WO2021160448A1 - Niederdruckhydroformylierung von diisobuten - Google Patents

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WO2021160448A1
WO2021160448A1 PCT/EP2021/052241 EP2021052241W WO2021160448A1 WO 2021160448 A1 WO2021160448 A1 WO 2021160448A1 EP 2021052241 W EP2021052241 W EP 2021052241W WO 2021160448 A1 WO2021160448 A1 WO 2021160448A1
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rhodium
trimethylpent
reaction zone
alkyl
alkoxyl
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Jonas SCHWAB
Rocco Paciello
Rainer Papp
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BASF SE
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    • C07C49/20—Unsaturated compounds containing keto groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C49/203—Unsaturated compounds containing keto groups bound to acyclic carbon atoms with only carbon-to-carbon double bonds as unsaturation

Definitions

  • Cg aldehydes are important intermediates in the chemical industry.
  • the Cg alcohols obtained by hydrogenation of Cg aldehydes are used, for example, in the production of plasticizers, whereas the Cg alcohols obtained by oxidation of Cg alcohols and / or Cg aldehydes
  • Carboxylic acids are used, for example, in the manufacture of lubricants, including for use in refrigeration systems, in the manufacture of cosmetics or in the manufacture of metal salts.
  • metal salts are used, for example, as paint driers or PVC stabilizers.
  • Cg-aldehydes are produced industrially by hydroformylation of Cs-olefins.
  • the Cs-olefins used for the hydroformylation are usually Cs-isomer mixtures, such as are obtained by the dimerization of isobutene.
  • Processes for dimerizing isobutene are disclosed, for example, in US 2014/0128652 A1, RU 2270828 C1, US 2011/0065970 A1, US 5,064,794 A1 or EP 1360160 A1.
  • the main products of the dimerization of isobutene are usually 2,4,4-trimethylpent-1-ene and 2,4,4-trimethylpent-2-ene.
  • By-products which may arise, for example, due to skeletal isomerization reactions during the dimerization of isobutene, are 2,3,4-trimethylpentenes.
  • the hydroformylation can be carried out at high pressures with non-ligand-modified rhodium or Cobalt complexes, or cobalt complexes modified with ligands with a high isomerization effect (Shell process) become.
  • Processes for high-pressure hydroformylation and processes for hydroformylation with ligand-modified cobalt complexes are for example in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Oxo Synthesis, DOI: 10.1002 / 14356007. a18_312.pub2 or in J.
  • No. 6,403,837 describes a process for the rhodium-catalyzed hydroformylation of di-n-butene at pressures which are preferably in the range from 10 to 60 bar using a combination of organophosphonite and organophosphite ligands.
  • No. 4,467,116 describes the rhodium-catalyzed hydroformylation of ⁇ -alkyl-substituted acyclic ⁇ -olefins at pressures of 2 to 50 bar using organophosphite ligands.
  • the process should also be capable of converting mixtures of 2,4,4-trimethylpent-1-ene and 2,4,4-trimethylpent-2-ene under mild conditions in high time yields to 3,5,5-trimethylhexanal to hydroformylate.
  • the method according to the invention should also be distinguished by a high stability of the organophosphite ligands used.
  • a high time yield with regard to the hydroformylation of 2,4,4-trimethylpent-2-ene to 3,5,5-trimethylhexanal is obtained when a conversion of the starting material> 85% and a selectivity of> 95% within 10 h can be achieved.
  • a high time yield with regard to the hydroformylation of 2,4,4-trimethylpent-1-ene to 3,5,5-trimethylhexanal is present if a conversion of the starting material> 95% and a selectivity of> 95% within 10 h can be achieved.
  • By-products are degradation products of the ligands and / or reaction and / or secondary products from the reaction between the degradation products of the ligands and the aldehydes produced in the hydroformylation.
  • the object is achieved by a hydroformylation process for the preparation of 3,5,5-trimethylhexanal comprising the reaction of 2,4,4-trimethylpent-2-ene with H2 and CO in a reaction zone in the presence of one or more free organophosphite Ligands of the general formula (I)
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 are independently H, Cr to Cg-alkyl or Cr to Cg-alkoxyl and R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 are not simultaneously H, and
  • R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 are independently H, Cr to Cg-alkyl or Cr to Cg-alkoxyl and R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 are not simultaneously H, and
  • R 11 , R 12 , R 13 , R 14 and R 15 are independently H, Cr to Cg-alkyl or Cr to Cg-alkoxyl and R 11 , R 12 , R 13 , R 14 and R 15 are not simultaneously H, and a homogeneous rhodium catalyst complexed with one or more organophosphite ligands of the general formula (I) at a pressure of 1 to 100 bar abs and a temperature of 50 to 200.degree.
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 are, independently of one another, H, Cr to Cg-alkyl or Cr to Cg-alkoxyl, where R 1 , R 2 , R 3 , R 4 , and R 5 are not H at the same time are.
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 are independently H, Cr to C4-alkyl or Cr to C4-alkoxyl, where R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 are not simultaneously H are.
  • R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 are independently H, C to Cg-alkyl or Cr to Cg-alkoxyl, where R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 are not H at the same time .
  • R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 independently of one another, are preferably H, Cr to C4-alkyl or Cr to C4-alkoxyl, where R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 are not simultaneously H are.
  • R 11 , R 12 , R 13 , R 14 and R 15 are, independently of one another, H, Cr to Cg-alkyl or Cr to Cg-Alko xyl, where R 11 , R 12 , R 13 , R 14 and R 15 are not H at the same time .
  • R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10, independently of one another, are preferably H, Cr to C4-alkyl or Cr to C4-alkoxyl, where R 11 , R 12 , R 13 , R 14 and R 15 are not H at the same time are.
  • R 1 , R 3 and R 5 independently of one another are H, C 1 to C 6 alkyl or C 1 to C 4 alkoxyl, preferably H, C 1 to C 4 alkyl or C 1 to C 4 alkoxyl and R 2 and R 4 are H, where R 1 , R 3 and R 5 are not H at the same time, and
  • R 6 , R 8 and R 10 independently of one another are H, C 1 to C 6 alkyl or C 1 to C 4 alkoxyl, preferably H, C 1 to C 4 alkyl or C 1 to C 4 alkoxyl and R 7 and R 9 are H, where R 6 , R 8 and R 10 are not H at the same time, and R 11 , R 13 and R 15 independently of one another are H, C to Cg-alkyl or Cr to Cg-alkoxyl, preferably H, Cr to C 4 -alkyl or Cr to C 4 -alkoxyl and R 12 and R 14 are H, where R 11 , R 13 and R 15 are not H at the same time.
  • R 1 Cr to Cg alkyl or Cr to Cg alkoxyl preferably Cr to C 4 alkyl or Cr to C 4 alkoxyl
  • R 3 H Cr to Cg alkyl or Cr to Cg alkoxyl, preferably H, Cr to C 4 -Alkyl or Cr to C 4 -alkoxyl and R 2 , R 4 and R 5 H
  • R 1 Cr to Cg alkyl or Cr to Cg alkoxyl preferably Cr to C 4 alkyl or Cr to C 4 alkoxyl
  • R 3 H Cr to Cg alkyl or Cr to Cg alkoxyl, preferably H, Cr to C 4 -Alkyl or Cr to C 4 -alkoxyl and R 2 , R 4 and R 5 H
  • R 6 Cr to Cg alkyl or Cr to Cg alkoxyl preferably Cr to C 4 alkyl or Cr to C 4 alkoxyl
  • R 8 H Cr to Cg alkyl or Cr to Cg alkoxyl, preferably H, Cr to C 4 -Alkyl or Cr to C 4 -alkoxyl and R 7 , R 9 and R 10 H
  • R 6 Cr to Cg alkyl or Cr to Cg alkoxyl preferably Cr to C 4 alkyl or Cr to C 4 alkoxyl
  • R 8 H Cr to Cg alkyl or Cr to Cg alkoxyl, preferably H, Cr to C 4 -Alkyl or Cr to C 4 -alkoxyl and R 7 , R 9 and R 10 H
  • R 1 1 Cr to Cg alkyl or Cr to Cg alkoxyl, preferably Cr to C 4 alkyl or Cr to C 4 alkoxyl, R 13 H, Cr to Cg alkyl or Cr to Cg alkoxyl, preferably H, Cr to C 4 alkyl or Cr to C 4 alkoxyl and R 12 , R 14 and R 15 H.
  • R 1 and R 3 are Cr to Cg-alkyl or Cr to Cg-alkoxyl, preferably Cr to C 4 -alkyl or Cr to C 4 -alkoxyl and R 2 , R 4 and R 5 H, and
  • R 6 and R 8 Cr to Cg-alkyl or Cr to Cg -alkoxyl, preferably Cr to C 4 -alkyl or Cr to C 4 -alkoxyl and R 7 , R 9 and R 10 H, and
  • Embodiments XV) and XVI) are particularly preferred.
  • Cr to Cg-alkyl includes straight or branched Cr to Cg-alkyl groups or cyclic C3- to Cg-alkyl groups.
