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THE DISTILLERS COMPANY LIMITED, résidant à EDIMBOURG (Ecosse).
SEPARATION DE PHENOLS.
La présente invention se rapporte à la préparation de phénols di- hydriques et en particulier à la séparation et à l'isolation de résorcinol préparé par scission de dihydroperoxyde de méta-di-isopropylbenzène.
Le résorcinol peut être préparé par l'oxydation de méta-di-isopropyl- benzène, qui fournit un produit d'oxydation contenant du dihydroperoxyde de méta-di-isopropylbenzène dont le dihydroperoxyde peut être séparé par extrac- tion par un alcali ou distillation de l'hydrocarbure et des autres matières relativement volatiles puis scindé catalytiquement en fournissant un produit de réaction contenant du résorcinolo Suivant un autre procédé., le produit d9oxydation peut être soumis à la scission catalytique de l'hhdroperoxyde qu'il contient, sans séparation préalable;
,
La présente invention est basée sur la découverte que le résidu subsistant après l'élimination du résorcinol et des substances à point d'é- bullition peu élevé de ces produits de réaction contient des matières qui, lorsqu9on les décompose par.voie thermique;
, fournissent de nouvelles quanti- tés de résorcinol en même temps que du méta-isopropényl-phénolo
En conséquence suivant la présente invention, dans le procédé de préparation de résorcinol par scission catalytique d'un mélange de réac- tion contenant du di-hydroperoxyde de méta-di-isopropylbenzène provenant de l'oxydation du méta-di-isopropylbenzène.
on décompose sous Inaction de la chaleur la matière contenue dans le produit de scission moins volatile que le résorcinol et on récupère les quantités supplémentaires de résorcinol et de méta-isopropényl-phénol ainsi formées
Suivant une forme préférée de l'invention, la matière contenue dans le produit de scissionmoins volatile que le résorcinol, est décomposée
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sous l'action de la chaleur en présence d'une substance à point d'ébullition élevée pratiquement inerte à l'égard du résorcinol, et le résorcinol et le méta=isopropényl-phénol ainsi formés sont simultanément ou ultérieurement séparés par distillation et repris du produit distillé.
Le produit de réaction résultant de la scission catalytique d'un mélange de réaction contenant du dihydroperoxyde de méta-di-isopropylbenzène provenant de l'oxydation du méta-di-isopropylbenzène contient,en plus du résorcinol,et de matières moins volatiles que le résorcinol, (comprenant probablement un produit de condensation à point d'ébullition élevé de résor- cinol avec le méta-isopropényl-phénol) de l'acétone et le catalyseur de scis- sion. Ce produit, avant d'être traité suivant la présente invention, subit de préférence un traitement préalable pour éliminer ou neutraliser le cata- lyseur et séparer les matières à bas point d'ébullition,comme l'acétone.
Le traitement thermique peut être alors exécuté avant l'élimination, par distil- lation, sublimation ou extraction par exemple du résorcinol éventuellement présent, ou bien une partie ou la totalité du résorcinol libre peut être sé- parée avant le traitement thermique. Dans la forme de réalisation préférée mentionnée ci-dessus, le traitement thermique du produit de scission s'effec- tue en présence d'une substance inerte à point d'ébullition élevé,et le ré- sorcinol et le méta-isopropényl-phénol ainsi formés sont simultanément ou ul- térieurement distillés et repris du produit de distillation.
Le traitement thermique suivant le procédé de la présente invention s'exécute avantageusement à une température du mélange liquide comprise entre
200 et 400 C environ. Des températures plus basses ou plus élevées peuvent être utilisées si on le désire, mais en-dessous de 200 C la décomposition de la matière moins volatile que le résorcinol n'est pas toujours complète. Bien qu'on préfère exécuter le traitement thermique en chauffant simplement aux températures indiquées sans addition de catalyseurs spéciaux, la réaction peut être facilitée par l'addition de catalyseurs permettant d'utiliser des températures un peu plus basses. Des catalyseurs appropriés sont, par exem- ple,des matières acides comme l'acide sulfurique et d'autres acides miné- raux, et des terres activées à réaction acide.
Cependant ces catalyseurs ont tendance à entraîner la polymérisation d'autres substances formées par la décomposition thermique, par exemple celle du méta-isopropényl-phénol dont l'isolation contribue de fagon importante à l'économie du procédé.
Lorsque le procédé.est exécuté en l'absence d'un agent d'entraîne- ment inerte à point d'ébullition élevé, le traitement thermique peut s'effec- tuer à n'importe quelle pression convenable,les pressions réduites étant in- téressantes à cause du point d'ébullition élevé du résorcinol. Des pressions équivalant à 10 mm de mercure et moins peuvent être utilisées avantageusement.
De cette façon, il est possible de faire distiller le résorcinol et le méta- isopropénylphénol à mesure de leur formation dans le processus de décomposi- tion thermique. L'opération peut utilement s'effectuer dans le bouilleur de la colonne utilisée pour fractionner le produit de la réaction de décomposi- tion. Par exemple, après l'élimination des matières à bas point d'ébullition, la pression peut être réduite et on peut recueillir.une fraction contenant du résorcinol.
Ensuite, après élimination d'une partie ou de la totalité du résorcinol libre, on laisse monter la température du bouilleur jusqu'à ce que se produise le cracking de la matière moins volatile que le résorcinol, four- nissant du méta-isopropénylphénol et de nouvelles quantités de résorcinol. par contre,si toute la distillation est exécutée sous des pressions plus é- levées, le traitement thermique peut précéder la séparation du résorcinol et on recueille d'abord une fraction contenant le méta-isopropényl-phénol puis le résorcinol.
