DE60002286T2 - Verfahren zur Herstellung von Ketonen, Alkoholen und Hydroperoxiden - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Ketons, eines Alkohols und eines Hydroperoxids. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Ketons, eines Alkohols und eines Hydroperoxids, umfassend das Gewährenlassen eines Kohlenwasserstoffs mit molekularem Sauerstoff in Kontakt zu sein, um ein entsprechendes Keton, einen entsprechenden Alkohol und/oder ein entsprechendes Hydroperoxid zu erhalten.
  • Fachgebiet
  • Bisher ist es bekannt, ein Keton, einen Alkohol und/oder ein Hydroperoxid zu erhalten, indem einem entsprechenden Kohlenwasserstoff gewährt wird, mir molekularem Sauerstoff (nachstehend einfach als „Sauerstoff" bezeichnet) in Kontakt zu sein, um den Kohlenwasserstoff zu oxidieren. Zum Beispiel sind ein Verfahren zur Herstellung eines KA-Öls (ein Gemisch aus Cyclohexanon und Cyclohexanol) durch Oxidieren von Cyclohexan mit Sauerstoff und ein Verfahren zur Herstellung eines Phenylalkylhydroperoxids durch Oxidieren eines Alkylbenzols mit Sauerstoff bekannt.
  • In den letzten Jahren wurde ein Verfahren entwickelt, umfassend das Oxidieren eines Kohlenwasserstoffs mit Sauerstoff in Gegenwart eines Katalysators, der eine Imidverbindung wie N-Hydroxyphthalimid umfasst, oder eines Katalysators, der eine solche Imidverbindung und eine Metallverbindung umfasst. Zum Beispiel offenbart JP-A-8-38909 ein Verfahren, umfassend das Oxidieren von verschiedenen Kohlenwasserstoffen mir Sauerstoff in einem organischen Lösungsmittel unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Katalysators. JP-A-9-87215 offenbart ein Verfahren, umfassend das Oxidieren von Cyclohexan mit Luftstrom oder einem Gemisch aus Stickstoff und Sauerstoff unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Katalysators in Abwesenheit eines Lösungsmittels.
  • Jedoch ist das in JP-A-8-38909 offenbarte Verfahren nicht zufriedenstellend, da deren Volumeneffizienz gering und folglich die Produkύvität ungenügend und weiterhin die Sicherheit des Verfahrens nicht zufriedenstellend ist, und das in JP-A-9-87215 offenbarte Verfahren ist auch nicht zufriedenstellend, da die Reaktionsgeschwindigkeit niedrig und folglich die Produktvität ungenügend ist.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Ketons, eines Alkohols und/oder eines Hydroperoxids mit hoher Selektivität durch Oxidieren eines entsprechenden Kohlenwasserstoffs mir Sauerstoff bereitzustellen, das hinsichtlich Produktivität und Sicherheit ausgezeichnet ist.
  • Als Ergebnis von umfassenden Forschungen der Erfinder wurde gefunden, dass die vorstehende Aufgabe gelöst werden kann, wenn ein Kohlenwasserstoff mit Sauerstoff in Gegenwart eines cyclischen N-Hydroxyimids und einer Verbindung eines Übergangsmetalls oxidiert wird, indem ein Sauerstoff-enthaltendes Gas einem Reaktionssystem zugeführt wird und ein Gas mit einer speziellen Sauerstofflconzentration aus dem Reaktionssystem abgeführt wird, und folglich wurde die vorliegende Erfindung vervollständigt.
  • Demzufolge stellt die vorliegende Endung ein Verfahren zur Herstellung mindestens einer aus einem Keton, einem Alkohol und einem Hydroperoxid ausgewählten Verbindung bereit, umfassend die Schritte: Umsetzen eines Kohlenwwasserstoffs mit molekularem Sauerstoff in Gegenwart eines cyclischen N-Hydroxyimids und einer Verbindung eines Übergangsmetalls, wobei ein Sauerstoff-enthaltendes Gas einem Reaktionssystem zugeführt wird und gleichzeitig ein Gas, welches 1 bis 10 Vol.-% Sauerstoff enthält, aus dem Reaktionssystem abgeführt wird.
  • Erfindungsgemäß werden das Keton, der Alkohol und/oder das Hydroperoxid durch Oxidieren des Kohlenwasserstoffs mir molekularem Sauerstoff in Gegenwart des cyclischen N-Hydroxyimids und der Verbindung des Übergangsmetalls hergestellt. Im Reaktionsverlauf wird das Sauerstoff-enthaltende Gas dem Reaktionssystem zugeführt und gleichzeitig das Gas, welches 1 bis 10 Vol.-% Sauerstoff enthält, aus dem Reaktionssystem abgeführt.
