JP2004501890A - アルキルアミンの製造法 - Google Patents
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Abstract
第1の処理工程でオレフィンをアンモニア、第1アミンおよび/または第2アミンとヒドロアミノ化条件下で反応させ、引続き得られたヒドロアミノ化生成物を第2の処理工程でアルキル交換条件下で反応させることによる、アルキルアミンの製造。
Description
【0001】
本発明は、アルキルアミンの製造法に関する。
【0002】
アルキルアミンは、界面活性剤、繊維助剤および浮選助剤、殺菌剤、耐蝕剤および発泡抑制剤、医薬品のための添加剤を製造するための出発物質として、ならびに油脂のための酸化防止剤として使用される。
【0003】
アルキルアミンは、相応するニトリルまたはニトロ化合物の水素化、相応するアルデヒドおよびケトンの還元アミノ化ならびに相応するアルコールのアミノ化によって製造されることができる。
【0004】
低級アルキルアミン(C1〜C10−アルキルアミン)、例えばエチルアミン、ブチルアミンおよびイソプロピルアミンは、工業的に殊に相応するアルコールまたは相応するカルボニル化合物を、例えば担持されている金属触媒を用いて水素化条件下でアミノ化することによって製造される(例えば:Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A 2, 第5版, 第4頁参照)。
【0005】
選択的に、アルキルアミンは、酸性の燐酸塩触媒を用いて相応するアルコールから製造されてもよい(例えば、米国特許第4582904号明細書(Air Products)参照)。
【0006】
アルキルアミンを製造するためのもう1つの選択肢は、酸触媒、例えばゼオライト(例えば、欧州特許出願公開第132736号明細書参照)の存在下、塩基性触媒、例えば金属アミド、殊にアルカリ金属アミドおよびアルカリ土類金属アミド(例えば、B.W. Howk他, J. Am. Chem. Soc. 76, 第1899頁以降 (1954; R. Stroh他, Angew. Chem. 69, 第124頁以降,(1957))、第IV副族のアミド(例えば、D. Steinborn他, Z. Chem. 29 (1989), 第333頁以降参照)またはアルカリ金属アルコラートの存在下、または遷移金属錯体化合物(例えば米国特許第3758586号明細書参照)の存在下でNH3またはアミンをオレフィンに付加することにある。
【0007】
しかし、この選択肢は、工業的にこれまで殆んど利用されていない。
【0008】
アルキルアミンを製造するための上記方法は、次の欠点を有している:
アルコール(例えば、エタノール)、アルデヒド、ケトンおよびニトリルをアルキルアミンの製造のための出発物質(エダクト)として使用することは、価格の点で相応するオレフィン(例えば、エテン)を使用する場合よりも本質的に不経済である。
【0009】
それに応じて、オレフィンをアルキルアミン製造のための出発物質として使用することは、望ましいことであるが、しかし、これまで次の欠点と結び付いていた(例えば:M. Beller他, Chem. Rev. 98, 675f (1998) 675; B. Cornils およびW.A. Hermann: , Applied Homogeneous Catalysis with Organometallic Compounds’ 中のR. Taube, ,Reaction withNitrogen Compounds’ , VCH Weinheim, 1996, 第507〜520頁およびE. Haak他, Chemie in unserer Zeit (1999), 297〜303, 殊に第302頁のZusammenfasung参照):
aa)金属酸化物を用いてのオレフィンへのアミンの塩基性不均一系触媒付加は、カクノ(Kakuno)他(J. Catal. 85 (1984), 第509頁以降)により、第1アルキルアミンおよび第2アルキルアミンならびに共役ジエン、例えばブタジエンまたはイソプレンを用いて行なわれ;NH3またはモノオレフィンの一般的な使用は、記載されていない。
【0010】
ab)触媒としてのアルカリ金属アルコラートを用いてのオレフィンへのアミンの弱塩基性触媒付加は、Beller他(Angew. Chem. 110 (1998), 第3571頁以降)によりオレフィン成分としての芳香族共役アミンおよびスチレンの場合に成果を収めている。エダクトとしてのNH3またはモノオレフィンの場合には、触媒は不活性である。
【0011】
ac)例えば、B.W. Howk他, J.Am. Chem. Soc. 76 (1954), 1899−1902およびR.D. Closson他, 米国特許第2750417号明細書に記載されているようにオレフィンへのNH3のNaNH2またはKNH2触媒付加の場合には、望ましいアルキルアミンそれ自体の空時収量は、高い温度およびオレフィン圧力の際に金属アミドの僅かな活性および溶解性のために極めて少ない。
【0012】
ad)G.P. Pez(米国特許第4336162号明細書および米国特許第4302603号明細書)は、RbアミドおよびCsアミドへの交換またはNaNH2およびKNH2の共融混合物の使用による前記問題のための解決の手掛かりを記載している。第1の場合には、工業的実現は、極めて高い触媒の価格のために不可能であり、第2の場合には、望ましいアルキルアミンの空時収量は、依然として少なすぎる。
【0013】
ae)アルカリ金属モノアルキルアミドまたはアルカリ金属ジアルキルアミドは、強塩基として実際にアミンへのオレフィン、例えばエチレンの付加のために十分な空時収量で使用可能であるが、しかし、NH3の存在下でMNH2(M=アルカリ金属)への相応するアルカリ金属アルキルアミドの即座のプロトリシスが発生する。また、これは、既に上記された欠点を有している。
【0014】
しかし、NH3の不在下でのオレフィンへのアミンのアルカリ金属アルキルアミド触媒付加は、さらに安価なNH3の代わりにエダクトよりも高価なアミンを使用しなければならないという欠点を有している。
【0015】
b)酸触媒、例えばゼオライトを用いた、オレフィンへのNH3の付加は、全ての場合において、例えばイソブテンの場合と同様に一定のアルキルアミンに対する良好な選択性および収量を有するようには成功せず、この場合には、アンモニアがオレフィンに対して高い過剰量で使用される(例えば、ドイツ連邦共和国特許出願公開第3634247号明細書参照)。
【0016】
即ち、例えばB.M. Deeba他は、Zeolites 10 (1990), 第794頁以降およびChem. Ind. 40 (1990), 第241頁以降においてゼオライトでのエチレンおよびNH3の反応の場合およびGardner他は、欧州特許出願公開第200923号明細書においてNH4Iの存在下でエチレンおよびNH3の反応の場合に微少量のジエチルアミンおよび極めて微少量のトリエチルアミンと共に主にモノエチルアミンを見出した。
【0017】
1つの打開策は、オレフィンを不足量でのNH3を用いてヒドロアミノ化することであろうが、しかし、この場合には、オレフィンに対して一般に劣悪な選択性が達成され、触媒の急速な失活を生じる。
【0018】
また、酸触媒の存在下で第2アミンを用いてのオレフィンのヒドロアミノ化は、一般にアンモニアまたは第1アミンを用いての相応するヒドロアミノ化よりも劣悪な収量および劣悪な選択性で進行する。
【0019】
c)遷移金属錯体触媒によるオレフィンのヒドロアミノ化は、一般に第2アルキルアミンを用いてのみ良好な収量で成功する(例えば:Brunet, Gazzetta Chimica Italiana, 127, 1997, 第111〜118頁, 第112頁, 左欄)。
【0020】
本発明は、公知技術水準の欠点を克服しながら、望ましいアルキルアミンまたは多数の望ましいアルキルアミンを高い空時収量および選択性で製造することができる、二者択一的で経済的で融通の利く、アルキルアミンを製造するための方法を見出すという課題を基礎にするものであった。
【0021】
それに応じて、第1の処理工程でオレフィンをアンモニア、第1アミンおよび/または第2アミンとヒドロアミノ化条件下で反応させ、引続き得られたヒドロアミノ化生成物を第2の処理工程でアルキル交換条件下で反応させることによって特徴付けられている、アルキルアミンの製造法が見出された。
【0022】
この方法の1つの好ましい実施態様において、使用物質のオレフィンおよびアンモニア、第1アミンおよび/または第2アミンの平衡の点でアンモニアおよびオレフィンだけが消費され、この場合第1の処理工程および/または第2の処理工程から得られたアミンの相応する返送流は、第1の処理工程および/または第2の処理工程の供給量中に収容される。
【0023】
本発明による方法において使用可能なオレフィンまたはその混合物は、一般に式
【0024】
【化1】
【0025】
〔式中、
R1、R2、R3、R4は、水素(H)、C1〜C20−アルキル、C2〜C20−アルケニル、C3〜C20−シクロアルキル、C5〜C8−シクロアルケニル、C6〜C20−アルキルシクロアルキル、C6〜C20−シクロアルキル−アルキル、アリール、C7〜C20−アルキルアリールおよびC7〜C20−アラルキルを表わし、
R1およびR3は、付加的に一緒になってC2〜C12−アルキレン鎖を表わすことができる〕で示されるオレフィンである。
【0026】
このようなオレフィンの例は、エテン、プロペン、1−ブテン、2−ブテン、イソブテン、1−ペンテン、2−ペンテン、1−ヘキセン、2−ヘキセン、3−ヘキセン、1−オクテン、イソオクテン、1−デセン、スチレン、スチルベン、シクロペンテン、シクロヘキセン、アレン、1,3−ブタジエン、イソプレンおよび4−ビニル−1−シクロヘキセンである。
【0027】
本発明による方法において使用可能な第1アミンおよび第2アミンまたはこれらの混合物は、一般に式
【0028】
【化2】
【0029】
〔式中、
R5は、水素(H)、C1〜C20−アルキル、C2〜C20−アルケニル、C3〜C20−シクロアルキル、アルコキシアルキル、アミノアルキル、モノアルキルアミノアルキル、ジアルキルアミノアルキル、アラルキルを表わし、
R6は、C1〜C20−アルキル、C2〜C20−アルケニル、C3〜C20−シクロアルキル、アルコキシアルキル、アミノアルキル、モノアルキルアミノアルキル、ジアルキルアミノアルキル、アラルキルを表わし、
R5およびR6は、一緒になってOヘテロ原子、Sヘテロ原子またはNヘテロ原子によって中断されていてもよい飽和または不飽和のC3〜C9−アルキレン鎖、殊に一緒になって−(CH2)j−X−(CH2)k−基を表わしてもよく、この場合jおよびkは、1〜4であり、Xは、CH2、CHR7、酸素(O)、硫黄(S)またはNR7であり、R7は、HまたはC1〜C4−アルキルである〕で示されるアミンである。
【0030】
このような第1アミンの例は、メチルアミン、エチルアミン、n−プロピルアミン、イソプロピルアミン、n−ブチルアミン、イソブチルアミン、第三ブチルアミン、n−ペンチルアミン、シクロペンチルアミン、イソペンチルアミン、n−ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、n−オクチルアミン、n−デシルアミン、1−フェニルエチルアミン、2−フェニルエチルアミン、アリルアミン、2−ジメチルアミノエチルアミンおよび2−メトキシエチルアミンである。
【0031】
式IIに記載の第2アミンの例は、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ジ−n−ブチルアミン、ピロリジン、ピペリジン、ヘキサメチレンアミン、ピペラジンおよびモルホリンである。
【0032】
本発明による方法によって製造されるアルキルアミンまたはその混合物は、一般に式
【0033】
【化3】
【0034】
〔式中、R1〜R6は、上記の意味を有する〕で示されるアルキルアミンである。
【0035】
上記反応式をよりいっそう明瞭にするために、V、VIIおよびVIIIのレギオ異性体(Regioisomere)(なお以下の反応式に示したレギオ異性体VaおよびVbと同様)は、示されていないが、しかし、一緒に含まれているものとする。
【0036】
アルキル交換を第2の処理工程で水素化活性触媒または脱水素化活性触媒上でH2の存在下で実施する場合には、場合による不飽和基R1〜R6は、場合によっては同様の処理工程で相応する飽和基に変換される。
【0037】
処理に応じて製造されたこのようなアルキルアミンの例は、モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、n−プロピルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリ−n−プロピルアミン、イソプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、n−ブチルアミン、ジ−n−ブチルアミン、トリ−n−ブチルアミン、イソブチルアミン、第三ブチルアミン、n−ペンチルアミン、イソペンチルアミン、シクロペンチルアミン、n−ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、n−オクチルアミン、n−ドデシルアミン、2−フェニルエチルアミン、N−エチル−ピロリジン、N−エチル−ピペリジン、N−エチル−ヘキサメチレンアミン、N−エチル−ピペラジンおよびN−エチル−モルホリンである。
【0038】
本方法は、次のように記載することができる:
第1の処理工程:
第1の処理工程において、オレフィン、殊に式Iのオレフィンは、アンモニア、第1アミンおよび/または第2アミン、殊にアンモニア、式IIの第1アミンおよび/または第2アミンとヒドロアミノ化条件下で反応される。
【0039】
好ましくは、第1の処理工程のための供給量にこの第1の処理工程の反応搬出量からのアンモニアおよび/またはアミンおよび/または第2の処理工程からのアンモニアおよび/またはアミンは、供給(返送)されてよい。
【0040】
a)
殊に、第1の処理工程において、オレフィン、殊に式Iのオレフィンは、第1アミンおよび/または第2アミン、殊に式IIの第1アミンおよび/または第2アミン、特に式IIの第2アミンと、触媒としての金属モノアルキルアミドもしくは金属ジアルキルアミドまたはこれらの混合物の存在下でヒドロアミノ化条件下で反応される。
【0041】
この反応は、一般に次の反応式により行なわれる。
【0042】
【化4】
【0043】
I中の飽和基R1〜R4の場合に、生じるオレフィン系二重結合が窒素に対してα位でもβ位でもIII、IVまたはV中に存在しなくなることは、上記の反応式を簡易化するものと思われた。しかし、実際には、塩基性条件下で第1の処理工程において十分に二重結合の異性化が起こりうる。
【0044】
特に好ましいオレフィンIは、エテン(この場合、R1、R2、R3およびR4はHである)、1,3−ブタジエン(この場合、R1、R3およびR4はHであり、およびR2はCH=CH2である)およびプロペン(この場合、R1、R2、R3はHであり、およびR4はCH3である)である。
【0045】
特に好ましいアミンは、モノアルキルアミンおよびジアルキルアミン、例えばモノエチルアミン、ジエチルアミン、n−ブチルアミン、ジ−n−ブチルアミンおよびイソプロピルアミンである。
【0046】
エテンおよびモノエチルアミンから出発するヒドロアミノ化生成物は、ジエチルアミンおよび/またはトリエチルアミンであり、エテンおよびジエチルアミンから出発するヒドロアミノ化生成物は、トリエチルアミンであり、イソプロピルアミンおよびプロペンから出発するヒドロアミノ化生成物は、ジイソプロピルアミンであり、1,3−ブタジエンおよびn−ブチルアミンから出発するヒドロアミノ化生成物は、ブテニル−n−ブチルアミンであり、イソプレンおよびイソペンチルアミンから出発するヒドロアミノ化生成物は、イソペンチル−メチルブテニルアミンである。
【0047】
金属ジアルキルアミドは、触媒としての金属モノアルキルアミドに対して有利である。
【0048】
金属モノアルキルアミドおよび金属ジアルキルアミドは、一般に式MNR7R8(この場合、Mは1価金属である)、M(NR7R8)2(この場合、Mは2価金属である)、M(NR7R8)3(この場合、Mは3価金属である)またはM(NR7R8)4(この場合、Mは4価金属である)を有し、この場合
R7は、基R5に記載の意味を有し、R8は、基R6に記載の意味を有し、R7およびR8は、一緒になって飽和または不飽和のC3〜C9−アルキレン鎖、殊に一緒になって−(CH2)j−X−(CH2)k−基(例えば、R5およびR6についての定義と同様)を有することもでき、この場合前記アルキレン鎖は、Oヘテロ原子、Sヘテロ原子またはNヘテロ原子によって中断されていてよい(例えば、R5およびR6についての定義と同様)(上記参照)。
【0049】
特に好ましくは、金属モノアルキルアミドおよび金属ジアルキルアミドは、式MNR5R6、M(NR5R6)2、M(NR5R6)またはM(NR5R6)4を有し、この場合それに応じて基Rは、使用された第1アミンおよび/または第2アミンの基に相応する。
【0050】
金属モノアルキルアミド触媒および金属ジアルキルアミド中の金属成分(M)としては、第IA族、第IIA族、第IIIB族および第IVB族の金属(Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Laまたはランタニド元素、Ti、ZrまたはHf)、殊にLi、Na、CaおよびK、特にNaおよびKが好ましい。
【0051】
このような金属アルキルアミドの例は、NaHNEt、NaNEt2、KHNEt、KNEt2、LiHMEt、LiNEt2、LiN(イソ−C3H7)2、NaN(イソ−C3H7)2、NaN(n−C4H9)2、NaHN(イソ−C3H7)、NaHN(イソペンチル)、Mg(NEt2)2、Ca(NPr2)2およびZr(NEt2)4である。
【0052】
エテンをモノエチルアミンおよび/またはジエチルアミンでヒドロアミノ化する場合には、NaNEt2およびKNEt2が特に好ましい。
【0053】
ジ−n−ブチルアミンをブタジエンでヒドロアミノ化する場合には、NaN(nBu)2およびKN(nBu)2が特に好ましく、n−ブチルアミンをブタジエンでヒドロアミノ化する場合には、NaHNnBuおよびKHNnBuが特に好ましい。
【0054】
前記の金属モノアルキルアミドおよび金属ジアルキルアミドの製造は、Houben−Weyl, Methoden der Organischen Chemie, 第4版, 第XI/2巻(窒素化合物), Verlag Thieme, Stuttgart, 第182頁以降、米国特許第4595779号明細書、WO 93/14061、ドイツ連邦共和国特許出願公開第2117970号明細書、DRP615468、英国特許第742790号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第2613113号明細書、米国特許第2750417号明細書、J. Wollensak, Org. Synth. 43 (1963), 第45頁以降またはC.A. Brown, J. Am. Chem. Soc. 95(3) (1973), 第982頁以降の記載と同様に、金属を相応するアミンと不飽和化合物、例えばブタジエン、イソプレン、ナフタリン、ピリジンまたはスチレンの存在下に反応させるか、金属アミドまたは金属水素化物を相応するアミンと反応させるか、または有機金属化合物、例えばn−BuLi、MeLi、PhNa、Et2MgまたはEt4Zrを相応するアミンと反応させることによって行なわれる。
【0055】
金属アルキルアミドの存在下でのオレフィンとアミンとの反応(第1の処理工程)は、例えばG.P. Pez.他, Pure & Appl. Chem. 57(12), 1917−1926 (1985), R.D. Closson他, J. Org. Chem. 22 (1957), 646−649, G.M. Whitman他, 米国特許第2501556号明細書、D. Steinborn他, Z. Chem. 29 (1989), 333−334, D. Steinborn他, Z. Chem. 26 (1986) 349−359およびH. Lehmkuhl他, J. Organomet. Chem. 55 (1973), 215−220の記載と同様に行なうことができる。また、金属アルキルアミドの存在下でのオレフィンとアミンとの反応は、微少量のアンモニア(使用されるアミンに対して1モル%未満)の存在下で実施されてもよい(ドイツ連邦共和国特許出願公開第2117970号明細書参照)。
【0056】
また、金属アルキルアミドの製造およびオレフィンの触媒によるヒドロアミノ化は、”一槽合成(Eintopfsynthese)”で、即ち同時に実施されてもよい。
【0057】
この場合には、例えばBuLi、C2H4およびジエチルアミンまたはNa、ジエチルアミン、C2H4および少量のブタジエンが反応混合物として使用される。
【0058】
ヒドロアミノ化すべきオレフィンが共役二重結合、例えばブタジエン、イソプレンまたはスチレンを有する場合には、合成は、有利に”一槽合成”として実施される。
【0059】
金属アルキルアミドは、反応の間にドイツ連邦共和国特許出願公開第2613113号明細書の記載と同様にH2のβ−除去または作用によって金属水素化物に変換され;その際、β−除去の場合には、同時にイミンが生成される。このイミンは、第1アミンまたは第2アミンの作用下で、ドイツ連邦共和国特許出願公開第2613113号明細書、C.A. Brown, Synthesis (1978), 第754頁以降の記載により再び金属アルキルアミドおよびH2に変換されることができ、したがって金属水素化物は、金属アルキルアミドの”静止形(Ruheform)”の種類として見なされることができ、したがって本発明の範囲内で金属アルキルアミドと同一視することができる。
【0060】
更に、錯形成剤は、溶剤として触媒製造の場合ならびに反応の場合に添加されていてよい。
【0061】
即ち、例えばJ.F. Remenar (J. Am. Chem. Soc. 120 (1988), 第4081頁以降)、H. Lehmkuhl他(J. Organomet. Chem. 55 (1973), 第215頁以降)およびD. Steinborn他(Z. Chem. 29 (1989), 第333頁以降)は、錯形成剤としてのN,N,N′,N′−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N′,N′′,N′′−ペンタメチルジエチレントリアミン、N,N,N′,N′−テトラメチルシクロヘキサンジアミンおよびテトラヒドロフランの使用を記載している。
【0062】
更に、1分子当たり数個のアミン系N原子を有するアミン、例えばN,N,N′,N′−テトラエチレンエチレンジアミン、N−ペルメチル化トリエチレンテトラミンまたはN−ペルエチル化トリエチレンテトラミンは、500000ダルトンの分子量を有するN−ペルメチル化ポリイミンまたはN−ペルエチル化ポリイミン、エーテルおよびポリエーテル、例えばジグリメ、トリグリメおよび相応する類似体、末端基閉鎖されたポリオール、例えばPEG、PPG、ポリTHF、ならびに分子中にアミン系N原子およびエーテル系O原子を有する錯形成剤、例えば3−メトキシエチルアミン、3−(2−メトキシエトキシ)プロピルアミンまたはN,N,N′,N′−テトラメチルジアミノジエチルエーテルに到るまで添加されていてよい。
【0063】
この場合には、一般に触媒(または触媒前駆体としての相応する金属水素化物または相応する有機金属化合物(例えばn−BuLi))を第1アミンおよび/または第2アミン、特に有利に第2アミン中に溶解するかまたは懸濁させることが優先される。この場合、好ましくは、溶剤として第1の処理工程の供給原料およびヒドロアミノ化の生成物から自動的に生じるアミン混合物が使用される。
【0064】
触媒は、溶液として、懸濁液として、または典型的な触媒担体、例えばSiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2、活性炭、MgO、MgAl2O4上に担持されて存在することができる。好ましくは、触媒は、溶液または懸濁液として、特に有利に溶液として存在する。
