ES2337004A1 - Procedure for the selective hydrogenation of nitrocycloalkanes to obtain cyclic oximes - Google Patents
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Abstract
Description
Procedimiento de hidrogenación selectiva de nitrocicloalcanos para obtener oximas cíclicas.Selective hydrogenation process of nitrocycloalkanes to obtain cyclic oximes.
La presente invención se refiere a un procedimiento para la hidrogenación selectiva de nitrocicloalcanos en presencia o no de otros grupos funcionales reducibles, utilizando catalizadores de metales soportados que incluyen metales alcalinos.The present invention relates to a procedure for the selective hydrogenation of nitrocycloalkanes in the presence or not of other reducible functional groups, using supported metal catalysts that include metals alkaline
En los últimos años, la utilización de oximas cíclicas como intermedios de reacción en la producción de polímeros, resinas, tintes, pesticidas, etc., ha suscitado gran interés industrial. La producción de Nylon-6 se ha convertido en una importante referencia en la producción industrial de polímeros, y su demanda continúa expandiéndose en la actualidad. Epsilon-caprolactama, precursor del Nylon-6, se obtiene industrialmente a partir de cyclohexanona, la cual se convierte en ciclohexanona oxima y finalmente se reordena para formar la lactama en un proceso con tres etapas. Mientras que se ha realizado un gran esfuerzo en el reordenamiento de Beckmann de la ciclohexanona oxima (US5304643, US5264571, DE19608660), hay que tener en cuenta que la oxidación aeróbica de ciclohexano a ciclohexanona limita la eficiencia total del proceso, dados los bajos rendimientos conseguidos por etapa (\sim 5%) con catalizadores homogéneos de cobalto (US3644526, GB1315983). Además, la necesidad de utilizar hidroxilamina para producir la ciclohexanona oxima o H_{2}O_{2} e hidróxido de amoníaco para la producción in situ de hidroxilamina (US5320819), introduce otra etapa de reacción sensible.In recent years, the use of cyclic oximes as reaction intermediates in the production of polymers, resins, dyes, pesticides, etc., has aroused great industrial interest. The production of Nylon-6 has become an important reference in the industrial production of polymers, and its demand continues to expand today. Epsilon-caprolactam, precursor of Nylon-6, is obtained industrially from cyclohexanone, which is converted into cyclohexanone oxime and finally rearranged to form lactam in a three-stage process. While great effort has been made in Beckmann's rearrangement of cyclohexanone oxime (US5304643, US5264571, DE19608660), it should be borne in mind that aerobic oxidation from cyclohexane to cyclohexanone limits the total efficiency of the process, given the low yields achieved per stage (~ 5%) with homogeneous cobalt catalysts (US3644526, GB1315983). In addition, the need to use hydroxylamine to produce cyclohexanone oxime or H2O2 and ammonia hydroxide for the in situ production of hydroxylamine (US5320819), introduces another sensitive reaction step.
Otros procesos alternativos para la producción de epsilon-caprolactama se han planteado sin demasiado éxito.Other alternative processes for production of epsilon-caprolactam have been raised without Too much success
En US4504681 se reivindica el uso de catalizadores de tungsteno para producir ciclohexanona oxima por oxidación parcial de ciclohexilamina. Sin embargo, los bajos rendimientos a la oxima (< 7%) limitan por completo la aplicación de este procedimiento durante la secuencia de producción de epsilon-caprolactama. Recientemente (S. K. Klitgaard et al, Green Chemistry 10, 2008, 419) se ha propuesto una secuencia de reacción que implica la oxidación controlada de ciclohexilamina a ciclohexanona oxima utilizando TiO_{2} como catalizador. A pesar del mayor rendimiento a oxima mediante este proceso (\sim 60%), la selectividad obtenida y la duración total de la reacción (10 días) limitan claramente el interés del proceso.In US4504681 the use of tungsten catalysts to produce cyclohexanone oxime by partial oxidation of cyclohexylamine is claimed. However, low yields to the oxime (<7%) completely limit the application of this procedure during the epsilon-caprolactam production sequence. Recently (SK Klitgaard et al , Green Chemistry 10, 2008, 419) a reaction sequence has been proposed that involves the controlled oxidation of cyclohexylamine to cyclohexanone oxime using TiO2 as a catalyst. Despite the increased yield to oxime by this process (~ 60%), the selectivity obtained and the total duration of the reaction (10 days) clearly limit the interest of the process.
En WO2007116112 se reivindica el uso de catalizadores de oro para producir ciclohexanona oxima por hidrogenación de 1-nitro-1-ciclohexeno. La selectividad y actividad de estos catalizadores es buena, con rendimientos superiores al 90%, pero requiere como materia prima 1-nitro-1-ciclohexeno.In WO2007116112 the use of Gold catalysts to produce cyclohexanone oxime by hydrogenation of 1-nitro-1-cyclohexene. The selectivity and activity of these catalysts is good, with yields greater than 90%, but it requires as raw material 1-nitro-1-cyclohexene.
