DE2754591A1

DE2754591A1 - Verfahren zur reinigung von rohem p-aminophenol

Info

Publication number: DE2754591A1
Application number: DE19772754591
Authority: DE
Inventors: James Albert Baker; Colin Fitzmaurice; Norman William Fletche Webster
Original assignee: Graesser Salicylates Ltd
Current assignee: Graesser Salicylates Ltd
Priority date: 1976-12-17
Filing date: 1977-12-08
Publication date: 1978-06-22
Also published as: AU3148477A; IL53486A0; JPS5377032A; FR2374295A1; GB1553389A

Description

Verfahren zur Reinigung von rohem p-Aminophenol

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von p-Aminophenol, das durch reduktive Umlagerung von Nitrobenzol erhalten wurde.

p-Aminophenol stellt ein Handelsprodukt dar, das insbesondere als Ausgangsstoff für die Herstellung von Farbstoffen und die Herstellung des analgetisch und antipyretisch wirksamen Arzneimittels p-Acetaminophenol, das als Paracetamol bekannt ist, verwendet wird. p-Aininophenol wird üblicherweise durch katalytische oder elektrolytische Reduktion von Nitrobenzol hergestellt. Bei dieser Umsetzung entsteht jedoch eine Reihe von Verunreinigungen, einschließlich 4,4·-Diaminodiphenyläther, Anilin, o-Aminophenol, N-Cyclohexyl-p-aminophenol und N-Phenylp-aminophenol. Mindestens einige dieser Verunreinigungen verfärben sich beim Zutritt von Luft und lassen sich nur schwer in wirtschaftlich vertretbarer Weise aus dem rohen p-Amino-

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phenol entfernen. Die Erfindung betrifft daher ein wirksames und verhältnismäßig kostensparendes Verfahren zur Entfernung der verfärbenden Verunreinigungen aus dem rohen p-Aminophenol.

Die Herstellung von p-Aminophenol durch katalytische Reduktion von Nitrobenzol in wässrigem sauren Medium ist seit mindestens 50 Jahren bekannt, vergleiche zum Beispiel die US-Patentschrift 1 501 472. Seit einiger Zeit werden auch Verfahren zur Herstellung von p-Aminophenol durch elektrolytische Reduktion vorgeschlagen, siehe zum Beispiel die britische Patentschrift

1 308 042. Es wurden schon zahlreiche Vorschläge zur Reinigung eines durch eine solche Reduktion gebildeten rohen p-Aminophenols gemacht. Insbesondere ist seit mindestens 1935 bekannt, daß rohes p-Aminophenol in einer verdünnten wässrigen sauren Lösung gelöst werden kann, und die verfärbenden Verunreinigungen durch Extraktion mit bestimmten organischen Lösungsmitteln, einschließlich aromatischen Kohlenwasserstoffen, zum Beispiel Benzol, aliphatischen Äthern, wie Diäthyläther und halogenierten aliphatischen Kohlenwasserstoffen,wie Chloroform entfernt werden können, vergleiche zum Beispiel die US-Patentschrift

2 013 394. Andere für eine solche Extraktion vorgeschlagene Lösungsmittel umfassen aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie Hexan und Ligroin, siehe hierzu zum Beispiel die US-Patentschrift 2 998 450. Der pH-Wert, bei dem diese Lösungsmittelextraktionen durchgeführt wurden, lag im Bereich von 1,5 bis

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4,9. Diese Extraktionsverfahren zur Entfernung der verfärbenden Verunreinigungen aus p-Aminophenol verliefen jedoch nicht generell zufriedenstellend, und, wie nachstehend angegeben ist, wurden viele weitere Versuche unternommen, um dieses Problem zu lösen.

