JP7098653B2 - ニトロ芳香族化合物のイソシアネートへの直接カルボニル化のための不均一触媒 - Google Patents
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Description
ニトロベンゼンのニトロソベンゼンへの選択的還元としても見られ得る工程1に対応するニトロソアレーンの生成(スキーム1)は、Mn含有触媒を用いて可能である。DE1810828は、ニトロベンゼンのニトロソベンゼンへの選択的還元触媒として、一般式MxMnyOz(Mは、Co、Fe、Pb又はAgである)の触媒系を開示している。MnとPbを70/30の比で含む酸化化合物は、反応時間当たり4.53%のニトロソベンゼンの収率を提供する。
本発明の目的は、ニトロ芳香族化合物の対応する芳香族イソシアネートへの直接カルボキシル化のための触媒、及び触媒の存在下でのニトロ芳香族化合物の直接カルボキシル化による芳香族イソシアネートの調製のための方法によって解決される。
Aは、Ni、Ru、Rh、Pd、Ir、Pt及びAgから選択される1種以上の元素であり、
Bは、Sn、Sb、Pb、Zn、Ga、In、Ge及びAsから選択される1種以上の元素であり、
AxByにおけるxは、0.1~10、好ましくは0.2~5、より好ましくは0.5~2の範囲内であり、
AxByにおけるyは、0.1~10、好ましくは0.2~5、より好ましくは0.5~2の範囲内である)の1つ以上の二元金属間相を含む多金属材料を含む。
Aは、Ni、Rh、Pd、Ir及びPtから選択される1種以上の元素であり、
Bは、Sn、Sb、Pb、Ga及びInから選択される1種以上の元素であり、
AxByにおけるxは、0.1~10、好ましくは0.2~5、より好ましくは0.5~2の範囲内であり、
AxByにおけるyは、0.1~10、好ましくは0.2~5、より好ましくは0.5~2の範囲内である)の二元金属間相の1つ以上を含む。
Aは、Rhであり、
Bは、Pb、Sn又はSbの1種以上の元素であり、
AxByにおけるxは、0.1~10、好ましくは0.2~5、より好ましくは0.5~2の範囲内であり、
AxByにおけるyは、0.1~10、好ましくは0.2~5、より好ましくは0.5~2の範囲内である)の1つ以上の二元金属間相を含む。
本発明の触媒は、(i)から(iv)の順序の工程を含む方法によって調製され得る:
(i)金属前駆体を好ましくは溶液の形態で提供すること;
(ii)金属前駆体の担体材料上への堆積;これに続く任意の乾燥;
(iii)複合材料の還元処理;
(iv)複合材料の熱処理。
本発明の目的はさらに、触媒の存在下でニトロ芳香族化合物を一酸化炭素と反応させることによるニトロ芳香族化合物の直接カルボニル化によって芳香族イソシアネートを調製するための方法であって、その触媒が、成分Cを用いて又は用いずに、一般式AxByの二元金属間相の1つ以上を含む上記で特定された多金属材料を含有することを特徴とする、方法によって解決される。
a)ニトロ芳香族化合物及び少なくとも1つの追加の成分D(Dは、好適な溶媒を含む)を含む試薬混合物M1を提供する工程;
b1)試薬混合物M1及び一酸化炭素、又は一酸化炭素と不活性ガスGとの混合物を含む試薬混合物M2を提供する工程、及び/又は
b2)試薬混合物M1及び上記で詳細に記載した多金属材料を含むカルボニル化触媒を反応混合物R1を提供する工程;
c)試薬混合物M2を、好ましくは上記で詳細に記載した多金属材料I)を含み、好ましくはそれからなるカルボニル化触媒と接触させる工程;及び/又は
d)試薬混合物R1を一酸化炭素又は一酸化炭素と不活性ガスGとの混合物と接触させる工程;
e)イソシアネートを含む反応混合物を得る工程。
a)ニトロ芳香族化合物及び少なくとも1つの追加の成分D(Dは、好適な溶媒を含む)を含む試薬混合物M1を提供する工程;
b)試薬混合物M1及び上記で詳細に記載した多金属材料を含むカルボニル化触媒を含む反応混合物R1を提供する工程;
c)試薬混合物R1を一酸化炭素又は一酸化炭素と不活性ガスGとの混合物と接触させる工程;
