La présente invention se rapporte à la préparation d'acide 4-aminométhylcyclohexanecarboxylique- 1 .
Pour la synthèse d'acide 4-aminométhylcyclohexanecarboxylique-l, un procédé parmi d'autres, par l'hydrogénation du noyau du benzène de acide p-aminométhylbenzolque ou de ses dérivés, est connu dans le commerce. Pour la production d'acide p-aminométhylcyclohexanecarboxylique-1, des procédés comportant l'hydrogénation du noyau aromatique de acide p-aminométhylbenzoique, ou de ses dérivés, sont importants, commercialement, du point de vue matériau de départ et raisons économiques de la technologie; et en conséquence, une nouvelle technologie qui soit supérieure aux technologies connues a une signification commerciale importante.
Des progrès des procédés connus pour produire de l'acide 4aminométhylcyclohexanecarboxylique-l, sont indiqués dans ce qui suit.
Il y a d'abord un procédé pour hydrogéner de acide cyano benzoique en présence d'un catalyseur se composant d'un composé de platine, ou de platine ou de rhodium. Cependant, étant donné les caractéristiques de la réaction avec ces catalyseurs, ce procédé possède des défauts tels que la présence de réactions auxiliaires, une faible sélectivité du produit de la réaction, et rutilisation d'un catalyseur coûteux. Par conséquent, du point de vue économique, ce procédé n'est pas si avantageux et en conséquence il n'a pas été employé pour une production à l'échelle commerciale.
On a alors proposé un procédé pour hydrogéner le noyau aromatique de l'acide aminométhylbenzolque-N-acétate, en présence d'un catalyseur au nickel, à une température élevée sous une pression élevée, pour obtenir de l'acide N-acétyl-4-aminométhyl cyclohexanecarboxylique-l, qui fut ensuite hydrolysé pour produire de l'acide 4-aminométhylcyclohexanecarboxylique-1. Par ailleurs, comme perfectionnement de ce procédé, on a développé une méthode pour hydrogéner directement, sans protéger le groupe amino dans l'acide p-aminométhylbenzoique, le noyau aromatique en présence d'un catalyseur au ruthénium, pour obtenir de acide 4-aminométhylcyclohexanecarboxylique- 1.
On pouvait s'attendre, avec ce perfectionnement, à un grand effet sur la production, concernant la vitesse de la réaction, et la mise en oeuvre du procédé. Cependant, pour assurer une réaction stable, rutilisation d'une grande quantité de catalyseur au ruthénium était nécessaire. En effet, comme cela est révélé dans la publication du brevet japonais N" 32258/1970, une production stable d'acide 4-aminométhylcyclohexanecarboxylique-1 à partir d'acide p-aminométhylbenzoique, avec une production supérieure à 90% n'était possible qu'en utilisant plus de 30% en poids du catalyseur. en se basant sur l'acide p-aminométhylbenzoique.
Cependant, dans ce cas, rinconvénient économique dû à l'utilisation d'une grande quantité du catalyseur était inévitable, et par conséquent cela était pratiquement impossible d'employer ce procédé dans des buts commerciaux. On sait qu'un catalyseur au ruthénium est comparativement peu empoisonné au cours de la réaction de cette sorte. Mais dans certains cas, le catalyseur est empoisonné, et certains types de matériaux de départ à employer augmentent l'empoisonnement. Dans un tel cas, rutilisation d'une grande quantité de catalyseur régénéré dans la réaction, augmente les inconvénients économiques. Ainsi, ce procédé de réaction ne peut être possible commercialement.
De façon à établir un procédé commercialement possible, et économiquement avantageux, de production d'acide 4-amino- méthylcyclohexanecarboxylique-l directement à partir de l'acide p-aminométhylbenzoique, il est nécessaire avant tout d'empêcher la diminution de l'activité du catalyseur, et de réduire la quantité du catalyseur nécessaire, ce qui rend le procédé économique en permettant un usage répété du catalyseur.
La présente invention se rapporte à un procédé de préparation d'acide 4-aminométhylcyclohexanecarboxylique-l, en hydrogénant de l'acide p-aminométhylbenzolque en présence d'un catalyseur au ruthénium, caractérisé en ce qu'on effectue ladite réaction en présence de 1-35 équivalent-grammes, par mole de composé de départ, d'au moins un hydroxyde métallique alcalin choisi dans le groupe consistant en hydroxyde de sodium, hydroxyde de potassium et hydroxyde de calcium, la quantité de ruthénium métallique dans ledit catalyseur étant de 0,025-0,25% en poids par rapport au composé de départ.
Dans la présente invention, la quantité d'hydrogène par mole d'acide p-aminométhylbenzoique est d'au moins 3 moles. La pression de l'hydrogène est de 50-200 kg/cm2, et de préférence de 80 à 150 kg/cm2. L'acide p-aminométhylbenzoique, matériau de départ de la présente invention, peut avantageusement être préparé en hydrogénant l'ester méthylique d'acide p-cyanobenzoique, dans des conditions alcalines, comme cela est décrit par exemple dans la demande de brevet japonaise N" 95243/1971. L'ester méthylique d'acide p-cyanobenzoique peut être sélectivement obtenu en distillant un produit de réaction fondu de téréphtonitrile, de téréphtalate de diméthyle et d'acide téréphtalique.
Dans la présente invention, le rôle du catalyseur est très important.
