DE1089375B - Verfahren zur Herstellung von m-Sulfoisophthalsaeure - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von m-Sulfoisophthalsaeure

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DE1089375B
DE1089375B DEP21562A DEP0021562A DE1089375B DE 1089375 B DE1089375 B DE 1089375B DE P21562 A DEP21562 A DE P21562A DE P0021562 A DEP0021562 A DE P0021562A DE 1089375 B DE1089375 B DE 1089375B
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DE
Germany
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sulfur trioxide
isophthalic acid
reaction
liquid
acid
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Pending
Application number
DEP21562A
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English (en)
Inventor
Harold William Burns
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EIDP Inc
Original Assignee
EI Du Pont de Nemours and Co
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Publication date
Application filed by EI Du Pont de Nemours and Co filed Critical EI Du Pont de Nemours and Co
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Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C303/00Preparation of esters or amides of sulfuric acids; Preparation of sulfonic acids or of their esters, halides, anhydrides or amides
    • C07C303/02Preparation of esters or amides of sulfuric acids; Preparation of sulfonic acids or of their esters, halides, anhydrides or amides of sulfonic acids or halides thereof
    • C07C303/04Preparation of esters or amides of sulfuric acids; Preparation of sulfonic acids or of their esters, halides, anhydrides or amides of sulfonic acids or halides thereof by substitution of hydrogen atoms by sulfo or halosulfonyl groups
    • C07C303/06Preparation of esters or amides of sulfuric acids; Preparation of sulfonic acids or of their esters, halides, anhydrides or amides of sulfonic acids or halides thereof by substitution of hydrogen atoms by sulfo or halosulfonyl groups by reaction with sulfuric acid or sulfur trioxide

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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

  • Verfahren zur Herstellung von m-Sulfoisophthalsäure Die Erfindung betrifft die Herstellung von m-Sulfoisophthalsäure durch Sulfurierung von Isophthalsäure.
  • Es wurden bereits die verschiedensten Mittel zur Sulfurierung organischer Verbindungen vorgeschlagen.
  • Auf S. 262 von Groggins, »UnitProcess of Orgaalic Synthesis», McGra.w-Hill Book Company, Inc., N. Y., N. Y. (1947), ist eine Anzahl von Sulfurierungsmitteln aufgezählt, welche sich als geeignet erwiesen haben, unter anderem Schwefelsäure, Oleum, Schwefeltrioxyd, saure Sulfate, saure Sulfite und Hyposulfite. Eines der einfachsten und billigsten dieser bekannten Sulfurierungsm ittel ist Schwefeltrioxyd. Infolge des niedrigen Siedepunkts dieser Verbindung (44,60 C) muß es jedoch in der Regel entweder in Gasform oder in Lösung in einem organischen Lösungsmittel zur Anwendung kommen.
  • Dies ergibt natürlich verfahrenstechnische Schwierigkeiten, wenn die zu sulfurierende organische Sub-- stanz ein Feststoff ist. Um die Reaktionsmasse fließfähig zu machen und bei Erhitzung von Schwefeltrioxyd mit einer festen organischen Verbindung einen guten Kontakt zwischen den Reaktionsteilnehmern zu erzielen, muß für gewöhnlich ein organisches Lösungsmittel oder Verdünnungsmittel zugegeben werden. Dadurch wird nicht nur die Sulfurierung um den Preis des Lösungs- oder Verdünnungsmittels verteuert, sondern es sind auch zusätzliche Verfahrensstufen erforderlich, da anschließend eine Abscheidung und/oder Aufarbeitung des Produkts erforderlich ist.
  • In einigen Fällen kann gasförmiges S 03 durch die geschmolzene organische chemische Verbindung geleitet werden. Dies ist jedoch bei hochschmelzenden Feststoffen nicht möglich. So schmilzt z. B. Isophthalsäure bei etwa 3470 C.
