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Verfahren zur Herstellung von α-Resorcylsäure
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von «-Resorcylsäure, und
zwar insbesondere auf die Hydrolyse von 5,5-Diaminobenzoesäure mit Ammoniumbisulfat
zur Herstellung von OL -Resorcylsäure.
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a-Resorcylsäure (3,5-Dihydroxybenzoesäure) liegt im allgemeinen in
Form von weißen Kristallen mit einem Schmelzpunkt von 2370C vor. «-Resorcylsäure
wird als Zwischenprodukt für Farbstoffe, in pharmazeutischen Präparaten, als Lichtstabilisierungsmittel
und in Harzen verwendet. Beispielsweise wird sie bei der Herstellung von Sonnenbräunungslotionen
als Ultraviolettabsorptionsmittel verwendet.
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tx-Resorcylsäure wird erfindungsgemäß hergestellt, indem 3,5-Diaminobenzoesäure
einer Ammoniumbisulfathydrolyse unterworfen wird, wobei die 3,5-Diaminobenzoesäure
in einer wässrigen Lösung bei einer Temperatur von etwa 200 - 3000C, vorzugsweise
etwa 2200C, mit wenigstens 4, vorzugsweise jedoch 6, Mol Ammoniumbisulfat pro Mol
der 3,5-Diaminobenzoesäure in Kontakt gebracht wird, und zwar ausreichend lange,
damit die 3,5-Diaminobenzoesäure zu a-Resorcylsäure hydrolysiert wird.
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Die Reaktion kann wie folgt dargestellt werden:
Danach wird die wässrige Lösung abgekühlt und das Produkt, die a-Resorcylsäure,
unter Verwendung eines geeigneten inerten Lösungsmittels extrahiert. Die Hydrolyse
kann wiederholt werden, indem die Reaktionsmischung nach dem Extrahieren nochmals
erhitzt wird, und das Ammoniumsulfat kann zur Wiederverwendung für die Reaktion
wiederhergestellt werden, indem das Wasser abgedampft und die gesohmolzene Mischung
von Ämmoniumsulfatverbindungen auf eine Temperatur von etwa 310 - 4500C
erhitzt
wird. Nach dem Abkühlen wird das erhaltene hmmoniumbisulfat in Wasser gelöst, auf
die genschte Konzentration gebracht und in die Reaktionszone zurückgeführt. Die
Lösungsmittellösung der Extraktionsstufe wird abgedampft, und man erhält «-Resorcylsäure
in praktisch reiner Form.
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Erfindungsgemäß wird 3,5-Diaminobenzoesäure in einem wässrigen Medium
unter Verwendung von Ammoniumbisulfat hydrolysiert, um «-Resorcylsäure zu erhalten.
Das als Nebenprodukt erhaltene Salz kann zur Wiederverwendung bei dem Verfahren
in Ammoniumbisulfat zurückverwandelt werden0 Die Zusammensetzung des Hydrolysemediums
ist von besonderer Wichtigkeit. Ein Minimum von 4 Mol, vorzugsweise jedoch 6 Mol,
Ammoniumbisulfat, bezogen auf die Molzahl der 3,5-Diaminobenzoesäure, ist notwendig,
um eine angemessene Ausbeute an a-Resorcylsäure in einer einzigen Hydrolysereaktion
zu erhalten. Die Hydrolyse kann in einer einzigen Stufe oder in aufeinanderfolgenden
Stufen durchgeführt werden, indem die Reaktion beendet, die Mischung abgekühlt,
das Produkt extrahiert und die Hydrolysemischung ohne Zugabe weiterer Reaktionsteilnehmer
erneut erhitzt wird. Eine Ein-Stufen-Hydrolyse ist vom Gesichtspunkt der Binfachkeit
und Wirksamkeit des Verfahrens wünschenswert, obwohl durch eine zweite Hydrolyse
der Reaktionsmischung nach Entfernen des in der ersten Hydrolysestufe gewonnenen
Produkts eine Erhöhung der Ausbeute erreicht werden kann. Wenn man in einer einzigen
Hydrolysestufe hohe Ausbeuten erhalten will, ist es zweckmäßig, hohe Ammoniumbisulfatkonzentrationen
bis zum Punkt der Sättigung der wässrigen Lösung zu verwenden.
