JPS6160825B2 - - Google Patents
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- JPS6160825B2 JPS6160825B2 JP54137712A JP13771279A JPS6160825B2 JP S6160825 B2 JPS6160825 B2 JP S6160825B2 JP 54137712 A JP54137712 A JP 54137712A JP 13771279 A JP13771279 A JP 13771279A JP S6160825 B2 JPS6160825 B2 JP S6160825B2
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- reaction
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- isocyanate
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
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- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
Description
本発明は芳香族ニトロ化合物と一酸化炭素から
対応するイソシアネート化合物を直接合成する方
法に関するものである。更に詳細には、本発明は
(A)白金族金属化合物、(B)ヘテロ芳香族環式窒素化
合物及び/またはそれらの錯体と(C)モリブデン酸
から成る触媒系の存在下に芳香族ニトロ化合物を
一酸化炭素と高温高圧反応させて対応するイソシ
アネートを製造する方法に関するものである。
イソシアネート類の現行の工業的製造法はニト
ロ化合物を還元してアミンとし、次いで一酸化炭
素と塩素から別途合成したホスゲンをアミンに反
応させてイソシアネートを得る方法である。しか
し、中間に水素や塩素を使用せず、かつ毒性の強
いホスゲンを取扱うことなく、ニトロ基を一酸化
炭素と直接反応させて1工程でイソシアネート基
に変えることにより芳香族イソシアネートが製造
できれば望ましい。この直接イソシアネート化法
ではニトロ化合物から一段反応で、しかも塩酸を
副生することなくイソシアネートを製造できるこ
とからも経済的に有利となる。
芳香族ニトロ化合物と一酸化炭素を高温高圧下
に貴金属化合物を主成分とする適当な触媒の存在
下に次式に従つて反応させて、芳香族イソシアネ
ートを直接合成する方法は公知
Ar(NO2)n+3nCO
→Ar(NCO)n+2nCO2 …(1)
であり、貴金属化合物を主触媒とする種々な触媒
系が提案されているが未だ実用化されていない。
例えば、特公昭45−22722(触媒系としてパラジ
ウムとロジウムのハロゲン化物と酸化物の少くと
も1種とパナジウム、モリブデン、タングステ
ン、ニオブ、クロムおよびタンタルの酸化物の少
くとも1種とを用いている方法)、米国特許第
3576835号(ヘテロ環式化合物の添加またはその
錯体を用いる方法)、特公昭47−38436(2種以上
の貴金属組成物を用いる方法)、特開昭49−1537
(少量の水を添加する方法)等が知られている。
しかしこれらの方法では触媒活性が小さいために
目的のイソシアネート収率が低く、又白金族金属
からなる主触媒が著しく分解して反応器壁に付着
するため高価な白金族金属触媒の回収も困難とな
る。
本発明者らは上記のような欠点を改良するため
に種々の助触媒を探索した結果、モリブデン酸が
酸化モリブデンより優れた効果を発現することを
見い出し本発明を完成するに至つた。
本発明の主たる目的は白金族金属から成る主触
媒の活性を高めると同時に、主触媒の分解を抑制
して触媒寿命を延ばし、且つ触媒回収を容易にす
る助触媒としてモリブデン酸を使用する方法を提
供するものである。
即ち本発明による方法は、(A)白金族金属化合
物、(B)ヘテロ芳香族環式窒素化合物及び/または
それらの錯体、及び(C)モリブデン酸から成る触媒
系の存在下に芳香族ニトロ化合物を一酸化炭素と
高温高圧反応させて対応するイソシアネートを直
接合成することにある。
本発明に原料として用いられる芳香族ニトロ化
合物は、炭素数32個以下の芳香族モノまたはポリ
ニトロ化合物であり、イソシアネート基やこれと
反応しない置換基を含んでいてもよい。代表例と
しては、例えばニトロベンゼン、O−・m−およ
びP−ニトロトルエン、O−ニトロ−P−キシレ
ン、ニトロメシチレン−1−クロロ−2−ニトロ
ベンゼン、1,2−ジクロロ−4−ニトロベンゼ
ン、1−ブロモ−4−ニトロベンゼン、1−フル
オロ−4−ニトロベンゼン、1−トリフルオロメ
チル−4−ニトロベンゼン、O−、m−およびP
−ニトロフエニルイソシアネート、OおよびP−
ニトロアニソール、O−およびP−ニトロフエネ
トール、ニトロベンツアルデヒド、ニトロベンゾ
イルクロリド、メチルニトロベンゾエート、ニト
ロベンゼンスルホニルクロリド、ニトロベンゾニ
トリル、2−イソシアネート−4−ニトロトルエ
ン、2−ニトロ−4−イソシアネートトルエン、
2−イソシアネート−6−ニトロトルエン、ニト
ロナフタレン、5−ニトロナフチルイソシアネー
ト、ニトロアンスラセン、(4−イソシアネート
フエニル)−(4′−ニトロフエニル)メタン、m−
ジニトロベンゼン、2,4−ジニトロトルエン、
2,6−ジニトロトルエン、α,α′−ジニトロ
−P−キシレン、ジニトロメシチレン、1−クロ
ロ−2,4−ジニトロベンゼン、2,4−ジニト
ロアニソール、1,5−ジニトロナフタレン、
4,4′−ジニトロビフエニル、3,3′−ジメチル
−4,4′−ジニトロビフエニル、ビス(P−ニト
ロフエニル)メタン、ビス(P−ニトロフエニ
