DE1078134B - Process for the preparation of asymmetric dimethylhydrazine - Google Patents
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Description
Verfahren zur Herstellung von asymmetrischem Dimethylhydrazin Viele der bekannten Verfahren zur Herstellung von Dimethylhydrazin gehen auf die Synthese des Hydrazins aus Ammoniak und Chloramin von Raschig zurück. So kann Dimethylhydrazin beispielsweise- in etwa 50°/oiger Ausbeute durch Umsetzung von flüssigem Dimethylamin mit einem gasförmigen Gemisch aus Chloramin und Ammoniak in Gegenwart eines großen Basenüberschusses gewonnen werden. Um unnötige Ausbeuteverluste zu vermeiden, ist es für die Durchführung dieses Verfahrens notwendig, den Dampfdruck der tiefsiedenden Reaktionspartner über dem flüssigen Reaktionsgemisch durch Anwendung hohen Druckes oder entsprechend tiefer Temperaturen möglichst niedrig zu halten. Der für die Einhaltung dieser Bedingung erforderliche technische Aufwand steht jedoch in keinem Verhältnis zu der nur 50°/aigen Ausbeute.Process for the preparation of asymmetric dimethylhydrazine Many the known processes for the production of dimethylhydrazine go on synthesis of the hydrazine from ammonia and chloramine by Raschig. So can dimethylhydrazine for example, in about 50% yield by converting liquid dimethylamine with a gaseous mixture of chloramine and ammonia in the presence of a large Base excess can be obtained. In order to avoid unnecessary yield losses, is it is necessary to carry out this process, the vapor pressure of the low-boiling Reaction partner above the liquid reaction mixture by applying high pressure or to keep correspondingly lower temperatures as low as possible. The one for compliance However, the technical effort required by this condition is disproportionate to the only 50% yield.
Asymmetrisches Dimethylhydrazin kann außerdem durch Reduktion von Dimethylnitrosamin bzw. Dimethylnitramin in essigsaurer Lösung mit Zinkstaub hergestellt werden. Die Abtrennung des gebildeten asymmetrischen Dimethylhydrazins aus dem Reaktionsgemisch ist jedoch sehr umständlich, so da3 dieses Verfahren für die großtechnische Erzeugung von Dimethylhydrazin nicht sehr geeignet ist.Asymmetric dimethylhydrazine can also be obtained by reducing Dimethylnitrosamine or dimethylnitramine produced in acetic acid solution with zinc dust will. The separation of the asymmetric dimethylhydrazine formed from the reaction mixture is, however, very cumbersome, so this process is suitable for large-scale production of dimethylhydrazine is not very suitable.
Weiterhin ist die Herstellung von asymmetrischem Dimethylhydrazin durch elektrolytischeReduktion von Dimethylnitramin bereits beschrieben. Dieses an sich sehr vorteilhafte Verfahren hat bisher jedoch nur wissenschaftliches Interesse gefunden, da das als Ausgangsmaterial verwendete Dimethylnitramin nur in einem langwierigen Mehrstufenverfahren hergestellt werden kann.Furthermore, the production of asymmetrical dimethylhydrazine by electrolytic reduction of dimethyl nitramine. This However, the process, which is in itself very advantageous, has so far only been of scientific interest found, since the dimethylnitramine used as the starting material only in a lengthy process Multi-step process can be produced.
Wesentlich einfacher ist dagegen die Gewinnung von Dimethylnitrosamin, das durch einfache Nitrosierung des Dimethylamins mit salpetriger Säure bzw. Stickoxyden und Sauerstoff oder durch Umsetzung von Dimethylamin mit Nitrosylchlorid oder Nitrosylschwefelsäure erzeugt wird.In contrast, the production of dimethylnitrosamine is much easier, this by simple nitrosation of dimethylamine with nitrous acid or nitrogen oxides and oxygen or by reacting dimethylamine with nitrosyl chloride or nitrosyl sulfuric acid is produced.
