Cyclopentanon und Caprolacton sind wichtige Zwischenprodukte in Synthesen von ver- schiedenen chemischen Produkten. Cyclopentanon wird beispielsweise zur Herstellung von Methyldihydrojasmonat (Hedion) verwendet, welches auf Grund seines blumig- jasminartigen Duftes in zahlreichen Parfüms bzw. Duftzusammensetzungen Anwendung findet. Caprolacton wird u. a. zur Herstellung von substituierten Hexan-Derivaten, Polyes- tern und Polyethern verwendet.

Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Verfahren zur Herstellung von Cyclopentanon oder Caprolacton bekannt.

So beschreibt beispielsweise die DE-A 3 730 185 die Herstellung von Cyclopentanon aus- gehend von Adipinsäure in der Gasphase bei Temperaturen von 250 bis 450 °C. Die Her- stellung von Cyclopentanon erfolgt dabei gegebenenfalls in Gegenwart von Wasserdampf über oxidischen sauren oder basischen Katalysatoren, bevorzugt auf Wirbelbett- Katalysatoren. Beispiele für geeignete Katalysatoren sind mit Elementen der I. oder II.

Hauptgruppe dotierte Aluminiumoxide oder Phosphorsäure bzw. Hydrogenphosphate ent- haltene Kieselsäuren.

Aus der EP-A 0 626 363 ist bekannt, dass Adipinsäure in flüssiger Phase bei Temperaturen von 200 bis 300 °C in Gegenwart eines Metalls oder einer Metallverbindung des Bors, Aluminiums, Galliums, Iridiums, Thalliums, Zinns, Antimons, Bismuths, Molybdäns, Ru- bidiums, Cäsiums oder Vanadiums zu Cyclopentanon umgesetzt werden kann.

Die EP-A 0 251 111 beschreibt die Cyclisierung von aliphatischen Dicarbonsäureestem mit 6 bis 8 Kohlenstoffatomen, beispielsweise Adipinsäurediestern, in der Gas-oder Flüs- sigphase bei Temperaturen von 300 bis 345 °C zu Cyclopentanon. Dabei wird an festen oxidischen Katalysatoren gearbeitet, denen Elemente der I. bis V. Hauptgruppe des Perio- densystems der Elemente, der Seltenerdmetalle oder Gemische davon zugrunde liegen.

Weiterhin lassen sich nach der EP-A 1 015 408 5-Formylvaleriansäure und ihre Ester oder 6-Hydroxycapronsäure und ihre Ester bei Temperaturen von 200 bis 450 °C in der Gas- oder Flüssigphase an oxidischen Katalysatoren zu Cyclopentanon umsetzten.

Die EP-A 1 084 096 beschreibt die Umsetzung von Adipinsäurestern oder Gemischen, die Adipinsäureester enthalten, in Gegenwart von Katalysatoren wie Titandioxid, Zirkondi- oxid, Seltenerdoxiden oder Metalloxiden der I. bzw. II. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente zu Cyclopentanon. Die adipinsäureesterhaltigen Gemische werden als Ne- benprodukt in der Herstellung von 1,6-Hexandiol und Caprolacton erhalten.

Caprolacton kann großtechnisch auf Basis von Cyclohexanon durch Baeyer-Villiger- Oxidation hergestellt werden. Dabei werden explosive Perverbindungen entweder einge- setzt oder im Verfahren durchlaufen.

Die DE-A 196 07 954 beschreibt die gleichzeitige Herstellung von 1, 6-Hexandiol und Caprolacton ausgehend von einer Dicarbonsäure-Lösung, die aus der Oxidation von Cyc- lohexan zu Cyclohexanol und Cyclohexanon stammt. Zu diesem Zweck wird die Dicar- bonsäure-Lösung verestert, hydriert und thermisch behandelt. Die gleichzeitige Synthese von Cyclopentanon und Caprolacton ist nicht beschrieben.

Die Herstellung von Caprolacton aus einer Dicarbonsäure-Lösung ist auch in der DE-A 161 81 43 beschrieben. Dabei wird entwässerte Dicarbonsäure-Lösung mit Phosphorsäure thermisch umgesetzt und das resultierende Gemisch aus Dicarbonsäuren, Caprolacton so- wie eine Vielzahl anderer Komponenten abschließend fraktioniert.

Die Ausgangsverbindungen zur Herstellung von Cyclopentanon, die in den oben genann- ten Verfahren des Standes der Technik verwendet werden, beispielsweise Adipinsäure, Adipinsäuremonoalkylester, Adipinsäuredialkylester und 5-Formylvaleriansäurealkylester, die zum Teil auch als monomere Ausgangsverbindungen zur Herstellung von Polymeren, beispielsweise Polyamiden, verwendet werden, sind kostenintensive Ausgangsstoffe. Die

im Stand der Technik beschriebene Herstellung von Caprolacton aus Dicarbonsäure- Lösung ermöglicht darüber hinaus nicht die gleichzeitige Herstellung von Cyclopentanon.

Es bestand daher die Aufgabe, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem die Wertprodukte Cyclopentanon und gegebenenfalls Caprolacton mit hohen Ausbeuten erhalten werden und das von kostengünstigen Ausgangsstoffen ausgeht. Die dabei zur Herstellung dieser Wert- produkte notwendigen Katalysatoren sollen ebenfalls kostengünstig sein.

Es wurde erfindungsgemäß gefunden, dass die vorliegende Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von Cyclopentanon und gegebenenfalls Caprolacton gelöst wird, bei dem eine Dicarbonsäure-Lösung enthaltend Adipinsäure und 6-Hydroxycapronsäure in Gegen- wart mindestens eines Katalysators umgesetzt wird.

