ES2312835T3 - Neutralizacion mejorada de productos de sintesis de isoforon-nitrilo. - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para la producción de 3-ciano-3,5,5-trimetilciclohexanona (isoforon-nitrilo) mediante la reacción de isoforona con cianuro de hidrógeno en presencia de una base como catalizador, seleccionada de cianuros alcalinos y alcalinotérreos, hidróxidos alcalinos y alcalinotérreos, óxidos alcalinos y alcalinotérreos y alcoholatos alcalinos y alcalinotérreos, obteniéndose un producto bruto de isoforon-nitrilo, y posterior destilación del producto bruto de isoforon-nitrilo, caracterizado porque antes de la destilación se añade al menos un ácido sulfónico seleccionado del grupo que consiste en ácido metanosulfónico, ácidos naftalenosulfónicos, ácidos naftalenosulfónicos alquilsustituidos y ácidos bencenosulfónicos alquilsustituidos con un resto alquilo con >_ 4 átomos de carbono.

Description

Neutralización mejorada de productos de síntesis de isoforon-nitrilo.
La presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de 3-ciano-3,5,5-trimetilciclohexanona (isoforon-nitrilo) mediante la reacción de isoforona con cianuro de hidrógeno en presencia de una base como catalizador, teniendo lugar antes de una destilación posterior a la reacción una neutralización de la base utilizada como catalizador, así como al uso de ácidos sulfónicos especiales para la neutralización de una base utilizada como catalizador en un procedimiento para la producción de isoforon-nitrilo.
La 3-ciano-3,5,5-trimetilciclohexanona (isoforon-nitrilo) es un producto intermedio industrialmente importante. Mediante hidrogenación con aminación se transforma isoforon-nitrilo en 1-amino-3-aminometil-3,5,5-trimetilciclohexano (isoforondiamina), que se utiliza para la producción de resinas epoxídicas como agente de reticulación así como como monómero especial en la producción de poliuretano.
En general se produce isoforon-nitrilo de manera catalizada con base mediante la adición de cianuro de hidrógeno a isoforona a temperatura elevada. Antes de una recuperación destilativa posterior del producto bruto de isoforon-nitrilo, es ventajoso neutralizar la base utilizada como catalizador para evitar reacciones de descomposición o de retrorreacción del isoforon-nitrilo y una disminución del rendimiento relacionada con ello.
Así, el documento DE-A 39 42 371 se refiere a un procedimiento para la producción de isoforon-nitrilo mediante la reacción de isoforona con cianuro de hidrógeno en presencia de hidróxido de litio como catalizador, teniendo lugar una neutralización del hidróxido de litio utilizado mediante ácido fosfórico o ácido p-toluenosulfónico. Con la utilización de estos compuestos para la neutralización de la base utilizada como catalizador se forman precipitados cristalinos, que conducen a problemas considerables, debidos a deposiciones en el reactor de neutralización y en la columna de destilación conectada aguas abajo.
El documento DE-A 1 085 871 se refiere también a un procedimiento para la producción de cianocetonas alicíclicas, especialmente de isoforon-nitrilo, mediante la reacción de cianuro de hidrógeno con isoforona en presencia de un catalizador que forma cianodionas fuertemente alcalinas. Como agente de neutralización se utiliza según los ejemplos ácido fosfórico, lo que conduce, tal como ya mencionó anteriormente, a la aparición de precipitados cristalinos.
El documento US 5.183.915 se refiere también a un procedimiento para la producción de isoforon-nitrilo mediante la reacción de isoforona con cianuro de hidrógeno a presiones y temperaturas elevadas en presencia de un cianuro de amonio cuaternario o cianuro de fosfonio cuaternario como catalizador.
El documento DE-A 1 240 854 se refiere de nuevo a un procedimiento para la producción de isoforon-nitrilo mediante la reacción de isoforona con cianuro de hidrógeno en presencia de catalizadores que forman cianodionas fuertemente alcalinas. Según los ejemplos se añade ácido nítrico como agente de neutralización después de la reacción. También durante la adición de ácido nítrico se forman precipitados cristalinos, que conducen a problemas consi-
derables debidos a deposiciones en el reactor de neutralización o en la columna de destilación conectada aguas abajo.
