(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
(a) 式II：
【化１】
0004754142.tif 000006
のベンズアルデヒド誘導体と、式III：
【化２】
0004754142.tif 000007
のアルカナールとを、塩基の存在下に、カスケードシステムの複数の反応器からなるプラントにおいて連続的に反応させ、かつ該アルカナールを該プラントの2個以上の反応器に導入することにより、式I：
【化３】
0004754142.tif 000008
(式中、R1、R2、R3、R4、R5及びR6は、互いに独立して、水素、C1〜C9-アルキル基又はC1〜C9-アルコキシ基である)のシンナムアルデヒド誘導体を連続的に製造する、
(b) 場合により、続いて、循環反応器において懸濁触媒及び水素の存在下に連続的に水素化することにより、式IV：
【化４】
0004754142.tif 000009
(式中、R1〜R6は上記の意味を有する)
のジヒドロシンナムアルデヒド誘導体を得る、
ための方法。
【請求項２】
工程(a)の後に、工程(b)の水素化を行う、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
用いる式IIのベンズアルデヒド誘導体が、ベンズアルデヒド自体、m-イソプロピルベンズアルデヒド、p-イソプロピルベンズアルデヒド、p-tert-ブチルベンズアルデヒド、m-tert-ブチルベンズアルデヒド、m-メチルベンズアルデヒド、p-メチルベンズアルデヒド、o-メチルベンズアルデヒド、m-アニスアルデヒドもしくはp-アニスアルデヒドであるか、又はこれらのベンズアルデヒド誘導体のうちの2種以上の混合物である、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
工程(a)で用いる前記プラントの反応器の数が2〜20である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
工程(a)で用いる前記プラントの反応器の数が2〜6である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
工程(a)で用いる反応器が攪拌型タンク反応器、ループ型反応器、ジェットループ型反応器、ジェット型反応器又は管状反応器であり、再循環回路を有していてもよい、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記アルカナールの一部分を、用いる反応器のそれぞれに導入する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
添加するアルカナールの全量の20〜70％を、第1の反応器に導入する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記方法を、ベンズアルデヒド誘導体の転化率が20〜95％となるように行う、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも一部のアルカナールを、ベンズアルデヒド誘導体の一部又は全部との混合物として予め混合した形態で第1の反応器に導入する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
全ての反応器中の式IIのベンズアルデヒド誘導体と、式IIIのアルカナールとのモル比が、5 mol/mol〜100 mol/molである、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
ジヒドロシンナムアルデヒドがシクラメンアルデヒド又はリスメラールからなる群より選択される、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
シンナムアルデヒド誘導体の水素化を、予め精製することなく、0.5〜20mmの水力直径を有するオリフィス又はチャンネルを有する装置である内蔵物を有する反応器中で行う、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
水素化(b)の触媒粒子が、0.0001〜2 mmの平均粒径を有する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
工程(b)において、水素化反応器中で用いる内蔵物が織物パッキング又は板状金属パッキングである、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
気相及び液相の空塔速度が50 m3/m2hを超える、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
工程(b)で用いる反応器が、ジェットチューブ型反応器、気泡塔型反応器又はチューブバンドル型反応器である、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
工程(b)で用いる懸濁触媒が活性成分として少なくともパラジウムを含む、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
