DE879103C - Verfahren zur Gewinnung von Trinitrophenol - Google Patents

Verfahren zur Gewinnung von Trinitrophenol

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DE879103C
DE879103C DEB16417A DEB0016417A DE879103C DE 879103 C DE879103 C DE 879103C DE B16417 A DEB16417 A DE B16417A DE B0016417 A DEB0016417 A DE B0016417A DE 879103 C DE879103 C DE 879103C
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Germany
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trinitrophenol
nitric acid
carboxylic acids
acid
coal
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DEB16417A
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English (en)
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Anton Dr Benning
Otto Dr Grosskinsky
Bernhard Juettner
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Bergwerksverband GmbH
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Bergwerksverband GmbH
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C201/00Preparation of esters of nitric or nitrous acid or of compounds containing nitro or nitroso groups bound to a carbon skeleton
    • C07C201/06Preparation of nitro compounds
    • C07C201/16Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

  • Verfahren zur Gewinnung von Trinitrophenol Bekannt ist die Herstellung von Carbonsäuren hzw. deren Gemischen aus fossilen oder rezenten Brennstoffen oder deren Destillationsprodukten und -rückständen, die dadurch erfolgt, daß man das Ausgangsmaterial bei erhöhter Temperatur und gegebenenfalls erhöhtem Druck mit oxydierenden Mitteln, wie Salpetersäure, Chromsäure, Permanganat u. dgl., behandelt oder einer Druckoxydation mit Sauerstoff, Luft oder anderen sauerstoffhaltigen oder solchen abgebenden Substanzen in alkalischem Medium unterwirft. Man erhält ein Produkt, das vorwiegend aromatische, aber auch aliphatische Carbonsäuren und höhermolekulare polycyclische Carbonsäuren enthält.
  • Zur Aufarbeitung zwecks Gewinnung möglichst weißer Carbonsäuren unterwirft man dieses Pro-Bukt einer spaltenden Nachoxydation mit oxydierenden Mitteln, wie Salpetersäure, Chromsäure, Permanganate, Persulfate, Hypohalogenite u. dgl., oder einer oxydierenden Nachbehandlung durch Druckerhitzung in alkalischem Medium. Hierdurch wird ein Teil der noch hochmolekularen Carbonsäuren abgebaut. Man kann aber auch aus dem Oxydationsgemisch die monocyclischen Polycarbonsäuren von den dunkelgefärbten polycyclischen Verbindungen abtrennen, und zwar dadurch, daß man das Reaktionsprodukt nach Entfernen des Oxydationsmittels, z. B. der Salpetersäure, mit Wasser digeriert, wobei die monocyclischen Polycarbonsäuren in Lösung gehen, während die polycyclischen Verbindungen ungelöst zurückbleiben und durch Filtration abgetrennt werden können. Bei diesen Aufarbeitungsverfahren erhält man jedoch nicht immer Carbonsäurengemische der gewünschten hellen Farbe, sondern oft mannigfach gefärbte Produkte, ohne daß es bisher möglich war, den Grund hierfür zu ermitteln-. ` " ' °` Es wurde- nun gefunden, daß die Schwierigkeiten, die sich der Gewinnung der Carbonsäurengemische bei- der Oxydation mit .Salpetersäure in den Weg stellen, ihren Grund in der Anwesenheit von stickstoffhaltigen Verbindungen, hauptsächlich Trinitrophenol,haben und daß es also darauf ankommt, aus dem rohen Oxydationsprodukt vor dessen Weiterverarbeitung diese Verbindungen abzuscheiden.
