DE4127230A1 - Verfahren zur halbkontinuierlichen herstellung von symmetrischen dialkylethern - Google Patents
Verfahren zur halbkontinuierlichen herstellung von symmetrischen dialkylethernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur halbkontinuierlichen
Herstellung von symmetrischen Dialkylethern, bei dem man Al
kohole in Gegenwart von Sulfonsäuren dehydratisiert, Dial
kylether und Sulfonsäuren bzw. deren Ester durch Destillation
trennt und die die Sulfonsäuren bzw. deren Ester enthaltende
Fraktion erneut als Katalysator in die Dehydratisierung ein
setzt.
Dialkylether stellen wichtige Produkte der chemischen Indu
strie dar. Zu ihrer Herstellung geht man üblicherweise von
Alkoholen aus, die in Gegenwart saurer Katalysatoren, bei
spielsweise Schwefelsäure, dehydratisiert werden (R.T.Mor
rison, R.N.Boyd, Lehrbuch der Organischen Chemie, Verlag
Chemie, Weinheim/New York, 2.Aufl., 1978, S.608). Ein we
sentlicher Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch darin,
daß die sauren Katalysatoren nach Abschluß der Reaktion durch
Behandlung mit Alkalien neutralisiert werden müssen und so
ins Abwasser gelangen.
In der Sowjetischen Patentanmeldung SU 170 047 wird demge
genüber ein Verfahren zur Herstellung symmetrischer Dialkyl
ether beschrieben, bei dem man aliphatische C4-C10-Alkohole
bei 123 bis 147°C in Gegenwart von Kationenaustauschern de
hydratisiert und das gebildete Kondensationswasser über einen
Wasserabscheider abtrennt. Im Anschluß an die Reaktion muß
der saure Katalysator jedoch abgetrennt und mit hohem Aufwand
regeneriert werden, was einer technischen Verwertung des
Verfahrens entgegensteht.
Die Aufgabe der Erfindung bestand somit darin, ein Verfahren
zur Herstellung von symmetrischen Dialkylethern zu entwic
keln, das frei von den geschilderten Nachteilen ist.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur halbkontinu
ierlichen Herstellung von symmetrischen Dialkylethern, das
sich dadurch auszeichnet, daß man Alkohole in Gegenwart von
Sulfonsäuren dehydratisiert, das Kondensationswasser konti
nuierlich aus dem Reaktionsgleichgewicht entfernt, anschlie
ßend Sulfonsäuren bzw. deren Ester und Dialkylether durch
Destillation trennt und die die Sulfonsäure bzw. deren Ester
enthaltende Fraktion erneut als Katalysator in die Dehydra
tisierung einsetzt.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß sich Sulfonsäuren bei
der ohnehin obligatorischen destillativen Reinigung der Di
alkylether leicht abtrennen und in reiner Form oder in Form
ihrer Ester als Katalysatoren in die Dehydratisierung zu
rückführen lassen. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Ver
fahrens sind darin zu sehen, daß eine technisch aufwendige
Regenerierung oder Aufarbeitung des Katalysators entfällt und
praktisch keine Massenverluste auftreten.
Als Ausgangsmaterialien für die Herstellung der symmetrischen
Dialkylether können Alkohole der Formel (I) eingesetzt wer
den,
R¹OH (I)
in der R1 für einen linearen oder verzweigten, gegebenenfalls
hydroxysubstituierten aliphatischen Kohlenwasserstoffrest mit
6 bis 22 Kohlenstoffatomen und 0, 1, 2 oder 3 Doppelbindungen
oder einen Benzylrest steht.