A diferencia del proceso de hidrogenación de 1-nitro-1-ciclohexeno, la reducción parcial de nitrociclohexano a ciclohexanona oxima presenta antecedentes a nivel industrial. En GB860340 se describe la hidrogenación de nitrociclohexano a ciclohexanona oxima utilizando un catalizador soportado de Pd trabajando a 35 bar, 413 K, y en presencia de una fuente de Pb. Desafortunadamente, para alcanzar rendimientos moderados a oxima (\sim 70%) este proceso requiere altas presiones y el uso de sales de PbO, medioambientalmente tóxicas.Unlike the hydrogenation process of 1-nitro-1-cyclohexene, partial reduction of nitrocyclohexane to cyclohexanone oxime presents background at industrial level. GB860340 describes the hydrogenation of nitrocyclohexane to cyclohexanone oxime using a supported catalyst of Pd working at 35 bar, 413 K, and in presence of a source of Pb. Unfortunately, to reach moderate yields to oxime (~ 70%) this process requires high pressures and the use of PbO salts, environmentally Toxic
Por otra parte, para llevar a cabo una producción de ciclohexanona oxima a partir de nitrociclohexano, se debe producir previamente este nitrocicloalcano, y la nitración industrial, aunque económica, sólo conlleva un rendimiento por paso del 16% y bajo condiciones de reacción severas (523-673 K). No obstante, en US6468487 se reclama la posibilidad de nitrar ciclohexano en condiciones de reacción suaves (343 K) y con selectividades a nitrociclohexano del 70%, lo cual aumenta las perspectivas para una producción industrial de ciclohexanona oxima a partir de este sustrato.On the other hand, to carry out a cyclohexanone oxime production from nitrocyclohexane, se you must previously produce this nitrocycloalkane, and nitration industrial, although economical, only entails a performance per step 16% and under severe reaction conditions (523-673 K). However, in US6468487 the possibility of nitrating cyclohexane under mild reaction conditions (343 K) and with selectivities to 70% nitrocyclohexane, which increases the prospects for an industrial production of Cyclohexanone oxime from this substrate.
En la presente invención, se ha encontrado que determinados catalizadores basados en nanopartículas de Pt y conteniendo uno o más metales alcalinos son capaces de catalizar selectivamente la hidrogenación de grupos nitro a oxima en nitroalcanos cíclicos, empleando H_{2} u otra molécula donante de hidrógeno como agente reductor, cuando se soporta sobre un soporte adecuado y se activa de manera adecuada.In the present invention, it has been found that certain catalysts based on Pt nanoparticles and containing one or more alkali metals are capable of catalyzing selectively hydrogenation of nitro to oxime groups in cyclic nitroalkanes, using H2 or other donor molecule of hydrogen as a reducing agent, when supported on a support adequate and activated properly.
La presente invención se refiere a un procedimiento para la hidrogenación selectiva de nitrocicloalcanos, sustituidos o no, que comprende llevar a cabo una hidrogenación catalítica de dichos compuestos utilizando un catalizador que comprende, al menos un metal que es Pt, soportado sobre óxido de titanio, óxido de hierro, óxido de cerio, alúmina, carbón, carbón activo, óxido de magnesio, óxido de zirconio, sílice, ácido silícico, óxido de lantano, óxido de zinc, carbonato cálcico, fosfato cálcico, sulfato cálcico, sulfato de bario y combinaciones de los mismos.The present invention relates to a procedure for the selective hydrogenation of nitrocycloalkanes, substituted or not, which comprises carrying out hydrogenation catalytic of said compounds using a catalyst that it comprises at least one metal that is Pt, supported on oxide of titanium, iron oxide, cerium oxide, alumina, carbon, coal active, magnesium oxide, zirconium oxide, silica, acid silicic, lanthanum oxide, zinc oxide, calcium carbonate, calcium phosphate, calcium sulfate, barium sulfate and combinations thereof.
El Pt, o Pt modificado como se explica más adelante en esta memoria, se soporta con el fin de aumentar su dispersión y disminuir el tamaño de partícula sobre soportes de naturaleza inorgánica o carbonácea, tal y como es conocido en el campo de los catalizadores metálicos.The modified Pt, or Pt as explained more later in this memory, it is supported in order to increase your dispersion and decrease the particle size on supports of inorganic or carbonaceous nature, as it is known in the field of metal catalysts.
Algunos de estos óxidos de metal pueden jugar un
papel simplemente como soportes físicos de las nanopartículas de Pt
o un papel mecanístico en el proceso catalítico de reducción de
grupos nitro a oximas, de manera que es posible evitar la completa
reducción del grupo nitro a amino. De manera similar, se pueden
utilizar como soportes
carbones.Some of these metal oxides can play a role simply as physical supports of the Pt nanoparticles or a mechanistic role in the catalytic process of reducing nitro groups to oximes, so that it is possible to avoid the complete reduction of the nitro group to amino. Similarly, they can be used as supports
coals
Según una realización preferente, el soporte está seleccionado entre óxidos de hierro y titanio y combinaciones de los mismos, o carbón activo.According to a preferred embodiment, the support is selected from iron and titanium oxides and combinations thereof, or active carbon.
El catalizador utilizado en el procedimiento de la presente invención puede comprender al menos otro metal modificador seleccionado entre uno o más metales alcalinos o alcalinotérreos, preferentemente Li, Na, K, Cs, Fr, Mg, Ca y combinaciones de los mismos. El metal modificador está presente de manera preferente en un porcentaje en peso entre un 0.01% y un 10% respecto al soporte, más preferentemente entre 0.05% y 4% dependiendo el contenido de la naturaleza del metal.The catalyst used in the process of the present invention may comprise at least one other metal modifier selected from one or more alkali metals or alkaline earth, preferably Li, Na, K, Cs, Fr, Mg, Ca and combinations thereof. The metal modifier is present in preferably in a weight percentage between 0.01% and 10% with respect to the support, more preferably between 0.05% and 4% depending on the content of the nature of the metal.
