JP2002526473A - 環式ラクタム及び環式アミンの共製造法 - Google Patents

環式ラクタム及び環式アミンの共製造法

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JP2002526473A JP2000574070A JP2000574070A JP2002526473A JP 2002526473 A JP2002526473 A JP 2002526473A JP 2000574070 A JP2000574070 A JP 2000574070A JP 2000574070 A JP2000574070 A JP 2000574070A JP 2002526473 A JP2002526473 A JP 2002526473A
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Abstract

(57)【要約】 環式ラクタム及び環式アミンを、不均一系触媒の存在下、気相中でα,ω−脂肪族ジアミン及びα,ω−脂肪族アミノニトリルを水と共反応させることにより共製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、不均一系触媒の存在下、気相中でα,ω−脂肪族ジアミン及びα,
ω−脂肪族アミノニトリルを水と共反応させて環式ラクタム及び環式アミンを共
製造する方法に関する。
【0002】 α,ω−脂肪族ジニトリルを部分水素化することによるα,ω−脂肪族ジアミ
ン及びα,ω−脂肪族アミノニトリルを含む混合物の製造方法、例えばアジポニ
トリルを部分水素化することによるヘキサメチレンジアミン及び6−アミノカプ
ロニトリルを含む混合物の製造方法は、一般的な知識である。上記混合物を後処
理して、ジアミン及びアミノニトリルを回収するのは、相当な技術的資本の有効
活用によってのみ可能である。
【0003】 カプロラクタム等の環式ラクタムは、工業的に重要なプラスチック(例えば、
ナイロン)の製造用出発材料として公知である。アゼパン等の環式アミンは、薬
剤、農薬、非鉄金属用の腐食抑制剤、加硫促進剤の調製用中間体、並びに織物用
助剤及びサイズ剤、帯電防止剤及び仕上げ剤、そしてさらに樹脂用の架橋剤の成
分として広く使用されている。
【0004】 GB1358862(1974)では、液相中、150〜400℃にて、固体
の水素化触媒で、特定の5員以上のアザシクロアルカンから又はジアミン及び水
からのラクタムの製造方法を開示している。
【0005】 質量比1/10/9(モル比は約1/47/45)のピペリジン/HO/N
は、300℃、Ra−Ni、Pt/C及びRu/Alで、2〜3時間
に亘り、約50%の収率でピペリドンに転化することが報告されている。対照的
に、質量比1/10/9のアゼパン(「ヘキサメチレンイミン」、HMI)/H O/NHは同様に、270℃、Ra−Niで、5時間に亘りカプロラクタム
に理論量の17.6%だけ転化している。
【0006】 ジアミンとしてヘキサメチレンジアミン(「HMD」)を使用する場合、カプ
ロラクタムの収率は、アゼパンから得た場合よりも10.7%と低いので、工業
的に必要な水準に全く値しない;この反応において、アゼパンは明らかに形成さ
れない。
【0007】 ジアミンからアザシクロアルカンを、例えばHMDからアゼパンを、環式ラク
タムを共製造することなく製造する方法は、一般的な知識である。
【0008】 例えば、CA−A920606では、HMD/H=1:2〜70、150〜
250℃及び1〜20バールでHの存在下、コバルト及びニッケル触媒(Ra
型及びさらにSiO、Al等の坦体上)で、HMDのアゼパンへの転化
を開示している。
【0009】 約90%以下のアゼパン選択率を、不十分な転化(44%以下)で得る。形成
される副生成物は、主としてビスヘキサメチレントリアミン及びポリアミンであ
る。
【0010】 US−A3830800によると、溶剤(例えば、ジオキサン)中においてR
uO/CでのHMDにより、同様に、低い転化率(50%未満)でのみ良好な
アゼパン選択性(91%)が得られる。
【0011】 DE−A2414930では、高沸点溶剤中、200℃にてAl又はS
iO等の担体を有していても良い、活性成分としてNi、Co、Fe、Mn、
Ag、Cu、Pdから選択される金属でHMDを凝縮し、同時に反応混合物から
得られたアゼパン(大気圧下で沸点139℃)を連続蒸留除去することを開示し
ている。94%以下の収率が報告されている。
【0012】 DE−A2532871は、80〜150℃にて、Al又はSiO
の担体を有していても良いNi又はCoで、不活性溶剤中におけるHMDの連続
凝縮に関し、その際、オリゴ−及びポリアミンは、水との共沸蒸留で反応混合物
からアゼパンを連続除去することにより形成しない。
【0013】 US−A3903079では、固定床又は流動床反応器で、気相中、Cu、P
d、Mn、Ni又はCrから選択される金属カチオン0.3〜7質量%で充填さ
れたゼオライトで250〜400℃にてHMD/NH=1:15〜30(1:
>2)を用いてHMDを凝縮して、約75%の収率でアゼパンを得ることを開示
している。
【0014】 US−A470900では、100〜250℃にて、NHを用いることなく
、坦体上のNi、Co、Fe又は銅触媒で、アゼパンへのHMDを包含する、ア
ザシクロアルカンへのジアミンの気相凝縮を開示している。1:20のHMD/
比、150℃及び0.2の空間速度により、Ni/多孔質ケイ藻土でアゼパ
ンを90%の収率で得ると共に、1:20のHMD/H比、150℃及び0.
