KR20070058562A - Process for producing heteroaromatic carboxylic acids - Google Patents

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윌리암 배리 토마스
케이쓰 휘스톤
에듀아르도 쎄페다 가르시아-베르두고
마르틴 폴리아코프
폴 안토니 함레이
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인비스타 테크놀러지스 에스.에이.알.엘
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Abstract

A process for the production of a heteroaromatic carboxylic acid comprising contacting in the presence of a catalyst, a precursor of said carboxylic acid with an oxidant, such contact being effected with said precursor and the oxidant in an aqueous solvent comprising water under supercritical conditions or near supercritical conditions close to the supercritical point.

Description

이종방향족 카르복실산의 제조 방법 {Process for Producing Heteroaromatic Carboxylic Acids}Process for Producing Heteroaromatic Carboxylic Acids

본 발명은 이종방향족 카르복실산, 예컨대 니코틴산의 제조를 위한 알킬 이종방향족 화합물, 특히 함질소 이종방향족물의 선택적 부분 산화 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for the selective partial oxidation of alkyl heteroaromatic compounds, especially nitrogen-containing heteroaromatics, for the production of heteroaromatic carboxylic acids such as nicotinic acid.

메틸피리딘 유래의 피리딘카르복실산은 약제학적 산업에 있어 중요한 중간체이다. 특히, 비타민 B3의 전구체로서 사용되는 3-피리딘카르복실산 또는 니코틴산이 대규모로 제조되어 왔다. 피리딘카르복실산의 합성을 위해, 2가지 기본 방법이 이용된다. 한 방법은 피리딘카르보니트릴 유래의 피리딘카르복사미드의 가수분해에 기초하고, 다른 한 방법은 공기, 질산, 이산화셀레늄 등에 의한 알킬피리딘의 산화에 기초한다. 메틸피리딘의 가암모니아 산화에 의해 피리딘카르보니트릴이 형성되고, 이는 후속하여 피리딘카르복사미드를 경유하여 피리딘카르복실산으로 가수분해된다. 3-피리딘카르복실산은 5-에틸-2-메틸피리딘의 질산 산화에 의해 상업적으로 제조되어 왔다.Pyridinecarboxylic acids derived from methylpyridine are important intermediates in the pharmaceutical industry. In particular, 3-pyridinecarboxylic acid or nicotinic acid used as precursor of vitamin B3 has been produced on a large scale. For the synthesis of pyridinecarboxylic acids, two basic methods are used. One method is based on hydrolysis of pyridinecarboxamides derived from pyridinecarbonitrile and the other method is based on the oxidation of alkylpyridine by air, nitric acid, selenium dioxide and the like. Pyridinecarbonitrile is formed by ammonia oxidation of methylpyridine, which is subsequently hydrolyzed to pyridinecarboxylic acid via pyridinecarboxamide. 3-pyridinecarboxylic acid has been commercially produced by nitric acid oxidation of 5-ethyl-2-methylpyridine.

알킬 이종방향족 화합물의 카르복실산으로의 선택적 산화는 상응하는 카르보시클릭 화합물보다 상당히 더욱 어려운 것으로 알려져 있다. 알킬 이종방향족 화 합물의 카르복실산으로의 산화에 필요한 체류 시간은 동등한 카르보시클릭 알킬 방향족 화합물의 경우보다 상당히 더 길다. 예를 들어, JP-07233150(니산 케미칼 인터내셔널(Nissan Chemical International))은 필요한 반응 시간이 3시간인 코발트 망간 세륨 브롬화물 촉매를 이용하여 아세트산 중 산화에 의해 3-메틸 피리딘으로부터 니코틴산을 제조하는 방법을 개시한다. 테레프탈산 산화에서와 유사한 p-자일렌에 대한 연구는 필요한 체류 시간이 40분 이하임을 제시한다(US-3354202).Selective oxidation of alkyl heteroaromatic compounds to carboxylic acids is known to be significantly more difficult than the corresponding carbocyclic compounds. The residence time required for the oxidation of alkyl heteroaromatic compounds to carboxylic acids is considerably longer than for equivalent carbocyclic alkyl aromatic compounds. For example, JP-07233150 (Nissan Chemical International) describes a process for preparing nicotinic acid from 3-methylpyridine by oxidation in acetic acid using a cobalt manganese cerium bromide catalyst with a required reaction time of 3 hours. To start. Studies on p-xylene similar to that of terephthalic acid oxidation suggest that the required residence time is 40 minutes or less (US-3354202).

종래 방법들은 긴 체류 시간을 필요로 하고, 상당량의 바람직하지 못한 부산물을 생성시킨다. 부산물에는 표적 카르복실산의 부분 산화된 중간체, 예컨대 알데하이드 중간체가 포함된다. 예를 들어, 3-메틸피리딘(3-Mpy)의 산화에 의한 3-피리딘카르복실산(3-PyA)의 제조는 상당한 농도의 3-피리딘카르복스알데하이드(3-PyAl)를 발생시킨다. 또한, 생성물의 탈카르복실화는 3-메틸피리딘의 산화에서 피리딘인 비치환 이종방향족 화합물 자체를 발생시킬 수 있다.Conventional methods require long residence times and produce significant amounts of undesirable byproducts. By-products include partially oxidized intermediates of the target carboxylic acid, such as aldehyde intermediates. For example, the preparation of 3-pyridinecarboxylic acid (3-PyA) by oxidation of 3-methylpyridine (3-Mpy) generates a significant concentration of 3-pyridinecarboxaldehyde (3-PyAl). In addition, decarboxylation of the product can result in the unsubstituted heteroaromatic compound itself, which is pyridine in the oxidation of 3-methylpyridine.

JP-2002-226404(다이셀 케미칼 인더스트리즈 리미티드(Daicel Chemical Industries, Ltd.))는 아세트산 중 산화를 위한 촉진제로서 N-히드록시프탈이미드를 이용하여 아세트산 중 3-메틸 피리딘으로부터 니코틴산을 제조하는 방법을 개시한다. 그러나, 이 방법은 긴 체류 시간을 필요로 하고, 첨가된 촉진제로부터 상당량의 프탈이미드 및 프탈레이트 불순물을 생성시키기 때문에 경제적으로 바람직하지 않다.JP-2002-226404 (Daicel Chemical Industries, Ltd.) produces nicotinic acid from 3-methyl pyridine in acetic acid using N-hydroxyphthalimide as an accelerator for oxidation in acetic acid. The method is disclosed. However, this method is economically undesirable because it requires a long residence time and generates a significant amount of phthalimide and phthalate impurities from the added accelerator.

DE-19822788(론자 아게(Lonza AG))에 기재된 3-메틸피리딘의 니코틴산으로의 산화를 위한 상업적 기체상 방법은 수가지 결점을 내포한다. 반응이 발열성이기 때문에, 그것을 기체상에서 수행함은, 반응으로부터의 에너지 제거 효율을 감소시키게 되는 열 전달 제한을 야기한다. 또한, 반응이 고정층 불균질성 촉매로 수행되기 때문에, 반응이 유체 매질 전반에 걸쳐서가 아닌 촉매의 표면에서만 일어날 수 있다.Commercial gas phase processes for the oxidation of 3-methylpyridine to nicotinic acid described in DE-19822788 (Lonza AG) present several drawbacks. Since the reaction is exothermic, carrying it out in the gas phase results in heat transfer limitations that reduce the energy removal efficiency from the reaction. In addition, since the reaction is carried out with a fixed bed heterogeneous catalyst, the reaction can only occur at the surface of the catalyst and not throughout the fluid medium.

이종방향족 카르복실산의 제조를 위한 향상된 방법으로서, 특히 반응 시간 및 부산물 형성이 감소되는 방법을 제공할 필요가 여전히 있다.There is still a need to provide an improved process for the preparation of heteroaromatic carboxylic acids, in particular a method in which reaction time and by-product formation are reduced.

비교적 고가이고, 환경적 제한으로 인해 회수 및 리사이클링을 필요로 할 수 있는 상당량의 유기 용매, 예컨대 아세트산의 사용을 피하는 것이 바람직할 수 있다. 아세트산의 사용에 있어 다른 문제는, 그것이 특정 조건 하에서 공기 또는 산화와 혼합될 때 화염성이라는 것이다. 유기 용매의 사용에 있어 다른 문제는, 산화제가 낮은 용해도를 가질 수 있다는 것이다. 예를 들어, 이산소(dioxygen)를 산화제로 사용할 경우, 이산소는 용매 내 단지 적은 분율의 이산소만이 용해되는 반응 매질 내에서 주로 별개의 버블로서 존재하게 된다. 전구체와 이산소 간의 반응이, 이산소가 버블에서 벌크액으로 확산함에 따라 비롯되는 바, 반응 속도는 용매 중 이산소의 낮은 용해도에 의해 제한된다.It may be desirable to avoid the use of significant amounts of organic solvents, such as acetic acid, which are relatively expensive and may require recovery and recycling due to environmental constraints. Another problem with the use of acetic acid is that it is flammable when mixed with air or oxidation under certain conditions. Another problem with the use of organic solvents is that the oxidant may have low solubility. For example, when dioxygen is used as the oxidizing agent, dioxygen will be present primarily as separate bubbles in the reaction medium in which only a small fraction of dioxygen in the solvent is dissolved. The reaction between the precursor and the dioxygen is caused by the diffusion of dioxygen into the bulk liquid from the bubble, so that the reaction rate is limited by the low solubility of dioxygen in the solvent.

이종방향족 카르복실산이 초임계수 내 전구체의 산화에 의해 합성될 수 있음이 이제 밝혀졌다.It has now been found that heteroaromatic carboxylic acids can be synthesized by oxidation of precursors in supercritical water.