パラジウムの割合が懸濁触媒の0.1〜10重量％である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記触媒がSiO2、TiO2、ZrO2、Al2O3又は炭素を含有する担体上で用いられる、請求項１８又は１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記触媒が活性炭を含有する担体上で用いられる、請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、ベンズアルデヒド誘導体とアルカナールとを塩基の存在下で連続的反応させることによりシンナムアルデヒド又はシンナムアルデヒド誘導体を製造し、場合により、続いて循環反応器において懸濁触媒及び水素の存在下で連続的に水素化してジヒドロシンナムアルデヒド誘導体を得るための連続的方法に関する。
【０００２】
シンナムアルデヒド誘導体、例えば、2-ペンチル-3-フェニル-2-プロペナールもしくは2-ヘキシル-3-フェニル-2-プロペナール、シンナムアルデヒドそれ自体、又は対応するジヒドロ化合物、例えば、シクラメンアルデヒド(2-メチル-3-(p-イソプロピルフェニル)-プロパナール)もしくはリスメラール(2-メチル-3-(p-tert-ブチルフェニル)プロパナール)は、芳香剤のための中間体として、又は芳香剤そのものとして用いられ、さらに、医薬品及び作物保護の分野における活性成分の合成用の出発物質として用いられる(GB 1 086 447を参照)。
【０００３】
シンナムアルデヒド誘導体は、ベンズアルデヒド誘導体とアルカナールとを塩基性触媒の存在下で反応させることにより、すなわち、アルドール縮合により(Houben-Weyl,「Methoden der organischen Chemie」[有機化学の方法] 第7/1巻, 第76頁以降 (1954)、及びUS 2 976 321を参照)、製造できることが知られている。公知の先行技術によれば、これらの反応物はバッチ式で又は半連続法で反応させている。
【０００４】
例えば、1947年のUS 2 529 186は、例えば、水性アルカリ金属水酸化物の存在下で、ベンズアルデヒドを最初に導入し、そこにわずかに過剰量のエタノールをゆっくりと添加して、ベンズアルデヒドとエタナールとを反応させることによりシンナムアルデヒドを製造するための半連続的方法を記載している。ここでは、アルカリ金属水酸化物は、アルデヒド1重量部当たり2.5〜6.5重量部の量で用いるべきである。実施例に示されるように、この方法では75〜85％の収率しか得られない。この方法の欠点は、工業的規模で用いるには収率が不十分であること、アルカリ金属水酸化物を大量に必要とすること（これは、そのために必要な費用の他に、廃水の深刻な汚染を意味する）、および比較的長い反応時間即ちそれに応じて反応容器が大きくなることである。
【０００５】
1950年のD.P. B 9977は、水性媒体中のアルカリによるベンズアルデヒドとアセトアルデヒドとの縮合によりシンナムアルデヒドを製造するための半連続的方法を記載している。この方法では、ベンズアルデヒドを過剰に用いなければならず、アセトアルデヒドは少しずつ添加しなければならない。さらに、ベンズアルデヒド1重量部当たり約2〜3重量部の水を用いなければならない。特に、大量の水を用いなければならないこと、またこれを精製して廃棄しなければならないため、この方法は経済的ではない。
【０００６】
EP 392 579は、ベンズアルデヒドとアルカナールとを反応させることによりα-置換シンナムアルデヒドを製造するための方法を記載している。用いる触媒はアルカリ金属水酸化物であり、用いる溶媒はグリコールである。用いる他の補助剤は、ヘキサンなどの非極性炭化水素である。この文献には、除去するのが困難である二次成分が生成するため、貫通流が存在する反応器の使用は好ましくないと記されている(2頁、第10〜16行及び第38〜39行を参照)。本発明者らの研究は、この先入観の誤りを証明してきた。事実、本発明者らは、驚くべきことに、複数の反応器を一つずつ順番に連結し、アルカナールを2個以上の反応器に供給することにより、比較的単純な方法で、副生成物の含有量が低く、極めて良好な収率でシンナムアルデヒド誘導体を製造することができることを見出した。
【０００７】
半連続的方法と同様、EP 392 579は、連続する貫通流が存在し、9.5時間の滞留時間を有する攪拌型タンク反応器中で、前記方法を実施することを記載している。多段階反応器カスケードについては記載されていない。記載された方法の欠点は、必要とされる長い滞留時間及び結果として必要とされる大きく、高価な反応容器である。さらに、この反応は2つの液体の混和しない相の系で起こるので、実験室における実験から工業プラントへのスケールアップが非常に困難である。さらに、連続貫通流が存在する攪拌型タンク反応器の調節及び正しい相比の正確な観測は極めて困難である(コンピュータ化された制御が必要である)。
【０００８】
さらなる欠点は、反応混合物の複雑な後処理であり、グリコールを含む反応混合物を、ヘキサンを用いて繰り返し抽出する必要がある。上述した欠点のため、前記方法を経済的に実施することができない。
【０００９】
このEP 392 579による方法の欠点を克服するために、欧州特許明細書EP 771 780は、塩基性触媒としてピロリジンを用いたベンズアルデヒドとアルカナールとの反応によるα-アルキルシンナムアルデヒドの製造方法を提案している。追加的な共触媒として、硫酸又は塩酸などの酸を推奨している。後処理のために、先ず、粗反応生成物を水酸化ナトリウム水溶液で洗浄した後、酸で中和する必要がある。