  • Beispiele für den in der vorliegenden Endung verwendeten Kohlenwasserstoff schließen gesättigte alicyclische Kohlenwasserstoffe (z. B. Cyclopentan, Cyclohexan, Methylcyclohexan, Adamantan), ungesättigte alicyclische Kohlenwasserstoffe (z. B. Cyclopenten, Cyclohexen, Methylcyclohexen, Cyclopentadien), aromatische Kohlenwasserstoffe (z. B. Toluol, Xylol, Cumol, Cymol, Düsopropylbenzol, Tetrahydronaphthalin (Tetralin), Indan) ein. Unter ihnen werden die alicyclischen Kohlenwasserstoffe bevorzugt.
  • Als Ergebnis der Oxidation des Kohlenwasserstoffs wird eine dem Kohlenwasserstoff entsprechende Verbindung, in welcher zwei Wasserstoffatome der Methylengruppe mir Oxogruppen substituiert sind, als Keton, eine dem Kohlenwasserstoff entsprechende Verbindung, in welcher ein Wasserstoffatom der Methylgruppe, der Methylengruppe oder der Methylidingruppe mit einer Hydroxygruppe substituiert ist, als Alkohol erhalten. Weiterhin wird eine dem Kohlenwasserstoff entsprechende Verbindung, in welcher ein Wasserstoffatom der Methylgruppe, der Methylengruppe oder der Methylidingruppe mit einer Hydroperoxygruppe substituiert ist, als Hydroperoxid erhalten. Wird z. B. ein Cycloalkan als der Kohlenwasserstoff verwendet, kann ein Cycloalkanon, ein Cycloalkanol und/oder ein Cycloalkylhydroperoxid erhalten werden.
  • In der vorliegenden Erfindung wird eine Kombination aus dem cyclischen N-Hydroxyimid und der Verbindung des Übergangsmetalls als Katalysator für die Umsetzung des Kohlenwasserstoffs und Sauerstoffs verwendet.
  • Beispiele für das cyclische N-Hydroxyimid schließen N-Hydroxyphthalimid, N-Hydroxynaphthalimid, N-Hydroxymaleimid und N-Hydroxysuccinimid ein, welche einen Substituenten aufweisen können. Beispiele für den Substituenten schließen einen Alkylrest, einen Arylrest, ein Halogenatom und eine Nitrogruppe ein. Spezielle Beispiele für das cyclische N-Hydroxyimid schließen N-Hydroxyphthalimid, N-Hydroxychlorphthalimid, N-Hydroxynitrophthalimid, N-Hydroxynaphthalimid, N-Hydroxychlornaphthalimid, N-Hydroxymaleimid und N-Hydroxysuccinimid ein. Die cyclischen N-Hydroxyimide können einzeln oder als Gemisch aus zwei oder mehreren verwendet werden.
  • Die Menge des cyclischen N-Hydroxyimids kann 0,0001 bis 20 mol-%, vorzugsweise 0,001 bis 10 mol-%, bezogen auf den Kohlenwasserstoff, betragen.
  • Beispiele für das in der Verbindung des Übergangsmetalls enthaltene Übergangsmetall schließen Cer, Titan, Vanadium, Chrom, Molybdän, Mangan, Eisen, Ruthenium, Cobalt, Rhodium, Nickel und Kupfer ein. Unter ihnen werden Cobalt, Cer und Mangan bevorzugt.
  • Beispiele für die Verbindung des Übergangsmetalls schließem Oxide, organische Säuresalze, anorganische Säuresalze, Halogenide, Alkoxide, Komplexe wie Acetylacetonat, Oxosäuren und deren Salze, Isopolysäuren und deren Salze und Heteropolysäuren und deren Salze ein. Die Übergangsmetalle können in Kombination von zwei oder mehreren von ihnen verwendet werden.
  • Die Menge der verwendeten Verbindung des Übergangsmetalls kann 0,00001 bis 1 mol-%, vorzugsweise 0,0001 bis 0,5 mol-%, bezogen auf den Kohlenwasserstoff, betragen.
  • In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann die Umsetzung in Gegenwart eines Lösungsmittels durchgeführt werden. Beispiele für das Lösungsmittel schließen Nitrile (z. B. Benzonitril, Acetonitril), organische Säuren (z. B. Ameisensäure, Essigsäure), Nitroverbindungen (z. B. Nitromethan, Nitrobenzol), Chlorkohlenwasserstoffe (z. B. Chlorbenzol, 1,2-Dichlorethan) und Gemische davon ein. Wird das Lösungsmittel verwendet, kann eine Menge davon mindestens 0,01 Gewichtsteile, vorzugsweise mindestens 0,05 Gewichtsteile und 4 Gewichtsteile oder weniger, vorzugsweise 1,5 Gewichtsteile oder weniger pro ein Gewichtsteil des Kohlenwasserstoffs betragen.
  • In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird das Sauerstoff-enthaltende Gas dem Reaktionssystem, das den Kohlenwasserstoff, den Katalysator und das optionale Lösungsmittel enthält, zugeführt und gleichzeitig das Gas aus dem Reaktionssystem abgeführt.
  • Als zugeführtes Sauerstoff-enthaltendes Gas kann Sauerstoffgas, Luft oder Sauerstoffgas oder Luft, die jeweils mit einem Inertgas wie Stickstoftgas oder Heliumgas verdünnt sind, verwendet werden.
