JP2021515795A - Ｎ−アルキル−ニトラトエチルニトラミンの製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、Ｎ−アルキル−ニトラトエチル−ニトラミン（例えば、ＮＥＮＡ化合物、ＤＩＮＡ）の連続製造法に関する。
Description
本発明は、Ｎ−アルキル−ニトラトエチルニトラミン（ＮＥＮＡ化合物）およびジオキシエチルニトラミン二硝酸塩（ＤＩＮＡ）の製造方法に関する。
ニトラトエチルニトラミン（ＮＥＮＡ化合物、ＤＩＮＡ）は、エネルギー性可塑剤として、また推進剤や爆発物の成分として非常に興味深いものである。ニトラトエチルニトラミンの重要な例は、メチル−ＮＥＮＡ、エチル−ＮＥＮＡ、ブチル−ＮＥＮＡおよびＤＩＮＡである。連続工程によるこのような化合物の調製は、ＥＰ １ １９６ ３７４およびＵＳ ６，２６２，３０１に記載されている。ただし、この工程にはいくつかの欠点がある。たとえば、（たとえば、撹拌装置、熱交換器、タンク、ラインなどの結果として）複雑な機械的構造が必要であり、これは一般に、装置全体のための大きな空間要件だけでなく、高い安全要件、高いメンテナンスと洗浄要件、および、メンテナンスと洗浄、装置と装置の部品の不動性のための、関連するより長い中断時間に関連している。説明された工程はまた、面倒で複雑な温度と反応の制御を必要とする。さらに、説明された工程の起動およびシャットダウンの手順は複雑で面倒である。さらに、説明された工程は、反応容器中に当初反応物の存在を必要とし、さらに、大量の化学物質が使用され、結果として大きな反応質量が生じる。さらに、既知の工程の場合、個々の成分の合成のみが記載されており、生成物混合物の合成は記載されていない。
ＥＰ １ １９６ ３７４に記載されている工程を大気圧で実行すると、爆発のリスクが高いことが観察された。爆発の原因を調査したところ、驚くべきことに、高い発火の危険性は、反応容器内の流体のレベルを超える可燃性蒸気／気体の混合物（潜在的に自然性の混合物）の形成に起因することがわかった。
したがって、本発明の課題は、Ｎ−アルキル−ニトラトエチルニトラミン（例えば、ＮＥＮＡ化合物、ＤＩＮＡ）の製造のための改善された方法を提供すること、特に、爆発の危険性が低減された方法を提供することであった。
本発明は、式（Ｉ）の化合物を製造するための方法であって、
（ここで、Ｒは、１〜６個の炭素原子を有するアルキル基または式−ＣＨ２−ＣＨ２−Ｏ−ＮＯ２の基、または、２つ以上のそのような化合物の混合物である。）
式（ＩＩ）の化合物：
（ここで、Ｒ’は１〜６個の炭素原子を有するアルキル基または式−ＣＨ２−ＣＨ２−ＯＨの基である。）、または、２つ以上のこのような化合物の対応する混合物と、
硝酸との反応と、
その後、連続工程で少なくとも１つの酸無水物と塩化物含有触媒の混合物との反応を含み、反応は、大気圧より０．５ｂａｒ高い圧力から大気圧より８０ｂａｒ高い圧力までの圧力で実行されることを特徴とする。
式（ＩＩ）の化合物：
硝酸との反応と、
その後、連続工程で少なくとも１つの酸無水物と塩化物含有触媒の混合物との反応を含み、反応は、大気圧より０．５ｂａｒ高い圧力から大気圧より８０ｂａｒ高い圧力までの圧力で実行されることを特徴とする。
本発明による反応において、好ましいのは、大気圧より０．５ｂａｒ高い圧力から大気圧より１８ｂａｒ高い圧力までである。さらに、大気圧より１ｂａｒ高い圧力から大気圧より１６ｂａｒ高い圧力までが好ましい。さらに、大気圧より２〜１５ｂａｒ高い圧力が好ましい。大気圧より３〜１２ｂａｒ高い圧力、特に大気圧より４〜１０ｂａｒ高い圧力が特に好ましい。大気圧に対して高い圧力は、気泡の形成およびそれに関連する問題を抑制する。特に好ましくは、本発明の方法では、圧力は、反応中に反応器内での気相の形成が防止されるように選択される。さらに好ましくは、本発明の方法において、圧力は、使用される反応器の破裂圧力より低くなるように選択される。
