DE2606636A1 - Verfahren zur herstellung von 4.4'-dihydroxy-3.3',5.5'-tetraalkyldiphenylmethanen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von 4.4'-dihydroxy-3.3',5.5'-tetraalkyldiphenylmethanen

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DE2606636A1
DE2606636A1 DE19762606636 DE2606636A DE2606636A1 DE 2606636 A1 DE2606636 A1 DE 2606636A1 DE 19762606636 DE19762606636 DE 19762606636 DE 2606636 A DE2606636 A DE 2606636A DE 2606636 A1 DE2606636 A1 DE 2606636A1
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oxalic acid
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dihydroxy
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Hans-Josef Dr Buysch
Juergen Dr Heuser
Reinhard Dr Nebeling
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Bayer AG
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C39/00Compounds having at least one hydroxy or O-metal group bound to a carbon atom of a six-membered aromatic ring
    • C07C39/12Compounds having at least one hydroxy or O-metal group bound to a carbon atom of a six-membered aromatic ring polycyclic with no unsaturation outside the aromatic rings
    • C07C39/15Compounds having at least one hydroxy or O-metal group bound to a carbon atom of a six-membered aromatic ring polycyclic with no unsaturation outside the aromatic rings with all hydroxy groups on non-condensed rings, e.g. phenylphenol

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  • Organic Chemistry (AREA)
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Description

