HU178180B

HU178180B - Process for preparing amido-sulphonic acids

Info

Publication number: HU178180B
Application number: HU79BA3896A
Authority: HU
Inventors: Peter Jacobs; Dietrich Mangold; Gerhard Hamprecht
Original assignee: Basf Ag
Priority date: 1978-12-02
Filing date: 1979-11-30
Publication date: 1982-03-28
Also published as: DE2961171D1; DE2852159A1; US4260559A; IL58746A; EP0011773A3; EP0011773A2; IL58746A0; EP0011773B1; SU953979A3; JPS5579361A

Description

Eljárás amidoszulfonsavak előállítására

2

A találmány tárgya új eljárás amidoszulfonsavak előállítására karbamid és meghatározott összetételű oleum reagáltatásával szerves oldószer jelenlétében, első lépésben alacsonyabb, majd magasabb műveleti hőmérsékleten.

A Houben- Weyl „ Methoden dér organischen Chemie” című szakkönyvből (11/2. kötet, 654-655. oldal) ismert, hogy az Ν,Ν’-dialkil- karbamidok oleum hatására először szulfátodnak, majd aminoszulfonsavakká hasadnak. Ilyenkor a karbamid-le- io hasadás a szulfálódásnál alig valamivel magasabb hőmérsékleten következik be, és ezért a szakirodalomban lehetőleg enyhe reakciókörülmények alkalmazását javasolják, nehogy a szulfálódás előtt például az alkfl-karbamid lehasadjon, és például 15 alkil-ammónium-szulfát keletkezzen. A metilszulfamidsav előállításának az idézett szakirodalmi közleményben ismertetett példája szerint a reakcióhőmérséklet 0°C és legfeljebb 45°C között van. A műveletet szerves oldószer nélkül, 30súly%-os öle- 20 um nagy feleslegében végzik A tiszta sav elkülönítéséhez bonyolult, éteres tisztítási műveletek szükségesek.

A 636 329 számú német birodalmi szabadalmi leírás ugyanezt a reakciót 35 súly%-os oleum felhasz- 25 nálásával ismerteti, és egy kénsavas vagy vizes utókezelést is említ anélkül, hogy ezeket a műveleteket közelebbről ismertetné. Bár a leírás megemlíti, hogy a reakció befejezéséhez a reakcióelegy vízfürdőn melegíthető, de egy eltérő hőmérséklettartományú, 30 kédépéses eljárást nem ismertet, és ezt, mint döntő feltételt, egyáltalán nem említi. A reagáltatáshoz szerves oldószert nem alkalmaznak.

A Journal of the American Society 75, 1408.

oldal (1953) szakirodalmi közlemény is utókezelés alkalmazása nélkül ismerteti az idézett Houben-Weyl könyvben leírt oleumos reakciót, a cikk határozottan utal arra, hogy milyen nehéz a reakciót optimális kitermeléssel lefolytatni, és különösen az alkil-ammónium-szulfát képződését elkerülni vagy csökkenteni. A reagáltatásnál a kiindulási anyagok adagolási időpontjának és a reakcióhőmérséklet szabályozásának döntő szerepe van. A végterméket többszöri éteres mosással tisztítják, de az ennek ellenére még szulfát-vegyületeket tartalmaz, és csak metanolban való feloldás után, nagyobb mennyiségű éterrel leválasztva tisztítható. A megadott reakcióhőmérséklet 45 °C-nál alacsonyabb, és az idézett cikk utal arra, hogy ha a hűtés nem kielégítő - az ismertetett példában jeges hűtést alkalmaznak - akkor a végtermék kitermelése és tisztasága jelentősen csökken. Általában 30 súly%-os oleum feleslegét alkalmazzák.

