DE3442076A1

DE3442076A1 - Verfahren zur herstellung von alkalimetallsalzen von hydroxyaromatischen verbindungen

Info

Publication number: DE3442076A1
Application number: DE19843442076
Authority: DE
Inventors: Ashok Kumar Schenectady N.Y. Mendiratta; Wayne Francis Mechanicville N.Y. Morgan
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1983-11-28
Filing date: 1984-11-17
Publication date: 1985-06-05
Also published as: JPS60142934A; JPS6233217B2; DE3442076C2; NL8403621A; US4492806A

Description

Verfahren zur Herstellung von Alkalimetallsalzen von hydroxyaromatischen Verbindungen

Diese Erfindung betrifft die Herstellung von Alkalimetallsalzen von hydroxyaromatischen Verbindungen und ein Verfahren zur Gewinnung derselben.

Die Herstellung von Alkalimetallsalzen von hydroxyaromatischen Verbindungen, insbesondere von dihydroxyaromatischen Verbindungen, wie Bisphenol-A, wird typischer- und geeigneterweise in einem wässerigen System durchgeführt. Jedoch werden viele technisch wichtige Reaktionen dieser Salze, wie beispielsweise deren Reaktion mit Nitrophthalimiden unter Bildung von aromatischen Ätherimiden, zur Erzielung maximaler Ausbeuten am besten unter wasserfreien Bedingungen durchgeführt. Es ist daher erforderlich, die Salze in wasserfreier Form zu isolieren.

Es wurden bereits verschiedene Verfahren zur Entfernung von Wasser aus derartigen Salzen offenbart. Beispielsweise beschreibt die US-PS 4 202 993 ein Kurzwegdestillationsverfahren, während die US-PS 4 257 953 die azeotrope Destillation

des Wassers unter Verwendung eines Kohlenwasserstofflösungsmittels, wie Toluol, offenbart. Obwohl diese Verfahren wirksam sind, weisen sie jedoch bestimmte Nachteile auf. Beispielsweise sind ein großer Aufwand an Zeit und Energie (der eine belastende thermische Vorgeschichte einschließt) sowie eine Vielzahl von Behandlungsgefäßen erforderlich und das Alkalimetallsalζ ist während der Wasserentfernung empfindlich gegenüber einem Zusammenbacken.

Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Alkalimetallsalzen von hydroxyaromatischen Verbindungen zu schaffen.

Eine weitere Aufgabe ist darin zu sehen, ein verbessertes Verfahren zur Entfernung von Wasser aus derartigen Salzen vorzusehen.

Zusätzlich besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zur Gewinnung derartiger Salze in wasserfreier Form als freifließende Feststoffe zu schaffen, die für eine leichtere Handhabung während der weiteren Reaktionen angepaßt sind.

Noch eine weitere Aufgabe besteht darin, derartige Salze durch ein Verfahren herzustellen, das einen einzigen Behälter, einen minimalen Energieaufwand, der eine nicht nennenswerte thermische Vorgeschichte einschließt, und eine bessere Ökonomie hinsichtlich der Verarbeitungszeit einbezieht.

Andere Aufgaben werden zum Teil nach Kenntnisnahme dieser Beschreibung nahegelegt und weiter unten erläutert.

in ihrem weitesten Sinne ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung von zumindest einem wasserfreien Alkalimetallsalz einer hydroxyaromatischen Verbindung abgestellt, bei welchem man

(A) eine Lösung von zumindest einer hydroxyaromatischen Verbindung in einem Lösungsmittelgemisch, enthaltend

(I) einen größeren Anteil an zumindest einer, im wesentlichen inerten und im wesentlichen nicht-polaren, organischen Flüssigkeit, die einen höheren Siedepunkt als Wasser hat oder mit Wasser ein Azeotrop bildet

und

(II) eine kleinere Menge von zumindest einem Alkanol mit bis zu etwa 4 Kohlenstoffatomen, wobei das Alkanol so beschaffen ist, daß es aus der Kombination des Lösungsmittelgemisches mit Wasser durch Verdampfen entfernbar ist,

zubereitet,

(B) die Lösung mit einer wässerigen Lösung einer im wesentlichen stöchiometrischen Menge an Alkalimetallhydroxid für einen Zeitraum, der ausreicht, um das Alkalimetallsalz zu bilden, in Kontakt bringt und

(C) im wesentlichen alle flüchtigen Materialien, einschließlich Wasser und die Flüssigkeit II aus der Reaktionsmischung durch Verdampfen entfernt und dadurch eine Aufschlämmung des wasserfreien Alkalimetallsalzes in der Flüssigkeit erhält.

