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EP1373168A2 - Method for side chain alkylation or alkenylation - Google Patents

Method for side chain alkylation or alkenylation

Info

Publication number
EP1373168A2
EP1373168A2 EP01980242A EP01980242A EP1373168A2 EP 1373168 A2 EP1373168 A2 EP 1373168A2 EP 01980242 A EP01980242 A EP 01980242A EP 01980242 A EP01980242 A EP 01980242A EP 1373168 A2 EP1373168 A2 EP 1373168A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
catalyst
reaction
side chain
alkali metal
distillation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01980242A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Ulrich Steinbrenner
Ralf Böhling
Peter Zehner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
Publication of EP1373168A2 publication Critical patent/EP1373168A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/02Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the alkali- or alkaline earth metals or beryllium
    • B01J23/04Alkali metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2/00Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms
    • C07C2/54Preparation of hydrocarbons from hydrocarbons containing a smaller number of carbon atoms by addition of unsaturated hydrocarbons to saturated hydrocarbons or to hydrocarbons containing a six-membered aromatic ring with no unsaturation outside the aromatic ring
    • C07C2/72Addition to a non-aromatic carbon atom of hydrocarbons containing a six-membered aromatic ring
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2523/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00
    • C07C2523/02Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of the alkali- or alkaline earth metals or beryllium
    • C07C2523/04Alkali metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2527/00Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • C07C2527/06Halogens; Compounds thereof
    • C07C2527/08Halides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2527/00Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • C07C2527/20Carbon compounds
    • C07C2527/232Carbonates
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S585/00Chemistry of hydrocarbon compounds
    • Y10S585/949Miscellaneous considerations
    • Y10S585/95Prevention or removal of corrosion or solid deposits

Definitions

  • the invention relates to a process for reducing the formation of polymers in the case of side chain alkylation or side chain alkenylation of alkylaromatic compounds.
  • No. 2,448,641 describes a ner driving in particular for the side chain alkylation of toluene.
  • 0.1 to 20% of an alkali metal, based on toluene, is used as the catalyst. It is described that the catalyst can be separated from the reaction product by filtration, whereupon the product is purified by fractional distillation. Sodium is used as the preferred catalyst.
  • No. 3,291,847 describes in particular the potassium-catalyzed alkylation of toluene with propene.
  • Potassium, sodium or a sodium-potassium alloy together with graphite on sodium carbonate are used as the catalyst.
  • the catalyst is formed in situ in particular in the reactor. It is described that the combination of the alkali metal with graphite and the support in the reactor does not form a brown tar-like polymer, which is the case without the use of a catalyst support. It is described that the catalyst can be removed from the reaction mixture after the reaction by filtration.
  • the catalyst can also be inactivated or reacted with a polar compound such as an alcohol. Unreacted starting materials can be recovered and returned to the implementation. According to the examples, the catalyst in the reaction mixture is deactivated by quenching with an alcohol.
  • No. 4,914,250 relates to a process, in particular for the alkenylation of toluene with propene in the presence of a supported potassium or potassium alloy catalyst using sodium hydroxide or potassium hydroxide as co-catalyst.
  • suitable carrier materials are diatomaceous earth, activated carbon, carbon, silicon dioxide, aluminum oxide etc. After the reaction, the catalyst is deactivated by reaction with methanol.
  • the object of the present invention is to provide a process for reducing the formation of polymers in the case of side chain alkylation or side chain alkenylation of alkylaromatic compounds.
  • the object is achieved according to the invention by a process for reducing the formation of polymers in the side chain alkylation or side chain alkenylation of alkylaromatic compounds by reaction with olefins or diolefins in the presence of an alkali metal catalyst and subsequent distillation to obtain the alkylated or alkenylated compound, the alkali metal in the catalyst is present on an inorganic support and the catalyst is mechanically separated from the reaction mixture after the reaction and before the distillation. This means that only the organic phase mechanically separated from the catalyst is fed to the distillation without the catalyst having been protolysed.
  • (spent) mechanically separated catalyst can be protolysed, an organic phase formed during the protolysis not being returned to the distillation. It has also been found that the use of alkali metal carbonates, alkali metal halides or mixtures thereof as catalyst supports allows the alkali metal catalyst to be completely separated from the reaction mixture by simple filtration.
  • the mechanical separation of the catalyst is preferably carried out using a mixer-settler, settier, filter or cross-flow filter, depending on the particular design of the reaction apparatus.
  • the alkali metal catalyst can thus be completely removed from the reaction mixture before the reaction mixture is distilled. This largely, preferably completely, prevents the formation of tar-like polymers in the distillation apparatus.
  • the catalyst support is particularly preferably selected from K CO 3 , K 2 CO 3 / KCl and K 2 CO 3 / NaCl.
  • the alkali metal applied to the carrier is preferably sodium, potassium or a NaK alloy. Sodium is preferably used on the carrier.
