Способ получения N-метилкарбаматов Советский патент 1988 года по МПК C07C125/07 

(J

1

14334

Изобретение относится к улучшенному способу получения N-метилкарба- матов, осуществляемому в непрерывном режиме.N-метилкарбаматы представляют собой ценные продукты, активные в качестве лекарств фитофармакологическо- ро назначения, например такие соеди- нения, как 2,3-дигидро-2,2-диметил- фензофуран-7-ил-К-метилкар-бамат (из- Местный под названием карбофуран), )-нафтил-Ы-метилкарбамат (известный иод названием карбарил),

I Цель изобретения - упрощение тех- $ологии и повышение безопасности ве- Йения процесса..

Согласно изобретению получают N +метилкарбаматы формулы

OR

с-о

-Mvr r«w.. (О

ИН-СНз

102

аната от жидкостного потока фенола и фенил-Н-метилуретана, причем последний рециркулируют на стадию термического разложения.

3-я стадия.

В третий реактор непрерывно подают поток метилизоцианата, выходя- щий со старой стадии и приводят его в контакт с раствором замещенного фенола или нафтола в среде инертного органического растворителя, при- комнатной температуре 0-50 С в присутствии катализатора амиь ного типа с получением N-метилкарбамата указанной формулы, наконец N-метилкар- бамат выделяют из реакционной смеси выходящей с третьей стадии.

1-я стадия.

На первой стадии дифенилкарбонат и метиламин реагируют друг с другом с образованием фенил-Ы-метилуретана и фенола в соответствии со следующей реакционной схемой:

Изобретение относится к органическим карбаминовым кислотам, в частности к получению N-метилкарбаматов формулы (OR)C(0)-NHCH5, где R - фенил, замещенный С -С -алкилом, ди- метиламино-, тио-С -С -алкил, 2,3- -дигидро-2,2-диметил-7-бёнзофуранил, 2,2-диметил-1 ,3-бензодиокси, нафтил. С целью упрощения технологии и повышения безопасности ведения процесса дифенилкарбонат подвергают взаимодействию с метиламином при 50 С при молярном соотношении реагентов 0,8 - 1:1 в жидкой фазе в присутствии разбавителя - рециркулирующей жидкой ре- акхщонной массы, полученной при этом при непрерывной подаче метиламина совместно с 40%-ным дифенилкарбона- том в рециркулирующем растворе. Затем проводят термическое разложение непосредственно полученной при зтом реакционной массы и рециркулирующе- го жидкого потока, содержащего фенил- -N-метилуран, непрерывно подаваемых во второй реактор, при кипении реакционной массы при 210 С и-атмосферном давлении. Процесс проводят до степени разложения фeнил-N-мeтилype- тана 5-6% на фенол и метилизоцианат с получением газообразного потока, содержащего фенол, метилизоцианат и непрореагированный фeнил-N-мeтилype- тан, охлаждением до 100 С последнего с отделением газообразного потока ме- тилизоцианата от жидкого потока фенола и фенил-К-метилуретана, ректификацией последнего и рециклом полученного при этом фенил-К-метилуре- тана на стадию термического разложения, a газообразный поток метилизо- цианата непрерывно подают в третий реактор для взаимодействия с соответствующим замещенным фенолом или нафтолом. 1 ил. g 4 СО со 41

R - фенил, замещенный килом, диметиламино, тио-С, 1:ил, 2,3-дигидро-2,2-диметил-7-бен- :1офуранил, 2 ,2-диметил-1,3 бензоди- С1КСИ, нафтил . I Процесс ведут в 3 стадии.

1-я стадия.

В первый реактор непрерывно подают дифенилкарбонат и метиламин совместно с рециркулирующим потоком жидкости, состоящим из реакционной смеси, выходящей из указанного первого реактора, и реакцию проводят в фазе при молярном соотношени г одаваемых в реакцию метиламина к лифенилкарбонату, лежащем в интер- нале 0,8-1:1, и при 50 С с целью образования фенил-Н-метилуретана и фенола.

2-я стадия.