El Pt soportado del catalizador según el procedimiento de la presente invención se encuentra preferentemente en un porcentaje en peso entre un 0.01% y un 10% respecto al soporte, más preferentemente entre 0.05% y 4%. Dicho Pt se puede aplicar en forma metálica o iónica en el soporte. En cualquiera de las dos formas se utilizan procedimientos convencionales, conocidos en la técnica.The supported catalyst Pt according to procedure of the present invention is preferably found in a percentage by weight between 0.01% and 10% compared to support, more preferably between 0.05% and 4%. Said Pt can be Apply in metallic or ionic form on the support. In any of both ways conventional procedures are known, known in the technique
Es importante resaltar que, contrariamente a lo que ocurre con los catalizadores de Pd propuestos por Dupont en GB860340, en nuestro caso hemos encontrado que con Pt no se requiere la introducción de Pb para evitar la hidrogenación completa del grupo nitro a amino, siempre y cuando se utilice el soporte y la activación del catalizador adecuados.It is important to highlight that, contrary to what what happens with the Pd catalysts proposed by Dupont in GB860340, in our case we have found that with Pt it is not required the introduction of Pb to avoid complete hydrogenation of the nitro to amino group, as long as the support and the adequate catalyst activation.
Este procedimiento para la hidrogenación selectiva de nitroalcanos se puede llevar a cabo cuando el, o los grupos nitro, están en presencia de otros grupos funcionales reducibles, tales como por ejemplo aldehídos, cetonas, olefinas, nitrilos, ásteres, amidas, halógenos, triples enlaces, etc. Los catalizadores reivindicados son activos y selectivos cuando se soportan y activan adecuadamente.This procedure for hydrogenation Nitroalkane selective can be carried out when the, or the nitro groups, are in the presence of other functional groups reducible, such as for example aldehydes, ketones, olefins, nitriles, asters, amides, halogens, triple bonds, etc. The claimed catalysts are active and selective when support and activate properly.
De manera general, el nitrocicloalcano tiene una fórmula generalIn general, nitrocycloalkane has a General Formula
R-NO_{2}R-NO2
donde R es un anillo completamente saturado o con insaturaciones no conjugadas con el grupo nitro a hidrogenar, seleccionado entre anillos sin sustituir y anillos con uno o más sustituyentes. Dichos sustituyentes son grupos seleccionados entre grupos alquilo C1 a C8, grupos vinilo aromáticos o alifáticos C1 a C4, grupos viniloxi aromáticos o alifáticos C1 a C4, grupos alcoxi C1 a C8, ariloxi C_{6}H_{5} a C_{10}H_{8}, grupos flúor, grupos cloro, grupos bromo, grupos yodo, grupos hidroxi, grupos con enlaces insaturados carbono-carbono, grupos O-(CO)-alquilo, grupos O-(CO)-arilo, grupos COOH, grupos OH, grupos SH, grupos CN, grupos SO_{3}-, grupos SO_{2}-alquilo, grupos NH_{2}, grupos NH-alquilo, grupos NH_{2}SO_{2}, grupos NSO_{2}-(alquilo)_{2}, grupos SO_{2}-NH-alquilo, grupos aldehído aromáticos o alifático C1 a C4, grupos cetona alifáticos o aromáticos, grupo imino C1 a C6, grupos éter C1 a C6, tioéster, sulfuros y combinaciones de los mismos.where R is a ring completely saturated or unsaturated with conjugate nitro group a hydrogenate, selected from unsubstituted rings and rings with one or more substituents. These substituents are groups selected from C1 to C8 alkyl groups, aromatic vinyl groups or C1 to C4 aliphatic, C1 to aromatic or aliphatic vinyloxy groups C4, C1 to C8 alkoxy groups, C6 H5 to C10 H8 aryloxy, fluorine groups, chlorine groups, bromine groups, iodine groups, groups hydroxy, groups with unsaturated bonds carbon-carbon groups O- (CO) -alkyl, groups O- (CO) -aryl, COOH groups, OH groups, SH groups, CN groups, SO_ {3} groups -, groups SO2 -alkyl, NH2 groups, groups NH-alkyl, NH 2 SO 2 groups, groups NSO 2 - (alkyl) 2, groups SO2 -NH-alkyl, aldehyde groups aromatic or aliphatic C1 to C4, aliphatic ketone groups or aromatic, imino group C1 to C6, ether groups C1 to C6, thioester, sulfides and combinations of same.
El término enlace carbono-carbono insaturado, de acuerdo con la presente invención, incluye enlaces de alquenos, alquinos y alenos.The term link unsaturated carbon-carbon, according to the This invention includes links to alkenes, alkynes and Alenos
La relación molar Pt/nitro se encuentra entre 0.0001 y 5%, preferentemente entre 0.01 y 1%. Aquí el término "nitro" no se refiere al compuesto nitrocicloalcano como tal sino al número total de "grupo(s) nitro" presentes en el medio de reacción, pudiendo existir más de uno de estos grupos por molécula de nitrocicloalcano.The Pt / nitro molar ratio is between 0.0001 and 5%, preferably between 0.01 and 1%. Here the term "nitro" does not refer to the nitrocycloalkane compound as such but to the total number of "nitro group (s)" present in the reaction medium, there may be more than one of these groups per nitrocycloalkane molecule.
Según una realización particular del procedimiento de la presente invención, se puede introducir un segundo metal adicional como modificador en el catalizador preferentemente seleccionado entre Au, Hg, Bi, Ge, Cd, As, Sb, Mn, Co, Ti, Fe, Pd, Ru, Ni, Rh, Ir, Cu, Cr y combinaciones de los mismos. La relación en peso de Pt a segundo metal modificador se encuentra de manera preferente entre 1:0.01 y 1:2.According to a particular embodiment of the procedure of the present invention, a second additional metal as a catalyst modifier preferably selected from Au, Hg, Bi, Ge, Cd, As, Sb, Mn, Co, Ti, Fe, Pd, Ru, Ni, Rh, Go, Cu, Cr and combinations of same. The weight ratio of Pt to second metal modifier is preferably between 1: 0.01 and 1: 2.
