Die Dehydratisierung geeigneter organischer Verbindungen zu ungesättigten Verbindungen ist ein in der chemischen Industrie sehr häufig durchgeführtes Verfahren, dessen große Bedeutung sich auch in zahlreichen Veröffentlichungen zu diesem Thema widerspiegelt.

Die Durchführung von solchen Dehydratisierungen im technischen Maßstab bringt jedoch Sicherheitsprobleme und Gefahren mit sich. Zum einen werden häufig größere Mengen hochgiftige chemische Substanzen eingesetzt, die für sich allein bereits ein erhebliches Risiko für Mensch und Umwelt darstellen, zum anderen können in vielen Fällen die Reaktionsbedingungen nur mit beträchtlichem Aufwand gut kontrolliert werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Dehydratisierung organischer Verbindungen zu ungesättigten Verbindungen zur Verfügung zu stellen, das die oben genannten Nachteile vermeidet.

Dieses Verfahren soll insbesondere in einfacher, reproduzierbarer Weise mit erhöhter Sicherheit für Mensch und Umwelt sowie mit guten Ausbeuten durchführbar sein und die Reaktionsbedingungen sollen sehr gut kontrollierbar sein.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt überraschenderweise durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Dehydratisierung organischer Verbindungen zu ungesättigten Verbindungen, bei denen wenigstens eine organische Verbindung in flüssiger oder gelöster Form mit wenigstens einem Dehydratisierungsmittel in flüssiger oder gelöster Form in wenigstens einem Mikroreaktor vermischt wird, während einer Verweilzeit reagiert und die dehydratisierte Verbindung gegebenenfalls aus dem Reaktionsgemisch isoliert wird.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß können einzelne organische Verbindungen oder Gemische aus mindestens zwei dieser Verbindungen nach dem beanspruchten Verfahren dehydratisiert werden. Vorzugsweise werden einzelne organische Verbindungen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt.

Ein Mikroreaktor im Sinne der Erfindung ist ein Reaktor mit einem Volumen < 1000 ul in dem die Flüssigkeiten und/oder Lösungen wenigstens einmal innig vermischt werden. Vorzugsweise beträgt das Volumen des Mikroreaktors < 100 ul, besonders bevorzugt < Der Mikroreaktor wird bevorzugt aus dünnen, miteinander verbundenen Siliziumstrukturen hergestellt.

Vorzugsweise ist der Mikroreaktor ein miniaturisierter Durchflußreaktor, besonders bevorzugt ein statischer Mikromischer. Ganz besonders bevorzugt ist der Mikroreaktor ein statischer Mikromischer, wie er in der Patentanmeldung mit der internationalen Veröffentlichungsnummer WO 96/30113 beschrieben ist, die hiermit als Referenz eingeführt wird und als Teil der Offenbarung gilt.

Ein solcher Mikroreaktor weist kleine Kanäle auf, in denen Flüssigkeiten und/oder in Lösungen vorliegende, chemische Verbindungen durch die kinetische Energie der strömenden Flüssigkeiten und/oder Lösungen miteinander vermischt werden.

Die Kanäle des Mikroreaktors weisen vorzugsweise einen Durchmesser von 10 bis 1000 um, besonders bevorzugt von 20 bis 800 um und ganz besonders bevorzugt von 30 bis 400 um auf.

Vorzugsweise werden die Flüssigkeiten und/oder Lösungen so in den Mikroreaktor gepumpt, daß sie diesen mit einer Durchflußgeschwindigkeit von 0,01 uI/min bis 100 ml/min, besonders bevorzugt 1 ul/min bis 1 ml/min durchströmen.

Der Mikroreaktor ist erfindungsgemäß, vorzugsweise temperierbar.

Erfindungsgemäß, ist der Mikroreaktor vorzugsweise über einen Auslaß mit wenigstens einer Verweilstrecke, vorzugsweise einer Kapillare, ganz besonders bevorzugt einer temperierbaren Kapillare verbunden. In diese Verweilstrecke bzw. Kapillare werden die Flüssigkeiten und/oder Lösungen nach ihrer Durchmischung im Mikroreaktor zur Verlängerung ihrer Verweilzeit geführt.

Die Verweilzeit im Sinne der Erfindung ist die Zeit zwischen der Durchmischung der Edukte und der Aufarbeitung der resultierenden Reaktionslösung zur Analyse bzw. Isolierung der (des) gewünschten Produkte (s).

Die erforderliche Verweilzeit bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hängt von verschiedenen Parametern ab, wie z. B. der Temperatur oder der Reaktivität

der Edukte. Dem Fachmann ist es möglich, die Verweilzeit an diese Parameter anzupassen und so einen optimalen Reaktionsverlauf zu erzielen.

