WO2004007436A1 - Verfahren zur kontinuierlichen herstellung von tetrasubstituierten harnstoffen - Google Patents

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WO2004007436A1
WO2004007436A1 PCT/EP2003/007083 EP0307083W WO2004007436A1 WO 2004007436 A1 WO2004007436 A1 WO 2004007436A1 EP 0307083 W EP0307083 W EP 0307083W WO 2004007436 A1 WO2004007436 A1 WO 2004007436A1
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reaction
inorganic base
reactor
urea
phosgene
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PCT/EP2003/007083
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Jochem Henkelmann
Theodor Weber
Thorsten Rohde
Ralph Busch
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Basf Aktiengesellschaft
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    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C273/00—Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups
    • C07C273/18—Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups of substituted ureas
    • C07C273/1809—Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups of substituted ureas with formation of the N-C(O)-N moiety
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C273/00—Preparation of urea or its derivatives, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups
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    • C07C273/189—Purification, separation, stabilisation, use of additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
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    • C07C275/00—Derivatives of urea, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups
    • C07C275/04—Derivatives of urea, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups having nitrogen atoms of urea groups bound to acyclic carbon atoms
    • C07C275/06—Derivatives of urea, i.e. compounds containing any of the groups, the nitrogen atoms not being part of nitro or nitroso groups having nitrogen atoms of urea groups bound to acyclic carbon atoms of an acyclic and saturated carbon skeleton

Definitions

  • the present invention relates to a process for the preparation of tetrasubstituted ureas by reacting the corresponding amines with phosgene in the presence of an aqueous inorganic base at a temperature in the range from 0 to 150 ° C.
  • N-substituted ureas are widely used in the manufacture of crop protection agents, pharmaceuticals and dyes. Furthermore, they are used as plasticizers and stabilizers in plastics, as lubricants and as catalysts, for example as phosgenation catalysts. Furthermore, N-substituted ureas are used as polar aprotic solvents and are of particular importance here as replacements for highly toxic phosphoric acid amides such as hexamethylphosphoric triamide (HMPA) or hexamethylphosphoric triamide (HMPT). N-alkyl ureas and N-polyalkylene ureas are also used as additives in the production of amino plastics.
  • HMPA hexamethylphosphoric triamide
  • HMPT hexamethylphosphoric triamide
  • N-alkyl ureas and N-polyalkylene ureas are also used as additives in the production of amino plastics.
  • N-substituted ureas are predominantly by Trans mid réelle of urea with amines by alkylation of urea with an alcohol, by reaction of amines with cyanates as well as by the phosgenation of amines prepared (see Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6 th edition, 2000 electronic release, chapter "UREA - Urea derivatives").
  • J5 9031-752-A and US Pat. No. 3,681,457 describe the batchwise production of tetramethylurea by introducing phosgene into a template containing dimethylamine and aqueous sodium or potassium hydroxide solution and then extracting the aqueous phase. with a water-insoluble solvent, such as n-hexane, chloroform or ethylene dichloride, and isolating the tetramethyl urea from the organic phase.
  • a water-insoluble solvent such as n-hexane, chloroform or ethylene dichloride
  • No. 5,132,423 discloses the discontinuous production of tetraethylurea by introducing phosgene into a template containing diethylamine, methylene chloride and aqueous sodium hydroxide solution, subsequent separation of the two phases after the reaction and isolation of the tetraethylurea from the organic phase.
  • EP-A 0 248 220 teaches the discontinuous production of cyclic ureas by introducing phosgene into an N, N'-
  • the above-mentioned processes are very labor-intensive and cost-intensive, in particular in the production of larger amounts of tetrasubstituted ureas, since depending on the size of the reactor, several batches may have to be carried out in succession.
  • the reaction apparatus has to be filled with the appropriate amine and aqueous alkali at the beginning and brought to the reaction temperature.
  • the chemical conversion only starts when phosgene is subsequently introduced.
  • the reactor must be emptied and prepared for the next batch.
  • the reaction apparatus is therefore only used for a certain amount of time for the actual chemical conversion, with the result that a low space-time yield also results.
  • the object of the present invention was to find a process for the preparation of tetrasubstituted ureas which does not have the disadvantages mentioned above and which Large quantities can be produced with a high space-time yield.
  • the corresponding amine, the phosgene and the aqueous inorganic base are fed continuously to the reaction apparatus on average,
  • a two-phase system is formed by the selection of the tetrasubstituted ureas to be prepared, by the proportions of the substances and substance mixtures to be supplied, by the temperature during the reaction and, if appropriate, by the addition of an organic solvent which is not completely miscible with water, and
  • the process according to the invention is thus a continuously working process and has a two-phase system in the reaction apparatus. This comprises an aqueous, liquid phase and an organic, liquid phase.
  • the corresponding amine, the phosgene and the aqueous inorganic base are to be fed continuously to the reactor on average and the reaction mixture to be continuously removed from the reactor on average.
  • a continuous supply or discharge on average should also be understood to mean periodic or aperiodic fluctuations in the quantity supplied or discharged up to the pulse-like supply or discharge.
  • the supply or discharge of a constant or almost constant amount is preferred.
  • the tetrasubstituted ureas to be produced are completely soluble in water, to some extent soluble or only very slightly or almost insoluble.
  • an organic phase can therefore already form, depending on the relative proportions and the temperature.
  • the quantitative ratios of the substances and mixtures to be fed have an influence on the quantitative ratios of the inorganic and organic substances present in the reaction apparatus and thus, in conjunction with the solubility properties of the tetrasubstituted ureas, also on the formation of a two-phase system. For example, it is advantageous in the production of tetrasubstituted
  • Urea which is to some extent soluble in water, tends to use a smaller amount of aqueous phase. In order to nevertheless provide the required amount of inorganic base, a more highly concentrated aqueous inorganic base may have to be added.
  • the solubility properties of the tetrasubstituted ureas also depend on the temperature
  • the present temperature also has an influence on the formation of a two-phase system.
  • other variables such as, for example, the reaction rate, the pressure present in the reaction apparatus or the formation of undesired by-products, are also influenced and are advantageously to be weighed up against one another. d) If appropriate, by supplying an organic solvent which is not completely miscible with water to the reaction apparatus
  • an organic solvent which is not completely miscible with water can also be added in the process according to the invention. This also enables the formation of a two-phase system in which the measures a) to c) listed above are not sufficient.
  • the supply of an organic solvent that is not completely miscible with water can also form an organic phase in the production of completely water-miscible tetrasubstituted ureas. Because of the solubility property of the tetrasubstituted urea, this is usually present to a considerable extent in the organic phase.
  • the addition of an organic solvent which is not completely miscible with water can keep tetrasubstituted ureas, which would be present as a solid under the reaction conditions, in solution.
  • organic solvents which are not completely miscible with water, if any, should advantageously be chemically inert under the reaction conditions set, i.e. not chemically react with the compounds used, have good dissolving properties with respect to the tetrasubstituted urea to be dissolved and in a simple manner, for example by distillation , be separable from the tetrasubstituted urea.
  • Suitable solvents are chlorinated hydrocarbons, such as dichloromethane, trichloromethane and dichloroethane; saturated aliphatic or cyclic hydrocarbons, such as hexane, heptane, iso-octane and cyclohexane; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene; as well as halogenated aromatic hydrocarbons, such as chlorobenzene and dichlorobenzene.
  • chlorinated hydrocarbons such as dichloromethane, trichloromethane and dichloroethane
  • saturated aliphatic or cyclic hydrocarbons such as hexane, heptane, iso-octane and cyclohexane
  • aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene
  • halogenated aromatic hydrocarbons such as chlorobenzene and dichlorobenzene.
  • a two-phase system For each system, simple tests can be used to determine whether or not a two-phase system is available under the desired conditions. If there is no two-phase system, a two-phase system can be set specifically for a given tetrasubstituted urea by the measures b), c) and / or d) mentioned above.
  • the above-mentioned measures ensure the formation of a two-phase system.
  • the proportion of tetrasubstituted urea present in the aqueous phase is preferably ⁇ 5% and particularly preferably ⁇ 1% of the total amount of tetrasubstituted urea present.
  • radicals R 1 to R 4 are carbon-containing organic radicals, which may optionally also be linked to one another.
  • the carbon-containing organic radical can be a monovalent or also a two-, three- or four-valent radical.
  • radicals R 1 to R 4 are bonded to one another, these are preferably the radicals R 2 with R 4 or R 1 with R 2 and / or R3 with R 4 .
  • radicals R 1 to R 4 independently of one another are preferably.
  • an unsubstituted or substituted aromatic radical having 3 to 30 carbon atoms and a ring or two or three fused rings, in which one or more ring atoms can be substituted by heteroatoms, such as nitrogen, and in which one or more of the hydrogen atoms can be substituted
  • Substituents such as alkyl, aryl groups or functional groups can be replaced.
  • radicals R 1 with R 2 and / or R 3 with R 4 are preferably divalent radicals
  • divalent alkyl radical an unbranched or branched, acyclic or cyclic, unsubstituted or substituted C 4 - to C 0 -alkylene radical
  • divalent alkyl radical with 4 to 10 atoms in the alkyl chain, in the CH 2 groups also by hetero groups , such as -C0-, -0- or -NR- can be replaced and in which one or more of the hydrogen atoms can be replaced by substituents, such as alkyl or aryl groups.
  • radicals R 2 with R 4 are preferably divalent radicals
  • divalent alkyl radical an unbranched or branched, acyclic or cyclic, unsubstituted or substituted C to C 2 o-alkylene radical
  • divalent alkyl radical with 2 to 10 atoms in the alkylene chain, in which the CH groups also by hetero groups, such as for example, -C0-, -O- or -NR- can be replaced and one or more of the hydrogen atoms can be replaced by substituents, such as alkyl or aryl groups.
