CS269983B2

CS269983B2 - Method of 6-methyl-3,4-dihydro-1,2,3-oxathiazine-4-on-2,2-dioxide production

Info

Publication number: CS269983B2
Application number: CS865614A
Authority: CS
Inventors: Joachim Dr Schutz; Otto E Dr Schweikert
Original assignee: Hoechst Ag
Priority date: 1985-07-29
Filing date: 1986-07-24
Publication date: 1990-05-14
Also published as: DK357686D0; AU6060886A; FI81791C; DE3527070A1; JPS62129277A; DK357686A; NO863041L; HUT41754A; ZA865601B; CS561486A2; FI863067A; DE3670634D1; IL79538A0; FI863067A0; KR870001185A; DD249016A5; IE862005L; NO165591B; CA1283911C; EP0217024B1

Description

57) Acetoacetamid-N-sulfonová kyselina nebo její soli se cyklizují působením alespoň ekvimolárního množství oxidu sírového za vzniku žádané sloučeniny, přičemž se v případě použití více než ekvimolárního množství oxidu sírového vzniklý adukt 6-methyl-3,4-dÍhydro-l,2,3-oxathia2in—4-on—2,2-dioxidu s oxidem sírovým hydrolyzuje. Cyklizace se provádí při teplotě od -30 °C do >100 °c na tenké vrstvě v reaktoru pro provádění reakcí na tenké vrstvě, ve filmovém reaktoru, v reaktoru pracujícím za rozstřikování nebo v trubkovém reaktoru s případně vestavěnými prvky, při době setrvání v reaktoru mezi 0,001 sekundy až 10 minutami. Netoxické soli, zejména draselná sůl 6-methy1-3,4-dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxinu jsou cennými syntetickými sladidly.

269 983 (11) (13) 82 (51) Int. Cl.

C 07 D 291/06

CS 269983 82

I

Vynález se týká způsobu výroby 6-methy1-3,4-dihydro-l,2,3-oxathiazin-4-on-2,2· -dioxidu.

6-methy1-3,4-dihydro-l,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxid Je sloučeninou vzorce

/^СЯА = ns ⁴ O.

Vzhledem к přítomnosti kyselého vodíku na atomu dusíku je tato sloučenina schopna tvořit solí (s bázemi)· Netoxické solí, Jako například sůl sodná, sůl draselná, jakož 1 sůl vápenatá, mohou vzhledem ke své dílem intenzívní sladké chuti sloužit jako sladidla v potravinářském oboru, přičemž zvláštní význam má sůl draselná (Acesulfam K‘ nebo také pouze *Acesulfam*).

Pro výrobu 6-methy1-3-4-dlhydro-l,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxidu a jeho netoxických solí je známa celá řada různých postupů (srov. Agewandte chemie 85, sešit 22 (1973), str. 965 až 973, odpovídající International Edition Vol 12, č. 11 (1973), str. 869 až 876)· Prakticky všechny postupy vycházejí z chlor- nebo fluorsulfonylisokyanátu (XS0₂NCO, ve kterém X znamená atom chloru nebo fluoru). Chlor- popřípadě fluor-sulfonilisokyanát se potom uvádí v reakci s monomethylacetylenem, acetonem, acetoctovou kyselinou, terc.butylesterem acetoctové kyseliny nebo benzylpropenyletherem * (většinou ve vícestupňové reakci) za vzniku acetoacetamid-N-sulfochloridu popřípadě -fluoridu, který se cyklizuje působením bází (jako například methanolického hydroxidu draselného) a skýtá odpovídající soli 6-methy 1-3,4-dihydro-l,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxidu. Z těchto solí se může získat popřípadě volný oxathíazlnon obvyklým způsobem (působením kyselin).

Další způsob výroby acetoacetamid-N-sulfofluoridu jakožto meziproduktu pro výrobu oxathiazinonu vychází z amidosulfofluoridu vzorce H₂NSO₂F, tj. produktu parciální hydrolýzy fluorsulfonylisokyanátu (srov. DE-OS 2 453 063). Poté se fluorid amidosulfonové kyseliny vzorce H₂NSO₂F nechá reagovat s přibližně ekvimolárním množstvím acetoacetýlačního činidla, tj. diketenu, v inertním organickém rozpouštědle v přítomnosti aminu při teplotách mezi asi -30 a 100 °C. Tato reakce probíhá podle následujícího reakčního schématu (za použití triethylaminu jako aminu):

H^SO^

S0₂F

CH.

/ ³ /^СНг’Ч

I

N - S9„F

Η φ

HK(C₂H₅)₃ (асetoacetamid-N-su1fo fluorid)

Acetoacetamid-N-sulfofluorid se potom obvyklým způsobem cyklizuje pomocí báze, například působením methanolického hydroxidu draselného, na sladidlo:

*

+ 2K0H ----->

CH_ z ³
СЧ =	C
z	/° * ²
* J - v
К	°2

“Acesulfam

I když známé postupy umožňují dosažení skutečné uspokojivých výtěžků 6-methyl-3,4-dihydro-l,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxidu a jeho netoxických solí (až do asi 85 % teorie, vztaženo na výchozí halogenid amidosulfonové kyseliny) vyžadují přesto

