CH285477A - Process for the sulfonation of alkyl aryl hydrocarbons. - Google Patents

Process for the sulfonation of alkyl aryl hydrocarbons.

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CH285477A
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    • C07C303/00Preparation of esters or amides of sulfuric acids; Preparation of sulfonic acids or of their esters, halides, anhydrides or amides
    • C07C303/02Preparation of esters or amides of sulfuric acids; Preparation of sulfonic acids or of their esters, halides, anhydrides or amides of sulfonic acids or halides thereof
    • C07C303/04Preparation of esters or amides of sulfuric acids; Preparation of sulfonic acids or of their esters, halides, anhydrides or amides of sulfonic acids or halides thereof by substitution of hydrogen atoms by sulfo or halosulfonyl groups
    • C07C303/06Preparation of esters or amides of sulfuric acids; Preparation of sulfonic acids or of their esters, halides, anhydrides or amides of sulfonic acids or halides thereof by substitution of hydrogen atoms by sulfo or halosulfonyl groups by reaction with sulfuric acid or sulfur trioxide

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Description

  

  Procédé de     sulfonation    d'hydrocarbures     alcoyl-aryliques.       La présente invention concerne un pro  cédé (le     sulfonation    d'hydrocarbures aroma  tiques substitués par un groupe alcoyle con  tenant de 6 à 18 atomes de carbone.  



  I )e nombreux dérivés sulfonés de ces  hydrocarbures possèdent de bonnes propriétés  de     tensio-activité    et plusieurs d'entre eux sont  souvent. utilisés comme détergents. Jusqu'ici,  on     effeetuait    la     sulfonation    de     ees    hydrocar  bures au moyen     d'agents    tels que l'acide sul  furique,     l'oléum    et l'acide     chlorosulfonique.     four obtenir une     sulfonation    satisfaisante  avec ces agents, on doit effectuer la réaction  à basse température, par exemple de l'ordre  (le 0-30  C, et il est d'ordinaire nécessaire  de refroidir pour maintenir cette température.

    L'acide sulfurique et l'oléum offrent l'incon  vénient sérieux qu'on doit les utiliser en  ,rand excès et, par conséquent, lorsque la  réaction est complète, qu'on doit éliminer de       grandes    quantités d'agent de     sulfonation,    ou  bien que le produit est contaminé par de  grandes     quantités    de sels provenant de la  neutralisation de l'excès d'agent de     sulfona-          tion.    Un     autre    inconvénient de ces agents de       sulfonation    consiste en ce qu'ils tendent à  provoquer des réactions secondaires qui abou  tissent à des sous-produits indésirables,

   par  exemple des     sulfones    et des produits résultant  de la séparation des groupes alcoyle du noyau       arylique.    L'acide     chlorosulfonique    a pour in  convénients son prix élevé et le t'ait que de    grandes quantités d'acide chlorhydrique se  dégagent pendant la     sulfonation.     



  On a découvert à présent que si on utilise  un mélange d'anhydride sulfurique et d'un  gaz inerte pour la     sulfonation    de ces hydro  carbures     aleoyl-aryliques,    les inconvénients  cités plus haut disparaissent. sensiblement.

   On  n'a besoin d'utiliser l'agent qu'en léger excès  et la température de réaction peut être suffi  samment élevée pour ne pas nécessiter de     re-          froidissement.    En outre, en utilisant cet agent  de     sulfonation,    on peut obtenir des rende  ments excessivement élevés, de l'ordre de       95        %,        en        évitant        presque        complètement        les     réactions     secondaires.     



  L'invention a donc pour objet un procédé  de     sulfonation    d'hydrocarbures aromatiques  substitués par un groupe alcoyle contenant  de 6 à 18 atomes de carbone; ce procédé con  siste à traiter ces hydrocarbures en phase  liquide par un mélange d'anhydride sulfuri  que et d'un gaz inerte.  



  Le gaz inerte du mélange de     sulfonation     peut. être un gaz quelconque qui ne participe  pas à la réaction, par exemple de l'air, de  l'anhydride carbonique, de l'anhydride sul  fureux ou de l'azote. Le     mélange    d'anhydride  sulfurique et de gaz inerte peut être obtenu  de toute façon convenable, par exemple en  produisant des vapeurs d'anhydride sulfu  rique à partir d'oléum ou d'anhydride sulfu  rique liquide et en les diluant par un gaz  inerte, ou en utilisant le produit du procédé      de contact pour la fabrication     cl'anhydx-ide     sulfurique, par     oxydation    catalytique d'anhy  dride     sulfureux    avec de l'air, car ce produit  forme déjà un mélange convenant à.

   la mise  en     cenvre    clé l'invention.  



