DE69004974T2 - Herstellung von 2-Chlorterephthalsäurechlorid. - Google Patents
Herstellung von 2-Chlorterephthalsäurechlorid.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur direkten Herstellung von 2-Chlorterephthaloylchlorid durch gesteuerte Chlorierung von Terephthaloylchlorid in Abwesenheit eines Lösungsmittels unter Verwendung von Eisen-III-chlorid als Katalysator.
- Die Literatur lehrt allgemein verschiedene Wege zur Herstellung von 2-Chlorterephthaloylchlorid. Zum Beispiel Offenbart die FR-PS 810 595, veröffentlicht an 24.3.1937, die Umwandlung von Chlorterephthalsäure zu Chlorterephthaloylchlorid unter Verwendung des Reagens Thionylchlorid. Die US-PS 4 308 216, veröffentlicht am 29.12.1981, beschreibt die Phosgenbehadlung einer aromatischen Säure wie Chlorterephthalsäure zu Chlorterephthaloylchlorid. Die Ausgangsverbindungen für diese Verfahren, Chlorterephthalsäure und ihr Vorläufer Chlor-p-xylol, sind nicht in kommerziellen Mengen erhältlich und begrenzen die Anwendbarkeit dieser Verfahren für einige Anwendungsgebiete.
- Die direkte Chlorierung von Terephthaloylchlorid in einer Lösung von Chlorsulfonsäure, enthaltend Schwefeltrioxid und einen Iod- Katalysator, ist angegeben zur Herstellung von 2,3,5,6-Tetrachlorterephthaloylchlorid. Die Monochlor-Komponente dieses Verfahrens wird nur in sehr geringen Mengen gebildet. Siehe Beispiel 1, Tabelle 1 der US-PS 3 833 852, veröffentlicht am 3.9.1974 aufgrund der Anmeldung von Knobloch.
- Die Monochlorierung von Benzoylchlorid ist beschrieben im Journal of Chemical Society, Bd. 121, S. 2510 (1922). Bei diesem Verfahren wird ein stetiger Strom von gründlich getrocknetem Chlor durch Benzoylchlorid mit einer kleinen Menge an wasserfreiem Eisen-III- chlorid geblasen. Benzoylchlorid besitzt nur eine funktionelle Säurechlorid-Gruppe und wird daher leicht in das Monochlorid umgewenn Benzoylchlorid und Isophthaloylchlorid chloriert werden, und daher wird das zweite Chlor schneller substituiert, so daß die Reaktion schnell unter Bildung von polychlorierten Produkten abläuft. Es wurde nun durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Verfahren entwickelt, um das Terephthaloylchlorid direkt zu chlorieren unter Bildung geeigneter Mengen des Monochlor-Produktes, 2-Chlorterephthaloylchlorid. Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Dichlorterephthaloylchlorid überraschender Weise in Mengen < 25 Gew.-% gebildet.
- Fig.1 ist ein ternäres Diagramm, das die Zusammensetzung, bezogen auf die drei Komponenten (1) Terephthaloylchlorid, (2) 2-Chlorterephthaloylchlorid und (3) Summe der Dichlorterephthaloylchlorid-Isomere während der Chlorierungsreaktion und in der Mutterlauge nach der Schmelz-Kristallisation zeigt. Linie (A) gibt die Zusammensetzung während der Chlorierung des gesamten flüssigen Reaktionsgemisches an, Linie (B) gibt die Zusammensetzung der flüssigen Phase nach der Kristallisation des Reaktionsgemisches an und Linie (C) ist eine Proben-Verbindungslinie.
- Die Quelle für die Reaktionspartner für das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht besonders kritisch. Im Handel erhältliche Reinheitsgrade von Terephthaloylchlorid und wasserfreiem Eisen- III-chlorid sind ausreichend. Die Bestandteite sollten wasserfrei gehalten werden, das Vorhandensein von Feuchtigkeit in den Reaktionspartnern die Ausbeute an dem gewünschten Produkt verringert.