Le catalyseur au ruthénium de la présente invention se compose d'oxyde de ruthénium, d'hydroxyde de ruthénium, et du catalyseur au ruthénium supporté sur un support inerte. Des supports employés pour la présente invention sont, par exemple, le carbone, le carbonate de calcium, des oxydes terreux rares tels que le cérium, le praséodyme ou le lanthanum, des carbonates de métaux terreux rares tels que le cérium, le praséodyme ou le lanthanum, des oxydes et des carbonates mélangés de métaux terreux rares, de l'alumine, du sulfate de baryum, du kieselguhr, de la pierre ponce, de la diaspore, de la bauxite, du périclase, de la zirconia, de la titania, de la diatomite, du sulfate de calcium, de l'oxyde de calcium, de l'oxyde de baryum, du carbonate de baryum, du carbonate de strontium, de l'oxyde de strontium, du sulfate de strontium,
de la silice, de l'aluminesilice, du nickel décapé, du nickel-chrome et du câble en Inconel.
Parmi ces composés, on préfère l'alumine, le kieselguhr, le carbone, le sulfate de baryum ou le carbonate de calcium et en particulier le carbone. Le catalyseur préféré est le catalyseur au ruthénium supporté sur un support. La teneur en ruthénium dans le catalyseur est de 1-10% en poids, de préférence de 4-6% en poids. En ajoutant 1-35 équivalent-grammes, de préférence 1-10 équivalent-grammes par mole d'acide p-aminométhylbenzoïque, d'au moins un hydroxyde d'un métal alcalin choisi dans le groupe consistant en hydroxyde de sodium, hydroxyde de potassium et hydroxyde de calcium, la quantité de ruthénium métallique dans le catalyseur utilisé peut être réduite à 0,0250,25% en poids, par rapport à acide p-aminométhylbenzoique.
Le résultat de la réaction est comparable, en terme de production, à celui dans lequel on emploie, comme catalyseur, 30%, par rapport à l'acide p-aminométhylbenzoTque, de carbone actif portant 5% en poids de ruthénium métallique (la quantité de ruthénium, par rapport à l'acide p-aminométhylbenzoTque étant de 1,5% en poids), et la réaction peut être terminée dans un temps économiquement possible. Dans le cas où l'on utilise un catalyseur au ruthénium, la quantité par réaction du catalyseur doit être réduite à une quantité aussi faible que possible, de façon à rendre le procédé possible commercialement.
Selon le procédé de la présente invention, le but de la réaction est atteint de façon sûre, aucun matériau de départ ne restant dans le liquide de réaction et par conséquent, le procédé est économiquement très avantageux.
Selon le procédé connu ci-dessus mentionné, I'hydrogénation de acide p-aminométhylbenzoique dans de rammoniac aqueux en utilisant un catalyseur à 30%, par rapport à l'acide p-aminométhylbenzoique, de carbone actif, portant 5% en poids de ruthénium métallique, donne de l'acide 4-aminométhylcyclo- hexanecarboxylique-l, à un rendement supérieur à 90%. Mais, dans certains cas, I'utilisation répétée du catalyseur dans les conditions de la présente invention, sans régénération, ne peut être répétée plus de trois fois. Comme on peut le voir sur le tableau 1, une réduction de la quantité par réaction du catalyseur inférieure à 8%, arrête pratiquement la réaction.
Tableau 1
EMI2.1
<tb> Quantité <SEP> du <SEP> Du <SEP> matériau <SEP> B <SEP> au <SEP> matériau <SEP> A <SEP> Matériau <SEP> de <SEP> départ <SEP> restant <SEP> Conditions <SEP> de <SEP> réaction
<tb> catalyseur <SEP> # <SEP> <SEP> dans <SEP> le <SEP> liquide <SEP> de <SEP> réaction <SEP> # <SEP>
<tb> par <SEP> réaction <SEP> Conversion <SEP> Sélectivité <SEP> Rendement <SEP> (matériau <SEP> B)% <SEP> Pression <SEP> Température <SEP> Temps
<tb> % <SEP> du <SEP> maté- <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> initiale <SEP> de <SEP> H2 <SEP> C <SEP> h
<tb> riau <SEP> B <SEP> (kg/cm2)
<tb>
30 (1,5)* 100 97 97 0 100 150 3
20 (1,0) 100 97 97 0 100 150 3
8(0,4) 80 98 78 19 100 150 6
5(0,25) 58 96 56 42 100 150 16
* Les chiffres entre
parenthèses représentent les quantités du catalyseur en terme de poucentage en poids de ruthénium
métallique, par rapport à la quantité en poids d'acide p-aminométhylbenzoique.
Nota: Matériau A signifie acide 4-aminométhylcyclohexanecarboxylique-l. (I1 sera appelé de même ci-dessous dans les tableaux).
Matériau B signifie acide p-aminométhylbenzoique.
Catalyseur: catalyseur se composant de 5% de ruthénium sur du carbone.
Matériau de départ: matériau B, 10 g
Solvant: 70 ml d'ammoniac aqueux à 5%.
Récipient: autoclave de 300 ml en acier inoxydable (sus 32).
La présence de cette sorte de phénomène durant la réaction est néfaste, et tout procédé provoquant ce phénomène ne peut être employé pour une production commerciale. De plus, un procédé nécessitant une grande quantité du catalyseur coûteux, et la régénération du catalyseur utilisé après chaque réaction, n'est pas avantageux du point de vue économique et par conséquent, il ne peut être employé pour une production dans le commerce.