  • Da die Reaktion von Isophthalsäure mit Schwefeltrioxyd im wesentlichen endotherm verläuft, müssen zur Bildung der m-Sulfoisophthalsäure erhöhte Temperaturen angewendet werden. Da jedoch Schwefeltrioxyd bei 44,60 C siedet, verdampft es bei erhöhten Temperaturen, es sei denn, daß kostspielige Druckeinrichtungen verwendet werden, um die Reaktionsmasse unter Druck zu setzen und das Schwefeltrioxyd in flüssigem Zustand zu halten.
  • Die vorliegende Erfindung beruht auf der iiberraschenden Feststellung, daß eine Mischung aus fester Isophthalsäure und flüssigem Schwefeltrioxyd ohne Lösungs- oder Verdünnungsmittel bei Atmosphärendruck auf Temperaturen erhitzt werden kann, bei welchen eine Sulfurierung eintritt, ohne daß Schwefeltrioxyd in größerem Ausmaß verdampft. Es ist dies selbst bei Temperaturen von 200 bis 2600 C und sogar noch bei höheren Temperaturen der Fall.
  • Gemäß der Erfindung erhält man daher m-Sulfoisophthalsäure durch Mischen von Isophthalsäure mit flüssigem Schwefeltrioxyd und Erhitzen der Mischung unter Atmosphärendruck auf über 1600 C. Dabei ist kein Lösungs- oder Verdünnungsmittel erforderlich.
  • Der genaue Reaktionsmechanismus kann nicht eindeutig erklärt werden. Eine mögliche Erklärung ist die, daß die Isophthalsäure mit dem Schwefeltrioxyd unter Bildung eines bei der Reaktionstemperatur flüssigen Schwefelsäureesters der Isophthalsäure reagiert. Die Erfindung ist jedoch keinesfalls auf eine bestimmte Theorie oder einen Reaktionsmechanismus beschränkt, da unabhängig von der theoretischen Erklärung die Tatsache bestehenbleibt, daß das vorstehend beschriebene Verfahren in der angegebenen Weise bei Atmosphärendruck ohne merklichen Verlust an Schwefeltrioxyd trotz dessen niedrigem Siedepunkt durchgeführt werden kann.
  • Die wirtschaftlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von m-Sulfoisophthalsäure liegen auf der Hand. Das flüssige Schwefeltrioxyd verflüssigt die Reaktionsmasse und ermöglicht einen innigen Kontakt mit der Isophthalsäure. Die Abwesenheit von fremden Lösungs- oder Verdünnungsmittel verbilligt das Verfahren um die Kosten einer solchen dritten Komponente sowie um die Kosten einer anschließenden Abtrennung und Wiedergewinnung. Ferner ist keine besondere Druckeinrichtung erforderlich.
  • Die zur Anwendung kommenden erhöhten Temperaturen ermöglichen die Bildung des sulfurierten Produkts in hohen Ausbeuten. Temperaturen bis herab zu etwa 1600 C sind anwendbar. Da jedoch die Reaktionsgeschwindigkeit eine direkte Funktion der Temperatur ist, werden höhere Temperaturen, insbesondere solche von etwa 200 bis 2600 C, bevorzugt. Es können auch Temperaturen von über 2600 C bis zum Zersetzungspunkt der Reaktionsteilnehmer angewendet werden, was jedoch keinen weiteren Vorteil bringt.
  • Das Verhältnis von Schwefeltrioxyd zu Isophthalsäure ist für die Erfindung nicht von Bedeutung. 1 Mol Schwefeltrioxyd sulfuriert die Isophthalsäure unter Bildung von 1 Mol des Sulfonats. In der Regel wird zur Erhöhung der Wirksamkeit ein geringer Überschuß an Schwefeltrioxyd (10 bis 300/0) angewendet.
  • Größere Mengen Schwefeltrioxyd können ebenfalls verwendet werden. Ein ffberschuß von mehr als etwa 50 bis 1000/o hat jedoch keine zusätzliche Wirkung und wäre Verschwendung.
