JPH10120656A - 気相アンモ酸化反応による複素環ニトリルの製造法 - Google Patents

気相アンモ酸化反応による複素環ニトリルの製造法

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JPH10120656A
JPH10120656A JP8299262A JP29926296A JPH10120656A JP H10120656 A JPH10120656 A JP H10120656A JP 8299262 A JP8299262 A JP 8299262A JP 29926296 A JP29926296 A JP 29926296A JP H10120656 A JPH10120656 A JP H10120656A
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gas
reaction
heterocyclic
heterocyclic compound
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JP8299262A
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Tomu Sasaki
富 佐々木
Hiroshi Uchiumi
洋 内海
Akimitsu Morii
昭光 森井
Kazuo Morishita
和男 森下
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Nitto Chemical Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複素環化合物の気相接触アンモ酸化による複
素環ニトリルを製造するに際し、アンモニアや酸素の使
用量を大きくしたり、水蒸気を導入したりすることなく
反応を効率よく行い、目的生成物を高収率、高選択率
で、しかも経時的に安定して製造することができる方法
の提供。 【解決手段】 複素環化合物を気相接触流動層反応によ
ってアンモ酸化させ複素環ニトリルを製造するに際し、
この反応を、触媒としてバナジウムおよび/またはモリ
ブデンを含有する金属酸化物触媒を用い、流動層反応器
底部入口に酸素含有ガスを、この酸素含有ガスの入口よ
り上部に複素環化合物とアンモニアをそれぞれ供給し、
かつ反応帯域における複素環化合物の供給口より上部で
流動化している触媒(Wb)と酸素含有ガスの供給口よ
り上部で流動化している触媒(Wa)の割合が、重量比
でWb/Wa=0.01〜0.95の範囲である流動層
を形成せしめ、行うことを特徴とする気相アンモ酸化反
応による複素環ニトリルの製造法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複素環ニトリルの
製造法に関する。詳しくは、複素環化合物を気相接触流
動層反応によってアンモ酸化させ複素環ニトリルを製造
する方法に関する。
【0002】
【従来技術】気相アンモ酸化による複素環ニトリルの製
造法については種々の提案がある。例えば、特公昭40
−7511号、特公昭45−13572号、特公昭49
−34673号、特開昭47−4556号、特開昭50
−41871号、特開昭51−80864号、特開昭5
5−17360号、特開昭56−13444号、特開昭
57−156038号、特開昭63−208575号、
特開平1−275564号などの各公報にはアルキル置
換ピリジンからシアノピリジン類の製造法が、特開昭4
9−30382号、特開昭55−145672号、特開
昭57−156039号、特開平7−81448号など
の各公報にはメチルピラジンからシアノピラジンの製造
法が、特開昭52−11566号公報にはメチルチアゾ
−ルからシアノチアゾ−ルの製造法が、特開昭62−9
9360号公報にはメチルピリジンおよびメチルピペリ
ジンからシアノピリジンの製造法が、特開昭63−10
753号、特開昭63−72675号、特開昭63−1
52360号、特開昭64−31730号、特開昭64
−31731号、特開昭64−31769号、特開昭6
4−63563号、特開平4−126548号、特開平
5−170724号などの各公報にはアルキル置換複素
環化合物から対応するニトリルの製造法が、特開昭63
−190646号公報にはアルキル置換複素環化合物、
アルキル置換脂環式化合物から対応するニトリルの製造
法がそれぞれ開示されている。
【0003】これらの方法は、複素環ニトリルの収率が
高いなどの利点を有するものであるが、商業的実施を行
