DE60021081T2

DE60021081T2 - Verfahren zur Herstellung von Lactamen

Info

Publication number: DE60021081T2
Application number: DE60021081T
Authority: DE
Inventors: Shien-Chang Taipei Chen; Liang-An Kaohsiung Hsu; Cheng-Lin Kaohsiung Tsai; Joe-Min Kaohsiung Lin; Fu-Shen Kaohsiung Lin
Original assignee: Dairen Chemical Corp
Current assignee: Dairen Chemical Corp
Priority date: 2000-10-27
Filing date: 2000-10-27
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2020-10-28
Also published as: DE60021081D1; EP1201652A1; ATE298743T1; EP1201652B1

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Lactamen, welches eine Aminierungsreaktion unter Verwendung von kristallinen Aluminiumsilikatzeolithen als Katalysatoren in einer Gasphase in Gegenwart (a) eines Lactons, (b) eines Amins und/oder Ammoniak und (c) Wasser umfasst. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung, welches kristalline Aluminiumsilikatzeolith-Katalysatoren verwendet, besitzt eine Reihe von Vorteilen, wie beispielsweise geringer Reaktionsdruck, hohe Ausbeute pro Zeiteinheit und kurze Reaktionszeit.
Hintergrund der Erfindung
Lactame, wie 2-Pyrrolidon, N-Alkylpyrrolidon, Caprolatam usw., werden als Lösungsmittel oder als polymere Monomere hochmolekularer Verbindungen verwendet. Somit ist die Entwicklung eines ökonomischen Verfahrens zur industriellen Herstellung von Lactamen von allgemeinem Interesse.
Beispielsweise kann Pyrrolidon durch eine Hydrogenierung und eine Aminierungsreaktion mit Bernsteinsäure, Bernsteinsäureanhydrat, Maleinsäure oder Maleinsäureanhydrat synthetisiert werden; Caprolactam kann durch eine Hydrogenierung und eine Aminierungsreaktion mit Cyclohexanon synthetisiert werden. Außerdem kann Lactam durch eine Aminierung eines Lactons und eines Amins durch das Verfahren einer katalytischen Reaktion oder das Verfahren einer nicht-katalytischen Reaktion synthetisiert werden.
Im Hinblick auf das Verfahren einer nicht-katalytischen Flüssigphasenreaktion offenbaren die japanischen Patentanmeldungen Nr. Sho-47-21420 und Sho-49-20585 Verfahren, bei denen eine überschüssige Menge einer wässrigen Methylaminlösung mit γ-Butyrolacton umgesetzt und N-Methylpyrrolidon bei einer Temperatur von 200 bis 300 °C bei 20 bis 40 atm erzeugt wird. In diesem Verfahren wird zunächst Methylamin in Wasser gelöst und dann mit γ-Butyrolacton umgesetzt, wodurch eine hohe Selektivität von N-Methylpyrrolidon erreicht werden kann. Die japanische Patentanmeldung Nr. Sho-51-42107 offenbart ein Verfahren, in dem eine überschüssige Menge an Methylamin in Wasser gelöst und das Methylamin in der Reaktion durch Methylamin-tragendes Wasser recycelt wird. Die geprüften japanischen Patentveröffentlichungen Nr. Hei-6-78304 und Hei-7-10835 offenbaren ein verbessertes Verfahren, bei dem ein sekundäres oder tertiäres Amin zur Herstellung von N-substituiertem 2-Pyrrolidon verwendet wird. Die oben beschriebenen nicht katalytischen Flüssigphasenreaktionen besitzen jedoch viele Nachteile, wie beispielsweise die Durchführung bei hohem Druck und die geringe Ausbeute pro Zeiteinheit (d. h. lange Reaktionszeit), so dass sie keine vorteilhafte ökonomische Wirkung auf die industriellen Verfahren haben. Zudem werden bei diesen Reaktionen aufgrund des hohen Reaktionsdrucks und der langen Retentionszeit des Produkts in dem Reaktor große Reaktoranlagen in der Industrie benötigt, so dass die Herstellungskosten untragbar werden.
