JP2000506126A - 芳香族ニトロ化合物の芳香族アミンへの水素化 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 超臨界または近臨界状態の溶媒を用いて、芳香族ニトロ化合物を芳香族アミンへ触媒水素化する方法。芳香族ニトロ化合物と、水素ガスと、溶媒とを高圧高温下で混合して超臨界または近臨界状態の均質混合物を作り、得られた均質混合物を触媒と接触させて反応生成物を生成する。芳香族アミンの工業的製造方法に適用できる。

Description

【発明の詳細な説明】 芳香族ニトロ化合物の芳香族アミンへの水素化 発明の分野 本発明は請求項１の前提部分に記載の芳香族ニトロ化合物の芳香族アミンへの 水素化方法に関するものである。 発明の背景 芳香族ニトロ化合物は一つまたは複数のニトロ基が芳香族環の炭素原子に結合 している化合物である。典型的な芳香族ニトロ化合物はニトロベンゼン、ニトロ トルエン、ニトロキシレンおよびジニトロトルエン等である。芳香族ニトロ化合 物は水素化されて対応する芳香族アミンにすることができる。 相対的に高沸点の芳香族アミンの多くは、対応する芳香族ニトロ化合物を触媒 の存在下に溶媒¹を用いて（または用いずに）液相水素化することで製造できる ということは周知である。この触媒水素化は初期の頃は攪拌回分反応器で行われ ていた。この公知の方法では、先ず最初に芳香族ニトロ化合物を適当な溶媒に溶 解し、それを触媒を含む回分反応器にポンプで注入する。攪拌器を備えた反応器 は水素ガスで加圧される。生成物は反応完了後に溶媒から分離できる。 最近では、この回分法に代わって連続法が用いられている。液相連続法の一つ をジアミノトルエン^2,3の製造方法で説明する。この方法ではジニトロトルエン （ＤＮＴ）を１５０〜２００ｂａｒ、約１００℃で触媒水素化する。約２５重量 ％のジニトロトルエンを溶解したメタノールと、水素と、ラネーニッケルとを含 む溶液を一連の反応器にポンプを用いて送る。各反応器は反応をより完全に行う ために内部循環手段を備えている。反応完了後、圧力を下げ、過剰な水素を気− 液分離器で除去し、最初の工程へ再循環させる。次いで、触媒を除去し、それを 再循環し、溶媒を蒸留して再循環する。水は脱水カラムで除去する。生成物は純 度９９％のジアミノトルエンである。 芳香族ニトロ化合物の水素化に一般に用いられる水素化溶媒は低分子量アルコ ール、特にメタノールまたはエタノールである。他の溶媒、例えば酢酸、アンモ ニア、ベンゼン、グリセロール、エチレングリコール、塩酸、硫酸または水を用 いることもできる。 液状溶媒に対する水素の溶解度が極端に小さいことはよく知られている。水素 の溶解性がこのように低く、しかも反応生成物が生じる触媒表面への移動が遅い ために、液相中での反応は遅くなり、連続反応器が必ずしも有効に使用できると は限らない。そのためにいくつかの機械的解決策が用いられている。１つの解決 策は噴霧カラムを用い、そこで溶媒、ニトロ芳香族化合物および触媒を水素ガス と一緒に噴霧する。 芳香族ニトロ化合物は蒸気相で水素化できるということも知られている。この 方法では気化したニトロ芳香族化合物と水素ガスとを生成物の生成する触媒ベッ ドに通す。一般に、反応は極めて速く、一度の通過で高い変換率が得られる。こ の方法は原理的に単純な連続法である。細流（trickle）ベッド反応器でニトロ ベンゼンからアニリンを製造する方法は文献⁴に記載されている。先ず、ニトロ ベンゼンを気化し、２００％過剰の水素ガスと混合する。高温の気体混合物を銅 −シリカ触媒を含む還元室内で上方へ向かって流す。２７０℃、２〜３ｂａｒで 極めて速く反応する。反応器から出たアニリンと水素と水とを含む反応混合物を 冷却する。先ず、過剰な水素を除去した後、水とアニリンとを分離する。次いで 、アニリンを９９％の生成物に精製する。 化合物の沸点が十分に低く、出発材料と生成物とが熱的に安定であれば、芳香 族ニトロ化合物の芳香族アミンへの触媒水素化は蒸気相で行うことができる。換 言すれば、蒸気相で水素化できるのは比較的単純な脂肪族および芳香族ニトロ化 合物、例えばニトロベンゼンおよびニトロキシレンのみである。 本発明の説明 本発明は、芳香族ニトロ化合物は超臨界（supercritical）または近臨界(near -supercritical)状態の溶媒中で水素化触媒の存在下で水素化できるという発見 に基づいている。すなわち、芳香族ニトロ化合物と水素ガスとを超臨界または近 臨界状態の溶媒中に溶解し、超臨界または近臨界状態にある均質混合物を触媒と 接触 させて反応生成物の芳香族アミンを生成させる。