oder 2,4'- bzw. 4,4'-Dinitro-diphenylmethan.Particularly preferred starting materials for the inventive Processes are aromatic nitro compounds such as in particular nitrobenzene, 1,3-dinitrobenzene, 2,4-dinitrotoluene, 2,6-dinitrotoluene, dinitronaphthalenes such as 1,5-dinitronaphthalene or 2,4'- or 4,4'-dinitro-diphenylmethane.
folie Umsetzung der Nitroverbindungen mit Kohlenmonoxid erfolgt in der flüssigen Phase bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck nach folgender allgemeinen Reaktionsgleichung: Je Mol umzusetzende Nitrogruppe werden im allgemeinen 5 bis 30 Mol Kohlenmonoxid zugesetzt.Foil conversion of the nitro compounds with carbon monoxide takes place in the liquid phase at elevated temperature and pressure according to the following general reaction equation: In general, 5 to 30 moles of carbon monoxide are added per mole of nitro group to be converted.
Die Umsetzung der Nitroverbindungen mit Kohlenmonoxid kann grundsätzlich ohne USsungsmittel durchgeftihrt werden. Wegen der hohen exothermen Wärmetönung der Reaktion empfiehlt es sich Jedoch, bei der technischen Durchführung ein Ldsungsmittel zu verwenden. Brauchbare Lösungsmittel sind aromatische, cycloaliphatische und aliphatische Lösungsmittel, die gegebenenfalls durch Halogen substituiert sein können, wie beispielsweise Benzol, Toluol, Xylol, Chlorbenzol, Dichlorbenzol, Trichlorbenzol, Chlornaphthalin, Cyclohexan, Methylcyclohexan, Cn'orcyclohexan, Methylenchlorid, Tetrachlorkohlenstoff, Tetrachloräthan, Trichlor-trifluoräthan u.ä. Verbindungen. Chlorierte aromatische Kohlenwasserstoffe sind bevorzugt.The implementation of the nitro compounds with carbon monoxide can in principle can be carried out without solvents. Because of the high exothermic heat release However, it is advisable to use a solvent for the technical implementation of the reaction to use. Useful solvents are aromatic, cycloaliphatic and aliphatic Solvents which may optionally be substituted by halogen, such as, for example Benzene, toluene, xylene, chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, chloronaphthalene, Cyclohexane, methylcyclohexane, Cn'orcyclohexane, methylene chloride, carbon tetrachloride, Tetrachloroethane, trichlorotrifluoroethane, etc. Links. Chlorinated aromatic Hydrocarbons are preferred.
Die einzusetzende Mindestmenge an Lösungsmittel richtet sich nach der jeweils abzufuhrenden Wärmemenge; nach oben wird die Lösungsmittelmenge durch wirtschaftliche Erwägungen begrenzt.The minimum amount of solvent to be used depends on the amount of heat to be dissipated; the amount of solvent increases limited economic considerations.
Im allgemeinen betragt die Konzentration der Nitroverbindung im LUsungsmittel 5-50 Ges.%; besonders vorteilhaft sind Konzentrationen von 10-30 Gew.%.In general, the concentration of the nitro compound in the solvent is 5-50 total%; Concentrations of 10-30% by weight are particularly advantageous.
Die Reaktionstemperatur liegt im allgemeinen zwischen 100 0C und etwa 30O0C, insbesondere zwischen 1500C und 2500C und besonders vorteilhaft im Bereich von 1700C bis 2000C. Der Druck muB so bemessen sein, daß stets das Vorliegen einer flüssigen Phase gewährleistet ist und liegt im allgemeinen im Bereich von 5 bis 500 bar, besonders vorteilhaft im Bereich von 50 bis 300 bar bei Reaktionstemperatur. Je nach eingesetzter Nitroverbindung und den Reaktionsbedingungen beträgt die für quantitativen Umsatz benötigte Reaktionszeit zwischen wenigen Minuten und mehreren Stunden.The reaction temperature is generally between 100 ° C. and about 30O0C, in particular between 1500C and 2500C and particularly advantageous in the range from 1700C to 2000C. The pressure must be such that there is always a liquid phase is ensured and is generally in the range from 5 to 500 bar, particularly advantageously in the range from 50 to 300 bar at the reaction temperature. Depending on the nitro compound used and the reaction conditions, the for quantitative conversion required reaction time between a few minutes and several Hours.
Die Umsetzung der Nitroverbindungen mit Kohlenmonoxid kann diskontinuierlich oder kontinuierlich durcheeführt werden.The reaction of the nitro compounds with carbon monoxide can be discontinuous or be carried out continuously.