CS 269983 82 tyto postupy pro nutnost použití ne zcela jednoduše dostupných výchozích látek, tj*. chlor- popřípadě fluorsulfonylisokyanátu a především z technických důvodů ještě dalšího zlepšení· Výroba chlor- a fluor-sulfony1isokyanátu vyžaduje totiž v důsledku Částečně značně nepříjemné manipulace s výchozími látkami (HCN, Cl₂, S0₃ a HF) značné preventivní bezpečnostní opatření a bezpečnostní ochranné zajišlovací opatření. Výrobu chlor- a fluor- sulfonylisokyanátu Je možno znázornit pomocí následujících rovnic;

HCN ♦ Cl₂ ---—>-ClCN ♦ HC1

C1CN ♦ so₃ ----->-c1so₂nco

C1SO₂NCO 4 HF

FS0₂NC0 ♦ HC1

Náhrada amidosulfofluorídu při postupu podle shora zmíněného DE-OS 24 53 063, například podstatně snáze (například z NH₃ * S0₃) získatelnou amidosulfonovou kyselinou vzorce H₂NSO₃H popřípadě jejími solemi, slibovala sotva naději na úspěch, vzhledem к tomu, že totiž reakce sodné solí amído-sulfonové kyseliny vzorce H₂NSO₃Na s diketenem ve vodně-alkalickém roztoku neposkytuje vůbec žádný reakční produkt, který by byl izolovatelný v čistém stavu· l:l-adukt, který pravděpodobně současně vzniká při této reakci, bylo možno získat mnohem častěji jen ve formě kopulačního produktu s 4-nitrofenyldiazonium-chloridem jako světležluté barvivo* srov. Ber· 83 (1950), str· 551 aŽ 558, zejména str· 555, poslední odst· před popisem pokusů a str. 558, poslední odstavec:

NNS0_oNa ♦ CH_O

3 j *

C

CH₂ vodně-alka1ický

---—-roztok

CH₃ - CO - CH₂ - co NHSO₃Na

CH^-CO-CH^CO-NHSOyía

CO-CH

HC1

Acetoacetamld-N-sulfonová kyselina byla jinak předpokládána pouze jako meziprodukt, гезр. také jako meziprodukt při rozkladu 6-methyl-3,4-dihydro-l,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxidu během varu ve vodném roztoku (srov. shora citovanou literaturu Angew* Chemie (1973) ):

H

O + 6 H₂0

CH,-C / ²

OH

N-SO,H H ^J + NH₄HSO₄

CHyCO-CHj + 2 C0₂ + H₂SO₄ + (HH₄)₂S0₄

CS 269983 B2 5

Vzhledem к ne zcela uspokojujícím postupům známým ze stavu techniky pro výrobu 6-methy1-3,4-dihydro.l,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxidu a jeho netoxických solí, zvláště v důsledku nutnosti použiti ne zcela snadno dostupných výchozích látek, především pak pro provádění v technickém měřítku, existoval úkol příslušně zlepšit známé postupy nebo vyvinout nový zlepšený postup·

К řešení tohoto úkolu bylo již navrženo modifikovat postup podle DE-OS 2 453 063 hlavně tím způsobem, že se amidosulfoflúorid ve známém postupu nahradí solemi amidosulfonové kyseliny a získaný acetoacetylační produkt se poté cyklizuje pomocí oxidu sírového (srov· německou patentovou přihlášku ' P 34104399)·

Posléze uvedená patentová přihláška se týká zvláště způsobu výroby 6-methyl-3,4-dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxidu a jeho netoxických solí

a) reakcí derivátu amidosulfonové kyseliny s alespoň přibližně ekvimolárním množstvím acetoacetylačního činidla v inertním organickém rozpouštědle, popřípadě v přítomnosti aminu nebo fosfinu jako katalyzátoru, za vzniku derivátu acetoacetanidu, a

b) cyklizací derivátu acetoacetamidu* uvedený postup se vyznačuje tím, Že se ve stupni a) používá jako derivátu amidosulfonové kyseliny soli amidosulfonové kyseliny, která je v používaném inertním organickém rozpouštědle alespoň částečně rozpustná, v tomto atupni vzniklý acetoacetamid-N-sulfonát nebo také volná acetoacetamid-N-sulfonová kyselina ve stupni b) se působením alespoň přibližně ekvimolárního množství oxidu sírového, popřípadě v inertním anorganickém nebo organickém rozpouštědle, cyklizuje na 6-methyl-3,4-dihydro-l,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dloxid, načež se zde ve formě kyseliny vzniklý produkt potom popřípadě ještě ve stupni c) neutralizuje působením báze·

Ve shora zmíněné patentové přihlášce jsou uvedena rakční schémata, která jsou základem postupu (za použití diketenu jako acetoacetylačního činidla):

(M = kationt báze)

b)

CH_rC

* S0₃

OH ,CH=C

/	\
o=c	0 + MHSO.
N -	• s/
H	°2

\

N-SOjM

О)

+ м*он -----

(М* = kationt báze)

V tomto reakčním schématu Je stupeň b) znázorněn s množstvím oxidu sírového, která Je ekvimolární acetoacetamid-N-sulfonátu· Výhodně se však oxid sírový používá v nadbytku· Přitom vzniká ve své chemické struktuře Jeátě ne přesně známý meziprodukt, který váak pravděpodobně představuje SO^-adukt 6-methy1-3,4-dihydro-1,2,3-oxathazin-4-on-2,2-dioxidu, označovaný dále Jako 'SO^-adukť, který se potom ještě musí hydro lyžovat· V tomto případě sestává shora zmíněný reakčni stupeň b) tedy ze 2 dílčích stupňů, tj· z bl: cyklizace

0=C

o=c \

N-SOjM

CH.