Bezüglich des Verfahrens einer katalytischen Flüssigphasenreaktion schlugen zunächst Paul G. Rodewald et al. in USP 3,775,431, 1973, ein Verfahren vor, bei dem Lacton mit einem primären Amin umgesetzt und Lactam unter Verwendung von Zeolith X als Katalysator erzeugt wird. Jedoch ist beispielsweise bei der Herstellung von N-Methylpyrrolidon die Ausbeute der entstandenen Produkte immer noch gering, obwohl die Reaktionstemperatur 300 °C erreicht, der Reaktionsdruck 500 psig erreicht und eine überschüssige Menge an Methylamin verwendet wird, so dass das molare Verhältnis über 30 beträgt.
Wir, die Erfinder, führten umfassende Studien bezüglich der Nachteile der traditionellen Techniken durch, wobei sich herausstellte, dass in einer Aminierungreaktion eines Lactons und eines Amins und/oder Ammoniak unter Verwendung von kristallinen Aluminiumsilikatzeolithen als Katalysatoren in einer Gasphase der Reaktionsdruck des Verfahrens wesentlich herabgesetzt und die Ausbeute der Produkte erhöht werden kann. Dadurch wurde die Aufgabe der vorliegenden Erfindung gelöst.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Lactamen gemäß folgender Formel (I):
worin R ein C_2-10-Alkylen, welches gegebenenfalls mit einem C_1-6-Alkyl oder Phenyl substituiert sein kann, ist, und R' ein Wasserstoffatom, C_1-6-Alkyl, C_1-6-Hydroxyalkyl oder Phenyl ist. Das Verfahren zur Herstellung des Lactams umfasst eine Aminierungsreaktion unter Verwendung von kristallinen Aluminiumsilikatzeolithen als Katalysatoren in einer Gasphase in Gegenwart von (a) einem Lacton, (b) einem Amin und/oder Ammoniak und (c) Wasser.
Das Lacton, welches in der vorliegenden Erfindung als Ausgangsmaterial verwendet wird, kann durch folgende Formel (II) dargestellt werden:
wobei R wie oben definiert ist.
In der vorliegenden Erfindung ist das durch R dargestellte C_2-10-Alkylen beispielsweise Ethylen, Propylen, Butylen, Pentylen, Hexylen, Heptylen, Ocylen, Nonylen, Decylen usw.. Das durch R dargestellte C_2-10-Alkylen kann gegebenenfalls mit einem C_1-6-Alkyl oder Phenyl substituiert sein. Bei dem C₁_₆-Alkylsubstituenten handelt es sich beispielsweise um Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl, Hexyl usw..
Bei dem in der vorliegenden Erfindung verwendeten Lacton handelt es sich bevorzugt um β-Propiolacton, γ-Butyrolacton, γ-Phenyl-γ-butyrolacton, γ-Methyl-γ-butyrolacton, γ-Phenyl-γ-methyl-γ-butyrolacton, δ-Butyrolacton, γ-Valerolacton, γ-Caprolacton, ε-Caprolacton, δ-Hydroxyoctylsäurelacton (δ-Hydroxyoctansäurelacton), δ-Hydroxynonylsäurelacton (δ-Hydroxynonansäurelacton), δ-Hydroxydecylsäurelacton (δ-Hydroxydecansäurelacton) usw.; bevorzugt sind γ-Butyrolacton, γ-Caprolacton und ε-Caprolacton.
Bei dem in der vorliegenden Erfindung als Ausgangsmaterial verwendeten Amin kann es sich um ein primäres, sekundäres oder tertiäres azyklisches Amin, welches mit einem bis drei C_1-6-Alkylen, C_1-6-Hydroxyalkylen oder Phenylen substituiert ist, handeln. Dazu zählen beispielsweise Mono-, Di- oder Trimethylamin, Mono-, Di- oder Triethylamin, n-Propylamin, n-Butylamin, N-Hexylamin, Mono-, Di- oder Triethanolamin usw., wobei Mono-, Di- oder Tri-C_1-6-Alkylamin und Mono-, Di- oder Tri-C_1-6-Alkanolamin bevorzugt sind.
