Método para la producción de laurolactama.

Un procedimiento para producir laurolactama que comprende las etapas de:

(a) hacer reaccionar ciclododecanona con hidroxilamina en una solución acuosa en presencia de un disolvente orgánico (en lo sucesivo denominado en la presente "disolvente de formación de oxima") para producir oxima de ciclododecanona (en lo sucesivo denominado en la presente "etapa de formación de oxima");

(b) separar la mezcla de reacción obtenida después de la etapa de formación de oxima en fases oleosa y acuosa y recoger una solución de oxima de ciclododecanona de la fase oleosa (en lo sucesivo denominado en la presente "etapa de separación de fases oleosa/acuosa");

(c) retirar el disolvente de formación de oxima y el agua disuelta mediante destilación de la solución de oxima de ciclododecanona que se recoge como una fase oleosa en la etapa de separación de fases oleosa/acuosa, preparando de ese modo una solución de oxima de ciclododecanona deshidratada que contiene un disolventes que se va a usar en una reacción de trasposición en la etapa de trasposición (en lo sucesivo denominado en la presente "disolvente de trasposición") y la oxima de ciclododecanona,

en donde el disolvente de trasposición tiene un punto de ebullición superior que el punto de ebullición del disolvente de formación de oxima,

una porción del disolvente de trasposición se retira mediante la destilación, y

en donde el contenido de agua residual en la solución de oxima de cicloclodecanona deshidratada que se va a alimentar a la etapa de trasposición se reduce hasta 1.000 ppm o menos (en lo sucesivo denominado en la presente "etapa de deshidratación/preparación del disolvente");

(d) producir laurolactama a partir de oxima de ciclododecanona mediante una reacción de trasposición usando triclorotriacina como un catalizador de trasposición (en lo sucesivo denominado en la presente "etapa de trasposición"); y

(e) separar y retirar el disolvente de trasposición y el catalizador de trasposición de la mezcla de reacción obtenida después de la etapa de trasposición, y purificar la laurolactama (en lo sucesivo denominado en la presente "etapa de separación/purificación").

Método para la producción de laurolactama

CAMPO TÉCNICO

La presente invención se refiere a un procedimiento para producir laurolactama a partir de ciclododecanona e hidroxilamina mediante un procedimiento industrialmente práctico.

TÉCNICA PRECEDENTE

Un procedimiento industrial común para producir un compuesto de amida implica la trasposición de Beckmann de un compuesto de oxima correspondiente. Por ejemplo, -caprolactama que es industrialmente útil se produce mediante la trasposición de Beckmann de oxima de ciclohexanona. Catalizadores de trasposición usados son generalmente ácido sulfúrico concentrado y ácido sulfúrico fumante. Puesto que estos ácidos fuertes se deben usar en cantidades estequiométricas o mayores, forman una gran cantidad de sulfato amónico como un subproducto durante la neutralización. Aunque la laurolactama, que es una materia prima para Nylon 12, también se produce de un modo similar, el procedimiento es más complejo debido a que la oxima de ciclododecanona como un producto intermedio tiene un alto punto de fusión. Al producir -caprolactama, tanto la oxima de ciclohexanona como la -caprolactama tienen un punto de ebullición relativamente inferior, de modo que la formación de oxima o la trasposición se pueden efectuar en un sistema libre de disolvente, pero la producción de laurolactama requiere un disolvente de reacción. Este disolvente de reacción debe ser capaz de disolver sustancialmente oxima de ciclododecanona y ser inerte al ácido sulfúrico concentrado o el ácido sulfúrico fumante, y por lo tanto la selección del disolvente está considerablemente restringida.

Solo se conocen dos procedimientos para producir industrialmente laurolactama a partir de ciclododecanona y una solución acuosa de hidroxilamina. Uno es un procedimiento desarrollado comercialmente por Degussa Company. Este método es como sigue. La ciclododecanona se convierte en una oxima usando isopropilciclohexano como un disolvente y después separando las capas, una solución resultante de oxima de ciclododecanona en isopropilciclohexano se añade lentamente a ácido sulfúrico concentrado a una temperatura baja para preparar una solución de un aducto de sulfato de oxima de ciclododecanona en ácido sulfúrico. Después de separar y recuperar isopropilciclohexano, la solución residual de aducto de sulfato de oxima de ciclododecanona en ácido sulfúrico se calienta para iniciar la trasposición de Beckmann de la oxima. Después de la reacción de trasposición, se añade agua al sistema para diluir el ácido sulfúrico y, a continuación, la laurolactama producida se extrae con un disolvente orgánico. Aquí, el disolvente de extracción puede ser isopropilciclohexano o ciclododecanona. El disolvente de extracción se recupera mediante la destilación de la solución de extracción resultante y a continuación la laurolactama del residuo se purifica mediante destilación (véase la Referencia de Patente Nº 1).