  • the preparation of the supported catalyst is known and can be carried out, for example, as described in DE-A-197 15 203.
  • the catalyst preferably has 0.5 to 20, in particular 1 to 15,% by weight of metallic sodium and / or potassium, based on the total catalyst.
  • the catalyst is prepared from alkali metal and support at temperatures above 100 ° C. before being used in the reaction. It can also be formed with hydrogen and / or alkyl aromatic compounds at temperatures above 100 ° C.
  • the reaction can be carried out batchwise or preferably continuously.
  • Suitable apparatus are stirred tank reactors, stirred tank cascades, stirred columns, loop reactors, cascades of loop reactors or similar devices.
  • the catalyst can be used as a suspension or moving bed (fluidized bed), preferably as a suspension. As described above, the catalyst is preferably retained by a mixer settler, a settier, a filter, a crossflow filter or a similar process engineering unit. Filter devices are particularly preferably used.
  • the residence time of the catalyst in the reaction stage is significantly longer compared to the organic phase, that is, the catalyst is retained and used until loss of activity.
  • the product mixture is separated by distillation. Unreacted starting materials can be returned to the reaction.
  • the alkylated or alkenylated product can then be further purified by further processes, for example by fractional distillation, fractional crystallization, extraction, etc.
  • the reaction is preferably carried out continuously in the suspension mode, the catalyst being retained in the reactor.
  • the reaction is preferably carried out with vigorous stirring.
  • the reaction is generally carried out at a temperature of -50 to 400 ° C., preferably at a temperature of -20 to 300 ° C., particularly preferably 80 to 250 ° C., in particular 100 to 200 ° C. and a pressure of preferably 0, 1 to 200, particularly preferably 1 to 150, in particular 1 to 100 bar, preferably in the liquid phase without a gas phase.
  • alkyl aromatics can be used as alkyl aromatic compounds. They can have, for example, a benzene or naphthalene nucleus as the aromatic nucleus.
  • Alkylalicyclic compounds in which the cyclic nucleus can be a cyclic alkyl, alkenyl or alkynyl radical are also suitable. Residues in which several of the ring restrictions are linked can also be used.
  • the link structures have an acidic hydrogen atom in the ⁇ -position of the side chain. They preferably have at least one alkyl radical which is bonded to the cyclic structure.
  • the alkyl radicals can have any length and can be substituted by further substituents.
  • alkylaromatic Verbindunden benzenes o- by 1 to 6, preferably 1 to 3, in particular 1 to 2 C ⁇ - 2, preferably 3 -Al C ⁇ - yl radicals are substituted naphthalenes substituted by 1 to 10, preferably 1 to 5 , particularly preferably 1 to 2 C ⁇ . 2 o-, preferably C ⁇ . 3 alkyl radicals are substituted, and the alkylalicyclic compounds employed cyclopentenes or cyclohexenes by 1 to 5, preferably 1 or 2, or 1 to 6, preferably 1 to 3, especially 1 or 2 C 1 - 20 -, preferably C ⁇ . 3 alkyl radicals are substituted.
  • the olefins preferably have 2 to 20, particularly preferably 2 to 10, in particular 2 to 5, carbon atoms. Ethene, propene, 1-butene, 2-butene, iosbutene, 1-pentene, 2-pentene, 2-methyl-1-butene, 2-methyl-2-butene and / or 3-methyl-1-butene are preferably used , Ethene and propene are particularly preferred.
  • the diolefms preferably have 4 to 20, particularly preferably 4 to 10, in particular 4 to 6, carbon atoms. Butadiene and / or isoprene are particularly preferably used.
  • reaction of toluene with ethene or propene to give propylbenzene or isobutylbenzene, the reaction of cumene with ethene to give tert-amylbenzene and the reaction of xylenes with butadiene to give 5-tolylpentenes are particularly preferred.
  • Used catalyst can be removed from the reactor, protolysed and then disposed of.
  • the addition of salt to the alkali metal in conjunction with a filter can prevent alkali metal from escaping from the reactor into the work-up stage, where it would lead to major technical and safety-related problems.
  • the invention also relates to the use of alkali metal catalysts supported on an inorganic support in the side chain alkylation or side chain alkenylation of alkylaromatic compounds by reaction with olefins or diolefins and subsequent distillation to reduce the formation of polymers during distillation.
  • reaction discharge 75 ml of the reaction discharge were mixed with 15 ml of 30% aqueous NaOH and heated to 250 ° C. in a glass pressure autoclave with stirring for 72 h.
  • the organic phase turned slightly yellow and there were no visible deposits either.
  • EtOH / H 2 O was added to the contents of the steel autoclave under argon and the organic phase (88 g, composition see table 1) was heated to 250 ° C. in a glass pressure autoclave with stirring for 72 h.
  • the solution turned deep brown and black, sticky, tar-like deposits formed.
