JP2004527466A - アミンとニトリルを含む混合物における不飽和アミン含量の減少方法 - Google Patents
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Abstract
a)混合物(IV)を、アニオン求核剤(V):
[但し、アニオン求核剤(V)が、
酸素、窒素及び硫黄を含む群から選択された求核原子を含み、
25℃の水での測定において7〜11の範囲のpKaを有する酸を形成するためにH+イオンを捕捉可能であり、
25℃のメチルパーコレート/メタノールでの測定において、酸素が求核原子である場合には3.4〜4.7の範囲、窒素が求核原子である場合には4.5〜5.8の範囲、そして硫黄が求核原子である場合には5.5〜6.8の範囲にある、相対求核性を有している。]
と、混合物(IV)におけるアミン(III)1モルあたり0.01〜10モルの範囲の量で反応させて、混合物(VI)を得て、
b)アミノニトリル(I)又はジアミン(II)、又はそれらの混合物を、50〜170℃の範囲の温度及び0.5〜100kPaの範囲の圧力において、混合物(VI)から蒸留する、
ことを特徴とする方法を提供する。
Description
本発明は、アミノニトリル(I)又はジアミン(II)、又はそれらの混合物、及びモノ不飽和脂肪族アミン(III)を含む混合物(IV)におけるモノ不飽和脂肪族アミン(III)の含量を減少する方法であって、
a)混合物(IV)を、アニオン求核剤(V):
[但し、アニオン求核剤(V)が、
酸素、窒素及び硫黄を含む群から選択された求核原子を含み、
25℃の水での測定において7〜11の範囲のpKaを有する酸を形成するためにH+イオンを捕捉可能であり、
25℃のメチルパーコレート/メタノールでの測定において、酸素が求核原子である場合には3.4〜4.7の範囲、窒素が求核原子である場合には4.5〜5.8の範囲、そして硫黄が求核原子である場合には5.5〜6.8の範囲にある、相対求核性を有している。]
と、混合物(IV)におけるアミン(III)1モルあたり0.01〜10モルの範囲の量で反応させて、混合物(VI)を得て、
b)アミノニトリル(I)又はジアミン(II)、又はそれらの混合物を、50〜170℃の範囲の温度及び0.5〜100kPaの範囲の圧力において、混合物(VI)から蒸留する、
ことを特徴とする方法に関する。
【0002】
アミノニトリル又はジアミン、又はその混合物、及び不飽和アミン{不飽和アミンの用語は本発明において、少なくとも1個の炭素−窒素二重結合を含む環状又は線状の化合物、又は少なくとも1個の炭素−窒素二重結合を形成する(例えば脱離反応による)ことのできる化合物を意味するものとして理解されている}を含有する混合物は、ジニトリルからアミノニトリル又はアミノニトリルとジアミンの混合物への部分的水素化、あるいはジニトリルからジアミンへの完全な水素化といった通常の方法で得ることができる。
【0003】
ニッケル、コバルト、鉄、ロジウム又はルテニウム等の金属を基材とする触媒の存在下における、ヘキサメチレンジアミン(HDN)及び6−アミノカプロニトリル(ACN)の同時生産を伴うアジポジニトリル(ADN)の部分的/水素化、及びADNのHMDへの完全な水素化は、一般に知られており、例えば、K. Weissermel, H.−J. Arpe、「工業有機化学」(Industrielle Organische Chemie)、第3版、VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim、1988年266頁、US−A4601859、US−A2762835、US−A2208598、DE−A848654、DE−A954416、DE−A4235466、US−A3696153、DE−A19500222、WO−A−92/21650及びDE−A−19548289から知ることができる。
【0004】
形成される副生成物は、特にアゼピン誘導体であり、例えば、N−(2−アゼパノ)−1,6−ジアミノヘキサン、N−(2−アゼパノ)−6−アミノカプロニトリル、及び、特に2−アミノアゼパン及びテトラヒドロアゼピン(THA)がある。
【0005】
