RU2688690C2 - Safe method for obtaining dinitrate of vicinal glycols - Google Patents
Safe method for obtaining dinitrate of vicinal glycols Download PDFInfo
- Publication number
- RU2688690C2 RU2688690C2 RU2017138019A RU2017138019A RU2688690C2 RU 2688690 C2 RU2688690 C2 RU 2688690C2 RU 2017138019 A RU2017138019 A RU 2017138019A RU 2017138019 A RU2017138019 A RU 2017138019A RU 2688690 C2 RU2688690 C2 RU 2688690C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glycols
- alcohols
- stage
- obtaining
- sulfuric acid
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 150000002334 glycols Chemical group 0.000 title description 11
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000000802 nitrating effect Effects 0.000 claims abstract description 16
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 9
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 claims description 7
- 230000019635 sulfation Effects 0.000 claims description 7
- 238000005670 sulfation reaction Methods 0.000 claims description 7
- VFNGKCDDZUSWLR-UHFFFAOYSA-N disulfuric acid Chemical class OS(=O)(=O)OS(O)(=O)=O VFNGKCDDZUSWLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 18
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 5
- 239000002360 explosive Substances 0.000 abstract description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 abstract description 2
- PFRUBEOIWWEFOL-UHFFFAOYSA-N [N].[S] Chemical compound [N].[S] PFRUBEOIWWEFOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 238000003889 chemical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 23
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N ethylene glycol Natural products OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 238000006396 nitration reaction Methods 0.000 description 14
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000009471 action Effects 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 8
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 8
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 7
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 239000000047 product Substances 0.000 description 5
- VFNGKCDDZUSWLR-UHFFFAOYSA-L disulfate(2-) Chemical compound [O-]S(=O)(=O)OS([O-])(=O)=O VFNGKCDDZUSWLR-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 4
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L sulfate group Chemical group S(=O)(=O)([O-])[O-] QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N tetrachloromethane Chemical compound ClC(Cl)(Cl)Cl VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- UQXKXGWGFRWILX-UHFFFAOYSA-N ethylene glycol dinitrate Chemical compound O=N(=O)OCCON(=O)=O UQXKXGWGFRWILX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 3
- UOCLXMDMGBRAIB-UHFFFAOYSA-N 1,1,1-trichloroethane Chemical compound CC(Cl)(Cl)Cl UOCLXMDMGBRAIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SCYULBFZEHDVBN-UHFFFAOYSA-N 1,1-Dichloroethane Chemical compound CC(Cl)Cl SCYULBFZEHDVBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000010933 acylation Effects 0.000 description 2
- 238000005917 acylation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 125000003827 glycol group Chemical group 0.000 description 2
- 239000012442 inert solvent Substances 0.000 description 2
- -1 nitrate compound Chemical class 0.000 description 2
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 description 2
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 2
- 150000005846 sugar alcohols Polymers 0.000 description 2
- 238000005809 transesterification reaction Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GAPYETXMWCTXDQ-UHFFFAOYSA-N 2-hydroxyethyl hydrogen sulfate Chemical compound OCCOS(O)(=O)=O GAPYETXMWCTXDQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GGZCIOXAKUOXRP-UHFFFAOYSA-N 3-hydroxypropyl hydrogen sulfate Chemical compound OCCCOS(O)(=O)=O GGZCIOXAKUOXRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002252 acyl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N ammonia Natural products N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010533 azeotropic distillation Methods 0.000 description 1
- WERYXYBDKMZEQL-UHFFFAOYSA-N butane-1,4-diol Chemical class OCCCCO WERYXYBDKMZEQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 1
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005474 detonation Methods 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- ZWWCURLKEXEFQT-UHFFFAOYSA-N dinitrogen pentaoxide Chemical compound [O-][N+](=O)O[N+]([O-])=O ZWWCURLKEXEFQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000005457 ice water Substances 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000004811 liquid chromatography Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N nitrous oxide Inorganic materials [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C201/00—Preparation of esters of nitric or nitrous acid or of compounds containing nitro or nitroso groups bound to a carbon skeleton
- C07C201/02—Preparation of esters of nitric acid
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к химической технологии, а именно к способам получения нитратов спиртов, широко применяющихся в качестве компонентов взрывчатых составов, растворителей, медицинских препаратов.The invention relates to chemical technology, and in particular to methods of producing nitrates of alcohols, widely used as components of explosive compositions, solvents, medicines.