Die Dicarbonsäure-Lösung wird im erfindungsgemäßen Verfahren im Allgemeinen ent- wässert oder teilweise entwässert eingesetzt. Unter einer teilweise entwässerten Dicarbon- säure-Lösung wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Dicarbonsäure-Lösung ver- standen, die im Allgemeinen ein Wassergehalt von 0, 1 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 0,1 <BR> <BR> Gew. -% bis 10 Gew. -%, besonders bevorzugt 0,1 bis 1 Gew. -%, aufweist. Unter einer ent- wässerten Dicarbonsäure-Lösung wird im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Dicar- bonsäure-Lösung mit einem Wassergehalt kleiner 0,1 Gew. -% verstanden.

Die wässrige Dicarbonsäure-Lösung enthält im Allgemeinen 10 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 12 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 15 bis 20 Gew.-%, Adipinsäure, im Allgemeinen 10 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 10 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 15 Gew.-%, <BR> <BR> 6-Hydroxycapronsäure, im Allgemeinen 0,5 bis 10 Gew. -%, bevorzugt 1 bis 4 Gew.-%,<BR> besonders bevorzugt 1 bis 2 Gew. -%, Glutarsäure, im Allgemeinen 0,5 bis 10 Gew.-%,<BR> bevorzugt 0,5 bis 5 Gew. -%, besonders bevorzugt 1 bis 2 Gew. -%, 5-Hydroxy-<BR> valeriansäure, im Allgemeinen 0,1 bis 5 Gew. -%, bevorzugt 0,1 bis 0,5 Gew. -%, besonders<BR> bevorzugt 0,1 bis 0,3 Gew. -%, 1,2-Cyclohexandiole, im Allgemeinen 0,1 bis 5 Gew.-%,<BR> bevorzugt 0,1 bis 1 Gew. -%, besonders bevorzugt 0,1 bis 0,5 Gew.-%, 1, 4-<BR> Cyclohexandiole und im Allgemeinen 0,5 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 5 Gew. -%, be- sonders bevorzugt 1 bis 2 Gew.-%, Ameisensäure, wobei alle Mengenangaben wasserfrei auf die Dicarbonsäure-Lösung bezogen sind. Der Bezug der obigen Mengenangaben auf eine wasserfreie Dicarbonsäure-Lösung bedeutet jedoch nicht, dass die Dicarbonsäure- Lösung zwingend wasserfrei im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden muss.

Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Dicarbonsäure-Lösung wird in einer bevorzugten Ausführungsform bei mindestens einer der folgenden Oxidationen als Neben- produkt erhalten : - Cyclohexan zu Cyclohexanol und Cyclohexanon, - Cyclohexanol und/oder Cyclohexanon zu Adipinsäure und/oder 6-Hydroxycapronsäure, - Cyclohexan zu Adipinsäure und/oder 6-Hydroxycapronsäure Bezüglich der Oxidation von Cyclohexan zu Cyclohexanol und Cyclohexanon wird auf Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5. Ed., 1984, Vol. A8, Seite 49, verwie- sen, dessen gesamte Offenbarung durch Bezugnahme in die vorliegende Erfindung einge- schlossen ist. <BR> <BR> <P>Diese Dicarbonsäure-Lösungen enthalten im Allgemeinen 20 bis 80 Gew. -%, bevorzugt 30<BR> bis 60 Gew. -%, besonders bevorzugt 40 bis 50 Gew. -%, Wasser und im Allgemeinen- neben den bereits erwähnten Bestandteilen-eine Vielzahl weiterer Mono-und Dicarbon- säuren, Estern sowie Oxo-und Oxa-Verbindungen, deren Einzelgehalt im Allgemeinen 5% nicht übersteigt. Beispiele für diese weiteren Bestandteile sind Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Valeriansäure, Capronsäure, Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure, 4- Hydroxybuttersäure und y-Butyrolacton.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Dicarbon- säure-Lösungen, die aus den oben genannten Oxidationen stammen, jedoch auf einen Was- sergehalt von im Allgemeinen 0,1 Gew.-% bis 20 Gew.-%, bevorzugt 0,1 Gew.-% bis 10 Gew. -%, besonders bevorzugt 0,1 Gew.-% bis 1 Gew. -%, bezogen auf die Dicarbonsäure- Lösung, entwässert. Diese Entwässerung der im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetz- ten Dicarbonsäure-Lösung kann vor der Umsetzung, d. h. vor oder nach dem Versetzen der Dicarbonsäure-Lösung mit dem mindestens einen Katalysator, erfolgen.

Die Entwässerung kann beispielsweise mit einem Membransystem erfolgen oder in einer Destillativapparatur, bei der bei 10 bis 250 °C, bevorzugt 20 bis 200 °C, besonders bevor- zugt 30 bis 200 °C, Wasser über Kopf abgetrennt wird. Der Druck beträgt dabei im Allge- meinen 1 bis 1.500 mbar, bevorzugt 5 bis 1.100 mbar, besonders bevorzugt 300 bis 1. 000 mbar.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Umsetzung der Dicarbonsäure-Lösung in Gegenwart von mindestens einem Katalysator. Erfindungsgemäß geeignete Katalysatoren sind diejenigen Katalysatoren, die in den Patentanmeldungen DE-A 3 730 185, EP-A 0 626

363, EP-A 0 626 364, EP-A 0 251 111, EP-A 1 084 096 und EP-A 1 015 408 beschrieben sind, dessen gesamte Offenbarungen durch Bezugnahme in die vorliegende Erfindung ein- geschlossen sind.

