DE2433408B2 - - Google Patents
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Description
Durch Ozonisieren von einfach ungesättigten Cycloolefinen und Umlagern des erhaltenen Ozonids
herstellbare ω-Formylalkansäuren stellen wertvolle
Zwischenprodukte dar, da sie durch reduzierendes Aminieren in ω-Aminoalkansäuren bzw. durch Reduzieren
in o)-Hydroxyalkansäuren übergeführt werden können und die ω-Aminoalkansäuren Ausgangsstoffe
zur Herstellung von Kopf-Schwanz-Polyamiden bzw. die ω-Hydroxy-alkansäuren Ausgangsstoffe für
Kopf-Schwanz-Polyester darstellen. Jedoch sind ü)-Aminoalkensäuren bzw. ω-Hydroxyalkensäuren mit
zumindest einer Doppelbindung gegenüber den entsprechenden gesättigten Carbonsäuren insofern von
Vorteil, als sie zu quervernetzbaren Polyamiden bzw. Polyestern weiterverarbeitet werden können. Allerdings
ist es schwierig, olefinisch mehrfach ungesättigte Cycloolefine nur an einer einzigen Doppelbindung zu
ozonisieren.
So ist z. B. das Verfahren gemäß der US-PS 34 81 954 zum Ozonisieren von mehrfach olefinisch ungesättigten
Cycloolefinen an nur einer einzigen Doppelbindung in diesem Fall nicht geeignet, da die gemäß diesem
bekannten Vorschlag zu treffenden Maßnahmen nur bei Vorliegen von nicht gleichwertigen (beispielsweise
sterisch gehinderten oder mit Ozon nicht reaktionsfähigen) Doppelbindungen zum Ziel führen, jedoch die in
mehrfach ungesättigten Cycloolefinen vorliegenden Doppelbindungen als untereinander gleichwertig anzusehen
sind.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, mehrfach ungesättigte Olefine dadurch an nur einer einzigen
Doppelbindung zu ozonisieren, daß man das Olefin in großem Überschuß relativ zum eingesetzten Ozon
verwendet, jedoch ist ein solches Vorgehen schon deshalb unwirtschaftlich, weil kleine Mengen an
Monoozonid von großen Mengen an nichtumgesetztem, mehrfach ungesättigtem Cydoolefin zu trennen sind.
Mit den eigenen DE-OS 22 07 699 und DE-OS 22 07 700 wurde bereits vorgeschlagen, das Ozonisieren
von mehrfach ungesättigten Cycloolefinen an nur einer einzigen Doppelbindung dadurch zu erzwingen, daß
man ein mehrfach ungesättigtes Cydoolefin in einem aus einem gesättigten Kohlenwasserstoff, einem Anhydrid
einer organischen Säure (z. B. Essigsäureanhydrid) und einem polaren Lösungsmittel (in der Regel einer
Carbonsäure, wie Essigsäure) bestehenden Lösungsmittelgemisch ozonisiert Hierbei scheidet sich aus dem
Reaktionsgemisch eine schwere Phase ab, die im ', wesentlichen aus dem entstandenen Monoozonid des
eingesetzten, mehrfach ungesättigten Cycloolefins und dem polaren Lösungsmittel besteht, womit das entstandene
Monoozonid dem Einflußbereich des Ozons entzogen ist
ίο Obzwar beim Arbeiten gemäß diesen eigenen
früheren Vorschlägen durchaus brauchbare Ergebnisse erzielt werden können, ist doch die Geschwindigkeit,
mit welcher sich die erwähnte, aus dem entstandenen Monoozonid des mehrfach ungesättigten Cycloolefins
is und dem polaren Lösungsmittel bestehende schwere Phase abscheidet, noch relativ gering; mit anderen
Worten ist die Konzentration des entstandenen Monoozonids in der spezifisch leichteren Phase, weiche
die Hauptmenge an mehrfach ungesättigten Cydoolefin enthält, noch relativ hoch, und es war daher erforderlich,
die Konzentration an mehrfach ungesättigtem Cycioolefin im Lösungsmittelgemisch nach oben hin mit 10
Gew.-% zu begrenzen.
