CH309917A - Process for the preparation of the ammonium salt of benzoic acid-p-sulfonic acid sodium. - Google Patents

Process for the preparation of the ammonium salt of benzoic acid-p-sulfonic acid sodium.

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CH309917A
CH309917A CH309917DA CH309917A CH 309917 A CH309917 A CH 309917A CH 309917D A CH309917D A CH 309917DA CH 309917 A CH309917 A CH 309917A
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sodium
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ammonium salt
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benzoic acid
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Aktiengesellschaft Ruhrchemie
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Ruhrchemie Ag
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C303/00Preparation of esters or amides of sulfuric acids; Preparation of sulfonic acids or of their esters, halides, anhydrides or amides
    • C07C303/32Preparation of esters or amides of sulfuric acids; Preparation of sulfonic acids or of their esters, halides, anhydrides or amides of salts of sulfonic acids

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

  

  



  Verfahren zur Herstellung des Ammoniumsalzes des   benzoesäure-p-sulfonsauren    Natriums.



   Organische Verbindungen mit einwertigen oder zweiwertigen   Substituenten, wie z.    B.



     Merkaptane, Halogenide,    Alkohole, Ketone oder Thioketone, können bekanntlich mit    Hi] fe der Willgerodt-Reaktion, das heisst    durch eine bei erhöhter   Temperat. ur md über-    atmosphärischem Druck vorgenommene Behandlung mit   Ammoniumpolysulfidlösung    oder mit Ammoniaklösung und Sehwefel, in Carbonsäureamide und Carbonsäuren umgewandelt werden (vgl. z. B. in : Adams Organic Reactions, Bd. III,   M.    Carmack und   M.    A.



     Spielman,   The Willgerodt-Reaction  ,    Seite   83-107).    Die genannten Substituenten m ssen hierbei in oder am Ende einer aliphatischen Kette stehen. Durch die Willgerodt Reaktion kann man beispielsweise endständige oder   mittelständige    aliphatische Halogenide in Carbonsäureamide überführen, deren Koh  lenstoffgerüst    der jeweiligen   Ausgangsverbin-    dung entspricht. Primäre Halogenide geben hierbei bessere Ausbeuten als sekundäre, und diese wieder bessere als tertiÏre. Wenn die   Willgerodt-Rea. ktion    mit derartigen   Verbin-      dungen ausgeführt wird,    kann die Lange der Kohlenstoffkette in weiten Grenzen schwanken.

   Mit zunehmender Kohlenstoffzahl ist es, insbesondere bei höheren Halogeniden, vorteilhaft, wenn das Halogenatom endständig ist. Alonoehloriertes   n-Heptan    mit statistisch  ber die ga. nze Kette verteiltem Chlor liefert beispielsweise   n-Heptanamid    in   25-30  /o der      theoretisch mogliehjen    Ausbeute.



   Es ist weiterhin bekannt, dass die   Willge-      rodt-Beaktion    in   Gegenwart    von organischen Lösungsmitteln, z. B. in Gegenwart von Alkoholen, Pyridin oder Kohlenwasserstoffen, zu höheren Ausbeuten führt, da die Reaktion so in homogener Phase ablaufen kann.



   Die bei Zusatz eines Lösungsmittels mit der Willgerodt-Reaktion erzielbaren Ausbeuten schwanken je nach Art des Lösungsmittels innerhalb von verhÏltnismϯig weiten Grenzen. Nur in wenigen Fällen, z. B. mit primären   Merkaptanen,    lassen sich auf diese Weise annähernd theoretisch mögliche Ausbeuten erreichen. Mit Pyridin als Lösungsmittel ergibt 1-Chlor-hexadekan bei aptimalem Mischungsverhältnis in   6070 /oiger    Ausbeute Palmi   tinsäureamid. Wenn man Dioxan als Losungs-    mittel verwendet, erhält man bei der gleichen   Umsetzung nur 22"/e    der theoretiseh möglichen Ausbeute an   Palmitinsäureamid.

   Mit    Pyridin als Lösungsmittel liefert   Benzylehlo-    rid bei der Willgerodt-Reaktion ein Gemisch von 75"/o der theoretisch möglichen Ausbeute an Benzamid und 17% der   theoretisch mög-    lichen Ausbeute an Benzoesäure. Ohne Zusatz von Pyridin liegen die Ausbeuten erheblich niedriger.