En el procedimiento de la invención la hidrogenación se realiza con una fuente de hidrógeno que es una molécula donante de hidrógeno. Dicha fuente de hidrógeno está preferentemente seleccionada entre formiato amónico, ácido fórmico, decaborano, ciclohexeno, ciclohexadieno, ácido fosfórico y combinaciones de los mismos. Según una realización particular la fuente de hidrógeno puede ser hidrógeno molecular.In the process of the invention the hydrogenation is done with a source of hydrogen that is a hydrogen donor molecule. Said hydrogen source is preferably selected from ammonium formate, formic acid, Decaborane, cyclohexene, cyclohexadiene, phosphoric acid and combinations thereof. According to a particular embodiment the Hydrogen source can be molecular hydrogen.
El procedimiento de la presente invención se puede llevar a cabo a una presión seleccionada entre presión atmosférica, una presión entre 1 y 100 bares, preferentemente entre 2 y 15 bares y a una temperatura entre 20ºC y 250ºC, preferentemente entre 80ºC y 150ºC.The process of the present invention is can carry out at a selected pressure between pressure atmospheric, a pressure between 1 and 100 bar, preferably between 2 and 15 bars and at a temperature between 20ºC and 250ºC, preferably between 80ºC and 150ºC.
Según una realización particular el procedimiento de la presente invención se lleva a cabo a presión atmosférica y a una temperatura entre 20ºC y 250ºC. Y preferentemente con hidrógeno molecular como fuente de hidrógeno.According to a particular embodiment the procedure of the present invention is carried out under pressure atmospheric and at a temperature between 20ºC and 250ºC. Y preferably with molecular hydrogen as a source of hydrogen.
Según otra realización particular adicional el procedimiento se lleva a cabo a una presión entre 1 y 100 bares y a una temperatura entre 20ºC y 250ºC, preferentemente entre 50ºC y 200ºC, y preferentemente, con hidrógeno molecular como fuente de hidrógeno.According to another additional particular embodiment the procedure is carried out at a pressure between 1 and 100 bars and at a temperature between 20 ° C and 250 ° C, preferably between 50 ° C and 200 ° C, and preferably, with molecular hydrogen as a source of hydrogen.
Según otra realización particular adicional el procedimiento se lleva a cabo a una presión entre 1 y 50 bares y a una temperatura entre 20ºC y 150ºC, más preferentemente aún entre 2 y 20 bares y a una temperatura entre 100ºC y 150ºC, y, preferentemente con hidrógeno molecular como fuente de hidrógeno.According to another additional particular embodiment the procedure is carried out at a pressure between 1 and 50 bars and at a temperature between 20 ° C and 150 ° C, more preferably even between 2 and 20 bars and at a temperature between 100ºC and 150ºC, and, preferably with molecular hydrogen as a source of hydrogen.
En el procedimiento según la presente invención, la reacción de hidrogenación se puede llevar a cabo en presencia o en ausencia de disolvente.In the process according to the present invention, the hydrogenation reaction can be carried out in the presence or in the absence of solvent.
En caso de que el procedimiento se realice con disolvente, éste puede ser agua, alcoholes, éteres, ésteres, cetonas, ácidos carboxílieos, disolventes dipolares apróticos, disolventes apolares, hidrocarburos aromáticos clorados, cloruro de metileno, alcanos C3-C7, ciclohexano y combinaciones de los mismos.In case the procedure is performed with solvent, this can be water, alcohols, ethers, esters, ketones, carboxylic acids, aprotic dipole solvents, apolar solvents, chlorinated aromatic hydrocarbons, chloride methylene, C3-C7 alkanes, cyclohexane and combinations thereof.
En el caso en que el disolvente sea un alcohol, este puede estar seleccionado entre metanol, etanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, butanoles isoméricos, ciclohexanol y combinaciones de los mismos. En el caso de que sea un éter puede estar seleccionado entre dietil éter, metil tert-butil éter, tetrahidrofurano, dioxano, dimetoxietano y combinaciones de los mismos. En el caso de que sea un éster puede estar seleccionado entre acetato de etilo, acetato de butilo y combinaciones de los mismos. En el caso de que sea una cetona puede estar seleccionada entre butirolactona, acetona, metil etil cetona, metil isobutil cetona, ciclohexanona y combinaciones de las mismas. En el caso de que el disolvente sea un ácido carboxílico puede estar seleccionado entre ácido acético, ácido propiónico y combinaciones de los mismos. En el caso de que se trate de un disolvente dipolar aprótico, puede estar seleccionado entre dimetilformamida, N-metilpirrolidina, dimetilacetamida, sulfolano, dimetil sulfóxido, acetonitrilo y combinaciones de los mismos. En el caso de tratarse de un disolvente apolar puede estar seleccionado entre tolueno, xileno y combinaciones de los mismos.In the case where the solvent is an alcohol, This may be selected from methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isomeric butanoles, cyclohexanol and combinations thereof. In if it is an ether it can be selected from diethyl ether, methyl tert-butyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, dimethoxyethane and combinations thereof. In the case of which is an ester may be selected from ethyl acetate, butyl acetate and combinations thereof. Supposing either a ketone may be selected from butyrolactone, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone and combinations thereof. In the event that the solvent is a carboxylic acid may be selected from acetic acid, propionic acid and combinations thereof. In the event that it try an aprotic dipolar solvent, may be selected between dimethylformamide, N-methylpyrrolidine, dimethylacetamide, sulfolane, dimethyl sulfoxide, acetonitrile and combinations thereof. In the case of a solvent Apolar may be selected from toluene, xylene and combinations thereof.
