JP2005225821A - Method for producing cyclic amide compound - Google Patents

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アシマ スルタナ
Aki Kamigaki
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a cyclic amide compound in high yield and facilitating the separation and the recovery of a catalyst without requiring complicated operation such as a previous dehydrating and drying treatment of a solvent or the like, and the coexistence of a dehydrating agent in the reaction system when carrying out a liquid-phase Beckmann's rearrangement reaction. <P>SOLUTION: The method for producing the cyclic amide compound uses a crystalline aluminosilicate as the catalyst and water as the solvent in the reaction when producing the cyclic amide compound by the liquid-phase rearrangement of an oxime of a cyclic ketone compound. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は環状ケトン化合物のオキシムを液相中でベックマン転位反応を行うことにより環状アミド化合物を製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a cyclic amide compound by carrying out a Beckmann rearrangement reaction of an oxime of a cyclic ketone compound in a liquid phase.

アミド化合物が、相当するオキシム化合物のベックマン転位反応により製造されることは広く知られており、特に、オキシム化合物がシクロヘキサノンオキシムである時には、ナイロン−6の原料として有用なε−カプロラクタムが製造される。かかるベックマン転位反応は、現在、工業的には濃硫酸または発煙硫酸を用いた液相反応が広く採用されている。しかしながら、かかる方法では、多量の硫安が副生すること、また、強酸の使用による装置の腐食等の問題を有することが知られている。そこで、硫酸を使用しないベックマン転位反応に関し、種々の検討が行われてきた。
例えば、気相におけるベックマン転位反応としては、ホウ酸系触媒(特許文献1参照)、リン酸系触媒(特許文献2参照)、シリカアルミナ系触媒(特許文献3参照)、または、ゼオライト触媒(特許文献4参照)を用いる方法等が提案されている。しかしながら、これら固体触媒を転位反応に用いる場合には、高温の気相反応条件を必要とする為、生成したアミド化合物、例えばε−カプロラクタムの収率低下、コーキングによる触媒劣化等の問題がある。
It is widely known that an amide compound is produced by a Beckmann rearrangement reaction of a corresponding oxime compound. In particular, when the oxime compound is cyclohexanone oxime, ε-caprolactam useful as a raw material for nylon-6 is produced. . As the Beckmann rearrangement reaction, a liquid phase reaction using concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid is widely used industrially. However, it is known that such a method has a problem that a large amount of ammonium sulfate is produced as a by-product and the corrosion of the apparatus due to the use of a strong acid. Thus, various studies have been made on the Beckmann rearrangement reaction without using sulfuric acid.
For example, as a Beckmann rearrangement reaction in a gas phase, a boric acid catalyst (see Patent Document 1), a phosphoric acid catalyst (see Patent Document 2), a silica-alumina catalyst (see Patent Document 3), or a zeolite catalyst (patent) A method using the literature 4) has been proposed. However, when these solid catalysts are used for the rearrangement reaction, high temperature gas phase reaction conditions are required, and thus there are problems such as a decrease in yield of the produced amide compound, for example, ε-caprolactam, and catalyst deterioration due to coking.

一方で、比較的反応条件が温和である液相におけるベックマン転位反応としては、強酸存在下過レニウム酸塩を触媒としてオキシム化合物を転位させる方法(特許文献5参照)、レニウム化合物存在下でオキシム化合物を転位させる方法(特許文献6参照)等が提案されている。しかし、かかる液相反応においては均一系の触媒を用いるため、触媒分離操作に特殊な技術を要し、煩雑なものとなる。そのため、固体酸触媒を用いる不均一系液相反応がより好ましい。
不均一系液相ベックマン転位反応としては、固体酸触媒を用い、20〜25℃における誘電率が6〜60の溶媒、より好ましくはニトリル溶媒を用いてオキシム化合物を転位させる方法(特許文献7参照)が提案されている。また、イミニウムイオンを担持したゼオライト触媒を用いオキシム化合物を転位させる方法(特許文献8参照)が提案されているが、かかる反応においても反応溶媒は反応に不活性な有機溶媒、好ましくはN,N−ジメチルホルムアミドが用いられている。
On the other hand, as a Beckmann rearrangement reaction in a liquid phase with relatively mild reaction conditions, a method of rearranging an oxime compound using a perrhenate as a catalyst in the presence of a strong acid (see Patent Document 5), an oxime compound in the presence of a rhenium compound There has been proposed a method of translocating (see Patent Document 6). However, since a homogeneous catalyst is used in such a liquid phase reaction, a special technique is required for the catalyst separation operation, which is complicated. Therefore, a heterogeneous liquid phase reaction using a solid acid catalyst is more preferable.
As the heterogeneous liquid phase Beckmann rearrangement reaction, a solid acid catalyst is used and a oxime compound is rearranged using a solvent having a dielectric constant of 6 to 60 at 20 to 25 ° C., more preferably a nitrile solvent (see Patent Document 7). ) Has been proposed. Further, a method of rearranging an oxime compound using a zeolite catalyst supporting iminium ions (see Patent Document 8) has been proposed. In such a reaction, the reaction solvent is an organic solvent inert to the reaction, preferably N, N-dimethylformamide is used.