Die Verweilzeit der Reaktionslösung in dem zum Einsatz kommenden System aus wenigstens einem Mikroreaktor und gegebenenfalls einer Verweilstrecke kann durch die Wahl der Durchflußgeschwindigkeit der eingesetzten Flüssigkeiten und/oder Lösungen eingestellt werden.

Ebenfalls bevorzugt wird das Reaktionsgemisch durch zwei oder mehr in Reihe geschaltete Mikroreaktoren geführt. Hierdurch wird erreicht, daß auch bei erhöhter Durchflußgeschwindigkeit die Verweilzeit verlängert wird und die eingesetzten Komponenten der Dehydratisierungsreaktion so umgesetzt werden, daß eine optimale Produktausbeute der gewünschten dehydratisierten ungesättigten Verbindung (en) erreicht wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Reaktionsgemisch durch zwei oder mehr parallel angeordnete Mikroreaktoren geleitet, um den Durchsatz zu erhöhen.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Zahl und die Anordnung der Kanäle in einem oder mehreren Mikroreaktor (en) so variiert, daß die Verweilzeit verlängert wird, so daß auch hier bei erhöhter Durchflußgeschwindigkeit eine optimale Ausbeute an der (den) gewünschten dehydratisierten ungesättigten Verbindung (en) erreicht wird.

Vorzugsweise beträgt die Verweilzeit der Reaktionslösung im Mikroreaktor, gegebenfalls im Mikroreaktor und der Verweilstrecke < 15 Stunden, besonders bevorzugt < Stunden, Stunden, besonders bevorzugt bevorzugt < 1 Stunde.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einem sehr breiten Temperaturbereich durchgeführt werden, der im wesentlichen durch die Temperaturbeständigkeit der zum Bau des Mikroreaktors, gegebenenfalls der Verweilstrecke, sowie weiterer Bestandteile, wie z. B. Anschlüsse und Dichtungen eingesetzten Materialien und durch die physikalischen Eigenschaften der eingesetzten Lösungen und/oder Flüssigkeiten beschränkt ist. Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren bei einer Temperatur von-100 bis +250 °C, besonders bevorzugt von-78 bis +150 °C, ganz besonders bevorzugt von 0 bis +40 °C durchgeführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl kontinuierlich als auch diskontinuierlich durchgeführt werden. Vorzugsweise wird es kontinuierlich durchgeführt.

Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Dehydratisierung organischer Verbindungen zu ungesättigten Verbindungen ist es erforderlich, daß die Dehydratisierungsreaktion möglichst in homogener flüssiger Phase, die keine oder nur sehr kleine Feststoffpartikel enthält, durchgeführt wird, da sonst die in den Mikroreaktoren vorhandenen Kanäle verstopft werden.

Der Reaktionsverlauf der Dehydratisierung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann mit verschiedenen dem Fachmann bekannten analytischen Methoden verfolgt und gegebenenfalls geregelt werden. Vorzugsweise wird der Reaktionsverlauf chromatographisch, besonders bevorzugt durch Gaschromatographie, z. B. durch GC-MS, und/oder durch Hochdruckflüssigkeitschromatographie verfolgt und gegebenenfalls geregelt.

Ganz besonders bevorzugt wird der Reaktionsverlauf durch Hochdruckflüssigkeitschromatographie verfolgt. Die Kontrolle der Reaktion ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Vergleich zu bekannten Verfahren deutlich verbessert.

Nach der Reaktion werden die dehydratisierten Produkte gegebenenfalls isoliert. Vorzugsweise wird (werden) das (die) dehydratisierte (n) Produkte durch Extraktion aus dem Reaktionsgemisch isoliert.

Als organische Verbindungen können-bei dem erfindungsgemäßen Verfahren alle dem Fachmann als Substrate von Dehydratisierungen bekannten organischen Verbindungen eingesetzt werden, die unter Bildung von ungesättigten Verbindungen dehydratisieren. Vorzugsweise werden die organischen Verbindungen aus aliphatischen, aromatischen oder heteroaromatischen Alkoholen, Amiden oder Aldoximen ausgewählt.

Im Sinne der Erfindung bedeutet ungesättigte Verbindungen, daß durch die Dehydratisierung eine ungesättigte organische Verbindung gebildet wird oder daß der ungesättigte Charakter der Verbindung zunimmt, falls es sich bereits um eine ungesättigte Verbindung handelt. Damit ist umfaßt, daß Alkohole zu Alkenen und Amide bzw. Aldoxime zu Nitrilen dehydratisiert werden.

