CH200670A - Process for the carboxylation of alkali salts of phenols. - Google Patents

Process for the carboxylation of alkali salts of phenols.

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CH200670A
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Inc The Calco Chemical Co
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Calco Chemical Co Inc
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/15Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by reaction of organic compounds with carbon dioxide, e.g. Kolbe-Schmitt synthesis

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Description

  

  Procédé de     carbozylation    de sels alcalins de     phenols.       La présente invention est relative à la       carboxylation    de sels alcalins de phénols tant  mononucléaires que polynucléaires, en ame  nant ces sels à réagir avec le gaz carbonique.  



  La     carboxylation    de     phénolates    alcalins  par traitement avec du gaz carbonique afin  de produire des sels d'acides     hydroxycar-          boxyliques    correspondants ne constitue pas  une réaction nouvelle.

   Ce     procédé,    que l'on  nomme habituellement synthèse de     Kolbe,    du  nom de celui qui le découvrit, est employé  notamment pour la préparation à     une    échelle  industrielle de l'acide salicylique et de l'acide       2-hydroxy-3-naphtoïque.    Les procédés indus  triels consistent essentiellement à     soumettre     les     phénolates    alcalins secs à la réaction du  gaz carbonique sous pression.  



  Ces procédés comportent un certain nom  bre de     difficultés    pratiques. La première de  ces difficultés réside dans la nécessité de con  ditions anhydres absolues, car la présence de  toute quantité considérable d'humidité dans  le     phénolate    alcalin empêche la     carboxylation.       Tandis que la production de sels anhydres de  métal alcalin de quelques phénols mononu  cléaires, tels que le phénol lui-même, est     rm     problème relativement simple, les sels     hygros-          copiques    alcalins de     bétanaphtol    sont très sen  sibles et sont aisément oxydés     lorsqu'ils    sont  exposés à l'air.

   La réaction de     carboxylation     est exothermique, et il est difficile de la ré  gler. La     difficulté    est particulièrement vive  lorsque le mélange en réaction passe par     un     état pâteux et que l'agitation devient diffi  cile, d'où résultent des     surchauffages        locaux.     Ceci se vérifie particulièrement dans le cas de  la     carboxylation    de     bétanaphtolate    de sodium  où il se produit des réactions simultanées qui  provoquent la formation de produits secon  daires tels que des     xanthones    et même de  goudron.

   En somme, tandis que l'on obtient  des rendements     satisfaisants    dans la     carboxy-          lation    de     phénolate    de sodium, les rendements  sont très faibles avec le     bétanaphtolate    de  sodium, et, en plus de la perte de matière  inhérente, une purification étendue est né-           cessaire,    d'où il     résulte    une     augmentation    du  prix et, dans de nombreux cas, la production  d'un produit final de pureté inférieure.  



  On a proposé d'employer des diluants  inertes, tels que des liquides organiques ou  des solides fondus, qui ne dissolvent pas les  sels alcalins des phénols et qui ne réagissent  pas avec les matières premières, ni avec les  produits finaux ou intermédiaires. De tels  diluants facilitent la préparation de     phénolate     anhydre, mais ils ont un effet indésirable sur  la réaction de     carboxylation    qui se trouve  grandement ralentie parce que le gaz carbo  nique ne se dissout que peu dans le diluant,  et le contact de gaz carbonique avec les parti  cules de     phénolate    mises en suspension et  enduites est faible.  



  On savait que de tels     phénolates    se dissol  vent dans l'eau et dans les alcools. Or, ces  solvants ne restent pas inertes dans la réac  tion de     Kolbe,    mais ils     l'empêchent    en for  mant le carbonate alcalin et le phénol libre.

    On savait que les     phénolates        alcalins    se dis  solvent dans les phénols et les     composés    ana  logues: par exemple, on a employé pour la  réaction de     golbe    des     solutions    de     béta-          naphtholate    de sodium dans du     bétanaphtol.     Cependant, ces solvants phénoliques ne sont  pas inertes, parce qu'ils prennent part aux  réactions et aux équilibres qui se développent.

    Par exemple, de grandes     quantités    de gou  dron sont formées quand on prépare l'acide       2-hydroxy-3-naphtoïque    dans une solution de       bétanaphtolate    de sodium dans du     béta-          naphtol.     



  La présente invention a pour base l'emploi  à titre de solvants d'une certaine classe de  composés hétérocycliques contenant un noyau  hexagonal avec deux atomes d'oxygène dans  le noyau. Ces composés possèdent la propriété  surprenante de dissoudre les sels alcalins des  phénols tant mononucléaires que polynu  cléaires, et, en même temps, ils sont stables  et chimiquement inertes.  



  Les solvants     utilisés    dans la     présente    in  vention     comprennent    les éthers     hétérocycli-          ques    contenant les systèmes de noyau com  pris dans le groupe constitué par le 1 .4-di-         oxane,    le 1 .     3-dioxane        (métadioxane),    le 1 .     4-          dioxène,    le 1.     3-dioxène    et le 1.     4-dioxène.     



  Les solvants les plus simples de     ce        type     sont le     dioxane,    le     métadioxane    et le 1 .     4-di-          oxène.    On peut également     utiliser    des dérivés.

         contenant        ces    systèmes de noyau, dépourvus  de groupes susceptibles de     réagir,    par exem  ple des dérivés où sont     substitués    des     groupes          alkyl    et éther, tels que le     2-méthyldioxane,     le     2:5-diméthylparadioxane,    le     2.3-diphé-          nylparadioxane,    le 2 .     3-diéthoxydioxane:     
EMI0002.0053     
    et composés analogues.

   On peut également  employer des dérivés     condensés    ou polynu  cléaires     tels    que le     benzo-1    .     3-dioxène        (saligé-          nine-méthylène-éther)     
EMI0002.0060     
    le     benzo-1    -     4-dioxène        (pyrocatéchol-éthylène-          éther):

       
EMI0002.0065     
    le     benzo-1.4-dioxine        (diorthoph6nylène-di-          oxyde)     
EMI0002.0069     
    On peut également utiliser des composés  contenant     deux    noyaux     dioxane,    tels que les       naphtodioxanes        (glyoxal-biséthylène-acétals):     
EMI0002.0074     
      et les composés     benzéniques        correspondants          (glyoxal-bisorthophénylène-acétals)     
EMI0003.0004     
    Quelques-uns de ces solvants, comme le  1 .     4-dioxane,    sont liquides à la température  ordinaire;

   d'autres sont solides et, bien en  tendu, utilisés comme solvants au-dessus de  leur point de fusion. La réaction de     golbe     étant effectuée à des températures élevées,  des solvants qui sont solides à la température  ambiante conviennent aussi pleinement.  cause de son bas prix et de son action     sol-          vante    utile, le 1 .     4-dioxane    est le solvant uti  lisé de préférence.  



  On a trouvé que l'on peut aisément obte  nir et faire réagir avec le gaz carbonique des  solutions anhydres des sels alcalins de     phé-          nols    mononucléaires et polynucléaires dans  ces solvants. L'homogénéité des solutions     ré-          agissantes    empêche des     surchauffages        locaux     ainsi que la formation de goudron, assure une  douce réaction, facile ,à contrôler et diminue  la production de produits secondaires tels que  des     ganthones.     



  Le plus important phénol dont le sel alca  lin peut Hêtre     carbogylé    conformément à     la,     présente invention est le     bétanaphtol.    Toute  fois, la présente     invention    est applicable de  façon générale aux phénols dans lesquels il  n'y a pas suffisamment de groupes polaires  pour rendre leurs sels alcalins insolubles dans  les solvants du genre indiqué.