  • Andererseits ist das Trinitrophenol; bei der. in Rede stehenden Oxydation von Brennstoffen mit Salpetersäure ein störendes Nebenprodukt, an:sich ein wertvoller Handelsartikel, dessen Abscheidung sich -daher schon aus diesem Grunde lohnt. Unter Umständen kann es sogar erwünscht sein, wenn bei der genannten Oxydation möglichst viel Trinifrophenol entsteht, so daß das Oxydationsverfahren zur Gewinnung von Carbonsäuren gleichzeitig' zu einem lohnenden Darstellungsverfahren für Trinitrophenol wird. Wie weiter gefunden wurde, läßt sich dies durch Wahl der Ausgangsmaterialien, der Aufschlußmittel und der Arbeitsbedingungen in der Tat erreichen.
  • Um möglichst viel Trnitrophenol zu erhalten, wird das Ausgangsmaterial mit mittelstarker Salpetersäure bei erhöhter Temperatur behandelt, z. B. mit einer Salpetersäure von etwa. 3o bis 33 0/0. Wesentlich für den -Aufschluß ist, daß die Säure, deren Konzentration in gewissen Grenzen variieren kann, einen bestimmten Konzentrationsgrad, z. B. bei Zugabe weiterer Mengen frischer ,Säure, nicht übersteigt, denn bei zu hoher Salpetersäurekonzentration tritt eine Zersetzung des Trinitrophenols ein, während sich bei niedrigerer Konzentration wenig Trinitrophenol bildet. . Vorteilhaft . ist ein leichtes Absinken der Konzentration im Zuge des Aufschlusses.
  • Um den Aufschluß zu beschleunigen, gibt man zweckmäßig von Zeit zu Zeit frische Säure nach. Wegen der bereits erwähnten Zersetzungsgefahr für das einmal gebildete Trinitrophenol muß eine solche Maßnahme jedoch mit größter Vorsicht, d. h. unter sorgfältigerKontrolle der Säurekonzentration, vorgenommen werden. Man erhält dann ein Salpetersäureaufschlußprodukt, das neben relativ viel Trinitrophenol hauptsächlich Benzolcarbonsäuren, aber auch aliphatische@arbonsäuren, wie Adipinsäure, - Bernsteinsäure u: dgl., und wasserunlösliche höhermolek_ ulare aromatische Carbonsäuren enthält.
  • Aus dem Vorstehenden erklärt sich, daß die störenden Stickstoffverbindungen bisher in wechselnden Mengen auftraten, da man nämlich die genauen Bedingungen, die die Bildung von Trinitrophenol begünstigen. bzw. verhindern, bisher nicht kannte. Ferner ergibt sich daraus, daß man den Aufschluß, falls erwünscht, auch ganz- auf die Gewinnung der Carbonsäuren unter möglichst geringer Bildung von Trinitrophenol abstellen kann, indem man ihn mit Salpetersäure hoher bis höchster Konzentration durchführt. Umgekehrt kann man den Aufschluß mit verhältnismäßig schwacher Salpetersäure; etwa mit einer Konzentration von z5 bis 2o °/o, beginnen und später die Konzentration erhöhen, wodurch man ebenfalls ein trinitrophenolarmes Produkt erhält. Die letztere Arbeitsweise ist besonders vorteilhaft, weil der Aufschluß ruhig und ohne .das lästige Aufschäumen anläuft und die gewünschten Carbonsäuren durch die anschließende Konzentrationserhöhung in verhältnismäßig kurzer Zeit in guter Ausbeute gebildet werden.
  • Es- wurde weiter gefunden, daß beim Aufschluß von Brennstoffen mit Salpetersäure, die man, falls erwünscht, durch andere Säuren ergänzen kann, das. Trinitrophenol im wesentlichen im ersten Stadium des Aufschlusses, zum Teil schon beim Aufheizen des Aüfschlüßgemisches, gebildet wird. Falls das Verfahren ganz auf dessen Gewinnung abgestellt werden soll, kann' es zweckmäßig sein, den Aufschluß schon nach kurzer Zeit abzubrechen, die nicht aufgeschlossene Kohle abzutrennen und das Filtrat, gegebenenfalls nach Ergänzung mit frischer Salpetersäure, zur Behandlung neuer Ausgangskohle heranzuziehen. Nach dieser Methode kann man beliebig oft verfahren und dadurch das Nitrophenol beträchtlich anreichern. Das Aufschlußverfahren läßt sich im übrigen bei normalem oder erhöhtem Druck kontinuierlich oder diskontinuierlich durchführen.
