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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von
Serinol, welches als Zwischenprodukt bei der Herstellung eines medizinischen
Zwischenproduktes eingesetzt wird. Die vorliegende Erfindung betrifft
insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Serinol (2-Amino-1,3-propandiol) von hohem
Reinheitsgrad bei hoher Ausbeute durch Umsetzung von Nitromethan
mit Paraformaldehyd und anschließend mit Natriumhydroxid als
eine Natriumquelle, um 2-Nitro-1,3-Propandiol-Natriumsalz zu ergeben,
und in der nachfolgenden Reaktion findet die Hydrierung des Natriumsalzes
in Gegenwart eines Metalls oder eines mit Metall imprägnierten
Katalysatorsystems statt.
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Serinol
(2-Amino-1,3-propandiol) ist ein Zwischenprodukt für ein Medikament
und wird insbesondere als Zwischenprodukt bei der Herstellung von
Iopamidol, ein Kontrastmittel für
Röntgenstrahlen,
verwendet.
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STAND DER
TECHNIK
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Wie
ausführlich
im U.S.-Patent 4,754,079 beschrieben, kann das 2-Nitro-1,3-propandiol-Natriumsalz, das
als Rohstoff für
Serinol benutzt wird, aus Nitromethan, Paraformaldehyd, Natriummethoxid
und Kaliumhydroxid (KOH) hergestellt werden. Der beschriebene Herstellungsprozess,
in dem KOH als Katalysator eingesetzt wird und Natriummethoxid in
flüssiger
Phase (30 %-ige Methanol-Lösung)
als Natriumquelle für
2-Nitro-1,3-propandiol-Natriumsalz eingesetzt wird, ist nachteilig,
da die Reaktion zu kompliziert und die Handhabung der Verbindungen
problematisch ist. Zudem muss die Reaktion zwischen Paraformaldehyd
und Nitromethan in einem Temperaturbereich von 42 bis 45°C durchgeführt werden,
der zu eng für
eine Überwachung
ist. Außerdem
besteht bei diesem Prozess das Problem, dass er unwirtschaftlich
ist, da Natriummethoxid in einer flüssigen Phase im Vergleich zu
dem in der vorliegenden Erfindung eingesetzten Natriumhydroxid (NaOH)-Pulver
teuer ist.
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Das
DE-Patent 27 42 981 bezieht sich auf ein weiteres Serinol-Herstellungsverfahren,
in dem zur Herstellung von Serinol 2-Nitro-1,3-Propandiol-Natriumsalz
in einer Puffersäure
hydriert wird. Bei diesem Verfahren wird Wasserstoff in einer stöchiometrischen
Menge absorbiert wird, und selbst unter idealen Reaktionsbedingungen
beträgt
die Ausbeute lediglich 30 bis 50 %. Ein weiterer Nachteil dieses
Verfahrens ist der, dass es schwierig ist, es in der industriellen
Produktion einzusetzen, da ein Pd/C-Katalysator kaum wieder verwendbar ist.
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Gemäß dem U.S.-Patent
4,448,999 kann die Produktionsausbeute von Serinol bis auf 74 %
erhöht werden,
indem ein mit wirkungsvollen Kühlmitteln
ausgerüsteter Kreislaufreaktor
eingesetzt wird, und indem Methanol als Lösungsmittel eingesetzt wird.
Die Batchreaktion, bei der ein Pd/C-Katalysator eingesetzt wird, der
teuer ist und schwer wieder verwendbar ist, hält jedoch Benutzer davon ab,
das Verfahren für
die industrielle Produktion einzusetzen. Zudem muss der Katalysator
nach der Reaktion in umständlicher
Weise mit einem Filter entfernt werden, und die Produktionsausbeute
ist zu gering für
die industrielle Anwendung.
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Das
U.S.-Patent 4,221,740 offenbart den Einsatz von Raney-Nickel anstatt
des teuren Pd/C-Katalysators, wobei behauptet wird, dass die Produktionsausbeute
von Serinol auf 64 bis 87 % erhöht
werden kann. Der Raney-Nickel-Katalysator ist jedoch ebenfalls nicht
leicht wieder verwendbar und erfordert einen Filter für seine
Entfernung. Tatsächlich
ist die Produktionsausbeute nicht ausreichend.