  Les     hydrocarbures    auxquels     s'applique    le  procédé de l'invention sont ceux contenant  clans la molécule un noyau aromatique, tel  qu'un noyau de benzène ou un noyau de  naphtalène, substitué par un groupe alcoyle  contenant de 6 à 18 atomes de carbone. Le  groupe alcoyle peut être droit ou ramifié ou  peut être un groupe     cycloaleoyle.    Le noyau  aromatique peut également être substitué par  d'autres groupes alcoyle.

   Des     exemples    de  ces composés sont. les différents     dodécyl-ben-          zènes    isomères, les     dodécy        1-toluènes,    les     dodé-          eyl-xylènes    et les     liexyl-naplitalènes;    dans la  pratique industrielle, on n'obtient pas d'habi  tude les différents isomères sous forme     clé     composés     purs,    mais sous forme de mélanges,  contenant: en outre d'ordinaire de petites quan  tités de composés substitués par     d'autres          @-roupes    alcoyle.

   Les dérivés sulfonés de ces  mélanges sont des     détergents    de valeur.  



  Les conditions de réaction, telles que la       concentration    en anhydride sulfurique clans le  mélange avec le gaz inerte, la durée et la tem  pérature de réaction, le degré d'agitation du  mélange de réaction, dépendent. dans une  certaine mesure les unes des autres et. dépen  dent dans chaque cas particulier de la réac  tivité des hydrocarbures et de la qualité du  produit désiré.

   En général, on préfère utiliser  5 à     35        %        en        volume        d'anhydride        sulfurique     dans le mélange d'anhydride sulfurique avec  le gaz inerte, mais des proportions allant  jusqu'à 60 0l0 ou même davantage peuvent  donner des résultats satisfaisants dans cer  tains cas. En utilisant des teneurs de 5 à       35        %        d'anhydride        sulfurique,        la        durée        néces-          saire    pour obtenir une réaction complète est.

    convenablement courte, et la tendance à la  décoloration du produit par     surchauffe     locale ou par carbonisation, que peut     ent.rai-          ner    l'emploi de concentrations élevées en  anhydride sulfurique, est. limitée. Dans le cas  où une couleur claire est essentielle au pro-         duit    fini, par     exemple        lorsqu'on    doit l'utiliser       comme    détergent, il faut     clone    éviter des con  centrations élevées en     anhydride    sulfurique.

    De même, pour de basses températures de  réaction, il est     désavantageux    d'essayer d'opé  rer avec de hautes     concentrations    en anhy  dride sulfurique, parce que ce dernier tend à  se condenser. Pour la     sulfonation    de mélanges  d'hydrocarbures contenant principalement (les  composés dont le groupe alcoyle renferme       l'?    atomes de carbone, des concentrations en  anhydride sulfurique de 10 à     2011/o    donnent  des résultats     satisfaisants.     



  De même, on préfère utiliser des tempéra  tures relativement basses (mais avantageuse  ment pas assez basses pour     nécessiter    un re  froidissement), de l'ordre de 40 à 60  C, pour  réduire au     minimum    les réactions secondaires  et de manière que     l'hydrocarbure    absorbe  l'agent. de     sulfonation    aussi rapidement. que  possible. On règle cependant la température  de réaction d'après la viscosité du mélange  de réaction, qui dépend de l'hydrocarbure à       sulfoner.    Si la viscosité est. trop élevée, une  agitation efficace est impossible et il peut  se produire des surchauffes locales.  



  La vitesse à. laquelle le mélange d'anhy  dride sulfurique avec le     graz    inerte doit être  introduit dans l'hydrocarbure     dépend    des  conditions de marche, et un facteur important  réside dans la vitesse à laquelle la chaleur  de la réaction peut être dissipée et évacuée.  



  On réglera donc tous les facteurs de ma  nière que la réaction ne se     prolonge    pas clé  façon indue, ou qu'il ne puisse se produire  de réactions secondaires; par exemple, dans  le cas du     dodécyl-toluène    industriel, on pré  fère effectuer la réaction complète en deux  heures environ, mais il est possible de prolon  ger considérablement cette durée, par     exeiii-          ple    jusqu'à 6 à. 8 heures. et d'obtenir encore  des produits satisfaisants.  



  On a constaté que pour la production de  dérivés sulfonés devant servir comme déter  gents, les propriétés détergentes et     moussantes,     ainsi que la couleur du produit, deviennent  moins favorables si la durée et, la température  de réaction ou la concentration en anhydride      sulfurique dans le mélange avec le gaz inerte  sont trop élevées.  



