KR20140044871A - Method for producing formamides and formic acid esters - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수소화 반응기에서 금을 포함하는 촉매의 존재 하에 0.2 내지 30MPa 범위의 압력 및 20 내지 200℃ 범위의 온도에서 이산화탄소, 수소, 및 하기 화학식 Ib의 알콜 또는 하기 화학식 Ic의 아민을 포함하는 반응 혼합물 (Rm)을 반응시킴으로써, 하기 화학식 Ia의 카르복실산 유도체를 제조하는 방법에 관한 것이다: H-(C=O)-R (Ia) (여기서, R은 OR1 및 NR2R3으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, R1은 비치환되거나 적어도 일치환된 C1-C15 알킬, C5-C10 시클로알킬, C5-C10 헤테로시클릴, C5-C10 아릴 또는 C5-C10 헤테로아릴이고, 여기서, 치환기는 C1-C15 알킬, C1-C6 알콕시, C5-C10 시클로알킬 및 C5-C10 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고; R2 및 R3은 각각, 서로 독립적으로, 수소, 비치환되거나 적어도 일치환된 C1-C15 알킬, C5-C10 시클로알킬, C5-C10 헤테로시클릴, C5-C10 아릴 또는 C5-C10 헤테로아릴이고, 여기서, 치환기는 C1-C15 알킬, C5-C10 시클로알킬 및 C5-C10 아릴로 이루어진 군으로부터 선택되거나, 또는 R2 및 R3은 질소 원자와 함께, O, S 및 N으로부터 선택된 1종 이상의 헤테로원자를 임의로 추가로 포함하며 치환기 R4를 갖는 5- 또는 6-원 고리를 형성하고, 여기서, R4는 수소 또는 C1-C6 알킬임); R1-OH (Ib) (여기서, R1은 상기 의미를 가짐); NHR2R3 (Ic) (여기서, R2 및 R3은 각각 독립적으로 상기 의미를 가짐).The present invention provides a reaction mixture comprising carbon dioxide, hydrogen, and an alcohol of formula (Ib) or an amine of formula (Ic) below at a pressure ranging from 0.2 to 30 MPa and a temperature ranging from 20 to 200 ° C. in the presence of a catalyst comprising gold in a hydrogenation reactor. By reacting (Rm) a carboxylic acid derivative of formula (Ia): H- (C = 0) -R (Ia), wherein R is OR 1 and NR 2 R 3 Wherein R 1 is unsubstituted or at least monosubstituted C 1 -C 15 alkyl, C 5 -C 10 cycloalkyl, C 5 -C 10 heterocyclyl, C 5 -C 10 aryl or C 5- C 10 heteroaryl, wherein the substituent is selected from the group consisting of C 1 -C 15 alkyl, C 1 -C 6 alkoxy, C 5 -C 10 cycloalkyl and C 5 -C 10 aryl; R 2 and R 3 They are each, independently of one another, hydrogen, unsubstituted or at least monosubstituted C 1 -C 15 alkyl, C 5 -C 10 cycloalkyl Kiel, a C 5 -C 10 heterocyclyl, C 5 -C 10 aryl or C 5 -C 10 heteroaryl, where the substituents are C 1 -C 15 alkyl, C 5 -C 10 cycloalkyl and C 5 -C Or is selected from the group consisting of 10 aryl, or R 2 and R 3 , together with the nitrogen atom, optionally further comprise one or more heteroatoms selected from O, S and N and have 5- or 6-membered substituents R 4 ; A ring, wherein R 4 is hydrogen or C 1 -C 6 alkyl; R 1 -OH (Ib), wherein R 1 has the above meaning; NHR 2 R 3 (Ic), wherein R 2 and R 3 each independently have the above meaning.
Description
본 발명은 이산화탄소 및 수소로부터 출발하여 포름아미드 및 포름산 에스테르, 즉 포름아미드 및 그의 N-치환된 유도체 및 또한 포름산 및 알콜의 에스테르를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing formamide and formic acid esters, ie formamide and its N -substituted derivatives and also esters of formic acid and alcohols, starting from carbon dioxide and hydrogen.
포름아미드 및 그의 N-치환된 유도체는 그의 극성으로 인해 중요한 선택적 용매 및 추출제이다. 이는, 예를 들어 C2 크래킹 분획으로부터의 아세틸렌의 및 지방족으로부터의 방향족의 C4 분획으로부터 부타디엔의 추출을 위해 사용된다.Formamide and its N-substituted derivatives are important selective solvents and extractants because of their polarity. It is used, for example, for the extraction of butadiene from the C 4 fraction of acetylene and from aliphatic from the C 2 cracking fraction.
포름산 에스테르, 예컨대 메틸 포르메이트 또는 에틸 포르메이트는 발포제 또는 향료로서 사용된다.Formic acid esters such as methyl formate or ethyl formate are used as blowing agents or perfumes.
포름아미드 및 그의 알킬 유도체 및 또한 포름산 에스테르를 제조하기 위한 모든 산업적 생산 방법은 지금까지 C1 빌딩 블록으로서 일산화탄소를 사용해왔다.All industrial production methods for producing formamide and its alkyl derivatives, and also formic acid esters, have so far used carbon monoxide as the C 1 building block.
포름아미드, N-알킬포름아미드 및 N,N-디알킬포름아미드는, 일산화탄소와 메탄올의 반응으로 수득될 수 있는 메틸 포르메이트와 암모니아, N-알킬아민 및 N,N-디알킬아민을 각각 반응시켜 제조된다. 여기서 유리된 메탄올은 일산화탄소 및 메탄올으로부터의 메틸 포르메이트의 합성으로 재순환될 수 있다. 포름산과 상응하는 알콜의 반응에 의해 물이 제거되면서 다른 포름산 에스테르가 수득된다.Formamide, N -alkylformamide and N , N -dialkylformamide react methyl amate, ammonia, N -alkylamine and N , N -dialkylamine with methyl formate, which can be obtained by the reaction of carbon monoxide and methanol, respectively. Are prepared. Methanol liberated here can be recycled to the synthesis of methyl formate from carbon monoxide and methanol. Other formic acid esters are obtained with the removal of water by reaction of the formic acid with the corresponding alcohol.
마찬가지로 산업에서 사용되는 다른 합성에서, 암모니아 또는 상기 아민이 20 내지 100℃ 및 2 내지 10MPa에서 메틸 포르메이트 대신 일산화탄소와 직접 반응한다. 반응은 촉매로서 알콕시드를 사용하여 용매로서 메탄올 중에서 수행된다 (문헌 [Hans-Juergen Arpe, Industrielle Organische Chemie, 6th edition, 2007, pages 48 to 49]).In other syntheses used in industry likewise, ammonia or the amine reacts directly with carbon monoxide instead of methyl formate at 20-100 ° C. and 2-10 MPa. The reaction is carried out in methanol as solvent using alkoxide as catalyst (Hans-Juergen Arpe, Industrielle Organische Chemie, 6th edition, 2007, pages 48 to 49).
일산화탄소는 비교적 값비싼 C1 빌딩 블록이다. 일산화탄소의 추가적 단점은 그의 독성이며, 이로 인해 엄격한 안전 예방수칙에 따라 작업해야 한다. 또한, 일산화탄소로부터 포름아미드의 제조시의 비교적 높은 압력에도 비용이 많이 든다.Carbon monoxide is a relatively expensive C 1 building block. A further disadvantage of carbon monoxide is its toxicity, which requires that you work in strict safety precautions. In addition, a relatively high pressure in the production of formamide from carbon monoxide is expensive.
따라서 일산화탄소를 저렴하고 비독성이며 대량으로 이용가능한 C1 빌딩 블록 이산화탄소로 대체하기 위한 여러 시도가 있었다 (예를 들어, 문헌 [Applied Homogeneous Catalysis with Organometallic Compounds, volume 2, pages 1058 to 1072, 1996, VCH Verlagsgesellschaft and W. Leitner, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1995, 34, pages 2207 to 2221]). 그러나, 이러한 연구들은 대부분은, 생성물로부터 분리해내고 수소화로 재순환시키기에 어려운 균질하게 용해된 촉매를 사용했다.Therefore, low carbon monoxide, and a non-toxic there are several attempts to replace a C 1 building blocks of carbon dioxide is available in large quantities (see, e.g., [Applied Homogeneous Catalysis with Organometallic Compounds,
보다 쉽게 분리해낼 수 있도록 균질 촉매를 지지체 물질 상에 고정시키기 위한 시도가 있었다. 이러한 공정은 문헌 [Y. Kayaki, Y. Shimokawatoko, T. Ikariya, Adv. Synth. Catal. 2003, 345, 175-179]에서 디메틸포름아미드에 있어서 기재되어 있다. 그러나, 이러한 개념에는, 제조하기 복잡한 특정 지지체 물질, 예를 들어 디포스핀-개질 폴리스티렌 또는 실리카 겔이 요구된다. 또 다른 단점은 각각의 재순환 단계에서 촉매 활성도가 유의하게 감소한다는 점이다. 이는 특히 완전히 고정되지 않은채 남아있는 균질 촉매에 기인할 수 있다. 경제적으로 매력적인 포름아미드의 제조는 상기 연구에 기재되어 있지 않다. Attempts have been made to immobilize the homogeneous catalyst on the support material to allow for easier separation. Such a process is described in [Y. Kayaki, Y. Shimokawatoko, T. Ikariya, Adv. Synth. Catal. 2003 , 345, 175-179, for dimethylformamide. However, this concept requires certain support materials, such as diphosphine-modified polystyrene or silica gel, that are complex to prepare. Another disadvantage is that the catalytic activity is significantly reduced at each recycle step. This may be due in particular to the homogeneous catalyst which remains completely unfixed. The production of economically attractive formamides is not described in this study.