Die vorliegende Erfindung verwendet kristalline Aluminiumsilikatzeolithen als Katalysatoren für die Aminierungsreaktion. Kristalliner Aluminiumsilikatzeolith besitzt eine ausgezeichnete Reaktivität im Vergleich zu andern konventionellen Zeolithkatalysatoren, wie Mordenit (Na₈Al₈Si₄₀O₉₆24H₂O), Zeolithen vom Y-Typ usw.. In dem kristallinen Aluminiumsilikatzeolithen liegen Siliziumdioxid und Aluminiumoxid im Verhältnis von (30 bis 500): 1 vor, und der Zwangsindex beträgt 1 bis 12. Zu bevorzugten Beispielen für den kristallinen Aluminiumsilikatzeo lithen zählen ZSM-5, ZSM-11, ZSM-12, ZSM-22, ZSM-34, ZSM-35, ZSM-48 usw.. Am bevorzugtesten sind ZSM-5-Katalysatoren mit dreidimensionalen Strukturen, in denen die Porengröße 5 bis 6 Angström zwischen kleinporigen Molekularsieben (wie A-Typ-Zeolith, Calciummagnesiumzeolith usw.) und großporigen Molekularsieben (wie oktaedrischem Zeolith, Mordenit usw.) beträgt. Somit ist die Aminierung der vorliegenden Erfindung eine heterogene Reaktion.
Das Lacton und das Amin und/oder Ammoniak, welche in der Aminierungsreaktion der vorliegenden Erfindung verwendet werden, müssen zuvor mit Wasser in einem geeigneten Verhältnis gemischt werden, um als Reaktanden verwendet werden zu können. Bei den Reaktanden kann die Menge an Amin und/oder Ammoniak mehr oder weniger als die Menge an Lacton betragen; im Allgemeinen wird bevorzugt eine überschüssige Menge an Amin und/oder Ammoniak verwendet.
Das molare Verhältnis von Lacton und Amin und/oder Ammoniak, welches in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, liegt gewöhnlich im Bereich von (1:0,5) bis (1:30), bevorzugt von (1:1) bis (1:10). Die Erhöhung des molekularen Verhältnisses des zugeführten Lactons und Amins und/oder Ammoniaks, wie beispielsweise eine Erhöhung von 1:5 oder mehr, kann die Reaktionszeit verkürzen sowie das Reinigen und Trennen der überschüssigen Menge an Amin und/oder Ammoniak aus dem Produkt nach der Reaktion erleichtern. Jedoch kann, wenn das molare Verhältnis über der oberen Grenze liegt, die Selektivität beeinträchtigt werden. Wenn das molare Verhältnis unter der unteren Grenze liegt, werden das Amin und/oder Ammoniak das limitierende Reagenz, so dass es schwierig wird, die überschüssige Menge an Lacton nach der Reaktion zu reinigen und aus dem Produkt zu trennen.
Das molare Verhältnis von Lacton und Wasser, welches in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, liegt gewöhnlich im Bereich von (1:0,5) bis (1:20), bevorzugt von (1:2) bis (1:6). Wenn das molare Verhältnis unter der unteren Grenze liegt, können die Umwandlung und Selektivität der Reaktion deutlich beeinträchtigt werden. Wenn das molare Verhältnis über der oberen Grenze liegt, können die Reinigung und Abtrennung des Produkts nach der Reaktion übermäßige Zeit und Energiemengen erfordern, obwohl die Reaktion nicht direkt beeinflusst wird.
Die Temperatur der Aminierungsreaktion, welche in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, liegt im Bereich von 180 bis 400 °C, bevorzugt 220 bis 320 °C. Im Allgemeinen kann die Selektivität der Reaktion mit einem Anstieg der Temperatur erhöht werden. Wenn jedoch die Temperatur über 400 °C liegt, können unerwünschte Nebenprodukte zusätzlich zu dem entstehenden Lactam erzeugt werden. Wenn die Temperatur unter 180 °C liegt, kann die Reaktion nicht schnell genug ablaufen, um effektiv zu sein.
