DE1618016A1 - Verfahren zur Herstellung von Bisphenolen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von BisphenolenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Terfanren zur
Herstellung van Bisphenolen. Sie bezieht sich insbesondere auf
ein Verfahren zur Herstellung von Bisphenölen durch Umsetzung
eines Phenols mit einem Keton in einer Reaktiunemisohung, die
ein Mercaptan und ein festes, unlösliches Ionenaustauscherharζ
mit anhängenden SuIfonsäuregruppen enthält.
Die Herstellung von Bisphenolen erfolgte in der Vergangenheit
durch Umsetzung eines Phenols mit einem Keton in einem· Beaktionsmediim;
das eine Mineralsäure,, wie; Salzsäure, Schwefelsäure usv/.,
^thialt. Diese^ Verfahren zur Herstellung von Bisphenplen
stellte jedoch schwierige Probleme und war unwirtschaftlich.
Da Minaralsäuren stark korrodierend sind, greifen sie die Vorrichtung zur Durchführung der Reaktion an und korrodieren sie.
Da weiterhin Minsralsäüren in Phenolen und Ketonen löslich sind,"
ist es äußerst schwierig, die Minetalsäuren Ton den nicht umgesetzten
Ausgangsmaterialien zu entfernen. Außerdem.verringert '
BAD OBiGlNAL 20981671463
sich, die katalytische Wirksamkeit der. Mineralsäure!!, in An.vesenheit
des während der Keaktion gebildeten Wassers merklich; bei
einer Konzentration von etwa 1,2 Gew.-$ Wasser, bezogen auf das
Gewicht der Ausgangsreaktionsteilnehmer (wenn das verwendete molare Verhältnis der Reaktionsteilnehmer z.B. ΐ Mol Keton zu
TO Mol eines Phenols ist und die verwendete MineralsLaremenge
1- Gew.-* beträgt) zeigen Mineralsäuren wenig oder überhaupt
keine katalytische -Wirksamkeit.
Beim Versuch zur Verbesserung der katalytischer! Wirksamkeit von
Mineralsäuren wurde vorgeschlagen, einen Beschleuniger, z.B. ein Mercaptan, wie Äthylmercaptan, mitzuverwenden. Dies hat sich
jedoch zur !Schaffung eines geeigneten Katalysatorsystems nicht als besonders wirksam erwiesen. Das Katalysatorsysteni bleibt
gegenüber der Vorrichtung zur Durchführung der Reaktion immer
noch korrodierend; weiterhin ergeben sich schwere Verfahrensprobleme bezüglich der Entfernung und HuekgewInnung von Mercaptan,
nicht umgesetztem Phenol und nicht umgesetztem Keton aus
den Mineralsäuren. - '
Auch die Verwendung von Ionenaustauscherharzen als Katalysatoren
bei der Herstellung von Bisphenolen durch Umsetzung eines Phenols mit einem Keton ist vorgeschlagen worden.. Ionenaustauscherharze
sind jedoch auch Wasserempfindlich und verlieren bei Wasser-.konzentrationen,
bei welchen Mineralsäuren ihre katalytische Wirksamkeit verlieren, ebenfalls praktisch ihre gesamte katalytische
Wirksamkeit.
2 09 8 1B/U8.3 ^ BAD
Die' vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren': zur Herstellung '
you 13is henolen durch. Umsetzung eines Phenols mit; elneiB, Keton
In einem ,Heaktjonssystem, das^ ein Γ,ηβηοΙΙϋ s liehe sMereapt an
und ein festes, unlösliches iOnenäus-baüscherJa.arz: mit anhängenden
Sull'cnsHuregruppen enthält..' ; . v
Durch verwendung eines Katalysatorsysteme aus einem oben genannten ;.Ie rear tan und einem festen, unlöslichen Ionenaustauscheriiars
mit aim an-end en SuIfonsauregraX^en wird die>
Eeaktiünsgescxjyvindigiceit
zwischen dem,Phenol und Keton merMiieh erhöht,
es werden -höhere Umwandlungen des Keto'ns - bis .zu JOO fo - er- zielt,
und das liergesteilte BIsijhenols ist praktisch frei von
unervv: nachten Hebeiiprodukten, wie Dianin -Verbindungen. Die
Erzielung, dieser Yorteile ist auch möglich in einem Beaktions—
inediuiii, das mehr als etwa \,2 Gev/.-^ Wasser enthult,; unter
Reaktidnabedlngungeii, \;ie sie oben bezüglich der Ifineralsauren
ji-J Iuiiaxiaustauscherharze per se beschrieben wurden*
Erf "nd.un-gage^aü geeignete Ketone haben die allgemeine Formel;
E- C-GH^
ti ■ . -2
in welcher & für einen einwertigen Kohlenwasserstoffrest, gevröhnllch
nit nöciiütens 12, Kohlenstoff atomen, vorzugsweise mit
libcb-.tens 6 iichlexistoffato;:ieh,. steht. . i
Geeignete Keteae der obigen Formel sind z.B.: gesättigte ali^hatiscne
Ketene^ wie Dinetlvlistohj Chlorate ton, Methylatixyllceton,
■Jet-jl-n-oro^yliietoii, Kethylisbbutyllceton usw.; aforaatly.che
Ketone f wie Hienylmetliylketon usw.; und ungesättigte Ketone,
wie :Cesitylox/d usw.