불균질 수소화 촉매의 사용은 촉매의 간단한 분리 및 재사용을 가능하게 할 수 있다. US 4 269 998에는 디알킬포름아미드의 제조를 위한, 구리 크로마이트 촉매와 VIII족 화합물의 조합의 사용이 기재되어 있다. 단점은 이러한 공정으로 오로지 디알킬포름아미드 만이 수득될 수 있다는 점이다. 포름아미드 또는 포름산 에스테르의 제조는 기재되어 있지 않다. 부가적으로, VIII족 화합물은 일산화탄소에 민감하다. 그러나, 일산화탄소는 사용되는 수소 또는 이산화탄소 중에 불순물로서 종종 존재한다. 따라서, 고순도 수소 및 고순도 이산화탄소가 이러한 공정에 사용되어야 한다.The use of heterogeneous hydrogenation catalysts may allow for simple separation and reuse of the catalyst. US 4 269 998 describes the use of combinations of copper chromite catalysts with Group VIII compounds for the production of dialkylformamides. The disadvantage is that only dialkylformamide can be obtained with this process. The preparation of formamide or formic acid esters is not described. In addition, the group VIII compounds are sensitive to carbon monoxide. However, carbon monoxide is often present as an impurity in the hydrogen or carbon dioxide used. Therefore, high purity hydrogen and high purity carbon dioxide should be used in this process.
문헌 [J. Liu, G. Guo, Z. Zhang, T. Jiang, H. Liu, J. Song, H. Fan, B. Han, Chem. Commun. 2010, 46, 5770-5772]에는 디메틸포름아미드를 제조하기 위한, VIII족 화합물 없이, 산화구리/산화아연 촉매가 기재되어 있다. 이러한 공정의 단점은 마찬가지로 오로지 디메틸포름아미드 만이 수득될 수 있다는 점이다. 포름아미드 또는 포름산 에스테르의 제조는 기재되어 있지 않다. J. Liu, G. Guo, Z. Zhang, T. Jiang, H. Liu, J. Song, H. Fan, B. Han, Chem. Commun. 2010 , 46 , 5770-5772 describe copper oxide / zinc oxide catalysts, without Group VIII compounds, for preparing dimethylformamide. A disadvantage of this process is that only dimethylformamide can likewise be obtained. The preparation of formamide or formic acid esters is not described.
본 발명의 목적은 출발 물질 이산화탄소, 수소 및 아민 또는 알콜을 기초로 카르복실산 유도체, 특히 포름아미드 및 N-치환된 포름아미드 유도체 및 포름산 에스테르를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 이 방법은 바람직하게는 연속식으로 동작가능해야 한다. 카르복실산 유도체, 특히 포름아미드 및 N-치환된 포름아미드 유도체 및 포름산 에스테르의 제조는, 바람직하게는 하나의 반응 단계 (통합 공정)로 수행되어야 한다. 표적 생성물, 즉 포름아미드, N-치환된 포름아미드 유도체 및 포름산 에스테르는 높은 수율 및 선택도로 수득될 수 있어야 한다. 수소화 반응기로부터의 반응 산출물의 후처리 및 촉매의 제거는 기술적으로 간단하고, 적은 에너지가 요구되고, 바람직하게는 부가적 보조제 없이 공정 중 모든 경우에 존재하는 물질을 독점적으로 사용하여 수행되어야 한다.It is an object of the present invention to provide a process for preparing carboxylic acid derivatives, in particular formamide and N-substituted formamide derivatives and formic acid esters, based on the starting materials carbon dioxide, hydrogen and amines or alcohols. This method should preferably be operable continuously. The preparation of carboxylic acid derivatives, in particular formamide and N-substituted formamide derivatives and formic acid esters, should preferably be carried out in one reaction step (integration process). The target product, namely formamide, N-substituted formamide derivatives and formic acid esters should be obtainable with high yields and selectivity. Post-treatment of the reaction output from the hydrogenation reactor and removal of the catalyst are technically simple, require less energy, and preferably should be carried out exclusively using materials present in all cases of the process without additional auxiliaries.
이러한 목적은, 수소화 반응기에서 금을 포함하는 촉매의 존재 하에 0.2 내지 30MPa 범위의 압력 및 20 내지 200℃ 범위의 온도에서 이산화탄소, 수소, 및 하기 화학식 Ib의 알콜 또는 하기 화학식 Ic의 아민을 포함하는 반응 혼합물 (Rm)을 반응시킴으로써, 하기 화학식 Ia의 카르복실산 유도체를 제조하는 방법에 의해 달성된다.This object is achieved by a reaction comprising carbon dioxide, hydrogen, and an alcohol of the formula (Ib) or an amine of the formula (Ic) By reacting the mixture (Rm), it is achieved by a process for preparing carboxylic acid derivatives of the general formula (la).
<화학식 Ia><Formula Ia>
H-(C=O)-RH- (C = O) -R
(상기 식에서,(Wherein,
R은 OR1 및 NR2R3으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서, R is selected from the group consisting of OR 1 and NR 2 R 3 , wherein
R1은 비치환되거나 적어도 일치환된 C1-C15-알킬, C5-C10-시클로알킬, C5-C10-헤테로시클릴, C5-C10-아릴 또는 C5-C10-헤테로아릴이고,R 1 is unsubstituted or at least monosubstituted C 1 -C 15 -alkyl, C 5 -C 10 -cycloalkyl, C 5 -C 10 -heterocyclyl, C 5 -C 10 -aryl or C 5 -C 10 Heteroaryl,
여기서, 치환기는 C1-C15-알킬, C1-C6-알콕시, C5-C10-시클로알킬 및 C5-C10-아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고;Wherein the substituent is selected from the group consisting of C 1 -C 15 -alkyl, C 1 -C 6 -alkoxy, C 5 -C 10 -cycloalkyl and C 5 -C 10 -aryl;
R2 및 R3은 각각, 서로 독립적으로, 수소, 비치환되거나 적어도 일치환된 C1-C15-알킬, C5-C10-시클로알킬, C5-C10-헤테로시클릴, C5-C10-아릴 또는 C5-C10-헤테로아릴이고,R 2 and R 3 are each, independently of one another, hydrogen, unsubstituted or at least monosubstituted C 1 -C 15 -alkyl, C 5 -C 10 -cycloalkyl, C 5 -C 10 -heterocyclyl, C 5 -C 10 -aryl or C 5 -C 10 -heteroaryl,
여기서, 치환기는 C1-C15-알킬, C5-C10-시클로알킬 및 C5-C10-아릴로 이루어진 군으로부터 선택되거나, 또는Wherein the substituent is selected from the group consisting of C 1 -C 15 -alkyl, C 5 -C 10 -cycloalkyl and C 5 -C 10 -aryl, or
R2 및 R3은 질소 원자와 함께, O, S 및 N으로부터 선택된 1종 이상의 헤테로원자를 임의로 추가로 포함하며 치환기 R4를 갖는 5- 또는 6-원 고리를 형성하고, 여기서R 2 and R 3 optionally together with a nitrogen atom, optionally further comprise one or more heteroatoms selected from O, S and N and have a substituent R 4 Forms a 5- or 6-membered ring, wherein
R4는 수소 또는 C1-C6-알킬임)R 4 is hydrogen or C 1 -C 6 -alkyl
<화학식 Ib>(Ib)
R1-OH R 1 -OH
(상기 식에서, R1은 상기 의미를 가짐) Wherein R 1 has the meaning
<화학식 Ic><Formula I>
NHR2R3 NHR 2 R 3
(상기 식에서, R2 및 R3은 각각 독립적으로 상기 의미를 가짐).(Wherein R 2 and R 3 each independently have the above meaning).
본 발명의 방법은 C1 빌딩 블록으로서 비교적 값비싼 일산화탄소 대신 저렴한 이산화탄소의 사용을 가능하게 한다. 부가적으로, 본 발명의 방법은 촉매의 간단한 제거, 우수한 생성물 수율 및 생성물 혼합물의 간단한 후처리를 가능하게 한다.The method of the present invention allows the use of inexpensive carbon dioxide instead of the relatively expensive carbon monoxide as the C 1 building block. In addition, the process of the present invention allows for simple removal of the catalyst, good product yield and simple work up of the product mixture.
본 발명의 방법에서, 이산화탄소, 수소, 알콜 (Ib) 또는 아민 (Ic)을 포함하는 반응 혼합물 (Rm)을 반응시킨다. 알콜 (Ia)을 포함하는 반응 혼합물 (Rm)이 사용되는 경우, 반응식 II에 따라 포름산 에스테르 (Ia1)가 카르복실산 유도체 (Ia)로서 형성되고, 여기서 R1의 상기 정의가 포름산 에스테르 (Ia1)에 유사하게 적용된다. 다시 말해서, 1mol의 포름산 에스테르 (Ia1) 및 1mol의 반응의 물이 1mol의 이산화탄소, 1mol의 수소 및 1mol의 알콜 (Ib)로부터 형성된다. In the process of the invention, the reaction mixture (Rm) comprising carbon dioxide, hydrogen, alcohol (Ib) or amine (Ic) is reacted. When the reaction mixture (Rm), including alcohol (Ia) is used, a formic ester (Ia1) according to Reaction Scheme II is formed as a carboxylic acid derivative (Ia), wherein R 1 of The above definition applies similarly to formic acid ester (Ia1). In other words, 1 mol of formic acid ester (Ia1) and 1 mol of water of reaction are formed from 1 mol of carbon dioxide, 1 mol of hydrogen and 1 mol of alcohol (Ib).
아민 (Ia)을 포함하는 반응 혼합물 (Rm)이 사용되는 경우, 반응식 III에 따라 포름아미드 화합물 (Ia2)이 카르복실산 유도체 (Ia)로서 형성되고, 여기서 R2 및 R3의 상기 정의가 포름아미드 화합물 (Ia2)에 유사하게 적용된다. 다시 말해서, 1mol의 포름아미드 화합물 (Ia2) 및 1mol의 반응의 물이 1mol의 이산화탄소, 1mol의 수소 및 1mol의 아민 (Ic)으로부터 형성된다.When a reaction mixture (Rm) comprising an amine (Ia) is used, formamide compound (Ia2) is formed as carboxylic acid derivative (Ia) according to Scheme III, wherein the above definitions of R 2 and R 3 form Similarly applies to amide compounds (Ia2). In other words, 1 mol of formamide compound (Ia2) and 1 mol of reaction water are formed from 1 mol of carbon dioxide, 1 mol of hydrogen and 1 mol of amine (Ic).
바람직한 실시양태에서, In a preferred embodiment,
R1이 비치환되거나 적어도 일치환된 C1-C8-알킬이고,R 1 is unsubstituted or at least monosubstituted C 1 -C 8 -alkyl,
여기서, 치환기는 C1-C6-알킬 및 C1-C6-알콕시로 이루어진 군으로부터 선택된 것인Wherein the substituent is selected from the group consisting of C 1 -C 6 -alkyl and C 1 -C 6 -alkoxy
알콜 R1-OH (Ib)이 포름산 에스테르 (Ia1)의 제조에 사용된다.Alcohol R 1 -OH (Ib) is used for the preparation of formic acid ester (Ia1).