Cependant, comme le résorcinol et le méta-isopropényl-phénol manifestent une tendance à se recombiner, et que le méta=isopropényl-phénol tend également à se polymériser,le traitement thermique peut avantageusement s'effectuer dans un bouilleur éclair d'où la matière vaporisée est amenée à la partie supérieure d'une colonne de fractionnement qui fournit le méta-iso- propényl-phénol en tête et le résorcinol comme fraction de queue.
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Si les produits obtenus par l'opération de décomposition ne sont pas isolés séparément, on peut les séparer ultérieurement en utilisant un solvant sélectif pour l'un ou l'autre des composants. Par exemple, le méta-' isopropény-phénol peut être séparé du'résorcinol par extraction au'benzène, toluène,,méthylnaphtalène, chloroforme, ou tétrachlorure de carbone, ou bien la séparation peut être obtenue par répartition entre l'eau, par exem- ple9 et un de ces solvants.Dans une forme de réalisation particulière,les produits obtenus par l'opération de décomposition sont distillés au point éclair, et les vapeurs condensées par contact avec l'eau, suivi de l'extrac- tion sélective du méta-isopropényl-phénol de la phase aqueuse au moyen d'un solvant, par exemple un des solvants mentionnés ci-dessus.
La phase aqueuse contenant le résorcinol est avantageusement redistillée ou sublimée pour séparer le composé à l'état puro
Une forme préférée de l'invention consiste à effectuer le traite- ment thermique du produit de scission (traité de façon appropriée pour sé- parer ou neutraliser le catalyseur de décomposition et séparer les matières à bas point d'ébullition comme l'acétone) en présence d'une substance à point d'ébullition élevé pratiquement inerte à l'égard du résorcinol, à dis- tiller simultanément ou ensuite le résorcinol et le méta-isopropényl-phénol ainsi formés, et à séparer le résorcinol et le méta-isopropényl-phénol du produit de la distillation.
La substance inerte peut'former un azéotrope à point d'ébullition minimum avec le phénol dihydrique, mais d'autressubstan- ces à point d'ébullition élevé qui ne forment pas d'azéotropes avec lui don- nent également des résultats satisfaisants.Toutefois, les substances qui forment des azéotropes à point d'ébullition maximum avec le phénol dibydri- que ne conviennent pas aussi bien parce que la séparation de la totalité du phénol dihydrique entraînerait dans ce cas l'évacuation de tout le liquide contenu dans le récipient de distillation avec pour conséquence la cuisson des résidus sur les surfaces et les serpentins de chauffage du récipient de distillationo Les substances inertes qu'on préfère utiliser sont celles qui bouillent au-dessus de 200 C à la pression atmosphérique et comprennent le gas oil (par exemple une fraction
bouillant entré 100 et 200 C sous une pres- sion de 12 mm de mercure) le triisopropylbenzène, le méthylnaphtalène, l'iso- propylnaphtalène, le chloronaphtalène, le bromonaphtalène et le 1:2:4-tri- clorobenzène, ou des mélanges de ces liquideso
La quantité de substance inerte employée dans un procédé par lots peut varier entre de larges limites mais est calculée de préférence pour qu'une partie de cette substance inerte reste dans le bouilleur lorsque tout le phénol dihydrique a été éliminé,de façon à éviter la formation de goudrons durs et insolubles sur les parois et les serpentins de chauffage du bouilleuro Bien que les sous-produits puissent être relativement insolubles dans la sub- stance inerte,
la présence de cette dernière semble empêcher leur dépôt sur les surfaces de chauffe où ils durciraient dans la suite sous l'effet de la chaleur. Dans une distillation par lots,les matières goudronneuses peuvent être séparées de la substance inerte par décantation à la fin de la distilla- tion et la substance peut être réutilisée;
ceci s'applique en particulier lorsqu'on utilise comme substance inerte des dérivés du naphtalène,
La substance inerte peut être présente pendant la scission cata- lytique de l'hydroperoxyde ou peut être ajoutée au produit de réaction brut provenant de cette phase, après quoi on soumet le mélange, après un traite- ment pour séparer ou neutralisa? le catalyseur de scission et éliminer les ma- tières à bas point" d'ébullition, au traitement thermique effectuant la décom- position thermique, on chasse par distillation le résorcinol et le méta-iso- prényl-phénol ainsi formés et on les récupère.
En variante, le produit de scission traité pour neutraliser ou séparer le catalyseur et débarrassédes matières à bas point d'ébullition peut être introduit, seul ou en mélange avec une partie de la substance inerte dans la colonne d'un appareil de dis- tillation à la partie supérieure duquel la substance inerte distille à une température suffisante pour effectuer la décomposition, température avanta- geusement supérieure à 200 C environ, et le phénol dihydrique et le méta-iso- propényl-phénol sont récupérés en tête tandis que les sous-produits goudron-
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neux descendent dan la colonne et passent dans le bouilleur; un tel système peut évidemment s'adapter facilement à un procédé continu.
Un autre procédé continu consiste à introduire le produit de scission (traité pour éliminer le catalyseur de scission et séparer les matières à bas point d'ébullition) avec la substance inerte dans un bouilleur agité dont le phénol dihydrique et le méta-isopropényl-phénol sont séparés par distillation à une températu- re suffisante pour effectuer la décomposition et avantageusement supérieure à 200 C environ, et les sous-produits goudronneux et une partie de la substan- ce -inerte introduite sont retirés continuellement ou par intermittence du bouilleur. D'autres procédés peuvent évidemment être employés.
