RU2783193C1 - Катализатор, модифицированный хитозаном, для селективного гидрирования пиридина и его производных и процесс гидрирования пиридина и его производных с использованием катализатора, модифицированного хитозаном - Google Patents

Катализатор, модифицированный хитозаном, для селективного гидрирования пиридина и его производных и процесс гидрирования пиридина и его производных с использованием катализатора, модифицированного хитозаном Download PDF

Info

Publication number
RU2783193C1
RU2783193C1 RU2021139794A RU2021139794A RU2783193C1 RU 2783193 C1 RU2783193 C1 RU 2783193C1 RU 2021139794 A RU2021139794 A RU 2021139794A RU 2021139794 A RU2021139794 A RU 2021139794A RU 2783193 C1 RU2783193 C1 RU 2783193C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hydrogenation
pyridine
derivatives
chitosan
catalyst
Prior art date
Application number
RU2021139794A
Other languages
English (en)
Inventor
Леонид Модестович Кустов
Ирина Петровна Белецкая
Александр Леонидович Кустов
Петр Вадимович Прибытков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Application granted granted Critical
Publication of RU2783193C1 publication Critical patent/RU2783193C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к области каталитических технологий переработки сырья, содержащего азотистые гетероциклические соединения, и касается, в частности, катализаторов и способа переработки пиридина и его производных в ценные продукты - гидрированные гетероциклические соединения. Заявляемый катализатор для гидрирования пиридина и его производных содержит монометаллические наночастицы палладия или биметаллические наночастицы палладия-меди со средним размером 2-3 нм на носителе - оксиде алюминия, модифицированном хитозаном. Заявляемый катализатор позволяет повысить селективность процесса при сохранении высокой конверсии гетероциклического соединения, а также повысить стабильность катализатора в последовательных циклах гидрирования. 1 табл., 1 пр.

