Způsob přípravy esterů merkaptokarboxylových kyselin obecného vzorce I, kde X znamená CMalkylen a R znamená C|.Isalkyl, reakcí hydrosulfidu amonného nebo hydrosulfidu alkalického kovu nebo kovu alkalické zeminy s odpovídajícím esterem halogenkarboxylové kyseliny obecného vzorce II, kde R a X mají shora uvedený význam a Y znamená atom chloru nebo bromu, v přítomnosti hydrogensulfidu, přičemž se reakce provádí za absolutního tlaku hydrogensulfidu 1 až 3 MPa v alkoholickém prostředí, přičemž alkoholem je C, ^alkohol a médium je bezvodé nebo obsahující pouze vodu pocházející z případně tvorby hydrosulfidu in šitu.
HS-X-COOR (D
Y-X-COOR (Π)
Způsob přípravy esterů merkaptokarboxylových kyselin
Oblast techniky
Vynález se týká způsobu přípravy esterů merkaptokarboxylových kyselin a zvláště způsobu přípravy esterů obecného vzorce I
HS-X-COOR (I), kde X znamená alkylenovou skupinu s přímým nebo s rozvětveným řetězcem s 1 až 4 atomy uhlíku a R alkylovou skupinu s přímým nebo s rozvětveným řetězcem s 1 až 18 atomy uhlíku, s výhodou 1 až 12 atomy uhlíku.
Dosavadní stav techniky
Shora uvedených známých esterů se průmyslově používá jako meziproduktů, zejména k výrobě derivátů cínu, jež se hodí jako tepelné stabilizátory pro poly(vinylchlorid) a v případě esterů nižších alkoholů (zvláště kde R znamená methylovou skupinu) k výrobě heterocyklických derivátů (thiofenu nebo thiazolu), které se hodí jako účinná látka prostředků k ochraně rostlin.
Hlavní cestou, jak získávat estery obecného vzorce (I) je esterifikace alkoholu ROH kyselinou HS-X-COOH, která se získává působením hydrosulfidu na odpovídající chlokarboxylovou nebo bromkarboxylovou kyselinu. Přes výtečnou celkovou výtěžnost má tento způsob nedostatek v tom, že vytváří značné množství vodné odpadní solanky.
Je známo, že estery merkaptokarboxylových kyselin mohou být připravovány působením hydrosulfidu alkalického kovu na ester halogenkarboxylové kyseliny. Tohoto způsobu použil zejména R. M. Acheson a kol. (J. Chem. Soc. 1961, str. 650 až 660, obzvláště str. 656) k přípravě methyl-a-merkapto-a-methylpropionátu působením hydrosulfidu sodného na methyl-a-broma-methylpropionát v bezvodém methanolu; výtěžek je velmi malý (přibližně 36 %). Je také možné připomenout zveřejněné přihlášky vynálezů číslo JP 48-86818,63-10755 a 2-304061, jež všechny se týkají způsobu v přítomnosti vody, buď v hydroalkoholickém prostředí (JP 48-86818 a 63—10755) nebo v prostředí voda-toluen za přítomnosti činidla přenosu fáze (JP 2-304061).
Zjistilo se, že přítomnost značného množství vody v reakčním prostředí (jiné vody než která případně pochází z vytváření hydrosulfidu in šitu) je nepříznivá vzhledem k selektivitě reakce a že tato selektivita se spíše zlepšuje, pracuje-li se při vysokém tlaku hydrogensulfidu.