/ 3

CH=C \oh

SOy-adukt

CH. z ³c ''o s^x°2 (ft-l)SO₃

MHSO₄ (» > 1)

CS 269983 02 b2: hydrolýzy < CH = /

C

N H

CH^ / ³

Cft-i)S0₃

N - S H o₂ + (n-l)H₂O (n-i)H₂so₄

Cyklizační reakce (Ы) se provádí podle shora zmíněné patentové přihlášky při teplotách mezi asi -70 °C a +175 °C, výhodně při teplotách mezi asi -40 °C a +10 °C.

V příkladech, které se vztahují na reakční stupeň b), se pracuje většinou při teplotách mezi asi -30 a -25 °C.

Reakční doby mají činit až asi 10 hodin'*? spodní mez časového intervalu není uvedena. U veškerých příkladů, které se vztahují na reakční stupeň b), se reakční doby cyklizační reakce pohybují nad 1 hodinu? způsoby popsané v těchto příkladech se provádějí vesměs v normálních nádobách za míchání.

Hydrolýza (b2) se provádí po cyklizační reakci přidáním vody nebo ledu. Speciální údaje týkající se teploty a reakční doby pro hydrolýzu nejsou ve shora zmíněné patentové přihlášce obsaženy.

pokud se týká dalších podrobností postupu, pak se poukazuje na podrobný popis ve zmíněné patentové přihlášce.

postup vychází z jednoduše dostupných a levných výchozích látek a dá se provádět mimořádně jednoduchým způsobem. Výtěžky se pohybují ve stupni a) na asi 90 až 100 % teorie (vztaženo na výchozí amidoaulfonát), ve stupni b) na asi 70 až 95 % teorie (vztaženo na acetoacetamid-N-sulfonát) a ve stupni c) na asi 100 % teorie (vztaženo na oxathiazinon ve formě kyseliny), takže pro celý postup se výtěžky pohybují mezi asi 65 a 95 % teorie.

V souvislosti s dalším propracováním tohoto postupu bylo nyní zjištěno, že jak cyklizační reakce (bl), tak i hydrolýza (b2), probíhají v mimořádně krátkých časových intervalech? tím se dá technické provádění a zejména výtěžek postupu na jednotku prostoru a Času značně zlepšit.

Předmětem předloženého vynálezu je tudíž způsob výroby 6-methyl-3,4-dihydro-1,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dloxidu cyklizací асеtoacetamid-N-sulionové kyseliny nebo solí této kyseliny rozpuštěných v inertním rozpouštědle, přičemž se cyklizace provádí působením alespoň ekvimolárního množství oxidu sírového, který je popřípadě rozpuštěn

CS 269983 82 stejným způsobem v inertním rozpouštědle, a v případě použití více než ekvimolární ho množství oxidu sírového hydrolýzou vzniklého aduktu 6-methy1-3,4-dihydro-l,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-díoxidu s oxidem sírovým, který spočívá v tom, že se cyklizace provádí při teplotě -30 až 4100 °C na tenké vrstvě v reaktoru pro provádění reakcí v tenké vrstvě, ve filmovém reaktoru, v reaktoru pracujícím za rozstřikování nebo v trubkovém reaktoru s případně vestavěnými prvky, při době setrvání v reaktoru mezi 0,001 sekundy až 10 minutami.

Hladký průběh cyklizace acetoacetamid-N-su1fonové kyseliny a jejích solí oxidem sírovým je velmi překvapující, nebob za cyklizace probíhající odštěpování vody, popřípadě odštěpování bází, se totiž pomocí Jiných prostředků odštěpujících vodu, popřípadě báze, jako například pomocí oxidu fosforečného, acetahnydridu, anhydridu trifluoroctové kyseliny, thionylchloridu apod., nedaří se nebo se prakticky nedaří v každém případě, jak již bylo možno ukázat ve shora citované patentové přihlášce na základě srovnávacího příkladu (s oxidem fosforečným).

Veskrze překvapujícím Je dále také průběh reakce v krátkých až velmi krátkých časových intervalech.

Vzhledem ke krátké reakční době a ke značnému tepelnému zabarvení se vysoké výtěžky dosahují výhodně ve speciálních zařízeních. Výhodné doby prodlevy se pohybují mezi asi 0,001 a 60 sekundami, zejména mezi asi 0,01 a 10 sekundami.

Výchozí асеtamido-N-su1fonová kyselina jakož i soli této kyseliny se výhodné připravují podle stupně a) postupu uvedeného ve shora citované patentové přihlášce reakcí lithných nebo amoniových solí amidosu1fonové kyseliny o diketencm v inertních organických rozpouštědlech, přitom se získají lithné a amoniové soli асеtamido-N-sulfonové kyseliny, které se jako takové mohou přímo používat pro cyklizační reakci s oxidem sírovým.

Pro uvedenou cyklizační reakci se mohou přirozeně používat také jiné soli acetamido-N-sulfonové kyseliny, zejména soli s alkalickými kovy a soli s kovy alkalických zemin. Použití volné acetamido-N-sulfonové kyseliny nepřináší oproti použití solí žádné výhody.