   On peut citer,  comme exemple de ces phénols, le phénol,     l'or-          thocrésol,    le     parachlorphénol,        l'alphanaphtol,     l'alpha- et le     bétaanthrol,    le     5,6,7,8-t6tra-          hydroalphanaphtGI    et le     5,6,7,8-tétrahydro-          bétanaphtol,    le     o-    et le     p-benzylphénol,    les       hydroxycarbazols,

      et les     hydroxynaphto-          carbazols.    La solubilité de tous les phénols  n'est pas la même dans l'un quelconque des  solvants indiqués et la solubilité d'un phénol  donné sera évidemment variable avec ces dif  férents     solvants.    Dans de nombreux cas, la    solubilité à basse température n'est pas suffi  sante, et il faut préparer les solutions à tem  pérature élevée. Dans quelques cas, ceci néces  site l'utilisation de quelques-uns des solvants  hétérocycliques ayant un point     d'ébullition     élevé. Bien entendu, on choisira dans chaque  cas les solvants les mieux appropriés aux con  ditions     particulières.     



  On peut préparer de différentes manières  les solutions utilisables dans la présente réac  tion. Ainsi, on peut par exemple dissoudre le  sel alcalin du phénol dans le solvant. Dans  d'autres cas, il est préférable de dissoudre le  phénol lui-même et de le faire réagir avec le  sodium ou la     sodamine    en présence du solvant.  



  Une autre manière de préparer des solu  tions utilisables dans la présente invention est  connexe à la production du phénol par fusion  alcaline. Ainsi, quand on fond par exemple  un naphtalène     monosulfonate    avec     un    alcali  caustique pour former le     naphtolate    alcalin,  on peut laver ou traiter de toute autre     façon     le produit brut qui contient un excès d'alcali  caustique et de sulfite alcalin par le solvant       qui    dissoudra le     naphtolate    alcalin ou le dé  rivé correspondant de tout autre phénol, lais  sant le sulfite alcalin et l'alcali caustique in  solubles.

   Ce procédé est     particulièrement    inté  ressant, parce qu'il supprime la nécessité de  récupérer le sel alcalin du phénol ou le phénol  lui-même dans le produit fondu et qu'il est  par conséquent beaucoup moins cher.  



  Suivant une autre variante, le phénol est  mis en réaction avec l'alcali caustique dans  le solvant. Par suite de la formation du sel,  il se produit de l'eau qu'il faut enlever. On  effectue de la meilleure façon cette déshydra  tation en distillant l'eau, avec ou sans     une          partie    du solvant qui peut être     simultanément     remplacée par du solvant sec frais. Cepen  dant, on peut utiliser également des agents  déshydratants, tels que l'alcali caustique,  l'oxyde de chaux, l'oxyde de baryum, le car  bure de calcium. La déshydratation par l'al  cali     caustique    se     produit    à une température  élevée (comprise entre 50 et 100   C) et pro  duit une couche inférieure contenant l'eau  et l'alcali.

   Toutefois, ce procédé n'est pas pra-           ticable    avec le     bétanaphtolate    de potassium  et la potasse qui forme un     composé        dipotas-          sique    insoluble.  



  Si la     déshydratation    s'effectue par distil  lation, elle peut être réalisée dans le même  appareil que celui employé pour la     carboxyla-          tion.    Sinon la solution déshydratée de     phéno-          late    doit être     séparée    par     siphonnage    de  l'agent déshydratant et être aspirée à travers  un filtre dans l'appareil de réaction.  



  Lorsque les solutions de     phénolate        sec     sont mises en réaction avec du gaz carbonique  à la température ordinaire ou à une tempé  rature légèrement élevée, il se forme d'abord  le sel alcalin de l'ester     carbonique:     
EMI0004.0016     
    (R étant un radical aromatique et M un     métal          alcalin).     



  Ces sels sont très solubles dans les sol  vants en question, beaucoup plus que les sels  de phénols correspondants. Cette réaction est       réversible.     



  Il y a toutefois une autre     façon    suivant  laquelle le     phénolate    réagit avec le gaz carbo  nique, très probablement par suite d'un équi  libre     tautomérique:     
EMI0004.0023     
    Quelle que puisse être     l'explication,    des  sels alcalins des acides     hydroxycarboxyliques     sont formés par cette autre réaction.

   Ces sels  sont presque insolubles dans les solvants uti  lisés, ils précipitent et sont ainsi enlevés de       l'équilibre.    Par     suite,    le sel de l'ester carbo  nique disparaît graduellement et est remplacé  par le sel de l'acide     hydroxycarboxylique.            Les        conditions        optima   <B>pour</B>     cette        carboxy-          lation    varient avec le phénol et le solvant em  ployés. Dans     certains        cas,        par    exemple dans la.

         formation    de l'acide     2-hydroxy-1-naphtoïque,     la     carboxylation    s'effectue doucement même  à la température ambiante. Dans d'autres cas,  il faut une température élevée. Si la     carbo-          xylation    en     question    est effectuée à     basse     température, on peut faire passer le gaz car  bonique dans la solution à la pression atmo  sphérique. S'il faut une température plus éle  vée, il faut employer le gaz carbonique sous  pression,     afin        d'augmenter    sa     solubilité        dans     le solvant.

   Des     équations    données ci-dessus, il       apparaît    de manière évidente que le taux de  la     réaction    est     augmenté        par    un accroissement  de la     concentration    des     deux        réactifs.     



  Dans quelques cas,     paxüeuliérement    dans  la     carboxylation    de     bétanaphtolate,    deux       acides    isomériques peuvent     être    formés.

   Le  sel de l'acide     2-hydroxy-3-naphtoïque        inté-          ressant        n'est    formé qu'à une température éle  vée     supérieure    à 200   C de     préférence    entre  230 et 270   C environ.     Lorsque    la     oarboxy-          lation        commence    à basse     température,    le sel  de l'isomère 2-1     se    forme le premier; par  chauffage, il est     décomposé    parce que la       réaction:     
EMI0004.0076     
    est réversible.

   Le     bétanaphtolate    de sodium       fixe    alors CO= à     température        plus        élevée    en  position 3:  
EMI0004.0082     
    Toutefois,     il    est préférable de     n'introduire    le  gaz     carbonique    qu'à une     température        élevée,          c'est-à-dire    de 230 à 270   C, et d'élever la       pression        seulement        lentement    et pas trop,

   afin       d'éviter        autant    que     pouible    la     formation    in-           termédiaire    de l'isomère 2-1. Car cet isomère  tend à former un     naphtoganthone:     
EMI0005.0003     
    et également quelques     produits    secondaires  goudronneux, tous deux étant indésirables  dans la fabrication de l'isomère 2-3.

   Un des  avantages de ce     nouveau    procédé de fabrica  tion de l'acide     2-hydrogy-3-naphtoïque    con  siste en ce que le gaz     carbonique    peut être  amené en réaction seulement à 250   C, ce qui         ne    pourrait être fait avec succès avec du     béta-          naphtolate    de sodium solide, en raison d'une  réaction trop     violente.     



  Ainsi qu'il a été mentionné ci-dessus,  l'emploi .de     bétanaphtol    comme solvant du       bétanaphtolate    de sodium pour la     fabrication     de l'acide     2-hydroxy-3-naphtoïque    était anté  rieurement connu, mais il provoque la forma  tion de très nombreux produits goudronneux.

    Toutefois, la présence d'un peu de     b6ta-          naphtol    libre dans la solution initiale de     béta-          naphtoIate    de sodium a un effet très favo  rable sur le rendement en acide, probablement  parce     qu'il        -déplace    vers la gauche l'équilibre  suivant:  
EMI0005.0022     
    Un     rapport    de 1     partie    de     bétanaphtol     libre à 3     parties    de     dioxane    est particulière  ment favorable,     niais    on peut élever ce rap  port jusqu'à 1 : 1.  