Le produit de distillation obtenu peut à chaud, être homogène (par exemple lorsqu'on utilise de l'alpha ou du beta-méthylnaphtalène) 'ou hé- térogène (par exemple lorsqu'on utilise du gas oil).Dans les deux cas, il peut être refroidi pour cristalliser le phénol dihydrique présent et récupé- rer les cristaux par filtrage, suivi d'un lavage par un solvant à bas point d'ébullition comme un pétrole léger, et d'un séchage. Si le produit de dis- tillation est initialement hétérogène ou devient hétérogène par refroidisse- ment avant que la cristallisation se produise,la couche contenant le phénol dihydrique peut être décantée sous forme liquide puis laissée à refroidir et à cristalliser.
Si on le- désire,le phénol dihydrique liquide peut être trai- té pour chasser les traces de solvant par distillation et la masse de la ma- tière peut être ensuite refroidie et cristallisée. On préfère cependant mener l'opération pour que le produit de distillation soit homogène à chaud et pour que le résorcinol cristallise directement de la solution par refroidissement, plutôt que de séparer d'abord une phase contenant le résorcinol fondu. Ceci peut être obtenu facilement en réglant la proportion de la substance inerte dans le mélange introduit dans la colonne et si nécessaire en ajoutant de la substance inerte au produit de distillation pour que celui-ci ne soit pas saturé de résorcinol pendant qu'il est au-dessus de la température à laquelle se produit la cristallisation.
En exécutant le procédé de cette façon, on obtient du résorcinol plus pur que celui qu'on obtient en laissant d'abord le résorcinol se séparer sous forme de phase liquide parce que dans ce dernier cas une partie du méta-isopropényl-phénol a tendance à se dissoudre dans le résorcinol liquide, donnant ainsi naissance à des cristaux impurs de résor- cinol
Les liqueurs mères à base de substance inerte contiennent encore avec le méta-isopropényl-phénol du résorcinol dissous après que la plus gran- de partie de celui-ci a été cristallisée et séparée par filtration.
Si on le désire, une partie ou (dans une distillation par lots) la totalité de ces liqueurs mères peut être renvoyée dans le bouilleur de distillation, le pro- duit de distillation étant traité dans le second cas pour récupérer le ré- soreinol dissous et le méta-isopropényl-phénol lorsque le résorcinol ne cris- tallise plus dans le produit de distillation par refroidissement. Le résor- cinol dissous peut être séparé par exemple des liqueurs mères à base de sub- stance inerte par extraction par un solvant, par exemple, par extraction par l'eau qui fournit une phase aqueuse et une phase de substance inerte exempte de résorcinol.
Le résorcinol peut être repris de la phase aqueuse par évapo- ration ou extraction, par exemple dans un appareil d'extraction à contre-cou- rant, par un solvant organique inerte à bas point d'ébullition dont il est ensuite séparé par un procédé approprié quelconque, évaporatioh du solvant par exemple.Le résorcinol supplémentaire obtenu de cette façon est générale- ment impur et peut avantageusement être renvoyé au bouilleur. La phase de substance inerte exempte de résorcinol peut être traitée pour récupérer le méta-isopropényl-phénol par exemple par extraction par une solution aqueuse alcaline diluée,suivie d'acidification de l'extrait alcalin pour précipiter une phase huileuse qui peut être fractionnée pour isoler le méta-iscpropényl- phénol.
Les exemples ci-dessous montrent comment l'invention peut être mise en oeuvre.Les parties en poids et les parties en volume sont dans le même rapport que des kilogrammes et des litres.
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EXEMPLE
On soumet une solution de dihydroperoxyde de méta-di-isopropyl- benzène brut (pureté 94,2 % par analyse iodométrique) contenant 200 parties en poids calculées comme dihydroperoxyde pur à une scission acide au point débullition du solvant mixte acétone/benzène en utilisant comme catalyseur
20 parties en poids d'une terre à foulon traitée par un acide.
Le mélange obtenu dont on a éliminé le catalyseur acide de scission et les matières à bas point d'ébullition comme l'acéton et le solvant, est soumis à une dis- tillation fractionnée sous 10 mm de pression de mercure., Après séparation d'une fraction principale, formée de 56,2 parties en poids de résorcinol. on laisse s'élever la température du bouilleur à 200 C environ ce qui entraîne le début de la décomposition de la matière dans le bouilleur et la chute de la température de la tête de la colonne.
Or recueille ensuite une fraction comprenant un mélange de'méta- isopropényl-phénol et de résorcinol. De cette fraction, on obtient 24,9 par- ties en poids de résorcinol en entraînant le méta-isopropényl-phénol par un lavage au benzène. La distillation de cette solution de benzène fournit 9,5 parties en poids de méta-isopropényl-phénol et une petite quantité d'un ré- sidu à point d'ébulltion élevé.
EXEMPLE
Une partie du dihydroperoxyde de méta-di-isopropylbenzène brut utilisée dans l'exemple 1 est recristallisée deux fois d'un mélange de ben- zène et d'éther de pétrole pour obtenir un dihydroperoxyde de méta-di-iso- propylbenzène à 9991 % de pureté (par analyse iodométrique).
On soumet 200 parties en poids de ce dihydroperoxyde purifié à la scission acide de la même fagon que dans l'exemple 1. Après élimination du catalyseur et des matières à bas point d'ébullition du mélange obtenu, la distillation fractionnée sous une pression de 10 mm de mercure fournit des fractions contenant 78,5 parties en poids de résorcinol. On laisse alors s'élever la température du bouilleur au-dessus de 200 C ce qui amorce la dé- composition et abaisse la température de la tête de colonne d'environ 10 C et on recueille une fraction comprenant du méta-isopropényl-phénol et du ré- sorcinolo Le traitement de cette fraction comme dans l'exemple 1, fournit 10,0 parties en poids de résorcinol et 2,85 parties de méta-isopropényl-phé- nol.
