DE924928C - Process for the production of formamide - Google Patents

Process for the production of formamide

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DE924928C
DE924928C DEP4943D DEP0004943D DE924928C DE 924928 C DE924928 C DE 924928C DE P4943 D DEP4943 D DE P4943D DE P0004943 D DEP0004943 D DE P0004943D DE 924928 C DE924928 C DE 924928C
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formamide
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DEP4943D
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Inventor
Walton Barr Tanner
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EIDP Inc
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EI Du Pont de Nemours and Co
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C235/00Carboxylic acid amides, the carbon skeleton of the acid part being further substituted by oxygen atoms

Description

Verfahren zur Herstellung von Formamid Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Formamid aus Alkylformiaten und Ammoniak.Process for Making Formamide The invention relates to on the production of formamide from alkyl formates and ammonia.

Es ist bekannt, daß sich Formamid beim Einwirken von Ammoniak auf Alkylformiat bildet. Nach einer Ausführungsform eines bekannten Verfahrens zur Herstellung von Formamid wird flüssiges Ammoniak auf Alkylformiate in der Kälte, z. B. bei -4o°, einwirken gelassen. Nach einer anderen Ausführungsform dieses Verfahrens wird die Umsetzung mit komprimiertem gasförmigem Ammoniak bei Drücken von 8 bis i5o Atm. vorgenommen. Das Arbeiten bei gewöhnlichem Druck mit flüssigem Ammoniak hat den Nachteil, daß man bei sehr tiefen Temperaturen, mindestens unter-33,5°', dem Siedepunkt des flüssigen Ammoniaks bei gewöhnlichem Druck, arbeiten muß. Hingegen ist das Arbeiten mit gasförmigem Ammoniak unter erhöhtem Druck mit komplizierten Apparaturen, wie druckfesten Umsetzungsgefäßen, Regelventilen, Druckerzeugern, und somit hohen Kosten verbunden.It is known that formamide when exposed to ammonia on Forms alkyl formate. According to one embodiment of a known method of manufacture Formamide converts liquid ammonia to alkyl formates in the cold, e.g. B. at -4o °, allowed to act. According to another embodiment of this method, the Reaction with compressed gaseous ammonia at pressures of 8 to 150 atm. performed. Working at ordinary pressure with liquid ammonia has the Disadvantage that at very low temperatures, at least below -33.5 ° ', the boiling point of liquid ammonia at ordinary pressure. On the other hand, it is working with gaseous ammonia under increased pressure with complicated apparatus, such as pressure-resistant conversion vessels, control valves, pressure generators, and thus high costs tied together.

Durch die Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß man Alkylformiat und wasserfreies gasförmiges Ammoniak bei gewöhnlichem Druck und Temperaturen unterhalb 6o@°' in ein Gemisch einleitet, das von vornherein aus Formamid und einem aliphatischen Alkohol besteht oder diese Stoffe neben indifferenten Lösungsmitteln enthält. Als an sich bekannte indifferente Lösungsmittel können z. B. Kohlenwasserstoffe, wie Benzol, oder hydrierte Naphthaline oder Äther, z. B. Dioxan, verwendet werden.The invention avoids these disadvantages in that one alkyl formate and anhydrous gaseous ammonia at ordinary pressure and Temperatures below 6o @ ° 'in a mixture which from the outset consists of formamide and an aliphatic alcohol or these substances in addition to inert solvents contains. As known inert solvents, for. B. hydrocarbons, such as benzene, or hydrogenated naphthalenes or ethers, e.g. B. dioxane can be used.

Es hat sich hierbei gezeigt, daß bei Gegenwart von Formamid und aliphatischen Alkoholen und unter Ausschluß von Wasser die Umsetzung des Alkylformiats mit gasförmigem Ammoniak sehr schnell und nahezu vollständig auch ohne höhere Drucke und Temperaturen erfolgt. Wird z. B. Methylformiat einer äquimolekularen Mischung von Formamid und Methylalkohol zugesetzt und gasförmiges Ammoniak in die Mischung eingeleitet, so wird dieses unter Wärmeentwicklung rasch aufgenommen nach folgender Reaktion: HGOOCH3 -i- NH3 = HCONH2 -;- CH30H. Dabei setzen sich die Reaktionskomponenten bei gewöhnlicher Temperatur fast augenblicklich bis zu 97 % um. Hierauf wird die Reaktion langsamer, und es dauert einige Stunden, bis die verbleibenden 3 % sich noch umsetzen. Statt äquimolekularer Mengen Formamid und Alkohol kann man auch den einen oder den anderen Ausgangsstoff in Überschuß anwenden.It has been shown that in the presence of formamide and aliphatic Alcohols and with the exclusion of water the implementation of the Alkyl formate with gaseous ammonia very quickly and almost completely even without higher pressures and temperatures takes place. Is z. B. methyl formate of an equimolecular mixture of formamide and methyl alcohol are added and gaseous ammonia is added to the mixture initiated, this is rapidly absorbed with the development of heat after the following Reaction: HGOOCH3 -i- NH3 = HCONH2 -; - CH30H. The reaction components settle in the process at ordinary temperature almost instantaneously up to 97%. Then the Response is slower and it takes a few hours for the remaining 3% to settle still implement. Instead of equimolecular amounts of formamide and alcohol you can also use the use one or the other starting material in excess.

