FI81791B - Foerfarande foer framstaellning av 6-metyl-3,4-dihydro-1,2,3-oxatiazin-4-on-2,2-dioxid och dess icke-toxiska salter. - Google Patents

Description

81791

Menetelmä 6-metyyli-3,4-dihydro-l,2,3-oksatiatsin-4-oni- 2,2-dioksldin ja sen myrkyttömien suolojen valmistamiseksi 6-metyyli-3,4-dihydro-l,2,3-oksatiatsin-4-oni-2,2-5 dioksidi on seuraavan kaavan mukainen yhdiste: CH, /CH-<

o=c O

\ /

10 N—S

H 02

Typpiatomiin kiinnittyneen happaman vetyatomin johdosta yhdiste voi muodostaa suoloja emästen kanssa. Myr-15 kyttömiä suoloja, kuten esimerkiksi Na-, K- ja Ca-suolaa, voidaan niiden osittain voimakkaan makeuden vuoksi käyttää makeutusaineina elintarvikealalla, jolloin K-suolalla ("asesulfaami K" tai myös vain "asesulfaami") on erityistä merkitystä.

20 6-metyyli-3,4-dihydro-l,2,3-oksatiatsin-4-oni-2,2- .· dioksidin ja sen myrkyttömien suolojen valmistamiseksi tunnetaan joukko erilaisia menetelmiä; vrt. Angewandte ;;; Chemie 85 (22) (1973), ss. 965 - 973 (vastaava kansainvä- ···' linen painos, 12 (11) (1973), ss. 869 - 876). Käytännölli- 25 sesti katsoen kaikissa menetelmissä lähdetään kloori- tai fluorisulfonyyli-isosyanaatista (XS02NC0, jossa X on Cl tai F). Kloori- tai fluorisulfonyyli-isosyanaatti saatetaan sitten reagoimaan monometyyliasetyleenin, asetonin, aset-etikkahapon, asetetikkahappo-t-butyyliesterin tai bentsyy-30 lipropenyylieetterin kanssa (useimmiten monivaiheisessa reaktiossa) asetoasetamidi-N-sulfokloridiksi tai -fluori-diksi, joka syklisoituu emästen, kuten esimerkiksi KOH:n . metanoliliuoksen, vaikutuksesta ja tuottaa 6-metyyli-3,4- dihydro-1,2,3-oksatiatsin-4-oni-2,2-dioksidin vastaavia 35 suoloja. Suoloista voidaan vapaa oksatiatsinoni haluttaes- sa saada tavanomaisella tavalla hapoilla.

81 791 2

Toinen menetelmä oksatiatsinoni-välituotteen, ase-toasetamidi-N-sulfofluoridin, valmistamiseksi lähtee ami-dosulfofluoridista, H2NS02F:stä, joka on fluorisulfonyyli-isosyanaatin osittaishydrolyysin tuote (DE-OS 2 453 063).

5 Tämän jälkeen amidosulfonihapon fluoridi, H2NS02F, saate taan reagoimaan noin ekvimolaarisen määrän kanssa aseto-asetylointiainetta, diketeeniä, inertissä orgaanisessa liuottimessa amiinin läsnäollessa noin -30 - +100 °C:een lämpötilassa. Reaktio tapahtuu seuraavan reaktiokaavion 10 mukaisesti (amiinina on trietyyliamiini): ^CHi H2NS02F + <pi2-C + N(C2H5)3 -> 15 yC — 0

O

/Cli3 Γ 20 ^CH2-C^ © 0=c^ o HN(C2H5)3 -^

·. N^-so2f J l J

25 CH3 yCn2-c^ © +ift 0=C X0 + NH(C2H5)3 xn-so2f

H

30

Asetoasetamidi-N-sulfofluoridi 3 81791

Sitten asetoasetamidi-N-sulfofluoridi syklisoidaan makeutusaineeksi tavanomaisella tavalla emäksen, esim. me-tanolipitoisen KOH:n avulla: 5 ^CH3 /CH2"%

0=C O

\-S02F

H CH3

10 CH=CX

A s \ + 2K0H 0=C 0 + KF + 2 H,0

\ κ N—S

V

K 02 ch3 /

15 CH=C

κ \

0=C OH

\ n-so2f H "asesulfaarni" 20 Vaikka tunnetut menetelmät tuottavat osittain var sin tyydyttäviä saantoja 6-metyyli-3,4-dihydro-l,2,3-oksa-• " tiatsin-4-oni-2,2-dioksidia ja sen myrkyttömiä suoloja (jopa noin 85 % teoreettisesta arvosta laskettuna lähtöai-neena käytetystä amidosulfonihappohalogenidista), ne ovat : 25 edelleen parantamisen tarpeessa ennen kaikkea tekniseltä :.· kannalta, sillä niissä joudutaan käyttämään vaikeasti saa- : tavissa olevia lähtöaineita, kloori- tai fluorisulfonyyli- isosyanaatteja; kloori- ja fluorisulfonyyli-isosyanaatin valmistus edellyttää nimittäin osittain melko hankalasti 30 käsiteltävien lähtöaineiden (HCN, Cl2, S03 ja HF) vuoksi huomattavia varo- ja turvallisuustoimenpiteitä. Kloori- ja fluorisulfonyyli-isosyanaatin valmistus perustuu seuraa-. viin reaktioyhtälöihin: 35 HCN + Cl2 -> C1CN + HC1 / : C1CN + S03 -> C1S02NC0

ClSOjNCO + HF -> FS02NC0 + HC1 81791 4

Amidosulfofluoridin korvaaminen edellä mainitun DE-OS 2 453 063:n mukaisessa menetelmässä oleellisesti helpoimmin (esim. NH3:n ja S03:n reaktiosta) saatavalla amidosulfonihapolla H2NS03H tai sen suoloilla tuskin lupaa 5 parempia tuloksia, koska Na-amidosulfonaatin, H2NS03Na:n, reaktio diketeenin kanssa vesipitoisessa emäsliuoksessa ei ylipäätänsä tuota puhdasta, eristettävää reaktiotuotetta. Tässä reaktiossa tosin ainakin mukana syntynyt l:l-addukti voitiin pikemminkin saada ainoastaan kytkentätuotteena 4- 10 nitrofenyylidiatsoniumkloridin kanssa vaaleankeltaisena väriaineena; vrt. Ber. 83 (1950), ss. 551 - 558, erityisesti sivun 555 viimeinen kappale ennen kokeen kuvausta sekä sivun 558 viimeinen kappale: 15 CH2

