JP2023016704A - Hydrogenation catalyst and method for producing hydrogenated compound - Google Patents

Hydrogenation catalyst and method for producing hydrogenated compound Download PDF

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敬人 満留
Takahito Mitsutome
浩也 石川
Hiroya Ishikawa
晋司 上野
Shinji Ueno
庸介 今仲
Yosuke IMANAKA
寿彦 酒井
Toshihiko Sakai
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Abstract

To provide a platinum group-based hydrogenation catalyst having excellent durability and reactivity for a base compound having a functional group containing a catalyst poisoning atom such as a sulfur atom.SOLUTION: A hydrogenation catalyst contains at least one catalyst particle selected from the group consisting of ruthenium phosphide, rhodium phosphide, palladium phosphide, iridium phosphide, and platinum phosphide.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、リンと白金族元素の合金粒子を触媒成分とする水素化触媒及びこれを用いた水素化化合物の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a hydrogenation catalyst containing alloy particles of phosphorus and a platinum group element as a catalyst component, and a method for producing a hydrogenated compound using the same.

水素化反応は、炭化水素化合物において、核水添、不飽和結合の水素化、水素化脱酸素反応等に用いられており、原料化合物から、各種化成品を製造する際に必要とされることが多い、極めて重要な技術である。 Hydrogenation reactions are used for nuclear hydrogenation, hydrogenation of unsaturated bonds, hydrodeoxygenation reactions, etc. in hydrocarbon compounds, and are required when producing various chemical products from raw material compounds. It is an extremely important technology with many

白金族元素は、水素化反応の触媒として一般的に用いられている触媒成分である。白金族元素は、通常、カーボン等の担体に担持して不均一触媒とし、各種水素化反応に用いられている。 A platinum group element is a catalyst component commonly used as a catalyst for hydrogenation reactions. A platinum group element is usually supported on a carrier such as carbon to form a heterogeneous catalyst and used in various hydrogenation reactions.

しかしながら、白金族元素を含む不均一触媒は、その高い反応性から、硫黄等から触媒被毒を受けやすく、例えば、アミン等の窒素化合物、硫黄化合物、ホスフィン等のリン化合物、各種ハロゲン化物が反応液中に存在すると、触媒の活性点が失活するという問題がある。そのため、白金族元素を含む不均一触媒は、一部の硫黄化合物や硫黄を含む原料に用いることが出来なかった。 However, heterogeneous catalysts containing platinum group elements are susceptible to catalyst poisoning from sulfur and the like due to their high reactivity. For example, nitrogen compounds such as amines, sulfur compounds, phosphorus compounds such as phosphines, and various halides react When present in the liquid, there is a problem that the active sites of the catalyst are deactivated. Therefore, heterogeneous catalysts containing platinum group elements could not be used for some sulfur compounds and raw materials containing sulfur.

上記の問題に鑑み、触媒被毒成分を含む化合物の水素化反応には、各種改良検討がなされている。例えば、特許文献1には、パラジウム担持組成物を有機リン化合物および弱酸と接触させる等して、硫黄被毒からの回復の改善を示す選択的水素化触媒組成物が開示されている。また、特許文献2には、リン化コバルトのナノ粒子を有効成分とし、特定の担体に担持した水素化触媒が開示されている。しかしながら、特許文献2には、ナノ粒子である水素化触媒に白金族元素を用いることについて、記載も示唆もされていない。 In view of the above problems, various improvements have been studied for the hydrogenation reaction of compounds containing catalyst poisoning components. For example, US Pat. No. 6,200,001 discloses a selective hydrogenation catalyst composition that exhibits improved recovery from sulfur poisoning, such as by contacting a palladium-supported composition with an organophosphorus compound and a weak acid. Further, Patent Document 2 discloses a hydrogenation catalyst in which nanoparticles of cobalt phosphide are used as an active ingredient and supported on a specific carrier. However, Patent Literature 2 neither describes nor suggests the use of a platinum group element for the hydrogenation catalyst, which is a nanoparticle.

特表2018-501085号公報Japanese Patent Publication No. 2018-501085 特開2021-013923号公報JP 2021-013923 A

本発明者らが検討したところ、特許文献1に記載のパラジウム担持組成物を有機リン化合物および弱酸と接触させる等して製造した触媒組成物は、ppmオーダーの石油由来残留硫黄成分に対して耐久性が向上したに過ぎなかった。そのため、硫黄化合物共存下のように、被毒成分の量が多い反応条件に用いることが可能な触媒の開発は達成されていない。 As a result of studies by the present inventors, the catalyst composition produced by contacting the palladium-supported composition described in Patent Document 1 with an organic phosphorus compound and a weak acid is resistant to ppm-order petroleum-derived residual sulfur components. It just improved. Therefore, development of a catalyst that can be used under reaction conditions with a large amount of poisoning components, such as in the presence of sulfur compounds, has not been achieved.

本発明は、白金族触媒に特有の上記硫黄被毒の問題点に鑑み、硫黄原子等の触媒被毒として作用する原子を含む官能基を有する原料化合物に対して、優れた耐久性と反応性を有する白金族系の水素化触媒を提供することを課題とする。
また、本発明は、反応液中に硫黄等の被毒物質が存在しても失活せず、優れた耐久性と反応性を有する白金族系の水素化触媒を提供することも課題とする。
In view of the above sulfur poisoning problem peculiar to platinum group catalysts, the present invention provides a raw material compound having a functional group containing an atom that acts as a catalyst poisoning such as a sulfur atom, and has excellent durability and reactivity. An object of the present invention is to provide a platinum group-based hydrogenation catalyst having
Another object of the present invention is to provide a platinum group hydrogenation catalyst that is not deactivated even if a poisoning substance such as sulfur is present in the reaction solution, and that has excellent durability and reactivity. .

本発明者らは鋭意検討の結果、通常用いられる金属-金属ナノ合金触媒では十分な被毒耐性が得られず、金属-非金属ナノ合金の検討に着手した。そして、多様な金属-非金属ナノ合金の組み合わせを検討した結果、驚くべきことにリン化白金族元素を触媒成分とする水素化触媒が、硫黄原子等の触媒被毒として作用する原子を含む官能基を有する原料化合物に対して失活せず、長期間安定して水素化反応が進行することを見出した。即ち、本発明の要旨は、以下のとおりである。 As a result of intensive studies, the inventors of the present invention found that the commonly used metal-metal nanoalloy catalysts could not provide sufficient poisoning resistance, and started to study metal-nonmetal nanoalloys. As a result of examining various combinations of metal-nonmetal nanoalloys, it was surprisingly found that a hydrogenation catalyst containing a platinum group phosphide as a catalyst component was functionalized with atoms such as sulfur atoms that act as catalyst poisoning. It was found that the hydrogenation reaction proceeds stably for a long period of time without deactivating the raw material compound having the group. That is, the gist of the present invention is as follows.

