DE2119750C3 - Production of deuterated methanol - Google Patents

Production of deuterated methanol

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DE2119750C3
DE2119750C3 DE19712119750 DE2119750A DE2119750C3 DE 2119750 C3 DE2119750 C3 DE 2119750C3 DE 19712119750 DE19712119750 DE 19712119750 DE 2119750 A DE2119750 A DE 2119750A DE 2119750 C3 DE2119750 C3 DE 2119750C3
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Joseph George Montreal Atkinson
Michael Owen Luke
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Merck Frosst Canada and Co
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Charles E Frosst and Co
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07BGENERAL METHODS OF ORGANIC CHEMISTRY; APPARATUS THEREFOR
    • C07B59/00Introduction of isotopes of elements into organic compounds ; Labelled organic compounds per se
    • C07B59/001Acyclic or carbocyclic compounds

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

Temperatur vorgeheizt ist. Beim Hindurchtritt durch den erhitzten Katalysator reagieren die Gase unter Bildung von deuteriertem Methanol, das man in der vom Kühlmantel 8 außen gekühlten Produktvorlage 7 sammelt, die so angeordnet ist, daß ein Rezirkulieren von nicht umgesetzten Gasmischungen durch Konvektion durch den unteren Teil der Leitung 11 in d:f. Katalysatorkolonne erleichtert wird. Auf diese Weise wird die kontinuierlich die Katalysatorkolonne verlassende Mischung von D2, CO und Methanol-d4 vom letzteren durch die Produktvorlage abgestreift, und in die Katalysatorkolonne tritt kontinuierlich eine im wesentlichen reine Mischung von Ds und CO ein, um dort zum Teil zur Bildung von" Methanol-d4 zu reagieren. Nach Füllung wird die Produktvorlage 7 durch Schließen von Ventil V2, Entfernen des Kühlmantels 18, Erwärmen der Vorlage auf !Umgebungstemperatur und, bei geöffnetem Ventil K1, Evakuieren des deuterierten Methanols durch eine mit flüssigem Stickstoff gekühlte Glasvorlage 2 mittels einer herkömmlichen Laboratoriumspumpe 1 entleert.Temperature is preheated. When passing through the heated catalyst, the gases react with the formation of deuterated methanol, which is collected in the product reservoir 7, which is externally cooled by the cooling jacket 8 and which is arranged in such a way that unconverted gas mixtures can be recirculated by convection through the lower part of the line 11 in d : f. catalyst column is facilitated. In this way, the mixture of D 2 , CO and methanol-d 4 continuously leaving the catalyst column is stripped from the latter through the product reservoir, and an essentially pure mixture of D s and CO continuously enters the catalyst column in order to be partly used there Formation of "methanol-d 4" to react. After filling the product reservoir 7 by closing valve V 2 , removing the cooling jacket 18, heating the reservoir to ambient temperature and, with the valve K 1 open, evacuating the deuterated methanol through a liquid Nitrogen-cooled glass template 2 emptied by means of a conventional laboratory pump 1.

Das Verfahren gemäß der Erfindung stellt eine ausgeprägte Verbesserung gegenüber den bekannten Methoden dar, da es wenig Arbeitsaufwand und nur eine bescheidene Apparatur erfordert und bei Bedingungen durchführbar ist, die Methanol-d4 hoher Isotopreinheit (99 bis 99,4 Atomprozent D) liefern, wobei ferner die Ausnutzung des Deuteriumgases hoch ist und als einziger Verlust sich der durch eine Nebenproduktbildung bedingte ergibt.The method according to the invention represents a marked improvement over the known methods, since it requires little labor and only modest apparatus and can be carried out under conditions which provide methanol-d 4 of high isotopic purity (99 to 99.4 atomic percent D), where Furthermore, the utilization of the deuterium gas is high and the only loss is that caused by by-product formation.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung des Verfahrens gemäß der Erfindung. Naturgemäß können im Rahmen der Erfindung auch Modifizierungen innerhalb der oben beschriebenen Druck- und Temperaturbereiche wie auch andere Modifikationen, wie in bezug auf den speziellen Katalysator und den Versuchsumfang, erfolgen.The following examples serve to further illustrate the process according to the invention. Naturally, within the scope of the invention, modifications within those described above can also be made Pressure and temperature ranges as well as other modifications as with respect to the specific catalyst and the scope of the experiment.

