JP2024056494A - ジフェニル尿素類の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】容易に連続製造することができるジフェニル尿素類の製造方法を提供する。【解決手段】アニリンと、二酸化炭素とを原料とし、酸化セリウムを触媒、Ｎ－メチル－２－ピロリドン等を溶媒、２－シアノピリジンを脱水剤とし、流通式反応装置用い、常圧においてジフェニル尿素を合成する。例えば、反応管１１に酸化セリウムを充填し、二酸化炭素と、Ｎ－メチル－２－ピロリドンに溶解させたアニリン類及び２－シアノピリジンとを流通させて、常圧において加熱して反応させる。【選択図】図１
Description
本発明は、ジフェニル尿素類の製造方法に関する。
ジフェニル尿素類は主に農薬の中間原料であり、両端の官能基を適宜変えることで、使用目的に応じた中間原料の製造が可能である。ジフェニル尿素の工業的な製造方法としては、例えば、アニリンとホスゲンとを反応させてジフェニル尿素を合成する方法が知られている（例えば、非特許文献１～３参照）。しかし、この製造方法は、原料に猛毒のホスゲンを使用すること、また、ホスゲンは移動制限があるためにジフェニル尿素を生産する工場内でホスゲンを生産する必要があり、ホスゲンを生産する限られたメーカーしか合成することができないこと、更には、バッチ式のため連続的に製造ができないという問題があった。
また、ジフェニル尿素の工業的な他の製造方法としては、例えば、アニリンと尿素とを反応させてジフェニル尿素を合成する方法もある（例えば、非特許文献４参照）。この合成反応は平衡的には不利な反応であるが、ジフェニル尿素とともに副生成物として生成されるアンモニアを気体として系外に除去することで比較的高い収率を得ることが可能となる。そのため、バッチ式反応が多いと考えられ、連続的に製造することが難しいという問題があった。
Pure Appl. Chem., Vol. 84, No. 3, pp. 827-860, 2012.
Journal of the American Chemical Society 1922, 44, 11, 2595-2604
有機合成化学 第15巻第3号(1957)140-143 ホスゲンと芳香族アミンによるイソシアネートの生成反応について
有機合成化学 第20巻第11号(1962)993-997 尿素およびその誘導体と各種アミンとの反応（第１報）
本発明は、このような問題に基づきなされたものであり、容易に連続製造することができるジフェニル尿素類の製造方法を提供することを目的とする。
本発明のジフェニル尿素類の製造方法は、アニリン及びアニリン誘導体からなる群のうちの少なくとも１種のアニリン類と、二酸化炭素とを原料とし、酸化セリウムを触媒、２－シアノピリジンを脱水剤とし、溶媒を用い、常圧において、触媒に原料、脱水剤及び溶媒を流通させてジフェニル尿素類を合成するものである。
本発明のジフェニル尿素類の製造方法によれば、二酸化炭素を目的物質であるジフェニル尿素類に直接変換することができるので、毒物を使用せずにジフェニル尿素類を合成することができる。また、常圧において連続製造することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本発明の一実施の形態に係るジフェニル尿素類の製造方法は、アニリン及びアニリン誘導体からなる群のうちの少なくとも１種のアニリン類と、二酸化炭素とを原料とし、酸化セリウムを触媒、Ｎ－メチル－２－ピロリドンを溶媒、２－シアノピリジンを脱水剤として、ジフェニル尿素類を合成するものである。ジフェニル尿素類というのは、化１に示したジフェニル尿素及びその誘導体であり、ジフェニル尿素誘導体としては、例えば、ジフェニル尿素の両端のフェニル基の水素が他の官能基で置換されたものが挙げられる。具体的には、例えば、ジフェニル尿素の両端のフェニル基の水素がメチル基やエチル基などのアルキル基、メトキシ基などのアルコキシ基、又は、アミノ基で置換されたものが挙げられる。