  • Cr to Cg-alkyl are, for example, methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, cyclopropyl, n-butyl, sec-butyl, iso-butyl, tert-butyl, n-pentyl, 2-methylbutyl, 3 -Methylbutyl, cyclopentyl, n-hexyl, cyclohexyl, 2-methylpentyl, 3-methylpentyl, 4-methylpentyl, 3,3-dimethylbutyl, 2-ethylbutyl, n-heptyl, 2-methylhexyl, 2-ethylpentyl, 4-methyl -Cyclohexyl, n-octyl, iso-octyl
  • Cr to C4-alkyl includes straight or branched Cr to C4-alkyl groups or cyclic C 3 -alkyl groups.
  • C 1 to C 4 -alkyl is, for example, methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, cyclopropyl, n-butyl, sec-butyl, iso-butyl or tert-butyl.
  • Cr to Cg alkoxyl includes straight or branched Cr to Cg alkoxyl groups or cyclic C 3 - to Cs alkoxyl groups.
  • Cr to Cg-alkoxyl are, for example, methoxy, ethoxy, n-propoxy, iso-propoxy, cyclopropoxy, n-butoxy, sec-butoxy, iso-butoxy, tert-butoxy, n-pentoxy, 2-methylbutoxy, 3 -Methylbutoxy, cyclopentoxy, n-hexoxy, cyclohexoxy, 2-methylpentoxy, 3-methylpentoxy, 4-methylpentoxy, 3,3-dimethylbutoxy, 2-ethylbutoxy, n-heptoxy, 2-methylhexoxy, 2-ethylpentoxy, 4-methyl -Cyclohexoxy, n-octoxy, iso-octoxy, 2-ethylhexoxy, n-nonoxy or iso-non
  • Cr to C4 alkoxyl includes straight or branched Cr to C4 alkoxy groups or cyclic C 3 alkoxy groups.
  • C 1 to C 4 alkoxyl is, for example, methoxy, ethoxy, n-propoxy, iso-propoxy, cyclopropoxy, n-butoxy, sec-butoxy, iso-butoxy or tert-butoxy.
  • mixtures of 2,4,4-trimethylpent-1-en and 2,4,4-trimethylpent-2-ene can also be used in the process according to the invention. If mixtures of 2,4,4-trimethylpent-1-en and 2,4,4-trimethylpent-2-ene are used in the process according to the invention, both isomers are hydroformylated to 3,5,5-trimethylhexanal with high time yields .
  • Mixtures of 2,4,4-trimethylpent-1-ene and 2,4,4-trimethylpent-2-ene are preferably used when the 2,4,4-trimethylpent-2-ene to be hydroformylated from the dimerization of isobutene originates and is thus obtained together with 2,4,4-trimethylpent-1-ene.
  • the composition of the mixtures can vary over wide ranges depending on the production and / or purification process.
  • Mixtures of 2,4,4-trimethylpent-1-en and 2,4,4-trimethylpent-2-en preferably have a quantitative ratio of 2,4,4-trimethylpent-1-en to 2,4,4-trimethylpent- 2-enes in the range from 99: 1 to 1:99, particularly preferably in the range from 95: 5 to 5:95, more preferably in the range from 80:20 to 20:80 and ins particularly preferably in the range from 80:20 to 70:30, for example a ratio of 75:25.
  • the molar ratio between the total amount of olefin and the total amount of rhodium in the reaction zone is preferably 10,000: 1 to 10: 1 and more preferably 5000: 1 to 100: 1.
  • the total amount of 2,4,4-trimethylpent-1-ene and 2,4,4-trimethylpent-2-ene based on the total amount of olefin in the feed to the reaction zone is preferably 10 to 100%, particularly preferably 50 to 100% and ins particularly preferably 90 to 100%.
  • other olefins can also be present in the feed to the reaction zone and, if appropriate, hydroformylated.
  • Such olefins are, for example, butenes, such as n-butene, 2-butene, isobutene and / or oligomers, such as those formed in the isobutene dimerization, for example 2,3,4-trimethylpentenes.
  • the hydroformylation takes place in a reaction zone which comprises one or more identical or different reactors.
  • the reaction zone is formed by a single reactor. If there are several reactors, the reactors can have the same or different mixing characteristics.
  • the reactors used can be subdivided one or more times by built-in structures. If a reaction zone is formed by more than one reactor, the reactors can be interconnected as desired. For example, the Re actuators can be connected in parallel or in series.
  • reactors such as stirred reactors, bubble column reactors as described, for example, in US Pat can, as described for example in EP 423769 A1, or compartmentalized reactors such as, for example, in EP 1231198 A1 or US 5728893 A be written.
  • the temperature in the reaction zone is 50 to 200.degree.
  • the temperature in the reaction zone in the process according to the invention is preferably from 80 to 150.degree. C. and particularly preferably from 90 to 120.degree.
  • the pressure in the reaction zone is 1 to 100 bar abs.
  • the pressure in the reaction zone in the process according to the invention is preferably from 5 to 80 bar abs, more preferably from 5 to 55 bar abs and particularly preferably from 8 to 20 bar abs.
  • the rhodium catalyst dissolved homogeneously in the reaction medium is preferably formed in situ in the reaction zone by reacting a rhodium precursor with one or more organophosphite ligands of the general formula (I), CO and H2.
  • the rhodium catalyst can also be used in preformed form.
  • the rhodium catalyst is formed by reacting a rhodium precursor with one or more organophosphite ligands of the general formula (I), CO and H2.
  • the rhodium catalyst is preferably preformed at a temperature of 50 to 200.degree. C., more preferably at a temperature of 80 to 150.degree. C. and particularly preferably at a temperature of 90 to 120.degree.
  • the pressure during the preforming is preferably 1 to 100 bar abs, more preferably 5 to 80 bar abs, more preferably 5 to 55 bar abs and particularly preferably 8 to 20 bar abs.
  • the preformation is carried out at a temperature and pressure comparable to that of the hydroformylation reaction itself.
  • the rhodium precursor is preferably dissolved in a solvent.
  • Suitable solvents are, for example, aromatics, such as toluene or xylenes, longer-chain hydrocarbons which are liquid under the reaction conditions, esters of aliphatic carboxylic acids with alkanols, such as Texanol®, esters of aromatic carboxylic acids such as Cs to C 4 dialkyl terephthalates or mixtures of two or more more of the aforementioned solvents.
  • the preforming can take place in the later reaction zone or in a separate reactor. If the preforming takes place in the later reaction zone, the olefins to be hydroformylated are fed to the reaction zone when the preforming of the rhodium catalyst has at least largely taken place.
  • Preferred rhodium precursors are rhodium carbonyls, rhodium (I) salts, rhodium (II) salts, rhodium (III) salts or mixtures of two or more of the aforementioned precursors.
  • Preferred rhodium carbonyls are Rh4 (CO) 12, Rh 6 (CO) i 6 or mixtures thereof.
  • Preferred rhodium (l) salts are Rh (CO) 2acac, Rh2 (CO) 4Cl2 or mixtures thereof.
  • a preferred rhodium (II) salt is Rh2 (OAc) 4.
  • a preferred rhodium (III) salt is Rh (NOs) 3.
  • Rhodium precursor and organophosphite ligand of the general formula (I) can be fed to the reaction zone together or separately.
  • the rhodium precursor and / or organophosphite ligand of the general formula (I) can be fed to the reaction zone either directly or in solution in a solvent.
  • the solvent is, for example, 3,5,5-trimethylhexanal or higher-boiling reaction components, e.g.
  • esters of aliphatic carboxylic acids with alkanols such as Texanol®
  • esters of aromatic carboxylic acids such as Cs- to C -dia- Ikylterephthalate or mixtures of two or more of the aforementioned solvents.
  • the rhodium concentration in the reaction zone is preferably in the range from 20 to
  • the molar ratio of the total amount of organophosphite ligands of the general formula (I) in the reaction zone to the total amount of rhodium in the reaction zone is preferably in the range from 1: 1 to 100: 1 and particularly preferably in the range from 2: 1 to 50: 1, for example at 20: 1 or at 10: 1.
  • Free organophosphite ligands of the general formula (I) are homogeneously distributed in the reaction medium in the reaction zone. Free organophosphite ligands of the general formula (I) are not complexed with rhodium or other metals.
  • the molar ratio of H2 to CO which are fed to the reaction zone is preferably 2:
  • H 2 and CO are usually fed to the reaction zone as a gas mixture.
  • the gas mixture can also contain other compounds such as CH 4 , N 2 , CO 2 and / or H 2 S.
  • the content of compounds other than H 2 and CO in the gas mixture is preferably less than 5% by volume. .
  • the process according to the invention is preferably carried out in a solvent.
  • a solvent has the advantage that the heat of reaction generated during the hydroformylation is better distributed and thus “hot spots” in the reaction zone are avoided. This allows side reactions, such as the degradation of the catalyst or condensation reactions of the aldehydes, to be reduced.