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Deswegen
gibt es noch einen Bedarf, ein Herstellungsverfahren für Serinol
zu entwickeln, das selbst bei relativ niedrigen Temperaturen durchgeführt werden
kann, wirtschaftlich günstig
ist und das einen hohen Reinheitsgrad von Serinol bei hoher Produktionsausbeute
ermöglicht.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Entsprechend
haben die Erfinder nach intensiver und gründlicher Forschung herausgefunden,
dass bei der Herstellung eines 2-Nitro-1,3-Propandiol-Salzes die
Verwendung von Natriumhydroxid (NaOH)-Pulver als Natriumquelle anders
als bei den herkömmlichen
Verfahren und der Einsatz eines Festbettreaktorsystems, der mit
Metallen oder mit einem mit Metall imprägniertem Katalysator beschickt
ist, statt eines herkömmlichen Batchreaktors,
die aus einem Anstieg der Reaktionstemperatur sich ergebende Abnahme
der Ausbeute verhindert werden kann und die Probleme beim Erhitzen
von Paraformaldehyd für
ein komplettes Auflösen
gelöst werden
können.
Ausgehend von diesen Ergebnissen wurde die Erfindung vervollständigt, die
einfach und wirtschaftlich ist und mit der Serinol mit einem Reinheitsgrad
bei hoher Ausbeute hergestellt werden kann.
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Deswegen
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung
von Serinol hohen Reinheitsgrades bei einer hohen Ausbeute bereitzustellen,
das einfach und wirtschaftlich günstig
ist.
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In
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von
Serinol (2-Amino-1,3-propandiol) bereitgestellt, umfassend die Schritte:
Umsetzung von 1 Äquivalent
Nitromethan mit 1 bis 10 Äquivalenten
Paraformaldehyd und anschließender
Zugabe von 0,5 bis 5 Äquivalenten
Natriumhydroxid, um 2-Nitro-1,3-propandiol-Natriumsalz zu erhalten;
Herstellung eines Katalysators, der einen anorganischen Träger umfasst,
der mit einer Menge von 1 bis 20 Gew.-% einer katalytisch wirksamen
Metallkomponente imprägniert
ist, wobei das katalytisch wirksame Metall ausgewählt ist
aus der Gruppe bestehend aus Palladium (Pd), Platin (Pt), Rhodium
(Rh), Iridium (Ir), Ruthenium (Ru), Osmium (Os) und Mischungen hiervon;
und kontinuierliche Hydrierung des 2-Nitro-1,3-propandiol-Natriumsalzes
in einem Festbettreaktor, in dem der Katalysator gepackt ist.
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In
einer Version der Ausführungsform
umfasst die vorliegende Erfindung die Reaktion zur Herstellung des
2-Nitro-1,3-propandiol-Natriumsalzes bei einer Temperatur von 0
bis 100°C
und die Hydrierung zur Herstellung des 2-Nitro-1,3-propandiols bei
einer Temperatur von 0 bis 150°C,
einem Wasserstoffdruck von 15 bis 2.500 psig und bei einer auf das
Gewicht bezogenen Raumgeschwindigkeit (WHSV, weight hourly space
velocity) von 0,1 bis 10 h–1, während Wasserstoff/2-Nitro-1,3-propandiol-Natriumsalz
in einem molaren Verhältnis von
1 zu 10 mit einer 1 bis 50 gewichtsprozentigen Lösung von 2-Nitro-1,3-propandiol-Natriumsalz
in einem Lösungsmittel
zugeführt
werden.
