CH277303A - Method for isolating lactams. - Google Patents

Method for isolating lactams.

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CH277303A
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Podnik Svit Narodni
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

  

  Procédé pour isoler des     lactames.       Les     lactames    dérivés des acides     oméga-          aminoca.rboxyliques    sont préparés habituelle  ment en     soumettant    des     oximes    cycliques à  la transposition de Beckmann en présence  d'un acide fort, par exemple de l'acide     sul-          furique.    On dilue les     solutions    sulfuriques  des     lactames    avec de la glace ou de l'eau  froide, puis on les neutralise et ensuite on  extrait le     lactaire    à l'aide d'un solvant, par  exemple le chloroforme.

   Après avoir séparé  le chloroforme par distillation, on purifie le       laetame    brut par distillation dans le vide. Il  est cependant, difficile d'obtenir dans ces  conditions un     laetame    pur, si une certaine  quantité     d'oxime,    quelque minime qu'elle soit,       est    restée non     transformée.    Les     oximes    en  effet.     sont,    elles aussi, solubles dans des sol  vants organiques et, leur point d'ébullition  s'approche du point, d'ébullition des     lactames     correspondants.

   .11 est cependant très impor  tant d'éliminer complètement les     oximes    des       lactames,    car les     oximes    se décomposent  facilement et. leurs produits de décomposi  tion sont responsables de la. couleur foncée  que manifestent les polyamides, préparées  avec de tels     lactames    impurs. Pour obtenir  une transformation     complète    de     l'oxime,    on  peut prendre des mesures     .particulières,    par  exemple     chauffer    le mélange de     réaction    plu  sieurs fois à des températures notablement  supérieures à la température de transposi  tion.

   Toutefois, on risque ainsi de provoquer  une décomposition et une oxydation par-         tielles    des substances présentes, réduisant la  valeur du produit obtenu.  



  Le procédé     selon    l'invention, pour isoler  les     lactames    des mélanges bruts     obtenus    par  transposition     d'oximes    cycliques en présence  d'acide sulfurique, est caractérisé en ce que  l'on traite ces mélanges, de l'eau étant, pré  sente, de façon qu'ils contiennent une quan  tité suffisante d'un ou plusieurs     sels    miné  raux pour provoquer la formation de deux  couches     aqueuses,    l'une contenant au moins  la majeure partie du     lactame    et l'autre ait  moins     la,    majeure partie du ou des sels.  



  Le présent procédé procure deux avan  tages considérables:  1  On peut se passer de     l'usage    peu com  mode et coûteux des solvants organiques et,  en outre,  2  on obtient une séparation parfaite des       oximes    éventuellement présentes,     l'oxime     étant retenue     dans    la couche saline.  



  La séparation peut être effectuée -de sorte  que la couche     inférieure    saline ne contienne  pratiquement pas de     lactame.     



  Dans le cas où la solution sulfurique du       lactame,    obtenue par la     transposition    de  Beckmann, ne contient pas     d'oximes,    il suf  fit d'ajouter à ladite solution des sels  neutres, de préférence des     sels    peu coûteux       otr    leurs mélanges, tels que les sels de     Stass-          furt.    Si cette solution contient des     oximes,    il  est nécessaire en même temps de la     neutra-          liser,

      voire de     l'alea.liniser    pour     fixer        l'oxime         qui possède une réaction acide. A cet effet,  on peut la traiter avec des sels alcalins ou  avec     ales    mélanges     d'hydroxydes    et de sels  neutres ou alcalins. Grâce au présent. pro  cédé, il n'est     plus    nécessaire de soumettre les  solutions sulfuriques des     lactames    à une sur  chauffe supplémentaire; après la séparation,  les     lactames        bruts,    ne contenant que de l'eau,  peuvent être purifiés facilement, sans risque  de décomposition ou d'oxydation.  



  Le diagramme triangulaire annexé se  réfère au système:     6-caprolactame-eau-          K2C03.    Les angles du triangle correspon  dent aux composants purs, les côtés du  triangle aux mélanges binaires. A chacun des  mélanges ternaires correspond un certain  point du triangle. La courbe 0 caractérise  les rapports des constituants à la tempéra  ture ambiante. A droite, ou     sous    la courbe 0,  se trouvent des systèmes où aucune élimina  tion de     lactame    n'a lieu. Au-dessus de cette  courbe sont des systèmes à deux phases où  deux couches séparées se forment. La courbe  0 montre d'une manière nette que plus la.  concentration du     lactame    est élevée plus la  séparation de celui-ci est complète.

