CN110546129A - 降低发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸中的羧酸及其衍生物的含量 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于降低发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸中的羧酸及其衍生物的含量的方法。本发明进一步涉及一种用于制造羧酸酐的方法,该方法包括该用于降低来自发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸的羧酸及其衍生物的含量的方法。

Description

降低发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸中的羧酸及其衍生物的含量
本申请要求欧洲申请号17168261.0的优先权,出于所有目的将所述申请的全部内容通过援引方式并入本申请。
本发明涉及一种用于降低发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸中的羧酸及其衍生物的含量的方法。本发明进一步涉及一种用于制造羧酸酐的方法,该方法包括该用于降低来自发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸的羧酸及其衍生物的含量的方法。
羧酸酐、特别是卤化的羧酸酐(像三氟乙酸)是用于制造药物和农用化学品工业中的各种产品的有价值的试剂。
由EP 2810931已知,羧酸酐、特别是卤化的羧酸酐可以通过使相应的羧酸与发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸反应来制造。必然地,发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸可能被羧酸酐、羧酸和/或其衍生物污染。取决于发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸的进一步应用,这些污染物可能是不希望的,例如当发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸再循环或者经受洗涤器或废水处理时。尤其是卤化的羧酸酐或其衍生物可能在废水处理中产生问题,导致昂贵的制造后处理。
因此,本发明提供了一种降低发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸中的羧酸及其衍生物的含量的方法。该方法通过避免被污染的发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸的冗余的费力的制造后处理使得产生包含羧酸(特别是卤化的羧酸)及其衍生物的发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸的制造方法更经济。该方法使得此类方法不仅经济上更可行,而且还通常产生更少的毒性流出物和/或对环境危害较小。如果希望的话,还可以使经受用于降低羧酸及其衍生物的含量的方法的发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸更经济地再循环,而没有积聚污染物。
因此,本发明涉及一种用于降低发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸中的羧酸及其衍生物的含量的方法,该方法包括使包含具有羧酸或其至少一种衍生物的第一含量的发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸的第一馏分经受气体汽提操作以便获得包含具有羧酸或其至少一种衍生物的第二含量的发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸的第二馏分,其中该包含发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸的第二馏分中的羧酸或其至少一种衍生物的第二含量低于该第一馏分中的第一含量。本发明进一步涉及一种用于制造羧酸酐的方法,该方法包括使具有式(III)R3C(O)OH(其中R独立地选自由H、F、Cl、Br、烷基以及芳基组成的组)的化合物与硫酸、发烟硫酸和/或焦硫酸反应的步骤,并且该方法进一步包括该用于降低发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸中的羧酸及其衍生物的含量的方法。本发明的另一个目的是一种用于制造农用化学活性化合物或药物活性化合物的方法,该方法包括该用于降低发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸中的羧酸及其衍生物的含量的方法。
在本发明中,单数名称旨在包括复数;例如“一种羧酸”旨在也表示“多于一种羧酸”或“多种羧酸”。
本发明的所有方面和实施例是可组合的。
在本发明的上下文中,术语“包含”旨在包括“由......组成”的含义。
