DE2428141A1 - PROCESS FOR THE PREPARATION OF P-CHLOROPHENYLENEDIAMINE - Google Patents
PROCESS FOR THE PREPARATION OF P-CHLOROPHENYLENEDIAMINEInfo
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Description
DR. MÜLLER-BORE DIPPING. GROENING DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL
DIPL.-CHEM. DR. SCHÖN D I PL-PHYS. H ERTELDR. MÜLLER-BORE DIPPING. GROENING DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL
DIPL.-CHEM. DR. SCHÖN DI PL-PHYS. H ERTEL
11. Juni 197%June 11th 197%
S/G 17-163S / G 17-163
The Goodyear Tire & Rubber Co., Akron, Ohio / USAThe Goodyear Tire & Rubber Co., Akron, Ohio / USA
Verfahren zur Herstellung von p-Chlorpheny-. lendiaminProcess for the preparation of p-chloropheny-. lenediamine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von p-ChIorphenylendiamin.
Insbesondere befasst sich die Erfindung
mit einem Verfahren zur Herstellung von p-Chlorphenylendiamin
durch Hydrierung von 4-Chlor-1,3-dinitrobenzol.The invention relates to a process for the preparation of p-chlorophenylenediamine. In particular, the invention is concerned
with a process for the preparation of p-chlorophenylenediamine by hydrogenation of 4-chloro-1,3-dinitrobenzene.
Verschiedene primäre Diamine eignen sich besonders zum Vernetzen von Polyurethanen. Ein Beispiel für ein derartiges Diamin ist
p-Chlorphenylendiamin. Sein Einsatz für technische Zwecke ist
jedoch infolge der Schwierigkeit seiner Herstellung sowie der damit verbundenen hohen Kosten begrenzt. Eine katalytische
Hydrierung von 4-Chlor-1,3-dinitrobenzol ist bisher zur Herstellung
von p-Chlorphenylendiamin deshalb unbefriedigend verlaufen, da erhebliche Nebenreaktionen sowie eine Chlorwasserstoffabspaltung
auftreten.Various primary diamines are particularly suitable for crosslinking polyurethanes. An example of such a diamine is p-chlorophenylenediamine. However, its use for technical purposes is limited due to the difficulty of its manufacture and the associated high costs. A catalytic one
The hydrogenation of 4-chloro-1,3-dinitrobenzene for the preparation of p-chlorophenylenediamine has so far been unsatisfactory because considerable side reactions and elimination of hydrogen chloride occur.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Ver-The object of the invention is to create an improved
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fahrens zur Herstellung von p-Chlorphenylendiamin. Durch die Erfindung soll ein Verfahren zur Verfügung gestellt werden, mit dessen Hilfe katalytisch 4-Chlor-1,3-dinitrobenzol zur Herstellung von p-Chlorphenylendiamin hydriert werden kann.drive for the production of p-chlorophenylenediamine. Through the The invention is intended to provide a process with the aid of which 4-chloro-1,3-dinitrobenzene is catalytically used for production can be hydrogenated by p-chlorophenylenediamine.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss bei einem Verfahren zur Herstellung von p-Chlorphenylendiamin dadurch gelöst, dass 4-Chlor-1,3-dinitrobenzol in einer Lösungsmittellösung, in welcher das Diamin unter einem Druck von ungefähr 28 bis ungefähr 70 kg/cm , absolut (400 bis 1000 psig) sowie bei einer Temperatur zwischen ungefähr 60 und ungefähr 1200C löslich ist, in Gegenwart eines Katalysators, der aus reduziertem Platin auf körnigem Kohlenstoff besteht und ungefähr 0,5 bis ungefähr 1,5 Gewi chts-96 Platin enthält, hydriert wird, wobei der Katalysator eine Nitrobenzolzahl zwischen ungefähr 2600 und ungefähr 3200 und vorzugsweise von ungefähr 2800 bis ungefähr 3000 aufweist, und wobei das Platin auf dem Kohlenstoffträger zu wenigstens 95 % und vorzugsweise zu wenigstens 99 % reduziert ist.According to the invention, this object is achieved in a process for the preparation of p-chlorophenylenediamine in that 4-chloro-1,3-dinitrobenzene is dissolved in a solvent solution in which the diamine is absolutely (400 to 1000 psig) and is soluble at a temperature between about 60 and about 120 0 C, hydrogenated in the presence of a catalyst which consists of reduced platinum on granular carbon and contains about 0.5 to about 1.5 weight-96 platinum wherein the catalyst has a nitrobenzene number between about 2600 and about 3200, and preferably from about 2800 to about 3000, and wherein the platinum on the carbon support is at least 95 % and preferably at least 99 % reduced.