Die hydroxyaromatischen Verbindungen, welche gemäß dem Verfahren dieser Erfindung in Alkalimetallsalze umgewandelt werden können, haben ganz allgemein die Formel Z(OH) , worin Z ein aromatischer Rest ist und η den Wert 1 oder 2 aufweist. Derartige Verbindungen umfassen Phenol, o-Kresol, m-Kresol,

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p-Kresol, 1-Naphthol, 2-Naphthol, p-Chlorphenol, Catechol, Resorcin, Resorcinmonomethyläther, Hydrochinon, Biphenol, Bis(4-hydroxyphenyl)-methan und Bisphenol-A oder 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)-propan.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat η den Wert 2 und Z eine der nachfolgenden Formeln:

(D

(II)

(III)

In diesen Formeln ist jeder Rest R , unabhängig, Wasserstoff

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oder Methyl, der Rest R ein geradkettiger oder verzweigtkettiger Alkylenrest mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, und besonders häufig der Isopropylidenrest, und jeder Rest X, unabhängig, Wasserstoff oder Halogen (gewöhnlich Chlor oder Brom) Die Verbindungen, in welchen der Rest Z die Formel III be-

sitzt, sind Bisphenole. Da die Erfindung besonders brauchbar für die Herstellung von Bisphenolsalzen ist, wird nachfolgend häufig Bezug auf Bisphenole genommen. Das bevorzugte Bisphenol ist Bisphenol-A, das die Formel III besitzt, in welcher der

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Rest R Isopropyliden und jeder Rest X Wasserstoff ist.

Die Alkalimetallsalze, welche nach dem Verfahren dieser Erfindung hergestellt werden, sind solche der Metalle der Gruppe IA des Periodischen Systems der Elemente, nämlich von Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium und Cäsium. Aus Gründen der Ökonomie und der Verfügbarkeit werden die Natrium- und Kaliumsalze, und insbesondere die Natriumsalze, bevorzugt.

In Stufe A des Verfahrens dieser Erfindung wird das Bisphenol in einem Lösungsmittelgemisch gelöst, das zumindest zwei Komponenten enthält. Die in einem größeren Anteil vorhandene Flüssigkeit I ist zumindest eine (unter den Bedingungen der Erfindung) im wesentlichen inerte und im wesentlichen nichtpolare, organische Flüssigkeit, die entweder einen höheren Siedepunkt als Wasser (d.h. höher als 100⁰C) hat oder ein Azeotrop mit Wasser bildet. Diese Bedingungen sind anwendbar, weil eine Flüssigkeit, die einen niedrigeren Siedepunkt als Wasser besitzt und kein Azeotrop damit bildet, während der Stufe C durch Verdampfen entfernt werden wird, bevor das Wasser entfernt ist.

Typische organische Flüssigkeiten, die als Flüssigkeit I eingesetzt werden können, schließen Benzol, Toluol, Xylol, Chlorbenzol, o-Dichlorbenzol, Heptan, Octan, Nonan, Decan, Erdölnaphthas mit einem höheren Siedepunkt als Wasser, Chloroform und Kohlenstofftetrachlorid, ein. Wenn auch der Löslichkeitsgrad von Wasser in der organischen Flüssigkeit nicht entscheidend ist, sind die Arbeitsweisen, wie Produktgewinnung und

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Flüssigkeitsrückführung optimiert, wenn die Flüssigkeit I eine solche ist/ in der Wasser im wesentlichen unlöslich ist und die über 105⁰C, und vorzugsweise unterhalb etwa 200⁰C, siedet, und insbesondere eine solche, in welcher das Bisphenolnatriumsalz im wesentlichen unlöslich ist. Die aromatischen Kohlenwasserstoffe und die halogenierten (besonders häufig chlorierten) Kohlenwasserstoffe (z.B. Benzol, Toluol, Xylol, Chlorbenzol, o-Dichlorbenzol) sind besonders geeignet; von diesen sind wegen ihrer Wirksamkeit, Verfügbarkeit und ihres relativ niedrigen Preises Toluol und o-Dichlorbenzol besonders erwünscht.

