способ получения диамида терефталевой кислоты

Формула изобретения

Способ получения диамида терефталевой кислоты взаимодействием стехиометрических количеств кислоты и мочевины, отличающийся тем, что взаимодействие исходных реагентов осуществляют в твердой фазе при интенсивном перемешивании и одновременном растирании при температуре 180-240°С и давлении, создаваемом продуктами разложения мочевины, равном 5-15 кг/см², в течение времени, определяемого с момента начала реакции взаимодействия кислоты и мочевины, а именно с момента достижения заданных значений температуры и давления до момента самопроизвольного падения давления реакции с последующим выдерживанием реакционной смеси в течение 1-3 ч.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области получения диамидов дикарбоновых кислот, находящих применение в производстве полимеров, а именно к способу получения диамида терефталевой кислоты.

Известен способ получения амидов жирного и жирно-ароматического рядов, заключающийся во взаимодействии кислоты с цианоамидом в растворе ортоксилола при 130-140°C или в отсутствие растворителя при 200°C. Выход амидов 70-80%. Продукт реакции выделяется двойной перекристаллизацией из хлороформа и метанола. Способ позволяет получать амиды в широком диапазоне кислот, в том числе при взаимодействии с галоидзамещенными кислотами [АС СССР № 141150].

Недостатком известного способа является сложность выделения амида, невысокий выход целевого продукта.

Известен способ получения амидов карбоновых кислот, заключающийся в нагревании карбоновых кислот с сульфамидом при температуре 110-120°C в среде пиридина. Недостатком способа является использование дефицитного сырья и токсичного растворителя [аналог АС СССР № 182133].

Известен способ получения амидов нагреванием карбоновых кислот с сульфаминовой кислотой при 50-100°C в присутствии олеума (2-40% SO₃). Амид карбоновой кислоты выделяют разбавлением реакционной массы водой [АС СССР № 182133]. Недостатком известного способа является относительно невысокий выход амида, необходимость в дополнительных стадиях очистки амида от побочных продуктов синтеза.

В промышленности амиды синтезируют взаимодействием кислот или чаще их хлорангидридов, эфиров с NH₃ (аммонолиз) либо амином (аминолиз). Еще один промышленный способ - неполный гидролиз нитрилов в присутствии H₂SO₄ или меди [«Амиды карбоновых кислот»: Бюлер К., Пирсон Д., Органические синтезы, пер. с англ., ч.2, М., 1973, с.384-430; Органикум, пер. с нем., т.2, М., 1979, с.84-99; Общая органическая химия, пер. с англ., т.4, М., 1983, с.388-536; Kirk-Othmer encyclopedia, 3 ed., v.2, N.Y.-[a.o.], 1978, p.252-59. H.K. Садовая], или в присутствии никелевых катализаторов [Kenichf Watanabe, Bull. Chem. Soc. Japan 37 (9) 1325-9 (1946); vgl. C.A. Vol.62 (1965) 2735; Патент GB № 829251].

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения диамидов дикарбоновых кислот, по которому взаимодействие дикарбоновой кислоты с мочевиной ведут в среде хлорсульфоновой кислоты или олеума с содержанием 10-65 вес.% SO₃ [SU № 638253]. При высоком выходе (до 100%) диамида существенным недостатком способа является использование агрессивных реагентов и большое количество отходов в виде низко концентрированных водных растворов кислот.

Задачей заявляемого изобретения является разработка простого одностадийного способа получения диамида терефталевой кислоты.

Технический результат при использовании изобретения выражается в возможности достижения высокого выхода диамида при его высоком качестве без использования агрессивных реагентов и в исключении дополнительных отходов.

Вышеуказанный технический результат достигается способом получения диамида терефталевой кислоты взаимодействием терефталевой кислоты и мочевины при их стехиометрическом соотношении, особенность которого заключается в том, что взаимодействие исходных реагентов осуществляют в твердой фазе при интенсивном перемешивании и одновременном растирании при нагревании до температуры 180-240°C и давлении, создаваемом продуктами разложения мочевины, равном 5-15 кг/см ², в течение времени, определяемого с момента начала реакции взаимодействия, а именно с момента достижения заданных значений температуры и давления до момента самопроизвольного падения давления реакции, с последующим выдерживанием реакционной смеси в течение 1-3 часов.

При нагревании до 150°C и выше мочевина последовательно превращается в NH₄NCO, NH ₃, CO₂, биурет, циануровую кислоту [И.Л.Кнунянц, Химическая энциклопедия, том 3]. Продукты разложения содержат необходимый для синтеза аммиак, также вещества, способные связывать образующуюся воду с образованием углекислого газа.

Способ подтверждается следующими примерами.

Пример 1 (при мольном соотношении ТФК и мочевины, равном 1:2)

Реактор синтеза диамида терефталевой кислоты представляет собой горизонтальный цилиндрический аппарат емкостью 5 л. Реактор изготовлен из нержавеющей стали, снабжен мешалкой и рубашкой теплообмена. Кроме того, циркуляционный контур теплоносителя включает теплообменник для охлаждения теплоносителя. Мешалка обеспечивает перемешивание исходных реагентов с одновременным их растиранием.

