Способ получения сложных эфиров карбоновой кислоты Советский патент 1985 года по МПК B01J23/58 B01J23/60 B01J23/644 

1

Изобретение относится к способам получения сложных эфиров карбоновой кислоты, которые могут применяться в химической промышленности как расворители, а также как полупродукты органического синтеза.

Цель изобретения - повышение селективности процесса .

Пример 1. Сссьщочный;, Н 100 мл ацетона растворяют 5,5 г дихлорида палладия бис(бензонитрила) (C,H,CN)2PdCl2 и добавляют раствор 10 г ацетата свинца () РЪЗН в 70 мл метанола для образования коричневого осадка, Осадок отделяют фильтрацией и сушат,после чего 4,5 г осадка диспергируют в 50 мл воды, а к дисперсии добавляют 4 мл водного раствора формальдегида и 20 мл 1 Hi водного раствора гидроокиси натрия с получением черного нерастворимого вещества. Продукт отделяют фильтрацией, промывают водой, сушат; и затем подвергают рентгеновской дифракции для того, чтобы узнать, что продукт является интерметаллйческим соединением и его дифракционная рентгенограмма соответствует рентгенограмме , в карточке ASTM. Температуру плавления продуктов из Jepяют при помощи дифференциального термического анализа. Она равна 220°С, что соответствует температуре плавления Pd.,Pb . В опыте рентгеновской дифракции СиКа используют как источник излучения.

П р и м е р 2 (ссылочный). В 100 мл разбавленной соляной кисл:оты растворяют 12,8 г хлорида палладия с последующим добавлением 40 мл водного раствора с растворенным в ;нем 9,1 г ацетата свинца. Полученную смесь упаривают досуха на водяной бане и кальцинируют на воздухе при 300 С в течение 3 ч. Затем смесь восстанавливают в потоке водорода при в течение 12 ч. Таким образом полученный катализатор подвергают рентгеновской дифракции и находят, что он в основном является интерметаллическим соединением ,.и содержит небольшое количество интерметаллического соединения Pdj-Pb. Дифракционные пики этих соединений , и совпадаю с пиками PdgPb, и в карточке ASTM соответственно. Дифракционный

90985 - 2

пик металлического палладия не опре..делен. .

Пример 1. В 40 см воды растворяют 1,76 г ацетата магния

5 (CH5COO)2Mg4Hj,0 и добавляют

0,92 г ацетата свинца () РЬ-ЗН О и ТО г силикагеля (Фуджи Давидсон 5D), пропитывают раствором с последующим упариванием досуха при перемешивании на кипящей водяной бане, кальцинируют на воздухе в течение

3ч, добавляют к водному разбавленному раствору соляной кислоты, содержащему 0,83 г хлорида палладия

5 PdClg, нагревают до 60°С и пропитывают палладием при перемешивании. После добавления 2 мл водного раствора формальдегида и 1 н. водного раствора гидроокиси натрия полученный

0 катализатор на подложке отделяют

фильтрацией, промывают водой, затем сушат. В соответствии с результатами рентгеновской дифракции катализатора дифракционные пики появляют5 ся при 29 38,6j 44,8; 65,4 и 78,6 т.е. катализатор является интерметаллическим соединением Pd-Pb.. Дифракционный пик -металлического Pd не определен..

В четырехгорлую колбу емкостью 200 мл, снабженную конденсатором с системой сухой лед - метанол, газовой трубкой, мешалкой и-термометром, помещают 100 мл метанола,

4г катализатора, полученного, как 5 описано Bbmie, и 7-г метакролеина.

