CS253862B1

CS253862B1 - Process for preparing citrazic acid

Info

Publication number: CS253862B1
Application number: CS744885A
Authority: CS
Inventors: Jaroslav Kroupa; Vladimir Vanek
Original assignee: Jaroslav Kroupa; Vladimir Vanek
Priority date: 1985-10-18
Filing date: 1985-10-18
Publication date: 1987-12-17

Abstract

Zlepšený způsob přípravy kyseliny citrazinové cyklizací kyseliny citrónové nebo citranu amonného s pěti až dvacetipětinásobným molárním přebytkem amoniaku, který se účastní reakce ve formě vodného roztoku o koncentraci 20 až 60 % hmotnostních, a který je k reakci použit bu3 přímo v této koncentraci, nebd se jeho koncentrace upraví v daném rozmezí dosycením reakčního roztoku 100% amoniakem až přímo v reakční nádobě při teplotě 110 až 150 °C za tlaku 1,0 až 5,0 MPa tak, že se po skončení cyklizace sníží koncentrace amoniaku jeho odvětráním, reakce se dokončí při 80 až 150 °C a tlaku 0,05 až 2,0 MPa hydrolýzou po přídavku 1 až 3,5 molů NaOH na 1 mol výchozí látky výhodně ve formě 30% až 45% vodného roztoku a vzniklá kyselina citrazinová se izoluje z reakční směsi po jejím okyseleni minerální kyselinou ve formě vodné pasty.An improved method for preparing citrazinic acid by cyclization of citric acid or ammonium citrate with a five to twenty-five-fold molar excess of ammonia, which participates in the reaction in the form of an aqueous solution with a concentration of 20 to 60% by weight, and which is used for the reaction either directly in this concentration, or its concentration is adjusted within a given range by saturating the reaction solution with 100% ammonia or directly in the reaction vessel at a temperature of 110 to 150 °C under a pressure of 1.0 to 5.0 MPa so that after the end of the cyclization, the concentration of ammonia is reduced by venting it, the reaction is completed at 80 to 150 °C and a pressure of 0.05 to 2.0 MPa by hydrolysis after the addition of 1 to 3.5 moles of NaOH per 1 mole of starting material, preferably in the form of a 30% to 45% aqueous solution, and the resulting citrazinic acid is isolated from the reaction mixture after its acidification with a mineral acid in the form of an aqueous paste.

Description

Vynález se týká způsobu přípravy kyseliny citrazinové reakcí kyseliny citrónové s amoniakem a následující alkalickou hydrolýzou reakční směsi.The present invention relates to a process for preparing citrazic acid by reacting citric acid with ammonia followed by alkaline hydrolysis of the reaction mixture.

Kyselina citrazinová slouží jako základní surovina pro přípravu některých organických barviv, především barviv reaktivních a kyselých a v menším množství i jako polotovar farmaceutické výroby.Citrazinic acid serves as a basic raw material for the preparation of some organic dyes, especially reactive and acid dyes and, to a lesser extent, also as a semi-finished pharmaceutical product.

Dosavadní způsoby přípravy popisují vždy jen poměrně složité vícestupňové syntézy bud čisté kyseliny citrazinové, nebo amidu kyseliny citrazinové nebo jejich směsí. Technologie přípravy spočívá většinou v tom, že reakcí kyseliny citrónové nebo jejích esterů s amoniakem nebo močovinou bud za normálního, nebo i za zvýšeného tlaku v autoklávech se připraví surový amid kyseliny citrazinové nebo směs amidu a kyseliny citrazinové, který se pak musí dále rafinovat a hydrolyzovat v roztocích kyseliny sírové na žádaný produkt.The prior art processes only describe relatively complex multistep syntheses of either pure citrazic acid or citrazic acid amide or mixtures thereof. The preparation technology consists mostly of reacting citric acid or its esters with ammonia or urea under normal or even elevated pressure in autoclaves to prepare crude citrazic amide or a mixture of amide and citrazic acid, which must then be further refined and hydrolyzed in sulfuric acid solutions to the desired product.

