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Procédé de production du N- (2-chloroéthyli- méthanesulfonamide.
Arrière-plan de l'invention.
Domaine de l'invention.
La présente invention concerne un procédé de production du N- (2-chloroéthyl) méthanesulfonamide de haute qualité à partir d'éthylène imine et de chlorure de méthanesulfonyle avec une productivité élevée.
Etat connu de la technique.
Le N- (2-chloroéthyl) méthanesulfonamide est une substance importante utilisée principalement comme intermédiaire pour les produits chimiques à usage photographique et doit avoir une pureté élevée.
Le procédé de production du N- (2-chloroéthyl)- méthanesulfonamide par réaction de l'éthylène imine avec le chlorure de méthanesulfonyle en présence d'un alcool de 3 à 5 atomes de carbone et/ou d'une cétone de 3 à 10 atomes de carbone est décrit dans le document JP-A-48-85.535.
Toutefois, dans le procédé de production du N- (2chloroéthyl) méthanesulfonamide par réaction de l'éthylène imine avec le chlorure de méthanesulfonyle en présence d'un alcool de 3 à 8 atomes de carbone et/ou d'une cétone de 3 à 10 atomes de carbone que décrit le document JP-A-48-85.535, du fait que la température de réaction doit être maintenue à une valeur basse de l'intervalle de 5 à 100C afin d'arriver à un rendement de réaction élevé et d'empêcher la coloration du N- (2-chloroéthyl) méthanesulfonamide formé, la vitesse de réaction est petite et la productivité est faible.
Si la réaction est exécutée à une température supérieure à 100C pour améliorer la productivité du procédé, le rendement de la réaction baisse parce que la réaction conduite en présence d'un alcool s'accompagne d'une réaction secondaire du chlorure de méthanesulfonyle avec l'alcool.
De façon analogue, la pureté du N- (2-chloroéthyl) méthanesulfonamide baisse lorsque la réaction est exécutée en
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présence d'une cétone en raison de la coloration intense du N- (2-chloroéthyl) méthanesulfonamide formé et de l'apparition d'un sous-produit particulier qu'il est impossible de séparer par distillation. La même difficulté se manifeste lorsqu'un alcool et une cétone sont utilisés ensemble.
Un but de la présente invention est donc de procurer un nouveau procédé de production du N- (2-chloro- éthyl) méthanesulfonamide.
Un autre but de la présente invention est de procurer un procédé de production du N- (2-chloroéthyl)- méthanesulfonamide de haute qualité avec une productivité élevée par réaction de l'éthylène imine avec le chlorure de méthanesulfonyle à une température élevée.
Aperçu de l'invention.
Ces buts sont atteints par un procédé de production du N- (2-chloroéthyl) méthanesulfonamide de haute pureté, lequel procédé comprend la réaction du chlorure de méthanesulfonyle avec l'éthylène imine en présence de dichlorure d'éthylène et le traitement du mélange de réaction résultant par distillation pour en séparer le N- (2chloroéthyl) méthanesulfonamide.
Ces buts et d'autres sont atteints, aussi par un procédé de production du N- (2-chloroéthyl) méthanesulfonamide de haute pureté, lequel procédé comprend la réaction du chlorure de méthanesulfonyle avec l'éthylène imine en présence de dichlorure d'éthylène, l'extraction du mélange de réaction résultant avec de l'eau pour en séparer une couche aqueuse, puis le traitement de la couche organique résiduelle par distillation pour en séparer le N- (2-chloro- éthyl) méthanesulfonamide.
La présente invention offre l'avantage de permettre la production du N- (2-chloroéthyl) méthanesulfonamide de haute qualité avec une productivité élevée.
Le dichlorure d'éthylène utilisé suivant l'invention a une réactivité extrêmement faible avec les autres matières premières et, par conséquent, ne constitue pas une cause de baisse du rendement de la réaction, même
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lorsque cette dernière est exécutée à une température élevée. Par conséquent, la réaction peut être exécutée au point d'ébullition de la solution de réaction et dès lors le temps de réaction peut être nettement diminué et la productivité de la réaction peut être améliorée, par comparaison avec la réaction classique à basse température.
