(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
飽和炭化水素を含む溶媒中で、シクロヘキシルスルフェニルクロリドとフタルイミドとを反応させて、N−(シクロヘキシルチオ)フタルイミドを合成し、N−(シクロヘキシルチオ)フタルイミドを晶析して、結晶を分離した後、晶析母液に塩基性物質および水を添加し、塩基性物質および水の存在下で溶媒を蒸留する合成溶媒の回収方法。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明では、飽和炭化水素を含む溶媒中で、シクロヘキシルスルフェニルクロリドとフタルイミドとを反応させる。本発明に用いる飽和炭化水素溶媒は、炭素数が5から10の飽和炭化水素が好ましい。さらに好ましくは、n−ペンタン、シクロペンタン、n−ヘキサン、シクロヘキサン、n−ヘプタン、メチルシクロヘキサン、n−オクタン、シクロオクタンなどを挙げることができる。本発明に用いる飽和炭化水素溶媒は、1種類の飽和炭化水素溶媒で使用することも、2種類以上の飽和炭化水素溶媒を混合して使用することもできる。
【0012】
本発明では、飽和炭化水素は、飽和炭化水素のみで使用することができる。また、飽和炭化水素は、飽和炭化水素以外の溶媒と混合して使用することができる。飽和炭化水素と混合して用いる溶媒は、芳香族炭化水素、塩素化炭化水素などを挙げることができる。芳香族炭化水素は、好ましくは炭素数が6から8の芳香族炭化水素であり、さらに好ましくは、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどを挙げることができる。塩素化炭化水素は、好ましくは炭素数が1から6の塩素化炭化水素であり、さらに好ましくは、二塩化エチレン、クロロベンゼンなどを挙げることができる。
【0013】
本発明の合成溶媒の回収方法で用いるシクロヘキシルスルフェニルクロリドは、一般にジシクロヘキシルジスルフィドあるいはシクロヘキシルメルカプタンと塩素との反応で合成する。シクロヘキシルスルフェニルクロリドを、ジシクロヘキシルジスルフィドあるいはシクロヘキシルメルカプタンと塩素との反応で合成する場合、溶媒は、好ましくは、飽和炭化水素を含む溶媒を用いる。さらに好ましくは、シクロヘキシルスルフェニルクロリドとフタルイミドとの反応で用いる溶媒と同溶媒を用いる。
【0014】
ジシクロヘキシルジスルフィドあるいはシクロヘキシルメルカプタンと塩素とを反応させてシクロヘキシルスルフェニルクロリドを合成する時の塩素の使用量は、通常、原料スルフィドあるいはメルカプタンに対して、0.5から2倍モル、好ましくは、1から1.5倍モルである。溶媒の使用量は、通常、ジシクロヘキシルジスルフィドあるいはシクロヘキシルメルカプタンに対して、0.5から10倍重量、好ましくは、1から5重量倍である。反応温度は、通常、−30から20℃、好ましくは、−20から5℃である。塩素ガスとの反応時間は、通常、0.1から10時間である。塩素ガスとの反応時間は、好ましくは、1から5時間である。反応圧力は、通常、常圧で行うが、減圧下であっても加圧下であってもよい。反応方法は、通常、飽和炭化水素を含む溶媒に、ジシクロヘキシルジスルフィドあるいはシクロヘキシルメルカプタンを溶解し、塩素ガスを吹き込み合成する。
【0015】
本発明の合成溶媒の回収方法では、シクロヘキシルスルフェニルクロリドは、例えば、合成したシクロヘキシルスルフェニルクロリドを低温で保持して使用する。シクロヘキシルスルフェニルクロリドの保存温度は、通常−30から20℃、好ましくは、−20から5℃である。
【0016】
本発明の合成溶媒の回収方法で用いるフタルイミドは、いかなる合成法によって製造されたものでもよい。たとえば、アンモニアあるいは尿素などと無水フタル酸との反応による製造法を挙げることができる。
【0017】
本発明の合成溶媒の回収方法では、シクロヘキシルスルフェニルクロリドとフタルイミドとの反応条件は、フタルイミドに対するシクロヘキシルスルフェニルクロリドのモル比は、通常、0.5から3倍モル、好ましくは、0.8から1.5倍モルである。フタルイミドに対するシクロヘキシルスルフェニルクロリドのモル比が0.5から3倍モルであると、未反応フタルイミドが少なく、未反応のシクロヘキシルスルフェニルクロリドが分解しにくい。
