WO2000039058A1 - Verfahren zur herstellung von tensidalkoholen und tensidalkoholethern, die hergestellten produkte und ihre verwendung - Google Patents

Verfahren zur herstellung von tensidalkoholen und tensidalkoholethern, die hergestellten produkte und ihre verwendung Download PDF

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WO2000039058A1
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olefin
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Michael Schulz
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    • C07F9/091—Esters of phosphoric acids with hydroxyalkyl compounds with further substituents on alkyl

Definitions

  • the present invention relates to a process for the preparation of surfactant alcohols and surfactant alcohol ethers, which are very suitable, inter alia, as surfactants or for the preparation of surfactants.
  • olefins or olefin mixtures are produced by a metathesis reaction and are dimerized to an olefin mixture having 10 to 16 carbon atoms, which contains less than 10% by weight of compounds which have a vinylidene group, the olefins are then derivatized to surfactant alcohols and optionally alkoxylated.
  • the invention further relates to the use of the surfactant alcohols and surfactant alcohol ethers for the production of surfactants by glycosidation or polyglycosidation, sulfation or phosphatization.
  • Fatty alcohols with chain lengths from C 8 to C 18 are used for the production of nonionic surfactants. These are reacted with alkylene oxides to give the corresponding fatty alcohol ethoxylates. (Chapter 2.3 in: Kosswig / Stache, "Die Tenside", Carl Hanser Verlag, Kunststoff Vienna (1993)). The chain length of the fatty alcohol influences different tenside properties such as wetting, foaming, fat dissolving, cleaning power. Fatty alcohols with chain lengths from C 8 to C 18 can also be used for the production of anionic surfactants, such as alkyl phosphates and alkyl ether phosphates. Instead of phosphates, the corresponding sulfates can also be produced.
  • Such fatty alcohols can be obtained from native sources, for example from fats and oils, or by synthetic means from building blocks with a lower number of carbon atoms.
  • a variant is the dimerization of an olefin to a product with double the number of carbon atoms and its functionalization to an alcohol.
  • a number of processes are known for dimerizing olefms.
  • the reaction can be carried out on a heterogeneous cobalt oxide / carbon catalyst (DE-A-1 468 334), in the presence of acids such as sulfuric or phosphoric acid (FR 964 922), aluminum alkyl-catalyzed (WO 97/16398), or with a dissolved nickel complex catalyst (US-A-4 069 273).
  • acids such as sulfuric or phosphoric acid (FR 964 922), aluminum alkyl-catalyzed (WO 97/16398), or with a dissolved nickel complex catalyst (US-A-4 069 273).
  • FR 964 922 sulfuric or phosphoric acid
  • WO 97/16398 aluminum alkyl-catalyzed
  • a dissolved nickel complex catalyst US-A-4 069 273
  • the functionalization of the olefins to form alcohols by building up the carbon skeleton around a carbon atom is advantageously carried out via the hydroformylation reaction, which provides a mixture of aldehydes and alcohols, which can subsequently be hydrogenated to alcohols. Every year around 7 million tons of products are manufactured worldwide using the hydroformylation of olefms.
  • An overview of catalysts and reaction conditions of the hydroformylation process is given, for example, by Beller et al. in Journal of Molecular Catalysis, AI 04 (1995), 17-85 or also Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A5 (1986), page 217 ff, page 333, as well as the relevant references.
  • sulfates, alkoxylates, alkoxysulfates and carboxylates of a mixture of branched alkanols (oxo alcohols) show good surface activity in cold water and have good biodegradability.
  • the alkanols of the mixture used have a chain length of more than 8 carbon atoms, they have an average of 0.7 to 3 branches.
  • the alkanol mixture can be prepared, for example by hydroformylation, from mixtures of branched olefins, which in turn either can be obtained by skeletal isomerization or by dimerization of internal, linear olefins.
  • One advantage of the process is that no C 3 or C 4 olefin stream is used to produce the dimerization feed. From this it follows that, according to the current state of the art, the olefins there subjected to dimerization must have been produced from ethylene (eg SHOP process). Since ethylene is a relatively expensive starting material for the production of surfactants, ethylene-based processes are economically disadvantaged compared to processes which start from C 3 and / or C 4 olefin streams. Another disadvantage of this known process is the use of mixtures of internal olefins which are required for the production of branched surfactant oxo alcohols and which are only accessible by isomerization of alpha olefins. Such processes always lead to isomer mixtures which, due to the different physical and chemical data of the components, are more difficult to handle than pure substances. In addition, the additional process step of isomerization is required, which means that the process has a further disadvantage.
  • dimerization of a pure internal olefin such as 2-pentene or 3-hexene
  • further derivatization of the dimerization products are not described.
  • the structure of the components of the oxo-alkanol mixture depends on the type of olefin mixture which has been subjected to the hydroformylation. Olefin mixtures obtained from skeletal isomerization from alpha olefin mixtures lead to alkanols which are predominantly branched at the ends of the main chain, ie in positions 2 and 3, calculated from the respective chain end (page 56, last paragraph).
  • oxo alcohols are obtained according to the process disclosed in this publication, the branches of which lie more in the middle of the main chain, as shown in Table IV on page 68, largely at C4 and more distant carbon atoms based on the hydroxyl carbon atom. In contrast, at the C2 and C3 positions, based on the hydroxyl carbon atom, there are less than 25% of the branches (pages 28/29 of this document).
  • the surface-active end products are either from the alkanol mixtures by oxidizing the -CH 2 OH group to the carboxyl group, or by
  • the vinylidene compounds are then double bond isomerized, so that the double bond migrates further from the chain end to the center and then subjected to the hydroformylation to give an oxo alcohol mixture.
  • This is then further converted to surfactants, for example by sulfation.
  • a serious disadvantage of this process is that it starts from alpha olefins.
  • Alpha olefins are obtained, for example, by transition metal-catalyzed oligomerization of ethylene, Ziegler build-up reaction, wax cracking or Fischer-Tropsch processes and are therefore relatively expensive starting materials for the preparation of surfactants.
  • Another significant disadvantage of this known surfactant production process is that there is a gap between it and the process the dimerization of the alpha olefins and the hydroformylation of the dimerization product, a skeletal isomerization must be switched on if one wishes to obtain predominantly branched products. Because of the use of a relatively expensive starting material for the production of surfactants and the need to switch on an additional process step, the isomerization, this known process is economically considerably disadvantaged.
  • surfactant alcohols neither on alpha olefins nor on olefins which are mainly produced from ethylene have been instructed, but that inexpensive C 4 olefin streams can be assumed and that the isomerization step can also be avoided if the process according to the invention described below is used.
  • C 4 -olefin streams are mixtures which consist essentially, but preferably over 80 to 85% by volume, in particular over 98% by volume, of butene-1 and butene-2, and to a lesser extent - as a rule Contain no more than 15 to 20% by volume of n-butane and isobutane in addition to traces of C 5 hydrocarbons.
  • These hydrocarbon mixtures also referred to in technical terms as "raffinate II" are produced as a by-product in the cracking of high-molecular hydrocarbons, for example crude oil.
  • C 4 -olefin streams used below should therefore also include the gas mixture referred to as raffinate II.
  • the method according to the invention now opens up a methodally very favorable way of processing the C 4 -olefin streams obtained to form valuable surfactant alcohols, from which nonionic or anionic surfactants can then be produced by various methods known per se.
  • the present invention relates to a process for the preparation of surfactant alcohols and surfactant alcohol ethers by derivatizing olefins having about 10 to 20 carbon atoms or mixtures of such olefins and optionally subsequent alkoxylation, characterized in that a) subjecting a C -olefin mixture to metathesis, b) separating olefins having 5 to 8 C atoms from the metathesis mixture, c) subjecting the separated olefins individually or in a mixture to dimerization to give olefin mixtures having 10 to 16 C atoms, d ) subjecting the olefin mixture obtained, if appropriate after fractionation, to derivatization to form a mixture of surfactant alcohols, and e) optionally alkoxylating the surfactant alcohols.
  • olefins having 5 to 10 C atoms preferably having 5 to 8 C atoms, but in particular, are used in the presence of suitable catalysts Pentene-2 and hexene-3 formed.
  • Suitable catalysts are preferably molybdenum, tungsten or rhenium compounds. It is particularly expedient to carry out the reaction under heterogeneous catalysis, the catalytically active metals being used in particular in conjunction with supports made of Al 2 O 3 or SiO 2 . Examples of such catalysts are MoO 3 or WO 3 on SiO 2 , or Re 2 O 7 on Al 2 O 3 .
  • the metathesis can be carried out in the presence of a rhenium catalyst, since in this case particularly mild reaction conditions are possible.
  • the metathesis can be carried out at a temperature of 0 to 50 ° C and at low pressures of approx. 0.1 to 0.2 MPa.
  • dimerization products are obtained which, with regard to the Further processing on surfactant alcohols have particularly favorable components and particularly advantageous compositions if a dimerization catalyst is used which contains at least one element of subgroup VIII of the periodic system and the catalyst composition and the reaction conditions are selected so that a mixture of dimers is obtained which contains less than 10% by weight of compounds which contain a structural element of the formula I (vinylidene group)
  • a and A are aliphatic hydrocarbon radicals.
  • the internal linear pentenes and hexenes contained in the metathesis product are preferably used for the dimerization.
  • the use of 3-hexes is particularly preferred.
  • the dimerization can be carried out homogeneously or heterogeneously.
  • the heterogeneous procedure is preferred, since on the one hand the catalyst separation is simplified and the process is therefore more economical, and on the other hand no environmentally harmful wastewater is generated, as is usually the case when separating dissolved catalysts, for example by hydrolysis.
  • Another advantage of the heterogeneous process is that the dimerization product contains no halogens, especially chlorine or fluorine.
  • Homogeneously soluble catalysts generally contain halide-containing ligands or they are used in combination with halogen-containing cocatalysts. Halogen from such catalyst systems can be incorporated into the dimerization products, which both o Product quality and further processing, in particular the hydroformylation to surfactant alcohols, are significantly impaired.
  • Combinations of oxides of metals of subgroup VIII with aluminum oxide on support materials made of silicon and titanium oxides, as are known, for example, from DE-A-43 39 713, are expediently used for heterogeneous catalysis.
  • the heterogeneous catalyst can be used in a fixed bed - then preferably in coarse-grained form as 1 to 1.5 mm grit - or suspended (particle size 0.05 to 0.5 mm).
  • the dimerization is advantageously carried out in a closed system at temperatures of 80 to 200 ° C., preferably 100 to 180 ° C., under the pressure prevailing at the reaction temperature, optionally also under a protective gas overpressure.
  • the reaction mixture is circulated several times, a certain proportion of the circulating product being continuously removed and replaced by starting material.
  • dimerization mixtures of monounsaturated hydrocarbons are obtained, the components of which predominantly have twice the chain length as the starting olefins.
  • the dimerization catalysts and the reaction conditions are expediently chosen within the framework of the above information so that at least 80% of the components of the dimerization mixture branch out in the range from 1/4 to 3/4, preferably from 1/3 to 2/3, of the chain length of their main chain , or two branches on adjacent carbon atoms.
  • Very characteristic of the olefin mixtures produced according to the invention is their high proportion - generally over 75%, in particular over 80% - of components with branches and the low proportion - generally below 25, in particular below 20% - unbranched olefins.
  • Another characteristic is that predominantly groups with (y-4) and (y-5) carbon atoms are bound at the branching points of the main chain, where y is the number of carbon atoms of the monomer used for the dimerization.
  • the value (y-5) 0 means that there is no side chain.
  • the main chain preferably carries methyl or ethyl groups at the branching points.