Существующие в настоящее время промышленные способы их получения основаны на обработке спиртов либо азотной кислотой, либо ее смесями с концентрированной серной кислотой. Азотная кислота по отношению к спиртам является достаточно сильным окислителем, что приводит к протеканию побочных автокаталитических и высокоэкзотермических процессов окисления. В связи с этим получение нитратов спиртов в промышленности является потенциально крайне опасным (Urbanski Т. Chemistry and technology of explosives. Pergamon press, Vol. 2. 1965. 517 p.). Это во многом связано с тем, что дозировка спиртов в нитрующие среды протекает с весьма высоким тепловым эффектом, обусловленным как разбавлением серно-азотной нитрующей смеси, сопровождающимся выделением тепла, так и практически мгновенно протекающей экзотермической реакцией нитрования. Проблема отвода тепла при дозировке частично решается использованием специального холодильного оборудования, что весьма усложняет и удорожает процесс, однако полностью таким образом не может быть решена в принципе, поскольку локальный перегрев реакционной массы в месте контакта компонентов остается прежним. С учетом относительно низкой термической стабильности нитратов спиртов данный фактор приобретает исключительное значение и отрицательно влияет как на выход и качество целевого продукта, так и на безопасность и тепловую устойчивость ведения самого процесса. Качественно изменить это положение возможно только либо уменьшением реакционной способности нитруемого соединения, либо уменьшением активности нитрующей среды.The currently existing industrial methods for their preparation are based on the treatment of alcohols either with nitric acid or its mixtures with concentrated sulfuric acid. With respect to alcohols, nitric acid is a rather strong oxidizing agent, which leads to the occurrence of by-product autocatalytic and highly exothermic oxidation processes. In this regard, the production of nitrates of alcohols in industry is potentially extremely dangerous (Urbanski T. Chemistry and technology of explosives. Pergamon press, Vol. 2. 1965. 517 p.). This is largely due to the fact that the dosage of alcohols to nitrating media proceeds with a very high thermal effect, due to both the dilution of the nitrous-sulfur nitrating mixture, accompanied by the generation of heat, and the exothermic nitration reaction that almost instantly proceeds. The problem of heat removal during dosing is partially solved by using special refrigeration equipment, which complicates and increases the cost of the process, but cannot be completely solved in this way, since the local overheating of the reaction mass at the site of contact of components remains the same. Given the relatively low thermal stability of nitrates of alcohols, this factor acquires exceptional importance and adversely affects both the yield and quality of the target product, as well as the safety and thermal stability of the process itself. It is possible to qualitatively change this situation only by either decreasing the reactivity of the nitrated compound or decreasing the activity of the nitrating medium.
Известно применение в качестве нитрующей среды разбавленной азотной кислоты. Из-за обратимости основной реакции образующийся нитрат постоянно удаляют азеотропной перегонкой при нормальном давлении, что возможно лишь в случае получения сравнительно легкокипящих мононитратов одноатомных спиртов с длиной углеродной цепочки не более четырех атомов углерода (Ferrier F.A. Пат. 379312 GB, No. 1537/31).It is known to use diluted nitric acid as a nitrating medium. Due to the reversibility of the main reaction, the resulting nitrate is constantly removed by azeotropic distillation at normal pressure, which is possible only if relatively low-boiling mononitrates of monohydric alcohols are obtained with a carbon chain length of not more than four carbon atoms (Ferrier FA Pat. 379312 GB, No. 1537/31) .