Es wurde gefunden, daß sich dieses leicht herzustellende Dimethylnitrosamin mit guter Ausbeute durch elektrolytischeReduktion in asymmetrischesDimethylhydrazin überführen läßt. Nach der Erfindung wird Dimethylnitrosamin pro Mol mit wenigstens 2 Äquivalenten einer geeigneten Säure vermischt. Dieses Gemisch wird als Katholyt in eine elektrolytischeZelle eingebracht, derenAnode vomKathodenraum räumlich getrennt ist. In dieser Zelle wird das in dem Gemisch enthaltene Dimethylnitrosamin bei Temperaturen von unter 30° C, vorzugsweise unter 20,° C, elektrolytisch zu dem der eingesetzten Säure entsprechenden Dimethylhydrazoniumsalz reduziert.It has been found that this easily produced dimethylnitrosamine with good yield by electrolytic reduction to asymmetric dimethylhydrazine can be convicted. According to the invention, dimethylnitrosamine is per mole with at least 2 equivalents of a suitable acid mixed. This mixture is called the catholyte placed in an electrolytic cell, the anode of which is spatially separated from the cathode compartment is. In this cell, the dimethylnitrosamine contained in the mixture is at temperatures of below 30 ° C, preferably below 20 ° C, electrolytically to that of the used Reduced acid corresponding dimethylhydrazonium salt.
Die elektrolytische Reduktion des Dimethylnitrosamins verläuft nur in saurer Lösung bis zum asymmetrischen Dimethylhydrazin. In alkalischer Lösung wird das Dimethylnitrosamin elektrolytisch über die Stufe des Dimethylhydrazins hinaus zu den entsprechenden Ammonium- und Aminsalzen reduziert. Da das entstehende asymmetrische Dimethylhydrazin pro Mol 1 Äquivalent der. in dem Katholyten anwesenden Säure bindet, wird die Azidität des Katholyten mit dem Fortschreiten der Reduktion des Dimethylnitrosamins immer geringer. Um die saure Reaktion des Katholyten während der elektrochemischen Reaktion dauernd aufrechtzuerhalten, muß ihm pro Mol Dimethylnitrosamin erfindungsgemäß mindestens eine Säuremenge zugeführt werden, die 2 H-Ionenäquivalenten entspricht. Damit ist die Konzentration des einzusetzenden Dimethylnitrosamins in dem Katholyten nach oben durch die Konzentration der jeweils verwendeten Säure begrenzt, sie soll aber auch nicht unter 0,1 Mol Dimethylnitrosamin pro Liter Katholyt betragen. Ein Überschuß über die Säuremenge, die dem Verhältnis 2 H-Ionenäquivalente auf 1 Mol Dimethylnitrosamin entspricht, schadet .dem Ablauf der elektrolytischen Reduktion des Dimethylnitrosamins nicht, wirkt sich aber nachteilig auf die anschließend notwendige Isolierung des asymmetrischen Dimethylhydrazins aus. Das Dimethylnitrosamin kann vor dem Einbringen in den Kathodenraum der elektrolytischen Zelle bereits mit der gesamten Säuremenge vermischt werden. Es ist aber auch möglich, dem zur Reduktion bestimmten Dimethylnitrosamin die zur Aufrechterhaltung der sauren Reaktion des. Katholyten notwendige Säuremenge zum Teil vor und zum Teil während der elektrolytischen Reduktion zuzusetzen. Der Anolyt soll in einer etwas höheren molaren Konzentration die wäßrige Lösung der gleichen Säure wie der Katholyt oder eins ihrer sauren Salze enthalten. Zur Vermeidung von Ausbeuteverlusten können für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nur solche Säuren verwendet werden, die weder die einzusetzenden Ausgangsmaterialien noch die entstehenden Endprodukte zersetzen. Der Katholyt darf auch keine Säuren enthalten, die durch kathodische Reduktion selbst zersetzt werden, da in diesem Fall die Aufrechterhaltung der notwendigen Azidität nicht sichergestellt ist und die Zersetzungsprodukte der Säuren den Ablauf der elektrolytischen Reduktion des Dimethylnitrosamins empfindlich stören oder ganz unterbinden können. Säuren, die den gestellten Anforderungen entsprechen, sind beispielsweise Schwefelsäure, Salzsäure, Phosphorsäure u. dgl.The electrolytic reduction of dimethylnitrosamine only takes place in acidic solution up to asymmetric dimethylhydrazine. In an alkaline solution the dimethylnitrosamine becomes electrolytic via the stage of dimethylhydrazine also reduced to the corresponding ammonium and amine salts. Since the emerging asymmetric dimethylhydrazine per mole 1 equivalent of. present in the catholyte When acid binds, the acidity of the catholyte becomes as the reduction proceeds of dimethylnitrosamine always lower. To the acidic reaction of the catholyte during To maintain the electrochemical reaction permanently, it must be given per mole of dimethylnitrosamine according to the invention at least an amount of acid, the 2 H ion