これらのアゼピン誘導体は、着色を生じ、製品の特性を損ない、それゆえに合成繊維又はエンジニアリングプラスチック製品に通常使用されるアミノニトリルとジアミンにおいて望まれない不純物であるのだが、アミノニトリル、ジアミン、又はそれらの混合物からは、相当な費用をかけないと除去ができない。
【0006】
EP−A−497333は、環状のモノ不飽和脂肪族アミンの割合に対して化学量論的に過剰な塩基の付加による、脂肪族アミノニトリル又は脂肪族ジアミン及び環状のモノ不飽和脂肪族アミンを含む混合物からの脂肪族アミノニトリル又は脂肪族ジアミンの分離を記載している。この分離に推奨される塩基は、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、テトラアルキルアンモニウム水酸化物、アルカリ金属アルコキシド及びアルカリ土類金属アルコキシド等である。
【0007】
この方法の不利益は、価値ある産物が同時に重合することであり、これは価値ある産物の相当の損失と、方法の実施に用いられる器具や装置で望まれない沈殿の生成といった結果をもたらす。
【0008】
本発明の目的は、上記不利益を排した技術的に簡易かつ経済的な方法で、アミノニトリル又はジアミン、又はそれらの混合物、及びモノ不飽和脂肪族アミンを含む混合物から、モノ不飽和脂肪族アミンの含量を減少させる方法を提供することにある。
【0009】
本発明者等は、この目的は最初に定義した方法で達成されることを見いだした。
【0010】
適したアミノニトリル(I)は、1個又はそれ以上(例、2、3又は4個)のニトリル基、好ましくは1個のニトリル基を含む化合物、特に、1又は2個(好ましくは2個)の水素原子を有する脂肪族炭素原子に隣接する少なくとも1個のニトリル基を含む化合物、又はそのようなアミノニトリルの混合物である。
【0011】
適したアミノニトリル(I)としては、1個又はそれ以上(例、2、3又は4個)のアミノ基、好ましくは1のアミノ基を含む化合物、特に、1又は2個(好ましくは2個)の水素原子を有する脂肪族炭素原子に隣接して位置する少なくとも1のアミノ基を含む化合物、又はそのようなアミノニトリルの混合物がある。末端アミノ基、すなわちアルキル鎖の末端に位置するアミノ基を含むアミノニトリルが、特に好ましい。
【0012】
アミノニトリル(I)は、アルキル骨格に基づくものが好ましい。
【0013】
好ましい実施の態様において、アミノニトリル(I)は4〜12個の炭素原子を有する。
【0014】
適したアミノニトリル(I)としては、4−アミノブチロニトリル、5−アミノバレロニトリル、2−メチル−5−アミノバレロニトリル、6−アミノカプロニトリル及び12−アミノドデカンニトリルが好ましく、特に6−アミノカプロニトリルが好ましい。
【0015】
そのようなアミノニトリルは、既知の方法で準備することができる。
【0016】
6−アミノカプロニトリルは、分子の水素を含む気体を用いたADNを部分触媒水素化して得られるHMD及びACNを含む混合物を形成することにより、得ることができる。
【0017】
この水素化において好適に用いられる触媒は、ルテニウム、ロジウム、ニッケル、コバルト、及び好ましくは鉄を含む群から選択された金属に基づいたものであり、促進剤として他の成分を含有していてもよい。鉄を基材とした触媒の場合には、適した促進剤には、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウム、チタニウム及びバナジウムを含む群から選択された特に1個又はそれ以上(例、2、3、4又は5個)の成分を含むものがある。
【0018】
そのような触媒と、上記反応のための処理条件は、例えばWO−A−96/20166、DE−A−19636768及びDE−A−19646436に記載されている。
【0019】
適したジアミン(I)としては、2個又はそれ以上(例、2、3又は4個)のアミノ基、好ましくは2個のアミノ基を含む化合物、特に、1又は2個(好ましくは2個)の水素原子を有する脂肪族炭素原子に隣接して位置する少なくとも2個のアミノ基を有する化合物、特に好ましくは、末端アミノ基、すなわちアルキル鎖の末端に位置するアミノ基を有するジアミン、あるいはそのようなジアミンの混合物がある。
【0020】
ジアミン(II)は、アルキル骨格に基づくものが好ましい。
【0021】
好ましい実施の態様において、ジアミン(II)は4〜12個の炭素原子を有する。
【0022】