Az 1 185 439 számú nagy-britanniai szabadalmi leírás rámutat arra, hogy a kénsav alkalmazása — még oleum formájában is — hátrányos, mivel kénsav alkalmazásakor a kapott végtermék mindig nagyon szennyezett, és a kénsav eltávolítása körülményes és nehézkes. Az említett szabadalmi leírás ezért olyan eljárásváltozatot ajánl, amelyben a szubsztituált karbamid-vegyületet, legalább kétszeres egyenértéksúlynyi kén-trioxiddal, szerves oldószer jelenlétében reagáltatják. Hangsúlyozzák, hogy egy mól karbamidhoz általában 2—4, előnyösen 3 mól kén-trioxidot alkalmaznak. A művelet végez- ⁵hetö két lépésben, ilyenkor a reakció mindkét szakaszában kén-trioxidot kell a reakcióelegybe vezetni. Az eljárás kitermelése nem kielégítő (<60%). Ennek az eljárásnak az a legnagyobb hátránya, hogy a kén-trioxid kezelése műszakilag nagyon¹⁰bonyolult.

A 3 555 081 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás ugyanezt az eljárásváltozatot ismerteti az N-cikiohexil-amidoszulfonsav szintéziséhez, és ugyancsak rámutat arra, hogy a végtermék¹⁵a kénsav alkalmazása miatt szennyezett. A szabadalmi leírás útmutatása (3. oszlop, 45—54. sor) szerint döntő tényező, hogy a reakcióelegyben ne legyen kénsav. Kétlépéses eljárásváltozat esetében a kénsav kén-trioxiddal együtt - oleumként - az²⁰eljárásnak csak a második szakaszában alkalmazható.

A 24 24 371 számú német szövetségi köztársasági nyilvánosságrahozatali irat kétlépéses eljárást ismertet, az eljárás első szakaszában, szerves oldó-²⁵szer jelenlétében a szubsztituált karbamid-vegyületet egy mól kiindulási anyagra számítva 1—1,9 mól kén-trioxiddal, majd a kapott reakcióelegyet a második szakaszban 1 mól kiindulási anyagra számítva 1 — 1,5 mól kénsawal reagáltatják. Az 30 idézett nyilvánosságrahozatali iratban kifejezetten utalnak arra, hogy olyan anyagok, amelyek kénsavat tartalmaznak - például az oleum — a kén-tri·'· ^:-i heljett nem alkalmazhatók. Ennek az eljárásnak döntő hátránya, hogy a kén-trioxid kezelése 35 technikai szempontból bonyolult és költséges. A nagyüzemi előállításnál a kén-trioxidot általában egy külön berendezésben, oleumból való desztillálással kell előállítani, vagy egy közömbös gázzal, például szén-dioxiddal vagy nitrogénnel, hossza- 40 dalmas eljárással, speciális edényekben kell kihajtani a kén-trioxidot, illetve fűtött vezetékeken vagy drága, speciális tartályokon keresztül a kénsavgyártásból kell elvezetni. A nyilvánosságrahozatali irat nyomatékosan kiemeli azt, hogy azokban az eljá- 45 rásváltozatokban, amelyekben eleve vagy az első lépésben oleumot alkalmaznak, a kitermelés lényegesen rosszabb (<55%).

Az optimális kitermeléssel és a végtermék tisz- 50 taságával párosuló, egyszerű, biztonságos és gazdaságos üzemmód követelményét - különösen nagyüzemi termelés esetében — egyik ismert eljárás sem elégíti ki.

Megállapítottuk, hogy az 1 általános képletű 55 amido-szulfonsavak — ebben a képletben R 1—4 szénatomos alkil-csoportot jelent — szerves oldószer jelenlétében karbamid és oleum reagáltatásával előnyösen előállíthatok úgy, hogy egy II általános képletű szubsztituált karbamidot - ebben a képlet- 60 ben R jelentése a fentiekkel megegyező -, 1 mól II általános képletű kiindulási anyagra számítva 1-2,5 mól kén-trioxidot és 1-13 mól kénsavat tartalmazó oíeummal az első lépésben —20 és +50 °C közötti hőmérsékleten, a második lépésben 65 *C és 140 °C közötti hőmérsékleten reagáltatunk.