여기서, 하기 화학식 Ia1의 상응하는 포름산 에스테르가 수득된다.Here, the corresponding formic acid ester of the general formula (la) is obtained.
<화학식 Ia1><Formula Ia1>
H(C=O)-OR1 H (C = O) -OR 1
상기 식에서,Where
R1은 비치환되거나 적어도 일치환된 C1-C8-알킬이고,R 1 is unsubstituted or at least monosubstituted C 1 -C 8 -alkyl,
여기서, 치환기는 C1-C6-알킬 및 C1-C6-알콕시로 이루어진 군으로부터 선택된다.Wherein the substituent is selected from the group consisting of C 1 -C 6 -alkyl and C 1 -C 6 -alkoxy.
본 발명의 목적상, 용어 C1-C15-알킬은 분지형, 비분지형, 포화 및 불포화 기를 지칭한다. 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 포화 알킬 기 (C1-C6-알킬)가 바람직하다. 1 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 포화 알킬 기 (C1-C4-알킬)가 더 바람직하다.For the purposes of the present invention, the term C 1 -C 15 -alkyl refers to branched, unbranched, saturated and unsaturated groups. Preference is given to saturated alkyl groups (C 1 -C 6 -alkyl) having 1 to 6 carbon atoms. More preferred are saturated alkyl groups (C 1 -C 4 -alkyl) having 1 to 4 carbon atoms.
포화 알킬 기의 예는 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, 아밀 및 헥실이다.Examples of saturated alkyl groups are methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, amyl and hexyl.
불포화 알킬 기 (알케닐, 알키닐)의 예는 비닐, 알릴, 부테닐, 에티닐 및 프로피닐이다.Examples of unsaturated alkyl groups (alkenyl, alkynyl) are vinyl, allyl, butenyl, ethynyl and propynyl.
C1-C15-알킬 기는 비치환되거나, C1-C15-알킬, C1-C6-알콕시, C5-C10-시클로알킬, C5-C10-아릴로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 치환기로 치환될 수 있다.C 1 -C 15 -alkyl group is unsubstituted or selected from the group consisting of C 1 -C 15 -alkyl, C 1 -C 6 -alkoxy, C 5 -C 10 -cycloalkyl, C 5 -C 10 -aryl It may be substituted with more than one substituent.
본 발명의 목적상, 용어 C5-C10-시클로알킬은 포화, 불포화 모노시클릭 및 폴리시클릭 기를 지칭한다. C5-C10-시클로알킬의 예는 시클로펜틸, 시클로헥실 및 시클로헵틸이다. 시클로알킬 기는 비치환되거나 C1-C15-알킬 기에 있어서 상기 정의된 바와 같은 1종 이상의 치환기로 치환될 수 있다.For the purposes of the present invention, the term C 5 -C 10 -cycloalkyl refers to saturated, unsaturated monocyclic and polycyclic groups. Examples of C 5 -C 10 -cycloalkyl are cyclopentyl, cyclohexyl and cycloheptyl. The cycloalkyl group can be unsubstituted or substituted with one or more substituents as defined above for the C 1 -C 15 -alkyl group.
본 발명의 목적상, C5-C10-아릴은 5 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 방향족 고리 시스템이다. 방향족 고리 시스템은 모노시클릭 또는 비시클릭일 수 있다. 아릴 기의 예는 페닐, 나프틸, 예컨대 1-나프틸 및 2-나프틸이다. 아릴 기는 비치환되거나 C1-C15-알킬 기에 있어서 상기 정의된 바와 같은 1종 이상의 치환기로 치환될 수 있다.For the purposes of the present invention, C 5 -C 10 -aryl is an aromatic ring system having 5 to 10 carbon atoms. Aromatic ring systems can be monocyclic or bicyclic. Examples of aryl groups are phenyl, naphthyl such as 1-naphthyl and 2-naphthyl. The aryl group may be unsubstituted or substituted with one or more substituents as defined above for the C 1 -C 15 -alkyl group.
본 발명의 목적상, C5-C10-헤테로아릴은 N, O 및 S로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 헤테로원자를 포함하는 헤테로방향족 시스템이다. 헤테로아릴 기는 모노시클릭 또는 비시클릭일 수 있다. 질소가 고리 원자일 경우, 본 발명은 또한 질소-포함 헤테로아릴의 N-옥시드를 포함한다. 헤테로아릴의 예는 티에닐, 벤조티에닐, 1-나프토티에닐, 티안트레닐, 푸릴, 벤조푸릴, 피롤릴, 이미다졸릴, 피라졸릴, 피리딜, 피라지닐, 피리미디닐, 피리다지닐, 인돌릴, 이소인돌릴, 인다졸릴, 퓨리닐, 이소퀴놀리닐, 퀴놀리닐, 아크리디닐, 나프티리디닐, 퀴녹살리닐, 퀴나졸리닐, 신놀리닐, 피페리디닐, 카르볼리닐, 티아졸릴, 옥사졸릴, 이소티아졸릴, 이속사졸릴이다. 헤테로아릴 기는 비치환되거나 C1-C15-알킬 기에 있어서 상기 정의된 바와 같은 1종 이상의 치환기로 치환될 수 있다.For the purposes of the present invention, C 5 -C 10 -heteroaryl is a heteroaromatic system comprising one or more heteroatoms selected from the group consisting of N, O and S. Heteroaryl groups can be monocyclic or bicyclic. When nitrogen is a ring atom, the invention also includes N-oxides of nitrogen-containing heteroaryls. Examples of heteroaryl are thienyl, benzothienyl, 1-naphthothienyl, thianthrenyl, furyl, benzofuryl, pyrrolyl, imidazolyl, pyrazolyl, pyridyl, pyrazinyl, pyrimidinyl, pyrida Genyl, Indolyl, Isoindoleyl, Indazolyl, Purinyl, Isoquinolinyl, Quinolinyl, Acridinyl, Naphthyridinyl, Quinoxalinyl, Quinazolinyl, Cinolinyl, Piperidinyl, Carboly Nil, thiazolyl, oxazolyl, isothiazolyl, isoxazolyl. Heteroaryl groups may be unsubstituted or substituted with one or more substituents as defined above for C 1 -C 15 -alkyl groups.
본 발명의 목적상, 용어 C5-C10-헤테로시클릴은 N, O 및 S로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 헤테로원자를 포함하는 5- 내지 10-원 고리 시스템을 지칭한다. 고리 시스템은 모노시클릭 또는 비시클릭일 수 있다. 적합한 헤테로시클릭 고리 시스템의 예는 피페리디닐, 피롤리디닐, 피롤리닐, 피라졸리닐, 피라졸리디닐, 모르폴리닐, 티오모르폴리닐, 피라닐, 티오피라닐, 피페라지닐, 인돌리닐, 디히드로푸라닐, 테트라히드로푸라닐, 디히드로티오페닐, 테트라히드로티오페닐, 디히드로피라닐 및 테트라히드로피라닐이다.For the purposes of the present invention, the term C 5 -C 10 -heterocyclyl refers to a 5- to 10-membered ring system comprising at least one heteroatom selected from the group consisting of N, O and S. The ring system can be monocyclic or bicyclic. Examples of suitable heterocyclic ring systems include piperidinyl, pyrrolidinyl, pyrrolinyl, pyrazolinyl, pyrazolidinyl, morpholinyl, thiomorpholinyl, pyranyl, thiopyranyl, piperazinyl, indole Linyl, dihydrofuranyl, tetrahydrofuranyl, dihydrothiophenyl, tetrahydrothiophenyl, dihydropyranyl and tetrahydropyranyl.
본 발명의 목적상, 용어 C1-C6-알콕시는 C1-C6-알킬-O-라디칼을 지칭한다. 알콕시기의 알킬 부분의 예로서, 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, n-부틸, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, 아밀 및 헥실을 언급할 수 있다.For the purposes of the present invention, the term C 1 -C 6 -alkoxy refers to C 1 -C 6 -alkyl-O-radicals. As examples of the alkyl portion of the alkoxy group, mention may be made of methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, isobutyl, sec-butyl, tert-butyl, amyl and hexyl.
메탄올, 에탄올, 2-메톡시에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 1-부탄올, 2-부탄올, 2-메틸-1-프로판올, 1-펜탄올, 1-헥산올, 1-헵탄올 및 1-옥탄올로 이루어진 군으로부터 선택된 알콜을 알콜 (Ib)로서 사용하는 것이 특히 바람직하다. 이렇게 함으로써, 메틸 포르메이트, 에틸 포르메이트, 2-메톡시에틸 포르메이트, 1-프로필 포르메이트, 2-프로필 포르메이트, 1-부틸 포르메이트, 2-부틸 포르메이트, 2-메틸-1-프로필 포르메이트, 1-펜틸 포르메이트, 1-헥실 포르메이트, 1-헵틸 포르메이트, 1-옥틸 포르메이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 상응하는 포름산 에스테르 (Ia1)가 수득될 수 있다.Methanol, ethanol, 2-methoxyethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol, 1-pentanol, 1-hexanol, 1-heptanol and 1 Particular preference is given to using alcohols selected from the group consisting of octanol as alcohol (lb). By doing so, methyl formate, ethyl formate, 2-methoxyethyl formate, 1-propyl formate, 2-propyl formate, 1-butyl formate, 2-butyl formate, 2-methyl-1-propyl Corresponding formic acid esters (Ia1) selected from the group consisting of formate, 1-pentyl formate, 1-hexyl formate, 1-heptyl formate, 1-octyl formate can be obtained.
추가의 바람직한 실시양태에서, 메탄올이 알콜 (Ib)로서 사용되고, 메틸 포르메이트가 포름산 에스테르 (Ia1)로서 수득된다.In a further preferred embodiment, methanol is used as alcohol (Ib) and methyl formate is obtained as formic acid ester (Ia1).