  • Die Konzentration des Sauerstoffs im Sauerstoff-enthaltenden Gas kann mindestens 2 Vol.%, vorzugsweise mindestens 5 Vol.-% im Hinblick auf die Reaktionsgeschwindigkeit betragen und soll 30 Vol.-%, vorzugsweise 25 Vol.-% im Hinblick auf die Sicherheit nicht übersteigen.
  • Die Zufuhrgeschwindigkeit des Sauerstoff-enthaltenden Gases kann 0,001 bis 1 mol/Std., vorzugsweise 0,01 bis 0,5 mol/Std. in Bezug auf den Sauerstoff pro Mol des Kohlenwasserstoffs betragen.
  • Das Sauerstoff-enthaltende Gas kann dem Reaktionssystem so zugeführt werden, dass die Blasen des Sauerstoff-enthaltenden Gases in dem den Kohlenwasserstoff und den Katalysator enthaltenden Gemisch dispergiert sind. Das Sauerstoff-enthaltende Gas kann mit einem Gaseinleitungsrohr oder durch eine in einem Reaktor bereitgestellte Düse zugeführt werden.
  • Die Größe der Blasen wird angemessen ausgewählt. Die Blasengröße kann sehr klein, vorzugsweise bis 1 mm oder weniger in Hinsicht auf die Zunahme der Reaktionsgeschwindigkeit hergestellt werden.
  • Die Konzentration des Sauerstoffs im aus dem Reaktionssystem abgeführten Gas kann 1 bis 10 Vol.-%, vorzugsweise 1 bis 8,5 Vol.-% betragen. Vorzugsweise liegt die mittlere Konzentration des Sauerstoffs im Gas, das während der Reaktion abgeführt wird, im vorstehenden Bereich. Stärker bevorzugt liegt die Konzentration des Sauerstoffs im Gas, das während der Reaktion abgeführt wird immer im Wesentlichen im vorstehenden Bereich.
  • Beträgt die Konzentration des Sauerstoffs im abgeführten Gas weniger als 1 Vol.-%, ist die Selektivität für das gewünschte Produkt wie das Keton, den Alkohol oder das Hydroperoxid ungenügend. Übersteigt diese Konzentration 10 Vol.-%, ist die Selektivität für das gewünschte Produkt ungenügend, und eine so hohe Konzentration des Sauerstoffs ist im Hinblick auf die Kosten und die Sicherheit des Verfahrens unerwünscht.
  • Die Konzentration des Sauerstoffs kann durch geeignete Auswahl der Art und Menge des Katalysators, der Zufuhrgeschwindigkeit und Sauerstoffkonzentration des zugeführten Sauerstoff-enthaltenden Gases, der Reaktionstemperatur, der Reaktionszeit und des Reaktionsdrucks eingestellt werden.
  • Das Verhältnis der Sauerstoffkonzentration im abgeführten Gas zu derjenigen im zugeführten Sauerstoff-enthaltenden Gas beträgt vorzugsweise 0,04 zu 0,9.
  • Im Reaktionsverlauf können, falls gewünscht, sowohl die Zufuhr als auch die Abfuhr des Gases diskontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt werden. Vorzugsweise wird das Gas unter konstantem Druck kontinuierlich zugeführt und das Gas unter Beibehalten eines solchen Drucks kontinuierlich abgeführt.
  • Die Reaktionstemperatur kann 70 bis 200°C, vorzugsweise 75 bis 150°C und der Reaktionsdruck 0,1 bis 3 MPa, vorzugsweise 0,1 bis 2 MPa betragen. Im Verfahren der vorliegenden Erfindung kann die Umsetzung portionsweise oder kontinuierlich durchgeführt werden. Die Umsetzung kann kontinuierlich unter Zuführen des Kohlenwasserstoffs und des Katalysators und gleichzeitigem Abführen des Reaktionsgemischs durchgeführt werden, während das Gas zugeführt und abgeführt wird. Dadurch können die Bedienbarkeit und Produktivität des Verfahrens stark erhöht werden.
  • Ein Nachbehandlungsverfahren für das Reaktionsgemisch nach der Umsetzung kann abhängig von den Eigenschaften der Produkte usw. geeignet ausgewählt werden. Beispiele für die Nachbehandlung sind Filtration, Einengen, Waschen, Alkalibehandlung, Säurebehandlung usw. Zwei oder mehrere dieser Nachbehandlungen können gegebenenfalls kombiniert werden. Durch Alkalibehandlung kann der Alkohol durch Verseifung eines Esters des Alkohols mit einer Carbonsäure als Nebenprodukt wiedergewonnen und auch das Hydroperoxid zu dem Keton oder Alkohol umgewandelt werden.
