DE2727345C2

DE2727345C2 - Verfahren zur Herstellung von 8-Amino-1-naphthol-3,6-disulfonsäure

Info

Publication number: DE2727345C2
Application number: DE2727345A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Toyonaka Korenaga; Nori Amagasaki Kotera; Hiromichi Hirakata Okabe
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 1976-06-21
Filing date: 1977-06-16
Publication date: 1986-02-27
Also published as: US4111979A; JPS57311B2; DE2727345A1; JPS52156844A; GB1542173A; CH629185A5; IT1079052B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von 8-Amino-l-naphthol-3,6-disulfonsäure (nachfolgend als »Η-Säure« bezeichnet), bei dem ein l-Nitronaphthalin-3,6,8-trisulfonsäurehaltiges Gemisch, erhalten durch Trisulfonieren von Naphthalin und anschließendes Nitrieren (nachfolgend als »Nitro-Gemisch« bezeichnet), reduziert, das erhaltene Salzgemisch der l-Naphthylamin-3,6,8-trisulfonsäure (nachfolgend als »Koch-Säure« bezeichnet) der Alkalischmelze und das erhaltene Alkalischmelzgemisch (nachfolgend als »Schmelzmasse« bezeichnet) der Ausfällung von 8-Amino-l-naphthol-3,6-disulfonsäure als teilweises Alkalimetallsalz durch Mischen mit einer Säure unterworfen wird (wobei die Ausfällung durch Mischen der Schmelzmasse mit einer Säure nachfolgend der Kürze wegen als »Ansäuerungsfallung« bezeichnet wird).

Η-Säure wird seit langem hergestellt und als Zwischenstufe für die Herstellung von Farbstoffen und Pigmenten verwendet und ist immer noch eine der wichtigsten Zwischenstufen der Naphthalinreihe. Das allgemeine Verfahren zur Herstellung von Η-Säure umfaßt die Herstellung von Koch-Säure aus Naphthalin durch Sulfonieren, Nitrieren und Reduzieren, worauf die Koch-Säure der Alkalischmelze unterworfen wird, wie nachfolgend formelmäßig dargestellt.

SO₃H

NO₂ SO₃H

SO₃H

(Naphthalin)

SO₃H SO₃H

(Nitrosulfonsäure)

NH₂ SO₃H

NH₂OH

SO₃H SO₃H

(Koch-Säure)

SO₃H SO₃H

(H-Säure)

Problematisch bei dem Verfahren ist, daß die Gesamtausbeute an Η-Säure aus Naphthalin gering ist und eine große Menge von Säuren und Basen erforderlich ist. Beispielsweise ist bei dem Verfahren, das auf den Seiten 535 bis 536 von Yutaka Hosoda, »Senryo Kagaku (Dye Chemistry)« beschrieben ist, die Menge an kaustischer Soda, die zur Alkalischmelze von 1 Mol Koch-Säure-trinatriumsalz verwendet wird, 8,6 Mol, was der 4,3fachen Menge der theoretisch erforderlichen Menge (2 Mol) entspricht. Die Folge hiervon ist, daß die zur Gewinnung der Η-Säure als Mononatriumsalz aus der Schmelzmasse erforderliche Schwefelsäuremenge 5,8 Mol für 1 MoI Koch-Säure erreicht. Auch beträgt die Menge der gesamten zur Trisulfonierung von Naphthalin in der ersten Stufe verwendeten Schwefelsäure 7,2 MoI pro Mol Naphthalin, entsprechend dem 2,4fachen der theoretischen Menge (3 Mol pro Mol Naphthalin).

Das in der nachfolgenden Nitrierstufe erhaltene Nitro-Gemisch enthält Schwefelsäure als eine Komponente eines Säuregemischs als Nitriermittel und enthält eine große Menge Schwefelsäure zusätzlich zur Nitrosulfonsäure als notwendiger Komponente.

