專利名稱：用于脫芐基的改良貴金屬催化劑的制作方法
發(fā)明的領(lǐng)域概括而言，本發(fā)明涉及到催化劑復(fù)合物、催化劑復(fù)合物的制備和使用方法以及脫芐基的方法。本發(fā)明尤其涉及與羥基及氨基官能團(tuán)的脫保護(hù)有關(guān)的催化劑材料和方法。
發(fā)明的背景催化方法在化學(xué)工業(yè)中是必不可少的。催化方法常常使用結(jié)合在載體上的催化劑。催化劑的有效使用通常是和催化劑載體的品質(zhì)相關(guān)聯(lián)的。品質(zhì)差的催化劑載體，由于結(jié)構(gòu)差、物理退化、化學(xué)退化、不希望的特性和不一致的特性中的至少一者，限制了結(jié)合于其中的催化劑的有效性。諸如高溫、高壓和高或低pH值環(huán)境的條件都會(huì)對(duì)催化劑載體的完整性構(gòu)成挑戰(zhàn)。
在合成有機(jī)化學(xué)、特別是制藥工業(yè)中將鈀催化劑用于脫芐基?？少?gòu)得的鈀脫芐基催化劑是在表面積低于1,000m2/g、其中約50％表面積位于微孔(20以下)中的碳載體上制得的。這樣的碳載體也具有20％或更大的微孔容積與總孔容積的比率。
在催化方法中，為試圖克服常規(guī)碳負(fù)載催化劑的缺點(diǎn)而使用了非碳催化劑載體。非碳載體包括氧化鋁載體、二氧化硅載體、氧化鋁-硅石載體、多種粘土載體、氧化鈦載體和鋯載體。盡管如此，非碳催化劑載體至少有兩個(gè)缺點(diǎn)之一，即其可能失去物理強(qiáng)度和在腐蝕性環(huán)境(如酸性溶液)中會(huì)被溶解。
脫芐基包括將芐基與官能團(tuán)分開。脫芐基的一個(gè)吸引人的用途是在有機(jī)合成過程中將芐基保護(hù)基團(tuán)與氨基或羥基官能團(tuán)分開。例如，在合成多官能有機(jī)化合物過程中，活性位點(diǎn)必須臨時(shí)被封閉直到化合物完成。否則，活性位點(diǎn)(如氨基或羥基官能團(tuán))會(huì)不希望地參與被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生感興趣的化合物的反應(yīng)中來。因此，芐基常常被用來作為保護(hù)基團(tuán)以防止不希望的反應(yīng)。
給定保護(hù)基團(tuán)的有效性和可用性部分是由其可被接上并隨后被從被合成的有機(jī)化合物中脫去的容易程度來決定的。使用常規(guī)鈀脫芐基催化劑，使用芐基保護(hù)基團(tuán)有時(shí)很難達(dá)到清晰的脫保護(hù)終點(diǎn)。結(jié)果，合成有機(jī)化學(xué)家有時(shí)就選用非催化技術(shù)來進(jìn)行脫保護(hù)。
給定保護(hù)基團(tuán)的有效性和可用性也部分由與脫保護(hù)有關(guān)的選擇性(從感興趣的化合物中脫去保護(hù)基團(tuán))決定。選擇性有兩個(gè)值得注意的方面。
首先，在某些情況下，同一保護(hù)基團(tuán)可被用來保護(hù)兩種或更多種不同的官能團(tuán)。由此，選擇性是指從一種官能團(tuán)脫去保護(hù)基團(tuán)而不從另一不同的官能團(tuán)脫去保護(hù)基團(tuán)的能力。例如，在有機(jī)合成中，可能希望從氨基官能團(tuán)斷開第一個(gè)芐基保護(hù)基團(tuán)而不同時(shí)從位于感興趣的化合物上不同位置的羥基官能團(tuán)處斷開第二個(gè)芐基保護(hù)基團(tuán)。
第二，選擇性可以指從官能團(tuán)脫去保護(hù)基團(tuán)而沒有引起任何不希望的副反應(yīng)。就此而論，使用鈀脫芐基催化劑的脫保護(hù)包括芐基保護(hù)基團(tuán)的氫解。但是，氫解將可能將存在于感興趣的有機(jī)化合物中的許多官能團(tuán)氫化。如C＝C、C≡C、C≡N、-RNO2-，-芳基-鹵素及相似物的基團(tuán)可使用鈀催化劑在相對(duì)溫和的條件下被氫化。
最后，給定保護(hù)基團(tuán)的有效性和可用性部分由成本考慮決定。胺基團(tuán)的脫保護(hù)通常需要相對(duì)大量的鈀催化劑。這與鈀金屬的高成本聯(lián)系在一起，有時(shí)對(duì)鈀催化劑的使用不利。
發(fā)明的概述本發(fā)明提供了用于改善脫芐基反應(yīng)的催化劑復(fù)合物和方法。本發(fā)明的催化劑載體具有某一促進(jìn)催化劑活性和/或選擇性改善的總孔容積/微孔容積和/或總孔表面積/微孔表面積和/或低含磷量。本發(fā)明的催化劑復(fù)合物傾向于對(duì)從一種官能團(tuán)而不是另一種與相同保護(hù)基團(tuán)相連接的官能團(tuán)選擇脫去保護(hù)基團(tuán)而顯示出改善的選擇性。本發(fā)明的催化劑復(fù)合物可通過使副反應(yīng)最小化(例如減少在脫芐基過程中的不飽和碳-碳鍵等的氫化)而顯示出改良的選擇性。
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及含金屬催化劑和特別定義的含碳質(zhì)材料的碳載體的催化劑復(fù)合物。例如，碳載體可具有為約800m2/g或更大且為約2,000m2/g或更小的總孔表面積，其中總孔表面積的約20％或更少是微孔表面積。在這個(gè)實(shí)施方案中，碳載體可具有為約200m2/g或更小的微孔表面積。在本發(fā)明的另一方面，碳載體可具有至少為約0.75cc/g的總孔容積，其中總孔容積的約15％或更少是微孔容積。在這個(gè)實(shí)施方案中，碳載體可具有約0.1cc/g或更小的微孔容積。在本發(fā)明的再另一方面，碳載體可具有約0.75重量％或更小的磷含量。在本發(fā)明的其他方面，公開了催化劑復(fù)合物的制備和使用方法。