  • Table 1 Composition of the organic phases according to GC analysis

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Abstract

The invention relates to a method for reducing the formation of polymers during the side chain alkylation or side chain alkenylation of alkylaromatic compounds by reacting olefins or diolefins in the presence of an alkali metal catalyst; and the ensuing distillation for preparing the alkylated or alkenylated compound. The alkali metal in the catalyst is situated on an inorganic carrier, and the catalyst is mechanically separated from the reaction mixture after the reaction and before distillation.

Description

Verfahren zur Seitenkettenalkylierung oder -alkenylierung Process for side chain alkylation or alkenylation
Die Erfindung betrifft ein Nerfahren zur Minderung der Bildung von Polymerisaten bei der Seitenkettenalkylierung oder Seitenkettenalkenylierung von alkylaromatischen Verbin- düngen.The invention relates to a process for reducing the formation of polymers in the case of side chain alkylation or side chain alkenylation of alkylaromatic compounds.
Die Seitenkettenalkylierung, insbesondere von aromatischen Verbindungen, die ein acides Proton in der α-Position der Seitenkette tragen, in Gegenwart von Katalysatoren ist bekannt.The side chain alkylation, in particular of aromatic compounds which carry an acidic proton in the α position of the side chain, in the presence of catalysts is known.
In der US 2,448,641 ist ein Nerfahren insbesondere zur Seitenkettenalkylierung von Toluol beschrieben. Als Katalysator werden dabei 0,1 bis 20 % eines Alkalimetalls, bezogen auf Toluol, eingesetzt. Es ist beschrieben, daß der Katalysator durch Filtration vom Umsetzungsprodukt abgetrennt werden kann, worauf das Produkt durch fraktionierte Destillation gereinigt wird. Als bevorzugter Katalysator wird Natrium eingesetzt.No. 2,448,641 describes a ner driving in particular for the side chain alkylation of toluene. 0.1 to 20% of an alkali metal, based on toluene, is used as the catalyst. It is described that the catalyst can be separated from the reaction product by filtration, whereupon the product is purified by fractional distillation. Sodium is used as the preferred catalyst.
In der US 3,291,847 wird insbesondere die kalium-katalysierte Alkylierung von Toluol mit Propen beschrieben. Als Katalysator werden Kalium, Natrium oder eine Natrium-Kalium- Legierung zusammen mit Graphit auf Natriumcarbonat als Träger eingesetzt. Der Katalysator wird insbesondere im Reaktor in situ gebildet. Es wird beschrieben, daß durch die Kombination des Alkalimetalls mit Graphit und dem Träger im Reaktor kein braunes teerartiges Polymer gebildet wird, was ohne Verwendung eines Katalysatorträgers der Fall ist. Es ist beschrieben, daß der Katalysator nach der Umsetzung durch Filtrieren vom Reaktionsgemisch entfernt werden kann. Der Katalysator kann auch oder danach durch Umsetzung mit einer polaren Verbindung wie einem Alkohol inaktiviert werden. Nicht umgesetzte Ausgangsstoffe können zurückgewonnen und in die Umsetzung zurückgeführt werden. Gemäß den Beispielen wird der Katalysator im Reaktionsgemisch durch Quenchen mit einem Alkohol deaktiviert.No. 3,291,847 describes in particular the potassium-catalyzed alkylation of toluene with propene. Potassium, sodium or a sodium-potassium alloy together with graphite on sodium carbonate are used as the catalyst. The catalyst is formed in situ in particular in the reactor. It is described that the combination of the alkali metal with graphite and the support in the reactor does not form a brown tar-like polymer, which is the case without the use of a catalyst support. It is described that the catalyst can be removed from the reaction mixture after the reaction by filtration. The catalyst can also be inactivated or reacted with a polar compound such as an alcohol. Unreacted starting materials can be recovered and returned to the implementation. According to the examples, the catalyst in the reaction mixture is deactivated by quenching with an alcohol.
US 4,914,250 betrifft ein Verfahren insbesondere zur Alkenylierung von Toluol mit Propen in Gegenwart eines geträgerten Kalium- oder Kalium-Legierungskatalysators unter Verwendung von Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid als Co-Katalysator. Als geeignetes Trägermaterial werden Diatomeenerde, Aktivkohle, Kohle, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid usw. aufgeführt. Der Katalysator wird nach der Umsetzung durch Umsetzung mit Methanol deaktiviert.No. 4,914,250 relates to a process, in particular for the alkenylation of toluene with propene in the presence of a supported potassium or potassium alloy catalyst using sodium hydroxide or potassium hydroxide as co-catalyst. As suitable carrier materials are diatomaceous earth, activated carbon, carbon, silicon dioxide, aluminum oxide etc. After the reaction, the catalyst is deactivated by reaction with methanol.