Во второй реактор непрерывно по- дают реакционную смесь, входящую с первой стадии и рециркулирующий поток, содержащий фенил-Ы -метилуретан проводя реакцию в кипящей жидкой фазе при 210 С и при атмосферном дав- лении стем,чтобы частично разложить фенил-Ы-метилуретан (степень разложения 5-6%) на фенол и метилизоци- анат и создать газообразный поток, содержащий фенол, метилизоцианат и непрореагировавший фенил-К-метил- уретан, причем газообразный поток, подвергают конденсации для отделения газообразного потока метилизоци

/WH-СНз

-С 0+ PhOH

OPh

где Ph представляет собой фенильный радикал.

Температура ниже 20 С резко снижает скорость реакции. Температура выше 80 С является нежелательной поскольку благоприятствует протеканию вторичной реакции, приводящей к образованию N,N -диметилмочевины, . в соответствии со следующей реакционной схемой:

ZCHjUHz

ИНСНз

С - О -t- ZPhOH

ЪГНСНз

где Ph представляет собой фенильный радикал.

Такая реакция протекает в заметной степени особенно при температуре выще 100 С.

На практике в реактор первой стадии может подаваться непрерывный поток метиламина и непрерывный поток дифенилкарбоната, растворенного в рециркулирующей жидкой смеси.

Реактор первой стадии может представлять собой реактор с перемещива- нием, в который непрерывно подаются

реагенты и рециркулирующая жидкая среда и из которого непрерывно выводится реакционная смесь. С другой стороны может использоваться реактор удлиненной формы, например трубчатый реактор, на одном конце которого осуществляют непрерывную подачу реагента и рециркулирующей жидкостной среды, а с другого конца выводят реакционную смесь.

При работе в указанных условиях реакция завершается или в основном завершается за время 15-60 мин в отсутствии веществ, оказывающих каталитический эффект на указанную реакцию.

Как правило, при работе в указанных условиях и при стехиометрических или близких к стехиометрическим количествам реагентов конверсия дифе- нилкарбоната обычно составляет 98% и выше при селективности по фенил- -N-метилуретану, обычно выше 99%, в расчете на превращенный дифенилкар- бонат, где все проценты даны в молярном выражении.

Реакционную смесь, выводимую из реактора первой стадии, частично ре- циркулируют, а оставшееся количество непрерывно подают в реактор второй стадии.

2-я стадия.

На второй стадии фенил-Ы-метилуре тан подвергают термическому разложению на метилиз,оцианат и фенол в соответствии со следующей реакционной схемой:

ОРЬ

с о -

ИН-СНз

CHj-N-C-O + PhOH

где Ph представляет собой фенильный радикал.

В реактор второй стадии непрерывно подают жидкостной поток, состоящий из продуктов реакции с первой стадии и рециркулирующего жидкого фeнил-N-мeтилypeтaнa, и проводят реакцию в кипящей жидкой фазе при 210 С и атмосферном давлении в отсутствии веществ, обладающих каталитическим действием на реакцию разложения с тем, чтобы частично (на 10-90%) разложить фенил-Ы-метилуре- тан на фенол и метилизоцианат. В этих условиях в реакторе второй ста0

5

5

0

5

0

5

0

5

дин создается газообразньй поток, содержащий метилкзоцианат фенол и непревращенный фенил-Ы-метилуретан. Этот поток охллждают, например, до температуры порядка 80-100 С с тем, чтобы отделить газообразный поток метилизоцианата от жидкостного потока фенола и фенил-Ы-метилуретана. Полученный таким образом жидкостный поток отгоняют с тем, чтобы час- . тично или полностью отделить фенол в виде основного продукта от хвостового продукта, состоящего из или содержащего фенил Ы-метилуретан, и такой хвостовой продукт рециркулируют в реактор второй стадии.

Процесс второй стадии проводят при 210 С, при атмосферном давлении, при среднем времени пребывания в реакционной зоне (которое рассчитывается как отношение объемной скорости подаваемого потока к свободному объему реактора) 0,5-3 ч. Кроме того, в реактор подводится достаточное ко-: личество тепла для того, чтобы создать объемную скорость (в весовом выражении) испаренного вещества в 1,5-11 раз более высокую-чем объемная скорость подаваемых реагентов. В этих условиях достигаются конверсии фенил-К-метилуретана за проход порядка 65-85% в расчете на подаваемое количество и в реакторе образуется газообразный поток, содержащий 9 - 22 мас.% непревращенного фенил-N- -метилуретана, 63-71 мас.% фенола и

15-20 Mac.jS метилизоцианата.

