Спосіб одержання амонійної солі ароматичної карбонової кислоти

Даний винахід стосується способу одержання амонійних солей ароматичних карбонових кислот, зокрема бензойної кислоти. Відомо, що амонійні солі ароматичних карбонових кислот можуть бути одержані введенням газоподібного аміаку в розчин ароматичної карбонової кислоти в апротонному розчиннику. DE 1115729 описує спосіб, у якому як розчинник застосовується диметилформамід. US 2220692 описує спосіб одержання мигдальнокислого амонію, який включає обробку дисперсії мигдальної кислоти в безводному бензолі аміаком. DE 2005514 описує спосіб одержання тіолсульфінатів окисненням епісульфідів з використанням органічної надкислоти, зокрема надбензойної кислоти, і осадження кислоти, яка одержується як побічний продукт, введенням сухого аміаку у вигляді солі амонію. Осадження вимагає низької температури від -50 до -30°С. Zh. Prikl. Khim. Том 63, No.6, стор. 1425-1428 описує спосіб одержання ізобутирату амонію реакцією ізомасляної кислоти з аміаком в ізопентані. Однак вплив тиску аміаку досліджено тільки відносно початкової швидкості утворення ізобутирату амонію. Хоча наведені способи приводять до одержання кристалічних солей амонію, розподіл кристалів за розміром широкий, а розмір кристалів некерований. Виходи, яких досягають, є незадовільними. Ціллю даного винаходу є забезпечення способу одержання амонійних солей ароматичних карбонових кислот, який, у випадку застосування стехіометричних кількостей компонентів реакції, приводить до одержання, в основному з кількісним виходом, кристалів певного розміру, які мають вузький розподіл за розміром. Нами було знайдено, що зазначена ціль досягається способом одержання амонійних солей ароматичних карбонових кислот реакцією ароматичної карбонової кислоти з аміаком в апротонному розчиннику, який включає проведення реакції в закритій посудині шляхом безперервного введення розчину ароматичної карбонової кислоти в апротонному розчиннику і пропускання газоподібного аміаку так, щоб у газовому просторі посудини підтримувався парціальний тиск аміаку в діапазоні від 0,1 до 3 бар, і виведення суспензії амонійної солі в апротонному розчиннику. Прийнятні ароматичні карбонові кислоти включають ті, які мають, принаймні, одне бензольне кільце і карбоксильну групу, безпосередньо приєднану до бензольного кільця або через С 1-С4-алкіленовий ланцюг. Бензольне кільце і алкіленовий ланцюг можуть бути незаміщеними або заміщеними одним - трьома замісниками, вибраними із групи, яка включає С1-С4-алкіл, гідроксил, С1-С4-алкокси, галоген і нітро. Приклади прийнятних ароматичних карбонових кислот включають 2-фуранкарбонову кислоту, 3фуранкарбонову кислоту, 2-піридинкарбонову кислоту, 3-піридинкарбонову кислоту і 4-піридинкарбонову кислоту. Спосіб згідно з даним винаходом особливо прийнятний для перетворення бензойної кислоти. Розчинник, який застосовують згідно з даним винаходом, є апротонним (тобто він не має кислих атомів водню). Прийнятні апротонні розчинники включають аліфатичні вуглеводні, такі як пентан, гексан, гептан, циклогексан, метилциклогексан або комерційно доступні суміші аліфатичних вуглеводнів, такі як деякі фракції нафтопродуктів; ароматичні вуглеводні, такі як бензол, толуол, ксилол або комерційно доступні суміші ароматичних вуглеводнів, наприклад Solvesso®150; галогеновані аліфатичні вуглеводні, такі як дихлорметан, трихлорметан, 1,2-дихлоретан, 1,2-дихлорпропан, 1,1,2-трихлоретан, трихлоретилен; галогеновані ароматичні вуглеводні, такі як хлорбензол; ефіри, такі як діетиловий ефір, диметиловий ефір етиленгліколю, диметиловий ефір діетиленгліколю, діізопропіловий ефір, тетрагідрофуран, діоксан; кетони, такі як ацетон, метил-mpem-бутилкетон, метил ізобутилкетон або метилетилкетон; диметилформамід, диметилсульфоксид, сульфолан і аліфатичні або ароматичні нітрили, такі як ацетонітрил або бензонітрил. Зазначені розчинники можуть застосовуватися окремо або у вигляді сумішей. Перевага надається 1,2дихлоретану і 1,2-дихлорпропану, і особлива перевага надається 1,2-дихлоретану. Придатні реакційні посудини для способу згідно з даним винаходом включають звичайні реактори, переважно зі зворотним перемішуванням, такі як реактори, які перемішуються, циркуляційні реактори, реакційні апарати з мішалкою і т.