   C'est  pourquoi on utilise -de préférence une solu  tion saturée en     lactame.     



  Les rendements de la séparation,     c'est-          à-dire    le pourcentage de     lactame    passant dans  la couche     supérieure    rapporté au contenu  total du     lactame    dans le mélange ternaire,  sont indiqués par les courbes numérotées.

   Ces  courbes     unissent.    les     points    correspondants  aux mélanges fournissant les mêmes rende  inents: 60, 80, 90, 95, 99,     99,91/o.    Un fais  ceau de rayons, représenté dans le dia  gramme par des lignes en traits interrompus,  complète les indications du diagramme dans  le     sens        suivant:          Lin    mélange quelconque dont la composi  tion tombe du côté concave de la courbe 0  se sépare, l'équilibre ayant été réalisé, en  deux couches dont la composition et les rap  ports quantitatifs peuvent être lus au moyen  du rayon passant par le point correspon  dant à la. composition du mélange.

   Les points  d'intersection avec la courbe 0     donnent       doue la composition de la couche (le     lactaine     ou celle de la couche de sel et le rapport des  distances entre ces points d'intersection et. le  point. considéré indique,     réciproquement.,    le  rapport. quantitatif des deux couches.  



       Par        exemple        un        mélange        contenant        20        %          de        lactame,        60        %        d'eau        et        20        %        de        carbonate     de potassium (point JI)

   est divisé en deux       couches.        L'une        contient        67        %        de        lactame          environ,        33        %        d'eau        et        des        traces        de        carbo-          nate    de     potassium    (point A), son poids cor  respondant à la distance     J113.    La couche de  sel au contraire contient 0,

  6     (1/o    de     lactame,          71,6        %        d'eau        et        27,8        %        de        carbonate        de        po-          tassium    (point     ?:)    et a. quantité correspond  à la distance     J1:1.     



  Les courbes montrent qu'il est     plus    favo  rable, quant à la     consommation    du sel,  d'opérer sur des produits à concentration  élevée en     lactame.    C'est. pourquoi on utilise  de préférence, comme déjà dit, des solutions  saturées en     lactame.     



  Pour réaliser la séparation, on peut. uti  liser des sels alcalins des acides faibles, éven  tuellement des hydroxydes seuls ou mélan  gés avec des sels neutres. En l'absence       d'oximes,    il est, possible d'utiliser des     sels     neutres seuls, par exemple le chlorure de  calcium ou le sulfate de magnésium. Le des  sin montre nettement qu'une quantité rela  tivement faible suffit. pour obtenir une sépa  ration complète du     lactame.    La quantité né  cessaire, en fait, est encore bien plus faible,  si la solution a été     neutralisée,    car elle con  tient déjà alors une quantité importante de  sel.  



  Lorsqu'on utilise le carbonate de sodium  ou     l'hydroxyde    de sodium pour la. neutrali  sation ou la séparation, une quantité     eonsi-          dérable    de sel de Glauber se trouve préci  pitée à. la température ambiante, empêchant  une séparation parfaite des deux couches.  



  Il est possible dans ce cas de travailler à  une température plus élevée sans     qu'inter-          vienne    une décomposition du     lactame    provo  quée par l'action de l'alcali     présent.    De cette  manière on empêche la. séparation     des        sels,         en obtenant en même temps une élévation de  leur concentration dans la solution et en  augmentant ainsi le rendement en     lactame     séparé. Dans des solutions chaudes concen  trées, la solubilité du     lactame    est encore     phis     réduite en effet que dans les     solutions     froides saturées.

      On choisit, de préférence, une tempéra  ture se rapprochant de la solubilité maxima.  Ainsi par exemple si l'on utilise le carbonate  de sodium, la température la plus appropriée  est. de 33 à 350, à laquelle même le sel de  Glauber se     dissout    parfaitement.  