Es wurde gefunden, daß bei einer Deaktivierung des Katalysators im Reaktionsgemisch durch Protolyse die nachfolgende Destillation des Produktgemisches zu einer Bildung von teerartigen Polymeren im Destillationssumpf fuhrt. Hierdurch wird die Auftrennung bzw. Reinigung des Reaktionsproduktes stark erschwert.It was found that when the catalyst in the reaction mixture is deactivated by protolysis, the subsequent distillation of the product mixture leads to the formation of tar-like polymers in the distillation bottoms. This severely complicates the separation or purification of the reaction product.
Eine Abtrennung des Katalysators vom Reaktionsgemisch ist insbesondere bei nicht geträgerten Katalysatoren schwer durchfuhrbar, so daß Katalysatorreste in die Destillation gelangen können.It is difficult to separate the catalyst from the reaction mixture, especially in the case of unsupported catalysts, so that catalyst residues can get into the distillation.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Verminderung der Bildung von Polymerisaten bei der Seitenkettenalkylierung oder Seitenkettenalkenylierung von alkylaromatischen Verbindungen.The object of the present invention is to provide a process for reducing the formation of polymers in the case of side chain alkylation or side chain alkenylation of alkylaromatic compounds.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Verminderung der Bildung von Polymerisaten bei der Seitenkettenalkylierung oder Seitenkettenalkenylierung von alkylaromatischen Verbindungen durch Umsetzung mit Olefinen oder Diolefinen in Gegenwart eines Alkalimetall-Katalysators und nachfolgende Destillation zur Gewinnung der alkylierten oder alkenylierten Verbindung, wobei das Alkalimetall im Katalysator auf einem anorganischen Träger vorliegt und der Katalysator nach der Umsetzung und vor der Destillation mechanisch vom Reaktionsgemisch abgetrennt wird. Damit wird nur die mechanisch vom Katalysator abgetrennte organische Phase der Destillation zugeführt, ohne daß der Katalysator protolysiert wurde.The object is achieved according to the invention by a process for reducing the formation of polymers in the side chain alkylation or side chain alkenylation of alkylaromatic compounds by reaction with olefins or diolefins in the presence of an alkali metal catalyst and subsequent distillation to obtain the alkylated or alkenylated compound, the alkali metal in the catalyst is present on an inorganic support and the catalyst is mechanically separated from the reaction mixture after the reaction and before the distillation. This means that only the organic phase mechanically separated from the catalyst is fed to the distillation without the catalyst having been protolysed.
Es wurde erfindungsgemäß gefunden, daß die destillative Aufarbeitung des Reaktionsgemisches wesentlich vereinfacht wird, wenn man den Katalysator ohne Protolyse mechanisch vom Produktgemisch abtrennt. In diesem Fall entstehen im Sumpf einer nachgeschalteten Destillationskolonne keine teerartigen Polymere, die große verfahrenstechnische Probleme aufwerfen würden.It has been found according to the invention that the distillative workup of the reaction mixture is considerably simplified if the catalyst is mechanically separated from the product mixture without protolysis. In this case, no tarry polymers are formed in the bottom of a downstream distillation column, which would pose major procedural problems.
Insbesondere kann (verbrauchter) mechanisch abgetrennter Katalysator protolysiert werden, wobei eine bei der Protolyse entstehende organische Phase nicht in die Destillation zurückgeführt wird. Zudem wurde gefunden, daß die Verwendung von Alkalimetallcarbonaten, Alkalimetallhalogeniden oder Gemischen davon als Katalysatorträger eine vollständige Abtrennung des Alkalimetall-Katalysators vom Reaktionsgemisch durch einfache Filtration erlaubt.In particular, (spent) mechanically separated catalyst can be protolysed, an organic phase formed during the protolysis not being returned to the distillation. It has also been found that the use of alkali metal carbonates, alkali metal halides or mixtures thereof as catalyst supports allows the alkali metal catalyst to be completely separated from the reaction mixture by simple filtration.
Die mechanische Abtrennung des Katalysators erfolgt vorzugsweise mit einem Mixer- Settler, Settier, Filter oder Querstromfilter, abhängig von der jeweiligen Auslegung der Reaktionsapparatur.The mechanical separation of the catalyst is preferably carried out using a mixer-settler, settier, filter or cross-flow filter, depending on the particular design of the reaction apparatus.
Damit kann der Alkalimetall-Katalysator vor der Destillation des Reaktionsgemisches aus dem Reaktionsgemisch vollständig entfernt werden. Hierdurch wird die Bildung von teerartigen Polymeren in der Destillationsapparatur weitgehend, vorzugsweise vollständig, vermieden.The alkali metal catalyst can thus be completely removed from the reaction mixture before the reaction mixture is distilled. This largely, preferably completely, prevents the formation of tar-like polymers in the distillation apparatus.