  • the proportions of mono-substitution products (single branching) in the olefin mixture prepared according to the invention are typically in the range from 40 to 75% by weight, the proportions of double-branched components in the range from 5 to 25% by weight.
  • the dimerization mixtures can be derivatized particularly well if the position of the double bond meets certain requirements.
  • the position of the double bonds relative to the branches is characterized in that the ratio of the "aliphatic" hydrogen atoms to "olefinic" hydrogen atoms is in the range
  • n is the number of carbon atoms of the olefin obtained in the dimerization.
  • novel olefin mixtures obtainable by the process according to the invention with the structural features mentioned above are also an object of the present invention. They represent valuable intermediates, in particular for the production of branched primary alcohols and surfactants described below, but can also be used as starting materials in other industrial processes based on olefins, in particular when the end products should have improved biodegradability.
  • the olefin mixtures according to the invention are to be used for the production of surfactants, they are first derivatized to surfactant alcohols by methods known per se.
  • the olefins resulting from process step c) are expediently hydrated by direct water addition with proton catalysis.
  • a detour is also possible, for example by adding high-proof sulfuric acid to an alkanol sulfate and subsequent saponification to the alkanol.
  • the more expedient direct water addition is carried out in the presence of acidic, in particular heterogeneous, catalysts and generally with the highest possible olefin partial pressure and at the lowest possible temperatures.
  • phosphoric acid on supports, such as SiO 2 or Celite, or acidic ion exchangers have proven to be effective catalysts.
  • Another preferred object of the present invention is therefore a process for the preparation of mixtures of primary alkanols which are suitable, inter alia, for further processing into surfactants by hydroformylation of olefins, which is characterized in that the olefin mixtures according to the invention described above are used as starting material.
  • the molar ratio of n- and iso-compounds in the reaction mixture is generally in the range from 1: 1 to 20: 1, depending on the process conditions chosen for the hydroformylation and the catalyst used.
  • the hydroformylation is usually in the temperature range of 90 to 200 ° and carried out at a CO / H 2 pressure of 2.5 to 35 MPa (25 to 350 bar).
  • the mixing ratio of carbon monoxide to hydrogen depends on whether alkanals or alkanols should preferably be produced.
  • catalysts are metal compounds of the general formula HM (CO) or M 2 (CO) 8 , where M is a metal atom, preferably a cobalt, rhodium or ruthenium atom.
  • catalytically active species of the general formula H x M y (CO) z Lq are formed from the catalysts or catalyst precursors used in each case, where M is a metal of subgroup VIII, L is a ligand which is a phosphine or phosphite, Amine, pyridine or any other donor compound, also in polymeric form, and q, x, y and z are integers, depending on the valence and type of the metal and the binding force of the ligand L, where q can also be 0 can.
  • the metal M is preferably cobalt, ruthenium, rhodium, palladium, platinum, osmium or iridium and in particular cobalt, rhodium or ruthenium.
  • Suitable rhodium compounds or complexes are e.g. Rhodium (II) and rhodium (III) salts, such as rhodium (III) chloride, rhodium (III) nitrate, rhodium (III) sulfate, potassium rhodium sulfate, rhodium (II) and rhodium (III ) caboxylate, rhodium (II) - and rhodium (III) acetate, rhodium (III) oxide, salts of rhodium (III) acid, such as Trisammonium hexachlororhodate (III).
  • Rhodium complexes such as rhodium biscarbonyl acetylacetonate, acetylacetonato bisethylene rhodium (I) are also suitable.
  • Rhodium complexes such as rhodium biscarbonyl acetylace
  • Rhodium biscarbonyl acetylacetonate or rhodium acetate used.
  • Suitable cobalt compounds are, for example, cobalt (II) chloride, cobalt (II) sulfate, cobalt (II) carbonate, cobalt (II) nitrate, their amine or hydrate complexes, cobalt carbocylates such as cobalt acetate, cobalt ethyl hexanoate, cobalt naphthanoate, and the cobalt caprolactamate complex.
  • cobalt (II) chloride cobalt (II) sulfate
  • cobalt (II) carbonate cobalt (II) nitrate
  • their amine or hydrate complexes cobalt carbocylates such as cobalt acetate, cobalt ethyl hexanoate, cobalt naphthanoate, and the cobalt caprolactamate complex.
  • cobalt carbocylates such as cobalt acetate, cobalt ethy
  • Tetrakobaltdodecacarbonyl and Hexakobalthexadecacarbonyl be used.
  • the compounds of cobalt, rhodium and ruthenium mentioned are known in principle and adequately described in the literature, or they can be prepared by the skilled worker analogously to the compounds already known.
  • the hydroformylation can be carried out with the addition of inert solvents or diluents or without such an addition.
  • Suitable inert additives are, for example, acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, toluene, xylene, chlorobenzene, methylene chloride, hexane, petroleum ether, acetonitrile and the high-boiling fractions from the hydroformylation of the dimerization products.
  • the hydroformylation product obtained has an excessively high aldehyde content, this can easily be achieved by hydrogenation, for example using hydrogen in the presence of Raney nickel or using other known hydrogenation reactions, in particular copper, zinc, cobalt, nickel, molybdenum, zirconium or Titanium-containing catalysts can be eliminated.
  • the aldehyde components are largely hydrogenated to alkanols.
  • a practically complete removal of aldehyde fractions in the reaction mixture can, if desired, be achieved by post-hydrogenation, for example under particularly gentle and economical conditions with an alkali metal borohydride.
  • mixtures of branched primary alkanols which can be prepared by hydroformylation of the olefin mixtures according to the invention are likewise a subject of the present invention.
  • Non-ionic or anionic surfactants can be prepared from the alkanols according to the invention in different ways.
  • Nonionic surfactants are obtained by reacting the alkanols with
  • R 1 is hydrogen, methyl or ethyl.
  • the alkanols of the invention can be reacted with a single alkylene oxide species or with several different ones. When the alkanols are reacted with the alkylene oxides, compounds are formed which in turn carry an OH group and can therefore react again with an alkylene oxide molecule. Depending on the molar ratio of alkanol to alkylene oxide, reaction products are therefore obtained which have more or less long polyether chains.
  • the polyether chains can contain 1 to about 200 alkylene oxide assemblies. Compounds whose polyether chains contain 1 to 10 alkylene oxide assemblies are preferred.
  • the chains can consist of the same chain links, or they can have different acylene oxide groups which differ from one another in terms of their radical R 1 . These different assemblies can exist within the chain in statistical distribution or in the form of blocks.
  • R and R a are different radicals within the scope of the definitions given above for R and R 2 -OH is a branched alkanol according to the invention.
  • the alkoxylation is preferably catalyzed by strong bases which are advantageously added in the form of an alkali metal hydroxide or alkaline earth metal hydroxide, generally in an amount of 0.1 to 1% by weight, based on the amount of the alkanol R 2 -OH.
  • strong bases which are advantageously added in the form of an alkali metal hydroxide or alkaline earth metal hydroxide, generally in an amount of 0.1 to 1% by weight, based on the amount of the alkanol R 2 -OH.
  • Acid catalysis of the addition reaction is also possible.
  • Lewis acids such as A1C1 3 or BF 3 are also suitable. (See PHPlesch, The Chemistry of Cationic Polymerization, Pergamon Press, New York (1963).
  • the addition reaction is carried out at temperatures from about 120 to about 220 ° C., preferably from 140 to 160 ° C., in a closed vessel.
  • the alkylene oxide or the mixture of different alkylene oxides is fed to the mixture of the alkanol mixture according to the invention and alkali under the vapor pressure of the alkylene oxide mixture prevailing at the selected reaction temperature.
  • the alkylene oxide can be diluted up to about 30 to 60% with an inert gas. This provides additional security against explosive polyaddition of the alkylene oxide.
  • polyether chains are formed in which the various alkylene oxide units are practically statistically distributed. Variations in the distribution of the building blocks along the polyether chain result from different reaction rates of the components and can also be achieved arbitrarily by continuously feeding an alkylene oxide mixture of program-controlled composition. Will the different alkylene oxides are reacted one after the other to obtain polyether chains with a block-like distribution of the alkylene oxide building blocks.
  • the length of the polyether chains fluctuates statistically around an average within the reaction product, which essentially corresponds to the stoichiometric value resulting from the amount added.
  • alkoxylates which can be prepared starting from olefin mixtures and alkanol mixtures according to the invention likewise form a subject of the present invention. They have very good surface activity and can therefore be used as neutral surfactants in many fields of application.
  • oligoglycosides can also be prepared starting from the alkanol mixtures according to the invention. These substances also have very good surfactant properties. They are obtained by one or more reactions (glycosidation or polyglycosidation) of the alkanol mixtures according to the invention with mono-, di- or polysaccharides with the exclusion of water with acid catalysis. Suitable acids are, for example, HC1 or H 2 SO 4 . As a rule, oligoglycosides with a random chain length distribution are obtained, the average degree of oligomerization being 1 to 3 saccharide residues.
  • the saccharide is first acetalized to the butanol glycoside under acid catalysis with a low molecular weight alkanol, for example butanol.
  • This reaction can also be carried out with aqueous solutions of the saccharide.
  • the lower alkanol glycoside for example the butanol glycoside, is then reacted with the alkanol mixtures according to the invention to give the desired glycosides according to the invention.
  • Excess long and short chain alkanols can be removed from the equilibrium mixture after neutralizing the acid catalyst, for example by distilling off in vacuo.
  • O-acetyl compounds of the saccharides are made with hydrogen halide, preferably in glacial acetic acid is dissolved, converted into the corresponding O-acetyl halosaccharides, which react with the alkanols to form the acetylated glycosides in the presence of acid-binding agents.
  • Preferred for the glycosidation of the alkanol mixtures according to the invention are monosaccharides, specifically both the hexoses such as glucose, Fmctose, galactose, mannose and pentoses such as arabinose, xylose or ribose.
  • Glucose is particularly preferred for glycosidation of the alkanol mixtures according to the invention.
  • Mixtures of the saccharides mentioned can of course also be used for glycosidation.
  • glycosiedes with statistically distributed sugar residues are then obtained.
  • the glycosidation can also be carried out several times, so that polyglycoside chains are added to the hydroxyl groups of the alkanols.
  • the saccharide building blocks can be randomly distributed within the chain or form blocks of the same building blocks.
  • furanose or pyranose structures can be obtained.
  • the reaction can also be carried out in suitable solvents or diluents.
  • glycosides and polyglycosides which can be prepared starting from olefin mixtures and alkanol mixtures according to the invention also constitute an object of the present invention.
  • Both the alkanol mixtures according to the invention and the polyethers prepared therefrom can be converted into anionic surfactants by mixing them with sulfuric acid or in a manner known per se
  • Sulfuric acid derivatives to acidic alkyl sulfates or alkyl ether sulfates or with Phosphoric acid or its derivatives esterified to acidic alkyl phosphates or alkyl ether phosphates (sulfated).
  • sulfuric acid itself is used for the esterification, it is expedient to use a 75 to 100% by weight, preferably 85 to 98% by weight acid (so-called “concentrated sulfuric acid” or “monohydrate”).
  • the esterification can be carried out in a solvent or diluent if it is necessary for the control of the reaction, e.g. the development of heat is desired.
  • the alcoholic reactant is introduced and the sulfating agent is added gradually, with constant mixing.
  • the sulfating agent and the alkanol are used in a molar ratio of 1: 1 to 1: 1.5, preferably 1: 1 to 1: 1.2.
  • esterification is normally carried out at temperatures from room temperature to 85 ° C., preferably in the range from 45 to 75 ° C.
  • esterification it may be expedient to carry out the esterification in a low-boiling, water-immiscible solvent and diluent at its boiling point, the water formed during the esterification being distilled off azeotropically.
