DE3134131A1 - Verfahren zur herstellung von naphthalin-1,4,5,8-tetracarbonsaeure durch oxidation mit einer perverbindung - Google Patents

Verfahren zur herstellung von naphthalin-1,4,5,8-tetracarbonsaeure durch oxidation mit einer perverbindung

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DE3134131A1
DE3134131A1 DE19813134131 DE3134131A DE3134131A1 DE 3134131 A1 DE3134131 A1 DE 3134131A1 DE 19813134131 DE19813134131 DE 19813134131 DE 3134131 A DE3134131 A DE 3134131A DE 3134131 A1 DE3134131 A1 DE 3134131A1
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Wilhelm Dr. 6230 Frankfurt Riemenschneider
Freimund Dr. 6233 Kelkheim Röhrscheid
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C07C51/00Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/16Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation
    • C07C51/31Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation of cyclic compounds with ring-splitting
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Description

  • Verfahren zur Herstellung von Naphthalin-1,4,5,8-tetra-
  • carbonsäure durch Oxidation mit einer Perverbindung Naphthalin-1,4,5,8-tetracarbonsäure - im folgenden kurz "Tetrasäure" genannt - ist ein wichtiges Vorprodukt für Farbmittel, die sich durch besonders hohe Lichtechtheit auszeichnen. So werden durch Umsetzung mit aromatischen Diaminen wertvolle Farbstoffe und Pigmente erhalten.
  • Es sind mehrere Verfahren bekannt, Pyren in einem mehrstufigen Prozeß mit Halogenen und Schwefeltrioxid zur Tetrasäure zu oxidieren (Fierz-David, Grundlegende Operationen der Farbenchemie, Verlag Springer, Wien 1952). Diese Verfahren haben den Nachteil, daß sie in konzentrierter Schwefelsäure als Lösemittel durchgeführt werden. Daraus resultiert - abgesehen von verfahrenstechnischen Schwierigkeiten - die Notwendigkeit der Beseitigung der ganz erheblichen Scllwefelsäuremengen.
  • Es wurde nun ein Verfahren gefunden, bei dem Pyren zur Tetrasäure oxidiert wird, wobei keine Schwefelsäure erforderlich ist.
  • Erfindungsgemäß werden die Alkalisalze der Naphthalin-1,4,5,8-tetracarbonsäure durch Oxidation von Pyren dadurch hergestellt, daß man glas Pyren in einer ersten Stufe in einer niederen Alkancar'vonsAure mit einem organischen flydroperoxid oder einer Percarbonsäure in Gegenwart einer Metallverbindung behandelt und das Zwischenprodukt in einer zweiten Stufe mit Chlor in wäßrig-alkalischer Lösung umsetzt.
  • Aus dem Alkalisalz der Tetrasäure, das in Wasser gut löslich ist, kann man dann auf einfache und-bekannte Weise - gegebenenfalls nach vorheriger Filtration und/ oder Klärung mit Hilfe von Aktivkohle - durch Ansäuern die Tetra:;äure ausfällen. Die so erhaltene Tetrasäure bzw. das eventuell mitentstandene Mono- oder Dianhydrid ist nach dem Trocknen von ausreichender Qualität und Reinheit zur Herstellung von Farbmitteln.
  • Im folgenden werden bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung näher erläutert: Als niedere Alkancarbonsäure kommt in erster Linie die Essigsäure in Betracht. Pyren löst sich in warmer Essigsäure verhältnismäßig gut, so daß die Oxidation in homogener Lösung ausgeführt werden kann. Vorteilhaft kann man jedoch beträchtliche Mengen des Lösemittels einsparen, wenn man das Pyren zuerst in der gerade notwendigen Menge heißer bzw. siedender Essigsäure löst und dann durch Abkühlung bis zur Oxidationstemperatur unter starkem Rühren eine feine Kristallsuspension erzeugt.
  • Zu der essigsauren Lösung bzw. Suspension wird die Metallverbindung zugesetzt, die die Aufgabe hat, die für technische Zwecke zu langsam verlaufende Oxidation des Pyrens mit den genannten Perverbindungen zu beschleunigen. Als solche Oxidationskatalysatoren sind Schwermetallsalze bevorzugt, insbesondere Verbindungen der Metalle Chrom, Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel oder Kupfer bzw. Mischungen derselben. Besonders vorteilhaft sind die Salze der als Reaktionsmedium eingesetzten niederen Alkancarbonsäure, also bevorzugt die Acetate, da dadurch keine fremden Anionen in das Reaktionssystem eingeführt werden, wodurch-die Aufarbeitung erleichtert wird. Kleine Mengen von fremden Anionen stören die Reaktion jedoch nicht. Als besonders geeignet erwies sich der Zusatz von Kobalt- und/oder Manganacetat.
  • Von den Metallverbindungen genügen katalytische Mengen; bevorzugt sind 0,005 bis 0,1 g-Atom pro Mol eingesetztes Pyren.
