JP4686001B2

JP4686001B2 - シアノイソキノリン類の製造方法

Info

Publication number: JP4686001B2
Application number: JP37558899A
Authority: JP
Inventors: 正彦鎌田; 孝幸小路
Original assignee: Koei Chemical Co Ltd
Current assignee: Koei Chemical Co Ltd
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2019-12-28
Also published as: JP2001187783A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シアノイソキノリン類の新規な製造法に関する。シアノイソキノリン類は医農薬原料等に用いられる有用な化合物である。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シアノイソキノリン類の製造法としては、次のような方法が報告されている。例えば３−シアノイソキノリンの製造法として、３−メチルイソキノリンを酸化セレンで酸化して３−イソキノリンカルボアルデヒドを製造し、次いで３−イソキノリンカルボアルデヒドをヒドロキシアミンと反応させて３−ヒドロキシイミノメチルイソキノリンを製造し、更に３−ヒドロキシイミノメチルイソキノリンを無水酢酸と反応させて３−メチルイソキノリンを製造する方法［ＣａｎｎａｄｉａｎＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，３２，６４１（１９５４）］、光を照射してイソキノリンをシアン化ナトリウムと反応させて３−シアノイソキノリンを製造する方法［Ｈｅｔｅｒｏｃｙｃｌｅｓ，１２，２１（１９７９）］等が知られている。また３−シアノイソキノリン以外のシアノイソキノリン類についても様々な方法により製造できることが知られているが、上記３−シアノイソキノリンの製造法と同様にいずれも回分式の方法である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、連続的にシアノイソキノリン類を製造できる生産性の良好な新規な方法を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、バナジウムの酸化物並びにモリブデン及びアンチモンから選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物を含有する触媒の存在下に、アルキルイソキノリン類をアンモニア及び分子状酸素と気相接触反応させる方法によりシアノイソキノリン類を連続的に好収率で製造できることを見出し、本発明に到達した。
【０００５】
すなわち、本発明は、バナジウムの酸化物並びにモリブデン及びアンチモンから選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物を含有する触媒の存在下、アルキルイソキノリン類をアンモニア及び分子状酸素と気相接触反応せしめることを特徴とするシアノイソキノリン類の製造法に関する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的に説明する。
本発明において使用するアルキルイソキノリン類とは、少なくとも１個のアルキル基、好ましくは炭素原子数１〜３の低級アルキル基が、イソキノリン環の炭素原子に結合した化合物である。好ましいアルキル基は、メチル基及びエチル基であり、より好ましくはメチル基である。上記アルキルイソキノリン類は、アルキル基のほか、さらに本発明のアンモ酸化に不活性な基、例えば、ハロゲン原子、アリール基及びシアノ基から選ばれる基を１個又は２個以上有していてもよい。アルキルイソキノリン類の具体例としては、例えば、１−メチルイソキノリン、３−メチルイソキノリン、４−メチルイソキノリン、５−メチルイソキノリン、６−メチルイソキノリン、１，３−ジメチルイソキノリン、１，４−ジメチルイソキノリン、１，５−ジメチルイソキノリン、１，８−ジメチルイソキノリン、３，４−ジメチルイソキノリン、１−エチルイソキノリン、３−エチルイソキノリン、４−エチルイソキノリン、５−エチルイソキノリン、１−エチル−３−メチルイソキノリン及びこれらが更にハロゲン原子、アリール基及びシアノ基から選ばれる基を１個又は２個以上有する化合物等が挙げられ、好ましくは１−メチルイソキノリン、３−メチルイソキノリン、４−メチルイソキノリン、５−メチルイソキノリン、６−メチルイソキノリン等のメチル基を１個有するモノメチルイソキノリンであり、より好ましくは３−メチルイソキノリンである。
【０００７】