El documento US 5.235.089 se refiere a un procedimiento para la producción de isoforon-nitrilo mediante la reacción de isoforona con cianuro de hidrógeno en presencia de hidróxido de litio o cianuro de litio como catalizador. Para acidificar la mezcla de reacción puede añadirse un ácido poliácido. Después de esto tiene lugar una filtración, para retirar de la mezcla de reacción la sal de litio precipitada del ácido utilizado. Ácidos poliácidos adecuados son ácido maleico, ácido oxálico, ácido sulfúrico y ácido fosfórico. Según la descripción en el documento US 5.235.089, con la utilización de ácido maleico se obtienen precipitados cristalinos de la correspondiente sal de dilitio y, con la utilización de ácido fosfórico, precipitados finos que pueden filtrarse mal en forma de LiH_{2}PO_{4}.
Los precipitados que se generan durante la neutralización según el estado de la técnica pueden conducir a problemas considerables, debidos a deposiciones en el reactor de neutralización y en la columna de destilación conectada aguas abajo. Por ejemplo, debido a estos precipitados se hacen necesarias operaciones de purificación frecuentes, lo que conlleva tiempos de inactividad de la instalación económicamente desfavorables. Además, debido a las deposiciones se originan rendimientos de destilación reducidos y cantidades de residuos elevadas, que deben eliminarse de manera costosa.
Por tanto es objetivo de la presente invención proporcionar un procedimiento para la producción de isoforon-nitrilo mediante la reacción de isoforona con cianuro de hidrógeno en presencia de una base como catalizador, en el que la neutralización de la base tiene lugar antes de una destilación del producto bruto de isoforon-nitrilo de modo que no aparecen precipitados que sedimentan. De esta manera pueden reducirse considerablemente los costes de procedimiento en el caso de la producción de isoforon-nitrilo puro.
Este objetivo se soluciona mediante un procedimiento para la producción de 3-ciano-3,5,5-trimetilciclohexanona (isoforon-nitrilo) mediante la reacción de isoforona con cianuro de hidrógeno en presencia de una base como catalizador, seleccionado de cianuros alcalinos y alcalinotérreos, hidróxidos alcalinos y alcalinotérreos, óxidos alcalinos y alcalinotérreos y alcoholatos alcalinos y alcalinotérreos, obteniéndose un producto bruto de isoforon-nitrilo, y posterior destilación del producto bruto de isoforon-nitrilo.
Entonces, el procedimiento según la invención está caracterizado porque antes de la destilación se añade al menos un ácido sulfónico seleccionado del grupo que consiste en ácido metanosulfónico, ácidos naftalenosulfónicos, ácidos naftalenosulfónicos alquilsustituidos y ácidos bencenosulfónicos alquilsustituidos con un resto alquilo con \geq 4 átomos de carbono.
Por consiguiente, ácidos sulfónicos adecuados son ácido metanosulfónico, ácidos naftalenosulfónicos o ácidos naftalenosulfónicos alquilsustituidos y ácidos bencenosulfónicos alquilsustituidos con un resto alquilo con \geq 4 átomos de carbono, preferiblemente de 6 a 14 átomos de carbono. Se prefiere el ácido alquil(C_{12})bencenosulfónico.
Los ácidos sulfónicos mencionados sirven como agente de neutralización para la neutralización de la base utilizada como catalizador, para evitar reacciones de descomposición y/o de retrorreacción del isoforon-nitrilo. Con la utilización de los ácidos sulfónicos expuestos según la presente invención como agente de neutralización no se forma ningún precipitado en contraposición con el estado de la técnica. De esta manera puede llevarse a cabo la recuperación del producto bruto de isoforon-nitrilo sin gastos adicionales tales como filtración.
Los ácidos sulfónicos utilizados según la invención se utilizan en general en forma de su solución acuosa altamente concentrada, por ejemplo \geq 30% en peso al 80% en peso de los ácidos utilizados según la invención en agua o puros, por ejemplo en el caso de la utilización de ácido metanosulfónico o dodecilbencenosulfónico.
