JP5431923B2 - ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸金属塩を調製するための方法 - Google Patents

ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸金属塩を調製するための方法 Download PDF

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Description

本発明の主題は、ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸金属塩を対応するジヒドロキシベンゼンジスルホン酸から調製するための方法である。
本発明は、より詳細にはアルカリ金属塩、好ましくはナトリウム塩またはカリウム塩を目標にする。
ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸塩、より詳細には1,2−ジヒドロキシ−3,5−ベンゼンジスルホン酸ナトリウム・一水和物は、多くの分野、詳細には写真技術、水処理、洗剤技術の分野における用途を有している。
ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸金属塩、詳細には前記ナトリウム塩の調製は、文献に記載されている。
たとえば、US3772379によれば、以下の段階:
ジヒドロキシベンゼン(ジフェノール)の硫酸中への溶解段階、
硫酸量が前記ジスルホン酸を生成するために十分である強酸性媒質を生じる発煙硫酸の添加段階、
前記媒質の約60℃と90℃の間での加熱段階、
前記反応媒質の水添加による希釈段階、
沈澱形態でジヒドロキシベンゼンジスルホン酸アルカリ金属塩を生成するために十分な量の水酸化アルカリ金属塩と前記媒質の反応段階、
任意の硫酸エステルを加水分解するための前記媒質の加熱段階
を含む方法により前記塩を調製することが知られている。
同様に、ジヒドロキシベンゼンのスルホン化を、発煙硫酸を用いて行うことができる。
スルホン化方法では、硫酸を過剰量で常に使用している故に、硫酸を回収することが重要である。
実際は、前記の方法では、水酸化アルカリ金属、詳細には水酸化ナトリウムの水溶液が、ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸の塩形成の実施に関わる。
ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸ナトリウム塩の濾過による分離後、回収可能な硫酸が含まれるが、水酸化ナトリウムが水溶液の形態で供給され、水酸化ナトリウムとの塩形成反応により水が生じる結果、希釈されたろ液(母液)が得られる。
同様に、US3547988には、この塩形成が、アルカリ金属塩基またはアンモニウム塩基を用いて行われ、水酸化アルカリ金属が好ましいことが記載されている。
US3772379 US3547988
これらの欠点を克服するために、本発明は、ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸金属塩の分離から生じる硫酸を含有する前記母液をより容易に再生できる方法を提供する。
本発明の主題は、硫酸媒質中に存在するジヒドロキシベンゼンジスルホン酸の、硫酸アニオンおよび硫酸水素アニオンを含む十分な量の塩との反応を含むことを特徴とする、ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸金属塩を対応するジヒドロキシベンゼンジスルホン酸から調製するための方法である。
本発明の方法の好ましい代替実施形態によれば、本発明による塩形成操作を、予備スルホン化段階から生じる反応媒質に対して行う。
最終化合物の品質に悪影響を及ぼすことなく、金属の硫酸塩または硫酸水素塩、好ましくはナトリウムまたはカリウムの硫酸塩または硫酸水素塩を用いるジヒドロキシベンゼンジスルホン酸の塩形成により、ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸塩を調製することが可能であることが判明した。
硫酸タイプまたは硫酸水素タイプの塩形成剤を使用すると、塩形成反応中に水を放出しない。
したがって、本発明の範囲を反応機構に限定することはしないが、本発明の方法は、本発明の好ましい基質に適用される以下の反応によって例示される。