  • Zur Reinigung des Produkts kann Destillation oder Kristallisation verwendet werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, können erfindungsgemäß das Keton, der Alkohol und/oder das Hydroperoxid aus dem entsprechenden Kohlenwasserstoff mit hoher Selektivität dafür durch das Verfahren hergestellt werden, das hinsichtlich Produktivität und Sicherheit ausgezeichnet ist.
  • BEISPIELE
  • Die vorliegende Erfindung wird durch die folgenden Beispiele veranschaulicht, die den Umfang der Erfindung in keinster Weise beschränken.
  • In den Beispielen und Vergleichsbeispielen wurde das jeweilige Sauerstoff-enthaltende Gas mit einer vorgegebenen Sauerstoffkonzentration durch Verdünnen der Luft mit Stickstoffgas hergestellt.
  • Wurde das Sauerstoff-enthaltende Gas eingeblasen, wurde ein Gaseinleitungsrohr verwendet. In den Beispielen 1 bis 11 und Vergleichsbeispielen 1 und 2 wurde ein Glasfilter an der Spitze des Gaseinleitungsrohrs angebracht, so dass die Blasengröße 1 mm oder weniger betrug.
  • Das Gas wurde über einen Kühler und ein Druckregulationsventil abgeführt, und bei 8°C gehaltenes Wasser wurde als Kühlmittel für den Kühler verwendet.
  • Die Analyse von Cyclohexan, Cyclohexanon, Cyclohexanol und Cyclohexylhydroperoxid wurde durch Gaschromatographie durchgeführt, und die Analyse von Adipinsäure wurde durch Ionenchromatografie durchgeführt. Die Umwandlung von Cyclohexan und die Selektivitäten für die Produkte wurden aus den Ergebnissen dieser Analysen berechnet.
  • Beispiel 1
  • In einen Glasautoklaven mit einem Volumen von einem Liter wurden Cyclohexan (84 g, 1 mol), N-Hydroxyphthalimid (0,1 mol), Cobalt(II)acetattetrahydrat (0,001 mol) und Acetonitril (110 g) gefüllt, und der Druck und die Temperatur wurden auf 0,6 MPa bzw. 75°C unter Stickstoffatmosphäre eingestellt. Durch das Gemisch im Autoklaven wurde ein Sauerstoff-enthaltendes Gas mit einer Sauerstoffkonzentration von 9,3 Vol.-% mit einer Fließgeschwindigkeit von 450 ml/Min. 6 Stunden lang unter Rühren und Beibehalten des vorstehenden Drucks und der vorstehenden Temperatur geblasen. Von dem Zeitpunkt an, an welchem der Beginn der Sauerstoffabsorption nachgewiesen wurde (nach einer Stunde vom Beginn der Gaseinblasung an) bis zu dem Ende der Gaseinblasung betrug die mittlere Sauerstoffkonzentration im abgeführten Gas 4,6 Vol.-%.
  • Gemäß den Analysen des Reaktionsgemischs betrug die Umwandlung von Cyclohexan 35,1%, und die Selektivitäten für Cyclohexanon, Cyclohexanol und Cyclohexylhydroperoxid betrugen 57,2%, 5,4% bzw. 2,0% (Gesamtselektivität: 64,6%).
  • Beispiel 2
  • In einen Glasautoklaven mit einem Volumen von einem Liter wurden Cyclohexan (84 g, 1 mol), N-Hydroxyphthalimid (0,1 mol), Cobalt(II)acetattetrahydrat (0,001 mol) und Acetonitril (110 g) gefüllt, und der Druck und die Temperatur wurden auf 1,05 MPa bzw. 75°C unter Stickstoffatmosphäre eingestellt. Durch das Gemisch im Autoklaven wurde ein Sauerstoff-enthaltendes Gas mit einer Sauerstoffkonzentration von 10,5 Vol.-% mit einer Fließgeschwindigkeit von 500 ml/Min. 4 Stunden lang unter Rühren und Beibehalten des vorstehenden Drucks und der vorstehenden Temperatur geblasen. Von dem Zeitpunkt an, an welchem der Beginn der Sauerstoffabsorption nachgewiesen wurde (nach einer Stunde vom Beginn der Gaseinblasung an) bis zu dem Ende der Gaseinblasung betrug die mittlere Sauerstoffkonzentration im abgeführten Gas 6,9 Vol.-%.
  • Gemäß den Analysen des Reaktionsgemischs betrug die Umwandlung von Cyclohexan 25,5%, und die Selektivitäten für Cyclohexanon, Cyclohexanol und Cyclohexylhydroperoxid betrugen 64,5%, 6,6% bzw. 1,6% (Gesamtselektivität: 72,7%). Die Selektivität für Adipinsäure betrug 7,5%.
