CN100404518C - 一种制备2-苯并噻唑次磺酰胺的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备2-苯并噻唑次磺酰胺的方法及装置，以巯基苯并噻唑和伯胺、仲胺为原料，过氧化氢为氧化剂，在反应过程中胺化合物采用连续滴加的方式，并进一步在现有的制备装置中增加一个连接管，使反应釜(1)的冷凝器(2)与滴液管(3)通过一个连接管(4)相连通，使反应在一个对外封闭，对内形成压力平衡的反应体系中进行，从而产品一次收率可高达96%以上，纯度98.7%～99.5%。
Description
技术领域
本发明具体涉及以过氧化氢为氧化剂制备2-苯并噻唑次磺酰胺的方法及装置。
背景技术
次磺酰胺类化合物是一种常用的后效性橡胶硫化促进剂，它抗焦烧性能优良，硫化速度快，在硫化过程中变色轻微、不喷霜，可显著提高硫化胶的定伸强度及抗张强度。因此广泛应用于制造轮胎、胶鞋、胶带、电缆等制品中。
N-环己基苯并噻唑次磺酰胺(促进剂CBS)是次磺酰胺类促进剂的主要品种，目前的生产方法主要有次氯酸钠氧化法、氧气氧化法、无氧化剂合成法、过氧化氢氧化法四种。国内制备促进剂CBS以次氯酸钠氧化法为主，存在的问题是主要原料环己胺与2-硫醇基苯并噻唑(促进剂M)采用较大配比，进一步提高产品收率很困难；而且废水处理比较困难，对环境污染比较严重。采用过氧化氢氧化法与次氯酸钠法相比，在碱性条件下的氧化能力相当，并可减轻环境污染，并解决母液中无机盐问题，因此是更有前途的CBS制备方法。US2419283中提出以氯漂白剂、氯和过氧化氢作为氧化剂。反应中还需添加一定量的硫酸和烧碱，生成副产品的硫酸钠。在其与过氧化氢相关的实施例中，硫酸与过氧化氢混合均匀后作为氧化剂一同加入，反应结束后得到次磺酰胺产品收率达93.5％，若除去硫酸钠，产品收率只能达到79.5～85.3％。李铭新等(李铭新等橡胶硫化促进剂CBS合成新工艺《辽宁化工》，1996.26(3)：26-27)也采用过氧化氢做氧化剂制备次磺酰胺类促进剂，其促进剂CBS单程收率最高达812％，母液连续返回三次收率达到95％。WO9313084中公开了一种以单纯以过氧化氢为氧化剂生产2-苯并噻唑次磺酰胺的方法，实例中得到产品最高收率为94.8％。纯度为991％，熔点为100℃(优级品)。
发明内容
本发明目的是提供一种促进剂CBS的制备方法，本发明的另一目的是提供一种制备CBS的装置，可获得更高的产品收率。
现有技术中(WO9313084)胺化合物的加入主要是一次性加入方式，由于胺化反应是放热反应，胺化合物的一次性加入，容易产生反应物与中间产物的聚集，不利于后续反应；同时，也使反应温度难以控制和稳定，影响反应效果。因此，本发明提出在反应过程中胺化合物连续加入的方式，可有效地解决现有技术中存在的问题，使产品的产率进一步提高。
本发明以过氧化氢作为氧化剂，用2-巯基苯并噻唑(促进剂M)，它的碱金属盐或它的二硫化物(促进剂DM)和伯胺或者仲胺反应，制备2-苯并噻唑次磺酰胺。具体是：在带搅拌的反应器中先加入溶剂和巯基苯并噻唑；在25～35℃的温度下滴加胺化合物，胺化合物可以为环己胺、叔丁胺等，最好为环己胺，其滴加时间为30～40分钟；滴加完毕后保温至少15分钟；继续升温至40～85℃，搅拌下再滴加过氧化氢水溶液，滴加时间为3h～6h；滴加完毕后保温至少30分钟，待全部生成结晶后冷却至20℃以下，经沉淀、抽滤、水洗、干燥得所需产品。
本发明中相对于巯基苯基噻唑的用量，胺化合物和过氧化氢最好过量。基于经济性和产品选择性两方面考虑，巯基苯并噻唑与胺的摩尔比为1∶1.15～2 5，最好为1∶13 5～2.1；巯基苯并噻唑与过氧化氢的摩尔比为1∶1 0～1.38，最好1∶1.1～1.3；过氧化氢以水溶液的形式加入，其浓度有一定的要求，过低或过高均会降低产品的选择性，建议采用的质量百分比浓度为7～30％；反应溶剂可以是水、三乙胺、乙醇、异丙醇等，优选为水，但大量的水会降低产品收率，因此，反应混合物中的水的总量不应超过1500g水/摩尔巯基苯并噻唑，优选为1200g水/摩尔巯基苯并噻唑，最优为900g水/摩尔巯基苯并噻唑，这里所说的总水量应当是反应所需的水与化学反应过程中生成水的总和。
本发明所述的方法最好在一个对外封闭，对内形成内循环的反应体系中进行。其优点在于：一方面，过氧化氢在长时间的滴加过程中会产生部分分解，通过体系封闭，可进一步提高过氧化氢的利用率，特别是可以明显降低巯基苯基噻唑与胺化合物的摩尔比(现有技术中的胺比在1∶3左右)。
为实现反应在封闭体系中进行，本发明又提供了一种制备CBS的装置。包括反应釜1、冷凝器2、滴液管3，其特征在于冷凝器2与滴液管3通过一个连接管4相连通，当胺化合物或过氧化氢经滴液管滴入反应烧瓶后，产生的少量挥发气体通过冷凝管冷却回流，但仍有部分挥发气体进入连接管，经连接管通入滴液管继续参加反应，此时，反应体系对外界完全封闭，在体系内部形成了一个循环通路并达到一种反应压力平衡。
本发明中，过滤后得到的液体还可以全部或部分地参加新的制备过程，并反复多次，仍可以得到高收率、高纯度的CBS产品。