   Die Verwendung   organischer Lösungsmit-    tel hat aber anderseits auch Nachteile. Die Isolierung der Reaktionsprodukte wird erschwert. Wasserlösliche Lösungsmittel nehmen gewöhnlich während der Reaktion aus der   Umsetzungsmisehung Wasser auf,    von dem sie nachher nur in umständlicher Weise wieder befreit werden können.



   Diese   Naehteile    treten nicht auf, wenn man organische Verbindungen, die neben einoder zweiwertigen, in einer aliphatischen Kette enthaltenen Substituenten noch eine   wasserlösliehmachende    Gruppe enthalten, bei erhöhter Temperatur   lmd erhöhtem Druek    in wässriger   Losung    mit Ammoniumpolysulfid oder Ammoniak und Schwefel umsetzt. Die   wasserloslichmaehende Gruppe kann    z. B. eine Sulfonsäuregruppe sein, die mit Natrium-, Kalium- oder Ammoniumhydroxyd neutralisiert ist.



   Es wurde überraschend gefimden, dass die Willgerodt-Reaktion so aus   ehlorierten    Aus  gangsverbindungen,    die nebeneinander Mono-, Di-und Polychloride enthalten, unabhängig davon, in welchem Mengenverhältnis die versehiedenen Chloriertmgsstufen vorhanden sind, das gleiehe Endprodukt liefert. Aus   technisehen    Chlorierungsprodukten, deren Weiterverarbeitung sonst durch die Vielzahl der   Chlorierungsstufen    erheblich   ersehwert    ist,   kannr    man also ein einheitliehes Endprodukt erzeugen.

   Gegenstand des vorliegenden Patentes ist ein Verfahren zur Herstellung des Ammoniumsalzes des   benzoesäure-p-sulfonsau-    ren   Natriums, welches dadurch gekennzeich-    net ist, dass man auf ein Gemisch von 1-chlormethyl,   diehlormethyl-und    1-triehlorme  thyl-p-toluolsulfonsaurem    Natrium in Wasser unter Druck und bei erhöhter Temperatur ein Ammoniak und Sehwefel   abgebendes    Agens einwirken lässt.



   Zur Herstellung des Ausgangsproduktes lässt man z. B. gasf¯rmiges Chlor auf pulverformiges p-toluolsulfonsaures Natrium   einwir-    ken. Das verbrauchte Chlor verteilt sich hierbei auf die in der Seitenkette stehende Methylgruppe statistisch in der von   Martin und    Fuchs (vgl. Zeitschrift   f.    Elektrochemie, Bd.



  27   [1921],    Seite 150) für eine dreistufige Gasphasenreaktion bei der Herstellung von Me  thy'lchlorid    bereehneten Weise. Neben dem   benzylchlorid-p-sulfonsauren    Natrium bilden sieh gleichzeitig benzalehlorid-p-sulfonsaures Natrium und benzotrichlorid-p-sulfonsaures Natrium. Ein Teil des   p-toluolsulfonsauren    Natriums wird nicht angegriffen. Die bei der Reaktion auftretende Verteilung des Chlors ist aus der Zeichnung an Hand von Kurven ersichtlich, in denen die in der Seitenkette vorhandene Chlormenge gegen die jeweilige Zusammensetzung des.   Chlorierungsgemisches    aufgetragen wurde.



   Wenn man chloriertes p-toluolsulfonsaures Natrium. herstellt, das in seiner Seitenkette je Mol ein Grammatom Chlor enthält, dann handelt es sich nieht um einheitliches benzyl  chlorid-p-sulfonsaures    Natrium, sondern um ein Reaktionsgemisch, das folgende   Verbin-    dungen enthält :
43 Gew.-% benzylehlorid-p-sulfonsaures Natrium,
24   Gew.- /o       benzalehloridp-sulfonsaures Natrium,     , 5 Gew.-¯/o    benzotrichlorid-p-sulfonsaures Natrium.   