En prenant ces problèmes en considération, on a effectué, pour la présente invention, des études extensives sur la condition commerciale de la réaction, et on a finalement établi le procédé selon la présente invention.
En effet, on a trouvé que, de façon à réduire la quantité du catalyseur utilisé et à prolonger son activité élevée, I'addition de 1-35 moles équivalentes par rapport à placide p-aminométhylbenzoique, d'au moins un hydroxyde métallique alcalin choisi dans le groupe consistant en hydroxyde de sodium, hydroxyde de potassium et hydroxyde de calcium, est très efficace. L'effet de l'addition est illustré dans le tableau 2.
Tableau 2
EMI2.2
<tb> Composé <SEP> Du <SEP> matériau <SEP> B <SEP> au <SEP> matériau <SEP> A <SEP> Matériau <SEP> de <SEP> départ <SEP> restant <SEP> Conditions <SEP> de <SEP> réaction
<tb> ajouté <SEP> # <SEP> dans <SEP> le <SEP> liquide <SEP> de <SEP> réaction <SEP> <SEP> #
<tb> <SEP> Conversion <SEP> Sélectivité <SEP> Rendement <SEP> (matériau <SEP> B)% <SEP> Pression <SEP> Température <SEP> Temps
<tb> <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> initiale <SEP> de <SEP> H2 <SEP> C <SEP> h
<tb> <SEP> (kg/cm2)
<tb>
Aucun 8 90 7 90 100 190 16
NH40H 25 94 23,5 75 100 180 8 NaOH 100 97 97 0 100 150 l 1V2
KOH 100 96 96 0 100 150 l 1V2
Nota:
La quantité par mole de matériau de départ de NH4OH, NaOH et KOH est de 1,5 équivalent-grammes.
Type et quantité du catalyseur: Catalyseur se composant de 5% de ruthénium sur du carbone.
La quantité en rapport en poids est de 3% par rapport au matériau de départ B (la quantité de ruthénium métallique
étant de 0,15% en poids, par rapport à l'acide p-aminométhylbenzoique.
Matériau de départ: Matériau B, 10 g.
Solvant: 70 ml d'ammoniac aqueux à 5%, ou 70 ml d'eau.
Récipient: autoclave de 300 ml en acier inoxydable (sus 32).
La quantité du composé à ajouter est de 1,0-35 équivalentgrammes, de préférence 1,0-10 équivalent-grammes par mole d'acide p-aminométhylbenzoique. Une addition dépassant la gamme définie ne gêne pas la présente invention.
Comme on peut le voir sur le tableau 3, un résidu d'acide p-aminométhylbenzoïque dans le liquide de réaction devient remarquable, lorsque la quantité du composé ajouté est inférieure à 1 équivalent-gramme. Un résidu d'acide p-aminométhylbenzoique n'est pas souhaitable, parce que lors de l'étape d'épuration, l'acide p-aminométhylbenzoique et l'acide 4-aminométhylcyclohexanecarboxylique-1 présentent des caractéristiques similaires, et en conséquence, il devient impossible d'obtenir de l'acide 4-amino- méthylcyclohexanecarboxylique-1 très pur. Un résidu d'acide p-aminométhylbenzoique supérieur à 12% dans le produit de réaction ne peut être enlevé, même après 5 recristallisations dans l'eau bouillante.
Un trop grand apport d'additifs produit une charge économique trop importante à une étape de traitement ultérieur. Par exemple, dans le cas où l'on utilise une résine échangeuse d'ions pour l'isolation de acide p-aminométhylbenzoïque, une quantité trop importante d'additifs augmente de façon inévitable la quantité de résine échangeuse d'ions à utiliser.
En effet, une charge économique non souhaitable telle qu'une augmentation de la quantité du liquide pour le traitement ultérieur, augmente le coût de la construction de l'installation, et le coût des variables.
Des résultats d'essais, en faisant varier la quantité d'additifs sont résumés dans le tableau 3.
Tableau 3
EMI3.1
<tb> Composé <SEP> à <SEP> Du <SEP> matériau <SEP> B <SEP> au <SEP> matériau <SEP> A <SEP> Matériau <SEP> de <SEP> départ <SEP> restant <SEP> Conditions <SEP> de <SEP> réaction
<tb> ajouter <SEP> # <SEP> dans <SEP> le <SEP> liquide <SEP> de <SEP> réaction <SEP> #
<tb> (équivalent- <SEP> Conversion <SEP> Sélectivité <SEP> Rendement <SEP> (matériau <SEP> B)% <SEP> Pression <SEP> Température <SEP> Temps
<tb> gramme, <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> initiale <SEP> de <SEP> H2 <SEP> C <SEP> h
<tb> par <SEP> mole <SEP> kg/cm2
<tb> de <SEP> matériau
<tb> de <SEP> départ)
<tb>
0,5 fois 70 98 68,7 31 100 180 12
0,9 92 98 90 8 100 170 8
1,0 100 96 96 0 100 155 2
2,0 100 98 98 0 100 155 l 1V2
5,0 100 97 97 o 100 155 l 1V2
10,0 100 98 98 0 100 155 l 1V2
Nota:
Composé à ajouter: NaOH.
Catalyseur: catalyseur se composant de 5% de ruthénium sur du carbone.
Quantité de catalyseur: 3% en poids par rapport au matériau de départ B (la quantité de ruthénium métallique étant
de 0,15% en poids par rapport à l'acide p-aminométhylbenzoique).
Solvant: 70 ml d'eau.
