PRODUCCION DE DITIODIGLICOL.

Un método para preparar un disulfuro, que comprende los pasos de:

(1) oxidar un mercaptano con azufre, en donde la reacción de oxidación tiene un exceso molar de 1-10% de mercaptano respecto a azufre;

(2) eliminar sulfuro de hidrógeno;

(3) hacer reaccionar el producto del paso (2) que queda después de la eliminación del sulfuro de hidrógeno, con peróxido de hidrógeno; y

(4) eliminar agua hasta menos de 1% en peso

Producción de ditiodiglicol.

La invención se refiere a la preparación de un compuesto que contiene azufre haciendo reaccionar un tiol o mercaptano, y en particular a un procedimiento para la producción de ditiodiglicol.

El ditiodiglicol (también denominado DIHEDS, disulfuro de di-hidroxietilo, 2,2'-ditiodietanol o DTDG) es un producto comercial muy conocido, que se emplea como intermedio químico en la fabricación de muchos compuestos útiles, tales como aditivos para lubricantes.

En general, los disulfuros se pueden preparar por oxidación del mercaptano correspondiente con un agente oxidante, por ejemplo azufre u oxígeno. La mayoría de los disulfuros de alquilo tienen una solubilidad en agua escasa o insignificante. Para producir estos disulfuros de alquilo, la eliminación del agua es simplemente cuestión de separar la fase acuosa de la de disulfuro. Sin embargo, el ditiodiglicol es miscible con agua.

En la producción de ditiodiglicol, con frecuencia se utiliza ß-mercaptoetanol (también denominado BME o 2-mercaptoetanol) en exceso para incrementar la producción de disulfuros con respecto a los trisulfuros. Se ha demostrado que el ß-mercaptoetanol en exceso al final de la reacción es particularmente difícil de eliminar por cualquier medio físico simple, entre ellos el arrastre en vacío o la evaporación en película raspada. La destilación de ditiodiglicol como producto de condensación de vapores que han pasado por la cabeza de columna es difícil, ya que tiene un punto de ebullición de 163ºC a 3 Torr. Una calefacción prolongada del ditiodiglicol puede originar su descomposición y una significativa aparición de color en el material.

Existe la necesidad en la técnica de un método mejorado para preparar ditiodiglicol con un bajo contenido residual de ß-mercaptoetanol, bajo contenido residual de agua, y bajo contenido de trisulfuro de alquilo.

La invención proporciona un método para preparar un disulfuro de alquilo. El método de la invención incluye una combinación de operaciones químicas y físicas de separación, con el objeto de conseguir la calidad deseable del disulfuro de alquilo. La invención proporciona un procedimiento de oxidación de bajo coste y seguro, que evita a la vez el problema para la seguridad que el uso de oxígeno para la oxidación conlleva, y el problema de costes que surgiría del empleo de peróxido de hidrógeno para toda la oxidación. La invención proporciona un producto de disulfuro de alquilo de alta calidad empleando mercaptano en exceso para preparar un producto con un bajo contenido de trisulfuro (una impureza perteneciente a la fracción pesada). La invención prevé también la eliminación del mercaptano en exceso (una impureza perteneciente a la fracción ligera) y el empleo de cantidades de peróxido que no son elevadas. La combinación de la oxidación del mercaptano con peróxido da como resultado un producto intermedio más deseable, sin subproductos distintos del agua. La invención prevé también la eliminación del agua, o bien mediante el empleo del arrastre mediante vacío o nitrógeno gaseoso, o bien mediante un dispositivo tal como un evaporador de película raspada, un evaporador de película descendente, u otro evaporador de película delgada. El tiempo requerido para esta eliminación de agua ha sido acortado, ya que este paso sólo requiere la eliminación de pequeñas cantidades de agua.

En una realización, el sulfuro de dialquilo es ditiodiglicol. En esta realización, el método implica la oxidación de ß-mercaptoetanol con azufre. Se obtiene un primer producto mejorado si se emplea un exceso de 1-10% molar de ß-mercaptoetanol, y si se elimina el sulfuro de hidrógeno residual mediante la aplicación de vacío o purga con nitrógeno. La reacción de este primer producto con peróxido de hidrógeno convierte cuantitativamente el ß-mercaptoetanol en el producto ditiodiglicol, y reduce el ß-mercaptoetanol residual a menos de 0.02% de mercaptano. Este paso con peróxido no sólo da como resultado una formación de producto más eficiente, sino que también disminuye el olor que se produce en el proceso. El agua residual presente después del tratamiento con peróxido de hidrógeno (por ejemplo aproximadamente 4% en peso pm 2% en peso, o aproximadamente 3,6% en peso) queda reducida a menos de 1% en peso. El agua residual se puede eliminar, por ejemplo, mediante arrastre en vacío, mediante arrastre en vacío con purga con nitrógeno, o en un evaporador de película raspada, un evaporador de película descendente, u otro evaporador de película delgada.