   Erfindungsgemäss kann dieses uneinheitliche Gemisch von versehiedenen Chlorierungsstufen in das einheitliche Ammoniumsalz   desAbenzoesäurep-sulfonsauren    Natriums übergeführt werden. Das nachfolgende Schema veranschaulicht die Umsetzung. 



   Die im Chlorierungsgemiseh den beiden andern Verbindungen gegenüber nur in un  tergeordnetem    Ausmass vorhandene Menge an    benzotrichlorid p-sulfonsaurem Natrium wird    während der Reaktion durch einfache Verseifung in das Ammoniumsalz des   benzoesäure-p      sulfonsauren    Natriums  bergef hrt.



   Im Ausgangsgemisch enthaltenes (nichtehloriertes)   p-toluolsulfonsauresNatrium wird    bei der Willgerodt-Reaktion nieht oxydiert.



  Aus Kurve I kann man daher bei   Verarbei-      tung eines Chlorierungsproduktes    von bestimmtem Chlorgehalt die maximal zu erwa. rtende Ausbeute ablesen Dies ist für eine wirt  sehaftliche Ausübung    des Verfahrens von Interesse. Da man bei   einer Chloranlagerung    von ein Grammatom Chlor auf ein Gramm Mol   p-toluolsulfonarmes Natrium gemäss    Kurve I nur 74    /o    Ammoniumsalz des   benzoe-      säure-p-sulfonsauren    Natriums erhalten kann, wird man zur Ausführung des   erfindungsge-      mässen    Verfahrens vorzugsweise 1, 3 bis 1, 5 Grammatome Chlor je   Gramm-Mol Ausgangs-    produkt einführen.

   Unter diesen Umständen kann man   8v90  /o der    maximalen Ausbeute an Ammoniumsalz des benzoesäure-p-sulfonsauren Natriums erlangen.



   Ausfiihrungsbeispiel :    Staubfein gemahlenes    und völlig trockenes   p-toluolsulfonsaures    Natrium wurde in einem mit zwei   Philips-Heizlampen    bestrahlten Drei halskolben von 500   em3    Inhalt bei 80-85  C so lange mit Chlor begast, bis eine Gewichtszunahme von 1, 41   Grammatomen    Chlor je Mol Salz eingetreten wa. r. Wahrend der Chlorierung wurde so intensiv gerührt, dass das Salz sich dauernd in drehendschwebendem Zustand befand.



   Von dem chlorierten Natriumsalz wurden.



  91, 4 g mit   128    g Sehwefel und 600 em3 Ammoniakwasser (D   =    0, 895) sechs Stunden in einem   Stahlautoklaven auf 180     C erhitzt, wobei man die   Temperaturschwankun    auf   5     C nach oben oder unten   besehränkte.    Naeh Beendigung der Reaktion wurde der Inhalt des Autoklaven zur Trockene eingedampft.



  Danach wurde wieder mit   Wasser aufgenom-    rnen und das   Reaktionsprodulit    kohle behandelt. Nach dem Filtrieren und
EMI3.1     


<tb> CH2CL <SEP> CHC12 <SEP> CC13
<tb> rI\ <SEP> rI\/I\
<tb>  <SEP> I <SEP> I <SEP> I
<tb> SOaNa. <SEP> SOsNa <SEP> SO03Na
<tb>  <SEP> Willgerod-dt-Verseifung
<tb>  <SEP> Reaktion <SEP> Reaktion/
<tb>  <SEP> COONH4
<tb>  <SEP> I
<tb>  <SEP> SOsNa
<tb>  nochmaligem Eindampfen erhielt man   78,    5 g Ammoniumsalz des   benzoesäure-p-sulfonsau-    ren Natriums.



  



  Process for the preparation of the ammonium salt of benzoic acid-p-sulfonic acid sodium.



   Organic compounds with monovalent or divalent substituents, such as. B.



     Mercaptans, halides, alcohols, ketones or thioketones can, as is known, with the help of the Willgerodt reaction, that is to say with an increased temperature. Only treatment with ammonium polysulphide solution or with ammonia solution and sehulphur carried out at above atmospheric pressure can be converted into carboxamides and carboxylic acids (cf. for example in: Adams Organic Reactions, Vol. III, M. Carmack and M. A.