Es wurde nun gefunden, daß sich das Monoozonid eines mehrfach ungesättigten Cycloolefins aus dem
Reaktionsgemisch wesentlich rascher in Form einer schweren Phase abscheiden und damit Li der spezifisch
leichteren Phase, welche die Hauptmenge an eingesetztem Cydoolefin enthält, nur noch in verhältnismäßig
jo geringer Konzentration vorhanden ist, wenn man in
dem aus gesättigten Kohlenwasserstoffen, dem Anhydrid einer organischen Säure und polaren Lösungsmitteln
bestehenden Lösungsmittelgemisch das Verhältnis zwischen dem Säureanhydrid und dem polaren Lö-
v> sungsmittel innerhalb enger Grenzen hält und bei einer
Konzentration des Cycloolefins im Lösungsmittel arbeitet, die höher als bisher bekannt ist.
Dementsprechend ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von ω-Formylalkensäuren aus
mehrfach ungesättigten Cycloolefinen durch Ozonisieren einer ungesättigten Bindung des Cycloolefins in
einem Lösungsmittelgemisch au£ gesättigten Kohlenwasserstoffen, einem Anhydrid einer organischen Säure
und einem polaren Lösungsmittel und darauffolgender
4r) Umlagerung des erhaltenen Ozonisierungsprodukts in
Anwesenheit eines Alkalimetallsalzes, eines Alkalimetallalkoholats oder einer organischen Base dadurch
gekennzeichnet, daß man in dem Lösungsmittelgemisch das Gewichtsverhältnis des Anhydrids der organischen
V) Säure zum polaren Lösungsmittel auf 1 :2 bis 2 :1
einstellt und das Cydoolefin in einer Konzentration von 10 bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Lösungsmittelgemisch,
einsetzt.
Beim Arbeiten nach dem erfindungsgemäßen Verfah-
Beim Arbeiten nach dem erfindungsgemäßen Verfah-
Vt ren ist es nunmehr auch möglich, neue ω-Formylalkensäuren
mit 8, 10 oder 12 C-Atomen dadurch herzustellen, daß man ein mindestens zwei Doppelbindungen
aufweisendes Cydoolefin mit 8, 10 oder 12 C-Atomen oder ein Gemisch aus dessen Stereoisome-
bo ren in einer 10 bis 40 Gew.-% dieses Cycloolefins
enthaltenden Lösung in einem Lösungsmittelgemisch aus gesättigten Kohlenwasserstoffen, dem Anhydrid
einer organischen Säure und einem polaren Lösungsmittel selektiv zum entsprechenden Monoozonid
br> ozonisiert und dieses dann zur entsprechenden ω-Formylalkensäure
umlagert. Als Ausgangsstoffe für solche neuen ω-Formylalkensäuren können die durch cyclisierendes
Oligomerisieren des Butadiens erhältlichen
Cycloolefine, Cyclooctadien-1,5 und Cydodecadien-1,5
verwendet werden, wobei
1 l-Formyl-^e-undecadiensäure,
1 l-Fonnyl-4-undecensäure,
ll-Fonnyl-8-undecensäure,
7-Formyl-4-heptensäure,
9-Formyl-4-nonensäure bzw.
9-Formyl-6-nonensäure
erhalten werden.
erhalten werden.
Beim erfindungsgemäßen Ozonisieren von mehrfach ungesättigten Cycloolefinen wird als gesättigter Kohlenwasserstoff
vorzugsweise ein gesättigter aliphatischer oder cycloaliphatischer Kohlenwasserstoff wie
Paraffinöl oder Cyelohexan, als polares Lösungsmittel
vorzugsweise eine aliphatische Carbonsäure, insbesondere Essigsäure, und als Säureanhydrid das Anhydrid
einer beliebigen Carbonsäure, insbesondere Essigsäureanhydrid, eingesetzt, wobei zweckmäßig auf 60 bis 98
Gew.-Teile gesättigter aliphatischer oder cycloaliphatischer Kohlenwasserstoffe 2 bis 40 Gew.-Teile polares
Lösungsmittel eingesetzt werden und im Gemisch das Säureanhydrid zweckmäßig in einer Menge von etwa
7% des Gesamtgewichtes vorliegt Als Arbeitstemperatur wählt man am besten 5 bis 50° C. In die Lösung des zu
ozonisierenden Cycloolefins wird das Ozon vorzugsweise in Form eines 1 bis 60 g Ozon je m3 enthaltenden
Gemisches aus Ozon, Sauerstoff und Kohlendioxid oder in Form von 1 bis 50 g Ozon je m3 enthaltender
ozonisierter Luft eingeführt, wobei es im letzteren Fall ratsam ist, die ozonisierte Luft von Stickoxiden zu so
befreien, um ein Polymerisieren des erhaltenen Monoozonids zu verhindern. Das ozonhaltige Gasgemisch
wird beim kontinuierlichen Arbeiten im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zweckmäßig über ein in
die Lösung des zu ozonisierenden Cycloolefins eintau- r> chendes Rohr zugeführt, wogegen frisches Olefin und
das Lösungsmittelgemisch in das Reaktionsgefäß außerhalb dieses Rohres eingeführt wird, so daß das
Reaktionsgemisch innerhalb des Rohres nach oben steigt und außen, am Rohr entlang, zurückfließt, wobei
sich die aus dem Cycloolefinmonoozonid, dem polaren Lösungsmittel und dem Säureanhydrid bestehende
schwere Phase ungestört abscheiden kann, die dann in einem unterhalb des Rohres befindlichen Absetzbereich
des Reaktionsgefäßes gesammelt und gegebenenfalls 4-, kontinuierlich abgezogen wird.