【0065】
オレフィンのヒドロアミノ化は、非連続的、半連続的または連続的に行なうことができる。
【0066】
第1の場合には、オレフィンは、触媒およびアミンに添加されて反応される。第2の場合には、オレフィンは、反応混合物に定量供給される。第3の場合には、触媒、アミンおよびオレフィンは、連続的に供給される。
【0067】
好ましくは、オレフィン:第2アミンのモル比は、3:1〜1:10、特に有利に1:1〜1:2である。
【0068】
好ましくは、オレフィン:第1アミンのモル比は、6:1〜1:5、特に有利に2:1〜1:1である。
【0069】
反応は、有利に攪拌しながら0〜250℃、殊に20〜150℃、特に有利に40〜120℃で行なわれる。
【0070】
反応は、選択された条件下でもたらされる圧力(固有圧)下で実施されることができる。一般に、過圧は、反応の実施の際に0〜200バール、殊に2〜100バール、特に3〜30バールである。
【0071】
反応器として、全ての型の反応装置、例えば攪拌釜、環状反応器、泡鐘塔、充填型泡鐘塔、カスケード型泡鐘塔および攪拌塔がこれに該当する。
【0072】
反応後に、生成物は、例えば蒸留、精留、濾過、メンブラン濾過、水洗浄または触媒の吸着によって分離される。
【0073】
プロトリシス化されていない触媒(金属アルキルアミドまたは金属水素化物)は、引続き返送されることができる。
【0074】
b)
殊に選択的に第1の処理工程において、オレフィン、殊に式Iのオレフィンは、アンモニアおよび/または第1アミン、殊にアンモニアおよび/または式IIの第1アミンと触媒としての無機固体過酸またはその混合物の存在下でヒドロアミノ化条件下で反応される。
【0075】
この反応は、一般に次の反応式により行なわれる。
【0076】
【化5】
【0077】
I中の飽和基R1〜R4の場合に、生じるオレフィン系二重結合が窒素に対してα位でもβ位でもIV、V、VI、VIIまたはVIII中に存在しなくなることは、上記の反応式を簡易化するものと思われた。しかし、実際には、酸性条件下で第1の処理工程において十分に二重結合の異性化が起こりうる。
【0078】
上記反応式をよりいっそう明瞭にするために、VIIおよびVIIIのレギオ異性体は、レギオ異性体VaおよびVbと同様に示されていないが、しかし、一緒に含まれているものとする。
【0079】
特に好ましいオレフィンIは、エテン(この場合、R1、R2、R3およびR4はHである)、プロペン(この場合、R1、R2およびR4はHであり、およびR3はCH3である)、1−ブテンおよび2−ブテン(この場合、R1、R2およびR4はHであり、およびR3はC2H5であるかまたはR1およびR3はHであり、R2およびR4はCH3である)、1,3−ブタジエン(この場合、R1、R3およびR4はHであり、およびR2はCH=CH2である)およびイソブテン(この場合、R3およびR4はCH3であり、R1およびR2はHである)である。
【0080】
特に好ましいアミンは、NH3およびモノアルキルアミン、特に好ましくはNH3、モノエチルアミン、n−ブチルアミンおよびイソプロピルアミンであり、殊に好ましいのは、NH3である。
【0081】
エテンおよびアンモニアから出発するヒドロアミノ化生成物は、主にモノエチルアミン、僅かにジエチルアミン、極めて僅かにトリエチルアミンであり、エテンおよびモノエチルアミンから出発するヒドロアミノ化生成物は、主にジエチルアミンおよび僅かにトリエチルアミンであり、イソブテンおよびアンモニアから出発するヒドロアミノ化生成物は、第三ブチルアミンであり、1,3−ブタジエンおよびアンモニアから出発するヒドロアミノ化生成物は、1−アミノ−2−ブテンおよび/または2−アミノ−3−ブテンであり、プロペンおよびアンモニアから出発するヒドロアミノ化生成物は、イソプロピルアミンであり、ブテンおよびアンモニアから出発するヒドロアミノ化生成物は、2−ブチルアミンである。
【0082】
触媒として使用される無機固体過酸は、これが
(1.)3.3未満のpKs値の際に50μmol/gを上廻る酸中心を有し、
(2.)少なくとも400℃になるまで熱安定性であることによって定義されている。
【0083】
この場合、酸中心の数は、ハメット(Hammett)の滴定の方法により指示薬としてのジメチルイエロー[CAS−No. 60−11−7]およびH.A. BenesiおよびB.H.C. WinquistによりAdv. Catal., Vol. 27, Academic Press 1978, 第100頁以降に記載されたプローブとしてのn−ブチルアミンを用いて測定される。
【0084】
このような無機固体過酸の例は、ゼオライトおよびアルミノケイ酸塩、燐酸アルミニウムまたはシリカ−アルミノ燐酸塩、混合された酸金属酸化物および高い表面積を有する酸金属酸化物、層状珪酸塩ならびに担持されたアンモニウムハロゲン化物および担持されていないアンモニウムハロゲン化物である。
【0085】
アンモニアおよび/または第1アミンを用いてのオレフィンのヒドロアミノ化に適した触媒は、ゼオライト、殊にホージャサイト、例えばX型ゼオライト、Y型ゼオライトおよびUSY型ゼオライト、エリオナイト、斜方沸石、モルデナイト、オフレタイト(Offretit)、クリノプチオライト(Clinoptiolith)、ペンタシル(Pentasile)、例えばZSM−5およびZBM−10、ZSM−11、ZSM−12、MCM−22、MCM−41、MCM−48、MCM−49、MCM−56、EMT、SSZ−26、SSZ−33、SSZ−37、CIT−1、PSH−3、NU−85、βならびに硼素含有形、例えばZBM−11、H−硼素−ZSM−5、H−硼素−β、H−硼素−ZSM−11、ならびにガリウム含有形またはチタン含有形である。これらの触媒は、多数の触媒活性中心を示し、高い表面積を組み合わされている。
【0086】
記載されたゼオライトは、型および製造後の後処理(例えば、熱処理、脱アルミニウム化、酸処理、金属イオン交換等)の種類において区別される。
【0087】
適当なゼオライトの例は、米国特許第4375002号明細書、米国特許第4536602号明細書、欧州特許出願公開第305564号明細書、欧州特許出願公開第101921号明細書およびドイツ連邦共和国特許出願公開第4206992号明細書中に見出される。
【0088】
また、欧州特許出願公開第133938号明細書、欧州特許出願公開第431451号明細書および欧州特許出願公開第132736号明細書の記載から公知であり、その中で硼素珪酸塩ゼオライト、ガリウム珪酸塩ゼオライト、アルミノケイ酸塩ゼオライトおよび鉄珪酸塩ゼオライトが重要であり、場合によっては前記の記載と同様にアルカリ金属、アルカリ土類金属および遷移金属でドープされていてよいゼオライトは、適している。
【0089】
更に、例えばまたカナダ国特許第2092964号明細書の記載から公知であり、5Åを上廻る孔径を有する一定の組成の結晶性アルミノケイ酸塩として定義されているゼオライトは、適している。
【0090】
好ましくは、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第19530177号明細書に記載されているような金属変性されたかまたはハロゲン変性されたβゼオライトが使用される。
【0091】
また、殊に欧州特許出願公開第132736号明細書に開示されているような10以上のSiO2/Al2O3モル比を有するペンタシル型のゼオライト触媒も適している。
【0092】
アルミニウム燐酸塩およびシリコ−アルミノ燐酸塩には、ドイツ連邦共和国特許出願公開第19601409号明細書に記載されているようなゼオライト構造またはゼオライト類似の構造を有する結晶系、例えばSAPO−37、AlPO4−5、SAPO−5が含まれるが、しかし、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第4431093号明細書に記載されているような非晶質系も含まれる。これは、一般に式Al2O3*P2O5*xSiO2を有している。
【0093】
その上、混合された酸金属酸化物としては、Tanabe等がBull. Chem. Soc. Jpn. 47 (1974), 第1064頁以降に記載したような系、殊にAl2O3、SiO2−TiO2、ZrO2−TiO2、Fe2O3−TiO2、WO3−TiO2、MoO3−TiO2、Nb2O5−TiO2、Al2O3−B2O3、SiO2−Ga2O3、SiO2−B2O3、SiO2−Y2O3、SiO2−ZrO2、SiO2−WO3、SiO2−MoO3、ZrO2−MoO3、ZrO2−WO3がこれに該当する。
【0094】
前記酸化物を用いてのオレフィンのアミノ化の例は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第19624206号明細書に見出される。
【0095】
触媒として使用可能な層状珪酸塩は、殊に例えばKlockmanns Lehrbuch der Mineralogie, 第16版, F. Euke Verlag (1978), 第739〜765頁に記載されているようなモンモリロン石−サポナイト群、カオリン−蛇紋石群およびパリゴルスカイト−セピオライト群の粘土、例えばモンモリロン石、ヘクトライト、カオリン、アタパルジャイト、セピオライト、バイデライト、モントロナイト(Montronit)、サポナイト、ソーコナイトである。付加的に前記の層状珪酸塩は、例えば所謂”柱引(pillaring)”(PILC’s)または酸活性化(例えば、Suedchemie AG, Muenchen社のTonsil, K10およびK20)によってなお変性されていてよい。
【0096】
層状珪酸塩を用いてオレフィンおよびNH3からアミンを製造するための例は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第19524242号明細書に見出される。
【0097】
更に、またこの酸触媒は、既に使用された材料を含むことができるかまたは常法、例えば200℃を上廻る温度での空気、H2O、CO2または不活性ガス中での再か焼によってか、H2O、酸または有機溶剤を用いての洗浄によってか、蒸気処理によってか、または200℃を上廻る温度での真空中での処理によって再生された材料からなることができる。
【0098】
前記の酸触媒は、粉末の形または有利に成形体、例えばストランド、ペレットまたはスプリットの形で使用されることができる。成形のためには、結合剤2〜60質量%(成形すべき材料に対して)が添加されうる。結合剤としては、種々の酸化アルミニウム、有利にベーマイト、25:75〜95:5のSiO2/Al2O3のモル比を有する非晶質アルミノケイ酸塩、二酸化珪素、有利に高分散性SiO2、例えばシリカゾル、高分散性SiO2と高分散性Al2O3との混合物、高分散性TiO2ならびに粘土が適している。
【0099】
成形後に、押出物または圧縮成形体は、有利に110℃/16時間で乾燥され、300〜500℃/2〜16時間でか焼され、この場合か焼は、直接にヒドロアミノ化反応器中で行なうこともできる。
【0100】
一般に、触媒は、H形で使用される。しかし、さらに選択性、可使時間および可能な触媒再生の数を高めるために、触媒に対して種々の変性を行なうことができる。
【0101】
触媒の変性は、成形されていない触媒をアルカリ金属、例えばNa、アルカリ土類金属、例えばCa、Mg、土類金属、例えばTl、遷移金属、例えばMn、Fe、Mo、Cu、Zn、Cr、土類金属および/または希土類金属、例えばLa、CeまたはYでイオン交換することができるかまたはドープすることができることにある。
【0102】
1つの好ましい触媒の実施態様は、成形された触媒を流動管中に装入し、20〜100℃で例えば上記金属のハロゲン化物、酢酸塩、蓚酸塩、クエン酸塩または硝酸塩を溶解された形でその上方に導くことにある。この種のイオン交換は、例えば触媒の水素形、アンモニウム形およびアルカリ金属形で行なわれうる。
【0103】
触媒上への金属施与の別の方法は、ゼオライト材料を例えば水溶液中またはアルコール性溶液中の上記金属のハロゲン化物、酢酸塩、蓚酸塩、クエン酸塩、硝酸塩または酸化物で含浸することにある。
【0104】
イオン交換ならびに含浸には、乾燥、選択的には再度のか焼を続けることができる。金属でドープされた触媒の場合には、水素および/または水蒸気での後処理が好ましい。
【0105】
触媒の変性のもう1つの方法は、不均質触媒材料を成形するかまたは成形せずに、酸、例えば塩酸(HCl)、フッ化水素酸(HF)、燐酸(H3PO4)、硫酸(H2SO4)、蓚酸(HO2C−CO2H)またはこれらの混合物で処理することにある。
【0106】
特殊な実施態様は、触媒を成形前にフッ化水素酸(0.001〜2モル、有利に0.05〜0.5モル)で1〜3時間、還流下に処理することにある。一般に、濾別および洗浄除去の後、100〜160℃で乾燥し、400〜550℃でか焼する。
【0107】
もう1つの特殊な実施態様は、結合剤を用いての成形後の不均質触媒のHCl処理にある。この場合、不均質触媒は、一般に60〜80℃の温度で1〜3時間、3〜25%、殊に12〜20%の塩酸を用いて処理され、引続き洗浄除去され、100〜160℃で乾燥され、400〜550℃でか焼される。
【0108】
触媒を変性する別の方法は、アンモニウム塩、例えばNH4Cl、またはモノアミン、ジアミンもしくはポリアミンとの交換である。この場合、結合剤を用いて成形された不均質触媒は、一般に60〜80℃で10〜25%、有利に約20%のNH4Cl溶液と連続的に2時間、1:15の質量に応じての不均質触媒/塩化アンモニウム溶液中で交換され、その後に100〜120℃で乾燥される。
【0109】
アルミニウム含有触媒上で行なうことができるもう1つの方法は、脱アルミニウム化であり、この場合アルミニウム原子の一部分は、珪素によって代替されているかまたは触媒は、例えば熱水処理によってアルミニウム含量が減少されている。形成された非格子アルミニウムを除去するために、熱水脱アルミニウム化には、好ましくは酸または錯形成剤を用いての抽出が続く。珪素によるアルミニウムの置換は、例えば(NH4)2SiF6またはSiCl4を用いて行なうことができる。Y型ゼオライトの脱アルミニウム化の例は、Corma他, Stud. Surf. Sci. Catal. 37 (1987), 第495〜503頁に見出される。
【0110】
触媒は、例えば1〜4mmの直径を有するストランドとしてかまたは例えば3〜5mmの直径を有するペレットとしてオレフィンのヒドロアルミニウム化に使用することができる。
【0111】
無機固体酸の存在下でのオレフィンとアンモニアおよび/または第1アミンとの反応は、例えば欧州特許出願公開第132736号明細書、欧州特許出願公開第752409号明細書および欧州特許出願公開第822179号明細書の記載と同様に行なうことができる。
【0112】
この場合には、一般にアンモニアおよび/または第1アミンをオレフィンと一緒に1:1〜10:1、有利に1:1〜5:1のモル比で混合し、固定床反応器または渦動床中で40〜700バール、有利に200〜300バールの圧力で80〜400℃、有利に250〜350℃の温度で気相中または過臨界状態で反応させることが優先される。
【0113】
また、この反応は、液相中で40〜80バールの圧力および60〜120℃の温度で攪拌釜、固体−液体流動床または流動管中で実施されることができる。
【0114】
この方法の1つの実施態様は、アンモニアおよび/または第1アミンをオレフィンおまたはオレフィン混合物と一緒に1:1〜5:1のモル比で混合し、無機固体酸を含有する固体床反応器に供給し、100〜300バール、有利に120〜300バール、殊に140〜290バールの圧力および200〜350℃、有利に220〜330℃、殊に230〜320℃の温度で気相中または過臨界状態で反応させることにある。
【0115】
平衡の状態、ひいては望ましいヒドロアミノ化生成物への変換は、選択された反応圧力に著しく依存する。高い圧力は、付加生成物にとって有利であるが、しかし、一般に工業的理由および経済的理由から300バールまでの圧力範囲が最適である。反応の選択性は、アンモニア/アミンの過剰量および触媒のような影響力と共に、高度に温度によって影響を及ぼされる。実際に、付加反応の反応速度は、温度が上昇するにつれて著しく増大するが、しかし、場合によっては選択性を減少させる副反応を同時に促進させる。その上、温度の上昇は、熱力学的視点から多くの場合には好ましくない。変換率および選択性に関連する温度最適化の状態は、オレフィン、使用された第1アミンおよび触媒の構成に依存し、多くの場合には、200〜350℃の範囲内にある。
【0116】
c)
もう1つの特殊な選択において、第1の処理工程でオレフィン、殊に式Iのオレフィンは、アンモニア、第1アミンおよび/または第2アミン、殊にアンモニア、第1アミンおよび/または式IIの第2アミンと、触媒としての遷移金属錯体化合物またはその混合物の存在下でヒドロアミノ化条件下で反応される。
【0117】
この反応は、一般に上記の反応式1および2ならびにこれらの反応式のそれぞれの注釈の記載に応じて行なわれる。
【0118】
特に好ましいオレフィンIは、エテン(この場合、R1、R2、R3およびR4はHである)、プロペン(この場合、R1、R2およびR3は、CH3である)および1,3−ブタジエン(この場合、R1、R3およびR4は、Hであり、R2は、CH=CH2である)である。
【0119】
アンモニアと共に、特に好ましいアミンは、モノアルキルアミンおよびジアルキルアミン、例えばモノメチルアミン、ジメチルアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、n−ブチルアミン、イソプロピルアミン、ジイソプロピルアミンおよびジ−n−ブチルアミンである。
【0120】
エテンおよびアンモニアから出発するヒドロアミノ化生成物は、モノエチルアミン、ジエチルアミンおよび/またはトリエチルアミンであり、エテンおよびモノエチルアミンから出発するヒドロアミノ化生成物は、ジエチルアミンおよび/またはトリエチルアミンであり、イソブテンおよびアンモニアから出発するヒドロアミノ化生成物は、第三ブチルアミンであり、1,3−ブタジエンおよびアンモニアから出発するヒドロアミノ化生成物は、1−アミノ−3−ブテンおよび/または2−アミノ−3−ブテンであり、1,3−ブタジエンおよびn−ブチルアミンから出発するヒドロアミノ化生成物は、(2−ブテニル)−n−ブチルアミンおよび/または(3−ブテニル)−n−ブチルアミンであり、プロピレンおよびイソプロピルアミンから出発するヒドロアミノ化生成物は、ジイソプロピルアミンである。
【0121】
触媒として使用される遷移金属錯体化合物は、一般に周期律表の第IIIB族、第IVB族または第VIII族の金属の錯体化合物である。
【0122】
このための例は、脂肪族第3アミンに対するエチレンへの第2脂肪族アミンの付加に関しては、米国特許第3758586号明細書に記載された、ロジウムまたはイリジウムの化合物、例えば(シクロオクタジエン)2RhCl2、RhCl3、RhBr3およびIrCl3であり、
オレフィン、例えばエテンへのアンモニア、第1アミンまたは第2アミンの付加に関しては、米国特許第4454321号明細書に記載された、ルテニウムおよび鉄の化合物、例えばRuCl3*xH2O、Ru(シクロペンタジエニル)2、[Ru(NH3)4(OH)Cl]Cl*2H2O、Fe(CO)5、Fe2(CO)9、H2Fe(CO)4、Fe(ブタジエン)(CO)3、Fe(CO)5/トリ−n−ブチルホスフィン、Fe(CO)5/トリフェニルホスファイトであり、
オレフィンのヒドロアミノ化に関しては、Th. E. MuellerおよびM. Bellerの概観的な論説でChem. Rev. 1998, Vol.98, No.2, 第675〜703頁の中、第679〜680頁に引用された、白金およびパラジウムの化合物、例えばPtX4 2−(この場合、XはCl−、Br−である)であり、
オレフィンのヒドロアミノ化(殊に分子内ヒドロアミノ化)に関しては、Th. E. MuellerおよびM. Bellerの上記の概観的な論説で第681〜684頁に引用された、ランタン、ネオジム、サマリウムおよびルテチウムの化合物、例えばCp*2Ln−E(この場合、Cp*は、第2テトラメチルシクロペンタジエニル配位子に対する橋を有するペンタメチルシクロペンタジエニルまたはテトラメチルシクロペンタジエニルであり、Lnは、La、Nd、SmまたはLuであり、Eは、H、CH(SiMe3)2またはN(SiMe3)2である)であり、かつ
オレフィンのヒドロアミノ化に関しては、Th. E. MuellerおよびM. Bellerの上記の概観的な論説で第684〜686頁に引用された、白金、ルテニウム、ハフニウム、ジルコニウム、イリジウムおよびタンタルの化合物、例えばPt(PEt3)2(H)(NHPh)、IrCl(C2H4)2(PEt3)2およびCp2Zr(H)[N(t−Bu)(SiHMe2)]である。
【0123】
オレフィンとアンモニアおよび/またはアミンとの反応は、例えば上記の刊行物の記載と同様に行なうことができる。
【0124】
反応は、連続的にバッチ運転形式または半バッチ運転形式で運転されることができる。
【0125】
バッチ運転形式の場合には、触媒は、アミンと一緒に装入される。反応温度の達成後、オレフィンは圧縮される。圧力(反応に関する基準)の低下後、生成物または生成物混合物は留去される。
【0126】
過剰量のオレフィンならびに未反応のアミンは、返送されることができる。
【0127】
バッチ運転形式の場合、触媒は、生成物混合物と一緒に塔底部を経て反応器から搬出され、別個に後処理される。
【0128】
この反応は、反応釜中で実施されることができる。
【0129】
連続的運転形式の場合、反応は、泡鐘塔中で実施されることができる。この場合、オレフィンは、下方から触媒と生成物溶液との混合物によって吹き込まれる。次に、この溶液は、蒸留により触媒から除去されることができるか、または触媒は、メンブランにより生成物溶液から除去されることができる。また、触媒は、除去される必要がないのではなく、処理工程が損なわれない限り、直接に後処理または直ぐ次の処理工程に供給することができる。
【0130】
第2の処理工程:
引続き、第1の処理工程で得ることができるヒドロアミノ化生成物は、第2の処理工程でアルキル交換条件下で反応される。
【0131】
好ましくは、第1の処理工程で得ることができるヒドロアミノ化生成物は、引続き第2の処理工程で
d)アルキル交換触媒の存在下または
e)水素およびアルキル交換水素化触媒または脱水素化触媒の存在下で
80〜400℃の温度で反応される。
【0132】
第1の処理工程からの反応搬出物は、それぞれ使用されるオレフィン/複数のオレフィンおよびアミン/複数のアミンならびにそれぞれ選択されるヒドロアミノ化条件に相応してヒドロアミノ化生成物を含有する(上記参照)。このヒドロアミノ化生成物は、一般に式III、IV、V、VI、VIIおよび/またはVIII(上記反応式1および2ならびにそれに属する注釈参照)を有する。
【0133】
第1の処理工程からの反応搬出物は、一般に触媒の分離後(それぞれ上記の記載と同様)に直接に第2の処理工程に使用されることができる。
【0134】
しかし、第1の処理工程の反応搬出物から、第1に第2の処理工程に望ましいヒドロアミノ化生成物(例えば、それぞれ上記の記載と同様)は分離され、その後に第2の処理工程に使用される。
【0135】
好ましくは、第2の処理工程に対する供給量には、アンモニアおよび/またはアミンを供給することができ、および/またはアンモニアおよび/またはアミンは、反応搬出物から前記の第2の処理工程に返送されることができる。
【0136】
アルキル交換条件下で第2の処理工程における、第1の処理工程で得ることができるヒドロアミノ化生成物の反応は、例えばHouben Weyl 第XI/1巻, 窒素化合物II, 1957, Georg Thieme Verlag Stuttgart, 第248〜261頁の記載と同様に行なうことができる。
【0137】
その後に、アミンアルキル交換(’アミン交換’)は、アルキル交換触媒、例えば酸、ゼオライト(前記記載と同様)、金属塩、沃化物、脱水触媒、水素化/脱水素化触媒の存在下で実施されることができるし、触媒の不在下でも実施されることができる。