■- : '.■ - - '-■- . ■ - BAQ
2098 16/ 1463
Weitere geeignete Ketone umfassen"Cyclohexanon, --Methylcyclohexanon,
3-Methylcyclohexanon, 4-Methylcyclohexanon usw.; PoIyketone,
wie Acetony!keton usw.
Phenole, die mit den Ketonen erfindungsgemäß zur Bildung von
Bisphenolen umgesetzt werden können, sind'alle phenolischen Verbindungen
mit mindestens einer anderen als der m-Stellung unsubstituierten
Stellung. Solche Phenole haben die Formel.:
in welcher jedes R1 , das gleich oder verschieden sein kann, für
einen Alkylrest, wie Methyl, Äthyl, n-Propyl, n-Hexyl usw., vorzugsweise
einen Alkylrest mit 1-4 Kohlenstoffatomen, oder ein Haiogenatoifl, d.h. Chlor, Brom, Jod oder Fluor, oder einen AIkoxyrest,
wie Methoxy, ÄtJaoxy, n-Propoxy, n-Amyloxy usw., vorzugsweise
einen Alkoxyrest mit 1-4 Kohlenstoffatomen, oder einen Arylrest, wie Phenyl usw., oder einen eycloaliphiischen Rest,
wie Cyclohexyl usw., steht,· η ist eine Zahl mit einem Wert von
0 bis 4, mit der weiteren Einschränkung, daß mindestens eine
andere Stellung als die m-Stellung unsubstituiert ist.
Geeignete Phenole sind u.a. Phenol, die Kresole, m-Äthylpheriol,
m-n-Propylphenol, m-Isoproplyphenol, m-n-Butyl^henol, m-sek.-Butylphenol,
p-tert. -Butylphenol, o-Methoxyxjhenol, m-Äthoxyphenol,
ρ-n-Propoxyphenol, m-Amyloxyphenol, m-Chlorphenol,
m-Bromphenol, p-Chlorphenol, 2,6-Dimethylphenol, 2-Methyl-6-methoxyphenol,
a-Methyl^-chlorphenol, o-Pheny!phenol, p-Pheny!phenol,
p-oyclohexylphenol usw.
2 09 8 16/1 46 3 bad original
- ■ "1V." ■■ :-.;"-x-..;"
i
5 ^;: - ■;···:■ 7 -; IBfEOl6
Erfindungsgemäß geeignete Ionenaustauscherharze sind feste,
unlösliohe Harze aus polymereii Grun&strukturen, mit chemisch,
gebundenen, anhängenden Sulfönsauregruppen. Bas. Austaus eherpotential
der chemisch gebundenem.SuIf orLsäuregruppeirimd die
AxLzaiü. dieser für den Korttakt mit"." den. Eeaktianst&ilnehjEern zur
Verfügung stehenden Gruppen, zeigt die katalytisciie Wirksamkeit
eines "besonderen- Ionenaustausciierharzes.^Obgleich ,daher, die
Anzahl der chemisch an die polymere Grundstruktur des,.Harzesgebundenen
SuIfonsäuregruppen die theoretische "Austauscherkapazität"
derselben bestimmt, ist ein genaueres Eriterion der
katalytisqhen Wirksamkeit die Inzahl der SuIf;onsäiiregruppen, _
die tatsächlich für den Kontakt mit den Reaktionsteilnehmern
"vrerfügbar ist. Dieser Kontakt kann sowoh^l an den inneren als
auch an den äußeren Oberflachen des ionenaustaüscherharzes
erfolgen. Besonders geeignet ist daher im allgemeinen eine
solche Form eines Ionenäustanscherharzes, die eine maximale
Menge an Oberfläohengebiet schafft, ζ.B. poröse likrosphären
oder Perlen. ;
Je größer die "Austauscherlapazität11 eines lonenaustauciGherharzes,
d.h. je größer die Anzahl von MilliäijuiTalenten Säure
pro g trockenes Harz, ist, inHso besser eignet sieh das Harz für
die erfindungsgemäflen Zwecke. Bevorzugt werden Harzen mit einer
