DE2334736A1 - Herstellung von kohlensaeureestern - Google Patents

Herstellung von kohlensaeureestern

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DE2334736A1 DE19732334736 DE2334736A DE2334736A1 DE 2334736 A1 DE2334736 A1 DE 2334736A1 DE 19732334736 DE19732334736 DE 19732334736 DE 2334736 A DE2334736 A DE 2334736A DE 2334736 A1 DE2334736 A1 DE 2334736A1
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Description

Herstellung von Kohlensäureestern
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Kohlensäureestern durch Umsetzung eines Alkohols mit Kohlenmonoxyd und Sauerstoff in Gegenwart eines katalytisohen Systems, das zum Teil aus Kupfer, weiterhin aus Chlor oder Brom und aus bestimmten organischen Phosphorverbindungen aufgebaut ist. Die katalytisehe Wirksamkeit der genannten Systeme kann durch die Mitverwendung bestimmter Metallverbindungen zusätzlich gssteigert werden.
Kohlensäureester haben, seitdem Polycarbonate ale wertvolle Kunststoffe eine bedeutende Rolle spielen, eine entsprechende Bedeutung erlangt. Zu Polycarbonaten kommt man bekanntlich durch Umsetzung von Glykolen oder Diphenolen mit Alkyl-, Aljcylaryl- oder A^rylcarbonaten. Eine besondere Holle spielt bei der großtechnischen , Herstellung der Polycarbonate die Umsetzung von Bisphenol A mit Phosgen oder die Umesterung dieses Diphenols mit Kohlensäureestern. Bisher werden die zuletztgenannten Ester durch Umsetzung eines Alkohols mit Phosgen oder Chlorformiat in Gegenwart einer basischen anorganischen oder organischen Verbindung hergestellt. Nach der DT-OS 21 10 191I- werden Kohlensäureester bei der Umsetzung eines Alkohols mit Kohlenmonoxyd und Sauerstoff in Gegenwart eines Kata-· lysators erhalten, der aus einer Verbindung eines Metalls der Gruppe Ib, Hb oder VIII des periodischen Systems besteht oder eine solche Verbindung enthält. Die durch Beispiele belegte Ausführung in der Beschreibung, daß die Umsetzung bis zu einer quantitativen Ausbeute, bezogen auf die eingesetzten Reaktanten ablaufe, läßt die praktische Brauchbarkeit dieses Verfahrens zweifelhaft erscheinen. Nach den Beispielen betragen die Ausbeuten an Dime thylcarbonat 96,2 #, an Diäthyloarbonat 97*5 *n Dibenzylcarbonat 96 % - und zwar in allen Fällen bezogen auf die als Katalysator eingesetzte Kupferverbindung. Führt man die gleiche
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Auebeuttbereohnung bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung duroh, bezieht man also die erhaltene Carbonsäureestermenge auf die Menge des im Katalysator enthaltenen Kupfers» so kommt «an etwa bei Beispiel 3.auf einen Zahlenwert von rund 4j55O %. · Bs liegt auf der Hand, daß ein Verfahren, bei dem nach Beispiel 1 der DT-03 21 10 194 für die Herstellung von 370 t Dimethyloarbonat 424 t Kupferchlorid notwendig wären, nioht als technisch interessanter Prozeß angesprochen werden kann. - Ein in der genannten Anmeldung enthält« β β viertes Beispiel hat eine etwa 5. Stunden dauernd· kontinuierliche Durchführung des anmeldegemäßen Verfahrens zugnGegenstand. Die mitgeteilten Werte lassen eine Aussage über die Wirksamkeit von Kupferohlorür - dem einzigen beispielhaften Katalysator in dieser Anmeldung - bei der kontinuierlichen Durchführung des anmeldegemäßen Verfahrens nioht zu.
Es wurde nun gefunden, daß Kohlensäureester der allgemeinen Formel
RO-O-OR
II
0
In der R einen Kohlenwasserstoffrest aus der Gruppe der Alkyl-, Aralkylr oder Cyoloalkylreste bedeutet,
duroh Umsetzung eines Alkohols ROH, wobei R die eben angegebene Bedeutung besitzt, mit Kohlenmonoxyd und Sauerstoff in Gegenwart eines zum Teil aus Kupfer bestehenden Katalysators hergestellt werden können. Das neue Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in Gegenwart eines Katalysatorsystems durchgeführt wird, das sich vor oder während der Reaktion aus einem Kupfersalz und, soweit dieses nioht ein Bromid oder Chlorid ist, aus einem im Reaktionsmedium löslichen Chlorid oder Bromid eines anderen Netalls und weiterhin aus einem Triarylphosphinoxyd oder einem organischen Phosphit, Phosphat oder Phosphonat gebildet hat bzw. bildet. Es sei darauf hingewiesen, daß die Wirksamkeit der katalytischen Systeme, an deren Aufbau ein Chlorid beteiligt Ißt, größer als die/zum Teil aus,einen Bromid bestehenden Katalysatoren ist, jedoch bedeuten auoh die bromhaltigen Katalysatoren eine deutliche Verbesserung
, ■ ■ 509816/1209 _ 3 .
gegenüber dem Verfahren gem. DT-OS 21 10 19^. Die katalytisehe Wirksamkeit der genannten Systeme wird deutlich verbessert, wenn. diese zusätzlich aus einem Salz der Übergangemetalle der III. bis VIII. Nebengruppe des periodischen Systems aufgebaut sind. Mit besonderem Vorteil verwendet man dabei Verbindungen des Gers, Titans, Tantals, Wolframs, Rheniums und Eisens.