  On peut appliquer commodément le pro  cédé de l'invention en faisant passer     titi    mé  lange de gaz inerte approprié et d'anhydride  sulfurique dans un hydrocarbure liquide bien  remué, jusqu'à ce que la quantité     nécessaire     d'anhydride sulfurique ait été absorbée. Pour  obtenir des rendements élevés et des produits  de couleur satisfaisante, on préfère maintenir  la quantité d'anhydride sulfurique absorbée       aussi    voisine que     possible    d'un équivalent  moléculaire. On préfère employer 1,2 à.  1,3 mole d'anhydride sulfurique par mole  d'hydrocarbure.

   On peut même utiliser moins  de 1,2 mole si on désire réduire à un mini  mum la quantité de sulfates inorganiques que  contiendra le produit après la neutralisation  de l'excès d'anhydride sulfurique. On peut  utiliser des proportions plus élevées d'anhy  dride sulfurique, allant jusqu'à. 1,7 mole  ou plus par mole d'hydrocarbure, si c'est  nécessaire.  



  On a remarqué que l'absorption de l'an  hydride sulfurique semble être plus effective  lorsque la réaction a déjà eu lieu pendant un  certain temps. Pour faciliter la réaction, il est  clone avantageux, dans certaines circonstan  ces, d'introduire une petite quantité de ma  tière déjà sulfonée dans le produit à     sulfoner.     



  Il peut être avantageux, dans certains cas,  d'ajouter à l'hydrocarbure, avant la     sulfona-          tion,    une petite quantité, de l'ordre de 10 %  du poids de l'hydrocarbure, d'acide     sulfurique     ou d'acide phosphorique. Cette adjonction  diminue la formation de sous-produits gou  dronneux.  



  Des diluants liquides inertes, tels que l'an  hydride sulfureux et le tétrachlorure de car  bone, peuvent aussi être présents dans le  mélange de réaction, mais en général il est pré  férable qu'il n'y ait, aucune substance qui  doive être éliminée du produit obtenu pour  le rendre propre à son usage final, à moins  qu'un tel     diluant    ne puisse être utilisé dans  la suite pour purifier le produit.  



       Lorsqu'on    veut utiliser les hydrocarbures  sulfonés comme détergents, on peut. avanta-         geusement        neutraliser    l'excès d'anhydride sul  furique par un alcali et laisser dans le pro  duit le sulfate ainsi formé.  



  On peut exécuter le procédé soit par     char-          g,es    successives, soit de faon continue. On  peut conduire une opération continue de la  façon     suivante:    On fait. passer un courant  d'hydrocarbure (contenant une petite quan  tité d'acide sulfurique, si on le désire) dans  un appareil mélangeur bien refroidi, muni  d'un agitateur efficace.

   On fait passer en  même temps dans le fond du mélangeur un  courant d'anhydride sulfurique et d'air,     con-          tenant        15        %        en        volume        d'anhydride        sulfuri-          que.    On évacue l'air résiduel au-dessus du  mélangeur, on retire le liquide à un débit tel  que la quantité de mélange réactionnel dans  l'appareil reste constante, et on le fait passer  dans un réservoir de capacité suffisante     pour     que le liquide y séjourne assez longtemps  pour que la réaction soit. complète.

   Le liquide       passe    ensuite dans un     appareil    de neutralisa  tion.  



  Ires exemples suivants illustrent l'inven  tion.  



  <I>Exemple 1:</I>  On introduit de     l'oléum    (contenant     envi-          ron        25        %        d'anhydride        sulfurique)    à     partir     d'un entonnoir de séparation gradué, en  réglant le débit, dans une colonne verticale  chauffée à l'électricité et remplie     d'anxieaux     de porcelaine maintenus à environ 250  C.  L'anhydride sulfurique ainsi produit est en  traîné de bas en haut, vers l'appareil de réac  tion, au moyen d'un courant d'air à débit  réglable, et on évacue par un siphon l'acide  sulfurique épuisé.

   On sèche au préalable le  courant d'air en le faisant passer à travers  une tour de chlorure de calcium et on régie  son débit de manière que les gaz entraînés vers  l'appareil de     sulfonation    contiennent environ  15 % d'anhydride sulfurique.  