A reakciót Ν,Ν’-dimetil-karbamid felhasználása esetében az [A] reakcióvázlat szemlélteti.

Az elsőként említett, ismert eljáráshoz képest a találmány szerinti eljárással egyszerűbben és gazdaságosabban, jobb kitermeléssel és tisztább minőség ben állíthatók elő az amidoszulfonsavak. A reagáltatást egy készülékben, de két lépésben végezzük. A találmány szerinti eljárás egyik lényeges jellemzője, hogy a második lépésben sem kén-trioxidot, sem oleumot nem adunk a reakcióelegyhez, az oleumot kizárólag az első lépésben alkalmazzuk. A 24 24 371 számú német szövetségi köztársasági nyilvánosságrahozatal iratban ismertetett eljárással összehasonlítva a találmány szerinti eljárás egyszerűbb, üzembiztosabb és gazdaságosabb, az eljárás során nem kell nagyobb mennyiségű kén-trioxidot kezelni és különleges berendezések üzemeltetése is elkerülhető. A találmány szerinti eljárásnak ezek az előnyei az ismert műszaki szint szempontjából meglepők.

Alkalmas II általános képletű kiindulási anyagok például a következő karbamidok: Ν,Ν’-dimetil-karbamid, N,N’-di-(izopropil)-karbamid, N,N’-di-(n-butil)-karbamid, N,N’-di-(szek-butil)-karbamid, N,N’-di-(terc-butil)-karbamid, Ν,Ν’-dietil-karbamid, N,N’-di-(n-propil)-karbainid.

A reagáltatást már az első lépésben - és így a teljes reakció alatt — egy mól II általános képletű kiindulási anyagra számítva 1—2,5 mól, előnyösen 1—1,5 mól, különösen 1-1,1 mól kén-trioxiddal és 1—1,5 mól, előnyösen 1-1,2 mól, különösen 1—1,1 mól kénsawal végezzük. Előnyös elegyítési arány körülbelül 1 mól kén-trioxid és 1 mól kénsav, az elegyítésnél a sztöchiometrikus mennyiségtől való eltérés előnyösen 10 súlyszázaléknál kisebb. Különösen előnyös a 45 súlyszázalékos oleum (pirokénsav) alkalmazása a megadott súlyarányban, különösen 178—195 súlyszázalék oleum alkalmazása célszerű, 1 mól II általános képletű kiindulási anyagra vonatkoztatva. Oleum — előnyösen 45 súlyszázalékos oleum — helyett alkalmazhatjuk töményebb oleumnak és/vagy kén-trioxidnak, hígabb oíeummal, kénsawal és/vagy vízzel készített elegyeit is, ha az elegyeket a találmány szerinti kén-trioxid- és kénsav-mennyiségnek megfelelő oleum-tartalomra állítjuk be. Az oleum előállításához a kénsavat általában 100 súly%os kénsav (monohidrát) formájában alkalmazzuk, adott esetben az oleum előállításához használhatunk 96-100 súlyszázalékos, vizet tartalmazó kénsavat is. Az oleum előállításához a kén-trioxidot szilárd vagy — célszerűen — folyékony vagy gáz alakban alkalmazzuk, az oleumot előnyösen 100 súly százalékos kén-trioxidból - amit adott esetben közömbös gázzal, például széndioxiddal vagy nitrogénnel hígíthatunk — állítjuk elő. Az oleum előállításához alkalmazhatunk olyan vegyületeket is, amelyek elegyítés közben kén-trioxidot fejlesztenek, így a kén-trioxid addiciós vegyületeit például éterekkel, így tetrahidrofuránnal, di-(/3-klór-etil)-éterrel, 1,4-dioxánnal, Ν,Ν-diszubsztituált karbonsavamidokkal, így Ν,Ν-dirnetil-fonnamiddal, tercier aminokkal, például pirimidinnel, trietil-aminnal, trimetil-amin5 nal, tributil-aminnal, kinolinnal, kinaldinnal, dimetil-anilinnel, trifenil-aminnal, N-metil-morfolinnal, N-etil-morfolinnal, N-metil-piperidinnel, N-etil-imidazollal, N-metil-etilén-iminnel, N-etil-pentametilén-iminnel, vagy a klór-szulfonsavnak a felsorolt aminokkal, különösen piridinnel alkotott addíciós vegyületeivel vagy ezek elegyeivel. A 100 súly%-os kén-trioxid fogalmának meghatározásával kapcsolatban az Ullmanns Encyklopádie dér technischen Chemie című szakkönyv 15. kötetének 465-467. oldalain közöltekre utalunk, az addíciós vegyületek előállításával kapcsolatban Houben-WeyI idézett szakkönyvének, VI/2. kötet, 455-457. oldalán, illetve IX. kötet, 503—08. oldalán közöltekre hívjuk fel a figyelmet.