  • sulfur trioxide sulfur trioxide complexes, solutions of sulfur trioxide in sulfuric acid ("oleum"), chlorosulfonic acid, sulfuryl chloride or also amidosulfonic acid can also be used for the sulfation of the alkanol mixtures according to the invention.
  • the reaction conditions must then be adjusted accordingly. If sulfur trioxide is used as the sulfating agent, the reaction can also advantageously be carried out in a falling film reactor in countercurrent, if desired also continuously.
  • the batches are neutralized by adding alkali and, if necessary, after removal of excess alkali sulfate and any solvents present, worked up.
  • the acidic alkanol sulfates and alkanol ether sulfates and their salts obtained by sulfation of alkanols and alkanol ethers according to the invention and their mixtures are likewise a subject of the present invention.
  • alkanols and alkanol ethers according to the invention and their mixtures with phosphating agents can also be converted (phosphated) to acidic phosphoric acid esters.
  • Phosphating acid, polyphosphoric acid and phosphorus pentoxide are particularly suitable as phosphating agents, but also POCl 3 if the remaining acid chloride functions are subsequently hydrolysed.
  • the phosphating of alcohols has been described, for example, in Synthesis 1985, pages 449 to 488.
  • the acid alkanol phosphates and alkanol ether phosphates obtained by phosphating alkanols and alkanol ethers according to the invention and their mixtures are also a subject of the present invention.
  • alkanol ether mixtures alkanol glycosides which can be prepared starting from the olefin mixtures according to the invention and the acidic sulfates and phosphates of the alkanol mixtures and the alkanol ether mixtures as surfactants is also an object of the present invention.
  • a butadiene-free C 4 fraction with a total butene content of 84.2% by weight and a molar ratio of 1-butene: 2-butene of 1.06 (“raffinate II") is continuously at 40 ° C. and 10 bar by a mixture with Re2 ⁇ 7 / Al 2 ⁇ 3 heterogeneous contact fed tube reactor.
  • the catalyst load is set to 4500 kg / (m2 * h).
  • the reactor discharge is separated by distillation and contains the following components (details in percent by mass): ethene: 1.15%, propene: 18.9%, butane: 15.8%, 2-butene: 19.7%, 1-butene: 13 , 3%, i-butene: 1.00%, 2-pentene: 19.4%, methylbutene: 0.45%, 3-hexene 10.3%.
  • Examples 2A and 2B Heterogeneously catalyzed dimerization of 3-hexene.
  • An isothermally heatable reactor with a diameter of 16 mm was filled with 100 ml of a catalyst of the following composition:
  • Reactor volume-related rate (WHSV) of 0.25 kg / l * h was passed and discharged at a rate of 24 to 28 g / h.
  • the individual was varied
  • Table 1 shows the test conditions of the five tests and the results obtained. Table 1. Process conditions and results in the fixed bed process.
  • the discharged product was fractionally distilled and the framework isomers of the Ci 2 fraction were determined.
  • the analysis showed 14.2% by weight of n-dodecenes, 31.8% by weight of 5-methylundecenes, 29.1% by weight of 4-ethyldecenes, 6.6 % By weight of 5,6-dimethyldecenes, 9.3% by weight of 4-methyl-5-ethylnonenes and 3.7% by weight of diethyloctenes.
  • the discharged product was fractionally distilled and the framework isomers of the C 2 fraction were determined.
  • the analysis showed 14% by weight of n-dodecenes, 32% by weight of 5-methylundecenes, 29% by weight of 4-ethyldecenes, 7% by weight of 5,6-dimethyldecenes, 9% by weight of 4-methyl 5-ethylnonenes and 4% by weight diethyloctenes.
  • Example 3 Hydroformylation of the Dodecene Mixture According to the Invention.
  • the reaction product is decobated oxidatively with 10% by weight acetic acid with introduction of air at 90 ° C.
  • the oxo product is added with 10 wt .-% CD water in a 2.5 1 stirred autoclave with 50 g of Raney nickel at 125 ° C and
  • reaction product is fractionally distilled.
  • Methyl groups / molecule determined, corresponding to a degree of branching of
  • the oxo product obtained is in a 2.5-1 tube reactor in trickle mode on a Co / Mo fixed bed catalyst at 175 ° C and 280 bar hydrogen pressure under
  • the tridecanol obtained has an OH number of 279 mg KOH / g; A mean degree of branching of 1.63 is measured by NMR NMR spectroscopy.
  • Example 3C Hydroformylation of a Dodecene Mixture According to the Invention.
  • the oxo product obtained is hydrogenated in a 2.5-1 tubular reactor in trickle mode on a Co / Mo fixed bed catalyst at 175 ° C. and 280 bar hydrogen pressure with the addition of 10% by weight of water, and the alcohol mixture formed is worked up by distillation.
  • the tridecanol obtained has an OH number of 279 mg KOH / g; An average degree of branching of 1.69 is measured by NMR NMR spectroscopy.
  • the oxyethylate obtained is a neutral surfactant. It has a cloud point of 43.5 ° C., measured in accordance with DIN 53917, 1% by weight in 10% by weight aqueous butyl diglycol solution. The surface tension of a solution of 1 g / 1 of the substance in water is 26.1 mN / m, measured according to DIN 53914.
  • Polyphosphoric acid added.
  • the temperature should not exceed 65 ° C.
  • the batch is heated to 70 ° C. and stirring is continued at this temperature for one hour.
  • the product obtained is an anionic surfactant.
  • An aqueous solution of the substance in water has a concentration of 1 g / l

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Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Herstellung von neuen Tensidalkoholen und Tensildalkoholethern durch Derivatisierung von Olefinen mit etwa 10 bis 20 C-Atomen oder von Gemischen solcher Olefine zu Alkanolen und gegebenenfalls anschliessende Alkoxylierung, dadurch gekennzeichnet, dass man ein C4-Olefin-Gemisch der Metathese unterwirft, die erhaltenen Olefine dimerisiert, und anschliessend zu Tensidalkoholen derivatisiert und diese gegebenenfalls alkoxyliert. Das bei der Dimerisierung erhaltene Olefingemisch enthält einen hohen Anteil verzweigter Komponenten und weniger als 10 Gew.-% von Verbindungen, die eine Vinylidengruppe enthalten. Beschrieben wird ferner die Verwendung der Tensidalkohole und Tensidalkoholether zu Tensiden durch Glycosidierung oder Polyglycosidierung, Sulfatierung oder Phosphatierung.

Description

Verfahren zur Herstellung von Tensidalkoholen und Tensidalkoholethem, die hergestellten Produkte und ihre Verwendung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Tensidalkoholen und Tensidalkoholethem, die sich u.a. sehr gut als Tenside bzw. zur Herstellung von Tensiden eignen. Dabei werden, ausgehend von C4-Olefιn- Strömen durch eine Metathesereaktion Olefine oder Olefingemische hergestellt, die zu einem Olefingemisch mit 10 bis 16 C-Atomen dimerisiert werden, welches weniger als 10 Gew.-% von Verbindungen enthält, die eine Vinylidengruppe aufweisen, die Olefine anschließend zu Tensidalkoholen derivatisiert und diese gegebenenfalls alkoxyliert.
Die Erfindung betrifft femer die Verwendung der Tensidalkohole und Tensidalkoholether zur Herstellung von Tensiden durch Glycosidierung oder Polyglycosidierung, Sulfatierung oder Phosphatierung.
Fettalkohole mit Kettenlängen von C8 bis C18 werden zur Herstellung von nichtionischen Tensiden eingesetzt. Diese werden mit Alkylenoxiden zu den entsprechenden Fettalkoholethoxilaten umgesetzt. (Kap. 2.3 in: Kosswig/Stache, "Die Tenside", Carl Hanser Verlag, München Wien (1993)). Dabei beeinflußt die Kettenlänge des Fettalkohols unterschiedliche Tensideigenschaften wie z.B. Netzvermögen, Schaumbildung, Fettlösevermögen, Reinigungskraft. Fettalkohole mit Kettenlängen von C8 bis C18 können auch zur Herstellung von anionischen Tensiden, wie Alkylphosphaten und Alkyletherphosphaten genutzt werden. Anstelle von Phosphaten können auch die entsprechenden Sulfate hergestellt werden. (Kap. 2.2 in: Kosswig/Stache, "Die Tenside", Carl Hanser Verlag, München Wien (1993)). Solche Fettalkohole sind aus nativen Quellen zugänglich, z.B. aus Fetten und Ölen, oder aber auf synthetischem Weg durch Aufbau aus Bausteinen mit einer geringeren Zahl an Kohlenstoffatomen. Eine Variante dabei ist die Dimerisierung eines Olefins zu einem Produkt mit doppelter Anzahl von Kohlenstoffatomen und seine Funktionalisierung zu einem Alkohol. Zur Dimerisierung von Olefmen ist eine Reihe von Verfahren bekannt. So kann die Reaktion an einem heterogenen Kobaltoxid/Kohle-Katalysator durchgeführt werden (DE-A-1 468 334), in Gegenwart von Säuren wie Schwefel- oder Phosphorsäure (FR 964 922), Aluminiumalkyl-katalysiert(WO 97/16398), oder mit einem gelösten Nickelkomplex-Katalysator (US-A-4 069 273). Nach den Angaben der US-A-4 069 273 erhält man bei der Verwendung dieser Nickelkomplex- Katalysatoren - wobei als Komplexbildner 1,5-Cyclooctadien oder 1,1,1,5,5,5 Hexafluorpentan-2,4-dion eingesetzt werden - hochgradig lineare Olefine mit hohem Anteil an Dimerisierungsprodukten.
Die Funktionalisierung der Olefine zu Alkoholen unter Aufbau des Kohlenstoffgerüstes um ein C-Atom erfolgt zweckmäßigerweise über die Hydroformylierungsreaktion, die ein Gemisch von Aldehyden und Alkoholen liefert, welches nachfolgend zu Alkoholen hydriert werden kann. Jährlich werden weltweit etwa 7 mio Tonnen Produkte mit Hilfe der Hydroformylierung von Olefmen hergestellt. Eine Übersicht über Katalysatoren und Reaktionsbedingungen des Hydroformylierungsverfahrens geben zum Beispiel Beller et al. in Journal of Molecular Catalysis, AI 04 (1995), 17-85 oder auch Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, Bd.A5 (1986), Seite 217 ff, Seite 333, sowie die diesbezüglichen Literaturverweise.
Aus der WO 98/23566 ist es bekannt, daß Sulfate, Alkoxylate, Alkoxysulfate und Karboxylate einer Mischung verzweigter Alkanole (Oxo-Alkohole) gute Oberflächenaktivität in kaltem Wasser zeigen und gute Bio-Abbaubarkeit aufweisen. Die Alkanole der eingesetzten Mischung haben eine Kettenlänge von über 8 Kohlenstoffatomen, sie weisen im Durchschnitt 0,7 bis 3 Verzweigungen auf. Die Alkanolmischung kann, beispielsweise durch Hydroformylierung, hergestellt werden aus Mischungen verzweigter Olefine, die ihrerseits entweder durch Skelettisomerisierung oder durch Dimerisierung interner, linearer Olefine erhalten werden können.
