JP2004525901A - アセチルピリジンを製造するための方法および触媒 - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
本発明は、式
【化3】
のアセチルピリジン、特に3−アセチルピリジンを製造するための方法に関する。本発明は、さらに、本発明の方法にとって適切な触媒に関する。
【背景技術】
【0002】
3−アセチルピリジンは、中間体およびビルディングブロックとして、製薬産業およびファインケミカル産業において、ますます重要性を高めていると考えられている。現在まで、3−アセチルピリジンは、しばしばニコチン酸、または容易に入手し得ない他の出発材料(例えば3−エチルピリジン)から出発する多段階工程を用いて調製されてきた。ヘテロ芳香族酸を用いる代わりに、誘導体を用いることも可能である。酸が不揮発性であり、および/または高温で分解する傾向を有するとき、このことは特に有用である。そのようにして、ニコチン酸エチルを520℃で酢酸と縮合させて、37%収率の3−アセチルピリジンを得た(非特許文献1)。最近、3−アセチルピリジンを製造するための方法が特許文献1に記載され、その特許文献1では、二酸化チタンおよびアルカリもしくはアルカリ土類金属酸化物もしくは水酸化物を利用する。ニコチン酸のメチルエステルおよび酢酸および98%二酸化チタン(アナターゼとしての)および2%酸化ナトリウムで構成された触媒を用いて、54%ないし60%の選択率が報告された。ピリジンが、29ないし41%の量でニコチン酸エステルの脱炭酸反応により副生成物として生成した。満足な結果をもたらさない様々の他の方法が記載されている(特許文献1を参照のこと)。
【特許文献1】
EP−A−0352674
【非特許文献1】
フーベン−ワイル,Vol.VI/2a,632〜633ページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
本発明の目的は、3−アセチルピリジンについての現状の技術での方法の選択率を改善することであり、そのようにして、多量の所望されない副生成物の生成による損失を回避または減少させることである。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明によれば、そのことは、請求項1の方法により達成される。
【0005】
アセチルピリジン(I)を与える、式
【化4】
(式中、R1 はC1-6 アルキルである)のピリジンカルボン酸エステルと酢酸との気相反応では、EP−A−0352674の二酸化チタン系触媒の選択性は、アルキメデス法で測定して、少なくとも50%の見掛気孔率を有する高い多孔性のアルミナ−シリカ担体を用いることにより実質的に改善され得ることが見出されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【0006】
好ましくは、本発明による方法は、3−アセチルピリジンを得るために、出発物質としてニコチン酸C1-6 アルキルエステルを用いて行われる。
【0007】
さらに、高沸点ピリジンカルボン酸エステル(II)を用いることにより反応生成物の分離の容易さを高め得ることも見出されている。例えばニコチン酸の低級エステルは所望の生成物の沸点と同様の沸点を有し、このことは、変換率が100%未満である場合、蒸留による分離に困難性をもたらす。沸点の高い(より安定な)エステルの使用は、この問題を大幅に回避する。その例は、大気圧での沸点が3−アセチルピリジンの沸点とはそれぞれ3〜4K(エチル)および15〜16K(メチルおよびプロピル)しか異ならない、ニコチン酸のメチル、エチルまたはプロピルエステルの代わりの、ニコチン酸のブチル、ペンチルまたはヘキシル(イソブチル、sec−ブチル、イソペンチルなどのような異性体を含む)エステルである。大気圧でのニコチン酸ブチルと3−アセチルピリジンとの間の沸点の差は、32Kである。
【0008】
好ましくは、20Kを超えて、生成物アセチルピリジン(I)の沸点を上回る沸点(大気圧で)を有するピリジンカルボン酸エステル(II)が出発物質として用いられる。
【0009】
好ましい反応温度は、350から450℃である。
【0010】
有利には、反応は、水の存在下で、過剰量の酢酸を用いて行われる。
