DE4014736A1 - Verfahren zur herstellung von guerbetalkoholen - Google Patents
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Description
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von
Guerbetalkoholen, bei dem man lineare primäre aliphatische Alkohole
in Gegenwart von Alkali- oder Erdalkalihydroxiden und einer
Katalysatormischung, die Eisen-(III)-sulfat, basisches Kupfercarbonat
und Nickel enthält, nach der Guerbet-Reaktion kondensiert.
Die Guerbet-Reaktion stellt ein seit langem bekanntes diskontinuierliches
Ein-Topf-Verfahren zur Herstellung alpha-verzweigter
Alkohole dar, bei dem man primäre Alkohole mit einer Methylengruppe
in alpha-Stellung zur Hydroxylgruppe in Gegenwart von Hydroxylionen
und bei Temperaturen oberhalb von 100°C kondensiert. Hierbei
wird der Alkohol zunächst über die Stufe des Aldehyds zum Aldol
kondensiert, das anschließend dehydratisiert und zum gesättigten
Guerbetalkohol hydriert wird; als unerwünschte Nebenprodukte fallen
insbesondere höhere Oligomere an. Guerbetalkohole eignen sich
z. B. als Überfettungsmittel, Schmierstoffe und Rohstoffe zur Herstellung
von Tensiden [Soap. Cosm., Chem. Spec., April, 52 (1987)].
Da die Guerbet-Reaktion eine komplexe Folge von Reaktionsschritten
darstellt, werden zum Erreichen ausreichend hoher Gehalte an Guerbetalkoholen
im Kondensationsgemisch so lange Reaktionszeiten benötigt,
daß eine kontinuierliche Durchführung der Reaktion, die
aus ökonomischen Gründen wünschenswert wäre, bislang nicht in Betracht
kommen konnte.
Es ist bekannt, daß die Kondensationsgeschwindigkeit mit der Konzentration
an Hydroxylionen in der Reaktionsmischung zunimmt. Da
jedoch in gleicher Weise der Anteil an unerwünschten Oligomerisierungsprodukten
deutlich ansteigt, stellt dieses Verfahren
keine befriedigende Lösung des Problems dar.
Aus der Literatur sind eine Vielzahl von Verfahren bekannt, bei
denen die Kondensation der Alkohole in Gegenwart von Alkalihydroxiden
und Katalysatoren durchgeführt wird. So ist z. B. aus der
deutschen Patentschrift DE-C 27 03 746 die gemeinsame Verwendung
von Kaliumhydroxid, Eisensulfat und basischem Kupfercarbonat bekannt.
In der europäischen Patentanmeldung EP-A 00 89 569 wird
vorgeschlagen, die Kondensation in Gegenwart eines metallischen
Kupfer/Nickel-Katalysators durchzuführen. Gemäß der Lehre der
deutschen Patentanmeldung DE-A 35 20 185 kann die Kondensation von
linearen aliphatischen Alkoholen mit Benzylalkohol in Gegenwart
von Nickel als Hydrierkatalysator durchgeführt werden. Die Verwendung
von Katalysatormischungen auf Nickel/Palladium-Basis wird
schließlich in Bull. Soc. Chim. Fr., 9-10, 253 (1983) beschrieben.
Keines der genannten Verfahren enthält jedoch einen Hinweis darauf,
daß die Verwendung der genannten Katalysatorsysteme einen
signifikanten Einfluß auf die Geschwindigkeit der Kondensationsreaktion
ausübt.
Aufgabe der Erfindung war es daher ein Verfahren zur Herstellung
von Guerbetalkoholen zu entwickeln, das frei von den geschilderten
Nachteilen ist.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von
Guerbetalkoholen durch Kondensation von linearen primären aliphatischen
Alkoholen im alkalischen Medium nach der Guerbet-Reaktion,
dadurch erhältlich, daß die Reaktion in Gegenwart eines Alkali-
oder Erdalkalihydroxids und einer Katalysatormischung enthaltend
- I) Eisen-(III)-sulfat,
- II) basisches Kupfercarbonat und
- III) Nickel
durchgeführt wird.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Kondensation von
linearen primären Alkoholen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
mit überraschend hoher Geschwindigkeit erfolgt und eine kontinuierliche
Durchführung des Verfahrens möglich ist.
Zur Herstellung von Guerbetalkoholen eignen sich lineare primäre
aliphatische Alkohole mit 6 bis 22 Kohlenstoffatomen. Typische
Beispiele sind Hexanol, Octanol, Decanol, Caprinalkohol, Laurylalkohol,
Myristylalkohol, Cetylalkohol, Palmitoleylalkohol, Stearylalkohol,
Oleylalkohol, Elaidylalkohol, Petroselinylalkohol,
Linolylalkohol, Linolenylalkohol, Gadoleylalkohol, Arachidylalkohol,
Behenylalkohol und Erucylalkohol. Bevorzugt sind gesättigte
Alkohole, insbesondere solche, die 8 bis 10 Kohlenstoffatome aufweisen.