  • Suitable solvents are inert under the reaction conditions and during the work-up of the reaction products, ie they do not undergo any undesired reactions with the starting materials, reaction products, organophosphite ligands of the general formula (I), rhodium precursors and / or the catalyst, the kata lysatormetall or catalyst metal-ligand complexes.
  • Suitable solvents are, for example, 3,5,5-trimethylhexanal or higher-boiling reaction components, for example the products from the aldol condensation of 3,5,5-trimethylhexanal.
  • aromatics such as toluene or xylenes, relatively long-chain hydrocarbons which are liquid under the reaction conditions, esters of aliphatic carboxylic acids with alkanols, such as Texanol®, and aromatic esters Carboxylic acids, such as C 8 -C 8 -dialkyl terephthalates, or mixtures of two or more of the aforementioned solvents.
  • the process according to the invention can be carried out continuously, semi-continuously or batchwise. A continuous or semi-continuous procedure is preferred.
  • the hydroformylation products are separated off from the discharge from the reaction zone preferably via the liquid discharge process.
  • the essentially liquid discharge from the reaction zone is fed to a rectification, the hydroformylation products being obtained as top products.
  • the hydroformylation products obtained in this way can then be fed to further work-up and / or reprocessing steps, for example hydrogenation or oxidation.
  • the essentially liquid discharge from the reaction zone is depressurized in one or more stages, the discharge from each depressurization step being separated into a liquid and a gaseous phase.
  • the gaseous phase and the liquid phase, which arise on the last Ent voltage stage, are then fed to a rectification column in countercurrent.
  • the hydroformylation products are predominantly obtained in the top fraction.
  • the high-boiling by-products are complexed together with the catalyst metal ligands and, if necessary, their degradation products are predominantly obtained in the bottom fraction.
  • the high-boiling by-products and the catalyst metal-ligand complexes dissolved therein, and possibly their degradation products, can be returned to the hydroformylation reaction or the
  • Preferred embodiments of the invention are: 1. A hydroformylation process for the preparation of 3,5,5-trimethylhexanal comprising the reaction of 2,4,4-trimethylpent-2-ene with H2 and CO in a reaction zone in the presence of one or more free organophosphite ligands of the general form mel (I)
  • R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 are independently H, Cr to Cg-alkyl or Cr to Cg-alkoxyl and R 1 , R 2 , R 3 , R 4 and R 5 are not simultaneously H, and
  • R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 are independently H, Cr to Cg-alkyl or Cr to Cg-alkoxyl and R 6 , R 7 , R 8 , R 9 and R 10 are not simultaneously H, and
  • R 11 , R 12 , R 13 , R 14 and R 15 are independently H, Cr to Cg-alkyl or Cr to Cg-alkoxyl and R 11 , R 12 , R 13 , R 14 and R 15 are not simultaneously H, and a homogeneous rhodium catalyst complexed with one or more organophosphite ligands of the general formula (I) at a pressure of 1 to 100 bar abs and a temperature of 50 to 200.degree.
  • the quantitative ratio of 2,4,4-trimethylpent-1-ene to 2,4,4-trimethylpent-2-ene in the mixture used in the range from 99: 1 to 1:99 being preferred is in the range from 95: 5 to 5:95, more preferably in the range from 80:20 to 20:80 and particularly preferably in the range from 80:20 to 70:30, and is for example 75:25.
  • the method according to any one of embodiments 1 to 3, wherein the total amount of 2,4,4-trimethylpent-1-ene and 2,4,4-trimethylpent-2-ene is based on the total amount of olefin in the feed to the reaction zone 10 to 100 %, preferably 50 to 100% and particularly preferably 90 to 100%.
  • rhodium precursor is rhodium carbonyls, rhodium (I) salts, rhodium (II) salts, rhodium (III) salts or mixtures of two or more of the aforementioned Precursors.
  • rhodium (I) salts are Rh (CO) 2acac, Rh2 (CO) 4Cl2 or mixtures thereof.
  • Rh (CO) 2 (acac) (5.1 mg, 0.02 mmol) and tris (2,4-di-tert-butylphenyl) phosphite (640 mg, 0.99 mmol) in diisobutene (20.0 g, 178 mmol; 2,4,4-trimethylpent-1-en / 2,4,4-trimethylpent-2-en: 80:20 to 75:25) dissolved and filled into a 100 ml stainless steel autoclave under argon countercurrent. Then ⁇ 5 bar CO / H2 (1: 1) were applied and heated to 100 ° C within 10 min. At this temperature the pressure was increased to 10 bar and the mixture was stirred for 10 h.
  • Rh (CO) 2 (acac) (5.1 mg, 0.02 mmol) and tris (2,4-di-tert-butylphenyl) phosphite (640 mg, 0.99 mmol) were dissolved in toluene (2.5 ml) under argon and dissolved in a 100 ml_ stainless steel autoclave is filled. Then 10 bar CO / H2 (1: 1) were applied, heated to 100 ° C within 10 min and stirred for 1 h.
  • Rh (CO) 2 (acac) (5.1 mg, 0.02 mmol) were tris (2,4-di-tert-butylphenyl) phosphite (640 mg, 0.99 mmol) in 2,4,4-trimethylpent-2-ene under argon (20.0 g, 178 mmol) dissolved and filled into a 100 ml stainless steel autoclave under argon flow. Then ⁇ 5 bar CO / H2 (1: 1) were applied and heated to 100 ° C within 10 min. At this temperature the pressure was increased to 10 bar and the mixture was stirred for 10 h. The autoclave was cooled to room temperature, let down to atmospheric pressure and an aliquot of the resulting reaction product was analyzed by means of gas chromatography.
  • t R (2,4,4-trimethylpent-1-ene) 5.27 min
  • t R (2,4,4-trimethylpent-2-ene) 5.77 min
  • t R (3,5,5-trimethylhexanal ) 13.76 min).
  • the ligand has a high stability in the reaction product.
  • the high stability of the ligand ensures a long service life for the process.
  • the high stability of the ligands has the advantage that the formation of by-products is reduced.
  • the ligands and / or the catalyst metal-ligand complex can be returned to the process because of their high stability.

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Abstract

Hydroformylierungsverfahren zur Herstellung von 3,5,5-Trimethylhexanal umfassend die Umsetzung von 2,4,4-Trimethylpent-2-en mit H2 und CO in einer Reaktionszone in Gegenwart von einem oder mehreren freien Organophosphit-Liganden der allgemeinen Formel (I) Formel (I) wobei, R1, R2, R3, R4 und R5 unabhängig voneinander H, C1- bis C9-Alkyl oder C1- bis C9-Alkoxyl sind und R1, R2, R3, R4 und R5 nicht gleichzeitig H sind, und R6, R7, R8, R9 und R10 unabhängig voneinander H, C1- bis C9-Alkyl oder C1- bis C9-Alkoxyl sind und R6, R7, R8, R9 und R10 nicht gleichzeitig H sind, und R11, R12, R13, R14 und R15 unabhängig voneinander H, C1- bis C9-Alkyl oder C1- bis C9-Alkoxyl sind und R11, R12, R13, R14 und R15 nicht gleichzeitig H sind, und eines mit einem oder mehreren Organophosphit-Liganden der allgemeinen Formel (I) komplexierten, homogenen Rhodium-Katalysators bei einem Druck von 1 bis 100 bar abs und einer Temperatur von 50 bis 200 °C.

Description

Niederdruckhydroformylierung von Diisobuten
Beschreibung
Cg-Aldehyde stellen wichtige Zwischenprodukte in der chemischen Industrie dar. Die durch Hyd rierung von Cg-Aldehyden erhaltenen Cg-Alkohole finden beispielsweise Verwendung bei der Herstellung von Weichmachern, wohingegen die durch Oxidation von Cg-Alkoholen und/oder Cg-Aldehyden erhaltenen Cg-Carbonsäuren beispielsweise bei der Herstellung von Schmierstof fen, u.a. zur Verwendung in Kälteanlagen, bei der Herstellung von Kosmetika oder bei der Her stellung von Metallsalzen Verwendung finden. Derartige Metallsalze finden beispielsweise An wendung als Farbentrockner oder PVC-Stabilisatoren.
Industriell werden Cg-Aldehyde durch Hydroformylierung von Cs-Olefinen hergestellt. Bei den zur Hydroformylierung eingesetzten Cs-Olefinen handelt es sich üblicherweise um Cs-Isomeren- gemische, wie sie durch Dimerisierung von Isobuten erhalten werden. Verfahren zur Dimerisie rung von Isobuten sind beispielsweise in der US 2014/0128652 A1 , der RU 2270828 C1, der US 2011/0065970 A1 , US 5,064,794 A1 oder der EP 1360160 A1 offenbart. Als Hauptprodukte der Dimerisierung von Isobuten werden üblicherweise 2,4,4-Trimethylpent-1-en und 2,4,4-Tri- methylpent-2-en erhalten. Nebenprodukte, die beispielsweise aufgrund von Gerüstisomerisie rungsreaktionen während der Dimerisierung von Isobuten entstehen können, sind 2,3,4-Trime- thylpentene.