In der britischen Patentschrift 1 028 078 ist ein Verfahren zur Reinigung von rohen p-Aminophenolkristallen durch Waschen mit einem Alkohol, gegebenenfalls in Mischung mit Wasser, beschrieben. Der einzige angegebene Alkohol ist das mit Wasser mischbare Isopropanol und das p-Aminophenol liegt in Form der freien Base vor. Durch das Waschen werden nicht die innerhalb der Kristalle befindlichen Verunreingungen entfernt und daher verfärben sich auch die behandelten Kristalle beim Zutritt von Luft dunkel, obgleich Umfang und Geschwindigkeit der Verfärbung im Vergleich zu den unbehandelten Kristallen geringer sind. Hinzu kommt, daß das p-Aminophenol in Isopropanol merklich löslich ist, was zu wesentlichen Verlusten an p-Aminophenol während dieser Behandlung führt.

Die britische Patentschrift 1 228 568 beschreibt ein Verfahren zur Reinigung von rohem p-Aminophenol, bei dem dieses mit einem flüssigen aliphatischen, cycloaliphatischen oder aromatischen Keton in Berührung gebracht wird. Als Ketone werden das mit Wasser mischbare Aceton und Methyläthylketon sowie ·

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das mit Wasser nicht mischbare Cyclohexanon, Methylisobutylketon, 2,5-Dimethylcyclohexanon und Acetophenon angegeben. Die Reinigung wird in der Weise bewirkt, daß man die rohen p-Aminophenolkristalle mit dem Keton wäscht, oder die Kristalle im Keton löst. Als Vorstufe kann das Filtrat des Nitrobenzol-Reduktionsprodukts neutralisiert werden, um eine wässrige Suspension zu erhalten, die mit einem mit Wasser nicht mischbaren Keton gemischt wird. Die p-Aminophenolkristalle werden dann durch Kontakt mit einem Keton, wie oben angegeben, gereinigt. In allen diesen Fällen des Kontakts zwischen dem p-Aminophenol und einem Keton liegt das p-Aminophenol in Form der freien Base vor, und beim Kontakt mit dem Keton wird gewöhnlich ein entsprechendes Imin gebildet. Im Falle der oben genannten homogenen Behandlung kann diese Bildung sogar vollständig sein. Wenn das Imin mehr als 0,2 % ausmacht, ist es gewöhnlich notwendig, das gereinigte Produkt einer Hydrolyse zu unterwerfen, um das Imin zu entfernen. Damit wird eine weitere Stufe in das Reinigungsverfahren eingeführt.

Die britische Patentschrift 1 291 642 beschreibt ein Verfahren zur Reinigung von rohem p-Aminophenol, bei dem dieses in wässriger Phase mit einem mit Wasser nicht mischbaren, keinen gebundenen Sauerstoff enthaltenden Lösungsmittel in Berührung gebracht wird, das die Verunreinigungen selektiv löst. Der pH-Wert der wässrigen Phase liegt vorzugsweise im Bereich

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von 4,8 bis 5,8 und bei diesen pH-Werten liegt mindestens ein Teil des ρ-Aminophenols in Form eines Salzes vor. Die angegebenen Lösungsmittel sind Tetrachlorkohlenstoff, 1,1,1-Trichloräthan, 1,1-Dichloräthan, 1,1,2,2-Tetrachloräthylen, Benzol, Toluol, Xylol, Petroläther und vorzugsweise Methylenchlorid, Chloroform und 1,2-Dichloräthan. Dieses Verfahren führt nicht generell zu einem zufriedenstellenden farbbeständigen p-Aminophenol, obgleich mit den bevorzugten Lösungsmitteln ausreichende Ergebnisse erzielt werden können.

In der britischen Patentschrift 1 324 715 ist ferner ein Verfahren zur Reinigung von rohem p-Aminophenol beschrieben, bei dem dieses in einer wässrigen Lösung einer mehrbasischen Säure vom pKa-Wert 2,12 bis 3,9 und einem pH-Wert in 10 %iger wässriger Lösung von 1,7 bis 3,0 gelöst wird, die entstandene Lösung von nicht gelösten Verunreinigungen getrennt und das p-Aminophenol aus der Lösung kristallisiert wird. In dieser Patentschrift ist angegeben, daß sich viele Lösungsmittel für die Umkristallisation des p-Aminophenols nicht als geeignet erwiesen, und daß Schwefelsäure besonders nachteilig war, während sich Phosphorsäure eignete.

