Способ получения фталимида Советский патент 1991 года по МПК C07D209/48 B01J23/22 

Изобретение относится к органической химии, а именно к способу получения фталимида, используемого в качестве основного сырья для получения фталоцианиновых пигментов и лаков, в синтезе индиго и антра- ниловой кислоты, являющейся основным полупродуктом для многих красителей.

Известен способ получения фталимида парофазным окислительным аммоно- лизом о-ксилола на ванадатах олсва и титана. На ванадате олова при 375°С получают 72% фталимида. На ванадате титана оптимальная температура реакции 400°С, выход фталимида 75%, т.пл. 234-235°С, Улавливание продуктов реакции производится в системе, орошаемой водой, которая подкислена серной кислотой для нейтрализации непрор.згирзчс шего аммиаКР Л.

Недостатком укаплнч. Го способа синтеза фгалимкда язгпмегся невысокий выя од фталимида, причем имид требу- ет очистки, поскольку содержит о-то лунитршг и фталодинитрил.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ получения фталимида парофазным окислением о-ксилола в присутствии аммиака на ванадий-оловянном или ванадий-титановом катализаторах. Исходный о-ксилол в смеси с парами воды, воздухом и аммиаком пропускают через слой катализатора при 360- 2, Выход фталимида 80-85%,

0

со со

со со сю

234-235

.-О,

Нагрузка по о-ксилолу при этом не превышает 27,3 г на 1 л катализатора в 1 ч .

Недостатком способа является низкий выход продукта и низкая производительность процесса.

Цель изобретения - повышение выхода целевого продукта и увеличение производительности процесса.

Поставленная цель достигается предлагаемым способом получения фта- лимида путем парофазного окисления о-ксилола кислородом воздуха в присуствии аммиака, паров воды при их молярном соотношении 1:(18-36):(24- 38) и оксидного ванадийсодержащего катализатора при нагревании, отличительная особенность которого состоит в томэ что в качестве катализатора используют смесь пентоксида ванадия и диоксида циркония, взятых в молярном соотношении, равном 1:(2-16), причем процесс ведут при молярном ,соотношении о-ксилол:аммиак, равном |1:(3-6), и температуре 340 380°С,

Это отличие позволяет получать фталимид с выходом 86-90% в одну стадию при нагрузке до 72,0 г на 1 л катализатора в 1 ч. Предлагаемый способ отличается от известного тем, что процесс проводят на катализаторе, содержащем оксид ванадия и оксид циркония при соотношении 1:(2-1б), Уменьшение содержания диоксида циркония в ва- чадий-циркониевом катализаторе до соотношения оксидов -1:1 или увеличение его до 1:18 соответственно приводит к падению выхода фталимида. Катализатор такого состава для синтеза фталнмида не известен.

Катализатор получают спеканием при 640°С предварительно отформованной в виде таблеток смеси оксидов ванадия (V) и циркония (VI).

В реактор загружают зерна размером 3-5 мм. Оптимальная температура процесса 340-380°С, Снижение температуры ниже 340°С приводит к уменьшению выхода целевого продукта и загрязнению его непрореагировавшими с-ксилолом и о-толунитрилом, а увеличение температуры выше 380°С приводи к снижению выхода фталимида и росту количества продуктов глубокого окисления.

Синтез фталимида проводят следующим образом.

0

5

0

5

0

5

5

0

3

Газообразную смесь о-ксилола, воздуха, аммиака и воды, взятую с определенным соотношением компонентов и предварительно нагретую до 250-290 С, вводят в зону катализа. Продукт реакции представляет собой твердое вещество с температурой плавления 234- 235°С (лит. 233-235°С). Выход фталимида составляет 85-90% от теоретически возможного в расчете на взятый для реакции о-ксилол.

Элементный анализ вещества.

Вычислено, %: С 65,30, Н 3,42; К 9,52.

Найдено, %: С 65S23; 63,91, Н 3,46, 3,39, N 9,45, 9,25.