  Le métal de l'autoclave a également de       l'importance.    Non seulement le fer est cor  rodé, mais les composés de fer qui sont for  més augmentent extraordinairement la for  mation de     naphtoxanthone.    Le nickel et di  vers alliages. de nickel constituent des sub  stances     appropriées..     



  Le procédé de la présente invention offre  nombre d'avantages     importants,    notamment  pour la production commerciale des sels alca  lins d'acides     hydroxypolynucléaires,    carboxy  liques., tels que les acides     hyclrogynaphto-ï-          ques.    Le premier de ces avantages -est que la       carboxylation    peut être aisément réglée et  qu'elle ne présente aucune difficulté résultant  de     surchauffages    locaux ou     d'agitation    im  propre.

   Un second avantage important est  d'empêcher ou de réduire considérablement la       formation    de produits secondaires, tels que       xanthones    ou goudron.     Il    en résulte que l'on  peut obtenir des acides     hydroxycarboxyliques     d'une pureté supérieure et avec de meilleurs  rendements. Ainsi, dans la préparation de  l'acide     2-hydrogy-3-naphtoïque,    par exemple,    le     rapport    de l'acide obtenu aux produits se  condaires inutilisables     (naphtoxanthone,    gou  dron,     etc...)est    élevé de 3 : 1 à 7     -.1.     



  Les avantages. ci-dessus sont réalisés dans  toutes les manières de mettre en     oeuvre    la  présente invention, sans qu'il soit nécessaire  de     considérer    si le     phénolate    alcalin est em  ployé tout préparé ou s'il a été produit et  déshydraté dans le solvant qui devient alors  le mélange de réaction.

   En plus de     ces    avan  tages généraux, la manière préférée d'exécu  ter le procédé selon la présente     invention,    celle  dans laquelle le     phénolate    de métal alcalin a  été produit par réaction entre le phénol et  l'alcali dans le solvant, possède comme autre  avantage la     suppression    de l'opération coû  teuse et difficile d'isolement du     phénolate          alcalin    anhydre, ce qui diminue évidemment  le coût de la préparation en supprimant une  des opérations pénibles que la     technique    avait  jusqu'ici considérée comme nécessaire.  



  On a décrit ci-après divers exemples de       réalisation    typique de la présente invention.  Les quantités sont indiquées en poids.    <I>Exemple</I>  On dissout 29 parties     d'alphanaphtol    dans  206 parties de     dioxane    et l'on ajoute 20 par-      tien d'hydroxyde de sodium     pulvérisé.    On  chauffe le mélange à l'ébullition, tout en  l'agitant     vigoureusement.    La solution chaude       d'alphanaphtolate    de sodium est séparée par       siphonnage    de la couche inférieure aqueuse.

    La     déshydratation    est     complétée    par chauf  fage de la     solution    avec 10 parties d'hydro  xyde de sodium en poudre     frais.    La solution  chaude est à nouveau séparée par     siphonnage     et saturée par du gaz carbonique.     Le    sel de  sodium de l'acide     1-hydroxy-2-naphtoïque     précipite peu à peu et est éventuellement       séparé    sur filtre par aspiration. On     précipite          l'acide    de sa solution aqueuse par     acidifica-          tion    à l'acide sulfurique.

   Il peut être purifié  par dissolution dans une     solution    de bicarbo  nate de sodium, filtration de cette solution et       reprécipitation    de l'acide     1-hydroxy-2-naph-          toïque    libre par l'acide sulfurique.  



  <I>Exemple 2:</I>  On dissout 18 parties de     bétanaphtol    dans  114 parties de     dioxane;    on ajoute 5     parties          d'hydroxye    de sodium pulvérisé, et l'on     agite     le     mélange    sans chauffer jusqu'à dissolution  de tout l'alcali caustique. L'appareil est alors  chauffé et le     dioxane    humide est enlevé par  distillation; par un autre     orifice,    on     ajoute     du     dioxane    sec frais, aussi rapidement que  le     dioxane    humide     passe    à la distillation.

   Au  fur et à mesure que le     dioxane    devient plus  sec dans l'appareil, le point d'ébullition du  liquide distillant s'élève jusqu'à op qu'il se  maintienne constant à 101,5   C. A ce point,  la solution se trouve     efficacement    déshydra  tée.

   Elle est alors saturée par du     C02    à la  pression     atmosphérique,    et à une     température     de 50 à 60   C, puis     laissée    à refroidir dans  un     courant    de     C02.    Le sel de sodium de       l'acide        2-hydroxy-1-naphtoïque    précipite sous  forme d'une poudre blanche     cristalline;    il est  filtré et     séché.    L'acide peut être obtenu en  acidifiant la solution     aqueuse    du sel.

   La solu  tion de     dioxane    contient un peu de     béta-          naphtol        non-transformé    et peut être     employée     pour une autre opération, après addition de  plus de     bétanaphtol    et d'hydroxyde de so  dium.         Exemple   <I>3:</I>  1975 parties de soude     caustique    (95     %    ) et  400 parties d'eau sont fondues     ensemble    dans  un pot de fusion et     chauffées    à 305   C en  agitant.

   On ajoute alors graduellement 6540  parties de     bétasulfonate    de     sodium    humide       (30%    d'eau).     Le    produit de la fusion est  maintenu à 300   C pendant 6 heures, puis  refroidi et broyé. 7 parties de     ce    produit.

   de  fusion,     contenant    un mélange d'hydroxyde  de sodium, de sulfite de     soude    et de     béta-          naphtolate    de sodium sont     mélangées    à 14       parties    de     dioxane    et     agi"        pendant    15 mi  nutes à<B>70-80'</B> C.

       Le    produit     inorganique     insoluble est séparé par filtration et     lavé    avec  1,4     parties    de     dioxane.    La     déshydratation    et  la     carboxylation    de la solution de     naphtolate     ainsi obtenue sont réalisées comme dans  l'exemple 2.  



  <I>. Exemple 4:</I>  On     dissout    36 parties de     bétanaphtol    dans  62 parties de     dioxane,    et l'on     ajoute    20 par  ties d'hydroxyde de sodium     pulvérisé.        Le     mélange est agité jusqu'à     ce    qu'une     prise    de  la solution ne donne aucune     précipitation    par  dilution avec de l'eau.

   Il est     ensuite    chauffé  à reflux à 90-95   C     pendant    15 à 30     mi-          nutes,    tout en étant     agité        continuellement.     La soude caustique qui se trouve en     excès     forme une     couche        inférieure        aqueuse    et enlève  la plus grande partie de l'eau de la solution  de     dioxane        surnageante.        Cette        couche    de       dioxane    peut être siphonnée directement dans  l'appareil de  <RTI  

   ID="0006.0103">   réaction    et être utilisée telle  qu'elle est;     toutefois,    les     rendements    en acide       2-hydroxy-3-naphtoïque    sont     plus        élevés     quand la     couche    de     dioxane        siphonnée        est    plus  complètement     déshydratée    en     la    refluant  pendant une heure avec 110 à 15     parties    de       carbure    de     calcium        finement        broyé;

      la solu  tion est     ensuite        siphonhée    à travers un filtre  dans     l'appareil    de réaction.  



       Cet        appareil    de réaction est un autoclave,  de préférence fabriqué en ou     revêtu    de     nickel,     muni d'un     agitateur,    d'un tube     d'entrée    pour  le gaz     carbonique    et d'un     tube    de     s"e        pour     la     distillation    de     dioxane@    14     solution    de       bétanaphtolate    de     sodium        est        chauffée    à      250   C  <RTI  

   ID="0007.0001">   @et    la     carboxylâtion        commencée    à  cette température par introduction de     CO2.     On maintient de préférence la pression par  tielle de gaz carbonique entre 4 et 8 atmo  sphères et la température dé 240 à 260   C.  La     caxboxylation    est arrêtée au bout de 6 à  10 heures.  



