CZ269997A3

CZ269997A3 - Způsob syntézy 2-ethylantrachinonu

Info

Publication number: CZ269997A3
Application number: CZ972699A
Authority: CZ
Inventors: Michel Devic
Original assignee: Elf Atochem S. A.
Priority date: 1995-03-15
Filing date: 1996-03-12
Publication date: 1998-02-18
Also published as: CA2214017A1; FR2731705B1; BR9607208A; MX9706937A; EP0815069A1; HUP9801205A2; NO973604D0; PL322204A1; WO1996028410A1; JPH11501650A; FR2731705A1; KR980700950A; AU5008396A; NO973604L

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu syntézy 2-ethylantrachinonu (EAQ) z ethylbenzenu (EB) a ftalanhydridu (PA), který se provádí v kapalné směsi HF a BF₃, za vzniku komplexu kyseliny 2- (4'-ethylbenzoyl)benzoové (EBB) molárního vzorce EBB.nHF.mBF3, kde n a m jsou od asi 1 do asi 3.

Dosavadní stav techniky

2-ethylantrachinon je používán při průmyslové syntéze peroxidu vodíku, jak je uvedeno v J.P. Schirmann a S.Y. Delavarenne : Hydrogen Peroxide in Organic Chemistry, str. 9, 1979, Edition et documentation industrielle [Industrial publishiňg and documentation], Paris.

Evropský patentový spis EP 0 102 297 Bl popisuje v příkladu 4, tvorbu komplexu EBB.nHF.mBF₃.

Evropský patentový spis EP 0 055 951 Bl popisuje v příkladu 5 reakci ftalanhydridu s ethylbenzenem ve směsi HF a BF₃. Po odplynění za sníženého tlaku, aby se znovu získal katalyzátor HF/BF₃, se získá zbytek. Tento je promyt studenou

Ί vodou a vysušen, čímž se získá kyselina 2-(4^Jethylbenzoyl)benzoová. Tato kyselina je poté v množství 5 g zahřívána po dobu 2 hodin na 100 ®C v -50 g olea obsahujícího 20 % S0₃, čímž se získá 3,75 g 2-ethylantrachinonu.

V příkladu 10 ve stejném patentovém spisu se také popisuje výroba kyseliny 2-(4'-ethylbenzoyl)benzoové po jejím přečištění v 10% roztoku hydroxidu sodného, filtrace získaného zásaditého roztoku a precipitace EBB přídavkem koncentrované kyseliny chlorovodíkové HCl. Tato přečištěná kyselina je cyklizována zahříváním v kyselině sírové.

Evropský patentový spis EP 0 121 466 Bl popisuje způsob rozkladu komplexu kyseliny 2-benzoylbenzoové (BB) s HF nebo BF₃ vzorce BB.nHF.mBF₃ pomocí hmotnostně 96% kyseliny sírové nebo olea obsahujícího 20 % hmotnostních oxidu sírového S0₃. Tento rozklad je doprovázen současnou cyklizací části BB komplexu za vzniku antrachinonu. K tomuto rozkladu a cyklizací dochází při teplotě mezi 100 ^eC a 180 °C v 1 až 3 hmotnostních dílech kyseliny sírové na 1 díl BB v komplexu nebo 0,5 až 2 dílech hmotnostních olea na díl BB v komplexu.

Podstata vynálezu

Cílem vynálezu je najít způsob syntézy EAQ, který má kvalitu, při níž může být přímo použit při syntéze peroxidu vodíku, přičemž tento způsob by neměl nevýhody vznikající krokem přečištění meziproduktu tvořeného kyselinou EBB, ať už promytím vodou nebo rozpuštěním v zásaditém roztoku následovaným precipitací pomocí kyseliny. Dalším cílem tohoto způsobu je vyhnout se odstraňování velkého množství HF a BF₃při teplotě řádově 100 až 180 ®C, a tím vyloučit problémy s korozí způsobenou těmito velmi agresivními produkty při vysokých teplotách.