Предлагаемый способ получения фталимида проверен на установке проточного типа с реакционной трубкой, выполненной из стали Х18Н10Т, с внутренним диаметром 20 мм и длиной 1100 мм, представляющей собой элемент многотрубчатого промышленного аппарата,

Пример 1 (для сравнения). Катализатор с массовым соотношением оксидов ванадия и циркония 60:40 соответственно в количестве 120 мл загружают в реакционную трубку. При 340°С через слой катализатора пропускают газообразную смесь о-ксилола, .кислорода воздуха, аммиака и воды, взятых в соотношении 1:18:5:24, Скорость подачи о-ксилола 72 г, воздуха 1290 л, аммиака 56,9 г, воды 291,6 г на 1 л катализатора в 1 ч, В течение О ч подано 86 г о-ксилола, получено 7155 г фталимида, что соответствует выходу 60% от теории.

Пример 2, Способ осуществляют по примеру 1. Состав оксидного ванадий-циркониевого катализатора 42:58 мас,%. При 340°С пропускают смесь о-ксилола. кислорода воздуха, аммиака и воды с соотношением 1:20: :3:38 . Скорость подачи о-ксилола 55 г, воздуха 1100 л, аммиака 26,5 г, воды 354 г на 1 л катализатора в 1 ч. За 10 ч подано 66 г о-ксилола, получено 79,2 г фталимида, что соответствует выходу 86,5%,

Пример 3, Способ осуществляют по примеру 1. Используют ванадий-циркониевый катализатор с соотношением компонентов 27:73 мас.%. Температура 360 G, Соотношение о-ксилола, кислорода воздуха, аммиака

и воды равно 1:18:4:24. Скорость подачи о-ксилола 72 г, воздуха 1290 л, аммиака 42,4 г, воды 296 г на 1 л катализатора в 1 ч. За 10 ч подано 86 г о-ксилола, получено

105.5г фталимида, что соответствует выходу 88,5% от теории.

Пример 4. Способ осуществляют по примеру 1. Соотношение ком- понентов оксидного ванадий-циркониевого катализатора 27:73 мас.%. Соотношение о-ксилола, кислорода воздуха, аммиака и воды равно 1:18:2:24 Скорость подачи о-ксилола 72 г, воз- духа 1290 л, аммиака 22,8 г, воды

291.6г на 1 л катализатора в 1 ч. Продолжительность опыта 10 ч, за это время при 380°С подано 86 г о-ксилол получено 107,3 г фталимида, выход 90%.

Пример 5 (для сравнения) . Способ осуществляют по примеру 1. Соотношение компонентов ванадий-циркониевого катализатора 27:73 мас.%. Те пература процесса 400°С. Соотношение о-ксилола, кислорода воздуха, воды и аммиака равно 1:40:40:7. Скорость подачи о-ксилола 55 г, воздуха 2200 г аммиака 60,7 г воды 380 г на 1 л катализатора в 1 ч. За 1C ч подано 66 г о-ксилола, получено 68,9 г фталимида . Выход 75,3%.

Пример 6 (для сравнения). Способ осуществляют по примеру 1, Соотношение компонентов-оксидов ванадия и циркония равно 20:80 мас.% Температура процесса 320°С. Соотношение o-Kcnnorfa, кислорода воздуха, аммиака к воды равно 1:15:5:30. Ско- рость подачи о-ксилола 72 г, воздуха 1100 л, аммиака 56,9 г, воды 364,2 г на 1 л катализатора в 1 ч. За 10 ч подано 86 г о-ксилола, получено 85,3 г фталимида, что соответствует выходу 71,5%.

Пример 7. Способ осуществляют по примеру 1. Катализатор с сооношением оксидов ванадия и циркония 20:80 мас,%. Соотношение о-ксилола, кислорода воздуха, аммиака и воды равно 1:20:5:30, Скорость подачи о-ксилола 72 г, воздуха 1440 л, аммиака 56,9 г, воды 364,2 г на 1 л катализатора в 1 ч. Продолжительност опыта 10 ч, за это время при 380°С подл но 86 г о-ксилола и получено 104,3 г фталимида (чькод 87,5%).