본 발명의 목적상, 용어 "포름아미드 화합물 (Ia2)"은 포름아미드 (H-(C=O)-NH2) 자체 및 N-치환된 포름아미드 유도체를 둘 다 포함한다. 바람직한 실시양태에서, 암모니아, 메틸아민, 디메틸아민, 에틸아민, 디에틸아민, n-프로필아민, 디-n-프로필아민, 이소프로필아민, 디이소프로필아민, n-부틸아민, 디-n-부틸아민, 이소부틸아민, 디이소부틸아민, 모르폴린, 피페리딘 및 피페라진으로 이루어진 군으로부터 선택된 아민이 포름아미드 화합물 (Ia2)의 제조에 있어서 아민 (Ic)으로 사용된다. 이렇게 함으로써, 포름아미드, 메틸포름아미드, 디메틸포름아미드, 에틸포름아미드, 디에틸포름아미드, n-프로필포름아미드, 디-n-프로필포름아미드, 이소프로필포름아미드, 디이소프로필포름아미드, n-부틸포름아미드, 디-n-부틸포름아미드, 이소부틸포름아미드, 디이소부틸포름아미드, N-포르밀모르폴린, N-포르밀피페리딘 및 N-포르밀피페라진으로 이루어진 군으로부터 선택되는 상응하는 포름아미드 화합물 (Ia2)을 수득할 수 있다.For the purposes of the present invention, the term "formamide compound (Ia2)" includes both formamide (H- (C = 0) -NH 2 ) itself and N-substituted formamide derivatives. In a preferred embodiment, ammonia, methylamine, dimethylamine, ethylamine, diethylamine, n-propylamine, di-n-propylamine, isopropylamine, diisopropylamine, n-butylamine, di-n- An amine selected from the group consisting of butylamine, isobutylamine, diisobutylamine, morpholine, piperidine and piperazine is used as amine (Ic) in the preparation of formamide compound (Ia2). By doing so, formamide, methylformamide, dimethylformamide, ethylformamide, diethylformamide, n-propylformamide, di-n-propylformamide, isopropylformamide, diisopropylformamide, n- Butylformamide, di-n-butylformamide, isobutylformamide, diisobutylformamide, N-formylmorpholine, N-formylpiperidine and N-formylpiperazine A formamide compound (Ia2) can be obtained.
추가의 바람직한 실시양태에서, 암모니아, 메틸아민 및 디메틸아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 아민이 아민 (Ic)으로서 사용된다. 이렇게 함으로써, 포름아미드, 메틸포름아미드, 디메틸포름아미드로 이루어진 군으로부터 선택되는 상응하는 포름아미드 화합물 (Ia2)을 수득할 수 있다.In a further preferred embodiment, an amine selected from the group consisting of ammonia, methylamine and dimethylamine is used as the amine (Ic). In this way, a corresponding formamide compound (Ia2) selected from the group consisting of formamide, methylformamide, dimethylformamide can be obtained.
특히 바람직한 실시양태에서, 암모니아가 아민 (Ic)으로서 사용되고, 포름아미드가 포름아미드 화합물 (Ia2)로서 수득된다.In a particularly preferred embodiment, ammonia is used as amine (Ic) and formamide is obtained as formamide compound (Ia2).
추가의 특히 바람직한 실시양태에서, 모르폴린이 아민 (Ic)으로서 사용되고, 포르밀모르폴린이 포름아미드 화합물 (Ia2)로서 수득된다.In a further particularly preferred embodiment, morpholine is used as amine (Ic) and formylmorpholine is obtained as formamide compound (Ia2).
수소화 반응기로서, 주어진 온도 및 주어진 압력에서 불균질 촉매된 기체/액체 반응에 기본적으로 적합한 모든 반응기가 원리적으로 사용 가능하다. 기체-액체 반응 시스템에 적합한 표준 반응기는, 예를 들어 문헌 [K.D. Henkel, "Reactor Types and Their Industrial Applications"] 및 문헌 [Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2005, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, DOI: 10.1002/14356007.b04_087]에 기재되어 있다. 언급할 수 있는 예는 교반 탱크 반응기, 튜브 반응기, 쉘-앤-튜브 반응기 및 고정층 반응기이다. As hydrogenation reactors, all reactors which are basically suitable for heterogeneously catalyzed gas / liquid reactions at given temperatures and given pressures can in principle be used. Standard reactors suitable for gas-liquid reaction systems are described, for example, in K.D. Henkel, "Reactor Types and Their Industrial Applications" and Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2005, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, DOI: 10.1002 / 14356007.b04_087. Examples that may be mentioned are stirred tank reactors, tube reactors, shell-and-tube reactors and fixed bed reactors.
본 발명의 방법에서 사용되는 아민 (Ic) 또는 알콜 (Ib)은 수소화 반응기 내로 액체 또는 기체 형태로 공급된다. 이산화탄소에 대한 본 발명의 방법에서 사용되는 알콜 (Ib) 또는 아민 (Ic)의 몰비는 일반적으로 0.01 내지 30, 바람직하게는 0.2 내지 5이다.The amines (Ic) or alcohols (Ib) used in the process of the invention are fed into the hydrogenation reactor in liquid or gaseous form. The molar ratio of alcohol (Ib) or amine (Ic) used in the process of the invention relative to carbon dioxide is generally from 0.01 to 30, preferably from 0.2 to 5.
수소화 반응기에서 이산화탄소와 수소의 반응에 사용되는 이산화탄소는 고체, 액체 또는 기체 형태로 사용될 수 있다. 이산화탄소를 포함하는 산업적으로 입수가능한 기체 혼합물을 사용할 수 있다. 수소 및 이산화탄소는 또한 질소 또는 희기체와 같은 다른 불활성 기체도 포함할 수 있다. 놀랍게도 본 발명의 방법에 사용되는 금 촉매가 수소화 촉매의 피독을 종종 야기하는 일산화탄소에 허용성임을 확인했다. 수소화 반응기 내 반응에 사용되는 수소 및 이산화탄소는 따라서 또한 일산화탄소를 불순물로서 포함할 수 있다. 수소화 반응기에 공급되는 기체 스트림 중 일산화탄소 함량은, 수소화 반응기 내 이산화탄소 및 수소의 총량을 기준으로 유리하게는 20mol% 미만이다. 보다 많은 양이 임의로 마찬가지로 여전히 허용가능하지만, 이에는 일반적으로 반응기 내의 보다 높은 압력의 사용이 요구되고 이는 보다 큰 압축 에너지를 필요로하게 만든다. The carbon dioxide used for the reaction of carbon dioxide and hydrogen in the hydrogenation reactor may be used in solid, liquid or gaseous form. Industrially available gas mixtures comprising carbon dioxide can be used. Hydrogen and carbon dioxide may also include other inert gases such as nitrogen or rare gases. It has surprisingly been found that the gold catalyst used in the process of the present invention is tolerant to carbon monoxide which often causes poisoning of the hydrogenation catalyst. The hydrogen and carbon dioxide used for the reaction in the hydrogenation reactor may thus also include carbon monoxide as impurities. The carbon monoxide content in the gas stream fed to the hydrogenation reactor is advantageously less than 20 mol%, based on the total amount of carbon dioxide and hydrogen in the hydrogenation reactor. While higher amounts are optionally likewise still acceptable, this generally requires the use of higher pressures in the reactor, which leads to the need for greater compressive energy.
이산화탄소의 수소화는 액상에서 바람직하게는 20 내지 200℃의 온도 및 0.2 내지 30MPa abs의 총 압력에서 수행되며, 총 압력은 바람직하게는 1MPa abs 이상. 특히 바람직하게는 5MPa abs 이상, 또한 바람직하게는 15MPa abs 이하이다. 온도는 바람직하게는 30℃ 이상, 특히 바람직하게는 100℃ 이상, 또한 바람직하게는 180℃ 이하, 특히 바람직하게는 170℃ 이하, 매우 특히 바람직하게는 160℃ 이하이다. The hydrogenation of carbon dioxide is carried out in the liquid phase preferably at a temperature of 20 to 200 ° C. and a total pressure of 0.2 to 30 MPa abs, and the total pressure is preferably at least 1 MPa abs. Especially preferably, it is 5 Mpa abs or more, More preferably, it is 15 Mpa abs or less. The temperature is preferably at least 30 ° C, particularly preferably at least 100 ° C, further preferably at most 180 ° C, particularly preferably at most 170 ° C, very particularly preferably at most 160 ° C.
이산화탄소의 부분압은 일반적으로 0.5MPa 이상, 바람직하게는 2MPa 이상 및 또한 일반적으로 8MPa 이하이다. 수소의 부분압은 0.5MPa 이상, 바람직하게는 1MPa 이상, 또한 일반적으로 25MPa 이하, 바람직하게는 15MPa 이하이다.The partial pressure of carbon dioxide is generally at least 0.5 MPa, preferably at least 2 MPa and also generally at most 8 MPa. The partial pressure of hydrogen is 0.5 MPa or more, preferably 1 MPa or more, and generally 25 MPa or less, preferably 15 MPa or less.
수소화 반응기로의 공급물에서 이산화탄소에 대한 수소의 몰비는 바람직하게는 0.1 내지 10, 특히 바람직하게는 1 내지 3이다.The molar ratio of hydrogen to carbon dioxide in the feed to the hydrogenation reactor is preferably 0.1 to 10, particularly preferably 1 to 3.
수소화 반응기로의 공급물에서 아민 (Ic) 또는 알콜 (Ib)에 대한 이산화탄소의 몰비는 일반적으로 0.01 내지 30, 바람직하게는 0.2 내지 5이다.The molar ratio of carbon dioxide to amine (Ic) or alcohol (Ib) in the feed to the hydrogenation reactor is generally from 0.01 to 30, preferably from 0.2 to 5.
본 발명의 방법에서 사용되는 촉매는 금을 포함하는 촉매적 활성 금속 성분을 포함한다. 불균질 촉매를 사용하는 것이 바람직하다. 금은 바람직하게는 금속성 형태로, 즉 산화 상태 (0)로 존재한다. 촉매의 금속 성분은 금 뿐만 아니라 또한 1종 이상의 추가적 금속, 예를 들어 Pd, Pt, Ag 및 Cu로 이루어진 군으로부터 선택된 귀금속을 합금 형태로 포함할 수 있다. 금속 성분은 금속 촉진제를 추가로 포함할 수 있다. 금속 성분으로서 금을 순수한 형태로, 즉 각 경우에 금속 성분의 총 중량을 기준으로 50중량% 이상, 바람직하게는 70중량% 이상, 특히 90중량%의 금의 금을 포함하는 금속 성분을 사용하는 것이 바람직하다.The catalyst used in the process of the invention comprises a catalytically active metal component comprising gold. Preference is given to using heterogeneous catalysts. Gold is preferably present in metallic form, ie in oxidation state (0). The metal component of the catalyst may comprise not only gold but also one or more additional metals, for example precious metals selected from the group consisting of Pd, Pt, Ag and Cu in alloy form. The metal component may further comprise a metal promoter. As metal components gold is used in pure form, ie in each case a metal component comprising at least 50% by weight, preferably at least 70% by weight, in particular 90% by weight of gold, based on the total weight of the metal component It is preferable.