發(fā)明的詳述在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及含貴金屬催化劑和碳載體的催化劑復(fù)合物的制備。根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合物通過將含碳質(zhì)的碳載體和貴金屬化合物混合制備，其中碳載體具有某一孔表面積和/或微孔容積和/或低含磷量。由此，在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及包含碳載體和貴金屬催化劑的催化劑復(fù)合物的制備。在另外一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及催化劑復(fù)合物在催化氫解過程(如在芐基保護(hù)基團(tuán)的脫芐基)中的使用。
碳載體包含碳質(zhì)材料和任選的一種或多種添加劑。碳質(zhì)材料可從任何適合的碳源獲得或衍生得到。最初使用的碳質(zhì)材料是活性炭，或可以在形成碳載體的過程中的某一時(shí)間轉(zhuǎn)化成活性炭的非活性炭。例如，木炭(非活性碳質(zhì)材料)在熱處理步驟的過程中可以被轉(zhuǎn)化成活性炭(隨后描述)。碳質(zhì)材料包括從煤、褐煤、木材、堅(jiān)果殼、泥煤、瀝青、焦炭和類似物衍生而得的活性炭；和可由焦炭粉末(例如木炭)而得的非活性炭。
和任何任選的添加劑組合的碳質(zhì)材料典型地為粉末狀。在一個(gè)實(shí)施方案中，碳質(zhì)材料的顆粒度(平均顆粒度)小于約100微米。在另一個(gè)實(shí)施方案中，碳質(zhì)材料的顆粒度小于約80微米。在再另一個(gè)實(shí)施方案中，碳質(zhì)材料的顆粒度小于約50微米。在又再另一個(gè)實(shí)施方案中，碳質(zhì)材料的顆粒度小于約35微米。
碳質(zhì)材料可由許多來源購(gòu)得或可被制造。碳質(zhì)材料可從Calgon、Ceca、Norit、Westvaco購(gòu)得。例如，碳質(zhì)材料可由煤、焦炭、煤焦炭、石油焦炭、褐煤、聚合材料、石墨、骨頭、木材、包括椰子殼的堅(jiān)果殼、樹脂廢物、包括紙漿和紙的木素纖維素材料、核、果核和糖衍生得到。碳質(zhì)材料的來源對(duì)本發(fā)明并非關(guān)鍵。美國(guó)專利3,084,394、3,109,712、3,171,720、3,198,714、3,310,611、3,387,940、3,342,555、3,345,440、3,352,788、3,446,593、3,565,980、3,574,548、3,626,042、3,628,984、3,634,569、3,635,676、3,663,171、3,859,421、4,029,567、4,082,694、4,206,078、4,263,268、4,329,260、4,603,119、4,668,496、4,954,469、4,987,116描述了多種碳質(zhì)材料，因此在這一點(diǎn)上通過引用結(jié)合于此。
碳質(zhì)材料可被化學(xué)或非化學(xué)活化?；瘜W(xué)活化劑包括一種或多種堿金屬氫氧化物、堿金屬碳酸鹽、堿金屬硫化物、堿金屬硫酸鹽、堿土金屬碳酸鹽、堿土金屬氯化物、堿土金屬硫酸鹽、堿土金屬磷酸鹽、磷酸、多磷酸、焦磷酸、鋅、氯化物、硫酸及類似物?；瘜W(xué)活化是通過將一種或多種碳質(zhì)材料和一種或多種化學(xué)活化劑接觸、混合、對(duì)經(jīng)化學(xué)活化的材料任選地加熱、任選地洗滌/漂洗和任選地干燥來實(shí)施的。
在一個(gè)實(shí)施方案中，碳載體包含約50重量％或更多且為約100重量％或更少的至少一種碳質(zhì)材料。在另一個(gè)實(shí)施方案中，碳載體包含約60重量％或更多且約99.9重量％或更少的至少一種碳質(zhì)材料。
碳載體含有相對(duì)少量的磷。如果必要，可對(duì)碳載體進(jìn)行后處理以降低磷含量。在一個(gè)實(shí)施方案中，碳載體含有約0.75重量％或更少的磷，但至少含有一些可檢測(cè)量的磷。在另一個(gè)實(shí)施方案中，碳載體含有約0.5重量％或更少的磷，但至少含有一些可檢測(cè)量的磷。在再另一個(gè)實(shí)施方案中，碳載體含有約0.4重量％或更少的磷，但至少含有一些可檢測(cè)量的磷。
碳載體可通過將碳質(zhì)材料和任何任選的添加劑混合、將混合物成型為成型材料、任選地干燥成型材料、將成型材料粉碎以提供碳載體或?qū)Τ尚筒牧戏鬯檫M(jìn)行熱處理然后將其粉碎以提供碳載體而制成。當(dāng)將碳質(zhì)材料和任何任選的添加劑混合時(shí)，優(yōu)選加入水(和/或其他液體溶劑)。可使用自來水或去離子水，但優(yōu)選去離子水。加入水以促進(jìn)混合和隨后的成型(例如擠出)，因此可加入任意的適合促進(jìn)混合和隨后的成型的量。因?yàn)樗罱K在隨后的干燥和熱處理步驟中被除去，添加的水的量對(duì)于本發(fā)明并非關(guān)鍵。