Nach eigenen Untersuchungen ist die Verwendung eines so hohen Überschusses an Hilfsstoffen (z. B. Säuren und Basen) in diesen jeweiligen Reaktionsstufen bis zu einem gewissen Grade nicht zu vermeiden. Es wurde gefunden, daß es nahezu unmöglich ist, die Mengen dieser verwendeten Hilfsstoffe scharf zu kürzen, ohne die übrigen Vorteile des Verfahrens zu beeinträchtigen, wenngleich für Verfahrensverbesserungen noch ein gewisser Raum ist Die Verwendung eines Überschusses an Hilfsstoffen (z. B. Säuren) in diesen Reaktionsstufen führt zur Verwendung einer großen Menge der anderen Hilfsstoffe (z. B. Basen) zum Neutralisieren in den folgenden Stufen. Als Folge hiervon nehmen die Kosten für Säuren und Basen den größten Kostenanteil der Rohstoffe und bearbeiteten Zwischenprodukte für die Herstellung von Η-Säure ein. Auch fällt eine riesige Menge an Abfallsäure oder anorganische Salze enthaltendem Abwasser an, und die wirtschaftliche Belastung zu deren Behandlung ist nicht vernachlässigbar.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein von den geschilderten Schwierigkeiten freies, preisgünstig durchführbares Verfahren zur Herstellung von qualitativ hochwertiger 8-Amino-l-naphthol-3,6-disulfonsäure is anzugeben.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs geschilderten Art dadurch geiöst, daß die Ausfällung durch Mischen des Alkalischmelzgemisches mit dem l-NitronaphthalinO^S-trisulfonsäure-Reaktionsgemisch bei einem pH von 2,5 oder darunter bei einer Temperatur von Raumtemperatur bis zum Siedepunkt des Alkalischmelzgemisches erfolgt, das ausgefällte teilweise Alkalimetallsalz der 8-Amino-] -naphrhol-3,6-disulfonsäure durch Filtrieren bei einer Temperatur von 85°C oder weniger abgetrennt und das l-Nitronaphthalin-3,6,8-trisulfonsäure und/oder eines ihrer Salze enthaltende Filtrat hiervon als Ausgangsmaterial für die Reduktionsreaktion verwendet wird.

Bei einer Senkung der Menge an Säuren und Basen bei der Herstellung von Η-Säure hat es sich gezeigt, daß H-Säure nahezu quantitativ in Form eines teilweisen Alkalimetallsalzes, hauptsächlich als Monoalkalimetallsalz, ausfällt, und die Nitrosulfonsäure in dem Nitro-Gemisch nahezu vollständig in Lösung bleibt, während sie teilweise neutralisiert wird, wenn die Schmelzmasse der Koch-Säure der Ansäuerungsfällung unter Verwendung des Nitro-Gemischs unterworfen wird.

Ferner wurde auch gefunden, daß 5-Amino-2-naphthol-4,7-disu!fönsäure (nachfolgend als »W-Säure« bezeichnet), die in der Schmelzmasse als Nebenprodukt erhalten ist, von der Η-Säure durch die Ansäuerungsfällung unter Verwendung des Nitro-Gemisches wirksamer abgetrennt werden kann, als mit einer herkömmlichen Ansäuerungsfällung unter Verwendung einer wäßrigen Mineralsäurelösung.

Erfindungsgemäß kann durch Mischen der Schmelzmasse, die einen Basenüberschuß enthält, mit dem überschüssige Säuren enthaltenden Nitro-Gemisch das Ausfällen der Η-Säure ohne Zugabe frischer Säure erfolgen. Weiter erfolgt die Neutralisation des Nitro-Gemischs, die für die nachfolgende Reduktionsreaktion notwendig ist, gleichzeitig, so daß die Belastung mit Base merklich herabgesetzt werden kann.