equivalents, can be added is equivalent to. This means that the concentration of the dimethylnitrosamine to be used is in the catholyte is limited by the concentration of the acid used in each case, however, it should not be less than 0.1 mol of dimethylnitrosamine per liter of catholyte. An excess over the amount of acid, which corresponds to the ratio of 2 H ion equivalents to 1 Moles of dimethylnitrosamine, harms the course of the electrolytic reduction of dimethylnitrosamine does not, but has a detrimental effect on the subsequently necessary Isolation of the asymmetric dimethylhydrazine from. The dimethylnitrosamine can before it is introduced into the cathode compartment of the electrolytic cell with the total amount of acid mixed. But it is also possible to do the reduction certain dimethylnitrosamine which is used to maintain the acidic reaction of the. Catholyte required amount of acid partly before and partly during the electrolytic Add reduction. The anolyte should be in a slightly higher molar concentration the aqueous solution of the same acid as the catholyte or one of its acidic salts contain. To avoid loss of yield you can carry out of the process according to the invention, only those acids are used which neither the The starting materials to be used nor the resulting end products decompose. The catholyte must also not contain any acids which, through cathodic reduction, themselves be decomposed, as in this case the maintenance of the necessary acidity is not ensured and the decomposition products of the acids prevent the electrolytic process The reduction of dimethylnitrosamine can interfere or prevent it entirely. Acids that meet the requirements are, for example, sulfuric acid, Hydrochloric acid, phosphoric acid and the like.
Um eine anodische Oxydation des eingesetzten Dimethylnitrosamins sowie des entstehenden, asymmetrischen Dimethylhydrazoniumsalzes zu verhindern, muß die Anode der verwendeten Elektrolysezelle von dem Kathodenraum räumlich getrennt sein. Deshalb wird das erfindungsgemäße Verfahren sehr vorteilhaft in einer elektrolytischen Zelle, deren Anodenraum durch ein Diaphragma vom Kathodenraum getrennt ist, durchgeführt. Dieses Diaphragma kann gegebenenfalls aus mehreren Platten bestehen, die mit Zwischenräumen untereinander in der elektrolytischen Zelle angeordnet sind. In diesem Fall ist es möglich, diese Zwischenräume von einer den Stromfluß nicht unterbrechenden Spülflüssigkeit durchströmen zu lassen und so die Vermischung des Katholyten und Anolyten durch das Diaphragma hindurch zu vermeiden. An Stelle des Diaphragmas kann jedoch auch eine geschützte, beispielsweise mit Filz umhüllte Elektrode als Anode verwendet werden. Die Anode kann grundsätzlich aus jedem leitenden Material hergestellt sein, das weder von dem Anolyten oder von den anodisch entstehenden Oxvdationsprodukten angegriffen noch unter dem Einfluß der in dem Anolyten ablaufenden elektrochemischen Vorgänge passiviert wird. Zur Einhaltung der für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens günstigen Temperatur kann es vorteilhaft sein, die Anode beispielsweise mit einem durch die Elektrode geführten Kühlmittelstrom zu kühlen.To anodic oxidation of the dimethylnitrosamine used as well To prevent the resulting asymmetric dimethylhydrazonium salt, the The anode of the electrolytic cell used must be spatially separated from the cathode compartment. Therefore, the method according to the invention is very advantageous in an electrolytic Cell, the anode compartment of which is separated from the cathode compartment by a diaphragm. This diaphragm can optionally consist of several plates with gaps are arranged one below the other in the electrolytic cell. In this case it is it is possible to remove these spaces from a rinsing liquid which does not interrupt the flow of current to flow through and so the mixing of the catholyte and anolyte through to avoid the diaphragm through. Instead of the diaphragm, however, it is also possible a protected electrode, for example covered with felt, is used as the anode will. The anode can in principle be made of any conductive material, neither from the anolyte nor from the anodic oxidation products attacked still under the influence of the electrochemicals taking place in the anolyte Processes is passivated. To comply with the requirements for the implementation of the invention Process favorable temperature, it can be advantageous, for example, the anode to cool with a flow of coolant passed through the electrode.
