DK175638B1 - Fremgangsmåde til syntese af arylsulfonylalkylamider - Google Patents

Description

DK 175638 B1

Det er vigtigt, at disse plastificeringsmidler ikke nedbrydes med varmen. Inkorporering af plastificeringsmiddel foregår ved høje temperaturer (200-250 °C), dvs. at der ikke under anvendelsen deraf bør være en kilde til dannelse af sure produkter, som udøver risiko for at udvikle en misfarvning og på den 5 anden side skade de mekaniske egenskaber af de polymere (bristning af kæde). I europæisk patentansøgningsskrift nr. EP 7623 offentliggjort 6. februar 1980 omtales en fremgangsmåde til rensning af arylsulfonylalkylamid ved indvirkning af et alkaliskmiddel ved 200 °C til opnåelse af et termostabilt produkt. Man har nu fundet en fremgangsmåde, som gør det muligt at synte-10 tisere et arylsulfonylalkylamid, der er termostabilt og således direkte anvendeligt som plastificeringsmiddel i polyamider, uden at man behøver at anvende en fremgangsmåde til rensning, såsom f.eks. den, der er beskrevet i europæisk patentansøgningsskrift nr. 7623.

15 Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til syntese af arylsulfonylalkylamid med formlen: 0- s< ' .s ........Λ..

20 hvor Ri betegner et hydrogenatom eller en C1-C10 alkylgruppe, R2 betegner en Cno alkylgruppe, og R3 betegner en eller flere identiske eller forskellige substituenter valgt blandt halogener og alkylgrupper med op til 5 carbonato-25 mer, ved reaktion mellem et arylsulfohalogenid og en alkylamin, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig derved, at a) man bringer arylsulfohalogenidet i kontakt med et overskud af alkylamin

I DK 175638 B1 I

I I

I og en vandig opløsning af et alkalisk middel, idet det alkaliske middel er i I

I overskud i forhold til det anvendte arylsulfohalogenid, I

I b) man fjerner vandet og alkylaminen ved destillation fra den under a) opnå- I

H

I 5 ede organiske fase, og I

I c) man fraseparerer arylsulfonylalkylamidet fra den under b) opnåede rest. I

I Skønt Ri og R2 kan være forskellige, anvender man med fordel produkter, i

I 10 hvilket Ri og R2 er identiske, og blandt disse produkter foretrækker man så- I

I danne, i hvilke Ri og R2 ikke har mere end 3 carbonatomer. En anden familie I

af interessante produkter er den, i hvilken Ri betegner hydrogen, og R2 er en I

I alkylgruppe indeholdende med fordel 2-6 carbonatomer, fortrinsvis 4. I

15 Blandt substituenteme på benzenkemen foretrækker man fluor, chlor, brom I

I og methyl. Kernen kan omfatte flere af disse substituenter samtidig, dvs. at I

man kan have f.eks. en methylgruppe og et eller flere bromatomer eller også I

I en methylgruppe og et eller flere chloratomer. Særligt interessante produkter I

I er sådanne, i hvilke R3 er hydrogen, dvs. den ikke-substituerede benzenker- I

I 20 ne, Rier ligeledes hydrogen, og R2 er en alkylgruppe indeholdende 2-6 car- I

I bonatomer.

I Blandt disse produkter anvender man fortrinsvis N,n-butylbenzensulfonamid I

I med formlen: I

I 25 I

I /F\_ s I

V \V-so2n

I ^Cfl2CH2CH2CH3 I

I Arylsulfohalogenid-udgangsforbindelsen er et produkt med følgende formel: I

3 DK 175638 B1 C^"sv *3 hvori R3 har samme betydning som tidligere anført, og X betegner et halogenatom. X betegner med fordel chlor og brom, fortrinsvis chlor. Alkylamin-5 udgangsforbindelsen er et produkt med følgende formel: . VRi HN .....- X- hvori Ri og R2 har den tidligere anførte betydning.

