CH355445A - Verfahren zur Herstellung von Salzen von gegebenenfalls substituierten aromatischen Carbonsäuren - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Salzen von gegebenenfalls substituierten aromatischen CarbonsäurenInfo
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Description
Verfahren zur Herstellung von Salzen von gegebenenfalls substituierten aromatischen Carbonsäuren Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Salzen von gegebenen falls substituierten aromatischen Carbonsäuren. Die ses erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekenn zeichnet, dass man Salze von durch aromatische Reste substituierten Sauerstoffsäuren eines Elementes mit einem Atomgewicht zwischen 30 und 33, bei wel chen das Element direkt an das aromatische Ring- system gebunden ist,
in Gegenwart von Kohlendioxyd oder Kohlendioxyd abgebenden Verbindungen auf Temperaturen oberhalb 200 C erhitzt.
Als Ausgangssalze für das erfindungsgemässe Ver fahren können insbesondere Salze von aromatischen Sulfonsäuren oder von aromatischen Sauerstoffsäuren des Phosphors Verwendung finden.
Beim Vorgehen nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhält man je nach den Reaktionsbedin- gungen und den Ausgangsstoffen Salze von aromati schen Mono- oder Polycarbonsäuren, z.
B. Benzoe- säure oder Terephthalsäure, bzw. von Gemischen der artiger Carbonsäuren, sowie als Nebenprodukte grö ssere oder kleinere Mengen von Salzen von Verbin dungen, die ausser mindestens einer Carboxylgruppe noch das an das aromatische Ringsystem gebundene Radikal von Sauerstoffsäuren der genann=ten Art im Molekül aufweisen.
Unter bestimmten Reaktions bedingungen können auch Salze von beispielsweise Sulfonsäuregruppen enthaltenden aromatischen Car- bonsäuren, wie p-Sulfobenzoesäure, die Hauptpro dukte des erfindungsgemässen Verfahrens darstellen.
Die Abspaltung der in den Ausgangsstoffen vor handenen an das aromatische Ringsystem gebun denen Radikale von Sauerstoffsäuren der genannten Art erfolgt meist in Form von Salzen der betreffen den Säuren. Aus den nach dem Verfahren erhaltenen Salzen können die freien Säuren bzw. deren Derivate, z. B. die Chloride oder Ester, nach bekannten Metho den gewonnen werden.
Aromatische Sulfonsäuren, deren Salze als Aus gangsstoffe für das erfindungsgemässe Verfahren die nen können, sind z. B. Mono- oder Polysulfonsäuren des Benzols, Naphthalins, Diphenyls und anderer aromatischer Verbindungen. Rohe Sulfonierungs- gemische, welche mit einem Überschuss von Car- bonat versetzt und in bekannter Weise getrocknet werden, z. B. durch Zerstäuben, können vorteilhafter weise für das erfindungsgemässe Verfahren verwendet werden.
Organische Säuren des Phosphors, deren Salze als Ausgangsstoffe für das erfindungsgemässe Verfah ren dienen können, sind (nach der in dem Buch Organophosphorus Compounds von G. M. Kosola- poff angegebenen Nomenklatur) aromatische Phos- phonsäuren und phosphonige Säuren, das heisst Ver bindungen, in deren Molekül das Phosphoratom mit tels einer C-P-Bindung direkt an ein aromatisches Ringsystem, z.
B. einen Benzo-, Naphthalin-, Diphe- nyl- oder Diphenylmethanrest, gebunden ist.
Das aromatische Ringsystem kann neben d'em Radikal einer Sauerstoffsäure der genannten Art auch noch andere Substituenten, insbesondere Alkylgrup- pen, Alkoxygruppen, Halogenatome und andere ent halten, soweit diese Substituenten nicht eine Zerset zung des Moleküls unter den angewandten Reaktions- bedingungen bewirken.
Typische Vertreter der als Ausgangsstoffe für das erfindungsgemässe Verfahren dienenden Verbindun gen sind z. B. Benzolsulfonsäure, Toluolsulfonsäuren, a- und ss Naphthalinsulfonsäure, isomere Methyl- naph'thalinsulfonsäuren, m-Benzoldisulfonsäure, ver- schiedenen Naphthalindisulfonsäuren bzw. deren Gemische, Diphenylsulfon-sulfonsäuren u. a.
m., so wie Phenylphosphonsäure, Tolylphosphonsäuren, 4 Äthoxy-phenylphosphonsäure, a- und f-Naphthyl- phosphonsäure, Diphenyl-phosphonsäuren und Phe- nylphosphonige Säure. Weiterhin kommen als Aus gangsstoffe auch solche Verbindungen in Frage, wel che 2 gleiche oder verschiedene organische Reste an das Phosphoratom gebunden enthalten, z. B. die Me- thyl-phenylphosphonsäure.