盡管如此，在一個(gè)實(shí)施方案中，任選的添加劑和碳質(zhì)材料的混合物典型地含有從約5重量％到約80重量％的水。在另一個(gè)實(shí)施方案中，任選的添加劑和碳質(zhì)材料的混合物含有從約10％到約70％的水。在另一個(gè)實(shí)施方案中，任選的添加劑和碳質(zhì)材料的混合物含有從約20重量％到約60重量％的水。
添加劑包括能促進(jìn)混合和隨后的成型的任何材料。添加劑包括流變控制劑、助擠劑、懸浮劑、表面活性劑、低沸點(diǎn)有機(jī)化合物、松香材料、聚合物添加劑和分散劑(如木素磺化銨)。流變控制劑(包括纖維素醚、聚乙烯醇和聚環(huán)氧烷。纖維素醚的例子包括羧甲基纖維素(carboxymethylcellulose，CMC)鈉、羥乙基纖維素(hydroxyethylcellulose，HEC)、甲基纖維素(methylcellulose，MC)及其衍生物。一種可購(gòu)得的纖維素醚是Methocel。含有水和羥丙基甲基纖維素醚聚合物的Methocel具有高熱凝膠點(diǎn)，例如被稱為K4M和K15M的可從Dow Chemical Company獲得的產(chǎn)品。優(yōu)選的聚環(huán)氧烷包括聚環(huán)氧乙烷。助擠劑包括二元醇化合物，如聚亞烷基二醇。在一個(gè)具體實(shí)施方案中，聚乙二醇(如可從Union Carbide獲得的PEG400)可被作為助擠劑加入。通常將二元醇化合物溶解于水中并隨后被加入干燥的成分中去。
在一個(gè)實(shí)施方案中，碳載體典型地含有從約0.01重量％到約10重量％的至少一種添加劑。在另一個(gè)實(shí)施方案中，碳載體含有從約0.1重量％到約5重量％的至少一種添加劑。
碳質(zhì)粉末和任選的成分的混合物可與水及流變控制劑(如Methocel)在高剪切混合器中充分混合，直到獲得相當(dāng)硬的面團(tuán)狀物。該面團(tuán)狀物可以被擠出或通過適合的機(jī)械方法成型為任何適合的形狀(包括圓柱形、立方形、星形、三葉形、四葉形、丸形、球形)。在一個(gè)優(yōu)選方案中，混合是在一個(gè)高強(qiáng)度環(huán)境中實(shí)施的，如Littleford混合器(可由美國(guó)肯塔基Florence的Littleford Day Inc.獲得)所提供的環(huán)境?；旌线M(jìn)行足夠的時(shí)間以獲得很好的均勻混合。在一個(gè)實(shí)施方案中，在混合過程中將去離子水以適當(dāng)?shù)牧考尤牖旌衔镏幸垣@得適合擠出的硬的面團(tuán)狀物質(zhì)。
在一個(gè)實(shí)施方案中，碳質(zhì)材料和任選的添加劑的混合物在高強(qiáng)度混合器中混合約5分鐘到約100分鐘。在另一個(gè)實(shí)施方案中，碳質(zhì)材料和任選的添加劑的混合物在高強(qiáng)度混合器中混合約10分鐘到約60分鐘。
混合后，混合材料被成型為合適的形狀，然后被粉碎。擠出機(jī)的例子包括擠出成型機(jī)、單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)、共擠出機(jī)、針式擠出機(jī)(pin extruder)、線性擠出機(jī)和單絲擠出機(jī)。
擠出材料中的組分(碳質(zhì)材料和任何任選的添加劑)混合均勻。任選的添加劑和碳質(zhì)材料在隨后得到的催化劑載體中的均勻混合對(duì)得到的擠出催化劑載體和得到的含催化劑載體的催化劑復(fù)合物的優(yōu)利的特性作出了貢獻(xiàn)。
材料成型后，在粉碎之前或之后，可任選地對(duì)成型材料進(jìn)行干燥以除去任何殘留的液體(并且典型地是為了除去殘留的水)。干燥是在至少一個(gè)干燥器中、在真空(降低了的壓力)下和/或在升高了的溫度下(烘烤)足夠的時(shí)間以從成型材料中除去任何殘留的液體。成型材料的干燥對(duì)所得到的碳載體的耐磨損特性作出了貢獻(xiàn)。
干燥碳材料的方式并非關(guān)鍵，但在很多情況下干燥條件主要取決于碳材料的尺寸和碳材料的形狀中的至少一者。在一個(gè)實(shí)施方案中，干燥碳材料含少于約3重量％的自由水分。在另一個(gè)實(shí)施方案中，干燥碳材料含有少于約1重量％的自由水分。在再另一個(gè)實(shí)施方案中，干燥碳材料含有少于約0.5重量％的自由水分。
在一個(gè)實(shí)施方案中，干燥操作包括將升高了的溫度(高于約35℃)維持過夜、干燥過夜和置于真空中過夜中至少一者。當(dāng)使用升高了的溫度時(shí)，在一個(gè)實(shí)施方案中，將碳材料從約35℃加熱到約150℃約5秒到約6小時(shí)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，將碳材料從約40℃加熱到110℃約30秒到約30分鐘。
干燥后，對(duì)碳材料任選進(jìn)行熱處理。但是，在一個(gè)實(shí)施方案中，通過從相對(duì)低的溫度(相對(duì)于熱處理的溫度而言的低溫)開始熱處理，干燥步驟可被合并到熱處理步驟中來。以任何適合的方式對(duì)干燥材料進(jìn)行熱處理以提供催化劑載體和提供含具有對(duì)應(yīng)于活性炭的特性的碳質(zhì)材料的催化劑載體(特別是在使用非活性碳質(zhì)材料的實(shí)施方案中)。
在一個(gè)實(shí)施方案中，熱處理包括將碳材料在從約600℃到約1500℃的溫度下加熱。在另一個(gè)實(shí)施方案中，熱處理包括將碳材料在從約700℃到約1000℃的溫度下加熱。應(yīng)指出溫度是可以在一個(gè)溫度范圍里變化的。例如，在熱處理過程中，溫度可線性或始終上升。