Récipient: autoclave de 300 ml en acier inoxydable (sus 32).
Matériau de départ: matériau B, 10 g.
Pour l'hydroxyde métallique alcalin utilisé dans la présente invention, l'hydroxyde de sodium, Hydroxyde de potassium et l'hydroxyde de calcium sont efficaces. Parmi ceux-là, l'hydroxyde de sodium et l'hydroxyde de potassium sont préférables. L'effet de l'addition de chaque hydroxyde métallique alcalin est illustré dans le tableau 4.
Tableau 4
EMI3.2
<tb> Hydroxyde <SEP> Du <SEP> matériau <SEP> B <SEP> au <SEP> matériau <SEP> A <SEP> Matériau <SEP> de <SEP> départ <SEP> restant <SEP> Conditions <SEP> de <SEP> réaction
<tb> d'un <SEP> métal <SEP> * <SEP> <SEP> dans <SEP> le <SEP> liquide <SEP> de <SEP> réaction <SEP>
<tb> alcalin <SEP> Conversion <SEP> Sélectivité <SEP> Rendement <SEP> (matériau <SEP> B) <SEP> % <SEP> Pression <SEP> Température <SEP> Temps
<tb> <SEP> % <SEP> % <SEP> % <SEP> initiale <SEP> de <SEP> H2 <SEP> C <SEP> h
<tb> <SEP> kg/cm2 <SEP>
<tb>
NaOH 100 98 98 0 100 155 1V2
KOH 100 97 97 0 100 155 1V2
Ca(OH)2 100 93 93 0 100 155 1V2
Nota:
La quantité en rapport en poids de l'hydroxyde métallique alcalin est deux fois l'équivalent-gramme par mole de catalyseur
utilisé.
Catalyseur: catalyseur se composant de 5% de ruthénium sur du carbone.
Quantité de catalyseur: 3% en rapport en poids par rapport au matériau de départ B (la quantité de ruthénium métallique
étant de 0,15% en poids par rapport à Placide p-aminométhylbenzoique).
Matériau de départ: 10 g.
Solvant: eau 70 ml.
Récipient: autoclave de 300 ml en acier inoxydable (sus 32).
Selon la présente invention, la température de réaction est située entre 90 et 200 C, de préférence entre 140 et 170"C, et la pression de réaction est située entre 50 et 200 kg/cm2, et de préférence entre 90 et 150 kg/cm2.
De plus, lors de la mise en pratique de la présente invention, on peut employer toute technique connue de ceux qui sont compétents en la matière. L'ordre d'addition du matériau de départ, du catalyseur, de l'hydroxyde de métal alcalin, et du solvant est sans importance dans la présente invention. Il est préférable de mélanger les réactifs au début de la réaction, mais il n'est pas nécessaire de continuer à mélanger jusqu'à la fin de la réaction.
Après la réaction, le liquide est pris, et l'acide 4-aminométhyl- cyclohexanecarboxylique-1 est soit directement adsorbé vers la résine échangeuse d'ions du type H+, et dissous dans de l'ammoniac aqueux, ou le liquide de réaction est d'abord neu tralisé, concentré, puis on isole, par recristallisation. de l'acide 4-aminométhylcyclohexanecarboxylique-l très pur. avec un rendement élevé.
L'acide 4-aminométhylcyclohexanecarboxylique-l ainsi obtenu est utile comme matériau de départ pour obtenir des polymères ou des produits pharmaceutiques.
La présente invention sera mieux illustrée par les exemples suivants:
Exemple 1:
Dans un autoclave de 300 ml en acier inoxydable (sus 32) équipé d'un agitateur, on introduisit 10 g d'acide p-aminométhylbenzoïque, 3,0 g d'hydroxyde de sodium, 70 ml d'eau et 0,3 g de carbone actif portant 5% en poids de ruthénium, puis on introduisit de l'hydrogène gazeux à la température normale jusqu'à ce que la pression devienne de 100 kg/cm2, puis la réaction fut effectuée à 155 C durant 1 V2 h. Le catalyseur fut recueilli du liquide de réaction par filtration, et le produit filtré traversa la colonne remplie de 400 ml d'une résine échangeuse d'ions du type H +, ayant la marque de fabrique Amberlite 200 (Rhom et
Hass Co).
La résine fut lavée avec Il d'eau. On fit alors passer 800 ml d'ammoniac aqueux 1 N dans la colonne, la solution fut concentrée, puis le concentré fut séché pour obtenir 10,3 g d'un solide blanc, qui fut identifié comme étant de l'acide 4-amino méthylcyclohexanecarboxylique-l, par NMR (résonance magnétique nucléaire) et analyses aux rayons infrarouges. Il se révéla que la pureté de l'acide 4-aminométhylcyclohexanecarboxylique-l ainsi obtenu était de 98,5%, par une analyse quantitative par titrage du groupe amino et chromatographie en phase gazeuse.
Exemples 2 â 9:
En changeant la quantité du catalyseur à utiliser, et les types et quantités d'hydroxyde métallique alcalin, on effectua la réaction selon l'exemple 1. Les résultats sont indiqués dans le tableau 5.