均質混合物の水素濃度はほぼ自 由に選択ができ、反応の制限要因ではない。本発明を用いることによって従来法 の上記プロセス上の制約が決定的に改良される。 超臨界（supercritical）という用語は溶媒の状態を意味する用語である。例 えば二酸化炭素は温度が３１．１℃以上で且つ圧力が７３．８ｂａｒ以上のとき に超臨界状態になる。エタンの対応する値は３２．４℃および４８ｂａｒであり 、プロパンでは９６．８℃および４２ｂａｒである。超臨界流体は液状と気体の 両方の特性、例えば液状の密度で且つ気体の粘度を示す。超臨界流体の拡散性は 気体の値と液体の値との中間にある。気体の特性は物質移動が大きいため反応化 学で有利であると考えられる。 超臨界流体の特に重要な特性は水素ガスを含む全ての気体とほぼ完全に混和性 がある点にある。これは、溶媒が超臨界状態であれば、芳香族ニトロ化合物を芳 香族アミンに還元するのに必要な水素ガスが溶媒と容易に混合できるということ を意味する。すなわち、反応が蒸気相行われる反応器内でニトロ芳香族化合物が 気化し、水素ガスと混合するので、液相系で見られる物質移動の制約は解消され る。しかし、蒸気相系では比較的高い温度すなわち３００〜４７５℃の温度が必 要になることが多い。本発明では相対的に低い温度すなわち３０〜１５０℃でニ トロ芳香族化合物と水素とを完全に混和することができる。 本発明はニトロ芳香族アミンを製造するための単純且つ効率的な反応器を提供 する。さらに、超臨界溶媒を用いることによってプロセス全体、特に生成物の分 離および精製を単純化することができる。超臨界溶媒は通常加圧ガスであるので 、溶媒混合物を減圧するだけで生成物から比較的容易に分離できる。反応は回分 反応器で行うこともできるが、工業的には当然連続反応器系が好ましい。 二酸化炭素は環境的に許容でき、無毒、難燃性で、比較的安価で、無腐食性で 、容易に使用できるものである。二酸化炭素は火炎を消すための消火に用いられ る。水素化処理において二酸化炭素は溶媒および安全ガスの両方の役目をする。 低分子量炭化水素、例えばエタンおよびプロパンは水素化に対して化学的に安定 であり、これは二酸化炭素の場合よりも高い水素化温度が適用できることを意味 する。 改質剤、例えば短鎖アルコールまたはエステルを添加することによって超臨界 溶媒の特徴を向上させることができるということはよく知られている。 以下、本発明の実施例を説明する。実施例１ 二酸化炭素中でのＰｄ含有触媒によるメチル−ｐ−ニトロベンゾエ ートの還元 ０．５ｇのメチル−ｐ−ニトロベンゾエート（ｍｐ．９４〜９６℃）と０．０ ５７ｇの触媒とを秤量し、回分反応器（４０ｍＬ）に入れて、反応器を閉じた。 触媒にはポリオレフィン繊維にパラジウムを付けたものを使用した。回分反応器 は二酸化炭素でパージして閉じ込められた空気を除去し、４２℃に加熱した。次 いで、この系に二酸化炭素と水素ガスとを充填して全圧を１８０ｂａｒ、水素分 圧を１５ｂａｒにした。加圧した反応混合物を３０分間磁気混合した後、ミキサ ーを止め、反応器を急冷および減圧する。次いで、生成物から触媒を分離した。 生成物を薄層クロマトグラフィー（ＴＬＣ）および液体クロマトグラフィーで分 析すると、ほぼ純粋なメチル−ｐ−アミノベンゾエートであることが分かった。 純度は９５％以上であった。実施例２ 二酸化炭素中でのＮｉ含有触媒によるメチル−ｐ−ニトロベンゾエ ートの還元 実施例１と同じ操作をしてメチル−ｐ−アミノベンゾエートを水素化した。触 媒はニッケル／カーボン(nickel on carbon)で、反応温度は１００℃にした。全 圧は８０ｂａｒ、水素分圧は１０ｂａｒにした。生成物を分析するとメチル−ｐ −アミノベンゾエートの純度は７０％以上であった。実施例３ 二酸化炭素中でのＰｔ含有触媒によるメチル−ｐ−ニトロベンゾエ ートの還元 実施例１と同じ操作でメチル−ｐ−アミノベンゾエートを水素化した。触媒は 白金／活性炭で、反応温度は３５℃にした。少量のメタノールを改質剤として用 いた。全圧は２５０ｂａｒ、水素分圧は４０ｂａｒにした。生成物を分析する と、メチル−ｐ−アミノベンゾエートの純度は９０％以上であった。実施例４ 二酸化炭素中でのＣｕＯ／ＣｒＯ含有触媒による メチル−ｐ−ニトロベンゾエートの還元 実施例１と同じ操作でメチル−ｐ−ニトロベンゾエートを水素化した。触媒は 酸化銅／酸化クロムを含む。反応温度は１５０℃にし、全圧は３００ｂａｒ、水 素分圧は２０ｂａｒにした。生成物を分析すると、メチル−ｐ−アミノベンゾエ ートの純度は６０％以上であった。