DD268938B1 - PROCESS FOR THE PREPARATION OF THIODIPROPIONIC ACID ESTERS - Google Patents

PROCESS FOR THE PREPARATION OF THIODIPROPIONIC ACID ESTERS Download PDF

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DD268938B1 DD29087586A DD29087586A DD268938B1 DD 268938 B1 DD268938 B1 DD 268938B1 DD 29087586 A DD29087586 A DD 29087586A DD 29087586 A DD29087586 A DD 29087586A DD 268938 B1 DD268938 B1 DD 268938B1
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Alfred Hopp
Barbara Hopp
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Heinz Spindler
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Jochen Rost
Lutz Schaefer
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Greiz Doelau Chemie
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein auf der Umsetzung von Thiodipropionsäuredinitril, Salzsäure und längerkettigen Alkoholen in Gegenwart von Katalysatoren basierendes Verfahren zur Herstellung von Thiodipropionsäureestem, welche als Antioxydantien zur Stabilisierung von Polyolefinen eingesetzt werden. Ziel- und Aufgabenstellung der Erfindung bestehen darin, durch Veränderung technologischer Parameter die Herstellung von Thiodipropionsäureestem in hoher Produktqualität und bei niedriger HCI-Emission zu ermöglichen. Erfinduncjsgemäß wird der Zielstellung entsprochen, wenn die Synthese in zwei Reaktionsschritte zerlegt und jeder Reaktionsschritt in jeweils den Reaktionsbedingungen angepaßtem Reaktionsapparaten durchgeführt wird. In der ersten Stufe erfolgt die Dosierung der Salzsäure in Abhängigkeit von der Reaktionsgeschwindigkeit bei Einhaltung einer konstanten Reaktiunstemperatur.The invention relates to a process based on the reaction of thiodipropionitrile, hydrochloric acid and long-chain alcohols in the presence of catalysts for the preparation of Thiodipropionsäureestem, which are used as antioxidants for the stabilization of polyolefins. Goal and task of the invention are to enable the production of Thiodipropionsäureestem in high product quality and low HCI emission by changing technological parameters. According to the invention, the objective is met when the synthesis is divided into two reaction steps and each reaction step is carried out in reaction apparatuses adapted in each case to the reaction conditions. In the first stage, the metered addition of hydrochloric acid in dependence on the reaction rate while maintaining a constant Reaktiunstemperatur.

Description

Sinkt die Reaktionstemperatur unter den Sollwert, reichert sich Chlorwasserstoff an und bei anschließender Temperaturerhöhung verläuft die Reaktion heftiger als gewünscht. Die Folge ist die Bildung eines Thiodipropionsäureesters mit hoher Säurezahl und stärkerer Färbung in der Endstufe. Deshalb soll die festgelege Solltemperatur mit einer Genauigkeit von ± 1K eingehalten werden.If the reaction temperature falls below the set point, hydrogen chloride accumulates and, if the temperature increases, the reaction proceeds more vigorously than desired. The consequence is the formation of a Thiodipropionsäureesters with high acid number and stronger coloring in the final stage. Therefore, the set target temperature should be maintained with an accuracy of ± 1K.

Bei größerer Abweü mg vom Sollwert wird die HCI-Zuführung durch eine Regelung unterbrochen.If the deviation exceeds the setpoint, the HCI supply is interrupted by a control.