Holliday R. L. 등(J. Supercritical Fluids 12, 1998, 255-260)은 산화제로서 분자 산소를 이용한 초임계수의 반응 매질 내에서 알킬 방향족물로부터 특히 방향족 카르복실산을 합성하기 위한 회분(batch) 방법을 기술한다. 물의 유전상수 는, 그것이 임계점(374℃ 및 220.9 bara)에 접근함에 따라, 약 80C2/Nm2의 실온 값에서 5C2/Nm2의 값으로 급격히 감소하게 되며, 이에 유기 분자를 가용화한다. 결과적으로, 이 때 물은, 탄화수소, 예컨대 톨루엔이 초임계 조건 또는 근초임계 조건 하에서 물과 완전히 혼화가능하게 되는 정도로 유기 용매처럼 거동한다. 예를 들어, 테레프탈산은 실질적으로 약 200℃ 미만에서 물 중에 불용성이다. 이산소는 또한 임계 이하 및 초임계수 내에 매우 가용성이다.Holliday RL et al. (J. Supercritical Fluids 12, 1998, 255-260) describe a batch process for the synthesis of aromatic carboxylic acids, particularly aromatic carboxylic acids, from alkyl aromatics in a supercritical water reaction medium using molecular oxygen as the oxidant. do. The dielectric constant of water, as it as it approaches the critical point (374 ℃ and 220.9 bara), around 80C 2 / Nm decreases rapidly, and the value at room temperature of 2 to a value of 5C 2 / Nm 2, it should not solubilize organic molecules. As a result, the water then behaves like an organic solvent to such an extent that the hydrocarbons such as toluene become fully miscible with water under supercritical or near supercritical conditions. For example, terephthalic acid is substantially insoluble in water below about 200 ° C. Dioxide is also very soluble in subcritical and supercritical water.

국제 특허 출원 WO 02/06201은 초임계 조건 또는 초임계점 부근의 근초임계 조건 하에서 카르복실산의 하나 이상의 전구체를 수성 용매 내에서 산화시키는 것을 포함하는, 방향족 카르복실산, 예컨대 테레프탈산 또는 이소프탈산의 제조를 위한 연속 방법을 개시한다.International patent application WO 02/06201 comprises the production of aromatic carboxylic acids, such as terephthalic acid or isophthalic acid, comprising oxidizing at least one precursor of carboxylic acid in an aqueous solvent under supercritical conditions or near supercritical conditions near the supercritical point. Disclosed is a continuous method for.

본 발명의 한 목적은, 높은 수율 및 선택도로, 또한 감소된 반응 시간으로 이종방향족 카르복실산을 제조하기 위한 대안적이고도 향상된 방법으로서, 용매로서의 유기 물질의 사용 필요성을 제거한 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 한 목적은, 이종방향족 카르복실산의 제조를 위한 대안적이고도 향상된 방법으로서, 실질적으로 모든 반응물 및 생성물이 반응 중에 공통된 상 내에 유지되는 방법을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a process which eliminates the need for the use of organic materials as solvents as an alternative and improved method for producing heteroaromatic carboxylic acids with high yields and selectivity, and also with reduced reaction times. Another object of the present invention is to provide an alternative and improved method for the preparation of heteroaromatic carboxylic acids wherein substantially all of the reactants and products are kept in a common phase during the reaction.

발명의 개요Summary of the Invention

본 발명에 따라, 초임계 조건 또는 초임계점 부근의 근초임계 조건 하에서 물을 포함한 수성 용매에서 촉매의 존재 하에 이종방향족 카르복실산의 전구체를 산화제와 접촉시키는 것을 포함하는 이종방향족 카르복실산의 제조 방법을 제공한다.According to the present invention, a process for preparing heteroaromatic carboxylic acids comprising contacting a precursor of heteroaromatic carboxylic acid with an oxidizing agent in the presence of a catalyst in an aqueous solvent comprising water under supercritical conditions or near supercritical conditions near the supercritical point. To provide.

본 발명의 방법은 체류 시간이 짧고, 생성물 형성의 높은 수율 및 양호한 선택도를 나타낸다는 점에서 유리하다. 또한, 초임계 또는 근초임계 조건 하에서 물을 이용함으로써, 지방족 카르복실산, 예컨대 아세트산을 일차 용매로서 이용하지 않고도 원하는 이종방향족 카르복실산을 생성시킬 수 있다.The process of the present invention is advantageous in that the residence time is short and shows high yield and good selectivity of product formation. In addition, by using water under supercritical or near supercritical conditions, the desired heteroaromatic carboxylic acid can be produced without using aliphatic carboxylic acids such as acetic acid as the primary solvent.

실질적으로 모든 생성된 카르복실산이 반응 중에 용액 중에 유지되고, 그 후 카르복실산이 반응 매질로부터 회수된다.Substantially all the resulting carboxylic acid is kept in solution during the reaction, after which the carboxylic acid is recovered from the reaction medium.

바람직하게, 방법은 반응물 및 용매를 이용하여 수행되어, 문제의 성분들이 분자 수준으로 혼합되는 실질적으로 단일 균질성 유체상을 형성한다. 이는 이산소가 반응 매질 중에 개별의 버블로 존재하는 기존의 방법과 대조적이다. 전구체와 이산소 간의 반응이 버블에서 벌크 액체로 확산하는 이산소로부터 비롯되는 점에서, 종래 방법의 반응 속도는 높지 않은 유기 용매 중 이산소의 용해도에 의해 제한된다. 초임계점에 접근하고 그것을 초과함에 따라 물 중 이산소의 농도가 현저히 증가하기 때문에, 용매로서 초임계 또는 근초임계 조건 하에서 물을 사용하면, 반응 속도론이 변형된다. 또한, 반응 속도론은 물 용매가 초임계 또는 근초임계 조건 하에 있을 때 주로 처하게 되는 고온에 의해 더욱 증진된다. 고온, 고농도 및 균질성의 조합은, 전구체를 카르복실산으로 전환시키는 반응이 종래 방법에 이용되는 체류 시간에 비해 극히 급속도로 일어날 수 있음을 의미한다.Preferably, the method is carried out using a reactant and a solvent to form a substantially single homogeneous fluid phase in which the components in question are mixed at the molecular level. This is in contrast to existing methods where dioxygen is present in individual bubbles in the reaction medium. In that the reaction between the precursor and dioxygen comes from dioxygen which diffuses from the bubble into the bulk liquid, the reaction rate of the conventional process is limited by the solubility of dioxygen in organic solvents that are not high. The use of water under supercritical or near supercritical conditions as a solvent modifies the reaction kinetics because the concentration of dioxygen in water increases significantly as the supercritical point approaches and exceeds it. In addition, the reaction kinetics are further enhanced by the high temperatures encountered mainly when the water solvent is under supercritical or near supercritical conditions. The combination of high temperature, high concentration and homogeneity means that the reaction of converting the precursor to carboxylic acid can occur extremely rapidly compared to the residence time used in conventional methods.

이러한 조건 하에서, 중간체 불순물, 예컨대 알데하이드 중간체가 바로 산화되어, 원하는 카르복실산으로 산화된다. 또한, 전구체와 산화제 간의, 촉매가 소모되는 자동촉매 파괴 반응이 최소화된다.Under these conditions, intermediate impurities such as aldehyde intermediates are immediately oxidized to the desired carboxylic acid. In addition, autocatalytic destruction reactions between the precursor and the oxidant that consume the catalyst are minimized.

바람직하게, 상기 접촉은, 전구체, 산화제 및 수성 용매가 반응 구역 내에서 실질적으로 단일 균질성 상을 구성하도록 수행되고, 여기에서 상기 전구체의 적어도 일부분이 상기 산화제와 접촉함은 상기 촉매가 상기 산화제의 적어도 일부와 접촉하는 것과 동시에 일어난다.Preferably, the contacting is performed such that the precursor, oxidant and aqueous solvent constitute a substantially single homogeneous phase in the reaction zone, wherein at least a portion of the precursor is in contact with the oxidant such that the catalyst is at least of the oxidant. It happens simultaneously with contact with some.

바람직하게, 상기 접촉은 연속 유동 반응기 내에서 수행된다. 한 대안적 실시양태에서, 방법은 회분형 반응기에서 회분 반응으로서 수행될 수 있다.Preferably the contacting is carried out in a continuous flow reactor. In one alternative embodiment, the process may be carried out as a batch reaction in a batch reactor.

그 방법은, 바람직하게 질소 및 산소로부터 선택되고, 바람직하게 질소인 1, 2 또는 3개 이종원자, 바람직하게는 1 또는 2개 이종원자, 더욱 바람직하게는 1 이종원자를 함유하는 이종방향족 카르복실산을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 바람직하게, 이종방향족 카르복실산은 5 또는 6-원 환계, 바람직하게는 6-원 환계를 포함한다. 바람직하게, 이종방향족 카르복실산은 단환 또는 이환, 바람직하게는 단환이다. 그 방법은 특히 함질소 이종방향족 화합물, 특히 1, 2 또는 3개 질소 원자를 포함하는 것, 특히 6-원 환을 포함하는 것의 제조에 적용가능하다. 한 바람직한 실시양태에서, 이종방향족 카르복실산은 피리딘 또는 피리미딘 환, 바람직하게 피리딘 환을 포함한다. 한 바람직한 실시양태에서, 이종방향족 카르복실산은 니코틴산이다.The method is a heteroaromatic carboxylic acid, preferably selected from nitrogen and oxygen, containing one, two or three heteroatoms, preferably nitrogen, preferably one or two heteroatoms, more preferably one heteroatom. It can be used to prepare. Preferably, the heteroaromatic carboxylic acid comprises a 5 or 6-membered ring system, preferably a 6-membered ring system. Preferably, the heteroaromatic carboxylic acid is monocyclic or bicyclic, preferably monocyclic. The method is particularly applicable to the preparation of nitrogen-containing heteroaromatic compounds, in particular those containing 1, 2 or 3 nitrogen atoms, in particular those containing 6-membered rings. In one preferred embodiment, the heteroaromatic carboxylic acid comprises a pyridine or pyrimidine ring, preferably a pyridine ring. In one preferred embodiment, the heteroaromatic carboxylic acid is nicotinic acid.

적당한 전구체는 알킬-치환 이종방향족 화합물, 특히 메틸-치환 이종방향족 화합물이다. 한 바람직한 실시양태에서, 전구체는 알킬피리딘 또는 알킬피리미딘, 바람직하게는 알킬피리딘, 바람직하게는 메틸피리딘, 바람직하게는 3-메틸피리딘이다. 본원에 기재된 방법에서, 바람직하게 원하는 카르복실산의 하나의 전구체만이 사용된다. 그러나, 대안적으로 원하는 카르복실산의 하나 초과의 전구체가 사용될 수 있다. 알킬 치환기 이외에, 복소환 전구체는 하나 이상의 다른 치환기, 예를 들어 수산기, 질산염기 및 할로겐화물기(들)를 임의적으로 가질 수 있다.Suitable precursors are alkyl-substituted heteroaromatic compounds, in particular methyl-substituted heteroaromatic compounds. In one preferred embodiment, the precursor is alkylpyridine or alkylpyrimidine, preferably alkylpyridine, preferably methylpyridine, preferably 3-methylpyridine. In the methods described herein, preferably only one precursor of the desired carboxylic acid is used. However, alternatively more than one precursor of the desired carboxylic acid can be used. In addition to the alkyl substituents, the heterocyclic precursor may optionally have one or more other substituents such as hydroxyl groups, nitrate groups and halide group (s).