Die Guerbet-Reaktion wird in Gegenwart von 2 bis 10 Gew.-%, bezogen
auf den Alkohol, Alkali- oder Erdalkalihydroxid, insbesondere
Kaliumhydroxid durchgeführt. Im Hinblick auf eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit
und einen geringen Gehalt an unerwünschten Oligomeren
im Reaktionsprodukt, empfiehlt es sich, die Alkali- oder
Erdalkalihydroxide in einer Konzentration von 3 bis 4 Gew.-%, bezogen
auf den Alkohol, einzusetzen. Das Alkali- oder Erdalkalihydroxid
kann dabei sowohl in fester Form, z. B. als Schuppen oder
in Form einer 25 bis 85 gew.-%igen wäßrigen oder alkoholischen
Lösung eingesetzt werden. Insbesondere für eine kontinuierliche
Durchführung des Verfahrens empfiehlt es sich, das Hydroxid der
Reaktionsmischung in Form einer alkoholischen Lösung zuzuführen.
Die Herstellung der Katalysatormischung erfolgt zweckmäßigerweise
dadurch, daß man feinverteiltes Nickelpulver, wie man es z. B.
durch Reduktion von Nickel-(II)-formiat mit Wasserstoff bei 280°C
erhält, bei Temperaturen von 50 bis 90°C in einem Fettalkohol mit
6 bis 10 Kohlenstoffatomen oder einem Triglycerid, z. B. Fischöl,
dispergiert und die weiteren Bestandteile, das Eisen-(III)-sulfat
und das basische Kupfercarbonat, einrührt. Da die katalytische
Aktivität der Dispersion begrenzt ist, empfiehlt es sich weiterhin,
die Zubereitung der Katalysatormischung unmittelbar vor der
Kondensation durchzuführen. Die Salze können dabei in technischer
Qualität, d. h. in einer Reinheit von wenigstens 95 Gew.-% eingesetzt
werden. Im Hinblick auf den Einsatz des Eisen-(III)-sulfats
ist es unerheblich, ob das Salz Kristallwasser enthält oder nicht.
Aus Gründen der leichten Verfügbarkeit wird das Eisen-(III)-sulfat
jedoch vorzugsweise in Form des Pentahydrats verwendet.
Für die Durchführung des Verfahrens ist es ferner unerheblich, ob
das Alkali- oder Erdalkylihydroxid und die Katalysatormischung
zunächst vereinigt und dann gemeinsam dem Fettalkohol zugesetzt
werden oder ob die Vereinigung der drei Reaktionspartner erst im
Reaktionsgefäß stattfindet.
Die Katalysatormischung kann die Komponenten in einem Gewichtsverhältnis
von Eisen-(III)-sulfat zu basischem Kupfercarbonat zu Nickel
von 0,25 : 0,25 : 1 bis 1 : 1 : 1 enthalten. Besonders vorteilhaft
ist ein Gewichtsverhältnis von 0,5 : 0,5 : 1.
Die Katalysatormischung wird in einer Konzentration von 0,05 bis 1
Gew.-%, bezogen auf den Fettalkohol, eingesetzt. Besonders vorteilhaft
ist ein Einsatzverhältnis von 0,2 bis 0,5 Gew.-%.
Die Kondensationstemperatur richtet sich nach der Auswahl der Alkohole
und wird durch deren Siedepunkt nach oben hin begrenzt;
eine untere Grenze ergibt sich aus der Notwendigkeit, das gebildete
Kondensationswasser aus der Reaktionsmischung zu entfernen.
Es empfiehlt sich, die Kondensation bei einer Temperatur von mindestens
180°C und höchstens 250°C durchzuführen. Als optimal im
Hinblick auf die Reaktionsgeschwindigkeit hat sich ein Temperaturbereich
von 220 bis 240°C erwiesen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird die Kondensation kontinuierlich in einer Kaskadenapparatur
durchgeführt, die aus mindestens drei vertikal zueinander
angeordneten und über jeweils einen Überlauf miteinander verbundenen
Kolben ("Stufen") besteht. Die erste Stufe ist ferner mit einem
Rückflußkühler mit Wasserabscheider und einer Dosiervorrichtung
für das Alkali- oder Erdalkalihydroxid und die Katalysatormischung
ausgerüstet. Eine derartige Anordnung bietet den Vorteil,
daß nichtumgesetzter Alkohol und Kondensationswasser unter den Reaktionsbedingungen
aus jeder der einzelnen Stufen in die Stufe 1
zurückdestillieren und dort im Kühler oder Wasserabscheider kondensiert
werden. Durch diese Maßnahme wird in der letzten Stufe
der Kaskade ein besonders niedriger Restgehalt an nichtumgesetzten
Ausgangsprodukt erreicht. Die beschriebene Trennwirkung nimmt mit
der Anzahl der Stufen zu. Auf diese Weise lassen sich Kondensationsprodukte
erhalten, die einen Gehalt an Guerbetalkohol von
mindestens 60, vorzugsweise 70 Gew.-% aufweisen.