【００１０】
この方法の欠点は、大量に添加され、再循環することができない高価な触媒の使用である。これは、供給原料及び廃棄のための費用の増加を意味する。さらなる欠点は、反応生成物を大量の水酸化物溶液で洗浄する必要がある高価で複雑な後処理である。同様に、この操作は高い供給原料の費用及び廃棄費用をもたらす。また共触媒として酸を用いるため、装置は耐食性材料で製作する必要がある。上記の欠点により、前記方法は不経済となる。
【００１１】
式IIのシンナムアルデヒド誘導体の公知の製造方法はバッチ式又は半連続的方法であって、この方法に由来する以下の欠点を有する：即ち長い反応時間、大きな反応装置並びにバッチ運転（バッチ運転は工業規模で使用する場合、要員及びメンテナンススタッフの点で経費の増加をもたらす)。連続運転の可能性について記載されている方法については、反応の実施に関する情報が存在しないか、又は連続貫通流が存在する攪拌型タンク反応器の個々についてのみ記載されており、上記のような理由から、工業的規模でのシンナムアルデヒド誘導体の経済的な製造には適していない。
【００１２】
シンナムアルデヒド及びその誘導体の水素化も同様に、既に文献中に広範に記載されている。この概説は、Houben-Weylの研究、Methoden der organischen Chemie [有機化学的方法]、第4版、第4/1c巻、第161頁以降、及び同じ研究の第7/1巻、第388頁以降に記載されている。
【００１３】
デヒドロリスメラール(2-メチル-3-(p-tert-ブチルフェニル)プロペナール)などのシンナムアルデヒド誘導体を、水素の存在下でパラジウム含有触媒上で反応させることにより、ジヒドロ化合物に転化できることは、US 3,280,192から公知である。該著者らは、供給原料と混和せず、8〜13のpHを有する水相の添加は水素化の選択性について特に有利であると記載している。このバッチ法では、高い収率及び選択性が達成される。
【００１４】
DE 26 136 45では、上記の米国特許出願と比較して100〜160℃のより高い温度で、水素雰囲気を繰り返し交換しながら水素化を行う場合、空時収率の改善が達成される。
【００１５】
JP 72 50096も同様に、パラジウム触媒上でのシンナムアルデヒド誘導体の水素化のためのバッチ法におけるK2CO3などの塩基性化合物の添加を推奨している。この方法においては、97％を超える高い純度で、溶媒を用いることなく出発原料を使用する。
【００１６】
また、EP 058 326は、アミンの存在下、パラジウム触媒上、in situで予め製造されたシンナムアルデヒド誘導体の反応のためのバッチ法を記載している。
【００１７】
水素化のための連続反応方法は、US 3,520,934に記載されており、触媒としてのAl2O3上のパラジウムへの酢酸カリウムの添加が特に有利であると記載している。
【００１８】
US 3,520,935では、高い転化率及び選択性とともに高い空時収率を達成するために、反応を連続的に行うためには、特定のリチウム含有触媒の使用が必要であるとされている。反応器中で押出成形体(extrudate)又は球体の形態で用いる必要がある該触媒の耐用年数に関する詳細については記載されていない。
【００１９】
全般的に、従来技術に列挙されたシンナムアルデヒド誘導体の水素化の例は、複雑なバッチ式の反応手順、長い反応時間及び大きな反応器具を必要とするか、又は、固定床上での連続的反応手順については、活性の喪失が生じる時に（一般的にはプラントのスイッチが切られることになる）複雑な手順でしか交換することができない特別に調製された触媒の使用を必要とする。
【００２０】
さらに、従来技術に記載された方法は全て、単離され、精製された生成物から出発する。対応するベンズアルデヒド及びアルカナールから出発するシンナムアルデヒド誘導体の連続的製造と、ジヒドロシンナムアルデヒド誘導体を得るための後続の連続的水素化とを組合わせる連続的方法は、従来技術には記載されていない。
【００２１】
従って、本発明の課題は、公知方法の上記した欠点を回避することができる、対応するベンズアルデヒド及びアルカナールから出発するシンナムアルデヒド又はシンナムアルデヒド誘導体の連続的製造方法、及びまたジヒドロシンナムアルデヒド誘導体の連続的製造方法を開発することである。
【００２２】
本発明者らは、
(a) 式II：
【化５】
0004754142.tif 000002
のベンズアルデヒド誘導体と、式III：
【化６】
0004754142.tif 000003
のアルカナールとを、塩基の存在下に、カスケードシステムの複数の反応器からなるプラントにおいて連続的に反応させ、かつ該アルカナールを該プラントの2個以上の反応器中に導入することにより、式I：
【化７】
0004754142.tif 000004
(式中、R1、R2、R3、R4、R5及びR6は、互いに独立して、水素、C1〜C9-アルキル基又はC1〜C9-アルコキシ基であり、好ましくは、R1、R2、R3及びR6が、互いに独立して、水素又はC1〜C9-アルキル基であり、R4及びR5が水素である)
のシンナムアルデヒド誘導体を連続的に製造するための、並びに
(b) 場合により、続いて、循環反応器において懸濁触媒及び水素の存在下に連続的に水素化することにより、式IV：
【化８】
0004754142.tif 000005
(式中、R1〜R6は上記の意味を有する)