  La stabilité du     lartame    dans des solu  tions     alcalines    chaudes permet de combiner  la neutralisation et la séparation au moyen  des sels en une seule opération, de façon que  l'excédent de la solution chaude concentrée  de carbonate ou d'un hydroxyde alcalin       puisse    être additionné directement après la       transposition    de Beckmann, à une nouvelle  solution sulfurique du     laetame.    On obtient  une température convenable par le réglage de  la quantité de mélange ajouté ou par refroi  dissement. C'est pourquoi il n'est pas néces  saire de     réchauffer    le mélange d'une manière  particulière, la chaleur de neutralisation  étant parfaitement suffisante.

   Cette opéra  tion terminée, il est possible d'ajouter encore  une faible quantité d'hydroxyde alcalin afin  de fixer     l'oxime    qui peut être présente.    <I>Exemple 1:</I>    180 g d'une substance     semi-solide,    qui a  été préparée en introduisant la     cy        clohexanon-          oxime    dans une solution chaude sulfurique  (conformément au brevet     suisse    N  246256)       et        contenant        52        %        de        6-caprolactame,

          sont     mélangés par     agitation    avec 50     cm3    d'eau gla  cée, 50g de glace en morceaux étant ajoutés  en même temps. On neutralise alors soigneu  sement la solution préparée de la manière sus  mentionnée, au moyen du carbonate de potas  sium, on la filtre et ensuite on la mélange  avec 20 g additionnels de carbonate de potas  sium.

   Après la dissolution du sel on se  trouve en présence de deux couches: la    couche inférieure contient en solution aqueuse  la totalité du carbonate de potassium et du  sulfate .de potassium, tandis que la couche  supérieure contient à peu près la totalité de       lactame,    également sous forme d'une solu  tion aqueuse, mais exempte de sel; seules des  traces de     lactame    peuvent être trouvées dans  la. couche inférieure.  



  Après la séparation, le     lactame    brut a été  séché et distillé une fois sous vide. Le rende  ment, calculé par rapport à la quantité de       cyclohexanonoxime,        s'élevait    à     78        %        du     rendement théorique.

           Exemple        :?:       On a dissout 34 kg de carbonate de so  dium anhydre dans un récipient en fer conte  nant 78 litres d'eau à la température de  <B>330</B> C.     Ensuite    on additionne, en l'espace de  2 heures, 37 kg de solution sulfurique du lac  t.ame obtenue par la     transposition    de 13 kg  de     cy        clohexanonoxime.    La couche supérieure,  consistant sensiblement en une solution  aqueuse du     6-caprolactame    à 50%, a été sé  parée et déshydratée     sous        vide.    Le produit  brut (11.,5 kg) a été purifié par distillation  sous vide.

   La couche inférieure saline n'accu  sait qu'une très faible quantité de     laetame.     Afin d'utiliser même cette quantité de lac  tame, on se sert de la solution-mère saline  pour traiter ultérieurement et     dans    une nou  velle opération la solution sulfurique du     lac-          tame.    De cette manière on utilise parfaite  ment     aussi    tout le carbonate de sodium.



  Method for isolating lactams. Lactams derived from omega-amino carboxylic acids are usually prepared by subjecting cyclic oximes to Beckmann's rearrangement in the presence of a strong acid, for example sulfuric acid. The sulfuric solutions of the lactams are diluted with ice or cold water, then neutralized and then the lactaria extracted with a solvent, for example chloroform.

   After removing the chloroform by distillation, the crude laetam is purified by vacuum distillation. It is, however, difficult to obtain a pure laetam under these conditions if a certain quantity of oxime, however small, has remained unprocessed. The oximes indeed. are also soluble in organic solvents and their boiling point approaches the boiling point of the corresponding lactams.

   It is, however, very important to completely remove the oximes from the lactams, since the oximes are easily broken down and. their decomposition products are responsible for the. dark color manifested by polyamides prepared with such impure lactams. In order to achieve complete conversion of the oxime, special measures can be taken, for example heating the reaction mixture several times to temperatures significantly above the reaction temperature.

   However, this risks causing partial decomposition and oxidation of the substances present, reducing the value of the product obtained.