Als Kathode hat sich eine amalgamierte Kupferelektrode besonders bewährt. Es können aber auch die Amalgame aller anderen Metalle für diesen Zweck verwendet werden, sofern diese Metalle als solche mit dem Katholyten chemisch nicht reagieren. Die Kathode soll eine möglichst große Oberfläche haben, um einen guten Kontakt mit dem Katholyten herzustellen und so die Stromausbeute des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verbessern. Auch die Kathode kann gegebenenfalls gekühlt werden.An amalgamated copper electrode has proven particularly useful as the cathode. However, the amalgams of all other metals can also be used for this purpose as long as these metals do not chemically react with the catholyte as such. The cathode should have as large a surface as possible in order to make good contact with it to produce the catholyte and so the current efficiency of the method according to the invention to improve. The cathode can also be cooled if necessary.
Die kathodische Stromdichte für die elektrolytische Reduktion des Dimethylnitrosamins nach dem erfindungsgemäßen Verfahren soll 5 bis 25 A/dm2, vorzugsweise 10 bis 20 A/dm2, bei einer Klemmenspannung von etwa 2,5 bis 4 Volt betragen. Bezogen auf das eingesetzte Dimethylnitrosamin werden 98°/oige Ausbeuten an asymmetrischem Dimethylhydrazin bereits bei kathodischen Stromdichten von 10 bis 15 A/dm2 und einerKlemmenspannung von etwa 4Volt erhalten. Die Stromausbeute beträgt dabei ungefähr 85%.The cathodic current density for the electrolytic reduction of the Dimethylnitrosamine according to the process according to the invention should be 5 to 25 A / dm2, preferably 10 to 20 A / dm2, with a terminal voltage of about 2.5 to 4 volts. Based on the dimethylnitrosamine used, 98% yields of asymmetric Dimethylhydrazine already at cathodic current densities of 10 to 15 A / dm2 and a terminal voltage of about 4Volt. The current yield is about 85%.
Das Verfahren der Erfindung kann sowohl diskontinuierlich als auch kontinuierlich mit gleich gutem Erfolg durchgeführt werden. Für die kontinuierliche Durchführung kann an Stelle einer einzelnen Strömungszelle auch eine Serie von Strömungszellen verwendet werden, deren Kathodenräume nacheinander von dem Katholyten durchströmt werden. Die Strömungsgeschwindigkeit des Katholyten wird vorteilhaft so eingestellt, daß das darin enthaltene Dimethylnitrosamin bei einmaligen Durchströmen des Kathodenraums der einzelnen Strömungszelle bzw. aller Kathodenräume der Strömungszellenserie vollkommen reduziert wird.The process of the invention can be batchwise as well be carried out continuously with equally good success. For the continuous Instead of a single flow cell, a series of flow cells can also be implemented are used, the cathode chambers of which the catholyte flows through one after the other will. The flow rate of the catholyte is advantageously adjusted so that that the dimethylnitrosamine contained therein with a single flow through the cathode compartment of the individual flow cell or of all cathode spaces of the flow cell series is reduced.