Das Umsetzungsgleichgewicht wird durch Temperaturänderung innerhalb io :bis 6o° nicht sehr beeinflußt. Bei ao" entspricht das Gleichgewicht nahezu 99 % Formamid und i % Methanol. Bei höheren Temperaturen, z. B. 6d°, ist die Löslichkeit des Ammoniaks vermindert, die Umsetzungsgeschwindigkeit jedoch erhöht. Arbeitet man z. B. bei 60'°, so ist es notwendig, die Ausgangsstoffe in kleineren Mengen einzuführen, als dies bei niedrigen Temperaturen der Fall ist, .da sonst das Ammoniak wegen der verminderten Löslichkeit entweichen kann, ohne mit Formiat in "Reaktion zu treten. Die Ergebnisse bei 3o bis 35'° sind befriedigender als bei 6o'°'. Die besten Ergebnisse werden jedoch bei noch niedrigeren Temperaturen, z. B. bei 1o bis 2o°, erreicht.The equilibrium of conversion is not very much influenced by a change in temperature within 10: to 60 °. At ao "the equilibrium corresponds to almost 99% formamide and 1% methanol. At higher temperatures, e.g. 6d °, the solubility of the ammonia is reduced, but the rate of conversion is increased. If one works, for example, at 60 °, so It is necessary to introduce the starting materials in smaller amounts than is the case at low temperatures, because otherwise the ammonia can escape because of the reduced solubility without reacting with formate. The results at 3o to 35 '° are more satisfactory than at 6o' ° '. However, the best results are obtained at even lower temperatures, e.g. B. at 1o to 2o °, achieved.

Das Verfahren kann mit ,besonderem Vorteil kontinuierlich durchgeführt werden, indem äquimolekulare Mengen Alkylformiat, z. B. Methylformiat, und gasförmiges Ammoniak fortlaufend z. B. in eine Kolonne eingeführt werden, die eine Mischung aus Formamid und einem aliphatischen Alkohol, z. B. Methylalkohol, enthält und die mit den geeigneten bekannten Mitteln gekühlt wird, um unerwünschte Temperatursteigerungen zu verhüten. Die Reaktionsprodukte können aus der Kolonne oben abgezogen, gesammelt und unmittelbar destilliert werden, wobei der überschüssige Alkohol zurückgewonnen wird und als Destillationsrückstand prak. tisch reines Formamid hinterbleibt. Das Destillat enthält neben dem Alkohol kleine Mengen von nicht umgesetztem Formiat und Ammoniak, gegebenenfalls auch kleine Mengen von Formamid, die aber bei seiner unmittelbaren Wiederverwendung für die Umsetzung nur von Vorteil sind.The process can be carried out continuously with particular advantage are by adding equimolecular amounts of alkyl formate, e.g. B. methyl formate, and gaseous Ammonia continuously z. B. be introduced into a column containing a mixture from formamide and an aliphatic alcohol, e.g. B. methyl alcohol, contains and the is cooled with the appropriate known means to avoid undesirable temperature increases to prevent. The reaction products can be withdrawn from the column above, collected and immediately distilled, recovering the excess alcohol is and as a distillation residue prak. pure formamide remains behind. That In addition to the alcohol, distillate contains small amounts of unreacted formate and ammonia, possibly also small amounts of formamide, but that with his immediate reuse are only beneficial for implementation.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen., die Reaktionsmischung nach Abschluß der Reaktion eine Zeitlang, z. B. einige Stunden, stehenzulassen, um die Reaktion zu vervollständigen. Praktisch wird man daher die Destillation erst nach dieser Zeit vornehmen. Man kann aber auch das Destillat, das noch kleine Mengen vom nicht umgesetztem Foirmiat und Ammoniak sowie kleine Mengen Formamid enthält, stehenlassen und dann erneut wobei im wesentlichen. reiner Alkohol als. Destillat erhalten wird, während ein Rückstand aus Formamid und Alkylformiat zurückbleibt. Dieser Rückstand kann vorteilhaft der aus der Reaktionskolonne abgezogenen. Reaktionsmischung zugesetzt werden, wodurch die Ausbeute an Formamid gesteigert wird.It has been found to be useful., The reaction mixture after completion the reaction for a while, e.g. B. for a few hours to allow the reaction to complete. The distillation becomes practical only after this Make time. But you can also use the distillate, which is still not in small amounts contains converted formamide and ammonia as well as small amounts of formamide and then again being essentially. pure alcohol than. Distillate is obtained, while a residue of formamide and alkyl formate remains. This residue can advantageously that withdrawn from the reaction column. Reaction mixture added , whereby the yield of formamide is increased.