ル)エーテル、ビス(P−ニトロフエニル)チオ
エーテル、ビス(P−ニトロフエニル)スルホ
ン、トリニトロベンゼン等がある。
これらの中でも、特にニトロベンゼン、2,4
−および2,6−ジニトロトルエン、1,2−ジ
クロロ−4−ニトロベンゼン、1,5−ジニトロ
ナフタレン、ビス(P−ニトロフエニル)メタン
等は実用的に望ましく用いられる。
本発明によるニトロ基のカルボニル化反応に不
可欠の触媒は、(A)白金族金属化合物、(B)ヘテロ芳
香族環式窒素化合物と(C)モリブデン酸である助触
媒とから構成される。
主触媒として用いられる(A)白金族金属化合物と
しては、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オ
スミウム、イリジウムまたは白金のハロゲン化
物、硝酸塩、イソシアニド、炭酸塩、カルボン酸
塩、酸化物、キレート類等の無機化合物やカルボ
ニル、アルキル、オレフイン、π−アリル基等の
配位子を含む有機錯体が挙げられる。好ましくは
ハロゲンを含有する化合物であり、例えば塩化パ
ラジウム、臭化パラジウム、沃化パラジウム、塩
化パラジウム酸ナトリウム、塩化テトラアンミン
パラジウム、ジクロロジアンミンパラジウム、塩
化ロジウム、臭化ロジウム、沃化ロジウム、塩化
ロジウム酸ナトリウム、塩化ロジウム酸アンモニ
ウム、ビス−エチレンパラジウムクロリド、ビス
−π−アリルパラジウムクロリド等がある。ハロ
ゲンを含有しない白金族金属化合物の場合には別
途にハロゲン化水素、ハロゲン化炭化水素、酸ハ
ライドの様な含ハロゲン化合物を添加することが
望ましい。
主触媒の白金族金属への配位子として作用する
ヘテロ芳香族環式窒素化合物とは、窒素原子を含
む芳香環から成る化合物であり、例えば、ピロー
ル、N−メチルピロール、ピラゾール、イミダゾ
ール、トリアゾール、ピリジン、α−、β−また
はγ−ピコリン、4−フエニルピリジン、4−ビ
ニルピリジン、2−フルオロピリジン、2−クロ
ロピリジン、3−クロロ−ピリジン、2−ブロモ
ピリジン、3−ヒドロキシピリジン、2−メトキ
シピリジン、α−ピコリンアルデヒド、α−ピコ
リン酸メチルエステル、α−ピコリンアミド、
2,6−ジメチルピリジン、2−メチル−4−エ
チルピリジン、2−クロロ−4−メチルピリジ
ン、2,6−ジシアノピリジン、5,6,7,8
−テトラヒドロキノリン、5,6,7,8−テト
ラヒドロイソキノリン、キノリン、イソキノリ
ン、アクリジン、ベンゾキノリン、ベンゾイソキ
ノリン、フエナントリジン、ピリダジン、ピリミ
ジン、ピラジン、シンノリン、キナゾリン、キノ
キサリン、フタラジン、ナフチリジン、フエナジ
ン等が挙げられる。
白金族金属のハロゲン化物のヘテロ芳香族環式
窒素化合物との錯体の代表例としてパラジウムと
ロジウムについて例示すると、例えばビス(ピリ
ジン)ジクロロパラジウム()、ビス(ピリジ
ン)ジブロモパラジウム()、ビス(ピリジ
ン)ジヨートパラジウム()、ビス(α−ピコ
リン)ジクロロパラジウム()、ビス(キノリ
ン)ジクロロパラジウム()、ビス(イソキノ
リン)ジクロロパラジウム、(ピリジン)(カルボ
ニル)ジクロロパラジウム()、(2,6−ジメ
チルピリジン)(カルボニル)ジクロロパラジウ
ム()、トリス(ピリジン)トリクロロロジウ
ム()、トリス(ピリジン)トリブロモロジウ
ム()、トリス(γ−ピコリン)トリクロロロ
ジウム()、トリス(イソキノリン)トリクロ
ロロジウム()等がある。
芳香族ニトロ化合物のカルボニル化によるイソ
シアネートの生成は、上記の主触媒だけの存在下
においても進行するが(米国特許3576835号)、後
述の比較例から明らかな様に、触媒活性が低温す
ぎるために目的とするイソシアネートの収率は極
めて低い。また反応中に白金族金属触媒が分解を
受けて金属状に還元され、これが反応器の器壁に
強固に付着し、いわゆる鏡面を形成してしまうた
めに高価な触媒の回収が極めて困難となる。上記
白金族金属からなる主触媒に助触媒として例えば
三酸化モリブデンを用いると(特公昭45−
22722)、イソシアネート収率は若干向上するが末
だ実用的には低く、また主触媒の金属状態への還
元分解も抑制されないため触媒の回収も困難であ
る。反応系に少量の水を添加すると(特開昭49−
1573)、反応速度が増し収率は見かけ上高まる
が、この効果は不十分の上に選択率が低下してし
まい、また主触媒の分解を促進する傾向が認めら
れる。
イソシアネートの直接製造法の経済性にはイソ
シアネートの収率即ち触媒の活性と触媒の回収性
が最も関与しており、直接法が末だ工業化に至ら
ないのは根本的には上記の様な事実に基因すると
ころが大きい。従つて活性の低い白金族金属主触
媒から高活性触媒を形成させ、且つ高価な主触媒
の回収を容易にする助触媒の開発は最も重要であ
り、本発明はこれらに関し上述の様な欠点の改良
を成すものである。
本発明に使用する助触媒はモリブデン酸であ
る。助触媒としてのモリブデン化合物は三酸化モ
リブデンよりもモリブデン酸の様な酸型にして用
いたほうが上記の二つの効果即ち主触媒の高活性
化と安定化について非常に優れた性質を発現す
る。モリブデン酸の作用機構については明かでな
いが、反応液中ではモリブデン酸がポリモリブデ
ン酸の構造でも存在し得る。ヘテロ芳香族環式窒
素化合物が共存するので、その共存量によつては
一般にモノー、ジー、トリー、ヘキサー、オクタ
ー、トデカーモリブデートの様な窒素塩基のモノ
ー及びポリーモリブデン酸塩として反応に関与す
ることもある。
芳香族ニトロ化合物と一酸化炭素の反応は(A)白
金族金属化合物、(B)ヘテロ芳香族環式窒素化合物
及び/又はそれらの錯体と(C)モリブデン酸の存在
下に行れる。この際の触媒の使用量は主触媒が白
金族金属の量として芳香族ニトロ化合物に対して
通常0.001から10重量%、望ましくは0.1から5重