Typische Beispiele sind Capronalkohol, 2-Ethylhexylal
kohol, Caprylalkohol, Caprinalkohol, Laurylalkohol,
Myristylalkohol, Cetylalkohol, Palmitoleylalkohol, Stearyl
alkohol, Oleylalkohol, Elaidylalkohol, Petroselinylalkohol,
Linolylalkohol, Linolenylalkohol, Ricinolylalkohol, 12-Hy
droxystearylalkohol, Arachidylalkohol, Gadoleylalkohol, Be
henylalkohol, Erucylalkohol oder Benzylalkohol. Bevorzugt ist
der Einsatz von aliphatischen, linearen oder verzweigten Al
koholen mit 6 bis 18 Kohlenstoffatomen, insbesondere n-
Octanol, 2-Ethylhexanol und Stearylalkohol.
Als Katalysatoren haben sich Sulfonsäuren als geeignet er
wiesen, die der Formel (II) folgen,
R²SO₃H (II)
in der R2 für einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen
oder einen gegebenenfalls alkylsubstituierten Arylrest steht.
Typische Beispiele sind Ethansulfonsäure, Propansulfonsäure,
Butansulfonsäure, Sulfoölsäure oder p-Toluolsulfonsäure sowie
insbesondere Methansulfonsäure und Naphthalinsulfonsäure. Zur
Herstellung dieser an sich bekannten Stoffe sei beispiels
weise auf die Deutsche Patentanmeldung DE 39 29 985 A1 ver
wiesen.
Als weitere geeignete Sulfonsäuren haben sich darüber hinaus
Anlagerungsprodukte von Natriumhydrogensulfit an olefinische
Systeme, insbesondere an Maleinsäure erwiesen. Ein typisches
Beispiel hierfür ist die Sulfobernsteinsäure.
Die Dehydratisierung der Alkohole der Formel (I) kann in Ge
genwart von 0,05 bis 10, vorzugsweise 1 bis 3 Gew.-% - be
zogen auf die Alkohole - der Sulfonsäuren erfolgen. Für die
Durchführung der Reaktion sind erhöhte Temperaturen von 180
bis 250, vorzugsweise 190 bis 220°C erforderlich. Es emp
fiehlt sich, das Kondensationswasser beispielsweise mit Hilfe
eines Wasserabscheiders zu entfernen, um das Reaktions
gleichgewicht auf die Seite der Produkte zu verlagern.
Im Verlauf der Veretherung reagieren die Sulfonsäuren mit den
Alkoholen teilweise oder vollständig unter Esterbildung ab.
Bei Rückführung der die Sulfonsäuren bzw. deren Ester ent
haltenden Fraktion in die Dehydratisierung setzen sich die
darin enthaltenen Sulfonsäureester mit frischem Alkohol zu
den entsprechenden Dialkylethern um, wobei die Sulfonsäure
wieder freigesetzt wird und die Katalysatorkonzentration
praktisch konstant bleibt.
Im Anschluß an die Dehydratisierung wird die rohe Reaktions
mischung einer destillativen Reinigung unterworfen, bei der
man neben dem reinen Dialkylether weitere Fraktionen erhält,
in denen sich die Sulfonsäuren befinden. Bei diesen Fraktio
nen kann es sich - abhängig von der Wahl der eingesetzten
Ausgangsstoffe - um Vorlaufdestillate oder Destillations
rückstände handeln. Vorzugsweise wird man bei der Auswahl der
Sulfonsäurekatalysatoren darauf achten, daß die Siedepunkte
der Dialkylether und der Katalysatoren so weit auseinander
liegen, daß eine destillative Trennung mit ausreichender
Schärfe sichergestellt werden kann. Die große Zahl möglicher
nieder- bzw. höhermolekularer Sulfonsäuren erlaubt dies dem
Fachmann ohne daß er dazu erfinderisch tätig werden müßte.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden
die Reaktionsprodukte nach der Dehydratisierung einer frak
tionierten Destillation, gegebenenfalls unter einem vermin
dertem Druck von 0,01 bis 0,1 bar unterworfen, bei der man
die Dialkyletherfraktion abtrennt und die als Vorlaufdestil
lat und/oder Rückstand anfallende Fraktion, die die Sulfon
säuren bzw. deren Ester sowie gegebenenfalls nicht umgesetz
ten Alkohol enthält, zusammen mit frischem Alkohol in die
Dehydratisierung zurückführt. Je nach Einsatzstoff fallen bei
der Destillation auch Fraktionen an, die im wesentlichen nur
nicht umgesetzten Alkohol enthalten; selbstverständlich kön
nen diese ebenfalls in der Reaktion wiederverwendet werden.