Der Katalysatorträger ist besonders bevorzugt ausgewählt aus K CO3, K2CO3/KCl und K2CO3/NaCl. Das auf dem Träger aufgebrachte Alkalimetall ist vorzugsweise Natrium, Kalium oder eine NaK-Legierung. Bevorzugt wird Natrium auf den Träger eingesetzt.The catalyst support is particularly preferably selected from K CO 3 , K 2 CO 3 / KCl and K 2 CO 3 / NaCl. The alkali metal applied to the carrier is preferably sodium, potassium or a NaK alloy. Sodium is preferably used on the carrier.
Die Herstellung des geträgerten Katalysators ist bekannt und kann beispielsweise wie in DE-A-197 15 203 beschrieben erfolgen. Dabei weist der Katalysator vorzugsweise 0,5 bis 20, insbesondere 1 bis 15 Gew.-% metallisches Natrium und/oder Kalium, bezogen auf den gesamten Katalysator, auf.The preparation of the supported catalyst is known and can be carried out, for example, as described in DE-A-197 15 203. The catalyst preferably has 0.5 to 20, in particular 1 to 15,% by weight of metallic sodium and / or potassium, based on the total catalyst.
Im Gesamtverfahren wird der Katalysator vor dem Einsatz in der Umsetzung aus Alkalimetall und Träger bei Temperaturen oberhalb von 100°C hergestellt. Er kann zudem mit Wasserstoff und/oder alkylaromatischen Verbindungen bei Temperaturen oberhalb von 100°C formiert werden.In the overall process, the catalyst is prepared from alkali metal and support at temperatures above 100 ° C. before being used in the reaction. It can also be formed with hydrogen and / or alkyl aromatic compounds at temperatures above 100 ° C.
Die Umsetzung kann diskontinuierlich oder vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt werden. Geeignete Apparaturen sind Rührkesselreaktoren, Rührkesselkaskaden, Rührkolonnen, Schlaufenreaktoren, Kaskaden von Schlaufenreaktoren oder ähnliche Vorrichtungen. Der Katalysator kann als Suspension oder Wanderbett (Fließbett), vorzugsweise als Suspension eingesetzt werden. Der Katalysator wird dabei wie vorstehend beschrieben vorzugsweise durch einen Mixer-Settler, einen Settier, ein Filter, ein Querstromfilter oder eine ähnliche verfahrenstechnische Einheit zurückgehalten. Besonders bevorzugt werden Filtereinrichtungen verwendet. Die Verweilzeit des Katalysators in der Reaktionsstufe ist deutlich länger im Vergleich zur organischen Phase, das heißt, daß der Katalysator zurückgehalten und bis zu einem Aktivitätsverlust weiter verwendet wird.The reaction can be carried out batchwise or preferably continuously. Suitable apparatus are stirred tank reactors, stirred tank cascades, stirred columns, loop reactors, cascades of loop reactors or similar devices. The catalyst can be used as a suspension or moving bed (fluidized bed), preferably as a suspension. As described above, the catalyst is preferably retained by a mixer settler, a settier, a filter, a crossflow filter or a similar process engineering unit. Filter devices are particularly preferably used. The residence time of the catalyst in the reaction stage is significantly longer compared to the organic phase, that is, the catalyst is retained and used until loss of activity.
Nach erfolgter Umsetzung und Abtrennung des Katalysators wird das Produktgemisch destillativ aufgetrennt. Dabei können nicht umgesetzte Ausgangsstoffe in die Umsetzung zurückgeführt werden. Das alkylierte oder alkenylierte Produkt kann sodann mit weiteren Verfahrens weiter gereinigt werden, beispielsweise durch fraktionierte Destillation, fraktionierte Kristallisation, Extraktion usw..After the reaction has taken place and the catalyst has been separated off, the product mixture is separated by distillation. Unreacted starting materials can be returned to the reaction. The alkylated or alkenylated product can then be further purified by further processes, for example by fractional distillation, fractional crystallization, extraction, etc.
Die Umsetzung wird vorzugsweise kontinuierlich in Suspensionsfahrweise durchgeführt, wobei der Katalysator im Reaktor zurückgehalten wird. Die Umsetzung wird vorzugsweise unter intensivem Rühren durchgeführt.The reaction is preferably carried out continuously in the suspension mode, the catalyst being retained in the reactor. The reaction is preferably carried out with vigorous stirring.
Dabei wird die Umsetzung im allgemeinen bei einer Temperatur von -50 bis 400°C, vorzugsweise bei einer Temperatur von -20 bis 300°C, besonders bevorzugt 80 bis 250°C, insbesondere 100 bis 200°C und einem Druck von vorzugsweise 0,1 bis 200, besonders bevorzugt 1 bis 150, insbesondere 1 bis 100 bar durchgeführt, bevorzugt in der Flüssigphase ohne eine Gasphase.The reaction is generally carried out at a temperature of -50 to 400 ° C., preferably at a temperature of -20 to 300 ° C., particularly preferably 80 to 250 ° C., in particular 100 to 200 ° C. and a pressure of preferably 0, 1 to 200, particularly preferably 1 to 150, in particular 1 to 100 bar, preferably in the liquid phase without a gas phase.