Получение менее летучих мононитратов одноатомных спиртов с длиной углеродной цепочки до восьми атомов углерода возможно при проведении реакции при пониженном давлении, при котором температура кипения их азеотропов не превышает 100-105°С (Olin J.F., Fritsch F.P., Schaefer J.J. Пат. 2294849 US, Cl. 260-467). Получение полинитратов многоатомных спиртов таким методом невозможно из-за слишком низкой их летучести. В этом случае нитрование приходится проводить при достаточно низких, иногда отрицательных температурах, что дополнительно усложняет и удорожает процесс. Нитрование таких спиртов при повышенных температурах возможно только при использовании специального оборудования, такого, например, как инжекторные смесители в установках непрерывного действия, позволяющего резко сокращать общее время реакции до нескольких секунд (Питеркин Р.Н., Просвирнин Р.Ш., Петров Е.А. Технология нитроэфиров и нитроэфирсодержащих промышленных взрывчатых веществ. Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. - Бийск. 2012. 268 с.). Однако и в этом случае дорогостоящие холодильные установки оказываются необходимыми для предварительного охлаждения нитрующих смесей до отрицательных температур, а также для быстрого охлаждения реакционных масс после смешения исходных компонентов. К тому же подобные технологии имеют существенные ограничения по миниатюризации основного оборудования и применимы лишь в случае организации непрерывных многотоннажных производств.Obtaining less volatile mononitrate monohydric alcohols with a carbon chain length of up to eight carbon atoms is possible when carrying out the reaction under reduced pressure, at which the boiling point of their azeotropes does not exceed 100-105 ° C (Olin JF, Fritsch FP, Schaefer JJ Pat. 2294849 US, Cl 260-467). Obtaining polynitrate polyhydric alcohols by this method is impossible due to their too low volatility. In this case, the nitration has to be carried out at sufficiently low, sometimes negative temperatures, which further complicates and increases the cost of the process. The nitration of such alcohols at elevated temperatures is possible only with the use of special equipment, such as, for example, injection mixers in continuous installations, which can drastically reduce the overall reaction time to a few seconds (Peterkin R.N., Prosvirnin R.Sh., Petrov E. A. Technology of nitroesters and nitroether-containing industrial explosives (Alt. State Technical University, BTI. - Biysk. 2012. 268 p.). However, in this case, expensive refrigeration units are necessary for pre-cooling the nitrating mixtures to negative temperatures, as well as for the rapid cooling of the reaction masses after mixing the starting components. In addition, such technologies have significant limitations on the miniaturization of the main equipment and are applicable only in the case of the organization of continuous multi-tonnage production.
Прототипом предлагаемого изобретения является способ получения полинитратов многоатомных спиртов (Пат. 2567236 RU, Int. Cl. С07С 203/04; С07С 201/02, публ. 10.11.2015 г.), который частично решает проблемы, связанные с опасностью процесса. В этом патенте нитрование спиртов предлагается проводить в присутствии инертных растворителей, таких как хлоруглеводороды или их смеси при температуре 5-15°С.Нитрование в этом случае протекает в гораздо более безопасных условиях, чем в отсутствие растворителя. Это обусловлено тем, что продукт реакции - взрывоопасный полинитрат в ходе всего процесса находится в среде инертного растворителя, который снижает скорость кислотно-катализируемого разложения полинитрата и исключает возможность его детонации.The prototype of the present invention is a method for producing polynitrate polyhydric alcohols (Pat. 2567236 RU, Int. Cl. C07C 203/04; C07C 201/02, publ. 10.11.2015), which partially solves the problems associated with the danger of the process. In this patent, the nitration of alcohols is proposed to be carried out in the presence of inert solvents, such as chlorohydrocarbons or their mixtures at a temperature of 5-15 ° C. Nitration in this case takes place in much safer conditions than in the absence of a solvent. This is due to the fact that the reaction product, an explosive polynitrate, is in an inert solvent throughout the process, which reduces the rate of acid-catalyzed decomposition of polynitrate and eliminates the possibility of its detonation.
К недостаткам способа относится то, что полностью не устраняется основная проблема процесса нитрования спиртов, связанная с их высокой реакционной способностью по отношению к окислителям и нитрующим агентам. Процесс необходимо проводить при достаточно низких температурах.The disadvantages of the method include the fact that the main problem of the process of nitration of alcohols is not completely eliminated, due to their high reactivity with respect to oxidizing agents and nitrating agents. The process must be carried out at sufficiently low temperatures.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в радикальном повышении безопасности процесса получения нитратов спиртов.The problem to which the invention is directed is to radically improve the safety of the process of obtaining nitrates of alcohols.
Предложен способ получения динитратов вицинальных гликолей, согласно которому исходные гликоли сульфатируют действием концентрированной серной кислоты с образованием кислых сульфатов, которые во второй стадии обрабатывают нитрующей смесью в присутствии инертных хлорорганических растворителей с образованием целевых динитратов.A method of obtaining vicinal glycol dinitrates is proposed, according to which the initial glycols are sulfated by the action of concentrated sulfuric acid to form acidic sulfates, which in the second stage are treated with a nitrating mixture in the presence of inert organochlorine solvents to form the target dinitrates.
