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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Herstellung von 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzen
(BHT·2NH3), die von geringer Toxizität, leicht
zu handhaben und nützlich
als Gaserzeugungsmittel für
Airbags und als hochmolekulare Schaumbildner sind.
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Stand der
Technik
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5,5'-bi-1H-Tetrazole
(BHT) oder Salze hiervon besitzen eine chemische Struktur, die sich
durch die folgende Formel (1) ausdrückt
wobei X ein Wasserstoffatom
oder ein Kationenpaar ist.
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Die
folgenden Dokumente 1 und 2 aus dem Stand der Technik beziehen sich
bekanntermaßen
auf die Synthese dieser Verbindungen. (Stand der Technik-Dokument
1) Japanische, offen gelegte Patentanmeldung Nr. 2000-256332, US-Patent
6,040,453 (2000).
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Die
vorliegenden Erfinder haben bereits die Synthese eines 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
aus einem Dicyan und einer wässrigen
Lösung
von Natriumazid/Ammoniumchlorid durch eine Reaktion vorgeschlagen,
die über
die folgende Formelgleichung (2) ausgedrückt wird:
(Stand
der Technik-Dokument 2) Japanische offen gelegte Patentanmeldung
Nr. 2000-191-649.
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Die
vorliegenden Erfinder haben die Synthese eines 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes (BHT·2NH
3) aus Cyanwasserstoff, Natriumazid und wässrigem
Wasserstoffperoxid mittels einer Reaktion vorgeschlagen, die durch
die folgende Formelgleichung (3) ausgedrückt wird
in Gegenwart
einer katalytischen Menge an Kupfersulfat und unter Einstellung
des pH der Reaktionslösung
auf 5 bis 6 durch die Zugabe einer organischen Säure, wie etwa Essigsäure oder
Ameisensäure.
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Gemäß dem Stand
der Technik-Dokument 1 wird ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz durch die Hitze-Zyklisierungsreaktion
des Dicyans als Ausgangsmaterial mit einer wässrigen Lösung von Natriumazid/Ammoniumchlorid
synthetisiert.
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Dieses
Verfahren beinhaltet jedoch Nachteile, wie etwa Toxizität, die Verwendung
von Dicyan, das als Ausgangsmaterial schwer zu handhaben ist, sowie
die Hinzufügung
eines Schritts zur Synthese des Dicyans, was dazu führt, dass
die Reaktionsapparatur komplex wird.
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Das
Stand der Technik-Dokument 2 beschreibt das Isolieren des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
in Form mäßig löslicher
Kristalle durch eine „Ein-Topf-Reaktion" unter Verwendung
von Cyanwasserstoff und Natriumazid als Ausgangsmaterialien, wobei
Kupfersulfid als Katalysator und wässriges Wasserstoffperoxid
als Oxidationsmittel verwendet werden.
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Jedoch
zeigen die erhaltenen Rohkristalle eine blaue Farbe aufgrund der
Anwesenheit mehrerer tausend ppm an Kupfer, das als Katalysator
verwendet wurde, und sind niemals zufriedenstellend hinsichtlich
ihrer Reinheit und Qualität.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren für die Herstellung
eines 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) bereitzustellen, das sehr stark verringerte
Mengen an Verunreinigungen enthält,
wie etwa Kupfer aus einer Reaktionslösung, die ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz
enthält,
das in Gegenwart eines Kupferkatalysators synthetisiert wurde.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
eines Verfahrens zur effizienten Synthese eines hochreinen 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) durch eine verringerte Anzahl von Schritten,
d.h. durch die Ein-Topf-Reaktion der Ausgangsmaterialien, die preiswert
erhältlich
und leicht handhabbar sind.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren für
die Herstellung eines 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
bereitgestellt, das folgendes umfasst:
- (1)
Synthetisieren eines 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes
in Gegenwart eines Kupferkatalysators;
- (2) Zugeben von wässrigem
Ammoniak zu einer Reaktionslösung,
die das Dinatriumsalz enthält;
- (3) Filtrieren zum Abtrennen eines Filtrats von dem Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazolkomplex;
- (4) Umsetzen des Filtrats mit wässrigem Ammoniumchlorid; und
Gewinnen
von kristallinem 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz,
wobei
Schritt (1) folgendes umfasst: das Synthetisieren eines Dicyans
durch die Zugabe eines Oxidationsmittels, wässrigem Wasserstoffperoxid,
zu einer wässrigen
Lösung
der Ausgangsmaterialien, deren pH durch die Zugabe einer sauren
Substanz in Gegenwart von Cyanwasserstoff oder Natriumcyanid, Natriumazid
und einer katalytischen Menge eines Kupfersalzes auf 5 bis 7 eingestellt
wurde, gefolgt von einer Hitze-Zyklisierungsreaktion; und
wobei
nach Schritt (1) wässriges
Wasserstoffperoxid in einer solchen Menge zugeben wird, dass das
für die
Synthese verwendete molare Verhältnis
(H/A) des wässrigen
Wasserstoffperoxids (H) zu dem Cyanwasserstoff oder Natriumcyanid
(A) 0,001 bis 0,20 beträgt.
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Somit
erfolgt die Bildung des Komplexes durch Zugeben einer kleinen Menge
an wässrigem
Wasserstoffperoxid zusammen mit einer kleinen Menge an wässrigem
Ammoniak zu der Reaktionslösung,
die das 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz
enthält.
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Es
ist weiterhin erwünscht,
dass das Filtrat, das durch die mittels Filtration bewirkte Entfernung
der blauen unlöslichen
Komponenten des gebildeten Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazolkomplexes
erhalten wird, der Behandlung mit einem chelatbildenden Harz unterzogen
wird, gefolgt von der Reaktion mit einer wässrigen Lösung von Ammoniumchlorid.
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Es
ist weiterhin möglich,
die Reaktionslösung,
die das 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz
enthält,
mit der wässrigen
Lösung
von Ammoniumchlorid umzusetzen, das gebildete 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz
als kupferhaltige Rohkristalle abzutrennen, die Diammoniumsalz-Rohkristalle
mit der wässrigen
Lösung
von Natriumhydroxid umzusetzen, um dies in eine wässrige Lösung des
5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes
umzuwandeln, das darin gelöst
ist, und durch Filtration die blaue unlösliche Komponente des Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazolkomplexes
zu entfernen, gefolgt von der Aufbereitung durch die Behandlung
mit einem chelatbildenden Harz.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es erwünscht,
dass das molare Verhältnis
des wässrigen
Wasserstoffperoxids, das der wässrigen
Lösung
der Ausgangsmaterialien zugesetzt wird, erhöht wird, sodass die katalytische
Menge an Kupfersalz in die 5,5'-bi-1H- Tetrazoldiammonium-Rohsalzkristalle,
die abzutrennen sind, einwandert, und dass das wässrige Wasserstoffperoxid zu
dem Reaktionsansatz für
die Synthese des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes
in einer solchen Menge zugegeben wird, dass das molare Verhältnis (E/A) des
wässrigen
Wasserstoffperoxids (E) zu dem Cyanwasserstoff oder dem Natriumcyanid
(A), das für
die Synthese verwendet wird, 0,5 bis 0,8 beträgt.
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Es
ist weiterhin erwünscht,
dass die Menge des wässrigen
Ammoniaks, die der Reaktionslösung
des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes
zugegeben wird, so ist, dass das molare Verhältnis (G/A) des Ammoniaks (G)
zu dem Cyanwasserstoff oder dem Natriumcyanid (A), das für die Synthese
verwendet wird, 0,01 bis 0,16 beträgt.
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Als
saure Substanz können
organische Carbonsäuren,
wie etwa Essigsäure
und Ameisensäure,
oder Mineralsäuren,
wie etwa Salzsäure,
Schwefelsäure
und Salpetersäure,
verwendet werden.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist es erwünscht, dass die Behandlung
mit dem chelatbildenden Harz bei einer Temperatur von nicht weniger
als 40°C
durchgeführt
wird.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird eine kleine Menge an wässrigem
Ammoniak oder eine kleinere Menge an wässrigem Wasserstoffperoxid
zu der Reaktionslösung
hinzugegeben, die ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz
enthält,
das in Gegenwart eines Kupferkatalysators synthetisiert wurde, um
die Kupferkomponente in der Reaktionslösung als blaue unlösliche Komponente
des Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazolkomplexes abzutrennen.
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Das
bedeutet, dass Kupfer, das den Katalysator und den Hauptbestandteil
der Verunreinigung darstellt, durch die Filtration als blaue unlösliche Komponente
des Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazolkomplexes
entfernt wird. Folglich wird der größte Teil des Kupfers in den
Rohkristallen oder in der Reaktionslösung leicht entfernt, und somit
wird der Kupfergehalt in den 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz
(BHT·2NH3)-Kristallen, die durch die Reaktion mit
der wässrigen
Lösung
von Ammoniumchlorid erhalten werden, auf 5 bis 35 ppm gesenkt.
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Durch
die Durchführung
der Operation zur Aufbereitung des Filtrats, aus dem die unlöslichen
Komponenten entfernt wurden, oder zur Aufbereitung der Lösung, in
der die Rohkristalle zusammen mit dem chelatbildenden Harz erneut
gelöst
wurden, ist es weiterhin möglich,
mit hoher Ausbeute ein hochreines 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz herzustellen,
das – als
Ergebnis der Entfernung von Kupfer, das in hohem Maße die Stabilität des als
Gas-erzeugenden Mittels für
Airbags verwendeten 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) beeinträchtigt – einen Kupfergehalt von 1
bis 3 ppm besitzt.
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Das
Verfahren der Erfindung wird nun im Detail beschrieben. Es lassen
sich beispielhaft die folgenden fünf repräsentativen Beispiele A bis
E zur Herstellung von hochreinem 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz (BHT·2NH3) gemäß der Erfindung
darstellen.
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(A)
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- (1) Das 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz
(BHT·2Na)
wird erhalten, indem man ein Dicyan synthetisiert durch das Zugeben
von wässrigem
Wasserstoffperoxid zu einer wässrigen
Lösung
der Ausgangsmaterialien, zu der man wiederum eine kleine Menge einer
sauren Substanz in Gegenwart von Cyanwasserstoff, Natriumazid und
einer katalytischen Menge eines Kupfersalzes, wie etwa Kupfersulfat
oder Kupferacetat zugegeben hat, gefolgt von der Hitze-Zyklisierungsreaktion;
- (2) Man gibt eine kleine Menge an wässrigem Ammoniak zu der Reaktionslösung hinzu,
die das 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz
(BHT·2Na)
enthält,
um mittels Filtration den blauen unlöslichen Bestandteil des gebildeten
Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazolkomplexes
zu entfernen; und
- (3) Man setzt das erhaltene Filtrat des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes (BHT·2Na) mit
einer wässrigen Lösung von
Ammoniumchlorid um.
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(B)
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Das
Filtrat des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes
(BHT·2Na),
das durch die Operation (A) oben erhalten wurde, wird mit einem
chelatbildenden Harz aufbereitet, und die behandelte Lösung wird
mit der wässrigen Lösung von
Ammoniumchlorid umgesetzt.
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(C)
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- (1) Man gibt kleine Mengen des wässrigen
Wasserstoffperoxids und des wässrigen
Ammoniaks zu der Reaktionslösung
mit dem 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz
(BHT·2Na),
die durch die Operation (A)(1) oben erhalten wurde, hinzu, um durch
Filtration die blaue unlösliche
Komponente des gebildeten Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazolkomplexes zu entfernen;
und
- (2) Man setzt das erhaltene Filtrat des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes (BHT·2Na) mit
der wässrigen
Lösung
von Ammoniumchlorid um.
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(D)
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- (1) Man setzt die Reaktionslösung mit
dem 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz
(BHT·2Na),
die durch die Operation (A)(1) oben erhalten wurde, mit der wässrigen
Lösung
von Ammoniumchlorid um, um die Rohkristalle des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) abzutrennen, und die Diammonium-Rohkristalle werden
erneut in der wässrigen
Lösung
von Natriumhydroxid gelöst,
um durch Filtration die blaue unlösliche Komponente des gebildeten
Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazolkomplexes
zu entfernen; und
- (2) Man setzt das erhaltene Filtrat des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes (BHT·2Na) mit
der wässrigen
Lösung
von Ammoniumchlorid um, oder man setzt die Lösung des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes (BHT·2Na),
die durch Aufbereiten des Filtrats mit dem chelatbildenden Harz
erhalten wurde, mit der wässrigen
Lösung
von Ammoniumchlorid um.
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(E)
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- (1) Man gibt eine kleine Menge an wässrigem
Ammoniak oder kleine Mengen an wässrigem
Wasserstoffperoxid und wässrigem
Ammoniak zu der Reaktionslösung
mit dem 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz (BHT·2Na),
die durch die obige Operation (A)(1) erhalten wurde, hinzu, um durch
Filtration die blaue unlösliche
Komponente des gebildeten Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazolkomplexes
zu entfernen;
- (2) Man setzt das erhaltene Filtrat des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes (BHT·2Na) mit
der wässrigen
Lösung
von Ammoniumchlorid um, um die Kristalle des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes (BHT·2NH3) abzutrennen;
- (3) Die Kristalle des Diammoniumsalzes (BHT·2NH3)
werden erneut in der wässrigen
Lösung
von Natriumhydroxid gelöst
und mit dem chelatbildenden Harz aufbereitet; und
- (4) Die erhaltene behandelte Lösung des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes
(BHT·2Na)
wird mit der wässrigen
Lösung
von Ammoniumchlorid umgesetzt.
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Durch
die Kombination der obigen Methoden wird das hochreine 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz (BHT·2NH3) synthetisiert.
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Das
gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellte 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz
(BHT·2NH3) wird in Form hochreiner weißer Kristalle
mit einer Reinheit von nicht weniger als 99% und einem Kupfergehalt von
1 bis 5 ppm oder kleiner erhalten, wobei eine Ausbeute von immerhin
etwa 80% erhalten wird.
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Die
Erfindung stellt ein Verfahren für
die Herstellung eines 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
hoher Reinheit bereit, wobei eine hohe Ausbeute erhalten wird, und
dies unter Verwendung preiswerter und leicht erhältlicher Ausgangsmaterialien über sehr
einfache Reaktionen und eine sehr einfache Aufbereitungsoperation.
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Obwohl
es nicht notwendigerweise eine Beschränkung nur hierauf gibt, wird
vorgeschlagen, dass der Reaktionsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung
so voranschreitet, wie es durch die folgende Formel (4) ausgedrückt wird.
Weiterhin kann die Aufbereitungsoperation durch jedes der folgenden
fünf Verfahren A
bis E in Formel (4) durchgeführt
werden.
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Bei
der Reaktion zur Synthese des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes (BHT·2NH3) gemäß der Erfindung
wird eine Reaktionslösung
mit einem 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz
(BHT·2Na) über den
Weg einer einfachen Ein-Topf-Synthese erhalten, indem man eine kleine
Menge an Salzsäure
oder einer entsprechenden Säure
als saure Substanz zu der wässrigen
Lösung
der Ausgangsmaterialien hinzu gibt, die Cyanwasserstoff, Natriumazid
und eine katalytische Menge an Kupfersalz enthält, um den pH auf 5 bis 7 einzustellen,
und dann das wässrige
Wasserstoffperoxid hinzu gibt und die Reaktionslösung erhitzt, um das Dicyan
zu synthetisieren und die Ringschluss-Reaktion zu bewirken.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es erwünscht,
dass die wässrige
Lösung,
die die Ausgangsmaterialien enthält,
bei einer Temperatur hergestellt wird, die so niedrig wie möglich ist,
und allgemein bei einer Temperatur von nicht mehr als 20°C. Dies verhindert
effizient die Nebenreaktion und verhindert weiterhin den Verlust
von Cyanwasserstoff.
