DE2337158C2 - Process for the preparation of alkanecarboxylic acids - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Alkancarbonsäuren mit 4 bis 24 C-Atomen durch Umsetzung von Olefinen mit einer Carbonylverbindung, die wenigstens ein Wasserstoffatom am α-Kohlenstoffatom aufweist, in Gegenwart einer dreiwertigen Manganverbindung.The invention relates to a process for the preparation of alkanecarboxylic acids having 4 to 24 C atoms by reacting olefins with a carbonyl compound which has at least one hydrogen atom on the α-carbon atom in the presence of a trivalent manganese compound.
Unter einer Alkancarbonsäure ist hier eine aliphatische Carbonsäure mit 4-24 C-Atomen zu verstehen und unter einem Alken ist ein aliphatisches Olefin zu verstehen.An alkanecarboxylic acid is an aliphatic carboxylic acid with 4-24 C atoms and an alkene is an aliphatic olefin.
Ein derartiges Verfahren wird in der belgischen Patentschrift Nr. 7 34 184 beschrieben. Obwohl nach diesem bekannten Verfahren eine gute Ausbeute an Alkan- bzw. Aralkansäuren erzielt werden kann, zeigt eine weitere Analyse, daß die Säure zu einem großen Teil aus einem Reaktionsprodukt besteht, bei dem pro Äthylengruppe des Alkens oder Aralkens zwei Carbonylverbindungen gebunden worden sind; aus diesen Verbindungen kann eine durch Hydrolyse entfernt werden. Wenn es sich bei der Carbonylverbindung um eine Kombination von Essigsäure und Essigsäureanhydrid handelt, wird sich bei der Umsetzung eines α-Olefins in der Hauptsache die γ-Acetoxyalkansäure bilden anstelle der wirtschaftlich viel bedeutenderen Alkansäure ohne Acetoxygruppe in der γ-Stellung. In Beispiel 1 der oben erwähnten Patentschrift, in dem als Ausgangsmaterialien 1-Octen, und eine Mischung von 500 ml Essigsäure und 100 ml Essigsäureanhydrid mit Mangandioxyd als Koppelungsreagens verwendet wird, ist die Rede von 75 % Ausbeute an n-Decansäure. Zu diesem Wert für die Ausbeute ist man jedoch nur durch eine Fehlinterpretation der Analysenergebnisse gekommen, wie leicht festzustellen ist. Das Gleiche gilt auch für Beispiel 9 der oben erwähnten Patentschrift.Such a process is described in Belgian Patent Specification No. 7 34 184. Although a good yield of alkanoic or aralkanoic acids can be achieved by this known process, further analysis shows that the acid consists to a large extent of a reaction product in which two carbonyl compounds have been bonded to each ethylene group of the alkene or aralkene; one of these compounds can be removed by hydrolysis. If the carbonyl compound is a combination of acetic acid and acetic anhydride, the reaction of an α-olefin will mainly form γ-acetoxyalkanoic acid instead of the economically much more important alkanoic acid without an acetoxy group in the γ-position. In Example 1 of the above-mentioned patent, in which 1-octene and a mixture of 500 ml of acetic acid and 100 ml of acetic anhydride with manganese dioxide as coupling reagent are used as starting materials, a yield of 75% of n-decanoic acid is mentioned. However, this yield value was only arrived at by misinterpretation of the analysis results, as can easily be seen. The same applies to Example 9 of the above-mentioned patent.
Zur Steigerung der aus der Verfahrensweise der BE-PS 7 34 184 resultierenden unwirtschaftlichen Ausbeute an Alkancarbonsäuren war die Aufklärung des Reaktionsmechanismus erforderlich, der weiter unten näher angegeben wird. Aus dem Radikalmechanismus ergibt sich, daß man die oben erwähnten Säuren nur dann in wirtschaftlicher Ausbeute herstellen kann, wenn die folgende Kombination erfüllt wird: a) Die oben erwähnte Carbonylverbindung muß zumindest zu 60 Gew.-%, vorzugsweise zumindest zu 95 Gew.-% aus Essigsäureanhydrid bestehen, b) die Konzentration von dreiwertigem Mangan muß außergewöhnlich gering gehalten werden und c) die Olefinkonzentration darf ebenfalls nur gering sein.In order to increase the uneconomical yield of alkanecarboxylic acids resulting from the procedure of BE-PS 7 34 184, it was necessary to clarify the reaction mechanism, which is described in more detail below. It follows from the radical mechanism that the above-mentioned acids can only be produced in an economical yield if the following combination is met: a) the above-mentioned carbonyl compound must consist of at least 60% by weight, preferably at least 95% by weight, acetic anhydride, b) the concentration of trivalent manganese must be kept exceptionally low and c) the olefin concentration must also be low.