  • Tetrasubstituted ureas (I) are particularly preferably prepared
  • an unbranched or branched C 1 -C 2 -alkyl radical such as, for example, methyl, ethyl, 1-propyl, 2-propyl (sec-propyl), 1-butyl, 2-butyl (sec-butyl), 2-methyl-1-propyl (iso-butyl), 2-methyl-2-propyl (tert-butyl), 1-pentyl, 2-pentyl, 3-pentyl, 2-methyl-2-butyl (tert -amyl), 1-hexyl, 2-hexyl, 3-hexyl,
  • an unbranched or branched C 5 - to Co-cycloalkyl radical such as, for example, cyclopentyl, cyclohexyl or cyclooctyl; or
  • C 1 -C 4 -alkyl radicals C ⁇ to C 0 aryl or> C 3 to co-heteroaryl radical, such as phenyl, 2-methylphenyl (o-tolyl), 3 -Methylphenyl (m-tolyl), 4-methylphenyl (p-tolyl), 2, 6-dimethylphenyl, 2, -dimethylphenyl, 2,4, 6-trimethylphenyl, 2-methoxyphenyl, 3-methoxyphenyl, 4-methoxyphenyl, 2-pyridyl, 3-pyridyl, 4-pyridyl, 3-pyridazinyl, 4-pyridazinyl, 5-pyridazinyl, 2-pyrimidinyl, 4-pyrimidinyl, 5-pyrimidinyl, 2-pyrazinyl, 2- (1,3, 5-triazine ) yl, 1-naphthyl, 2-nap
  • divalent alkyl radical an unbranched or branched, unsubstituted or substituted C 4 - to C 10 -alkylene radical
  • divalent alkyl radical with 4 to 10 atoms in the alkylene chain, in which the CH 2 groups are also replaced by hetero groups, such as, for example, -C0-, - 0- or -NR- can be replaced and in which one or more of the hydrogen atoms can be replaced by substituents, such as alkyl or aryl groups, such as butylene, pentylene, hexylene, -CH 2 CH 2 -0-CH 2 CH- or - CH 2 CH 2 -NR-CH 2 CH 2 -; or
  • divalent alkyl radical an unbranched or branched, unsubstituted or substituted C to C 3.0 alkylene radical
  • divalent alkyl radical with 2 to 10 atoms in the alkylene chain, in which CH 2 groups are also replaced by hetero groups, such as, for example, -C0-, -0- or -NR- can be replaced and in which one or more of the hydrogen atoms can be replaced by substituents, such as alkyl or aryl groups, such as ethylene, propylene, butylene, pentylene, hexylene, -CH 2 CH 2 -0-CH 2 CH 2 - or -CH 2 CH 2 -NR-CH 2 CH 2 - mean.
  • the tetrasubstituted ureas in the process according to the invention are very particularly preferably the symmetrically tetrasubstituted ureas N, N, N ', N' tetramethyl urea, N, N, N ', N' tetraethyl urea, N, N, N ', N'-tetrapropyl urea, N, N, N ', N'- tetrabutylurea, N, N, N', N'-tetrapentylurea, N, N, N ', N'- tetrahexylurea, N, N, N', N '-Tetra (cyclopropyl) urea, N, N, N ', N' tetra (cyclohexyl) urea, N, N, N ',' tetraphenyl urea, bis (butylene) urea, bis (pentylene
  • N, N, N ', N' -tetrabutylurea, N, N'-dimethylethyleneurea and N, N'-dimethylpropyleneurea are produced as tetrasubstituted ureas in the process according to the invention.
  • the corresponding amines are the amines HNR ⁇ -R 2 and HNR 3 R 4 , the radicals R 1 to R 4 optionally also being able to be linked to one another in accordance with the above description.
  • dibutylamine is to be used as the corresponding amine in the production of N, N, N ', N', tetrabutylurea and N, '-dirnethylpropane-1,3-diamine is used in the production of N, N'-dimethylpropyleneurea.
  • the amine to be supplied can be carried out in various ways. In principle, it can be added in liquid and / or gaseous form. Furthermore, the amine to be supplied can be added, for example, neat or diluted with an inert gas or an organic solvent which is not completely miscible with water.
  • the phosgene can also be supplied in various ways, for example liquid and / or gaseous or pure or diluted with an inert gas or an organic solvent which is not completely miscible with water. It is preferred to add liquid or gaseous phosgene without dilution.
  • the aqueous inorganic base is an aqueous solution of an inorganic base.
  • examples include ammonia water, sodium hydroxide solution and potassium hydroxide solution.
  • the inorganic base to be supplied is used in the reaction of the corresponding amines with phosgene to bind the formally formed hydrogen chloride.
  • sodium hydroxide solution and / or potassium hydroxide solution are very particularly preferably used as the aqueous inorganic base.
  • the molar ratio between the phosgene to be fed and the corresponding amine to be fed is generally 0.3 to 0.8 and preferably 0.4 to 0.6 in the case of amines with an NH group and 0.6 to 1.6 and preferably 0, 8 to 1.2 for amines with two NH
  • the molar ratio between the inorganic base to be fed and the corresponding amine to be fed is generally 0.5 to 2 and preferably 0.7 to 1.5 in the case of amines with a 20 NH group and 1.0 to 4 and preferably 1.4 to 3 for amines with two NH groups (for the production of cyclic ureas).
  • the reaction is preferably carried out at a pH of> 9, particularly preferably from> 10 and very particularly preferably from 10 to 25 12. It has proven to be particularly advantageous to regulate the supply of aqueous inorganic base above the pH value desired in the reaction mixture.
  • Tetrasubstituted ureas with a lower solubility in water can therefore be produced particularly advantageously by the process according to the invention, since the amount of organic to be supplied, which is not fully water-soluble.
  • tetrasubstituted ureas are preferably produced which have a solubility in water of ⁇ 10 g / L water and particularly preferably of ⁇ 2 g / L water,
  • tetrasubstituted ureas whose melting point is above the reaction temperature generally also require a solution in an organic solvent which is not completely miscible with water. Tetra-substituted ureas with a melting point below the reaction temperature can therefore be produced particularly advantageously by the process according to the invention, since the amount of organic solvent to be supplied, which is not completely miscible with water, can be substantially less or can even be omitted entirely.
  • tetrasubstituted ureas are preferably produced which have a melting point of ⁇ 150 ° C. and particularly preferably of ⁇ 100 ° C.
  • the process according to the invention is preferably carried out at a temperature of from 10 to 100 ° C. and particularly preferably from 50 to 85 ° C.
  • the pressure is generally 0.05 to 1.0 MPa abs, preferably 0.08 to 0.2 MPa abs and very particularly preferably 0.08 to 0.12 MPa abs.
  • reaction apparatuses for gas-liquid conversions described in the technical literature, or, if liquid phosgene is used, the known apparatuses for liquid-liquid conversions can be used as reaction apparatuses in the process according to the invention.
  • Suitable reaction apparatuses include, for example, stirred tanks, flow tubes (preferably with internals), bubble columns and loop reactors.
  • the reaction is preferably carried out in a stirred tank.
  • the phosgene is preferably 'by the stirrer and / or through nozzles incorporated.
  • the reaction is carried out in a cascade of at least two stirred kettles.
  • the first stirred tank acts as a so-called main reactor, to which the starting materials, that is to say the corresponding amine, the phosgene, the aqueous inorganic base and, if appropriate, the organic solvent which is not completely miscible with water, are continuously fed on average, and in which one partial conversion to tetrasubstituted urea takes place.
  • the starting materials that is to say the corresponding amine, the phosgene, the aqueous inorganic base and, if appropriate, the organic solvent which is not completely miscible with water
  • the organic solvent which is not completely miscible with water
  • the two-phase reaction mixture of the main reactor which is the inorganic base, the chloride formed, the unreacted amine, the disubstituted carba acid chloride as an intermediate, the tetrasubstituted urea and, if appropriate, unreacted Contains phosgene and added solvent, is now continuously fed to the second stirred tank on average.
  • no further starting materials are fed to the post-reactor.
  • a secondary reactor is sufficient, that is to say the particularly preferred stirred kettle cascade thus comprises two stirred kettles.
  • the volume ratio of main reactor to post-reactor is advantageously 0.1 to 4 and preferably 0.5 to 2.
  • the reaction mixture is continuously removed on average via a correspondingly positioned drain or removal device.
  • a drain or removal device This can be, for example, an opening in the wall of the stirred tank or. act a dip tube.
  • part of the reaction mixture is removed from the area near the liquid surface and another part from the area near the bottom of the stirred tank.
  • the two discharged streams are combined and passed into further workup or, in the case of a reactor cascade, into the subsequent reactor. Due to the particularly preferred embodiment mentioned, the proportion of organic phase in the stirred tank is increased and the proportion of aqueous phase is reduced. The reason for this is the knowledge that, despite intensive mixing, the distribution of the organic and aqueous phases in the stirred tank is not exactly uniform and that there is a somewhat increased proportion of the aqueous phase near the bottom. A further increase in the space-time yield is achieved by said increase in the proportion of the organic phase.
  • the continuous process can be started in various ways. However, it must be ensured that the heat released by the exothermic reaction can be dissipated accordingly. Therefore, in particular the addition of the third reaction component should take place with particular care.
  • all three reaction components can usually be fed continuously.
  • the corresponding amine is introduced, phosgene is introduced, and then further amine and the aqueous inorganic base. After the desired fill level has been reached, the reaction mixture is continuously removed from the reactor on average.
  • the amine which is initially introduced can also be diluted with the organic solvent or reaction mixture which is not completely miscible with water from a previous production campaign, and the procedure then followed as described above. This enables particularly gentle starting.
  • the process according to the invention initially gives a two-phase reaction mixture.