В реактор синтеза диамида ТФК загружают 500 г ТФК и 364 г мочевины. Включают нагрев и мешалку. При температуре 150°C происходит плавление и разложение мочевины с выделением в зону реакции газа, вследствие чего в реакторе происходит увеличение давления. При достижении температуры 180°C давление увеличивается до 5 кг/см². Увеличение давления выше заданного значения предотвращают стравливанием газовой фазы. Процесс продолжают до окончания реакции, о чем судят по самопроизвольному падению давления. Время синтеза при заданных значениях температуры и давления составило 2 ч. По окончании реакции производят выдержку при работающей мешалке в течение 2 часов. После полного охлаждения реактор открывают, и полученный диамид выгружают. Диамид терефталевой кислоты получают в виде порошка. Диамид промывают теплой водой - для отмывки от побочных продуктов. Выход продукта 70%, с чистотой 93%.

Пример 2

В условиях примера 1 температуру в реакторе повышают до 220°C. При этом давление в реакторе, за счет выделяющихся в результате разложения мочевины газов, увеличивается до 10 кг/см². При заданных параметрах давления и температуры, процесс продолжают в течение 1,5 часа. При увеличении давления выше заданного значения производят стравливание газовой фазы. По окончании реакции, о чем судят по падению давления, проводят выдержку при работающей мешалке в течение 3 часов. После полного охлаждения реактор открывают, полученный диамид в виде порошка выгружают. Промывают теплой водой, для отмывки от побочных продуктов. Выход продукта 99%, с чистотой 98%.

Пример 3

В условиях примера 1 температуру в реакторе повышают до 230°C, при этом давление увеличивается до 12 кг/см². Процесс продолжают в течение одного часа. При увеличении давления выше 12 кг/см³ производят стравливание газовой фазы. По окончании реакции, о чем судят по самопроизвольному падению давления, производят выдержку при работающей мешалке в течение 3 часов. После полного охлаждения реактор открывают, полученный диамид в виде порошка выгружают. Промывают теплой водой, для отмывки от побочных продуктов. Выход продукта составляет 90%, с чистотой 95%.

Пример 4.

В условиях примера 1 синтез диамида терефталевой кислоты проводят при температуре 240°C. Давление - 15 кг/см ². Процесс продолжают в течение одного часа. При увеличении давления выше 15 кг/см³ производят стравливание газовой фазы. По окончании реакции, о чем судят по падению давления, производят выдержку при работающей мешалке в течение 3 часов. Промывают теплой водой, для отмывки от побочных продуктов. Выход продукта 80%, с чистотой 95%.

Пример 5.

В реактор синтеза диамида ТФК загружается 500 г ТФК и 364 г мочевины. Включают перемешивание и нагрев. При достижении температуры 220°C давление увеличивается до 10 кг/см². При заданных значениях давления и температуры процесс продолжают в течение 1,5 часов. При увеличении давления выше 10 кг/см³ производят стравливание газовой фазы. По окончании реакции, о чем судят по падению давления, производят выдержку при работающей мешалке в течение 3 часов. После полного охлаждения реактор открывают, полученный диамид в виде порошка выгружают. Промывают теплой водой, для отмывки от побочных продуктов. Выход продукта 90%, с чистотой 99%.

Пример 6 (соотношение ТФК:мочевина 1:1)

В реактор синтеза диамида ТФК загружается 500 г ТФК и 182 г мочевины. Включают перемешивание и нагрев. При температуре 150°C происходит плавление и разложение мочевины с выделением в зону реакции газа, вследствие чего происходит увеличение давления. При достижении температуры 230°C давление достигает до 10 кг/см². При зафиксированных значениях давления и температуры процесс продолжают в течение 1,5 часов. При увеличении давления выше 10 кг/см³ производят стравливание газовой фазы вручную через арматуру в систему адсорбции. По окончании реакции, о чем судят по падению давления, производят выдержку при работающей мешалке в течение 2 часов. После полного охлаждения реактор открывают, полученный диамид в виде порошка выгружают. Промывают теплой водой, для отмывки от побочных продуктов. Выход продукта 43%, с чистотой 90%.

Пример 7 (соотношение ТФК: мочевина 1:1,5)

В реактор синтеза диамида ТФК загружается 500 г ТФК и 273 г мочевины. Включают перемешивание и нагрев. При температуре 140-150°C происходит плавление и разложение мочевины с выделением в зону реакции газа, вследствие чего происходит увеличение давления. При достижении температуры 220°C давление достигает до 10 кг/см². При зафиксированных значениях давления и температуры процесс продолжают в течение 2 часов. При увеличении давления выше 10 кг/см³ производят стравливание газовой фазы. По окончании реакции, о чем судят по падению давления, производят выдержку при работающей мешалке в течение 2 часов. После полного охлаждения реактор открывают, и полученный диамид в виде порошка выгружают. Промывают теплой водой, для отмывки от побочных продуктов. Выход продукта 57%, с чистотой 93%.