Unter Konzentration, ausgedrückt in Mol pro Liter (Mol/l) ist im folgenden die Anzahl von Grammolekülen pro Liter zu verstehen.In the following, concentration, expressed in moles per litre (mol/l), is understood to mean the number of gram molecules per litre.
Die Erfindung besteht darin, daß man bei dem Verfahren der oben erwähnten, an sich bekannten Art eine Carbonylverbindung, die zumindest aus 60 Gew.-% Essigsäureanhydrid besteht, einsetzt und während der Umsetzung der Konzentration der dreiwertigen Manganverbindung bei 10-3 bis 10-10 Mol pro Liter sowie die Konzentration des Olefins bei weniger als 0,1 Mol pro Liter hält. Auf diese Weise ist es möglich, mit einer Ausbeute von mehr als 70 % eine Alkansäure herzustellen, die nur eine Carboxylgruppe pro Äthylengruppe aufweist. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß mehr als 95 % der während der Reaktion gebildeten zweiwertigen Manganverbindung sich leicht durch eine einfache Filtration entfernen läßt.The invention consists in using a carbonyl compound which consists of at least 60% by weight of acetic anhydride in the process of the type mentioned above and known per se, and in maintaining the concentration of the trivalent manganese compound at 10 -3 to 10 -10 moles per liter and the concentration of the olefin at less than 0.1 mole per liter during the reaction. In this way it is possible to produce an alkanoic acid which has only one carboxyl group per ethylene group with a yield of more than 70%. Another important advantage of the process according to the invention is that more than 95% of the divalent manganese compound formed during the reaction can be easily removed by simple filtration.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Reaktion nach einem Radikalmechanismus verläuft, der wie folgt wiedergegeben werden kann.The invention is based on the finding that the reaction proceeds according to a radical mechanism, which can be described as follows.
HOAc und Ac2O bedeuten Essigsäure bzw. Essigsäureanhydrid. Die Startreaktion verläuft wie folgt: &udf53;np100&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz9&udf54; &udf53;vu10&udf54;HOAc and Ac 2 O mean acetic acid and acetic anhydride respectively. The initial reaction proceeds as follows: &udf53;np100&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz9&udf54;&udf53;vu10&udf54;
Es wurde gefunden, daß das Radikal &udf53;np100&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz9&udf54; &udf53;vu10&udf54;It was found that the radical &udf53;np100&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz9&udf54;&udf53;vu10&udf54;
sich leicht an eine Äthylengruppe gemäß folgender Gleichung addieren läßt: &udf53;np100&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz9&udf54; &udf53;vu10&udf54;can be easily added to an ethylene group according to the following equation: &udf53;np100&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz9&udf54;&udf53;vu10&udf54;
Das Additionsprodukt ist wieder ein Radikal, so daß es ebenfalls die Tendenz zeigt, schnell mit einem anderen Molekül zu reagieren. Da das Reaktionsgemisch aus verschiedenen Komponenten gebildet wird, sind auch verschiedene Reaktionen möglich. Es versteht sich, daß, je größer der Anteil an Molekülen ist, der von einer bestimmten Verbindung anwesend ist, um so größer die Wahrscheinlichkeit ist, daß das genannte Radikal hiermit reagieren wird. In Gegenwart von viel Essigsäureanhydrid wird sich das gemischte Anhydrid der gewünschten Alkancarbonsäure bilden, wobei sogleich wieder ein neues Radikal der Formel &udf53;np100&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz9&udf54; &udf53;vu10&udf54;The addition product is again a radical, so that it also shows the tendency to react quickly with another molecule. Since the reaction mixture is formed from different components, different reactions are also possible. It is understood that the larger the proportion of molecules of a certain compound present, the greater the probability that the radical in question will react with it. In the presence of a large amount of acetic anhydride, the mixed anhydride of the desired alkanecarboxylic acid will form, immediately forming a new radical of the formula &udf53;np100&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz9&udf54;&udf53;vu10&udf54;
entsteht: &udf53;np100&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz9&udf54; &udf53;vu10&udf54;is created: &udf53;np100&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz9&udf54;&udf53;vu10&udf54;
Hieraus wird die große Bedeutung einer hohen Carbonsäureanhydridkonzentration ersichtlich.This shows the great importance of a high carboxylic anhydride concentration.