Description

Область техники
Изобретение относится к области каталитических технологий переработки сырья, содержащего азотистые гетероциклические соединения, и касается, в частности, катализаторов и способа переработки пиридина и его производных в ценные продукты - гидрированные гетероциклические соединения. Пиперидин как продукт гидрирования пиридина и его производные востребованы в производстве лекарств и других ценных продуктов. Пиридин и его производные являются доступными соединениями, получаемыми при переработке каменного угля и нефтепродуктов, например, циклизацией ацетиленовых соединений в присутствии аммиака.
Уровень техники
Для гидрирования пиридина и его производных используют гомогенные катализаторы и металлокомплексы на основе благородных металлов, однако, их существенным недостатком является трудность отделения от реакционной среды (продукта) и невозможность повторного использования. Известен способ гидрирования пиридина и его производных с использованием катализаторов, содержащих наночастицы кобальта, это единственный пример использования неблагородных металлов в каталитическом гидрировании пиридина и его производных [Chen F., Li W., Sahoo B., Kreyenschulte C., Agostini G., Lund H., Junge K., Beller M., Hydrogenation of Pyridines Using a Nitrogen-Modified Titania-Supported Cobalt Catalyst, Angewandte Chemie - International Edition, 2018, 57(44), pp. 14488-14492]. Недостатком указанного способа является недостаточно высокая стабильность катализатора, который теряет свою активность в нескольких последовательных циклах вследствие спекания и укрупнения наночастиц кобальта.
Гетерогенно-каталитическое гидрирование пиридина и его производных преимущественно проводится с использованием катализаторов на основе благородных металлов [Reshma Kokane, Yann Corre, Erhard Kemnitz, Mohan K. Dongare, Francine Agbossou-Niedercorn, Christophe Michon, Shubhangi B. Umbarkar, New J. Chem., 2021, 45, 19572-19583]. Например, в работе [Yu, X., Nie, R., Zhang, H., et al., Microporous and Mesoporous Materials, 2018, 256, pp. 10-17] описаны катализаторы на основе рутения (2,5 вес. %) на мезопористом углеродном носителе, допированном азотом, которые исследованы в гидрировании хинолина при 40°C и 10 атм H2. Частота оборотов для этого катализатора (TOF) составила 71.0 ч−1.
Rh- и Ru-катализаторы показали высокую активность лишь при содержании благородного металла 10 вес. % [Hattori, T., Ida, T., Tsubone, A., et al. Facile arene hydrogenation under flow conditions catalyzed by rhodium or ruthenium on carbon, European Journal of Organic Chemistry, 2015, 2015(11), pp. 2492-2497].
72 различных моно-, би- и триметаллических катализатора на оксидных носителях были испытаны в гидрировании пиридина и хинолина [Beckers, N.A., Huynh, S., Zhang, X., Luber, E.J., Buriak, J.M. Screening of heterogeneous multimetallic nanoparticle catalysts supported on metal oxides for mono-, poly-, and heteroaromatic hydrogenation activity, ACS Catalysis, 2012, 2(8), pp. 1524-1534].
Наночастицы родия размером около 1,5 нм, нанесенные на оксид алюминия, также активны в гидрировании пиридина [Buil, M.L., Esteruelas, M.A., Niembro, S. et al. Dehalogenation and hydrogenation of aromatic compounds catalyzed by nanoparticles generated from rhodium bis(imino)pyridine complexes. 2010, Organometallics, 29(19), pp. 4375-4383; Maegawa, T., Akashi, A., Yaguchi, K. et al. Efficient and Practical Arene Hydrogenation by Heterogeneous Catalysts under Mild Conditions. Chemistry - A European Journal, 2009, 15(28), pp. 6953-6963].
Pd/C, Pt/C, и Rh/C катализаторы с высоким содержанием металлов были изучены в гидрировании пиридинов водородом, выделяющимся через мембрану при in-situ электролизе воды (30-80 атм, 60-80°С) [Irfan, M., Petricci, E., Glasnov, T.N., Taddei, M., Kappe, C.O. Continuous flow hydrogenation of functionalized pyridines. European Journal of Organic Chemistry, 2009, (9), pp. 1327-1334]. Однако, производительность системы была очень низкой, поскольку скорость гидрирования определялась скоростью доставки водорода к катализатору, который был размещен на поверхности картриджа.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является палладиевый катализатор на углеродном носителе для гидрирования пиридинов, свойства которого изучены в гидрировании арилпиридинов различного строения [Barwinski, B., Migowski, P., Gallou, F., Franciò, G., Leitner, W. Continuous-flow hydrogenation of 4-phenylpyridine to 4-phenylpiperidine with integrated product isolation using a CO2 switchable system, Journal of Flow Chemistry, 2017, 7(2), pp. 41-45]. Катализатор представляет собой палладий нанесенный на уголь состава 10 мас. % Pd/C (Evonik AG). Максимальная селективность по фенилпиперидину в гидрировании фенилпиридина составила 96% при конверсии последнего 87%. Катализатор стабильно работал в течение 4 часов.