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Es
gibt keine spezielle Einschränkung
hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung der wässrigen
Lösung
der bei der Erfindung verwendeten Ausgangsmaterialien, solange sie
die oben beschriebene Zusammensetzung besitzt. Bevorzugte Herstellungsverfahren
sind wie unten beschrieben, wobei die Erfindung hierauf jedoch in
keiner Weise beschränkt
ist.
- (1) Eine katalytische Menge an Kupfersalz
wird zu der wässrigen
Lösung
von Natriumazid in einem gekühlten
Zustand hinzugegeben, wonach man den Cyanwasserstoff zugibt, um
eine wässrige
Lösung
der Ausgangsmaterialien herzustellen (siehe Beispiel 15).
- (2) Ein Säure-Äquivalent
zu dem Alkalimetallcyanid wird zu einem System hinzugegeben, das
Natriumcyanid, Natriumazid und Wasser in einem gekühlten Zustand
enthält,
und eine katalytische Menge an Kupfersalz wird zu der erhaltenen
wässrigen
Lösung
hinzugegeben, um eine wässrige
Lösung
der Ausgangsmaterialien herzustellen. Als Säure kann eine Mineralsäure, wie
etwa Salzsäure
oder eine entsprechende Säure
verwendet werden.
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Im
nächsten
Schritt muss die saure Substanz zugegeben werden, um den pH-Wert
einzustellen. Hier jedoch kann die saure Substanz zusammen mit einer
Säure zugegeben
werden, die zugegeben wird, um das Natriumcyanid zu neutralisieren.
Als Alkalimetallcyanid können
Natriumcyanid oder Kaliumcyanid verwendet werden. Dies ergibt den
Vorteil, dass das Ausgangs-Cyan leicht verfügbar und einfach zu handhaben
ist.
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Als
Quelle des Cyanwasserstoffs kann Cyanwasserstoff selbst, Natriumcyanid,
Kaliumcyanid und Acetoncyanhydrin verwendet werden. Bei jedem der
obigen Verfahren muss die wässrige
Lösung
von Natriumcyanid vorab mit einer Säure neutralisiert worden sein,
wenn das Natriumcyanid und das Kupfersalz zusammen in der wässrigen
Lösung
gemischt werden sollen.
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Wenn
die Neutralisation nicht in einem hinreichenden Maß durchgeführt wird,
so findet die Polymerisationsreaktion von Cyan, die eine Nebenreaktion
ist, zum Zeitpunkt der Herstellung der wässrigen Lösung der Ausgangsmaterialien
statt, und die Ausbeute wird verringert. Es ist erwünscht, die
Temperatur des Reaktionssystems in einem Bereich von 0 bis 20°C zu halten,
auch vom Standpunkt einer Verhinderung der Nebenreaktion.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist es vom Standpunkt der Ausbeute und
Reinheit her erwünscht,
dass die wässrige
Lösung
der Ausgangsmaterialien so hergestellt wird, dass das molare Verhältnis (B/A)
von Natriumazid (B) zu dem Cyanwasserstoff oder dem Natriumcyanid
(A) von 1,0 bis 1,5 beträgt.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist es wichtig, den pH der Reaktionslösung in
einem Bereich von 5 bis 7 zu halten, indem man eine kleine Menge
an saurer Substanz zu der obigen wässrigen Lösung der Ausgangsmaterialien
hinzu gibt. Wenn der pH < 5
ist, so präzipitiert
das 5,5'-bi-1H-Tetrazol
(BHT), das nur mäßig wasserlöslich ist,
während
der Reaktion. Wenn der pH > 7
ist, so findet vorherrschend die Polymerisationsreaktion des Cyanwasserstoffs
statt, und das 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz
(BHT·2Na)
wird nur in sehr geringer Menge gebildet. Bei der vorliegenden Erfindung
wird der pH daher in dem oben genannten Bereich gehalten, um die
Nebenreaktion zu verhindern und um die Ausbeute und Reinheit zu
verbessern.
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Als
saure Substanz kann eine organische Carbonsäure, wie etwa Essigsäure und
Ameisensäure,
und ebenso eine Mineralsäure,
wie etwa Salzsäure,
Schwefelsäure
und Salpetersäure
verwendet werden. Unter diesen ist Salzsäure besonders bevorzugt. Es
gibt kein Problem bei der Reaktion, wenn eine organische Carbonsäure, wie
etwa Essigsäure,
verwendet wird. Wenn die Behandlung mit einem chelatbildenden Harz
in einem nachfolgenden Schritt durchgeführt wird, um eine Aufbereitung
in einer Reaktionslösung durchzuführen, die
die Carbonsäure
enthält,
so nimmt jedoch die Fähigkeit
des chelatbildenden Harzes, Kupfer zu entfernen, ab, was nicht erstrebenswert
ist.
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Das
molare Verhältnis
der sauren Substanz, die zur Einstellung des pH zugegeben wird,
ist wie oben beschrieben. Hier ist es erwünscht, die saure Substanz so
zuzugeben, dass das molare Verhältnis
(C/A) der sauren Substanz (C) zu dem Cyanwasserstoff oder dem Natriumcyanid
(A) 0,05 bis 0,3 beträgt.
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Bei
der vorliegenden Erfindung kann ein zweiwertiges Kupfersalz, wie
etwa Kupfersulfat oder Kupferacetat als Kupfersalz-Katalysator für die Reaktion
verwendet werden. Beim molaren Verhältnis der Zugabe ist es vom
Standpunkt der Ausbeute und Reinheit her erwünscht, dass das Kupfersalz
(D) in einem molaren Verhältnis
(D/A) verfügbar
gemacht wird, das im Bezug auf den Cyanwasserstoff oder das Natriumcyanid
(A) 0,001 bis 0,1 beträgt.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird das wässrige Wasserstoffperoxid bei
einer Temperatur von 0 bis 90°C
hinzugegeben, und bevorzugt von 30 bis 50°C. Wenn das wässrige Wasserstoffperoxid
bei einer niedrigen Temperatur zugegeben wird, die nicht höher als
10°C ist,
so läuft
die durch das Wasserstoffperoxid bewirkte Reaktion nicht glatt ab.
Daher baut sich das nicht umgesetzte Wasserstoffperoxid in der Reaktionslösung auf,
obwohl es tropfenweise mit niedriger Geschwindigkeit zugegeben wird,
was oft im Auftreten einer plötzlichen
explosiven Reaktion resultiert, um Hitze zu erzeugen. Wenn die Reaktionstemperatur
90°C überschreitet,
fällt die
Ausbeute stark ab. Es ist daher erwünscht, dass das Wasserstoffperoxid
allmählich
bei etwa 40°C
zugegeben wird.
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Das
molare Verhältnis
(E/A) des zugegebenen Wasserstoffperoxids (E) im Bezug auf den Cyanwasserstoff
oder das Natriumcyanid (A) beträgt
0,5 bis 0,8, bevorzugt 0,55 bis 0,6. Wenn dieses molare Verhältnis zunimmt,
verbleibt das als Katalysator verwendete Kupfer großenteils
in den 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz-Rohkristallen.
Wenn dieses molare Verhältnis
abnimmt, verbleibt das Kupfer auf der anderen Seite in erhöhten Mengen
in der abgetrennten Mutterlösung.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird die Reaktionslösung nach der Zugabe des wässrigen
Wasserstoffperoxids erhitzt, um die Dimerisierung und die Ringschluss-Reaktion
durch Oxidation durchzuführen.
Es ist erwünscht,
dass das Erhitzen in zwei Stufen bei 40 bis 60°C für 1 bis 3 Stunden und bei 85
bis 105°C
für 4 bis
12 Stunden durchgeführt
wird.
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Ein
Nachverfolgen unter Verwendung von Flüssigchromatographie zeigt an,
dass die Reaktion in der vorstehenden Stufe ein 5-Cyano-1H-Tetrazolnatriumsalz
(CHT·Na)-Zwischenprodukt ausbildet,
und die Reaktion in der nachfolgenden Stufe setzt das obige Zwischenprodukt
in ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz (BHT·2Na) um.
Es ist erwünscht,
dass die Reaktion durchgeführt
wird, bis die Menge des Zwischenprodukts kleiner als 1 wird (Prozentbereich
bei der Flüssigchromatographie).
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird das 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz (BHT·2NH3) isoliert, indem man die wässrige Lösung von
Ammoniumchlorid mit einer Reaktionslösung umsetzt, die das 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz
(BHT·2Na)
enthält,
mit dem Filtrat, aus dem der unlösliche
Bestandteil entfernt wurde, oder mit der Lösung, nachdem abgefiltert und
die Aufbereitung mit dem chelatbildenden Harz durchgeführt wurde,
wobei das gebildete, mäßig lösliche Salz
in Form weißer
Kristalle gewonnen wird.
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Es
ist erwünscht,
das Ammoniumchlorid so zuzugeben, dass das molare Verhältnis (F/A)
des Ammoniumchlorids (F) zu dem Cyanwasserstoff oder dem Natriumcyanid
(A) 1,0 bis 1,5 beträgt.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist es im Hinblick auf die Bildung des
5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) zum Erhalt einer guten Ausbeute erwünscht, dass
die wässrige
Lösung
von Ammoniumchlorid zu der Reaktionslösung mit dem 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz
(BHT·2Na),
zu dem Filtrat hiervon oder zu der Lösung hiervon, die mit dem chelatbildenden
Harz aufbereitet wurde, zugegeben wird, um die Reaktion für 1 bis
3 Stunden bei Raumtemperatur bis 100°C durchzuführen.
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Durch
das Zugeben der wässrigen
Lösung
von Ammoniumchlorid zu der Reaktionslösung des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes
(BHT·2Na)
zu deren Reaktion miteinander enthalten die gewonnenen 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz-Rohkristalle
Kupfer, Natrium und Chlor, die Verunreinigungen darstellen.
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Insbesondere
wird viel von dem als Katalysator verwendeten Kupfer in den Rohkristallen
verbleiben, und das 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz,
das selbst eine weiße
Verbindung ist, wird in Form blauer Kristalle gewonnen. Daher ist
die Entfernung des Kupfer-Bestandteils
wichtig für
die Verwendung des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
als gasbildendes Mittel für
Airbags.
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Die
vorliegenden Erfinder haben bereits ein Verfahren für die Herstellung
des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) vorgeschlagen (Japanische offen gelegte
Patentanmeldung Nr. 2000-191649). Jedoch enthielten die 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz-Rohkristalle
mehrere hundert bis mehrere tausend ppm des Kupfer-Bestandteils,
was weder vom Standpunkt der Reinheit noch vom Standpunkt der Qualität her zufriedenstellend
war.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren für die Herstellung
eines hochreinen 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) bereitzustellen, indem man den Kupfergehalt
in den aufbereiteten Kristallen auf 1 bis 5 ppm senkt, indem man
den blauen unlöslichen
Bestandteil des Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazolkomplexes entfernt und
die Aufbereitung mit einem chelatbildenden Harz durchführt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann der Kupfergehalt in den aufbereiteten Kristallen
auf 60 bis 150 ppm (etwa 1/20 von dem der Rohkristalle) gesenkt
werden, indem man einfach durch Filtration den unlöslichen
Bestandteil des Kupfer-Ammonium-5,5'-bi-1H-Tetrazolkomplexes entfernt, indem man
eine kleine Menge an wässrigem
Ammoniak zu der Reaktionslösung
hinzu gibt, die das 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz (BHT·2Na) enthält.
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Bei
der Zugabe des wässrigen
Ammoniaks zu der Reaktionslösung
wird der darin gelöste
Kupferbestandteil als blaue unlösliche
Komponente des Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazol-Komplexes
präzipitiert. Indem
man den Komplex durch Filtration abtrennt, wird etwa 90% der Kupfer-Komponente,
die als Katalysator zugegeben wurde, entfernt.
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Der
wässrige
Ammoniak wird in einer solchen Menge zugegeben, dass das molare
Verhältnis
(G/A) des Ammoniaks (G) zu dem Cyanwasserstoff oder dem Natriumcyanid
(A) 0,01 bis 0,16 beträgt,
und bevorzugt 0,02 bis 0,08. Wenn die Menge an zugegebenem Ammoniak
klein ist, präzipitiert
die unlösliche
Komponente des Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazol-Komplexes in verringerten Mengen.
Wenn seine Menge groß ist, präzipitieren
feine unlösliche
Bestandteile und beeinträchtigen
so die Durchführung
des Filterns.
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Nach
der Zugabe wird die Reaktion erstrebenswerter Weise bei Raumtemperatur
bis 60°C
für 1 bis
3 Stunden durchgeführt.
Die Filterung kann durch die Verwendung eines Filters oder durch
Zentrifugation erfolgen. Wenn die Reaktionslösung, zu der der wässrige Ammoniak
zugegeben wurde, filtriert wird, so präzipitieren die Natriumsalzkristalle,
wenn die Temperatur der Lösung
geringer als etwa 50°C
wird. Es ist daher erwünscht,
eine geeignete Menge an Wasser zur Verdünnung hinzu zu geben, um die
Konzentration des 5,5'-bi-1H- Tetrazoldinatriumsalzes
auf nicht über
10% zu halten und die Temperatur während der Behandlung auf etwa
50°C zu
halten.
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Die
Menge des zugegebenen wässrigen
Wasserstoffperoxids für
die Reaktion zur Synthese des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes (BHT·2Na) beeinflusst
die Menge der Präzipitation
der unlöslichen
Komponente des Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazolkomplexes, wenn der wässrige Ammoniak
nach der Reaktion zugegeben wird. Je größer die zugegebene Menge des
wässrigen
Wasserstoffperoxids während
der Reaktion ist, je geringer ist die Menge der Kupferkomponente,
die im Filtrat verbleibt.
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Insbesondere
ist es so, dass die unlösliche
Komponente des Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazol-Komplexes
in erhöhten
Mengen präzipitiert,
wenn die zugegebene Menge des wässrigen
Wasserstoffperoxids im Bezug auf das molare Verhältnis gegenüber dem Natriumcyanid nicht
kleiner als 0,6 ist. Somit kann die Kupferkomponente im Filtrat
auf weniger als etwa 10 ppm gesenkt werden, und das erhaltene 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz
(BHT·2NH3) enthält
den Kupfer-Bestandteil in einer Menge von nicht mehr als 60 ppm
(siehe Beispiel 1, der Kupferbestandteil in den Kristallen beträgt 59,1
ppm).
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Das
Kupfer des Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazol-Komplexes,
der als unlöslicher
Bestandteil präzipitiert
wird, liegt in einem Zustand vor, indem es zweiwertig oxidiert ist.
Wenn Kupfer mittels des wässrigen Wasserstoffperoxids
von einem einwertigen Zustand zu einem zweiwertigen Zustand oxidiert
wird, nimmt in Folge die Löslichkeit
des Komplexes ab, und der Komplex wird als unlöslicher Bestandteil präzipitiert.