Figure 0005431923
Figure 0005431923
2つのスルホン酸官能基の硫酸塩または硫酸水素塩による中和反応であるこのタイプの塩形成では、この反応中に硫酸を形成し、したがって、期待される塩の反応媒質からの分離(一般に濾過による)後、硫酸を含む母液をより容易に再生することが可能となる。
この分離から生じる母液は、硫酸(>60%)に濃縮され、再生へと直接移送することができるため、この方法では水性廃液を無くすことができる。
本発明の方法は、任意のジヒドロキシベンゼンジスルホン酸に適用される。
ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸は、詳細には以下の式により記号で表わすことができる。
Figure 0005431923
〔式中、OH基は、他方のヒドロキシ基に対してオルト、メタ、またはパラの位置にあり、スルホン酸基SOHは、ヒドロキシ基に対してオルトおよび/またはパラの位置にある。〕
本発明は、相互に妨害しない限りベンゼン環上に1個または2個の置換基が存在することを排除しない。
より具体的な例として、1から20の炭素原子、好ましくは1から6の炭素原子を有する直鎖または分枝のアルキル基もしくはアルコキシ基;1から4の炭素原子を有するパーフルオロアルキル基;またはハロゲン原子、好ましくは塩素、臭素もしくはフッ素が、とりわけ、挙げられる。
用いるジヒドロキシベンゼンジスルホン酸の好ましい例として、ヒドロキノン(1,4−ジヒドロキシベンゼン)、ピロカテコール(1,2−ジヒドロキシベンゼン)およびレゾルシノール(1,3−ジヒドロキシベンゼン)のスルホン化から生じるジスルホン酸が挙げられる。
好ましいジヒドロキシベンゼンジスルホン酸は、1,2−ジヒドロキシ−3,5−ベンゼンジスルホン酸、1,3−ジヒドロキシ−4,6ベンゼンジスルホン酸または1,4−ジヒドロキシ−2,5−ベンゼンジスルホン酸である。
本発明の方法によれば、ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸は、硫酸アニオンまたは硫酸水素アニオンを含む塩と反応する。
説明を簡単にするために、前記塩をこれ以降「硫酸塩または硫酸水素塩」と表示することにする。
硫酸アニオンまたは硫酸水素アニオンは、任意の形態で関わることができる。
この塩は、反応媒質に可溶性であるために塩基性でなければならないことが、塩の選択を左右する要件である。
金属元素、より詳細には元素の周期表のIa族またはIb族からの元素が、関わりうる。
この元素の定義のために、Bulletin de la Societe Chimique de France,No.1(1966)に発表されている下記の元素の周期表を参照されたい。
Ia族の金属元素としてリチウム、ナトリウムおよびカリウム、Ib族の金属元素として銅および銀が、挙げられる。
しかし、経済的理由のために、容易に手に入る市販形態を用いることが好ましい。
Ia族に属するアルカリ金属タイプの金属元素を選択することが好都合である。
ナトリウム、カリウムまたはリチウムの硫酸塩または硫酸水素塩が関わることが好ましい。
硫酸ナトリウム、硫酸カリウムが、非常に特別に選択される。
この硫酸塩または硫酸水素塩は、反応媒質を希釈しないために固体形態で用いるのが好ましい。
硫酸塩または硫酸水素塩のモル数のジヒドロキシベンゼンジスルホン酸のモル数に対する比により表わされる、用いる硫酸塩または硫酸水素塩の量は、1.6と2.5の間、好ましくは1.9と2.1の間で変化し、好ましくは約2.0である。したがって、前述の範囲で規定されるような、好ましくは前記反応の化学量論(2の比)に等しいかまたは化学量論に近い対応する塩の量が使用される。
実用的見地から、この硫酸塩または硫酸水素塩は、ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸を含む反応媒質に導入されるまたはその逆である。
この塩形成反応は、40℃と80℃の間、好ましくは50℃と60℃の間にある温度で行う。
このジヒドロキシベンゼンジスルホン酸は、次いで塩形成形態、好ましくは、選択された塩がナトリウムまたはカリウムの硫酸塩または硫酸水素塩の場合、ナトリウム塩またはカリウム塩の形態をとる。ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸は、水和化形態、一般に一水和物形態をとることができる。
