DE69419898T2 - Verfahren zur herstellung von 1,1-bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethyl cyclohexan - Google Patents
Verfahren zur herstellung von 1,1-bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethyl cyclohexanInfo
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Description
- Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 1,1-Bis-(4-hydroxyphenyl)- 3,3,5-trimethylcyclohexan, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der verwendete Alkanthiol-Co-Katalysator aus einem komplexen Reaktionsgemisch abgetrennt und reaktiviert wird. Der Alkanthiol-Co-Katalysator kann in den Prozeß zurückgeführt werden oder in einem weiteren Reaktor, der die ursprünglichen Ausgangsmaterialien, Phenol und 3,3,5-Trimethylcyclohexanon, enthält, wiederverwendet werden.
- In den US-Patenten 4 964 890, 4 982 014 und 5 210 328 beschreiben Freitag et al. die Herstellung von 1,1-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan (im folgenden als "Bisphenol TMC" oder als "BPTMC" bezeichnet) durch Umsetzen von 3,3,5-Trimethylcyclohexanon ("TMC" oder Dihydroisophoron) mit Phenol in Gegenwart eines Säure- Kondensationskatalysators und einer organischen Schwefelverbindung als Co-Katalysator, bevorzugt eines Alkanthiols. In diesen Patenten wird jedoch kein Verfahren beschrieben, bei dem der Co-Katalysator im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit oder im Hinblick auf den Umweltschutz wiedergewonnen und wiederverwendet wird.
- Wir haben ein Verfahren erfunden, bei dem Alkanthiol-Co-Katalysatoren aus dem Reaktionsgemisch, das bei der Herstellung von Bisphenol TMC entsteht, wiedergewonnen und wiederverwendet werden.
- Bisphenol TMC kann durch Umsetzen von Phenol mit TMC in Gegenwart eines Säurekatalysators und eines Alkanthiol-Co-Katalysators hergestellt werden, wie im US-Patent 4 982 014 beschrieben. Der Alkanthiol-Co-Katalysator kann eine Verbindung sein, die durch die Formel R¹R²CHSH dargestellt ist, worin R¹ eine Alkyl-, Aryl- oder Alkarylgrup pe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen ist, und R² bedeutet H oder R¹. Das gewünschte Bisphenol TMC-Produkt wird aus dem Reaktionsgemisch als Feststoff abfiltriert, wobei ein Gemisch aus organischen und anorganischen Materialien zurückbleibt; diesem Gemisch aus organischen und anorganischen Materialien wurde, soweit uns bekannt ist, bisher keine Aufmerksamkeit geschenkt.
- Wir haben herausgefunden, daß die Alkanthiol-Co-Katalysatoren, die bei der Umsetzung verwendet werden, auf einfache Art und Weise zurückgewonnen und reaktiviert werden können. Am Ende der Reaktion wird Wasser zu dem Reaktionsgemisch gegeben, wobei ein Schlamm erhalten wird. Bei der Filtration dieses Schlamms wird ein Filterkuchen erhalten, der aus einem Addukt aus BPTMC und Phenol besteht. Dieses Addukt in Form eines Feststoffes wird dann weiter behandelt, um ein BPTMC-Produkt mit hoher Reinheit zu erhalten. Die Behandlungen, um das Phenol zu entfernen und um die Reinheit des BPTMC-Produktes zu erhöhen, umfassen das Auslaugen mit wäßrigen und/oder organischen Medien, das Strippen mit Dampf und/oder das thermische "Cracken" im Vakuum. Wir haben ebenfalls herausgefunden, daß eine Behandlung des Reaktionsgemisches mit einer alkalischen Substanz nicht notwendig ist, um ein qualitativ hochwertiges Produkt in hoher Ausbeute zu erhalten.
- Das Filtrat trennt sich in eine wäßrige und eine organische Phase auf. Die organische Phase besteht aus nicht umgesetzten Ausgangsmaterialien, Alkanthiol und Zwischenprodukten, die bei der Reaktion entstehen. Ein Teil des Thiols liegt als Dithioketal von TMC vor; dieses Dithioketal von TMC ist bei der Umsetzung nicht oder nur wenig katalytisch aktiv. Ein weiterer Teil des Thiols liegt in Form von vinylischen Thiolethern von TMC vor. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das Dithioketal in eine Form mit einer erhöhten katalytischen Aktivität zu überführen.