Mit dreiwertigem Mangan wird folgende Reaktion ablaufen: &udf53;np100&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz9&udf54; &udf53;vu10&udf54;&udf53;np100&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz9&udf54; &udf53;vu10&udf54;&udf53;np100&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz9&udf54; &udf53;vu10&udf54;With trivalent manganese the following reaction will occur: &udf53;np100&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz9&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;np100&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz9&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;np100&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz9&udf54;&udf53;vu10&udf54;
Um dieser unerwünschten Nebenreaktion soviel wie möglich entgegenzuwirken, ist es wünschenswert, die Konzentration von dreiwertigem Mangan niedrig zu halten.In order to counteract this undesirable side reaction as much as possible, it is desirable to keep the concentration of trivalent manganese low.
Eine andere wichtige Nebenreaktion, die unter der Annahme eines Raktionsmechanismus gemäß der Erfindung auftreten kann, ist die Telomerisation, wobei das Radikal &udf53;np100&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz9&udf54; &udf53;vu10&udf54;Another important side reaction that can occur assuming a reaction mechanism according to the invention is telomerization, whereby the radical &udf53;np100&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz9&udf54;&udf53;vu10&udf54;
mit einem Alken (z. B. einem α-Olefin) unter Bildung eines Dimeren reagiert: &udf53;np100&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz9&udf54; &udf53;vu10&udf54;reacts with an alkene (e.g. an α-olefin) to form a dimer: &udf53;np100&udf54;&udf53;vu10&udf54;&udf53;vz9&udf54;&udf53;vu10&udf54;
Dieses Dimerradikal kann in der Folge wieder mit Essigsäureanhydrid unter der Bildung einer dimeren verzweigten Säure reagieren; es kann auch mit dreiwertigem Mangan reagieren. Hieraus wird die große Bedeutung ersichtlich, die einer nicht zu hohen Alkenkonzentration beizumessen ist.This dimer radical can then react again with acetic anhydride to form a dimeric branched acid; it can also react with trivalent manganese. This shows the great importance of not having too high an alkene concentration.
Wenn die Carbonylverbindung in Form des Essigsäureanhydrids in Mengen von weniger als 60 Gew.-% vorhanden ist, werden verhältnismäßig viel Nebenprodukte durch Dimerisation, oder Laktonbildung gebildet, so daß das vorgeschlagene Verfahren wirtschaftlich weniger attraktiv wird.If the carbonyl compound in the form of acetic anhydride is present in amounts of less than 60 wt.%, relatively large amounts of by-products are formed by dimerization or lactone formation, so that the proposed process becomes economically less attractive.
Dasselbe gilt auch für eine Konzentration an dreiwertiger Manganverbindung, die größer als 10-3 Mol/1ist, wogegen bei einer Konzentration, die kleiner als 10-10 Mol/l ist, die Reaktionsgeschwindigkeit so sehr zurückgeht, daß das Verfahren vom wirtschaftlichen Standpunkt nicht mehr interessant ist.The same applies to a concentration of trivalent manganese compound which is greater than 10 -3 mol/l, whereas at a concentration which is less than 10 -10 mol/l the reaction rate decreases so much that the process is no longer interesting from an economic point of view.
Auch die Alkenkonzentration soll nicht höher als 0,1 Mol/ Liter sein, da sich auch dann zu viele Nebenprodukte bilden, die in diesem Fall zu einem großen Teil aus Dimeren und weiteren Telomeren bestehen.The alkene concentration should also not be higher than 0.1 mol/litre, as this would result in too many by-products being formed, which in this case consist largely of dimers and other telomeres.
Es hat sich gezeigt, daß die günstigsten Ergebnisse erhalten werden, wenn das Verfahren gemäß der Erfindung so durchgeführt wird, daß die Konzentration der dreiwertigen Manganverbindung zwischen 10-5 und 10-7 Mol/l liegt. Die Konzentration beträgt vorzugsweise annähernd 10-6 Mol/l.It has been found that the most favourable results are obtained when the process according to the invention is carried out in such a way that the concentration of the trivalent manganese compound is between 10 -5 and 10 -7 mol/l. The concentration is preferably approximately 10 -6 mol/l.
Obwohl die Alkenkonzentration etwas weniger kritisch ist als die Konzentration der dreiwertigen Manganverbindung, so wurde doch gefunden, daß optimale Ergebnisse in einem Konzentrationsbereich von 10-4 und 10-5 Mol/l erzielt werden.Although the alkene concentration is somewhat less critical than the concentration of the trivalent manganese compound, it was found that optimal results are obtained in a concentration range of 10 -4 and 10 -5 mol/l.