  • Als Oxidationsmittel werden in der ersten Stufe organische Hydroperoxide oder Percarbonsäuren verwendet. Als Hydroperoxide kommen beispielsweise tert.-Butylhydroperoxid oder Ethylbenzol-1-hydroperoxid in Betracht. Als Percarbonsäuren können aromatische Verbindungen wie Perbenzoesäure eingesetzt werden, vorteilhaft verwendet man jedoch die dem Reaktionsmedium entsprechende Percarbonsäure, im Falle der Essigsäure also Peressigsäure. Hierbei kann anstelle der Percarbonsäure auch ein System dienen, in dem sich unter den Reaktionsbedingungen Percarbonsäuren bilden können. So kann Peressigsäure aus Acetanhydrid und Wasserstoffperoxid präformiert oder durch Zugabe dieser Substanzen während der Reaktion laufend nachgebildet werden. Wegen der Gefahr der Rückbildung von Carbonsäure und Wasserstoffperoxid soll die Percarbonsäurelösung möglichst wenig Wasser enthalten. Auch die Hydroperoxide können gegebenenfalls erst während der Reaktion in situ erzeugt werden, beispielsweise durch gleichzeitige Zugabe von Isobuten und Sauerstoff das tert. -Butylhydroperc,xid .
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird eine Lösung von etwa 20 % Peressigsäure in Essigsäure schnell in die Pyrensuspension eingetro!)ft, wobei die feinen Kristalle mit dunkelbrauner Farbe in Lösung gehen.
  • Hierbei wird vermutlich eine chinoide Zwischenstufe gebildet. Hierfür genügen 3 Mol Peressigsäure pro Mol Pyren. Wesentlich größere Mengen an Perossìgsäure be- wlrken keine wesentlich bessere Oxidation des Pyrenmoleküls zur gewünschten Tetrasäure.
  • Die Oxidationstemperatur liegt zweckmäßig zwischen 0 C und dem Siedepunkt des Reaktionsmediums und wird nötigenfalls durch Kühlung eingestellt. Besonders vorteilhaft ist ein Temperaturbereich von etwa 10- bis 600C.
  • Die Reaktionslösung aus der ersten Stufe kann unmittelbar in der zweiten Stufe nachoxidiert werden, vorteilhaft wird jedoch das Reaktionsmedium mehr oder weniger vollständig abgetrennt. Diese Abtrennung erfolgt zweckmäßig in einem Dünnschicht- oder Fallfilmverdampfer.
  • Die wiedergewonnene Carbonsäure kann in die erste Oxidationsstufe zurückgeführt werden.
  • Die Nachoxidation mit Chlor im wäßrig-alkalischen Medium erfolgt zweckmäßig im Temperaturbereich von etwa 40 bis 700C.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß pro Mol ursprünglich eingesetztem Pyren etwa 10 Mol wäßrige Natron- bzw Kalilauge und etwa 8 Mol wäßrige Natrium- oder Kaliumhypochloritlösung ("Chlorbleichlauge") vorgelegt werden. Bei etwa 40 bis 50°C wird dann unter Rühren die Reaktionslösung aus der ersten Stufe, aus der die Carbonsäure mehr oder weniger vollständig abgetrennt ist, eingetragen. Durch Zugabe von Alkalilauge wird dafür Sorge getragen, daß der pH-Wert nicht unter 10 absinkt. Nach einer Erhöhung der Temperatur auf etwa 600C wird solange Hypochloritlösung zugegeben, wie sie verbraucht wird. Der Endpunkt kann in bekannter Weise, z.B. durch Tüpfeln auf KaiiumjodidstärkepaI,ier, bestimmt werden. Die Lösung ist dann hellgelb-orange und kann gegebenenfalls durch Filtration geklärt werden.
  • Die Hypochloritlösung kann auch im Oxidationskessel vor oder während der Reaktion durch Einleiten von Chlor in Alkalilauge hergestellt werden. Wenn genügend Alkali zur Bildung des Salzes der Tetrasäure vorhanden ist, kann durch Einleitung von Chlor in die wäßrige Lösung, d.h. ohne Zusatz weiteren Alkalis, die Oxidation zufriedenstellend bewerkstelligt werden.
  • Die so erhaltene Lösung des Alkalisalzes der Tetrasäure kann wie folgt zur freien Tetrasäure aufgearbeitet werden: Uberschüssiges Hypochlorit wird mit Natriumsulfit zerstört und dann bis zum pH-Wert von etwa 1 angesäuert.
  • Hierbei wird wegen der ohnehin vorhandenen Chlorionen Salzsäure bevorzugt. Anschließend wird die Mischung zum Sieden erhitzt. Die ausgefallene Tetrasäure wird abgesaugt, mit Wasser zur Entfernung der Salzsäure gewaschen und getrocknet. Das Produkt liegt dann zum überwiegenden Teil als Monoanhydrid der Tetrasäure vor.
  • Im folgenden Beispiel beziehen sich Prozentangaben auf das Gewicht, wenn nichts anderes angegeben ist.
  • Beispiel 12,12 g (0,06 Mol) Pyren und 0,75 g Cö(OCO)2 . 4 ° wurden in einem Kolben in 100 ml Eisessig bei 1100C gelöst. Die Lösung wurde unter starkem Rühren auf 400C abgekühlt, und zu der Pyren-Suspension wurden im Laufe von 10 Minuten 81,1 g einer 19,5 %igen Peressigsäure / 15,82 g (0,208 Mol) Peressigsäure in 65,3 g Essigsäure~7 zugetropft. Die Temperatur wurde durch Kühlung der Kolbenwand auf ca. 50"C gehalten. Die entstandene dunkelrote Lösung wurde im Rotationsverdampfer auf 50 ml eingeengt und in 200 mi Wasser eingegossen. Die ausgefallene dunkelbraune Masse wurde mit 200 ml Wasser gewaschen und dann in eine Lösung aus 40 g KOIl und 300 g Chlorbleichlauge (Chlorgehalt 13%;0,55 Mol Hypochlorit) unter Rühren eingetragen und auf 50°C erwärmt. Nachdem alles Hypochlorit verbraucht war, wurden noch 200 g der Chlorbleichlauge zugefügt. Während der Oxidation wurde ständig der pH-Wert kontrolliert und durch Zugabe von weiterem Kaliumhydroxid über 10 gehalten. Zum Schluß wurde auf 700C erhitzt, überschüssiges Hypochlorit mit Natriumhydrogensulfit zerstört und mit konz. Salzsäure auf pH 1 angesäuert.
  • Die Naphthalintetracarbonsäure fiel in der Hitze als Monoanhydrid in Form kleiner Kristalle aus,- die abgesaugt, mit Wasser gewaschen und bei 700C im-Luftstrom getrocknet wurden.
  • Ausbeute: 8,8 g ^ 51,2 % d.Th. Naphthalintetracarbonsäuremonoanhydrid.