촉매의 금속 성분은 바람직하게는 나노입자 형태로 사용된다. 평균 입자 직경 (D50)은 통상적으로 0.1 내지 50nm 범위이다.The metal component of the catalyst is preferably used in the form of nanoparticles. The average particle diameter (D 50 ) is usually in the range of 0.1 to 50 nm.
촉매의 금속 성분은 그대로 사용할 수 있다. 이 경우 금속 성분 자체가 실제 촉매를 형성하며, 즉 촉매의 금속 성분은 비지지된 형태로 사용된다. The metal component of the catalyst can be used as it is. In this case the metal component itself forms the actual catalyst, ie the metal component of the catalyst is used in unsupported form.
적합한 불균질 촉매는, 예를 들어 금 자체, 즉 순수한 형태이거나, 지지체 물질 상의 금 (지지된 금)이다. 금 자체의 경우에서, "골드 블랙", 즉 콜로이드성으로 침착된 원소 금을 사용하는 것이 바람직하다.Suitable heterogeneous catalysts are, for example, gold itself, ie in pure form, or gold on the support material (supported gold). In the case of gold itself, preference is given to using "gold black", ie colloidally deposited elemental gold.
금속 성분 및 지지체 물질을 포함하는 촉매 (지지된 촉매)를 사용하는 것이 또한 가능하다. 이 경우 금속 성분이 지지체 물질의 표면 상에 고정된다. 지지된 금 나노입자를 마찬가지로 사용할 수 있다. It is also possible to use a catalyst (supported catalyst) comprising a metal component and a support material. In this case the metal component is fixed on the surface of the support material. Supported gold nanoparticles can likewise be used.
지지체 상의 금 합금, 예컨대 Au-M (여기서, M은 귀금속, 예컨대 Pd 또는 Pt 또는 달리 또 다른 금속, 예컨대 Ag 또는 Cu임)을 촉매로서 사용하는 것이 또한 가능하다. 여러 금속 촉진제가 또한 동일한 촉매에 존재할 수 있다. It is also possible to use gold alloys on the support, such as Au-M, where M is a noble metal such as Pd or Pt or else another metal such as Ag or Cu as catalyst. Several metal promoters may also be present in the same catalyst.
본 발명의 방법에서 지지된 금 촉매를 사용하는 것이 바람직하다. 지지체로서 매우 다양한 물질, 예컨대 무기 산화물, 흑연, 중합체 또는 금속을 사용하는 것이 가능하다. 무기 산화물의 경우 이산화규소, 산화마그네슘, 산화지르코늄 및/또는 산화티타늄이 바람직하다. 산화마그네슘, 산화알루미늄, 산화규소, 산화갈륨, 산화지르코늄, 산화세륨 및/또는 산화티타늄이 지지체 물질로서 특히 바람직하다. 다양한 무기 산화물의 혼합물을 사용하는 것이 또한 가능하다. 불균질 촉매는 다양한 기하학적 모양 및 크기, 예를 들어 펠릿, 실린더, 중공 실린더, 구, 로드(rod) 또는 압출물로 사용할 수 있다. 평균 입자 직경은 통상적으로 1 내지 10mm 범위이다. 지지체로서 금속 또는 중합체의 경우, 메쉬, 직조 메쉬 와이어 또는 편직물을 또한 사용할 수 있다. Preference is given to using supported gold catalysts in the process of the invention. As support it is possible to use a wide variety of materials, such as inorganic oxides, graphite, polymers or metals. For inorganic oxides, silicon dioxide, magnesium oxide, zirconium oxide and / or titanium oxide are preferred. Magnesium oxide, aluminum oxide, silicon oxide, gallium oxide, zirconium oxide, cerium oxide and / or titanium oxide are particularly preferred as support materials. It is also possible to use mixtures of various inorganic oxides. Heterogeneous catalysts can be used in a variety of geometric shapes and sizes, for example pellets, cylinders, hollow cylinders, spheres, rods or extrudates. The average particle diameter is typically in the range of 1 to 10 mm. In the case of metals or polymers as supports, meshes, woven mesh wires or knitted fabrics can also be used.
지지된 촉매의 경우, 불균질 촉매는 사용된 지지된 촉매의 총 질량을 기준으로 일반적으로 0.01 내지 50중량%, 바람직하게는 0.1 내지 20중량%, 특히 바람직하게는 0.1 내지 5중량%의 금을 포함한다. 지지되지 않은 촉매의 경우, 금 함량은 사용된 촉매의 총량을 기준으로 일반적으로 0.01 내지 100중량% 범위이다.In the case of supported catalysts, heterogeneous catalysts generally contain from 0.01 to 50% by weight, preferably from 0.1 to 20% by weight, particularly preferably from 0.1 to 5% by weight, based on the total mass of the supported catalyst used. Include. For unsupported catalysts, the gold content is generally in the range of 0.01 to 100% by weight, based on the total amount of catalyst used.
적합한 금 촉매는 상업적으로 입수가능하거나 금 화합물의 용액으로 지지체 물질을 처리하는, 또는 공침전과 후속 건조, 열 처리 및/또는 소성시키는 공지된 방법으로 수득할 수 있다. Suitable gold catalysts are commercially available or can be obtained by known methods of treating the support material with a solution of the gold compound or by coprecipitation and subsequent drying, heat treatment and / or calcining.
금-포함 촉매가 지지되는지의 여부에 관계 없이 그리고 추가적 금속이 (예를 들어, 금 합금의 형태로) 포함되는지에 관계 없이, 금 촉매는 일반적으로 X-선 회절로 측정시 0.1 내지 50nm의 직경을 갖는 금 입자를 포함한다. 부가적으로, 0.1nm 미만의 직경을 갖는 입자, 또는 달리 50nm 초과의 입자가 또한 존재할 수 있다. Regardless of whether a gold-comprising catalyst is supported and whether additional metals are included (eg in the form of a gold alloy), gold catalysts are generally 0.1-50 nm in diameter as measured by X-ray diffraction. It includes gold particles having a. In addition, particles having a diameter of less than 0.1 nm, or alternatively more than 50 nm, may also be present.
또한, 금-포함 촉매가 지지되는지의 여부에 관계 없이 그리고 추가적 금속이 (예를 들어, 금 합금의 형태로) 포함되는지에 관계 없이, 불균질 촉매는 1m2/g 내지 1000m2/g 범위의 BET 표면적을 갖는다 (DIN ISO 9277에 따라 BET 표면적을 측정함). 불균질 촉매의 BET 표면적은 바람직하게는 10m2/g 내지 500m2/g 범위이다.In addition, regardless of whether a gold-comprising catalyst is supported and whether additional metals are included (eg in the form of a gold alloy), the heterogeneous catalyst may range from 1 m 2 / g to 1000 m 2 / g. Have a BET surface area (measure BET surface area according to DIN ISO 9277). The BET surface area of the heterogeneous catalyst is preferably in the range of 10 m 2 / g to 500 m 2 / g.
수소화 반응기 중 불균질 촉매의 부피는 일반적으로 수소화 반응기의 반응 부피의 0.1 내지 95% 범위이며, 여기서 촉매 부피는 촉매 질량을 촉매의 벌크 밀도로 나누어 구한다.The volume of heterogeneous catalyst in the hydrogenation reactor generally ranges from 0.1 to 95% of the reaction volume of the hydrogenation reactor, where the catalyst volume is obtained by dividing the catalyst mass by the bulk density of the catalyst.
본 발명의 공정에서, 반응 혼합물 (Rm)은 부가적으로 극성 용매를 포함할 수 있다. 이는 특히 반응식 III에 따라 아민 (Ic)이 이산화탄소 및 수소와 반응하여 포름아미드 화합물 (Ia2)을 형성하는 경우 유리하다. 아민 (Ic), 예를 들어 암모니아는 이산화탄소와 함께 염을 형성할 수 있다. 극성 용매의 사용은 반응 혼합물 (Rm) 중 이러한 염의 용해도를 개선시킬 수 있다. In the process of the invention, the reaction mixture (Rm) may additionally comprise a polar solvent. This is particularly advantageous when the amine (Ic) reacts with carbon dioxide and hydrogen to form formamide compound (Ia2) according to Scheme III. Amines (Ic), for example ammonia, may form salts with carbon dioxide. The use of polar solvents can improve the solubility of these salts in the reaction mixture (Rm).
본 발명의 방법에서, 반응 혼합물 (Rm)은 극성 용매 또는 2종 이상의 극성 용매의 혼합물을 포함할 수 있다. 극성 용매로서 적합한 계열의 물질로서 알콜 및 디올 및 이의 포름산 에스테르, 포름아미드, 예컨대 포름아미드, 메틸포름아미드 또는 디메틸포름아미드 또는 물이 바람직하다. In the process of the invention, the reaction mixture (Rm) may comprise a polar solvent or a mixture of two or more polar solvents. Preference is given to alcohols and diols and their formic acid esters, formamides such as formamide, methylformamide or dimethylformamide or water as materials which are suitable as polar solvents.
적합한 알콜은, 예를 들어 메탄올, 에탄올, 2-메톡시에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 1-부탄올, 2-부탄올 및 2-메틸-1-프로판올이다. Suitable alcohols are, for example, methanol, ethanol, 2-methoxyethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol and 2-methyl-1-propanol.
극성 용매로서 적합한 계열의 물질로서 디올 및 이의 포름산 에스테르, 폴리올 및 이의 포름산 에스테르, 술폰, 술폭시드, 열린 사슬 또는 시클릭 아미드 및 언급된 계열의 물질의 혼합물이 바람직하다. Preference is given to diols and formic acid esters thereof, polyols and formic acid esters thereof, sulfones, sulfoxides, open chain or cyclic amides and mixtures of the mentioned series as materials which are suitable as polar solvents.
적합한 디올 및 폴리올은, 예를 들어 에틸렌 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 1,3-프로판디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 디프로필렌 글리콜, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올 및 글리세롤이다. Suitable diols and polyols are, for example, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, 1,3-propanediol, 2-methyl-1,3-propanediol, 1,4-butanediol, dipropylene glycol , 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol and glycerol.
