【発明の詳細な説明】
3−メチルピリジンの選択的製造方法
関連する出願の参照
これは、出願臼1988年7月11日の係属中の米国特許出願筒217.686
号であって、発明の名称が3−メチルピリジンの選択的製造方法であるものの継
続出願である。
発明の背景
本発明の目的は、ペンタンジアミン誘導体、すなわち2−メチル−1,5−ペン
タンジアミンの触媒環化反応を通じて3−メチルピリジン(β−ピコリンとも呼
ばれる)を高収率で選択的に製造するための新規かつ経済的な方法を提供するこ
とにある。本発明の他の目的は、この脂肪族化合物とピペリジン誘導体、すなわ
ち3−メチルピペリジン(β−ピペコリンとも呼ばれる)の混合物に同様の転化
をさせて目的とする3−メチルピリジンを得ることにある。
発明の背景として、本発明の価値は、出発物質が大量生産物の副生成物であるた
め容易に得られるという事実にある。例えばナイロン製造の重要な中間体である
アジポニトリルの製造においては、ブタジェンへのシアン化水素の付加によって
も2−メチルグルタルニトリル(MGN)が副生成物として大量に得られる。
Kirk−Othmer、 Enc clo edia of Chemica
l Technolo +、第3版、第15巻、第899頁:米国特許第3.5
42.847号および第3.551.474号。このMGNの水素化によって2
−メチル−1,5−ペンタンジアミンを主生成物として得ることができる。
例えば、Dynamit Nobelの1977年の英国特許第1.488.3
35号では、従来のMGNの水素化では生に2−メチル−1,5−ペンタンジア
ミン(MPDA)と少量の3−メチルピペリジンが得られることが記載されてい
る。一方、かかる特許の実施例には生成比が逆になることが記載されている。I
CIの1957年の米国特許第2.790.804号およびICIの1986年
の英国特許第2.165.844号においても同様に置換されていないグルタル
ニトリルの水素化によってペンタンジアミンとピペリジンが得られることが記載
されている。MPDAは2−メチレングルタルニトリルの水素化によっても簡便
に得ることができる。2−メチレングルタルニトリルはアクリロニトリルの三量
化生成物である。東洋レーヨンの1969年の英国特許第1.164.354号
;ンエルの1965年の米国特許第3.225.083号ニジエルの1971年
の米国特許第3.562゜311号:三菱の1983年の米国特許第4.422
.981号。
他方、ピリジンは多(の目的のために有用であることが知られている。例えば、
ピリジンは溶媒として、および農薬の中間体として価値がある。3−メチルピリ
ジン(β−ピコリン)それ自体は、溶媒として、およびニコチン酸およびニコチ
ンアミド製造の中間体として有用である。ニコチン酸およびニコチンアミドは抗
ペラグラビタミンを形成する。Goe、 ”Pyridine and Pyr
idine Derivatives−、Kirk−Othmer、 Enc
clo edia of Chemical Technolo +、第3版、
第19巻。
過去において、ピリジンおよびその誘導体を生成するものとして知られている環
化反応および脱水素化反応については、BrodyおよびRubyが最初に包括
的に著したE、 Klingsberg編集のPvridine and It
s Derivatives第1巻に記載されている。
最近では、Ba1ley、 Goeおよび5crivenが著したG、 C,N
ewkome編集の並肚江憇瓜to Pvridine and Its De
rivativesに記載されている。これらの反応は一般に、気相にて、約4
00℃までの低温から中温の領域で、種々の時間にて、パラジウムおよび白金の
ような貴金属触媒を主に用いて行われる。例えば、ICIの1956年の英国特
許第755.534号には、温度400℃にてシリカに担持した5%の白金を触
媒として用いて、ペンタンジアミン(PDA)からピリジンへの転化が55%で
あったことが記載されている。かかる特許においては、温度350℃にて貴金属
または他の金属成分を用いることな(、シリカ、シリカ−アルミナビーズおよび
リン酸ホウ素のような酸性不均一触媒を用いてPDAをピペリジンに転化するこ
とも記載されている。他の実施例としては以下のものがある。
オランダ特許出願筒7.005.792号(Deumens、 Groenおよ
びLipsch、 1971年Stamicarbon ;ケミカルアブストラ
クト76.46099)には、シリカに担持したラネーニッケル触媒を用いて高
い収率でPDAをピペリジンに転化すること、および温度125−300℃にて
アルミナに担持したパラジウムを触媒として用いてPDAをピペリジンとピリジ
ンの混合物に転化することが記載されている。
Dynamit Nobelの1978年の米国特許第4.086.237号(
ドイツ特許第2.519.529号に相当する)には、温度200−400℃に
てシリカに担持したパラジウム金属を用いて、MPDA単独から、またはMPD
Aおよび3−メチルピペリジンから主に3−メチルピリジンへの転化について記