しかしながら、上記の不均一系液相ベックマン転位反応において、好ましい溶媒として提案されているニトリル系溶媒(特許文献7参照)、アミド系溶媒(特許文献8参照)は、転位反応条件下、微量に含有される水分によって、容易に加水分解する。溶媒の分解生成物の存在は、目的とするアミド生成物の分離を煩雑としたり、純度を低下せしめる原因となる為、予め、用いる溶媒、原料オキシム化合物及び固体触媒の脱水乾燥操作を必要としたり、または、反応系中に脱水剤を共存させる必要が有り、これらの操作はプロセスをより煩雑にするという問題点があった。   However, in the above heterogeneous liquid phase Beckmann rearrangement reaction, a nitrile solvent (see Patent Document 7) and an amide solvent (see Patent Document 8), which are proposed as preferable solvents, are contained in trace amounts under the rearrangement reaction conditions. It is easily hydrolyzed by water. The presence of the decomposition product of the solvent complicates the separation of the target amide product and causes a decrease in purity. Therefore, the solvent used, the raw material oxime compound and the solid catalyst need to be dehydrated and dried in advance. Alternatively, it is necessary to allow a dehydrating agent to coexist in the reaction system, and these operations have a problem of making the process more complicated.

特公昭48−12754号公報Japanese Patent Publication No. 48-12754 特公昭45−23549号公報Japanese Examined Patent Publication No. 45-23549 特公昭48−39952号公報Japanese Patent Publication No. 48-39952 特開昭62−123167号公報JP-A-62-123167 特開平5−51366号公報JP-A-5-51366 特開平8−143544号公報JP-A-8-143544 特開2001−72657号公報JP 2001-72657 A 特開平9−40641号公報JP-A-9-40641

本発明の目的は、環状ケトン化合物のオキシムから転位反応により環状アミド化合物を製造するに際し、発煙硫酸や濃硫酸を使用したり、気相条件下で反応を行うことなく、液相条件下で、予め溶媒等の脱水乾燥処理または反応系に脱水剤を共存させる等の煩雑な操作を必要とせず、高い収率で環状アミド化合物を製造し、しかも触媒の分離回収が容易な方法を提供することである。   An object of the present invention is to produce a cyclic amide compound by a rearrangement reaction from an oxime of a cyclic ketone compound, without using fuming sulfuric acid or concentrated sulfuric acid, or performing a reaction under gas phase conditions, under liquid phase conditions, To provide a method for producing a cyclic amide compound in a high yield and easily separating and recovering a catalyst without requiring a complicated operation such as a dehydrating and drying treatment of a solvent or the like or a dehydrating agent in the reaction system in advance. It is.

本発明者らは上記の課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、結晶性アルミノシリケート触媒を用い、驚くべきことに溶媒として水を用い液相ベックマン転位反応を行うことがその目的に適合しうることを見出し、この知見に基づいて本発明をなすに至った。
すなわち本発明は、(1)環状ケトン化合物のオキシムから液相転位により環状アミド化合物を製造するに際し、触媒として結晶性アルミノシリケートを用い、さらに溶媒として水を用い反応を行うことを特徴とする環状アミド化合物の製造方法。
(2)触媒の結晶性アルミノシリケートがSi/Alモル比で5〜500であることを特徴とする上記(1)記載の環状アミド化合物の製造方法。
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have surprisingly achieved a liquid phase Beckmann rearrangement reaction using a crystalline aluminosilicate catalyst and using water as a solvent. Based on this finding, the present inventors have made the present invention.
That is, the present invention is (1) when a cyclic amide compound is produced from an oxime of a cyclic ketone compound by liquid phase rearrangement, the reaction is carried out using crystalline aluminosilicate as a catalyst and further using water as a solvent. A method for producing an amide compound.
(2) The method for producing a cyclic amide compound according to the above (1), wherein the crystalline aluminosilicate of the catalyst is 5 to 500 in terms of Si / Al molar ratio.

(3)触媒の結晶性アルミノシリケートが酸素含有10員環構造を有することを特徴とする上記(1)〜(2)に記載の環状アミド化合物の製造方法。
(4)触媒の結晶性アルミノシリケートがZSM−5ゼオライトまたはZSM−5類似ゼオライトまたはZSM−11ゼオライトであることを特徴とする上記(1)〜(3)に記載の環状アミド化合物の製造方法。
(5)環状ケトン化合物のオキシムがシクロヘキサノンオキシムであり、環状アミド化合物がε−カプロラクタムであることを特徴とする上記(1)〜(4)記載のアミド化合物の製造方法、に関するものである。
(3) The method for producing a cyclic amide compound according to the above (1) to (2), wherein the crystalline aluminosilicate of the catalyst has an oxygen-containing 10-membered ring structure.
(4) The method for producing a cyclic amide compound according to any one of (1) to (3) above, wherein the crystalline aluminosilicate of the catalyst is ZSM-5 zeolite, ZSM-5-like zeolite or ZSM-11 zeolite.
(5) The method according to (1) to (4) above, wherein the oxime of the cyclic ketone compound is cyclohexanone oxime and the cyclic amide compound is ε-caprolactam.

本発明においては、溶媒として水を用いることを特徴とし、液相ベックマン転位反応において溶媒の加水分解を防止する為の煩雑な操作を必要としない。さらに高収率で環状アミド化合物を製造することができ、触媒の分離回収が容易である。   In the present invention, water is used as a solvent, and a complicated operation for preventing hydrolysis of the solvent in the liquid phase Beckmann rearrangement reaction is not required. Furthermore, the cyclic amide compound can be produced with high yield, and the catalyst can be easily separated and recovered.