【0018】
本発明の合成溶媒の回収方法では、シクロヘキシルスルフェニルクロリドとフタルイミドとの反応温度は、通常、0から100℃、好ましくは、10から80℃である。反応温度が0から100℃であると、反応が速く、目的物であるN−(シクロヘキシルチオ)フタルイミドやシクロヘキシルスルフェニルクロリドが分解しない。反応時間は、通常0.1から10時間である。好ましくは、1から5時間である。反応時間が0.1から10時間であると収率や生産性が高い。反応圧力は、常圧下あるいは減圧下でよい。
【0019】
本発明の合成溶媒の回収方法では、シクロヘキシルスルフェニルクロリドとフタルイミドとの反応では、溶媒の使用量は、通常、フタルイミドに対して、0.5から10倍重量、好ましくは、1から5重量倍である。溶媒の使用量が、フタルイミドに対して、0.5から10倍重量であると、収率が向上し、生産性がよい。
【0020】
本発明の合成溶媒の回収方法では、シクロヘキシルスルフェニルクロリドとフタルイミドの反応は、通常、シクロヘキシルスルフェニルクロリド溶液をフタルイミドのスラリーあるいは溶液に添加するか、フタルイミドのスラリーあるいは溶液をシクロヘキシルスルフェニルクロリド溶液に添加するか、あるいは同時に添加し接触させることができる。シクロヘキシルスルフェニルクロリドとフタルイミドの反応は、好ましくは、熱的に不安定なシクロヘキシルスルフェニルクロリド溶液を、−30から20℃で低温保持しつつ、反応器内のフタルイミドの溶液あるいはスラリーに添加する。
【0021】
本発明の合成溶媒の回収方法では、シクロヘキシルスルフェニルクロリドとフタルイミドとの反応において、塩化水素が副生するので、捕捉剤として塩基を共存させることが好ましい。使用する塩基は、有機塩基、無機塩基あるいはそれらの混合物でもよい。有機塩基としては、好ましくは3級アミンであり、例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、ジメチルベンジルアミン、N−メチルモルフォリンなどを挙げることができる。さらに好ましくは、トリエチルアミン、ジメチルベンジルアミンである。無機塩基としては、金属水酸化物、金属酸化物などを挙げることができる。無機塩基としては、好ましくは、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類水酸化物、アルカリ土類酸化物である。具体的には、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウムを挙げることができる。さらに好ましくは、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムである。無機塩基は、水溶液あるいは水中スラリーとして使用してもよい。
【0022】
本発明で、反応に共存させる塩基の使用量は、通常、シクロヘキシルスルフェニルクロリドに対して、0.7倍モルから3倍モルの範囲である。塩基の使用量は、好ましくは、0.9倍モルから2倍モルである。さらに好ましくは、1.0倍モルから1.5倍モルである。塩基は、通常、反応開始前に全量仕込む。シクロヘキシルスルフェニルクロリド溶液をフタルイミドのスラリーに添加する場合、シクロヘキシルスルフェニルクロリド溶液の添加に合わせて同時に連続供給してもよい。また、無機塩基を使用する場合、単独使用せず、予めフタルイミドと使用する無機塩基を反応させ、カリウムフタルイミドやナトリウムフタルイミドのようなフタルイミド塩を合成し、シクロヘキシルスルフェニルクロリドと反応させてもよい。
【0023】
本発明では、合成したN−(シクロヘキシルチオ)フタルイミドは、晶析して、N−(シクロヘキシルチオ)フタルイミドを得る。得られたN−(シクロヘキシルチオ)フタルイミドは、好ましくは、結晶性固体である。
【0024】
本発明の合成溶媒の回収方法では、通常、副生する塩、塩基、原料などを除くため、反応混合物を水と混合し、酸で中和後、分液してN−(シクロヘキシルチオ)フタルイミドを含む油層を得る。本発明では、N−(シクロヘキシルチオ)フタルイミドは、好ましくは、N−(シクロヘキシルチオ)フタルイミドを含む油層を冷却して晶析する。晶析した結晶は、ろ過し母液と分離し、乾燥することにより溶媒を除去することができる。さらに好ましくは、本発明では、飽和炭化水素を含む溶媒中で冷却して晶析する。なお、乾燥時に除去する溶媒は、再利用するためコンデンサーなどで冷却し凝縮させて回収することもできる。