Weiter fuhrt die Herabsetzung der Mengen der verwendeten Säuren und Basen zu einer Senkung der Menge anorganischer Salze, die sich in allen Stufen bilden, einer Senkung der Menge Wasser zum Lösen der Salze und weiter zu einer drastischen Senkung der ganzen Abwassermenge.

Als erfindungsgemäß verwendete Schmelzmasse ist eine solche geeignet, in der das Alkalimetall Natrium und/oder Kalium ist. Eine solche Schmelzmasse kann leicht durch Wahl der Art des Ausgangssalzes der Koch-Säure und/oder der Art des Ätzalkali erhalten werden. Die Schmelzmasse enthält gewöhnlich Natriumsulfit als Nebenprodukt, die restliche Base und Wasser sowie als organische Komponenten W-Säure und 1,8-Dihydroxynaphthalin-3,6-disulfonsäure (nachfolgend als »chromotrope Säure« bezeichnet) als Nebenprodukte zusätzlich zu Η-Säure als Hauptkomponente in Form von Alkalimetallsalzen.

Die Bildung dieser Nebenprodukte unter solchen Schmelzbedingungen, wie sie kommerziell praktikabel und wirtschaftlich sind, vollständig zu umgehen ist schwierig, wenngleich die Menge der gebildeten Nebenprodukte bis zu einem gewissen Grad durch Wahl der Schmelzbedingungen gesteuert werden kann. Die bevorzugte Zusammensetzung der Schmelzmasse bei der praktischen Durchführung der Erfindung ist wie folgt:

In 100 Gewichtsteilen einer Schmelzmasse

L·

f Die Zusammensetzung der Schmelzmasse ist jedoch für eine erfolgreiche Durchführung des Verfahrens

11 gemäß der Erfindung keineswegs kritisch.

Das für die Ansäuerungsfällung verwendete Nitro-Gemisch entsteht gewöhnlich durch Sulfonieren und

anschließendes Nitrieren von Naphthalin und kann nicht nur Nitrosulfonsäure, sondern auch seine Isomeren ' sowie Salpetersäure enthalten. Die Rohzusammensetzung dieses Nitro-Gemischs ist 20 bis 70 Gewichtsprozent

Nitrosulfonsäure mit ihren Isomeren und 30 bis 80 Gewichtsprozent Schwefelsäure. Diese Schmelzmasse und das Nitro-Gemisch können zuvor Vorbehandlungen, wie Verdünnen, Filtrieren oder teilweises Neutralisieren

unterworfen werden.

k	H-Säuresalz	Gewichtsteile
	W-Säuresalz	10 bis 40
\	Salz der chromotropen Säure	0,1 bis 3
	Natriumsulfit	0,1 bis 3
	Alkalikomponente	3 bis 25
	Wasser	5 bis 30
	30 bis 60

Die Ansäuerungsfällung wird bei einem pH von vorzugsweise 2,0 oder weniger durchgeführt. Die Filtriertemperatur ist bevorzugt 30 bis 60⁰C. Die Konzentration der Η-Säure in dem Ansäuerungsfallungsgemisch ist vorzugsweise etwa 2 bis 25 Gewichtsprozent, die Konzentration der Nitrosulfonsäure etwa 5 bis etwa 30 Gewichtsprozent und die Konzentration anorgaiiischer Salze etwa 5 bis etwa 30 Gewichtsprozent. Bevorzugte Konzentrationsbereiche werden durch die Zusammensetzungen und quantitative Beziehung der Schmelzmasse und Nitrosulfonsäure beeinflußt, aber solche Bedingungen, bei denen Η-Säure nahezu vollständig ausgefällt und Nitrosulfonsäure fast quantitativ gelöst werden, können innerhalb der vorgenannten Konzentrationsbereichc gewählt werden.

Das so ausgefällte Alkalimetallteilsalz der Η-Säure wird durch Filtrieren abgetrennt und nötigenfalls einer ίο einfachen Reinigung, wie Waschen mit Wasser oder verdünnter Schwefelsäure, unterworfen, um das Endprodukt zu erhalten.

