DE3024496A1 - Verfahren zur herstellung von 3-hydroxy-2,2,4-trimethylpenthylisobutyrat - Google Patents

Verfahren zur herstellung von 3-hydroxy-2,2,4-trimethylpenthylisobutyrat

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DE3024496A1
DE3024496A1 DE19803024496 DE3024496A DE3024496A1 DE 3024496 A1 DE3024496 A1 DE 3024496A1 DE 19803024496 DE19803024496 DE 19803024496 DE 3024496 A DE3024496 A DE 3024496A DE 3024496 A1 DE3024496 A1 DE 3024496A1
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isobutyraldehyde
hydroxy
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DE19803024496
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Herbert Dipl.-Ing. Dr. 6230 Frankfurt Baltes
Ernst Ingo Dipl.-Chem. Dr. 6391 Westerfeld Leupold
Knut Dipl.-Chem. Dr. 6238 Hofheim Riedel
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Hoechst AG
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Hoechst AG
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C67/00Preparation of carboxylic acid esters
    • C07C67/44Preparation of carboxylic acid esters by oxidation-reduction of aldehydes, e.g. Tishchenko reaction

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
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Description

  • Verfahren zur Herstellung von 3-Hydroxy-2, 2, 4-trimeth~i-
  • pentylisobutyrat Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 3-Hydroxy-2,2,4-trimethylpentylisobutyrat aus Isobutyraldehyd in Gegenwart von Alkalihydroxid und Wasser.
  • Aus US-PS 3 718 689 ist bekannt, daß sich Isobutyraldehyd mit 30 bis 60 gewichtsprozentiger wäßriger Alkalih-droxid-Lösung in einem kontinuierlichen, homogen-katalysierten Prozeß zu 3-Hydroxy-2, 2, 4-trimethylpentylisobutyrat umsetzen läßt. In Spalte 4, Zeile 21 bis 31, wird dort betont, daß zur Erzielung optimaler Raum-Zeit-Ausbeuten eine Verweilzeit von zehn Minuten nicht überschritten werden sollte. Zur Aufarbeitung wird das Reaktionsgerisch direkt in eine Abtriebskolonne geleitet, in der bei einem Druck von 2 bar und einer Temperatur von 1250C das als Nebenprodukt anfallende Isobutyraldoxan (trimerer Isobutyraldehyd)mit Hilfe von Wasserdampf aespalten und der so gebildete monomere Isobutyraldehyd als Azeotrop mit Wasser abdestilliert wird.Das Alkalihydroxid setzt sich zu Alkaliisobutyrat um, welches als wäßrige Lösung am Fuß der Abtriebskolonne entnommen und verworfen wird.
  • Die zur Durchführung des kontinuierlichen Verfahrens gemäß US-PS 3 718 689 benötigte Anlage ist aufwendig und störungsanfällig; die Ausbeuten im laufenden Betrieb schwanken erheblich und sind im allgemeinen unbefriedigend. Die wirtschaftliche Nutzung des Verfahrens wird darüber hinaus noch durch den Alkaliisobutyrat--G«halL des Abwassers und die damit verbundenen Umweltorobloe beeinträchtigt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Schwierickeiten zu überwinden und ein einfaches, störungssicheres und ohne größeren apparativen und personellen Aufwand durchzuführendes Verfahren zu entwickeln, das auch die Gewinnung der Isobuttersäure aus dem Alkaliisobutyrat ermöglicht und diese einer wirtschaftlichen Nutzung zugänglich macht.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von 3-Hydroxy-2, 2, 4-trimethylpentylisobutyrat aus Isobutyraldehyd und wäßriger Alkalihydroxid-Lösung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß in einer diskontinuierlichen Reaktion die folgenden Verfahrensschritte nacheinander durchlaufen werden: a) Gleichzeitiges Einleiten von Isobutyraldehyd und wäßriger Alkalihydroxid-Lösung in ein Reaktionsgefäß, b) Zugabe von Wasser nach Beendigung der Reaktion, c) Abdestillieren des nicht-umgesetzten Isobutyraldehyds als Azeotrop mit Wasser, d) Ansäuern des als SumFf zurückgebliebenen Gemisches, e) Trennung der organischen und der wäßrigen Phase des Sumpfes, f) Verwerfen der wäßrigen Phase und fraktionierte Destillation der organischen Phase zur Gewinnung des 3-Hydroxy-2 , 2, 4-trimethylpentylisobutyrats und der Isobuttersäure.