□ako Inertní rozpouštědla pro roztok acetamido-N-sulfonové kyseliny nebo solí této kyseliny přicházejí v úvahu hlavně ta inertní organická rozpouštědla, která jsou uvedena ve shora citované patentové přihlášce jako rozpouštědla pro provádění stupné a) tam uvedeného postupu* takovými rozpouštědly jsou tedy halogenovoné alifatické uhlovodíky, výhodně s až 4 atomy uhlíku, jako například methylenchlorid, chloroform, 1,2-dichlorethan, trichlorethylen, tetrachlorethylen, trichlorfluorethylen atd.;

alifatické ketony, výhodně takové, které obsahují 3 až 6 atomů uhlíku, jako například aceton, methylethylketon atd.* alifatické ethery, výhodně cyklické alifatické ethery se 4 až 5 atomy uhlíku, jako například tetrahydrofuran, dioxan atd·* nižší alifatické karboxylové kyseliny, výhodně takové, které obsahují 2 až 6 atomů uhlíku, jako například octová kyselina, propionová kyselina atd.;

alifatické nitrily, výhodně acetonitrii;

N-alkylsubstituované amidy uhličité kyseliny s nižší alifatickou karboxylovou kyselinou, výhodně amidy a až 5 atomy uhlíku, Jako například tetramethylmočovina, dimethylformamid, dimethylacetamid, N-methylpyrrolidon, atd.; .

alifatické sulfoxidy, výhodně dimethylsulfoxid a alifatické eulfony, výhodně sulfon vzorce ^H2^C ---- ^СН2

Zvláště výhodnými rozpouštědly ze shora uvedeného výčtu jsou methylenchlorid,

1,2-dichlorethan, aceton, ledová kyselina octová a dimethylformamid, především methylenchlorid.

Rozpouštědla se mohou používat jak jednotlivě tak také ve vzájemné směsi.

Koncentrace acetoacetamid-N-sulfonové kyseliny nebo jejích solí v inertním rozpouštědle není kritickou podmínkou postupu, je však na straně jedné omezena rozpustností, na straně druhé ekonomickými úvahami, vzhledem к tomu, že při vysokém zředění se pak musí znovu oddělovat a dále zpracovávat značné množství rozpouštědla, obecně jsou účelné koncentrace mezi asi 0,1 a 2 mol acetoacetamid-N-sulfonové kyseliny nebo solí této kyseliny na 1 litr.

Oxid sírový se může používat v plynné formě nebo v kapalné formě popřípadě v rozpuštěném stavu. Jako rozpouštědla pro oxid sírový přicházejí v úvahu anorganická a organická rozpouštědla uvedená;při popisování stupně b) postupu ve shora citované patentové přihlášce? takovými rozpouštědly jsou tedy

Anorganická rozpouštědla: kapalný oxid siřičitý?

organická rozpouštědla; halogenové alifatické uhlovodíky, výhodně s až 4 atomy uhlíku, Jako například methylenchlorid, chloroform, 1,2-dichlorethan, trichlorethylen, tetrachlorethylen, trichlorfluorethylen atd.?

estery uhličité kyseliny s nižšími alifatickými alkoholy, výhodně s methanolem nebo ethanolem?

nitroalkany, výhodně s až 4 atomy uhlíku, zejména nitromethan? alkylsubstituované pyridiny, výhodně kolidin? a alifatické sulfony, výhodně sulfolan.

Organická rozpouštědla se mohou používat jak jednotlivě tak i ve směsi.

Zvláště výhodným rozpouštědlem je kapalný oxid siřičitý a methylenchlorid·

Množství použitého rozpouštědla není kritickou podmínkou, používá-li se rozpouštědla, pak se má toliko zajistit dostatečné rozpuštění reakčních složek? směrem nahoru je množství rozpouštědla omezeno úvahami ekonomickými.

Příznivé koncentrace se pohybují mezi asi 5 až 50 % hmotnostními, výhodně mezi asi 15 a 30 X hmotnostními oxidu sírového.

Při výhodném provedení postupu podle vynálezu se jak pro acetoacetamid-N-sulfonovou kyselinu popřípadě pro soli této kyseliny, tak i pro oxid sírový používá stejného inertního rozpouštědla, výhodně ze skupiny halogenovaných alifatických uhlovodíku, zejména pouze methylenchloridu.

Pokud se jedná o molární poměr acetoacetamid-N-sulfonové kyseliny popřípadě acetoacetamid-N-sulfonátu a oxidu sírového, pak platí v principu totéž, co již bylo řečeno v případě stupně b) postupu podle shora citované patentové přihlášky· Molární poměr může tedy sice být asi 1:1, výhodný je však až dvoj- až 20-násobný nadbytek oxidu sírového, výhodně 3- až 10-nésobný, zejména asi 4- až 7-násobný molární nadbytek. ·

Také reakční teplota pro cyklizační reakci se pohybuje v rozmezí uvedeném ve shora citované patentové přihlášce od asi -70 °C do +175 °C, přičemž pro krátkodobou variantu podle vynálezu jsou výhodné teploty mezi asi -30 a +100 °C.

Cyklizační reakce podle vynálezu se provádí tím způsobem, Že se proudy výchozích reakčních složek, tj. roztok acetoacetamid-N-sulfonové kyseliny nebo roztok acetoacetamid-N-sulfonátu a oxid sírový nebo roztok oxidu sírového, v příslušném molárním poměru reakčních složek vedou společně a intenzívně se promíchávají, reakční teplo se odvádí a po krátké době prodlevy ee reakční směs popřípadě vede do hydrolyzačního stupně.

Jakožto zařízení pro cyklizační reakci se hodí v principu všechna zařízení, ve kterých se mohou provádět reakce probíhající rychle a za uvolňování tepla.

