DE1950283A1 - Verfahren zur Herstellung von Diacyloxy-alkanen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Diacyloxy-alkanen

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DE1950283A1
DE1950283A1 DE19691950283 DE1950283A DE1950283A1 DE 1950283 A1 DE1950283 A1 DE 1950283A1 DE 19691950283 DE19691950283 DE 19691950283 DE 1950283 A DE1950283 A DE 1950283A DE 1950283 A1 DE1950283 A1 DE 1950283A1
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carbon atoms
acid
acyloxy
electrolysis
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DE19691950283
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Fritz Dr Beck
Juergen Dr Haufe
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BASF SE
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BASF SE
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/28Portable welding equipment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C69/00Esters of carboxylic acids; Esters of carbonic or haloformic acids
    • C07C69/02Esters of acyclic saturated monocarboxylic acids having the carboxyl group bound to an acyclic carbon atom or to hydrogen

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Description

  • Verfahren zur Herstellung von Diacyloxy-alkanen Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft die Herstellung von Diacyloxy-alkanen durch elektrochemische Kondensation von Acyloxy-alkancarbonsäuren.
  • Es ist z.B. aus Russian Chemical Reviews, englische Ubersetzung, Band 29 (1960), S. 166, bekannt, daß bei der elektrochemischen Kondensation von Carbonsäuren nach Kolbe die aliphatischen Hydroxycarbonsäuren wegen ihrer leichten Oxydierbarkeit kein besonders geeignetes Substrat darstellen. Die in der deutschen Patentschrift 624 331 beschriebene elektrochemische Kondensation von Hydroxyfettsäuren zu den entsprechenden Diolen verläuft ebenfalls mit unbefriedigender Ausbeute.
  • Weiterhin ist z.B. aus Arkiv för Kemi, Band 5 (1953), S. 218.
  • bekannt, daß sich 3-Acetoxy-buttersäure in 59 % Ausbeute zu 2,5-Hexandiol-diacetat elektrochemisch kondensieren läßt.
  • Es wurde nun gefunden, daß die elektrochemische Herstellung von Diacyloxy-alkanen, deren Acyloxygruppe 1 bis 2 Kohlenstoffatome enthält und die durch wenigstens ii Kohlenstoffatome im Alkan getrennt sind, aus Acyloxy-alkancarbonsäuren, deren Acylrest der Acyloxygruppe 1 bis 2 Kohlenstoffatome enthält und wenigstens durch 2 Kohlenstoffatome von der Carboxylgruppe getrennt ist, wobei sich am zur CarboxylgruppedL-atändigen Kohlenstoffatom zwei Wasserstoffatome befinden, mit hoher Ausbeute erfolgt, wenn man als Lösungsmittel ein Lösungsmittelgemisch, bestehend aus 60 bis 98 Gew.% niederen Alkoholen, O bis 30 Gew.% offenen oder cyclischen N-alkylsubstituierten Carbonsäureamiden einer niederen Alkancarbonsäure und gegebenenfalls 0 bis 30 Ges.% Wasser, verwendet.
  • Als Acyloxy-alkancarbonsäuren verwendet-man daher Formyl-oder Acetylverbindungen von beispielsweise 3-Hydroxypropionsäure, 3-Hydroxybuttersäure, 4-Hydroxybuttersäure, 5-HydroxyvaleriansEure, 6-Hydroxycapronsäure, 3-Hydroxy-3-methylbuttersäure.
  • Dabei werden vornehmlich solche Acyloxy-alkancarbonsäuren elektrolysiert, deren längste Kohlenstoffkette im Alkanteil 2 bis 12 Kohlenstoffatome enthält, Sie sind in o(-Stellung zur Carboxylgruppe durch Alkyl nicht substituiert. Die Acyloxygruppe kann an ein primäres3 sekundäres oder tertiäres Kohlenstoffatom gebunden sein.
  • Die elektrochemische Kondensation wird unter Verwendung von Lösungsmitteln, vorzugsweise nichtwäßrigen Lösungsmitteln, wie niederen Alkoholen, z,B, Methanol, Athanol und Isopropanol, insbesondere von Methanol oder von offenen oder cyclischen N-alkylsubstituierten Carbonsäureamiden niederer Alkancarbonsäuren, vorzugsweise von Dimethylformamid, Diäthylformamid, Dimethylacetamid, Diäthylacetamid oder unter Verwendung von N-Methylpyrrolidon, bevorzugt wird insbesondere Dimethylformamid oder in Gemischen der Lösungsmittel, gegebenenfalls mit Wasser, durchgefUhrt.