Aufgrund der geringeren Reaktivität von 2,4,4-Trimethylpent-2-en gegenüber 2,4, 4-Trimethyl- pent-1-en kommt es bei der Hydroformylierung von Mischungen von 2,4,4-Trimethylpent-1-en und 2,4,4-Trimethylpent-2-en zu einer Aufpegelung von 2,4,4-Trimethylpent-2-en im Reaktions system. Hierdurch reduziert sich die Raum-Zeit-Ausbeute und eine Abtrennung des 2,4,4-Tri- methylpent-2-en aus dem Reaktionssystem ist notwendig.
Um das abgetrennte 2,4,4-Trimethylpent-2-en produktiv in der Hydroformylierung zu nutzen, kann dieses beispielsweise zu 2,4,4-Trimethylpent-1-en isomerisiert und anschließend in die Hydroformylierungsreaktion rückgeführt werden. Ein Verfahren zur Isomerisierung von 2,4,4- Trimethylpent-2-en unter Säurekatalyse ist beispielsweise in der US 2,554,251 beschrieben. Dies stellt jedoch einen zusätzlichen Prozessschritt dar und ist daher nicht erstrebenswert.
Um eine Abtrennung von 2,4,4-Trimethylpent-2-en aus dem Reaktionssystem zu vermeiden und 2,4,4-Trimethylpent-2-en zu hydroformylieren, kann die Hydroformylierung bei hohen Drü cken mit nicht Liganden-modifizierten Rhodium- oder Cobalt-Komplexen, oder mit Liganden modifizierten Cobalt-Komplexen mit hoher Isomerisierungswirkung (Shell Prozess) durchgeführt werden. Verfahren zur Hochdruckhydroformylierung und Verfahren zur Hydroformylierung mit Liganden-modifizierten Cobalt-Komplexen sind beispielsweise in Ullmann’s Encyclopedia of In dustrial Chemistry, Oxo Synthesis, DOI: 10.1002/14356007. a18_312.pub2 oder in J. Falbe, Carbon Monoxide in Organic Synthesis, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, New York, 1970, Seite 70 bis 74 beschrieben. Nachteile an den genannten Verfahren sind die genannten hohen Drücke, und/oder die hohen Hydrierraten der gebildeten Aldehyde zu den entsprechenden Alko holen. Die dadurch entstehenden komplexen Produktgemische müssen nachgelagert aufwen dig getrennt werden.
US 6,403,837 beschreibt ein Verfahren zur Rhodium-katalysierten Hydroformylierung von Di-n- buten bei Drücken, die bevorzugt im Bereich von 10 bis 60 bar liegen unter Verwendung einer Kombination von Organophosphonit- und Organophosphit-Liganden.
In US 4,467,116 wird die Rhodium-katalysierte Hydroformylierung von ß-alkylsubstituierten acyclischen a-Olefinen bei Drücken von 2 bis 50 bar unter Verwendung von Organophosphit- Liganden beschrieben.
Ein Verfahren zur Rhodium-katalysierten Hydroformylierung von 2,4,4-Trimethylpent-2-en zu 3,5,5-Trimethylhexanal unter milden Bedingungen und unter Verwendung von Organophosphit- Liganden, das hohe Zeitausbeuten liefert ist im Stand der Technik jedoch nicht bekannt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Rhodium-katalysiertes Verfahren zur Verfü gung zu stellen, bei diesem 2,4,4-Trimethylpent-2-en unter milden Bedingungen in hohen Zeit ausbeuten zu 3,5,5-Trimethylhexanal in Gegenwart von Organophosphit-Liganden hydroformy- liert werden kann. Ebenso soll das Verfahren in der Lage sein, Mischungen von 2,4,4-Trimethyl- pent-1-en und 2,4,4-Trimethylpent-2-en unter milden Bedingungen in hohen Zeitausbeuten zu 3,5,5-Trimethylhexanal zu hydroformylieren. Das erfindungsgemäße Verfahren soll sich zudem durch eine hohe Stabilität der eingesetzten Organophosphit-Liganden auszeichnen. Damit soll sichergestellt werden, dass es nur zu einer geringen Nebenproduktbildung kommt, und im Fall einer kontinuierlichen Verfahrensführung, die Liganden und/oder die Katalysatormetall-Ligan- den-Komplexe in das Verfahren zurückgeführt werden können. Ebenfalls wird dadurch eine hohe Standzeit des Verfahrens ermöglicht.
Eine hohe Zeitausbeute bzgl. der Hydroformylierung von 2,4,4-Trimethylpent-2-en zu 3,5,5-Tri methylhexanal liegt vor, wenn ein Umsatz des Edukts >85% und eine Selektivität von >95% in nerhalb von 10 h erreicht werden. Eine hohe Zeitausbeute bzgl. der Hydroformylierung von 2,4,4-Trimethylpent-1-en zu 3,5,5-Tri- methylhexanal liegt vor, wenn ein Umsatz des Edukts >95% und eine Selektivität von >95% in nerhalb von 10 h erreicht werden.
Milde Bedingungen liegen vor, wenn der Druck bei dem die Hydroformylierung durchgeführt wird 1 bis 100 bar abs, bevorzugt, 5 bis 80 bar abs, weiter bevorzugt 5 bis 55 bar abs und be sonders bevorzugt 8 bis 20 bar abs beträgt und die Temperatur bei der die Hydroformylierung durchgeführt wird 50 bis 200 °C, bevorzugt 80 bis 150 °C, und besonders bevorzugt 90 bis 120°C beträgt.
Bei Nebenprodukten handelt es sich um Abbauprodukte der Liganden und/oder Reaktions und/oder Folgeprodukte aus der Reaktion zwischen den Abbauprodukten der Liganden und den bei der Hydroformylierung hergestellten Aldehyden.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Hydroformylierungsverfahren zur Herstellung von 3,5,5-Tri- methylhexanal umfassend die Umsetzung von 2,4,4-Trimethylpent-2-en mit H2 und CO in einer Reaktionszone in Gegenwart von einem oder mehreren freien Organophosphit-Liganden der allgemeinen Formel (I)
Figure imgf000005_0001
Formel (I) wobei,
R1, R2, R3, R4 und R5 unabhängig voneinander H, Cr bis Cg-Alkyl oder Cr bis Cg-Alkoxyl sind und R1, R2, R3, R4 und R5 nicht gleichzeitig H sind, und
R6, R7, R8, R9 und R10 unabhängig voneinander H, Cr bis Cg-Alkyl oder Cr bis Cg-Alkoxyl sind und R6, R7, R8, R9 und R10 nicht gleichzeitig H sind, und
R11, R12, R13, R14 und R15 unabhängig voneinander H, Cr bis Cg-Alkyl oder Cr bis Cg-Alkoxyl sind und R11, R12, R13, R14 und R15 nicht gleichzeitig H sind, und eines mit einem oder mehreren Organophosphit-Liganden der allgemeinen Formel (I) kom- plexierten, homogenen Rhodium-Katalysators bei einem Druck von 1 bis 100 bar abs und einer Temperatur von 50 bis 200°C.
In einer Verbindung der allgemeinen Formel (I) sind:
Figure imgf000006_0001
R1, R2, R3, R4 und R5 sind unabhängig voneinander H, Cr bis Cg-Alkyl oder Cr bis Cg-Alkoxyl, wobei R1, R2, R3, R4, und R5 nicht gleichzeitig H sind. Bevorzugt sind R1, R2, R3, R4 und R5 un abhängig voneinander H, Cr bis C4-Alkyl oder Cr bis C4-Alkoxyl, wobei R1, R2, R3, R4 und R5 nicht gleichzeitig H sind.
R6, R7, R8, R9 und R10 sind unabhängig voneinander H, C bis Cg-Alkyl oder Cr bis Cg-Alkoxyl, wobei R6, R7, R8, R9 und R10 nicht gleichzeitig H sind. Bevorzugt sind R6, R7, R8, R9 und R10 un abhängig voneinander H, Cr bis C4-Alkyl oder Cr bis C4-Alkoxyl, wobei R6, R7, R8, R9 und R10 nicht gleichzeitig H sind.
R11, R12, R13, R14 und R15 sind unabhängig voneinander H, Crbis Cg-Alkyl oder Cr bis Cg-Alko xyl, wobei R11, R12, R13, R14 und R15 nicht gleichzeitig H sind. Bevorzugt sind R6, R7, R8, R9 und R10 unabhängig voneinander H, Cr bis C4-Alkyl oder Cr bis C4-Alkoxyl, wobei R11, R12, R13, R14 und R15 nicht gleichzeitig H sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Formel (I) sind:
R1, R3 und R5 unabhängig voneinander H, Crbis Cg-Alkyl oder Cr bis Cg-Alkoxyl, bevorzugt H, Cr bis C4-Alkyl oder Cr bis C4-Alkoxyl und R2 und R4 H, wobei R1, R3 und R5 nicht gleichzeitig H sind, und
R6, R8 und R10 unabhängig voneinander H, Crbis Cg-Alkyl oder Cr bis Cg-Alkoxyl, bevorzugt H, Cr bis C4-Alkyl oder Cr bis C4-Alkoxyl und R7 und R9 H, wobei R6, R8 und R10 nicht gleichzeitig H sind, und R11, R13 und R15 unabhängig voneinander H, C bis Cg-Alkyl oder Cr bis Cg-Alkoxyl, bevorzugt H, Cr bis C4-Alkyl oder Cr bis C4-Alkoxyl und R12 und R14 H, wobei R11, R13 und R15 nicht gleichzeitig H sind.