[1] リン化ルテニウム、リン化ロジウム、リン化パラジウム、リン化イリジウム、およびリン化白金からなる群から選択される少なくとも1種の触媒粒子を含む、水素化触媒。
[2] 無機担体またはカーボン担体である触媒担体をさらに含み、前記触媒粒子が、前記触媒担体に担持されてなる、[1]に記載の水素化触媒。
[3] 前記触媒粒子の平均粒子径が、0.1~1000nmである、[1]または[2]に記載の水素化触媒。
[4] 前記触媒粒子に含まれる、リン元素の含有量が10~90質量%であり、かつ、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、イリジウム、および白金からなる群から選択される白金族元素(以下、「PGM」とも記載する)の含有量が10~90質量%である、[1]~[3]のいずれかに記載の水素化触媒。
[5] 硫黄原子、窒素原子、リン原子、およびハロゲン原子からなる群から選択される少なくとも1種の原子を有する被毒物質の存在下、[1]~[4]のいずれかに記載の水素化触媒を用いて、原料化合物と水素分子を反応させる水素化工程を含む、水素化化合物の製造方法。
[6] 前記被毒物質が、硫黄分子または硫黄化合物である、[5]に記載の製造方法。
[7] 前記硫黄化合物が、チオアニソールである、[6]に記載の製造方法。
[8] [1]~[4]のいずれかに記載の水素化触媒を用いて、原料化合物と水素分子を反応させる水素化工程を含み、前記原料化合物が、硫黄原子、窒素原子、リン原子、およびハロゲン原子からなる群から選択される少なくとも1種の原子を含む官能基を有する、水素化化合物の製造方法。
[9] 前記官能基が、硫黄原子を含む官能基である、[8]に記載の製造方法。
[10] 前記硫黄原子を含む官能基が、スルフィニル基、スルフィド基、チオール基、およびチエニル基からなる群から選択される少なくとも1種である、[9]に記載の製造方法。
[11] 前記官能基が、窒素原子を含む官能基である、[8]に記載の製造方法。
[12] 前記窒素原子を含む官能基が、ニトロ基、置換基を有してもよいアミノ基、およびシアノ基からなる群から選択される少なくとも1種である、[11]に記載の製造方法。
[1] A hydrogenation catalyst comprising at least one catalyst particle selected from the group consisting of ruthenium phosphide, rhodium phosphide, palladium phosphide, iridium phosphide, and platinum phosphide.
[2] The hydrogenation catalyst according to [1], further comprising a catalyst carrier that is an inorganic carrier or a carbon carrier, wherein the catalyst particles are supported on the catalyst carrier.
[3] The hydrogenation catalyst according to [1] or [2], wherein the catalyst particles have an average particle size of 0.1 to 1000 nm.
[4] A platinum group element (hereinafter referred to as " The hydrogenation catalyst according to any one of [1] to [3], wherein the content of PGM is 10 to 90% by mass.
[5] The hydrogen according to any one of [1] to [4] in the presence of a poisoning substance having at least one atom selected from the group consisting of a sulfur atom, a nitrogen atom, a phosphorus atom, and a halogen atom. A method for producing a hydrogenated compound, comprising a hydrogenation step of reacting a raw material compound with a hydrogen molecule using a hydrogenation catalyst.
[6] The production method according to [5], wherein the poisoning substance is a sulfur molecule or a sulfur compound.
[7] The production method according to [6], wherein the sulfur compound is thioanisole.
[8] A hydrogenation step of reacting a raw material compound with a hydrogen molecule using the hydrogenation catalyst according to any one of [1] to [4], wherein the raw material compound contains a sulfur atom, a nitrogen atom, and a phosphorus atom. , and a halogen atom.
[9] The production method according to [8], wherein the functional group is a functional group containing a sulfur atom.
[10] The production method according to [9], wherein the functional group containing a sulfur atom is at least one selected from the group consisting of a sulfinyl group, a sulfide group, a thiol group, and a thienyl group.
[11] The production method according to [8], wherein the functional group is a functional group containing a nitrogen atom.
[12] The production method according to [11], wherein the functional group containing a nitrogen atom is at least one selected from the group consisting of a nitro group, an optionally substituted amino group, and a cyano group. .

本発明の水素化触媒は、硫黄原子等の触媒被毒として作用する原子を含む官能基を有する原料化合物に対して、優れた耐久性と反応性を有する。
また、本発明の水素化触媒は、反応液中に硫黄等の被毒物質が存在しても失活せず、優れた耐久性と反応性を有する。
The hydrogenation catalyst of the present invention has excellent durability and reactivity with respect to a raw material compound having a functional group containing an atom such as a sulfur atom that acts as catalyst poisoning.
Further, the hydrogenation catalyst of the present invention is not deactivated even if poisoning substances such as sulfur are present in the reaction liquid, and has excellent durability and reactivity.

図1は、製造例1~4で製造したRu-P/SiO触媒、Rh-P/SiO触媒、Pd-P/SiO触媒、およびPt-P/SiO触媒をXRDで測定したチャートを示す。FIG. 1 is a chart of XRD measurements of the Ru—P/SiO 2 catalyst, Rh—P/SiO 2 catalyst, Pd—P/SiO 2 catalyst, and Pt—P/SiO 2 catalyst produced in Production Examples 1 to 4. indicates 図2は、製造例1~4で製造したRu-P/SiO触媒、Rh-P/SiO触媒、Pd-P/SiO触媒、およびPt-P/SiO触媒を透過型電子顕微鏡で測定した写真を示す。FIG. 2 shows the Ru--P/SiO.sub.2, Rh--P/ SiO.sub.2 , Pd--P/ SiO.sub.2 , and Pt--P/ SiO.sub.2 catalysts produced in Production Examples 1 to 4 with a transmission electron microscope. A photograph of measurements is shown.

以下、本発明を実施する好ましい形態の一例について説明する。ただし、下記の実施形態は本発明を説明するための例示であり、本発明は下記の実施形態に何ら限定されるものではない。 An example of a preferred mode for carrying out the present invention will be described below. However, the following embodiments are examples for explaining the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments.

[水素化触媒]
本発明の水素化触媒は、リン化ルテニウム、リン化ロジウム、リン化パラジウム、リン化イリジウム、およびリン化白金からなる群から選択される少なくとも1種の触媒粒子を含むものである。
本発明の水素化触媒が、従来の白金族元素担持触媒と比べて、触媒活性が向上した理由および硫黄原子等の触媒被毒として作用する原子に対する耐被毒性が向上した理由は、各種分光法と密度汎関数理論計算の検討結果から、白金族原子からリンへの電荷の移動によって生じる「配位子効果」と、硫化物生成物の強い配位を防ぐ「アンサンブル効果」によるものと推測される。
[Hydrogenation catalyst]
The hydrogenation catalyst of the present invention contains at least one catalyst particle selected from the group consisting of ruthenium phosphide, rhodium phosphide, palladium phosphide, iridium phosphide, and platinum phosphide.
The reason why the hydrogenation catalyst of the present invention has improved catalytic activity and improved poisoning resistance against atoms acting as catalyst poisoning such as sulfur atoms, compared to conventional platinum group element-supported catalysts, can be explained by various spectroscopic methods. and density functional theory calculations, it is presumed that this is due to the ``ligand effect'' caused by charge transfer from the platinum group atom to phosphorus and the ``ensemble effect'' that prevents strong coordination of the sulfide product. be.

触媒粒子のリン元素の含有量は、10~90質量%が好ましく、20~80質量%がより好ましく、25~75質量%がさらに好ましい。また、触媒粒子の白金族元素の含有量は、10~90質量%が好ましく、20~80質量%がより好ましく、25~75質量%がさらに好ましい。すなわち、触媒粒子の白金族元素とリン元素の比率は、10:90~90:10であることが好ましく、20:80~80:20であることがより好ましく、75:25~25:75であることがさらに好ましい。
触媒粒子(PGMxPy)としては、PGM0.86、PGM等が挙げられるが、モル比の異なる触媒粒子の混合物であってもよい。
The phosphorus element content of the catalyst particles is preferably 10 to 90% by mass, more preferably 20 to 80% by mass, and even more preferably 25 to 75% by mass. Also, the content of the platinum group element in the catalyst particles is preferably 10 to 90% by mass, more preferably 20 to 80% by mass, and even more preferably 25 to 75% by mass. That is, the ratio of the platinum group element and the phosphorus element in the catalyst particles is preferably 10:90 to 90:10, more preferably 20:80 to 80:20, and 75:25 to 25:75. It is even more preferable to have
The catalyst particles (PGMxPy) include PGM 1 P 0.86 , PGM 1 P 3 and the like, but may be a mixture of catalyst particles with different molar ratios.

触媒粒子は、公知の方法、例えば、白金族化合物溶液とリン化合物溶液の混合溶液から沈殿物として得ることができる。
このような沈殿物を得る方法としては、文献(Junfeng Liu and Andreu Cabot et al, J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 11453-11462)に記載の方法が挙げられる。より詳細には、白金族化合物塩と、該白金族化合物塩を還元する際の粒子の成長(すなわち、粒子径の増大)を抑制する成分(以下、「粒子成長抑制成分」ともいう)と、溶媒と、該溶媒に溶解しやすいリン化合物とを、不活性ガス雰囲気中で加熱保持する方法が挙げられる。
Catalyst particles can be obtained as a precipitate from a known method, for example, a mixed solution of a platinum group compound solution and a phosphorus compound solution.
A method for obtaining such a precipitate includes the method described in the literature (Junfeng Liu and Andreu Cabot et al, J. Mater. Chem. A, 2018, 6, 11453-11462). More specifically, a platinum group compound salt, a component that suppresses particle growth (that is, an increase in particle size) during reduction of the platinum group compound salt (hereinafter also referred to as a "particle growth suppressing component"), A method of heating and holding a solvent and a phosphorus compound that is easily soluble in the solvent in an inert gas atmosphere can be used.