この塩は、反応媒質から沈澱する。
15℃と30℃の間の周囲温度に戻した後、この沈澱物を、従来の固体/液体分離技法に従い、好ましくは濾過により分離する。
沈澱物は、例えば、アルコール、好ましくはメタノール、エタノールまたはイソプロパノールを用いる洗浄操作を場合によっては受けることができる。
その後、この洗浄の結果、沈澱物は、オーブン内、真空下で(一般に水銀柱20と100mmの間にある減圧)、または有利には60℃と110℃の間に選択された温度の高温ガス、例えば、空気もしくは窒素の気流下で行うことができる乾燥操作を受けることができる。
前述のように、この塩形成反応を、スルホン化段階から生じるジヒドロキシベンゼンジスルホン酸に対して行うことが好ましい。
したがって、式(I)のジヒドロキシベンゼンジスルホン酸に対応するジヒドロキシベンゼンは、硫酸または発煙硫酸で行うことができるスルホン化操作を受ける。
90%と100%の間にある濃度を有する硫酸水溶液を用いてもよい。濃厚溶液を用いることは好ましく、98重量%の市販形態が選択されることが好ましい。
10重量%と65重量%の間で変化することができる濃度の三酸化硫黄SOを投入した硫酸に対応する発煙硫酸も用いてもよい。SOの20重量%、40重量%、または60重量%を含む発煙硫酸が、市販されている。
このスルホン化は、過剰の硫酸の存在下で行われる。
硫酸のモル数のジヒドロキシベンゼンのモル数に対する比は、好ましくは少なくとも3、より好ましくは4と6の間にある。
このスルホン化を、特に、反応媒質の結晶化温度を超える温度で行う。この温度は、50℃と100℃の間にあることが好ましい。
非連続(バッチ)操作ではスルホン化反応の時間、および連続操作では全平均滞留時間が、詳細には1と10時間の間にあり、より詳細には1と5時間の間にある。
実用的見地から、ジヒドロキシベンゼンを、一般に硫酸に導入し、次いで加熱を選択された温度で行う。
ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸は、過剰な硫酸の存在下で得られ、硫酸のモル数のジヒドロキシベンゼンジスルホン酸のモル数に対する比は、1を超え、好ましくは2と4の間にある。
この反応の終りに、塩形成後の攪拌を促進するために、水を加えて反応媒質を希釈する。
導入する水の量は、ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸のモルあたり約5から10モルである。
含まれる水の量を最小限に抑えることが好ましい。
その後、硫酸塩または硫酸水素塩を、上記の条件下で導入する。
この塩形成反応の終りに、硫酸の高濃縮という本質的特性を有する反応媒質が得られる。
したがって、硫酸のジヒドロキシベンゼンジスルホン酸金属塩に対する重量比は、1と2.1の間で変化し、1.6と1.7の間にあることが好ましい。
この反応媒質の別の特性は、少量の水しか含んでいないことである。
したがって、水のジヒドロキシベンゼンジスルホン酸金属塩に対する重量比は、0.4と0.8の間で変化する。
別の特性は、硫酸金属塩が少量しか存在しないことである。
形成される硫酸金属塩の量は、得られたジヒドロキシベンゼンジスルホン酸金属塩の5重量%未満である。
この沈澱したジヒドロキシベンゼンジスルホン酸金属塩は、好ましくは、ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸のナトリウム塩であるが、濾過により分離するのが好ましい。
本発明の方法により、分離操作後、好ましくは濾過により、50重量%を超える、好ましくは60重量%と65重量%の間にある高濃度の硫酸を有する母液が回収することが可能となる。
これらの母液を、特に灰化による従来の方法により行われる、硫酸の再生装置に直接に送ることができる。
この塩形成を、水酸化ナトリウムを用いる現状技術の方法により行う場合、この反応中に形成した水が原因の希釈、および水溶液の形態で用いられた水酸化ナトリウムが原因の水のために濃縮されている母液を得ることができない。
本発明の典型的実施例を、限定的な意味ではなく以下に例示する。
実施例1
98重量%の硫酸682gを、1リットルの反応器に投入し、次いでピロカテコール150gを周囲温度で溶解する。
この溶解は、発熱性である(+約40℃)。