Die durch aromatische Reste substituierten Sauer stoffsäuren der genannten Art werden in Form ihrer Salze, insbesondere der Alkalisalze oder auch der Erdalkalisalze eingesetzt. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung der Kaliumsalze oder auch von Gemischen der Kalium- und Natriumsalze dieser Säuren erwiesen.
Das Erhitzen der genannten Ausgangssalze erfolgt in Gegenwart von Kohlendioxyd, welches gegebenen falls auch in gebundener Form in Kohlendioxyd ab gebenden Verbindungen vorliegt. So können z. B. die Ausgangssalze in Gegenwart von Carbonaten, ins besondere von Alkalicarbonaten, erhitzt werden. Be sonders gute Ausbeuten werden bei Verwendung von Kaliumearbonat erhalten. Vorteilhaft ist es, das Er hitzen in Gegenwart von gasförmigem Kohlendioxyd unter erhöhtem Druck vorzunehmen, wobei in vielen Fällen durch hohe Drucke besonders gute Ausbeuten erzielt werden können.
Das Kohlendioxvd kann auch durch inerte Gase, z. B. durch Stickstoff. verdünnt sein. Weiterhin ist es zweckmässig, dem Reaktions gemisch in den Fällen, in welchen das Erhitzen in Gegenwart von gasförmigem Kohlendioxyd vorgenom men wird, säurebindende Stoffe wie Carbonate, vor zugsweise Alkalicarbonate, insbesondere Kaliumcar- bonat, zuzusetzen. Die Carbonate des Magnesiums, Calciums, Aluminiums und anderer Metalle sind gleichfalls geeignet.
An Stelle der Carbonate dieser Metalle kann man auch deren Oxyde, Hydroxyde, Bicarbonate oder Oxalate verwenden.
Alle genannten Reaktionsteilnehmer sollen zweck mässig möglichst wasserfrei sein. Weiterhin ist es zweckmässig, die Reaktion unter Ausschluss von Sauerstoff vorzunehmen.
Die sich bei dem erfindungsgemässen Verfahren abspielende Reaktion findet bei erhöhten Tempera turen oberhalb 200 C statt, wobei die obere Grenze lediglich durch die Zersetzungstemperatur der ver wendeten organischen Substanzen gegeben ist, wel che meist oberhalb 500 C liegt. Die optimale Reak tionstemperatur ist bei den einzelnen Ausgangsstoffen verschieden und liegt in der Regel zwischen 250 und 450 C. Bei Verwendung von Sulfonsäuresalzen stei gen z.
B. bei niedrigen Reaktionstemperaturen in vie len Fällen die Ausbeuten an Sulfoncarbonsäuren an, während bei höheren Temperaturen grössere Mengen an sulfonsäuregruppenfreien Carbonsäuren insbeson dere Dicarbonsäuren, erhalten werden.
Es hat sich gezeigt, dass die Reaktion durch die Gegenwart von Katalysatoren begünstigt wird. Be- sonders vorteilhaft wirken Schwermetalle, z. B. Zink, Cadmium, Blei, Quecksilber, Eisen, Wismut oder Thallium. Diese Metalle können auch in Form ihrer Verbindungen, z. B. ihrer Oxyde oder ihrer Salze mit anorganischen oder organischen Säuren, eingesetzt werden.
Ausser den genannten Katalysatoren kann man dem Reaktionsgemisch auch inerte Füllstoffe, z. B. Sand, feinverteilten Kohlenstoff, Kieselgur, Bentonit, Metallpulver oder -späne, ferner inerte Salze, z. B. Natriumsulfat, Kaliumsulfat, Kaliumphosphate und dergleichen, zusetzen. Von dieser Massnahme macht man insbesondere dann Gebrauch, wenn das Reak tionsgemisch zum Verbacken neigt. Auch der Zusatz organischer Lösungs- bzw.
Verdünnungsmittel, wie Benzol, Toluol, Xylol, hochsiedende Benzine usw., ist manchmal zweckmässig.
Zur Aufarbeitung des erhaltenen Reaktions gemisches kann man dieses z. B. in Wasser lösen und durch Filtration, gegebenenfalls unter Zusatz von Aktivkohle oder anderen Entfärbungsmitteln, von un erwünschten Bestandteilen befreien. Die Salze der ge bildeten aromatischen Carbonsäuren können, nach Einengen der wässrigen Lösung, durch Aussalzen iso liert werden. Auch eine Fällung der Calcium- oder Bariumsalze führt in vielen Fällen zum Ziel.