Als alkylaromatische Verbindungen können dabei alle geeigneten Alkylaromaten eingesetzt werden. Sie können als aromatischen Kern beispielsweise einen Benzol- oder Naphthalinkern aufweisen. Weiterhin sind alkylalicyclische Verbindungen geeignet, in denen der cyclische Kern ein cyclischer Alkyl-, Alkenyl- oder Alkinylrest sein kann. Auch Reste, in denen mehrere der Ringslrrikturen miteinander verknüpft sind, können eingesetzt werden. Die Mngslrukturen weisen in α-Position der Seitenkette ein azides Wasserstoffatom auf. Vorzugsweise weisen sie mindestens einen Alkylrest auf, der an die cyclische Struktur gebunden ist. Die Alkylreste können dabei eine beliebige Länge aufweisen und durch weitere Substituenten substituiert sein. Vorzugsweise werden als alkylaromatische Verbindunden Benzole, die durch 1 bis 6, vorzugsweise 1 bis 3, insbesondere 1 bis 2 Cι-2o-, vorzugsweise Cι-3-Al ylreste substituiert sind, Naphthaline, die durch 1 bis 10, vorzugsweise 1 bis 5, besonders bevorzugt 1 bis 2 Cι.2o-, vorzugsweise Cι.3-Alkylreste substituiert sind, und als alkylalicyclische Verbindungen Cyclopentene oder Cyclohexene eingesetzt, die durch 1 bis 5, vorzugsweise 1 oder 2 beziehungsweise 1 bis 6, vorzugsweise 1 bis 3, insbesondere 1 oder 2 C1-20-, vorzugsweise Cι.3-Alkylreste substituiert sind. Die Olefine weisen vorzugsweise 2 bis 20, besonders bevorzugt 2 bis 10, insbesondere 2 bis 5 C-Atome auf. Vorzugsweise werden Ethen, Propen, 1 -Buten, 2-Buten, Iosbuten, 1- Penten, 2-Penten, 2-Methyl-l-buten, 2-Methyl-2-buten und/oder 3 -Methyl- 1-buten eingesetzt. Besonders bevorzugt sind Ethen und Propen. Die Diolefme weisen vorzugsweise 4 bis 20, besonders bevorzugt 4 bis 10, insbesondere 4 bis 6 C-Atome auf. Besonders bevorzugt werden Butadien und/oder Isopren eingesetzt.All suitable alkyl aromatics can be used as alkyl aromatic compounds. They can have, for example, a benzene or naphthalene nucleus as the aromatic nucleus. Alkylalicyclic compounds in which the cyclic nucleus can be a cyclic alkyl, alkenyl or alkynyl radical are also suitable. Residues in which several of the ring restrictions are linked can also be used. The link structures have an acidic hydrogen atom in the α-position of the side chain. They preferably have at least one alkyl radical which is bonded to the cyclic structure. The alkyl radicals can have any length and can be substituted by further substituents. Preferably, as alkylaromatic Verbindunden benzenes o- by 1 to 6, preferably 1 to 3, in particular 1 to 2 Cι- 2, preferably 3 -Al Cι- yl radicals are substituted naphthalenes substituted by 1 to 10, preferably 1 to 5 , particularly preferably 1 to 2 Cι. 2 o-, preferably Cι. 3 alkyl radicals are substituted, and the alkylalicyclic compounds employed cyclopentenes or cyclohexenes by 1 to 5, preferably 1 or 2, or 1 to 6, preferably 1 to 3, especially 1 or 2 C 1 - 20 -, preferably Cι. 3 alkyl radicals are substituted. The olefins preferably have 2 to 20, particularly preferably 2 to 10, in particular 2 to 5, carbon atoms. Ethene, propene, 1-butene, 2-butene, iosbutene, 1-pentene, 2-pentene, 2-methyl-1-butene, 2-methyl-2-butene and / or 3-methyl-1-butene are preferably used , Ethene and propene are particularly preferred. The diolefms preferably have 4 to 20, particularly preferably 4 to 10, in particular 4 to 6, carbon atoms. Butadiene and / or isoprene are particularly preferably used.
Besonders bevorzugt sind die Umsetzung von Toluol mit Ethen oder Propen zu Propylbenzol oder Isobutylbenzol, die Umsetzung von Cumol mit Ethen zu tert.- Amylbenzol und die Umsetzung von Xylolen mit Butadien zu 5-Tolylpentenen.The reaction of toluene with ethene or propene to give propylbenzene or isobutylbenzene, the reaction of cumene with ethene to give tert-amylbenzene and the reaction of xylenes with butadiene to give 5-tolylpentenes are particularly preferred.