Tableau 5
EMI4.1
<tb> Exemple <SEP> Catalyseur(%) <SEP> Hydroxyde <SEP> d'un <SEP> métal <SEP> alcalin <SEP> Conditions <SEP> de <SEP> réaction
<tb> <SEP> par <SEP> rapport <SEP> au <SEP> Type <SEP> du <SEP> Equivalent-gramme <SEP> Pression <SEP> Température <SEP> Temps
<tb> <SEP> matériau <SEP> B <SEP> composé <SEP> mole <SEP> du <SEP> matériauB <SEP> initiale <SEP> H2 <SEP> C <SEP> h <SEP>
<tb> <SEP> kg/cmê
<tb> 2 1,0(0,05)* NaOH 1,0 100 155 6 3 1,0(0,05) NaOH 10 100 155 4 4 1,5 (0,075) NaOH 10 100 155 3 5 3,0(0,15) NaOH 10 100 155 1V2 6 5,0(0,25) NaOH 1,0 100 155 1V2 7 2,0(0,1) KOH 2,0 100 155 1V2 8 3,0 (0,15) Ca(OH)2 2,0 100 155 1V2 9 5,0
(0,25) Ca(OH)2 1,5 100 160 1 V2
Tableau 5 (suite)
EMI4.2
<tb> Exemple <SEP> Du <SEP> matériau <SEP> B <SEP> au <SEP> matériau <SEP> A <SEP> Quantité <SEP> des <SEP> résidus
<tb> <SEP> (matériau <SEP> B)
<tb> <SEP> Conversion <SEP> Sélectivité <SEP> Rendement
<tb>
2 99 97 96 0,5
3 100 98 98 0
4 100 95 95 0
5 100 98 98 0
6 100 98 98 0
7 100 97 97 0
8 100 97 97 0
9 100 96 96 0 * Les chiffres entre paranthèses sont exprimés par le pourcentage de ruthénium métallique par
rapport au matériau B.
Type et quantité du catalyseur: catalyseur se composant de 5% du ruthénium sur du carbone.
La quantité en rapport en poids est de 3% par rapport au matériau de départ B (la quantité
de ruthénium métallique étant de 0,15% en poids, par rapport à l'acide p-aminométhylbenzoique).
The present invention relates to the preparation of 4-aminomethylcyclohexanecarboxylic acid-1.
For the synthesis of 4-aminomethylcyclohexanecarboxylic acid-1, one method among others, by hydrogenation of the benzene nucleus of p-aminomethylbenzolque acid or its derivatives, is known commercially. For the production of p-aminomethylcyclohexanecarboxylic acid-1, processes involving the hydrogenation of the aromatic nucleus of p-aminomethylbenzoic acid, or its derivatives, are commercially important from the point of view of starting material and economics of the technology. ; and therefore, new technology which is superior to known technologies has significant commercial significance.
Advances in known methods for producing 4-aminomethylcyclohexanecarboxylic acid- 1 are shown in the following.
First there is a process for hydrogenating cyano benzoic acid in the presence of a catalyst consisting of a compound of platinum, or platinum or rhodium. However, due to the characteristics of the reaction with these catalysts, this process suffers from shortcomings such as the presence of auxiliary reactions, low selectivity of the reaction product, and the use of an expensive catalyst. Therefore, from the economic point of view, this method is not so advantageous and therefore it has not been employed for commercial scale production.
A process was then proposed for hydrogenating the aromatic nucleus of aminomethylbenzolque-N-acetate, in the presence of a nickel catalyst, at an elevated temperature under an elevated pressure, to obtain N-acetyl-4. -aminomethyl cyclohexanecarboxylic-1, which was then hydrolyzed to produce 4-aminomethylcyclohexanecarboxylic acid-1. Furthermore, as an improvement of this process, a method has been developed for directly hydrogenating, without protecting the amino group in p-aminomethylbenzoic acid, the aromatic nucleus in the presence of a ruthenium catalyst, to obtain 4-aminomethylcyclohexanecarboxylic acid. - 1.
With this improvement, one would expect a great effect on the production, regarding the rate of the reaction, and the operation of the process. However, to ensure a stable reaction, reuse of a large amount of the ruthenium catalyst was necessary. Indeed, as disclosed in Japanese Patent Publication No. 32258/1970, a stable production of 4-aminomethylcyclohexanecarboxylic acid-1 from p-aminomethylbenzoic acid, with a production greater than 90% was not possible. than using more than 30% by weight of the catalyst, based on p-aminomethylbenzoic acid.
However, in this case, the economic disadvantage due to the use of a large amount of the catalyst was inevitable, and therefore it was practically impossible to employ this process for commercial purposes. It is known that a ruthenium catalyst is comparatively little poisoned during the reaction of this kind. But in some cases the catalyst is poisoned, and certain types of starting materials to be used increase the poisoning. In such a case, reuse of a large amount of regenerated catalyst in the reaction increases the economic disadvantages. Thus, this reaction process cannot be commercially possible.
In order to establish a commercially possible and economically advantageous process for the production of 4-amino-methylcyclohexanecarboxylic acid-1 directly from p-aminomethylbenzoic acid, it is above all necessary to prevent the decrease in activity. of the catalyst, and to reduce the amount of catalyst required, making the process economical by allowing repeated use of the catalyst.
The present invention relates to a process for the preparation of 4-aminomethylcyclohexanecarboxylic acid-1, by hydrogenating p-aminomethylbenzole acid in the presence of a ruthenium catalyst, characterized in that said reaction is carried out in the presence of 1 -35 gram equivalent, per mole of starting compound, of at least one alkali metal hydroxide selected from the group consisting of sodium hydroxide, potassium hydroxide and calcium hydroxide, the amount of ruthenium metal in said catalyst being 0.025 -0.25% by weight relative to the starting compound.