Da die Acidität des oben beschriebenen kristallinen Aluminiumsilikatzeolithen stärker ist als die von Aluminiumoxid, und die Reaktivität ebenso stark ist, kann die Aminierungsreaktion der vorliegenden Erfindung bei einem Druck durchgeführt werden, welcher nicht die Konfiguration des Katalysators zerstört. Der in der Reaktion verwendete Druck liegt üblicherweise im Bereich von 0 bis 10 atm, bevorzugt von 1 bis 5 atm. Eine Erhöhung des Drucks kann die Umwandlung von Lacton leicht erhöhen, die Wirkung ist jedoch unbedeutend im Vergleich zu anderen Faktoren, die das Experiment beeinflussen.
Die Aminierungsreaktion der vorliegenden Erfindung kann in einem Festbettreaktor, einem Fließbettreaktor oder anderen heterogenen Gasphasenreaktoren durchgeführt werden. Bei Verwendung eines Festbettreaktors muss der oben beschriebene kristalline Aluminiumsilikatzeolith-Katalysator Formen annehmen, die eine leichte Packung ermöglichen, wie Körnchen, Tabletten usw..
Die stündliche Raumgeschwindigkeit des Gases (im Folgenden gegebenenfalls mit GHSV abgekürzt), welche in der Aminierungsreaktion der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kann von der Reaktion verschiedener Lactone und Amine und/oder Ammoniak abhängen. Im Allgemeinen beträgt die GHSV 20 bis 100.000 Std.^-1, bevorzugt 2.000 bis 50.000 Std.^-1. Wenn die GHSV über 100.000 Std.^-1 liegt, läuft die Reaktion nicht vollständig ab, und die Umwandlung ist gering. Wenn die GHSV unter 20 Std.^-1 liegt, können aufgrund der verlängerten Kontaktzeit mit dem Katalysator leicht unerwünschte Nebenprodukte entstehen.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der Beispiele beschrieben. Jedoch dienen diese Beispiel lediglich der Veranschaulichung und schränken in keiner Weise den Umfang der vorliegenden Erfindung ein.
Beispiele
Das Lacton und Amin und/oder Ammoniak, welche in den folgenden Beispielen und Bezugsbeispielen verwendet werden, sind bekannte Verbindungen oder werden durch konventionelle Verfahren hergestellt.
In einem bestimmten Zeitraum nach der Reaktion wurde das Produkt durch Kondensation gesammelt. Die aus der Ausgangsleitung ausströmende Komponente wurde durch HP-6890-Gaschromatographie analysiert. Die Umwandlung des Lactons und die Selektivität des Lactams wurden gemäß der obigen Gleichungen (1) und (2) berechnet.
Beispiel 1
ZSM-5-Katalysator (40 ml) wurde in einen Reaktor mit einem Innendurchmesser von 26 mm gepackt. Die Reaktanden γ-Butyrolacton, Methylamin und Wasser wurden gemischt und in einem Gewichtsverhältnis von 10:4:6 eingeführt. Die stündliche Raumgeschwindigkeit des Gases bei der Einführung der gemischten Reaktanden wurde bei 5.050 Std.^-1 gehalten und die Aminierungsreaktion bei 280 °C durchgeführt. Das Produkt wurde dann gesammelt und analysiert. Die Umwandlung von γ-Butyrolacton betrug 99,4 %, und die Selektivität von N-Methyl-2-pyrrolidon betrug 99,0 %.
Bezugsbeispiel 1
Der Reaktor und Katalysator wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 verwendet, die Reaktanden waren jedoch nur γ-Butyrolacton und Methylamin, welche gemischt und in einem Gewichtsverhältnis von 1:18 eingeführt wurden. Die stündliche Raumgeschwindigkeit des Gases bei der Einführung der gemischten Reaktanden wurde bei 80.000 Std.^-1 gehalten, und die Aminierungsreaktion wurde bei 280 °C durchgeführt. Das Produkt wurde dann gesammelt und analysiert. Die Umwandlung von γ-Butyrolacton betrug 35,0 %, und die Selektivität von N-Methyl-2-pyrrolidon betrug 50,0 %.
