JP2000281631A - ジニトロトルエンを接触水素化する方法および触媒 - Google Patents

ジニトロトルエンを接触水素化する方法および触媒

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ジニトロトルエンを接触水素化する方法およ
び触媒を提供する。 【解決手段】 担体上にイリジウム以外に、バナジウ
ム、ニッケル、マンガン、鉄、コバルト、銅および/ま
たは白金の群からの少なくとも1種の金属を含有してい
る複合金属触媒を触媒として使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ジニトロトルエン
を接触水素化する方法ならびに触媒に関する。
【0002】
【従来の技術】液相中の芳香族ニトロ化合物の接触水素
化のための貴金属含有触媒の使用は以前から公知である
(G.C. Bond, P.B. Walls, Advan. Catal. Relat. Sub
j. 15,1964, 92)。
【0003】芳香族アミンは今日、ポリマー、ゴム工業
製品、農薬および医薬品の製造において中心的な成分で
ある。特にトルエンジアミンはジイソシアネートの合成
において重要な中間生成物であり、これは種々の材料
(フォーム、エラストマー)の形のポリウレタンを製造
するためのモノマーとして使用される。この場合、トル
エンのニトロ化により得られたジニトロトルエンの液相
中での接触水素化は、技術的にトルエンジアミンを合成
するためのメインルートである。
【0004】ジニトロトルエン(DNT)をトルエンジ
アミン(TDA)へ接触水素化するためのパラジウム触
媒は工業的な適用において普及しているにも関わらず、
中心的な問題の1つは、不所望の副生成物の形成、例え
ば環状水素化誘導体または反応の部分的に水素化された
中間生成物の二量化生成物/オリゴマー化生成物による
触媒の失活であり、これは文献中に「タール形成(tar f
ormation)」の概念で記載されている。
【0005】従って特別な方法で、パラジウム触媒を鉄
またはその他の金属で変性することによりDNTからT
DAへの液相水素化の選択率を上昇させ、かつ同時にト
ルエンジアミンの収率を改善するための一連の刊行物が
公知である。
【0006】疎水性のカーボンブラック(親油性カーボ
ンブラック)担体上の鉄変性パラジウム触媒の製造は公
知である(US3127356号)。特に極めて微細な
粒子状のカーボンブラック担体(例えばアセチレンブラ
ック)の使用ならびに鉄および/または白金のような元
素を用いたパラジウムのドーピングは公知法の場合、活
性率(使用した金属に対するジニトロトルエンの反応
率)の明らかな改善につながる。
【0007】変性パラジウム触媒の使用は公知である
(EP002308B1)。この場合、表面積の大きい
活性炭担体の使用により担体表面上でのパラジウムの高
い分散が達成される。このことは、ジニトロトルエンの
接触水素化における活性の改善につながり、これはメタ
ノールまたはその他の適切な溶剤中で実施される。
【0008】DE19636214A1号は、ハロゲン
置換されたアミンの水素化のためのイリジウム担持触媒
の使用を記載している。この場合、変性されたイリジウ
ム触媒の使用により、ハロゲン置換されたニトロ化合物
の接触水素化の際に脱ハロゲン化を抑制することが目的
であった。
【0009】その他の公知の液相プロセスは、より良好
な選択率、つまりわずかな副生成物の形成を保証し、か
つトルエンジアミンの収率を向上するために、鉄のよう
な元素で変性することができるニッケル担持触媒または
活性化したニッケル触媒を使用している(DE4323
687号を参照のこと)。
【0010】さらにジニトロトルエンの溶融物中で水素
化の際に形成される水を反応混合物から同時に除去しな
がらパラジウム担持触媒を使用することが公知である。
この場合、トルエンジアミンの合成を促進するために、
触媒と基質との間の集中的な接触が溶剤の不在下で可能
であるべきである(US2976320号)。
【0011】特開昭60−172947号公報から、液
相でジニトロトルエンを水素化するための白金含有また
はパラジウム含有担持触媒の使用が公知である。この場
合、活性の高い白金触媒を使用し、かつ形成される反応
水を連続的に除去することにより反応の化学平衡がシフ
トし、かつ所望のトルエンジアミンが高い収率で得られ
る。
【0012】ジニトロトルエンのトルエンジアミンへの
液相水素化の公知法は、パラジウム触媒または変性され
たパラジウム触媒および/または白金触媒の場合に不所
望の副生成物の形成、例えば環状水素化生成物、不完全
な水素化中間物質(メチルニトロアニリン)または特に
二量化生成物およびオリゴマー化生成物(「タール形
成」)により反応の選択率が低下し、かつ前記の副生成
物はトルエンジアミンの収率という欠点と結びついて触
