Gebiet der Erfindung
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen Katalysator für die Herstellung von 5H-Dibenzo-(b,f)-azepin. Im Speziellen betrifft die Erfindung einen neuen Katalysator umfassend sorgfältig ausgewählte aktive Metalloxide in geeigneten Zusammensetzungen, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung in der Produktion von 5H-Dibenzo-(b,f)-azepin mittels katalytischer Dampfphasen-Dehydrierung von 10,11-Dihydro-5H-dibenzo-(b,f)-azepin.
Hintergrund der Erfindung
[0002] 5H-Dibenzo-(b,f)-azepin (Iminostilben) wird als Zwischenprodukt für die Herstellung von pharmakologisch wertvollen Verbindungen wie Opipramol oder Carbamazepin verwendet, welche für die Behandlung von Epilepsie eingesetzt werden.
[0003] In der Literatur sind verschiedene konventionelle chemische Verfahren offenbart für die Herstellung von 5H-Dibenzo-(b,f)-azepin (Iminostilben). Eines dieser Verfahren ist ein Mehrstufenverfahren für die Herstellung von Iminostilben aus Iminodibenzyl mittels Acylierung, Bromierung, Dehydrobromierung und Dealkylierung. Dieses Verfahren ist aufwändig wobei sich auch Nebenprodukte bilden, welche die Produktionskapazität negativ beeinflussen.
[0004] Ein weiteres einstufiges Verfahren für die Herstellung von Iminostilben ist ebenfalls aus der Literatur bekannt. Dieses Verfahren beinhaltet die katalytische Dehydrierung von Iminodibenzyl in flüssiger Phase unter Verwendung von Pt/C oder Pd/C als Katalysatoren.
[0005] Im Europäischen Patent Nr. EP 0 237 952 (Tapani et al.) ist die Herstellung von Iminostilben aus Iminodibenzyl in flüssiger Phase beschrieben, unter Verwendung von Pt/C oder Pd/C oder Fe2O3 als Katalysator, wobei Dimethylanilin oder Diphenylether als Lösungsmittel und o-Nitrotoluol oder Di-methylmaleat als Wasserstoffakzeptoren eingesetzt werden.
[0006] US-Patent Nr. 5 895 815 (Eichberger et al.) offenbart die Herstellung von Iminostilben aus Iminodibenzyl in flüssiger Phase, wobei o-Nitrotoluol als Lösungsmittel und Pd/C als Katalysator eingesetzt werden. Diese in diesen Verfahren verwendeten Katalysatoren sind sehr teuer und die Lösungsmittel sind sehr giftig und gefährlich. Das mit diesem Verfahren hergestellte Iminostilben enthält eine grosse Zahl von Verunreinigungen, insbesondere Acridin, Methylacridin und Toluidin, welche schwierig und teuer zu entfernen sind und somit die Reinheit von daraus hergestelltem Carbamazepin negativ beeinflussen.
[0007] US-Patent Nr. 3 074 931 (Roslyn) offenbart eine elektrisch beheizte Kolonne (ID-35 mm) befüllt mit einem Pd/C Katalysator auf Glaswolle. Iminodibenzyl wird unter Erwärmung durch die Kolonne geleitet (ID-0.5 mm) bis am oberen Ende der Kolonne Sublimation eintritt, wobei das gelbe Sublimat mittels Abkratzen entfernt wird. Der in diesem Verfahren verwendete Katalysator ist sehr teuer und die Sublimationstechnik ist für die kommerzielle Herstellung ungeeignet.
[0008] Im Japanischen Patent Nr. 55-017 330 (Hidemitsu) ist die Herstellung von Iminostilben aus Iminodibenzyl mittels einstufiger katalytischer Dehydrierung in der Dampfphase offenbart unter Verwendung eines Katalysators umfassend ein Oxid von Ce, Mn, Sn oder Mg. Die Reaktion wird bei einer Temperatur von 350-650[deg.]C durchgeführt.
[0009] Das Europäische Patent Nr. EP 0 570 336 (Milos et al.) offenbart die Herstellung von Iminostilben mittels Hochtemperatur-Dehydratation von Iminodibenzyl unter Verwendung von Katalysatoren enthaltend Fe2O3, K2O and Cr2O3.
[0010] US-Patent No. 3 449 324 (Basel et al.) offenbart einen Katalysator enthaltend Fe2O3, CaO, K2O and Cr2O3 für die Herstellung von Iminostilben.
[0011] Das britische Patent Nr. GB 1 077 648 (Degussa) betrifft einen Katalysator enthaltend Nickel beschichtet auf Kieselgur für die Herstellung von Iminostilben in der Dampfphase. Die angegebene Ausbeute und Selektivität sind etwa 45% bei 600[deg.]C. Die hohe Reaktionstemperatur kann der Grund sein für die niedrige Ausbeute an Iminostilben. Eine so hohe Reaktionstemperatur ist auch ziemlich ungeeignet für die kommerzielle Anwendung.
[0012] Die in den vorgängig erwähnten Publikationen offenbarten Verfahren haben verschiedene Nachteile. Die Verfahren sind mehrstufig und aufwändig und stellen hohe Anforderungen an die Produktionskapazität. Um die Verfahrensschritte zu verringern, werden teure Katalysatoren eingesetzt, wobei der Hauptnachteil der Verfahren darin liegt, dass Nebenprodukte gebildet werden, welche die Ausbeute und die Reinheit an Iminostilben vermindern.