載されている。Rhone−Poulencの1983年の米国特許第4.40
1.819号には、温度200−500℃にて、または更に好ましくは250−
400℃にて、微細孔固体シリカに担持した貴金属を用いて同様の転化をさせる
ことが記載されている。
ICIの1986年の英国特許出願筒2.165.844号には、温度350−
400℃にてシリカに担持したパラジウム金属を用いて、グルタルニトリルを最
終転化せしめてピリジンとすることが記載されている。おそらく、中間体として
1.5−ペンタンジアミンを分離するものと思われる。
以上をまとめると、ペンタンジアミンおよびそのアルキル誘導体は、触媒担体単
独を用いて、または触媒担体とVIII族ニッケル金属を共に用いて、選択的に
転化されて、ピペリジン対応物となる。あるいは、パラジウムおよび白金を含む
vIII族貴金属を用いて、ピペリジンおよびピリジン対応物の混合物となる。
これらの貴金属触媒しか、3−メチルピリジンのようなピリジン化合物を満足す
べき収率で選択的に生成することができないという欠点があった。これらの貴金
属触媒は経費が高いばかりでなく、取り扱いに問題があり、かつそのようなプロ
セスでは触媒の損失が避けられない物であるため、流動床反応器にて経済的に使
用することができない(流動床反応器は、温度が均一であり触媒の再生が容易で
あるという理由も含め、その他多くの理由から有利である)。
このように、安価で、再生が可能であり、かつ流動床反応器にて操業可能な有効
かつ入手容易な触媒を用いて(2−メチル−1,5−ペンタンジアミンのような
)ペンタンジアミン誘導体を高い収率で選択的に転化するための有用な方法を見
いだす必要があるという要請が高まりつつあった。出願人はかかる要請に見合っ
た発明をなしたものである。
発明の概要
出願人は2−メチル−1,5−ペンタンシアミン(M P D A )単独から
、または2−メチル−1,5−ペンタンシアミンと2−メチルグルタルニトリル
(MGN)の水素化生成物である3−メチルピペリジンの混合物から直接に3−
メチルピリジンを高収率で選択的に製造する方法を見いだした。かかる方法は、
温度約400−600℃にて、少なくとも脂肪族MPDA化合物を含む気化した
供給流と銅−クロムまたはモリブデンの遷移金属酸化物触媒を約30秒より短い
時間だけ接触させる段階からなる。これは、本反応を行わしめる場合には、従来
方法において用いられてきたVIII族貴金属触媒に比して非常に優れたもので
ある。
本発明の方法の一つの具体例として、凝縮した3−メチルピリジン生成物の分離
回収、および存在する3−メチルピペリジンの再使用を含めた操業の容易性なら
びに効率の点から、本発明においては流動床反応器を用いる。他の具体例として
は、亜クロム酸銅および酸化モリブデンが触媒として選択され、それらは担持さ
れないままで、または非晶質の若しくは結晶ゼオライトの形態をしたシリカ、ア
ルミナ若しくはそれらの組合せのような不均一担体に担持されて用いられる。
触媒として亜クロム酸銅を用いる場合には、バリウムまたはマンガンがその酸化
物状態として存在していてもよい。供給流に添加することが可能な物質には水、
水素、アンモニア、窒素又は他の不活性ガスが含まれる。
約500−600℃の温度範囲の上限近傍においては、触媒の再生を頻繁に行わ
なくても触媒の寿命が長くなり、活性が持続するということがさらに見いだされ
た。
接触時間が約10秒またはそれより短いことも好ましいことがわかった。これに
よって高温における生成物の分解のおそれが小さくなり、その一方で3−メチル
ピリジンの転化率および収率は維持されるからである。
本発明の他の関連する目的および有利な点は以下に明らかとなる。
好ましい具体例の記述
本発明の本質の理解を容易とするために、好ましい具体例をもって本発明を説明
し、特定の用語を用いる。しかしながら、これらは本発明の範囲を限定するため
に意図されたものではない。ここに記載されているように本発明を置換、変更す
ること、および本発明の本質をさらに応用することは、当業者が通常なし得るよ
うに意図されたものである。
上述したように、ペンタンジアミン誘導体、好ましくは2−メチル−1,5−ペ
ンタンジアミン(MPDA)は、従来用いられてきたVIII族貴金属でない遷
移金属酸化物からなる優れた触媒を用いて、容易に、かつ選択的に高収率で転化
されてそのピリジン対応物、好ましくは3−メチルピリジンとなる。特に、好ま
しい方法は、2−メチル−1,5−ペンタンジアミンを含む気化した供給流を主
に銅−クロムまたはモリブデンからなる遷移金属酸化物触媒と接触させることに
よって、3−メチルビリシンを高収率で選択的に製造する方法である。この接触
段階(およびその後の反応)は、好ましくは温度約400−600℃にて、約3
0秒よりも短い時間で起こる。
本発明における有効な触媒は、担持された触媒と担持されていない触媒の両方を
含む。しかしながら、種々の形態のシリカ、アルミナまたはシリカ−アルミナの
ような低価格の不均一担体に担持された触媒を用いることは、特に流動床操作に
おいては経済的なものである。現在までで最も有効かつ好ましい触媒は亜クロム
酸銅(特に、担持されておらず、バリウムまたはマンガンの酸化物形態のものに