X

H2NS03Na + CH2-0 vesipitoinen C — 0 emäsliuos o* 20 CH3-C0-CH2-C0-NHS03Na [ΟζΝ-^Ο^-ΝξΝ]^!® + CH3-C0-CH2-C0-NHS03Na-> 25 _ C0-CH3 o2n—(OVN-cn-co-TOa + HC1 30 Asetoasetamidi-N-sulfonihappoa on yleensä esitetty muutoin vain tai myös 6-metyyli-3,4-dihydro-l,2,3-oksa-tiatsin-4-oni-2,2-dioksidin hajoamisen välituotteena vesi-liuoksessa suoritetun keittämisen aikana; vrt. alussa mainittu kirjallisuusviite Angew. Chemie (1973), mainittu 35 kohta: li 5 81791 ch3 ^ch3 ch3

CH=C CH,-C CH 2-dT

/ \ / \ / \ 2 0=C 0+6 H,0-^2 0-C 0 -> 0=C 0 N—s' xn-so3h oh

5 H 02 H

+ 2 H20 + NH4HS04 l' 2 CH3-CO-CH3 + 2 C02 + H2S04 + (NH4)2S04 10

Koska tekniikan tason mukaiset menetelmät 6-metyy-li-3,4-dihydro-l,2,3-oksatiatsin-4-oni-2,2-dioksidin ja sen myrkyttömien suolojen valmistamiseksi ovat varsin epätyydyttäviä ennen kaikkea teollisessa mittakaavassa suori-15 tettaviksi, erityisesti sen vuoksi, että niissä on käytet tävä melko hankalasti saatavissa olevia lähtöaineita, oli tavoitteena vastaavasti parantaa tunnettuja menetelmiä tai kehittää uusi, parannettu menetelmä.

Tämän tehtävän ratkaisemiseksi oli jo ehdotettu 20 DE-OS 2 453 063:n mukaisen menetelmän modifiointia pää asiallisesti siten, että tunnetussa menetelmässä käytetty | amidosulfofluoridi korvataan amidosulfonihapon suoloilla : ja saatu asetoasetylointituote suljetaan sen jälkeen S03:n avulla renkaaksi (DE-OS 3 410 439, vastaa FI-patenttihake-25 musta 85 1104).

Viimeksi mainittu patenttihakemus koskee erityises-.- · ti menetelmää 6-metyyli-3,4-dihydro-l,2,3-oksatiatsin-4- oni-2,2-dioksidin ja sen myrkyttömien suolojen valmistamiseksi 30 a) saattamalla amidosulfonihappojohdannainen rea goimaan vähintään noin ekvimoolimäärän kanssa asetoasety-lointiainetta inertissä orgaanisessa liuottimessa, mahdollisesti amiini- tai fosfiinikatalyytin läsnäollessa, ase-toasetamidijohdannaiseksi ja 35 b) sulkemalla asetoasetamidijohdannainen renkaaksi, 81791 6 jolle menetelmälle on tunnusomaista, että valheessa a) amidosulfonihappojohdannaisena käytetään käytettävään inerttiin orgaaniseen liuottimeen ainakin osittain liukenevaa amidosulfonihapon suolaa, tässä vaiheessa muodostet-5 tu asetoasetamidi-N-sulfonaatti tai myös vapaa asetoaset- amidi-N-sulfonihappo suljetaan vaiheessa b) vähintään noin ekvimolaarisella määrällä S03:a, mahdollisesti inertissä epäorgaanisessa tai orgaanisessa liuottimessa, 6-metyyli- 3,4-dihydro-l,2,3-oksatiatsin-4-oni-2,2-dioksidin ren-10 kaaksi ja tällöin hapon muodossa saatava tuote sen jälkeen mahdollisesti vielä neutraloidaan emäksellä vaiheessa c).

Reaktioyhtälöt, joihin menetelmä perustuu, on esitetty edellä mainitussa patenttihakemuksessa (diketeenin ollessa asetoasetylointiaineena): 15 a) £H2 ^ch3 20 H,NS03M + CH,-C CH,-C; I » ^ ^ c— o -> o=c o

// V

o tj-so3m

H

(M = emäskationi) li 7 81 791 b) ch3 ^ch2-c 5 0=C 0 \ N-SO,M CH, / 3

H CH=C

k v \ ' + so3-^o«c 0 + mhso4 \ /

N N- S

10 ch3 h 0, / 2 CH-C / \

0-C OH

\ n-so3m

H

15 ^ch3 ch3 _CH=C CH=C^ 0=θΓ O + M' OH—>0=0^ 0 + h2o ^ N—S'' ^ N— 20 H 02 M' 02 • (M' *emäskationi) : 25 Tässä reaktiokaaviossa vaihe b) on esitetty käyt täen asetoasetamidi-N-sulfonaattiin nähden ekvimolaarista S03-määrää. Ensisijaisesti käytetään kuitenkin ylimäärin S03:a. Tällöin syntyy välituotetta, jonka kemiallista rakennetta ei vielä tarkoin tunneta, mutta joka kuitenkin 30 mahdollisesti on 6-metyyli-3,4-dihydro-l,2,3-oksatiatsin- 4-oni-2,2-dioksidin S03-adduktia, josta seuraavassa käytetään nimitystä "S03-addukti", joka sitten on vielä hydroly-: soitava. Tässä tapauksessa edellä mainittu reaktiovaihe b) koostuu siis kahdesta osavaiheesta, nimittäin vaiheista e 81791 b 1): renkaan sulkeminen /ch3 5 CH2-C.