Реакцию проводят при 40 С в течение 2 ч в то время как воздух про.текает через колбу при скорости 10 л/ч. После того, как реакция закончена, проводят анализ при помощи газовой хроматографии (chromosolb 101, стеклянная колонка 5 м длиной, 210с). При этом конверсия метакролеина равна 75%. Выход метил метакрилата 67,2% (89,6% селективность). Кроме того, получают небольшие количества пропилена (0,8% селективность) и двуокиси углерода

0 Пример2.В40 см воды растворяют 1,76 г ацетата магния, добавляют 10 г силикагеля (Фуджи Давид сон 5D), пропитьшают раствором, упаривают досуха на кипящей водяной ба5 не, кальцинируют на воздухе при 500с в течение 3 ч и затем добавляют к разбавленному раствору соляной кислоты, содержащему г 3 . хлорида палладия и 0,92 г ацетата свинца, по мере нагревания раствора при 60°С для пропитки силикагеля раствором. Силикагель, обработанный таким образом, отделяют фильтрацией сушат, восстанавливают в потоке водорода при 300°С в течение 3 ч, промывают разбавленным водным раствором гидроокиси натрия, водой и су шат. Результаты рент.Евновской дифра ции .катализатора подтверждают то, что продукт является интерметаллическим соединением Pd,Pb . Когда реакцию проводят по условиям примера 1 с использованием катализатоpa, конверсия метакролеина равна 67%, а выход метилметакрилата - 58% (86,6% селективность) При этом получают небольшие количества пропи лена (0,5% селективность) и двуокиси углерода. Пример 1 (сравнительный). Катализатор на силикагеле получают аналогично примеру 1 (за исключение того, что не используют ацетат евин да). Конверсия метакролеина равна 44,8%, а выход метилметакрилата 14,2% (30,5% селективность). При этом получают значительные количест ва двуокиси-углерода и пропилена (18,8% селективность). I П р и м е р 3. Реакцию проводят аналогично примеру 1, но метакролеин заменяют на 3,5 г металлилового спирта. Конверсии металлилового спирта равна 100%, выход метакролеина - 33,5%, метилметакри лата - 52,5%, метакриловой кислоты 1,4%. В качестве побочных продуктов получены метилформиат и небольшие количества пропилена (1,9% выход) и двуокиси углерода. П р и м е р 2 (сравнительный).. Реакцию проводят аналогично примеру 1 с использованием катализатора из сравнительного примера 1. Конверсия металлилового спирта равна 100%, выход метакролеина - 27,5% метилметакрилата - 14,9%. Получены большие количества газообразных побочных продуктов. Выход пропилена равен 50,2%. П р и м е р 4, Катализатор на окиси алюминия получают аналогично примеру 1, но используют: Т -окись алюминия (Neobeal, торговая марка фирмы Мицусава Кемикалз Ко,, ЛтД), а количество хлористого палладия 854 равно 0,42 г. Образование интерметаллического соединения подтверждено дифракцией рентгеновских лучей. В реактор емкостью 300 мл смешивающего типа с мешалкой,конденсатором, газовой трубкой, термометром, входом и выходом для жидкости загружают 36 г катализатора (содержание палладия - 2,5%), полученного по ука занному методу, 300 мл метанола и 30 мл метакролеина, вдувают в него воздух со скоростью 10 л/ч при для осуществления периодической реакции в течение 3 ч. Затем загружают 20%-ный раствор метакролеина в метаноле при скорости 25 мл/ч и раствор 1,6 г NaOH в 1 л при скорости 5 мл/ч таким образом, что рН на выходе реакционного раствора может быть от 6 до 8. Через 150 ч конверсия метакролеина равна 74,5%, выход метилметакрилата - 68,4% (,91,8% селективность), в качестве побочных продуктов получены небольшие количества метакриловой кислоты (3,3t селективность), метилформиат (6 моль.%/ММА), пропилен (0,5% селективность) и двуокись углерода. Через 1000 ч катализатор не уменьшил свою активность, конверсия метакролеина равна 76%, выход метилметакрилата - 68,7% (90,4% селективность) . Примеры 5-7. Реакцию проводят аналогично примеру 1, но метакролеин (пример 1) замещают на каждый из альдегидов, показанных в табл. 1 (альдегид 0,1 моль; метанол 1,00 мл; катализатор 4 rj время реакI, воздух 10 л/ч). ,ии 2 ч1 ... ... и ц а 1 т а б л Изобутиральдегид 61,0 56,7 93,0 Бензальдегид 66,1 59,0 89,2 Про.