[0013] Es besteht deshalb ein Bedarf, das Verfahren weiter zu entwickeln und zu verbessern und für die Herstellung von 5H-Dibenzo-(b,f)-azepin einen neuen Katalysator zu finden, welcher die Nachteile der bekannten Verfahren nicht aufweist.
Zusammenfassende Beschreibung der Erfindung
[0014] Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen neuen Katalysator für die Verwendung in der Herstellung von 5H-Dibenzo-(b,f)-azepin mittels Dehydrierung von 10,11-Dihydro-5H-dibenzo-(b,f)-azepin in der Dampfphase, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Katalysator mehrere Metalloxide gemischt mit Trägermaterial umfasst. Bevorzugte Oxide sind ausgewählt von Oxiden der Metalle der Gruppen IIIA, IVA, der Übergangsmetalle, der Alkalimetalle und der Erdalkalimetalle. Besonders bevorzugt sind Oxide der Metalle ausgewählt aus Molybdän, Zinn, Eisen, Kalium, Nickel und Kobalt etc. im Gemisch mit Titania, Bentonit, China-clay oder ähnlichen Trägermaterialien in geeigneter Zusammensetzung.
[0015] Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen billigen Katalysator für die Herstellung von 5H-Dibenzo-(b,f)-azepin (Iminostilben) mittels katalytischer Dampfphasen-Dehydrierung von 10,11-Dihydro-5H-dibenzo-(b,f)-azepin (Iminodibenzyl) in einer einzigen Stufe, welche eine gute Ausbeute und eine gute Isolierbarkeit für Iminostilben ergibt und die Bildung von Nebenprodukten verhindert.
[0016] Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren für die Herstellung eines neuen Katalysators für die Verwendung in der Herstellung von 5H-Dibenzo-(b,f)-azepin mittels Dehydrierung von 10,11-Dihydro-5H-dibenzo-(b,f)-azepin in der Dampfphase.
[0017] Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren für die Herstellung von 5H-Dibenzo-(b,f)-azepin mittels Dehydrierung von 10,11-Dihydro-5H-dibenzo-(b,f)-azepin in der Dampfphase unter Verwendung eines neuen Katalysators, welcher eine höhere Gleichgewichtsumwandlung bei niedrigeren Temperaturen und endothermer Reaktion gewährleistet, und eine bessere Isolierbarkeit des Produktes ergibt, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator eine aktive Komponente umfasst, bestehend aus Metalloxiden von Molybdän, Zinn und Eisen, in molaren Verhältnissen im Bereich von 1 : 8-16 : 4-16, und diese aktive Komponente auf Pulver von Titania, Bentonit, China-clay oder ähnliche Trägermaterialien aufgebracht ist. Kalium, Nickel oder Kobalt etc. können als Additive gegebenenfalls zugesetzt werden.
[0018] Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft die Herstellung eines Multimetalloxid-Katalysators für die Verwendung in der Herstellung von 5H-Dibenzo-(b,f)azepin (Iminostilben). Der Katalysator wird hergestellt indem man eine Molybdänverbindung zu einer Lösung einer schwachen organischen Säure in Wasser hinzufügt und diese auf 50-90[deg.]C erwärmt, ein Zinnsalz oder Oxid und ein Eisen-(III)salz oder Oxid der erhaltenen Lösung zusetzt, diese auf 50-90[deg.]C erwärmt, und die Lösung intensiv rührt bis eine Aufschlämmung erhalten wird. Dieser wird das Trägermaterial für den Katalysator in pulveriger Form hinzufügt, das erhaltene Produkt wird getrocknet und die trockene Masse wird bei einer Temperatur im Bereich von 450-600[deg.]C kalziniert, wobei der Katalysator erhalten wird.
[0019] Eine weitere Ausführungsform betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 5H-Dibenzo-(b,f)azepin (Iminostilben), dadurch gekennzeichnet, dass man eine Ausgangslösung herstellt, indem man 10,11-Dihydro-5H-dibenzo-(b,f)-azepin (Iminodibenzyl) in Toluol auflöst, die Lösung bei 300-375[deg.]C in einem Vorerhitzer verdampft, wobei der überhitzte Dampf über das Katalysatorbett geleitet wird, das Reaktionsgemisch destilliert, um 70% des Lösungsmittels weg zu destillieren, man die verbleibende Masse auf 20[deg.]C kühlt und diese filtriert, den erhaltenen Niederschlag mit Toluo wäscht, um unreagiertes Iminodibenzyl zu entfernen, wobei 5H-Dibenzo-(b,f)-azepin (Iminostilben) erhalten wird.
[0020] Eine weitere Ausführungsform betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 5H-Dibenzo-(b,f)-azepin (Iminostilben), dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der Ausgangslösung im Bereich von 2-60 Gew.-% (w/w), vorzugsweise 5-35 Gew.-% (w/w) und die Durchflussrate (flow rate) bei 10-150 g/h, vorzugsweise bei 20-80 g/h, liegen, wobei der Wert von WHSV (Gewicht Stunde Raum Geschwindigkeit) 0.1-1.0 h<-1> beträgt.
