Untersuchungen zur selektiven Hydrierung von Phenolderivaten zu den Cyclohexanonanalogen

Heterogen katalysierte Hydrierungen stellen einen wichtigen Reaktionstyp in der industriellen Synthese von Chemikalien dar. Das Ziel dieser Arbeit war es, ein Verfahren zu entwickeln, das es erlaubt 4-substituierte Phenole zu den Cyclohexanonanalogen in Flüssigphase zu hydrieren. Am Beispiel des 4-(4´-trans-n-Propylcyclohexyl)-phenol wurden in einem ersten Versuchsstadium orientierende Batch-Experimente zu verschiedenen Reaktionsvariablen durchgeführt. Der Vergleich der Edelmetalle Pt, Rh und Pd weist das Palladium als selektivsten Kontakt aus. Zudem lässt sich aus der Selektivitäts-Umsatz-Kurve für die Hydrierung an Pd das Vorliegen einer reinen Folgereaktion erkennen. Durch das Aufziehen basischer Salze wie Natriumcarbonat kommt es zu einer deutlichen Steigerung der Katalysatoraktivität und -selektivität. Die Verwendung unpolarer Lösungsmittel führt an Pd zu hohen Cyclohexanonderivat-Gehalten bei hohen Umsätzen. Eine Erhöhung des Wasserstoffdruckes senkt die Selektivität für identische Umsätze und führt somit zu erhöhten Cyclohexanolgehalten in der Reaktionsmischung. In einem zweiten Versuchsstadium wurde an einer kontinuierlich betriebenen Apparatur im Lösungsmittel o-Xylol eine Vermessung der Kinetik der Teilreaktionen vorgenommen. Durch entsprechende Experimente und Kalkulationen wurde zuvor sichergestellt, dass sich Phasentransferlimitationen nicht auf die Reaktionsgeschwindigkeiten auswirken. Es zeigt sich, dass Eduktphenol und Cyclohexanon-Intermediat nicht um Katalysator-Zentren konkurrieren und beide Teilreaktionen ohne Einfluss aufeinander ablaufen. Aus den kinetischen Daten konnte ein Reaktionsmodell abgeleitet werden. Der Vergleich zwischen Batch-Experimenten und mit dem Modell berechneten Konzentrations-Zeit-Kurven zeigt eine gute Übereinstimmung. Da die Hydrierung des oben genannten Phenolderivats unter optimierten Bedingungen zu einem Produkt mit je ca 2 % Cyclohexanolgehalt und nicht umgesetztem Edukt führt, galt es in einem dritten Themenkomplex die Aufarbeitung der Rohmischung zu untersuchen. Die Verwendung des Pyridin-Schwefeltrioxid-Komplexes ermöglicht die Abtrennung der "alkoholischen" Komponenten in Form ihrer Pyridinium-Alkylhydrogensulfatsalze. Man erhält ein Cyclohexanonprodukt mit Reinheiten größer 99,7 % in Ausbeuten um 92 % bezogen auf den Phenoleinsatz