In der britischen Patentschrift 1 324 787 ist schließlich ein Verfahren zur Reinigung von rohem p-Aminophenol beschrieben, bei dem dieses mit einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungs-

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mittel, nämlich Benzol, Toluol, Xylolen oder niederen Alkylacetaten in Berührung gebracht wird, deren Alkylgruppen 2 bis 8 Kohlenstoffatome enthalten. Als Acetate sind das Äthyl-, Butyl-, Isobutyl-, sek.Butyl-, Amyl-, Isoamyl-, Isopropyl- und Methylamylacetat angegeben. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich das rohe p-Aminophenol in wässriger Lösung, die sauer sein kann. Obwohl man bevorzugt, den pH-Wert der wässrigen Lösung nach dem Zumischen des Lösungsmittels auf 6,5 bis 7,5 zu erhöhen, kann der pH-Wert auch in dieser Weise erhöht werden, bevor das Lösungsmittel zugefügt wird. Der einzige anerkannte Nachteil dieser Verfahrensweise besteht darin, daß dann längere Kontaktzeiten mit dem Lösungsmittel erforderlich sind.

In der deutschen Patentanmeldung P 26 57 173.3 der Anmelderin ist beschrieben, daß rohes p-Aminophenol, das durch reduktive Umlagerung von Nitrobenzol hergestellt wurde, in wirksamer und wirtschaftlicher Weise dadurch gereinigt werden kann, daß man eine wässrige Lösung des rohen p-Aminophenols in Form eines Salzes mit einer starken Säure mit einem mit Wasser nicht mischbaren Keton oder Alkohol in Berührung bringt, um aus der wässrigen Lösung die Verunreinigungen zu extrahieren. Das bevorzugte Salz ist das Phosphat oder Sulfat. Ferner bevorzugt man die Durchführung der Extraktion mit einer wässrigen Lösung, die einen pH-Wert von 4 bis 5 und eine Temperatur oberhalb 50°C hat.

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Es wurde nun gefunden, daß die Reinigung des p-Aminophenols durch Behandlung eines Salzes des p-Aminophenols mit einer starken Säure mit einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel verbessert werden kann, wenn man das rohe p-Aminophenol oxydierenden Bedingungen unterwirft, um die Verunreinigungen, aber nicht das p-Aminophenol zu oxydieren.

Die Erfindung stellt ein verbessertes Verfahren zur Reinigung von rohem, durch reduktive Umlagerung von Nitrobenzol hergestelltem p-Aminophenol zur Verfügung, das darin besteht, daß man das rohe p-Aminophenol oxydierenden Bedingungen unterwirft, welche die Verunreinigungen, aber nicht das p-Aminophenol oxydieren, und anschließend eine wässrige Lösung des oxydierten rohen p-Aminophenols in Form eines Salzes mit einer starken Säure, z.B. als Hydrochlorid oder insbesondere als Phosphat oder Sulfat mit einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel behandelt, um aus der wässrigen Lösung die Verunreinigungen zu extrahieren. Der Ausdruck "mit Wasser nicht mischbar" bezeichnet vorliegend Lösungsmittel, die unter den Extraktionsbedingungen mit der wässrigen Lösung ein Zweiphasensystem bilden.

Vorzugsweise wird die Oxydation des rohen p-Aminophenols an einem Salz mit einer starken Säure durchgeführt, das in einem wässrigen Medium gelöst ist. Um das p-Aminophenol in

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wässriger Lösung in Salzform zu halten, ist es notwendig, daß die wässrige Lösung einen sauren pH-Wert aufweist. Vorzugsweise beträgt der pH-Wert mindestens 4 und insbesondere liegt er im Bereich von 4 bis 5. Noch besser ist ein pH-Wert von etwa 4,5. Der pH-Wert kann je nachdem durch Zugabe von Säure oder Alkali eingestellt werden. Zweckmäßig hat die wässrige Lösung während der Oxydation einen pH-Wert, wie er im wesentlichen für die nachfolgende Lösungsmittelextraktion erwünscht ist.