適したジアミン(II)は、1,4−ジアミノブタン、1,5−ジアミノペンタン、2−メチル−1,5−ジアミノペンタン、1,6−ジアミノヘキサン(HMD)及び1,12−ジアミノドデカンを含む群から選択されることが好ましい。
【0023】
そのようなジアミンは、既知の方法で準備することができる。
【0024】
HMDは、分子の水素を含む気体によるADNの部分触媒水素化によって得られるHMDとACNを含む混合物から、あるいは分子の水素を含む気体でADNの完全な水素化から、得ることができる。
【0025】
この水素化において好適に使用され得る触媒としては、ルテニウム、ロジウム、ニッケル、コバルト、及び、好ましくは鉄を含む群から選択された金属に基づいたものがあり、促進剤として他の成分を触媒に含有していてもよい。鉄に基づいた触媒の場合には、適した促進剤としては、特に、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウム、チタニウム又はバナジウムを含む群から選択された1個又はそれ以上(例、2、3又は5個)の成分がある。
【0026】
そのような触媒と上記反応のための方法条件は、例えばすでに上で引用した刊行物から知ることができる。
【0027】
適したアミン(III)には、少なくとも1個の炭素−窒素二重結合を含む環状又は線状の化合物、又は例えば脱離反応によって、少なくとも1個の炭素−窒素二重結合を形成する能力のある化合物、あるいはそのような化合物の混合物がある。
【0028】
使用されるアミン(III)としては、以下の式:
R1−(CH2)n−CH=N−(CH2)m−R2 (2)
(但し、n及びmは、それぞれお互いに独立して、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11又は12であり、好ましくは、4、5又は6であり、R1及びR2は、それぞれお互いに独立して−CN又は−NH2である)
で表される化合物、又は以下の式:
【0029】
【化2】
【0030】
(但し、R3は、環系に属する3、4、5、6、7、8、9、10又は11個の炭素原子を有するアルケニル基である)
で表される化合物が好適である。
【0031】
好ましい実施の態様において、使用されるアミン(III)は、ジヒドロピロール、テトラヒドロピリジン、3−メチルテトラヒドロピリジン、テトラヒドロアゼピン及びモノ不飽和シクロドデシルアミン、又はそれらの混合物を含む群から選択される。
【0032】
これらのアミン(III)は、混合物(IV)において、個々の化合物として、又は例えばニトリル(I)、特にアミノニトリルとの付加生成物として存在し、本発明に関しては、該付加生成物も、アミン(III)と称している。
【0033】
そのようなアミン(III)とその製造方法は、一般に知られている。すなわち、テトラヒドロアゼピンは、HMDとACNを含む混合物を得るための分子の水素を含む気体によるADNの部分触媒水素化における混合物(IV)において得ることができ、ACNの製造方法として記載された方法によると通常は混合物に対して1〜10000ppmの量である。
【0034】
同様に、上記アミン(III)は、例えば分子の酸素を含む気体を用いて、HMDといったアミンの酸化によって形成することができる。
【0035】
好ましい実施の態様において、使用される混合物(IV)は、懸濁触媒又は固定床触媒といった触媒の存在下で、ジニトリル、特にADNを、分子の水素を含む気体を用いて、気相水素化又は液相水素化等の部分触媒水素化することにより得られる反応生成物であり、該反応生成物はADNが出発化合物である場合には、アミノニトリル(I)としてACN、ジアミン(II)としてHMD、アミン(III)としてテトラヒドロアゼピンを含み、また所望により、水素化において予め用いた溶媒の全部又は一部を分離除去することが可能である。以前の観察によれば、本発明による方法において混合物(IV)が使用されるより前に、水素化において使用される触媒が分離除去されることが好適である。
【0036】