Beispiel 1example 1

Arbeiten bei 9,6 at Anfangsdruck und 275° CWorking at 9.6 at initial pressure and 275 ° C

Bei einer Methanolvorrichtung der in der Zeich-In the case of a methanol device of the type shown in the drawing

nung erläuterten und oben beschriebenen Art undtion explained and described above

bei geschlossenen Ventilen V2 und V3 und geöff-with closed valves V 2 and V 3 and open

netem Ventil V1 wurde der Gasvorratsbehälter 9 mit ,,,,. beschickt, und Kohlenmonoxid Deutenum auf 6^3 at besch . ^Netem valve V 1 , the gas reservoir 9 was labeled ,,,,. charged, and carbon monoxide Deutum to 6 ^ 3 at dam . ^

Wü"ide H^ Heizelf ment 6, welches die Zinkoxid schlossen, das HeizeienT«?· 3§/ Chromoxid) W ü "i de H ^ Heizelf ment 6 which included the zinc oxide HeizeienT"? · 3§ / chromium oxide)

i5 evakuiert, wobei ^o g ^' γ o „ .i 5 evacuated, where ^ og ^ 'γ o ".

Beispiel 2Example 2

Arbeiten bei 14 at und 250° C ,o Es wurde die Arbeitsweise von Beispiel 1 mit au Working at 14 at and 250 ° C, o The procedure of Example 1 was followed with au

Deuteriumgas auf einen Gesamtdruck von 14 at e»n-35 iZVJi V. und Auspumpen "«^"^g 'Deuterium gas to a total pressure of 14 at e »n- 35 iZVJi V. and pumping out"«^" ^ g '