- Wir haben herausgefunden, daß das Dithioketal durch einfache Behandlung der organischen Phase mit HCl und Wärme in ein Alkanthiol und vinylische Thiolether überführt wird. Dies ist deshalb überraschend, weil Dithioketale gewöhnlich nicht leicht durch einfache Behandlung mit HCl zerstört werden können. Normalerweise werden komplizierte Verfahren angewandt, um Dithioketale zu zerstören; gewöhnlich werden die Dithioketalle mit Quecksilber(11)oxid oder mit einem Quecksilber(II)salz behandelt.
- Weiterhin werden nicht umgesetzte Ausgangsmaterialien und Zwischenprodukte der Umsetzung in BPTMC umgewandelt, das dann schließlich abgetrennt wird, so daß die Gesamtausbeute der Reaktion erhöht wird. Dies ist ebenfalls überraschend, weil das Erwärmen des ursprünglichen Reaktionsgemisches normalerweise die Reaktionsausbeute verringert.
- Die mit HCl behandelte organische Phase wird dann in eine Reaktionszone überführt, zusätzliches Phenol und TMC werden zugegeben, und die Umsetzung wird gestartet. Es hat sich gezeigt, daß die erhaltenen Ergebnisse ähnlich den Ergebnissen sind, die unter Verwendung von frischem Alkanthiol erhalten werden. Es scheint so, als ob die zuvor beschriebene Prozedur beliebig oft wiederholt werden kann.
- Folglich ist unsere Erfindung eine Verbesserung des Verfahrens zur Herstellung von Bisphenol TMC aus Phenol und TMC, bei dem Bisphenol TMC, nach der Behandlung des Reaktionsgemisches mit Wasser, mittels Filtration vom Reaktionsgemisch abgetrennt wird, um (I) einen Feststoff mit Bisphenol TMC, (2) ein wäßriges Filtrat und (3) ein organisches Filtrat zu erhalten; das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß eine Säure, wie z. B. Salzsäure, zu dem organischen Filtrat gegeben wird und das organische Filtrat dann auf eine Temperatur im Bereich von 0ºC bis 150ºC erwärmt wird, um zusätzliches Bisphenol TMC herzustellen, das dann durch Filtration abgetrennt werden kann. Das verbleibende organische Filtrat kann dann dem ursprünglichen Reaktionsgemisch zugeführt werden; alternativ kann das auf diese Weise behandelte organische Filtrat, das den Katalysator enthält, wieder verwendet werden, ohne daß das BPTMC zuvor mittels Filtration abgetrennt wird.
- Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung von 1,1-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan in Form eines Addukts mit Phenol bereit, umfassend das Umsetzen von 3,3,5-Trimethylcyclohexanon mit Phenol in Gegenwart eines Säurekatalysators und eines Alkanthiols der Formel R¹R²CHSH, worin R¹ eine Alkyl-, Aryl- oder Alkarylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen ist, und R² bedeutet H oder R¹, um ein Reaktionsgemisch zu erhalten, das 1,1-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan in Form eines Addukts mit Phenol enthält,
- das Zugeben von Wasser zu dem Reaktionsgemisch, um einen Schlamm zu erhalten,
- das Filtrieren des Schlamms, um ein 1,1-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan/Phenol-Addukt als Feststoff und ein Filtrat mit einer organischen Phase und einer wäßrigen Phase zu erhalten,
- das Abtrennen der organischen Phase und das Inkontaktbringen der organischen Phase mit einem Säurekatalysator bei einer Temperatur im Bereich von 0ºC bis 150ºC, und
- das Zugeben von Phenol und 3,3,5-Trimethylcyclohexanon zu der auf diese Weise behandelten organischen Phase, um zusätzliches 1,1-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan herzustellen.
- Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung von 1,1-Bis-(4- hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan bereit, umfassend
- (a) das Umsetzen von 3,3,5-Trimethylcyclohexanon mit Phenol in Gegenwart eines Säurekatalysators und eines Thiol-Co-Katalysators der Formel R¹R²CHSH, worin R¹ eine Alkyl-,Aryl- oder Alkarylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen ist, und R² bedeutet H oder R¹, um ein Reaktionsgemisch zu erhalten, das 1,1-Bis-(4- hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan in Form eines Addukts mit Phenol enthält,
- b) das Zugeben von Wasser zu dem Reaktionsgemisch, um einen Schlamm zu erhalten,
- (c) das Filtrieren des Schlamms, um das Addukt in Form eines Feststoffes sowie ein organisches Filtrat und ein wäßriges Filtrat zu erhalten,
- (d) das Behandeln des Addukts, um das Phenol vom 1,1-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5- trimethylcyclohexan/Phenol-Addukt abzutrennen und um das 1,1-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan zu gewinnen,
- (e) das Abtrennen des organischen Filtrats, das Zugeben eines Säurekatalysators zu dem organischen Filtrat und das Erwärmen des organischen Filtrats, um den Thiol- Co-Katalysator zu reaktivieren,
- (f) das Zugeben von frischem Phenol und 3,3,5-Trimethylcyclohexanon zu dem organischen Filtrat, um weiteres Addukt herzustellen, und
- das Wiederholen der Schritte (b), (c) und (d).
- Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den beiliegenden Patentansprüchen angegeben.
- Unsere Erfindung kann auf jedes Verfahren zur Herstellung von Bisphenol TMC aus einem Mol TMC und zwei Molen Phenol unter Verwendung eines Säurekatalysators und eines Alkanthiol-Co-Katalysators, wie zuvor beschrieben, angewandt werden. In den Beispielen des US-Patents 4 982 014 werden Dodecylthiol und Butanthiol als Co-Katalysatoren verwendet. Wir können diese Co-Katalysatoren sowie alle anderen Co-Katalysatoren verwenden, die im US-Patent 4 982 014 beschrieben sind, insbesondere die Co-Katalysatoren, die durch die Formel R¹R²CHSH dargestellt sind, worin R¹ eine Alkyl-, Aryl- oder Alkarylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen ist, und R² bedeutet H oder R¹.
- In diesem Beispiel wurden 14,9 g (106,3 mMol) TMC und 60 g (637,6 mMol) Phenol in Gegenwart von 0,78 g (5,3 mMol) Octanthiol sechs Stunden lang miteinander umgesetzt, während HCl mit einer Geschwindigkeit von 1,2 mMol/min zugeführt wurde. Dann wurden 100 g entionisiertes Wasser zugegeben, und der erhaltene Schlamm wurde unter Verwendung von Unterdruck abfiltriert. Der erhaltene Filterkuchen, der aus einem 1 : 1-Addukt aus BPTMC und Phenol bestand, wurde zweimal mit heißem Wasser ausgelaugt, wobei 21,0 g eines blaßgelben Bisphenol TMC-Produktes (67,7 mMol; Reinheit 97,9%; 14 ppm Phenol) erhalten wurden.
- Das Filtrat trennte sich in eine wäßrige und eine organische Phase auf. Die dunkle organische Phase wurde als Flüssigkeit (17,5 g) unter Verwendung einer Pipette abgezogen, mit HCl (0,6 mMol/min) behandelt, erwärmt und zu den in Tabelle I angegebenen Zeitpunkten analysiert. Tabelle I Flächenprozente der Peaks im Gaschromatogramm
- CpdsA sind unbekannte Verbindungen mit Retentionszeiten von weniger als 8,3 Minuten; RSH ist das Alkanthiol, in diesem Fall Octanthiol; Int's sind Zwischenprodukte, umfassend vinylische Thiolether; und DTK bedeutet Dithioketal.
- CpdB ist eine Verbindung mit einer Retentionszeit von 10,9 Minuten.
- Die Ergebnisse in Tabelle I zeigen, daß katalytisch aktive Schwefelverbindungen bei gleichzeitiger Zerstörung des Dithioketals erzeugt wurden. Wie aus Tabelle I ebenfalls ersichtlich ist, wurde zusätzliches BPTMC aus dem Phenol und dem TMC, die in der organischen Phase vorlagen, gebildet.
- Nach 22 Stunden wurde die mit HCl behandelte organische Phase, die den reaktivierten Thiol-Katalysator enthielt, mit 13,4 g (95,6 mMol) TMC und 54,0 g (573,4 mMol) Phenol vermischt und die Reaktion wurde weitere 21 Stunden lang bei Raumtemperatur durchgeführt, während HCl mit einer Geschwindigkeit von 0,4 mMol/min zugeführt wurde. Das Reaktionsgemisch wurde dann wie zuvor beschrieben mit 100 g entionisiertem Wasser behandelt, und das erhaltene BPTMC/Phenol-Addukt wurde mit Toluol ausgelaugt. Dabei wurden 26,3 g eines flockenförmigen weißen Feststoffes (84,7 mMol; Reinheit 99,7%; 10 ppm Phenol) erhalten.
- Die organische Phase (5,1 g) des Filtrats wurde wie zuvor 24 Stunden lang mit HCl behandelt; die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle IA angegeben. Tabelle IA Flächenprozente der Peaks im Gaschromatogramm
- CpdsA und CpdB haben die gleiche Bedeutung wie in Tabelle I.