好ましい実施の態様において、使用される混合物(IV)は、懸濁触媒又は固定床触媒といった触媒の存在下で、ジニトリル、特にADNを、分子の水素を含む気体を用いて、気相水素化又は液相水素化といった完全触媒水素化することから得られる反応生成物であり、該反応生成物はADNが出発化合物である場合には、ジアミン(II)としてHMD、アミン(III)としてテトラヒドロアゼピンを含み、また所望により、水素化において以前に用いられたどんな溶媒の全部又は一部も分離除去することが可能である。以前の観察によれば、本発明による方法において混合物(IV)が使用されるより前に、水素化において使用される触媒が分離除去されることが好適である。
【0037】
本発明によれば、アニオン求核剤(V)が混合物(IV)に添加される。
【0038】
アニオン性という用語は、本発明の観点からは、求核剤(V)が全体として、1又はそれ以上(例、2又は3)の負電荷、好ましくは1の負電荷を帯びたことを意味するものとして理解されている。
【0039】
求核性という用語は、本発明の観点からは、koskikallo、, Acta Chem. Scand. 23(1969年)1477〜1489頁に記載されているように、25℃のメタノール性溶液において、過塩素酸メチルの過塩素酸エステル基を置換するための化合物の能力を意味するものとして理解されており、残りのメチル基は化合物(V)の求核原子を介して化合物(V)に結合する。
【0040】
化合物(V)の求核原子としては、窒素、酸素及び硫黄からなる群から選択された原子が適しており、窒素又は酸素が好ましい。
【0041】
本発明によれば、化合物(V)は、25℃の水での測定において、7〜11、好ましくは8〜10.5の範囲のpKaを有する酸を形成するようなH+イオン捕捉能力を有している。
【0042】
本発明によれば、化合物(V)の相対的求核性は、koskikallo, Acta Chem. Scand. 23(1969年)1477〜1489頁に従って25℃のメチルパーコレート/メタノールで測定し、1487〜1488頁に従って決定した値が、酸素が求核原子である場合には、3.4〜4.7、好ましくは3.6の範囲にあり、窒素原子が求核原子である場合には、4.5〜5.8、好ましくは4.8〜5.7の範囲にあり、硫黄が求核原子である場合には、5.5〜6.8、好ましくは5.8〜6.7の範囲にある。
【0043】
酸素が(V)の求核原子である場合には、石炭酸塩/石炭酸エステルが好適であり、石炭酸塩/石炭酸エステルの芳香環はモノ不飽和又は多置換(例えば、二置換又は三置換)することが可能であり、例えばC1−からC4−アルキル基(例えば、メチル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、n−ブチル、i−ブチル、s−ブチル又はt−ブチル)によって、ハロゲン(例えば、フッ素、塩素、臭素又はヨウ素)によって、ニトロ基によって、エステル基によって、カルボニル基によって、又はアミノ基によって可能である。
【0044】
窒素が(V)の求核原子である場合には、好適な化合物として次の構造単位:
(R4R5N)− (4)
(但し、R4は、脂肪族、芳香族脂肪族又は芳香族の有機酸の基であり、好ましくはカルボン酸又はスルホン酸基であり、R4基を、石炭酸塩/石炭酸エステルに関して上述したように置換可能であり、
R5は、脂肪族、芳香族脂肪族又は芳香族の有機酸の基であり、好ましくはカルボン酸又はスルホン酸基、水素又はC1−からC4−アルキル基(例えば、メチル、エチル、n−プロピル、i−プロピル、n−ブチル、i−ブチル、s−ブチル又はt−ブチル)であり、R5基は、石炭酸塩/石炭酸エステルに関して上述したように置換が可能である)
を含むものがあり、R4とR5は上記の式の窒素による以外で、互いに結合することも可能であり、例えば、アルキレン、アルキルアリレン又はアリレンの架橋を通じて、好ましくはアリレンの架橋を通じて可能である。
【0045】
好ましい実施の態様において、求核剤(V)としては、次の一般式:
【0046】
【化3】
【0047】
(但し、R6は、環系に属する3、4、5、6、7、8、9、10又は11個の炭素原子を有する、アルキレン基であり、R6基は、石炭酸/石炭酸エステルに関して上述したように置換が可能である)
で表されるラクタムアニオンを使用することができる。
【0048】
好ましい実施の態様において、求核剤(V)としては、カプロラクタムアニオンを使用することができる。
【0049】
他の特に好ましい実施の態様において、求核剤(V)としてはベンゼンスルホンアミドアニオンを使用することができる。
