PL285461A2 - Method for manufacturing trimethylactic acid - Google Patents

Claims (3)

1. Sposób wytwarzania kwasu trimetylooctowego Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób wytwarzania kwasu trimetylooctowego z kwasu mrówkowego i izobutanolu w obecności' stężonego kwasu siarkowego, znamienny tym, że izobutanol estryfikuje się w podwyższonej temperaturze kwasem mrówkowym z jednoczesnym azeotropowym oddestylo-wywaniem wody, a utworzony ester poddaje się działaniu stężonego kwasu siarkowego, przy czym wydzielający się w czasie reakcji tlenek węgla usuwa się ze strefy reakcji lub przez zamknięcie układu wykorzystuje do wytworzenia nadciśnienia.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że kwas mrówkowy i izobutanol stosuje się w proporcji molowej 1,2-1,5 do 1,0.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się 94-105% kwas siarkowy w 5-7 - krotnym nadmiarze molowym w stosunku do ilości wytworzonego mrówczanu izobutylu, przy czym reakcję prowadzi się w temperaturze nie wyższej niż 50°C. * * * Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kwasu trimetylooctowego, konwencjonalnie zwanego kwasem piwalonowym, znajdującego liczne zastosowanie przemysłowe np. do produkcji farmaceutyków, środków ochrony roślin, żywic i mas plastycznych oraz komponentów do fotografii barwnej. Znane są różnorodne sposoby wytwarzania kwasu trimetylooctowego, ale najbardziej popularny jest sposób opisany w patencie brytyjskim nr 868 573 polegający na powolnym wprowadzaniu mieszaniny równomolowych ilości 98% kwasu mrówkowego i izobutanolu do użytego w dużym nadmiarze stężonego kwasu siarkowego w temperaturze 20-25°C i mieszaniu do usunięcia tlenku węgla, a następnie wylaniu mieszaniny reakcyjnej na lód, wielostopniowym ekstrahowaniu toluenem i destylowaniu warstwy organicznej. Sposób jest długotrwały i pracochłonny, przy czym tylko przy zastosowaniu wysokoskon-centrowanych i czystych surowców uzyskuje się deklarowaną wydajność około 75%, natomiast wykorzystanie standartowych surowców technicznych prowadzi do spadku wydajności do poziomu 60-65%. Wszystkich tych niedogodności można uniknąć stosując sposób według wynalazku. Sposobem według wynalazku w pierwszym etapie wytwarza się mrówczan izobutylu na drodze reakcji estryfikacji izobutanolu kwasem mrówkowym w podwyższonej temperaturze z jednoczesnym azeotropowym oddestylowywaniem wody. Utworzony ester poddaje się działaniu stężonego kwasu siarkowego, przy czym wydzielający się w czasie reakcji tlenek węgla usuwa się ze strefy reakcji lub przez zamknięcie układu wykorzystuje do wytworzenia nadciśnienia. Stosowany w reakcji kwas mrówkowy i izobutanol stosuje się w proporcji molowej 1,2-1,5:1,0. Natomiast jako kwas siarkowy używa się kwas o stężeniu 94-105% w 5-7 - krotnym nadmiarze molowym w stosunku do ilości wytworzonego mrówczanu izobutylu, przy czym reakcję prowadzi się w temperaturze nie wyższej niż 50°C. W wyniku przeprowadzonych badań nieoczekiwanie okazało się , że kwas trimetyloocto-wy można wytwarzać z dobrą wydajnością przy zastosowaniu standartowych surowców technicznych prowadząc proces dwuetapowo, tj. poprzez wstępne wytworzenie mrówczanu izobutylu, a następnie reakcję powstałego estru z kwasem siarkowym. Unika się w ten sposób niekorzystnego efektu cieplnego w momencie wkraplania mieszaniny izobutanolu i kwasu mrówkowego do kwasu siarkowego oraz znacznie zmniejsza niezbędne do reakcji ilości stosowanego kwasu. Sposób według wynalazku jest zdecydowanie prostszy, eliminuje konieczność stosowania wielokrotnych ekstrakcji z udziałem znacznych ilości toksycznych rozpuszczalników, nie 3 161990 wymaga stosowania