^Ä,S"i88v-äur»i^,.ds 5,9 at. ^ Ä, S "i 88 v-äur» i ^,. D s 5.9 at.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zur Herstellung von Methanol-d4, dadurch gekennzeichnet, daß1. A process for the preparation of methanol-d 4 , characterized in that 1 Teil Kohlenmonoxid und 2 Teile Deuteriumgas in Gegenwart eines Methanolkatalysators und bei einem Druck im Bereich von etwa 7 bis 28 at bei einer Temperatur im Bereich von etwa 200 bis 400° C erhitzt.1 part of carbon monoxide and 2 parts of deuterium gas in the presence of a methanol catalyst and at a pressure in the range of about 7 to 28 atmospheres at a temperature in the range of about Heated between 200 and 400 ° C. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Methanolkatalysator eine Mischung von Zinkoxid und Chromoxid einsetzt.2. The method according to claim 1, characterized in that the methanol catalyst is used a mixture of zinc oxide and chromium oxide is used. Es wurde gefunden, daß man durch Deuterieren von Kohlenmonoxid bei einem Druck im Bereich von etwa 7 bis 28, vorzugsweise Hat und einer Temperatur im Bereich von etwa 200 bis 4000C, man S vorzugsweise von 275° C, in Gegenwart jeglichen kommerziellen, für die Methanolsynthese gebräuc' liehen Katalysators, vorteühafterweise einer Mischung von Zinkoxid und Chromoxid, vorzugsweise 74°/o Zinkoxid und 23% Chromoxid, tägliche Auslo beuten an gereinigtem, volldeuteriertem Methanol von im Durchschnitt um 50 g herum erhalten kannIt has been found that by deuterating carbon monoxide at a pressure in the range from about 7 to 28, preferably Hat and a temperature in the range from about 200 to 400 0 C, one S preferably from 275 ° C, in the presence of any commercial, for The methanol synthesis used catalyst, preferably a mixture of zinc oxide and chromium oxide, preferably 74% zinc oxide and 23% chromium oxide, can receive daily yields of purified, fully deuterated methanol of on average around 50 g Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein vorbehandelter Katalysator eingesetzt. Beim Einsatz einer frischen Charge unbe-According to a preferred embodiment of the invention, a pretreated catalyst is used. When using a fresh batch, 3. Verfahren nach Anspruch I oder 2, dadurch 15 handelten Katalysators zur Synthese von Methagekennzeichnet, daß man die Umsetzung bei nol-d4 kann bei den ersten 3 oder 4 Produktchargen einer Temperatur von etwa 275° C durchführt. eine geringe Isotopreinheit (<99 Atoiaprozent D)3. The method according to claim I or 2, characterized in that the reaction at nol-d 4 can be carried out at a temperature of about 275 ° C. in the first 3 or 4 batches of product. a low isotopic purity (<99 atoia percent D) 4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorliegen, da der Katalysator austauschfähige» Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserstoff enthalten kann. Dies läßt sich einfach man die Reaktion bei einem Druck von etwa 20 in folgender Weise vermeiden: Man gibt die ge-14 at durchführt. wünschte Katalysatormenge und dann genügen^4. Process according to one or more of the present, since the catalyst is exchangeable » Claims 1 to 3, characterized in that it can contain hydrogen. This is easy to do to avoid the reaction at a pressure of about 20 in the following way: Give the ge-14 at performs. desired amount of catalyst and then suffice ^ 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Deuteriumoxid in einen Kolben, um den Katalysator Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zu bedecken, und verschließt den Kolben. Nach man mit einem Katalysator mit einem Gehalt 24 Stunden wird das schwere Wasser durch Dekanvon 74°/o an Zinkoxid und 23u/o an Chromoxid 25 tieren entfernt, ein zweiter Posten Deuteriumoxid arbeitet. hinzugefügt und der Kolben erneut verschlossen und5. The method according to one or more of the deuterium oxide in a flask to cover the catalyst claims 2 to 4, characterized in that, and closes the flask. After one with a catalyst having a content of 24 hours, the heavy water is / o of zinc oxide and 23 and / or of chromium oxide 25 animals removed, a second post deuterium oxide operates by Dekanvon 74 °. added and the flask closed again and ' sich 24 Stunden überlassen. Der Katalysator wird'left to yourself for 24 hours. The catalyst will durch Erhitzen unter der Wasserdampfhaube getrocknet und das schwere Wasser in einer an einedried by heating under the steam hood and the heavy water in one to one 30 Vakuumpumpe angeschlossenen, gekühlten Vorlage30 vacuum pump connected, cooled template Die Erfindung betrifft ein technisch praktikables gesammelt. Die erste Charge an über einem in dieser Verfahren zur Herstellung von vollständig deute- Weise behandelten Katalysator· synthetisiertem riertem Methanol, CD.,OD, einer Verbindung, die Methanol-d4 enthält > 99 Atomprozent D.
sich bekanntlich als Protonen-KMR-Lösungsmittel Da das Verfahren gemäß der Erfindung bei vereignet, da, während Methanol selbst Signale durch 35 hältnismäßig geringem Druck durchgeführt wird, Protonen-KMR liefert und diese die auf der zu sind Kompressoren oder Umwälzpumpen, wie man analysierenden Verbindung beruhenden stören könn- sie beim Arbeiten bei den höheren Drücken des ten, deuteriertes Methanol dieses Problem vermei- Standes der Technik benötigt, nicht notwendig. Das det, nachdem Deuterium nicht auf Protoncn-KMR Verfahren gemäß der Erfindung ist leicht vom Fachanspricht. Der Einsatz von deuteriertem Methanol 40 mann an eine Arbeitsmöglichkeit im größeren Maßstellt somit sicher, daß nur das in Lösung befindliche stab durch Vergrößerung der hier angewandten Material und nicht das Lösungsmittel ermittelt wird.
Volldeuteriertes Methanol eignet sich auch für