Durch Ansäuern können die gebildeten aroma tischen freien Carbonsäuren aus der wässriaen Lö sung abgeschieden und hierauf abfiltriert oder mit einem organischen Lösungsmittel extrahiert werden. Das Ansäuern kann z. B. mit Salzsäure, Schwefel säure oder anderen starken Säuren erfolgen. Oft ist es auch zweckmässig, das Ansäuern mit Kohlen dioxyd vorzunehmen.
Hierdurch ist es beispielsweise möglich, bei Verwendung von Kaliumsalzen als Aus gangsstoffe Terephthalsäure in Form ihres schwerlös- lichen sauren Kaliumsalzes abzutrennen.
Das gesamte nach Abtrennung der gebildeten aro matischen Carbonsäuresalzen verbleibende Gemisch kann eingedampft und erneut einer Umsetzung zu gefügt werden.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren ist es möglich, aromatische Carbonsäuren, wie z. B. Ben- zoesäure und insbesondere Terephthalsäure, aus den genannten durch aromatische Reste substituierten Sauerstoffsäuren zu gewinnen, welche aus aroma tischen Verbindungen in verhältnismässig einfacher Weise, z. B. durch Sulfonieren oder Umsetzen mit Phosphorpentoxyd oder mit Halogeniden des Phos phors, erhalten werden können. Auf diese Weise ist die Gewinnung von aromatischen Carbonsäuren, z.
B. Terephthalsäure oder Benzoesäure, aus aromati schen Kohlenwasserstoffen z. B. Benzol, auf einfache Weise möglich.
<I>Beispiel 7</I> Ein Gemisch aus 24,5 g trockenem benzolsulfon- saurem Kalium, 70 g wasserfreiem Kaliumcarbonat und 5,5 g des Doppelsalzes K.,CdChF. als Katalysator wurde in einen Rollautoklaven von 250 cm3 Inhalt gefüllt. Anschliessend wurden 50 at Kohlendioxyd aufgepresst und der Autoklav fünf Stunden auf 400 C erhitzt. Hierbei stellte sich ein Druck von<B>170</B> at ein.
Nach dem Abkühlen und Entspannen wurde das erhaltene Reaktionsgemisch in 500 cm?, Wasser ge löst und filtriert. Das Filtrat, das die Salze der gebil deten aromatischen Carbonsäuren enthielt, wurde mit Salzsäure angesäuert und nach einigem Stehen heiss abgesaugt. Hierbei wurden 1,1g Terephthalsäure er halten. Durch Extraktion des Filtrates mit Äther wurden 2,5 g p-Sulfobenzoesäure isoliert.
<I>Beispiel 2</I> Ein Gemisch aus 24,5 g benzolsulfonsaurem Ka lium, 70 g wasserfreiem Kaliumcarbonat und 5 g Cad:niumfluorid als Katalysator wurde in einen Auto klauen von 0,21 Inhalt eingefüllt. Anschliessend wurde der Autoklav evakuiert und es wurden etwa 50 g flüssiges Kohlendioxyd eingebracht. Der Inhalt des Autoklauen wurde neun Stunden auf 360 C erhitzt, wobei sich ein Druck von etwa 300 at einstellte.
Nach dem Abkühlen und Entspannen wurde das erhaltene Reaktionsgemisch in Wasser gelöst. Die Lösung, die die -Salze der gebildeten Carbonsäuren enthielt, wurde filtriert und in der Hitze mit Salz säure angesäuert. Dabei kristallisierten 3,1g Tereph- thalsäure aus, welche heiss abfiltriert wurde.
Aus der Mutterlauge wurde durch Ausschütteln mit Äther ein Gemisch von 3,5 g p-Sulfobenzoesäure und 1,3g Terephthalsäure erhalten. <I>Beispiel 3</I> Ein Gemisch aus 24,5 g trockenem benzolsulfon- saurem Kalium, 70 g wasserfreiem Kaliumcarbonat und 5 g Cadmiumfluorid als Katalysator wurde in einen Rollautoklaven von 250 cm- Inhalt eingefüllt. 70 g flüssiges Kohlendioxyd wurden zugegeben und der Autoklav sechzehn Stunden auf 360 C erhitzt. Hier bei stellt sich ein Druck von 300 at ein.
Die Auf arbeitung des erhaltenen Reaktionsgemisches erfolgte in der gleichen Weise, wie im Beispiel 1 beschrieben. Aus den Salzen der gebildeten Carbonsäuren wurden 9,2 g Terephthalsäure und 1,2 g p-Sulfobenzoesäure erhalten.