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Bei hohen Konzentrationen ergibt sich allerdings ein praktisches Problem
hinsichtlich der Handhabung der großen Salzmengen.
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Wasser muß in einer ausreichenden Menge anwesend sein, um die Hydrolyse
zu ermöglichen und auch, um als Verdünnungs- oder Lösungsmittel für die 3,5-Diaminobenzoesäure,
das Ammoniumbisulfat und das-Ammoniumsulfat, die sich im Verlauf der
Reaktion
bilden, zu dienen. Es sollten wenigstens etwa 40 Mol, vorzugsweise jedoch etwa 60
Mol, Wasser pro Mol 3,5-Diaminobenzoesäure anwesend sein, um ausreichende Mengen
Ammonium-) sulfat zu lösen. Wenn die Ammoniumbisulfatmenge erhöht r, wird mehr Wasser,
bis zu etwa 120 Mol, benötigt. Die Verwendung von einem Überschuß an Wasser führt
zu dem praR.tis hen Problem der Entfernung des Wassers während der Ammoniumbisulfat-Wiederherstellungsstufe.
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Die Reaktionstemperatur kann sehr unterschiedlich sein und kann zwischen
etwa 200 und 300°C liegen. Bei Temperaturen von wenige als etwa 200°C sind außerordentlich
lange Reaktionszeiten notwendig, und die Ausbeuten sind im allgemeinen niedrig.
Mit zunehmender Temperatur rüuß auch der Druck entspreonend erhöht werden, um die
Reaktionslösung in der wässrigen Phase zu halten. Bei Temperaturen von 3000C wird
zu diesem E-veek ein Wasserdampfdruck von bis zu etwa 105 atü benötigt, und es besteht
dabei eine gewisse Gefahr, daß sich Harze bilden, falls die Kontaktzeit zu lang
ist. Durch Verwendung eines niedrigeren oder höheren Drucks als desjenigen, der
zur Aufrechterhaltung eines flüssigen Reaktionsmediums notwendig ist, wird keinerlei
Vorteil erzielt. Um die Verwendung eines beträchtlichen Drucks - mit den entsprechend
notwendigen VorLciltungen - zu vermeiden, werden Temperaturen zwischen etwa 220
und 2600C bevorzugt.
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Die Reaktions- oder Kontaktzeit ist unterschiedlich und hängt in erster
Linie von der Temperatur und in geringerem Maße von dem Molverhältnis der Reaktionsteilnehmer
ab. Bei einer Mindesttemperatur von beispielsweise 2000C wird im allgemeinen eine
Reaktionszeit pro Stufe* von etwa 8 Stunden benötigt.
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Bei einer Temperatur von 220 0C erhält man gute Ergebnisse hinsichtlich
der Ausbeute, wenn man eine Zwei-Stufen-Hydrolysereaktion und eine Reaktionszeit
von 6 bis 7 Stunden pro Stufe verwendet. Bei 2200C erhält man auch dann gute Ergebnisse,
wenn man eine Ein-Stufen-Hydrolyse anwendet und die Reaktionszeit auf etwa 13 Stunden
ausdehnt. Bei Tempelaturen von etwa *-"pass"
2500C kann die Hydrolyse
innerhalb einer Zeit von 5 Minuten bis zu 1/2 Stunde stattfinden. Insgesamt betrachtet