"Austauscherkapazität« über etwa-2 ffiilliaiiuiValente "säure pro g
trockenes Harz. BesondersVgeeignete: Ionenaustauscherharze sind t
u.a.: sulfonierte S%rol/BiTdnylbenzol-HarzeV^Ifonierte, vernetzte
Styrolharze, j^enol/ibrmaldehyd/Sulfoiiaäure-Mär ze,
Benzol/Formaldehyd/Sulfonsäure-Harze usw. Diese und andere
derartige Harze sind unter den folgenden Handelsnamen im Handel
20981&/U63 · ' - ;-. : -"j:::y .: '
erhältlich: "Amberlite XE-100" (Rohm and Haas Co.); "Dowex 50-X-4"
(Dow Chemical Co.)', "Permutit QH" (.Permutit Co.-); und. "Chempro
C-20" (Chemical Process Co.)·
Erfindungsgemäß besonders bevorzugt werden, wie ausgeführt,
solche Ionenaustauscherharze, die praktisch wasserfrei sind, d.h. Ionenaustauscherharze, die weniger als etwa 1 Gew.-70
Wasser enthalten. Ionenaustauscherharze icönnen nach dem Verfahren
der US-Patentschrift 3 211 061 praktisch wasserfrei gemacht
werden.
Erfindungsgemäß verwendbare Mercaptane sind solche Verbindungen,
die in Phenol löslich sind und mindestens eine -SH Gruppe enthalten. Solche Mercaptane haben die folgende Formel:
H2SH
ρ
in welcher ü für einen einwertigen Kohlenwasserstoffrest,
in welcher ü für einen einwertigen Kohlenwasserstoffrest,
im allgemeinen mit höchstens 12 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise
mit höchstens 6 Kohlenstoffatomen, oder Wasserstoff steht,
Geeignete, durch H dargestellte Reste sind z.B. Alkylreste,
wie Methyl, Äthyl, n-Propyl, η-Butyl, n-Hexyl, 2-Äthyl-n-hexyl,
n-Octyl, n-Dodecyl usw.; Cycloalkylreste, wie Cyclone.^ 1 uj„.;
Alkenyl- und Cycloallcenylreste, wie Alljä, öyclopentenyl usw.;
alkoxy- und aryloxysubstituierte Alkyl- und Cycloalkylreste,
wie Methoxymethyl, Äthoxyäthyl, 3-Äthoxy-n-propyl, 4-Äthoxy-nbutyl^.
3-Äthoxy-2-äthyl-n-hexyl, 2-Methoxycyclohexyl, Phenoxymethyl,
2-Phenoxyäthy1, 3-Phenoxy-n-propyl, 2-Phenoxycyclohexyl
usw.; Aralkylreste, wie Benzyl, 2-Phenyläthyl, 3-Phenyläthyl,
3-Pnenyl-n-propyl, 2-Phenyl-n-butyl, 2-Phenyl-n-hexyl usw.;
BAD ORIGINAL 209816/1463
TB18016
Arylreste, wie Phenyl, Ifeudithyl. usw.; halogenierte Arylreste,
wie gGhlor^haiiyl, p-Bromphenyl, p-Fluorphenyl, -p-Jodphenyl, . ,
2-ChIOi1IIaPiItIIyI, 2-Broniaaplitxiyl usw.; alkoxy- und aryloxysubstltuierte
Arylreste, wie p-Methoxyphenyl,p-Äthoxyphenyl,
p-Pro .oxy^nenyl, ρ-Phenoxy phenyl usw/; Aikarylreste, wie oilethylpheiiyl,
p-ltlijrlphexiyl, p-n-Propylphenyl, ö-n-Propy!phenyl,
ο-n-Butylpheny 1, p-n-DqdecyIx heny 1, p-(2 -Atlioxy-n-hexy 1) -phenyl
usw.
Andere geeignete Mercaptane sind Thioglykolsäure, Dithioäthan
usw.
Die Realctin zViTischen deu phenol und Keton kann über einem
weiten Temperaturbereich eri'olgen. Gewöhnlich \ird die Reaktion
bei Temperaturen τοη etwa 50-1500C*, vorzugsweise zwischen etwa
50-HO0C, durchgefSart.
Theoretisch reagiert j Mol Keton mit 2 Mol eines Phenols. In der
Praxis variieren jedoch die Mol-Verhältnisse der verwendeten
ReaktIonsteilnehmer von etwa 3:1 bis etwa 20:1 Phenol zu Keton.