Die beim erfindungsgemäßen Ozonisieren der mehrfach ungesättigten Cycloolefine erhaltenen Monoozonide
werden gemäß den Angaben in der DE-OS 22 07 699 zu den entsprechenden ω-Formylalkensäuren umgelagert,
wobei als Umlagerungskatalysator ein das ohnehin in der schweren Phase vorhandene Säureanhydrid
aktivierendes Alkalimetallsalz bzw. Alkalimetallalkoholat oder eine organische Base zugesetzt wird. Man
arbeitet zweckmäßig bei möglichst niedriger Temperatür. beispielsweise bei 10 bis 60" C, um zu vermeiden, daß
während des Umlagerns des Cycloolefinmonozonids mehr oder weniger komplexe und schwierig in ihre
Bestandteile zu trennende Gemische von verschiedenen Verbindungen (vergleiche US-PS 28 91 988) erhalten b0
werden.
Die erfindungsgemäß erhältlichen ω-Formylalkensäuren
lassen sich durch reduktive Aminierung unter Mitwirkung von die Aufnahme von Wasserstoff
begünstigenden Katalysatoren direkt oder über die ω-Aminoalkensäuren in die entsprechenden ω-Aminoalkansäuren
überführen, aus denen dann die insbesondere in der Textilindustrie begehrten Polyamide hergestellt
werden können. Ähnliches gilt für die aus den erfindungsgemäß hergestellten Formylalkensäuren erhältlichen
gesättigten und ungesättigten Oxysäuren (z. B. ^-Hydroxy-'MJ-dodekadiensäure, 8-Hydroxy-4-oktensäure
usw.), die auf Polyester verarbeitet werden können. Die Gewinnung solcher für zahlreiche Industriezweige
unentbehrlicher Kunststoffe wird durch Einschaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber
den bisher bekannten Wegen wesentlich vereinfacht und ist aufgrund der besseren Ausnutzung
der als Ausgangsmaterial dienenden mehrfach ungesättigten Cycloolefine besonders wirtschaftlich.
Das Verfahren sei nun anhand der Beispiele und der Zeichnung näher erläutert
Die in der Zeichnung dargestellte Ozonisiereinrichtung 10 umfaßt ein inneres Reaktionsrohr 10a, dessen
oberes Ende in einem Kolben 106 eingeschlossen ist, der
seinerseits mit dem Auslaß 20 für das Trägergas, dem Einlaß 18 für das Cycloolefin und dem Einlaß 16 für das
Gemisch aus Essigsäure und Essigsäureanhydrid versehen ist 12a ist die am unteren Teil der Ozonisiereinrichtung
angeordnete Zuleitung für das ozonhaltige Gas, z. B. O2 + O3, und 24 das mit einem Ventil 24a
versehene Abflußrohr für das Ozonid. Ferner ist ein Thermometer 10c vorgesehen, das bei 10d in das
Reaktionsrohr 10a hineinragt. Der Reaktionsraum bzw. die Absetzzone für das Ozonid ist von einem
Kühlmantel 10/ umgeben, welcher mit Zufluß- und Abflußstutzen iOg bzw. 10Λ für ein Kühlmittel
ausgestattet ist.