Los ácidos sulfónicos mencionados pueden utilizarse solos o en mezcla con otros ácidos para la neutralización. Preferiblemente, los ácidos sulfónicos mencionados se utilizan solos en cada caso. También es posible utilizar uno o varios de los ácidos sulfónicos mencionados en mezcla con ácidos minerales inorgánicos, por ejemplo ácido fosfórico o ácido sulfúrico, sin embargo únicamente con un porcentaje de cantidad de ácido mineral inorgánico, que no origine precipitaciones de sal. A este respecto, el porcentaje de cantidad exacto depende de la base utilizada como catalizador así como del ácido sulfónico utilizado.
En una forma de realización preferida se utiliza una mezcla de del 60 al 95% en peso, preferiblemente del 70 al 80% en peso de un ácido naftalenosulfónico alquilsustituido, del 3 al 39% en peso, preferiblemente del 5 al 15% en peso de ácido sulfúrico y del 0 al 20% en peso, preferiblemente del 0,5 al 15% en peso de agua.
Catalizadores adecuados son bases, seleccionadas del grupo que consiste en alcoholatos, óxidos, hidróxidos y cianuros alcalinos y alcalinotérreos. Catalizadores adecuados son por ejemplo etilato de sodio, butilato de potasio, etilato de litio, etilato de magnesio, metilato de sodio, de potasio, de litio, de magnesio, óxido de sodio, hidróxido de potasio, óxido de calcio, hidróxido de bario, hidróxido de estroncio, cianuro de sodio, cianuro de potasio, cianuro de litio, cianuro de bario, cianuro de magnesio y cianuro de calcio. Se prefieren muy especialmente preferible óxido de sodio, de potasio, de magnesio, de calcio, cianuro de sodio, de potasio, de magnesio, de calcio y metilato de sodio.
La base utilizada como catalizador se utiliza en general en una cantidad de desde el 0,01 hasta el 20% en peso, con respecto a la isoforona utilizada, preferiblemente del 0,05 al 5% en peso, de manera especialmente preferible del 0,1 al 1% en peso.
La relación molar de isoforona con respecto a cianuro de hidrógeno asciende en el procedimiento según la invención en general a de 0,6 : 1 a 7 : 1, preferiblemente de 1 : 1 a 3 : 1, de manera especialmente preferible de
1,3 : 1 a 2,5 : 1. Si se utiliza un exceso de isoforona en el procedimiento según la invención, entonces éste puede servir simultáneamente como disolvente.
En general, el procedimiento según la invención se lleva a cabo en ausencia de disolventes, a no ser que un exceso de isoforona sirva como disolvente. Sin embargo también es posible llevar a cabo el procedimiento según la invención en un disolvente. Disolventes adecuados son dimetilformamida, N,N-dimetilacetamida, N-metil-2-pirrolidona, glicol o glicol éter.
El procedimiento según la invención se lleva a cabo en general a temperaturas de desde 80 hasta 220ºC, preferiblemente desde 120 hasta 200ºC, de manera especialmente preferible desde 150 hasta 200ºC. En el procedimiento según la invención la presión asciende en general a de 1 a 5 bar, preferiblemente de 1 a 3 bar.
El producto se obtiene según el procedimiento según la invención en una pureza muy alta.
El ácido sulfónico utilizado para la neutralización de la base utilizada como catalizador se utiliza en una cantidad de en general de 0,5 a 2, preferiblemente de 0,7 a 1,3, de manera especialmente preferible de 0,9 a 1,1, de manera muy especialmente preferible 1 equivalente(s) de ácido, con respecto a 1 equivalente de base de la base utilizada como catalizador.
El ácido sulfónico añadido según la invención se añade antes de la destilación del producto de reacción de isoforon-nitrilo obtenido mediante la reacción según la invención. Preferiblemente la adición tiene lugar tras la finalización de la reacción de la isoforona con cianuro de hidrógeno.