Als Vorteil des Verfahrens wird genannt, daß zur Herstellung des Dimerisierungs- Feeds kein C3- oder C4-Olefin-Strom verwendet wird. Daraus forlgt, daß nach dem derzeitigen Stand der Technik die dort der Dimerisierung unterworfenen Olefine aus Ethylen hergestellt worden sein müssen (z.B. SHOP-Verfahren). Da Ethylen für die Tensidherstellung ein relativ teures Ausgangsmaterial ist, sind Ethylen-basierende Verfahren gegenüber Verfahren, die von C3- und/oder C4- Olefin-Strömen ausgehen, wirtschaftlich benachteiligt. Ein weiterer Nachteile dieses bekannten Verfahrens ist die für die Herstellung verzweigter Tensid-Oxo-Alkohole erforderliche Verwendung von Gemischen interner Olefine, die nur durch Isomerisierung von Alphaolefinen zugänglich sind. Solche Verfahren führen immer zu Isomerengemischen, die wegen der unterschiedlichen physikalischen und chemischen Daten der Komponenten verfahrenstechnisch schlechter zu handhaben sind, als Reinsubstanzen. Außerdem ist der zusätzliche Verfahrensschritt der Isomerisierung erforderlich, wodurch das Verfahren einen weiteren Nachteil aufweist.
Die Dimerisierung eines reinen internen Olefins, wie 2-Penten oder 3-Hexen, sowie die weitere Derivatisierung der Dimerisierungsprodukte sind nicht vorbeschrieben.
Die Struktur der Komponenten der Oxo-Alkanolmischung richtet sich nach der Art des Olefingemisches, das der Hydroformylierung unterworfen wurde. Olefingemische, die durch Skelettisomerisierung aus Alphaolefmgemischen erhalten wurden, führen zu Alkanolen, die überwiegend an den Enden der Hauptkette, d.h. in den Positionen 2 und 3, gerechnet vom jeweiligen Kettenende, verzweigt sind (Seite 56, letzter Absatz). Aus Olefmgemischen, die durch Dimerisierung von Olefmen kürzerer Kettenlänge gewonnen wurden, werden nach dem in dieser Druckschrift offenbarten Verfahren Oxoalkohole erhalten, deren Verzweigungen mehr in der Mitte der Haupkette liegen, und zwar, wie die Tabelle IV auf Seite 68 zeigt, weit überwiegend an C4 und weiter entfernten Kohlenstoffatomen, bezogen auf das Hydroxyl-Kohlenstoffatom. An den C2 und C3 Positionen, bezogen auf das Hydroxyl-Kohlenstoffatom, dagegen finden sich weniger als 25% der Verzweigungen (Seiten 28/29 dieses Dokuments). Die Oberflächenaktiven Endprodukte werden aus den Alkanolmischungen entweder durch Oxydieren der -CH2OH-Gruppe zur Carboxylgruppe, oder durch
Sulfatieren der Alkanole oder ihrer Alkoxylate gewonnen.
Ähnliche Verfahren zur Herstellung von Tensiden werden in der PCT- Patentanmeldung WO 97/38957 und in der EP-A-787 704 beschrieben. Auch bei den dort beschriebenen Verfahren wird ein Alphaolefin zu einem Gemisch vorwiegend vinylidenverzweigter Olefindimerer dimerisiert (WO 97/38957):
Ra-CH=CH2 + Rb-CH=CH2
Figure imgf000006_0001
Anschließend werden die Vinylidenverbindungen doppelbindungsisomerisiert, sodaß die Doppelbindung vom Kettenende weiter in die Mitte wandert und anschließend der Hydroformylierung zu einem Oxoalkohol-Gemisch unterworfen. Dieses wird dann weiter, z.B. durch Sulfatierung zu Tensiden umgesetzt. Ein gravierender Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es von Alphaolefinen ausgeht. Alphaolefine werden z.B. durch Ubergangsmetall-katalysierte Oligomerisierung von Ethylen, Ziegler-Aufbaureaktion, Wachscracken oder Fischer-Tropsch- Verfahren gewonnen und stellen daher relativ teure Ausgangsmaterialien für die Tensidherstellung dar. Ein weiterer erheblicher Nachteil dieses bekannten Tensid-Herstellungsverfahrens besteht darin, daß bei ihm zwischen der Dimerisierung der Alphaolefine und der Hydroformylierung des Dimerisierungsprodukts eine Skelettisomerisierung eingeschaltet werden muß, wenn man zu überwiegend verzweigten Produkten kommen will. Aufgrund der Verwendung eines für die Tensidherstellung relativ teuren Ausgangsmaterials und der Notwendigkeit, einen zusätzlichen Verfahrensschritt, die Isomerisierung, einzuschalten ist dieses bekannte Verfahren wirtschaftlich erheblich benachteiligt. Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß man zur Herstellung von verzweigten Olefmen und Alkoholen (Oxoalkoholen), die sich zu sehr gut wirksamen Tensiden weiterverarbeiten lassen - im Folgenden als "Tensidalkohole" bezeichnet-, weder auf Alphaolefine noch auf Olefine, die hauptsächlich aus Ethylen hergestellt wurden, angewiesen ist, sondern daß man von preisgünstigen C4-Olefin-Strömen ausgehen kann, und daß man darüberhinaus den Isomerisierungsschritt vermeiden kann, wenn man nach dem im Folgenden beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet. C4-Olefin-Ströme sind Gemische, die im wesentlichen, vorzugsweise zu über 80 bis 85 Vol.-%, insbesondere zu über 98 Vol.-% aus Buten-1 und Buten-2 bestehen, und im geringeren Umfang - in der Regel nicht mehr als 15 bis 20 Vol.- % - n-Butan und Isobutan neben Spuren von C5-Kohlenwasserstoffen enthalten. Diese, in der Fachsprache auch als "Raffinat II" bezeichneten Kohlenwasserstoffgemische entstehen als Nebenprodukt bei der Crackung hochmolekularer Kohlenwasserstoffe, z.B. von Rohöl. Während die bei diesem Prozess entstehenden niedermolekularen Olefine, Ethen und Propen, begehrte Rohstoffe zur Herstellung von Polyethylen und Polypropylen sind und die Kohlenwasserstofffraktionen über C6 als Kraftstoffe in Verbrennungsmotoren und zu Heizzwecken eingesetzt werden, konnte das Raffinat II, insbesondere dessen C4-Olefιne, bislang nicht in ausreichendem Umfang zu wertvollen Endprodukten weiterverarbeitet werden. Die im Folgenden benutzte Bezeichnung C4-Olefin- Ströme soll daher auch das als Raffinat II bezeichnete Gasgemisch umfassen.
Das erfindungsgemäße Verfahren eröffnet nun einen verfahrensmäßig sehr günstigen Weg, die anfallenden C4-Olefin-Ströme zu wertvollen Tensidalkoholen zu verarbeiten, aus denen dann nach verschiedenen an sich bekannten Methoden nichtionische oder anionische Tenside hergestellt werden können.
Ein Gegenstand dieser Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Tensidalkoholen und Tensidalkoholethem durch Derivatisierung von Olefmen mit etwa 10 bis 20 C-Atomen oder von Gemischen solcher Olefine und gegebenenfalls anschließende Alkoxylierung dadurch gekennzeichnet, daß man a) ein C -Olefin-Gemisch der Metathese unterwirft, b) aus dem Metathesegemisch Olefine mit 5 bis 8 C-Atomen abtrennt, c) die abgetrennten Olefine einzeln oder im Gemisch einer Dimerisierung zu Olefingemischen mit 10 bis 16 C-Atomen unterzieht, d) das erhaltene Olefingemisch, gegebenenfalls nach einer Fraktionierung, der Derivatisierung zu einem Gemisch von Tensidalkoholen unterwirft und e) gegebenenfalls die Tensidalkohole alkoxyliert.
Die Grundzüge der im Verfahrensschritt a) eingesetzten Metathese sind beispielsweise in Ullmann's Ecyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Aufl., Band AI 8, S.235/236 beschrieben worden. Weitere Informationen zur Durchführung des Verfahrens können beispielsweise K.J. Ivin, "Olefin Metathesis, Academic Press, London, (1983); Houben-Weyl, E18, 1163-1223; R.L. Banks, Discovery and Development of Olefin Disproportionati on, CHEMTECH (1986), February, 112-117, entnommen werden.
Bei der Anwendung der Metathese auf die in den C4-Olefin-Strömen enthaltenen Hauptbestandteile Buten- 1 und Buten-2 werden in Gegenwart von geeigneten Katalysatoren Olefine mit 5 bis 10 C-Atomen, vorzugsweise mit 5 bis 8 C- Atomen, insbesondere aber Penten-2 und Hexen-3 gebildet.
Geeignete Katalysatoren sind vorzugsweise Molybdän-, Wolfram- oder Rheniumverbindungen. Es ist besonders zweckmäßig, die Reaktion heterogenkatalysiert auszuführen, wobei die katalytisch wirksamen Metalle insbesondere in Verbindung mit Trägem aus Al2O3 oder SiO2 eingesetzt werden. Beispiele für derartige Katalysatoren sind MoO3 oder WO3 auf SiO2, oder Re2O7 auf Al2O3.
Besonders günstig ist es, die Metathese in Gegenwart eines Rheniumkatalysators auszuführen, da in diesem Fall besonders milde Reaktionsbedingungen möglich sind. So kann die Metathese in diesem Fall bei einer Temperatur von 0 bis 50°C und bei niedrigen Drucken von ca. 0,1 bis 0,2 MPa ausgeführt werden.
Bei der Dimerisierung der im Metatheseschritt erhaltenen Olefine oder Olefingemische erhält man Dimerisierungsprodukte, die im Hinblick auf die weitere Verarbeitung auf Tensidalkohole besonders günstige Komponenten und eine besonders vorteilhafte Zusammensetzungen aufweisen, wenn man einen Dimerisierungskatalysator einsetzt, der wenigstens ein Element der VIII. Nebengruppe des periodischen Systems enthält, und man die Katalysatorzusammensetzung und die Reaktionsbedingungen so wählt, daß ein Dimerengemisch erhalten wird, welches weniger als 10 Gew.-% von Verbindungen enthält, die ein Strukturelement der Formel I (Vinylidengruppe)
Figure imgf000009_0001
worin A und A aliphatische Kohlenwasserstoffreste sind, aufweisen.
Vorzugsweise werden für die Dimerisierung die in dem Metathesierungsprodukt enthaltenen internen, linearen Pentene und Hexene eingesetzt. Besonders bevorzugt ist der Einsatz von 3 -Hexen.
Die Dimerisierung kann homogenkatalysiert oder heterogenkatalysiert durchgeführt werden. Bevorzugt ist die heterogene Verfahrensweise, da hierbei einerseits die Katalysatorabtrennung vereinfacht und das Verfahren damit wirtschaftlicher ist, zum anderen werden keine umweltschädlichen Abwässer erzeugt, wie sie gewöhnlich bei der Abtrennung gelöster Katalysatoren, zum Beispiel durch Hydrolyse, anfallen. Ein weiterer Vorteil des heterogenen Verfahrens besteht darin, daß das Dimerisierungsprodukt keine Halogene, insbesondere Chlor oder Fluor, enthält. Homogen lösliche Katalysatoren enthalten im allgemeinen halogenidhaltige Liganden oder sie werden in Kombination mit halogenhaltigen Cokatalysatoren eingesetzt. Aus solchen Katalysatorsystemen kann Halogen in die Dimerisierungsprodukte eingebaut werden, was sowohl die o Produktqualität als auch die Weiterverarbeitung, insbesondere die Hydroformylierung zu Tensidalkoholen erheblich beeinträchtigt.
