CN100509744C - 制备芳族羧酸的铵盐的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通过使芳族羧酸与氨在质子惰性溶剂中反应而制备芳族羧酸的铵盐的方法。所述反应在密闭容器中进行。向该容器中连续引入在质子惰性溶剂中的芳族羧酸溶液并通入气态氨，使得在密闭容器的气体空间中氨分压保持为0.1-3巴，和排出铵盐在该质子惰性溶剂中的悬浮体。该方法允许制备具有窄尺寸分布和限定晶体尺寸的铵盐。
Description
本发明涉及一种制备芳族羧酸、尤其是苯甲酸的铵盐的方法。
已知的是，芳族羧酸的铵盐可以通过将气态氨引入芳族羧酸在质子惰性溶剂中的溶液中而制备。DE 1115729描述了利用二甲基甲酰胺作为溶剂的这种方法。US 2220692描述了一种制备扁桃酸铵的方法，该方法涉及用氨处理在无水苯中的扁桃酸悬浮体。DE 2005514描述了一种通过用有机过酸、尤其是过苯甲酸氧化环硫化物并通过引入干燥氨而将作为副产物产生的酸沉淀成铵盐来制备硫代亚磺酸盐的方法。该沉淀需要-50℃至-30℃的低温。
Zh.Prikl.Khim.第63卷，第6期，第1425-1428页描述了一种通过使异丁酸与氨在异戊烷中反应而制备异丁酸铵的方法。但仅研究了氨压力对异丁酸铵的初始形成速率的影响。
尽管现有方法获得了结晶的铵盐，但是晶体尺寸分布较宽，而且晶体尺寸不可控。可获得的产率并不令人满意。
本发明的目的是提供一种制备芳族羧酸的铵盐的方法，当使用化学计算量的反应配对物时，该方法以显著产率形成具有窄尺寸分布的限定尺寸的晶体。
我们发现上述目的由一种通过使芳族羧酸与氨在质子惰性溶剂中反应而制备芳族羧酸的铵盐的方法而实现，该方法包括通过连续引入芳族羧酸在质子惰性溶剂中的溶液并通入气态氨，使得在密闭容器的气体空间中氨分压保持为0.1-3巴而在该密闭容器中进行该反应，和排出铵盐在该质子惰性溶剂中的悬浮体。
可使用的芳族羧酸包括具有至少一个苯环和与该苯环直接键接或经由C1-C4亚烷基链键接的羧基的那些。苯环和亚烷基链可以是未取代的或被1-3个选自C1-C4烷基、羟基、C1-C4烷氧基、卤素和硝基的取代基取代。有用的芳族羧酸的实例包括2-呋喃甲酸、3-呋喃甲酸、2-吡啶甲酸、3-吡啶甲酸和4-吡啶甲酸。本发明方法特别适于转化苯甲酸。
本发明所用溶剂是质子惰性的(即它不含酸性氢原子)。有用的质子惰性溶剂包括脂族烃类，如戊烷、己烷、庚烷、环己烷、甲基环己烷或市购的脂族烃混合物，如某些萃余物级分；芳族烃类，如苯、甲苯、二甲苯或市购的芳族烃混合物，例如
150；卤代脂族烃类，如二氯甲烷、三氯甲烷、1，2-二氯乙烷、1，2-二氯丙烷、1，1，2-三氯乙烷、三氯乙烯；卤代芳族烃类，如氯苯；醚类，如乙醚、乙二醇二甲醚、二甘醇二甲醚、二异丙基醚、四氢呋喃、二氧六环；酮类，如丙酮、甲基·叔丁基酮、甲基·异丁基酮或甲乙酮；二甲基甲酰胺、二甲亚砜、环丁砜；以及脂族或芳族腈类，如乙腈或苯甲腈。所述溶剂可单独或以混合物形式使用。优选1，2-二氯乙烷和1，2-二氯丙烷，特别优选1，2-二氯乙烷。
可用于本发明方法的反应容器包括优选反混的常规反应器，如搅拌反应器、回路反应器、搅拌釜组等。反应容器优选装有搅拌元件，优选允许气体在液体中良好分布的元件，例如盘式搅拌器或自洁搅拌器。反应容器中加入芳族羧酸在质子惰性溶剂中的溶液。可将该溶液在容器中存在的反应混合物的液面以上或以下通入。
将气态氨通入反应容器中，使得在该容器的气体空间中氨的分压保持为0.1-3巴，优选0.1-1巴。氨的分压有利地确定为反应容器中的总压力减去系统压力之差，其实质上通过在反应温度下的溶剂的蒸气压来确定。系统压力可通过将选定的溶剂引入反应容器中，将该反应容器加热至反应温度并确定该反应容器中的压力—对应于系统压力—而足够准确地确定。若将氨引入反应容器中，则相对于系统压力的压力增加对应于氨的分压。若本发明方法在恒定压力下进行，则可通过监测反应容器中的总压并添加氨使得总压保持恒定而保持一定的氨分压。压力测量和引入氨的控制优选自动进行。总压(绝对压力)优选为1-7巴，尤其是1.1-6巴。