【0025】
本発明では、N−(シクロヘキシルチオ)フタルイミドを晶析して、結晶を分離した後、晶析母液中の溶媒は、再利用するため蒸留回収する。その際、晶析母液に塩基性物質および水を添加し、塩基性物質および水の存在下で溶媒を蒸留することが重要である。
【0026】
本発明における溶媒の蒸留回収する工程で添加する塩基性物質は、有機塩基、無機塩基あるいはそれらの混合物でもよい。有機塩基としては、好ましくはアミンであり、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、ジメチルベンジルアミン、N−メチルモルフォリンなどを挙げることができる。さらに好ましくは、トリエタノールアミン、ジメチルベンジルアミンである。無機塩基としては、金属水酸化物、金属酸化物などを挙げることができる。無機塩基としては、好ましくは、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、酸化カルシウムを挙げることができる。さらに好ましくは、水酸化ナトリウムである。
【0027】
本発明において、溶媒の蒸留回収する工程で添加する塩基性物質の量は、晶析母液中に残存するN−(シクロヘキシルチオ)フタルイミドに対して、0.1重量%から10重量%である。好ましくは、0.5重量%から5重量%である。添加量が0.1重量%から10重量%であると本発明の効果が大きく、廃棄する残渣量が減る。
【0028】
本発明において、溶媒を蒸留した後に残る残渣が塩基性であることが好ましい。残渣が塩基性、すなわち水素イオン指数pHが7以上となり、残渣の爆発的な分解を抑制することができる。
【0029】
本発明において溶媒の蒸留回収する工程で塩基性物質を添加する時期は、蒸留前であっても、蒸留途中であっても良い。塩基性物質の効果は、晶析母液の濃縮が進むにつれて大きくなるので、溶媒の量が概ね重量で半量になるまでに添加することが望ましい。さらに好ましくは、塩基性物質は蒸留開始前に添加する。
【0030】
本発明における溶媒の蒸留回収する工程で添加する水は、純水、蒸留水、イオン交換水、水道水、海水などを挙げることができる。水を蒸留回収で添加する無機塩基といっしょに、水溶液あるいは水中スラリーとして添加してもよい。さらに、水を水蒸気として吹き込んでもよい。水は残存溶媒の追い出しと塩基性物質の分散に効果があると見られる。
【0031】
本発明では、溶媒の蒸留回収する工程で添加する水量は、晶析母液中に残存するN−(シクロヘキシルチオ)フタルイミドに対して、好ましくは、0.1重量%から1000重量%である。さらに好ましくは、0.5重量%から100重量%である。添加量が0.1重量%から1000重量%であると本発明の効果が大きく、水の留出が少なく効率がよい。
【0032】
本発明では、溶媒の蒸留回収で水を添加する時期は、蒸留前であっても、途中であっても良い。しかしながら、水は、晶析母液の濃縮が進むにつれて留出するので、蒸留時に晶析母液に添加することが好ましい。さらに好ましくは、蒸留時に、途中で何度か追加添加する。あるいは間欠的または連続的に添加する。
【0033】
本発明において溶媒の蒸留回収する工程で添加する塩基性物質は、水に溶かして水溶液として添加することが、より好ましい。さらに好ましくは、水酸化ナトリウム水溶液として添加する。水酸化ナトリウム水溶液の濃度は、1〜50%が好ましく、より好ましくは、20〜49%である。
【0034】
本発明のN−(シクロヘキシルチオ)フタルイミド合成溶媒の回収方法では、溶媒の蒸留回収する内温は、通常、0〜100℃、好ましくは、40〜70℃である。
【0035】
このようにして晶析母液から蒸留回収された合成溶媒は、品質上にとくに問題はなく、シクロヘキシルスルフェニルクロリドとフタルイミドとの反応に再利用できる。
【実施例】
【0036】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。
