Спосіб синтезу дійодметил-п-толілсульфону

Изобретение относится к области химии и химической технологии, а именно к способу синтеза органического сульфйодидного вещества - дийодметил-п-толилсульфона. Известны способы синтеза дийодметил-п-толилсульфона по реакции взаимодействия п-толилсульфонилуксусной кислоты с молекулярным йодом в щелочной среде: при pH 3 - 6 (в водном растворе аммиака) при температуре 15°C [1] и 5%-ном растворе гидроксида натрия при температуре 10°C [2]. Выход целевого продукта не превышает 80% от теоретического. Общими признаками заявляемого способа и известных аналогов является взаимодействие п-толилсульфонилуксусной кислоты с молекулярным йодом. Получение требуемого технического результата при использовании известных аналогов невозможно в связи с тем, что указанные способы проводят с использованием буферных щелочных смесей - водно-аммиачный раствор - уксусная кислота до строго заданных значений pH щелочных растворов. Недостатком известных способов синтеза дийодметил-п-толилсульфона является проведение процессов в слабощелочной среде при температуре 10 - 15pH, что не повышает выхода целевого продукта вследствие неполного завершения окислительно-восстановительной реакции при декарбоксилировании карбоксильной группы птолилсульфонилуксусной кислоты. Известен способ синтеза дийодметил-п-толилсульфона, заключающийся в том, что названный выше продукт, синтезируют взаимодействием п-толилсульфонилуксусной кислоты с полухлористым йодом (ICl) в водном 50% - ном растворе гидроксида натрия при температуре 40°C в течение 4 - х часов. Выход конечного продукта составляет 76% от теоретического [3]. Общими признаками заявляемого способа и известного аналога является взаимодействие натриевой соли птолилсульфонилуксусной кислоты в 50%- н ом растворе гидроксида натрия. Недостатком известного способа синтеза дийодметил-п-толилсульфона является проведение процесса в сильнощелочной среде при температуре 40°C с использованием предварительно получаемого полухлористого йода, что также не повышает выхода конечного продукта. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является известный способ синтеза дийодметил-птолилсульфона, включающий получение натриевой соли п-толуолсульфмтокислоты, п-толилсульфонилуксусной кислоты и целевого продукта - дийодметил-п-толилсульфона [4]. В способе п-толилсульфонилуксусную кислоту обрабатывают 17 - 20% ным водным раствором гидроксида натрия при температуре 4 - 5°C с молекулярным йодом в течение 1,0 - 1,5 часа с последующей выдержкой при комнатной температуре в течение еще 1,5 часа. Стадию синтеза п-толилсульфонилуксусной кислоты взаимодействием п-толуолсульфитокислоты с монохлоруксусиой кислотой проводят в аппарате с рубашкой при подаче в рубашку пара и достижении температуры реакционной массы 100°C. Реакцию проводят в течение 4-х часов. При этом весь процесс проводят в присутствии в качестве катализатора четвертичной аммониевой соли, например, бензилтриэтиламмоний хлорид или тетрабутиламмоний йодид. Выход целевого продукта составляет 97 - 100%, температура плавления 148°C. Для прототипа и заявляемого способа общими являются следующие существенные признаки: получение натриевой соли п-толуолсульфитокислоты, п-толилсульфонилуксусной кислоты и целевого продукта -дийодметил-п-толилсульфона. Получение требуемого технического результата при использовании прототипа невозможно потому, что реакция взаимодействия п-толуолсульфохлорида с сульфитом натрия проходит на границе раздела фаз: толуольный раствор птолуолсульфохлорида и водный раствор сульфита натрия и вследствие гидролиза п-толуолсульфохлорида снижается выход натриевой соли п-толуолсульфитокислоты. Наличие катализатора приводит к повышению концентрации неорганических солей в стадии синтеза дийодметил-п-толилсульфона, что в известной степени способствует загрязнению целевого продукта и повышению его себестоимости. Проведение стадии синтеза п-толилсульфонилуксусной кислоты при температуре 100°C в течение 4 - х часов приводит к излишним энергетическим расходам. Использование толуола как растворителя птолуолсульфохлорида в конечном итоге способствует снижению выхода конечного продукта на последней стадии процесса. В основу изобретения поставлена задача создать такой способ синтеза