- Die auf diese Weise erhaltene, mit HCl behandelte organische Phase wurde wiederum mit zusätzlichem TMC (9,4 g; 67,0 mMol) und Phenol (37,9 g; 402,7 mMol) vermischt. Die Umsetzung wurde wiederum 21 Stunden lang bei Raumtemperatur durchgeführt, wobei HCl mit einer Geschwindigkeit von 0,4 mMol/min zugeführt wurde. Dabei wurden 15,1 g eines flockenförmigen weißen Feststoffes (48,6 mMol; Reinheit 99,6%; 15 ppm Phenol) erhalten.
- Die Ergebnisse sind in Tabelle IB zusammengefaßt. Tabelle IB
- * um das BPTMC/Phenol-Addukt aufzutrennen
- ** 75% während 3 Versuchen, bezogen auf TMC
- Es scheint so, als ob der Co-Katalysator auf diese Art und Weise beliebig oft wiederverwendet werden kann.
- In diesem Beispiel wurde die ursprüngliche Umsetzung wie in Beispiel 1 wiederholt, mit der Ausnahme, daß HCl nicht mit einer Geschwindigkeit von etwa 1,2 mMol/min. sondern mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,4 mMol/min zugeführt wurde. Dabei wurden 17,5 g eines blaßgelben Pulvers (BPTMC; 56,4 mMol; Reinheit 97,9%; 66 ppm Phenol) erhalten. Die organische Phase wurde mit 13,4 g (95,6 mMol) TMC vermischt, wobei 47,2 g einer dunkelgrünen Flüssigkeit erhalten wurden, die dann wie in Beispiel 1 mit HCl behandelt und erwärmt wurde. Nach der Zugabe von 54,0 g (573,8 mMol) Phenol wurde die Umsetzung erneut gestartet. Bei der Filtration wurden 39,1 g eines blaßgelben Pulvers (126,0 mMol; Reinheit 97,4%; 87 ppm Phenol) erhalten.
- Diese Ergebnisse sind in Tabelle II zusammengefaßt. Tabelle II
- * um das BPTMC/Phenol-Addukt aufzutrennen
- ** 90% während 2 Versuchen, bezogen auf TMC
- Die ursprüngliche Umsetzung wurde wie in Beispiel 2 wiederholt; dabei wurden 22,3 g eines blaßgelben Pulvers erhalten (71,8 mMol; Reinheit 98,6%; 22 ppm Phenol).
- Die organische Phase des Filtrats wurde mit 25 ml Diethylether "extrahiert", 5 Stunden lang bei Raumtemperatur mit HCl (etwa 0,4 mMol/min) behandelt und dann 16 Stunden lang mit Argon gespült, um den Ether zu entfernen. Dann wurden 13,4 g (95,6 mMol) TMC und 54 g (573,8 mMol) Phenol zugegeben, und die Umsetzung wurde 5,5 Stunden lang durchgeführt. Dabei wurden 28,5 g eines blaßgelben Pulvers (91,8 mMol; Reinheit 98,6%; 23 ppm Phenol) erhalten, wie in Tabelle III gezeigt. Tabelle III
- * um das BPTMC/Phenol-Addukt aufzutrennen
- ** 79% während 2 Versuchen, bezogen auf TMC
- Unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 wurden drei Versuche durchgeführt, um die Verwendung des frischen Alkanthiols, die Verwendung des erfindungsgemäß mit einer Säure behandelten Co-Katalysators und die Verwendung des unbehandelten Co- Katalysators miteinander zu vergleichen. Im ersten Versuch in Tabelle IV wurde frisches Alkanthiol verwendet. Im zweiten Versuch wurde die organische Schicht verwendet, die den reaktivierten Katalysator enthielt. Im dritten Versuch wurde die unbehandelte organische Schicht verwendet.
- Die in Tabelle IV angegebenen Ergebnisse wurden durch Gaschromatographie der mit N,O-Bis(trimethylsilyl)acetamid silylierten Anteile des Reaktionsgemisches erhalten. Die Werte in der Spalte "Verhältnis" entsprechen den Flächenprozenten der Peaks der Ausgangsmaterialien (TMC und silyliertes Phenol) dividiert durch die Flächenprozente des Peaks des Produktes (silyliertes BPTMC). Bei einer 100%-igen Umsetzung von TMC fällt dieses Verhältnis auf etwa 1,8 ab. Je höher das Verhältnis, desto unvollständiger die Umsetzung. Die Ergebnisse zeigen, daß mit dem frischen Alkanthiol und der reaktivierten organischen Phase nach einer 6-stündigen Umsetzung vergleichbare Ergebnisse erzielt wurden, während die Aktivität des Katalysators in der unbehandelten organischen Phase deutlich verringert war.