【0050】
他の特に好ましい実施の態様において、求核剤(V)としてはフタルイミドを使用することができる。
【0051】
他の特に好ましい実施の態様において、求核剤(V)としては石炭酸/石炭酸エステルを使用することができる。
【0052】
アニオン求核剤(V)における負電荷の補償として、これとともに、好ましくは、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム又はカルシウム、特に好ましくはナトリウム及びカリウムを含む群から選択された1又はそれ以上のカチオンを使用することができる。
【0053】
本発明によれば、混合物(IV)のアミン(III)の1モルあたり、0.01〜10モルの範囲の量で、求核剤(V)を混合物(IV)に添加する。
【0054】
求核剤(V)の量は、混合物(IV)におけるアミン(III)の1モルあたり、少なくとも0.05モルで、とりわけ0.1モルで、好適に使用することができる。
【0055】
求核剤(V)の量は、混合物(IV)におけるアミン(III)の1モルあたり、1モル以下で、とりわけ0.8モル以下で、特に好ましくは0.5モル以下で、好適に使用することができる。
【0056】
求核剤(V)を、それ自身公知の方法、例えば、タンク類、プロダクトライン類及び混合装置類のような一般的な混合装置類中で、混合物(IV)に添加して混合物(VI)を得ることができる。
【0057】
混合物(VI)からニトリル(I)を分離するための蒸留装置の中へ混合物(VI)を導入する前に、求核剤(V)を、混合物(IV)へ添加することができる。蒸留装置への導入の前の混合物(IV)と求核剤(V)との平均接触時間として、5〜120分、特に10〜60分の時間が、好適であることが確かめられており、温度としては50〜170℃の範囲が好適である。
【0058】
他に可能な方法として、混合物(IV)と求核剤(V)を別々にかかる装置に導入して、混合物(IV)と求核剤(V)との反応、及び混合物(IV)からのニトリル(I)の分離を1処理工程で行うこともでき、この場合に求核剤(V)は、蒸留装置の頂部に、全高にわたる分離段のうちのひとつに、又は底部に導入することができる。
【0059】
本発明によれば、50〜170℃、好ましくは70〜150℃の範囲の温度において、0.5〜100kPa、好ましくは0.5〜10kPaの範囲の圧力において、ニトリル(I)は混合物(IV)から蒸留する。
【0060】
適した装置としては、蒸留に通常用いられる装置があり、例えば、Kirk−Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology 第3版、第7巻、John Wiley & Sons, New York 1979年、870〜881頁に記載されているものがあり、例えば、多孔板塔、泡鐘塔、充填塔、及び側面排出付塔、あるいはプロセス工学の見地からのかかる装置の変形体がある。
【0061】
蒸留は、複数のカラム、例えば2又は3のカラムで実施することができ、1のカラムで好適に実施することができる。
【0062】
アミノニトリルとジアミンは、ナイロン6又はナイロン6.6.のような工業的に重要なポリアミドの製造のための前駆体である。
【0063】
実施例
実施例1
300質量ppmのテトラヒドロアゼピン(THA)含量を有する6−アミノカプロニトリル500mlを、THAに対して30モル%のフタルイミドカリウムで処理し、V2A金網環を含む長さ1メートルの蒸留カラム全体にわたって96℃及び0.5kPa(底部温度110〜115℃)の条件で蒸留した。450mlを蒸留除去した後に、蒸留を終了した。6ppmのTHAが留出物中に見いだされた。
【0064】
実施例2
1質量%のTHA含量を有する6−アミノカプロニトリル500mlを、THAに対して50モル%のフタルイミドカリウムで処理し、長さ1メートルのV2A金網環を含む蒸留カラム全体にわたって96℃及び0.5kPa(底部温度110〜115℃)の条件で蒸留した。450mlを蒸留除去した後に、蒸留を終了した。0.09質量%のTHAが留出物中に見いだされた。
【0065】
実施例3