反応式は、例えば、化２で表される。化２に示したように、アニリン類と二酸化炭素と２－シアノピリジンとから、ジフェニル尿素類が合成されると共に、副生成物として２－ピコリンアミドが生成される。なお、化２では、アニリン類としてアニリンを用い、ジフェニル尿素を合成する場合を示している。
原料のアニリン誘導体としては、例えば、アニリンのフェニル基の水素がアルキル基に置換されたメチルアニリン（別名トルイジン），エチルアニリンなど、アニリンのフェニル基の水素がアルコキシ基で置換されたメトキシアニリン（別名アニシジン）など、又は、アニリンのフェニル基の水素がアミノ基で置換されたフェニレンジアミンなどが代表的に挙げられる。これらのアニリン誘導体を用いることにより、例えば、化３に示したように、ジフェニル尿素の両端のフェニル基の水素が他の官能基で置換されたジフェニル尿素誘導体を得ることができる。なお、化３においてＲは置換基である。
本実施の形態に係るジフェニル尿素類の製造方法では、常圧において合成することができる。反応装置は、例えば、所定の温度、所定の圧力に保たれた装置内に、原料を連続的に供給して反応を行わせ、生成物を連続的に抜き出す方式の装置であり、例えば、流通式反応装置が挙げられる。常圧は地球の通常の圧力であり、１０１３．２５ｈＰａ（１気圧）である。
図１に反応装置の一構成例を示す。この反応装置は、例えば、内部に触媒である酸化セリウムを充填した反応管１１を有している。反応管１１の内部は、所定の温度及び所定の圧力に保つことができるように構成されている。反応管１１には、配管１２を介して二酸化炭素を供給する気体供給源１３と、配管１２を介してアニリン類及び２－シアノピリジンを溶媒のＮ－メチル－２－ピロリドンと共に供給する液体供給源１４とが接続されている。気体供給源１３と反応管１１との間には、例えば、バルブ１３a、減圧レギュレーター１３ｂ、圧力計１３ｃ、流量調節器１３ｄ、及び、逆止弁１３ｅが配設されている。液体供給源１４は、アニリン類と２－シアノピリジンとＮ－メチル－２－ピロリドンとを混合して供給するものであり、シリンジポンプ等により構成することができる。液体供給源１４と反応管１１との間には、例えば、バルブ１４ａが配設されている。また、反応管１１には、生成物を回収する回収部１５が配管１６を介して接続されている。回収部１５は、例えば、冷却部１７により冷却したエタノールにより生成物を回収するように構成されている。
本実施の形態に係るジフェニル尿素類の製造方法では、例えば、図１に示したような反応装置を用い、触媒である酸化セリウムを充填した反応管１１に、二酸化炭素と、Ｎ－メチル－２－ピロリドン等の溶媒に溶解させたアニリン類及び２－シアノピリジンとを流通させて、常圧において加熱して反応させ、ジフェニル尿素類を合成する。反応時間は、例えば、５時間から７時間程度である。
反応温度は３９８Ｋ以上４５８Ｋ以下とすることが好ましく、３９８Ｋ以上４２８Ｋ以下の範囲内とすればより好ましい。この範囲内においてジフェニル尿素類の収率及び選択率を高くすることができるからである。
アニリン類と２－シアノピリジンとの流量の比、例えば、アニリン類と２－シアノピリジンとの混合比は、アニリン類：２－シアノピリジンのモル比で１：１６から１：１の範囲内とすることが好ましく、１：１２から１：４の範囲内とすればより好ましい。この範囲内においてジフェニル尿素類の収率が向上し、反応が高選択的に進むからである。