d)イソシアネートを含む反応混合物を得る工程。
a)ニトロ芳香族化合物及び少なくとも1つの追加の成分D(Dは、好適な溶媒を含む)を含む試薬混合物M1を提供する工程;
b)試薬混合物M1及び一酸化炭素又は一酸化炭素と不活性ガスGとの混合物を含む試薬混合物M2を提供して反応混合物M2を得る工程、
c)試薬混合物M2を、上記で詳細に記載した多金属材料I)を含み、好ましくはそれからなるカルボニル化触媒と接触させる工程、
d)イソシアネートを含む反応混合物を得る工程。
以下に示される以下の実施形態及び実施形態の組み合わせによって本発明をさらに説明する。
Aは、Ni、Ru、Rh、Pd、Ir、Pt及びAgからなる群から選択される1種以上の元素であり、
Bは、Sn、Sb、Pb、Zn、Ga、In、Ge及びAsからなる群から選択される1種以上の元素であり、
AxByにおけるxは、0.1~10、好ましくは0.2~5、より好ましくは0.5~2の範囲内であり、
AxByにおけるxは、0.1~10、好ましくは0.2~5、より好ましくは0.5~2の範囲内である)
の1つ以上の二元金属間相の1つ以上を含む多金属材料によって触媒されるニトロ芳香族化合物の直接カルボニル化による芳香族イソシアネートの調製のための方法を提供する。
Aは、Ni、Rh、Pd、Ir及びPtからなる群から選択される1種以上の元素であり、
Bは、Sn、Sb、Pb、Ga及びInからなる群から選択される1種以上の元素である)
の二元金属間相の1つ以上を含む。
Aは、Rhであり、
Bは、Pb、Sn及びSbからなる群から選択される1種以上の元素である)
の1つ以上の二元金属間相を含む。
(i)金属前駆体を好ましくは溶液の形態で提供すること;
(ii)金属前駆体の担体材料上への堆積;
(iia)任意の乾燥工程;
(iii)複合材料の還元処理;
(iv)複合材料の熱処理。
(iii)工程(ii)で得られた材料を還元剤の1種以上と接触させることであって、その還元剤が、固体、液体又は気体形態で提供され得、かつアルコール、炭化水素、アミン、ポリオール、Zn粉末、H2、CO、CH4及びC2H4を含む、接触させること;
(iv)化学的に不活性な条件下での熱還元によって工程(iii)で得られた材料を還元すること、
を含む。
a)ニトロ芳香族化合物及び少なくとも1つの追加の成分D(Dは、好適な溶媒を含む)を含む試薬混合物M1を提供する工程;
b1)試薬混合物M1及び一酸化炭素又は一酸化炭素と不活性ガスGとの混合物を含む試薬混合物M2を提供する工程、及び/又は
b2)試薬混合物M1及び上記で詳細に記載した多金属材料を含むカルボニル化触媒を含む反応混合物R1を提供する工程;
c)試薬混合物M2を、上記で詳細に記載した多金属材料I)を含み、好ましくはそれからなる好ましくはカルボニル化触媒と接触させる工程;及び/又は
d)試薬混合物R1を一酸化炭素又は一酸化炭素と不活性ガスGとの混合物と接触させる工程;
e)イソシアネートを含む反応混合物を得る工程。
a)ニトロ芳香族化合物及び少なくとも1つの追加の成分D(Dは、好適な溶媒を含む)を含む試薬混合物M1を提供する工程;
b)試薬混合物M1及び上述した多金属材料を含むカルボニル化触媒を含む反応混合物R1を提供する工程;
c)試薬混合物R1を一酸化炭素又は一酸化炭素と不活性ガスGとの混合物と接触させる工程;
d)イソシアネートを含む反応混合物を得る工程
を含むバッチで非連続的に製造される。
a)ニトロ芳香族化合物及び少なくとも1つの追加の成分D(Dは、好適な溶媒を含む)を含む試薬混合物M1を提供する工程;
b1)試薬混合物M1及び一酸化炭素、又は一酸化炭素と不活性ガスGとの混合物を含む試薬混合物M2を提供して反応混合物M2を得る工程、
c)試薬混合物M2を、上記で詳細に記載した多金属材料I)を含み、好ましくはそれからなるカルボニル化触媒と接触させる工程、
d)イソシアネートを含む反応混合物を得る工程
を含む方法で連続的に製造される。