白金族化合物塩は、特に限定されるものではないが、取り扱いが容易なものであることが好ましい。このような白金族化合物塩としては、例えば、塩化ルテニウム、塩化ヘキサアンミンルテニウム、塩化ロジウム、塩化パラジウム、ジクロロテトラアンミンパラジウム、ジクロロジアンミンパラジウム、塩化白金、塩化白金酸、テトラアンミンジクロロ白金、塩化イリジウムが挙げられる。 Although the platinum group compound salt is not particularly limited, it is preferably easy to handle. Examples of such platinum group compound salts include ruthenium chloride, hexaammineruthenium chloride, rhodium chloride, palladium chloride, dichlorotetraamminepalladium, dichlorodiamminepalladium, platinum chloride, chloroplatinic acid, tetraamminedichloroplatinum, and iridium chloride. .

粒子成長抑制成分としては、例えば、特表2014-514451号公報に記載されている成分が挙げられる。より詳細には、プロピルアミン、ブチルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オレイルアミン等のアミノ基を有する化合物からなる群より選ばれる1種または2種以上のキャッピング成分等が挙げられる。 Examples of the particle growth suppressing component include components described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-514451. More specifically, one or two or more capping components selected from the group consisting of compounds having an amino group such as propylamine, butylamine, octylamine, decylamine, dodecylamine, hexadecylamine, and oleylamine.

溶媒としては、特に限定されるものではないが、例えば、水、ヘキサン、トルエン、n-デカン、n-ドデカン、n-ヘキサデカン、n-オクタデカンなどの脂肪族飽和炭化水素;1-ウンデセン、1-ドデセン、1-ヘキサデセン、1-オクタデセンなどの脂肪族不飽和炭化水素等が挙げられ、ヘキサン、トルエン、n-ドデカンが好ましく用いられる。 Examples of the solvent include, but are not limited to, aliphatic saturated hydrocarbons such as water, hexane, toluene, n-decane, n-dodecane, n-hexadecane, and n-octadecane; 1-undecene, 1- Aliphatic unsaturated hydrocarbons such as dodecene, 1-hexadecene and 1-octadecene can be mentioned, and hexane, toluene and n-dodecane are preferably used.

該溶媒に溶解しやすいリン化合物は、特に限定されるものではないが、取り扱いが容易なものであることが好ましい。このようなリン化合物としてはトリフェニルホスファイト等の3級のホスファイトやトリフェニルホスフィン等の3級のホスフィン等が挙げられる。なお、溶媒に溶解しやすいとは、触媒粒子の沈殿物の生成時の加熱温度以下でリン化合物が完全に溶媒に溶解可能であることをいい、100℃において14g/L以上のリン化合物を溶解可能であることが好ましい。当業者であれば、溶媒およびリン化合物の種類を適宜変更することで、このような性質に該当するものを選択することができる。 Although the phosphorus compound that is easily soluble in the solvent is not particularly limited, it is preferably one that is easy to handle. Examples of such phosphorus compounds include tertiary phosphites such as triphenylphosphite and tertiary phosphines such as triphenylphosphine. The term "easily soluble in a solvent" means that the phosphorus compound can be completely dissolved in the solvent at a temperature lower than the heating temperature at which the precipitate of the catalyst particles is generated, and at 100 ° C., 14 g / L or more of the phosphorus compound can be dissolved. Preferably possible. A person skilled in the art can select one corresponding to such properties by appropriately changing the types of solvents and phosphorus compounds.

白金族化合物塩と、粒子成長抑制成分と、該溶媒に溶解しやすいリン化合物の使用量は、白金族化合物塩が通常0.1~10モル、好ましくは1~5モルであり、粒子成長抑制成分が通常1~100モル、好ましくは10~50モルであり、リン化合物が通常1~100モル、好ましくは10~50モルである。 The amount of the platinum group compound salt, the grain growth inhibiting component, and the phosphorus compound easily soluble in the solvent is usually 0.1 to 10 mol, preferably 1 to 5 mol, of the platinum group compound salt, and the grain growth inhibiting The component is generally 1-100 mol, preferably 10-50 mol, and the phosphorus compound is generally 1-100 mol, preferably 10-50 mol.

不活性ガス雰囲気中での加熱保持としては次の条件が挙げられる。不活性ガスとしては、アルゴン、窒素等が挙げられる。加熱温度は、通常250~350℃、好ましくは280~320℃であり、保持時間は、2~6時間程度であり、加熱保持により、沈殿物を得ることができる。沈殿物は、洗浄および濾過してもよい。洗浄および濾過後には、さらに、乾燥等をしてもよい。 The following conditions can be mentioned as heating and holding in an inert gas atmosphere. Argon, nitrogen, etc. are mentioned as an inert gas. The heating temperature is usually 250 to 350° C., preferably 280 to 320° C., and the holding time is about 2 to 6 hours, and a precipitate can be obtained by heating and holding. The precipitate may be washed and filtered. After washing and filtering, further drying and the like may be performed.

本発明による水素化触媒の作用の促進を目的として、白金族化合物塩の一部に代えて、ニッケル、マンガン、銅、鉄、クロム、モリブデン等の金属成分の塩を添加しても良い。 For the purpose of promoting the action of the hydrogenation catalyst according to the present invention, salts of metal components such as nickel, manganese, copper, iron, chromium and molybdenum may be added instead of part of the platinum group compound salts.

本発明の水素化触媒において、触媒粒子がリン化された白金族元素であることは、X線回折法(XRD)により測定したピークを、既知のピークと対比して、同定することができる。既知のピークとして、例えば、リン化ルテニウムは、Liu, T. et al., “A Highly Efficient Hydrogen Evolution Reaction Electrocatalyst in Both Acidic and Alkaline Media”, Chem. Commun., 2018, 54, 3343-3346に、リン化ロジウムは、Pu, Z. et al., “Activating Rhodium Phosphide-Based Catalysts for the pH-universal Hydrogen Evolution Reaction”, Nanoscale, 2018, 10, 12407-12412に、リン化パラジウムは、Layan Savithra, G. H. et al., “Mesoporous Matrix Encapsulation for the Synthesis of Monodisperse Pd5P2 Nanoparticle Hydrodesulfurization Catalysts”, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2013, 5, 5403-5407に、リン化白金は、Kang, Q. et al., “A Universal Strategy for Carbon-Supported Transition Metal Phosphides as High-Performance Bifunctional Electrocatalysts towards Efficient Overall Water Splitting”, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, 12, 19447-19456に記載のピークが挙げられる。 In the hydrogenation catalyst of the present invention, it can be identified that the catalyst particles are phosphided platinum group metal by comparing peaks measured by X-ray diffraction (XRD) with known peaks. As a known peak, for example, ruthenium phosphide is described in Liu, T. et al., “A Highly Efficient Hydrogen Evolution Reaction Electrocatalyst in Both Acidic and Alkaline Media”, Chem. Commun., 2018, 54, 3343-3346. Rhodium phosphide is described in Pu, Z. et al., "Activating Rhodium Phosphide-Based Catalysts for the pH-universal Hydrogen Evolution Reaction", Nanoscale, 2018, 10, 12407-12412, and palladium phosphide is described in Layan Savithra, G. H. et al., "Mesoporous Matrix Encapsulation for the Synthesis of Monodisperse Pd5P2 Nanoparticle Hydrodesulfurization Catalysts", ACS Appl. Mater. Interfaces, 2013, 5, 5403-5407; Universal Strategy for Carbon-Supported Transition Metal Phosphides as High-Performance Bifunctional Electrocatalysts towards Efficient Overall Water Splitting", ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, 12, 19447-19456.

本発明の水素化触媒は、触媒粒子そのものを水素化触媒として利用することができるが、反応系からの触媒の分離を容易とし、触媒の耐久性も向上する場合があることに加え、再利用も期待でき、産業的に有利となるため、触媒担体に担持させたものが好ましい。 In the hydrogenation catalyst of the present invention, the catalyst particles themselves can be used as a hydrogenation catalyst, but in addition to facilitating separation of the catalyst from the reaction system and improving the durability of the catalyst, reuse can also be expected, and it is industrially advantageous, so that it is preferably supported on a catalyst carrier.

