DE69021492T2 - Verfahren zur Herstellung von Aldehyden. - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Aldehyden.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aldehyden der allgemeinen Formel
- worin n eine ganze Zahl von 2 bis 8 bedeutet. Diese Aldehyde können in Duftstoffzusammensetzungen zum Einsatz kommen.
- Es bestand schon immer ein großes Interesse an der Herstellung von Verbindungen mit Duftstoffeigenschaften und der Verwendung dieser Verbindungen in Duftstoffzusammensetzungen.
- Die Verbindungen der Formel I lassen sich im Prinzip durch Hydroformylierung der entsprechenden alpha-Olefine herstellen. Solch ein Verfahren führt im allgemeinen zur Bildung einer Mischung aus zwei isomeren Aldehyden, d.h. einer Mischung aus n-Aldehyd, bei dem es sich um eine Verbindung handelt, bei der die Formylgruppe als an das alpha-Kohlenstoffatom der olefinischen Vorstufe gebunden betrachtet werden kann, und iso-Aldehyd, bei dem es sich um eine Verbindung handelt, bei der die Formylgruppe als an das beta- Kohlenstoffatom der olefinischen Vorstufe gebunden betrachtet werden kann. n- und iso-Aldehyd lassen sich normalerweise durch fraktionierte Destillation aus dem Reaktionsgemisch isolieren.
- In der deutschen Patentanmeldung DE-A-2 724 484 ist die Hydroformylierung von alpha-Olefinen beschrieben. Die Selektivität der Reaktion ist jedoch sehr niedrig. Es sei auf Beispiel 1(b), Seite 7, Zeile 7 verwiesen, wo darauf hingewiesen wird, daß Monoaldehyde A und B in einem Verhältnis von 6:4 gebildet werden. Dies ist nahe einem Verhältnis von 5:5, das einer Selektivität von Null entspricht. Bei dem in dieser Druckschrift verwendeten Katalysator handelt es sich um einen heterogenen Katalysator. Unter den Bestandteilen des katalytischen Systems befindet sich keine Phosphor(III)-Verbindung, außer als Ligand in der Rhodiumverbindung.
- Es wurde jetzt gefunden, daß bei Verwendung bestimmter homogener katalytischer Systeme aus einer relativ hohen Menge an Phosphor(III)-Verbindung (zusätzlich zu der als Ligand in der Rhodiumverbindung eingesetzten Menge) hauptsächlich ein Typ von Aldehyd gebildet wird, was gleichbedeutend damit ist, daß eine sehr gute Selektivität erzielt wird. Außerdem ist der Umsatz an Ausgangsolefin sehr hoch.
- Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung von Aldehyden der allgemeinen Formel I,
- worin n eine ganze Zahl von 2 bis 8 bedeutet, wobei man eine Verbindung der allgemeinen Formel II,
- CH&sub2;=CH-(CH&sub2;)-CH=C(CH&sub3;)&sub2; (II)
- worin n die obenangegebene Bedeutung besitzt, mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff in Gegenwart eines homogenen Katalysatorsystems aus einer löslichen Rhodiumverbindung und einer Phosphor(III)-Verbindung in einer Menge von 50 bis 10 000 Mol pro g-Atom Rhodium umsetzt, und wobei die Temperatur im Bereich von 40 bis 110ºC und der Druck im Bereich von 1,0 bis 20 bar liegen.
- Bei dem Hydroformylierungskatalysator handelt es sich um ein homogenes Katalysatorsystem aus einer löslichen Rhodiumverbindung und einer Phosphor(III)- Verbindung, vorzugsweise einem Phosphin, einem Phosphit oder Phosphor(III)-Verbindungen, bei denen der Phosphor an Aryl- und/oder (Cyclo)alkyl- sowie Aryloxy- und/oder (Cyclo)alkoxygruppen gebunden ist.