발명의 상세한 설명Detailed description of the invention

본 발명의 공정에서, 공정의 압력 및 온도는 초임계 또는 근초임계 조건을 확보하도록 선택된다. 이에 따라, 작동 온도는 전형적으로 300 내지 480℃, 더욱 바람직하게는 330 내지 450℃, 전형적으로는 약 340 내지 370℃의 하한선 내지 약 370 내지 약 420℃의 상한선의 범위 내이다. 작동 압력은 전형적으로 약 40 내지 350 bara, 바람직하게는 60 내지 300 bara, 더욱 바람직하게는 200 내지 280 bara의 범위 내이다.In the process of the invention, the pressure and temperature of the process are selected to ensure supercritical or near supercritical conditions. Thus, the operating temperature is typically in the range of a lower limit of 300 to 480 ° C., more preferably of 330 to 450 ° C., typically of about 340 to 370 ° C. to an upper limit of about 370 to about 420 ° C. The operating pressure is typically in the range of about 40 to 350 bara, preferably 60 to 300 bara, more preferably 200 to 280 bara.

본원에 사용되는 "근초임계 조건"은 반응물 및 용매가 실질적으로 단일의 균질상을 구성함을 의미하고, 실제로 이는 물의 임계 온도 미만의 조건 하에서 달성될 수 있다. 한 실시양태에서, 용어 "근초임계 조건"은, 용매가, 220.9 bara에서의 물의 임계 온도보다 100℃ 이상 낮은 온도, 바람직하게는 50℃ 이상 낮은 온도, 더욱 바람직하게는 35℃ 이상 낮은 온도, 특히 20℃ 이상 낮은 온도에 있음을 의미한다.As used herein, "near supercritical conditions" means that the reactants and the solvent constitute a substantially single homogeneous phase, which in practice can be achieved under conditions below the critical temperature of water. In one embodiment, the term “near supercritical conditions” means that the solvent is at least 100 ° C. below the critical temperature of water at 220.9 bara, preferably at least 50 ° C. below, more preferably at least 35 ° C. below, in particular It means the temperature is lower than 20 ℃.

본원에 사용되는 "연속 유동 반응기"는 회분형 반응기와 반대로, 반응물이 도입되어 혼합되고, 생성물이 연속적 방식으로 동시에 인취되는 반응기를 의미한다. 예를 들어, 반응기는 관형 유동 반응기(와류형 또는 층상형 유동)일 수 있으나, 본원에 정의된 본 발명의 각종 측면들은 이 특별한 유형의 연속 유동 반응기에 제한되지 않는다. 연속 유동 반응기 내에서의 체류 시간은, 반응기 체적을 작동 조건에서 반응물의 체적 유속으로 나눈 것으로 정의된다.As used herein, "continuous flow reactor" refers to a reactor in which the reactants are introduced and mixed, and the products are simultaneously drawn in a continuous manner as opposed to a batch reactor. For example, the reactor may be a tubular flow reactor (vortex or laminar flow), but the various aspects of the invention as defined herein are not limited to this particular type of continuous flow reactor. The residence time in a continuous flow reactor is defined as the reactor volume divided by the volume flow rate of the reactants at operating conditions.

본원에 사용되는 "카르복실산 전구체" 또는 "전구체"는 선택적 산화 조건의 존재 하에 높은 수율로 특정 카르복실산으로 산화될 수 있는 유기 화합물, 바람직하게는 탄화수소를 의미한다. 피리딘카르복실산 전구체의 한 예는 메틸피리딘이고, 예를 들어 니코틴산 전구체는 3-메틸피리딘이다. 이에 따라, 메틸피리미딘은 피리미딘 카르복실산을 생성시키기 위해 사용될 수 있다.As used herein, "carboxylic acid precursor" or "precursor" means an organic compound, preferably a hydrocarbon, capable of being oxidized to a particular carboxylic acid in high yield in the presence of selective oxidation conditions. One example of a pyridinecarboxylic acid precursor is methylpyridine, for example the nicotinic acid precursor is 3-methylpyridine. Accordingly, methylpyrimidine can be used to produce pyrimidine carboxylic acids.

본원에 사용되는, 카르복실산의 생성에 대한 언급은 그것의 무수물의 생성에 대한 언급을 포함한다. 당업자에게 명백한 바와 같이, 본 발명의 방법이 카르복실산 또는 그것의 무수물을 생성시키는지의 여부는 반응의 조건 및/또는 생성물을 단리 또는 분리하는데 사용되는 조건에 의존할 것이다.As used herein, reference to the production of carboxylic acids includes reference to the production of its anhydrides. As will be apparent to those skilled in the art, whether the method of the present invention produces a carboxylic acid or anhydride thereof will depend on the conditions of the reaction and / or the conditions used to isolate or isolate the product.

바람직하게, 본 발명의 방법에서, 반응에서 생성되는 이종방향족 카르복실산의 실질적으로 모두, 또한 임의의 경우에서 98 중량% 이상이 반응 중에 용액 내에 유지되고, 용액이 산화 반응 구역을 이탈하여 냉각될 때까지 석출하기 시작하지 않는다.Preferably, in the process of the invention, substantially all, also in any case, at least 98% by weight of the heteroaromatic carboxylic acids produced in the reaction are kept in solution during the reaction and the solution leaves the oxidation reaction zone to cool down. Do not start to precipitate until.

반응을 위한 체류 시간은, 분해 생성물을 상당히 생성시키지 않으면서 전구체를 원하는 이종방향족 카르복실산으로 전환시키는 것을 달성하는 것에 적합할 수 있다. 반응 구역 내의 반응 매질의 체류 시간은 일반적으로 10분 이하, 통상적으로는 약 2분 이하, 바람직하게는 1분 이하, 더욱 바람직하게는 30초 이하이다.The residence time for the reaction may be suitable for achieving the conversion of the precursor to the desired heteroaromatic carboxylic acid without significantly producing decomposition products. The residence time of the reaction medium in the reaction zone is generally 10 minutes or less, usually about 2 minutes or less, preferably 1 minute or less, more preferably 30 seconds or less.

한 바람직한 실시양태에서, 표적 카르복실산에 대한 선택도는 90% 이상, 바람직하게는 95% 이상, 더욱 바람직하게는 98% 이상이고, 여기에서 선택도는 표적 산의 중량 수율을, 표적 산 및 부분 산화 알데하이드 불순물, 및 분해 생성물을 제외한 기타 반응 생성물의 총 중량 수율로 나눈 값으로서, 퍼센티지로 표시된다.In one preferred embodiment, the selectivity to the target carboxylic acid is at least 90%, preferably at least 95%, more preferably at least 98%, wherein the selectivity is determined by the weight yield of the target acid, the target acid and Divided by the total weight yield of partially oxidized aldehyde impurities, and other reaction products except degradation products, expressed as a percentage.

바람직한 실시양태에서, 표적 카르복실산의 수율은 전구체의 바람직하게 50 중량% 이상, 바람직하게 60 중량% 이상, 바람직하게 70 중량% 이상, 바람직하게는 80 중량% 이상, 바람직하게는 90 중량% 이상이다.In a preferred embodiment, the yield of the target carboxylic acid is preferably at least 50% by weight, preferably at least 60% by weight, preferably at least 70% by weight, preferably at least 80% by weight, preferably at least 90% by weight of the precursor. to be.

본 발명의 방법을 수행하는데 적당한 반응기 시스템은 일반적으로 이하와 같도록 구성될 수 있다. 하기 논의는 연속 유동 반응기의 바람직한 실시양태에 관한 것이다. 그러나, 상술된 바와 같이, 본 발명은 그러한 구성에 제한되지 않고, 하기 논의는 단지 예시적 목적을 위한 것이다.Suitable reactor systems for carrying out the process of the invention may generally be configured as follows. The discussion below relates to a preferred embodiment of the continuous flow reactor. However, as mentioned above, the present invention is not limited to such a configuration, and the following discussion is for illustrative purposes only.

직렬 또는 병렬의 하나 초과의 반응 구역들이 있을 수 있다. 예를 들어, 병렬의 다중 반응 구역들이 사용되는 경우, 반응물 및 용매가 분리된 유동 스트림을 형성하여, 반응 구역을 통과할 수 있고, 원할 경우, 그러한 다중 반응 구역으로부터의 생성물 스트림은 통합되어 단일 생성물 스트림을 형성할 수 있다. 하나 초과의 반응 구역이 사용될 경우, 온도와 같은 조건이 각 반응기에서 동일하거나 상이할 수 있다. 각 반응기는 단열적으로 또는 등온적으로 작동될 수 있다. 등온 또는 제어 온도 상승은, 반응이 반응기를 통해 진행됨에 따라 소정의 온도 프로파일을 한정하도록 열 교환에 의해 유지될 수 있다.There may be more than one reaction zones in series or in parallel. For example, where multiple reaction zones in parallel are used, reactants and solvents may form separate flow streams, which may pass through the reaction zone and, if desired, product streams from such multiple reaction zones may be integrated to yield a single product. A stream can be formed. If more than one reaction zone is used, conditions such as temperature may be the same or different in each reactor. Each reactor can be operated adiabatically or isothermally. Isothermal or controlled temperature rises may be maintained by heat exchange to define a predetermined temperature profile as the reaction proceeds through the reactor.

본 발명의 한 실시양태에서, 반응열은 당업자에게 공지된 통상적 기법에 따라, 예를 들어 본원에 참고로 인용되는 기법을 개시내용으로 하는 WO-02/06201에 기재된 기법에 따라, 열-수용 유체(heat-accepting fluid)를 이용한 열 교환에 의해 반응으로부터 제거된다. 알맞게는, 열-수용 유체는 물을 포함한다.In one embodiment of the present invention, the heat of reaction is in accordance with conventional techniques known to those skilled in the art, for example in accordance with the techniques described in WO-02 / 06201 which discloses the techniques cited by reference herein. It is removed from the reaction by heat exchange using a heat-accepting fluid. Suitably, the heat-receiving fluid comprises water.