  • the aqueous phase predominantly contains any excess inorganic base, the chloride formed and, if appropriate, proportions of organic compounds in accordance with the solubility.
  • the organic phase predominantly contains the tetrasubstituted urea and optionally unreacted amine, unreacted disubstituted carbamic acid chloride as an intermediate and, depending on the solubility, parts of the aqueous phase.
  • the two-phase reaction mixture is usually separated into two phases. This can be done, for example, in a so-called settier as a phase separation vessel.
  • the tetrasubstituted urea can now be isolated from the organic phase.
  • the isolation is preferably carried out by distillation.
  • the low boilers such as residual water and unreacted amine, are removed overhead.
  • the tetrasubstituted urea is then obtained overhead.
  • the first 'stirred tank which acts as main reactor, the corresponding amine and the aqueous inorganic base before, heated to the desired reaction temperature and a hospitable to the desired pH with stirring phosgene.
  • the continuous addition of the amine and the aqueous inorganic base is generally started, further phosgene being introduced continuously accordingly.
  • the reaction mixture is continuously passed from the main reactor into the second stirred tank, which functions as a secondary reactor. This can be operated untempered or tempered.
  • the reaction mixed continuously discharged.
  • the reaction mixture is passed into a so-called settier for phase separation and the organic phase is washed with water. Then the
  • the process according to the invention enables the continuous production of tetrasubstituted ureas while avoiding the discontinuous processes customary in the technical field.
  • the process according to the invention enables a space-time yield of several times in the production of N, N, N ', N' tetrabutyl urea.
  • the test facility comprised a stirred tank cascade with a 0.3 L stirred tank as the main reactor, a 0.5 L stirred tank as a secondary reactor and a downstream 0.2 L settler.
  • the main reactor was filled with raw discharge, which was obtained according to Example 1 and comprised the organic and the aqueous phase, and heated to 50.degree.
  • the continuous procedure was started and 360 g (2.79 mol) of dibutylamine, 132 g of phosgene and 1015 g of 15% strength by weight aqueous sodium hydroxide solution were fed in at a reaction temperature of 50 ° C.
  • the pH -Value in the main reactor was kept at a value of about 11 by metering the sodium hydroxide solution.
  • the post-reactor remained unheated.
  • the reaction mixture was continuously passed from the main reactor into the after-reactor via an overflow and, after filling, was pumped into the settler via a further overflow.
  • the phases were separated there.
  • the collected organic phase of the discharge contained 88.2 GC area% N, N, N ', N'-tetrabutylurea, 11.3 GC area% unreacted dibutylamine and 0.15 GC area% N, N-Dibutylcarbaminklad.
  • the experimental plant comprised a cascade of stirred tanks with a 0.5 L stirred tank as the main reactor, a 0.3 L stirred tank as the secondary reactor and a downstream 0.2 L settler.
  • the main reactor was filled with raw discharge, which was obtained in accordance with Example 2 and comprised the organic and the aqueous phase, and heated to 75.degree.
  • the continuous procedure was started and 763 g (5.91 mol) of dibutylamine, 292 g of phosgene and 1441 g of 15% strength by weight aqueous sodium hydroxide solution were added at a reaction temperature of 75 ° C.
  • N, N, N ', N' tetrabutyl urea 88%, based on the dibutylamine used.
  • the test facility comprised a cascade of stirred tanks with a 0.5 L stirred tank as the main reactor, a 0.5 L stirred tank as the secondary reactor and a downstream 0.2 L settler.
  • the main reactor was filled with raw discharge, which was obtained according to Example 2 and comprised the organic and the aqueous phase, and heated to 85.degree.
  • the continuous procedure was started and 1374 g (10.7 mol) of dibutylamine, 533 g of phosgene and 2931 g of 15% strength by weight aqueous sodium hydroxide solution were fed in at a reaction temperature of 85 ° C. in the course of 7 hours, the pH value in the main reactor was kept at a value of about 11 by metering the sodium hydroxide solution.
  • the post-reactor remained unheated.
  • the reaction mixture was passed continuously via an overflow (removal 5 cm below the fill level) from the main reactor into the after-reactor and, after its filling, was pumped into the settler.
  • the phase separation took place there.
  • a total of 1522 g of organic phase were obtained.
  • This contained 92.5 GC area% N, N, N ', N' tetrabutyl urea, 7.6 GC area% unreacted dibutylamine and 0.02 GC area% N, N-dibutyl carbamic acid chloride ,
  • the yield of N, N, N ', N' tetrabutyl urea was 93%, based on the dibutylamine used.
  • the test facility comprised a stirred tank cascade with a 0.3 L stirred tank as the main reactor, a 0.6 L stirred tank as the secondary reactor and a downstream 0.2 L settler.
  • the main reactor was filled with raw discharge, which was obtained according to Example 2 and comprised the organic and the aqueous phase, and heated to 85.degree. Now the continuous procedure was started and 534 g (4.14 mol) of dibutylamine, 250 g of phosgene and 1450 g of 15% strength by weight aqueous sodium hydroxide solution were added at a reaction temperature of 85 ° C.
  • the pH -Value in the main reactor was kept at a value of about 11 by metering the sodium hydroxide solution.
  • the post-reactor remained unheated.
  • the reaction Mix was continuously passed from the main reactor to the after-reactor via an overflow and, after it had been filled, pumped into the settier.
  • the phases were separated there. A total of 760 g of organic phase were obtained.
  • Table 1 gives an overview of the reaction conditions and the results of Examples 1 to 5.
  • Example 3 shows that, for the same reaction temperature and the same total reaction volume, a cascaded procedure with a main reactor and a post-reactor leads to a significant increase in the space-time yield.
  • the cascaded procedure in Example 3 made it possible to achieve a space-time yield that was almost 4 times higher than with the one-step procedure in Example 1.
  • Example 4 shows that by increasing the reaction temperature from 75 ° C to 85 ° C and increasing the size of the post-reactor from 0.3 L to 0.5 L, a further significant increase in the space-time yield by about 25% to 201 g / L -h is possible.
  • Example 5 shows the influence of the size of the main reactor.
  • the space-time yield dropped significantly to about half, despite the increase in the size of the post-reactor from 0.5 L to 0.6 L, and was 95.5 g / L -H.
  • Table 1 :

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von tetrasubstituierten Harnstoffen durch Umsetzung der entsprechenden Amine mit Phosgen in Gegenwart einer wässrigen anorganischen Base bei einer Temperatur im Bereich von 0 bis 150 Grad Celsius bei dem man das entsprechende Amin, das Phosgen und die wässrige anorganische Base dem Reaktionsapparat im Mittel kontinuierlich zuführt,durch die Auswahl der herzustellenden tetrasubstituierten Harnstoffe, durch die Mengenverhältnisse der zuzuführenden Stoffe und Stoffgemische, durch die Temperatur während der Umsetzung und gegebenenfalls durch die Zufuhr eines organischen, mit Wasser nicht vollständig mischbaren Lösungsmittels im Reaktionsapparat ein Zweiphasensystem bildet, und das Reaktionsgemisch aus dem Reaktionsapparat im Mittel kontinuierlich abführt.

Description

Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von tetrasubstituierten Harnstoffen
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von tetrasubstituierten Harnstoffen durch Umsetzung der entsprechenden Amine mit Phosgen in Gegenwart einer wässrigen anorgani- sehen Base bei einer Temperatur im Bereich von 0 bis 150°C.
N-substituierte Harnstoffe finden eine breite Anwendung in der Herstellung von Pflanzenschutzmitteln, Pharmazeutika und Farbstoffen. Des Weiteren werden sie als Weichmacher und Stabilisato- ren in Kunststoffen, als Schmiermittel sowie als Katalysatoren, beispielsweise als Phosgenierungskatalysatoren, eingesetzt. Ferner werden N-substituierte Harnstoffe als polare aprotische Lösungsmittel eingesetzt und haben hier besondere Bedeutung als Ersatz für hochtoxische Phosphorsäureamide wie Hexamethyl- phosphorsäuretriamid (HMPA) oder Hexamethylphosphorigsäuretriamid (HMPT) . N-Alkylharnstoffe und N-Polyalkylenharnstoffe werden zudem als Additive in der Herstellung von Aminokunststoffen verwendet .
N-substituierte Harnstoffe werden technisch überwiegend durch Trans midierung von Harnstoff mit Aminen, durch Alkylierung von Harnstoff mit Alkoholen, durch Umsetzung von Aminen mit Cyanaten sowie durch Phosgenierung von Aminen hergestellt (siehe Ulimann' s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 6th edition, 2000 electronic release, Chapter "UREA - Urea derivatives") .
J5 9031-752-A und US 3,681,457 beschreiben die diskontinuierliche Herstellung .von Tetramethylharnstoff durch Einleiten von Phosgen in eine Dimethylamin und wässrige Natron- oder Kalilauge enthal- tende Vorlage und anschließender Extraktion der wässrigen Phase . mit einem wasserunlöslichen Lösungsmittel, wie n-Hexan, Chloroform oder Ethylendichlorid, und Isolation des Tetramethylharnstoffs aus der organischen Phase.
US 5,132,423 offenbart die die diskontinuierliche Herstellung von Tetraethylharnstoff durch Einleiten von Phosgen in eine Diethyl- amin, Methylenchlorid und wässrige Natronlauge enthaltende Vor- • läge, anschließende Trennung der beiden Phasen nach erfolgter Umsetzung und Isolation des Tetraethylharnstoffs aus der organi- sehen Phase. EP-A 0 248 220 lehrt die diskontinuierliche Herstellung von cy- clischen Harnstoffen durch Einleiten von Phosgen in eine N,N'-
Dialkyldiamin und wässrige Natronlauge enthaltende Vorlage und
Extraktion des erhaltenen Gemisches mit 1,2-Dichlorethan.