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BESTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
ZUR DURCHFÜHRUNG
DES VERFAHRENS
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In
der vorliegenden Erfindung wird Nitromethan zunächst mit Paraformaldehyd umgesetzt,
und die daraus resultierende Verbindung mit Natriumhydroxid in Abwesenheit
von Katalysatoren eingesalzen, um 2-Nitro-1,3-propandiol-Natriumsalz zu erzeugen,
welches dann einer kontinuierlichen Hydrierung unterworfen wird,
während
es einen Festbettreaktor passiert, in dem ein Katalysator gepackt
ist, der ein Metall oder einen mit Metall imprägnierten Träger umfasst.
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Im
Unterschied zu herkömmlichen
Prozessen kann der erfindungsgemäße Prozess
zur Herstellung von 2-Nitro-1,3-propandiol-Natriumsalz, selbst bei
relativ niedrigen Temperaturen, direkt durchgeführt werden. Außerdem ist
das in der vorliegenden Erfindung eingesetzte Natriumhydroxidpulver
relativ einfach in der Handhabung verglichen mit der wässrigen
Kaliumhydroxidlösung
und dem Natriummethoxid der flüssigen
Phase (30 %-ige Methanol-Lösung),
die herkömmlicherweise
eingesetzt werden. Zudem stellt bei der vorliegenden Erfindung das
relativ kostengünstige
Natriumhydroxid einen wirtschaftlichen Vorteil dar.
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Für die Herstellung
des Natriumsalzes reicht die Menge an eingesetztem Paraformaldehyd
vorzugsweise von 1 bis 10 Äquivalenten
pro Äquivalent
Nitromethan und besonders bevorzugt von 1 bis 5 Äquivalenten. Wenn die Menge
an Paraformaldehyd unterhalb 1 Äquivalent
liegt, ist die Ausbeute des Natriumsalzes gering. Andererseits treten
Nebenreaktionen auf, wenn die Menge oberhalb von 10 Äquivalenten
liegt.
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Was
das Natriumhydroxid betrifft, so wird es vorzugsweise in einer Menge
von 0,5 bis 5 Äquivalenten pro Äquivalent
Nitromethan und besonders bevorzugt in einer Menge von 0,5 bis 3 Äquivalenten
verwendet. Weniger als 0,5 Äquivalente
an Natriumhydroxid verlangsamen die Reaktionsgeschwindigkeit. Andererseits verursachen
mehr als 5 Äquivalente
an Natriumhydroxid Nebenreaktionen und einen wirtschaftlichen Nachteil.
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Die
Reaktionstemperatur ist im Bereich von 0 bis 100°C festgesetzt und vorzugsweise
von 10 bis 50°C.
Wenn die Reaktion zum Beispiel unterhalb von 0°C durchgeführt wird, bildet sich das Natriumsalz
langsam. Wenn andererseits die Reaktionstemperatur 100°C übersteigt,
treten häufig
Nebenreaktionen auf, so dass die Ausbeute des Natriumsalzes reduziert
ist, wobei eine farbige Mischung erzielt wird.
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Erfindungsgemäß kann das
2-Nitro-1,3-propandiol-Natriumsalz mit einem Reinheitsgrad von 99,8
% bei einer Ausbeute von 98 % hergestellt werden.
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Anschließend wird
das 2-Nitro-1,3-propandiol-Natriumsalz in Gegenwart eines Metallkatalysators
oder eines Katalysatorsystems, umfassend einen mit Metall imprägnierten
Träger,
hydriert, um so Serinol von hohem Reinheitsgrad bei hoher Ausbeute
herzustellen. Die Hydrierung wird in einem kontinuierlichen Prozess unter
Verwendung eines Festbettreaktors durchgeführt. Deswegen besitzt das Verfahren
der vorliegenden Erfindung gegenüber
anderen Verfahren, die Verfahren des Batchtyps einsetzen, einen
Vorteil bei der Herstellungsgeschwindigkeit. Außerdem ist das Verfahren der
vorliegenden Erfindung aufgrund der Regenerierung des Katalysators
wirtschaftlich günstig
und nicht problematisch, sondern einfach, da der Katalysator nicht durch
ein Filtersystem entfernt werden muss.