  • Als Ausgangsmaterialien kommen, wie bereits erwähnt, die fossilen und rezenten Brennstoffe sowie deren Destillationsprodukte - und -rückstände in Frage. Als besonders vorteilhaft für die Ausbeute an Trinitrophenol-hat sich für das vorliegende Verfahren die in neuester Zeit bekanntgewordene voroxydierte Kohle bewährt. Eine solche Kohle kann man z. B. erhalten, indem man Steinkohle, gegebenenfalls in pulverisiertem Zustand, intensiv, etwa nach Art des @Staubfließverfahrens im Winckler-Generator, mit Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasen behandelt. Eine weitere Verbesserung der Trinitrophenolausbeute läßt sich durch die -Auswahl bestimmter Kohlearten erreichen. ,Es wurde nämlich gefunden, daß Steinkohlen mit hohen Anteilen an flüchtigen Bestandteilen bessere Ausbeuten anTrinitrophenol liefern; ebenfalls erhält man einen größeren Anteil an aliphatischen Carbonsäuren. Demnach bietet also die Wahl gasreicher voroxy--dierter Steinkohle als Ausgangsmaterial die besten Aussichten auf erhöhte Ausbeute an Trinitrophenol. Die .Ausbeute an Benzolcarbonsäuren bleibt von der Art der ausgewähltenRohkohle praktisch unberührt.
  • Zur Isolierung des Trinitrophenols extrahiert man die meist dunkelbraun gefärbte salpetersaure Aufschlußlösung mit einem geeigneten organischen Lösungsmitfel, wie Chloroform, Benzol u. dgl. Dabei muß man beachten, daß nicht gleichzeitig die in der salpetersauren Lösung enthaltenen hochmolekularen Carbonsäuren extrahiert werden, was verhindert werden kann, indem man z. B. die ,Extraktion auf etwa 8 Stunden beschränkt, da der größte Teil des Trinitrophenols während der Extraktion in verhältnismäßig kurzer Zeit von dem Lösungsmittel aufgenommen wird. Davon kann man Gebrauch machen, falls man nur den wesentlichen Teil des beim Aufschluß gebildeten Trinitrophenols aus der Ausschlußlösung extrahieren will.
  • Von den bekannten Lösungsmitteln haben sich für die Extraktion besonders Chloroform und Benzol bewährt. Die besondere Eignung des Chloroforms ist in seinem geringen Lösungsvermögen für die Benzolcarbonsäuren und die höhermolekularen Säuren begründet, womit ein Kriterium für die Eignung organischer Lösungsmittel für das vorliegende Verfahren aufgezeigt ist.
  • Nach i.Abtrennung des Trinitrophenols bleibt eine saure Lösung von aromatischen und aliphatischen Carbonsäuren zurück. NTach einer Methylierung werden die aliphätischen Säuren und die Banzolcarbonsäuren als Ester abdestilliert. Man kann die reinen Carbonsäuren aus der salpetersauren Lösung auch dadurch gewinnen, daß man eindampft, den Rückstand mit Schwefelsäure erhitzt und mit Äther extrahiert oder das Eingedampfte der Sublimation unterwirft. Der Rückstand, der aus höhermoleltularen aromatischen Säuren besteht, kann erneut der Oxvdation unterworfen werden, wodurch er, wie gefunden wurde, weitere brauchbare Carbonsäuren liefert.