W.A. Skinner et al. in J. Phar . Sei. 68, 1979, Seite 391 bis 392 lehren die diskontinuierliche Herstellung von Tetrabutylharnstoff durch tropfenweise Zugabe von Dibutylamin in eine Benzol, Phosgen und Kaliumcarbonat enthaltende Vorlage, anschließendes dreistün- diges Rühren bei Raumtemperatur, weitere Zugabe an Dibutylamin, dreistündiges Erhitzen unter Rückfluß, anschließendes Abfiltrieren der festen, Kaliumcarbonat und -chlorid enthaltenden Phase und destillativer Aufarbeitung des Filtrats. Laut Herstellungsvorschrift wurden insgesamt 31,25 mL Dibutylamin (0,184 ol) eingesetzt. Bei einem Gesamtvolumen der flüssigen Phase von etwa 0,28 L (Benzol, Phosgen, Kaliumcarbonat und Dibutylamin) und einer Gesamtzeit für die Umsetzung von 6,5 Stunden (0,5 Stunden tropfenweise Zugabe an Dibutylamin, 3 Stunden Rühren bei Raumtemperatur und 3 Stunden Erhitzen unter Rückfluß) ergibt sich selbst bei einer angenommenen Ausbeute an Tetrabutylharnstoff von 100% nur eine Raum-Zeit-Ausbeute von maximal 14 g/L -h.
Die oben genannten Verfahren sind insbesondere bei der Herstellung von größeren Mengen an tetrasubstituierten Harnstoffen sehr arbeits- und kostenintensiv, da in Abhängigkeit von der Reaktorgröße gegebenenfalls mehrere Ansätze hintereinander durchzuführen sind. So ist der Reaktionsapparat zu Beginn mit dem entsprechenden Amin und wässriger Lauge zu befüllen und auf Reaktionstemperatur zu bringen. Erst bei der anschließenden Einleitung von Phosgen startet dann auch die chemische Umsetzung. Nach erfolgter Umsetzung ist der Reaktionsapparat zu entleeren und für den nächsten Ansatz vorzurichten. Der Reaktionsapparat wird somit nur zu einem gewissen Zeitanteil für die eigentliche chemische Umsetzung genutzt, mit der Folge, dass auch eine niedrige Raum-Zeit-Aus- beute resultiert.
Des Weiteren ist bei den beiden oben genannten Verfahren zur Herstellung von Tetramethylharnstoff die nach der Umsetzung zu erfolgende Extraktion des Tetramethylharnstoffs mit einem organi- sehen Lösungsmittel von Nachteil, da dies einen weiteren separaten Verfahrensschritt bedeutet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, ein Verfahren zur Herstellung von tetrasubstituierten Harnstoffen zu fin- den, welches die oben genannten Nachteile nicht besitzt und die Herstellung größerer Mengen mit einer hohe Raum-Zeit-Auεbeute ermöglicht.
Demgemäß wurde ein Verfahren zur Herstellung von tetrasubsti- tuierten Harnstoffen durch Umsetzung der entsprechenden Amine mit Phosgen in Gegenwart einer wässrigen anorganischen Base bei einer Temperatur im Bereich von 0 bis 150°C gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man
das entsprechende Amin, das Phosgen und die wässrige anorganische Base dem Reaktionsapparat im Mittel kontinuierlich zuführt,
durch die Auswahl der herzustellenden tetrasubstituierten Harnstoffe, durch die Mengenverhältnisse der zuzuführenden Stoffe und Stoffgemische, durch die Temperatur während der Umsetzung und gegebenenfalls durch die Zufuhr eines organischen, mit Wasser nicht vollständig mischbaren Lösungsmittels im Reaktionsapparat ein Zweiphasenεystem bildet, und
das Reaktionsgemisch aus dem Reaktionsapparat im Mittel kontinuierlich abführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit ein kontinuierlich arbeitendes Verfahren und weist im Reaktionsapparat ein Zweiphasen- System auf. Dieses umfasst eine wässrige, flüssige Phase und eine organische, flüssige Phase.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren sind das entsprechende Amin, das Phosgen und die wässrige anorganische Base dem Reaktionsapparat im Mittel kontinuierlich zuzuführen und das Reaktionsgemisch aus dem Reaktionsapparat im Mittel kontinuierlich abzuführen. Unter einer im Mittel kontinuierlichen Zufuhr oder Abfuhr seien auch periodische oder aperiodische Schwankungen in der zu- oder abgeführten Menge bis hin zur pulsartigen Zu- oder Abfuhr zu verste- hen. Bevorzugt ist die Zufuhr oder Abfuhr einer konstanten oder nahezu konstanten Menge.
Um auch über einen längeren Zeitraum hinweg einen kontinuierlichen und konstanten Betrieb des erfindungsgemäßen Verfahrens zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, den Reaktionsapparat bei konstantem oder nahezu konstantem Füllvolumen (Füllstand) zu betreiben und die abzuführende Menge über das gewünschte Füllvolumen (Füllstand) zu regeln. Die Bildung eines Zweiphasensystems im Reaktionsapparat wird beim erfindungsgemäßen Verfahren durch verschiedene Maßnahmen erreicht:
a) Durch die Auswahl der herzustellenden tetrasubstituierten Harnstoffe
Je nach der Art der Substituenten sind die herzustellenden tetrasubstituierten Harnstoffe in Wasser vollständig löslich, im gewissen Maße löslich oder nur sehr gering oder nahezu unlöslich. Bei tetrasubstituierten Harnstoffen, welche nicht vollständig in Wasser löslich sind, kann sich daher bereits, abhängig von den relativen Mengenverhältnissen und der Temperatur, eine organische Phase ausbilden.
b) Durch die Mengenverhältnisse der zuzuführenden Stoffe und Stoffgemische
Die Mengenverhältnisse der zuzuführenden Stoffe und Stoff- gemische haben einen Einfluß auf die im Reaktionsapparat vorliegenden Mengenverhältnisse der anorganischen und organischen Stoffe und somit in Verbindung mit den Löslichkeitsei- genschaften der tetrasubstituierten Harnstoffe auch auf die Ausbildung eines Zweiphasensystems. So ist es beispielsweise vorteilhaft, bei der Herstellung von tetrasubεtituierten
Harnstoffen, welche im Wasser im gewissen Maße löslich sind, tendenziell eine geringere Menge an wässriger Phase einzusetzen. Um hierbei dennoch die erforderliche Menge an anorganischer Base bereitzustellen, ist gegebenenfalls eine höher konzentrierte wässrige anorganische Base zuzuführen.
c) Durch die Temperatur während der Umsetzung
Da die Löslichkeitseigenschaften der tetrasubstituierten Harnstoffe auch von der Temperatur abhängig sind, hat die vorliegende Temperatur auch einen Einfluß auf die Ausbildung eines Zweiphasensyεtems. Es sei jedoch betont, dass bei der Wahl der Reaktionεtemperatur auch andere Größen, wie beiεpielsweise die Reaktionsgeschwindigkeit, der im Reakti- onsapparat vorliegende Druck oder die Bildung unerwünschter Nebenprodukte, beeinflusst werden und vorteilhafterweise gegeneinander abzuwägen sind. d) Gegebenenfalls durch die Zufuhr eines organischen, mit Wasser nicht vollständig mischbaren Lösungsmittels im Reaktionsappa- rat
Des Weiteren kann beim erfindungsgemäßen Verfahren auch ein organisches, mit Wasser nicht vollständig mischbares Lösungsmittel zugeführt werden. Dieses ermöglicht auch die Ausbildung eines Zweiphasensystems, bei denen die oben aufgeführten Maßnahmen a) bis c) nicht ausreichend sind. So vermag beispielsweise die Zufuhr eines organischen, mit Wasser nicht vollständig mischbaren Lösungsmittels auch bei der Herstellung von vollständig mit Wasser mischbaren tetrasubstituierten Harnstoffen eine organische Phase auszubilden. Aufgrund der Löslichkeitεeigenschaft des tetrasubstituierten Harn- Stoffs liegt dieser in der Regel dann zu einem beträchtlichen Teil in der organischen Phase vor. Des Weiteren vermag der Zusatz eines organischen, mit Wasser nicht vollständig mischbaren Lösungsmittels tetrasubstituierte Harnstoffe, welche unter den Reaktionsbedingungen als Feststoff vorliegen wür- den, in Lösung zu halten.
Die gegebenenfalls einzusetzenden organischen, mit Wasser nicht vollständig mischbaren Lösungsmittel sollten vorteilhafterweise unter den eingestellten Reaktionsbedingungen chemisch inert sein, das heißt chemisch nicht mit den eingesetzten Verbindungen reagieren, eine gute Lösungseigenschaft gegenüber den zu lösenden tetrasubstituierten Harnstoff aufweisen und auf einfache Art und Weise, beispielsweise destillativ, vom tetrasubstituierten Harnstoff abtrennbar sein. Als geeignete Lösungsmittel seien chlo- rierte Kohlenwasεerεtoffe, wie beispielsweise Dichlormethan, Tri- chlormethan und Dichlorethan; gesättigte aliphatische oder cycli- sche Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Hexan, Heptan, iso- Octan und Cyclohexan; aromatische Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Benzol, Toluol und Xylol; sowie halogenierte aro- matische Kohlenwasεerεtoffe, wie beispielsweise Chlorbenzol und Dichlorbenzol genannt.
Für jedes System kann durch einfache Versuche ermittelt werden, ob unter den gewünschten Bedingungen ein Zweiphasensystem vor- liegt oder nicht. Falls kein Zweiphasensystem vorliegt, kann bei einem vorgegebenen tetrasubεtituierten Harnstoff durch die oben genannten Maßnahmen b) , c) und/oder d) ein Zweiphasensystem gezielt eingestellt werden.