気泡の形成に関連する問題は、例えば、危険性の高い気体や蒸気の可燃性気泡が原因である。気泡は、反応物自体（たとえば、使用される有機アミン）、反応中の可能な分解生成物（たとえば、硝酸からの二酸化窒素ＮＯ２などの窒素酸化物）、反応混合物の過熱、または溶存気体（たとえば、空気）、および反応物質に溶解している他の揮発性物質（例えば、原料中の溶媒）から生じる可能性があるだけでなく、キャビテーションによる撹拌機、ポンプなどの機械的な動きによっても発生する可能性がある。
一方で圧力が上昇することにより、高温でも気泡の形成、対応する物質の蒸発またはガス放出が抑制される。他方、液体反応媒体中の気体および蒸気の溶解度は増加する。
光／熱または化学作用によって硝酸中に形成され、その中に溶解する窒素酸化物、二酸化窒素および四酸化二窒素の特定の場合には、圧力はＮＯ２とＮ２Ｏ４の平衡に効果的に影響する。したがって、圧力の増加はエントロピーに逆らう。ＮＯ２はラジカルであるため、非常に反応性が高い。また、通常の条件下では揮発性であり、発火性混合物（ハイパーゴリック）を形成する傾向がある。一方、Ｎ２Ｏ４は反応性が低く、不揮発性である。同じことが窒素酸化物ＮＯ２、ＮＯ、Ｎ２Ｏ３、およびＮ２Ｏ５にも当てはまる。これらの平衡も熱の影響を受けるため、問題の少ない窒素酸化物Ｎ２Ｏ４、Ｎ２Ｏ３、Ｎ２Ｏ５の方向に化学平衡をシフトするための高速かつ効率的な冷却も、大きな安全上の利点がある。
本発明の方法では、対称無水物と混合無水物の両方を使用することができる。適切な酸無水物の例は、トリフルオロ酢酸無水物、無水酢酸、または、現場で合成される適切なアセチル硝酸塩である。無水酢酸が好ましい。
反応後、反応混合物を水またはアルカリ水溶液と接触させること（急冷）が好ましい。
Ｒはメチル、エチルまたはブチル基または式−ＣＨ２−ＣＨ２−Ｏ−ＮＯ２の基であることが好ましい。
さらに、Ｒ’はメチル、エチルまたはブチル基または式−ＣＨ２−ＣＨ２−ＯＨの基であることが好ましい。
さらに、硝酸との反応は、−２０℃〜３０℃の温度、特に−１０℃〜１０℃の温度または−１５℃〜−５℃の温度で実施されることが好ましい。
反応は、少なくとも１つの酸無水物と塩化物含有触媒との混合物を用いて、２０℃〜６０℃の温度で実施されることがさらに好ましく、特に２７℃〜３６℃、または、２５℃〜３５℃の温度で実施されることが好ましい。
塩化物含有触媒の例は、塩化水素（例えば、塩酸の形で）ならびに他の塩化物含有触媒、例えば有機および無機塩素化合物、例えば塩化物、例えば、塩化亜鉛（ＩＩ）、塩化アンモニウム、または、塩化トリエチルアンモニウム、ならびに例えば塩化ケイ素（例えばクロロトリメチルシランおよびテトラクロロシラン）または塩化チタン（ＩＶ）などの半金属塩化物、または例えば様々な塩化アセチルおよびカルボン酸塩化物などの有機塩素化合物または他の酸塩化物である。このような塩素化合物は、水などと接触するとその場でＨＣｌを放出する。通常、０．０２〜２ｍｏｌ％の塩化物を無水酢酸に混合して反応させる。
使用される塩化物含有触媒は、好ましくは塩化水素（例えば、塩酸の形態）である。塩化物含有触媒として気体状態の塩化水素を使用することは、水の侵入を防止すること、計量および運搬が容易であること、ならびに気体ボンベに輸送および貯蔵することが容易であることの利点を有する。塩化物含有触媒としての塩化水素の使用は、反応で金属塩が形成されない点で、塩が反応器（特にマイクロリアクター）を汚染または詰まらせる可能性がある塩化亜鉛（ＩＩ）の使用よりも特に有利である。さらに、塩化水素の使用は、例えば、塩化亜鉛（ＩＩ）の使用よりも安価で環境に優しい。塩化水素の使用は、それが残りの反応混合物とのより良好な混和性を有し、したがって混合のための準備時間が必要とされないという利点も提供する。例えば、ＥＰ １ １９６ ３７４に記載されている方法では、塩化亜鉛を無水酢酸に溶解する必要があり、数時間を要する。
塩化物含有触媒はまた、（例えば、硝酸を用いて）第１の反応段階にある反応器に既に導入することもできる。これにより、例えば、硝酸中のクロロスルホン酸として、金属塩化物または複合化合物（例えば、塩化亜鉛とＮ−エチルエタノールアミン（ＥＥＡ）などの出発物質の１つとの複合体）として、または出発物質として使用されるアミンの塩化物塩（例：ＥＥＡ*ＨＣｌ）として、塩化物含有触媒を反応器に導入することができる。