Bei einer herkömmlichen Ansäuerungsfällung unter Verwendung einer wäßrigen Lösung einer Mineralsäure, wie Schwefelsäure oder Salzsäure, kann die Verunreinigung von Η-Säure durch anorganische Salze und Nebenprodukte in gewissem Umfang herabgesetzt werden. Es ist jedoch schwierig, die Menge an W-Säure, die in dem Produkt enthalten ist, minimal zu machen, da W-Säure in ihren Eigenschaften der Η-Säure ähnelt. Dies ist eine technische Schwierigkeit bei der Herstellung von Η-Säure. Es ist auch bekannt, daß die Verunreinigung von H-Säure durch W-Säure einen großen Einfluß auf die Qualität von Η-Säure bei Verwendung z. B. zur Herstellung von Farbstoffen hat. Daher wird die Verunreinigung von Η-Säure durch W-Säure als ein Kriterium für die Qualität von Η-Säure angewandt. Auch führt jede weitere Reinigungsstufe zum Entfernen von W-Säure zu einem Absinken der Ausbeute der Η-Säure und stellt daher einen wirtschaftlich nachteiligen Faktor dar.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren jedoch kann hochreine Η-Säure, die praktisch frei von W-Säure ist, leicht erhalten werden. So kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur eine Senkung der Menge der verwendeten Säuren und Basen, sondern auch eine Qualitätsverbesserung des Produkts erzielt werden.

Die Arbeitsweise kann entweder ansatzweise oder kontinuierlich sein. Das die Nitrosulfonsäure gelöst enthaltende Filtrat kann als Ausgangsmaterial, so wie es ist, in der nachfolgenden Reduktionsstufe eingesetzt werden. Beispiele für eine bevorzugte Form des Ausgangsmaterials in der Reduktionsstufe sind 1) das unveränderte Filtrat oder nach Einstellung seiner Konzentration oder seines pH, 2) die durch Aussalzen und Filtrieren abgetrennten Salze der Nitrosulfonsäure und 3) die von Sulfaten nach dem Neutralisieren mit Kalk und Filtrieren befreite Lösung. Jedes dieser Beispiele kann vom Fachmann leicht nachvoüzogen werden. Die Reduktion kann nach bekannten Methoden erfolgen, z. B. Reduktion mit einem Metall oder mit einem Metallpulver, oder durch katalytische Hydrierung.

Nur zur Herabsetzung der Mengen an Säuren und Basen kommt es in Betracht, das Sulfonierungsgemisch vor dem Nitrieren zur Gewinnung der Nitrosulfonsäure oder das saure Reduktionsgemisch, das Koch-Säure enthält, für die Ansäuerungsfällung zu verwenden. Wird das Sulfonierungsgemisch verwendet, ergibt sich jedoch ein Problem der Eignung des die Salze der Naphthalintrisulfonsäure enthaltenden Filtrats für die Nitrierung. Wenn das saure Reduktionsgemisch verwendet wird, fällt auch Koch-Säure zusammen mit Η-Säure aus. Daher ist eine solche Fällung unpraktisch.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter veranschaulicht, in denen alle Teile und Prozentsätze auf das Gewicht bezogen sind, sofern nicht anderes angegeben.

Beispiel 1

Naphthalin wurde nach einem üblichen Verfahren sulfoniert und dann nitriert. Das Reaktionsgemisch wurde in Wasser gegeben, und Luft wird dann eingeblasen, um NO_v-Gas zu entfernen. So wurde ein Nitro-Gemisch mit 23,6% Nitrosulfonsäure, 5,5% Nitrosulfonsäure-lsomeren und 33,3% Schwefelsäure erhalten.