Bevorzugte Katalysatoren sind im Allgemeinen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Metallen, Metalloxiden, Metallhydroxiden, Metallsalzen und Metall-Doppelsalzen von Elementen der I. bis XIV. Gruppe des Periodensystems der Elemente, der Seltenerdmetälle und Gemischen davon, bevorzugt sind Alkali-und/oder Erdalkalisalze.

Als Oxide bzw. Hydroxide sind beispielsweise - Alkalioxide wie Natriumoxid, Kaliumoxid, - Erdalkalioxide wie Magnesiumoxid, Calciumoxid, Bariumoxid, - Bortrioxid, Aluminiumoxide, - Siliziumdioxide, z. B. in Form von Kieselgel, Kieselgur, Silikaten oder Quarz, -Zinndioxid, Bismutoxid, Kupferoxide, Zinkoxid, Lanthanoxid, Titandioxid, Zirkondi- oxid, Vanadiumoxide, Chromoxide, Molybdänoxide, Wolframoxide, Manganoxide, Ei- senoxide, Ceroxide, Neodymoxide, - Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Calciumhydroxid, - oder Gemische derartiger Oxide und Hydroxide geeignet.

Als Metallsalze und Metall-Doppelsalze sind beispielsweise Acetate, Phosphate, Borate, Carbonate, Vanadate, Oxalate, Silikate, Sulfate und Adipate geeignet. Beispiele hierfür sind Kaliumcarbonat, Cäsiumcarbonat, Natriumcarbonat, Natriumacetat, Lithiumphospha- te, Natriumphosphate, Kaliumphosphate, Natriumborate, Kaliumvanadate, Aluminium- phosphate, Cerphosphate, Borphosphate, Eisenaluminiumphosphate, Zirkonphosphate, Calciumphosphate, Siliziumaluminiumphosphate, Zeolithe, Mono-und Dinatriumadipat.

Besonders bevorzugt sind feste, oxidische Katalysatoren, welche auf einem'oxidischen <BR> <BR> Trägermaterial im Allgemeinen 0,01 bis 5 Gew. -%, bevorzugt 0,1 bis 3 Gew. -%, besonders<BR> bevorzugt 0,3 bis 2 Gew. -% eines Alkalioxids und/oder Seltenerdoxids, jeweils bezogen auf den gesamten Katalysator, aufweisen.

Als Alkalioxide kommen beispielsweise Lithium-, Natrium-, Kalium-, Rubidium-und Cä- siumoxide oder Gemische dieser Oxide in Frage. Besonders bevorzugt sind Natrium-und Kaliumoxid als katalytisch aktive Materialien. Als Seltenerdoxide kommen z. B. Lanthan- oxide in Frage.

Als Trägermaterial für die Katalysatoren in Verfahrensschritt (a) des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Ausführungsform 1 werden vorzugsweise Metalloxide der II. bis V.

Hauptgruppe, der I. bis VIII. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente oder Oxide der Seltenerdmetalle oder Gemische dieser Oxide verwendet. Beispiele für derartige Trä- ger sind Magnesiumoxid, Calciumoxid, Bariumoxide, Bortrioxid, Aluminiunioxide, Silizi- umoxide, beispielsweise in Form von Kieselgel, Kieselgur oder Quarz, Zinndioxid, Bismu- toxide, Kupferoxide, Zinkoxid, Lanthanoxid, Titanoxide, Zirkondioxid, Vanadiumoxide, Chromoxide, Molybdänoxide, Wolframoxide, Manganoxide, Eisenoxide, Ceroxide, Neo- dymoxide oder Gemische derartiger Oxide. Besonders bevorzugt wird das Trägermaterial ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aluminiumoxiden, Siliziumdioxid, Titandioxid und deren Gemischen.

Erfindungsgemäß ist es auch möglich, unterschiedliche Katalysatoren im erfindungsgemä- ßen Verfahren gleichzeitig und/oder hintereinander einzusetzen.

Für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich somit beispielsweise La203, Zr02, Cr203/Zr02, CaO/ZnO, MgO/ZnO, K2O/TiO2, La203/Al203, ZrOSO4, K20/SiO2, NazO/AlzOs, Na2O/SiO2, Na20/A1203 und K2O/A1203.

Durch die Wahl des jeweiligen Katalysators lässt sich das Verhältnis der Produkte steuern : Werden im erfindungsgemäßen Verfahren Salze und/oder Oxide von schwachen oder mit- telstarken Säuren eingesetzt, so wird im Wesentlichen Cyclopentanon gebildet, während für die gemeinsame Herstellung von Cyclopentanon und Caprolacton starke Basen, bevor- zugt Alkali-und Erdalkalioxide und Hydroxide, eingesetzt werden. Diese Katalysatoren können mit oder ohne Katalysator-Träger eingesetzt werden.

Falls Salze und/oder Oxide von schwachen oder mittelstarken Säuren verwendet werden, so werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren Cyclopentanon und Caprolacton im All- gemeinen in einem Gewichtsverhältnis Cyclopentanon : Caprolacton von mehr als 100 : 1, bevorzugt mehr als 105 : 1, besonders bevorzugt mehr als 110 : 1, gebildet. Werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren starke Basen verwendet, so werden Cyclopentanon und Caprolacton im Allgemeinen in einem Gewichtsverhältnis Cyclopentanon : Caprolacton von weniger als 100 : 1, bevorzugt weniger als 95 : 1, besonders bevorzugt weniger als 90 : 1, gebildet.

