JP2005289962A - シアノピラジンの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低いアンモニアモル比で高収率および選択性を確実とし、副産物の形成を回避できる２−シアノピラジンの製造方法の提供。
【解決手段】 ２−メチルピラジンをアンモキシデーションすることによって２−シアノピラジンを製造する方法において、アルミナ上に設けたモリブデン、クロムおよびアンチモンの金属酸化物で構成される活性成分を含む触媒を用いる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、アルミナ上に設けたモリブデン、クロムおよびアンチモンの金属酸化物からなる活性成分を含む改良触媒を用いて、２−メチルピラジンをアンモキシデーションすることによって２−シアノピラジンを製造するための方法に関する。

２−シアノピラジンおよびそれらの誘導体は、それらがいくつかの貴重な薬剤中間体および抗結節薬物のための出発物質を形成するので、非常に重要性を増している。

アルキルピラジンのようなアルキル置換複素環芳香族化合物のアンモキシデーションを触媒させるため、バナジウム酸化物を含む数種の触媒が使用されてきた。しかし、従来の触媒は非常に強い触媒活性を有しており、それが故にアルキルピラジンのアンモキシデーションには不適切となっている。従来の触媒の強い触媒活性の結果として、複素環芳香環の脱アルキル化または切断が起こり、それによって、所望のニトリルの収率と選択性が低くなっている。

したがって、所望のニトリルの良好な収率および選択性を付与する、アルキル置換ピラジン化合物のアンモキシデーション用触媒を開発することが必須である。

２−メチルピラジンおよびそれらの誘導体を触媒によりアンモキシデーションしそれらの対応するニトリルにするいくつかのプロセスが、公知技術で報告されている。

特許文献１は、アルキル化ピラジンの対応するニトリルへのアンモキシデーション用にモリブデン−セリア酸化物基剤の触媒を開示している。変換および収率は、温度４００℃において３０〜４０％であり、２，５−ジメチルピラジン：アンモニア：空気および蒸気のモル比は＃１：２０：１０：５と報告された。低変換、収率および高いアンモニアモル比によりこのプロセスは、工業的製造という観点からは、魅力的でなくかつ不適切である。

特許文献２は、シアノピラジン製造のため２−メチルピラジンをモリブデン−リン酸化物状でアンモキシデーションすることを開示している。このプロセスにおいてはピラジンアミドおよびその他のような形成された副産物の量が多かった。それは、このプロセスの主な欠点である。

特許文献３は、複素環芳香族ニトリル類製造用バナジウム−リン酸化物基剤の触媒を開示している。上記触媒上での２−シアノピラジンの製造は、２−メチルピラジン：アンモニア：空気および蒸気についてモル比１：２５：１５：２であった。高モル比のアンモニアにより、このプロセスは魅力的でなくかつ不適切である。

特許文献４は、上記触媒で２−メチルピラジンから２−シアノピラジンを製造するためのモリブデン−バナジウム酸化物触媒を開示しており、使用したモル比は、２−メチルピラジン：アンモニア：空気：温度３５０〜４００℃の水について１：１５〜２０：２０〜２５：２０であり、それぞれ、得られた収率および選択性は６０〜７０％であり、変換は９３〜９８％であった。高いアンモニアモル比により、このプロセスは魅力的でなくかつ不適切である。

特許文献５は、バナジウム、アンチモンおよび微粉末アルミナと混合したウランまたはクロム酸化物を含む触媒でのアルキル複素環芳香族化合物のアンモキシデーションを開示している。触媒は、８００℃の焼成温度を必要としており、この触媒調製プロセスを魅力的でないものとしている。この特許文献はまた、アルキル置換複素環芳香族化合物１モル当たり約９０モル％という非常に高い空気モル比を推奨している。これはまた、その結果極めて高い凝縮不可気体状排出物をもたらすことになるので、もうひとつの欠点である。

米国特許第４，９３１，５６１号（Ｓｈｉｍｉｚｕら） 米国特許第５，７８６，４７８号（Ｌｅｅら） 欧州特許第０ ２５３ ３６０号（Ｓｈｉｍｉｚｕら） インド国特許第１７８２８３号（Ｇｕｐｔａら） 欧州特許第００３７１２３号（Ｉｓａｔｓｕｇｕら）