пиодегид 74,9 67,7 90,4 Количество двуокиси углерода и соответствующих углеводородов, полученных как побочные продукты, оче мало. П р и м е р 8. 4 г катализатора (пример 4) и 40 г Н-пропанола за гружают в реактор. Кислород продувают в реактор со скоростью 3 л/ч при для проведения реакции в течение 2,5 ч. Получают 0,65 г .пропиональдегида, 0,06 г пропионово кислоты и 3,56 г пропилпропионата и дополнительно к ним этан и двуокись углерода, каждый в количестве 0,5 ммоль или менее. П р и м е .р 3 (сравнительный) . Реакцию проводят при условиях, ана логичных примеру 8,. за исключением того, что катализатор примера 4 замещают на 5%-ный палладий - окись алюминия (выпущенньй японской фирмой Энгельгард Ко). Получают 0,2 г пропионового альдегида, .3,7 г пропионовой кислоты и 8,8 г пропилпроп ната. Большие количества газов получаются как побочные продукты, и этан и двуокись углерода получают каждый в количестве 60 ммоль или более. П р и м е р 9. Аналогично примеру 1.10 г изобутанола и100 мп метанола взаимодействуют в присутствии 10 г катализатора примера 1 при 40С в течение 2 ч, в то время как воздух проходит через реакционную систему при скорости 10 л/ч. Получают, метили.зобутират с выходом 18, Пример 10. При условиях, аналогичных примеру 9, 10 г 1,3-про пандиола подвергают взаимодействию получением диметилмалоната с выхо,дом 17,1%. Пр и м е р 11. В трубчатьй реак тор с рубашкой, внутренним диаметро .10 мм упаковывают 10 г катализатора примера 4, нагревают при 60 С т.еплой водой, перемещаемой в рубашке. Когда вводят воздух при скорости 2 л/ч и 7%-ный раствор .метакролеина в метаноле при скор.ости 30 мл/ч через верхнюю часть реактор . реакцию проводят с оросительным потоком, причем конверсия метакрр-леина равна 82%, выход .метилметакри лата - 74,2% (90,5% селективность) В качестве побочных продуктов получают небольшие количества мётакриловой кислоты (2,9% селективность), пропилена (0,5% селективность), двуокиси углерода и метилформиата. Пример 12. В трубчатьй реактор с рубашкой, внутренним диаметром 7 мм упаковывают 7,5 г катализатора, полученного по ссылочному примеру 2 и в него вводят 4%-ньй раствор метакролеина в метаноле со скоростью 10 мл/ч при 60 С, воздух вводят со скоростью 1 л/ч при 60 С для проведения реакции с оросительным потоком. Конверсия метакролеина равна 28,0%, выход метилметакрилата 26,3% (93,9% селективность), в ка- честве побочного продукта пропилен не обнаружен. Пример 13. Реакцию проводят при условиях, аналогичных примеру 11, однако раствор, полученный путем добавления ацетата магния к раствору метакролеина в метаноле так, что концентрация ацетата магния в растворе равна 1 г/л, вводят в реактор. Через 200.ч конверсия метакролеина равна 83,4%, метилметакрилат получают как основной продукт с выходом 72,8% (87,3% селективность). В качестве побочных продуктов получают метакриловую кислоту с выходом 1,9% (2,3% селективность), пропилен - с выходом 1,2% (1,4% селективность), метилформиат (3,5 МОЛ.%/ММА) и двуокись углерода. Через 2000 ч .сия метакролеина равна 79,3%, вси.од метилметакрила та - 72,3% (91,2% селективность), метакриловой-кислоты - 1,9% (2,3% селективность), пропилена - 0,5% (0,6% селективность). Дополнительно получают метилформиат (3,0 мол.%/ММА) и двуокись углерода (1,7 мрл.%/ММА) С начала реакции и через 2000 ч количество полученного метилметакрилата почти постоянно. Пример 14. Реакцию проводят аналогично примеру13, однако ацетат магния (1 г/л) заменяют на ацетат кальция (1 г/л). Через50 ч конверсия метакролеина равна 78,6%, метилметакрилат получают с выходом 70,1% (89,1% селективность). Через 200 ч получены почти постоянные результаты: конверсия метакролеина.75,3%, выход метилметакрилата 69,4% (92,2% селективность). Количество побочных продуктов небольшое как и в примере 10.