反応に使用される硝酸は、（水中で）６５〜１００％の濃度で使用できる。好ましくは、（水中で）７５〜９６％の濃度を有する硝酸が使用される。８０〜９０％（水中）の濃度を有する硝酸の使用が特に好ましい。濃度が７５〜９６％（特に８０〜９０％）の硝酸を使用すると、濃硝酸には局所的な過熱の危険性があるため、反応をより適切に制御できるという利点がある。驚くべきことに、本発明による方法は、濃硝酸だけでなく、希硝酸でも実施できることが見出された。
本発明による方法は、特に好ましくは、エチル−ＮＥＮＡ（Ｒ＝エチル）およびメチル−ＮＥＮＡ（Ｒ＝メチル）の混合物を製造するために使用される。特に、重量比（エチル−ＮＥＮＡ：メチル−ＮＥＮＡ）が６０：４０〜３０：７０であり、特に好ましくは、５０：５０〜４０：６０の重量比である。そのような混合物の使用は、エチル−ＮＥＮＡの存在が追加の溶媒なしで行うことを可能にし、そして固体のメチル−ＮＥＮＡが（特に再結晶により）別個に精製される必要がないという利点を提供する。さらに、取り扱いと処理中の危険性、および保管と輸送のガイドラインの観点から、結晶性メチル−ＮＥＮＡは、エチル−ＮＥＮＡ中の溶液中よりも重要であると見なされる。
好ましくは、本発明の反応は、１つ以上の連続流反応器で行われる。
増加した圧力と組み合わせた連続流反応器の使用は、気相の形成を完全に防止することが好ましい。これにより、発火性気体混合物の形成が防止され、工程の安全性が大幅に向上する。
火薬の合成では、圧力下で反応を行うことは、通常の圧力反応器の容器がそれ自体の格納容器を介して行われるので、点火するときにかなりの損傷を引き起こすため、かなりまれである。したがって、より低い反応速度は爆発の場合に著しく少ない損傷を引き起こすため、本発明の方法を１つ（またはそれ以上）の連続流反応器で実施することは有利である。
使用される連続流反応器は、好ましくは管型反応器である。
本発明の反応は、特に好ましくは、１つ以上の管型反応器において行われる。
使用する管型反応器の好ましい内容積は、０．１μＬから１０，０００Ｌである。
連続流反応器（特に管型反応器）を使用すると、滞留時間が短く、スループットが高いという利点がある。
好ましくは、使用される連続流反応器または管型反応器は、少なくとも１つのミキサーまたは統合構造またはミキサー（特にスタティックミキサー）として機能するシケインを有する。
本発明の反応は、特に好ましくは、１つ以上のマイクロリアクターで行われる。
本発明では、マイクロリアクターの使用が特に好ましい。なぜなら、管の直径が狭いため、爆燃反応または爆発反応が爆発点を超えて伝わることを妨げるからである。
マイクロリアクターは、例えば、小型化された連続流反応器（例えば、管型反応器）であり、その最小の流路寸法は、例えば、１００から１０，０００μｍの範囲である。そのようなマイクロリアクターは、例えば、金属、シリコン、セラミック、ポリマー、ガラスに基づいて製造される。とりわけ、ウィッティヒ反応、クネーフェナーゲル縮合、マイケル付加、ディールス・アルダー反応、鈴木カップリングなどの既知の分取化学反応は、選択性と変換が大幅に改善されたマイクロリアクターで成功裏に実施されている。マイクロリアクターは、非常に正確で連続的な手順、高い熱交換係数、非常に優れた反応速度、短い反応物滞留時間、不安定な中間体の優れたさらなる処理によって特徴付けられる（たとえば、ＵＳ ２０１４／０３５０２７４ Ａ１およびＭｏｎｂａｌｉｕ ｅｔ ａｌ．， Ｃｈｅｍ．Ｔｏｄａｙ ２０１１，２９，５０を参照せよ）。
マイクロリアクターの使用には、多くの利点がある。反応質量と危険量を最小限に抑えることができる。最適な温度制御（最適な表面／体積比および統合された熱交換器による良好な熱伝達など）を用いた少量の反応により、優れた反応制御と最適な反応手順（収率の向上と二次生成物の回避）が得られる。さらに、（特に圧力下での反応の場合）引火性の蒸気または気体混合物は生成または蓄積されない。発生する反応性混合物の気泡はすべて洗い流される。本発明による方法は、容易に自動化することができる簡単な始動および停止手順（「プラグアンドプレイ」）によっても特徴づけられる。本発明の方法は、必要に応じた合成を可能にし、貯蔵される量の減少をもたらす（ジャストインタイム生産）。使用されるマイクロリアクターは、たとえば撹拌装置や加熱コイルなどの機械部品が不要であるため、メンテナンスや清掃の必要性が少なく、連続生産モードでの生産停止時間が従来の工程よりも少ない。本発明の方法は全体として資源を節約し、マイクロリアクターの非常にコンパクトな構造はほんの少量のスペースしか必要とせず、装置を移動しやすくする（移動式製造装置）。