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Kupferionen,
die nach der Reaktion in einer einwertigen Form verbleiben, bilden
die unlösliche
Komponente des Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazol-Komplexes nicht mit
aus und verbleiben daher im Filtrat und bilden somit eine Hauptursache
des Eindringens von Kupfer in die Kristalle des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3), die durch die Reaktion mit der wässrigen
Lösung
des Ammoniumchlorids erhalten werden.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist es so, dass die Kupferverbindung
oft in einer Menge von etwa 60 ppm in den Kristallen des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) verbleibt, die durch die Reaktion mit
der wässrigen
Lösung
von Ammoniumchlorid erhalten werden, nachdem die durch Zugabe einer
kleinen Menge an wässrigem
Ammoniak erzeugte unlösliche
Komponente des Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazol-Komplexes durch Filtration
aus der Reaktionslösung
entfernt worden ist, die das 5,5'-bi-1H- Tetrazoldinatriumsalz
(BHT·2Na)
enthält.
Bei der weiteren Behandlung des Filtrats, das die unlösliche Komponente
enthält, mit
dem chelatbildenden Harz können
jedoch Spurenmengen der Kupferkomponente, die im Filtrat verbleiben, durch
Adsorption entfernt werden.
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Durch
die Behandlung mit dem chelatbildenden Harz wird der Gehalt der
Kupferkomponente in den Kristallen des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes (BHT·2NH3) auf nicht mehr als 5 ppm gesenkt. Gemäß diesem
Verfahren wird die Reaktionslösung
mit dem 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz
(BHT·2Na)
nach Abtrennen der unlöslichen
Komponente durch Filtration mit dem chelatbildenden Harz behandelt,
ohne die Kristalle abzutrennen, was dazu beiträgt, die Schritte der Aufbereitung
zu vereinfachen.
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Wenn
jedoch eine Reaktionslösung,
die Essigsäure,
die als saure Substanz während
der Reaktion zugegeben wurde, enthält, mit dem chelatbildenden
Harz behandelt wird, so zeigt das Harz eine verminderte Befähigung,
das Kupfer zu adsorbieren (siehe Beispiel 7, Essigsäure wird
verwendet, und der Kupfergehalt in den Kristallen beträgt 76,7
ppm). Dies liegt daran, dass die Essigsäurekomponente, die in der Reaktionslösung vorliegt,
durch das Harz adsorbiert wird, welches dann die Befähigung verliert,
die Kupferkomponente zu entfernen. Bei der Reaktion zur Synthese
des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes
(BHT·2Na)
ist es daher erwünscht, Mineralsäuren, wie
etwa Salzsäure,
anstelle organischer Carbonsäuren,
wie etwa Essigsäure,
zu verwenden. Das bedeutet, dass das Harz durch die Verwendung von
Mineralsäuren
als saurer Substanz (siehe Beispiel 6, hier wird Salzsäure verwendet
und der Kupfergehalt in den Kristallen beträgt 4,9 ppm) die Adsorptionsfähigkeit in
hinreichendem Maße
zeigt. Dieses Verfahren erfordert nicht den Schritt einer Abtrennung
von Rohkristallen und deren erneutes Lösen und ermöglicht es, die Reaktionslösung aufzubereiten.
Jedoch zeigt das Harz eine geringe Befähigung zur Adsorption von Kupfer
im Vergleich zu dem Fall, wenn die Reaktionslösung mit dem chelatbildenden
Harz behandelt wird, nachdem die Rohkristalle abgetrennt und erneut
gelöst
wurden (siehe Beispiel 12, der Kupfergehalt der Kristalle beträgt 1,3 ppm).
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann der Kupfergehalt in den aufbereiteten Kristallen
auf 5 bis 35 ppm oder weniger (60 bis 150 ppm, wenn nur der wässrige Ammoniak
zugegeben wird) gesenkt werden durch die einfache Aufbereitungs-Weiterverarbeitung,
die darin besteht, durch Filtration den unlöslichen Bestandteil des Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazol-Komplexes
von der Reaktionslösung
mit dem 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz
(BHT·2Na)
abzutrennen, indem man kleine Mengen des wässrigen Wasserstoffperoxids
und des wässrigen
Ammoniaks hinzu gibt.
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Durch
Zugeben des wässrigen
Wasserstoffperoxids und des wässrigen
Ammoniaks zu der Reaktionslösung
wird der darin gelöste
Kupferanteil vollständig
zu einer zweiwertigen Form oxidiert und als blaue unlösliche Komponente
des Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazol-Komplexes
präzipitiert,
die dann durch Filtration entfernt wird. Somit werden nicht weniger
als 99% der Kupfer-Komponente, die als Katalysator zugegeben wird,
entfernt.
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Nach
der Reaktion, jedoch vor der Zugabe des wässrigen Ammoniaks, wird das
wässrige
Wasserstoffperoxid in einer solchen Menge zugegeben, dass das molare
Verhältnis
(H/A) des wässrigen
Wasserstoffperoxids (H) zu dem Cyanwasserstoff oder dem Natriumcyanid
(A) 0,001 bis 0,20 beträgt,
und bevorzugt 0,01 bis 0,05. Die Menge des zugegebenen wässrigen
Wasserstoffperoxids muss groß genug
sein, um das gesamte Kupfer, den Katalysator in der Reaktionslösung, zu
zweiwertigen Kupferionen zu oxidieren. Die zugegebene Menge des
wässrigen
Ammoniaks ist dieselbe wie diejenige, wenn kein wässriges
Wasserstoffperoxid zugegeben wird. Nach der Reaktion, jedoch vor
der Zugabe des wässrigen
Ammoniaks, wird wiederum eine kleine Menge des wässrigen Wasserstoffperoxids
zugegeben, um das Abfiltern durchzuführen. Dieses Verfahren ist erstrebenswerter
als das, bei dem nur der wässrige
Ammoniak zugegeben wird, da der Kupferanteil wirksamer entfernt
wird (siehe Beispiele 8 und 9, der Kupfergehalt beträgt im Filtrat < 4 ppm, in den Kristallen
5 bis 35 ppm).
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Das
für die
Reaktion verwendete wässrige
Wasserstoffperoxid muss – bezogen
auf die stöchiometrische
Menge – in
einem Überschuss
zugegeben werden. Wenn es auf einmal zu Beginn der Reaktion zugegeben
wird, so wird der Überschuss
an wässrigem
Wasserstoffperoxid während
der Reaktion zersetzt. Es ist daher erwünscht, nach der Reaktion wiederum
einen Teil der Überschussmenge
des Wasserstoffperoxids zuzugeben. Dann werden einwertige Kupferionen
nach der Reaktion zu zweiwertigen Kupferionen oxidiert, und der unlösliche Bestandteil
des Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazolkomplexes
wird leichter präzipitiert,
und der Kupferanteil wird hocheffizient entfernt. Bei Zugabe in
einer Überschussmenge
zur Behandlung der Abfall-Flüssigkeit
kann die unlösliche
Komponente des Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazol-Komplexes sogar aus
dem Reaktionssystem entfernt werden. Es wird daher keine Operation
benötigt,
um die Kupferkomponente bei der Behandlung der Abfallflüssigkeit
der abgetrennten Mutterlösung
zu entfernen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird die Kupferkomponente im Filtrat durch die einfache
Operation einer durch Filtration erfolgenden Entfernung der blauen
unlöslichen
Komponente des Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazol-Komplexes stark verringert,
indem man das wässrige
Wasserstoffperoxid und das Ammoniak-Wasser zu der Reaktionslösung hinzu
gibt, die das 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz
(BHT·2Na)
enthält. Der
Effekt einer Entfernung der Kupferkomponente zeigt sich sogar, wenn
nur der wässrige
Ammoniak zugegeben wird, und die Kupferkomponente wird bis auf etwa
60 ppm in dem 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz (BHT·2NH3) verringert, das erhalten wird, indem man
das Filtrat mit der wässrigen
Lösung
von Ammoniumchlorid umsetzt (siehe Beispiel 1, der Kupfergehalt
in den Kristallen beträgt
59,1 ppm).
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Eine
größere Wirkung
bei der Kupferentfernung zeigt sich, wenn die Menge des oben genannten wässrigen
Wasserstoffperoxids vor der Zugabe des wässrigen Ammoniaks zugesetzt
wird. In diesem Fall kann der Kupferanteil im Filtrat auf nicht
mehr als 4 ppm gesenkt werden, und der Kupferanteil in den Kristallen
kann bei den Kristallen, die durch die Reaktion mit der wässrigen
Lösung
von Ammoniumchlorid gewonnen werden, auf etwa 5 bis 35 ppm gesenkt
werden (siehe Beispiel 8: der Kupfergehalt in den Kristallen beträgt 33,4
ppm; Beispiel 9: der Kupfergehalt in den Kristallen beträgt 5,0 ppm).
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Dieses
Verfahren liefert hochreine 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz
(BHT·2NH3)-Kristalle.
Wenn es erwünscht
ist, Kristalle zu erhalten, die den Kupferbestandteil in stärker herabgesetzten
Mengen enthalten, so werden die durch die Filtration aufbereiteten
Kristalle erneut in einer wässrigen
Lösung
von Natriumhydroxid gelöst,
gefolgt von der Behandlung mit dem chelatbildenden Harz. In diesem
Fall wird der Kupfergehalt in den aufbereiteten Kristallen auf 1
ppm oder weniger herabgesetzt (siehe Beispiel 10, der Kupfergehalt
in den Kristallen beträgt < 1 ppm), und das
5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz
(BHT·2NH3) kann in hochreiner kristalliner Form abgetrennt
werden.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird die Reaktionslösung des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes (BHT·2Na) mit
dem Ammoniumchlorid oder einer wässrigen
Lösung
hiervon umgesetzt, die gebildeten Kristalle werden als Rohkristalle
des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3), die Verunreinigungen, wie etwa Kupfer,
Natrium und Chlor enthalten, abgetrennt, die Rohkristalle werden
in einer wässrigen
Lösung
von Natriumhydroxid erneut gelöst
und, zur gleichen Zeit, wird der blaue unlösliche Bestandteil des Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazol-Komplexes
durch Filtration entfernt. Auf diese Weise können nicht weniger als 90% der
Kupferkomponente aus den Rohkristallen entfernt werden.
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Bei
der Reaktion zur Synthese des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes (BHT·2Na) ist
es so, dass durch eine Erhöhung
des molaren Verhältnisses
für das
wässrige Wasserstoffperoxid
der größte Teil
der als Katalysator verwendeten Kupferkomponente in den Rohkristallen
des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
verbleibt. Wenn das molare Verhältnis
für das
Wasserstoffperoxid verringert wird, so neigt die Kupferkomponente dazu,
in einem verstärkten
Maß in
der abgetrennten Mutterlösung
zu verbleiben. Dadurch, dass man die zugegebene Menge des wässrigen
Wasserstoffperoxids erhöht
(molares Verhältnis
(E/A) des wässrigen
Wasserstoffperoxids (E) zu dem Cyanwasserstoff oder dem Natriumcyanid
(A) von nicht weniger als 0,6) kann die katalytische Menge der Kupferkomponente
in die Rohkristalle des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes (BHT·2NH3) einwandern, um dadurch den Kupferanteil
in der abgetrennten Mutterlösung
bis auf wenige ppm zu senken (der Kupferanteil in der Mutterlösung, von
der die Rohkristalle abgetrennt wurden, beträgt 1,3 ppm, wenn das molare
Verhältnis
des wässrigen
Wasserstoffperoxids 0,6 beträgt
(siehe Beispiel 13), und der Kupferanteil in der Mutterlösung, von
der die Rohkristalle abgetrennt wurden, beträgt 123,9 ppm, wenn das molare Verhältnis des
wässrigen
Wasserstoffperoxids 0,54 beträgt
(siehe Beispiel 11)). Bei der Zugabe des wässrigen Wasserstoffperoxids
in einer Menge, die größer ist,
als die stöchiometrische
Menge, ist keine Operation erforderlich, um die Kupferkomponente
bei der Behandlung der Abfallflüssigkeit
der abgetrennten Mutterlösung
zu entfernen, was einen Herstellungsprozess bietet, der industriell
praktisch und vorteilhaft ist. Vom Standpunkt der Ausbeute her ist
es erwünscht,
dass das wässrige
Wasserstoffperoxid in einer erhöhten
Menge zugesetzt wird. Durch Zugeben des wässrigen Wasserstoffperoxids
in einer Menge, die über
das stöchiometrische
Maß hinausgeht,
ist es möglich,
das 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz
(BHT·2NH3) in einer hohen Ausbeute zu erhalten. Selbst
dann, wenn die zugegebene Menge stark erhöht wird (molares Verhältnis (E/A) > 0,8), wird jedoch
das meiste des Überschusses
an Wasserstoffperoxid bei seiner Zugabe abgebaut, und es lässt sich keine
große
Auswirkung auf die Ausbeute beobachten.
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Die
Kristalle des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) werden in das Dinatriumsalz umgewandelt,
das wiederum zu lösende
Natriumhydroxid (I) wird in einer solchen Menge zugegeben, dass
sein molares Verhältnis
(I/BHT·2NH3) zu dem zugeführten 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz 2,0 bis
2,6 beträgt, und
bevorzugt 2,0 bis 2,2, um dadurch das gering lösliche 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz in das
Dinatriumsalz umzuwandeln, das sich löst. Bei der durch Filtration
erfolgenden Abtrennung des Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazolkomplexes, der als Ergebnis
der Auflösung
der Rohkristalle präzipitiert
wird, wird der Kupferanteil im Filtrat bis auf etwa 10 ppm gesenkt.
Durch Umsetzen des Filtrats mit der wässrigen Lösung von Ammoniumchlorid wird
das 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz
als gering lösliches
Salz gewonnen. Dabei werden die Kristalle des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
als blassbläulich-weiße Kristalle
erhalten, die die Kupferkomponente in einer Menge von etwa 200 ppm
enthalten (siehe Beispiel 2, der Kupferanteil in den Kristallen
beträgt
180 ppm). Der Kupferanteil ist damit im Vergleich mit dem der Rohkristalle
auf 1/10 abgefallen. Es ist weiterhin möglich, das Filtrat des Komplexes
mit dem chelatbildenden Harz zu behandeln, gefolgt von der Reaktion
mit einer wässrigen
Lösung
von Ammoniumchlorid, um die 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz-Kristalle
als weiße
Kristalle abzutrennen, bei denen der Kupferanteil auf etwa 1 bis
etwa 3 ppm gesenkt wurde.
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Es
ist erwünscht,
dass die Rohkristalle des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) durch die Reaktion mit dem Natriumhydroxid
bei Raumtemperatur bis 60°C
für 0,5
bis 2 Stunden gelöst
werden, dass das Diammoniumsalz in das Dinatriumsalz (BHT·2Na) überführt wird,
und dass der blaue, unlösliche
Bestandteil des Kupfer-Ammonium-5,5'-bi-1H-Tetrazolkomplexes durch die Reaktion
mit dem Ammoniak präzipitiert wird,
der nicht durch das 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz
aufgebraucht wurde. Die Filtrierung erfolgt entweder unter Verwendung
eines Filters oder mittels einer Zentrifuge. Wenn die Temperatur
der Flüssigkeit
bei dem Filtrieren niedriger als etwa 50°C wird, präzipitieren die 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz-Kristalle.