よって活性化されているもの)および種々の担体に担持された酸化モリブデンよ
りなる。
この点に関して、出願人が用いる「銅−クロム」の用語は、種々の原子価で存在
し、かつ種々の方法の一つに従った反応物または水素の存在下で還元せ雰囲気に
さらされたクロムおよび銅を含む金属酸化物触媒の群を意味する。かがる用語、
触媒およびその調製方法は当該分野においては古くから知られているものである
。
例えば、[10m6rAdkinsの1937年の本、Reactions o
f [1vdro en with Or anicCam ounds ov
er Co er−Chromium 0xide and N1ckel
Catalvsts (特に第1P−14
頁)かある。これには、本発明に関連する事項および物質に関する記載がある。
同様に、「亜クロム酸銅」の用語はさらにてくから知られており、既知の標準的
な方法にLまたがって焼成された後に種々の酸化物の形態をとるクロムおよび銅
からなる触媒の群をいう。数種類の亜クロム酸銅は商業的に入手することができ
る。
その例は以下に述べる実施例に記載されている。
「有効」の語は、ここに定義された好ましい反応段階および条件の下で、3−メ
チルビリシン生成物を高い収率て選択的1こ生成することのCきる触媒の能力を
意味するc実在までの種々の実験結果は以下に述べる実施例および表に=1[載
されている。しかしながら、種々の変数が存在することに鑑みれば、このような
条件下で3−メチルビリシンを「有効に」又は「高い」収率で得ることは、商業
的には意義のあることである。最初の有機物供給流の100%近い転換率に基づ
いて、3−メチルピリジンの正味の収率が50%近い又はそれ以上となることは
好ましいことである。そして、副生成物が王に3−jチルピペリ7ンに限定され
、3−メチルビペリノンと3−メチルピリジンとの比較収率が約1・2か又はそ
れより小さくなることも好ましい。この3−メチルピペリジンは供給流に戻して
再使用することができ、さらに目的とするピリジン生成物を得ることができる。
本発明に用いられる触媒の調製方法は、当該技術分野においてはよ(知られたも
のである。担持されていない触媒を調製する場合の好ましい方法は、遷移金属塩
を沈殿させてその後に熱分解することによって所望の酸化物とする方法である。
担持された触媒の場合は、モリブデン酸アンモニウムまたは種々の硝酸塩のよう
な水溶性の塩をまず目的とする担体に吸着せしめその後に熱分解(焼成としても
知られている)することによって所望の酸化物とする方法である。ゼオライトを
イオン交換した形態として、そのゼオライト塩を焼成して遷移金属酸化物となし
、所望の触媒を得る別法もある。これらの方法および当業者に既知の他の方法を
用いて本発明の好ましい具体例の触媒を調製することができる。担持されていな
い亜クロム酸銅を用いる場合には、オハイオ州クリーブランドのHarsha智
/FiltrolPartnership (現在のEngelhard Co
rporation)から商業的に入手することも可能である。しかしながら、
その原料にかかわらず、これらの触媒は種々の有用な大きさおよび形態で調製ま
たは購入することができる。例えば、ベレット状、押出状、固定層用の球状、粉
状または流動床用の微細球状である。触媒の選択、調製および取扱を含むこれら
のおよび他の要因は、具体的な装置、条件および選択される反応によって種々異
なるものであり、当該分野における当業者にはよく知られたことである。
本発明の反応は、通常の気相連続反応である。反応物は気化されて、この気化さ
れた反応物は供給流となり、目的の温度に維持されている触媒と接触する。この
ように、気化された反応物は、反応が起こるのに十分な時間だけ触媒と接触する
。かかる接触時間は、通過した反応物のパーセンテージでしばしば表現される最
大転化率または所望の転化率を得るための時間のようにみえるかもしれない。
もし、従来の比較データを用いることができない場合には、特定の条件における
反応の好ましい接触時間は試行錯誤によって見いだす必要がある。
出願人は、現在までで、接触時間は約30秒またはそれより短いことが好ましい
ことを見いだした。接触時間が約10秒またはそれより短いことがさらに望まし
い。
事実、接触時間をS短にする二とが好ましいということが実験によって明らかと
なっており、用いた反応物の転化率が]00%に近く、3−メチルビリシンの収
率が約50%近いかヌはそれ以上となることも明らかとなった。接触時間を長く
すると装置を特別なものとする必要が生じる場合があり、がっ高温において生成
物が分解したり他の不要な副生成物が生じることとなる。
例えば、反応は、好ましい温度である約400−600℃の範囲でなされてきた
。
かかる温度範囲において、転化率が最大となり、所望の3−メチルビリシンが得
られるe温度irA囲500−600℃がさらに好ましく、現在のところ転化率
が最大−あって、かつ以下の述べる他の有利な点もあイ・温度約550”Cが最
も好ましい、この点に関し、与えられた条件の下で、冊れぞわの反応毎に温度を
含めた最適条件を見いだす必要がある。