  On peut aussi saturer la solution de     béta-          naphtolate    de sodium par du gaz carbonique  à. la pression atmosphérique et à 50-60   C.  Dans ce cas, .le sel de sodium de l'acide       2-hydroxy-1-naphto.ique        précipite.    Et ce mé  lange peut être alors chauffé dans l'auto  clave, avec ou sans autre addition de gaz car  bonique, à 240-260   C pendant 8 heures  environ. Ou     bien    le -sel de sodium de l'acide       2-hydroxy-1-naphtoïque    peut être isolé et  chauffé ensuite dans du     dioxane    frais.  



  En tous cas, quand la     carboxylation    doit  être arrêtée, l'autoclave est mis à refroidir.  Les     produits    qu'il contient sont traités par  une solution diluée de soude caustique. On  sépare par     filtration    le     naphtoxanthone    et  autres produits secondaires formés. Le filtrat       alcalin    contient le     bétanaphtol        non-trans-          formé    et les acides     hydroxynaphtoïques    sous  forme de sels de sodium. On acidifie avec de  l'acide sulfurique dilué et on porte à l'ébulli  tion.

   L'acide     2-hydroxy-1-naphtoïque    est  ainsi     converti    en     bétanaphtol.    Le mélange est  neutralisé avec du bicarbonate de sodium qui  dissout seulement l'acide     2-hydroxy-3-napb.-          toïque    et on filtre à nouveau. L'acide est  précipité par de l'acide sulfurique dilué.  



  Si le     dioxane    est déplacé par     distillation,     il peut être récupéré et l'acide     2-hydroxy-1-          naphtoïque    est     décomposé.    Dans ce cas seule  ment, on obtient le     bétanaphtol    et     ,l'acide          2-hydroxy-3-naphtoïque    comme principaux  produits finaux de la réaction.  



       Exemple   <I>5:</I>  On dissout 75     parties    de     bétanaphtol    dans  310 parties de     dioxane,    et l'on     ajoute    40 par  ties d'hydroxyde de sodium pulvérisé. On  agite     le;    mélange jusqu'à ce qu'une prise de  la solution se dissolve     complètement    dans  l'eau. On ajoute alors 75 parties d'hydroxyde    de sodium pulvérisé, et l'on chauffe 1e mé  lange à 90-95   C pendant 15 à 20 minutes.

    Il se forme deux couches, et -la     couche    supé  rieure de     dioxane    est siphonnée dans un     autre     appareil où elle     est    chauffée à reflux pendant  une heure avec 20     parties    de carbure de     eal-          -cium        pulvérisé.    La     solution    déshydratée de       bétanaphtolate    de potassium est siphonnée à  travers filtre dans un autoclave. Le traite  ment ultérieur est     identique    à celui de l'exem  ple 4.

   L'acide     '2-hydroxy-3-naphtoïque,    à     côté     de     bétanaphtol    non-transformé, est obtenu  comme     produit    principal.    <I>Exemple 6:</I>    36     parties    de     bétanaphtol    sont dissoutes  dans 83 parties de     dioxane,    dans un auto  clave du type     mentionné    à l'exemple 3. On  ajoute 10     parties    de soude     caustique,    de préfé  rence sous forme de poudre.

   Celle-ci se dis  sout par     agitation.    La solution est chauffée à  ce moment, le     dioxane    humide est enlevé de  l'autoclave par     .distillation    et     est    remplacé au  fur et à     mesure    par du     dioxane    sec provenant  d'un réservoir. Le point d'ébullition du       liquide    distillant qui, au début,     contenait    en  viron 20     %    d'eau, s'élève de 85 à 90   C jus  qu'à     atteindre    101,2 à 101,5   C, point d'ébul  lition de     dioxane    sec pur.

   A     ce    moment, la  solution est effectivement     déshydratée.    Du       dioxane    sec est alors     distillé    ou ajouté, de  façon à laisser dans l'autoclave 60 parties de       dioxane.     



       L'autoclave    est alors chauffé et maintenu  à 250   C. On agite constamment le mélange.       COz    est introduit     graduellement        jusqu'à    ce  que sa pression partielle atteigne 4 à 6 atmo  sphères. La réaction est     arrêtée    au bout de 10  à. 12 heures, l'autoclave est refroidi à 100   C,  la faible pression résiduelle     est    libérée à tra  vers un condenseur, et le     dioxane    est récupéré  par distillation. Les produits contenus dans       l'autoclave    sont     traités    de la façon décrite  dans l'exemple 3.  



  Il y a lieu     .de        noter    que dans cet exem  ple, ainsi que dans les     précédents,    on a uti  lisé des solutions, dans le     diaxane,    de naphto-           lace    ne contenant aucun     naphtol    libre.  L'exemple suivant comporte l'utilisation d'un  excès de     bétanaphtol    et la solution de     dioxane     contient un peu de     naphtol    libre.  



  <I>Exemple 7:</I>  On utilise comme produits initiaux 5 par  ties de     bétanaphtol,    1 partie d'hydroxyde de  sodium et 7,7 parties de     dioxane.    La prépa  ration et la déshydratation de la solution de       naphtolate    sont réalisées comme à l'exemple 6.  On laisse 4,5 parties de     dioxane    sec dans l'au  toclave. La     carboxylation    est réalisée comme  à l'exemple 6, la pression partielle de     CO_     étant élevée de 2 à 6 atmosphères pendant  8 heures. Le     dioxane    est distillé de l'autoclave  et peut être réemployé.  



  Le résidu dans l'autoclave est traité par  10     parties    d'eau chaude. La solution claire est  siphonnée dans un autre appareil et l'on  ajoute suffisamment de solution de soude  caustique pour maintenir tout le     bétanaphtol     en solution. Le     naphtoxanthone    et les autres  produits secondaires sont séparés par filtra  tion. Du filtrat, on précipite d'abord le     béta-          iiaphtol    par addition d'acide sulfurique dilué  et on le sépare par filtration. Il peut être  utilisé à nouveau et est suffisamment pur.  L'acide     2-hy        droxy-3-naphtoïque    est alors pré  cipité par plus d'acide sulfurique dilué.  



  L'acide obtenu dans les exemples 4 à 7 est  de pureté excellente. Seulement, un peu de       naphtoxanthone    et     très    peu d'autres produits  secondaires se trouvent     formés.     



  <I>Exemple 8:</I>  On dissout 15 parties de     bétanaphtol    dans  <B>100</B> parties de     métadioxane,    et l'on ajoute  10 parties d'hydroxyde de sodium. Le mé  lange est     agité    et chauffé lentement     jusqu'à     <B><I>100'</I></B> C. Le     bétanaphtolate    de sodium formé  est dissous et l'eau formée constitue une cou  che inférieure avec l'excès de soude caustique.  Les deux couches sont séparées au-dessus de  85   C et la couche de     métadioxane    est dés  hydratée par 5 parties d'hydroxyde de so  dium.

   La solution déshydratée est filtrée et  saturée avec du gaz carbonique à 85          C.     Le       sel de sodium de l'acide     2-hydroxy-1-naph-          toïque    se sépare. Il est enlevé par filtration  et lavé au     métadioxane,    puis dissous dans  l'eau. L'acide sulfurique dilué précipite  l'acide     2-hydroxy-1-naphtoïque.     