Пример 15. В реактор загружают катализатор (пример 1) 3,5 г метакролеина и 100 мл этанола и продувают в него воздух со ско- . ростью 10 л/ч при 40 С. Реакцию проводят в течение 2 ч. Конверсия метакролеина равна 75,5%, выход этил метакрилата - 65,3% (86,5% селективность) ..

Пример 16.4 г катализатора (пример 4) 3,5 г метакролеина и 100 МП метанола вводят в реактор и вдувают кислород со скоростью 3 л/ч при 40°С для проведения реакции в течение 1 ч. Конверсия метакролеина равна 99%, выход метилметакрилата - 94,3% (95,3% селективность).

Пример17. В реактор загружают 4 г катализатора (пример 4), 5,6 г акролеина и 100 мл этанола, воздух продувают в реактор со ско- ростью 10 л/ч при 50 С и проводят реакцию в течение 2ч. Конверсия акролеина равна 87,5%, выход этилакрлата - 81,2% (92,8% селективность).

Пример 18. В 100мл диметилформамида (ДМФ) растворяют 2,36 г коричневого осадка (который является комплексом Pd-Pb, ИК-лучи не поглощает из-за нитрила, и поглощает ИК-лучи благодаря радикалу уксусной кислоты), полученного из аце-. тата свинца и хлористого бис(бензонитрил)палладия, полученного аналогично ссылочному примеру 1, добавляют к нему 10 г 2%-ного магния на окиси алюминия, пропитывают раст- вором, отделяют фильтрацией и затем

промывают водой. К промытому носителю, добавляют 100 мл воды с последующим добавлением 4 мл водного раствора формальдегида и 20 мл 1 н. водного раствора гидроокиси натрия при 60 С. Обработанный таким образом носитель отделяют фильтрацией, промывают водой, затем сушат с получением катализатора. Когда реакцию проводят при условиях, аналогичных примеру Т, используя 4 г катализатора, конверсия метакролеина равна 55%, выход метилметакрилата - 52,2% (95,0% селективность). Ъ качестве побочных продуктов получают метилформиат и небольшие количества пропилена (0,4% селективность) и двуокись углерода.

П р им е р ы.19-28. Реакцию проводят аналогично примеру 1, за исключением того, что катализатор заменяют на катализатор, приведенньй в табл. 2. Результаты показаны в табл. 2, где цифры наверху символов ,металлических атомов в колонке Исхо ная каталитическая композиция указывают на исходные количества (вес.% металлов на подложке в расчете на носитель, и соединения после прямой скобки являются носителями. В результате дифракции рентгеновских лучей в катализаторе примера 19 интерметаллическое было образовано соединение PdjHgj (20 38,5, 42,2, 68,0, 74,7 ),а катализатор,используемый в примере 20, был таким ин- терметаллическим соединением, что дифракционные пики появлялись при дифракционных углах (20) 38,9, 45,2, 65,8 и 79.

(Я

а St; ю л И

В соотве.тствии с пиками дифракции, было подтверждено, что катализатор примера 21 является Pd-TJ. интерме- . таллическим соединением с 2Q 38,5, 44,7, 65 и 78,1 . Вовсех случаях для металлического палладия дифракционных пиков не было обнаружено. Дифракционные опыты проводят при углах 30 - , однако, в случае носителя окиси алюминия, определения проводят при больших углах, потому что дифракционные пики окиси алюминия перекрывают те, которые

относятся к интерметаллическим соединениям,

Примеры 29-33. Реакцию осуществляют аналогично примеру 1, за исключением того, что катализатор примера 1 был заменен на катализатор, приведенный в табл. 3. Реакцию проводят при 50 С, в результате чего быпи получены данные, приведенные в табл. 3. При помощи дифракции рентгеновских лучей было определено, что получено интерметаллическое соединение.

