WO2017163680A1 - 反応組成物及びこれを用いた反応システム - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a reaction composition containing a catalyst and an organic solvent, and a reaction system using the same. More specifically, the present invention relates to a catalyst and an organic solvent used in a hydrogenation reaction of an unsaturated cyclic compound (aromatic nitro compound) having a structure in which one or more nitro groups are directly bonded to a ring skeleton. And a reaction composition comprising: In addition, the present invention uses the reaction composition of the present invention to selectively hydrogenate the nitro group of the aromatic nitro compound, which is a reactant, and to sufficiently reduce elimination of halogen atoms from the ring. The present invention relates to a reaction system capable of realizing a reaction.
- Aromatic halogenamines having a structure in which one or more nitro groups and one or more amino groups are directly bonded as substituents to the same ring skeleton are used as pharmaceuticals, dyes, insecticides and herbicides. It is an important raw material.
- This aromatic halogenamine is, for example, an aromatic halogen nitro compound having a chemical structure corresponding to the aromatic halogenamine (a state in which one or more nitro groups and one or more halogen atoms are separated into ring skeletons of the same ring as substituents, respectively) Can be produced by a hydrogenation reaction (catalytic hydrogenation reaction).
- Non-Patent Documents 1 to 6 In general, it is known that a dehalogenation reaction of an aromatic halogen compound is promoted under a condition in which a noble metal catalyst such as Pt or Pd and a base (NaOH, KOH, NH 4 OH) coexist (for example, Non-Patent Documents 1 to 6). Neutralizing the hydrogen halide generated by the dehalogenation reaction by the base is considered as the reason for promoting the dehalogenation reaction.
- Non-Patent Document 1 page 25, left column, formulas (11) to (13) showing the liquid phase dechlorination reaction, Non-patent document 3, page 98, left column, liquid phase dechlorination reaction. (1) to (3) showing
- Patent Document 1 discloses a hydrogenation reaction of an aromatic halogen nitro compound (in Patent Document 1, “aromatic nitro derivative having a halogen atom bonded to an aromatic nucleus”) with the intention of avoiding a dehalogenation reaction.
- aromatic halogen nitro compound in Patent Document 1, “aromatic nitro derivative having a halogen atom bonded to an aromatic nucleus”
- Patent Document 2 discloses that activated carbon is finely loaded on activated carbon as a carrier with a predetermined amount of Pt and Cu, with the intention of allowing selective hydrogenation of the nitro group of the aromatic halogen nitro compound.
- Noble metal catalysts distributed in the region have been proposed.
- Patent Document 3 the hydrogenation of a nitro group of an aromatic halogen nitro compound (for example, 1-nitro-3,4-dichlorobenzene, 4-nitrochlorobenzene) is intended to proceed selectively,
- a catalyst containing Pt-supported carbon and Fe oxide-supported carbon (or Fe hydroxide-supported carbon) has been proposed.
- Patent Document 4 discloses the product 4-chloro-2,5-dimethoxyaniline in the hydrogenation reaction of the nitro group of an aromatic halogen nitro compound (4-chloro-2,5-dimethoxy-1-nitrobenzene). Intended to be isolated from a solvent (xylene) without crystallization, a sulfite-supported Pt-supported carbon catalyst, an aliphatic open-chain amine (especially morpholine), an alkaline aqueous solution ⁇ in aqueous solution a compound giving a pH of 8 to 10 (for example, disodium borate, sodium formate, sodium acetate, sodium carbonate, disodium hydrogen phosphate, sodium hydroxide) ⁇ and a predetermined amount of water (30 mL in Example 1 of Patent Document 4) And a reaction system containing a predetermined amount of an aromatic organic solvent (675 mL in Example 1 of Patent Document 4). It has been proposed.
- a solvent xylene
- the present invention has been made in view of such technical circumstances, and is an aromatic nitro compound having a structure in which a nitro group and a halogen atom are directly bonded to each other as a substituent in a ring skeleton of the same ring. It is an object of the present invention to provide a reaction composition that can selectively hydrogenate a nitro group and sufficiently reduce elimination of a halogen atom from a ring.
- the present inventors have obtained a catalyst in which Fe oxide particles are supported on a carrier, a predetermined base, and a predetermined organic solvent in addition to Pt particles.
- the present inventors have found that the composition of the reaction composition possessed is effective and have completed the present invention.
- the present invention includes the following technical matters. That is, the present invention (N1) An aromatic nitro compound having a structure in which one or more nitro groups and one or more halogen atoms are directly bonded as substituents in a ring skeleton of the same ring is used as a reactant, A catalyst used in a hydrogenation reaction to convert at least one of the nitro groups to an amino group; With a base, An organic solvent capable of dissolving at least a part of the reactant, Contains The catalyst includes a support, Pt particles and Fe oxide particles supported on the support, The base has a stronger basicity than at least one of aromatic amines having one or more amino groups obtained as a product by the hydrogenation reaction. A reaction composition is provided.
- “Ka” indicates a concentration acid dissociation constant.
- “the state in which the base has a stronger basicity than the product” means “the pKa of the base is larger than the pKa of the product”.
- the comparison between the pKa of the base and the product pKa may not use the pKa of the base and the product pKa measured in the actual reaction system.
- reaction composition of the present invention described in (N1) is a reactant.
- reaction composition of the present invention described in (N2) is a reactant.
- An aromatic nitro compound may be further contained.
- reaction composition of the present invention described in (N2) is (N3)
- An aromatic amine having at least one amino group obtained as a product by a hydrogenation reaction of an aromatic nitro compound may be further included.
- the reaction composition of the present invention according to any one of (N1) to (N3) It is preferable that the (N4) base and the constituent components of the solvent used in the hydrogenation reaction satisfy the condition of the following formula (1). 0.90 ⁇ ⁇ 1000 ⁇ (B / Vs) ⁇ ⁇ 190.00 (1) [In Formula (1), B shows the amount (mol) of a base, and Vs shows the volume (L) of an organic solvent. ]
- the effect of the present invention can be obtained more reliably. be able to.
- the reaction composition of the present invention according to any one of (N1) to (N4) is (N5) It is preferable that the base and the reactant used in the hydrogenation reaction satisfy the condition of the following formula (2). 0.35% ⁇ ⁇ 100 ⁇ (B / R) ⁇ ⁇ 75.50% (2) [In formula (2), B represents the amount of substance (mol) of the base, and R represents the amount of substance (mol) of the reaction product. ]
- the effect of the present invention is achieved by adjusting the amount of the base contained in the reaction composition within a range that satisfies the condition of the above formula (1) with respect to the amount of the reactant in the reaction system in which the reaction composition is used. Can be obtained more reliably.
- any one of the reaction compositions of the present invention (N1) to (N5) is (N6) It is preferable that water is further contained and the content satisfies the condition of the following formula (3). 0.00% ⁇ ⁇ 100 ⁇ (Vh / Vs) ⁇ ⁇ 30.00% (3) [In Formula (3), Vh shows the volume (L) of water supplied other than reaction product water, and Vs shows the volume (L) of an organic solvent. ]
- the inventors of the present invention have the effect that the reaction composition of the present invention reduces the dehalogenation reaction by setting the amount of water in the reaction system in which the reaction composition of the present invention is used as relatively small as described above. I have found out that it will definitely work. This is a configuration different from the catalyst described in Patent Document 4 (a catalyst that has a configuration that does not contain Fe oxide and is used in a reaction system that includes water). Is a remarkable effect.
- reaction composition (N6) from the same viewpoint, (N7) It is more preferable that the water further satisfies the condition of the following formula (4). 1.00% ⁇ ⁇ 100 ⁇ (Vh / Vs) ⁇ ⁇ 5.00% (4)
- reaction composition of any one of (N1) to (N5) (N8) A dehydrating agent may be further included.
- the amount of water in the reaction composition of the present invention can be reduced, and the effects of the present invention can be easily obtained.
- the present invention also provides a reaction system including a reaction vessel that can contain the reaction composition according to any one of (N1) to (N8) as a reactant.
- the reaction system of the present invention uses the reaction composition of the present invention, the nitro group of the aromatic nitro compound that is the reactant can be selectively hydrogenated, and the elimination of halogen atoms from the ring can be sufficiently reduced. Hydrogenation reaction can be realized.
- the hydrogen of a nitro group of an aromatic nitro compound (aromatic halogen nitro compound) having a structure in which a nitro group and a halogen atom are directly bonded as substituents to the ring skeleton of the same ring.
- aromatic nitro compound aromatic halogen nitro compound
- a reaction composition that can selectively hydrogenate a nitro group and sufficiently reduce elimination of a halogen atom from a ring is provided.
- a system can be provided.
- the reaction composition of this embodiment contains a catalyst, a base, and an organic solvent.
- the catalyst includes a support, Pt particles supported on the support, and Fe oxide particles.
- the base has a basicity stronger than at least one of aromatic amines having one or more amino groups obtained as a product by a hydrogenation reaction.
- the organic solvent has a chemical property capable of dissolving at least a part of the reactant.
- the catalyst contained in the reaction composition is not particularly limited as long as it contains a support, Pt particles and Fe oxide particles supported on the support.
- the catalyst carrier is not particularly limited as long as it can support Pt particles and Fe oxide particles and has a large surface area. It can be suitably selected from carbon materials such as activated carbon, pulverized activated carbon, glassy carbon (GC), fine carbon, carbon black, graphite, and carbon fiber, and glass or ceramic materials such as oxides.