Podstata vynálezu
Způsob přípravy esterů merkaptokarboxylových kyselin obecného vzorce I
HS-X-COOR (I), kde X znamená alkylenovou skupinu s přímým nebo s rozvětveným řetězcem s 1 až 4 atomy uhlíku a R znamená alkylovou skupinu s přímým nebo s rozvětveným řetězcem s 1 až 18 atomy uhlíku reakcí hydrosulfidu amonného nebo hydrosulfidu alkalického kovu nebo kovu alkalické zeminy s odpovídajícím esterem halogenkarboxylové kyseliny obecného vzorce II
Y-X-COOR (II),
-1 CZ 289172 B6 kde R a X mají shora uvedený význam a Y znamená atom chloru nebo bromu, v přítomnosti hydrogensulfidu, spočívá podle vynálezu vtom, že se reakce provádí za absolutního tlaku hydrogensulfidu 1 až 3 MPa v alkoholickém prostředí, přičemž alkoholem je C ^alkohol a médium je bezvodé nebo obsahující pouze vodu pocházející z případné tvorby hydrosulfidu in šitu.
Reakční prostředí tedy neobsahuje vodu jinou, než která případně pochází z vytváření hydrosulfidu in šitu, jak tomu je například v případě reakce při vytváření hydrosulfidu sodného:
NaOH + H2S NaSH + H2O
Jako alkoholu může být použito alkoholu s 1 až 4 atomy uhlíku, výhodné však je pracovat s izopropanolem a obzvláště s methanolem.
Reakce může probíhat při teplotě 0 až 80 °C, je však výhodné pracovat při teplotě 10 až 60 °C. Absolutní tlak hydrogensulfidu může dosahovat až 3 MPa, výhodný je však absolutní tlak 1 až 2 MPa.
Ačkoli je způsob podle vynálezu vhodný také pro estery bromkarboxylových kyselin, je výhodné vycházet z esterů chlorkarboxylových kyselin, získatelných ve výtečných výtěžcích (přibližně 96 %) esterifikační reakcí:
CI-X-COOH + ROH -> CI-XCOOR + H2O.
V závislosti na povaze použitého esteru (II) může být jeho počáteční koncentrace v reakčním prostředí 1 až 5 mol na litr alkoholu.
Jako hydrosulfidu alkalického kovu nebo kovu alkalického zeminy se může použít například hydrosulfidu sodného, draselného a vápenatého, výhodné však je použití hydrosulfidu amonného, 30 který se může vytvářet in šitu bez produkce vody. Molámí poměr hydrosulfid/ester obecného vzorce II je obecně 1 až 2, avšak k dosažení úplné konverze esteru obecného vzorce II je s výhodou 1,1 až 1,5. Neznačené hodnoty se zřejmě snižují na polovinu, použije-li se difunkčního hydrosulfidu, jako hydrosulfidu vápenatého Ca(SH)2.
Způsob podle vynálezu může probíhat kontinuálně nebo nesouvisle (po dávkách). Ve srovnání s obvyklými způsoby přípravy esterů merkaptokarboxylových kyselin esterifikací alkoholu ROH kyselinou HS-X-COOH poskytuje způsob podle vynálezu tu přednost, že se jednak vytváří jako vedlejší produkt přibližně o polovinu méně amonné soli nebo alkalické soli nebo soli kovů alkalických zemin a jednak se podstatně snižuje množství odpadní solanky. Po neutralizaci nadbytku hydrosulfidu v reakční směsi kyselinou (s výhodou kyselinou chlorovodíkovou nebo sírovou) mohou být skutečně vysrážené soli snadno odděleny filtrací před odpařením alkoholu nebo po něm.
V následujících příkladech, které vynález objasňují, aniž ho jakkoli omezují, jsou procenta 45 míněna hmotnostně a absolutní tlaky se uvádějí v MPa.
Příklady provedení vynálezu
Příklad 1
Do autoklávu z nerezavějící oceli se vnese 151 g methanolického roztoku amoniaku v koncentraci 9,1 % (to je 0,808 mol amoniaku) a pak se zavede hydrogensulfid o absolutním 55 tlaku 1,2 MPa. Pak se během 40 minut zavede čerpadlem 120 g (0,57 mol) 2-ethylhexylchlor
-2CZ 289172 B6 acetátu při udržování teploty na 10±2°C. Reakční směs se míchá po dobu jedné hodiny a autokláv se pak odtlakuje.