De manera preferente, dicho disolvente está seleccionado entre tolueno, xileno, tetrahidrofurano, dioxano, metil etil cetona, metanol, etanol y combinaciones de los mismos.Preferably, said solvent is selected from toluene, xylene, tetrahydrofuran, dioxane, methyl ethyl ketone, methanol, ethanol and combinations thereof.
El disolvente puede también ser hidrocarburos aromáticos clorados, cloruro de metileno, alcanos C3-C7, ciclohexano y combinaciones de los mismos.The solvent can also be hydrocarbons chlorinated aromatics, methylene chloride, alkanes C3-C7, cyclohexane and combinations of same.
Dicho disolvente sirve como medio de disolución o para facilitar los procesos de separación.Said solvent serves as dissolution medium or to facilitate separation processes.
El procedimiento se puede realizar según realizaciones particulares en presencia de un disolvente y uno o más co-disolventes. Dicho co-disolvente puede ser etanol, acetona, acetonitrilo y combinaciones de los mismos.The procedure can be performed according to particular embodiments in the presence of a solvent and one or more co-solvents Said co-solvent it can be ethanol, acetone, acetonitrile and combinations of the same.
Según otras realizaciones del procedimiento de la presente invención, la reacción se lleva a cabo en ausencia de disolvente. Según esta realización, los reactivos que se hidrogenan durante el procedimiento se encuentran preferentemente en fase líquida, gaseosa o en coexistencia de ambas.According to other embodiments of the process of the present invention, the reaction is carried out in the absence of solvent According to this embodiment, the reagents that are hydrogenated during the procedure they are preferably in phase liquid, gaseous or in coexistence of both.
En el procedimiento de la presente invención, la reacción de hidrogenación se puede llevar a cabo en fase gas-sólido (catalizador), o en un sistema gas-líquido-sólido (catalizador).In the process of the present invention, the hydrogenation reaction can be carried out in phase solid gas (catalyst), or in a system gas-liquid-solid (catalyst).
Además dicho procedimiento se puede llevar a cabo en un reactor en modo discontinuo o continuo, y la recuperación del catalizador puede realizarse mediante recirculación o regeneración.In addition, said procedure can lead to conducted in a reactor in discontinuous or continuous mode, and recovery of the catalyst can be performed by recirculation or regeneration.
El procedimiento de la presente invención puede comprender además una etapa de activación del catalizador bajo flujo de hidrógeno a temperaturas entre 100ºC y 600ºC, preferentemente entre 350ºC y 550ºC.The process of the present invention can further comprise a catalyst activation stage under flow of hydrogen at temperatures between 100 ° C and 600 ° C, preferably between 350ºC and 550ºC.
Según una realización particular de la presente
invención, el catalizador formado por Pt y el soporte se calcina a
temperatura preferentemente entre 350 y 550ºC. La calcinación se
puede llevar a cabo en atmósfera de aire, oxígeno o hidrógeno, en
una o varias etapas sucesivas. Preferentemente, la calcinación es
llevada a cabo bajo flujo de
H_{2}.According to a particular embodiment of the present invention, the catalyst formed by Pt and the support is calcined at a temperature preferably between 350 and 550 ° C. The calcination can be carried out in an atmosphere of air, oxygen or hydrogen, in one or several successive stages. Preferably, the calcination is carried out under the flow of
H2.
Para evitar la reducción completa del compuesto nitrocicloalcano al correspondiente compuesto amino durante la etapa de reacción tienen especial influencia la temperatura de activación del catalizador, preferentemente entre 350 y 550ºC bajo flujo de hidrógeno; el porcentaje de metal soportado, preferentemente una relación molar Pt a soporte entre 0.01% y 10%; y el tipo de soporte, preferentemente TiO_{2}. Además, con el fin de evitar otras reacciones secundarias de la oxima formada, como su hidrólisis a ciclohexanona, resulta muy importante controlar la acidez de posibles centros ácidos del catalizador, para lo cual puede utilizarse un metal alcalino o alcalinotérreo dopante, preferentemente Na, K ó Cs con una relación en peso metal dopante a soporte entre 0.001 y 20%.To avoid complete reduction of the compound nitrocycloalkane to the corresponding amino compound during the step reaction temperature has a special influence on the activation temperature of the catalyst, preferably between 350 and 550 ° C under flow of hydrogen; the percentage of metal supported, preferably a Pt to support molar ratio between 0.01% and 10%; and the type of support, preferably TiO2. In addition, in order to avoid other side reactions of the oxime formed, such as its hydrolysis to cyclohexanone, it is very important to control the acidity of possible acid centers of the catalyst, for which you can use an alkali metal or alkaline earth dopant, preferably Na, K or Cs with a doping metal weight ratio at support between 0.001 and 20%.
A continuación se ilustran estos hechos mediante ejemplos específicos y no limitantes.These facts are illustrated below by specific and non-limiting examples.