のジヒドロシンナムアルデヒド誘導体を得るための方法によって、上記課題が達成されることを見出した。
【００２３】
本発明は、式Iのシンナムアルデヒド誘導体の連続的製造と、工程(a)及び(b)を組合わせることによる式IVのジヒドロシンナムアルデヒド誘導体の製造の双方を提供する。
【００２４】
好ましくは、式Iのシンナムアルデヒド誘導体の製造の後、式IVの対応するジヒドロシンナムアルデヒド誘導体を得るための水素化を行う。
【００２５】
工程(a)の後に工程(b)のような水素化を行うと、前記方法は、第一に、双方の工程の連続的反応手順により、第二に、式IIのベンズアルデヒド誘導体と、式IIIのアルカナールとの上流のアルドール縮合の製造される出発物質の精製又は単離は水素化には必要ではないという事実により、従来技術とは区別される。
【００２６】
pHを7〜13、好ましくは8〜9に調整した後、工程(a)で得られた反応流出物は、後処理することなく水素化に送られる。
【００２７】
pHを調整するための好適な試薬はブレンステッド酸、好ましくは、ギ酸、プロピオン酸、クエン酸、フタル酸などの有機酸であり、特に好ましくは酢酸である。
【００２８】
本発明に従って使用する式IIのベンズアルデヒド誘導体は、例えば、ベンズアルデヒド自体、m-イソプロピル-ベンズアルデヒド、p-イソプロピルベンズアルデヒド、p-tert-ブチルベンズアルデヒド、m-tert-ブチルベンズアルデヒド、m-メチルベンズアルデヒド、p-メチルベンズアルデヒド、o-メチルベンズアルデヒド、m-アニスアルデヒドもしくはp-アニスアルデヒド、又はこれらのベンズアルデヒド誘導体のうちの2種以上の混合物を挙げることができる。
【００２９】
本発明に従う反応に好適な式IVのアルカナールとしては、特に、アセトアルデヒド、プロパナール、n-及びイソ-ブタナール、n-及びイソ-ペンタナール、n-及びイソ-ヘキサナールを挙げることができる。
【００３０】
好ましい式IVのジヒドロシンナムアルデヒド誘導体は、シクラメンアルデヒド又はリスメラールである。特に好ましくは、本発明による方法(工程(a)及び工程(b))を用いて、リスメラールを製造する。
【００３１】
本発明による方法のために式Iのシンナムアルデヒド誘導体の製造(工程(a))に用いる触媒は、アルカリ金属水酸化物であるNaOH、KOH及びLiOH、アルカリ土類金属水酸化物、並びにそれらの混合物などの塩基性化合物；又は水の存在下で対応する水酸化物を遊離し得る他のアルカリ金属及びアルカリ土類金属の化合物；並びに、アンモニア、アミン又は、例えばナトリウムメトキシドもしくはカリウムtert-ブトキシドなどのアルコキシドである。アルカリ金属の酸化物及び水酸化物の水溶液、特に、酸化ナトリウム又は水酸化ナトリウムの水溶液が有利であり、この場合、酸化物又は水酸化物の濃度は、0.5〜50重量％、好ましくは10〜50重量％である。一般的には、塩基は全て、第1の反応器に導入するが、全ての反応器に分割して導入することもできる。必要とされる塩基の量は非常に少なく、これは本発明による方法の格別の効果を示すものである。例えば、反応混合物中の塩基の濃度は、たったの0.01〜20重量％、好ましくは0.1〜5重量％の間である。
【００３２】
本発明による方法の工程(a)を、3個の反応器からなるカスケードを用いて実施例1〜4に例示する。
【００３３】
式Iのシンナムアルデヒド誘導体の新規な連続的製造のための好ましいプラントは、原理的には、カスケードシステムにおいて順番に連結された複数の反応器からなる。一般的には、用いる反応器の数は2〜20個であり、好ましくは2〜10個、特に好ましくは2〜5個である。ある反応器からの流出物を次の反応器に通過させることを意味するカスケードシステムにおいて、該反応器を運転する。次いで、生成された反応混合物を、最後の反応器の出口で流出させる。
【００３４】
前記方法のあまり好ましくない配置では、生成混合物を1個以上の下流の反応器から取り出し、1個以上の上流の反応器に戻す。
【００３５】
好適な反応器は、管状反応器又は内蔵物を備えた遅延時間型容器(delay time container)などの非逆混合型(non-back-mixed)反応器であるが、好ましくは、攪拌型タンク反応器、ループ型反応器、ジェットループ型反応器又はジェット型反応器などの逆混合型(back-mixed)反応器である。しかし、逆混合型反応器及び非逆混合型反応器の連なる組合せを用いることも可能である。
【００３６】
必要に応じて、複数の反応器を多段階式装置に組合わせることも可能である。そのような反応器は、例えば、多孔板が組み込まれたループ型反応器、カスケード型容器、中間段階で原料を供給できる管状反応器、又は攪拌塔である。個々の反応器の全て又は一部は熱交換器を装備するのが適切である。反応器中では、反応物の十分な混合を確実にしなければならないが、これは、例えば、攪拌又は再循環によって達成することができ、場合によってはスタティックミキサー(static mixer)もしくは混合ノズルを組合せて行う。
【００３７】
反応器中の反応混合物の平均滞留時間が5分〜8時間、特に好ましくは10分〜5時間となるように、反応器の容積を調整する。ほぼ同一の容積を有する反応器を使用するのが特に有利であるが、異なる容積を有する反応器を使用することも可能である。
【００３８】
一般的には、反応器中の温度は20〜130℃、特に好ましくは30℃〜100℃である。
【００３９】