そして本発明の方法により、上記アルキルイソキノリン類が有するアルキル基の少なくとも１個がシアノ基に転化したシアノイソキノリン類が得られる。シアノイソキノリン類の具体例としては、例えば、１−シアノイソキノリン、３−シアノイソキノリン、４−シアノイソキノリン、５−シアノイソキノリン、６−シアノイソキノリン、１，３−ジシアノイソキノリン、１，４−ジシアノイソキノリン、３−メチル−１−シアノイソキノリン、８−メチル−１−シアノイソキノリン、１−メチル−４−シアノイソキノリン、３−メチル−４−シアノイソキノリン、１−メチル−５−シアノイソキノリン、１−メチルシアノイソキノリン（１−イソキノリンアセトニトリル）、３−メチルシアノイソキノリン、４−メチルシアノイソキノリン、５−メチルシアノイソキノリン、１−メチルシアノ−３−メチルイソキノリン及びこれらがさらにハロゲン原子、アリール基及び及びシアノ基から選ばれる基を１個又は２個以上有する化合物等が挙げられる。好ましくは、１−シアノイソキノリン、３−シアノイソキノリン、４−シアノイソキノリン、５−シアノイソキノリン、６−シアノイソキノリン等のイソキノリン環に１個のシアノ基のみを有するモノシアノイソキノリンであり、より好ましくは３−シアノイソキノリンである。
【０００８】
本発明においては、バナジウムの酸化物並びにモリブデン及びアンチモンから選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物を含有する触媒を使用する。本発明の触媒であるバナジウムの酸化物並びにモリブデン及びアンチモンから選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物とは、バナジウムの酸化物とモリブデン及びアンチモンから選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物の混合物、バナジウムとモリブデン及びアンチモンから選ばれる少なくとも１種の元素の複合酸化物並びにそれらの混合物を意味する。好ましい触媒は、式（１）：
Ｖ_aＱ_bＯ_c （１）
（式中、Ｑはモリブデン及びアンチモンから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、添字ａ、ｂ、及びｃは、それぞれバナジウムの原子比、モリブデン及びアンチモンから選ばれる少なくとも１種の元素の原子比、並びに酸素の原子比を表し、ａを１としたとき、ｂは２〜１１、ｃは酸素の原子価並びに他の元素の原子価及び原子比から求まる値である。）で示される組成の酸化物である。
【０００９】
本願発明の触媒は、バナジウムの酸化物並びにモリブデン及びアンチモンから選ばれる少なくとも１種の酸化物のほかに、本発明の反応における触媒としての機能を損なわないかぎり又は助触媒として、更に他の元素の酸化物を含有してもよい。他の元素の酸化物を含有する触媒としては、例えば、酸素を除く触媒構成元素としてバナジウム及びモリブデンのほかに、リン及び／又はタングステン等を含有した各種ヘテロポリ酸由来の酸化物等が挙げられる。
【００１０】
本発明の触媒を調製するにあたって原料として使用する各触媒構成元素の化合物には特に限定はなく、酸化物触媒の調製に通常使用されている化合物を用いることができる。例えばバナジウムの化合物としては、メタバナジン酸アンモニウム、五酸化バナジウム、蓚酸バナジル、リン酸バナジル等が、アンチモンの化合物としては、金属アンチモン、三酸化二アンチモン、五酸化二アンチモン、三塩化アンチモン等が、モリブデンの化合物としては三酸化モリブデン、モリブデン酸、パラモリブデン酸、パラモリブデン酸アンモニウム、メタモリブデン酸アンモニウム、ハロゲン化モリブデン等が挙げられる。
【００１１】
本発明の触媒の調製法としては、一般に広く知られている触媒調製方法を採用でき、共沈法、混練法、含浸法等のいずれの方法によっても本発明の触媒が容易に得られる。調製法の一例としては、上記触媒構成元素の化合物を水中で、攪拌下、加熱した後、得られた混合物を濃縮、乾燥し、次いで焼成する方法が挙げられ、焼成は３００〜８００℃の温度で空気及び／又は不活性ガス雰囲気下で行うことができる。
【００１２】
本発明の触媒は、バナジウムの酸化物並びにモリブデン及びアンチモンから選ばれる少なくとも１種の元素を含有する酸化物が担体に担持されたものを包含する。本発明の触媒が担体に担持されたものであるとき、担体としては、触媒の担体として広く使用されているものが適用できる。担体の具体例としては、例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、シリカ−アルミナ、シリカ−チタニア、炭化ケイ素、ケイソウ土及びゼオライト等が挙げられる。好ましくは、ケイ素、アルミニウム及びチタンからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物（例えば、シリカ、アルミナ、チタニア、シリカ−アルミナ、シリカ−チタニア等）である。
【００１３】