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Für die Hydrierung
von 2-Nitro-1,3-propandiol-Natriumsalz zu Serinol sollte ein geeignetes
Lösungsmittel
verwendet werden. Das Lösungsmittel
muss ein festes Salz von 2-Nitro-1,3-propandiol-Natriumsalz so ausreichend
auflösen,
dass die gleichmäßige Zufuhr
des Reaktanten in den Reaktor erzielt wird zusätzlich zur Absorption der Reaktionswärme, die
während
der Hydrierung, einer exothermen Reaktion, erzeugt wird, und es
sollte nicht mit den Reaktanten 2-Nitro-1,3-propandiol Natriumsalz
und Wasserstoff reagieren. Für
die Hydrierung der vorliegenden Erfindung ist ein Lösungsmittel
geeignet, das ausgewählt
ist aus der Gruppe bestehend aus Methylalkohol, Ethylalkohol, n-Propylalkohol,
Isopropylalkohol, n-Butylalkohol, sek-Butylalkohol, t-Butylalkohol,
Wasser und Mischungen hiervon, bevorzugt eine Mischung aus Methylalkohol
und Wasser. Eine Mischung von 9:1 Methylalkohol: Wasser ist am meisten
bevorzugt. In dem Lösungsmittel
wird die Konzentration von 2-Nitro-1,3-propandiol-Natriumsalz bei
1 bis 50 Gew.-% und vorzugsweise bei 3 bis 20 Gew.-%, aufrechterhalten.
Wenn dies erwünscht
ist, kann das Lösungsmittel
außerdem
zur völligen
Auflösung
erhitzt werden. Wenn 2-Nitro-1,3-propandiol-Natriumsalz unterhalb
von 1 Gew.-% eingesetzt wird, wird eine geringe Ausbeute an Serinol
erzielt. Andererseits hat ein Gehalt von mehr als 50 Gew.-% eine
Reduzierung der Selektivität
und der Umwandlungsrate zur Folge.
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Die
Hydrierung von 2-Nitro-1,3-propandiol Natriumsalz wird in Gegenwart
eines Katalysators durchgeführt.
Dieser Katalysator ist entweder ein Metall selbst oder ein in einem
Träger
imprägniertes
Metall. Die katalytisch aktive Metallkomponente ist ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Nickel (Ni), Palladium (Pd), Platin (Pt),
Rhodium (Rh), Iridium (Ir), Ruthenium (Ru), Osmium (Os) und Mischungen
hiervon, wobei Palladium oder Ruthenium bevorzugt sind. Als in der
vorliegenden Erfindung nützlicher
Träger
kann ein anorganisches Oxid verwendet werden. Beispiele der anorganischen
Oxide umfassen: Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, Siliziumdioxid-Aluminiumoxid,
Zirkoniumdioxid, Titanerde, Zeolith und Molekularsiebe, wobei Aluminiumoxid am
meisten bevorzugt ist.
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Die
Trägerpartikel
können
die Form einer Kugel, eines Zylinders, eines Körnchens oder jede beliebige Gestalt
aufweisen. Sie sind jedoch bevorzugt als kugelförmige oder zylindrische Pellets
geformt, damit sie geeignete mechanische Eigenschaften aufweisen.
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Bei
der Imprägnierung
in einem Träger
wird die katalytisch aktive Metallkomponente in einer Menge von
1 zu 20 Gew.-%, und besonders bevorzugt in einer Menge von 1 bis
15 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des gesamten katalytischen Systems,
eingesetzt. Wenn zum Beispiel der Metallgehalt unterhalb von 1 Gew.-% liegt,
geht die Hydrierung langsam vonstatten. Wenn auf der anderen Seite
der Metallgehalt über
20 Gew.-% liegt, erhöht
das teure Edelmetall die Produktionskosten. Wenn Palladium oder
Ruthenium als katalytisch aktive Metallkomponente eingesetzt wird,
beträgt
der bevorzugte Gehalt hiervon 5 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das gesamte
katalytische System.