本发明采用连续加入胺化合物的方式，使产品收率与现有技术相比进一步提高，再结合本发明提供的封闭装置，产品的一次收率可达到96％以上，产品纯度98 7％～99 5％。
附图说明
图1本发明提供的CBS制备装置的示意图
具体实施方式
实施例1
在一个装有搅拌器、回流冷却器、温度计和计量器具的1000ml反应烧瓶中，加入87.5克95.8％的2-巯基苯基噻唑(促进剂M，0.5摩尔)和220克水，搅拌并充分混合后升温至35℃；将78克环己胺(0 75摩尔)逐渐滴加入反应混合物中，环己胺在35分钟滴加完毕；保温15分钟；再升温到48℃，强烈搅拌下，滴加17 5％的0.65摩尔过氧化氢水溶液，过氧化氢水溶液的滴加时间为4.8小时；保温并继续搅拌30分钟。在冷却到20℃以下时，将沉淀物滤出，将环己胺水溶液返回利用，滤饼用去离子水洗涤，在50～60℃干燥得到125.6克的产品。经元素、红外、核磁及质谱分析，证明产品是N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺。产品收率为95.4％，纯度99.4％，熔点99 5-103 3℃(优级品)。
实施例2
同实施例1做法，采用附图1的装置结构，使反应在封闭的体系中进行。此时得到的环己基-苯并噻唑次磺酰胺的收率为96 45％，纯度99 3％，熔融点99 0-103 5℃。
实施例3
同实施例2做法，将实施例2中的母液237g作为溶液加入反应烧瓶中，经分析母液中环己胺的量为17g，水量为220g，新补加环己胺61g。此时得到的环己基-苯并噻唑次磺酰胺的收率为97.3％，纯度99.1％，熔融点99 0-103.8℃。
对比例1
同实施例1做法，不同之处在于将环己胺一次性加入反应烧瓶中，得到的N-环己基-苯基噻唑次磺酰胺收率为94.1％，纯度99.2％，熔点99.0-102.8℃。
实施例4
采用与实施例1相同的步骤，用二苯基噻唑基-2，2-二硫化物取代2-巯基苯并噻唑。将166克二苯基噻唑基-2，2-二硫化物(0.5摩尔)、0.68摩尔环己胺和450克水带入反应中，并加热到48℃。在这个温度下和4.5小时内，将105克过氧化氢水溶液(0.56摩尔)滴加到反应体系中。最终得到的产品收率94.6％，纯度98.7％，熔点99.2～103.1℃。
对比例2
采用与实施例4相同的做法，不同之处在于将胺溶液一次性加入反应烧瓶中。可得到93.8％的收率，纯度99.1％，熔点99.3～103.6℃。
Claims (11)
1.一种制备2-苯并噻唑次磺酰胺的方法，以巯基苯并噻唑和伯胺、仲胺类化合物为原料，过氧化氢为氧化剂，其特征在于按如下步骤进行：
1)搅拌条件下将溶剂和2-巯基苯并噻唑加入到反应器中；
2)在25～35℃温度下连续滴加胺化合物，2-巯基苯并噻唑与胺的摩尔比为1∶1.15～2.5，滴加时间为30～40分钟；
3)滴加完毕后保温至少15分钟；
4)继续升温至40～85℃，搅拌下滴加过氧化氢水溶液，2-巯基苯并噻唑与过氧化氢的摩尔比为1∶1.0～1.38，滴加时间为3～6小时；
5)滴加完毕后保温至少30分钟；
6)待全部生成结晶后冷却至20℃以下，沉淀、抽滤、水洗、干燥得所需产品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于胺化合物为环己胺或叔丁胺。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于2-巯基苯并噻唑与胺的摩尔比为1∶1.35～2.1。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于2-巯基苯并噻唑与过氧化氢的摩尔比为1∶1.1～1.3。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于过氧化氢的质量百分比浓度为7～30％。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于溶剂是水。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于反应所需的水与化学反应过程中生成水的总和不超过1500g水/摩尔2-巯基苯并噻唑。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于反应所需的水与化学反应过程中生成水的总和不超过1200g水/摩尔2-巯基苯并噻唑。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于反应所需的水与化学反应过程中生成水的总和不超过900g水/摩尔2-巯基苯并噻唑。
10.根据权利要求1至9所述之一的方法，其特征在于反应是在一个对外封闭的，对内形成压力平衡的反应体系中进行。
11.实现权利要求10制备2-苯并噻唑次磺酰胺方法的装置，包括反应釜(1)、冷凝器(2)、滴液管(3)，其特征在于冷凝器(2)与滴液管(3)通过一个连接管(4)相连通。
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