Способ получения фталамида Советский патент 1992 года по МПК C07C233/65 C07C231/14 B01J23/22 

Изобретение относится к органической химии, а именно к способу получения диа- мида о-фталевой кислоты (фталамида), кото- рый является ценным сырьем для органического Синтеза, в частности для син- теза дубителя кино-фотоматериалов - N.N.N ,N -тетраоксиметилдиамида о-фталевой кислоты.

Известен способ получения диамида 4- цианфталевой кислоты аммоннолизом 4-ци- анфталимида с высоким выходом целевого продукта (99,5% от теории на взятый углеводород).

Однако получение 4-цианфталимида окислительным аммонолизом псевдокумо- ла протекает с низким выходом (60,2-65%).

Известно получения 4-хлорфталамида из 4-хлорфталамида и водного раствора аммиака с выходом 75%.

Недостатками этого метода являются невысокий выход 4-хлорфталимида и необходимость очистки полученного целевого продукта.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения фталамида, кото- рый состоит из трех стадий: получение фталевого ангидрида окислением о-ксилола на катализаторе Х/аОв-ТЮа; получение фта- л ими да аммонолизом фталевого ангидрида; получение диамида о-фталевой кислоты вза- имодействием фталимида и аммиака. Третью стадию получения фталамида осуществляют следующим образом. В 63-литровый стальной эмалированный аппарат, снабженный обратным холодильником, ме- шал кой, термометром, рубашкой для охлаждения, загружают 22,0 кг (324 моль) водного аммиака. Содержимое аппарата охлаждают до 288 К пуском рассола в рубашку и малыми порциями присыпают 11,9 кг (94 моль) фталимида. После прибавления всего количества фталимида температуру реакционной массы доводят до комнатной и выдерживают при этой температуре в течение 7 ч.

Продукт отфильтровывают на нутч- фильтре, промывают дистиллированной водой в количестве 60-80 л, затем 40 л этанола. Продукт высушивают при ЗЗЗК. Выход диамида о-фталевой кислоты 10,0 кг, что составляет 75,3% от теории, считая на фталимид.

Недостатками этого способа получения фталамида являются невысокий выход целевого продукта (75,3%), необходимость очистки полученного целевого продукта до- рогостоящим растворителем - этанолом, а также обязательное наличие стадии получения фталевого ангидрида из о-ксилола, нафталина или их смеси.

Технические требования к фталамиду по ТУ 6-09-14-1955-77 приведены ниже:

Внешний вид

Белый кристаллический порошок, допускается желтоватый оттенок

Содержание о-фталевой кислоты диамида, % не менее98

Температура плавления, К493-498 Остаток после прокаливания (в влде сульфатов), %, не более0,1 Содержание влаги, %, не более 0,5

Цель изобретения - повышение выхода и качества диамида о-фталевой кислоты.

Поставленная цель достигается окислительным аммонолизом о-ксилола в присутствии водяного пара при молярном соотношении о-ксилол:воздух:аммиак:аода 1:(30-60):(8-12):(25-30) на катализаторе следующего состава, мас.%: V20s 6; ЗЬаОз 5; В120з 7; 0,4; 81,6, с последующим взаимодействием полученного продукта с аммиаком в среде о-ксилола при 333-343 К.

Стадию полученния диамида о-фталевой кислоты из фталимида в среде о-ксилола проводили при постоянном барботаже аммиака с объемной скоростью 50 ч 1. В интервале температур 333-343 К конверсия фталимида за 1 ч составила 100%. Единственным продуктом реакции при этом был фталамид. Образование поточной аммонийной соли фталаминовой кислоты не происходило вследствие низкой концентрации воды (10 мас.%). Однако в прототипе в результате окисления о-ксилола на оксидном катализаторе образовавшийся фталевый ангидрид подвергается аммонолизу и полученный фталимид превращается во фталамид в водно-аммиачной среде при комнатной температуре и времени реакции 7 ч. Поэтому возможность селективного превращения фталимида во фталамид позволяет в принципе создать технологический процесс получения диамида о-фталевой кислоты из о-ксилола в присутствии сложно- оксидного катализатора.

Предлагаемый способ получения фталамида представляет собой непрерывный технологический процесс получения диамида о-фталевой кислоты из о-ксилола в результате совмещения процесса получения фталимида с дальнейшим его превращением во фталамид. Предлагаемый способ получения фталамида осуществляли на укрупненной опытной установке в непрерывном режиме.

На чертеже представлена принципиальная технологическая схема получения диамида о-фталевой кислоты из о-ксилолэ.