反応器中の圧力はあまり重要ではないが、反応器の内容物がほとんど液体として保持される程度に十分に高いものであるべきである。一般的には、本発明の方法には1〜40バールの圧力が必要であり、1〜6バールの圧力が有利である。
【００４０】
好ましくは、ベンズアルデヒド又は式IIのベンズアルデヒド誘導体を、カスケードシステムを備えたプラントの第1の反応器中に導入する。しかしながら、場合によっては、ベンズアルデヒド(誘導体)の一部を、カスケードシステムを備えたプラントの別の反応器に添加することも必要となる。
【００４１】
本発明による方法の特に好ましい実施形態においては、ベンズアルデヒド又はベンズアルデヒド誘導体を、反応器に導入する前に、同じ反応器に添加されるアルカナールの一部と予め混合する。この前混合のために、スタティックミキサー、攪拌型タンク反応器、混合ノズルなどの慣用的な混合装置を用いることができる。2種の反応物の前混合により、選択性が上昇する。特許明細書US 2 529 186には、反応物の前混合が選択性を低下させると記載されているので、この選択性の上昇は特に驚くべきことである。
【００４２】
アルカナールは、反応プラントの2個以上の反応器に添加すべきである。ある量のアルカナールを、カスケードシステムのプラントの各反応器に添加するのが特に有利である。しかしながら、さらに、全ての反応器間のアルカナールの均一な分配は高い選択性にとって好ましくないことも見出された。従って、添加するアルカナールの全量のうちの約20〜70％、特に好ましくはアルカナールの40〜60％を、第1の反応器に導入し、残量、すなわち、アルカナールの約80〜30％を他の反応器に添加するのが有利であることが見出された。さらに、アルカナールの少なくとも一部を、ベンズアルデヒド誘導体の一部又は全部と共に、予め混合された形態で反応器に導入するのが特に有利である。
【００４３】
一般的には、液体の形態でアルカナールを用いる。しかし、原理的には、気体としての添加も可能である。
【００４４】
前記方法の特に好ましい実施形態においては、全ての反応器中のベンズアルデヒド(誘導体)とアルカナールのモル比が5〜100 mol/mol、好ましくは10〜60 mol/molとなるように、アルカナールの量を選択する。このモル比は、公知の分析法、例えば、ガスクロマトグラフィーを用いて反応混合物を分析することにより容易に測定することができる。一般的には、一日一回の分析で十分であるが、特定の場合には、オンライン分析を用いることも必要である。
【００４５】
ベンズアルデヒド(誘導体)の転化率は、温度、滞留時間及び塩基の量に応じて、20〜95％、好ましくは30〜80％である。本発明による方法の特に有利な点は、アルカナールの転化率が、一般的には未反応のアルカナールの回収をしなくてもよい程度に十分に高いことである。
【００４６】
選択性を上昇させるために、溶媒を反応混合物に添加することができる。好適な溶媒は、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノールもしくはエチレングリコールなどのアルコール、及びジエチルエーテルなどのエーテル、又はジオキサンなどの環状エーテルである。特に有利な溶媒はメタノールである。溶媒は、そのまま個々の反応器に導入してもよいし、又は1種以上の反応体もしくは触媒塩基と混合してもよい。しかし、全部の溶媒を第1の反応器に添加するのが好ましい。
【００４７】
反応プラントからの生成物を、結晶化、相分離又は分別蒸留などの慣用的な分離操作によって容易に後処理することができ、従って、単純な方法でシンナムアルデヒド誘導体を単離することができる。一般的には、反応混合物を後処理する前に、無機酸又は有機酸を添加することにより塩基性触媒を少なくとも部分的に中和するのが有利である。
【００４８】
本発明による方法(工程(a))を用いて、単純な方法で、高純度及び非常に良好な品質のシンナムアルデヒド、一般的には式Iのシンナムアルデヒド誘導体を製造することができる。本発明による方法は、少数の、単純で、小型の、コスト効率の良い装置しか必要としない。本発明による方法を用いると、アルカナール及びベンズアルデヒド誘導体の双方に基づいて、高い選択性で式Iのシンナムアルデヒド誘導体を製造することができる。
【００４９】
工程(a)の後に、ジヒドロシンナムアルデヒド誘導体を得るために工程(b)に従い水素化を行う場合、液相と気相を、0.5〜20 mm、好ましくは1〜10 mm、特に好ましくは1〜3 mmの水力直径を有するオリフィス又はチャンネルを有する装置に通過させる、US 5,939,589に記載のような反応器中で前記水素化を行う。この水力直径とは、オリフィスの断面積をその外周で割った商x4である。
【００５０】
反応媒体を運搬するためのオリフィス又はチャンネルを有する装置は、蒸留及び抽出の技術から、原理的に、すなわち、その幾何学的形状の点で既に知られているように、好ましくはプラスチック(例えば、ポリウレタン又はメラミン樹脂)製もしくはセラミック製の床(bed)、編み物、連続気泡のフォーム構造物、又はパッキング部材からなる。
【００５１】
低い圧力損失という利点を提供するそのようなパッキング部材は、例えば、ワイヤメッシュパッキングである。しかしながら、本発明の目的のために、パッキングは、基本的には、蒸留及び抽出の技術分野における匹敵する内部物よりも顕著に、通常は2〜10倍、小さい水力直径を有する。
【００５２】