In einerweiter bevorzugten Ausführungsform der Formel (I) sind:
R1 Crbis Cg-Alkyl oder Cr bis Cg-Alkoxyl, bevorzugt Cr bis C4-Alkyl oder Cr bis C4-Alkoxyl, R3 H, Crbis Cg-Alkyl oder Cr bis Cg-Alkoxyl, bevorzugt H, Cr bis C4-Alkyl oder Cr bis C4-Alkoxyl und R2, R4 und R5 H, und
R6 Crbis Cg-Alkyl oder Cr bis Cg-Alkoxyl, bevorzugt Cr bis C4-Alkyl oder Cr bis C4-Alkoxyl, R8 H, Crbis Cg-Alkyl oder Cr bis Cg-Alkoxyl, bevorzugt H, Cr bis C4-Alkyl oder Cr bis C4-Alkoxyl und R7, R9 und R10 H, und
R1 1 Crbis Cg-Alkyl oder Cr bis Cg-Alkoxyl, bevorzugt Cr bis C4-Alkyl oder Cr bis C4-Alkoxyl, R13 H, Crbis Cg-Alkyl oder Cr bis Cg-Alkoxyl, bevorzugt H, Cr bis C4-Alkyl oder Cr bis C4-AI- koxyl und R12, R14 und R15 H.
In einerweiter bevorzugten Ausführungsform der Formel (I) sind:
R1 und R3 Crbis Cg-Alkyl oder Cr bis Cg-Alkoxyl, bevorzugt Cr bis C4-Alkyl oder Cr bis C4-AI- koxyl und R2, R4 und R5 H, und
R6 und R8 Crbis Cg-Alkyl oder Cr bis Cg-Alkoxyl, bevorzugt Cr bis C4-Alkyl oder Cr bis C4-AI- koxyl und R7, R9 und R10 H, und
R1 1 und R13 Crbis Cg-Alkyl oder Cr bis Cg-Alkoxyl, bevorzugt Cr bis C4-Alkyl oder Cr bis C4-
Alkoxyl und R12, R14 und R15 H, wobei R1, R3, R6, R8, R1 1 und R13 gleich sind.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen der Formel (I) sind:
Figure imgf000007_0001
Figure imgf000008_0001
Insbesondere sind die Ausführungsformen XV) und XVI) bevorzugt.
Cr bis Cg-Alkyl umfasst gerade oder verzweigte Cr bis Cg-Alkylgruppen oder cyclische C3- bis Cg-Alkylgruppen. Bei Cr bis Cg-Alkyl handelt es sich beispielsweise um Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, Cyclopropyl, n-Butyl, sec-Butyl, iso-Butyl, tert-Butyl, n-Pentyl, 2-Methylbutyl, 3-Me- thylbutyl, Cyclopentyl, n-Hexyl, Cyclohexyl, 2-Methylpentyl, 3-Methylpentyl, 4-Methylpentyl, 3,3- Dimethylbutyl, 2-Ethylbutyl, n-Heptyl, 2-Methylhexyl, 2-Ethylpentyl, 4-Methyl-Cyclohexyl, n- Octyl, iso-Octyl, 2-Ethylhexyl, n-Nonyl oder iso-Nonyl. Cr bis C4-Alkyl umfasst gerade oder verzweigte Cr bis C4-Alkylgruppen oder cyclische C3-AI- kylgruppen. Bei Cr bis C4-Alkyl handelt es sich beispielsweise um Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso- Propyl, Cyclopropyl, n-Butyl, sec-Butyl, iso-Butyl oder tert-Butyl.
Cr bis Cg-Alkoxyl umfasst gerade oder verzweigte Cr bis Cg-Alkoxylgruppen oder cyclische C3- bis Cs-Alkoxylgruppen. Bei Cr bis Cg-Alkoxyl handelt es sich beispielsweise um Methoxy, Ethoxy, n-Propoxy, iso-Propoxy, Cyclopropoxy, n-Butoxy, sec-Butoxy, iso-Butoxy, tert-Butoxy, n-Pentoxy, 2-Methylbutoxy, 3-Methylbutoxy, Cyclopentoxy, n-Hexoxy, Cyclohexoxy, 2-Methyl- pentoxy, 3-Methylpentoxy, 4-Methylpentoxy, 3,3-Dimethylbutoxy, 2-Ethylbutoxy, n-Heptoxy, 2- Methylhexoxy, 2-Ethylpentoxy, 4-Methyl-Cyclohexoxy, n-Octoxy, iso-Octoxy, 2-Ethylhexoxy, n- Nonoxy oder iso-Nonoxy.
Cr bis C4-Alkoxyl umfasst gerade oder verzweigt Cr bis C4-Alkoxygruppen oder cyclische C3- Alkoxygruppen. Cr bis C4-Alkoxyl handelt es sich beispielsweise um Methoxy, Ethoxy, n- Propoxy, iso-Propoxy, Cyclopropoxy, n-Butoxy, sec-Butoxy, iso-Butoxy oder tert-Butoxy.
Neben 2,4,4-Trimethylpent-2-en können auch Mischungen von 2,4,4-Trimethylpent-1-en und 2,4,4-Trimethylpent-2-en in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden. Werden Mi schungen von 2,4,4-Trimethylpent-1-en und 2,4,4-Trimethylpent-2-en in dem erfindungsgemä ßen Verfahren eingesetzt werden beide Isomere mit hohen Zeitausbeuten zu 3,5,5-Trimethylhe- xanal hydroformyliert.
Mischungen von 2,4,4-Trimethylpent-1-en und 2,4,4-Trimethylpent-2-en werden bevorzugt dann eingesetzt, wenn das zu hydroformylierende 2,4,4-Trimethylpent-2-en aus der Dimerisierung von Isobuten stammt und dadurch gemeinsam mit 2,4,4-Trimethylpent-1-en anfällt.
Aufgrund der unterschiedlichen Dimerisierungsverfahren für Isobuten und/oder der unterschied lichen Aufreinigungsverfahren des aus der Dimerisierung erhaltenen Diisobutens, kann die Zu sammensetzung der Mischungen je nach Herstellungs- und/oder Aufreinigungsverfahren über weite Bereiche variieren.
Mischungen von 2,4,4-Trimethylpent-1-en und 2,4,4-Trimethylpent-2-en weisen bevorzugt ein Mengenverhältnis von 2,4,4-Trimethylpent-1-en zu 2,4,4-Trimethylpent-2-en im Bereich von 99 : 1 bis 1 : 99, besonderes bevorzugt im Bereich von 95 : 5 bis 5 : 95, weiter bevorzugt im Bereich von 80 : 20 bis 20 : 80 und ins besonders bevorzugt im Bereich von 80 : 20 bis 70 : 30 auf, so beispielsweise ein Verhältnis von 75 : 25. Das Molverhältnis zwischen der Gesamtmenge an Olefin und der Gesamtmenge an Rhodium in der Reaktionszone beträgt bevorzugt 10000 : 1 bis 10 : 1 und weiter bevorzugt 5000 : 1 bis 100 : 1.
Die Gesamtmenge an 2,4,4-Trimethylpent-1-en und 2,4,4-Trimethylpent-2-en an der Gesamt menge an Olefin im Feed zur Reaktionszone beträgt bevorzugt 10 bis 100 %, besonders bevor zugt 50 bis 100 % und ins besonders bevorzugt 90 bis 100 %. Neben 2,4,4-Trimethylpent-1-en und 2,4,4-Trimethylpent-2-en können noch andere Olefine im Feed zur Reaktionszone vorlie gen und ggf. hydroformyliert werden. Solche Olefine sind beispielsweise Butene, wie n-Buten, 2-Buten, Isobuten und/oder Oligomere, wie sie bei der Isobutendimerisierung entstehen kön nen, beispielsweise 2,3,4-Trimethylpentene.