触媒である酸化セリウムに対するアニリン類の接触時間は、アニリン類１ｍｏｌ当たり、４００００ｇ・ｈ／ｍｏｌanilineから４２００ｇ・ｈ／ｍｏｌanilineの範囲内とすることが好ましく、２００００ｇ・ｈ／ｍｏｌanilineから９１００ｇ・ｈ／ｍｏｌanilineの範囲内とすればより好ましい。この範囲内において、ジフェニル尿素類の収率及び選択率を高くすることができるからである。
溶媒としては、例えば、Ｎ－メチル－２－ピロリドン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、１，４－ジオキサン、２－プロパノール、ジグリム、及び、ジメチルスルホキシドが挙げられ、これらのいずれか１種を単独で用いてもよく、これらのうちの少なくとも１種以上を混合して用いてもよい。中でも、溶媒としては、Ｎ－メチル－２－ピロリドンが好ましい。アニリン類と溶媒との流量の比は、アニリン類：溶媒のモル比で１：３から１：３０の範囲内とすることが好ましい。すなわち、アニリン類に対して溶媒を３倍程度と溶媒量を少なくしても、良好に反応を進めることができる。
二酸化炭素の流量は、３ｍｌ／ｍｉｎから６０ｍｌ／ｍｉｎの範囲内とすることが好ましい。この範囲内において良好に反応を進めることができるからである。なお、二酸化炭素は窒素で希釈して導入するようにしてもよいが、希釈しない方が好ましい。二酸化炭素の分圧が低くなると反応が進行し難くなるので好ましくない。
このように本実施の形態によれば、二酸化炭素を目的物質であるジフェニル尿素類に直接変換することができるので、毒物を使用せずにジフェニル尿素類を合成することができる。また、常圧において触媒に原料、溶媒及び脱水剤を流通させてジフェニル尿素類を連続製造することができる。
（実施例１－１～１－１０）
図１に示した反応装置を用い、反応管１１に触媒である酸化セリウム４ｇを充填し、二酸化炭素と、溶媒に溶解させたアニリン及び２－シアノピリジンとを流通させ、溶媒を各実施例及び各比較例で変化させて、ジフェニル尿素を合成した。反応圧力は常圧（約０．１Ｍｐａ）、反応温度は３９８Ｋ、４２８Ｋ、又は、４５８Ｋとした。二酸化炭素の流量は３ｍｌ／ｍｉｎ、アニリンと２－シアノピリジンと溶媒とのモル比はアニリン：２－シアノピリジン：溶媒＝１：８：１５、触媒である酸化セリウムに対するアニリンの接触時間はアニリン１ｍｏｌ当たり、４２００ｇ・ｈ／ｍｏｌaniline、反応時間は７時間とした。
図１に示した反応装置を用い、反応管１１に触媒である酸化セリウム４ｇを充填し、二酸化炭素と、溶媒に溶解させたアニリン及び２－シアノピリジンとを流通させ、溶媒を各実施例及び各比較例で変化させて、ジフェニル尿素を合成した。反応圧力は常圧（約０．１Ｍｐａ）、反応温度は３９８Ｋ、４２８Ｋ、又は、４５８Ｋとした。二酸化炭素の流量は３ｍｌ／ｍｉｎ、アニリンと２－シアノピリジンと溶媒とのモル比はアニリン：２－シアノピリジン：溶媒＝１：８：１５、触媒である酸化セリウムに対するアニリンの接触時間はアニリン１ｍｏｌ当たり、４２００ｇ・ｈ／ｍｏｌaniline、反応時間は７時間とした。
溶媒は、実施例１－１～１－３はＮ－メチル－２－ピロリドン、実施例１－４はアセトニトリル、実施例１－５，１－６はテトラヒドロフラン、実施例１－７，１－８は１，４－ジオキサン、実施例１－９は２－プロパノール、実施例１－１０はジグリム、実施例１－１１，１－１２はジメチルスルホキシドとした。また、実施例１－１，実施例１－４、実施例１－５、実施例１－７、実施例１－９、実施例１－１０及び実施例１－１１の反応温度は３９８Ｋとし、実施例１－２、実施例１－６、実施例１－８及び実施例１－１２の反応温度は４２８Ｋとし、実施例１－３の反応温度は４５８Ｋとした。