Все перечисленные катализаторы легко отравляются соединениями азота и дорогостоящие, поскольку содержат значительные количества дорогостоящих металлов (от 2 до 10 вес. %).
Технической проблемой, решаемой заявляемым изобретением, является создание эффективного катализатора для гидрирования пиридина и его производных, позволяющего повысить селективность процесса при сохранении высокой конверсии гетероциклического соединения, а также повысить стабильность катализатора в последовательных циклах гидрирования.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом заявляемого изобретения является получение катализатора для гидрирования пиридина и его производных, с селективностью по полностью гидрированному соединению 100% при конверсии гетероциклического соединения 98% и стабильностью катализатора не менее 5 часов с использованием последовательных циклов гидрирования.
Технический результат достигается катализатором для гидрирования пиридина и его производных, содержащим монометаллические наночастицы палладия или биметаллические наночастицы палладия-меди со средним размером 2-3 нм на носителе - оксиде алюминия, модифицированном хитозаном. Содержание палладия составляет 0,5 мас. %. В литературе и патентах отсутствуют примеры, иллюстрирующие применение моно- и биметаллических наночастиц, нанесенных на оксид алюминия, модифицированный хитозаном, для гидрирования пиридина и его производных.
Оксид алюминия модифицируют хитозаном (5 вес. %) пропиткой из водного раствора и сушкой при 80°С в течение 2 часов. Медь (1 вес. %) наносят методом пропитки по влагоемкости водным раствором нитрита меди с последующей сушкой при 100°С в течение 2 часов и прокалкой при 300°С в течение 2 часов. Палладий (0,5 мас. %) наносят методом осаждения с использованием водного раствора PdCl2 с добавлением мочевины, с последующей сушкой при 100°С в течение 2 часов и обработкой водородом при 200°C в течение 2 часов. Селективное гидрирование пиридина и его производных проводили в изотермическом режиме во встряхивающем реакторе при 60°C на катализаторах Pd и Pd-Cu, нанесенных на оксид алюминия, а также на оксид алюминия, модифицированный хитозаном.
Синтезированные моно- и биметаллические катализаторы, нанесенные на оксид алюминия, модифицированный хитозаном, характеризуются более высокой активностью в селективном гидрировании пиридина и его производных по сравнению с монометаллическим или биметаллическим катализатором, нанесенным на немодифицированный оксид алюминия. Металлические частицы палладия ответственны за активацию гетероциклического соединения и активацию водорода. Таким образом, частицы Pd-Cu проявляют синергетический эффект при селективном гидрировании пиридина и его производных.
Осуществление изобретения
Пример 1.
Предварительно измельченные 2 г Al2O3 фракции 0.25-0.5 мм пропитали 1,5 мл водного раствора хитозана (1,4 мл H2O + 0,1 г хитозана), затем полученную массу сушили при 80°С в течение 2 часов. Полученный 5%Chit/Al2O3 пропитали 1,5 мл водного раствора Cu(NO3)2 (1,42 мл H2O + 0,08 г Cu(NO3)2·3H2O), с последующей сушкой при 100°С в течение 2 часов и прокалкой при 300°С в течение 2 часов. Полученный 1%Cu/5%Chit/Al2O3 пропитали 1,5 мл водного раствора PdCl2 с добавлением мочевины (1,4 мл H2O + 0,01 г PdCl2 + 0,09 г мочевины), с последующей сушкой при 100°С в течение 2 часов и обработкой водородом при 200°C в течение 2 часов. Таким образом был получен образец катализатора 0,5%Pd-1%Cu/5%Chit/Al2O3 (0,5 вес. % палладия, 1 вес. % меди и 5 вес. % хитозана).
Максимальная активность в жидкофазном гидрировании пиридина и его производных (60°С, давление H2 70 атм) наблюдалась для катализатора с размером нанесенных наночастиц 2-3 нм. Эта взаимосвязь объяснена наличием низкокоординированных атомов палладия, которые являются активными центрами для активации водорода и адсорбции гетероциклического соединения. Более высокая активность катализаторов, модифицированных хитозаном и медью объясняется также более высокой дисперсностью и более малым размером частиц палладия, что подтверждается данными XRD и ТЕМ: размеры частиц 2-3 нм для модифицированных катализаторов и 5-10 нм для немодифицированных катализаторов.
Таблица. Результаты испытаний катализаторов в реакции гидрирования пиридина и его производных в присутствии катализаторов в течение 5 часов, представляющих собой наночастицы Pd и Pd-Cu, нанесенные на оксид алюминия и оксид алюминия, модифицированный хитозаном (60°С, давление H2 70 атм).
№ п/п Катализатор Конверсия гетероциклического соединения, % Селективность по полностью гидрированному соединению, %
1 1%Pd/Al2O3 (образец сравнения) 85 87
2 0,5%Pd/5%Chit/Al2O3 95 96
3 0,5%Pd-1%Cu/Al2O3 97 99
4 0,5%Pd-1%Cu/5%Chit/Al2O3 98 100
Использование биметаллического катализатора, содержащего наночастицы палладия и меди, нанесенные на модифицированный хитозаном оксид алюминия, позволяет проводить процесс более эффективно.