Du fait que la réaction de l'éthylène imine avec le chlorure de méthanesulfonyle est une réaction exothermique et du fait aussi que cette réaction est exécutée au point d'ébullition de la solution de réaction tandis que l'éthylène imine et le chlorure de méthanesulfonyle sont admis ensemble et de manière continue dans le récipient de réaction, l'énergie d'activation requise pour la réaction est apportée par la chaleur de réaction des composés de départ qui sont admis de manière continue ou intermittente et l'excès de la chaleur de réaction est évacué sous la forme de la chaleur latente de vaporisation du dichlorure d'éthylène. Par conséquent, la réaction à l'échelle industrielle permet une économie notable par restriction de l'apport d'énergie.
En règle générale, au cours de la réaction à température élevée, la réaction principale qui forme le produit souhaité est susceptible d'entraîner des réactions secondaires des composés de départ, à savoir la polymérisation de l'éthylène imine et la décomposition du chlorure de méthanesulfonyle.
Suivant la présente invention, les réactions secondaires sont fortement réprimées et la réaction principale peut être effectuée avec un rendement élevé à haute température en introduisant simultanément l'éthylène imine et le chlorure de méthanesulfonyle dans le système de réaction de façon continue ou intermittente, ce qui empêche l'accumulation sinon possible de composés de départ inchangés dans le système de réaction et apporte l'éthylène imine dans la solution de réaction, empêchant ainsi la polymérisation de l'éthylène imine dans la phase gazeuse du récipient de réaction. Par conséquent, le N- (2chloroêthyl) méthanesulfonamide que doit donner la réaction
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peut être produit avec une qualité élevée.
En outre, la récupération du dichlorure d'éthylène inchangé subsistant après la réaction et la séparation par distillation entre le N- (2-chloroéthyl)- méthanesulfonamide formé recherché et le dichlorure d'éthylène inchangé sont aisées parce que le dichlorure d'éthylène utilisé suivant l'invention a un point d'ébullition très différent de celui du N- (2-chloro- éthyl) méthanesulfonamide.
En outre, au stade d'extraction, une surface de séparation hautement satisfaisante se constitue entre l'eau et le dichlorure d'éthylène.
Description de la forme de réalisation préférée.
Les différents stades intervenant dans le procédé de l'invention sont décrits spécifiquement ci-après.
Le procédé de la présente invention est caractérisé en ce qu'on introduit dans le récipient de réaction 50 à 1000 parties en poids, de préférence 70 à 200 parties en poids, de dichlorure d'éthylène, sur la base de 100 parties en poids de chlorure de méthanesulfonyle de départ, on introduit ensuite simultanément de l'éthylène imine et du chlorure de méthanesulfonyle dans le récipient de réaction et on exécute la réaction entre les composés de départ au point d'ébullition de la solution de réaction. Du fait que la réaction est exécutée au point d'ébullition de la solution de réaction, le dichlorure d'éthylène de la solution de réaction est chassé par vaporisation.
La vapeur de dichlorure d'éthylène s'échappant dès lors de la solution de réaction est condensée dans le condenseur adapté au récipient de réaction et le condensat résultant peut être renvoyé dans le récipient de réaction pour être utilisé au cycle de réaction suivant.
Le récipient de réaction comprend une chaudière de réaction équipée d'un condenseur et d'un agitateur. De préférence, la paroi du récipient de réaction est doublée de verre, qui est une substance ayant une excellente résistance à la corrosion par le N- (2-chloroéthyl) -
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méthanesulfonamide.
Bien que la réaction puisse être exécutée sous la pression ordinaire, sous pression réduite ou sous pression accrue, il est préférable d'ajuster la pression de réaction de façon que le point d'ébullition de la solution de réaction se situe dans l'intervalle de 50 à 150"C. Plus avantageusement, la réaction est exécutée sous la pression ordinaire. Dans ce cas, la température de la solution de réaction se situe dans l'intervalle de 83 à IOOOC.
L'admission de l'éthylène imine et du chlorure de méthanesulfonyle peut être exécutée en régime intermittent ou continu et bien que la durée de l'apport soit déterminée par la capacité de l'appareil de réaction à évacuer la chaleur de réaction, la durée d'admission est généralement de 0,5 à 20 heures.