  • Beispiel 3
  • In einen Glasautoklaven mit einem Volumen von einem Liter wurden Cyclohexan (84 g, 1 mol), N-Hydroxyphthalimid (0,1 mol), Cobalt(II)acetattetrahydrat (0,001 mol) und Acetonitril (110 g) gefüllt, und der Druck und die Temperatur wurden auf 1,05 MPa bzw. 75°C unter Stickstoffatmosphäre eingestellt. Durch das Gemisch im Autoklaven wurde ein Sauerstoff-enthaltendes Gas mit einer Sauerstoffkonzentration von 10,5 Vol.-% mit einer Fließgeschwindigkeit von 500 ml/Min. 5 Stunden lang unter Rühren und Beibehalten des vorstehenden Drucks und der vorstehenden Temperatur geblasen. Von dem Zeitpunkt an, an welchem der Beginn der Sauerstoffabsorption nachgewiesen wurde (nach 0,7 Stunden vom Beginn der Gaseinblasung an) bis zu dem Ende der Gaseinblasung betrug die mittlere Sauerstoffkonzentration im abgeführten Gas 5,4 Vol.-%.
  • Gemäß den Analysen des Reaktionsgemischs betrug die Umwandlung von Cyclohexan 34,0%, und die Selektivitäten für Cyclohexanon und Cyclohexanol betrugen 70,8% bzw. 9,6% (Gesamtselektivität: 80,4%).
  • Beispiel 4
  • In einen Glasautoklaven mit einem Volumen von einem Liter wurden Cyclohexan (84 g, 1 mol), N-Hydroxyphthalimid (0,1 mol), Cobalt(II)acetattetrahydrat (0,0005 mol) und Acetonitril (110 g) gefüllt, und der Druck und die Temperatur wurden auf 1,05 MPa bzw.
  • 75°C unter Sύckstoftatmosphäre eingestellt. Durch das Gemisch im Autoklaven wurde ein Sauerstoff-enthaltendes Gas mit einer Sauerstoffkonzentration von 10,5 Vol.-% mit einer Fließgeschwindigkeit von 500 ml/Min. 6 Stunden lang unter Rühren und Beibehalten des vorstehenden Drucks und der vorstehenden Temperatur geblasen. Von dem Zeitpunkt an, an welchem der Beginn der Sauerstoffabsorption nachgewiesen wurde (nach einer Stunde vom Beginn der Gaseinblasung an) bis zu dem Ende der Gaseinblasung betrug die mittlere Sauerstoffkonzentration im abgeführten Gas 8,4 Vol.-%.
  • Gemäß den Analysen des Reakύonsgenύschs betrug die Umwandlung von Cyclohexan 23,6%, und die Selektivitäten für Cyclohexanon, Cyclohexanol und Cyclohexylhydroperoxid betrugen 58,8%, weniger als 0,1% bzw. 16,7% (Gesamtselektivität: 75,5%). Die Selekύvität für Adipinsäure betrug 8,1%.
  • Beispiel 5
  • In einen Glasautoklaven mit einem Volumen von einem Liter wurden Cyclohexan (84 g, 1 mol), N-Hydroxyphthalimid (0,1 mol), Cobalt(II)acetattetrahydrat (0,0005 mol) und Acetonitril (110 g) gefüllt, und der Druck und die Temperatur wwden auf 1,05 MPa bzw. 85°C unter Stickstoffatmosphäre eingestellt. Durch das Gemisch im Autoklaven wurde ein Sauerstoff-enthaltendes Gas mit einer Sauerstoffkonzentraύon von 10,5 Vol.-% mit einer Fließgeschwindigkeit von 500 ml/Min. 3 Stunden lang unter Rühren und Beibehalten des vorstehenden Drucks und der vorstehenden Temperatur geblasen. Von dem Zeitpunkt an, an welchem der Beginn der Sauerstoffabsorption nachgewiesen wurde (nach 30 Minuten vom Beginn der Gaseinblasung an) bis zu dem Ende der Gaseinblasung betrug die mittlere Sauerstoffkonzentration im abgeführten Gas 2,9 Vol.-%.
  • Gemäß den Analysen des Reaktionsgemischs betrug die Umwandlung von Cyclohexan 26,1%, und die Selektivitäten für Cyclohexanon, Cyclohexanol und Cyclohexylhydroperoxid betrugen 58,3%, 9,2% bzw. 7,2% (Gesamtselektivität: 74,7%). Die Selektivität für Adipinsäure betrug 6,9%.
  • Beispiel 6
  • In einen Glasautoklaven mit einem Volumen von einem Liter wurden Cyclohexan (84 g, 1 mol), N-Hydroxyphthalimid (0,1 mol), Cobalt(II)acetattetrahydrat (0,0005 mol) und Acetonitril (110 g) gefüllt, und der Druck und die Temperatur wurden auf 1,05 MPa bzw. 95°C unter Stickstoffatmosphäre eingestellt. Durch das Gemisch im Autoklaven wurde ein Sauerstoff-enthaltendes Gas mit einer Sauerstoffkonzentration von 10,5 Vol.-% mit einer Fließgeschwindigkeit von 500 ml/Min. 2 Stunden lang unter Rühren und Beibehalten des vorstehenden Drucks und der vorstehenden Temperatur geblasen. Von dem Zeitpunkt an, an welchem der Beginn der Sauerstoffabsorption nachgewiesen wurde (nach einer Stunde vom Beginn der Gaseinblasung an) bis zu dem Ende der Gaseinblasung betrug die mittlere Sauerstoffkonzentration im abgeführten Gas 1,3 Vol.-%.