Ein derartiger Katalysator kann ferner dahingehend beschrieben werden, dass er Wasser in einem solchen Ausmaß enthält, dass ein typischer Wassergewichtsverlust beim Trocknen von ungefähr 60 bis ungefähr 70 Gewichts-% erzielt wird. Es ist im allgemeinen zweckmässig, dass der frische Katalysator Wasser enthält, damit die Möglichkeit von explosiven Reaktionen verhindert wird. Man kann davon ausgehen, dass beim Verlauf der katalytischen Reaktion das Wasser durch das Lösungsmittel in dem System ersetzt wird.Such a catalyst can also be described as containing water to such an extent that a typical water weight loss on drying of from about 60 to about 70% by weight is achieved. It is in general It is advisable that the fresh catalyst contains water, so that the possibility of explosive reactions is prevented. It can be expected that as the catalytic reaction proceeds, the water will be replaced by the solvent in the system will.
Die Nitrobenzolzahl wird als das Volumen Wasserstoff bei Standardbedingungen hinsichtlich Temperatur und Druck berechnet, das während der ersten 5 Minuten der Reaktion pro Gramm des trockenen Katalysators aufgenommen wird. Der Test wird in der Weise durchgeführt, dass 0,125 g Katalysator, 4,0 ml Nitrobenzol (AR-Grad)The nitrobenzene number is expressed as the volume of hydrogen under standard conditions calculated in terms of temperature and pressure during the first 5 minutes of reaction per gram of dry Catalyst is added. The test is carried out in such a way that 0.125 g of catalyst, 4.0 ml of nitrobenzene (AR grade)
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und tOO,O ml Methylalkohol (absolut wasserfrei, AR-Grad) vermischt und in einer Parr-Vorrichtung unter einem Druck von 300 mmHg geschüttelt werden.and tOO.0 ml of methyl alcohol (absolutely anhydrous, AR grade) mixed and shaken in a Parr device under a pressure of 300 mmHg.
Wenn auch anzunehmen ist, dass das reduzierte Platin auf dem körnigen Kohlenstoffträger die aktive katalytische Stelle ist, so wurde dennoch durch eine Analyse der Katalysatorasche gefunden, dass auch andere Materialien vorliegen, wie beispielsweise Natrium- und Phosphorverbindungen, die wahrscheinlich in dem Kohlenstoffträger enthalten sind. Zur Durchführung einer derartigen Analyse wird der Katalysator in Asche überführt (er weist gewöhnlich einen Aschegehalt von ungefähr 1 Gewichts-% auf), und zwar durch Übliche Methoden, beispielsweise durch ein Erhitzen auf ungefähr 2750C während einer Zeitspanne von ungefähr 10 Stunden, bis ein konstantes Gewicht erreicht worden ist.Although it can be assumed that the reduced platinum on the granular carbon support is the active catalytic site, an analysis of the catalyst ash found that other materials are also present, such as sodium and phosphorus compounds, which are probably contained in the carbon support. To carry out such an analysis, the catalyst is converted into ash (it usually has an ash content of about 1% by weight) by customary methods, for example by heating to about 275 ° C. for a period of about 10 hours a constant weight has been achieved.
