SK113397A3

SK113397A3 - A process for the manufacture of carbazole

Info

Publication number: SK113397A3
Application number: SK1133-97A
Authority: SK
Inventors: Hans-Josef Buysch; Reinhard Langer; Ulrich Notheis; Alexander Klausener
Original assignee: Bayer Ag
Priority date: 1996-08-21
Filing date: 1997-08-20
Publication date: 1998-03-04
Also published as: DE59700748D1; EP0825181A1; JPH1087618A; IN191574B; CZ265897A3; PL186931B1; SK281961B6; CZ289710B6; EP0825181B1; IN191628B; DE19633609A1; US5856516A; PL321673A1

Description

SPÔSOB VÝROBY KARBAZOLU

Oblasť techniky

Vynález sa týka spôsobu výroby karbazolu dehydrogenáciou, prípadne aminačnou dehydrogenáciou, za prítomnosti irídiových katalyzátorov alebo irídium obsahujúcich katalyzátorov na nosičoch.

Doterajší stav techniky

Karbazol je východiskový produkt pre výrobu farbív, polymérov a insekticídov (Ullman's Encyclopedia, 5. ed., vol. A5, str. 56 - 60).

Je známe, že karbazol sa môže vyrobiť dehydrogenáciou, prípadne aminačnou dehydrogenáciou, zlúčenín ďalej uvedených vzorcov I až VIII, v ktorých sú vytvorené už časti karbazolovej štruktúry, za použitia platinových )

katalyzátorov. Podľa US 2 921 943 sa tu používa platina na oxide hlinitom alebo na oxide kremičitom ako nosičoch. Takéto katalyzátory vedú pri prijateľne vysokých konverziách k dobrým výťažkom karbazolu, dezaktivujú sa ale už po krátkej prevádzke iba niekoľko desiatok hodín tiež pri tak nízkom zaťažení, ako je 0,1 g difenylamínu na jeden ml katalyzátora a hodinu (g/ml.h) alebo dokonca pri nižšom zaťažení. Tak je produktivita katalyzátora, totiž za hodinu na jeden ml katalyzátora vytvorené množstvo karbazolu, tiež p· i vysokej konverzii použitého difenylamínu, tak nepatrná, že sú pre technické účely potrebné vysoké množstvá katalyzátora a objemné reaktory. Dlhšia doba zdržania medzi regeneráciami katalyzátora, teda niekoľko desiatok hodín, sa dosiahne vtedy, keď sa ako nosič pre platinový katalyzátor zvolí oxid horečnatý (US 3 041 349). Avšak doba životnosti tohto katalyzátora je často o málo dlhšia ako celkom asi 150 až 200 hodín (tab. II v US 3 041 349), lebo po dlhšej dobe zdržania ako vo vyššie uvedenom US 2 921 942, totiž po asi 60, prípadne 62 hodinách (počítané podľa údajov privádzaného difenylamínu (DPA) v US 3 041 349) medzi dvoma regeneráciami, klesá doba do ďalšej regenerácie na asi 17 hodín, čo nepochybne ukazuje na skorú úplnú nepoužiteľnosť tohto katalyzátora. Tiež tu je zaťaženie katalyzátora iba asi 0,1 g/ml.h. Katalyzátory na báze oxidu chrómového podľa US 3 085 095 sú rovnako rýchlo nepoužiteľné, i keď znesú trochu vyššie zaťaženie.

Podstata vynálezu

Úlohou predloženého vynálezu teda je nájdenie katalyzátorov, ktoré by pri vysokom zaťažení poskytovali dobrú konverziu a výťažky karbazolu a ktoré by mali dlhé doby zdržania medzi dvoma regeneráciami a obzvlášť dlhú dobu životnosti. Táto úloha môže byť vyriešená, keď sa použijú irídiové katalyzátory alebo irídium obsahujúce katalyzátory, v ktorých sú okrem irídia použité iné kovy skupiny kovov platiny.

Predmetom predloženého vynálezu teda je spôsob výroby karbazolu dehydrogenáciou zlúčenín vzorcov I, II a III

(I)

alebo aminačnou dehydrogenáciou zlúčenín vzorcov IV, IVa, V, VI, VII, VIII, IX aX

(IVa) (V) (VI) (IV)

pri zvýšenej teplote na katalyzátore na báze vzácnych kovov, ktorého podstata spočíva v tom, že sa pracuje na iridiovom katalyzátore alebo na irídium obsahujúcom katalyzátore pri teplote v rozmedzí 300 °C až 600 °C za prítomnosti vodíka.