  • Verfahren zur Herstellung von 4.4' -Dihydroxy-3.3',5.5'-tetra-
  • alkyldiphenylmethanen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 4.4'-Dihydroxy-3 e 3'.5.5'-tetraalkyldiphenylmethanen (im folgenden Tetra-alkylbisphenol genannt) durch säurekatalysierte Umsetzung von 2.6-Dialkylphenolen mit Formaldehyd.
  • Die Verfahrensprodukte sind wertvolle Ausgangsprodukte SUr Kunststoffe0 So können sie nach bekannten Verfahren in hochverseifungsbeständige Polycarbonate übergeführt werden. Durch Hydrierung werden sie in entsIrechende Diole umgewandelt, die hochverseifungsstabile Polyester ergeben.
  • Es ist bekannt, 2.6-Dialkylphenole mit Formaldehyd zu Tetraalkylbisphenolen zu kondensieren. Dazu sind verschiedene Wege beschritten worden: Nach Compt. rend. , 866 (1933) entsteht bei der Umsetzung von 2-Nethyl-6-Äthylphenol mit Formaldehyd und Dimethylamin neben der Mannichbase 4.42-Dihydroxy-3.3'-dimethyl-5.5'-diäthyldiphenylmethan. Die Ausbeute ist nicht angegeben. Es wird Jedoch vermerkt, daß die Kondensation bei diesen 2.6-Dialkylphenolm gegenüber anderen Phenolen besonders langsam verläuft und Formaldehyd ungenutzt aus dem Reaktionsgemisch entweicht.
  • Deshalb wird in einem weiterführenden Verfahren gemäß dem US P 2.839.586 zunächst aus 2.6-Dimethylphenol, Formaldehyd und Dimethylamin die Mannichbase, nämlich 4-Hydroxy-3.5-dimethyl-benzylalkohol, hergestellt und diese in einem zweiten Verfahrensschritt bei Temperaturen um 2000C unter Abspaltung von Dimethylamin mit weiterem 2.6-Dimethylphenol zu 4.4-Dihydroxy-3.3'0 es.5' 1-tetramethyl-diphenylmethan umgesetzt. Es werden so hohe Ausbeuten an Rohprodukt erhalten, das aber durch die Anwesenheit der Base stark verfärbt ist.
  • Weiterhin behindern Restspuren von Amin die nachfolgende Hydrierung durch Vergiftung des Katalysators, so daß von der Weiterverarbeitung umfang- und verlustreiche Reinigungsoperationen erforderlich sind. Außerdem muß das Dimethylamin möglichst quantitativ zurückgewonnen werden, was wegen der Flüchtigkeit dieses Amins nicht leicht möglich ist.
  • Es hat darum nicht an Versuchen gefehlt, 2.6-Dialkylphenole unter saurer Katalyse mit Formaldehyd zu Tetraalkylbisphenolen zu kondensieren. Eine Möglichkeit besteht darin, 2.6-Dimethylphenylacetat in Eisessig mit Paraformaldehyd in Gegenwart von HCl als Katalysator zunächst zum 4-Acetoxy-3.5-dimethyl-benzylacetat umzusetzen, dieses zu verseifen und schließlich mit weiterer Salzsäure zum Tetramethylbisphenol zu kondensieren (dem. Abstr. 78, 3876 m). Abgesehen davon,daß dies eine sehr umständliche Verfahrensweise darstellt, entsteht aus Formaldehyd und Chlorwasserstoff der stark cancerogene GC.a-DichlordimethylEther.
  • Außerdem sind HCl-haltige Lösungen aehr korrosiv. Daher ist Chlorwasserstoff, der sich gerade wegen der abgeschwächten Reaktivität der 2.6-Dialkylphenole als Katalysator anbietet, praktisch nicht zu verwenden.
  • Demnach erscheint es sinnvoll, die Kondensation mit physiologisch unbedenklicheren und weniger korrosiven Katalysatoren, wie Phosphorsäure oder Schwefelsäure, durchzuführen. Um dabei zu erträglichen Reaktionsgeschwindigkeiten zu gelangen, muß man Jedoch erhöhte Temperaturen anwenden. Nun hat Formaldehyd bei erhöhten Temperaturen schon einen erheblichen Dampfdruck und entweicht daher z. T. ungenutzt aus der Reaktionslösung. Selbst bei Arbeiten unter Druck läßt sich nicht vermeiden, daß sich Formaldehyd an den kälteren, nicht von der Reaktionslösung besprühten Teilen des Reaktors in polymerer Form abscheidet und neben der Abluftverschmutzung auch zu Verstopfungen der Rohre führt. Besonders störend wirkt sich der hohe Dampfdruck des Formaldehyds aus, wenD das Reaktionswasser bzw. mit Formalin eingebrachtes Wasser zur Erhaltung der Wasserkonzentration im Reaktionsgemisch durch Abdestillieren ggf. als Azeotrop mit einem Schleppmittel entfernt werden soll. Dann enthält nicht nur das Abgas, sondern auch das Destillat erhebliche Mengen Formaldehyd. Diese sind achwer zurückzugewinnen und nutzbar zu machen.
  • Es wurde nun gefunden, daß man mit kleinen Mengen Oxalsäure als Katalysator ohne weitere Zusätze Tetraalkylbisphenole aus wäßrigen Formaldehydlasungen und Dialkylphenolen ohne.
  • Formaldehydverluste bei praktisch quantitativem Formaldehyduisatz in relativ kurzen Reaktionszeiten in ausgezeichneten1 fast quantitativen Ausbeuten gewinnt.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von 4,4'-Dlhydroxy-3,5,3',5!-tetraalkyldiphenyl -methanen der allgemeinen Formel in der R1 und R2, gleich oder verschieden, für einen Alkylrest mit 1 - 6 C-Atomen stehen, durch säurekatalysierte Kondensation von 2,6-Dialkylphenolen mit wäßriger Formaldehydlösung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß als Katalysator Oxalsäure verwendet wird.
  • überraschenderweise entweicht bei Einsatz dieses Katalysators kein Formaldehyd, was sonst bei Verwendung starker Säuren als Katalysatoren zu beobachten ist. Gemäß einem eigenen älteren Vorschlag (P 2 530 122.8) läßt sich das nur verhindern, wenn man dem Reaktionsgemisch einen höheren Monoalkohol wie Butanol zusetzt und in homogener Phase arbeitet.
  • Gegenüber dem Stand der Technik hat das erfindungsgemäße Verfahren noch weitere Vorteile: Auf die korrosive und hinsichtlich der Folgeprodukte physiologisch höchst bedenkliche Salzsäure kann verzichtet worden. Nebenprodukte, insbesondere leicht flüchtig., die schwer wiederzugewinnen sind, fallen nicht an.
  • Das Nolverhältnis Dialkylphenol/Formaldehyd läßt sich auf das stöchiometrische Verhältnis von 2/1 beschränken. Man kann mit wäßrigen Formaldehydlösungen arbeiten und braucht das Reaktionswasser und das mit Formalin eingebrachte Wasser nicht aus dem Reaktionsgsmisch zu entfernen, da die Oxalsäure auch in erheblicher VerdCtnnung noch wirksam ist. Der Katalysator muß nicht aus dem Reaktionsgemisch entfernt werden, da die Oxalsäure während des Eindampfens der Reaktionsmischung bei Temperaturen um I500C in gasförmige Bestandteile zerfällt. Das als Sumpfprodukt verbleibende gelbliche Rohprodukt ist so rein, daß es unmittelbar der katalytischen Hydrierung zugeführt werden kann.