  <I>Exemple 9:</I>  On prépare un mélange des deux     naphto-          dioxanes        stéréo-isomères    par chauffage à re  flux de     2,3-dichloro-1,4-dioxane    et     d'éthylène-          glycol    dans le benzène, addition de     potasse     et recristallisation dans le toluène. 15 parties  de     bétanaphtol    et 120 parties de     ëe        naphto-          dioxane    sont fondues ensemble à 120-140  C.  La quantité équivalente d'hydroxyde de so  dium est     ajoutée    et dissoute dans le liquide  qui est agité.

   On sépare par distillation envi  ron un cinquième du     naphtodioxane    et l'eau  formée. La solution     déshydratée    est saturée  par du gaz carbonique à 120-130   C; il se  forme un précipité épais. Le mélange chaud  est traité par 5     %    de solution d'hydroxyde de  sodium. Par refroidissement, le     naphtodioxane     cristallise et est séparé par filtration.

   Dans  la liqueur     mère,    l'acide sulfurique dilué pré  cipite un mélange de     hétanaphtol        non-trans-          formé    et d'acide     2-hydroxy-1-naphtoïque,     ledit mélange est     séparé    par du     bicarbonate     de sodium à la     manière        usuelle.     



  <I>Exemple 10:</I>  On dissout 10 parties de     bétanaphtol    dans  <B>125</B> parties de     benzo-1,4-dioxène.    On ajoute  la     quantité    équivalente d'hydroxyde de so  dium et l'on chauffe le mélange lentement, en  agitant. A 120   C, on obtient une solution  claire. L'eau formée est     enlevée    par distilla  tion avec environ un cinquième du     benzo-1,4-          dioxène    utilisé. La solution est saturée par  du C02 à 80   C; il se forme un précipité.

    Le     bétanaphtol    et     l'acide        2-hydroxy-1-naph-          toïque    sont enlevés par une solution de soude  caustique et séparés de la manière habituelle.  <I>Exemple 11:</I>  On dissout 39 parties de     p-benzyl-phénol     dans 258     parties    de     dioxane.    On ajoute et on  dissout, en agitant et en     chauffant    douce-      ment, 8,3 parties d'hydroxyde de sodium. La  déshydratation est effectuée comme à l'exem  ple 6, 72 parties de     dioxane    sec étant lais  sées dans l'autoclave.

   La     carboxylation    est  effectuée à 150   C à une pression     partielle     de gaz carbonique de 6 atmosphères pendant  8 heures. La séparation de     p-benzyl-phénol     non-transformé et de l'acide     2-hydroxy-5-          benzyl-benzoïque    est réalisée au moyen de  bicarbonate.  



       Exemple   <I>12:</I>  On dissout 44,4 parties de     5,6,7,8-tétra-          hydro-2-naphtol    dans 207 parties de     dioxane.     On ajoute et on dissout, en agitant et en  chauffant doucement, la quantité équivalente  d'hydroxyde de sodium pulvérisé. La déshy  dratation est effectuée comme à l'exemple 6,  103 parties de     dioxane    étant laissées dans  l'autoclave. La     carboxylation    est réalisée à  165   C, sous 6 atmosphères de pression par  tielle de gaz     carbonique    pendant 8 heures.

   La  séparation du     tétralol    non-transformé et de  l'acide     .5,6,7,8-tétrahydro-2-hydroxy-3-naph-          toïque    est effectuée au moyen de bicarbonate.       Exemple   <I>13:</I>  On dissout 15 parties de     bétaanthrol    dans  258 parties de     dioxane.    On ajoute et on dis  sout, en agitant et en chauffant doucement,  la quantité équivalente d'hydroxyde de so  dium pulvérisé. La déshydratation est effec  tuée comme à l'exemple 6, 77 parties de       dioxane    étant laissées dans la solution res  tante de     bétaanthrolate    de sodium qui pré  sente une fluorescence verte.  



  La solution est saturée par du C02 à  <B>80'</B> C et est maintenue à cette température  durant 2 heures pendant que     C02    y passe  lentement. La séparation du     bétaanthrol    non-         transformé    et de l'acide     2-hydroxy-1-anthroï-          que    est faite au moyen de bicarbonate.  



  Il y a lieu de noter que dans les exemples  relatifs à la     carboxylation    de     bétanaphtol,    on  utilise un excès de     bétanaphtol,    de sorte que       1â,    solution contient non     seulement    le     béta-          naphtolate    de sodium     mais        aussi    du     béta-          naphtol    libre.

   On a trouvé que cet excès de       bétanaphtol    améliore le procédé et, bien     que     cet excès ne soit en aucun sens rigoureux, il  donne     normalement    de 15 à 35     %    les     meilleurs     résultats.



  Process for the carbozylation of alkaline salts of phenols. The present invention relates to the carboxylation of alkali metal salts of both mononuclear and polynuclear phenols, by bringing these salts to react with carbon dioxide.



  The carboxylation of alkali phenolates by treatment with carbon dioxide to produce the corresponding hydroxycarboxylic acid salts is not a new reaction.

   This process, which is usually called Kolbe synthesis, after the name of the person who discovered it, is used in particular for the preparation on an industrial scale of salicylic acid and 2-hydroxy-3-naphthoic acid. The industrial processes consist essentially in subjecting the dry alkaline phenolates to the reaction of carbon dioxide under pressure.



  These methods involve a number of practical difficulties. The first of these difficulties is the need for absolute anhydrous conditions, since the presence of any considerable amount of moisture in the alkali phenolate prevents carboxylation. While the production of anhydrous alkali metal salts of some mononuclear phenols, such as phenol itself, is a relatively simple problem, the alkali hygroscopic salts of betanaphthol are very sensitive and are readily oxidized when they are. exposed to air.

   The carboxylation reaction is exothermic, and it is difficult to control it. The difficulty is particularly acute when the reaction mixture passes through a pasty state and the agitation becomes difficult, resulting in local overheating. This is particularly true in the case of the carboxylation of sodium betanaphtholate where simultaneous reactions take place which cause the formation of secondary products such as xanthones and even tar.

   In sum, while satisfactory yields are obtained in the carboxylation of sodium phenolate, the yields are very low with sodium betanaphtholate, and in addition to the inherent loss of material, extensive purification is required. required, resulting in an increase in price and, in many cases, the production of an end product of lower purity.



  It has been proposed to use inert diluents, such as organic liquids or molten solids, which do not dissolve the alkaline salts of phenols and which do not react with the raw materials, nor with the final or intermediate products. Such diluents facilitate the preparation of anhydrous phenolate, but they have an undesirable effect on the carboxylation reaction which is greatly slowed down because the carbon dioxide does not dissolve very much in the diluent, and the contact of carbon dioxide with the parts. suspended and coated phenolate cells is weak.



  It was known that such phenolates dissolve in water and in alcohols. However, these solvents do not remain inert in the Kolbe reaction, but they prevent it by forming the alkali carbonate and the free phenol.

    It was known that alkali phenolates dissolve in phenols and the like: for example, solutions of sodium betanaphtholate in betanaphthol have been used for the golbe reaction. However, these phenolic solvents are not inert, because they take part in the reactions and in the equilibria which develop.

    For example, large amounts of tar are formed when preparing 2-hydroxy-3-naphthoic acid in a solution of sodium betanaphtholate in betanaphthol.



  The present invention is based on the use as solvents of a certain class of heterocyclic compounds containing a hexagonal ring with two oxygen atoms in the ring. These compounds possess the surprising property of dissolving the alkaline salts of both mononuclear and polynuclear phenols, and at the same time they are stable and chemically inert.



  Solvents used in the present invention include heterocyclic ethers containing the ring systems included in the group consisting of 1,4-di-oxane, 1. 3-dioxane (metadioxane), 1. 4-dioxene, 1.3-dioxene and 1. 4-dioxene.