Nach Zugabe der Salzsa.· e erfolgt bei Temperaturen um 70°C eine Nachreaktion. Es liegt dann ein Gemisch von wäßriger Thiodipropionsäure, gelöstem Ammonchlorid und festem Ammonchlorid vor. Diese Mischung wid auf möglichst kurzem LJtungsweg in einen zweiten größeren Reaktionsapparat überführt. Im zweiten Reaktionsapparat erfolgt die Umsetzung mit dem gewünschten langkettigen Alkohol in Gegenwart von Thioglycolsäure als Katalysator. Die Reaktionstemperatur beträgt 70-12O0C. Entweichende Brüden werden In einem zugeordneten Kondensator kondensiert und in den Reaktionsapparat zurückgeführt. Nach Beendigung der Reaktion wird der Ester von der Mutterlauge getrennt und mehrmals gewaschen.After addition of the hydrochloric acid, an after-reaction takes place at temperatures around 70 ° C. There is then a mixture of aqueous thiodipropionic acid, dissolved ammonium chloride and solid ammonium chloride. This mixture is transferred as short as possible to a second larger reaction apparatus. In the second reactor, the reaction is carried out with the desired long-chain alcohol in the presence of thioglycolic acid as a catalyst. The reaction temperature is 70-12O 0 C. Escaping vapors are condensed in an associated condenser and returned to the reactor. After completion of the reaction, the ester is separated from the mother liquor and washed several times.

AusfuhrungsbeispieleExemplary embodiments

1. In die Rührmaschine 1 werden über Leitung 2 427 kg Thiodipropionsäuredinitril eingebracht und 8,3 kg Zinn-(ll)-chlorid als Katalysator zugegeben. Innerhalb von 25 bis 40 Minuten erfolgt die Zugabe von 753 kg 37%ige ' Salzsäure über Leitung 3 bei einer Solltemperatur von 32 "C.1. 427 kg of thiodipropionitrile are introduced into the stirring machine 1 via line 2 and 8.3 kg of tin (II) chloride are added as catalyst. Within 25 to 40 minutes, 753 kg of 37% strength hydrochloric acid are added via line 3 at a nominal temperature of 32 ° C.

Bei Abweichungen der eingestellten Solltemperatur um ± Γ wird die HCI-Dosierung unterbrochen, um unerwünschte Anreicherungen an HCI bzw. die Bildung unerwünschter Nebenprodukte auszuschließen.If the setpoint temperature deviates by ± Γ, HCI dosing is interrupted in order to prevent unwanted accumulation of HCI or formation of undesired by-products.

Die Abführung der Reaktionswärme erfolgt durch indirekte Kühlung mit K Ohlwasser. Eine Unterschreitung der Solltemperatur muß dabei vermieden worden. Über Leitung 6 entweichende Brüden mit insgesamt 0,54 kg HCI werden im Kondensator 7 kondensiert, die kondensierte Flüssigkeit gelangt über Leitung 6 in die Rührmaschine 1 zurück.The removal of the heat of reaction is carried out by indirect cooling with K Ohlwasser. A shortfall of the setpoint temperature must be avoided. Via line 6 escaping vapors with a total of 0.54 kg of HCl are condensed in the condenser 7, the condensed liquid passes back via line 6 in the agitator 1.

Anschließend wird mitteis Dampf auf 70°C aufgeheizt und 1 Stunde bei dieser Temperatur gerührt. Das Reaktionsgemisch gelangt nun über Leitung 8 in die Rührmaschine 9.Subsequently, steam is heated to 70 ° C. and stirred for 1 hour at this temperature. The reaction mixture now passes via line 8 into the mixing machine 9.

Diese Leitung ist ohne scharfe Biegungen und mit starkem Gefälle verlegt, um das Ansetzen des festen Ammonchlorids zu verhindern. Die Rührmaschine 9 ist dampfbeheizt, kann aber bei Bedarf zur Aufrechterhaltung des optimalen Temperaturregimes auch gekühlt werden. Nachdem über Leitung 10 9kg Thioglycolsäure als Katalysatorzugegeben worden sind, werden über Leitung 11 1615kg Octadercylalkohol eingebracht. Anschließend wird auf 1100C aufgeheizt und 2 Stunden bei dieser Temperatur verestert. Entstehende Brüden gelangen über Leitung 14 in den Kondensator 15, das Kondensat läuft über Leitung 14 in die Rührmaschine 9 zurück. Über Leitung 2 wird .*nit 700kg Wasser von 9O0C die wäßrige Phase verdünnt, um eine bessere Trennwirkung zu erzielen. Nach Ablassen der salzsauren Ammonchloridlösung über Leitung 13 wird mehrmals mit warmem Wasser von 90°C gewaschen und der fertige Rohester über Leitung 13 der weiteren Verarbeitung zugeführt. Die Ausbeute an Rohester beträgt 97,7%.This line is laid without sharp bends and with a steep gradient to prevent the formation of solid ammonium chloride. The stirring machine 9 is steam-heated, but can also be cooled if necessary to maintain the optimum temperature regime. After 10 9kg of thioglycolic acid was added as catalyst via line 10, 1615kg of octadercyl alcohol are introduced via line 11. It is then heated to 110 0 C and esterified for 2 hours at this temperature. Resulting vapors arrive via line 14 in the condenser 15, the condensate passes back via line 14 in the agitator 9. * Nit 700kg water via line 2. Of 9O 0 C dilutes the aqueous phase in order to achieve a better separating effect. After draining the hydrochloric acid ammonium chloride solution via line 13 is washed several times with warm water of 90 ° C and fed the finished crude ester via line 13 for further processing. The yield of crude ester is 97.7%.