以下、本発明について具体的に説明する。
本発明の液相ベックマン転位反応で使用される原料の環状ケトン化合物のオキシムとは、例えばシクロペンタノンオキシム、シクロヘキサノンオキシム、シクロドデカノンオキシム等が挙げられ、特に炭素数5〜13の環状ケトン化合物のオキシムが好ましく、より好ましくはシクロヘキサノンオキシムである。
本発明においては、結晶性アルミノシリケートを触媒として用いるが、本転位反応に対して活性が高いSi/Alモル比は5〜500である。好ましくはSi/Alモル比が5〜200の結晶性アルミノシリケートを用いる場合であり、さらにSi/Alモル比が5〜100の結晶性アルミノシリケートが本転位反応に対してより活性が高く、より好ましい。また、Al原子の一部が、B、Ga、Ti、Cr、Zn、Zr、V、Nb、Fe、Sn等から選ばれた原子により骨格置換された触媒を用いることもできる。
Hereinafter, the present invention will be specifically described.
Examples of the oxime of the raw material cyclic ketone compound used in the liquid phase Beckmann rearrangement reaction of the present invention include cyclopentanone oxime, cyclohexanone oxime, cyclododecanone oxime and the like, and in particular, a cyclic ketone compound having 5 to 13 carbon atoms. Are preferred, and cyclohexanone oxime is more preferred.
In the present invention, crystalline aluminosilicate is used as a catalyst, but the Si / Al molar ratio having high activity for this rearrangement reaction is 5 to 500. Preferably, a crystalline aluminosilicate having a Si / Al molar ratio of 5 to 200 is used, and a crystalline aluminosilicate having a Si / Al molar ratio of 5 to 100 is more active for the rearrangement reaction. preferable. In addition, a catalyst in which a part of Al atoms is skeleton-substituted by atoms selected from B, Ga, Ti, Cr, Zn, Zr, V, Nb, Fe, Sn and the like can be used.

本発明における結晶性アルミノシリケートは、その結晶構造において酸素含有10員環細孔構造以上を有するものであるが、好ましくは酸素含有10員環細孔構造を有するものであり、より好ましくはZSM−5ゼオライトまたはZSM−5類似ゼオライトまたはZSM−11ゼオライトが挙げられる。ここでいう酸素含有10員環構造とはゼオライト細孔断面の環構造中に酸素原子を10含むゼオライトのことであり、ゼオライトの細孔構造の分類については、例えば、ゼオライトの科学と工学(2000年発行、講談社サイエンティフィック、小野嘉夫・八嶋建明編)4〜5頁中に記載されている。   The crystalline aluminosilicate in the present invention has an oxygen-containing 10-membered ring pore structure or more in its crystal structure, preferably an oxygen-containing 10-membered ring pore structure, more preferably ZSM- 5 zeolite or ZSM-5 similar zeolite or ZSM-11 zeolite. The term “oxygen-containing 10-membered ring structure” as used herein refers to a zeolite containing 10 oxygen atoms in the ring structure of the zeolite pore cross section, and the classification of the pore structure of the zeolite includes, for example, zeolite science and engineering (2000). Published by Kodansha Scientific, edited by Yoshio Ono and Kenaki Yashima), pages 4-5.

結晶性ゼオライトの構造は粉末X線回折パターンにより帰属することができ、酸素含有10員環細孔構造を有する公知のゼオライトの粉末X線回折データは、例えば、Collection of Simulated XRD Powder Patterns for Zeolites(1996年発行、Elsevier)にまとめられている。ZSM−5ゼオライト、ZSM−5類似ゼオライト、およびZSM−11ゼオライトはすべて酸素含有10員環構造を有するゼオライトである。ZSM−5類似ゼオライトとしては、Studies in Surface Science and Catalysis 33 (1987) 391 167〜215頁中に記載されているZSM−5類似ゼオライトの他、TSZ((欧州特許第101232号明細書参照)、TSZ−III(欧州特許第170751号明細書参照)、FZ−1(欧州特許第31255号明細書参照)、LZ−105(米国特許第4257885号明細書参照)、USI−108(米国特許第4423020号明細書参照)、ZBM−30(欧州特許第46504号明細書参照)、およびZSM−5/ZSM−11(米国特許第4289607号明細書参照)等が挙げられる。   The structure of crystalline zeolite can be attributed by a powder X-ray diffraction pattern, and powder X-ray diffraction data of a known zeolite having an oxygen-containing 10-membered ring pore structure is, for example, Collection of Simulated XRD Powder Patterns for Zeolites ( 1996, Elsevier). ZSM-5 zeolite, ZSM-5-like zeolite, and ZSM-11 zeolite are all zeolites having an oxygen-containing 10-membered ring structure. ZSM-5 similar zeolite includes ZSM-5 similar zeolite described in Studies in Surface Science and Catalysis 33 (1987) pp. 167 to 215, TSZ (see European Patent No. 101232), TSZ-III (see European Patent No. 1707551), FZ-1 (see European Patent No. 31255), LZ-105 (see US Pat. No. 4,257,885), USI-108 (US Pat. No. 4,432,020) ZBM-30 (see European Patent No. 46504), ZSM-5 / ZSM-11 (see US Pat. No. 4,289,607), and the like.