織物パッキングの代わりに、他の織物製、編物製、又はフェルト製の液体透過性の材料から作製されたパッキングを用いることもできる。さらに好適なパッキングは板金パッキングである。また、例えば、Montz BSH型のパッキングなどのエキスパンドメタルから作製されたパッキングも有利である。オリフィス、例えば、穿孔部を、対応して小さくする必要がある。本発明にとってパッキングの好適性のための決定的な要点は、その形状ではなく、パッキング内での運搬を起こすオリフィスの寸法又はチャンネルの幅である。
【００５３】
水素化の間に、0.0001〜2 mm、好ましくは0.001〜0.1 mm、特に好ましくは0.005〜0.05 mmの平均粒径を有する市販の触媒粒子を、懸濁液として用いることができる。
【００５４】
水素の存在下、1〜100バール、好ましくは1〜30バール、特に好ましくは1〜15バールの圧力で、上記の内蔵物の1つを有する反応器中で、本発明による方法により水素化を行う。反応温度は、10〜160℃、好ましくは20〜80℃、特に好ましくは40〜75℃である。
【００５５】
水素化反応器中で用いることができる内蔵物は、織物パッキング又は板状金属パッキングである。反応混合物、触媒及び水素を、回路にある反応器に高速でポンプで送る。ここで、気相と液相の空塔速度は、50 m3/m2hを超え、好ましくは50〜300 m3/m2h、特に好ましくは100〜250 m3/m2hの範囲である。射出ノズルを用いて、気相を十分に液相と混合する。
【００５６】
水素化のために、好ましくは活性成分として少なくともパラジウムを含有する市販の懸濁触媒を用いる。パラジウムだけでなく、触媒は、例えば、亜鉛、カドミウム、白金、銀又は希土類金属などのさらなる活性成分をも含んでもよい。触媒は、特に担体材料上の、金属及び／又は酸化物の形態で用いることができる。好適な担体材料は、例えば、SiO2、TiO2、ZrO2、Al2O3又は黒鉛、カーボンブラックもしくは活性炭などの炭素であるが、特に好ましくは活性炭である。パラジウムの含量は0.1〜10重量％、好ましくは1〜7重量％である。
【００５７】
ジヒドロシンナムアルデヒド誘導体を製造するための本発明による水素化は、約50〜300 m3/m2h、好ましくは250〜200 m3/m2hの空塔速度で、オリフィス及びチャンネルを有する上記の装置に液体を通過させることを特徴とする。気相が同時に存在する場合、その空塔速度は50〜300 m3/m2hが好ましく、特に好ましくは100〜200 m3/m2hである。
【００５８】
本発明の水素化を、ジェットチューブ型反応器、気泡塔又はチューブバンドル型反応器などの様々な連続運転される反応器構築物において行うことができる。しかし、上記の内蔵物は、反応器全体を必ずしも満たす必要がないし、満たさないほうが好ましい。好ましくは、本発明による反応器は、気相の存在下で、流れが底部から頂部まで並流にある、垂直に配置された気泡塔である。別の好ましい反応器は、本発明による内蔵物が個々のチューブ内に収容された、加熱可能で冷却可能なチューブバンドル型反応器である。気相の存在下では、反応器を通る流れは底部から頂部への並流が好ましい。慣用的な技術(沈殿、遠心、ケーキ濾過、十字流濾過)を用いて、懸濁触媒材料を導入し、再び除去することができる。
【００５９】
例えば、工程(b)の本発明による懸濁触媒を用いるデヒドロリスメラールのリスメラールへの水素化のための反応器を、図3を参照して詳細に説明する。実施例により、図3は、ライン3を介して液体を供給し、ライン4を介して新鮮な気体を供給するパッキング2を備える連続運転反応器(気泡塔)1の実験装置を示す。循環する気体5を、混合ノズル6により新鮮な気体と混合し、懸濁物11をポンプ14により循環させる。反応器の流出物を、ライン7を介して分離容器8に通過させ、そこでライン9を介して気相を分離し、取り出す。ガス状の不純物の蓄積を制限するために、ライン10を介して一部のストリームをこの量の気体から除去し、ライン5を介して残余を反応器に送る。十字流フィルター12を介して保持されることにより、懸濁触媒は反応器系に残り、触媒を含まない液相のみがライン13を介して出現し、取り出される。熱交換器15を介して目標とされる様式で、反応器系の温度を調整することができる。
【００６０】
以下の実施例は、本発明をより詳細に、しかしそれに限定することなく例示するものである。
【００６１】
アルドール縮合(工程(a))
実施例１(前混合なし)
直列に連結された、各々275 mlの容積を有する3つの容器B1、B2及びB3からなる装置(図1を参照)の各々の容器を、サーモスタットを用いて二重壁ジャケットを介して加熱し、熱交換器W1、W2及びW3により冷却し、その内容物をポンプP1、P2及びP3により循環させた。ベンズアルデヒド誘導体を溶媒及び一部の塩基と混合し、第1の容器に添加した(ストリーム<1>)。塩基の第2の部分を第1の容器に添加した(ストリーム<2>)。混合ノズルM1、M2及びM3により、アルカナールを対応する容器に添加した (ストリーム<21>、<22>、<23>)。
【００６２】
