JP2002284753A - ニトリル類の製造方法 - Google Patents

ニトリル類の製造方法

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JP2002284753A
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carboxylic acid
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oxide
ester
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Takayuki Shoji
孝幸 小路
Koji Miura
浩司 三浦
Yoshihiro Nishimoto
佳弘 西本
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Koei Chemical Co Ltd
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Koei Chemical Co Ltd
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Pyridine Compounds (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 カルボン酸またはそのエステルをアンモニア
と反応させてニトリル類を製造することにより、高収率
および高選択率で目的物を製造する。 【解決手段】 触媒の存在下、カルボン酸またはそのエ
ステルをアンモニアと反応させてニトリル類を製造する
にあたり、触媒として表面に酸・塩基両機能を有する固
体触媒を用いてニトリル類を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、カルボン酸または
そのエステルをアンモニアと反応させてニトリル類を製
造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】カルボン酸またはそのエステルをアンモ
ニアと反応させてニトリル類を製造する方法は多数報告
されている。たとえば、メタクリル酸メチルをアンモニ
アと反応させてメタクリロニトリルを製造する際に、触
媒としてリン酸塩またはゼオライトなどの固体酸触媒を
用いて収率72%で得る方法(特開平10−13975
0号公報)および触媒としてリン含有酸化物を用いる方
法(特開平9−165361号公報)が、また酢酸エチ
ルまたは安息香酸エチルをアンモニアと反応させてアセ
トニトリルまたはベンゾニトリルを製造する際に、触媒
としてゼオライトまたは酸化トリウムなどを含有するシ
リカ−アルミナを用いてアセトニトリルを収率80.6
%で、また、ベンゾニトリルを収率85.4%で得る方
法(インディアン ジャーナル オブ ケミカル テク
ノロジィー(Indian Journal of C
hemical Technology),Vol.
3,128(1996))などが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来法によれば、ニトリル類の収率が不充分であり、より
高収率の製造方法の開発が望まれている。
【0004】本発明は、カルボン酸またはそのエステル
をアンモニアと反応させてニトリル類を製造する際に、
目的物を高収率および高選択率で製造することができる
方法を提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、触媒の存在
下、カルボン酸またはそのエステルをアンモニアと反応
させてニトリル類を製造するにあたり、触媒として表面
に酸・塩基両機能を有する固体触媒を用いることを特徴
とするニトリル類の製造方法(請求項1)、前記固体触
媒が、チタンおよびジルコニウムから選ばれた少なくと
も1種の元素の酸化物を含有する触媒である請求項1記
載の方法(請求項2)、および前記固体触媒が、酸化チ
タンまたは酸化ジルコニウムである請求項1記載の方法
(請求項3)に関する。
【0006】
【発明の実施の形態】カルボン酸またはそのエステル 本発明に使用するカルボン酸またはそのエステルとして
は、たとえば脂肪族カルボン酸、芳香族カルボン酸、前
記カルボン酸のエステルなどがあげられるが、これらに
限定されるものではない。
【0007】前記脂肪族カルボン酸としては、たとえば
直鎖または分岐した2〜8個、好ましくは2〜4個の炭