  • FUr die Lösungsmittelgemische verwendet man die angegebenen Mengenverhältnisse ,vorzugsweise Mengenverhältnisse von 60 bis 98 Gew.% Alkohol, von 0 bis 30 Ges.% Carbonsäureamid und Rest Wasser.
  • Als besonders geeignet erweist sich ein Lösungsmittelgemisch, vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 60 bis 98 Gew.% Methanol, 0 bis 30 Gew.% Dimethylformamid und 0 bis 30 Gew.% Wasser, bei dessen Verwendung Stromausbeuten von 59 bis 66 % und Materialausbeuten von mehr als 80 % erhalten werden.
  • Obwohl grundsätzlich bekannt ist, daß man unter Verwendung von nichtwäßrigen Lösungsmitteln die Kolbe-Kondensation durchfUhren kann (vgl. z.B, die belgische Patentschrift 723 694), ist das Ergebnis überraschend, da für die Herstellung von Diacyloxy-alkanen bisher keine vorteilhaften Verfahren bekannt sind.
  • Die elektrochemische Umsetzung wird unter an sich bekannten Bedingungen durchgeführt. Man elektrolysiert z.B, 20-bis 40-sgewichtsprozentige Lösungen von Acyloxy-alkancarbonsäuren.
  • Dabei erweisen sich ein Neutralisationsgrad, der mit Natriummethylat oder Natriumcarbonat eingestellt wird, von kleiner als 10 %, vorzugweise bei 2 bis 7,5 % und gleichzeitig eine Stromdichte von 1 bis 50 Amp./dm2, vorzugsweise 25 bis 5QAmp./dm2, als von Vorteil.
  • Im allgemeinen wird mit Zellspannungen von 5 bis 25 V, insbesondere von 10 bis 15 V, gearbeitet. Die Zellspannung nimmt während der Elektrolyse ab, während der pH-Wert ansteigt.
  • Die Reaktionstemperatur wird üblicherweise zwischen 30 und 650c, insbesondere zwischen 35 und 55 0C, gehalten.
  • Das Verfahren wird zweckmäßig in Elektrolysezellen mit vibrierenden Elektrodenpaaren durchgeführt, wie sie z.B, in der belgischen Patentschrift 723 694 ausführlich beschrieben sind.
  • Die Elektroden sind flüssigkeitsdurchlässig ausgebildet, z.B. in Form von Netzen, Streckmetallen oder Sieben und stehen sich in einem sehr kleinen Abstand von weniger als 1 mm, vorzugswiese 0,1 bis 0,3 mm, gegenüber. Zwischen den Elektroden befindet sich als Abstandshalter und Isolator eine flüssigkeitsdurchlässige Schicht aus Glasfaservlies, Glasfasergewebe, Papier, Polyamidgewebe, Polyestergewebe, Polyvinylchloridgewebe, Polypropylengewebe oder Polytetrafluoräthylengewebe. Die Elektrodenpaare werden vorzugsweise senkrecht zu ihrer Ebene in Schwingungen versetzt, und zwar mit Frequenzen von 1 bis 1 000 Hz in Schwingungsbreiten von 0,3 bis 2 mm.
  • Als Anodenmaterial eignet sich insbesondere Platin, Platin-Rhodium, Platin-Iridium, Gold, Gold-Platin-Legierungen, platiniertes Titan oder Tantal, vergoldetes Titan oder Tantal. Das Kathodenmaterial ist nicht kritisch. Es soll lediglich in stromlosem Zustand im schwach sauren Elektrolyten nicht korrodieren. Geeignet sind Platin, Edelstahl, Nickel oder Titan. Platin und Nickel haben den Vorteil der niederen Wasserstoffüberspannung.
  • Die kontinuierliche DurchfUhrung der Elektrolysen ist besonders einfach.
  • Die Verwendung dieses Zellentyps ist keine Bedingung. Es können gegebenenfalls auch andere Zellen eingesetzt werden.
  • Der Umsatz kann wegen des geringen Neutralisationsgrades sehr hoch, bis über 90 X, getrieben werden.
  • Zur zweckmäßigen Aufarbeitung des Reaktionsgemisches wird das Lösungsmittel in einem Dünnschichtverdampfer abdestilliert, der Rückstand in Äther aufgenommen und mit Wasser und Natriumbicarbonatlösung ausgeschüttelt. Nach dem Abdestillieren des ethers wird ein Diacyloxy-alkan erhalten, das geringe Mengen von Alkandiolmonoacetat bzw, Alkandiolmonoformiat und Alkandiol enthält.