本発明の方法で使用されることが好ましいマイクロリアクターは、好ましくは、並列または直列に接続することができる１つまたは複数のマイクロリアクターモジュールを含む。このようなマイクロリアクターモジュールは、好ましくは連続流反応器として構成される。マイクロリアクターは、複数の同一または異なるマイクロリアクターモジュールを含むことができる。マイクロリアクターごとに次々と接続されるマイクロリアクターモジュールの数は、例えば、１から１５であり得、マイクロリアクターあたり２から１１のモジュールを使用するのが好ましい。
マイクロリアクターモジュールは、ガラス、炭化ケイ素、フッ素化プラスチックまたは耐食鋼（好ましくはガラスおよび／または炭化ケイ素）などの１つまたは複数の材料から作ることができる。
マイクロリアクターモジュールの流体経路（または反応物経路）の最小直径または最小寸法は、好ましくは１００μｍ〜１０，０００μｍであり、特に好ましくは３００μｍ〜７０００μｍであり、特に５００μｍ〜３０００μｍである。
好ましくは、マイクロリアクターモジュールの流体経路（または反応物経路）の総内部容積は、０．５ｍＬ〜１０００ｍＬであり、より好ましくは５ｍＬ〜５００ｍＬであり、特に好ましくは１０ｍＬ〜４００ｍＬであり、特に３０ｍＬ〜３００ｍＬである。
マイクロリアクター全体の流体経路（または反応物経路）の長さは、滞留時間、流量、個々のマイクロリアクターモジュールの内容積、反応速度、および反応温度によって決まる。
例えば、温度制御槽または温度制御ラインなどの温度制御装置を有するマイクロリアクターモジュールを使用することが好ましい。統合された温度制御装置を有する反応器モジュールの使用が特に好ましい。そのような統合された温度制御装置は、例えば、温度制御媒体を有する毛管または層であり得る。そのような温度制御装置は、反応が行われる貫流経路の上および／または下または周囲に配置することができる。使用される温度制御媒体は、好ましくは水または水／アルコール混合物（例えば、グリコール、エタノールまたはイソプロパノール）である。
マイクロリアクターモジュールの滞留時間は、数ミリ秒から最大数分である。マイクロリアクターモジュールあたり０．０４分から１分の滞留時間が好ましい。
適切なマイクロリアクターモジュールは、例えば、Ｃｏｒｎｉｎｇ ＳＡＳフローモジュールＧ０，Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４である。Ｇ０，Ｇ１，Ｇ３およびＧ４が好ましく、Ｇ３およびＧ４が特に好ましい。好ましいマイクロリアクターモジュールは、例えば、米国特許ＵＳ８，５３４，９０９号に記載されている。
本発明において、好ましくは、複数の同一または異なるマイクロリアクターが直列に次々に接続される。特に好ましくは、本発明では、少なくとも２つ（特に少なくとも３つ）のマイクロリアクターが直列に接続されている。
同様に、本発明では、１つ以上のマイクロリアクターと１つ以上の連続流反応器（例えば、管型反応器など）を直列に接続することが可能である。
好ましくは、Ｎ−アルキル−エタノールアミンと硝酸との間の最初の反応は、連続工程としてマイクロリアクター（少なくとも１つのマイクロリアクターモジュールを含む）で行われ、そのマイクロリアクターからの生成物は、さらなるマイクロリアクター（少なくとも１つのマイクロリアクターモジュールを含む）に連続的に移され、さらなるマイクロリアクターでは、無水酢酸と塩化物含有触媒が追加される。
図１は、本発明による方法を実施するための好ましい装置の流れ図を示す。
本発明の方法の好ましい実施形態を以下に詳細に説明する。式（ＩＩ）の化合物またはそれらの混合物は、以下ではアミンと呼ばれる。