In das Ozonisierungsgefäß 10 wurden 800 g t,t,t-1,5,9-Cyclododekatrien
(CDT) (Fp = 30 bis 32° C, 97,5%ig), 297 g Essigsäure, 503 g Essigsäureanhydrid (95,2°/oig)
und 6400 g Paraffinöl (Paraffinöl verringert den Dampfdruck der Cycloolefine stark und verringert
daher den Verlust an eingesetztem Cycloolefin durch die Abgase) eingebracht, worauf man die Temperatur
des Gemisches auf 20°C einstellte, durch die Lösung des Cycloolefins 113,5 g/h Ozon in 1700 l/h Sauerstoff bei
Atmosphärendruck hindurchleitete und in das Reaktionsgefäß laufend 736 g/h Essigsäureanhydrid, 585 g/h
Essigsäure, 400 g/h CDT und 80 g/h Paraffinöl einbrachte. Am Boden des Reaktionsgefäßes setzte sich hierbei
laufend eine aus Essigsäure, Essigsäureanhydrid, etwas Paraffinöl, etwas nichtumgesetztem Cycloolefin und
dem Monoozonid des t,t,t-l,5,9-CDT bestehende schwere Phase in einer Menge von 1900 g/h ab, die laufend in
die Umlagerungseinrichtung übergeführt wurde. Nach 16 Betriebsstunden waren über den unteren Teil des
Ozonisierungsgefäßes 30 410 g schwere Phase in die Umlagerungseinrichtung überführt worden. Diese
schwere Phase enthielt, jodometrisch nach Lohaus bestimmt, 37 Mol aktiven Sauerstoff und dementsprechend
7760 g CDT-Monoozonid.
Aus der eingesetzten Menge an t,t,t-l,5,9-CDT und dem Rest desselben in der leichten und der schweren
Phase wurde berechnet, daß 37,5 Mol des eingesetzten t,t,t-l,5,9-CDT mit dem Ozon stöchiometrisch, also im
Molverhältnis 1:1, zum entsprechenden Monoozonid umgesetzt worden waren.
Die schwere Phase (1900 g/h) aus der Ozonisiereinri<.htung
10, die kontinuierlich von unten in die aus einem in sechs Stufen unterteilten Stahlzylinder
bestehende und mit Thermometer, Rührwerk und einem auf 20° C eingestellteil Wärmeaustauschmantel versehene
Umlagerungseinrichtung eingeleitet wurde, wurde
kontinuierlich mit 4,75 g/h Natriumacetat und 48,8 g/h Essigsäure in Form einer Lösung des Natriumacetats in
der Essigsäure vermischt, worauf das von oben aus der Umlagerungseinrichtung austretende Gemisch unter
Rühren einer der ersten gleichenden, auf 300C gehaltenen zweiten Umlagerungseinrichtung zugeführt
wurde, wobei in beiden Einrichtungen eine Schutzgasatmosphäre aus Kohlendioxid aufrechterhalten wurde. 7,5
Stunden, nachdem der letzte Rest an schwerer Phase aus der Ozonisierungseinrichtung 10 abgezogen war,
war auch die Umlagerung abgeschlossen. Das Monoozonid des t,U-l,5,9-CDT war in der ersten Umlagerungseinrichtung
zu 68,3% und in der zweiten zu 92,4% zur Formylalkansäure umgelagert worden. Die Säurelösung
aus der zweiten Umlagerungseinrichtung wurde in einem Verdampfer von den Lösungsmitteln (Essigsäure,
Essigsäureanhydrid) befreit, worauf der in einer Menge von 526 g/h angefallene Rückstand (eine bei Raumtemperatur
ölige Phase) unter Stickstoff mittels 526 g Wasser/h hydrolysiert wurde. Nach Abdampfen des
Wassers blieben 539 g/h öliger Rückstand zurück, in dem kleine Mengen Wasser, Essigsäure und Paraffinöl
enthalten waren. Der im wesentlichen aus 1 l-Formyl-t,t-4,8-undecadiensäure
bestehende Rückstand besaß folgende Merkmale:
Siedepunkt
Aldehydgruppen
Säuregruppen
Doppelbindungen
Aldehydgruppen
Säuregruppen
Doppelbindungen
180-183°C/3mmHg
4,2 mMol/g
4,5 mMol/g
8,8 mMol/g
4,2 mMol/g
4,5 mMol/g
8,8 mMol/g
Wenn in der Ozonisierungsstufe statt Paraffinöl Cyclohexan eingesetzt wurde, wurden im wesentlichen
die gleichen Ergebnisse erzielt, jedoch mußte man dann dem Ozonisierungsgefäß mehr Cyclohexan zuführen, da
dieses mit den Abgasen zum Teil als Dampf abgeführt wurde.
Auch wenn in der Ozonisierungsstufe statt des nur mit besonderer Vorsicht zu verwendenden Gemisches aus
Ozon und Sauerstoff ein aus 2,5 Vol.-% Ozon, 7,5 Vol.-% Sauerstoff und 90 Vol.-% CO2 bestehendes Gasgemisch
eingesetzt wurde, wurde das Monoozonid des t,t,t-1,5,9-Cyclododecadiens
mit einer Ausbeute von 95% erhalten.