In the present invention, the amount of hydrogen per mole of p-aminomethylbenzoic acid is at least 3 moles. The pressure of the hydrogen is 50-200 kg / cm2, and preferably 80-150 kg / cm2. The p-aminomethylbenzoic acid, starting material of the present invention, can advantageously be prepared by hydrogenating the methyl ester of p-cyanobenzoic acid, under alkaline conditions, as described for example in Japanese patent application N "95243/1971. P-Cyanobenzoic acid methyl ester can be selectively obtained by distilling a molten reaction product of terephtonitrile, dimethyl terephthalate and terephthalic acid.
In the present invention, the role of the catalyst is very important.
The ruthenium catalyst of the present invention consists of ruthenium oxide, ruthenium hydroxide, and the ruthenium catalyst supported on an inert support. Supports employed for the present invention are, for example, carbon, calcium carbonate, rare earth oxides such as cerium, praseodymium or lanthanum, carbonates of rare earth metals such as cerium, praseodymium or lanthanum, mixed oxides and carbonates of rare earth metals, alumina, barium sulphate, kieselguhr, pumice, diasporus, bauxite, periclase, zirconia, titania, diatomite, calcium sulphate, calcium oxide, barium oxide, barium carbonate, strontium carbonate, strontium oxide, strontium sulphate,
silica, aluminesilica, pickled nickel, nickel-chromium and Inconel cable.
Among these compounds, preferred are alumina, kieselguhr, carbon, barium sulfate or calcium carbonate, and in particular carbon. The preferred catalyst is the supported supported ruthenium catalyst. The content of ruthenium in the catalyst is 1-10% by weight, preferably 4-6% by weight. By adding 1-35 gram equivalent, preferably 1-10 gram equivalent per mole of p-aminomethylbenzoic acid, of at least one hydroxide of an alkali metal selected from the group consisting of sodium hydroxide, potassium hydroxide and calcium hydroxide, the amount of ruthenium metal in the catalyst used can be reduced to 0.0250.25% by weight, based on p-aminomethylbenzoic acid.
The result of the reaction is comparable, in terms of production, to that in which 30%, relative to p-aminomethylbenzoTque acid, of active carbon bearing 5% by weight of metallic ruthenium (the quantity ruthenium, based on p-aminomethylbenzoTque acid being 1.5% by weight), and the reaction can be completed in an economically possible time. In the case where a ruthenium catalyst is used, the amount per reaction of the catalyst should be reduced to as low an amount as possible, so as to make the process commercially possible.
According to the process of the present invention, the object of the reaction is surely achieved, no starting material remaining in the reaction liquid, and therefore, the process is economically very advantageous.
According to the known process mentioned above, the hydrogenation of p-aminomethylbenzoic acid in aqueous ammonia using a catalyst with 30%, based on p-aminomethylbenzoic acid, of active carbon, bearing 5% by weight of ruthenium metallic, gives 4-aminomethylcyclohexanecarboxylic acid-1 in a yield greater than 90%. However, in certain cases, the repeated use of the catalyst under the conditions of the present invention, without regeneration, cannot be repeated more than three times. As can be seen from Table 1, a reduction in the reaction amount of the catalyst of less than 8% virtually stops the reaction.
Table 1
EMI2.1
<tb> Quantity <SEP> of <SEP> From <SEP> material <SEP> B <SEP> to <SEP> material <SEP> A <SEP> Material <SEP> of <SEP> starting <SEP> remaining <SEP > Reaction <SEP> conditions <SEP>
<tb> catalyst <SEP> # <SEP> <SEP> in <SEP> the <SEP> liquid <SEP> of <SEP> reaction <SEP> # <SEP>
<tb> by <SEP> reaction <SEP> Conversion <SEP> Selectivity <SEP> Efficiency <SEP> (material <SEP> B)% <SEP> Pressure <SEP> Temperature <SEP> Time
<tb>% <SEP> of <SEP> mat- <SEP>% <SEP>% <SEP>% <SEP> initial <SEP> of <SEP> H2 <SEP> C <SEP> h
<tb> riau <SEP> B <SEP> (kg / cm2)
<tb>
30 (1.5) * 100 97 97 0 100 150 3
20 (1.0) 100 97 97 0 100 150 3
8 (0.4) 80 98 78 19 100 150 6
5 (0.25) 58 96 56 42 100 150 16
* The numbers between
parentheses represent the quantities of the catalyst in terms of percentage by weight of ruthenium
metallic, relative to the amount by weight of p-aminomethylbenzoic acid.
Note: Material A means 4-aminomethylcyclohexanecarboxylic acid-1. (I1 will be called the same below in the tables).
Material B means p-aminomethylbenzoic acid.
Catalyst: catalyst consisting of 5% ruthenium on carbon.
Starting material: material B, 10 g
Solvent: 70 ml of 5% aqueous ammonia.
Container: 300 ml stainless steel autoclave (sus 32).
The presence of this kind of phenomenon during the reaction is harmful, and any process causing this phenomenon cannot be used for commercial production. In addition, a process requiring a large amount of the expensive catalyst, and the regeneration of the catalyst used after each reaction, is not economically advantageous and therefore cannot be employed for commercial production.
Taking these problems into consideration, for the present invention, extensive studies on the commercial condition of the reaction were made, and finally the process according to the present invention was established.
