JP2006524188A - 4−アミノジフェニルアミンの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、4−アミノジフェニルアミンの製造方法に関し、詳しくは、ニトロベンゼンとアニリンを原料とし、縮合触媒として複合型塩基触媒を使用し、水素化反応の触媒として複合粉末状触媒を使用し、縮合工程と、水素化工程と、複合型塩基触媒を分離・回収して循環して使用し、少なくとも一部が再生されたものでもよい複合粉末状触媒を分離・回収して循環して使用する工程と、水素化溶媒を分離・回収して循環して使用してもよく、アニリンを分離・回収して循環して使用する工程と、精製工程の5工程を含む方法により、連続的に4−アミノジフェニルアミンを製造する方法に関する。
4−アミノジフェニルアミンは、酸化防止剤や安定剤の中間体として重要な化合物であり、ゴム工業及びポリマー工業において重要な化学工業製品である。現在、4−アミノジフェニルアミンの製造方法は、使用する原料によって次の三つの方法に分けられる。(1)アニリン法:p−ニトロクロロベンゼンとアニリンとを原料とし、触媒の存在下で反応させて4−ニトロジフェニルアミンを生成させ、それを硫化アルカリにより4−アミノジフェニルアミンに還元する方法;(2)ホルムアニリド法:ギ酸とアニリンとを原料として、ホルムアニリドを製造し、さらに酸結合剤(acid binding agent、例えば炭酸カリウム)の存在下でp−ニトロクロロベンゼンと反応させて、4−ニトロジフェニルアミンを生成させ、硫化アルカリを用いて還元して、4−アミノジフェニルアミンを製造する方法;(3)ジフェニルアミン法:すなわち、ジフェニルアミンを原料とし、有機溶媒中で亜硝酸によりニトロソ化して、N−ニトロソジフェニルアミンを得、さらに無水塩化水素を用いて転位させて4−ニトロソジフェニルアミン塩酸塩を得、それを塩基で中和して4−ニトロソジフェニルアミンを生成させ、最後に硫化アルカリで還元して、4−アミノジフェニルアミンを得る方法である。これらの方法は、用いている原料は異なっているが、還元剤として全て伝統的な硫化アルカリを使って4−アミノジフェニルアミンを製造している。これらの反応の欠点は、反応の条件が苛酷で、操作が複雑であり、エネルギーの消耗が多く、収率が低く、コストが高く、かつ「三廃」(廃水、廃棄物、廃ガスの総称)の生成も伴うので、環境に対して悪影響をもたらすことである。
本発明の目的は、縮合と水素化反応に用いられる、安価で性能の優れた触媒と、工業規模の生産に適するプロセスとを選択して、連続的に4−アミノジフェニルアミンを製造する方法を提供することにある。
本発明のプロセスフローチャートにおいて、「分離I」とは、複合型塩基触媒を分離・回収して、循環させて使用し、少なくとも一部が再生されたものでもよい複合粉末状触媒を分離・回収して、循環して使用する工程を指し、「分離II」とは、水素化溶媒を分離・回収して、循環させて使用してもよく、アニリンを分離・回収して、循環させて使用する工程を指す。本文において、「水素化溶媒を分離・回収して、循環させて使用してもよい」とは、水素化溶媒として水を用いる場合には、前記水を分離・回収して、循環させて使用してもよく、後述のアルコール類溶媒を水素化溶媒として用いる場合には、必ず前記アルコール類溶媒を分離・回収して、循環させて使用することをいう。
ニトロベンゼンと、アニリンと、複合型塩基触媒とを、所定の比率で、計量ポンプで連続的に縮合工程に供給して反応させ、4−ニトロジフェニルアミンと4−ニトロソジフェニルアミン及び/又はそれらの塩を含む縮合液(7)を生成させる。
縮合液(7)と水素化溶媒(補充した水素化溶媒(2)と、回収されたものでもよい水素化溶媒(5)を含む)を、所定の比率で連続的に水素化工程に供給して、複合粉末状触媒(補充した複合粉末状触媒(1)と、循環させて使用する、再生されたものでもよい複合粉末状触媒(4)を含む)の存在下で、水素ガスと反応させ、4−アミノジフェニルアミンを含む水素化液(8)を得る。