量%に相量する量である。助触媒のモリブデン酸
はモリブデンの白金族金属に対する原子比として
通常0.01から100、望ましくは0.2から10に相当す
る量である。また、ヘテロ芳香族環式窒素化合物
の使用量は白金族金属化合物に対して通常1から
500のモル比であり、反応条件により異なるが望
ましくは2から100のモル比である。
触媒の添加方法は特定されるものではなく、反
応原料に任意の順序と方法で混合して反応するこ
とができる。また主触媒、助触媒は公知の種々の
担体に担持させて使用することもできる。
本発明の方法は溶剤を用いないで実施すること
もできるが、芳香族ニトロ化合物を溶剤で稀釈し
て反応させるのが望ましい。使用される溶剤は原
料や生成物に不活性な液体であればすべて有効で
あり、特に制限を受けるものではないが、通常
は、例えばヘプタン、シクロヘキサン、ベンゼ
ン、トルエン、キシレン、各種石油留分の様な脂
肪族、脂環族および芳香族、炭化水素類、例えば
ジクロルメタン、パークロルエチレン、チトラク
ロルエタン、クロルベンゼン、ジクロルベンゼ
ン、クロロナフタレンの様なハロゲン化炭化水素
類等が用いられる。
溶剤の使用量は特に制限はなく、全く任意であ
り、反応形式によつて適当量は異なる。しかしそ
の使用量は、通常は溶剤中の芳香族ニトロ化合物
の濃度として3から50重量%の範囲である。溶剤
の混合方法も特に制限はなく、芳香族ニトロ化合
物、主触媒および助触媒と全く任意の順序と割合
で混合することができる。
反応原料として消費される一酸化炭素の量は化
学量論的には式(1)に従つてニトロ基1モル当り3
モルであり、同時に2モルの二酸化炭素が副生さ
れる。実際に反応器内に仕込まれる一酸化炭素の
使用量は、芳香族ニトロ化合物の濃度、触媒の使
用量、反応器の形式、反応温度、反応圧力等によ
つてその適当量が異なるが、最低限度は反応器内
のニトロ基量に対し3倍モルは必要であり、通常
は5から100倍モル、望ましくは7から20倍モル
の範囲である。また反応は副生する二酸化炭素を
含んだまま回分式で実施できるが、反応の進行に
応じて増加する二酸化炭素を反応器から除去しな
がら、同時に一酸化炭素を供給して、一酸化炭素
に対する二酸化炭素の反応器内モル比を小さく保
つて反応させる方が望ましい。
反応温度は100〜250℃、望ましくは150〜230℃
の範囲が用いられる。
反応圧力は10〜1000Kg/cm2、通常は50〜500
Kg/cm2の範囲が用いられる。
反応時間は、通常、0.5〜10時間の範囲であ
り、前記諸条件の選択に応じて実用的な最適時間
がこの範囲内で決定される。
本発明の実施形態を詳述すると、反応は回分
式、半連続式または連続式で実施することができ
る。通常は芳香族ニトロ化合物を溶剤に溶かした
溶液と触媒各成分を反応に先立ち混合して、また
は別々の反応器内へ仕込み(回分式)または連続
的に供給(連続式)される。反応器は一酸化炭素
で反応圧力に加圧され、かつ反応温度に保たれ
る。連続式では連続的に反応器内の二酸化炭素混
合気体が排出され、一酸化炭素が圧入される。
所持時間を経過した反応混合物は、常温まで冷
却されて気液分離され、次いで過等の固液分離
操作で一部分の主触媒と助触媒とより成る不溶性
触媒が分離回収される。得られた反応混合液は、
蒸留、抽出等に付され、製品イソシアネート、溶
剤、残りの触媒および副製品に分けられる。回収
された触媒と溶剤はそのまままたは必要なら適当
な処理を行なつて再び反応に使用される。また、
もし反応混合液中に少量の原料がまたはポリニト
ロ化合物を原料とした場合のニトロイソシアネー
ト中間体が未反応状態で残存している場合は、同
時にこれらも分離され反応器へ循環される。製品
イソシアネートは用途に応じて慣用の精製操作が
施される。
かくして、本発明の方法に従えば、高活性な触
媒系の使用により芳香族ニトロ化合物から対応す
るイソシアネートを高収率で経済的に製造するこ
とができる。
次に、実施例によつて本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。尚、芳香族ニトロ化合物と一液化炭素の高温
加圧反応をオートクレーブ内で実施するに際し
て、前記した様な触媒の金属成分の器壁への固着
によるオートクレーブの汚染を避けるためにすべ
ての反応はオートクレーブ内壁に密着して挿入さ
れたガラス容器内で行なわれ、再現性の良い結果
が得られる。
しかし、本発明の触媒による反応では上記金属
の器壁への固着は認められず、因みにガラス容器
を用いずに反応を行なつても同様の結果が得られ
た。
実施例 1
オートクレーブ(100ml SUS316)に挿入され
たガラス容器内を十分乾燥した後、2,4−ジニ
トロトルエン(化下DNTと略記する)4.00g、
触媒としてジクロロビス(ピリジン)パラジウム
560mgとモリブデン酸300mg、及び溶剤としてO−
ジクロロベンゼン52.0gを仕込んだ。オートクレ
ーブ内を一酸化炭素20Kg/cm2で2回置換してから
一酸化炭素を170Kg/cm2まで加圧した。内容物を
300rpmで撹拌しながら約30分間で190℃に昇温す
ると、内圧は230Kg/cm2に達した。同温度で3時
間反応させると内圧は210Kg/cm2に下つた。オー
トクレーブを室温に冷却して放圧し、内容物を取
出し不溶物を液に内部標準物質としてビフエニ
ルを加えてガスクロマトグラフイー(15%シリコ
ンDC550/ガスクロームQ)で定量分析すると、
反応液は2,4トルエンジイソシアネート(以下
TDIと略記する)0.833g、2−ニトロ4−イソ
シアネートトルエン(以下2N4Iと略記する)
0.752g、2−イソシアネート4−ニトロトルエ
ン(以下2I4Nと略記する)1.326g、と未反応の
DNT0.511gを含有していた。
この分析値からDNT転化率87.2%、TDI収率