  • Handelsübliches Schwefeltrioxyd enthält häufig einen Stabilisator zur Verhinderung der Polymerisation des Schwefeltrioxyds. So stabilisiertes Schwefeltrioxyd kann mit gutem Erfolg für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden. Der zugesetzte Stabilisator verbessert lediglich die Lagerungsbeständigkeit des Schwefeltrioxyds und beeinflußt in keiner Weise seine Verwendung als Sulfurierungsmittel für die Isophthalsäure und nimmt in keiner Weise an der Reaktion teil.
  • Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele erläutert.
  • Beispiel 1 83 g (0,5 Mol) Isophthalsäure wurden in einen 500 ccm fassenden Dreiglasrundkolben gebracht, welcher mit einem abgedichteten Rührwerk, einem Tropftrichter, einem wassergekühlten Kondensator und einem Auslaß am Boden versehen war. Die Öffnungen am oberen Ende des Kondensators und des Tropftrichters waren mit mit Calciumchlorid gefüllten Trockenrohren zum Ausschluß von Feuchtigkeit, mit welcher S03 unter Bildung weißer Dämpfe reagiert, versehen. Aus dem Tropftrichter gab man 60 g (0,75 Mol, 5(>/oiger Überschuß) stabilisiertes flüssiges Schwefeltrioxyd innerhalb etwa 10 Minuten der Isophthalsäure zu. Bei Benetzung mit dem Schwefeltrioxyd wurde die Isophthalsäure braun, und die Reaktionsmasse wurde zäh und ließ sich nur noch schwer durchrühren. Nach Zugabe des gesamten Schwefeltrioxyds wurde der Tropftrichter abgenommen, und an seiner Stelle wurde ein Thermometer eingebracht, an welchem man die Temperatur der Beschickung ablas.
  • Der Kolben wurde ohne Rühren der Reaktionsmischung mit einem elektrischen Heizmantel erhitzt.
  • Wenn die Temperatur etwa 1500 C erreichte, wurde die Masse so flüssig, daß das Rührwerk in Gang gesetzt werden konnte. Man steigerte die Temperatur innerhalb 15 Minuten auf 2050 C und hielt die Mischung 1,25 Stunden auf 205 bis 2100 C. Die Mischung kam nicht zum Sieden, und man beobachtete keinen Rückfluß von Schwefeltrioxyd. Nachdem sie einmal verflüssigt war, blieb die Reaktionsmasse durch und durch flüssig. Zu diesem Zeitpunkt ergab die Zugabe einer kleinen Probe der geschmolzenen Mischung zu Wasser eine klare Lösung, was eine Beendigung der Sulf,lrierung anzeigte, da die Isophthalsäure in Wasser nahezu unlöslich ist. Ausbeute an m-Sulfoisophthalsäure: °/o.
  • Beispiel 2 83 g (d,5 Mol) Isophthalsäure wurden in der im Beispiel 1 beschriebenen Einrichtung mit 44 g (0,55 Mol, 100/oiger Überschuß) Schwefeltrioxyd wie vorstehend beschrieben versetzt. Man erhöhte die Temperatur auf 2600 C und hielt sie 20 Minuten auf diesem Wert, worauf der Wasserlöslichkeitstest eine Beendigung der Sulfurierung anzeigte. Nachdem sie einmal flüssig war, blieb die Reaktionsmasse durch und durch flüssig, und man beobachtete keinen Rückfluß von Schwefeltrioxyd.
  • Beispiel 3 83 g (0,5 Mol) Isophthalsäure wurden in der im Beispiel 1 beschriebenen Einrichtung mit 80 g (1,0 Mol, lOO°/oiger Überschuß) Schwefeltrioxyd wie vorstehend beschrieben versetzt. Man erhöhte die Temperatur auf 2050 C und hielt sie 2 Stunden auf diesem Wert, worauf die Sulfurierung beendet war. Nachdem sie einmal verflüssigt war, blieb die Reaktionsmasse durch und durch flüssig, und man beobachtete keinen Rückfluß von Schwefeltrioxyd.