La Figura 1 es un diagrama con las estructuras de algunas moléculas importantes. DIHETS, o trisulfuro de dihidroxietilo, es la misma molécula que el tritiodiglicol.

La invención proporciona un método para preparar un disulfuro de alquilo mediante el empleo de azufre, oxidando con azufre, en primer lugar, un mercaptano. Se emplea un exceso 1-10% molar de mercaptano. Se elimina sulfuro de hidrógeno del producto mediante la aplicación de vacío o barrido con nitrógeno. En una realización, la mayor parte del sulfuro de hidrógeno desprendido durante esta reacción (por ejemplo más del 90%, por ejemplo 90-95%, del sulfuro de hidrógeno) se recupera después (tal como se emplea en la presente memoria, se entiende que la expresión más de significa más de o igual a, y se entiende que la expresión menos de significa menos de o igual a, a menos que se indique otra cosa). Es esta realización, la mayor parte del sulfuro de hidrógeno que queda es eliminado en pasos subsiguientes, por ejemplo mediante purga con nitrógeno o arrastre en vacío.

Aunque se puede utilizar cualquier mercaptano para preparar un disulfuro, un especialista en la técnica apreciará que el método resulta ventajoso para aquellas reacciones en las cuales no es posible separar del mercaptano y las fracciones pesadas, por destilación, el producto disulfuro deseado. Algunos mercaptanos en los que ocurre tal cosa son los alquilmercaptanos C₂ a C₂₀, cicloalquilmercaptanos, y otros mercaptanos funcionalizados tales como 3-mercaptopropionato (ácido y ésteres).

En una realización, el disulfuro de alquilo es ditiodiglicol. En esta realización, el mercaptano es ß-mercaptoetanol. En una realización particular, la invención proporciona un producto de ditiodiglicol que tiene una pureza mínima de 95% en cuanto a ditiodiglicol (o bien un mínimo de 98% de ditiodiglicol más tritiodiglicol), un contenido máximo de agua de 1%, y menos de 0,1% de ß-mercaptoetanol.

Cuando se utiliza azufre como oxidante en el método de la invención y ß-mercaptoetanol como mercaptano, se establece una serie de reacciones de equilibrio, tal como se muestra a continuación:

El empleo de azufre como oxidante en la reacción (1) ha sido útil. A medida que la reacción progresa, se desprende sulfuro de hidrógeno, y éste es eliminado para desplazar el equilibrio hacia el lado derecho de la ecuación. Desgraciadamente, si la relación estequiométrica es exactamente de dos moles de ß-mercaptoetanol por mol de azufre, la reacción de equilibrio producirá finalmente, en un tiempo de reacción razonable, un producto intermedio que todavía contiene en torno a 10% en moles de ß-mercaptoetanol y 5% en moles del trisulfuro (por ejemplo, reacción (2)). Sin embargo, mediante el método de la invención, empleando un pequeño exceso (de 1 a 10% en moles) de ß-mercaptoetanol y eliminando el sulfuro...

1. Un método para preparar un disulfuro, que comprende los pasos de:

2. El método según la reivindicación 1, en donde el mercaptano es ß-mercaptoetanol y el disulfuro es ditiodiglicol.

3. El método según la reivindicación 1, en donde el mercaptano está seleccionado del grupo consistente en alquilmercaptanos C₂ a C₂₀, cicloalquilmercaptanos, mercaptanos funcionalizados y ácidos y ésteres de los mismos.

4. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la reacción de oxidación tiene un exceso molar de 3-5% de mercaptano respecto a azufre.

5. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el agua es eliminada hasta menos de 0,5% en peso.

6. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde se elimina más de 80% del sulfuro de hidrógeno, preferiblemente más de 90% del sulfuro de hidrógeno.

7. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde la eliminación del sulfuro de hidrógeno se lleva a cabo mediante vacío, purga con nitrógeno, o una combinación de ambos.

8. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el peróxido de hidrógeno del paso (3) tiene una concentración de peróxido de hidrógeno en solución de entre 5% en peso y 98% en peso, preferiblemente entre 25% en peso y 70% en peso, y más preferiblemente entre 27,5% en peso y 50% en peso.

9. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde la eliminación de agua del paso (4) se lleva a cabo mediante arrastre en vacío, o por medio de arrastre en vacío con una purga con nitrógeno, o mediante un evaporador de película raspada.