A continuación de la adición del ácido sulfónico utilizado según la invención tiene lugar la destilación del producto bruto de isoforon-nitrilo. En general se lleva a cabo una destilación fraccionada a vacío.
En una forma de realización preferida de la presente invención, el procedimiento según la invención comprende las siguientes etapas:
a)
síntesis de isoforon-nitrilo mediante la reacción de isoforona con cianuro de hidrógeno en presencia de una base como catalizador, seleccionada de cianuros alcalinos y alcalinotérreos, hidróxidos alcalinos y alcalinotérreos, óxidos alcalinos y alcalinotérreos y alcoholatos alcalinos y alcalinotérreos, obteniéndose un producto bruto de isoforon-nitrilo,
b)
neutralización de la mezcla de reacción obtenida en la etapa a) con un ácido sulfónico seleccionado del grupo que consiste en ácido metanosulfónico, ácidos naftalenosulfónicos, ácidos naftalenosulfónicos alquilsustituidos y ácidos bencenosulfónicos alquilsustituidos con un resto alquilo con \geq 4 átomos de carbono
c)
destilación de la mezcla de reacción obtenida en la etapa b).
Formas de realización preferidas de las etapas a), b) y c) y de los componentes utilizados en ellas se mencionaron ya anteriormente.
Es posible llevar a cabo la síntesis de isoforon-nitrilo, la neutralización posterior y la recuperación destilativa en cada uno de los casos en un modo de ejecución discontinuo, de manera semicontinua o continua. Preferiblemente, la propia síntesis (reacción) de isoforon-nitrilo se lleva a cabo de manera continua o semicontinua, la neutralización (adición del ácido sulfónico o ácido carboxílico) de manera continua o semicontinua y la posterior destilación (recuperación destilativa) de manera continua o semicontinua. De manera especialmente preferible, la síntesis de isoforon-nitrilo, la neutralización y la posterior destilación se llevan a cabo de manera continua.
Las etapas de procedimiento individuales pueden llevar a cabo en reactores separados. El experto conoce reactores adecuados. En una forma de realización del procedimiento según la invención tanto la síntesis de isoforon-nitrilo como la posterior neutralización tienen lugar en el modo de ejecución discontinuo. En esta forma de realización, la síntesis de isoforon-nitrilo y la posterior neutralización se llevan a cabo preferiblemente en el mismo reactor. En las otras formas de realización posibles es preferible una realización de las etapas de procedimiento individuales en reactores separados. La posterior destilación tiene lugar en general con una columna de rectificación. Se tienen en cuenta fundamentalmente todos los tipos de reactores adecuados.
Otro objeto de la presente solicitud es el uso de un ácido sulfónico seleccionado del grupo que consiste en ácido metanosulfónico, ácidos naftalenosulfónicos, ácidos naftalenosulfónicos alquilsustituidos y ácidos bencenosulfónicos alquilsustituidos con un resto alquilo con \geq 4 átomos de carbono como agente de neutralización en la destilación de un producto bruto de isoforon-nitrilo, que se obtuvo mediante la reacción de isoforona con cianuro de hidrógeno en presencia de una base seleccionada de cianuros alcalinos y alcalinotérreos, hidróxidos alcalinos y alcalinotérreos, óxidos alcalinos y alcalinotérreos y alcoholatos alcalinos y alcalinotérreos como catalizador, para evitar precipitados durante la neutralización.
Ácidos sulfónicos preferidos se mencionaron anteriormente.
Por neutralización o agente de neutralización ha de entenderse a este respecto la neutralización de la base utilizada como catalizador, que puede provocar durante la purificación del producto bruto de isoforon-nitrilo mediante destilación, reacciones de descomposición y/o de retrorreacción del isoforon-nitrilo obtenido como producto de valor, o el/los compuesto(s) utilizado(s) para la neutralización
Los siguientes ejemplos explican adicionalmente la invención.
