DD297397A5 - PROCESS FOR THE PRODUCTION OF DINITROTOLUOLS - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Dinitrotoluol durch Reaktion von Mononitrotoluol und Salpetersaeure in fluessiger Phase. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dasz die Reaktion in Gegenwart eines Metallsulfats und gegebenenfalls in Gegenwart eines Verduennungsmittels ausgewaehlt aus den perfluorierten (poly) Cycloalkanen mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen und Perfluortoluol durchgefuehrt wird.{Dinitrotoluol-Herstellung; Reaktionspartner; Mononitro Aoluol; Salpetersaeure; Metallsulfat; Verduennungsmittel}The present invention relates to a process for the preparation of dinitrotoluene by the reaction of mononitrotoluene and nitric acid in the liquid phase. The process is characterized in that the reaction is carried out in the presence of a metal sulfate and optionally in the presence of a dismutating agent selected from the perfluorinated (poly) cycloalkanes having from 5 to 12 carbon atoms and perfluorotoluene. {Dinitrotoluene preparation; Reactants; Mononitro Aoluol; Nitric acid; Metal sulfate; Verduennungsmittel}
Description
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Di iitrotoluolen. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Dinitrotoluolen durch Reaktion wenigstens eines Mononitrotoluols und Salpetersäure in flüssiger Phase in Gegenwart eines Metallsulfats.The present invention relates to a process for the preparation of Di iitrotoluolen. More particularly, the invention relates to a process for the preparation of dinitrotoluenes by reacting at least one mononitrotoluene and nitric acid in the liquid phase in the presence of a metal sulfate.
Die Dinitrotoluole, insbesondere das 2,4-Dinitrotoluol, gegebenenfalls im Gemisch mit dem 2,6-Dinitrotoluol, sind Zwischenprodukte in der Herstellungskette des Toluoldiisocyanats (TDI), das der Herstellung verschiedener Polyurethane dient. Das 2,4-Dinitrotoluol wird daher industriell in sehr großem Maßstab hergestellt. Im Hinblick darauf ist es leicht verständlich, welche Bedeutung z. B. einer Erhöhung des Umwandlungsgrads und/oder der Selektivität um eine Prozentpunkte zukommt, oder einer Verbesserung auf der Ebene irgendeines der in dem Verfahren durchgeführten Schritte.The dinitrotoluenes, especially the 2,4-dinitrotoluene, optionally in admixture with the 2,6-dinitrotoluene, are intermediates in the production of toluene diisocyanate (TDI), which serves to prepare various polyurethanes. The 2,4-dinitrotoluene is therefore industrially produced on a very large scale. In view of this, it is easy to understand what meaning z. An increase in the degree of conversion and / or selectivity by one percentage point, or an improvement at the level of any of the steps performed in the process.
Charakteristik des bekannten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art
Das 2,4-Dinitrotoluol wird herkömmlich durch doppelte Nitrierung des Toluols in flüssiger Phase mit Hilfe eines Gemisches aus Salpetersäure und konzentrierter Schwefelsäure hergestellt. Die Konzentration der für die zweite Nitrierung eingesetzten Schwefelsäure (Nitrierung des Mononitrotoluols zu Dinitrotoluol) liegt typischerweise in der Größenordnung von 96%. Abgesehen von den Korrosionsproblemen und den enormen Kosten bei der Rückführung großer Volumina an Schwefelsäure, weist das Verfahren bedeutende weitere Nachteile auf, nämlich die problematische Art und Weise der Entfernung des Katalysators, die im allgemeinen durch Waschungen mit Wasser gelöst wird und die Notwendigkeit, die Schwefelsäure vor ihrer Rückführung zu konzentrieren, wobei die Reaktion selbst Wasser erzeugt.The 2,4-dinitrotoluene is conventionally prepared by double nitration of the toluene in the liquid phase with the aid of a mixture of nitric acid and concentrated sulfuric acid. The concentration of sulfuric acid used for the second nitration (nitration of mononitrotoluene to dinitrotoluene) is typically of the order of 96%. Apart from the problems of corrosion and the enormous cost of recycling large volumes of sulfuric acid, the process has significant other disadvantages, namely the problematic manner of removing the catalyst, which is generally solved by water washes, and the need to remove the sulfuric acid concentrate prior to their recycling, the reaction itself producing water.
In der Beschreibungseinleitung des amerikanischen Patents No. 3,957,889 sind verschiedene Versuche, insbesondere im Hinblick auf die selektive Nitrierung des Toluols in der para-Stellung aufgezeigt, wobei in dieser Schrift vorgeschlagen wird, die Nitrierung gewisser aromatischer Verbindungen, die gegebenenfalls mit einem Halogenatom, einer Halogenalkylgruppe, einer Nitro- oder Methoxygr'jppo substituiert sind in Gegenwart von wasserfreiem Calciumsulfat, einem Produkt, das manchmal als lösliches Anhydrit bezeichnet wird, durchzuführen.In the introduction to the description of the American patent no. No. 3,957,889, various attempts have been made, in particular with regard to the selective nitration of the toluene in the para position, in which document it is proposed to nitrate certain aromatic compounds which are optionally substituted by a halogen atom, a haloalkyl group, a nitro or methoxy group substituted in the presence of anhydrous calcium sulfate, a product sometimes referred to as soluble anhydrite.