Durch die oben genannten Maßnahmen wird die Bildung eines Zweiphasensystems sichergestellt. Prinzipiell ist es für das erfindungsgemäße Verfahren umso vorteilhafter, je geringer die Menge des in der wässrigen Phase gelösten tetrasubstituierten Harnstoffs ist. Bevorzugt liegt beim erfindungsgemäßen Verfahren der in der wässrigen Phase vorhandene Anteil an tetrasubstituiertem Harnstoff bei < 5% und besonders bevorzugt bei < 1% der Gesamt- menge an vorhandenem tetrasubstituiertem Harnstoff.
Die durch das erfindungsgemäße Verfahren herstellbaren tetrasubstituierten Harnstoffe besitzen die allgemeine Formel (I)
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in der die Reste R1 bis R4 für Kohlenstoff enthaltende organische Reste stehen, wobei diese gegebenenfalls auch miteinander verbunden sein können.
Unter einem Kohlenstoff enthaltenden organischen Rest ist ein unsubstituierter oder substituierter, aliphatiseher, aromatischer oder araliphatischer Rest zu verstehen. Dieser kann ein oder mehrere Heteroatome, wie etwa Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel oder Phosphor enthalten, beispielsweise -0-, -S-, -NR-, -C0-, -N=, -PR- und/oder -PR und/oder durch eine oder mehrere funktioneile Gruppen, welche beispielsweise Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel und/oder Halogen enthalten, substituiert sein, wie beispielsweise durch Fluor, Chlor, Brom, Iod und/oder eine Cyanogruppe (bei dem Rest R handelt es sich hierbei ebenfalls um einen Kohlenstoff enthaltenden organischen Rest) . Bei dem Kohlenstoff enthaltenden organischen Rest kann es sich um einen einwertigen oder auch um einen zwei-,- drei- oder vierwertigen Rest handeln.
Sind zwei oder mehrere der Reste R1 bis R4 miteinander verbunden, so sind dies bevorzugt die Reste R2 mit R4 oder R1 mit R2 und/oder R3 mit R4.
Als einwertige Reste stehen die Reste R1 bis R4 unabhängig voneinander bevorzugt für .
* einen unverzweigten oder verzweigten, aeyclischen oder cycli- schen, unsubstituierten oder substituierten Alkylrest mit 1 bis 30 aliphatischen Kohlenstoff tomen, bei dem eine oder mehrere der CH-Gruppen auch durch Heteroatome, wie -0- oder -S-, oder durch Heteroatom enthaltende Gruppen, wie -C0- oder -NR-, ersetzt sein können und bei dem ein oder mehrere der Wasserstoffatome durch Substituenten, wie beispielsweise Arylgruppen oder funktioneile Gruppen ersetzt sein können; oder für
* einen unsubstituierten oder substituierten aromatischen Rest mit 3 bis 30 Kohlenstoffato en und einem Ring oder zwei oder drei kondensierten Ringen, bei dem eines oder mehrere Ringatome durch Heteroatome, wie beispielsweise Stickstoff, sub- εtituiert sein können und bei dem ein oder mehrere der Wasserstoffatome durch Substituenten, wie beispielsweise Alkyl-, Arylgruppen oder funktionelle Gruppen ersetzt sein können.
Als zweiwertige Reste stehen bevorzugt die Reste R1 mit R2 und/ oder R3 mit R4 bevorzugt für
* einen unverzweigten oder verzweigten, acyclischen oder cycli- εchen, unsubstituierten oder substituierten C4- bis C0-Alkylenrest ("zweiwertiger Alkylrest") mit 4 bis 10 Atomen in der Alkyl nkette, bei dem CH2-Gruppen auch durch Hetero- gruppen, wie beispielsweise -C0-, -0- oder -NR- ersetzt sein können und bei dem ein oder mehrere der Wasserstoffatome durch Substituenten, wie beispielsweise Alkyl- oder Arylgruppen ersetzt sein können.
Als zweiwertige Reste stehen bevorzugt die Reste R2 mit R4 bevorzugt für
* einen unverzweigten oder verzweigten, acyclischen oder cycli- schen, unsubstituierten oder substituierten C- bis C2o-Alkylenrest ("zweiwertiger Alkylrest") mit 2 bis 10 Atomen in der Alkylenkette, bei dem CH-Gruppen auch durch Hetero- gruppen, wie beispielsweise -C0-, -O- oder -NR- ersetzt sein können und bei dem ein oder mehrere der Wasserstoffatome durch Substituenten, wie beispielsweise Alkyl- oder Aryl- gruppen ersetzt sein können.
Besonders bevorzugt werden tetrasubstituierte Harnstoffe (I) hergestellt,
(i) deren Reste R1 bis R4
* einen unverzweigten oder verzweigten Ci- bis C2o~Alkyl- rest, wie beispielsweise Methyl, Ethyl, 1-Propyl, 2-Propyl (sek.-Propyl) , 1-Butyl, 2-Butyl (sek.-Butyl) , 2-Methyl-l-propyl (iso-Butyl) , 2-Methyl-2-propyl (tert.- Butyl), 1-Pentyl, 2-Pentyl, 3-Pentyl, 2-Methyl-2-butyl (tert . -Amyl ) , 1-Hexyl , 2-Hexyl , 3-Hexyl ,
2-Methyl-2-pentyl oder 3-Methyl-3-pentyl;
* einen unverzweigten oder verzweigten C5- bis Co-Cyclo- alkylrest, wie beispielsweise Cyclopentyl, Cyclohexyl oder Cyclooctyl; oder
* einen unsubstituierten oder mit einem oder mehreren Cι~ bis C4-Alkylresten substituierten Cζ- bis C0-Aryl- oder> C3- bis Co-Heteroaryl-Rest, wie beispielsweiεe Phenyl, 2-Methylphenyl (o-Tolyl) , 3-Methylphenyl (m-Tolyl) , 4-Methylphenyl (p-Tolyl) , 2 , 6-Dimethylphenyl, 2 , -Dimethylphenyl, 2,4, 6-Trimethylphenyl, 2-Methoxy- phenyl, 3-Methoxyphenyl, 4-Methoxyphenyl, 2-Pyridyl, 3-Pyridyl, 4-Pyridyl, 3-Pyridazinyl, 4-Pyridazinyl, 5-Pyridazinyl, 2-Pyrimidinyl, 4-Pyrimidinyl , 5-Pyrimidinyl , 2-Pyrazinyl, 2- (1,3 , 5-Triazin)yl, 1-Naphthyl, 2-Naphthyl, 2-Chinolyl, 8-Chinolyl, 1-Isochi- nolyl oder 8-Isochinolyl bedeuten;
(ii) deren Reste R1 mit R2 und R3 mit R4 verbunden sind und
* einen unverzweigten oder verzweigten, unsubstituierten oder substituierten C4- bis Cio-Alkylenreεt ("zweiwerti- ger Alkylrest") mit 4 bis 10 Atomen in der Alkylenkette, bei dem CH2-Gruppen auch durch Heterogruppen, wie beispielsweise -C0-, -0- oder -NR- ersetzt sein können und bei dem ein oder mehrere der Wasserstoffatome durch Substituenten, wie beispielsweise Alkyl- oder Arylgruppen ersetzt sein können, wie beispielsweise Butylen, Pentylen, Hexylen, -CH2CH2-0-CH2CH- oder - CH2CH2-NR-CH2CH2- bedeuten; oder
(iii) deren Reste R1 und R4 wie unter (i) genannt und die Reste R2 mit R3 verbunden sind und
* einen unverzweigten oder verzweigten, unsubstituierten oder substituierten C- bis C3.0-Alkylenrest ("zweiwertiger Alkylrest") mit 2 bis 10 Atomen in der Alkylenkette, bei dem CH2-Gruppen auch durch Heterogruppen, wie beispielsweise -C0-, -0- oder -NR- ersetzt sein können und bei dem ein oder mehrere der Wasserstoffatome durch Substituenten, wie beispielsweise Alkyl- oder Arylgruppen ersetzt sein können, wie beispielsweise Ethylen, Propylen, Butylen, Pentylen, Hexylen, -CH2CH2-0-CH2CH2- oder -CH2CH2-NR-CH2CH2- bedeuten. Ganz besonders bevorzugt werden beim erfindungsgemäßen Verfahren als tetrasubstituierte Harnstoffe die symmetrisch tetrasubstituierten Harnstoffe N,N,N' ,N' -Tetramethylharnstoff, N,N,N' ,N' -Tetraethylharnstoff, N,N,N' ,N'-Tetrapropylharnstoff, N,N,N',N'- Tetrabutylhamstoff, N,N,N' ,N'-Tetrapentylharnstoff, N,N,N',N'- Tetrahexylhamstoff, N,N,N' ,N' -Tetra (cyclopropyl) -harnstoff, N,N,N' ,N' -Tetra (cyclohexyl) -harnstoff, N,N,N' , ' -Tetraphenylharn- stoff, Bis (butylen) -harnstoff, Bis (pentylen) harnstoff, N,N'- Dimethylethylenharnstoff, N,N'-Dimethylpropylenharnstoff, N,N'- Dimethyl- (2- (methylaza) -propylen) -harnstoff und N,N'- Dimethyl- (3- (methylaza) -pentylen) -harnstoff hergestellt .
Insbesondere werden beim erfindungsgemäßen Verfahren als tetrasubstituierte Harnstoffe N,N,N' ,N' -Tetrabutylhamstoff, N,N'- Dimethylethylenharnstoff und N,N'-Dimethylpropylenharnstoff hergestellt.