Es ist daher erwünscht,
dass die Konzentration des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes
auf nicht mehr als 10% gehalten wird, und dass die Temperatur bei
dieser Weiterverarbeitung auf etwa 50°C gehalten wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden die Rohkristalle des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes (BHT·2NH3) durch die Reaktion mit dem Natriumhydroxid
gelöst,
der blaue unlösliche
Bestandteil des Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazolkomplexes wird durch
Filtration entfernt, wonach man die Reaktionslösung mit der wässrigen
Lösung
von Ammoniumchlorid umsetzt, um die Kristalle des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) zu erhalten, die etwa 200 ppm der Kupferkomponente
enthalten. Das Filtrat, aus dem die unlösliche Komponente entfernt
wird, wird dann mit dem chelatbildenden Harz behandelt, um durch
Adsorption Spurenmengen der Kupferkomponente zu entfernen, die in
dem Filtrat verblieben sind (siehe Beispiel 12, der Kupfergehalt
in den Kristallen beträgt
1,3 ppm).
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird das Filtrat, das durch die mittels Filtration erfolgende
Entfernung der blauen unlöslichen
Komponente des Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazolkomplexes
aus der Reaktionslösung
des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes
(BHT·2Na)
erhalten wird, mit der wässrigen
Lösung
von Ammoniumchlorid umgesetzt, und die durch Filtration gewonnenen
Kristalle werden wiederum in der wässrigen Lösung von Natriumhydroxid gelöst. Diese
Lösung
wird ebenfalls mit dem chelatbildenden Harz behandelt, sodass der
Kupfergehalt in den Kristallen des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes auf etwa 1
bis etwa 3 ppm abfällt
(Beispiel 10, die durch Filtration aufbereiteten Kristalle werden
wieder gelöst
und mit dem Harz behandelt, der Kupfergehalt in den Kristallen ist < 1 ppm).
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Als
Harz kann ein Chelatharz des Polyamin-Typs oder des Iminodiessigsäure-Typs
verwendet werden. Das chelatbildende Harz des Polyamin-Typs <Diaion> CR-20 (hergestellt
von der Mitsubishi Chemical Co.) wurde mit dem chelatbildenden Harz
des Iminodiessigsäure-Typs <Diaion> CR-11 (hergestellt
von der Mitsubishi Chemical Co.) verglichen. Nach der Reaktion wurde
die unlösliche
Komponente mittels Filtration entfernt, das Filtrat wurde mit dem
chelatbildenden Harz behandelt und wurde dann mit der wässrigen
Lösung
von Ammoniumchlorid umgesetzt, um den jeweiligen Gehalt von Kupfer
in den Kristallen des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) zu vergleichen. Der Gehalt an Kupfer nahm
ab in der Größenordnung
von mehreren tausend ppm im Falle der Rohkristalle, auf 180 ppm
in dem Fall, wenn die Rohkristalle erneut gelöst wurden und die unlösliche Komponente
abgetrennt wurde (siehe Beispiel 3), auf 9,5 ppm in dem Fall, wenn
das Filtrat mit dem chelatbildenden Harz des Iminodiessigsäure-Typs
(CR-11, siehe Beispiel 5) behandelt wurde, und auf 1,1 ppm in dem
Fall, wenn das Filtrat mit dem chelatbildenden Harz des Polyamin-Typs
(CR-20, siehe Beispiel 4) behandelt wurde. Das chelatbildende Harz
des Polyamin-Typs zeigte besonders hervorragende Eigenschaften.
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Als
Verfahren zur Behandlung des Harzes wurde eine Vorbehandlung in
der gebräuchlichen
Weise durchgeführt,
das chelatbildende Harz wurde in eine Säule gefüllt, und das Filtrat, aus dem
der unlösliche
Bestandteil des Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazolkomplexes entfernt worden war,
wurde durch die Säule
geleitet. Es ist erwünscht,
dass die Fließgeschwindigkeit
(SV) auf 1 bis 10 gehalten wird, und dass die Temperatur 40 bis
60°C beträgt.
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Bei
der Durchführung
der Behandlung mit dem Chelatharz und beim Durchleiten der zu behandelnden Lösung durch
die Säule,
wie etwa dem Durchleiten des Filtrats, aus dem der blaue unlösliche Bestandteil
des Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazolkomplexes
entfernt worden war, ist es so, dass die Kristalle des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes
(BHT·2Na)
präzipitieren,
wenn die Temperatur der Flüssigkeit
niedriger als etwa 50°C
wird. Es ist daher erwünscht,
die Konzentration des Dinatriumsalzes auf nicht mehr als 10% zu
halten, und die Temperatur während
der Behandlung auf etwa 50°C
zu halten.
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Es
ist erwünscht,
dass die Säule
mit dem chelatbildenden Harz in einer Menge gefüllt ist, die eine Adsorptionskapazität besitzt,
die etwa 1- bis 10-mal so viel, und vorzugsweise 3-bis 5-mal so viel
beträgt
wie die Menge der Kupferkomponente. Die Befähigung zur Entfernung der Kupferkomponente
steigt natürlich
mit zunehmender Menge des Harzes an. Das benutzte chelatbildende
Harz kann einer gewöhnlichen
Regenerationsbehandlung unterzogen werden, um es erneut zu verwenden
(siehe Beispiel 18, der Kupfergehalt in den Kristallen beträgt 1,8 ppm).
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung kann der Kupfer-Gehalt im Filtrat bis auf etwa 5 bis zu
etwa 35 ppm gesenkt werden, und zwar durch die einfache Operation,
die blaue unlösliche
Komponente des Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazolkomplexes mittels Filtration
dadurch zu entfernen, dass man das wässrige Wasserstoffperoxid und
den wässrigen
Ammoniak zu der Reaktionslösung
hinzu gibt, die das 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz
(BHT·2Na)
enthält.
Der Kupfergehalt wird auf nicht mehr als 1 ppm gesenkt, wenn man
bei dem Filtrat, das dadurch erhalten wird, dass man die unlösliche Komponente
aus der Reaktionslösung
entfernt, bzw. bei der Lösung,
die durch Behandeln der Lösung
erhalten wird, in der die Kristalle des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes (BHT·2NH3) gelöst
sind, ein Lösen
in dem chelatbildenden Harz durchführt. Durch Umsetzen der behandelten
Lösung
mit den Ammoniumchloridkristallen oder mit der wässrigen Lösung hiervon enthält das gewonnene
5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz
Kupfer in einer Menge von 1 bis 5 ppm oder weniger (siehe Beispiel
8, Kupfergehalt in den Kristallen < 1
ppm) und wird in Form weißer
und hochreiner Ammoniumsalzkristalle gewonnen.
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Der
Herstellungsprozess für
das 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz
(BHT·2NH3) gemäß der vorliegenden
Erfindung ist im Folgenden schematisch dargestellt.
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Als
Quelle des für
die Reaktion der vorliegenden Erfindung verwendeten Cyanwasserstoffs
kann ein jedes von Cyanwasserstoff, Natriumcyanid und Kaliumcyanid,
sowie Natriumazid, Wasserstoffperoxid, Kupfersulfat, Kupferacetat,
Salzsäure,
Essigsäure,
Ammoniak oder Natriumhydroxid verwendet werden, die industriell
hergestellte Produkte darstellen.
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Beispiele
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Die
Erfindung wird nun konkret mittels Beispielen beschrieben, auf die
die Erfindung jedoch in keiner Weise beschränkt ist.
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Das
5,5'-bi-1H-Tetrazol
(BHT), 5-Cyano-1H-Tetrazol (CHT)-Zwischenprodukt, und Hydrogenazid
wurden durch Flüssigchromatographie
analysiert, und der Cyanwasserstoff wurde durch Gaschromatographie analysiert.
Der Gehalt des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) wurde durch nicht-wässrige Titration mit HClO4 und durch Flüssigchromatographie ermittelt,
und Metallverunreinigungen, wie etwa Kupfer, wurden durch Atomabsorptionsanalyse
bestimmt.
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Beispiel 1
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Aufbereitung des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) durch Filtration
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Es
wurden 195,69 g (3,001 Mol) an 99,7% NaN3,
152,57 g (3,001 Mol) an 96,4 % NaCN und 876,83 g Wasser in einen
3-Liter-Kolben gegeben und auf eine Temperatur abgekühlt, die
nicht über
10°C betrug,
um eine homogene, wässrige
Lösung
hiervon zu bilden, zu der dann tropfenweise 339,9 g (3,30 Mol) an
35,4% HCl bei einer Tropftemperatur von 0,1 bis 8,3°C über eine
Tropfzeit von 30 Minuten zugegeben wurden, um die NaCN-Lösung zu neutralisieren. Es
wurde eine wässrige
Lösung
mit 3,76 g (0,015 Mol) an 99,5% CuSO4·5H2O/17,53 g H2O hinzugegeben.
Danach wurden 176,90 g (1,80 Mol) einer wässrigen 34,6% H2O2-Lösung
tropfenweise bei einer Tropftemperatur von 2,8 bis 32,5°C über eine
Tropfzeit von einer Stunde und 30 Minuten hinzugegeben. Eine grüne Reaktionslösung, nach
tropfenweiser Zugabe der Ausgangsmaterialien, wurde über 40 Minuten
auf bis zu 40°C
erhitzt. Die Reaktion wurde bei einer Temperatur von 40,9°C bis 42°C für 2 Stunden
unter Rühren
und Erwärmen
durchgeführt,
um hauptsächlich
das 5-Cyano-1H-Tetrazolnatrium-Salz
(CHT·Na)-Zwischenprodukt
herzustellen. Danach wurde die Temperatur über 45 Minuten auf 90°C erhöht, und
die Reaktion wurde bei einer Temperatur von 87,2 bis 90,6°C für 2 Stunden
durchgeführt, gefolgt
von weiterer Durchführung
unter Erhitzen (100,0 bis 103,7°C)
und Rückfluss
für 5 Stunden.
Die HPLC-Analyse der Reaktionslösung
zeigte 97,45% für
das 5,5'-bi-1H-Tetrazol
(BHT) und 0,88% für
das 5-Cyano-1H-Tetrazol
(CHT) an. Die Reaktionslösung
wurde auf Raumtemperatur abgekühlt,
um 1749,24 g der Reaktionslösung,
die ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz
enthält,
zu erhalten. 574,2 g der Reaktionslösung, die auf Drittel aufgeteilt
wurde, wurde auf 50°C
erhitzt, es wurden 2,57 g (0,039 Mol) an 26,1%igem wässrigem NH3 (8 Äquivalente
des zugegebenen CuSO4)/111,1 g Wasser hinzugegeben,
und die Lösung
wurde bei einer Temperatur von 50°C
für eine
Stunde gerührt,
um eine blaue unlösliche
Komponente als BHT·Cu·NH3 zu präzipitieren.
Die Reaktionslösung
wurde heiß filtriert
und mit 36,6 g H2O gewaschen, um die unlösliche Komponente
zu entfernen und um 712,64 g an Filtrat zu gewinnen. Das Filtrat
wurde auf 80°C
erhitzt, und eine wässrige
Lösung
von 58,48 g (1,082 Mol) an 99,0% NH4Cl/166,45
g H2O wurde tropfenweise bei einer Tropftemperatur
von 78,3 bis 80,20 für
eine Stunde zugegeben, um ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz (BHT·2NH3) durch die Reaktion des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes
(BHT·2Na)
mit dem NH4Cl zu synthetisieren. Das Filtrat
wurde dann auf 20°C
abgekühlt
und kristallisiert. Die präzipitierten
Kristalle wurden mittels einer Zentrifuge abgetrennt und mit 106,0
g H2O gewaschen, um 73,27 g des feuchten
5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) zu isolieren. Über eine Trocknung in einem
Vakuumtrockner bei einer Trocknungstemperatur von 50°C für 8 Stunden
wurden 64,43 g des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) (blassbläulich-weiß) erhalten. Die Gesamtmenge
der abgetrennten Mutterlösung
und der Waschlösung
betrug 945,9 g.
-
Ausbeute und Analysewerte
des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3):
-
- Ausbeute an Kristallen: 76,07%
- Analysewerte der Kristalle: Gehalt (Titration mit HClO4): 99,77%; Kupfergehalt: 59,1 ppm.
-
Beispiel 2
-
Synthese des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3)
-
Es
wurden 101,68 g (2,00 Mol) an 96,4% NaCN, 143,46 g (2,20 Mol) an
99,7 % NaN3 und 460,2 g Wasser in einen
2-Liter-Kolben gegeben und auf eine Temperatur abgekühlt, die
nicht über
10°C betrug.
Dann wurden tropfenweise 204,9 g (2,00 Mol) an 35,6% HCl bei einer
Tropftemperatur von 5,3 bis 8,8°C über eine Tropfzeit
von 55 Minuten zu der aufgeschlämmten
wässrigen
Lösung
hinzugegeben, um die aufgeschlämmte NaCN-Lösung zu
neutralisieren. Es wurde eine gemischte wässrige Lösung mit 5,01 g (0,02 Mol)
an 99,5% CuSO4·5H2O/20,07g
H2O zu der homogenen Lösung, die neutralisiert worden
war, hinzugegeben. Danach wurde eine gemischte Lösung aus 106,10 g (1,08 Mol)
einer 34,6%igen wässrigen
H2O2-Lösung und
12,09 g (0,20 Mol) an 99,7% Essigsäure tropfenweise bei einer
Tropftemperatur von –4,2
bis 11,6°C über eine
Tropfzeit von einer Stunde und 25 Minuten hinzugegeben. Eine grüne Reaktionslösung (pH
= 6), nach tropfenweiser Zugabe der Ausgangsmaterialien, wurde für 20 Minuten
bei 21,5°C
gerührt
und wurde dann über
45 Minuten auf bis zu 39,8°C
erhitzt. Die Reaktion erfolgte bei einer Temperatur von 39,8 bis
42,9°C für 2 Stunden
unter Rühren,
während
erhitzt wurde, um hauptsächlich
ein 5-Cyano-1H-Tetrazolnatriumsalz (CHT·Na)-Zwischenprodukt zu synthetisieren.
Danach wurde die Temperatur über
35 Minuten von 45,3°C
auf 90°C
erhöht,
und die Reaktion erfolgte bei einer Temperatur von 87,0 bis 90,2°C für 2 Stunden,
wonach sie unter Erhitzen und Rückfluss
(100,0 bis 106,6°C)
für 5 Stunden
weiter durchgeführt
wurde, um das 5-Cyano-1H-Tetrazolnatriumsalz (CHT·Na)-Zwischenprodukt
in ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz
(BHT·2Na)
umzusetzen. Die HPLC-Analyse der Reaktionslösung zeigte 97,53% für das 5,5'-bi-1H-Tetrazol (BHT)
und 0,31 % für
das 5-Cyano-1H-Tetrazol (CHT). Nach der Reaktion wurde die Reaktionslösung auf
80°C abgekühlt, das
Einleiten von Stickstoff erfolgte mit 6 Litern/Stunde, um das HCN
in der Gasphase des Reaktors auf einen Wert unterhalb der Nachweisgrenze
zu verringern. Eine wässrige
Lösung
von 118,87 g (2,20 Mol) an 99,0% NH4Cl/328,3
g H2O wurde tropfenweise bei einer Tropftemperatur
von 81,7 bis 83,3°C
für eine
Stunde und 50 Minuten hinzugegeben, um durch die Reaktion des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes
(BHT·2Na)
mit dem NH4Cl ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz (BHT·2NH3) zu synthetisieren. Das Filtrat wurde dann über eine
Stunde und 45 Minuten auf 9,3°C
abgekühlt
und kristallisiert. Die präzipitierten
Kristalle wurden mittels einer Zentrifuge abgetrennt und mit 199,6
g H2O gewaschen, um 173,28 g des feuchten
5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) zu isolieren. Durch Trocknung in einem
Vakuumtrockner bei einer Trocknungstemperatur von 50°C für 10 Stunden wurden
142,04 g des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) (blassbläulich-weiß) erhalten. Die Gesamtheit
der abgetrennten Mutterlösung
und der Waschlösung
betrug 1492,35 g.