なお、上記担体に担持された触媒としては、バナジウム並びにモリブデン及びアンチモンから選ばれる少なくとも１種の元素を含有する酸化物が担体上に分散して支持されたもの、バナジウム並びにモリブデン及びアンチモンから選ばれる少なくとも１種の元素が担体におけるケイ素、アルミニウム及びチタン等の元素と複合酸化物を形成して担体に支持されたもの、並びにこれらの混合物が挙げられる。
【００１４】
上記担体に担持された触媒は、従来公知の方法によって調製することができる。例えば、担体に本発明の触媒構成元素の化合物を含有する溶液を含浸して乾燥、焼成する方法、まずバナジウム並びにアンチモン及び／又はモリブデンを含有する酸化物を調製し、次いで得られた酸化物を担体と混練或いは得られた酸化物で担体を被覆する方法等が挙げられる。また本発明の触媒構成元素の化合物を担体粉末及び／又は担体原料と、水中で、攪拌下、加熱した後、得られた混合物を濃縮、乾燥し、次いで焼成する方法によって調製することもできる。担体原料としては、例えば、担体がケイ素、アルミニウム及びチタンからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物であるとき、シリカ粉末、アルミナ粉末及びチタニア粉末、コロイド状のシリカ、アルミナ及びチタニア、ケイ酸塩（例えば、ケイ酸アンモニウム等）、アルコキシシラン（テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン等）、水酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム等が挙げられる。
【００１５】
本発明の触媒は、円柱状、円筒状、球状、粒状、粉末状等、所望の形状に成形して、固定床触媒又は流動床触媒として本発明の気相接触反応に使用することができる。なお、触媒が担体に担持されたものであるときには、予め所望の形状に成形した担体を用いて上記のようにして触媒を調製してもよい。
【００１６】
また、本発明の触媒を固定床触媒として用いるときには、当該触媒を更に上記担体のような本発明の反応に不活性な固体、好ましくは炭化ケイ素又は溶融アルミナと混合して希釈したものを触媒層として反応器に充填し、本発明の気相接触反応を行ってもよい。本発明の気相接触反応は発熱反応であるので、上記触媒を希釈して用いると発熱による温度上昇を緩和して副反応を抑制することができる。
【００１７】
本発明のシアノイソキノリン類の製造は、上記本発明の触媒の存在下に、アルキルイソキノリン類をアンモニア及び分子状酸素と気相接触反応させることにより行われる。反応におけるアルキルイソキノリン類とアンモニア及び分子状酸素の使用割合は、アルキルイソキノリン類１モルに対して、アンモニアが通常０．７〜５０モル、好ましくは１〜４０モルであり、分子状酸素が０．５〜１５モル、好ましくは１〜８モルである。分子状酸素としては、通常空気を使用するが、純酸素又はこれと空気との混合物を使用することができる。また本発明の気相接触反応においては、アルキルイソキノリン類、アンモニア及び分子状酸素の混合ガスを希釈剤により希釈してもよく、希釈剤としては、窒素、水蒸気等の不活性ガスを使用することができる。不活性ガスを使用するとき、その使用量はアルキルイソキノリン類１モルに対して、通常、１〜５０モルである。また本発明には、アルキルイソキノリン類を溶媒に溶解して反応に使用してもよく、溶媒としてはピリジン等の本発明の反応に不活性な溶媒を使用する。溶媒を使用するとき、その使用量はアルキルイソキノリン類１モルに対して、通常１〜２０モルである。
【００１８】
本発明の反応は、固定床反応器又は流動床反応器で実施することができる。以下、本発明のアンモ酸化を固定床反応器を用いて実施する場合について説明する。
まず反応管に本発明の触媒を充填し、触媒充填部を通常２５０〜５５０℃、好ましくは３００〜５００℃に昇温する。そして反応管の触媒充填部にアルキルイソキノリン類、アンモニア、分子状酸素及び必要であれば希釈剤からなる混合ガスを、空間速度（以下、ＳＶという。）３００〜２００００ｈｒ^-1、好ましくは５００〜１００００ｈｒ^-1にて供給して気相接触反応せしめれば、シアノイソキノリン類が好収率で生成する。反応は、常圧下、減圧下又は加圧下で実施することができる。
【００１９】
反応管から流出する反応生成ガスから、当該反応生成ガスに含まれるシアノイソキノリン類を回収するには、例えば次のようにすればよい。反応管から流出する反応生成ガスをそのまま冷却してシアノイソキノリン類を凝縮せしめるか又は反応生成ガスを適当な溶媒に通じてシアノイソキノリン類を溶媒に溶解する。そして得られた凝縮物又は溶液から、蒸留、再結晶等の方法を組み合わせてシアノイソキノリン類を単離することができる。
【００２０】
【実施例】
以下に実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明を以下の実施例のみに限定するものではない。
なお、以下の実施例における転化率、収率及び選択率は次の定義に従って計算した。
【００２１】
【数１】