Der fertige Ester hat eine Jodfarbzahl von 1,8mg J2/100ml. Die Säurezahl beträgt 8-10mg KOH/g.The finished ester has an iodine color number of 1.8mg J 2 / 100ml. The acid number is 8-10 mg KOH / g.

2. Wird bei sonst gleichen Bedingungen wie bei Beispiel 1 die Solltemperatur bei der HCI-Zugabe auf 20°C gehalten, so erhöhen sich die Dosierzeit auf 90min und die HCi-Emission in den Brüden auf 1,5kg HCI. Die Jodfarbzahl verbessert sich trotz der aufwendigeren Kühlung nur auf 1,6mg J2/100ml.2. If, under otherwise identical conditions as in Example 1, the setpoint temperature is maintained at 20 ° C. during the addition of HCl, the dosing time increases to 90 min and the HCi emission in the vapors to 1.5 kg of HCl. The iodine color number improves despite the more expensive cooling only 1.6mg J 2 / 100ml.

Die Ausbeute bleibt unverändert.The yield remains unchanged.

Claims (1)

Verfahren zur Herstellung von Thiodipropionsäureestern höherer Alkohole durch Umsetzung von Thiodipropionsäuredinitril mit Salzsäure in Gegenwart von Zinn-ll-chlorid und anschließende Weiterreaktion des gebildeten Zwischenproduktes mit dem höheren Alkohol in Gegenwart von Thioglykolsäure, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzungen in zwei hintereinander geschalteten, dem Reaktionsvolumen angepaßten, Reaktionsapparaten durchgeführt werden, wobei im ersten Reaktionsapparat die HCI-Dosierung unter Aufrechterhaltung einer bei 20 bis 400C, vorzugsweise bei 30 bis 350C liegenden Reaktionstemperatur, eingehalten mit einer Toleranz von ± 1°, erfolgt, die erhaltene Reaktionsmischung auf 7O0C erwärmt wird und anschließend im zweiten Reaktionsapparat deren Umsetzung mit dem höheren Alkohol in Gegenwart von Thioglykolsäure bei einer Temperatur von 70 bis 1200C vorgenommen wird.A process for the preparation of Thiodipropionsäureestern higher alcohols by reacting Thiodipropionsäuredinitril with hydrochloric acid in the presence of stannous chloride and subsequent further reaction of the intermediate formed with the higher alcohol in the presence of thioglycolic acid, characterized in that the reactions in two successive, adapted to the reaction volume Reactants are carried out, wherein in the first reactor, the HCI dosage while maintaining a lying at 20 to 40 0 C, preferably at 30 to 35 0 C reaction temperature, maintained at a tolerance of ± 1 °, takes place, the resulting reaction mixture to 7O 0 C is heated and then their reaction with the higher alcohol in the presence of thioglycolic acid at a temperature of 70 to 120 0 C is carried out in the second reactor. Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur technischen Herstellung vr η Thindipropionsäureestern aus Thiodipropionsäuredinitril, Salzsäure und längerkettigen Alkoholen in Gegenwart von Katalysatoren.The invention relates to a process for the technical preparation vr η Thindipropionsäureestern from Thiodipropionsäuredinitril, hydrochloric acid and long-chain alcohols in the presence of catalysts. Die danach hergestellten Thiodipropionsäureester können auf Grund ihrer Qualität als Antioxydantien für die Stabilisierung von Polyolefinen eingesetzt werden.The thiodipropionic acid esters prepared thereafter can be used as antioxidants for the stabilization of polyolefins due to their quality. Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions Die Umsetzung von Nitrilen mit Alkoholer, in Gegenwart von Mineralsäuren, vornehmlich Salzsäure, ist seit längerer Zeit bekannt und wurde mehrfach beschrieben (Houben-Weyl, Bd. Viii, S. 536 ff.). So werden großtechnisch nach diesem Verfahren Acrylsäureester aus Acrylnitril hergestellt. Diese Umsetzung läßt sich auch mit Thiodipropionsäuredinitril durchführen. So beschreibt die DE-OS 1935759, daß Thiodipropionsäuredinitril in einem inerten organischen Lösungsmittel mit der, bezogen auf da t Dinitril, 3,5- bis 5,5fachen molaren Menge an Chlorwasserstoff und der annähernd molaren Menge an höherkettigem Alkohol bei Reaktionstemperaturen unter 5O0C umgesetzt werden kann, wobei das Reaktionsprodukt mit siedendem Wasser oder Dampf zersetzt wird. Dieses Verfahren liefert zwar qualitätsgerechte Thiodipropionsäureester, besitzt aber auf Grund der langen Reaktionszeiten bei niedriger Reaktionstemperatur und des Einsatzes eines Lösungsmittels eins schlechte Raum-Zeit-Ausbeute. Hinzu kommt der zusätzliche Aufwand zur Abtrennung eines Lösungsmittels. Die DD-PS 150054 dagegen beschreibt ein Verfahren, welches ohne Lösungsmittel und bei höher ar Veresterungstemperatur arbeitet, dafür aber Katalysatoren verwendet. Die Umsetzung wird in Gegenwart von Zinn oder se inen Salzen und einer organischen Säure mit einer Dissoziationskonstante k|5 > 8 · 10~6 durchgeführt, wohei vorzugsweise Zinn-(ll)-chlorid als Zinnverbindung und Thioglycolsäure als organische Säure eingesetzt werden. Die dort dargelegten Ausführungsbeispiele bevorzugen offensichtlich das Eintopfverfahren, womit prinzipiell der Vorteil eines niedrigen apparativen Aufwandes verbunden ist, andererseits sind bei Eintopfverfahren einer exakten Prozeßführung, insbesondere der Temperaturführung, bekanntlich Grenzen gesetzt, wodurch sowohl Produktqualität als auch die HCI-Emission negativ beeinflußt werden.The reaction of nitriles with alcohol, in the presence of mineral acids, especially hydrochloric acid, has long been known and has been described several times (Houben-Weyl, Vol. VII, p. 536 ff.). Thus, acrylic acid esters of acrylonitrile are produced industrially by this process. This reaction can also be carried out with thiodipropionitrile. Thus, DE-OS 1935759 describes that Thiodipropionsäuredinitril in an inert organic solvent with, based on da t Dinitril, 3.5 to 5.5 times the molar amount of hydrogen chloride and the approximately molar amount of higher-chain alcohol at reaction temperatures below 5O 0 C. can be reacted, wherein the reaction product is decomposed with boiling water or steam. Although this method gives quality Thiodipropionsäureester, but has due to the long reaction times at low reaction temperature and the use of a solvent one poor space-time yield. Added to this is the additional expense of separating a solvent. The DD-PS 150054, however, describes a process which works without solvent and at higher ar esterification temperature, but uses catalysts. The reaction is carried out in the presence of tin or its salts and an organic acid having a dissociation constant k | 5 > 8 · 10 ~ 6 , whereupon preferably tin (II) chloride is used as the tin compound and thioglycolic acid as the organic acid. The embodiments set forth there obviously prefer the one-pot process, which in principle has the advantage of low equipment costs, on the other hand are known in one-pot process an exact process control, especially the temperature control, limits set, whereby both product quality and the HCI emission are adversely affected. Eine zuvorlässige Regelung der HCI-Dosierung über die Reaktionstemperatur ist nicht möglich, da dabei unerwünschte HCI-Anreicherungen erfolgen können, die bei einer nachfolgenden Erwärmung zu einem Durchgehen der Reaktion führen.A negligible