Claims (1)

  1. Катализатор для селективного гидрирования пиридина и его производных, отличающийся тем, что представляет собой нанесенные на носитель биметаллические наночастицы палладия-меди или палладия-серебра со средним размером 2-3 нм, при следующем содержании компонентов: палладия - 0,5 вес. %, меди - 1 вес. %, носитель - остальное, где в качестве носителя используют оксид алюминия, модифицированный хитозаном в количестве 5 вес. %.
RU2021139794A 2021-12-29 Катализатор, модифицированный хитозаном, для селективного гидрирования пиридина и его производных и процесс гидрирования пиридина и его производных с использованием катализатора, модифицированного хитозаном RU2783193C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2783193C1 true RU2783193C1 (ru) 2022-11-09

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2035139A1 (de) * 2006-05-30 2009-03-18 Süd-Chemie Ag Geträgerter nanometallkatalysator und verfahren zu seiner herstellung
RU2532659C1 (ru) * 2013-05-16 2014-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева)" Способ получения катализатора селективного гидрирования органических соединений
US20210253496A1 (en) * 2018-06-07 2021-08-19 Bp P.L.C. Selective Hydrogenation of Polyunsaturates

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2035139A1 (de) * 2006-05-30 2009-03-18 Süd-Chemie Ag Geträgerter nanometallkatalysator und verfahren zu seiner herstellung
RU2532659C1 (ru) * 2013-05-16 2014-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (РХТУ им. Д.И. Менделеева)" Способ получения катализатора селективного гидрирования органических соединений
US20210253496A1 (en) * 2018-06-07 2021-08-19 Bp P.L.C. Selective Hydrogenation of Polyunsaturates

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
E.Guibal Heterogeneous catalysis on chitosan-based materials: a review, Prog. Polym. Sci 30 (2005) 71-109. *
Никошвили Линда Жановна, Автореферат "Полимер-стабилизированные наночастицы палладия и рутения-катализаторы реакций селективного гидрирования ацетиленовых спиртов и окисления моносахаридов", Москва 2009. Barwinski, B., Migowski, P., Gallou, F., Franciò, G., Leitner, W. Continuous-flow hydrogenation of 4-phenylpyridine to 4-phenylpiperidine with integrated product isolation using a CO2 switchable system, Journal of Flow Chemistry, 2017, 7(2), pp. 41-45. Irfan, M., Petricci, E., Glasnov, T.N., Taddei, M., Kappe, C.O. Continuous flow hydrogenation of functionalized pyridines. European Journal of Organic Chemistry, 2009, (9), pp. 1327-1334. Buil, M., EstLeruelas, M.A., Niembro, S. et al. Dehalogenation and hydrogenation of aromatic compounds catalyzed by nanoparticles generated from rhodium bis(imino)pyridine complexes. 2010, Organometallics, 29(19), pp. 4375-4383. Maegawa, T., Akashi, A., Yaguchi, K. et al. Efficient and Practical Arene Hydrogenation by Heterogeneous Catalysts unde *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11891301B2 (en) Ammonia decomposition catalyst systems
CA2173515C (en) Catalysts
Epron et al. Catalytic reduction of nitrate and nitrite on Pt–Cu/Al2O3 catalysts in aqueous solution: role of the interaction between copper and platinum in the reaction
EP3322526B1 (en) Improved copper-containing multimetallic catalysts, and method for using the same to make biobased 1,2-propanediol
US20220098141A1 (en) Process for catalytic hydrogenation of halonitroaromatics
CN108993485B (zh) 一种原位负载金属介孔碳微球催化剂的制备方法与应用
JP4759739B2 (ja) エチレン分解触媒
EP0091165A1 (en) A silver catalyst and a method for the preparation thereof
CA2470945A1 (en) Regeneration of catalysts for carbon monoxide hydrogenation
JP7368813B2 (ja) アミド化合物の水素化に用いる水素添加反応用触媒およびこれを用いたアミン化合物の製造方法
WO2018181563A1 (ja) アミド化合物の水素化に用いる水素添加反応用触媒およびこれを用いたアミン化合物の製造方法。
CN101289365B (zh) 低温催化苯加氢的方法及其专用催化剂
KR100966947B1 (ko) 시클로올레핀의 제조 방법
RU2783193C1 (ru) Катализатор, модифицированный хитозаном, для селективного гидрирования пиридина и его производных и процесс гидрирования пиридина и его производных с использованием катализатора, модифицированного хитозаном
RU2783129C1 (ru) Катализатор для селективного гидрирования пиридина и его производных и процесс гидрирования пиридина и его производных с использованием катализатора
EP3932545A1 (en) Hydrogenation catalyst used in amide compound hydrogenation and method for producing amine compound using same
JPWO2020050160A1 (ja) アミド化合物の水素化に用いる水素添加反応用触媒およびこれを用いたアミン化合物の製造方法
CN109107583B (zh) 一种丁炔二醇半加氢双金属催化剂及其制备方法与应用
CN113101928B (zh) 1,4-丁炔二醇制备1,4-丁烯二醇用催化剂及其制备方法和应用
JP4597024B2 (ja) シクロオレフィン製造触媒およびシクロオレフィン製造方法
JP4641615B2 (ja) シクロオレフィンの製造方法
Mori et al. Design and architecture of nanostructured heterogeneous catalysts for co 2 hydrogenation to formic acid/formate
US6692713B2 (en) Process for the catalytic oxidation of carbonaceous compounds
JP6409264B2 (ja) アルデヒド類分解材
Ruiz et al. Synthesis and catalytic behaviour of heterogenized rhodium catalysts on modified clays