【0138】
アルキル交換触媒として適当な酸は、例えばハロゲン化水素酸(例えば、HCl)、燐酸、スルファニル酸またはスルホン酸(例えば、p−トルエンスルホン酸)である。
【0139】
アルキル交換触媒として適当な金属塩は、例えば亜鉛ハロゲン化物または鉄ハロゲン化物、例えば塩化亜鉛、塩化鉄(II)または塩化鉄(III)である。
【0140】
アルキル交換触媒として適当な脱水触媒は、例えば酸化マンガン(II)/活性炭、珪酸アルミニウム、Al2O3、TiO2またはZrO2である。
【0141】
アルキル交換触媒としては、水素化触媒および脱水素化触媒が好ましい。
【0142】
この場合、触媒活性を維持するために、水素の存在は好ましい。また、水素化触媒または脱水素化触媒は、規則的な間隔でH2での還元により被覆を除去することができる。
【0143】
水素化触媒および脱水素化触媒としては、触媒活性成分として銅、銀、金、鉄、コバルト、ニッケル、レニウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金、クロム、モリブデンおよびタングステンの群から選択された元素を、それぞれ金属形(酸化段階0)または処理条件下で相応する金属に還元される酸化物のような化合物の形で含有する触媒が特に好適である。
【0144】
触媒活性成分の銅、銀、金、鉄、コバルト、ニッケル、レニウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金、クロム、モリブデンおよびタングステンは、一般に全体的に酸化段階0の金属として計算した0.1〜80質量%、有利に0.1〜70質量%、特に有利に0.1〜60質量%の量で触媒の触媒活性質量中に含有されている。
【0145】
好ましいのは、触媒活性成分として銅、銀、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、白金、クロムおよびモリブデンの群から選択された、殊に銅、コバルト、ニッケルの群から選択された元素を、それぞれ金属形(酸化段階0)または処理条件下で相応する金属に還元される酸化物のような化合物の形で含有する触媒である。
【0146】
よりいっそう好ましいのは、触媒活性成分の銅、銀、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウムおよび/または白金、有利に酸化アルミニウム、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン、炭素および/または珪素の酸素含有化合物の群から選択された触媒活性成分を含有する触媒である。
【0147】
本発明による方法において有利に使用される触媒の触媒活性質量は、触媒活性成分の銅、銀、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウムおよび/または白金を一般に全体的に酸化段階0の金属として計算した0.1〜80質量%、有利に0.1〜70質量%、特に有利に0.1〜60質量%の量で含有する。
【0148】
更に、前記の有利に使用される触媒の触媒活性質量は、担持材料の酸化アルミニウム(Al2O3)、二酸化ジルコニウム(ZrO2)、二酸化チタン(TiO2)、炭素および/またはSiO2として計算した珪素の酸素含有化合物を一般に全体的に20〜99.9質量%、有利に30〜99.9質量%、特に有利に40〜99.9質量%の量で含有する。
【0149】
特に好ましいのは、活性成分Cu、Co、Niおよび/またはPd、殊にCu、Coおよび/またはNiを有する触媒である。この触媒は、全接点(Vollkontakte)または担持触媒として使用されることができる。
【0150】
本発明により確認されたCu含有触媒は、特に有利であり、比較的僅かなエタン形成およびメタン形成のために選択的である。
【0151】
このための例は、銅合金、銅網の形の金属銅および担体上のCuOとして計算したCu2〜70質量%の銅含量、有利に担体上のCuOとして計算したCu10〜55質量%を有するCu触媒である。担持材料は、有利に酸化アルミニウム(Al2O3)、二酸化ジルコニウム(ZrO2)、二酸化チタン(TiO2)、炭素および/または珪素の酸素含有化合物である。
【0152】
例えば、欧州特許出願公開第382049号明細書に開示された、触媒活性物質が水素での処理前に
ZrO220〜85質量%、有利に70〜80質量%、
CuO1〜30質量%、有利に1〜10質量%、およびそれぞれ
CoOおよびNiO1〜40質量%、有利に5〜20質量%を含有する触媒、例えば上記引用文献第6頁に記載された、ZrO2として計算したZr76質量%、CuOとして計算したCu4質量%、CoOとして計算したCo10質量%およびNiOとして計算したNi10質量%の組成を有する触媒が本発明による方法において使用されうる。
【0153】
更に、本発明による方法において、欧州特許出願公開第963975号明細書に開示された、触媒活性物質が水素での処理前に
ZrO222〜40質量%、
CuOとして計算した銅の酸素含有化合物1〜30質量%、
NiOとして計算したニッケルの酸素含有化合物15〜50質量%、この場合Ni:Cuのモル比は1を上廻り、
CoOとして計算したコバルトの酸素含有化合物15〜50質量%、
Al2O3またはMnO2として計算したアルミニウムおよび/またはマンガンの酸素含有化合物0〜10質量%を含有しかつモリブデンの酸素含有化合物を含有しない触媒、例えば上記引用文献第17頁に開示された、ZrO2として計算したZr33質量%、NiOとして計算したNi28質量%、CuOとして計算したCu11質量%およびCoOとして計算したCo28質量%の組成を有する触媒Aが使用されうる。
【0154】
更に、本発明による方法において、欧州特許出願公開第514692号明細書に開示された、触媒活性物質が水素での処理前に1:1〜10:1、有利に2:1〜5:1の原子比での銅およびニッケルの酸化物5〜100質量%ならびに酸化ジルコニウムおよび/または酸化アルミニウムを含有する触媒、殊に上記引用文献第3頁第20〜30行に開示された、触媒活性物質が水素での処理前にAl2O3および/またはZrO220〜80質量%、特に40〜70質量%、CuO1〜30質量%、NiO1〜30質量%およびCoO1〜30質量%を含有する触媒が使用されうる。
【0155】
好ましくは、ドイツ連邦共和国特許出願公開第1953263号明細書に開示された、コバルト、ニッケルおよび銅ならびに酸化アルミニウムおよび/または二酸化珪素を全触媒に対して5〜80質量%、殊に10〜30質量%の金属含量で含有する触媒が本発明により使用され、この場合この触媒は、金属含量に対してコバルトとニッケルとの混合物70〜95質量%および銅5〜30質量%を含有し、コバルトとニッケルとの質量比は、4:1〜1:4、殊に2:1〜1::2であり、
欧州特許出願公開第696572号明細書に開示された、触媒活性物質が水素での処理前にZrO220〜85質量%、CuOとして計算した銅の酸素含有化合物1〜30質量%、NiOとして計算したニッケルの酸素含有化合物30〜70質量%、MoO3として計算したモリブデンの酸素含有化合物0.1〜5質量%、およびAl2O3またはMnO2として計算したアルミニウムおよび/またはマンガンの酸素含有化合物0〜10質量%を含有する触媒、例えば上記引用文献第8頁に開示された、ZrO231.5質量%、NiO50質量%、CuO17質量%およびMoO31.5質量%の組成を有する触媒が本発明により使用され、
欧州特許出願公開第284919号明細書に開示された、一般式MxMgy(SiO2)・nH2O〔式中、MはCu、Fe、CoおよびCoの群からの2価の還元可能な金属原子であり、xおよびyは一緒になって1.5の値を達成しうる数であり、nは乾燥後に質量%で表わされて0〜80の間にある〕で示される触媒、例えば上記引用文献の実施例中に記載された、CuO35%、MgO9%およびSiO238%を含有する触媒および欧州特許出願公開第863140号明細書第3頁に記載された、CuO45〜47質量%、MgO約15〜17質量%とSiO235〜36質量%とからの珪酸マグネシウム、Cr2O3約0.9質量%、BaO約1質量%およびZnO約0.6質量%を含有する触媒が本発明により使用され、
ドイツ連邦共和国特許出願公開第2445303号明細書に開示された、一般組成式CumAl6(CO3)0.5mO3(OH)m+12〔式中、mは任意の整数でなくともよい2〜6の値を表わす〕で示される、塩基性銅およびアルミニウムを含有する炭酸塩を350〜700℃の温度で熱処理することによって得ることができる触媒、例えば上記引用文献の実施例1に開示された、硝酸銅および硝酸アルミニウムの溶液を重炭酸ナトリウムで処理し、引続き調製物を洗浄し、乾燥し、温度処理することによって得られる銅含有沈降触媒が本発明により使用され、および
WO 95/32171および欧州特許出願公開第816350号明細書に開示された、それぞれか焼された触媒の全質量に対して、CuOとして計算した銅5〜50質量%、有利に15〜40質量%、SiO2として計算した珪素50〜95質量%、有利に60〜85質量%、MgOとして計算したマグネシウム0〜20質量%、BaOとして計算したバリウム0〜5質量%、ZnOとして計算した亜鉛0〜5質量%およびCr2O3として計算したクロム0〜5質量%を含有する担持触媒、例えば欧州特許出願公開第816350号明細書第5頁に開示された、CuO30質量%およびSiO270質量%を含有する触媒が本発明により使用される。
【0156】
本発明による方法においてアルキル交換触媒として使用される水素化触媒または脱水素化触媒は、公知技術に記載の方法により得ることができ、部分的に商業的に得ることができる。
【0157】
担持触媒を製造する場合には、活性成分、例えばニッケル、コバルトおよび/または銅および場合によっては他の成分の施与方法に関連して使用される担持材料には、全く制限が存在しない。
【0158】
殊に、次の施与方法がこれに該当する:
a)含浸
予め完成された無機担体上への1つ以上の含浸工程での金属塩溶液の施与。担体は、含浸に続いて乾燥され、場合によってはか焼される。
【0159】
a1)含浸は、所謂”初期湿潤”法により行なうことができ、この場合には、担体は、水吸収能力に相応して最大で飽和されるまで含浸溶液で湿潤される。しかし、含浸は、上に立つ溶液中で行なわれてもよい。
【0160】
a2)多工程の含浸法の場合、個々の含浸工程の間で乾燥および場合によってはか焼を行なうことは、有利である。多工程の含浸は、担体が大きな金属量と衝突する場合には、特に有利に使用することができる。
【0161】
a3)好ましくは、無機担持材料は、含浸の際に予め成形された材料、例えば粉末、球体、ストランドまたはペレットとして使用される。特に好ましくは、粉末として使用される。
【0162】
a4)金属塩の溶剤として、好ましくは濃縮されたアンモニア水が使用される。
【0163】
a5)促進剤の導入は、1つの工程でa1)と同様に相応する金属含有含浸溶液、例えば銅含有含浸溶液、コバルト含有含浸溶液および/またはニッケル含有含浸溶液、ならびに促進剤含有含浸溶液で含浸するかまたは多工程でa2)と同様に金属含有含浸溶液および促進剤含有含浸溶液と交互に含浸することによって行なうことができる。
【0164】
b)沈殿
予め完成された不活性無機担体上への金属塩溶液の沈殿。この担体は、特に有利な実施態様において粉末として水性懸濁液中に存在する。
【0165】
b1)実施態様(i)において、金属塩溶液は、有利にソーダ溶液を用いて沈殿される。装入物として担持材料の水性懸濁液が使用される。
【0166】
b2)もう1つの実施態様において、沈降触媒は、2工程法で製造されることができる。この場合には、第1の工程で粉末がa)からの記載により製造され、乾燥される。この粉末は、水性懸濁液中に移され、装入物として実施態様(i)の記載と同様に使用される。
【0167】
b3)促進剤の導入は、1つの工程でb1)と同様に金属含有溶液の沈殿によって行なうことができるかまたは多工程でb2)と同様に金属含有溶液および促進剤含有溶液の逐次的沈殿によって行なうことができる。最後に記載された促進剤含有溶液の逐次的沈殿の場合には、個々の沈殿は、直接に互いに行なうことができるかまたは洗浄工程および/または乾燥工程および/またはか焼工程によって別個であってよい。
【0168】
a)および/またはb)の出発物質としては、原理的に施与の際に使用される溶剤中で可溶性である全ての金属(I)塩および/または金属(II)塩、例えば硫酸塩、硝酸塩、塩化物、炭酸塩、酢酸塩、蓚酸塩またはアンモニウム錯体が使用されうる。a)に記載の方法に特に有利には、金属炭酸塩が使用され、b)に記載の方法に特に有利には、金属硝酸塩が使用される。
【0169】
a)またはb)から生じる沈殿された沈殿物は、常法で濾過され、有利にアルカリ金属不含になるまで洗浄される。
【0170】
また、濾過された、場合によっては洗浄された沈殿物中に促進剤成分を適当な形で導入することは、可能である。適当な形は、例えば無機塩または錯体もしくは有機化合物である。
【0171】
a)からの最終製品ならびにb)からの最終製品は、50〜150℃の温度、有利に100〜140℃で乾燥され、場合によっては手本として、例えば2時間の時間に亘って高い温度、即ち一般に200〜400℃、殊に200〜220℃で温度処理される。
【0172】
乾燥後ならびに温度処理後に、促進剤成分を適当な形で導入することは、可能である。適当な形は、例えば無機塩または錯体もしくは有機化合物である。この場合、導入は、有利に強力な混合、混練および/または圧縮によって行なわれ、この場合には、場合により液体、例えば水またはアルコールが添加されてもよい。促進剤成分の導入後、好ましくはさらに乾燥工程および/または温度処理工程が行なわれる。しかし、乾燥状態での添加の場合には、この促進剤成分は、場合によっては不用であってもよい。
【0173】
本発明による方法に使用するには、上記の乾燥された粉末は、有利にペレットまたは類似の成形体に成形される。ペレット化助剤としては、成形処理に黒鉛が有利に乾燥された粉末の質量に対して3質量%の割合で添加される。
【0174】
ペレット成形体は、有利に2時間、300〜600℃、殊に330〜350℃で温度処理される。このペレット化のための特殊な方法は、ペレット化助剤としての黒鉛の専らの使用と比較して、常法でペレットへの粉末の特に簡単に実施することができる成形を可能にし、極めて化学的および機械的に安定な触媒を供給する。
【0175】
また、成形されたペレット中に促進剤成分を適当な形で導入することも可能である。適当な形は、例えば無機塩の溶液または錯体もしくは有機化合物である。導入後、好ましくは、再度の乾燥は、50〜150℃、有利に100〜140℃の温度で行なわれる。付加的になお、温度処理は、有利に約2時間、300〜600℃、殊に330〜350℃で行なうことができる。
【0176】
反応を第2の処理工程で、アルキル交換条件下および同時に水素化条件下で、殊に水素およびアルキル交換水素化触媒または脱水素化触媒の存在下で行なう場合には、第1の処理工程からのヒドロアミノ化搬出物中に含有される不飽和有機窒素化合物、即ちオレフィン系C=C−二重結合(例えば、エナミンおよびアリルアミンの場合と同様)を有するかまたはイミンである有機窒素化合物は、場合によっては相応する飽和アミンに水素化されていてよい。
【0177】
この場合、アルキル交換水素化触媒または脱水素化触媒としては、上記の記載と同様の水素化触媒および脱水素化触媒が好ましい。
【0178】
第1の処理工程からのヒドロアミノ化搬出物は、例えば第1の処理工程でオレフィンとして2倍または数倍のオレフィンが使用されるかまたは第1の処理工程でアミンとして相応する不飽和アミンが使用される場合には、オレフィン系C=C−二重結合を有する不飽和有機窒素化合物を含有を含有する。イミンは、二重結合の異性化または金属アルキルアミドからのβ−除去によって生成されることができる。
【0179】
このような2価または多価オレフィンの例は、次の通りである:1,3−ブタジエン、1,4−ペンタジエン、1,5−ヘキサジエン、アレン、イソプレン、4−ビニル−1−シクロヘキセン、シクロヘキサジエン。
【0180】
オレフィン系C=C−二重結合を有するこのような不飽和アミンの例は、次の通りである:アリルアミン、1−アミノ−2−ブテン、1−アミノ−3−ブテン、1−アミノ−4−ペンテン。
【0181】
第2の処理工程を実施するために、好ましくは、第1の処理工程に由来する生成物または生成物混合物、または第1の処理工程の後処理に由来するアミンまたは濃度が増加されたアミンは、連続的にアルキル交換触媒上で搬送されるかまたは非連続的にアルキル交換されることが設けられている。
【0182】
連続的運転方法の場合には、アルキル交換触媒は、管状反応器または管束反応器中に組み込まれている。アルキル交換脱水素化/水素化反応器およびH2の存在下での運転形式の場合(変法e)には、触媒は、選択的に先に水素で還元されることができるが、しかし、触媒は、生成物および水素の存在下で直接に運転されることができる。
【0183】
水素圧力は、0バール〜300バール、有利に1〜250バールが選択されうる。
【0184】
気相中での反応の場合には、圧力は、一般に1〜70バールである。
【0185】
液相中での反応の場合には、圧力は、一般に70〜250バールである。
【0186】
温度は、一般に80〜400℃、殊に100〜350℃、有利に120〜250℃、特に有利に150〜230℃である。
【0187】
処理に応じてのアルキルアミンおよび場合によってはアンモニアの熱力学的平衡は、選択された温度に応じて生じ、この場合このアンモニアは、窒素対アルキル基の比に依存する。アルキル基が立体的要求が多ければ多いほど、相応する第三アルキルアミンの含量は、ますます少なくなる。
【0188】
出発物質での触媒の負荷は、毎時触媒1リットル当たり出発物質0.05〜2kg(kg/l*h)、有利に0.1〜1kg/l*h、特に有利に0.2〜0.6kg/l*hであることができる。
【0189】
アミンのモル比(’アルキル交換成分’)(アンモニアおよび/または第1アミンの好ましい場合)は、望ましい混合生成物に応じて幅広い範囲内で変動することができる。
【0190】
非連続的アルキル交換の場合、触媒は、出発物質と一緒に第2の処理工程に装入することができ、アルキル交換成分の望ましい量は、それに添加されるかまたは補充される。引続き、望ましい温度に加熱される(上記参照)。
【0191】
圧力の減圧後、搬出物は、蒸留される。
【0192】
本発明による方法の特に好ましい方法は、エテンとモノエチルアミンおよび/または有利にジエチルアミンとの反応(第1の処理工程)、引続く得られたエチルアミン(殊に、トリエチルアミン)とアンモニアとの反応(第2の処理工程)および第2の処理工程への過剰のアンモニアの返送ならびに第1の処理工程へのモノエチルアミンおよび/または有利にジエチルアミンの部分的返送にある。本発明による方法の生成物としての望ましいエチルアミンは、場合によっては第1の処理工程および/または第2の処理工程への過剰のエチルアミンの返送下に、任意の量比で互いに第1の処理工程および/または第2の処理工程の反応搬出物の後処理後に得ることができる。
【0193】
更に、本発明による方法の特に好ましい実施態様は、プロペンとモノイソプロピルアミンとの反応(第1の処理工程)、引続く得られたジイソプロピルアミンとアンモニアとの反応(第2の処理工程)、第2の処理工程への過剰のアンモニアの返送および第1の処理工程へのモノイソプロピルアミンの部分的な返送にある。本発明による方法の生成物としての望ましいイソプロピルアミンは、場合によっては第1の処理工程および/または第2の処理工程への過剰のイソプロピルアミンの返送下に、任意の量比で互いに第1の処理工程および/または第2の処理工程の反応搬出物の後処理後に得ることができる。
【0194】
更に、本発明による方法の特に好ましい実施態様は、ブタジエンとn−もノブチルアミンおよび/または有利にn−ジブチルアミンとの反応(第1の処理工程)、引続く得られたn−ブチルアミン(殊に、n−トリブチルアミン)とアンモニアとの反応(第2の処理工程)、第2の処理工程への過剰のアンモニアの返送および第1の処理工程へのn−モノブチルアミンおよび/または有利にn−ジブチルアミンの部分的な返送にある。望ましいn−ブチルアミンは、場合によっては第1の処理工程および/または第2の処理工程への過剰のn−ブチルアミンの返送下に、任意の量比で互いに第1の処理工程および/または第2の処理工程の反応搬出物の後処理後に得ることができる。
【0195】
更に、本発明による方法は、エチルアミンの製造の実施例につき詳細に記載される。本明細書の記載は、n−ブチルアミンおよびイソプロピルアミンならびに別のアルキルアミンにも同様に当てはまる。流れの記載された組成は、モル組成に関連し意味に応じてn−ブチルアミンおよびイソプロピルアミンの製造に転用されることができる。
【0196】
この好ましい方法は、物質流との切換をもって添付書類にあるブロック図(図1)にエテンとアンモニアとの反応の例で略示されている。
【0197】
第1の処理工程において、(例えば、例4の記載により)エテンは、ジエチルアミンおよび/またはモノエチルアミン、有利にジエチルアミンと触媒量のアルカリ金属ジエチルアミン(例えば、例1によるアルカリ金属ジエチルアミドの製造)の存在でヒドロアミノ化条件下で反応される。
【0198】
反応器に連続的に供給される流れ(1;2;4)は、全体的にアンモニア0〜1質量%、有利に0.1質量%未満、モノエチルアミン0〜5質量%、有利に1質量%未満、ジエチルアミン20〜80質量%、有利に40〜70質量%、トリエチルアミン0〜50質量%、有利に40質量%未満、エチレン5〜50質量%、有利に10〜30質量%、触媒、有利にアルカリ金属ジアルキルアミド0.01〜10質量%、触媒のための溶剤0〜20質量%からなる。溶剤としては、既に上記項目a)に記載されたものが適している。
【0199】
非連続方法において、この流れの記載は、反応器中の出発濃度に相当する。
【0200】
反応は、多様な反応器中、例えば泡鐘塔(有利にカスケード型)、攪拌釜、噴射環状反応器またはカスケード型反応器中で一般に40〜150℃および1〜100バール、殊に70〜120℃および3〜20バールで実施されることができる。
【0201】
触媒は、液相中に均質に溶解されて存在する。原理的に反応器は、触媒の溶解度を上廻った場合に懸濁液運転形式で運転されることができる。
【0202】
本方法を非連続的に設計した場合には、形成された付加生成物(ヒドロアミノ化生成物)は、反応器から留去される。触媒、有利にアルカリ金属ジアルキルアミドは、十分な活性が使用される場合には、反応器中に残存し、こうして他の反応に利用されることができる。
【0203】
本方法を連続的に設計した場合には、形成された付加物(例えば、トリエチルアミン)は、例えばストリッピングによって反応混合物の未反応のエテンと一緒に取り出されうる。また、反応混合物は、フラッシ蒸発または蒸留に供給されてもよく、この場合には、高沸点溶剤(50質量%を上廻る)またはトリエチルアミン(50質量%を上廻る)中に溶解されているかまたは懸濁されている触媒は、塔底部で沈殿する。触媒含有塔底物は、第1の処理工程の反応器に返送される。1つの部分流は、高沸点物および触媒の排出のために廃棄される。反応搬出物の熱的後処理に対して選択的に、触媒の返送または支援のために、例えば濾過(ナノ濾過、メンブラン濾過等)を使用することができる。
【0204】
30〜100%、有利に80〜100%がトリエチルアミンからなる蒸留搬出物(流れ3)は、第2の処理工程(例えば、例7または8による)においてアンモニア(アンモニア供給量:流れ7)と水素の存在でアルキル交換触媒(例えば、例7または例8に記載の触媒)上で不均質触媒的に1〜250バールおよび100〜300℃、殊に180〜250℃および40〜200バールで反応され、モノエチルアミン(5〜70質量%、有利に10〜30質量%)、ジエチルアミン(20〜80質量%、有利に30〜60質量%)、トリエチルアミン(5〜70質量%、有利に15〜50質量%)およびアンモニア(1〜70質量%、有利に2〜10質量%)の混合物に変わる。水素含量は、0.1〜50質量%、有利に0.5〜5質量%である。
【0205】