Als aliphatischer (aliphatisches) Alkohol, Amid oder Aldoxim können alle dem Fachmann bekannten aliphatischen Verbindungen der vorstehend aufgeführten Substanzklassen eingesetzt werden, die sich als Substrat für Dehydratisierungen eignen, bei denen ungesättigte Verbindungen entstehen.

Dabei sind auch geradkettige, verzweigte, gesättigte oder ungesättigte Verbindungen umfaßt.

Als aromatischer (aromatisches) Alkohol, Amid oder Aldoxim können alle dem Fachmann bekannten aromatischen Verbindungen der vorstehend aufgeführten Substanzklassen eingesetzt werden, die sich als Substrat für Dehydratisierungen eignen, bei denen ungesättigte Verbindungen entstehen.

Im Sinne der Erfindung werden damit Verbindungen und/oder Derivate umfaßt, die ein monocyclisches und/oder polycyclisches homoaromatisches

Grundgerüst oder eine entsprechende Teilstruktur, z. B. in Form von Substituenten, aufweisen.

Ais heteroaromatischer (heteroaromatisches) Alkohol, Amid oder Aldoxim können alle dem Fachmann bekannten heteroaromatischen Verbindungen der vorstehend aufgeführten Substanzklassen eingesetzt werden, die sich als Substrat für Dehydratisierungen eignen, bei denen ungesättigte Verbindungen entstehen und die wenigstens ein Heteroatom enthalten. Heteroaromatische Verbindungen im Sinne der Erfindung umfassen heteroaromatische Verbindungen und/oder deren Derivate, die wenigstens ein monocyclisches und/oder polycyclisches heteroaromatisches Grundgerüst oder eine entsprechende Teilstruktur, z. B. in Form von Substituenten, aufweisen.

Heteroaromatische Grundgerüste oder Teilstrukturen umfassen bevorzugt wenigstens ein Sauerstoff-, Stickstoff-oder Schwefelatom.

Als Dehydratisierungsmittel können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sämtliche, dem Fachmann bekannten, für Dehydratisierungen von organischen Verbindungen zu ungesättigten Verbindungen geeigneten Dehydratisierungsmittel oder Gemische aus mindestens zwei Komponenten eingesetzt werden. Vorzugsweise wird jeweils ein einzelnes Dehydratisierungsmittel bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Dehydratisierungsmittel wenigstens eine Verbindung ausgewählt aus Säuren, Säureanhydriden, Säurehalogeniden, Carbodiimiden oder Cyanoformiaten oder ein Gemisch aus diesen Dehydratisierungsmitteln. Als Säure wird bevorzugt p-Toluolsulfonsäure, Methansulfonsäure, Trifluoressigsäure, Schwefelsäure, Salzsäure, Perchlorsäure oder ein Gemisch aus zwei oder mehreren dieser Säuren verwendet. Bevorzugte Säureanhydride sind Essigsäureanhydrid, Trifluoressigsäureanhydrid,

Trifluormethansulfonsäureanhydrid oder ein Gemisch daraus.

Chlorsulfonsäure, Chlorsulfonylisocyanat, Acetylchlorid, Trichloracetylchlorid, p-Toluolsulfonylchlorid, Methansulfonylchlorid, Phosgen, Diphosgen, Triphosgen, Phosphoroxychlorid, Phosphortrichlorid, Phosphortribromid, Hexachlorcyclophosphatriazin, Thionytchlorid oder ein Gemisch daraus sind bevorzugte Säurehalogenide. Ferner ist Ethyl-cyanoformiat ein bevorzugtes Cyanoformiat. Beispiele für bevorzugte Carbodiimide umfassen Dicyclohexylcarbodiimid, Carbonyldiimidazol oder ein Gemisch daraus.

Das molare Verhältnis von eingesetzter organischer Verbindung zu eingesetztem Dehydratisierungsmittel hängt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von der Reaktivität der eingesetzten organischen Verbindungen und der Dehydratisierungsmittel ab. Vorzugsweise wird das Dehydratisierungsmittel und die organische Verbindung in einem äquimolaren Verhältnis verwendet. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Dehydratisierungsmittel in einem 1,3fachen bis 10fachen molaren Überschuß bezogen auf die organische Verbindung eingesetzt, besonders bevorzugt in einem 3fachen bis 6fachen Überschuß, ganz besonders bevorzugt in einem 4fachen bis 5fachen Überschuß.

Die Selektivität der Reaktion selbst hängt außer von der Konzentration der eingesetzten Reagenzien von einer Reihe weiterer Parameter, wie z. B. der Temperatur, der Art des verwendeten Dehydratisierungsmittels oder der Verweilzeit, ab. Dem Fachmann ist es möglich, die verschiedenen Parameter auf die jeweilige Dehydratisierungsreaktion so abzustimmen, daß das (die) gewünschte (n) dehydratisierte (n) Produkt (e) erhalten wird (werden).