この反応物を、次いでスルホン化を完了させるために5時間、85℃−90℃にする。
約50℃に冷却後、水221gと次いで硫酸水素カリウム371gを反応物に加える。
形成した1,2−ヒドロキシ−3,5−ベンゼンジスルホン酸カリウムが、反応物から沈澱する。
約15−20℃に冷却後、得られたこの塩を、綿布を取り付けたBuchnerフィルター上で濾過し、次いでイソプロパノール115gで3回洗浄し、次いで60℃、減圧下(水銀柱50−60mm)で乾燥させる。
こうして、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)により、93.1%の1,2−ジヒドロキシ−3,5−ベンゼンジスルホン酸カリウム塩403.3gが得られる。
硫酸濃度が74.5%である母液を集める。
洗浄水溶液を、イソプロパノールを除去するまで(約110℃で)加熱することにより濃縮し、得られたこの残留物を母液と混合する。
硫酸(65%超)約651gを含むこの混合物を、再生して98%硫酸を得ることができ、合成に再利用できる。
実施例2
98重量%の硫酸682gを、1リットルの反応器に投入し、次いでピロカテコール150gを周囲温度で溶解する。
この溶解は、発熱性(+約40℃)である。
この反応物を、スルホン化を完了させるために次いで5時間、85℃−90℃にする。
約50℃に冷却後、水221gと次いで硫酸水素カリウム237.4gを反応物に加える。
形成した1,2−ジヒドロキシ−3,5−ベンゼンジスルホン酸カリウム塩が、この反応物から沈澱する。
約15−20℃に冷却後、得られた塩を、綿布を取り付けたBuchnerフィルターで濾過し、イソプロパノール115gで3回洗浄し、次いで60℃、減圧下(水銀柱50−60mm)で乾燥させる。
こうして、HPLCにより、92.8%の1,2−ジヒドロキシ−3,5−ベンゼンジスルホン酸カリウム塩404.6gが得られる。
硫酸濃度が70.7%である母液を集める。
洗浄水溶液を濃縮後、この残留物を母液と混合する。
硫酸(61%超)約526gを含むこの混合物を再生して、98%硫酸を得ることができ、合成に再利用できる。
実施例3
98%の硫酸682gを、1リットルの反応器に投入し、次いでピロカテコール150gを周囲温度で溶解する。
この溶解は、発熱性である(約+40℃)。
この反応物を、次いで、スルホン化を完了させるために5時間、85℃−95℃にする。
約50℃に冷却後、水220gと次いで硫酸水素ナトリウム・一水和物384.8gを、反応物に加える。
形成した1,2−ジヒドロキシ−3,5−ベンゼンジスルホン酸ナトリウム塩が、反応物から沈澱する。
約15−20℃に冷却後、得られた塩を、綿布を取り付けたBuchnerフィルター上で濾過し、イソプロパノール115gで3回洗浄し、次いで60℃、減圧下(水銀柱50−60mm)で乾燥させる。
こうして、HPLCにより、93.6%の1,2−ジヒドロキシ−3,5−ベンゼンジスルホン酸ナトリウム塩347.8gが得られる。
硫酸濃度が、68.2%である母液を集める。
洗浄水溶液を濃縮後、この残留物を母液と混合する。
硫酸(63%超)約657gを含むこの混合物を再生して、98%硫酸を得ることができ、合成に再利用できる。
実施例4
98%硫酸682gを、1リットルの反応器に投入し、次いでピロカテコール150gを周囲温度で溶解する。
この溶解は、発熱性(約+40℃)である。
この反応物を、次いでスルホン化を完了させるために次いで5時間、85℃−90℃にする。
約50℃に冷却後、水220gおよび次いで硫酸ナトリウム・一水和物227.6gを反応物に加える。
形成した1,2−ジヒドロキシ−3,5−ベンゼンジスルホン酸ナトリウム塩が、反応物から沈澱する。
約15−20℃に冷却後、形成した塩を、綿布を付けたBuchnerフィルター上で濾過し、イソプロパノール115gで3回洗浄し、次いで、60℃、減圧下(水銀柱50−60mm)で乾燥させる。
こうして、HPLCにより、93.2%の1,2−ヒドロキシ−3,5−ベンゼンジスルホン酸ナトリウム塩365.4gが得られる。
硫酸濃度が66.6%である母液を集める。
洗浄水溶液を濃縮後、残留物を母液と混合する。
硫酸(59%超)約526gを含むこの混合物を、再生して98%の硫酸を得ることができ、合成に再利用できる。
比較実施例5
この実施例では、この塩形成を、硫酸ナトリウムを用いるのではなく、現状技術のように水酸化ナトリウム水溶液を用いて行うという違いを除いては、実施例4を繰返す。
