DE2636489B1

DE2636489B1 - Verfahren zur herstellung von natriumbenzoat

Info

Publication number: DE2636489B1
Application number: DE19762636489
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr Wolf
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1976-08-13
Filing date: 1976-08-13
Publication date: 1977-12-08
Also published as: NL7708933A; NL176360C; ATA586077A; NL176360B; IT1079812B; JPS6125013B2; FR2361331A1; AT350535B; JPS5323943A; GB1541779A; US4092353A; FR2361331B1; DE2636489C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von reinem Natriumbenzoat.

Dem Deutschen Arzneibuch (DAB VII, 689—691 [1968]) zufolge soll das Natriumbenzoat ein weißes, feinkristallines oder körniges Pulver von eigenartigem, süßlichem oder salzigem Geschmack sein. Unter anderen werden als Kriterien die klare Löslichkeit in 90%igem Äthanol, der Anteil an Verunreinigungen und das Verhalten gegen Schwefelsäure genannt. Die Anforderungen anderer Pharmakopoen (US-Pharmacopeia 17, Britisch Pharmacopeia 63, Schweizer Pharmakopoe und Japanese Pharmacopeia) entsprechen im wesentlichen den Anforderungen des Deutschen Arzneibuchs.

Es ist bekannt, Benzoesäure von Verunreinigungen, wie Phthalsäure, zu reinigen, indem man die technisch reine Benzoesäure in Gegenwart von Glycerin und Rizinusöl sublimiert (Chemisches Zentralblatt 1942, II, Seite 2642).

Es ist außerdem bekannt, Verunreinigungen der Benzoesäure mit einem Inertgas auszublasen (GB-PS 9 94 414, US-PS 29 62 361).

Es wurde ein Verfahren zur Herstellung von reinem Natriumbenzoat durch katalytische Oxidation von Toluol in flüssiger Phase gefunden, bei dem man die erhaltene Benzoesäure mit geringen Mengen eines Amins der Formel

H₂N-R

worin

R Wasserstoff, einen geradkettigen oder verzweigten Alkylrest mit 1—4 Kohlenstoffatomen oder einen Cycloalkylrest mit 5 oder 6 Kohlenstoffatomen bedeutet od«r dessen Salze

bei erhöhter Temperatur behandelt und gleichzeitig oder anschließend in an sich bekannter Weise destilliert oder sublimiert, dann mit Natronlauge umsetzt und in an sich bekannter Weise eine Extraktion mit Toluol und/oder eine Wasserdampfdestillation anschließt.

Die Herstellung von Benzoesäure durch katalytische Oxidation von Toluol in flüssiger Phase kann in allgemein üblicher Weise erfolgen (UHmanns Enzyklopädie der Technischen Chemie, 4. Auflage, Band 8, Seiten 367—369 [1974]). Die Oxidation mit Luftsauerstoff kann in Gegenwart von Metallverbindungen als Katalysatoren, z. B. Kobalt- und Manganverbindungen, und Promotoren, z. B. Bromwasserstoff oder Verbindungen, die Bromwasserstoff abspalten, erfolgen.

Für die erfindungsgemäße Behandlung der Benzoesäure mit einem Amin oder einem Ammoniumsalz wird

ίο im allgemeinen eine Benzoesäure eingesetzt, die man nach Abdestillieren des überschüssigen Toluols erhält.

Es ist auch möglich, eine Benzoesäure zu verwenden, die schon destilliert oder sublimiert worden ist.

Es ist jedoch vorteilhaft, Benzoesäure einzusetzen, wie sie nach der Oxidation und einer Toluoldestillation anfällt.

Die Benzoesäure, die nach der Toluoloxidation anfällt, ist im allgemeinen verunreinigt. Als Verunreinigungen kommen im wesentlichen Nebenprodukte, die bei der Oxidation entstanden sind oder in den Ausgangsverbindungen enthalten waren, in Betracht. Beispielsweise sind als Verunreinigungen Diphenyl, Methyldiphenyl, Phenyl-benzoesäuren, Benzaldehyd, Benzyl-benzoat, Bernsteinsäureanhydrid, Phthalsäureanhydrid, Ameisensäure und Formaldehyd zu nennen.

Der Anteil der Verunreinigungen in der Benzoesäure nach der Oxidation ist im allgemeinen nicht höher als 10%, vorzugsweise 8%.
Die Amine, die für das erfindungsgemäße Verfahren

JO verwendet werden können, sind selbstverständlich nicht durch die Formel I begrenzt. Als Amine, die man aus Zweckmäßigkeits- oder Kostengründen für das erfindungsgemäße Verfahren einsetzen kann, seien beispielsweise Ammoniak, Methylamin, Äthylamin, Propylamin, Iso-propylamin, Butylamin, Iso-butylamin, Cyclopentylamin und Cyclohexylamin, vorzugsweise Ammoniak, genannt.