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Ejemplos Ejemplo 1
(Ejemplo comparativo)
Se dispusieron 500 g de una solución de síntesis bruta de isoforon-nitrilo con el 54,8% en peso de isoforon-nitrilo (= 274 g), el 41,1% de isoforona (= 206 g) y el 0,3% de cianuro de sodio (= 1,5 g = 0,03 mol) en un aparato de destilación continua. La neutralización de la base tuvo lugar a 50ºC con 3,9 g de ácido fosfórico acuoso al 75%.
Precipitó inmediatamente un precipitado cristalino grueso. Se destiló de manera fraccionada a 50 mbar durante aproximadamente 2 horas hasta una temperatura de fondo de columna de aproximadamente 200ºC.
Rendimiento: Isoforona: 195 g Isoforon-nitrilo: 245 g
Residuo de destilación: 48 g (cristalino)
Ejemplo 2
(Ejemplo comparativo)
Solución bruta de isoforon-nitrilo como en el ejemplo 1. En lugar del ácido fosfórico se utilizaron 4,8 g de ácido toluenosulfónico para la neutralización.
Precipitó un precipitado cristalino, pero más fino que en el ejemplo 1. Las condiciones de destilación fueron análogas a las del ejemplo 1.
Rendimiento: Isoforona: 198 g Isoforon-nitrilo: 253 g
Residuo: 44 g (sólido)
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Ejemplo 3
(Según la invención)
Solución bruta de isoforon-nitrilo como en el ejemplo 1. Para la neutralización se usaron 4,1 g de ácido metanosulfónico acuoso al 70%.
No apareció ningún precipitado cristalino. Las condiciones de destilación fueron análogas a las del ejemplo 1.
Rendimiento: Isoforona: 202 g Isoforon-nitrilo: 259 g
Residuo: 19 g (el aceite no solidificó hasta por debajo de 50ºC de manera vítrea)
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Ejemplo 4
(Según la invención)
Solución bruta de isoforon-nitrilo como en el ejemplo 1. Para la neutralización se utilizaron 9,1 g de Nekal SBC® con la siguiente composición: el 75% en peso de ácido diisobutilnaftalenosulfónico, el 10% en peso de ácido sulfúrico y el 15% en peso de agua.
No apareció ni precipitado cristalino ni un enturbiamiento. Las condiciones de destilación fueron análogas a las del ejemplo 1.
Rendimiento: Isoforona: 201 g Isoforon-nitrilo: 265 g
Residuo: 15 g (seguía siendo un aceite a temperatura ambiente)
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Ejemplo 5
(Según la invención)
Solución bruta de isoforon-nitrilo como en el ejemplo 1. Para la neutralización se utilizaron 9,7 g de un ácido dodecilbencenosulfónico (LAS (ácido alquilbencenosulfónico lineal, Lutensit® ALBS), con alquilo C_{12} por término medio).
No apareció ningún precipitado ni enturbiamiento. Las condiciones de destilación fueron análogas a las del ejemplo 1.
Rendimiento: Isoforona: 200 g Isoforon-nitrilo: 263 g
Residuo: 18 g (aceite)
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Ejemplo 6
(Ejemplo comparativo)
Se usaron 500 g de un isoforon-nitrilo bruto de la siguiente composición: el 41,7% de isoforona (= 210 g), el 55,3% de isoforon-nitrilo (= 277 g), 1,7 g de óxido de calcio (= 0,03 mol). Para la neutralización se utilizaron 3,9 g de ácido fosfórico acuoso al 75%. Precipitó inmediatamente un precipitado cristalino grueso. Las condiciones de destilación fueron análogas a las del ejemplo 1.
Rendimiento: Isoforona: 198 g Isoforon-nitrilo: 248 g
Residuo: 38 g (sólido)
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Ejemplo 7
(Según la invención)
La realización tuvo lugar de manera análoga al ejemplo 6. Para la neutralización se usaron 4,1 g de ácido metanosulfónico acuoso al 70%.
No precipitó ningún precipitado. Las condiciones de destilación fueron análogas a las del ejemplo 1.
Rendimiento: Isoforona: 203 g Isoforon-nitrilo: 264 g
Residuo: 18 g (no solidificó hasta por debajo de 50ºC de manera vítrea)
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Ejemplo 8
(Ejemplo comparativo)
Solución bruta de isoforon-nitrilo como en el ejemplo 1. Para la neutralización se utilizaron 4,3 g de ácido 2-etilhexanoico.
