Способ получения фталимида

СОЮЗ СОВЕТСКИХОПЦИИЮаешиРЕСПУБЛИН 09(48 4 СО НИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Научно-исследовательский институт химикатов для полимерных материалов(56) Патент США В 3819648,кл, 260-326, опублик. 1975.Отчет ВНИИХСЗР. "Оказание технической помощи при пуске и освоенииосновных производств (производствофталофоса) за 1977". М., ВНИИХСЗР,с.70.(54) (57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФТАЛИМИЦАвзаимодействием фталевого ангидридас карбамидом при нагревании, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения процесса, повышениявыхода и качества целевого продукта,процесс осуществляют при мольном соотношении 1:0,5-0,7, температуре 95115 С и разряжении 0,02-0,8 атмс последующим нагревом реакционноймассы до 150-170 С,10772332Изобретение относится к усовершенствованному способу получения фталимида, широко используемого в химической промышленности в качествепромежуточного продукта при синтезезамедлителей подвулканизации каучуков и в фармацевтической промьпплен"ности при синтезе аланина,Известен способ получения фталимида взаимодействием 1 моля фталевой 10кислоты или ее ангидрида с 0,5-2 моль(предпочтительно с 0,75-1 моль) карбамида при температуре 130-230 Св среде ароматического растворителя,ограниченно растворяющего фталевую 5кислоту и ее ангидрид, но не растворяющего карбамид. Целевой продуктвыделяют иэ суспенэии центрифугированием, осадок промывают от растворителя водой и сушат. Выход фталимида 20составляет 90-96 от теории, температура плавления равна 232-235 С.Недостатком указанного способаявляется использование токсичныхи пожароопасных растворителей, необходимость фильтрования суспензии,промывки и сушки осадка, регенерациирастворителя, наличие значительногоколичества сточных вод, загрязненныхрастворителей.Наиболее близким к предложенномуспособу по .технической сущности идостигаемому результату является способ получения фталимида взаимодействием фталевого ангидрида с карбамидом при мольном соотношении 1:0,8опри температуре 140-170 С.Образовавшееся в результате реакции твердое вещество суспендируютв кипящей воде, фильтруют, промывают водой и отжимают. Выход составляет 91,5 в пересчете назагружен. ный фталевый ангидрид. Температура.плавления целевого продукта 232237 С. К недостаткам описанного способа относятся неуправляемость технологи1 ческого процесса, его повышенная опасность вследствие вспенивания и возможного выброса нагретой до 170 С реакционной массы из реактора, получение промежуточного продукта в виде твердой пены и необходимость разрушения указанной пены водой (при этом возможен выброс кипящей воды и реакционных газов из аппарата), наличие стадии фильтрования и отмывки целевого продукта от солей, не 30 35 40 45 50 55 достаточно высокий выход. Другим недостатком является агломерирование целевого продуКта вследствие спекания реакционной массы и неполного ее разрушения при кипячении с водой. Кроме того, целевой продукт содержит 4-7 М воды.Целью изобретения является упрощение процесса, повышение выхода и качества целевого продукта.Поставленная цель достигается описываемым способом получения фталимида, который .заключается в том, что фталимид подвергают взаимодействию с карбамидом при их мольном соотношении 1:0,5-0,7 при температуре 95-115 С и разрежении 0,02-0,8 атм с последующим нагревом реакционной массы до 150-170 С.Отличительными признаками способа является осуществление процесса при мольном соотношении фталевый ангидрид: карбамид равном 1:0,5-0,7, температуре 95-115 С и разряжении 0,02-0,8 атм с последующим нагревом реакционной массы до 150-170 С. По способу в смеситель с зетобразными лопастями загружают фталевый ангидрид и карбамид в мольном соотношении 1:0,5-0,7, предпочтительно 1:0,6, герметизируют смеси- тель, соединяют его через прямой холодильник и приемник реакционной воды с вакуумной линией, создают.