Verbrauchter Katalysator kann aus dem Reaktor ausgeschleust, protolysiert und sodann entsorgt werden. Durch den Zusatz von Salz zum Alkalimetall kann in Verbindung mit einem Filter verhindert werden, daß Alkalimetall aus dem Reaktor in die Aufarbeitungsstufe entweicht, wo es zu großen technischen und sicherheitsrelevanten Problemen fuhren würde.Used catalyst can be removed from the reactor, protolysed and then disposed of. The addition of salt to the alkali metal in conjunction with a filter can prevent alkali metal from escaping from the reactor into the work-up stage, where it would lead to major technical and safety-related problems.
Die Erfindung betrifft auch die Verwendung von auf einem anorganischen Träger geträgerten Alkalimetall-Katalysatoren bei der Seitenkettenalkylierung oder Seitenkettenalkenylierung von alkylaromatischen Verbindungen durch Umsetzung mit Olefinen oder Diolefinen und nachfolgende Destillation zur Verminderung der Bildung von Polymerisaten bei der Destillation.The invention also relates to the use of alkali metal catalysts supported on an inorganic support in the side chain alkylation or side chain alkenylation of alkylaromatic compounds by reaction with olefins or diolefins and subsequent distillation to reduce the formation of polymers during distillation.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with the aid of examples.
BeispieleExamples
Herstellung des KatalysatorsPreparation of the catalyst
35 g KC1 und 35 g K2CO3 wurden vermengt und über Nacht bei 300°C im Argonstrom getrocknet. Dann wurden 10,8 g Na zugegeben, und das Metall wurde innerhalb 2 h bei 300°C auf den Kaliumsalzen geträgert. Anschließend wurde der fertige Katalysator in 115 g Toluol dispergiert und in einen Rührkesseheaktor von 270 ml Innenvolumen transferiert.35 g of KC1 and 35 g of K 2 CO 3 were mixed and dried overnight at 300 ° C. in a stream of argon. Then 10.8 g of Na were added and the metal was supported on the potassium salts at 300 ° C. in the course of 2 hours. The finished catalyst was then dispersed in 115 g of toluene and transferred to a stirred tank reactor with an internal volume of 270 ml.
Versuchsdurchführung In einen Reaktor wurden über 160 h bei 130°C und dann 80 h bei 160°C kontinuierlich 0,117 mol h trockenes Flüssigpropen und 0,316 mol/h trockenes Toluol gepumpt, und der Reaktionsaustrag wurde über einen 4 μm-Filter abgezogen. Ein magnetisch gekoppelter Rührer mit Impellerturbine und 1000 bis 1200 U/min Drehzahl hielt den Katalysator in Suspension. Nach Entspannen auf Umgebungsdruck resultierte ein Austrag von 7,6 kg der in Tabelle 1 aufgelisteten Zusammensetzung. Na und K waren im Austrag weder sicht- noch nachweisbar (<10 Gew.-ppm).Carrying out the experiment 0.117 mol h of dry liquid propene and 0.316 mol / h of dry toluene were continuously pumped into a reactor at 160.degree. C. for 160 h and then at 160.degree. C. for 80 h, and the reaction discharge was drawn off through a 4 μm filter. A magnetically coupled Stirrer with impeller turbine and 1000 to 1200 rpm kept the catalyst in suspension. After relaxing to ambient pressure, a discharge of 7.6 kg of the composition listed in Table 1 resulted. Na and K were neither visible nor detectable in the discharge (<10 ppm by weight).
75 ml des so erhaltenen Reaktionsaustrages (Zusammensetzung siehe Tabelle) wurden in einem Glasdruckautoklaven 72 h auf 250°C erhitzt. Die organische Phase färbte sich leicht gelb, es traten keine sichtbaren Beläge auf.75 ml of the reaction discharge obtained in this way (composition see table) were heated in a glass pressure autoclave at 250 ° C. for 72 h. The organic phase turned slightly yellow, there were no visible deposits.
75 ml des Reaktionsaustrages wurden mit 15 ml 30 % wäßriger NaOH versetzt und in einem Glasdruckautoklaven unter Rühren 72 h auf 250°C erhitzt. Die organische Phase färbte sich leicht gelb, es traten ebenfalls keine sichtbaren Beläge auf.75 ml of the reaction discharge were mixed with 15 ml of 30% aqueous NaOH and heated to 250 ° C. in a glass pressure autoclave with stirring for 72 h. The organic phase turned slightly yellow and there were no visible deposits either.
Zum Vergleich mit der bekannten Vorgehensweise wurde der Inhalt des Stahlautoklaven unter Argon mit EtOH/H2O versetzt und die organische Phase (88 g, Zusammensetzung siehe Tabelle 1) in einem Glasdruckautoklaven unter Rühren 72 h auf 250°C erhitzt. Die Lösung färbte sich tief braun, und es bildeten sich schwarze, klebrige, teerähnliche Beläge.For comparison with the known procedure, EtOH / H 2 O was added to the contents of the steel autoclave under argon and the organic phase (88 g, composition see table 1) was heated to 250 ° C. in a glass pressure autoclave with stirring for 72 h. The solution turned deep brown and black, sticky, tar-like deposits formed.