Zur heterogenen Katalyse werden zweckmäßigerweise Kombinationen von Oxiden von Metallen der VIII. Nebengruppe mit Aluminiumoxid auf Trägermaterialien aus Silizium- und Titanoxiden wie sie beispielsweise aus der DE-A-43 39 713 bekannt sind, eingesetzt. Der heterogene Katalysator kann im Festbett - dann vorzugsweise in grobkörniger Form als 1 bis 1,5 mm-Splitt - oder suspendiert (Partikelgröße 0.05 bis 0,5 mm) eingesetzt werden. Die Dimerisierung wird bei heterogener Durchführung zweckmäßigerweise bei Temperaturen von 80 bis 200°C, vorzugsweise von 100 bis 180°C, unter dem bei der Reaktionstemperatur herrschenden Druck, gegebenenfalls auch unter einem Schutzgasüberdruck, im geschlossenen System ausgeführt. Zur Erzielung optimaler Umsätze wird das Reaktionsgemisch mehrfach im Kreis geführt, wobei kontinuierlich ein bestimmter Anteil des zirkulierenden Produkts ausgeschleust und durch Ausgangsmaterial ersetzt wird.
Bei der erfindungsgemäßen Dimerisierung werden Mischungen einfach ungesättigter Kohlenwasserstoffe erhalten, deren Komponenten überwiegend die doppelte Kettenlänge haben wie die Ausgangs-Olefine. Die Dimerisierungskatalysatoren und die Reaktionsbedingungen werden im Rahmen der obigen Angaben zweckmäßigerweise so gewählt, daß mindestens 80 % der Komponenten des Dimerisierungsgemisches im Bereich von 1/4 bis 3/4, vorzugsweise von 1/3 bis 2/3, der Kettenlänge ihrer Hauptkette eine Verzweigung, oder zwei Verzweigungen an benachbarten C-Atomen, aufweisen. Sehr charakteristisch für die erfindungsgemäß hergestellten Olefingemische ist ihr hoher Anteil - in der Regel über 75%, insbesondere über 80% - von Komponenten mit Verzweigungen und der geringe Anteil - in der Regel unter 25, insbesondere unter 20% - unverzweigter Olefine. Ein weiteres Charakteristikum ist, daß an den Verzweigungsstellen der Hauptkette überwiegend Gruppen mit (y-4) und (y-5) C- Atomen gebunden sind, wobei y die Kohlenstoffatom- Anzahl des für die Dimerisierung eingesetzten Monomers ist. Der Wert (y-5)=0 bedeutet, daß keine Seitenkette vorhanden ist. Bei erfindungsgemäß hergestellten C12-Olefingemischen trägt die Hauptkette an den Verzweigungspunkten vorzugsweise Methyl- oder Ethylgruppen. Die Stellung der Methyl- und Ethylgruppen an der Hauptkette ist ebenfalls charakteristisch: Bei Monosubstitution befinden sich die Methyl- oder Ethylgruppen in der Position P = (n/2)-m der Hauptkette, wobei n die Länge der Hauptkette und m die Kohlenstoffanzahl der Seitengruppen ist, bei Disubstitutionsprodukten befindet sich ein Substituent in der Position P, der andere am benachbarten C-Atom P+l. Die Anteile von Monosubstitutionsprodukten (Einfachverzweigung) am erfindungsgemäß hergestellten Olefingemisch liegen charakteristischerweise insgesamt im Bereich von 40 bis 75 Gew.-%, die Anteile an doppeltverzweigten Komponenten im Bereich von 5 bis 25 Gew.-%.
Es wurde femer gefunden, daß die Dimerisierungsgemische dann besonders gut weiter zu derivatisieren sind, wenn die Lage der Doppelbindung bestimmte Anforderungen erfüllt. In diesen vorteilhaften Olefingemischen ist die Lage der Doppelbindungen relativ zu den Verzweigungen dadurch charakterisiert, daß das Verhältnis der "aliphatischen" Wasserstoffatome zu "olefinischen" Wasserstoffatomen im Bereich
Haiiph. : Hoief . = (2*n-0,5) : 0,5 bis (2*n-l,9) : 1,9 liegt, wobei n die Kohlenstoffatom-Anzahl des bei der Dimerisierung erhaltenen Olefins ist. (Als "aliphatische" Wasserstoffatome werden solche bezeichnet, die an Kohlenstoffatome gebunden sind, die an keiner C=C-Doppelbindung (Pi- Bindung) beteiligt sind, als "olefinische" Wasserstoffatome solche, die an ein Kohlenstoffatom gebunden ist, das eine Pi-Bindung betätigt.) Besonders bevorzugt sind Dimerisierungsgemische, bei denen das Verhältnis Haiiph. : Hoief . = (2*n-l,0) : 1 bis (2*n-l ,6) : 1,6 ist.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen neuen Olefingemische mit den oben genannten Strukturmerkmalen sind ebenfalls ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Sie stellen wertvolle Zwischenprodukte insbesondere für die im Folgenden beschriebene Herstellung von verzweigten primären Alkoholen und Tensiden dar, können aber auch als Ausgangsmaterialien in anderen, von Olefmen ausgehenden technischen Prozessen eingesetzt werden, insbesondere dann, wenn die Endprodukte eine verbesserte biologische Abbaubarkeit haben sollen.
Sollen die erfindungsgemäßen Olefingemische zur Herstellung von Tensiden dienen, so werden sie zunächst nach an sich bekannten Verfahren zu Tensidalkoholen derivatisiert.
Hierzu bestehen verschiedene Wege, die entweder die direkte oder eine auf Umwegen erfolgende Anlagerung von Wasser (Hydratisierung) an die Doppelbindung oder eine Anlagerung von CO und Wasserstoff (Hydroformylierung) an die C=C-Doppelbindung umfassen.
Die Hydratisierung der aus dem Verfahrensschritt c) hervorgehenden Olefine erfolgt zweckmäßigerweise durch direkte Wasseranlagerung unter Protonenkatalyse. Natürlich ist auch ein Umweg, beispielsweise über die Addition von hochprozentiger Schwefelsäure zu einem Alkanolsulfat und anschließende Verseifung zum Alkanol möglich. Die zweckmäßigere direkte Wasseranlagerung wird in Gegenwart saurer, insbesondere heterogener, Katalysatoren und in der Regel bei möglichst hohem Olefin-Partialdruck und bei möglichst niedrigen Temperaturen durchgeführt. Als Katalysatoren bewähren sich insbesondere Phosphorsäure auf Trägem, wie z.B. SiO2 oder Celite, oder auch saure Ionenaustauscher. Die Wahl der Bedingungen richtet sich nach der Reaktivität der umzusetzenden Olefine und kann routinemäßig durch Vorversuche ermittelt werden (Lit.: z.B. A.J.Kresge et al. J.Am.Chem.Soc. 93, 4907 (1971); Houben- Weyl Bd. 5/4 (1960), Seiten 102-132 und 535-539). Die Hydratisierung führt in der Regel zu Mischungen von primären und sekundären Alkanolen, in denen die sekundären Alkanole überwiegen.
Für die Herstellung von Tensiden ist es günstiger, von primäre Alkanolen auszugehen. Es daher bevorzugt, die Derivatisierung der aus Schritt c) erhaltenen Olefingemische durch Umsetzung mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff in Gegenwart von geeigneten, vorzugsweise kobalt- oder rhodiumhaltigen Katalysatoren zu verzweigten primären Alkoholen zu hydroformylieren. Ein weiterer bevorzugter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Mischungen primärer Alkanole, die sich u.a. zur Weiterverarbeitung zu Tensiden eignen durch Hydroformylierung von Olefmen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die oben beschriebenen erfindungsgemäßen Olefingemische als Ausgangsmaterial einsetzt. Eine gute Übersicht über das Verfahren der Hydroformylierung mit zahlreichen weiteren Literaturhinweisen findet sich beispielsweise in dem umfangreichen Aufsatz von Beller et al. in Journal of Molecular Catalysis, A104 (1995) 17-85 oder in Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, Bd.A5 (1986), Seite 217 ff, Seite 333, sowie die diesbezüglichen Literaturverweise.
Die dort gegebenen umfassenden Informationen ermöglichen es dem Fachmann, auch die erfindungsgemäßen verzweigten Olefine zu hydroformylieren. Bei dieser Reaktion wird CO und Wasserstoff an olefinische Doppelbindungen angelagert, wobei gemäß dem folgenden Reaktionsschema Mischungen aus Aldehyden und Alkanolen erhalten werden:
A3-CH=CH2
CO/H2 + Katalysator
(n-Verbindungen) (iso-Verbindungen)
A3-CH2-CH2-CHO A3-CH(CHO)-CH3 (Alkanal)
A3-CH2-CH2-CH2OH A3-CH(CH2OH)-CH3 (Alkanol)
(A3 = Kohlenwasserstoffrest)
Das Molverhälnis von n- und iso-Verbindungen im Reaktionsgemisch liegt je nach den gewählten Verfahrensbedingungen der Hydroformylierung und dem eingesetzten Katalysator in der Regel im Bereich von 1:1 bis 20:1. Die Hydroformylierung wird normalerweise im Temperaturbereich von 90 bis 200° und bei einem CO/H2-Druck von 2,5 bis 35 MPa (25 bis 350 bar) ausgeführt. Das Mischungsverhältnis von Kohlenmonoxid zu Wasserstoff richtet sich danach, ob vorzugsweise Alkanale oder Alkanole erzeugt werden sollen. Man arbeitet zweckmäßigerweise im Bereich CO:H2 von 10:1 bis 1:10, vorzugsweise 3:1 bis 1 :3, wobei man zur Herstellung von Alkanalen den Bereich der niedrigen Wasserstoffpartialdmcke, zur Herstellung von Alkanolen den Bereich der hohen Wasserstoffpartialdmcke, z.B. CO:H2 = 1:2, wählt.
Als Katalysatoren eignen sich vor allem Metallverbindungen der allgemeinen Formel HM(CO) oder M2(CO)8, wobei M ein Metallatom, vorzugsweise ein Kobalt-, Rhodium- oder Rutheniumatom ist.
Im Allgemeinen werden unter Hydroformylierungsbedingungen aus den jeweils eingesetzten Katalysatoren oder Katalysatorvorstufen katalytisch aktive Spezies der allgemeinen Formel HxMy(CO)zLq gebildet, worin M für ein Metall der VIII. Nebengruppe, L für einen Liganden, der ein Phosphin, Phosphit, Amin, Pyridin oder jede andere Donorverbindung, auch in polymerer Form, sein kann, und q, x, y und z für ganze Zahlen, abhängig von der Wertigkeit und Art des Metalls sowie der Bindigkeit des Liganden L, stehen, wobei q auch 0 sein kann. Bei dem Metall M handelt es sich vorzugsweise um Kobalt, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Platin, Osmium oder Iridium und insbesondere um Kobalt, Rhodium oder Ruthenium.
Geeignete Rhodiumverbindungen oder Komplexe sind z.B. Rhodium(II)- und Rhodium(III)-salze, wie Rhodium(III)-chlorid, Rhodium(III)-nitrat, Rhodium(III)- sulfat, Kalium-Rhodium-sulfat, Rhodium(II) bzw. Rhodium(III)-caboxylat, Rhodium(II)- und Rhodium(III)-acetat, Rhodium(III)-oxid, Salze der Rhodium(III)-säure, wie z.B. Trisammonium-hexachlororhodat-(III). Weiterhin eignen sich Rhodiumkomplexe wie Rhodiumbiscarbonyl-acetylacetonat, Acetylacetonato-bisethylenRhodium-(I). Vorzugsweise werden
Rhodiumbiscarbonyl-acetylacetonat oder Rhodiumacetat eingesetzt.