Von den zur Durchführung des erfindungsgeuäßen Verfahrene verwendbaren Alkoholen seien Methanol, Äthanol, Isopropylalkohol, Butanol, Benzylalkohol oder Cyclohexanol beispielhaft genannt.
Zu den verwendbaren organischen Phosphorverbindungen gehören die Triarylphosphinoxyde, z.B. Triphenylphosphinoxyd ©der auch alkyl- oder halogensubstituierte Phosphinoxyde^ie Tris-p-ohlorphenylphosphinoxyd oder Tris-p-toluylphosphinoxyd, weiterhin Phosphite, wie Triäthylphosphit oder Triallylphosphit, Phosphat· wie Trläthylphosphat oder imiiliiHM^Phosphat und gpfl^BPimphoBpha t. Das Tris(2,5-Tribrompropyl)-phosphat kann.ebenso verwendet werden wie Oligophosphate, von denen das im Beispiel 11 genannt· Oligophosphat unter dem Handelsnamen PHOSQARD bekannt 1st. Auch Phosphonate, z.B.
sind, wie dies in einem der Beispiele näher erläutert wird, im Sinne der Erfindung verwendbar. Beim Einbringen von z.B. Phosjphortrichlorid oder Phosphorpentaohlorid in Alkohol entstehen bekanntlich die entsprechenden Ester der phosphorigen oder Phosphorsäure, so daß man sich die erfindungsgemäß raitzuverwendenden Phosphite brw. Phosphate durch Umsetzung des verwendeten Alkohols mit.den entsprechenden Halogeniden im Reaktionsgemisoh bilden lassen kann.
Obwohl für die Herstellung der neuen katalytisohen Systeme Kupfer mit besonderem Vorteil in Form seines Chlorids oder Bromide eingesetzt wird, kann man auch von anderen löslichen Kupfersalzen, z.B. von dem Acetat, Sulfat, Nitrat, Cyanid oder Aoetylaoetönat ausgehen, Jedoch ist in einem solchen Falle die Mitverwendung eines
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- 4 _ ORIGINAL INSPECTED
anderen löslichen Chlorids oder Bromids unerläßlich.
über das katalytische Geschehen im einzelnen bestehen noch keine gesicherten Vorstellungen. Die Wirksamkeit der verwendbaren katalytisohen Systeme hängt bei sonst gleichen Umsetzungsbedingungen soweit die Vorstellung von der Bildung komplexer Kupferverbindungen zutrifft - weitgehend von der Art der phosphorhaltigen Liganden ab. Pur den erzielbaren Umsatz ist es weiterhin erforderlich, daß der kupferhaltige Katalysator im Reaktionsmedium gelöst ist. Die Löslich kelt von Kupfer-I-Ch3orid in Alkohol ist gering; sie kann durch den Zusatz von Kupfer-II-Chlorid oder von löslichen Salzen der Übergangsmetalle der III. bis VIII. Nebengruppe des periodischen Systems verbessert werden. Beispiele geei//neter Katalysatorkomponenten sind Cer-III-chlorid, Titantetrachlorid, Titandichlorid-dimethylat, Zirkontetrachlorid, Vanadinoxyohlorid, Tantaldiehlorid-trimethylat, Trichloro-trimethanolo-chrom-III, Wolframoxytetrachlorid, Rheniumpentaohlorid und EisentriChlorid.
Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert die Anwendung von Druck, wobei der Partial druck von Kohlenmonoxyd und Sauerstoff zusammengenommen^ in gewissen Grenzen, z.B. 10 bis 150 atm, schwanken kann. Wenn Sauerstoff in Form von Luft zur Anwendung kommt, ist der Druck entsprechend zu erhöhen. - Auch die Reaktionstemperatur kann in gewissen Grenzen, z.B. innerhalb des Bereiches von 100 bis 2500C schwanken.
Die nachstehenden Beispiele erJläxtern das erfindungsgemäße Verfahren, ohne den nachgesuchten Schutz auf eben diese Ausführungsformen zu beschränken.