Die in einem kleineren Anteil vorhandene Flüssigkeit II ist zumindest ein Alkanol mit bis zu etwa 4 Kohlenstoffatomen. Alkanole, die hiervon umfaßt werden, sind Methanol, Äthanol, 1-Propanol, 2-Propanol, 1-Butanol, 2-Butanol (sek.-Butylalkohol), 2-Methyl-1-propanol (Isobutylalkohol) und 2-Methyl-2-propanol (tert.-Butylalkohol). Im allgemeinen werden die primären Alkanole bevorzugt.

Die Flüssigkeit II muß auch fähig sein, sich durch Verdampfen aus der Kombination des Lösungsmittelgemisches mit Wasser entfernen zu lassen. Daher wird die Eignung der verschiedenen Alkanole zu einem gewissen Ausmaß von der Identität der Flüssigkeit I und der Temperatur abhängen, bei welcher Wasser durch Verdampfen aus der Wasser-Lösungsmittelgemisch-Kombination entfernt wird. Methanol und Äthanol lassen sich gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren unter prinzipiell allen Arbeitsbedingungen entfernen und sie werden für eine Verwendung als Flüssigkeit II bevorzugt, wobei Methanol besonders bevorzugt wird. Die hauptsächliche Funktion der Flüssigkeit II in der Stufe A besteht darin, das Bisphenol in dem Lösungsmittelsystem zu solubilisieren. Seine Anwesenheit ist gewöhnlich für diesen Zweck erforderlich, da Bisphenole in im wesent-

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-x-

lichen nicht-polaren/ organischen Flüssigkeiten nicht genügend löslich sind, um eine homogene Lösung zu bilden. In den späteren Stufen des Verfahrens dieser Erfindung erfüllt die Flüssigkeit II andere Funktionen/ wie dies nachfolgend beschrieben wird.

Das erforderliche Gewichtsverhältnis von Flüssigkeit I zu Flüssigkeit II für eine derartige Solubilisierung wird gemäß den besonderen Reagentien und den angewandten Reaktionsbedingungen variieren. Es liegt häufig im Bereich von etwa 4:1 bis etwa 8:1, und bevorzugt von etwa 4,5:1 bis etwa 6:1. Der Gewichtsprozentsatz des Bisphenols in dem Lösungsmittelgemisch kann ganz allgemein etwa 5 bis 30 % betragen und ist gewöhnlich etwa 5 bis 15 %, und bevorzugt etwa 8 bis 12 %.

In Stufe B wird die in Stufe A erhaltene Lösung mit einer wässerigen Lösung von Alkalimetallhydroxid, vorzugsweise Natriumhydroxid, in Kontakt gebracht. Eine Lösung, die etwa 30 bis 70 Gewichtsprozent des Alkalimetallhydroxids enthält, ist ganz allgemein geeignet. Lösungen von etwa 50 % Konzentration sind leicht verfügbar und deren Verwendung wird besonders bevorzugt. Der Kontakt während der Stufe B kann typischerweise bei einer Temperatur innerhalb des Bereiches von etwa 40° bis 100⁰C, vorzugsweise etwa 50° bis 55⁰C und während eines Zeitraums bewirkt werden, der ausreicht, das gewünschte Alkalimetallsalz zu bilden. Im allgemeinen ist ein Kontakt für einen Zeitraum von etwa 1,5 bis 3 Stunden ausreichend.

Die in der Stufe B eingesetzte Menge an Alkalimetallhydroxid ist im wesentlichen stöchiometrisch, d.h. es wird etwa 1 Äquivalent Alkalimetallhydroxid pro Äquivalent hydroxyaromatischer Verbindung eingesetzt. Für die Zwecke dieser Erfindung

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ist das Äquivalentgewicht der hydroxyaromatischen Verbindung deren Molekulargewicht, geteilt durch die Anzahl der darin enthaltenen aromatischen Hydroxygruppen. Um sicherzustellen, daß die Reaktion vollständig abläuft, kann es erwünscht sein, einen Überschuß an Alkalimetallhydroxid zu verwenden. Jedoch wird gemäß der vorliegenden Erfindung irgendein derartiger Überschuß in dem Produkt zurückbleiben, da keine Stufen für dessen Entfernung vorgesehen sind. Die Anwesenheit von Alkalimetallhydroxid während der Reaktion des Bisphenolalkalimetallsalzes mit einem Nitrophthalimid ist unerwünscht. Wenn das Produkt für diesen oder einen ähnlichen Zweck eingesetzt werden soll, sollte irgendein Überschuß von Alkalimetallhydroxid unterhalb etwa 0,1 Molprozent, und vorzugsweise unterhalb etwa 0,5 Molprozent, gehalten werden.