본 발명의 방법에서의 산화제는 바람직하게 분자 산소, 예컨대 공기 또는 산소 풍부 공기이나, 바람직하게는 주요 구성성분으로서 산소를 함유하는 기체, 더욱 바람직하게는 순수 산소, 또는 액체 내에 용해된 산소를 포함한다. 공기의 사용은, 큰 압축 비용이 발생되고, 공기의 높은 질소 함량으로 인한 다량의 폐가스를 처리하기 위해 폐가스 취급 장비가 필요하기 때문에 선호되지는 않으나, 이 또한 본 발명의 범주에서 배제되지는 않는다. 한편 순수 산소 또는 산소 풍부 기체는 보다 적은 압축기 또는 보다 작은 폐가스 처리 장비를 사용할 수 있도록 한다. 본 발명의 방법에서 산화제로서 이산소를 사용하는 것은, 초임계 또는 근초임계 조건 하에서 매우 수용성이기 때문에 특히 유리하다. 따라서, 특정 시점에서, 산소/물 시스템은 단일 균질상이 될 것이다.The oxidant in the process of the invention preferably comprises molecular oxygen, such as air or oxygen enriched air, but preferably a gas containing oxygen as the main constituent, more preferably pure oxygen, or oxygen dissolved in a liquid. . The use of air is not preferred because of the large compression costs incurred and the waste gas handling equipment needed to treat large amounts of waste gas due to the high nitrogen content of the air, but this is also not excluded from the scope of the present invention. Pure oxygen or oxygen rich gas, on the other hand, allows the use of fewer compressors or smaller waste gas treatment equipment. The use of dioxygen as an oxidant in the process of the invention is particularly advantageous because it is very water soluble under supercritical or near supercritical conditions. Thus, at some point in time, the oxygen / water system will be in a single homogeneous phase.

분자 산소 대신에, 산화제는 화합물, 예컨대 실온에서 액상인 화합물로부터 유래된 원자 산소를 포함할 수 있는데, 분자 당 하나 이상의 산소 원자를 함유한다. 그와 같은 한 화합물은 예를 들어 과산화수소이며, 이는 Lin, Smith 등 [International Journal of Chemical Kinetics, 제23권, 1991, p.971]에 의해 기재된 바대로 반응 또는 분해에 의해 산소원으로서 작용한다.Instead of molecular oxygen, the oxidant may include atomic oxygen derived from a compound, such as a compound that is liquid at room temperature, containing one or more oxygen atoms per molecule. One such compound is, for example, hydrogen peroxide, which acts as an oxygen source by reaction or decomposition as described by Lin, Smith et al. (International Journal of Chemical Kinetics, Vol. 23, 1991, p.971).

본 발명의 방법은 산화 촉매의 존재 하에 수행된다. 촉매는 용매 및 이종방향족 카르복실산 전구체를 포함하는 반응 매질 중에 가용성일 수 있거나, 대안적으로 불균질성 촉매가 사용될 수 있다. 촉매는 균질성 또는 불균질성의 여부와 관계없이, 전형적으로 하나 이상의 중금속 화합물, 예컨대 코발트 및/또는 망간 화합물, 바람직하게 망간 화합물(들) 단독을 포함하고, 임의적으로 산화 촉진제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 촉매는 액상 산화 반응에 사용된 임의의 형태를 취하여, 지방족 카르복실산 용매 중 방향족 카르복실산(예컨대, 테레프탈산)을 생성시킬 수 있고, 그 예로서 코발트 및/또는 망간의 브롬화물, 브로모알카노에이트 또는 알카노에이트(주로 C1-C4 알카노에이트, 예컨대 아세테이트)가 있다. 기타 중금속의 화합물, 예컨대 바나듐, 크롬, 철, 몰리브덴, 란타나이드, 예컨대 세륨, 지르코늄, 하프늄, 및/또는 니켈이 코발트 및/또는 망간 대신에 사용될 수 있다. 유리하게, 촉매 시스템은 브롬화망간(MnBr2)을 포함할 수 있다. 산화 촉진제가 이용될 경우, 이는 원자 브롬, 이온 브롬화물(예컨대 HBr, NaBr, KBr, NH4Br) 및/또는 유기 브롬화물(예컨대, 브로모벤젠, 벤질-브롬화물, 모노- 및 디-브로모아세트산, 브로모아세틸 브롬화물, 테트라브로모에탄, 에틸렌-디-브롬화물 등)의 형태일 수 있다. 대안적으로, 산화 촉진제는 케톤, 예컨대 메틸에틸 케톤, 또는 알데하이드, 예컨대 아세트알데하이드를 포함할 수 있다.The process of the invention is carried out in the presence of an oxidation catalyst. The catalyst may be soluble in the reaction medium comprising the solvent and the heteroaromatic carboxylic acid precursor, or alternatively a heterogeneous catalyst may be used. The catalyst, whether homogeneous or heterogeneous, typically comprises one or more heavy metal compounds such as cobalt and / or manganese compounds, preferably manganese compound (s) alone, and may optionally comprise an oxidation promoter. For example, the catalyst can take any form used in the liquid phase oxidation reaction to produce aromatic carboxylic acids (eg, terephthalic acid) in aliphatic carboxylic acid solvents, for example cobalt and / or manganese bromide , Bromoalkanoate or alkanoate (primarily C 1 -C 4 alkanoate, such as acetate). Compounds of other heavy metals such as vanadium, chromium, iron, molybdenum, lanthanides such as cerium, zirconium, hafnium, and / or nickel may be used in place of cobalt and / or manganese. Advantageously, the catalyst system may comprise manganese bromide (MnBr 2 ). When oxidation promoters are used, they are atomic bromine, ionic bromide (such as HBr, NaBr, KBr, NH 4 Br) and / or organic bromide (such as bromobenzene, benzyl-bromide, mono- and di-bromine Mother acetic acid, bromoacetyl bromide, tetrabromoethane, ethylene-di-bromide, etc.). Alternatively, the oxidation promoter may comprise a ketone such as methylethyl ketone, or an aldehyde such as acetaldehyde.

촉매가 불균질성 형태로 사용되는 경우, 그것은 연속 유동 반응 매질과 촉매 사이의 접촉을 확보하기 위해 반응 구역 내에 적당히 위치할 수 있다. 이 경우, 촉매는 유동 단면을 부당히 제한하지 않고 그러한 접촉을 확보하기 위해 반응 구역 내에 적당히 지지 및/또는 구속될 수 있다. 예를 들어, 불균질성 촉매는, 반응 구역 내에 위치한 정적 요소(예컨대, 오픈워크(openwork) 구조를 형성하는 요소) 상에 코팅되거나, 기타 달리 적용되거나, 그 안에 구현되어, 반응 매질이 그 위에 유동하도록 할 수 있다. 정적 요소는 부가적으로 반응 구역 통과 시에 반응물의 혼합을 증진시키는 작용을 할 수 있다. 대안적으로, 촉매는 이동 펠렛, 입자, 미분 형태, 금속 스폰지 형태 등의 형태일 수 있고, 필요한 경우, 반응 구역에 상기 촉매를 한정하도록 하는 수단이 제공되어, 작동 시에 촉매 펠렛 등이 반응 구역을 통해 유동하는 반응 매질 내에 현탁되거나 침액되도록 한다. 상기 방식들 중 임의의 방식으로의 불균질성 촉매의 사용은 명료히 정의된 구역에 촉매 효과를 한정할 수 있는 이점을 제공하여, 일단 반응 매질이 그 구역을 횡단하면, 추가 산화가 감소된 속도로 일어나거나, 상당히 억제될 수 있다.If the catalyst is used in heterogeneous form, it may be suitably located in the reaction zone to ensure contact between the continuous flow reaction medium and the catalyst. In this case, the catalyst may be appropriately supported and / or confined within the reaction zone to ensure such contact without unduly limiting the flow cross section. For example, the heterogeneous catalyst may be coated on, or otherwise applied to, or embodied in, a static element (eg, an element that forms an openwork structure) located in the reaction zone so that the reaction medium flows thereon. can do. The static element may additionally serve to promote the mixing of reactants through the reaction zone. Alternatively, the catalyst may be in the form of moving pellets, particles, finely divided form, metal sponge form, and the like, and if necessary, means are provided to confine the catalyst to the reaction zone such that the catalyst pellets, etc., in operation may be Suspended or immersed in the reaction medium flowing through the. The use of heterogeneous catalysts in any of the above manners provides the advantage of limiting the catalytic effect to clearly defined zones so that once the reaction medium crosses the zones, further oxidation occurs at a reduced rate. Or considerably suppressed.

반응물을 가열 및 가압함으로써 산화 반응을 개시한 후, 가열 및 가압된 반응물을 반응 구역 내에 병합한다. 이는, 초임계 또는 근초임계 조건을 달성하기 전 또는 후에 반응물 중 어느 하나 또는 양자 모두를 수성 용매와 혼합하는 수많은 방식으로 수행될 수 있고, 상기 혼합은 반응 구역 내에 병합될 때까지 반응물을 상호로부터 단리된 채로 유지시키기 위한 방식들로 수행된다.After initiating the oxidation reaction by heating and pressurizing the reactants, the heated and pressurized reactants are merged into the reaction zone. This can be done in a number of ways to mix either or both of the reactants with the aqueous solvent before or after achieving supercritical or near supercritical conditions, and the mixing isolating the reactants from each other until incorporated into the reaction zone. It is done in ways to keep it intact.

본 발명의 회분 방법에서, 물, 전구체 및 촉매 용액을 반응 온도로 가열하고 반응 압력에 이르게 하기 전에, 오토클레이브에서 혼합한다. 산화제를 반응 조건 하에 혼합물에 임의적으로 첨가할 수 있거나, 그것을 회분 반응기 오토클레이브를 밀봉 및 가열하기 전에 첨가할 수 있다. 원하는 반응 시간 후에, 반응 오토클레이브를 냉각시키고, 생성물을 방출시킨다. 이어서, 임의의 적당한 생성물 회수 시스템, 예컨대 추출, 농축 및 재결정을 이용하여, 이종방향족 카르복실산 생성물을 회수할 수 있다.In the batch method of the present invention, the water, precursor and catalyst solution are mixed in the autoclave before heating to the reaction temperature and reaching the reaction pressure. The oxidant may optionally be added to the mixture under reaction conditions or it may be added before sealing and heating the batch reactor autoclave. After the desired reaction time, the reaction autoclave is cooled down and the product is released. The heteroaromatic carboxylic acid product can then be recovered using any suitable product recovery system such as extraction, concentration and recrystallization.