적합한 술폰은 테트라메틸렌 술폰 (술폴란)이다.Suitable sulfones are tetramethylene sulfones (sulfolanes).
적합한 술폭시드는, 예를 들어 디알킬 술폭시드, 바람직하게는 C1-C6-디알킬 술폭시드, 특히 디메틸 술폭시드이다.Suitable sulfoxides are, for example, dialkyl sulfoxides, preferably C 1 -C 6 -dialkyl sulfoxides, in particular dimethyl sulfoxide.
적합한 열린 사슬 또는 시클릭 아미드는, 예를 들어 포름아미드, 메틸포름아미드, 디메틸포름아미드, N-메틸피롤리돈, 아세트아미드 및 N-메틸카프로락탐이다.Suitable open chain or cyclic amides are for example formamide, methylformamide, dimethylformamide, N -methylpyrrolidone, acetamide and N -methylcaprolactam.
사용되는 아민 (Ic)에 대한 본 발명의 방법에서 사용되는 극성 용매 또는 용매 혼합물의 몰비는 일반적으로 0.5 내지 30, 바람직하게는 1 내지 20 범위이다.The molar ratio of the polar solvent or solvent mixture used in the process of the invention to the amine (Ic) used is generally in the range from 0.5 to 30, preferably from 1 to 20.
본 발명의 공정에서 이산화탄소의 수소화는 회분식 또는 연속식으로 수행할 수 있다. 회분식 공정에서, 반응기에 목적하는 액체 및 임의로 고체 출발 물질 및 보조제를 충전하고, 후속하여 이산화탄소 및 수소를 이용하여 목적하는 압력 및 목적하는 온도로 가압시킨다. 반응의 완결 후, 반응기를 일반적으로 감압시키고 액체 반응 혼합물을 불균질 촉매로부터 분리해낸다. The hydrogenation of carbon dioxide in the process of the invention can be carried out batchwise or continuously. In a batch process, the reactor is charged with the desired liquid and optionally solid starting materials and auxiliaries and subsequently pressurized with carbon dioxide and hydrogen to the desired pressure and the desired temperature. After completion of the reaction, the reactor is generally depressurized and the liquid reaction mixture is separated from the heterogeneous catalyst.
연속식 공정에서, 이산화탄소 및 수소를 비롯한 출발 물질 및 보조제를 수소화 반응기에 연속식으로 공급한다. 촉매를 고정층으로서 사용할 수 있다 (고정층 반응기). 고정층 반응기의 경우, 불균질 촉매가 수소화 반응기 내에 제 위치에 고정된다. In a continuous process, starting materials and auxiliaries, including carbon dioxide and hydrogen, are continuously fed to the hydrogenation reactor. The catalyst can be used as a fixed bed (fixed bed reactor). In the case of a fixed bed reactor, the heterogeneous catalyst is fixed in place within the hydrogenation reactor.
촉매를 반응 혼합물 (Rm) 중에 현탁시키는 것이 또한 가능하다. 현탁된 불균질 촉매의 경우, 이는 반응의 개시 전에 수소화 반응기 중에 존재할 수 있다. 그러나, 연속식 공정에서, 불균질 촉매는 바람직하게는 반응기로부터 연속식으로 배출되는 것과 동일한 속도로 수소화 반응기 내로 공급된다. It is also possible to suspend the catalyst in the reaction mixture (Rm). In the case of suspended heterogeneous catalysts, they may be present in the hydrogenation reactor before the start of the reaction. In a continuous process, however, the heterogeneous catalyst is preferably fed into the hydrogenation reactor at the same rate as it is continuously withdrawn from the reactor.
연속식 공정에서, 액체상은 수소화 반응기로부터 연속식으로 방출되어 반응기 중 액체 수준이 평균적으로 동일하게 유지된다. 이산화탄소의 연속식 수소화가 바람직하다. In a continuous process, the liquid phase is discharged continuously from the hydrogenation reactor so that the liquid level in the reactor remains on average the same. Continuous hydrogenation of carbon dioxide is preferred.
수소화 반응기에서의 반응 혼합물 (Rm)의 평균 체류 시간은 일반적으로 10분 내지 5시간이다.The average residence time of the reaction mixture (Rm) in the hydrogenation reactor is generally from 10 minutes to 5 hours.
불균질 촉매의 유형에 관계 없이 그리고, 수소화가 연속식 또는 회분식으로 이루어지는지에 관계 없이, 카르복실산 유도체 (Ia), 반응의 물 및 가능하게는 미반응 알콜 (Ib) 또는 미반응 아민 (Ic)을 포함하는 수소화 혼합물 (H)이 수소화 반응기에서 반응 혼합물 (Rm)의 반응에서 수득된다. 수소화 혼합물 (H)은 부가적으로 극성 용매 또는 극성 용매 혼합물을 포함할 수 있다. 현탁된 불균질 촉매가 사용되는 경우, 이는 마찬가지로 수소화 혼합물 (H) 중에 포함된다.Regardless of the type of heterogeneous catalyst and whether the hydrogenation is continuous or batchwise, the carboxylic acid derivative (Ia), the water of reaction and possibly unreacted alcohol (Ib) or unreacted amine (Ic) A hydrogenation mixture (H) comprising is obtained in the reaction of the reaction mixture (Rm) in a hydrogenation reactor. The hydrogenation mixture (H) may additionally comprise a polar solvent or a polar solvent mixture. If a suspended heterogeneous catalyst is used, it is likewise included in the hydrogenation mixture (H).
고정층 촉매의 경우, 촉매가 제 위치에 고정되므로 수소화 반응기 내에 유지되고, 수소화 혼합물은 어떠한 촉매도 포함하지 않으며, 즉 반응 혼합물 (Rm)의 총 중량을 기준으로 5ppm 미만의 금 촉매가 포함된다. 제 위치에 고정되지 않는 현탁된 불균질 촉매의 경우, 이는 통상적으로 반응기 배출구에서 공지된 방안을 수단으로, 예를 들어 메쉬 또는 여과기에 의해 수소화 반응기 내에 보류된다. 그러나, 촉매는 또한 수소화 혼합물 (H)로부터 반응 이후, 하류 단계에서 간단한 메쉬, 예컨대 여과, 디캔트 또는 원심분리를 수단으로 분리해내고 수소화 반응기로 재순환시킬 수 있다. 촉매를 분리해낸 후, 수소화 혼합물 (H)에는 사실상 금이 부재하며 (후처리한 수소화 혼합물 (Hw)), 즉 후처리한 수소화 혼합물 (Hw)의 금 함량은 후처리한 수소화 혼합물 (Hw)을 기준으로 5중량ppm 미만이다.In the case of fixed bed catalysts, the catalyst is held in place and thus maintained in the hydrogenation reactor, and the hydrogenation mixture does not contain any catalyst, ie contains less than 5 ppm gold catalyst based on the total weight of the reaction mixture (Rm). In the case of suspended heterogeneous catalysts which are not fixed in place, they are usually held in the hydrogenation reactor by means known in the reactor outlet, for example by a mesh or a filter. However, the catalyst can also be separated from the hydrogenation mixture (H) by means of a simple mesh, such as filtration, decant or centrifugation, in a downstream step after the reaction and recycled to the hydrogenation reactor. After the catalyst has been separated off, the hydrogenation mixture (H) is virtually free of gold (after-treated hydrogenation mixture (Hw)), ie, the gold content of the post-treated hydrogenation mixture (Hw) gives It is less than 5 ppm by weight.
촉매를 분리해낸 후, 후처리한 수소화 혼합물 (Hw)을 증류에 의해 후처리하여 카르복실산 유도체 (Ia)를 포함하는 제1 스트림, 미반응 알콜 (Ib) 또는 미반응 아민 (Ic)을 포함하는 제2 스트림 및 반응의 물을 포함하는 제3 스트림을 수득한다.After the catalyst is separated off, the post-treated hydrogenation mixture (Hw) is worked up by distillation to include the first stream comprising the carboxylic acid derivative (Ia), unreacted alcohol (Ib) or unreacted amine (Ic). To obtain a third stream comprising a second stream and water of reaction.
반응이 극성 용매의 존재 하에서 수행되는 경우, 극성 용매는 제4 스트림을 통해 분리해낼 수 있다. 그러나, 또한 극성 용매를 미반응 알콜 (Ib) 또는 미반응 아민 (Ic) (제2 스트림)과 함께 제거해내는 것도 가능하다. 부가적으로, 극성 용매를 반응의 물 (제3 스트림)과 함께 분리해내는 것도 가능하다.If the reaction is carried out in the presence of a polar solvent, the polar solvent can be separated off via the fourth stream. However, it is also possible to remove the polar solvent together with the unreacted alcohol (Ib) or unreacted amine (Ic) (second stream). In addition, it is also possible to separate the polar solvent together with the water (third stream) of the reaction.
증류에 의한 후처리를, 분리 문제에 따라, 하나 또는 둘 이상의 단계로 수행할 수 있다. Post-treatment by distillation may be carried out in one or two or more stages, depending on the separation problem.
극성 용매의 존재 하 포름아미드 화합물 (Ia2)의 제조시, 저비점 극성 용매, 예컨대 1가 알콜 메탄올, 에탄올, 프로판올 및 부탄올을 분리해내기 위한 증류는 대기압 또는 감압하에서 수행할 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 극성 용매는 수소화 반응기로 재순환된다. In the preparation of formamide compound (Ia2) in the presence of a polar solvent, distillation for separating off low-boiling polar solvents such as monohydric alcohol methanol, ethanol, propanol and butanol can be carried out at atmospheric pressure or under reduced pressure. In a preferred embodiment, the polar solvent is recycled to the hydrogenation reactor.
저비점 카르복실산 유도체 (Ia), 예컨대 메틸 포르메이트, 에틸 포르메이트 또는 프로필 포르메이트가 제조되는 경우에도, 이는 바람직하게는 대기압 또는 약간의 초대기압 (0.2MPa의 게이지 압력 이하)에서 반응의 물 및 미반응 알콜 (Ib)로부터 분리되어 나온다. 미반응 알콜 R1-OH는, 바람직한 실시양태에서, 수소화 반응기로 재순환되고, 반응의 물은 폐기된다.Even when low-boiling carboxylic acid derivatives (Ia) such as methyl formate, ethyl formate or propyl formate are prepared, they are preferably water of reaction and at atmospheric or slight superatmospheric pressure (below a gauge pressure of 0.2 MPa) and Comes off from unreacted alcohol (lb). Unreacted alcohol R 1 -OH, in a preferred embodiment, is recycled to the hydrogenation reactor and the water of the reaction is discarded.