Die Trennung der Reaktionsmischung kann nach geeigneten bekannten. Vardampfungs- oder Dustillationsmethoden ausgeführt werden., z. B. durch fzaktionierte Destillation: bei gewöhnlichem Druck oder unter vermindertem Druck oder Verdampfung in dünner Schicht auf geheizten Walzen u. dgl. Die Destillation kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen.The separation of the reaction mixture can be carried out according to suitable known methods. Vardampfungs- or dustillation methods are carried out., Z. B. by fzaktionierte Distillation: at ordinary pressure or under reduced pressure or evaporation in a thin layer on heated rollers, etc. The distillation can be continuous or be carried out discontinuously.

Beispiel In eine mit Wasser gekühlte und mit Glasraschigringen gefüllte Glasröhre von 5 .cm Durchmesser und 6o cm Länge wird eine äquimolekulare Menge Formamid undMethylalkoholeingefüllt. Über Strömungsmesser werden gasförmiges Ammoniak und Methylformiat gleichzeitig unten: in die Kolonne eingeführt, wobei die Temperatur der Kolonne im Bereich. von io bis 2o° gehalten wird. Nach beendeter Reaktion fließen. die Rcaktiomsprodukte vom Kopf der Kolonne kontinuierlich ab und wenden gesammelt. Es werden dabei die aus folgender Tabelle ersichtlichen Ergebnisse erzielt: Zufluß- Freies Analyse des erhaltenen Gemisches Zeit geschwindigkeit Molvernältnis Ammoniak Freies 24 finden nach der Reaktion Gramm pro Minute Ammoniak in Minuten Methylformiat Reaktions- unmittelbar Freies Methyl- Methyl- Methyl zu Ammoniak gemisch nach der Ammoniak Formamid alkohol formiat formiat Ammoniak Ammoniak o% *) Reaktion °/a °/o °% . °/a Beginn 6,8 1,64 1,z2:1 - 15 6,8 1,64 1,z2:1 3,2 25 6,8 1,64 1,12:1 3,9 0,01 53,4 38,1 8,5 30 6,8 1,64 i,12:1 - - 35 6,8 1,25 454: 1 - 50 6,8 1,25 1,54: 1 3,1 0,017 46,6 33,1 20,3 55 6,8 1,25 1,54: 1 3,2 135 60 6,8 1,25 1,54:1 - . *) Diese Werte wurden aus dem am Boden der Reaktionskolonne abgezogenen Gemisch erhalten, zu dem Zeitpunkt, an dem die Hauptreaktion stattfand. Ändert man die Bedingungen dieses Beispiels insofern, als man 6,8 g Methylformiat und 1,92 g Ammoniak pro Minute einführt, was einer äquimoleku.laren Mischung der Ausgangsstoffei entspricht, so, enthält das anfangs erhaltene Produkt 3,5 % nicht umgesetztes Ammoniak. Nach 24stündigem Stehen bei Zimmertemperatur ist die Zusammensetzung des Produktes die folgende: Freies Ammoniak . . . . . . . . . . o,92 % Formamid .. .... ........... 58,o 0/0 Methyladkohal . . . . . . . . . . . . . . 4I,2 0/0 Methylfarmiat . . . . . . . . . . . . . 0,0 0/0 I00, I 2 0/0 Statt Methylformiat, das z. B. durch Umsetzung von Kohlenoxyd mit Methylalkohol, aber auch durch Veresterung von Ameisensäure: mit Methylalkohol erhalten. werden kann., können auch andere Alkylformiate- oder Gemische von. Alkylformia,ten angewendet werden. Zur Erleichterung der vollständigen Abtrennung des Farmamids vom Alkohol kann zweckmäßig ein Alkylformiat angewendet werden, dessen Alkohol einen, Siedepunkt hat, der nicht zu nahe an dem des Formamids liegt. Im allgemeinen ist es vorteilhaft, Alkylformiate anzuwenden, deren Alkohole relativ niedrige Siedepunkte besitzen, um bei der Destillation Temperaturen zu vermeiden, die Zersetzung oder Polymerisation verursachen. Die Erfindung kann auch auf andere Weise, als die in den Beispielen beschriebene, z. B. diskontinuierlich, derart durchgeführt werden, daß zuerst Alkylfarmiat dein Mischung von Formamid und Alkohol zugesetzt und erst dann gasförmiges Ammoniak in die Mischung eingeleitet wird. Die Ausgangsstoffe können auch abwechselnd dein Reaktionsmedium zugeführt werden. Ferner kann man das Ammoniak mit dem Alkylformiat vor deren. Z.ugabei mischen. Schließlich kann: man auch das Alkylfo@rmiat der Reaktionsmischung in. Dampfform zuführen.EXAMPLE An equimolecular amount of formamide and methyl alcohol is filled into a glass tube, 5 cm in diameter and 60 cm in length, which is cooled with water and filled with glass Raschig rings. Via flow meters, gaseous ammonia and methyl formate are simultaneously introduced below: into the column, whereby