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Die
Imprägnierung
des Metalls in den Träger
kann unter Verwendung eines Imprägnierverfahrens
mit anfänglicher
Feuchte, eines Imprägnierverfahrens
mit überschüssigem Wasser,
eines Sprühverfahrens
oder eines physikalischen Mischverfahrens durchgeführt werden.
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Nach
Beendigung der Metallimprägnierung
sollte der Katalysator 2 Stunden oder länger in einer Luft- oder Inertgasatmosphäre kalziniert
werden. Die Kalzinierungstemperatur reicht von 300 bis 700°C und vorzugsweise
von 300 bis 550°C.
Bei einer Kalzinierungstemperatur von weniger als 300°C wird das
in dem Träger
imprägnierte
Metallzwischenprodukt unvollständig
abgebaut. Andererseits verringert eine Kalzinierungstemperatur,
die größer als
700°C ist,
die Dispersion des Metals, was eine geringe Leistung des Katalysators zur
Folge hat.
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Nachdem
er in einen Festbettreaktor gepackt wurde, kann der kalzinierte
Katalysator einer Reduktion mit Wasserstoff unterworfen werden,
bevor der Reaktant in den Reaktor eingebracht wird. Diese Reduktionsbedingungen
sollten in Abhängigkeit
von den eingesetzten Metallen für
mindestens 2 Stunden bei 50 bis 400°C aufrechterhalten werden.
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Ein
Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass ein Festbettreaktionssystem
eingesetzt wird, in das der Katalysator gepackt ist. Das Festbettreaktionssystem
garantiert höhere
Ausbeuten in Raum und Zeit, ermöglicht
eine Wiederverwendung des Katalysators und gestaltet den Prozess
einfach. In dem Festbettreaktionssystem sind keine Beschränkungen
hinsichtlich der Gestaltung des Reaktors und der Zufuhrart und der Strömungsrichtung
des Reaktanten auferlegt. Um zu ermöglichen, dass die Reaktanten
in gutem Kontakt miteinander gebracht werden, wird jedoch vorzugsweise
ein Rieselbettreaktor eingesetzt, in dem die Reaktanten Kohlenwasserstoffe
und Wasserstoff abwärts
strömen,
während
sie gleichmäßig dispergiert
werden.
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Die
Herstellung von Serinol, die aus der Hydrierung von 2-Nitro-1,3-propandiol-Natriumsalz
resultiert, kann unter Bedingungen eines Wasserstoffdruckes von
15 bis 2.500 psig, einer Reaktionstemperatur von 0 bis 150°C und einer
auf das Gewicht bezogenen Raumgeschwindigkeit (WHSV) von 0,1 bis
10 h–1,
vorzugsweise unter den Bedingungen eines Wasserstoffdruckes von
100 bis 2.000 psig, einer Reaktionstemperatur von 10 bis 100°C und einer
WHSV von 0,2 bis 10 h–1 und am meisten bevorzugt
unter den Bedingungen eines Wasserstoffdruckes von 500 bis 1.500
psig, einer Reaktionstemperatur von 20 bis 80°C und einer WHSV von 0,5 bis
5 h–1 erreicht
werden. Eine Veränderung
der WHSV hat einen wesentlichen Einfluss auf die Hydrierungsselektivität für Serinol,
wie in 1 gezeigt ist, in der die Hydrierungsselektivitäten für Serinol
je nach Katalysator über
die WHSV graphisch dargestellt sind. Wie später erläutert wird, nehmen außerdem sowohl
die Umwandlung als auch die Selektivität bei der Hydrierung von 2-Nitro-1,3-propandiol-Natriumsalz
mit einer bestimmten Katalysatormenge zu, aber es findet keine Erhöhung mehr
statt, wenn der Katalysator in einer Menge eingesetzt wird, die über dem
kritischen Wert liegt, wie dies in Tabelle 2 unten gezeigt wird.
Dies ist der Grund weswegen bei einer Abweichung der Reaktionsbedingungen
von den oben genannten Bereichen eine Abnahme der Ausbeute von Serinol,
während
eine Zunahme bei der Deaktivierungsrate des Katalysators festgestellt wird.