- carbon materials such as activated carbon, pulverized activated carbon, glassy carbon (GC), fine carbon, carbon black, graphite, and carbon fiber, and glass or ceramic materials such as oxides.
- the specific surface area of the carrier is preferably 500 m 3 / g or more, more preferably 800 m 3 / g or more, and still more preferably 1000 m 3 / g or more.
- the Fe oxide is not particularly limited, but it is preferable that Fe 2 O 3 is the main component.
- the base contained in the reaction composition has a basicity stronger than at least one of aromatic amines having one or more amino groups obtained as a product by a hydrogenation reaction.
- Pt particles, Fe there is no particular limitation as long as it has a stability in which a chemical reaction does not proceed with these particles at normal temperature and pressure in a state where it is mixed with oxide particles.
- Either an inorganic base or an organic base can be employed.
- the base can be appropriately set in consideration of the combination with the reactant and solvent in the reaction system to be used.
- the base is preferably sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, potassium carbonate, triethylamine, or sodium acetate from the viewpoint of availability.
- the reaction composition may contain in advance an aromatic nitro compound as a reactant.
- an aromatic amine having at least one amino group obtained as a product by a hydrogenation reaction of an aromatic nitro compound may be further included.
- aromatic amine having one or more amino groups is desirably an aromatic halogenamine as a main product, but within the range where the effects of the present invention can be obtained (allowed in the reaction system used). There may be some aromatic amines that are dehalogenated (within range).
- the content of the base contained in the reaction composition may be set to an optimum value in the reaction system and reaction conditions in which the reaction composition is used.
- the reaction composition comprises a base and the components of the solvent used in the hydrogenation reaction satisfy the conditions of the following formula (1): It is preferable to satisfy. 0.90 ⁇ ⁇ 1000 ⁇ (B / Vs) ⁇ ⁇ 190.00 (1)
- B shows the amount (mol) of a base
- Vs shows the volume (L) of an organic solvent.
- the base and the reactant used in the hydrogenation reaction satisfy the condition of the following formula (2) from the viewpoint of obtaining the effect of the present invention more reliably.
- formula (2) B represents the amount of substance (mol) of the base, and R represents the amount of substance (mol) of the reaction product. ]
- the constituent components of the solvent used in the hydrogenation reaction satisfy the condition of the following formula (3) from the viewpoint of more reliably obtaining the effects of the present invention. It is preferable. 0.00% ⁇ ⁇ 100 ⁇ (Vh / Vs) ⁇ ⁇ 30.00% (3) [In Formula (3), Vh shows the volume (L) of water supplied other than reaction product water, and Vs shows the volume (L) of an organic solvent. ]
- the water further satisfies the condition of the following formula (4). 1.00% ⁇ ⁇ 100 ⁇ (Vh / Vs) ⁇ ⁇ 5.00% (4)
- the reaction composition may further contain a dehydrating agent.
- the dehydrating agent is not particularly limited as long as it has a stability that does not proceed with a chemical reaction at normal temperature and normal pressure in a state where it is mixed with Pt particles, Fe oxide particles and a base.
- preferred examples of the dehydrating agent include zeolite, sodium sulfate, and magnesium sulfate from the viewpoint of availability.
- the solvent contained in the reaction composition is not particularly limited as long as it has chemical properties capable of dissolving at least a part of the reactant (aromatic halogen nitro compound).
- the reactant aromatic halogen nitro compound
- toluene, xylene, benzene, chlorobenzene, dichlorobenzene, and alcohol having 1 to 3 carbon atoms are preferable. You may employ
- the reactant (aromatic halogen nitro compound) in the reaction system in which the reaction composition is used is not particularly limited, but preferably has a structure represented by the following general formula (C1).
- n represents an integer of 1 or more
- m represents an integer of 1 or more
- ⁇ represents an integer of 0 or more
- ⁇ represents an integer of 0 or more
- R represents a hydrogen atom, an amino group, a hydroxyl group, or a monovalent or higher-valent organic group having one or more carbon atoms
- X represents any of halogen atoms
- Indicate the atom of the species, and Y and Z may be the same or different.
- R when ⁇ is 2 or more, R may be a divalent organic group bonded to two adjacent Y atoms.
- the aromatic nitro compound may have a condensed ring compound structure.
- R which is a monovalent or higher valent organic group, may have a structure in which the moiety bonded to Y ⁇ is represented by “—O—” or “—S—”.
- the reactant (aromatic halogen nitro compound) in the reaction system in which the reaction composition is used may have a structure represented by the following general formula (C2).
- n represents an integer of 1 or more
- m represents an integer of 1 or more
- ⁇ represents an integer of 0 or more
- ⁇ represents an integer of 0 or more
- R represents a hydrogen atom, an amino group, a hydroxyl group, or a monovalent or higher-valent organic group having one or more carbon atoms
- X represents any of halogen atoms
- Shows two atoms, Z represents an atom of C, N, O, or S when ⁇ 1, and at least selected from the group consisting of C, N, O, and S when ⁇ ⁇ 2.
- R which is a monovalent or higher valent organic group, may have a structure in which the moiety bonded to Y ⁇ is represented by “—O—” or “—S—”.
- the portion represented by “XJ-” is a structure represented by the following formulas (C2-1), (C2-2), (C2-3), and (C2-4) You may have.
- XC- (C O) -N- (C2-1)
- X ⁇ C C ⁇ C ⁇ (C2-2)
- X 1 and X 2 each represent one of halogen atoms, and X 1 and X 2 may be the same or different.
- the method for producing the reaction composition is not particularly limited, and a combination of known techniques can be employed.
- the catalyst contained in the reaction composition can be obtained, for example, by reducing a dispersion containing a Pt compound, an Fe compound, and water on a support to obtain a catalyst in which Pt particles and Fe oxide particles are supported on the support. Good.
- the support of Pt and the support of Fe oxide may be performed simultaneously as described above, or either one may be performed first and the other may be performed later.
- the order of mixing is not particularly limited as long as they can be sufficiently mixed without causing an undesired chemical reaction in consideration of their chemical properties.
- the order of mixing is not particularly limited as long as they can be sufficiently mixed without causing an undesired chemical reaction.
- the order of mixing is not particularly limited as long as the reactants can be sufficiently mixed with other components without causing undesired chemical reactions.
- the reaction composition of the present embodiment may be stored in a packaging body such as a container or a bag after production.
- the internal structure of the package that comes into contact with the reaction composition must be configured so as not to cause a chemical reaction with the reaction composition. By setting it as the state accommodated in the reaction composition package, the reaction composition can be easily moved from the production place to the use place when the production place and the use place of the reaction composition are different.
- the reaction system of this embodiment has the structure containing the reaction container which can accommodate the reaction composition of this invention as a reaction material.
- the reaction system of the present embodiment is not particularly limited as long as it has a configuration including a reaction vessel that can contain the reaction composition of the present invention as a reactant.
- the reaction system of the present embodiment is an aromatic nitro compound (aromatic halogen compound) having a structure in which one or more nitro groups and one or more halogen atoms are directly bonded as substituents in the same ring skeleton.
- aromatic nitro compound aromatic halogen compound
- the reaction system of the present embodiment may include the reaction composition of the present invention as a constituent element in advance.
- the reaction system may include the reaction composition of the present invention in advance in the reaction container, or may further include another container that can store and hold the reaction composition in advance in addition to the reaction container. In doing so, the reaction composition may be moved from the other container to the reaction container.
- reaction system of the present embodiment further includes another container that can previously store and hold the components of the reaction composition of the present invention, and before performing the hydrogenation reaction at the place where the hydrogenation reaction is performed.
- reaction composition may be supplied into a predetermined container to produce a reaction composition, and the produced reaction composition may be used for a hydrogenation reaction.
- the reaction system may be configured to have another container that can previously store and hold all of the components of the reaction composition of the present invention, or one of the components of the reaction composition of the present invention. It is good also as a structure which has another container which can accommodate and hold
- the reaction system may be configured to further include another container that can previously store and hold the base and the organic solvent, and the catalyst may be configured to be brought in from another catalyst production site.
- the reaction system of the present embodiment uses the reaction composition of the present invention, the nitro group of the aromatic nitro compound that is the reactant can be selectively hydrogenated, and the elimination of halogen atoms from the ring is sufficiently reduced. A hydrogenation reaction that can be performed can be realized.
- Example 1 As a catalyst, a catalyst in which Pt particles and Fe oxide particles are supported on a carbon support ⁇ trade name “NE-01M02”, Pt content 1.0 wt%, Fe content 0.20 wt%, N. E. CHEMCAT (hereinafter referred to as “Pt—FeOx / C” if necessary) ⁇ was prepared.
- Pt—FeOx / C the carbon support is activated carbon (specific surface area based on BET measurement is 900: m 2 / g), and the Fe oxide particles are mainly composed of Fe 2 O 3 (the result based on XPS analysis indicates Fe 2 O 3 is approximately 100%).
- Commercially available Na 2 CO 3 was prepared as a base.
- Example 2 (Example 2) to (Example 5)
- the reaction compositions of Examples 2 to 5 were prepared using the same preparation conditions and the same raw materials as in Example 1, except that the amount of Na 2 CO 3 was changed to the value shown in Table 1. did.