Die diskontinuierliche Umsetzung kann in Hochdruckautoklaven mit fein verteiltem Katalysator unter starkem Führen durchgeführt werden. Die Reaktionswärme wird vorteilhaft durch eingebaute Kühlaggregate oder durch Umpumpen des Reaktionsgemisches über einen externen Wärmeaustauscher abgeführt. Nach beendeter Reaktion wird der Katalysator, beispielseise durch Filtration oder Zentrifugieren, vom flüssigen Reaktionsgemisch abgetrennt und in eine neue Umsetzung von Nitroverbindungen mit Kohlenmonoxid wieder zurückgeführt. Das Reaktionsgemisch wird auf übliche Weise, z.B. durch fraktionierte Destillation, in reine Isocyanate, Lösungsmittel und gegebenenfalls kleine Mengen von Nebenprodukten aufgetrennt.The discontinuous reaction can be carried out in a high-pressure autoclave with fine distributed catalyst can be carried out with vigorous guidance. The heat of reaction is advantageous through built-in cooling units or by pumping the reaction mixture above removed by an external heat exchanger. After finished Reaction is the catalyst, for example by filtration or centrifugation, separated from the liquid reaction mixture and converted into a new reaction of nitro compounds returned with carbon monoxide. The reaction mixture is in the usual way, e.g. by fractional distillation, into pure isocyanates, solvents and, if necessary separated small amounts of by-products.
Die kontinuierliche Umsetzung wird vorteilhaft in einem Rohrbündelreaktor mit fest angeordnetem Katalysator durchgeführt. Die Abführung der Reaktionswärme erfolgt in üblicher Weise durch ein flüssiges Kühlmedium oder verdampfendes Wasser. Das aus dem Reaktor abgezogene flüssige Reaktionsprodukt kann nach Entspannung in üblicher Weise sofort destillativ aufgearbeitet werden.The continuous reaction is advantageous in a tube bundle reactor carried out with a fixed catalyst. The dissipation of the heat of reaction takes place in the usual way by means of a liquid cooling medium or evaporating water. The liquid reaction product withdrawn from the reactor can after relaxation in usually worked up immediately by distillation.
Das Verfahren wird durch die folgenden Beispiele illustriert, ohne damit die Erfindung auf die in den Beispielen gegebenen Bedingungen einzuschränken.The procedure is illustrated by the following examples, without thus to restrict the invention to the conditions given in the examples.
Beispiel 1 Als Trägerkatalysator wurde ein Katalysatorsystem bestehend aus 7,5 Gewichtsteilen wasserfreiem Palladiumchlorid, 5 Gewichtsteilen durch 5-stündiges Erhitzen unter Stickstoffatmosphäre auf 200°C modifizierter polymerer Blausäure (hergestellt gemäß Angew. Chem. 72, Nr. 11, Seite 3RO ('960)) und 5 Gewichtsteilen Vanadinpentoxid eingesetzt, das durch inniges Vermischen der feinpulverisierten Komponenten in siedendem Chlorbenzol hergestellt worden war.Example 1 A catalyst system was used as the supported catalyst from 7.5 parts by weight of anhydrous palladium chloride, 5 parts by weight through 5 hours Modified polymeric hydrocyanic acid is heated to 200 ° C under a nitrogen atmosphere (prepared according to Angew. Chem. 72, No. 11, page 30R ('960)) and 5 parts by weight Vanadium pentoxide used by intimately mixing the finely powdered Components had been made in boiling chlorobenzene.
11,7 g des Trägerkatalysators und eine Lösung von 30 g Nitrobenzol in 200 g Chlorbenzol werden in einem 0,7 l-VA-Autoklaven gegeben und 120 bar Kohlenmonoxid aufgepreßt. Anschließend wird unter starkem Rühren während 3 Stunden auf 1800C erhitzt. Nach Abkühlen auf Raumtemperatur und Entspannen wird vom Katalysator abfiltriert und das Filtrat gaschromatographisch analysiert. Aus der Analyse errechnete sich ein Nitrobenzol-Umsatz von 98,8 % und eine Phenylisocyanat-Ausbeute von 92,8 % d. Th.11.7 g of the supported catalyst and a solution of 30 g of nitrobenzene 200 g of chlorobenzene are placed in a 0.7 l VA autoclave and carbon monoxide is added to 120 bar pressed on. The mixture is then heated to 180 ° C. for 3 hours with vigorous stirring. After cooling to room temperature and releasing the pressure, the catalyst is filtered off and the filtrate is analyzed by gas chromatography. From the analysis it was calculated a nitrobenzene conversion of 98.8% and a phenyl isocyanate yield of 92.8% of theory. Th.