Vysoké výtěžky se s ohledem na krátkou reakční dobu a vysoké tepelné zabarvení dosahují ve speciálních zařízeních.

Podle vynálezu se tudíž jako speciálních zařízení používá zejména reaktorů, popřípadě za použití chlazení při odpařování, jako například reaktorů s mechanickým míchadlem, které umožňují reakci v tenké vrstvě, filmových reaktorů, rozprašovačích reaktorů, trubkových reaktorů s případně vestavěnými prvky. V reaktoru umožňujícím reakci v tenké vrstvě se zavádějí například oba proudy výchozích látek, výhodně od sebe odděleně, do reakčního prostoru, tím že vedou buň na místo osy stěrače a pláště nebo se nastřikují na různých místech pláště.

Odvádění tepla se může uskutečňovat vnějším chlazením nebo/a odpařováním rozpouštědla. vzhledem к tomu, že exthermní reakce bez vnějšího chlazení může zvýšit reakční teplotu až na teplotu varu použitého rozpouštědla, činí reakční teplota například v případě methylenchloridu, kterého se výhodně používá jako rozpouštědla, asi 40 °C (« teplota varu methylenchloridu) při atmosférickém tlaku. Připojením vakua lze odpařování a tím i chlazení ještě urychlit* nastavením určitého tlaku v reaktoru se pak dá reakční teplota regulovat na požadovanou hodnotu.

Jestliže se cyklizační reakce provádí při molárním poměru acetoacetamid-N-sulfonové kyseliny nebo acetoacetamid-N-sulfonátu ku oxidu sírovému přesně 1:1, nevzniká adukt s oxidem sírovým (srov. shora uvedená reakční schémata pro cyklizační reakci) a není tudíž potřebná ani hydrolýza případně vzniklého aduktu, Pracuje-li se však s nadbytkem oxidu sírového, což je výhodná forma provedení, vzniká adukt s oxidem sírový, a jeho hydrolýza je nutná.

Reakční produkt cyklizační reakce (hlavně adukt s oxidem sírovým) je možno po - pokud možno ne příliš dlouho trvajícím meziuskladnění - nebo také bezprostředně po ukončení cyklizační reakce hydrolyžovat; výhodná je hydrolýza prováděná bezprostřeně po cyklizační reakci.

Hydrolýza se obecně provádí smísením reakčního produktu cyklizační reakce s vodou. Množství přidávané vody se řídí podle nadbytku oxidu sírového, použitého pro cyklizační reakci, a účelně se odměřuje tak, aby po hydrolýze vznikl vodný roztok kyseliny sírové o koncentraci mezi asi 10 až 90 % hmotnostními, výhodně mezi asi 50 a 70 % hmotnostními.

Při bližším zkoumání hydrolýzy bylo zjištěno, že hydrolýza probíhá prakticky stejně rychle jako cyklizační reakce. Doby hydrolýzy se tudíž pohybují řádově stejně, jako reakční doby pro cyklizaci. Je rovněž možné provádět hydrolýzu, stejně jako cyklizační reakci, v časových intervalech nejvýše 10 minut, výhodně asi od 0,001 do 60 sekund, zejména od asi 0,01 do 10 sekund.

Na základě těchto krátkých dob hydrolýzy není také bezprostředně nutné dodržovat při hydrolýze pokud možno nízké teploty, takže chlazení na nízkou úroveň teplot je v daném případě nadbytečné· Při krátkých dobách hydrolýzy se reakční teploty pohybují obecně mezi asi -10 a 4100 °C, výhodně mezi asi 0 a 50 °C· Nebezpečí případného termického rozkladu 6-oethy1-3,4-dihydro-l,2,3-oxathiazln-4-on, vzniklého při hydrolýze, přitom prakticky neexistuje·

Vzhledem к podobnému průběhu cyklizační reakce a hydrolýzy je možno hydrolýzu provádět s výhodou také v zařízeních stejného typu, jako jsou zařízení pro cyklizační reakci (reaktory pro provádění reakce v tenké vrstvě, filmové reaktory, rozprašovací reaktory, trubkové reaktory atd·)* je však rovněž možné použití obvyklých reakčních nádob, jako kotlů popřípadě s míchadlem, kaskád atd·

Isolace 6-methyl-3,4-dihydro-l,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxldu z reakčního roztoku po hydrolýze se provádí obvyklými metodami, jak se popisují například ve shora citované patentové přihlášce, nebo se provádí ihned reakce za vzniku příslušných solí a jejich izolace· Výtěžky cyklizační reakce a hydrolýzy se pohybují řádově na stejné úrovni jako je tomu v případě postupu, který již byl popsán ve shora citované patentové přihlášce pro stupeň b)· V důsledku krátkých reakčních dob pro cyklizační reakci a hydrolýzu a malých rozměrů zařízení používaných pro takovéto reakce probíhající v krátkém čase jsou však výtěžky vztažené na jednotku prostoru a času ve srovnání s výtěžky na jednotku prostoru a Času, kterých se dosahuje při postupu popsaném ve shora citované patentové přihlášce, značně vyšší.