  The simplest solvents of this type are dioxane, metadioxane and 1. 4-di-oxene. It is also possible to use derivatives.

         containing these ring systems, devoid of groups capable of reacting, for example derivatives in which are substituted alkyl and ether groups, such as 2-methyldioxane, 2: 5-dimethylparadioxane, 2.3-diphenylparadioxane, 2 . 3-diethoxydioxane:
EMI0002.0053
    and the like.

   It is also possible to employ condensed or polynucleotide derivatives such as benzo-1. 3-dioxene (saligenine-methylene-ether)
EMI0002.0060
    benzo-1 - 4-dioxene (pyrocatechol-ethylene-ether):

       
EMI0002.0065
    benzo-1.4-dioxin (diorthoph6nylene dioxide)
EMI0002.0069
    It is also possible to use compounds containing two dioxane rings, such as naphthodioxanes (glyoxal-bisethylene-acetals):
EMI0002.0074
      and the corresponding benzene compounds (glyoxal-bisorthophenylene-acetals)
EMI0003.0004
    Some of these solvents, like 1. 4-dioxane, are liquid at room temperature;

   others are solid and, well in tension, used as solvents above their melting point. Since the golbe reaction is carried out at elevated temperatures, solvents which are solid at room temperature are also fully suitable. because of its low price and its useful solvent action, the 1. 4-dioxane is the preferred solvent used.



  It has been found that anhydrous solutions of the alkali salts of mononuclear and polynuclear phenols in these solvents can be readily obtained and reacted with carbon dioxide. The homogeneity of the reacting solutions prevents local overheating as well as the formation of tar, ensures a smooth reaction, easy to control and decreases the production of side products such as ganthones.



  The most important phenol whose alkalin salt can be carbogylated according to the present invention is betanaphthol. However, the present invention is generally applicable to phenols in which there are not enough polar groups to render their alkali salts insoluble in solvents of the kind indicated.

   Mention may be made, as an example of these phenols, of phenol, orthocresol, parachlorphenol, alphanaphthol, alpha- and betaanthrol, 5,6,7,8-t6tra-hydroalphanaphtGI and 5, 6,7,8-tetrahydro- betanaphthol, o- and p-benzylphenol, hydroxycarbazols,

      and hydroxynaphthocarbazols. The solubility of all phenols is not the same in any of the solvents listed and the solubility of a given phenol will obviously vary with these different solvents. In many cases, low temperature solubility is not sufficient, and solutions must be prepared at high temperature. In some cases this requires the use of some of the heterocyclic solvents having a high boiling point. Of course, in each case the most suitable solvents will be chosen for the particular conditions.



  The solutions which can be used in the present reaction can be prepared in different ways. Thus, for example, the alkali salt of phenol can be dissolved in the solvent. In other cases, it is preferable to dissolve the phenol itself and react it with sodium or sodamine in the presence of the solvent.



  Another way of preparing solutions for use in the present invention is related to the production of phenol by alkaline fusion. Thus, when, for example, a naphthalene monosulfonate is melted with a caustic alkali to form the alkali naphtholate, the crude product which contains an excess of caustic alkali and alkali sulphite can be washed or otherwise treated with the solvent which will dissolve the alkali. Alkali naphtholate or the corresponding derivative of any other phenol, leaving the alkali sulphite and the caustic alkali in soluble.

   This process is particularly interesting, because it eliminates the need to recover the alkali salt of the phenol or the phenol itself in the molten product and is therefore much cheaper.



  According to another variant, the phenol is reacted with the caustic alkali in the solvent. As a result of the salt formation, water is produced which must be removed. This dehydration is best carried out by distilling the water, with or without a part of the solvent which can be simultaneously replaced by fresh dry solvent. However, dehydrating agents can also be used, such as caustic alkali, lime oxide, barium oxide, calcium carbonate. Dehydration by caustic alcali occurs at a high temperature (between 50 and 100 C) and produces a lower layer containing water and alkali.

   However, this process is not practical with potassium betanaphtholate and potash which forms an insoluble dipotase compound.



  If the dehydration is carried out by distillation, it can be carried out in the same apparatus as that employed for the carboxylation. Otherwise the dehydrated phenolate solution must be siphoned off from the dehydrating agent and sucked through a filter into the reaction apparatus.



  When the dry phenolate solutions are reacted with carbon dioxide at room temperature or at a slightly elevated temperature, the alkali salt of the carbonic ester first forms:
EMI0004.0016
    (R being an aromatic radical and M an alkali metal).



  These salts are very soluble in the solvents in question, much more than the corresponding phenol salts. This reaction is reversible.



  There is, however, another way in which phenolate reacts with carbon dioxide, most likely as a result of a tautomeric equilibrium:
EMI0004.0023
    Whatever the explanation, alkali salts of hydroxycarboxylic acids are formed by this other reaction.

   These salts are almost insoluble in the solvents used, they precipitate and are thus removed from equilibrium. As a result, the salt of the carbonic ester gradually disappears and is replaced by the salt of the hydroxycarboxylic acid. The optimum conditions for this carboxylation vary with the phenol and solvent employed. In some cases, for example in the.

         formation of 2-hydroxy-1-naphthoic acid, carboxylation proceeds smoothly even at room temperature. In other cases, a high temperature is required. If the carbon xylation in question is carried out at low temperature, the carbonic gas can be passed through the solution at atmospheric pressure. If a higher temperature is required, carbon dioxide under pressure must be used in order to increase its solubility in the solvent.

   From the equations given above, it is evident that the rate of the reaction is increased by increasing the concentration of the two reactants.



  In a few cases, only in the carboxylation of betanaphtholate, two isomeric acids may be formed.

   The salt of 2-hydroxy-3-naphthoic acid of interest is formed only at a high temperature above 200 ° C., preferably between 230 and 270 ° C. approximately. When oarboxylation begins at low temperature, the salt of the 2-1 isomer is formed first; on heating, it is decomposed because the reaction:
EMI0004.0076
    is reversible.

   The sodium betanaphtholate then fixes CO = at higher temperature in position 3:
EMI0004.0082
    However, it is preferable to introduce carbon dioxide only at a high temperature, that is to say from 230 to 270 C, and to raise the pressure only slowly and not too much,

   in order to avoid as far as possible the intermediate formation of the 2-1 isomer. Because this isomer tends to form a naphthoganthone:
EMI0005.0003
    and also some tarry side products, both of which are undesirable in the manufacture of the 2-3 isomer.

   One of the advantages of this new process for manufacturing 2-hydrogy-3-naphthoic acid is that carbon dioxide can be reacted only at 250 C, which could not be done successfully with beta. - solid sodium naphtholate, due to too violent a reaction.



  As mentioned above, the use of betanaphthol as a solvent for sodium betanaphtholate for the manufacture of 2-hydroxy-3-naphthoic acid was previously known, but it causes the formation of very many tarry products.

    However, the presence of some free beta-naphthol in the initial sodium beta-naphtholate solution has a very favorable effect on the acid yield, probably because it shifts the following equilibrium to the left:
EMI0005.0022
    A ratio of 1 part free betanaphthol to 3 parts dioxane is particularly favorable, but this ratio can be increased up to 1: 1.



  The metal of the autoclave is also important. Not only is iron cored, but the iron compounds that are formed dramatically increase the formation of naphthoxanthone. Nickel and various alloys. of nickel are suitable substances.



  The process of the present invention offers a number of important advantages, in particular for the commercial production of alkaline salts of hydroxypolynuclear, carboxylic acids, such as hyclrogynaphtho -ic acids. The first of these advantages -is that the carboxylation can be easily regulated and that it presents no difficulties resulting from local overheating or unclean agitation.