10 Reaktionen mellem arylsulfohalogenidet og alkylaminen er i alt væsentlighed total og nødvendiggør i teorien et mol halogenid per mol amin, man opnår et mol HX, som man omdanner med et alkalisk middel.

Man anvender fortrinsvis benzensulfochlorid, dvs. det produkt, i hvilket R3 er 15 hydrogen, og X er chlor, samt n-butylamin, dvs. det produkt, i hvilket Ri er hydrogen, og R2 er n-butyl.

Det er trin a) af største betydning at anvende et overskud af alkylamin, dvs. at man per mol halogenid anvender mere end et mol amin.

20

Dette overskud udtrykt i mol er med fordel 20 %, dvs. 1,2 mol amin per mol anvendt halogenid, fortrinsvis 5-15%. Man overskrider ikke opfindelsens rammer ved at anvende et større overskud; men ved reaktionens afslutning vil det være nødvendigt at recirkulere betydelige mængder af aminen.

I DK 175638 B1 I

I I

I Man kan som alkalisk middel i vandig opløsning f.eks. anvende hydroxider,

I carbonater, hydrogencarbonater og alkoholater af alkalimetaller og jprdalka- I

I limetaller. Man anvender med fordel natriumhydroxid (natriumlud) eller kali- I

I 5 umhydroxid, fortrinsvis natriumhydroxid. Skønt koncentrationen af natrium- I

hydroxid eller af kaliumhydroxid er uden betydning, er det bekvemt at anven- I

I de vandige opløsninger mellem 10 og 30 vægt-%. Den mængde alkalisk I

I middel, der er nødvendig, er en funktion af mængden af sulfohalogenid, der I

I anvendes i a), idet det støkiometriske forhold er et ækvivalent alkalisk middel I

I 10 per et mol sulfohalogenid, dvs. at dersom man anvender kaliumhydroxid eller I

natriumhydroxid behøver der deraf mindst ét mol per mol sulfohalogenid. Det

I er nødvendigt at anvende et overskud af alkalisk middel i forhold til den stø- I

kiometriske mængde, således som den er blevet defineret. Man anvender I

I med fordel et molært overskud, der kan gå op til 10%, og som fortrinsvis be- I

I 15 finder sig mellem 1 og 5%. Man overskrider ikke opfindelsens rammer ved at I

I anvende et stort overskud af natriumhydroxid; men fremgangsmåden vil blive I

I kompliceret af store mængder af overskydende produkt, som skal bortskaf- I

fes. I

I 20 Man kan arbejde kontinuert eller diskontinuert og ved at tilsætte arylsulfoha- I

I logenidet, alkylaminen og den vandige opløsning af det alkaliske middel i en I

I vilkårlig rækkefølge eller for en del i en rækkefølge og for en anden del i en I

I anden rækkefølge. Den eneste betingelse, der skal respekteres, er at man I

ikke ødelægger arylsulfohalogenidet ved reaktion med det alkaliske middel. I

I 25 Man kan f.eks. bringe arylsulfohalogenid i kontakt med alkylaminen og derpå I

I tilsætte det alkaliske middel. Man kan også hælde arylsulfohalogenidet i en I

omrørt blanding af det alkaliske middel i vandig opløsning og af alkylamin. I

Man anvender udtrykket "omrørt blanding", fordi den alkaliske opløsning og I

I alkylaminen i almindelighed ikke er blandbar, og ved omrøring opnår man en I

30 slags ustabil emulsion. Man kan ligeledes ifølge en anden variant indhælde I

arylsulfohalogenid og den vandige opløsning af det alkaliske middel i alkyla- I

5 DK 175638 B1 minen med en let forsinkelse med hensyn til den alkaliske opløsning. Udtrykket "forsinkelse" henfører til antallet af mol alkalisk middel i forhold til antallet af mol arylsulfohalogenid.