Сульфатирование проводят с получением смеси моно- и дисульфата гликоля.Sulfation is carried out to obtain a mixture of mono - and disulfate glycol.
Первую и вторую стадии можно безопасно проводить при температурах до 35°С без потери в выходе целевого продукта.The first and second stages can be safely carried out at temperatures up to 35 ° C without loss in the yield of the target product.
В качестве хлорорганических растворителей используют хлористый метилен, дихлорэтан, четыреххлористый углерод, трихлорэтан.As organochlorine solvents use methylene chloride, dichloroethane, carbon tetrachloride, trichloroethane.
Действительно безопасное получение нитратов многоатомных спиртов возможно лишь при радикальном уменьшении их реакционной способности. Известно из литературы, что успешных попыток решения этой проблемы таким образом до сих пор не опубликовано. Имеются данные о том, что ацилирование спиртов на порядки уменьшает скорость их окисления (Непомнящих Ю.В., Пучков С.В., Арнацкая О.И. и др. Ползуновский вестник. - 2011. - №4-1. - С. 48-51), поэтому нитрование ацилированных спиртов могло бы устранить трудности, связанные с окислением. Однако в литературе отсутствуют данные о замене ацильных групп в спитрах на нитратные.Really safe production of nitrates of polyatomic alcohols is possible only with a radical decrease in their reactivity. It is known from the literature that successful attempts to solve this problem in this way have not yet been published. There is evidence that the acylation of alcohols by orders of magnitude reduces their oxidation rate (Nepomnyashchikh Yu.V., Puchkov SV, Arnatskaya OI, and others. Polzunovsky Bulletin. - 2011. - No. 4-1. - C. 48-51), therefore, the nitration of acylated alcohols could eliminate the difficulties associated with oxidation. However, in the literature there are no data on the replacement of acyl groups in nitrates by spiters.
Найдено, что сульфатирование спиртов, как и ацилирование, значительно повышает их устойчивость к действию различных окислителей, в том числе и к действию азотной кислоты, а замена сульфатных групп на нитратные происходит при действии обычных серно-азотных нитрующих систем. Это дает принципиальную возможность получать полинитраты спиртов действием нитрующих систем не на легко окисляющиеся спирты, а на их значительно более устойчивые к окислению сернокислые эфиры. Однако, вследствие обратимости, сульфатирование спиртов действием концентрированной серной кислоты протекает не количественно. Даже применение многократного избытка концентрированной серной кислоты не позволяет сульфатировать спирты более чем на 80%. В связи с этим получаемые растворы в серной кислоте содержат значительные количества исходных высокореакционно-способных спиртов, легко окисляющихся при последующем нитровании. Найдено, что кислые моносульфаты вицинальных гликолей, хотя и содержат незамещенную гидроксильную группу, обладают высокой устойчивостью к действию окислителей, что объясняется дезактивирующим влиянием соседней сульфогруппы. Это позволяет успешно использовать их вместо гликолей в качестве исходных веществ для получения соответствующих динитратов.It was found that sulfation of alcohols, as well as acylation, significantly increases their resistance to the action of various oxidizing agents, including the action of nitric acid, and the replacement of sulfate groups with nitrate groups occurs under the action of ordinary nitric acid nitrating systems. This makes it possible in principle to obtain polynitrates of alcohols by the action of nitrating systems not on easily oxidized alcohols, but on their sulfuric esters, which are much more oxidation resistant. However, due to reversibility, the sulfation of alcohols by the action of concentrated sulfuric acid is not quantitative. Even the use of multiple excess of concentrated sulfuric acid does not allow sulphating alcohols by more than 80%. In this regard, the resulting solutions in sulfuric acid contain significant amounts of the original highly reactive alcohols, which are easily oxidized during subsequent nitration. It was found that the acidic monosulfates of vicinal glycols, although they contain an unsubstituted hydroxyl group, are highly resistant to the action of oxidizing agents, which is explained by the deactivating effect of the neighboring sulfonic group. This allows you to successfully use them instead of glycols as starting materials for the corresponding dinitrates.
Применение двукратного мольного избытка 95-97 мас. % серной кислоты позволяет сульфатировать ряд гликолей несколько более чем на 50%, или более чем на 100% в расчете на одну гидроксильную группу с получением растворов кислых моно- и дисульфатов гликолей в концентрированной серной кислоте (табл. 1).The use of double molar excess of 95-97 wt. % sulfuric acid allows to sulfate a number of glycols slightly more than 50%, or more than 100% per one hydroxyl group with obtaining solutions of acidic mono- and disulfates of glycols in concentrated sulfuric acid (Table 1).