- Example 6 The reaction composition of Example 6 was prepared using the same raw materials and preparation conditions as in Example 1 except that 20 mg of commercially available K 2 CO 3 was used as the base instead of Na 2 CO 3 . .
- Example 7 The same preparation conditions as in Example 1 were used except that 72.6 mg of commercially available (CH 3 CH 2 ) 3 N was used as a base instead of Na 2 CO 3 . A reaction composition was prepared.
- Example 8 (Example 8) to (Example 14) Except that the volume of water Vh (mL) was changed to the value shown in Table 1, the same preparation conditions and the same raw materials as in Example 3 were used to prepare catalyst mixtures of Examples 8 to 14. did.
- Comparative Example 1 A catalyst and organic solvent made of the same Pt—FeOx / C powder as in Example 1 were used as a reaction composition of Comparative Example 1 without using a base.
- Comparative Example 2 A reaction composition of Comparative Example 2 was prepared using the same raw materials and the same preparation conditions as in Comparative Example 1 except that 200 mg of commercially available NaCl was used without using a base.
- Comparative Example 3 A reaction composition of Comparative Example 2 was prepared using the same preparation conditions and the same raw materials as in Comparative Example 1 except that 30 mg of commercially available Na 2 SO 4 was used without using a base.
- Comparative Example 5 A reaction composition of Comparative Example 2 was prepared using the same preparation conditions and the same raw materials as in Comparative Example 1 except that the amount of Na 2 CO 3 was changed to the value shown in Table 1.
- Comparative Example 6 (Comparative Example 6) to (Comparative Example 8) The same preparation conditions as in Comparative Example 1 except that the amount of Pt / C powder used was 140.0 mg (water content 0.123 mL) and that water was added under the following conditions.
- the reaction compositions of Comparative Examples 6 to 8 were prepared. The amount of water added to the reaction composition of Comparative Example 6 was adjusted to 0.444 mL, and the amount of water added to the reaction compositions of Comparative Example 7 and Comparative Example 8 was adjusted to 1.000 mL, respectively.
- Comparative Example 9 A catalyst and organic solvent made of the same Pt / C powder as in Comparative Example 1 were used as a reaction composition of Comparative Example 9 without using a base.
- 2-bromo-5-nitropyridine represented by the formula (C1-1) has a heterocyclic structure having an N atom.
- 2-bromo-5-nitrobenzene having a structure in which the N atom in this heterocycle is replaced with a C atom 2-bromo-5-nitropyridine is a hydrogenation of the nitro group of the main reaction (main production)
- a side reaction debromination reaction (the by-product is 3-aminopyridine represented by the formula (C1-3)) It is a reaction product that proceeds easily.
- reaction product 2.5 mmol of 2-bromo-5-nitrobenzene represented by the formula (C1-1) Hydrogen pressure: 0.6 MPa Reaction temperature: 50 ° C Reaction time: 5 hours
- a reaction system using the reaction compositions of Examples 1 to 14 satisfying the configuration of the present invention has a configuration similar to that of Patent Document 3 described as a prior art document (a catalyst including a Pt component and an iron oxide component).
- a catalyst including a Pt component and an iron oxide component In comparison with a reaction system using the reaction composition of Comparative Example 1 having an organic solvent (a configuration in which the reaction product is also used as an organic solvent) and having no base) ( It was revealed that the progress of the debromination reaction to 3-aminopyridine represented by C1-3) was sufficiently reduced.
- the reaction composition of the present example shows that the nitro group of the aromatic nitro compound having a structure in which the nitro group and the halogen atom are directly bonded to each other as a substituent in the same ring skeleton.