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich gegenüber dem Verfahren gemäß US-PS 3 718 689 dadurch aus, daß der apparative Aufwand sowohl für die eigentliche Reaktion wie auch für die Aufarbeitung des Reaktionsgemisches wesentlich geringer ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist infolgedessen weniger störanfällig und somit wirtschaftlicher; die Verwendung einer speziellen, unter Druck arbeitenden Abtriebskolonne und eines besonderen Röhrenreaktors erübrigt sich. Die Ausbeute und die Selektivität an 3-Hydroxy-2,2,4-trimethylpentylisobutyrat sind weitgehend unabhängig von der Verweilzeit, und somit ist auch eine einfache diskontinuierliche Reaktionsführung möglich,was im Hinblick auf US-PS 3 718 689 nicht zu erwarten war. Gegenüber dem Verfahren gemäß dieser US-PS besitzt das erfindungsgemäße Verfahren außerdem den entscheidenden Vorteil, daß das als Nebenprodukt anfallende Alkaliisobutyrat als freie, für Synthesen nutzbare Isobuttersäure isoliert wird. Die Belastung des Abwassers durch organische Stoffe wird dadurch beträchtlich vermindert.
  • Die Umsetzung kann durch folgende Gleichung beschrieben werden: Im Verfahrens schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Isobutyraldehyd und wäßrige Alkalihydroxid-Lösung gleichzeitig unter intensivem Rühren in ein Reaktionsgefäß eingeleitet. Die Einleitungsgeschwindiqkeit ist wegen der stark exothermen Reaktion abhängig von der Größe des verwendeten Reaktionsgefäßes und insbesondere von der Kapazität des verwendeten Rückflußkühlers. Sie wird bevorzugt so eingestellt, daß die Reaktionswärme ausreicht, ein Sieden unter Rückfluß aufrecht zu erhalten.
  • Als Isobutyraldehyd kann das handelsübliche Produkt eingesetzt werden. Ein Wassergehalt bis 3 Gew.-% und ein n-Butyraldehyd-Gehalt bis 1 Gew.-%, jeweils bezogen auf Isobutyraldehyd, beeinflussen das erfindungsgemäße Verfahren nicht negativ.
  • Die Art des eingesetzten Alkalihydroxids ist unkritisch.
  • Bevorzugt werden jedoch Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid eingesetzt.
  • Das Alkalihydroxid wird im allgemeinen als 30 bis 60 gewichtsprozentige wäßrige Lösung eingesetzt.
  • Das Molverhältnis Isobutyraldehyd zu Alkalihydroxid beträgt im allgemeinen 5:1 bis 60:1, vorzugsweise 10:1 bis 40:1, insbesondere 25:1 bis 35:1.
  • Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im allgemeinen bei Temperaturen zwischen 50 und 1500C durchgeführt, insbesondere zwischen 55 und 90"C.
  • Man arheitet bevorzugt bei Normaldruck; jedoch ist auch geringfügig erhöhter Druck (1,1 - 10 bar) geeignet.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform von Schritt a) besteht darin, zunächst 5 bis 10 Gew.-E der Gesamtmenge an Isobutyraldehyd vorzulegen und unter intensivem Rühren wäßrige Alkalihydroxid-Lösung hinzuzufügen,bis das Reaktionsgemisch siedet; danach werden die restliche Alkalihydroxid-Lösung und das restliche Isobutyraldehyd eingeleitet.
  • Nach Beendigung der Einleitung von Isobutyraldehyd und Alkalihydroxid-Lösung wird das Reaktionsgemisch im Schritt b) unter Rühren mit Wasser versetzt, so daß ein zweiphasiges Gemisch entsteht.Die zugesetzte Wassermenge beträgt im allgemeinen 10 bis 100 Gew.-%, bezogen auf eingesetzten Isobutyraldehyd, insbesondere 20 bis 60 Gew.-%.
  • Das zweiphasige Gemisch wird anschließend im Verfahrensschritt c) erhitzt und der nicht-umgesetzte Isobutyral- dehyd als Azeotrop mit Wasser abdestilliert. Eventuell gebildetes Isobutyraldoxan (trimerer Isobutyraldehyd) wird unter diesen Eedingungen in Isobutyraldehyd zurückgespalten.
  • Diese Destillation wird bei einer Temperatur von 40 bis 1200C, vorzugsweise bei 55 bis 700und bei einem Druck von 0.8 bis 1^0 bar, vorzugsweise bei 1 bis 3 bar, insbesondere bei Normaldrucktdurchgeführt.
  • Der zweiphasige Destillationsrückstand wird im Verfahrensschritt d) im allgemeinen auf eine Temperatur zwischen 5 und 300C abgekühlt und angesäuert. Dabei wird unter intensivem Rühren mit Hilfe einer starken Säure im allgemeinen ein pH-Wert zwischen 1 und 5, vorzugsweise zwischen 3 und 4, eingestellt.
  • Als starke Säuren eignen sich Mineralsäuren und saure Ionenaustauscherharze auf Polystyrol-Basis mit S03E-Gruppen, insbesondere Schwefelsäure.