したがって、低いアンモニアモル比で高収率および選択性を確実とし、ピラジン、ピラジンアミドおよびピラジンモノカルボン酸のような副産物の製造時形成を回避することのできる、２−メチルピラジンのアンモキシデーションによって２−シアノピラジンを製造するための改良された方法の開発が要求されている。

ここに開示した発明は、改良された触媒を用いて２−メチルピラジンのアンモキシデーションにより２−シアノピラジンを製造するより優れた方法を示すものであり、その結果、高い収率と選択性が得られ、また、副産物形成を防ぐ。

本発明の主たる特徴は、２−シアノピラジンのより優れた収率と選択性を達成するために、改良触媒上で２−メチルピラジンをアンモニアおよび酸素源と反応させることを含む２−シアノピラジン製造のための改良された方法の案出にある。

本発明は、１態様において、蒸気相においてアンモニアおよび空気と２−メチルピラジンを反応させることによって２−シアノピラジンを製造する方法を提供し、ここで、アンモニアに対する２−メチルピラジンのモル比は１：１乃至１０、好適には１：２乃至８、最も好適には１：２乃至５の範囲にあり、空気に対する２−メチルピラジンのモル比は、１：１０乃至８０、好適には１：２０乃至７０および最も好適には１：２０乃至６０の範囲である。

本発明は、別の態様において、２−メチルピラジンをアンモニアおよび酸素と反応させることによって２−シアノピラジンを製造する方法を提供し、ここで、酸素源は、空気を含む。

本発明は、さらに別の態様において、触媒存在下でアンモニアおよび酸素源を接触させることを含む、２−メチルピラジンから２−シアノピラジンを製造するための方法を提供し、ここで、前記触媒は、アルミナ上に設けたモリブデン、クロムおよびアンチモンの金属酸化物から構成される活性成分を含む。

さらに本発明は、別の態様において、触媒存在下でアンモニアおよび酸素源を接触させることを含む、２−メチルピラジンから２−シアノピラジンを製造するための方法を提供し、ここで、前記金属混合酸化物の活性成分が、触媒支持体上に繰り返し塗布され、かつ、前記触媒支持体に活性物質が１０〜２０％の範囲で設けられる。

本発明は、さらに別の態様において、モリブデン、クロムおよびアンチモンの金属酸化物から構成される改良触媒を含む、２−メチルピラジンから２−シアノピラジンを製造するための方法を提供し、ここで、モリブデン：アンチモン：クロムのモル比が１〜９：０〜８：１〜１８の範囲にあり前記活性成分がアルミナ上に支持されている。

さらに本発明は、別の態様において、改良触媒を用いて２−メチルピラジンのアンモキシデーションにより２−シアノピラジンを製造する方法を提供し、ここで、触媒支持物質が、１０ｓｑ．ｍ／ｇ未満の表面積を有するアルファアルミナを含む。

さらに本発明は、ある態様において、改良触媒を用いて２−メチルピラジンをアンモニアおよび空気と反応させることを含む２−メチルピラジンから２−シアノピラジンを製造する方法を提供し、ここで、前記触媒が、固定触媒床の形態で提供されかつ床温度が３８０〜４５０℃の範囲にある。

さらに本発明は、１態様において、改良触媒を用いて２−メチルピラジンのアンモキシデーションにより２−シアノピラジンを製造する方法を提供し、ここで、前記触媒は、弱有機酸の水溶液を調製することと、前記溶液に対してモリブデン源を添加しこれを６０〜９０℃まで加熱し完全に混合することと、次いで生成した溶液にクロム酸化物およびアンチモン酸化物を添加し再び前記溶液を加熱混合しスラリーを得ることと、所要の形状と大きさの触媒支持物質を最終塗布物体が得られるまで添加することと、この物体を乾燥させかつ乾燥物体を温度範囲５００〜５５０℃で焼成させることとを含むプロセスによって調製される。