【0037】
参考例1
撹拌槽型グラスライニング製3m
3反応器に、ジシクロヘキシルジスルフィド910Kg(分子量230.4、純度94%、3.71Kgモル)とトルエン(沸点111℃)/シクロヘキサン(沸点81℃)の混合溶媒1250Kg(トルエン14重量%、密度0.781Kg/L、1600L)を仕込み、冷媒で−20℃に冷却した。そこへ撹拌しながら、塩素303Kg(分子量70.9、4.27Kgモル)を液温−20〜−10℃で2.0時聞かけて吹き込み、ジシクロヘキシルジスルフィドを塩素化し、シクロヘキシルスルフェニルクロリドの溶液2460Kg(分子量150.7、シクロヘキシルスルフェニルクロリド含量1120Kg、7.43Kgモル)を得た。
【0038】
参考例2
シクロヘキシルスルフェニルクロリド合成溶媒に、塩化エチレン(沸点83℃)/シクロヘキサンの混合溶媒1340Kg(塩化エチレン20重量%、密度0.838Kg/L、1600L)を用いた以外は、参考例1と同様にして、シクロヘキシルスルフェニルクロリドの溶液2550Kg(7.43Kgモル)を得た。
【0039】
実施例1
底部に撹拌翼を持つ回転撹拌機を備えた撹拌槽式グラスライニング製6m
3反応器に、フタルイミド1050Kg(分子量147.1、7.14Kgモル)、トリエチルアミン977Kg(分子量101.2、9.65Kgモル)およびトルエン/シクロヘキサンの混合溶媒1090Kg(トルエン14重量%、密度0.781Kg/L、1400L)を仕込み、温水で60℃に加温した。そこへ撹拌しながら(平均回転数100rpm)、参考例1で調製したシクロヘキシルスルフェニルクロリド溶液2460Kgを−10℃に保冷しつつ、反応温度63〜67℃で22.0時間かけて供給し、その後0.5時間、同じ温度で撹拌を続行し、N−(シクロヘキシルチオ)フタルイミド、未反応フタルイミド、塩化トリエチルアンモニウムなどを含む反応混合物を得た。
【0040】
その反応混合物へ温度60〜65℃で撹拌しながら、温水1000Kgを加えアンモニウム塩などを溶解したのち、未反応フタルイミドなどをろ過した。温度60〜65℃で撹拌しながら、ろ液中の過剰のトリエチルアミンなどを水層へ除くため、硫酸を加えて中和した。次いで温度60〜65℃で撹搾しながら、分離した油層中に残るフタルイミドを除くため、48重量%苛性ソーダを加えて水層を分離した。
【0041】
後処理で残った油層を撹拌しながら、10℃まで冷却し、N−(シクロヘキシルチオ)フタルイミドを晶析した。この結晶をろ過、乾燥することにより(乾燥時、溶媒をコンデンサーで回収した)、製品1680g(分子量261.3、純度99.0%、N−(シクロヘキシルチオ)フタルイミド含量1660g、6.35Kgモル)および晶析母液2600Kg(N−(シクロヘキシルチオ)フタルイミド含量70Kg、0.27Kgモル)を取得した。フタルイミドに対する合計収率は93%(1730Kg、6.64Kgモル)、製品中N−(シクロヘキシルチオ)フタルイミドの晶析率は97%であった。
【0042】
次いで、晶析母液2600Kgに48%水酸化ナトリウム水溶液2.0Kg(水酸化ナトリウム含量0.96Kg、水含量1.04Kg)を添加し、300mmHg(40kPa)から50mmHg(6.7kPa)まで減圧しながら、82℃温水で外部から加熱し内温が52℃に上昇するまで、減圧濃縮し、溶媒約1000Kgが留出したところで水1.0Kgを追加添加し、溶媒を蒸留回収した。留出した水を分離後、乾燥時と併せた回収溶媒は、2240Kg(トルエン14重量%)であった。仕込みからの損失量100Kg、損失率は4.3%であった。また減圧濃縮した残渣360Kgを廃棄のため、鉄ドラム缶(200L)2本に充填した。残渣の一部(0.1g)を採取し、イオン交換水(10mL)に添加混合したところ、pH10と塩基性であった。
【0043】
同様の反応、後処理、晶析、蒸留回収後、減圧濃縮した残渣の鉄ドラム缶への充填を一日4〜5回、年間通じて繰り返した。残渣を充填した鉄ドラム缶を屋外保管したが、ドラム缶に異常が生じることはなかった。
【0044】
なお、製品および母液の分析は、ガスクロマトグラフィーで行った。分析条件は次のとおりである。
GC装置 :島津GC−17A