1の空間速度にて、Cu/多孔質ケイ藻土でアゼパンを95%の収率で得る。
【0015】 EP−A372492では、HMDの水に対するモル比が20:80〜99:
1で、気相中、Pd/Alで、水蒸気及び水素の存在下、160〜260
℃でHMDからのアゼパンの調製を開示している。アゼパンを92%の収率で得
た。
【0016】 アゼパン等の環式アミンをカプロラクタム等の環式ラクタムに転化する方法も
同様に公知である。
【0017】 Chem. Ber. 109 (1976) 3707〜3727頁によると、ピロリジンをPt触媒下で酸
素と反応させて、ピロリドンを60%の収率で得ることができる;しかしながら
、他の環式アミンの場合は、同じ反応により、全く区別の付かない生成混合物が
得られる。
【0018】 US−A3634346では、金属イオン触媒の存在下で過酸化水素との酸化
による環式アミンの対応する環式ラクタムへの転化を開示している。しかしなが
ら、この方法で得られる最も良好な収率(ピロリジンから2−ピロリドンを15
.5%)は、工業的処理において完全に満足できるものではない。
【0019】 US−A3336299及びSynth. Commun. 18 (1988) 1331〜1337頁に開示
されているHg(II)化合物を使用する、環式アミンを対応する環式ラクタム
に酸化する方法は、収率の点で完全に満足できるものでなく、かつ水銀反応残留
物の後処理及び廃棄の点で問題となる。
【0020】 これは、Tetrahedron Lett. 29 (1988) 6913〜6916頁に開示されているヨード
ソベンゼンとの酸化にも適用する。
【0021】 6−アミノカプロニトリル等のα,ω−脂肪族アミノニトリルからカプロラク
タム等の環式ラクタムを調製する方法は、同様に公知である。
【0022】 US−A2357484では、不均一系触媒の存在下、200〜350℃の温
度で、6−アミノカプロニトリルのカプロラクタムへの転化を開示している。得
られた空時収量は、1時間、1mlの触媒当たり0.02〜0.03gの生成物
の範囲に及ぶ。
【0023】 EP−A150295及びUS−A4628085では、触媒の存在下、20
0〜400℃でアミノニトリルの環式ラクタムへの転化を開示している。出発混
合物は、アミノニトリルを4%までだけ含んでいる。
【0024】 WO−A96/22974では、US−A4628085に二酸化ケイ素の場
合に寿命が極めて短いと開示している触媒で、200〜450℃にて6−アミノ
カプロニトリルのカプロラクタムへの転化を開示している。
【0025】 DE−A19632006では、不均一系触媒の存在下、220〜380℃で
6−アミノカプロニトリルのカプロラクタムへの転化を開示している。触媒の充
填量は、1時間、触媒1ml当たり0.1〜1gの範囲に及ぶ。
【0026】 従って、本発明の目的は、α,ω−脂肪族ジアミン及びα,ω−脂肪族アミノ
ニトリルを環式アミン及び環式ラクタムに技術的に簡易な及び経済的な方法で転
化する方法を提供する。
【0027】 本発明者等は、上記目的が冒頭に定義された方法により達成されることを見出
した。
【0028】 本発明の方法で使用される出発物質は、一般式(I):
【0029】
【化1】
【0030】 [但し、nが4、5、6又は7を表す] で表されるα,ω−脂肪族ジアミン、例えば1,4−ジアミノブタン、1,5−
ジアミノペンタン、1,6−ジアミノヘキサン(「ヘキサメチレンジアミン」、
「HMD」)及び1,7−ジアミノヘプタンが好ましく、1,6−ジアミノヘキ
サン、又は上記ジアミン(I)の混合物が最も好ましい。
【0031】 このジアミンは、炭素に1個以上の置換基、例えばC〜Cアルキル基、シ
クロアルキル基(例えば、シクロペンチル、シクロヘキシル又はシクロヘプチル
)、又はハロゲンを有していても良い。このジアミンは、非置換であるのが好ま
しい。
【0032】 上記ジアミン及びその製造方法は、一般的な知識である。