実施例５ 二酸化炭素中でのＰｄ含有触媒によるニトロベンゼンの還元 ０．５ｇのニトロベンゼン（ｍｐ．５〜７℃）と０．０５１ｇの触媒とを秤量 し、回分反応器（４０ｍＬ）に入れ、反応器を閉じた。触媒にはパラジウム／ポ リオレフィン繊維を使用した。回分反応器を二酸化炭素でパージして閉じ込めら れた空気を除去し、次いで、４０℃に加熱した。次いで、この系に二酸化炭素と 水素ガスとを充填し、全圧を２００ｂａｒ、水素分圧を２０ｂａｒにした。加圧 した反応混合物を３０分間磁気混合した後、ミキサーを止め、反応器を急冷およ び減圧した。生成物から触媒を分離した。生成物を薄層クロマトグラフィー（Ｔ ＬＣ）および液体クロマトグラフィーで分析すると、純度が９０％以上のアニリ ンであることが分かった。実施例６ 二酸化炭素中でのＰｄ含有触媒による２，４−ジニトロトルエンの 還元 ０．５ｇの２，４−ジニトロトルエン（ｍｐ．６７〜７０℃）と０．２７ｇの 触媒とを秤量し、回分反応器（４０ｍＬ）に入れ、反応器を閉じた。触媒にはパ ラジウム／ポリオレフィン繊維を使用した。回分反応器を二酸化炭素でパージし て閉じ込められた空気を除去し、次いで４２℃に加熱した。次いで、この系に二 酸化炭素と水素ガスとを充填し、全圧を２００ｂａｒに、水素分圧を１９ｂａｒ にした。加圧した反応混合物を３０分間磁気混合した後、ミキサーを止め、反応 器を急冷および減圧する。次いで、生成物から触媒を分離した。生成物を薄層ク ロマトグラフィー（ＴＬＣ）および液体クロマトグラフィーで分析すると、純度 が９０％以上の２，４−ジアミノトルエンであることが分かった。実施例７ 二酸化炭素中でのＮｉ含有触媒による２，４−ジニトロトルエンの 還元 実施例１と同じ操作でメチル−ｐ−ニトロベンゾエートを水素化した。触媒は ニッケル／活性炭を含む。反応温度は８０℃にした。全圧は２５０ｂａｒ、水素 分圧は３０ｂａｒにした。生成物を薄層クロマトグラフィー（ＴＬＣ）および液 体クロマトグラフィーで分析すると、純度が８５％以上の２，４−ジアミノトル エンであることが分かった。実施例８ プロパン中でのＰｄ含有触媒によるメチル−ｐ−ニトロベンゾエー トの還元 ０．５ｇのメチル−ｐ−ニトロベンゾエートと０．２ｇの触媒とを秤量し、回 分反応器（４０ｍＬ）に入れ、反応器を閉じた。触媒はパラジウム／カーボンで ある。回分反応器をプロパンでパージして閉じ込められた空気を除去し、次いで １０５℃に加熱した。次いで、この系にプロパンと水素ガスとを充填し、全圧を ７５ｂａｒ、水素分圧を２０ｂａｒにした。加圧した反応混合物を３０分間磁気 混合した後、ミキサーを止め、反応器を急冷および減圧した。次いで、生成物か ら触媒を分離した。メチル−ｐ−アミノベンゾエート生成物を薄層クロマトグラ フィー（ＴＬＣ）および液体クロマトグラフィーで分析した。実施例９ エタン中でのＰｄ含有触媒によるメチル−ｐ−ニトロベンゾエート の還元 ０．５ｇのメチル−ｐ−ニトロベンゾエートと０．２ｇの触媒とを秤量し、回 分反応器（４０ｍＬ）に入れ、反応器を閉じた。触媒はパラジウム／カーボンで ある。回分反応器をエタンでパージして閉じ込められた空気を除去し、次いで４ ０℃に加熱した。次いで、この系にエタンと水素ガスとを充填し、全圧を９０ｂ ａｒ、水素分圧を２０ｂａｒにした。加圧した反応混合物を３０分間磁気混合し た後、ミキサーを止め、反応器を急冷および減圧する。次いで、生成物から触媒 を分離した。メチル−ｐ−アミノベンゾエート生成物を薄層クロマトグラフィー （ＴＬＣ）および液体クロマトグラフィーで分析した。 以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明が上記実施例に限定され るものではなく、出発材料、生成物、触媒、圧力、温度、時間または操作方式（ 回分または連続式）を含めて種々変更が可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 芳香族ニトロ化合物を芳香族アミンへ水素化する方法において、 芳香族ニトロ化合物と、水素ガスと、溶媒とを高圧、高温下で混合した超臨界 または近臨界状態の均質混合物を作り、得られた均質混合物を触媒と接触させて 芳香族アミン生成物を生成することを特徴とする方法。 ２． 溶媒が二酸化炭素、エタン、プロパンまたはこれらの二元または三元混合 物である請求項１に記載の方法。 ３． 触媒がパラジウム、白金、銅、クロムまたはニッケルを含む請求項１また は２に記載の方法。 ４． 改質剤としてメタノールを用いる請求項１〜３のいずれか一項に記載の方 法。