(反応器出口流は、全体で流れ5と8から生じ、反応器入口流は、モノエチルアミン(0〜50質量%、有利に30質量%未満)、ジエチルアミン(0〜60質量%、有利に30質量%未満)、トリエチルアミン(10〜95質量%、有利に30〜80質量%)およびアンモニア(1〜70質量%、有利に3〜50質量%)からなる。水素含量は、0.1〜50質量%、有利に0.5〜5質量%である。)
渦動床反応器、流動床反応器および固定床反応器は、反応器として適しているが、しかし、有利には、固定床反応器である。反応は、2相で固体−液体で運転されてもよいし、固体−気体で運転されてもよく、ならびに3相で運転されてもよい。
【0206】
引続き、反応搬出物は、目的生成物のモノエチルアミン、ジエチルアミンならびにトリエチルアミンを得るために、常用の処理技術的方法で後処理される。即ち、熱い反応搬出物は、例えば急冷器または凝縮器により冷却されることができ、目的生成物は、凝縮除去される。残存する気相は、アンモニア、水素からなり、ならびに分圧に相応してそれぞれアミンも反応圧力に圧縮され、第2の工程の反応器に返送される。凝縮物または液状急冷搬出物(流れ5)は、適当な蒸留順序で望ましい規格に相応して価値のある生成物(流れ9;10;11)(図1参照)に変わる。凝縮物中に溶解されたアンモニアまたは水素は、分離され、3つのエチルアミンの望ましい量比に必要とされる量のモノエチルアミンおよびトリエチルアミンを含めて反応器に返送される(流れ6)。アンモニアまたは水素がガス状で生じる場合には、これらアンモニアまたは水素は、圧縮されてよいかまたは有利に第1の工程からの留出物流と一緒に吸収されてよい。引続き、留出物流は反応圧力および温度で蒸発され、第2の工程の反応器に供給される。
【0207】
第2の処理工程の反応器出口で望ましい、3つのエチルアミンの量比は、互いに広い範囲で滞留時間の変化および0.1〜50の間、有利に0.5〜20の間にあるトリエチルアミン/アンモニア質量比によって第2の処理工程の経過中に調節されることができる。トリエチルアミンへのエチレンとの反応のための第1の工程および/または第2の工程、勿論、有利には第1の工程へのジエチルアミンの返送および第1の工程および/または第2の工程、有利に第2の工程へのモノエチルアミンおよび/またはトリエチルアミンの返送のために、アミンは、任意の量比で互いに製造されることができる。返送された量を含めて、反応器入口流(第1の工程)の上記の組成物が生じる。
【0208】
式I〜VIII中の基R1〜R7は、互いに独立に次のものを意味する:
R1、R2、R3、R4:
水素(H)、
C1〜C20−アルキル、有利にC1〜C12−アルキル、特に有利にC1〜C8−アルキル、例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、第二ブチル、第三ブチル、n−ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、n−ヘキシル、イソヘキシル、n−ヘプチル、イソヘプチル、n−オクチルおよびイソオクチル、
C2〜C20−アルケニル、有利にC2〜C12−アルケニル、特に有利にC2〜C8−アルケニル、例えばビニルおよびアリル、
C3〜C20−シクロアルキル、有利にC3〜C12−シクロアルキル、特に有利にC5〜C8−シクロアルキル、例えばシクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチルおよびシクロオクチル、
C5〜C8−シクロアルケニル、例えば2−シクロペンチ−1−イル、2−シクロヘキシ−1−イル、3−シクロヘキシ−1−イル、
C6〜C20−アルキルシクロアルキル、有利にC4〜C12−アルキルシクロアルキル、特に有利にC5〜C10−アルキルシクロアルキル、例えば2−メチル−シクロペンチルおよび4−メチル−シクロヘキシル、
C6〜C20−シクロアルキル−アルキル、有利にC4〜C12−シクロアルキル−アルキル、特に有利にC5〜C10−シクロアルキル−アルキル、例えばシクロペンチルメチルおよびシクロヘキシルメチル、
アリール、例えばフェニル、1−ナフチルおよび2−ナフチル、有利にフェニル、
C7〜C20−アルキルアリール、有利にC7〜C16−アルキルアリール、有利にC7〜C12−アルキルフェニル、例えば2−メチルフェニル、3−メチルフェニル、4−メチルフェニル、2−エチルフェニル、3−エチルフェニルおよび4−エチルフェニル、
C7〜C20−アラルキル、有利にC7〜C16−アラルキル、有利にC7〜C12−フェンアルキル、例えばフェニルメチル、1−フェニルエチル、2−フェニルエチル、
R1およびR3:
一緒になってC2〜C12−アルキレン鎖、有利にC3〜C8−アルキレン鎖、特に有利に−(CH2)3−、−(CH2)4−、−(CH2)5−、−(CH2)6−および−(CH2)7−、殊に−(CH2)3−および−(CH2)4−、
R5:
水素(H)、
C1〜C20−アルキル、C1〜C20−アルケニル、C3〜C20−シクロアルキル、それぞれR1〜R4の上記定義と同様、
アラルキル、殊にC7〜C20−アラルキル、R1〜R4の上記定義と同様、
アルコキシアルキル、殊にC2〜30−アルコキシアルキル、有利にC2〜20−アルコキシアルキル、特に有利にC2〜8−アルコキシアルキル、例えばメトキシメチル、エトキシメチル、n−プロポキシメチル、イソプロポキシメチル、n−ブトキシメチル、イソブトキシメチル、第2ブトキシメチル、第3ブトキシメチル、1−メトキシ−エチルおよび2−メトキシエチル、特に有利にC2〜C4−アルコキシアルキル、
アミノアルキル、殊にC1〜20−アミノアルキル、有利にC1〜8−アミノアルキル、例えばアミノメチル、2−アミノエチル、2−アミノ−1,1−ジメチルエチル、2−アミノ−n−プロピル、3−アミノ−n−プロピル、4−アミノ−n−ブチル、5−アミノ−n−ペンチル、N−(2−アミノエチル)−2−アミノエチルおよびN−(2−アミノエチル)アミノメチル、
モノアルキルアミノアルキル、殊にC2〜30−モノアルキルアミノアルキル、有利にC2〜20−モノアルキルアミノアルキル、特に有利にC2〜8−モノアルキルアミノアルキル、例えばメチルアミノメチル、2−メチルアミノエチル、エチルアミノメチル、2−エチルアミノエチルおよび2−イソプロピルアミノエチル、
ジアルキルアミノアルキル、殊にC3〜30−ジアルキルアミノアルキル、有利にC3〜20−ジアルキルアミノアルキル、特に有利にC3〜10−ジアルキルアミノアルキル、例えばN,N−ジメチルアミノメチル、(N,N−ジブチルアミノ)メチル、2−(N,N−ジメチルアミノ)エチル、2−(N,N−ジエチルアミノ)エチル、2−(N,N−ジブチルアミノ)エチル、2−(N,N−ジ−n−プロピルアミノ)エチルおよび2−(N,N−ジ−イソプロピルアミノ)エチル、
R5およびR6:
一緒になって、Oヘテロ原子、Sヘテロ原子またはNヘテロ原子によって中断されていてもよい飽和または不飽和のC3〜C9−アルキレン鎖、例えば−(CH2)3−、−(CH2)4−、−(CH2)5−、−(CH2)6−、−(CH2)7−および−CH=CH−CH=CH−、
殊に一緒になって−(CH2)j−X−(CH2)k−基、この場合jおよびkは、互いに独立に1、2、3または4であり、Xは、CH2、CHR7、酸素(O)、硫黄(S)またはNR7であり、
この場合R7は、HまたはC1〜C4−アルキル、例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、第二ブチル、第三ブチル、例えば−(CH2)2−NH−(CH2)2−、−(CH2)2−NCH3−(CH2)2−、−(CH2)2−O−(CH2)2−。
【0209】
実施例
例1
ナトリウムジエチルアミドおよびカリウムジエチルアミドの製造
NaNEt2およびKNEt2をWO 93/14061の記載に関連して次のように製造した:NaまたはK100ミリモルをアルゴンの下で沸騰する無水トルエン30ml中に分散させた。次に、懸濁液を冷却し、イソプレン140ミリモル、ジエチルアミン140ミリモルおよび無水トルエン35mlからなる3Åのモレキュラーシーブ上で乾燥させた混合物を20℃で徐々に滴加した。最後に、1時間の後攪拌時間の間、NaNEt2またはKNEt2が形成された。これらNaNEt2またはKNEt2を溶液と遠心分離し、3Åのモレキュラーシーブ上で乾燥されたHNEt219.1gにより100mlの鋼製オートクレーブ中に移した。
【0210】
例2
リチウムジエチルアミドの製造
250mlのフラスコ中で、アルゴンの下で3Åのモレキュラーシーブ上で乾燥されたジエチルアミン140ミリモルを装入し、25℃で徐々にBuLi100ミリモル(ヘキサン中の2.5Mの溶液)を滴加し、この場合には、LiNEt2の懸濁液が形成された。更に、ジエチルアミン260ミリモルを添加することによって、均質な溶液が生じ、この溶液を100mlの鋼製オートクレーブ中に移した。
【0211】
例3
ナトリウムジ−n−ブチルアミドの製造およびナトリウムジ−n−ブチルアミドの存在でのジ−n−ブチルアミンとブタジエンとの反応
NaNBu2をWO 93/14061の記載に関連して次のように製造した:250mlのフラスコ中でアルゴンの下でNa50ミリモルを110℃で無水n−オクタン30ml中に分散させた。冷却後、イソプレン60ミリモル、3Åのモレキュラーシーブ上で乾燥させたジ−n−ブチルアミン60ミリモルおよび無水n−オクタン30ミリモルからなる混合物を滴加し、1時間さらに攪拌した。形成されたナトリウムジ−n−ブチルアミドをアルゴンの下で遠心分離し、ジ−n−ブチルアミン640ミリモル中に溶解し、270mlの鋼製オートクレーブ中に移した。この溶液を80℃に加熱し、攪拌しながら5時間ブタジエン475ミリモルを圧入した。1時間の後攪拌時間の後、オートクレーブを冷却し、開き、内容物をH2O中の10質量%のKCl25mlで処理した。試験をなお2回繰返し、全ての有機相を合わせ、3Åのモレキュラーシーブで乾燥させ、水素化して単離した(下記の例9参照)。
【0212】
例4
触媒としてのナトリウムジエチルアミドの存在でのジエチルアミンとエテンとの反応
例1からのオートクレーブ中で、室温でジエチルアミン40mlをポンプで供給した。90℃への加熱後、エテンを僅かな不足量(7.2g)で供給し、過圧が最初の18バールから0バールに低下するまで攪拌した(7時間)。生成物混合物(ジエチルアミン/トリエチルアミン)をオートクレーブから留去した(沸騰温度:105℃)。この方法を15回繰返し(29回のターンオーバー(TO))、この場合には、失活を確認することができなかった。
【0213】
例5
触媒としてのナトリウムジエチルアミドの存在でのジエチルアミンとエテンとの反応
触媒の製造を例1の記載と同様に実施した。この場合には、触媒50ミリモルだけを使用した。90℃への加熱後、エテンを僅かな不足量(7.3g)で供給し、過圧が最初の19バールから2バールに低下するまで攪拌した(7時間)。生成物混合物(ジエチルアミン/トリエチルアミン)をオートクレーブから留去した(沸騰温度:102℃)。
【0214】
この方法を5回繰返し(20回のターンオーバー(TO))、この場合には、失活を確認することができなかった。
【0215】
この場合には、半減された触媒にも拘わらず、同量のトリエチルアミンが形成されたことが注目された。それに応じて、溶解されたナトリウムジエチルアミドだけは、触媒活性である。(図2および3参照)
例6
触媒としてのブチルリチウムの存在でのジエチルアミンとエテンとの反応
例2からのオートクレーブ中に、ジエチルアミン40mlを供給し、エテン(5.3g)を圧入した。攪拌しながら、90℃に加熱し(圧力:21バール)、圧力の低下がもはや観察されなくなるまで(7時間)(圧力:13.5バール)攪拌した。室温への冷却後、無圧で生成物混合物50mlを留去し、GC分析により試験した:溶液は、次のものを含有していた:DEA71%およびTEA19%。これは、TEA6gに相当した。
【0216】
例7
トリエチルアミンとアンモニアとの反応(異性化)
返送なしに連続的に運転される実験室用装置(60mlの管状反応器)中に、水素化触媒(Al2O3上のCoO10質量%、NiO10質量%およびCuO4質量%、ドイツ連邦共和国特許出願公開第1953263号明細書、実施例1)を組み込み、活性化なしに65バールの水素圧力で運転を開始させた。温度ならびに反応器供給量中のアンモニアとトリエチルアミンとの比を変えた。0.2kg/l*hの負荷量(毎時1リットル当りのトリエチルアミンのkg数)を一定にした。
【0217】
a)温度の変動
a1)
反応器中に65バール(水素23Nl(Nl=標準条件下で換算されたガス体積)でアンモニア17ml/hおよびトリエチルアミン(TEA)16.66ml/hを供給した。180℃で専らモノエチルアミン(MEA)(25.3質量%)、ジエチルアミン(DEA)(44.8質量%)およびTEA(29.9質量%)からなる搬出物を得ることができた。
【0218】
a2)
反応器中に65バール(水素23Nl)でアンモニア17ml/hおよびTEA16.55ml/hを供給した。210℃で専らMEA(32.5質量%)、DEA(52.3質量%)およびTEA(15.7質量%)からなる搬出物を得ることができた。
【0219】
b)反応器供給量中のNH3/TEA比の変動
b1)
反応器中に65バール(水素23Nl)でアンモニア3.75ml/hおよびTEA12.4ml/hを供給した。200℃で専らMEA(12.6質量%)、DEA(49.9質量%)およびTEA(37.5質量%)からなる搬出物を得ることができた。
【0220】
b2)
反応器中に65バール(水素23Nl)でアンモニア15.1ml/hおよびTEA12.4ml/hを供給した。200℃で専らMEA(34.0質量%)、DEA(49.7質量%)およびTEA(20.3質量%)からなる搬出物を得ることができた。
【0221】
b3)
反応器中に65バール(水素23Nl)でアンモニア30.3ml/hおよびTEA12.4ml/hを供給した。200℃で専らMEA(47.2質量%)、DEA(44.7質量%)およびTEA(7.1質量%)からなる搬出物を得ることができた。
【0222】
例8
Cu触媒上でのトリエチルアミンとアンモニアとの反応(異性化)
返送なしに連続的に運転される実験室用装置(60mlの管状反応器)中に、アミン化触媒(Al2O3上のCuO53質量%)を還元されかつ不動態化された形で組み込み、200℃で6時間、水素雰囲気下で還元させる(常圧)。次に、65バールの水素圧力で運転を開始させた。この場合には、温度ならびにアンモニアとトリエチルアミンとの比を変えた。0.15kg/l*hの負荷量および4.3:1のNH3/TEAのモル比でエタン形成を測定した。250℃の高い温度の場合であっても、エタン形成は、1モル%未満の範囲内のままであった(トリエチルアミンに対して)(次の図4参照)。
【0223】
【表1】
【0224】
上記表の結果に対する説明:
この場合には、触媒の負荷量(Belast.)を毎時触媒1リットル当たりトリエチルアミン0.15kg(kg/l*h)で一定のままにしておいた。
【0225】
水素量は、毎時23標準リットルであった(標準リットル=Nl=標準条件下で換算されたガス体積)。
【0226】
GC分析:GC面積%での成分MEA(モノエチルアミン)、DEA(ジエチルアミン)およびTEA(トリエチルアミン)についての記載(GCカラム:毛管カラム長さ30m、1.5μm、Rtx−5−アミン0.32mm、温度プログラム:50℃(5分間)、次に15℃/分での加熱)。
【0227】
例9
ジブチルアミンおよびブタジエンの反応からのジブチルブテニルアミン混合物の異性化
連続的に運転される管状反応器(長さ30cm、体積130cm3、触媒体積:50ml)中で、10バールの水素圧力(10Nl)およびブタジエンとジ−n−ブチルアミンとの反応の反応搬出物0.3kg/l*hの負荷量でアンモニアの含量を0.65〜2.69モル比の間で変動させた。230℃の温度で例8に記載されたCu触媒を使用した。反応搬出物をガスクロマトグラフィーにより(例8の場合と同様に)分析した。3つのアミンのモノブチルアミン(MBA)、ジブチルアミン(DBA)およびトリブチルアミン(TBA)の比は、アンモニア量が増加した際にNBAに有利なように上昇する(表参照)。
【0228】
【表2】
【0229】
例10
ジブチルブテニルアミンの製造(”一槽法”)および引続く異性化
Na50ミリモルを無水n−オクタン30ml中で110℃で溶融し、攪拌によって分散させた。冷却後、3Åのモレキュラーシーブ上で乾燥されたジ−n−ブチルアミン76.4gを添加し、攪拌しながら常圧でブタジエン4 l/hを上方へ導いた。1.5時間後、温度を60℃に上昇させ、さらに8時間ブタジエンを上方へ導いた。次に、反応を30質量%のNaOH水溶液30mlの添加によって停止させ、有機相を分離し、3Åのモレキュラーシーブで乾燥させ、GCにより分析した。
【0230】
結果:
【0231】
【表3】
【0232】
当該混合物を試験9の記載と同様にアンモニア(NH3対ジ−n−ブチルブテ−2−(E/E)エニル/ジ−n−ブチルブテ−1−(E/E)エニル/ジ−n−ブチル−ブテ−3−エニル混合物=1.67対1)と一緒に0.3kg/l*hの負荷量および230℃/10バール/H2 10Nlで例8に記載のCu触媒上に導いた。この場合には、モノ−n−ブチルアミン(MBA)14.3質量%、ジ−n−ブチルアミン(DBA)53.9質量%およびトリ−n−ブチルアミン(TBA)30.4質量%を含有する反応混合物を得ることができた。
【0233】
例11〜14に関する前書き
以下に記載された例の基礎は、第1の処理工程および第2の処理工程に関連して非連続的オートクレーブ試験(第1の処理工程に関連して例4、5および6)および連続的アルキル交換試験(第2の処理工程に関連して例7および8)である。
【0234】
反応搬出物の後処理を熱力学的データによりシミュレートした。純粋な物質の熱力学的データは、DIPPPデータバンクに由来する[Design Institute of Physical Properties Data, Version 11.0]。二成分系をNRTL−アスペン(Aspen)の評価で記載した。この評価には、固有の一連の測定値ならびにUNIFAC査定(Inkrementenmethod)が基礎となる。エネルギーおよび物質最終量を方程式求解機で換算した。記載された流れの番号は、ブロック図の図1に関連するものである。シミュレーションの基礎となる方法の概要は、補足1に示されている。方法の概要は、例11〜14に当てはまる。しかし、流量および流れの組成は、例11のみに当てはまる。
【0235】
例11
モノエチルアミン80kg/h、ジエチルアミン27.5kg/hおよびトリエチルアミン80kg/hの製造
【0236】
【表4】
【0237】
第2の処理工程の反応器入口流は、主要成分に関連して次のように構成されている:モノエチルアミン:5.9質量%、ジエチルアミン:2.9質量%、トリエチルアミン:77.3質量%、アンモニア:10.6質量%、水素:3.1質量%。
【0238】
例12
モノエチルアミン187.5kg/hの製造
【0239】
【表5】
【0240】
第2の処理工程の反応器入口流は、主要成分に関連して次のように構成されている:モノエチルアミン:3.9質量%、ジエチルアミン:2.2質量%、トリエチルアミン:59.6質量%、アンモニア:30.8質量%、水素:3.4質量%。
【0241】
例13
ジエチルアミン0.1875t/hの製造
【0242】
【表6】
【0243】
第2の処理工程の反応器入口流は、主要成分に関連して次のように構成されている:モノエチルアミン:14.4質量%、ジエチルアミン:2.4質量%、トリエチルアミン:71.5質量%、アンモニア:8.5質量%、水素:3.1質量%。
【0244】
例14
トリエチルアミン0.1875t/hの製造
【0245】
【表7】
【0246】
第2の処理工程の反応器入口流は、主要成分に関連して次のように構成されている:モノエチルアミン:10.2質量%、ジエチルアミン:3.2質量%、トリエチルアミン:78.1質量%、アンモニア:5.6質量%、水素:2.8質量%。
【0247】
補足1における図について:
本質的な物質を考慮してのシミュレーションされた変法は、重要である。流れの組成は、例11に関連する。ブロック図の図1による流れの番号(1〜11)は、次にように上記の流れの番号に相当する:
1=103、2=112+113、3=114、4=410、5=211、6=502+430+114、7=204、8=212、9=411、10=420、11=521。
【0248】
第1の処理工程は、反応器C100、塔K101(頭頂圧力:5バール、頭頂温度:88℃、塔底温度:154℃、理論的棚段数:10)および吸収装置K102からなる。第2の処理工程は、反応器C200、凝縮器W201、蒸発器W202、圧縮機V200および吸収装置K301からなる。後処理は、一連の蒸留塔K300(頭頂圧力:5バール、頭頂温度:50℃、塔底温度:123℃、理論的棚段数:18)、K400(頭頂圧力:2バール、頭頂温度:77℃、塔底温度:114℃、理論的棚段数:15)およびK500(頭頂圧力:5バール、頭頂温度:36℃、塔底温度:64℃、理論的棚段数:6)からなる。
【0249】
【表8】
【図面の簡単な説明】
【図1】
エテンとアンモニアとの反応の例によるアルキルアミンの本発明による製造法の1実施例を示すブロック図。
【図2】
ナトリウムジエチル合成によりトリエチルアミンが形成される本発明による製造法の1実施例を示すブロック図。
【図3】
ナトリウムジエチル合成により形成されるトリエチルアミンの場合の時間に対するターンオーバー(TO)を示す線図。
【図4】
トリエチルアミンに対する250℃の高い温度の場合のエタン形成が1モル%未満の範囲内のままであることを示す線図。
【図5】
本質的な物質を考慮してのシミュレーションされた本発明による変法の1実施例を示すブロック図。
【符号の説明】
1、2、4 反応器に連続的に供給される流れ、 3 蒸留搬出物、 5 凝縮物または液状急冷搬出物、 6 反応器に返送される流れ、 7 アンモニア供給量、 8 反応器出口流、 9、10、11 価値のある生成物、 C100 反応器、 C200 反応器、 K101 塔、 K102 吸収装置、 K300 蒸留塔、 K301 吸収装置、 K400 蒸留塔、 K500 蒸留塔、 V200 圧縮機、 W201 凝縮器、 W202 蒸発器
本発明は、アルキルアミンの製造法に関する。
【0002】
アルキルアミンは、界面活性剤、繊維助剤および浮選助剤、殺菌剤、耐蝕剤および発泡抑制剤、医薬品のための添加剤を製造するための出発物質として、ならびに油脂のための酸化防止剤として使用される。
【0003】
アルキルアミンは、相応するニトリルまたはニトロ化合物の水素化、相応するアルデヒドおよびケトンの還元アミノ化ならびに相応するアルコールのアミノ化によって製造されることができる。
【0004】
低級アルキルアミン(C1〜C10−アルキルアミン)、例えばエチルアミン、ブチルアミンおよびイソプロピルアミンは、工業的に殊に相応するアルコールまたは相応するカルボニル化合物を、例えば担持されている金属触媒を用いて水素化条件下でアミノ化することによって製造される(例えば:Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A 2, 第5版, 第4頁参照)。
【0005】
選択的に、アルキルアミンは、酸性の燐酸塩触媒を用いて相応するアルコールから製造されてもよい(例えば、米国特許第4582904号明細書(Air Products)参照)。
【0006】
アルキルアミンを製造するためのもう1つの選択肢は、酸触媒、例えばゼオライト(例えば、欧州特許出願公開第132736号明細書参照)の存在下、塩基性触媒、例えば金属アミド、殊にアルカリ金属アミドおよびアルカリ土類金属アミド(例えば、B.W. Howk他, J. Am. Chem. Soc. 76, 第1899頁以降 (1954; R. Stroh他, Angew. Chem. 69, 第124頁以降,(1957))、第IV副族のアミド(例えば、D. Steinborn他, Z. Chem. 29 (1989), 第333頁以降参照)またはアルカリ金属アルコラートの存在下、または遷移金属錯体化合物(例えば米国特許第3758586号明細書参照)の存在下でNH3またはアミンをオレフィンに付加することにある。