【0033】 本発明の方法に有用なα,ω−脂肪族アミノニトリルは、主として、一般式(
II):
【0034】
【化2】
【0035】 [但し、mが3、4、5又は6を表す] で表され、例えば4−アミノブチロニトリル、5−アミノバレロニトリル、6−
アミノカプロニトリル(「ACN」)及び7−アミノオエナントニトリル(7-am
inooenanthonitrile)であり、6−アミノカプロニトリル、又は上記アミノニト
リル(II)の混合物が最も好ましい。
【0036】 このアミノニトリルは、炭素に1個以上の置換基、例えばC〜Cアルキル
基、シクロアルキル基(例えば、シクロペンチル、シクロヘキシル又はシクロヘ
プチル)、又はハロゲンを有していても良い。このアミノニトリルは、非置換で
あるのが好ましい。
【0037】 上記アミノニトリル及びその製造方法は、一般的な知識であり、かつ市販され
ている。
【0038】 ジアミン(I)及びアミノニトリル(II)を含む混合物は、n=m+1であ
るのが好ましい。有効な混合物は、アミノニトリル(II)のジアミン(I)に
対するモル比5:95〜90:10の範囲、好ましくは10:90〜80:20
の範囲、特に30:70〜60:40の範囲を有する。
【0039】 本発明により、反応は、不均一系触媒又は上記触媒の混合物の存在下で行われ
る。
【0040】 使用される不均一系触媒は、 (a)脱水素成分(III)、及び (b)酸性及び/又は両性成分(IV)、 を含むのが好ましい。
【0041】 好適な脱水素成分(III)は、Cu、Ag、Ni、Co、Pd、Pt、Rh
、Ru、Ir、Os及びRe、好ましくはCu、Ag、Ni、Co、Pd、Pt
、Rh及びRu、特にCu、Co及びRuから選択される金属か、又はその混合
物である。
【0042】 成分(IV)は、金属Mg、Al、B、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、
Mo、W、Fe、Cr、Ge、Zn、Sn、Bi、Th若しくはU又はランタノ
イド(例えば、La及びCe)のオキシド、オキシドヒドレート、シリケート、
ホスフェート、ヘテロポリ酸又は酸性ゼオライドから有効に選択され、好ましく
はSiO、γ−Al、Nb−、Ta−、Zr−オキシドであり、そして
さらにLa、Nb、Zr、Al及びBのリン酸塩、或いはその混合物であり、こ
の場合、これら化合物の酸性度を、有機又は好ましくは無機酸、例えばリン酸、
硫酸又はハロ水素酸(hydrohalic acid)で必要によりドープ処理することによ
り、増大させることができる。
【0043】 脱水素成分(III)は、非担持触媒、例えばラネーニッケル又はラネーコバ
ルトのような形、或いは好ましくは担持触媒の形で使用され得る。有用な坦体材
料は、不活性材料、例えばC、ステアタイト又はα−Al、好ましくは酸
性及び/又は両性成分、例えば成分(IV)、特にSiO、γ−Al
Nb−、Ta−、Zr−オキシドであり、そしてさらにLa、Nb、Zr、Al
及びBのリン酸塩、或いはこれらの混合物である。
【0044】 脱水素成分(III)の成分(IV)に対する混合比は、生成物の割合又は触
媒活性等の所望の反応パラメータから当該技術者等により、数種類の簡易な予備
試験によって、容易かつ簡素に決定可能である。成分(III)の成分(IV)
に対する好適な質量比は、一般的に0.1:99.9〜50:50の範囲であり
、0.5:99.5〜15:85の範囲が好ましい。
【0045】 本発明の方法において、水は、ジアミン(I)及びアミノニトリル(II)の
合計に対してモル比が1より大きく、好ましくは水の、ジアミン(I)及びアミ
ノニトリル(II)の合計に対するモル比が、3:1〜25:1の範囲、特に5
:1〜20:1の範囲で有効に使用される。
【0046】 反応混合物は、不活性ガス、例えば窒素、アルゴン、CO又はメタンに、好ま
しくは不活性ガスのジアミン(I)及びアミノニトリル(II)の合計に対して
、5:1〜100:1の範囲のモル比で有効に添加されても良く、その場合、水