Zu den Alkenen, die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet sind, gehören sowohl cyclische als auch acyclische Olefine. Sie können sowohl substituiert als auch nicht substituiert sein und mehrere ungesättigte Äthylengruppen enthalten. Es ist von Wichtigkeit, daß sie innerhalb des Temperaturbereichs, in dem die Reaktion mit einer annehmbaren Geschwindigkeit verläuft, nämlich zwischen etwa 50 und 250°C, in Essigsäureanhydrid löslich sind. Als Beispiele können u. a. genannt werden alle α-Olefine von C&sub2; bis C&sub2;&sub2;, 1,3-Butadien, 1,5-Hexadien, Allylbenzol, Cycloocten und Cyclohexen.The alkenes suitable for carrying out the process according to the invention include both cyclic and acyclic olefins. They can be substituted or unsubstituted and contain several unsaturated ethylene groups. It is important that they are used within the temperature range in which the reaction proceeds at an acceptable rate, namely between about 50 and 250°C. Acetic anhydride is soluble. Examples include all α-olefins from C₂ to C₂₂, 1,3-butadiene, 1,5-hexadiene, allylbenzene, cyclooctene and cyclohexene.
Im allgemeinen wird ein Produkt mit einer möglichst homogenen Zusammensetzung angestrebt. Deshalb werden bevorzugt die dreiwertigen Manganverbindungen in Form eines Salzes der Carbonsäure verwendet, von der sich das eingesetzte Carbonsäureanhydrid ableitet. Auf diese Weise wird der Bildung von mehreren Säureanhydriden soweit wie möglich entgegengewirkt.In general, a product with as homogeneous a composition as possible is desired. Therefore, the trivalent manganese compounds are preferably used in the form of a salt of the carboxylic acid from which the carboxylic anhydride used is derived. In this way, the formation of multiple acid anhydrides is counteracted as far as possible.
Die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung kann auf verschiedene Arten stattfinden. Um zu verhindern, daß als Folge der stark verdünnten Konzentration der Komponenten, die an der Reaktion teilnehmen, das nachfolgende Aufarbeiten der Reaktionsmischung zu teuer wird wegen der großen Mengen an Lösungsmittel, wird die dreiwertige Manganverbindung vorzugsweise nach und nach zugegeben. Während der Zugabe scheidet sich die gebildete Carboxylsäure in Form eines Anhydrids ab, ohne daß sich dabei große Mengen von unerwünschten Nebenprodukten als eine Folge von Nebenreaktionen bilden.The process according to the invention can be carried out in various ways. In order to prevent the subsequent work-up of the reaction mixture from becoming too expensive due to the large amounts of solvent as a result of the highly diluted concentration of the components participating in the reaction, the trivalent manganese compound is preferably added gradually. During the addition, the carboxylic acid formed separates out in the form of an anhydride without large amounts of undesirable by-products being formed as a result of side reactions.
Durch gutes Rühren des Reaktionsgemisches kann trotz der niedrigen Konzentrationen einer der Reaktionskomponenten in Anbetracht der großen Geschwindigkeit, mit der die Reaktion abläuft, pro Volumeneinheit des Reaktors ein hoher Umsetzungsgrad erhalten werden. Gutes Mischen ist ebenfalls von Bedeutung, um zu vermeiden, daß plötzlich lokal eine zu hohe Konzentration auftritt, so daß die oben erwähnten Nebenreaktionen stattfinden könnten.By stirring the reaction mixture well, a high degree of conversion can be obtained per unit volume of the reactor despite the low concentrations of one of the reaction components, given the high speed at which the reaction takes place. Good mixing is also important to avoid a sudden local increase in concentration that could lead to the side reactions mentioned above.
Obwohl, wie bereits oben angegeben, die Konzentration an Alken weniger kritisch ist als die Konzentration an dreiwertigem Mangan, gilt auch hier, daß die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn das Alken allmählich dem Reaktionsgemisch zugefügt wird.Although, as already stated above, the concentration of alkene is less critical than the concentration of trivalent manganese, again the best results are obtained when the alkene is added gradually to the reaction mixture.
Die Temperatur, bei der das Verfahren gemäß der Erfindung mit gutem Erfolg ausgeführt werden kann, liegt bei etwa 50 bis 250°C und hängt von den eingesetzten Reaktionskomponenten ab. Temperaturen zwischen 70 und 200°C wird der Vorzug gegeben.The temperature at which the process according to the invention can be carried out successfully is about 50 to 250°C and depends on the reaction components used. Temperatures between 70 and 200°C are preferred.