さらに別の好適な態様において、改良触媒を製造する方法が提供され、ここで、前記モリブデン溶液に対する前記弱有機酸のモル比が重量比で１：１乃至４の範囲にある。

さらに別の態様において、改良触媒を製造する方法が提供され、ここで、前記モリブデン源がモリブデン酸アンモニウムから選択され、前記アンチモン源が五酸化アンチモンから選択されかつクロム源が三酸化クロムからそれぞれ選択される。

本発明の好適な形態は、蒸気相においてアンモニアおよび空気と２−メチルピラジンを改良触媒を用いて反応させることによって２−シアノピラジンを製造する方法である。この方法は、低モル比のアンモニアを含み、副産物の形成を回避している。

徹底的に研究し分析した後、２−メチルピラジンのアンモキシデーションによる２−シアノピリジンの調製において、前記反応条件をより穏やかなものとすることができかつ活性金属酸化物およびそれらの組成、すなわち活性金属酸化物のモル比を注意して選択し本発明の触媒を使用すると、得られた選択性を２−シアノピラジンに対して高くできることを見出した。本発明の触媒は、モリブデン、クロムおよびアンチモンの活性金属酸化物を含む。本発明の触媒はまた、熱および還元に対して良好な耐性を有しており、操作上安全である。

空気とアンモニアのモル比を使用しかつここで開示するモリブデン、クロムおよびアンチモン酸化物を２−メチルピラジンのアンモキシデーションによる２−シアノピラジンの調製における触媒として使用すると、異常な反応条件が抑制され良好な収率と選択性で２−シアノピラジンが得られる。本発明の触媒は、また、熱と還元に対して良好な耐性を有しており操作上安全である。

ここで開示する２−シアノピラジンの製造方法は、アンモニアと空気を３５０乃至４５０℃の温度に維持した触媒床に接触させることを含む。２−メチルピラジンは好適には、前記触媒床に接触する際蒸気の形態である。

アンモニアに対する２−メチルピラジンのモル比は、１：１〜１０、好適には１：２〜８、最も好適には１：２〜５の範囲である。空気に対する２−メチルピラジンのモル比は、１：２０〜８０、好適には１：２０〜７０、最も好適には１：２０〜６０の範囲である。

ここで開示する改良触媒は、ピラジン、ピラジンアミドおよびピラジンモノカルボン酸のような副産物の形成を防止する。

本発明の触媒には、モリブデン：アンチモン：クロム酸化物を含み、それらのモル比は１〜９：０〜８：１〜１８であり、触媒支持物質は表面積１０ｓｑ．ｍ／ｇ未満のアルミナを含む。

活性成分を触媒支持体に繰り返し塗布することで所望の装填率（形成率）が得られる。活性物質は触媒支持体へ、好適には、１０〜２０％の範囲で設けられるべきである。

好適な態様をさらに下記の実施例で示す。

触媒調製方法
シュウ酸３５ｇを、機械スターラー付きステンレススチール容器内のＤＭ水３００ｇに入れた。モリブデン酸アンモニウム６８ｇを攪拌しながら添加した。ゆっくりと加熱を開始させ、７０〜８０℃に達した時、三酸化クロム４８ｇを添加し、混合物を加熱し粘稠なスラリーが得られるまで溶液を濃縮させた。３〜４ｍｍペレット状の支持体物質３００ｇを上記スラリーに一定攪拌下で添加し、加熱を継続させた。得られた塗布された厚い物体を約２〜３時間、１２０〜１３０℃で注意しながら乾燥させた。乾燥物体をその後約５〜６時間、５００〜５５０℃でマッフル炉で焼成させた。焼成した物体をふるいにかけ、粉末および支持体上に存在する弱く付着している活性物質を除去した。所望であれば、繰り返し塗布も実施でき、前記活性成分が支持体上に必要な百分率だけ確実に装填（形成）できるようにする。このようにして得られた塗布物体は、支持体の１５〜２０重量％の間であった。活性物質のモル比は、モリブデンおよびクロム酸化物について１：９であった。