98%の硫酸682gを、1リットルの反応器に投入し、次いで、ピロカテコール150gを周囲温度で溶解させる。
この溶解は、発熱性(約+40℃)である。
この反応物を、スルホン化を完了させるために、次いで5時間、85℃−90℃にする。
約50℃に冷却後、47重量%の水酸化ナトリウム水溶液231.9gを、反応物に加える。
形成した1,2−ジヒドロキシ−3,5−ベンゼンジスルホン酸ナトリウム塩が、反応物から沈澱する。
約15−20℃に冷却後、形成した塩を、綿布を取り付けたBuchnerフィルター上で濾過し、イソプロパノール115gで3回洗浄し、次いで60℃、減圧下(水銀柱50−60mm)で乾燥させる。
こうして、HPLCにより、93%の1,2−ジヒドロキシ−3,5−ベンゼンジスルホン酸ナトリウム塩340.7gが得られる。
硫酸濃度が45.4%である母液を集める。
洗浄水溶液を濃縮後、この残留物を、母液と混合する。
この混合物は、46.6%の濃度に相当する硫酸約400.4gを含む。
実施例6
98%の硫酸682gを、1リットルの反応器に投入し、次いでヒドロキノン150gを周囲温度で溶解する。
この溶解は、発熱性(約+35℃)である。
この反応物を、スルホン化を完了させるために、次いで、5時間、85℃−90℃にする。
約50℃に冷却後、水221gおよび次いで硫酸カリウム237.4gを、反応物に加える。
形成した1,4−ジヒドロキシ−3,5−ベンゼンジスルホン酸カリウム塩が、反応物から沈澱する。
約15−20℃に冷却後、得られた塩を、綿布を取り付けたBunchnerフィルター上で濾過し、エタノール115gで3回洗浄し、次いで60℃、減圧下(水銀柱50−60mm)で乾燥させる。
こうして、HPLCにより、91.5%の1,4−ジヒドロキシ−3,5−ベンゼンジスルホン酸カリウム塩392.9gが得られる。
洗浄水溶液を濃縮後、この残留物を母液と混合する。
硫酸(60%超)約528gを含むこの混合物は、再生して98%硫酸を得ることができ、なお、合成に再利用することができる。

Claims (22)

  1. 硫酸媒質中に存在するジヒドロキシベンゼンジスルホン酸と、硫酸アニオンまたは硫酸水素アニオンを含む十分な量の塩との反応を含み、
    使用される硫酸塩または硫酸水素塩の量が、ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸のモル数に対する硫酸塩または硫酸水素塩のモル数の比により表わして、1.6と2.5の間であり、かつ
    ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸は、ジヒドロキシベンゼンを硫酸でスルホン化することによって調製されたものであり、ジヒドロキシベンゼンのモル数に対する硫酸のモル数の比が、少なくとも3である
    ことを特徴とする、ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸金属塩を対応するジヒドロキシベンゼンジスルホン酸から調製するための方法。
  2. ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸が、以下の式に対応し、
    Figure 0005431923
    式中、OH基が、他方のヒドロキシ基に対してオルト、メタ、またはパラの位置にあり、スルホン酸基SOHが、ヒドロキシ基に対してオルトおよび/またはパラの位置にあることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸が、1,2−ジヒドロキシ−3,5−ベンゼンジスルホン酸、1,3−ジヒドロキシ−4,6−ベンゼンジスルホン酸または1,4−ジヒドロキシ−2,5−ベンゼンジスルホン酸であることを特徴とする、請求項1および2のいずれかに記載の方法。
  4. ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸が、1,2−ジヒドロキシ−3,5−ベンゼンジスルホン酸であることを特徴とする、請求項3に記載の方法。
  5. 式(I)のジヒドロキシベンゼンジスルホン酸に対応するジヒドロキシベンゼンが、硫酸または発煙硫酸で行われるスルホン化操作を受けることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  6. 90重量%から100重量%の濃度を有する硫酸または10重量%から65重量%の三酸化硫黄を含む発煙硫酸を用いることを特徴とする、請求項5に記載の方法。