碳材料被任選地加熱的時(shí)間的長(zhǎng)短主要取決于溫度、空氣含量、相關(guān)設(shè)備和組分的種類(碳質(zhì)材料和任選的添加劑的具體類型)。在一個(gè)實(shí)施方案中，熱處理包括將碳材料加熱約15分鐘到約5小時(shí)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，熱處理包括將碳材料加熱約30分鐘到約4小時(shí)。加熱時(shí)間是指碳材料本身處于指定溫度的時(shí)間(因此不包括溫度線性上升或冷卻的時(shí)間)。
在一個(gè)實(shí)施方案中，在其中實(shí)施任選的熱處理的氣氛至少含有蒸汽或水蒸氣。氣氛還可含有惰性氣體、空氣、氧和二氧化碳中的至少一者。惰性氣體包括稀有氣體和氮。稀有氣體包括氦、氖、氬、氪和氙。在另一個(gè)實(shí)施方案中，在其中實(shí)施熱處理的氣氛至少含有蒸汽/水蒸氣和惰性氣體中的至少一者。就此而論，在一個(gè)實(shí)施方案中，熱處理氣氛含有基本惰性的氣氛，如從約50％到約100％的至少一種惰性氣體和從約0％到少于約50％的蒸汽、空氣、氧和二氧化碳中的一者或多者。
得到的本發(fā)明的碳載體擁有高硬度，因此傾向于耐折斷、破碎、破裂和其他物理破壞。得到的碳載體是具有尺寸和形狀均勻的特點(diǎn)的顆粒。與得到的本發(fā)明的碳載體相聯(lián)系的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是孔隙率的水平和/或表面積的范圍是可控制的，這種控制主要是通過改變熱處理參數(shù)和改變組分(碳質(zhì)材料和任選的添加劑)的相對(duì)量實(shí)現(xiàn)的?？紫堵屎?或表面積也可以通過添加劑(如流變控制劑或助擠劑)的量和類型來控制或進(jìn)一步控制。和常規(guī)碳催化劑載體相比，得到的本發(fā)明的碳載體也可能含相對(duì)少量的磷。
通常，本發(fā)明的碳載體的總孔表面積是和任選添加劑及碳質(zhì)材料的總表面孔面積的加權(quán)平均值相對(duì)應(yīng)的。在一個(gè)實(shí)施方案中，碳載體的總孔表面積為約800m2/g或更大并且為約2,000m2/g或更小。在另一個(gè)實(shí)施方案中，碳載體的總孔表面積為約1,000m2/g或更大并且為約1,900m2/g或更小。
碳載體通常具有對(duì)通過本發(fā)明獲得的優(yōu)點(diǎn)做出了部分貢獻(xiàn)的、獨(dú)特的微孔表面積分布。在不希望被任何的理論所束縛的同時(shí)，認(rèn)為本發(fā)明的碳載體中的微孔表面積的分布導(dǎo)致了催化劑復(fù)合物的改善了的活性。微孔表面積是位于直徑為20或更小的孔中的碳載體表面積。在一個(gè)實(shí)施方案中，碳載體的微孔表面積為約200m2/g或更小。在另一個(gè)實(shí)施方案中，碳載體的微孔表面積為約150m2/g或更小。在再另一個(gè)實(shí)施方案中，碳載體的微孔表面積為約100m2/g或更小。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的碳載體的總表面積中微孔表面積的百分率為約20％或更小。在常規(guī)的碳載體中，典型地約50％的總孔面積應(yīng)歸于微孔表面積。在另一個(gè)實(shí)施方案中，碳載體的總孔表面積中微孔表面積的百分率為約15％或更小。在再另一個(gè)實(shí)施方案中，碳載體的總孔表面積中微孔表面積的百分率為約10％或更小。在又再另一個(gè)實(shí)施方案中，碳載體的總孔表面積中微孔表面積的百分率為約8％或更小。
通常碳載體具有對(duì)通過本發(fā)明獲得的優(yōu)點(diǎn)做出了部分貢獻(xiàn)的、獨(dú)特的孔容積分布。在不希望被任何的理論所束縛的同時(shí)，認(rèn)為本發(fā)明的碳載體中的孔容積的分布導(dǎo)致了催化劑復(fù)合物的改善了的活性。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的碳載體的總孔容積至少為約0.75cc/g。在另一個(gè)實(shí)施方案中，碳載體的總孔容積至少為約1cc/g。在再另一個(gè)實(shí)施方案中，碳載體的總孔容積至少為約1.1cc/g。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的碳載體的微孔容積為約0.1cc/g或更小。微孔容積是直徑為20?；蚋〉目字械目兹莘e。在另一個(gè)實(shí)施方案中，碳載體的微孔容積為約0.075cc/g或更小。在再另一個(gè)實(shí)施方案中，碳載體的微孔容積為約0.05cc/g或更小。在又再另一個(gè)實(shí)施方案中，碳載體的微孔容積為約0.03cc/g或更小。
在本發(fā)明的碳載體中，在一個(gè)實(shí)施方案中，總孔容積中微孔容積的百分率為約15％或更小。在常規(guī)的碳載體中，典型地約25％的總孔容積為微孔容積。在另一個(gè)實(shí)施方案中，總孔容積中微孔容積的百分率為約10％或更小。在再另一個(gè)實(shí)施方案中，總孔容積中微孔容積的百分率為約5％或更小。