Unter solchen Abweichungsbedingungen kann kein Vorteil aus dem von
der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen kontinuierlichen Prozess
gezogen werden.
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Es
reichen 3,5 mol Wasserstoff aus, um die komplette Umwandlung von
1 mol 2-Nitro-1,3-propandiol-Natriumsalz durch Hydrierung durchzuführen. Die
Menge an zugeführtem
Wasserstoff ist nicht begrenzt, wenn sie größer als 3,5 mol pro mol 2-Nitro-1,3-propandiol
ist, aber im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit des Prozesses wird
das molare Verhältnis
von 2-Nitro-1,3-propandiol vorzugsweise im Bereich von 1–10 bestimmt. Der
Wasserstoff, der nicht reagiert hat, aber den Reaktor passiert,
kann wieder Druck unterworfen werden und zum Reaktor zurückgeführt werden.
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Die
Reaktionsprodukte, die aus dem Reaktor austreten, werden zu einer
Lösungsmittelauffangeinheit geleitet,
in der wenigstens ein Teil des eingesetzten Lösungsmittels von den anderen
austretenden Komponenten getrennt wird. Diese Auffangeinheit kann
eine jeden Typs sein, wie eine Destillationssäule oder ein Flach-Verdampfer.
Die aus dem unteren Teil der Lösungsmittelauffangeinheit
austretenden Produkte oder Konzentrate werden in einen Vakuumdestillationsapparat überführt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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1 ist ein Diagramm, in dem die Selektivität für Serinol
(2-Amino-1,3-propandiol) über
die WHSV von Wasserstoff graphisch dargestellt ist, wenn 2-Nitro-1,3-propandiol-Natriumsalz
in Gegenwart eines Katalysators einer kontinuierlichen Hydrierung
(Pd/Al2O3 oder Ru/Al2O3) unterworfen
wird.
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Ein
besseres Verständnis
der vorliegenden Erfindung kann mit Hilfe der nachfolgenden Beispiele
erzielt werden, die zur Veranschaulichung dienen, aber nicht zur
Einschränkung
der vorliegenden Erfindung herangezogen werden sollten.
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HERSTELLUNGSBEISPIEL 1
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Herstellung von 2-Nitro-1,3-propandiol-Natriumsalz
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In
einem mit einem Rührer
und einem Kühler
ausgerüsteten
1l-Reaktor werden 60 g Nitromethan, 74,5 g Parafomaldehyd, 722 g
Methanol und 0,36 g Natriumhydroxid vorgelegt, und das Paraformaldehyd
wurde bei Raumtemperatur aufgelöst.
Unter Einsatz des Kühlers
wurde die Innentemperatur des Reaktors bei 35°C oder weniger aufrechterhalten,
wobei die anschließende
langsame Zugabe von 43,9 g Natriumhydroxid zu Nitropandiolnatriumsalz
als weißes
Pulver führte.
Das Pulver wurde unter einer Stickstoffatmosphäre mit Hilfe eines Filters
getrennt und unter Vakuum getrocknet, um 2-Nitro-1,3-propandiol-Natriumsalz
zu erhalten. Reinheitsgrad: 99,8 %, Ausbeute: 98 %.
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HERSTELLUNGSBEISPIEL 2
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Herstellung von Pd/Al2O3
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In
einen 100 ml-Kolben wurden 50 ml entionisiertes Wasser eingefüllt, wozu
dann 6,35 g einer Palladiumnitroverbindung (Pd(NO3)2, Aldrich) zugegeben wurden. Die dann erhaltene
Pd-Nitratlösung
wurde dann langsam in ein Gefäß eingebracht,
das mit einem auf 50 U/min eingestellten drehzahlvariablen Motor,
ausgerüstet
war, um die Metalllösung
fein auf 100 g 1/8'' Extrudat-Aluminiumoxid (Norton)
zu dispergieren. Nach Beendigung der Zugabe der Palladiumnitroverbindung
drehte sich der Motor für
zusätzliche
30 Minuten bei der gleichen Geschwindigkeit. Das dann erhaltene,
mit Palladiumnitroverbindung imprägnierte Aluminiumoxid, wurde
3 Stunden lang bei 400°C
unter einer Luftatmosphäre
in einem Muffelofen kalziniert. Eine Röntgenfluoreszenz-Analyse zeigte, dass
der Katalysator 10,0 Gew.-% Palladium enthielt.