シュウ酸３５ｇを、機械スターラー付きステンレススチール容器内のＤＭ水３００ｇに入れた。モリブデン酸アンモニウム６８ｇを攪拌しながら添加した。ゆっくりと加熱を開始させ、７０〜８０℃に達した時、三酸化クロム４８ｇを添加し、混合物を加熱し粘稠なスラリーが得られるまで溶液を濃縮させた。３〜４ｍｍペレット状の支持体物質３００ｇを上記スラリーに一定攪拌下に添加し、加熱を継続させた。得られた塗布された厚い物体を約２〜３時間、１２０〜１３０℃で注意しながら乾燥させた。乾燥物体をその後約５〜６時間、５００〜５５０℃でマッフル炉で焼成させた。焼成した物体をふるいにかけ、粉末および支持体上に存在する弱く付着している活性物質を除去した。所望であれば、繰り返し塗布も実施でき、前記活性成分が支持体上に必要な百分率だけ確実に装填（形成）できるようにする。このようにして得られた塗布物体は、支持体の１０〜１５重量％の間であった。活性物質のモル比は、モリブデンおよびクロム酸化物類について１：９であった。

シュウ酸３５ｇを、機械スターラー付きステンレススチール容器内のＤＭ水３００ｇに入れた。モリブデン酸アンモニウム６８ｇを攪拌しながら添加した。ゆっくりと加熱を開始させ、７０〜８０℃に達した時、三酸化クロム４８ｇを添加し、混合物を加熱し粘稠なスラリーが得られるまで溶液を濃縮させた。３〜４ｍｍペレット状の支持体物質３００ｇを上記スラリーに一定攪拌下に添加し、加熱を継続させた。得られた塗布された厚い物体を約２〜３時間、１２０〜１３０℃で注意しながら乾燥させた。乾燥物体をその後、約５〜６時間、５００〜５５０℃でマッフル炉で焼成させた。焼成した物体をふるいにかけ、粉末および支持体上に存在する弱く付着している活性物質を除去した。所望であれば、繰り返し塗布も実施でき、前記活性成分が支持体上に必要な百分率だけ確実に装填（形成）できるようにする。このようにして得られた塗布物体は、支持体の１０〜１５重量％の間であった。活性物質のモル比は、モリブデンおよびクロム酸化物類について９：１であった。

五酸化アンチモンも実施例１の触媒に添加し実施例１と同様の操作を行い、モリブデン：アンチモン：クロムについてモル比を１：４：９に維持した。

五酸化アンチモンも実施例１の触媒に添加し実施例１と同様の操作を行い、モリブデン：アンチモン：クロムについてモル比を１：８：１８に維持した。

上記実施例で調製した触媒を、２−メチルピラジンからの２−シアノピラジンの調製にそれぞれ使用したところ、良好な結果が得られた。

触媒評価ならびにプロセスパラメータ最適化のために下記の操作を採用した。２−メチルピラジンを、プレヒータ中で２７５〜３７５℃で蒸発させ、過熱蒸気を３５０〜４２５℃の温度範囲に保持した触媒床上を通過させた。アンモニアおよび空気を、前記触媒床上の２−メチルピラジンに加えてそれと混合させた。

反応は、垂直域管状炉内に取付けた長さ１メートル内径２３ｍｍの鋼鉄製反応器で行う。磁器またはガラス製ビーズのような不活性物質を充填したものを触媒上に置き、反応物質の適切な分布を確実にする。反応管を加熱し、温度を必要に応じて保持する。供給ラインは３本備えられており、１本は空気用、２本目はアンモニア用、３本目は２−メチルピラジン用である。反応器の第１領域には不活性物質が充填されており、蒸発器および過熱器として作用する。凝縮器トラップとヒータースクラバーが、生成物が触媒床を出たらすぐにこの生成物を冷ますため反応器底面出口に備えられている。これらの凝縮器の温度は、冷却ブラインを循環させることにより１０℃以下に保持する。

２−シアノピラジン製造方法
実施例１の触媒７５ｃｃで上記操作に従い試験を行い、４２５℃において２−メチルピラジン：空気＝１：６０モル比を保持し、アンモニアモル比を変化させた。結果を表１に示した。