Vorzugsweise besteht das zur Durchführung der Hydrierungsreaktion eingesetzte Lösungsmittel aus Äthylacetat, Propylacetat oder Butylacetat in einer Menge von ungefähr 85 bis ungefähr 100 Gewichts-% sowie entsprechend 0 bis" ungefähr 15 Gewichts-% Monoalkoholen, ausgewählt aus Methanol, Äthanol, Isopropanol und Isobutanol.The solvent used to carry out the hydrogenation reaction preferably consists of ethyl acetate and propyl acetate or butyl acetate in an amount of about 85 to about 100% by weight and correspondingly 0 to "about 15% by weight Monoalcohols selected from methanol, ethanol, isopropanol and isobutanol.
Es wurde in unerwarteter Weise gefunden, dass die Hydrierung des ^-Chlor-1,3-dinitrobenzols in Gegenwart des erforderlichen Platinkatalysators sowie des Lösungsmittels eine Umwandlung des Dinitrobenzols in das Diamin in einer Menge von ungefähr 80 bis ungefähr 90 Mol-% zur Folge hat, wobei nur eine minimale Halogenwasserstoffabspaltung erfolgt. In typischer Weise treten nur ungefähr 10 bis ungefähr 20 % Nebenreaktionen einschliesslich einer Halogenwasserstoffabspaltung auf. Daher kann das 4-Chlor-1,3-dinitrobenzol in wesentlich effektiverer Weise sowie preisgünstiger hergestellt werden als dies bei der Durchführung der bisher bekannten Methoden der Fall ist.It was unexpectedly found that the hydrogenation of the ^ -Chlor-1,3-dinitrobenzene in the presence of the required Platinum catalyst as well as the solvent a conversion of the dinitrobenzene into the diamine in an amount of about 80 to about 90 mol% results, with only minimal elimination of hydrogen halide he follows. Typically only about 10 to about 20% inclusive side reactions occur an elimination of hydrogen halide. Therefore, the 4-chloro-1,3-dinitrobenzene can be produced in a much more effective manner and cheaper than when carrying out the previously known methods is the case.
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Die erfindungsgemässe Hydrierungsreaktion wird im allgemeinen in der Weise durchgeführt, dass 4-Chlor-1,3-dinitrobenzol mit dem Lösungsmittel zur Einstellung einer 20- bis ungefähr 30 %igen Konzentration, bezogen auf die gesamte Lösung, vermischt wird, worauf ungefähr 1 bis ungefähr 3 Gewichts-96 des Katalysators aus reduziertem Platin auf Kohlenstoff mit der Lösung vermischt werden. Die Katalysatormenge ist im allgemeinen nicht kritisch, es wird jedoch eine solche Menge verwendet, dass eine merkliche Hydrierungsgeschwindigkeit erzielt wird. Ungefähr 3 bis ungefähr 5 Gewichts-% stellen ein typisches Optimum dar, und zwar bezogen auf das Dinitrobenzol. Die Temperatur der Reaktanten wird auf ungefähr 60 bis ungefähr 8O0C eingestellt. Eine den Wasserstoff verteilende Zuführungseinrichtung wird unterhalb der Oberfläche der flüssigen Mischung installiert, so dass ein ausreichender Kontakt mit dem 4-Chlor-1,3-dinitrobenzol erfolgt. Dar Wasserstoffdruck oberhalb der Mischung wird auf ungefähr 28 bis ungefähr 70 kg/cm , absolut (400 bis 1000 psig) eingestellt. Die fortschreitende Reaktion ist exotherm. Das Reaktionsgemisch wird auf ungefähr 95 bis ungefähr 1400C während einer Zeitspanne von ungefähr 5 bis ungefähr 10 Minuten gehalten. Nach dieser Zeitspanne, nachdem die exotherme Reaktion aufgehört hat, wird die Reaktionstemperatur auf dem zuvor eingestellten Bereich von ungefähr 60 bis ungefähr 800C während einer Zeitspanne von ungefähr 1 bis ungefähr 2 Stunden gehalten. Die gesamte effektive Reaktionszeit liegt daher zwischen ungefähr 1 und 2 Stunden bei einer Temperatur von ungefähr 60 bis ungefähr 14O°C. Der Druck des Reaktionssystems wird durch Zugabe von Sauerstoff aufrecht erhalten, wobei die Sauerstoffzuführung durch die erwähnte Zuführungseinrichtung je nach Bedarf erfolgt.The hydrogenation reaction of the present invention is generally carried out in such a way that 4-chloro-1,3-dinitrobenzene is mixed with the solvent to adjust a