  The process according to the invention, for isolating the lactams from the crude mixtures obtained by transposition of cyclic oximes in the presence of sulfuric acid, is characterized in that these mixtures are treated, water being present of so that they contain a sufficient amount of one or more mineral salts to cause the formation of two aqueous layers, one containing at least the major part of the lactam and the other having less than the major part of the salts.



  The present process provides two considerable advantages: 1 The inconvenient and expensive use of organic solvents can be dispensed with and, in addition, 2 a perfect separation of any oximes present is obtained, the oxime being retained in the layer. saline.



  The separation can be carried out so that the saline lower layer contains practically no lactam.



  In the case where the sulfuric solution of the lactam, obtained by the transposition of Beckmann, does not contain oximes, it suffices to add to the said solution neutral salts, preferably inexpensive salts or their mixtures, such as Stassfurt salts. If this solution contains oximes, it is necessary at the same time to neutralize it,

      even alea.liniser to fix the oxime which has an acid reaction. To this end, it can be treated with alkali salts or with ales mixtures of hydroxides and neutral or alkali salts. Thanks to the present. process, it is no longer necessary to subject the sulfuric solutions of the lactams to additional overheating; after separation, the crude lactams, containing only water, can be purified easily, without risk of decomposition or oxidation.



  The attached triangular diagram refers to the system: 6-caprolactam-water-K2C03. The angles of the triangle correspond to pure components, the sides of the triangle to binary mixtures. To each of the ternary mixtures corresponds a certain point of the triangle. Curve 0 characterizes the ratios of the constituents at ambient temperature. To the right, or below curve 0, are systems where no lactam removal takes place. Above this curve are two phase systems where two separate layers form. Curve 0 clearly shows that more la. the concentration of the lactam is high the more complete the separation thereof.

   This is why a solution saturated with lactam is preferably used.



  The separation yields, ie the percentage of lactam passing into the upper layer relative to the total content of lactam in the ternary mixture, are indicated by the numbered curves.

   These curves unite. the points corresponding to the mixtures providing the same yields: 60, 80, 90, 95, 99, 99.91 / o. A bundle of rays, represented in the diagram by dashed lines, completes the indications of the diagram in the following direction: Any mixture whose composition falls on the concave side of the curve 0 separates, the equilibrium having been carried out, in two layers, the composition and quantitative ratios of which can be read by means of the ray passing through the point corresponding to the. composition of the mixture.

   The points of intersection with the curve 0 give the composition of the layer (the lactaine or that of the salt layer and the ratio of the distances between these points of intersection and the point considered indicates, conversely, the ratio quantitative of the two layers.



       For example a mixture containing 20% lactam, 60% water and 20% potassium carbonate (point JI)

   is divided into two layers. One contains about 67% lactam, 33% water and traces of potassium carbonate (point A), its weight corresponding to the distance J113. The salt layer on the contrary contains 0,

  6 (1 / o lactam, 71.6% water and 27.8% potassium carbonate (dot? :) and a.quantity corresponds to the distance J1: 1.



  The curves show that it is more favorable, as regards the consumption of salt, to operate on products with a high lactam concentration. It is. why is preferably used, as already said, saturated lactam solutions.



  To achieve separation, we can. use alkali salts of weak acids, possibly hydroxides alone or mixed with neutral salts. In the absence of oximes, it is possible to use neutral salts alone, for example calcium chloride or magnesium sulfate. The figure clearly shows that a relatively small quantity is sufficient. to obtain complete separation of the lactam. The amount needed, in fact, is much smaller if the solution has been neutralized, since it already contains a significant amount of salt.



  When using sodium carbonate or sodium hydroxide for the. neutralization or separation, a substantial amount of Glauber's salt is precipitated. room temperature, preventing perfect separation of the two layers.



  In this case, it is possible to work at a higher temperature without any decomposition of the lactam caused by the action of the alkali present. In this way we prevent the. separation of the salts, at the same time obtaining an increase in their concentration in the solution and thus increasing the yield of the separated lactam. In hot concentrated solutions, the solubility of the lactam is indeed even lower than in cold saturated solutions.

      A temperature approaching the maximum solubility is preferably chosen. So for example if sodium carbonate is used, the most suitable temperature is. from 33 to 350, at which even Glauber's salt dissolves perfectly.