Unter schwachen Säuren werden im Sinne'der vorliegenden Erfindung Säuren verstanden, die einen pKs-Wert zwischen 16,0 und 9,0 aufweisen. Unter mittelstarken Säuren werden im Sinne der vorliegenden Erfindung Säuren verstanden, die einen pus-vert zwischen 9,0 und 1,0 aufweisen. Unter starken Basen werden im Sinne der vorliegenden Erfindung Säu- ren verstanden, die einen pKB-Wert von 6,0 bis-5,0 aufweisen.

Die im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Katalysatoren können in allen beliebi- gen Darreichungsformen verwendet werden, beispielsweise als Pulver, als 2-bis 5-mm- Stränge, als Tabletten mit beispielsweise 3 bis 5 mm Durchmesser, als Split mit Teilchen- größen von beispielsweise 0,1 bis 0,5 mm oder als Wirbelkontakt.

Das erfindungsgemäße Verfahren erfolgt im Allgemeinen bei Temperaturen von 100 bis 400 °C, bevorzugt bei 200 bis 350 °C, besonders bevorzugt bei 220 bis 330 °C. Im Allge- meinen wird die Reaktion unter Atmosphärendruck durchgeführt. Gleichfalls ist es mög- lich, schwach verminderten oder schwach erhöhten Druck, beispielsweise zwischen 20 mbar und 20 bar, zu verwenden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Allgemeinen in flüssiger Phase, gegebenenfalls unter Verwendung von Verdünnungsmitteln, durchgeführt. Als Verdünnungsmittel sind beispielsweise Lösemittel geeignet, die unter den Reaktionsbedingungen vollständig oder weitgehend vollständig inert sind, beispielsweise Ether (Dioxan, Tetrahydrofuran, Biphe- nylether, Dibenzylether) oder Kohlenwasserstoffe wie Dodecan oder Weißöle.

Die Katalysatormenge beträgt im erfindungsgemäßen Verfahren im Allgemeinen 0,005 bis 0,5 kg Katalysator pro Kilogramm wasserfreie Adipinsäure und 6-Hydroxycapronsäure und Stunde, bevorzugt 0,01 bis 0,3 kg Katalysator pro Kilogramm wasserfreie Adipinsäure und 6-Hydroxycapronsäure und Stunde, besonders bevorzugt 0,03 bis 0,2 kg Katalysator pro Kilogramm wasserfreie Adipinsäure und 6-Hydroxycapronsäure und Stunde.

Die Umsetzung der Dicarbonsäure-Lösung an dem Katalysator des erfindungsgemäßen Verfahrens kann diskontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise als Festbettreaktion mit Festbettka- talysatoren, beispielsweise in Sumpf-oder Rieselfahrweise, in der Flüssigphase durchge- führt werden. Beispielsweise ist auch eine Wirbelbettreaktion mit in auf-und abwirbelnder Bewegung befindlichen Katalysatoren oder mit in der Flüssigphase gelösten oder suspen- dierten Katalysatoren möglich.

Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren in der Flüssigphase in Gegenwart von gelösten, suspendierten oder fest angeordneten Katalysatoren durchgeführt.

Bei Verwendung eines Wirbelbetts kann die Dicarbonsäure-Lösung im Allgemeinen was- serhaltig oder entwässert, in fester oder flüssiger Form in das Wirbelbett eingebracht wer- den.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der Flüssigphase beispielsweise so durchgeführt, dass man die Dicarbonsäure-Lösung, gegebenenfalls in Anwesenheit eines Verdünnungs- mittels, in Gegenwart eines gelösten, suspendierten oder fest angeordneten Katalysators auf die gewünschte Reaktionstemperatur erhitzt und das entstehende Cyclopentanon und gegebenenfalls Caprolacton vorzugsweise durch Extraktion oder Destillation aus dem Re- aktionsgemisch gewonnen wird.

Suspendierte Katalysatoren können bei diskontinuierlicher Fahrweise nach der Gewinnung von Cyclopentanon und gegebenenfalls Caprolacton gegebenenfalls durch Dekantieren, Filtrieren oder Zentrifugieren abgetrennt werden. Gelöste Katalysatoren verbleiben im All- gemeinen im Destillationsrückstand.

Je nach verwendetem Katalysator enthalten die Destillationsrückstände wechselnde Men- gen an 6-Hydroxycapronsäure und Adipinsäure in monomerer und oligomerer Form. Es ist möglich, durch Veresterung mit niederen aliphatischen Alkoholen wie Methanol, Ethanol und/oder n-Butanol in Gegenwart von sauren Katalysatoren, beispielsweise Schwefelsäure, 6-Hydroxycapronsäurealkylester und Adipinsäureester herzustellen, der wiederum gegebe- nenfalls zur Herstellung von 1,6-Hexandiol und Caprolacton genutzt werden kann. Diesbe- züglich wird auf die DE-A 196 07 954 und DE-A 196 07 955 verwiesen, dessen gesamte Offenbarungen in die vorliegende Erfindung eingeschlossen sind.

Das aus dem erfindungsgemäße Verfahren stammende Cyclopentanon und gegebenenfalls vorhandene Caprolacton wird vorzugsweise direkt abdestilliert (Reaktivdestillation). Die weitere Aufarbeitung zur Reinigung des Cyclopentanons und des gegebenenfalls vorhan- denem Caprolactons erfolgt im Allgemeinen so wie in den Ausführungsformen I und II der zeitgleich eingereichten Anmeldung DE-A 103 08 488.6 mit dem Titel"Verfahren zur Herstellung und Reinigung von Cyclopentanon"für die Reinigung von Cyclopentanon beschrieben. Die DE-A 103 08 488. 6 ist durch Bezugnahme in die vorliegende Erfindung eingeschlossen. Das Caprolacton wird gegebenenfalls als Hochsieder in der jeweiligen

Kolonne Kl gewonnen. Alternativ ist es auch möglich, eine gemischte Verfahrensvariante der Ausfiihrungsformen I und II der DE-A 103 08 488.6 durch Kombination von zwei her- kömmlichen Kolonnen und einer Trennwandkolonne durchzuführen. Bevorzugt ist aller- dings die Ausführungsform II der DE-A 103 08 488.6.