- Versuch Verhältnis *
- Vergleichsversuch (frisches Alkanthiol) (0,10 Äquivalente Alkanthiol) 3,0
- mit Säure behandelte organische Phase (ursprünglich 0,05 Äquivalente Alkanthiol) 1,9
- unbehandelte organische Phase (ursprünglich 0,10 Äquivalente Alkanthiol) 36,5
- *: Verhältnis = Flächenprozente der Peaks der Ausgangsmaterialien (TMC und silyliertes Phenol) dividiert durch die Flächenprozente des Peaks des Produktes (silyliertes BPTMC) im Gaschromatogramm.
Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung von 1,1-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan
in Form eines Addukts mit Phenol, umfassend
das Umsetzen von 3,3,5-Trimethylcyclohexanon mit Phenol in Gegenwart eines
Säurekatalysators und eines Alkanthiols der Formei R¹R²CHSH, worin R¹ eine
Alkyl-, Aryl- oder Alkarylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen ist, und R² bedeutet
H oder R¹, um ein Reaktionsgemisch zu erhalten, das 1,1-Bis-(4-hydroxyphenyl)-
3,3,5-trimethylcyclohexan in Form eines Addukts mit Phenol enthält,
das Zugeben von Wasser zu dem Reaktionsgemisch, um einen Schlamm zu
erhalten,
das Filtrieren des Schlamms, um ein
1,1-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan/Phenol-Addukt als Feststoff und ein Filtrat mit einer organischen
Phase und einer wäßrigen Phase zu erhalten,
das Abtrennen der organischen Phase und das Inkontaktbringen der organischen
Phase mit einem Säurekatalysator bei einer Temperatur im Bereich von 0ºC bis
150ºC, und
das Zugeben von Phenol und 3,3,5-Trimethylcyclohexanon zu der auf diese Weise
behandelten organischen Phase, um zusätzliches 1,1-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-
trimethylcyclohexan herzustellen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Säurekatalysator Salzsäure ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das molare Verhältnis von Phenol zu
3,3,5-Trimethylcyclohexanon im ursprünglichen Reaktionsgemisch im Bereich von
3 : 1 bis 15 : 1 liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Phenol vom Addukt abgetrennt wird, um
1,1-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan zu erhalten.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Abtrennen durch Auslaugen mit einem
organischen Lösungsmittel erfolgt.
6. Verfahren zur Herstellung von
1,1-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan, umfassend
(a) das Umsetzen von 3,3,5-Trimethylcyclohexanon mit Phenol in Gegenwart
eines Säurekatalysators und eines Thiol-Co-Katalysators der Formel
R¹R²CHSH, worin R¹ eine Alkyl-, Aryl- oder Alkarylgruppe mit 1 bis 20
Kohlenstoffatomen ist, und R² bedeutet H oder R¹, um ein Reaktionsgemisch
zu erhalten, das 1,1-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan in Form
eines Addukts mit Phenol enthält,
(b) das Zugeben von Wasser zu dem Reaktionsgemisch, um einen Schlamm zu
erhalten,
(c) das Filtrieren des Schlamms, um das Addukt in Form eines Feststoffes sowie
ein organisches Filtrat und ein wäßriges Filtrat zu erhalten,
(d) das Behandeln des Addukts, um das Phenol vom 1,1-Bis-(4-hydroxyphenyl)-
3,3,5-trimethylcyclohexan/Phenol-Addukt abzutrennen und um das
1,1-Bis-(4-hydroxyphenyl)-3,3,5-trimethylcyclohexan zu gewinnen,
(e) das Abtrennen des organischen Filtrats, das Zugeben eines Säurekatalysators
zu dem organischen Filtrat und das Erwärmen des organischen Filtrats, um
den Thiol-Co-Katalysator zu reaktivieren,
(f) das Zugeben von frischem Phenol und 3,3,5-Trimethylcyclohexanon zu dem
organischen Filtrat, um weiteres Addukt herzustellen, und
das Wiederholen der Schritte (b), (c) und (d).
7. Verfahren nach Anspruch 6, gefolgt von einer Wiederholung des Schritts (e).
8. Verfahren nach Anspruch 7, gefolgt von einer Wiederholung des Schritts (f).
9. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Säurekatalysator Salzsäure ist.
10. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Verhältnis von Phenol zu 3,3,5-
Trimethylcyclohexanon in Schritt (a) im Bereich von 3 : 1 bis 15 : 1 liegt.
11. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Verhältnis von Phenol zu
3,3,5-Trimethylcyclohexanon in Schritt (f) im Bereich von 3 : 1 bis 15 : 1 liegt.
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