La réaction de l'éthylène imine avec le chlorure de méthanesulfonyle est théoriquement une réaction équimoléculaire. Le rapport d'admission de ces deux réactants est de préférence fixé de façon qu'au terme de l'addition, la quantité de chlorure de méthanesulfonyle se situe dans l'intervalle de 0,9 à 1, 1 mole pour 1 mole d'éthylène imine. Pendant l'admission de l'éthylène imine et du chlorure de méthanesulfonyle, les quantités de ces deux réactants qui sont admises sont de préférence toutefois ajustées de façon que le nombre de moles de chlorure de méthanesulfonyle soit en excès sur le nombre de moles d'éthylène imine.
De préférence, suivant l'invention, le chlorure de méthanesulfonyle est admis en une quantité de l'intervalle de 2 à 20% en poids, sur la base du poids total de chlorure de méthanesulfonyle qu'il faut introduire, avant l'éthylène imine et après le début de l'apport d'éthylène imine, les quantités admises d'éthylène imine et de chlorure de méthanesulfonyle sont ajustées de façon que la quantité de chlorure de méthanesulfonyle admise en premier lieu soit entretenue dans la solution de réaction. Au terme de l'admission, la quantité de chlorure de méthanesulfonyle peut se situer dans l'intervalle de 0,9 à 1,1 mole par mole
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d'éthylène imine, comme indiqué précédemment.
En outre, pour la bonne marche de la réaction conforme à l'invention, pendant l'admission de l'éthylène imine et du chlorure de méthanesulfonyle, il est préférable d'admettre l'éthylène imine dans la solution de réaction à l'aide d'un tube de chargement. Au terme de la réaction, le dichlorure d'éthylène de la solution de réaction est séparé et récupéré par distillation et peut être utilisé au stade suivant tel quel ou, si nécessaire, après avoir subi une purification plus poussée.
Le N- (2-chloroéthyl) méthanesulfonamide, qui est le produit recherché, peut être isolé de la solution de réaction subsistant après la séparation du dichlorure d'éthylène en soumettant cette solution de réaction à la distillation sous vide.
Cette distillation est exécutée sous un vide de l'intervalle de 0,1 à 10 torrs à une température de distillation de 100 à 2000C.
La séparation du dichlorure d'éthylène et des composants plus volatils et l'isolement du N- (2-chloro- éthyl) méthanesulfonamide peuvent être exécutés en marche discontinue ou continue à l'aide d'une seule et même colonne de distillation. Le N- (2-chloroéthyl) -méthanesulfonamide de haute qualité obtenu comme décrit ci-dessus est un produit incolore.
Lorsque l'extraction est exécutée avec de l'eau au terme de la réaction, il est nécessaire de réduire la quantité d'eau ajoutée à un minimum pour limiter la quantité d'eau usée, de sorte que la quantité est généralement de 5 à 50% en poids, de préférence de 10 à 20% en poids, sur la base de la solution de réaction. La température d'extraction est généralement de 20 à SOOC, de préférence de 20 à 500C et bien que la durée d'extraction ne soit pas limitée, elle est généralement de 0,2 à 2 heures.
Après l'extraction, une couche aqueuse est séparée, le dichlorure d'éthylène de la couche organique est séparé et récupéré par distillation, puis le dichlorure d'éthylène ainsi séparé est utilisé pour
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la réaction suivante, soit tel quel, soit après purification si nécessaire. Après la récupération du dichlorure d'éthylène, le N- (2-chloroéthyl) méthanesulfonamide recherché est isolé de la couche organique par distillation sous vide.
Les conditions de distillation comprennent une pression de 0,1 à 10 torrs et une température de distillation de 100 à 2000C. La séparation du dichlorure d'éthylène et d'une fraction légère et l'isolement du N- (2-chloroéthyl) méthanesulfonamide peuvent être exécutés dans une seule colonne de distillation en marche discontinue ou continue.
Le N- (2-chloroéthyl) méthanesulfonamide de haute pureté est obtenu sous la forme d'un produit incolore.
L'invention est décrite ci-après plus en détail avec référence à des exemples d'application. Il convient d'observer cependant que l'invention n'est pas limitée à ces exemples ou par ceux-ci.
EXEMPLE 1.-
On introduit dans un récipient de réaction en verre muni d'un agitateur, d'un condenseur à reflux, d'un tube de chargement des composés de départ et d'un thermomètre, 540 g de dichlorure d'éthylène qu'on agite et chauffe ensuite jusqu'à 830C sous la pression ordinaire.