In fact, it has been found that, in order to reduce the amount of the catalyst used and to prolong its high activity, the addition of 1-35 moles equivalent with respect to the p-aminomethylbenzoic placide, of at least one alkali metal hydroxide chosen. in the group consisting of sodium hydroxide, potassium hydroxide and calcium hydroxide, is very effective. The effect of the addition is shown in Table 2.
Table 2
EMI2.2
<tb> Compound <SEP> From <SEP> material <SEP> B <SEP> to <SEP> material <SEP> A <SEP> Material <SEP> of <SEP> starting <SEP> remaining <SEP> Conditions <SEP > of <SEP> reaction
<tb> added <SEP> # <SEP> in <SEP> the <SEP> liquid <SEP> of <SEP> reaction <SEP> <SEP> #
<tb> <SEP> Conversion <SEP> Selectivity <SEP> Efficiency <SEP> (material <SEP> B)% <SEP> Pressure <SEP> Temperature <SEP> Time
<tb> <SEP>% <SEP>% <SEP>% <SEP> initial <SEP> of <SEP> H2 <SEP> C <SEP> h
<tb> <SEP> (kg / cm2)
<tb>
None 8 90 7 90 100 190 16
NH40H 25 94 23.5 75 100 180 8 NaOH 100 97 97 0 100 150 l 1V2
KOH 100 96 96 0 100 150 l 1V2
Note:
The amount per mole of starting material of NH4OH, NaOH and KOH is 1.5 gram equivalent.
Catalyst Type and Amount: Catalyst consisting of 5% ruthenium on carbon.
The amount by weight is 3% based on the starting material B (the amount of ruthenium metal
being 0.15% by weight, relative to p-aminomethylbenzoic acid.
Starting material: Material B, 10 g.
Solvent: 70 ml of 5% aqueous ammonia, or 70 ml of water.
Container: 300 ml stainless steel autoclave (sus 32).
The amount of the compound to be added is 1.0-35 gram equivalent, preferably 1.0-10 gram equivalent per mole of p-aminomethylbenzoic acid. Addition exceeding the defined range does not interfere with the present invention.
As can be seen from Table 3, a residue of p-aminomethylbenzoic acid in the reaction liquid becomes remarkable, when the amount of the compound added is less than 1 gram equivalent. A p-aminomethylbenzoic acid residue is undesirable, because in the scrubbing step, p-aminomethylbenzoic acid and 4-aminomethylcyclohexanecarboxylic acid-1 have similar characteristics, and therefore, it becomes impossible to obtain very pure 4-amino-methylcyclohexanecarboxylic acid-1. A residue of p-aminomethylbenzoic acid greater than 12% in the reaction product cannot be removed even after 5 recrystallizations from boiling water.
Too great a supply of additives produces too great an economic burden at a subsequent processing step. For example, in the case where an ion exchange resin is used for the isolation of p-aminomethylbenzoic acid, too much of the additives inevitably increases the amount of the ion exchange resin to be used.
Indeed, an undesirable economic burden such as an increase in the quantity of the liquid for the subsequent treatment, increases the cost of the construction of the installation, and the cost of the variables.
Test results, varying the amount of additives are summarized in Table 3.
Table 3
EMI3.1
<tb> Compound <SEP> to <SEP> From <SEP> material <SEP> B <SEP> to <SEP> material <SEP> A <SEP> Material <SEP> of <SEP> starting <SEP> remaining <SEP > Reaction <SEP> conditions <SEP>
<tb> add <SEP> # <SEP> in <SEP> the <SEP> liquid <SEP> of <SEP> reaction <SEP> #
<tb> (equivalent- <SEP> Conversion <SEP> Selectivity <SEP> Efficiency <SEP> (material <SEP> B)% <SEP> Pressure <SEP> Temperature <SEP> Time
<tb> gram, <SEP>% <SEP>% <SEP>% <SEP> initial <SEP> of <SEP> H2 <SEP> C <SEP> h
<tb> per <SEP> mole <SEP> kg / cm2
<tb> from <SEP> material
<tb> from <SEP> departure)
<tb>
0.5 times 70 98 68.7 31 100 180 12
0.9 92 98 90 8 100 170 8
1.0 100 96 96 0 100 155 2
2.0 100 98 98 0 100 155 l 1V2
5.0 100 97 97 o 100 155 l 1V2
10.0 100 98 98 0 100 155 l 1V2
Note:
Compound to be added: NaOH.
Catalyst: catalyst consisting of 5% ruthenium on carbon.
Amount of catalyst: 3% by weight relative to the starting material B (the amount of metallic ruthenium being
0.15% by weight relative to p-aminomethylbenzoic acid).
Solvent: 70 ml of water.
Container: 300 ml stainless steel autoclave (sus 32).
Starting material: material B, 10 g.
For the alkali metal hydroxide used in the present invention, sodium hydroxide, potassium hydroxide and calcium hydroxide are effective. Of these, sodium hydroxide and potassium hydroxide are preferable. The effect of adding each alkali metal hydroxide is shown in Table 4.