[0021] Eine weitere Ausführungsform betrifft ein Verfahren zur Herstellung von 5H-Dibenzo-(b,f)-azepin (Iminostilben), dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator in der Form eines festen Katalysatorbetts vorgelegt wird, wobei die Temperatur des Katalysatorbetts im Bereich von 300-500[deg.]C, vorzugsweise im Bereich von 350-480[deg.]C, liegt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
[0022] Die vorliegende Erfindung betrifft einen neuen Katalysator und ein Verfahren für die Herstellung von 5H-Dibenzo-(b,f)-azepin (Iminostilben) unter Verwendung des Katalysators, welcher die Bildung von Nebenprodukten, wie Acridin und Methylacridin etc. verhindert, eine gute Ausbeute und Isolierbarkeit, bzw. Reinheit, von Iminostilben, ergibt.
[0023] Nach sorgfältigem Studium und Analyse fanden wir, dass unerwünschte Nebenprodukte unterdrückt werden und Iminostilben in guter Ausbeute und Reinheit erhalten wird, wenn man einen Katalysator verwendet, dessen aktive Komponente ausgewählt ist aus der Gruppe IIIA, IVA, aus Übergangsmetallen, Alkalimetallen und Erdalkalimetallen, vorzugsweise aus Metalloxiden ausgewählt aus Molybdän, Zinn, Eisen, Kalium, Nickel und Kobalt gemischt mit Titania, Bentonit, China-clay oder ähnlichen pulverförmigen Trägermaterialien in geeigneten Zusammensetzungen und man diesen Katalysator in der katalytischen Dampfphasen-Dehydrierung von Iminodibenzyl verwendet . Der erfindungsgemässe Katalysator besitzt auch eine gute Hitzestabilität und das Reduktionsverfahren ist sicher in der Durchführung.
[0024] Der erfindungsgemässe Katalysator ist aufgebaut auf sorgfältig ausgewählten aktiven Metalloxiden und Zusammensetzungen davon, d.h. molare Verhältnisse von aktiven Metalloxiden. In solchen Umsetzungen sind auch die Konzentrationen von Iminodibenzyl enthaltenden Lösungsmitteln und die Durchflussraten von Bedeutung. Der erfindungsgemässe Katalysator enthält aktive Metalloxide von Molybdän, Zinn und Eisen. Gegebenenfalls können Kalium, Nickel oder Kobalt etc., als Additive verwendet werden. Der erfindungsgemässe Katalysator hat auch eine gute Hitzebeständigkeit und das Reduktionsverfahren ist sicher in der Durchführung.
[0025] Die Ausgangslösung für das erfindungsgemässe Verfahren wird hergestellt, indem man Iminodibenzyl in Benzol, Toluol oder einem verwandten Lösungsmittel in einer Konzentration von 5-30 Gew.-% (w/w) löst.
[0026] Eine verminderte Katalysatoraktivität (als Verminderung der Umsetzungsrate festgestellt) kann wieder hergestellt werden, indem man über den Katalysator Luft leitet, bei einer Temperatur von 450-600[deg.]C und während 3-8 Stunden.
[0027] Das im Verfahren erfindungsgemäss benützte Katalysator-Trägermaterial wird in Pulverform eingesetzt.
[0028] Die aktive Komponente des erfindungsgemässen Gemisches der Metalloxide wird intensiv mit dem Trägermaterial gemischt. Die Menge der aktiven Komponente im Katalysator ist im Bereich von 5-90%, vorzugsweise 20-80%, vorzugsweise 30-60%.
[0029] Das im erfindungsgemässen Verfahren verwendete Molybdän-Ausgangsmaterial ist ausgewählt aus einem beliebigen Molybdänsalz oder Molybdänoxid.
[0030] Das im erfindungsgemässen Verfahren verwendete Zinn-Ausgangsmaterial ist ausgewählt aus Zinnoxid oder Zinnsalzen und das Eisen-Ausgangsmaterial ist ausgewählt aus Eisen(III)oxiden oder Eisen(III)salzen.
[0031] Die folgenden Beispiele illustrieren die Erfindung und beschränken die Erfindung in keiner Weise. Variationen der im Weiteren beschriebenen Verfahren sind natürlich möglich, ohne vom Umfang und Geist der Erfindung abzuweichen.
Beispiel 1
[0032] Oxalsäure (61.75 g) wurde in 200 g DM Wasser in einem SS Gefäss mit mechanischem Rührer vorgelegt. Ammonium molybdat (61.75 g) wurde unter Rühren hinzugefügt. Das Reaktionsgemisch wurde langsam erhitzt bis eine Temperatur von 70-80[deg.]C erreicht wurde, worauf 60.24 g Zinnoxid und 31.93 g Eisen-(Ill)oxid hinzu gefügt wurden. Das erhaltene Reaktionsgemisch wurde erhitzt um die Lösung zu konzentrieren, bis eine dickflüssige Aufschlämmung erhalten wurde. Da Trägermaterial (100 g) in pulveriger Form wurde zur Aufschlämmung hinzugefügt, unter ständigem Heizen und Bewegen der Aufschlämmung. Die erhaltene dicke Masse wurde sorgfältig bei 120-130[deg.]C während etwa 2-4 Stunden getrocknet. Die getrocknete Masse wurde dann in einem Muffelofen bei 450-600[deg.]C während etwa 5-6 Stunden kalziniert.