EXEMPLE 3.-
On filtre, pour le débarrasser du catalyseur, le produit de réac- tion obtenu en décomposant une solution à 4 % en poids /volume de dihydroper- oxyde de méta-di-isopropylbenzène dans le benzène avec un catalyseur à base d'argile acideet on y ajoute 10% en volume de silicone liquide D.C. 550 (Dow Corning Corpo). Après élimination du benzène par distillation, le résor- cinol est chassé du mélange restant sous une pression de 10 mm, un courant lent d'azote barbotant dans le contenu du ballon de distillation, chauffé dans un bain de métal de Wood à une température d'environ 200 CLa distilla- tion cesse après qu'on ait obtenu Il,9 parties en poids de produit. Ce pro-' duit présente un point de fusion de 95 C et correspond à du. résorcinol à 88,1% de pureté.
Par recristallisation du benzène, on obtient 7,7 parties en poids - de produit pur.
En élevant la température du bain de métal de Wood au-dessus de 200 C, la distillation recommence et continue jusqu'à ce que la température du bouilleur atteigne 320 Co A ce moment;, la distillation cesse à nouveau. On obtient 3,1 parties en poids de produit brut pendant cette période, fournis- sant 2,2 parties en poids de résorcinol pur par recristallisation du benzène Les liqueurs-mères à base de benzène contiennent du méta-isopropényl-phénol qui peut être récupéré par distillation.
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A titre de comparaison, on sépare par filtrage le catalyseur du même volume d'une solution de produit de réaction analogue et on chasse le benzène par distillation. Le résidu visqueux restant est ensuite distillé sous pression'réduite d'abord sous 10 mm et finalement sous 1,0 mmo Par re- froidissement,le'produit de la distillation se solidifie en une masse cris- talline jaune (10,7 parties en poids) fondant à 94-98 C. Après une recris- tallisation du benzène chaud, le point de fusion s'élève à 106-108 C et le poids se réduit à 7,4 parties en poids. Le résidu laissé dans le ballon de distillation, extrêmement visqueux à chaud, se prend par refroidissement en une masse solide, dure et cassante, qui doit être retirée du ballon par éclats.
EXEMPLE 4.-
On décompose à l'aide d'un catalyseur acide 195 parties en poids d'un produit brut d'oxydation contenant 81,5% en poids/poids de dihydropero- xyde de méta-di-isopropylbenzènè. Le produit de la décomposition est neutra- lisé et débarrassé des solvants, on ajoute au résidu traité 500 parties en volume de méthyl-naphtalène et on distille le mélange à la pression atmos- phérique (température de la vapeur 240-242 C).On recueille et on refroidit des fractions représentant approximativement 200 parties en volume, on sépare par filtration le résorcinol qui cristallise du produit de distillation et on renvoie le filtrat dans le bouilleur.
On continue cette opération jusqu'à ce que le refroidissement du produit ne provoque plus de cristallisation de résorcinol et on chasse alors par distillation le reste du méthyl-nàphtalène contenu dans le bouilleur. Le poids total de résorcinol, (pureté 99,73 %) obtenu de cette façon est 51,5 parties en poids (rendement de 54% sur la base de 1 'hydroperoxyde brut).
Les liqueurs mères à base de méthyl-naphtalène sont alors lavées par deux portions de 50 parties en volume d'eau pour éliminer les traces é- ventuellement restantes de résorcinol, puis extraites par trois portions de 75 parties en volume d'hydroxyde de sodium 2 N et lavées une fois de plus à l'eau. Après chauffage pour chasser l'eau, le méthyl-naphtalène peut être uti- lisé pour le lot de produit de décomposition suivant.
L'extrait par hydroxyde de sodium est lavé à l'éther puis acidifié par l'anhydride carbonique. L'huile précipitée est extraite par l'éther, l'ex- trait séché,l'éther chasse par distillation et le résidu distillé sous 10 mm de pression sous une couche d'azote.
Le produit de distillation, par exemple 118-121 G/12 mm représente 16,3 parties en poids et est formé de méta-isopropényl-phénol brut. Ce produit peut être soumis à la distillation fractionnée pour récupérer le méta-isopro- pényl-phénol à l'état pratiquement pur.
EXEMPLE 5.-
On ajoute 25 % en volume d'un mélange de 1- et de 2-méthyl-naph- talène à un volume analogue d'une solution de produit de réaction de décompo- sition comparable à celui de l'exemple 3, débarrassée du catalyseur par fil- trage. Après séparation du benzène, la solution restante de produit de réac- tion dans le méthyl-naphtalène est distillée dans une colonne remplie d'hé- lice de verre à une seule spire,à un taux de reflux de 3:1,à la pression ordinaire. La température de distillation est 240-243 C. En refroidissant le produit de distillation, le résorcinol s'en sépare sous la forme de cristaux blanc pur.
Ceux-ci sont séparés par filtration et le filtrat est renvoyé dans le ballon de distillation, et la distillation poursuivie jusqu'à ce que le produit ne dépose plus de cristaux de résorcinol par refroidissement.La quantité totale de résorcinol obtenue après lavage par de l'éther de pétrole à 40-60 C. et séchage dans un four à 90 C, est 11,1 parties en poids, le produit fond à 111 C et est complètement incolore.Les liqueurs-mères contien- nent du méta-isopropényl-phénol qui peut être récupéré par exemple par ex- traction à l'alcali suivi d'acidification et de distillation comme dans l'e- xemple 4.