硝酸（水中６５〜１００％、好ましくは水中７５〜９６％、特に好ましくは水中８０〜９０％）が第１のマイクロリアクター（少なくとも１つのマイクロリアクターモジュール１を含む）を通してポンプで送られる（流速：１０〜５０ｍＬ／分、滞留時間０．１〜１．１分、好ましくは０．４〜０．７分）。第１のマイクロリアクターは、酸を−２０℃〜２０℃（好ましくは−１０℃〜１０℃）の温度に予冷する役割を果たす。
第２のマイクロリアクター（少なくとも１つのマイクロリアクターモジュール２ａおよび任意で１つ以上のマイクロリアクターモジュール２ｂを含む）で、上述のように冷却された酸をアミン（水中濃度＞５０％、好ましくは＞９６％）と、アミンの一定流量（３〜２０ｇ／分、好ましくは５〜１５ｇ／分、滞留時間０．１〜０．７分、好ましくは０．２〜０．５分）で、−２０℃〜２０℃（好ましくは−１０℃〜１０℃）の温度で、反応させる。
硝酸の冷却およびその後の反応は、大気圧より０．５ｂａｒ高い圧力から大気圧より１８ｂａｒ高い圧力までの圧力で実施される。
複数のマイクロリアクターモジュール２ａ間でアミンの計量を分配するために、２つ以上のマイクロリアクターモジュール２ａを第２のマイクロリアクターに配置することが可能である。計量は、独立して作動する個々の計量ポンプを介して、またはポンプと対応する数の計量バルブを介して行うことができる。
第２のマイクロリアクターからの反応混合物は、次のマイクロリアクター（少なくとも１つのマイクロリアクターモジュール３ａおよび必要に応じて１つ以上のマイクロリアクターモジュール３ｂを含む）に送られ、そこで無水酢酸とその中に溶解している触媒（濃塩酸（＞２５％）に対する好ましい触媒の濃度は：０．５〜５．０体積％、好ましくは１〜２体積％；流量４０〜１２０ｇ／分、好ましくは５５〜９５ｇ／分；滞留時間０．１〜１．１分、好ましくは０．３〜０．８分）と混合され、２０℃〜４０℃（好ましくは２７℃〜３６℃）に加熱して反応させる。
第４のマイクロリアクター（マイクロリアクターモジュール４を少なくとも１つ含む）では、反応溶液が水またはアルカリ水溶液（できれば水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウムの水溶液、濃度５〜２０重量％）を用いて、０℃〜２０℃および０〜１８ｂａｒで急冷され得、粗生成物が沈殿し得る。このバリエーションの利点は、より優れた温度制御と、より迅速で効率的な混合と急冷にある。
あるいは、第３のマイクロリアクターからの反応混合物を水で急冷し、粗生成物を流体経路（または反応経路）の外で常圧で沈殿させることができ、粗生成物は、好ましくは、アミンに基づいて６０から９５ｍｏｌ％より高い収率で、９２〜１００％の純度（ＨＰＬＣによる）で得られる。
この場合、マイクロリアクターモジュール３ｂからの反応混合物は、混合室内で水または希アルカリ溶液（炭酸塩溶液など）で急冷され、反応が中断される。温度は５〜２０℃に制御されることが好ましい。
マイクロリアクターモジュール４を備えた最初のバリエーションとは異なり、混合室を使用して、より大量の急冷媒体を供給することができる。より低い圧力で操作することも可能である。これは、この場合、特に炭酸塩溶液が使用される場合に、液滴形成を改善し、溶液中に結合されている気体の反応または急冷からの気体放出を促進する。
その後の分離は、サイクロン分離、沈殿分離、膜分離、または他の相分離方法を使用して、２つの得られた相を互いに分離することができる。
分離された有機生成物相は、水または他の適切な洗浄媒体（たとえば、希釈アルカリ溶液または塩溶液）で洗浄され、第２の分離工程（最初の分離を参照）で分離され得る。
滞留時間は、流量の調整に加えて、流体経路（または反応物経路）のモジュラー長さまたは追加のマイクロリアクターモジュールの設置によって調整することも可能である。
実施例１：エチル−ＮＥＮＡの合成：