Vorteilhaft führt man die Oxydation unter Verwendung von molekularem Sauerstoff durch. Wenn die Oxydation an einer wässrigen Lösung des rohen p-Aminophenolsalzes bewirkt wird, bevorzugt man die Durchführung der Oxydation durch Hindurchleiten eines Sauerstoff- oder Luftstromes durch die wässrige Lösung. Zweckmäßig erhitzt man die wässrige Lösung vor und/ oder während des Hindurchleitens des molekularen Sauerstoffs.

Das für die Lösungsmittelextraktion angewandte Lösungsmittel wird aus mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmitteln, die vorzugsweise die verfärbenden Verunreinigungen aus der wässrigen p-Aminophenolsalzlösung lösen, ausgewählt. Bei diesen Lösungsmitteln kann es sich um Lösungsmittel handeln, die im Molekül keinen Sauerstoff enthalten, wie sie in der GB-PS 1 291 642 beschrieben sind, oder um Lösungsmittel, die im Molekül Sauerstoff aufweisen, wie die in der GB-PS 1 324 und in der deutschen Patentanmeldung P 26 57 173.3 angegebenen.

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Die Bedingungen für die Lösungsmittelextraktion können die gleichen sein, wie die in den GB-PS und in der deutschen Patentanmeldung angewandten.

Eine bevorzugte Klasse von Lösungsmitteln sind die in der GB-PS 1 324 787 aufgeführten Alkylacetate.

Besonders bevorzugte Lösungsmittel sind die mit Wasser nicht mischbaren Alkohole und Ketone. Geeignete Alkohole und Ketone umfassen Cycloalkanone, wie Cyclohexanon; Alkylarylketone, wie Acetophenon, d.h. Methylphenylketon; Diaikylketone, wie Methylisobutylketon; Alkanole, wie Methylisobutylcarbinol und Butan-2-ol sowie Arylalkanole, wie Benzylalkohol. Das besondere verwendete Lösungsmittel wird unter Berücksichtigung seiner Wirksamkeit, Wirtschaftlichkeit und leichten Entfernbarkeit ausgewählt. Vorteilhaft ist das Lösungsmittel mit Wasserdampf flüchtig, um die Entfernung aus der wässrigen Phase zu erleichtern.

Das Keton- oder Alkohollösungsmittel kann allein oder zusammen mit einem oder mehreren anderen mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmitteln für die Verunreinigungen zur Anwendung kommen. Die anderen Lösungsmittel müssen keine Ketone oder Alkohole sein. Insbesondere kann das Keton oder der Alkohol mit z.B. gleichen Teilen eines der vorstehend für die Reinigung des p-Aminophenols vorgeschlagenen, mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel, z.B. Toluol, vermischt werden.

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Diese Gemische werden bevorzugt, wenn das ausgewählte Keton oder der Alkohol ein spezifisches Gewicht aufweisen, das dem der wässrigen Phase sehr nahekommt und damit die Trennung der Phasen schwierig macht.

Die Extraktion kann bei jeder Temperatur durchgeführt werden, bei der die wässrige Lösung und das Lösungsmittel in flüssiger Phase miteinander nicht mischbar sind. Vorteilhaft ist es jedoch, bei einer Temperatur von mindestens 50 C, insbesondere bei 60 bis 90 C, und noch besser bei 70 bis 80 C zu arbeiten. Vorteilhaft wird die wässrige Lösung vor dem Kontakt mit dem Lösungsmittel erhitzt.

Die Lösungsmittel können einfach mit der wässrigen Phase vermischt werden, obgleich auch kompliziertere bekannte Extraktionstechniken angewandt werden können, falls dies erwünscht ist. Die optimale Menge Lösungsmittel läßt sich für jedes spezifische Verfahren durch einen einfachen Versuch ermitteln.