【0007】
しかし、この選択肢は、工業的にこれまで殆んど利用されていない。
【0008】
アルキルアミンを製造するための上記方法は、次の欠点を有している:
アルコール(例えば、エタノール)、アルデヒド、ケトンおよびニトリルをアルキルアミンの製造のための出発物質(エダクト)として使用することは、価格の点で相応するオレフィン(例えば、エテン)を使用する場合よりも本質的に不経済である。
【0009】
それに応じて、オレフィンをアルキルアミン製造のための出発物質として使用することは、望ましいことであるが、しかし、これまで次の欠点と結び付いていた(例えば:M. Beller他, Chem. Rev. 98, 675f (1998) 675; B. Cornils およびW.A. Hermann: , Applied Homogeneous Catalysis with Organometallic Compounds’ 中のR. Taube, ,Reaction withNitrogen Compounds’ , VCH Weinheim, 1996, 第507〜520頁およびE. Haak他, Chemie in unserer Zeit (1999), 297〜303, 殊に第302頁のZusammenfasung参照):
aa)金属酸化物を用いてのオレフィンへのアミンの塩基性不均一系触媒付加は、カクノ(Kakuno)他(J. Catal. 85 (1984), 第509頁以降)により、第1アルキルアミンおよび第2アルキルアミンならびに共役ジエン、例えばブタジエンまたはイソプレンを用いて行なわれ;NH3またはモノオレフィンの一般的な使用は、記載されていない。
【0010】
ab)触媒としてのアルカリ金属アルコラートを用いてのオレフィンへのアミンの弱塩基性触媒付加は、Beller他(Angew. Chem. 110 (1998), 第3571頁以降)によりオレフィン成分としての芳香族共役アミンおよびスチレンの場合に成果を収めている。エダクトとしてのNH3またはモノオレフィンの場合には、触媒は不活性である。
【0011】
ac)例えば、B.W. Howk他, J.Am. Chem. Soc. 76 (1954), 1899−1902およびR.D. Closson他, 米国特許第2750417号明細書に記載されているようにオレフィンへのNH3のNaNH2またはKNH2触媒付加の場合には、望ましいアルキルアミンそれ自体の空時収量は、高い温度およびオレフィン圧力の際に金属アミドの僅かな活性および溶解性のために極めて少ない。
【0012】
ad)G.P. Pez(米国特許第4336162号明細書および米国特許第4302603号明細書)は、RbアミドおよびCsアミドへの交換またはNaNH2およびKNH2の共融混合物の使用による前記問題のための解決の手掛かりを記載している。第1の場合には、工業的実現は、極めて高い触媒の価格のために不可能であり、第2の場合には、望ましいアルキルアミンの空時収量は、依然として少なすぎる。
【0013】
ae)アルカリ金属モノアルキルアミドまたはアルカリ金属ジアルキルアミドは、強塩基として実際にアミンへのオレフィン、例えばエチレンの付加のために十分な空時収量で使用可能であるが、しかし、NH3の存在下でMNH2(M=アルカリ金属)への相応するアルカリ金属アルキルアミドの即座のプロトリシスが発生する。また、これは、既に上記された欠点を有している。
【0014】
しかし、NH3の不在下でのオレフィンへのアミンのアルカリ金属アルキルアミド触媒付加は、さらに安価なNH3の代わりにエダクトよりも高価なアミンを使用しなければならないという欠点を有している。
【0015】
b)酸触媒、例えばゼオライトを用いた、オレフィンへのNH3の付加は、全ての場合において、例えばイソブテンの場合と同様に一定のアルキルアミンに対する良好な選択性および収量を有するようには成功せず、この場合には、アンモニアがオレフィンに対して高い過剰量で使用される(例えば、ドイツ連邦共和国特許出願公開第3634247号明細書参照)。
【0016】
即ち、例えばB.M. Deeba他は、Zeolites 10 (1990), 第794頁以降およびChem. Ind. 40 (1990), 第241頁以降においてゼオライトでのエチレンおよびNH3の反応の場合およびGardner他は、欧州特許出願公開第200923号明細書においてNH4Iの存在下でエチレンおよびNH3の反応の場合に微少量のジエチルアミンおよび極めて微少量のトリエチルアミンと共に主にモノエチルアミンを見出した。
【0017】
1つの打開策は、オレフィンを不足量でのNH3を用いてヒドロアミノ化することであろうが、しかし、この場合には、オレフィンに対して一般に劣悪な選択性が達成され、触媒の急速な失活を生じる。
【0018】
また、酸触媒の存在下で第2アミンを用いてのオレフィンのヒドロアミノ化は、一般にアンモニアまたは第1アミンを用いての相応するヒドロアミノ化よりも劣悪な収量および劣悪な選択性で進行する。
【0019】
c)遷移金属錯体触媒によるオレフィンのヒドロアミノ化は、一般に第2アルキルアミンを用いてのみ良好な収量で成功する(例えば:Brunet, Gazzetta Chimica Italiana, 127, 1997, 第111〜118頁, 第112頁, 左欄)。
【0020】
本発明は、公知技術水準の欠点を克服しながら、望ましいアルキルアミンまたは多数の望ましいアルキルアミンを高い空時収量および選択性で製造することができる、二者択一的で経済的で融通の利く、アルキルアミンを製造するための方法を見出すという課題を基礎にするものであった。
【0021】
それに応じて、第1の処理工程でオレフィンをアンモニア、第1アミンおよび/または第2アミンとヒドロアミノ化条件下で反応させ、引続き得られたヒドロアミノ化生成物を第2の処理工程でアルキル交換条件下で反応させることによって特徴付けられている、アルキルアミンの製造法が見出された。
【0022】
この方法の1つの好ましい実施態様において、使用物質のオレフィンおよびアンモニア、第1アミンおよび/または第2アミンの平衡の点でアンモニアおよびオレフィンだけが消費され、この場合第1の処理工程および/または第2の処理工程から得られたアミンの相応する返送流は、第1の処理工程および/または第2の処理工程の供給量中に収容される。
【0023】
本発明による方法において使用可能なオレフィンまたはその混合物は、一般に式
【0024】
【化1】
【0025】
〔式中、
R1、R2、R3、R4は、水素(H)、C1〜C20−アルキル、C2〜C20−アルケニル、C3〜C20−シクロアルキル、C5〜C8−シクロアルケニル、C6〜C20−アルキルシクロアルキル、C6〜C20−シクロアルキル−アルキル、アリール、C7〜C20−アルキルアリールおよびC7〜C20−アラルキルを表わし、
R1およびR3は、付加的に一緒になってC2〜C12−アルキレン鎖を表わすことができる〕で示されるオレフィンである。
【0026】
このようなオレフィンの例は、エテン、プロペン、1−ブテン、2−ブテン、イソブテン、1−ペンテン、2−ペンテン、1−ヘキセン、2−ヘキセン、3−ヘキセン、1−オクテン、イソオクテン、1−デセン、スチレン、スチルベン、シクロペンテン、シクロヘキセン、アレン、1,3−ブタジエン、イソプレンおよび4−ビニル−1−シクロヘキセンである。
【0027】
本発明による方法において使用可能な第1アミンおよび第2アミンまたはこれらの混合物は、一般に式
【0028】
【化2】
【0029】
〔式中、
R5は、水素(H)、C1〜C20−アルキル、C2〜C20−アルケニル、C3〜C20−シクロアルキル、アルコキシアルキル、アミノアルキル、モノアルキルアミノアルキル、ジアルキルアミノアルキル、アラルキルを表わし、
R6は、C1〜C20−アルキル、C2〜C20−アルケニル、C3〜C20−シクロアルキル、アルコキシアルキル、アミノアルキル、モノアルキルアミノアルキル、ジアルキルアミノアルキル、アラルキルを表わし、
R5およびR6は、一緒になってOヘテロ原子、Sヘテロ原子またはNヘテロ原子によって中断されていてもよい飽和または不飽和のC3〜C9−アルキレン鎖、殊に一緒になって−(CH2)j−X−(CH2)k−基を表わしてもよく、この場合jおよびkは、1〜4であり、Xは、CH2、CHR7、酸素(O)、硫黄(S)またはNR7であり、R7は、HまたはC1〜C4−アルキルである〕で示されるアミンである。
【0030】
このような第1アミンの例は、メチルアミン、エチルアミン、n−プロピルアミン、イソプロピルアミン、n−ブチルアミン、イソブチルアミン、第三ブチルアミン、n−ペンチルアミン、シクロペンチルアミン、イソペンチルアミン、n−ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、n−オクチルアミン、n−デシルアミン、1−フェニルエチルアミン、2−フェニルエチルアミン、アリルアミン、2−ジメチルアミノエチルアミンおよび2−メトキシエチルアミンである。
【0031】
式IIに記載の第2アミンの例は、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジ−n−プロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ジ−n−ブチルアミン、ピロリジン、ピペリジン、ヘキサメチレンアミン、ピペラジンおよびモルホリンである。
【0032】
本発明による方法によって製造されるアルキルアミンまたはその混合物は、一般に式
【0033】
【化3】
【0034】
〔式中、R1〜R6は、上記の意味を有する〕で示されるアルキルアミンである。
【0035】
上記反応式をよりいっそう明瞭にするために、V、VIIおよびVIIIのレギオ異性体(Regioisomere)(なお以下の反応式に示したレギオ異性体VaおよびVbと同様)は、示されていないが、しかし、一緒に含まれているものとする。
【0036】
アルキル交換を第2の処理工程で水素化活性触媒または脱水素化活性触媒上でH2の存在下で実施する場合には、場合による不飽和基R1〜R6は、場合によっては同様の処理工程で相応する飽和基に変換される。
【0037】
処理に応じて製造されたこのようなアルキルアミンの例は、モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、n−プロピルアミン、ジ−n−プロピルアミン、トリ−n−プロピルアミン、イソプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、n−ブチルアミン、ジ−n−ブチルアミン、トリ−n−ブチルアミン、イソブチルアミン、第三ブチルアミン、n−ペンチルアミン、イソペンチルアミン、シクロペンチルアミン、n−ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、n−オクチルアミン、n−ドデシルアミン、2−フェニルエチルアミン、N−エチル−ピロリジン、N−エチル−ピペリジン、N−エチル−ヘキサメチレンアミン、N−エチル−ピペラジンおよびN−エチル−モルホリンである。
【0038】
本方法は、次のように記載することができる:
第1の処理工程:
第1の処理工程において、オレフィン、殊に式Iのオレフィンは、アンモニア、第1アミンおよび/または第2アミン、殊にアンモニア、式IIの第1アミンおよび/または第2アミンとヒドロアミノ化条件下で反応される。
【0039】
好ましくは、第1の処理工程のための供給量にこの第1の処理工程の反応搬出量からのアンモニアおよび/またはアミンおよび/または第2の処理工程からのアンモニアおよび/またはアミンは、供給(返送)されてよい。
【0040】
a)
殊に、第1の処理工程において、オレフィン、殊に式Iのオレフィンは、第1アミンおよび/または第2アミン、殊に式IIの第1アミンおよび/または第2アミン、特に式IIの第2アミンと、触媒としての金属モノアルキルアミドもしくは金属ジアルキルアミドまたはこれらの混合物の存在下でヒドロアミノ化条件下で反応される。
【0041】
この反応は、一般に次の反応式により行なわれる。
【0042】
【化4】
【0043】
I中の飽和基R1〜R4の場合に、生じるオレフィン系二重結合が窒素に対してα位でもβ位でもIII、IVまたはV中に存在しなくなることは、上記の反応式を簡易化するものと思われた。しかし、実際には、塩基性条件下で第1の処理工程において十分に二重結合の異性化が起こりうる。
【0044】
特に好ましいオレフィンIは、エテン(この場合、R1、R2、R3およびR4はHである)、1,3−ブタジエン(この場合、R1、R3およびR4はHであり、およびR2はCH=CH2である)およびプロペン(この場合、R1、R2、R3はHであり、およびR4はCH3である)である。
【0045】
特に好ましいアミンは、モノアルキルアミンおよびジアルキルアミン、例えばモノエチルアミン、ジエチルアミン、n−ブチルアミン、ジ−n−ブチルアミンおよびイソプロピルアミンである。
【0046】
エテンおよびモノエチルアミンから出発するヒドロアミノ化生成物は、ジエチルアミンおよび/またはトリエチルアミンであり、エテンおよびジエチルアミンから出発するヒドロアミノ化生成物は、トリエチルアミンであり、イソプロピルアミンおよびプロペンから出発するヒドロアミノ化生成物は、ジイソプロピルアミンであり、1,3−ブタジエンおよびn−ブチルアミンから出発するヒドロアミノ化生成物は、ブテニル−n−ブチルアミンであり、イソプレンおよびイソペンチルアミンから出発するヒドロアミノ化生成物は、イソペンチル−メチルブテニルアミンである。
【0047】
金属ジアルキルアミドは、触媒としての金属モノアルキルアミドに対して有利である。
【0048】
金属モノアルキルアミドおよび金属ジアルキルアミドは、一般に式MNR7R8(この場合、Mは1価金属である)、M(NR7R8)2(この場合、Mは2価金属である)、M(NR7R8)3(この場合、Mは3価金属である)またはM(NR7R8)4(この場合、Mは4価金属である)を有し、この場合
R7は、基R5に記載の意味を有し、R8は、基R6に記載の意味を有し、R7およびR8は、一緒になって飽和または不飽和のC3〜C9−アルキレン鎖、殊に一緒になって−(CH2)j−X−(CH2)k−基(例えば、R5およびR6についての定義と同様)を有することもでき、この場合前記アルキレン鎖は、Oヘテロ原子、Sヘテロ原子またはNヘテロ原子によって中断されていてよい(例えば、R5およびR6についての定義と同様)(上記参照)。
【0049】
特に好ましくは、金属モノアルキルアミドおよび金属ジアルキルアミドは、式MNR5R6、M(NR5R6)2、M(NR5R6)またはM(NR5R6)4を有し、この場合それに応じて基Rは、使用された第1アミンおよび/または第2アミンの基に相応する。
【0050】
金属モノアルキルアミド触媒および金属ジアルキルアミド中の金属成分(M)としては、第IA族、第IIA族、第IIIB族および第IVB族の金属(Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、Laまたはランタニド元素、Ti、ZrまたはHf)、殊にLi、Na、CaおよびK、特にNaおよびKが好ましい。
【0051】
このような金属アルキルアミドの例は、NaHNEt、NaNEt2、KHNEt、KNEt2、LiHMEt、LiNEt2、LiN(イソ−C3H7)2、NaN(イソ−C3H7)2、NaN(n−C4H9)2、NaHN(イソ−C3H7)、NaHN(イソペンチル)、Mg(NEt2)2、Ca(NPr2)2およびZr(NEt2)4である。
【0052】
エテンをモノエチルアミンおよび/またはジエチルアミンでヒドロアミノ化する場合には、NaNEt2およびKNEt2が特に好ましい。
【0053】
ジ−n−ブチルアミンをブタジエンでヒドロアミノ化する場合には、NaN(nBu)2およびKN(nBu)2が特に好ましく、n−ブチルアミンをブタジエンでヒドロアミノ化する場合には、NaHNnBuおよびKHNnBuが特に好ましい。
【0054】
前記の金属モノアルキルアミドおよび金属ジアルキルアミドの製造は、Houben−Weyl, Methoden der Organischen Chemie, 第4版, 第XI/2巻(窒素化合物), Verlag Thieme, Stuttgart, 第182頁以降、米国特許第4595779号明細書、WO 93/14061、ドイツ連邦共和国特許出願公開第2117970号明細書、DRP615468、英国特許第742790号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第2613113号明細書、米国特許第2750417号明細書、J. Wollensak, Org. Synth. 43 (1963), 第45頁以降またはC.A. Brown, J. Am. Chem. Soc. 95(3) (1973), 第982頁以降の記載と同様に、金属を相応するアミンと不飽和化合物、例えばブタジエン、イソプレン、ナフタリン、ピリジンまたはスチレンの存在下に反応させるか、金属アミドまたは金属水素化物を相応するアミンと反応させるか、または有機金属化合物、例えばn−BuLi、MeLi、PhNa、Et2MgまたはEt4Zrを相応するアミンと反応させることによって行なわれる。
【0055】
金属アルキルアミドの存在下でのオレフィンとアミンとの反応(第1の処理工程)は、例えばG.P. Pez.他, Pure & Appl. Chem. 57(12), 1917−1926 (1985), R.D. Closson他, J. Org. Chem. 22 (1957), 646−649, G.M. Whitman他, 米国特許第2501556号明細書、D. Steinborn他, Z. Chem. 29 (1989), 333−334, D. Steinborn他, Z. Chem. 26 (1986) 349−359およびH. Lehmkuhl他, J. Organomet. Chem. 55 (1973), 215−220の記載と同様に行なうことができる。また、金属アルキルアミドの存在下でのオレフィンとアミンとの反応は、微少量のアンモニア(使用されるアミンに対して1モル%未満)の存在下で実施されてもよい(ドイツ連邦共和国特許出願公開第2117970号明細書参照)。
【0056】
また、金属アルキルアミドの製造およびオレフィンの触媒によるヒドロアミノ化は、”一槽合成(Eintopfsynthese)”で、即ち同時に実施されてもよい。
【0057】
この場合には、例えばBuLi、C2H4およびジエチルアミンまたはNa、ジエチルアミン、C2H4および少量のブタジエンが反応混合物として使用される。
【0058】
ヒドロアミノ化すべきオレフィンが共役二重結合、例えばブタジエン、イソプレンまたはスチレンを有する場合には、合成は、有利に”一槽合成”として実施される。
【0059】
金属アルキルアミドは、反応の間にドイツ連邦共和国特許出願公開第2613113号明細書の記載と同様にH2のβ−除去または作用によって金属水素化物に変換され;その際、β−除去の場合には、同時にイミンが生成される。このイミンは、第1アミンまたは第2アミンの作用下で、ドイツ連邦共和国特許出願公開第2613113号明細書、C.A. Brown, Synthesis (1978), 第754頁以降の記載により再び金属アルキルアミドおよびH2に変換されることができ、したがって金属水素化物は、金属アルキルアミドの”静止形(Ruheform)”の種類として見なされることができ、したがって本発明の範囲内で金属アルキルアミドと同一視することができる。
【0060】
更に、錯形成剤は、溶剤として触媒製造の場合ならびに反応の場合に添加されていてよい。
【0061】
即ち、例えばJ.F. Remenar (J. Am. Chem. Soc. 120 (1988), 第4081頁以降)、H. Lehmkuhl他(J. Organomet. Chem. 55 (1973), 第215頁以降)およびD. Steinborn他(Z. Chem. 29 (1989), 第333頁以降)は、錯形成剤としてのN,N,N′,N′−テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N′,N′′,N′′−ペンタメチルジエチレントリアミン、N,N,N′,N′−テトラメチルシクロヘキサンジアミンおよびテトラヒドロフランの使用を記載している。
【0062】
更に、1分子当たり数個のアミン系N原子を有するアミン、例えばN,N,N′,N′−テトラエチレンエチレンジアミン、N−ペルメチル化トリエチレンテトラミンまたはN−ペルエチル化トリエチレンテトラミンは、500000ダルトンの分子量を有するN−ペルメチル化ポリイミンまたはN−ペルエチル化ポリイミン、エーテルおよびポリエーテル、例えばジグリメ、トリグリメおよび相応する類似体、末端基閉鎖されたポリオール、例えばPEG、PPG、ポリTHF、ならびに分子中にアミン系N原子およびエーテル系O原子を有する錯形成剤、例えば3−メトキシエチルアミン、3−(2−メトキシエトキシ)プロピルアミンまたはN,N,N′,N′−テトラメチルジアミノジエチルエーテルに到るまで添加されていてよい。
【0063】
この場合には、一般に触媒(または触媒前駆体としての相応する金属水素化物または相応する有機金属化合物(例えばn−BuLi))を第1アミンおよび/または第2アミン、特に有利に第2アミン中に溶解するかまたは懸濁させることが優先される。この場合、好ましくは、溶剤として第1の処理工程の供給原料およびヒドロアミノ化の生成物から自動的に生じるアミン混合物が使用される。
【0064】
触媒は、溶液として、懸濁液として、または典型的な触媒担体、例えばSiO2、Al2O3、TiO2、ZrO2、活性炭、MgO、MgAl2O4上に担持されて存在することができる。好ましくは、触媒は、溶液または懸濁液として、特に有利に溶液として存在する。
【0065】
オレフィンのヒドロアミノ化は、非連続的、半連続的または連続的に行なうことができる。
【0066】
第1の場合には、オレフィンは、触媒およびアミンに添加されて反応される。第2の場合には、オレフィンは、反応混合物に定量供給される。第3の場合には、触媒、アミンおよびオレフィンは、連続的に供給される。
【0067】
好ましくは、オレフィン:第2アミンのモル比は、3:1〜1:10、特に有利に1:1〜1:2である。
【0068】
好ましくは、オレフィン:第1アミンのモル比は、6:1〜1:5、特に有利に2:1〜1:1である。
【0069】
反応は、有利に攪拌しながら0〜250℃、殊に20〜150℃、特に有利に40〜120℃で行なわれる。
【0070】
反応は、選択された条件下でもたらされる圧力(固有圧)下で実施されることができる。一般に、過圧は、反応の実施の際に0〜200バール、殊に2〜100バール、特に3〜30バールである。
【0071】
反応器として、全ての型の反応装置、例えば攪拌釜、環状反応器、泡鐘塔、充填型泡鐘塔、カスケード型泡鐘塔および攪拌塔がこれに該当する。
【0072】
反応後に、生成物は、例えば蒸留、精留、濾過、メンブラン濾過、水洗浄または触媒の吸着によって分離される。
【0073】
プロトリシス化されていない触媒(金属アルキルアミドまたは金属水素化物)は、引続き返送されることができる。
【0074】
b)
殊に選択的に第1の処理工程において、オレフィン、殊に式Iのオレフィンは、アンモニアおよび/または第1アミン、殊にアンモニアおよび/または式IIの第1アミンと触媒としての無機固体過酸またはその混合物の存在下でヒドロアミノ化条件下で反応される。
【0075】
この反応は、一般に次の反応式により行なわれる。
【0076】
【化5】
【0077】
I中の飽和基R1〜R4の場合に、生じるオレフィン系二重結合が窒素に対してα位でもβ位でもIV、V、VI、VIIまたはVIII中に存在しなくなることは、上記の反応式を簡易化するものと思われた。しかし、実際には、酸性条件下で第1の処理工程において十分に二重結合の異性化が起こりうる。
【0078】
上記反応式をよりいっそう明瞭にするために、VIIおよびVIIIのレギオ異性体は、レギオ異性体VaおよびVbと同様に示されていないが、しかし、一緒に含まれているものとする。
【0079】