     Spielman, The Willgerodt-Reaction, pp. 83-107). The substituents mentioned must be in or at the end of an aliphatic chain. The Willgerodt reaction can be used, for example, to convert terminal or intermediate aliphatic halides into carboxamides, the carbon structure of which corresponds to the respective starting compound. Primary halides give better yields than secondary ones, and these again better than tertiary ones. When the Willgerodt Rea. ction is carried out with such compounds, the length of the carbon chain can vary within wide limits.

   As the carbon number increases, it is advantageous, especially in the case of higher halides, for the halogen atom to be terminal. Alono-malfunctioning n-heptane with statistically over the ga. Chlorine distributed along the chain provides n-heptanamide in 25-30 / o of the theoretically possible yield.



   It is also known that the Willge- rodt reaction in the presence of organic solvents, eg. B. in the presence of alcohols, pyridine or hydrocarbons, leads to higher yields, since the reaction can proceed in a homogeneous phase.



   The yields that can be achieved with the Willgerodt reaction when a solvent is added vary, depending on the type of solvent, within relatively wide limits. Only in a few cases, e.g. B. with primary mercaptans, almost theoretically possible yields can be achieved in this way. With pyridine as a solvent, 1-chlorohexadecane gives palmitic acid amide in an optimal mixing ratio in 6070% yield. If dioxane is used as the solvent, only 22% of the theoretically possible yield of palmitic acid amide is obtained in the same reaction.

   With pyridine as the solvent, benzyl chloride gives a mixture of 75% of the theoretically possible yield of benzamide and 17% of the theoretically possible yield of benzoic acid in the Willgerodt reaction. Without the addition of pyridine, the yields are considerably lower.



   On the other hand, however, the use of organic solvents also has disadvantages. The isolation of the reaction products is made more difficult. Water-soluble solvents usually take up water from the reaction mixture during the reaction, from which they can only be freed again afterwards in a laborious manner.



   These proportions do not occur if organic compounds which, in addition to monovalent or divalent substituents contained in an aliphatic chain, also contain a water-solubilizing group, are reacted in aqueous solution with ammonium polysulphide or ammonia and sulfur at elevated temperature and pressure. The Wasserloslichmaehende group can, for. B. be a sulfonic acid group which is neutralized with sodium, potassium or ammonium hydroxide.



   It has surprisingly been found that the Willgerodt reaction thus delivers the same end product from chlorinated starting compounds which contain mono-, di- and polychlorides side by side, regardless of the quantitative ratio in which the various chlorination stages are present. From technical chlorination products, the further processing of which is otherwise clearly evident from the large number of chlorination stages, one can thus produce a uniform end product.

   The present patent relates to a process for the preparation of the ammonium salt of benzoic acid-p-sulfonic acid, which is characterized in that a mixture of 1-chloromethyl, di-chloromethyl and 1-triehloromethyl-p-toluenesulfonic acid is used in water under pressure and at elevated temperature, an agent releasing ammonia and sulfur can act.



   To prepare the starting product, z. B. gaseous chlorine act on powdery p-toluenesulfonic acid sodium. The chlorine consumed is distributed statistically to the methyl group in the side chain in the range reported by Martin and Fuchs (cf. Zeitschrift f. Elektrochemie, Vol.



  27 [1921], page 150) for a three-stage gas phase reaction in the production of Me thy'lchlorid calculated manner. In addition to sodium benzyl chloride-p-sulfonic acid, sodium benzyl chloride-p-sulfonic acid and sodium benzotrichloride-p-sulfonic acid form at the same time. Part of the sodium p-toluenesulfonic acid is not attacked. The distribution of the chlorine occurring during the reaction can be seen from the drawing by means of curves in which the amount of chlorine present in the side chain is plotted against the respective composition of the chlorination mixture.



   If you have chlorinated sodium p-toluenesulfonate. which contains one gram atom of chlorine per mole in its side chain, then it is not a single benzyl chloride-p-sulfonic acid sodium, but a reaction mixture that contains the following compounds:
43% by weight of benzyl chloride-p-sulfonic acid sodium,
24% by weight of benzalchloride-p-sulfonic acid sodium, 5% by weight of benzotrichloride-p-sulfonic acid sodium.