本発明に用いられる結晶性アルミノシリケートの合成は通常の水熱合成によって行われる。その際用いられるシリカ源は特に制限はなく、水ガラス、シリカゾル、シリカゲル等を用いることができる。またアルミナ源は硝酸塩、塩化物、酸化物等種々の無機化合物や有機金属化合物を用いることができる。
本発明に用いられる結晶性アルミノシリケートの合成には、必要に応じて有機テンプレートを共存させてもよい。その場合、好ましいのはジメチル尿素等の尿素化合物、テトラプロピルアンモニウム等の4級アンモニウム塩、ヘキサメチレンジアミン等のジアミン、アルコールである。ただし有機テンプレートを用いた場合は、水熱合成後、結晶中から有機物を除去する必要がある。その場合の有機物の除去方法としては、400℃以上の温度での空気中の焼成や、過酸化水素等の酸化剤を用いる液相酸化法等が用いられる。
The crystalline aluminosilicate used in the present invention is synthesized by ordinary hydrothermal synthesis. The silica source used in that case is not particularly limited, and water glass, silica sol, silica gel and the like can be used. As the alumina source, various inorganic compounds such as nitrates, chlorides, oxides, and organometallic compounds can be used.
In the synthesis of the crystalline aluminosilicate used in the present invention, an organic template may coexist if necessary. In that case, preferred are urea compounds such as dimethylurea, quaternary ammonium salts such as tetrapropylammonium, diamines such as hexamethylenediamine, and alcohols. However, when an organic template is used, it is necessary to remove organic substances from the crystals after hydrothermal synthesis. As a method for removing the organic substance in that case, firing in the air at a temperature of 400 ° C. or higher, a liquid phase oxidation method using an oxidizing agent such as hydrogen peroxide, or the like is used.

このようにして有機物を除去した結晶性アルミノシリケートを所望のカチオン型にするために、通常のイオン交換操作を行い、所望のカチオンを結晶内に導入する。導入するカチオンは、好ましくはプロトンがよく、通常塩酸、硝酸などの水溶液で処理することにより得られる。また、反応に使用する結晶性アルミノシリケートの形状は、実施する反応方式に応じて粉末状、または破砕状、粒子状及び柱状等に成型したものを使用することができる。
本発明において、反応温度はプロセスの生産性や原料の環状ケトン化合物のオキシム、さらに生成する環状アミド化合物の安定性等により適宜設定されるが、100〜220℃の範囲、好ましくは120〜210℃の範囲、更に好ましくは150〜200℃の範囲で反応が行われる。100℃以上の反応温度では反応速度が向上し、また220℃以下の反応温度においては副反応が抑制されるため好ましい。
In order to make the crystalline aluminosilicate from which organic substances have been removed in this way into a desired cation type, a normal ion exchange operation is performed to introduce the desired cation into the crystal. The cation to be introduced is preferably a proton and is usually obtained by treatment with an aqueous solution such as hydrochloric acid or nitric acid. Further, the crystalline aluminosilicate used for the reaction may be formed into a powdery, crushed, particulate or columnar shape according to the reaction system to be carried out.
In the present invention, the reaction temperature is appropriately set depending on the productivity of the process, the oxime of the cyclic ketone compound as a raw material, the stability of the cyclic amide compound to be produced, etc., but it is in the range of 100 to 220 ° C, preferably 120 to 210 ° C. The reaction is carried out in the range of 150 to 200 ° C. A reaction temperature of 100 ° C. or higher is preferable because the reaction rate is improved, and a reaction temperature of 220 ° C. or lower is preferable because side reactions are suppressed.

反応圧力は特に制限はなく、反応系を液相に保つことができる範囲であればよい。また本反応は、窒素、水素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスの共存下に行うことができる。
液相反応形式としては特に制限されるものではなく、回分式、半回分式、連続式のいずれでも実施することができる。また、滞留時間等も特に規定されるものではない。例えば回分式反応器にて粉末状の触媒を懸濁させて反応を実施する際は、通常0.2〜4時間である。触媒の使用量は反応形式、使用形態によって変わってくるため一概には規定できないが、例えば回分式の場合には仕込みのオキシム化合物に対し、0.01〜20質量倍、好ましくは0.05〜10質量倍、より好ましくは0.1〜5質量倍の触媒を入れ、反応させればよい。連続式の反応形式を用いる場合には、さらに触媒濃度が高くなることもありうる。
There is no restriction | limiting in particular in reaction pressure, What is necessary is just the range which can keep a reaction system in a liquid phase. This reaction can be carried out in the presence of an inert gas such as nitrogen, hydrogen, helium or argon.
The liquid phase reaction type is not particularly limited, and any of batch type, semi-batch type and continuous type can be carried out. Also, the residence time and the like are not particularly specified. For example, when the reaction is carried out by suspending the powdered catalyst in a batch reactor, it is usually 0.2 to 4 hours. Since the amount of the catalyst used varies depending on the reaction mode and usage, it cannot be specified unconditionally. For example, in the case of a batch system, 0.01 to 20 times by mass, preferably 0.05 to What is necessary is just to add 10 mass times, more preferably 0.1-5 mass times a catalyst, and to make it react. When a continuous reaction mode is used, the catalyst concentration can be further increased.