concentration of 20 to about 30% based on the total solution, whereupon about 1 to about 3 96% by weight of the reduced platinum on carbon catalyst is mixed with the solution. The amount of catalyst is generally not critical, but the amount used is such that a significant rate of hydrogenation is achieved. About 3 to about 5% by weight represent a typical optimum based on the dinitrobenzene. The temperature of the reactants is adjusted to about 60 to about 8O 0 C. A supply device distributing the hydrogen is installed below the surface of the liquid mixture so that there is sufficient contact with the 4-chloro-1,3-dinitrobenzene. The hydrogen pressure above the mixture is adjusted to about 28 to about 70 kg / cm, absolute (400 to 1000 psig). The progress of the reaction is exothermic. The reaction mixture is held at about 95 to about 140 ° C. for a period of about 5 to about 10 minutes. After this period of time, after the exothermic reaction has ceased, the reaction temperature is maintained in the previously set range of approximately 60 to approximately 80 ° C. for a period of approximately 1 to approximately 2 hours. The total effective reaction time is therefore between about 1 and 2 hours at a temperature of about 60 to about 140 ° C. The pressure of the reaction system is maintained by adding oxygen, the oxygen being supplied through the aforementioned supply device as required.
Das Produkt kann durch Filtration zur Entfernung des Katalysators sowie durch anschliessende Destillation unter vermindertem Druck oder unter Vakuum zur Entfernung des Lösungsmittels gewonnen werden. Das gewonnene Produkt kann nach verschiedenenThe product can by filtration to remove the catalyst and by subsequent distillation under reduced Pressure or vacuum to remove the solvent. The product obtained can be according to various
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Methoden gereinigt werden, "beispielsweise durch Kristallisation aus Wasser, wobei ein Produkt erhalten wird, das einen Schmelzpunkt zwischen ungefähr 88 und ungefähr 910C besitzt, wobei dieser Schmelzpunkt mit einer Erhitzungsgeschwindigkeit von ungefähr 1 °C pro Minute gemäss der ASTM-Methode D-789 ermittelt wird.Methods are purified, "for example by crystallization from water, whereby a product is obtained which has a melting point between approximately 88 and approximately 91 0 C, this melting point with a heating rate of approximately 1 ° C per minute according to ASTM method D- 789 is determined.
Der zur Durchführung der Erfindung eingesetzte Katalysator besteht aus Platin, das auf einem Substrat aus körniger Aktivkohle abgeschieden ist. In typischer Weise besitzen die Körner eine Teilchengrösse von ungefähr 200 bis ungefähr 400 U.S.-Standard-mesh. Die körnige Aktivkohle kann beispielsweise durch gesteuerte Holzverbrannung hergestellt werden. -The catalyst used to carry out the invention consists of platinum, which is deposited on a substrate of granular activated carbon is deposited. Typically, the granules have a particle size of from about 200 to about 400 U.S. standard mesh. The granular activated carbon can be produced, for example, by controlled wood burning. -
Der Katalysator entspricht dem Typ, welcher im allgemeinen nach Methoden hergestellt werden kann, die in der Katalysatorherstellungstechnik bekannt sind, beispielsweise durch Kontaktieren von Chlorplatinsäure mit Aktivkohle unter Hydrierungsbedingungen, um ein Platinchlorid abzuscheiden, worauf sich eine Reduktion zu elementarem Platin mit einer Wertigkeit von Null anschliesst.The catalyst is of the type which can generally be produced by methods used in catalyst production technology are known, for example, by contacting chloroplatinic acid with activated carbon under hydrogenation conditions to deposit a platinum chloride, whereupon This is followed by a reduction to elemental platinum with a value of zero.