   A second important advantage is to prevent or considerably reduce the formation of side products, such as xanthones or tar. As a result, hydroxycarboxylic acids of higher purity can be obtained in better yields. Thus, in the preparation of 2-hydrogy-3-naphthoic acid, for example, the ratio of the acid obtained to the unusable secondary products (naphthoxanthone, gou dron, etc.) is raised from 3: 1 to 7 -.1.



  Benefits. above are carried out in all the ways of carrying out the present invention, without it being necessary to consider whether the alkaline phenolate is used ready-made or whether it has been produced and dehydrated in the solvent which then becomes the reaction mixture.

   In addition to these general advantages, the preferred way of carrying out the process according to the present invention, that in which the alkali metal phenolate has been produced by reaction between the phenol and the alkali in the solvent, has another advantage. the elimination of the expensive and difficult operation of isolating the anhydrous alkaline phenolate, which obviously reduces the cost of the preparation by eliminating one of the painful operations which the technique had hitherto considered necessary.



  Various typical embodiments of the present invention have been described below. The amounts are given by weight. <I> Example </I> 29 parts of alphanaphthol are dissolved in 206 parts of dioxane and 20 parts of powdered sodium hydroxide are added. The mixture is heated to boiling, while stirring vigorously. The hot solution of sodium alphanaphtholate is separated by siphoning from the aqueous lower layer.

    Dehydration is completed by heating the solution with 10 parts of fresh powdered sodium hydroxide. The hot solution is again separated by siphoning and saturated with carbon dioxide. The sodium salt of 1-hydroxy-2-naphthoic acid precipitates little by little and is optionally separated on a filter by suction. The acid is precipitated from its aqueous solution by acidification with sulfuric acid.

   It can be purified by dissolving in a sodium bicarbonate solution, filtering this solution and reprecipitating the free 1-hydroxy-2-naphthoic acid with sulfuric acid.



  <I> Example 2: </I> 18 parts of betanaphthol are dissolved in 114 parts of dioxane; 5 parts of powdered sodium hydroxide are added, and the mixture is stirred without heating until all the caustic alkali has dissolved. The apparatus is then heated and the wet dioxane is removed by distillation; through another port, fresh dry dioxane is added, as quickly as the wet dioxane passes to the distillation.

   As the dioxane becomes drier in the apparatus, the boiling point of the distilling liquid rises until it remains constant at 101.5 C. At this point the solution becomes effectively found dehydrated.

   It is then saturated with CO 2 at atmospheric pressure, and at a temperature of 50 to 60 C, then left to cool in a stream of CO 2. The sodium salt of 2-hydroxy-1-naphthoic acid precipitates as a white crystalline powder; it is filtered and dried. The acid can be obtained by acidifying the aqueous solution of the salt.

   The dioxane solution contains some unconverted betanaphthol and can be used for another operation after adding more betanaphthol and sodium hydroxide. Example <I> 3: </I> 1975 parts of caustic soda (95%) and 400 parts of water are melted together in a melting pot and heated to 305 C with stirring.

   Then 6540 parts of wet sodium beta-sulfonate (30% water) are gradually added. The product of the fusion is maintained at 300 ° C. for 6 hours, then cooled and ground. 7 parts of this product.

   of fusion, containing a mixture of sodium hydroxide, sodium sulphite and sodium beta-naphtholate are mixed with 14 parts of dioxane and stirred for 15 minutes at <B> 70-80 '</B> C .

       The insoluble inorganic product is separated by filtration and washed with 1.4 parts of dioxane. The dehydration and the carboxylation of the naphtholate solution thus obtained are carried out as in Example 2.



  <I>. Example 4: </I> 36 parts of betanaphthol are dissolved in 62 parts of dioxane, and 20 parts of powdered sodium hydroxide are added. The mixture is stirred until setting of the solution gives no precipitation on dilution with water.

   It is then heated to reflux at 90-95 ° C for 15-30 minutes, while being stirred continuously. The excess caustic soda forms an aqueous lower layer and removes most of the water from the supernatant dioxane solution. This dioxane layer can be siphoned directly into the <RTI

   ID = "0006.0103"> reaction and be used as is; however, the yields of 2-hydroxy-3-naphthoic acid are higher when the siphoned dioxane layer is more completely dehydrated by refluxing it for one hour with 110 to 15 parts of finely ground calcium carbide;

      the solution is then siphoned off through a filter in the reaction apparatus.



       This reaction apparatus is an autoclave, preferably made of or coated with nickel, provided with a stirrer, an inlet tube for carbon dioxide and a s "e tube for the distillation of dioxane. sodium betanaphtholate solution is heated to 250 C <RTI

   ID = "0007.0001"> @and the carboxylation started at this temperature by introducing CO2. The partial pressure of carbon dioxide is preferably maintained between 4 and 8 atmospheres and the temperature from 240 to 260 C. The caxboxylation is stopped after 6 to 10 hours.



  The sodium beta-naphtholate solution can also be saturated with carbon dioxide. atmospheric pressure and at 50-60 C. In this case, the sodium salt of 2-hydroxy-1-naphthoic acid precipitates. And this mixture can then be heated in the autoclave, with or without other addition of carbonic gas, at 240-260 C for about 8 hours. Or the sodium salt of 2-hydroxy-1-naphthoic acid can be isolated and then heated in fresh dioxane.



  In any case, when the carboxylation must be stopped, the autoclave is allowed to cool. The products it contains are treated with a dilute solution of caustic soda. The naphthoxanthone and other by-products formed are separated by filtration. The alkaline filtrate contains untransformed betanaphthol and hydroxynaphthoic acids as sodium salts. Acidify with dilute sulfuric acid and bring to the boil.

   2-Hydroxy-1-naphthoic acid is thus converted into betanaphthol. The mixture is neutralized with sodium bicarbonate which dissolves only 2-hydroxy-3-napb-toic acid and filtered again. The acid is precipitated with dilute sulfuric acid.



  If the dioxane is displaced by distillation, it can be recovered and 2-hydroxy-1-naphthoic acid is decomposed. In this case only, betanaphthol and 2-hydroxy-3-naphthoic acid are obtained as the main end products of the reaction.



       Example <I> 5: </I> 75 parts of betanaphthol are dissolved in 310 parts of dioxane, and 40 parts of powdered sodium hydroxide are added. We shake it; mix until one set of solution dissolves completely in water. Then 75 parts of powdered sodium hydroxide are added, and the mixture is heated at 90-95 ° C for 15-20 minutes.

    Two layers formed, and the top layer of dioxane was siphoned off into another apparatus where it was refluxed for one hour with 20 parts of powdered aluminum carbide. The dehydrated solution of potassium betanaphtholate is siphoned through a filter in an autoclave. The subsequent processing is identical to that of Example 4.

   2-Hydroxy-3-naphthoic acid, alongside untransformed betanaphthol, is obtained as the main product. <I> Example 6: </I> 36 parts of betanaphthol are dissolved in 83 parts of dioxane, in an autoclave of the type mentioned in Example 3. 10 parts of caustic soda are added, preferably in powder form. .

   This is said to be sustained by agitation. The solution is heated at this time, the wet dioxane is removed from the autoclave by distillation and is replaced as it goes with dry dioxane from a reservoir. The boiling point of the distilling liquid, which initially contained about 20% water, rose from 85 to 90 C until it reached 101.2 to 101.5 C, a boiling point of pure dry dioxane.

   At this time, the solution is effectively dehydrated. Dry dioxane is then distilled or added, so as to leave 60 parts of dioxane in the autoclave.