kann gesagt werden, daß die Hydrolysezeit pro Stufe zwischen etwa 5 Minuten und
13 Stunden beträgt.
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Die Hydrolyse wird in einer Zone vorgenommen, die im wesntlichen gegen
das Ammoniunbisul£at und die 3,5-Diaminobenzoesäure beständig ist. Bei sehr niedrigen
Tem-raturen innerhalb des oben angegebenen Bereichs kann ein gewoLInlicher, mit
Glas ausgekleideter Pfaudler-Kessel verwendet werden. Wenn höhere Temperaturen verwendet
werden, werden andere Materialien benötigt. Bei Temperaturen bis zu etwa 200 - 230
0C sind mit Teflon beschichtete Reaktionsgefäße geeignet. Noch höhere Temperaturen
erfordern die Verwendung von haltbareren Vorrichtungen, wie mit Tantal ausgekleideten
Reaktionsgefäßen.
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Nach der Hydrolysezeit wird die Reaktionsmischung abgekühlt; um eine
erneute Verharzung des Produkts in der sauren, wassrigen Reaktionsmischung zu verhindern
und um das Abtrennen des Nebenprodukts durch Extraktion mit einem organischen Lösungsmittel
zu ermöglichen. Es kann jedes LösungsmitteL, das mit Wasser praktisch nicht mischbar
ist und das die «-Resorcylsäure löst, verwendet werden. Äthyläther wird als Lösungsmittel
bevorzugt. Die organische Lösungsmittelphase wird anschließend durch Abdekantieren
von der Reaktionsm:schung abgetrennt, und die «-Resorcylsäure wird durch Abdampfen
des Lösungsmittels von dem Lösungsmittel getrennt.
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Nach dem Entfernen der «-Resorcylsäure kann die zurückgebliebene wässrige
Reaktionsmischung erneut auf die Hydrolysetemperatur erhitzt werden, um eine zweite
oder sogar dritte Hydrolysestufe durchzuführen. Die zweite und alle anschließenden
Hydrolysestufen werden wie die erste durchgeführt, indem die Reaktionsmischung für
die gewünschte Dauer auf die geeignete Hydrolysetemperatur erhitzt, dann abgekühlt
und das v-ResorcyL-säureprodukt durch Lösungsmittelextraktlon entfernt wird.
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Das Ammoniumsulfat-Nebenprodukt wird zur Wiederverwendung in dem erfindungsgemäßen
Verfahren in Ammoniumbisulfat zurückverwandelt, indem das restliche Wasser aus der
zurückgebliebrenn Reaktionsmischung entfernt und das geschmolzene Salz, überwiegend
eine Mischung aus Ammoniumsulfat und Ammoniumbisulfat, bei atmosphärischen Druck
auf eine Temperatur von etwa 310 bis 450°C erhitzt wird. Bei Temperaturen von weniger
als etwa 310°C wird eine übermäßig lange Zeit benötigt, um die Lersetzung zu bewirken.
Durch Verwendung von Temperaturen -on mehr als etwa 45000 werden keine praktischen
Vorteile erzie1t, und das Bisulfat neigt dazu, sich bei über diesem Wert legenden
Temperaturen zu zersetzen. Bei 3300C werden etwa 75 bis 95 % des Ammoniumsulfats
in wenigen Minuten in Ammoniumbisulfat umgewandelt. Bei höheren Temperaturen erhält
man eine etwas höhere Umwandlungsrate; dieser Vorteil wird jedoch durch die höheren
Kosten für die benötigte Vorrichtung zunichtegemacht.
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während der Zersetzung des Ammoniumsulfats können restliche organische
Materialien zu schwarzen Körnern, die Aktivkohle ähnlich sehen, pyrolysiert werden.
Dieses holzkohlenähnliche Material läßt sich leicht entfernen, indem die Mischung
der Ammoniumsulfat- und Ammoniumbisulfatprodukte in Wasser gelöst und anschließend
die Lösung filtriert wird. Das während der Zersetzung gebildete Ammoniak kann gewonnen
und in anderen chemischen Verfahren verwendet werden. Die klare, filtrierte Salzlösung,
die einen Salzanteil von etwa 75 bis 95 % AmmoniumbisulXat enthalt, wird auf die
gewünschte Konzentration gbracht und in die Reaktionsmischung zur Hydrolyse von
weiterer 3, 5-Diaminobenzoesäure zurückgeführt.