Das zur Durchführung der Hydrierungsreaktion gemäss vorliegender Erfindung eingesetzte Lösungsmittel soll aus einem Ester bestehen, wobei Äthylacetat bevorzugt wird. Wenn es auch vorzuziehen ist, dass im wesentlichen 100 Gewichts-% des Esters als Lösungsmittel verwendet werden, so kann das Lösungsmittel dennoch auch bis zu ungefähr 15 Gewichts-% eines Monoalkohols enthalten, wobei Äthanol und Isopropanol bevorzugt werden.That for carrying out the hydrogenation reaction according to the present The solvent used in the invention should consist of an ester, with ethyl acetate being preferred. If it does it is preferred that substantially 100% by weight of the ester be used as the solvent, so the solvent can be used nevertheless also up to about 15% by weight of a monoalcohol contain, with ethanol and isopropanol being preferred.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie zu beschränken. Sofern nichts anderes angegeben ist, beziehen sich alle Teil- und Prozentangaben auf das Gewicht.The following examples illustrate the invention without restricting it. Unless otherwise stated, refer to all parts and percentages are based on weight.
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In einen Reaktor werden 75 Teile Äthylacetat und 25 Teile 4-Chlor-1,3-dinitrobenzol eingefüllt. Der Reaktor wird dann mit Wasserstoff während einer Zeitspanne von ungefähr 30 Stunden zur Verdrängung von darin enthaltener Luft gespült. Die Reaktanten werden auf eine Temperatur von ungefähr 6O0C gebracht. Ein Verteiler wird an dem Reaktor in der Weise befestigt, dass der dem Reaktor zugeführte Wasserstoff unterhalb der Oberfläche der flüssigen Mischung verteilt wird. Ein Turbinenrührer wird montiert, damit ein schnelles Rühren möglich ist.75 parts of ethyl acetate and 25 parts of 4-chloro-1,3-dinitrobenzene are introduced into a reactor. The reactor is then purged with hydrogen for a period of about 30 hours to displace any air therein. The reactants are brought to a temperature of about 6O 0 C. A manifold is attached to the reactor in such a way that the hydrogen supplied to the reactor is distributed below the surface of the liquid mixture. A turbine stirrer is installed so that rapid stirring is possible.
Dem Reaktor wird dann 1 Teil eines Katalysators aus 1 Gewichts-% reduziertem Platin auf Kohlenstoff (Wasserverlust beim Trocknen 64,35 %) zugeführt. Der Katalysator ist von der Calsicat Company erhältlich. Der Reaktor wird verschlossen, worauf der Rührer in Betrieb gesetzt wird. Wasserstoff wird durch die Verteilungseinrichtung in der Weise zugeführt, dass ein Druck zwischen ungefähr 28 und ungefähr 35 kg/cm , absolut (400 bis 500 psig) eingestellt wird. Die Reaktion beginnt sofort unter Wärmeentwicklung zwischen ungefähr 95 und ungefähr 1200C und dauert ungefähr 10 bis 15 Minuten. Die exotherme Reaktion hört bei einer Reaktionstemperatur zwischen ungefähr 60 bis ungefähr 800C auf. Sie wird dann während einer weiteren Zeitspanne von ungefähr 1 Stunde fortschreiten gelassen, wobei die gesamte Reaktionszeit ungefähr 1 i/4 Stunden beträgt. Die Mischung wird aus dem Reaktor entnommen, worauf der Katalysator durch Filtration entfernt wird. Das Lösungsmittel wird durch Vakuumdestillation entfernt, wobei bei einer Temperatur bis zu ungefähr 300C sowie unter einem verminderten Druck von ungefähr 674 mmHg destilliert wird. Das erhaltene destillierte Produkt wird in Wasser umkristallisiert, wobei p-Chlorphenylendiamin mit einer Reinheit von wenigstens 97 % sowie mit einem Schmelzpunkt von ungefähr 88 bis ungefähr 910C gemäss der ASTM-Methode Nr. D-789 (Erhitzungsge-1 