- the nitro group can be selectively hydrogenated and the elimination of halogen atoms from the ring can be sufficiently reduced.
- the reaction composition of the present invention comprises a nitro group of an aromatic nitro compound (aromatic halogen nitro compound) having a structure in which a nitro group and a halogen atom are directly bonded in the state of being separated into the same ring skeleton as a substituent.
- aromatic nitro compound aromatic halogen nitro compound
- the nitro group can be selectively hydrogenated, and it has a catalytic activity that can sufficiently reduce elimination of halogen atoms from the ring.
- the present invention contributes to the development of efficient mass production technology for aromatic halogenamines, which are important raw materials for pharmaceuticals, dyes, insecticides and herbicides. Contribute to development.
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Abstract
ニトロ基とハロゲン原子とが置換基として同一の環の環骨格にそれぞれ分かれた状態で直接結合した構造を有する芳香族ニトロ化合物のニトロ基の水素化反応において、ニトロ基を選択的に水素化でき、ハロゲン原子の環からの脱離を十分に低減できる反応組成物の提供及び反応組成物を使用する反応システムの提供。本発明の反応組成物は、上記芳香族ニトロ化合物を反応物とし、この反応物の１以上あるニトロ基のうちの少なくとも１つの水素化反応に用いられる触媒を含む。更に、この反応組成物は塩基と有機溶媒とを含んでいる。触媒は、担体と、この担体上に担持されるＰｔ粒子とＦｅ酸化物粒子と、を含んでいる。また、塩基は、水素化反応により生成物として得られる１以上のアミノ基を有する芳香族アミンのうちの少なくとも１つよりも強い塩基性を有している。更に、有機溶媒は反応物の少なくとも一部を溶解可能である。
Description
本発明は、触媒と有機溶媒とを含む反応組成物及びこれを用いた反応システムに関する。より詳しくは、本発明は、１以上のニトロ基が環骨格に直接結合した構造を有する不飽和環式化合物（芳香族ニトロ化合物）の当該ニトロ基の水素化反応に使用される触媒と有機溶媒とを含む反応組成物に関する。また、本発明は、本発明の反応組成物を使用し、反応物である芳香族ニトロ化合物のニトロ基を選択的に水素化でき、ハロゲン原子の環からの脱離を十分に低減できる水素化反応を実現することができる反応システムに関する。
１以上のニトロ基と１以上のアミノ基とが置換基として同一の環の環骨格にそれぞれ分かれた状態で直接結合した構造を有する芳香族ハロゲンアミンは、医薬、染料、殺虫剤、除草剤の重要な原料である。
この芳香族ハロゲンアミンは、例えば、これに相応する化学構造を有する芳香族ハロゲンニトロ化合物（１以上のニトロ基と１以上のハロゲン原子とが置換基として同一の環の環骨格にそれぞれ分かれた状態で直接結合した構造を有する芳香族ニトロ化合物）の水素化反応（接触水素化反応）により製造することができる。
この水素化反応においては、ニトロ基がアミノ基へ還元される還元反応（望みの水素化反応）の他に、ハロゲン原子が環から脱離し水素原子に置換される反応（望まない副反応。以下、必要に応じて「脱ハロゲン反応」という）も進行する。脱ハロゲン反応により生成するハロゲン化水素は反応容器を腐食する。
一般に、芳香族ハロゲン化合物の脱ハロゲン反応は、ＰｔやＰｄなどの貴金属触媒と、塩基（ＮａＯＨ、ＫＯＨ，ＮＨ４ＯＨ）とが共存する条件のもとで促進されることが知られている（例えば、非特許文献１～６）。塩基が脱ハロゲン反応によって発生するハロゲン化水素を中和することが脱ハロゲン反応の促進の理由とされている。このことは、例えば、非特許文献１、２５頁、左欄 液相脱塩素化反応を示す式（１１）～式（１３）、非特許文献３、９８頁、左欄 液相脱塩素化反応を示す式（１）～式（３）に示されている。
以上説明したように、芳香族ハロゲンニトロ化合物の水素化反応においては、脱ハロゲン反応を十分に低減し、ニトロ基を選択的に還元することが重要となる。
芳香族ハロゲンニトロ化合物のニトロ基を選択的に還元するためにこれまで様々な提案がなされている。
例えば、特許文献１には、脱ハロゲン反応を避けることを意図して、芳香族ハロゲンニトロ化合物（特許文献１では「芳香族核に結合したハロゲン原子を有する芳香族ニトロ誘導体」）の水素化反応を、炭化タングステンと、強酸（硫酸、リン酸、塩酸、臭化水素酸）の存在下で実施することが提案されている。
また、特許文献２には、芳香族ハロゲンニトロ化合物のニトロ基の水素化を選択的に進行させることを意図して、活性炭を担体の活性炭上にＰｔとＣｕとがそれぞれ所定の担持量で微細に分配された貴金属触媒が提案されている。
更に、特許文献３には、芳香族ハロゲンニトロ化合物（例えば、１－ニトロ－３，４－ジクロロベンゼン、４－ニトロクロロベンゼン）のニトロ基の水素化を選択的に進行させることを意図して、Ｐｔ担持カーボンと、Ｆｅ酸化物担持カーボン（又はＦｅ水酸化物担持カーボン）とを含む触媒が提案されている。
また、特許文献４には、芳香族ハロゲンニトロ化合物（４－クロロ－２，５－ジメトキシ－１－ニトロベンゼン）のニトロ基の水素化反応において、生成物の４－クロロ－２，５－ジメトキシアニリンを溶媒（キシレン）から結晶化させなくても単離できるようにすることなどを意図して、亜硫酸化したＰｔ担持炭素触媒と、脂肪族開鎖アミン（特にモルホリン）と、アルカリ性水溶液｛水溶液中でｐＨ８～１０を与える化合物（例えば、ホウ酸二ナトリウム、ギ酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、リン酸水素二ナトリウム、水酸化ナトリウム）｝と、所定量の水（特許文献４の実施例１では３０ｍＬ、触媒に含まれる水分１．５ｍＬ）と、所定量の芳香族有機溶剤（特許文献４の実施例１では６７５ｍＬ）、を含む反応系が提案されている。
なお、本件特許出願人は、上記文献公知発明が記載された刊行物として、以下の刊行物を提示する。
総説 芳香族塩素化合物の無害化（ソーダと塩素・２００５年１・２月号）
Y.Ukisu et al., Appl.Catal.A:General.,271(2004)165-170
Y.Ukisu et al., Appl.Catal.B:Environ.,27,97(2000)97-104
R.H.Mizzoni et al ., J.Am.Chem.Soc.,73,1873(1951)
M.M.Robinson, J.Am.Chem.Soc., 80,6254(1958)
E.V.Brown, J.Org.Chem., 30,1607(1965)
しかしながら、芳香族ハロゲンニトロ化合物の水素化反応において、脱ハロゲン反応を十分に低減し、ニトロ基を選択的に還元する観点からは、上述した従来技術であっても未だ改善の余地があることを本発明者らは見出した。
本発明は、かかる技術的事情に鑑みてなされたものであって、ニトロ基とハロゲン原子とが置換基として同一の環の環骨格にそれぞれ分かれた状態で直接結合した構造を有する芳香族ニトロ化合物のニトロ基の水素化反応において、ニトロ基を選択的に水素化でき、ハロゲン原子の環からの脱離を十分に低減できる反応組成物を提供することを目的とする。
本発明者らは、上述の課題の解決に向けて鋭意検討を行った結果、Ｐｔ粒子に加え、Ｆｅ酸化物粒子を担体に担持した触媒と、所定の塩基と、所定の有機溶媒と、を有する反応組成物の構成が有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。
より具体的には、本発明は、以下の技術的事項から構成される。
すなわち、本発明は、
（Ｎ１）１以上のニトロ基と１以上のハロゲン原子とが置換基として同一の環の環骨格にそれぞれ分かれた状態で直接結合した構造を有する芳香族ニトロ化合物を反応物とし、前記１以上のニトロ基のうちの少なくとも１つをアミノ基に変換する水素化反応に用いられる触媒と、
塩基と、
前記反応物の少なくとも一部を溶解可能な有機溶媒と、
を含んでおり、
前記触媒は、担体と、前記担体上に担持されるＰｔ粒子とＦｅ酸化物粒子と、を含んでおり、