Claims (10)

  1. PATENTANSPROCHE fm Verfahren zur Herstellung von Alkalisalzen der Naphthalin-1,4,5,8-tetracarbonsäure durch Oxidation von Pyren, dadurch gekennzeichnet, daß man das Pyren in einer niederen Alkancarbonsäure mit einem organischen Hydroperoxid oder einer Percarbonsäure in Gegenwart einer Metallverbindung behandelt und das Zwischenprodukt mit Chlor in wäßipalkalischer Lösung umsetzt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als niedere Alkancarbonsäure Essigsäure einsetzt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallverbindung ein Schwermetallacetat ist.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallverbindung eine Verbindung des Chroms, Mangans, Eisens, Kobalts, Nickels oder Kupfers ist.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man0,005 bis 0,1 g-Atom der'Metallverbindung pro Mol Pyren einsetzt.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Percarbonsäure Peressigsäure eingesetzt wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidation bei einer Temperatur zwischen Raumtemperatur und dem Siedepunkt des Reaktionsmediums durchgeführt wird.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidation mit dem Hydroperoxid oder der Percarbonsäure bei etwa 10 bis 600C durchgeführt wird.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidation mit Chlor bei etwa 40 bis etwa 700C durchgeführt wird.
  10. 10.Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man das Reaktionsmedium vor der Umsetzung mit Chlor weitgehend abtrennt.
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