Die kalzinierte Masse wurde dann pelletisiert zu einer Grösse von 3-4 mm und gesiebt, um pulveriges Material zu entfernen. Das aktive Material im Katalysator betrug ungefähr 40-50 Gew.-% (w/w).
Beispiel 2
[0033] Das Verfahren gemäss Beispiel 1 wurde wiederholt, mit dem Unterschied, dass die molaren Mengen der verschiedenen Metalle so eingestellt wurden, dass ein molares Verhältnis von 1:8:4 für Molybdän : Zinnoxid : Eisenoxid, erhalten wurde. Der Katalysator enthielt etwa 75-80 Gew.-% (w/w) an aktivem Material.
Beispiel 3
[0034] Das Verfahren gemäss Beispiel 1 wurde wiederholt, mit dem Unterschied, dass die molaren Mengen der verschiedenen Metalle so eingestellt wurden, dass ein molares Verhältnis von 1 : 16 : 8 für Molybdän : Zinnoxid : Eisenoxid, erhalten wurde. Der Katalysator enthielt etwa 45-50 Gew.-% (w/w) an aktivem Material.
Beispiel 4
[0035] Das Verfahren gemäss Beispiel 1 wurde wiederholt, mit dem Unterschied, dass die molaren Mengen der verschiedenen Metalle so eingestellt wurden, dass ein molares Verhältnis von 1 : 16 : 16 für Molybdän : Zinnoxid : Eisenoxid, erhalten wurde. Der Katalysator enthielt etwa 45-50 Gew.-% (w/w) an aktivem Material.
[0036] Die Katalysatoren, hergestellt gemäss den Beispielen 1-4, wurden einzeln eingesetzt in der Herstellung von 5H-Dibenzo-(b,f)-azepin, ausgehend von 10,11-Dihydro-5H-dibenzo-(b,f)-azepin, wobei zufriedenstellende Resultate erhalten wurden.
[0037] Das folgende Verfahren wurde verwendet, um die Katalysatoren zu beurteilen und die Verfahrensparameter zu verbessern.
Beispiel 5
[0038] Eine 10,11-Dihydro-5H-dibenzo-(b,f)-Ausgangslösung wurde hergestellt, indem die Verbindung in einem aromatischen Kohlenwasserstoff als Lösungsmittel gelöst und bei 300-375[deg.]C in einem Vorerhitzer verdampft wurde, wobei die überhitzten Dämpfe über ein Katalysatorenbett, welches bei einer Temperatur im Bereich von 350-480[deg.]C gehalten wurde, geleitet wurden.
[0039] Die Reaktion wird in einem Stahlreaktor von einem Meter Länge und 23 mm innerem Durchmesser (ID), befestigt in einem vertikalem Zonen-Rohrofen durchgeführt. Das Reaktionsrohr wird geheizt und die Temperatur nach Bedarf aufrechterhalten. Die Reaktion wird für eine Dauer von 4-10 Stunden durchgeführt. Der Ausgang des Reaktors ist verbunden mit einem Rundkolben, der mit Eis gekühlt ist und eine Temperatur von weniger als 15[deg.]C aufweist. Das kondensierte Produkt wird gesammelt und für die Isolierung des reinen Produkts vorbereitet. Die Reaktionsmischung wird destilliert und 70% des Lösungsmittels abdestilliert. Der Rest wird auf 20[deg.]C gekühlt und filtriert. Der erhaltene Niederschlag wird mit dem Lösungsmittel sorgfältig gewaschen, um nicht umgesetztes 10,11-Dihydro-5H-dibenzo-(b,f)-azepin zu entfernen.
Das derart erhaltene 5H-Dibenzo-(b,f)-azepin wies eine Reinheit von 99.6% auf.
[0040] Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von 5H-Di-benzo-(b,f)-azepin ist in den folgenden Beispielen illustriert.
Beispiel 6
[0041] Ein Versuch wurde durchgeführt mit 60 cm<3> Katalysator hergestellt gemäss Beispiel 1, und das Vorgehen gemäss Beispiel 5 angewendet wurde, indem die zugeführte Lösung eine Konzentration von 10 Gew.-% (w/w) aufwies und die Lösung in einer Menge von 52 Gramm/Stunde (gh<-1>) zugeführt wurde, unter Variation der Temperatur im Bereich von 400[deg.]C bis 480[deg.]C. Die erhaltenen Resultate sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Beispiel 7
[0042] Das Verfahren gemäss Beispiel 6 wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass die Konzentration der zugeführten Lösung im Bereich von 5 Gew.-% bis 30 Gew.-% (w/w) variiert wurde und die Lösung in einer Menge von 52 Gramm/Stunde (gh<-1>) zugeführt wurde, bei einer Temperatur von 465[deg.]C. Die erhaltenen Resultate sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Beispiel 8
[0043] Das Verfahren gemäss Beispiel 6 wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass die Konzentration der zugeführten Lösung 10 Gew.-% (w/w) und die Temperatur von 465[deg.]C betrugen, und die zugeführte Menge (gh<-1>) variiert wurde. Die erhaltenen Resultate sind in Tabelle 3 aufgeführt.