Daher ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine besondere Ausfüh- rungsform des Verfahrens zur Herstellung von Cyclopentanon und gegebenenfalls Capro- lacton, das die folgenden Verfahrensschritte umfasst : (a) Herstellen eines Gemisches enthaltend Cyclopentanon und gegebenenfalls Caprolacton durch Umsetzung einer Dicarbonsäure-Lösung enthaltend Adipinsäure und 6-Hydroxycapronsäure an mindestens einem Katalysator, (b) Abdestillieren aus diesem Gemisch von einer Mischung enthaltend Cyclopentanon, gegebenenfalls Caprolacton, Wasser und gegebenenfalls Hoch-und/oder Leichtsie- der als Kopfprodukt, wobei gegebenenfalls Sumpfprodukte zurückbleiben, (c) Überführen der in Verfahrensschritt (b) als Kopfprodukt erhaltenen Mischung in eine erste Kolonne, worin eine Trennung der Mischung in gegebenenfalls vorhan- denes Caprolacton, ein Cyclopentanon/Wasser-Gemisch, Wasser und gegebenen- falls Hoch-und/oder Leichtsieder erfolgt, Ausschleusen des Cyclopenta- non/Wasser-Gemisches durch einen Seitenabzug der ersten Kolonne oder als Kopf- produkt der ersten Kolonne und Ausschleusen von gegebenenfalls vorhandenem Caprolacton über den Sumpf der ersten Kolonne, wobei das Cyclopenta- non/Wasser-Gemisch gegebenenfalls noch geringe Mengen an Hoch-und/oder Leichtsieder enthält, (d) Trennung des in Verfahrensschritt (c) erhaltenen Cyclopentanon/Wasser-Gemi- sches in eine wässrige Phase enthaltend Wasser und gegebenenfalls geringe Men- gen Cyclopentanon und eine organische Phase enthaltend Cyclopentanon und ge- gebenenfalls geringe Mengen Wasser in einem Phasenscheider, wobei die organi- sche und/oder wässrige Phase gegebenenfalls noch geringe Mengen Hoch- und/oder Leichtsieder enthält, (e) gegebenenfalls Zurückführen der in Verfahrensschritt (d) erhaltenen wässrigen Phase in Verfahrensschritt (b),

(f) Überführen der im Verfahrensschritt (d) erhaltenen organischen Phase in eine Trennwandkolonne, worin eine Trennung der organischen Phase in Cyclopentanon, ein Cyclopentanon/Wasser-Gemisch und gegebenenfalls noch vorhandene, in Ver- fahrensschritt (c) nicht abgetrennte und/oder zwischenzeitlich neu gebildete Hoch- und/oder Leichtsieder erfolgt, und Ausschleusen von Leichtsiedern und dem Cyc- lopentanon/Wasser-Gemisch über den Kopf der Trennwandkolonne, von Hochsie- dem über den Sumpf der Trennwandkolonne und von Cyclopentanon über einen Seitenabzug der Trennwandkolonne, wobei das Cyclopentanon/Wasser-Gemisch gegebenenfalls in den Phasenscheider des Verfahrensschrittes (d) zurückgeführt wird.

Verfahrensschritt (a) In Verfahrensschritt (a) werden die gleichen Ausgangsstoffe und Katalysatoren wie in dem oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung von Cyclopentanon und gegebenenfalls Caprolacton aus Dicarbonsäure-Lösung verwendet. Auch die Reaktionsbedingungen sind bereits vorstehend erwähnt. Somit gelten alle vorstehenden Ausführungen auch für den Verfahrensschritt (a).

Verfahreasschritt (b)<BR> Aus dem Gemisch, das durch Umsetzung der Dicarbonsäure-Lösung enthaltend Adipinsäu- re und 6-Hydroxycapronsäure an dem mindestens einen Katalysator erhalten wird, wird eine Mischung enthaltend Cyclopentanon, gegebenenfalls Caprolacton, Wasser und gege- benenfalls Hoch-und/oder Leichtsieder als Kopfprodukt abdestilliert.

Die Herstellung des Gemisches (Verfahrensschritt (a)) und das Abdestillieren aus diesem Gemisch von einer Mischung enthaltend Cyclopentanon, Caprolacton, Wasser und gege- benenfalls Hoch-und/oder Leichtsieder (Verfahrensschritt (b)) erfolgt vorzugsweise in derselben Apparatur als Reaktivdestillation. Verfahrensschritt (b) wird dabei im Allgemei- nen bei Temperaturen von 200 bis 350 °C, bevorzugt 240 bis 325 °C, besonders bevorzugt 280 bis 300 °C, durchgeführt. Der Druck beträgt dabei im Allgemeinen 800 bis 1000 mbar, bevorzugt 825 bis 925 mbar, besonders bevorzugt 850 bis 950 mbar.