23.1%、2N4I収率19.2%、2I4N収率33.9%が得ら
れた。
別ケーキから主触媒のパラジウム化合物と助
触媒が回収され、また反応液の真空蒸留により
生成物を分離した釜残からもクロルホルム抽出す
ると仕込みパラジウム触媒の殆んどが回収され
た。
実施例 2
DNT3.00g、塩化パラジウム50.2mg、モリブデ
ン酸51.1mg、ピリジン0.60gとO−ジクロルベン
ゼン39.0gを仕込み220℃1000rpmで5時間反応
させた以外は実施例1と同様に反応させた。
DNT転化率99.3%、TDI収率56.1%、2N4I収率
1.4%、2I4N収率5.0%であつた。主触媒のパラジ
ウムは90%以上が回収された。
実施例 3
触媒としてジクロロビス(キノリン)パラジウ
ム24.7mg、モリブデン酸10.2mg、キノリン0.98g
を用いた以外は実施例2と同様に反応させた。
DNTに対して0.2重量%と極めて少量のパラジウ
ムを主触媒として用いた本反応において、DNT
転化率98.9%、TDI収率33.4%、2N4I収率8.0%、
2I4N収率24.9%であつた。
実施例 4
DNTの代りにニトロベンゼン4.06g、ジクロ
ロビス(キノリン)パラジウム124mg、モリブデ
ン酸123mg、O−ジクロルベンゼンの代りにクロ
ルベンゼン33.2gを用いた以外は実施例3と同様
にして2時間20分間反応を行つた。内部標準物質
としてビフエニルの代りにO−ジクロルベンゼン
を用いて実施例1と同様に分析した。ニトロベン
ゼン転化率は100%フエニルイソシアネート収率
は85.5%であつた。
比較例 1〜2
本発明による触媒の効果を明らかにするため
に、モリブデン酸の代りに等モルの酸化モリブデ
ンを使用した場合(比較例1)及び助触媒を使用
しない場合(比較例2)を実施例1と全く同一の
条件で行つた。
得られた結果を実施例と比較して表示すると次
の通りである。
The present invention relates to a method for directly synthesizing a corresponding isocyanate compound from an aromatic nitro compound and carbon monoxide. More specifically, the invention provides
High-temperature, high-pressure reaction of an aromatic nitro compound with carbon monoxide in the presence of a catalyst system consisting of (A) a platinum group metal compound, (B) a heteroaromatic cyclic nitrogen compound and/or a complex thereof, and (C) molybdic acid. The invention relates to a method for producing the corresponding isocyanate. The current industrial method for producing isocyanates is to reduce a nitro compound to an amine, and then react the amine with phosgene, which is separately synthesized from carbon monoxide and chlorine, to obtain an isocyanate. However, it would be desirable if aromatic isocyanates could be produced by directly reacting a nitro group with carbon monoxide and converting it into an isocyanate group in one step without using hydrogen or chlorine as an intermediate and without handling highly toxic phosgene. This direct isocyanation method is economically advantageous because isocyanate can be produced from a nitro compound in a one-step reaction without producing hydrochloric acid as a by-product. There is a known method for directly synthesizing aromatic isocyanates by reacting an aromatic nitro compound and carbon monoxide at high temperature and pressure in the presence of a suitable catalyst containing a noble metal compound as the main component according to the following formula. )n+3nCO
→Ar(NCO)n+2nCO 2 ...(1) Various catalyst systems using noble metal compounds as main catalysts have been proposed, but have not yet been put into practical use.