Beispiel 9
[0044] Ein Versuch wurde durchgeführt mit 60 cm<3> Katalysator, hergestellt gemäss Beispiel 1, und das Vorgehen gemäss Beispiel 5 angewendet wurde, indem die zugeführte Lösung eine Konzentration von 10 Gew.-% (w/w) aufwies und diese Lösung in einer Menge von 52 Gramm/Stunde (gh<-><1>) bei 465[deg.]C zugeführt wurde. Die Ausbeute, Umwandlung und Isolierbarkeit waren 71%, 78% und 91%, respektive.
Beispiel 10
[0045] Das Verfahren gemäss Beispiel 9 wurde wiederholt unter Verwendung des Katalysators, hergestellt gemäss Beispiel 2. Die Ausbeute, Umwandlung und Isolierbarkeit waren 33%, 70% und 47%, respektive.
Beispiel 11
[0046] Das Verfahren gemäss Beispiel 9 wurde wiederholt unter Verwendung des Katalysators, hergestellt gemäss Beispiel 3. Die Ausbeute, Umwandlung und Isolierbarkeit waren 55%, 72% und 76%, respektive.
Beispiel 12
[0047] Das Verfahren gemäss Beispiel 9 wurde wiederholt unter Verwendung des Katalysators, hergestellt gemäss Beispiel 4. Die Ausbeute, Umwandlung und Isolierbarkeit waren 42%, 66% und 64%, respektive.
Beispiel 13
[0048] Das Verfahren gemäss Beispiel 9 wurde wiederholt unter Verwendung des Katalysators, hergestellt gemäss Beispiel 1, wobei die Reaktionszeit der Versuche zwischen 4 bis 8 Stunden variiert wurde. Die erhaltenen Resultate sind in Tabelle 4 aufgelistet.
[0049] Der Fachmann wird ausgewählte Modifikationen und Verbesserungen der offenbarten Erfindung erkennen, ohne vom Umfang der Erfindung, der durch die Patentansprüche bestimmt ist, abzuweichen.
Tabelle 1
[0050]
<tb>Temperatur<sep> <sep>Produkteverteilung<sep>
<tb>[deg.]C<sep>Ausbeute
(%)<sep>Umwandlung
(%)<sep>Isolierbarkeit
(%)
<tb>400<sep>23<sep>77 <sep>30
<tb>435<sep>40<sep>82<sep>49
<tb>465<sep>71<sep>78<sep>91
<tb>480<sep>38<sep>70<sep>54
Tabelle 2
[0051]
<tb>Konzentration der zugeführten Lösung<sep> <sep>Produktverteilung<sep>
<tb>(w/w)<sep>Ausbeute
(%)<sep>Umwandlung
(%)<sep>Isolierbarkeit
(%)
<tb>05<sep>40<sep>75<sep>53
<tb>10<sep>71<sep>78<sep>91
<tb>20<sep>47<sep>74<sep>63
<tb>30<sep>25<sep>54<sep>46
Tabelle 3
[0052]
<tb>Fliessgeschwindigkeit der
zugeführten Lösung<sep> <sep>Produktverteilung<sep>
<tb>(g/h)<sep>Ausbeute
(%)<sep>Umwandlung
(%)<sep>Isolierbarkeit
(%)
<tb>29<sep>43<sep>81<sep>53
<tb>43<sep>55<sep>72<sep>76
<tb>52<sep>71<sep>78<sep>91
<tb>57<sep>35<sep>73<sep>48
Tabelle 4
[0053]
<tb>Versuchsdauer<sep> <sep>Produktverteilung<sep>
<tb>Stunden (hr)<sep>Ausbeute
(%)<sep>Umwandlung
(%)<sep>Isolierbarkeit
(%)
<tb>04<sep>53<sep>60<sep>88
<tb>06<sep>48<sep>60<sep>80
<tb>08<sep>43<sep>59<sep>73I
Field of the invention
The present invention generally relates to a catalyst for the preparation of 5H-dibenzo (b, f) -azepin. In particular, the invention relates to a novel catalyst comprising carefully selected active metal oxides in suitable compositions, processes for their preparation and their use in the production of 5H-dibenzo (b, f) -azepine by vapor-phase catalytic dehydrogenation of 10,11-dihydro -5H-dibenzo (b, f) azepine.
Background of the invention
5H-Dibenzo (b, f) -azepine (iminostilbene) is used as an intermediate for the preparation of pharmacologically valuable compounds such as opipramol or carbamazepine, which are used for the treatment of epilepsy.
Various conventional chemical methods are disclosed in the literature for the preparation of 5H-dibenzo- (b, f) -azepin (iminostilbene). One such method is a multi-step process for the production of iminodibenzyl iminostilbene by acylation, bromination, dehydrobromination and dealkylation. This process is complicated and also forms by-products, which negatively affect the production capacity.
Another one-step process for the production of iminostilbene is also known from the literature. This method involves the catalytic dehydrogenation of iminodibenzyl in the liquid phase using Pt / C or Pd / C as catalysts.