Die folgenden Beispiele sollen den Gegenstand der Erfindung näher
erläutern, ohne ihn darauf einzuschränken.
- I) Eisen-(III)-sulfat-pentahydrat, Fe₂(SO₄)₃ · 5H₂O; Fa. Aldrich, Reinheit < 95 Gew.-%
- II) Basisches Kupfercarbonat, CuCO₃ · Cu(OH)₂; Fa. Aldrich, Reinheit < 95 Gew.-%
- III) 17 gew.-%ige Aufschlämmung von Nickel in Fettalkohol oder
Fischöl;
Nickel hergestellt durch Reduktion von Nickel-(II)-formiat mit Wasserstoff bei 280°C.
In einem 2-l-Dreihalskolben,
ausgerüstet mit Rührer, Thermometer, angeschlossen
an eine Temperaturregeleinheit, Rückflußkühler und Wasserabscheider
wurden 600 g Alkohol vorgelegt und mit 3 bis 8 Gew.-% Kaliumhydroxid-Plätzchen,
bezogen auf den Alkohol, sowie der Katalysatormischung
(Komponenten I, II und III) versetzt. Anschließend
wurde die Mischung unter kräftigem Rühren so lange erhitzt, bis
kein Wasser mehr im Wasserabscheider anfiel und die Temperatur von
240°C im Reaktionsgemisch erreicht war.
Die Einsatzmengen, Katalysatorzusammensetzungen und Reaktionszeiten
sind in Tab. 1 und 2 zusammengefaßt. Die Reaktionszeiten wurden
dabei vom Beginn bis zum Ende des Wasseranfalls gerechnet.
Die Versuche zur
kontinuierlichen Guerbetisierung von Octanol wurden in einer
dreistufigen Kaskadenapparatur durchgeführt:
Stufe 1:
1-l-Vierhalskolben mit Dosiervorrichtung, Gaseinleitungsrohr mit Fritte, Kontaktthermometer, Wasserabscheider und Rückflußkühler sowie einem Überlauf zur Stufe 2 in 2/3 der Höhe des Kolbens.
Stufe 2:
1-l-Dreihalskolben mit Verbindung zum Überlauf der Stufe 1, Gaseinleitungsrohr mit Fritte, Kontaktthermometer, sowie einem Überlauf zur Stufe 3 in 2/3 der Höhe des Kolbens.
Stufe 3:
1-l-Dreihalskolben mit Verbindung zum Überlauf der Stufe 2, Gaseinleitungsrohr mit Fritte, Kontaktthermometer und Bodenablaß.
1-l-Vierhalskolben mit Dosiervorrichtung, Gaseinleitungsrohr mit Fritte, Kontaktthermometer, Wasserabscheider und Rückflußkühler sowie einem Überlauf zur Stufe 2 in 2/3 der Höhe des Kolbens.
Stufe 2:
1-l-Dreihalskolben mit Verbindung zum Überlauf der Stufe 1, Gaseinleitungsrohr mit Fritte, Kontaktthermometer, sowie einem Überlauf zur Stufe 3 in 2/3 der Höhe des Kolbens.
Stufe 3:
1-l-Dreihalskolben mit Verbindung zum Überlauf der Stufe 2, Gaseinleitungsrohr mit Fritte, Kontaktthermometer und Bodenablaß.
Die Stufen 1 bis 3 wurden vertikal zueinander angeordnet.
Die Dosiervorrichtung von Stufe 1 bestand aus einem Vorratsgefäß,
in dem bei 80°C Kaliumhydroxid in Octanol gelöst und die Katalysatormischung
bestehend aus den Komponenten I, II und III durch Rühren
dispergiert wurde sowie einer Preßpumpe der Firma Prominent
Elektronik, mit deren Hilfe die Mischung in den Kolben gefördert
wurde.
Die Verbindungsrohre zwischen dem Überlauf der einen und dem Einlauf
der nachfolgenden Stufe tauchten in die Reaktionslösung ein.
In ihrer Ausführung waren die Verbindungsrohre derart beschaffen,
daß durch Löcher oberhalb der Eintauchzone nichtumgesetzter Alkohol
in die vorgeschalteten Stufen destillieren konnte.