Beispiel 2
Die Herstellungsbedingungen, einschließlich des Reaktors, des Katalysators, der GHSV und der Reaktionstemperatur, waren die gleichen wie in Beispiel 1, mit dem Unterschied, dass die Reaktanden γ-Butyrolacton, Methylamin und Wasser in einem Gewichtsverhältnis von 10:4:6 gemischt und eingeführt wurden. Das Produkt wurde dann gesammelt und analysiert. Die Umwandlung von γ-Butyrolacton betrug 99,7 %, und die Selektivität von N-Methyl-2-pyrrolidon betrug 99,9 %.
Beispiele 3 bis 8
Die Herstellungsbedingungen, einschließlich des Reaktors, des Einführungsverhältnisses der Reaktanden, der GHSV und der Reaktionstemperatur, waren jeweils die gleichen wie in Beispiel 2, mit dem Unterschied, dass verschiedene Serien an ZSM-Katalysatoren verwendet wurden. Das Produkt wurde gesammelt und analysiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 wiedergegeben.
Tabelle 1
Beispiele 9 bis 11
Die Herstellungsbedingungen, einschließlich des Reaktors, des Katalysators, des Einführungsverhältnisses der Reaktanden und der Reaktionstemperatur, waren jeweils die gleichen wie in Beispiel 2, mit dem Unterschied, dass verschiedene GHSVs verwendet wurden. Das Produkt wurde gesammelt und nach Stabilisierung analysiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 wiedergegeben.
Tabelle 2
Die Herstellungsbedingungen, einschließlich des Reaktors, des Einführungsverhältnisses der Reaktanden, der GHSV und der Reaktionstemperatur, waren jeweils die gleichen wie in Beispiel 2, mit dem Unterschied, dass Mordenit (40 ml) als Katalysator verwendet wurde. Das Produkt wurde dann gesammelt und analysiert. Die Umwandlung von γ-Butyrolacton betrug 99,5 %, und die Selektivität von N-Methyl-2-pyrrolidon betrug 58,0 %.
Beispiel 12
Der Reaktor und der Katalysator wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 verwendet, die Reaktanden γ-Butyrolacton und Wasser wurden jedoch in einem Gewichtsverhältnis von 1,2:1 gemischt und eingeführt, und das Ammoniakgas wurde kontinuierlich unter Verwendung eines Durchflussreglers gleichzeitig eingeführt. Die stündliche Raumgeschwindigkeit des Gases bei der Einführung der gemischten Reaktanden wurde bei 3.300 Std.^-1 gehalten, und die Aminierungsreaktion wurde bei 300 °C durchgeführt. Das Produkt wurde dann gesammelt und analysiert. Die Umwandlung von γ-Butyrolacton betrug 96,0 %, und die Selektivität von 2-Pyrrolidon betrug 90,0 %.
Bezugsbeispiel 3
Der Reaktor und der Katalysator wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 verwendet, die Reaktanden waren jedoch nur γ- Butyrolacton und Ammoniakgas, welche mit einem Gewichtsverhältnis von 1:2 gemischt und eingeführt wurden. Die stündliche Raumgeschwindigkeit des Gases bei der Einführung der gemischten Reaktanden wurde bei 2.700 Std.^-1 gehalten, und die Aminierungsreaktion wurde bei 300 °C durchgeführt. Das Produkt wurde dann gesammelt und analysiert. Die Umwandlung von γ-Butyrolacton betrug 20,0 %, und die Selektivität von 2-Pyrrolidon betrug 65,0 %.
Bezugsbeispiel 4
Der Reaktor, das Einführungsverhältnis der Reaktanden und die Reaktionstemperatur waren jeweils die gleichen wie in Beispiel 12. Mordenit (40 ml) wurde als Katalysator verwendet, und die stündliche Raumgeschwindigkeit des Gases bei der Einführung der gemischten Reaktanden wurde bei 2.700 Std.^-1 gehalten. Das Produkt wurde dann gesammelt und analysiert. Die Umwandlung von γ-Butyrolacton betrug 80,0 %, und die Selektivität von 2-Pyrrolidon betrug 40,0 %.