  On introduit 200 g d'un hydrocarbure in  dustriel, dont le poids moléculaire moyen est  de 265 et contenant principalement des     dodé-          cyl-toluènes,    dans un appareil de réaction  approprié, et on le traite par un mélange  d'anhydride sulfurique et d'air, préparé      comme décrit     ci-dessus,    à partir de 130     eni-          d'oléum    traités en 45 minutes: on introduit le  courant de gaz dans l'appareil de réaction  en un point situé immédiatement au-dessus  de la. surface du liquide remué     vigoureusement     au moyen d'un agitateur en acier inoxydable  actionné par un moteur de 1/ CV.

   On laisse  la température du liquide, qui est. au début  de 26  C, s'élever     progressivement    au cours  de la réaction     jusqu'à    59  C. Le poids de  l'hydrocarbure     augmente    de 75,3     g,    ce qui  indique l'absorption de 1, 25 mole d'anhydride  sulfurique par mole d'hydrocarbure.  



  On peut ensuite neutraliser le produit  sulfoné avec une solution d'hydroxyde de  sodium, sensiblement de la même manière que  dans les exemples suivants. L'analyse indique       que        la        pâte        obtenue        renferme        31,1.        %        du        sel        de          sodium        de        l'acide        sulfonique        désiré,        1,

  83        %          de        polysulfonate        et        0,30        %        de        matière        non     sulfonée, ce qui représente un degré de con  version de 98,8 010.  



       Exemple   <I>2:</I>  On introduit dans Lui récipient, placé  dans un bain d'eau pouvant. être chauffé ou  refroidi suivant les besoins, 289     g    d'un hydro  carbure industriel, dont le poids moléculaire  moyen est de 246 et contenant principalement  des     dodécyl-benzènes.    On fait passer à tra  vers le     liquide    agité, maintenu à une     teni-          pérature    de 60 à. 65  C.

   un courant d'anhy  dride sulfurique et d'air (contenant     approxi-          mativement        20        %        d'anhydride        sulfurique),     préparé en faisant passer de l'air à. travers de       l'oléum    chaud, jusqu'à absorption de 146     g     d'anhydride sulfurique (correspondant à.  1,68 mole d'anhydride sulfurique par mole  d'hydrocarbure) en     31/2        heures.    On maintient  ensuite le mélange à 60 à 650 C pendant une  heure encore.

   On peut verser le produit  clans 700     em3    d'eau, et régler le pH à. 8 par  addition d'une quantité suffisante (environ       350        cm-3)        de        soude        caustique    à     13,5        %.        On     obtient ainsi une pâte qui renferme 0,3 0/0       de        matière        non        sulfonée,        25,

  9        %        de        monosulfo-          nate        et        1,1%        de        polysulfonate.        On        en        conclut          que        98        %        de        l'hydrocarbure        de        départ        sont       sulfonés, et que     940;

  'o    au moins sont trans  formés en     nionosulfonate.     



       Exemple   <I>3:</I>  On introduit à débit réglé de l'oléum,       contenant,        environ        20        %        d'anhydride        sulfuri-          que,    à partir d'un récipient gradué. à.     travers     un siphon en verre, dans un     bouilleur    hori  zontal en acier doux chauffé au gaz, ayant  15,2 cm de diamètre et     30,-1    cm de long et  contenant 1,8 kg d'acide sulfurique à.     \2.10     à 250  C.

   L'acide épuisé, presque     exempt     d'anhydride sulfurique, se déverse par     trop-          plein    dans un réservoir en passant à travers  un     tube    en     [J    de 90 cm de profondeur. On  introduit de l'air, séché sur du chlorure de  calcium, à. une<B>></B>pression     comprise    entre 0,6  et     0,35li#g/cm2,    à travers un     gicleur    de 1.6 mm.  dans le bouilleur, de manière à y faire passer  entre 16 et 10 litres d'air par minute (mesurés  sous pression normale).

   On fait passer le  mélange d'anhydride     sulfurique    et d'air à  travers un tube de 12,7     min    de diamètre, dis  posé de manière que son orifice se trouve  à     proximité    d'un petit agitateur     _    rapide, à  hélice, plongeant dans l'hydrocarbure à     sul-          foner    contenu clans     Lut    appareil chemisé  d'acier inoxydable.  



  On introduit dans cet appareil 4,53 kg  d'un hydrocarbure industriel, dont le poids  moléculaire     moyen    est de 265, contenant prin  cipalement des     dodécyl-toltiènes,    et     011    pèse  l'appareil avec sa     charge.    Pendant.     l'intro-          duetion    du     mélange    d'air et.     d'anhydride    sul  furique, on pèse à     \nouveau    le tout. à différen  tes reprises. Au début, l'absorption d'anhy  dride sulfurique est relativement lente, mais  devient très vite rapide.