  • Gemäß den Analysen des Reaktionsgemischs betrug die Umwandlung von Cyclohexan 22,8%, und die SeIektivitäten für Cyclohexanon, Cyclohexanol und Cyclohexylhydroperoxid betrugen 58,5%, 10,8% bzw. 7,2% (Gesamtselektivität: 76,5%). Die Selektivität für Adipinsäure betrug 4,3%.
  • Beispiel 7
  • In einen Glasautoklaven mit einem Volumen von einem Liter wurden Cyclohexan (168 g, 2 mol), N-Hydroxyphthalimid (0,13 mol), Cobalt(II)acetattetrahydrat (0,0007 mol) und Acetonitril (91 g) gefüllt, und der Druck und die Temperatur wurden auf 1,05 MPa bzw. 100°C unter Stickstoffatmosphäre eingestellt. Durch das Gemisch im Autoklaven wurde ein Sauerstoff-enthaltendes Gas mit einer Sauerstoffkonzentration von 18,8 Vol.-% mit einer Fließgeschwindigkeit von 500 ml/Min. 2,5 Stunden lang unter Rühren und Beibehalten des vorstehenden Drucks und der vorstehenden Temperatur geblasen. Von dem Zeitpunkt an, an welchem der Beginn der Sauerstoffabsorption nachgewiesen wurde (nach 0,2 Stunden vom Beginn der Gaseinblasung an) bis zu dem Ende der Gaseinblasung betrug die mittlere Sauerstoffkonzentration im abgeführten Gas 5,6 Vol.-%.
  • Gemäß den Analysen des Reaktionsgemischs betrug die Umwandlung von Cyclohexan 16,4%, und die Selektivitäten für Cyclohexanon, Cyclohexanol und Cyclohexylhydroperoxid betrugen 58,0%, 4,5% bzw. 15,8% (Gesantselektivität: 78,3%). Die Selektivität für Adipinsäure betrug 8,1%.
  • Beispiel 8
  • In einen Glasautoklaven mit einem Volumen von einem Liter wurden Cyclohexan (84 g, 1 mol), N-Hydroxyphthalimid (0,1 mol), Cer(II)acetat (0,001 mol) und Acetonitril (110 g) gefüllt, und der Druck und die Temperatur wurden auf 1,05 MPa bzw. 100°C unter Stickstoffatmosphäre eingestellt. Durch das Gemisch im Autoklaven wurde ein Sauerstoffenthaltendes Gas mir einer Sauerstoffkonzentration von 6,3 Vol.-% mit einer Fließgeschwindigkeit von 500 ml/Min. 11 Stunden lang unter Rühren und Beibehalten des vorstehenden Drucks und der vorstehenden Temperatur geblasen. Von dem Zeitpunkt an, an welchem der Beginn der Sauerstoffabsorption nachgewiesen wurde (nach 3 Stunden vom Beginn der Gaseinblasung an) bis zu dem Ende der Gaseinblasung betrug die mittlere Sauerstoffkonzentration im abgeführten Gas 2,8 Vol.-%.
  • Gemäß den Analysen des Reaktionsgemischs betrug die Umwandlung von Cyclohexan 19,3%, und die Selektivitäten für Cyclohexanon, Cyclohexanol und Cyclohexylhydroperoxid betrugen 29,6%, weniger als 0,1% bzw. 54,4% (Gesamtselektivität: 84,0%). Die Selektivität für Adipinsäure betrug 5,7%.
  • Beispiel 9
  • In einen Glasautoklaven mit einem Volumen von einem Liter wurden Cyclohexan (126 g, 1,5 mol), N-Hydroxyphthalimid (0,098 mol), Mangan(III)acetylacetonat (0,0005 mol) und Acetonitril (66 g) gefüllt, und der Druck und die Temperatur wurden auf 1,05 MPa bzw. 100°C unter Stickstoffatmosphäre eingestellt. Durch das Gemisch im Autoklaven wurde ein Sauerstoff-enthaltendes Gas mit einer Sauerstoffkonzentration von 6,3 Vol.-% mit einer Fließgeschwindigkeit von 500 ml/Min. 8 Stunden lang unter Rühren und Beibehalten des vorstehenden Drucks und der vorstehenden Temperatur geblasen. Von dem Zeitpunkt an, an welchem der Beginn der Sauerstoffabsorption nachgewiesen wurde (nach 2 Stunden vom Beginn der Gaseinblasung an) bis zu dem Ende der Gaseinblasung betrug die mittlere Sauerstoffkonzentration im abgeführten Gas 5,1 Vol.-%.
  • Gemäß den Analysen des Reaktionsgemischs betrug die Umwandlung von Cyclohexan 14,5%, und die Selektivitäten für Cyclohexanon, Cyclohexanol und Cyclohexylhydroperoxid betrugen 32,3%, weniger als 0,1% bzw. 51,9% (Gesamtselektivität: 84,2%). Die Selektivität für Adipinsäure betrug 7,9%.