う場合、特に複素環ニトリルを大規模に生産する場合に
は解決すべき点を多々含んでいた。すなわち、複素環化
合物の気相接触アンモ酸化による複素環ニトリル合成反
応では多量の反応熱の発生を伴うので、複素環ニトリル
を大規模に生産しようとすると局部的過熱による燃焼反
応の進行、反応温度制御の困難から生じる副生成物の増
大により、目的生成物である複素環ニトリルの収率が低
下する問題があった。また原料複素環化合物に由来する
有機質炭素の触媒への沈着や触媒の還元劣化などにより
複素環ニトリルの収率が経時的に低下する問題もあっ
た。
【0004】このような現象は供給ガス中の原料複素環
化合物の濃度が高いほど顕著である。そのため、通常、
工業的に気相アンモ酸化反応で複素環ニトリルを生産し
ようとする場合には複素環化合物濃度を低める必要があ
った。さらに上記の欠点を解消するためにアンモニアや
酸素の使用量を大きくしたり、水蒸気を大量に加えた
り、また、原料ガス組成を爆発組成範囲から外すために
不活性ガスの導入を考慮しなければならないこともあっ
た。
【0005】このような問題点を解消するために、特開
昭50−41871号公報、特開平1−275564号
公報および特開平5−170724号公報では、アンモ
酸化反応を流動層で実施することを推奨している。しか
し、後述の比較例で示すように単に流動層でアンモ酸化
反応を実施しても触媒活性の経時変化による目的生成物
収率の低下が大きいなど、改善すべき問題点があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記のよう
な従来技術の問題点を解決するためになされたものであ
って、複素環化合物を気相接触流動層反応によってアン
モ酸化させ複素環ニトリルを製造するに際して、アンモ
ニアや酸素の使用量を大きくしたり、水蒸気を導入した
りすることなしに反応を効果的に行い、目的生成物であ
る複素環ニトリルが高収率、高選択率で、しかも経時的
に安定して得られる経済的に有利な製造方法を提供する
ことを目的としてなされたものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的を達成するために鋭意検討した結果、反応原料の供給
方法を工夫することによって触媒への炭素質物質の蓄積
抑制、触媒の還元劣化抑制などをはかることができ、目
的生成物である複素環ニトリルが効率よく得られるとい
うことを見出し、本発明に到達した。
【0008】すなわち、本発明は、複素環化合物を気相
接触流動層反応によってアンモ酸化させ複素環ニトリル
を製造するに際し、この反応を、触媒としてバナジウム
および/またはモリブデンを含有する金属酸化物触媒を
用い、流動層反応器底部入口に酸素含有ガスを、この酸
素含有ガスの入口より上部に複素環化合物とアンモニア
をそれぞれ供給し、かつ反応帯域における複素環化合物
の供給口より上部で流動化している触媒(Wb)と酸素
含有ガスの供給口より上部で流動化している触媒(W
a)の割合が、重量比でWb/Wa=0.01〜0.9
5の範囲である流動層を形成せしめ、行うことを特徴と
する気相アンモ酸化反応による複素環ニトリルの製造法
に関する。
【0009】
【発明の実施の形態】以下,本発明を具体的に説明す
る。本発明が対象としている気相接触流動層反応は、複
素環化合物と酸素含有ガスとアンモニアの反応、所謂複
素環化合物のアンモ酸化反応である。本発明で用いられ
る原料複素環化合物は、フラン、ピロ−ル、インド−
ル、チオフェン、ピラゾ−ル、イミダゾ−ル、チアゾ−
ル、オキサゾ−ル、ピラン、ピリジン、キノリン、イソ
キノリン、ピリミジン、ピリダジン、ピラジン、オキソ
ラン、ピロリン、ピロリジン、チオラン、イミダゾリ
ン、イミダゾリジン、オキサン、ピペリジンおよびピペ
ラジンから選ばれる複素環を含有し、その側鎖にメチル
基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ホルミル
基、アセチル基、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチ
ル基、ヒドロキシイソプロピル基、メトキシカルボニル
基、エトキシカルボニル基、プロポキシカルボニル基お
よびイソプロポキシカルボニル基から選ばれた少なくと
も一種を含有する複素環化合物である。また、複素環化
合物はハロゲン基、ヒドロキシル基、アルコキシル基、
アミノ基、ニトロ基、シアノ基、フェニル基等の置換基
を含有してもよい。
【0010】好ましい複素環化合物としては、フルフラ
−ル、2−メチルチオフェン、3−メチルチオフェン、