Apareció únicamente un leve enturbiamiento. Las condiciones de destilación fueron análogas a las del ejemplo 1.
Rendimiento: Isoforona: 201 g Isoforon-nitrilo: 259 g
Residuo: 25 g (aceite viscoso)

Claims (11)

1. Procedimiento para la producción de 3-ciano-3,5,5-trimetilciclohexanona (isoforon-nitrilo) mediante la reacción de isoforona con cianuro de hidrógeno en presencia de una base como catalizador, seleccionada de cianuros alcalinos y alcalinotérreos, hidróxidos alcalinos y alcalinotérreos, óxidos alcalinos y alcalinotérreos y alcoholatos alcalinos y alcalinotérreos, obteniéndose un producto bruto de isoforon-nitrilo, y posterior destilación del producto bruto de isoforon-nitrilo, caracterizado porque antes de la destilación se añade al menos un ácido sulfónico seleccionado del grupo que consiste en ácido metanosulfónico, ácidos naftalenosulfónicos, ácidos naftalenosulfónicos alquilsustituidos y ácidos bencenosulfónicos alquilsustituidos con un resto alquilo con \geq 4 átomos de carbono.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el ácido sulfónico se utiliza en una cantidad de 1 equivalente de ácido, con respecto a 1 equivalente de base de la base utilizada como catalizador.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la base utilizada como catalizador se utiliza en una cantidad de desde el 0,01 al 20% en peso, con respecto a la isoforona utilizada.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la reacción se lleva a cabo a temperaturas de desde 80 hasta 220ºC, preferiblemente desde 120 hasta 200ºC, de manera especialmente preferible de 150 a 200ºC.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la reacción se lleva a cabo a una presión de desde 1 hasta 5 bar, preferiblemente de 1 a 3 bar.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la destilación se lleva a cabo en una columna de rectificación.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la reacción, la adición del ácido sulfónico y la posterior destilación se llevan a cabo de manera continua.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende las siguientes etapas:
a)
síntesis de isoforon-nitrilo mediante la reacción de isoforona con cianuro de hidrógeno en presencia de una base como catalizador, seleccionada de cianuros alcalinos y alcalinotérreos, hidróxidos alcalinos y alcalinotérreos, óxidos alcalinos y alcalinotérreos y alcoholatos alcalinos y alcalinotérreos, obteniéndose un producto bruto de isoforon-nitrilo,
b)
neutralización de la mezcla de reacción obtenida en la etapa a) con un ácido sulfónico seleccionado del grupo que consiste en ácido metanosulfónico, ácidos naftalenosulfónicos, ácidos naftalenosulfónicos alquilsustituidos y ácidos bencenosulfónicos alquilsustituidos con un resto alquilo con \geq 4 átomos de carbono
c)
destilación de la mezcla de reacción obtenida en la etapa b).
9. Uso de un ácido sulfónico seleccionado del grupo que consiste en ácido metanosulfónico, ácidos naftalenosulfónicos, ácidos naftalenosulfónicos alquilsustituidos y ácidos bencenosulfónicos alquilsustituidos con un resto alquilo con \geq 4 átomos de carbono como agente de neutralización antes de la destilación de un producto bruto de isoforon-nitrilo, que se obtuvo mediante la reacción de isoforona con cianuro de hidrógeno en presencia de una base seleccionada de cianuros alcalinos y alcalinotérreos, hidróxidos alcalinos y alcalinotérreos, óxidos alcalinos y alcalinotérreos y alcoholatos alcalinos y alcalinotérreos como catalizador, para evitar precipitados durante la neutralización de la base utilizada como catalizador con un ácido.
10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el ácido sulfónico es ácidos diisobutilnaftalenosulfónicos o ácido dodecilbencenosulfónico.
11. Uso según la reivindicación 9, caracterizado porque el ácido sulfónico es ácido diisobutilnaftalenosulfónico o ácido dodecilbencenosulfónico.
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