水素化液(8)を分離I工程に供給し、ここで、(a)複合粉末状触媒(4)と、(b)複合型塩基触媒(3)と、(c)濃縮の時に蒸発させて得られる水相、及び抽出によって得られる有機相(9)とを分離して回収する。前記複合粉末状触媒(4)は、直接、水素化工程に循環させるか、あるいは少なくとも一部再生させてから水素化工程に循環させ、複合型塩基触媒(3)は縮合工程に循環させる。
分離I工程から得た水相と抽出された後の有機相(9)を、それぞれ分離II工程に供給し、ここで、(a)縮合工程に循環させるアニリン(6)と、(b)アニリンをほとんど分離した4−アミノジフェニルアミンの粗生成物(10)と、場合によっては、(c)水素化工程に循環させる水素化溶媒(5)を分離して得る。
4−アミノジフェニルアミンの粗生成物(10)を精製工程に供給し、ここで、(a)縮合工程に循環させる一部のアニリン(6)と、(b)4−アミノジフェニルアミンの製品を分離して得る。上記の全体工程は連続的に行われる。
計量ポンプにより、ニトロベンゼン、アニリン及び複合型塩基触媒を所定の比率で連続的に流下薄膜反応器に供給し、加熱して縮合反応を行う。流下薄膜反応器内の縮合液は、流下薄膜反応器の下部から排出されて第1段反応器に供給され、引き続いて縮合反応が行われる。第1段反応器の底部の一部の縮合液は、循環ポンプによって、流下薄膜反応器に循環され、これにより本発明の縮合反応の局部循環システムを構成する。該循環システムは、主に流下薄膜反応器と第1段反応器からなるが、縮合循環ポンプを用いて、被反応物を該循環システム内で、不断に循環させる。循環過程においては、流下薄膜反応器の中で均一な薄膜を形成するように縮合液の量を保持する必要がある。流下薄膜反応器の熱媒としては、アルコール蒸気、温水、水蒸気、又はメタノール蒸気が挙げられるが、体系の温度を十分に均一にし、局部の過熱現象を避ける面から、アルコール蒸気が好ましい。流下薄膜反応器内の反応液はほとんど逆流混合することがないので、生成物と原料との接触チャンスを大幅に減少させ、副反応を最低限度までに減少させる。流下薄膜反応器を有する局部循環システムにより、縮合反応の反応速度を速め、かつ反応時間を短縮し、従来10数時間と長かった反応時間を3.5〜6時間に縮めることができる。
[(R1)(R2)(R3)(R4)N]+ nXn−
式中、R1、R2、R3とR4は、同一であっても異なるものであってもよい、炭素原子数が1〜4のアルキル基を表し、前記アルキル基は親水性置換基を有していてもよく、前記親水性置換基は、ヒドロキシ、メトキシ、ポリエーテル、カチオンポリアミド、ポリエステル、ポリエチレンポリアミン、及び水に易溶性のアンモニウム塩含有基から選ばれる基である。Xn−は、ハロゲンイオン、硫酸イオン、炭酸イオン、リン酸イオン、炭酸水素イオン、硫酸水素イオン、アルキル(C1〜C2)炭酸イオン、アルキル(C1〜C2)硫酸イオンから選ばれる基であり、n=1〜2である。テトラアルキルアンモニウム塩の例としては、ポリメチル化トリエチレンテトラミン硫酸塩、ポリメチル化ジエチレントリアミン炭酸塩、N,N−ジメチル−N,N−ジメトキシエチルアンモニウム炭酸塩、N−メチル−N,N,N−トリメトキシエチルアンモニウム炭酸塩、N,N,N−トリメチル−N−ヒドロキシエチルアンモニウム炭酸塩、トリメチルヒドロキシエチルアンモニウムクロリド、N,N,N−トリメチル−N−(ポリ)オキシエチレン(EO:1〜4モル)エチル炭酸アンモニウム、N,N,N−トリメチル−N−(ポリ)オキシエチレン(EO:1〜4モル)プロピルアンモニウム炭酸塩、N,N,N−トリメチル−N−(ポリ)オキシエチレン(EO:1〜4モル)プロピルアンモニウム塩酸塩、N,N−ジメチル−N,N−ビス((ポリ)オキシエチレン(EO:1〜4モル)プロピル)アンモニウム炭酸塩、テトラメチルアンモニウム炭酸塩、メチル炭酸テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム炭酸塩、エチル炭酸テトラエチルアンモニウム、テトラメチルアンモニウム硫酸塩、メチル硫酸テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム硫酸塩、エチル硫酸テトラエチルアンモニウムなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。