Таблица 3

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЖНЫХ ;ЭФИРОВ КАРБОНОВОЙ КИСЛОТЫ окисле,нием низшего С,- Сц-спирта и ,-альдегида посредством кислородсодержащего газа в жидкой фазе при нагревании и давлении с использованием металлического катализатора, отличающийся тем, что, с целью повышения селективности процесса, окисление осуществляют при 30 - 100 С идавлении 1-50 кг/см, а в качестве металлического катализатора используют катализатор, содержащий интерметаллическое соединение общей формулы А,., Pd,.5 , где А - РЬ, Т1, Hg или Bi, или катализатор общей формулы 4,5-10. 0,5-10,0 1-20 где А - РЬ, Т1, Hg или Bi; В - Na, К, Li, Mg или Са, g а числовые значения представляют собой массовые проценты металлов по (У) отношению к носителю, при соотношес нии Pd: А 1:(О,4-20) и использовании в качестве носителя SiO, , активированного угля, , MgO или CaCOj. со о со 00 ел

29 30 31 32 33 Пример 34.В четырехгорлую колбу емкостью 200 мп, снабженную :конденсатором на основе сухого льда метанола, впускным газовым патрубком мешалкой и термометром, вводят 4 г ; катализатора ( Ilg /AlgO,) , 100 мл метанола и 7 г и -октилальде гТвда;, вдувают кислород со скоростью 3 л/ч при 40 С, в результате чего реакция протекает в течение 2ч. Получают метил-Н-октаноат с выходом 65,4%, степень конверсии « -октилаль дегида составляет 75,3% (селективность 86,8%). П р и м е р 35. Процесс осуществляют аналогично, примеру 34, однако вместо Г -октилальдегида используют 7 г изовалерьянового альдегида, в результате чего получают метилизовалериат с выходом 61,4%, степень конверсии изовалерьянового альдегида составляет 72,1% (селективность 85,2%) П р и м е р 36, Процесс осуществляют аналогично примеру 34, однако вместо П -октилальдегида используют 7 г П -толуолальдегида, в результате чего получают метил-П-толуат с выходом 52,4%, степень конверсии Л-толуолальдегида составляет 59,0% (селективность 88,8%). Пример 37. В колбу вводят 4 г катализатора Pd .1,0) и 100 мл метанола, вдувают кислород со скоростью 3 л/ч при 55 С, в резуль тате чего реакция протекает в течение 2 ч. Получают 6,3 г метилформиата. Пример 38. Аналогично примеру 1 приготавливают катализаторы, из которых первый содержит 2 вес.% Mg, 5 вес.% Pd и 2 вес.% РЬ на носителе, а второй - 2 вес.% Mg, 0,5 вес.% Pd и 10 вес.% РЬ на носителе. В четырехгорлую колбу емкостью 200 мл помещают 100 мл метанола, 7 г метакролеина и катализатор. Реак щио проводят при 40 С в течение 2ч, пропуская Ог со скоростью 5 л/ч. Получены следующие результаты приведенные в табл. 4.

Таблица 4

П р и м е. р 39. В 40 см воды растворяют 0,8 г ацетата калия и 0,92 г ацетата свинца и добавляют к полученному раствору 10 г силикаля. Образующуюся смесь подвергают импрегнированию, после чего упаривют досуха на кипящей водяной бане при перемешивании и затем прокаливают в течение 3 ч на воздухе при 500°С. Для пропитки обработанного таким образом продукта палладием к нему добавляют при перемешивании нагретый до 60 С разбавленный раствор соляной кислоты, содержащий 0,83 г хлдристого палладия. После этого к смеси добавляют 2 мл водно раствора формальдегида и 1 н. водн раствор гидроокиси натрия. Полученный таким образом катализатор на носителе отфильтровывают, промывают водой и высушивают.

В четьфехгорлую колбу емкостью 200 мл, охлаждаемую смесью сухого льда и метанола, снабженную трубкой для ввода газа, мешалкой и термометром, загружают 100 мл метанола, 4 г полученного описанным способом катализатора и 7 г метакролеина. В течение 2 ч пропускают через смесь ток кислорода со скоростью 5 л/ч. Степень конверсии метакролеина составляет 78%. Образование метакрилата происходит, с селективностью, 88 , 5% .