媒の失活につながる。貴金属含有触媒は、特に比較的高
い圧力であまり選択的ではないことが判明した。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、適切
な水素化触媒の選択および合成により、ジニトロトルエ
ンのジアミノトルエンへの接触水素化の選択率を改善
し、副生成物の形成を抑制し、ひいてはトルエンジアミ
ンの収率を向上することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によ
り、担体上にイリジウム以外にバナジウム、ニッケル、
マンガン、鉄、コバルト、銅および/または白金の群か
らの少なくとも1種の金属を含有する複合金属触媒(mul
timetallischer Katalysator)を触媒として使用するこ
とを特徴とするジニトロトルエンのトルエンジアミンへ
の接触水素化のための方法により解決される。
【0015】触媒のための適切な担体は活性炭または酸
化物材料、例えば酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、二
酸化チタンまたはこれらの酸化物の混合物である。
【0016】本発明による触媒を製造するためにまず担
体を水中に懸濁させ、かつ相応する塩溶液の添加により
含浸させる。引き続き金属をその水酸化物の形での適切
な塩基の添加により担体上に析出させ、かつ水溶性の還
元剤を用いて0〜100℃の温度で還元することができ
る。場合により液相中で水素ガスを用いて、または乾燥
触媒を用いて還元を行うことができる。担体材料、水、
金属塩溶液および水溶性還元剤の組み合わせの順序は変
更することもできる。
【0017】ジニトロトルエンの接触水素化は、非連続
的または連続的に運転される管型反応器中で、溶剤、例
えばメタノールまたはトルエンの存在下に行うことがで
きる。これはトルエンジアミン/水からなる混合物中で
も特に連続的な方法の場合に行うことができる。
【0018】ジニトロトルエンのトルエンジアミンへの
本発明による水素化は、70〜200℃、有利には90
〜150℃の温度で、1〜100バール、有利には10
〜50バールの圧力で実施することができる。水素化を
連続的に実施する場合、反応した出発物質の量を後から
の供給により補充し、かつ生成物/水混合物を反応基か
ら除去しなくてはならない。
【0019】本発明による触媒の存在下でのジニトロト
ルエンのトルエンジアミンへの本発明による水素化は、
有利には特に低い副生成物形成およびトルエンジアミン
の高い収率により優れている。環状水素化誘導体および
不完全に水素化された中間体の不所望の形成は観察され
ない。異なった反応中間段階の二量化およびオリゴマー
化(「タール形成」)は、明らかによりわずかである。
トルエンジアミンの収率は、いずれの場合でも、公知の
パラジウム担持触媒または変性パラジウム触媒の使用下
で達成することができた収率を上回る。
【0020】本発明のもう1つの対象は、複合金属触媒
であり、かつ担体上にイリジウム以外にバナジウム、銅
および/または白金の群からの少なくとも1種の金属を
含有する触媒である。担体は活性炭、酸化アルミニウ
ム、二酸化ケイ素または混合酸化物であってもよい。
【0021】本発明による触媒をジニトロトルエンのト
ルエンジアミンへの水素化の際に使用することができ
る。
【0022】
【実施例】例1 活性炭94.85gを脱イオン水に懸濁させる。該懸濁
液にヘキサクロロイリジウム(IV)酸(濃度23%)
21.74gを添加する。80℃に加熱し、pH値を7
に調整した後、水100ml中に溶解したバナジン酸ア
ンモニウム0.34gを該懸濁液に添加し、次亜リン酸
ナトリウムで還元し、かつ触媒を濾別する。完成触媒
は、全質量に対してイリジウム5質量%およびバナジウ
ム0.15質量%を含有している。
【0023】例2 活性炭44.7gを脱イオン水に懸濁させた後、ヘキサ
クロロイリジウム(IV)酸(濃度23%)10.87
gおよび塩化マンガン(II)−四水和物0.54gを
該懸濁液に添加する。pH値をアルカリ性(pH=9)
に調整し、80℃で新たに準備した水素化ホウ素ナトリ
ウム溶液(2質量%)を用いて還元し、かつ触媒を濾別
する。完成触媒は、全質量に対してイリジウム5質量%
およびマンガン0.3質量%を含有している。
【0024】例3 活性炭94.7gを脱イオン水に懸濁させ、かつヘキサ
クロロイリジウム(IV)酸(濃度23%)21.74
gおよび塩化鉄(III)0.44gの溶液、ならびに
2.5M水酸化ナトリウム溶液中のバナジン酸アンモニ
ウム溶液0.34gを該懸濁液に添加する。該懸濁液を
アルカリ性(pH10)に調整し、新たに準備した水素
化ホウ素ナトリウム溶液(2質量%)を用いて還元し、
かつ触媒を濾別する。完成触媒は、全質量に対してイリ
ジウム5質量%、鉄0.15質量%およびバナジウム
0.15質量%を含有している。