Beispiel 13
Der Reaktor und der Katalysator wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 verwendet, die Reaktanden γ-Butyrolacton, Dimethylamin und Wasser wurden jedoch mit einem Gewichtsverhältnis von 10:7:11 gemischt und eingeführt, wobei die Reaktanden kontinuierlich unter Verwendung eines Durchflussreglers eingeführt wurden. Die stündliche Raumgeschwindigkeit des Gases bei der Einführung der gemischten Reaktanden wurde bei 1.000 Std.^-1 gehalten, und die Aminierungsreaktion wurde bei 280 °C durchgeführt. Nachdem das Produkt gesammelt worden war, befanden sich bei der Analyse 10 % Methanol in dem Produkt. Die Umwandlung von γ-Butyrolacton betrug 98,0 %, und die Selektivität von N-Methl-2-pyrrolidon betrug 88,0 %.
Beispiel 14
Die Herstellungsbedingungen, einschließlich des Reaktors, des Katalysators, der GHSV und der Reaktionstemperatur, waren jeweils die gleichen wie in Beispiel 13, mit dem Unterschied, dass die Reaktanden γ-Butyrolacton, Trimethylamin und Wasser mit einem Gewichtsverhältnis von 10:9,3:11 gemischt und eingeführt wurden. Nachdem das Produkt gesammelt worden war, befanden sich bei der Analyse 8 % Methanol in dem Produkt. Die Umwandlung von γ-Butyrolacton betrug 95,0 %, und die Selektivität von N-Methyl-2-pyrrolidon betrug 79,0 %.
Bezugsbeispiel 5
Die Herstellungsbedingungen, einschließlich des Reaktors, des Einführungsverhältnisses der Reaktanden, der GHSV und der Reaktionstemperatur waren jeweils die gleichen wie in Besipiel 13, mit dem Unterschied, dass ein Zeolith vom Y-Typ (40 ml) als Katalysator verwendet wurde. Nachdem das Produkt gesammelt worden war, befanden sich bei der Analyse 6,6 % Methanol in dem Produkt. Die Umwandlung von γ-Butyrolacton betrug 95,0 %, und die Selektivität von N-Methyl-2-pyrrolidon betrug 51,0 %.
Beispiel 15
Die Herstellungsbedingungen, einschließlich des Reaktors, des Katalysators, der GHSV und der Reaktionstemperatur, waren jeweils die gleichen wie in Beispiel 13, mit dem Unterschied, das die Reaktanden γ-Butyrolacton, Ethylamin und Wasser in einem Gewichtsverhältnis von 10:7:13,6 gemischt und eingeführt wurden. Das Produkt wurde dann gesammelt und analysiert. Die Umwandlung von γ-Butyrolacton betrug 98,0 %, und die Selektivität von N-Ethyl-2-pyrrolidon betrug 79,0 %.
Beispiel 16
Die Herstellungsbedingungen, einschließlich des Reaktors, des Katalysators, der GHSV und der Reaktionstemperatur, waren jeweils die gleichen wie in Beispiel 13, mit dem Unterschied, dass die Reaktanden γ-Butyrolacton, Triethylamin und Wasser in einem Gewichtsverhältnis von 10:16,4:14,6 gemischt und eingeführt wurden. Das Produkt wurde gesammelt und analysiert, wobei sich 13 % Ethanol in dem Produkt befanden. Die Umwandlung von γ-Butyrolacton betrug 95,0 %, und die Selektivität von N-Ethyl-2-pyrrolidon betrug 68,0 %.
Beispiel 17
Die Herstellungsbedingungen, einschließlich des Reaktors, des Katalysators, der GHSV und der Reaktionstemperatur, waren jeweils die gleichen wie in Beispiel 13, mit dem Unterschied, dass die Reaktanden γ-Butyrolacton, Ethanolamin und Wasser in einem Gewichtsverhältnis von 7:5:6 gemischt und eingeführt wurden. Das Produkt wurde dann gesammelt und analysiert. Die Umwandlung von γ-Butyrolacton betrug 92,0 %, und die Selektivität von N-(β-Ethyl)-2-pyrrolidon betrug 69,0 %.