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Das folgende Beispiel dient zur näheren Erläuterung der vorliegenden
Erfindung.
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Beispiel Eine Lösung von 3,5-Dininobenzoesäure (33 g, 0,18 Mol) mit
einem Reinheitsgrad von 90 %, Ammoniumbisulfat (138 g, 1,2 Mol) und Wasser (216
g, 12 Mol) wurden 6 bis 7 Stunden lang auf
220 0C erhitzt. Dann
wurde die bernsteiniarbene Reaktionsmischung abgekühlt, filtriert und zur Durchführung
von zwei Extraktionen mit Äther (2 x 200 ml) geschüttelt. Nachdem die wässrige Lösung
zum Sieden erhitzt worden war, um den gelösten Äther zu entfernen, wurde sie nochmals
für 6 bis 7 Stunden auf 2200C erhitzt, um eine weitere Hydrolysestufe vorzunehmen.
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Danach wurde die Reaktionsmischung abgekühlt und zweimal mit Äthyläther
extrahiert (2 x 250 ml).
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Die Ätherextraktionslösungen wurden über einem Dampfbad zur Trockene
eingedampft, und man erhielt praktisch reine z-Resorcylsäure in Form eines weißen,
kristallinen Produkts.
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Bei der ersten Extraktion mit Äther erhielt man 8 g und bei der zweiten
E>traktion mit Äther 9 g s-Resorcylsäure, was einer Gesamtausbeute von 61 56
entspricht.
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Das wässrige Reaktionsmedium, das nach den Ätherextraktionen zurückblieb,
wurde zersetzt, um Bisulfat zur Rückführung als Hydrolysemittel zu erhalten. Zu
diesem Zweck wurde das wässrige Medium erhitzt, und die anorganischen Sulfate, die
nach dem Eindampfen des Mediums zu einem trockenen Salz übrigblieben, wogen 144
g. Eine Probe des Salzes wurde mit 1/10 n Na0H in Anwesenheit eines Bromkresolblau-Indikators
titriert, und es wurde ein Gehalt von 87 56 Bisulfit (13 56 Amnoniumsulfat als Differenz)
festgestellt. Dieses gemischte, trockene Salz wurde in einem Ölbad erhitzt und ließ
sich leicht rühren, nachdem die Temperatur von 1460C, der Schmelzpunkt von Ammoniumbisulfat,
erreicht war. Als die Tempewfur von 2980C erreicht war (2 Minuten), wog das Salz
142,4 g und bestand gemäß Titration zu 70 % aus Ammoniumbisulfat. Die Mischung wurde
weiter erhitzt, bis eine Temperatur von 312°C erreicht war, und die geschmolzene
Mischung wurde 12 Minuten auf dieser Temperatur gehalten; zu diesem Zeitpunkt betrug
der Ammoniumbisulfatgehalt 95 56; das Salz wog 141 g (theoretischer Gewichtsverlust).
Der Gewichtsverlust des Salzes beim Erhitzen war auf die Entwicklung von Ammoniak
zurückzuführen. Das organische Material in dem Medium wurde während des Erhitzens
umgewandelt.
der geschmolzenen Mischung in feine kohlenartige Teilchen7 Die wärmebehandelte Salzmischung
wurde dann in Wasser aufgenommen,und die schwarze Mischung wurde filtriert. Nach
dem Filtrieren war die Ammonlumbisulfatlösung klar. Durch Eindampfen des Filtrats
erhielt man hellgelbe Ammoniumbisulfatkristalle. Diese Kristalle können verwendet
werden, um weitere 3,5-Diaminobenzoesäure zu hydrolysieren.