在第一实施例中,本发明涉及一种用于降低包含发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸的馏分中的羧酸及其衍生物的含量的方法,该方法包括使包含具有羧酸或其至少一种衍生物的第一含量的发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸的第一馏分经受气体汽提操作以便获得包含具有羧酸或其至少一种衍生物的第二含量的发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸的第二馏分,其中该包含发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸的第二馏分中的羧酸或其至少一种衍生物的第二含量低于该第一含量。表述“包含发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸的第二馏分中的羧酸或其至少一种衍生物的第二含量低于第一含量”旨在表示包含发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸的馏分中的羧酸或其至少一种衍生物的含量通过汽提操作降低。通常,羧酸和/或其衍生物的第一含量是从1wt%至15wt%或1wt%至10wt%。羧酸和/或其衍生物的第二含量通常是从0wt%(因此低于通过GC或IC(离子色谱法)的检测值)至2wt%。通常,可以实现从0.01wt%至0.1wt%的第二含量的值。
术语“硫酸”旨在表示硫酸、H2SO4、以及其水溶液。通常,硫酸具有等于或大于20%的浓度。还可以采用等于或大于30%或50%的浓度。优选地,根据本发明的第一馏分中的硫酸具有等于或大于70wt%及以上的浓度、更优选等于或大于90wt%的浓度、并且最优选地使用浓硫酸,其具有等于或大于95wt%或甚至98wt%的浓度。
术语“发烟硫酸”旨在表示H2SO4和SO3的混合物。发烟硫酸的浓度用wt%SO3(称为X%发烟硫酸)或者以wt%H2SO4表示。例如,65%发烟硫酸是指114.6wt%H2SO4。在发烟硫酸中的SO3的百分比也称为游离SO3。因此,65%发烟硫酸含有65wt%的游离SO3
术语“焦硫酸”旨在表示H2S2O7
术语“汽提操作”表示将气体流引入含有至少两种具有不同挥发性的物质的混合物的液体体积中。术语“汽提”还包括术语喷射、鼓泡或气体冲洗。通常,其含量通过汽提出含有至少两种具有不同挥发性的物质的混合物的馏分而降低的至少一种物质比保留在液相中的至少另一种物质具有更高的挥发性。在这种情况下,已经示出,出人意料地,包含在发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸的馏分中的羧酸及衍生物的含量可以通过汽提操作降低。
在一个方面,羧酸或羧酸酐或者羧酸和羧酸酐包含在包含发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸的第一馏分中。
羧酸或其衍生物优选地是卤化的羧酸或其衍生物,其中该卤化的羧酸是具有式(I)HalR2C(O)-OH的化合物,其中Hal选自由F、Cl和Br组成的组,并且其中R独立地选自由以下各项组成的组:H、F、C1、Br、烷基和芳基。术语“烷基”旨在表示任选取代的基于饱和烃的基团的链,如,特别是C1-C6烷基。举例来说,可以提及甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、叔丁基、戊基、异戊基和己基。烷基可以任选地是被取代的。术语“芳基”旨在表示任选取代的从芳香核如特别是C6-C10芳香核衍生的基团,特别是苯基或萘基。芳基可以任选地是被取代的。羧酸的衍生物可以是例如羧酸酐,或由发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸与羧酸反应获得的反应产物,例如羧酸和发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸的酯和酸酐。
在优选的方面,Hal是根据式(I)的化合物中的F。更优选地,具有式(I)的化合物是三氟乙酸。
在另一个方面,可以包含在第一馏分中的羧酸的衍生物是羧酸酐。优选地,包含在第一馏分中的羧酸酐是具有式(II)HalR2C(O)-O-C(O)CR2Hal的化合物,其中Hal和R是如上定义的,优选地具有式(II)的化合物是三氟乙酸酐。
发烟硫酸通常含有从5wt%至95wt%的游离SO3、优选从25wt%至80wt%的游离SO3、更优选从50wt%至70wt%的游离SO3、最优选65wt%的游离SO3
根据本发明的汽提操作总体上是使用至少一种选自下组的气体进行的,该组由以下各项组成:空气、氧气、CO2、废气、以及惰性气体,优选氦气、氮气、氩气或氙气。优选的是氮气。前述气体中的两种或更多种的气体混合物也是合适的。根据本发明的汽提操作在适用于气体汽提操作的设备中进行。在一个优选的方面,通过经由表面下的浸渍管将汽提气体引入第一馏分中进行汽提。第一馏分在适用于容纳根据第一馏分的腐蚀性和必要温度所选的第一馏分的容器中提供。例如,容器可以是至少部分地陶瓷衬里的和/或玻璃衬里的。适宜地,可以使用具有陶瓷衬里的连续搅拌的法德尔(Pfaudler)容器。同样优选地,该方法可以在至少部分地由含镍和/或钼的合金制成的反应容器中进行。适合的合金的实例包括哈氏合金(Hastelloy)B、哈氏合金B-2或哈氏合金B-3。在另一个优选的汽提系统中,气体扩散器被放置在含有第一馏分的储存器的底部附近,在第一馏分的表面下面引入汽提气体。只要材料与第一馏分相容,也可以选择其他设备用于汽提操作;此类设备包括但不限于填料塔汽提器、泡罩塔盘塔、扩散气体(充气)汽提器、塔盘汽提器或机械汽提器如HazletonMaxi-系统。取决于汽提设备,还可以通过引入第一馏分下降到多孔填料上来将汽提气体或汽提气体混合物引入到第一馏分中,其中将该气体吹过填料孔,汽提出挥发性化合物。该汽提操作可以按逆流或并流的方式连续地或分批地进行。在一个优选的方面,汽提在泡罩塔盘塔中进行,其中将第一馏分从顶部进料至底部,并且将汽提气体、优选空气或氮气逆流进料。降低羧酸及衍生物的含量的效率适当地通过本领域技术人员已知的方法,例如GC或IC,使用外标校准或滴定测量。