-
Ausbeute und Analysewerte
des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammonium-Rohsalzes
(BHT·2NH3):
-
- Ausbeute der Rohkristalle: 80,00%
- Analysewerte der Rohkristalle: Gehalt (Titration mit HCl04): 96,96%; Kupfergehalt: 1821 ppm.
-
Beispiel 3
-
Aufbereitung des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) durch Filtration
-
25,05
g (0,141 Mol) des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammonium
(BHT·2NH3)-Rohsalzes (Beispiel 2), 11,49 g (0,284
Mol) an 99% NaOH und 198,98 g H2O wurden
in einen 300 ml-Kolben
gegeben und auf 40°C
erhitzt, um das 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz
(BHT·2NH3) in ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz (BHT·2Na) umzuwandeln,
sodass Rohkristalle hiervon gelöst
wurden. Nachdem die Rohkristalle gelöst waren, wurden 242,49 g eines
blauen Filtrats, aus dem 0,41 g einer blauen unlöslichen Komponente des BHT·Cu·NH3-Komplexes durch Heißfiltration entfernt worden
waren, auf 80°C
erhitzt, und es wurde eine wässrige
Lösung
von 16,74 g (0,310 Mol) an 99,0% NH4Cl/45,28
g H2O tropfenweise bei einer Tropftemperatur
von 79,9 bis 81,7°C für eine Stunde
und 5 Minuten hinzugegeben, um durch die Reaktion des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes (BHT·2Na) mit
dem NH4Cl ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz (BHT·2NH3) zu synthetisieren. Das Filtrat wurde dann
auf 8,3°C
abgekühlt
und kristallisiert. Die präzipitierten
Kristalle wurden mit 32,6 g H2O gewaschen,
um 29,36 g des feuchten 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) zu isolieren. Durch Trocknung in einem
Vakuumtrockner bei einer Trocknungstemperatur von 50°C für 10 Stunden
wurden 22,66 g des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) erhalten.
-
Ausbeute und Analysewerte
des aufbereiteten 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3):
-
- Ausbeute der aufbereiteten Kristalle: 91,81%
- Analysewerte der aufbereiteten Kristalle: Gehalt (Titration
mit HClO4): 98,42%; Kupfergehalt: 180 ppm.
-
Beispiel 4
-
Aufbereitung des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) mit einem chelatbildenden Harz
-
Es
wurden 75,05 g (0,423 Mol) des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammonium (BHT·2NH3)-Rohsalzes
(Beispiel 2), 34,52 g (0,854 Mol) an 99% NaOH und 600,00 g H2O in einen 1-Liter-Kolben gegeben und auf 40°C erhitzt, um
das 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz
(BHT·2NH3) in ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz (BHT·2Na) umzuwandeln,
sodass Rohkristalle hiervon gelöst
wurden. Nachdem die Rohkristalle gelöst waren, wurden 791,72 g eines
blauen Filtrats, aus dem 1,24 g einer blauen unlöslichen Komponente des BHT·Cu·NH3-Komplexes durch Heißfiltration entfernt worden
waren, in drei Teile aufgeteilt, um den Versuch der Aufbereitung durchzuführen. 263,62
g des in Drittel geteilten blauen Filtrats wurden durch eine 135
mm × 30
mm (Durchmesser) Glassäule
geleitet, die mit 100 ml eines chelatbildenden Harzes des Polyamin-Typs
(CR-20, hergestellt von der Mitsubishi Chemical Co.) gefüllt war,
was dem 55-fachen der Menge der Kupferkomponente in den zugeführten Rohkristallen
entspricht. Die Säulenreinigung
verlief über
eine Zeit von 2 Stunden und 30 Minuten und lieferte 366,7 g an behandelter
Lösung.
Die mit dem chelatbildenden Harz behandelte Lösung wurde auf 80°C erhitzt,
und es wurde eine wässrige
Lösung
von 16,74 g (0,310 Mol) an 99,0% NH4Cl/44,97
g H2O tropfenweise bei einer Tropftemperatur
von 78,7 bis 80,8°C
für eine
Zeitspanne von 50 Minuten hinzugegeben, um durch die Reaktion des
5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes
(BHT·2Na)
mit dem NH4Cl ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz (BHT·2NH3) zu synthetisieren. Das Filtrat wurde dann
auf 9,6°C
abgekühlt
und kristallisiert. Die präzipitierten
Kristalle wurden abgefiltert und mit 31,6 g H2O
gewaschen, um 25,35 g des feuchten 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes (BHT·2NH3) zu isolieren. Durch Trocknung in einem
Vakuumtrockner bei einer Trocknungstemperatur von 50°C für 10 Stunden
wurden 21,37 g des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) (weiß)
erhalten.
-
Ausbeute und Analysenwerte
des aufbereiteten 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3): Analysewerte der aufbereiteten Kristalle:
-
- Ausbeute der aufbereiteten Kristalle: 86,38%
- Gehalt (bei Titration mit HClO4): 98,95%;
Kupfergehalt: 1,1 ppm.
-
Beispiel 5
-
Aufbereitung
des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) mit einem chelatbildenden Harz 263,61
g des blauen Filtrats aus Beispiel 4 wurden durch eine 34 mm × 20 mm
(Durchmesser) Glassäule
geleitet, die mit 10 ml eines chelatbildenden Harzes des Iminodiessigsäure-Typs
(CR-11, hergestellt von der Mitsubishi Chemical Co.) gefüllt war,
was dem 7-fachen der Menge der Kupferkomponente in den zugeführten Rohkristallen
entspricht. Die Säulenreinigung
verlief über
eine Zeit von 2 Stunden und 30 Minuten und lieferte 289,92 g an
behandelter Lösung.
Die mit dem chelatbildenden Harz behandelte Lösung wurde auf 80°C erhitzt, und
es wurde eine wässrige
Lösung
von 16,75 g (0,310 Mol) an 99,0% NH4Cl/45,40
g H2O tropfenweise bei einer Tropftemperatur
von 78,7 bis 80,8°C
für eine
Zeitspanne von 50 Minuten hinzugegeben, um durch die Reaktion des
5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes
(BHT·2Na)
mit dem NH4Cl ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz (BHT·2NH3) zu synthetisieren. Das Filtrat wurde dann über 2 Stunden
und 30 Minuten auf 7,0°C
abgekühlt
und kristallisiert. Die präzipitierten
Kristalle wurden abgefiltert und mit 29,82 g H2O
gewaschen, um 29,11 g des feuchten 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes (BHT·2NH3) zu isolieren. Durch Trocknung in einem
Vakuumtrockner bei einer Trocknungstemperatur von 50°C für 10 Stunden
wurden 22,36 g des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) erhalten.
-
Ausbeute und Analysenwerte
des aufbereiteten 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3): Analysewerte der aufbereiteten Kristalle:
-
- Ausbeute der aufbereiteten Kristalle: 92,32%
- Gehalt (bei Titration mit HClO4): 101,07%;
Kupfergehalt: 9,5 ppm.
-
Beispiel 6
-
Synthese des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) und Aufbereitung der Reaktionslösung mit einem
chelatbildenden Harz
-
Es
wurden 1000,6 g (20,00 Mol) an 98,0% NaCN, 1304,1 g (20,00 Mol)
an 99,7% NaN3 und 5847,8 g Wasser in einen
20-Liter-Kolben gegeben und auf eine Temperatur abgekühlt, die
nicht über
10°C betrug,
um eine homogene, wässrige
Lösung
zu bilden. Dann wurden tropfenweise 2265,9 g (22,00 Mol) an 35,4%
HCl bei einer Tropftemperatur von 0 bis 8,6°C über eine Tropfzeit von einer
Stunde und 40 Minuten zugegeben, um die wässrige NaCN-Lösung
zu neutralisieren. Es wurde eine wässrige Lösung mit 25,09 g (0,10 Mol)
an 99,5% CuSO4·5H2O/113,3
g H2O bei einer Tropftemperatur von 7,6
bis 7,3°C
hinzugegeben. Danach wurden 1179,7 g (12,00 Mol) einer wässrigen
34,6% H2O2-Lösung tropfenweise
bei einer Tropftemperatur von 5,1 bis 27,4°C über eine Tropfzeit von 2,5
Stunden hinzugegeben. Eine grüne
Reaktionslösung,
nach tropfenweiser Zugabe der Ausgangsmaterialien, wurde über 40 Minuten
bis auf 40°C
erhitzt. Die Reaktion wurde bei einer Temperatur von 38,5°C bis 41,8°C für 2 Stunden
unter Rühren
und Erwärmen
durchgeführt,
um hauptsächlich ein
5-Cyano-1H-Tetrazolnatrium-Salz
(CHT·Na)-Zwischenprodukt
zu synthetisieren. Danach wurde die Temperatur über eine Stunde auf 90°C erhöht, und
die Reaktion wurde bei einer Temperatur von 89,5 bis 91,3°C für 2 Stunden
durchgeführt,
gefolgt von weiterer Durchführung
unter Erhitzen (96,7 bis 102,1°C)
und Rückfluss für 5 Stunden,
um das 5-Cyano-1H-Tetrazolnatrium-Salz
(CHT·Na)-Zwischenprodukt
in ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz
(BHT·2Na)
umzuwandeln. Die HPLC-Analyse der Reaktionslösung zeigte 96,72% für das 5,5'-bi-1H-Tetrazol (BHT)
und 0,81 % für
das 5-Cyano-1H-Tetrazol (CHT) an. Zu 5,82 kg der Reaktionslösung, die
erhalten wurden, indem man die 11,62 kg der erhaltenen Reaktionslösung auf
zwei Hälften
aufteilte, tropfenweise 25,9 g (0,405 Mol) an 26,6%igem wässrigem
NH3, entsprechend dem 8-Fachen der Menge
des zugegebenem CuSO4·5H2O,
zugegeben, wobei die Zugabe bei einer Tropftemperatur von 66°C über eine
Zeitspanne von 5 Minuten erfolgte. Die Reaktionslösung wurde
dann bei einer Temperatur von 68,5 bis 64,8°C für eine Stunde gerührt, um
die blaue unlösliche
Komponente des BHT·Cu·NH3 aus der grünen Reaktionslösung zu
präzipitieren.
Nach der Zugabe von 1412,1 g an Wasser zur Verdünnung wurde die unlösliche Komponente durch
Filtration aus der Reaktionslösung
mit der unlöslichen
Komponente bei 50°C
entfernt, und mit 400,2 g Waschwasser gewaschen. Die Gesamtmenge
des Filtrats einschließlich
der Waschlösung
betrug 7,52 kg, und der Kupfergehalt betrug 6,0 ppm. Die Menge der
blauen unlöslichen
Komponente des BHT·Cu·NH3, das durch Filtration abgetrennt wurde,
betrug 11,9 g. Das Filtrat wurde durch eine 300 mm × 40 mm
(Durchmesser) Glassäule
geleitet, die mit 375 ml (0,15 Mol) des chelatbildenden Harzes (CR-20)
gefüllt
war, was dem 3-fachen der Menge des CuSO4 entsprach,
wobei die Säulenreinigung
bei einer Temperatur von 50°C über eine
Zeitspanne von 2 Stunden und 30 Minuten bei einer Fließgeschwindigkeit
(SV) von 10 erfolgte, um 7398,7 g der behandelten Lösung zu
gewinnen (Cu < 1
ppm). 3684,7 g der aufgeteilten und behandelten Lösung wurden auf
40°C erhitzt,
und es wurde eine wässrige
Lösung
von 297,23 g (5,501 Mol) an 99,0% NH4Cl/835,0
g H2O tropfenweise bei einer Tropftemperatur
von 42,6 bis 44,0°C über eine
Zeitspanne von 33 Minuten hinzugegeben, um durch die Reaktion des
5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes
(BHT·2Na)
mit dem NH4Cl ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz (BHT·2NH3) zu synthetisieren. Das Filtrat wurde dann
auf 19,3°C
abgekühlt
und kristallisiert. Die präzipitierten
Kristalle wurden mittels einer Zentrifuge abgetrennt und mit 160,0
g H2O gewaschen, um 538,33 g des feuchten
5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) zu isolieren. Durch Trocknung in einem
Heißlufttrockner
bei einer Trocknungstemperatur von 70°C für 48 Stunden wurden 354,59
g des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) (weiß)
erhalten. Die Gesamtmenge der abgetrennten Mutterlösung und
der Waschlösung
betrug 4408,8 g.
-
Ausbeute und Analysenwerte
des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3):
-
- Ausbeute der Kristalle: 79,67%
- Analysewerte der Kristalle:
- Gehalt (bei Titration mit HClO4): 96,70%;
Kupfergehalt: 4,9 ppm.
-
Beispiel 7
-
Synthese und Aufbereitung
des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3)
-
Es
wurden 1475,1 g (29,00 Mol) an 96,4% NaCN, 2082,0 g (31,92 Mol)
an 99,7% NaN3 und 6671,0 g Wasser in einen
20-Liter-Glaskolben gegeben und auf eine Temperatur von nicht mehr
als 10°C
abgekühlt. Dann
wurden tropfenweise 2953,5 g (29,00 Mol) an 35,8% HCl bei einer
Tropftemperatur von 3,8 bis 14,9°C über eine
Tropfzeit von einer Stunde und 15 Minuten zu der aufgeschlämmten wässrigen
Lösung
hinzugegeben, um die aufgeschlämmte
NaCN-Lösung
zu neutralisieren. Es wurde eine gemischte wässrige Lösung mit 72,6 g (0,29 Mol)
an 99,5% CuSO4·5H2O/331,3
g H2O zu der homogenen Lösung nach der Neutralisation
hinzugegeben. Danach wurde eine gemischte Lösung aus 1539,3 g (15,66 Mol)
an 34,6% wässriger
H2O2-Lösung und
174,8 g (2,90 Mol) an 99,7% Essigsäure tropfenweise bei einer
Tropftemperatur von 12,8 bis 30,2°C über eine
Tropfzeit von 2 Stunden und 15 Minuten hinzugegeben. Eine grüne Reaktionslösung (pH
= 6), nach tropfenweiser Zugabe der Ausgangsmaterialien, wurde für 5 Minuten
bei 27,3°C
gerührt
und wurde dann über
45 Minuten bis auf 40°C
erhitzt. Die Reaktion wurde bei einer Temperatur von 40°C bis 40,8°C für 2 Stunden
unter Rühren
und Erwärmen
durchgeführt,
um hauptsächlich
ein 5-Cyano-1H-Tetrazolnatrium-Salz (CHT·Na)-Zwischenprodukt zu synthetisieren.