I

Реактор, в котором осуществляют вторую стадию, представляет собой трубчатый реактор, наверху которого смонтирован дефлегматор, которому предшествуют или не предшествуют ди- стилляционные тарелки, или участок с насадкой.

При работе в указанных условиях достигается полная или практически полная конверсия фенил-Н-метилурета- на, при селективности по метилизоци- анату выше 98 мол.%.

3-я стадия.

На третьей стадии процесса метилизоцианат, выходящий в виде газообразного потока со второй стадии, реагирует, иногда после конденсации, с замещенным фенолом или с нафтолом, растворенными в органическом растворителе, в соответствии со следующей реакционной схемой:

CH3-N-C.0-1-ROHOR

КН-СНз

R представляет собой радикал эа- м4|Ценного фенола или нафтола.

I Примеры соединений формулы R ОН В1лючают: 1-нафтол; 2-нафтол; 2,3- -дигидро-2,2-динетилбензофуран- 2,2-диметил-1,3-бензодиок- с(л-4-ол; 3,5-ксиленол; 3,4-кси- ланол; 2-изопропилфенол; 2-(этил- тиометил)-фенол; 2-крезол; 3-изопро- шш-5-метилфенол : 4-метилтио-З , 5-ди метилфенол; 4-диметиламино-3 метил- .

Метилизоцианат, выводящийся во орой стадии, непрерывно подается и контактирует с раствором соединени К)Н в среде инертного органического р;1створителя, содержащего также кат.шизатор аминного типа.

I

Органические растворители представляют собой ароматически-е углево- , такие как бензол, толуол, к ;илол и кумол, такие кетоны как адетон, метилэтилкетон и метилизо- б тилкетон, такие сложные зфиры-как э гилацетат, метилацетат, диметилкар- бЬнат и диэтилкарбонат, хлорированны алифатические углеводороды, такие ка хлороформ, хлористый метилен, четы- реххлористый углерод и ди.хлорэтан; такие простые эфиры как дизтиловый эфир или тетрагидрофуран. Обычно коа : ентрация соединения в соответствую- 2м растворе органического раствори- тя имеет значение в интервале 5 мас.%.

Конкретными примерами катализаторов, используемых для этой дели могут служить тризтиламин, диизопропил этиламин, пиридин, 4-диметш1аминнопи ,ридин, N-метилимидазол.

Предпочтительными катализаторами являются третичные амины.

Количество катализатора, используемое в третьей стадии реакции,обычно может изменяться от 0,001 до Ojl моль на моль соединения ROH.

Кроме того, реакцию третьей стади проводят при эквимолярном или.близко к эквимолярному сотношению между соединением ROH и метилизоцианатом, особенно при соотношениях 1-1s1:1,

1ретья стадия процесса может проводиться с использованием большого числа реакторов, расположенных параллельно, причем каждый из реакторов содержит раствор соединения ROH, в выбранном органическом растворителе, помимо катализатора. В случае поток метилизоцианата, котоРЬ1Й может быть переведен в жидкое состояние, непрерывно подают в первый реактор до достижения желаемого молярного соотношения между реагентами, затем поток метилизоцианата

отводят во второй реактор.

После окончания подачи метилизоцианата первый реактор выдерживают при условиях проведения реакции в течение 0,5-8 ч с целью завершения реакЦии и, наконец, N-метилкарбамат выделяют из реакционной смеси.

Указанный цикл повторяют во втором реакторе и т.д.

Время пребывания реагентов 0,5-8 ч.

Третью стадию проводят в реакторах с перемешиванием, используя тех- ноло гическую схему с параллельным расположением реакторов. При непрерывном режиме работы предпочтительно использовать ряд реакторов непрерывного действия, расположенных последовательно, либо используют реактор удлиненной трубчатой формы, в один конец которого непрерывно подаются реагенты, а из другого конца непрерывно выводится реакционная смесь.