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Ejemplo-1Example 1
El catalizador de platino soportado sobre óxido de titanio fue preparado por la técnica de impregnación a volumen de poro. La deposición del platino fue llevada a cabo adicionando una disolución acuosa de H_{2}PtCl_{6} conteniendo la cantidad requerida de platino sobre el soporte, de forma que éste quede impregnado a volumen de poro. Para preparar 10 g de catalizador, 20 mL de una disolución acuosa conteniendo 53.1 mg de H_{2}PtCl_{6} deben ser utilizados. Tras homogeneizar el gel resultante, el catalizador fue secado en una estufa convencional a 100ºC durante 6 horas. Finalmente, la muestra fue reducida bajo flujo de H_{2} (50 mL/min) a 450ºC durante 3 horas.The oxide-supported platinum catalyst Titanium was prepared by volume impregnation technique of pore. Platinum deposition was carried out by adding a aqueous solution of H2 PtCl6 containing the amount required of platinum on the support, so that it is impregnated with pore volume. To prepare 10 g of catalyst, 20 mL of an aqueous solution containing 53.1 mg of H 2 PtCl 6 They must be used. After homogenizing the resulting gel, the catalyst was dried in a conventional oven at 100 ° C for 6 hours. Finally, the sample was reduced under flow of H2 (50 mL / min) at 450 ° C for 3 hours.
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Ejemplo-2Example-2
En un autoclave, 150 mg de catalizador, preparado de acuerdo al Ejemplo 1, son añadidos a una disolución de 418 mg de nitrociclohexano en 0.55 mL de tolueno, utilizando 41 mg de o-xileno como patrón interno de la reacción. El aire del interior del autoclave se elimina purgando el reactor en frío con H_{2} a 10 bares. Con el reactor a presión atmosférica de H_{2}, se calienta el contenido del autoclave hasta 120ºC y se presuriza con 10 bares de hidrógeno, fijándose un nivel de agitación de 1000 r.p.m. La presión en el interior del reactor fue mantenida constante a 10 bares durante todo el experimento, siguiéndose la evolución de la reacción mediante análisis de la fase líquida por cromatografía de gases y espectrometría de masas. Después de 80 minutos de reacción, ciclohexanona oxima fue producida con un rendimiento del 62%.In an autoclave, 150 mg of catalyst, prepared according to Example 1, are added to a solution of 418 mg of nitrocyclohexane in 0.55 mL of toluene, using 41 mg of o-xylene as the internal reaction standard. He air inside the autoclave is removed by purging the reactor in cold with H2 at 10 bars. With the atmospheric pressure reactor of H2, the contents of the autoclave are heated to 120 ° C and pressurizes with 10 bars of hydrogen, setting a stirring level from 1000 r.p.m. The pressure inside the reactor was maintained constant at 10 bars throughout the experiment, following the evolution of the reaction by analysis of the liquid phase by gas chromatography and mass spectrometry. After 80 minutes of reaction, cyclohexanone oxime was produced with a 62% yield.
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Ejemplo-3Example-3
En un autoclave, 200 mg de catalizador, preparado de acuerdo al Ejemplo 1, son añadidos a una disolución de 1 g de nitrociclohexano, utilizando 41 mg de o-xileno como patrón interno de la reacción. El aire del interior del autoclave se elimina purgando el reactor en frío con H_{2} a 10 bares. Con el reactor a presión atmosférica de H_{2} se calienta el contenido del autoclave hasta 110ºC y se presuriza con 4 bares de hidrógeno, fijándose un nivel de agitación de 1000 r.p.m. La presión en el interior del reactor fue mantenida constante a 4 bares durante todo el experimento, siguiéndose la evolución de la reacción mediante análisis de la fase líquida por cromatografía de gases y espectrometría de masas. Después de 900 minutos de reacción, ciclohexanona oxima fue producida con un rendimiento del 69%.In an autoclave, 200 mg of catalyst, prepared according to Example 1, are added to a solution of 1 g of nitrocyclohexane, using 41 mg of o-xylene as the internal reaction standard. The air inside the autoclave is removed by cold purging the reactor with H2 at 10 bars. With the atmospheric pressure reactor of H2 the autoclave content is heated to 110 ° C and pressurizes with 4 bars of hydrogen, setting a stirring level from 1000 r.p.m. The pressure inside the reactor was maintained constant at 4 bars throughout the experiment, following the evolution of the reaction by analysis of the liquid phase by gas chromatography and mass spectrometry. After 900 minutes of reaction, cyclohexanone oxime was produced with a 69% yield.
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Ejemplo-4Example-4
El catalizador de platino soportado sobre óxido de titanio y dopado con Na fue preparado a partir del material 0,2% Pt/TiO_{2} reducido a 450ºC indicado en el Ejemplo 1 por impregnación a volumen de poro con una disolución acuosa de acetato sódico. La deposición del Na sobre el material 0,2% Pt/TiO_{2} reducido a 450ºC fue llevada a cabo adicionando una disolución acuosa de CH_{3}COONa conteniendo la cantidad requerida de Na sobre el catalizador, de forma que éste quede impregnado a volumen de poro. Para preparar 10 g de catalizador conteniendo 1500 ppm de Na, 20 mL de una disolución acuosa conteniendo 53.5 mg de CH_{3}COONa anhidro deben ser utilizados. Tras homogeneizar el gel resultante, el catalizador fue secado en una estufa convencional a 100ºC durante 6 horas.The oxide-supported platinum catalyst Titanium and doped with Na was prepared from 0.2% material Pt / TiO2 reduced to 450 ° C indicated in Example 1 by impregnation to pore volume with an aqueous acetate solution sodium The deposition of Na on the material 0.2% Pt / TiO2 reduced to 450 ° C was carried out by adding a solution aqueous CH 3 COONa containing the required amount of Na on the catalyst, so that it is impregnated with volume of pore. To prepare 10 g of catalyst containing 1500 ppm of Na, 20 mL of an aqueous solution containing 53.5 mg of Anhydrous CH 3 COONa should be used. After homogenizing the gel resulting, the catalyst was dried in a conventional oven at 100 ° C for 6 hours.
