DE2628783C2 - Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von N-Methylphthalimid - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft den Gegenstand des Anspruchs.

Es werden ständig verbesserte Verfahren für die Herstellung von N-Alkylphthalimiden gesucht, da diese Zwischenprodukte in Nitro-N-alkylphthalimide umgewandelt werden könisen, die Basisausgangsmaterialien für die Herstellung einer Vielzahl von organischen Dianhydriden und Polyimiden darstellen, wie es beispielsweise im US-Patent 38 79 428 beschrieben ist. Bisher bestand ein Verfahren für die Herstellung von N-Alkylphthalimiden in der Behandlung von Phthalsäureanhydrid mit wäßrigem Alkylamin und anschließender Destillation des Produktes. Aus offensichtlichen Gründen ist dieses Verfahren unbefriedigend für die kontinuierliche Erzeugung von N-Alkylphthalimiden auf wirtschaftliche Weise, da Wasser ein Verdünnungsmittel darstellt und dasselbe zusammen mit dem Reaktionswasser eliminiert werden muß. Ein anderers Verfahren umfaßt die Behandlung von Phthalsäureanhydrid in Essigsäure mit einem Alkylamin.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß die Versuche zur Herstellung von N-Alkylphthalimiden aus Phthalsäureanhydrid und N-Alkylaminen unter Schmelzbedingungen häufig in der Bildung des entsprechenden Bis(n-alkyl)-amids resultieren. Die Nitrierung der N-Alkylphthalimide, die wesentliche Mengen an Bis(n-alkyl)-amid der Phthalsäure enthalten, kann zu Nitrierungsprodukten führen, die für die Erzeugung der organischen Dianhydride und Polyimide ungeeignet sind.

Obgleich viele bekannte Verfahren für die Herstellung von N-Alkylphthalimiden im Chargenverfahren zufriedenstellend waren, so erfordert doch die Produktion der N-Alkylphthalimide im großen Maßstabe und in einer wirtschaftlichen Weise ein kontinuierliches Verfahren.

Die Erfindung basiert auf der Feststellung, daß ein Heißrohrreaktor für die Erzeugung von N-Methylphthalimid in einer kontinuierlichen Weise durch direktes Inkontaktbringen von N-Methylamin und Phthalsäureanhydrid verwendet werden kann. Überraschenderweise kann die Reaktion in weniger als 1 Minute bewerkstelligt werden. Das N-Methylphthalimid wird im wesenilichen frei von dem entsprechenden Bis-(n-alkyl)-amid des Phthalsäureanhydrids gebildet

Durch die Erfindung wird somit ein Verfahren zur Herstellung von N-Methylphthalimid geschaffen, welches die folgenden Schritte umfaßt:

1. Einführen einer gasförmigen Mischung, die aus Methylamin und einem inerten Gas besteht, in eine Reaktionszone,

2. Durchleiten von flüssigem Phthalsäureanhydrid unter Ausnutzung der Schwerkraft durch die Reaktionszone (tO) bei einer Temperatur von 15O⁰C bis 500⁰C,

3. Gewährung einer ausreichenden Verweilzeit, um die Reaktion zwischen dem flüssigen Phthalsäureanhydrid und dem gasförmigen Methylamin zu bewirken,

4. Abziehen des Reaktionswassers aus der Reaktionszone, wobei das sich darin bildende N-Methylphthalimid gesammelt wird und wobei die Zugaberate der gasförmigen Mischung nach Merkmal (1) so bemessen ist, daß stets ein geringer Überschuß an Methylamin im Reaktor vorhanden ist.

Die Zeichnung zeigt eine Seitenansicht einer Apparatür mit einer Quelle für flüssiges Phthalsäureanhydrid, eine Quelle für gasförmiges Methylamin, einem Heißrohrreaktor und Mitteln zum Ablassen des Reaktionswassers und einem Mittel zum Sammeln des N-Methylphthalimids.

Im einzelnen ist bei 10 ein Reaktor dargestellt, der von Heizmitteln umgeben ist und mit einem statischen Medium, wie beispielsweise Glaskugeln, Edelstahlkugeln, Porzellankugeln oder -Stückchen, Stahlwolle oder keramischen Kugeln gefüllt ist.

Bei Il ist ein Tank für das Methylamin gezeigt, der ebenfalls eine Heizschlange aufweist, wenn Hitze erforderlich ist. Phthalsäureanhydridkessel mit Heizschlangen und Steuerventilen sind bei 12 und 13 gezeigt, die ein Einfüllen des kristallinen Phthalsäureanhydrids bei 12 gestatten, welches in den flüssigen Zustand gebracht und dessen Durchfluß in den Reaktor gesteuert wird. Ein Steuerventil ist ebenfalls für den Tank 11 vorgesehen, um den Durchfluß des Methylamins in den Reaktor zu steuern.

so Bei 14 ist ein Gefäß zum Sammeln des flüssigen N-Methylphthalimids, welches im wesentlichen frei von Bis(n-methyl)-amid des Phthalsäureanhydrids ist, dargestellt, und eine Ablaßvorrichtung für das Reaktionswasser ist bei 15 vorgesehen. Weiterhin sind Heizmitte! vorgesehen, um das N-Methylphthalimid im flüssigen Zustand zu halten sowie ein Durchflußsteuerventil für die Gewinnung des flüssigen N-Methylphthalimids.