触媒粒子を担持可能な触媒担体としては、特に限定されるものではなく、比表面積値が大きく、広く触媒の用途に使用される多様な触媒担体が使用可能である。触媒担体の比表面積値は、触媒担体の種類に応じて適宜変更することができ、例えば、シリカである場合、200~600m/gであることが好ましい。 The catalyst carrier capable of supporting the catalyst particles is not particularly limited, and various catalyst carriers having a large specific surface area and being widely used for catalytic applications can be used. The specific surface area value of the catalyst support can be appropriately changed according to the type of the catalyst support. For example, in the case of silica, it is preferably 200 to 600 m 2 /g.

触媒担体としては、無機担体が挙げられる。無機担体としては、活性炭等のカーボン担体、アルミナ、シリカ、チタニア、セリア、ジルコニア、マグネシア等の金属酸化物の微粒子の他、これらの金属酸化物の組み合わせ等の無機酸化物担体、ハイドロキシアパタイト(HAP)、ハイドロタルサイト(HT)等の微粒子の複合酸化物担体が挙げられる。
なお、ここでいう「微粒子」とは、担持する触媒粒子よりも粒子径が大きな粒子をいい、例えば、粒子径が体積基準で10~100μm程度の粉体や、0.5~5mm程度の球状のもの等が挙げられる。
Catalyst carriers include inorganic carriers. Examples of inorganic carriers include carbon carriers such as activated carbon, fine particles of metal oxides such as alumina, silica, titania, ceria, zirconia and magnesia, as well as inorganic oxide carriers such as combinations of these metal oxides, hydroxyapatite (HAP ), hydrotalcite (HT), and other composite oxide supports.
The term "fine particles" as used herein refers to particles having a larger particle diameter than the supported catalyst particles. and the like.

触媒粒子を触媒担体に担持させる方法も特に限定されるものではなく、例えば、リン化白金族元素を調製する際の白金族化合物塩やリン化合物を含有する溶液に、触媒担体を投入して、白金族化合物塩やリン化合物を触媒担体に含浸させた後、還元や乾燥や焼成を加えてリン化白金族元素を触媒担体に担持する方法、リン化白金族元素の触媒粒子が分散した溶液を触媒担体に含浸させる方法、リン化白金族元素の触媒粒子が分散した溶液と触媒担体を混合する方法等が挙げられる。 The method for supporting the catalyst particles on the catalyst carrier is not particularly limited. A method of impregnating a catalyst carrier with a platinum group compound salt or a phosphorus compound, followed by reduction, drying, or calcination to support the platinum group element phosphide on the catalyst carrier; Examples include a method of impregnating a catalyst carrier, a method of mixing a solution in which catalyst particles of a platinum group element of phosphide are dispersed, and a catalyst carrier.

触媒粒子を触媒担体に担持させる方法の一態様として、リン化白金族元素を調製する際の白金族化合物塩やリン化合物を含有する溶液に、触媒担体を投入して、白金族化合物塩やリン化合物を触媒担体に含浸させた後、還元や乾燥や焼成を加えてリン化白金族元素を触媒担体に担持する方法を説明する。
まず、白金族元素のハロゲン化合物等の水溶液に、触媒担体を加えて撹拌した後、減圧乾燥する。次に、得られた触媒前駆体を加熱してさらに乾燥した後、リン化合物の水溶液に添加する。水溶液を撹拌した後、減圧乾燥し、水素還流下で500~600℃で加熱保持する。このようにして、触媒粒子を触媒担体に担持することができる。
As one aspect of the method for supporting catalyst particles on a catalyst carrier, the catalyst carrier is introduced into a solution containing a platinum group compound salt and a phosphorus compound when preparing a platinum group phosphide, and a platinum group compound salt and a phosphorus compound are added. A method of impregnating a catalyst carrier with a compound and then carrying out reduction, drying and calcination to support a platinum group element phosphide on the catalyst carrier will now be described.
First, a catalyst carrier is added to an aqueous solution of a halogen compound of a platinum group element or the like, stirred, and then dried under reduced pressure. Next, the obtained catalyst precursor is heated and further dried, and then added to an aqueous solution of a phosphorus compound. After stirring the aqueous solution, it is dried under reduced pressure and heated at 500 to 600° C. under reflux of hydrogen. In this manner, the catalyst particles can be supported on the catalyst carrier.

本発明の水素化触媒の触媒粒子の形状は、特に限定されず、円柱状や球状であってもよい。また、触媒粒子の平均粒子径は0.1~1000nmであることが好ましく、0.5~500nmであることがより好ましく、1~300nmであることがさらに好ましい。
なお、平均粒子径は、透過型電子顕微鏡等の電子顕微鏡で約200個の数の粒子を観察し、それらの観察結果の平均値として算出した値である。
The shape of the catalyst particles of the hydrogenation catalyst of the present invention is not particularly limited, and may be cylindrical or spherical. The average particle diameter of the catalyst particles is preferably 0.1 to 1000 nm, more preferably 0.5 to 500 nm, even more preferably 1 to 300 nm.
The average particle size is a value calculated as the average value of the observation results of about 200 particles observed with an electron microscope such as a transmission electron microscope.

[水素化化合物の製造方法]
本発明の水素化化合物の製造方法は、上記の水素化触媒を用いて、原料化合物と水素分子を反応させる水素化工程を含む。
水素化化合物の製造方法の一態様においては、硫黄原子、窒素原子、リン原子、およびハロゲン原子からなる群から選択される少なくとも1種の原子を有する被毒物質の存在下で水素化工程を行う。
水素化化合物の製造方法の他の態様においては、硫黄原子、窒素原子、リン原子、およびハロゲン原子からなる群から選択される少なくとも1種の原子を含む官能基を有する原料化合物を用いる。
[Method for producing hydrogenated compound]
The method for producing a hydrogenated compound of the present invention includes a hydrogenation step of reacting a raw material compound with hydrogen molecules using the hydrogenation catalyst described above.
In one aspect of the method for producing a hydrogenated compound, the hydrogenation step is carried out in the presence of a poisoning substance having at least one atom selected from the group consisting of a sulfur atom, a nitrogen atom, a phosphorus atom, and a halogen atom. .
In another aspect of the method for producing a hydrogenated compound, a starting compound having a functional group containing at least one atom selected from the group consisting of sulfur, nitrogen, phosphorus and halogen atoms is used.

上記の通り、水素化触媒は、従来の白金族元素担持触媒と比べて、触媒活性が向上するとともに、硫黄原子等の触媒被毒として作用する原子に対する耐被毒性が向上している。したがって、被毒物質の存在下や、硫黄原子、窒素原子、リン原子、およびハロゲン原子からなる群から選択される少なくとも1種の原子を含む官能基を有する原料化合物を用いた場合であっても、目的とする水素化工程を行うことができる。 As described above, the hydrogenation catalyst has improved catalytic activity and improved poisoning resistance against atoms, such as sulfur atoms, that act as catalyst poisoning, compared to conventional platinum group element-supported catalysts. Therefore, even in the presence of a poisoning substance or when using a raw material compound having a functional group containing at least one atom selected from the group consisting of a sulfur atom, a nitrogen atom, a phosphorus atom, and a halogen atom, , the desired hydrogenation step can be carried out.

水素化工程は、いずれの態様においても、原料化合物の水素化に十分な量の水素化触媒を反応系内に存在させて、常圧または加圧条件下の水素含有雰囲気中で加熱して行う。より具体的には、水素化触媒の量は、原料化合物に対して、0.1~10mol%が好ましく、0.25~5mol%がより好ましく、0.3~5mol%がさらに好ましく、0.5~3mol%が特に好ましい。
加熱条件は、通常60~180℃であり、70~150℃であることが好ましく、80~150℃であることがより好ましい。
常圧または加圧条件としては、通常0.1~10MPaであり、0.3~5MPaが好ましい。
反応時間は、通常30分~48時間であり、30分~24時間であることが好ましい。
In any aspect, the hydrogenation step is carried out by heating in a hydrogen-containing atmosphere under normal pressure or pressurized conditions with a sufficient amount of hydrogenation catalyst for hydrogenating the raw material compound present in the reaction system. . More specifically, the amount of the hydrogenation catalyst is preferably 0.1 to 10 mol %, more preferably 0.25 to 5 mol %, still more preferably 0.3 to 5 mol %, and 0.1 to 10 mol % relative to the raw material compound. 5 to 3 mol % is particularly preferred.
The heating conditions are usually 60 to 180°C, preferably 70 to 150°C, more preferably 80 to 150°C.
Normal pressure or pressurized conditions are usually 0.1 to 10 MPa, preferably 0.3 to 5 MPa.
The reaction time is usually 30 minutes to 48 hours, preferably 30 minutes to 24 hours.