本発明においては、溶媒として水を用いることを特徴とする。ゼオライト触媒を用いるオキシム化合物の液相転位反応の溶媒効果については、例えば、Journal of Molecular Catalysis A:Chemical 159 (2000) 391頁中に水を含めた有機溶媒類の効果として次のような記載がある。「液相ベックマン転位反応は極性プロトン溶媒中では進行しないが、極性非プロトン溶媒中では進行する」。また、特許文献7では「液相中で固体酸触媒存在下にオキシム化合物からアミド化合物を製造する方法において、20〜25℃における誘電率が6〜60の化合物存在下で反応を行う」ことが開示されている。化学便覧 基礎編 改定第3版 (1984年発行、日本化学会編) 501頁によると、水の誘電率は20℃で80.1であり、つまり従来、水は液相ベックマン転位反応の溶媒として好ましくないと考えられていた。さらに、水を溶媒として用いることによる生成する環状アミド化合物の加水分解反応が懸念されていたが、驚くべきことに、溶媒として水を用いることにより、高収率で環状アミド化合物が得られ、特に生成する環状アミド化合物がε−カプロラクタムの場合には、懸念された加水分解も進行しないことが判った。   In the present invention, water is used as a solvent. Regarding the solvent effect of the liquid phase rearrangement reaction of an oxime compound using a zeolite catalyst, for example, Journal of Molecular Catalysis A: Chemical 159 (2000), page 391, the following description is given as the effect of organic solvents including water. is there. “The liquid phase Beckmann rearrangement does not proceed in polar protic solvents, but proceeds in polar aprotic solvents.” Patent Document 7 states that “in the method of producing an amide compound from an oxime compound in the presence of a solid acid catalyst in the liquid phase, the reaction is performed in the presence of a compound having a dielectric constant of 6 to 60 at 20 to 25 ° C.” It is disclosed. According to Chemical Handbook, Basic Revision, 3rd Edition (published in 1984, edited by the Chemical Society of Japan) Page 501, the dielectric constant of water is 80.1 at 20 ° C, which means that water has traditionally been used as a solvent for the liquid phase Beckmann rearrangement reaction It was considered undesirable. Furthermore, there has been concern about the hydrolysis reaction of the cyclic amide compound produced by using water as a solvent. Surprisingly, by using water as the solvent, a cyclic amide compound can be obtained in a high yield. When the cyclic amide compound to be produced is ε-caprolactam, it has been found that the hydrolysis which is concerned does not proceed.

本発明の水の使用量は特に限定されず、プロセスの生産性や環状ケトン化合物のオキシムの水に対する溶解性等により適宜設定されるが、仕込みの環状ケトン化合物のオキシムに対して通常1〜10000質量倍、好ましくは5〜5000質量倍、より好ましくは10〜500質量倍の量が用いられる。1質量倍以上の水を使用する場合、環状ケトン化合物のオキシムの熱分解が抑制できるため好ましい。また10000質量倍以下の水を使用する場合、反応容積当たりの環状アミド化合物の生産性を高めることができ好ましく、工業的に実施する際に有利である。
本発明の方法によれば、溶媒の加水分解を防止する為の煩雑な操作を必要とせず、高い収率で環状アミド化合物を得ることができる。生成した環状アミド化合物は、反応器中の混合物から慣用の手段、例えば、蒸留または抽出操作によって回収される。反応後の固体触媒と反応液の分離は極めて容易であり、均一系触媒による液相転位反応において必須となる触媒成分の分離回収に係わる煩雑な操作も必要としない。
次に、実施例および参考例によって本発明を説明する。
The amount of water used in the present invention is not particularly limited and is appropriately set depending on the productivity of the process, the solubility of the oxime of the cyclic ketone compound in water, etc., but is usually 1 to 10,000 with respect to the oxime of the charged cyclic ketone compound. An amount of mass times, preferably 5 to 5000 times mass, more preferably 10 to 500 times mass is used. When using 1 mass times or more of water, since thermal decomposition of the oxime of a cyclic ketone compound can be suppressed, it is preferable. In addition, when water of 10,000 times by mass or less is used, the productivity of the cyclic amide compound per reaction volume can be increased, which is advantageous in industrial implementation.
According to the method of the present invention, a cyclic amide compound can be obtained in a high yield without requiring a complicated operation for preventing hydrolysis of the solvent. The resulting cyclic amide compound is recovered from the mixture in the reactor by conventional means such as distillation or extraction operations. Separation of the solid catalyst and the reaction solution after the reaction is extremely easy, and complicated operations relating to the separation and recovery of the catalyst components that are essential in the liquid phase rearrangement reaction using a homogeneous catalyst are not required.
Next, the present invention will be described with reference to examples and reference examples.

以下の実施例および比較例において用いられるシクロヘキサノンオキシムの転化率およびε−カプロラクタムの収率はそれぞれ以下の式によって定義される。
シクロヘキサノンオキシム転化率(%)=100×(O−R)/O
ε−カプロラクタム収率(%)=100×L/O
O=仕込みシクロヘキサンノンオキシム(mol)
R=未反応シクロヘキサノンオキシム(mol)
L=生成ε−カプロラクタム(mol)
The conversion of cyclohexanone oxime and the yield of ε-caprolactam used in the following examples and comparative examples are respectively defined by the following formulae.
Cyclohexanone oxime conversion (%) = 100 × (O—R) / O
ε-caprolactam yield (%) = 100 × L / O
O = Preparation cyclohexanenon oxime (mol)
R = unreacted cyclohexanone oxime (mol)
L = generated ε-caprolactam (mol)

[実施例1]
1)ZSM−5の調製
ケイ酸ナトリウム溶液(水ガラス3号)128gを水120gに溶解した(A液)。硫酸アルミニウム18水和物を3.9gと濃硫酸4gを水40gに溶解させた(B液)。1,3−ジメチル尿素20gを水80gに溶解させた(C液)。ホモジナイザーを用いて、A液を強く攪拌しながらB、C液と混合して、1時間攪拌を続けた。混合液をオートクレーブに移し、150℃で40時間加熱結晶化させた。得られた生成物をろ過、水洗後、120℃で5時間乾燥し、さらに500℃5時間空気中で焼成し、有機物を除去した。その後、この生成物を1mol/L硝酸を用いてイオン交換を行い、ろ過、水洗後、120℃で6時間乾燥してプロトン型の結晶性アルミノシリケートを得た。粉末X線回折分析の結果、ゼオライトZSM−5と同定された。また、このゼオライトのSi/Alモル比の測定は以下のように行った。まず、このゼオライト0.2gと5モル/L水酸化ナトリウム水溶液50gを100mlマイクロボンベに仕込み、150℃で12時間保持し、ゼオライトを完全に溶解させた。この溶液を分析に適するよう希釈して、SiおよびAlの含有量をICP発光分析により測定したところ、Si/Alモル比は15であった。
[Example 1]
1) Preparation of ZSM-5 128 g of sodium silicate solution (water glass No. 3) was dissolved in 120 g of water (solution A). 3.9 g of aluminum sulfate 18 hydrate and 4 g of concentrated sulfuric acid were dissolved in 40 g of water (Liquid B). 20 g of 1,3-dimethylurea was dissolved in 80 g of water (solution C). Using a homogenizer, liquid A was mixed with liquids B and C while stirring vigorously, and stirring was continued for 1 hour. The mixed solution was transferred to an autoclave and crystallized by heating at 150 ° C. for 40 hours. The obtained product was filtered, washed with water, dried at 120 ° C. for 5 hours, and further baked in air at 500 ° C. for 5 hours to remove organic substances. Thereafter, the product was subjected to ion exchange using 1 mol / L nitric acid, filtered, washed with water, and then dried at 120 ° C. for 6 hours to obtain a proton-type crystalline aluminosilicate. As a result of powder X-ray diffraction analysis, it was identified as zeolite ZSM-5. Further, the Si / Al molar ratio of this zeolite was measured as follows. First, 0.2 g of this zeolite and 50 g of a 5 mol / L sodium hydroxide aqueous solution were charged into a 100 ml microbomb and kept at 150 ° C. for 12 hours to completely dissolve the zeolite. When this solution was diluted so as to be suitable for analysis and the Si and Al contents were measured by ICP emission analysis, the Si / Al molar ratio was 15.

2)シクロヘキサノンオキシムのベックマン転位反応
100mlマイクロボンベに20mlの蒸留水、シクロヘキサノンオキシム0.20g(1.767mmol)、および1)で得られた触媒0.50gを仕込んだ。系内を窒素ガスで置換し、さらに窒素ガスで系内全圧を0.5MPaとした後、190℃で1時間反応を行った。反応後、エタノールを用いて反応液を全量回収し、さらに触媒をろ別した後に、ガスクロマトグラフィーで分析を行った。その結果、シクロヘキサノンオキシムの転化率は100%で、ε−カプロラクタムの収率は72%であった。
2) Beckmann rearrangement reaction of cyclohexanone oxime A 100 ml microbomb was charged with 20 ml of distilled water, 0.20 g (1.767 mmol) of cyclohexanone oxime, and 0.50 g of the catalyst obtained in 1). The inside of the system was replaced with nitrogen gas, and the total pressure in the system was further set to 0.5 MPa with nitrogen gas, and then reacted at 190 ° C. for 1 hour. After the reaction, the entire reaction solution was recovered using ethanol, and the catalyst was filtered off, followed by analysis by gas chromatography. As a result, the conversion of cyclohexanone oxime was 100%, and the yield of ε-caprolactam was 72%.

[実施例2]
100mlマイクロボンベに20mlの蒸留水、シクロヘキサノンオキシム0.20g(1.767mmol)、およびZSM−5型ゼオライト(N.E.ケムキャット製、Si/Alモル比=65、プロトン型)0.50gを仕込み、実施例1と同様にして反応を行った。反応液をガスクロマトグラフィーで分析した結果、シクロヘキサノンオキシムの転化率は99%で、ε−カプロラクタムの収率は69%であった。
[Example 2]
A 100 ml microbomb is charged with 20 ml of distilled water, 0.20 g (1.767 mmol) of cyclohexanone oxime, and 0.50 g of ZSM-5 type zeolite (manufactured by NE Chemcat, Si / Al molar ratio = 65, proton type). The reaction was carried out in the same manner as in Example 1. As a result of analyzing the reaction solution by gas chromatography, the conversion of cyclohexanone oxime was 99%, and the yield of ε-caprolactam was 69%.

[実施例3]
1)ZSM−11の調製
特公昭53−23280号公報に記載の方法をもとに合成を行った。すなわち、ケイ酸ナトリウム90g、アルミン酸ナトリウム1gを水168gに溶解させた(A液)。塩化テトラブチルホスホニウム11gを水152gに溶解させた(B液)。ホモジナイザーを用いて、A液を強く攪拌しながら硫酸10gを添加しpHを10以下に調整した後に、B液を徐々に添加した。混合液をオートクレーブに移し、150℃で90時間加熱結晶化させた。得られた生成物をろ過、水洗後、120℃で5時間乾燥した。その後、この生成物を1mol/L塩化アンモニウム水溶液を用いてイオン交換を行い、ろ過、水洗後、120℃で6時間乾燥し、さらに500℃5時間空気中で焼成し、プロトン型の結晶性アルミノシリケートを得た。粉末X線回折分析の結果、ゼオライトZSM−11と同定された。またこのゼオライトのSi/Alモル比を、実施例1と同様の方法を用い測定したところ、Si/Alモル比は24であった。
[Example 3]
1) Preparation of ZSM-11 Synthesis was performed based on the method described in Japanese Patent Publication No. 53-23280. That is, 90 g of sodium silicate and 1 g of sodium aluminate were dissolved in 168 g of water (A solution). 11 g of tetrabutylphosphonium chloride was dissolved in 152 g of water (Liquid B). Using a homogenizer, 10 g of sulfuric acid was added while vigorously stirring the solution A to adjust the pH to 10 or less, and then the solution B was gradually added. The mixture was transferred to an autoclave and crystallized by heating at 150 ° C. for 90 hours. The obtained product was filtered, washed with water, and dried at 120 ° C. for 5 hours. Thereafter, this product was subjected to ion exchange using a 1 mol / L aqueous ammonium chloride solution, filtered, washed with water, dried at 120 ° C. for 6 hours, and further calcined in air at 500 ° C. for 5 hours to obtain proton type crystalline alumino Obtained silicate. As a result of powder X-ray diffraction analysis, it was identified as zeolite ZSM-11. Moreover, when the Si / Al molar ratio of this zeolite was measured using the same method as in Example 1, the Si / Al molar ratio was 24.