For example, Japanese Patent Publication No. 45-22722 (Using at least one of palladium and rhodium halides and oxides and at least one of panadium, molybdenum, tungsten, niobium, chromium, and tantalum oxides as a catalyst system) method), U.S. Patent No.
No. 3576835 (method using the addition of a heterocyclic compound or its complex), Japanese Patent Publication No. 47-38436 (method using a composition of two or more noble metals), Japanese Patent Publication No. 1537-1987
(method of adding a small amount of water) etc. are known.
However, with these methods, the yield of the desired isocyanate is low due to low catalytic activity, and the main catalyst consisting of platinum group metal decomposes significantly and adheres to the reactor wall, making it difficult to recover the expensive platinum group metal catalyst. Become. The present inventors searched for various co-catalysts to improve the above-mentioned drawbacks, and as a result found that molybdic acid exhibited superior effects to molybdenum oxide, leading to the completion of the present invention. The main object of the present invention is to develop a method of using molybdic acid as a co-catalyst to increase the activity of a main catalyst made of platinum group metal, to suppress decomposition of the main catalyst, to extend the catalyst life, and to facilitate catalyst recovery. This is what we provide. That is, the method according to the invention comprises the steps of: (A) a platinum group metal compound; (B) a heteroaromatic cyclic nitrogen compound and/or a complex thereof; and (C) an aromatic nitro compound in the presence of a catalyst system comprising molybdic acid. The goal is to directly synthesize the corresponding isocyanate by reacting it with carbon monoxide at high temperature and high pressure. The aromatic nitro compound used as a raw material in the present invention is an aromatic mono- or polynitro compound having 32 or less carbon atoms, and may contain an isocyanate group or a substituent that does not react with the isocyanate group. Representative examples include, for example, nitrobenzene, O-·m- and P-nitrotoluene, O-nitro-P-xylene, nitromesitylene-1-chloro-2-nitrobenzene, 1,2-dichloro-4-nitrobenzene, 1-bromo -4-nitrobenzene, 1-fluoro-4-nitrobenzene, 1-trifluoromethyl-4-nitrobenzene, O-, m- and P
-Nitrophenyl isocyanate, O and P-
Nitroanisole, O- and P-nitrophenethole, nitrobenzaldehyde, nitrobenzoyl chloride, methylnitrobenzoate, nitrobenzenesulfonyl chloride, nitrobenzonitrile, 2-isocyanate-4-nitrotoluene, 2-nitro-4-isocyanatetoluene,
2-Isocyanate-6-nitrotoluene, nitronaphthalene, 5-nitronaphthylisocyanate, nitroanthracene, (4-isocyanatophenyl)-(4'-nitrophenyl)methane, m-
dinitrobenzene, 2,4-dinitrotoluene,
2,6-dinitrotoluene, α,α'-dinitro-P-xylene, dinitromesitylene, 1-chloro-2,4-dinitrobenzene, 2,4-dinitroanisole, 1,5-dinitronaphthalene,
4,4'-dinitrobiphenyl, 3,3'-dimethyl-4,4'-dinitrobiphenyl, bis(P-nitrophenyl)methane, bis(P-nitrophenyl)ether, bis(P-nitrophenyl)thioether, bis (P-nitrophenyl)sulfone, trinitrobenzene, etc. Among these, nitrobenzene, 2,4
- and 2,6-dinitrotoluene, 1,2-dichloro-4-nitrobenzene, 1,5-dinitronaphthalene, bis(P-nitrophenyl)methane, and the like are preferably used for practical purposes. The essential catalyst for the carbonylation reaction of a nitro group according to the present invention is composed of (A) a platinum group metal compound, (B) a heteroaromatic cyclic nitrogen compound, and (C) a cocatalyst that is molybdic acid. (A) Platinum group metal compounds used as the main catalyst include inorganic compounds such as halides, nitrates, isocyanides, carbonates, carboxylates, oxides, and chelates of ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, or platinum. Examples include organic complexes containing ligands such as carbonyl, alkyl, olefin, and π-allyl groups. Preferred are compounds containing halogen, such as palladium chloride, palladium bromide, palladium iodide, sodium chloropalladate, tetraammine palladium chloride, dichlorodiammine palladium, rhodium chloride, rhodium bromide, rhodium iodide, and sodium chloride rhodate. , ammonium rhodate chloride, bis-ethylene palladium chloride, bis-π-allyl palladium chloride, and the like. In the case of a platinum group metal compound that does not contain a halogen, it is desirable to separately add a halogen-containing compound such as a hydrogen halide, a halogenated hydrocarbon, or an acid halide. The heteroaromatic cyclic nitrogen compound that acts as a ligand to the platinum group metal of the main catalyst is a compound consisting of an aromatic ring containing a nitrogen atom, such as pyrrole, N-methylpyrrole, pyrazole, imidazole, and triazole. , pyridine, α-, β- or γ-picoline, 4-phenylpyridine, 4-vinylpyridine, 2-fluoropyridine, 2-chloropyridine, 3-chloro-pyridine, 2-bromopyridine, 3-hydroxypyridine, 2-methoxypyridine, α-picolinaldehyde, α-picolinate methyl ester, α-picolinamide,