* Примечание: в расчете на одну гидроксильную группу* Note: per one hydroxyl group
Обработка полученных растворов нитрующими смесями показала, что несмотря на наличие в кислых моносульфатах одной свободной гидроксильной группы, ее окисления практически не происходит в случае вицинальных гликолей. Так, обработка раствора моносульфата этиленгликоля в серной кислоте нитрующей смесью как при температуре 8-10°С, так и при 30-35°С приводит к образованию динитрата этиленгликоля с одним и тем же выходом (табл. 2). Аналогично этому выходы других динитратов 1,2-гликолей оказываются достаточно высокими и при температуре 30-35°С, при которой нитрование свободных гликолей неизменно приводит к выбросу реакционной массы из-за протекания процессов окисления. Однако, нитрование моносульфата 1,3-пропиленгликоля уже сопровождается заметным окислением, что приводит к получению его динитрата с заметно более низким выходом. В случае 1,3- и 1,4-бутиленгликолей сульфатирование одной гидроксильной группы не приводит к увеличению устойчивости к окислению другой, поскольку и в том и в другом случае реакция заканчивалась бурным разложением с выделением окислов азота (табл. 2). Это связано с уменьшением дезактивирующего влияния сульфатирования с увеличением расстояния между свободной гидроксильной и сульфатной группами в гликоле.Processing the obtained solutions with nitrating mixtures showed that despite the presence of one free hydroxyl group in acid monosulfates, its oxidation practically does not occur in the case of vicinal glycols. Thus, treatment of a solution of ethylene glycol monosulfate in sulfuric acid with a nitrating mixture, both at a temperature of 8–10 ° C and at 30–35 ° C, leads to the formation of ethylene glycol dinitrate with the same yield (Table 2). Similarly, the yields of other 1,2-glycol dinitrates are quite high even at a temperature of 30-35 ° C, at which the nitration of free glycols invariably leads to the release of the reaction mass due to the oxidation processes. However, the nitration of 1,3-propylene glycol monosulfate is already accompanied by a marked oxidation, which results in its dinitrate with a markedly lower yield. In the case of 1,3- and 1,4-butylene glycols, the sulfation of one hydroxyl group does not lead to an increase in oxidation resistance of the other, since in both cases the reaction ended with rapid decomposition with release of nitrogen oxides (Table 2). This is associated with a decrease in the deactivating effect of sulfation with increasing distance between the free hydroxyl and sulfate groups in the glycol.
Из табл. 2 следует, что в отличие от прямого нитрования спиртов, переэтерификация кислых сульфатов протекает достаточно медленно, что растягивает во времени выделение теплоты образования нитратов и исключает местные перегревы при смешении нитруемого соединения с нитрующей смесью. Поскольку образование динитратов спиртов в высококислых нитрующих средах всегда сопровождается их частичным разложением, выход целевого продукта во времени проходит через максимум. Оптимальное время проведения реакции в случае исследованных гликолей составляет около 30 минут.From tab. 2 it follows that, in contrast to the direct nitration of alcohols, the transesterification of acidic sulphates proceeds rather slowly, which stretches in time the release of the heat of formation of nitrates and eliminates local overheating when the nitrate compound is mixed with the nitrating mixture. Since the formation of dinitrate alcohols in highly acidic nitrating media is always accompanied by their partial decomposition, the yield of the target product in time passes through a maximum. The optimal reaction time in the case of the studied glycols is about 30 minutes.
*Примечание: избыток азотной кислоты - 15% от стехиометрического.* Note: excess nitric acid - 15% of stoichiometric.