Vorzugs;.eise werden die Reaktionsteilnehmer in einem Mol-Verhalt·
n;_s von etwa 4:1 bis etwa 12:1 Phenol zu Keton verwendet.
Das Ionenaustauscherharz wird In ausreichenden Mengen zur Katalyse
der Reaktion, d.h. gewöhnlich in einer Menge voh etwa 0,1—1 Äquivalent (bezogen auf. die SuIfonsäuregruppenj pro Mol
Aceton, verwendet. Gegebenenfalls können mehr als etwa 1 Äquivalent
verwendet werden, was Jedoch unwirtschaftlich ist.
2098 1 6/U63
Die verwendete Mercaptanmenge liegt zwischen etwa O,ü1-5 Gew.-$,·
vorzugsweise etwa 0,01-1 Gew.-fo, bezogen auf das kombinierte
Gewicht der Reaktionsteilnehmer.
Das Bisphenolreaktionsprodukt wird zweckmäßig aus der umgesetzten
Mischung-durch Umkristallisieren des Produktes mit Phenol und
anschließende mechanische Gewinnung des Bisphenols gewonnen;
das Bisphenol kann auch in der in Beispiel 1 und 2 der vorliegenden
Anmeldung beschriebenen V/eise gewonnen werden.-
Die erfindungsgemäße Reaktion kann bei atmosphärischem oder über-
oder unteratmosphärischem Druck durchgeführt werden.
Die folgenden Be!spiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung,
ohne sie zu beschränken.
Beispiel 1
Beispiel 1
Herstellung von 2>2-Bis-(p-hydröxyphenylj;rpropan (gewöhnlich
als Bisphenol A bezeichnet)
In einen mit Rührer, Thermometer, Rüekfluükühler und lieizmantel
versehenen 1-1-Kolben wurden 125 g "Dowex 5O-X-4" und anschließend eine Mischung aus 470 g (5 Mol) dest. Phenol, 29 g (0,5
i,:ol) Aceton und 0,5 g. Athylmercaptan gegeben. Die Reaktionär
mischung. wurde auf 650C erhitzt und 5 Stunden unter Rühren
auf dieser Temperatur gehalten. liach diesen 5 Stunden wurde
die Eeaktionsmischung durch einen gesinterten Glastrichter filtriert,
und das gewonnene Ionenau3tauscherharz wurde 3 j.ial mit
je 100 g dest. Phenol gewaschen. Das Mitrat und die Waschwasser
wurde., vereinigt und bei vermindertem Druck (5 mm Hg) bis zu
einer Blas ent e.nperatur von 2000C. destilliert. Das Rohprodukt
BAD 20981671463
— y — -. ■ ,
ist. in'geschmolzenem "Zustand-hell strohfarben. Die Ausbeute
an Eohproduict entsprach einer 73,8-^igen umwandlung, bezogen
auf das ursprüngliche Aceton und berechnet als Bisphenol.
Die Umkristallisation aes Hohproduirtes aus etwa dem dreifachen
seines Gewichts an Toluol ergab feine, schneeweiße ürito b ,.1Ie,
die frei von Mercaptangeruch waren, pie kristalline Ausbeute aus dem Toluol betrug etwa 95 f°>
was einer 75-f«igenumwandlung
des Acetons in das 4,4-Bisphenol-A-Isümere entsprach ^2,2-Bis-(p-hjdrox/ohenyl)-propan/.
Durch ein rohrfürmiges, mit 800 g praktisch wasserfreiem Ionenaustau8cherhar,z;
"Dowex 5O-X-4" gefülltes Eeaktionsgefäß wurde
bei einer Geschwindigkeit von1,3S kgn Phenol, Aceton und Äthylmercaptan
gefiiirt, v:obei das Mol-Verhältnis von Phenol zu Aceton
15:1 betrug und die Athlymercaptanmenge 0,5 Gew.-^, bezogen
auf dasGewicht der Eealctionateilnehmer, betrug. Der Ausfluß
wurde bei 5 mm Hg auf 2000C. destilliert. Die Ausbeute an rohem
Bisphenol entsprach einer lOO-^igeii Umwandlung, bezogen auf das
Aceton und berechnet als Bisphenol, Die ümkristallisation des
rohen Bis-henols gemäß Beispiel 1 ergab ein feines, schneeweißes,
kristallines Bisphenol, das frei von Mercaptangeruch ist. Die kristalline Ausbeute aus Toluol betrugetwa 94 $,
was einer 74~70igen Umwandlung des Acetons in das 4,4!-Bisj...henol-A-Iaomere
entsprach. ■
Beispiel 1 wurde unter Verwendung unterschiedlicher Mercaptankonzexitr
at ionen wiederholt. Die Eeaktionsbedingungen und Ergebnisse sind in dar folgenden Tabelle aufgeführte
BAD ORiGINAL 209016/1463 "
Mol-Verhältnis von Gew.-76 Äthyl-Phenol
zu Aceton mercaptan Reaktionsbedingungen Gew.-^ Umwandl.