可通過氮吸附測(cè)試(如可使用通過引用并入此處的、ASTM D 4641-88中題為“由氮吸附等溫線計(jì)算催化劑孔尺寸分布的標(biāo)準(zhǔn)方法”中概述的分析方法)來確定孔容積。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明包括通過用至少一種具有催化活性的金屬的溶液浸漬碳載體而形成催化劑復(fù)合物。浸漬的實(shí)現(xiàn)是通過以足夠量、用所希望的金屬或金屬組合的水溶液或有機(jī)溶液對(duì)碳載體進(jìn)行處理、從而在載體表面上或在接近表面處沉積至少一種催化活性金屬、從而提供催化劑復(fù)合物而進(jìn)行的。碳載體/碳質(zhì)材料可以是被成型、擠出或粉末化的；經(jīng)加工的或未經(jīng)加工的。
典型地，催化活性金屬包括貴金屬。催化活性金屬和金屬混合物的例子包括鈀、氫氧化鈀、鈀和錸、鈀和銠、鈀和鎢、鈀和鎳、鈀和錫、鈀和銅、鈀和釕、鈀和鉛、鈀和鍺、鈀和鉑、鉑、鉑和錸、鉑和釕、鉑和鎢、鉑和鎳、鉑和錫、鉑和鐵、鉑和銅、鉑和銠、鉑和鉛、鉑和鍺、鈷、銠、鎳、釕、鋨、銥、其各種組合，等等。鈀和鉑催化劑包括鈀和約10重量％或更少的作為助催化劑的鉑以及鉑和約10重量％或更少作為助催化劑的鈀。應(yīng)該理解，前述催化活性金屬的清單僅僅是代表性的，并因此不對(duì)可被浸漬到碳載體表面上的金屬的類型構(gòu)成限制。
催化劑可以以任何適合的方式被浸漬到碳載體上/中。例如，可使用浸泡方法、噴霧方法和初始濕潤(rùn)(incipient wetness)方法。通常，形成含碳載體和金屬催化劑(或含某種形式的金屬催化劑的化合物，如金屬鹽)的料漿，碳載體和金屬催化劑相互接觸，料漿被過濾以提供催化劑復(fù)合物。碳載體和金屬催化劑在為約2℃或更高且為約100℃或更低的溫度下相互接觸。在另一個(gè)實(shí)施方案中，碳載體和金屬催化劑在為約5℃或更高且為約70℃或更低的溫度下相互接觸。在過濾前可以將料漿加熱。在一個(gè)實(shí)施方案中，料漿被加熱到為約40℃或更高且為約100℃或更低。在另一個(gè)實(shí)施方案中，料漿被加熱到為約50℃或更高且為約90℃或更低。
在一個(gè)實(shí)施方案中，催化劑復(fù)合物中的催化劑的含量為從約0.1重量％到約30重量％。在另一個(gè)實(shí)施方案中，催化劑復(fù)合物中的催化劑的含量為從約0.25重量％到約20重量％。在再另一個(gè)實(shí)施方案中，催化劑復(fù)合物中的催化劑的含量為從約0.5重量％到約10重量％。在一個(gè)實(shí)施方案中，催化劑復(fù)合物中的碳載體的含量為從約70重量％到約99.9重量％。在另一個(gè)實(shí)施方案中，催化劑復(fù)合物中的碳載體的含量為從約80重量％到約99.75重量％。在再另一個(gè)實(shí)施方案中，催化劑復(fù)合物中的碳載體的含量為從約90重量％到約99.5重量％。
本發(fā)明的催化劑復(fù)合物適合用于催化方法。可以使用本發(fā)明催化劑復(fù)合物的催化方法包括氫化、氫解、重排、脫鹵、異構(gòu)化、Rosemund反應(yīng)、氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)、高壓反應(yīng)、脫保護(hù)和脫芐基(如O-脫芐基和N-脫芐基)。氫解作用可被用于芐醇、二芐醚、芐基縮醛、環(huán)縮醛(benzyl acetal cyclicacetal)和N-脫芐基。
這些催化方法一般是本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的。它們被描述于美國(guó)專利6,040,344、5,977,409、5,856,473、5,514,658、5,432,284、5,166,437、4,595,765、4,500,541、4,431,820和《有機(jī)反應(yīng)》(Org.Reactions)，7，263(1953)；C.Murchu，《四面體快報(bào)》(Tetrahedron Lett.)，38，3231(1969)；W.M.Pearlman，《四面體快報(bào)》(Tetrahedron Lett.)，1663(1967)；H.Dahn等，Helv.Chim.Acta.，53，1370(1970)；Y.Sugi和S.Mitsui，《四面體》(Tetrahedron)，29，2041(1973)；A.Kieboom和F. Van Rantwijk編、荷蘭Delft University Press于1977年出版的《合成有機(jī)化學(xué)中的氫化和氫解》(Hydrogenation and Hydrgenolysis in Synthetic Organic Chemistry)第132頁(yè)；Y.Sugi和S.Mitsui，《四面體》(Tetrahedron)，29，2041(1973)；R.Baltzly和P.Russell，《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》 (J.Am.Chem.Soc.)，75，5598(1953)；A.Kieboom等，《催化雜志》(Journal of Catalysis)，20，58(1971)；M.Freifelder著、John Wiley & Sons出版于1971年的《實(shí)用催化加氫》(Practical Catalytic Hydrogenation)；Bernotas和Cube，《合成通訊》(Synthetic Communications)，20(8)，1209-1212(1990)；Studer和Blaster，《分子催化雜志A化學(xué)品》(J.of Molecular Catalysis AChemical)112(1996)437-445；Blake和Blackburn編、紐約Marcel-Dekker，Inc.出版于1990年的《有機(jī)反應(yīng)的催化劑》(Catalysts of Organic Reactions)第197-216頁(yè)和A.Bellamy，《四面體》(Tetrahedron)，16，4711(1995)，以上文獻(xiàn)通過引用結(jié)合與此。