Tabelle 1: Zusammensetzung der organischen Phasen gemäß GC- AnalytikTable 1: Composition of the organic phases according to GC analysis
Vergleichsversuch (ohne Salzzusatz)Comparative test (without added salt)
In einen Rührkesselreaktor von 100 ml Innenvolumen wurden 5,86 kg NaK2 und 45 g Toluol vorgelegt. Anschließend wurde der Autoklav mit Toluol geflutet und bei 130°C wurden kontinuierlich 0,044 mol/h trockenes Flüssigpropen und 0,119 mol/h trockenes Toluol gepumpt und der Reaktionsaustrag über einen 2 μm-Filter abgezogen. Ein magnetisch gekoppelter Rührer mit Impellerturbine und 1200 U/min Drehzahl hielt den Katalysator in Suspension. Der Versuch mußte nach wenigen Stunden abgebrochen werden, da deutliche Mengen (einige hundert Milligramm) an flüssigem NaK2 aus dem Reaktor entwichen waren. 5.86 kg NaK 2 and 45 g toluene were placed in a stirred tank reactor with an internal volume of 100 ml. The autoclave was then flooded with toluene and 0.044 mol / h of dry liquid propene and 0.119 mol / h of dry toluene were pumped continuously at 130 ° C. and the reaction discharge was drawn off through a 2 μm filter. On magnetically coupled stirrer with impeller turbine and 1200 rpm kept the catalyst in suspension. The experiment had to be stopped after a few hours because significant amounts (a few hundred milligrams) of liquid NaK 2 had escaped from the reactor.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Verminderung der Bildung von Polymerisaten bei der Seitenkettenalkylierung oder Seitenkettenalkenylierung von alkylaromatischen1. Process for reducing the formation of polymers in the side chain alkylation or side chain alkenylation of alkyl aromatic
Verbindungen durch Umsetzung mit Olefinen oder Diolefinen in Gegenwart eines Alkalimetall-Katalysators und nachfolgende Destillation zur Gewinnung der alkylierten oder alkenylierten Verbindung, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkalimetall im Katalysator auf einem anorganischen Träger vorliegt und der Katalysator nach der Umsetzung und vor der Destillation mechanisch vomCompounds by reaction with olefins or diolefins in the presence of an alkali metal catalyst and subsequent distillation to obtain the alkylated or alkenylated compound, characterized in that the alkali metal is present in the catalyst on an inorganic support and the catalyst after the reaction and before the distillation mechanically from
Reaktionsgemisch abgetrennt wird.Reaction mixture is separated.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Abtrennung des Katalysators mit einem Mixer-Settler, Settier, Filter oder Querstromfilter erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the mechanical separation of the catalyst is carried out with a mixer-settler, settier, filter or cross-flow filter.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als anorganische Träger Alkalimetallcarbonate, Alkalimetallhalogenide oder Gemische davon eingesetzt werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that alkali metal carbonates, alkali metal halides or mixtures thereof are used as inorganic carriers.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger ausgewählt ist aus K2CO3, K2CO3/KCl und K2CO3/ aCl.4. The method according to claim 3, characterized in that the carrier is selected from K 2 CO 3 , K 2 CO 3 / KCl and K 2 CO 3 / aCl.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung kontinuierlich in Suspensionsfahrweise durchgeführt wird und der5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the reaction is carried out continuously in the suspension mode and the
Katalysator im Reaktor zurückgehalten wird.Catalyst is retained in the reactor.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Toluol mit Propen umgesetzt wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that toluene is reacted with propene.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung in Flüssigphase bei einer Temperatur im Bereich von 100 bis 200°C durchgeführt wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the reaction in the liquid phase is carried out at a temperature in the range from 100 to 200 ° C.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß verbrauchter mechanisch abgetrennter Katalysator protolysiert wird und eine bei der Protolyse entstehende organische Phase nicht in die Destillation zurückgeführt wird. Verwendung von auf einem anorganischen Träger geträgerten Alkalimetall- Katalysatoren bei der Seitenkettenalkylierung oder Seitenkettenalkenylierung von alkylaromatischen Verbindungen durch Umsetzung mit Olefinen oder Diolefinen und nachfolgende Destillation zur Verminderung der Bildung von Polymerisaten bei der8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that spent mechanically separated catalyst is protolysed and an organic phase formed during the protolysis is not returned to the distillation. Use of alkali metal catalysts supported on an inorganic support in the side chain alkylation or side chain alkenylation of alkyl aromatic compounds by reaction with olefins or diolefins and subsequent distillation to reduce the formation of polymers in the
Destillation. Distillation.
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