出願にの用いる反応は固定層または流動床操作に適していることがわかった。
当該分野における固′?′層反応器1尉実際に、そし゛C文献においてもよく知
られている。流動未反応器についても、変数が灸いものの同様のことがいえる。
例えば気化した反応物の供給速度は、触媒床が十分に流動化するような大きさに
する。通常、空塔速度は約0.25ft/seeから3.0ft/seeである
。条件によっては、さらに高い又はさらに低い速度を選んでもよい。反応生成物
は凝縮して捕集され、それぞれの生成物毎に分離されて蒸留によって回収される
。以下で述べるように、反応によってピペリジンおよびピペリン誘導体の混合物
が生成した場合には、残ったピペリジンは更に触桿脱水素化するため1;、混合
物へ戻す。他方ピリジンは分離されて、ピペリジン成分のみが反応器に戻され再
使用される。どんな場合でも、出願人が用いる方法とその他の方法とては、流動
床または固定層反応器の構成および操作に差異はない。特定の事項及びそのよう
な反応器の操作に関しての資料は、文献または当該分野の他の情報から得られる
ものてあ、って、当業者には既知のものである、
使用する出発物質に関しては、好ましい供給流には反応物として、一定量の2−
メゾ−ルー1,5−ぺ〉タ、;アミシ(λjPDA)のみを含む二とが必要であ
る。
この脂肪族化合物は気化されて、加軌された触媒床へ供給され反応が起−る。上
述したように、3−メチルピリジンが高収率で選択的に生成することを妨害しな
い限り、他の物質が供給流中に存在してもよい。
例えば、従来の反応条件においてはペンタンシアミンは環化してピリジンとピペ
リジン誘導体の混合物を生成することが知られているため、3−メチルビペリノ
ンに相当する化合物を、本発明の好ましい有利な点を減することなく、供給原料
に含めていた。存在する3−メチルピペリジンは単に脱水素化されて所望の3−
メチルピリジンがより多(生成する。ペンタンジアミンは2−メチルグルタルニ
トリル(MGN)のようなジニトリルの水素化によって得られ、λ4GNはピペ
リジンのような環化化合物を副住成物として生成するため、本発明の反応に用い
らオ]ル有用な供給原料はMGNの水素化によって得られたペンタンジアミンと
ピペリジン誘導体の混合物である、原料成分としてのMGNの水素化によって生
成した物rの分離はかかる条件下では不要である。これ1;より、当該分野にお
ける多くの従来方法よりも実質的に時間と経費の節約となる。
本発明の反応の供給流に他の物質を加えでもよいことが分かった。そのような物
質の一つに水素がある。水素を用いる場合には、供給流中の水素と有機物質との
モル比は約161またはそれより大きいと都合がよい。水素は消費されず、むし
ろ反応によって生成するため、商業的にはこの水素を再使用することが有利であ
る。プラントにおける他の反応の副生成物として水素を得ることも可能な場合が
ある。
また、供給流に水を加えてもよい一水は気流の形で供給する。現在までの実験に
おいて、水を用いる場合には、供給流中の水と有機物質とのモル比は約5・1ま
たはそれ大きいと都合がよい。しかしながら、混合生成物中の水は後に分離する
必要があり、かつ水の存在を考慮しないと反応の物質収支が低くなるという点に
留意L−?m<ではならない。かかる証拠は以下の表に示されている。
供給流に添加可能な他の物質は窒素(または他の不活性ガス)およびア:2・モ
ニアである。窒素は、特に供給流中の有機物成分が少量である反応の場合に希釈
剤とl、て又はキャリアカスとし、て用いられる。アンモニアは他の実験の場合
に用いらね、両者と有機物成分とのモル比は、約5.1か又はそれより大きい。
しかしながら、アンモニアは水素と同様に反応生成物であるため、商業的には回
収する必要があり、パージされるか又は破壊される。
当該技術分野においては時間の経過と共に触媒の活性がしだいに低下していくこ
とが問題となっている。多(の触媒については再生が可能である。例えば空気又
は幾つかの他の酸素を含有したガスの存在下で触媒を加熱して再生することがで
きる。Charles L、 Thomas、 Catalytic Proc
ess and Proven Catalysts、 @11−
14頁(1970)を参照のこと。そして、この後ふたたび供給流と接触させる
前に、加熱した触媒に水素を通してもよい。周期的に触媒を再生することは、流
動床を用いて本発明の反応を行わせるには都合がよい。流動床においては、触媒
を連続的に、または間欠的に二番目の反応容器中で再生反応を起こさせて、触媒
の全量または一部を再生することが可能である。そのような反応器は、石油の触
媒クラッキング反応や、ピリジンの合成反応のために工業的によく用いられてい
る。
本発明の他の目的は、従来の用いられてきた触媒に比べ、長期間使用しても許容
できる範囲の活性が維持できる好ましい触媒を見いだすことにある。これは好ま
しい温度範囲である約500−600℃の上限近傍で可能であり、現在まででは
約550℃が最も好ましい。この温度は、当該分野において、かかる反応を起こ
させるのに必要な温度として教示され、または示唆されてきた温度よりも実質的