Установка состоит из узла 1 подготовки сырья (сырьевые емкости, насосы, компрессоры, смесители и т.п.). контактного узла 2 (реактор из нержавеющей стали с псевдо- ожиженным организованным слоем катализатора объемом до 100 л), реактора 3 (объемом до 3000 л), узла выделения фталамида (насосы 4, 7, центрифуга 5, емкость б, сушильный агрегат 8, холодильник 9, скруббер 10) и узла 11 улавливания в регенерации аммиака. Реакция получения фталимида окислительным аммонолизом о-ксилола осуществляется в реакторе 2. Контактные газы из реактора, содержащие фталимид, аммиак, воду, воздух и С02. поступают в реактор 3, заполненный о-ксилолом. Здесь происходит взаимодействие фталимида с аммиаком и образование диамида о-фталевой кислоты:

NH-rNH3

Проведение реакции взаимодействия фталимида с аммиаком в присутствии о-ксилола позволило исключить образование в качестве побочного продукта аммонийной соли фталаминовой кислоты. Выход целевого продукта в этом случае достигал 95,0 мол.% в расчете на пропущенный о-ксилоя. Температура реакции поддерживалась в пределах 333-343 К (пример 1-4).

При проведении реакции в водной среде без использования о-ксилола наблюдает- ся образование побочного продукта (аммонийной соли фталаминовой кислоты) с выходом до 58,8 мас.% в расчете на поданный фталимид (см. табл.1).

Известно, что с целью получения N- эамещенных амидов янтарной кислоты аминоимид или имид подвергают взаимодействию с эквимолярным количеством амина или 1-3 мользквивалентом гидразина в инертном растворителе, например бензоле, ацетонитриле, с последующим выделением целевого продукта. В этом способе органические вещества (бензол, ацето- нитрил, этанол и др.) используются как

растворители полученных кристаллических продуктов с целью очистки М-замещенных амидов янтарной кислоты. В предлагаемом способе в о-ксилоле не -растворяется целе- 5 вой продукт - диамид о-фталевой кислоты, и о-ксилол используется с целью понижения концентрации воды в реакционной смеси, в результате чего предотвращается образование побочного продукта (аммонийной соли

0 фталаминовой кислоты) и способствует выпаданию в осадок целевого Продукта. Таким образом в изобретении органическое вещество (о-ксилол) в отличие от известного способа используется как среда для создания

5 интенсивного контакта между исходными реагентами, а не как растворитель.

Для осуществления реакции окислительного аммонолиза был использован катализатор, состоящий из оксидов ванадия,

0 сурьмы, висмута и хрома, нанесенных на у-оксид алюминия, мас.%: VfeOs в; ЗЬгОз 5; В120з 7; СггОз 0,4; y-AfeOs 81,6. Катализатор был синтезирован пропиткой предварительно прокалённого мелкосферического

5 у-оксида алюминия растворами солей соответствующих элементов с последующей сушкой в термостате при 363-373 К (6 ч), далее ступенчатой прокалкой в токе воздуха: при 473 К2 ч, при 573 К3 ч и при 673-723

0 К 10 ч.

Л р и м е р 1. Взято 53 кг о-ксилола, 580 кг (448,6 м3) воздуха, 85 кг (110,25 м3) аммиака, 243 кг воды при молярном соотношении . о-ксилол:воздух:аммиак:вода 1:40:10:27.

5 Загрузка катализатора 1170 см3. Состав катализатора, мас.%: VjOs 6; SteOa 5; 7; СгаОз 0,4; 81,6. Температура реакции получения фталимида 658 К. Время контакта в реакторе получения фталимида 4,5 с.

0 Температура реакции получения фталамида 333-343 К. Время пребывания в реакторе получения фталамида 1 ч.

Получено: 8,80 кг COz (выход 5,0% от теории на пропущенный о-ксилол), 77,90 кг

5 фталамида (выход 95% от теории на пропущенный о-ксилол. Тпл. ) 493 К) состава, мас.%.

Фталамид99.80

Остаток после

0 прокаливания0,03

Влажность0,17

П р и м е р 2. Взято: 53 кг о-ксилола, 435 кг (336,45м3) воздуха, 68 кг (88,2м3 аммиака, 225 кг воды при молярном соотношении о5 ксилол:воздух:аммиак:вода - 1:30:8:25. Загрузка катализатора 917,3 см . Состав катализатора тот же, как в примере 1. Температура реакции получения фталимида 668 К. Время контакта а реакторе получения

фталимида 4,3 с. Температура реакции получения фталамида 333-343 К. Время пребывания в реакторе получения фталамида 1 ч. Получено: 9,15 кг СОа (выход 5.2%),