6−アミノカプロニトリルからのTHAの連続分離のために、300質量ppmのTHA含量を有する6−アミノカプロニトリルを、750mlのタンク(容器)の中に連続的にポンプ注入した。そのタンク中で、フタルイミドカリウムを300質量ppmのTHA含量を有する6−アミノカプロニトリルのなかへ懸濁させた懸濁液を65℃で攪拌しておいた。溶液での最終的なフタルイミドカリウム含量は、160〜170質量ppmであった。
【0066】
この溶液をタンクから250mlの蒸留フラスコへと連続的にポンプ送出し、そこからACNを長さ30センチメートルのV2A金網環を含むカラム全体にわたって10ミリバールで底部温度118℃の条件で蒸留した。
【0067】
充填速度210ml/h、留出/還流比50:50、底部排出速度10ml/hの条件で、留出物中には30質量ppmのTHAが見いだされた。6−アミノカプロニトリルの収率は95%であった。
Claims (12)
- アミノニトリル(I)又はジアミン(II)、又はそれらの混合物、及びモノ不飽和脂肪族アミン(III)を含む混合物(IV)におけるモノ不飽和脂肪族アミン(III)の含量を減少させる方法であって、
a)混合物(IV)を、アニオン求核剤(V):
[但し、アニオン求核剤(V)が、
酸素、窒素及び硫黄を含む群から選択された求核原子を含み、
25℃の水での測定において7〜11の範囲のpKaを有する酸を形成するためにH+イオンを捕捉可能であり、
25℃のメチルパーコレート/メタノールでの測定において、酸素が求核原子である場合には3.4〜4.7の範囲、窒素が求核原子である場合には4.5〜5.8の範囲、そして硫黄が求核原子である場合には5.5〜6.8の範囲にある、相対求核性を有している。]
と、混合物(IV)におけるアミン(III)1モルあたり0.01〜10モルの範囲の量で反応させて、混合物(VI)を得て、
b)アミノニトリル(I)又はジアミン(II)、又はそれらの混合物を、50〜170℃の範囲の温度及び0.5〜100kPaの範囲の圧力において、混合物(VI)から蒸留する、
ことを特徴とする方法。 - 使用されるアミノニトリル(I)が4〜12個の炭素原子を有する脂肪族アミノニトリルである請求項1に記載の方法。
- 使用されるアミノニトリル(I)が、4−アミノブチロニトリル、5−アミノバレロニトリル、2−メチル−5−アミノバレロニトリル、6−アミノカプロニトリル及び12−アミノドデカンニトリルを含む群から選択された4〜12個の炭素原子を有する脂肪族アミノニトリルである、請求項1に記載の方法。
- 使用されるジアミン(II)が4〜12個の炭素原子を有する脂肪族ジアミンである請求項1に記載の方法。
- 使用されるジアミン(II)が、1,4−ジアミノブタン、1,5−ジアミノペンタン、2−メチル−1,5−ジアミノペンタン、1,6−ジアミノヘキサン及び1,12−ジアミノドデカンを含む群から選択された4〜12個の炭素原子を有する脂肪族ジアミンである、請求項1に記載の方法。
- 使用されるアミン(III)が、ジヒドロピロール、テトラヒドロピリジン、3−メチルテトラヒドロピリジン、テトラヒドロアゼピン、2−アミノアゼパン、N−(2−アゼパノ)−1,6−ジアミノヘキサン、N−(2−アゼパノ)−6−アミノカプロニトリル及びモノ不飽和シクロドデシルアミンを含む群から選択された化合物である、請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
- 使用される求核剤(V)がベンゼンスルホンアミドアニオンである請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
- 使用される求核剤(V)がフタルイミドアニオンである請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
- 使用される求核剤(V)が石炭酸塩/石炭酸エステルである請求項1〜8のいずれかに記載の方法。
- 使用される求核剤(V)がカプロラクタムアニオンである、請求項1〜10のいずれかに記載の方法。
- アニオン求核剤(V)が、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム及びカルシウムを含む群から選択されたカチオンと共に使用される、請求項1〜11のいずれかに記載の方法。
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