   Pendant la première  heure, on traite dans le bouilleur 4,5     kg     d'oléum, avec de l'air sous une pression de  0,6     l@g/cm2.    Pendant. la seconde heure, on  maintient. la pression de l'air à. 0,6     kg/em=.     mais on n'emploie que<B>2,7</B> k<B>g</B>     d'oléum.    Pen  dant le reste     dut    temps     (1.1    heure), on abaisse  la pression de l'air à 0,35     kg/cm'-'    et la quan  tité d'oléum employée à 1,8 kg. Ces variations  sont choisies en fonction  < les quantités appa  rentes     d'anhydride    sulfurique non absorbé      dans l'appareil de réaction.

   Les concentrations  en anhydride sulfurique du mélange de gaz  an cours des trois périodes     successives    sont       respectivement        d'environ        23,        15        et        1.3        %.        La     quantité totale     d'oléum    consommée est. clé  9 kg et la quantité d'anhydride     sulfurique     absorbée par le mélange de réaction est. de  2 kg, ce qui correspond environ à 1,4 équi  valent moléculaire.  



  Pendant la première moitié de la. réaction,  on maintient, la température du mélange à       -l0    à 50 C, mais on laisse ensuite monter la  température à 65" C pour réduire la viscosité  du mélange (le réaction. On peut traiter une  partie du mélange réactionnel obtenu pour  la transformer en une pâte aqueuse, en utili  sant pour la neutralisation les proportions       suivantes:

            Uélange    réactionnel 5,5 kg       Soude        caustique    à     30%        3,0        kg     Eau 7,5 kg  On constate que la pâte ainsi préparée  renferme     0,511/o    de matière non     sulfonée,          32,801o        de        nionosulfonate        et        1,1%        de        poly-          sulfonate,

      ce qui représente un degré de       conversion        de        98        %,        et        de        transformation          en        monosulfonate        (le        95        %        au        moins.  



  Process for the sulfonation of alkyl aryl hydrocarbons. The present invention relates to a process (the sulfonation of aromatic hydrocarbons substituted by an alkyl group containing from 6 to 18 carbon atoms.



  I) Many sulfonated derivatives of these hydrocarbons have good surface activity properties and several of them often are. used as detergents. Hitherto, the sulfonation of these hydrocarbons has been carried out using agents such as sulfuric acid, oleum and chlorosulfonic acid. In order to obtain satisfactory sulfonation with these agents, the reaction must be carried out at low temperature, for example of the order (0-30 C, and it is usually necessary to cool to maintain this temperature.

    Sulfuric acid and oleum have the serious drawback that they must be used in excess and, therefore, when the reaction is complete, large quantities of sulfonating agent must be removed, or although the product is contaminated with large amounts of salts from the neutralization of excess sulfonating agent. Another disadvantage of these sulfonating agents is that they tend to cause side reactions which result in unwanted by-products,

   for example sulfones and products resulting from the separation of alkyl groups from the aryl ring. Chlorosulfonic acid has the disadvantage of its high price and the fact that large amounts of hydrochloric acid are given off during sulfonation.



  It has now been discovered that if a mixture of sulfur trioxide and an inert gas is used for the sulfonation of these aleoyl-aryl hydrocarbons, the above-mentioned drawbacks disappear. noticeably.

   The agent need only be used in slight excess and the reaction temperature can be high enough not to require cooling. Furthermore, by using this sulfonating agent, excessively high yields, of the order of 95%, can be obtained with almost complete avoidance of side reactions.



  A subject of the invention is therefore a process for the sulfonation of aromatic hydrocarbons substituted with an alkyl group containing from 6 to 18 carbon atoms; this process consists in treating these hydrocarbons in the liquid phase with a mixture of sulfuric anhydride and an inert gas.



  The inert gas of the sulfonation mixture can. be any gas which does not participate in the reaction, for example air, carbon dioxide, sulfurous anhydride or nitrogen. The mixture of sulfur trioxide and inert gas can be obtained in any suitable way, for example by producing sulfuric anhydride vapors from oleum or liquid sulfuric anhydride and diluting them with an inert gas, or by using the product of the contact process for the manufacture of sulfuric anhydride, by catalytic oxidation of sulfur dioxide with air, as this product already forms a suitable mixture for.

   the key implementation of the invention.



  The hydrocarbons to which the process of the invention applies are those containing, in the molecule, an aromatic nucleus, such as a benzene nucleus or a naphthalene nucleus, substituted by an alkyl group containing from 6 to 18 carbon atoms. The alkyl group can be straight or branched or can be a cycloaleoyl group. The aromatic ring can also be substituted by other alkyl groups.