Zu 5800 Teilen eines nassen Kuchens mit 2175 Teilen Koch-Säure-trinatriumsalz wurden 3600 Teile 48%iger kaustischer Soda gegeben, und das Gemisch wurde 3 h bei 180 bis 185°C gehalten. Nach dem Abkühlen wurde das Gemisch mit 5000 Teilen Wasser verdünnt und nach und nach zu 10 000 Teilen des oben erhaltenen Nitro-Gemisches gegeben. Das Gemisch wurde 30 min zum Sieden erhitzt. Der pH des Gemische war unter 1. Nach dem Abkühlen auf 400⁰C wurde das Gemisch filtriert. Der Filterkuchen wurde mit Wasser gewaschen und dann zu 1354 Teilen (als reines Salz) H-Säure-mononatriumsalz getrocknet. Der Gehalt an Nitrosulfonsäure in dem Kuchen wurde zu praktisch 0 angesetzt, aufgrund der Tatsache, daß zwischen dem Diazowert und dem nach der Reduktion innerhalb des experimentellen Fehlerbereichs der verwendeten Analysenmethode kein Unterschied bestand. Auch wurde durch Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeitschromatographie gefunden, daß der Gehalt an W-Säure im Kuchen unter der Nachweisbarkeitsgrenze der Analysenmethode lag.

Das Filtrat wurde mit 1500 Teilen Eisenspänen reduziert, neutralisiert und dann durch Zugabe einer Säure zu 5800 Teilen eines nassen Kuchens mit 2175 Teilen Koch-Säure-trinatriumsalz gefallt.

Beispiel 2
w

Zu 5185 Teilen eines Breies mit 2175 Teilen Koch-Säure-trinatriumsalz wurden 2680 Teile einer 50%igen Kalilaugelösung gegeben. Das Gemisch wurde 2 h auf 195°C erhitzt. Nach dem Abkühlen wurde es mit 5000 Teilen Wasser verdünnt und dann zu 10000Teilen desgleichen Nitro-Gemischsgegeben, wie es in Beispiel 1 verwendet worden war. Der pH des erhaltenen Gemischs lag untei 1. Das Gemisch wurde 30 min auf 85 bis 90³C <ö erwärmt, allmählich abgekühlt und dann bei 35 bis 4O⁰C filtriert. Der Filterkuchen wurde mit Wassergewaschen und /u 1418 Teilen (als reines Salz) H-Säure-monokaliumsalz getrocknet.

Weder Nitrosulfonsäurt,- noch W-Säure wurde mit den gleichen Analysenmethoden wie in Beispiel 1 in dem Kuchen nachgewiesen.

Nach dem Neutralisieren mit Kalk wurde das Filtrat von Sulfaten befreit, mit Eisenpulver und Salzsäure reduziert, alkalisch gemacht und dann durch Zusatz einer Säure zu 5600 Teilen eines nassen Kuchens mit 2368 Teilen Koch-Säure-dikaliumsalz ausgefällt.

Beispiel 3

In einen Auslälltank wurde ein Nitro-Gemisch mit 26,1% Schwefelsäure, 27,0% Nitrosulfonsäure und 5,8% Nitrosulfonsäure-Isomeren, wie in der Sulfonierungsstufe ohne Schwefelsäureüberschuß hergestellt, mit einer Zufuhrrate von 620 Teilen/h gebracht. Andererseits wurde eine Schmelzmasse mit 23,2% H-Säure-trinatriumsalz, 18,7% kaustischer Soda und 7,6% Natriumsulfit in den gleichen Ausfälltank mit 535 Teilen/h eingebracht. \u Der Ausfälltank wurde bei einem pH unter 1 gehalten. Das gebildete Schwefeldioxidgas wurde kontinuierlich abgezogen. Das flüssige Fällungsgemisch wurde mit einem zweistufigen kontinuierlichen Kristallisationsbehälter auf 40⁰C gekühlt, und die abgetrennten Kristalle wurden kontinuierlich filtriert. Der Filterkuchen wurde mit Wasser gewaschen und als Paste mit 35% Η-Säure zu 400 Teilen/h gewonnen. Dem Ausfälltank wurden 248 Teile/h der Waschflüssigkeit zugeführt. Das Filtrat wurde auf einen pH von 6 neutralisiert. Das neutralisierte FiI-trat wird Ausgangsmaterial für die Herstellung von Koch-Säure durch katalytische Hydrierung in Gegenwart eines Palladium-auf-Kohle-Katal> sators. Das daraus erhaltene Koch-Säure-natriumsalz wurde der Schmelzstufe zugeführt und in die oben erwähnte Schmelzmasse überführt, die wiederum dem Ausfälltank zugeführt wurde. Das vorgenannte Verfahren wurde wiederholt durchgeführt, bis das Reaktionssystem eine konstante Zusammensetzung erreichte. Auf die Qualität des Produkts Η-Säure wurde kein Einfluß festgestellt.