のジアミン(I)及びアミノニトリル(II)に対するモル比を高くして、使用
され得る、不活性ガスのジアミン(I)及びアミノニトリル(II)に対するモ
ル比を低くするのが有効である。
【0047】 反応混合物に添加されても良い不活性ガスが、これまでの経験から、不均一系
触媒のオンストリーム時間を長くする効果を有する水素であるのは同様に有効に
可能であり、その際、水素のジアミン(I)に対するモル比は0.01:1〜1
0:1の範囲、特に0.01:1〜5:1の範囲である。これに関連して、水素
のジアミン(I)に対するモル比を増大させることにより、特に、水素化に対し
て高活性の成分(II)、例えばNi、Pt又はPdの場合、環式アミンの環式
ラクタムに対する生成比を環式アミンに有利になるように変化可能であることが
注目される。
【0048】 本発明の方法を、200〜600℃の範囲、好ましくは240〜350℃の範
囲の温度及び0.1〜2バールの範囲、好ましくは0.75〜1.5バールの範
囲、特に0.9〜1.1バールの範囲の圧力で、このために適当な慣用の反応器
、例えば固定床反応器又は流動床反応器で有効に行うことができる。
【0049】 生成混合物の後処理は、慣用法、例えば抽出及び/又は好ましくは蒸留により
行われ得る。
【0050】 本発明の方法は、環式ラクタム、好ましくは式(Va)又は(Vb):
【0051】
【化3】 で表される環式ラクタム又は上記ラクタムの混合物を、環式アミン、好ましくは
式(VIa)又は(VIb):
【0052】
【化4】 で表される環式アミン又は上記アミンの混合物と共に同時に提供する。但し、式
(Va)及び(VIa)中のnは、4〜7までの整数を、そして式(Vb)及び
(VIb)中のmは、3〜6までの整数を表す。
【0053】 ラクタム(Va)は、nが数値4、5、6又は7を有し、そしてラクタム(V
b)は、mが数値3、4、5又は6を有するのが特に好ましい;即ち、アゾラン
−2−オン(「2−ピロリドン」、「γ−ブチロラクタム」)、アジキサン−2
−オン(「ピペリジン−2−オン」、「バレロラクタム」)、アセパン−2−オ
ン(「カプロラクタム」)及びアザシクロオクタン−2−オンであり、カプロラ
クタム、又は上記ラクタム(Va)と(Vb)の混合物が最も好ましい。
【0054】 アミン(VIa)は、nが数値4、5、6又は7、特に6を有し、そしてアミ
ン(VIb)は、mが数値3、4、5又は6を有するのが特に好ましい;即ち、
アゾラン(「ピロリジン」)、アジキサン(「ピペリジン」)、アゼパン(「ヘ
キサメチレンイミン」、「HMI」)及びアザシクロオクタンであり、アゼパン
、又は上記アミン(VIa)と(VIb)の混合物が最も好ましい。
【0055】 好ましくはn=m+1である出発化合物を使用すると、ラクタム(Va)及び
(Vb)は有効に同一となり、アミン(VIa)及び(VIb)も同一になる。
【0056】 本発明の方法で得られ、かつ上述の工業的利用に有用であるアミン(IV)を
、対応するラクタム(V)に、好ましくはそれを本発明の方法に循環させること
により、特に対応するα,ω−脂肪族ジアミン(I)及びα,ω−脂肪族アミノ
ニトリルを含む混合物において転化しても良い。
【0057】 この転化を、上述の不均一系触媒の存在下、本発明の方法で開示された反応及
び処理条件下で有効に行うことができる。
【0058】
【実施例】
50質量%の、HMD及びACN混合物(モル比=1.9:1)を含む水溶液
を蒸発させ、そして275℃で100mlのCu/Al(3mmの押出物
、長さ0.5〜1.5cm、内径29mmの反応器)を、10L(リットル)/
時間のH(1時間、触媒1L当たり100L)と共に、1時間、触媒1L当た
り100gの充填(1時間、1L当たり合計50gのHMD及びACNに相当)
して下流側を通過させた。
【0059】 冷トラップで凝縮された溶離液は、GCにより解析され、そして出発材料の合
計に対して、HMDの91.2%及びACNの93.9%の転化率から、64.