2)シクロヘキサノンオキシムのベックマン転位反応
100mlマイクロボンベに20mlの蒸留水、シクロヘキサノンオキシム0.20g(1.767mmol)、およびの1)で得られた触媒0.50gを仕込み、実施例1と同様にして反応を行った。反応液をガスクロマトグラフィーで分析した結果、シクロヘキサノンオキシムの転化率は99%で、ε−カプロラクタムの収率は67%であった。
2) Beckmann rearrangement reaction of cyclohexanone oxime 100 ml microbomb was charged with 20 ml of distilled water, 0.20 g (1.767 mmol) of cyclohexanone oxime, and 0.50 g of the catalyst obtained in 1), and the same procedure as in Example 1 was conducted. Reaction was performed. As a result of analyzing the reaction solution by gas chromatography, the conversion of cyclohexanone oxime was 99%, and the yield of ε-caprolactam was 67%.

[実施例4]
100mlマイクロボンベに20mlの蒸留水、シクロヘキサノンオキシム0.20g(1.767mmol)、および実施例1で得られた触媒0.50gを仕込み、反応温度を160℃とした以外は実施例1と同様にして反応を行った。反応液をガスクロマトグラフィーで分析した結果、シクロヘキサノンオキシムの転化率は93%で、ε−カプロラクタムの収率は65%であった。
[Example 4]
A 100 ml micro bomb was charged with 20 ml of distilled water, 0.20 g (1.767 mmol) of cyclohexanone oxime, and 0.50 g of the catalyst obtained in Example 1, and the reaction temperature was changed to 160 ° C. The reaction was performed. As a result of analyzing the reaction solution by gas chromatography, the conversion of cyclohexanone oxime was 93% and the yield of ε-caprolactam was 65%.

[実施例5]
100mlマイクロボンベに20mlの蒸留水、シクロヘキサノンオキシム0.10g(0.884mmol)、およびモルデナイト型ゼオライト(東ソー製、Si/Alモル比=9、プロトン型)0.50gを仕込み、実施例1と同様にして反応を行った。反応液をガスクロマトグラフィーで分析した結果、シクロヘキサノンオキシムの転化率は85%で、ε−カプロラクタムの収率は21%であった。
[Example 5]
As in Example 1, 20 ml of distilled water, 0.10 g (0.884 mmol) of cyclohexanone oxime, and 0.50 g of mordenite zeolite (manufactured by Tosoh, Si / Al molar ratio = 9, proton type) were charged into a 100 ml microcylinder. The reaction was carried out. As a result of analyzing the reaction liquid by gas chromatography, the conversion of cyclohexanone oxime was 85% and the yield of ε-caprolactam was 21%.

[実施例6]
100mlマイクロボンベに20mlの蒸留水、シクロヘキサノンオキシム0.10g(0.884mmol)、およびベータ型ゼオライト(ZEOLYST製、Si/Alモル比=13、プロトン型)0.50gを仕込み、実施例1と同様にして反応を行った。反応液をガスクロマトグラフィーで分析した結果、シクロヘキサノンオキシムの転化率は100%で、ε−カプロラクタムの収率は18%であった。
[Example 6]
As in Example 1, 20 ml of distilled water, 0.10 g (0.884 mmol) of cyclohexanone oxime, and 0.50 g of beta zeolite (manufactured by ZEOLYST, Si / Al molar ratio = 13, proton type) were charged into a 100 ml microcylinder. The reaction was carried out. As a result of analyzing the reaction solution by gas chromatography, the conversion of cyclohexanone oxime was 100%, and the yield of ε-caprolactam was 18%.

[比較例1]
100mlマイクロボンベに15mlのベンゾニトリル、シクロヘキサノンオキシム0.10g(0.884mmol)、および実施例1で得られた触媒0.10gを仕込み、実施例1と同様にして反応を行った。このとき予め、溶媒、原料シクロヘキサノンオキシム、及び実施例1で得られた触媒の脱水乾燥操作等は行わなかった。反応液をガスクロマトグラフィーで分析した結果、ε−カプロラクタムの収率は9%であった。ガスクロマトグラフにおいて、溶媒の加水分解物と考えられる成分が検出されたため、さらにガスクロマトグラフ−質量分析法で反応液の分析を行ったところ、溶媒の加水分解物と考えられた成分はベンズアミドであることが確認された。
[Comparative Example 1]
A 100 ml microbomb was charged with 15 ml of benzonitrile, 0.10 g (0.884 mmol) of cyclohexanone oxime, and 0.10 g of the catalyst obtained in Example 1, and reacted in the same manner as in Example 1. At this time, the solvent, the raw material cyclohexanone oxime, and the catalyst obtained in Example 1 were not dehydrated and dried. As a result of analyzing the reaction solution by gas chromatography, the yield of ε-caprolactam was 9%. In the gas chromatograph, a component considered to be a hydrolyzate of the solvent was detected, and when the reaction liquid was further analyzed by gas chromatography-mass spectrometry, the component considered to be a hydrolyzate of the solvent was benzamide. Was confirmed.