  • Die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Diacyloxy-alkane lassen sich gegebenenfalls obne Schwierigkeiten zu den ihnen zugrunde liegenden Diolen verseifen.
  • Beispiel 1 Als Elektrolysezelle dient die im belgischen Patent Nr.
  • 723 694 beschriebene Anordnung.
  • In die Elektrolysezelle werden 290 g einer Lösung von 87 g 6-Acetoxy-capronsäure (0,5 Mol), die zu 7,5 % mit Natriummethylat neutralisiert sind, in ein Lösungsmittelgemisch aus 87 % Methanol, 9 % Dimethylformamid und 4 % Wasser eingefüllt. Der Vibrator wird mit einer Frequenz von 100 Hz bei einer Amplitude von 1 mm betrieben. Die Stromstärke beträgt 10 Amp., das entspricht einer Stromdichte von 25 AXp./dm2, Die Temperatur wird durch Kühlung von außen auf 1100C gehalten. Die Zellspannung beträgt zu Beginn der Elektrolyse 13.0 V und sinkt in 72,5 Minuten bis zum Ende der Elektrolyse auf 11,5 V, der pH-Wert steigt in dieser Zeit von 5,6 auf 6,9. Die durchgeschickte Strommenge entspricht einem Umsatz von 1 Faraday/Mol, bezogen auf die freie Säure.
  • Zur Aufarbeitung wird das Lösungsmittel in einem Rotationsverdampfer vom Elektrolyseaustrag abdestilliert. Der Rückstand wird in Äther aufgenommen und mit Wasser ausgewaschen, um das Natriumsalz der Säure zu entfernen, Nach dem Abdestillieren des Äthers verbleiben 57,1 g Rückstand. Dieser wird wieder in Äther gelöst und mit Natriumbicarbonatlösung ausgeschüttelt. Nach dem Abdestillieren des Athers werden 41,7 g rohes 1, 10-Dekandioldiacetat erhalten.
  • In der wäßrigen Phase werden noch 0>2 g nicht umgesetzte Säure titrimetrisch-bestimmt, das sind damit insgesamt 15,6 g.
  • Der Materialumsatz beträgt daher 80>0 %.
  • Die gaschromatographische Analyse des rohen 1,10-Dekandioldiacetats ergibt einen Gehalt von 90t8 % 1,10-Dekandioldiacetat und 1,3 % 1,10-Dekandiol-monoacetat. Das entspricht einer Materialausbeute von 83,1 % und einer Stromausbeute von 66,4 %.
  • Die fraktionierte Destillation einer Reihe von Aus trägen bringt ein bei 121 bis 1220C/0>3 mm siedendes, vollständig kristallisierendes Produkt, das folgende Zusammensetzung hat: 96,8 % O-Dekandioldiacetat 2,4 % 1,10-Dekandiolmonoacetat 0,8 % 1,10-Dekandiol.
  • Die gleiche Umsetzung unter genau gleichen Bedingungen in Methanol als Lösungsmittel ergibt eine Materialausbeute von 74,4 % und Stromausbeute von 68,2 %, Beispiel 2 Die Elektrolysen werden unter den in Beispiel 1 genannten Bedingungen durchgeführt, lediglich die Lösungsmittelzusammensetzung wird verändert. In Tabelle 1 sind die erhaltenen Ergebnisse zusammengestellt: Am Schluß der Tabelle ist ein Vergleichsbeispiel in reinem Methanol als Lösungsmittel aufgeführt.