Tohoto cíle je dosaženo způsobem syntézy 2ethylantrachinonu (EAQ) z ethylenzenu (EB) a ftalanhydridu (PA), který se provádí v kapalné směsi HF a BF₃, za vzniku komplexu kyseliny 2-(4'-ethylbenzoyl)benzoové (EBB) molárního vzorce EBB.nHF.mBF₃, kde n a m jsou od ási 1 do asi 3, který sestává z následujících kroků;

A) rozkladu komplexu za absolutního tlaku menšího nebo rovného 1 bar a při teplotě menší nebo rovné 60 °C za vzniku pevné EBB obsahující pouze stopy HF a BF₃, následovaného odstraněním větší části těkavých sloučeniny HF a BF₃,

B) zavedení pevné EBB do množství q koncentrované kyseliny sírové nebo olea a uvedení získané reakční směsi na teplotou ti za účelem cyklizace EBB na EAQ, přičemž q jsou hmotnostní díly připadající na hmotnostní díl přivedeného PA volené tak, aby vznikl použitý komplex EBB.nHF.mBF₃,

C) zředění této reakční směsi vodou za účelem získání pevné sraženiny obsahující jako hlavní produkt EAQ suspendovaný ve zředěné kyselině sírové,

D) shromáždění pevné sraženiny a její přečištění extrakcí vodným zásaditým roztokem pří teplotě t₂, následované separací zbylé pevné látky ze zásaditého roztoku a konečně její promytí ve vodě, čímž se získá vlhký přečištěný EAQ,

E) roztavení takto získaného EAQ do formy kapaliny, případně filtraci této kapaliny, a konečně její sublimaci za účelem získání EAQ o Čistotě vhodné pro jeho známé použit: při syntéze peroxidu vodíku.

V kroku A) je teplota rozkladu komplexu EBB.nHF.mBF₃výhodně od 0 °C do 60 °C a zvláště výhodně mezi 20 a 40 °C. Tento rozklad se provádí výhodně při absolutním tlaku 0,001 až 1 bar.

Doba trvání tohoto kroku může být mezi 1 až 30 minutami. Rozklad může být prováděn pod proudem plynu, zvláště vzduchu, dusíku nebo BF₃.

V kroku B) probíhá cyklizace při teplotě ti, obecně od 60 do 100 °C a výhodně od 80 do 90 °C. Absolutní tlak je obvykle od 0,01 do 1 bar. Doba trvání kroku cyklizace je obecně mezi 1 a 5 hodinami a výhodně mezi 3 a 4 hodinami.

Cyklizační činidlo je výhodně čistá koncentrovaná kyselina sirova nebo oleum obsahující od 0 do 20 % hmotnostních SO₃. Oleum výhodně obsahuje od 4 do 8 % hmotnostních SO₃.

Poměr q výhodně činí od 10 do 25 a zvláště výhodně od 15 do 20. Za těchto podmínek je tudíž kyselina sírová nebo oleum v přebytku, který není u tohoto typu cyklizačnich reakcí obvyklý.

Přihlašovatel zjistil, že tato nízká koncentrace kyseliny EBB v kyselé směsi umožňuje zvýšit výtěžek intramolekulární cyklizační reakce snížením intermolekulárních reakcí vedoucích k vedlejším produktům.

V kroku C) obsahuje získaná zředěná kyselina sírová výhodně od 40 do 80 % hmotnostních čisté H2SO4. Tento obsah se výhodně pohybuje od 60 do 80 %. Zředění reakční směsi sevýhodně provádí velmi pomalým přidáváním vody do kyselinové směsi za míchání. Ředění obvykle trvá od 30 minut do 2 hodin. Maximální teplota kyselinové směsi při ředění, je výhodně od60 do 90 ^eC. Takto zředěná kyselina sírová může být po odfiltrování pevné sraženiny shromážděna a podrobena recyklaci za použití známých metod pro výrobu koncentrované kyseliny sírové nebo olea.

Cyklizační krok B) může být výhodně nahrazen dvěma následnými kroky B') a B'').