2,6-dimethylpyridine, 2-methyl-4-ethylpyridine, 2-chloro-4-methylpyridine, 2,6-dicyanopyridine, 5,6,7,8
-Tetrahydroquinoline, 5,6,7,8-tetrahydroisoquinoline, quinoline, isoquinoline, acridine, benzoquinoline, benzisoquinoline, phenanthridine, pyridazine, pyrimidine, pyrazine, cinnoline, quinazoline, quinoxaline, phthalazine, naphthyridine, phenazine, etc. Can be mentioned. Representative examples of complexes of platinum group metal halides with heteroaromatic nitrogen compounds include palladium and rhodium, such as bis(pyridine) dichloropalladium (), bis(pyridine) dibromopalladium (), and bis(pyridine). ) diiotopalladium (), bis(α-picoline) dichloropalladium (), bis(quinoline) dichloropalladium (), bis(isoquinoline) dichloropalladium, (pyridine) (carbonyl) dichloropalladium (), (2,6- dimethylpyridine) (carbonyl) dichloropalladium (), tris(pyridine) trichlororhodium (), tris(pyridine) tribromorodium (), tris(γ-picoline) trichlororhodium (), tris(isoquinoline) trichlororhodium (), etc. There is. The production of isocyanate by carbonylation of aromatic nitro compounds proceeds even in the presence of the above-mentioned main catalyst alone (US Pat. No. 3,576,835), but as is clear from the comparative example below, the catalytic activity is too low. The yield of the desired isocyanate is extremely low. Additionally, during the reaction, the platinum group metal catalyst undergoes decomposition and is reduced to a metallic form, which adheres firmly to the walls of the reactor and forms a so-called mirror surface, making it extremely difficult to recover the expensive catalyst. . For example, if molybdenum trioxide is used as a co-catalyst in the main catalyst made of the platinum group metal,
22722), the isocyanate yield is slightly improved, but it is still too low for practical use, and recovery of the catalyst is also difficult because the reductive decomposition of the main catalyst to the metal state is not suppressed. Adding a small amount of water to the reaction system
1573), the reaction rate increases and the yield apparently increases, but this effect is insufficient and the selectivity decreases, and there is a tendency to accelerate the decomposition of the main catalyst. The economic efficiency of the direct production method of isocyanate is most closely related to the yield of isocyanate, that is, the activity of the catalyst and the recoverability of the catalyst, and the fundamental reason why the direct method has not yet reached industrialization is the above fact. This is largely due to. Therefore, it is most important to develop a co-catalyst that can form a highly active catalyst from a platinum group metal main catalyst with low activity and facilitate the recovery of the expensive main catalyst, and the present invention addresses these drawbacks. It constitutes an improvement. The cocatalyst used in the present invention is molybdic acid. When the molybdenum compound used as a co-catalyst is used in an acid form such as molybdic acid rather than molybdenum trioxide, it exhibits extremely superior properties in terms of the above two effects, that is, high activation and stabilization of the main catalyst. Although the mechanism of action of molybdic acid is not clear, molybdic acid may also exist in a polymolybdic acid structure in the reaction solution. Since heteroaromatic nitrogen compounds coexist, depending on the amount present, they generally participate in the reaction as mono and polymolybdates of nitrogen bases such as mono, di, tri, hexer, octa, and todecarmolybdates. Sometimes I do. The reaction between the aromatic nitro compound and carbon monoxide is carried out in the presence of (A) a platinum group metal compound, (B) a heteroaromatic cyclic nitrogen compound and/or a complex thereof, and (C) molybdic acid. The amount of the catalyst used in this case is such that the amount of the main catalyst as platinum group metal is usually 0.001 to 10% by weight, preferably 0.1 to 5% by weight, based on the aromatic nitro compound. The molybdic acid cocatalyst is used in an amount corresponding to the atomic ratio of molybdenum to platinum group metal, usually from 0.01 to 100, preferably from 0.2 to 10. In addition, the amount of the heteroaromatic cyclic nitrogen compound used is usually 1 to 1 to the platinum group metal compound.