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EXEMPLE 6. -
On décompose à l'aide d'un catalyseur acide 195 parties en poids de dihydroperoxyde de méta-di-isopropylbenzène brut. Le produit de scission est traité pour neutraliser le catalyseur et séparé des solvants à bas point débullitiono Le résidu chaud est alors introduit dans un bouilleur éclair maintenu à 300-320 C, les vapeurs du produit de distillation sortant par une tête anti-éclaboussures et étant condensées par contact avec l'eau. L'ensem- ble de l'opération s'effectue sous une pression de 10 mm de mercure.
Une fois la distillation achevée, le produit est dilué à l'eau à 200 parties en volu- me environ,et la solution aqueuse est extraite trois fois par des portions de 50 parties en volume de benzène, les extraits de benzène réunis étant ex- traits en retour par des portions de 20 parties en volume d9eau, Les solution aqueuses réunies sont alors séparées de l'eau sous une pression de 10 mm, et le résidu, distillé sans fractionnement sous la même pression fournit 48,0 parties de résorcinol ayant un point de congélation de 106 C,
Les extraits par le benzène, par élimination du benzène et distil- lation sous 10 mm de pression sous une couche d'azote fournissent 16,5 par- ties en poids de méta-idospropényl-phénol, par exemple 118 C/10 mm.
EXEMPLE 7. -
Après séparation par filtrage du catalyseur de scission formé par de la terre à foulon activée à l'acide, on débarrasse des solvants le produit de la scission d'une solution de 133 parties en poids de di-hydroperoxyde de méta-di-isopropylbenzène brut dans le benzène Au résidu exempt de sol- vant, on ajoute du méthyl-naphtalène et on distille le mélange sous une pres- sion de 10 mm de mercure,à une température de 110 C, On refroidit le produit de distillation, on sépare par filtration le résorcinol cristallisé qui se sépare, le filtrat étant renvoyé au bouilleur de distillation, et on reprend la distillation, On recommence cette opération jusqu'à ce que le refroidisse- ment du produit de distillation ne fournisse plus de résorcinol.
La quantité de résorcinol pur récupérée de cette manière est de 33,3 parties en poids.
Au résidu de cette distillation, on ajoute du méthyl-naphtalène frais, et on reprend le même procédé à la pression atmosphérique à une tempé- rature de 240-243 C. De cette manière, on obtient encore 6,6 parties en poids de résorcinol cristallisé à partir du produit de distillation. Les liqueurs- mères du produit de distillation contiennent du méta-isopropényl-phénol qu'on peut séparer par extraction à l'alcali suivie d'acidification et de distilla- tion comme décrit dans l'exemple 4.
REVENDICATIONS. le- Procédé de fabrication de résorcinol par scission catalytique d'un mélange de réaction contenant du di-hydroperoxyde de méta-di-isopropyl- benzène provenant de l'oxydation de méta-di-isopropylbenzène,caractérisé en ce qu'on décompose par Inaction de la chaleur la matière contenue dans le produit de scission, moinsvolatile que le résorcinol, et on sépare les quan- tités supplémentaires de résorcinol et de méta-isopropényl-phénol ainsi for- mées.
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THE DISTILLERS COMPANY LIMITED, residing in EDINBURGH (Scotland).
SEPARATION OF PHENOLS.
The present invention relates to the preparation of dihydric phenols and in particular to the separation and isolation of resorcinol prepared by cleavage of meta-di-isopropylbenzene dihydroperoxide.
Resorcinol can be prepared by the oxidation of meta-di-isopropylbenzene, which yields an oxidation product containing meta-di-isopropylbenzene dihydroperoxide from which the dihydroperoxide can be separated by alkali extraction or distillation of the hydrocarbon and other relatively volatile materials and then catalytically cleaved to provide a reaction product containing resorcinol. According to another method, the oxidation product can be subjected to the catalytic cleavage of the droperoxide which it contains, without prior separation;
,
The present invention is based on the discovery that the residue remaining after removal of resorcinol and low-boiling point substances from these reaction products contains materials which, when decomposed by thermal means;
, provide new amounts of resorcinol together with meta-isopropenyl-phenolo
Accordingly, according to the present invention, in the process of preparing resorcinol by catalytic cleavage of a reaction mixture containing meta-di-isopropylbenzene di-hydroperoxide from the oxidation of meta-di-isopropylbenzene.
the material contained in the less volatile than resorcinol cleavage product is decomposed under the inaction of heat and the additional quantities of resorcinol and meta-isopropenyl-phenol thus formed are recovered
According to a preferred form of the invention, the material contained in the cleavage product, which is less volatile than resorcinol, is decomposed.
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under the action of heat in the presence of a substance with a high boiling point practically inert towards resorcinol, and the resorcinol and the meta = isopropenyl-phenol thus formed are simultaneously or subsequently separated by distillation and taken up from the distilled product.
The reaction product resulting from the catalytic cleavage of a reaction mixture containing meta-di-isopropylbenzene dihydroperoxide from the oxidation of meta-di-isopropylbenzene contains, in addition to resorcinol, and less volatile materials than resorcinol , (probably comprising a high boiling point condensation product of resorcinol with meta-isopropenyl-phenol) of acetone and the cleavage catalyst. This product, before being treated according to the present invention, preferably undergoes a pretreatment to remove or neutralize the catalyst and separate low boiling point materials, such as acetone.
The heat treatment can then be carried out before the removal, by distillation, sublimation or extraction, for example, of any resorcinol present, or a part or all of the free resorcinol can be separated before the heat treatment. In the preferred embodiment mentioned above, the heat treatment of the cleavage product is carried out in the presence of an inert high boiling substance, and resorcinol and meta-isopropenyl-phenol as well. formed are simultaneously or subsequently distilled and taken up from the distillation product.