본 발명의 연속 방법에서, 반응기 시스템은 바람직하게, 산화제와 전구체의 적어도 일부, 바람직하게는 실질적으로 모두와의 접촉이, 촉매와 산화제의 적어도 일부, 바람직하게는 실질적으로 모두와의 접촉과 같이 반응기 시스템에서 동일한 시점에 이루어지도록 구성된다.In the continuous process of the present invention, the reactor system is preferably a reactor such that contact of at least a portion, preferably substantially all of the oxidant and precursor is such as contact of at least a portion, preferably substantially all of the catalyst and the oxidant. The system is configured to take place at the same point in time.

제1 실시양태에서, 초임계 또는 근초임계 상태를 확보하도록 수성 용매를 가열 및 가압한 후에, 산화제를 수성 용매와 혼합하고, 수성 용매와 혼합하기 전에 산화제를 적당히 가압하고, 원할 경우 가열한다. 전구체를 가압하고, 원할 경우 가열한다. 균질성 촉매를 이용하는 방법의 경우, 촉매 성분을 가압하고, 원할 경우, 가열한다. 이어서, 전구체, 촉매 및 산화제/용매 혼합물을 동시에 접촉시킨다. 불균질성 촉매를 이용하는 방법의 경우, 전구체를 촉매의 존재 하에 산화제/용매 혼합물과 접촉시킨다.In a first embodiment, after heating and pressurizing the aqueous solvent to ensure a supercritical or near supercritical state, the oxidant is mixed with the aqueous solvent and the oxidant is moderately pressurized before mixing with the aqueous solvent and heated if desired. The precursor is pressurized and heated if desired. In the case of a method using a homogeneous catalyst, the catalyst component is pressurized and heated if desired. The precursor, catalyst and oxidant / solvent mixture are then contacted simultaneously. In the case of a method using a heterogeneous catalyst, the precursor is contacted with an oxidant / solvent mixture in the presence of the catalyst.

본 발명의 제2 실시양태에서, 초임계 또는 근초임계 상태를 확보하도록 수성 용매를 가열 및 적당한 압력으로 가압한 후에, 전구체를 수성 용매와 혼합하고, 수성 용매와 혼합하기 전에 전구체를 적당히 가압하고, 원할 경우 가열한다. 한 배치에서, 가압 및 임의적 가열 후에 균질성 촉매 성분을, 전구체를 수성 용매와 접촉시킴과 동시에 수성 용매와 접촉시킨다. 대안적 배치에서, 불균질성 촉매를 사용하며, 상기 기재한 바와 같은 반응 구역에 제한한다. 초임계 또는 근초임계 상태를 확보하도록 수성 용매를 가열 및 가압한 후에, 가압, 및 원할 경우 가열한 후의 산화제를 수성 용매와 혼합한다. 균질성 촉매를 이용하는 방법의 경우, 산화제/수성 용매 혼합물을 이어서 전구체, 촉매 및 수성 용매를 포함하는 혼합물과 접촉시킨다. 불균질성 촉매를 이용하는 방법의 경우, 산화제/수성 용매 혼합물을 반응 구역에서, 즉 불균질성 촉매의 존재 하에 전구체 및 수성 용매를 포함하는 혼합물과 접촉시킨다.In a second embodiment of the invention, after heating and pressurizing the aqueous solvent to an appropriate pressure to ensure a supercritical or near supercritical state, the precursor is mixed with the aqueous solvent, the precursor is moderately pressurized before mixing with the aqueous solvent, Heat if desired. In one batch, the homogeneous catalyst component is contacted with the aqueous solvent while simultaneously contacting the precursor with the aqueous solvent after pressurization and optional heating. In an alternative arrangement, a heterogeneous catalyst is used and limited to the reaction zone as described above. After heating and pressurizing the aqueous solvent to ensure a supercritical or near supercritical state, the oxidant after pressurization and, if desired, heating is mixed with the aqueous solvent. In the case of a method using a homogeneous catalyst, the oxidant / aqueous solvent mixture is then contacted with a mixture comprising the precursor, the catalyst and the aqueous solvent. In the case of a method using a heterogeneous catalyst, the oxidant / aqueous solvent mixture is contacted with the mixture comprising the precursor and the aqueous solvent in the reaction zone, ie in the presence of the heterogeneous catalyst.

각종 스트림들의 접촉은, 공급물이 통합되어 단일 균질성 유체상을 형성하여, 산화제 및 전구체가 반응하도록 하는 장치의 분리 공급물로써 수행될 수 있다. 공급물이 통합되는 장치는 예를 들어 Y, T, X 또는 기타 구성형태를 가짐으로써, 분리된 공급물은 연속 유동 반응기를 구성하는 단일 유동 통로에서 통합되거나, 일부 경우들에서는 2개 이상의 연속 유동 반응기를 형성하는 다중 유동 통로에서 통합되도록 할 수 있다. 공급물이 통합되는 유동 통로 또는 통로들은 내부 역학 또는 정적 혼합 요소가 존재하거나 부재하는 관형 구성의 구획을 포함할 수 있다.The contacting of the various streams may be performed as a separate feed of the device in which the feed is integrated to form a single homogeneous fluid phase, allowing the oxidant and precursor to react. The apparatus in which the feed is integrated has, for example, Y, T, X or other configuration such that the separate feed is integrated in a single flow passage constituting a continuous flow reactor, or in some cases two or more continuous flows. It can be integrated in multiple flow passages forming the reactor. Flow passages or passageways into which the feed is integrated may comprise sections of tubular configuration with or without internal dynamics or static mixing elements.

한 바람직한 실시양태에서, 빠른 속도 및 균질도를 확보하기 위해, 예를 들어 산화제의 수성 용매 내의 용해 및 단일 상의 형성을 촉진하기 위해, 인-라인 또는 정적 혼합기가 유리하게 사용된다.In one preferred embodiment, in-line or static mixers are advantageously used to ensure fast speed and homogeneity, for example to promote dissolution in the aqueous solvent of the oxidant and the formation of a single phase.

산화제 공급물 및 전구체 공급물이 단일 위치에서 병합될 수 있거나, 접촉이 2개 이상의 단(stage)에서 수행되어, 어느 하나의 공급물 또는 양 공급물 모두 중 적어도 일부가 점진적 방식으로, 예컨대 반응기를 통한 유동 방향에 대한 다중 주입 지점을 통해 도입되도록 할 수 있다. 예를 들어, 한 공급물이 연속 유동 통로를 따라 통과될 수 있고, 거기에 다른 한 공급물이 연속 유동 통로의 길이 방향으로 떨어져 있는 다중 지점에서 공급되어, 반응이 점진적으로 수행되도록 한다. 연속 유동 통로에 통과되는 공급물은, 다중 지점에서 도입되는 공급물과 마찬가지로 수성 용매를 포함할 수 있다.The oxidant feed and the precursor feed may be merged in a single location, or contacting may be performed in two or more stages such that at least some of either feed or both feeds are in a progressive manner, such as in a reactor. It can be introduced through multiple injection points for the flow direction through. For example, one feed can be passed along a continuous flow passage, where the other feed is fed at multiple points apart in the longitudinal direction of the continuous flow passage, allowing the reaction to be carried out gradually. The feed passed through the continuous flow passage may comprise an aqueous solvent like the feed introduced at multiple points.

유사하게, 촉매, 특히 균질성 촉매의 첨가는 점진적 방식으로, 예컨대 반응기를 통한 유동 방향에 대한 다중 주입 지점을 통해 수행될 수 있다.Similarly, the addition of catalysts, in particular homogeneous catalysts, can be carried out in a gradual manner, for example via multiple injection points for the flow direction through the reactor.

한 실시양태에서, 산화제는 2개 이상의 위치에서 반응에 도입된다. 그러한 위치는, 산화 구역을 통한 용매 및 반응물의 벌크 유동에 대해 편리하게 위치됨으로써, 산화제가 초기 위치에서, 또한 상기 초기 위치의 다운스트림인 하나 이상의 추가 위치에서 반응물에 도입된다.In one embodiment, the oxidant is introduced to the reaction at two or more positions. Such locations are conveniently located relative to the bulk flow of solvent and reactants through the oxidation zone, whereby the oxidant is introduced into the reactants at the initial location and at one or more additional locations downstream of the initial location.

반응 혼합물은 연속 유동 반응기를 횡단한 후, 이종방향족 카르복실산의 용액을 포함한다. 용액은 또한 촉매(사용하는 경우에 한해), 및 비교적 소량의 부산물, 예컨대 중간체(예컨대 알데하이드), 탈카르복실화 생성물 및 분해 생성물, 및 임의의 미사용 반응물을 포함할 수 있다.The reaction mixture comprises a solution of heteroaromatic carboxylic acid after crossing the continuous flow reactor. The solution may also include a catalyst (if used), and relatively small amounts of byproducts such as intermediates (such as aldehydes), decarboxylation products and degradation products, and any unused reactants.

이제 본 발명을 하기와 같은 첨부 도면을 참고로 하여 설명할 것이나, 이는 단지 예시일 뿐이다.The invention will now be described with reference to the accompanying drawings, which are by way of example only.

도 1A 및 1B는 상기 제1 실시양태에 대해 기재된 기본 배치를 도시하는 개략적 흐름공정도이고, 여기에서 도 1A는 균질성 촉매의 사용을 도시하고, 도 1B는 불 균질성 촉매의 사용을 도시한다.1A and 1B are schematic flow charts showing the basic arrangement described for the first embodiment, where FIG. 1A shows the use of a homogeneous catalyst and FIG. 1B shows the use of a heterogeneous catalyst.

도 2A 내지 2D는 상기 제2 실시양태에 대해 기재된 기본 배치를 도시하는 개략적 흐름공정도이고, 여기에서 도 2A 및 2B는 균질성 촉매의 사용을 도시하고, 도 2C 및 2D는 불균질성 촉매의 사용을 도시한다. 도 2B 및 2D에서, 산화제는 다중 주입 지점에서 반응 구역을 따라 점진적 방식으로 도입된다.2A-2D are schematic flow charts showing the basic arrangement described for the second embodiment, where FIGS. 2A and 2B show the use of homogeneous catalysts and FIGS. 2C and 2D show the use of heterogeneous catalysts. . In Figures 2B and 2D, the oxidant is introduced in a progressive manner along the reaction zone at multiple injection points.