水素含有雰囲気とは、水素ガスまたは水素ガスとアルゴン等の不活性ガスとの混合ガスが挙げられる。溶媒を用いて水素化工程を行う場合、溶媒は特に限定されるものではなく、n-ドデカン、テトラヒドロフラン、トルエンなどの非極性溶媒、2-プロパノール等の各種アルコール、水等に代表されるプロトン性極性溶媒等を使用できる。
これらの溶媒は、1種単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
The hydrogen-containing atmosphere includes hydrogen gas or a mixed gas of hydrogen gas and an inert gas such as argon. When the hydrogenation step is performed using a solvent, the solvent is not particularly limited, and includes nonpolar solvents such as n-dodecane, tetrahydrofuran, and toluene, various alcohols such as 2-propanol, and protic solvents such as water. Polar solvents and the like can be used.
These solvents can be used singly or in combination of two or more.

[一態様]
水素化化合物の製造方法の一態様においては、硫黄原子、窒素原子、リン原子、およびハロゲン原子からなる群から選択される少なくとも1種の原子を有する被毒物質の存在下で、原料化合物と水素分子を反応させる水素化工程を行う。
一態様における原料化合物としては、二重結合または三重結合を有する不飽和化合物、アルデヒド化合物、カルボニル化合物、ニトリル化合物、ニトロ化合物等が挙げられる。これらの中でも、ニトロ化合物が好ましく、p-ニトロトルエン、ニトロベンゼンがより好ましい。
[One aspect]
In one aspect of the method for producing a hydrogenated compound, in the presence of a poisoning substance having at least one atom selected from the group consisting of a sulfur atom, a nitrogen atom, a phosphorus atom, and a halogen atom, A hydrogenation step is performed to react the molecules.
Examples of raw material compounds in one embodiment include unsaturated compounds having double bonds or triple bonds, aldehyde compounds, carbonyl compounds, nitrile compounds, nitro compounds, and the like. Among these, nitro compounds are preferred, and p-nitrotoluene and nitrobenzene are more preferred.

被毒物質としては、アミン等の窒素化合物;硫黄分子;チオアニソール、チオ尿素、1,1,3,3-テトラメチルチオ尿素、亜二チオン酸ナトリウム、チオフェン、ジベンゾチオフェン、ジメチルジベンゾチオフェン、硫化エチル等の硫黄化合物;ホスフィン等のリン化合物;塩化アンモニウム等のハロゲン化物が挙げられる。被毒物質の一態様としては、硫黄分子または硫黄化合物が挙げられ、より詳細にはチオフェン、チオアニソールが挙げられる。
被毒物質の反応系内における含有量は、基質に対して、通常0.01~10当量であり、0.1~1当量であることが好ましい。被毒物質は少ないほど好ましいが、原料や反応条件等で、上記範囲の被毒物質が存在する場合でも、水素化触媒が失活せず、反応を進めることができる。
Nitrogen compounds such as amines; sulfur molecules; thioanisole, thiourea, 1,1,3,3-tetramethylthiourea, sodium dithionite, thiophene, dibenzothiophene, dimethyldibenzothiophene, ethyl sulfide phosphorus compounds such as phosphine; and halides such as ammonium chloride. One aspect of the poisoning substance includes sulfur molecules or sulfur compounds, more specifically thiophene and thioanisole.
The content of the poisoning substance in the reaction system is usually 0.01 to 10 equivalents, preferably 0.1 to 1 equivalents, relative to the substrate. Although it is preferable that the amount of poisoning substances is as small as possible, the reaction can proceed without deactivation of the hydrogenation catalyst even when poisoning substances within the above range are present due to the raw materials, reaction conditions, and the like.

[他の態様]
水素化化合物の製造方法の他の態様においては、硫黄原子、窒素原子、リン原子、およびハロゲン原子からなる群から選択される少なくとも1種の原子を含む官能基を有する原料化合物と、水素分子を反応させる水素化工程を行う。
官能基としては、硫黄原子を含む官能基が好ましく、スルフィニル基、スルフィド(チオエーテル)基、チオール基、およびチエニル基からなる群から選択される少なくとも1種であることがより好ましい。
[Other aspects]
In another aspect of the method for producing a hydrogenated compound, a raw material compound having a functional group containing at least one atom selected from the group consisting of a sulfur atom, a nitrogen atom, a phosphorus atom, and a halogen atom, and a hydrogen molecule are combined. A hydrogenation step for reacting is performed.
The functional group is preferably a functional group containing a sulfur atom, and more preferably at least one selected from the group consisting of a sulfinyl group, a sulfide (thioether) group, a thiol group and a thienyl group.

官能基としては、窒素原子を含む官能基も好ましく、ニトロ基、置換基を有してもよいアミノ基、およびシアノ基からなる群から選択される少なくとも1種であることがより好ましい。なお、アミノ基に置換する置換基としては、特に限定されるものではなく、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基等が挙げられる。 As the functional group, a functional group containing a nitrogen atom is also preferable, and at least one selected from the group consisting of a nitro group, an optionally substituted amino group, and a cyano group is more preferable. Substituents with which the amino group is substituted are not particularly limited, and examples thereof include alkyl groups, aryl groups, heteroaryl groups, and the like.

他の態様における原料化合物として、具体的には、下記(1a)~(1q)に記載の化合物や、下記(3a)~(3k)に記載の化合物が挙げられる。 Specific examples of starting compounds in other embodiments include the compounds described in (1a) to (1q) below and the compounds described in (3a) to (3k) below.

Figure 2023016704000001
Figure 2023016704000001

Figure 2023016704000002
Figure 2023016704000002

Figure 2023016704000003
Figure 2023016704000003

次に実施例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Next, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

[XRD測定]:X線回折装置(商品名「X’Pert-MPD diffractometer」、Philips社製)を用いてCu-Kαの特性X線(45kV、40mA)を照射して測定を行った。 [XRD measurement]: Measurement was performed by irradiating characteristic X-rays (45 kV, 40 mA) of Cu-Kα using an X-ray diffractometer (trade name "X'Pert-MPD diffractometer", manufactured by Philips).

[平均粒子径]:200kVの加速電圧で透過型電子顕微鏡(FEI Tecnai G2 20 ST)を用いて透過電子顕微鏡写真を測定し、写真中の触媒粒子の平均値から算出した。 [Average particle size]: A transmission electron microscope photograph was measured using a transmission electron microscope (FEI Tecnai G2 20 ST) at an accelerating voltage of 200 kV, and the average value of the catalyst particles in the photograph was calculated.