□e možné provádět hydrolýzu diskontinuálně; výhodný je však kontinuální způsob a to jak pro hydrolýzu, tak i pro cyklizační reakci·

Některé příklady provedení kontinuálního pracovního postupu jsou znázorněny na připojených obrázcích·

Obr· 1 znázorňuje uspořádání ze dvou za sebou zařazených reaktorů pro reakce v tenké vrstvě 1 a 2· Roztoky acetoacetamid-N-sulfonové kyseliny popřípadě acetoacetamid-N-sulfonátu a oxidu sírového (například v methylenchloridu) se přivádějí odděleně potrubími 3 a 4 do prvního reaktoru pro таксе v tenké vrstvě 1,· Pomocí mechanického míchadla 5 se reakční složky intenzívně promíchávají· Po (cyklizační) reakci odchází produkt přes spojení 6 z prvního reaktoru pro reakce v tenké vrstvě 2 do druhého reaktoru pro reakce v tenké vrstvě 2, tj· hydrolyzačního reaktoru; v tomto reaktoru, který je konstruován stejným způsobem jako reaktor pro reakce v tenké vrstvě 1, se potrubím 7 přivádí voda (H₂O)· Produkt hydrolýzy se odvádí potrubím 8 a přivádí se ke zpracování· Odvod tepla se provádí chlazením pláště reaktoru 9 pomocí chladicího média přes přívodní potrubí 10 a odváděči potrubí 21·

Podle obr· 2 se obě reakce, tj· cyklizační reakce a hydrolýze, provádí v jediném reaktoru pro provádění reakce v tenké vrstvě 12, který je stejně jako oba reaktory znázorněn na obr· 1, vybaven míchadlem 5· Při tomto provedení odpadá čas, který je nutný pro dopravu produktu mezi reaktory podle obr· 1· Výchozí látky, tj· acetoacetamid-N-sulfonová kyselina popřípadě acetoacetamid-N-sulfonát a oxid sírový (rozpuštěný například v methylenchloridu)se přivádí do horní části reaktoru potrubími 3 a 4; po ukončení cyklizační reakce se potrubím 13 přivádí voda v množství, které je potřebné pro hydrolýzu· Odvádění vznikajícího reakčního tepla se i v tomto případě uskutečňuje chlazením pláště reaktoru 9 chladicím médiem přiváděným přívodním potrubím 10 a odváděným odváděcím potrubím 11» Potrubím 8 se odvádí produkt hydrolýzy.

Obr· 3 znázorňuje provedení postupu podle vynálezu v rozstřikovacím reaktoru 14· Roztoky výchozích látek, tj· acetoacetamid-N-sulfonové kyseliny popřípadě acetoacetamid-N-su1fonátu a oxidu sírového se přivádějí potrubími 3 a 4 do směšovacího a rozetři kovací ho zařízení 15 a pomocí tohoto zařízení se rozstřikuje v reaktoru. Produkt cyklizace .pak padá na vrstvu výplňových tělísek nebo výplně 16, na kterou se tryskou

CS 269983 82 nastřikuje voda sloužící к hydrolýze; voda se přivádí potrubím 13. Ve spodní části reaktoru se produkt hydrolýzy 18 odebírá pomocí čerpadla 19. Pomocí vakuového zařízení 20, které je spojeno s rozstřikovacím reaktorem 14 potrubím 21 a kondenzátorem 22, se v rozstřikovacím reaktoru 14 udržuje podtlak к odpařování rozpouštědla. Rozpouštědlo kondenzuje v kondenzátoru 22 a odvádí se potrubím 23.

Obr. 4 znázorňuje výhodné provedení směšovacího a rozstřikovacího zařízení 15, které je znázorněno na obr. 3. Výchozí látky se přivádějí potrubími 24 a 25 a pomocí statických míchadel nebo proudových míchadel 26 se v místech lomu během sekundy promísí a tryskou 27 se rozptylují na kapky.

Následující příklady slouží к dalšímu objasnění vynálezu. Rozsah vynálezu však v žádném směru neomezují.

Příklad 1

Kontinuální provedení cyklizační reakce a hydrolýzy ve dvou za sebou zařazených reaktorech pro provádění reakce v tenké vrstvě

Příprava roztoků výchozích látek:

Acetoacetamid-N-sulfonát:

97,1 g (1,0 mol) amidosulfonové kyseliny se suspenduje v 1,0 litru methylenchloridu. Za míchání se přidá 106 g (1,05 mol) triethylaminu, přičemž se amidosulfonová kyselina rozpustí ve formě triethyJaminové soli. Po přidání 6 g (0,1 mol) ledové kyseliny octové se za míchání při vnitřní teplotě 15 °C přikape během 1 hodiny 93,8 g (1,08 mol) 97% diketenu. Podle chromátografické analýzy činí výtěžek acetoacetamid-N-triethylamoniumsulfonátu 90 %. Takto získaný roztok se ihned používá pro další reakci.

Oxid sírový:

183 g oxidu sírového (2,29 mol) se rozpustí v 1070 g methylenchloridu.

Reaktory pro provádění reakce v tenké vrstvě:

Používá se na trhu obvyklých laboratorních odparek pro odpařování z tenké vrstvy s účinnou délkou 22 cm a účinnou plochou 160 cm · Uspořádání reaktorů odpovídá uspořádání znázorněnému na obr. 1.