도 3은 전구체가 산소 및 물의 예비혼합 스트림에 첨가되는 배치(즉, 도 1A 및 1B에 도시된 방법에 따른 장치)를 보다 구체적으로 도시하는 개략적 흐름공정도이다.FIG. 3 is a schematic flow diagram illustrating more specifically the arrangement in which the precursor is added to a premixed stream of oxygen and water (ie, the device according to the method shown in FIGS. 1A and 1B).

도 4A, 4B, 4C, 4D 및 5는 반응물 중 하나 이상과 수성 용매의 혼합을 수행하는데 이용될 수 있는 각종 예비혼합기의 구성을 도시한다.4A, 4B, 4C, 4D and 5 show the configuration of various premixers that can be used to effect mixing of one or more of the reactants with an aqueous solvent.

도 6은 산화제의 다단 주입을 도시하는 개략도이다.6 is a schematic diagram illustrating the multi-stage injection of an oxidant.

도 7은 실시예와 관련하여 이후에 기재된다.7 is described later in connection with the examples.

도 1A와 관련하여, 가압 후의 이산소를 가열된 후의 물과 혼합하고, 혼합물을 가압하고, 임의적으로 예비가열기(1)에서 추가 가열하여, 초임계 상태를 달성한다. 가압 후에 전구체 및 촉매를 반응기(2)가 시작할 때 또는 그 직전에 O2/물 스트림에 첨가하고, 혼합물을 반응기에 통과시킨다. 반응기에서 나갈 때, 스트림을 냉각시키고, 배압 조절기 3에서 탈압시킨다. 생성물을 냉각수 스트림에서 발생시킨다. 상응하는 도 1B에서, 촉매는 이미 반응기 내의 불균질성 촉매로서 존재한다.With reference to FIG. 1A, the dioxygen after pressurization is mixed with the water after heating, the mixture is pressurized and optionally further heated in the preheater 1 to achieve a supercritical state. After pressurization the precursor and catalyst are added to the O 2 / water stream at or just before the reactor 2 starts and the mixture is passed through the reactor. Upon exiting the reactor, the stream is cooled and depressurized in back pressure regulator 3. The product is generated in a coolant stream. In the corresponding FIG. 1B the catalyst already exists as a heterogeneous catalyst in the reactor.

도 2A 및 2B와 관련하여, 가압 후의 전구체 및 촉매를 가압되고 임의적으로 가열된 후의 물과 혼합하고, 임의적으로 예비가열기(1A)에서 추가로 가열하여, 초임계 상태를 달성한다. 가압 후의 이산소 기체를 초임계 상태에서 물과 혼합하고, 임의적으로 예비혼합기(1)에서 추가로 가열한다. 도 2A에서, 두 스트림을 반응기(2)가 시작할 때 또는 그 직전에 혼합하고, 혼합물을 반응기에 통과시킨다. 도 2B에서, O2/물 스트림을 다중 주입 지점에서 점진적 방식으로 반응기에 첨가한다. 반응기에서 나갈 때, 스트림을 냉각시키고, 배압 조절기(3)에서 탈압시킨다. 생성물을 냉각수의 스트림에서 발생시킨다. 상응하는 도 2C 및 2D에서, 촉매는 이미 반응기 내의 불균질성 촉매로서 존재한다.2A and 2B, the precursor and catalyst after pressurization are mixed with water after being pressurized and optionally heated and optionally further heated in preheater 1A to achieve a supercritical state. The dioxygen gas after pressurization is mixed with water in a supercritical state and optionally further heated in the premixer 1. In FIG. 2A, the two streams are mixed at or just before the reactor 2 starts and the mixture is passed through the reactor. In FIG. 2B, the O 2 / water stream is added to the reactor in a gradual manner at multiple injection points. Upon exiting the reactor, the stream is cooled and depressurized in back pressure regulator (3). The product is generated in a stream of cooling water. In the corresponding FIGS. 2C and 2D, the catalyst is already present as a heterogeneous catalyst in the reactor.

도 3과 관련하여, 물, 전구체 및 이산소 기체를 포함하는 공급원료 성분을 작동 압력으로 가압하고, 성분들을 300℃ 내지 480℃, 더욱 바람직하게는 330℃ 내지 450℃, 전형적으로는 약 340℃ 내지 370℃의 하한선 내지 약 370℃ 내지 약 420℃의 상한선의 온도로 가열하는 예비가열기(16)를 통해 각각의 공급원 10, 12 및 14로부터 연속적으로 공급하는데, 압력 및 온도는 초임계 또는 근초임계 조건을 확보하도록 선택된다. 공급원료 성분을 예비가열하는데 사용되는 열의 일부는 전구체와 산화제 사이의 후속 반응 과정에서 생성되는 발열로부터 유도될 수 있다. 다른 공급원으로부터의 열은 예를 들어, 고압 스팀의 형태일 수 있고/있거나, 가열은 물 스트림의 직접적 발화 가열에 의해 수행될 수 있다. 반응열은 임의의 적당한 방식으로, 예컨대 반응 후의 유체와 물과 같은 적당한 열-수용 유체 사이의 열 교 환에 의해 회수될 수 있다. 예를 들어, 열-수용 유체를, 반응 구역을 통과하는 반응물 및 용매와 역류 및/또는 정류로 하여, 열 교환 관계로 유동하도록 배치할 수 있다. 열-수용 유체가 반응 구역을 횡단할 때 흐르게 되는 통로 또는 통로들은 반응 구역의 외부일 수 있고/있거나, 반응 구역을 통해 내부로 연장될 수 있다. 그러한 내부 연장 유동 통로(들)는 일반적으로 예를 들어 반응 구역을 통한 반응물/용매의 일반적 유동 방향에 평행하게 및/또는 그것을 횡단하여 연장될 수 있다. 예를 들어, 열-수용 유체는 반응기 내부에 위치한 하나 이상의 코일 관을 통한 통로에 의해 반응 구역을 횡단할 수 있다. 반응 엔탈피를 사용하여, 터빈과 같은 적당한 전력 회수 시스템을 통해 전력을 회수할 수 있고; 예를 들어 열-수용 유체, 예컨대 물을 사용하여, 예를 들어 약 300℃/100 bara의 온도 및 압력에서 고압 포화 스팀을 상승시킬 수 있고, 이는 다시 외부열에 의해 과열되어 고효율 응축 스팀 터빈에 공급되어, 전력을 회수할 수 있다. 이러한 식으로, 반응기를 최적의 온도로 유지시킬 수 있고, 효과적 에너지 효율을 달성할 수 있다. 대안적 접근법에서, 반응기를 단열 조건 하에서 작동시킬 수 있고, 반응 구역을 통과하는 적당히 높은 물의 유속을 이용하여, 작동 시의 반응기 전반에 걸친 온도 상승을 억제할 수 있다. 원할 경우, 양 접근법의 조합을 이용할 수 있는 바, 즉 열-수용 유체를 통한 반응 엔탈비의 회수와 반응 구역을 통과하는 적당한 물 유속의 조합을 이용할 수 있다. With reference to FIG. 3, the feedstock component comprising water, precursor and dioxygen gas is pressurized to an operating pressure and the components are pressed from 300 ° C. to 480 ° C., more preferably from 330 ° C. to 450 ° C., typically about 340 ° C. Continuously supplied from each of the sources 10, 12 and 14 via a preheater 16 which heats to a temperature between the lower limit of from 370 ° C. and the upper limit of about 370 ° C. to about 420 ° C., the pressure and temperature being supercritical or near seconds. It is chosen to ensure a threshold condition. Part of the heat used to preheat the feedstock component may be derived from the exotherm generated during the subsequent reaction between the precursor and the oxidant. Heat from other sources may be in the form of high pressure steam, for example, and / or heating may be performed by direct ignition heating of the water stream. The heat of reaction can be recovered in any suitable manner, for example by heat exchange between the fluid after the reaction and a suitable heat-receiving fluid such as water. For example, the heat-receiving fluid can be arranged to flow in a heat exchange relationship, with countercurrent and / or rectification with reactants and solvents passing through the reaction zone. The passage or passages through which the heat-receiving fluid flows across the reaction zone may be outside of the reaction zone and / or may extend inwardly through the reaction zone. Such internally extending flow passage (s) may generally extend parallel to and / or across the general flow direction of the reactant / solvent, for example through the reaction zone. For example, the heat-receiving fluid may traverse the reaction zone by passage through one or more coil tubes located inside the reactor. The reaction enthalpy can be used to recover power through a suitable power recovery system such as a turbine; For example, a heat-receiving fluid such as water may be used to elevate the high pressure saturated steam at a temperature and pressure, for example of about 300 ° C./100 bara, which is then overheated by external heat and fed to the high efficiency condensation steam turbine. The power can be recovered. In this way, the reactor can be kept at an optimum temperature and effective energy efficiency can be achieved. In an alternative approach, the reactor can be operated under adiabatic conditions and a moderately high flow rate of water through the reaction zone can be used to suppress temperature rise throughout the reactor in operation. If desired, a combination of both approaches can be used, ie a combination of recovery of the reaction enthal ratio through the heat-receiving fluid and a suitable water flow rate through the reaction zone.

공급원료 성분의 가열 후에 산소를, 예비 가열 및 가압의 결과로서, 초임계 또는 근초임계 조건 하에 있게 되고, 이에 따라 공급원료를 가용화할 수 있는 물과 혼합한다. 도 3에 도시된 실시양태에서, 산소 및 물을 예비혼합기(18A)에서 혼합한다. 전구체를 또한 예비혼합기(18B) 내에서 물과 혼합한다. 물론, 또한 예비가열기(16)에 도입하기 전에, 전구체를 따로 물과 예비혼합할 수도 있다.After heating of the feedstock component, the oxygen is brought under supercritical or near supercritical conditions as a result of preheating and pressurization, thus mixing the feedstock with water capable of solubilizing the feedstock. In the embodiment shown in FIG. 3, oxygen and water are mixed in premixer 18A. The precursor is also mixed with water in premixer 18B. Of course, the precursors may also be premixed separately with water before introduction into the preheater 16.