5 Det er inden for opfindelsen af afgørende betydning at have i kontakt et arylsulfohalogenid, en alkylamin, vand og et alkalisk middel, og man overskrider ikke opfindelsens rammer ved at anvende et vandfrit alkalisk middel og vand eller et vandfrit alkalisk middel og en alkylamin i vandig emulsion. Man kan anvende sulfohalogenid som det foreligger eller i opløsning i et opløsnings-10 middel, alkylaminen kan også være som den foreligger eller eventuelt i et opløsningsmiddel, f.eks. i toluen.

Skønt trinnet a) kan gennemføres ved enhver temperatur og ethvert tryk under forudsætning af, at produkterne ikke nedbrydes, foretrækker man at ar-15 béjde ved omgivelsernes temperatur eller tæt ved omgivelsernes temperatur og ved atmosfæretryk eller ved et tryk tæt derved, på en sådan måde, at ha-logenidet er flydende og at aminen ligeledes er flydende. Dersom disse betingelser er umulige at forene, anbringer man sig i en tryk- og temperaturzone, hvori halogenidet er flydende, og aminen er gasformig. Disse betingelser 20 er med fordel en temperatur lavere end 150 °C og et tryk lavere end 5 bar relativt tryk.

Man arbejder fortrinsvis ved atmosfæretryk og ved en temperatur tæt ved omgivelsernes temperatur, dvs. mellem 0 °C og 50 °C.

25

Varigheden af dette trin a) er uden betydning; men reaktionen er øjeblikkelig, og dens varighed er fastlagt af de praktiske betingelser knyttet til apparaturet og til de mængder, der skal håndteres.

30 Denne varighed er i almindelighed i størrelsesordenen fra 15 minutter til nogle timer.

I DK 175638 B1 I

I I

I Denne kontaktdannelse er en i sig selv kendt behandling og kan gennemfø- I

I res i ethvert apparatur anvendt inden for de kemiske industri, man anvender

I med fordel apparatur, der lader sig omrøre. I

I I

I Når alle reaktionskomponenterne i dette trin a) er blevet bragt i kontakt, op- I retholder man med fordel reaktionsmediet under omrøring ved en temperatur

mellem 20 °C og 100 °C, fortrinsvis 40 °C - 70 °C i en tidsperiode, der kan I

I variere fra nogle minutter til nogle timer, og som fortrinsvis befinder sig mel- I

I 10 lem en time og tre timer. Man går derpå videre med separeringen af det ved I

I afslutningen af trin a) opnåede reaktionsmedium i en vandig fase og en or-

ganisk fase, som i hovedsagen indeholder arylsulforylalkylamid, alkylamin og I

I nogle procent vand. Denne separation af de to faser er en i sig selv kendt I

I behandling. I

I 15 I

Trinnet b) består i at fjerne vandet og alkylaminen fra denne organiske fase. I

I Det er fordelagtigt at gå videre med destillation. Man kan arbejde under va- I

I kuum eller op til nogle bar forudsat at man ikke overskrider den temperatur, I

I ved hvilken den organiske fase begynder at nedbrydes, eller at danne farve- I

H 20 de produkter eller nedbrydningsprodukter. Denne temperatur er sædvanligvis I

I lavere end 180 °C. Man arbejder med fordel mellem 130 °C og 170 °C. Man I

I overskrider ikke opfindelsens rammer ved at arbejde ved en højere tempera- I

I tur; men man risikerer at nedbryde produkterne, således at det er mere en- I

kelte at arbejde ved lavere temperatur. I

I

Behandlingens varighed er uden betydning, den er fastlagt ved de praktiske I

I betingelser, der er knyttet til apparaturet og til de mængder af vand og alky- I

lamin, der skal bortskaffes. I

30 Dette trin b) kan såvel som alle andre trin i den foreliggende opfindelse gen- I

nemføres kontinuert eller diskontinuert. Når man har fjernet alt vandet og al- I

7 DK 175638 B1 kylaminet opnår man en organisk rest i hovedsagen indeholdende det efterstræbte amid. Man gennemfører trinnet c) ved ethvert kendt middel til separering. Man anvender med fordel en destillation eller én eller flere såkaldte flash-afdampninger eller en afdampning fra en film eller fra et tyndt lag og 5 under vakuum betingelser.