素原子を持つ飽和または不飽和の脂肪族カルボン酸が好
ましい例としてあげられる。前記脂肪族カルボン酸のう
ちでは、不飽和脂肪族カルボン酸が好ましい。
【0008】前記飽和脂肪族カルボン酸の具体例として
は、たとえば酢酸、プロピオン酸、酪酸など、前記不飽
和脂肪族カルボン酸の具体例としては、たとえばアクリ
ル酸、メタクリル酸、クロトン酸、ソルビン酸などがあ
げられる。これらのうちでは、アクリル酸、メタクリル
酸が好ましい。
【0009】前記芳香族カルボン酸としては、該カルボ
ン酸に含まれる芳香環が、たとえば単環式芳香環、多環
式芳香環、縮合芳香環であるものがあげられる。前記芳
香環を構成する元素としては、炭素原子の他、酸素原
子、窒素原子、硫黄原子を含んでいてもよい。
【0010】前記芳香環の具体例としては、たとえばベ
ンゼン環、ビフェニル環、テルフェニル環、ナフタレン
環、アントラセン環、ピロール環、イミダゾール環、イ
ミダゾリン環、ピラゾール環、ピリジン環、ピリミジン
環、キノリン環、オキサジン環、ピラジン環、トリアジ
ン環、アゼピン環などがあげられる。これらのうちで
は、芳香環を構成する元素として炭素原子のほか、窒素
原子を含む含窒素複素環が好ましく、とくにピリジン環
が好ましい。
【0011】前記芳香環は、たとえばメチル基、エチル
基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基な
どの直鎖または分岐鎖状の炭素数1〜6の低級アルキル
基、塩素原子、臭素原子などのハロゲン原子、メトキシ
基、エトキシ基などの炭素数1〜6のアルコキシ基、ヒ
ドロキシ基、シアノ基、カルボキシル基などの置換基を
有していてもよい。
【0012】前記芳香族カルボン酸の具体例としては、
たとえば安息香酸、ピリジンカルボン酸、ピラジンカル
ボン酸、ピリミジンカルボン酸、ナフタレンカルボン
酸、ビフェニルカルボン酸、ピロールカルボン酸、キノ
リンカルボン酸などがあげられる。これらのうちでは、
安息香酸、ピリジンカルボン酸、ピラジンカルボン酸、
ピリミジンカルボン酸などが好ましい。
【0013】前記カルボン酸エステルは、前記脂肪族カ
ルボン酸や芳香族カルボン酸のエステルであり、たとえ
ばアルキルエステルがあげられる。
【0014】前記アルキルエステルのアルキル基として
は、たとえば炭素数1〜8、好ましくは1〜4の直鎖状
または分岐鎖状のアルキル基があげられるが、メチル基
およびエチル基が好ましい。
【0015】前記カルボン酸エステルの具体例として
は、たとえば前記カルボン酸の具体例のメチルエステ
ル、エチルエステルなどがあげられる。
【0016】とくに好ましいカルボン酸およびそのエス
テルは、不飽和脂肪族カルボン酸、含窒素複素芳香族カ
ルボン酸およびそれらのエステルである。
【0017】触媒 本発明に使用する触媒は、表面に酸・塩基両機能を有す
る固体触媒である。表面に酸・塩基両機能を有する固体
触媒を触媒として使用するため、高収率、かつ高選択率
でニトリル類を製造することができる。
【0018】前記表面に酸・塩基両機能を有する固体触
媒というのは、触媒表面上に酸性の活性点と塩基性の活
性点の両者を有する固体触媒のことである。
【0019】前記表面に酸・塩基両機能を有する固体触
媒の具体例としては、たとえば酸化アルミニウム、酸化
チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛などの単元系酸化
物のほか、これら単元系酸化物に含まれる金属元素の複
合酸化物(2種以上の金属元素が酸素との結合を介して
酸化物中に存在するもの)、それらの混合物があげられ
る。好ましいものとしては、チタンおよびジルコニウム
から選ばれた少なくとも1種の元素の酸化物があげら
れ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、チタンおよびジル
コニウムの複合酸化物があげられる。
【0020】前記酸化物は、触媒担体に支持されていて
もよい。
【0021】前記触媒担体としては、たとえば活性炭、
シリカなどがあげられる。
【0022】前記触媒、好ましくはチタンおよびジルコ
ニウムから選ばれた少なくとも1種の元素の酸化物は、
本発明の反応、好ましくは気相接触反応を阻害しない成
分または助触媒成分として、さらに本発明に使用する触
媒となる金属元素、たとえばチタン、ジルコニウムなど
以外の金属元素、たとえばケイ素、ガリウム、タングス
テン、バナジウム、クロムなどの酸化物を含有してもよ
い。
【0023】前記のごとき本発明に使用する触媒は、従