mikrobiologische Oxidationsstudien, für Infrarot-Spektralarbeiten und zur Untersuchung von Reak- 45
tionsmechanismen.
The invention relates to a technically feasible collected. The first batch of methanol, CD., OD, a compound which contains methanol-d 4 > 99 atomic percent D.
is known as a proton CMR solvent Since the method according to the invention is suitable because, while methanol itself signals through relatively low pressure is carried out, proton CMR delivers and these are on the compressors or circulating pumps, how to analyze the compound due to interfering- they avoid this problem when working at the higher pressures of the th, deuterated methanol- state of the art required, not necessary. The fact that deuterium does not respond to proton CMR method according to the invention is easily understood by those skilled in the art. The use of deuterated methanol for a work opportunity on a larger scale thus ensures that only the rod in solution is determined by enlarging the material used here and not the solvent.
Fully deuterated methanol is also suitable for
microbiological oxidation studies, for infrared spectral work and for the investigation of reac- 45
mechanisms.
Methanol-d4 läßt sich bei jedem Druck von i ÜMethanol-d 4 can be used at any pressure of i Ü Systemkomponenten oder durch Kombination mehrerer solcher Einheiten anpaßbar, und solche Modifikationen liegen mit im Rahmen der Erfindung.System components or adaptable by combining several such units, and such modifications are within the scope of the invention. Eine zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung geeignete Vorrichtung ist in der Zeich-A device suitable for carrying out the method according to the invention is shown in the drawing nung erläutert, in welcher Vx, V., und V3 jeweilstion explains in which V x , V., and V 3, respectively k ik i Unterdruck bis zu Überdruck von mehreren hundert ein Ventil bedeuten, P ein Druckmesser ist" und SR Atmosphären synthetisieren. Hohe Drücke verstär- einen Sicherheitsausgang darstellt. Ein Gasvorratsken die Methanolbildung, machen aber den Einsatz 50 behälter 9 ist über die Leitungen 10 und Il an die spezialisierter Werkstoffe, Pumpen und Kompres- Katalysatorkolonne 5 angeschlossen, die am Kopf soren notwendig. Vermittels der vorliegenden Erfin- mit einem Thermometer 4 und ferner einem Heizdung werden solche kostspieligen Faktoren unnötig, element 6 versehen ist. Man beschickt die Kolonne indem die Reaktion bei Drücken durchgeführt wird, mit dem Methanolsynthesekatalysator, der den die leicht mittels herkömmlicher Metallrohrleitung 55 Innenraum bis zum Eingang der Leitung 10, jedoch und herkömmlicher Metallventile handhabbar sind nicht darüber hinaus, einnehmen kann, und läßt und keine Pumpen oder Kompressoren erfordern, die zu mischenden Gase von außen befindlichen, wie Drücke von 7 bis 28, vorzugsweise aber 14 at. nicht eingezeichneten Vorratstanks in den Gas-Die Reaktion kann bei Temperaturen von etwa vorratsbehälter 9 ein, wobei Ventil F1 geöffnet ist 200 bis 400'1C durchgeführt werden, wobei man 60 und die Ventile V2 und F3 geschlossen sind. Vorvorzugswcisc jedoch bei 275° C arbeitet. Höhere zugsweise werden "die Gase im Verhältnis von Temperaturen verschieben das Reaktionsgleich- 2 Teilen Deuterium auf 1 Teil Kohlenmonoxid gegewicht in Richtung zu den Reagentien (CO + D2) mischt. Nach Beschickung mit der richtigen Gashin, verstarken aber die Bildung des Methanol-d~. mischung und Erreichung des gewünschten Drucks Man soll die Umsetzung daher bei der niedrigst- 65 schließt man Ventil F1 und öffnet Ventil F.„ so daß möglichen Temperatur durchführen, die mit der die miteinander vermengten Gase durch die Leitungcwunscnten Methanolbildung je Zeiteinheit in gen 10 und Π in die Katalysatorkolonne einströmen Ubcrcinklang steht. können, die vom Heizelement 6 auf die gewünschteNegative pressure up to overpressure of several hundred mean a valve, P is a pressure gauge "and SR synthesize atmospheres. High pressures amplify a safety output. A gas supply creates methanol, but the use of 50 container 9 is via lines 10 and II to the Specialized materials, pumps and compressors connected to the catalyst column 5, which are necessary at the top. By means of the present invention with a thermometer 4 and also a heating dung, such costly factors are unnecessary, element 6. The column is fed by the reaction at pressures is carried out, with the methanol synthesis catalyst, which can easily occupy the interior space up to the inlet of the line 10, however and conventional metal valves are not manageable by means of conventional metal piping 55, and does not require pumps or compressors to mix the gases external, such as pressures of 7 b is 28, but preferably 14 at. not shown storage tank in the gas, the reaction may proceed at temperatures of about reservoir 9, where valve F is open 1200-400 '1 C are carried out to give 60 and the valves V 2 and F 3 are closed. Vorzugswcisc, however, works at 275 ° C. Higher, preferably, "the gases in the ratio of temperatures shift the reaction equilibrium - 2 parts of deuterium to 1 part of carbon monoxide weighted in the direction of the reagents (CO + D 2 ). After charging with the correct gas, however, intensify the formation of the methanol-d Mixing and achieving the desired pressure The reaction should therefore be carried out at the lowest possible temperature. Valve F 1 is closed and valve F is opened so that the possible temperature can be achieved which, with the merged gases through the line, increases the methanol formation per unit of time 10 and Π flow into the catalyst column
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