优选将氨在液面以下通入容器中。优选从该容器的气体空间中连续取出气体，将其与新鲜氨混合，并将其送回容器中。该工序允许最佳氨转化率。
将铵盐的悬浮体从反应容器中、优选从反应容器底部排出。该悬浮体的排出优选连续进行，并且它的进行优选使得容器中的液面或液体量保持恒定。可将排出的液体直接或在通过换热器之后供入另外的反应步骤中。芳族羧酸的残余含量可例如通过高压液相色谱法(HPLC)测定，它通常少于1000ppm，最经常少于200ppm。需要的话，可通过常规分离方法，例如过滤或离心将铵盐从溶剂中除去。可将除去的溶剂返回该方法中。
本发明方法通常在液相中具有低浓度的氨和芳族羧酸，因此具有低成核速率。这导致芳族羧酸和氨在作为晶种的先前形成的铵盐晶体存在下反应。因此，本发明方法并不基于自发结晶，这与现有技术方法相反，自发结晶通常导致形成非常宽的晶体尺寸分布。
反应容器中的温度优选保持恒定。最佳反应温度是铵盐在所用溶剂中的溶解度的函数。高温增加了铵盐的溶解度，并因此促进晶体生长，但也会导致更强的附聚体形成，并且在冷却过程中导致细结晶物质发生沉淀。在低温下，铵盐的溶解度太低，以至于达到高度过饱和，并因此形成非常细小的晶体。优选选择温度使得芳族羧酸在溶剂中的溶解度大于10g/100ml，尤其大于35g/100ml，并且铵盐的溶解度优选小于2g/100ml，尤其小于1g/100ml。当将1，2-二氯乙烷用作溶剂时，70-110℃、优选80-95℃的温度例如证明是适合的。
在反应容器中的平均停留时间优选为10-300分钟。平均停留时间的下限通过气体与液体之间的传质来确定，然而较长的停留时间使该方法不经济并导致较宽的晶体尺寸分布。
本发明方法允许所用芳族羧酸的实际上定量的转化率。铵盐的晶体作为在溶剂中的悬浮体发生，该溶剂实际上不含溶解的芳族羧酸。该悬浮体可以不经过滤或蒸发就用于随后的反应中。该方法允许生产具有窄尺寸分布的尺寸限定的晶体。
本发明通过附图1和下面的实施例来说明。各实施例中所获得的晶体使用光学显微镜来检测；粒度分布通过激光消光测定方法利用颗粒计算器(测量范围2-400μm；传感器400μm×400μm)来测定。在每种情况下，报道该分布的最大值和范围(范围＝(X90-X10/X50))。为了测定未转化的苯甲酸，使悬浮体冷却，滤除苯甲酸铵并通过高压液相色谱法分析滤液。
图1表示适于操作本发明方法的设备。经由管道3向装有搅拌元件2的反应器1中加入芳族羧酸在质子惰性溶剂中的溶液。管道4用于在液面下鼓出气态氨气泡。在反应器1的底部，将所形成的铵盐的悬浮体经由管道5和泵6泵出。从反应器1的气体空间中经由管道8和泵9取出气体，将该气体经由计量阀10与新鲜氨混合并经由管道4返回反应器1中。计量阀10受压力调节器7控制。
发明实施例1
向装有盘式搅拌器和挡板的2L双夹套反应器中从液面以下同时加入53.3g/分钟的720g苯甲酸在3280g 1，2-二氯乙烷(DCE)中的溶液和气态氨。反应温度为90℃，总压为1.6巴以及氨的分压为0.38巴。从气体空间中，将50L h-1气体泵送循环并在液面以下引入。将反应器中的停留时间设定为45分钟。将所得苯甲酸铵悬浮体连续通过底部阀。在8分钟的停留时间之后，分析样品：平均粒度为约300μm的粗结晶、非附聚的苯甲酸铵(测不到粒度分布，因为颗粒堵塞了颗粒计数器的传感器)；溶解的苯甲酸<10ppm。
发明实施例2
向实施例1中所述的反应器中从液面以下同时加入53.3g/分钟的720g苯甲酸在3280g DCE中的溶液和气态氨。将反应温度保持为80-81℃，总压为1.3巴以及氨的分压为0.37巴。将未转化的氨作为循环气体经由泵以60L h-1循环。将反应器中的停留时间设定为45分钟。将所得苯甲酸铵悬浮体连续通过底部阀。在8分钟的停留时间之后，分析样品：粗结晶、非附聚的苯甲酸铵；溶解的苯甲酸<5ppm；粒度分布：最大90μm，范围0.93。