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HERSTELLUNGSBEISPIEL 3
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Herstellung von Ru/Al2O3
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In
einen 100 ml Kolben wurden 40 ml entionisiertes Wasser eingefüllt, wozu
dann 17,9 g Rutheniumchlorid (RuCl3, Aldrich)
zugegeben wurden. Die dann erhaltene Rutheniumchloridlösung wurde
dann langsam in ein Gefäß eingebracht,
das mit einem auf 50 U/min eingestellten drehzahlvariablen Motor
ausgerüstet
war, um die Metalllösung
fein auf 100 g 118" Extrudat-Aluminiumoxid
(Norton) zu dispergieren. Nach Beendigung der Zugabe der Rutheniumlösung drehte
sich der Motor für
zusätzliche
30 Minuten bei gleicher Geschwindigkeit. Das dann erhaltene von
Ruthenium getragene Aluminiumoxid wurde 6 Stunden lang bei 550°C unter einer Luftatmosphäre in einem
Muffelofen kalziniert. Eine Röntgenfluoreszenz-Analyse
zeigte, dass der Gehalt an Ruthenium im Katalysator 7,5 Gew.-% betrug.
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BEISPIELE 1 bis 5
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Kontinuierliche
Herstellung von Serinol
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In
einen vollautomatischen Hochdruckreaktor (Innendurchmesser 2,54
cm × Länge 60 cm)
aus 316 rostfreiem Stahl gefertigt, wurden 50 g des im Herstellungsbeispiel
2 hergestellten (1/8)''-Extrudattyp-Katalysators
eingefüllt.
Nach dem Spülen
mit Stickstoff wurde der Reaktor mit einer Geschwindigkeit von 1°C pro Minute
von Raumtemperatur auf 55°C
erhitzt, während
Wasserstoff mit 50 sccm (Standard Kubikzentimeter pro Minute) in
den Reaktor zugeführt wurde.
Die Menge an Wasserstoff wurde bis zu der Menge erhöht, die zweimal
höher war
als die, die in der Reaktion benötigt
wurde. Davon unabhängig
wurde das im Herstellungsbeispiel hergestellte Nitropropandiolnatriumsalz
in Methanol und Wasser aufgelöst,
um eine Lösung
mit einem Gehalt an Nitropropandiolnatriumsalz von 5 Gew.-% zu ergeben.
Diese Reaktionslösung
wurde in den Reaktor eingebracht. Die Zufuhrgeschwindigkeit des
Reaktanten und die Reaktionsbedingungen werden nachfolgend in Tabelle
1 gezeigt. Insgesamt 20 Stunden lang wurden alle 4 Stunden Reaktionsprodukte
entnommen und durch Gaschromatographie (50 m × 0,2 mm × 0,5 μm-PONA-Kolonne) mit einem Flammenionisationsdetektor (FID,
flame ionization detector) analysiert, und die Ergebnisse werden
nachfolgend in Tabelle 1 dargestellt.
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Die
Umwandlung zu und die Selektivität
für Serinol
wurden durch gaschromatographische Analyse von Trifluoracetat, welches
durch Reaktion von Serinol mit Trifluoressigsäureanhydrid hergestellt wurde
(Plant Cell Physiol. 1986, 27(6), 1109), bestimmt.
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BEISPIELE 6 Bis 15
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Kontinuierliche Herstellung
von Serinol
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Die
Hydrierung des im Herstellungsbeispiel 1 hergestellten Nitropropandiolnatriumsalzes
wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 in einer Lösungsmittelmischung
von 9:1 Methanol:Wasser unter einer Temperaturbedingung von 55°C, einem
Wasserstoffdruck von 870 psig und einer WHSV von 1,4 h–1 oder
2,8 h–1 in Gegenwart
von im Herstellungsbeispiel 2 oder 3 hergestellten Katalysatoren,
durchgeführt.