Table 4
EMI3.2
<tb> Hydroxide <SEP> From <SEP> material <SEP> B <SEP> to <SEP> material <SEP> A <SEP> Material <SEP> of <SEP> starting <SEP> remaining <SEP> Conditions <SEP > of <SEP> reaction
<tb> of a <SEP> metal <SEP> * <SEP> <SEP> in <SEP> the <SEP> liquid <SEP> of <SEP> reaction <SEP>
<tb> alkaline <SEP> Conversion <SEP> Selectivity <SEP> Efficiency <SEP> (material <SEP> B) <SEP>% <SEP> Pressure <SEP> Temperature <SEP> Time
<tb> <SEP>% <SEP>% <SEP>% <SEP> initial <SEP> of <SEP> H2 <SEP> C <SEP> h
<tb> <SEP> kg / cm2 <SEP>
<tb>
NaOH 100 98 98 0 100 155 1V2
KOH 100 97 97 0 100 155 1V2
Ca (OH) 2 100 93 93 0 100 155 1V2
Note:
The amount by weight of the alkali metal hydroxide is twice the gram equivalent per mole of catalyst
used.
Catalyst: catalyst consisting of 5% ruthenium on carbon.
Amount of catalyst: 3% by weight relative to the starting material B (the amount of ruthenium metal
being 0.15% by weight relative to the p-aminomethylbenzoic acid).
Starting material: 10 g.
Solvent: water 70 ml.
Container: 300 ml stainless steel autoclave (sus 32).
According to the present invention, the reaction temperature is between 90 and 200 C, preferably between 140 and 170 "C, and the reaction pressure is between 50 and 200 kg / cm2, and preferably between 90 and 150 kg / cm2.
Additionally, in practicing the present invention, any technique known to those skilled in the art can be employed. The order of addition of the starting material, catalyst, alkali metal hydroxide, and solvent is irrelevant in the present invention. It is best to mix the reagents at the start of the reaction, but it is not necessary to continue mixing until the reaction is complete.
After the reaction, the liquid is taken, and 4-aminomethyl-cyclohexanecarboxylic acid-1 is either directly adsorbed to the H + type ion exchange resin, and dissolved in aqueous ammonia, or the reaction liquid is first neutralized, concentrated, then isolated by recrystallization. very pure 4-aminomethylcyclohexanecarboxylic acid-1. with high efficiency.
The 4-aminomethylcyclohexanecarboxylic acid-1 thus obtained is useful as a starting material for obtaining polymers or pharmaceuticals.
The present invention will be better illustrated by the following examples:
Example 1:
In a 300 ml stainless steel autoclave (sus 32) equipped with a stirrer, 10 g of p-aminomethylbenzoic acid, 3.0 g of sodium hydroxide, 70 ml of water and 0.3 g were introduced. of active carbon bearing 5% by weight of ruthenium, then hydrogen gas was introduced at normal temperature until the pressure became 100 kg / cm2, then the reaction was carried out at 155 ° C. for 1.2 hours. The catalyst was collected from the reaction liquid by filtration, and the filtered product passed through the column filled with 400 ml of an H + type ion exchange resin, having the trademark Amberlite 200 (Rhom et al.
Hass Co).
The resin was washed with 11 water. Then 800 ml of 1N aqueous ammonia was passed through the column, the solution was concentrated, and the concentrate was then dried to obtain 10.3 g of a white solid, which was identified as 4-amino acid. methylcyclohexanecarboxylic-1, by NMR (nuclear magnetic resonance) and infrared ray analyzes. The purity of the 4-aminomethylcyclohexanecarboxylic acid thus obtained was found to be 98.5%, by quantitative analysis by titration of the amino group and gas chromatography.
Examples 2 to 9:
By changing the amount of the catalyst to be used, and the types and amounts of alkali metal hydroxide, the reaction was carried out according to Example 1. The results are shown in Table 5.
Table 5
EMI4.1
<tb> Example <SEP> Catalyst (%) <SEP> Hydroxide <SEP> of an alkaline <SEP> metal <SEP> <SEP> Conditions <SEP> of <SEP> reaction
<tb> <SEP> by <SEP> ratio <SEP> to <SEP> Type <SEP> of <SEP> Gram-equivalent <SEP> Pressure <SEP> Temperature <SEP> Time
<tb> <SEP> material <SEP> B <SEP> composed <SEP> mole <SEP> of <SEP> materialB <SEP> initial <SEP> H2 <SEP> C <SEP> h <SEP>
<tb> <SEP> kg / cmê
<tb> 2 1.0 (0.05) * NaOH 1.0 100 155 6 3 1.0 (0.05) NaOH 10 100 155 4 4 1.5 (0.075) NaOH 10 100 155 3 5 3.0 (0.15) NaOH 10 100 155 1V2 6 5.0 (0.25) NaOH 1.0 100 155 1V2 7 2.0 (0.1) KOH 2.0 100 155 1V2 8 3.0 (0.15 ) Ca (OH) 2 2.0 100 155 1V2 9 5.0
(0.25) Ca (OH) 2 1.5 100 160 1 V2
Table 5 (continued)
EMI4.2
<tb> Example <SEP> From <SEP> material <SEP> B <SEP> to <SEP> material <SEP> A <SEP> Quantity <SEP> of <SEP> residues
<tb> <SEP> (material <SEP> B)
<tb> <SEP> Conversion <SEP> Selectivity <SEP> Efficiency
<tb>
2 99 97 96 0.5
3 100 98 98 0
4 100 95 95 0
5 100 98 98 0
6 100 98 98 0
7 100 97 97 0
8 100 97 97 0
9 100 96 96 0 * Figures in brackets are expressed as the percentage of metallic ruthenium per
compared to material B.
Type and amount of catalyst: catalyst consisting of 5% ruthenium on carbon.
The amount by weight is 3% based on the starting material B (the amount
ruthenium metal being 0.15% by weight, relative to p-aminomethylbenzoic acid).