п. Реакційна посудина переважно оснащена перемішуючим елементом, переважно таким, який забезпечує гарний розподіл газу в рідині, наприклад дискова мішалка або самоаспіраційна мішалка. Реакційну посудину наповнюють розчином ароматичної карбонової кислоти в апротонному розчиннику. Цей розчин може подаватися нижче або вище поверхні рідини реакційної суміші, яка знаходиться в посудині. Газоподібний аміак подають у реакційну посудину так, щоб у газовому просторі посудини підтримувався парціальний тиск аміаку в діапазоні від 0,1 до 3бар, переважно від 0,1 до 1бар. Парціальний тиск аміаку звичайно визначають як різницю загального тиску в реакційній посудині мінус тиск системи, який в основному визначають тиском пари розчинника при температурі реакції. Тиск системи може бути досить точно визначений шляхом введення вибраного розчинника в реакційну посудину, нагрівання реакційної посудини до температури реакції та визначення тиску в реакційній посудині, що відповідає тиску системи. Якщо аміак вводять у реакційну посудину, підвищення тиску щодо тиску системи відповідає парціальному тиску аміаку. Якщо спосіб відповідно до винаходу виконують при постійній температурі, то певний парціальний тиск аміаку може підтримуватися шляхом контролювання загального тиску в реакційній посудині й додавання аміаку таким чином, щоб загальний тиск залишався постійним. Вимірювання тиску і контроль введення аміаку переважно автоматизовані. Загальний тиск (абсолютний тиск) становить переважно від 1 до 7бар, особливо від 1,1 до 6бар. Аміак переважно вводять у посудину нижче поверхні рідини. Перевага надається безперервному видаленню газу з газового простору посудини, змішуванню його зі свіжим аміаком і подачі його назад у посудину. Така процедура забезпечує оптимальне перетворення аміаку. Суспензію амонійної солі виводять із реакційної посудини, переважно з основи. Виведення суспензії переважно виконують безупинно і переважно таким чином, щоб рівень рідини або кількість рідини в посудині залишалися постійними. Виведена суспензія може бути подана безпосередньо або після проходження через теплообмінник на наступні стадії реакції. Залишковий вміст ароматичної карбонової кислоти, який може бути визначений, наприклад, за допомогою високоефективної рідинної хроматографії (ВЕРХ), становить звичайно менше ніж 1000ррт, в основному менше ніж 200ррт. Якщо необхідно, сіль амонію може бути відділена від розчинника загальноприйнятими методами розділення, наприклад фільтруванням або центрифугуванням. Видалений розчинник може бути повернутий у реакційний процес. У способі відповідно до винаходу в основному присутня низька концентрація аміаку й ароматичної карбонової кислоти в рідкій фазі і відповідно швидкість зародження центрів кристалізації є низкою. Це є причиною того, що ароматична карбонова кислота і аміак вступають у реакцію в присутності кристалів солі амонію, що попередньо утворилися, які слугують затравними кристалами. Тому, спосіб відповідно до винаходу на відміну від способів попереднього рівня техніки, не ґрунтується на самочинній кристалізації, яка зазвичай приводить до дуже широкого розподілу кристалів за розмірами. Температуру в реакційній посудині переважно підтримують постійною. Оптимальна температура реакції являє собою функцію розчинності амонійної солі