При работе в указанных условиях обычно получают N-метилкарбамат е

выходом, как правило, выше 98 мол.% в расчете на поданные реагенты. N- -метилкарбамат вьщеляют из реакционной смеси, выходящей с третьей ста- |,ии, известными способами,

например концентрированием, кристаллизацией, фильтрацией, сушкой или путем любой комбинации указанных операций. Согласно предпочтительному воплощению растворитель для

третьей стадии выбирают таким образом, чтобы способствовать осаждению N-метилкарбамата с тем, чтобы облегчить его вьщеление из реакционной смеси, которую, следовательно, можно

непосредственно рециркулировать после предварительного растворения соединения ROH.

Выделенный таким образом N-метилкарбамат может быть подвергнут очист7

ке путем перекристаллизации из инерт ного растворителя в результате растворения вещества при высокой температуре в подходящем растворителе и принудительного последующего его осаждения в результате охлаждения раствора. Лучше всего, чтобы температура, при которой нагревают раствор сырого N-метилкарбоната, поддерживалась на более низком значении, чем то значение, которое вызьшает разрушение такого соединения, такая температура обычно имеет значение ниже .

Ы-метш1карбаматы получают так,что в любой момент времени количество свободного высокотоксичного метил- изоцианата поддерживается на чрезвычайно низком значении, что устраняет или, по крайней.мере, сильно упрощает проблемы, связанные с использованием соединения, в случае необходимости его хранения.

Предлагаемый способ позволяет полу ;ать N-метилкарбаматы с высокими выходами и селективностью простым и дешевым методом. Кроме того,работа в непрерывном режиме демонстрирует, относительно периодического режима, ряд преимуществ, заключающихся в более высокой производительности единицы объема оборудования, большей равномерности характеристик конечных продуктов и возможности автоматизации технологического процесса.

Преимуществом данного способа является также ведение процесса на 1-й стадии в рециркулирующем потоке,без использования органического растворителя , что исключает стадию последующей отгонки и загрязнение потоков целевых продуктов. Отсутствие органического растворителя исключает попадание посторонних веществ в реакционную массу, в результате этого образуется реакционная смесь, которую можно непосредственно обрабатывать на стадии 2.

При осуществлении процесса, как показано для стадии 2,выделение потока метилизоцианата является регулярным и постоянным и не возникает необходимости в промежуточном хранении этого опасного химического продукта.

Кроме того, предлагаемый способ обеспечивает большую гибкость процесса, имеет возможность получения

4334108

больгаого числа разнообразных N-ме- тилкарбаматов,

. Пример 1 . На чертеже индексом Р-1 обозначен реактор первой стадии, снабженный мещалкой и работающий при и давлении 0,98 кг/см. В реактор Р-1 по линии 1 непрерывно подается с расходом 1,3 кг/ч

JQ (42 моль/ч) поток метиламина, а по линии 2 подается с расходом 22,5 кг/ч . жидкостный поток, содержащий 40 мас,% дифенилкарбоната. Поток по линии 2 получают в результате.подачи 9,0 кг/ч

15 ( моль/ч) дифенилкарбоната по линии 3 и 13,5 кг/ч эффлюента из реактора Р-1, по линии 4. Время пребывания в реакторе Р-1 составляет 0,5 ч и по линии 5 выводится с расходом

2Q 23,8 кг/ч поток, имеющий следующий состав, мас.%: фенол 38; фенил-К-ме- тилуретан 61; дифенилкарбонат 0,8. Выход N-метилуретана в расчете на дифенилкарбонат 99%.

25 I

Этот поток частично ( кг/ч)

рециркулируют в реакторе по линии 4, а остаток (10,3 кг/ч) состав- . ляет поток по линии 6, который подается в реактор второй стадии Р-2 совместно с потоком, выходящим из нижней части колонны С-1, по линии 7.