Es ist selbstverständlich möglich, alle möglichen Salze der Amine für das erfindungsgemäße Verfahren zu verwenden. Für die technische Durchführung des Verfahrens kann es jedoch zweckmäßig sein, solche Salze einzusetzen, bei deren Zersetzung keine korrodierenden Nebenprodukte entstehen. Als Salze seien beispielsweise die Carbonate, Hydrogencarbonate, Acetate, Oxalate und Benzoate, vorzugsweise die Hydrogencarbonate, der obengenannten Amine genannt.

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es selbstverständlich auch möglich, Gemische der Amine und/oder

so deren Salze einzusetzen.

Für das erfindungsgemäße Verfahren sind geringe Mengen an Aminen bzw. Ammoniumsalzen ausreichend. Die jeweils erforderliche Menge ist abhängig von der bei der Toluoloxidation entstandenen Benzoesäure und kann nach bekannten analytischen Methoden leicht ermittelt werden. Im allgemeinen ist es jedoch ausreichend, wenn man das Amin bzw. das Ammoniumsalz in Mengen von 0,004 bis 0,01 bevorzugt 0,005 bis 0,006 Mol bezogen auf 1 Mol Benzoesäure einsetzt.

Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es jedoch ohne Bedeutung, wenn ein Überschuß des Amins bzw, des Ammoniumsalzes eingesetzt wird. Dies kann von Vorteil sein, wenn bei der chargenweise Fahrweise einzelne Analysen erspart werden sollen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in dem Temperaturbereich zwischen von etwa 100 und dem Siedepunkt der Benzoesäure durchgeführt werden. Im allgemeinen wird das erfindungsgemäße Verfahren im

Temperaturbereich von 100—250⁰C, vorzugsweise 115—23O⁰C, insbesondere bevorzugt von 130—180⁰C, durchgeführt.

Reines Natriumbenzoat, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden kann, entspricht den Anforderungen der Pharmakopöen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann beispielsweise wie folgt durchgeführt werden:

Nach der katalytischen Oxidation von Toluol und Luftsauerstoff wird das überschüssige Toluol abdestilliert. Die so erhaltene Benzoesäure wird mit einem Amin bzw. einem Ammoniumsalz bei der gewählten Reaktionstemperatur gut vermischt. Die gereinigte Benzoesäure wird bereits während der erfindungsgemäßen Behandlung mit dem Amin bzw. dem Ammoniumsalz oder aber anschließend destilliert oder sublimiert.

Zweckmäßigerweise kann der Zusatz von Ammoniak oder des primären Amins durch Einleiten der Gase oder durch Zugabe der wäßrigen Lösungen in die geschmolzene, flüssige Benzoesäure bei entsprechenden Temperaturen, d.h. oberhalb ihres Schmelzpunktes unter gutem Durchmischen erfolgen.

In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vermischt man eine konzentrierte wäßrige Ammoniaklösung, vorzugsweise mit einem Ammoniakgehalt von 15—25%, oberhalb des Schmelzpunktes der Benzoesäure, vorzugsweise in dem Temperaturbereich von 150—190⁰C, mit der Benzoesäure.

Man kann auch feste Benzoesäure bei Raumtemperatür oder Temperaturen bis zu dem Schmelzpunkt der Benzoesäure mit dem Amin, vorzugsweise mit wäßrigen Lösungen des Amins, mischen; in diesem Fall muß man jedoch dafür sorgen, daß das Amin im Gemisch in ausreichender Menge vorhanden ist und nicht beim Erwärmen der Behandlung entweicht.

Die Ammoniumsalze können ebenfalls der geschmolzenen, flüssigen Benzoesäure zugemischt werden; vorteilhafterweise vermischt man sie mit der Benzoesäure vor der Erwärmung.

Die Destillation und/oder Sublimation der Benzoesäure kann in an sich bekannter Weise durchgeführt werden (Ullmanns Encyklopädie der techn. Chemie, 4. Auflage, Bd. 8, § 366-382 [1974]).

Nach einer besonderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man beispielsweise wie folgt verfahren:

In die aus einer kontinuierlichen Toluoloxidation und Toluoldestillation kommende heiße, flüssige Rohbenzoesäure wird bei etwa 150—200⁰C, bevorzugt von so 170—195°C, im Sammelbehälter kontinuierlich unter Rühren gasförmiges Ammoniak oder wäßrige Ammoniaklösung zugemischt.

Anschließend kann diese mit Ammoniak vermischte rohe Benzoesäure dann diskontinuierlich oder kontinuierlich bei Normaldruck oder vermindertem Druck, insbesondere zwischen 25 und 30mbar, destilliert werden.