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Beispiele
Bei allen Versuchen wurde folgendermaßen vorgegangen: In einem mit Teflon überzogenen heizbaren 2 1-Autoklaven wurde das Reaktionsmedium mit Alkohol «.Is Lösungsmittel und dem Katalysator vorgelegt. Danach wurde der Autoklav verschlossen, 40 atm Kohlenmonoxid und 20 atm Sauerstoff bei Raumtemperatur aufgepreßt und auf ebv/a ; ^O - 150°C hochgeheizt. Der Druck sinkt während der Reaktion senr stark ab. Nach dem Abkühlen und Entspannen wurde destillativ aufgearbeitet. Das Carbonat wird mit Hilfe der kernmagnetisch^ Resonanzspektroskopie, der Massenspektroskopie und der GasChromatographie identifiziert.
Beispiel 1
2 g Cer-IV-sulfat, 2 g Kupfer-II-chlorld und 5 g Triphenylphosphinoxid werden in 700 ml Methanol 2 h refluxiert. Danach wird die Reaktionslösung in den Autoklaven gegeben und wie oben beschrieben mit Kohlenmonoxid und Sauerstoff umgesetzt. Es werden 90,6 g Dimethylcarbonat gebildet.
- 6 509816/1209
Beispiele 2 bis If
Durcliführung wie für Beispiel 1 angegeben CO Druck: 40 atm, Og Druck: 20 atm
700 ml Methanol
Beispiel
Nr.
Katalysatorkomponenten
(in g)
Ö
ί
P-OCH2
Dirne thylcarbonat
(in g)
2 2 Cu2Cl2J 2 CuCl2
3,8 Tris(2,3-Dibrompropyl)-phosphat
67,8
3 2 TiCl2 (OCH,) 2s 2 CuCl2,
2 OP(C6H5J3
78,5
4 2 TaCl2 (OCEj)5A Cu2Cl2; 2 CuCl2
2 OP (C6H5)^
76,5
5 2 Cu2Cl^j 2 CuCl2J 2 OP(C5H5)? 69,8
6 4 Cu2Cl2 · PCl5 69,3
7 2 CuCl2J 2 WOCI4J 2 OP(C6H5), 61,4
8 2 ReCl5J 2 Cu2Cl2J 2 CuCl2,
2 0P(C6H5)3
58,9
9 2 Cu2Cl2J 5 KCl
2 OP(O6H5)^
51,1
10 2 CuCl2J 2 Tri»llylpho«phit 48,4
11 2 CUgClgj 2 CuCl2
4 g eines Oligophosphats der Fornel
0 CH, 0 CH,
1 r ι r
Cl CHpCHp-O-P-OCH —- P - O-CH
ί ι
CHgCH2Cl OCH2CH2Cl
CH2Cl)2
47,7 g
5098 16/ 1209
~ 7 —
214871
Beispiel
Nr.
Katalysatorkomponenten
(in g)
Dime thy1carbonat
(in g)
12 2 CuCl2J 2 PeCl,
2 Triallylphosphit
47,6
15 2 CUgClgJ 2 eines Phosphonats der Formel
OP(OC2H5J2 C2H5
44,4
14 2 Cu2Cl2; 2 Triäthylphosphit 42,8
15 2 Ce(SO21), 2 CuBr2, 2 O=P(C6H5)^ 15,6
Beispiel l6
2 g Tantaldiohloridtrimethylat, 2g Kupfer-II-ohlorid und 5 g Triphenylphosphinoxid werden in 700 ml Benzylalkohol gelöst. Kohlenmonoxid und Sauerstoff werden wie beschrieben aufgedrUokt. Die IR-spektroskopisohe Untersuchung des Reaktionsproduktes bestätigte die erwartete Bildung von Dibenzylcarbonat.
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Claims (2)

  1. ,■Patentansprüche
    !.^Verfahren zur Herstellung von Kohlensäureestern der allgemeinen Formel
    RO · GOR
    0
    In der R einen Kohlenwasserstoffrest aus der Gruppe der Alkyl-, Aralkyl- oder Cycloalkylreste bedeutet, durch Umsetzung eines Alkohols ROH, wobei R die eben angegebene Bedeutung besitzt, mit CO und Sauerstoff in Gegenwart eines zum Teil aus Kupfer bestehenden Katalysators,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Umsetzung in Gegenwart eines Katalysatorsystems durchgeführt wird, das sich vor oder während der Reaktion aus einem Kupfersalz und, soweit dieses nicht das Chlorid oder Bromid ist, aus dem Chlorid oder Bromid eines anderen Metalls und weiterhin aus einem Triarylphosphinoxyd oder einem organischen Phosphit, Phosphat oder Phosphonat gebildet hat bzw. bildet.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Katalysatorsystem zusätzlich aus einem Salz, insbesondere dem Chlorid oder Bromid der Ubergangsmetalle der III. bis VIII. Nebengruppe des periodischen Systems aufgebaut ist.
    5· Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das sich bildende Katalysatorsystem im Reaktionsmedium gelöst ist.
    509816/1209
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