в смесителе разрежение с 0,02-0,8 атм и нагревают содержимое при пвремешивании со скоростью 1-3 С в 1 мин. Коэффициент загрузки смесителя принимают равным 0,6-0,7. При достижении в реакционной массе температуры 95 С начинается плавление реакциононой массы, которое заканчивается при температуре 110-115 С. При дальнейшем нагреве от 110-115 С до 125-130 С полученный плав разлагается с выделением углекислого газа и образованием промежуточных аммонийных солей фталевой кислоты. В указанном интервале температур процесс идет без выделения тепла и сопровождается фаэовым переходом: плав йревращается в твердый крупнокристаллический продукт. При достижении температуры 125-130 С начинается процесс образованияфталимида, сопровождающийся выделением тепла и реакционной воды. Температура реакционной массы при этом самопроизвольно возрастает до3 1077233 4150-160 фС, а затем быстро снижается акционную массу охлаждают при перви.на 5-10 С. Реакционная масса в этот шивании до комнатной температуры имомент представляет сухой мелкокрис- выгружают иэ смесителя.таллический фталимид с включением Получают 440,4 г мелкокристаллиотдельных крупных кристаллов аммо ческого порошка, имеющего температунийных солей. Массу подогревают ру плавления 236-237 С. Выход состав.адо 150-170 С, выдерживают при ука-. ляет 99,8 Е от теории, содержание осзанной температуре 10-60 мин до пол- новного вещества 97,47., амионийныхного разложения аммонийных солей, солей О, 15 Х, кислые примеси отсутстохлаждают до комнатной температуры 10 вуют.и выгружают, С выходом 99-1007 П р и м е р 3. В смеситель, наполучают порошкообразный мелкокрис- гретый до температуры 60-90 С, загруталлический обезвоженный продукт, жают 444,36 г (3 моль) фталевого анимеющий температуру плавления 234- гидрида и 126, 1 г карбамида237 С, содержащий не более 0,5 Е кис (2, 1 моль) (мольное соотношение равлых примесей, не более 0,57 аммоний- но 1:0,7); герметизируют смеситель,ных солей. создают в нем разрежение 0,02-0,1 атмП р и м е р 1. В.смеситель ти- и при перемешивании нагревают смесьпа Вернер-Пфлейдерер емкостью 1,5 л со скоростью 1-3 С в 1 мин. При 95 озагружают 444,36 г (3 моль) фтале О 115 С смесь расплавляется полученныйового ангидрида и 90,09 г (1,5 моль) плав нагревают до 170 С и вьщержикарбамида (мольное соотношение ком- вают при этой температуре 10-15 мин.понентов 1:0,5). Смеситель снабжен По окончании выдержки реакционнуюзет-образными лопастями, рубашкой массу охлаждают при перемешиваниидля обогрева и охлаждения и крышкой, 25 до комнатной температуры и выгружает.имеющей штуцеры для загрузки реаген- Получают 439, 1 г мелкокристалличастов, отсоса паров и термопары. Пос- кого порошка, имеющего температуруле загрузки реагентов смеситель гер- плавления 235-236 С. Выход составламетизируют, устанавливают в нем раз- ет 99,57. от теории, содержание осряжение в 0,02-0, 1 атм и при переме- зо новного вещества 97,37, аммонийныхшивании нагревают смесь со скоростью солей 0 212 кислые примеси отсутста, о,ф оф1-3 С в 1 мин. При достижении 95 С вуют.смесь начинает плавиться, плавлениезаканчивается при 110-115 С. Полу- П р и м е р 4. В смеситель СН ченный плав нагревают до 15 ООС и вы- емкостью 50 л, снабженный прямым35держивают при указанной температуре холодильником, приемником реакцион 60 мин. По окончании выдержки полу- ной воды и соединенный с вакуумнойченный продукт при перемешивании системой, загружают 22 кгохлаждают до комнатной температуры. (0,1485 моль) фталевого ангидридаи 5,35 кг (0,089 моль) карбамидаПолучают 439,1 г мелкокристалли О (мэльное соотношение компонентовческого порошка, имеющего температуру-"35равно 1:0,6), Смеситель герметиэи,плавления 234-235 С. Выход составруют, создают в нем разрежение вляет 99,57 от теории, содержание 0,1-0,15 атм, включают перемешиваосновного вещества 97"ь, кислых примесей О,ЗЗХ, аммонийных солей 0,41 . 45ние и нагревают реакционную массупри перемешивании в течение часаП р и м е р 2, В смеситель, на- до темп а 9 -С 444 363 моль) фталевого ангидрида и 108 1 г(1 8 моль) ка бам адрид20-30 мин до расплавления продуктар ид (мольное соот-и нагревают реакционную массу в теченошение фталевый ангидрид: карба О ние 15-20 мин до 125-130 С, В интермид равно 1:0,6), герметиэируют сме- вале температуры 110-130 С процессситель, устанавливают в нем аз ежем разреже-сопровождается выделением углекислоние 0.,02-0, 1 .