【0025】例4 例3においてと同様にしてヘキサクロロイリジウム(I
V)酸溶液(濃度23%)17.4g、ヘキサクロロ白
金(IV)酸溶液(濃度25%)4.03gおよび塩化
鉄(III)0.73gの使用下に触媒を製造する。完
成触媒は、全質量に対してイリジウム4質量%、白金1
質量%および鉄0.5質量%を含有している。
【0026】例5 DE19636214号の例1と同様に、その全質量に
対してイリジウム5質量%および、イリジウムに対して
マンガン4.2質量%と鉄6.2質量%とを含有してい
る触媒を製造する。
【0027】例6 DE19636214号の例3と同様に、その全質量に
対してイリジウム5質量%および、イリジウムに対して
コバルト2.1質量%と鉄8.4質量%とを含有してい
る触媒を製造する。
【0028】例7 DE19636214号の例2と同様に、その全質量に
対してイリジウム5質量%および、イリジウムに対して
鉄10.5質量%を含有している触媒を製造する。
【0029】例8 DE19636214号の例4と同様に、その全質量に
対してイリジウム5質量%および、イリジウムに対して
ニッケル6.3質量%とマンガン4.2質量%とを含有
している触媒を製造する。
【0030】比較例1 US3127356号の例4と同様に、ショウイニガン
ブラック(ShawiniganBlack)上のバイメタルのパラジウ
ム/鉄触媒を製造する。
【0031】比較例2 比較触媒としてデグッサ(Degussa)社の5質量%負荷し
た標準パラジウム触媒(E101R/W Pd5%)を
使用する。
【0032】適用例 例1〜8に記載の触媒ならびに比較例1および2を、非
連続的に実施したジニトロトルエンのトルエンジアミン
への水素化におけるその活性および選択率に関して試験
する。その際、以下の反応パラメータを保持する: 反応圧力 20バール/50バール、 温度 100℃/120℃、 溶剤 メタノール。
【0033】その都度メタノール200ml中に溶解し
たジニトロトルエン50gを定量的に水素化する。反応
の最終点は、水素吸収が0へと急速に低下することによ
り正確に決定することができる。使用されるジニトロト
ルエンに対して、常に0.5質量%の触媒量を使用す
る。引き続き反応生成物中の副生成物をGC(ガスクロ
マトグラフィー)およびHPLCで測定する。
【0034】生じた副生成物は3つの群に分けられる: 副生成物1:ジニトロトルエン、メチルニトロアニリン
およびトルエンジアミンの環状水素化した一連の生成
物、 副生成物2:不完全に水素化された化合物(例えばメチ
ルニトロアニリン)、 副生成物3:ダイマー、トリマー、オリゴマー(「ター
ル形成」)。
【0035】15分間の攪拌時間後に水素吸収が終了し
た後でサンプルをオートクレーブから取り出す。50バ
ールでの水素化の結果は、以下の表にまとめられてい
る。
【0036】
【表1】
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C07C 211/50 B01J 23/64 104Z (72)発明者 ミヒャエル グロース ドイツ連邦共和国 フランクフルト アム マイン マインクルシュトラーセ 20 (72)発明者 ウヴェ パックルーン ドイツ連邦共和国 フランクフルト アム マイン アッツェルベルクシュトラーセ 35

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ジニトロトルエンをトルエンジアミンに
    接触水素化する方法において、担体上にイリジウム以外
    に、バナジウム、ニッケル、マンガン、鉄、コバルト、
    銅および/または白金の群からの少なくとも1種の金属
    を含有している複合金属触媒を触媒として使用すること
    を特徴とする、ジニトロトルエンを接触水素化する方
    法。
  2. 【請求項2】 担体として活性炭、酸化アルミニウム、
    二酸化ケイ素またはこれらの混合酸化物を使用する、請
    求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 触媒において、複合金属触媒であり、か
    つ担体上にイリジウム以外に、バナジウム、銅および/
    または白金の群からの少なくとも1種の金属を含有して
    いることを特徴とする触媒。
  4. 【請求項4】 担体が活性炭、酸化アルミニウム、二酸
    化ケイ素またはこれらの混合酸化物である、請求項3記
    載の触媒。
  5. 【請求項5】 ジニトロトルエンをトルエンジアミンに
    水素化する際の請求項4記載の触媒の使用。
JP2000070399A 1999-03-17 2000-03-14 ジニトロトルエンを接触水素化する方法および触媒 Pending JP2000281631A (ja)

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