前記塩基は、前記水素化反応により生成物として得られる１以上のアミノ基を有する芳香族アミンのうちの少なくとも１つよりも強い塩基性を有している、
反応組成物を提供する。
すなわち、本発明は、
（Ｎ１）１以上のニトロ基と１以上のハロゲン原子とが置換基として同一の環の環骨格にそれぞれ分かれた状態で直接結合した構造を有する芳香族ニトロ化合物を反応物とし、前記１以上のニトロ基のうちの少なくとも１つをアミノ基に変換する水素化反応に用いられる触媒と、
塩基と、
前記反応物の少なくとも一部を溶解可能な有機溶媒と、
を含んでおり、
前記触媒は、担体と、前記担体上に担持されるＰｔ粒子とＦｅ酸化物粒子と、を含んでおり、
前記塩基は、前記水素化反応により生成物として得られる１以上のアミノ基を有する芳香族アミンのうちの少なくとも１つよりも強い塩基性を有している、
反応組成物を提供する。
芳香族ハロゲンニトロ化合物のニトロ基の選択的水素化反応を実施するに当たり、先に述べた非特許文献１～６に記載のように、この化学系において塩基の添加が脱ハロゲン反応を促進するということが当業者の一般的認識であったのにもかかわらず、本発明者らは、従来試みられていなかったＰｔ粒子とＦｅ酸化物粒子とが共存する触媒の化学系において、敢えて塩基を添加して検討した。その結果、詳細なメカニズムは解明されていないが、上記の構成を満たす反応組成物が、芳香族ハロゲンニトロ化合物のニトロ基の水素化反応において、ニトロ基を選択的に水素化でき、ハロゲン原子の環からの脱離を十分に低減できることを見出した。
なお、本発明において、塩基と、生成物（１以上のアミノ基を有する芳香族アミンのうちの少なくとも１つ）とで塩基性の強さを比較する際の「塩基性」とは、「pKa（＝－logKa）」を示す。ここで「Ka」は濃度酸解離定数を示す。本発明においては、「塩基が生成物よりも強い塩基性を有している状態」とは、「塩基のpKaが生成物のpKaよりも大きいこと」を意味する。更に、塩基のpKaと生成物のpKaの比較は、実際の反応系において測定される塩基のpKaと生成物のpKaを使用しなくてよい。このpKaの比較は、「改訂５版 化学便覧基礎編II（日本化学会編）」に定義され記載されている各化合物のKa及びpKa、又は、IUPACのV6委員会のまとめた安定定数データベース（L.D. Pettit, K.J. Powell, ”Stability Constants Database”, Academic Software(1997)）に記載されている各化合物のKa及びpKa を使用して比較してよいものとする。
なお、本発明において、塩基と、生成物（１以上のアミノ基を有する芳香族アミンのうちの少なくとも１つ）とで塩基性の強さを比較する際の「塩基性」とは、「pKa（＝－logKa）」を示す。ここで「Ka」は濃度酸解離定数を示す。本発明においては、「塩基が生成物よりも強い塩基性を有している状態」とは、「塩基のpKaが生成物のpKaよりも大きいこと」を意味する。更に、塩基のpKaと生成物のpKaの比較は、実際の反応系において測定される塩基のpKaと生成物のpKaを使用しなくてよい。このpKaの比較は、「改訂５版 化学便覧基礎編II（日本化学会編）」に定義され記載されている各化合物のKa及びpKa、又は、IUPACのV6委員会のまとめた安定定数データベース（L.D. Pettit, K.J. Powell, ”Stability Constants Database”, Academic Software(1997)）に記載されている各化合物のKa及びpKa を使用して比較してよいものとする。
ここで、（Ｎ１）に記載の本発明の反応組成物は、反応物である、
（Ｎ２）芳香族ニトロ化合物が更に含まれていてもよい。
（Ｎ２）芳香族ニトロ化合物が更に含まれていてもよい。
また、この場合、（Ｎ２）に記載の本発明の反応組成物は、
（Ｎ３）芳香族ニトロ化合物の水素化反応により生成物として得られる少なくとも１つのアミノ基を有する芳香族アミンが更に含まれていてもよい。
（Ｎ３）芳香族ニトロ化合物の水素化反応により生成物として得られる少なくとも１つのアミノ基を有する芳香族アミンが更に含まれていてもよい。
更に、本発明の効果をより確実に得る観点から、（Ｎ１）～（Ｎ３）のうちのいずれか１つに記載の本発明の反応組成物は、
（Ｎ４）塩基と、水素化反応に使用される溶媒の構成成分が以下の式（１）の条件を満たしていることが好ましい。
０．９０≦｛１０００×（Ｂ／Ｖｓ）｝≦１９０．００・・・（１）
［式（１）中、Ｂは塩基の物質量（ｍｏｌ）を示し、Ｖｓは有機溶媒の体積（Ｌ）を示す。］
（Ｎ４）塩基と、水素化反応に使用される溶媒の構成成分が以下の式（１）の条件を満たしていることが好ましい。
０．９０≦｛１０００×（Ｂ／Ｖｓ）｝≦１９０．００・・・（１）
［式（１）中、Ｂは塩基の物質量（ｍｏｌ）を示し、Ｖｓは有機溶媒の体積（Ｌ）を示す。］
反応組成物に含まれる塩基の量を、反応組成物に含まれる有機溶媒の体積に対して上記の式（１）の条件を満たす範囲に調節することで、本発明の効果をより確実に得ることができる。
また、本発明の効果をより確実に得る観点から、（Ｎ１）～（Ｎ４）のうちのいずれか１つに記載の本発明の反応組成物は、
（Ｎ５）塩基と、水素化反応に使用される反応物が以下の式（２）の条件を満たしていることが好ましい。
０．３５％≦｛１００×（Ｂ／Ｒ）｝≦７５．５０％・・・（２）
［式（２）中、Ｂは塩基の物質量（ｍｏｌ）、Ｒは反応物の物質量（ｍｏｌ）を示す。］
（Ｎ５）塩基と、水素化反応に使用される反応物が以下の式（２）の条件を満たしていることが好ましい。
０．３５％≦｛１００×（Ｂ／Ｒ）｝≦７５．５０％・・・（２）
［式（２）中、Ｂは塩基の物質量（ｍｏｌ）、Ｒは反応物の物質量（ｍｏｌ）を示す。］
反応組成物に含まれる塩基の量を、反応組成物が使用される反応系における反応物の物質量に対して上記の式（１）の条件を満たす範囲に調節することで、本発明の効果をより確実に得ることができる。
また、本発明の効果をより確実に得る観点から、（Ｎ１）～（Ｎ５）のうちのいずれかの本発明の反応組成物は、
（Ｎ６）水が更に含まれており、その含有量が下記式（３）の条件を満たしていることが好ましい。
０.００％≦｛１００×（Ｖｈ／Ｖｓ）｝≦３０．００％・・・（３）
［式（３）中、Ｖｈは反応生成水以外に投入される水の体積（Ｌ）を示し、Ｖｓは有機溶媒の体積（Ｌ）を示す。］
（Ｎ６）水が更に含まれており、その含有量が下記式（３）の条件を満たしていることが好ましい。
０.００％≦｛１００×（Ｖｈ／Ｖｓ）｝≦３０．００％・・・（３）
［式（３）中、Ｖｈは反応生成水以外に投入される水の体積（Ｌ）を示し、Ｖｓは有機溶媒の体積（Ｌ）を示す。］
本発明者らは、本発明の反応組成物が使用される反応系における水分量を上述のように比較的少なく設定することにより、本発明の反応組成物が脱ハロゲン反応を低減する効果をより確実に発揮することを見出した。これは、特許文献４に記載の触媒（Ｆｅ酸化物を含んでいない構成を有し、水を含む反応系で使用されている触媒）とは異なる構成であり、本発明者らの検討により得られた顕著な効果である。
また、（Ｎ６）の反応組成物の場合、同様の観点から、
（Ｎ７）水が下記式（４）の条件を更に満していることが更に好ましい。
１．００％≦｛１００×（Ｖｈ／Ｖｓ）｝≦５．００％・・・（４）
（Ｎ７）水が下記式（４）の条件を更に満していることが更に好ましい。
１．００％≦｛１００×（Ｖｈ／Ｖｓ）｝≦５．００％・・・（４）
更に、（Ｎ１）～（Ｎ５）のうちのいずれかの本発明の反応組成物は、
（Ｎ８）脱水剤が更に含まれていてもよい。
（Ｎ８）脱水剤が更に含まれていてもよい。
このように、脱水剤を予め混合することにより、本発明の反応組成物における水分量を低減でき、本発明の効果を容易に得ることができる場合がある。
また、本発明は、（Ｎ１）～（Ｎ８）のうちのいずれか１つに記載の本発明の反応組成物を反応物として収容可能な反応容器を含む、反応システムを提供する。
本発明の反応システムは、本発明の反応組成物を使用するため、反応物である芳香族ニトロ化合物のニトロ基を選択的に水素化でき、ハロゲン原子の環からの脱離を十分に低減できる水素化反応を実現することができる。
本発明によれば、ニトロ基とハロゲン原子とが置換基として同一の環の環骨格にそれぞれ分かれた状態で直接結合した構造を有する芳香族ニトロ化合物（芳香族ハロゲンニトロ化合物）のニトロ基の水素化反応において、ニトロ基を選択的に水素化でき、ハロゲン原子の環からの脱離を十分に低減できる反応組成物が提供される。
更に、本発明によれば、反応物である芳香族ニトロ化合物のニトロ基を選択的に水素化でき、ハロゲン原子の環からの脱離を十分に低減できる水素化反応を実現することができる反応システムを提供することができる。
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
本実施形態の反応組成物は、触媒と、塩基と、有機溶媒とを含んでいる。触媒は、担体と、担体上に担持されるＰｔ粒子とＦｅ酸化物粒子と、を含んでいる。また、塩基は、水素化反応により生成物として得られる１以上のアミノ基を有する芳香族アミンのうちの少なくとも１つよりも強い塩基性を有している。更に、有機溶媒は反応物の少なくとも一部を溶解可能な化学的性質を有する。