Přímý postup syntézy spočívá v reakci triamidu kyseliny citrónové v prostředí kyseliny sírové, kdy cyklizací vzniká kyselina citrazinoyá. Potřebný triamid se však poměrně obtížně získává z esterů kyseliny citrónové. Kyselina citrazinová získaná tímto postupem však obsahuje vedle poměrně pestré směsi vedlejších látek i větší množství amidu kyseliny citrazinové a je tedy ji nutno rafinovat. Rafinace spočívá ve spojení hydrolýzy směsného produktu s klerací. Hydrolýza je prováděna většinou v roztoku minerální kyseliny, nejlépe kyseliny sírové.The direct synthesis procedure involves the reaction of citric acid triamide in sulfuric acid, where cyclization gives rise to citrazinoyl acid. However, the triamide required is relatively difficult to obtain from citric acid esters. However, in addition to the relatively varied mixture of side substances, the citrazic acid obtained by this process also contains a greater amount of citrazic acid amide and therefore has to be refined. The refining process consists in combining hydrolysis of the mixed product with cleration. The hydrolysis is carried out mostly in a solution of a mineral acid, preferably sulfuric acid.

Problémy složitostí syntéz kyseliny citrazinové jsou řešeny v patentovém spise USA číslo 2 729 647, ve kterém je popsána poměrně jednoduchá příprava této sloučeniny přímou reakcí kyseliny citrónové s amoniakem za tlaku. Jak se však reprodukcemi této syntézy ukázalo, je tímto postupem získaný produkt nekvalitní, obsahuje velké množství amidu kyseliny citrazinové a nerozpustné pryskyřičnaté zbytky. Jeho použiti, například pro syntézu reaktivních barviv pro tisk, pro syntézu disperzních barviv, pro farmaceutické účely apod., je bez dalších chemických úprav a rafinace nemyslitelné.Problems in the complexity of citrazic acid syntheses are solved in U.S. Patent 2,729,647, which describes a relatively simple preparation of this compound by direct reaction of citric acid with ammonia under pressure. However, as shown by reproductions of this synthesis, the product obtained is poor in quality, containing a large amount of citrazic acid amide and insoluble resinous residues. Its use, for example for the synthesis of reactive dyes for printing, for the synthesis of disperse dyes, for pharmaceutical purposes and the like, is unthinkable without further chemical treatment and refining.

kvalitě produktů získaných různými postupy, z nichž nejčistší produkty poskytuji syntézy prováděné aminací esterů kyseliny citrónové, se lze snadno přesvědčit tenkovrstvou chromatograf ií vzorku reakční směsi v soustavě propanol-amoniak (2:1), kde přítomné látky se detekuji podle jejich výrazné modré fluorescence.The quality of the products obtained by the various processes, the purest products of which are synthesized by amination of the citric acid esters, can be easily seen by thin-layer chromatography of the reaction mixture in propanol-ammonia (2: 1), where the substances present are detected by their marked blue fluorescence.

Další popsané způsoby mají velkou nevýhodu v tom, že bu3 vycházejí ze surovin, které se musejí předem připravovat v poměrně čisté formě, nebo pokud syntéza vychází z kyseliny citrónové, je komplikována nutností meziizolace bu3 amidu kyseliny citrazinové, nebo směsi amidu a kyseliny citrazinové další hydrolýzou, klěrací a opětnou izolací.The other processes described have the great disadvantage that they either start from raw materials which have to be prepared in relatively pure form in advance or, if the synthesis is based on citric acid, is complicated by the need for intermediate isolation of either citrazic acid amide or amide / citrazine acid by further hydrolysis. , clipping and re-insulation.