  • Beispiel 10
  • In einen Glasautoklaven mit einem Volumen von einem Liter wurden Cyclohexan (126 g, 1,5 mol), N-Hydroxyphthalimid (0,098 mol), Mangan(III)acetylacetonat (0,0005 mol), Cobalt(II)-acetattetrahydrat (0,00005 mol) und Acetonitril (66 g) gefüllt, und der Druck und die Temperatur wurden auf 1,05 MPa bzw. 100°C unter Stickstoffatmosphäre eingestellt. Durch das Gemisch im Autoklaven wurde ein Sauerstoff-enthaltendes Gas mit einer Sauerstoffkonzentration von 10,5 Vol.-% mit einer Fließgeschwindigkeit von 500 ml/Min. 7,3 Stunden lang unter Rühren und Beibehalten des vorstehenden Drucks und der vorstehenden Temperatur geblasen. Von dem Zeitpunkt an, an welchem der Beginn der Sauerstoffabsorption nachgewiesen wurde (nach 1,3 Stunden vom Beginn der Gaseinblasung an) bis zu dem Ende der Gaseinblasung betrug die mittlere Sauerstoffkonzentration im abgeführten Gas 3,2 Vol.-%.
  • Gemäß den Analysen des Reaktionsgemischs betrug die Umwandlung von Cyclohexan 8,1%, und die Selektivitäten für Cyclohexanon, Cyclohexanol und Cyclohexylhydroperoxid betrugen 39,6%, 5,8% bzw. 40,7% (Gesamtselektivität: 86,1%). Die Selektivität für Adipinsäure betrug 2,8%.
  • Beispiel 11
  • In einen Glasautoklaven mit einem Volumen von einem Liter wurden Cyclohexan (84 g, 1 mol), N-Hydroxyphthalimid (0,1 mol), Titan(IV)tetraisopropoxid (0,0001 mol), Cobalt(II)-acetattetrahydrat (0,0001 mol) und Acetonitril (110 g) gefüllt, und der Druck und die Temperatur wurden auf 1,05 MPa bzw. 100°C unter Stickstoffatmosphäre eingestellt. Durch das Gemisch im Autoklaven wurde ein Sauerstoff-enthaltendes Gas mit einer Sauerstoffkonzentration von 12,5 Vol.-% mit einer Fließgeschwindigkeit von 500 ml/Min. 6 Stunden lang unter Rühren und Beibehalten des vorstehenden Drucks und der vorstehenden Temperatur geblasen. Von dem Zeitpunkt an, an welchem der Beginn der Sauerstoffabsorption nachgewiesen wurde (nach 30 Minuten vom Beginn der Gaseinblasung an) bis zu dem Ende der Gaseinblasung betrug die mittlere Sauerstoffkonzentration im abgeführten Gas 7,1 Vol.-%.
  • Gemäß den Analysen des Reaktionsgemischs betrug die Umwandlung von Cyclohexan 24,0%, und die Selektivitäten für Cyclohexanon, Cyclohexanol und Cyclohexylhydroperoxid betrugen 66,6%, weniger als 0,1% bzw. 13,0% (Gesamtselektivität: 79,6%). Die Selektivität für Adipinsäure betrug 10,7%.
  • Beispiel 12
  • In einen Glasautoklaven mit einem Volumen von einem Liter wurden Cyclohexan (126 g, 1,5 mol), N-Hydroxyphthalimid (0,02 mol), Cobalt(II)octylat (0,0002 mol) und Acetonitril (182 g) gefüllt, und der Druck und die Temperatur wurden auf 1,05 MPa bzw. 80°C unter Stickstoffatmosphäre eingestellt. Durch das Gemisch im Autoklaven wurde ein Sauerstoffenthaltendes Gas mit einer Sauerstoffkonzentration von 8,7 Vol.-% mit einer Fließgeschwindigkeit von 340 ml/Min. unter Rühren und Beibehalten des vorstehenden Drucks und der vorstehenden Temperatur geblasen. Nach einer Stunde vom Beginn der Gaseinblasung an wurde mit der Zufuhr einer 445 Gew.-%igen Lösung von Cobaltoctylat in Cyclohexan und einer 1,7 Gew.-%igen Lösung von N-Hydroxyphthalimid in Acetonitril mit einer Fließgeschwindigkeit von 0,5 g/Min. bzw. 0,7 g/Min. unter Einblasen des Gases begonnen. Anschließend wurde das Reaktionsgemisch mit im Wesentlichen derselben Geschwindigkeit wie die Zufuhrgeschwindigkeit unter Beibehalten des vorstehenden Drucks und der vorstehenden Temperatur abgeführt und die Umsetzung 8 Stunden lang bei einer Verweilzeit von 4 Stunden fortgesetzt. Die mittlere Sauerstoffkonzentration im abgeführten Gas betrug 5,0 Vol.-%.