Указанный нижний поток из колонны С-1 имеет объемную скорость 2,3 кг/ч и следующий состав, мас.%: фенол 39;

35 фенил-Н-метилуретан 61. Поэтому полученный в результате поток, подаваемый в реактор Р-2 по линии 8, имеет объемную скорость 12,6 кг/ч и следующий состав, мас.%: фенол 38, фе40 нил-К-метилкарбамат 61 и дифенилкарбонат 0,7.

30

Реактор второй стадии Р-2 работает, при следующих условиях: темпе- ратура 210 С, атмосферное давление и время пребывания в реакторе 2 ч. В этих условиях происходит пиролиз фeнил-N-мeтилypeтaнa и образуется газообразный поток, который охлажда- ЮТ ДО 100 С В последующем дефлегматоре и получают ж iдкyю фазу следующего состава, мас.%: фенол 86,2 и фeш л-N-мeтилypeтaн 13,8. Эту жидкую фазу частично рециркулируют в раактор второй стадии Р-2 (коэффициент рециркуляции 10), а остаток составляет поток по линии 9, который подают с объемной скоростью 10,1 кг/ч в дийтилляционную колонну С-1.

91

Дистилляционная колонна С-1 работает при давлении, измеренном в верхней части колонны, равном 10 мм рт. ст., при температуре верхней части кЬлонны 78 С и при температуре ниж- н1вй части колонны 108 С. В этих ус- лрвиях с верха колонны С-1 со ско- р|эстью 7,8 кг/ч отделяется фенол, а| из нижней части колонны выводит- c|i почти эквимолярный поток фенола и фенил-К-метилуретана (соотвётст- I BfJHHo 39 и-51 мас.%), который рецир- кулируется в реактор пиролиза Pf2 по линии 7 с объемной скоро- cJTbro 2,3 кг/ч.

; Из нижней части реактора пиролиза периодически осуществляют и высоко- к пящие побочные продукты, которые о|5разуются в очень малых количест- B|IX (менее 0,03 кг/ч).

МетилизоцИанат, который образуется при пиролизе в реакторе второй стадии Р-2, не переходит в жидкое со c-iroHHHe при той температуре, при ко- торой осуществляется частичная концентрация продуктов пиролиза и его выводят по линии 11 со скоростью кг/ч. Выход метилизоцианата в расчете на дифенилкарбонат 98,1%. Этот поток снижается в теплообменнике Е-1 и подается в реактор Р-За, в который предварительно загружают,кг: 2 3-дигидро-2,2-диметил-7-бензофура- НФ1 28,6; толуол 86;триэтиламин 0,18 (катализатор). Побочно получающийся фенол выводят по линии 12.

Поток метилизоцианата подается в реактор Р-За в течение 4 ч при

и атмосферном давлении. После окончат я этого периода поток метилизоци-

отводится в реактор Р-Зв, рабо таняций параллельно с реактором Р-За и -содержащий ту же начальную загрузку реагентов.

После окончания подачи метилизоцианата в реактор Р-За содержимое реактора вьщерживают в течение 2 ч при перемешивании и при указанной температуре. Затем содержимое реактора в Р-За или Р-Зв выгружают по линии 13 или 14 и фильтруют с тем, чтобы отделить осажденный 2,3-дигид- рО-2,2-диметилбензол-фуран-7-ил-Н- -Метилкарбамат, который промывают толуолом и сушат при 80 С и остаточном давлении 10 мм рт.ст.

Маточные жидкости, содержащие избыток 2,3-дигидро-2,2-диметил-7-бен10

0

34

j

5

(

30

5

5

0

5

1010

зофуранола, растворенный 2,3-дигид- ро-2,2-диметилбензофуран-7-ил-Н-ме- тилкарбэмат (1-2 мас.%) и катализатор, могут быть полностью регенерированы (или с помощью отвода небольшого количества) с целью получения раствора, который загружают в реак- тор третьей стадии.

Общее количество полученного таким образом 2,З-дигидро-2,2-диметил- бензофуран-7-ил-Ы-метилкарбамата (кар- бофурана) 36,0 кг при выходе, составляющем 1 кг ценного целевого продукта на 1 кг дифенил карбоната (96,8 мол.%).