77.74кг фталамида (выход 94,8%, Т.пл. 493,2 К) состава, мас.%:

Фталамид99,80

,Остаток послеч

прокаливания0,05

Влажность0,15

П р и м е р 3. Взято: 53 кг о-ксилола, 725 кг (560,75 м3) воздуха, 93,5 кг (121,3 м3) аммиака, 261 кг воды при молярном соотноше- нитл о-ксилол:воздух1ам1мй1Ш| ода « 1:50:11:29. Загрузка катализатора 1425,7 см3. Состав катализатора тот же, как в примере 1, Температура реакции получения фталимида 658 К. Время контакта в реакторе получения фталимида 4,7 с. Температура реакции получения фталамида 333-343 К. Время пребывания в реакторе получения фталамида 1 ч.

Получено: fO,56 кг СОа (выход 6,0%), 77,08 кг фталамида (выход 94,0%, Тпл. К) состава, мас.%:

Фталамид99,74

Остаток после

прокаливания0,06

Влажность0,20

П р и м е р 4. Взято: 53 кг о-ксилола, 870 кг (672,9 м3) воздуха, 102 кг (132,3 м3) аммиака, 270 кг воды при молярном соотношении о-ксилоп:воздух:аммиак:вода 1-60:12:30. Загрузка катализатора 1579,3 см . Состав катал изатора тот же, как в примере 1. Температура реакции получения фталимида 668 К. Врем контакта в реакторе получения фталимида 4.6 с. Температура реакции получения фталамида 333-343 К. бремя пребывания в реакторе получения фталамида 1 ч.

Получено: 11,26 кг С02 (выход 6,4%),

76.75кг фталамида (выход 93,6%, Тпл. 493,6 К состава, мас.%:

Фталамид99,71

Остаток после

прокаливания0,07

Влажность0,22

Л р и м е„р 5. Взято: 53 кг о-ксилола, 870 кг (672,9 м3) воздуха, 102 кг (132,3 м3) аммиака, 288 кг воды при молярном соотношении о-ксилола:воздух:аммиак:вода 1:60:12:32. Загрузка катализатора 1645 см3. Состав катализатора тот же, как в примере 1. Температура реакции получения фталимида 668 К. Время контакта в реакторе получения фталимида 4,7 с. Температура реакций получе- ния фталамида 333-343 К. Время пребывания в реакторе получения фталамида 1 ч.

Получено: 15,66 кг С02 (выход 8.9%), 1,46 кг аммонийной соли фталаминовой кислоты (выход 1,6%), 73,39 кг фталамида (выход 89,5%, Тпл. - 493,9 К) состава, мас.%: Фталамид99,57

Остаток после

прокаливания0,08

Влажность0,35

П р и м е р 6, Взято: S3 кг о-ксилола, 870 кг (672,9 м3) воздуха, 102 кг (132,3 м3) аммиака, 270 кг воды при молярном соотношении о-ксилол:воздух:аммиак:вода - 1-60:12:30. Загрузка катализатора 1579.3 см3. Состав катализатора тот же, как в примере 1. Тем- пература реакции получения фталимида 668 К. Время контакта в реакторе получения фталимида 4,6 с. Температура реакции получения фталамида 313-323 К. Время пребывания в реакторе получения фталамида 1 ч. Получено; 11,62 кг СОа (выход 6,6%), 1,69 кг фталимида (выход 2,3%), 74,70 кг фталамида (выход 91,1%, Тпл. 494,1 К) состава мас.%:

Фталамид99,61

Остаток после

прокаливания0,09

Влажность0,30

Пример. Взято: 53 кг о-ксилола, 870 кг (672,9 м3) воздуха, 102 кг (132,3 м3) амми- ака, 270 кг воды при молярном соотношении о-ксилол:воздух:аммиак:вода 1:60:12:30. Загрузка катализатора 1579,3 см3. Состав катализатора тот же, как в примере 1. Температура реакции получения фталимида 668 К. Время контакта в реакторе получения фталимида 4,6 с. Температура реакции получения фталамида 353-363 К. Время пребывания в реакторе получения фталамида 1 ч. Получено: 11,79 кг СОа (выход 6,7%), 1,91 кг аммонийной соли фталаминовой кислоты (выход 2,1%), 74,78 кг фталамида (выход 91,2%, Тпл. 494 К) состава, мас.%: Фталамид99,64

Остаток после

прокаливания0,08

Влажность 0,28

Примерв. Взято: 53 кг о-ксилола, 870 кг (672,9 м3) воздуха, 102 кг (132,3 м3) аммиака, 270 кг воды при молярном соотношении о-ксйлол:воздух:аммиак:вода 1:60:12:30. Загрузка катализатора 1579,3 см3. Состав катализатора тот же, как в примере 1. Температура реакции получения фталимида 668К. Время контакта в реакторе получения фталимида 4,6 с. Температура реакции получения фталамида 333-343 К. Время пребывания в реакторе фталамида 0,8 ч.