Wenn das Essigsäureanhydrid verhältnismäßig große Mengen an Essigsäure und Wasser enthält und/oder wenn anstelle von wasserfreiem Mangan(III)-acetat Mn(OAc)&sub3; · 2H&sub2;O zur Verwendung gelangt, soll die Reaktionstemperatur vorzugsweise oberhalb des Siedepunktes von Wasser und oberhalb des Siedepunktes der von dem verwendeten Anhydrid abgeleiteten Carbonsäure, jedoch unterhalb des Siedepunktes des verwendeten Carbonsäureanhydrids liegen.When the acetic anhydride contains relatively large amounts of acetic acid and water and/or when Mn(OAc)₃·2H₂O is used instead of anhydrous manganese(III) acetate, the reaction temperature should preferably be above the boiling point of water and above the boiling point of the carboxylic acid derived from the anhydride used, but below the boiling point of the carboxylic anhydride used.
Die Reaktion kann selbstverständlich auch in einem Autoklaven unter erhöhtem Druck durchgeführt werden. Im Zusammenhang mit den Siedepunkten der Reaktionskomponenten kann es auch in bestimmten Fällen wünschenswert sein, die Reaktion unter reduziertem Druck durchzuführen.The reaction can of course also be carried out in an autoclave under increased pressure. In connection with the boiling points of the reaction components, it may also be desirable in certain cases to carry out the reaction under reduced pressure.
Die Reaktion kann sowohl diskontinuierlich als auch kontinuierlich durchgeführt werden. Bei kontinuierlicher Fahrweise kann es von Vorteil sein, wenn man in einem Reaktor dem Reaktionsgemisch, das in der Hauptsache Essigsäureanhydrid enthält, das Olefin, die dreiwertige Manganverbindung und das Essigsäureanhydrid unter gutem Rühren langsam zufügt, evtl. gebildetes Wasser und Carbonsäure über die Gasphase am Kopf des Reaktors abführt und am unteren Ende des Reaktors das Carbonsäureanhydrid, welches das Reaktionsprodukt enthält, abführt, abkühlt, filtriert und isoliert. Das bei dieser Auftrennung freiwerdende Essigsäureanhydrid kann wieder dem Reaktionsgemisch zugeleitet werden.The reaction can be carried out either discontinuously or continuously. In a continuous mode, it can be advantageous to slowly add the olefin, the trivalent manganese compound and the acetic anhydride to the reaction mixture, which mainly contains acetic anhydride, in a reactor with good stirring, to remove any water and carboxylic acid formed via the gas phase at the top of the reactor and to remove, cool, filter and isolate the carboxylic anhydride, which contains the reaction product, at the bottom of the reactor. The acetic anhydride released during this separation can be fed back into the reaction mixture.
Entsprechend Beispiel 9 der belgischen Patentschrift 7 34 184 werden 0,318 Mol n-Octen (50 ml) und 0,1 Mol (23,2 g) Mn(OAc)&sub3; in einer Stickstoffatmosphäre mit 600 ml Essigsäure und 100 ml Essigsäureanhydrid gemischt. Das Gemisch wird auf 110°C erhitzt, bis die Farbe des dreiwertigen Mangans verschwunden ist. Beim Abkühlen der Mischung scheidet sich keine zweiwertige Manganverbindung ab. Nach Abdampfen des Essigsäureanhydridgemisches wird zu dem Rückstand Wasser hinzugefügt, das Gemisch wird sodann 48 Stunden aufbewahrt. Nach Ansäuern mit Schwefelsäure wird mit Äther extrahiert. Die Ätherauszüge werden abgeschieden und eingedampft. Es wird ein Rückstand von 10,65 g erhalten, der 5,5 Gew.-%Decansäure enthält. Dies bedeutet, daß die Ausbeute an Decansäure nur 1,1 % d. Th. beträgt (bezogen auf das eingesetzte n-Octen). Gaschromatographische Analysen zeigen die Gegenwart einer großen Anzahl von Nebenprodukten.According to Example 9 of Belgian Patent Specification 7 34 184, 0.318 mol of n-octene (50 ml) and 0.1 mol (23.2 g) of Mn(OAc)₃ are mixed with 600 ml of acetic acid and 100 ml of acetic anhydride in a nitrogen atmosphere. The mixture is heated to 110°C until the colour of the trivalent manganese has disappeared. When the mixture is cooled, no divalent manganese compound separates out. After evaporating the acetic anhydride mixture, water is added to the residue and the mixture is then kept for 48 hours. After acidification with sulphuric acid, it is extracted with ether. The ether extracts are separated off and evaporated. A residue of 10.65 g is obtained which contains 5.5% by weight of decanoic acid. This means that the yield of decanoic acid is only 1.1% of the theoretical. Th. (based on the n-octene used). Gas chromatographic analyses show the presence of a large number of by-products.