Verfahf°efzsschritt (c)

Die in Verfahrensschritt (b) als Kopfprodukt erhaltene Mischung enthaltend Cyclopenta- non, gegebenenfalls Caprolacton, Wasser und gegebenenfalls Hoch-und/oder Leichtsieder wird in eine erste Kolonne überführt, worin eine Trennung der Mischung in ein Cyclopen- tanon/Wasser-Gemisch, gegebenenfalls Caprolacton, Wasser und gegebenenfalls Hoch- und/oder Leichtsieder erfolgt. Das Cyclopentanon/Wasser-Gemisch wird durch einen Sei- tenabzug der ersten Kolonne bei Anwesenheit von Leichtsiedern oder als Kopfprodukt der ersten Kolonne bei Abwesenheit von Leichtsiedern ausgeschleust. Das gegebenenfalls vor- handene Caprolacton erhält man als Sumpfprodukt der ersten Kolonne.

Für die Destillation kommen hierbei übliche Apparaturen in Betracht, wie sie beispielswei- se in Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 3. Ed., Vol. 7, John Wiley & Sons, New York, 1979, Seiten 870-881 beschrieben sind, beispielsweise Siebbodenkolon- nen, Glockenbodenkolonnen, Packungskolonnen oder Füllkörperkolonnen.

Die Trennung der aus Verfahrensschritt (a) erhaltenen Mischung aus Cyclopentanon, ge- gebenenfalls Caprolacton, Wasser und gegebenenfalls Hoch-und/oder Leichtsiedern er- folgt nicht zwingend vollständig, so dass das aus dieser Destillation resultierende Cyclo- pentanon/Wasser-Gemisch gegebenenfalls noch geringe Mengen Hoch-und/oder Leicht- sieder enthält.

Me7fahre71lssch7-itt (dp Das im Verfahrensschritt (c) des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltene gasförmige Cyclopentanon/Wasser-Gemisch wird in eine wässrige Phase und eine organische Phase getrennt. Diese Trennung erfolgt im Allgemeinen durch Kondensation des Cyclopenta- non/Wasser-Gemisches auf Temperaturen, bei denen sich zwei Phasen bilden, beispiels- weise 40'C. Die Trennung in Verfahrensschritt (d) erfolgt dabei in einem Phasenscheider.

Die so gebildete wässrige Phase kann gegebenenfalls noch geringe Mengen an Cyclopen- tanon enthalten, während die organische Phase Cyclopentanon und darüber hinaus gegebe- nenfalls geringe Mengen Wasser enthält.

. Unter einem Phasenscheider wird im Sinne der vorliegenden Erfindung jede Apparatur oder Anordnung verstanden, mit der zwei flüssige Phasen voneinander getrennt werden können. <BR> <BR> <P>Die organische Phase enthält im Allgemeinen 75 bis 90 Gew. -%, bevorzugt 77,5 bis 87,5<BR> Gew. -%, besonders bevorzugt 80 bis 85 Gew. -% Cyclopentanon, jeweils bezogen auf die

organische Phase. Die wässrige Phase enthält im Allgemeinen 35 bis 15 Gew.-%, bevor- <BR> <BR> zugt 32,5 bis 17,5 Gew. -%, besonders bevorzugt 30 bis 20 Gew. -%, Cyclopentanon, je- weils bezogen auf die wässrige Phase.

Die in Verfahrensschritt (d) erzeugte organische und/oder wässrige Phase kann gegebenen- falls noch geringe Mengen Hoch-und/oder Leichtsieder enthalten, die entweder im Ver- fahrensschritt (b) nicht vollständig entfernt wurden, und/oder zwischenzeitlich aus dem Cyclopentanon und den weiteren gegebenenfalls vorhandenen Verbindungen gebildet wur- den, beispielsweise das dimere Aldolprodukt von Cyclopentanon oder Cyclopentanon-2- carbonsäurester.

Verfahre7zsschritt fe) Die in Verfahrensschritt (d) erhaltene wässrige Phase wird gegebenenfalls in Verfahrens- schritt (b) zurückgeführt.

Veifahrensschi-itt (0 Die in Verfahrensschritt (d) erhaltene organische Phase wird in eine Trennwandkolonne überführt. In dieser Kolonne erfolgt eine Trennung der organischen Phase in Cyclopenta- non, ein Cyclopentanon/Wasser-Gemisch und gegebenenfalls noch vorhandene, in Verfah- rensschritt (c) nicht abgetrennte und/oder zwischenzeitlich neu gebildete Hoch-und/oder Leichtsieder. Das Cyclopentanon wird über einen Seitenabzug der Trennwandkolonne ge- wonnen. Das über Kopf der zweiten Kolonne ausgeschleuste Cyclopentanon/Wasser- Gemisch wird gegebenenfalls in den Phasenscheider des Verfahrensschrittes (d) zurückge- führt. Über den Sumpf der zweiten Kolonne werden Hochsieder gewonnen und ausge- schleust. Die gegebenenfalls vorhandenen Leichtsieder werden ebenfalls über den Kopf der zweiten Kolonne gewonnen.

Die Funktionsweise von Trennwandkolonnen ist dem Fachmann bekannt. Trennwandko- lonnen weisen typischerweise eine in Kolonnenlängsrichtung ausgerichtete Trennwand auf, die den Kolonneninnenraum in die folgenden Teilbereiche unterteilt : einen oberen gemeinsamen Kolonnenbereich, einen unteren gemeinsamen Kolonnenbereich sowie einen Zulaufteil und einen Entnahmeteil, jeweils mit Verstärkungsteil und Abtriebsteil. Das auf- zutrennende Gemisch wird im Bereich des Zulaufsteils aufgegeben, eine Hochsiederfrakti- on wird aus dem Kolonnensumpf, eine Leichtsiederfraktion über den Kolonnenkopf und eine Mittelsiederfraktion aus dem Bereich des Entnahmeteils entnommen.