Die Zusammensetzungen der Katalysatoren, die Reaktionsbedingungen
und die Ergebnisse sind nachfolgend in Tabelle 2 dargestellt.
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VERGLEICHSBEISPIELE 1
BIS 3
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Die
Hydrierung von Nitropropandiolnatriumsalz wurde in gleicher Weise
wie in Beispiel 1 in einer Lösungsmittelmischung
von Methanol und Wasser unter einer 5 Temperaturbedingung von 55°C, einem
Wasserstoffdruck von 850 psig und einer WHSV von 1,4 h–1 in
Gegenwart von in nachfolgender Tabelle 3 dargestellten Katalysatoren
durchgeführt.
Diese Katalysatoren wurden nicht gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellt, aber bei Herstellern käuflich erworben. Ihre Spezifikationen
waren nicht angegeben.
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BEISPIEL 16
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Kontinuierliche Langzeitreaktion
für Serinol
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Eine
kontinuierliche Langzeitreaktion wurde in Gegenwart des im Herstellungsbeispiel
2 hergestellten Katalysators in einem Reaktor, der dem von Beispiel
1 gleicht, durchgeführt.
Es wurde 2.000 Stunden lang keine Deaktivierung des Katalysators
beobachtet. Die Ergebnisse sind nachfolgend in Tabelle 4 aufgeführt.
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BEISPIELE 17 bis 21
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Kontinuierliche Reaktion
und Trennung von Serinol
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Die
Reaktion wurde in einem Reaktor, der dem von Beispiel 1 glich, unter
Einsatz von 50 g des im Herstellungsbeispiel 2 hergestellten Katalysators
durchgeführt.
Während
der Reaktion wurde der Druck innerhalb des Reaktors auf 850 psig
aufrechterhalten, während
die Reaktionstemperatur und die WHSV in der gleichen Weise wie in
den Beispielen 1 bis 5 verändert
wurden. Nach 200 Stunden Reaktion wurde die Serinol enthaltende
Lösung
aufgefangen und in einen mit einem Vakuumdestillator ausgerüsteten 10
Liter-Glasreaktor gefüllt.
Die Temperatur des Glasreaktors wurde bei einer Geschwindigkeit
von 5°C
pro Minute auf 80°C
erhöht, bei
welcher die Vakuumdestillation unter einem Druck von 100 mbar durchgeführt wurde,
um etwa 90% Methanol und Wasser in der Lösung zu verdampfen, und das
filtrierte Natriumchlorid wurde entfernt. Anschließend wurden
15 Liter Isopropylalkohol in den Glasreaktor zugefügt und die
Temperatur des Glasreaktors wurde bei einer Geschwindigkeit von
5°C pro
Minute auf 80°C
erhöht,
bei welcher die Vakuumdestillation unter einem Druck von 100 mbar
durchgeführt
wurde, um Isopropylalkohol zu entfernen, bis der Gehalt an Serinol 90
Gew.-% erreicht hatte. Danach wurde durch die Vakuumdestillation
bei 115 bis 130°C
unter 0,5 bis 1 mbar Serinol-Pulver erzeugt. Die Reinheitsgrade
und Ausbeuten der Produkte sind nachfolgend zusammen mit den Reaktionsbedingungen
in Tabelle 5 angegeben.
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INDUSTRIELLE
ANWENDBARKEIT
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Im
Vergleich zu herkömmlichen
Verfahren kann demzufolge durch das erfindungsgemäße Verfahren Serinol
mit einem höheren
Reinheitsgrad bei einer größeren Ausbeute
hergestellt werden. Zusammen mit diesen Vorteilen hinsichtlich des
Reinheitsgrades und der Ausbeute bringt die Einfachheit des Prozesses
einen wirtschaftlichen Vorteil bei der Produktion von Serinol und
ermöglicht
die industrielle Anwendung für
die Großproduktion.