Eine Aufschlämmung von 0,025 Mol Mn(OAc)&sub3; in 200 ml Essigsäureanhydrid wird langsam unter gutem Rühren unter Stickstoffatmospähre zu 300 ml Essigsäureanhydrid zugegeben, dessen Temperatur konstant auf 122°C gehalten wird. Gleichzeitig werden 0,2 Mol (22,4 g) n-Octen dem Essigsäureanhydrid in kleinen Mengen zugefügt. Die Geschwindigkeit, mit der das Manganacetat dem Reaktionsgemisch zugefügt wird, ist so groß, daß das Gemisch schwach rosa bleibt. Das Reaktionsgemisch wird sodann auf Zimmertemperatur abgekühlt, wobei das Mn(OAc)&sub2; nahezu quantitativ (97,5 Gew.-%) ausfällt, es wird sodann abfiltriert. Das Essigsäureanhydrid wird von dem Filtrat mittels Destillation entfernt. Ein Infrarotspektrum des Rückstandes zeigt eine starke Absorption von Anhydridgruppen. Der Rückstand wird unter Rückfluß mit Essigsäure erhitzt, wobei man dem Gemisch ein Tropfen einer Mineralsäure zufügt.A slurry of 0.025 moles of Mn(OAc)₃ in 200 ml of acetic anhydride is slowly added with good stirring under a nitrogen atmosphere to 300 ml of acetic anhydride, the temperature of which is kept constant at 122°C. At the same time, 0.2 moles (22.4 g) of n-octene is added to the acetic anhydride in small amounts. The rate at which the manganese acetate is added to the reaction mixture is such that the mixture remains pale pink. The reaction mixture is then cooled to room temperature, whereupon the Mn(OAc)₂ precipitates almost quantitatively (97.5 wt.%), and it is then filtered off. The acetic anhydride is removed from the filtrate by distillation. An infrared spectrum of the residue shows a strong absorption of anhydride groups. The residue is heated to reflux with acetic acid, adding a drop of a mineral acid to the mixture.
Nach 2 ½ Stunden wird die Mischung aus Essigsäure und Essigsäureanhydrid durch Destillation entfernt. Das Gewicht des Rückstandes ist 28,2 g. Ein Infrarotspektrum zeigt starke Absorptionsbanden einer Carboxylgruppe.After 2 ½ hours, the mixture of acetic acid and acetic anhydride is removed by distillation. The weight of the residue is 28.2 g. An infrared spectrum shows strong absorption bands of a carboxyl group.
Eine gaschromatographische Analyse zeigt, daß der Rückstand Decansäure in einer Menge von 58,7 % enthält. Dies entspricht einer Ausbeute von 48,1 % d. Th. (bezogen auf das eingesetzte n-Octen).A gas chromatographic analysis shows that the residue contains decanoic acid in an amount of 58.7 % This corresponds to a yield of 48.1% of theory (based on the n-octene used).
Gel-Permeations-Chromatographie-Analysen weisen auf die Gegenwart von Telomeren hin, die mittels Massenspectroskopie, Kernresonanzmessungen und Infrarotspektroskopie identifiziert wurden. Das Dimere war eine gammaverzweigte C&sub1;&sub8; Säure.Gel permeation chromatography analyses indicated the presence of telomeres, which were identified by mass spectroscopy, nuclear magnetic resonance measurements and infrared spectroscopy. The dimer was a gamma-branched C₁₈ acid.
Der in Beispiel 2 beschriebene Versuch wird wiederholt, es wird jedoch anstelle von n-Octen n-Dodecen verwendet. Nach Ablauf der Reaktion wird Essigsäureanhydrid abdestilliert, der Rückstand wird unter Rückfluß mit Essigsäure erhitzt.The experiment described in Example 2 is repeated, but n-dodecene is used instead of n-octene. After the reaction has finished, acetic anhydride is distilled off and the residue is heated under reflux with acetic acid.
Nach Abdampfen des Essigsäureanhydridgemisches werden 36,1 g eines festen weißen Produktes erhalten, das 72 Gew.-% Myristinsäure enthält. Das bedeutet eine Ausbeute von 57 % d. Th. (bezogen auf das eingesetzte n-Dodecen).After evaporation of the acetic anhydride mixture, 36.1 g of a solid white product are obtained which contains 72% by weight of myristic acid. This corresponds to a yield of 57% of theory (based on the n-dodecene used).