Als entsprechende Amine sind die Amine HNR^-R2 sowie HNR3R4 einzusetzen, wobei entsprechend der obigen Beschreibung die Reste R1 bis R4 gegebenenfalls auch miteinander verbunden sein können. So ist beispielsweise bei der Herstellung von N,N,N' ,N' -Tetrabutylhamstoff als entsprechendes Amin Dibutylamin und bei der Herstellung von N,N'-Dimethylpropylenhamstoff N, ' -Dirnethyl- propan-1 , 3-diamin einzusetzen.
Das zuzuführende Amin kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen. Es kann prinzipiell flüssig und/oder gasförmig zugegeben werden. Des Weiteren kann das zuzuführende Amin beispielsweise pur oder verdünnt mit einem Inertgas oder einem organischen, mit Wasser nicht vollständig mischbaren Lösungsmittel zugegeben werden.
Die Zufuhr des Phosgens kann ebenfalls auf verschiedene Art und Weise, beispielεweise flüssig und/oder gasförmig beziehungsweise pur oder mit einem Inertgas oder einem organischen, mit Wasser nicht vollständig mischbaren Lösungsmittel verdünnt, erfolgen. Bevorzugt ist die Zugabe von flüssigem oder gasförmigen Phosgen ohne Verdünnung.
Bei der wässrigen anorganischen Base handelt es sich um eine wässrige Lösung einer anorganischen Base. Als Beispiele seien Ammoniakwasser, Natronlauge und Kalilauge genannt.
Die zuzuführende anorganische Base dient bei der Umsetzung der entsprechenden Amine mit Phosgen zur Bindung des formell entstehenden Chlorwasserstoffs. Um eine Konkurrenzreaktion mit dem entsprechenden Amin, welches als Edukt für die Herstellung des sub- stituierten Harnstoffs fungiert, zu vermeiden beziehungsweise auf ein Minimum zu verringern, ist es besonders vorteilhaft, eine wässrige anorganische Base einzusetzen, welche einen niedrigeren pKb-Wert, gemessen bei 25°C in wässriger Lösung, aufweist als das
5 entsprechende Amin.
Ganz besonders bevorzugt setzt man beim erfindungsgemäßen Verfahren als wässrige anorganische Base Natronlauge und/oder Kalilauge ein.
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Das molare Verhältnis zwischen dem zuzuführenden Phosgen und dem zuzuführenden entsprechenden Amin beträgt im Allgemeinen 0,3 bis 0,8 und bevorzugt 0,4 bis 0,6 bei Aminen mit einer NH-Gruppe und 0,6 bis 1,6 und bevorzugt 0,8 bis 1,2 bei Aminen mit zwei NH-
15 Gruppen (für die Herstellung cyclischer Harnstoffe) .
Das molare Verhältnis zwischen der zuzuführenden anorganischen Base und dem zuzuführenden entsprechenden Amin beträgt im Allgemeinen 0 , 5 bis 2 und bevorzugt 0 , 7 bis 1 , 5 bei Aminen mit einer 20 NH-Gruppe und 1,0 bis 4 und bevorzugt 1,4 bis 3 bei Aminen mit zwei NH-Gruppen (für die Herstellung cyclischer Harnstoffe) .
Bevorzugt führt man die Umsetzung bei einem pH-Wert von >9, besonders bevorzugt von >10 und ganz besonders bevorzugt von 10 bis 25 12 durch. Es hat sich dabei als besonders vorteilhaft erwiesen, die Zufuhr an wässriger anorganischer Base über den im Reaktionsgemisch gewünschten pH-Wert zu regeln.
Wie zuvor schon erwähnt, ist bei der Herstellung von mit Wasser
30 vollständig oder sehr gut löslichen tetrasubstituierten Harnstoffen im Allgemeinen die Gegenwart eines organischen, mit Wasser nicht vollständig mischbaren Lösungsmittels erforderlich, um die Bildung eines Zweiphasensystems im Reaktionsapparat zu gewährleisten. Das zugeführte Lösungsmittel ist dann bei der anschließen-
35 den Aufarbeitung in der Regel wieder zu entfernen, was einen zusätzlichen Aufwand bedeutet. Tetrasubstituierte Harnstoffe mit einer geringeren Löslichkeit in Wasser sind daher durch das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft herstellbar, da die Menge an zuzuführendem organischen, mit Wasser nicht voll-
40 ständig mischbaren Lösungsmittel wesentlich geringer sein kann beziehungsweise sogar gänzlich unterbleiben kann. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden daher bevorzugt tetrasubsti- - tuierten Harnstoffe hergestellt, welche eine Löslichkeit in Wasser von < 10 g/L Wasεer und besonders bevorzugt von <2 g/L Wasser,
45 gemessen bei 25°C und Normaldruck, aufweisen. Wie ebenfalls zuvor schon erwähnt, bedürfen tetrasubstituierte Harnstoffe, deren Schmelzpunkt oberhalb der Reaktionstemperatur liegt in der Regel ebenfalls einer Lösung in einem organischen, mit Wasser nicht vollständig mischbaren Lösungsmittel . Tetra- substituierte Harnstoffe mit einem Schmelzpunkt unterhalb der Reaktionstemperatur sind daher durch das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft herstellbar, da die Menge an zuzuführendem organischen, mit Wasser nicht vollständig mischbaren Lösungsmittel wesentlich geringer sein kann beziehungsweise sogar gänz- lieh unterbleiben kann. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden daher bevorzugt tetrasubstituierten Harnstoffe hergestellt, welche einen Schmelzpunkt von <150°C und besonders bevorzugt von <100°C aufweisen.
Das erfindungsgemäße Verfahren führt man bevorzugt bei einer Temperatur von 10 bis 100°C und besonders bevorzugt von 50 bis 85°C durch. Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt der Druck im Allgemeinen 0,05 bis 1,0 MPa abs, bevorzugt 0,08 bis 0,2 MPa abs und ganz besonders bevorzugt 0,08 bis 0,12 MPa abs.
Als Reaktionsapparate können beim erfindungsgemäßen Verfahren prinzipiell die in der Fachliteratur beschriebenen Apparate für gas-flüssig-Umsetzungen, beziehungsweise im Falle des Einsatzes von flüssigem Phosgen die bekannten Apparate für flüssig-flüssig- Umsetzungen eingesetzt werden. Als geeignete Reaktionsapparate seien beispielsweise Rührkessel, Strömungsrohre (bevorzugt mit Einbauten) , Blasensäulen und Schlaufenreaktoren genannt.
Bevorzugt führt man die Umsetzung in einem Rührkessel durch. Um einen effizienten Eintrag sicherzustellen, wird das Phosgen bevorzugt 'durch den Rührer und/oder durch Düsen eingebracht.
In einer besonders bevorzugten Variante führt man die Umsetzung in einer Kaskade von mindestens zwei Rührkesseln durch. Der erste Rührkessel fungiert dabei als sogenannter Hauptreaktor, dem unter intensiver Durchmischung die Einsatzstoffe, das heißt das entsprechende Amin, das Phosgen, die wässrige anorganische Base und gegebenenfalls das organische, mit Wasser nicht vollständig mischbare Lösungsmittel, im Mittel kontinuierlich zugeführt werden und in dem eine teilweise Umsetzung zum tetrasubstituierten Harnstoff erfolgt. Bevorzugt werden im Hauptreaktor 10 bis 95% des tetrasubstituierten Harnstoffs gebildet. Das zweiphasige Reaktionsgemisch des Hauptreaktors, welches die anorganische Base, das gebildete Chlorid, das nicht-umgesetztes Amin, das disubstituierte Carba insäurechlorid als Zwischenprodukt, den tetrasubstituierten Harnstoff und gegebenenfalls nicht-umgesetztes Phosgen und zugegebenes Lösungsmittel enthält, wird nun im Mittel kontinuierlich dem zweiten Rührkessel zugeführt. Dieser fungiert als sogenannter Nachreaktor, in dem die reεtliche Umsetzung, insbesondere die Umsetzung zwischen dem disubstituierte Carbamin- säurechlorid und dem noch freien Amin erfolgt. Im Allgemeinen werden dem Nachreaktor keine weiteren Edukte zugeführt. Bei Bedarf ist es jedoch möglich, beispielsweise zur Erreichung der Ge- samtstöchiometrie, weiteres Edukt, beispielsweise Phosgen oder das entsprechende Amin zuzuführen. Auch im Nachreaktor ist eine intensive Durchmischung sicherzustellen.
In der Regel ist ein Nachreaktor ausreichend, das heißt die besonders bevorzugte Rührkesselkaεkade umfasst somit zwei Rührkessel. Das Volumenverhältnis von Hauptreaktor zu Nachreaktor be- trägt vorteilhafterweise 0,1 bis 4 und bevorzugt 0,5 bis 2.
Beim Einsatz eines Rührkessels erfolgt die im Mittel kontinuierliche Abfuhr des Reaktionsgemisches über eine entsprechend positionierte Abfluß- beziehungsweise Entnahmevorrichtung. Bei dieser kann es sich beispielsweise um eine Öffnung in der Wandung des Rührkessels oder um. ein Tauchrohr handeln.
In einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens führt man einen Teil des Reaktionsgemisches aus dem flüssigkeitsoberflächennahen Bereich und einen weiteren Teil aus dem bodennahen Bereich des Rührkessels ab. Im Allgemeinen werden die beide abgeführten Ströme vereinigt und in die weitere Aufarbeitung oder bei einer Reaktorkaskade in den nachfolgenden Reaktor geleitet. Durch die genannte besonders bevorzugte Aus- führungsform wird der Anteil an organischer Phase im Rührkessel erhöht und der Anteil an wässriger Phase herabgesetzt. Grund hierfür ist die Erkenntnis, dass trotz intensiver Durchmischung die Verteilung von organischer und wässriger Phase im Rührkessel nicht exakt gleichmäßig ist und im bodennahen Bereich ein etwas erhöhter Anteil an wässriger Phase vorliegt. Durch die genannte Erhöhung des Anteils der organischen Phase wird eine weitere Erhöhung der Raum-Zeit-Ausbeute erreicht.