2−ホルミルチオフェン、4−メチルチアゾ−ル、2−
メチルピリジン、3−メチルピリジン、4−メチルピリ
ジン、2,3−ジメチルピリジン、2,4−ジメチルピ
リジン、2,5−ジメチルピリジン、2,6−ジメチル
ピリジン、3,4−ジメチルピリジン、3,5−ジメチ
ルピリジン、2−メチル−5−エチルピリジン、2,
4,6−トリメチルピリジン、2−メチルキノリン、3
−メチルキノリン、4−メチルキノリン、2−メチルピ
ラジン、2,5−ジメチルピラジン、2−メチルピペリ
ジン、3−メチルピペリジン、4−メチルピペリジン、
2−メチルピペラジン等である。これらの複素環化合物
は単独あるいは混合物で使用できる。
【0011】アンモニアは工業用のものを用いることが
できる。酸素含有ガスとしては、通常、空気が好んで用
いられるが、これを酸素で冨化して用いてもよい。ま
た、窒素、水蒸気、炭酸ガスなど適当な希釈剤を併用し
てもよい。
【0012】本発明における流動層反応による複素環化
合物のアンモ酸化は、いかなる形式の流動層反応器を用
いてもよいが、反応器はその頂部にサイクロンを内蔵
し、ディプレック下端が酸素含有ガスの供給口と複素環
化合物の供給口の中間に位置することが望ましい。好ま
しい一つの実施態様としては、たとえば、図1に示され
るものがある。なお、この図1に具体的に記載されてい
る範囲内のみに本発明が限定されるものではない。流動
層反応器1には触媒が充填されている。酸素含有ガスは
供給路2を経由してガス導入口Aから、複素環化合物お
よび必要によりアンモニアは供給路3を経由してガス導
入口Aより上部にあるガス導入口Bから、それぞれ流動
層反応器1に供給される。ガス流に同伴された触媒粒子
は、反応器の頂部のサイクロンでガス流から分離され、
触媒層下部へ戻る。触媒粒子を分離した反応ガスは流動
層反応器1から排出される。
【0013】アンモニアは複素環化合物とは別に供給す
ることができる。特に、複素環化合物がホルミル基を含
有する場合には、複素環化合物とアンモニアとは別々の
ガス導入口から流動層反応器内に供給することが望まし
い。アンモニアの導入口は必ずしも複素環化合物の導入
口と同一平面上にある必要はなく、その上部または下部
に位置しても差し支えない。また、アンモニアはその一
部を酸素含有ガスと混合して供給しても良いし、複素環
化合物等には酸素含有ガスの一部を混合して流動層反応
器1へ供給することもできる。
【0014】前記流動層反応器1において、酸素含有ガ
スの導入口から反応器の頂部に設置されているサイクロ
ンの入口までが主たる反応帯域である。複素環化合物の
供給口より上部で流動化している触媒(Wb)と酸素含
有ガスの供給口より上部で流動化している触媒(Wa)
の割合が、特定範囲にあるとき複素環ニトリルが効率よ
く製造できる。すなわち、重量比でWb/Wa=0.0
1〜0.95、好ましくは0.05〜0.9の範囲の値
であるとき、複素環化合物の濃度が広い範囲でアンモ酸
化反応が可能となり、またアンモニアモル比を過大にし
たり、水蒸気などを導入することなしに複素環ニトリル
が高収率、高選択率で、しかも経時安定的に得られる。
Wb/Waが0.95を越えると、目的生成物である複
素環ニトリルの収率、選択率は低くなる傾向にあり、ま
た反応速度、選択率の経時変化が大きくなる。Wb/W
aが0.01未満では反応装置が過大となり実用的でな
くなる。
【0015】触媒の重量WbおよびWaは次式の定義に
よる。 Wb=(Pb−Po)×A Wa=(Pa−Po)×A ただし、Paは前記導入口A、Pbは前記ガス導入口B
付近の流動層内の静圧、Poは反応ガスが流動層外へ排
出する直前の流動層内の静圧、Aは流動層断面積を示
す。
【0016】本発明で用いられる触媒は、バナジウム
(以下、Vと記述する)および/またはモリブデン(以
下、Moと記述する)を含有する金属酸化物触媒であ
る。好ましくはVおよび/またはMoを含有し、かつL
i、Na 、K、Cs 、Mg 、Ca、La 、Ce 、Ti、
Zr 、Nb 、Ta 、Cr 、W、Mn 、Re 、Fe 、C
o、Ni、Cu 、Ag 、Zn 、B、Al 、Si、Ge 、
Sn 、Pb 、P、Sb 、BiおよびTeからなる群より
選ばれた少なくとも一種の元素を含有してなる金属酸化
物触媒である。より好ましくは下記の実験式で表わされ
る組成を有する金属酸化物触媒である。 Fea Sbb Xc Qd Re Of (SiO2 )g (ただし、XはVおよび/またはMoを示し、QはL
i、Na 、K、Cs 、Mg 、Ca 、La 、Ce 、Ti、
Zr 、Nb 、Ta 、Cr 、W、Mn 、Re 、Co、N