Dieses Beispiel zeigt, daß die Herstellung von Decansäure gemäß Beispiel 2 auch in technischem Maßstab gute Resultate bringt.This example shows that the production of decanoic acid according to Example 2 also produces good results on an industrial scale.
50 kg Essigsäureanhydrid werden in ein Reaktionsgefäß gegeben, das mit einem Rührwerk einer Leistung von 1 kW/m³ ausgerüstet ist. In ein Dosiergefäß werden 1120 g 1-Octen und in ein zweites Dosiergefäß 10 kg Essigsäure, in dem 232 g Mangan(III)-acetat gelöst waren, eingefüllt. Das Reaktionsgefäß und das Manganacetatdosiergefäß werden gründlich mit Stickstoff gespült, um die Sauerstoffkonzentration unter 50 ppm zu halten. Sodann wird das Reaktionsgefäß auf 120°C erwärmt, anschließend wird mit der Dosierung des Olefins begonnen, die sich auf 3 Stunden und 45 Minuten verteilt. Die Manganacetatdosierung findet gleichzeitig statt, jedoch über eine Zeitspanne von 4 ½ Stunden. Nach Ablauf der Reaktion wird das Reaktionsgemisch filtriert, wobei 170 g Manganacetat auf dem Filter verbleiben. Nach Ansäuern mit Mineralsäure wird das Reaktionsgemisch durch Destillation von den flüchtigen Bestandteilen befreit. Das Reaktionsprodukt (1500 g) besteht zu 77 Gew.-% aus Decansäure. Das sind 67 % d. Th. (bezogen auf das eingesetzte l-Octen).50 kg of acetic anhydride are placed in a reaction vessel equipped with a stirrer with a power of 1 kW/m³. 1120 g of 1-octene are placed in one dosing vessel and 10 kg of acetic acid in which 232 g of manganese(III) acetate have been dissolved are placed in a second dosing vessel. The reaction vessel and the manganese acetate dosing vessel are thoroughly flushed with nitrogen to keep the oxygen concentration below 50 ppm. The reaction vessel is then heated to 120°C and the olefin dosing begins, which is spread over 3 hours and 45 minutes. The manganese acetate dosing takes place at the same time, but over a period of 4 ½ hours. After the reaction has ended, the reaction mixture is filtered, leaving 170 g of manganese acetate on the filter. After acidification with mineral acid, the reaction mixture is freed from the volatile components by distillation. The reaction product (1500 g) consists of 77% by weight of decanoic acid. This is 67% of theory (based on the l-octene used).
Dieses Beispiel zeigt die Umsetzung von n-Hexan bei einer Temperatur von 110°C.This example shows the conversion of n-hexane at a temperature of 110°C.
In einem Reaktionsgefäß mit 1 l Essigsäureanhydrid wird unter gutem Rühren und unter einer Stickstoffatmosphäre über eine Zeitspanne von 3 Stunden und 35 Minuten eine Lösung von 0,02 Mol Mn(III)-Acetat in 99%iger wäßriger Essigsäure zudosiert.A solution of 0.02 mol of Mn(III) acetate in 99% aqueous acetic acid is added to a reaction vessel containing 1 l of acetic anhydride over a period of 3 hours and 35 minutes with thorough stirring and under a nitrogen atmosphere.
Zur gleichen Zeit jedoch über eine Zeitspanne von 3 Stunden und 20 Minuten wird eine Lösung von 0,2 Mol Hexen in 213 ml Essigsäureanhydrid zugefügt. Nach Ablauf der Reaktion wird das Reaktionsgemisch durch Filtration von Manganacetat gesäubert und das Anhydridgemisch unter Einfluß von etwas Mineralsäure hydrolisiert. Durch Destillation wird das Reaktionsgemisch von flüchtigen Bestandteilen befreit. Es bleibt ein Rückstand, der zu 81 Gew.-% aus Octansäure besteht.At the same time, but over a period of 3 hours and 20 minutes, a solution of 0.2 mol of hexene in 213 ml of acetic anhydride is added. After the reaction has finished, the reaction mixture is purified of manganese acetate by filtration and the anhydride mixture is hydrolyzed under the influence of a little mineral acid. The reaction mixture is freed of volatile components by distillation. A residue remains which consists of 81% by weight of octanoic acid.