   Examples of these compounds are. the various isomeric dodecyl-benzenes, 1-dodecy-toluenes, dodeyl-xylenes and liexyl-naplitalenes; in industrial practice the individual isomers are not usually obtained in the form of pure compounds, but in the form of mixtures, containing: in addition usually small amounts of compounds substituted by other groups alkyl.

   The sulfonated derivatives of these mixtures are valuable detergents.



  The reaction conditions, such as the concentration of sulfur trioxide in the mixture with the inert gas, the reaction time and temperature, the degree of agitation of the reaction mixture, depend. to some extent from each other and. depend in each particular case on the reactivity of the hydrocarbons and the quality of the desired product.

   In general, it is preferred to use 5 to 35% by volume of sulfur trioxide in the mixture of sulfur trioxide with the inert gas, but proportions of up to 60% or even more may give satisfactory results in some cases. Using contents of 5 to 35% sulfur trioxide the time required to achieve a complete reaction is.

    suitably short, and the tendency to discolour the product by local overheating or by carbonization, which may result from the use of high concentrations of sulfur trioxide, is. limited. In cases where a light color is essential to the finished product, for example when it is to be used as a detergent, high concentrations of sulfur trioxide should be avoided.

    Likewise, for low reaction temperatures, it is disadvantageous to try to operate with high concentrations of sulfuric anhydride, because the latter tends to condense. For the sulphonation of mixtures of hydrocarbons mainly containing (compounds whose alkyl group contains carbon atoms, sulfuric anhydride concentrations of 10 to 2011 / o give satisfactory results.



  Likewise, it is preferred to use relatively low temperatures (but advantageously not low enough to require cooling), of the order of 40 to 60 C, to minimize side reactions and so that the hydrocarbon absorbs. the agent. sulfonation as quickly. as possible. However, the reaction temperature is controlled according to the viscosity of the reaction mixture, which depends on the hydrocarbon to be sulfonated. If the viscosity is. too high, effective agitation is not possible and local overheating may occur.



  The speed at. which mixture of sulfuric anhydride with the inert graz should be introduced into the hydrocarbon depends on the operating conditions, and an important factor is the speed at which the heat of the reaction can be dissipated and removed.



  All the factors should therefore be regulated in such a way that the reaction is not prolonged unduly, or that side reactions cannot occur; for example, in the case of industrial dodecyl-toluene, it is preferred to carry out the complete reaction in about two hours, but it is possible to extend this time considerably, for example up to 6%. 8 hours. and still obtain satisfactory products.



  It has been found that for the production of sulfonated derivatives to be used as detergents, the detergent and foaming properties, as well as the color of the product, become less favorable if the duration and the reaction temperature or the concentration of sulfur trioxide in the mixture with inert gas are too high.



  The process of the invention can be conveniently applied by passing a mixture of suitable inert gas and sulfur trioxide through a well stirred liquid hydrocarbon, until the necessary amount of sulfur trioxide has been absorbed. In order to obtain high yields and products of satisfactory color, it is preferred to keep the amount of sulfur trioxide absorbed as close as possible to one molecular equivalent. It is preferred to employ 1.2 to. 1.3 moles of sulfur trioxide per mole of hydrocarbon.

   It is even possible to use less than 1.2 moles if it is desired to reduce to a minimum the quantity of inorganic sulphates which the product will contain after neutralization of the excess sulfur trioxide. Higher proportions of sulfuric anhydride can be used, up to. 1.7 moles or more per mole of hydrocarbon, if necessary.



  It has been noticed that the absorption of sulfur trioxide seems to be more effective when the reaction has already taken place for some time. In order to facilitate the reaction, it is advantageous, in certain circumstances, to introduce a small quantity of material already sulphonated into the product to be sulphonated.



  It may be advantageous in some cases to add to the hydrocarbon, before sulfonation, a small amount, of the order of 10% by weight of the hydrocarbon, sulfuric acid or phosphoric acid. . This addition decreases the formation of tarry by-products.



  Inert liquid diluents, such as sulfur dioxide and carbon tetrachloride, may also be present in the reaction mixture, but in general it is preferable that there is no substance which must be removed. of the product obtained to make it fit for its final use, unless such a diluent cannot be used subsequently to purify the product.



       When we want to use sulfonated hydrocarbons as detergents, we can. advantageously neutralize the excess sulfuric anhydride with an alkali and leave the sulfate thus formed in the product.