に高いものである。当該分野においては定量的な解析は困難であるが、出願人は
、かかる温度にて好ましい触媒を用いて、間欠的に触媒の再生をすることなく繰
り返し反応を起こさせたところ、一定かつ満足すべき転化率と収率を得た。これ
によって、触媒の寿命が向上し、かつ触媒の再生のだめの手待ち時間を省くこと
ができるという利点がある。
本発明は以下に詳細に説明されるが、同様のことが考慮されており、かつ本発明
の特徴を限定するものではない。好ましい具体例のみが記述されているのであり
、本発明の特徴の範囲内で本発明を置換、変更することは保護されることが望ま
しい。
この点に関して、幾つかの具体的な実施例および表が以下に示されており、かか
る実施例および表は、上述した好ましい触媒および反応を用いて出願人が行った
ものである。そして、かかる実施例および表において、MPDAは2−メチル−
1,5−ペンタンノアミンを意味し、MePipは3−メチルピペリジンを意味
し、Betaは3−メチルピリンンを意味する。「転化率」は、反応した有機化
合物のモル数を反応器に供給した有機化合物のモル数で割ったものをパーセント
で表示したものである。「総酸率」は得られた特定の生成物のモル数を反応器に
供給した有機化合物のモル数で割ったものをパーセントで表示したものである。
「正味の収率」は得られた生成物のモル数を反応した有機化合物のモル数て割っ
たものをパーセントで表示したものである。反応の「接触時間」は、特に言及し
ない限り約4−10秒である。そして、最小空塔速度(Sup、 Vel、)は
触媒床を流動化した状態で測定した。
実施例28を除くすべての場合において流動床反応器を用いた。反応器は内径1
6インチ×5フィートであり、316ステンレス管よりなる。下部3フイートは
ガス炉で覆われており、フィルターを備えた内径5インチの分離ベルが頂部に設
けられている。触媒は一般に750m1充填される。触媒の粒径は流動化に都合
のよい大きさであって、一般に約20−850μm(またはミクロン)の範囲で
ある。これに関する要点は、粒子床を流動化させることができることであり、こ
の目的のために、用いられる反応装置によって好ましい粒径は異なる。使用する
原料気化器は電気加熱方式であり、0.75インチX26インチのステンレス鋼
管である。気化した原料は、穿孔された管状スプレーを用いて床へ導入される。
気体は0.25インチX20インチステンレス鋼管に通すことによって電気的に
前加熱される。前加熱された気体は分配板を用いて床へ導入される。
去菫!U
1時間当たり80gのMPDAと95gの水を、計量ブローポットから625m
1 (1107g)の触媒が充填しである流動床反応器へ供給した。触媒はI’
1arshavの亜クロム酸銅触媒(#Cu−11.07T、 33%Cll0
137%Cr2O,,7%BaOを活性成分として含有する)である。MPDA
は、E、 1. duPont de Nemours & Companyが
[1YTEK−Aの商標名で販売しているものを使用した。特に言及しない限り
以下のすべての実施例においてかかるMPDAを使用した。触媒は、錠剤の形状
をしているものを粉砕して20メンンニのスクリーンを通過するようにした。原
料は気化させて360℃に加熱した。
同時に1時間当たり500リツトルの水素(モル比 H2/M P D A =
30)を160℃に加熱して反応器へ導入した。反応器の温度は395℃に維持
した。生成物は凝縮によって捕集した。凝縮器は水冷6フイートのもので、その
後に氷水に浸したコイル管がある。最初の30分間の反応の生成物をガスクロマ
トグラフィーによって分析したところ、100%の転化率であり、MePipの
正味の収率は17%であり、Betaの正味の収率は80%であった。これは、
従来の高価な貴金属酸化物触媒を用いた反応と比較しても非常に高い結果である
。次の30分間の反応の生成物は、100%の転化率であり、Betaの正味の
収率は43%であり、依然として高いものである。しかしながら、MePipの
正味の収率は51%に増加している。これは、触媒の不活性化状態を示すもので
、通常観察されるものであり、本反応のかかる温度において当該分野で報告され
ているものである。それぞれの反応で得られたMePipは、所望のBeta生
成物をさらに生成させるために、供給流として再使用される。
実施例2
実施例1と同様に反応を行った。Alfa Chemicalsより入手した亜
クロム酸銅(#11843.78%のCuOおよび20%のCr2O3を活性成
分として含有する)の600m1 (822g)を触媒として用いるために粉砕
して20メツシユのスクリーンを通過するようにした。原料には水は添加しなか
った。そして、1時間当たり402gのMPDAと1563リツトルの水素(モ
ル比 H2/M P D A = 18)を温度400℃にて流通させて、最初
の30分で98%の転化率、MePipの正味の収率10%およびBetaの有
効な正味の収率45%を得た。次の30分間で、92%の収率、MePipの正
味の収率6%およびBetaの正味の収率19%を得た。これは最初の30分間
よりずっと少ないものである。触媒は次に述べる通常の方法で再生した:有機物