/

0=C^ o N-so3M H

— — 10 A CH, ' /

CH=C

+ n S03-^ 0=C O . (n-1 )S03 + MHS04 l' X N-S7 H 02 15 ^,CH3 CH=C "S03-addukti" / \

0=C OH

\-S03M

H (n>l) 20 b 2): hydrolyysi : CH3 CH3

/ / CH=C CH=C

·· /N . / \

. 25 0«C OH . (n-1 )S03 + (n-1 )H200=C O

N—S N—S

H 02 H 02 _ -* + (n-1 )H2S04 30

Reaktiolämpötliaksi renkaansulkemisreaktiolle (b 1) on edellä mainitussa patenttihakemuksessa ilmoitettu noin -70...+175 °C, ensisijaisesti noin -40...+10 °C. Reaktio-35 vaihetta b) koskevissa esimerkeissä työ suoritetaan useim miten lämpötilan ollessa noin -30...-25 °C.

li 9 81791

Reaktioaikojen on oltava "enintään noin 10 tuntia"; alarajaa ei ole ilmoitettu. Kaikissa reaktiovaihetta b) koskevissa esimerkeissä renkaan sulkemisessa reaktioajat ovat yli tunnin pituisia; esimerkit suoritettiin kauttaal-5 taan tavallisissa astioissa sekoittaen.

Hydrolyysi (b 2) tapahtuu renkaan sulkemisen jälkeen lisäämällä vettä tai jäitä. Edellä mainitussa patenttihakemuksessa ei ole erityisiä hydrolyysilämpötilaa ja -reaktioaikaa koskevia ohjeita.

10 Muiden menetelmä-yksityiskohtien suhteen viitataan mainitussa patenttihakemuksessa olevaan yksityiskohtaiseen selitykseen.

Menetelmässä lähdetään yksinkertaisesti saatavissa olevista ja halvoista lähtöaineista, ja se on poikkeuksel-15 lisen yksinkertaisella tavalla suoritettavissa. Saannot ovat: vaiheessa a) noin 90 - 100 % teoreettisesta (amido-sulfo-naattilähtöaineesta laskien), vaiheessa b) noin 70 - 95 % teoreettisesta (asetoasetami-20 di-N-sulfonaatista laskien), ja vaiheessa c) noin 100 % teoreettisesta (happomuodossa olevasta oksatiatsinonista laskien); joten kokonaismenetelmän osalta saannoiksi tuli noin 65 -: 95 % teoreettisesta.

25 Tätä menetelmää edelleen muokattaessa keksittiin nyt, että sekä renkaan sulkeutuminen (b 1) että myöskin hydrolyysi (b 2) tapahtuvat tavattoman lyhyiden aikojen kuluessa; tästä johtuen menetelmän teknillistä suoritusta ja erityisesti tilavuus-aika-saantoa saadaan huomattavasti 30 parannettua.

Keksinnön kohteena onkin siten menetelmä 6-metyyli- 3,4-dihydro-l,2,3-oksatiatsin-4-oni-2,2-dioksidin valmistamiseksi sulkemalla asetoasetamidijohdannainen renkaaksi, jolloin asetoasetamidijohdannaisena käytetään asetoaset-35 amidi-N-sulfonihappoa tai sen suoloja, inerttiin liuotti- meen liuotettuna; renkaan sulkeminen suoritetaan vähintään 81 791 10 noin ekvimolaarisella määrällä S03:a, joka mahdollisesti on samalla tavalla inerttiin liuottimeen liuotettuna; ja siinä tapauksessa, että käytetään enemmän kuin ekvimolaarinen määrä S03:a, S03-adduktina saatava 6-metyyli-3,4-dihydro-5 1,2,3-oksatiatsin-4-oni-2,2-dioksidi hydrolysoidaan; jolle menetelmälle on tunnusomaista, että renkaan sulkeminen suoritetaan reaktorissa viipymäaikana, joka on korkeintaan 10 minuuttia.

Asetoasetamidi-N-sulfonihapon ja sen suolojen nopea 10 onnistunut sulkeminen renkaaksi S03:lla on hyvin yllättä vää, koska renkaan sulkeutuessa tapahtuva veden- tai emäs-tenlohkaisu ei nimittäin onnistu muilla veden- tai emäs-tenlohkaisuaineilla, kuten esim. P205:lla, asetanhydridil-lä, trifluorietikkahappoanhydridillä, tionyylikloridilla 15 jne., tai se ei ainakaan onnistu käytännössä, kuten jo edellä mainitussa patenttihakemuksessa vertailuesimerkin (P205:lla) yhteydessä voitiin osoittaa.

Kerrassaan yllättävää on edelleen myös reaktion kulku lyhyiden - hyvin lyhyiden aikojen kuluessa.

20 Lyhyen reaktioajan ja suuren lämpöefektin takia suuria saantoja saavutetaan ensisijaisesti erikoislait-teistoissa. Ensisijaiset viiveajat ovat noin 0,001 - 60 sekuntia, erityisesti noin 0,01 - 10 sekuntia.

Lähtö-asetamido-N-sulfonihapon ja sen suolojen val-25 mistus tapahtuu ensisijaisesti edellä mainitun patenttihakemuksen menetelmän vaiheen a) jälkeen saattamalla amido-sulfonihapon Li- tai ammoniumsuola reagoimaan diketeenin kanssa inerteissä orgaanisissa liuottimissa. Tällöin saadaan asetamido-N-sulfonihapon Li- ja ammoniumsuolojen 30 liuoksia, joita voidaan käyttää sellaisinaan suoraan ren kaan sulkemisessa S03:lla.

Mainittuun renkaan sulkemiseen voidaan luonnollisesti käyttää myös muita asetamido-N-sulfonihapon suoloja, erityisesti alkali- ja maa-alkalimetallisuoloja. Vapaan 35 asetamido-N-sulfonihapon käytöllä suolojen asemesta ei saavuteta mitään etuja.