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Ejemplo-5Example-5
En un autoclave, 200 mg de catalizador,
preparado de acuerdo al Ejemplo 4, son añadidos a una disolución de
1 g de nitrociclohexano, utilizando 41 mg de
o-xileno como patrón interno de la reacción. El aire
del interior del autoclave se elimina purgando el reactor en frío
con H_{2} a 10 bares. Con el reactor a presión atmosférica de
H_{2} se calienta el contenido del autoclave hasta 110ºC y se
presuriza con 4 bares de hidrógeno, fijándose un nivel de agitación
de 1000 r.p.m. La presión en el interior del reactor fue mantenida
constante a 4 bares durante todo el experimento, siguiéndose la
evolución de la reacción mediante análisis de la fase líquida por
cromatografía de gases y espectrometría de masas. Después de 900
minutos de reacción, ciclohexanona oxima fue producida con un
rendimiento del
74%.In an autoclave, 200 mg of catalyst, prepared according to Example 4, is added to a solution of 1 g of nitrocyclohexane, using 41 mg of o-xylene as the internal reaction standard. The air inside the autoclave is removed by cold purging the reactor with H2 at 10 bar. With the atmospheric pressure reactor of H 2, the contents of the autoclave are heated to 110 ° C and pressurized with 4 bars of hydrogen, setting a stirring level of 1000 rpm. The pressure inside the reactor was kept constant at 4 bars during The whole experiment, following the evolution of the reaction by analysis of the liquid phase by gas chromatography and mass spectrometry. After 900 minutes of reaction, cyclohexanone oxime was produced with a yield of
74%
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Ejemplo-6Example-6
El catalizador de platino soportado sobre óxido
de titanio y dopado con Na fue preparado a partir del material 0,2%
Pt/TiO_{2} reducido a 450ºC indicado en el Ejemplo 1 por
impregnación a volumen de poro con una disolución acuosa de acetato
sódico. La deposición del Na sobre el material 0,2% Pt/TiO_{2}
reducido a 450ºC fue llevada a cabo adicionando una disolución
acuosa de CH_{3}COONa conteniendo la cantidad requerida de Na
sobre el catalizador, de forma que éste quede impregnado a volumen
de poro. Para preparar 10 g de catalizador conteniendo 6000 ppm de
Na, 20 mL de una disolución acuosa conteniendo 214.1 mg de
CH_{3}COONa anhidro deben ser utilizados. Tras homogeneizar el gel
resultante, el catalizador fue secado en una estufa convencional a
100ºC durante 6
horas.The platinum catalyst supported on titanium oxide and doped with Na was prepared from the 0.2% Pt / TiO2 material reduced to 450 ° C indicated in Example 1 by impregnating pore volume with an aqueous solution of sodium acetate . The deposition of Na on the 0.2% Pt / TiO2 material reduced to 450 ° C was carried out by adding an aqueous solution of CH3COONa containing the required amount of Na on the catalyst, so that it is impregnated. at pore volume. To prepare 10 g of catalyst containing 6000 ppm of Na, 20 mL of an aqueous solution containing 214.1 mg of anhydrous CH 3 COONa must be used. After homogenizing the resulting gel, the catalyst was dried in a conventional oven at 100 ° C for 6
hours.
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Ejemplo-7Example-7
En un autoclave, 200 mg de catalizador,
preparado de acuerdo al Ejemplo 6, son añadidos a una disolución de
1 g de nitrociclohexano, utilizando 41 mg de
o-xileno como patrón interno de la reacción. El aire
del interior del autoclave se elimina purgando el reactor en frío
con H_{2} a 10 bares. Con el reactor a presión atmosférica de
H_{2} se calienta el contenido del autoclave hasta 110ºC y se
presuriza con 4 bares de hidrógeno, fijándose un nivel de agitación
de 1000 r.p.m. La presión en el interior del reactor fue mantenida
constante a 4 bares durante todo el experimento, siguiéndose la
evolución de la reacción mediante análisis de la fase líquida por
cromatografía de gases y espectrometría de masas. Después de 820
minutos de reacción, ciclohexanona oxima fue producida con un
rendimiento del
85%.In an autoclave, 200 mg of catalyst, prepared according to Example 6, is added to a solution of 1 g of nitrocyclohexane, using 41 mg of o-xylene as the internal reaction standard. The air inside the autoclave is removed by cold purging the reactor with H2 at 10 bar. With the atmospheric pressure reactor of H 2, the contents of the autoclave are heated to 110 ° C and pressurized with 4 bars of hydrogen, setting a stirring level of 1000 rpm. The pressure inside the reactor was kept constant at 4 bars during The whole experiment, following the evolution of the reaction by analysis of the liquid phase by gas chromatography and mass spectrometry. After 820 minutes of reaction, cyclohexanone oxime was produced with a yield of
85%
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Ejemplo-8Example-8
El catalizador de platino soportado sobre óxido de titanio fue preparado por la técnica de impregnación a volumen de poro. La deposición del platino fue llevada a cabo adicionando una disolución acuosa de H_{2}PtCl_{6} conteniendo la cantidad requerida de platino sobre el soporte, de forma que éste quede impregnado a volumen de poro. Para preparar 10 g de catalizador, 20 mL de una disolución acuosa conteniendo 53.1 mg de H_{2}PtCl_{6} deben ser utilizados. Tras homogeneizar el gel resultante, el catalizador fue secado en una estufa convencional a 100ºC durante 6 horas. Finalmente, la muestra fue reducida bajo flujo de H_{2} puro (50 mL/min) a 200ºC durante 3 horas.The oxide-supported platinum catalyst Titanium was prepared by volume impregnation technique of pore. Platinum deposition was carried out by adding a aqueous solution of H2 PtCl6 containing the amount required of platinum on the support, so that it is impregnated with pore volume. To prepare 10 g of catalyst, 20 mL of an aqueous solution containing 53.1 mg of H 2 PtCl 6 They must be used. After homogenizing the resulting gel, the catalyst was dried in a conventional oven at 100 ° C for 6 hours. Finally, the sample was reduced under flow of H2 pure (50 mL / min) at 200 ° C for 3 hours.