  • Nach dem Ansäuern werden in Schritt e) die Phasen getrennt. Die organische Phase wird fraktioniert destilliert und dadurch die Isobuttersäure und das 3-Hydroxy-2t2t4-trimethylpentylisobutyrat getrennt.
  • 3-Hydroxy-2,2,4-trimethylpentylisobutyra ist ein wichtiges Verlaufshilfsmittel für Klebstoffe und Lacke.
  • Darüberhinaus findet es Verwendung als Ausgangsstoff für die Herstellung von Farbstoffen und Schädlingsbekämpfung smitteln.
  • Beispiel In einem 3 l-Rolben, ausgerüstet mit einem Innenthermomete., einem Rührer, einem Rückflußkbhler und zwei Einleitungsrohren werden 100 g Tsobutyraldehyd vorgelegt. Unter Rühren wird 33 Gew.%ige wäßrige Natrcnlauge mit einer Geschwindigkeit von 12 ml/h eingeleitet.
  • Nach ca. 20 Minuten steigt die Temperatur des Reaktionsgemisches sprunghaft auf ca. 72"C an. Die Lösung beginnt zu sieden. Nun wird zusätzlich Isobutyraldehyd mit einer Geschwindigkeit von 360 ml/h eingeleitet. Insgesamt werden 1000 g Isobutyraldehyd und ca. 57 g 33 %ige wäßrige Natronlauge eingeleitet.
  • Nach Beendigung der Reaktion werden der Lösung 300 ml Wasser zugesetzt. Das zweiphasige Gemisch wird unter Rühren erhitzt und der nicht umgesetzte Isobutyraldehyd als Azeotrop mit Wasser bei einer Temperatur von 60 bis 63"C im Kolonnenkopf bei Normaldruck abdesWilliert.
  • Man erhält ein zweiphasiges Destillat, das 218 g Isobutyraldehyd enthält. Die Phasen werden getrennt, die organische Phase kann direkt wieder im Verfahrensschritt a) eingesetzt werden.
  • Der zweiphasige Destillationsrückstand wird au 200C gekühlt und unter intensivem Rühren mit 210 ml 10 Gew.9 r Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 3,5 eingestellt.
  • Danach werden die beiden Phasen getrennt. Die wäßrige Phase enthält ca. 5,6 Gew.-% Natriumsulfat und weniger als 1 Gew.-t Isobuttersäure und wird verworfen.
  • Die organische Phase wird fraktioniert. Man erhält 17.5 g Isobuttersäure (56 bis 620C, 26 mbar) und 664 g 3-Hydroxy-2,2,4-trimethylpentylisobutyrat (139 bis 1410C, 26 bar), entsprechend einer Ausbeute von 66.4 und einer Selektivität von 85 %, bezogen auf eingesetzten Isobutyraldehyd.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE .Verfahren zur Herstellung von 3-Hydroxy-2,2,4-trimethylpentylisobutyrat aus Isobutyraldehyd und wäßriger Alkalihydroxid-Lösung, dadurch gekennzeichnet, daß in einer diskontinuierlichen Reaktion die folgenden Verfahrensschritte nacheinander durchlaufen werden: a) Gleichzeitiges Einleiten von Isobutyraldehyd und wäßriger Alkalihydroxid-Lösung in ein Reaktionsgefäß, b) Zugabe von Wasser nach Beendigung der Reaktion, c) Abdestillieren des nicht-umgesetzten Isobutyraldehyds als Azeotrop mit Wasser, d) Ansäuern des als Sumpf zurückgebliebenen Gemisches, e) Trennung der organischen und der wäßrigen Phase des Sumpfes f) Verwerfen der wäßrigen Phase und fraktionierte Destillation der organischen Phase zur Gewinnung des 3-Hydroxy-2,2, A -trimethylpentylisobutyrats und der Isobuttersäure.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt a) zunächst 5 bis 10 Gew.- des Isobutyraldehyds im Reaktionsgefäß vorgelegt werden, dann wäßrige Alkalihydroxid-Lösung hinzugefügt wird, bis das Reaktionsgemisch siedet und anschließend der restliche Isobutyraldehyd und die restliche Alkalihyaroxid-Lösung eingeleitet werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Isobutyraldehyd und Alkalihydroxid in Schritt a) in einem Molverhältnis von 10:1 bis 40:1 eingesetzt werden.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch in Schritt d) auf einen p-Wert zwischen 3 bis 4 anyesäuert wird.
DE19803024496 1980-06-28 1980-06-28 Verfahren zur herstellung von 3-hydroxy-2,2,4-trimethylpenthylisobutyrat Withdrawn DE3024496A1 (de)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0186076A2 (de) * 1984-12-22 1986-07-02 Hoechst Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung von 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentandiolmonoisobutyrat
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WO1998024752A1 (en) * 1996-12-03 1998-06-11 Neste Oy Process for preparing 2,2,4-trimethyl-1,3-pentanediol isobutyrate

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