Die Hydroformylierung erfolgt in einer Reaktionszone die einen oder mehrere, gleiche oder ver schiedene Reaktoren umfasst. Im einfachsten Fall wird die Reaktionszone durch einen einzel nen Reaktor gebildet. Bei mehreren Reaktoren können die Reaktoren gleiche oder unterschied liche Vermischungscharakteristiken aufweisen. Die verwendeten Reaktoren können durch Ein bauten ein- oder mehrfach unterteilt sein. Wird eine Reaktionszone durch mehr als einen Reak tor gebildet, können die Reaktoren untereinander beliebig verschaltet sein. So können die Re aktoren beispielsweise parallel oder in Reihe geschaltet sein. Als Reaktoren eignen sich prinzi piell alle Reaktortypen, die für Hydroformylierungsreaktionen geeignet sind, wie Rührreaktoren, Blasensäulenreaktoren wie bspw. in US 4778929 A beschrieben, Umlaufreaktoren wie bspw. in EP 11140017 A1 beschrieben, Rohrreaktoren, wobei die einzelnen Reaktoren einer Reihe un terschiedliche Mischungscharakteristiken haben können, wie bspw. in EP 423769 A1 beschrie ben oder kompartimentierte Reaktoren wie bspw. in EP 1231198 A1 oder US 5728893 A be schrieben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beträgt die Temperatur in der Reaktionszone 50 bis 200°C. Bevorzugt beträgt die Temperatur in der Reaktionszone bei dem erfindungsgemäßen Verfahren 80 bis 150°C uns besonders bevorzugt 90 bis 120°C.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beträgt der Druck in der Reaktionszone 1 bis 100 bar abs. Bevorzugt beträgt der Druck in der Reaktionszone bei dem erfindungsgemäßen Verfahren 5 bis 80 bar abs, weiter bevorzugt 5 bis 55 bar abs und besonders bevorzugt 8 bis 20 bar abs.
Der homogen im Reaktionsmedium gelöste Rhodium-Katalysator wird bevorzugt in situ in der Reaktionszone durch Umsetzung eines Rhodium-Präkursors mit einem oder mehreren Organo- phosphit-Liganden der allgemeinen Formel (I), CO und H2 gebildet. Ebenfalls bevorzugt, kann der Rhodiumkatalysator auch präformiert eingesetzt werden. Hierzu wird der Rhodiumkatalysator durch Umsetzung eines Rhodium-Präkursors mit einem oder meh reren Organophosphit-Liganden der allgemeinen Formel (I), CO und H2 gebildet. Die Präformie rung des Rhodiumkatalysators erfolgt bevorzugt bei einer Temperatur von 50 bis 200 °C, weiter bevorzugt bei einer Temperatur von 80 bis 150 °C und besonders bevorzugt bei einer Tempera tur von 90 bis 120 °C. Der Druck bei der Präformierung beträgt bevorzugt 1 bis 100 bar abs, weiter bevorzugt 5 bis 80 bar abs, weiter bevorzugt 5 bis 55 bar abs und besonders bevorzugt 8 bis 20 bar abs. In besonders bevorzugten Fällen wird die Präformierung bei vergleichbarer Temperatur und bei vergleichbarem Druck, wie die Hydroformylierungsreaktion selbst durchge führt. Der Rhodium-Präkursor ist bevorzugt in einem Lösungsmittel gelöst. Geeignete Lösungs mittel sind beispielsweise Aromaten, wie Toluol oder Xylole, längerkettige Kohlenwasserstoffe, die unter den Reaktionsbedingungen flüssig sind, Ester aliphatischer Carbonsäuren mit Alkano- len, wie Texanol®, Ester aromatischer Carbonsäuren, wie Cs- bis C -Dialkylterephthalate oder Mischungen aus zwei oder mehr der zuvor genannten Lösungsmittel. Die Präformierung kann in der späteren Reaktionszone oder in einem separaten Reaktor erfolgen. Erfolgt die Präformie rung in der späteren Reaktionszone werden die zu hydroformylierenden Olefine der Reaktions zone zugeführt, wenn die Präformierung des Rhodiumkatalysators zumindest weitgehend er folgt ist.
Bevorzugte Rhodium-Präkursoren sind Rhodiumcarbonyle, Rhodium(l)-Salze, Rhodium(ll)- Salze, Rhodium(lll)-Salze oder Mischungen aus zwei oder mehr der zuvor genannten Präkurso ren. Bevorzugte Rhodiumcarbonyle sind Rh4(CO)i2, Rh6(CO)i6 oder Mischungen davon. Bevor zugte Rhodium(l)-Salze sind Rh(CO)2acac, Rh2(CO)4Cl2 oder Mischungen davon. Ein bevorzug tes Rhodium(ll)-Salz ist Rh2(OAc)4. Ein bevorzugtes Rhodium(lll)-Salz ist Rh(NOs)3.
Rhodium-Präkursor und Organophosphit-Ligand der allgemeinen Formel (I) können gemeinsam oder separat der Reaktionszone zugeführt werden. Rhodium-Präkursor und/oder Organophos phit-Ligand der allgemeinen Formel (I) können dabei direkt oder in einem Lösungsmittel gelöst der Reaktionszone zugeführt werden. Bei dem Lösungsmittel handelt es sich beispielsweise um 3,5,5-Trimethylhexanal oder höhersiedende Reaktionskomponenten, z.B. die Produkte aus der Aldolkondensation von 3,5,5-Trimethylhexanal, Aromaten, wie Toluol oder Xylole, längerkettige Kohlenwasserstoffe die unter den Reaktionsbedingungen flüssig sind, Ester aliphatischer Car bonsäuren mit Alkanolen, wie Texanol®, Ester aromatischer Carbonsäuren, wie Cs- bis C -Dia- Ikylterephthalate oder um Mischungen aus zwei oder mehr der zuvor genannten Lösungsmittel.
Die Rhodiumkonzentration in der Reaktionszone liegt bevorzugt im Bereich von 20 bis
250 Gew. ppm und besonders bevorzugt im Bereich von 60 bis 200 Gew. ppm bezogen auf das
Gesamtgewicht der flüssigen Phase in der Reaktionszone. Methoden zur Ergänzung von Rhodium in der Reaktionszone um eine Abnahme bei der Kataly satoraktivität auszugleichen sind beispielsweise in der US 6700021 A oder in der EP 2836474 A1 beschrieben, wobei das in der EP 2836474 A1 beschriebene Verfahren bevorzugt ist.
Das Molverhältnis der Gesamtmenge an Organophosphit-Liganden der allgemeinen Formel (I) in der Reaktionszone zur Gesamtmenge an Rhodium in der Reaktionszone liegt bevorzugt im Bereich von 1 : 1 bis 100 : 1 und besonders bevorzugt im Bereich von 2 : 1 zu 50 : 1 , beispiels weise bei 20 : 1 oder bei 10 : 1.
Freie Organophosphit-Liganden der allgemeinen Formel (I) sind homogen im Reaktionsmedium in der Reaktionszone verteilt. Freie Organophosphit-Liganden der allgemeinen Formel (I) sind nicht mit Rhodium, bzw. anderen Metallen komplexiert.
Das Molverhältnis von H2 zu CO die der Reaktionszone zugeführt werden beträgt bevorzugt 2 :
1 bis 1 : 2 und bevorzugt 60 : 40 bis 50 : 50.
H2 und CO werden üblicherweise als Gasgemisch der Reaktionszone zugeführt. Neben H2 und CO kann das Gasgemisch noch andere Verbindungen wie CH4, N2, CO2 und/oder H2S enthal ten. Der Gehalt an von H2 und CO unterschiedlichen Verbindungen im Gasgemisch beträgt be vorzugt weniger als 5 vol.%.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt in einem Lösungsmittel durchgeführt. Die Ver wendung eines Lösungsmittels hat den Vorteil, dass die bei der Hydroformylierung entstehende Reaktionswärme besser verteilt und dadurch „Hot-Spots“ in der Reaktionszone vermieden wer den. Dadurch können Nebenreaktionen, wie die Degradation des Katalysators oder Kondensati onsreaktionen der Aldehyde reduziert werden. Geeignete Lösungsmittel sind unter den Reakti onsbedingungen und während der Aufarbeitung der Reaktionsprodukte inert, d.h. sie gehen keine unerwünschten Reaktionen mit den Edukten, Reaktionsprodukten, Organophosphit-Lig- anden der allgemeinen Formel (I), Rhodium-Präkursoren und/oder dem Katalysator, dem Kata lysatormetall bzw. Katalysatormetall-Liganden-Komplexe ein. Geeignete Lösungsmittel sind bei spielsweise 3,5,5-Trimethylhexanal oder höhersiedende Reaktionskomponenten, z.B. die Pro dukte aus der Aldolkondensation von 3,5,5-Trimethylhexanal. Weiterhin eignen sich Aromaten, wie Toluol oder Xylole, längerkettige Kohlenwasserstoffe, die unter den Reaktionsbedingungen flüssig sind, Ester aliphatischer Carbonsäuren mit Alkanolen, wie Texanol®, Ester aromatischer Carbonsäuren, wie Cs- bis C -Dialkylterephthalate oder Mischungen aus zwei oder mehr der zuvor genannten Lösungsmittel.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann kontinuierlich, semi-kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden. Eine kontinuierliche oder semi-kontinuierliche Verfahrensführung ist be vorzugt.