11 81 791

Inertteinä liuottimina asetamido-N-sulfonihapon tai sen suolojen liuottamiseen tulevat kysymykseen pääasiallisesti ne inertit orgaaniset liuottimet, jotka on mainittu edellä mainitussa patenttihakemuksessa liuottimina tuon 5 menetelmän vaiheen a) suorittamiseksi; so.

halogenoidut alifaattiset hiilivedyt, ensisijaisesti sellaiset, joissa on enintään 4 C-atomia, kuten esim. mety-leenikloridi, kloroformi, 1,2-dikloorietaani, trikloori-etyleeni, tetrakloorietyleeni, trikloori-fluorietyleeni 10 jne.; alifaattiset ketonit, ensisijaisesti sellaiset, joissa on 3-6 C-atomia, kuten esim. asetoni, metyylietyyliketoni jne.; alifaattiset eetterit, ensisijaisesti sykliset alifaatti-15 set eetterit, joissa on 4 tai 5 C-atomia, kuten esim. tet- rahydrofuraani, dioksaani jne.; alemmat alifaattiset karboksyylihapot, ensisijaisesti sellaiset, joissa on 2 - 6 C-atomia, kuten esim. etikkahappo, propionihappo jne.; 20 alifaattiset nitriilit, ensisijaisesti asetonitriili; hii lihapon ja alemman alifaattisen karboksyylihapon N-alkyy-lisubstituoidut amidit, ensisijaisesti amidit, joissa on enintään 5 C-atomia, kuten esim. tetrametyylivirtsa-aine, dimetyyliformamidi, dimetyyliasetamidi, N-metyylipyrrolid-25 oni jne.; alifaattiset sulfoksidit, ensisijaisesti dimetyylisulfoksidi; ja alifaattiset sulfonit, ensisijaisesti sulfolaani H,C-CH, I » 30 H,C CH, \ / ··; SO, -· Erityisen ensisijaisia liuottimia edellä luetel luista ovat metyleenikloridi, 1,2-dikloorietaani, asetoni, 35 jääetikka ja dimetyyliformamidi, ennen kaikkea metyleenikloridi.

12 81791

Liuottimia voidaan käyttää sekä yksinään että myös seoksina.

Asetoasetamidi-N-sulfonihapon tai sen suolojen kon-sentraatiolla inertissä liuottimessa ei ole ratkaisevaa 5 merkitystä, joskin sitä rajoittaa toisaalta liukoisuus, toisaalta taloudelliset näkökohdat, koska laimennuksen ollessa suuri, paljon liuotinta on myöhemmin jälleen erotettava ja jatkokäsiteltävä. Tarkoituksenmukaisia ovat yleensä konsentraatiot, jotka ovat välillä noin 0,1-2 10 moolia asetoasetamidi-N-sulfonihappoa tai sen suoloja lit raa kohden.

S03:a voidaan käyttää kaasumaisena tai nestemäisessä tai liuotetussa muodossa. S03:n liuottimina tulevat kysymykseen edellä mainitun patenttihakemuksen menetelmän vai-15 heen b) selostuksen yhteydessä mainitut epäorgaaniset ja orgaaniset liuottimet, so. epäorgaaniset liuottimet: nestemäinen S02; orgaaniset liuottimet: halogenoidut alifaattiset hiilivedyt, ensisijaisesti enintään 4 C-atomiset, kuten esim. 20 metyleenikloridi, kloroformi, 1,2-dikloorietaani, trikloo-rietyleeni, tetrakloorietyleeni, trikloori-fluorietyleeni jne.; karboksyylihappoesterit alempien alifaattisten alkoholien, ensisijaisesti metanolin tai etanolin kanssa; 25 nitroalkaanit, ensisijaisesti enintään 4 C-atomiset, eri tyisesti nitrometaani; alkyylisubstituoidut pyridiinit, ensisijaisesti kollidii-ni; ja alifaattiset sulfonit, ensisijaisesti sulfolaani.

30 Orgaanisia liuottimia voidaan käyttää sekä yksinään että myöskin seoksena.

Erityisen ensisijaisia liuottimia ovat nestemäinen S02 ja metyleenikloridi.

Käytettävän inertin liuottimen määrällä ei ole rat-35 kaisevaa merkitystä. Liuotinta käytettäessä on vain taattava reagenssien riittävä liukeneminen; edellä olevan mu-

II

13 81 791 kaisesti liuottimen määrää rajoittavat taloudelliset seikat. Edulliset konsentraatiot ovat noin 5-50 paino-%, ensisijaisesti noin 15 - 30 paino-% S03:a.

Keksinnön mukaisen menetelmän ensisijaisessa suori-5 tusmuodossa käytetään sekä asetasetamidi-N-sulfonihappoa tai sen suoloja että myöskin S03:a varten samaa inerttiä liuotinta, ensisijaisesti halogenoitujen alifaattisten hiilivetyjen ryhmästä, erityisesti ainoastaan metyleeni-kloridia.

10 Asetoasetamidi-N-sulfonihapon tai -sulfonaatin ja S03:n osalta pätee periaatteessa sama kuin edellä mainitun patenttihakemuksen menetelmän vaiheen b) yhteydessäkin on sanottu. Moolisuhde voi siis olla noin 1:1, mutta ensisijainen on kuitenkin enintään noin 20-kertainen ylimäärä 15 S03:a, ensisijaisesti noin 3 - 10-kertainen, erityisesti noin 4 - 7-kertainen mooliylimäärä.

Myös renkaan sulkemisen reaktiolämpötila on edellä mainitussa patenttihakemuksessa mainituissa rajoissa, noin -70...+175 °C, jolloin keksinnön mukaisen lyhyen ajan muun-20 nelman osalta ensisijaisia ovat noin -30...+100 °C olevat lämpötilat.

Keksinnön mukainen renkaan sulkeminen suoritetaan siten, että asetoasetamidi-N-sulfonihappo- tai sulfonaat-tiliuoksen ja S03:n tai S03-liuoksen massavirtaukset yhdis-25 tetään reaktio-osapuolten vastaavassa moolisuhteessa ja sekoitetaan tehokkaasti keskenään, reaktiolämpö johdetaan pois ja lyhyen viiveajan jälkeen reaktioseos syötetään mahdollisesti hydrolysoitavaksi.

Laitteistoksi renkaansulkemisreaktiota varten so-30 veltuvat periaatteessa kaikki laitteistot, joissa voidaan suorittaa nopeita eksotermisesti tapahtuvia reaktioita.

Lyhyestä reaktioajasta ja suuresta lämpöefektistä johtuen suuriin saantoihin pyritään ensisijaisesti eri-koislaitteistoin.