特に好ましいオレフィンIは、エテン(この場合、R1、R2、R3およびR4はHである)、プロペン(この場合、R1、R2およびR4はHであり、およびR3はCH3である)、1−ブテンおよび2−ブテン(この場合、R1、R2およびR4はHであり、およびR3はC2H5であるかまたはR1およびR3はHであり、R2およびR4はCH3である)、1,3−ブタジエン(この場合、R1、R3およびR4はHであり、およびR2はCH=CH2である)およびイソブテン(この場合、R3およびR4はCH3であり、R1およびR2はHである)である。
【0080】
特に好ましいアミンは、NH3およびモノアルキルアミン、特に好ましくはNH3、モノエチルアミン、n−ブチルアミンおよびイソプロピルアミンであり、殊に好ましいのは、NH3である。
【0081】
エテンおよびアンモニアから出発するヒドロアミノ化生成物は、主にモノエチルアミン、僅かにジエチルアミン、極めて僅かにトリエチルアミンであり、エテンおよびモノエチルアミンから出発するヒドロアミノ化生成物は、主にジエチルアミンおよび僅かにトリエチルアミンであり、イソブテンおよびアンモニアから出発するヒドロアミノ化生成物は、第三ブチルアミンであり、1,3−ブタジエンおよびアンモニアから出発するヒドロアミノ化生成物は、1−アミノ−2−ブテンおよび/または2−アミノ−3−ブテンであり、プロペンおよびアンモニアから出発するヒドロアミノ化生成物は、イソプロピルアミンであり、ブテンおよびアンモニアから出発するヒドロアミノ化生成物は、2−ブチルアミンである。
【0082】
触媒として使用される無機固体過酸は、これが
(1.)3.3未満のpKs値の際に50μmol/gを上廻る酸中心を有し、
(2.)少なくとも400℃になるまで熱安定性であることによって定義されている。
【0083】
この場合、酸中心の数は、ハメット(Hammett)の滴定の方法により指示薬としてのジメチルイエロー[CAS−No. 60−11−7]およびH.A. BenesiおよびB.H.C. WinquistによりAdv. Catal., Vol. 27, Academic Press 1978, 第100頁以降に記載されたプローブとしてのn−ブチルアミンを用いて測定される。
【0084】
このような無機固体過酸の例は、ゼオライトおよびアルミノケイ酸塩、燐酸アルミニウムまたはシリカ−アルミノ燐酸塩、混合された酸金属酸化物および高い表面積を有する酸金属酸化物、層状珪酸塩ならびに担持されたアンモニウムハロゲン化物および担持されていないアンモニウムハロゲン化物である。
【0085】
アンモニアおよび/または第1アミンを用いてのオレフィンのヒドロアミノ化に適した触媒は、ゼオライト、殊にホージャサイト、例えばX型ゼオライト、Y型ゼオライトおよびUSY型ゼオライト、エリオナイト、斜方沸石、モルデナイト、オフレタイト(Offretit)、クリノプチオライト(Clinoptiolith)、ペンタシル(Pentasile)、例えばZSM−5およびZBM−10、ZSM−11、ZSM−12、MCM−22、MCM−41、MCM−48、MCM−49、MCM−56、EMT、SSZ−26、SSZ−33、SSZ−37、CIT−1、PSH−3、NU−85、βならびに硼素含有形、例えばZBM−11、H−硼素−ZSM−5、H−硼素−β、H−硼素−ZSM−11、ならびにガリウム含有形またはチタン含有形である。これらの触媒は、多数の触媒活性中心を示し、高い表面積を組み合わされている。
【0086】
記載されたゼオライトは、型および製造後の後処理(例えば、熱処理、脱アルミニウム化、酸処理、金属イオン交換等)の種類において区別される。
【0087】
適当なゼオライトの例は、米国特許第4375002号明細書、米国特許第4536602号明細書、欧州特許出願公開第305564号明細書、欧州特許出願公開第101921号明細書およびドイツ連邦共和国特許出願公開第4206992号明細書中に見出される。
【0088】
また、欧州特許出願公開第133938号明細書、欧州特許出願公開第431451号明細書および欧州特許出願公開第132736号明細書の記載から公知であり、その中で硼素珪酸塩ゼオライト、ガリウム珪酸塩ゼオライト、アルミノケイ酸塩ゼオライトおよび鉄珪酸塩ゼオライトが重要であり、場合によっては前記の記載と同様にアルカリ金属、アルカリ土類金属および遷移金属でドープされていてよいゼオライトは、適している。
【0089】
更に、例えばまたカナダ国特許第2092964号明細書の記載から公知であり、5Åを上廻る孔径を有する一定の組成の結晶性アルミノケイ酸塩として定義されているゼオライトは、適している。
【0090】
好ましくは、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第19530177号明細書に記載されているような金属変性されたかまたはハロゲン変性されたβゼオライトが使用される。
【0091】
また、殊に欧州特許出願公開第132736号明細書に開示されているような10以上のSiO2/Al2O3モル比を有するペンタシル型のゼオライト触媒も適している。
【0092】
アルミニウム燐酸塩およびシリコ−アルミノ燐酸塩には、ドイツ連邦共和国特許出願公開第19601409号明細書に記載されているようなゼオライト構造またはゼオライト類似の構造を有する結晶系、例えばSAPO−37、AlPO4−5、SAPO−5が含まれるが、しかし、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第4431093号明細書に記載されているような非晶質系も含まれる。これは、一般に式Al2O3*P2O5*xSiO2を有している。
【0093】
その上、混合された酸金属酸化物としては、Tanabe等がBull. Chem. Soc. Jpn. 47 (1974), 第1064頁以降に記載したような系、殊にAl2O3、SiO2−TiO2、ZrO2−TiO2、Fe2O3−TiO2、WO3−TiO2、MoO3−TiO2、Nb2O5−TiO2、Al2O3−B2O3、SiO2−Ga2O3、SiO2−B2O3、SiO2−Y2O3、SiO2−ZrO2、SiO2−WO3、SiO2−MoO3、ZrO2−MoO3、ZrO2−WO3がこれに該当する。
【0094】
前記酸化物を用いてのオレフィンのアミノ化の例は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第19624206号明細書に見出される。
【0095】
触媒として使用可能な層状珪酸塩は、殊に例えばKlockmanns Lehrbuch der Mineralogie, 第16版, F. Euke Verlag (1978), 第739〜765頁に記載されているようなモンモリロン石−サポナイト群、カオリン−蛇紋石群およびパリゴルスカイト−セピオライト群の粘土、例えばモンモリロン石、ヘクトライト、カオリン、アタパルジャイト、セピオライト、バイデライト、モントロナイト(Montronit)、サポナイト、ソーコナイトである。付加的に前記の層状珪酸塩は、例えば所謂”柱引(pillaring)”(PILC’s)または酸活性化(例えば、Suedchemie AG, Muenchen社のTonsil, K10およびK20)によってなお変性されていてよい。
【0096】
層状珪酸塩を用いてオレフィンおよびNH3からアミンを製造するための例は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第19524242号明細書に見出される。
【0097】
更に、またこの酸触媒は、既に使用された材料を含むことができるかまたは常法、例えば200℃を上廻る温度での空気、H2O、CO2または不活性ガス中での再か焼によってか、H2O、酸または有機溶剤を用いての洗浄によってか、蒸気処理によってか、または200℃を上廻る温度での真空中での処理によって再生された材料からなることができる。
【0098】
前記の酸触媒は、粉末の形または有利に成形体、例えばストランド、ペレットまたはスプリットの形で使用されることができる。成形のためには、結合剤2〜60質量%(成形すべき材料に対して)が添加されうる。結合剤としては、種々の酸化アルミニウム、有利にベーマイト、25:75〜95:5のSiO2/Al2O3のモル比を有する非晶質アルミノケイ酸塩、二酸化珪素、有利に高分散性SiO2、例えばシリカゾル、高分散性SiO2と高分散性Al2O3との混合物、高分散性TiO2ならびに粘土が適している。
【0099】
成形後に、押出物または圧縮成形体は、有利に110℃/16時間で乾燥され、300〜500℃/2〜16時間でか焼され、この場合か焼は、直接にヒドロアミノ化反応器中で行なうこともできる。
【0100】
一般に、触媒は、H形で使用される。しかし、さらに選択性、可使時間および可能な触媒再生の数を高めるために、触媒に対して種々の変性を行なうことができる。
【0101】
触媒の変性は、成形されていない触媒をアルカリ金属、例えばNa、アルカリ土類金属、例えばCa、Mg、土類金属、例えばTl、遷移金属、例えばMn、Fe、Mo、Cu、Zn、Cr、土類金属および/または希土類金属、例えばLa、CeまたはYでイオン交換することができるかまたはドープすることができることにある。
【0102】
1つの好ましい触媒の実施態様は、成形された触媒を流動管中に装入し、20〜100℃で例えば上記金属のハロゲン化物、酢酸塩、蓚酸塩、クエン酸塩または硝酸塩を溶解された形でその上方に導くことにある。この種のイオン交換は、例えば触媒の水素形、アンモニウム形およびアルカリ金属形で行なわれうる。
【0103】
触媒上への金属施与の別の方法は、ゼオライト材料を例えば水溶液中またはアルコール性溶液中の上記金属のハロゲン化物、酢酸塩、蓚酸塩、クエン酸塩、硝酸塩または酸化物で含浸することにある。
【0104】
イオン交換ならびに含浸には、乾燥、選択的には再度のか焼を続けることができる。金属でドープされた触媒の場合には、水素および/または水蒸気での後処理が好ましい。
【0105】
触媒の変性のもう1つの方法は、不均質触媒材料を成形するかまたは成形せずに、酸、例えば塩酸(HCl)、フッ化水素酸(HF)、燐酸(H3PO4)、硫酸(H2SO4)、蓚酸(HO2C−CO2H)またはこれらの混合物で処理することにある。
【0106】
特殊な実施態様は、触媒を成形前にフッ化水素酸(0.001〜2モル、有利に0.05〜0.5モル)で1〜3時間、還流下に処理することにある。一般に、濾別および洗浄除去の後、100〜160℃で乾燥し、400〜550℃でか焼する。
【0107】
もう1つの特殊な実施態様は、結合剤を用いての成形後の不均質触媒のHCl処理にある。この場合、不均質触媒は、一般に60〜80℃の温度で1〜3時間、3〜25%、殊に12〜20%の塩酸を用いて処理され、引続き洗浄除去され、100〜160℃で乾燥され、400〜550℃でか焼される。
【0108】
触媒を変性する別の方法は、アンモニウム塩、例えばNH4Cl、またはモノアミン、ジアミンもしくはポリアミンとの交換である。この場合、結合剤を用いて成形された不均質触媒は、一般に60〜80℃で10〜25%、有利に約20%のNH4Cl溶液と連続的に2時間、1:15の質量に応じての不均質触媒/塩化アンモニウム溶液中で交換され、その後に100〜120℃で乾燥される。
【0109】
アルミニウム含有触媒上で行なうことができるもう1つの方法は、脱アルミニウム化であり、この場合アルミニウム原子の一部分は、珪素によって代替されているかまたは触媒は、例えば熱水処理によってアルミニウム含量が減少されている。形成された非格子アルミニウムを除去するために、熱水脱アルミニウム化には、好ましくは酸または錯形成剤を用いての抽出が続く。珪素によるアルミニウムの置換は、例えば(NH4)2SiF6またはSiCl4を用いて行なうことができる。Y型ゼオライトの脱アルミニウム化の例は、Corma他, Stud. Surf. Sci. Catal. 37 (1987), 第495〜503頁に見出される。
【0110】
触媒は、例えば1〜4mmの直径を有するストランドとしてかまたは例えば3〜5mmの直径を有するペレットとしてオレフィンのヒドロアルミニウム化に使用することができる。
【0111】
無機固体酸の存在下でのオレフィンとアンモニアおよび/または第1アミンとの反応は、例えば欧州特許出願公開第132736号明細書、欧州特許出願公開第752409号明細書および欧州特許出願公開第822179号明細書の記載と同様に行なうことができる。
【0112】
この場合には、一般にアンモニアおよび/または第1アミンをオレフィンと一緒に1:1〜10:1、有利に1:1〜5:1のモル比で混合し、固定床反応器または渦動床中で40〜700バール、有利に200〜300バールの圧力で80〜400℃、有利に250〜350℃の温度で気相中または過臨界状態で反応させることが優先される。
【0113】
また、この反応は、液相中で40〜80バールの圧力および60〜120℃の温度で攪拌釜、固体−液体流動床または流動管中で実施されることができる。
【0114】
この方法の1つの実施態様は、アンモニアおよび/または第1アミンをオレフィンおまたはオレフィン混合物と一緒に1:1〜5:1のモル比で混合し、無機固体酸を含有する固体床反応器に供給し、100〜300バール、有利に120〜300バール、殊に140〜290バールの圧力および200〜350℃、有利に220〜330℃、殊に230〜320℃の温度で気相中または過臨界状態で反応させることにある。
【0115】
平衡の状態、ひいては望ましいヒドロアミノ化生成物への変換は、選択された反応圧力に著しく依存する。高い圧力は、付加生成物にとって有利であるが、しかし、一般に工業的理由および経済的理由から300バールまでの圧力範囲が最適である。反応の選択性は、アンモニア/アミンの過剰量および触媒のような影響力と共に、高度に温度によって影響を及ぼされる。実際に、付加反応の反応速度は、温度が上昇するにつれて著しく増大するが、しかし、場合によっては選択性を減少させる副反応を同時に促進させる。その上、温度の上昇は、熱力学的視点から多くの場合には好ましくない。変換率および選択性に関連する温度最適化の状態は、オレフィン、使用された第1アミンおよび触媒の構成に依存し、多くの場合には、200〜350℃の範囲内にある。
【0116】
c)
もう1つの特殊な選択において、第1の処理工程でオレフィン、殊に式Iのオレフィンは、アンモニア、第1アミンおよび/または第2アミン、殊にアンモニア、第1アミンおよび/または式IIの第2アミンと、触媒としての遷移金属錯体化合物またはその混合物の存在下でヒドロアミノ化条件下で反応される。
【0117】
この反応は、一般に上記の反応式1および2ならびにこれらの反応式のそれぞれの注釈の記載に応じて行なわれる。
【0118】
特に好ましいオレフィンIは、エテン(この場合、R1、R2、R3およびR4はHである)、プロペン(この場合、R1、R2およびR3は、CH3である)および1,3−ブタジエン(この場合、R1、R3およびR4は、Hであり、R2は、CH=CH2である)である。
【0119】
アンモニアと共に、特に好ましいアミンは、モノアルキルアミンおよびジアルキルアミン、例えばモノメチルアミン、ジメチルアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、n−ブチルアミン、イソプロピルアミン、ジイソプロピルアミンおよびジ−n−ブチルアミンである。
【0120】
エテンおよびアンモニアから出発するヒドロアミノ化生成物は、モノエチルアミン、ジエチルアミンおよび/またはトリエチルアミンであり、エテンおよびモノエチルアミンから出発するヒドロアミノ化生成物は、ジエチルアミンおよび/またはトリエチルアミンであり、イソブテンおよびアンモニアから出発するヒドロアミノ化生成物は、第三ブチルアミンであり、1,3−ブタジエンおよびアンモニアから出発するヒドロアミノ化生成物は、1−アミノ−3−ブテンおよび/または2−アミノ−3−ブテンであり、1,3−ブタジエンおよびn−ブチルアミンから出発するヒドロアミノ化生成物は、(2−ブテニル)−n−ブチルアミンおよび/または(3−ブテニル)−n−ブチルアミンであり、プロピレンおよびイソプロピルアミンから出発するヒドロアミノ化生成物は、ジイソプロピルアミンである。
【0121】
触媒として使用される遷移金属錯体化合物は、一般に周期律表の第IIIB族、第IVB族または第VIII族の金属の錯体化合物である。
【0122】
このための例は、脂肪族第3アミンに対するエチレンへの第2脂肪族アミンの付加に関しては、米国特許第3758586号明細書に記載された、ロジウムまたはイリジウムの化合物、例えば(シクロオクタジエン)2RhCl2、RhCl3、RhBr3およびIrCl3であり、
オレフィン、例えばエテンへのアンモニア、第1アミンまたは第2アミンの付加に関しては、米国特許第4454321号明細書に記載された、ルテニウムおよび鉄の化合物、例えばRuCl3*xH2O、Ru(シクロペンタジエニル)2、[Ru(NH3)4(OH)Cl]Cl*2H2O、Fe(CO)5、Fe2(CO)9、H2Fe(CO)4、Fe(ブタジエン)(CO)3、Fe(CO)5/トリ−n−ブチルホスフィン、Fe(CO)5/トリフェニルホスファイトであり、
オレフィンのヒドロアミノ化に関しては、Th. E. MuellerおよびM. Bellerの概観的な論説でChem. Rev. 1998, Vol.98, No.2, 第675〜703頁の中、第679〜680頁に引用された、白金およびパラジウムの化合物、例えばPtX4 2−(この場合、XはCl−、Br−である)であり、
オレフィンのヒドロアミノ化(殊に分子内ヒドロアミノ化)に関しては、Th. E. MuellerおよびM. Bellerの上記の概観的な論説で第681〜684頁に引用された、ランタン、ネオジム、サマリウムおよびルテチウムの化合物、例えばCp*2Ln−E(この場合、Cp*は、第2テトラメチルシクロペンタジエニル配位子に対する橋を有するペンタメチルシクロペンタジエニルまたはテトラメチルシクロペンタジエニルであり、Lnは、La、Nd、SmまたはLuであり、Eは、H、CH(SiMe3)2またはN(SiMe3)2である)であり、かつ
オレフィンのヒドロアミノ化に関しては、Th. E. MuellerおよびM. Bellerの上記の概観的な論説で第684〜686頁に引用された、白金、ルテニウム、ハフニウム、ジルコニウム、イリジウムおよびタンタルの化合物、例えばPt(PEt3)2(H)(NHPh)、IrCl(C2H4)2(PEt3)2およびCp2Zr(H)[N(t−Bu)(SiHMe2)]である。
【0123】
オレフィンとアンモニアおよび/またはアミンとの反応は、例えば上記の刊行物の記載と同様に行なうことができる。
【0124】
反応は、連続的にバッチ運転形式または半バッチ運転形式で運転されることができる。
【0125】
バッチ運転形式の場合には、触媒は、アミンと一緒に装入される。反応温度の達成後、オレフィンは圧縮される。圧力(反応に関する基準)の低下後、生成物または生成物混合物は留去される。
【0126】
過剰量のオレフィンならびに未反応のアミンは、返送されることができる。
【0127】
バッチ運転形式の場合、触媒は、生成物混合物と一緒に塔底部を経て反応器から搬出され、別個に後処理される。
【0128】
この反応は、反応釜中で実施されることができる。
【0129】
連続的運転形式の場合、反応は、泡鐘塔中で実施されることができる。この場合、オレフィンは、下方から触媒と生成物溶液との混合物によって吹き込まれる。次に、この溶液は、蒸留により触媒から除去されることができるか、または触媒は、メンブランにより生成物溶液から除去されることができる。また、触媒は、除去される必要がないのではなく、処理工程が損なわれない限り、直接に後処理または直ぐ次の処理工程に供給することができる。
【0130】
第2の処理工程:
引続き、第1の処理工程で得ることができるヒドロアミノ化生成物は、第2の処理工程でアルキル交換条件下で反応される。
【0131】
好ましくは、第1の処理工程で得ることができるヒドロアミノ化生成物は、引続き第2の処理工程で
d)アルキル交換触媒の存在下または
e)水素およびアルキル交換水素化触媒または脱水素化触媒の存在下で
80〜400℃の温度で反応される。
【0132】
第1の処理工程からの反応搬出物は、それぞれ使用されるオレフィン/複数のオレフィンおよびアミン/複数のアミンならびにそれぞれ選択されるヒドロアミノ化条件に相応してヒドロアミノ化生成物を含有する(上記参照)。このヒドロアミノ化生成物は、一般に式III、IV、V、VI、VIIおよび/またはVIII(上記反応式1および2ならびにそれに属する注釈参照)を有する。
【0133】
第1の処理工程からの反応搬出物は、一般に触媒の分離後(それぞれ上記の記載と同様)に直接に第2の処理工程に使用されることができる。
【0134】
しかし、第1の処理工程の反応搬出物から、第1に第2の処理工程に望ましいヒドロアミノ化生成物(例えば、それぞれ上記の記載と同様)は分離され、その後に第2の処理工程に使用される。
【0135】
好ましくは、第2の処理工程に対する供給量には、アンモニアおよび/またはアミンを供給することができ、および/またはアンモニアおよび/またはアミンは、反応搬出物から前記の第2の処理工程に返送されることができる。
【0136】
アルキル交換条件下で第2の処理工程における、第1の処理工程で得ることができるヒドロアミノ化生成物の反応は、例えばHouben Weyl 第XI/1巻, 窒素化合物II, 1957, Georg Thieme Verlag Stuttgart, 第248〜261頁の記載と同様に行なうことができる。
【0137】
その後に、アミンアルキル交換(’アミン交換’)は、アルキル交換触媒、例えば酸、ゼオライト(前記記載と同様)、金属塩、沃化物、脱水触媒、水素化/脱水素化触媒の存在下で実施されることができるし、触媒の不在下でも実施されることができる。
【0138】
アルキル交換触媒として適当な酸は、例えばハロゲン化水素酸(例えば、HCl)、燐酸、スルファニル酸またはスルホン酸(例えば、p−トルエンスルホン酸)である。
【0139】
アルキル交換触媒として適当な金属塩は、例えば亜鉛ハロゲン化物または鉄ハロゲン化物、例えば塩化亜鉛、塩化鉄(II)または塩化鉄(III)である。
【0140】
アルキル交換触媒として適当な脱水触媒は、例えば酸化マンガン(II)/活性炭、珪酸アルミニウム、Al2O3、TiO2またはZrO2である。
【0141】
アルキル交換触媒としては、水素化触媒および脱水素化触媒が好ましい。
【0142】
この場合、触媒活性を維持するために、水素の存在は好ましい。また、水素化触媒または脱水素化触媒は、規則的な間隔でH2での還元により被覆を除去することができる。
【0143】
水素化触媒および脱水素化触媒としては、触媒活性成分として銅、銀、金、鉄、コバルト、ニッケル、レニウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金、クロム、モリブデンおよびタングステンの群から選択された元素を、それぞれ金属形(酸化段階0)または処理条件下で相応する金属に還元される酸化物のような化合物の形で含有する触媒が特に好適である。
【0144】
触媒活性成分の銅、銀、金、鉄、コバルト、ニッケル、レニウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金、クロム、モリブデンおよびタングステンは、一般に全体的に酸化段階0の金属として計算した0.1〜80質量%、有利に0.1〜70質量%、特に有利に0.1〜60質量%の量で触媒の触媒活性質量中に含有されている。
【0145】
好ましいのは、触媒活性成分として銅、銀、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、白金、クロムおよびモリブデンの群から選択された、殊に銅、コバルト、ニッケルの群から選択された元素を、それぞれ金属形(酸化段階0)または処理条件下で相応する金属に還元される酸化物のような化合物の形で含有する触媒である。
【0146】
よりいっそう好ましいのは、触媒活性成分の銅、銀、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウムおよび/または白金、有利に酸化アルミニウム、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン、炭素および/または珪素の酸素含有化合物の群から選択された触媒活性成分を含有する触媒である。