Nyní byl nalezen způsob odstraňující tyto nevýhody a spojující v sobě výhody jednoduché syntézy současně prováděnými principy chemické rafinace.A method has now been found to overcome these disadvantages and to combine the advantages of simple synthesis by simultaneous chemical refining principles.

Způsob přípravy kyseliny citrazinové vzorceA process for preparing a citrazinic acid of formula

COOH reakci kyseliny citrónové nebo oitranu amonného s pěti až dvacetipětinásobným molárním přebyt kem amoniaku, který se účastní reakce ve formě vodného roztoku o koncentraci 20 až 60 % hmotnostních a který je k reakci použit bud přímo v této koncentraci, nebo se jeho koncentrace upraví v daném rozmezí dosycením reakčního roztoku kapalným amoniakem až přímo v reakční nádobě, při teplotě liO °C až 150 °C, výhodně při 140 °C, za tlaku 1,0 až 5,0 MPa spočívá podle vynálezu v tom, že po ukončení cyklizace je snížena koncentrace amoniaku v reakčním roztoku jeho odvětráním, které je spojeno s absorpcí a reakce je dále dokončena při teplotě 80 až 150 °C a tlaku 0,05 až 2,0 MPa hydrolýzou po přídavku 1 až 3,5 molů hydroxidu sodného na mol výchozí látky, výhodně ve formě 30% až 45% hmot. vodného roztoku. Vzniklá kyselina citrazinová je izolována běžným způsobem filtrací ve formě vodné pasty a po jejím vykyselení minerální kyselinou z reakčního roztoku.COOH reaction of citric acid or ammonium citrate with a 5 to 25 times molar excess of ammonia involved in the reaction in the form of an aqueous solution at a concentration of 20 to 60% by weight, which is used either directly at that concentration or adjusted to a given concentration the range of saturation of the reaction solution with liquid ammonia up to directly in the reaction vessel, at a temperature of 10 ° C to 150 ° C, preferably at 140 ° C, at a pressure of 1.0 to 5.0 MPa, according to the invention the concentration of ammonia in the reaction solution by venting it, which is associated with absorption, and the reaction is further completed at a temperature of 80 to 150 ° C and a pressure of 0.05 to 2.0 MPa by hydrolysis after addition of 1 to 3.5 moles of sodium hydroxide per mole of starting material %, preferably in the form of 30 to 45 wt. aqueous solution. The resulting citrazinic acid is isolated in a conventional manner by filtration in the form of an aqueous paste and after acidification with a mineral acid from the reaction solution.

Výhoda tohoto postupu oproti známým spočívá v tom, že se poměrně jednoduchým postupem získá čistá kyselina citrazinová bez přítomnosti nežádoucího amidu této kyseliny a nerozpustných polymerních zbytků, ve výtěžku vyšším, než jakého by mohlo být dosaženo při použití dodatečných rafinačních postupů a s vyšším ekonomickým efektem vyplývajícím z vyššího využití základní technologické aparatury a bez nároků na další technická zařízení.The advantage of this process over the prior art is that, in a relatively simple process, pure citrazinic acid is obtained in the absence of the undesired acid amide and insoluble polymer residues, in a yield higher than that which could be achieved using additional refining processes and with greater economic effect resulting from higher utilization of the basic technological apparatus and without the need for other technical equipment.