The heat treatment according to the process of the present invention is advantageously carried out at a temperature of the liquid mixture between
200 and 400 C approximately. Lower or higher temperatures can be used if desired, but below 200 C the decomposition of material less volatile than resorcinol is not always complete. Although it is preferred to carry out the heat treatment by simply heating to the temperatures indicated without the addition of special catalysts, the reaction can be facilitated by the addition of catalysts allowing the use of somewhat lower temperatures. Suitable catalysts are, for example, acidic materials such as sulfuric acid and other mineral acids, and acid-reacting activated earths.
However, these catalysts tend to cause the polymerization of other substances formed by thermal decomposition, for example that of meta-isopropenyl-phenol, the isolation of which contributes significantly to the economy of the process.
When the process is carried out in the absence of an inert, high boiling point entrainer, the heat treatment can be carried out at any suitable pressure, the reduced pressures being inverted. interesting because of the high boiling point of resorcinol. Pressures equivalent to 10 mm of mercury and less can be used advantageously.
In this way, it is possible to distill resorcinol and meta-isopropenylphenol as they are formed in the process of thermal decomposition. The operation can usefully be carried out in the boiler of the column used to fractionate the product of the decomposition reaction. For example, after removal of the low boiling point materials, the pressure can be reduced and a fraction containing resorcinol can be collected.
Then, after removal of some or all of the free resorcinol, the temperature of the boiler is allowed to rise until the cracking of the material less volatile than resorcinol occurs, providing meta-isopropenylphenol and new amounts of resorcinol. on the other hand, if all the distillation is carried out under higher pressures, the heat treatment can precede the separation of the resorcinol and a fraction containing the meta-isopropenyl-phenol and then the resorcinol is collected first.
However, since resorcinol and meta-isopropenyl-phenol show a tendency to recombine, and as meta = isopropenyl-phenol also tends to polymerize, the heat treatment can advantageously be carried out in a flash boiler from which the material vaporized is fed to the top of a fractionation column which provides meta-isopropenyl-phenol overhead and resorcinol as a bottom fraction.
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If the products obtained by the decomposition operation are not isolated separately, they can be separated later using a solvent selective for one or the other of the components. For example, meta-isopropeny-phenol can be separated from resorcinol by extraction with benzene, toluene, methylnaphthalene, chloroform, or carbon tetrachloride, or the separation can be achieved by partitioning between water, e.g. - ple9 and one of these solvents. In a particular embodiment, the products obtained by the decomposition operation are distilled at the flash point, and the vapors condensed by contact with water, followed by the selective extraction of the meta-isopropenyl-phenol of the aqueous phase by means of a solvent, for example one of the solvents mentioned above.
The aqueous phase containing the resorcinol is advantageously redistilled or sublimated to separate the compound in the puro state.
A preferred form of the invention is to thermally treat the cleavage product (suitably treated to separate or neutralize the decomposition catalyst and to separate low boiling materials such as acetone) by. presence of a high boiling substance practically inert to resorcinol, simultaneously or subsequently distilling the resorcinol and meta-isopropenyl-phenol thus formed, and separating resorcinol and meta-isopropenyl- phenol of the product of the distillation.
The inert substance can form a minimum boiling azeotrope with the dihydric phenol, but other high boiling point substances which do not form azeotropes with it also give satisfactory results. substances which form maximum boiling azeotropes with dibydric phenol are not so suitable because the separation of all the dihydric phenol would in this case lead to the discharge of all the liquid contained in the distillation vessel with the consequence of cooking residues on the surfaces and the heating coils of the distillation vessel o The preferred inert substances to use are those which boil above 200 C at atmospheric pressure and include gas oil (e.g. fraction
boiling at 100 and 200 C under a pressure of 12 mm of mercury) triisopropylbenzene, methylnaphthalene, isopropylnaphthalene, chloronaphthalene, bromonaphthalene and 1: 2: 4-tri-clorobenzene, or mixtures of these liquids
The amount of inert substance employed in a batch process can vary between wide limits but is preferably calculated so that part of this inert substance remains in the boiler when all the dihydric phenol has been removed, so as to avoid formation. hard and insoluble tars on the walls and heating coils of the boiler o Although the by-products may be relatively insoluble in the inert substance,
the presence of the latter seems to prevent their deposition on the heating surfaces where they would subsequently harden under the effect of heat. In batch distillation, the tarry materials can be separated from the inert substance by decantation at the end of the distillation and the substance can be reused;
this applies in particular when naphthalene derivatives are used as inert substance,
The inert substance may be present during the catalytic cleavage of the hydroperoxide or may be added to the crude reaction product from this phase, after which the mixture is subjected, after treatment to separate or neutralize. the cleavage catalyst and removing the low-boiling material, by heat treatment effecting the thermal decomposition, the resorcinol and meta-isoprenyl-phenol thus formed are distilled off and recovered.
Alternatively, the cleavage product treated to neutralize or separate the catalyst and freed of low boiling point material may be introduced, alone or mixed with a portion of the inert substance into the column of a distillation apparatus. the upper part of which the inert substance distils at a temperature sufficient to effect decomposition, a temperature advantageously above about 200 C, and the dihydric phenol and meta-isopropenyl-phenol are recovered at the top while the by-products tar-
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two descend into the column and pass into the boiler; such a system can obviously easily be adapted to a continuous process.
Another continuous process is to introduce the cleavage product (treated to remove the cleavage catalyst and separate the low boiling point materials) with the inert substance into a stirred boiler of which the dihydric phenol and meta-isopropenyl-phenol are. separated by distillation at a temperature sufficient to effect the decomposition and advantageously above about 200 ° C., and the tarry by-products and part of the introduced substance are withdrawn continuously or intermittently from the boiler. Other methods can obviously be used.