i、Cu 、Ag 、Zn 、Al 、Ge 、Sn およびPb か
らなる群より選ばれた少なくとも一種の元素を示し、R
はP、B、BiおよびTeからなる群から選ばれた少な
くとも一種の元素を示し、添字a,b,c,d,e,f
およびgは原子比を示し、a=5〜15、b=5〜10
0(好ましくは10〜60)、c=0.01〜12(好
ましくは0.1〜10)、d=0〜15、e=0〜1
0、f=上記各成分が結合して生成する酸化物に対応す
る数およびg=10〜200の範囲である。)
【0017】流動層触媒の製造法としては、この種の技
術分野で知られている任意の方法が用いられる。例え
ば、各成分原料より調製したスラリ−を適当な手段で噴
霧乾燥して微粒状に成型し、それを焼成することによっ
て製造することができる。殊に、上記のFe、Sb、V
および/またはMoを必須成分として含む流動層触媒の
製法としては、結晶性鉄アンチモネ−トとバナジウムお
よび/またはモリブデンを含む水性スラリ−を調製し、
ついでこのスラリ−を噴霧乾燥した後、焼成する方法を
用いるのがよい(特開平4−126548号公報参
照)。触媒の粒径は、約10〜500μmの範囲、平均
粒径は約30〜200μm、好ましくは40〜100μ
mの範囲である。触媒のかさ密度は、0.5〜2g/c
m3 、好ましくは0.7〜1.5g/cm3 の範囲であ
る。
【0018】流動層反応器に供給する原料ガス中の複素
環化合物の濃度は0.3〜15vol%、好ましくは
0.5〜10vol%の範囲である。アンモニア/複素
環化合物のモル比は0.7〜15、好ましくは1.0〜
10の範囲、酸素/複素環化合物のモル比は2〜40、
好ましくは2.5〜30の範囲である。
【0019】反応温度は200〜500℃、好ましくは
250〜460℃の範囲である。反応圧力は常圧、加
圧、減圧いずれでもよいが、常圧付近から2kg/cm
3 Gの範囲が適当である。接触時間は反応温度および反
応圧力におけるガス容積を基準として0.01〜20
秒、好ましくは0.05〜10秒の範囲、特に好ましく
は0.1〜6秒の範囲である。接触時間は次式で求めら
れる。 接触時間:θ=Wb/D・Q ただし、Dは触媒の粗かさ密度、Qは単位時間当りの原
料ガス供給量(容積)である。
【0020】
【実施例】以下、実施例によって本発明の実施態様およ
び効果を具体的に説明するが本発明はこの実施例のみに
限定されるものではない。
【0021】反応に供した触媒とその調製法は次のとお
りである。 〔触媒A〕実験式がFe10Sb17V3 Cr4 P0.7 Mo
0.5 K0.5 O66.0(SiO2 )40である流動層触媒を次
のようにして調製した。 (I) 三酸化アンチモン粉末1.75kgをとる。 (II)硝酸(比重1.38)3.1リットルと純水3.
8リットルとを混合して加温し、この中に電解鉄粉39
4gを少しずつ加えて溶解させる。 (III)シリカゾル(SiO2 :20wt%)8.50k
gをとる。 (II)に (III)、 (I) の順に、よく攪拌しながら加
え、15%アンモニア水によりpH2に調整する。この
スラリ−を攪拌しながら100℃、3時間加熱処理し
た。 (IV) リン酸(含量85%)56.8gをとる。 (V) 硝酸クロム1.13kgを純水3.5リットルに
溶解する。 (VI) メタバナジン酸アンモニウム248gを純水1.
7リットルに加え、加熱し、蓚酸517gを少しずつ加
え溶解させる。 (VII)パラモリブデン酸アンモニウム62.0gを純水
400mlに溶解する。 (VIII) 硝酸カリウム35.3gを純水100mlに溶
解する。 上に調製したスラリ−に (IV) 、 (V) 、(VI) 、 (VI
I)、 (VIII) を加え、よく攪拌する。このようなスラリ
−を回転円盤式の噴霧乾燥装置を用いて噴霧乾燥した。
得られた微細な球状粒子を200℃で2時間、400℃
で3時間焼成した。最終焼成は810℃、4時間で行っ
た。
【0022】〔触媒B〕実験式がFe10Sb20V7 Cr
0.5 P1.2 CS 0.2 O76.35 (SiO2 )60である流動
層触媒を触媒Aと同様にして調製した。ただし、触媒の
最終焼成は810℃、4時間で行った。
【0023】〔触媒C〕実験式がFe10Sb23V4 Cr
3.5 Cu0.5 Zn1 O77.75 (SiO2 )50である流動
層触媒を触媒Aと同様にして調製した。ただし、触媒の
最終焼成は790℃、4時間で行った。
【0024】〔触媒D〕実験式がMo15Fe8 Co1 P
0.5 O59.25 (SiO2 )30である流動層触媒を次のよ
うにして調製した。純水7.78リットルに硝酸鉄3.