Zur Durchmischung der Reaktanten wurde in die drei Stufen Stickstoff
(800 ml/h) eingeleitet.
Die Beheizung der Stufen erfolgte mit Heizpilzen, die über die
Kontaktthermometer geregelt wurden. Als Sollwert wurde eine Temperatur
von 240°C eingestellt.
Zur Ermittlung der Zusammensetzung wurden die Produkte über eine
Destillationskolonne (14 theoretische Böden) im Hochvakuum fraktioniert.
Hierbei wurden folgende Fraktionen gewonnen:
Kopftemperatur, < 100°C: nichtumgesetzter Alkohol
Kopftemperatur, 100 bis 160°C: Guerbetalkohol
Sumpftemperatur, bis 350°C: Trimerisierte Alkohole
Kopftemperatur, 100 bis 160°C: Guerbetalkohol
Sumpftemperatur, bis 350°C: Trimerisierte Alkohole
Die Einsatzmengen, Versuchsbedingungen sowie die Zusammensetzung
der Reaktionsprodukte sind in Tab. 3 zusammengefaßt.
Die kontinuierliche Guerbetisierung von Octanol wurde in einer
Apparatur gemäß den Beispielen 7 bis 14 durchgeführt. Die Zugabe
der alkoholischen Kaliumhydroxidlösung und der Katalysatormischung
erfolgte aus zwei separaten Behältern über zwei Preßpumpen. Die
Guerbetalkoholfraktion wies eine Hydroxylzahl von 211 und eine
Carbonylzahl von 14,7 auf. Einsatzmengen, Versuchsbedingungen sowie
die Zusammensetzung der Reaktionsprodukte sind in Tab. 4 zusammengefaßt.
Die kontinuierliche
Guerbetisierung von Decanol wurde in einer Apparatur gemäß den
Beispielen 7 bis 14 durchgeführt. Die Einsatzmengen, Versuchsbedingungen
sowie die Zusammensetzung der Reaktionsprodukte sind
in Tab. 5 zusammengefaßt.
Claims (9)
1. Verfahren zur Herstellung von Guerbetalkoholen durch Kondensation
von linearen primären aliphatischen Alkoholen im alkalischen
Medium nach der Guerbet-Reaktion, dadurch gekennzeichnet,
daß die Reaktion in Gegenwart eines Alkali- oder Erdalkalihydroxids
und einer Katalysatormischung enthaltend
- I) Eisen-(III)-sulfat,
- II) basisches Kupfercarbonat und
- III) Nickel
durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Reaktion durch Kondensation von linearen primären aliphatischen
Alkoholen mit 6 bis 22 Kohlenstoffatomen durchgeführt
wird.
3. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kondensation in Gegenwart von Kaliumhydroxid
durchgeführt wird.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Alkali- oder Erdalkalihydroxid in einer
Konzentration von 2 bis 10 Gew.-%, bezogen auf den Alkohol,
eingesetzt wird.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Katalysatormischung eingesetzt wird,
deren Gewichtsverhältnis von Eisen-(III)-sulfat zu basischem
Kupfercarbonat zu Nickel 0,25 : 0,25 : 1 bis 1 : 1 : 1 beträgt.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Katalysatormischung in einer Konzentration
von 0,05 bis 1 Gew.-%, bezogen auf den Alkohol, eingesetzt
wird.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kondensation bei einer Temperatur von
180 bis 250°C durchgeführt wird.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kondensation kontinuierlich in einer
Kaskadenapparatur durchgeführt wird.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4014736A DE4014736A1 (de) | 1990-05-08 | 1990-05-08 | Verfahren zur herstellung von guerbetalkoholen |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4014736A DE4014736A1 (de) | 1990-05-08 | 1990-05-08 | Verfahren zur herstellung von guerbetalkoholen |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4014736A1 true DE4014736A1 (de) | 1991-11-14 |
Family
ID=6405954
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE4014736A Withdrawn DE4014736A1 (de) | 1990-05-08 | 1990-05-08 | Verfahren zur herstellung von guerbetalkoholen |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4014736A1 (de) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995002658A1 (de) * | 1993-07-15 | 1995-01-26 | Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien | Hydrauliköle enthaltend biologisch abbaubare guerbetalkohole |
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| WO1999007661A1 (de) * | 1997-08-11 | 1999-02-18 | RWE-DEA Aktiengesellschaft für Mineraloel und Chemie | Verfahren zur herstellung von metallfreien guerbetalkoholen |
| US20230037136A1 (en) * | 2019-12-18 | 2023-02-02 | Kao Corporation | Method for producing guerbet alcohol |
-
1990
- 1990-05-08 DE DE4014736A patent/DE4014736A1/de not_active Withdrawn
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