European Patent No. EP 0 237 952 (Tapani et al.) Describes the preparation of iminodibenzyl iminodibenzyl in the liquid phase, using Pt / C or Pd / C or Fe 2 O 3 as the catalyst, with dimethylaniline or diphenyl ether as Solvent and o-nitrotoluene or dimethylmaleate be used as hydrogen acceptors.
U.S. Patent No. 5,895,815 (Eichberger et al.) Discloses the preparation of iminodibenzyl iminostilbene in the liquid phase using o-nitrotoluene as the solvent and Pd / C as the catalyst. These catalysts used in these processes are very expensive and the solvents are very toxic and dangerous. The iminostilbene produced by this process contains a large number of impurities, in particular acridine, methylacridine and toluidine, which are difficult and expensive to remove and thus adversely affect the purity of carbamazepine produced therefrom.
U.S. Patent No. 3,074,931 (Roslyn) discloses an electrically heated column (ID-35 mm) filled with a Pd / C catalyst on glass wool. Iminodibenzyl is passed under heating through the column (ID-0.5 mm) until at the top of the column sublimation occurs, whereby the yellow sublimate is removed by scraping. The catalyst used in this process is very expensive and the sublimation technique is unsuitable for commercial production.
Japanese Patent No. 55-017330 (Hidemitsu) discloses the production of iminodibenzyl iminostilbene by one-stage vapor-phase catalytic dehydrogenation using a catalyst comprising an oxide of Ce, Mn, Sn or Mg a temperature of 350-650 ° C.
European Patent No. EP 0 570 336 (Milos et al.) Discloses the production of iminostilbene by means of high temperature dehydration of iminodibenzyl using catalysts containing Fe 2 O 3, K 2 O and Cr 2 O 3.
US Pat. 3,449,324 (Basel et al.) Discloses a catalyst containing Fe2O3, CaO, K2O and Cr2O3 for the production of iminostilbene.
British Patent No. GB 1 077 648 (Degussa) relates to a catalyst containing nickel coated on kieselguhr for the production of iminostilbene in the vapor phase. The indicated yield and selectivity are about 45% at 600 ° C. The high reaction temperature may be the reason for the low yield of iminostilbene. Such a high reaction temperature is also quite unsuitable for commercial application.
The methods disclosed in the aforementioned publications have several disadvantages. The processes are multi-level and complex and place high demands on the production capacity. In order to reduce the process steps, expensive catalysts are used, the main disadvantage of the processes being that by-products are formed which reduce the yield and the purity of iminostilbene.
There is therefore a need to further develop and improve the process and to find a new catalyst for the preparation of 5H-dibenzo (b, f) -azepin, which does not have the disadvantages of the known methods.
Summary description of the invention
More particularly, the present invention relates to a novel catalyst for use in the production of 5H-dibenzo (b, f) -azepine by dehydrogenation of 10,11-dihydro-5H-dibenzo (b, f) -azepine in the vapor phase, characterized in that this catalyst comprises a plurality of metal oxides mixed with carrier material. Preferred oxides are selected from oxides of the metals of the groups IIIA, IVA, the transition metals, the alkali metals and the alkaline earth metals. Particularly preferred are oxides of the metals selected from molybdenum, tin, iron, potassium, nickel and cobalt, etc. in admixture with titania, bentonite, china clay or similar support materials in a suitable composition.
Another aspect of the invention relates to a cheap catalyst for the preparation of 5H-dibenzo (b, f) -azepin (iminostilbene) by catalytic vapor-phase dehydrogenation of 10,11-dihydro-5H-dibenzo (b, f ) -azepin (iminodibenzyl) in a single step which gives a good yield and isolability for iminostilbene and prevents the formation of by-products.
Another aspect of the present invention relates to a process for the preparation of a novel catalyst for use in the preparation of 5H-dibenzo (b, f) -azepine by dehydrogenation of 10,11-dihydro-5H-dibenzo ( b, f) -azepin in the vapor phase.
Another aspect of the present invention relates to a process for the preparation of 5H-dibenzo (b, f) -azepine by dehydrogenation of 10,11-dihydro-5H-dibenzo (b, f) -azepine in the vapor phase using a new catalyst which ensures a higher equilibrium conversion at lower temperatures and endothermic reaction, and a better isolability of the product, characterized in that the catalyst comprises an active component consisting of metal oxides of molybdenum, tin and iron, in molar ratios in the range of 1: 8-16: 4-16, and this active component is applied to powder of titania, bentonite, china clay or similar support materials. Potassium, nickel or cobalt, etc. may optionally be added as additives.
A preferred embodiment of the present invention relates to the preparation of a multimetal oxide catalyst for use in the preparation of 5H-dibenzo (b, f) azepine (iminostilbene). The catalyst is prepared by adding a molybdenum compound to a solution of weak organic acid in water and heating it to 50-90 ° C., adding a tin salt or oxide and an iron (III) salt or oxide to the resulting solution. this is heated to 50-90 ° C and the solution stirred vigorously until a slurry is obtained. This is added to the support material for the catalyst in powder form, the product obtained is dried and the dry mass is calcined at a temperature in the range of 450-600 ° C to give the catalyst.