【0011】
触媒担体中のアルミナ対シリカの重量比は、有利には、70:30ないし90:10、好ましくは75:25ないし85:15である。
【0012】
好ましくは、触媒担体の見掛気孔率は、60ないし70%である。
【0013】
触媒担体の充填密度は、好ましくは、1000kg/m3 未満、より好ましくは600ないし800kg/m3 である。
【0014】
好ましくは、触媒の二酸化チタン含有量は、担体の重量に基づいて5から20wt.%である。
【0015】
触媒は、(i)第1の触媒前駆体を得るために四塩化チタンの塩酸溶液を少なくとも50%の見掛気孔率を有するアルミナ−シリカ担体に含浸させる工程、(ii)乾燥工程、(iii)焼成工程、(iv)第2の触媒前駆体を得るためにアルカリ金属および/またはアルカリ土類金属の水酸化物および/または酸化物の溶液または懸濁液を該焼成された第1の触媒前駆体に含浸させる工程、(v)乾燥工程および(vi)最終的に触媒を得るために該乾燥された第2の触媒前駆体を焼成する工程を含む方法により調製され得る。
【0016】
担体の含浸は、四塩化チタンの使用に限定されない。すなわち、チタンの他の可溶性塩または酸化チタンの微粉砕物のスラリーのいずれかが用いられ得る。適切な前駆体、例えば、加熱で分解する前記金属の塩によりアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の水酸化物もしくは酸化物を置き換えることもまた可能である。
【0017】
有利には、担体中のアルミナ対シリカの比は、70:30ないし90:10、好ましくは75:25ないし85:15である。
【0018】
触媒担体の見掛気孔率は、好ましくは60ないし70%である。
【0019】
好ましくは、触媒の二酸化チタン含有量は、担体の重量に基づいて5から20wt.パーセントである。
【0020】
以下の非限定的な例は、本発明の方法および本発明の触媒の調製を例示する。
【0021】
例1
触媒の調製:
触媒の調製のために、多孔質シリカ−アルミナ球が担体として利用される。適切な材料は、以下の典型的な仕様によりオハイオ州アクロンのノートン・ケミカル・プロセス・プロダクツ・コーポレーションにより供給される。
【0022】
大きさと形状:4mmφ球
表面積:12m2 /g
見掛気孔率:65%
充填密度:710kg/m3
全細孔容積(Hg多孔度測定法による):0.5ml/g
Al2 O3 :79〜81%
SiO2 :17〜19%。
【0023】
四塩化チタンの水溶液(TiO2 として表現して22%、0.21mol、16g)を15mlの濃塩酸と60mlの脱イオン水の混合物に23ml(40g、0.21mol)のTiCl4 を加えることにより調製した。最終溶液を数分間攪拌し、冷却した。
【0024】
上記シリカ−アルミナ球(250g)を、25〜30℃でTiCl4 溶液をスプレーすることにより湿潤初期技術(the wet incipient technique)を用いて回転ガラス容器または金属ドラム中で含浸させた。ついで触媒前駆体を真空下(浴温度:90〜95℃)で1時間、次いで、120℃で12時間乾燥し、最終的に、空気流(500ml/min)の下で400℃で12時間焼成した。分析では、7%Tiであった。
【0025】
焼成された球を、再び回転ドラム内に入れ、希水酸化ナトリウム溶液(5%水溶液として1.5gのNaOH)をスプレーした。
【0026】
その触媒を120℃で12h乾燥させ、次いで500℃で1時間焼成した。
【0027】
例2
3−アセチルピリジンの調製
内径(i.d.)12mmの電熱式管状反応器を例1で得た15ml(12g)の触媒で満たした。12時間にわたって、17.9gのニコチン酸ブチル、32gの水および125gの酢酸の混合物を精密ポンプを用いて410℃で作動する反応器に計量分配した。その反応混合物から、8.9gの3−アセチルピリジン、0.9gのピリジンおよび1.3gのニコチン酸ブチルを得た。このことは、93%のニコチン酸ブチル変換率(選択率78%)で73%の3−アセチルピリジンの収率に対応する。ピリジン生成の選択率は、11%であった。
【0028】
比較例1
EP−A−0352674に記載されている触媒を用いた3−アセチルピリジンの調製
