Спосіб отримання кислотного каталізатора з відходів сумішів ізомерів толуолу та з відходу сірчаної кислоти

Реферат: Спосіб отримання кислотного каталізатора сульфуванням толуолу шляхом кип'ячення толуолу з сірчаною кислотою, азеотропним відділенням води з толуолом до припинення відділення води і повного перетворення сірчаної кислоти, виділенням кінцевого продукту. Сульфування проводять відходом сірчаної кислоти з концентрацією 10-92,5 %. Як продукт сульфування використовують відпрацьовану суміш ізомерів толуолу при мольному співвідношенні компонентів 1:2,3-6,0. UA 89224 U (12) UA 89224 U UA 89224 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способу утилізації відпрацьованих відходів суміші ізомерів толуолу та відпрацьованої сірчаної кислоти шляхом отримання кислотного каталізатора і застосування його в синтезі N-арилнафтиламінів реакцією ариламінів з нафтолами; в синтезі простих і складних ефірів реакцією спиртів з ангідридами карбонових кислот та ін. Відомо використання як кислотного каталізатора n-толуолсульфокислоти для синтезу важливого з'єднання - N-феніл-2-нафтиламіну, відомого як антиоксидант, термостабілізатор, а також інгібітор корозії металів змінної валентності [1]. Остання використовується також в реакції етерифікації карбонових кислот і їх ангідридів спиртами з метою отримання діоктилфталату (ДОФ), дибутилфталату (ДБФ), діізогептилфталату (ДІГФ) та ін., використовуваних як пластифікатори для полімерних матеріалів [2]. Зазвичай кислотний каталізатор з n-толуолсульфокислоти отримують сульфуванням толуолу концентрованою сірчаною кислотою (98 %-ною), моногідратом (100 %-ною), або димлячою сірчаною кислотою (олеумом), що містить 5,7 %SO3 [3]. Як правило, доведення реакції сульфування до повного перетворення толуолу при використанні сірчаної кислоти як сульфуючого агенту вимагає значного надлишку сірчаної кислоти (H2SO4). Крім цього існує складність подальшого виділення n-толуолсульфокислоти у вільному стані. Відомий спосіб отримання n-толуолсульфокислоти [4 - прототип] шляхом сульфування толуолу (32 мл) концентрованою сірчаною кислотою H2SO4 (19 мл). Суміш нагрівають при постійному перемішуванні до слабкого рівномірного кипіння. Приблизно через 1 год., коли шар толуолу майже зникне, нагрівання припиняють і виливають теплу реакційну суміш на воду (100 мл). Якщо при цьому утворюється шар толуолу, що не прореагував, його відділяють на ділильній воронці і відкидають. Отриманий розчин поміщають в стакан ємкістю 500 мл, додають активне вугілля і кип'ятять до знебарвлення. Відфільтрований від вугілля безкольоровий розчин упарюють до об'єму 50 мл, поміщають в стакан, охолоджують льодом до 5-7 °C і насичують газоподібним хлористим воднем. Осад у вигляді n-толуолсульфокислоти фільтрують на фільтрі з пористого скла, ретельно віджимають від маткового розчину і поміщають у вакуум-ексикатор над H2SO4. Одночасно в ексикатор ставлять стаканчик з твердим лугом для поглинання хлористого водню. Висушування препарату продовжується приблизно протягом тижня. Вихід 35-40 г (65 % від теоретичного). Т пл. 104-105 °C. Оскільки при сульфуванні толуолу утворюється суміш ізомерів, надзвичайно важливим є спосіб виділення сульфокислот з реакційної маси. Ароматичні сульфокислоти у водних розчинах мінеральних кислот, наприклад H2SO4, HCl, розчиняються гірше, ніж у воді. Тому часто їх можна виділити шляхом розбавлення реакційної маси водою або менш концентрованою кислотою H2SO4. Таким шляхом відокремлюють, наприклад, n-толуолсульфокислоту, яка погано розчиняється в 66-71 %-ній H2SO4, від о-ізомеру, осадженого з 45-55 %-ній H2SO4. Слід зазначити, що використання методу [5] передбачає утворення кислих стічних вод, тому його використання з екологічної і економічної точки зору представляється недоцільним. Сульфокислоти можливо виділити, вносячи сульфомасу до органічних розчинників, які змішуються з сірчаною кислотою (ацетон, спирт) [6], або безперервно екстрагуючи сульфокислоти бензолом або толуолом. Для реалізації цього методу необхідне використання допоміжних хімічних речовин: розчинників і екстрагентів, що ускладнює отримання цільового продукту, і, в результаті, приводить до підвищення його вартості. З приведеного вище опису видно, що отримання чистої n-толуолсульфокислоти є технічно складним процесом. Як видно з приведених у прототипі [4] даних, індивідуальна n-толуолсульфокислота є хімічно і технологічно важкодоступним продуктом, оскільки виділення n-толуолсульфокислоти супроводиться використанням додаткових хімічних речовин і втратою цільового продукту, що приводить до зменшення виходу і до утворення відходів у вигляді стічних сірчаних вод і газових викидів. За прототипом [4] недоліком способу синтезу кислотного каталізатора є невисокий вихід і застосування допоміжних хімічних речовин, а також багатостадійність процесу, яка пов'язана з необхідністю виділення n-ізомеру. В той же час нами знайдено, що суміш ізомерів моносульфокислот толуолу є більш ефективнішим каталізатором, ніж індивідуальний n-ізомер. З метою усунення відмічених вище недоліків запропонований способ синтезу кислотного каталізатора сульфуванням відхідною сірчаною кислотою суміші відпрацьованих ізомерів толуолу. Це дозволяє провести заміну важкодоступного каталізатора n-толуолсульфокислоти на більш доступнішій каталізатор з суміші відпрацьованих ізомерів толуолу і відпрацьованої сірчаної кислоти. Корисна модель ілюструється наступними прикладами. Приклад 1. 