Este procedimiento no genera sulfato amónico como un subproducto en la etapa de reacción de trasposición, pero requiere instalaciones y energía enormemente grandes para tratar una gran cantidad de ácido sulfúrico diluido en el residuo. Por otra parte, puesto que la ciclododecanona reacciona con ácido sulfúrico concentrado para formar un subproducto, la reacción de formación de oxima se debe completar para eliminar ciclododecanona residual, pero debido a la hidrofobia del isopropilciclohexano, la velocidad de transferencia de masa es baja en una interfase aceite-agua, conduciendo a una reacción de formación de oxima más prolongada. En conjunto, el procedimiento implica muchas etapas de separación, recuperación y reciclado de disolventes y, por lo tanto, requiere unos costes de equipo y una energía considerablemente grandes.

Otro procedimiento industrial es el que está desarrollado comercialmente por Ube Industries-EMS. Este procedimiento utiliza el hecho de que la oxima de ciclohexanona y la caprolactama son buenos disolventes para la oxima de ciclododecanona y la laurolactama, respectivamente (por ejemplo, véase la Referencia de Patente 2). Específicamente, una mezcla de ciclododecanona y ciclohexanona se combina con una solución acuosa de hidroxilamina para producir oximas. La oxima de ciclohexanona producida tiene un bajo punto de fusión y es un buen disolvente para la oxima de ciclododecanona, de modo que la reacción se puede efectuar a 100°C o menos y a presión ambiente. Por otra parte, la oxima de ciclohexanona es adecuadamente hidrófila para que la reacción de formación de oxima avance rápidamente, y la mezcla se transfiere a la etapa de trasposición sin ciclohexanona o ciclododecanona residuales. Un catalizador de trasposición usado es ácido sulfúrico concentrado o ácido sulfúrico fumante. Considerando que la laurolactama producida tiene un alto punto de fusión, es muy soluble en caprolactama que tiene un bajo punto de fusión. Por lo tanto, la reacción se puede llevar a cabo a una temperatura de 100°C o inferior. La solución de la reacción de trasposición resultante se neutraliza con agua amoniacal y a continuación se extrae con un disolvente orgánico. La caprolactama se puede disolver en agua hasta algún punto, pero se extrae en un disolvente orgánico debido al efecto de desalado del sulfato amónico. A continuación, se añade una gran cantidad de agua a la solución que contiene laurolactama extraída y caprolactama, y la caprolactama se extrae en la fase acuosa. A partir de la fase orgánica separada, el disolvente orgánico se recupera y la laurolactama se purifica mediante destilación. La fase acuosa se concentra y, después de retirar las impurezas, la caprolactama se purifica.

Este procedimiento es excelente ya que se pueden producir conjuntamente laurolactama y caprolactama. Sin embargo, como un procedimiento para producir laurolactama, tiene los siguientes problemas; (1) la separación y la purificación de caprolactama requiere grandes cantidades de gastos de equipo, que dan como resultado una baja eficacia de inversión y el procedimiento implica operaciones de baja eficacia energética tales como la concentración de una solución acuosa de caprolactama; (2) hay una restricción hasta una relación de producción de laurolactama/caprolactama; y (3) la caprolactama es un producto de bajo valor añadido en comparación con la laurolactama y la eficacia de uso de la hidroxilamina es baja.