The molar ratio is preferably 2 to 100, although it varies depending on the reaction conditions. The method of adding the catalyst is not specified, and the catalyst can be mixed with the reaction raw materials in any order and method and reacted. Further, the main catalyst and co-catalyst can be supported on various known carriers. Although the method of the present invention can be carried out without using a solvent, it is preferable to dilute the aromatic nitro compound with a solvent before reacting. The solvent used is any liquid that is inert to the raw materials and products, and is not particularly limited, but usually, for example, heptane, cyclohexane, benzene, toluene, xylene, and various petroleum distillates. Various aliphatic, cycloaliphatic and aromatic hydrocarbons, such as halogenated hydrocarbons such as dichloromethane, perchloroethylene, titrachloroethane, chlorobenzene, dichlorobenzene, chloronaphthalene, etc., are used. The amount of the solvent to be used is not particularly limited and is completely arbitrary, and the appropriate amount differs depending on the type of reaction. However, the amount used usually ranges from 3 to 50% by weight of the aromatic nitro compound in the solvent. There is no particular restriction on the method of mixing the solvent, and the solvent can be mixed with the aromatic nitro compound, the main catalyst, and the co-catalyst in any order and proportion. The amount of carbon monoxide consumed as a reaction raw material is stoichiometrically 3 per mole of nitro group according to formula (1).
mol, and 2 mol of carbon dioxide is produced as a by-product at the same time. The amount of carbon monoxide actually used in the reactor varies depending on the concentration of the aromatic nitro compound, the amount of catalyst used, the type of reactor, reaction temperature, reaction pressure, etc., but the appropriate amount is the minimum amount. The limit is 3 times the molar amount relative to the amount of nitro groups in the reactor, usually 5 to 100 times the molar amount, preferably 7 to 20 times the molar amount. In addition, the reaction can be carried out batchwise while containing carbon dioxide as a by-product, but carbon monoxide is supplied at the same time as carbon dioxide, which increases as the reaction progresses, is removed from the reactor. It is preferable to carry out the reaction while keeping the molar ratio of carbon dioxide in the reactor small. Reaction temperature is 100-250℃, preferably 150-230℃
range is used. Reaction pressure is 10-1000Kg/cm 2 , usually 50-500
A range of Kg/cm 2 is used. The reaction time is usually in the range of 0.5 to 10 hours, and the practical optimum time is determined within this range depending on the selection of the above conditions. To elaborate on embodiments of the invention, the reaction can be carried out batchwise, semi-continuously or continuously. Usually, a solution of an aromatic nitro compound dissolved in a solvent and each component of the catalyst are mixed prior to the reaction, or charged into separate reactors (batch type) or continuously fed (continuous type). The reactor is pressurized with carbon monoxide to reaction pressure and maintained at reaction temperature. In the continuous type, the carbon dioxide mixture gas in the reactor is continuously discharged and carbon monoxide is injected under pressure. After the retention time has elapsed, the reaction mixture is cooled to room temperature and subjected to gas-liquid separation, and then an insoluble catalyst consisting of a portion of the main catalyst and a co-catalyst is separated and recovered through a solid-liquid separation operation. The resulting reaction mixture was
It is subjected to distillation, extraction, etc. and is separated into product isocyanate, solvent, remaining catalyst and by-products. The recovered catalyst and solvent are used again in the reaction as they are or after being subjected to appropriate treatment if necessary. Also,
If a small amount of raw materials or nitroisocyanate intermediates when polynitro compounds are used as raw materials remain unreacted in the reaction mixture, these are simultaneously separated and recycled to the reactor. The product isocyanate is subjected to conventional purification operations depending on the intended use. Thus, according to the process of the present invention, the corresponding isocyanates can be economically produced in high yields from aromatic nitro compounds by using highly active catalyst systems. Next, the present invention will be specifically explained with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto. When carrying out the high-temperature, pressurized reaction between an aromatic nitro compound and mono-liquefied carbon in an autoclave, all reactions are carried out in an autoclave in order to avoid contamination of the autoclave due to the metal components of the catalyst sticking to the vessel walls as described above. It is carried out in a glass container inserted tightly against the inner wall, and results with good reproducibility are obtained. However, in the reaction using the catalyst of the present invention, no adhesion of the metal to the container wall was observed, and similar results were obtained even when the reaction was carried out without using a glass container. Example 1 After thoroughly drying the inside of a glass container inserted in an autoclave (100ml SUS316), 4.00g of 2,4-dinitrotoluene (abbreviated as DNT),
Dichlorobis(pyridine)palladium as catalyst
560 mg and 300 mg of molybdic acid, and O- as a solvent.
52.0 g of dichlorobenzene was charged. The inside of the autoclave was replaced twice with 20 kg/cm 2 of carbon monoxide, and then carbon monoxide was pressurized to 170 kg/cm 2 . contents
The temperature was raised to 190°C in about 30 minutes while stirring at 300 rpm, and the internal pressure reached 230 Kg/cm 2 . After reacting at the same temperature for 3 hours, the internal pressure dropped to 210 Kg/cm 2 . The autoclave was cooled to room temperature and depressurized, the contents were taken out, the insoluble matter was added to the liquid as an internal standard, and biphenyl was added and quantitatively analyzed using gas chromatography (15% silicon DC550/Gaschrome Q).