发明实施例3
向实施例1中所述的反应器中从液面以下同时加入53.3g/分钟的720g苯甲酸在3280g DCE中的溶液和气态氨。将反应温度设定为81℃，总压为2.1巴以及氨的分压为1.19巴。将未转化的氨作为循环气体经由泵以60L h-1循环。将反应器中的停留时间设定为45分钟。将所得苯甲酸铵悬浮体连续通过底部阀。在8分钟的停留时间之后，分析样品：细结晶、附聚的苯甲酸铵；溶解的苯甲酸<5ppm；粒度分布：最大60μm，范围0.92。
对比例1
向实施例1中所述的反应器中从液面以下同时加入53.3g/分钟的720g苯甲酸在3280g DCE中的溶液和83.0g h-1的气态氨。将反应温度设定为80℃，以及总压为1.0巴。氨的分压为0.07巴。将未转化的氨作为循环气体经由泵以50L h-1循环。将反应器中的停留时间设定为45分钟。将所得苯甲酸铵悬浮体连续通过底部阀。在8分钟的停留时间之后，分析样品：细结晶、强附聚的苯甲酸铵；溶解的苯甲酸：1800ppm；粒度分布：最大290μm，范围2.2。
对比例2
向装有回流冷却器、搅拌器和挡板的2L磨口法兰反应器中从液面以下同时加入53.3g/分钟的720g苯甲酸在3280g 1，2-二氯乙烷中的溶液和1.4g/分钟的气态氨。反应在大气压下进行。反应器中的温度为80-82℃。未转化的氨可从回流冷却器中逸出。将苯甲酸铵悬浮体连续通过底部阀。将停留时间设定为45分钟。在6分钟的停留时间之后，取样并分析：细结晶、强附聚的苯甲酸铵与较大晶体的混合物；溶解的苯甲酸：7200ppm；粒度分布：最大67μm，范围1.24。
对比例3
向对比例2中所述的反应器中首先加入600g 1，2-二氯乙烷并加热至回流(约84℃)。然后在45分钟内同时加入558.2g苯甲酸在2400g 1，2-二氯乙烷中的溶液和85.6g气态NH3。反应温度为81-82℃。反应在大气压下进行。未转化的NH3从回流冷却器中逸出。在计量添加结束之后，从反应器中取样并分析：细结晶、强附聚的苯甲酸铵(粒度<15μm)与尺寸为约50μm的较粗晶体的混合物；溶解的苯甲酸：50ppm；粒度分布：最大20μm，范围1.53(分布为双峰型)。
Claims (8)
1.一种通过使芳族羧酸与氨在质子惰性溶剂中反应制备芳族羧酸的铵盐的方法，该方法包括通过连续引入芳族羧酸在质子惰性溶剂中的溶液并通入气态氨，使得在密闭容器的气体空间中的氨分压保持为0.1-3巴而在该密闭容器中进行该反应，和排出铵盐在该质子惰性溶剂中的悬浮体，所述质子惰性溶剂选自脂族烃、芳族烃、卤代脂族烃、卤代芳族烃、醚、酮、二甲基甲酰胺、二甲亚砜、环丁砜、脂族或芳族腈及其混合物，所述芳族羧酸选自其可以是未取代的或者在苯环上被1-3个选自C1-C4烷基、羟基、C1-C4烷氧基、硝基和卤素的取代基取代的苯甲酸、2-呋喃甲酸、3-呋喃甲酸、2-吡啶甲酸、3-吡啶甲酸和4-吡啶甲酸。
2.如权利要求1所要求的方法，其中将氨在反应混合物的液面以下通入容器中。
3.如权利要求2所要求的方法，其中将气体从容器的气体空间中连续取出，与新鲜氨混合并送回该容器中。
4.如权利要求1所要求的方法，其中质子惰性溶剂为1，2-二氯乙烷或1，2-二氯丙烷。
5.如权利要求1所要求的方法，其中在容器中保持70-110℃的温度。
6.如权利要求1所要求的方法，其中在容器中保持1-7巴的总压力。
7.如权利要求1所要求的方法，其中在容器中的平均停留时间为10-300分钟。
8.如权利要求1所要求的方法，其中芳族羧酸是苯甲酸。
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