Die gleichen Ergebnisse, also ein nichtpolymerisiertes
Ozonid, wurden auch bei Verwendung von ozonosierter Luft erhalten, wenn diese durch Überleiten über
Kupferoxidspäne oder durch Hindurchleiten durch eine Lösung von Natriumacetat in Eisessig von den
Stickoxiden befreit worden war.
Falls die in einer Menge von 1900 g/h anfallende und eine Lösung des Monoozonids des LU-i^-Cyclododecadiens
darstellende schwere Phase in der ersten Umlagerungseinrichtung bei 25° C und in der zweiten
Umlagerungseinrichtung bei 35° C mit 5,5 g/h Kaliuma-
cetat, gelöst in 45 g Eisessig, umgesetzt wurde, erhielt man 545 g/h ll-Formyl-t,t-4,8-undecadiensäure, die
verunreinigt war durch etwas Cyclododecadien, Paraffinöl, Essigsäure und Wasser. Falls als Umlagerungskatalysator
Pyridin und Essigsäureanhydrid eingesetzt wurden und in der ersten Umlagerungseinrichtung bei
300C und in der zweiten bei 45° C gearbeitet wurde,
wurde das Monoozonid mit 96%iger Ausbeute zu 11 -Formyl-t.M.e-undecadiensäure umgelagert.
Beim Arbeiten nach Beispiel 1 wurde aus cis,cis-l,5-Cyclooctadien 7-Formyl-4-heptensäure vom Kp.
146,5°C/2,3 mm Hg(nf= 1,4744) erhalten.
Berechnet Gefunden mMol/g mMol/g
Doppelbindungen
CHO-G ruppen
(bestimmt mit H2NOH
COOH-Gruppen
(bestimmt mit NaOH)
CHO-G ruppen
(bestimmt mit H2NOH
COOH-Gruppen
(bestimmt mit NaOH)
HCl)
6,4
6,4
6,4
6,4
6,5
6,3
6,3
6,6
Durch Ozonisieren von cis,trans-l,5-Cyclodecadien gemäß Beispiel 1, wobei ebenfalls das eingesetzte Olefin
jo mit dem Ozon im Molverhältnis von 1 :1 umgesetzt
wurde, und Umlagern des erhaltenen Monoozonids nach Beispiel 1 wurde ein Gemisch aus 9-Formyl-4-nonensäure
und 9-Formyl-6-nonensäure erhalten.
Nach Beispiel 1 wurde ein Gemisch der verschiedenen Stereoisomeren des 1,5,9-Cyclododecatriens (CDT),
welches 70% C.U-CDT, 27% t,t,t-CDT, 2% c,c,t-CDT
und 1% Cyclodecan enthielt, mittels eines Gemisches
4(i aus 2,5 Vol.-% Ozon, 7,5 Vol.-% Sauerstoff und 90
Vol.-% CO2 ozonisiert worauf das ausschließlich Monoozonide enthaltende Gemisch gemäß Beispiel 1
umgelagert wurde. Man erhielt ein Gemisch der Stereoisomeren der ll-Formyl-4,8-undecadiensäure in
4-, einer Menge von 528 g/h vom Kp. 178-185°C/ 3 mm Hg.
Durch Ozonisieren von 1,9-CycIododecadien nach
-,(i Beispiel 1 wurde das entsprechende Monoozonid in
95%iger Ausbeute erhalten. Nach Umlagerung gemäß Beispiel 1 erhielt man ein Gemisch aus 11-Formyl-4-undecensäure
und ll-Formyl-8-undecensäure in einer Menge von 515 g/h.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung von ω-Formylalkensäuren aus mehrfach ungesättigten Cycloolefinen durch Ozonisieren einer ungesättigten Bindung des Cycloolefins in einem Lösungsmittelgemisch aus gesättigten Kohlenwasserstoffen, einem Anhydrid einer organischen Säure und einem polaren Lösungsmittel und darauffolgende Umlagerung des erhaltenen Ozonisierungsprodukts in Anwesenheit eines Alkalimetallsalzes, eines Alkalimetallalkoholate oder einer organischen Base, dadurch gekennzeichnet, daß man in dem Lösungsmittelgemisch das Gewichtsverhältnis des Anhydrids der organischen Säure zum polaren Lösungsmittel auf 1:2 bis 2 :1 einstellt und das Cydoolefin in einer Konzentration von 10 bis 40 Gew.-%, bezogen auf das Lösungsmittelgemisch, einsetzt
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