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Ejemplo-9Example-9
En un autoclave, 150 mg de catalizador, preparado de acuerdo al Ejemplo 8, son añadidos a una disolución de 418 mg de nitrociclohexano en 0.55 mL de tolueno, utilizando 41 mg de o-xileno como patrón interno de la reacción. El aire del interior del autoclave se elimina purgando el reactor en frío con H_{2} a 10 bares. Con el reactor a presión atmosférica de H_{2} se calienta el contenido del autoclave hasta 120ºC y se presuriza con 10 bares de hidrógeno, fijándose un nivel de agitación de 1000 r.p.m. La presión en el interior del reactor fue mantenida constante a 10 bares durante todo el experimento, siguiéndose la evolución de la reacción mediante análisis de la fase líquida por cromatografía de gases y espectrometría de masas. Después de 100 minutos de reacción, ciclohexanona oxima fue producida con un rendimiento del 5.4%.In an autoclave, 150 mg of catalyst, prepared according to Example 8, are added to a solution of 418 mg of nitrocyclohexane in 0.55 mL of toluene, using 41 mg of o-xylene as the internal reaction standard. He air inside the autoclave is removed by purging the reactor in cold with H2 at 10 bars. With the atmospheric pressure reactor of H2 the autoclave contents are heated to 120 ° C and pressurizes with 10 bars of hydrogen, setting a stirring level from 1000 r.p.m. The pressure inside the reactor was maintained constant at 10 bars throughout the experiment, following the evolution of the reaction by analysis of the liquid phase by gas chromatography and mass spectrometry. After 100 minutes of reaction, cyclohexanone oxime was produced with a 5.4% yield.
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Ejemplo-10Example-10
El catalizador de platino soportado sobre carbón activo fue preparado por la técnica de impregnación a volumen de poro. La deposición del platino fue llevada a cabo adicionando una disolución acuosa de H_{2}PtCl_{6} conteniendo la cantidad requerida de platino sobre el soporte, de forma que éste quede impregnado a volumen de poro. Para preparar 10 g de catalizador, 22 mL de una disolución acuosa conteniendo 53.1 mg de H_{2}PtCl_{6} deben ser utilizados. Tras homogeneizar el gel resultante, el catalizador fue secado en una estufa convencional a 100ºC durante 6 horas. Finalmente, la muestra fue reducida bajo flujo de H_{2} puro (50 mL/min) a 450ºC durante 3 horas.The carbon-supported platinum catalyst active was prepared by the volume impregnation technique of pore. Platinum deposition was carried out by adding a aqueous solution of H2 PtCl6 containing the amount required of platinum on the support, so that it is impregnated with pore volume. To prepare 10 g of catalyst, 22 mL of an aqueous solution containing 53.1 mg of H 2 PtCl 6 They must be used. After homogenizing the resulting gel, the catalyst was dried in a conventional oven at 100 ° C for 6 hours. Finally, the sample was reduced under flow of H2 pure (50 mL / min) at 450 ° C for 3 hours.
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Ejemplo-11Example-11
En un autoclave, 100 mg de catalizador, preparado de acuerdo al Ejemplo 10, son añadidos a una disolución de 418 mg de nitrociclohexano en 0.55 mL de tolueno, utilizando 41 mg de o-xileno como patrón interno de la reacción. El aire del interior del autoclave se elimina purgando el reactor en frío con H_{2} a 10 bares. Con el reactor a presión atmosférica de H_{2} se calienta el contenido del autoclave hasta 120ºC y se presuriza con 10 bares de hidrógeno, fijándose un nivel de agitación de 1000 r.p.m. La presión en el interior del reactor fue mantenida constante a 10 bares durante todo el experimento, siguiéndose la evolución de la reacción mediante análisis de la fase líquida por cromatografía de gases y espectrometría de masas. Después de 80 minutos de reacción, ciclohexanona oxima fue producida con un rendimiento del 18%.In an autoclave, 100 mg of catalyst, prepared according to Example 10, are added to a solution of 418 mg of nitrocyclohexane in 0.55 mL of toluene, using 41 mg of o-xylene as the internal reaction standard. He air inside the autoclave is removed by purging the reactor in cold with H2 at 10 bars. With the atmospheric pressure reactor of H2 the autoclave contents are heated to 120 ° C and pressurizes with 10 bars of hydrogen, setting a stirring level from 1000 r.p.m. The pressure inside the reactor was maintained constant at 10 bars throughout the experiment, following the evolution of the reaction by analysis of the liquid phase by gas chromatography and mass spectrometry. After 80 minutes of reaction, cyclohexanone oxime was produced with a 18% yield.
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ES2337004B1 (en) | 2011-02-15 |
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