Способ получения метансульфокислоты

Способ получения метансульфокислоты

Реферат

Изобретение относится к области технологии получения серосодержащих органических соединений, в частности к с синтезу метансульфокислоты (СН₃SO₃H), используемой в качестве растворителя, катализатора реакции нитрования, нитрозирования, этерификации, ацилирования, полимеризации олефинов, а также может быть использована в химической, электронной и радиотехнической отраслях промышленности.

Аналогом является способ получения метансульфокислоты гидролизом метансульфохлорида при нагревании в присутствии катализатора сульфокислоты формулы R-SO₃H, где R-C₁-C₁₈ алкил или замещенный алкилом фенил, в количестве 0,1-1,05 мас.% при 65-95°С (Патент №2062268 (Россия) С1, кл. C07C, от 20.06.1996 г.).

Недостатком данного способа является использование в качестве исходного вещества токсичного метансульфохлорида, а также дефицитного катализатора и высокой температуры, что делает его трудоемким и дорогим.

Прототипом является способ получения метансульфокислоты путем электролиза водного раствора диметилсульфоксида ((CH₃)₂SO) на фоне серной кислоты в анодном отделении диафрагменного электролизера при плотностях тока 0,06-0,12 А/см² (патент №2344126 (Россия) С1, кл. C07C, от 19.11.2007 г.).

К недостатку известного электрохимического способа получения метансульфокислоты из диметилсульфоксида относится использование в качестве фонового электролита серной кислоты. Метансульфокислота хорошо смешивается с серной кислотой, при отделении и очистке происходят потери конечного продукта.

К недостатку известного способа также относится использование электролизера с диафрагмой, что приводит к повышению перенапряжения на электролизере и перерасходу электроэнергии.

Задачей данного изобретения является совершенствование способа синтеза метансульфокислоты из диметилсульфоксида.

Технический результат заключается в упрощении процесса и повышении эффективности синтеза метансульфокислоты в бездиафрагменном электролизере путем исключения дополнительного реактива и повышения производительности за счет использования более высокой анодной плотности тока.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что проводят электролиз 1,0-4,0 М водного раствора диметилсульфоксида на фоне электролита - метансульфокислоты - в бездиафрагменном электролизере на платиновом аноде при плотностях тока 0,12-0,18 А/см².

Сущность изобретения поясняется примерами.

Пример 1.

Электросинтез метансульфокислоты из диметилсульфоксида проводят в бездиафрагменном электролизере цилиндрической формы из нержавеющей стали или из стеклоуглерода, который служит катодом. Анодом служит гладкая платиновая пластина с площадью геометрической поверхности 8 см², которую устанавливают в центре электролизера. В электролизер заливали 50 мл 0,2 М водного раствора метансульфокислоты и 2,0 М раствор ДМСО. Электролиз проводят при плотности анодного тока 0,12 А/см². После завершения электролиза образующийся водный раствор метансульфокислоты по необходимости концентрируют путем упаривания. После упаривания и охлаждения получается расплывающаяся на воздухе кристаллическая масса, которая представляет собой метансульфокислоту с температурой плавления 20°С.

Идентификацию конечного продукта проводили путем перевода метансульфокислоты в ее натриевую (или калиевую) соль с последующим снятием ИК-спектров. ИК-спектры снимали на спектрометре FT-80 с Фурье преобразованием с использованием программного комплекса «Get Spektrum». Полоса, характерная для S=O группы, проявляется при 1070-1030 см^-1.

Количественное определение метансульфокислоты проводилось методом кислотно-основного титрования. Выход метансульфокислоты по току составляет 90%.

Пример 2.

Проводился аналогично примеру 1. Электролизу подвергали 2,0 М водный раствор диметилсульфоксида на фоне 0,2 М водного раствора метансульфокислоты при плотности тока 0,14 А/см². Выход по току конечного продукта составляет 91%.

Пример 3. Проводился аналогично примеру 1. Электролизу подвергали 2,0 М раствор диметилсульфоксида на фоне 0,2 М водного раствора метансульфокислоты при плотности тока 0,16 А/см². Выход по току, как и в примере 1, составляет 90%.

Пример 4.

Электролиз проводится идентично примеру 1. Электролизу подвергают 2,0 М раствор диметилсульфоксида на фоне 0,2 М водного раствора метансульфокислоты. Электролиз проводили при плотности тока 0,18 А/см². Выход по току составляет 87%.

Данные препаративного электросинтеза метансульфокислоты из диметилсульфоксида на фоне 2,0 М метансульфокислоты при различных плотностях тока представлены в таблице.

Данные препаративного электросинтеза метансульфокислоты
№ пп	Конц. ДМСО М	i, А/см2	Q, Кл	Выход по току, %	Выход по в-ву, г
1	2,0	0,12	5,36	90	5,5
2	2,0	0,14	5,36	91	6,0
3	2,0	0,16	5,36	90	5,5
4	2,0	0,18	5,36	87	5.3
5	2,0	0,20	5,36	70	3,5

Как следует из таблицы, выше 0,18 А/см² выход по току метансульфокислоты существенно уменьшается, что обусловлено протеканием побочных реакций выделения водорода на катоде и кислорода на аноде.

Метансульфокислота, синтезируемая путем электролиза водных растворов диметилсульфоксида (ДМСО), получается в виде расплывающейся на воздухе массы высокой чистоты.

Предложенный метод имеет некоторые преимущества по сравнению с известным электрохимическим способом получения его из диметилсульфоксида.

1. Синтез метансульфокислоты в предложенном методе осуществляют в бездиафрагменном электролизере, в котором, как известно, напряжение на электролизере меньше и соответственно количество электроэнергии, затрачиваемой на единицу массы конечного продукта, уменьшается.

2. При синтезе данным способом нет необходимости очистки конечного продукта от побочных реактивов.

3. Метансульфокислота получается достаточно высокой степени чистоты, сокращается число операций, а также материалы и средства на выделение и очистку.

4. При данном способе синтеза метансульфокислоты увеличивается производительность процесса за счет увеличения плотности анодного тока.

Таким образом, для заявленного способа в том виде, в каком он охарактеризован в описании, подтверждена возможность его осуществления просто и без использования дорогих реактивов и оборудования. Синтезируемое соединение - метансульфокислота - находит применение в качестве реагента, растворителя и катализатора в препаративном органическом синтезе и в фармацевтической промышленности.

Способ получения метансульфокислоты путем проведения электролиза 1,0-4,0 М водного раствора диметилсульфоксида, отличающийся тем, что электролиз проводят в бездиафрагменном электролизере в присутствии метансульфокислоты в качестве фонового электролита при плотностях тока 0,12-0,18 А/см².