  • Beispiel 4 83 g (0,5 Mol Isophthalsäure wurden in der im Beispiel 1 beschriebenen Einrichtung mit 50 g (0,625 Mol, 25/oiger Überschuß) Schwefeltrioxyd wie vorstehend versetzt. Man erhöhte die Temperatur auf 2050 C und hielt sie auf diesem Wert. Nachdem sie einmal verflüssigt war, blieb die Reaktionsmasse durch und durch flüssig, und man beobachtete keinen Rückfluß von Schwefeltrioxyd. Eine nach einer Stunde bei 2050 C entnommene Probe der geschmolzenen Mischung zeigte an, daß die Sulfurierung zu diesem Zeitpunkt zu 910/o fortgeschritten war. Eine nach 2 Stunden entnommene Probe zeigte eine 980/oige Sulfurierung an. Die nach 3 Stunden entnommene Probe ergab eine 1000/oige Sulfurierung der Isophthalsäure.
  • Beispiel 5 Die Erfindung kann auch kontinuierlich durchgeführt werden. Für eine kontinuierliche Sulfurierung wurde ein zweistufiges Reaktionssystem verwendet, das aus einem elektrisch beheizten, mit Rührwerk versehenen, 500 ccm fassenden Rundkolben bestand, dessen zum Teil sulfurierter Inhalt in einen ähnlichen Kolben überfloß. Dem ersten Kolben wurden mit einer Geschwindigkeit von 166 bzw. 120 g/St. (500/oiger Überschuß an Schwefeltrioxyd) Isophthalsäure bzw.
  • Schwefeltrioxyd zugeführt. Der Inhalt jedes Kolbens wurde auf etwa 2050 C gehalten. Die flüssigen Mischungen in beiden Kolben hielt man durch Einstellung von Überlaufrohren auf einem solchen Niveau, daß die Verweilzeit in jeder Stufe 1,25 Stunden betrug. Der Abfluß aus dem zweiten Kolben war vollständig sulfuriert. Nachdem sie einmal verflüssigt war, blieb die Reaktionsmasse durch und durch flüssig.
  • Man beobachtete in keinem Kolben einen merklichen Rückfluß von Schwefeltrioxyd.
  • Beispiel 6 Isophthalsäure wurde bei 2050 C in der im Beispiel 5 beschriebenen Einrichtung kontinuierlich mit flüssigem Schwefeltrioxyd sulfuriert. Die Zuführungsgeschwindigkeit betrug 133 g Isophthalsäure pro Stunde, und zwar in 80 g Schwefeltrioxyd (300/obiger überschuß) pro Stunde. Die Verweilzeiten waren 1,5 Stunden pro Stufe. Das erhaltene Produkt war zu 99,40/a sulfuriert. Nachdem sie einmal verflüssigt war, blieb die Reaktionsmasse durch und durch flüssig, und man beobachtete keinen o merklichen Rückfluß von Schwefeltrioxyd.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRUCHE: 1 Verfahren zur Herstellung von m-Sulfoisophthalsäure durch Umsetzung von Isophthalsäure mit Schwefeltrioxyd, dadurch gekennzeichnet, daß feste Isophthalsäure mit flüssigem Schwefeltrioxyd gemischt und die Mischung bei Atmosphärendruck auf über 1600 C und vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 200 und 2600 C erhitzt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Mischung, sobald sie flüssig genug ist, rührt und das Erhitzen und Rühren fortsetzt, bis die Reaktion im wesentlichen beendet ist In Betracht gezogene Druckschriften: Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft, 13, S. 493 und 704 (1880).
DEP21562A 1957-10-21 1958-10-21 Verfahren zur Herstellung von m-Sulfoisophthalsaeure Pending DE1089375B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1127891B (de) * 1960-10-22 1962-04-19 Witten Gmbh Chem Werke Verfahren zur Herstellung reiner Mono- und Dinatriumsalze der 5-Sulfoisophthalsaeureund Sulfoterephthalsaeure

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1127891B (de) * 1960-10-22 1962-04-19 Witten Gmbh Chem Werke Verfahren zur Herstellung reiner Mono- und Dinatriumsalze der 5-Sulfoisophthalsaeureund Sulfoterephthalsaeure

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