- Die Chlorierung findet innerhalb eines ziemlich weiten Temperaturbereich statt. Annehmbare Ausbeuten an 2-Chlorterephthaloylchlorid werden erhalten bei Temperaturen im Bereich vor 120 bis 180ºC und besonders im Bereich von 140 bis 160ºC. Bei Temperaturen unterhalb des unteren Endes dieses Bereichs wird die Chlorierung zu langsam, um wirtschaftlich zu sein. Höhere Temperaturen erhöhen die Reaktionsgeschwindigkeit, aber der Abbau und die Steuerung der Reaktion begrenzen die obere Temperatur. Eine Temperatur im Bereich von 120 bis 180ºC hat nur einen geringen oder keinen Einfluß auf den Anteil an erhaltenem 2-Chlorterephthaloylchlorid.
- Bei der Durchführung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung wird geschmolzenes Terephthaloylchlorid 8 bis 17 Stunden, vorzugsweise etwa 10 Stunden mit Chlor in Gegenwart eines Katalysators zur Ring-Chlorierung zusammengebracht. Die längeren Zeiten sind mit den niedrigeren Chlorierungstemperaturen verbunden. Während der Reaktion liegt eine einzige (flüssige) Phase vor.
- Der bei dem Verfahren angewandte Katalysator ist ein typischer Katalysator zur Ring-Chlorierung, vorzugsweise wasserfreies Eisen- III-chlorid. Es werden Konzentrationen > 0,1% Eisen-III-chlorid und vorzugsweise 0,5% Eisen-III-chlorid angewandt. Niedrigere Konzentrationen an Eisen-III-chlorid, führen zu Reaktionszeiten, die zu lang sind, um praktisch angewandt zu werden. Die obere Grenze an vorhandenem Eisen-III-chlorid wird durch die begrenzte Löslichkeit von Eisen-III-chlorid in Terephthaloylchlorid bestimmt, da ungelöstes Eisen-III-chlorid als Katalysator nicht wirksam ist.
- Die Notwendigkeit, die Reaktionszeit zu kontrollieren, geht aus Fig.1 hervor. Die Chlorierung wird abgebrochen wenn das Reaktionsgemisch etwa 30 bis 41% 2-Chlorterephthaloylchlorid enthält und vorzugsweise wenn das Reaktionsgemisch höchstens 35 bis 38% 2-Chlorterephthaloylchlorid enthält. Jenseits dieses Punktes nimmt der Anteil an Dichlorterephthaloylchlorid schnell zu, während der Anteil an dem gewünschten Monochlor-Produkt sehr langsam zunimmt. Wenn einmal 2-Chlorterephthaloylchlorid gebildet worden ist, besteht eine starke Gefahr, daß die Reaktion heiter läuft, da 2-Chlorterephthaloylchlorid schneller chloriert wird als das Ausgangsmaterial Terephthalnylchlorid.
- Wenn die gewünschte Menge an 2-Chlorterephthaloylchlorid in dem Reaktionsgemisch erhalten worden ist, läßt man die Masse unter Rühren auf Raumtemperatur abkühlen. Während des Abkühlen entstehen Kristalle. Die sich abtrennende feste Phase ist reich an Terephthaloylchlorid und wird mit Hilfe von Standard-Trennvorrichtungen, wie einem Vakuumfilter, abgetrennt. Dieser Feststoff kann, zusammen mit zusätzlichem Terephthaloylchlorid für die weitere Chlorierung zurückgeführt werden. Das flüssige Filtrat enthält bis zu 50% 2-Chlorterephthaloylchlorid, abhängig von dem 2-Chlorterephthaloylchlorid in der Reaktionsmasse und der Temperatur, bei der die Reaktionsmasse filtriert wird. Das 2-Chlorterephthaloylchlorid in dem Filtrat kann durch eine Reihe von Destillationen gereinigt werden. Eine Rohdestillation bei beispielsweise 10 mm Hg (1,33 kPa) durch eine 6" (15,2 cm) Vigreux-Kolonne entfernt Eisen-III-chlorid und etwaige hochsiedende Nebenprodukte
- Das 2-Chlorterephthaloylchlorid-Produkt kann von diesem Destillat isoliert werden durch ansatzweise oder kontinuierliche Vakuum- Destillation durch eine 50 Böden Oldershaw-Sieb-Kolonne mit oder ein Äquivalent davon. Bei der ansatzweisen Destillation enthält das erste Destillat Terephthaloylchlorid und etwas 2-Chlorterephthaloylchlorid-Produkt. Dieses Destillat kann zur weiteren Chlorierung in das Reaktionsgefäß, zurückgeführt werden. Das nächste Destillat enthält das gewünschte Produkt. Der Destillationsrückstand enthält Dichlorterephthaloylchlorid-Isomere und eine kleine Menge Produkt.