Bei der praktischen Durchführung der Erfindung wird Phthalsäureanhydrid in den in der Zeichnung dargestellten Heizkessel gefüllt.

Das mit dem Mantel versehene Heißrohr wird auf eine Temperatur von etwa 300⁰C gehalten. In den Heißrohrreaktor wird flüssiges Phthalsäureanhydrid fließen gelassen, während gleichzeitig Methylamin von der Sei-

b5 te her eingeführt wird. In Abhängigkeit von solchen Faktoren, wie der Kapazität des Heißrohres, welches in seiner Länge zwischen 15 cm und 15,24 m variieren kann, kann die Fließrate des Phthalsäureanhydrids in

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das Heißrohr von etwa 0,1 Teil pro Minute bis zu 100 Teilen pro Minute variieren. Vorzugsweise wird das Methylamin mit einer Fließrate von 0,01 Teile bis zu 10 Teile pro Minute in den Reaktor eingeführt Es wurde gefunden, daß dann, wenn ein Inertgas vor der Ein- führung des Phthalsäureanhydnds zusammen mit dem Methylamin verwendet wird, wie beispielsweise Stickstoff oder Helium, die Abführung des Reaktionswassers erleichtert werden kann. Die Reaktionszeit kann ^wisehen 0,01 Minute oder weniger und 10 Minuten oder mehr liegen in Abhängigkeit von Faktoren wie der Kapazität des Reaktors oder der Temperatur.

Um den Fachmann die praktische Durchführung der Erfindung besser zu erläutern, werden nachfolgend Beispiele angeführt Alle Teile beziehen sich auf das Ge- wicht

B e i ρ s i e 1 1

Ein Zugabetrichter wurde mit 46 Teilen Phthalsäureanhydrid beschickt Nachdem das Anhydrid geschmolzen war, wurde es als langsamer Strom durch einen auf 250⁰C erhitzten und mit einem Seitenarm versehenen Adapter zugegeben. Der Adapter war mit einem Glasrohr verbunden, welches mit Glaskugeln gefüllt war. Durch den Seitenarm des Adapters wurde Methylamingas eingeleitet. Die Mischung aus dem Methylamingas und dem flüssigen Phthalsäurenanhydrid wurde in das auf 300⁰C erhitzte Glasrohr fließen gelassen, welches Glaskugeln enthielt Am Boden des Glasrohres war ein Aufnahmegefäß in Form eines Glaskolbens von i00 tu! Inhalt der mit einem Seitenarm versehen war, vorgesehen. Das Methylamingas wurde mit einer Rate von 1 bis 2 Teilen pro Minute zugegeben. Die Zugabe des geschmolzenen Phthalsäureanhydnds war in etwa 10 bis 15 Minuten vollendet, während das überschüssige Methylamin und das in der Reaktion erzeugte Wasser durch den Seitenarm abgelassen wurden. Es wurde eine 72%ige Ausbeute an N-Methylphthalimid in Form eines weißen Feststoffes-mit einem Schmelzpunkt von 129,5 bis 132°C erhalten. In dem Endprodukt fand sich aufgrund durchgeführter flüssigchromatographischer Untersuchungen kein nicht umgesetztes Phthalsäureanhydrid und weniger als 1 Gew.-% Bis(n-methyl)-amid des Phthalsäureanhydrids.

Beispiel 2

Wie die Zeichnung zeigt, wurde flüssiges Phthalsäureanhydrid und Methylamin kontinuierlich bei einer Tem- peratur von 250⁰C in einen Reaktor gegeben. Ein geringer Überschuß an Methylamin wurde in dem Reaktor zu allen Zeiten aufrecht gehalten. Wenn das Sammelgefäß voll war, wurde N-Methylphthalimid als Flüssigkeit entfernt. Wasser wurde kontinuierlich abgezogen. Kristallines Phthalsäureanhydrid wurde in dem Behälter am Kopf gefüllt und in den geschmolzenen Zustand überführt, bevor es sich vor der Einführung in den Reaktor in dem Vorratsbehälter sammelte.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (4)

Patentanspruch: Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von N-Methylphthalimid, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Merkmale umfaßt:

1. Einführen einer gasförmigen Mischung, die aus Methylamin und gegebenenfalls einem inerten Gas besteht, in eine Reaktionszone,

2. Durchleiten von flüssigem Phthalsäureanhydrid unter Ausnutzung der Schwerkraft durch die Reaktionszone (10) bei einer Temperatur von 150⁰CbIsSOO⁰C,

3. Gewährung einer ausreichenden Verweilzeit, um die Reaktion zwischen dem flüssigen Phthalsäureanhydrid und dem gasförmigen Methylamin zu bewirken,

4. Abziehen des Reaktionswassers aus der Reaktionszone, wobei das sich darin bildende N-Methylphthalimid gesammelt wird und wobei die Zugaberate der gasförmigen Mischung nach Merkmal (1) so bemessen ist, daß stets ein geringer Überschuß an Methylamin im Reaktor vorhanden ist