バッチ反応器でのスクリーニングは、ハステロイC276から作られたバッチオートクレーブを使用して、一連の単一実験で行われた。各スクリーニング実験の一般的な実験手順は次のとおりである。
DE1810828に従う酸化物の合成
Pb0.3Mn0.7Ozの合成
0.7:0.3のMn:Pb比を有する試料の調製の場合、Mn(NO3)2x6H2Oとして0.1752molのMn、Pb(NO3)2として0.075molのPbを撹拌しながら1LのDI水に溶解した。硝酸塩が溶解した後、DI水を2.5Lまで加えた。1.04molの活性炭を溶液に加えた。8重量%のNaOH溶液を加えることによってpHを10に調整した。生成物が沈殿し、経時劣化のために懸濁液を30分間撹拌した。
0.8:0.2のMn:Fe比を有するMnFe試料の調製の場合、Mn及びFeの供給源が硝酸塩ではなく、塩化物(MnCl2x4H2Oとして0.2molのMn、FeCl3x6H2Oとして0.05molのFe)であったことを除き、上述したレシピを適用した。
比較例D~Gの調製は、工程(i)に記載されるように単金属溶液を調製し、工程(ii)に記載されるように活性炭担体に溶液を含浸させることによって行われた。従った含浸技術は初期湿潤含浸であった。含浸後に80℃の乾燥工程(iia)を実施した。担体に堆積した金属の量は、担体質量の5重量%であった。それぞれの金属含有成分と溶媒は表1から得られ得る。
比較例A~Gは触媒的に試験された。表2は、ニトロベンゼンの還元(工程1)及びCOのニトロソベンゼンへの挿入によるフェニルイソシアネートの形成(工程2)の収率を示している。(A)5重量%のPd@C及びPb0.3Mn0.7Ox、(B)5重量%のRh@C及びPb0.3Mn0.7Ox及び(C)5重量%のRh@C及びFe0.2Mn0.8Oxの混合物の場合、反応条件は、p=100barg、T=190℃及及び6時間の反応時間であった。(A)5重量%のPd@C及びPbxMnyOzの物理的混合物は、フェニルイソシアネートを全く生成せず、ニトロソベンゼン、アゾ及びアゾキシベンゼンの形成が観察された。しかしながら、他の2つの試験された系である(B)5重量%のRh@C及びPbxMnyOz及び(C)5重量%のRh@C及びFexMnyOzは、フェニルイソシアネート、アゾ及びアゾキシベンゼンならびに「ポリマー」の形成をもたらした。
特許実施例H~Jの調製は、工程(i)に記載されているように2つの別個の単金属溶液を調製することによって行った。その後、これらの溶液から混合物を調製した。単溶液の濃度及び混合物を調製するために使用されるそれぞれの体積を表3に示している。混合物は、工程(ii)に記載されているように、活性炭担体に含浸された。従った含浸技術は初期湿潤含浸であり、各含浸工程後に乾燥工程(iia)が80℃で実施された。
**)比表面積:5m2
***)ルチル
2:担体材料の量[g].
3:金属Aを含有する溶液の濃度[mol/L].
4:含浸に使用される金属Aを含有する溶液の総体積[ml].
5:金属Aを含有する溶液の含浸工程の数.
6:金属Bを含有する溶液の濃度[mol/L].
7:含浸に使用される金属Bを含有する溶液の総体積[ml].
8:金属Bを含有する溶液の含浸工程の数.
9:加熱方法.a)マッフル炉500℃;5時間;N2雰囲気.
b)マイクロ波オーブン(1000W)200℃;20分;N2雰囲気
表4及び図1は、ニトロベンゼンの還元及びニトロソベンゼン中のCOの挿入の結果を示している。反応条件はp=100barg、T=160℃及び4時間の反応時間であった。
連続反応器でのスクリーニングは、細流床反応器系を使用して、一連の実験で行われた。各スクリーニング実験の一般的な実験手順は次のとおりである。
**)ルチル
2:担体材料Iの量[g].
3:担体材料IIの量[g].
4:金属Aを含有する溶液の濃度[mol/L].
5:含浸に使用される金属Aを含有する溶液の総体積[ml].
6:金属Aを含有する溶液の含浸工程の数.
7:金属Bを含有する溶液の濃度[mol/L].
8:含浸に使用される金属Bを含有する溶液の総体積[ml].
9:金属Bを含有する溶液の含浸工程の数.