  • Ein anderer Weg zur Isolierung des Trinitropheiiols besteht darin, daß man die salpetersaure Aufschlußlösung vollständig bis zur Trockene eindampft (an :Stelle des Eindampfens kann man die salpetersaure Lösung auch neutralisieren), den Rückstand mit etwas Wasser aufnimmt und die konzentrierte Lösung mit einer konzentrierten Carbonatlösung versetzt. Zweckmäßig benutzt man gesättigte Kaliumcarbonatlösung, da das damit anfallende Trinitrophenolat verhältnismäßig schwer löslich ist und außerdem nur geringe Mengen schwer löslicher Salze anderer organischer Säuren gebildet werden, die mit ausfallen. Durch kurzes Aufkochen geht das Salz wieder in Lösung und kristallisiert beim Abkühlen in reiner Form aus. Das kristalline Phenolat wird abfiltriert und mit Schwefelsäure unter Bildung von freiem Trinitroplienol und Kaliumsulfat aufgearbeitet.
  • Soll an Stelle des freien Trinitrophenols ein Salz, beispielsweise das Kupfersalz, gewonnen werden, so wird man zweckmäßig an Stelle von Kaliumcarbonat bereits Kupfercarbonat verwenden. Gleichermaßen kann man andere Salzlösungen zur Bildung von -Salzen des Trinitrophenols heranziehen.
  • Mit dem neuen Verfahren ist ein Weg gefunden «-orden, um im Vergleich zu dem bisher bekannten Verfahren mit in beliebigen Mengen zur Verfügung stehenden Ausgangsprodukten billig Trinitrophenol herzustellen. Man spart insbesondere das teure Phenol, aber auch große Mengen an Schwefelsäure und auch teilweise Salpetersäure. Gleichzeitig hat man es in der Hand, beim Aufschluß von Kohle mit Salpetersäure auf die Bildung von möglichst wenig Trinitrophenol hinzuarbeiten. was für die Herstellung von Benzolcarbonsäuren bzw: ` deren Isolierung von Nutzen ist.
  • Beispiel i ioo Gewichtsteile pulverisierte Steinkohle mit 37'/o flüchtigen Bestandteilen werden nach Voroxydation mittels Luft mit 6oo Teilen 33o/oiger Salpetersäure 12 Stunden unter Rückfluß auf ioo bis 12o° erhitzt. Nach dem Erkalten wird vom Ungelösten abfiltriert, die Lösung im Perforator 8 Stunden mit Benzol extrahiert, der Extrakt eingedampft und aus Chloroform umkristallisiert. Man erhält 12 Teile reines 2,4,6-Trinitrophenol.
  • Der benzolunlösliche Anteil wird methyliert und das erhaltene Estergemisch fraktioniert destilliert. Nach Verseifung der Estergemische erhält man 7 Teile aliphatische Säuren (vorwiegend Bernsteinsäure neben wenig Adipinsäure) und 39 Teile Benzolcarbonsäuren, in der Hauptsache o-Phthalsäure, Hemimellithsäure, Trimellithsäure, Pyromellithsäure, Mellophansäure und Benzolpentacarbonsäure.
  • Erhitzt man ioo Gewichtsteile der gleichen voroxydierten Kohle mit 6oo Teilen 17o/oiger Salpetersäure 12 :Stunden am Rückfluß auf 12o bis 13o° und extrahiert man die erkaltete Lösung io Stunden mit Chloroform, so enthalten nach Eindampfen der Extrakt i Teil reines 2,4,6-Trinitrophenol und das in Chloroform Unlösliche 7 Teile aliphatische und q-1 Teile Benzolcarbonsäuren. Durch Verwendung der erheblich verdünnteren Säure ist also die Ausbeute an Trinitrophenol zugunsten der Carbonsäuren stark zurückgegangen.