DieEinhaltung einer für das erfindungsgemäßeVerfahren günstigen Arbeitstemperatur unter 30° C, vorzugsweise unter 20° C, wird vorteilhaft durch Kühlung des Katholyten sowie des Anolyten innerhalb oder außerhalb der einzelnen Zelle, die auch Glied einer Zellserie sein kann, bewirkt. Der Anolyt kann auch bei der kontinuierlichen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Anodenraum der einzelnen Zelle belassen und dort gekühlt werden oder er wird zwecks Kühlung über ein Kühlsystem bzw. einen Wärmeaustauscher umgepumpt.Maintaining a working temperature that is favorable for the process according to the invention below 30 ° C, preferably below 20 ° C, is advantageous by cooling the catholyte as well as the anolyte inside or outside the individual cell, which is also limb a cell series, causes. The anolyte can also be used in continuous Implementation of the method according to the invention in the anode compartment of the individual cell left and be cooled there or it is for the purpose of cooling via a cooling system or pumped around a heat exchanger.
In der nach abgeschlossener Reduktion aus dem Kathodenraum entnommenen Lösung liegt das asymmetrische Dimethylhydrazin als Salz der Säure vor, die bei der Herstellung des Katholyten mit dem Dimethylnitrosamin vermischt wurde. In einer derartigen Lösung läßt sich das Dimethylhydrazin bekanntlich leicht durch die Zugabe stärkerer Basen, wie beispielsweise Calciumoxyd, in Freiheit setzen. Die Menge der zugegebenen Base soll der Menge der eingesetzten Säure mindestens äquivalent sein. Besser ist es jedoch, das Dimethylhydrazin mit einer über dieses Äquivalenzverhältnis hinausgehenden Menge Base in Freiheit zu setzen. Aus dem entstehenden Reaktionsgemisch wird das in Freiheit gesetzte Dimethylhydrazin als wasserhaltiges Endprodukt abdestilliert. Die Verwendung einer Diaphragmazelle für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat außerdem noch denVorteil, daß der in einer derartigen Zelle neben der kathodischen Reduktion herlaufende anodische Oxydationsvorgang in hier nicht beanspruchter Weise zur Herstellung von technisch interessanten Oxydationsprodukten aus sauren Substanzen ausgenutzt werden kann. Wird die kathodische Reduktion des Dimethylnitrosamins beispielsweise in schwefelsaurer Lösung durchgeführt und als Anolyt ebenfalls Schwefelsäure oder die wäßrige Lösung eines ihrer sauren Salze verwendet, ist es in zweckdienlicher Abwandlung bekannter Verfahren möglich, Peroxydschwefelsäure oder das entsprechende Salz dieser Säure herzustellen. In diesem Fall wird als Anode vorteilhaft eine entsprechend dimensionierte Platinelektrode verwendet.In the one removed from the cathode compartment after the reduction has been completed Asymmetrical dimethylhydrazine is present as a salt of the acid in the solution the preparation of the catholyte was mixed with the dimethylnitrosamine. In a As is known, dimethylhydrazine can easily be added to such a solution Set stronger bases such as calcium oxide free. The amount of added base should be at least equivalent to the amount of acid used. However, it is better to use dimethylhydrazine with an equivalence ratio above this to set any excess amount of base in freedom. From the resulting reaction mixture the liberated dimethylhydrazine is distilled off as a water-containing end product. The use of a diaphragm cell for carrying out the invention The method also has the advantage that in such a cell next to the anodic oxidation process that results from the cathodic reduction is not present here claimed way for the production of technically interesting oxidation products from acidic substances can be exploited. If the cathodic reduction of the Dimethylnitrosamine carried out for example in sulfuric acid solution and as Anolyte also sulfuric acid or the aqueous solution of one of its acidic salts is used, it is possible in an appropriate modification of known processes to use peroxydulfuric acid or to prepare the corresponding salt of this acid. In this case it is called the anode an appropriately dimensioned platinum electrode is advantageously used.
Ebenso kann der anodische Oxydationsvorgang zur Gewinnung von Chlor ausgenutzt werden, wenn die elektrolytische Reduktion des Dimethylnitrosamins zu asymmetrischen Dimethylhydrazin in salzsaurer Lösung durchgeführt wird.The anodic oxidation process can also be used to produce chlorine be exploited when the electrolytic reduction of dimethylnitrosamine too asymmetric dimethylhydrazine is carried out in hydrochloric acid solution.