第1の容器中に計量して供給されたのは、ストリーム<1>として、54重量％のメタノール、45.5重量％のp-tert-ブチルベンズアルデヒド、及び0.5重量％の濃度50％水酸化ナトリウム水溶液からなる217 ml/hの混合物、ストリーム<21>として、13.1 g/hのプロパナール、並びに、ストリーム<2>として、6 g/hの水酸化ナトリウム溶液(濃度50％の水溶液)であった。第2の容器中に計量して供給されたのは、ストリーム<22>として、6.6 g/hのプロパナールであり、第3の容器中に計量して供給されたのは、ストリーム<23>として、3.3 g/hのプロパナールであった。個別に加熱可能な容器の温度は、47〜48℃であった。循環した液体の量を、各容器につき600 ml/minに設定した。カスケードを8時間運転した後、第3の容器から得た生成物は、以下の組成：<0.1重量％のプロパナール、21重量％のp-tert-ブチルベンズアルデヒド、20.5重量％の3-(p-tert-ブチルフェニル)-2-メチル-2-プロペナール、を有していた。これは、p-tert-ブチルベンズアルデヒドの量の48％の転化率に相当し、その選択性は、ベンズアルデヒド誘導体に基づくと85％であり、プロパナールに基づくと、理論の62％である。
【００６３】
実施例２(前混合なし)
実施例1に記載の装置を用いた。
【００６４】
第1の容器中に計量して供給されたのは、ストリーム<1>として、54重量％のメタノール、45.5重量％のp-tert-ブチルベンズアルデヒド及び0.5重量％の濃度50％水酸化ナトリウム水溶液からなる217 ml/hの混合物、ストリーム<21>として、13.1 g/hのプロパナール、並びに、ストリーム<2>として、6 g/hの水酸化ナトリウム溶液(濃度50％の水溶液)であった。第2の容器中に計量して供給されたのは、ストリーム<22>として、6.6 g/hのプロパナールであり、第3の容器中に計量して供給されたのは、ストリーム<23>として、3.3 g/hのプロパナールであった。個別に加熱可能な容器の温度は47〜48℃であった。循環した液体の量を、各容器につき1200 ml/minに調整した。カスケードを8時間運転した後、第3の容器から得た生成物は以下の組成：<0.1重量％のプロパナール、19重量％のp-tert-ブチルベンズアルデヒド、及び23.5重量％の3-(p-tert-ブチルフェニル)-2-メチル-2-プロペナール、を有していた。これは、p-tert-ブチルベンズアルデヒドの52％の転化率に相当する。従って、3-(p-tert-ブチルフェニル)-2-メチル-2-プロペナールの選択性は、ベンズアルデヒド誘導体に基づくと、理論の87％であり、プロパナールに基づくと、70重量％であった。
【００６５】
実施例３(p-tert-ブチルベンズアルデヒドとプロパナールとの前混合あり)
直列に連結された、各々275 mlの容積を有する3つの容器B1、B2及びB3からなる装置(図2を参照)の各々の容器を、サーモスタットを用いて二重壁ジャケットを介して加熱し、熱交換器W1、W2及びW3を介して冷却した。これらの容器の内容物をポンプP1、P2及びP3により循環させた。ベンズアルデヒド誘導体及び第1の容器用のアルカナールの一部を、混合容器M1中で前混合した後、第1の容器B1中に計量して供給した(ストリーム<1>)。第2及び第3の容器用のアルカナールの量を、混合ノズルM2及びM3により対応する容器中に添加した(ストリーム<22>及び<23>)。溶媒を塩基と混合し、得られた混合物を第1の容器に導入した(ストリーム<2>)。
【００６６】
第1の容器中に計量して供給されたのは、ストリーム<1>として、87.7重量％のp-tert-ブチルベンズアルデヒド及び12.3重量％のプロパナールからなる114 g/hの混合物、ストリーム<2>として、4重量％の水酸化ナトリウム水溶液(濃度50重量％)及び96重量％のメタノールからなる129.7 g/hの混合物であった。第2の容器中に計量して供給されたのは、ストリーム<22>として、6.6 g/hのプロパナールであり、第3の容器中に計量して供給されたのは、ストリーム<23>として、4.2 g/hのプロパナールであった。個別に加熱可能な容器の温度は43〜51℃であった。循環した液体の量を、各容器につき1200 ml/minに設定した。カスケードを8時間運転した後、第3の容器の生成物は以下の組成：<0.1重量％のプロパナール、16.2重量％のp-tert-ブチルベンズアルデヒド、及び28.3重量％の3-(p-tert-ブチルフェニル)-2-メチル-2-プロペナール、を有していた。これは、p-tert-ブチルベンズアルデヒドの理論の60％の転化率に相当する。従って、その選択性は、ベンズアルデヒド誘導体に基づくと、理論の94％であり、プロパナールに基づくと、理論の83％であった。
【００６７】
実施例４(p-tert-ブチルベンズアルデヒドとプロパナールとの前混合あり、触媒ナトリウムメトキシド)
実施例3に記載したまた図2に図式化して示されている装置を用いた。
【００６８】
第1の容器中に計量して供給されたのは、ストリーム<1>として、87.7重量％のp-tert-ブチルベンズアルデヒド及び12.3重量％のプロパナールからなる114 g/hの混合物、並びに、ストリーム<2>として、メタノール1モル当たり1モルのナトリウムメトキシドを含む123 g/hの混合物であった。第2の容器中に計量して供給されたのは、ストリーム<22>として、6.6 g/hのプロパナールであり、第3の容器中に計量して供給されたのは、ストリーム<23>として、4.2 g/hのプロパナールであった。個別に加熱可能な容器の温度は43〜50℃であった。循環した液体の量を、各容器につき1200 ml/minに設定した。カスケードを8時間運転した後、第3の容器の生成物は以下の組成：<0.1重量％のプロパナール、20.4重量％のp-tert-ブチルベンズアルデヒド、及び20.3重量％の3-(p-tert-ブチルフェニル)-2-メチル-2-プロペナール、を有していた。これは、p-tert-ブチルベンズアルデヒドの49％の転化率に相当する。従って、3-(p-tert-ブチルフェニル)-2-メチル-2-プロペナールの選択性は、ベンズアルデヒド誘導体に基づくと、理論の83％であり、プロパナールに基づくと、理論の59％であった。