The distillation product obtained can, when hot, be homogeneous (for example when alpha or beta-methylnaphthalene is used) or heterogeneous (for example when gas oil is used). In both cases, it can be cooled to crystallize the dihydric phenol present and recover the crystals by filtering, followed by washing with a low boiling solvent such as light petroleum, and drying. If the distillation product is initially heterogeneous or becomes heterogeneous on cooling before crystallization occurs, the layer containing the dihydric phenol can be decanted in liquid form and then allowed to cool and crystallize.
If desired, the liquid dihydric phenol can be treated to remove traces of solvent by distillation and the bulk of the material can then be cooled and crystallized. It is however preferred to carry out the operation so that the distillation product is homogeneous when hot and so that the resorcinol crystallizes directly from the solution on cooling, rather than first separating a phase containing the molten resorcinol. This can be easily achieved by adjusting the proportion of the inert substance in the mixture introduced into the column and if necessary adding the inert substance to the distillation product so that the latter is not saturated with resorcinol while it is at above the temperature at which crystallization occurs.
Carrying out the process in this way results in a purer resorcinol than that which is obtained by first allowing the resorcinol to separate out as a liquid phase because in the latter case some of the meta-isopropenyl-phenol tends to dissolve in liquid resorcinol, thus giving rise to impure crystals of resorcinol
Mother liquors based on an inert substance still contain, along with meta-isopropenyl-phenol, dissolved resorcinol after most of it has been crystallized and filtered off.
If desired, some or (in a batch distillation) all of these mother liquors can be returned to the distillation boiler, the distillation product being treated in the second case to recover the dissolved resoreinol and meta-isopropenyl-phenol when the resorcinol no longer crystallizes in the distillation product on cooling. The dissolved resorcinol can be separated, for example, from inert substance mother liquors by extraction with a solvent, for example, by extraction with water which provides an aqueous phase and an inert substance phase free from resorcinol.
The resorcinol can be taken up from the aqueous phase by evaporation or extraction, for example in a countercurrent extraction apparatus, with an inert low-boiling organic solvent from which it is then separated by a process. Any suitable, eg solvent evaporation. The additional resorcinol obtained in this way is generally impure and can advantageously be returned to the boiler. The resorcinol-free inert substance phase can be treated to recover meta-isopropenyl-phenol for example by extraction with dilute aqueous alkaline solution, followed by acidification of the alkaline extract to precipitate an oily phase which can be fractionated to isolate. meta-iscpropenylphenol.
The examples below show how the invention can be carried out. Parts by weight and parts by volume are in the same ratio as kilograms and liters.
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EXAMPLE
A solution of crude meta-di-isopropylbenzene dihydroperoxide (purity 94.2% by iodometric analysis) containing 200 parts by weight calculated as pure dihydroperoxide was subjected to an acidic split at the boiling point of the mixed solvent acetone / benzene using as catalyst
20 parts by weight of an acid treated fuller's earth.
The resulting mixture, from which the acid cleavage catalyst and low boiling point materials such as aceton and solvent have been removed, is subjected to fractional distillation under 10 mm of mercury pressure. a main fraction, formed from 56.2 parts by weight of resorcinol. the temperature of the boiler is allowed to rise to approximately 200 ° C., which causes the start of the decomposition of the material in the boiler and the drop in the temperature of the head of the column.
Now then collects a fraction comprising a mixture of'meta-isopropenyl-phenol and resorcinol. From this fraction, 24.9 parts by weight of resorcinol are obtained by entraining the meta-isopropenyl-phenol by washing with benzene. Distillation of this benzene solution gives 9.5 parts by weight of meta-isopropenyl-phenol and a small amount of a high boiling residue.
EXAMPLE
A portion of the crude meta-di-isopropylbenzene dihydroperoxide used in Example 1 is recrystallized twice from a mixture of benzene and petroleum ether to obtain a 9991% meta-di-isopropylbenzene dihydroperoxide. purity (by iodometric analysis).
200 parts by weight of this purified dihydroperoxide are subjected to the acid cleavage in the same way as in Example 1. After removing the catalyst and low-boiling point materials from the resulting mixture, fractional distillation under a pressure of 10 mm of mercury provides fractions containing 78.5 parts by weight of resorcinol. The temperature of the boiler is then allowed to rise above 200 ° C., which initiates the decomposition and the temperature of the column head is lowered by approximately 10 ° C. and a fraction comprising meta-isopropenyl-phenol is collected and of remorcinol The treatment of this fraction as in Example 1 gives 10.0 parts by weight of resorcinol and 2.85 parts of meta-isopropenyl-phenol.
EXAMPLE 3.-
The reaction product obtained by decomposing a 4% w / v solution of meta-di-isopropylbenzene dihydroperoxide in benzene is filtered to free it from the catalyst with an acidic clay catalyst and adds 10% by volume of liquid silicone DC 550 (Dow Corning Corpo). After removal of the benzene by distillation, the resor- cinol is removed from the remaining mixture under a pressure of 10 mm, a slow stream of nitrogen bubbling through the contents of the still flask, heated in a Wood's metal bath at a temperature of d. About 200 C the distillation ceased after 11.9 parts by weight of product had been obtained. This product has a melting point of 95 ° C. and corresponds to du. resorcinol at 88.1% purity.
By recrystallization of benzene, 7.7 parts by weight - of pure product are obtained.
By raising the temperature of Wood's metal bath above 200 C, the distillation starts again and continues until the boiler temperature reaches 320 Co At this time, the distillation ceases again. 3.1 parts by weight of crude product are obtained during this period, yielding 2.2 parts by weight of pure resorcinol by recrystallization of benzene. Benzene-based mother liquors contain meta-isopropenyl-phenol which can be recovered. by distillation.