Ako vhodné východiskové produkty pre spôsob podľa predloženého vynálezu je možné uviesť o-fenylanílín (I), difénylamín (II), cyklohexylidénanilín (III, z anilínu a cyklohexanónu vytvorená Schiffova báza = anil), ocyklohexylidén-cyklohexanón (IV, dianón) a jeho tautomér (IVa), o-cyklohexylcyklohexanón (IX), o-cyklohexenyl -cyklohexanol (V), o-fenyl-cyklohexanol (VI), o-cyklohexylfenol (VII), o-fenyl-fenol (VIII) a o-cyklohexyl-cyklohexanol (X), výhodne difénylamín, anil, dianón, o-cyklohexylfenol a o-fenyl-fenol, obzvlášť výhodne difénylamín.

Katalyzátory podľa predloženého vynálezu obsahujú irídium na nosičoch s obsahom irídia 0,01 až 10 % hmotnostných, výhodne 0,1 až 6 % hmotnostných, obzvlášť výhodne 0,1 až 4 % hmotnostné a celkom obzvlášť výhodne 0,1 až 2 % hmotnostné, vzťahujúc na celkovú hr otnosť katalyzátora. Podľa predloženého vynálezu sa môžu použiť irídium obsahujúce katalyzátory na nosičoch, ktoré okrem irídia obsahujú ďalší kov zo skupiny kovov platiny, výhodne ródium, paládium alebo platinu, obzvlášť výhodne platinu, pričom suma vzácnych kovov je 0,01 až 10 % hmotnostných, výhodne 0,1 až 6 % hmotnostných, obzvlášť výhodne 0,1 až 4 % hmotnostné a celkom obzvlášť výhodne 0,1 až 2 % hmotnostné, vzťahujúc na celkovú hmotnosť katalyzátora. Hmotnostný pomer irídia k inému kovu skupiny platiny je 0,2 až 5 : 1, výhodne 0,5 až 2 : 1.

Vzácne kovy sa nanášajú na nosič známym spôsobom, napríklad nastriekaním ich rozpustných zlúčenín na nosič a tu fixovaním pomocou zrážania, kalcinácie a redukcie vo forme kovov. Na to vhodné metódy sú odborníkom známe a sú napríklad popísané v publikácii P. N. Rylander, Catalytic Hydrogenation over Platín Metals, Academic Press 1967, str. 25 až 29, alebo P. N. Rylander, Hydrogenation Methods, Academic Press, 1985.

Ako rozpustné zlúčeniny irídia a iných kovov skupiny platiny prichádzajú do úvahy jednoduché alebo komplexné soli, napríklad halogenidy, dusičnany, octany, acetylacetonáty, karbonylové komplexy, fosfínové alebo fosfitové komplexy, ako i komplexy s amoniakom a amínmi. Pre nanesenie na nosič je možné použiť mnohé organické rozpúšťadlá alebo vodu, nko i ich zmesi. Ako príklady organičkých rozpúšťadiel je možné použiť nižšie alkoholy, nitrily, ketóny, chlórované uhľovodíky, estery a amidy. Z uvedených skupín rozpúšťadiel sa používajú prevažne nižší zástupcovia svojich homológnych radov, napríklad s 1 až 4 uhlíkovými atómami. Kvôli bezproblémovému spracovaniu sa uprednostňuje voda pred organickými rozpúšťadlami.

Nosiče sa môžu spracovávať pred alebo po nanesení roztokov zlúčenín vzácnych kovov alkalickými zlúčeninami; rovnako tak prichádza do úvahy spracovanie alkalickými zlúčeninami ako pred redukciou kovovej soli, tak tiež po nej. Na to vhodné alkalické zlúčeniny sú hydroxidy alkalických kovov alebo kovov alkalických zemín, ako je hydroxid sodný, hydroxid draselný, hydroxid vápenatý alebo hydroxid bárnatý vo vodných roztokoch alebo uhličitany alkalických kovov, ako je uhličitan sodný alebo uhličitan draselný, rovnako vo vodných roztokoch. Pri tomto spracovaní sa vzácne kovy vyzrážajú známym spôsobom ako hydroxidy alebo oxidy, a tak sa fixujú na nosiči. Fixované oxidy, prípadne hydroxidy, sa potom redukujú na elementárny kov vodíkom. Toto spracovanie vodíkom sa môže vykonávať v zásade v nabiehajúcej fáze spôsobu podľa predloženého vynálezu; výhodne sa ale vykonáva zvláštna aktivačná fáza pre katalyzátor, v priebehu ktorej sa spracovaním vodíkom prevedie daný katalyzátor do aktívnej kovovej formy.