In diesem Dokument aus dem Stand der Technik wird weiterhin vorgeschlagen, ein Verdünnungsmittel wie z. B. Chloroform, Methylenchlorid, Nitrotoluol, zu verwenden, und der Rückgriff auf ein Verdünnungsmittel, in dem die Reaktanden sehr gut löslich sind »vird als bevorzugt r. jrausgestellt, um einen guten Ablauf des in Rede stehenden Verfahrens zu erzielen.In this prior art document is further proposed, a diluent such. As chloroform, methylene chloride, nitrotoluene, to use, and the use of a diluent, in which the reactants are very soluble »vird than preferred r. in order to achieve a good outcome of the proceedings in question.
Jedoch wenn es sich um die Nitrierung eines Substrats mit geringer Reaktivität handelt, wie z. B. Orthonitrotoluol, erscheint das vorgeschlagene Verfahren nicht voll zufriedenstellend, und zwar, da einerseits die Selektivität im Hinblick aus das 2,4-lsomer unzureichend ist und da andererseits die Aktivität (oder die Ausbeute) vernachlässigbar bleibt.However, if it is the nitration of a substrate with low reactivity, such. As orthonitrotoluene, the proposed method does not seem fully satisfactory, namely, since on the one hand, the selectivity with respect to the 2,4-isomer is insufficient and on the other hand, the activity (or yield) remains negligible.
Mit der Erfindung wird ein Verfahren iur Herstellung von Dinitrotoluol zur Verfügung gestellt, das die Nachteile der bekannten technischen Lösungen eliminiert.The invention provides a process for the production of dinitrotoluene which eliminates the disadvantages of the known technical solutions.
das es erlaubt, wenigstens zum Teil die vorgenannten Nachteile zu überwinden.which makes it possible, at least in part, to overcome the aforementioned disadvantages.
aul 'oisen.aul 'oisen.
wenigstens eines Mononitrotoluols und Salpetersäure in flüssiger Phase, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Reaktion inat least one mononitrotoluene and nitric acid in the liquid phase, which is characterized in that the reaction in
mono-, di- oder trivalenter Metalle, mit Ausnahme des einfachen Sulfats des Calciums.mono-, di- or trivalent metals, with the exception of the simple sulphate of calcium.
sind, die Wirksamkeit der Nitrierung und gegebenenfalls die Selektivität für ein besonders gewünschtes Isomer erhöhen.increase the effectiveness of the nitration and optionally the selectivity for a particularly desired isomer.
durch Reaktion wenigstens eines Mononitrotoluols und Salpetersäure in flüssiger Phase, das dadurch gekennzeichnet ist, daßdie Reaktion in Gegenwart eines Metallsulfats und eines Verdünnungsmittels ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus denperfluorierten (Poly)cycloalkanen mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen und dem Perfluortoluol durchgeführt wird.by reacting at least one mononitrotoluene and nitric acid in the liquid phase, characterized in that the reaction is carried out in the presence of a metal sulphate and a diluent selected from the group consisting of the perfluorinated (poly) cycloalkanes having from 5 to 12 carbon atoms and the perfluorotoluene.
2,6-Dinitrotoluol und deren Gemische.2,6-dinitrotoluene and mixtures thereof.
2,6-lsomeren des Dinitrotoluols. Wenn das Ausgangsmaterial das para-Dinitrotoluol ist, ist das einzige beobachtete Produkt das2,4-Dinitrotoluol.2,6 isomers of dinitrotoluene. When the starting material is para-dinitrotoluene, the only product observed is 2,4-dinitrotoluene.
der Salpetersäure, wobei die Konzentration oberhalb von 90% liegt und vorzugsweise zwischen 95 und 100%.the nitric acid, the concentration being above 90% and preferably between 95 and 100%.
dieser entweder einfache oder gemischte Salze sind, die in Form von mehr oder weniger wasserarmen Hydraten vorliegen, jenachdem, ob die Konditionierungstemperatur höher oder niedriger liegt.these are either simple or mixed salts, which are in the form of more or less low-water hydrates, depending on whether the conditioning temperature is higher or lower.
werden Metallsulfate verwendet, die geeignet sind, Kationen mit 2 oder 3 positiven Ladungen zu bilden.used are metal sulfates which are suitable for forming cations with 2 or 3 positive charges.
vorliegenden Verfahrens.present method.
mittlere Abmessungen im allgemeinen zwischen 0,1 Mikrometer und 10mm betragen.average dimensions are generally between 0.1 microns and 10mm.