the temperature of the column is in the range. is held from io to 2o °. When the reaction is complete, flow. the Rcaktiomsprodukte from the top of the column continuously and turn collected. The results shown in the following table are achieved: Inflow-free analysis of the mixture obtained Time velocity molar ratio ammonia free 24 find after the reaction Grams per minute of ammonia in minutes methyl formate reaction immediately free methyl methyl Methyl to ammonia mixture according to the ammonia formamide alcohol formate formate ammonia ammonia o% *) reaction ° / a ° / o °%. ° / a Start 6.8 1.64 1, z2: 1 - 15 6.8 1.64 1, z2: 1 3.2 25 6.8 1.64 1.12: 1 3.9 0.01 53.4 38.1 8.5 30 6.8 1.64 i, 12: 1 - - 35 6.8 1.25 454: 1 - 50 6.8 1.25 1.54: 1 3.1 0.017 46.6 33.1 2 0, 3 55 6.8 1.25 1.54: 1 3.2 135 60 6.8 1.25 1.54: 1 -. *) These values were obtained from the mixture drawn off at the bottom of the reaction column at the time on which the main reaction took place. If the conditions of this example are changed to the extent that 6.8 g of methyl formate and 1.92 g of ammonia are introduced per minute, which corresponds to an equimolecular mixture of the starting materials, the product initially obtained contains 3.5% unreacted ammonia. After standing at room temperature for 24 hours, the composition of the product is as follows: Free ammonia. . . . . . . . . . o, 92% Formamide ... ... ........... 58, o 0/0 Methyladkohal. . . . . . . . . . . . . . 4I, 2 0/0 Methyl farmate. . . . . . . . . . . . . 0.0 0/0 I00, I 2 0/0 Instead of methyl formate, the z. B. by reaction of carbon monoxide with methyl alcohol, but also by esterification of formic acid: obtained with methyl alcohol. can be., Other alkyl formates or mixtures of. Alkylformia, th are used. To facilitate the complete separation of the farmamide from the alcohol, it is advisable to use an alkyl formate whose alcohol has a boiling point which is not too close to that of the formamide. In general, it is advantageous to use alkyl formates whose alcohols have relatively low boiling points in order to avoid temperatures during the distillation which cause decomposition or polymerization. The invention can also be applied in a manner other than that described in the examples, e.g. B. discontinuously, can be carried out in such a way that first the mixture of formamide and alcohol is added to the mixture of formamide and alcohol and only then gaseous ammonia is introduced into the mixture. The starting materials can also be fed to the reaction medium alternately. Furthermore, you can the ammonia with the alkyl formate before. Mix at the same time. Finally, the alkyl formate can also be added to the reaction mixture in vapor form.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von. FoTmamid durch Umsetzung von Alkylformiat mit wasserfreiem gasförmigem Ammoniak, dadurch gekennzeichnet, daß man die Ausgangsstoffe bei gewöhnlichem Druck und Temperaturen unterhalb, 6o°, vorzugsweise zwischen io und 2o°, in ein Gemisch einleitet, das von, vornheirein, aus Formamid und einem aliphatischen Alkohol besteht oder diese Stoffe neben indifferenten Lösungsmitteln enthält. PATENT CLAIMS: i. Process for the production of. FoTmamid by reacting alkyl formate with anhydrous gaseous ammonia, characterized in that the starting materials are introduced into a mixture consisting of formamide and an aliphatic alcohol at normal pressure and temperatures below 6o °, preferably between 10 and 20 ° exists or contains these substances in addition to inert solvents. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch. gekennzeichnet, d.aß man die Reaktionsmischung nach Abschluß der Reaktion einige Stunden stehenläßt. Angezogene Druckschriften,: Deutsche Patentschriften. Nr. 658 188, 550 749, 6245o8.2. The method according to claim i, through this. characterized, d.ass the reaction mixture after completion of the reaction let stand for a few hours. Attracted publications: German patent specifications. No. 658 188, 550 749, 6245o8.
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