surowców czystych, a produkt uzyskuje się z wysoką wydajnością 75-85%. Wynalazek ilustrują poniższe przykłady, w których części i procenty stanowią części i procenty wagowe, a stopnie temperatury podano w stopniach Celsjusza. Przykład 1.120 części 80% kwasu mrówkowego i 111 części alkoholu izobutylowego ogrzewa się pod chłodnicą do wrzenia i oddestylowuje wodę uzyskując około 50 części kondensatu z domieszką kwasu mrówkowego. Po odwodnieniu układu pozostały mrówczan izobutylu oziębia się do temperatury 15° i w tej temperaturze przy mieszaniu dodaje się w ciągu 30 minut 1100 części 94% kwasu siarkowego dopuszczając wzrost temperatury do 20°. Następnie zatrzymuje się mieszadło i pozostawia roztwór na kilka godzin aż do prawie zupełnego zaniku wydzielania się tlenku węgla czemu towarzyszy powolny wzrost temperatury cieczy reakcyjnej do około 40°. Potem mieszając chłodzi się całość do temperatury 15° i dodaje 900 części wody dopuszczając wzrost temperatury do 50°. Rozcieńczoną masę reakcyjną studzi się do 30°, umieszcza w rozdzielaczu i pozostawia do samoczynnego rozwarstwienia. Górną warstwę organiczną w ilości około 125 części oddziela się, a dolną nieorganiczną ekstrahuje dwukrotnie 50 częściami toluenu. Ekstrakty toluenowe dodaje się do warstwy organicznej. Całość zadaje się 5 częściami węglanu wapnia i po wymieszaniu filtruje. Klarowną ciecz, nie zawierającą kwasu siarkowego poddaje się destylacji zbierając przedgon w temperaturze 105-163° i frakcję właściwą w temperaturze 163-166°. Przedgon w ilości około 100 części stanowiący toluen z domieszką kwasu trimetylooctowego wykorzystuje się do ekstrakcji warstwy nieorganicznej w następnej szarży. Frakcję właściwą w ilości 126 części stanowi kwas trimetylooctowy, co odpowiada 78% wydajności. Przykład Π. 138 części 80% kwasu mrówkowego i 115 części alkoholu izobutylowego ogrzewa się pod chłodnicą zwrotną do wrzenia przez 3 godziny odbierając w tym czasie około 50 części kondensatu z domieszką kwasu mrówkowego. Po odwodnieniu powstały mrówczan izobutylu oziębia się do temperatury 15° i w tej temperaturze przy mieszaniu dodaje się w ciągu 30 minut 1000 części 5% oleum utrzymując temperaturę 15-17°. Następnie miesza się masę reakcyjną w temperaturze 17-20° do zupełnego zaniku wydzielania tlenku węgla. Następnie do roztworu przy intensywnym mieszaniu wkrapla się utrzymując temperaturę 30-50° 900 części wody. Zestudzony do 30° dwufazowy układ rozdziela się zbierając górną organiczną warstwę, a wodny roztwór ekstrahuje się dwukrotnie 40 częściami heksanu. Połączone z warstwą organiczną ekstrakty miesza się 30 minut z 5 częściami węglanu wapnia, a następnie filtruje i destyluje. Uzyskuje się przedgon wrzący do 163° w ilości 80 części i frakcję właściwą 163-168° w ilości 110 części 91% produktu. Przedgon zawierający 10 części kwasu trimetylooctowego, miesza się z 30 częściami 30 % roztworu wodorotlenku sodu, rozdziela warstwy, a następnie warstwę organiczną wykwasza się kwasem solnym do pH= 1, Całkowita wydajność wynosi 10% części kwasu trimetylooctowego, co stanowi 75% wydajności teoretycznej. Przykład UL Używając 100 części kwasu mrówkowego i 111 części izobutanolu otrzymuje się ester sposobem opisanym w przykładzie I. Do zastudzonego do 15° estru wkrapla się 1100 części monohydratu kwasu siarkowego utrzymując temperaturę 15-17°, a następnie zamyka się aparat i miesza jego zawartość w temperaturze 17-30°. Gdy ciśnienie przestaje wzrastać /8-10 godzin/ powoli odpuszcza się nagromadzony tlenek węgla i dalej masę reakcyjną przerabia jak w przykładzie I. Po destylacji uzyskuje się 133 części produktu 95%, co odpowiada 85% wydajności.