Danach wurde die Temperatur über
55 Minuten von 40,8 → 90°C erhöht, und die
Reaktion wurde bei einer Temperatur von 90°C für 2 Stunden durchgeführt, gefolgt
von weiterer Durchführung
unter Erhitzen (102,7 bis 104,3°C)
und Rückfluss
für 2 Stunden
und 15 Minuten, um das 5-Cyano-1H-Tetrazolnatrium-Salz (CHT·Na)-Zwischenprodukt
in ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz
(BHT·2Na)
umzuwandeln. Die HPLC-Analyse der Reaktionslösung zeigte 97,28% für das 5,5'-bi-1H-Tetrazol (BHT)
und 0,49% für das
5-Cyano-1H-Tetrazol
(CHT) an. Nach der Reaktion wurde die Reaktionslösung über 45 Minuten auf 80°C abgekühlt, das
Einsprudeln von Stickstoff erfolgte mit 60 Litern/Stunde, um das
HCN in der Gasphase des Reaktors auf 30 ppm abzusenken. Die Reaktionslösung wurde
durch die Zugabe von 6000 g H2O verdünnt und auf
66,5°C erhitzt,
um einen Teil des präzipitierten
5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes
(BHT·2Na)
zu lösen. Nach
dem Lösen
wurden 21,04 kg des Filtrats, aus dem 50,05 g der weißen unlöslichen
Komponente durch Heißfiltration
entfernt worden waren, durch eine 1300 mm × 65 mm (Durchmesser)-Vinylchlorid (4,3
Liter)-Säule
geleitet, die mit 3,6 Litern des chelatbildenden Harzes (CR-20)
gefüllt
war, was dem 5-fachen der Menge der Kupferkomponente in den zugeführten Rohkristallen
entsprach, wobei die Säulenreinigung
mit einer Fließgeschwindigkeit
(SV) von 1,56 erfolgte, um 22,86 kg einer farblosen und transparenten
behandelten Lösung
zu erhalten. Die mit dem chelatbildenden Harz behandelte Lösung wurde
auf 80°C
erhitzt, und es wurde eine wässrige
Lösung
von 1723,6 g (31,90 Mol) an 99,0% NH4Cl/4640,0
g H2O tropfenweise bei einer Tropftemperatur
von 80,1 ° bis
77,3°C über eine
Zeitspanne von einer Stunde hinzugegeben, wobei dann für 3 Stunden bei
60,0 bis 78,6°C
gerührt
wurde, um durch die Reaktion des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes (BHT·2Na) mit
dem NH4Cl ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz (BHT·2NH3) zu synthetisieren. Das Filtrat wurde dann über 19 Stunden
auf 8°C
abgekühlt
und kristallisiert. Die präzipitierten
Kristalle wurden mittels einer Zentrifuge abgetrennt und mit 1500,0
g H2O gewaschen, um 2243,4 g des feuchten
5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes (BHT·2NH3) zu isolieren. Durch Trocknung in einem
Heißlufttrockner
bei einer Trocknungstemperatur von 60°C für 23 Stunden wurden 1952,4
g des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) (blassbläulich-weiß) erhalten. Die Gesamtmenge
der abgetrennten Mutterlösung
und der Waschlösung
betrug 28,12 kg.
-
Ausbeute und Analysenwerte
des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3):
-
- Ausbeute der Kristalle: 78,12% auf Basis von NaCN
- Analysewerte der Kristalle:
- Gehalt (bei Titration mit HClO4): 99,88%;
Kupfergehalt: 76,7 ppm.
-
Beispiel 8
-
Aufbereitung des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiarnmoniumsalzes
(BHT·2NH3) durch Filtration
-
Es
wurden 391,7 g (6,01 Mol) an 99,7% NaN3,
300,5 g (6,01 Mol) an 98,0% NaCN und 1742,5 g Wasser in einen 5-Liter-Kolben
gegeben und auf eine Temperatur von nicht mehr als 10°C abgekühlt, um
eine homogene wässrige
Lösung
herzustellen. Dann wurden tropfenweise 681,6 g (6,60 Mol) an 35,3%
HCl bei einer Tropftemperatur von 6,9 bis 18,2°C über eine Tropfzeit von 55 Minuten
hinzugegeben, um die wässrige NaCN-Lösung zu
neutralisieren. Es wurde eine wässrige
Lösung
mit 7,53 g (0,030 Mol) an 99,5% CuSO4·5HzO/34,23 g H2O hinzugegeben.
Danach wurden 333,7 g (3,45 Mol) einer wässrigen 35,2% H2O2-Lösung
tropfenweise bei einer Tropftemperatur von 16,8 bis 41,0°C über eine
Tropfzeit von einer Stunde und 15 Minuten hinzugegeben. Eine grüne Reaktionslösung, nach
tropfenweiser Zugabe der Ausgangsmaterialien, wurde für 2 Stunden
bei 40,7 bis 41,0°C
unter Rühren
und Erwärmen
umgesetzt, um hauptsächlich
ein 5-Cyano-1H-Tetrazolnatrium-Salz
(CHT·Na)-Zwischenprodukt
zu synthetisieren. Danach wurde die Temperatur über 40 Minuten auf 90°C erhöht, und
die Reaktion erfolgte bei einer Temperatur von 89,1 bis 92,4°C für 2 Stunden,
gefolgt von weiterer Durchführung
unter Erhitzen (100,0 bis 105,8°C)
und Rückfluss
für 5 Stunden. Die
HPLC-Analyse der Reaktionslösung
zeigte 95,37% für
das 5,5'-bi-1H-Tetrazol
(BHT) und 0,81 % für
das 5-Cyano-1H-Tetrazol (CHT) an. Die Reaktionslösung wurde auf Raumtemperatur
abgekühlt,
um 3,47 kg der Reaktionslösung mit
einem 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz
zu erhalten. 1152,1 g der Reaktionslösung, die auf Drittel aufgeteilt
wurde, wurde auf 50°C
erhitzt, es wurden 3,9 g (0,040 Mol) einer wässrigen 35,2%igen H2O2-Lösung tropfenweise
bei einer Tropftemperatur von 53,5 bis 54,0°C über eine Minute hinzugegeben, dann
wurden 6,0 g (0,087 Mol) an 24,7%igem NH3-Wasser (9 Äquivalente
des zugegebenem CuSO4) hinzugegeben, gefolgt
von Rühren
bei 52,0 bis 58,0°C
für 2 Stunden,
um die blaue unlösliche
Komponente des BHT·Cu·NH3 zu präzipitieren.
Nach dem Verdünnen
mit 199,5 g H2O wurde die Reaktionslösung bei
50°C filtriert
und mit 30,6 g H2O gewaschen, um die unlösliche Komponente
abzutrennen, um dadurch 1354,4 g des Filtrats zu gewinnen. Der Kupfergehalt
in dem Filtrat betrug 4,0 ppm. Das Filtrat wurde auf 80°C erhitzt,
und eine wässrige
Lösung
von 118,9 g (2,20 Mol) an 99,0% NH4Cl/352,0
g H2O wurde tropfenweise bei einer Tropftemperatur
von 77,6 bis 82,2°C über eine
Zeitspanne von 2 Stunden und 20 Minuten zugegeben, um ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz
(BHT·2NH3) durch die Reaktion des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes (BHT·2Na) mit
dem NH4Cl zu synthetisieren. Das Filtrat
wurde dann auf 18,3°C
abgekühlt
und kristallisiert. Die präzipitierten
Kristalle wurden mittels einer Zentrifuge abgetrennt und mit 136,2
g H2O gewaschen, um 150,01 g des feuchten
5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) zu isolieren. Über eine Trocknung in einem Vakuumtrockner
bei einer Trocknungstemperatur von 50°C für 8 Stunden wurden 134,52 g
des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) (blassbläulich-weiß) erhalten. Die Gesamtmenge
der abgetrennten Mutterlösung
und der Waschlösung
betrug 1764,3 g.
-
Ausbeute und Analysewerte
des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3):
-
- Ausbeute an Kristallen: 77,65%
- Analysewerte der Kristalle: Gehalt (Titration mit HClO4): 99,37%; Kupfergehalt: 33,4 ppm.
-
Beispiel 9
-
Aufbereitung des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) durch Filtration
-
Es
wurden 163,0 g (2,50 Mol) an 99,7% NaN3 und
500,0 g Wasser in einen 2-Liter-Kolben
gegeben und auf eine Temperatur von nicht mehr als 10°C abgekühlt, um
eine homogene wässrige
Lösung
herzustellen. Dann wurden 3,14 g (0,0125 Mol) an 99,5% CuSO4·5H2O und 68,5 g (2,50 Mol) an 98,6% HCN in
dieser Reihenfolge zugegeben. Im nächsten Schritt wurden tropfenweise
25,8 g (0,250 Mol) an 35,4% HCl bei einer Tropftemperatur von –4,6 bis –2,2°C über eine
Tropfzeit von 4 Minuten hinzugegeben, um den pH einzustellen, wonach
136,1 g (1,50 Mol) einer wässrigen
35,3% H2O2-Lösung tropfenweise
bei einer Tropftemperatur von –0,4
bis 41,0°C über eine
Tropfzeit von 47 Minuten hinzugegeben wurden. Eine grüne Reaktionslösung, nach tropfenweiser
Zugabe der Ausgangsmaterialien, wurde für 2 Stunden bei 39,0 bis 41,7°C unter Rühren und Erwärmen umgesetzt,
um hauptsächlich
ein 5-Cyano-1H-Tetrazolnatrium-Salz (CHT·Na)-Zwischenprodukt zu synthetisieren. Danach
wurde die Temperatur über
40 Minuten auf 90°C
erhöht,
und die Reaktion erfolgte bei einer Temperatur von 88,0 bis 90,9°C für 2 Stunden,
gefolgt von weiterer Durchführung
unter Erhitzen (100,0 bis 103,8°C)
und Rückfluss
für 5 Stunden.
Die HPLC-Analyse der Reaktionslösung
zeigte 97,11 % für
das 5,5'-bi-1H-Tetrazol
(BHT) und 0,80% für
das 5-Cyano-1H-Tetrazol (CHT) an. Die Reaktionslösung wurde auf Raumtemperatur
abgekühlt,
um 892 g der Reaktionslösung
mit einem 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz
zu erhalten. 446,0 g der Reaktionslösung, die auf Hälften aufgeteilt
wurde, wurde auf 50°C
erhitzt, es wurden 5,7 g (0,063 Mol) einer wässrigen 35,3%igen H2O2-Lösung tropfenweise
bei einer Tropftemperatur von 53,0°C über eine Minute hinzugegeben,
wonach die Reaktion bei 52,4 bis 54,8°C für eine Stunde unter Rühren und
Erhitzen durchgeführt
wurde. Es wurden dann 3,4 g (0,050 Mol) an 24,9%igem wässrigem
NH3 (8 Äquivalente
des zugegebenen CuSO4) hinzugegeben, und
die Reaktionslösung
wurde bei 51,0 bis 53,1°C
für 2 Stunden
gerührt,
um die blaue unlösliche
Komponente des BHT·Cu·NH3 zu präzipitieren.
Die unlösliche
Komponente wurde bei 50°C
heiß filtriert,
mit 26,8 g H2O gewaschen und abgetrennt,
um dadurch 525,3 g des Filtrats zu gewinnen, das 2,3 ppm der Kupferkomponente
enthielt. Das Filtrat wurde auf 80°C erhitzt, und eine wässrige Lösung von
74,3 g (1,38 Mol) an 99,0% NH4Cl/220,8 g
H2O wurde tropfenweise bei einer Tropftemperatur
von 78,5 bis 81,1°C über eine
Zeitspanne von 2 Stunden zugegeben, um ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz (BHT·2NH3) durch die Reaktion des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes
(BHT·2Na)
mit dem NH4Cl zu synthetisieren. Das Filtrat
wurde dann auf 18,3°C
abgekühlt
und kristallisiert. Die präzipitierten
Kristalle wurden mittels einer Zentrifuge abgetrennt und mit 100,0
g H2O gewaschen, um 94,10 g des feuchten
5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) zu isolieren. Über eine Trocknung in einem
Vakuumtrockner bei einer Trocknungstemperatur von 50°C für 8 Stunden
wurden 87,03 g des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes (BHT·2NH3) (weiß)
erhalten. Die Gesamtmenge der abgetrennten Mutterlösung und
der Waschlösung
betrug 1189,1 g.
-
Ausbeute und Analysewerte
des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3):
-
- Ausbeute an Kristallen: 80,50%
- Analysewerte der Kristalle: Gehalt (Titration mit HClO4): 99,52%; Kupfergehalt: 5,0 ppm.
-
Beispiel 10
-
Aufbereitung des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) mittels eines chelatbildenden Harzes
-
Es
wurden 50,1 g (0,290 Mol) des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammonium-Rohsalzes
(BHT·2NH3) (Beispiel 1), 23,7 g (11,66 Mol) an 99%
NaOH und 344 g an H2O in einen 500 ml-Kolben
gegeben und unter Rühren
auf 50°C
erhitzt, um das 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz
(BHT·2NH3) in ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz (BHT·2Na) umzuwandeln,
damit Rohkristalle hiervon gelöst
wurden. Die blaue Lösung
(Cu, 6,8 ppm) wurde durch eine 300 mm × 20 mm (Durchmesser) Glassäule geleitet,
die mit 12 ml eines wiederhergestellten chelatbildenden Harzes (CR-20,
hergestellt von der Mitsubishi Kagaku Co.) gefüllt war, was dem 100-fachen
der Menge der Kupferkomponente in den zugeführten Rohkristallen entspricht.
Die Säulenreinigung
verlief bei einer Temperatur von 50°C über eine Zeit von 3 Stunden
bei einer Fließgeschwindigkeit
(SV) von 10, um 434,9 g einer farblosen, transparenten, behandelten
Lösung
zu erhalten. Die mit dem chelatbildenden Harz behandelte Lösung wurde
auf 80°C
erhitzt, und es wurde eine wässrige
Lösung
von 34,52 g (0,6389 Mol) an 99,0% NH4Cl/45,20
g H2O tropfenweise bei einer Tropftemperatur
von 78,8 bis 80,1°C über eine
Zeitspanne von einer Stunde hinzugegeben, um durch die Reaktion
des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes
(BHT·2Na)
mit dem NH4Cl ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz (BHT·2NH3) zu synthetisieren. Die Lösung wurde
dann auf 5,3°C
abgekühlt
und kristallisiert. Die präzipitierten
Kristalle wurden mittels einer Zentrifuge abgetrennt und mit 37,0
g H2O gewaschen, um 53,37 g des feuchten
5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) zu isolieren. Durch Trocknung in einem
Vakuumtrockner bei einer Trocknungstemperatur von 50°C für 7 Stunden
wurden 45,73 g des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) (weiß)
erhalten. Die Gesamtmenge der abgetrennten Mutterlösung und
der Waschlösung
betrug 511,5 g.
-
Ausbeute und Analysewerte
des aufbereiteten 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3):
-
- Ausbeute der aufbereiteten Kristalle: 90,98%
- Analysewerte der aufbereiteten Kristalle: Gehalt (Titration
mit HClO4): 99,32%;
- Kupferanteil: < 1
ppm.