【0147】
本発明による方法において有利に使用される触媒の触媒活性質量は、触媒活性成分の銅、銀、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウムおよび/または白金を一般に全体的に酸化段階0の金属として計算した0.1〜80質量%、有利に0.1〜70質量%、特に有利に0.1〜60質量%の量で含有する。
【0148】
更に、前記の有利に使用される触媒の触媒活性質量は、担持材料の酸化アルミニウム(Al2O3)、二酸化ジルコニウム(ZrO2)、二酸化チタン(TiO2)、炭素および/またはSiO2として計算した珪素の酸素含有化合物を一般に全体的に20〜99.9質量%、有利に30〜99.9質量%、特に有利に40〜99.9質量%の量で含有する。
【0149】
特に好ましいのは、活性成分Cu、Co、Niおよび/またはPd、殊にCu、Coおよび/またはNiを有する触媒である。この触媒は、全接点(Vollkontakte)または担持触媒として使用されることができる。
【0150】
本発明により確認されたCu含有触媒は、特に有利であり、比較的僅かなエタン形成およびメタン形成のために選択的である。
【0151】
このための例は、銅合金、銅網の形の金属銅および担体上のCuOとして計算したCu2〜70質量%の銅含量、有利に担体上のCuOとして計算したCu10〜55質量%を有するCu触媒である。担持材料は、有利に酸化アルミニウム(Al2O3)、二酸化ジルコニウム(ZrO2)、二酸化チタン(TiO2)、炭素および/または珪素の酸素含有化合物である。
【0152】
例えば、欧州特許出願公開第382049号明細書に開示された、触媒活性物質が水素での処理前に
ZrO220〜85質量%、有利に70〜80質量%、
CuO1〜30質量%、有利に1〜10質量%、およびそれぞれ
CoOおよびNiO1〜40質量%、有利に5〜20質量%を含有する触媒、例えば上記引用文献第6頁に記載された、ZrO2として計算したZr76質量%、CuOとして計算したCu4質量%、CoOとして計算したCo10質量%およびNiOとして計算したNi10質量%の組成を有する触媒が本発明による方法において使用されうる。
【0153】
更に、本発明による方法において、欧州特許出願公開第963975号明細書に開示された、触媒活性物質が水素での処理前に
ZrO222〜40質量%、
CuOとして計算した銅の酸素含有化合物1〜30質量%、
NiOとして計算したニッケルの酸素含有化合物15〜50質量%、この場合Ni:Cuのモル比は1を上廻り、
CoOとして計算したコバルトの酸素含有化合物15〜50質量%、
Al2O3またはMnO2として計算したアルミニウムおよび/またはマンガンの酸素含有化合物0〜10質量%を含有しかつモリブデンの酸素含有化合物を含有しない触媒、例えば上記引用文献第17頁に開示された、ZrO2として計算したZr33質量%、NiOとして計算したNi28質量%、CuOとして計算したCu11質量%およびCoOとして計算したCo28質量%の組成を有する触媒Aが使用されうる。
【0154】
更に、本発明による方法において、欧州特許出願公開第514692号明細書に開示された、触媒活性物質が水素での処理前に1:1〜10:1、有利に2:1〜5:1の原子比での銅およびニッケルの酸化物5〜100質量%ならびに酸化ジルコニウムおよび/または酸化アルミニウムを含有する触媒、殊に上記引用文献第3頁第20〜30行に開示された、触媒活性物質が水素での処理前にAl2O3および/またはZrO220〜80質量%、特に40〜70質量%、CuO1〜30質量%、NiO1〜30質量%およびCoO1〜30質量%を含有する触媒が使用されうる。
【0155】
好ましくは、ドイツ連邦共和国特許出願公開第1953263号明細書に開示された、コバルト、ニッケルおよび銅ならびに酸化アルミニウムおよび/または二酸化珪素を全触媒に対して5〜80質量%、殊に10〜30質量%の金属含量で含有する触媒が本発明により使用され、この場合この触媒は、金属含量に対してコバルトとニッケルとの混合物70〜95質量%および銅5〜30質量%を含有し、コバルトとニッケルとの質量比は、4:1〜1:4、殊に2:1〜1::2であり、
欧州特許出願公開第696572号明細書に開示された、触媒活性物質が水素での処理前にZrO220〜85質量%、CuOとして計算した銅の酸素含有化合物1〜30質量%、NiOとして計算したニッケルの酸素含有化合物30〜70質量%、MoO3として計算したモリブデンの酸素含有化合物0.1〜5質量%、およびAl2O3またはMnO2として計算したアルミニウムおよび/またはマンガンの酸素含有化合物0〜10質量%を含有する触媒、例えば上記引用文献第8頁に開示された、ZrO231.5質量%、NiO50質量%、CuO17質量%およびMoO31.5質量%の組成を有する触媒が本発明により使用され、
欧州特許出願公開第284919号明細書に開示された、一般式MxMgy(SiO2)・nH2O〔式中、MはCu、Fe、CoおよびCoの群からの2価の還元可能な金属原子であり、xおよびyは一緒になって1.5の値を達成しうる数であり、nは乾燥後に質量%で表わされて0〜80の間にある〕で示される触媒、例えば上記引用文献の実施例中に記載された、CuO35%、MgO9%およびSiO238%を含有する触媒および欧州特許出願公開第863140号明細書第3頁に記載された、CuO45〜47質量%、MgO約15〜17質量%とSiO235〜36質量%とからの珪酸マグネシウム、Cr2O3約0.9質量%、BaO約1質量%およびZnO約0.6質量%を含有する触媒が本発明により使用され、
ドイツ連邦共和国特許出願公開第2445303号明細書に開示された、一般組成式CumAl6(CO3)0.5mO3(OH)m+12〔式中、mは任意の整数でなくともよい2〜6の値を表わす〕で示される、塩基性銅およびアルミニウムを含有する炭酸塩を350〜700℃の温度で熱処理することによって得ることができる触媒、例えば上記引用文献の実施例1に開示された、硝酸銅および硝酸アルミニウムの溶液を重炭酸ナトリウムで処理し、引続き調製物を洗浄し、乾燥し、温度処理することによって得られる銅含有沈降触媒が本発明により使用され、および
WO 95/32171および欧州特許出願公開第816350号明細書に開示された、それぞれか焼された触媒の全質量に対して、CuOとして計算した銅5〜50質量%、有利に15〜40質量%、SiO2として計算した珪素50〜95質量%、有利に60〜85質量%、MgOとして計算したマグネシウム0〜20質量%、BaOとして計算したバリウム0〜5質量%、ZnOとして計算した亜鉛0〜5質量%およびCr2O3として計算したクロム0〜5質量%を含有する担持触媒、例えば欧州特許出願公開第816350号明細書第5頁に開示された、CuO30質量%およびSiO270質量%を含有する触媒が本発明により使用される。
【0156】
本発明による方法においてアルキル交換触媒として使用される水素化触媒または脱水素化触媒は、公知技術に記載の方法により得ることができ、部分的に商業的に得ることができる。
【0157】
担持触媒を製造する場合には、活性成分、例えばニッケル、コバルトおよび/または銅および場合によっては他の成分の施与方法に関連して使用される担持材料には、全く制限が存在しない。
【0158】
殊に、次の施与方法がこれに該当する:
a)含浸
予め完成された無機担体上への1つ以上の含浸工程での金属塩溶液の施与。担体は、含浸に続いて乾燥され、場合によってはか焼される。
【0159】
a1)含浸は、所謂”初期湿潤”法により行なうことができ、この場合には、担体は、水吸収能力に相応して最大で飽和されるまで含浸溶液で湿潤される。しかし、含浸は、上に立つ溶液中で行なわれてもよい。
【0160】
a2)多工程の含浸法の場合、個々の含浸工程の間で乾燥および場合によってはか焼を行なうことは、有利である。多工程の含浸は、担体が大きな金属量と衝突する場合には、特に有利に使用することができる。
【0161】
a3)好ましくは、無機担持材料は、含浸の際に予め成形された材料、例えば粉末、球体、ストランドまたはペレットとして使用される。特に好ましくは、粉末として使用される。
【0162】
a4)金属塩の溶剤として、好ましくは濃縮されたアンモニア水が使用される。
【0163】
a5)促進剤の導入は、1つの工程でa1)と同様に相応する金属含有含浸溶液、例えば銅含有含浸溶液、コバルト含有含浸溶液および/またはニッケル含有含浸溶液、ならびに促進剤含有含浸溶液で含浸するかまたは多工程でa2)と同様に金属含有含浸溶液および促進剤含有含浸溶液と交互に含浸することによって行なうことができる。
【0164】
b)沈殿
予め完成された不活性無機担体上への金属塩溶液の沈殿。この担体は、特に有利な実施態様において粉末として水性懸濁液中に存在する。
【0165】
b1)実施態様(i)において、金属塩溶液は、有利にソーダ溶液を用いて沈殿される。装入物として担持材料の水性懸濁液が使用される。
【0166】
b2)もう1つの実施態様において、沈降触媒は、2工程法で製造されることができる。この場合には、第1の工程で粉末がa)からの記載により製造され、乾燥される。この粉末は、水性懸濁液中に移され、装入物として実施態様(i)の記載と同様に使用される。
【0167】
b3)促進剤の導入は、1つの工程でb1)と同様に金属含有溶液の沈殿によって行なうことができるかまたは多工程でb2)と同様に金属含有溶液および促進剤含有溶液の逐次的沈殿によって行なうことができる。最後に記載された促進剤含有溶液の逐次的沈殿の場合には、個々の沈殿は、直接に互いに行なうことができるかまたは洗浄工程および/または乾燥工程および/またはか焼工程によって別個であってよい。
【0168】
a)および/またはb)の出発物質としては、原理的に施与の際に使用される溶剤中で可溶性である全ての金属(I)塩および/または金属(II)塩、例えば硫酸塩、硝酸塩、塩化物、炭酸塩、酢酸塩、蓚酸塩またはアンモニウム錯体が使用されうる。a)に記載の方法に特に有利には、金属炭酸塩が使用され、b)に記載の方法に特に有利には、金属硝酸塩が使用される。
【0169】
a)またはb)から生じる沈殿された沈殿物は、常法で濾過され、有利にアルカリ金属不含になるまで洗浄される。
【0170】
また、濾過された、場合によっては洗浄された沈殿物中に促進剤成分を適当な形で導入することは、可能である。適当な形は、例えば無機塩または錯体もしくは有機化合物である。
【0171】
a)からの最終製品ならびにb)からの最終製品は、50〜150℃の温度、有利に100〜140℃で乾燥され、場合によっては手本として、例えば2時間の時間に亘って高い温度、即ち一般に200〜400℃、殊に200〜220℃で温度処理される。
【0172】
乾燥後ならびに温度処理後に、促進剤成分を適当な形で導入することは、可能である。適当な形は、例えば無機塩または錯体もしくは有機化合物である。この場合、導入は、有利に強力な混合、混練および/または圧縮によって行なわれ、この場合には、場合により液体、例えば水またはアルコールが添加されてもよい。促進剤成分の導入後、好ましくはさらに乾燥工程および/または温度処理工程が行なわれる。しかし、乾燥状態での添加の場合には、この促進剤成分は、場合によっては不用であってもよい。
【0173】
本発明による方法に使用するには、上記の乾燥された粉末は、有利にペレットまたは類似の成形体に成形される。ペレット化助剤としては、成形処理に黒鉛が有利に乾燥された粉末の質量に対して3質量%の割合で添加される。
【0174】
ペレット成形体は、有利に2時間、300〜600℃、殊に330〜350℃で温度処理される。このペレット化のための特殊な方法は、ペレット化助剤としての黒鉛の専らの使用と比較して、常法でペレットへの粉末の特に簡単に実施することができる成形を可能にし、極めて化学的および機械的に安定な触媒を供給する。
【0175】
また、成形されたペレット中に促進剤成分を適当な形で導入することも可能である。適当な形は、例えば無機塩の溶液または錯体もしくは有機化合物である。導入後、好ましくは、再度の乾燥は、50〜150℃、有利に100〜140℃の温度で行なわれる。付加的になお、温度処理は、有利に約2時間、300〜600℃、殊に330〜350℃で行なうことができる。
【0176】
反応を第2の処理工程で、アルキル交換条件下および同時に水素化条件下で、殊に水素およびアルキル交換水素化触媒または脱水素化触媒の存在下で行なう場合には、第1の処理工程からのヒドロアミノ化搬出物中に含有される不飽和有機窒素化合物、即ちオレフィン系C=C−二重結合(例えば、エナミンおよびアリルアミンの場合と同様)を有するかまたはイミンである有機窒素化合物は、場合によっては相応する飽和アミンに水素化されていてよい。
【0177】
この場合、アルキル交換水素化触媒または脱水素化触媒としては、上記の記載と同様の水素化触媒および脱水素化触媒が好ましい。
【0178】
第1の処理工程からのヒドロアミノ化搬出物は、例えば第1の処理工程でオレフィンとして2倍または数倍のオレフィンが使用されるかまたは第1の処理工程でアミンとして相応する不飽和アミンが使用される場合には、オレフィン系C=C−二重結合を有する不飽和有機窒素化合物を含有を含有する。イミンは、二重結合の異性化または金属アルキルアミドからのβ−除去によって生成されることができる。
【0179】
このような2価または多価オレフィンの例は、次の通りである:1,3−ブタジエン、1,4−ペンタジエン、1,5−ヘキサジエン、アレン、イソプレン、4−ビニル−1−シクロヘキセン、シクロヘキサジエン。
【0180】
オレフィン系C=C−二重結合を有するこのような不飽和アミンの例は、次の通りである:アリルアミン、1−アミノ−2−ブテン、1−アミノ−3−ブテン、1−アミノ−4−ペンテン。
【0181】
第2の処理工程を実施するために、好ましくは、第1の処理工程に由来する生成物または生成物混合物、または第1の処理工程の後処理に由来するアミンまたは濃度が増加されたアミンは、連続的にアルキル交換触媒上で搬送されるかまたは非連続的にアルキル交換されることが設けられている。
【0182】
連続的運転方法の場合には、アルキル交換触媒は、管状反応器または管束反応器中に組み込まれている。アルキル交換脱水素化/水素化反応器およびH2の存在下での運転形式の場合(変法e)には、触媒は、選択的に先に水素で還元されることができるが、しかし、触媒は、生成物および水素の存在下で直接に運転されることができる。
【0183】
水素圧力は、0バール〜300バール、有利に1〜250バールが選択されうる。
【0184】
気相中での反応の場合には、圧力は、一般に1〜70バールである。
【0185】
液相中での反応の場合には、圧力は、一般に70〜250バールである。
【0186】
温度は、一般に80〜400℃、殊に100〜350℃、有利に120〜250℃、特に有利に150〜230℃である。
【0187】
処理に応じてのアルキルアミンおよび場合によってはアンモニアの熱力学的平衡は、選択された温度に応じて生じ、この場合このアンモニアは、窒素対アルキル基の比に依存する。アルキル基が立体的要求が多ければ多いほど、相応する第三アルキルアミンの含量は、ますます少なくなる。
【0188】
出発物質での触媒の負荷は、毎時触媒1リットル当たり出発物質0.05〜2kg(kg/l*h)、有利に0.1〜1kg/l*h、特に有利に0.2〜0.6kg/l*hであることができる。
【0189】
アミンのモル比(’アルキル交換成分’)(アンモニアおよび/または第1アミンの好ましい場合)は、望ましい混合生成物に応じて幅広い範囲内で変動することができる。
【0190】
非連続的アルキル交換の場合、触媒は、出発物質と一緒に第2の処理工程に装入することができ、アルキル交換成分の望ましい量は、それに添加されるかまたは補充される。引続き、望ましい温度に加熱される(上記参照)。
【0191】
圧力の減圧後、搬出物は、蒸留される。
【0192】
本発明による方法の特に好ましい方法は、エテンとモノエチルアミンおよび/または有利にジエチルアミンとの反応(第1の処理工程)、引続く得られたエチルアミン(殊に、トリエチルアミン)とアンモニアとの反応(第2の処理工程)および第2の処理工程への過剰のアンモニアの返送ならびに第1の処理工程へのモノエチルアミンおよび/または有利にジエチルアミンの部分的返送にある。本発明による方法の生成物としての望ましいエチルアミンは、場合によっては第1の処理工程および/または第2の処理工程への過剰のエチルアミンの返送下に、任意の量比で互いに第1の処理工程および/または第2の処理工程の反応搬出物の後処理後に得ることができる。
【0193】
更に、本発明による方法の特に好ましい実施態様は、プロペンとモノイソプロピルアミンとの反応(第1の処理工程)、引続く得られたジイソプロピルアミンとアンモニアとの反応(第2の処理工程)、第2の処理工程への過剰のアンモニアの返送および第1の処理工程へのモノイソプロピルアミンの部分的な返送にある。本発明による方法の生成物としての望ましいイソプロピルアミンは、場合によっては第1の処理工程および/または第2の処理工程への過剰のイソプロピルアミンの返送下に、任意の量比で互いに第1の処理工程および/または第2の処理工程の反応搬出物の後処理後に得ることができる。
【0194】
更に、本発明による方法の特に好ましい実施態様は、ブタジエンとn−もノブチルアミンおよび/または有利にn−ジブチルアミンとの反応(第1の処理工程)、引続く得られたn−ブチルアミン(殊に、n−トリブチルアミン)とアンモニアとの反応(第2の処理工程)、第2の処理工程への過剰のアンモニアの返送および第1の処理工程へのn−モノブチルアミンおよび/または有利にn−ジブチルアミンの部分的な返送にある。望ましいn−ブチルアミンは、場合によっては第1の処理工程および/または第2の処理工程への過剰のn−ブチルアミンの返送下に、任意の量比で互いに第1の処理工程および/または第2の処理工程の反応搬出物の後処理後に得ることができる。
【0195】
更に、本発明による方法は、エチルアミンの製造の実施例につき詳細に記載される。本明細書の記載は、n−ブチルアミンおよびイソプロピルアミンならびに別のアルキルアミンにも同様に当てはまる。流れの記載された組成は、モル組成に関連し意味に応じてn−ブチルアミンおよびイソプロピルアミンの製造に転用されることができる。
【0196】
この好ましい方法は、物質流との切換をもって添付書類にあるブロック図(図1)にエテンとアンモニアとの反応の例で略示されている。
【0197】
第1の処理工程において、(例えば、例4の記載により)エテンは、ジエチルアミンおよび/またはモノエチルアミン、有利にジエチルアミンと触媒量のアルカリ金属ジエチルアミン(例えば、例1によるアルカリ金属ジエチルアミドの製造)の存在でヒドロアミノ化条件下で反応される。
【0198】
反応器に連続的に供給される流れ(1;2;4)は、全体的にアンモニア0〜1質量%、有利に0.1質量%未満、モノエチルアミン0〜5質量%、有利に1質量%未満、ジエチルアミン20〜80質量%、有利に40〜70質量%、トリエチルアミン0〜50質量%、有利に40質量%未満、エチレン5〜50質量%、有利に10〜30質量%、触媒、有利にアルカリ金属ジアルキルアミド0.01〜10質量%、触媒のための溶剤0〜20質量%からなる。溶剤としては、既に上記項目a)に記載されたものが適している。
【0199】
非連続方法において、この流れの記載は、反応器中の出発濃度に相当する。
【0200】
反応は、多様な反応器中、例えば泡鐘塔(有利にカスケード型)、攪拌釜、噴射環状反応器またはカスケード型反応器中で一般に40〜150℃および1〜100バール、殊に70〜120℃および3〜20バールで実施されることができる。
【0201】
触媒は、液相中に均質に溶解されて存在する。原理的に反応器は、触媒の溶解度を上廻った場合に懸濁液運転形式で運転されることができる。
【0202】
本方法を非連続的に設計した場合には、形成された付加生成物(ヒドロアミノ化生成物)は、反応器から留去される。触媒、有利にアルカリ金属ジアルキルアミドは、十分な活性が使用される場合には、反応器中に残存し、こうして他の反応に利用されることができる。
【0203】
本方法を連続的に設計した場合には、形成された付加物(例えば、トリエチルアミン)は、例えばストリッピングによって反応混合物の未反応のエテンと一緒に取り出されうる。また、反応混合物は、フラッシ蒸発または蒸留に供給されてもよく、この場合には、高沸点溶剤(50質量%を上廻る)またはトリエチルアミン(50質量%を上廻る)中に溶解されているかまたは懸濁されている触媒は、塔底部で沈殿する。触媒含有塔底物は、第1の処理工程の反応器に返送される。1つの部分流は、高沸点物および触媒の排出のために廃棄される。反応搬出物の熱的後処理に対して選択的に、触媒の返送または支援のために、例えば濾過(ナノ濾過、メンブラン濾過等)を使用することができる。
【0204】
30〜100%、有利に80〜100%がトリエチルアミンからなる蒸留搬出物(流れ3)は、第2の処理工程(例えば、例7または8による)においてアンモニア(アンモニア供給量:流れ7)と水素の存在でアルキル交換触媒(例えば、例7または例8に記載の触媒)上で不均質触媒的に1〜250バールおよび100〜300℃、殊に180〜250℃および40〜200バールで反応され、モノエチルアミン(5〜70質量%、有利に10〜30質量%)、ジエチルアミン(20〜80質量%、有利に30〜60質量%)、トリエチルアミン(5〜70質量%、有利に15〜50質量%)およびアンモニア(1〜70質量%、有利に2〜10質量%)の混合物に変わる。水素含量は、0.1〜50質量%、有利に0.5〜5質量%である。
【0205】
(反応器出口流は、全体で流れ5と8から生じ、反応器入口流は、モノエチルアミン(0〜50質量%、有利に30質量%未満)、ジエチルアミン(0〜60質量%、有利に30質量%未満)、トリエチルアミン(10〜95質量%、有利に30〜80質量%)およびアンモニア(1〜70質量%、有利に3〜50質量%)からなる。水素含量は、0.1〜50質量%、有利に0.5〜5質量%である。)
渦動床反応器、流動床反応器および固定床反応器は、反応器として適しているが、しかし、有利には、固定床反応器である。反応は、2相で固体−液体で運転されてもよいし、固体−気体で運転されてもよく、ならびに3相で運転されてもよい。
【0206】
引続き、反応搬出物は、目的生成物のモノエチルアミン、ジエチルアミンならびにトリエチルアミンを得るために、常用の処理技術的方法で後処理される。即ち、熱い反応搬出物は、例えば急冷器または凝縮器により冷却されることができ、目的生成物は、凝縮除去される。残存する気相は、アンモニア、水素からなり、ならびに分圧に相応してそれぞれアミンも反応圧力に圧縮され、第2の工程の反応器に返送される。凝縮物または液状急冷搬出物(流れ5)は、適当な蒸留順序で望ましい規格に相応して価値のある生成物(流れ9;10;11)(図1参照)に変わる。凝縮物中に溶解されたアンモニアまたは水素は、分離され、3つのエチルアミンの望ましい量比に必要とされる量のモノエチルアミンおよびトリエチルアミンを含めて反応器に返送される(流れ6)。アンモニアまたは水素がガス状で生じる場合には、これらアンモニアまたは水素は、圧縮されてよいかまたは有利に第1の工程からの留出物流と一緒に吸収されてよい。引続き、留出物流は反応圧力および温度で蒸発され、第2の工程の反応器に供給される。
【0207】
第2の処理工程の反応器出口で望ましい、3つのエチルアミンの量比は、互いに広い範囲で滞留時間の変化および0.1〜50の間、有利に0.5〜20の間にあるトリエチルアミン/アンモニア質量比によって第2の処理工程の経過中に調節されることができる。トリエチルアミンへのエチレンとの反応のための第1の工程および/または第2の工程、勿論、有利には第1の工程へのジエチルアミンの返送および第1の工程および/または第2の工程、有利に第2の工程へのモノエチルアミンおよび/またはトリエチルアミンの返送のために、アミンは、任意の量比で互いに製造されることができる。返送された量を含めて、反応器入口流(第1の工程)の上記の組成物が生じる。
【0208】
式I〜VIII中の基R1〜R7は、互いに独立に次のものを意味する:
R1、R2、R3、R4:
水素(H)、
C1〜C20−アルキル、有利にC1〜C12−アルキル、特に有利にC1〜C8−アルキル、例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、第二ブチル、第三ブチル、n−ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、n−ヘキシル、イソヘキシル、n−ヘプチル、イソヘプチル、n−オクチルおよびイソオクチル、
C2〜C20−アルケニル、有利にC2〜C12−アルケニル、特に有利にC2〜C8−アルケニル、例えばビニルおよびアリル、
C3〜C20−シクロアルキル、有利にC3〜C12−シクロアルキル、特に有利にC5〜C8−シクロアルキル、例えばシクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチルおよびシクロオクチル、
C5〜C8−シクロアルケニル、例えば2−シクロペンチ−1−イル、2−シクロヘキシ−1−イル、3−シクロヘキシ−1−イル、
C6〜C20−アルキルシクロアルキル、有利にC4〜C12−アルキルシクロアルキル、特に有利にC5〜C10−アルキルシクロアルキル、例えば2−メチル−シクロペンチルおよび4−メチル−シクロヘキシル、
C6〜C20−シクロアルキル−アルキル、有利にC4〜C12−シクロアルキル−アルキル、特に有利にC5〜C10−シクロアルキル−アルキル、例えばシクロペンチルメチルおよびシクロヘキシルメチル、
アリール、例えばフェニル、1−ナフチルおよび2−ナフチル、有利にフェニル、
C7〜C20−アルキルアリール、有利にC7〜C16−アルキルアリール、有利にC7〜C12−アルキルフェニル、例えば2−メチルフェニル、3−メチルフェニル、4−メチルフェニル、2−エチルフェニル、3−エチルフェニルおよび4−エチルフェニル、
C7〜C20−アラルキル、有利にC7〜C16−アラルキル、有利にC7〜C12−フェンアルキル、例えばフェニルメチル、1−フェニルエチル、2−フェニルエチル、
R1およびR3:
一緒になってC2〜C12−アルキレン鎖、有利にC3〜C8−アルキレン鎖、特に有利に−(CH2)3−、−(CH2)4−、−(CH2)5−、−(CH2)6−および−(CH2)7−、殊に−(CH2)3−および−(CH2)4−、
R5:
水素(H)、
C1〜C20−アルキル、C1〜C20−アルケニル、C3〜C20−シクロアルキル、それぞれR1〜R4の上記定義と同様、
アラルキル、殊にC7〜C20−アラルキル、R1〜R4の上記定義と同様、
アルコキシアルキル、殊にC2〜30−アルコキシアルキル、有利にC2〜20−アルコキシアルキル、特に有利にC2〜8−アルコキシアルキル、例えばメトキシメチル、エトキシメチル、n−プロポキシメチル、イソプロポキシメチル、n−ブトキシメチル、イソブトキシメチル、第2ブトキシメチル、第3ブトキシメチル、1−メトキシ−エチルおよび2−メトキシエチル、特に有利にC2〜C4−アルコキシアルキル、
アミノアルキル、殊にC1〜20−アミノアルキル、有利にC1〜8−アミノアルキル、例えばアミノメチル、2−アミノエチル、2−アミノ−1,1−ジメチルエチル、2−アミノ−n−プロピル、3−アミノ−n−プロピル、4−アミノ−n−ブチル、5−アミノ−n−ペンチル、N−(2−アミノエチル)−2−アミノエチルおよびN−(2−アミノエチル)アミノメチル、
モノアルキルアミノアルキル、殊にC2〜30−モノアルキルアミノアルキル、有利にC2〜20−モノアルキルアミノアルキル、特に有利にC2〜8−モノアルキルアミノアルキル、例えばメチルアミノメチル、2−メチルアミノエチル、エチルアミノメチル、2−エチルアミノエチルおよび2−イソプロピルアミノエチル、
ジアルキルアミノアルキル、殊にC3〜30−ジアルキルアミノアルキル、有利にC3〜20−ジアルキルアミノアルキル、特に有利にC3〜10−ジアルキルアミノアルキル、例えばN,N−ジメチルアミノメチル、(N,N−ジブチルアミノ)メチル、2−(N,N−ジメチルアミノ)エチル、2−(N,N−ジエチルアミノ)エチル、2−(N,N−ジブチルアミノ)エチル、2−(N,N−ジ−n−プロピルアミノ)エチルおよび2−(N,N−ジ−イソプロピルアミノ)エチル、
R5およびR6:
一緒になって、Oヘテロ原子、Sヘテロ原子またはNヘテロ原子によって中断されていてもよい飽和または不飽和のC3〜C9−アルキレン鎖、例えば−(CH2)3−、−(CH2)4−、−(CH2)5−、−(CH2)6−、−(CH2)7−および−CH=CH−CH=CH−、
殊に一緒になって−(CH2)j−X−(CH2)k−基、この場合jおよびkは、互いに独立に1、2、3または4であり、Xは、CH2、CHR7、酸素(O)、硫黄(S)またはNR7であり、
この場合R7は、HまたはC1〜C4−アルキル、例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、第二ブチル、第三ブチル、例えば−(CH2)2−NH−(CH2)2−、−(CH2)2−NCH3−(CH2)2−、−(CH2)2−O−(CH2)2−。
【0209】
実施例
例1
ナトリウムジエチルアミドおよびカリウムジエチルアミドの製造
NaNEt2およびKNEt2をWO 93/14061の記載に関連して次のように製造した:NaまたはK100ミリモルをアルゴンの下で沸騰する無水トルエン30ml中に分散させた。次に、懸濁液を冷却し、イソプレン140ミリモル、ジエチルアミン140ミリモルおよび無水トルエン35mlからなる3Åのモレキュラーシーブ上で乾燥させた混合物を20℃で徐々に滴加した。最後に、1時間の後攪拌時間の間、NaNEt2またはKNEt2が形成された。これらNaNEt2またはKNEt2を溶液と遠心分離し、3Åのモレキュラーシーブ上で乾燥されたHNEt219.1gにより100mlの鋼製オートクレーブ中に移した。
【0210】
例2
リチウムジエチルアミドの製造
250mlのフラスコ中で、アルゴンの下で3Åのモレキュラーシーブ上で乾燥されたジエチルアミン140ミリモルを装入し、25℃で徐々にBuLi100ミリモル(ヘキサン中の2.5Mの溶液)を滴加し、この場合には、LiNEt2の懸濁液が形成された。更に、ジエチルアミン260ミリモルを添加することによって、均質な溶液が生じ、この溶液を100mlの鋼製オートクレーブ中に移した。
【0211】
例3
ナトリウムジ−n−ブチルアミドの製造およびナトリウムジ−n−ブチルアミドの存在でのジ−n−ブチルアミンとブタジエンとの反応
NaNBu2をWO 93/14061の記載に関連して次のように製造した:250mlのフラスコ中でアルゴンの下でNa50ミリモルを110℃で無水n−オクタン30ml中に分散させた。冷却後、イソプレン60ミリモル、3Åのモレキュラーシーブ上で乾燥させたジ−n−ブチルアミン60ミリモルおよび無水n−オクタン30ミリモルからなる混合物を滴加し、1時間さらに攪拌した。形成されたナトリウムジ−n−ブチルアミドをアルゴンの下で遠心分離し、ジ−n−ブチルアミン640ミリモル中に溶解し、270mlの鋼製オートクレーブ中に移した。この溶液を80℃に加熱し、攪拌しながら5時間ブタジエン475ミリモルを圧入した。1時間の後攪拌時間の後、オートクレーブを冷却し、開き、内容物をH2O中の10質量%のKCl25mlで処理した。試験をなお2回繰返し、全ての有機相を合わせ、3Åのモレキュラーシーブで乾燥させ、水素化して単離した(下記の例9参照)。
【0212】
例4
触媒としてのナトリウムジエチルアミドの存在でのジエチルアミンとエテンとの反応
例1からのオートクレーブ中で、室温でジエチルアミン40mlをポンプで供給した。90℃への加熱後、エテンを僅かな不足量(7.2g)で供給し、過圧が最初の18バールから0バールに低下するまで攪拌した(7時間)。生成物混合物(ジエチルアミン/トリエチルアミン)をオートクレーブから留去した(沸騰温度:105℃)。この方法を15回繰返し(29回のターンオーバー(TO))、この場合には、失活を確認することができなかった。
【0213】
例5
触媒としてのナトリウムジエチルアミドの存在でのジエチルアミンとエテンとの反応
触媒の製造を例1の記載と同様に実施した。この場合には、触媒50ミリモルだけを使用した。90℃への加熱後、エテンを僅かな不足量(7.3g)で供給し、過圧が最初の19バールから2バールに低下するまで攪拌した(7時間)。生成物混合物(ジエチルアミン/トリエチルアミン)をオートクレーブから留去した(沸騰温度:102℃)。
【0214】
この方法を5回繰返し(20回のターンオーバー(TO))、この場合には、失活を確認することができなかった。
【0215】
この場合には、半減された触媒にも拘わらず、同量のトリエチルアミンが形成されたことが注目された。それに応じて、溶解されたナトリウムジエチルアミドだけは、触媒活性である。(図2および3参照)
例6
触媒としてのブチルリチウムの存在でのジエチルアミンとエテンとの反応
例2からのオートクレーブ中に、ジエチルアミン40mlを供給し、エテン(5.3g)を圧入した。攪拌しながら、90℃に加熱し(圧力:21バール)、圧力の低下がもはや観察されなくなるまで(7時間)(圧力:13.5バール)攪拌した。室温への冷却後、無圧で生成物混合物50mlを留去し、GC分析により試験した:溶液は、次のものを含有していた:DEA71%およびTEA19%。これは、TEA6gに相当した。
【0216】
例7
トリエチルアミンとアンモニアとの反応(異性化)
返送なしに連続的に運転される実験室用装置(60mlの管状反応器)中に、水素化触媒(Al2O3上のCoO10質量%、NiO10質量%およびCuO4質量%、ドイツ連邦共和国特許出願公開第1953263号明細書、実施例1)を組み込み、活性化なしに65バールの水素圧力で運転を開始させた。温度ならびに反応器供給量中のアンモニアとトリエチルアミンとの比を変えた。0.2kg/l*hの負荷量(毎時1リットル当りのトリエチルアミンのkg数)を一定にした。
【0217】
a)温度の変動
a1)
反応器中に65バール(水素23Nl(Nl=標準条件下で換算されたガス体積)でアンモニア17ml/hおよびトリエチルアミン(TEA)16.66ml/hを供給した。180℃で専らモノエチルアミン(MEA)(25.3質量%)、ジエチルアミン(DEA)(44.8質量%)およびTEA(29.9質量%)からなる搬出物を得ることができた。
【0218】
a2)
反応器中に65バール(水素23Nl)でアンモニア17ml/hおよびTEA16.55ml/hを供給した。210℃で専らMEA(32.5質量%)、DEA(52.3質量%)およびTEA(15.7質量%)からなる搬出物を得ることができた。
【0219】
b)反応器供給量中のNH3/TEA比の変動
b1)
反応器中に65バール(水素23Nl)でアンモニア3.75ml/hおよびTEA12.4ml/hを供給した。200℃で専らMEA(12.6質量%)、DEA(49.9質量%)およびTEA(37.5質量%)からなる搬出物を得ることができた。
【0220】
b2)
反応器中に65バール(水素23Nl)でアンモニア15.1ml/hおよびTEA12.4ml/hを供給した。200℃で専らMEA(34.0質量%)、DEA(49.7質量%)およびTEA(20.3質量%)からなる搬出物を得ることができた。
【0221】
b3)
反応器中に65バール(水素23Nl)でアンモニア30.3ml/hおよびTEA12.4ml/hを供給した。200℃で専らMEA(47.2質量%)、DEA(44.7質量%)およびTEA(7.1質量%)からなる搬出物を得ることができた。
【0222】
例8
Cu触媒上でのトリエチルアミンとアンモニアとの反応(異性化)
返送なしに連続的に運転される実験室用装置(60mlの管状反応器)中に、アミン化触媒(Al2O3上のCuO53質量%)を還元されかつ不動態化された形で組み込み、200℃で6時間、水素雰囲気下で還元させる(常圧)。次に、65バールの水素圧力で運転を開始させた。この場合には、温度ならびにアンモニアとトリエチルアミンとの比を変えた。0.15kg/l*hの負荷量および4.3:1のNH3/TEAのモル比でエタン形成を測定した。250℃の高い温度の場合であっても、エタン形成は、1モル%未満の範囲内のままであった(トリエチルアミンに対して)(次の図4参照)。
【0223】
【表1】
【0224】
上記表の結果に対する説明:
この場合には、触媒の負荷量(Belast.)を毎時触媒1リットル当たりトリエチルアミン0.15kg(kg/l*h)で一定のままにしておいた。
【0225】
水素量は、毎時23標準リットルであった(標準リットル=Nl=標準条件下で換算されたガス体積)。
【0226】
GC分析:GC面積%での成分MEA(モノエチルアミン)、DEA(ジエチルアミン)およびTEA(トリエチルアミン)についての記載(GCカラム:毛管カラム長さ30m、1.5μm、Rtx−5−アミン0.32mm、温度プログラム:50℃(5分間)、次に15℃/分での加熱)。
【0227】
例9
ジブチルアミンおよびブタジエンの反応からのジブチルブテニルアミン混合物の異性化
連続的に運転される管状反応器(長さ30cm、体積130cm3、触媒体積:50ml)中で、10バールの水素圧力(10Nl)およびブタジエンとジ−n−ブチルアミンとの反応の反応搬出物0.3kg/l*hの負荷量でアンモニアの含量を0.65〜2.69モル比の間で変動させた。230℃の温度で例8に記載されたCu触媒を使用した。反応搬出物をガスクロマトグラフィーにより(例8の場合と同様に)分析した。3つのアミンのモノブチルアミン(MBA)、ジブチルアミン(DBA)およびトリブチルアミン(TBA)の比は、アンモニア量が増加した際にNBAに有利なように上昇する(表参照)。
【0228】
【表2】
【0229】
例10
ジブチルブテニルアミンの製造(”一槽法”)および引続く異性化
Na50ミリモルを無水n−オクタン30ml中で110℃で溶融し、攪拌によって分散させた。冷却後、3Åのモレキュラーシーブ上で乾燥されたジ−n−ブチルアミン76.4gを添加し、攪拌しながら常圧でブタジエン4 l/hを上方へ導いた。1.5時間後、温度を60℃に上昇させ、さらに8時間ブタジエンを上方へ導いた。次に、反応を30質量%のNaOH水溶液30mlの添加によって停止させ、有機相を分離し、3Åのモレキュラーシーブで乾燥させ、GCにより分析した。
【0230】
結果:
【0231】
【表3】
【0232】
当該混合物を試験9の記載と同様にアンモニア(NH3対ジ−n−ブチルブテ−2−(E/E)エニル/ジ−n−ブチルブテ−1−(E/E)エニル/ジ−n−ブチル−ブテ−3−エニル混合物=1.67対1)と一緒に0.3kg/l*hの負荷量および230℃/10バール/H2 10Nlで例8に記載のCu触媒上に導いた。この場合には、モノ−n−ブチルアミン(MBA)14.3質量%、ジ−n−ブチルアミン(DBA)53.9質量%およびトリ−n−ブチルアミン(TBA)30.4質量%を含有する反応混合物を得ることができた。
【0233】
例11〜14に関する前書き
以下に記載された例の基礎は、第1の処理工程および第2の処理工程に関連して非連続的オートクレーブ試験(第1の処理工程に関連して例4、5および6)および連続的アルキル交換試験(第2の処理工程に関連して例7および8)である。
【0234】
反応搬出物の後処理を熱力学的データによりシミュレートした。純粋な物質の熱力学的データは、DIPPPデータバンクに由来する[Design Institute of Physical Properties Data, Version 11.0]。二成分系をNRTL−アスペン(Aspen)の評価で記載した。この評価には、固有の一連の測定値ならびにUNIFAC査定(Inkrementenmethod)が基礎となる。エネルギーおよび物質最終量を方程式求解機で換算した。記載された流れの番号は、ブロック図の図1に関連するものである。シミュレーションの基礎となる方法の概要は、補足1に示されている。方法の概要は、例11〜14に当てはまる。しかし、流量および流れの組成は、例11のみに当てはまる。
【0235】
例11
モノエチルアミン80kg/h、ジエチルアミン27.5kg/hおよびトリエチルアミン80kg/hの製造
【0236】
【表4】
【0237】
第2の処理工程の反応器入口流は、主要成分に関連して次のように構成されている:モノエチルアミン:5.9質量%、ジエチルアミン:2.9質量%、トリエチルアミン:77.3質量%、アンモニア:10.6質量%、水素:3.1質量%。
【0238】
例12
モノエチルアミン187.5kg/hの製造
【0239】
【表5】
【0240】
第2の処理工程の反応器入口流は、主要成分に関連して次のように構成されている:モノエチルアミン:3.9質量%、ジエチルアミン:2.2質量%、トリエチルアミン:59.6質量%、アンモニア:30.8質量%、水素:3.4質量%。
【0241】
例13
ジエチルアミン0.1875t/hの製造
【0242】
【表6】
【0243】
第2の処理工程の反応器入口流は、主要成分に関連して次のように構成されている:モノエチルアミン:14.4質量%、ジエチルアミン:2.4質量%、トリエチルアミン:71.5質量%、アンモニア:8.5質量%、水素:3.1質量%。
【0244】
例14
トリエチルアミン0.1875t/hの製造
【0245】
【表7】
【0246】
第2の処理工程の反応器入口流は、主要成分に関連して次のように構成されている:モノエチルアミン:10.2質量%、ジエチルアミン:3.2質量%、トリエチルアミン:78.1質量%、アンモニア:5.6質量%、水素:2.8質量%。
【0247】
補足1における図について:
本質的な物質を考慮してのシミュレーションされた変法は、重要である。流れの組成は、例11に関連する。ブロック図の図1による流れの番号(1〜11)は、次にように上記の流れの番号に相当する:
1=103、2=112+113、3=114、4=410、5=211、6=502+430+114、7=204、8=212、9=411、10=420、11=521。
【0248】
第1の処理工程は、反応器C100、塔K101(頭頂圧力:5バール、頭頂温度:88℃、塔底温度:154℃、理論的棚段数:10)および吸収装置K102からなる。第2の処理工程は、反応器C200、凝縮器W201、蒸発器W202、圧縮機V200および吸収装置K301からなる。後処理は、一連の蒸留塔K300(頭頂圧力:5バール、頭頂温度:50℃、塔底温度:123℃、理論的棚段数:18)、K400(頭頂圧力:2バール、頭頂温度:77℃、塔底温度:114℃、理論的棚段数:15)およびK500(頭頂圧力:5バール、頭頂温度:36℃、塔底温度:64℃、理論的棚段数:6)からなる。
【0249】
【表8】
【図面の簡単な説明】
【図1】
エテンとアンモニアとの反応の例によるアルキルアミンの本発明による製造法の1実施例を示すブロック図。
【図2】
ナトリウムジエチル合成によりトリエチルアミンが形成される本発明による製造法の1実施例を示すブロック図。
【図3】
ナトリウムジエチル合成により形成されるトリエチルアミンの場合の時間に対するターンオーバー(TO)を示す線図。
【図4】
トリエチルアミンに対する250℃の高い温度の場合のエタン形成が1モル%未満の範囲内のままであることを示す線図。
【図5】
本質的な物質を考慮してのシミュレーションされた本発明による変法の1実施例を示すブロック図。
【符号の説明】
1、2、4 反応器に連続的に供給される流れ、 3 蒸留搬出物、 5 凝縮物または液状急冷搬出物、 6 反応器に返送される流れ、 7 アンモニア供給量、 8 反応器出口流、 9、10、11 価値のある生成物、 C100 反応器、 C200 反応器、 K101 塔、 K102 吸収装置、 K300 蒸留塔、 K301 吸収装置、 K400 蒸留塔、 K500 蒸留塔、 V200 圧縮機、 W201 凝縮器、 W202 蒸発器
Claims (16)
- アルキルアミンの製造法において、第1の処理工程でオレフィンをアンモニア、第1アミンおよび/または第2アミンとヒドロアミノ化条件下で反応させ、引続き得られたヒドロアミノ化生成物を第2の処理工程でアルキル交換条件下で反応させることを特徴とする、アルキルアミンの製造法。
- 使用物質のオレフィンおよびアンモニア、第1アミンおよび/または第2アミンの平衡の点でアンモニアおよびオレフィンだけを消費する、請求項1記載の方法。
- 反応を第2の処理工程でアルキル交換および水素化の条件下で実施する、請求項1または2に記載の方法。
- 第1の処理工程でオレフィンを
a)第1アミンおよび/または第2アミンと触媒としての金属モノアルキルアミドまたは金属ジアルキルアミドの存在下で反応させるか、または
b)アンモニアおよび/または第1アミンと触媒としての無機固体酸の存在下で反応されるか、または
c)アンモニア、第1アミンおよび/または第2アミンと触媒としての遷移金属錯体化合物の存在下で反応させ、引続き得られたヒドロアミノ化生成物を第2の処理工程で
d)アルキル交換触媒の存在下かまたは
e)水素およびアルキル交換水素化触媒または脱水素化触媒の存在下で80〜400℃の温度で反応させる、請求項1から3までのいずれか1項に記載の方法。 - 反応を第2の処理工程でアンモニアの存在下で実施する、請求項1から4までのいずれか1項に記載の方法。
- 第2の処理工程で得られた生成物混合物を、第1の処理工程に返送される生成物および/または第2の処理工程に返送される生成物ならびに望ましいアルキルアミンに分離する、請求項1から5までのいずれか1項に記載の方法。
- 反応を第2の処理工程で水素およびアルキル交換する水素化触媒または脱水素化触媒の存在下で実施し、この場合同一の処理工程で飽和アルキルアミンおよび/または相応するイミンを相応するアルキルアミンに水素化する、請求項1から6までのいずれか1項に記載の方法。
- 反応を第2の処理工程で連続的に水素化触媒または脱水素化触媒の存在下で固定床中で実施する、請求項1から7までのいずれか1項に記載の方法。
- 反応を第2の処理工程で担持材料を含有していてもよい銅含有触媒および水素の存在下で実施する、請求項1から8までのいずれか1項に記載の方法。
- 反応を第1の処理工程で触媒としてのアルカリ金属ジアルキルアミドまたはゼオライトの存在下で実施する、請求項1から9までのいずれか1項に記載の方法。
- 反応を第1の処理工程で触媒としてのナトリウムジアルキルアミドの存在下で実施する、請求項1から10までのいずれか1項に記載の方法。
- 第1の処理工程でオレフィンを第1アミンおよび/または第2アミンと触媒としての金属モノアルキルアミドまたは金属ジアルキルアミドまたは遷移金属錯体化合物の存在下で反応させ、引続き得られたヒドロアミノ化生成物を第2の処理工程でアンモニアの存在下でアンモニアを反応させながらアルキル交換の条件下で反応させ、引続き第2の処理工程で得られた生成物混合物を、第1の処理工程に返送される生成物および/または第2の処理工程に返送される生成物ならびに望ましいアルキルアミンに分離する、請求項1から11までのいずれか1項に記載の方法。
- 第1の処理工程でオレフィンをアンモニア、第1アミンおよび/または第2アミンとヒドロアミノ化条件下で反応させ、引続き得られたヒドロアミノ化生成物を第2の処理工程でアンモニアおよび/または第1アミンの存在下でアルキル交換条件下で反応させる、請求項1から11までのいずれか1項に記載の方法。
- オレフィンがエテンであり、第1アミンがモノエチルアミンであり、第2アミンがジエチルアミンであり、処理により得られたアルキルアミンがモノエチルアミン、ジエチルアミンおよびトリエチルアミンである、請求項1から13までのいずれか1項に記載の方法。
- オレフィンが1,3−ブタジエンであり、第1アミンがモノ−n−ブチルアミンであり、第2アミンがジ−n−ブチルアミンであり、処理により得られたアルキルアミンがモノ−n−ブチルアミン、ジ−n−ブチルアミンおよびトリ−n−ブチルアミンである、請求項1から13までのいずれか1項に記載の方法。
- オレフィンがプロパンであり、第1アミンがモノイソプロピルアミンであり、処理により得られたアルキルアミンがモノイソプロピルアミンおよびジイソプロピルアミンである、請求項1から13までのいずれか1項に記載の方法。
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