各実施例について、ジフェニル尿素の収率、選択率を算出した。ジフェニル尿素の収率は、｛ジフェニル尿素の生成量（ｍｍｏｌ）／アニリン投入量（ｍｍｏｌ）｝×１００から求め、ジフェニル尿素の選択率は、｛ジフェニル尿素の生成量（ｍｍｏｌ）／アニリン由来生成物の量の和（ｍｍｏｌ）｝×１００から求めた。得られた結果を表１に示す。
表１に示したように、いずれもジフェニル尿素の収率及び選択率について高い値が得られた。特に、溶媒にＮ－メチル－２－ピロリドンを用いた実施例やジメチルスルホキシドを用いた実施例によれば、反応温度３９８Ｋ及び４２８Ｋにおいて、安定して高い値が得られた。
すなわち、常圧において、触媒に原料、脱水剤及び溶媒を流通させることにより、二酸化炭素を目的物質であるジフェニル尿素類に直接変換することができ、かつ、ある程度の温度範囲において、高い収率及び選択率が得られることが分かった。この場合の反応温度は３９８Ｋ以上４２８Ｋ以下とすることが好ましいことが分かった。
（実施例２－１～２－９）
実施例２－１～２－９として、原料であるアニリンの流量を一定とし、２－シアノピリジンの流量を変化させたことを除き、他は、実施例１－１と同様にしてジフェニル尿素を合成した。アニリンと２－シアノピリジンとの流量の比は、アニリン：２－シアノピリジンのモル比で、実施例２－１は１：１６、実施例２－２は１：１２、実施例２－３は１：８、実施例２－４は１：４、実施例２－５は１：２、実施例２－６は１：１、実施例２－７は１：０．５、実施例２－８は１：０．２、実施例２－９は１：０．１とした。
実施例２－１～２－９として、原料であるアニリンの流量を一定とし、２－シアノピリジンの流量を変化させたことを除き、他は、実施例１－１と同様にしてジフェニル尿素を合成した。アニリンと２－シアノピリジンとの流量の比は、アニリン：２－シアノピリジンのモル比で、実施例２－１は１：１６、実施例２－２は１：１２、実施例２－３は１：８、実施例２－４は１：４、実施例２－５は１：２、実施例２－６は１：１、実施例２－７は１：０．５、実施例２－８は１：０．２、実施例２－９は１：０．１とした。
各実施例は、反応温度３９８Ｋでの結果であり、ジフェニル尿素の収率、選択率は、実施例１－１と同様にして求めた。得られた結果を表２に示す。
表２に示したように、ジフェニル尿素の収率は、アニリンと２－シアノピリジンのモル比が１：１６から１：８と小さくなるに従い向上し、アニリン：２－シアノピリジンのモル比が１：８よりもさらに小さくなると低下する傾向が見られた。また、ジフェニル尿素の選択率は、アニリンに対する２－シアノピリジンの比が小さい（アニリン過剰）の場合に低くなった。すなわち、アニリン類と２－シアノピリジンとの流量の比は、アニリン類：２－シアノピリジンのモル比で１：１６から１：１の範囲内とすることが好ましく、１：１２から１：４の範囲内とすればより好ましいことが分かった。
（実施例３－１～３－８）
実施例３－１～３－８として、触媒である酸化セリウムの充填量を変化させて酸化セリウムに対するアニリンの接触時間を変化させたことを除き、他は、実施例１－１と同様にしてジフェニル尿素を合成した。酸化セリウムに対するアニリンの接触時間は、アニリン１ｍｏｌ当たりで、実施例３－１は４００００ｇ・ｈ／ｍｏｌaniline、実施例３－２は２００００ｇ・ｈ／ｍｏｌaniline、実施例３－３は１４１００ｇ・ｈ／ｍｏｌaniline、実施例３－４は９１００ｇ・ｈ／ｍｏｌaniline、実施例３－５は７０００ｇ・ｈ／ｍｏｌaniline、実施例３－６は４２００ｇ・ｈ／ｍｏｌaniline、実施例３－７は２０００ｇ・ｈ／ｍｏｌaniline、実施例３－８は８００ｇ・ｈ／ｍｏｌanilineとした。