  The process can be carried out either by successive charges or continuously. We can conduct a continuous operation as follows: We do. Pass a stream of hydrocarbon (containing a small amount of sulfuric acid, if desired) through a well-cooled mixing apparatus fitted with an efficient stirrer.

   At the same time, a stream of sulfur trioxide and air, containing 15% by volume of sulfur trioxide, is passed through the bottom of the mixer. Residual air is evacuated above the mixer, the liquid is withdrawn at a rate such that the quantity of reaction mixture in the apparatus remains constant, and it is passed into a tank of sufficient capacity for the liquid to remain there. long enough for the reaction to be. complete.

   The liquid then passes through a neutralization apparatus.



  The following examples illustrate the invention.



  <I> Example 1: </I> Oleum (containing about 25% sulfur trioxide) is introduced from a graduated separating funnel, by adjusting the flow rate, into a vertical column heated to l. electricity and filled with porcelain axles maintained at about 250 C. The sulfur dioxide thus produced is dragged from bottom to top, towards the reaction apparatus, by means of an air current with adjustable flow, and the exhausted sulfuric acid is evacuated by a siphon.

   The air stream is dried beforehand by passing it through a tower of calcium chloride and its flow rate is controlled so that the gases entrained towards the sulphonation apparatus contain about 15% sulfur trioxide.



  200 g of an industrial hydrocarbon, the average molecular weight of which is 265 and mainly containing dodecyl-toluenes, is introduced into a suitable reaction apparatus, and treated with a mixture of sulfur trioxide and air, prepared as described above, from 130 oleum treated in 45 minutes: the gas stream is introduced into the reaction apparatus at a point immediately above the. liquid surface stirred vigorously by means of a stainless steel stirrer powered by a 1 / HP motor.

   We leave the temperature of the liquid, that is. at the start of 26 C, gradually rise during the reaction to 59 C. The weight of the hydrocarbon increases by 75.3 g, indicating the absorption of 1.25 moles of sulfur trioxide by mole of hydrocarbon.



  The sulfonated product can then be neutralized with sodium hydroxide solution, substantially in the same manner as in the following examples. Analysis indicates that the paste obtained contains 31.1. % of the sodium salt of the desired sulfonic acid, 1,

  83% polysulfonate and 0.30% unsulfonated material, which represents a degree of conversion of 98.8 010.



       Example <I> 2: </I> A container is introduced into Him, placed in a water bath capable of. be heated or cooled as needed, 289 g of an industrial hydrocarbon, the average molecular weight of which is 246 and mainly containing dodecyl-benzenes. The stirred liquid is passed through, maintained at a temperature of 60 to. 65 C.

   a stream of sulfur trioxide and air (containing approximately 20% sulfur trioxide), prepared by passing air through. through hot oleum until absorption of 146 g of sulfur trioxide (corresponding to 1.68 moles of sulfur trioxide per mole of hydrocarbon) in 31/2 hours. The mixture is then maintained at 60 to 650 ° C. for a further hour.

   We can pour the product clans 700 em3 of water, and adjust the pH to. 8 by adding a sufficient quantity (approximately 350 cm-3) of 13.5% caustic soda. A paste is thus obtained which contains 0.3% of non-sulfonated material, 25,

  9% monosulfonate and 1.1% polysulfonate. It is concluded that 98% of the starting hydrocarbon is sulphonated, and that 940;

  'o at least are transformed into nionosulfonate.



       Example <I> 3: </I> Oleum, containing approximately 20% sulfur dioxide, is introduced at a controlled rate from a graduated vessel. at. through a glass siphon, into a horizontal gas-heated mild steel boiler, 15.2 cm in diameter and 30.1 cm long and containing 1.8 kg of sulfuric acid. \ 2.10 to 250 C.

   The spent acid, almost free of sulfur trioxide, overflows into a tank by passing through a 90 cm deep J-tube. Air, dried over calcium chloride, is introduced at. a <B>> </B> pressure of between 0.6 and 0.35li # g / cm2, through a 1.6 mm nozzle. in the boiler, so as to pass between 16 and 10 liters of air per minute (measured under normal pressure).

   The mixture of sulfur trioxide and air is passed through a tube 12.7 min in diameter, arranged so that its orifice is near a small, rapid, propeller-driven agitator immersed in the tube. The sulphonated hydrocarbon contained in the stainless steel jacketed apparatus.



  4.53 kg of an industrial hydrocarbon, the average molecular weight of which is 265, mainly containing dodecyl-toltienes, is introduced into this apparatus, and the apparatus is weighed with its load. During. the introduction of the air mixture and. sulfuric anhydride, the whole is reweighed. on different occasions. At first, the absorption of sulfuric anhydride is relatively slow, but very quickly becomes rapid.