Vorzugsweise setzt man die bei der Destillation zurückgewon
nene Sulfonsäure- bzw. Sulfonsäureesterfraktion in solchen
Mengen in die Dehydratisierung ein, daß die Konzentration an
Sulfonsäure bzw. Sulfonsäureester in der Mischung wieder 0,05
bis 10 Gew.-% - bezogen auf die Alkohole - beträgt. Hierzu
empfiehlt es sich, den Schwefelgehalt der Ausgangsmischung
und der die Sulfonsäure- bzw. Sulfonsäureester enthaltenden
Fraktion zu bestimmen und letztere mit einer solchen Menge an
frischem Alkohol zu verdünnen, daß der Schwefelwert der Aus
gangsmischung wieder erreicht wird. Auf diese Weise kann die
Reaktion halbkontinuierlich durchgeführt werden, was im Hin
blick auf einen optimalen Alkoholumsatz sowie hohe Ausbeuten
an Dialkylethern vorteilhaft ist.
Dialkylether weisen emulgierende Eigenschaften auf und eignen
sich als Antischaummittel, Emulgatoren für die Emulsionspo
lymerisation oder kosmetische Mittel, in denen sie in Mengen
von 0,1 bis 25, vorzugsweise 1 bis 10 Gew.-% - bezogen auf
die Mittel - enthalten sein können.
Die folgenden Beispiele sollen den Gegenstand der Erfindung
näher erläutern, ohne ihn darauf einzuschränken.
Herstellung von Distearylether. In einem 1-l-Dreihalskolben
mit Rührer, Gaseinleitungsrohr, Intensivkühler und Wasserab
scheider wurde ein Gemisch aus 541,0 g (2,0 Mol) Stearylal
kohol (Lorol(®) C18, Fa. Henkel KGaA) und 10,8 g (0,1 Mol)
Methansulfonsäure vorgelegt; der Schwefelgehalt der Mischung
betrug 0,6 Gew.-%.
Die Reaktionsmischung wurde mit Stickstoff beaufschlagt und
unter Rühren über einen Zeitraum von 7 h auf 220°C erhitzt,
wobei 17 g Wasser - entsprechend 94% der theoretischen Menge
- kondensierten. Anschließend wurde das rohe Veretherungs
produkt abgekühlt und im Hochvakuum bei 0,02 mbar destil
liert. Bei einer Temperatur von 107 bis 238°C wurden 168 g
einer Vorlauffraktion V1 erhalten, die sich aus nichtumge
setztem Alkohol, Methansulfonsäurestearylester und Verunrei
nigungen an Distearylether zusammensetzte (Schwefelgehalt
2,16 Gew.-%). Bei 226-238°C wurden 325 des reinen
Distearylethers (Schwefelgehalt 350 ppm) erhalten. Als Rück
stand verblieben 28 g der Ausgangsmischung.
151 g der Vorlauffraktion V1 (Schwefelgehalt 2,16 Gew.-%)
wurden mit 393 g (1,45 Mol) Stearylalkohol versetzt, so daß
der Schwefelgehalt der Mischung beider Komponenten wiederum
0,6 Gew.-% betrug. Anschließend wurde die Mischung wie oben
beschrieben erneut in die Veretherung eingesetzt. Es wurden
525 g des rohen Distearylethers erhalten.