本發(fā)明的催化劑復(fù)合物適合用在選擇性脫芐基，如對(duì)被保護(hù)的官能氮原子脫芐基而不對(duì)同一分子上的被保護(hù)的官能氧原子脫芐基。由于選擇性能夠被提高，使用本發(fā)明的催化劑復(fù)合物可以改善選擇性脫芐基。
被暫時(shí)連接到有機(jī)化合物中官能原子上的保護(hù)基團(tuán)經(jīng)常包括芐基和芐酯基。這些保護(hù)基團(tuán)可通過催化脫芐基從有機(jī)化合物中除去或斷開。有機(jī)化合物經(jīng)常是藥物化合物或其中間體、殺蟲劑或其中間體、除草劑或其中間體、氨基酸或肽或其中間體、雜環(huán)化合物或其中間體、碳水化合物或其中間體、類固醇或其中間體以及類似物。典型地，藥物化合物、殺蟲劑、氨基酸或肽、雜環(huán)化合物和類固醇中的一種或多種的合成或處理需要使用保護(hù)基團(tuán)。去保護(hù)反應(yīng)的明顯的終點(diǎn)導(dǎo)致獲得改善了的藥物化合物、殺蟲劑、氨基酸或肽、雜環(huán)化合物和類固醇中的一種或多種的產(chǎn)率。
具體的催化反應(yīng)/方法是引其數(shù)量太多而不勝列舉，但是以下是一個(gè)具體的例子。催化脫芐基包括下面的總反應(yīng) 其中R是有機(jī)結(jié)構(gòu)，F(xiàn)是官能原子或基團(tuán)。官能原子包括氧(對(duì)應(yīng)于羥基)、硫(對(duì)應(yīng)于硫醇基)和氮(對(duì)應(yīng)于氨基)。
一般而言，脫芐基在酸性條件下使用極性溶液、低壓和相對(duì)高的溫度進(jìn)行。典型的脫芐基反應(yīng)是在醇和/或酸性溶劑中、約為5℃到約100℃的溫度和約1到約10個(gè)大氣壓的氫壓力下進(jìn)行的。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的催化劑復(fù)合物與含有相同量貴金屬催化劑的常規(guī)催化劑復(fù)合物相比具有高出約25％或更快的反應(yīng)速度。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明的催化劑復(fù)合物與含有相同量貴金屬催化劑的常規(guī)催化劑復(fù)合物相比具有高出約30％或更快的反應(yīng)速度。
以下實(shí)施例顯示了這一優(yōu)點(diǎn)。以下實(shí)施例也闡明了本發(fā)明。在以下實(shí)施例以及說明書和權(quán)利要求書的其他部分中，除非另外指出，所有份數(shù)和百分比都基于重量的，所有溫度都是攝氏度，壓力是一個(gè)大氣壓或一個(gè)大氣壓左右。
實(shí)施例1制備含3重量％的鈀和97重量％的碳粉的催化劑復(fù)合物。將碳酸鈉溶解在去離子水中，向其中加入47克碳粉，以形成料漿(其中碳粉的總表面積為1,600m2/g，微孔表面積為96m2/g，6％的總表面積歸于微孔表面積，總孔容積為1.2cc/g，微孔容積為0.027cc/g，2.3％的總孔容積歸于微孔容積)。將溶解的碳酸鈉溶液加入氯化鈉鈀溶液(20％重量/重量鈀)直到pH值約為8。7.47克的鈀溶液被加入碳粉料漿中并混合。合并的溶液隨后被過濾并洗滌。
實(shí)施例2制備含5重量％的鈀和95重量％的碳粉的催化劑復(fù)合物。將碳酸鈉溶解在去離子水中，向其中加入47克碳粉，以形成料漿(其中碳粉的總表面積為1,600m2/g，微孔表面積為96m2/g，6％的總表面積歸于微孔表面積，總孔容積為1.2cc/g，微孔容積為0.027cc/g，2.3％的總孔容積歸于微孔容積)。將溶解的碳酸鈉溶液加入氯化鈉鈀溶液(20％重量/重量鈀)直到pH值約為8。12.45克的鈀溶液被加入碳粉料漿中并混合。合并的溶液隨后被過濾和洗滌。
實(shí)施例3制備含3重量％的鈀、0.3重量％的鉑和96.7重量％的碳粉的催化劑復(fù)合物。48.44克的碳粉被加入到去離子水中以形成料漿(其中碳粉的總表面積為1,600m2/g，微孔表面積為96m2/g，6％的總表面積歸于微孔表面積，總孔容積為1.2cc/g，微孔容積為0.027cc/g，2.3％的總孔容積歸于微孔容積)，用10％的碳酸鈉溶液將pH值調(diào)整到約8。將3.9克3.99％的氯化鈉鉑溶液和7.74克20％氯化鈉鈀溶液混合，用10％的碳酸鈉溶液將pH值調(diào)整到約4。將鈀-鉑溶液加入到碳粉料漿中并混合，用10％的氫氧化鈉溶液將pH值調(diào)整到約9。合并的溶液隨后被過濾和洗滌。
對(duì)比例1制備含5重量％的鈀和95重量％的碳粉的催化劑復(fù)合物。將碳酸鈉溶解在去離子水中，向其中加入47克碳粉，以形成料漿(其中碳粉的總表面積為896m2/g，微孔表面積為459m2/g，51.2％的總表面積歸于微孔表面積，總孔容積為0.75cc/g，微孔容積為0.217cc/g，28.9％的總孔容積歸于微孔容積)。將溶解的碳酸鈉溶液加入氯化鈉鈀溶液(20％重量/重量鈀)直到pH值約為8。將12.45克的鈀溶液加入碳粉料漿中并混合。合并的溶液隨后被過濾和洗滌。