Bei der Trennung von Mehrstoffgemischen in eine Leichtsieder-, eine Mittelsieder-und eine Hochsiederfraktion werden üblicherweise Spezifikationen über den maximal zulässi- gen Anteil an Leichtsiedern und Hochsieden in der Mittelsiederfraktion vorgegeben. Spe- zifiziert werden hierbei für das Trennproblem kritische Verbindungen, sogenannte Schlüs- selkomponenten. Im vorliegenden Verfahren sind Wasser, Leichtsieder und Adipinsäure- derivate (Hochsieder) Schlüsselkomponenten in der Cyclopentanon-Reindestillation.

Bezüglich der einsetzbaren trennwirksamen Einbauten in die Trennwandkolonnen gibt es grundsätzlich keine Einschränkungen. Hierzu sind sowohl Füllkörper als geordnete Pa- ckungen oder Böden geeignet. Bei den Packungskolonnen sind geordnete Blechpackungen mit einer spezifischen Oberfläche von im Allgemeinen 100 bis 500 m2/m3, bevorzugt 200 bis 400 m2/m3, besonders bevorzugt 250 bis 300 m2/m3, besonders geeignet.

Bei besonders hohen Anforderungen an die Produkte und insbesondere für den Fall, dass Packungen als trennwirksame Einbauten eingesetzt werden, wird die Trennwand im All- gemeinen mit einer thermischen Isolierung ausgestattet. Eine derartige Ausgestaltung der Trennwand ist beispielsweise in der EP-A 0 640 367 beschrieben, dessen Offenbarung durch Bezugnahme in die vorliegende Erfindung eingeschlossen ist.

Die Trennwandkolonne wird bei einem Betriebsdruck von im Allgemeinen 0,1 bis 1, 0 bar, bevorzugt 0, 3 bis 0995 bar, besonders bevorzugt 0, 5 bis 0, 9 bar, betrieben. In einer bevor- zugten Ausgestaltung der Trennwandkolonne können die Zulaufstelle des aufzutrennendes Stromes, d. h. der in Verfahrensschritt (c) erhaltenen organischen Phase, und die Entnah- mestelle des Mittelsiederstromes, d. h. des Cyclopentanons, auf unterschiedlicher Höhe in der Kolonne angeordnet sein.

In einer weiteren bevorzugten Verfahrensvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Rücklauf in der Trennwandkolonne aus den oberen Kolonnenteilen so geregelt werden, dass das Verhältnis des Rücklaufstroms zum entnommenen Kopfstrom im Allgemeinen 0,5 bis 30, bevorzugt 0,5 bis 20, besonders bevorzugt 1 bis 20, beträgt. Als weiter vorteilhaft erwies sich ein Verhältnis von Trennblechhöhe zur Kolonnenhöhe von 1 zu 3, bevorzugt von zu1, 5.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Verfahrensvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Entnahme des reinen Cyclopentanon über einen flüssigen oder gasförmigen Seitenabzug, welcher über den Sumpfstand geregelt wird.

Das so über den Seitenabzug erhaltene Cyclopentanon weist eine Reinheit von mindestens 99 %, bevorzugt mindestens 99,5%, auf.

In einer besonderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden als Katalysatoren Natriumhydroxid und/oder Natriumoxid und/oder Natriumsalze verwendet, so dass die bei der Cyclopentanonsynthese erhaltenen Sumpfprodukte der Reaktivdestillation (Verfah- rensschritt (b) der besonderen Ausführungsform) zur Herstellung von Soda verwendet werden können.

Erfindungsgemäß ist es genau so möglich, dass man die nach der Cyclopentanon-Synthese erhaltenen Sumpfprodukte (Verfahrensschritt (b) der besonderen Ausführungsform) zur Herstellung von 1,6-Hexandiol und/oder Caprolacton verwendet. Diesbezüglich wird auf die DE-A 196 07 954 verwiesen, welche die Synthese von 1,6-Hexandiol beschreibt. In dieser Synthese können die aus dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Sumpfpro- dukte entweder in die Stufe 2 (Veresterung) oder Stufe 8 (Umesterung) eingesetzt werden.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von entwässerten oder teilweise entwässerten Dicarbonsäure-Lösungen, die Adipinsäure und 6- Hydroxycapronsäure enthalten, zur Herstellung von Cyclopentanon oder Cyclopentanon und Caprolacton.

Diese Dicarbonsäure-Lösungen enthalten im Allgemeinen 10 bis 40 Gew.-%, bevorzugt 12 bis 30 Gew. -%, besonders bevorzugt 15 bis 20 Gew. -%, Adipinsäure, im Allgemeinen 10<BR> bis 40 Gew. -%, bevorzugt 10 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 15 Gew. -%, 6-<BR> Hydroxycapronsäure, im Allgemeinen 0,5 bis 10 Gew. -%, bevorzugt 1 bis 4 Gew. -%, be-<BR> sonders bevorzugt 1 bis 2 Gew. -%, Glutarsäure, im Allgemeinen 0,5 bis 10 Gew. -%, be-<BR> vorzugt 0,5 bis 5 Gew. -%, besonders bevorzugt 1 bis 2 Gew.-%, 5-Hydroxyvaleriansäure,<BR> im Allgemeinen 0,1 bis 5 Gew. -%, bevorzugt 0,1 bis 0,5 Gew. -%, besonders bevorzugt 0,1<BR> bis 0,3 Gew. -%, im Allgemeinen 1, 2-Cyclohexandiole, 0,1 bis 5 Gew. -%, bevorzugt 0,1<BR> bis 1 Gew. -%, besonders bevorzugt 0, 1 bis 0,5 Gew. -%, 1, 4-Cyclohexandiole'und im All-<BR> gemeinen 0,5 bis 10 Gew. -%, bevorzugt 1 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 2<BR> Gew. -%, Ameisensäure, wobei alle Mengenangaben wasserfrei auf die Dicarbonsäure- Lösung bezogen sind. Der Bezug der obigen Mengenangaben auf eine wasserfreie Dicar- bonsäure-Lösung bedeutet jedoch nicht, dass die Dicarbonsäure-Lösung zwingend wasser- frei verwendet werden muss.