- Bei der kontinuierlichen Vakuumdestillation sind zwei Durchgänge durch das System erforderlich. Bei dem ersten Durchgang wird Terephthaloylchlorid über Kopf abgezogen, zusammen mit etwas Produkt, und das konzentrierte Produkt wird vom Boden der Kolonne abgezogen. Bein zweiten Durchgang wird 2-Chlorterephthaloylchlorid über Kopf abgezogen und die 2 Dichlorterephthaloylchlorid-Isomere die etwas Produkt enthalten, werden vom Boden der Kolonne abgezogen. In jedem Falle wird der Bodensatz verwerten. Das Produkt der kontinuierlichen Vakuum-Destillation enthält 96% 2-Chlorterephthaloylchlorid oder mehr, weniger als 4% Terephthaloylchlorid und weniger als 0,5% Dichlorterephthaloylchlorid- Isomere. Bei der ansatzweisen Destillation variieren die Produkt- Schnitte während der Destillation Die zusammengegebenen Produkt- Schnitte besitzen die gleiche Qualität wie bei der kontinuierlichen Destillation.
- Die Reinheit des Endproduktes wird durch Gaschromatographie gemessen.
- Es ist für den Fachmann klar, daß das erfindungsgemäß Verfahren kontinuierlich durchgeführt werden kann.
- Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte 2-Chlorterephthaloylchlorid-Produkt ist geeignet als Monomer zur Herstellung von aromatischen Polyamiden und anderen Polymeren wie Polyester, die zur Herstellung von Fasern und Folien verwendet werden können.
- In einen 100 Gallonen (379 l) Kessel, der mit Glas ausgekleidet und mit Rührer, Kühler, Temperaturanzeiger, Rohr zum Einleiten von Gas in die Flüssigkeit, über einen Alkali-Wäscher entlüfteten Kühler und einem Mantel für Heiz- oder Kühlmedium versehen war, wurden eingebracht:
- 750 lb (340 kg) Terephthaloylchlorid, Flocken
- 3 lb (1,4 kg) Eisen-III-chlorid, wasserfrei.
- Das Terephthaloylchlorid wurde durch Einleiten von Niederdruck- Dampf in den Mantel geschmolzen. Der Rührer wirde gestartet und die Masse auf 135ºC erhitzt. Chlor wurde 15 h mit einer Geschwindigkeit von 8 bis 10 lb/h (3,5 bis 4,5 kg/h) in die Flüssigkeit eingeleitet. Zu diesem Zeitpunkt war die durch Gaschromatographie bestimmte Zusammensetzung der Masse:
- 63% Terephthaloylchlorid
- 31% 2-Chlorterephthaloylchlorid
- 5% Dichlorterephthaloylchloride.
- Der Ansatz wurde auf 90ºC gekühlt, in Trommeln ausgetragen und über einige Tage auf Umgebungstemperatur abgekühlt.