實(shí)施例1到3和對(duì)比例1的催化劑復(fù)合物被用來催化下以下反應(yīng)。該反應(yīng)涉及對(duì)苯二酚單芐基醚的脫芐基。
表1報(bào)告了反應(yīng)的反應(yīng)速度常數(shù)。
表1零級(jí)速度常數(shù)實(shí)施例％Pdmol/min.-g催化劑×100mol/min.-g Pd×1001 30.6521.712 51.1422.883 30.8127.2對(duì)比1 50.6212.39與常規(guī)催化劑復(fù)合物相比，根據(jù)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1到3的催化劑復(fù)合物提供了升高了的活性。根據(jù)以下計(jì)算零級(jí)速度常數(shù)基于催化劑重量(摩爾/分鐘-g催化劑)＝60/(T0.5-T0.25)/(0.1*％催化劑裝載量)/22.414*100和基于鈀金屬重量基礎(chǔ)(摩爾/分鐘-g鈀)＝60/(T0.5-T0.25)/(0.1*％催化劑裝載量)/(催化劑中％Pd*22.414)*100其中T0.5是吸收0.5升氫的時(shí)間，T0.25是吸收0.25升氫的時(shí)間(假設(shè)為零級(jí)反應(yīng))。
盡管發(fā)明是結(jié)合某些實(shí)施方案被解釋了的，應(yīng)當(dāng)理解，閱讀說明書時(shí)，多種變型對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員將變得顯而易見。所以，應(yīng)當(dāng)理解，由于此類變形處在所附權(quán)利要求書的范圍之中，此處公開的發(fā)明是旨在覆蓋此類變型的。
權(quán)利要求
1.一種催化劑復(fù)合物，其中包含含碳質(zhì)材料的碳載體，其中碳載體的總孔表面積為約800m2/g或更大且為約2,000m2/g或更小，并且總孔表面積的約20％或更小為微孔表面積；以及貴金屬催化劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的催化劑復(fù)合物，其中碳載體的微孔表面積為約200m2/g或更小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的催化劑復(fù)合物，其中催化劑復(fù)合物包含約從70重量％到約99.9重量％的碳載體和從約0.1重量％到約30重量％的貴金屬催化劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的催化劑復(fù)合物，其中貴金屬催化劑包含至少一種選自以下的物質(zhì)鈀、氫氧化鈀、鈀和錸、鈀和銠、鈀和鎢、鈀和鎳、鈀和錫、鈀和銅、鈀和釕、鈀和鉛、鈀和鍺、鈀和鉑、鉑、鉑和錸、鉑和釕、鉑和鎢、鉑和鎳、鉑和錫、鉑和鐵、鉑和銅、鉑和銠、鉑和鉛、鉑和鍺、鈷、銠、鎳、釕、鋨和銥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的催化劑復(fù)合物，其中碳載體的總孔容積為至少約0.75cc/g，并且約為15％或更少的總孔容積為微孔容積。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的催化劑復(fù)合物，其中碳載體包含約0.75重量％或更少的磷。
7.一種催化劑復(fù)合物，其中包含包含碳質(zhì)材料的碳載體，其中碳載體的總孔容積為至少約0.75cc/g，并且總孔容積的約15％或更少為微孔容積；以及貴金屬催化劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的催化劑復(fù)合物，其中碳載體的微孔容積為約0.1cc/g或更小。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的催化劑復(fù)合物，其中碳載體的總孔表面積為約800m2/g或更大且為約2,000m2/g或更小，并且總孔表面積的約20％或更小為微孔表面積。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的催化劑復(fù)合物，其中催化劑復(fù)合物含從約70重量％到約99.9重量％的碳載體和從約0.1重量％到約30重量％的貴金屬催化劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的催化劑復(fù)合物，其中貴金屬催化劑包含至少一種選自以下的物質(zhì)鈀、氫氧化鈀、鈀和錸、鈀和銠、鈀和鎢、鈀和鎳、鈀和錫、鈀和銅、鈀和釕、鈀和鉛、鈀和鍺、鈀和鉑、鉑、鉑和錸、鉑和釕、鉑和鎢、鉑和鎳、鉑和錫、鉑和鐵、鉑和銅、鉑和銠、鉑和鉛、鉑和鍺、鈷、銠、鎳、釕、鋨和銥。
12.根據(jù)權(quán)利要求7的催化劑復(fù)合物，其中約10％或更少的總孔容積為微孔容積。
13.根據(jù)權(quán)利要求7的催化劑復(fù)合物，其中碳載體包含約0.75重量％或更少的磷。