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es wesentlich, daß die eingesetzten organischen Verbindungen und Dehydratisierungsmittel entweder selbst flüssig sind oder in gelöster Form vorliegen. Sofern diese Verbindungen nicht schon selbst in flüssiger Form vorliegen, müssen sie daher vor der

Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem geeigneten Lösungsmittel gelost werden. Als Lösungsmittel werden bevorzugt halogenierte Lösungsmittel, besonders bevorzugt Dichlormethan, Chloroform, 1,2-Dichlorethan oder 1,1,2,2-Tetrachlorethan, geradkettige, verzweigte oder cyclische Paraffine, besonders bevorzugt Pentan, Hexan, Heptan, Octan, Cyclopentan, Cycloheptan oder Cyclooctan oder geradkettige, verzweigte oder cyclische Ether, besonders bevorzugt Diethylether, Methyl-tert.- butylether, Tetrahydrofuran oder Dioxan, aromatische Lösungsmittel, besonders bevorzugt Toluol, Xylole, Ligroin oder Phenylether, N-haltige heterocyclische Lösungsmittel, besonders bevorzugt N-Methylpyrrolidon, oder Gemische dieser Lösungsmittel eingesetzt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Gefahr für Mensch und Umwelt durch austretende Chemikalien erheblich verringert und führt somit zu einer erhöhten Sicherheit beim Umgang mit Gefahrstoffen. Die Dehydratisierung organischer Verbindungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht ferner eine bessere Kontrolle der Reaktionsbedingungen, wie z. B.

Reaktionsdauer und Reaktionstemperatur, als dies in den herkömmlichen Verfahren möglich ist. Die Temperatur kann in jedem Volumenelement des Systems individuell gewähit und konstant gehalten werden. Der Reaktionsverlauf der Dehydratisierung ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sehr schnell und genau regelbar. Die dehydratisierten ungesättigten Produkte lassen sich so in sehr guten und reproduzierbaren Ausbeuten erhalten.

Besonders vorteilhaft ist auch, daß das erfindungsgemäße Verfahren kontinuierlich durchgeführt werden kann. Hierdurch ist es im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren schneller und kostengünstiger und es ist ohne großen Meß-und Regelungsaufwand möglich, beliebige Mengen der dehydratisierten ungesättigten Verbindungen herzustellen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels erläutert. Dieses Beispiel dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und schränkt den aligemeinen Erfindungsgedanken nicht ein.

Beispiel Dehvdratisierunq von Benzaldoxim zu Benzonitril Die Dehydratisierung von Benzaldoxim mit Methansulfonylchlorid erfolgte in einem statischen Mikromischer (Technische Universität llmenau, Fakultät Maschinenbau, Dr.-Ing. Norbert Schwesinger, Postfach 100565, D-98684, Ilmenau) mit einer Baugröße von 40 mm x 25 mm x 1 mm, der insgesamt 11 Mischstufen mit einem Volumen von jeweils 0,125 ul aufwies. Der Gesamtdruckvertust betrug circa 1000 Pa.

Der statische Mikromischer war über einen Auslaß und eine Omnifit Mitteldruck-HPLC-Verbindungskomponente (Omnifit, Großbritannien) an eine Teflon-Kapillare mit einem Innendurchmesser von 0,49 mm und einer Länge von 1,0 m verbunden. Die Reaktion wurde bei Raumtemperatur durchgeführt.

Es wurde eine 2 ml Einweginjektionsspritze mit einem Teil einer Lösung aus 1,0 g Benzaldoxim (8 mmol) und 8 ml N-Methylpyrrolidon und eine weitere 2 ml Spritze mit einem Teil einer Lösung von 1,4 g Methansulfonylchlorid (12 mmol) in 8 ml N-Methylpyrrolidon befüllt. Anschließend wurde der Inhalt beider Spritzen mit einer Dosierpumpe (Harvard Apparatus Inc., Pump 22, South Natick, Massachussets, USA) in den statischen Mikromischer überführt. Die Versuchsanordnung wurde vor der Durchführung der Reaktion in Bezug auf die Abhängigkeit der Verweilzeit von der Pumpenflußrate kalibriert. Die Verweilzeit wurde auf 3,75 Minuten eingestellt. Die Reaktionen wurden mit Hilfe eines Merck Hitachi LaChrom HPLC-lnstruments verfolgt. Der statische

Mikromischer und die Teflon-Kapillare wurden in einem auf 150 °C thermostatisierten Doppelmantelgefäß temperiert.

Bei einer Reaktionsdauer von 3,75 Minuten wurde eine vollständige Umsetzung des Benzaldoxims ausschtießtich zu Benzonitril beobachtet.