Anhand der obigen Beispiele und Bezugsbeispiele wird deutlich, dass die Umwandlung und Selektivität der Reaktion sehr gering sind, wenn der Anteil von Wasser in den Reaktanden zu gering ist oder gar kein Wasser vorliegt (siehe Bezugsbeispiele 1 und 3); dadurch wurde gezeigt, dass Wasser ein notwendiger Reaktand in der vorliegenden Erfindung ist. Da die Selektivität von Lactam nicht erhöht wurde, wenn das konventionelle Mordenit oder ein Zeolith vom Y-Typ als Katalysator verwendet wurden (siehe Bezugsbeispiele 2, 4 und 5), wurde gezeigt, dass der kristalline Aluminiumsilikatzeolith der vorliegenden Erfindung die Ausbeute pro Zeiteinheit erhöht.
Außerdem variieren bei den konventionellen Verfahren die Bedingungen der Lactamerzeugung mit der Art des verwendeten Amins, wenn nicht-katalytische Flüssigphasen-Aminierungsreaktion angewendet wird; jedoch müssen alle Reaktionen bei hohem Druck durchgeführt werden. Bei Verwendung des kristallinen Aluminiumsilikatzeolithen der vorliegenden Erfindung kann das gewünschte Lactam schnell bei geringem Druck erhalten werden.
Selbstverständlich können Variationen und Modifikationen durchgeführt werden, die sich innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung befinden, der sich aus den folgenden Ansprüchen ergibt.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Lactams gemäß folgender Formel (I):
worin R ein C_2-10-Alkylen, welches gegebenenfalls mit einem C_1-6-Alkyl oder Phenyl substituiert sein kann, ist, und R' ein Wasserstoffatom, C_1-6-Alkyl, C_1-6-Hydroxyalkyl oder Phenyl ist, welches eine Aminierungsreaktion unter Verwendung von kristallinen Aluminiumsilikatzeolithen als Katalysatoren in einer Gasphase in Gegenwart (a) eines Lactons gemäß folgender Formel (II):
worin R wie oben definiert ist, und (b) eines Amins und/oder Ammoniak, wobei das Amin ein primäres, sekundäres oder tertiäres azyklisches Amin ist, welches mit einem bis drei C_1-6-Alkyl, C_1-6-Hydroxyalkyl oder Phenyl substituiert ist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Aminierungsreaktion in Gegenwart von Wasser durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei es sich bei dem Lacton um β-Propiolacton, γ-Butyrolacton, δ-Butyrolacton, γ-Valerolacton, γ- Caprolacton, ε-Caprolacton, δ-Hydroxyoctylsäurelacton, δ-Hydroxynonylsäurelacton oder δ-Hydroxydecylsäurelacton handelt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Amin ein Mono-, Di- oder Tri-C_1-6-Alkylamin, oder Mono-, Di- oder Tri-C_1-6-Alkanolamin ist.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das Amin ein Mono-, Di- oder Trimethylamin, Mono-, Di- oder Triethylamin, oder Mono-, Dioder Triethanolamin ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das molare Verhältnis des Siliziumdioxids zu dem Aluminiumoxid in dem kristallinen Aluminiumsilikatzeolithen 30-500:1 beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Zwangsindex des kristallinen Aluminiumsilikatzeolithen 1 bis 12 beträgt.
Verfahren gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei es sich bei dem kristallinen Aluminiumsilikatzeolithen um ZSM-5, ZSM-11, ZSM-12, ZSM-22, ZSM-34, ZSM-35 und/oder ZSM-48 handelt.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei der kristalline Aluminiumsilikatzeolith ZSM-5 ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das molare Einspeisungsverhältnis des Lactons zu dem Amin und/oder Ammoniak im Bereich von 1:0,5 bis 1:30 liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das molare Einspeisungsverhältnis des Lactons zu dem Wasser im Bereich von 1:0,5 bis 1:20 liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Temperatur der Aminierungsreaktion im Bereich von 180 bis 400 °C liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Druck der Aminierungsreaktion im Bereich von 0 bis 10 atm liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die stündliche Raumgeschwindigkeit des Gases (GHSV) bei der Aminierungsreaktion 20 bis 100.000 Std.^-1 beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Aminierungsreaktion in einem Festbettreaktor oder Fließbettreaktor durchgeführt wird.