と水素の流通を停止する。系を窒素にて5分間パージする。約400リツトル/
時間の空気で触媒を流動化させる。床の温度を上昇させて600℃にて30分間
保持する。温度を440℃にして、1時間当たり493gのM P D Aおよ
び1346リツトルの水素(モル比 1’l、/MP D A = 13)を流
通させて、最初の30分間で97%の転化率、MePipの正味の収率9%およ
びBetaの正味の収率40%を得た。次の30分間で92%の転化率、MeP
ipの正味の収率10%およびBetaの正味の収率26%を得た。
実施例3
実施例1と同様に反応を行った。シリカ−アルミナに担持したMoO3(10%
MoO3,78%ノリ力および12%アルミナを含有する)の75f)al (
535g)を触媒として用(1、水素の代わりに窒素を用いた。反応温度を54
5℃に上昇した。触媒は標準的な方法で調製した。600gのシリカ−アルミナ
を、78gのモリブデン酸を含有する41110mlの濃水酸化アンモニウム溶
液に浸漬させた。触媒を一晩乾燥させて、500℃にて焼成した。その後、1時
間当たり157gのMPDA、174gの水および209リツトルの窒素を流通
した。最初の30分間で100%の転化率、MePipの正味の収率0.3%お
よびBetaの正味の収率97%を得た。次の30分間で100%の転化率、M
ePipの正味の収率0,4%およびBetaの正味の収率95%を得た。これ
らの結果よりBetaが極めて高い収率で選択的に生成し、従来方法に比して非
常に優れた方法であることが分かる。
実施例4
実施例3と同様に反応を行った。シリカ−アルミナに担持した同様の1io03
触媒の525m1 (358g)を用いて、反応温度553℃にて反応を行った
。1時間当たり216gのMPDA、216gの水および210リツトルの窒素
(モル比 N2/MPDA=5)を連続的に流通させた。1時間目のMePip
の正味の収率は0.1%であり、Betaの正味の収率は73%であった。2時
間目のMePipの正味の収率は0.5%であり、Betaの正味の収率は99
%であった。3時間目のMePipの正味の収率は0.7%であり、Betaの
正味の収率は86%であった。4時間目のMePipの正味の収率は1.4%で
あり、Betaの正味の収率は81%であった。5時間目のMePjpの正味の
収率は1.6%であり、Betaの正味の収率は81%であった。
転化率はその間を通じて100%であった。触媒を再生することなく、選択的に
、かつ高い収率でBetaが生成した。そして、本反応において通常観察される
触媒の不活性化は観察されなかった。かかる優れた結果は、温度を400℃とし
窒素の代わりに水素を用いて、その他の成分を同様とした場合の結果と対照的な
ものであった。この場合の反応初期のBetaの正味の収率は34%であり、そ
の後、最初の1時間の終わりの時点では25%まで減少した。正味の収率が減少
に向かい、かつ触媒を再生しなければ満足すべき収率が得られないことが明らか
であるため、さらに長時間の反応は行わなかった。
実施例5−24(表を参照)
これらの実施例の反応は実施例1に既述した装置および手順に従って行われた。
触媒成分は市販品を購入したものである。標準的な浸漬法を用いた触媒の担持方
法は実施例3に述べた通りである。供給流中の有機相は、それぞれの実施例にお
いて、表に示した場合を除いてMPDA (cluPontのDYTEK−A)
単独である。それぞれの実施例は、次に掲げる場合を除き、表に示された触媒を
用いて最初の30分間の結果である。実施例8は供給流としてMPDA−MeP
i pの混合物を用い、温度406℃にて反応を行った場合の最初の30分間
の結果である。実施例19は同様の成分を用いて温度552℃にて反応を行った
場合の次の30分間の結果であり、触媒の再生をせずとも依然としてBetaが
高収率で選択的に生成することを示している。実施例23(a)−23(g)は
温度約550℃にて同一の触媒を用いて連続反応を行った場合の結果であり、(
a)−(b)は30分間の反応であり、(c) −(g)は60分間の反応であ
る。これらの反応の結果より、Betaが有効かつ比較的一定して生成すること
が、かかる温度において触媒の再生を行わずとも長期間持続することが明らかと
なった。
実施例25
本実施例においては、固定層反応器を用いた。反応器は内径1インチ×3フィー
トであり、316ステンレス鋼管よりなる。ガス炉で覆われる代わりにナトリウ
ムを充填したジャケットで覆った。実施例1で用いたものと同様のHarsha
w亜クロム酸銅:Cu−1107Tを触媒として用い、反応器に250m1 (
401g)を充填した。触媒の形状は0.125インチX O,125インチ円
筒状ペレットである。1時間当たり24gのMPDAと26gの水を単ストロー
クピストンポンプから供給して、気化した後に0.5インチ×1フィートのステ
ンレス鋼管にて電気的に240℃に加熱して、反応器に送った。反応器の温度は
552℃に保持した。生成物は、氷水に浸したコイル状の管中て凝縮させて捕集
した。1時間反応を行った後の生成物の分析を実施例1と同様に行った。分析の