Geeignete Kobaltverbindungen sind zum Beispiel Kobalt(II)-chlorid, Kobalt(II)- sulfat, Kobalt(II)-carbonat, Kobalt(II)-nitrat, deren Amin- oder Hydratkomplexe, Kobaltcarbocylate wie Kobaltacetat, Kobaltethylhexanoat, Kobaltnaphthanoat, sowie der Kobaltcaprolactamat-Komplex. Auch hier können die Carbonylkomplexe des Kobalts wie Dikobaltoctocarbonyl,
Tetrakobaltdodecacarbonyl und Hexakobalthexadecacarbonyl eingesetzt werden. Die genannten Verbindungen des Kobalts, Rhodiums und Rutheniums sind im Prinzip bekannt und in der Literatur hinreichend beschrieben, oder sie können vom Fachmann analog zu den bereits bekannten Verbindungen hergestellt werden.
Die Hydroformylierung kann unter Zusatz von inerten Lösungs- oder Verdünnungsmitteln oder ohne solchen Zusatz durchgeführt werden. Geeignete inerte Zusätze sind beispielsweise Aceton, Methyl-ethylketon, Cyclohexanon, Toluol, Xylol, Chlorbenzol, Methylenchlorid, Hexan, Petrolether, Acetonitril sowie die hochsiedenden Anteile aus der Hydroformylierung der Dimerisierungsprodukte.
Sofem das erhaltene Hydroformyliemngsprodukt einen zu hohen Aldehydgehalt aufweist, kann dieser auf einfache Weise durch eine Hydrierung, zum Beispiel mit Wasserstoff in Gegenwart von Raney-Nickel oder unter Verwendung anderer für Hydrierungsreaktionen bekannter, insbesondere Kupfer, Zink, Kobalt, Nickel, Molybdän, Zirkon oder Titan enthaltender Katalysatoren , beseitigt werden. Dabei werden die Aldehydanteile weitgehend zu Alkanolen hydriert. Eine praktisch restlose Beseitigung von Aldehydanteilen im Reaktionsgemisch läßt sich gewünschtenfalls durch Nachhydrierung, beispielsweise unter besonders schonenden und ökonomischen Bedingungen mit einem Alkaliborhydrid, erreichen.
Die durch Hydroformylierung der erfindungsgemäßen Olefingemische herstellbaren Gemische verzweigter primärer Alkanole sind ebenfalls ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Aus den erfindungsgemäßen Alkanolen können auf unterschiedliche Weise nichtionische oder anionische Tenside hergestellt werden. Nichtionische Tenside werden erhalten durch Umsetzung der Alkanole mit
Figure imgf000016_0001
Alkylenoxiden (Alkoxylierung) der Formel II worin R1 Wasserstoff oder ein geradkettiger oder verzweigter aliphatischer Rest der Formel CnH2n+ι ist und n für eine Zahl von 1 bis 16, vorzugsweise von 1 bis 8 steht. Insbesondere bedeutet R1 Wasserstoff, Methyl oder Ethyl. Die erfindungsgemäßen Alkanole können mit einer einzigen Alkylenoxid-Species oder mit mehreren verschiedenen umgesetzt werden. Bei der Umsetzung der Alkanole mit den Alkylenoxiden entstehen Verbindungen, die wiederum eine OH- Gruppe tragen und daher erneut mit einem Alkylenoxidmolekül reagieren können. Es werden daher je nach dem Molverhältnis von Alkanol zu Alkylenoxid Reaktionsprodukte erhalten, die mehr oder weniger lange Polyetherketten aufweisen. Die Polyetherketten können 1 bis ca. 200 Alkylenoxid-Baugruppen enthalten. Bevorzugt sind Verbindungen, deren Polyetherketten 1 bis 10 Alkylenoxid-Baugruppen enthalten. Die Ketten können aus gleichen Kettengliedern bestehen, oder sie können verschiedene Akylenoxid-Baugmppen aufweisen, die sich bezüglich ihres Restes R1 voneinander unterscheiden. Diese unterschiedlichen Baugruppen können innnerhalb der Kette in statistischer Verteilung oder in Form von Blöcken vorliegen.
Das folgende Reaktionsschema soll die Alkoxylierung der erfindungsgemäßen Alkanole am Beispiel einer Umsetzung mit zwei verschiedenen Alkylenoxiden, die in unterschiedlichen Mol-Mengen x und y eingesetzt werden, veranschaulichen. O O
/ \ Λ / \ . Alkali R2-OH + x CH2CH-R + y CH2CH-R1 a
R1 R1 a
R2 -[OCH2CH-]χ • [OCH2CH-]y-OH
R und R a sind verschiedene Reste im Rahmen der oben für R gegebenen Definitionen und R2-OH ist ein erfindungsgemäßes verzweigtes Alkanol. Vorzugsweise wird die Alkoxylierung durch starke Basen katalysiert, die zweckmäßigerweise in Form eines Alkalihydroxids oder Erdalkalihydroxids, in der Regel in einer Menge von 0,1 bis 1 Gew.-% bezogen auf die Menge des Alkanols R2-OH, zugesetzt werden. (Vergl. G.Gee et al., J. Chem. Soc. (1961), S. 1345; B. Wojtech. Makromol. Chem. 66, (1966), S.180)
Auch eine saure Katalyse der Additionsreaktion ist möglich. Neben Bronstedsäuren eignen sich auch Lewissäuren wie z.B. A1C13 oder BF3. (Vergl. P.H.Plesch, The Chemistry of Cationic Polymerization, Pergamon Press, New York (1963).
Die Additionsreaktion wird bei Temperaturen von etwa 120 bis etwa 220°C, vorzugsweise von 140 bis 160°C, im geschlossenen Gefäß ausgeführt. Das Alkylenoxid oder die Mischung verschiedener Alkylenoxide wird der Mischung aus erfindungsgemäßem Alkanolgemisch und Alkali unter dem bei der gewählten Reaktionstemperatur herrschenden Dampfdruck des Alkylenoxidgemisches zugeführt. Gewünschtenfalls kann das Alkylenoxid mit bis zu etwa 30 bis 60 % mit einem Inertgas verdünnt werden. Dadurch wird eine zusätzliche Sicherheit gegen explosionsartige Polyaddition des Alkylenoxids gegeben.
Wird ein Alkylenoxidgemisch eingesetzt, so werden Polyetherketten gebildet in denen die verschiedenen Alkylenoxidbausteine praktisch statistisch verteilt sind. Variationen in der Verteilung der Bausteine längs der Polyetherkette ergeben sich aufgrund unterschiedlicher Reaktionsgeschwindigkeiten der Komponenten und können auch willkürlich durch kontinuierliche Zufuhr einer Alkylenoxidmischung programmgesteuerter Zusammensetzung erreicht werden. Werden die verschiedenen Alkylenoxide nacheinander zur Reaktion gebracht so erhält man Polyetherketten, mit blockartiger Verteilung der Alkylenoxid-Bausteine. Die Länge der Polyetherketten schwankt innerhalb des Reaktionsprodukts statistisch um einen Mittelwert, der im wesentlichen dem sich aus der Zusatzmenge ergebenden stöchiometrischen Wert.
Die ausgehend von erfindungsgemäßen Olefingemischen und Alkanolgemischen herstellbaren Alkoxylate stellen ebenfalls einen Gegenstand der vorliegenden Erfindung dar. Sie zeigen eine sehr gute Oberflächenaktivität und können daher als neutrale Tenside in vielen Anwendungsbereichen eingesetzt werden.
Ausgehend von den erfindungsgemäßen Alkanolgemischen können auch oberflächenaktive Glycoside und Polyglycoside (Oligoglycoside) hergestellt werden. Auch diese Substanzen zeigen sehr gute Tensideigenschaften. Sie werden erhalten durch ein- oder mehrfache Umsetzung (Glycosidierung bzw. Polyglycosidiemng) der erfindungsgemäßen Alkanolgemische mit Mono-, Dioder Poly-sacchariden unter Ausschluß von Wasser unter Säurekatalyse. Geeignete Säuren sind beispielsweise HC1 oder H2SO4. In der Regel werden hierbei Oligoglycoside mit statistischer Kettenlängenverteilung erhalten, wobei der durchschnittliche Oligomerisierungsgrad bei 1 bis 3 Sacharid-Resten liegt. Bei einer anderen Standardsynthese wird das Saccharid zunächst unter Säurekatalyse mit einem niedermolekularen Alkanol, z.B. Butanol, zum Butanolglycosid acetalisiert. Diese Reaktion kann auch mit wäßrigen Lösungen des Saccharids ausgeführt werden. Das Niederalkanolglycosid, beispielsweise das Butanolglycosid, wird dann mit den erfindungsgemäßen Alkanolgemischen zu den gewünschten erfindungsgemäßen Glycosiden umgesetzt. Überschüssige lang- und kurzkettige Alkanole können nach Neutralisieren des sauren Katalysators aus dem Gleichgewichtsgemisch, z.B. durch Abdestillieren im Vakuum, entfernt werden.
Eine weitere Standardmethode verläuft über die O-Acetylverbindungen der Saccharide. Diese werden mit Halogenwasserstoff, der vorzugsweise in Eisessig gelöst ist, in die entsprechenden O-Acetyl-halosaccharide überführt, die in Gegenwart von Säure bindenden Agenzien mit den Alkanolen zu den acetylierten Glycosiden reagieren.
Bevorzugt für die Glycosidiemng der erfindungsgemäßen Alkanolgemische sind Monosaccharide, und zwar sowohl die Hexosen wie Glucose, Fmctose, Galactose, Mannose, als auch Pentosen wie Arabinose, Xylose oder Ribose. Besonders bevorzugt zur Glycosidiemng der erfmdungsgemäßen Alkanolgemische ist die Glucose. Selbstverständlich können auch Gemische der genannten Sacharide für die Glycosidiemng eingesetzt werden. Es werden dann je nach den Reaktionsbedingungen Glycosiede mit statistisch verteilten Zuckerresten erhalten. Die Glycosidiemng kann auch mehrfach erfolgen, sodaß an die Hydroxylgmppen der Alkanole Polyglycosidketten angelagert werden. Bei einer Polyglycosidierung und Einsatz verschiedener Saccharide können die Saccharid-Bausteine innerhalb der Kette statistisch verteilt sein oder Blöcke gleicher Baugmppen bilden. Je nach der gewählten Reaktionstemperatur können Furanose- oder Pyranosestrukturen erhalten werden. Zur Verbessemng der Löslichkeitsverhältnisse kann die Reaktion auch in geeigneten Lösungs- oder Verdünnungsmitteln ausgeführt werden.
Standardverfahren und geeignete Reaktionsbedingungen sind in verschiedenen Publikationen beschrieben worden, beispielsweise in "Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry", 5.Auflage Bd. A25 (1994), Seiten 792-793 und in den dort angegebenen Literaturverweisen, von K.Igarashi, Adv. Carbohydr. Chem. Biochem. 34, (1977), S. 243-283, von Wulff und Röhle, Angew. Chem. 86, (1974), S.173-187, oder bei Krauch und Kunz, Reaktionen der organischen Chemie, S. 405-408, Hüthig, Heidelberg, (1976).
Die ausgehend von erfindungsgemäßen Olefingemischen und Alkanolgemischen herstellbaren Glycoside und Polyglycoside (Oligoglycoside) stellen ebenfalls einen Gegenstand der vorliegenden Erfindung dar.
Sowohl die erfindungsgemäßen Alkanolgemische als auch die daraus hergestellten Polyether können in anionische Tenside überführt werden indem man sie in an sich bekannter Weise mit Schwefelsäure oder
Schwefelsäurederivaten zu sauren Alkylsulfaten oder Alkylethersulfaten oder mit Phosphorsäure oder ihren Derivaten zu sauren Alkylphosphaten bzw. Alkyletherphosphaten verestert (sulfatiert).