Do prvního reaktoru pro provádění reakce v tenké vrstvě se při teplotě chladicího média -8 °C během jedné hodiny čerpadlem přivádí 728 g roztoku acetoacetamid-N-sulfonátu, který byl připraven shora popsaným způsobem (s obsahem 0,4 mol sulfonátu), na osu stěrače a současně se na plášť reaktoru pomocí čerpadla přivádí shora popsaný roztok oxidu sírového. Počet otáček míchadla činí 1 000 ot/min. Reakční produkt odcházející při teplotě 0 °C z prvního reaktoru do reaktoru pro hydrolýzu, se v tomto reaktoru hydrolyzuje při teplotě 0 °C. Pro tento účel se Čerpadlem přivede během 1 hodiny 200 ml vody.

produkt vystupující z reaktoru pro hydrolýzu se zpracovává tak, že se organická fáze oddělí a vodná fáze obsahující kyselinu sírovou se ještě dvakrát extrahuje vždy 1 litrem methylenchloridu. Spojené organické fáze se vysuší síranem sodným a methylenchlorid se odstraní 2a sníženého tlaku. Zbytek se rozpustí ve stejném hmotnostním množství methanolu a získaný roztok se potom upraví přidáním 20% methanolického roztoku hydroxidu draselného na pH 8 až 10. Vyloučený Acesulfam κ se odfiltruje a vysuší se ve vakuu.

Výtěžek činí 60,3 g (0,3 mol) 75 % teorie, vztaženo na acetoacetamid-N-su1Гоηά t.

Doba prodlevy produktu v reaktorech činí asi 4,2 s/reaktor.

CS 269983 82 »

Z objemových množství výchozích látek, ze získaného Acesulfamu Kaz rozměrů reaktoru byl vypočten výtěžek na jednotku prostoru a času v hodnotě 325 g Acesulfamu к/litr.hodina.

Příklad 2

Provádění cyklizační reakce a hydrolýzy v jednom a témž reaktoru (pro provádění reakce v tenké vrstvě) odpovídající obr· 2

Do reaktoru pro provádění reakce v tenké vrstvě typu a rozměrů popsaných v příkladu 1 se při teplotě chladicího média -8 °C pod tlakem přivádí reakční složky v množství uvedeném v příkladu 1· Současně se - jak znázorněno na obr· 2 - pomocí čerpadla přivádí voda pro hydrolý2u hrdlem upraveným uprostřed reaktoru·

Po zpracování stejným způsobem jako v příkladu 1 se izoluje Acesulfam к ve výtěžku 74 %, vztaženo na acetoacetamid-N-sulfonát.

Prodleva produktu činí v části pro cyklizaci a v části pro hydrolýzu vždy asi sekundy·

Z objemových množství roztoků výchozích látek, ze získaného Acesulfamu Kaz rozměrů reaktoru se vypočte výtěžek na jednotku prostoru a času

640 g Acesulfamu K/litr.hodina·

Příklad 3

Provádění cyklizační reakce v reaktoru pro provádění reakce v tenké vrstvě a hydrolýzy v baňce s kulatým dnem .

Pro cyklizační reakci se používá reaktoru pro provádění reakce v tenké vrstvě typu a rozměrů popsaných v přikladu 1· Hydrolýza se provádí v baňce s kulatým dnem s předloženou vodou, která je umístěna pod reaktorem·

Používá se 0,41 M roztoku acetoacetamid-N-sulfonátu a 7,5 %-ního (% hmotnostní) roztoku oxidu sírového v methylenchloridu· Používané roztoky výchozích látek se předběžně ochladí na teplotu -30 °C· Teplota chladícího média pro reaktor pracující * ^Ίv tenké vrstvě činí -36 °C·

Hydrolýza se provádí při teplotě O °C.

Podrobnosti a výsledky několika různých pokusů jsou zřejmé z následující tabulky· Doby prodlev v reaktoru pracujícím v tenké vrstvě byly vypočteny z měřených hodnot objemových množství produktu obsažených v reaktoru a objemů výchozích látek.

	T a b u 1	к a
pokus	průtok roztoku	průtok roztoku	výtěžek	prodleva v reaktoru
	acetoacetamid-	S0₃	Acesulfaminu К	pro provádění re-
	-N-sulfonátu	(mol/min)	(%)	akce v tenké vrstvě
	(mol/min)			(S)

a	0,1/40	0,57/40	76	5,7
b	0,1/20	0,57/20	76	2,8
c	0,1/12,5	0,57/12,5	75	1,8
d	0,1/10	0,57/10	75	1,4
e	0,1/4	0,57/4	70	0,7
f	0,1/2	0,57/2	70	0,3

Příklad 4

Provádění cyklizační reakce v reaktoru pro provádění reakce v tenké vrstvě a hydrolýzy v baňce s kulatým dnem za chlazení při teplotě varu ve vakuu

Cyklizační reakce se provádí v reaktoru pro provádění reakce v tenké vrstvě typu a rozměrů popsaných v příkladu 1.

Hydrolýza se provádí v baňce s kulatým dnem obsahující předloženou vodu, která je umístěna pod reaktorem. Nádoba pro hydrolýzu je udržována pod vakuem.

Při tomto pokusu bylo použito roztoků výchozích látek, které jsou popsány v příkladu 1, v tam uvedených molárních poměrech, podrobnosti a výsledky několika pokusů provedených za různých podmínek jsou zřejmé z následující tabulky:

Tabulka

pokus	tlak (Pa)	výstupní teplota (°C)	průtok vztažený na ac etoac e tam id-Nsulfonát (mo1/min)	výtěžek Acesulfamu	prodleva v reakK toru pro provádění reakce v tenké vrstvě (s)
a	3500	-30	0,2/30	78	5,6
b	10000	-10	0,2/29	72	5,5
c	10000	-10	0,2/6,25	75	1,2
d	18000	0	0,2/30	68	5,6
e	18000	0	0,2/9,75	70	1,9
f	18000	0	0,2/5,5	70	1,1
9	18000	0	0,2/3	73	0,5
h	18000	0	0,2/2	74	0,4