control of the HCI dosage over the reaction temperature is not possible because it can cause unwanted HCI accumulations, which lead to a subsequent warming to a run of the reaction. Ziel der ErfindungObject of the invention Ziel der Erfindung ist es, die Nachteile, die sich aus einer nicht durchgängig exakten Prozeßführung beim Eintopfverfahren ergeben, zu beseitigen b^«v. abzustellen.The aim of the invention is to eliminate the disadvantages which result from a not always exact process control in the one-pot process. remedy. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Dar Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Veränderung technologischer Parameter ein Vorfahren zur Herstellung von Thiodipropionsäureestern zu entwickeln, welches vorgenannter Zielstellung entspricht. Erfindungsgemäß werden Thiodipropionsäureester aus Thiodipropionsäuredinitril, Salzsäure und höheren Alkoholen in Gegenwart von Zinn-(ll)-chlorid und Thioglycolsäure in guter Produktqualität bei geringer HCI-Emission erhalten, wenn die Umsetzung des Thiodipropionsäuredinitrils zu dem Thiodipropionsäureester in zwei hintereinander geschalteten, dem Reaktionsvolumen angepaßten Reaktionsapparaten, erfolgt. In der ersten Stufe findet die Umsetzung des Thiodipropionsäuredinitrils mit Salzsäu· e in Gegenwart von Zinn-(ll)-chlorid als Katalysator statt. Die Reaktionstemperatur wird auf einem Sollwert zwischen 20 und 40°C, vorzugsweise zwischen 30 und 35°C, gehalten. Da es sich um eine exotherme Reaktion handelt, muß gekühlt werden. Die Dosierung der Salzsäure wird so eingestellt, daß sie der gemessenen Reaktionsgeschwindigkeit bei der gewählten Solltemperatur entspricht. Die vorzugsweise gewählte Solltemperatur zwischen 30 und 350C erlaubt den Einsatz eines einfachen Kühlsystems. Ein dem Reaktionsapparat zugeordneter Kondensator sorgt dafür, daß die noch entweichende minimale Brüdenmenge zurückgeführt wird und immer eine definierte HCI-Konzentration vorliegt. Wichtig ist, daß der Chlorwasserstoff sich mit der gleichen Geschwindigkeit umsetzt, wie er zugeführt wird.The invention is based on the object of developing an ancestor for the production of thiodipropionic esters by changing technological parameters, which corresponds to the aforementioned objective. According to the invention, thiodipropionic acid esters of thiodipropionodinitrile, hydrochloric acid and higher alcohols in the presence of stannous chloride and thioglycolic acid are obtained in good product quality with low HCl emission, if the reaction of the thiodipropionodinitrile to the thiodipropionic acid ester is carried out in two reaction apparatuses connected in series and adapted to the reaction volume. he follows. In the first stage, the reaction of the thiodipropionodinitrile with hydrochloric acid takes place in the presence of tin (II) chloride as the catalyst. The reaction temperature is maintained at a set point between 20 and 40 ° C, preferably between 30 and 35 ° C. Since it is an exothermic reaction, must be cooled. The dosage of hydrochloric acid is adjusted so that it corresponds to the measured reaction rate at the selected target temperature. The preferably selected setpoint temperature between 30 and 35 0 C allows the use of a simple cooling system. A condenser associated with the reactor ensures that the still escaping minimum vapor volume is returned and there is always a defined HCl concentration. It is important that the hydrogen chloride reacts at the same rate as it is supplied.
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