８７％硝酸を流速２３ｍＬ／分で、２８秒の滞留時間で−６℃に冷却し、第２のマイクロリアクターに搬送する。ここで、−６℃で、１１．５ｇ／分のＮ−エチル−エタノールアミン（ＥＥＡ）が事前に冷却された硝酸内に計量供給される。３０秒の滞留時間後、１体積％の塩酸（水中３７％塩酸）が混合された無水酢酸が、７０ｇ／分の流量で、得られた反応混合物に導入される。混合物を３２℃でさらに３４秒間維持し、１５℃で１５５ｇ／分の水の流入で急冷する。粗生成物は、（アミンに基づいて）９２ｍｏｌ％の収率で、９８％のＨＰＬＣによる純度で得られる。これらの試験条件下での反応器全体の圧力は、測定点にもよるが、４．５〜１１ｂａｒである。
８７％硝酸を流速２３ｍＬ／分で、２８秒の滞留時間で−６℃に冷却し、第２のマイクロリアクターに搬送する。ここで、−６℃で、１１．５ｇ／分のＮ−エチル−エタノールアミン（ＥＥＡ）が事前に冷却された硝酸内に計量供給される。３０秒の滞留時間後、１体積％の塩酸（水中３７％塩酸）が混合された無水酢酸が、７０ｇ／分の流量で、得られた反応混合物に導入される。混合物を３２℃でさらに３４秒間維持し、１５℃で１５５ｇ／分の水の流入で急冷する。粗生成物は、（アミンに基づいて）９２ｍｏｌ％の収率で、９８％のＨＰＬＣによる純度で得られる。これらの試験条件下での反応器全体の圧力は、測定点にもよるが、４．５〜１１ｂａｒである。
実施例２：エチル／メチル−ＮＥＮＡの合成（４２％エチル−ＮＥＮＡ、５８％メチル−ＮＥＮＡ、ＭＥＮ４２）：
８５％硝酸を、流速３０ｍＬ／分で、２０秒の滞留時間で−６℃に冷却し、第２のマイクロリアクターに搬送する。そこで、−６℃で、９．５ｇ／分のＮ−メチルエタノールアミン／Ｎ−エチルエタノールアミン（ＭＥＡ／ＥＥＡ：６０／４０重量％）を、事前に冷却した硝酸に計量供給する。１５秒の滞留時間の後、１重量％の塩化亜鉛（ＩＩ）が混合された無水酢酸が、８５ｇ／分の流量で、得られた反応混合物に導入される。混合物を３２℃でさらに２９秒間維持し、１５℃で１５５ｇ／分の水の流入で３秒間にわたって急冷する。粗生成物は、（アミンに基づいて）９０ｍｏｌ％の収率であり、ＨＰＬＣによる９８％の純度であり、４２重量％のエチル−ＮＥＮＡと５８重量％のメチル−ＮＥＮＡの重量比で得られる。これらの試験条件下での反応器全体の圧力は、測定点に応じて、４．５〜１２ｂａｒである。
８５％硝酸を、流速３０ｍＬ／分で、２０秒の滞留時間で−６℃に冷却し、第２のマイクロリアクターに搬送する。そこで、−６℃で、９．５ｇ／分のＮ−メチルエタノールアミン／Ｎ−エチルエタノールアミン（ＭＥＡ／ＥＥＡ：６０／４０重量％）を、事前に冷却した硝酸に計量供給する。１５秒の滞留時間の後、１重量％の塩化亜鉛（ＩＩ）が混合された無水酢酸が、８５ｇ／分の流量で、得られた反応混合物に導入される。混合物を３２℃でさらに２９秒間維持し、１５℃で１５５ｇ／分の水の流入で３秒間にわたって急冷する。粗生成物は、（アミンに基づいて）９０ｍｏｌ％の収率であり、ＨＰＬＣによる９８％の純度であり、４２重量％のエチル−ＮＥＮＡと５８重量％のメチル−ＮＥＮＡの重量比で得られる。これらの試験条件下での反応器全体の圧力は、測定点に応じて、４．５〜１２ｂａｒである。
実施例３：エチル／メチル−ＮＥＮＡの合成（５２％のエチル−ＮＥＮＡ、４８％のメチル−ＮＥＮＡ、ＭＥＮ５２）：
８５％硝酸を、流速３０ｍＬ／分で、２０秒の滞留時間で−６℃に冷却し、第２のマイクロリアクターに移送し、そこで、−６℃で１０．０ｇ／分のＮ−メチルエタノールアミン／Ｎ−エチルエタノールアミン（ＭＥＡ／ＥＥＡ：５０／５０重量％）を、事前に冷却した硝酸に計量供給する。１５秒の滞留時間後、１体積％の塩酸（水中３７％塩酸）が混合された無水酢酸が、８０ｇ／分の流量で、得られた反応混合物に導入される。混合物を３２℃でさらに３０秒間維持し、１５０ｇ／分の８％水酸化ナトリウム溶液の流入で、２０℃で３秒間急冷する。粗生成物は、９４ｍｏｌ％（アミンに基づく）の収率で、ＨＰＬＣによる純度が９８．５％であり、５２重量％のエチル−ＮＥＮＡ対４８重量％のメチル−ＮＥＮＡの重量比で得られる。これらの試験条件下での反応器全体の圧力は、測定点に応じて、４．５〜１２．５ｂａｒである。