Im gleichen Reaktionsgefäß wie in Beispiel 5 werden 50 Kilo Essigsäureanhydrid vorgelegt. In einem Dosiergefäß befinden sich 350 g Mangan(III)-Acetat in 6 kg Essigsäureanhydrid. Beide Gefäße werden mit Stickstoff gut gespült, um eine Sauerstoffkonzentration von weniger als 50 ppm zu erhalten. Der Stickstoff wird sodann durch gasförmiges Äthylen vertrieben. Die Temperatur im Reaktionsgefäß wird gleichzeitig auf 110°C erhöht. Nach Einsetzen der Dosierung des Manganacetats wird 4 Stunden lang dosiert. Der Verlauf der Reaktion kann durch die Kontrolle der Äthylengasaufnahme verfolgt werden. Nach Beendigung der Dosierung überläßt man das Reaktionsgemisch noch einige Minuten sich selbst, bis das gesamte Manganacetat sich umgesetzt hat. Das Reaktionsgemisch wird filtriert, wobei 280 g Manganacetat abgeschieden werden. Es wurden 440 g Äthylengas aufgenommen. Nach Hydrolyse mit Essigsäure und Wasser werden die flüchtigen Bestandteile abgetrennt. Der Rückstand enthält 83 Gew.-% Buttersäure. Die Ausbeute betrug 90,8 % d. Th. (bezogen auf das eingesetzte Äthylen).50 kg of acetic anhydride are placed in the same reaction vessel as in Example 5. A dosing vessel contains 350 g of manganese(III) acetate in 6 kg of acetic anhydride. Both vessels are thoroughly flushed with nitrogen to obtain an oxygen concentration of less than 50 ppm. The nitrogen is then expelled using gaseous ethylene. The temperature in the reaction vessel is simultaneously raised to 110°C. After the manganese acetate has been added, the mixture is added for 4 hours. The course of the reaction can be monitored by monitoring the ethylene gas uptake. After the addition of the mixture, the reaction mixture is left to stand for a few minutes until all of the manganese acetate has reacted. The reaction mixture is filtered, separating 280 g of manganese acetate. 440 g of ethylene gas were absorbed. After hydrolysis with acetic acid and water, the volatile components are separated off. The residue contains 83% by weight of butyric acid. The yield was 90.8% of theory (based on the ethylene used).
Dieses Beispiel wird auf analoge Weise durchgeführt, wie für Beispiel 2 angegeben. Jedoch wird das Manganacetat in einem Gemisch von 100 ml Essigsäureanhydrid und 100 ml Essigsäure zugefügt. Anstelle von 300 ml Essigsäureanhydrid wird ein Gemisch von 150 ml Essigsäureanhydrid und 150 ml Essigsäure eingesetzt. Nach Ablauf der Reaktion werden Essigsäure und Essigsäureanhydrid abdestilliert. Dem folgt ein Erhitzen des Rückstands unter Rückfluß mit Essigsäure. Nach Verdampfen der Essigsäure wird das erhaltene Produkt mit Äther extrahiert. Das Extrakt wird getrocknet, der Äther abgedampft. Es blieben 10,6 g eines flüssigen Produkts übrig, das aus 47,3 Gew.-% Decansäure besteht. Eine gaschromatographische Analyse zeigte die Anwesenheit von γ-Lacton und γ-Acetoxysäure. Wenn auch die erhaltene Decansäuremenge höher ist als die in Beispiel 1 zeigt dieses Beispiel doch, daß dieses Verfahren für eine technische Durchführung nicht geeignet ist.This example is carried out in a manner analogous to that given for example 2. However, the manganese acetate is added in a mixture of 100 ml of acetic anhydride and 100 ml of acetic acid. Instead of 300 ml of acetic anhydride, a mixture of 150 ml of acetic anhydride and 150 ml of acetic acid is used. After the reaction, acetic acid and acetic anhydride are distilled off. This is followed by heating the residue under reflux with acetic acid. After evaporation of the acetic acid, the product obtained is extracted with ether. The extract is dried and the ether is evaporated. 10.6 g of a liquid product remained, which consists of 47.3% by weight of decanoic acid. Gas chromatographic analysis showed the presence of γ-lactone and γ-acetoxy acid. Although the amount of decanoic acid obtained is higher than that in example 1, this example shows that this process is not suitable for industrial use.
Beispiel 2 wird wiederholt, jedoch wird als Katalysator MnO&sub2; verwendet. Obwohl die Reaktion in 100 %iger Essigsäure durchgeführt wurde, war die Reaktionsgeschwindigkeit so niedrig, daß nach 70 Stunden erst 6,7 g Produkt erhalten wurden. Der Gewichtsanteil Decansäure in diesem Produkt betrug lediglich 21,4 %.Example 2 is repeated, but MnO₂ is used as catalyst. Although the reaction was carried out in 100% acetic acid, the reaction rate was so low that only 6.7 g of product were obtained after 70 hours. The weight fraction of decanoic acid in this product was only 21.4%.
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