Необходимо отметить, что в отличие от прототипа, использование кислых сульфатов вместо незамещенных гликолей позволяет получать высокие выходы целевых динитратов в присутствии значительно меньших избытков азотной кислоты. Так, примерно 90% выход динитрата этиленгликоля в предлагаемом процессе получается при использовании 5% избытка азотной кислоты, а в прототипе такие же выходы получают лишь при использовании не менее чем 20% ее избытка. Возможность уменьшения избытка азотной кислоты при нитровании значительно упрощает условия регенерации отработанной нитрующей смеси, увеличивает производительность оборудования и улучшает экологические показатели процесса, проводимого в соответствии с предлагаемым изобретением.It should be noted that, unlike the prototype, the use of acidic sulfates instead of unsubstituted glycols allows to obtain high yields of target dinitrates in the presence of significantly smaller excess of nitric acid. Thus, approximately 90% yield of ethylene glycol dinitrate in the proposed process is obtained using a 5% excess of nitric acid, and in the prototype, the same outputs are obtained only when using not less than 20% of its excess. The possibility of reducing the excess nitric acid during nitration greatly simplifies the conditions for regeneration of the spent nitrous mixture, increases the productivity of equipment and improves the environmental performance of the process carried out in accordance with the invention.
Предлагаемый процесс наилучшим образом применим к получению динитратов вицинальных гликолей и является двухстадийным. На первой стадии гликоль сульфатируют действием концентрированной серной кислоты с образованием смеси моно- и дисульфата. Эта стадия является совершенно безопасной, поскольку протекает не в окислительной среде и приводит к образованию негорючих продуктов, а температура ее проведения ограничивается лишь возможностью протекания нежелательного процесса дегидратации гликоля. На второй стадии проводят нитрование в значительной степени деактивированной свободной гидроксильной группы и переэтерификацию сульфатной группы на нитратную. Эта стадия также оказывается значительно менее опасной, чем в случае нитрования незамещенных гликолей, поскольку ее тепловой эффект оказывается значительно меньшим, а температура ее проведения (30-35°С) достаточно высока, что позволяет осуществлять процесс без применения специального холодильного оборудования.The proposed process is best applicable to the production of vicinal glycol dinitrates and is a two-stage process. In the first stage, the glycol is sulfated by the action of concentrated sulfuric acid to form a mixture of mono- and disulfate. This stage is completely safe because it does not proceed in an oxidizing environment and leads to the formation of non-combustible products, and its temperature is limited only by the possibility of an undesirable glycol dehydration process. In the second stage, nitration of the substantially deactivated free hydroxyl group and transesterification of the sulfate group to the nitrate group are carried out. This stage also turns out to be much less dangerous than in the case of nitration of unsubstituted glycols, since its thermal effect is much lower and its temperature (30-35 ° C) is high enough, which allows the process to be carried out without the use of special refrigeration equipment.
Предлагаемое изобретение может быть проиллюстрировано следующими примерами.The present invention can be illustrated by the following examples.
Сульфатирование гликолейGlycol sulfation
Гликоль обрабатываю 95-97 мас. % водной серной кислоты при мольном соотношении, приведенном в табл. 1. Время выдержки зависит от реакционной способности гликоля (табл. 1). Полученная реакционная масса представляет собой раствор моно- и дисульфата гликоля в серной кислоте. Получение динитратов гликолей.Glycol process 95-97 wt. % aqueous sulfuric acid at a molar ratio given in table. 1. The exposure time depends on the reactivity of the glycol (Table 1). The resulting reaction mass is a solution of mono - and disulfate of glycol in sulfuric acid. Preparation of glycol dinitrate.