A further embodiment relates to a process for the preparation of 5H-dibenzo (b, f) azepine (iminostilbene), which comprises preparing a starting solution by reacting 10,11-dihydro-5H-dibenzo (b, f) -azepin (iminodibenzyl) in toluene, the solution evaporated at 300-375 ° C. in a preheater, the superheated vapor being passed over the catalyst bed, the reaction mixture distilled to distill off 70% of the solvent, Cool the remaining mass to 20 ° C. and filter, wash the resulting precipitate with toluene to remove unreacted iminodibenzyl to give 5H-dibenzo (b, f) -azepin (iminostilbene).
A further embodiment relates to a process for the preparation of 5H-dibenzo (b, f) -azepin (iminostilbene), characterized in that the concentration of the starting solution in the range of 2-60 wt .-% (w / w) , preferably 5-35 wt .-% (w / w) and the flow rate (flow rate) at 10-150 g / h, preferably at 20-80 g / h, wherein the value of WHSV (weight hour space velocity ) 0.1-1.0 h <-1>.
A further embodiment relates to a process for the preparation of 5H-dibenzo (b, f) -azepin (iminostilbene), characterized in that the catalyst is introduced in the form of a solid catalyst bed, wherein the temperature of the catalyst bed in the range of 300-500 ° C, preferably in the range of 350-480 ° C.
Detailed description of the invention
The present invention relates to a novel catalyst and a process for the preparation of 5H-dibenzo (b, f) -azepin (iminostilbene) using the catalyst which prevents the formation of by-products such as acridine and methylacridine, etc. a good yield and isolability, or purity, of iminostilbene results.
After careful study and analysis, we found that undesirable by-products are suppressed and iminostilbene is obtained in good yield and purity using a catalyst whose active component is selected from Group IIIA, IVA, transition metals, alkali metals and alkaline earth metals , preferably of metal oxides selected from molybdenum, tin, iron, potassium, nickel and cobalt mixed with titania, bentonite, china clay or similar powdered carrier materials in suitable compositions, and using this catalyst in the vapor phase catalytic dehydrogenation of iminodibenzyl. The catalyst according to the invention also has good heat stability and the reduction process is safe to carry out.
The catalyst according to the invention is based on carefully selected active metal oxides and compositions thereof, i. molar ratios of active metal oxides. In such reactions, the concentrations of iminodibenzyl-containing solvents and the flow rates are also important. The catalyst according to the invention contains active metal oxides of molybdenum, tin and iron. Optionally, potassium, nickel or cobalt, etc. may be used as additives. The catalyst according to the invention also has a good heat resistance and the reduction process is safe to carry out.
The starting solution for the inventive method is prepared by dissolving iminodibenzyl in benzene, toluene or a related solvent in a concentration of 5-30 wt .-% (w / w).
Reduced catalyst activity (found to reduce the rate of conversion) can be restored by passing air over the catalyst at a temperature of 450-600 ° C. and for 3-8 hours.
The catalyst support material used in the process according to the invention is used in powder form.
The active component of the inventive mixture of metal oxides is mixed intensively with the carrier material. The amount of the active component in the catalyst is in the range of 5-90%, preferably 20-80%, preferably 30-60%.
The molybdenum starting material used in the process according to the invention is selected from any molybdenum salt or molybdenum oxide.
The tin starting material used in the process according to the invention is selected from tin oxide or tin salts and the iron starting material is selected from iron (III) oxides or iron (III) salts.
The following examples illustrate the invention and in no way limit the invention. Variations of the methods described below are of course possible without departing from the scope and spirit of the invention.
example 1
Oxalic acid (61.75 g) was placed in 200 g of DM water in a SS vessel with mechanical stirrer. Ammonium molybdate (61.75 g) was added with stirring. The reaction mixture was heated slowly until a temperature of 70-80 ° C was reached, after which 60.24 g of tin oxide and 31.93 g of ferric oxide were added. The resulting reaction mixture was heated to concentrate the solution until a thick slurry was obtained. As carrier material (100 g) in powder form was added to the slurry, with constant heating and agitation of the slurry. The resulting thick mass was carefully dried at 120-130 ° C. for about 2-4 hours. The dried mass was then calcined in a muffle furnace at 450-600 ° C. for about 5-6 hours.
The calcined mass was then pelletized to a size of 3-4 mm and sieved to remove powdery material. The active material in the catalyst was about 40-50 wt% (w / w).
Example 2
The process according to Example 1 was repeated, with the difference that the molar amounts of the various metals were adjusted so that a molar ratio of 1: 8: 4 for molybdenum: tin oxide: iron oxide, was obtained. The catalyst contained about 75-80 wt% (w / w) of active material.
Example 3
The process according to Example 1 was repeated, with the difference that the molar amounts of the various metals were adjusted so that a molar ratio of 1: 16: 8 for molybdenum: tin oxide: iron oxide, was obtained. The catalyst contained about 45-50 wt.% (W / w) of active material.
Example 4
The process according to Example 1 was repeated, with the difference that the molar amounts of the various metals were adjusted so that a molar ratio of 1: 16: 16 for molybdenum: tin oxide: iron oxide, was obtained. The catalyst contained about 45-50 wt.% (W / w) of active material.
The catalysts prepared according to Examples 1-4 were used individually in the preparation of 5H-dibenzo (b, f) -azepine, starting from 10,11-dihydro-5H-dibenzo- (b, f) -azepine, with satisfactory results.