       The autoclave is then heated and maintained at 250 C. The mixture is stirred constantly. COz is introduced gradually until its partial pressure reaches 4 to 6 atmospheres. The reaction is stopped after 10 to. 12 hours, the autoclave is cooled to 100 ° C., the low residual pressure is released through a condenser, and the dioxane is recovered by distillation. The products contained in the autoclave are treated as described in Example 3.



  It should be noted that in this example, as well as in the previous ones, solutions, in diaxane, of naphtholecontaining no free naphthol were used. The following example involves the use of an excess of betanaphthol and the dioxane solution contains some free naphthol.



  <I> Example 7: </I> 5 parts of betanaphthol, 1 part of sodium hydroxide and 7.7 parts of dioxane are used as starting products. The preparation and dehydration of the naphtholate solution are carried out as in Example 6. 4.5 parts of dry dioxane are left in the autoclave. The carboxylation is carried out as in Example 6, the partial pressure of CO 2 being raised from 2 to 6 atmospheres for 8 hours. The dioxane is distilled from the autoclave and can be reused.



  The residue in the autoclave is treated with 10 parts of hot water. The clear solution is siphoned into another apparatus and enough caustic soda solution is added to keep all the betanaphthol in solution. Naphthoxanthone and other byproducts are separated by filtration. From the filtrate, the beta-iiaphthol is first precipitated by addition of dilute sulfuric acid and filtered off. It can be used again and is sufficiently pure. The 2-hy droxy-3-naphthoic acid is then precipitated by more dilute sulfuric acid.



  The acid obtained in Examples 4 to 7 is of excellent purity. Only a little naphthoxanthone and very few other side products are formed.



  <I> Example 8: </I> 15 parts of betanaphthol are dissolved in <B> 100 </B> parts of metadioxane, and 10 parts of sodium hydroxide are added. The mixture is stirred and slowly heated to <B><I>100'</I> </B> C. The sodium betanaphtholate formed is dissolved and the water formed forms a bottom layer with the excess of caustic soda. The two layers are separated above 85 C and the metadioxane layer is dehydrated with 5 parts of sodium hydroxide.

   The dehydrated solution is filtered and saturated with carbon dioxide at 85 ° C. The sodium salt of 2-hydroxy-1-naphthoic acid separates out. It is removed by filtration and washed with metadioxane, then dissolved in water. Dilute sulfuric acid precipitates 2-hydroxy-1-naphthoic acid.



  <I> Example 9: </I> A mixture of the two stereo-isomeric naphtho-dioxanes is prepared by re-heating 2,3-dichloro-1,4-dioxane and ethylene glycol in benzene, adding of potash and recrystallization from toluene. 15 parts of betanaphthol and 120 parts of naphthodioxane are melted together at 120-140 ° C. The equivalent amount of sodium hydroxide is added and dissolved in the liquid which is stirred.

   About one fifth of the naphthodioxane and the water formed are separated off by distillation. The dehydrated solution is saturated with carbon dioxide at 120-130 C; a thick precipitate forms. The hot mixture is treated with 5% sodium hydroxide solution. On cooling, the naphthodioxane crystallizes and is separated by filtration.

   In the mother liquor, dilute sulfuric acid precipitates a mixture of untransformed hetanaphthol and 2-hydroxy-1-naphthoic acid, said mixture is separated with sodium bicarbonate in the usual manner.



  <I> Example 10: </I> 10 parts of betanaphthol are dissolved in <B> 125 </B> parts of benzo-1,4-dioxene. Add the equivalent amount of sodium hydroxide and heat the mixture slowly with stirring. At 120 C, a clear solution is obtained. The water formed is removed by distillation with about a fifth of the benzo-1,4-dioxene used. The solution is saturated with CO 2 at 80 C; a precipitate forms.

    Betanaphthol and 2-hydroxy-1-naphthoic acid are removed with a caustic soda solution and separated in the usual manner. <I> Example 11: </I> 39 parts of p-benzyl-phenol are dissolved in 258 parts of dioxane. 8.3 parts of sodium hydroxide are added and dissolved with stirring and gentle heating. The dehydration is carried out as in Example 6, 72 parts of dry dioxane being left in the autoclave.

   The carboxylation is carried out at 150 ° C. at a partial pressure of carbon dioxide of 6 atmospheres for 8 hours. The separation of unconverted p-benzyl-phenol and 2-hydroxy-5-benzyl-benzoic acid is carried out by means of bicarbonate.



       Example <I> 12: </I> 44.4 parts of 5,6,7,8-tetrahydro-2-naphthol are dissolved in 207 parts of dioxane. Add and dissolve, with gentle stirring and heating, the equivalent amount of powdered sodium hydroxide. The dehydration is carried out as in Example 6, 103 parts of dioxane being left in the autoclave. The carboxylation is carried out at 165 ° C., under 6 atmospheres of partial pressure of carbon dioxide for 8 hours.

   The separation of unconverted tetralol and 5,6,7,8-tetrahydro-2-hydroxy-3-naphthoic acid is carried out using bicarbonate. Example <I> 13: </I> 15 parts of betaanthrol are dissolved in 258 parts of dioxane. Add and disperse, with gentle stirring and heating, the equivalent amount of powdered sodium hydroxide. The dehydration is carried out as in Example 6, 77 parts of dioxane being left in the remaining solution of sodium betaanthrolate which shows a green fluorescence.



  The solution is saturated with CO 2 at <B> 80 '</B> C and is maintained at this temperature for 2 hours while CO 2 passes slowly through it. The separation of the unprocessed betaanthrol and the 2-hydroxy-1-anthroic acid is done by means of bicarbonate.



  It should be noted that in the examples relating to the carboxylation of betanaphthol, an excess of betanaphthol is used, so that the solution contains not only sodium betanaphtholate but also free betanaphthol.

   This excess of betanaphthol has been found to improve the process and, although this excess is in no sense severe, it normally gives 15-35% the best results.

 

Claims (1)

REVENDICATION Procédé de carboxylation de sels alcalins de phénols par traitement de ceux-ci avec de l'acide carbonique, caractérisé en ce qu'on sou met à l'action du gaz carbonique une solution au moins à peu près anhydre du phénolate alcalin dans un solvant contenant un composé hétérocyclique qui a un noyau hexagonal avec deux atomes d'oxygène dans le noyau et est dépourvu de groupes susceptibles de réagir avec les corps réagissants et les produits de réaction. CLAIM Process for the carboxylation of alkali metal salts of phenols by treating them with carbonic acid, characterized in that the action of carbon dioxide is subjected to the action of carbon dioxide at least approximately anhydrous solution of the alkali metal phenolate in a solvent containing a heterocyclic compound which has a 6-membered ring with two oxygen atoms in the ring and is free from groups capable of reacting with reactants and reaction products. SOUS-REVENDICATIONS: 1 Procédé suivant la revendication, caracté risé en ce que le solvant est du dioxane. 2 Procédé suivant la revendication, caracté risée en ce que le solvant contient un peu du phénol libre. 3 Procédé suivant la revendication, caracté risé en ce que la réaction a lieu en l'absence de composés de fer. 4 Procédé suivant la revendication et la sous- revendication 3, caractérisé en ce que la réaction a lieu dans un appareillage ayant des surfaces contenant du nickel exposées au mélange de réaction. SUB-CLAIMS: 1 A method according to claim, characterized in that the solvent is dioxane. 2 A method according to claim, characterized in that the solvent contains a little of the free phenol. 3 A method according to claim, characterized in that the reaction takes place in the absence of iron compounds. 4. A method according to claim and sub-claim 3, characterized in that the reaction takes place in an apparatus having nickel-containing surfaces exposed to the reaction mixture.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2723290A (en) * 1951-08-17 1955-11-08 Heyden Chemical Corp Process for the crystallization of 2-hydroxy-3-naphthoic acid

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