Указанный цикл повторяют с использованием реактора Р-Зв, получают результаты, близкие к тем, что получены в реакторе Р-За.

Пример 2. Процесс осуществляют по методике, описанной в примере 1, загружая в реактор третьей стадии следующие продукты, кг: 1-нафтол 25,1; толуол 75; триэтиламин О,18 (катализатор).

За один цикл получают 32,5 кг 1- -нафтил-Ы-метилкарбамата (карбарил) с выходом 96 мол.% в расчете на дифенилкарбонат.

Пример 3. Процесс проводят . по методике, описанной в примере 1, загружая в реактор третьей стадии следующие вещества, кг: 2-изопропок- сифенол 26,5; толуол 80; тризтиламин 0,18 (катализатор).

За один цикл получают 34 кг 2-изо- пропоксифенил-Ы-метилкарбамата (про- поксур) с выходом 97 мол.% в расчете на дифенилкарбонат. I

Пример 4. При работе по методике, описанной в примере 1,загружая в реактор третьей стадии следующие соединения: 4-диметиламино-З-ме- тилфенол; 3,5-ксиленол; 3,4-ксиле- нол; 2,2-диметил-1,3-бензодиоксол- -4-ол; 4-метилтио-З,5-диметилфенол; З-изопропил-5-метилфенол; 2-крезол; 2-изопропилфенол; 2-(этилтиометил)- -фенол получают следующие карбаматы: 4-диметиламино-3-метилфенил-Ы-метил- карбамат (аминокарб); 3,5-ксилил-Ы- -метилкарбамат (ХММС); 3,4-ксилил- -N-метилкарбамата (МРМС); 2,2-диме- ТШ1-1,3-бензодиоксол-4-ил-метилкарба- мат (бендиокарб); 4-метилтио-З,5-кси- лил-Ы-метилкарбамат (метиокарб); З-изопропил-5-метилфеНИЛ-N-метилкар- бамат (промекарб) ; 2-изопропилфенида-N-метилкарбамат (изопрокарб); 2-то- лил-Н-метилкарбамат (МТМС); 2-(этил- тиометил) -фе1 шл-Ы-метилкарбамат (этиофенкарб).

Выход целевых продуктов в расчете на дифенилкарбамат, подаваемый на первую стадию, 95-98%.

Формула изобретения

Способ получения N-метилкарбама- тов общей формулы

/OR

с«о

И-СНз

где R - фенил, замещенный С,-Cj-ал- килом, диметиламино, тио- -С(-С -алкил, 2,3-дигидро- -2,2-диметил-7-бензофура- нил, 2,2-диметил-1,3-бензо- диокси, нафтил,

с использованием взаимодействия соответствующего замещенного фенола или нафтола с метилизоцианатом в инертном органическом растворителе при комнатной температуре в присут- ствии катализатора аминного типа с выделением целевого продукта, о т - личающийся тем, что, с целью упрощения технологии и повыщения безопасности ведения процесса, ди

Q

5

Q 5

Q

фенилкарбонат подвергают взаимодействию с метиламином при 50 С при молярном соотношении реагентов 0,8 - 1:1 в жидкой фазе в присутствии разбавителя - рециркулирующей жидкой реакционной массы, полученной при этом, при непрерывной подаче метиламина совместно с 40%-ной дифенил- карбонатом в рециркулирующем растворе, с последующим термическим разложением непосредственно полученной при этом реакционной массы и рецир- кулирующего жидкого потока, содержащего енил-Ы-метилуретан, непрерывно подаваемых во второй реактор, при кипении реакционной массы при температуре и атмосферном давлении до степени разложения фенил-N- -метилуретана 5-6% на фенол и метил- изоцианат с получением газообразного потока, содержащего фенол, метилизо- цианат и непрореагированный фенил-N- -метилуретан, охлаждением до 100 С последнего с отделением газообразного потока метилизоцианата от жидкого потока фенола и фенил-Н-метилуре- тана, ректификацией последнего и рециклом полученного при этом фенил- -N-метилуретана на стадию- термического разложения, а газообразный поток метилизоцианата непрерывно подают в третий реактор для взаимодействия с соответствующим замещенным фенолом или нафтолом.