<I>Beispiel 4</I> 23,7 g benzolsulfonsaures Kalium wurden mit 95,0 g wasserfreiem Kaliumcarbonat in einer Kugel mühle fein vermahlen und in einen Rollautoklaven von. 250 cm3 Inhalt gefüllt. 70 g Kohlendioxyd wur den zugesetzt und der Au'toklav sechzehn Stunden auf 360e C erhitzt. Hierbei stellte sich ein Druck von 300 at ein.
Die Aufarbeitung des erhaltenen Reak tionsgemisches erfolgte in der in Beispiel 1 beschrie benen Weise, wobei aus den Salzen der gebildeten Carbonsäuren 0,6 g Terephthalsäure und 1,2 g p- Sulfobenzoesäure in Freiheit gesetzt wurden.
<I>Beispiel 5</I> Ein Gemisch aus 12,3 g trockenem benzolsulfon- saurem Kalium, 2,5g Cädmiumfluorid und 30,0 g wasserfreiem Kaliumcarbonat wurde in einen Roll- autoklaven von 250 cm3 Fassungsvermögen gefüllt. Anschliessend wurden 50 g Kohlendioxyd zugegeben und der Inhalt des Autoklaven 30 Stunden auf 400 C erhitzt. Hierbei stellte sich ein Druck von 260 at ein.
Nach dem Abkühlen und Entspannen des Autokla ven wurde das Reaktionsprodukt in 250 cm3 Wasser gelöst und filtriert. Das Filtrat wurde mit Salzsäure angesäuert. Nach kurzem Kochen wurde die ausgefal lene Terephthalsäure heiss abgesaugt. Es wurden 4,2 g Terephthalsäure erhalten. Das Filtrat wurde mit Äther extrahiert. Es konnte auf diese Weise keine p-Sulfo- benzoesäure isoliert werden.
<I>Beispiel 6</I> Eine Mischung aus 23,4 g des Dikaliumsalzes der Phenylphosphonsäure, 13,8g wasserfreiem Kalium- carbonat und 1,0 g Cadmiumfluorid als Katalysator wurde in einen Autoklauen von etwa 0,2 1 Inhalt ein gefüllt. Anschliessend wurden etwa 190 g flüssiges C02 hinzugefügt. Der Autoklaveninhalt wurde zehn Stunden auf 300 C erhitzt, wobei sich ein Druck von 1780 at einstellte.
Das erhaltene Reaktionsgemisch, welches ein Gewicht von 36,7 g aufwies und die Salze der ge bildeten Carbonsäuren enthielt, wurde in heissem Was ser gelöst. Die Lösung wurde filtriert und anschlie ssend in der Hitze mit Salzsäure angesäuert. Hierbei fielen 3,2g Terephthalsäure aus, welche in der Hitze abfiltriert und getrocknet wurden.
<I>Beispiel 7</I> Ein Gemisch aus 23,4 g des Dikaliumsalzes der Phenylphosphonsäure, 13,8 g Kaliumcarbonat und 2,0 g Quecksilber-II-chlorid als Katalysator wurde in einen Autoklauen von 0,2 1 Inhalt gegeben. Dazu wurden 180 g flüssiges Kohlendioxyd eingefüllt. An schliessend wurde der Inhalt des Autoklauen zehn Stunden auf 280 C erhitzt, wobei sich ein Druck von 1710 at einstellte. Das erhaltene Reaktionsgemisch wurde in heissem Wasser gelöst.
Die Lösung, die die Salze der gebildeten Carbonsäuren enthielt, wurde filtriert und in der Hitze mit Salzsäure angesäuert. Die ausgefallene Terephthalsäure wurde abfiltriert und getrocknet. Die Ausbeute derselben betrug 2,0 g.
<I>Beispiel 8</I> Ein Gemisch aus 23,4 g des Dikaliumsalzes der Phenylphosphonsäure, 13,8 g Kaliumcarbonat, 1,5 g Cadmiumfluorid als Katalysator und 180 g Kohlen- dioxydwurde in einemAutoklavenvon0,21Inhaltzwan- zig Stunden auf 260 C erhitzt, wobei sich ein Druck von 1600 at einstellte. Das erhaltene Reaktions gemisch, welches 40 g wog, wurde in Wasser gelöst.
Die Lösung, die die Salze der gebildeten Carbonsäuren enthielt, wurde filtriert und anschliessend mit Salz säure angesäuert. Durch Kristallisation und Ausschüt teln der Mutterlauge mit Äther wurden insgesamt 3,65 g Benzoesäure erhalten. Aus der Mutterlauge wurden durch sechsstündige Extraktion mit Äther im Perforator 2,55 g Phenyl- phosphonsäure zurückgewonnen.