дийодметил-п-толилсульфона, в котором за счет проведения процесса в водорастворимом органическом растворителе с последующей его отгонкой после окончания процесса обеспечивается максимальная конверсия до 100% исходных веществ на каждой стадии технологического процесса, получение целевого продукта без образования побочных токсичных или ядовитых веществ с обеспечением экологической чистоты как отдельных стадий, так и всего процесса в целом при минимальных энергетических и технологических затратах, а также упрощение технологического процесса, сокращение расхода исходных веществ и времени проведения технологического цикла. Поставленная задача решается тем, что в способе синтеза дийодметил-п-толилсульфона, включающем получение натриевой соли п-толуолсульфитокислоты, п-толилсульфонилуксусной кислоты и целевого продукта - дийодметил-птолилсульфона, согласно изобретению процесс получения натриевой соли п-толуолсульфитокислоты проводят в водорастворимом органическом растворителе с последующей его отгонкой после окончания процесса и возвратом в технологический цикл, а получение п-толилсульфонилуксусной кислоты проводят при температуре 70 - 75°C с течение 2 - х часов. Кроме того, в качестве водорастворимого органического растворителя используют ацетон, диоксан или диметилсульфоксид. От прототипа заявляемое изобретение отличается тем, что процесс получения натриевой соли п-толуолсульфитокислоты проводят в водорастворимом органическом растворителе с последующей его отгонкой после окончания процесса и возвратом в технологический цикл, а получение п-толилсульфонилуксусной кислоты проводят при температуре 70 - 75°C в течение 2 - х часов. Кроме того, в качестве водорастворимого органического растворителя используют ацетон, диоксан или диметилсульфоксид. В результате использования заявляемого изобретения обеспечивается получение технического результата, заключающегося в максимальной конверсии (до 100%) исходных веществ на каждой стадии технологического процесса, получение целевого продукта без образования побочных токсичных или ядовитых веществ с обеспечением экологической чистоты как отдельных стадий, так и всего процесса в целом при минимальных энергетических и технологических затратах. Между существенными признаками заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь. В заявляемом способе синтеза дийодметил-п-толилсульфона все основные три технологические стадии процесса проводят при умеренных или пониженных температурах, что обеспечивает малую энергоемкость процесса, а использование водорастворимого органического растворителя, например, ацетона позволяет получить максимальную конверсию (до 100%) п-толуолсульфохлорида в п-толуолсульфитокислоту, упростить технологический процесс в отношении технологического оборудования, так как отпадает необходимость в разделительном (флорентийском) сосуде для отделения органического слоя от водного и осушки органического растворителя (толуола). Используемый в данном изобретении водорастворимый органический растворитель, например, ацетон отгоняется из реактора и без дополнительных операций по осушке снова направляется в технологический процесс. Кроме того, замена толуола как растворителя п-толуолсульфохлорида, не смешивающегося с водой на ацетон, который неограниченно смешивается с водой, позволяет провести процесс в микрогетерогенной среде за более короткий промежуток времени и получить натриевую соль п-толуолсульфитокислоты в виде мелкодисперсного осадка практически со 100% - ным превращением п-толуолсульфохлорида в натриевую соль птолуолсульфитокислоты, что позволяет повысить выход конечного продукта - дийодметил-п-толилсульфона на последней стадии при взаимодействии п-толилсульфонилуксусной кислоты с молекулярным йодом. Отличительные существенные признаки заявляемого способа позволяют не только ускорить процесс в целом, но и довести выходы целевых продуктов на каждой стадии до 100% от теоретически возможного, что в конечном счете приводит к повышению выхода дийодметил-п-толилсульфона. На чертеже (фиг.) изображена установка для проведения способа синтеза дийодметил-п-толилсульфона, общий вид. Установка включает реактор синтеза п-толуолсульфитокислоты и п-толилсульфонилуксусной кислоты 1, снабженный прямым и обратным холодильником 