[比較例2]
1)Silicalite−1の調製
オルトケイ酸テトラエチル130gにエタノール278gを添加後、10%テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド水溶液291gを添加し溶解させた。ホモジナイザーを用いて、この溶液を30分間強く攪拌した。混合液をオートクレーブに移し、110℃で150時間加熱結晶化させた。得られた生成物をろ過、水洗後、120℃で12時間乾燥し、さらに550℃6時間空気中で焼成し、有機物を除去した。粉末X線回折分析の結果、得られたゼオライトは、Silicalite−1と同定された。
2)シクロヘキサノンオキシムのベックマン転位反応
100mlマイクロボンベに20mlの蒸留水、シクロヘキサノンオキシム0.10g(0.884mmol)、およびの1)で得られた触媒0.50gを仕込み、実施例1と同様にして反応を行った。反応液をガスクロマトグラフィーで分析した結果、シクロヘキサノンオキシムの転化率は40%で、ε−カプロラクタムの収率は0%であった。
[Comparative Example 2]
1) Preparation of Silicalite-1 After adding 278 g of ethanol to 130 g of tetraethyl orthosilicate, 291 g of 10% tetrapropylammonium hydroxide aqueous solution was added and dissolved. The solution was stirred vigorously for 30 minutes using a homogenizer. The mixed solution was transferred to an autoclave and crystallized by heating at 110 ° C. for 150 hours. The obtained product was filtered, washed with water, dried at 120 ° C. for 12 hours, and further baked in air at 550 ° C. for 6 hours to remove organic substances. As a result of powder X-ray diffraction analysis, the obtained zeolite was identified as Silicalite-1.
2) Beckmann rearrangement reaction of cyclohexanone oxime In a 100 ml micro bomb, 20 ml of distilled water, 0.10 g (0.884 mmol) of cyclohexanone oxime, and 0.50 g of the catalyst obtained in 1) were charged in the same manner as in Example 1. Reaction was performed. As a result of analyzing the reaction solution by gas chromatography, the conversion of cyclohexanone oxime was 40% and the yield of ε-caprolactam was 0%.

特にシクロヘキサノンオキシムの転位により得られるε−カプロラクタムは工業的に利用価値が高い。本発明において気相反応に比べ反応条件が温和である液相下で、予め溶媒等の脱水乾燥処理または反応系に脱水剤を共存させる等の煩雑な操作を必要とせず、高い収率でε−カプロラクタムが得られ、しかも触媒の分離回収が容易な方法を提供することができたのは非常に有意である。   In particular, ε-caprolactam obtained by rearrangement of cyclohexanone oxime has high industrial utility value. In the present invention, in a liquid phase where the reaction conditions are milder than those in the gas phase reaction, there is no need for complicated operations such as dehydration drying treatment with a solvent or the like, or coexistence of a dehydrating agent in the reaction system, and a high yield of ε It is very significant that caprolactam was obtained and that it was possible to provide a method in which the catalyst can be easily separated and recovered.

Claims (5)

環状ケトン化合物のオキシムから液相転位により環状アミド化合物を製造するに際し、触媒として結晶性アルミノシリケートを用い、さらに溶媒として水を用い反応を行うことを特徴とする環状アミド化合物の製造方法。 A method for producing a cyclic amide compound, characterized in that when a cyclic amide compound is produced from an oxime of a cyclic ketone compound by liquid phase rearrangement, the reaction is carried out using crystalline aluminosilicate as a catalyst and water as a solvent. 触媒の結晶性アルミノシリケートがSi/Alモル比で5〜500であることを特徴とする請求項1に記載の環状アミド化合物の製造方法。 The method for producing a cyclic amide compound according to claim 1, wherein the crystalline aluminosilicate of the catalyst is 5 to 500 in terms of Si / Al molar ratio. 触媒の結晶性アルミノシリケートが酸素含有10員環構造を有することを特徴とする請求項1〜2に記載の環状アミド化合物の製造方法。 The method for producing a cyclic amide compound according to claim 1 or 2, wherein the crystalline aluminosilicate of the catalyst has an oxygen-containing 10-membered ring structure. 触媒の結晶性アルミノシリケートがZSM−5ゼオライトまたはZSM−5類似ゼオライトまたはZSM−11ゼオライトであることを特徴とする請求項1〜3に記載の環状アミド化合物の製造方法。 4. The method for producing a cyclic amide compound according to claim 1, wherein the crystalline aluminosilicate of the catalyst is ZSM-5 zeolite, ZSM-5-like zeolite or ZSM-11 zeolite. 環状ケトン化合物のオキシムがシクロヘキサノンオキシムであり、環状アミド化合物がε−カプロラクタムであることを特徴とする請求項1〜4に記載の環状アミド化合物の製造方法。 The oxime of the cyclic ketone compound is cyclohexanone oxime, and the cyclic amide compound is ε-caprolactam.
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