81 791 14

Keksinnön mukaisesti erikoislaitteistoina käytetään sen vuoksi erityisiä reaktoreita, mahdollisesti haihdutus-jäähdytystä käyttäen, kuten esim. ohutkalvoreaktoreita, joissa on mekaaninen sekoitin, pudotuskalvoreaktoreita, 5 suihkureaktoreita tai putkireaktoreita, joissa mahdolli sesti on jäähdytysripoja. Ohutkalvoreaktorissa esim. molemmat massavirtaukset johdetaan reaktiotilaan ensisijaisesti erillään toisistaan, johtamalla ne joko pyyhinakse-lille ja vaipalle tai ohjaamalla vaipan eri kohdille.

10 Lämmön johtaminen pois voi tapahtua ulkopuolisen jäähdytyksen avulla ja/tai haihduttamalla liuotin. Koska eksoterminen reaktio ulkopuolisen jäähdytyksen puuttuessa nostaa lämpötilan käytettävän liuottimen kiehumispisteeseen, reaktiolämpötila esim. ensisijaisen metyleeniklori-15 din ollessa liuottimena on noin 40 °C (= metyleenikloridin kiehumispiste) ilmakehän paineessa. Käyttämällä vakuumia voidaan haihtumista ja siten jäähtymistä vieläkin jouduttaa; säätämällä reaktorissa tietty paine voidaan säännöstellä haluttua reaktiolämpötilaa.

20 Suoritettaessa renkaan sulkeminen asetoasetamidi- N-sulfonihapon tai -sulfonaatin ja S03:n moolisuhteen ollessa tarkalleen 1:1, ei muodostu lainkaan "S03-adduktia" (vrt.

edellä esitettyä renkaan sulkemista kuvaavaa reaktiokaa-25 viota) eikä mahdollisen adduktin hydrolyysi ole lainkaan tarpeen. Jos kuitenkin suoritus tapahtuu S03-ylimäärää käyttäen, mikä on ensisijainen suoritusmuoto, muodostuu "S03-adduktia" ja tämän hydrolysointi on välttämätöntä.

Renkaansulkemisen reaktiotuote (pääasiallisesti 30 "S03-adduktia") voidaan - mikäli mahdollista, ei liian pit kän - välivarastoinnin jälkeen tai myös välittömästi renkaan sulkemisen tapahduttua, hydrolysoida; ensisijaisesti hydrolyysi tapahtuu välittömästi renkaan sulkemisen tapahduttua.

35 Hydrolyysi tapahtuu yleensä sekoittamalla renkaan sulkemisvaiheen reaktiotuote veden kanssa. Lisättävän 15 81 791 veden määrä riippuu renkaan sulkemisessa käytetystä S03-ylimäärästä ja mitoitetaan tarkoituksenmukaisesti siten, että hydrolyysin jälkeen syntyy vesipitoinen H2S04-liuos, jonka konsentraatio on noin 10 - 90 paino-%, ensisijaises-5 ti noin 50 - 70 paino-%.

Tutkittaessa lähemmin hydrolyysiä todettiin, että se tapahtuu käytännöllisesti katsoen yhtä nopeasti kuin renkaan sulkeutuminen. Hydrolyysiäjät ovat siis samaa suuruusluokkaa kuin reaktioajat renkaan sulkemisessa. Myöskin 10 hydrolyysin - samoin kuin renkaan sulkemisen - suorittami nen on mahdollista suorittaa korkeintaan noin 10 minuutin aikana, ensisijaisesti noin 0,001 - 60 sekunnin, erityisesti noin 0,01 - 10 sekunnin kuluessa.

Näiden lyhyiden hydrolyysiaikojen vuoksi ei myös-15 kään ole ehdottoman välttämätöntä pitää lämpötiloja mah dollisimman alhaisina hydrolyysin aikana, joten jäähdyttäminen alhaiseen lämpötila-alueeseen on tällöin tarpeetonta. Lyhyinä hydrolyysiaikoina reaktiolämpötilat ovat yleensä noin -10...+100 °C, ensisijaisesti noin 0...+50 °C. 20 Hydrolyysissä muodostuneen 6-metyyli-3,4-dihydro-l,2,3- oksatiatsin-4-oni-2,2-dioksidin mahdollista termistä pilk-koutumisvaaraa ei tällöin käytännöllisesti katsoen ole olemassa.

Renkaan sulkeutumisen ja hydrolyysin samankaltai-25 sesta menetelmän kulusta johtuen hydrolyysi voidaan suorittaa edullisesti myös samankaltaisissa laitteistoissa kuin renkaan sulkeminen (ohutkalvo-, pudotuskalvo- tai suihkureaktoreissa, virtausputkissa jne.); kuitenkin on mahdollista käyttää myös tavallisia reaktioastioita, kuten 30 esim. (sekoitus)kattilaa, kaskadeja jne.

6-metyyli-3,4-dihydro-l,2,3-oksatiatsin-4-oni-2,2-dioksidin eristäminen hydrolyysituoteliuoksesta tapahtuu tavallisin menetelmin, kuten esim. menetelmillä, joita on selostettu edellä mainitussa patenttihakemuksessa, tai 35 sitten seuraa heti reaktio vastaaviksi suoloiksi ja niiden 81 791 16 eristäminen. Renkaan sulkemisen ja hydrolyysin saannot ovat samaa suuruusluokkaa kuin jo edellä mainitussa patenttihakemuksessa siinä selostetun vaiheen b) osalta on ilmoitettu. Renkaan sulkeutumisen ja hydrolyysin lyhyistä 5 reaktioajoista ja niiden kaltaisissa lyhytaikaisissa reak tioissa käytettyjen laitteistojen vaatimattomista lait-teistomittasuhteista johtuen tilavuus-aika-saannot ovat kuitenkin kohonneet huomattavasti verrattuna tilavuus-ai-ka-saantoihin, joita saadaan edellä mainitussa patenttiha-10 kemuksessa selostetulla menetelmätavalla.

Hydrolyysi on mahdollista suorittaa epäjatkuvana prosessina; ensisijainen on kuitenkin jatkuva menetelmäta-pa sekä hydrolyysin että myöskin renkaan sulkemisen osalta.