Das Anfahren des kontinuierlichen Verfahrens kann auf verschie- dene Art und Weise erfolgen. Es ist jedoch darauf zu achten, dass die durch die exotherme Reaktion freigesetzte Wärme entsprechend abgeführt werden kann. Daher sollte insbesondere die Zufuhr der jeweils dritten Reaktionskomponente besonders vorsichtig erfolgen. Nach.dem Anspringen der Reaktion können dann üblicherweise alle drei Reaktionskomponenten kontinuierlich zugeführt werden. In einer Variante legt man das entsprechende Amin vor, leitet Phosgen ein und anschließend kontinuierlich weiteres Amin und die wässrige anorganische Base. Nach Erreichen des gewünschten Füllstands wird das Reaktionsgemisch im Mittel kontinuierlich aus dem Reaktionsapparat abgeführt. In einer anderen Variante kann man das vorgelegte Amin auch mit dem organischen, mit Wasser nicht vollständig mischbaren Lösungsmittel oder Reaktionsgemisch aus einer vorherigen Produktionskampagne verdünnen und anschließend wie zuvor beschrieben verfahren. Dadurch wird ein besonders schonendes Anfahren ermöglicht.
Unabhängig von der Art des eingesetzten Reaktionsapparats beziehungsweise der Anzahl der Reaktionsapparate wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zunächst ein zweiphasiges Reaktionsgemisch erhalten. Die wässrige Phase enthält dabei überwiegend die gegebenenfalls überschüssige anorganische Base, das gebildete Chlorid sowie gegebenenfalls entsprechend der Löslichkeit Anteile organischer Verbindungen. Die organische Phase enthält überwiegend den tetrasubεtituierten Harnstoff sowie gegebenenfalls nicht-umgesetztes Amin, nicht-ugesetztes disubstituiertes Carbaminsäurechlorid als Zwischenprodukt sowie entsprechend der Löεlichkeit Anteile der wässrigen Phase. Bei der Aufarbeitung wird das zweiphasige Reaktionsgemisch üblicherweise in beide Phasen getrennt. Die kann beispielsweise in einem sogenannten Settier als Phasentrenngefäß erfolgen. Im Allgemeinen ist es vorteilhaft, die isolierte organische Phase anschließend mit Wasser zu waschen, um weitere wasserlösliche Stoffe zu entfernen. Der te- trasubstuierte Harnstoff kann nun aus der organischen Phase isoliert werden. Bevorzugt erfolgt die Isolation destillativ. In einer ersten Destillationsstufe werden dabei über Kopf die Leichtsieder, wie beispielsweise restliches Wasser sowie nicht- umgesetztes Amin abgetrennt. In einer zweiten Destillationsstufe wird dann der tetrasubstituierte Harnstoff über Kopf gewonnen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform legt man im ersten 'Rührkessel, welcher als Hauptreaktor fungiert, das entsprechende Amin und die wässrige anorganische Base vor, erwärmt auf die gewünschte Reaktionstemperatur und gast unter Rühren Phosgen bis zum gewünschten pH-Wert ein. Aus Sicherheitsgründen ist es im Allgemeinen vorteilhaft, den Rührkessel nur zu einem Teil von etwa 20 bis 50% zu füllen. Anschließend beginnt man in der Regel mit der kontinuierlichen Zufuhr des Amins und der wässrigen anorganischen Base, wobei weiteres Phosgen entsprechend kontinuierlich eingeleitet wird. Nach Erreichen des gewünschten Füllstandes wird aus dem Hauptreaktor Reaktionsgemisch kontinuierlich in den zweiten Rührkessel, welcher als Nachreaktor fungiert, geleitet. Dieser kann untemperiert oder auch temperiert betrieben werden. Nachdem unter Rühren auch der Nachreaktor bis zum gewünschten Füllstand aufgefüllt wurde, wird auch aus diesem das Reaktionsge- misch kontinuierlich abgeführt. Das Reaktionsgemisch wird in einen sogenannten Settier zur Phasentrennung geleitet und die organische Phase mit Wasser gewaschen. Anschließend erfolgt die
Aufarbeitung der organischen Phase nach den üblichen Methoden,
5 wobei eine destillative Aufarbeitung bevorzugt ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die kontinuierliche Herstellung von tetrasubstituierten Harnstoffen unter Vermeidung der bei den technisch üblichen diskontinuierlichen Verfahren er-
10 forderlichen zeit-, arbeits- und energie-aufwendigen Arbeitsschritten mit höherer Selektivität, höherer Raum/Zeit-Ausbeute und daher höherer Produktivität in einfacher Art und Weiεe. So ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren bei der Herstellung von N,N,N' ,N' -Tetrabutylhamstoff eine Raum-Zeit-Ausbeute von mehre-
15 ren hundert g/L -h.
Das besonders bevorzugte erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von tetrasubstituierten Harnstoffen, welche eine Löslichkeit in Wasser von <10 g/L Wasser, gemessen bei 25°C und Normaldruck,
20 und einen Schmelzpunkt unterhalb der Reaktionstemperatur aufweisen, ermöglicht die ' Umsetzung ohne Zusatz eines Lösungsmittels. Dadurch ist aufgrund der möglichen höheren Konzentration der Edukte eine besonders hohe Raum-Zeit-Ausbeute und eine besonders einfache Aufarbeitung möglich.
25
. Beispiele
Beispiel 1
30 40 g 23,8 Gew.-%ige wässrige Natronlauge und 24 g Dibutylamin wurden in einem 0 , 8 L-Rührkessel mit Überlauf vorgelegt und auf 75°C erwärmt. Zum Anfahren des Reaktors wurde nun bei dieser Temperatur Phosgen eingegast, bis der pH-Wert des Reaktionsgemisches auf einen Wert im Bereich von 10 bis 11 gesunken war. An-
35 schließend wurde bei dieser Temperatur weitere 23,8 Gew.-%ige wässrige Natronlauge und Dibutylamin zugeführt, wobei die Zufuhrmengen derart eingestellt wurden, dass im Reaktor ein pH-Wert von etwa 11 gehalten werden konnte. Nachdem der gewünschte Füllstand des Reaktors erreicht war, wurde mit der kontinuierlichen Fahr-
40 weise begonnen und bei einer Reaktionstemperatur von 75°C innerhalb von 6 Stunden 194 g (1,5 Mol) Dibutylamin, 97 g Phosgen und 518 g 23,8 Gew.-%ige Natronlauge zugefahren und das Reaktionsgemisch über den Überlauf kontinuierlich abgeführt. Der zweiphasige Austrag wurde über einen Phasenscheider in die wässrige und die
45 organische Phase getrennt. Es wurden dabei insgesamt 231 g organische Phase erhalten. Diese enthielt 88,2 GC-Flächen-% N,N,N' ,N' -Tetrabutylhamstoff, 9,3 GC-Flächen-% nicht-umgesetztes Dibutylamin und 0,8 GC-Flächen-% N,N-Dibutylcarbaminsäurechlorid.
Die Ausbeute an N,N,N' ,N' -Tetrabutylha stoff betrug 88%, bezogen auf das eingesetzte Dibutylamin. Die während des kontinuierlichen
Betriebs erreichte Raum-Zeit-Ausbeute betrug somit [(1,5 Mol/2) -0,88 -284 g/Mol] / 0,8 L -6 h = 39,1 g/L -h.
Beispiel 2
Die Versuchsanlage umfasste eine Rührkesselkaskade mit einem 0,3 L-Rührkessel als Hauptreaktor, einem 0,5 L-Rührkeεεel als Nachreaktor und einem nachgeschalteten 0,2 L-Settler. Zum Anfahren der Versuchsanlage wurde der Hauptreaktor mit Rohaustrag, welcher gemäß Beispiel 1 gewonnen wurde und die organische und die wässrige Phase umfasste, gefüllt und auf 50°C erwärmt. Nun wurde mit der kontinuierlichen Fahrweise begonnen und bei einer Reaktionstemperatur von 50°C innerhalb von 5,75 Stunden 360 g (2,79 Mol) Dibutylamin, 132 g Phosgen und 1015 g 15 Gew.-%ige wässrige Natronlauge zugefahren, wobei der pH-Wert im Hauptreaktor über die Dosierung der Natronlauge auf einen Wert von etwa 11 gehalten wurde. Der Nachreaktor blieb unbeheizt. Das Reaktionsgemisch wurde kontinuierlich über einen Überlauf vom Hauptreaktor in den Nachreaktor geleitet und nach dessen Füllung über einen weiteren Überlauf in den Settier gepumpt. Dort erfolgte die Phasentrennung. Die gesammelte organische Phase des Austrags ent- hielt 88,2 GC-Flächen-% N,N,N' ,N'-Tetrabutylharnstoff, 11,3 GC- Flächen-% nicht-umgesetztes Dibutylamin und 0,15 GC-Flächen-% N,N-Dibutylcarbaminsäurechlorid.