  • Gemäß den Analysen des Reaktionsgemischs betrug die Umwandlung von Cyclohexan 8,3%, und die Selektivitäten für Cyclohexanon, Cyclohexanol und Cyciohexylhydroperoxid betrugen 56,5%, 1,9% bzw. 25,3% (Gesamtselektivität: 83,7%). Die Selektivität für Adipinsäure betrug 8,8%.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • In einen Glasautoklaven mit einem Volumen von einem Liter wurden Cyclohexan (84 g, 1 mol), N-Hydroxyphthalimid (0,1 mol), Cobalt(II)acetattetrahydrat (0,001 mol) und Acetonitril (110 g) gefüllt, und der Druck und die Temperatur wurden auf 0,6 MPa bzw. 75°C unter Stickstoffatmosphäre eingestellt. Durch das Gemisch im Autoklaven wurde Luft (Sauerstoffkonzentration: 21 Vol.-%) mit einer Fließgeschwindigkeit von 60 ml/Min. 6 Stunden lang unter Rühren und Beibehalten des vorstehenden Drucks und der vorstehenden Temperatur geblasen. Von dem Zeitpunkt an, an welchem der Beginn der Sauerstoffabsorption nachgewiesen wurde (nach 0,7 Stunden vom Beginn der Gaseinblasung an) bis zu dem Ende der Gaseinblasung betrug die mittlere Sauerstoffkonzentration im abgeführten Gas 0,7 Vol.-%.
  • Gemäß den Analysen des Reaktionsgemischs betrug die Umwandlung von Cyclohexan 25,1%, und die Selektivitäten für Cyclohexanon, Cyclohexanol und Cyclohexylhydroperoxid betrugen 44,1%, 3,8% bzw. 5,3% (Gesamtselektivität: 53,2%).
  • Vergleichsbeispiel 2
  • In einen Glasautoklaven mit einem Volumen von einem Liter wurden Cyclohexan (84 g, 1 mol), N-Hydroxyphthalimid (0,1 mol), Cobalt(II)acetattetrahydrat (0,001 mol) und Acetonitril (110 g) gefüllt, und der Druck und die Temperatur wurden auf 0,6 MPa bzw. 75°C unter Stickstoffatmosphäre eingestellt. Durch das Gemisch im Autoklaven wurde ein Sauerstoff-enthaltendes Gas mit einer Sauerstoffkonzentration von 5 Vol.-% mit einer Fließgeschwindigkeit von 490 ml/Min. 6 Stunden lang unter Rühren und Beibehalten des vorstehenden Drucks und der vorstehenden Temperatur geblasen. Von dem Zeitpunkt an, an welchem der Beginn der Sauerstoffabsorption nachgewiesen wurde (nach 0,8 Stunden vom Beginn der Gaseinblasung an) bis zu dem Ende der Gaseinblasung betrug die mittlere Sauerstoffkonzentration im abgeführten Gas 0,8 Vol.-%.
  • Gemäß den Analysen des Reaktionsgemischs betrug die Umwandlung von Cyclohexan 36,9%, und die Selektivitäten für Cyclohexanon, Cyclohexanol und Cyclohexylhydroperoxid betrugen 43,7%, 4,2% bzw. 1,6% (Gesamtselektivität: 49,5%).
  • Vergleichsbeispiel 3 In einen Edelstahlautoklaven mit einem Volumen von 110 ml, in welchen ein Glasinnenrohr eingesetzt war, wurden Cyclohexan (23,5 g, 0,28 mol), N-Hydroxyphthalimid (0,028 mol), Cobalt(II)acetattetrahydrat (0,00028 mol) und Acetonitril (31 g) gefüllt, und das Gemisch wurde bei einer Temperatur von 75°C unter Sauerstoffatmosphäre mit einem Druck von 0,26 MPa 7 Stunden lang gerührt.
  • Gemäß den Analysen des Reaktionsgemischs betrug die Umwandlung von Cyclohexan 30,3% , und die Selektivitäten für Cyclohexanon, Cyclohexanol und Cyclohexylhydroperoxid betrugen 48,9%, weniger als 0,1% bzw. 7,5% (Gesamtselektivität: 56,4%). Die Selektivität für Adipinsäure betrug 20,4%.

Claims (2)

  1. Verfahren zur Herstellung mindestens einer aus Ketonen, Alkoholen und Hydroperoxiden ausgewählten Verbindung, wobei das Verfahren Umsetzen eines Kohlenwasserstoffs mit molekularem Sauerstoff in Gegenwart eines cyclischen N-Hydroxyimids und einer Verbindung eines Übergangsmetalls umfasst, wobei ein Sauerstoff-enthaltendes Gas dem Reaktionssystem zugeführt wird und gleichzeitig ein Gas, welches 1 bis 10 Vol.% Sauerstoff enthält, aus dem Reaktionssystem abgeführt wird.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Kohlenwasserstoff ein gesättigter, alicyclischer Kohlenwasserstoff ist.
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