Krok B') zahrnuje zavedení pevné EBB obsahující pouze stopy HF a BF₃ do množství q₃ kyseliny sírové nebo olea, aby se získala kapalná směs o teplotě t₃, a případně zavádění proudu plynu do směsi za účelem odstranění stop HF. Tento plyn může být výhodně vybrán ze skupiny zahrnující vzduch, dusík nebo BF₃.

Teplota t₃ je výhodně od 20 do 85 ^eC a zvláště výhodně od 40 do 65 °C. Absolutní tlak výše uvedené kyselé reakční směsi je výhodně od 0,001 do 1 bar. Doba trvání je výhodně od 1 do 30 minut a zvláště výhodně od 10 do 15 minut.

Množství použité kyseliny qi má hodnotu od 1 do 5 dílů hmotnostních na jeden hmotnostní díl přivedeného PA, aby se připravil výchozí komplex EBB.nHF.nBF3,

Kyselina boritá H3BO4 nebo její anhydrid B₂0₃ mohou být výhodně přidány k acidické směsi, aby se přeměnil zbytkový HF na BF₃. Množství kyseliny boříté je pak od 1 do 20 % hmotnostních vztaženo na hmotnost přivedeného PA. Toto množství je výhodně od 5 do 10

Krok B'') zahrnuje přídavek určitého množství q₂koncentrované kyseliny sírové nebo olea do míchané a výhodně odplyněné kapalné směsi tak, aby q₃ + q₂ bylo rovno q a uvedení takto vzniklé směsi na teplotu ti za účelem cyklizace EBB na EAQ v reakční směsi.

Doba trvání kroku B) je obecně mezi 1 a 5 hodinami a výhodně mezi 3 a 4 hodinami.

Krok D) zahrnuje extrakci pevné sraženiny získané v korku C) pomocí vodného zásaditého roztoku, která vede k odstranění prakticky všech nečistot vodné fáze a nezreagovaných produktů bez odstranění EAQ.

Hodnota pH vodného zásaditého roztoku je výhodně 10 až 14 a zvláště výhodně asi 12.

Vodný zásaditý roztok může být roztok hydroxidu sodného nebo vodný roztok amoniaku.

Hmotnostní množství tohoto zásaditého roztoku je výhodně 5 až 30 násobek hmotnosti původního PA uváděného do reakce a zvláště výhodně je to 10 až 20 násobek. Teplota t₂ je obecně od 60 do 100 °C a výhodně od 95 do 100 Ό,

Výhodně vodný zásaditý roztok v kroku D) navíc obsahuje komplexotvorné činidlo pro kovy, například sodnou sůl kyseliny diethylentriaminopentaoctové (DTPA) . Toto činidlo je pak přítomno v množství od 0,01 do 0,5 % hmotnostních vztaženo na hmotnost PA uváděného do reakce a výhodně od 0,1 do 0,2 %.

*

Vodný zásaditý roztok výhodně obsahuje peroxid vodíku (H₂O₂) .

Peroxid vodíku je výhodně přítomen v množství 0,1 až 1 % hmotnostní vztaženo na hmotnost PA vstupujícího do reakce.

Peroxid vodíku umožňuje oxidovat určité nečistoty pevné sraženiny a rozpouštět je ve vodné fázi a tím získávat vlhký přečištěný EAQ lepší kvality.

Krok E) umožňuje sušit vlhký přečištěný EAQ získaný na konci kroku D). Vlhký přečištěný EAQ je uveden na teplotu vyšší než je jeho teplota tání a výhodně na teplotu od 120 do 160 ^eC, která umožňuje odpaření zbytkové vlhkosti za atmosférického tlaku. Tato přeměna na kapalnou fázi usnadňuje přechod EAQ do sublimátu. Ve skutečnosti se kapalný EAQ vypařuje a kondenzuje ve formě pevné látky. Je to tedy pseudosublimace, jelikož nedochází ke změně pevné fáze na jinou pevnou fázi přes plynnou fázi. *

Tato pseudosublimace je výhodně prováděna při teplotě od 150 do 300 °C při tlaku od 13 do 400 Pa.