solche Intervalle sind in der oberen wiedergegebenen Spalte (ill) der Tabelle zu finden.such intervals can be found in the upper column (ill) of the table.
unten oder oben abweicht. Die Anmelderin schlägt insbesondere vor, von diesem optimalen Wert um höchstens 20% undvorzugsweise höchstens 10% nach oben oder unten hin abzuweichen.deviates below or above. In particular, the Applicant proposes to deviate upwards or downwards from this optimum value by not more than 20% and preferably not more than 10%.
die Anwesenheit eines Metallsulfats und eines besonderen Verdünnungsmittels. Unter Metallsulfat versteht man in diesemthe presence of a metal sulfate and a particular diluent. Under metal sulfate is understood in this
daß die Nitrierungsreaktion in einem Verdünnungsmittel, ausgewählt aus der Gruppe, bostehend aus den perfluorierten(Poly)cycloalkanen mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen und dem Perfluortoluol, durchgeführt wird.in that the nitration reaction is carried out in a diluent selected from the group consisting of the perfluorinated (poly) cycloalkanes having 5 to 12 carbon atoms and the perfluorotoluene.
zusammenhängen, verwendet werden.be related.
wie z. S. einem gerührten Reaktor oder einem Reaktor mit einer Schleife für die Kreislaufführung der Flüssigkeit.such as S. a stirred reactor or a reactor with a loop for the circulation of the liquid.
sollte das molare Verhältnis zwischen 0,1 und 10 liegen.the molar ratio should be between 0.1 and 10.
- 9,1 mMol Orthonitrotoluol, gegebenenfalls 2,5ml Verdünnungsmittel..- 9.1 mmol of orthonitrotoluene, optionally 2.5 ml of diluent.
- 2,5g wasserfreies CaSO4 erhalten durch Erwärmung von CaSO4 · 2 H2O auf 25O0C für die Dauer von 3 Stunden- 2.5g of anhydrous CaSO 4 obtained by heating CaSO 4 · 2 H 2 O to 25O 0 C for 3 hours
- 9,4mMol 100%ige Salpetersäure.- 9.4mMol 100% nitric acid.
Die Mischung wird für die Zeitdauer von 17 Stunden unter Rührung auf 250C gehalten. Dann wird das erhaltene Gemisch filtriert und das Filtrat wird mit Wasser gewaschen. Die organische Phase wird durch Chromatographie in der Gasphase analysiert. Die spezifischen Bedingungen so\"ie die erhaltenen Resultate sind in der nachfolgenden Tabelle I festgehalten, in derThe mixture is kept at 25 ° C. with stirring for a period of 17 hours. Then the resulting mixture is filtered and the filtrate is washed with water. The organic phase is analyzed by gas phase chromatography. The specific conditions and the results obtained are given in the following Table I, in which
+ die Gegenwart von Calciumsulfat angibt.+ indicates the presence of calcium sulfate.
PFD + 58 95 68 32PFD + 58 95 68 32
anderes erwähnt ist, 4g Sulfat, wobei die Art des Sulfats, die Herstellung im Handel und gegebenenfalls die Bedingungen einervorherigen Behandlung in der nachfolgenden Tabelle Il wiedergegeben sind, das angegebene Volumen an Perfluordekalin (PFD;4g sulphate, the type of sulphate, the preparation on the market and optionally the conditions of a previous treatment are given in the following Table II, the stated volume of perfluorodecalin (PFD;
erhaltenen Resultate sind in der nachfolgenden Tabelle Il wiedergegeben, in der TT den Umwandlungsgrad des p-Nitrotoluolwiedergibt und RT die Ausbeute an 2,4-Dinitrotoluol (DNT) angibt.The results obtained are shown in Table II below, in which TT represents the degree of conversion of p-nitrotoluene and RT indicates the yield of 2,4-dinitrotoluene (DNT).
** 2 g Sulfat eingesetzt - (b) Verdünnungsmitteli8tdieperfluorierteVerbindungFC72(Handelsnamo)** 2 g sulfate used - (b) diluent the perfluorinated compound FC72 (trade name)
922 mg (6mMol) o-Nitrotoluol 549mg (4mMol) p-Nitrotoluol922 mg (6 mmol) of o-nitrotoluene 549 mg (4 mmol) of p-nitrotoluene
4cm3PFD4cm 3 PFD
4 g wasserfreies CaSO4 0,43cm3 (10,6mMol) 100%ige NHO3.4 g anhydrous CaSO 4 0.43 cm 3 (10.6 mmol) 100% NHO 3 .
bezogen auf die Nitrotoluole: 92,9%based on the nitrotoluenes: 92.9%
- 2,4-Dinitrotoluol: 79%- 2,4-dinitrotoluene: 79%
- 2,6-Dinitrotoluol: 21%.- 2,6-dinitrotoluene: 21%.
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