Beispiel 3
Die Versuchsanlage umfasεte eine Rührkesselkaskade mit einem 0,5 L-Rührkessel als Hauptreaktor, einem 0,3 L-Rührkessel als Nachreaktor und einem nachgeschalteten 0,2 L-Settler. Zum Anfahren der Versuchsanlage wurde der Hauptreaktor mit Rohaustrag, welcher gemäß Beispiel 2 gewonnen wurde und die organische und die wässrige Phase umfasste, gefüllt und auf 75°C erwärmt. Nun wurde mit der kontinuierlichen Fahrweise begonnen und bei einer Reaktionstemperatur von 75°C innerhalb von 6 Stunden 763 g (5,91 Mol) Dibutylamin, 292 g Phosgen und 1441 g 15 Gew.-%ige wässrige Natronlauge zugefahren, wobei der pH-Wert im Hauptreaktor über die Dosierung der Natronlauge auf einen Wert von etwa 11 gehalten wurde. Der Nachreaktor blieb unbeheizt. Daε Reaktionsgemisch wurde kontinuierlich über einen Überlauf (Entnahme 5 cm unterhalb des Füllstandes) vom Hauptreaktor in den Nachreaktor ge- leitet und nach desεen Füllung in den Settier geführt. Dort erfolgte die Phasentrennung. Es wurden dabei insgesamt 815 g ■ organische Phase erhalten. Diese enthielt 90,7 GC-Flächen-% N, N,N' , N' -Tetrabutylhamstoff , 8 , 8 GC-Flächen-% nicht -umgesetztes Dibutylamin und 0 , 01 GC-Flächen-% N, N-Dibutylcarbaminsäurechlo- rid. Die Ausbeute an N,N,N' ,N' -Tetrabutylhamstoff betrug 88% , bezogen auf das eingesetzte Dibutylamin. Die während des kontinu- ierlichen Betriebs erreichte Raum-Zeit-Ausbeute betrug somit [ ( 5 , 91 Mol/2 ) - 0 , 88 - 284 g/Mol ] / 0 , 8 L - 6 h = 154 g/L - h .
Beispiel 4
Die Versuchsanlage umfasste eine Rührkeεselkaskade mit einem 0,5 L-Rührkessel als Hauptreaktor, einem 0,5 L-Rührkessel als Nachreaktor und einem nachgeschalteten 0,2 L-Settler. Zum Anfahren der Versuchsanläge wurde der Hauptreaktor mit Rohaustrag, welcher gemäß Beispiel 2 gewonnen wurde und die organische und die wässrige Phase umfasste, gefüllt und auf 85°C erwärmt. Nun wurde mit der kontinuierlichen Fahrweise begonnen und bei einer Reaktionstemperatur von 85°C innerhalb von 7 Stunden 1374 g (10,7 Mol) Dibutylamin, 533 g Phosgen und 2931 g 15 Gew.-%ige wässrige Natronlauge zugefahren, wobei der pH-Wert im Hauptreak- tor über die Dosierung der Natronlauge auf einen Wert von etwa 11 gehalten wurde. Der Nachreaktor blieb unbeheizt. Das Reaktionsgemisch wurde kontinuierlich über einen Überlauf (Entnahme 5 cm unterhalb des Füllstandes) vom Hauptreaktor in den Nachreaktor geleitet und nach desεen Füllung in den Settier gepumpt. Dort er- folgte, die Phasentrennung. Es wurden dabei insgesamt 1522 g organische Phase erhalten. Diese enthielt 92,5 GC-Flächen-% N,N,N' ,N' -Tetrabutylhamstoff , 7,6 GC-Flächen-% nicht-umgesetztes Dibutylamin und 0,02 GC-Flächen-% N,N-Dibutylcarbaminsäurechlo- rid. Die Ausbeute an N,N,N' ,N' -Tetrabutylhamstoff betrug 93%, bezogen auf das eingesetzte Dibutylamin. Die während des kontinuierlichen Betriebs erreichte Raum-Zeit-Ausbeute betrug somit [(10,7 Mol/2) -0,925 -284 g/Mol] / 1,0 L -7 h = 201 g/L -h.
Beispiel 5
Die Versuchsanlage umfasste eine Rührkesselkaskade mit einem 0,3 L-Rührkessel als Hauptreaktor, einem 0,6 L-Rührkessel als Nachreaktor und einem nachgeschalteten 0,2 L-Settler. Zum Anfahren der Versuchsanlage wurde der Hauptreaktor mit Rohaustrag, welcher gemäß Beispiel 2 gewonnen wurde und die organische und die wässrige Phase umfasste, gefüllt und auf 85°C erwärmt. Nun wurde mit der kontinuierlichen Fahrweise begonnen und bei einer Reaktionstemperatur von 85°C innerhalb von 6,5 Stunden 534 g (4,14 Mol) Dibutylamin, 250 g Phosgen und 1450 g 15 Gew.-%ige wässrige Natronlauge zugefahren, wobei der pH-Wert im Hauptreaktor über die Dosierung der Natronlauge auf einen Wert von etwa 11 gehalten wurde. Der Nachreaktor blieb unbeheizt. Das Reaktionsge- misch wurde kontinuierlich über einen Überlauf vom Hauptreaktor in den Nachreaktor geleitet und nach dessen Füllung in den Settier gepumpt. Dort erfolgte die Phasentrennung. Es wurden dabei insgesamt 760 g organische Phase erhalten. Diese enthielt 91,4 GC-Flächen-% N,N,N' ,N' -Tetrabutylhamstoff, 8,19 GC-Flä- chen-% nicht-umgesetztes Dibutylamin und 0,06 GC-Flächen-% N,N-Dibutylcarbaminsäurechlorid. Die Ausbeute an N,N,N' ^'-Tetrabutylhamstoff betrug 95%, bezogen auf das eingesetzte Dibutylamin. Die während des kontinuierlichen Betriebs erreichte Raum- Zeit-Ausbeute betrug somit [(4,14 Mol/2) -0,95 -284 g/Mol] / 0,9 L • 6,5 h = 95,5 g/L -h.
Tabelle 1 gibt eine Übersicht über die Reaktionsbedingungen und die Ergebnisse der Beispiele 1 bis 5.
Gegenüber dem bei W.A. Skinner et al . in J. Pharm. Sei. 68, 1979, Seite 391 bis 392 beschriebenen diskontinuierlichen Verfahren zur Herstellung von N,N,N' ,N'-Tetrabutylharnstoff , bei dem lediglich eine Raum-Zeit-Ausbeute von 14 g/L -h erreicht wurde, ermöglicht das erfindungsgemäße kontinuierliche Verfahren aus Beispiel 1 eine etwa 2,8-mal höhere Ausbeute von 39,1 g/L -h.
Ein Vergleich von Beispiel 1 mit Beispiel 3 zeigt, dass bei gleicher Reaktionstemperatur und gleichem Gesamt-Reaktionsvolumen eine kaskadierte Fahrweise mit einem Hauptreaktor und einem Nachreaktor zu einer signifikanten Erhöhung der Raum-Zeit-Auεbeute führt. Im vorliegenden Fall konnte durch die kaskadierte Fahrweise in Beispiel 3 eine knapp 4-mal höhere Raum-Zeit-Ausbeute erreicht werden als bei der einstufigen Fahrweise in Beispiel 1.
Beispiel 4 zeigt gegenüber Beispiel 3 , dass durch eine Erhöhung der Reaktionstemperatur von 75°C auf 85°C und eine Vergrößerung des Nachreaktors von 0,3 L auf 0,5 L eine weitere deutliche Steigerung der Raum-Zeit-Ausbeute um etwa 25% auf 201 g/L -h möglich ist.
Beispiel 5 zeigt gegenüber Beispiel 4 den Einfluß der Größe des Hauptreaktors . Durch die Verkleinerung des Hauptreaktors von 0,5 L auf 0,3 L sank trotz Vergrößerung des Nachreaktorε von 0,5 L auf 0,6 L die Raum-Zeit-Ausbeute deutlich auf etwa die Hälfte ab und betrug 95,5 g/L -h. Tabelle 1:
Übersicht über die Reaktionsbedingungen und die Ergebnisse der Beispiele 1 bis 5
Figure imgf000019_0001
Figure imgf000019_0003
Figure imgf000019_0002

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von tetrasubstituierten Harnstoffen durch Umsetzung der entsprechenden Amine mit Phosgen in
Gegenwart einer wässrigen anorganischen Base bei einer Temperatur im Bereich von 0 bis 150°C dadurch gekennzeichnet, dasε man
das entsprechende Amin, das Phosgen und die wässrige anorganische Base dem Reaktionsapparat im Mittel kontinuierlich zuführt,
durch die Auswahl der herzustellenden tetrasubstituierten Harnstoffe, durch die Mengenverhältnisse der zuzuführenden Stoffe und Stoffgemische, durch die Temperatur während der Umsetzung und gegebenenfalls durch die Zufuhr eines organischen, mit Wasser nicht vollständig mischbaren Lösungsmittels im Reaktionsapparat ein Zweiphasensystem bildet, und
das Reaktionsgemisch aus dem Reaktionsapparat im Mittel kontinuierlich abführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die herzustellenden tetrasubstituierten Harnstoffe eine Löslichkeit in Wasser von <10 g/L Wasser, gemessen bei 25°C und Normaldruck aufweisen.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 2 , dadurch gekennzeich- net, dass die herzustellenden tetrasubstituierten Harnstoffe einen Schmelzpunkt von <150°C aufweisen.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass man als wäsεrige anorganische Base eine wässrige anorganische Base einsetzt, welche einen niedrigeren pKfc,-Wert, gemessen bei 25°C in wässriger Lösung, als das entsprechende Amin aufweist.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeich- net, dass man als wässrige anorganische Base wässrige Natronlauge und/oder Kalilauge einsetzt.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung bei einem Druck im Bereich von 0,05 bis 1,0 MPa abs durchführt.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung in einem Rührkessel durchführt.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeich- net, dass man die Umsetzung in einer Kaskade von mindestens zwei Rührkesseln durchführt.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man einen Teil des Reaktionsgemisches aus dem flüs- sigkeitsoberfläehennahen Bereich und einen weiteren Teil aus dem bodennahen Bereich des Rührkessels abführt.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man als tetrasubstituierte Harnstoffe N,N,N',N'- Tetrabutylhamstoff, N,N'-Dimethylethylenharnstoff und/oder N,N'-Dimethypropylenharnstoff herstellt.
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