Während der Stufe B behält die Flüssigkeit II die Funktion der Solubilisierung des Bisphenols in der Reaktionsmischung bei. In dieser Stufe stellt sie jedoch auch sicher, daß irgendein Bisphenolalkalimetallsalz, das ausfällt, eine feinkristalline Form aufweist. Bei Abwesenheit der Flüssigkeit II muß die Menge an in der Reaktionsmischung vorhandenem Wasser erhöht werden, um das Bisphenol in Lösung zu halten, und dies bewirkt ein Zusammenbacken des Alkalimetallsalzes während des Trocknens und erhöht auch die für die Entfernung des Wassers in den späteren Verfahrensstufen benötigte Energieaufnahme .

In der Stufe C werden im wesentlichen alle flüchtigen Materialien, einschließlich Wasser und Flüssigkeit II, aus der Reaktionsmischung durch Verdampfen entfernt. Das angewandte Verdampfungsverfahren kann eine Kurzwegdestillation, eine Destillation oder irgendein anderer geeigneter Typ sein. Oftmals wird ein Teil der Flüssigkeit I gleichzeitig durch Ver-

dampfen entfernt, insbesondere dann, wenn es ein Azeotrop mit Wasser bildet, jedoch ist das Verdampfen der Flüssigkeit I kein wesentliches Merkmal des Verfahrens. Wenn die Flüssigkeit I eine mit Wasser nicht mischbare Flüssigkeit, wie beispielsweise Toluol, ist, wird man sie häufig geeigneterweise in die Stufe A zurückführen oder zusätzliche Mengen derselben bei einer erhöhten Temperatur, typischerweise bei etwa 100⁰C, kontinuierlich oder intermittierend, einführen, bis das Kondensat nicht langer eine wesentliche Menge an flüchtigen Materialien enthält. Typischerweise ist das Trocknen abgeschlossen, wenn das Kondensat weniger als etwa 100 ppm, und vorzugsweise weniger als etwa 50 ppm Wasser, enthält.

Im Anschluß an die Stufe C kan das trockene wasserfreie Alkalimetallsalz von der organischen Flüssigkeit abgetrennt werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die als Flüssigkeit I eine Flüssigkeit verwendet, in welcher das wasserfreie Salz im wesentlichen unlöslich ist, ist die Abtrennung relativ einfach und kann durch Filtration, Zentrifugieren oder dergleichen bewerkstelligt werden. Zurückbleibende Spuren von organischer Flüssigkeit in dem Salz können durch Vakuumtrocknung oder eine ähnliche Arbeitsweise entfernt werden. Es ist jedoch oftmals besonders günstig, das Salz in aufgeschlämmter Form zu verwenden. Eine Erläuterung ist seine Reaktion mit einem Nitrophthalimid. Für derartige Anwendungen ist eine Abtrennung des Salzes aus der organischen Flüssigkeit nicht notwendig.

Das Verfahren dieser Erfindung hat viele Vorteile gegenüber den früher bekannten Verfahren unter Einbeziehung derartiger Kunstgriffe wie azeotrope Entfernung des gesamten Wassers, in welchem das Alkalimetallsalz gelöst war. Erstens wird gemäß

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dem erfindungsgemäßen Verfahren das Wasser in dem System in der Stufe C relativ einfach und mit einer minimalen thermischen Vorgeschichte und mit einem geringen Zeitbedarf entfernt. Zweitens wird das wasserfreie Salz als freifließender Feststoff mit einer geringen oder überhaupt nicht vorhandenen Tendenz zur Agglomeration oder zum Zusammenbacken erhalten. Drittens kann das gesamte Verfahren in einem einzigen Reaktionsbehälter durchgeführt werden, der typischerweise ein gerührter Tankreaktor ist, ohne das Erfordernis von relativ komplexen Arbeitsweisen, wie Filtration oder Sprühtrocknung. Viertens kann das Verfahren an einen kontinuierlichen Betrieb angepaßt werden.

Auf alle in der vorliegenden Beschreibung angeführten Patentschriften und Veröffentlichungen wird ausdrücklich Bezug genommen und der Offenbarungsgehalt aller dieser Veröffentlichungen durch diese Bezugnahme in vollem Umfang in die vorliegende Anmeldung integriert.

Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele näher erläutert. Alle Teile sind Gewichtsteile.

Beispiel 1

Ein Reaktionsbehälter wurde mit 50 Teilen (0,44 Äquivalenten) Bisphenol-A, 400 Teilen Toluol und 80 Teilen Methanol beschickt und dadurch eine homogene Lösung bei 55⁰C hergestellt. Dann wurden im Verlaufe von 5 Minuten bei 55⁰C unter Rühren 35,1 Teile einer 50gewichtsprozentigen wässerigen Natriumhydroxidlösung (0,44 Äquivalente an Natriumhydroxid) zugegeben. Das Rühren wurde bei 55⁰C 2 Stunden lang fortgesetzt, wonach die Analyse der Reaktionsmischung lediglich Spurenmengen an restlichem Bisphenol-A anzeigte. Die Temperatur des Reaktionsgefäßes wurde auf 130⁰C erhöht und flüchtige Verbindungen durch

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Destillation entfernt, wobei frisches heißes Toluol periodisch zugegeben wurde, um einen konstanten Flüssigkeitsspiegel aufrechtzuerhalten. Am Ende der 2 1/2 Stunden dauernden Destillation zeigte das Kondensat die Anwesenheit von lediglich 50 ppm Wasser. Die Mischung in dem Reaktionsgefäß war eine Toluol-Aufschlämmung des gewünschten Dinatriumsalzes von Bisphenol-A/ frei von Wasser und Methanol. Das Salz lag darin in feinzerteilter Form vor, ohne daß sich Klumpen zeig ten oder daß es zusammengebacken war.

Beispiel 2

Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, daß o-Dichlorbenzol anstelle von Toluol eingesetzt wurde. Das Dinatriumsalz von Bisphenol-A wurde in feinzerteilter Form als Aufschlämmung in o-Dichlorbenzol erhalten.

Claims

Dr. Horst Schüler

PATENTANWALT EUROPEAN PATENTATTORNEY

6000 Frankfurt/Main 1 15, November 19

Kaiserstrasse 41 Dr.Sch/üJTi/Hk Telefon (0611) 235555 Telex 04-16759 mapat d Telegramm mainpatent frankfurt Telekopierer (0611) 251615 (CCITT Gruppe 2 und 3) Bankkonto 225/0389 Deutsche Bank AG Postscheckkonto 282420-602 Frankfurt/M. 9441-RD-15103

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1, River Road
Schenectady, N.Y., U.S.A.

Patentansprüche

1/ Verfahren zur Herstellung von zumindest einem wasserfreien Alkalimetallsalz einer hydroxyaromatischen Verbindung, dadurch gekennzeichnet, daß man

(I) einen größeren Anteil an zumindest einer, im wesentlichen nicht-polaren, organischen Flüssigkeit, die einen höheren Siedepunkt als Wasser hat oder mit Wasser ein Azeotrop bildet

und

zubereitet,

(C) im wesentlichen alle flüchtigen Materialien, einschließ-

lieh Wasser und die Flüssigkeit II aus der Reaktionsmischung durch Verdampfen entfernt und dadurch eine Aufschlämmung des wasserfreien Alkalimetallsalzes in der Flüssigkeit I erhält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Alkalimetall Natrium ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hydroxyaromatische Verbindung ein Bisphenol ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufe B bei einer Temperatur im Bereich von etwa 40° bis 60⁰C durchgeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit I eine Flüssigkeit ist, in welcher Wasser im wesentlichen unlöslich ist und die in einem Bereich von etwa 105° bis 200⁰C siedet.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit II ein primäres Alkanol ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Natriumhydroxid-Lösung in Stufe B etwa 30 bis 70 Gewichtsprozent Natriumhydroxid enthält.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit II Methanol oder Äthanol ist.

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9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit I Toluol oder o-Dichlorbenzol ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit I Toluol und die Flüssigkeit II Methanol ist.
11. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die hydroxyaromatische Verbindung Bisphenol-A ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Natriumhydroxid-Lösung in Stufe B etwa 30 bis 70 Gewichtsprozent Natriumhydroxid enthält.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit II Methanol oder Äthanol ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit I Toluol oder o-Dichlorbenzol ist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit I Toluol und die Flüssigkeit II Methanol ist.