NB)ニトロベンゼン
2,4-DNT)2,4-ジニトロトルエン
2,4-DNT&2,6-DNT)20重量%の2,6-DNT及び80重量%の2, 4-DNTの混合物
2a:供給濃度[重量%]
3a:温度[℃]
4a:全圧[bar]
5a:COの濃度[体積%]
6a:N2の濃度[体積%]
7a:LHSV(液体毎時空間速度)[h-1]
8a:GHSV(気体毎時空間速度)[h-1]
Claims (19)
- 触媒の存在下でニトロ芳香族化合物を一酸化炭素と反応させることによる前記ニトロ芳香族化合物の直接カルボニル化によって芳香族イソシアネートを調製するための方法であって、前記触媒は、一般式AxBy(式中、
Aは、Rh及びPdから選択される1種以上の元素であり、
Bは、Sn、Sb、Pb、Ga、及びInから選択される1種以上の元素であり、
xは、0.1~10の範囲内であり、
yは、0.1~10の範囲内である)
によって表される金属間化合物が1つ以上含まれる多金属材料を含有することを特徴とする、方法。 - Aは、Rhであり、
Bは、Pb、Sn及びSbから選択される1種以上の元素であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 前記多金属材料は、1種以上の成分Cを含み、成分Cは、金属間相AxByの一部ではないA又はBを含有するか、又はそれからなることを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記多金属材料は、1種以上の成分Cを含み、成分Cは、O、N、C、H、Mg、Ca、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、及びGaから選択される1種以上の元素を含有するか、又はそれらからなることを特徴とする、請求項1~3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記多金属材料は、担体材料に堆積していることを特徴とする、請求項1~4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ニトロ芳香族化合物は、ニトロベンゼン、ジニトロベンゼン、ニトロトルエン、ジニトロトルエン、トリニトロトルエン、ニトロナフタリン、ニトロアントラセン、ニトロジフェニル、ビス(ニトロフェニル)メタン及びさらに1つ以上のニトロ基を有する単及び多芳香族化合物から選択されることを特徴とする、請求項1~5のいずれか1項に記載の方法。
- 非連続的に行われることを特徴とする、請求項1~6のいずれか1項に記載の方法。
- 連続的に行われることを特徴とする、請求項1~6のいずれか1項に記載の方法。
- ニトロ芳香族化合物を対応する芳香族イソシアネートに直接カルボニル化するための触媒であって、一般式AxBy(式中、
Aは、Rh及びPdから選択される1種以上の元素であり、
Bは、Sn、Sb、Pb、Ga、及びInから選択される1種以上の元素であり、
xは、0.1~10の範囲内であり、
yは、0.1~10の範囲内である)
によって表される金属間化合物が1つ以上含まれる多金属材料を含有する、触媒。 - Aは、Rhであり、
Bは、Pb、Sn及びSbから選択される1種以上の元素であることを特徴とする、請求項9に記載の触媒。 - 前記多金属材料は、1種以上の成分Cを含み、成分Cは、金属間化合物AxByの一部ではないA又はBを含有するか、又はそれからなることを特徴とする、請求項9又は10に記載の触媒。
- 前記多金属材料は、1種以上の成分Cを含み、成分Cは、O、N、C、H、Mg、Ca、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、及びGaから選択される1種以上の元素を含有するか、又はそれからなることを特徴とする、請求項9~11のいずれか1項に記載の触媒。
- 前記多金属材料は、RhPb、RhPb2、Rh4Pb5、Rh2Sn、RhSn、RhSn2、RhSn4、Rh2Sb、RhSb、RhSb2、RhSb3、RhGa、Rh10Ga17、Rh3Ga5、Rh2Ga9、Rh4Ga21、Rh3Ga16、RhGa3、RhIn、RhIn3、Pd3Pb、Pd13Pb9、Pd5Pb3、PdPb、Pd3Sn、Pd20Sn13、Pd2Sn、PdSn、Pd5Sn7、PdSn2、PdSn3、PdSn4、Pd3Sb、Pd20Sb7、Pd5Sb2、Pd8Sb3、Pd2Sb、PdSb、PdSb2、Pd2Ga、Pd5Ga2、Pd5Ga3、PdGa、PdGa5、Pd7Ga3から選択される1つ以上の二元金属間結晶相を含むことを特徴とする、請求項9~12のいずれか1項に記載の触媒。
- 前記多金属材料は、RhPb、RhPb2、RhSb、Rh2Sb、RhSb2及びRh2Snから選択される1つ以上の二元金属間結晶相を含むことを特徴とする、請求項13に記載の触媒。
- 前記多金属材料は、担体材料に堆積していることを特徴とする、請求項9~14のいずれか1項に記載の触媒。
- 請求項15で定義された触媒を製造するための方法であって、工程(i)~(iv):
(i)元素A及びBのための1つ以上の前駆体及び任意に成分Cを溶液の形態で提供すること;
(ii)前記金属前駆体の担体材料上への堆積;
(iii)複合材料の還元処理;
(iv)前記複合材料の熱処理、
を含む、方法。 - 前記溶液は、水、アルコール、ポリオール、酸及び塩基から選択される1種以上の溶媒を含む、請求項16に記載の方法。
- (iii)前記金属前駆体を含有する前記担体材料を、アルコール、炭化水素、アミン、ポリオール、Zn粉末、H2、CO、CH4及びC2H4から選択される固体、液体又は気体形態の還元剤の1種以上と接触させる工程、及び
(iv)化学的に不活性な条件下での熱還元によって前記金属前駆体を含有する前記担体材料を還元する工程、
を含む、請求項16又は17に記載の方法。 - 工程(iii)及び(iv)は、単一工程で行われる、請求項16~18のいずれか1項に記載の方法。
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