у розчиннику, який застосовують. Високі температури збільшують розчинність солі амонію і тому сприяють росту кристалів, а також ведуть до формування більш міцного агломерату та, протягом охолодження, до осадження дрібнокристалічного матеріалу. При низьких температурах, розчинність солі амонію занадто низька так, що створюється високе перенасичення, і відповідно утворюються тільки дуже дрібні кристали. Перевага надається вибору такої температури, при якій розчинність ароматичної карбонової кислоти в розчині становить більше ніж 10г/100мл, особливо більше ніж 35г/100мл, а розчинність солі амонію є переважно меншою, ніж 2г/100мл, особливо меншою, ніж 1г/100мл. Температура в діапазоні від 70 до 110°С, переважно від 80 до 95°С, наприклад, виявляється придатною, коли як розчинник застосовують 1,2-дихлоретан. Середній період перебування в реакційній посудині становить переважно від 10 до 300хв. Нижня межа середнього періоду перебування обумовлюється масообміном між газом і рідиною, у той час як більш тривалий період перебування робить спосіб неекономічним і призводить до відносно широкого розподілу кристалів за розміром. Спосіб відповідно до винаходу забезпечує фактично кількісне перетворення ароматичної карбонової кислоти, яку застосовують. Кристали амонійної солі знаходяться у вигляді суспензії в розчиннику, який фактично не містить розчиненої ароматичної карбонової кислоти. Суспензія може застосовуватися в подальших реакціях без фільтрування або випарювання. Спосіб дозволяє одержувати кристали певних розмірів, які мають вузький розподіл за розміром. Винахід проілюстрований супутньою фігурою 1 і наступними прикладами. Кристали, які одержали у прикладах, були досліджені з застосуванням оптичного мікроскопа; розподіл часток за розмірами визначили методом вимірювання лазерної екстинкції за допомогою лічильника часток (діапазон вимірів 2-400mΜ; датчик 400mΜх400mΜ). У кожному випадку зазначені максимальне значення й діапазон розподілу (діапазон=(Х90-Х10/Х50)). Для визначення бензойної кислоти, яка непрореагувала, суспензії дозволяли охолонути, відфільтровували бензоат амонію і фільтрат аналізували за допомогою високоефективної рідинної хроматографії. На фігурі 1 показаний пристрій, який є придатним для втілення способу відповідно до винаходу. Реактор 1, обладнаний елементом перемішування 2, заправляють через трубопровід 3 розчином ароматичної карбонової кислоти в апротонному розчиннику. Трубопровід 4 використовується для барботування газоподібного аміаку нижче поверхні рідини. З основи реактора 1, за допомогою трубопровода 5 і насоса 6 відкачують суспензію солі амонію, що утворилася. З газового об'єму реактора 1, видаляють газ за допомогою трубопровода 8 і насоса 9, змішують зі свіжим аміаком через дозуючий клапан 10 і повертають у реактор 1 по трубопроводу 4. Дозуючий клапан 10 знаходиться під контролем регулятора тиску 7. Приклад 1 В 2л реактор з подвійним кожухом, оснащений дисковою мішалкою і дефлекторами, одночасно подавали нижче поверхні рідини зі швидкістю 53,3г хв.-1 розчин 720г бензойної кислоти в 3280г 1,2дихлоретану (ДХЕ) і газоподібний аміак. Температуру реакції встановили на рівні 90°С, загальний тиск на рівні 1,6бар і парціальний тиск аміаку на рівні 0,38бар. З газового об'єму, зі швидкістю 50л год-1 газ циркулювали шляхом прокачування й вводили нижче поверхні рідини. Період перебування в реакторі був встановлений на 45 хвилин. Суспензію бензоату амонію, яка утворювалася, безперервно виводили через донний затвор. Після 8 періодів перебування, проаналізували зразок: крупнокристалічний, неагломерований бензоат амонію з середнім розміром часток приблизно 300mм (розподіл часток за розмірами неможливо було визначити, тому що частки закупорили датчик лічильника часток); розчинена бензойна кислота: