NL8502797A

NL8502797A - Werkwijze voor de bereiding van 2-alkylpyrimidine.

Info

Publication number: NL8502797A
Application number: NL8502797A
Authority: NL
Original assignee: Stamicarbon
Priority date: 1985-02-15
Filing date: 1985-10-12
Publication date: 1986-09-01
Also published as: EP0192297A1; US4667034A; DE3674220D1; EP0192297B1; JPH0696560B2; JPS61243066A

Description

JdH/JAS/JB/WP/ag V 1 r '' STAMICAR30N B.V. (Licensing subsidiary of DSM)

Uitvinder: Cornells G.M. van de Moesdijk te Spaubeek Hubertus J.A.V. Delahaye te Voerendaal Antonius J.J.M. Teunissen te Geleen . -1- PN 3673

WERKWIJZE VOOR DE BEREIDING VAN 2-ALKYLPYRIMIDlNE

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de bereiding van 2-propyl- of 2-butylpyrimidine waarbij een betreffend 2-alkyltetrahydropyrimidine wordt gedehydrogeneerd in de gasfase met behulp van een edelmetaalbevattende katalysator en waarbij uit het 5 reaktiemengsel 2-propyl- of 2-butylpyrimidine wordt gewonnen.

2-alkylpyrimidines worden gebruikt als precursors voor gewasbeschermingsmiddelen als 0-alkyl-0[pyrimidin(5)yl]-(thiono)-(thiol)-fosfaat(fosfonaat)zure-esters of ester-amides, zoals beschreven in US-A-4,127,652.

10 Een dergelijke werkwijze staat beschreven in EP-A-0117882 voor zover de alkylgroep isopropyl of t-butyl betreft. Volgens EP-A-0117882 worden deze 2-alkyltetrahydropyrimidines gedehydrogeneerd onder uitsluiting van zuurstof en water in een opbrengst tussen de 58-86% voor 2-t-butylpyrimidine en tussen de 73 en 86% voor 2-iso-15 propylpyrimidine.

Deze opbrengsten zijn echter gemeten tijdens experimenten van maximaal 3 uur.

Een commercieel aantrekkelijke route eist een lange standtijd van de te gebruiken katalysator en een opbrengst die constant blijft 20 in de tijd. Het is aanvraagster gebleken dat dit niet het geval is bij het hierboven beschreven proces. De werkwijze volgens EP-A 0117882 resulteert in een snelle achteruitgang van de katatlysator.

De uitvinding verschaft een oplossing voor dit probleem.

De werkwijze volgens de uitvinding voor de bereiding van 25 2-propyl- of 2-butylpyrimidine waarbij een betreffend 2-alkyltetrahydropyrimidine wordt gedehydrogeneerd in de gasfase met behulp van een palladiumbevattende katalysator en waarbij uit het reaktiemengsel 2-propyl- of 2r^utylpyrimidine wordt gewonnen, wordt gekenmerkt door- * 5 0 2.Z-SJ-_______1 * * n \ -2- dat de gasfasereaktie wordt uitgevoerd onder toepassing van een mengsel van koolmonoxide en waterstof en/of een verbinding die onder de reaktieomstandigheden althans gedeeltelijk in CO en H2 kan ontleden (koolmonoxide-waterstof-reaktant).

5 Verrassenderwijs is nu gebleken dat door toepassing van een verbinding die ontleedt in koolmonoxide en waterstof of door toepassing van deze reagentia zelf of van een combinatie hiervan, de katalysator langduriger gebruikt kan worden. Dit is des te verrassender, omdat koolmonoxide als een sterk katalysatorgif voor 10 edelmetalen bekend staat.

Als uitgangsstoffen voor de dehydrogenering kunnen alle 2-butyl en 2-propyltetrahydropyrimidines worden toegepast, zoals 2-n-propyl-, 2-i-propyl, 2-(2-methyl)propyl, 2-n-butyl, n-butyl en 2-t-butyl-1,4,5,6-tetrahydropyrimidine.

15 2-alkyl-tetrahydropyrimidines, of -voor zover van belang- de amides, kunnen bereid worden zoals bijvoorbeeld beschreven is in EP-A-011788.

De werkwijze volgens de uitvinding wordt bij voorkeur uitge-- voerd bij een temperatuur tussen 250 en 400°C, omdat onder een derge-20 lijke conditie de opbrengst tot 2-alkylpyrimidine het hoogst is.

De werkwijze volgens de uitvinding wordt uitgevoerd in aanwezigheid, van een koolmonoxide-waterstof-reaktant. De molaire hoeveelheid, berekend als het totaal van CO en H2, bedraagt in het algemeen 0,5-100, bij voorkeur 2-50 keer de hoeveelheid om te zetten 25 2-alkyltetrahydropyrimidine. Bij een hoeveelheid koolmonoxide- waterstof-reaktant kleiner dan een 2-voudige molaire overmaat wordt de opbrengst tot 2-alkylpyrimidine kleiner. Hoeveelheden groter dan een 50-voudige molaire overmaat bieden geen extra voordeel, doch vereisen een relatief groot reaktorvolume, hetgeen een ongunstige invloed heeft 30 op de vaste kosten van het proces. De CO : H2-verhouding is niet bijzonder kritisch, en kan b.v. variëren van 1 : 10 tot 10 : 1.

Als koolmonoxide-waterstof-reaktant kunnen bijvoorbeeld alcoholen worden toegepast zoals methanol, ethanol en hogere alcoholen. Naast de koolmonoxide-waterstof-reaktant kan men nog een inert gas 35 zoals bijvoorbeeld stikstof of helium door de reaktor leiden om een O £ -A ,f> 7 '9 / ^ w - - -3- gelijkmatige verdamping van het uitgangsmengsel te verkrijgen.

Toepassing van methanol heeft enerzijds als voordeel dat dit voor een gelijkmatige verdamping van het uitgangsmengsel zorgt en anderzijds is van voordeel dat een gedeelte hiervan onder de reak-5 tieomstandigheden ontleedt tot koolmonoxide en waterstof in een voor de reaktie gunstige verhouding. Verder is van voordeel dat de uitgangsverbinding goed in dit type alcoholen oplost, waardoor deze eenvoudig in de gasfase kunnen worden gebracht.

Weliswaar beschrijft EP-A 0117882 de mogelijkheid van het 10 gebruik van een oplosmiddel, maar zij verwijst daarbij specifiek naar verbindingen die tijdens de reaktie inert zijn, zoals pyridine.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding worden palladium bevattende katalysatoren toegepast. Deze katalysatoren bevatten in het algemeen 0,1-10 gew.% palladium, bij voorkeur 0,5-5 gew.%, berekend op 15 de totale katalysator. Tevens kan aan de katalysator een alkalimetaal worden toegevoegd in hoeveelheden tussen 0,1-2 gew.%, berekend op de totale katalysator.

De katalysator kan op een op zichzelf bekende drager worden toegepast. Dergelijke dragers kunnen bijvoorbeeld aluminiumoxide, 20 koolstof en siliciumoxide bevatten.

Katalyatoren als boven beschreven zijn gebruikelijk in de handel verkrijgbaar.

Voor de praktische realisatie van de werkwijze volgens de uitvinding komen de op zich zelf bekende uitvoeringsvormen van de 25 gasfase-reakties in aanmerking, bijvoorbeeld de uitvoeringsvorm waarbij het gasvormige uitgangsmengsel wordt geleid over de katalysator in de vorm van een vast bed of een zogenaamd fluid bed. De ruimtelijke doorvoersnelheid kan worden gevarieerd, bijvoorbeeld tussen 0,001 en 2 g uitgangsverbinding per milliliter katalysatormateriaal (schudvolume) 30 per uur. De druk waarbij de reaktie in de gasfase plaatsvindt is op zichzelf niet van belang, zodat men de reaktie in het algemeen bij autogene druk zal uitvoeren. Uiteraard moeten zodanige drukken en temperaturen worden gekozen, dat geen van de produkten in of op de katalysator noemenswaardig condenseert.

35 De opwerking van het bij de reaktie verkregen 2-alkyl- - A A 7A 7 ·' Λ* l i' ;d/ \ r -4- pyrimidine kan op zichzelf bekende wijze plaatsvinden door te koelen en door vervolgens bijvoorbeeld een destillatie of extractie uit te voeren.

De uitvinding wordt in de volgende voorbeelden nader toege- 5 licht.

Voorbeeld I

Een 27 gew.% oplossing van 2-t-butyl-l,4,5,6-tetrahydro-pyrimidine in methanol werd in een hoeveelheid van 41 g/h. boven in een metalen filmverdamper geleid. De temperatuur van de verdamper werd 10 op 270 °C gehouden. Een extra H2-stroom van 6 Nl/h.(Nl is normaal liter) werd onderin de verdamper geleid om de damp over de katalysator mee te voeren en een reducerend milieu in de reaktor te handhaven.

De reaktor bestaat uit een glazen of metalen buis van 400 mm lengte en een inwendige doorsnede van 2,54 cm. Hierin bevond zich 50 g 15 katalysator. De katalysator was een 1 % Pd + 1 % Na op γ-Αΐ2θ3·

De reaktor bevond zich geheel omhuld in een gethermostreerd milieu dat op 340 °C werd gehouden. In het katalysatorbed werd afhankelijk van de methanolontleding boven in het bed een temperatuur gemeten die 10-50°C hoger was dan de badtemperatuur. De reaktiegassen 20 werden gecondenseerd in twee trappen. In de eerste trap werd in een condensor met koelwater van 10 °C gekoeld, terwijl in de tweede trap de afgassen door een glazen filter werden geleid, die gescrubt werd met 20 g/h methanol. De hoeveelheid afgas werd gemeten met een zeepvliesmeter en geanalyseerd met GLC. Naast grote hoeveelheden CO en 25 ÏÏ2 werden ook kleine hoeveelheden CO2 geanalyseerd. In periodes van 2 uur werd de hoeveelheid 2-t-butylpyrimidine en methanol opgevangen en d.m.v. meerdere GLC's (o.a. een 30 m capillaire kolom met carbowas/KOH) geanalyseerd op 2-t-butylpyrimidine en andere componenten (o.a. 2-t-butyltetrahydropyrimidine).

30 In tabel 1 is de opbrengst aan 2-t-butylpyrimidine vermeld als funktie van de tijd. Tevens is de hoeveelheid afgas en het gehalte CO daarin vermeld als maat voor de methanol ontleding. Opbrengst is gedefinieerd als molen 2-t-butylpyrimidine geanalyseerd gedeeld door molen 2-t-butyltetrahydropyrimidine gedoseerd in hetzelfde tijds-35 bestek.

ö 5 ft 9 7 0 7 V «an· ƒ faJ sr -5-

Tabel 1

Bedrijfstijd vóór Opbrengst aan Conversie CO gehalte monstername in uren 2-t-butylpyrimidiae afgas % % % 58 85 99.8 25.8 20 86 99.9 23.1 44 87 100 23.0 70 88 100 22.1 94' 89 100 22.0 10 110 90 100 134 91 100 180 90 100 220 89 99.9 20,5 270 89 100 20.4

15 Vergelijkings experiment A

Een 27 gew.% oplossing van 2-t-buty1-1,4,5,6-tetrahydro-pyrimidine in pyridine (in plaats van methanol) werd in een hoeveelheid van 41 g/h. op overigens volkomen analoge wijze over eenzelfde verse katalysator geleid als in voorbeeld I.

20 In tabel 2 is de opbrengst aan 2-t-butylpyrimidine in de tijd vermeld.

Tabel 2

Bedrijfstijd vóór Opbrengst Conversie monstername in uren 2-t-butylpyrimidine % % 25 8 83 99.8 44 78 ‘ 100.0 94 65 99.8 120 58 95.0 160 50 82 7 ü w w w ƒ V *

~ V

-6-

Vergelijkings experiment B

Een 27 gew.% oplossing van 2-t-butyl-l,4,5,6-tetrahydro-pyrimidine in pyridine werd met een snelheid van 41 g/h. volgens dezelfde procedure als in voorbeeld I over 50 gram van een 0,5 % 5 Pd/a-Al203 katalysator geleid. De resultaten zijn weergegeven in tabel 3.

Tabel 3

Bedrijfstijd vóór Opbrengst Conversie monstername in uren 2-t-butylpyrimidine 10 % % 2 83 100.0 4 55 95.0 8 25 42.5 20 5 35.1

15 _ Vergelijkingsexperiment C

2-t-butyl-l,4,5,6-tetrahydropyrimidine werd gesmolten en toegevoerd in een hoeveelheid van ongeveer 15 g/h aan een reaktor als in voorbeeld I voorzien van 50 g. 0,5 % palladium op a-alumina. De temperatuur van het katalysatorbed was 300-325°C.· 20 Na toevoegen van 190 gram was de opbrengst van 2-t-butyl- pyrimidine 80 %, een volgende 190 gram leverde nog slechts 58 %. Na 16 uur gebruik was de conversie gedaald tot 38 % en de opbrengst tot 7 %.

Voorbeeld II

In experimenten volkomen analoog aan voorbeeld I werden 25 andere molaire verhoudingen 2-t-butyl-l,4,5,6-tetrahydropyrimidine en methanol gekozen.

Een 35 % en een 50 % oplossing van 2-t-butyltetrahydropyrimidine in methanol werden respectievelijk in twee experimenten gebruikt bij hoeveelheden van 32 g/h en 22 g/h respectievelijk voor de 35 % en voor 30 de 50 % oplossing. De belasting m.b.t. de pyrimidine component was in deze experimenten gelijk aan voorbeeld I.

8^02797 ♦ -7-

In tabel 4 zijn de resultaten van monsters op verschillende tijdstippen samengevat.

Tabel 4 A. 35 Z methanoloplossing 5 Monstername in uren ’ 2-t-butylpyrimidine Conversie

% Z

20 86 99.8 60 . 87 100.0 125 88 100.0 10 B. 50 Z methanoloplossing 20 83 99.8 60 85 100.0 125 85 100.0

Voorbeeld III

15 Oplossingen van 10 Z, 15 % en 20 Z 2-t-butyl-l,4,5,6-tetra- hydropyrimidine in methanol werden met hoeveelheden van resp. 100 g/h, 70 g/h en 50 g/h over een 1 Z Pd + 1 Z Na op γ-Αΐ2θ3 katalysator geleid.

Na 80 uur bleken de opbrengsten aan t-butylpyrimidine resp.

20 85, 83 en 87 Z te bedragen.

Voorbeeld IV

Een oplossing van 20 Z 2-t-butyl-l,4,5,6-tetrahydropyrimidine in ethanol werd analoog aan voorbeeld III met een hoeveelheid van 50 g/h. via de verdamper met behulp van 12 1. H2/I1 over de katalysator 25 geleid. In het afgas werd naast CO en H2 ook CH4 en sporen CO2 bepaald. 30-40 Z van de ethanol werd geconverteerd in CO, H2 en CH4. Evenals in voorbeeld I werd als funktie van de tijd de ifïr - Λ > 7 ‘\ 7 ; -v i -8- opbrengst aan 2-t-butylpyrimidine en de conversie van het 2-t-butyl-1,4,5,6-tetrahydropyrimidine gemeten.

‘ In de tabel 5 zijn enkele waarden weergegeven.

Tabel 5 5 Tijd Opbrengst (%) Conversie h. 2-t-butylpyrimidine (%) 24 87 100 40 86 100 180 87 100 10 120 86 99.5

Voorbeelden V-VIII en vergelijkinsgsexperiment D

In een viertal experimenten en vergelijkingsexperiment D werd een warme oplossing (60 °C) van 20 % 2-t-butyl-l,4,5,6-tetrahydro-pyrimidine in 2-t-butylpyrimidine (zuiverheid > 99.9 %) verpompt naar 15 een filmverdamper, die op 270 °C is ingesteld.

In plaats van uitsluitend H2 in vgl. vb. D, werd in opeenvolgende experimenten een ÏÏ2/CO mengsel gedoseerd.

Ieder experiment staat op zich en werd met dezelfde verse katalysator uitgevoerd (50 g.) 20 De aanvoer van de oplossing aan de verdamper bedroeg 50 g/h, terwijl de temperatuur van het verwarmingsmedium op 340 °C stond ingesteld. De gashoeveelheid die aan de verdamper werd gedoseerd bedroeg 50 Nl/h.

Na 60 en 80 uur werd gedurende 4 uur alle produkt geconden-25 seerd, gewogen en geanalyseerd op 2-t-butylpyrimidine gehalte.

In de tabel 6 is de opbrengst aan 2-t-butylpyrimidine vermeld gebaseerd op de hoeveelheid 2-t-butyltetrahydropyrimidine gedoseerd in dezelfde tijd.

o 1 Λ· 7 0 7 C l, H J * 1 « % -9-

Tabel 6

Exp. D V VI VII VIII

gasaanvoer H2 25 22.5 15 10 7 1/h. CO 2.5 10 15 18 5 Conversie Z na 65 87 90 90 87

Opbrengst Z 60 h. 85 100 100 100 100

Conversie Z na 50 85 89 90 88

Opbrengst Z 80 h. 70 98 100 100 100

Voorbeeld ΙΣ 10 Zuivere 2-t-butyltetrahydropyrimidine werd verwarmd tot boven zijn smeltpunt op ca. 150 °C en verpompt tot boven in een filmver-damper, die op een temperatuur van 280 eC werd gehouden.

Onder in de filmverdamper werd een mengsel van 1¾ en koolmonoxide geleid, die de tetrahydropyrimidine over het katalysatorbed meenam.

15 De badtemperatuur van de reaktor bedroeg 320 °C, ook in het katalysatorbed werd dezelfde temperatuur gemeten.

In tabel 7 zijn de opbrengsten weergegeven van verschillende experimenten.

Het tijdstip van monstername is gekozen op 80 uur na de start 20 van het betreffende experiment.

Tabel 7 gasdosering CO belasting Opbrengst Conversie

Nl/h. % LHSV 2-t-butylpyrimidine Z

0Γ1) 25 40 30 0.2 88 100 60 30 0.2 89 100 40 15 0.2 85 100 80 30 0.45 89 100 yJ ‘j % J 7* / * -10-

Voorbeeld X

Op analoge wijze als in voorbeeld I werden variërende temperaturen en belastingen van de katalysator toegepast in afzonderlijke experimenten. In alle experimenten werd een 27 % oplossing in methanol 5 toegepast, terwijl de LHSV gedefinieerd is als g t-butyltetrahydro-pyrimidine per uur gedoseerd per gram katalysator.

In de reaktor bevond zich 50 g. verse katalysator 1 % Pd + 1 % Na/Al203-

Ter vergelijking zijn de opbrengsten aan 2-t-butylpyrimidine na 80 en 10 120 h. opgenomen, in tabel 8.

Tabel 8

Temp. LHSV Opbrengst Conversie °C h’1 80 h. 120 h. 80 h. 120 h.

300 0.18 88 89 100 100 15 320 0.18 91 91 100 100 320 0.30 91 91 100 100 320 0.40 90 90 100 100 •320 0.55 88 86 98.1 97.3 320 1.10 82 78 91.2 87.3 20 280 0.22 8-7 85 98.5 97.1 350 0.22 89 90 100 100 370 0.22 89 88 100 100

Voorbeeld XI

Analoog aan voorbeeld I werd i.p.v. 2-t-butyl-l,4,5,6-tetra-25 hydropyrimidine 2-n-propyl-l,4,5,6-tetrahydropyrimidine in een 25 % oplossing in methanol over dezelfde katalysator geleid (50 g.) De katalysator bevatte 1 % Pd en 1 % Na op γ-Αΐ2θ3·

De temperatuur van het verwarmingsmedium, dat de gehele reak-torbuis omhulde bedroeg 320 °C. De doseersnelheid van de oplossing aan 30 de verdamper bedroeg 45 g/h.