結果、94%の転化率が得られ、MePipは生成せずにBetaの正味の収率
は97%であった。
実施例26
木実絶倒は、実施例3と同様に行った。通常の方法によって調製した平衡クラッ
キング触媒(6%Mob3含有)に担持したMoO3を760m1 (700g
)用いた。原料有機物はMGNの水素化物であり、42%のMePip、51%
のMPDAおよび7%の有機物副生成物からなっていた。1時間当たり、220
gのMGNの水素化生成物、230gの水および209リツトルの窒素を供給し
て、反応温度を550℃とした。その結果、最初の30分での原料の転化率は9
9%であり、Betaの正味の収率は76%であった。次の30分の原料の転化
率は100%であり、Betaの正味の収率は83であった。回収生成物中に、
僅かに微量のMePipが認められた。
補正書の翻訳文提出書
(特許法第184条の8)
平成 3年 1月/7日
特許庁長官 植 松 敏 殿 1圃1
、特許出願の表示
PCT/US89102971
、発明の名称
3−メチルビリジンの選択的製造方法
3、特許出願人
住 所 アメリカ合衆国インディアナ用46204゜インディアナポリス、マ
ーケット・スフウェア・センター名 称 レイリー・インダストリーズ・イン
コーホレーテッド4、代理人
住 所 東京都千代田区大手町二丁目2番1号新大手町ビル 206区
5、補正書の提出日
例えば、反応は、好ましい温度である約400−600℃の範囲でなされてきた
。
かかる温度範囲において、転化率が最大となり、所望の3−メチルビリジンが得
られる。温度範囲500−600℃がさらに好ましく、現在のところ転化率が最
大であって、かつ以下の述べる他の有利な点もある温度約550℃が最も好まし
い。この点に関し、与えられた条件の下で、それぞれの反応毎に温度を含めたR
適条件を見いだす必要がある。
出願人の用いる反応は固定層または流動床操作に適していることがわかった一当
該分野における固定層反応器は実際に、モし、て文献においてもよく知られてい
る。流動床反応器についても、変数が多いものの同様のことがいえる。例えば気
化した反応物の供給速度は、触媒床が十分に流動化するような大きさにする。通
常、空塔速度は約0.25ft/see (0,08z/5ee)から3.0f
t/see (0,9m/ 5ee)である。
条件によっては、さらに高い又はさらに低い速度を選んでもよい。反応生成物は
凝縮して捕興さね、それぞれの生成物毎に分離されて蒸留によって回収される。
以下で述べるように、反応によってピペリジンおよびピリジン誘導体の混合物が
生成し5た場合には、残ったピペリジンは更に触媒脱水素化するために温合物へ
戻す。他方ピリジンは分離されて、ピペリジン成分のみが反応器に戻され再使用
される。どんな場合でも、出願人が用いる方法とその他の方法とでは、流動床ま
たは固定層反応器の構成および操作に差異はない。
本発明は以下に詳細に説明されるが、同様のことが考慮されており、かつ本発明
の特徴を限定するものではない。好ましい具体例のみが記述されているのであり
、本発明の特徴の範囲内で本発明を置換、変ヂすることは保護されることが望ま
しい。
この点に関し、て、幾つかの具体的な実施例および表が以下に示されており、か
かる実施例および表は、上述した好ましい触媒および反応を用いて出願べが行っ
たものである。そして、かかる実施例および表において、MPDAは2−・メチ
ル−1,5−ベソタンジアミンを意味し、MePipは3−メチルピペリジンを
意味し、Bataは3−メチルビ11ン〉を意味する。「転化畢」は、反応した
有機化合物のモル数を反応器に供給した有機化合物のモル数で割ったものをパー
セントで表示したものである。r総収工」は得られた特定の生成物のモル数を反
応路に供給し、た有機化合物のモル数で割ったものをパーセントで表示したもの
である。「正味の収率」は得られた生成物のモル数を反応した有機化合物のモル
数で割ったものをパーセントで表示したものである。反応の「接触時間」は、特
に言及しない限り約4−10秒である。そして、漫小空塔速度(Sup、Vel
、)は触媒床を流動化した状態で測定した。
実施例28を除くすべての場合において流動床反応器を用いた。反応器は内11
゜6インチ(4,1cm) x5フィート(1,5111)であり、316ステ
ン17ス管よりなる。下部3フイート(0,9m)はガス炉で覆われており、フ
くルターを備えた内径5インチ(13c[Ii)の分離ベルが頂部に設けられて
いるう触媒は一般に75hl充填される。触媒の粒径は流動化に都合のよい大き
さであって、一般に約2020−85hまたはミクロン)の範囲である。これに
関する要点は、粒子床を流動化させる二とができる二とであり、二の目的のため
に、用いられる反応装置によって好まし7い粒径は異なる。使用する原料気化器
は電気加熱方式てあり、0.75インチ(1,9cm) ×26−、“ンチ(6
6cm)のステンレス鋼管である。気化した原料は、穿孔された管状スプレーを
用いて床へ導入される。気体は0,25インチ(0,64:m) X20インチ
(51c+e)ステンレス鋼管に通tことによって電気的に前加軌さjする。前
加熱された気体は分配板を用いて床へ導入される。