Vhodné nosiče pre katalyzátory na báze vzácnycn kovov, používané podľa predloženého vynálezu, sú oxidy a oxidhydráty prvkov z II. až VIII. skupiny periodickej sústavy prvkov (Mendelejev). Ako takéto prvky je možné napríklad uviesť horčík, vápnik, bárium, zinok, hliník, gálium, lantán, kremík, cín, titán, zirkón, niób, tantal, cér, železo, kobalt a nikel, výhodne horčík, vápnik, zinok, hliník, kremík, cín, titán, zirkón, niób a cér a obzvlášť výhodne horčík, zinok, hliník, kremík, titán a zirkón. Ďalšie použiteľné nosiče pre katalyzátory, použiteľné podľa predloženého vynálezu, sú silikáty, ako je bentonit a montmorillonit, alebo zmesné oxidy vyššie uvedených prvkov ako sú napríklad oxidy AI(Si, Ti/Zr, Nb/Ta, Mg/Ca, Ca/Si, Mg/Si, Zn/Ti a Al/Ti, ktoré je možné okrem iného vyrobiť mechanickým zmiešaním, spoločným zrážaním solí alebo cez kogely zo solí alebo alkoxidoy, čo je odborníkom známe (D. A. Ward a kol., Ind. Eng. Chem. Res. 34 (1995), 421 až 433, W. F. Maier a kol., v J. F. Harold a R. M. Laine, Applications of Organometalic Chemistry in the Preparation and Processing of Advanced Materials, Kluwer Academic Publishers 1995, str. 27 až 46).

Pri spôsobe podľa predloženého vynálezu sa k východiskovej látke vzorca I až X pridá aspoň nepatrné množstvo vodíka, hoci sa podľa predloženého vynálezu jedná o dehydrogenáciu, prípadne o aminačnú dehydrogenáciu, pri ktorých v zásade vodík vzniká. Toto pridávané množstvo vodíka je 0,01 až 300 mól H2, výhodne 0,1 až 200 mól H2, obzvlášť 0,2 až 150 mól H2, pre jeden mól dehydrogenovanej, prípadne aminačne dehydrogenovanej zlúčeniny.

Zatiaľ čo je pri tvorbe karbazolu v dehydrogenovanej zlúčenine vzorcov I až III dusíková funkcia v edukte už prítomná, musí sa v ed iktoch vzorcov IV až X teraz vyrobiť výmenou kyslíkovej funkcie pomocou amoniaku. Na to potrebná súčasná vsádzka amoniaku je 1 až 50 mól NH3, výhodne 1,5 až 40 mól NH3, obzvlášť výhodne 2 až 30 mól NH3 pre mól aminačne dehydrogenovanej zlúčeniny vzorca IV až X.₃

Ďalej sa zistilo, že pri spôsobe podľa predloženého vynálezu je prítomnosť vodíka prípustná, hoci voda nie je tiež pre vykonávanie reakcie podľa predloženého vynálezu potrebná. Množstvo vody je preto všeobecne 0 až 10 mól H2O pre jeden mól dehydrogenovanej alebo aminačne dehydrogenovanej zlúčeniny vzorca I až X, pričom spodná hranica nula znamená neprítomnosť vody. Pre prípad prítomnosti vody môže byť tento rozsah.0,05 až 10 mól H2O, výhodne 0,1 až 8 mól H2O, obzvlášť 0,15 až 5 mól H2O pre jeden mól zlúčeniny I až X.

Spôsob podľa predloženého vynálezu sa vykonáva pri teplote v rozmedzí 300 °C až 600 °C, výhodne 350 °C až 580 °C, obzvlášť výhodne 380 °C až 570 °C a za tlaku 0,05 až 1,0 MPa, výhodne 0,07 až 0,8 MPa a obzvlášť výhodne 0,08 až 0,5 MPa.