来公知の金属酸化物触媒の製造方法により製造すること
ができる。
【0024】たとえば、触媒製造原料として、本発明に
使用する触媒の構成元素を含む錯体、酢酸塩、炭酸塩、
ハロゲン化物、水酸化物、硝酸塩、アンモニウム塩、リ
ン酸塩、硫酸塩、蓚酸塩、乳酸塩、蟻酸塩および酸化物
など、所望により担体を用い、共沈法、混練法、含浸法
などにより製造すればよい。また、本発明に使用する触
媒は、市販品としても入手することができる。
【0025】前記触媒は、粉末状、円柱状、円筒状、球
状、粒状などの所望の形状に成形して、本発明に使用す
ることができる。触媒の大きさは、たとえば流動床(反
応ガスとともに触媒が流動する)で反応させる場合に
は、細かい粉末を使用し、固定床(反応器に触媒層とし
て固定充填する)で反応させる場合には、ある程度の大
きさのものを使用するのが一般的であるが、反応スケー
ルによっても大きさが異なるため、一義的に規定するこ
とはできない。
【0026】反応 本発明の製造方法における反応(通常、気相接触反応)
は、本発明に使用する触媒を存在せしめた反応器に、カ
ルボン酸またはそのエステルおよびアンモニアを供給し
て行なわれる。
【0027】アンモニアの使用量は、カルボン酸または
そのエステル1モルに対して、通常1〜100モル、好
ましくは2〜10モルである。
【0028】さらに、窒素、ヘリウム、水蒸気などの不
活性ガスを希釈剤として使用して反応を行なってもよ
い。好ましい希釈剤は窒素である。
【0029】希釈剤を使用するとき、その使用量はカル
ボン酸またはそのエステル1モルに対して、通常0.1
〜100モル、好ましくは1〜40モルである。
【0030】また、カルボン酸またはそのエステルを前
記反応に不活性な溶媒(たとえば、芳香族炭化水素)に
溶解して反応に供給してもよい。
【0031】前記反応が気相接触反応の場合、固定床反
応器または流動床反応器を用いて実施することができ
る。
【0032】固定床反応器を用いて前記反応を実施する
場合を例にとって具体的に説明する。
【0033】たとえば、本発明に使用する触媒を反応管
に充填し、反応管の触媒充填部を、通常250〜550
℃、好ましくは250〜500℃に昇温する。そして、
該反応管の触媒充填部にカルボン酸またはそのエステル
とアンモニアおよび所望により希釈剤を供給して反応さ
せる。
【0034】カルボン酸またはそのエステルの液空間速
度(LHSV)は、通常0.001〜5.0g/(ml
触媒・hr)、好ましくは0.01〜2.0g/(ml
触媒・hr)である。
【0035】カルボン酸またはそのエステル、アンモニ
アおよび所望により使用する希釈剤からなる混合ガスの
空間速度(SV)は、通常30〜10000hr-1、好
ましくは50〜1000hr-1である。
【0036】反応は、常圧下、減圧下または加圧下で実
施することができる。
【0037】反応後の処理 反応により生成するニトリル類、好ましくは不飽和脂肪
族ニトリル類の単離は、たとえば反応器から流出する反
応生成ガスをそのまま冷却および(または)適当な溶媒
に通じて、該反応生成ガスに含まれるニトリル類を凝縮
および(または)溶媒に溶解させて、ニトリル類を含有
する凝集物および(または)溶液を得る。得られた凝縮
物または溶液から、濃縮、蒸留などの単位操作を組み合
わせてニトリル類、好ましくは不飽和脂肪族ニトリル類
を単離することができる。
【0038】前期のごとき方法により、メタクリロニト
リルの場合で収率90%以上、2−メチル−5−シアノ
ピリジンの場合で収率80%以上というような高収率で
ニトリル類、とくに不飽和脂肪族ニトリル類を製造する
ことができる。
【0039】
【実施例】つぎに本発明の製造方法を実施例に基づいて
さらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定される
ものではない。
【0040】実施例1 触媒として酸化チタン(粒径1.6〜2.5mm)を用
い、その10mlを内径18mmφのパイレックス(登
録商標)製反応管に充填し、反応管の触媒充填部を30
0℃に昇温した。この触媒充填部に、メタクリル酸メチ
ル1モルを0.043g/分で、アンモニアを38.1
2ml/分で、窒素を57.19ml/分で供給した。
反応管から流出する反応生成ガスを30分間メタキシレ
ン100ml中に通じ、反応生成ガス中の可溶性成分を
メタキシレンに溶解させた。得られた溶液をガスクロマ
トグラフィーで分析した結果、メタクリル酸メチルの転
化率は99.3%、メタクリロニトリルの収率は92.