  7. ジヒドロキシベンゼンのモル数に対する硫酸のモル数の比が、4と6の間にあることを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
  8. スルホン化が、50℃と100℃の間にある温度で行われることを特徴とする、請求項1から7いずれか一項に記載の方法。
  9. ジヒドロキシベンゼンが、硫酸に導入され、次いで加熱が選択された温度で行われることを特徴とする、請求項1から8いずれか一項に記載の方法。
  10. ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸金属塩を調製するための反応の反応媒質が、塩形成後の攪拌を促進するために水の添加により希釈されることを特徴とする、請求項1から9いずれか一項に記載の方法。
  11. 導入した水の量が、ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸のモルあたり5から10モルであることを特徴とする、請求項10に記載の方法。
  12. 得られたジヒドロキシベンゼンジスルホン酸が、元素の周期表のIa族またはIb族からの金属元素の硫酸塩または硫酸水素塩と反応させられることを特徴とする、請求項1から11いずれか一項に記載の方法。
  13. 得られたジヒドロキシベンゼンジスルホン酸が、Ia族からの金属元素の硫酸塩または硫酸水素塩と反応させられることを特徴とする、請求項12に記載の方法。
  14. 使用される硫酸塩または硫酸水素塩の量が、ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸のモル数に対する硫酸塩または硫酸水素塩のモル数の比により表わして、1.9と2.1の間であることを特徴とする、請求項1から13いずれか一項に記載の方法。
  15. 硫酸塩または硫酸水素塩が、ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸を含む反応媒質に導入され、および温度が、40℃と80℃の間にされることを特徴とする、請求項1から14いずれか一項に記載の方法。
  16. ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸塩が、濾過により分離されることを特徴とする、請求項1から15いずれか一項に記載の方法。
  17. 分離操作から生じる母液が、50重量%を超える高濃度の硫酸を有することを特徴とする、請求項16に記載の方法。
  18. 分離操作から生じる母液が、硫酸の再生へ送られることを特徴とする、請求項17に記載の方法。
  19. ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸塩が、アルコールを用いる洗浄操作を受けることを特徴とする、請求項1から18いずれか一項に記載の方法。
  20. ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸塩が、乾燥操作を受けることを特徴とする、請求項1から19いずれか一項に記載の方法。
  21. 対応するジスルホン酸を生成するのに十分な量で使用される濃硫酸(または発煙硫酸)中へのピロカテコールの導入段階と、
    50℃と100℃の間にある温度での前記媒質の加熱段階と、
    塩形成後の前記媒質を攪拌可能にする、ジヒドロキシベンゼンジスルホン酸のモルあたり5から10モルの量の水の導入段階と、
    上記で得られるジヒドロキシベンゼンジスルホン酸と、アルカリ金属の硫酸塩または硫酸水素塩の十分量との反応段階と、
    得られるアルカリ金属の1,2−ジヒドロキシ−3,5−ベンゼンジスルホン酸塩の分離段階と
    を含むことを特徴とする、請求項1から20いずれか一項に記載のアルカリ金属の1,2−ジヒドロキシ−3,5−ベンゼンジスルホン酸塩を調製するための方法。
  22. アルカリ金属が、ナトリウムまたはカリウムであることを特徴とする、請求項21に記載の方法。
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