８５％硝酸を、流速３０ｍＬ／分で、２０秒の滞留時間で−６℃に冷却し、第２のマイクロリアクターに移送し、そこで、−６℃で１０．０ｇ／分のＮ−メチルエタノールアミン／Ｎ−エチルエタノールアミン（ＭＥＡ／ＥＥＡ：５０／５０重量％）を、事前に冷却した硝酸に計量供給する。１５秒の滞留時間後、１体積％の塩酸（水中３７％塩酸）が混合された無水酢酸が、８０ｇ／分の流量で、得られた反応混合物に導入される。混合物を３２℃でさらに３０秒間維持し、１５０ｇ／分の８％水酸化ナトリウム溶液の流入で、２０℃で３秒間急冷する。粗生成物は、９４ｍｏｌ％（アミンに基づく）の収率で、ＨＰＬＣによる純度が９８．５％であり、５２重量％のエチル−ＮＥＮＡ対４８重量％のメチル−ＮＥＮＡの重量比で得られる。これらの試験条件下での反応器全体の圧力は、測定点に応じて、４．５〜１２．５ｂａｒである。
あるいは、希硝酸を使用する場合は、高濃度の硝酸（９９〜１００％硝酸）を水で希釈することが実際の合成の上流で実行され得る。これについては以下で説明する。
実施例４：統合された酸予備混合によるエチル−ＮＥＮＡの合成
第１のマイクロリアクターでは、９９％硝酸を２６ｍＬ／分の流量で、２４秒間にわたって、−６℃に冷却する。次に、冷却された酸を、−６℃の水６．０ｍＬで１８秒かけて希釈する。次に、このように混合された８７％硝酸を滞留時間１９秒で−６℃に調整し、第２のマイクロリアクターに搬送する。ここで、−６℃で、１３ｇ／分のＮ−エチルエタノールアミン（ＥＥＡ）を予め冷却された希硝酸中に計量供給する。１３秒の滞留時間の後、１体積％の塩酸（水中３７％の塩酸）が混合された無水酢酸が、８０ｇ／分の流量で、得られた反応混合物に導入される。混合物を３３℃でさらに２９秒間維持し、２０℃で１５５ｇ／分の水の流入で３秒間にわたって急冷する。粗生成物は、ＨＰＬＣによる９７％の純度で（アミンに基づいて）９０ｍｏｌ％の収率で得られる。これらの試験条件下での反応器全体の圧力は、測定点に応じて、４．５〜１２．５ｂａｒである。
第１のマイクロリアクターでは、９９％硝酸を２６ｍＬ／分の流量で、２４秒間にわたって、−６℃に冷却する。次に、冷却された酸を、−６℃の水６．０ｍＬで１８秒かけて希釈する。次に、このように混合された８７％硝酸を滞留時間１９秒で−６℃に調整し、第２のマイクロリアクターに搬送する。ここで、−６℃で、１３ｇ／分のＮ−エチルエタノールアミン（ＥＥＡ）を予め冷却された希硝酸中に計量供給する。１３秒の滞留時間の後、１体積％の塩酸（水中３７％の塩酸）が混合された無水酢酸が、８０ｇ／分の流量で、得られた反応混合物に導入される。混合物を３３℃でさらに２９秒間維持し、２０℃で１５５ｇ／分の水の流入で３秒間にわたって急冷する。粗生成物は、ＨＰＬＣによる９７％の純度で（アミンに基づいて）９０ｍｏｌ％の収率で得られる。これらの試験条件下での反応器全体の圧力は、測定点に応じて、４．５〜１２．５ｂａｒである。
１ 第１のマイクロリアクターのマイクロリアクターモジュール
２ａ 第２のマイクロリアクターのマイクロリアクターモジュール
２ｂ 第２のマイクロリアクターのマイクロリアクターモジュール
３ａ 第３のマイクロリアクターのマイクロリアクターモジュール
３ｂ 第３のマイクロリアクターのマイクロリアクターモジュール
４ 第４のマイクロリアクターのマイクロリアクターモジュール
５ 硝酸の供給
６ アミンの供給
７ 無水酢酸と塩化物含有触媒の供給
８ 水またはアルカリ水溶液（急冷液）の供給
９ 後処理／分離
２ａ 第２のマイクロリアクターのマイクロリアクターモジュール
２ｂ 第２のマイクロリアクターのマイクロリアクターモジュール
３ａ 第３のマイクロリアクターのマイクロリアクターモジュール
３ｂ 第３のマイクロリアクターのマイクロリアクターモジュール
４ 第４のマイクロリアクターのマイクロリアクターモジュール
５ 硝酸の供給
６ アミンの供給
７ 無水酢酸と塩化物含有触媒の供給
８ 水またはアルカリ水溶液（急冷液）の供給
９ 後処理／分離
Claims (16)
- 式（Ｉ）の化合物を製造するための方法であって、
式（ＩＩ）の化合物
硝酸との反応と、
次に、連続工程で少なくとも１つの酸無水物と塩化物含有触媒の混合物との反応とを含み、
反応は、大気圧より０．５ｂａｒ高い圧力から大気圧より８０ｂａｒ高い圧力までの圧力で行われることを特徴とする、方法。 - 式（Ｉ）の化合物を製造するための方法であって、