Recientemente, se han investigado intensivamente catalizadores de trasposición que no requieran una gran cantidad de ácido sulfúrico o ácido sulfúrico fumante. Como un sistema que contiene un ácido fuerte, se han presentado una mezcla de sal amínica de peróxido de renio y ácido trifluorometanosulfónico (Referencia No Relacionada con las Patentes 1), triflato de indio (Referencia No Relacionada con las Patentes 2) y triflato de iterbio (Referencia No Relacionada con las Patentes 3). Métodos conocidos que utilizan un sistema que contiene un ácido y un agente deshidratante incluyen un método para efectuar una reacción de trasposición que usa pentóxido de fósforo o un compuesto de ácido fosfórico condensado y un anhídrido sulfónico o anhídrido sulfocarboxílico libre de flúor en un compuesto de amida N,N-disustituido como un disolvente (Referencias de Patente 3 y 4) y un método que usa un catalizador de zeolita pretratado con una solución acuosa que contiene ácido (Referencia de Patente 5). Como métodos que no usan ácidos, se han sugerido un método para efectuar la reacción de trasposición en presencia de un compuesto de renio y un compuesto heterocíclico que contiene nitrógeno (Referencias de Patente 6 y 7) y un método para usar óxido de cinc (Referencia de Patente 8). La Referencia de Patente 9 ha divulgado un método para hacer reaccionar una oxima y un ácido carboxílico en un disolvente de ácido carboxílico usando cloruro cianúrico (triclorotriacina) como un agente deshidratante, produciendo de ese modo un éster que a continuación se somete a una reacción de trasposición. La Referencia de Patente 10 ha divulgado un método en el que un hidrocloruro de oxima se somete a trasposición usando cloruro cianúrico (triclorotriacina) como un iniciador.

Aunque algunos de estos catalizadores y procedimientos de fabricación pueden proporcionar un alto rendimiento de trasposición, estos métodos emplean catalizadores y/o disolventes especiales, para los que no se divulga un procedimiento de recuperación o reciclado y, por lo tanto, no están establecidos como un procedimiento industrial. La Referencia de Patente 11 ha descrito la trasposición de Beckmann de un compuesto de oxima en un disolvente polar, en la que un catalizador de trasposición usado es un compuesto aromático (1) que contiene, como miembro del anillo aromático, al menos un átomo de carbono que tiene un grupo saliente,... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para producir laurolactama que comprende las etapas de:

(a) hacer reaccionar ciclododecanona con hidroxilamina en una solución acuosa en presencia de un disolvente orgánico (en lo sucesivo denominado en la presente "disolvente de formación de oxima") para producir oxima de ciclododecanona (en lo sucesivo denominado en la presente "etapa de formación de oxima");

(b) separar la mezcla de reacción obtenida después de la etapa de formación de oxima en fases oleosa y acuosa y recoger una solución de oxima de ciclododecanona de la fase oleosa (en lo sucesivo denominado en la presente "etapa de separación de fases oleosa/acuosa");

(c) retirar el disolvente de formación de oxima y el agua disuelta mediante destilación de la solución de oxima de ciclododecanona que se recoge como una fase oleosa en la etapa de separación de fases oleosa/acuosa, preparando de ese modo una solución de oxima de ciclododecanona deshidratada que contiene un disolventes que se va a usar en una reacción de trasposición en la etapa de trasposición (en lo sucesivo denominado en la presente "disolvente de trasposición") y la oxima de ciclododecanona,

en donde el disolvente de trasposición tiene un punto de ebullición superior que el punto de ebullición del disolvente de formación de oxima,

una porción del disolvente de trasposición se retira mediante la destilación, y

en donde el contenido de agua residual en la solución de oxima de cicloclodecanona deshidratada que se va a alimentar a la etapa de trasposición se reduce hasta 1.000 ppm o menos (en lo sucesivo denominado en la presente "etapa de deshidratación/preparación del disolvente");

(d) producir laurolactama a partir de oxima de ciclododecanona mediante una reacción de trasposición usando triclorotriacina como un catalizador de trasposición (en lo sucesivo denominado en la presente "etapa de trasposición"); y

(e) separar y retirar el disolvente de trasposición y el catalizador de trasposición de la mezcla de reacción obtenida después de la etapa de trasposición, y purificar la laurolactama (en lo sucesivo denominado en la presente "etapa de separación/purificación").

2. El procedimiento para producir laurolactama según la reivindicación 1, en el que en la etapa de deshidratación/preparación del disolvente, el contenido de agua residual en la solución de oxima de ciclododecanona que se va a alimentar a la etapa de trasposición se reduce hasta 100 ppm o menos.

3. El procedimiento para producir laurolactama según una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que el disolvente de trasposición es un disolvente no polar.

4. El procedimiento para producir laurolactama según la reivindicación 3, en el que el disolvente de trasposición es uno o más disolventes seleccionados del grupo que consiste en un hidrocarburo alicíclico, un hidrocarburo aromático y un producto hidrogenado de anillos aromáticos condensados.

5. El procedimiento para producir laurolactama según la reivindicación 3 o 4, en el que antes de la etapa de separación de fases oleosa/acuosa se añade el disolvente de trasposición.