Ensuite, on commence l'addition goutte à goutte de 540 g de chlorure de méthanesulfonyle à un débit de 18 g par minute.
Lorsque la quantité de chlorure de méthanesulfonyle ainsi introduite atteint 54 g, on commence l'admission de 207 g d'éthylène imine par le tube de chargement au débit de 6,9 g par minute. Pendant l'admission de l'éthylène imine et du chlorure de méthanesulfonyle, la solution de réaction se maintient à l'ébullition à une température de l'intervalle de 83 à 96OC. Le dichlorure d'éthylène qui s'évapore de la solution de réaction pendant l'admission de l'éthylène imine et du chlorure de méthanesulfonyle se condense dans le condenseur et retourne en reflux au récipient de réaction.
Le temps total requis pour l'admission de l'éthylène imine et du chlorure de méthanesulfonyle est de 33 minutes. Au terme de l'admission de l'éthylène imine et du chlorure de
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méthanesulfonyle, on agite la solution de réaction à l'ébul- lition pendant encore 10 minutes pour achever la réaction.
On récupère le dichlorure d'éthylène par distillation de la solution de réaction ainsi obtenue.
Ensuite, on soumet la solution de réaction subsistant après la séparation du dichlorure d'éthylène à la distillation sous vide dans un appareil de distillation à couche mince sous un vide de 1 torr et à une température de 1600C pour recueillir 684 g de N- {2-chloroéthyl) méthanesulfonamide.
Cette quantité de produit représente 92% de la quantité théorique sur la base du chlorure de méthanesulfonyle consommé par la réaction. La pureté du N- (2-chloroéthyl) - méthanesulfonamide produit se révèle à l'analyse par chromatographie liquide être de 99, 9%. Ce produit est incolore et transparent.
EXEMPLE 2.-
On introduit dans un récipient de réaction en verre muni d'un agitateur, d'un condenseur à reflux, d'un tube de chargement des composés de départ et d'un thermomètre, 600 g de dichlorure d'éthylène qu'on agite et chauffe ensuite jusqu'à 830C sous la pression ordinaire.
Ensuite, on commence l'addition goutte à goutte de 1145 g de chlorure de méthanesulfonyle au débit de 6,4 g par minute. Lorsque la quantité de chlorure de méthanesulfonyle ainsi introduite atteint 57 g, on commence l'admission de 440 g d'éthylène imine par le tube de chargement au débit de 2,4 g par minute. Pendant l'admission de l'éthylène imine et du chlorure de méthanesulfonyle, la solution de réaction se maintient à l'ébullition à une température de l'intervalle de 83 à 97"C. Le dichlorure d'éthylène qui s'évapore de la solution de réaction pendant l'admission de l'éthylène imine et du chlorure de méthanesulfonyle se condense dans le condenseur et retourne en reflux au récipient de réaction. Le temps total requis pour l'admission de l'éthylène imine et du chlorure de méthanesulfonyle est de 3 heures.
Au terme de l'admission de l'éthylène imine et du chlorure de méthanesulfonyle, on
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poursuit l'agitation de la solution de réaction à la température d'ébullition pendant 30 minutes pour achever la réaction. On poursuit l'agitation du mélange de réaction dans le ballon à cette température pendant 30 minutes pour achever la réaction. On refroidit la solution de réaction résultante jusqu'à la température ambiante. On agite la solution de réaction refroidie additionnée de 400 g d'eau pendant 30 minutes, puis on la laisse reposer pendant 1 heure. On sépare et on rejette la couche aqueuse qui s'est ainsi formée dans le ballon.
On transfère la couche organique résiduelle dans un appareil de distillation où on la soumet à la distillation sous vide pour chasser le dichlorure d'éthylène par évaporation, après quoi on poursuit la distillation sous un vide de 3 torrs à une température de 141 à 1430C pour obtenir le N- (2-chloro- éthyl) méthanesulfonamide avec un rendement de 85,0% sur la base du chlorure de méthanesulfonyle. La pureté du N- (2chloroéthyl) méthanesulfonamide formé se révèle à l'analyse par chromatographie gazeuse être de 99,9%. Ce produit est exempt de coloration.