Doba potřebná k provedení a dokončení reakce je závislá především na aparaturním provedení, způsobu míchání, zvoleném tlaku a teplotě. Platí, že čím je vyšší tlak, tím vyšší je i celkový výtěžek reakce při stejné celkové kvalitě výrobku. Rovněž reakce probíhá rychleji. Vyšší teplota rovněž zkracuje reakční dobu, především pak dobu cyklizace, ale dochází i ke vzrůstu koncentrace vedlejších reakčních zplodin, a je tedy nutno volit optimum mezi zvolenou reakční teplotou a přijatelnou reakční dobou i když hydrolýzou a způsobem izolace lze přítomnost těchto v průběhu reakce přítomných látek silně potlačit. Při izolaci produktu je pak lépe použít kyseliny chlorovodíkové než sírové, a lépe nižších koncentrací kyselin než vyšších. Při nedostatečném míchání může dojít k nežádoucím karbonizačním reakcím, především za přítomnosti zbytků nezreagované kyseliny citrónové.The time required to carry out and complete the reaction depends primarily on the apparatus, mixing method, pressure and temperature selected. As a result, the higher the pressure, the higher the overall reaction yield at the same overall product quality. The reaction also proceeds faster. The higher temperature also shortens the reaction time, especially the cyclization time, but the concentration of by-products also increases, and it is therefore necessary to choose the optimum between the chosen reaction temperature and the acceptable reaction time, although by hydrolysis and isolation strongly suppress. It is better to use hydrochloric acid than sulfuric acid to isolate the product, and preferably lower acid concentrations than higher ones. Inadequate mixing can lead to undesirable carbonization reactions, especially in the presence of unreacted citric acid residues.

Izolace kyseliny citrazinové je prováděna běžným způsobem přídavkem kyseliny, až do dosažení zřetelně kyselé reakce, tj. hodnot pH nižších než 5. Za těchto podmínek se z reakční směsi vylučuje produkt v krystalické, dobře filtrovatelné formě, která umožňuje i snadné promytí. Při dlouhém promývání, při odstraňování zbytků anorganických solí se však pasta produktu stává tixotropní, takže případné další čištění kyseliny citrazinové, například pro fotografické účely, je lépe provést další klerací s přesrážením a s využitím vhodného způsobu sušení, jako například v rozprašovacích nebo fluidních sušárnách.Isolation of the citrazic acid is carried out in a conventional manner by the addition of an acid until a distinctly acidic reaction is achieved, i.e. pH values lower than 5. Under these conditions, the product precipitates from the reaction mixture in a crystalline, well filterable form which allows easy washing. However, with long washing, inorganic salt residue removal, the product paste becomes thixotropic, so that any further purification of citrazic acid, for example for photographic purposes, is better carried out by reprecipitation and using a suitable drying method, such as spray or fluidized bed dryers.

Níže uvedené příklady ilustrují provedení přípravy podle vynálezu. V příkladech použité díly jsou hmotnostní.The examples below illustrate embodiments of the preparation of the invention. The parts used in the examples are by weight.

Příklad 1Example 1

Do prózo.nóho, čistého, smaltovaného autoklávu se z odměrky předloží 1 840 dílů vodného roztoku amoniaku c koncentraci 22 % hmot. a za míchání a chlazení se při zapnuté ventilaci ^r '-’ckou zanese 600 dílů kyseliny citrónové. Po zanesení veškeré kyseliny citrónové se uzavře r _,áv a při teplotě 20 °C až 30 °C se pozvolna připustí ještě 650 dílů kapalného amoniaku r .cálého chlazení a míchání tak, aby teplota ke konci dávkování činila asi 50 °C. Po nadávkování amoniaku se uzavře chlazení a obsah autoklávu se za míchání pozvolna vyhřeje párou na 145 °C. Při této teplotě a tlaku 1,9 až 2,0 MPa se reakční směs udržuje za míchání celkem 16 hodin. Potom se uzavře přívod páry do pláště autoklávu, vypustí se z pláště kondenzát a pomalu se začne ?: oapouštěním nadbytečného amoniaku do absorpce, přičemž se směs sama expanzí amoniaku ochiazi · . 'o dosažení beztlakového stavu v autoklávu a ochlazení reakční směsi přibližně na 80 °C st do autoklávu připustí z odměrky 850 dílů roztoku hydroxidu sodného o koncentraci 42 'ť. hmotnostních. Potom se teplota zvýší na 100 °C, během dvou hodin se autokláv nechá otevřen, přičemž se uvolní další zbytky amoniaku, pak se autokláv uzavře, teplota se zvýší na 145 °C a .tlak vystoupí na 0,5 MPa. Při této teplotě se směs hydrolyzuje 8 hodin.1,840 parts of aqueous ammonia solution at a concentration of 22% by weight are introduced into a propyne, clean, enamelled autoclave. and with stirring and cooling, 600 parts of citric acid are clogged with the ^R- venting on. After all of the citric acid has been clogged, the mixture is sealed and 650 parts of liquid ammonia are slowly added to the mixture at 20 ° C to 30 ° C under constant cooling and stirring, so that the temperature at the end of the dosing is about 50 ° C. After the ammonia is metered in, the cooling is closed and the contents of the autoclave are slowly heated to 145 ° C with stirring. At this temperature and pressure, the reaction mixture is kept under stirring for a total of 16 hours. The steam supply to the autoclave casing is then shut off, the condensate is drained from the casing and is slowly started by letting excess ammonia into the absorption, the mixture itself being depleted by expanding the ammonia. To achieve a non-pressurized state in the autoclave and to cool the reaction mixture to about 80 ° C, the meter reads 850 parts of 42% sodium hydroxide solution from a measuring cup. % by weight. The temperature is then raised to 100 ° C, the autoclave is left open for two hours, releasing further ammonia residues, then the autoclave is closed, the temperature is raised to 145 ° C and the pressure is raised to 0.5 MPa. The mixture was hydrolyzed at this temperature for 8 hours.