Uit analyse van het in twee trappen gecondenseerde produkt ' 3 ΐ f= o 7 3 7 -11- 4 <r bleek, dat de opbrengsten tot 2-n-propylpyrimidine in de tijd nagenoeg gelijk zijn als bij 2-t-butylpyrimidine.

Over het gedurende 200 uur lopende experiment werden een totaal opbrengst van 85 % gerealiseerd.

5 Voorbeeld Kil

In een experiment met 2-isopropyl-l,4,5,6-tetrahydropyrimi-dine volkomen analoog aan voorbeeld XI werd gedurende 100 uur een opbrengst aan 2-isopropylpyrimidine gerealiseerd van 88 Z.

Voorbeeld XIII

10 In een experiment met 2-n-butyl-l,4,5,6-tetrahydropyrimidine eveneens analoog aan voorbeeld XI werden gedurende 100 uur een opbrengst van 2-n-butylpyrimidine gerealiseerd van 81 Z.

Voorbeeld XIV

In enkele experimenten analoog aan voorbeeld I werd het Pd 15 en Na-gehalte van de katalysator gevarieerd.

katalysator Opbrengst na Conversie 80 uur (Z) (Z) 1 Z Pd + 1 Z Na/y ΔΙ2Ο3 89 100 1 Z Pd + 0,5 Z Na/γ AI2O3 85 100 20 2 Z Pd + 1 Z Na/γ AI2O3 91 100

In plaats van Na is ook een ander alkalimetaal in equimolaire hoeveelheden bruikbaar zoals uit onderstaande gegevens blijkt.

1 Z Pd + 0,4 Z Li/γ AI2O3 79 100 1 Z Pd + 1,8 Z Κ/γ AI2O3 73 100 : ; ; . · ƒ f

Claims

1. Werkwijze voor de bereiding van 2-propyl- of 2-butylpyrimidine waarbij een betreffend 2-alkyltetrahydropyrimidine wordt gede-hydrogeneerd in de gasfase met behulp van een palladiumbevattende katalysator en waarbij uit het reaktiemengsel 2-propyl of 2-butylpyrimidine wordt gewonnen met het kenmerk, dat de gas-fasereaktie wordt uitgevoerd onder toepassing van een mengsel van koolmonoxide en waterstof en/of een verbinding die onder de reak-tieomtandigheden met name gedeeltelijk in CO en 1¾ kan ontleden (een koolmonoxide-waterstof-reaktant).

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men de gas- fasereaktie uitvoert bij een temperatuur tussen 250 en 400°C.

3. Werkwijze volgens een der conclusies 1-2, met het kenmerk, dat men de koolmonoxide-waterstof reaktant toepast in een 2-50 voudige molaire overmaat, berekend ten opzichte van het 2-alkyltetrahydropyrimidine.

4. Werkwijze volgens een der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat men als koolmonoxide-waterstof-reaktant methanol of ethanol toepast.

5. Werkwijze volgens een der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de katalysator 0,5-5 gew.% palladium, berekend op de totale katalysator, bevat.

6. Werkwijze volgens een der conclusies 1-5, met het kenmerk, dat de katalysator tevens 0,1-2 gew.% alkalimetaal, berekend op de totale katalysator, bevat.

7. Werkwijze volgens een der conclusies 1-6, met het kenmerk, dat de katalysator een drager van aluminiumoxide bevat.

8. Werkwijze zoals in hoofdzaak is beschreven en/of in de voorbeelden nader is toegelicht.

9. 2-alkylpyrimidine verkregen onder toepassing van de werkwijze volgens een der bovenstaande conclusies. 1 '-C "? \ t U 'J :'= * ’ ’