6%、選択率は93.2%であった。
【0041】実施例2 実施例1において酸化チタンに代えてタングステンおよ
びジルコニウムの複合酸化物(酸化タングステン/酸化
ジルコニア(重量比)=9.4/90.6、粒径1.6
〜2.5mm)を用い、反応温度を350℃とした以外
は実施例1と同様に行なった結果、メタクリル酸メチル
の転化率は99.8%、メタクリロニトリルの収率は9
2.8%、選択率は93.0%であった。
【0042】実施例3 触媒として酸化チタン(粒径1.6〜2.5mm)を用
い、その14mlを内径18mmφのパイレックス製反
応管に充填し、反応管の触媒充填部を315℃に昇温し
た。この触媒充填部に6−メチルニコチン酸メチル1モ
ルに対してトルエン4モルの割合の混合液を0.05g
/分で、アンモニアを9.4ml/分で供給した。反応
管から流出する反応生成ガスを30分間エタノール10
0ml中に通じ、反応生成ガス中の可溶性成分をエタノ
ールに溶解させた。得られた溶液をガスクロマトグラフ
ィーで分析した結果、6−メチルニコチン酸メチルの転
化率は100%、2−メチル−5−シアノピリジンの収
率は80.3%、選択率は80.3%であった。
【0043】実施例4 実施例3において酸化チタンに代えてタングステンおよ
びジルコニウムの酸化物(酸化タングステン/酸化ジル
コニア(重量比)=9.4/90.6、粒径1.6〜
2.5mm)を用い、反応温度を285℃とした以外は
実施例1と同様に行なった結果、6−メチルニコチン酸
メチルの転化率は95.9%、2−メチル−5−シアノ
ピリジンの収率は81.8%、選択率は95.3%であ
った。
【0044】
【発明の効果】本発明によると、カルボン酸またはその
エステルをアンモニアと反応させてニトリル類を製造す
ることにより、目的物を高収率および高選択率で製造す
ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西本 佳弘 大阪市城東区放出西二丁目12番13号 広栄 化学工業株式会社内 Fターム(参考) 4C055 AA01 BA02 BA05 BA06 CA02 CA59 DA01 FA01 FA32 FA34 FA36 4H006 AA02 AB46 AC54 BA10 BA30 BA68 BA69 BE14 QN22 4H039 CA70 CE90

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 触媒の存在下、カルボン酸またはそのエ
    ステルをアンモニアと反応させてニトリル類を製造する
    にあたり、触媒として表面に酸・塩基両機能を有する固
    体触媒を用いることを特徴とするニトリル類の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 前記固体触媒が、チタンおよびジルコニ
    ウムから選ばれた少なくとも1種の元素の酸化物を含有
    する触媒である請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記固体触媒が、酸化チタンまたは酸化
    ジルコニウムである請求項1記載の方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008035261A1 (de) 2008-07-29 2010-02-04 Alzchem Trostberg Gmbh Verfahren zur Herstellung von Methacrylnitril
CN108698983A (zh) * 2016-02-19 2018-10-23 可持续能源联合有限责任公司 用于产生腈的系统和方法
CN111233704A (zh) * 2020-03-16 2020-06-05 湖北三宁碳磷基新材料产业技术研究院有限公司 一种制备6-氨基己腈产品的方法

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