   According to the invention, this non-uniform mixture of different chlorination stages can be converted into the uniform ammonium salt of sodium benzoic acid p-sulfonic acid. The following scheme illustrates the implementation.



   The amount of benzotrichloride-p-sulfonic acid sodium present in the chlorination mixture only to a subordinate extent compared with the other two compounds is converted into the ammonium salt of benzoic acid-p-sulfonic acid sodium by simple saponification during the reaction.



   The (non-malloated) p-toluenesulfonic acid sodium contained in the starting mixture is not oxidized in the Willgerodt reaction.



  When processing a chlorination product with a certain chlorine content, one can therefore use curve I to calculate the maximum. Read off the yielding yield This is of interest for an economic practice of the process. Since one gram atom of chlorine is added to one gram of p-toluenesulphonic acid-poor sodium according to curve I, only 74 / o ammonium salt of benzoic acid-p-sulphonic acid sodium can be obtained Introduce up to 1.5 gram atoms of chlorine per gram-mole of starting product.

   Under these circumstances, 8v90 / o of the maximum yield of the ammonium salt of benzoic acid-p-sulfonic acid sodium can be obtained.



   Exemplary embodiment: completely dry sodium p-toluenesulfonic acid, ground to a fine dust, was gassed with chlorine in a three-necked flask with a volume of 500 cubic meters at 80-85 C, irradiated with two Philips heating lamps, until a weight increase of 1.41 gram atoms of chlorine per mole of salt occurred wa. r. During the chlorination, the stirring was so intense that the salt was constantly in a floating state.



   Of the chlorinated sodium salt were.



  91.4 g with 128 g of sulfuric acid and 600 cubic meters of ammonia water (D = 0.895) are heated to 180 C for six hours in a steel autoclave, the temperature fluctuations being increased or decreased to 5 C After the completion of the reaction, the contents of the autoclave were evaporated to dryness.



  Then it was taken up again with water and the reaction product was treated with carbon. After filtering and
EMI3.1


<tb> CH2CL <SEP> CHC12 <SEP> CC13
<tb> rI \ <SEP> rI \ / I \
<tb> <SEP> I <SEP> I <SEP> I
<tb> SOaNa. <SEP> SOsNa <SEP> SO03Na
<tb> <SEP> Willgerod-dt saponification
<tb> <SEP> reaction <SEP> reaction /
<tb> <SEP> COONH4
<tb> <SEP> I
<tb> <SEP> SOsNa
Further evaporation gave 78.5 g of the ammonium salt of sodium benzoic acid-p-sulfonic acid.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH : Verfahren zur Herstellung des Ammoniumsalzes des benzoesäure-p-sulfonsauren Natriums, dadurch gekennzeichnet, da¯ man auf ein Gemisch von 1-chlormethyl-, 1-dichlor- methyL und 1-trichlormethyl-p-toluolsulfonsaurem Natrium in Wasser unter Druck und bei erhöhter Temperatur ein Ammoniak und Schwefel abgebendes Agens einwirken lässt. PATENT CLAIM: Process for the preparation of the ammonium salt of sodium benzoic acid-p-sulfonic acid, characterized in that a mixture of 1-chloromethyl-, 1-dichloromethyl and 1-trichloromethyl-p-toluenesulfonic acid sodium in water under pressure and at elevated temperature is used allows an agent that releases ammonia and sulfur to act. UNTERANSPRÜCHE : 1. Verfahren na. ch Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsmaterial mit einer elementaren Schwefel enthaltenden wässrigen Ammoniaklosung bebandelt wird. SUBCLAIMS: 1. The method according to claim, characterized in that the starting material is treated with an aqueous ammonia solution containing elemental sulfur. 2. Verfahren nach Patentanspiiieh, dadurch gekennzeichnet,dassdasAusgangsmateri'al mit Ammoniumpolysulfidl¯sungen behandelt wird. 2. The method according to patent claim, characterized in that the starting material is treated with ammonium polysulfide solutions.
CH309917D 1951-06-09 1952-06-06 Process for the preparation of the ammonium salt of benzoic acid-p-sulfonic acid sodium. CH309917A (en)

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