根据本发明,该汽提操作通常在从10℃至160℃的温度下进行。通常,该汽提步骤中的第一馏分的温度等于或高于10℃。更优选地,该汽提步骤中的第一馏分的温度等于或高于15℃。最优选地,该汽提步骤中的第一馏分的温度等于或高于20℃。通常,该汽提步骤中的第一馏分的温度等于或低于160℃。优选地,该汽提步骤中的第一馏分的温度等于或低于140℃。等于或低于120℃或100℃的温度可以是优选的。在本发明的最优选的方面,该汽提步骤中的第一馏分的温度是从100℃至140℃。
在本发明的优选的方面,汽提操作在环境压力下进行,该环境压力的值通常是从950毫巴至1150毫巴(绝对值)。在本发明的另一个方面,将该汽提设备中的压力控制在选定的压力范围内。可以采用低于或高于环境压力的压力。在本发明的一个方面,该汽提设备中的压力是从50至500毫巴。通常,该汽提设备中的压力等于或高于50毫巴。更优选地,该汽提设备中的压力等于或高于100毫巴。最优选地,该汽提设备中的压力等于或高于150毫巴。通常,该汽提设备中的压力等于或低于600毫巴。更优选地,该汽提设备中的压力等于或低于550毫巴。最优选地,该汽提设备中的压力等于或低于500毫巴。在本发明的另一个方面,汽提操作可以在高于环境压力的压力下,例如在从高于1050毫巴至1250毫巴的压力下进行。
根据本发明,用于降低发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸中的羧酸及其衍生物的含量的方法可以进一步包括在气体汽提操作之前的附加的分离步骤,优选蒸馏步骤,以便实现在第一馏分中的羧酸及衍生物的含量的第一降低。
在一个方面,可以有利的是用水相、优选水稀释包含发烟硫酸的第一馏分,以便在汽提操作之前获得浓硫酸的第一馏分。这减少或消除了由于将SO3汽提出系统的温度损失的风险,这将过度地影响该方法的热效率并且可能导致汽提的SO3在冷却装置上凝固。
适当地选择在汽提操作期间每时间间隔引入到第一馏分中的气体的量以便获得降低在该馏分中的羧酸及衍生物的含量的良好的结果,同时避免溅射和过度热损失。取决于第一馏分的体积和/或所使用的设备,通常从1至10m3/h的气体流量是合适的。在优选的方面,可以选择约5m3/h的气体流速。
本发明进一步涉及一种用于制造羧酸酐的方法,该方法包括使具有式(III)R3C(O)OH(其中R独立地选自由H、F、Cl、Br、烷基以及芳基组成的组)的化合物与硫酸、发烟硫酸和/或焦硫酸反应的步骤,并且该方法进一步包括如上描述的用于降低发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸中的羧酸及其衍生物的含量的方法。优选地,具有式(III)的化合物是具有式(I)HalR2C(O)-OH的化合物,其中Hal和R是如前定义的,其中Hal最优选地是F。例如,合适的方法披露于EP 2810931中,出于所有目的将其内容通过援引方式包括在本申请中。
本发明的另一个目的是一种用于制造农用化学活性化合物或药物活性化合物的方法,该方法包括其中制造农用化学活性化合物或药物活性化合物或其前体的至少一个步骤,其中该至少一个步骤产生具有羧酸含量的发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸的馏分。该方法进一步包括如上描述的用于降低发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸中的羧酸及其衍生物的含量的方法。在此种方法中,可以制造农用化学活性化合物或药物活性化合物或其中间体,同时能够在此种用于制造农用化学活性化合物或药物活性化合物或其中间体的方法中通过降低羧酸的含量来有效地再循环和/或管理发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸的馏分和废物流。这特别涉及一种用于制造农用化学活性化合物或药物活性化合物的方法,该方法包括用于制造羧酸酐的方法,其包括使具有式(III)R3C(O)OH的化合物与发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸反应的步骤,这通常产生具有羧酸含量的发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸的馏分,这些馏分需要再循环或经受废物管理,并且其中有机负荷(organic freight)(羧酸)可能被认为是有害的。例如,已知三氟乙酸酐是合适的用于包含CF3基团的农用化学化合物,例如像氟啶虫酰胺或吡氧砜(pyroxysulfone)的结构单元。三氟乙酸酐可以通过使三氟乙酸与硫酸、发烟硫酸和/或焦硫酸反应由三氟乙酸制造,这产生包含三氟乙酸的硫酸、发烟硫酸和/或焦硫酸的馏分。
本发明的方法有效地降低通过包括发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸的方法获得的第二馏分中的羧酸及其衍生物的含量。所得馏分可以更好地再循环或处置,而没有不适当的环境影响或费力的生产后处理的必要。效果是出乎意料的,因为没有预见到羧酸及衍生物可以从这样的馏分中汽提,并且因为预期羧酸及衍生物的副产物和有效溶液(effectsolution)(特别是卤化的羧酸的副产物和有效溶液)将使得通过汽提操作的降低不可能或无效。