本実施形態の反応組成物は、触媒と、塩基と、有機溶媒とを含んでいる。触媒は、担体と、担体上に担持されるＰｔ粒子とＦｅ酸化物粒子と、を含んでいる。また、塩基は、水素化反応により生成物として得られる１以上のアミノ基を有する芳香族アミンのうちの少なくとも１つよりも強い塩基性を有している。更に、有機溶媒は反応物の少なくとも一部を溶解可能な化学的性質を有する。
反応組成物に含まれる触媒は、担体と、担体上に担持されるＰｔ粒子とＦｅ酸化物粒子を含んでいればよく特に限定されない。
触媒の担体は、Ｐｔ粒子とＦｅ酸化物粒子を担持することができ、かつ表面積の大きいものであれば特に制限されない。活性炭、活性炭の粉砕物、グラッシーカーボン（ＧＣ）、ファインカーボン、カーボンブラック、黒鉛、炭素繊維、等の炭素系材料や酸化物等のガラス系あるいはセラミックス系材料などから適宜採択することができる。
担体の比表面積は、５００ｍ３／ｇ以上であることが好ましく、８００ｍ３／ｇ以上であることがより好ましく、１０００ｍ３／ｇ以上であることが更に好ましい。
反応組成物に含まれる触媒のＦｅ酸化物粒子において、Ｆｅ酸化物は特に限定されないが、Ｆｅ２Ｏ３を主成分とすることが好ましい。
反応組成物に含まれる塩基としては、水素化反応により生成物として得られる１以上のアミノ基を有する芳香族アミンのうちの少なくとも１つよりも強い塩基性を有しており、Ｐｔ粒子、Ｆｅ酸化物粒子と混合された状態において、常温、常圧でこれらの粒子と化学反応が進行しない安定性を有していれば特に制限されない。無機塩基、有機塩基のいずれも採用できる。また、塩基は、使用される反応系における反応物、溶媒との組合せを考慮して適宜設定することができる。例えば、塩基としては、入手容易性などの観点から、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、トリエチルアミン、酢酸ナトリウムが好ましく挙げられる。
反応組成物には、反応物である芳香族ニトロ化合物が予め含まれていてもよい。
また、この場合、芳香族ニトロ化合物の水素化反応により生成物として得られる少なくとも１つのアミノ基を有する芳香族アミンが更に含まれていてもよい。
また、この場合、芳香族ニトロ化合物の水素化反応により生成物として得られる少なくとも１つのアミノ基を有する芳香族アミンが更に含まれていてもよい。
また、「１以上のアミノ基を有する芳香族アミン」は、望ましくは主生成物の芳香族ハロゲンアミンであるが、本発明の効果が得られる範囲内において（使用される反応系において許容される範囲内において）脱ハロゲン体である芳香族アミンが僅かに含まれる場合があってもよい。
反応組成物に含まれる塩基の含有量は、反応組成物が使用される反応系、反応条件において最適の値を設定すればよい。
ただし、先に述べたように、本発明の効果をより確実に得る観点から、反応組成物は、塩基と、水素化反応に使用される溶媒の構成成分が以下の式（１）の条件を満たしていることが好ましい。
０．９０≦｛１０００×（Ｂ／Ｖｓ）｝≦１９０．００・・・（１）
［式（１）中、Ｂは塩基の物質量（ｍｏｌ）を示し、Ｖｓは有機溶媒の体積（Ｌ）を示す。］
０．９０≦｛１０００×（Ｂ／Ｖｓ）｝≦１９０．００・・・（１）
［式（１）中、Ｂは塩基の物質量（ｍｏｌ）を示し、Ｖｓは有機溶媒の体積（Ｌ）を示す。］
更に、反応組成物は、本発明の効果をより確実に得る観点から塩基と、水素化反応に使用される反応物が以下の式（２）の条件を満たしていることが好ましい。
０．３５％≦｛１００×（Ｂ／Ｒ）｝≦７５．５０％・・・（２）
［式（２）中、Ｂは塩基の物質量（ｍｏｌ）、Ｒは反応物の物質量（ｍｏｌ）を示す。］
０．３５％≦｛１００×（Ｂ／Ｒ）｝≦７５．５０％・・・（２）
［式（２）中、Ｂは塩基の物質量（ｍｏｌ）、Ｒは反応物の物質量（ｍｏｌ）を示す。］
また、反応組成物が使用される反応系においては、本発明の効果をより確実に得る観点から、水素化反応に使用される溶媒の構成成分が以下の式（３）の条件を満たしていることが好ましい。
０.００％≦｛１００×（Ｖｈ／Ｖｓ）｝≦３０．００％・・・（３）
［式（３）中、Ｖｈは反応生成水以外に投入される水の体積（Ｌ）を示し、Ｖｓは有機溶媒の体積（Ｌ）を示す。］
０.００％≦｛１００×（Ｖｈ／Ｖｓ）｝≦３０．００％・・・（３）
［式（３）中、Ｖｈは反応生成水以外に投入される水の体積（Ｌ）を示し、Ｖｓは有機溶媒の体積（Ｌ）を示す。］
更にこの場合、水が下記式（４）の条件を更に満していることが更に好ましい。
１．００％≦｛１００×（Ｖｈ／Ｖｓ）｝≦５．００％・・・（４）
１．００％≦｛１００×（Ｖｈ／Ｖｓ）｝≦５．００％・・・（４）
更に、反応組成物は脱水剤が更に含まれていてもよい。
脱水剤は、Ｐｔ粒子、Ｆｅ酸化物粒子、塩基と混合された状態において、常温、常圧でこれらと化学反応が進行しない安定性を有していれば特に制限されない。例えば、脱水剤としては、入手容易性などの観点から、ゼオライト、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウムが好ましく挙げられる。
脱水剤は、Ｐｔ粒子、Ｆｅ酸化物粒子、塩基と混合された状態において、常温、常圧でこれらと化学反応が進行しない安定性を有していれば特に制限されない。例えば、脱水剤としては、入手容易性などの観点から、ゼオライト、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウムが好ましく挙げられる。
反応組成物に含まれる溶媒としては、反応物（芳香族ハロゲンニトロ化合物）の少なくとも一部が溶解できる化学的性質を有していれば特に限定されない。例えば、トルエン、キシレン、ベンゼン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、炭素数が１～３のアルコールが好ましく挙げられる。これらを任意の割合で混合した混合物を採用してもよい。
また、反応組成物が使用される反応系における反応物（芳香族ハロゲンニトロ化合物）は、特に限定されないが、下記一般式（Ｃ１）で表される構造を有していることが好ましい。
ここで、式（Ｃ１）中、
ｎは、１以上の整数を示し、
ｍは、１以上の整数を示し、
αは、０以上の整数を示し、
βは、０以上の整数を示し、
５≦（ｎ＋ｍ＋α＋β）≦６であり、
Ｒは、水素原子、アミノ基、水酸基、又は、炭素原子を１以上有する１価以上の有機基を示し、
Ｘは、ハロゲン原子のうちのいずれかを示し、
Ｙは、α＝１の場合には、Ｃ、Ｎ、Ｏ、又は、Ｓの原子を示し、α≧２の場合は、Ｃ、Ｎ、Ｏ、及び、Ｓからなる群から選択される少なくとも２種の原子を示し、
Ｚは、β＝１の場合には、Ｃ、Ｎ、Ｏ、又は、Ｓの原子を示し、β≧２の場合は、Ｃ、Ｎ、Ｏ、及び、Ｓからなる群から選択される少なくとも２種の原子を示し、かつ、
ＹとＺとは同一であっても異なっていてもよい。
ｎは、１以上の整数を示し、
ｍは、１以上の整数を示し、
αは、０以上の整数を示し、
βは、０以上の整数を示し、
５≦（ｎ＋ｍ＋α＋β）≦６であり、
Ｒは、水素原子、アミノ基、水酸基、又は、炭素原子を１以上有する１価以上の有機基を示し、
Ｘは、ハロゲン原子のうちのいずれかを示し、
Ｙは、α＝１の場合には、Ｃ、Ｎ、Ｏ、又は、Ｓの原子を示し、α≧２の場合は、Ｃ、Ｎ、Ｏ、及び、Ｓからなる群から選択される少なくとも２種の原子を示し、
Ｚは、β＝１の場合には、Ｃ、Ｎ、Ｏ、又は、Ｓの原子を示し、β≧２の場合は、Ｃ、Ｎ、Ｏ、及び、Ｓからなる群から選択される少なくとも２種の原子を示し、かつ、
ＹとＺとは同一であっても異なっていてもよい。
ここで、αが２以上のとき、Ｒは隣り合う２つのＹ原子に結合する２価の有機基となってもよい。この場合、芳香族ニトロ化合物が縮合環化合物の構造を有することとなってもよい。
また、１価以上の有機基であるＲは、Ｙαと結合する部分が「－Ｏ－」、又は「－Ｓ－」で示される構造を有していてもよい。
例えば、式（Ｃ１）において、α＝２、Ｙ１＝Ｃ、Ｙ2＝Ｎ、Ｒ＝Ｈ、β＝２、Ｚ１＝Ｃ、Ｚ２＝Ｃ、ｍ＝１、Ｘ＝Ｂｒ、ｎ＝１、（ｎ＋ｍ＋α＋β）＝６の場合には、（Ｃ１）は、下記式（Ｃ１－１）で示される２－ブロモ－５－ニトロピリジンとなる。
更に、反応組成物が使用される反応系における反応物（芳香族ハロゲンニトロ化合物）は、下記一般式（Ｃ２）で表される構造を有していてもよい。
ここで、式（Ｃ２）中、
ｎは、１以上の整数を示し、
ｍは、１以上の整数を示し、
αは、０以上の整数を示し、
βは、０以上の整数を示し、
５≦（ｎ＋ｍ＋α＋β）≦６であり、
Ｒは、水素原子、アミノ基、水酸基、又は、炭素原子を１以上有する１価以上の有機基を示し、
Ｘは、ハロゲン原子のうちのいずれかを示し、
Ｙは、α＝１の場合には、Ｃ、Ｎ、Ｏ、又は、Ｓの原子を示し、α≧２の場合には、Ｃ、Ｎ、Ｏ、及び、Ｓからなる群から選択される少なくとも２種の原子を示し、
Ｚは、β＝１の場合には、Ｃ、Ｎ、Ｏ、又は、Ｓの原子を示し、β≧２の場合には、Ｃ、Ｎ、Ｏ、及び、Ｓからなる群から選択される少なくとも２種の原子を示し、
ＹとＺとは同一であっても異なっていてもよく、
Ｊは炭素原子を１以上有する２価の有機基を示し、ｍ≧２の場合には、Ｊは同一であっても異なっていてもよい。
ｎは、１以上の整数を示し、
ｍは、１以上の整数を示し、
αは、０以上の整数を示し、
βは、０以上の整数を示し、
５≦（ｎ＋ｍ＋α＋β）≦６であり、