Analýza methanolického roztoku dokládá, že roztok obsahuje 49,3 % 2-ethylhexylthioglykolátu a 1,2 % 2-ethyihexylthiodiglykolátu, což odpovídá výtěžku 97,4 % 2-ethylhexylthioglykolátu.
Po neutralizaci kyselinou chlorovodíkovou se methanolický roztok zahřívá ve vakuu k odpaření methanolu a pak se filtruje k oddělení vysráženého chloridu amonného a nakonec se destiluje. Tím se získá 2-ethylhexylthioglykolát o čistotě větší než 99%, prostý zbytkové kyselosti.
Příklad 2
Do téhož reaktoru jako podle příkladu 1 se vnese 350 g methanolického roztoku hydrosulfidu sodného o koncentraci 8,5 % (to je 0,53 mol NaSH) a tlak se zvýší na 1 MPa zavedením hydrogensulfidu. Při udržování teploty na 10 °C se zavede 39 mg (0,36 mol) methylchloracetátu.
Po ukončení reakce a vyrovnání tlaku s tlakem okolí se získá methanolický roztok obsahující:
8,70 % methylthioglykolátu,
0,96 % methylthiodíglykolátu, <0,01 % methylchloracetátu, což odpovídá výtěžku 89 % methylthioglykolátu.
Příklady 3 až 9
Za použití téhož postupu jako v příkladech I a 2 se provede sedm zkoušek přípravy 2-ethylhexylthioglykolátu při různých tlacích hydrogensulfidu, při různých teplotách a/nebo za různého molámího poměru hydrogensulfid/2-ethylhexylchloracetát.
Podle příkladů 3 a 4, které slouží pro porovnání, je veškerý methanol (příklad 3) nebo polovina methanolu (příklad 4) nahražen vodou.
Pracovní podmínky a získané výsledky jsou shrnuty v tabulce I, kde symbol Z znamená skupinu -CH2COOC8H17.
Příklad |
Hydrosulfid |
Tlak
H2S
(MPa) |
Teplota (°C) |
Molámí poměr H2S/RCI |
Konverze ZC1 (%) |
Výtěžek sloučeniny (%) |
ZSH |
ZSR |
Z-SS-Z |
ZOH |
3(a,porov-
návací |
NH4SH |
0,1 |
40 |
1,5 |
39,5 |
14,3 |
15,4 |
9,1 |
0,7 |
^'porovnávací |
NH4SH |
1,5 |
25-35 |
1,1 |
99,99 |
80,0 |
10,0 |
5(c) |
5,0 |
5 |
NH4SH |
1,2 |
40 |
1,1 |
100,0 |
91,0 |
8,4 |
0 |
0,6 |
6 |
nh4sh |
1,3 |
18 |
1,1 |
100,0 |
94,0 |
5,6 |
0 |
0,4 |
7 porovnávací |
nh4sh |
0,8 |
18 |
1,1 |
100,0 |
86,0 |
13,6 |
0 |
0,4 |
8 porovnávací |
NH4SH |
0,1 |
40 |
2,0 |
100,0 |
42,0 |
50,1 |
6,8 |
1,1 |
9 |
NH4SH |
1,0 |
10 |
1,1 |
100,0 |
93,0 |
6,2 |
0 |
0,8 |
(a> Zkouška provedena ve vodě,
-3CZ 289172 B6 (b) Zkouška provedena ve směsi 50/50 vody a methanolu, <c) Včetně trochy thioglykolové kyseliny a methylthioglykolátu.
Průmyslová využitelnost
Způsob přípravy esterů merkaptokarboxylových kyselin používaných průmyslově jako meziproduktů, zejména k výrobě derivátů cínu, jež se hodí jako tepelné stabilizátory pro poly(vinylchlorid) a v případě esterů nižších alkoholů k výrobě heterocyklických derivátů (thiofenu 10 nebo thiazolu), které jsou vhodnými činidly k ochraně rostlin.