атм и при перемешивании го газа. При достижении в реакционнойнагревают со скоростью 1-3 С в 1 мин. массе температуры 125-130 С п ек ар - смесь расплавляется,полученный плав нагревают до 160 С ку смесителя, температура реакциони выдерживают при этой температуре ной массы при этом за 5-20 мин по 20-30 мин. По окончании выдержкире- вышается до 155-156 С за счет выде1077233 0 15 20 25 5ляющегося реакционного тепла, Приьтемпературе 135-140 С начинается выделение воды и избыточного противстехиометрического количества аммиака. При достижении указанной темпе" ратуры в системе устанавливают разрежение в 0,7-0,8 атм. Вьделяющиеся пары воды конденсируют в холодильнике и собирают в приемник, газообразные продукты реакции улавливают в водяной ловушке. При достижении в реакционной массе температуры 155-156 С в рубашку смесителя подают теплоноситель, нагревают массу до 160-165 С и вьдерживают при указанной температуре 30 мин. По окончании выдержки реакционную массу охлаждают до комнатной температуры и выгружают,Получают 21,9 кг мелкокристаллического порошка имеющего температу 1ору плавления 235,5-237 С и содержащего 97,5 Х основного вещества, 0,17. кислых примесей и 0,427. аммонийных солей. Выход составляет 99,5% от теории. П р и м е р 5. В смеситель емкостью 1,5 л, нагретый до 60-90 С; загружают 444,36 г (3 моль) фталевого ангидрида и 108, г (1,8 моль) карбамида (мольное соотношение фталевый ангидрид : карбамид равно 1:0,6), герметиэируют смеситель, устанавливают в нем разрежение 0,8 атм и при перемешивании нагревают со скоростью 1-3 С в 1 мин. При 95-115 С смесь расплавляется. Полученный плавОнагревают до 160 С и выдерживают при этой температуре 20 мин. По оконб чании выдержки реакционную массу охлаждают до комнатной температурыи выгружают.Получают 440,4 г мелкокристаллического порошка, имеющего температу ру плавления 236-237 С, содержащего 98, 1% основного вещества, 0,053 кислых примесей. Примесь аммонийной соли отсутствует, выход составляет 98,8 Х от теории.50Таким образом, описываемый способ имеет ряд преимуществ перед извест ным.а) описываемый процесс значительно проще, в нем отсутСтвуют стадии суспендирования реакционной массы . в воде, фильтрования суспензии, промывки осадка,6б) процесс легко управляем и влромышпенных условиях может бытьосуществлен по заданной программе,так как процесс состоит из трех последовательных стадий (получениеэвтектики, разложение эвтектикидо аммонийной соли, термообработкасоли до превращения ее во фталимид),каждая из которых лимитируется только температурой реакционной массыи может быть по желанию замедленаили ускорена,по известной технологии процесспрактически неуправляем, так какпосле расплавления реагентов реакция протекает очень бурно и заканчивается в течение нескольких минут.в) в описываемом способе отсутствует вспенивание реакционной массыи поэтому он значительно безопаснее,чем известный. По той же причинеданный способ позволяет увеличитькоэффициент загрузки реактора в 44,5 раза,Отсутствие вспенивания объясняется спокойным, постадийным протеканием процесса, растянутостью газовыделений во времени, отсутствием дополнительных тепловыделений (теплового эффекта реакции) при переходеот жидкой эвтектики к твердой аммонийной соли, По известной технологиивсе реакционные газы (углекислый газ,пары воды, непрореагировавший аммиак)выделяются в течение нескольких минут. В течение тех же минут вьделяется все реакционное тепло, а реакционная масса находится,и в этот момент в жидком, расплавленном видег) Способ обеспечивает повышениевыхода на 8-9,несколько более высокую температуру плавления, полноеотсутствие воды в целевом продукте,д) Данный способ, в отличие отизвестного, обеспечивает получениецелевого продукта в виде мелкокристаллического порошка, в том числеи при увеличении масштаба реактора.Отсутствие агломерата обеспечивается,с одной стороны, условиями получения продукта (отсутствием твердой,спекшейся пены, получением фталимидачерез ряд промежуточных продуктов),а с другой стороны, тем, что используемые в качестве реактора смесителиявляются хорошими диспергаторами ишироко применяются в промьппленностидля размола различных материалов.