Полученный раствор моно- и дисульфата гликоля в серной кислоте обрабатывают серно-азотной нитрующей смесью в присутствии хлорорганических растворителей, например хлористого метилена, дихлорэтана, четыреххлористого углерода, трихлорэтана или их смесей. Температура поддерживается в необходимых пределах (табл. 2). По окончании выдержки реакционную массу делят на минеральную и органическую фазы, либо выливают в воду со льдом, органическую фазу отделяют, промывают равным объемом воды, ~1% водного аммиака и снова водой. Хлористый метилен отгоняют в вакууме водоструйного насоса при температуре греющей бани 38-40°С до постоянного веса. Согласно данным жидкостной хроматографии содержание основного вещества в полученном продукте составляет 98-99%.The resulting solution of mono- and disulfate glycol in sulfuric acid is treated with a sulfur-nitric nitrating mixture in the presence of organochlorine solvents, for example, methylene chloride, dichloroethane, carbon tetrachloride, trichloroethane, or mixtures thereof. The temperature is maintained within the required limits (Table 2). At the end of the exposure, the reaction mass is divided into mineral and organic phases, or poured into ice water, the organic phase is separated, washed with an equal volume of water, ~ 1% aqueous ammonia and again with water. Methylene chloride is distilled off under vacuum of a water-jet pump at a temperature of the heating bath of 38–40 ° C to constant weight. According to liquid chromatography, the content of the main substance in the resulting product is 98-99%.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017138019A RU2688690C2 (en) | 2017-10-31 | 2017-10-31 | Safe method for obtaining dinitrate of vicinal glycols |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017138019A RU2688690C2 (en) | 2017-10-31 | 2017-10-31 | Safe method for obtaining dinitrate of vicinal glycols |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2017138019A RU2017138019A (en) | 2019-05-06 |
| RU2017138019A3 RU2017138019A3 (en) | 2019-05-06 |
| RU2688690C2 true RU2688690C2 (en) | 2019-05-22 |
Family
ID=66430228
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017138019A RU2688690C2 (en) | 2017-10-31 | 2017-10-31 | Safe method for obtaining dinitrate of vicinal glycols |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2688690C2 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0129995A2 (en) * | 1983-06-24 | 1985-01-02 | Aeci Limited | A process for the manufacture of nitric acid esters |
| US8658818B2 (en) * | 2010-11-23 | 2014-02-25 | Alliant Techsystems Inc. | Methods of producing nitrate esters |
| RU2567236C1 (en) * | 2014-07-29 | 2015-11-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Специальное конструкторско-технологическое бюро "Технолог" | Safe method of producing aliphatic polynitrates of alcohols in industrial conditions |
-
2017
- 2017-10-31 RU RU2017138019A patent/RU2688690C2/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0129995A2 (en) * | 1983-06-24 | 1985-01-02 | Aeci Limited | A process for the manufacture of nitric acid esters |
| US8658818B2 (en) * | 2010-11-23 | 2014-02-25 | Alliant Techsystems Inc. | Methods of producing nitrate esters |
| RU2567236C1 (en) * | 2014-07-29 | 2015-11-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Специальное конструкторско-технологическое бюро "Технолог" | Safe method of producing aliphatic polynitrates of alcohols in industrial conditions |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2017138019A (en) | 2019-05-06 |
| RU2017138019A3 (en) | 2019-05-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7335789B2 (en) | Process for the mononitration of alkanediols | |
| FI3765440T3 (en) | Process for the preparation of n-alkyl-nitratoethylnitramines | |
| RU2688690C2 (en) | Safe method for obtaining dinitrate of vicinal glycols | |
| US3417146A (en) | Preparation of nitrated aromatic ethers | |
| RU2100347C1 (en) | Method for production of dinitrotoluene | |
| RU2567236C1 (en) | Safe method of producing aliphatic polynitrates of alcohols in industrial conditions | |
| CN107619370B (en) | Preparation method of trimethylolethane trinitrate | |
| RU2557552C1 (en) | 3,3'-bis(fluorodinitromethyl-onn-azoxyfurazanyl)furoxane and method of obtaining thereof | |
| FR2712585A1 (en) | Process for producing energy-rich materials | |
| US1660651A (en) | Nitration process | |
| US3549687A (en) | Process for the preparation of alkyl nitrates | |
| US1691954A (en) | Production of erythritol tetranitrate | |
| US3708546A (en) | Preparation of dinitrotoluene | |
| US5089652A (en) | Nitrate ester preparation | |
| EP1560805B1 (en) | A process for the purification of 1,4-butanediol mononitrate | |
| RU2061671C1 (en) | Method of separation of acid impurity from solution and method of separation of nitric acid from solution | |
| US2346441A (en) | Process for separating gas mixtures | |
| WO2020115197A1 (en) | Method for the recycling or disposal of halocarbons | |
| US2291211A (en) | Oxidation of ketones | |
| Veretennikov et al. | Nitration of chlorobenzene with nitric acid in a continuous installation | |
| CA3240761A1 (en) | Nitrating mixture for the nitration of 2,4- and 2,6-dinitrotoluene to 2,4,6-trinitrotoluene and a process for obtaining thereof using the same | |
| EP4028384B1 (en) | Process for the preparation of alpha-methyl-[4-(nitro)-2-(trifluoromethyl)]-benzyl nitrate | |
| RU2558138C1 (en) | Method of producing dinitromethyl-onn-azoxy compounds | |
| Maksimowski et al. | Review of the Methods for Selective Nitration of Toluene | |
| US798436A (en) | Dinitroglycerin and process of making the same. |