반면, 디올이 극성 용매로서 사용되고, 비교적 고비점의 카르복실산 유도체 (Ia), 예컨대 포름아미드가 수득되는 경우, 증류에 의한 후처리는 바람직하게는 감압, 보다 바람직하게는 0.1 내지 500mbar abs 범위하에서 수행된다. 미반응 아민 (Ic)은, 바람직한 실시양태에서, 증류시 분리되어 나오고 수소화 반응기로 재순환된다. 마찬가지로, 사용된 임의의 극성 용매는, 바람직한 실시양태에서, 증류 이후 수소화 반응기로 재순환된다. 분리되어 나온 반응의 물은 폐기된다.On the other hand, when diol is used as the polar solvent and a relatively high boiling carboxylic acid derivative (Ia) such as formamide is obtained, the post-treatment by distillation is preferably under reduced pressure, more preferably in the range from 0.1 to 500 mbar abs. Is performed. Unreacted amine (Ic), in a preferred embodiment, is separated off during distillation and recycled to the hydrogenation reactor. Likewise, any polar solvent used is recycled to the hydrogenation reactor after distillation, in a preferred embodiment. The water of the separated reaction is discarded.
분리 문제에 따라, 후처리한 수소화 혼합물 (Hw)의 증류에 의한 후처리를 위한 증류 유닛으로서 다양한 장치가 가능하다. 사용되는 물질, 즉 카르복실산 유도체 (Ia), 미반응 알콜 (Ib) 또는 미반응 아민 (Ic) 및 임의의 극성 용매의 비점들이 크게 차이나는 경우, 예를 들어 증발기, 예컨대 강하 필름 증발기를 사용하는 것이 가능하다. 그러나, 사용되는 증류 유닛은 일반적으로 랜덤 패킹 요소, 규칙형 패킹 및/또는 트레이를 포함하는 증류 칼럼을 포함한다. Depending on the separation problem, various arrangements are possible as distillation units for workup by distillation of the workup hydrogenation mixture (Hw). If the boiling points of the materials used, ie the carboxylic acid derivatives (Ia), unreacted alcohols (Ib) or unreacted amines (Ic) and any polar solvents differ significantly, for example using an evaporator such as a falling film evaporator It is possible to do However, distillation units used generally comprise distillation columns comprising random packing elements, regular packings and / or trays.
부가적 극성 용매가 사용되는 경우, 증류 유닛은 1개 이상의 증류 칼럼, 바람직하게는 2 또는 3개의 증류 칼럼을 포함한다. 이러한 칼럼은 분리 문제에 따라, 예를 들어 랜덤 패킹 요소, 규칙형 패킹 및/또는 트레이를 포함한다. If additional polar solvents are used, the distillation unit comprises at least one distillation column, preferably two or three distillation columns. Such columns include, for example, random packing elements, regular packings and / or trays, depending on the separation problem.
카르복실산 유도체 (Ia) (표적 생성물)는 공정으로부터 방출되고, 필요시, 바람직하게는 증류에 의한, 정밀한 정제로 보내진다. The carboxylic acid derivative (Ia) (target product) is released from the process and, if necessary, sent to fine purification, preferably by distillation.
본 발명은 하기 도면의 도움으로 예시되며, 이에 제한되지 않는다. The invention is illustrated with the aid of the following figures, without being limited thereto.
도 1은 이산화탄소, 수소 및 아민 (Ic)으로부터 포름아미드 화합물 (Ia2)을 제조하는 본 발명의 방법의 바람직한 실시양태를 위한 플랜트의 블록 다이어그램을 나타낸다.
도 2는 이산화탄소, 수소 및 알콜 (Ib)로부터 포름산 에스테르 (Ia1)를 제조하는 본 발명의 방법의 바람직한 실시양태를 위한 플랜트의 블록 다이어그램을 나타낸다.
도 3은 극성 용매의 추가 없이 이산화탄소, 수소 및 아민 (Ic)으로부터 포름아미드 화합물 (Ia2)을 제조하는 본 발명의 방법의 바람직한 실시양태를 위한 플랜트의 블록 다이어그램을 나타낸다.
도 1, 2 및 3에서 참조 번호는 하기 의미를 갖는다.
도 1
I-1 수소화 반응기
II-1 증류 유닛
1 이산화탄소를 포함하는 스트림
2 수소를 포함하는 스트림
3 아민 (Ic)을 포함하는 스트림
4 포름아미드 화합물 (Ia2), 반응의 물, 미반응 아민 (Ic)을 포함하는 스트림; 후처리한 수소화 혼합물 (Hw)
5 포름아미드 화합물 (Ia2)을 포함하는 스트림; 표적 생성물; 제1 스트림
6 반응의 물을 포함하는 스트림; 제3 스트림
7 미반응 아민 (Ic)을 포함하는 스트림, 제2 스트림
도 2
I-2 수소화 반응기
II-2 증류 유닛
11 이산화탄소를 포함하는 스트림
12 수소를 포함하는 스트림
13 알콜 (Ib)을 포함하는 스트림
14 포름산 에스테르 (Ia1), 반응의 물, 미반응 알콜 (Ib)을 포함하는 스트림; 후처리한 수소화 혼합물 (Hw)
15 포름산 에스테르 (Ia2)를 포함하는 스트림; 표적 생성물; 제1 스트림
16 반응의 물을 포함하는 스트림; 제3 스트림
17 미반응 아민 (Ic)을 포함하는 스트림, 제2 스트림
도 3
I-3 수소화 반응기
II-3 증류 유닛
21 이산화탄소를 포함하는 스트림
22 수소를 포함하는 스트림
23 아민 (Ic)을 포함하는 스트림
24 포름아미드 화합물 (Ia2), 반응의 물, 극성 용매, 미반응 아민 (Ic)을 포함하는 스트림; 후처리한 수소화 혼합물 (Hw)
25 포름아미드 화합물 (Ia2)을 포함하는 스트림; 표적 생성물; 제1 스트림
26 반응의 물을 포함하는 스트림; 제3 스트림
27 미반응 아민 (Ic)을 포함하는 스트림, 제2 스트림
28 극성 용매를 포함하는 스트림
도 1에 보여지는 실시양태에서, 이산화탄소, 스트림 (1), 수소, 스트림 (2), 및 아민 (Ic), 스트림 (3)을 수소화 반응기 (I-1)로 공급한다. 여기서, 스트림이 불균질 금 촉매의 존재 하에 반응하여 포름아미드 화합물 (Ia2) 및 반응의 물을 제공한다. 불균질 촉매를, 포름아미드 화합물 (Ia2), 반응의 물, 불균질 촉매 및 미반응 아민 (Ic)을 포함하는 액체 수소화 혼합물 (H)로부터 분리해낸다. 이렇게 함으로써 수득된 후처리한 수소화 혼합물 (Hw)을 스트림 (4)으로서 증류 유닛 (II-1)으로 공급한다. 여기서, 후처리한 수소화 혼합물 (Hw)을 분별 증류하여 포름아미드 화합물 (Ia2), 스트림 (5), 반응의 물의 방출물, 스트림 (6) 및 미반응 아민 (Ic), 스트림 (7)이 제공되고 이는 수소화 반응기 (II-1)로 재순환된다.
도 2에 보여지는 실시양태에서, 이산화탄소, 스트림 (11), 수소, 스트림 (12) 및 알콜 (Ib), 스트림 (13)을 수소화 반응기 (I-2)로 공급한다. 여기서, 스트림이 불균질 금 촉매의 존재 하에 반응하여 포름산 에스테르 (Ia1) 및 반응의 물을 제공한다. 불균질 촉매를, 포름산 에스테르 (Ia1), 반응의 물, 불균질 촉매 및 미반응 알콜 (Ib)을 포함하는 액체 수소화 혼합물 (H)로부터 분리해낸다. 이렇게 함으로써 수득된 후처리한 수소화 혼합물 (Hw)을 스트림 (14)로서 증류 유닛 (II-2)로 공급한다. 여기서, 후처리한 수소화 혼합물 (Hw)을 분별 증류하여 포름산 에스테르 (Ia1), 스트림 (15), 반응의 물의 방출물, 스트림 (6) 및 미반응 알콜 (Ib), 스트림 (17)이 수득되고, 이는 수소화 반응기 (II-2)로 재순환된다.
도 3에 보여지는 실시양태에서, 이산화탄소, 스트림 (21), 수소, 스트림 (22) 및 아민 (Ic), 스트림 (23)을 극성 용매를 또한 포함하는 수소화 반응기 (I-3)으로 공급한다. 반응기에서, 스트림이 불균질 금 촉매의 존재 하에 반응하여 포름아미드 화합물 (Ia2) 및 반응의 물을 제공한다. 불균질 촉매는 포름아미드 화합물 (Ia2), 반응의 물, 극성 용매, 불균질 촉매 및 미반응 아민 (Ic)을 포함하는 액체 수소화 혼합물 (H)로부터 분리되어 나온다. 이렇게 함으로써 수득된 후처리한 수소화 혼합물 (Hw)을 스트림 (44)로서 증류 유닛 (II-3)으로 공급한다. 여기서, 후처리한 수소화 혼합물 (Hw)을 분별 증류하여 포름아미드 화합물 (Ia2), 스트림 (25), 반응의 물의 방출물, 스트림 (26), 및 미반응 아민 (Ic), 스트림 (27)을 수득하고, 이는 수소화 반응기 (II-3)로 재순환되고, 또한 극성 용매도 마찬가지로 스트림 (28)로서 수소화 반응기 (II-3)으로 재순환된다.
본 발명은 하기 실시예의 도움으로 예시되며, 이에 제한되지 않는다. 1 shows a block diagram of a plant for a preferred embodiment of the process of the invention for preparing formamide compound (Ia2) from carbon dioxide, hydrogen and amine (Ic).
2 shows a block diagram of a plant for a preferred embodiment of the process of the invention for producing formic acid ester (Ia1) from carbon dioxide, hydrogen and alcohol (lb).