-
Beispiel 11
-
Synthese des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3)
-
Es
wurden 1474,7 g (29,00 Mol) an 96,4% NaCN, 2080,4 g (31,90 Mol)
an 99,7% NaN3 und 6670,0 g Wasser in einen
20-Liter-Glaskolben gegeben und auf eine Temperatur von nicht mehr
als 10°C
abgekühlt. Dann
wurden tropfenweise 2954,5 g (29,00 Mol) an 35,8% HCl bei einer
Tropftemperatur von 0,5 bis 7,1°C über eine
Tropfzeit von einer Stunde und 20 Minuten zu der aufgeschlämmten wässrigen
Lösung
hinzugegeben, um die aufgeschlämmte
NaCN-Lösung
zu neutralisieren. Es wurde eine gemischte wässrige Lösung mit 72,6 g (0,29 Mol)
an 99,5% CuSO4·5H2O/332,7
g H2O zu der homogenen Lösung nach der Neutralisation
hinzugegeben. Danach wurde eine gemischte Lösung aus 1540,5 g (15,66 Mol)
an 34,6% wässriger
H2O2-Lösung und
174,7 g (2,90 Mol) an 99,7% Essigsäure tropfenweise bei einer
Tropftemperatur von 4,7 bis 20,5°C über eine
Tropfzeit von 4 Stunden und 25 Minuten hinzugegeben. Eine grüne Reaktionslösung (pH
= 6), nach tropfenweiser Zugabe der Ausgangsmaterialien wurde für 25 Minuten
bei 14,5°C
gerührt
und wurde dann über
65 Minuten bis auf 39,8°C
erhitzt. Die Reaktion wurde bei einer Temperatur von 40°C bis 45,3°C für 2 Stunden unter
Rühren
und Erwärmen
durchgeführt,
um hauptsächlich
ein 5-Cyano-1H-Tetrazolnatrium-Salz (CHT·Na)-Zwischenprodukt
zu synthetisieren. Danach wurde die Temperatur über 55 Minuten von 45,3 → 90°C erhöht, und
die Reaktion wurde bei einer Temperatur von 90°C für eine Stunde durchgeführt, gefolgt
von weiterer Durchführung
unter Erhitzen (100,0 bis 107,2°C)
und Rückfluss
für 4 Stunden
und 30 Minuten, um das 5-Cyano-1H-Tetrazolnatrium-Salz
(CHT·Na)-Zwischenprodukt
in ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz (BHT·2Na) umzuwandeln.
Die HPLC-Analyse der Reaktionslösung
zeigte 98,14% für
das 5,5'-bi-1H-Tetrazol (BHT)
an, während
die Menge des 5-Cyano-1H-Tetrazols
(CHT) unter der Nachweisgrenze lag. Nach der Reaktion wurde die
Reaktionslösung über 45 Minuten
auf 80°C
abgekühlt,
das Einsprudeln von Stickstoff erfolgte mit 60 Litern/Stunde, um
das HCN in der Gasphase des Reaktors auf 15 ppm abzusenken. Eine
wässrige
Lösung
von 1724,4 g (31,90 Mol) an 99,0% NH4Cl/4840,8
g H2O wurde tropfenweise bei einer Tropftemperatur von
80,2° bis
76,3°C über eine
Zeitspanne von einer Stunde und 35 Minuten hinzugegeben, um durch
die Reaktion des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes
(BHT·2Na)
mit dem NH4Cl ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz (BHT·2NH3) zu synthetisieren. Die Reaktionslösung wurde
dann über
13 Stunden und 40 Minuten auf 9°C abgekühlt und
kristallisiert. Die präzipitierten
Kristalle wurden mittels einer Zentrifuge abgetrennt und mit 1500,0
g H2O gewaschen, um 2283,0 g des feuchten
5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) zu isolieren. Durch Trocknung in einem
Heißlufttrockner
bei einer Trocknungstemperatur von 60°C für 21 Stunden wurden 2120,6
g des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) (blassbläulich-weiß) erhalten. Die Gesamtmenge
der abgetrennten Mutterlösung
und der Waschlösung
betrug 20,57 kg.
-
Ausbeute und Analysenwerte
des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammonium-Rohsalzes
(BHT·2NH3):
-
- Ausbeute der Rohkristalle: 81,16% auf Basis von NaCN
- Analysewerte der Rohkristalle:
- Gehalt (bei Titration mit HClO4): 95,54%;
Kupfergehalt: 2411,2 ppm.
- Analysewert der abgetrennten Mutterlösung + Waschlösung: Cu,
123,9 ppm.
-
Beispiel 12
-
Aufbereitung des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) mit einem chelatbildenden Harz
-
2020
g (11,21 Mol) des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammonium-Rohsalzes
(BHT·2NH3) (Beispiel 11), 915 g (22,64 Mol) an 99%
NaOH und 14000 g H2O wurden in einen 20
Liter-Glaskolben
gegeben und von 20 → 50°C erhitzt,
um das 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz
(BHT·2NH3) in ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz (BHT·2Na) umzuwandeln,
damit die Rohkristalle hiervon gelöst wurden. Nachdem die Rohkristalle
gelöst
worden waren, wurden 16,94 kg eines blauen Filtrats, das erhalten
worden war, indem man 55,43 g einer blauen unlöslichen Komponente des BHT·Cu·NH3 durch Heißfiltration aus der Lösung entfernt
hatte, durch eine 600 mm × 65
mm (Durchmesser) Vinylchlorid (2,0-Liter)-Säule geleitet, die mit 1,6 Litern
eines chelatbildenden Harzes des Polyamin-Typs (CR-20, hergestellt
von der Mitsubishi Chemical Co.) gefüllt war, was dem 8,5-fachen
der Menge der Kupferkomponente in den zugeführten Rohkristallen entspricht.
Die Säulenreinigung
erfolgte bei einer Fließgeschwindigkeit
(SV) von 3,14, um 17,50 kg einer farblosen, transparenten, behandelten Lösung zu
erhalten (Kupfergehalt < 1
ppm). Die mit dem chelatbildenden Harz behandelte Lösung wurde
auf 80°C
erhitzt, und es wurde eine wässrige
Lösung
von 1332,5 g (24,66 Mol) an 99,0% NH4Cl/3570,0
g H2O tropfenweise bei einer Tropftemperatur
von 78,0 bis 79,9°C über eine
Zeitspanne von 50 Minuten hinzugegeben, um durch die Reaktion des
5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes
(BHT·2Na)
mit dem NH4Cl ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz (BHT·2NH3) zu synthetisieren. Die Lösung wurde
dann über
15 Stunden auf 5,5°C
abgekühlt
und kristallisiert. Die präzipitierten
Kristalle wurden mittels einer Zentrifuge abgetrennt und mit 1500,0
g H2O gewaschen, um 1919,6 g des feuchten
5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) zu isolieren. Durch Trocknung in einem
Heißlufttrockner
bei einer Trocknungstemperatur von 60°C für 21 Stunden wurden 1839,9
g des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) (weiß)
erhalten. Die Gesamtmenge der abgetrennten Mutterlösung und
der Waschlösung
betrug 21,78 kg.
-
Ausbeute und Analysewerte
des aufbereiteten 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3):
-
- Ausbeute der aufbereiteten Kristalle: 94,74%
- Analysewerte der aufbereiteten Kristalle: Gehalt (Titration
mit HClO4): 99,37%;
- Kupferanteil: 1,3 ppm.
-
Beispiel 13
-
Synthese des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3)
-
Es
wurden 1000,6 g (20,00 Mol) an 97,96% NaCN, 1304,1 g (20,00 Mol)
an 99,70% NaN3 und 5845,2 g Wasser in einen
20-Liter-Glaskolben gegeben und auf eine Temperatur von nicht mehr
als 10°C
abgekühlt, um
eine homogene wässrige
Lösung
zu bilden. Dann wurden tropfenweise 2265,2 g (22,00 Mol) an 35,4%
HCl bei einer Tropftemperatur von 0 bis 8,6°C über eine Tropfzeit von einer
Stunde und 40 Minuten hinzugegeben, um die wässrige NaCN-Lösung zu
neutralisieren. Es wurde eine wässrige
Lösung
mit 25,09 g (0,10 Mol) an 99,5% CuSO4·5H2O/113,30 g H2O bei
einer Tropftemperatur von 7,6 bis 7,3°C hinzugegeben. Danach wurden 1179,7
g (12,00 Mol) an 34,6% wässriger
H2O2-Lösung tropfenweise
bei einer Tropftemperatur von 5,1 bis 27,4°C über eine Tropfzeit von 2 Stunden
und 30 Minuten hinzugegeben. Eine grüne Reaktionslösung, nach tropfenweiser
Zugabe der Ausgangsmaterialien, wurde über 35 Minuten bis auf 40°C erhitzt.
Die Reaktion wurde bei einer Temperatur von 38,5 bis 41,8°C für 2 Stunden
unter Rühren
und Erwärmen
durchgeführt,
um hauptsächlich
ein 5-Cyano-1H-Tetrazolnatrium-Salz (CHT·Na)-Zwischenprodukt zu synthetisieren. Danach wurde
die Temperatur über
55 Minuten auf 90°C
erhöht,
und die Reaktion wurde bei einer Temperatur von 89,5 bis 91,3°C für 2 Stunden
durchgeführt,
gefolgt von weiterer Durchführung
unter Erhitzen (96,7 bis 102,1°C) und
Rückfluss
für 5 Stunden,
um das 5-Cyano-1H-Tetrazolnatrium-Salz (CHT·Na)-Zwischenprodukt in ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz
(BHT·2Na)
umzuwandeln. Die HPLC-Analyse der Reaktionslösung zeigte 96,72% für das 5,5'-bi-1H-Tetrazol (BHT)
und 0,81 % für
das 5-Cyano-1H-Tetrazol (CHT) an. Die Menge der erhaltenen Reaktionslösung betrug
11,62 kg. 5780 g der auf Hälften
aufgeteilten Reaktionslösung
(NaCN (9,948 Mol) Base) wurde auf 80°C erhitzt und eine wässrige Lösung von
594,3 g (11,00 Mol) an 99,0% NH4Cl/1669,7
g H2O wurde tropfenweise bei einer Tropftemperatur
von 79,7 bis 81,3°C über eine
Zeitspanne von 35 Minuten zugegeben, um ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz (BHT·2NH3) durch die Reaktion des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes
(BHT·2Na)
mit dem NH4Cl zu synthetisieren. Die Reaktionslösung wurde dann über 3 Stunden
und 25 Minuten auf 20,2°C
abgekühlt
und kristallisiert. Die präzipitierten
Kristalle wurden mittels einer Zentrifuge abgetrennt und mit 297,2
g H2O gewaschen, um 761,1 g des feuchten
5,5'-bi-1H- Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) zu isolieren. Über eine Trocknung in einem
Heißlufttrockner
bei einer Trocknungstemperatur von 70°C für 48 Stunden wurden 721,47
g des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes (BHT·2NH3) (bläulich-weiß) erhalten.
Die Gesamtmenge der abgetrennten Mutterlösung und der Waschlösung betrug
7,46 kg.
-
Ausbeute und Analysewerte
des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammonium-Rohsalzes
(BHT·2NH3):
-
- Ausbeute an Rohkristallen: 78,60%
- Analysewerte der Rohkristalle: Gehalt (Titration mit HClO4): 93,29%; Kupfergehalt: 4849 ppm.
- Analysewerte der abgetrennten Mutterlösung + Waschlösung: Cu,
1,3 ppm.
-
Beispiel 14
-
Aufbereitung des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3)
-
670,2
g (3,632 Mol) des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammonium-Rohsalzes
(BHT·2NH3) aus Beispiel 13, 302,1 g (7,477 Mol) an
99% NaOH und 5000 g H2O wurden in einen
10 Liter-Kolben
gegeben und auf 50°C erhitzt,
um das 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz
(BHT·2NH3) in ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz (BHT·2Na) umzuwandeln,
damit Rohkristalle hiervon gelöst
werden. Nachdem die Rohkristalle gelöst worden waren, wurde die
blaue unlösliche
Komponente des BHT·Cu·NH3 heiß-filtriert,
mit 195,2 g Waschwasser gewaschen, und 10,58 g der unlöslichen
Komponente wurden abgetrennt. 5950 g des blauen Filtrats (pH = 9,
Cu, 2,8 ppm) wurden auf 50°C
erhitzt und durch eine 300 mm × 40
mm (Durchmesser)-Glassäule
geleitet, die mit 375 ml (0,15 Mol) des chelatbildenden Harzes (CR-20,
hergestellt von der Mitsubishi Chemical Co) gefüllt war, was dem 3-fachen der
Menge an CuSO4 in dem 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammonium-Rohsalz
(BHT·2NH3) entspricht. Die Säulenreinigung erfolgte bei
einer Temperatur von 50°C
für eine
Stunde und 40 Minuten bei einer Fließgeschwindigkeit (SV) von 10,
um 5970 g einer behandelten Lösung
zu erhalten (Kupfergehalt < 1
ppm). 2977,2 g der behandelten Lösung
(BHT·2NH3 (1,805 Mol) Base), die auf Hälften aufgeteilt
worden war, wurde auf 40°C
erhitzt und eine wässrige
Lösung
von 220,03 g (5,501 Mol) an 99,0% NH4Cl/620,06
g H2O wurde tropfenweise bei einer Tropftemperatur
von 43,0 bis 43,8°C über eine
Zeitspanne von 31 Minuten zugegeben, um ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz (BHT·2NH3) durch die Reaktion des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes (BHT·2Na) mit
dem NH4Cl zu synthetisieren. Die behandelte
Lösung
wurde dann über
3 Stunden und 50 Minuten auf 19,7°C
abgekühlt
und kristallisiert. Die präzipitierten
Kristalle wurden mittels einer Zentrifuge abgetrennt und mit 295,9
g H2O gewaschen, um 333,15 g des feuchten
5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes (BHT·2NH3) zu isolieren. Über eine Trocknung in einem
Heißlufttrockner
bei einer Trocknungstemperatur von 70°C für 24 Stunden wurden 295,41
g des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) (weiß)
erhalten. Die Gesamtmenge der abgetrennten Mutterlösung und
der Waschlösung
betrug 3761,5 g.
-
Ausbeute und Analysewerte
des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3):
-
- Ausbeute der aufbereiteten Kristalle: 94,88%
- Analysewerte der aufbereiteten Kristalle: Gehalt (Titration
mit HClO4): 99,80%;
- Kupferanteil: < 1
ppm.
-
Beispiel 15
-
Synthese des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3)
-
Es
wurden 130,41 g (2,000 Mol) an 99,7% NaN3,
2,51 g (0,010 Mol) an 99,5% CuSO4·5H2O und 220,0 g Wasser in einen 1-Liter-Glaskolben
gegeben und auf eine Temperatur von nicht mehr als 0°C abgekühlt, um eine
braune aufgeschlämmte
Lösung
zu bilden. Dann wurden tropfenweise 53,29 g (1,968 Mol) an 99,84% HCN
bei einer Tropftemperatur von –4,5
bis –2,0°C über eine
Tropfzeit von 12 Minuten hinzugegeben. Der pH der Reaktionslösung nach
der tropfenweisen Zugabe betrug 6. Unter Berücksichtung einer pH-Veränderung nach
der tropfenweisen Zugabe des wässrigen
Wasserstoffperoxids wurden 20,37 g (0,200 Mol) an 35,8% HCl tropfenweise
bei einer Tropftemperatur von –3,5
bis –2,8°C über eine
Tropfzeit von 8 Minuten zugegeben. Danach wurden 117,95 g (1,200
Mol) einer wässrigen
34,6%igen H2O2-Lösung tropfenweise
bei einer Tropftemperatur von – 2,6
bis 23,6°C über eine
Tropfzeit von 3 Stunden hinzugegeben. Eine schwarze Reaktionslösung (pH
= 6), nach tropfenweiser Zugabe der Ausgangsmaterialien, wurde für eine Stunde
bei Raumtemperatur gerührt
und wurde dann über
45 Minuten bis auf 40°C
erhitzt. Die Reaktion wurde bei einer Temperatur von 38,0°C bis 41,3°C für 2 Stunden
unter Rühren
und Erwärmen
durchgeführt,
um hauptsächlich
ein 5-Cyano-1H-Tetrazolnatrium-Salz (CHT·Na)-Zwischenprodukt zu synthetisieren.