I de efterfølgende eksempler består afprøvningen for termisk stabilitet i, at man holder arylsulfonylalkylamidet i tre timer ved 250 °C under nitrogen. Farvningen ved afslutningen af testen bør være mindre end 250 Hazen. Pro-10 duktet er så anvendeligt som plastificeringsmiddel.

Man arbejder, når intet andet er anført, i en reaktor af glas forsynet med en om rører, med en termometerlomme, med en injektionsmekanisme til gennemskylning med nitrogen, med en opadstigende køler og med afkøling ved 15 hjælp af et bad af koldt vand eller koldt saltvand. Under destillationerne (trinnene b) og c)) opretholder man et dække af nitrogen over produkterne.

Eksempel 1 20 a) Man indhælder i løbet af 1 time og 30 minutter 3 mol benzensulfochlorid (C6H5SO2CI) i en blanding indeholdende 3,051 mol natriumhydroxid i vandig opløsning indeholdende 19,37 vægt-% og 3,3 mol n-butylamin (CH3CH2CH2CH2NH2). Reaktorens temperatur holdes ved 20 °C. Derpå hæver man denne temperatur til mellem 60 og 65 °C i timer. Efter dekantering , 25 opnår man 675 g af en organisk fase indeholdende 3 X 0,9959 mol N.n- butylbenzensulfonamid (C6H5SO2NHCH2CH2CH2CH3) (BBSA).

b) Man destillerer denne organiske fase for at fjerne vandet og n-butylaminet, idet man holder temperaturen i bunden af apparatet fra 20 til 145 °C under et 30 vakuum fra 740 til 01 mm Hg i 1 time.

I DK 175638 B1 I

I I

I c) Man destillerer under vakuum (0,5 mm Hg) den opnåede rest, og man op- I samler på denne måde 96% af det BBSA, der er indeholdt i den organiske I fase ved afslutning af trin a). Den termiske test viser en farvning på 50 Ha-

I zen. „I

I I

I Eksempel 2 I

I Man går frem analogt med eksempel 1, med undtagelse af at temperaturen I

I under indhældning af benzensulfochloridet holdes ved 50 °C. De opnåede I

I 10 resultater er identiske med eksempel 1. I

I Eksempel 3 I

a) Man indhælder 0,6 mol benzensulfochlorid i 3,3 mol n-butylamin, idet man I

I 15 holder reaktoren ved 50 °C. Derpå indhælder man samtidig 3,051 mol natri- I

umhydroxid i form af en vandig opløsning med 19,37 vægt-% og 2,4 mol ben- I

I zensulfochlorid i løbet af 1 time og 30 minutter, idet reaktoren holdes ved 50 I

I °C. Man tilsætter 7 g vand for at skylle indhældningstragten for natrium- I

hydroxidet. Man opvarmer derpå reaktoren i 2 timer mellem 60 °C og 65 °C. I

20 I

Efter dekantering opnår man 669 g af en organisk fase indeholdende 3 X I

I 0,9939 mol BBSA. I

b) Man destillerer analogt med eksempel 1. I

I »i

c) Man destillerer under et vakuum på 0,5 mm Hg den opnåede rest, og man I

opsamler på denne måde 95% af det BBSA, der er indeholdt i den organiske I

I fase ved afslutningen af trinnet a). Den termiske test viser en farvning på 50 I

Hazen. I

I 30 I

9 DK 175638 B1

Eksempel 4

Man går frem analogt med eksempel 2, idet man dog anvender en reaktor . rustfrit stål, hvis bund er af typen 304 L, og hvori resten er af typen 316 L.

5 Man opnår identiske resultater.

Eksempel 5 a) Man indhælder i løbet af 30 minutter 3 mol benzensulfochlorid i 3,3 mol n-x 10 butylamin, idet reaktorens temperatur holdes ved 50 °C. Derpå indhælder man i løbet af 1 time og 30 minutter 3,15 mol natriumhydroxid i vandig opløsning med styrken 19,91%.