part of a catalyst composed of 1% by weight of reduced platinum on carbon (water loss on drying 64.35 %) is then fed to the reactor. The catalyst is available from the Calsicat Company. The reactor is closed, whereupon the stirrer is put into operation. Hydrogen is supplied through the manifold such that the pressure is maintained between about 28 and about 35 kg / cm, absolute (400 to 500 psig). The reaction begins immediately with the development of heat between approximately 95 and approximately 120 ° C. and lasts approximately 10 to 15 minutes. The exothermic reaction stops at a reaction temperature between about 60 to about 80 0 C. It is then allowed to proceed for an additional period of about 1 hour, the total reaction time being about 1½ hours. The mixture is removed from the reactor and the catalyst is removed by filtration. The solvent is removed by vacuum distillation, the distillation being carried out at a temperature of up to approximately 30 ° C. and under a reduced pressure of approximately 674 mmHg. The distilled product obtained is recrystallized in water, p-chlorophenylenediamine having a purity of at least 97 % and a melting point of approximately 88 to approximately 91 ° C. according to ASTM method No. D-789 (heating
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schwihdigkeit ungefähr 1°C/Minute bei Einsatz einer Fisher-Jones-Vorrichturig) erhalten wird.speed approximately 1 ° C / minute when using a Fisher-Jones jig) is obtained.
Bei der Durchführung dieser Reaktion treten nur in minimalem Ausmaße Nebenreaktionen einschliesslich einer Halogenwasserstoffabspaltung auf. Die theoretische Ausbeute an p-Chlorphenylendiamin unter Zugrundelegung von 4-Chlor-1,3-dinitrobenzol beträgt 70,5 Gewichts-96, und zwar auf der Basis eines 100 %igen Umsatzes. Die tatsächliche Ausbeute wird gaschromatographisch zu 62,6 Gewichts-96 bei einem Gesamtumsatz von 100 % ermittelt. Auf diese Weise werden 89 % des Dinitrobenzols in das Diamin und 11 % in Nebenprodukte umgewandelt. Ein derartiger Umsatz ist bei einer Durchführung in der Technik sehr günstig.When this reaction is carried out, only minimal side reactions, including the elimination of hydrogen halide, occur. The theoretical yield of p-chlorophenylenediamine based on 4-chloro-1,3-dinitrobenzene is 70.5% by weight, based on a 100% conversion. The actual yield is determined by gas chromatography to be 62.6% by weight with a total conversion of 100%. In this way, 89 % of the dinitrobenzene is converted to the diamine and 11 % to by-products. Such a conversion is very favorable when carried out in technology.
Ein Teil des gemäss diesem Beispiel hergestellten p-Chlorphenylendiamins wird anschliessend zur Härtung eines Polyurethanvorpolymeren aus einem Diisocyanat und einem polymeren Polyol in zufriedenstellender Weise eingesetzt.Part of the p-chlorophenylenediamine prepared according to this example is then used to cure a polyurethane prepolymer made from a diisocyanate and a polymeric polyol used in a satisfactory manner.
Es ist darauf hinzuweisen, dass das erfindungsgemässe Verfahren die Herstellung von p-Chlorphenylendiamin als p-Chlor-m-phepyleiidiamin betrifft, da diese Verbindung aus 4-Chlor-i,3-dinitrobenzol hergestellt wird.It should be pointed out that the process according to the invention enables the production of p-chlorophenylenediamine as p-chloro-m-phepylediamine concerns, since this compound consists of 4-chloro-i, 3-dinitrobenzene will be produced.
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Legal Events
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