Sulfatierungsreaktionen von Alkoholen sind bereits beschrieben worden z.B. in US-A-3 462 525, 3 420 875 oder 3 524 864. Details zur Durchführung dieser Reaktion finden sich auch in "Ulimanns Encyclopedia of Industrial Chemistry", 5.Auflage Bd. A25 (1994), Seiten 779-783 und in den dort angegebenen Literaturverweisen.
Wird Schwefelsäure selbst zur Veresterung eingesetzt, so verwendet man zweckmäßigerweise eine 75 bis 100 gew.-%ige, vorzugsweise 85 bis 98 gew.- %ige Säure (sog. "konzentrierte Schwefelsäure" oder "Monohydrat"). Die Veresterung kann in einem Lösungs- oder Verdünnungsmittel vorgenommen werden, wenn es für die Steuemng der Reaktion, z.B. der Wärmeentwicklung erwünscht ist. In der Regel wird der alkoholische Reaktant vorgelegt, und das Sulfatierungsmittel unter ständigem Durchmischen allmählich zugefügt. Wenn eine vollständige Verestemng der Alkoholkomponente gewünscht wird verwendet man das Sulfatierungsmittel und den Alkanol im Molverhältnis von 1:1 bis 1:1,5, vorzugsweise von 1 :1 bis 1 :1,2. Geringere Mengen von Sulfatierungsmittel können vorteilhaft sein, wenn Mischungen von erfindungsgemäßen Alkanol- alkoxylaten eingesetzt und Kombinationen von Neutralen und anionischen Tensiden hergestellt werden sollen. Die Veresterung wird normalerweise bei Temperaturen von Zimmertemperatur bis 85°C, vorzugsweise im Bereich von 45 bis 75°C, ausgeführt.
Gegebenenfalls kann eszweckmäßig sein, die Veresterung in einem niedrig siedenden, mit Wasser nicht mischbaren Lösungs- und Verdünnungsmittel bei dessen Siedepunkt auszuführen, wobei das bei der Veresterung entstehende Wasser azeotrop abdestilliert wird.
Anstelle von Schwefelsäure der oben angegebenen Konzentration kann zur Sulfatierung der erfindungsgemäßen Alkanolgemische auch beispielsweise Schwefeltrioxid, Schwefeltrioxid-Komplexen, Lösungen von Schwefeltrioxid in Schwefelsäure ("Oleum"), Chlorsulfonsäure, Sulfurylchlorid oder auch Amidosulfosäure eingesetzt werden. Die Reaktionsbedingungen sind dann zweckentsprechend anzupassen. Wird Schwefeltrioxid als Sulfatierungsmittel eingesetzt so kann die Reaktion auch vorteilhafterweise in einem Fallfilmreaktor im Gegenstrom, gewünschtenfalls auch kontinuierlich, ausgeführt werden.
Die Ansätze werden nach der Veresterung durch Alkalizusatz neutralisiert und, ggf. nach Entfernung überschüssigen Alkalisulfates und eventuell vorhandener Lösungsmittel, aufgearbeitet.
Die durch Sulfatiemng erfindungsgemäßer Alkanole und Alkanolether und deren Gemische erhaltenen sauren Alkanolsulfate und Alkanolethersulfate und deren Salze sind ebenfalls ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
In analoger Weise können erfindungsgemäße Alkanole und Alkanolether und deren Gemische mit Posphatierungsagenzien auch zu sauren Phosphorsäureestem umgesetzt (phosphatiert) werden.
Als Posphatierungsagenzien eignen sich vornehmlich Phosphorsäure, Polyphosphorsäure und Phosphorpentoxid, aber auch POCl3, wenn anschließend eine Hydrolyse der verbleibenden Säurechloridfunktionen vorgenommen wird. Die Phosphatierung von Alkoholen ist beispielsweise in Synthesis 1985, Seiten 449 bis 488 beschrieben worden.
Auch die durch Phosphatierung erfindungsgemäßer Alkanole und Alkanolether und deren Gemische erhaltenen sauren Alkanolphosphate und Alkanoletherphosphate sind ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Schließlich ist auch die Verwendung der ausgehend von den erfindungsgemäßen Olefingemischen herstellbaren Alkanolethergemische, Alkanolglycoside sowie die sauren Sulfate und Phosphate der Alkanolgemische und der Alkanolethergemische als Tenside ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Die folgenden Ausführungsbeispiele veranschaulichen die Herstellung und Verwendung der erfindungsgemäßen Tenside. Beispiel 1
Herstellung von Cs Cβ-Olefinen aus C -Olefin-strömen durch Metathese.
Eine butadienfreie C4-Fraktion mit einem Gesamtbutengehalt von 84,2 Gew.-% und einem Molverhältnis 1 -Buten : 2-Buten von 1,06 ("Raffinat II") wird bei 40 °C und 10 bar kontinuierlich durch einen mit Re2θ7/Al2θ3-Heterogenkontakt beschickten Rohrreaktor geleitet. Die Katalysatorbelastung wird auf 4500 kg/(m2*h) eingestellt. Der Reaktoraustrag wird destillativ getrennt und enthält folgende Komponenten (Angaben in Massenprozent): Ethen: 1,15 %, Propen: 18,9 %, Butan: 15,8 %, 2-Buten: 19,7 %, 1 -Buten: 13,3 %, i-Buten: 1,00 %, 2-Penten: 19,4 %, Methylbuten: 0,45 %, 3-Hexen 10,3 %.
Beispiele 2A und 2B: Heterogenkatalysierte Dimerisierung von 3-Hexen.
2A. Festbettverfahren.
Ein isotherm beheizbarer Reaktor mit 16 mm Durchmesser wurde mit 100 ml eines Katalysators der folgenden Zusammensetzung befüllt:
50 Gew.-% NiO, 34 Gew.-% SiO2, 13 Gew.-% TiO2, 3 Gew.-% Al2O3 (gemäß DE-A-43 39 713), 24 Stdn. bei 160°C in N2 konditioniert, eingesetzt als 1 bis 1,5 mm Splitt.
Es wurden 5 Versuche gemacht, wobei durch das festgelegte Katalysatorbett 3-
Hexen (99,9 gew.-%ig, 0,1 Gew.-% C7 bis Cn-Fraktionen) in einer auf das
Reaktorvolumen bezogenen Rate (WHSV) von 0,25 kg/l*h geleitet und in einer Rate von 24 bis 28 g/h ausgeschleust wurde. Variiert wurde bei den einzelnen
Versuchen die Reaktionstemperatur oder die Betriebsdauer des Versuchs.
Die folgende Tabelle 1 zeigt die Versuchsbedingungen der fünf Versuche und die dabei erhaltenen Ergebnisse. Tabelle 1. Verfahrensbedingungen und Ergebnisse beim Festbettverfahren.
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Das ausgeschleuste Produkt wurde fraktioniert destilliert und eine Bestimmung der Gerüstisomeren der Ci2-Fraktion durchgeführt. Die Analyse ergab 14,2 Gew.- % n-Dodecene, 31 ,8 Gew.-% 5-Methylundecene, 29,1 Gew.-% 4-Ethyldecene, 6,6 Gew.-% 5,6-Dimethyldecene, 9,3 Gew.-% 4-Methyl-5-ethylnonene und 3,7 Gew.- % Diethyloctene.
B. Suspensionsverfahren (Fließbettverfahren)
Ein isotherm beheizbaren Reaktor mit 20 mm Durchmesser und einem Volumen von 157 ml wurde mit 30 g eines Katalysators der folgenden Zusammensetzung befüllt:
50 Gew.-% NiO, 34 Gew.-% SiO2, 13 Gew.-% TiO2, 3 Gew.-% Al2O3 (gemäß DE-A-43 39 713), 24 Stdn. bei 160°C in N2 konditioniert, eingesetzt als 0,05 bis 0,5 mm Sprühgut.
Es wurden 6 Versuche gemacht wobei durch das Katalysator-Fließbett von unten her 3-Hexen (99,9 gew.-%ig, 0,1 Gew.-% C7 bis Cπ-Fraktionen) in einer auf das Reaktorvolumen bezogenen Rate von 0,25 kg/l*h geleitet wurde. Das aus dem Reaktor austretende Reaktionsprodukt wurde großteils rückgeführt (Rückführung :Feedmenge zwischen ca.45 und 60 variiert). Variiert wurde bei den einzelnen Versuchen auch die Reaktionstemperatur, die Feedmenge, die Kreislaufströmung, die Rückführrate und die WHSV des Versuchs. Die Versuchsdauer betmg 8 Stunden. Die folgenden Tabellen 2A und 2B zeigen die Versuchsbedingungen der sechs Versuche und die dabei erhaltenen Ergebnisse.
Tabellen 2
Versuchsbedingungen und Ergebnisse beim Suspensionsverfahren.
Tabelle 2A: Versuchsbedingungen
Figure imgf000025_0001
Tabelle 2B: Zusammensetzung des Reaktionsaustrags
Figure imgf000026_0001
Das ausgeschleuste Produkt wurde fraktioniert destilliert und eine Bestimmung der Gerüstisomeren der Cι2-Fraktion durchgeführt. Die Analyse ergab 14 Gew.-% n-Dodecene, 32 Gew.-% 5-Methylundecene, 29 Gew.-% 4-Ethyldecene, 7 Gew.- % 5,6-Dimethyldecene, 9 Gew.-% 4-Methyl-5-ethylnonene und 4 Gew.-% Diethyloctene.
Beispiel 3, Hydroformylierung der erfindungsgemäßen Dodecen-Mischung.
750 g des gemäß Beispiel 2B hergestellten Dodecengemisches werden mit 3,0 g Co2(CO)8 bei 185°C und 280 bar CO/H2 (Vol. -Verhältnis = 1:1,5) unter Zusatz von 75 g H2O in einem 2,5 1 Hubrührautoklaven 5 Stunden hydroformyliert. Der Reaktionsaustrag wird mit 10 gew.-%iger Essigsäure unter Lufteinleitung bei 90°C oxidativ entkobaltet. Das Oxoprodukt wird unter Zusatz von 10 Gew.-% CD Wasser in einem 2,5 1 Hubrührautoklaven mit 50 g Raney-Nickel bei 125°C und
280 bar Wasserstoffdruck 10 Stunden hydriert. Der Reaktionsaustrag wird fraktioniert destillirt.
450 g einer auf diese Weise hergestellten Tridecanolfraktion werden mit 3,5 g
NaBF t nachhydriert. Die OH-Zahl des erhaltenen Tridecanols beträgt 277 mg KOH/g.
Η-NMR-spektroskopisch wurde ein mittlerer Verzweigungsgrad von 2,3
Methylgruppen/Molekül bestimmt, entsprechend einem Verzweigungsgrad von
1,3.
Beispiel 3A, Hydroformylierung einer erfindungsgemäßen
Dodecenmischung.
2,12 kg des gemäß Beispiel 2A hergestellten Dodecengemisches werden mir 8 g Co2(CO)8 bei 185°C und 280 bar CO/H2 (Volumenverhältnis 1:1) unter Zusatz von 210 g Wasser in einem 5-1 Drehrührautoklaven 5 Stunden hydroformyliert. Der Reaktionsaustrag wird mit 10 gew.-%iger Essigsäure unter Lufteinleitung bei 90°C oxidativ entkobaltet. Das erhaltene Oxoprodukt wird in einem 5-1 Rohrreaktor in Rieselfahrweise an einem Co/Mo-Festbettkatalysator bei 175°C und 280 bar Wasserstoffdruck unter Zusatz von 10 Gew.-% Wasser hydriert. Das Alkoholgemisch wird destillativ aufgearbeitet. Das erhaltene Tridecanol hat eine OH-Zahl von 279 mg KOH/g; Η-NMR-spektroskopisch wird ein mittlerer Verzweigungsgrad von 1,53 gemessen.