A reagáltatást az első lépésben -20 °C és +50 °C közötti hőmérsékleten, célszerűen —10° és +30 °C között, előnyösen —5 °C és +27 °C között, a második lépésben 50 °C feletti és 140 °C alatti hőmérséklettartományban, célszerűen 51 °C és 100 °C, előnyösen 51 °C és 85 °C között, légköri nyomáson vagy nagyobb nyomáson, folyamatosan vagy szakaszos üzemmódban végezzük. Az eljárást mindkét szakaszban a reakciókörülmények között közömbös, szerves oldószerben végezzük, a szerves oldószer teljes mennyiségét előnyösen már az első reakciólépésben hozzáadjuk a reakcióelegyhez. Alkalmas oldószerek például előnyösen a halogénezett szénhidrogének, különösen a klór-szénhidrogének, így a tetraklór-etilén, amil-klorid, ciklohexil-klorid, diklór-propán, metilén-klorid, diklór-bután, kloroform, szén-tetraklorid, tetraklór-etán, triklór-etán, triklór-etilén, pentaklór-etán, triklór- fluor-metán, cisz-diklór-etilén, 1,2-diklór-etán,

1,1-diklór-etán, n-propil-klorid, 1,2-cisz-diklór-etilén, n-butil-klorid, 2-, 3- és izobutil-klorid, és ezek elegyei. Az oldószert a II általános képletű kiindulási anyag mennyiségére számítva 200-10000 súlyszázalék, előnyösen 300-1000 súlyszázalék mennyiségben alkalmazzuk.

Az eljárást például a következőképpen végezhetjük: A II általános képletű kiindulási anyagnak, az oldószernek és az oleumnak az elegyét 0,2—2 óra nosszat az eljárás első lépésének megfelelő hőmérsékleten tartjuk. A II általános képletű karbamidot előnyösen először egy oldószerben szuszpendáljuk, és ehhez az elegyhez alapos keverés közben hozzáadjuk az oleumot. Ezután a reakcióelegyet 0,2-5 óra hosszat az eljárás második lépésének megfelelő reakcióhőmérsékleten tartjuk. Végül a reakcióelegyből a végterméket a szokásos módon — például szűréssel - elválasztjuk. Az I általános képletű végtermék további nagyüzemi feldolgozásához az oldószer eltávolítása nem feltétlenül szükséges. Ez különösen akkor előnyös, ha a reakciókomponenseket sztöchiometrikus mennyiségben alkalmazzuk, mivel az oldószer a reakció befejezése után csak kis mennyiségben tartalmaz szenynyező anyagokat.