Vergleichsbeispiel

Zu 5800 Teilen eines nassen Kuchens mit 2175 Teilen Koch-Säure-trinatriumsalz wurden 3600 Teile 48%ige kaustische Soda gegeben. Das erhaltene Gemisch wurde 3 h bei 180 bis 185°C gehalten. Diese Schmelzmasse wurde auf 8O⁰C gekühlt und dann nach und nach zu einer, wäßrigen Schwefelsäurelösung aus 13 700 Teilen Wasser und 2800 Teilen 98%iger Schwefelsäure gegeben. Das erhaltene Gemisch wurde 30 min zum Sieden erhitzt. Der pH des Gemischs lag unter 1. Das Gemisch wurde auf 40⁰C gekühlt und dann filtriert. Der Filterkuchen wurde mit Wasser gewaschen und zu 1350 Teilen (als reines Salz) H-Säure-mononatriumsalz getrocknet. Der H-Säure-Kuchen enthielt jedoch 2,5% W-Säure, bezogen auf das Gewicht der H-Säure.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von S-Amino-l-naphthoU^-disulfonsäure, bei dem ein 1-Nitronaphthalin-3,6,8-trisulfonsäure-Reaktionsgemisch, erhalten durch Trisulfonierung von Naphthalin mit anschließender Nitrierung, reduziert, das erhaltene l-Naphthylamin-3,6,8-trisulfonsäuresalzgemisch der Alkalischmelze und das erhaltene AlKalischmelzgemisch der Ausfällung von 8-Amino-l-naphthol-3,6-disulfonsäure als teilweises Alkalimetallsalz durch Mischen mit einer Säure unterworfen wird, dadurchgekennzeichnet, daß die Ausfällung durch Mischen des Alkalischmelzgemischs mit dem l-Nitronaphthalin-S.o.S-trisulfonsäure-Reaktionsgemisch bei einem pH von 2,5 oder darunter bei einer Temperatur von Raumtemperatur bis

ίο zum Siedepunkt des Alkalischmelzgemischs erfolgt, das ausgefällte teilweise Alkalimetallsalz der 8-Aminol-naphthol-3,6-disulfonsäure durch Filtrieren bei einer Temperatur von 85°C oder weniger abgetrennt und das l-NitronaphthaIin-3,6,8-trisulfonsäure und/oder eines ihrer Salze enthaltende Filtrat hiervon als Ausgangsmaterial für die Reduktionsreaktion verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausfällen bei einem pH von 2,0 oder darunter erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtrieren bei einer Temperatur von 30 bis 60⁰C durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem Gemisch des Alkalischmelzgemisches mit dem l-Nitronaphthalin^AS-trisulfonsäure-Reaktionsgemisch in der Ausfä'JJungsstufe, das etwa 2 bis etwa 25 Gewichtsprozent 8-Amino-l-naphthoI-3,6-disulfortsäure, etwa 5 bis etwa 30 Gewichtsprozent l-Nitronaphthalin-3,6,8-trisulfonsäure und etwa 5 bis etwa 30 Gewichtsprozent anorganischer Salze enthält, durchgeführt wird.