実施例３－１～３－８として、触媒である酸化セリウムの充填量を変化させて酸化セリウムに対するアニリンの接触時間を変化させたことを除き、他は、実施例１－１と同様にしてジフェニル尿素を合成した。酸化セリウムに対するアニリンの接触時間は、アニリン１ｍｏｌ当たりで、実施例３－１は４００００ｇ・ｈ／ｍｏｌaniline、実施例３－２は２００００ｇ・ｈ／ｍｏｌaniline、実施例３－３は１４１００ｇ・ｈ／ｍｏｌaniline、実施例３－４は９１００ｇ・ｈ／ｍｏｌaniline、実施例３－５は７０００ｇ・ｈ／ｍｏｌaniline、実施例３－６は４２００ｇ・ｈ／ｍｏｌaniline、実施例３－７は２０００ｇ・ｈ／ｍｏｌaniline、実施例３－８は８００ｇ・ｈ／ｍｏｌanilineとした。
各実施例は、反応温度３９８Ｋでの結果であり、ジフェニル尿素の収率、選択率は、実施例１－１と同様にして求めた。得られた結果を表３に示す。
表３に示したように、ジフェニル尿素の収率は接触時間が長くなるに従い増加し、接触時間２００００ｇ・ｈ／ｍｏｌanilineで最大となり、それよりも接触時間を長くしても増加は見られなかった。一方、ジフェニル尿素の選択率は、接触時間が長くなると副生物の生成が増え、徐々に低下した。すなわち、酸化セリウムに対するアニリン類の接触時間は、アニリン類１ｍｏｌ当たり、４００００ｇ・ｈ／ｍｏｌanilineから４２００ｇ・ｈ／ｍｏｌanilineの範囲内とすることが好ましく、２００００ｇ・ｈ／ｍｏｌanilineから９１０００ｇ・ｈ／ｍｏｌanilineの範囲内とすればより好ましいことが分かった。
（実施例４－１～４－４）
実施例４－１～４－４として、原料であるアニリンの流量を一定とし、溶媒であるＮ－メチル－２－ピロリドンの流量を変化させたことを除き、他は、実施例１－１と同様にしてジフェニル尿素を合成した。アニリンとＮ－メチル－２－ピロリドンとの流量の比は、アニリン：Ｎ－メチル－２－ピロリドンのモル比で、実施例４－１は１：３、実施例４－２は１：７．５、実施例４－３は１：１５、実施例４－４は１：３０とした。
実施例４－１～４－４として、原料であるアニリンの流量を一定とし、溶媒であるＮ－メチル－２－ピロリドンの流量を変化させたことを除き、他は、実施例１－１と同様にしてジフェニル尿素を合成した。アニリンとＮ－メチル－２－ピロリドンとの流量の比は、アニリン：Ｎ－メチル－２－ピロリドンのモル比で、実施例４－１は１：３、実施例４－２は１：７．５、実施例４－３は１：１５、実施例４－４は１：３０とした。
各実施例は、反応温度３９８Ｋでの結果であり、ジフェニル尿素の収率、選択率は、実施例１－１と同様にして求めた。得られた結果を表４に示す。
表４に示したように、ジフェニル尿素の収率は、アニリンと溶媒との流量の比が、アニリン：溶媒のモル比で１：３から１：３０の範囲内において、少ない溶媒量でも反応が進行することが確認された。また、アニリン：溶媒のモル比を１：３０とした実施例４－４では、アニリンの濃度が低下し、ジフェニル尿素の収率が低下したので、アニリン類と溶媒との流量の比は、アニリン類：溶媒のモル比で１：３から１：１５の範囲内がより好ましいことが分かった。
（実施例５－１～５－６）
実施例５－１～５－５として、二酸化炭素の流量を変えたことを除き、他は、実施例１－１と同様にしてジフェニル尿素を合成した。二酸化炭素の流量は、実施例５－１が３ｍｌ／ｍｉｎ、実施例５－２が５ｍｌ／ｍｉｎ、実施例５－３が１５ｍｌ／ｍｉｎ、実施例５－４が３０ｍｌ／ｍｉｎ、実施例５－５が６０ｍｌ／ｍｉｎとした。また、実施例５－６として、二酸化炭素を窒素で希釈して流通させたことを除き、他は、実施例１－１と同様にしてジフェニル尿素を合成した。実施例５－６における二酸化炭素の流量は３ｍｌ／ｍｉｎ、窒素の流量は５７ｍｌ／ｍｉｎとした。