1 UA 89224 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Отримання суміші ізомерів моносульфокислот толуолу здійснюють в двогорлій колбі, забезпеченій електрообігрівом, мішалкою, насадкою Діна-Старка із зворотним холодильником. Для цього завантажують відпрацьовану сірчану кислоту з масовою часткою основної речовини 92,5 % і відпрацьований толуол в молярному співвідношенні 1:2. Після цього вмикають обігрів, розмішування і підігрівають масу до кипіння. Сульфування супроводжується відгоном суміші вода-толуол, яка розшаровується в насадці Діна-Старка. Толуол повертається в колбу, а вода виводиться з циклу. Сульфування проводять до тих пір, поки не припиниться відділення води в насадці Діна-Старка, і аналіз реакційної суміші на зміст H2SO4 не встановить відсутність останньої. Після цього зворотний холодильник замінюють на прямій і відганяють надлишковий толуол. Конверсія сірчаної кислоти - 100 %, вихід суміші ізомерів моносульфокислот толуолу 99 %. Приклад 2. Виконаний в умовах прикладу 1 з тією лише різницею, що молярне співвідношення H2SO4: толуол складає 1:3. Вихід і якість отриманої суміші ізомерів моносульфокислот толуолу - як в прикладі 1. Приклад 3. Виконаний в умовах прикладу 1 з тією лише різницею, що як сульфуючий агент був використаний водний розчин сірчаної кислоти з масовою часткою основної речовини 80 %. Вихід і якість отриманої суміші ізомерів моносульфокислот толуолу - як в прикладі 1. Приклад 4. Виконаний в умовах прикладу 1 з тією лише різницею, що як сульфуючий агент був використаний водний розчин сірчаної кислоти з масовою часткою основної речовини 60,5 %. Вихід і якість отриманої суміші ізомерів моносульфокислот толуолу - як в прикладі 1. Приклад 5. Виконаний в умовах прикладу 1 з тією лише різницею, що як сульфуючий агент був використаний водний розчин сірчаної кислоти з масовою часткою основної речовини 40,5 %. Вихід і якість отриманої суміші ізомерів моносульфокислот толуолу - як в прикладі 1. Приклад 6. Виконаний в умовах прикладу 1 з тією лише різницею, що в як сульфуючий агент був використаний водний розчин сірчаної кислоти з масовою часткою основної речовини 30 %. Вихід і якість отриманої суміші ізомерів моносульфокислот толуолу - як в прикладі 1. Приклад 7. Виконаний в умовах прикладу 1 з тією лише різницею, що як сульфуючий агент був використаний водний розчин сірчаної кислоти з масовою часткою основної речовини 20 %. Вихід і якість отриманої суміші ізомерів моносульфокислот толуолу - як в прикладі 1. Приклад 8. Виконаний в умовах прикладу 1, лише з тією різницею, що як сульфуючий агент був використаний водний розчин сірчаної кислоти з масовою часткою основної речовини 10,0 %. Вихід і якість отриманої суміші ізомерів моносульфокислот толуолу - як в прикладі 1. Використання як кислотного каталізатора суміші ізомерів моносульфокислот толуолу можливо в синтезах: N-арилнафтиламінів реакцією ариламінів з нафтолами; в синтезі простих і складних ефірів реакцією спиртів з ангідридами карбонових кислот. Джерела інформації: [1] Патент Германии № 848196. [2] Патент Японии 5839,143 (8339,143). [3] Вейганд К., Хильгетаг X. Методы эксперимента в органической химии. - М.: издательство "Химия", 1968. [4] Агрономов А.Е., Шабаров Ю.С. Лабораторные работы в органическом практикуме. Издание 2-ое. - М.: Химия, 1970. [5] Патент Германии № 137935 (1901), Frdl., 7, 53 (1902-1904). [6] J. Indian Chem. Soc, 17,443 (1940); С, 1941, 1, 2103. 45 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 Спосіб отримання кислотного каталізатора сульфуванням толуолу шляхом кип'ячення толуолу з сірчаною кислотою, азеотропним відділенням води з толуолом до припинення відділення води і повного перетворення сірчаної кислоти, виділенням кінцевого продукту, який відрізняється тим, що сульфування проводять відходом сірчаної кислоти з концентрацією 10-92,5 %, а як продукт сульфування використовують відпрацьовану суміш ізомерів толуолу при мольному співвідношенні компонентів 1:2,3-6,0. Комп’ютерна верстка І. Мироненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2