- Bei der löslichen Rhodiumverbindung handelt es sich vorzugsweise um eine Verbindung von Rhodium mit einem oder mehreren aus der Gruppe Wasserstoffatom, Kohlenmonoxid, einer Phosphor (III) -Verbindung, einem Olefin wie Ethen oder Cyclooctadien-rhodium(I)- acetylacetonat, Dirhodium-octacarbonyl, Rhodiumnitrat, Rhodiumchlorid, Tetrarhodium-dodecacarbonyl oder Hexarhodium-hexadecacarbonyl. Als andere in Frage kommende Rhodiumverbindungen sind Carbonylhydridotris(triphenylphosphin)rhodium(I), Carbonylchlorobis(triphenylphosphin)rhodium(I), Carbonyl(triphenylphosphin)rhodium(I)-acetylacetonat, und Bis- (ethylen)rhodium(I)-acetylacetonat zu nennen, die auch unter den Warenzeichen Rh-42, Rh-43 und Rh-91 bekannt sind.
- Bei dem phosphor(III)-haltigen Liganden kann es sich um einen einzähnigen oder zweizähnigen Liganden handeln. Vorzugsweise wird ein Phosphin der allgemeinen Formel
- P(R³)&sub2;R&sup4; (III)
- eingesetzt, worin R³ jeweils unabhängig eine Phenyloder Naphthylgruppe, die gegebenenfalls mit Substituenten, ausgewählt aus Alkyl-, Alkoxy-, Carboxyl-, Trihalogenmethyl-, Cyan-, Dialkylamino-, Alkanoyl-, Alkanoyloxy- und Alkylsulfonylgruppen, oder einem Halogenatom substituiert ist und R&sup4; eine Gruppe R³ oder eine Alkyl- oder Cycloalkylgruppe, eine beliebige Alkylgruppe mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen, und eine beliebige Cycloalkylgruppe mit bis zu 12 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise mit bis zu 6 Kohlenstoffatomen bedeuten. Vorzugsweise stellt R³ eine Phenyl- oder Naphthylgruppe dar, die gegebenenfalls mit Substituenten, ausgewählt aus einer Methylgruppe, einer Methoxygruppe und einem Chloratom, substituiert ist, und R&sup4; ist gleich R³ oder eine mit einer Carboxylgruppe substituierte Phenylgruppe oder eine Alkylgruppe mit 3 bis 7 Kohlenstoffatomen. Besonders bevorzugt stellen R³ und R&sup4; beide Phenylgruppen dar. Ganz besonders bevorzugt ist der Phosphinligand Triphenylphosphin.
- Als weitere in Frage kommende Phosphor(III)- Verbindungen sind Phosphite zu nennen. In besonders geeigneter Weise können die in der europäischen Patentanmeldung 306094 genannten Phosphite zur Anwendung kommen.
- Vorzugsweise wird die Phosphor(III)- Verbindung in einer Menge im Bereich von 500 bis 2000 Mol pro g-Atom Rhodium eingesetzt.
- Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt das Molverhältnis von Kohlenmonoxid zu Wasserstoff zweckmäßigerweise im Bereich von 2:1 bis 1:2, vorzugsweise von 1,1:1 bis 1:1,1. Am geeignetsten ist ein Verhältnis von 1:1, da in diesem Fall kein überschüssiges Kohlenmonoxid oder überschüssiger Wasserstoff aus dem Gefäß, in dem die Reaktion stattfindet, ausgeschleust werden muß.
- Vorzugsweise liegt die Temperatur, bei der das Verfahren durchgeführt wird, im Bereich von 65 bis 80ºC.
- Vorzugsweise liegt der Druck, bei dem das Verfahren durchgeführt wird, im Bereich von 1 bis 3,5 bar.
- Zweckmäßigerweise wird das Verfahren in Gegenwart eines Lösungsmittels durchgeführt. Ein geeignetes Lösungsmittel laßt sich aus Amiden wie z.B. Dimethylformamid oder Dimethylacetamid, Nitrilen wie z.B. Acetonitril, Ethern wie z.B. Dioxan oder Tetrahydrofuran, Estern wie z.B. Essigester und aromatischen Kohlenwasserstoffen wie Toluol und Xylolen auswählen. Mischungen aus zwei oder mehr Lösungsmitteln. können ebenfalls verwendet werden.
- Die Herstellung der verzweigten Diolefine der Formel II, die bei der Herstellung der ungesättigten Olefine der vorliegenden Erfindung mit Vorteil zur Anwendung kommen können, ist z.B. aus J. Am. Chem. Soc., 76 (1954) 4417 und J. Am. Chem. Soc., 80 (1958) 5455 bekannt. Die Verbindungen der allgemeinen Formel (I) wie 8-Methyl-7-nonenal besitzen einen wohlriechenden Duft und sind dementsprechend als Duftstoffe, entweder allein oder in Duftstoffzusammensetzungen, verwendbar. Solch eine Zusammensetzung besteht aus einer Verbindung der allgemeinen Formel (I) und einem Träger. Bei dem Träger kann es sich z.B. um Talk, Seife, Waschmittel, Shampoo, Aerosollösung, Kerze, Lippenstift, Eau de Toilette, Rasierwasser oder Schweißverhütungsmittel handeln. Der Duftstoff kann ebenfalls in Nahrungsmitteln zum Einsatz kommen.
- Die Duftstoffzusammensetzung kann gegebenenfalls einen oder mehrere weitere Duftstoffe und/oder Hilfsmittel enthalten.
- Die bei einer Duftstoffzusammensetzung einzusetzende Menge an Duftstoff kann innerhalb weiter Grenzen schwanken und steht vor allem im Zusammenhang mit der Art an Duftstoff, der Art der Zusammensetzung, bei der der Duftstoff eingesetzt wird, sowie der gewünschten Duftwirkung. Häufig genügen schon 0,1%m eines Duftstoffes, bezogen auf die Duftstoffzusammensetzung, um eine deutliche Wirkung auf den Duft einer Zusammensetzung auszuüben. In der Regel liegt diese Menge zwischen 0,01 ppm und 0,1%, vorzugsweise zwischen 0,1 ppm und 0,05%.
- Die Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels näher veranschaulicht.
- In einen 5-l-Edelstahlautoklaven mit mechanischem Rührer, Gaszuleitungsrohr, Thermoelement und Manometer wurden 1530 g 7-Methyl-1,6-octadien (MOCD), 190 g Triphenylphosphin, 117 g Toluol und 0,44 Hydridocarbonyltris (triphenylphosphin) rhodium vorgelegt, wobei die Mengen an Reaktanden einem Rh-Ligand- Dien-Molverhältnis von 1:1500:25720 entsprachen.
- Der Autoklav wurde mit einer äquimolaren Mischung aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid gespült und dann auf einen Druck von 2 bar eingestellt. Der Reaktorinhalt wurde auf 75ºC erhitzt, wobei der Druck bei 2 bar gehalten wurde. Nach 25 Stunden ließ man den Reaktorinhalt auf Raumtemperatur abkühlen. Mit Hilfe von Gas-Flüssig-Chromatographie wurde ein MOCD-Umsatz von 97 Mol-% bei einer Selektivität von 87% für 8- Methyl-7-nonenal und von 6% für 2,7-Dimethyl-6-octenal ermittelt.
- Der Nachlauf des Reaktionsprodukts wurde bei 100ºC und 10 mbar am Rotationsverdampfer entfernt. Danach wurde der Vorlauf in einer Oldershaw-Kolonne mit 25 (tatsächlichen) Böden bei einer Sumpftemperatur von 110ºC, einer Kopftemperatur von 93ºC, einem Druck von 30 mbar und einem RID(Rückfluß-Destillations-Verhältnis) - Wert von 7,5 entfernt.
- Der Gehalt an 8-Methyl-7-nonenal des nach der Entfernung des Vor- und Nachlauf s zurückbleibenden Produkts wurde zu 93% ermittelt. 935 g dieses Produkts wurden destillativ am Rotationsverdampfer bei 127ºC und mbar weiter gereinigt, wobei man 728 g 98,5 mol-%iges 8-Methyl-7-nonenal erhielt.
- Bei der mit Massenspektrometrie gekoppelten Gas-Flüssig-Chromatographie ergab sich, daß das Hydroformylierungsprodukt zwei Verbindungen aufwies, die beide eine Molmasse von 154 besaßen, was dem Molgewicht von 8-Methyl-7-nonenal und dessen Isomer 2,7-Dimethyl-6-octenal entspricht. Die Verbindung mit der kürzeren Retentionszeit lag in viel geringerer Konzentration als die Verbindung mit der längeren Retentionszeit vor. Die letztere Verbindung, die nach dem letzten Reinigungsschritt 98,5 mol-%ig war, ergab das folgende ¹H-NMR-Spektrum: δ 9,8 (s, 1H), 5,1 (m, 1H), 2,4 (t, 2H), 2,0 (2H) und 1,2-1,9 (12H).
- Das Ergebnis aus dem ¹H-NMR-Spektrum zusammen mit der zuvor beschriebenen Herstellungsmethode bestätigt, daß es sich bei der im Hydroformylierungsprodukt als Hauptprodukt vorhandenen Verbindung um 8-Methyl-7-nonenal handelt.
- Aufgrund früherer und analoger Erfahrung mit der zur Bildung einer Mischung aus zwei isomeren Aldehyden führenden Hydroformylierung von Mono-α- olefinen muß geschlossen werden, daß die zweite Verbindung mit einer Molmasse von 154 ein Isomer von 8-Methyl-7-nonenal, und zwar 2,7-Dimethyl-6-octenal ist.
- Es ist als überraschend anzusehen, daß das Verfahren 8-Methyl-7-nonenal und 2,7-Dimethyl-6-octenal mit solch hoher Selektivität liefert, und als besonders überraschend, daß 8-Methyl-7-nonenal mit solch extrem hoher Selektivität erhalten wird.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung von Aldehyden der
allgemeinen Formel I,
worin n eine ganze Zahl von 2 bis 8 bedeutet, wobei man
eine Verbindung der allgemeinen Formel II,
CH&sub2;=CH-(CH&sub2;)n-CH=C(CH&sub3;)&sub2; (II)
worin n die obenangegebene Bedeutung besitzt, mit
Kohlenmonoxid und Wasserstoff in Gegenwart eines
homogenen Katalysatorsystems aus einer löslichen
Rhodiumverbindung und einer Phosphor (III) -Verbindung in
einer Menge von 50 bis 10 000 Mol pro g-Atom Rhodium
umsetzt, und wobei die Temperatur im Bereich von 40 bis
110ºC und der Druck im Bereich von 1,0 bis 20 bar
liegen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei n eine ganze
Zahl von 3 bis 6 bedeutet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die
Reaktionstemperatur 65 bis 80ºC beträgt und der Druck im
Bereich von 1,0 bis 3,5 bar liegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei die pro g-Atom Rhodium eingesetzte Menge an
Phosphor(III)-Verbindung im Bereich von 500 bis 2000
Mol liegt und wobei die lösliche Rhodiumverbindung eine
Verbindung von Rhodium mit einemoder mehreren aus
Wasserstoffatom, Kohlenmonoxid, einer Phosphor (III)-
Verbindung, Olefin und Keton ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
wobei die Phosphor(III)-Verbindung ein Phosphin, ein
Phosphit oder eine Phosphor(III)-Verbindung ist, bei
der der Phosphor an Aryl- und/oder (Cyclo)alkyl- sowie
Aryloxy- und/oder (Cyclo)alkoxygruppen gebunden ist und
vorzugsweise ein Phosphin der allgemeinen Formel
P(R³)&sub2;R&sup4; (III)
ist, worin R³ jeweils unabhängig eine Phenyl- oder
Naphthylgruppe, die gegebenenfalls mit Substituenten,
ausgewählt aus Alkyl-, Alkoxy-, Carboxyl-,
Trihalogenmethyl-, Cyan-, Dialkylamino-, Alkanoyl-,
Alkanoyloxy- und Alkylsulfonylgruppen, oder einem
Halogenatom substituiert ist, und R&sup4; eine Gruppe R³ oder
eine Alkyl- oder Cycloalkylgruppe, eine beliebige
Alkylgruppe mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen und eine
beliebige Cycloalkylgruppe mit bis zu 12
Kohlenstoffatomen bedeuten, und besonders bevorzugt
Triphenylphosphin ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei
die Reaktion in Gegenwart eines Lösungsmittels,
ausgewählt aus einem Amid, einem Nitril, einem Ether,
einem Ester und einem aromatischen Kohlenwasserstoff,
durchgeführt wird.
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