Beispiel 2 Als Trägerkatalysator wurde ein Katalysatorsystem verwendet bestehend aus 7 Gewichtsteilen wasserfreiem Palladiumchlorid, 4,8 Gewichtsteilen pyrolysiertem Polyacrylnitril (hergestellt nach J.Amer.Chem.Soc, 87, 2676) und 4,8 Gewichtsteilen Vanadinpentoxid. Die Herstellung des Katalysators erfolgte wie in Beispiel 1 beschrieben.Example 2 A catalyst system was used as the supported catalyst consisting of 7 parts by weight of anhydrous palladium chloride, 4.8 parts by weight pyrolyzed polyacrylonitrile (produced by J.Amer.Chem.Soc, 87, 2676) and 4.8 Parts by weight of vanadium pentoxide. The catalyst was prepared as in Example 1 described.
Unter den gleichen Versuchsbedingungen des Beispiels 1 wurde Nitrobenzol quantitativ umgesetzt und Phenylisocyanat in einer Ausbeute von 72 % d.Th. erhalten.Under the same experimental conditions as in Example 1, nitrobenzene converted quantitatively and phenyl isocyanate in a yield of 72% of theory obtain.
Beispiel 3 Als Trägerkatalysator wurde ein Katalysatorsystem verwendet, das sich aus 7 Gewichtsteilen wasserfreiem Palladiumchlorid, 4,8 Gewichtsteilen pyrolysiertem Polyacrylnitril (hergestellt wie in Beispiel 2) und 4,8 Gewichtsteilen Molybdänoxid zusammensetzte. Das Vermischen der Katalysatorkomponenten erfolgte wie in Beispiel 2.Example 3 The supported catalyst used was a catalyst system that consists of 7 parts by weight of anhydrous palladium chloride, 4.8 parts by weight pyrolyzed polyacrylonitrile (prepared as in Example 2) and 4.8 parts by weight Composed of molybdenum oxide. The catalyst components were mixed as in example 2.
Unter den in Beispiel 1 gegebenen Bedingungen betrug der Nitrobenzolumsatz 98 X und die Phenylisocyanatausbeute 65 % d.Th.Under the conditions given in Example 1, the nitrobenzene conversion was 98 X and the phenyl isocyanate yield 65% of theory
Scisniel 4 Als Trägerkatalysator wurde ein Katalysatorsystem eingesetzt, das wie folet hergestellt wurde: 7 Gewichtsteile Palladiumchlorid wurden in verdünnter Salzsäure gelöst und das Palladium aus der salzsaurenLösung bei Raumtemperatur auf 5 Gewichtsteile feinpulverisiertes wie in Beispiel 2 hergestelltes pyrolysiertes Polyacrylnitril aufgetränkt. Der Palladium enthaltende Träger wurde. bei 1000C und 200 Torr getrocknet und mit einer siedenden Suspension von 4,8 Gewichtsteilen Vanadinpentoxid in Chlorbenzol behandelt. Nach 1 Stunde intensiven Rührens wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und vom Katalysator abgesaugt. Der fertige Katalysator wurde bei 1000C und 200 Torr über Nacht getrocknet.Scisniel 4 A catalyst system was used as the supported catalyst, which was prepared as folet: 7 parts by weight of palladium chloride were diluted in Dissolved hydrochloric acid and the palladium from the hydrochloric acid solution at room temperature 5 parts by weight of finely powdered pyrolyzed as prepared in Example 2 Impregnated with polyacrylonitrile. The palladium-containing carrier was. at 1000C and 200 Torr and dried with a boiling suspension of 4.8 parts by weight of vanadium pentoxide treated in chlorobenzene. After 1 hour of intensive stirring, the mixture was brought to room temperature cooled and sucked off by the catalyst. The finished catalyst was at 1000C and dried overnight at 200 torr.
23,7 g dieses Katalysators, 60 g Nitrobenzol und 200 g Chlorbenzol wurden in einen 0,7-l-Autoklaven eingebracht und 120 bar Kohlenmonoxid aufgepreßt. Der Autoklaveninhalt wurde unter intensivem Rühren auf 1800C aufgeheizt. Dabei stellte sich ein maximaler Druck von 163 bar ein. Nach 2 h wurde auf Raumtemperatur abgekühlt und das Reaktionsprodukt vom Katalysator durch Abnutschen abgetrennt. Die gaschromatographische Analyse ergab quantitativen Umsatz des Nitrobenzols und eine Phenylisocyanat-usbeute von 67 X d.Th.23.7 g of this catalyst, 60 g of nitrobenzene and 200 g of chlorobenzene were placed in a 0.7 l autoclave and 120 bar of carbon monoxide were injected. The contents of the autoclave were heated to 1800 ° C. while stirring vigorously. It posed a maximum pressure of 163 bar. After 2 h, the mixture was cooled to room temperature and the reaction product is separated off from the catalyst by suction filtration. The gas chromatographic Analysis showed quantitative conversion of the nitrobenzene and a phenyl isocyanate yield from 67 X d.Th.