예비혼합기(또는 각 반응물 및 물의 예비혼합이 수행되는 예비혼합기)는 각종 형태들, 예컨대 Y, L 또는 T 피스, 이중 T 구성, 또는 도 4A, 4B, 4C, 4D 및 5에 각기 도시된 바와 같은 정적 혼합기의 형태를 취할 수 있다. 도 4A 내지 4D, 및 5에서, 부호 A는 예비혼합기로의 예비가열된 물 공급물을 나타내고, B는 반응물(전구체 또는 산소)을 나타내며, P는 수득되는 혼합 스트림을 나타낸다. 도 4D의 이중 T 구성에서, 두개의 혼합 스트림 P1 및 P2가 생성된다. 이들은 분리된 연속 유동 반응기를 통과하거나, 단일 스트림으로 조합된 후, 단일 연속 유동 반응기를 통과할 수 있다. 당업자에게 공지된 바와 같이, X 피스 구성을 또한 사용할 수 있다.The premixer (or premixer in which the premix of each reactant and water is carried out) may be of various forms, such as Y, L or T pieces, a double T configuration, or as shown in FIGS. 4A, 4B, 4C, 4D and 5, respectively. It may take the form of a static mixer. In Figures 4A-4D and 5, the symbol A represents the preheated water feed to the premixer, B represents the reactant (precursor or oxygen) and P represents the mixed stream obtained. In the dual T configuration of FIG. 4D, two mixed streams P1 and P2 are produced. They may be passed through separate continuous flow reactors or combined into a single stream and then through a single continuous flow reactor. As is known to those skilled in the art, X piece configurations can also be used.

반응 구역에 도입하기 전에 반응물 중 어느 하나 또는 양자 모두를 물과 예비혼합하는 것 대신에, 반응물 및 물을 분리하여 반응 구역에 도입하여, 일부 형태의 혼합 장치(예컨대, 정적 혼합기)를 이용하여 반응 구역 내에서 혼합하고, 이로써 반응 구역 내에서 성분들을 실질적으로 모두 혼합하게 됨이 인지될 것이다.Instead of premixing either or both of the reactants with water prior to introduction into the reaction zone, the reactants and water are introduced separately into the reaction zone to react using some form of mixing device (eg, static mixer). It will be appreciated that mixing in a zone will result in mixing substantially all of the components in the reaction zone.

균질성 촉매를 반응에 이용하고자 하는 경우, 촉매를 공급원(19)로부터의 용액으로서 예비혼합된 산소/물 스트림에 첨가하고, 그와 동시에 전구체를 반응기에 들어가기 직전 또는 반응기가 시작하는 지점에서 예비혼합된 산소/물 스트림에 첨가한다(즉, 도 1A에 도시된 바와 같음).If a homogeneous catalyst is to be used for the reaction, the catalyst is added to the premixed oxygen / water stream as a solution from source 19, and at the same time the premix is added immediately before entering the reactor or at the point where the reactor starts. To the oxygen / water stream (ie, as shown in FIG. 1A).

예비가열 및 예비혼합 후에, 공급원료 성분을 반응 구역(20)에서 조합하여, 단일 균질성 유체상을 형성하고, 여기에서 반응물들이 병합된다. 반응 구역(20)은 관형 플러그 유동 반응기 형태의 단일 혼합기 장치, 예컨대 조합된 반응물의 유속과 조합되어, 높은 전환 효율 및 낮은 중간체 알데하이드 함량과 함께 전구체의 카르복실산으로의 전환을 확실히 하는 적당한 반응 시간을 제공하는 일정 길이의 파이프로 구성될 수 있다.After preheating and premixing, the feedstock components are combined in the reaction zone 20 to form a single homogeneous fluid phase where the reactants are merged. The reaction zone 20 is combined with a flow rate of a single mixer device, such as a combined reactant, in the form of a tubular plug flow reactor, with a suitable reaction time to ensure the conversion of precursors to carboxylic acids with high conversion efficiency and low intermediate aldehyde content. It may be composed of a pipe of a certain length to provide.

반응이 불균질성 촉매 시스템의 존재 하에 수행되는 경우(즉 도 1B에 도시된 바와 같음), 촉매 시스템은 유동 방향에 대해 길이 방향으로 분포될 수 있고, 반응 구역과 동연적(co-extensive)이어서, 일단 초임계 또는 근초임계 유체가 촉매 시스템이 차지하는 파이프의 구획을 지나 통과할 경우, 반응 속도가 상당히 떨어져, 분해 생성물의 생성을 억제하도록 할 수 있다.If the reaction is carried out in the presence of a heterogeneous catalyst system (ie as shown in FIG. 1B), the catalyst system can be distributed longitudinally with respect to the flow direction and is co-extensive with the reaction zone so that once If a supercritical or near supercritical fluid passes through a section of the pipe occupied by the catalyst system, the reaction rate can be significantly lowered, thereby suppressing the production of decomposition products.

반응물들이 반응기(20)의 "원-샷(one shot)" 업스트림에서 조합될 수 있다. 대안적으로, 그것들은 반응기의 길이를 따라 다중 지점에서 한 반응물을 다른 반응물을 함유하는 스트림에 주입함으로써 점진적 방식으로 조합될 수 있다. 다중 주입 배치를 이행하기 위한 한 방식이 도 6의 연속 유동 반응기에 도시되어 있고, 여기에서 반응기는 파이프(P)로 구성된다. 예비혼합된 산소/물 스트림이 예비혼합된 전구체/물 스트림에 첨가되는 한 실시양태에서(도 2D에 도시된 바와 같음), 예비혼합된 전구체/초임계 또는 근초임계수 스트림(W)은 파이프(P)의 업스트림 말단에 공급된다. 균질성 촉매가 사용되는 방법의 경우, 물 스트림(W)은 또한 촉매를 함유할 것이고; 불균질성 촉매를 이용하는 방법에서는, 촉매가 파이프(P) 내에 존재할 것이다. 스트림은 반응기 파이프(P)를 통과하고, 파이프(P)의 길이를 따라 일정 간격으로 떨어진 일련의 위치들에서, 초임계 또는 근초임계수 내에 용해된, 예비가열 및 압축된 산소를 주입 통로 A 내지 E를 통해 공급하여, 초임계 또는 근초임계 수용액 내에 원하는 이종방향족 카르복실산을 포함하는 생성물 스트림(S)을 생성시킨다. 이러한 방식으로, 전구체를 카르복실산으로 완전히 산화시키기 위해 필요한 산소를, 산화를 조절하고 부반응 및 전구체, 카르복실산 생성물 또는 카르복실산 중간체의 가능한 연소를 최소화하기 위해 점진적으로 주입한다.The reactants may be combined upstream of the "one shot" of the reactor 20. Alternatively, they can be combined in a gradual manner by injecting one reactant into the stream containing the other reactants at multiple points along the length of the reactor. One way to implement multiple injection batches is shown in the continuous flow reactor of FIG. 6, where the reactor consists of a pipe P. FIG. In one embodiment in which the premixed oxygen / water stream is added to the premixed precursor / water stream (as shown in FIG. 2D), the premixed precursor / supercritical or near supercritical water stream W is a pipe (P). To the upstream end of In the case of a method in which a homogeneous catalyst is used, the water stream W will also contain a catalyst; In a method using a heterogeneous catalyst, the catalyst will be present in the pipe P. The stream passes through reactor pipe (P), and in a series of positions spaced apart along the length of pipe (P), preheated and compressed oxygen dissolved in supercritical or near supercritical water inlet passages A through E Feed through to produce a product stream (S) comprising the desired heteroaromatic carboxylic acid in a supercritical or near supercritical aqueous solution. In this way, the oxygen needed to fully oxidize the precursor to the carboxylic acid is injected gradually to control oxidation and to minimize side reactions and possible combustion of the precursor, carboxylic acid product or carboxylic acid intermediate.

다시 도 3을 참고로 하여, 원하는 정도로 반응한 후, 초임계 또는 근초임계 유체를, 열교환 유체가 닫힌 루프(24)를 경유하여 순화하도록 하는 열교환기(22)에 통과시켜, 열이 예비가열기(16)에서 사용되도록 회수될 수 있다. Referring again to FIG. 3, after reacting to a desired degree, the supercritical or near supercritical fluid is passed through a heat exchanger 22 through which the heat exchange fluid is purified via a closed loop 24, whereby the heat is preheated. It may be recovered for use at (16).

이어서, 냉각된 용액을 생성물 회수 구획(26)에 공급하고, 여기에서 카르복실산이 용액으로부터 회수된다. 당업자에게 공지된, 임의의 적당한 생성물 회수 방법을 이용할 수 있다.The cooled solution is then fed to the product recovery section 26 where the carboxylic acid is recovered from the solution. Any suitable product recovery method known to those skilled in the art can be used.

MnBr2 촉매를 이용하여 초임계수 내에서 전구체를 연속적으로 산화시킴으로써 실험실 규모로 실험 작업을 수행하였다. 비교적 희석된 용액(<5% 유기 w/w)을 이용함으로써 발열을 최소화하였다. 시스템의 기본 구성형태가 도 1A에 나와 있다. 이 실험실 규모의 실험에 사용된 시스템의 보다 상세한 설명이 도 7에 나와 있다.Experimental work was performed on a laboratory scale by continuously oxidizing precursors in supercritical water with MnBr 2 catalyst. Exotherm was minimized by using a relatively diluted solution (<5% organic w / w). The basic configuration of the system is shown in FIG. 1A. A more detailed description of the system used for this lab scale experiment is shown in FIG. 7.

과산화수소(100 체적)를 2% 용액과 같은 적당한 농도로 희석하여, 펌프에 공급하고, 5℃ 이하로 냉각시켰다. 이어서, 과산화수소를, 알루미늄 블록으로 주형된, ¼ 인치 O.D. 스테인레스 강 관의 5 m 코일로 구성된 예비가열기(152)에서 가열하였다. 예비가열기(152)에서 비교적 긴 코일을 이용함으로써, 산화제 및 물의 적당한 혼합을 달성하였다. 이어서, 산화제/물 유체를 크로스피스(crosspiece)(154)에 통과시키고, 거기에서 그 유체를 자체 펌프를 통해 공급된 전구체 및 MnBr2 촉매 용액과 접촉시켰다.Hydrogen peroxide (100 vol) was diluted to a suitable concentration, such as a 2% solution, fed to the pump and cooled to 5 ° C. or less. Hydrogen peroxide was then heated in preheater 152 consisting of a 5 m coil of ¼ inch OD stainless steel pipe, molded from aluminum blocks. By using a relatively long coil in the preheater 152, proper mixing of the oxidant and water was achieved. The oxidant / water fluid was then passed through a crosspiece 154 where it was contacted with the precursor and the MnBr 2 catalyst solution supplied via its own pump.

