DD248611A1

DD248611A1 - Verfahren zur herstellung von benzoesaeuresulfimid durch anodische oxidation

Info

Publication number: DD248611A1
Application number: DD84271530A
Authority: DD
Inventors: Bernd Mueller; Dieter Spengler; Hermann Matschiner; Annelie Mueller; Hartmut Herzberg; Christian Stoeckel; Simone Engelmann; Gerlinde Timme
Original assignee: Fahlberg List Veb
Priority date: 1984-12-27
Filing date: 1984-12-27
Publication date: 1987-08-12

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur elektrochemischen Oxidation von o-Toluensulfonamid in mit Diaphragma oder Ionenaustauschermembran in Anoden- und Katodenraum getrennte Platten-, Festbett- oder Wirbelbettzellen an Graphitanoden. In Laborfestbettzellen als Kaskadenschaltung wurden mit 10%iger Natriumcarbonatloesung in Anoden- und Katodenraum und amperostatischer Arbeitsweise hohe Saccharinausbeuten erzielt. Mittels dieser Methode ist auch eine Nachoxidation basischer Loesungen, die o-Toluensulfonamid und Benzoesaeuresulfimid enthalten, gegeben. Die Verwendung von Graphit als Anodenmaterial ermoeglicht den Einsatz von Festbettzellen, die zu einer deutlichen Verbesserung der Raum-Zeit-Ausbeute bei der direkten elektrochemischen Darstellung des Suessstoffes Saccharin fuehren.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur direkten elektrochemischen Oxidation von o-Toluensulfonamid.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, daß Benzoesäuresulfimid durch anodische Oxidation von o-Toluensulfonamid herstellbar ist. Es ist ein elektrochemisches Oxidationsverfahren bekannt, welches in geteilten Zellen an Anoden, die aus Blei/Bleidioxid oder Bleidioxid auf anderen Trägermaterialien, abläuft. Mit der Trennung des Anodenraumes vom Katodenraum wird die Reduktion von Saccharin, die zu einer Reihe von Nebenprodukten führt, unterbunden. Nachteile bestehen in der Benutzung von Bleidioxid als Anodenmaterial.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die direkte elektrochemische Herstellung des Süßstoffes Benzoesäuresulfimid durch elektrochemische Oxidation in hoher Qualität und hohen Ausbeuten an Anoden, welche die Saccharinqualität nicht beeinflussen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren, bei dem direkt durch elektrochemische Oxidation von o-Toluensulfonamid Benzoesäuresulfimid hergestellt werden kann.

Es wurde überraschend gefunden, daß die elektrochemische Oxidation von o-Toluensulfonamid zu Saccharin in geteilten Elektrolysezellen an Graphitanoden durchgeführt werden kann. Die Benutzung von Graphit oder Kohle als Anodenmaterial ermöglicht die Verwendung von Festbett- oder Wirbelbettzellen. Durch den Einsatz dieser Zellentypen wird die RaunvZeit-Ausbeute der elektrochemischen Darstellung von Saccharin wesentlich verbessert.

Die elektrochemische Oxidation von o-Toluensulfonamid erfolgt vorteilhaft an einer Anode die aus Graphit besteht. Bei Verwendung einer Festbett- oder Wirbelbettzelle wird gekörnter Graphit eingesetzt. Das Material der Katode ist für diesen Prozeß ohne

Bedeutung, muß jedoch im verwendeten Medium stabil sein, wie z. B. Blei oder Graphit. ..

Als Elektrolyten dienen im Anodenraum basische Lösungen. Die Verwendung von Natriumcarbonatlösung oder Natronlauge wird als vorteilhaft angesehen. Die Zusammensetzung des Elektrolyten des Katodenraumes hat, sofern eine sehr gute Leitfähigkeit garantiert ist, auf den Anodenprozeß keinen Einfluß wie z. B. die Verwendung von Natriumcarbonatlösung oder Natronlauge. Mittels einer

Ionenaustauschermembran oder eines Glas- bzw. Asbest-Diaphragmas wird der Anoden- vom Katodenraum getrennt. Durch diese Trennung wird die bekannte, die Ausbeute mindernde, Reduktion von Saccharin zur Benzoesäure ausgeschlossen.