【００６９】
実施例５(p-tert-ブチルベンズアルデヒドとプロパナールとの前混合あり、触媒は水酸化カリウム溶液)
実施例3に記載したまた図2に図式化して示されている装置を用いた。
【００７０】
第1の容器中に計量して供給されたのは、ストリーム<1>として、87.7重量％のp-tert-ブチルベンズアルデヒド及び12.3重量％のプロパナールからなる114 g/hの混合物、並びに、ストリーム<2>として、5重量％の水酸化カリウム水溶液(濃度25重量％)及び95重量％のメタノールからなる123 g/hの混合物であった。第2の容器中に計量して供給されたのは、ストリーム<22>として、6.6 g/hのプロパナールであり、第3の容器中に計量して供給されたのは、ストリーム<23>として、4.2 g/hのプロパナールであった。個別に加熱可能な容器の温度は48〜51℃であった。循環した液体の量を、各容器につき1200 ml/minに設定した。カスケードを24時間運転した後、第3の容器の生成物は以下の組成：<0.1重量％のプロパナール、16.4重量％のp-tert-ブチルベンズアルデヒド、及び30.8重量％の3-(p-tert-ブチルフェニル)-2-メチル-2-プロペナール、を有していた。これは、p-tert-ブチルベンズアルデヒドの58％の転化率に相当する。従って、3-(p-tert-ブチルフェニル)-2-メチル-2-プロペナールの選択性は、ベンズアルデヒド誘導体に基づくと、理論の99％であり、プロパナールに基づくと、理論の91％であった。
【００７１】
水素化(工程(b))
水素化の反応は本発明に対応する織物パッキングを備えた気泡塔(1000 mm、直径27.3 mm)の中で行った。実験の設定を図3に示した。パッキングの形状は市販のMontz A1 1200型の織物パッキングに対応していた。パッキングの単位容積当たりの表面積は1200 m2/m3であり、この数値は織物としての表面にのみ関係する。懸濁触媒を含む液体及び気体を、200 m3/m2hの空塔速度で下から反応器に導入した。
【００７２】
10バールの水素圧力下で連続的に反応を行った。用いた触媒は、30μmの平均粒径を有する活性炭上の含量5％のパラジウムを含む従来の懸濁触媒であった。
【００７３】
実施例６
パッキングされた気泡塔に用いた供給原料は、蒸留精製することなくpH 8.6に調整した後のp-tert-ブチルベンズアルデヒド(TBA)とプロパナールとの連続アルドール縮合から得た生成物であった。通常、そのような供給溶液は50重量％のメタノール、29重量％のデヒドロリスメラール(DHL)、13重量％のTBA、5重量％の水、1重量％の高沸点成分などの組成を有する。サーモスタットを用いて、温度を60℃に調整した。93％を超える選択性で、転化率は96％を超えていた。空間速度は5.8 kgDHL/(kgcat*h)であり、空時収率は118 kgDHL/(m3h)である。
【００７４】
実施例７
パッキングされた気泡塔に用いた供給原料は、水素化により得られた生成物と1:2の比でさらに希釈した上記(実施例6)の供給原料であった。通常、そのような供給溶液は、50重量％のメタノール、20重量％のリスメラール、10重量％のデヒドロリスメラール、13重量％のTBA、5重量％の水、1重量％の高沸点成分などの組成を有する。この場合もサーモスタットを用いて温度を60℃に調整した。供給原料の量は600 g/hであった。これらの条件下では、98.2％の転化率と同時に88.4％の選択性が達成された。空時収率は103 kgDHL/m3*hであり、空間速度は3.7 kgDHL/(kgcat*h)であった。
【００７５】
実施例８
パッキングされた気泡塔に用いた供給原料は、水素化により得られた生成物と1:2の比でさらに希釈した上記(実施例6)の供給原料であった。通常、そのような供給溶液は、50重量％のメタノール、20重量％のリスメラール、10重量％のデヒドロリスメラール、13重量％のTBA、5重量％の水、1重量％の高沸点成分などの組成を有する。この場合もサーモスタットを用いて温度を60℃に調整した。供給原料の量は900 g/hであった。これらの条件下では、94.5％の転化率と同時に90％の選択性が達成された。空時収率は253 kgDHL/m3*hであり、空間速度は8.5 kgDHL/(kgcat*h)であった。
【図面の簡単な説明】
【図１】  前混合を行なわない本発明の方法で用いる、直列に連結された3つの容器B1、B2及びB3からなる装置を示した図である。
【図２】  前混合を行なう本発明の方法で用いる、直列に連結された3つの容器B1、B2及びB3からなる装置を示した図である。
【図３】  本発明の方法で用いる、連続運転反応器(気泡塔)からなる装置を示した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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