기타 성분들이 다음과 같이 도 7에 표시된다: 162 A-E: 밸브; 163 A-B: 압력 방출 밸브; 164 A-E: 비회귀 밸브; 165 A-F: 압력 변환기(pressure transducer); T: 열전대(예비가열기(152)의 알루미늄 가열기 블록은 도시되지 않은 열전대를 함유함). 예비가열기는 NWA GmbH로부터 입수하였고; 펌프는 길슨(Gilson) 302, 305, 306 및 303이었으며; 배압 조절기는 테스콤(Tescom)(모델 26-1722-24-090)으로부터 입수하였다.Other components are shown in Figure 7 as follows: 162 A-E: valve; 163 A-B: pressure relief valve; 164 A-E: non return valve; 165 A-F: pressure transducer; T: Thermocouple (the aluminum heater block of the preheater 152 contains a thermocouple not shown). Preheaters were obtained from NWA GmbH; Pumps were Gilson 302, 305, 306 and 303; Back pressure regulators were obtained from Tescom (Model 26-1722-24-090).

최대 부식은 산화제, 전구체 및 촉매 용액이 만나는 크로스피스(154)의 영역, 특히 고온 구배가 브롬화물 이온과 일치하는, 들어오는 비가열된 촉매 공급 파이프에서 일어났다. 하스텔로이(Hastelloy) C276(또는 티타늄)을, NaOH 용액이 사용될 경우, 그 용액의 첨가를 위한 혼합기 구획 앞에, 반응기의 다운스트림 및 촉매 공급-파이프의 최종 구획에 사용하였고, 거기에서 대략 100℃의 온도 구배가 대략 5 cm의 길이에서, 또한 다른 성분들의 경우에는 316 L 스테인레스 강에서 일어 났다. 부식 불량이 일어나기 쉬운 모든 파이프 작업이 폴리카르보네이트 차폐물 내부에서 보호되었다.Maximum corrosion occurred in the region of the crosspiece 154 where the oxidant, precursor and catalyst solution meet, especially in the incoming unheated catalyst feed pipe, where the hot gradient coincides with the bromide ions. Hastelloy C276 (or titanium), if a NaOH solution was used, was used in the final section of the reactor downstream and in the catalyst feed-pipe, before the mixer section for the addition of the solution, at approximately 100 ° C. The temperature gradient occurred at a length of approximately 5 cm and also for the other components in 316 L stainless steel. All pipe work that was prone to corrosion failure was protected inside the polycarbonate shield.

각 운행 전에, 장치는 냉각 시에 정역학적으로 압력 시험된 후, 순수 18 Mohm 물(5 내지 10 ml/분)의 유동으로 가열하였다. 일단 작동 온도에 도달하면, 과산화수소 공급, 및 전구체 및 MnBr2에 대한 펌프를 개시하였다. 전형적으로, 4 내지 5시간 동안 실험을 행하였다. 생성물을 주로 15 또는 30분의 순차적 시간 동안 수집하여 분석하였다. 순도는 주로 HPLC에 의해 입증하였다. 고체 생성물의 수율을, 용액 중 상이한 생성물의 몰 농도를, 반응기에 공급된 공급원료의 몰 농도로 나누어 계산하였다.Prior to each run, the apparatus was hydrostatically pressure tested on cooling and then heated with a flow of pure 18 Mohm water (5-10 ml / min). Once the operating temperature was reached, the hydrogen peroxide feed and pumps for the precursor and MnBr 2 were started. Typically, experiments were conducted for 4-5 hours. The product was collected and analyzed mainly for sequential time of 15 or 30 minutes. Purity was mainly verified by HPLC. The yield of solid product was calculated by dividing the molar concentration of the different products in the solution by the molar concentration of the feedstock fed to the reactor.

실시예Example 1 One

100 체적의 과산화수소를 이용하여, 희석 원액을 56 ml의 과산화물 및 760 ml의 나노순수 물(18.3 megohm 저항)로써 제조하였다. 브롬화망간을 나노순수 물에 5000 ppm w/w의 Br 농도로 용해시킴으로써, 희석 촉매 원액을 제조하였다. 3-메틸피리딘을 별도로 희석되지 않은 채로 유지시켰다. 수산화나트륨 원액(0.5 M)을 제조하여, 반응기의 다운스트림에, 다만 배압 조절기 앞에 공급하였다.Using 100 volumes of hydrogen peroxide, the diluted stock was prepared with 56 ml of peroxide and 760 ml of nanopure water (18.3 megohm resistance). Dilute catalyst stocks were prepared by dissolving manganese bromide in a nanopure water at a Br concentration of 5000 ppm w / w. 3-methylpyridine was kept undiluted separately. Sodium hydroxide stock solution (0.5 M) was prepared and fed downstream of the reactor, but before the back pressure regulator.

탈이온수 단독을 예비가열기, 혼합-피스, 반응기, 가성 혼합기, 냉각기 및 배압 조절기를 통해, 반응기를 통한 최종 체류 시간이 10초가 되도록 조절하는 속도로 펌핑하였다. 체류 시간은, 혼합 피스들 간의 관형 반응기, 파이프워크(pipework) 및 피팅의 체적(첫 번째는 반응물을 혼합하여 반응을 개시하는 것이 고, 두 번째는 수산화나트륨의 첨가로 반응을 급냉시키는 것임)을 체적 유속으로 나눈 것으로 정의된다. 체적 유속은 국제증기표(International Steam Tables), 또한 미국 국립표준기술원(U.S. National Institute of Standards and Technology)에 의해 공개된 바대로, 혼합 조건에서의 물의 물성에 기초하였다.Deionized water alone was pumped through a preheater, mixed-piece, reactor, caustic mixer, cooler and back pressure regulator at a rate such that the final residence time through the reactor was 10 seconds. The residence time is the volume of tubular reactor, pipework and fittings between the mixing pieces (first to start the reaction by mixing the reactants and second to quench the reaction with the addition of sodium hydroxide). It is defined as divided by volume flow rate. Volumetric flow rates were based on the physical properties of the water under mixed conditions, as published by the International Steam Tables, and also by the U.S. National Institute of Standards and Technology.

반응기 압력을 220 bar로 조절하도록 배압 조절기를 설정하였다. 혼합 피스를 380℃로 조절하고, 반응기를 374℃로 조절하도록 가열기를 설정하였다.The back pressure regulator was set to adjust the reactor pressure to 220 bar. The mixing piece was adjusted to 380 ° C. and the heater was set to control the reactor to 374 ° C.

각 반응물을 따로 혼합 피스에 펌핑하였다. 메틸피리딘을 0.50% w/w의 농도로 반응기에 공급하였고, 산소를 3-메틸피리딘의 니코틴산으로의 산화에 필요한 화학양론적 속도보다 약간 큰 속도로 공급하였고, 촉매 용액을 혼합 피스에 공급하여, 반응기 내 1640 ppm의 Br 농도를 발생시켰다.Each reaction was pumped to the mixing pieces separately. Methylpyridine was fed to the reactor at a concentration of 0.50% w / w, oxygen was fed at a rate slightly above the stoichiometric rate required for oxidation of 3-methylpyridine to nicotinic acid, and the catalyst solution was fed to the mixing piece, A Br concentration of 1640 ppm was generated in the reactor.

안정한 설정점 조건에 도달한 후, 샘플을 15분 간격에 걸쳐 수집한 후, 이어서 분석하였다. 이 실험을 1.5시간 동안 행하였다. 결과는 약 30%의 전환율에서 니코틴산에 대한 양호한 선택도(약 95%)를 나타낸다. 1 내지 2%의 수율로 일부 3-피리딘 카르복스알데하이드를 검출하였다. 미반응 전구체는 반응 매질 중에 안정하였고, 반응 말기에 회수되었다.After reaching a stable set point condition, samples were collected over 15 minute intervals and then analyzed. This experiment was conducted for 1.5 hours. The results show good selectivity for nicotinic acid (about 95%) at a conversion of about 30%. Some 3-pyridine carboxaldehyde was detected in a yield of 1-2%. Unreacted precursor was stable in the reaction medium and recovered at the end of the reaction.

Claims (10)

초임계 조건 또는 초임계점 부근의 근초임계 조건 하에서 물을 포함한 수성 용매에서 촉매의 존재 하에 이종방향족 카르복실산의 전구체를 산화제와 접촉시키는 것을 포함하는 이종방향족 카르복실산의 제조 방법.A method of making a heteroaromatic carboxylic acid comprising contacting a precursor of a heteroaromatic carboxylic acid with an oxidizing agent in the presence of a catalyst in an aqueous solvent comprising water under supercritical conditions or near supercritical conditions near the supercritical point. 제1항에 있어서, 상기 접촉이 연속 유동 반응기 내에서 수행되는 방법.The method of claim 1 wherein said contacting is performed in a continuous flow reactor. 제2항에 있어서, 전구체의 접촉이 체류 시간이 2분 미만인 반응 구역 내에서 일어나는 방법.The method of claim 2, wherein the contacting of the precursor occurs in a reaction zone having a residence time of less than 2 minutes. 제3항에 있어서, 생성된 이종방향족 카르복실산 중 실질적으로 모두가 반응 중에 용액 내에서 유지되는 방법.The process of claim 3, wherein substantially all of the resulting heteroaromatic carboxylic acid is maintained in solution during the reaction. 제1항에 있어서, 이종방향족 카르복실산이 함질소 이종방향족 화합물인 방법.The method of claim 1 wherein the heteroaromatic carboxylic acid is a nitrogen-containing heteroaromatic compound. 제1항에 있어서, 이종방향족 카르복실산이 6-원 환을 포함하는 방법.The method of claim 1 wherein the heteroaromatic carboxylic acid comprises a six-membered ring. 제1항에 있어서, 이종방향족 카르복실산이 피리딘 환을 포함하는 방법.The method of claim 1 wherein the heteroaromatic carboxylic acid comprises a pyridine ring. 제1항에 있어서, 이종방향족 카르복실산이 니코틴산인 방법.The method of claim 1 wherein the heteroaromatic carboxylic acid is nicotinic acid. 제1항에 있어서, 이종방향족 카르복실산에 대한 전구체가 알킬피리딘인 방법.The method of claim 1 wherein the precursor to the heteroaromatic carboxylic acid is alkylpyridine. 제1항에 있어서, 이종방향족 카르복실산에 대한 전구체가 3-메틸피리딘인 방법.The method of claim 1 wherein the precursor to the heteroaromatic carboxylic acid is 3-methylpyridine.
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