Herstellung von Di-n-octylether. Analog Beispiel 1 wurden 650
g (5 Mol) n-Octanol mit 19,5 g (0,09 Mol) alpha-Naphthalin
sulfonsäure umgesetzt. Über den Wasserabscheider konnten 40 g
Wasser - entsprechend 90% der theoretischen Menge - abge
trennt werden. Das rohe Veretherungsprodukt wurde im Hochva
kuum bei 0,1 mbar destilliert. Bei 73 bis 113°C wurden 131,5
g einer Vorlauffraktion V2 erhalten, die sich aus nicht um
gesetztem Alkohol und Di-n-octylether zusammensetzte. Bei 113
bis 118°C wurden 374 g Di-n-octylether in einer gaschromato
graphischen Reinheit von 99% erhalten. Als Rückstand R2
verblieben 75,4 g der Ausgangsmischung (Schwefelgehalt 2,5
Gew.-%), in dem sich die Naphthalinsulfonsäure sowie Anteile
von Naphthalinsulfonsäureestern befanden.
72,4 g des Rückstands R2 und 128,7 g der Vorlauffraktion V2
wurden mit 527,1 g n-Octanol versetzt und wieder in die Ver
etherung eingesetzt. Nach Abschluß der Reaktion wurden in der
sich anschließenden Destillation 182 g Vorlauffraktion V3,
408,3 g Di-n-octylether und 67,9 g Rückstand R3 erhalten.
65,7 g des Rückstands R3 und 178,5 der Vorlauffraktion V3
wurden mit 425,3 g n-Octanol versetzt und abermals in die
Veretherung eingesetzt. Nach Abschluß der Reaktion wurden in
der sich anschließenden Destillation 155,8 g Vorlauffraktion
V4, 366,7 g Di-n-octylether und 73,4 g Rückstand R4 erhalten.
Claims (7)
1. Verfahren zur halbkontinuierlichen Herstellung von sym
metrischen Dialkylethern, dadurch gekennzeichnet, daß
man Alkohole in Gegenwart von Sulfonsäuren dehydrati
siert, das Kondensationswasser kontinuierlich aus dem
Reaktionsgleichgewicht entfernt, anschließend die Sul
fonsäuren bzw. deren Ester und die Dialkylether durch
Destillation trennt und die die Sulfonsäuren bzw. deren
Ester enthaltende Fraktion erneut als Katalysator in die
Dehydratisierung einsetzt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
man Alkohole der Formel (I) einsetzt,
R¹OH (I)in der R1 für einen linearen oder verzweigten, gegebe
nenfalls hydroxysubstituierten aliphatischen Kohlenwas
serstoffrest mit 6 bis 22 Kohlenstoffatomen und 0, 1, 2
oder 3 Doppelbindungen oder einen Benzylrest steht.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, daß man Sulfon
säuren der Formel (II) einsetzt,
R²SO₃H (II)in der R2 für einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoff
atomen oder einen gegebenenfalls alkylsubstituierten
Arylrest steht.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß man die Alkohole der Formel
(I) in Gegenwart von 0,05 bis 10 Gew.-% - bezogen auf
die Alkohole - der Sulfonsäuren dehydratisiert.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß man die Dehydratisierung bei
Temperaturen von 180 bis 250°C durchführt.
6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktionsprodukte
nach der Dehydratisierung einer fraktionierten Destil
lation, gegebenenfalls unter vermindertem Druck, unter
wirft, die Dialkyletherfraktion abtrennt, und die als
Vorlaufdestillat und/oder Rückstand anfallenden Frak
tion, die die Sulfonsäuren bzw. deren Ester sowie ge
gebenenfalls nicht umgesetzten Alkohol enthält, zusammen
mit frischem Alkohol erneut in die Dehydratisierung
einsetzt.
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß man die bei der Destillation
rückgewonnene Sulfonsäure- bzw. Sulfonsäureesterfraktion
in solchen Mengen in die Dehydratisierung einsetzt, daß
die Konzentration an Sulfonsäure bzw. Sulfonsäureester
in der Mischung wieder 0,05 bis 10 Gew.-% - bezogen auf
die Alkohole - beträgt.
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