Man skyller indhældningstragten for natriumhydroxid med 13,5 g vand. Man 15 opvarmer reaktoren mellem 60 og 70 °C i 2 timer. Efter dekantering opnår man 671,8 g af en organisk fase indeholdende 3 mol BBSA.

b) Man afdestillerer vandet og aminen analogt med eksempel 1. Man konstaterer, at man har tabt 6,1% af den i trinnet b) anvendte masse under denne 20 destillation.

c) Man destillerer under vakuum (0,5 mm Hg) den opnåede rest, og man opsamler på denne måde 92% af det BBSA, der er indeholdt i den organiske fase ved afslutning af trinnet a). Den termiske test viser en farvning på 175 25 Hazen.

*

Eksempel 6 a) Man går frem analogt med eksempel 3, med undtagelse af at reaktoren 30 holdes ved 20 °C i stedet for 50 °C under de to behandlinger ved indhældning af reaktionskomponenterne. Man opnår efter dekantering 671,8 g af en

DK 175638 B1 I

10 I

organisk fase indeholdende 3 X 0,998 mol BBSA. I

b) Man afdestillerer vandet og aminen analogt med eksempel 1. Man konsta- I

terer at man har tabt 6,07% af massen under denne destillation. ,

c) Man destillerer under vakuum (0,5 mm Hg) den opnåede rest, og man op- I

samler 3 fraktioner svarende til foreløbig hoved portionen og efterløbet af de- I

stillationen (de anførte procenttegn er vægtprocent): I

10 F1 = 4,9% I

F2 = 84,2% I

F3= 7,1% I

I kolben er tilbage 3,8% (procent af massen anvendt i trinnet c)). I

1 15 I

I Den termiske test på F2 svarer til en farvning lavere I

end 50 Hazen og 100 Hazen på F1 + F2 + F3. I

I Eksempel 7 I

I

I Man går frem analogt med eksempel 2 med undtagelse af, at man anvender I

I 3,75 mol n-butylamin. Man opnår 702,6 g af en organisk fase indeholdende 3 I

I X 0,9924 mol BBSA. Man opnår identiske resultater. I

25 Eksempel 8 I

I Man går frem analogt med eksempel 2 med undtagelse af, at man anvender I

3,15 mol n-butylamin. Man opnår 659,8 g af en organisk fase indeholdende 3 I

I X 0,9915 mol BBSA. Man opnår identiske resultater. I

Claims (5)

1. Fremgangsmåde til syntese af arylsulfonylalkylamid med formlen: a< R3 5 hvori, Ri betegner et hydrogenatom eller en C1-C10 alkylgruppe, R2 betegner en C1-C10 alkylgruppe, og R3 betegner en eller flere identiske eller forskellige substituenter valgt blandt halogener og alkylgrupper med op til 5 carbonato-10 mer, ved reaktion mellem et arylsulfohalogenid og en alkylamin, kendetegnet ved, at a) man bringer arylsulfohalogenidet i kontakt med et overskud af alkylamin og en vandig opløsning af et alkalisk middel, idet det alkaliske middel er i 15 overskud i forhold til det anvendte arylsulfohalogenid, b) man fjerner vandet og alkylaminen ved destillation fra den under a) opnåede organiske fase, og • 20 c) man fraseparerer arylsulfonylalkylamidet fra den under b) opnåede rest.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1,kendetegnet ved, at det molære overskud af alkylamin i forhold til den støkiometriske værdi er mellem 5 og 15%. 25

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at det alkaliske middel er natriumhydroxid. I DK 175638 B1 I I 12 I

4. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-3, kendetegnet ved, at I I det molære overskud af alkalisk middel fortrinsvis er mellem 1 og 5%. I H H I 5

5. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-4, k e n d e t e g n e t ved, at I I det opnåede arylsulfonylalkylamid er N,n-butylbenzensulfonamid: I I N^-so2nhch2ch2ch2ch3 I