  • Tabelle 1 Lösungsmittel Methanol Wasser Dimethyl- mittlere 1,10-Dekandioldiacetat + formamid Zellspan- 1,10-Dekandiolmonoacetat nung (V) Material- Stromausbeute ausbeute (%) (%) 96 4 o 12,5 81,4 63,1 93 7 0 11>0 78,0 61.4 92 4 4 12,2 80,2 64,8 90 10 0 11,2 80,7 65,5 94 0 6 12,8 79,5 57,4 86 0 14 11,7 81,3 63,6 87 9 4 11>0 78,8 62,7 87 4 9 12,2 83>1 66,4 84 8 8 10,3 79,4 60,9 83 13 4 9,5 78,3 56,8 83 4 13 11,0 82,3 66,0 Lösungsmittel Methanol Wasser Dimethyl- mittlere 1,10-Dekandioldiacetat + formamid Zellspan- 1, 10-Dekandiolmonoacetat nung (V) Material- Stromausbeute ausbeute (%) (%) 80 10 10 12,5 78,0 59,5 77 17 6 12,7 76,5 54,2 174 13 13 12,2 79,6 Sot8 60 30 10 10,4 74,8 48,8 60 20 20 14,4 75,-5 53,2 60 10 30 12,0 75,3 57,6 100 0 0 14,6 74>4 68,2 Beispiel 3 In die in Beispiel 1 verwendete Elektrolysezelle werden zu Beginn der Elektrolyse 675 g einer Mischung aus 1635 g 6-Aceto>capronsäure, 100 g Wasser, 220 g Dimethylformamid und 2350 g Methanol, in der die Säure zu 5 % mit Natriummethylat neutralisiert ist, eingefüllt. Nach einer Elektrolysezeit von 248 Minuten bei 10 Amp. (25 Amp./dm2) und 450C werden je Minute weitere 2,7 ml zugegeben und eine entsprechende Menge Reaktionsgemisch entnommen. Der Materialumsatz liegt währen dieser kontinuierlichen Elektrolyseperiode (24 Stunden 25 Minuten) bei ca. 95 % und wird durch Titration der nicht umgesetzten Säure bestimmt und einreguliert.
  • Der pH-Wert liegt dann bei 7,0 und die Zellspannung bei 14,9 V, Nach der in Beispiel 1 beschriebenen Aufarbeitungsmethode werden 73 g nicht umgesetzte 6-Acetoxy-capronsäure und 918 g rohes 1,10-Dekandioldiacetat, das zu 90,9 % aus 1,10-Dekandioldiacetat und zu 2,51 % aus 1,10-Dekandiolmonoacetat besteht, gefunden.
  • Damit ergibt sich ein Materialumsatz von 95,2 X, eine Materialausbeute von 78,5% und-eine Stromausbeute von 62,7 %.
  • Beispiel 4 Die Elektrolysen werden unter den in Beispiel 1 genannten Bedingungen durchgeführt. Pro Mol freier Säure wird 1,2 Faraday durchgeschickt.
  • In Tabelle 2 sind die erhaltenen Ergebnisse zusammengestellt: Tabelle .2 Ausgangs säure Endprodukte Materialausbeute (MA), Stromausbeute (SA) 6-Formyloxy-capron- 1 1,10-Dekandiol-diformiat + säure 1,10-Dekandiol-monoformiat MA = 82,2 %, SA = 49,2 % 5-Formyloxy-valerian- 1,8-Oktandiol-diformiat + säure 1,8-Oktandiol-monoformiat MA = 83,4 %, SA = 60,8 % 3-Acetoxy-propion- 1,4-Butandiol-diacetat + säure 1,4-Butandiol-monoacetat MA = 72,8 %, SA = 60,6 % 3-Acetoxy-butter- 2 2,5-Hexandiol-diacetat + säure 2,5-Hexandiol-monoacetat MA = 81,0 %, SA = 54,9 %

Claims (3)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von Diacyloxy-alkanen, deren Acylgruppe 1 bis 2 Kohlenstoffatome enthält und die durch wenigstens 4 Kohlenstoffatome im Alkan getrennt sind, durch elektrochemische Kondensation von Acyloxy-alkancarbonsäuren, deren Acylrest der Acyloxygruppe 1 bis 2 Kohlenstoffatome enthält und wenigstens durch 2 Kohlenstoffatome von der Carboxylgruppe getrennt ist, wobei sich am zur Carboxylgruppe o<-ständigen Kohlenstoffatom zwei Wasserstoffatome befinden, in einem Lösungsmittelgemisch, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösungsmittel ein Lösungsmittelgemischtbestehend aus 60 bis 98 Gew.% niederen Alkoholen, 0 bis 30 Gew.% offenen oder cyclischen N-alkylsubstituierten Carbonsäureamiden einer niederen Alkancarbonsäure und gegebenenfalls 0 bis 30 Gew.% Wasserverwendet.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man in dem verwendeten Lösungsmittelgemisch als niederen Alkohol Methanol und als N-alkylsubstituiertes Carbonsäureamid Dimethylformamid verwendet.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Neutralisationsgrad der Carbonsäure kleiner als 10 % und gleichzeitig die Stromdichte größer als 10 Amp./dm2, vorzugsweise 25 bis 50 Amp./dm2, hält.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6340343B1 (en) 1998-06-04 2002-01-22 Indag Gmbh & Co. Betriebs-Kg Method and apparatus for producing foil bags
EP1312541A2 (de) 2001-11-16 2003-05-21 Campagnolo Srl Steuervorrichtung für eine Fahrradschaltvorrichtung

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