CS 269983 82

Příklad 5 provádění cyklizační reakce a hydrolýzy ve dvou za sebou zařazených reaktorech pro provádění reakcí v tenké vrstvě podle obr. 1

17% (% hmotnostní) roztok acetoacetamid-N-sulfonátu a 16% (% hmotnostní) roztok oxidu sírového v methylenchloridu se předběžně ochladí na teplotu -25 °C· Do prvního reaktoru (typ Sambay), jehož stěny jsou rovněž chlazeny na teplotu -25 °C pomocí solanky, se dávkuje roztok acetoacetamid-N-sulfonátu rychlostí odpovídající 48 mol acetoacetamid-N-sulfonátu/hod a roztok oxidu sírového rychlostí odpovídající 288 mol oxidu sírového/hod. Obvodová rychlost stěrače činí 2,2 m/s.

Produkt, který opouští první reaktor, se bezprostředně zavádí do druhého reaktoru - společně s 28 kg vody o teplotě místnosti za 1 hodinu. Obvodová rychlost stěrače v tomto reaktoru je stejná jako v prvním reaktoru.

Zpracování produktu, který opouští druhý reaktor se provádí oddělením organické fáze od vodné fáze obsahující kyselinu sírovou při teplotě O až 5 °C, opětovnou extrakcí vodné fáze obsahující kyselinu sírovou methylenchloridem, vysušením spojených organických fází síranem sodným a odstraněním methylenchlorIdu za sníženého tlaku, rozpuštěním zbytku po odpaření ve stejném hmotnostním množství methanolu a následujícím přidáním 20% methanolického roztoku hydroxidu draselného až na pH 8 až 10. Vyloučený Acesulfam к se odfiltruje a vysuší se za sníženého tlaku, výtěžek reakce činí 73 % teorie. ,

Doba prodlevy produktu v prvním reaktoru při cyklizační reakci činí při tloušťce vrstvy 1 mm 5 sekund.

Příklad 6

Provádění cyklizační reakce v rozstřikovacím reaktoru a hydrolýzy v baňce s kulatým dnem

Ve skleněné trubici (vnitřní průměr 10 mra) s vestavěnými statickými míchadly se kontinuálně směšují stejná objemová množství 0,7M (asi 15%) roztoku acetoacetamid-N-sulfonátu, jakož i 4,2M (asi 23%) roztoku oxidu sírového v methylenchlorIdu a směs se nastřikuje do baňky s kulatým dnem. V baňce в kulatým dnem se za kontinuálního přivádění vody provádí hydrolýza*. к odvádění reakčního tepla při cyklizační reakci a při hydrolýze dochází v důsledku ochlazení za odpařování při 40 °C. Ooba prodlevy produktu Činí při cyklizační reakci asi 0,05 sekundy. Po zpracování postupem podle příkladu 1 se získá 67% výtěžek Acesulfamu K.

Vypočtený výtěžek na jednotku prostoru a času Činí 3000 kg Acesulfamu K/hodina.1 itr.

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Způsob výroby 6-methyl-3,4-dihydro-l,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxidu cyklizací acetoacetamid-N-su1fonové kyseliny nebo solí této kyseliny rozpuštěných v inertním rozpouštědle, přičemž se cyklizace provádí působením alespoň ekvimolárního množství oxidu sírového, rozpuštěného popřípadě stejným způsobem v inertním rozpouštědle a v případě použití více než ekvimolárního množství oxidu sírového hydrolýzou vzniklého aduktu 6-methyl-3,4-dihydro-l,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxidu s oxidem sírovým, vyznačující se tím, že se cyklizace provádí při teplotě -30 až 100 °C no tenké vrstvě v reaktoru pro provádění reakcí v tenké vrstvě, ve filmovém reaktoru, v rozstřikovacím reaktoru nebo v trubkovém reaktoru s případně vestavěnými prvky, při době setrvání v reaktoru mezi 0,001 sekundy až 10 minutami.

CS 269983 D2
2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, Že se cyklizace provádí při době setrvání v reaktoru mezi 0,001 až 60 sekundami.
3. Způsob podle bodu 2, vyznačující se tím, že se cyklizace provádí při době setrvání v reaktoru mezi 0,01 a 10 sekundami.
4. způsob podle jednoho nebo několika bodů 1 až 3, vyznačující se tím, že se odvádí teplo, které se uvolňuje při cyklizační reakci odpařováním rozpouštědla, popřípadě za sníženého tlaku.
5. Způsob podle Jednoho nebo několika bodů 1 až 4, vyznačující se tím, že hydrolýza aduktu 6-methy1-3,4-dihydro-l,2,3-oxathiazin-4-on-2,2-dioxidu s oxidem sírovým se provádí bezprostředně po cyklizační reakci.
6. Způsob podle bodu 5, vyznačující se tím, Že se hydrolýza provádí v reaktoru stejného typu a při řádově stejné době setrvání v reaktoru jako cyklizační reakce.
7. Způsob podle bodu 5 nebo 6, vyznačující se tím, že se hydrolýza provádí při teplotách mezi -10 °C a >100 °C.
8. Způsob podle bodu 7, vyznačující se tím, že se hydrolýza provádí při teplotách mezi 0 °C a +50 °C.
9. Způsob podle jednoho nebo několika bodů 1 až 8, vyznačující se tím, že se cyklizace a hydrolýza provádějí kontinuálně.