Die nach der Destillation oder Sublimation erhaltene Benzoesäure kann in an sich bekannter Weise mit wäßriger Natronlauge zu Natriumbenzoat umgesetzt werden. Aus der wäßrigen Lösung kann das Natriumbenzoat beispielsweise durch Eindampfen, Sprühkristallisation oder mit Hilfe von Trockenwalzen gewonnen werden.

Anschließend kann man in an sich bekannter Weise im wesentlichen Reste von Diphenyl durch Extraktion mit Toluol und/oder Wasserdampfdestillation entfernen (U 11 m a η η, Encyklopädie der technischen Chemie, 4. Auflage, Bd. 8, Seite 368 [1974]).

Vorteilhafterweise ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren in einfacher Weise ein Natriumbenzoat herzustellen, das den Anforderungen der Pharmakopöen entspricht. Vorteilhafterweise kann das Verfahren in industriellem Maßstab durchgeführt werden. Die Bildung von Harzen, die bei der bekannten Sublimation in Gegenwart von Glycerin und Rizinusöl auftreten, unterbleibt.

Da bekannt ist, daß Benzoesäure und wäßriges Ammoniak schon bei Raumtemperatur Benzamid bilden (Mh. Chem. 27,34 [1906]), ist es überraschend, daß man die erfindungsgemäße Behandlung mit nur geringen Mengen des Amins durchführen kann und daß keine andersartigen Reaktionsprodukte entstehen. Benzamid entsteht bekanntlich auch beim Erhitzen von Ammoniumbenzoat (J. prakt. Chem. [2]29,431 [1884]). Ebenfalls ist bekannt, daß in einer Schmelze von Ammoniumbenzoat Benzonitril entsteht (Liebigs Ann. Chem. 208, 291 [1881]).

Natriumbenzoat, das den Forderungen der Pharmakopöen entspricht, kann als Lebensmittelkonservierungsmittel verwandt werden (Römps Chemielexikon, 7. Auflage, Bd. 4, S. 2268, Chemiker-Ztg. 32,950, C. 1908 II, 1882 und Chemiker-Ztg. 33,181).

Die in den folgenden Beispielen eingesetzte Benzoesäure wird durch Luftoxidation von Toluol in Gegenwart von Kobalt-Verbindungen bei Temperaturen von 160 bis 180⁰C hergestellt. Nach der Umsetzung wird das aus dem Reaktionsgemisch zuerst bei 175 bis 190⁰C Sumpftemperatur und 1010 mbar Druck und zuletzt bei 19O⁰C Sumpf temperatur und 100 mbar Druck abdestilliert:

Beispiel 1

500 g Benzoesäure werden mit 2,5 g Ammoniumhydrogencarbonat vermischt und danach im Vakuum über eine Kolonne (20 theoretischen Böden) bei einem Rücklaufverhältnis 1 :1 im Vakuum destilliert. Das bei einer Kopftemperatur von 146°C/25 mbar erhaltene Destillat (490 g) wird zu Natriumbenzoat umgesetzt, indem es mit so viel 10gew.-%iger Natronlauge versetzt wird, bis die wäßrige Lösung einen pH-Wert von 7,0 hat. Diese Lösung wird dann eingedampft und getrocknet. Mit Hilfe einer Wasserdampfdestillation werden Reste von Diphenyl entfernt.

Das so erhaltene Natriumbenzoat löste sich klar in 54 Gewichtsteilen Äthylalkohol von der Dichte 0,828 bei 20° C. Es erfüllt den Schwefelsäuretest nach dem DAB 7.

Beispiel 2

In 500 g Benzoesäure werden bei 150⁰C 0,6 g gasförmiges Ammoniak eingeleitet und das erhaltene Gemisch anschließend, wie im Beispiel 1 beschrieben, destilliert.

Das erhaltene Destillat wird in 1100 ml 1 l,7gewichtsprozentige wäßrige Natronlauge eingetragen und durch Zusatz weiterer 113 ml ll,7gew.-%iger wäßriger Natronlauge bis zum pH 7,0 der wäßrigen Lösung neutralisiert. Durch Eindampfen der wäßrigen Lösung werden 578 g Natriumbenzoat erhalten. Mit Hilfe einer Wasserdampfdestillation werden Reste von Diphenyl entfernt. Das so erhaltene Natriumbenzoat löst sich klar in 54 Gewichtsteilen Äthylalkohol der Dichte 0,828 bei 20⁰C und erfüllt den Schwefelsäuretest nach dem DAB 7.

Beispiel 3

500 g Benzoesäure werden mit 5 g Ammoniumbenzoat vermischt, auf 150⁰C erhitzt und unter Durchleiten von Stickstoff und Abkühlen des Benzoesäuredampf-Stickstoffgemisches sublimiert.