   During the first hour, 4.5 kg of oleum are treated in the boiler with air at a pressure of 0.6 l @ g / cm2. During. the second hour, we maintain. the air pressure at. 0.6 kg / em =. but only <B> 2.7 </B> k <B> g </B> oleum is used. During the rest of the time (1.1 hours), the air pressure is lowered to 0.35 kg / cm 2 and the amount of oleum used to 1.8 kg. These variations are selected based on the apparent amounts of sulfur trioxide not absorbed in the reaction apparatus.

   The sulfur trioxide concentrations of the gas mixture during the three successive periods are respectively about 23, 15 and 1.3%. The total amount of oleum consumed is. key 9 kg and the amount of sulfur trioxide absorbed by the reaction mixture is. weight of 2 kg, which corresponds to approximately 1.4 molecular equivalents.



  During the first half of the. reaction, the temperature of the mixture is maintained at -10 to 50 ° C., but the temperature is then allowed to rise to 65 ° C. in order to reduce the viscosity of the mixture (the reaction. Part of the reaction mixture obtained can be treated in order to transform it into an aqueous paste, using the following proportions for neutralization:

            The reaction mixture 5.5 kg 30% caustic soda 3.0 kg Water 7.5 kg It is found that the paste thus prepared contains 0.511 / o of unsulphonated material, 32.801o of nionosulphonate and 1.1% of polysulphonate,

      which represents a degree of conversion of 98%, and of transformation into monosulfonate (95% at least.

 

Claims (1)

REVENDICATION Procédé de sulfonation d'hydrocarbures aromatiques substitués par un groupe alcoyle contenant (le 6 à 18 atomes de carbone, ca- raetérisé en ce qu'on traite ces hydrocarbures en phase liquide par un mélange d'anhydride sulfurique et d'un gaz inerte. SOUS-REVENDICATIONS: 1. Procédé suivant la revendication, ca ractérisé en ce que le mélange d'anhydride sulfurique et de gaz inerte contient au maxi- mum 601/o en volume d'anhydride sulfurique. 2. CLAIM Process for the sulfonation of aromatic hydrocarbons substituted by an alkyl group containing (6 to 18 carbon atoms, characterized in that these hydrocarbons are treated in the liquid phase with a mixture of sulfur trioxide and an inert gas SUB-CLAIMS: 1. A process according to claim, characterized in that the mixture of sulfur trioxide and inert gas contains not more than 601% by volume of sulfur trioxide. Procédé suivant la revendication, ca ractérisé en ce que le mélange d'anhydride sulfurique et de gaz inerte contient 5 à 35 0/0 en volume d'anhydride sulfurique. 3. Procédé suivant la revendication, ca ractérisé en ce qu'on utilise 1.,2 à 1,3 mole d'anhydride sulfurique par mole d'hydro carbure. Procédé suivant la revendication, ca ractérisé en ce qu'on effectue la sulfonation à .10 à 60 C. 5. Procédé suivant la revendication, ca ractérisé en ce qu'on opère en présence d'une petite quantité d'acide sulfurique. 6. Procédé suivant la. revendication, ca ractérisé en ce qu'on opère en présence d'une petite quantité d'acide phosphorique. 7. A process as claimed in claim, characterized in that the mixture of sulfur trioxide and inert gas contains 5 to 35% by volume of sulfur trioxide. 3. A method according to claim, characterized in that one uses 1., 2 to 1.3 moles of sulfur trioxide per mole of hydrocarbon. Process according to claim, characterized in that the sulfonation is carried out at .10 to 60 C. 5. Process according to claim, characterized in that it is carried out in the presence of a small amount of sulfuric acid. 6. Process according to. claim, ca actérisé in that it is carried out in the presence of a small amount of phosphoric acid. 7. Procédé suivant la revendication, ap pliqué à. la sulfonation des hydrocarbures dont le groupe alcoyle renferme 12 atomes de carbone, et caractérisé en ce que le mé lange d'anhydride sulfurique et de gaz inerte renferme 10 à 20 % en volume d'anhydride sulfurique. A method according to claim, applied to. the sulfonation of hydrocarbons in which the alkyl group contains 12 carbon atoms, and characterized in that the mixture of sulfur trioxide and inert gas contains 10 to 20% by volume of sulfur trioxide.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1194408B (en) * 1963-07-31 1965-06-10 Hoechst Ag Process for the sulfonation of olefinically unsaturated aliphatics and cycloaliphatics

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