15 Eräitä esimerkinluontoisia jatkuvan menetelmätavan suoritusmuotoja on esitetty kuvioissa kaavamaisesti.

Kuvio 1 esittää kahden peräkkäin kytketyn ohutkal-voreaktorin 1 ja 2 järjestelmää. Asetoasetamidi-N-sulfoni-happo- tai -sulfonaattiliuos ja S03-liuos (esim. metyleeni-20 kloridissa) annostellaan ensimmäiseen reaktoriin 1 erik seen putkien 3 ja 4 kautta. Komponentit sekoitetaan perusteellisesti keskenään mekaanisilla sekoittajilla 5. Renkaan sulkemisen jälkeen tuote juoksee yhdysosan 6 kautta ensimmäisestä reaktorista toiseen hydrolyysireaktoriin 2. 25 Tähän, joka on varustettu samalla tavalla kuin reaktori 1, annostellaan vettä (H20) putken 7 kautta. Hydrolyysituote juoksee pois putkea 8 pitkin ja johdetaan jatkokäsittelyyn. Lämmön poistaminen tapahtuu jäähdyttämällä reaktori-seinämiä 9 tuloputkista 10 tulevalla ja poistoputkista 11 30 poistuvalla jäähdytysaineella.

Kuvion 2 mukaisesti molemmat reaktiot, renkaan sulkeminen ja hydrolyysi, suoritetaan yhdessä ainoassa ohut-kalvoreaktorissa 12, joka, samoin kuin kaksi kuviossa 1 esitettyä reaktoria, on varustettu sekoittajalla 5. Tässä 35 suoritustavassa jää pois aika, joka tarvitaan tuotteen siirtämiseksi kuvion 1 mukaisten reaktorien välillä. Li-

II

17 81791 sättävät aineet, asetoasetamidi-N-sulfonihappo tai -sul-fonaatti ja S03 (liuotettuna esim. metyleenikloridiin), johdetaan reaktorin ylempään osaan putkia 3 ja 4 myöten; renkaansulkemisreaktion päätyttyä lisätään hydrolyysissä 5 tarvittava vesimäärä putken 13 kautta. Syntyvän reaktio- lämmön poisto tapahtuu myös tässä tapauksessa jäähdyttämällä reaktorin seinämää 9 putken 10 kautta tulevalla ja poistoputken 11 kautta poistuvalla jäähdytysaineella. Hyd-rolyysituote johdetaan pois putken 8 kautta.

10 Kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen menetelmän suo rittamista suihkureaktorissa 14. Lähtötuotteiden, aseto-asetamidi-N-sulfonihapon tai -sulfonaatin ja S03:n, liuokset johdetaan putkien 3 ja 4 kautta sekoitus- ja suihku-tuslaitteeseen 15 ja suihkutetaan tämän kautta reaktoriin. 15 Renkaansulkemistuote putoaa sitten täyteainekerrokselle tai ahtopakkaukselle 16, jolle suihkutetaan suuttimen 17 kautta vettä hydrolyysiä varten; veden syöttö tapahtuu putken 13 kautta. Reaktorin alapäästä hydrolyysituote 18 imetään pois pumpulla 19. Vakuumilaitteella 20, joka on 20 yhteydessä reaktoriin 14 putken 21 ja kondensaattorin 22 kautta, reaktoriin 14 kehitetään vakuumi liuottimen haihduttamiseksi. Liuotin kondensoidaan kondensaattorissa 22 . ja lasketaan pois putken 23 kautta.

Kuvio 4 esittää kuviossa 3 esitetyn sekoitus- ja 25 suihkutuslaitteen 15 ensisijaista suoritusmuotoa. Lisättä vät aineet johdetaan sisään putkien 24 ja 25 kautta ja sekoitetaan staattisilla sekoittajilla tai suihkusekoit-tajilla 16 sekunnin murto-osien ajan ja hajotetaan pisaroiksi suuttimella 27.

30 Seuraavien esimerkkien tarkoituksena on valaista keksintöä edelleen.

18 81 791

Esimerkki 1

Jatkuva renkaan sulkeminen ja hydrolyysl kahdessa peräkkäin kytketyssä ohutkalvoreaktorissa Lähtöliuosten valmistus: 5 Asetoasetamidl-N-sulfonaattl: 97,1 g (1,0 moolia) amidosulfonihappoa suspendoi-tiin 1,0 litraan metyleenikloridia. Sekoittaen lisättiin 106 g (1,05 moolia) trietyyliamiinia, jolloin amidosulfo-nihappo liukeni trietyyliammoniumsuolana. Sen jälkeen kun 10 oli lisätty 6 g (0,1 moolia) jääetikkaa, lisättiin tiputtamalla ja sekoittaen tunnin kuluessa, sisälämpötilan ollessa 15 °C, 93,8 g (1,08 moolia) 97-%:ista diketeeniä. Kromatograafisen analyysin perusteella asetoasetamidi-N-trietyyliammoniumsulfonaatin saanto oli 90 %. Näin saatua 15 liuosta käytettiin suoraan jatkoreaktiossa.

SO,: 183 g S03:a (2,29 moolia) liuotettiin 1 070 grammaan metyleenikloridia.

Ohutkalvoreaktorit: 20 Käytettiin kaupan olevia laboratorio-ohutkalvohaih- duttimia, joiden tehokas pituus oli 22 cm ja pinta-ala 160 cm2. Reaktorien asennus vastasi kuvion 1 mukaista asennusta.

Ensimmäiseen ohutkalvoreaktoriin pumpattiin, jääh-25 dytysaineen lämpötilan ollessa -8 °C, tunnin kuluessa 728 g edellä selostetulla tavalla valmistettua asetoaset-amidi-N-sulfonaattiliuosta (jossa oli 0,4 moolia sulfo-naattia) pyyhkimen akselille ja samanaikaisesti edellä selostettua S03-liuosta reaktorin vaipalle. Sekoittajan 30 kierrosluku oli 1 000 kierrosta/minuutti. 0 °C:n lämpötilassa ensimmäisestä reaktorista hydrolyysireaktoriin vir-taava reaktiotuote hydrolysoitiin tässä lämpötilassa. Tätä varten siihen pumpattiin tunnin aikana 200 ml H20:ta.