Das rohe, zu reinigende p-Aminophenol besteht aus dem reduktiven Umlagerungsprodukt von Nitrobenzol, wobei die Reduktion elektrolytisch oder häufiger katalytisch durchgeführt wird. Vorteilhaft wird das erfindungsgemäße Verfahren direkt auf ein wässriges Filtrat angewandt, das man bei der Reduktion nach der Entfernung von nicht umgesetztem Nitro-

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benzol und dem Nebenprodukt Anilin erhält. In einem typischen Verfahren kann das nicht umgesetzte Nitrobenzol durch Erhitzen des filtrierten Reaktionsproduktes zum Sieden entfernt werden, worauf man das Anilin dadurch abtrennt, daß man den pH-Wert zur Freisetzung der Base einstellt und dann die Flüssigkeit einer Wasserdampfdestillation unterwirft. Das erhaltene p-Aminophenol wird anschließend ohne Isolierung in sein Sulfat oder Phosphat umgewandelt, die Salzlösung erhitzt, Luft zur Oxydation der Verunreinigungen bläschenweise durch die erhitzte Lösung geführt und dann die Lösung mit dem Lösungsmittel extrahiert. Die organische und die wässrige Phase werden dann getrennt und, falls gewünscht, wird eine kleine Menge Entfärbungskohle zu der wässrigen Phase gegeben, diese Phase filtriert und das Filtrat neutralisiert, um beim Kühlen das gereinigte p-Aminophenol auszufällen.

Die folgenden Beispiele, in denen alle Temperaturen in C angegeben sind, erläutern die Erfindung.

Beispiel

Nitrobenzol wurde in bekannter Weise unter Verwendung von 10 %iger wässriger Schwefelsäure katalytisch hydriert. Das Reaktionsgemisch wurde filtriert und das Filtrat zur Entfernung nicht umgesetzten Nitrobenzols zum Sieden erhitzt. Darauf wurde der pH-Wert des Filtrates auf etwa 5,7 eingestellt

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und das Filtrat weiter zum Sieden erhitzt, um das Anilin zu entfernen. Das zum Sieden erhitzte Filtrat wurde noch heiß (80⁰C ; pH =4,6) in 2 Liter-Anteile unterteilt.

Ein erster Anteil wurde noch heiß durch Vermischen mit
100 ml Methylisobutylketon extrahiert. Die erhaltene
strohfarbene wässrige Phase ließ man in einen Becher
laufen und erhitzte zum Sieden, um gelöstes Methylisobutylketon abzutreiben. Die zum Sieden erhitzte wässrige Phase wurde dann mit 15 g Entfärbungskohle behandelt und anschließend in einen Kolben filtriert, der 2 g Natriummetabisulfit enthielt, worauf der pH-Wert durch Zugabe von Ammoniak auf 7,0 eingestellt wurde. Beim Kühlen fielen
weiße Kristalle aus. Die Kristalle wurden abfiltriert,
mit Wasser gewaschen und dann getrocknet. Ausbeute 113g farbbeständiges weißes kristallines p-Aminophenol·

Ein zweiter Anteil wurde in gleicher Weise wie der erste Anteil behandelt, mit der Abweichung, daß ein Luftstrom bläschenweise 5 Minuten lang durch diesen Anteil geleitet wurde, bevor man mit dem Methylisobutylketon vermischte. Das erhaltene Produkt war weißer und farbbeständiger als das zuvor erhaltene. Jedoch war die Ausbeute an p-Aminophenol etwas geringer.

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Beispiel 2

Das unter Verwendung von 4-Methylpentan-2-ol sowie unter Verwendung von Butan-1-öl wiederholte Verfahren des Beispiels 1 führt zu vergleichbaren Ergebnissen.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Reinigung von rohem, durch reduktive Umlagerung von Nitrobenzol erhaltenem p-Aminophenol, dadurch gekennzeichnet, daß man das rohe p-Aminophenol zur Oxydation der Verunreinigungen oxydierenden Bedingungen unterwirft und dann eine wässrige Lösung eines Salzes des rohen p-Aminophenols mit einer starken Säure mit einem mit Wasser nicht mischbaren Lösungsmittel behandelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oxydation an einer wässrigen Lösung eines Salzes des rohen p-Aminophenols mit einer starken Säure durchführt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Salz aus dem Phosphat oder Sulfat besteht.

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4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert der wässrigen Lösung während der Oxydation im Bereich von 4 bis 5 liegt und insbesondere etwa 4,5 beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oxydation durch Hindurchleiten von molekularem Sauerstoff durch die wässrige Lösung des rohen p-Aminophenolsalzes bewirkt.

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