Danach wurde die Temperatur über 33
Minuten auf 90°C
erhöht,
und die Reaktion wurde bei einer Temperatur von 88,0 bis 92,0°C für 2 Stunden durchgeführt, gefolgt
von weiterer Durchführung
unter Erhitzen (101,9°C)
und Rückfluss
für 5 Stunden.
Die HPLC-Analyse der Reaktionslösung
zeigte 98,38% für
das 5,5'-bi-1H-Tetrazol (BHT)
und 0,62% für
das 5-Cyano-1H-Tetrazol (CHT) an. Nach der Reaktion wurde die Reaktionslösung auf
80°C abgekühlt, und
eine wässrige
Lösung
von 118,87 g (2,200 Mol) an 99,0% NH4Cl/222,90
g H2O wurde tropfenweise bei einer Tropftemperatur
von 71,3° bis
84,9°C über eine
Zeitspanne von 55 Minuten hinzugegeben, um durch die Reaktion des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes
(BHT·2Na)
mit dem NH4Cl ein 5,5'-bi-1H- Tetrazoldiammoniumsalz (BHT·2NH3) zu synthetisieren. Die Reaktionslösung wurde
dann auf 20°C
abgekühlt
und kristallisiert. Die präzipitierten
Kristalle wurden mittels einer Zentrifuge abgetrennt und mit 103,1
g H2O gewaschen, um 172,32 g des feuchten
5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) zu isolieren. Durch Trocknung in einem
Vakuumtrockner bei einer Trocknungstemperatur von 50°C für 8 Stunden
wurden 147,05 g des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) (gelblich-grün) erhalten. Die Gesamtmenge
der abgetrennten Mutterlösung
und der Waschlösung
betrug 787,1 g.
-
Ausbeute und Analysenwerte
des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammonium-Rohsalzes
(BHT·2NH3):
-
- Ausbeute der Rohkristalle: 83,58%
- Analysewerte der Rohkristalle:
- Gehalt (bei Titration mit HClO4): 97,86%;
Kupfergehalt: 3161,4 ppm.
-
Beispiel 16
-
Aufbereitung
des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) mit einem chelatbildenden Harz 100,00
g (0,568 Mol) des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammonium-Rohsalzes
(BHT·2NH3) (Beispiel 15), 46,30 g (1,146 Mol) an
99% NaOH und 232,49 g H2O wurden in einen
1 Liter-Kolben gegeben,
auf 60°C
erhitzt und für
eine Stunde gerührt.
Das 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz
(BHT·2NH3) wurde in ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz (BHT·2Na) umgewandelt,
sodass Rohkristalle hiervon gelöst
wurden. Nachdem die Rohkristalle gelöst worden waren, wurde die
blaue unlösliche
Komponente des BHT·Cu·NH3 heiß-filtriert
und mit 304,6 g H2O gewaschen, um 604,5
g eines blauen Filtrats zu erhalten. Da die blaue unlösliche Komponente
des BHT·Cu·NH3 weiter aus der abgetrennten Mutterlösung ausgefallen
war, wurde die Lösung
bei einer Lösungstemperatur
von 50°C
erneut heiß-filtriert,
um die unlösliche
Komponente abzutrennen. Die Menge der abgetrennten Mutterlösung nach
dem Waschen mit Wasser betrug 861,63 g. 443,29 g der abgetrennten
Mutterlösung,
die auf etwa die Hälfte
kondensiert worden war, wurde durch eine 160 mm × 20 mm (Durchmesser) Glassäule geleitet,
die mit 88,5 ml des chelatbildenden Harzes (CR-20, hergestellt von
der Mitsubishi Chemical Co.) gefüllt
war, was dem 5-fachen der Menge der Kupferkomponente in den zugeführten Rohkristallen
entspricht. Die Säulenreinigung
erfolgte bei einer Temperatur von 60°C über 30 Minuten bei einer Fließgeschwindigkeit
(SV) von 10, um 483,21 g einer farblosen, transparenten, behandelten
Lösung
zu erhalten. Es wurden 112,92 g H2O hinzugegeben,
und 596,13 g der Lösung,
die mit dem chelatbildenden Harz behandelt worden war, wurden auf
80°C erhitzt
und eine wässrige
Lösung
von 67,56 g (1,250 Mol) an 99,0% NH4Cl/126,57
g H2O wurde tropfenweise bei einer Tropftemperatur
von 71,3 bis 76,4°C über eine
Zeitspanne von 47 Minuten hinzugegeben, um durch die Reaktion des
5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes
(BHT·2Na)
mit dem NH4Cl ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz (BHT·2NH3) zu synthetisieren. Die Lösung wurde
dann auf 20°C
abgekühlt
und kristallisiert. Die präzipitierten
Kristalle wurden mittels einer Zentrifuge abgetrennt und mit 53,7
g H2O gewaschen, um 99,64 g des feuchten
5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) zu isolieren. Durch Trocknung in einem
Vakuumtrockner bei einer Trocknungstemperatur von 50°C für 8 Stunden
wurden 90,13 g des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) (weiß)
erhalten. Die Gesamtmenge der abgetrennten Mutterlösung und
der Waschlösung
betrug 732,6 g.
-
Ausbeute und Analysewerte
des aufbereiteten 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3):
-
- Ausbeute der aufbereiteten Kristalle: 92,61 %
- Analysewerte der aufbereiteten Kristalle: Gehalt (Titration
mit HClO4): 99,46%;
- Kupferanteil: 1,8 ppm.
-
Beispiel 17
-
Synthese des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3)
-
Es
wurden 737,3 g (14,50 Mol) an 96,4% NaCN, 945,6 g (14,50 Mol) an
99,7% NaN3 und 3335,8 g Wasser in einen
10-Liter-Kolben gegeben und auf eine Temperatur von nicht mehr als
10°C abgekühlt, um
eine weiße,
aufgeschlämmte
wässrige
Lösung
herzustellen. Dann wurden tropfenweise 1476,8 g (14,50 Mol) an 35,8%
HCl bei einer Tropftemperatur von 7,9 bis 14,0°C über eine Tropfzeit von einer
Stunde und 25 Minuten hinzugegeben, um die weiße, aufgeschlämmte wässrige Lösung zu
neutralisieren und dadurch den pH der Reaktionslösung auf 5 bis 6 einzustellen.
Es wurde eine wässrige
Lösung
mit 36,4 g (0,145 Mol) an 99,5% CuSO4·5H2O/180,0 g H2O bei
einer Tropftemperatur von 7,3°C
hinzugegeben. Im nächsten
Schritt wurde eine gemischte Lösung
aus 770,3 g (7,83 Mol) an 34,6% wässriger H2O2-Lösung
und 87,2 g (1,45 Mol) an 99,7% Essigsäure tropfenweise bei einer
Tropftemperatur von 5,1 bis 37,5°C über eine
Tropfzeit von einer Stunde und 35 Minuten hinzugegeben. Eine grüne Reaktionslösung, nach
tropfenweiser Zugabe der Ausgangsmaterialien, wurde über 50 Minuten
bis auf 40°C
erhitzt. Die Reaktion wurde bei einer Temperatur von 40,0°C bis 40,4°C für 2 Stunden
unter Rühren
und Erwärmen
durchgeführt,
um hauptsächlich
ein 5-Cyano-1H-Tetrazolnatrium-Salz (CHT·Na)-Zwischenprodukt zu synthetisieren. Danach
wurde die Temperatur über
50 Minuten auf 90°C
erhöht,
und die Reaktion wurde bei einer Temperatur von 87,4 bis 90,1°C für 2 Stunden durchgeführt, gefolgt
von weiterer Durchführung
unter Erhitzen (100,0 bis 106,1°C)
und Rückfluss
für 4,5
Stunden, um das 5-Cyano-1H-Tetrazolnatrium-Salz (CHT·Na)-Zwischenprodukt in
ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz (BHT·2Na) umzuwandeln.
Die HPLC-Analyse der Reaktionslösung
zeigte 96,53% für
das 5,5'-bi-1H-Tetrazol (BHT)
und 1,25% für
das 5-Cyano-1H-Tetrazol (CHT) an. Nach der Reaktion wurde die Reaktionslösung auf 80°C abgekühlt und
es erfolgte ein Einsprudeln von Stickstoff mit 30 Litern/Stunde
für 2 Stunden,
um das HCN in der Gasphase des Reaktors zu verringern. Es wurde
dann eine wässrige
Lösung
von 862,5 g (15,96 Mol) an 99,0% NH4Cl/2521,3
g H2O tropfenweise bei einer Tropftemperatur
von 77,0 bis 82,4°C über eine
Zeitspanne von einer Stunde und 20 Minuten hinzugegeben, um durch
die Reaktion des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes
(BHT·2Na)
mit dem NH4Cl ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz (BHT·2NH3) zu synthetisieren. Die Reaktionslösung wurde
dann über
14 Stunden und 40 Minuten auf 5,0°C
abgekühlt
und kristallisiert. Die präzipitierten
Kristalle wurden mittels einer Zentrifuge abgetrennt und mit 750
g H2O gewaschen, um 1375,1 g des feuchten
5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) zu isolieren. Durch Trocknung in einem
Heißlufttrockner
bei einer Trocknungstemperatur von 60°C für 21 Stunden wurden 1055,1
g des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) (blassbläulich-weiß) erhalten. Die Gesamtmenge
der abgetrennten Mutterlösung
und der Waschlösung
betrug 10,14 kg.
-
Ausbeute und Analysenwerte
des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammonium-Rohsalzes
(BHT·2NH3):
-
- Ausbeute der Rohkristalle: 81,77%
- Analysewerte der Rohkristalle:
- Gehalt (bei Titration mit HClO4): 96,73%;
Kupfergehalt: 3654,8 ppm.
-
Beispiel 18
-
Aufbereitung des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalaes
(BHT·2NH3) mit einem chelatbildenden Harz
-
1027,0
g (5,77 Mol) des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammonium-Rohsalzes
(BHT·2NH3) (Beispiel 17), 471,0 g (11,66 Mol) an
99% NaOH und 7000 g H2O wurden in einen
20 Liter-Kolben
gegeben und unter Rühren
auf 50°C
erhitzt, um das 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz
(BHT·2NH3) in ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalz (BHT·2Na) umzuwandeln,
damit Rohkristalle hiervon gelöst
wurden. Nachdem die Rohkristalle gelöst worden waren, wurde die
blaue unlösliche
Komponente des BHT·Cu·NH3 heiß-filtriert
und mit 100,0 g H2O gewaschen, um 8,48 kg
eines blauen Filtrats zu erhalten, wobei 55,43 g der unlöslichen
Komponente abgetrennt wurden. 8,48 kg des blauen Filtrats (Cu, 7,4
ppm) wurden durch eine 600 mm × 65
mm (Durchmesser) Vinylchlorid (2,0-Liter)-Säule geleitet, die mit 740 ml
des regenerierten chelatbildenden Harzes (CR-20, zweimal zur Aufbereitung
von Rohkristallen verwendet und zweimal regeneriert) gefüllt war,
was dem 5-fachen der Menge der Kupferkomponente in den zugeführten Rohkristallen
entspricht. Die Säulenreinigung
erfolgte bei einer Temperatur von 50°C über 4 Stunden und 45 Minuten
bei einer Fließgeschwindigkeit
(SV) von 2,7, um 8,58 kg einer farblosen, transparenten, behandelten
Lösung
zu erhalten. Die mit dem chelatbildenden Harz behandelte Lösung wurde
auf 80°C
erhitzt, und es wurde eine wässrige
Lösung
von 686,0 g (12,70 Mol) an 99,0% NH4Cl/1840,0
g H2O tropfenweise bei einer Tropftemperatur
von 80,5 bis 81,1°C über eine
Zeitspanne von 65 Minuten hinzugegeben, um durch die Reaktion des
5,5'-bi-1H-Tetrazoldinatriumsalzes
(BHT·2Na)
mit dem NH4Cl ein 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz (BHT·2NH3) zu synthetisieren. Die behandelte Lösung wurde dann
auf 8°C
abgekühlt
und kristallisiert. Die präzipitierten
Kristalle wurden mittels einer Zentrifuge abgetrennt und mit 750,0
g H2O gewaschen, um 957,6 g des feuchten
5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) zu isolieren. Durch Trocknung in einem
Heißlufttrockner
bei einer Trocknungstemperatur von 60°C für 21 Stunden wurden 924,2 g
des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3) (weiß)
erhalten. Die Gesamtmenge der abgetrennten Mutterlösung und
der Waschlösung
betrug 10,74 kg.
-
Ausbeute und Analysewerte
des aufbereiteten 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3):
-
- Ausbeute der aufbereiteten Kristalle: 91,93%
- Analysewerte der aufbereiteten Kristalle: Gehalt (Titration
mit HClO4): 98,80%;
- Kupferanteil: 1,8 ppm.
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden die Schritte der Herstellung eines Gegenstandes,
eines 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
(BHT·2NH3), aus den preiswerten und leicht zu handhabenden
Ausgangsmaterialien auf Basis der Ein-Topf-Reaktion durchgeführt, das wässrige Wasserstoffperoxid und
der wässrige
Ammoniak werden zu der Reaktionslösung hinzugegeben, um durch
Filtration eine blaue unlösliche Komponente
eines Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazolkomplexes
zu entfernen, der hauptsächlich
aus Kupfer besteht, welches als Katalysator dient, und die Reaktionslösung wird
mit einer wässrigen
Lösung
von Ammoniumchlorid umgesetzt, um die 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz-Kristalle mit
einem Kupfergehalt von nur 5 bis 35 ppm abzutrennen. Ferner werden
sogar Rohkristalle eines Kupfer enthaltenden 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniums in einer wässrigen
Lösung
von Natriumhydroxid gelöst,
und die blaue unlösliche
Komponente des präzipitierten
Kupfer-Ammoniak-5,5'-bi-1H-Tetrazolkomplexes
wird einfach durch Filtration entfernt, was es möglich macht, nicht weniger
als 90% der Kupferbestandteile, die Verunreinigungen aus den 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz-Kristallen und der
abgetrennten Mutterlösung
sind, auf einfache Weise zu entfernen. Durch die Verwendung der
Reaktionslösung,
die mit dem chelatbildenden Harz behandelt wird, in Kombination mit
der Lösung,
in der das 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz
gelöst
wird, ist es weiterhin möglich,
hochreine Kristalle des 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalzes
mit einem Kupfergehalt von 1 bis 5 ppm zu gewinnen, wobei eine Ausbeute
von immerhin 80% erhalten bleibt. Es wird somit möglich gemacht,
das hochreine 5,5'-bi-1H-Tetrazoldiammoniumsalz
mit einem Kupfergehalt von 1 bis 5 ppm oder weniger durch einen Ein-Topf-Syntheseweg
und eine einfache Aufbereitungsoperation herzustellen.