Jako dodatek k výše uvedenému popisu budou dále uvedeny příklady provedení pro lepší porozumění vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

1. Syntéza komplexu EBB.nHF.mBF₃ v kroku A)

Do autoklávu vyrobeného z nerezavějící oceli 316L, který měl celkový objem 300 cm³ a který byl míchán magnetickou tyčinkou, byly uvedeny následující látky:

22,2 g (0,15 mol) ftalanhydridu (PA), který byl vysušen zahříváním po dobu 12 hodin při 140 °C.

Po kontrole těsnosti autoklávu natlakováním dusíkem na 50 bar po dobu 10 minut, bylo v autoklávu vytvořeno vakuum (100 Pa) a autokláv byl ochlazen na -40 ’C. Poté bylo přidáno 15 g (0,75 mol) bezvodého HF a 81,4 g (1,20 mol) BF₃.

Rychlost přídavku těchto dvou plynů (BF₃ a HF) byla nastavena tak, aby teplota směsi při přidávání nepřesáhla 40 ’C. Průměrná doba přídavku byla 14 minut pro HF a 8 minut pro BF₃.

g (0,15 mol) suchého ethylbenzenu bylo potom připumpováno během 10 minut a směs byla míchána po dobu 30 minut při -40 °C, přičemž tlak se ustálil na 11 bar při -40 °C.

V autoklávu bylo poté zrušeno vakuum a HF a BF₃ byly absorbovány v promývačce plynů obsahující 3 1 destilované vody.

Autokláv byl zahřát ve vodné lázni na +40 ®C a profukován proudem suchého dusíku po dobu 15 minut.

Krok B') g 8% olea je poté zavedeno za tlakování, přičemž míchání bylo prováděno po dobu 15 minut při 40 ®C.

Krok Β)

Další 8% oleum bylo přidáno v množství 340 g, směs byla zahřívána a míchána po dobu 4 hodin při 85 °C.

Krok C)

Poté bylo provedeno ochlazení na 20 *C a obsah autoklávu byl převeden do polyethylenové kádinky. Roztok olea (438,3 g) byl poté pomalu, za mechanického míchání, zředěn 188,2 g destilované vody během 81 minut tak, aby maximální teplota nepřesáhla 80 ^eC. Byla získána sraženina v 70% roztoku kyseliny sírové.

Krok D)

Po filtraci na skleněné fritě číslo 3 bylo získáno

80,1 g vlhké pevné sraženiny a 542 g filtrátu.

Sraženina byla poté třikrát promyta, pokaždé 150 cm³destilované vody, a bylo získáno 66, 8 g vlhké sraženiny a 498 g filtrátu o kyselém pH. Tato pevná sraženina byla poté smísena se zásaditým roztokem obsahujícím 500 cm³ destilované vody, 800 mg NaOH a 80 mg DTPA. Tato směs byla uvedena do varu po dobu 30 minut a poté filtrována .na skleněné fritě č. 3 a sraženina byla dvakrát promyta, pokaždé 100 cm³ vody, a konečně vysušena při 60 ^dC do konstantní hmotnosti, která činila 22,87 g, to znamená hrubý výtěžek 64,6 % (teoretická hmotnost 35,4 g).

Krok E)

Suchá pevná látka byla poté roztavena v rotační odparce při 190 až 200 ’C a přesublimována za vakua 266 Pa. Bylo získáno 22,66 g přečištěného 2-ethylantrachinonu a 0,2 g zbytku. Celkový výtěžek syntézy, vztažený na ftalanhydrid nebo ethylbenzen je 64 L

Vlastnosti získaného EAQ:

Teplota tání = 107 - 108 ^eC

Čistota větší než 98 %

Kovy: nikl Ni méně než 0,5 ppm železo Fe méně než 2 ppm chrom Cr méně než 0,7 ppm chlor Cl méně než 10 ppm bor Β Ξ 100 ppm fluor F = 700 ppm síra S méně než 20 ppm

Příklad 2 .

Toto provedení bylo stejné jako příklad 1 s tou výjimkou, že v kroku D) bylo přidáno do vodného zásaditého roztoku 0,15 g komerčně dostupného 40% roztoku DTPA a 3,5 g peroxidu vodíku, považovaného za 100%. Hodnota pH tohoto roztoku byla 14.

Celková výtěžnost syntézy sublimací přečištěného EAQ byla 69 %.

Příklad 3

Toto provedení bylo stejné jako v příkladu 1 s tím rozdílem, že kroky B') a B'') byly nahrazeny jednoduchým krokem B, při kterém bylo užito množství q 8 % olea rovné 393 g v přítomnosti 2 g kyseliny borité H₃BO₃- V tomto kroku

B) byla směs zahřívána po dobu 30 minut na 60 °C a poté po dobu 4 hodin na 85 °C.

Celková výtěžnost syntézy sublimací přečištěného EAQ byla 70 %.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

O f— Xj XJ < O r—* CO S c- —t -< 2L c/> > o c D < rm < X o

1 07 _ O ro — co* r—’ !£>. O oc

»j

1. Způsob syntézy 2-ethylantrachinonu (EAQ) z ethylbenzenu (EB) a ftalanhydridu (PA), které reagují v kapalné směsi HF a BF₃ za vzniku komplexu kyseliny 2-(4'-ethylbenzoyl)benzoové (EBB) molárního vzorce EBB.nHF.mBF₃, kde nam jsou od asi 1 do asi 3, vyznačující se tím, že sestává z následujících kroků:

A) rozkladu komplexu za absolutního tlaku menšího nebo rovného 1 bar a při teplotě menší nebo rovné 60 ^eC za vzniku pevné EBB obsahující pouze stopy HF a BF₃, následovaného odstraněním větší části těkavých fluorovaných sloučenin,

D) shromáždění pevné sraženiny a její přečištění extrakcí vodným zásaditým roztokem při teplotě tí, následované separací zbylé pevné látky ze zásaditého roztoku a konečně její promytí ve vodě, čímž se získá vlhký přečištěný EAQ,

E) roztavení takto získaného EAQ do formy kapaliny, případně filtraci této kapaliny, a konečně je.jí sublimaci za účelem získání EAQ o čistotě vhodné pro jeho známé použití při syntéze peroxidu vodíku.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že krok B) je nahrazen následujícími kroky, které zahrnují:

B') zavedení pevné EBB obsahující pouze stopy HF a BF₃ do množství q_x kyseliny sírové nebo olea, aby se získala kapalná směs o teplotě t₃, a případně zavádění proudu plynu do směsi za účelem odstranění stop HF,

B'') přídavek určitého množství q₂ koncentrované kyseliny sírové nebo olea do míchané a výhodně odplyněné kapalné směsi tak, aby qi + q₂ bylo rovno q a uvedení takto vzniklé směsi na teplotu ti za účelem cyklizace EBB na EAQ v reakční směsi.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že q má hodnotu 10 až 25.
4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že q má hodnotu 15 až 20.
5. Způsob podle nároku 2, vy z načující se tím, žeqi má hodnotu 1 až 5.
6. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že teplota cyklizace ti je 60 až 100 °C.
7. Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že teplota cyklizace ti je 80 až 90 °C.
8. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 7, vyznačující se tím , že teplota čištění t₂ v kroku D) je 60 až 100 ’C.
9. Způsob podle jednoho z nároku 1-až 8, vyznačující se tím , že oleum má hmotnostní obsah S0₃ vztaženo na jeho celkovou hmotnost méně než 20 %, to znamená oleum méně než 20%.
10. Způsob podle nároku 9, vy značujíci se tím, že oleum je 4 až 8%.
11. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že zředěná kyselina sírová získaná v kroku C) obsahuje 60 až 80 % čisté H₂SO₄.

i*

Ί
12. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 11, vyznačující V se tím, že v kroku čištění D) má zásaditý roztok hodnotu pH 10 až 14.
13. Způsob podle jednoho z nároků l'až 12, vyznačující se tím , še vodný zásaditý roztok v kroku D) navíc obsahuje komplexotvorné činidlo pro kovy.
14. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 13, vyznačující se tím, že vodný zásaditý roztok v kroku D) navíc obsahuje peroxid vodíku.