Die Oxidation kann potentiostatisch oder amperostatisch durchgeführt werden. Als günstig wird die amperostatische Arbeitsweise im Bereich von 0,1 bis 5 A/dm², vorzugweise von 1-5 A/dm², angesehen.

Wird potentiostatisch elektrolysiert, sollte im Potentialbereich von 1,5 V bis 3,0 V, vorzugsweise von +2,0 bis 2,5 V, gearbeitet werden.

Die Konzentration des zu oxidierenden o-Toluensulfonamid kann im Bereich von 5 x 10~⁴ Mol/Liter bis zur Sättigungskonzentration, entsprechend des gewählten Mediums und der Temperatur, liegen.

Eine besondere Bedeutung kommt der Temperatur zu. Als geeignet wird der Temperaturbereich zwischen 20 bis 8O⁰C, vorzugsweise zwischen 50 und 70°C, angesehen.

Bei Verwendung von Festbett- oder Wirbelbettzellen spielen die Durchflußgeschwindigkeit sowie die Parameter der Zelle eine entscheidende Rolle. Sie sind zugunsten einer hohen Raum-Zeit-Ausbeute je nach Zellentyp festzulegen.

Das entstandene Benzoesäuresulfimid wird auf bekannte Weise von o-Toluensulfonamid abgetrennt.

Ausführungsbeispieie

Beispiel 1

1 g (5,8 x 10~³ mol) o-Toluensulfonamid werden in 260 ml 10%iger Natriumcarbonatlösung gelöst und in den Anodenraum einer Plattenzelle gegeben. In den Katodenraum wird ebenfalls 10%ige Na₂CO₃-Lösung gefüllt. Anoden- und Katodenraum sind durch ein Glasfrittendiaphragma getrennt. Die Elektrolyse wird potentiostatisch bei einem Potential von +2,5 V (gegen SCE) und einer Temperatur von 6O⁰C an einer Graphitanode durchgeführt. Als Katodenmaterial wird austenitischer Chrom/Nickel-Stahl benutzt. Während der Elektrolyse wird der Anolyt umgepumpt. Materialausbeute: 44% Saccharin

Beispie! 2

1 g (5,8 x 10~³ mol) o-Toluensulfonamid werden in 260 ml 10%iger Natriumcarbonatlösung gelöst und in den Anodenraum einer Plattenzelle gegeben. In den Katodenraum wird ebenfalls 10%ige Natriumcarbonatlösung gefüllt. Anoden- und Katodenraum sind durch ein Glasfrittendiaphragma getrennt. Die Elektrolyse wird amperostatisch bei einer Stromdichte von 3,5 A/dm² und einer Temperatur von 6O⁰C an einer Graphitanode durchgeführt. Als Katodenmaterial wird austenitischer Chrom/Nickel-Stahl benutzt. Während der Elektrolyse wird der Anolyt umgepumpt. Materialausbeute: 67% Saccharin

Beispiel 3

1 g (5,8 x 10~³ mol) o-Toluensulfonamid werden in 260 ml 10%iger Na₂CO₃-Lösung gelöst und durch den Anodenraum einer Festbettzelle geleitet. Der Anodenraum einer einfachen Festbettzelle mit gekreuzten Stromfluß und Anolytenfluß wird mit unregelmäßigen Graphitkörnern, in der Mehrzahl mit einem Durchmesser von 1 bis 3 mm, gefüllt. Die benutzte Zelle hatte eine Bettiefe von 35 mm und eine im Querschnitt kreisförmige Bettlänge bzw. Bettbreite mit dem Durchmesser von 50 mm. Der Katodenraum wird mit 10%iger Natriumcarbonatlösung gefüllt. Als Katodenmaterial wird Blei benutzt.

Die Elektrolyse wird amperostatisch bei 0,2 A und Raumtempteratur durchgeführt. Bei einer Durchflußgeschwindigkeit von 1 l/h wurde nach einmaligem Durchfluß eine Stoffausbeute von 10% Saccharin erzielt.

Beispiel 4

Man verfährt wie in Beispiel 3 beschrieben, wobei die Elektrolyse bei 60 ⁰C durchgeführt wird.