式（ＩＩ）の化合物
硝酸との反応と、
次に、連続工程で少なくとも１つの酸無水物と塩化物含有触媒の混合物との反応とを含み、
反応は、反応中に反応器内で気相の形成を防ぐのに十分な圧力で行われることを特徴とする、方法。 - 反応後、反応混合物を水またはアルカリ水溶液と接触させることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の方法。
- Ｒがメチル、エチルまたはブチル基または式−ＣＨ２−ＣＨ２−Ｏ−ＮＯ２の基であり、Ｒ’がメチル、エチルまたはブチル基または式−ＣＨ２−ＣＨ２−ＯＨの基であることを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の方法。
- 反応が１つ以上の連続流動反応器で行われることを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の方法。
- 反応が１つまたは複数の管型反応器で行われることを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の方法。
- 反応が１つまたは複数のマイクロリアクターで行われることを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の方法。
- 反応が、大気圧よりも０．５ｂａｒ高い圧力から大気圧より１８ｂａｒ高い圧力まで、好ましくは大気圧よりも３〜１２ｂａｒ高い圧力で行われることを特徴とする、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の方法。
- 硝酸との反応が−２０℃〜３０℃の温度、特に−１０℃〜１０℃の温度または−１５℃〜−５℃の温度で行われることを特徴とする、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の方法。
- 少なくとも１つの酸無水物と塩化物含有触媒との混合物との反応が２０℃〜６０℃の温度、特に２７℃〜３６度の温度または２５℃〜３５℃の温度で行われることを特徴とする、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の方法。
- 酸無水物として無水酢酸を使用することを特徴とする、請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の方法。
- 塩化水素が塩化物含有触媒として使用されることを特徴とする、請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の方法。
- 反応に使用される硝酸が、水中で７５から９６％の濃度で使用されることを特徴とする、請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載の方法。
- エチル−ＮＥＮＡ（Ｒ＝エチル）およびメチル−ＮＥＮＡ（Ｒ＝メチル）の混合物が製造されることを特徴とする、請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載の方法。
- 複数の同一または異なるマイクロリアクターが次々と直列に接続されていることを特徴とする、特に、少なくとも２つ（特に、少なくとも３つ）のマイクロリアクターが直列に接続されていることを特徴とする、請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載の方法。
- 式（ＩＩ）の化合物と硝酸との間の反応がマイクロリアクターにおいて連続工程として行われ、前記マイクロリアクターからの生成物がさらなるマイクロリアクターに連続的に移され、前記さらなるマイクロリアクターにおいては少なくとも１つの酸無水物と塩化物含有触媒が添加されることを特徴とする、請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載の方法。
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