(製造例1)
塩化ルテニウム0.16質量%を含む水溶液50mlに、シリカ担体0.91gを加え、一時間撹拌した後、減圧乾燥を行った。得られたRu/SiO触媒前駆体を110℃で十分に乾燥した後、次亜リン酸アンモニウム水溶液に添加し、1時間撹拌及び減圧乾燥を行った。次亜リン酸アンモニウム水溶液の濃度は、P/Ruモル比が0.86となるように調整した。
得られたRu-P/SiO触媒前駆体を、水素還流下で昇温速度5℃/Minに設定したオーブンに入れて550℃に到達した後、さらに1時間保持して合金化処理を行った。得られた触媒をRu-P/SiO触媒とした。得られた触媒をXRDで評価したところ、リン化ルテニウム特有のピークが観測された。製造したRu-P/SiO触媒の触媒粒子の平均粒子径は3.0nmであった。
図1に、XRDを用いてRu-P/SiO触媒を測定したチャートを示し、図2に、製造したRu-P/SiO触媒の透過電子顕微鏡写真を示す。
(Production example 1)
0.91 g of a silica carrier was added to 50 ml of an aqueous solution containing 0.16% by mass of ruthenium chloride, stirred for one hour, and then dried under reduced pressure. After sufficiently drying the obtained Ru/SiO 2 catalyst precursor at 110° C., it was added to an aqueous ammonium hypophosphite solution, stirred for 1 hour, and dried under reduced pressure. The concentration of the ammonium hypophosphite aqueous solution was adjusted so that the P/Ru molar ratio was 0.86.
The obtained Ru—P/SiO 2 catalyst precursor was placed in an oven set at a heating rate of 5° C./min under reflux of hydrogen to reach 550° C., and then held for an additional hour for alloying treatment. rice field. The resulting catalyst was designated as Ru--P/SiO 2 catalyst. When the obtained catalyst was evaluated by XRD, a peak specific to ruthenium phosphide was observed. The average particle size of the catalyst particles of the prepared Ru—P/SiO 2 catalyst was 3.0 nm.
FIG. 1 shows a chart of the Ru—P/SiO 2 catalyst measured using XRD, and FIG. 2 shows a transmission electron micrograph of the Ru—P/SiO 2 catalyst produced.

(製造例2)
塩化ルテニウムを、塩化ロジウムに変更した以外は製造例1と同じ条件で、Rh-P/SiO触媒を製造した。製造したRh-P/SiO触媒の触媒粒子の平均粒子径は2.9nmであった。
図1に、XRDを用いてRh-P/SiO触媒を測定したチャートを示し、図2に、製造したRh-P/SiO触媒の透過電子顕微鏡写真を示す。
(Production example 2)
A Rh—P/SiO 2 catalyst was produced under the same conditions as in Production Example 1, except that ruthenium chloride was changed to rhodium chloride. The average particle size of the catalyst particles of the prepared Rh--P/SiO 2 catalyst was 2.9 nm.
FIG. 1 shows a chart of the Rh--P/SiO 2 catalyst measured by XRD, and FIG. 2 shows a transmission electron micrograph of the Rh--P/SiO 2 catalyst produced.

(製造例3)
塩化ルテニウムを、(NHPdClに変更し、得られたPd/SiO前駆体を、空気雰囲気下、5℃/minで500℃まで昇温し、1時間焼成した。次に焼成後のPd/SiO前駆体に接触させる次亜リン酸アンモニウム水溶液の濃度を、P/Pdモル比が3.0となるように調整したこと以外は製造例1と同じ条件で、Pd-P/SiO触媒を製造した。製造したPd-P/SiO触媒の触媒粒子の平均粒子径は6.7nmであった。
図1に、XRDを用いてPd-P/SiO触媒を測定したチャートを示し、図2に、製造したPd-P/SiO触媒の透過電子顕微鏡写真を示す。
(Production example 3)
Ruthenium chloride was changed to (NH 3 ) 4 PdCl 2 , and the resulting Pd/SiO 2 precursor was heated to 500° C. at 5° C./min and calcined for 1 hour in an air atmosphere. Next, under the same conditions as in Production Example 1, except that the concentration of the aqueous ammonium hypophosphite solution brought into contact with the Pd/SiO 2 precursor after firing was adjusted so that the P/Pd molar ratio was 3.0, A Pd—P/SiO 2 catalyst was prepared. The average particle size of the catalyst particles of the prepared Pd—P/SiO 2 catalyst was 6.7 nm.
FIG. 1 shows a chart of the Pd—P/SiO 2 catalyst measured by XRD, and FIG. 2 shows a transmission electron micrograph of the produced Pd—P/SiO 2 catalyst.

(製造例4)
塩化ルテニウムを、塩化白金酸に変更し、次亜リン酸アンモニウム水溶液の濃度を、P/Ptモル比が3.0となるように調整したこと以外は製造例1と同じ条件で、Pt-P/SiO触媒を製造した。製造したPt-P/SiO触媒の触媒粒子の平均粒子径は2.6nmであった。
図1に、XRDを用いてPt-P/SiO触媒を測定したチャートを示し、図2に、製造したPt-P/SiO触媒の透過電子顕微鏡写真を示す。
(Production example 4)
Pt—P / SiO2 catalyst was prepared. The average particle size of the catalyst particles of the prepared Pt—P/SiO 2 catalyst was 2.6 nm.
FIG. 1 shows a chart for measuring the Pt--P/SiO 2 catalyst using XRD, and FIG. 2 shows a transmission electron micrograph of the produced Pt--P/SiO 2 catalyst.

(比較製造例1~4)
次亜リン酸アンモニウム水溶液への添加工程を行わなかったこと以外は、それぞれ製造例1~4と同様の方法で、Ru/SiO、Rh/SiO、Pd/SiO、Pt/SiO触媒を製造した。触媒の平均粒子径は、それぞれ、3.7nm、3.2nm、9.3nm、3.0nmであった。
(Comparative Production Examples 1 to 4)
Ru/SiO 2 , Rh/SiO 2 , Pd/SiO 2 , Pt/SiO 2 catalysts were prepared in the same manner as in Production Examples 1 to 4, respectively, except that the step of adding the ammonium hypophosphite aqueous solution was not performed. manufactured. The average particle sizes of the catalysts were 3.7 nm, 3.2 nm, 9.3 nm and 3.0 nm, respectively.

(実施例1-1:ジフェニルスルホキシド(1a)からジフェニルスルフィド(2a)への脱酸素反応(水素化工程))
ジフェニルスルホキシド(1a)を2.5mmol、n-ドデカンを5mL、製造例1で製造したRu-P/SiO触媒を0.5mol%(Ru量換算)含む反応溶液を、H(1Bar)、100℃の条件で30分間反応を行った。
反応後、得られた反応後溶液を、内部標準法を用いたGC-MSによって分析し、収率を求めた。その結果を表1に示す。
(Example 1-1: Deoxygenation reaction from diphenyl sulfoxide (1a) to diphenyl sulfide (2a) (hydrogenation step))
A reaction solution containing 2.5 mmol of diphenyl sulfoxide (1a), 5 mL of n-dodecane, and 0.5 mol % (calculated as Ru) of the Ru—P/SiO 2 catalyst produced in Production Example 1 was mixed with H 2 (1 Bar), The reaction was carried out at 100°C for 30 minutes.
After the reaction, the obtained post-reaction solution was analyzed by GC-MS using an internal standard method to determine the yield. Table 1 shows the results.

(実施例1-2~1-4、比較例1-2~1-4)
実施例1-1のRu-P/SiO触媒を、表1に示す触媒に変更し、ジフェニルスルホキシド(1a)を0.5mmol、n-ドデカンを3mL、触媒量を2.5mol%(白金族元素量換算)、反応時間を60分に変更したこと以外は、実施例1-1と同様に水素化工程を行い、同様の方法で収率を求めた。その結果を表1に示す。
(Examples 1-2 to 1-4, Comparative Examples 1-2 to 1-4)
The Ru—P/SiO 2 catalyst of Example 1-1 was changed to the catalyst shown in Table 1, and 0.5 mmol of diphenyl sulfoxide (1a), 3 mL of n-dodecane, and a catalyst amount of 2.5 mol % (platinum group The hydrogenation step was carried out in the same manner as in Example 1-1, except that the reaction time was changed to 60 minutes, and the yield was determined in the same manner. Table 1 shows the results.

(比較例1-1)
実施例1-1のRu-P/SiO触媒を、表1に示す触媒に変更したこと以外は、実施例1-1と同様に水素化工程を行い、同様の方法で収率を求めた。その結果を表1に示す。
(Comparative Example 1-1)
The hydrogenation step was performed in the same manner as in Example 1-1, except that the Ru—P/SiO 2 catalyst in Example 1-1 was changed to the catalyst shown in Table 1, and the yield was determined in the same manner. . Table 1 shows the results.