Получено: 11,44 кг С02 (выход 6,5%), 1,76 кг фталимида (выход 2,4%), 74,70 кг

фталамида (выход 91,1%, Тпл. - 494,2 К) состава, мае.%:

Фталамид99,59

Остаток после

прокаливания0,1

Влажность0,31

П ри ме р9. Взято; 53 кго-ксилола,870 кг (672,9 м воздуха, 102 кг (132,3 м3) аммиака, 270 кг воды при молярном соотношении о-ксилрл:воздух:аммиак:вода - 1-60:12:30. Загрузка катализатора 1579,3 см3. Состав катализатора тот же, как в примере 1. Температура реакции получения фталимида 668К. Время контакта в реакторе получения фталимида 4,6 с. Температура реакции пол- учения фталамида 333-343 К. Время пребывания в реакторе получения фталамида 1,2 ч.- -. .

Получено: 11,79 кг СОа (выход 6,7%). 2,37 кг аммонийной соли фталаминовой кис- лоты (выход 2,6%), 74,37 кг фталамиДа (выход 90,7%, Тпл. 494,4 К) состава, мас.%: Фталамид99,57

Остаток после

прокаливания0,1

Влажность0,33

Отклонения от оптимального состава катализатора, а также изменение найденных условий проведения реакции (уменьшение и увеличение температуры, времени контакта, воздуха, аммиака и воды) приводят к ухудшению показателей процесса пол- учения фталимида. Из этих исходных факторов только увеличение количества воды (пример 5) непосредственно влияе иа процесс получения фталамида и благоприятствует образованию побочного продукта

-аммонийной соли фталаминовой кислоты. Как видно из приведенных примеров, изменение найденных условий проведения реак- ции (уменьшение и увеличение температуры

-примеры 6,7, времени пребывания - при1 меры 8,9) отрицательно сказываются на показателях процесса получения фталамида.

В известном способе процесс полуйе- }ния фталимида состоит из двух стадий: сйн- теза фталевого ангидрида из о-ксилола на УаОб-ТЮг катализатора с выходом 87% и проведения аммонолиза полученного ангидрида с целью получения фталимида с вы- ходом 98,5%. Учитывая вышеизложенное, выхоД фталимида на исходный о-ксилол составляет 85,7 мол.%. Полученный фталимид в предлагаемом способе в среде смеси о- ксилола с водой полностью превращается во фталамид, в результате чего выход последнего также составляет на исходный о- ксилол 85,7 мол.%.

Пример 10. Получение фталамида через фталевый ангидрид.

Iстадия - окисление о-ксилола.

Взято 53 г о-ксилрла, катализатор VjOsТоЮ2. v.,:;/ . - .

Получено 64,38 г фталевого ангидрида, что соответствует выходу 87 мол.% на пропущенный о-ксйЛОлГ ч

I1стадия - йммЬ нбЛйз фталевогд ангидрида. s;- -. :- - ..- . . ,

Взято 64,38 г фталевого ангидрида. Молярное соотношение фталевый ангид- рид:МНз-1:1. , ;

Получено 62, г фталимида, что соответствует выходу 98,5 мол.% на подаваемый фталевый ангидрид.

IIIстадия - взаимодействие фталимида с аммиаком в среде о-ксилола (предлагаемый способ).

Взято 62,99 фталимида.

Получено 70,27 г фталамида, что соответствует выходу 100 мол.% на подаваемый фталимид.

Таким образом, при использовании способа получения фталамида через фталевый ангидрид даже с применением на III стадии предлагаемого способа выход фталамида составляет 85,7 мол.% на пропущенный о- ксилол (пример 10). Использование же в Hi стадии получения фталамида из фталимида по прототипу в водной среде (при этом выход фталамида составляет 75,3% от теории, считая на фталимид) снижает выход фталамида до 64,5 мол.% на пропущенный о-ксилол. : - - ;-: -:-.:. А- ... V ..--.. .,.

Физико-химические Константы и ИК- спектры фталамида свидетельствуют о его чистоте. . - --.- - :

Приведенные данные свидетельствуют о существенных преимуществах предлагаемого способа получения диамида о-фталевой кислоты в сравнении с прототипом; выход фталамида на исходный о-ксилол составляет 93,6-95 мол.% против 64,5, а на фталимид - 100 мол.% против 75,3, содержание основного вещества 99,71-99,80 мае. % против 98,6. остаток после (Прокаливания 0,03-0,07 мас.% против 0,1.