A találmány szerint előállított vegyületek értékes kiindulási anyagok festékek és növényvédőszerek hatóanyagainak előállításához. Például a vegyületek klórozásával, így tionil-kloriddal vagy foszfor-pentakloriddal, amidoszulfonsav-kloridok, így metil-amino- vagy izopropfl-aminoszulfonil-klorid állítható elő, ha ezeket a vegyületeket antranilsavval vagy sóival reagáltatjuk, akkor a 21 04 682 számú német szövetségi köztársasági közzétételi iratban ismertetett o-szulfamido-benzoesavak -állíthatók elő. Ha ezeket a vegyületeket például a 21 05 687 számú német szövetségi köztársasági nyilvánosságrahozatali iratban ismertetett eljárás szerint ciklizáljuk, akkor 2,l,3-benzo-tia-diazin-4-on-2,2-dioxidok állíthatók elő, ezek az említett szabadalmi leírás szerint növényvédőszerek és gyógyszerek hatóanyagaként alkalmazhatók. A termékek felhasználásával kapcsolatban utalunk az itt említett közleményekre és a 11 20 546 számú német szövetségi köztársasági közzétételi iratra, az 1 242 627 számú német szövetségi köztársasági szabadalmi leírásra és a 15 42 836 számú német szövetségi köztársasági nyilvánosságrahozatali iratra.

Az alkil-amidoszulfonsavakból előállítható alkil-amidoszulfonil-kloridok értékes kiindulási anyagok a gombaölőszer hatóanyagaként alkalmazható O-(alkil-aminoszulfonil)-glikolsav-amidok (3 883 509 számú amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás) szintéziséhez, az eljárásban egy szubsztituált glikolsav-amidot savmegkötőszer jelenlétében reagáltatunk.

A példákban megadott mennyiségek súlyrészek.

A következő példákban részletesen ismertetjük a találmány szerinti eljárást.

1. példa

Metil-amidoszulfonsav

500 térfogatrész 1,2-diklór-etánban 63 rész (0,72 mól) Ν,Ν’-dimetil-karbamidot szuszpendálunk. Az elegyhez 25 °C hőmérsékleten 96 súlyrész oleumot (65 súly% kén-trioxid, (0,78 mól), majd 36 súlyrész kénsavat (100 súly%, összesen 0,72 mól) adunk. Az első művelet reakcióideje összesen 30 perc. Ezután a reakcióelegyet visszafolyatás közben 70-80 °C-ra melegítjük, ekkor szén-dioxid gáz fejlődése közben kristályos metil-amidoszulfonsav válik ki. A második művelet reakcióideje összesen 60 perc. Lehűlés után az elegyet leszívatjuk, és 100 térfogatrész diklór-etánnal átmossuk.

Kitermelés: 162 rész (gyakorlatilag kvantitatív) metil-amidoszulfonsav. Olvadáspont: 182,3 °C.

2. példa

Metil-amidoszulfonsav

1500 térfogatrész 1,2-diklór-etánban 224 súlyrész (2,55 mól) Ν,Ν’-dimetil-karbamidot szuszpendálunk. Az elegyhez 25 °C hőmérsékleten 454 súlyrész, 45 súlyszázalékos oleumot (2,55 mól SO₃+2,55 mól H₂SO₄) adunk, és ezen a hőmérsékleten 0,5 óra hosszat keveijük A reakció első lépésének reakcióideje összesen 45 perc. Ezután a reakcióelegyet visszafolyatás közben 70-80 ^eC-ra melegítjük, eközben szén-dioxid gáz fejlődése közben kristályos metil-amidoszulfonsav válik ki. A második lépés reakcióideje összesen 60 perc. Lehűlés után a reakcióelegyet leszivatjuk, és a kapott végterméket diklór-etánnal mossuk.