The reaction solution was 2,4 toluene diisocyanate (hereinafter referred to as
(abbreviated as TDI) 0.833g, 2-nitro 4-isocyanate toluene (hereinafter abbreviated as 2N4I)
0.752 g, 1.326 g of 2-isocyanate 4-nitrotoluene (hereinafter abbreviated as 2I4N), and unreacted
It contained 0.511g of DNT. From this analysis value, DNT conversion rate is 87.2%, TDI yield is
23.1%, 2N4I yield of 19.2%, and 2I4N yield of 33.9% were obtained. The main catalyst palladium compound and co-catalyst were recovered from a separate cake, and most of the charged palladium catalyst was recovered from the residue from which the product was separated by vacuum distillation of the reaction solution by chloroform extraction. Example 2 The reaction was carried out in the same manner as in Example 1, except that 3.00 g of DNT, 50.2 mg of palladium chloride, 51.1 mg of molybdic acid, 0.60 g of pyridine, and 39.0 g of O-dichlorobenzene were charged and reacted at 220°C and 1000 rpm for 5 hours. .
DNT conversion rate 99.3%, TDI yield 56.1%, 2N4I yield
The yield of 2I4N was 5.0%. More than 90% of the main catalyst palladium was recovered. Example 3 24.7 mg of dichlorobis(quinoline) palladium, 10.2 mg of molybdic acid, and 0.98 g of quinoline as a catalyst
The reaction was carried out in the same manner as in Example 2 except that .
In this reaction, using a very small amount of palladium (0.2% by weight relative to DNT) as the main catalyst,
Conversion rate 98.9%, TDI yield 33.4%, 2N4I yield 8.0%,
The 2I4N yield was 24.9%. Example 4 2 hours and 20 minutes in the same manner as in Example 3, except that 4.06 g of nitrobenzene, 124 mg of dichlorobis(quinoline) palladium, 123 mg of molybdic acid, and 33.2 g of chlorobenzene were used instead of O-dichlorobenzene. The reaction was carried out. Analysis was conducted in the same manner as in Example 1 using O-dichlorobenzene instead of biphenyl as an internal standard substance. The nitrobenzene conversion rate was 100%, and the phenyl isocyanate yield was 85.5%. Comparative Examples 1 to 2 In order to clarify the effect of the catalyst according to the present invention, the case where equimolar molybdenum oxide was used instead of molybdic acid (Comparative Example 1) and the case where no promoter was used (Comparative Example 2) were investigated. The experiment was carried out under exactly the same conditions as in Example 1. The results obtained are shown below in comparison with Examples.
【表】
比較例1,2に比し実施例1はDNT転化率、
TDI収率が共に極めて高い。本反応においては一
般的に比較例1,2から分るように、TDIの収率
が高まる程3生成物の全選択率が下がる傾向が認
められている。しかるに実施例1は比較例1に比
しTDI収率が倍増しているにも拘らず全選択率は
むしろ若干高い。従つてモリブデン酸は三酸化モ
リブデンより高い活性と選択性を有する優れた助
触媒であることが判る。
また反応後の触媒の状態を比較すると、比較例
ではパラジウム触媒が相当分解して器壁に金属パ
ラジウムが多量付着したが、実施例1ではこれが
認められなかつた。[Table] Compared to Comparative Examples 1 and 2, Example 1 had a higher DNT conversion rate,
Both TDI yields are extremely high. In this reaction, as can be seen from Comparative Examples 1 and 2, it is generally recognized that as the yield of TDI increases, the overall selectivity of the three products tends to decrease. However, although the TDI yield of Example 1 is doubled compared to Comparative Example 1, the overall selectivity is rather higher. Therefore, it can be seen that molybdic acid is an excellent cocatalyst having higher activity and selectivity than molybdenum trioxide. Further, when comparing the state of the catalyst after the reaction, in the comparative example, the palladium catalyst was considerably decomposed and a large amount of metallic palladium adhered to the vessel wall, but in Example 1, this was not observed.
Claims (1)
属化合物とヘテロ芳香族環式窒素化合物及び/又
はそれらの錯体から成る触媒の存在下に反応させ
るイソシアネートの製法において、モリブデン酸
を助触媒として用いることを特徴とする芳香族イ
ソシアネートの製法。1. Using molybdic acid as a cocatalyst in the isocyanate production process in which an aromatic nitro compound and carbon monoxide are reacted in the presence of a catalyst consisting of a platinum group metal compound, a heteroaromatic cyclic nitrogen compound, and/or a complex thereof. A method for producing aromatic isocyanate characterized by:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13771279A JPS5661342A (en) | 1979-10-26 | 1979-10-26 | Production of aromatic isocyanate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13771279A JPS5661342A (en) | 1979-10-26 | 1979-10-26 | Production of aromatic isocyanate |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5661342A JPS5661342A (en) | 1981-05-26 |
| JPS6160825B2 true JPS6160825B2 (en) | 1986-12-23 |
Family
ID=15205052
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13771279A Granted JPS5661342A (en) | 1979-10-26 | 1979-10-26 | Production of aromatic isocyanate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5661342A (en) |
-
1979
- 1979-10-26 JP JP13771279A patent/JPS5661342A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPS5661342A (en) | 1981-05-26 |
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