実施例５－１～５－５として、二酸化炭素の流量を変えたことを除き、他は、実施例１－１と同様にしてジフェニル尿素を合成した。二酸化炭素の流量は、実施例５－１が３ｍｌ／ｍｉｎ、実施例５－２が５ｍｌ／ｍｉｎ、実施例５－３が１５ｍｌ／ｍｉｎ、実施例５－４が３０ｍｌ／ｍｉｎ、実施例５－５が６０ｍｌ／ｍｉｎとした。また、実施例５－６として、二酸化炭素を窒素で希釈して流通させたことを除き、他は、実施例１－１と同様にしてジフェニル尿素を合成した。実施例５－６における二酸化炭素の流量は３ｍｌ／ｍｉｎ、窒素の流量は５７ｍｌ／ｍｉｎとした。
各実施例は、反応温度３９８Ｋでの結果であり、ジフェニル尿素の収率、選択率は、実施例１－１と同様にして求めた。得られた結果を表５に示す。
表５に示したように、ジフェニル尿素の収率及び選択率は、二酸化炭素の流量が３ｍｌ／ｍｉｎから６０ｍｌ／ｍｉｎの範囲内においてほぼ影響が見られなかったので、二酸化炭素の流量は、３ｍｌ／ｍｉｎから６０ｍｌ／ｍｉｎの範囲内が好ましいことが分かった。また、実施例５－６を見れば分かるように、二酸化炭素の分圧を低くするとジフェニル尿素の収率は低下したため、窒素などとの混合ガスとして用いるより二酸化炭素の純ガスとして用いる方が好ましい。
（実施例６－１）
実施例６－１として、アニリン類としてアニリンに変えてアニリン誘導体を用いたこと除き、他は、実施例１－１と同様にして、ジフェニル尿素類としてジフェニル尿素誘導体を合成した。アニリン誘導体は、実施例６－１ではｐ－アニシジンを用いた。
実施例６－１として、アニリン類としてアニリンに変えてアニリン誘導体を用いたこと除き、他は、実施例１－１と同様にして、ジフェニル尿素類としてジフェニル尿素誘導体を合成した。アニリン誘導体は、実施例６－１ではｐ－アニシジンを用いた。
各実施例は、反応温度３９８Ｋでの結果であり、ジフェニル尿素誘導体の収率、選択率は、実施例１－１と同様にして求めた。得られた結果を表６に示す。表６に示したように、いずれも、ジフェニル尿素誘導体の収率は低いものの、選択率について高い値が得られた。アニリン誘導体としては、他に１，４－フェニレンジアミン及びｏ－トルイジンを用いることができる。
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。
１１…反応管、１２…配管、１３…気体供給源、１３ａ…バルブ、１３b…減圧レギュレーター、１３ｃ…圧力計、１３ｄ…流量調節器、１３e…逆止弁、１４…液体供給源、１４ａ…バルブ、１５…回収部、１６…配管、１７…冷却部
Claims (6)
- アニリン及びアニリン誘導体からなる群のうちの少なくとも１種のアニリン類と、二酸化炭素とを原料とし、酸化セリウムを触媒、２－シアノピリジンを脱水剤として、溶媒を用い、常圧において、前記触媒に前記原料、脱水剤及び溶媒を流通させてジフェニル尿素類を合成することを特徴とするジフェニル尿素類の製造方法。
- 反応温度は、３９８Ｋ以上４２８Ｋ以下とすることを特徴とする請求項１記載のジフェニル尿素類の製造方法。
- アニリン類と２－シアノピリジンとの流量の比は、アニリン類：２－シアノピリジンのモル比で１：１６から１：１の範囲内とすることを特徴とする請求項１記載のジフェニル尿素類の製造方法。
- 酸化セリウムに対するアニリン類の接触時間は、アニリン類１ｍｏｌ当たり４００００ｇ・ｈ／ｍｏｌanilineから４２００ｇ・ｈ／ｍｏｌanilineの範囲内とすることを特徴とする請求項１記載のジフェニル尿素類の製造方法。
- アニリン類と溶媒との流量の比は、アニリン類：溶媒のモル比で１：３から１：３０の範囲内とすることを特徴とする請求項１記載のジフェニル尿素類の製造方法。
- 二酸化炭素の流量は、３ｍｌ／ｍｉｎから６０ｍｌ／ｍｉｎの範囲内とすることを特徴とする請求項１記載のジフェニル尿素類の製造方法。
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