Po skončení hydrolýzy se reakční směs ochladí na teplotu cca 80 °C, zkleruje a v neutralizační kádi okyselí přídavkem 350 dílů kyseliny sírové. Po ochlazení na teplotu 30 °C se vyloučený produkt odsaje a je-li to nutné, promyje 300 díly vody. Získá se kolem 400 dílů pasty kyseliny citrazinové s obsahem kolem 45 % hmot.After the hydrolysis is complete, the reaction mixture is cooled to about 80 ° C, sclerified and acidified in a neutralization vessel by the addition of 350 parts of sulfuric acid. After cooling to 30 DEG C., the precipitated product is filtered off with suction and, if necessary, washed with 300 parts of water. About 400 parts of a citrazinic acid paste having a content of about 45% by weight are obtained.

Příklad 2Example 2

Postupem podle příkladu 1 provedeným za tlaku 4,5 Mpa za jinak shodných podmínek jako v příkladu 1 lze získat kolem 550 dílů pasty kyseliny citrazinové s obsahem 42,6 4 hmot.By the procedure of Example 1, carried out at a pressure of 4.5 MPa under otherwise identical conditions to that of Example 1, about 550 parts of 42.6% by weight of citrazic acid paste were obtained.

Příklad 3Example 3

Postupem jako v příkladu 1, provedeným za tlaku 3,5 MPa, lze získat stejné množství kyseliny citrazinové již při 10 hodinách reakce.Using the procedure of Example 1, carried out at a pressure of 3.5 MPa, the same amount of citrazic acid can be obtained already at 10 hours of reaction.

Claims

A process for preparing a citrazinic acid of formula

COOH cyclization of citric acid or ammonium citrate with a 5 to 25 times molar excess of ammonia involved in the reaction in the form of an aqueous solution at a concentration of 20 to 60% by weight, which is used either directly at that concentration or adjusted to a given concentration saturation of reaction solution 1004 with ammonia up to directly in the reaction vessel, at a temperature of 110 to 150 ° C at a pressure of 1.0 to 5.0 MPa, characterized in that after completion of the cyclization and reduction of ammonia concentration by venting, the reaction is completed at 80 to 150 ° C and a pressure of 0.05 to 2.0 MPa by hydrolysis, after the addition of 1 to 3.5 moles of NaOH per mole of starting material, preferably in the form of a 30% to 45% aqueous solution, and the resulting citrazic acid is isolated from the reaction mixture. acidifying it with a mineral acid in the form of an aqueous paste.