7%の選択率に相当するカプロラクタム及び28.1%の選択率に相当するアゼ
パンを含むことを見出した。
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成12年10月11日(2000.10.11)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,UG,ZW),E A(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ,BA ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CR, CU,CZ,DE,DK,DM,EE,ES,FI,G B,GD,GE,GH,GM,HR,HU,ID,IL ,IN,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ, LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD,M G,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT ,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL, TJ,TM,TR,TT,UA,UG,US,UZ,V N,YU,ZA,ZW (72)発明者 アンスマン,アンドレアス ドイツ、D−69168、ヴィースロッホ、イ ム、ケプフレ、6 Fターム(参考) 4C034 DB20 DE03

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 不均一系触媒の存在下、気相中でα,ω−脂肪族ジアミン及
    びα,ω−脂肪族アミノニトリルを水と共反応させて環式ラクタム及び環式アミ
    ンを共製造する方法。
  2. 【請求項2】 ヘキサメチレンジアミンをα,ω−脂肪族ジアミンとして、
    6−アミノカプロニトリルをα,ω−脂肪族アミノニトリルとしてそれぞれ使用
    し、環式アミンとしてアゼパン及び環式ラクタムとしてカプロラクタムを得る請
    求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 水の、α,ω−脂肪族ジアミン及びα,ω−脂肪族アミノニ
    トリルの合計に対するモル比が、1より大きい請求項1又は2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 水の、α,ω−脂肪族ジアミン及びα,ω−脂肪族アミノニ
    トリルの合計に対するモル比が、3〜25の範囲である請求項3に記載の方法。
  5. 【請求項5】 α,ω−脂肪族アミノニトリルの、α,ω−脂肪族ジアミン
    に対するモル比が、5:95〜90:10の範囲である請求項1〜4のいずれか
    に記載の方法。
  6. 【請求項6】 温度が200〜600℃の範囲である請求項1〜5のいずれ
    かに記載の方法。
  7. 【請求項7】 不均一系触媒が、 (a)脱水素成分、及び (b)酸性及び/又は両性成分 を含む請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
  8. 【請求項8】 不均一系触媒中の脱水素成分が、Cu、Ag、Ni、Co、
    Pd、Pt、Rh、Ru、Ir、Os及びReから選択される金属である請求項
    7に記載の方法。
  9. 【請求項9】 不均一系触媒中の脱水素成分が、Cu、Co及びRuから選
    択される金属である請求項7に記載の方法。
  10. 【請求項10】 生成物として得られる環式アミンを、請求項1〜9のいず
    れかに記載の方法に循環させる請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
JP2000574070A 1998-09-18 1999-09-10 環式ラクタム及び環式アミンの共製造法 Withdrawn JP2002526473A (ja)

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DE19842905.3 1998-09-18
DE19842905A DE19842905A1 (de) 1998-09-18 1998-09-18 Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung eines cyclischen Lactams und eines cyclischen Amins
PCT/EP1999/006691 WO2000017160A1 (de) 1998-09-18 1999-09-10 Verfahren zur gleichzeitigen herstellung eines cyclischen lactams und eines cyclischen amins

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