Kitermelés: 565 rész (gyakorlatilag kvantitatív) metil-amidoszulfonsav. Olvadáspontja: 182,3 °C. 5

3. példa

Etil-amidoszulfonsav

1500 térfogatrész 1,2-diklór-etánban 260 rész (2,24 mól) Ν,Ν’-dietil-karbamidot szuszpendálunk. Az elegyhez 25 °C hőmérsékleten 454 súlyrész, 45 súlyszázalékos oleumot (2,55 mól SO₃ + 2,55 mól H₂SO₄) adunk, és az elegyet 0,5 óra hosszat ezen 15 a hőmérsékleten tartjuk. A reakció első lépésének reakcióideje összesen 45 perc. Ezután a reakcióelegyet visszafolyatás közben 70°C-ra melegítjük, ekkor szén-dioxid gáz fejlődése közben kristályos etil-amidoszulfonsav válik ki. A második lépés reakcióideje összesen 60 perc. A reakcióelegyet szobahőmérsékletre hű tjük, és leszivatjuk, majd diklór-etáimal mossuk.

Kitermelés: 630 rész (gyakorlatilag kvantitatív) etil-amidoszulfonsav. Olvadáspont: 170 °C (bomlik).

perc. Lehűlés után a reakcióelegyet leszűrjük, és a leszűrt csapadékot diklór-etánnal mossuk.

Kitermelés: 195 rész (gyakorlatilag kvantitatív) izopröpil-amidoszulfonsav. Olvadáspont: 167 °C.

5. példa

Izopropil-amidoszulfonsav

500 térfogatrész 1,2-diklór-etánban 104 súlyrész (0,72 mól) Ν,Ν’-diizopropil-karbamidot szuszpendálunk. A reakcióelegyhez -10 °C hőmérsékleten 139 súlyrész, 45 súlyszázalékos oleumot (0,78 mól SO₃ +0,78 mól H₂SO₄) adunk, és az elegyet egy óra hosszat —4 °C és 0 °C közötti hőmérsékleten tartjuk. A reakció első lépésének reakcióideje összesen 80 perc. Ezután a reakcióelegyet melegítjük, miközben a szén-dioxid fejlődése megindul. A reakcióelegyet addig melegítjük visszafolyatás közben (80 u), amíg a szén-dioxid gáz fejlődése tart. A második lépés reakcióideje összesen 120 perc. Lehűlés után a reakcióelegyet leszűrjük, és a leszűrt csapadékot diklór-etánnal mossuk.

Kitermelés: 191 rész ζ96%) izopropil-amidoszulfonsav. Olvadáspont: 167 ^bC.

Claims

Izopropil-amidoszulfonsav

500 térfogatrész 1,2-diklór-etánban 104 súlyrész (0,72 mól) Ν,Ν’-diizopropil-karbamidot szuszpendálunk. Az elegyhez 0 és 5 °C közötti hőmérséklettartományban 96 súlyrész, 65 súlyszázalékos oleumot (0,78 mól SO₃) adunk. A reakcióelegyet 0,5 óra hosszat 5 és 10 °C közötti hőmérsékleten keveijük, majd 25 °C 39 súlyrész, 100 súlyszázalékos kénsavat (összesen 0,74 mól) adunk hozzá. Az első lépés reakcióideje összesen 45 perc. A reakcióelegyet ezután visszafolyatás közben (80 °C) addig melegítjük, amíg szén-dioxid gáz fejlődik. A második lépés reakcióideje összesen 120

Eljárás az I általános képletű alkil-amido-szulfonsavak előállítására — ebben a képletben R 1—4 szénatomos alkilcsoportot jelent — karbamidszármazékoknak oleummal, szerves oldószer jelenlétében való reagáltatásával két lépéses reakcióban azzal jellemezve, hogy egy II általános képletű N,N’-dialkil-karbamidot — ebben a képletben R a fenti jelentésű — egy mólnyi mennyiségre vonatkoztatva 1-2,5 mól kén-trioxidot és 1—1,5 mól kénsavat tartalmazó oleummal először -20 C és 50 °C között, majd 50 °C és 140 °C között reagáltatunk.