  The stability of artam in hot alkaline solutions allows neutralization and salt separation to be combined in one operation, so that the excess of the hot concentrated carbonate solution or an alkali hydroxide can be added directly. after Beckmann's transposition, to a new sulfuric solution of laetame. A suitable temperature is obtained by adjusting the amount of mixture added or by cooling. This is why it is not necessary to heat the mixture in a particular way, the heat of neutralization being perfectly sufficient.

   Once this operation is finished, it is possible to add a further small amount of alkali hydroxide in order to fix the oxime which may be present. <I> Example 1: </I> 180 g of a semi-solid substance, which was prepared by introducing cy clohexanon-oxime into a hot sulfuric solution (according to Swiss patent N 246256) and containing 52% of 6 -caprolactam,

          are mixed by stirring with 50 cm3 of ice water, 50 g of ice cubes being added at the same time. The solution prepared in the above-mentioned manner is then carefully neutralized with potassium carbonate, filtered and then mixed with an additional 20 g of potassium carbonate.

   After the salt has dissolved, there are two layers: the lower layer contains in aqueous solution all of the potassium carbonate and potassium sulphate, while the upper layer contains almost all of the lactam, also under in the form of an aqueous solution, but free from salt; only traces of lactam can be found in the. lower layer.



  After separation, the crude lactam was dried and distilled once in vacuo. The yield, calculated on the basis of the amount of cyclohexanonoxime, was 78% of the theoretical yield.

           Example:?: 34 kg of anhydrous sodium carbonate were dissolved in an iron vessel containing 78 liters of water at a temperature of <B> 330 </B> C. Then we add, in the space of 2 hours, 37 kg of sulfuric solution of lac t.ame obtained by the transposition of 13 kg of cy clohexanonoxime. The top layer, consisting essentially of a 50% aqueous solution of 6-caprolactam, was separated and dried in vacuo. The crude product (11.5 kg) was purified by vacuum distillation.

   The lower saline layer knows only a very small amount of tame. In order to use even this quantity of lac tame, the stock saline solution is used to treat the sulfuric solution of the lac tame subsequently and in a new operation. In this way, all the sodium carbonate is also used perfectly.

 

Claims (1)

REVENDICATION: Procédé pour isoler les lactames des mé langes bruts obtenus par transposition d'oximes cycliques en présence d'acide sul furique, caractérisé en ce que l'on traite ces mélanges, de l'eau étant présente, de façon qu'ils contiennent une quantité suffisante d'un ou plusieurs sels minéraux pour provo quer la formation de deux couches aqueuses, l'une contenant au moins la majeure partie du lactanie et l'autre au moins la majeure partie ail ou des sels. SOU S-RDVRNDICATION S 1. CLAIM: Process for isolating lactams from crude mixtures obtained by transposition of cyclic oximes in the presence of sulfuric acid, characterized in that these mixtures are treated, with water present, so that they contain a sufficient quantity of one or more mineral salts to cause the formation of two aqueous layers, one containing at least the major part of the lactania and the other at least the major part of the garlic or of the salts. SOU S-RDVRNDICATION S 1. Procédé suivant la revendication, carac térisé en ce que l'on ajoute des carbonates al calins auxdits mélanges. \?. Procédé suivant la revendication, carac térisé en ce que l'on ajoute des hydroxydes alcalins auxdits mélanges. 3. Procédé suivant la revendication, carac térisé en ce qu'on effectue le traitement à une température supérieure a la. température ordinaire. 4. A process according to claim, characterized in that carbonates are added to said mixtures. \ ?. A process according to claim, characterized in that alkali hydroxides are added to said mixtures. 3. A method according to claim, charac terized in that the treatment is carried out at a temperature above the. ordinary temperature. 4. Procédé suivant la revendication et la sou s-revendicat.ion 3, caractérisé en ce que l'on opère de faeon à obtenir un mélange pra tiquement saturé en sels sans qu'il y ait pré cipitation de ceux-ci. Process according to Claim and Claim 3, characterized in that the operation is carried out so as to obtain a mixture practically saturated with salts without any precipitation of the latter.
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