Zeit, Gew.-fo Reinheit,- Gew.-# Um-
in Bisphenol, bes. bez. auf Bisauf Aceton »;henol A
wandl. in BisiEnol A
10:1 10:'. 10:' 10:' 10:'
10:'
| 0,0 | 5 | 65 | 51,8 |
| 0,05 | 5 | 65 | 72,8 |
| 0,10 | • 5 | . 65 | 78,8 |
| 0,25 | 5 | 65 | 81 ,8 |
| 0,50 | 5 | 65 ■ | 86,0 |
| 1,0 | 5 | 65 | 88,6 |
87
95
©5
96
96
97
95
©5
96
96
97
45,1
69,2 74,9 78,5
O O
_ I1 I- 1S18016
Dieses ge^äß Beispiel 1 durGligefuiirte Beispiel zeigt 6LIb T/asserers/^fin^lieiikeii;
eines ionenaustausolieriiarzes bei unterschied-'
u Mer-captaniconzentrationen.
'ie Ergebnisse sind in der fGigenden !Tabelle "aufgeführt.
209818/1463
Mol-VerlaLtnis Gew.-$ Wasser Gew.-$>
Äthyl- Gew.-% TJmwändl." in Gew.-% Reinheit, Gew.-^ Umwandl. in
Phenol zu Aceton in der Be- mercaptan Bisphenol, bez. auf bez. auf Bisphenol Bisphenol A
Schickung .■ Aceton - A
| 10:1 | Θ | ,2 ' ■■■ | 0,0 | |
| 10:1 | ■■' ■ ο | ,7 , | 0,0 | |
| 10:1 , | 1 | ,2 | 0,0 | |
| 10:1 | 0 | ,2 | 0,1 | |
| 10:1 | 0 | ,7 | ||
| 2 0 98 | 10:1 i; | 1 | ,2 | 0,1 |
45,0 21,0 0,0 76,9 7.2,8 51,0
82,0
83,0
0,0
95,0
94,0
91,4
83,0
0,0
95,0
94,0
91,4
35,5
17,4 0,0 73,1 68,4
46,6
Wenn in Beispiel 1 Vis A- anstelle "Vpii Ätkylinereaptan die fol— .
genden Mercaptane VerWendet werden* so werderj. vergleiclibare
Ergebnisse erziielti - . . λ ■" .."'.- - ,·
1 - MethylmerGEaptan ■ " .-;"". -: \
2 - n-Propylmercaptan ■"-.:.
3 - n-Butylmercaptan .".-.. ; ■;":". -..." ■■"■ ■'·"
4 - n-Dodecylraercaptan ::■".—"" ' ■---":■■ ■ .-
!?■ - Benzylmercaptan -
6 - Ditliioäthan
BAD
te/1463
Claims (7)
1 ..- Verfahren zur Herstellung eines Bisphenols, dadurch gexBwa.-zeichnet,
daß man ein Phenol mit einem Keton in Anv/esenheit eines
phenolloslichen Mercaptans und eines festen, unlöslichen Ionenaustauscherahrzes
mit annangenden Sulfonsäuregruppen umsetzt.
2.- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da^ als
Keton Aceton verwendet wird. _ '
3.- Verfahren nacfl. Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dä£
als Phenol Phenol verwendet wird.
4·- Verfahren nach. Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, damals Mercaptan Atii/luercaptan verwendet wird.
b.- Verfahren nach Anspruch 1 bis 4," dadurch gekennzeichnet, daß
das Mercaptan in .Mengen von etwa 0,-01-b Gew.-%, bezogen auf das
vereinigte Gewicht von Phenol und Keton, verwende^wird,
6.- Katalysatorsystem, bestehend aus einem festen unlöslichen
Ionenaustauscharζ Mit anhängenden SuIfansäuregruppen und einem
pheiiollöslichen Mercaptan.
7.- Katalysatorsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
das Mercaptan Äthyliäercaptan ist«, ■ ' . . v
Der Patentanwalt
BADORiGINAL 20981 6/U63
Applications Claiming Priority (1)
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- 1967-03-08 FR FR97951A patent/FR1513814A/fr not_active Expired
- 1967-03-09 GB GB1108367A patent/GB1185102A/en not_active Expired
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