2, мерник раствора п-толуолсульфохлорида (ПТСХ) в ацетоне 3, быстроходную мешалку 4, приемник отгона ацетона 5, реактор синтеза дийодметил-п-толилсульфона 6, друк-фильтр 7, емкость для щелочного раствора 8, холодильная установка 9, приемник маточника 10, фильтр 11. Заявляемый способ синтеза дийодметил-п-толилсульфона осуществляют следующим образом. Технологический процесс состоит из трех основных стадий синтеза: 1. Получение натриевой соли п-толуолсульфитокислоты 2. Получение п-толилсульфонилуксусной кислоты t = 85 - 90°C 3. Получение дийодметил-п-толилсульфона а также вспомогательных операций: растворение ПТСХ в ацетоне, отгонка ацетона, фильтрация дийодметил-птолилсульфона, промывка на фильтре, перекристаллизация и сушка. Способ синтеза дийодметил-п-толилсульфона осуществляют следующим образом. Пример. На первой стадии получения натриевой соли п-толуолсульфитокислоты в эмалированный (или из нержавеющей стали) реактор 1 объемом 20л загружают через загрузочный люк реактора 10,5л обессоленной воды, включают мешалку (на 60об/мин) и загружают 0,74кг сульфита натрия и 0,98кг гидрокарбоната натрия. Перемешивание продолжают до полного растворения солей в течение 0,5 часа. Для ускорения растворения солей подогревают до 40 - 45°C. Затем из мерника 3 (при интенсивном перемешивании до 1500об/мин) загружают раствор п-толуолсульфохлорида (ПТСХ) - 1,12кг в водорастворимом органическом растворителе, например, в ацетоне 7,0л со скоростью 3,5л/час в течение 4 - х часов при комнатной температуре. Далее на второй стадии процесс получения п-толилсульфонилуксусной кислоты проводят в этом же растворе 1. Расчетное количество монохлоруксусной кислоты (0,56кг) в виде водного раствора (воды 5л) через мерник 3 подают непрерывно со скоростью 5л/час в реакционную смесь, нагретую до 70 - 75°C. Холодильник 2 работает как прямой для отгонки ацетона и его сбора в приемник 5 за 2 часа. Затем в третьей стадии получения дийодметил-п-толилсульфона водный раствор п-толилсульфонилуксусной кислоты насосом перекачивают в реактор 6 для синтеза дийодметил-п-толилсульфона, емкостью 100л из нержавеющей стали или эмалированной. Реакционную смесь, содержащую 1,26кг п-толилсульфонилуксусной кислоты, 50л воды и 4,1кг гидроксида натрия. Раствор гидроксида натрия готовят в смесителе 8 и через фильтр 11 насосом закачивают в реактор 6 и охлаждают до температуры 4 - 5°C. Предварительно измельченный кристаллический йод (2,8кг) загружают порциями через загрузочный люк реактора 6 с такой скоростью, чтобы температура реакционной смеси не поднималась выше +5°C. Реакционную смесь выдерживают при 4 - 5°C при интенсивном перемешивании в течение 1 - 1,5 часов и еще 1,5 часа при комнатной температуре. Затем через нижний спуск реактора 6 реакционную смесь сливают на друг-фильтр 7. Полученный продукт хорошо промывают на фильтре сначала водопроводной водой, затем обессоленной (дистиллированной) до нейтральной реакции pH 7 по универсальному индикату, и в конце 10% - ным раствором тиосульфата натрия (1 - 1,5л) или сульфита натрия для удаления следов непрореагировавшего йода. Сушку сырого продукта осуществляют в вакуум-сушильном шкафу при 65 - 70°C или в потоке нагретого до 80 - 90°C воздуха прямо на друк-фильтре. Выход целевого продукта - дийодметил-п-толилсульфона составляет 98 - 100% от теоретического. При необходимости производят очистку дийодметил-п-толилсульфона перекристаллизацией из бутанола. Характеристика дийодметил-п-толилсульфона: Эмпирическая формула - C8H8SO2I 2 Структурная формула По внешнему виду дийодметил-п-толилсульфон - кристаллический продукт светло-желтого цвета без запаха с температурой плавления 148°C. Физико-химические свойства дийодметил-п-толилсульфона: Молекулярная масса - 418 Содержание йода, % - 60,76 (вычислено) - 60,75 (найдено). При использовании заявляемого изобретения обеспечивается максимальная конверсия (до 100%) исходных веществ на каждой стадии, получение целевого продукта без образования побочных токсичных или ядовитых веществ и сокращение времени всего технологического процесса в 1,5 - 2,0 раза, рециркуляция водорастворимого органического растворителя при минимальных энергетических и технологических затратах, отсутствие экологически загрязняющих выбросов в водный и воздушный бассейны.