<I>Beispiel 9</I> Ein Gemisch aus 35,1 g des Dikaliumsalzes der Phenylphosphonsäure und 1,5g Cadmiumfluorid als Katalysator wurde in einen Autoklaven von 0,2 1 In halt gegeben.
Dazu wurden 170 g flüssiges Kohlen dioxyd eingefüllt. Das Gemisch wurde zehn Stunden auf 300 C erhitzt, wobei sich ein Druck von 1800 at einstellte. Das erhaltene Reaktionsgemisch, welches 31,0<I>g wog,</I> und die Salze der gebildeten Carbon- säuren enthielt, wurde in Wasser gelöst. Die Lösung wurde filtriert, mit -Salzsäure angesäuert und anschlie ssend mit Äther ausgeschüttelt. Nach Verdampfen des Äthers wurden 4,1g Benzoesäure erhalten.
Aus der Mutterlauge konnten durch sechsstün dige Extraktion mit Äther 3,45 g Phenylphosphon- säure zurückerhalten werden.
<I>Beispiel 10</I> Ein Gemisch aus 46,8 g des Dikaliumsalzes der Phenylphosphonsäure, 27,6g Kaliumcarbonat und 5,0 g Cadmiumfluorid wurde in einem Autoklaven zehn Stunden auf 420 C erhitzt. Vor Beginn des Ver suches wurde so viel Kohlendioxyd in den Autoklaven gedrückt, d'ass bei der Reaktionstemperatur ein Druck von 1400 at entstand. Das Reaktionsprodukt, wel ches 80,5g wog, wurde in heissem Wasser gelöst.
Die Lösung wurde filtriert und das Filtrat mit Salzsäure angesäuert. Hierbei fielen 16,2 g Terephthalsäure aus, welche in der Hitze abfiltrier't und getrocknet wurden.
<I>Beispiel 11</I> Ein Gemisch aus 46,8 g des Dikaliumsalzes der Phenylphosphonsäure, 27,6 g Kaliumcarbonat und 5,0 g Cadmiumfluorid wurde in einem Autoklaven zehn Stunden auf 400-410 C erhitzt. Zu Beginn des Versuches wurde so viel Kohlendioxyd in den Auto klaven gedrückt, dass bei Reaktionstemperatur ein Druck von 175 at entstand. Das Reaktionsprodukt, welches 73g wog, wurde in heissem Wasser gelöst.
Die Lösung wurde filtriert und mit Salzsäure an gesäuert. Hierbei fielen 10,15 g Terephthalsäure aus, welche in der Hitze abfiltriert und getrocknet wurden. Aus d'er Mutterlauge der Terephthalsäurefällung wur den durch Extraktion mit Äther 4,85g Benzoesäure isoliert.
Claims (1)
- PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von Salzen von gege benenfalls substituierten aromatischen Carbonsäuren, dadurch gekennzeichnet, d'ass man Salze von durch aromatische Reste substituierten Sauerstoffsäuren eines Elementes mit einem Atomgewicht zwischen 30 und 33, bei welchen das Element direkt an das aromatische Ringsystem gebunden ist, in Gegenwart von Kohlendioxyd oder Kohlendioxyd abgebenden Verbindungen auf Temperaturen oberhalb 200 C erhitzt. UNTERANSPRCCHE 1.Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die genannten Ausgangssalze Salze von aromatischen Sulfonsäuren sind. 2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die genannten Ausgangssalze Salze von aromatischen Sauerstoffsäuren des Phosphors sind. 3. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass man die erhaltenen Salze ausser dem in die freien Säuren überführt. 4. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass man die genannten Ausgangssalze in Gegenwart von säurebindenden Stoffen erhitzt. 5.Verfahren nach Unteranspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, d'ass die säurebindenden Stoffe Car- bonate, insbesondere Alkalicarbonate, sind. 6. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass man die genannten Ausgangssalze unter erhöhtem Druck, vorzugsweise CO., Druck, er hitzt. 7. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass die genannten Ausgangssal7e Al kalisalze, insbesondere Kaliumsalze, sind. B. Verfahren nach Patentanspruch und Unter ansprüchen 4, 5 und 6. 9.Verfahren nach Patentanspruch, dadurch ge kennzeichnet, dass man die genannten Ausgangssalze in Gegenwart von Katalysatoren erhitzt. 10. Verfahren nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoren Schwermetalle, wie Zink, Cadmium, Ouecksilber, Eisen, Blei, Wismut oder Thallium, sind. 11. Verfahren nach Unteranspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, dass die Katalysatoren Schwermetall verbindungen sind.
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