  • Dies alles bedeutet eine große Vereinfachung. üblicherweise müssen die Bisphenole vor der Hydrierung einer sorgfältigen Reinigung unterzogen werden, da Hydrierkatalysatoren selbst durch geringste Spuren an Verunreinigungen vergiftet werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren stellt somit eine leistungsfähige und umweltfreundliche Herstellungßmethode für 4ß4'-Dihydroxy-3,3',5,5'-tetraalkyl-diphenylmethane dar.
  • Geeignete Ausgangsprodukte für das erfindungsgemäße Verfahren sind 2,6-Dialkylphenole, deren Alkylreste aus 1-6 C-Atomen bestehen, z.B. 2, 6-Diisopropylphenol, 2 ,6-Diäthylphenol, 2-Methyl-6-äthylphenol, besonders aber 2, 6-Dimethylphenol.
  • Formaldehyd kann gasförmig oder fest, wie z.B. als Paraformaldehyd, eingesetzt werden, wobei es nicht notwendig ist, das im Reaktionsverlauf entstehende Wasser zu entfernen. Es ist Jedoch einfacher und für den Reaktionsverlauf vorteilhafter, wäßrige Formaldehydlösungen zu verwenden. üblicherweise haben diese einen Gehalt von maximal 50 Gew.-%, vorzugsweise bis zu 35 Gew.-%, Formaldehyd.
  • Das Molverhältnis von Dialkylphenol zu Formaldehyd beträgt normalerweise zwischen 2:1 und 5:1, vorzugweise 2:1 und 3,5:1. Man kann 3edoch auch einen größeren Fhenoluberschuß anwenden. Es ist sogar möglich, mit einem Uberschuß an Formaldehyd zu arbeiten, so z.B. bei einem Molverhiltnis von 1,8:1. Die Menge an Oxalsäure beträgt 0,1 bis 5 Gew.-%, vor zugsweise 0,2 bis 3 Gew.-«, besonders bevorzugt 0,5 - 2 Gew.-X, bezogen auf die gesamte Reaktionsmenge.
  • Da während der Kondensation Tetraalkylbisphenole auskristallisieran können, vor allem dann, wenn ein geringer oder kein überschuß an Dialkylphenol verwendet wird, muß das Reaktionsgemisch durch Zugabe eines Lösungsmittels, vorzugsweise Wasser, verdünnt werden, damit es rührbar bleibt.
  • Die Reaktionstemperatur liegt zwischen 600 und 1400C, vorzugsweise 80 und I250C, insbesondere 90 - 1150C.
  • Um besonders helle Reaktionsprodukte zu erhalten, wird zweckmäßig Ameisensäure zugesetzt und zwar in den gleichen Mengen, die für Oxalsäure angegeben sind.
  • Beispiel 1 a) Ein Gemisch von 976 g (8 Mol) 2,6-Dimethylphenol, 215 g (2,5 Mol) 35 %iges Formalin und 10 g Oxalsäure wird unter kräftigem Rühren und Stickstoff innerhalb von 2 - 3 h bis zum Sieden erhitzt und 16 - 17 Stdn. bei dieser Temperatur gehalten. Dann ist praktisch kein Formaldehyd mehr im Reaktionsgemisch vorhanden. Anschließend wird zunächst Wasser unter Normaldruck abdestilliert, dann die Sumpftemperatur erhöht, der Druck auf ca. 100 Torr gebracht und 2,6-Dimethylphenol abgetrennt. Bei steigenden Sumpftemperaturen >1500 reduziert man den Druck sukzessive weiter, bis schließlich bei 180 - 1900C und 10 - 20 Torr kein Dimethylphenol mehr übergeht. Der Sumpf wird unter Stickstoff ausgegossen und erstarren lassen. 627g 4,4'-Dihydroxy-3,5,3',5'-tetramethyldiphenylmethan werden in Form gelblicher Krisalze erhalte, d.s. 98 % d.Th., bezogen auf eingesetzten Formaldehyd (Schmp. 168 - 1730C).
  • b) 100 g Bis-(3,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-methan gemäß a) werden in einem Schüttelautoklaven in Gegenwart von 2,5 g eines reduzierten Ni-Cr-Al-Cu-Katalysators bei 160 - 1700C unter einem Wasseratoffdruck von 200 - 280 bar bis zur Beendigung der Wasserstoffaufnahme geschüttelt (Dauer: 145 Min.). Das Reaktionsprodukt wird in Methanol aufgenommen, filtriert und eingeengt. Man erhält nach Destillation 100 g Bis-(3,5-dimethyl-4-hydroxy-cyclohexyl)-methan (Kpo 5g 160-1640c), das sind 95 - 96 , der Theorie, mit einem gehalt an phenolischem OH von 0,03 X und einer OH-Zahl von 415 aber 419).
  • 50 Gewichtsteile eines ungesättigten Polyesters, hergestellt nach üblichen Verfahren durch Polykondensation unter Stickstoff bei ca. 2000C aus 171,6 Gewichtsteilen Maleinsäureanhydrid und 492,5 Gewichtsteilen Bis-(3,5-dimethyl-4-hydroxycyclohexyl )-methan mit einer Säurezahl 420, werden mit 50 Gewichtsteilen Styrol und 0,005 Gewichtsteilen Hydrochinon vermischt und dann 2 Gewichtsteile Benzoylperoxid zugegeben.
  • Die Masse wird nun zwischen zwei mit Trennmittel versehenen Glasplatten gegossen, die durch Dichtungsstreifen in einem Abstand von 2 cm gehalten werden, 3 Stunden bei 75 0C gehärtet und weitere 15 Stunden bei 1000C getempert. Die so hergestellte entformte Platte wird in Prüfkörper mit den Abmessungen 25 x 40 x 2 mm aufgeteilt.
  • In einem Autoklaven werden die Prüfkörper 40 - 50 Tage lang luftfreiem 1100 heißem Wasserdampf ausgesetzt. Nach dieser Zeit ist das Harz unverändert.
  • BeisPiel 2 Ein Gemisch von 610 g (5 Mol) Dimethylphenol, 215 g (2,5 Mol) Formalin (35 96ig) und 20 g Oxalsäure wird unter Rühren und Stickstoff auf Siedetemperatur gebracht und 18 h bei dieser Temperatur gehalten. Um das Reaktionsgemisch rührbar zu halten, werden im Verlauf der Reaktionszeit nach und nach insgesamt 400 ml Wasser zugesetzt. Aus dem Kristallbrei werden bei Siedetemperatur unter Normaldruck durch Waasordampfdeotillation 17 g nicht umgesetztes 2,6-Dimethylphenol abgetrennt.
  • Daraus errechnet sich ein Umsatz von 97 «. Der Kristalibrei wird dann abgesaugt, mit Wasser gewaschen und getrocknet: 611 g Bia-(D,5-dimethyl-4-hydroxyphenyl)-methan werden in Form gelblicher Kristalle erhalten, entsprechend einer Ausbeute von 98 96 d. Th., bezogen auf den Umsatz Formaldehyd.
  • Die Hydrierung dieses Produktes verläuft, wie in Beispiel 1b) beschrieben, ohne Schwierigkeiten.
  • VerRleichsbeisPiel 1 Ein Gemisch von 244 g (2 Mol) 2,6-Dimethylphenol, 86 g (1 Mol) 35 figes Formalin und 25 g konz. Phosphorsäure wird unter RUhren und Stickstoff auf Siedetemperatur erhitzt. Dabei und allmählich abnehmend auch während des Siedens entweicht Formaldehyd aus dem Reaktionsgemisch und schlägt sir in polymerer Form auf der Kühlerschlänge nieder. Nach 18 Stdn. Reaktionszeit wird aufgearbeitet wie in Beispiel 2. Man erhält 192 g gelbe Kristalle (Schmp.: 155 - 1720C) entsprechend einer Ausbeute von nur 75 , d.Th.
  • Dies Beispiel zeigt, daß Phosphorsäure, die vergleichbar, aber doch etwas stärker sauer ist als Oxalsäure, weit schlechtere Ergebnisse liefert als diese.