なお、実施例1-1~1-4および比較例1-1~1-4で行った化学反応を下記に示す。

Figure 2023016704000004
The chemical reactions performed in Examples 1-1 to 1-4 and Comparative Examples 1-1 to 1-4 are shown below.
Figure 2023016704000004

Figure 2023016704000005
Figure 2023016704000005

表1から、リン化されていないRu/SiO触媒は、硫黄化合物の脱酸素反応において、本発明の水素化触媒に比べて著しく収率が低いことがわかる。また、リン化されていないRh、Pd、Ptについても、Ru同様に収率は低かった。一方で、リン化した白金族元素を触媒粒子とする本発明の水素化触媒は、硫黄化合物の脱酸素反応において、高い収率が得られた。 From Table 1, it can be seen that the non-phosphided Ru/ SiO2 catalyst has a significantly lower yield in the deoxygenation reaction of sulfur compounds compared to the hydrogenation catalyst of the present invention. In addition, the yields of Rh, Pd, and Pt that are not phosphorylated were low, as was the case with Ru. On the other hand, the hydrogenation catalyst of the present invention containing catalyst particles of a phosphided platinum group element provided a high yield in the deoxygenation reaction of sulfur compounds.

(実施例2-1~2-19:原料化合物(1)の検討)
原料化合物を種々変更して、下記式に示す水素化反応の検討を行った。

Figure 2023016704000006
(Examples 2-1 to 2-19: Examination of starting compound (1))
The hydrogenation reaction represented by the following formula was examined by changing various raw material compounds.
Figure 2023016704000006

水素化触媒として、製造例1で製造したRu-P/SiO触媒を用い、H(1Bar)、100℃、表2に示す条件で反応を行った。反応後、得られた反応後溶液を、内部標準法を用いたGC-MSによって分析し、収率を求めた。その結果を表2に示す。
実施例2-2は、実施例2-1の反応後、回収したRu-P/SiO触媒を再度用いた結果である。また、実施例2-3のみ、反応温度を25℃とした。
なお、回収した触媒としては、遠心分離にて反応液を分離した後、1,2-ジメトキシエタンで洗浄し、減圧乾燥を行って得られた粉末を、水素還流下で昇温速度5℃/Minに設定したオーブンに入れて550℃に到達した後、さらに1時間保持する処理を行った触媒を用いた。

Figure 2023016704000007
Using the Ru—P/SiO 2 catalyst produced in Production Example 1 as the hydrogenation catalyst, the reaction was carried out under the conditions shown in Table 2 at H 2 (1 Bar) and 100°C. After the reaction, the obtained post-reaction solution was analyzed by GC-MS using an internal standard method to determine the yield. Table 2 shows the results.
Example 2-2 is the result of using the recovered Ru—P/SiO 2 catalyst again after the reaction of Example 2-1. The reaction temperature was set at 25° C. only in Example 2-3.
The recovered catalyst was a powder obtained by separating the reaction solution by centrifugation, washing with 1,2-dimethoxyethane, and drying under reduced pressure. A catalyst that was placed in an oven set to Min to reach 550° C. and held for an additional hour was used.
Figure 2023016704000007

原料化合物の種類および水素化化合物の種類を以下に示す。

Figure 2023016704000008
The types of raw material compounds and the types of hydrogenated compounds are shown below.
Figure 2023016704000008

Figure 2023016704000009
Figure 2023016704000009

Figure 2023016704000010
Figure 2023016704000010

Figure 2023016704000011
Figure 2023016704000011

表2から、本発明の水素化触媒は、硫黄原子を含む官能基であるスルフィニル基を有する原料化合物の水素化工程において、失活することなく高活性で水素化反応を促進することがわかる。
特に、実施例2-1および実施例2-2の結果から、本発明の水素化触媒は、再利用しても触媒性能の低下がみられず、産業上きわめて有望である。
From Table 2, it can be seen that the hydrogenation catalyst of the present invention promotes the hydrogenation reaction with high activity without deactivation in the hydrogenation step of a raw material compound having a sulfinyl group, which is a functional group containing a sulfur atom.
In particular, from the results of Examples 2-1 and 2-2, the hydrogenation catalyst of the present invention does not show deterioration in catalytic performance even if it is reused, and is industrially very promising.

(実施例3-1:4-ニトロチオアニソール(3a)から4-アミノチオアニソール(4a)への水素化反応(水素化工程))
4-ニトロチオアニソール(3a)を1mmol、トルエンを3mL、製造例1で製造したRu-P/SiO触媒を1.25mol%(Ru量換算)含む反応溶液を、H(1Bar)、70℃の条件で60分間反応を行った。
反応後、得られた反応後溶液を、内部標準法を用いたGCによって分析し、収率を求めた。その結果を表3に示す。
(Example 3-1: Hydrogenation reaction from 4-nitrothioanisole (3a) to 4-aminothioanisole (4a) (hydrogenation step))
A reaction solution containing 1 mmol of 4-nitrothioanisole (3a), 3 mL of toluene, and 1.25 mol % (calculated as Ru) of the Ru—P/SiO 2 catalyst produced in Production Example 1 was added to H 2 (1 Bar) at 70 C. for 60 minutes.
After the reaction, the obtained post-reaction solution was analyzed by GC using an internal standard method to determine the yield. Table 3 shows the results.

(実施例3-2~3-4、比較例3-1~3~4)
実施例3-1のRu-P/SiO触媒を、表3に示す触媒に変更した以外は実施例3-1と同様に水素化反応(水素化工程)を行い、同様の方法で収率を求めた。その結果を表3に示す。
(Examples 3-2 to 3-4, Comparative Examples 3-1 to 3-4)
A hydrogenation reaction (hydrogenation step) was carried out in the same manner as in Example 3-1 except that the Ru—P/SiO 2 catalyst in Example 3-1 was changed to the catalyst shown in Table 3, and the yield was obtained in the same manner. asked for Table 3 shows the results.

なお、実施例3-1~3-4および比較例3-1~3-4で行った化学反応を下記に示す。

Figure 2023016704000012
The chemical reactions performed in Examples 3-1 to 3-4 and Comparative Examples 3-1 to 3-4 are shown below.
Figure 2023016704000012

Figure 2023016704000013
Figure 2023016704000013

表3から、硫黄原子を含む官能基であるスルフィド基を有する原料化合物に対して、リン化されていないRu/SiO触媒は、原料化合物のニトロ基の水素化反応(水素化工程)において、触媒活性が不十分であった。一方で、Ru-P/SiOを触媒粒子とする本発明の水素化触媒は、原料化合物のニトロ基の水素化反応(水素化工程)において、高活性が維持されていることがわかった。 From Table 3, for the raw material compound having a sulfide group, which is a functional group containing a sulfur atom, the Ru/ SiO2 catalyst that is not phosphorylated has the following properties in the hydrogenation reaction (hydrogenation step) of the nitro group of the raw material compound: Catalytic activity was insufficient. On the other hand, it was found that the hydrogenation catalyst of the present invention using Ru--P/ SiO.sub.2 as catalyst particles maintains high activity in the hydrogenation reaction (hydrogenation step) of the nitro group of the raw material compound.

(実施例4-1~4-10:原料化合物(3)の検討)
原料化合物を種々変更して、下記式に示す水素化反応の検討を行った。

Figure 2023016704000014
(Examples 4-1 to 4-10: Examination of starting compound (3))
The hydrogenation reaction represented by the following formula was examined by changing various raw material compounds.
Figure 2023016704000014

水素化触媒として、製造例1で製造したRu-P/SiO触媒を用い、H(1Bar)、70℃、表4に示す条件で反応を行った。反応後、得られた反応後溶液を、内部標準法を用いたGCまたはGC-MSによって分析し、収率を求めた。その結果を表4に示す。 Using the Ru—P/SiO 2 catalyst produced in Production Example 1 as the hydrogenation catalyst, the reaction was carried out under the conditions shown in Table 4 at H 2 (1 Bar) at 70°C. After the reaction, the obtained post-reaction solution was analyzed by GC or GC-MS using an internal standard method to determine the yield. Table 4 shows the results.

Figure 2023016704000015
Figure 2023016704000015

原料化合物の種類および水素化化合物の種類を以下に示す。

Figure 2023016704000016
The types of raw material compounds and the types of hydrogenated compounds are shown below.
Figure 2023016704000016

Figure 2023016704000017
Figure 2023016704000017

表4から、触媒被毒として作用する原子を含む官能基を有する原料化合物に対して、Ru-P触媒は、多種多様な原料化合物のニトロ基の水素化反応(水素化工程)全てにおいて優れた反応活性を示した。なお、原料化合物の官能基として、具体的には、スルフィド(チオエーテル)基、チオール基、チエニル基、ニトロ基、アミノ基、置換アミノ基、シアノ基が挙げられる。 From Table 4, it can be seen that the Ru—P catalyst is excellent in all hydrogenation reactions (hydrogenation steps) of the nitro group of a wide variety of raw material compounds for raw material compounds having functional groups containing atoms that act as catalyst poisoning. showed reaction activity. Specific examples of the functional group of the raw material compound include a sulfide (thioether) group, a thiol group, a thienyl group, a nitro group, an amino group, a substituted amino group, and a cyano group.