- Beim Kühlen trennte sich der Ansatz in eine flüssige und feste Fraktion. 2-Chlorterephthaleylchlorid konzentrierte sich in der flüssigen Phase. Die Flüssigkeit wurde von der festen Fraktion abgetrennt. 301 lb (136 kg) Flüssigkeit wurden gewonnen und diese besaß die durch Gaschromatographie bestimmte Zusammensetzung:
- 19 Gew.-% Terephthaloylchlorid
- 57 Gew.-% 2-Chlorterephthaloylchlorid
- 13 Gew.-% Dichlorterephthaloylchloride
- Das Filtrat wurde ansatzweise unter Vakuum destilliert - zunächst durch eine 6" (15,2 cm) Vigreux-Kolonne, um Eisen-III-chlorid und andere hochsiedende Bestandteile zu entfernen, und dann durch eine 50 Böden Oldershaw-Kolonne, um 2-Chlorterephthaloylchlorid von dem niedriger siedenden Terephthaloylchlorid und den höher siedenden Dichlorterephthaloylchloriden abzutrennen.
- Die Ausbeute, bezogen auf bei der Chlorierung entstandenes 2-Chlorterephthaloylchlorid, betrug 58%.
- In einen 2 l 4-Hals-Rundkelben, der mit elektrischem Heizmantel, Rührer, Thermometer, Rohr zum Einleiten von Gas in die Flüssigkeit und über einen Alkali-Wäscher entlüfteten Kühler versehen war, wurden eingebracht:
- 1377 g Terephthaloylchlorid, geschmolzen bei 90-100º, 7 g Eisen-III-chlorid, wasserfrei.
- Die Masse wurde gerührt und auf 150ºC erhizt. Chlor wurde mit einer Geschwindigkeit von 165 cm³/min 10 h in die Flüssigkeit eingeleitet, dabei wiirde die Temperatur au 140-150ºC gehalten. Zu diesem Zeitpunkt war die durch Gaschromatographie bestimmte Zusammensetzung:
- 57 Gew.-% Terephthaloylchlorid
- 30 Gew.-% 2-Chlorterephthaloylchlorid
- 13 Gew.-% Dichlorterephthaloylchloride.
- Die Masse wurde ohne Rühren auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Masse kristallisierte und wurde filtriert unter Bildung von:
- 577 g fester Phase
- 606 g flüssiger Phase = 405 cm³
- Die durch Gaschromatographie bestimmte Zusammensetzung der flüssigen Phase war:
- 25% Terephthaloylchlorid
- 60,5% 2-Chlorterephthaloylchlorid
- 14,5% Dichlorterephthaloylchloride.
- Die flüssige Phase wurde auf 8ºC gekühlt und erneut filtriert. Die Ausbeute betrug 524 g = 350 cm³. Die Zusammensetzung war:
- 17% Terephthaloylchlorid
- 66% 2-Chlorterephthaloylchlorid
- 17% Dichlorterephthaloylchloride.
Claims (5)
1. Verfahren zur Herstellung von 2-Chlorterephthaloyl, umfassend
das Zusammenbringen von geschmolzenem Terephthaloylchlorid in
reaktiven Kontakt mit Chlor in Gegenwart eines wasserfreien
Katalysators zur Ring-Chlorierung bei einer Temperatur von 120ºC,
während 8 bis 17 Stunden,, um ein Reaktionsgemisch zu erhalten, mit
etwa 30 bis 41 Gew.-% 2-Chlorterephthaloyl.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Temperatur während etwa 10
Stunden im Bereich von 140 bis 160ºC gehalten wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das
entstandene Reaktionsgemisch 35 bis 38 Gew.-% 2-Chlorterephthaloyl
enthält.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei der
Katalysaters zur Ring-Chlorierung Eisen-III-chlorid ist und in einer
Menge > 0,1 Gew.-%, bezogen auf das Reaktionsgemisch vorhanden
ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der
Katalysaters zur Ring-Chlorierung Eisen-III-chlorid ist und in einer Menge
von etwa 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Reaktionsgemisch vorhanden
ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sich das
Reaktionsgemisch auf Raumtemperatur abkühlen kann.
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