Claims (6)

  1. PatentansprUche 4S erfahren zur Herstellung von 4,4'-Dihydroxy-3,3',55'-tetraalkyl-diphenylmethanen der allgemeinen Formel in der R1 und R2, gleich oder verschieden, für einen Alkylrest mit 1 - 6 C-Atomen stehen, durch säurekatalysierte Kondensation von 2,6-Dialkylphenolen mit Formaldehyd, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator Oxalsäure verwendet wird.
  2. 2) Verfahren nach Anspruch 1, dad. gek., daß die Oxalsäure in Mengen von 0,1 - 5 Gew.-%, bezogen auf das Reaktionsgemisch eingesetzt wird.
  3. 3) Verfahren wach Anspruch 1, dad. gek., daß das Molverhältnis von Dialkylphenol zu Formaldehyd 1,8:1 bis 5:1 beträgt.
  4. 4) Verfahren nach Anspruch 1, dad. gek., daß außer Wasser keine weiteren flUssigen Zusätze bei der Umsetzung mitverwendet werden.
  5. 5) Verfahren nach Anspruch 4, dad. gek., daß kein Alkohol mitverwendet wird.
  6. 6) Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß man eine wäßrige Formaldehydlösung verwendet.
DE19762606636 1976-01-24 1976-02-19 Verfahren zur herstellung von 4.4'-dihydroxy-3.3',5.5'-tetraalkyldiphenylmethanen Pending DE2606636A1 (de)

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FR7620510A FR2338917A1 (fr) 1976-01-24 1976-07-05 Procede de preparation des 4,4'-dihydroxy-3,3',5,5'-tetraalkyldiphenyl-methanes par condensation, catalysee a l'acide oxalique, des 2,6-dialkylphenols avec le formaldehyde

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