Beispiel 3B, Hydroformylierung einer erfindungsgemäßen
Dodecenmischung.
50 mg Rhodiumbiscarbonyl-acetylacetonat, 4,5 g eines Polyethylenimins der Molmasse Mw = 460000, bei dem 60 % aller Stickstoffatome mit Laurinsäure acyliert sind, 800 g eines gemäß Beispiel 2A hergestellten Dodecengemisches und
196 g Toluol werden in einem 2,5-1 Hubrührautoklaven unter einem Dmck von
280 bar CO/H2 (Volumenverhältnis 1 :1) 7 Stunden auf 150°C erhitzt. Dann wird der Autoklav abgekühlt, entspannt und entleert.Durch Gaschromatographie des erhaltenen Reaktionsprodukts wird ein Umsatz des Olefins von 93 % festgestellt.
Das erhaltene Oxoprodukt wird in einem 2,5-1 Rohrreaktor in Rieselfahrweise an einem Co/Mo-Festbettkatalysator bei 175°C und 280 bar Wasserstoffdruck unter
Zusatz von 10 Gew.-% Wasser hydriert und das entstandene Alkoholgemisch destillativ aufgearbeitet. Das erhaltene Tridecanol hat eine OH-Zahl von 279 mg KOH/g; Η-NMR-spektroskopisch wird ein mittlerer Verzweigungsgrad von 1,63 gemessen.
Beispiel 3C, Hydroformylierung einer erfindungsgemäßen Dodecenmischung.
50 mg Rhodiumbiscarbonyl-acetylacetonat, 4,5 g eines Polyethylenimins der Molmasse Mw = 460000, bei dem 60 % aller Stickstoffatome mit Laurinsäure acyliert sind, 800 g eines gemäß Beispiel 2A hergestellten Dodecengemisches und 196 g Toluol werden in einem 2,5-1 Hubrührautoklaven unter einem Dmck von 280 bar CO/H2 (Volumenverhältnis 1 :1) 7 Stunden auf 160°C erhitzt. Dann wird der Autoklav abgekühlt, entspannt und entleert.Durch Gaschromatographie des erhaltenen Reaktionsprodukts wird ein Umsatz des Olefins von 94 % festgestellt. Das erhaltene Oxoprodukt wird in einem 2,5-1 Rohrreaktor in Rieselfahrweise an einem Co/Mo-Festbettkatalysator bei 175°C und 280 bar Wasserstoffdruck unter Zusatz von 10 Gew.-% Wasser hydriert und das entstandene Alkoholgemisch destillativ aufgearbeitet. Das erhaltene Tridecanol hat eine OH-Zahl von 279 mg KOH/g; Η-NMR-spektroskopisch wird ein mittlerer Verzweigungsgrad von 1,69 gemessen.
Beispiele 4A und 4B, Herstellung von Fettalkoholethoxilaten.
A. Fettalkoholethoxilat mit 7 mol Ethylenoxid.
400 g des gemäß Beispiel 3 hergestellten Alkanolgemisches werden mit 1,5 g NaOH in einen trockenen 2 1 - Autoklaven eingefüllt. Der Autoklaveninhalt wird auf 150°C erhitzt und 616 g Ethylenoxid unter Dmck in den Autoklaven gepreßt. Nachdem sich die gesamte Ethylenoxidmenge im Autoklaven befindet, wird der Autoklav für 30 Minuten bei 150°C gehalten. Nach dem Abkühlen wird der Katalysator durch Schwefelsäurezusatz neutralisiert. Das erhaltene Oxethylat stellt ein neutrales Tensid dar. Es hat einen Trübungspunkt von 72°C, gemessen nach DIN 53917, 1 gew.-%-ig in 10 gew.- %iger wässriger Butyldiglykollösung. Die Oberflächenspannung einer Lösung von 1 g/1 der Substanz in Wasser beträgt 27,3 mN/m, gemessen nach DIN 53914.
B. Fettalkoholethoxilat mit 3 mol Ethylenoxid.
600 g des gemäß Beispiel 3B hergestellten Alkanolgemisches werden mit 1,5 g NaOH in einen trockenen 2 1 - Autoklaven eingefüllt. Der Autoklaveninhalt wird auf 150°C erhitzt und 396 g Ethylenoxid unter Dmck in den Autoklaven gepreßt. Nachdem sich die gesamte Ethylenoxidmenge im Autoklaven befindet, wird der Autoklav für 30 Minuten bei 150°C gehalten. Nach dem Abkühlen wird der Katalysator durch Schwefelsäurezusatz neutralisiert.
Das erhaltene Oxethylat stellt ein neutrales Tensid dar. Es hat einen Trübungspunkt von 43,5°C, gemessen nach DIN 53917, 1 gew.-%-ig in 10 gew.- %iger wässriger Butyldiglykollösung. Die Oberflächenspannung einer Lösung von 1 g/1 der Substanz in Wasser beträgt 26,1 mN/m, gemessen nach DIN 53914.
Beispiele 5A und 5B, Herstellung von Alkyl- und Alkyletherphosphaten.
A. Alkylphosphat.
300 g des nach Beispiel 3B hergestellten Alkoholgemisches werden in einem Rührgefäß unter Stickstoff auf 60°C erwärmt und langsam mit 125 g
Polyphosphorsäure versetzt. Dabei soll die Temperatur 65°C nicht übersteigen.
Gegen Ende der Zugabe wird der Ansatz auf 70°C erwärmt und eine Stunde bei dieser Temperatur weitergerührt.
Das erhaltene Produkt stellt ein anionisches Tensid dar. Eine wässrige Lösung der Substanz in Wasser hat bei einer Konzentration von 1 g/1 eine
Oberflächenspannung von 29,8 mN/m, gemessen nach DIN 53914.
B. Alkyletherphosphat.
560 g des nach Beispiel 4B hergestellten Fettalkoholoxethylat-Gemisches werden in einem Rührgefäß unter Stickstoff auf 60°C erwärmt und langsam mit 92 g Polyphosphorsäure versetzt. Dabei soll die Temperatur 65°C nicht übersteigen. Gegen Ende der Zugabe wird der Ansatz auf 70°C erwärmt und eine Stunde bei dieser Temperatur weitergerührt. Das erhaltene Produkt stellt ein anionisches Tensid dar. Eine wässrige Lösung der Substanz in Wasser hat bei einer Konzentration von 1 g/1 eine Oberflächenspannung von 37,7 mN/m, gemessen nach DIN 53914.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Tensidalkoholen und Tensidalkoholethem durch Derivatisierung von Olefmen mit etwa 10 bis 20 C-Atomen oder von
Gemischen solcher Olefine und gegebenenfalls anschließende Alkoxylierung dadurch gekennzeichnet, daß man a) ein C4-Olefin-Gemisch der Metathese unterwirft, b) aus dem Metathesegemisch Olefine mit 5 bis 8 C-Atomen abtrennt, c) die abgetrennten Olefine einzeln oder im Gemisch einer Dimerisierung zu Olefingemischen mit 10 bis 16 C-Atomen unterzieht, d) das erhaltene Olefingemisch, gegebenenfalls nach einer Fraktionierung, der Derivatisierung zu einem Gemisch von Tensidalkoholen unterwirft und e) gegebenenfalls die Tensidalkohole alkoxyliert.
2. Verfahren gemäß Anspmch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt a), die Metathese, in Gegenwart von molybdän-, wolfram- oder rheniumhaltigen Katalysatoren ausgeführt wird.
3. Verfahren gemäß Anspmch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man im Verfahrensschritt b) die Olefine mit 5 und 6 C-Atomen abtrennt.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt c), die Dimerisierung, heterogenkatalysiert durchgeführt wird.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Dimerisierungskatalysator einsetzt, der wenigstens ein Element der VIII. Nebengruppe des periodischen Systems enthält, und man die Katalysatorzusammensetzung und die Reaktionsbedingungen so wählt, daß ein Dimerengemisch erhalten wird, welches weniger als 10 Gew.-% von Verbindungen enthält, die ein Strukturelement der Formel I (Ninylidengruppe)
Figure imgf000033_0001
worin A und A aliphatische Kohlenwasserstoffreste sind, aufweisen.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man im Verfahrensschritt c) die Olefine mit 5 und 6 C-Atomen einzeln oder im Gemisch dimerisiert.
7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man im Verfahrensschritt c) das 3 -Hexen dimerisiert.
8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Derivatisierung (Verfahrensschritt d)) durch Hydroformylierung ausführt.
9. Die nach den Verfahrensschritten a), b) und c) des Verfahrens des Anspruchs 1 , herstellbaren neuen Olefingemische.
10. Olefingemische gemäß Anspmch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Anteil unverzweigter Olefine von unter 25 Gew.-%, vorzugsweise unter 20 Gew.-%, aufweisen.
11. Olefingemische gemäß Anspmch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 80 % der Komponenten des Dimerisierungsgemisches im Bereich von 1/4 bis 3/4, vorzugsweise von 1/3 bis 2/3, der Kettenlänge ihrer Hauptkette eine Verzweigung, oder zwei Verzweigungen an benachbarten C- Atomen, aufweisen.
12. Olefingemische gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß an den Verzweigungsstellen der Hauptkette überwiegend Gmppen mit (y-4) und (y-5) C-Atomen gebunden sind, wobei y die Kohlenstoffatom-Anzahl des für die Dimerisierung eingesetzten Monomers ist.
13. Olefingemische gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der aliphatischen zu olefinischen
Wasserstoffatomen im Bereich von
Haiiph. : Hoiefm. = (2*n-0,5) : 0,5 bis (2*n-l,9) : 1,9 liegt, wobei n die Kohlenstoffatom-Anzahl des bei der Dimerisierung erhaltenen Olefins ist.
14. Olefingemische gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der aliphatischen zu olefinischen Wasserstoffatomen im Bereich von Haiiph. : HoIefin. = (2*n-l,0) : 1 bis (2*n-l,6) : 1,6 liegt.
15. Die nach den Verfahrensschritten a), b) c) d) und gegebenenfalls e) des Verfahrens des Anspmchs 1, herstellbaren neuen Tensidalkohole und deren Alkoxylierungsprodukte.
16. Verwendung der Tensidalkohol-Alkoxylierungsprodukte des Anspmchs 15 als nichtionische Tenside.
17. Verwendung der Tensidalkohole des Anspmchs 15 zur Herstellung von Tensiden.
18. Verwendung der Tensidalkohole des Anspmchs 15 zur Herstellung von Alkanolglycosid- und polyglycosid-Gemischen durch ein- oder mehrfache Umsetzung (Glycosidiemng, Polyglycosidiemng) mit Mono-, Di- oder Poly- sacchariden unter Ausschluß von Wasser unter Säurekatalyse oder mit O- Acetylsaccharid-haliden.
19. Verwendung der Tensidalkohole und deren Alkoxylierungsprodukte des Anspmchs 15 zur Herstellung oberflächenaktiver Sulfate durch Veresterung derselben mit Schwefelsäure oder Schwefelsäurederivaten zu sauren Alkylsulfaten oder Alkylethersulfaten.
0. Verwendung der Tensidalkohole und deren Alkoxylierungsprodukte des Anspmchs 15 zur Herstellung oberflächenaktiver Phosphate durch Verestemng derselben mit Phosphorsäure oder ihren Derivaten zu sauren Alkylphosphaten bzw. Alkyletherphosphaten.
PCT/EP1999/010237 1998-12-23 1999-12-21 Verfahren zur herstellung von tensidalkoholen und tensidalkoholethern, die hergestellten produkte und ihre verwendung Ceased WO2000039058A1 (de)

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