Пример 40. Процесс проводят аналогично примеру 39, однако при получении каталйзато-ра вместо ацетата калия используют 0,67 г ацетата натрия. Используя полученный катализатор, реакцию проводят аналогично примеру 39. Степень конверсии метакролеина составляет 83,4%, метилметакрилат получается с селективностью 86,2%,

Пример41.В реактор емкостью 300 мл, снабженный мешалкой, конденсатором с газоотводной газовводной трубкой на конце, трубками для .подвода -газа и жидкости, слоем

для отделения катализатора и трубкой для отвода продукта реакции, загружают 72 г катализатора, имеющего состав Pd Pb Mg /AljOj, и подают в него 20%-ный метанольный раствор

метакролеина со скоростью 100 мл/ч, а также NaOH с таким расчетом, что величина рН системы находится в пределах 7,0 - 7,5, а также необходимый для протекания реакции воздух со скоростью 60 нл/ч при общем давление 8 кг/см. Полученные результаты даны в табл. 5.

Таблица 5

П р и м е р 42. Процесс проводят аналогично примеру 41, однако реакцию проводят при 30°С в течение 4 ч используя катализатор по примеру 41. Степень конверсии метакролеина составляет 71,0%, метилметакрилат полу чается с селективностью 93,7%.

П р и м е р 43. В автоклав емкостью 300 мл, снабженный мешалкой, загружают 10 г катализатора того же состава, что и в примере 41, 100 мл метанола и 30 г метакролеина и пропускают через смесь кислород при 60 С и давлении 50 кг/см в течение 4ч, Степень конверсии метакролеина составляет 73,5%, метилмета-. крилат получается с селективностью 87,1%.

П р и м.е р 44. В 100 мл разбавленного водного раствора соляной ки лоты растворяют 8,3 г хлористого палладия и 12,3 г ацетата таллия (атомное отношение Pd:Tl 1г1)« Полученный раствор нагревают до , после чего в него добавляют формалин и 1 н. водный раствор NaOH Полученную смесь подвергают восстановительной обработке с целью получения черного порошка. Аналогичным образом йолучают черные порошки , Pd-Hg и Pd-Bi. Порошок Pd-Bi далее подвергают восстановлению с помощью Hj при 150 С в течение 2 ч. Полученные таким образом порошки показывают такие же максимумы дифракции рентгеновских лучей, что и соч

Pd - Т1 (загружался

при отношении 1:1)

Pd - Hg (то же, что

и вьш1е)

Pd - Bi (то же, что и

вьш1е) П р им е ч а н и е. Ма : метакрол П р и м е р 45. Реакцию проводят аналогично примеру 44, за исключением foro, что катализатор был заменен на 4 г одного из катализаторов, показанных в табл. 7, которые

ответственно В примерах 21, 19 и 20, определение которых производят с помощью испытания на дифракцию рентгеновских лучей.

В автоклав емкостью 200 мл, оборудованный мешалкой, охлаждающими средствами, отверстием для впуска

газа и нагнетательным клапаном, загружают 100 мл метанола и 10 мл метакролеина, после чего в эту смесь добавляют 8 г одного из полученных вьше катализаторов. Эту реакцию

проводят при вдувании газовой смеси, состоящей из 10% Oj-Nj, со скоростью 10 нл/ч.

Используемые условия и полученные результаты приведены в табл. 6.

Таблицаб

53

88

32

91

. 7

47

85 , ММА : метилметакрилат « . . были получены так же, как в примере 2. В результате взаимодействия 10 г альдегида, указанного в табл. 7, с 10Q МП метанола получены результаты, показанные в табл. 7. , Pd TlVAl Oj Pd IlgVC ,

. I 0,5 /

Таблица 7 ОктилальдегидПропилальдегидИзобутиральдегид 80 Бензальдегид 100 3 4 тмос- 5 ерное 5 4 3 4 20 3