  • Behandelt man endlich ioo Gewichtsteile derselben voroxydierten Kohle mit 6oo Teilen 55o/oiger Salpetersäure 12 Stunden unter Rückfluß bei ioo bis i io°, so erhält man nach Aufarbeitung des rohen Oxydationsproduktes in der oben angegebenen Weise nur io Teile Trinitrophenol. Infolge der gesteigerten Säurekonzentration ist also auch hier die Ausbeute an Trinitrophenol wieder zurückgegangen. Beispiel e Dieses Beispiel zeigt den ungünstigen Einfluß verschärfter Arbeitsbedingungen (hohe Temperatur, Überdruck). Man behandelt ioo Gewichtsteile der gleichen voroxydierten Steinkohle wie oben im Autoklav mit doo Teilen 35o/oiger @Salpetersäure 2 Stunden bei 16o° und 4,5 atü. Vom Ungelösten wird abfiltriert und die dunkelbraune Lösung zur Trockene eingedampft. Der Eindampfrückstand wird mit wenig Wasser zu einer dickflüssigen Lösung angerührt und mit konzentrierter Kaliumcarbonatlösung neutralisiert. Unter Zusatz von etwas festem Kaliumcarbonat wird kurz aufgekocht. Beim Abkühlen kristallisiert das Kaliumsalz des Trinitrophenols aus, welches abfiltriert und mit Schwefelsäure in freies Trinitrophenol übergeführt wird. Es werden 9 Gewichtsteile reines Trinitrophenol erhalten. Die vom Ausgefällten befreite schwach alkalische Lösung wird angesäuert, eingedampft und gemäß Beispiel i auf Carbonsäuren verarbeitet.
  • Beispiel 3 Geht man dagegen von einer voroxydierten Kohle aus, die nur 31 % flüchtige Bestandteile besitzt, so werden nach der Behandlung von ioo Gewichtsteilen mit 6oo Teilen 330/aiger Salpetersäure und Aufarbeitung wie nach Beispiel i 6 ,Teile Trinitrophenol; 2 bis 3 Teile aliphatische Säuren und 40 Teile Benz.olcarbonsäuren gewonnen. Demnach gibt eine- gasärmere Kohle eine geringere Ausbeute an Trinitrophenol und aliphatischen iSäuren.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur -Gewinnung von Trinitrophenol bei der Herstellung von Carbonsäuren durch oxydative Behandlung fossiler oder rezenter Brennstoffe öder deren UmwandlungspTodukte mit iSalpetersäure, dadurch gekennzeichnet, daß man aus dem rohen Oxydationsgemisch bei dessen Verarbeitung auf Carbonsäuren -das Trinitrophenol abtrennt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ausgangsmaterial mit Luft, Sauerstoff oder anderen oxydierenden Gasen voroxydierte Steinkohle oder solche mit hohem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen, erforderlichenfalls in gleicher Weise voroxydiert, verwendet.
  3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oxydation mit Salpetersäure unter schonenden Bedingungen, insbesondere unter Verwendung einer 3o bis 35°/aigen Säure bei etwa ioo bis i30°. durchführt. q..
  4. Verfahren nach .den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Behandlung mit iSalpetersäure nach kurzer Zeit unterbricht, das Ungelöste abtrennt, zu der Lösung neues Ausgangsmaterial gibt, die ursprüngliche Säurekonzentration durch 'Zugabe frischer Salpetersäure wiederherstellt und diesen Aufschlußprozeß gegebenenfalls mehrfach wiederholt.
  5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen i bis q., dadurch gekennzeichnet, daß man die abgeschiedenen höhermolekularen wasserunlöslichen Carbonsäuren in das Verfahren zurückführt.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5178640A (en) * 1983-11-10 1993-01-12 Eni-Ente Nazionale Idrocarburi Method for preparing a synthetic fuel and/or synthetic components for fuels, and the product obtained thereby

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5178640A (en) * 1983-11-10 1993-01-12 Eni-Ente Nazionale Idrocarburi Method for preparing a synthetic fuel and/or synthetic components for fuels, and the product obtained thereby

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