Bei einer Durchflußgeschwindigkeit von 1 l/h werden 10% Saccharin erhalten. Unter Einhaltung der Durchflußgeschwindigkeit werden weitere Durchläufe vorgenommen. In der Tabelle 1 ist das Ergebnis der Kaskadenanordnung von Festbettzellen zusammengestellt.

Tabelle 1:

Elektrosynthese Saccharin Serienschaltung von Festbettzellen mit einer Durchflußgeschwindigkeit von 1 l/h

Anzahl Stoffausbeute

der Zellen Saccharin

1 10%

2 20%

3 30%

4 33%

5 37%

6 ' 47%

7 50%

8 53%

9 56%

Beispiel 5

In 260 ml 10%iger Natriumcarbonatlösung werden 1 g (5,8 χ 10~³ mol) o-Toluensulfonamid und 1 g (6,2 x 10~³ mol) Benzoesäuresulfimid gelöst und durch den Anodenraum der im Beispiel 3 beschriebenen Festbettzelle geleitet. Der Katodenraum wird mit 10%iger Natriumcarbonatlösung gefüllt. Als Katodenmaterial wird austenitischer Chrom/Nickel-Stahl benutzt. Die Elektrolyse wird amperostatisch bei 0,8 A und Raumtemperatur durchgeführt. Nach einmaligen Durchlauf mit einer Durchlaufgesehwindigkeit von 1 l/h wurde eine Erhöhung der Saccharinkonzentration um 14% festgestellt.

Beispiel 6

In 260 ml 1%iger Natronlauge wird 1 g (5,8 x 10~³ mol) o-Toluensulfonamid gelöst und wie im Beispiel 3 beschrieben durch den Anodenraum der Graphitfestbettzelle geleitet. In Tabelle 2 ist das Ergebnis der Oxidation dargestellt.

Tabelle 2:

Elektrosynthese Saccharin Ergebnis der Oxidation von o-Toluensulfonamid in NaOH

Anzahl Stoffausbeute

der Durchläufe Saccharin

1 2%

2 7%

3 14%

4 22%

5 30%

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Benzoesäuresulfimid durch direkte elektrochemische Oxidation, gekennzeichnet dadurch, daß o-Toluensulfonamid in basischen Medien an Graphitanoden umgesetzt wird. .

2. Verfahren gemäß Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Oxidationin Elektrolysezellen, deren Anbdenraum vom Katodenraum getrennt ist, durchgeführt wird.

3. Verfahren gemäß Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die für die Oxidation benutzten Zellen ' durch ein Diaphragma bestehend aus Glas, Asbest u. a. Materialien oder durch eine Ionenaustauschermembran am Anoden-und Katodenraum getrennt sind.

4. Verfahren gemäß Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß im Anodenraum mit wäßriger Natriumcarbonatlösung, vorzugsweise 6 bis 14%ig, oder anderer basischer Lösungen wie z. B. Natronlauge und im Katodenraum mit wäßrigen Salzlösungen oder verdünnten Laugen gearbeitet wird.

5. Verfahren gemäß Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Konzentration des zu oxidierenden o-Toluensulfonamids 5 x 10~⁴ Mol/Liter bis zur Sättigungskonzentration im gewählten Medium beträgt.

6. Verfahren gemäß Punkt 1 .bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Oxidation zur Verbesserung der Raum-Zeit-Ausbeute in Festbett- oder Wirbelbettzellen, die mit Graphit als Anodenmaterial gefüllt sind, durchgeführt wird."

7. Verfahren gemäß Punkt 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß potentiostatisch mit einem Anodenpotential von +1,5 V bis +3,0 V, vorzugsweise von +2,0 V bis +2,5 V, gearbeitet wird.

8. Verfahren gemäß Punkt 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß amperostatisch mit einer Stromdichte, von 0,1 bis 10 A/dm², vorzugsweise von 0,5 bis 5 A/dm², elektrolysiert wird.

9. Verfahren gemäß Punkt 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß im Temperaturbereich von 20 bis 80⁰C, vorzugsweise zwischen 50 und 7O⁰C, elektrochemisch gearbeitet wird.

10. Verfahren gemäß Punkt 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß mittels Platten-, Festbett- oder Wirbelbettzellen eine Oxidation von o-Toluensulfonamid in Lösungen, die bereits Saccharin enthalten, durchgeführt wird.