86kgを溶解した後、シリカゾル(SiO2 :20.
4%)10.5kgを添加する。これに、硝酸コバルト
350gを純水1kgに溶解した溶液、ついで68gの
リン酸(含量85.3%)、最後にパラモリブデン酸ア
ンモニウム3.14kgを純水18.7リットルに溶解
した溶液を加える。これを100℃、2時間加熱処理し
た。このようにして得られたスラリーを回転円盤式の噴
霧乾燥装置を用いて噴霧乾燥した。得られた微細な球状
粒子を400℃で2時間焼成した。最終焼成は550
℃、3時間で行った。
【0025】〔触媒E〕実験式がV10P10Ni0.5 O
50.5(SiO2 )40である流動層触媒を次のようにして
調製した。純水6リットルにシュウ酸1.8kgを溶解
し、さらに五酸化バナジウム1.01kgを加えて溶解
させる。完全に溶解したら硝酸ニッケル161.6gを
純水300gに溶解した溶液、ついで85.3%リン酸
1.28kgを加える。この溶液を100℃で3時間加
熱処理した。加熱処理後、シリカゾル(SiO2 :2
0.4%)13.1kgを加え、よく攪拌する。このよ
うにして得られたスラリーを回転円盤式の噴霧乾燥装置
を用いて噴霧乾燥した。得られた微細な球状粒子を25
0℃で4時間焼成した。最終焼成は750℃、2時間で
行った。
【0026】活性試験方法は次のとおりである。図1に
示すような触媒流動部の内径が5cmの流動層反応器に触
媒を充填し、複素環化合物、アンモニアおよび空気を供
給した。反応圧力は常圧である。
【0027】転化率および収率は以下の定義による。
【0028】実施例および比較例 反応器へ下記の表1に示す条件にて原料ガスを供給し
た。その結果を表2に示す。
【表1】
【0029】
【表2】
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、複素環化合物を気相接
触流動層反応によってアンモ酸化させ複素環ニトリルを
製造するに際して、アンモニアや酸素の使用量を大きく
したり、水蒸気を導入することなしに反応を効率よく行
うことができ、目的生成物である複素環ニトリルを高収
率、高選択率で、しかも経時的に安定して得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法を実施するための反応器概略図。
【符号の説明】
1 流動層反応器 2 酸素含有ガス供給路 3 複素環化合物含有ガス供給路 4 反応帯域 5 反応ガス排出路 A 酸素含有ガス導入口 B 複素環化合物含有ガス導入口
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C07D 241/24 C07D 241/24 333/38 333/38 // C07B 61/00 300 C07B 61/00 300 (72)発明者 森下 和男 神奈川県横浜市鶴見区大黒町10番1号 日 東化学工業株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複素環化合物を気相接触流動層反応によ
    ってアンモ酸化させ複素環ニトリルを製造するに際し、
    この反応を、触媒としてバナジウムおよび/またはモリ
    ブデンを含有する金属酸化物触媒を用い、流動層反応器
    底部入口に酸素含有ガスを、この酸素含有ガスの入口よ
    り上部に複素環化合物とアンモニアをそれぞれ供給し、
    かつ反応帯域における複素環化合物の供給口より上部で
    流動化している触媒(Wb)と酸素含有ガスの供給口よ
    り上部で流動化している触媒(Wa)の割合が、重量比
    でWb/Wa=0.01〜0.95の範囲である流動層
    を形成せしめ、行うことを特徴とする気相アンモ酸化反
    応による複素環ニトリルの製造法。
  2. 【請求項2】 触媒が、(1)Vおよび/またはMoと
    (2)Li、Na、K、Cs、Mg、Ca、La、C
    e、Ti、Zr、Nb、Ta、Cr、W、Mn、Re、
    Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Zn、B、Al、S
    i、Ge、Sn、Pb、P、Sb、BiおよびTeより
    なる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含有する金
    属酸化物触媒である請求項1記載の気相アンモ酸化反応
    による複素環ニトリルの製造法。
  3. 【請求項3】 酸素含有ガスの入口より上部に、複素環
    化合物とアンモニアの混合物を供給する請求項1記載の
    気相アンモ酸化反応による複素環ニトリルの製造法。
JP8299262A 1996-10-24 1996-10-24 気相アンモ酸化反応による複素環ニトリルの製造法 Pending JPH10120656A (ja)

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