Hydrolyysireaktorista tulevaa tuotetta jatkokäsi-35 teltiin erottamalla orgaaninen faasi ja vesipitoinen, rikkihappoa sisältävä faasi uutettiin vielä kaksi kertaa yh- li 19 81791 den litran erillä metyleenikloridia. Jäännös liuotettiin samaan painomäärään metanolia ja sen jälkeen pH säädettiin arvoon 8-10 20-%:isella KOH/metanoli-liuoksella. Saostunut asesulfaami K suodatettiin erilleen ja kuivattiin 5 vakuumissa.

Saanto oli 60,3 g (0,3 moolia) = 75 % asetoasetami-di-N-sulfonaatista laskien.

Tuotteen viiveaika reaktoreissa oli noin 4,2 sek.-/reaktori.

10 Käytettyjen liuosten tilavuusvirroista, saadusta asesulfaami K:sta ja reaktoridimensiosta laskien tilavuus-aika-saannoksi saatiin 325 g asesulfaami K/l/tunti.

Esimerkki 2

Renkaan sulkeminen ja hydrolyysi yhdessä ja samassa 15 kuviota 2 vastaavassa (ohutkalvo)reaktorissa

Ohutkalvoreaktoriin, joka oli tyypiltään ja mitoiltaan esimerkissä 1 esitetyn kaltainen, syötettiin jäähdy-tysaineen lämpötilan ollessa -8 °C esimerkissä 1 mainitut määrät reaktio-osapuolia. Samanaikaisesti - kuten kuviossa 20 2 on esitetty - hydrolyysissä tarvittava vesi pumpattiin reaktorin keskiosaan sijoitetun konsolin kautta.

Esimerkin 1 mukaisen jatkokäsittelyn jälkeen eristettiin asesulfaami K:ta 74 %:n saannoin, asetoasetamidi-N-sulfonaatista laskien.

25 Tuotteen viiveaika renkaansulkemis- ja hydrolyysi- osissa oli kummassakin noin 2 sekuntia.

Käytettyjen liuosten tilavuusvirroista, saadusta asesulfaami K:sta ja reaktoridimensioista laskien tila-vuus-aika-saannoksi saadaan 640 g asesulfaami K/l/tunti. 30 Esimerkki 3

Renkaan sulkeminen ohutkalvoreaktorissa ja hydrolyysi pyöreäpohjäisessä kolvissa

Renkaan sulkemiseen käytettiin ohutkalvoreaktoria, joka oli tyypiltään ja mitoiltaan esimerkissä 1 esitetyn 35 kaltainen. Hydrolyysi suoritettiin sen alapuolelle sijoitetussa pyöreäpohjäisessä kolvissa, jossa oli siihen etukäteen pantua vettä.

20 81 791 Käytettiin 0,41-molaarista asetoasetamidi-N-sulfo-naattiliuosta ja 7,5 (paino)-%:ista S03:n metyleenikloridi-liuosta. Molemmat lähtöliuokset jäähdytettiin ensin -30 °C:seen. Ohutkalvoreaktorin jäähdytysaineen lämpötila oli 5 -36 °C.

Hydrolyysi suoritettiin 0 °C:ssa.

Eräiden erilaisten koeajojen yksityiskohdat ja tulokset ilmenevät seuraavasta taulukosta. Viiveajat ohut-kalvoreaktorissa laskettiin mitatuista reaktorin sisältä-10 män tuotetilavuuden ja tilavuusvirran arvoista.

Taulukko

Asetoasetamidi- S03-liuoksen Asesul- Viiveaika 15 N-sulfonaatti- läpisyöttö- faarni ohutkalvo-

Koe liuoksen läpi- määrä K:n reaktoris- syöttömäärä saanto sa _(mol/min)_(mol/min)_(%)_( s) a 0,1/40 0,57/40 76 5,7 20 b 0,1/20 0,57/20 76 2,8 c 0,1/12,5 0,57/12,5 75 1,8 d 0,1/10 0,57/10 75 1,4 e 0,1/4 0,57/4 70 0,7 f 0,1/2 0,57/2 70 0,3 25 _

Esimerkki 4

Renkaan sulkeminen ohutkalvoreaktorissa ja hydrolyysi pyöreäpohjaisessa kolvissa vakuumissa palau-30 tusjäähdytyksen alaisena

Renkaan sulkemiseen käytettiin ohutkalvoreaktoria, joka oli tyypiltään ja mitoiltaan esimerkissä 1 esitetyn kaltainen.

Hydrolyysi suoritettiin reaktorin alapuolelle si-35 joitetussa pyöreäpohjaisessa kolvissa, johon oli etukäteen lisätty vettä. Hydrolyysiastian yläosa oli yhdistetty va-kuumiin.

li 21 81 791

Esimerkissä 1 selostettuja lähtöliuoksia käytettiin siinä mainituissa määräsuhteissa. Eräiden erilaisten koeajojen yksityiskohdat ja tulokset ilmenevät seuraavasta taulukosta.

5

Taulukko Läpisyöttö- Viiveaika määrä aseto- ohutkalvo- 10 Koe Paine Lähtö- asetamidi-N- Asesulfaami- reakto- (mbaa- lämpö- sulfonaatista K:n saanto rissa ria) tila laskien _(°C) (mol/min)_(%_)_(s) a 35 -30 0,2/30 78 5,6 15 b 100 -10 0,2/29 72 5,5 c 100 -10 0,2/6,25 75 1,2 d 180 0 0,2/30 68 5,6 e 180 0 0,2/9,75 70 1,9 f 180 0 0,2/5,5 70 1,1 20 g 180 0 0,2/3 73 0,5 h 180 0 0,2/2 74 0,4

Esimerkki 5 25 Renkaan sulkeminen ja hydrolyysi kahdessa peräkkäin sijoitetussa kuvion'1 mukaisessa ohutkalvoreakto-rissa 17 (paino)-%:inen asetoasetamidi-N-sulfonaatti- ja 16 (paino)-%:inen S03-liuos metyleenikloridissa esijäähdy-30 tettiin -25 °C:seen. Ensimmäiseen reaktoriin (tyyppi Sam-bay), jonka senkin seiniä jäähdytettiin -25 °C:ssa olevalla suolaliuoksella, annosteltiin asetoasetamidi-N-sulfonaat-tiliuosta nopeudella, joka vastasi 48 moolia asetoasetami-di-N-sulfonaattia/tunti, ja S03-liuosta nopeudella, joka 35 vastasi 288 moolia S03/tunti. Pyyhkimen kierrosnopeus oli 2,2 m/sek.