如果通过援引方式并入本申请的任何专利、专利申请、以及公开物的披露内容与本申请的说明相冲突到了可能导致术语不清楚的程度,则本说明应该优先。
以下实例旨在进一步说明本发明而不对其进行限制。
实例1
在陶瓷衬里的法德尔反应容器中通过蒸馏并稀释发烟硫酸池至98%H2SO4而降低CF3COOH之后,使通过使CF3COOH反应为CF3C(O)-O-C(O)CF3(通过类似于EP 2810931中描述的程序的程序制造)而获得的98%H2SO4的第一馏分配备有表面下的浸渍管。该馏分包含如通过IC测量的2.8%CF3COOH(TFA)。在大约130℃的温度下,将约5m3/h的氮气流引入该馏分中。如通过IC测量的该馏分中CF3COOH(TFA)含量的降低的结果在下表中给出:
TFA[%] 经过的时间
2.8 0:00:00
2.2 4:00:00
0.78 6:00:00
0.33 8:00:00
0.08 12:00:00
0.03 16:00:00
所得馏分适用于经受常规废水处理,无需对任何有机CF3污染物负荷所需的附加处理。从汽提操作产生的气体流经受交替的配备有KOH和H2O2的水溶液的洗涤器级联。

Claims (15)

1.一种用于降低发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸中的羧酸及其衍生物的含量的方法,该方法包括使包含具有羧酸或其至少一种衍生物的第一含量的发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸的第一馏分经受气体汽提操作以便获得包含具有羧酸或其至少一种衍生物的第二含量的发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸的第二馏分,其中该包含发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸的馏分中的羧酸或其至少一种衍生物的该第二含量低于该第一含量。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,羧酸或羧酸酐或者羧酸和羧酸酐包含在该包含发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸的第一馏分中。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,该羧酸是卤化的羧酸,其中该卤化的羧酸是具有式(I)HalR2C(O)-OH的化合物,其中Hal选自由F、Cl和Br组成的组,并且其中R独立地选自由以下各项组成的组:H、F、Cl、Br、烷基和芳基。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法,其中,Hal是F。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法,其中,该具有式(I)的化合物是三氟乙酸。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法,其中,该羧酸酐是具有式(II)HalR2C(O)-O-C(O)CR2Hal的化合物,其中Hal和R是如上定义的,优选地该具有式(II)的化合物是三氟乙酸酐。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法,其中,该发烟硫酸含有从5wt%至95wt%的游离SO3、优选从25wt%至80wt%的游离SO3、更优选从50wt%至70wt%的游离SO3、最优选65wt%的游离SO3
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法,其中,该硫酸具有等于或大于20%的浓度。
9.根据1至8所述的方法,其中该气体汽提操作是使用至少一种选自下组的气体进行的,该组由以下各项组成:空气、氧气、CO2、废气、以及惰性气体,优选氦气、氮气、氩气、氙气。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法,其中,该气体汽提操作以逆流或并流的方式连续地进行,或者以逆流或并流的方式分批地进行。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法,其中,经受该气体汽提操作的该第一馏分在该气体汽提操作中具有从10℃至160℃的温度。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法,其中,该汽提操作在从50至500毫巴的压力下进行。
13.一种用于制造羧酸酐的方法,该方法包括使具有式(III)R3C(O)OH的化合物与硫酸、发烟硫酸和/或焦硫酸反应的步骤,其中R独立地选自由H、F、C1、Br、烷基以及芳基组成的组,并且该方法进一步包括根据权利要求1至12中任一项所述的方法。
14.根据权利要求13所述的方法,其中,该(III)的化合物是具有式(I)HalR2C(O)-OH的化合物,其中Hal和R是如前定义的,其中Hal优选地是F。
15.一种用于制造农用化学活性化合物或药物活性化合物或其中间体的方法,该方法包括这样的步骤:其中产生具有羧酸含量的发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸的馏分,并且其中使该具有羧酸含量的发烟硫酸、焦硫酸或浓硫酸的馏分经受根据权利要求1至14中任一项所述的方法。
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