【００２２】
【数２】

【００２３】
【数３】

【００２４】
触媒調製例１
イオン交換水４００ｇ、メタバナジン酸アンモニウム１２．５ｇ、パラモリブデン酸アンモニウム３８．０ｇ及び６０％硝酸３０ｇの混合物を、攪拌下、９５℃に２時間保った。次いで得られた混合物に２８％アンモニア水溶液を加えてｐＨを５に調整した後、濃縮し、濃縮物を１３０℃で７時間乾燥した。得られた乾燥物を、空気気流中、３００℃で５時間、次いで７７０℃で３時間焼成して酸素を除く原子比がＶ₁Ｍｏ₂の酸化物を得た。得られた酸化物を粒径１．０〜１．７ｍｍに揃えて触媒とした。
【００２５】
触媒調製例２
リンバンドモリブデン酸（Ｈ₄ＰＶＭｏ₁₁Ｏ₄₀・ｎＨ₂Ｏ、ｎ＝０〜４０）１７．５ｇをイオン交換水１００ｇに溶かした後、シリカゲル（直径５ｍｍ、長さ５ｍｍの円柱）３２．５ｇを加え、水浴中８０℃で水を除去して乾燥した。得られた乾燥物を、空気気流中、４００℃で３時間焼成して、バナジウム、モリブデン及びリンの酸化物をシリカに担持した触媒を得た。得られた触媒の酸素を除く原子比は、Ｖ₁Ｍｏ₁₁Ｐ₁／Ｓｉ_71.8である。
【００２６】
触媒調製例３
イオン交換水１２００ｇ、メタバナジン酸アンモニウム４０．０ｇ、三酸化アンチモン２００ｇ、シリカゲル２０．５ｇ、酸化チタン２７．５ｇ及び６０％硝酸１２６ｇの混合物を、攪拌下、９５℃に２時間保った。次いで得られた混合物に２８％アンモニア水溶液を加えてｐＨを５に調整した後、濃縮し、濃縮物を１３０℃で７時間乾燥した。得られた乾燥物を、空気気流中、３００℃で５時間、次いで７７０℃で３時間焼成した。このようにしてバナジウム及びアンチモンの酸化物を、ケイ素及びチタンの酸化物に担持した触媒を得た。得られた触媒の酸素を除く原子比は、Ｖ₁Ｓｂ₄／Ｓｉ₁Ｔｉ₁である。上記で得た粉末を直径４ｍｍ、長さ４ｍｍの円柱に成形した。
【００２７】
３−シアノイソキノリンの製造
上記触媒調製例で得た触媒をそれぞれ用い、次のようにして３−シアノイソキノリンの製造を行った。
触媒５．０ｇを炭化ケイ素（平均粒径１．０〜１．７ｍｍ）で希釈して２０ｍｌとし、内径２５ｍｍφのパイレックス製反応管に充填した。反応管の触媒充填部を４００℃に昇温し、該触媒充填部に３−メチルイソキノリン、ピリジン、アンモニア、空気、及び窒素からなる混合ガス（混合モル比は３−メチルイソキノリン：ピリジン：アンモニア：空気：窒素＝１：９：１０：４０：４０であった。）を反応管上部よりＳＶ＝７７４ｈｒ^-1（触媒充填部２０ｍｌに対して計算した）で供給して反応させた。混合ガス供給開始から３０分後、反応管から排出される反応ガスをメタノール１００ｍｌ中に２０分間通じて反応ガス中の可溶性成分をメタノールに溶解して捕集した。得られたメタノール溶液をガスクロマトグラフィーにより分析した。結果を表１に示す。尚、反応管に上記炭化ケイ素のみを２０ｍｌを充填して、上記と同様に行ったときには、３−シアノイソキノリンの生成反応が進行しなかった。
【００２８】
【表１】

【００２９】
表１中、３−ＭＩＱは３−メチルイソキノリンを、３−ＣＩＱは３−シアノイソキノリンを、ＩＱはイソキノリンを表す。

Claims

バナジウムの酸化物並びにモリブデン及びアンチモンから選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物を含有する触媒の存在下、１−メチルイソキノリン、３−メチルイソキノリンまたは４−メチルイソキノリンをアンモニア及び分子状酸素と気相接触反応せしめることを特徴とする１−シアノイソキノリン、３−シアノイソキノリンまたは４−シアノイソキノリンの製造法。
バナジウムの酸化物並びにモリブデン及びアンチモンから選ばれる少なくとも１種の元素の酸化物が、式（１）：
Ｖ_aＱ_bＯ_c （１）
（式中、Ｑはモリブデン及びアンチモンから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、添字ａ、ｂ、及びｃは、それぞれバナジウムの原子比、モリブデン及びアンチモンから選ばれる少なくとも１種の元素の原子比、並びに酸素の原子比を表し、ａを１としたとき、ｂは２〜１１、ｃは酸素の原子価並びに他の元素の原子価及び原子比から求まる値である。）で示される組成物である請求項１記載の方法。