Ｒは、水素原子、アミノ基、水酸基、又は、炭素原子を１以上有する１価以上の有機基を示し、
Ｘは、ハロゲン原子のうちのいずれかを示し、
Ｙは、α＝１の場合には、Ｃ、Ｎ、Ｏ、又は、Ｓの原子を示し、α≧２の場合には、Ｃ、Ｎ、Ｏ、及び、Ｓからなる群から選択される少なくとも２種の原子を示し、
Ｚは、β＝１の場合には、Ｃ、Ｎ、Ｏ、又は、Ｓの原子を示し、β≧２の場合には、Ｃ、Ｎ、Ｏ、及び、Ｓからなる群から選択される少なくとも２種の原子を示し、
ＹとＺとは同一であっても異なっていてもよく、
Ｊは炭素原子を１以上有する２価の有機基を示し、ｍ≧２の場合には、Ｊは同一であっても異なっていてもよい。
また、１価以上の有機基であるＲは、Ｙαと結合する部分が「－Ｏ－」、又は「－Ｓ－」で示される構造を有していてもよい。
例えば、式（Ｃ２）において、「Ｘ－Ｊ－」で示される部分は、以下の式（Ｃ２－１）、（Ｃ２－２）、（Ｃ２－３）、及び（Ｃ２－４）で示す構造を有していてもよい。
Ｘ－Ｃ－（Ｃ＝Ｏ）－Ｎ－ ・・・（Ｃ２－１）
Ｘ－Ｃ＝Ｃ－Ｃ－ ・・・（Ｃ２－２）
Ｘ－Ｃ－Ｃ－ ・・・（Ｃ２－３）
Ｘ－Ｃ－（Ｃ＝Ｏ）－Ｎ－ ・・・（Ｃ２－１）
Ｘ－Ｃ＝Ｃ－Ｃ－ ・・・（Ｃ２－２）
Ｘ－Ｃ－Ｃ－ ・・・（Ｃ２－３）
ここで、式（Ｃ２－４）において、Ｘ１及びＸ２はそれぞれハロゲン原子のうちのいずれかを示し、Ｘ１及びＸ２は同一であってもよく異なっていてもよい。
＜反応組成物の製造方法＞
反応組成物の製造方法は、特に限定されず公知の手法の組合せを採用できる。
反応組成物に含まれる触媒は、例えば、担体に、Ｐｔ化合物、Ｆｅ化合物、水を含む分散液を還元処理することにより、担体にＰｔ粒子とＦｅ酸化物粒子が担持された触媒を得てもよい。Ｐｔの担持と、Ｆｅ酸化物の担持は、上記のように同時におこなってもよいし、どちらか一方を先に行い他方を後に行ってもよい。
反応組成物の製造方法は、特に限定されず公知の手法の組合せを採用できる。
反応組成物に含まれる触媒は、例えば、担体に、Ｐｔ化合物、Ｆｅ化合物、水を含む分散液を還元処理することにより、担体にＰｔ粒子とＦｅ酸化物粒子が担持された触媒を得てもよい。Ｐｔの担持と、Ｆｅ酸化物の担持は、上記のように同時におこなってもよいし、どちらか一方を先に行い他方を後に行ってもよい。
触媒と、塩基と、有機溶媒とを混合する場合、混合の順序はそれぞれの化学的性質を考慮し、これらが望まない化学反応を起こさずに十分に混合できれば特に限定されない。
更に、触媒と、塩基と、有機溶媒と、脱水剤とを混合する場合、混合の順序はこれらが望まない化学反応を起こさずに十分に混合できれば特に限定されない。
反応組成物に反応物を予め含める場合、混合の順序は当該反応物が他の構成成分と望まない化学反応を起こさずに十分に混合できれば特に限定されない。
本実施形態の反応組成物は、製造後に、容器や袋などの包装体に保存可能に収容してもよい。反応組成物に接触する包装体の内部の構成は、反応組成物と化学反応を起こさない構成とする必要がある。反応組成物包装体に収容した状態とすることで、反応組成物の製造場所と利用場所が異なる場合に、反応組成物を製造場所から利用場所へ容易に移動させることができる。
次に、本発明の反応システムの好適な実施形態について説明する。
本実施形態の反応システムは、本発明の反応組成物を反応物として収容可能な反応容器を含む構成を有している。
本実施形態の反応システムは、本発明の反応組成物を反応物として収容可能な反応容器を含む構成を有している。
本実施形態の反応システムは、本発明の反応組成物を反応物として収容可能な反応容器を含む構成を有していればよく、他の構成は特に限定されない。本実施形態の反応システムは、１以上のニトロ基と１以上のハロゲン原子とが置換基として同一の環の環骨格にそれぞれ分かれた状態で直接結合した構造を有する芳香族ニトロ化合物（芳香族ハロゲンニトロ化合物）を反応物とし、そのニトロ基のうちの少なくとも１つをアミノ基に変換する水素化反応に使用される公知の反応システムと同じ構成を採用することができる。
本実施形態の反応システムには、本発明の反応組成物が構成要素として予め含まれていてもよい。この場合、反応システムは、本発明の反応組成物は反応容器に予め含まれていてもよいし、反応容器以外に反応組成物を予め収容・保持できる他の容器を更に有し、反応を実施する際に、当該他の容器から反応容器に反応組成物を移動させる構成を有していてもよい。
更に、本実施形態の反応システムには、本発明の反応組成物の構成要素をそれぞれ予め収容・保持できる他の容器を更に有し、水素化反応の実施場所において水素化反応を実施する前に、反応組成物の構成要素を所定の容器内に投入して反応組成物を製造し、製造した反応組成物を水素化反応に使用できる構成を有していてもよい。
この場合、反応システムは、本発明の反応組成物の構成要素の全てについてそれぞれを予め収容・保持できる他の容器を有する構成としてもよいし、本発明の反応組成物の構成要素のうちの一部を予め収容・保持できる他の容器を有する構成としてもよい。例えば、反応システムは、塩基と有機溶媒とをそれぞれ予め収容・保持できる他の容器を更に有する構成を有し、触媒は他の触媒の製造場所から持ち込む構成であってもよい。
本実施形態の反応システムは、本発明の反応組成物を使用するため、反応物である芳香族ニトロ化合物のニトロ基を選択的に水素化でき、ハロゲン原子の環からの脱離を十分に低減できる水素化反応を実現することができる。
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
＜反応組成物の調製＞
（実施例１）
触媒として、カーボン担体に、Ｐｔ粒子と、Ｆｅ酸化物粒子とが担持された触媒｛商品名「ＮＥ－０１Ｍ０２」、Ｐｔの含有量１．０ｗｔ％、Ｆｅの含有量０．２０ｗｔ％、Ｎ.Ｅ.ＣＨＥＭＣＡＴ社製（以下、必要に応じて「Ｐｔ-ＦｅＯｘ／Ｃ」と表記）｝を用意した。
このＰｔ-ＦｅＯｘ／Ｃは、カーボン担体が活性炭（ＢＥＴ測定に基づく比表面積が９００：ｍ２/ｇ）であり、Ｆｅ酸化物粒子は主成分がＦｅ２Ｏ３（ＸＰＳ分析に基づく結果ではＦｅ２Ｏ３が略１００％）のものである。
塩基として、市販のＮａ２ＣＯ３を用意した。
有機溶媒として市販のトルエンを用意した。
Ｐｔ-ＦｅＯｘ／Ｃの粉体１２７．０ｍｇ（含水量０．１４１ｍＬ）と、Ｎａ２ＣＯ３１．０ｍｇと、トルエン１０ｍＬ（有機溶媒）を混合し、反応組成物を得た。
（実施例１）
触媒として、カーボン担体に、Ｐｔ粒子と、Ｆｅ酸化物粒子とが担持された触媒｛商品名「ＮＥ－０１Ｍ０２」、Ｐｔの含有量１．０ｗｔ％、Ｆｅの含有量０．２０ｗｔ％、Ｎ.Ｅ.ＣＨＥＭＣＡＴ社製（以下、必要に応じて「Ｐｔ-ＦｅＯｘ／Ｃ」と表記）｝を用意した。
このＰｔ-ＦｅＯｘ／Ｃは、カーボン担体が活性炭（ＢＥＴ測定に基づく比表面積が９００：ｍ２/ｇ）であり、Ｆｅ酸化物粒子は主成分がＦｅ２Ｏ３（ＸＰＳ分析に基づく結果ではＦｅ２Ｏ３が略１００％）のものである。
塩基として、市販のＮａ２ＣＯ３を用意した。
有機溶媒として市販のトルエンを用意した。
Ｐｔ-ＦｅＯｘ／Ｃの粉体１２７．０ｍｇ（含水量０．１４１ｍＬ）と、Ｎａ２ＣＯ３１．０ｍｇと、トルエン１０ｍＬ（有機溶媒）を混合し、反応組成物を得た。
（実施例２）～（実施例５）
Ｎａ２ＣＯ３の量を表１に示した値に変更したこと以外は、実施例１と同様の調製条件、同一の原料を使用して、実施例２～実施例５の反応組成物を調製した。
Ｎａ２ＣＯ３の量を表１に示した値に変更したこと以外は、実施例１と同様の調製条件、同一の原料を使用して、実施例２～実施例５の反応組成物を調製した。
（実施例６）
Ｎａ２ＣＯ３の代わりに塩基として、市販のＫ２ＣＯ３を２０ｍｇ使用したこと以外は実施例１と同様の調製条件、同一の原料を使用して、実施例６の反応組成物を調製した。
Ｎａ２ＣＯ３の代わりに塩基として、市販のＫ２ＣＯ３を２０ｍｇ使用したこと以外は実施例１と同様の調製条件、同一の原料を使用して、実施例６の反応組成物を調製した。
（実施例７）
Ｎａ２ＣＯ３の代わりに塩基として、市販の（ＣＨ３ＣＨ２）３Ｎを７２．６ｍｇ使用したこと以外は実施例１と同様の調製条件、同一の原料を使用して、実施例７の反応組成物を調製した。
Ｎａ２ＣＯ３の代わりに塩基として、市販の（ＣＨ３ＣＨ２）３Ｎを７２．６ｍｇ使用したこと以外は実施例１と同様の調製条件、同一の原料を使用して、実施例７の反応組成物を調製した。
（実施例８）～（実施例１４）
水の体積Ｖｈ（ｍＬ）を表１に示した値に変更したこと以外は、実施例３と同様の調製条件、同一の原料を使用して、実施例８～実施例１４の触媒混合物を調製した。
水の体積Ｖｈ（ｍＬ）を表１に示した値に変更したこと以外は、実施例３と同様の調製条件、同一の原料を使用して、実施例８～実施例１４の触媒混合物を調製した。
（比較例１）
塩基を使用せず、実施例１と同一のＰｔ-ＦｅＯｘ／Ｃの粉体からなる触媒、有機溶媒を比較例１の反応組成物として準備した。
塩基を使用せず、実施例１と同一のＰｔ-ＦｅＯｘ／Ｃの粉体からなる触媒、有機溶媒を比較例１の反応組成物として準備した。
（比較例２）
塩基を使用せず、市販のＮａＣｌを２００ｍｇ使用したこと以外は比較例１と同様の調製条件、同一の原料を使用して、比較例２の反応組成物を調製した。
塩基を使用せず、市販のＮａＣｌを２００ｍｇ使用したこと以外は比較例１と同様の調製条件、同一の原料を使用して、比較例２の反応組成物を調製した。
（比較例３）