3 shows a block diagram of a plant for a preferred embodiment of the process of the invention for preparing formamide compound (Ia2) from carbon dioxide, hydrogen and amine (Ic) without the addition of a polar solvent.
Reference numerals in FIGS. 1, 2 and 3 have the following meanings.
1
I-1 Hydrogenation Reactor
II-1 Distillation Unit
1 stream containing carbon dioxide
2 stream containing hydrogen
Stream Containing 3 Amines (Ic)
A stream comprising 4 formamide compound (Ia2), water of reaction, unreacted amine (Ic); Post Treated Hydrogenation Mixture (Hw)
A stream comprising 5 formamide compound (Ia2); Target product; First stream
A stream comprising 6 reaction water; Third stream
7 stream comprising unreacted amine (Ic), second stream
2
I-2 hydrogenation reactor
II-2 Distillation Unit
11 stream containing carbon dioxide
12 streams containing hydrogen
13 stream containing alcohol (lb)
A stream comprising 14 formic acid ester (Ia1), water of reaction, unreacted alcohol (Ib); Post Treated Hydrogenation Mixture (Hw)
A stream comprising 15 formic acid ester (Ia2); Target product; First stream
A stream comprising 16 reaction water; Third stream
17 stream comprising unreacted amine (Ic), second stream
3
I-3 Hydrogenation Reactor
II-3 Distillation Unit
Stream containing 21 carbon dioxide
22 stream containing hydrogen
Stream Containing 23 Amines (Ic)
A stream comprising 24 formamide compound (Ia2), water of reaction, polar solvent, unreacted amine (Ic); Post Treated Hydrogenation Mixture (Hw)
A stream comprising 25 formamide compound (Ia2); Target product; First stream
A stream comprising 26 reaction water; Third stream
27 stream comprising unreacted amine (Ic), second stream
Stream containing 28 polar solvents
In the embodiment shown in FIG. 1, carbon dioxide, stream (1), hydrogen, stream (2), and amine (Ic), stream (3) are fed to hydrogenation reactor (I-1). Here, the stream is reacted in the presence of a heterogeneous gold catalyst to provide formamide compound (Ia2) and water of reaction. The heterogeneous catalyst is separated from the liquid hydrogenation mixture (H) comprising formamide compound (Ia2), water of reaction, heterogeneous catalyst and unreacted amine (Ic). The worked up hydrogenation mixture (Hw) thus obtained is fed as distillation unit (II-1) as stream (4). Here, the workup hydrogenation mixture (Hw) is fractionally distilled to give formamide compound (Ia2), stream (5), effluent of the reaction water, stream (6) and unreacted amine (Ic), stream (7). And it is recycled to the hydrogenation reactor (II-1).
In the embodiment shown in FIG. 2, carbon dioxide,
In the embodiment shown in FIG. 3, carbon dioxide,
The invention is illustrated with the aid of the following examples, without being limited thereto.
실시예Example
하스텔로이 C로 만들어지고 자석 교반막대가 장착된 250ml 오토클레이브에 불활성 조건하에서 각 경우에 아래 표 1에 기재된 출발 물질 (알콜 (Ib) 또는 아민 (Ic)) 및 촉매 바스켓 내에 위치시킨 불균질 금 촉매를 충전했다. 포름산 에스테르의 합성시에는 상응하는 알콜, 또는 액체 아민을 사용할 경우에는 아민을 도입했다. 오토클레이브를 후속하여 밀폐하고 실온에서 이산화탄소 (CO2), 수소 (H2) 및 임의로 암모니아 또는 디메틸아민으로 가압시키고, 반응기를 교반 (700rpm)하면서 가열했다. 적절한 반응 시간 후, 반응기를 냉각시키고, 반응 혼합물을 감압시켰다. 촉매는 촉매 바스켓 내에 유지되었다. 반응 용액 (후처리한 수소화 혼합물 (Hw))의 조성은 기체 크로마토그래피로 측정하고, 금 함량은 원자 흡수 분광법 (AAS)으로 측정했다. 개별 실험의 파라미터 및 결과는 표 1에 나타내었다.Heterogeneous gold catalyst, made of Hastelloy C and equipped with a magnetic stir bar, placed in the catalyst basket and starting materials (alcohol (Ib) or amine (Ic)) as described in Table 1 below in each case under inert conditions Charged. In the synthesis of formic acid esters the amine was introduced when the corresponding alcohol, or liquid amine, was used. The autoclave was subsequently sealed and pressurized with carbon dioxide (CO 2 ), hydrogen (H 2 ) and optionally ammonia or dimethylamine at room temperature and the reactor was heated with stirring (700 rpm). After the appropriate reaction time, the reactor was cooled down and the reaction mixture was depressurized. The catalyst was kept in a catalyst basket. The composition of the reaction solution (after-treated hydrogenation mixture (Hw)) was measured by gas chromatography, and the gold content was measured by atomic absorption spectroscopy (AAS). The parameters and results of the individual experiments are shown in Table 1.
실시예 A-1 내지 A-11은 포름아미드 및 포름산 에스테르가, 금 촉매를 사용하여 CO2의 수소화에 의해 용이하게 수득될 수 있음을 보인다. 반응 용액 (후처리한 수소화 혼합물 (Hw)) 중에서 검출 한계 내에서는 금이 확인되지 않았는데, 이는 매우 간단하게 촉매를 분리해내고 재순환시키는 것을 가능하게 한다. Examples A-1 to A-11 show that formamide and formic acid ester can be easily obtained by hydrogenation of CO 2 using a gold catalyst. Gold was not found in the reaction solution (after-treated hydrogenation mixture (Hw)) within the detection limit, which makes it very simple to separate the catalyst and recycle it.
비교 실험:Comparative experiment:
비교 실시예 A12 및 A13은 표준 수소화 촉매, 예컨대 라니 니켈 또는 탄소 상 팔라듐이, 다른 조건은 금 촉매의 경우와 동일하게 사용되는 경우, 포름아미드가 생성되지 않거나 (라니 니켈의 경우) 오로지 유의하게 낮은 수율 (Pd의 경우 1/15배)이 달성될 수 있음을 보인다. 이는 이러한 반응에 있어서의 본 발명에 따른 촉매의 사용의 이점을 나타낸다.Comparative Examples A12 and A13 are standard hydrogenation catalysts, such as Raney nickel or palladium on carbon, where other conditions are used the same as for gold catalysts, where no formamide is produced (in Raney nickel) or only significantly lower. It is shown that the yield (1/5 times Pd) can be achieved. This shows the advantage of the use of the catalyst according to the invention in this reaction.
Claims (14)
<화학식 Ia>
H-(C=O)-R
(상기 식에서,
R은 OR1 및 NR2R3으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 여기서,
R1은 비치환되거나 적어도 일치환된 C1-C15-알킬, C5-C10-시클로알킬, C5-C10-헤테로시클릴, C5-C10-아릴 또는 C5-C10-헤테로아릴이고,
여기서, 치환기는 C1-C15-알킬, C1-C6-알콕시, C5-C10-시클로알킬 및 C5-C10-아릴로 이루어진 군으로부터 선택되고;
R2 및 R3은 각각, 서로 독립적으로, 수소, 비치환되거나 적어도 일치환된 C1-C15-알킬, C5-C10-시클로알킬, C5-C10-헤테로시클릴, C5-C10-아릴 또는 C5-C10-헤테로아릴이고,
여기서, 치환기는 C1-C15-알킬, C5-C10-시클로알킬 및 C5-C10-아릴로 이루어진 군으로부터 선택되거나, 또는
R2 및 R3은 질소 원자와 함께, O, S 및 N으로부터 선택된 1종 이상의 헤테로원자를 임의로 추가로 포함하며 치환기 R4를 갖는 5- 또는 6-원 고리를 형성하고, 여기서
R4는 수소 또는 C1-C6-알킬임)
<화학식 Ib>
R1-OH
(상기 식에서, R1은 상기 의미를 가짐)
<화학식 Ic>
NHR2R3
(상기 식에서, R2 및 R3은 각각 독립적으로 상기 의미를 가짐)Reaction mixture (Rm) comprising carbon dioxide, hydrogen, and an alcohol of formula (Ib) or an amine of formula (Ic) below at a pressure in the range of 0.2-30 MPa and a temperature in the range of 20-200 ° C. in the presence of a catalyst comprising gold in a hydrogenation reactor A process for producing a carboxylic acid derivative of formula (Ia) by reacting
<Formula Ia>
H- (C = O) -R
(Wherein,
R is selected from the group consisting of OR 1 and NR 2 R 3 , wherein
R 1 is unsubstituted or at least monosubstituted C 1 -C 15 -alkyl, C 5 -C 10 -cycloalkyl, C 5 -C 10 -heterocyclyl, C 5 -C 10 -aryl or C 5 -C 10 Heteroaryl,
Wherein the substituent is selected from the group consisting of C 1 -C 15 -alkyl, C 1 -C 6 -alkoxy, C 5 -C 10 -cycloalkyl and C 5 -C 10 -aryl;
R 2 and R 3 are each, independently of one another, hydrogen, unsubstituted or at least monosubstituted C 1 -C 15 -alkyl, C 5 -C 10 -cycloalkyl, C 5 -C 10 -heterocyclyl, C 5 -C 10 -aryl or C 5 -C 10 -heteroaryl,
Wherein the substituent is selected from the group consisting of C 1 -C 15 -alkyl, C 5 -C 10 -cycloalkyl and C 5 -C 10 -aryl, or
R 2 and R 3 , together with the nitrogen atom, optionally further comprise one or more heteroatoms selected from O, S and N and form a 5- or 6-membered ring with substituent R 4 , wherein
R 4 is hydrogen or C 1 -C 6 -alkyl
(Ib)
R 1 -OH
Wherein R 1 has the meaning
<Formula I>
NHR 2 R 3
(Wherein R 2 and R 3 each independently have the above meaning)
카르복실산 유도체 (Ia)를 포함하는 제1 스트림,
미반응 알콜 (Ib) 또는 미반응 아민 (Ic)을 포함하는 제2 스트림, 및
반응에서 형성된 반응의 물을 포함하는 제3 스트림
을 제공하는 방법.The process of claim 12 wherein the mixture obtained in the reaction is worked up in a distillation apparatus,
A first stream comprising a carboxylic acid derivative (la),
A second stream comprising unreacted alcohol (Ib) or unreacted amine (Ic), and
A third stream comprising water of reaction formed in the reaction
How to give it.
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