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For comparison, the catalyst of the same volume was filtered off from a solution of a similar reaction product and the benzene was distilled off. The remaining viscous residue is then distilled off under reduced pressure first at 10 mm and finally at 1.0 mmo On cooling, the product of the distillation solidifies to a yellow crystalline mass (10.7 parts in wt) melting at 94-98 C. After recrystallization of hot benzene, the melting point rose to 106-108 C and the weight reduced to 7.4 parts by weight. The residue left in the distillation flask, extremely viscous when hot, sets on cooling to a solid, hard and brittle mass, which must be removed from the flask in pieces.
EXAMPLE 4.-
195 parts by weight of a crude oxidation product containing 81.5% w / w of meta-di-isopropylbenzene dihydroperoxide are decomposed using an acid catalyst. The decomposition product is neutralized and freed from solvents, 500 parts by volume of methyl-naphthalene are added to the treated residue and the mixture is distilled off at atmospheric pressure (vapor temperature 240-242 C). Fractions representing approximately 200 parts by volume were collected and cooled, the resorcinol which crystallized from the distillation was filtered off and the filtrate returned to the boiler.
This operation is continued until the cooling of the product no longer causes crystallization of resorcinol and the remainder of the methyl-naphthalene contained in the boiler is then distilled off. The total weight of resorcinol (99.73% purity) obtained in this way is 51.5 parts by weight (54% yield based on the crude hydroperoxide).
The methyl-naphthalene-based mother liquors are then washed with two portions of 50 parts by volume of water to remove any remaining traces of resorcinol, then extracted with three portions of 75 parts by volume of sodium hydroxide 2 N and washed once more with water. After heating to remove water, the methyl naphthalene can be used for the next batch of decomposition product.
The sodium hydroxide extract is washed with ether and then acidified with carbon dioxide. The precipitated oil is extracted with ether, the extract dried, the ether distilled off and the residue distilled off at 10 mm pressure under a layer of nitrogen.
The distillation product, for example 118-121 G / 12 mm, represents 16.3 parts by weight and is formed from crude meta-isopropenyl-phenol. This product can be subjected to fractional distillation to recover the substantially pure meta-isopropenyl-phenol.
EXAMPLE 5.-
25% by volume of a mixture of 1- and 2-methyl-naphthalene is added to a similar volume of a decomposition reaction product solution comparable to that of Example 3 freed from catalyst. by filtering. After separation of the benzene, the remaining solution of reaction product in methyl-naphthalene is distilled in a column filled with a single-turn glass helix at a reflux ratio of 3: 1 under pressure. ordinary. The distillation temperature is 240-243 C. On cooling the distillation product, the resorcinol separates out in the form of pure white crystals.
These are separated by filtration and the filtrate is returned to the distillation flask, and the distillation continued until the product no longer deposits resorcinol crystals on cooling. The total amount of resorcinol obtained after washing with l Petroleum ether at 40-60 ° C. and drying in an oven at 90 ° C., is 11.1 parts by weight, the product melts at 111 ° C. and is completely colorless. Mother liquors contain meta-isopropenyl- phenol which can be recovered, for example, by alkali extraction followed by acidification and distillation as in example 4.
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EXAMPLE 6. -
195 parts by weight of crude meta-di-isopropylbenzene dihydroperoxide are decomposed using an acid catalyst. The cleavage product is treated to neutralize the catalyst and separated from the low boiling point solvents o The hot residue is then introduced into a flash boiler maintained at 300-320 C, the vapors of the distillation product exiting through a splash-proof head and being condensed on contact with water. The entire operation is carried out under a pressure of 10 mm of mercury.
After the distillation is complete, the product is diluted with water to about 200 parts by volume, and the aqueous solution is extracted three times with 50 parts by volume portions of benzene, the combined benzene extracts being ex-. drawn back with portions of 20 parts by volume of water. The combined aqueous solutions are then separated from the water under a pressure of 10 mm, and the residue, distilled without fractionation under the same pressure, gives 48.0 parts of resorcinol having a freezing point of 106 C,
The extracts with benzene, by removal of the benzene and distillation at 10 mm of pressure under a nitrogen layer give 16.5 parts by weight of meta-idospropenyl-phenol, for example 118 C / 10 mm.
EXAMPLE 7. -
After filtering off the cleavage catalyst formed by acid-activated fuller's earth, the cleavage product is freed from solvents from a solution of 133 parts by weight of crude meta-di-isopropylbenzene di-hydroperoxide. in benzene To the solvent-free residue, methyl-naphthalene is added and the mixture is distilled under a pressure of 10 mm of mercury at a temperature of 110 ° C. The distillation product is cooled and separated by The crystallized resorcinol which separates is filtered off, the filtrate being returned to the distillation boiler, and the distillation is resumed. This operation is repeated until the cooling of the distillation product no longer provides resorcinol.
The amount of pure resorcinol recovered in this way is 33.3 parts by weight.
To the residue of this distillation, fresh methyl-naphthalene is added, and the same process is repeated at atmospheric pressure at a temperature of 240-243 C. In this way, a further 6.6 parts by weight of resorcinol are obtained. crystallized from the distillation product. The distillate mother liquors contain meta-isopropenyl-phenol which can be separated by alkali extraction followed by acidification and distillation as described in Example 4.
CLAIMS. The- A method of manufacturing resorcinol by catalytic cleavage of a reaction mixture containing meta-di-isopropylbenzene di-hydroperoxide from the oxidation of meta-di-isopropylbenzene, characterized in that it is decomposed by Inaction heat the material contained in the cleavage product, which is less volatile than resorcinol, and the additional amounts of resorcinol and meta-isopropenyl-phenol thus formed are separated.