1時間当たり80gのMPDAと95gの水を、計量ブローポットから625m
1 (1107g)の触媒が充填しである流動床反応器へ供給した。触媒はHa
rshavの亜クロム酸銅触媒(:Cu−1107T、 33%CuO137%
Cr2O3,7%BaOを活性成分として含有する)である。MPDAは、E、
1. duPont de Nemours & CompanyがDYTE
K−^の商標名で販売しているものを使用した。特に言及しない限り以下のすべ
ての実施例においてかかるMPDAを使用した。触媒は、錠剤の形状をしている
ものを粉砕して20メツシユ(850μm)のスクリーンを通過するようにした
。原料は気化させて360℃に加熱した。同時に1時間当たり500リツトルの
水素(モル比 H,/M P D A = 30)を160℃に加熱して反応器
へ導入した。反応器の温度は395℃に維持した。生成物は凝縮によって捕集し
た。凝縮器は水冷6フイート(1,8cm)のもので、その後に氷水に浸したコ
イル管がある。最初の30分間の反応の生成物をガスクロマトグラフィーによっ
て分析したところ、100%の転化率であり、MePipの正味の収率は17%
であり、Betaの正味の収率は80%であった。これは、従来の高価な貴金属
酸化物触媒を用いた反応と比較しても非常に高い結果である。次の30分間の反
応の生成物は、100%の転化率であり、Betaの正味の収率は43%であり
、依然として高いものである。しかしながら、MePipの正味の収率は51%
に増加している。これは、触媒の不活性化状態を示すもので、通常観察されるも
のであり、本反応のかかる温度において当該分野で報告されているものである。
それぞれの反応で得られたMe P i pは、所望のBeta生成物をさらに
生成させるために、供給流として再使用される。
実施例2
実施例1と同様に反応を行った。Alfa Chemicalsより入手した亜
クロム酸銅(#11843.78%のCuOおよび20%のCr2O3を活性成
分として含有する)の600m1 (822g)を触媒として用いるために粉砕
して20メツシユ(85%m)のスクリーンを通過するようにした。原料には水
は添加しなかった。そして、1時間当たり402gのMPDAと1563リツト
ルの水素(モル比 H2/M P D A = 18)を温度400℃にて流通
させて、最初の30分で98%の転化率、MePipの正味の収率10%および
Betaの有効な正味の収率45%を得た。次の30分間で、92%の収率、M
ePipの正味の収率6%およびBetaの正味の収率19%を得た。これは最
初の30分間よりずっと少ないものである。触媒は次に述べる通常の方法で再生
した 有機物と水素の流通を停止する。系を窒素にて5分間パージする。約40
0リツトル/時間の空気で触媒を流動化させる。床の温度を上昇させて600℃
にて30分間保持する。温度を440℃にして、1時間当たり493gのMPD
Aおよび1346リソトルの水素(モル比 H2/M P D A = 13)
を流通させて、最初の30分間で97%の転化率、MePipの正味の収率9%
およびBetaの正味の収率40%を得た。次の30分間で92%の転化率、M
ePipの正味の収率10%およびBetaの正味の収率26%を得た。
実施例25
本実施例においては、固定層反応器を用いた。反応器は内径1インチ(2,5c
m)×3フィート(91cm)であり、316ステンレス鋼管よりなる。ガス炉
で覆われる代わりにナトリウムを充填したジャケットで覆った。実施例1で用い
たものと同様のHarshaw亜クロム酸銅#りu−1107Tを触媒として用
い、反応器に250m1 (401g)を充填した。触媒の形状は0.125イ
ンチ(0,32cm) Xo、125インチ(0,32cm)円筒状ベレットで
ある。】時間当たり24gのMPDAと26gの水を単ストロークピストンポン
プから供給して、気化した後に0.5インチ(1,3cm) x1フィート(3
01)のステンレス鋼管にて電気的に240℃に加熱して、反応器に送った。反
応器の温度は552℃に保持した。生成物は、氷水に浸したコイル状の管中で凝
縮させて補集した。1時間反応を行った後の生成物の分析を実施例1と同様に行
った。分析の結果、94%の転化率が得られ、MePipは生成せずにBeta
の正味の収率は97%であった。
実施例26
本実施例は、実施例3と同様に行った。通常の方法によって調製した平衡クラブ
キング触媒(6%MoO3含有)に担持したMoO3を76hl (700g)
用いた。原料有機物はMGNの水素化物であり、42%のMePip、51%の
MPDAおよび7%の有機物副生成物からなっていた。1時間当たり、220g
のMGNの水素化生成物、230gの水および209リツトルの窒素を供給して
、反応温度を550℃とした。その結果、最初の30分での原料の転化率は99
%であり、Betaの正味の収率は76%であった。次の30分の原料の転化率
は100%であり、Betaの正味の収率は83であった。回収生成物中に、僅
かに微量のMePipが認められた。
国際調査報告
国際調査報告
LIS 8902971
SA 30251