Das erfindungsgemäß hergestellte asymmetrische Dimethylhydrazin kann direkt oder nach vorheriger und in bekannter Weise durchgeführten Entwässerung als Ausgangsmaterial für die Herstellung von pharmazeutischen Präparaten, für die Erzeugung von synthetischen Farbstoffen oder als Hochenergie-Treibstoff verwendet werden.The asymmetric dimethylhydrazine produced according to the invention can directly or after previous drainage carried out in a known manner as Starting material for the manufacture of pharmaceutical preparations, for the production by synthetic dyes or as high energy fuel.
Beispiel In einer als Rohrsystem ausgebildeten Strömungszelle dient das äußere Kupferrohr, dessen Innenseite amalgamiert ist, als Kathode. Dieses Rohr ist von einem Kühlmantel umgeben, in dem eine Kühlflüssigkeit (Wasser) fließt. In diesem Kupferrohr befindet sich ein Diaphragmazylinder aus Ton, der als Anolyten 6 n-Schwefelsäure und darin eintauchend eine gekühlte Bleianode enthält.Example Serves in a flow cell designed as a pipe system the outer copper tube, the inside of which is amalgamated, acts as the cathode. This pipe is surrounded by a cooling jacket in which a cooling liquid (water) flows. In This copper tube is a diaphragm cylinder made of clay, which is called anolyte 6th n-sulfuric acid and immersed in it contains a cooled lead anode.
Das Volumen des Kathodenraumes beträgt 5 1 und die Größe der Kathodenfläche 248 dm2. Als Katholyt wird eine Lösung verwendet, die 2 Mol Dimethylnitrosamin und 2,5 Mol H2 S 04 im Liter enthält und die mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 10 1 pro Stunde den Kathodenraum durchläuft. Bei einer Spannung von etwa 4 Volt und einer kathodischen Stromdichte von 10 AMm2 werden in 1 Stunde 20 Mol Dimethylnitrosamin reduziert. Aus 101 der Lösung wird nach der Reduktion unter Zusatz von 2,8 kg Ca O das entstandene Dimethylhydrazin herausdestilliert. In dem gewonnenen Destillat sind neben etwas Wasser 1,17 kg asymmetrisches Dimethylhydrazin enthalten, das entspricht einer auf das eingesetzte Dimethylnitrosamin bezogenen Substanzausbeute von 98°/a und einer Stromausbeute von 85 %. Das Destillat wird anschließend nach bekannten Verfahren entwässert.The volume of the cathode space is 5 l and the size of the cathode area 248 dm2. A solution containing 2 moles of dimethylnitrosamine and Contains 2.5 moles of H2 S 04 per liter and that has a flow rate of 10 1 passes through the cathode compartment per hour. At a voltage of around 4 volts and a cathodic current density of 10 AMm2, 20 moles of dimethylnitrosamine are obtained in 1 hour reduced. After reduction with the addition of 2.8 kg of Ca. O the resulting dimethylhydrazine is distilled out. In the distillate obtained contains 1.17 kg of asymmetric dimethylhydrazine in addition to a little water, which corresponds to a substance yield based on the dimethylnitrosamine used of 98 ° / a and a current efficiency of 85%. The distillate is then known according to Procedure dehydrated.
Claims (7)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DEC17306A DE1078134B (en) | 1958-08-05 | 1958-08-05 | Process for the preparation of asymmetric dimethylhydrazine |
Applications Claiming Priority (1)
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| DEC17306A DE1078134B (en) | 1958-08-05 | 1958-08-05 | Process for the preparation of asymmetric dimethylhydrazine |
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| DE1078134B true DE1078134B (en) | 1960-03-24 |
Family
ID=7016218
Family Applications (1)
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| DEC17306A Pending DE1078134B (en) | 1958-08-05 | 1958-08-05 | Process for the preparation of asymmetric dimethylhydrazine |
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-
1958
- 1958-08-05 DE DEC17306A patent/DE1078134B/en active Pending
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