水素化化合物である(4h)、(4i)、(4j)、(4k)は、それぞれ、医薬品である、クエチアピン(Quetiapine、抗精神病薬)、ボルチオキセチン(Vortioxetine、抗うつ薬)、アルベンダゾール(Albendazole、駆虫薬)、オランザピン(Olanzapine、抗精神病薬)の中間体として利用可能である。従って、本発明の水素化触媒は、医薬品の合成にも利用が期待できる点で有望である。 Hydrogenated compounds (4h), (4i), (4j), and (4k) are the pharmaceutical agents Quetiapine (antipsychotic), Vortioxetine (antidepressant), Albendazole, respectively. , an anthelmintic) and as an intermediate for Olanzapine (an antipsychotic). Therefore, the hydrogenation catalyst of the present invention is promising in that it can be expected to be used in the synthesis of pharmaceuticals.

(実施例5-1:ニトロベンゼン(5a)からアミノベンゼン(5b)への脱酸素反応(水素化工程))
ニトロベンゼン(5a)を5mmol、被毒物質としてチオアニソールを2.5mmol、トルエンを3mL、製造例1で製造したRu-P/SiO触媒を0.25mol%(Ru量換算)含む反応溶液を、H(30Bar)、70℃の条件で60分間反応を行った。
反応後、得られた反応後溶液を、内部標準法を用いたGCによって分析し、収率を求めた。その結果を表5に示す。
(Example 5-1: Deoxygenation reaction from nitrobenzene (5a) to aminobenzene (5b) (hydrogenation step))
A reaction solution containing 5 mmol of nitrobenzene (5a), 2.5 mmol of thioanisole as a poisoning substance, 3 mL of toluene, and 0.25 mol % (calculated as Ru) of the Ru—P/SiO 2 catalyst produced in Production Example 1 was The reaction was carried out under conditions of H 2 (30 Bar) and 70° C. for 60 minutes.
After the reaction, the obtained post-reaction solution was analyzed by GC using an internal standard method to determine the yield. Table 5 shows the results.

(実施例5-2、比較例5-1、5―2)
実施例5-1のRu-P/SiO触媒を、表5に示す触媒に変更した以外は実施例5-1と同様に水素化工程を行い、同様の方法で収率を求めた。その結果を表5に示す。
(Example 5-2, Comparative Examples 5-1, 5-2)
The hydrogenation step was carried out in the same manner as in Example 5-1, except that the Ru—P/SiO 2 catalyst in Example 5-1 was changed to the catalyst shown in Table 5, and the yield was determined in the same manner. Table 5 shows the results.

なお、実施例5-1~5-2および比較例5-1~5-2で行った化学反応を下記に示す。

Figure 2023016704000018
The chemical reactions performed in Examples 5-1 and 5-2 and Comparative Examples 5-1 and 5-2 are shown below.
Figure 2023016704000018

Figure 2023016704000019
Figure 2023016704000019

表5から、被毒物質である硫黄化合物共存下であっても、Ru-P/SiOやRh-P/SiOを触媒粒子とする本発明の水素化触媒は、スルフィドからの被毒に高い耐性を示し、触媒活性を保持していた。この結果から、本発明の水素化触媒は、被毒物質の量が多い反応条件でも用いることが可能であり、石油産業等において利用が期待できる点でも有望である。 From Table 5, even in the coexistence of a sulfur compound as a poisoning substance, the hydrogenation catalyst of the present invention having catalyst particles of Ru--P/ SiO.sub.2 or Rh--P/ SiO.sub.2 is resistant to poisoning from sulfide. It showed high resistance and retained catalytic activity. From this result, the hydrogenation catalyst of the present invention can be used even under reaction conditions with a large amount of poisoning substances, and is promising in that it can be expected to be used in the petroleum industry and the like.

Claims (12)

リン化ルテニウム、リン化ロジウム、リン化パラジウム、リン化イリジウム、およびリン化白金からなる群から選択される少なくとも1種の触媒粒子を含む、水素化触媒。 A hydrogenation catalyst comprising at least one catalyst particle selected from the group consisting of ruthenium phosphide, rhodium phosphide, palladium phosphide, iridium phosphide, and platinum phosphide. 無機担体またはカーボン担体である触媒担体をさらに含み、
前記触媒粒子が、前記触媒担体に担持されてなる、請求項1に記載の水素化触媒。
further comprising a catalyst support that is an inorganic support or a carbon support;
2. The hydrogenation catalyst according to claim 1, wherein said catalyst particles are supported on said catalyst carrier.
前記触媒粒子の平均粒子径が、0.1~1000nmである、請求項1または2に記載の水素化触媒。 3. The hydrogenation catalyst according to claim 1, wherein the catalyst particles have an average particle size of 0.1 to 1000 nm. 前記触媒粒子に含まれる、リン元素の含有量が10~90質量%であり、かつ、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、イリジウム、および白金からなる群から選択される白金族元素の含有量が10~90質量%である、請求項1または2に記載の水素化触媒。 The content of phosphorus element contained in the catalyst particles is 10 to 90% by mass, and the content of platinum group elements selected from the group consisting of ruthenium, rhodium, palladium, iridium, and platinum is 10 to 90%. % by mass, the hydrogenation catalyst according to claim 1 or 2. 硫黄原子、窒素原子、リン原子、およびハロゲン原子からなる群から選択される少なくとも1種の原子を有する被毒物質の存在下、
請求項1または2に記載の水素化触媒を用いて、原料化合物と水素分子を反応させる水素化工程を含む、水素化化合物の製造方法。
in the presence of a poisoning substance having at least one atom selected from the group consisting of a sulfur atom, a nitrogen atom, a phosphorus atom, and a halogen atom;
3. A method for producing a hydrogenated compound, comprising a hydrogenation step of reacting a raw material compound with a hydrogen molecule using the hydrogenation catalyst according to claim 1 or 2.
前記被毒物質が、硫黄分子または硫黄化合物である、請求項5に記載の製造方法。 6. The production method according to claim 5, wherein the poisoning substance is a sulfur molecule or a sulfur compound. 前記硫黄化合物が、チオアニソールである、請求項6に記載の製造方法。 7. The production method according to claim 6, wherein the sulfur compound is thioanisole. 請求項1または2に記載の水素化触媒を用いて、原料化合物と水素分子を反応させる水素化工程を含み、
前記原料化合物が、硫黄原子、窒素原子、リン原子、およびハロゲン原子からなる群から選択される少なくとも1種の原子を含む官能基を有する、水素化化合物の製造方法。
A hydrogenation step of reacting a raw material compound with a hydrogen molecule using the hydrogenation catalyst according to claim 1 or 2,
A method for producing a hydrogenated compound, wherein the raw material compound has a functional group containing at least one atom selected from the group consisting of a sulfur atom, a nitrogen atom, a phosphorus atom, and a halogen atom.
前記官能基が、硫黄原子を含む官能基である、請求項8に記載の製造方法。 9. The production method according to claim 8, wherein the functional group is a functional group containing a sulfur atom. 前記硫黄原子を含む官能基が、スルフィニル基、スルフィド基、チオール基、およびチエニル基からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項9に記載の製造方法。 10. The production method according to claim 9, wherein the functional group containing a sulfur atom is at least one selected from the group consisting of a sulfinyl group, a sulfide group, a thiol group, and a thienyl group. 前記官能基が、窒素原子を含む官能基である、請求項8に記載の製造方法。 9. The production method according to claim 8, wherein the functional group is a functional group containing a nitrogen atom. 前記窒素原子を含む官能基が、ニトロ基、置換基を有してもよいアミノ基、およびシアノ基からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項11に記載の製造方法。 12. The production method according to claim 11, wherein the functional group containing a nitrogen atom is at least one selected from the group consisting of a nitro group, an optionally substituted amino group, and a cyano group.
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