Die Abtrennung der Hydroformylierungsprodukte vom Austrag aus der Reaktionszone erfolgt bevorzugt über das Flüssigaustragsverfahren. Der im Wesentlichen flüssige Austrag aus der Reaktionszone wird dabei einer Rektifikation zugeführt, wobei die Hydroformylierungsprodukte als Kopfprodukte erhalten werden. Die so erhaltenen Hydroformylierungsprodukte können dann weiteren Aufarbeitungs- und/oder Umarbeitungsschritten bspw. Hydrierung oder Oxidation zu geführt werden. Es ist bevorzugt, dass der im Wesentlichen flüssige Austrag aus der Reaktions zone in einer oder mehreren Stufen entspannt wird, wobei der Austrag aus jeder Entspan nungsstufe in eine flüssige und eine gasförmige Phase getrennt wird. Dadurch können bei spielsweise leichter als die Hydroformylierungsprodukte siedende Nebenprodukte, nicht umge setztes Olefin, Wasserstoff und/oder Kohlenstoffmonoxid aus dem Austrag der Hydroformylie rung entfernt werden. Die gasförmige Phase und die flüssige Phase, die auf der letzten Ent spannungsstufe anfallen, werden anschließend einer Rektifikationskolonne im Gegenstrom zu geführt. Die Hydroformylierungsprodukte werden überwiegend in der Kopffraktion erhalten. Die hochsiedenden Nebenprodukte werden zusammen mit den Katalysatormetall-Liganden Kom plexen, und ggf. deren Abbauprodukte überwiegend in der Sumpffraktion erhalten. Die hochsie denden Nebenprodukte und die darin gelösten Katalysatormetall-Liganden-Komplexe, und ggf. deren Abbauprodukte können in die Hydroformylierungsreaktion zurückgeführt, oder der
Aufarbeitung des Katalysatormetalls zugeführt werden. Vorteilhafte Verfahrensausgestaltungen zum Flüssigaustragsverfahren sind beispielsweise in der EP 0846095 A1 oder der EP 1255720 A1 offenbart. Die in der Kopffraktion anfallenden rohen Hydroformylierungsprodukte können an schließend der weiteren Aufarbeitung zugeführt werden. Ein geeignetes Verfahren zur destillati- ven Aufreinigung der in der Kopffraktion anfallenden rohen Hydroformylierungsprodukte ist bei spielsweise in der DE 19914260 A1 beschrieben. Auch wenn das in der DE 19914260 A1 offen barte Verfahren auf Alkohole beschränkt ist, liegt es im Rahmen der Fähigkeiten des Fach manns, das Verfahren auf die destillative Aufreinigung der rohen Hydroformylierungsprodukte anzuwenden.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind: 1. Ein Hydroformylierungsverfahren zur Herstellung von 3,5,5-Trimethylhexanal umfassend die Umsetzung von 2,4,4-Trimethylpent-2-en mit H2 und CO in einer Reaktionszone in Ge genwart von einem oder mehreren freien Organophosphit-Liganden der allgemeinen For mel (I)
Figure imgf000014_0001
Formel (I) wobei,
R1, R2, R3, R4 und R5 unabhängig voneinander H, Cr bis Cg-Alkyl oder Cr bis Cg-Alkoxyl sind und R1, R2, R3, R4 und R5 nicht gleichzeitig H sind, und
R6, R7, R8, R9 und R10 unabhängig voneinander H, Cr bis Cg-Alkyl oder Cr bis Cg-Alkoxyl sind und R6, R7, R8, R9 und R10 nicht gleichzeitig H sind, und
R11, R12, R13, R14 und R15 unabhängig voneinander H, Cr bis Cg-Alkyl oder Cr bis Cg-Alkoxyl sind und R11, R12, R13, R14 und R15 nicht gleichzeitig H sind, und eines mit einem oder mehreren Organophosphit-Liganden der allgemeinen Formel (I) kom- plexierten, homogenen Rhodium-Katalysators bei einem Druck von 1 bis 100 bar abs und einer Temperatur von 50 bis 200 °C.
2. Verfahren nach Ausführungsform 1, wobei eine Mischung enthaltend 2,4,4-Trimethylpent- 1-en und 2,4,4-Trimethylpent-2-en zu 3,5,5-Trimethylhexanal umgesetzt wird.
3. Verfahren nach Ausführungsform 2, wobei das Mengenverhältnis von 2,4,4-Trimethylpent- 1-en zu 2,4,4-Trimethylpent-2-en in der eingesetzten Mischung im Bereich von 99 : 1 bis 1 : 99, bevorzugt im Bereich von 95 : 5 bis 5 : 95, weiter bevorzugt im Bereich von 80 : 20 bis 20 : 80 und besonders bevorzugt im Bereich von 80 : 20 bis 70 : 30 liegt, und bei spielsweise 75 : 25 beträgt. 4. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 bis 3, wobei die Gesamtmenge an 2,4,4- Trimethylpent-1-en und 2,4,4-Trimethylpent-2-en an der Gesamtmenge an Olefin im Feed zur Reaktionszone 10 bis 100 %, bevorzugt 50 bis 100 % und besonders bevorzugt 90 bis 100 % beträgt.
5. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 bis 4, wobei die Hydroformylierung bei ei ner Temperatur von 80 bis 150°C durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 bis 4, wobei die Hydroformylierung bei ei ner Temperatur von 90 bis 120°C durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 bis 6, wobei die Hydroformylierung bei ei nem Druck von 5 bis 80 bar abs durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 bis 6, wobei die Hydroformylierung bei ei nem Druck von 5 bis 55 bar abs durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 bis 6, wobei dir Hydroformylierung bei ei nem Druck von 8 bis 20 bar abs durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 bis 9, wobei das Molverhältnis der Ge samtmenge an Organophosphit-Liganden der allgemeinen Formel (I) in der Reaktions zone zur Gesamtmenge an Rhodium in der Reaktionszone im Bereich von 1 : 1 bis 100 :
1 liegt.
11. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 bis 9, wobei das Molverhältnis der Ge samtmenge an Organophosphit-Liganden der allgemeinen Formel (I) in der Reaktions zone zur Gesamtmenge an Rhodium in der Reaktionszone im Bereich von 2 : 1 bis 50 : 1 liegt.
12. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 bis 11, wobei die Rhodiumkonzentration in der Reaktionszone im Bereich von 20 bis 250 Gew. ppm bezogen auf das Gesamtge wicht der flüssigen Phase in der Reaktionszone liegt.
13. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 bis 11, wobei die Rhodiumkonzentration in der Reaktionszone im Bereich von 60 bis 200 Gew. ppm bezogen auf das Gesamtge wicht der flüssigen Phase in der Reaktionszone liegt. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 bis 13, wobei es sich bei dem einen oder mehreren Organophosphit-Liganden der allgemeinen Formel (I) um eine oder mehrere der nachfolgenden Verbindungen handelt:
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000017_0001
15. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 bis 14, wobei das Molverhältnis von H2 zu CO die der Reaktionszone zugeführt werden 2 : 1 bis 1 : 2 und bevorzugt 60 : 40 bis 50 : 50 beträgt.
16. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 bis 15, wobei der Rhodiumkatalysator zu mindest teilweise in der Reaktionszone durch Umsetzung eines Rhodium-Präkursors mit einem oder mehreren Organophosphit-Liganden der allgemeinen Formel (I), wie in einer der Ausführungsformen 1 oder 14 definiert, CO und H2 gebildet wird.
17. Verfahren nach Ausführungsform 16, wobei es sich bei dem Rhodium-Präkursor um Rho- diumcarbonyle, Rhodium(l)-Salze, Rhodium(ll)-Salze, Rhodium(lll)-Salze oder Mischun gen aus zwei oder mehr der zuvor genannten Präkursoren handelt.
18. Verfahren nach Ausführungsform 17, wobei es sich bei Rhodiumcarbonyle um Rh4(CO)i2, Rh6(CO)i6 oder Mischungen davon handelt.
19. Verfahren nach Ausführungsform 17, wobei es sich bei Rhodium(l)-Salze um Rh(CO)2acac, Rh2(CO)4Cl2 oder Mischungen davon handelt.
20. Verfahren nach Ausführungsform 17, wobei es sich bei Rhodium(ll)-Salzen um Rh2(OAc)4 handelt.
21. Verfahren nach Ausführungsform 17, wobei es sich bei Rhodium(lll)-Salzen um Rh(NC>3)3 handelt.
22. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 bis 15, wobei der Rhodiumkatalysator zu mindest teilweise präformiert eingesetzt wird.
23. Verfahren nach Ausführungsform 22, wobei der Rhodiumkatalysator präformiert einge setzt wird.
24. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 bis 23, wobei das Verfahren kontinuierlich ausgeführt wird. 25. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 1 bis 23, wobei das Verfahren diskontinuier lich ausgeführt wird.
Beispiele:
Beispiel 1:
Unter Argon wurden Rh(CO)2(acac) (5.1 mg, 0.02 mmol) und Tris(2,4-di-tert-butylphenyl)phos- phit (640 mg, 0.99 mmol) in Diisobuten (20.0 g, 178 mmol; 2,4,4-Trimethylpent-1-en / 2,4,4-Tri- methylpent-2-en: 80:20 bis 75:25) gelöst und unter Argongegenstrom in einen 100 ml_ Edel stahlautoklav gefüllt. Anschließend wurden ~5 bar CO/H2 (1:1) angelegt und innerhalb von 10 min auf 100 °C erwärmt. Bei dieser T emperatur wurde der Druck auf 10 bar erhöht und 10 h gerührt. Der Autoklav wurde auf Raumtemperatur abgekühlt, auf Atmosphärendruck entspannt und ein Aliquot des erhaltenen Reaktionsaustrags mittels Gaschromatographie analysiert. GC- Methode: Optimal Säule (30 m, d = 320 pm, Fd = 0.5 pm), Temperaturprogramm: 50°C für 2 min, mit 5°C/min auf 90°C und für 2 min isotherm, mit 20°C/min auf 250°C, Helium als T räger- gas. tR(2,4,4-Trimethylpent-1-en) = 5.27 min, tR(2,4,4-Trimethylpent-2-en) = 5.77 min, tR(3,5,5- Trimethylhexanal) = 13.76 min).