Beispiel 5 (zum Vergleich, ohne Nitrilpolymer): Als Trägerkatalysator wurde ein aus 3,1 Cewichtsteilen Palladiumchlorid, 8,8 Gewichtsteilen Kieselgel und 8,8 Gewichtsteilen Vanadinpentoxid bestehender anorganischer Trägerkatalysator verwendet. Unter den im Beispiel 1 angegebenen Bedingungen wurde Nitrobenzol quantitativ umgesetzt; die Phenylisocyanat-Ausbeute betrug jedoch nur 38,1 d.Th.Example 5 (for comparison, without nitrile polymer): As a supported catalyst was made of 3.1 parts by weight of palladium chloride, 8.8 parts by weight of silica gel and 8.8 parts by weight of vanadium pentoxide existing inorganic supported catalyst used. Under the conditions given in Example 1, nitrobenzene became quantitative implemented; However, the phenyl isocyanate yield was only 38.1 of theory.
Beispiel 6 (zum Vergleich, ohne Nitrilpolymer) Als Trägerkatalysator wurde ein Katalysatorsystem aus Palladiumchlorid auf einen organischen Träger verwendet bestehend aus 7,3 Gewichtsteilen Palladiumchlorid und 92,7 Gewichtsteilen eines Copolymerisats, das wie folgt hergestellt wurde: 32 Gewichtsteile Styrol, 3 Gewichtsteile 4-Vinylpyridin, 3,2 Cewichtsteile Divinyibenzol und 0,4 Gewichtstelle Benzoylperoxid werden in 160 Cewichtsteile wasser eingetragen, das 1,6 Gewichtsteile einer 5 ¢'-igen wässrigen Lösung von Polyvinyl-Carboxynethylcellulose als Dispergiermittel und Stabillsator ent'alt. Die erhaltene Dispersion wird 3 Stunden unter Rühren bei 900 c unter Stickstoff als Schutzgas polymerisiert. Danach wird das Copolymerisat mit Wasser, Aceton und heißem Chloroform gewaschen und 5 Stunden bei 1100C getrocknet.Example 6 (for comparison, without nitrile polymer) As a supported catalyst a palladium chloride on an organic carrier catalyst system was used consisting of 7.3 parts by weight of palladium chloride and 92.7 parts by weight of one Copolymer prepared as follows: 32 parts by weight of styrene, 3 parts by weight 4-vinylpyridine, 3.2 parts by weight divinyibenzene and 0.4 part by weight benzoyl peroxide are added to 160 parts by weight of water, 1.6 parts by weight of a 5 ¢ ' aqueous solution of polyvinyl carboxyethyl cellulose as a dispersant and stabilizer unfolded. The dispersion obtained is stirred for 3 hours at 900 ° C. under nitrogen polymerized as a protective gas. Then the copolymer with water, acetone and washed with hot chloroform and dried at 1100C for 5 hours.
Das Aufbringen des Palladiumchlorids auf das Copolymerisat erfolgte als Palladiumchlorid 'Pyridinkomplex in Form einer 1 ,Jigen Lösung in Chloroform(10 Stunden Rühren bei Raumtemperatur). Der abfiltrierte Trägerkatalysator wurde mit Chloroform gründlich gewaschen und 3 Stunden bei 1000C getrocknet.The palladium chloride was applied to the copolymer as a palladium chloride 'pyridine complex in the form of a 1, Jigen solution in chloroform (10 Hours of stirring at room temperature). The supported catalyst filtered off was with Washed chloroform thoroughly and dried at 1000C for 3 hours.
7,5 g des so hergestellten organischen Trä.gerkatalysators wurden einer Lösung von 20 g Nitrobenzol und 70 g Chlorbenzol zugesetzt und das Reaktionsgemisch in einem 0,3-l-VA-Autoklaven unter starkem Rühren mit Kohlenmonoxid bei 180°C und 170 bar 3 Stunden lang umgesetzt. Man erhielt bei eine: Nitrobenzol-Umsatz von 5 % nur eine Phenylisocyanat-Ausbeute von <4 % d. Th.7.5 g of the organic supported catalyst thus prepared were a solution of 20 g of nitrobenzene and 70 g of chlorobenzene added and the reaction mixture in a 0.3 l VA autoclave with vigorous stirring with carbon monoxide reacted at 180 ° C and 170 bar for 3 hours. One obtained with a: Nitrobenzene conversion of 5% only a phenyl isocyanate yield of <4% d. Th.
Claims (13)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE19772750282 DE2750282A1 (en) | 1977-11-10 | 1977-11-10 | Liq. phase organic isocyanate prepn. - by reacting nitro cpds. with carbon mon:oxide using catalyst supported on heat-modified nitrile polymer |
Applications Claiming Priority (1)
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1977
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