４２５℃において２−メチルピラジン：アンモニア＝１：３モル比を保持し、空気モル比を変化させたことを除き実施例６と同様に操作を行った。結果を表２に示した。

２−メチルピラジン：アンモニア：空気＝１：３：６０モル比を保持し、温度を変化させたことを除き実施例６と同様に操作を行った。結果を表３に示した。

実施例２の触媒７５ｃｃで実施例５に記載の操作に従い試験を行い、４２５℃において２−メチルピラジン：アンモニア：空気＝１：３：６０モル比を保持した。収率、変換および選択性は、それぞれ、３５．５％、４８％および７４％であった。

使用した触媒は実施例３と同じとすることを除き実施例９と同様な操作を行った。得られた収率、変換および選択性は、それぞれ、２４％、５１％および４７％であった。

使用した触媒は実施例４と同じとすることを除き実施例９と同様な操作を行った。得られた収率、変換および選択性は、それぞれ、５５％、６５％および９０％であった。

使用した触媒は実施例５と同じとすることを除き、実施例９と同様な操作を行った。得られた収率、変換および選択性は、それぞれ、３６％、４７％および７６％であった。

発明の範囲から逸脱することなく、開示した発明の変形および改良が当業者に自明であろうし、発明の範囲は請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (23)

1. ２−シアノピラジンを製造するための方法であって、２−メチルピラジンをアンモニアおよび酸素源と触媒の存在下において反応させる段階を有し、前記触媒は、アルミナ上に設けられたモリブデン、クロムおよびアンチモンの金属酸化物から構成される活性成分を含む方法。
2. ２−メチルピラジンのアンモニアに対するモル比が１：２〜５の範囲である請求項１記載の方法。
3. ２−メチルピラジンのアンモニアに対する好適なモル比が１：２〜３である請求項２記載の方法。
4. ２−メチルピラジンの空気に対するモル比が１：２０〜８０の範囲である請求項１記載の方法。
5. ２−メチルピラジンの空気に対する好適なモル比が１：２０〜６０の範囲である請求項４記載の方法。
6. 前記２−メチルピラジンが触媒に接触した時蒸気形態にある請求項１記載の方法。
7. 前記触媒が触媒床の形態で提供される請求項１記載の方法。
8. 前記触媒床が３８０〜４５０℃の温度範囲に維持される請求項７記載の方法。
9. 前記触媒が１０ｓｑ．ｍ／ｇｍ未満の表面積を有するアルファアルミナを含む請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。
10. 前記活性成分が前記触媒支持体上に繰り返し塗布される請求項１記載の方法。
11. 前記触媒が、弱有機酸の水溶液に対してモリブデン源を添加し、次に前記溶液を加熱し完全に混合し、クロム源およびアンチモン源を前記溶液に添加し、生成した溶液を加熱してこれをスラリーが得られるまで混合し、必要な形状と大きさの触媒支持物質を最終塗布物体が得られるまで前記スラリーに対して添加し、この物体を乾燥させかつ乾燥物体を焼成させることにより前記触媒を得る請求項１記載の方法。
12. 前記弱有機酸がシュウ酸である請求項１１記載の方法。
13. 前記溶液の酸に対するモル比が重量比で１：１〜４の範囲にある請求項１１記載の方法。
14. 前記スラリー形成に十分な温度が６０〜９０℃の範囲にある請求項１１記載の方法。
15. 前記乾燥物体が５００〜５５０℃の温度範囲で焼成される請求項１１記載の方法。
16. 前記触媒支持物質が表面積１０ｓｑ．ｍ／ｇｍ未満のアルファアルミナを含む請求項１１記載の方法。
17. 前記モリブデン源がモリブデン酸アンモニウムである請求項１１記載の方法。
18. 前記クロム源が三酸化クロムである請求項１１記載の方法。
19. 前記アンチモン源が五酸化アンチモンである請求項１１記載の方法。
20. 触媒支持体物質の添加が１０乃至２０重量％の範囲である請求項１１記載の方法。
21. 触媒支持体物質の添加が１５乃至２０重量％の範囲である請求項２０記載の方法。
22. クロム比がモリブデンおよびアンチモンのそれよりも高い請求項１１記載の方法。
23. モリブデン：アンチモンおよびクロムのモル比が１〜９：０〜８：１〜１８の範囲である請求項１１記載の方法。