Пример 8. Способ осуществляют по примеру 1, Соотношение компонентов ванадий-циркониевого катализатора 8,5:91,5 мас.%. Соотношение о-ксилола, кислорода воздуха, аммиака и воды равно 1:36:6:24. Скорость подачи о-ксилола 72 г, воздуха 2600 л, аммиака 69,6 г, воды 291,6 г на 1 л катализатора в 1 ч. Температура опыта 380°С. Продолжительность 10 ч, за это время подано 86 г о-ксилола, полу чено 101,9 г фталимида (выход 85,5%).

Пример 9 (для сравнения) . Способ осуществляют по примеру 1. Соотношение компонентов ванадий-циркониевого катализатора 7,6:92,4 мас.% Температура процесса 360°С. Скорость подачи о-коилола 55 г, воздуха 2100 л аммиака 43,6 г, воды 185,8 г на 1 л катализатора в f ч. Соотношение компонентов о-ксилол, кислород воздуха, аммиака, вода равно 1:38:5:20. Продолжительность опыта 10 ч, за это время подано 66 г о-ксилола, получено 72,5 г фталимида (выход 79,2%).

Данные примеров 1-9 сведены в табл. 1,

В предлагаемых условиях приготовления катализатора в оксидной системе Vo05 и Zr02 формируется химическое соединение - диванадат циркония (Zr V207). В этом случае каталитическое действие контакта определяется данным химическим соединением. Таким образом, химический состав (предлагаемого катализатора кардинально отличается от состава известного ванадий-титанового катализатора, хотя титан и цирконий и относятся к одной группе периодической системы,

В табл, 2 представлены молярные соотношения пентаоксида ванадия и диоксида циркония в катализаторах, приведенных в примерах.

В табл. 3 приведены сравнительные данные о каталитическом действии ванадий-циркониевых и ванадий-титановых катализаторов в окислительном аммонолизе о-ксилола. Ванадий-циркониевый катализатор проявляет бо ;ее высокую активность по сравнению с ванадий-титановым катализатором. В одинаковых условиях конверсия о-ксилола на ванадий-циркониевых контактах полная, в то время, как на ванадий-титановых она находится в пределах от 35 до 50% (400°Г) . При нагрузке 72 г на 1 л катализатора в

1 ч на ванадий-титановом катализаторе максимальная конверсия при 400°С достигает лишь 50%. На ванадий-циркониевом катализаторе конверсия становится полной уже при ЗДО°С.

Выход фталимида на V20 -Zr02 контакте в широком интервале условий ведения каталитического процесса и полярного соотношения оксидов ванадия и циркония составляет 85,0 - 89,0%, В аналогичных условиях и соотношениях компонентов катализатора выход имида на ванадий-титановом катализаторе изменяется от 15 до 35%, Ф

воздуха в присутствии аммиака, паров воды и ванадийсодержащего катализатора при молярном соотношении о-кси- лол:кислород воздуха:вода, равном Г: (18-36):(24-38), и при повышенной температуре, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода целевого продукта и повышения производительности процесса, в качестве катализатора используют оксидный ванадий-циркониевый катализатор при молярном соотношении компонентов, равном 1:(2-16), и процесс ведут при молярном соотношении о-ксилол:аммиак, равном 1:(3-6), и температуре 340

Изобретение касается амидов кислот и,в частности, получения фтал- имида - сырья для синтеза фталоциани- новых пигментов и лаков, а также других веществ. Цель изобретения - повышение выхода целевого продукта и производительности процесса. Его ведут парофазным окислением о-ксило- ла кислородом, а воздух в присутствии аммиака, паров воды и катализатора - оксидов ванадия и циркония, взятых в молярном соотношении 1:(2- 16), Температура процесса 340-380°С, молярное соотношение о ксилола, кислорода воздуха и воды 1:(16-36):(24- 38)j. молярное соотношение с-ксилола и аммиака 1;IJ-D), Эти условия повышают выход целевого фталнмида с 35 до сЗ,5% при достижении конверсии 50% при 340°С против 400°С в известном случае (ланадий-титановом окисном катализаторе), 3 табл. и (Л

Примеры для сравнения.

Таблица 2

Таблица 3

1:16

OyiTiOj, 1:2 1:4 1:6 1:16

380

340 400 360 380

Продолжение табл.3

72

55 72 72 72

100

35 50 40

44

85,5

15,0 36,0 30,0 35,0