14.一種催化劑復(fù)合物，其中包含包含為約60重量％或更多且為約99.9重量％或更少的碳質(zhì)材料和為約0.75重量％或更少的磷的碳載體；以及貴金屬催化劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的催化劑復(fù)合物，其中催化劑復(fù)合物含約0.5重量％或更少的磷。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的催化劑復(fù)合物，其中催化劑復(fù)合物包含從約70重量％到約99.9重量％的碳載體和從約0.1重量％到約30重量％的貴金屬催化劑。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的催化劑復(fù)合物，其中貴金屬催化劑包含至少一種選自以下的物質(zhì)鈀、氫氧化鈀、鈀和錸、鈀和銠、鈀和鎢、鈀和鎳、鈀和錫、鈀和銅、鈀和釕、鈀和鉛、鈀和鍺、鈀和鉑、鉑、鉑和錸、鉑和釕、鉑和鎢、鉑和鎳、鉑和錫、鉑和鐵、鉑和銅、鉑和銠、鉑和鉛、鉑和鍺、鈷、銠、鎳、釕、鋨和銥。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的催化劑復(fù)合物，其中碳載體的微孔表面積為約200m2/g或更小并且微孔容積為約0.1cc/g或更小。
19.一種制備催化劑復(fù)合物的方法，包括提供含碳質(zhì)材料的碳載體，碳載體至少滿足以下一者總孔容積至少為約0.75cc/g，其中總孔容積的約15％或更少為微孔容積，總孔表面積為約800m2/g或更大且為約2,000m2/g或更小，其中總孔表面積的約20％或更小為微孔表面積，和磷含量為約0.75重量％或更??；和將貴金屬催化劑與催化劑載體接觸以提供催化劑復(fù)合物。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中碳載體的微孔表面積為約200m2/g或更小且微孔容積為約0.1cc/g或更小。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中貴金屬催化劑和碳載體在為約5℃或更高且為約100℃或更低的溫度下在溶液中相接觸。
22.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中催化劑復(fù)合物含從約70重量％到約99.9重量％的碳載體和從約0.1重量％到約30重量％的貴金屬催化劑。
23.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中貴金屬催化劑包含至少一種選自以下的物質(zhì)鈀、氫氧化鈀、鈀和錸、鈀和銠、鈀和鎢、鈀和鎳、鈀和錫、鈀和銅、鈀和釕、鈀和鉛、鈀和鍺、鈀和鉑、鉑、鉑和錸、鉑和釕、鉑和鎢、鉑和鎳、鉑和錫、鉑和鐵、鉑和銅、鉑和銠、鉑和鉛、鉑和鍺、鈷、銠、鎳、釕、鋨和銥。
24.具有被保護(hù)官能團(tuán)的有機(jī)化合物的催化脫保護(hù)方法，其中包括將被保護(hù)的有機(jī)化合物與氫和包含貴金屬催化劑和含碳質(zhì)材料的碳載體的催化劑復(fù)合物接觸，碳載體至少滿足以下一者總孔容積至少為約0.75cc/g，其中總孔容積的約15％或更少為微孔容積，總孔表面積為約800m2/g或更大且為約2,000m2/g或更小，其中總孔表面積的約20％或更小為微孔表面積，磷含量為約0.75重量％或更?。缓突厥站哂形幢槐Ｗo(hù)官能團(tuán)的有機(jī)化合物。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中在約2℃到約100℃的溫度和約1到約10個(gè)大氣壓的氫壓力下將被保護(hù)的有機(jī)化合物與氫和催化劑復(fù)合物在含醇的液體中接觸。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中未被保護(hù)的官能團(tuán)為羥基和氨基之一。
27.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中具有至少一種未被保護(hù)的官能團(tuán)的有機(jī)化合物為選自以下的一者或多者藥物化合物、殺蟲劑、除草劑、氨基酸、肽、雜環(huán)化合物、碳水化合物和類固醇。
28.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中碳載體的微孔表面積為約150m2/g或更小并且微孔容積約為0.075cc/g或更小。
30.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中具有被保護(hù)官能團(tuán)的有機(jī)化合物包含選自芐基和芐酯基的保護(hù)基團(tuán)。
31.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中具有被保護(hù)官能團(tuán)的有機(jī)化合物包含兩種被保護(hù)官能團(tuán)，第一種官能團(tuán)為羥基，第二種官能團(tuán)為氨基。
全文摘要
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及含金屬催化劑和特別定義的含碳質(zhì)材料的碳載體的催化劑復(fù)合物。例如，碳載體可具有為約800m
文檔編號(hào)C07C39/00GK1571699SQ02820519
公開日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2002年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月17日
發(fā)明者J·P·陳, C·R·彭奎特, D·S·塔庫(kù)爾 申請(qǐng)人:恩格哈德公司