Diese erfindungsgemäßen Dicarbonsäure-Lösungen werden vorzugsweise bei der Oxidati- on von Cyclohexan zu Cyclohexanol und Cyclohexanon als Nebenprodukt gebildet.

Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Salzen und/oder Oxiden von schwachen oder mittelstarken Säuren als Katalysatoren zur Herstellung von Cyclopentanon durch Umsetzung einer ganz oder teilweise entwässerten Dicarbonsäure- Lösung enthaltend Adipinsäure und 6-Hydroxycapronsäure an mindestens einem dieser Katalysatoren.

Weiterer Gegenstand ist die Verwendung von starken Basen, bevorzugt Alkali-und Erdal- kalioxiden und Hydroxiden, als Katalysatoren zur Herstellung von Cyclopentanon und Caprolacton durch Umsetzung einer ganz oder teilweise entwässerten Dicarbonsäure- Lösung enthaltend Adipinsäure und 6-Hydroxycapronsäure an mindestens einem dieser Katalysatoren.

Die vorliegende Erfindung weist gegenüber dem Stand der Technik eine Reihe an Vortei- len auf : Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem zur Synthese von Cyclopentanon in der Regel sehr kostenintensive Ausgangsverbindungen verwendet werden, ermöglicht das er- findungsgemäße Verfahren die Verwendung von Dicarbonsäure-Lösung zur Cyclopenta- non-und Caprolacton-Synthese. Diese Dicarbonsäure-Lösung entsteht bei der Oxidation von Cyclohexan zu Cyclohexanol und Cyclohexanon als Nebenprodukt und ist somit kos- tengünstig erhältlich.

Darüber hinaus ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von Cyclo- pentanon mit einer Reinheit von mindestens 99 %, bevorzugt mindestens 99,5 %.

Im Gegensatz zum Stand der Technik ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine kontinuierliche Herstellung von hochreinem Cyclopentanon ohne anschließenden Aufrei- nigungsschritt wie beispielsweise Reinigung durch Kristallisation des Cyclopentanons oder Vergrößerung der Mischungslücke Cyclopentanon/Wasser durch Aussalzen.

Durch geeignete Wahl des Katalysators ist es möglich, dass Produktspektrum zu steuern, d. h. durch die Wahl eines bestimmten Katalysators kann gesteuert werden, ob Cyclopenta- non alleine oder eine Mischung enthaltend Cyclopentanon und Caprolacton erhalten wird.

Das Caprolacton wird im Allgemeinen in einer Reinheit von größer 99 %, bevorzugt grö- ßer 99,5 %, besonders bevorzugt größer 99,9 %, erhalten.

Weitere Ausgestaltungen, Abwandlungen und Variationen sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung sind für den Fachmann beim Lesen der Beschreibung ohne weiteres erkennbar und realisierbar, ohne das er dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindung verlässt.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele veranschau- licht, welche die Erfindung jedoch keinesfalls beschränken.

Ausführungsbeispiele Beispiel 1 In einem 1 1 oder 2 1-Vierhalskolben mit Thermometer, Magnetrührer und aufgesetzter Füllkörperkolonne mit Destillationsbrücke und gekühlter Vorlage wird entwässerte Dicar- bonsäure-Lösung, die 30 Gew. -% Adipinsäure und 30 Gew. -% 6-Hydroxycapronsäure<BR> enthält, zusammen mit einem Metallsalz-oder Metalloxidkatalysator (10 Gew. -%, bezogen auf die entwässerte Dicarbonsäure) unter Rühren auf die Reaktionstemperatur erhitzt. Der Versuch wird so lange durchgeführt, bis kein Reaktionsgemisch mehr übergeht. Die Cyc- lopentanon-und Caprolacton-Ausbeute, bezogen auf in der Dicarbonsäure enthaltene Adi- pinsäure und 6-Hydroxycapronsäure, wird durch gaschromatographische Analyse des ab- destillierten Reaktionsgemisches bestimmt. In Tabelle 1 sind die Menge an eingesetzter Dicarbonsäure, der verwendete Katalysator, die Reaktionstemperatur, die Reaktionsdauer, die Menge an Destillationsrückstand und die Cyclopentanon-und Caprolacton-Ausbeute der Beispiele 1 bis 6 zusammengestellt. Beispiel Dicarbon-Katalysa Reaktions-Reaktions-Destilla-Cyclopen-Caprolac-Verhältnis säure-tor temperatur dauer [°C] tionsrück-tanon-Aus-ton-Aus-Cyclopen- Menge [g] [°C] stand [g] beute [%] beute [%] tanon/ Caprolac- ton 1 889 Na3BO3 290 5 612 39 0,3 130 : 1 2 825 SnO2 270 4 474 73 1 73 : 1 3 1.312 Na3P04 290 5 796 77 0,3 257 : 1 4 1078 2% K20/280-300 7 nicht er-94 7 13 : 1 TiO2 mittelt _ 5 1034 1) NaOH 270-290 5 371 58 25 2,3 : 1

<BR> 1) 27 Gew. -% Adipinsäure, 36 Gew. -% 6-Hydroxycapronsäure