81 791 22

Ensimmäisestä reaktorista poistuva tuote johdettiin välittömästi toiseen reaktoriin yhdessä 28 kg:n kanssa huoneenlämpöistä H20:ta/tunti. Pyyhkimen kierrosnopeus tässä reaktorissa oli sama kuin ensimmäisessä reaktorissa.

5 Toisesta reaktorista poistuvan tuotteen jatkokäsit tely tapahtui erottamalla orgaaninen faasi vesipitoisesta rikkihappoisesta faasista 0-5 °C:ssa uuttamalla vesipitoinen rikkihappoinen faasi vielä kerran metyleeniklori-dilla, kuivaamalla yhdistetyt orgaaniset faasit Na2S04:llä 10 ja poistamalla metyleenikloridi vakuumissa, liuottamalla jäännös samaan painomäärään metanolia ja lisäämällä sen jälkeen 20-%:ista KOH/metanoli-liuosta kunnes pH oli 8 - 10. Saostunut asesulfaami K suodatettiin erilleen ja kuivattiin vakuumissa. Reaktiosaanto oli 73 paino-%.

15 Tuotteen viiveaika renkaan sulkemisessa ensimmäi sessä reaktorissa oli 5 sekuntia, kerrospaksuuden ollessa vahvuudeltaan 1 mm.

Esimerkki 6

Renkaan sulkeminen suihkureaktorissa ja hydrolyysi 20 sekoituskolvissa

Lasiputkessa (sisäläpimitta 10 mm), johon oli asennettu staattisia sekoittajia, sekoitettiin yhtäjaksoisesti samoin tilavuusvirtauksin 0,7-molaarista (noin 15-%:ista) asetoasetamidi-N-sulfonaattiliuosta sekä 4,2-molaarista 25 (noin 23-%:ista) S03:n metyleenikloridiliuosta ja suihku tettiin sekoituskolviin. Hydrolysointi suoritettiin sekoituskolvissa lisäämällä jatkuvasti vettä. Reaktiolämmön poisjohtaminen tapahtui renkaan sulkemisen ja hydrolyysin yhteydessä haihdutus jäähdyttämällä 40 °C:ssa. Tuotteen vii-30 veaika renkaan sulkemisen osalta oli noin 0,05 sekuntia.

Esimerkin 1 mukaisen jatkokäsittelyn jälkeen asesulfaami K:n saannoksi saatiin 67 %.

Laskettu tilavuus-aika-saanto oli 3 000 kg asesulfaami K/l/tunti.

li

Claims (11)

23 81791

1. Menetelmä 6-metyyli-3,4-dihydro-l,2,3-oksatiat~ sin-4-oni-2,2-dioksidin valmistamiseksi sulkemalla aseto- 5 asetamidijohdannainen renkaaksi, jolloin asetoasetamidi- johdannaisena käytetään asetoasetamidi-N-sulfonihappoa tai sen suoloja, inerttiin liuottimeen liuotettuna; renkaan sulkeminen suoritetaan vähintään noin ekvimolaarisella määrällä S03:a, joka mahdollisesti on samalla tavalla 10 inerttiin liuottimeen liuotettuna; ja siinä tapauksessa, että käytetään enemmän kuin ekvimolaarinen määrä S03:a, S03-adduktina saatava 6-metyyli-3,4-dihydro-l,2,3-oksa-tiatsin-4-oni-2,2-dioksidi hydrolysoidaan, tunnet-t u siitä, että renkaan sulkeminen suoritetaan reaktoris-15 sa viipymäaikana, joka on korkeintaan 10 minuuttia.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että renkaan sulkeminen suoritetaan noin 0,001 - 60 sekunnissa, erityisesti noin 0,01 -10 sekunnissa.

3. Patenttivaatimusten 1 ja 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että siinä käytetään asetoaset-amidi-N-sulfonihapon tai sen suolojen liuoksia ja S03:n liuoksia samassa inertissä liuottimessa, ensisijaisesti alifaattisessa kloorihiilivedyssä, erityisesti metyleeni-25 kloridissa.

4. Patenttivaatimusten 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että renkaan sulkeminen suoritetaan noin -30...+100 °C:een lämpötilassa.

5. Patenttivaatimusten 1-4 mukainen menetelmä, 30 tunnettu siitä, että renkaansulkureaktio suorite taan ohutkalvo-, pudotuskalvo- tai suihkureaktorissa tai virtausputkessa, jossa mahdollisesti on jäähdytysripoja.

6. Patenttivaatimusten 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että renkaansulkureaktiossa vapau- 35 tuva lämpö johdetaan pois haihduttamalla liuotin, mahdol lisesti vakuumissa. 81791

7. Patenttivaatimusten 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 6-metyyli-3,4-dihydro-l,2,3-oksatiatsin-4-oni-2,2-dioksidin S03-adduktin hydrolyysi suoritetaan renkaansulkureaktion yhteydessä.

8. Patenttivaatimusten 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hydrolyysi suoritetaan samaa suuruusluokkaa olevien aikojen kuluessa kuin renkaan sulkeminen .

9. Patenttivaatimusten 1-8 mukainen menetelmä, 10 tunnettu siitä, että hydrolyysi suoritetaan noin -10...+100 °C:een, ensisijaisesti noin 0...+50 °C:een lämpötilassa.

10. Patenttivaatimusten 1-9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hydrolyysi suoritetaan saman- 15 kaltaisissa laitteistoissa kuin renkaansulkureaktio.

11. Patenttivaatimusten 1-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että renkaan sulkeminen ja hydrolyysi suoritetaan jatkuvana menetelmänä. 81791