12mmのi.d.を有する電熱式管状反応器をEP−A−0352674の例1により調製された15ml(略15g)の触媒で充填した。60時間にわたって、ニコチン酸メチル(78g)、水(149g)および酢酸(523g)を410℃で作動する反応器に精密ポンプを用いて計量分配した。反応混合物から、30.5gの3−アセチルピリジン、8.5gのピリジンおよび9.0gのニコチン酸メチルを得た。これは、88%のニコチン酸メチル変換率(選択率50%)で45%の3−アセチルピリジンの収率に対応する。ピリジン生成の選択率は、19%であった。
【0029】
比較例2
EP−A−0352674に記載されている触媒を用いた3−アセチルピリジンの調製
12mmのi.d.を有する電熱式管状反応器をEP−A−0352674の例1により調製された15ml(略15g)の触媒で充填した。63時間にわたって、ニコチン酸ブチル(104g)、水(162g)および酢酸(606g)の混合物を405℃で作動する反応器に精密ポンプを用いて計量分配した。反応混合物から、30gのアセチルピリジン、3gのピリジンおよび26gのニコチン酸ブチルを得た。これは、75%のニコチン酸ブチル変換率(選択率58%)で43%の3−アセチルピリジンの収率に対応する。ピリジン生成の選択率は、5%であった。
【0030】
例3
3−アセチルピリジンの調製
23.5mmのi.d.を有する管状反応器を例1で得た270ml(略227g)の触媒で充填した。ニコチン酸ブチル(30g/時)、水(54g/時)および酢酸(210g/時)の混合物を塩浴により加熱された管状反応器に、計量分配ポンプを用いてエバポレーターを通過させて供給した。少量の窒素流(1 l/時)は、蒸気の輸送を保証した。浴の温度は、410℃であった。反応蒸気を水循環システム中で凝縮させた。35時間の全操作時間後、反応溶液を集めた。総量710gのニコチン酸ブチルに対応するこの溶液の一部を生成物を単離するために準備した。81%のニコチン酸ブチルが変換されて293gの3−アセチルピリジンとなり、これは、75%の選択率と61%の収率に対応する。ピリジン生成の選択率は、4%であった。
Claims (13)
- 調製されるアセチルピリジン(I)が3−アセチルピリジンであり、ピリジンカルボン酸エステル(II)がニコチン酸C1-6 アルキルである請求項1記載の方法。
- ピリジンカルボン酸エステル(II)が、アセチルピリジン(I)の沸点より20Kを超えて高い、大気圧での沸点を有する請求項1または2記載の方法。
- 反応温度が350ないし450℃である請求項1ないし3のいずれか1項記載の方法。
- 触媒担体中のアルミナ対シリカの重量比が70:30ないし90:10、好ましくは75:25ないし85:15である請求項1ないし4のいずれか1項記載の方法。
- 触媒担体の見掛気孔率が60ないし70%である請求項1ないし5のいずれか1項記載の方法。
- 触媒担体の充填密度が600ないし1000kg/m3 、好ましくは600ないし800kg/m3 である請求項1ないし6のいずれか1項記載の方法。
- 触媒の二酸化チタン含有量が担体の重量に基づいて5から20wt.パーセントである請求項1ないし7のいずれか1項記載の方法。
- (i)第1の触媒前駆体を得るために四塩化チタンの塩酸溶液を少なくとも50%の見掛気孔率を有するアルミナ−シリカ担体に含浸させ、
(ii)乾燥し、
(iii)焼成し、
(iv)第2の触媒前駆体を得るためにアルカリ金属および/またはアルカリ土類金属の水酸化物および/または酸化物の溶液または懸濁液を該焼成された第1の触媒前駆体に含浸させ、
(v)乾燥し、および
(vi)該乾燥された第2の触媒前駆体を焼成する
ことにより得られる触媒。 - 担体中のアルミナ対シリカの重量比が70:30ないし90:10、好ましくは75:25ないし85:15である請求項9記載の触媒。
- 触媒担体の見掛気孔率が60ないし70%である請求項9または10記載の触媒。
- 二酸化チタン含有量が前記担体の重量に基づいて5から20wt.パーセントである請求項9ないし11のいずれか1項記載の触媒。
- 請求項9ないし12のいずれか1項記載の触媒を触媒として用いる請求項1ないし4のいずれか1項記載の方法。
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