Es werden 488 g sublimierte Benzoesäure erhalten, die mit Natronlauge zu Natriumbenzoat umgesetzt wird. Die wäßrige Lösung wird eingedampft und getrocknet. Mit Hilfe einer Wasserdampfdestillation werden Reste von Diphenyl entfernt.

Das erhaltene Natriumbenzoat ist ebenfalls in Äthylalkohol der Dichte 0,828 bei 2O⁰C klar löslich und erfüllt den Schwefelsäuretest nach dem DAB1.

Beispiel 4

15

500 g Benzoesäure werden bei 150⁰C mit 1,0 g Cyclohexylamin gemischt und mit Vakuum über einer Kolonne (20 theoretischen Böden) bei einem Rücklaufverhältnis 1 :1 destilliert. Das bei einer Kopftemperatur von 146°C/25 mbar erhaltene Destillat (491 g) wird anschließend in etwa 1100 ml ll,7gew.-°/oiger wäßriger Natronlauge gelöst und durch Zusatz weiterer ll,7gew.-°/oiger wäßriger Natronlauge bis zum pH-Wert der wäßrigen Lösung von 7,0 neutralisiert.

Anschließend werden aus der Lösung etwa 200 g Wasser abdestilliert, um nichtumgesetztes überschüssiges Cyclohexylamin zu entfernen.

Danach wird die Lösung eingedampft und getrocknet. Mit Hilfe einer Wasserdampfdestillation werden Reste von Diphenyl entfernt. Das erhaltene Natriumbenzoat ist in Äthylalkohol wie beschrieben klar löslich und erfüllt den Schwefelsäuretest nach dem DAB 7.

Beispiel 5

761 g Benzoesäure wurden mit 1,67 g Methylamin (4,4 ml einer wäßrigen Lösung von 385 g/l) versetzt, kurz auf 150⁰C erhitzt und, wie im Beispiel 1 beschrieben, destilliert. Es wurden 750 g Destillat erhalten, die, wie in Beispiel 1 beschrieben, zu Natriumbenzoat umgesetzt werden. Mit Hilfe einer Wasserdampfdestillation werden Reste von Diphenyl entfernt.

Das erhaltene Natriumbenzoat war, wie vorstehend beschrieben, in Äthylalkohol klar löslich und erfüllt den Schwefelsäuretest nach dem DAB 7.

Beispiel 6

In 1350 kg Benzoesäure, die stündlich, wie vorstehend beschrieben, aus einer technischen Toluoloxidations-Anlage nach Abdestillieren des Toluols erhalten werden, werden in einem 5 Tonnen Benzoesäure fassenden Rührbehälter bei 150 bis 190⁰C stündlich 5,21 25gew.-°/oige wäßrige Ammoniaklösung am Boden des Behälters durch ein Einleitungsrohr zugesetzt und durch die Rührung vermischt.

Die so mit Ammoniak vermischte Benzoesäure wird anschließend bei 25 mbar Druck über eine Füllkörperkolonne mit 35 theoretischen Böden destilliert.

Die als Destillat erhaltene reine Benzoesäure wird je 100 kg mit 27,73 kg Natriumhydroxid in Form einer etwa ll,7gew.-°/oigen wäßrigen Natronlauge durch Lösen in weniger als der berechneten Menge Natronlauge und anschließende Zugabe weiterer Natronlauge bis zum pH-Wert von 7,0 (etwa 230 kg) zu einer wäßrigen Lösung von Natriumbenzoat umgesetzt; diese Lösung wird mit Toluol im Verhältnis 50:1 (Lösung : Toluol) in 5 Stufen extrahiert.

Anschließend werden etwa 40 kg Wasser abdestilliert und die verbleibende Lösung über Trockenwalzen bei 16O⁰C eingedampft. Mit Hilfe einer Wasserdampfdestillation werden Reste von Diphenyl entfernt. Das erhaltene Natriumbenzoat ist in der vorstehend beschriebenen Weise klar in Äthylalkohol löslich.

Das in den Beispielem 1 bis 6 hergestellte Natriumbenzoat erfüllt die Reinheitsanforderungen des DABVII.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von reinem Natriumbenzoat durch katalytische Oxidation von Toluol in flüssiger Phase, dadurch gekennzeichnet, daß man die erhaltene Benzoesäure mit einer geringen Menge eines Amins der Formel

H₂N-R

worin

R Wasserstoff, einen geradkettigen oder verzweigten Alkylrest mit 1—4 Kohlenstoffatomen oder einen Cycloalkylrest mit 5 oder 6 Kohlenstoffatomen bedeutet,

oder dessen Salze bei erhöhter Temperatur behandelt und gleichzeitig oder anschließend in an sich bekannter Weise destilliert oder sublimiert, dann mit Natronlauge umsetzt und in an sich bekannter Weise eine Extraktion mit Toluol und/oder eine Wasserdampfdestillation anschließt.