The following procedure was used to evaluate the catalysts and to improve the process parameters.
Example 5
A 10,11-dihydro-5H-dibenzo (b, f) starting solution was prepared by dissolving the compound in an aromatic hydrocarbon solvent and evaporating at 300-375 ° C. in a preheater, wherein the superheated vapors were passed over a catalyst bed maintained at a temperature in the range of 350-480 ° C.
The reaction is carried out in a steel reactor of one meter in length and 23 mm in inner diameter (ID) mounted in a vertical zone tube furnace. The reaction tube is heated and the temperature maintained as needed. The reaction is carried out for a period of 4-10 hours. The output of the reactor is connected to a round bottom flask cooled with ice and having a temperature of less than 15 ° C. The condensed product is collected and prepared for isolation of the pure product. The reaction mixture is distilled and distilled off 70% of the solvent. The residue is cooled to 20 ° C. and filtered. The resulting precipitate is washed thoroughly with the solvent to remove unreacted 10,11-dihydro-5H-dibenzo (b, f) -azepine.
The 5H-dibenzo (b, f) -azepine thus obtained had a purity of 99.6%.
The inventive method for the preparation of 5H-di-benzo (b, f) -azepin is illustrated in the following examples.
Example 6
A test was carried out with 60 cm 3 prepared catalyst according to Example 1, and the procedure was used according to Example 5, in that the supplied solution had a concentration of 10 wt .-% (w / w) and the solution in an amount of 52 grams / hour (gh <-1>) was supplied, varying the temperature in the range of 400 ° C to 480 ° C. The results obtained are shown in Table 1.
Example 7
The procedure of Example 6 was repeated except that the concentration of the feed solution was varied in the range of 5 wt% to 30 wt% (w / w) and the solution in an amount of 52 grams / Hour (gh <-1>) at a temperature of 465 ° C. The results obtained are shown in Table 2.
Example 8
The procedure according to Example 6 was repeated with the exception that the concentration of the solution supplied 10 wt .-% (w / w) and the temperature of 465 ° C, and the amount supplied (gh <- 1>) was varied. The results obtained are shown in Table 3.
Example 9
A test was carried out with 60 cm 3 catalyst, prepared according to Example 1, and the procedure was used according to Example 5, by the supplied solution had a concentration of 10 wt .-% (w / w) and this solution in an amount of 52 grams / hour (gh <-> <1>) at 465 ° C. The yield, conversion and isolability were 71%, 78% and 91%, respectively.
Example 10
The procedure according to Example 9 was repeated using the catalyst prepared according to Example 2. The yield, conversion and isolability were 33%, 70% and 47%, respectively.
Example 11
The procedure of Example 9 was repeated using the catalyst prepared according to Example 3. The yield, conversion and isolability were 55%, 72% and 76%, respectively.
Example 12
The procedure of Example 9 was repeated using the catalyst prepared according to Example 4. The yield, conversion and isolability were 42%, 66% and 64%, respectively.
Example 13
The process according to Example 9 was repeated using the catalyst prepared according to Example 1, wherein the reaction time of the experiments was varied between 4 to 8 hours. The results obtained are listed in Table 4.
The skilled artisan will recognize selected modifications and improvements of the disclosed invention without departing from the scope of the invention, which is defined by the claims.
Table 1
[0050]
<tb> temperature <sep> <sep> product distribution <sep>
<Tb> [deg.] C. <sep> yield
(%) <Sep> Conversion
(%) <Sep> isolability
(%)
<tb> 400 <sep> 23 <sep> 77 <sep> 30
<Tb> 435 <sep> 40 <sep> 82 <sep> 49
<Tb> 465 <sep> 71 <sep> 78 <sep> 91
<Tb> 480 <sep> 38 <sep> 70 <sep> 54
Table 2
[0051]
<tb> Concentration of supplied solution <sep> <sep> Product distribution <sep>
<Tb> (w / w) <sep> yield
(%) <Sep> Conversion
(%) <Sep> isolability
(%)
<Tb> 05 <sep> 40 <sep> 75 <sep> 53
<Tb> 10 <sep> 71 <sep> 78 <sep> 91
<Tb> 20 <separate> 47 <separate> 74 <separate> 63
<Tb> 30 <sep> 25 <sep> 54 <sep> 46
Table 3
[0052]
<tb> Flow speed of the
supplied solution <sep> <sep> product distribution <sep>
<Tb> (g / h) <sep> yield
(%) <Sep> Conversion
(%) <Sep> isolability
(%)
<Tb> 29 <sep> 43 <sep> 81 <sep> 53
<Tb> 43 <sep> 55 <sep> 72 <sep> 76
<Tb> 52 <sep> 71 <sep> 78 <sep> 91
<Tb> 57 <sep> 35 <sep> 73 <sep> 48
Table 4
[0053]
<tb> test duration <sep> <sep> product distribution <sep>
<tb> Hours (hr) <sep> Yield
(%) <Sep> Conversion
(%) <Sep> isolability
(%)
<Tb> 04 <sep> 53 <sep> 60 <sep> 88
<Tb> 06 <sep> 48 <sep> 60 <sep> 80
<Tb> 08 <sep> 43 <sep> 59 <sep> 73I