Es wurde folgendes Ergebnis erzielt:
Umsatz von Diisobuten: >98%
Selektivität zu 3,5,5-Trimethylhexanal 97.0% Selektivität zu 2,4,4-Trimethylpentan: 3.0%
Beispiel 2:
Unter Argon wurden Rh(CO)2(acac) (5.1 mg, 0.02 mmol) und Tris(2,4-di-tert-butylphenyl)phos- phit (640 mg, 0.99 mmol) in Toluol (2.5 ml_) gelöst und in einen 100 ml_ Edelstahlautoklav ge füllt. Anschließend wurden 10 bar CO/H2 (1:1) angelegt, innerhalb von 10 min auf 100 °C er wärmt und 1 h gerührt. Bei dieser Temperatur wurde Diisobuten (20.0 g, 178 mmol, 2,4,4-Tri- methylpent-1-en / 2,4,4-Trimethylpent-2-en: 80:20 bis 75:25) im Gegenstrom hinzugefügt und 6 h gerührt. Der Autoklav wurde auf Raumtemperatur abgekühlt, auf Atmosphärendruck ent spannt und ein Aliquot des erhaltenen Reaktionsaustrags mittels Gaschromatographie analy siert. GC-Methode: Optimal Säule (30 m, d = 320 pm, Fd = 0.5 pm), Temperaturprogramm:
50 °C für 2 min, mit 5 °C/min auf 90 °C und für 2 min isotherm, mit 20 °C/min auf 250 °C, He lium als Trägergas. tR(2,4,4-Trimethylpent-1-en) = 5.27 min, tR(2,4,4-Trimethylpent-2- en) = 5.77 min, tR(3,5,5-Trimethylhexanal) = 13.76 min).
Es wurde folgendes Ergebnis erzielt: Umsatz von Diisobuten: >95% Selektivität zu 3,5,5-Trimethylhexanal: 97.0% Selektivität zu 2,4,4-Trimethylpentan: 3.0%
Beispiel 3:
Unter Argon wurden Rh(CO)2(acac) (5.1 mg, 0.02 mmol) Tris(2,4-di-tert-butylphenyl)phosphit (640 mg, 0.99 mmol) in 2,4,4-Trimethylpent-2-en (20.0 g, 178 mmol) gelöst und unter Argonge genstrom in einen 100 ml_ Edelstahlautoklav gefüllt. Anschließend wurden ~5 bar CO/H2 (1 :1) angelegt und innerhalb von 10 min auf 100 °C erwärmt. Bei dieser Temperatur wurde der Druck auf 10 bar erhöht und 10 h gerührt. Der Autoklav wurde auf Raumtemperatur abgekühlt, auf At mosphärendruck entspannt und ein Aliquot des erhaltenen Reaktionsaustrags mittels Gaschro matographie analysiert. GC-Methode: Optimal Säule (30 m, d = 320 pm, Fd = 0.5 pm), Tempe raturprogramm: 50 °C für 2 min, mit 5 °C/min auf 90 °C und für 2 min isotherm, mit 20 °C/min auf 250 °C, Helium als Trägergas. tR(2,4,4-Trimethylpent-1-en) = 5.27 min, tR(2,4,4-Trimethyl- pent-2-en) = 5.77 min, tR(3,5,5-Trimethylhexanal) = 13.76 min).
Es wurde folgendes Ergebnis erzielt:
Umsatz von Diisobuten: >85%
Selektivität zu 3,5,5-Trimethylhexanal 96.0% Selektivität zu 2,4,4-Trimethylpentan: 4.0%
Beispiel 4:
Unter Argon wurden eine Lösung von Tris(2,4-di-tert-butylphenyl)phosphit L1 in 3,5,5-Trimethyl hexanal (10 gew%) unter Rückfluss gerührt. Nach 1 d, 5 d, 8 d, 12 d, 21 d und 27 d wurden Proben mittels 31P-NMR-Spektroskopie analysiert (Tris(2,4-di-tert-butylphenyl)phosphit:
5 = 129.9 ppm; Tris(2,4-di-tert-butylphenyl)phosphat d = -20.0 ppm).
Es wurde folgendes Ergebnis erzielt:
Figure imgf000019_0001
Wie das Beispiel zeigt, weist der Ligand eine hohe Stabilität im Reaktionsprodukt auf. Durch die hohe Stabilität des Liganden ist eine lange Standzeit für das Verfahren gewährleistet. Weiterhin birgt die hohe Stabilität der Liganden den Vorteil, dass die Nebenproduktbildung reduziert ist. Zudem können die Liganden und/oder der Katalysatormetall-Liganden-Komplex im Fall einer kontinuierlichen Verfahrensführung aufgrund ihrer hohen Stabilität in das Verfahren zurückge führt werden.
Die Beispiele dienen der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung. Die Beispiele schrän- ken die vorliegende Erfindung nicht ein.

Claims

Patentansprüche
1. Hydroformylierungsverfahren zur Herstellung von 3,5,5-Trimethylhexanal umfassend die Umsetzung von 2,4,4-Trimethylpent-2-en mit H2 und CO in einer Reaktionszone in Ge genwart von einem oder mehreren freien Organophosphit-Liganden der allgemeinen For mel (I)
Figure imgf000021_0001
Formel (I) wobei,
R1, R2, R3, R4 und R5 unabhängig voneinander H, Cr bis Cg-Alkyl oder Cr bis Cg-Alkoxyl sind und R1, R2, R3, R4 und R5 nicht gleichzeitig H sind, und
R6, R7, R8, R9 und R10 unabhängig voneinander H, Cr bis Cg-Alkyl oder Cr bis Cg-Alkoxyl sind und R6, R7, R8, R9 und R10 nicht gleichzeitig H sind, und
R11, R12, R13, R14 und R15 unabhängig voneinander H, Cr bis Cg-Alkyl oder Cr bis Cg-Al koxyl sind und R11, R12, R13, R14 und R15 nicht gleichzeitig H sind, und eines mit einem oder mehreren Organophosphit-Liganden der allgemeinen Formel (I) komplexierten, homogenen Rhodium-Katalysators bei einem Druck von 1 bis 100 bar abs und einer Temperatur von 50 bis 200 °C.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei eine Mischung enthaltend 2,4,4-Trimethyl-pent-1en und 2,4,4-Trimethylpent-2-en zu 3,5,5-Trimethylhexanal umgesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Mengenverhältnis von 2,4,4-Trimethylpent-1-en zu 2,4,4-Trimethylpent-2-en in der eingesetzten Mischung im Bereich von 99 : 1 bis 1 : 99 liegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Gesamtmenge an 2,4,4-Trime- thylpent-1-en und 2,4,4-Trimethylpent-2-en an der Gesamtmenge an Olefin im Feed zur Reaktionszone 10 bis 100 % beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Hydroformylierung bei einer Tem peratur von 80 bis 150 °C durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Hydroformylierung bei einem Druck von 5 bis 80 bar abs durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Molverhältnis der Gesamtmenge an Organophosphit-Liganden der allgemeinen Formel (I) in der Reaktionszone zur Ge samtmenge an Rhodium in der Reaktionszone im Bereich von 1 : 1 bis 100 : 1 liegt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Rhodiumkonzentration in der Re aktionszone im Bereich von 20 bis 250 Gew. ppm bezogen auf das Gesamtgewicht der flüssigen Phase in der flüssigen Phase in der Reaktionszone liegt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei es sich bei dem einen oder mehreren Organophosphit-Liganden der allgemeinen Formel (I) um eine oder mehrere der nachfol genden Verbindungen handelt:
Figure imgf000023_0001
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Molverhältnis von H2 zu CO die der Reaktionszone zugeführt werden 2 : 1 bis 1 : 2 beträgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Rhodiumkatalysator zumindest teilweise in der Reaktionszone durch Umsetzung eines Rhodium-Präkursors mit einem oder mehreren Organophosphit-Liganden der allgemeinen Formel (I), wie in Anspruch 1 oder 9 definiert, CO und H2 gebildet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei es sich bei dem Rhodium-Präkursor um Rhodiumcar- bonyle, Rhodium(l)-Salze, Rhodium(ll)-Salze, Rhodium(lll)-Salze oder Mischungen aus zwei oder mehr der zuvor genannten Präkursoren handelt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Rhodiumkatalysator zumindest teilweise präformiert eingesetzt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Verfahren kontinuierlich ausge führt wird.
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