Príklady vyhotovenia vynálezu

Príklad 1 (výroba katalyzátora)

I gama - AI2O3 (typ SPH 501 firmy Rhone-Poulenc, gulôčky s priemerom 3 až 4 mm) sa nasýtia 665 ml vodného roztoku, obsahujúceho 8 g Pt a 8 g Ir (32 g H2PtClg ako 25 % roztok a 15,4 g IrCLj.) a usušia sa v sušiarni po dobu 24 hodín pri teplote 150 °C. Potom sa nasýti 665 g vodného roztoku hydroxidu draselného, obsahujúceho 34 g KOH a opäť sa usušia. Katalyzátor obsahuje 0,4 % hmotnostných irídia a 0,4 % hmotnostných platiny.

Príklad 2 (výroba katalyzátora)

Analogicky, ako je popísané v príklade 1, sa vyrobí katalyzátor, ktorý neobsahuje žiadnu platinu, ale 1,2 % hmotnostných irídia.

Príklad 3 (porovnávací)

Analogicky ako je popísané v príklade 1 sa vyrobí katalyzátor, ktorý obsahuje 1,2 % hmotnostných platiny.

Príklad 4 ml katalyzátora podľa príkladu 1 sa naplní do kremennej rúrky s priemerom 1,6 mm, pri teplote 250 °C sa redukuje vodíkom a potom sa za normálneho tlaku zaťaží 0,5 g/ml.h DPA a 100 mól H2/mól DPA. Po dlhú dobu sa dosahuje stabilná reakcia DPA na karbazol 35 až 45 % pri selektivite medzi 80 a 90 %. Po 1 000 hodinách a kontinuálnom zvyšovaní teploty od 350 °C je konverzia DPA pri 450 °C bez medziregenerácie ešte 38 % pri selektivite 87 %. Príznaky začínajúcej dezaktivácie nie sú pozorované.

Príklad 5

Katalyzátor podľa príkladu 2 poskytuje za podmienok príkladu 4 konverziu DPA 53 % a selektivitu 59 %.

Príklad 5 (porovnávací)

Katalyzátor podľa príkladu 3 poskytuje za podmienok príkladu 4 konverziu DPA 49 % a selektivitu 38 %.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Spôsob výroby karbazolu dehydrogenáciou zlúčenín vzorcov I až III alebo aminačnou dehydrogenáciou zlúčenín vzorcov IV až X (VH) pri zvýšenej teplote za použitia katalyzátorov na báze vzácnych kovov, vyznačujúci sa tým, že sa pracuje s irídiovým katalyzátorom alebo irídium obsahujúcim katalyzátorom pri teplote v rozmedzí 300 °C až 600 °C za prítomnosti vodíka.
2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že katalyzátor obsahuje irídium v množstve 0,01 až 10 % hmotnostných, výhodne 0,1 až 6 % hmotnostných, obzvlášť 0,1 až 4 % hmotnostné a celkom obzvlášť výhodne 0,1 až 2 % hmotnostné, vzťahujúc na celkovú hmotnosť katalyzátora.
3. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že katalyzátorom je irídium obsahujúci katalyzátor, pričom okrem irídia obsahuje ďalší kov zo skupiny kovov platiny, výhodne ródium, paládium alel o platinu, obzvlášť výhodne platinu, suma vzácnych kovov je 0,01 až 10 % hmotnostných, výhodne 0,1 až 6 % hmotnostných, obzvlášť 0,1 až 4 % hmotnostné a obzvlášť výhodne 0,1 až 2 % hmotnostné, vzťahujúc na celkovú hmotnosť katalyzátora a hmotnostný pomer irídia k ostatným kovom skupiny platiny je 0,2 až 5 :1, výhodne 0,5 až 2 : 1.
4. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že sa ako dehydrogenovaná alebo aminačne dehydrogenovaná zlúčenina použije zlúčenina vzorca II, III, IV, VII alebo VIII, výhodne vzorec II.
5. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že sa použije 0,01 až 300 mól vodíka, výhodne 0,1 až 200 mól vodíka a obzvlášť výhodne 0,2 až 150 mól vodíka na jeden mól dehydrogenovanej, prípadne aminačne dehydrogenovanej zlúčeniny.
6. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že sa pre prípad aminačnej dehydrogenácie použije 1 až 50 mól NH3, výhodne 1,5 až 40 mól NH3 a obzvlášť výhodne 2 až 30 mól NH3 na jeden mól aminačne dehydrogenovanej zlúčeniny.
7. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že ^ra pracuje pri teplote v rozmedzí 350 °C až 580 °C, výhodne 380 °C až 570 °C.
8. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že sa pracuje za tlaku v rozmedzí 0,05 až 1,0 MPa, výhodne 0,07 až 0,8 MPa a obzvlášť výhodne 0,08 až 0,5 MPa.