В табл.2 приводятся сравнительные данНые получения фталамида из о-ксилола в среде о-ксилола (заполнение реактора 3 схемы о-ксилолом) и водной среде (заполнение реактора 3 только водой) на укрупненной опытной установке.

Как видно из данных табл.2, при сравнении получения диамида о-фталевой кислоты из о-ксилола в среде й-ксилола выход фталамида составляет 95% от теории на пропущенный о-ксилол с чистотой 99,80 мас.% (предлагаемый способ), а в водной среде его выход составляет 71,7% от теории на пропущенный о-ксилол с чистотой 99,40 мас.% (в соответствии с прототипом).

Таким образом, получение фталамида из о-ксилол а по предлагаемому методу позволяет получать фталамид высокой степени чистоты и с выходом 95 мол.%, процесс протекает непрерывно из о-ксилола, минуя стадию получения фталевого ангидрида, что в конечном счете приводит к снижению себестоимости целевого продукта. Полученный продукт не требует специальной очистки, Взаимодействие аммиака с фтали- ми дом в среде смеси о-ксилола с водой дает возможность избежать протекания вторичных реакций превращения фталамида в аммонийную соль фталамиыовой кислоты. Предлагаемый способ дает возможность создать непрерывный технологический процесс получения диамида о-фталевой кислоты из с ксилола в результате совмещения процесса получения фталимида из о-ксилола и дальнейшим его аммонолизом в среде

о-ксилола при исходных молярных соотношениях о-ксилол:воздух:аммиак:вода - 1:30-60 :{8-12/ 25-30.

Формула изобретения

чj

Способ получения фталамида с использованием окисления о-ксилола на окисном ванадийсодержащем катализаторе и обработки полученного фталимида водным аммиаком, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода и качества целевого продукта, окисления о-ксилола ведут присутствии аммиака и водного пара при

температуре 658-668 К, молярном соотношении о-ксилол:воздух;аммиак:вода, равном 1:30-60:8-12:25-30, на окисном ванадийсодержащем катализаторе, имеющем состав, мас,%: VjOs 6: SbaOa 5; ВаОз 7;

СгаОз 0,4; у -АЬОз 81.6, с последующим взаимодействием полученного фталимида с аммиаком в среде о-ксилола при 333-343 К.

Сущность изобретения: Продукт - фта- ламид, т.пл. 493 К. Реагент 1: о-ксилол. Условия реакции: о-океилол окисляют в присутствии МНз и водяного пара при 658- 668 К, молярном соотношении о-ксилол: воздух:ЫНз:Н20 1:(30-60):(8-12):(25-30) на окисном ванадийсодержащем катализаторе состава, мас.%: VaOs 6; ЗЬаОз 5; BlaOa 7; СггОз 0,4; у-А10з 81,6, с последующим4 взаимодействием полученного фталамида с МНэ в среде о-оксилола при 333-343 К. 2 табл., 1 ил. / С га 31 I оо

Взаимодействие фталимида с аммиаком в водном растворе. Исходная концентрация фталимида 10 мае. %

25

Таблица 1

Подано

ГЬлучено фтэламида

I в среде о-ксилола «одной среде

| (предлагаемый)I(прототип)

1 -

г

.

г

77,90 кг фталамидэ (выход 95t от теории на пропущенный о-ксилол, Тм . 1.93 К) состава, нас. fc: фталамид 99 80 остаток теле прокаливания 0,03 влажность 0,17

кг фталамидэ (выход 94.8, V, 493.Z К) состава, мас.%: Фтвламид 39,80 остаток после прокаливания 0,05 влажность 0,15

57,40 кг фтвланида (выход 70% от теории на пропущенный о-ксилол, Т„, . 495 К) ; состава, нас.: фт яамид 99,4 остаток после npetu- ливамия 0,1 влажность 0,5

58,79 кг фталанида (выкод 71,7. Т.,- - 494,8 К) состава, мзсД: - фталамид 99,42 остаток после прокаливания 0,09 влажность 0,49

Q2Z3-

Таблица

ГЬлучено фтэламида

57,40 кг фтвланида (выход 70% от теории на пропущенный о-ксилол, Т„, . 495 К) ; состава, нас.: фт яамид 99,4 остаток после npetu- ливамия 0,1 влажность 0,5

58,79 кг фталанида (выкод 71,7. Т.,- - 494,8 К) состава, мзсД: - фталамид 99,42 остаток после прокаливания 0,09 влажность 0,49

. Сброс .

п ад.с%;