塩基を使用せず、市販のＮａ２ＳＯ４を３０ｍｇ使用したこと以外は比較例１と同様の調製条件、同一の原料を使用して、比較例２の反応組成物を調製した。
塩基を使用せず、市販のＮａ２ＳＯ４を３０ｍｇ使用したこと以外は比較例１と同様の調製条件、同一の原料を使用して、比較例２の反応組成物を調製した。
（比較例４）
実施例１で使用したＰｔ-ＦｅＯｘ／Ｃに代えて、触媒として、カーボン担体に、Ｐｔ粒子が担持された触媒｛商品名「ＮＥ－０１Ｍ００」、Ｐｔの含有量１．０ｗｔ％、Ｎ.Ｅ.ＣＨＥＭＣＡＴ社製（以下、必要に応じて「Ｐｔ／Ｃ」と表記）｝を用意した。
このＰｔ／Ｃは、カーボン担体が活性炭（ＢＥＴ測定に基づく比表面積が９００：ｍ２/ｇ）のものである。
塩基として、市販のＮａ２ＣＯ３を用意した。
Ｐｔ／Ｃの粉体１２７．０ｍｇ（含水量０．１１３ｍＬ）と、Ｎａ２ＣＯ３１０．０ｍｇと、トルエン１０ｍＬ（有機溶媒）を混合し、反応組成物を得た。
実施例１で使用したＰｔ-ＦｅＯｘ／Ｃに代えて、触媒として、カーボン担体に、Ｐｔ粒子が担持された触媒｛商品名「ＮＥ－０１Ｍ００」、Ｐｔの含有量１．０ｗｔ％、Ｎ.Ｅ.ＣＨＥＭＣＡＴ社製（以下、必要に応じて「Ｐｔ／Ｃ」と表記）｝を用意した。
このＰｔ／Ｃは、カーボン担体が活性炭（ＢＥＴ測定に基づく比表面積が９００：ｍ２/ｇ）のものである。
塩基として、市販のＮａ２ＣＯ３を用意した。
Ｐｔ／Ｃの粉体１２７．０ｍｇ（含水量０．１１３ｍＬ）と、Ｎａ２ＣＯ３１０．０ｍｇと、トルエン１０ｍＬ（有機溶媒）を混合し、反応組成物を得た。
（比較例５）
Ｎａ２ＣＯ３の量を表１に示した値に変更したこと以外は、比較例１と同様の調製条件、同一の原料を使用して、比較例２の反応組成物を調製した。
Ｎａ２ＣＯ３の量を表１に示した値に変更したこと以外は、比較例１と同様の調製条件、同一の原料を使用して、比較例２の反応組成物を調製した。
（比較例６）～（比較例８）
Ｐｔ／Ｃの粉体の使用量を１４０．０ｍｇ（含水量０．１２３ｍＬ）としたことと、以下の条件で水を添加したこと以外は、比較例１と同様の調製条件、同一の原料を使用して、比較例６～比較例８の反応組成物を調製した。比較例６の反応組成物に添加した水の添加量は０．４４４ｍＬ、比較例７及び比較例８の反応組成物に添加した水の添加量は、それぞれ１．０００ｍＬとなるように調節した。
Ｐｔ／Ｃの粉体の使用量を１４０．０ｍｇ（含水量０．１２３ｍＬ）としたことと、以下の条件で水を添加したこと以外は、比較例１と同様の調製条件、同一の原料を使用して、比較例６～比較例８の反応組成物を調製した。比較例６の反応組成物に添加した水の添加量は０．４４４ｍＬ、比較例７及び比較例８の反応組成物に添加した水の添加量は、それぞれ１．０００ｍＬとなるように調節した。
（比較例９）
塩基を使用せず、比較例１と同一のＰｔ／Ｃの粉体からなる触媒、有機溶媒を比較例９の反応組成物として準備した。
塩基を使用せず、比較例１と同一のＰｔ／Ｃの粉体からなる触媒、有機溶媒を比較例９の反応組成物として準備した。
＜水素化反応＞
実施例１～実施例７、比較例１～比較例９の反応組成物を使用して、下記式（Ｃ１－１１）で示される水素化反応（ニトロ基の水素化反応）を実施した。
実施例１～実施例７、比較例１～比較例９の反応組成物を使用して、下記式（Ｃ１－１１）で示される水素化反応（ニトロ基の水素化反応）を実施した。
ここで、式（Ｃ１－１１）で示される水素反応において、式（Ｃ１－１）で示される２－ブロモ－５－ニトロピリジンは、Ｎ原子を有するヘテロ環構造を有している。このヘテロ環の中のＮ原子をＣ原子に置き換えた構造を有する２－ブロモ－５－ニトロベンゼンに比較して、２－ブロモ－５－ニトロピリジンは、主反応のニトロ基の水素化（主生成物は式（Ｃ１－２）で示され５－アミノ－２－ブロモピリジン）の他に、副反応の脱臭素反応（副生成物は式（Ｃ１－３）で示される３－アミノピリジン）が進行しやすい反応物である。
（反応条件）
反応物：式（Ｃ１-１）で示される２－ブロモ－５－ニトロベンゼン ２．５ｍｍｏｌ
水素圧 ：０．６ＭＰａ
反応温度：５０℃
反応時間：５時間
反応物：式（Ｃ１-１）で示される２－ブロモ－５－ニトロベンゼン ２．５ｍｍｏｌ
水素圧 ：０．６ＭＰａ
反応温度：５０℃
反応時間：５時間
実施例１～実施例１４、比較例１～比較例９の反応組成物について得られた結果を表１及び表２に示す。なお、Ｎａ２ＣＯ３の式量は１０６ｇ・ｍｏｌ－１、Ｋ２ＣＯ３の式量は１３８．２ｇ・ｍｏｌ－１、（ＣＨ３ＣＨ２）３Ｎの式量は１０１ｇ・ｍｏｌ－１、とした。
表２に示した結果から、本発明の構成を満たす実施例１～実施例１４の反応組成物を使用した反応系は、比較例１～比較例９の反応組成物を使用した反応系と比較し、（Ｃ１－３）で示される３－アミノピリジンへの脱臭素反応の進行が十分に低減され、望みの生成物である（Ｃ１－２）で示され５－アミノ－２－ブロモピリジンの選択率が向上していることが明らかとなった。
特に、本発明の構成を満たす実施例１～実施例１４の反応組成物を使用した反応系は、先行技術文献として記載した特許文献３と類似する構成（Ｐｔ成分と酸化鉄成分を含む触媒と、有機溶媒（反応物を有機溶媒としても使用している構成）を有し、塩基を有していない反応系）を有する比較例１の反応組成物を使用した反応系と比較して、（Ｃ１－３）で示される３－アミノピリジンへの脱臭素反応の進行が十分に低減されていることが明らかとなった。
また、本発明の構成を満たす実施例１～実施例１４の反応組成物を使用した反応系は、先行技術文献として記載した特許文献４と類似する構成（Ｐｔ成分を含む触媒と、有機溶媒と、塩基とを有し、水が添加されている反応系（特許文献４の実施例１では、１００×（Ｖｈ／Ｖｓ）＝１００×（水の添加量３０ｍＬ＋触媒に含まれる水分１．５ｍＬ）／トルエン６７５ｍＬ）＝４．６％）を有する比較例６の反応組成物を使用した反応系と比較して、（Ｃ１－３）で示される３－アミノピリジンへの脱臭素反応の進行が十分に低減されていることが明らかとなった。
以上の結果から、本実施例の反応組成物は、ニトロ基とハロゲン原子とが置換基として同一の環の環骨格にそれぞれ分かれた状態で直接結合した構造を有する芳香族ニトロ化合物のニトロ基の水素化反応において、ニトロ基を選択的に水素化でき、ハロゲン原子の環からの脱離を十分に低減できることが明らかとなった。
本発明の反応組成物は、ニトロ基とハロゲン原子とが置換基として同一の環の環骨格にそれぞれ分かれた状態で直接結合した構造を有する芳香族ニトロ化合物（芳香族ハロゲンニトロ化合物）のニトロ基の水素化反応において、ニトロ基を選択的に水素化でき、ハロゲン原子の環からの脱離を十分に低減できる触媒活性を有する。
従って、本発明は、医薬、染料、殺虫剤、除草剤の重要な原料である芳香族ハロゲンアミンの効率的な量産技術の発達に寄与し、ひいては医薬、染料、殺虫剤、除草剤の産業の発達に寄与にする。
Claims (9)
- １以上のニトロ基と１以上のハロゲン原子とが置換基として同一の環の環骨格にそれぞれ分かれた状態で直接結合した構造を有する芳香族ニトロ化合物を反応物とし、前記１以上のニトロ基のうちの少なくとも１つをアミノ基に変換する水素化反応に用いられる触媒と、
塩基と、
前記反応物の少なくとも一部を溶解可能な有機溶媒と、
を含んでおり、
前記触媒は、担体と、前記担体上に担持されるＰｔ粒子とＦｅ酸化物粒子と、を含んでおり、
前記塩基は、前記水素化反応により生成物として得られる１以上のアミノ基を有する芳香族アミンのうちの少なくとも１つよりも強い塩基性を有している、
反応組成物。 - 前記芳香族ニトロ化合物が更に含まれている、
請求項１に記載の反応組成物。 - 前記芳香族ニトロ化合物の前記水素化反応により生成物として得られる少なくとも１つのアミノ基を有する芳香族アミンが更に含まれている、
請求項２に記載の反応組成物。 - 前記塩基と、前記水素化反応に使用される溶媒の構成成分が以下の式（１）の条件を満たしている、
請求項１～３のうちのいずれか1項に記載の触媒混合物。
０．９０≦｛１０００×（Ｂ／Ｖｓ）｝≦１９０．００・・・（１）
［式（１）中、Ｂは前記塩基の物質量（ｍｏｌ）を示し、Ｖｓは前記有機溶媒の体積（Ｌ）を示す。］ - 前記塩基と、前記水素化反応に使用される前記反応物が以下の式（２）の条件を満たしている、
請求項１～４のうちのいずれか1項に記載の触媒混合物。
０．３５％≦｛１００×（Ｂ／Ｒ）｝≦７５．５０％・・・（２）
［式（２）中、Ｂは前記塩基の物質量（ｍｏｌ）、Ｒは前記反応物の物質量（ｍｏｌ）を示す。］ - 水が更に含まれており、その含有量が下記式（３）の条件を満たしている、
請求項１～５のうちのいずれか1項に記載の反応組成物。
０.００％≦｛１００×（Ｖｈ／Ｖｓ）｝≦３０．００％・・・（３）
［式（３）中、Ｖｈは反応生成水以外に投入される水の体積（Ｌ）を示し、Ｖｓは前記有機溶媒の体積（Ｌ）を示す。］ - 水が下記式（４）の条件を更に満している、
請求項６項に記載の反応組成物。
１．００％≦｛１００×（Ｖｈ／Ｖｓ）｝≦５．００％・・・（４） - 脱水剤が更に含まれている、
請求項１～５のうちのいずれか１項に記載の反応組成物。 - 請求項１～８のうちのいずれか１項に記載の反応組成物を反応物として収容可能な反応容器を含む、反応システム。
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