カラム :NB-1、長さ60m×内径0.25mmφ、膜厚0.40μm
カラム温度 :70→270℃、5℃/分
キャリアーHeガス :180kPa(70℃)
注入口・FID検出器 :270℃ 。
【0045】
実施例2
N−(シクロヘキシルチオ)フタルイミド合成溶媒に塩化エチレン/シクロヘキサンの混合溶媒1170Kg(塩化エチレン20重量%、密度0.838kg/L、1400L)を用い、参考例2で調製したシクロヘキシルスルフェニルクロリド溶液2550Kgを用いた以外は、実施例1と同様に反応し、後処理した。
【0046】
後処理で残った油層を撹拌しながら、10℃まで冷却し、N−(シクロヘキシルチオ)フタルイミドを晶析した。この結晶をろ過、少量の溶媒で洗浄し、乾燥することにより、製品1710Kg(純度99.1%、N−(シクロヘキシルチオ)フタルイミド含量1700Kg、6.50Kgモル)および晶析母液2700Kg(N−(シクロヘキシルチオ)フタルイミド含量72Kg、0.28Kgモル)。フタルイミドに対する合計収率95%(1770kg、6.77Kgモル)、製品中N−(シクロヘキシルチオ)フタルイミドの晶析率は96%であった。
【0047】
次いで、晶析母液2700Kgに48%水酸化ナトリウム水溶液1.0Kg(水酸化ナトリウム含量0.48Kg、水含量0.52Kg)を添加し、実施例と同様に減圧濃縮し、溶媒約1000Kgが留出したところで48%水酸化ナトリウム水溶液1.0Kgおよび水1.0kgを追加添加し、溶媒を蒸留回収した。留出した水を分離後、乾燥時と併せた回収溶媒は、2440Kg(塩化エチレン20重量%)であった。仕込みからの損失量70Kg、損失率は2.8%であった。また減圧濃縮した残渣260Kgを廃棄のため、鉄ドラム缶(200L)2本に充填した。残渣の一部(0.1g)を採取し、イオン交換水(10mL)に添加混合したところ、pH11と塩基性であった。
【0048】
同様の反応、後処理、晶析、蒸留回収後、減圧濃縮した残渣の鉄ドラム缶への充填を一日4〜5回、年間通じて繰り返した。残渣を充填した鉄ドラム缶を屋外保管したが、ドラム缶に異常が生じることはなかった。
【0049】
実施例3
晶析母液に水酸化ナトリウム1.0Kgを添加した以外は、実施例1同様に反応、後処理、晶析した後、晶析母液2600Kg(N−(シクロヘキシルチオ)フタルイミド含量70Kg)を、実施例1と同様に溶媒を蒸留回収した。乾燥時と併せた回収溶媒は、2200Kg(トルエン14重量%)であった。仕込みからの損失量140Kg、損失率は6.0%であった。残渣の一部(0.1g)を採取し、イオン交換水(10mL)に添加混合したところ、pH9と塩基性であった。
【0050】
比較例1
晶析母液に塩基性物質を添加しなかった以外は、実施例1と同様に反応、後処理、晶析した後、晶析母液2600kg(N−(シクロヘキシルチオ)フタルイミド含量70Kg)を、実施例1と同様に溶媒を蒸留回収した。乾燥時と併せた回収溶媒は、2100Kg(トルエン14重量%)であった。仕込みからの損失量240Kg、損失率は10%であった。残渣の一部(0.1g)を採取し、イオン交換水(10mL)に添加混合したところ、pH4と酸性で、塩基性ではなかった。
【0051】
比較例2
晶析母液に塩基性物質を添加しなかった以外は、実施例1同様に反応、後処理、晶析した後、晶析母液2700kg(N−(シクロヘキシルチオ)フタルイミド含量72Kg)を、実施例1と同様に溶媒を蒸留回収した。乾燥時と併せた回収溶媒は、2230Kg(塩化エチレン20重量%)であった。仕込みからの損失量280Kg、損失率は11%であった。また減圧濃縮した残渣470Kgを廃棄のため、鉄ドラム缶(200L)2本に充填した。残渣の一部(0.1g)を採取し、イオン交換水(10mL)に添加混合したところ、pH3と酸性で、塩基性ではなかった。
【0052】
同様の反応、後処理、晶析した後、減圧濃縮した残渣の鉄ドラム缶への充填を1日4〜5回繰り返し、残渣を充填した鉄ドラム缶を屋外保管した。3日目に減圧濃縮時、内温が温水よりも高くなる現象が見られ、濃縮中の残渣が分解し発熱している可能性が示唆された。その後、屋外保管中の鉄ドラム缶のうち、6本の内圧が上昇し膨張、外面の一部に腐食が見られ、残渣が分解することが明確となった。安全操業上、深刻な問題を生じた。