以下に実施例によって本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
複合型塩基触媒の製造:
冷却器と撹拌機付きの1,000mL三口フラスコに、任意の順序で20%(重量)の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液227.5g(0.50モル)と、水酸化ナトリウム10g(0.25モル)と、30%(重量)のテトラメチルアンモニウム炭酸塩水溶液346g(0.50モル)とを、72〜77℃で均一に撹拌して、27.3(重量)%の複合型塩基触媒を得た。
複合粉末状触媒の製造
ニッケル粉46gと、アルミニウム粉51gと、鉄粉3gとを均一に混合した後、誘導電気炉内で合金状に溶融し、溶融合金を、気体の圧力を利用して、ノズルから高速で回転している銅ドラム上に吐出し、急速に冷却した(冷却速度は105〜106K/sである)。冷却された合金をボールミルで粉末に粉砕し、ふるいを用いて40〜300メッシュの粉末を99.7g得た。容積が500mLの、温度計と撹拌器付き三口フラスコに、20%(重量)の水酸化ナトリウム水溶液を375g投入し、上記により得た粉末を緩慢に添加して、60℃で4時間撹拌した。その後、固体を中性になるまで脱イオン水で洗浄して、複合粉末状触媒を得た。
真空下で、前記複合型塩基触媒と、アニリンと、ニトロベンゼンの輸送ポンプを同時に起動させ、アニリンが150kg/h、ニトロベンゼンが30kg/h、複合型塩基触媒が200kg/hになるように流量を調整して、前記複合型塩基触媒、アニリン及びニトロベンゼンを連続的に流下薄膜反応器へ供給して加熱し、縮合反応を行わせた。流下薄膜反応器中の縮合液を、下部から排出して第1段反応器に供給し、引き続いて縮合反応を行った。第1段反応器の底部の、一部の縮合液を、循環ポンプによりさらに流下薄膜反応器に戻し、局部循環システムを構成した。流下薄膜反応器の熱媒としては、78〜90℃のエタノール蒸気を用いた。反応温度を75℃、圧力を0.008MPa(絶対圧力)、循環液の流量を1m3/hになるように制御した。第1段反応器の流出物を第2段反応器にオーバーフローさせた。第2段反応器の操作温度、圧力など工程条件は、第1段反応器と同一であった。物質の流下薄膜反応器、第1段反応器及び第2段反応器中の総滞留時間が、5時間になるように制御した。縮合反応が安定した後、下記の実施例の方法により回収した複合型塩基触媒を用い、実施例1によって製造した新鮮な複合型塩基触媒のみを少量供給して、反応系における水酸基とニトロベンゼンとのモル比が1:1以上になるように制御した。第2段反応器から排出された物質について分析した結果、ニトロベンゼンが≦0.1%、水分が24.9%、4−ニトロソジフェニルアミンと4−ニトロジフェニルアミンの含有率が16.1%(重量)であった。
真空下で、前記複合型塩基触媒と、アニリンと、ニトロベンゼンの輸送ポンプを同時に起動させ、アニリンが150kg/h、ニトロベンゼンが30kg/h、複合型塩基触媒が200kg/hになるように流量を調整して、前記複合型塩基触媒、アニリン及びニトロベンゼンを所定の比率で連続的に流下薄膜反応器へ供給して加熱し、縮合反応を行わせた。流下薄膜反応器の縮合液を、下部から排出して第1段反応器に供給し、引き続いて縮合反応を行った。第1段反応器の底部の、一部の縮合液を、循環ポンプによりさらに流下薄膜反応器に戻し、局部循環システムを構成した。流下薄膜反応器の熱媒としては、78〜90℃のエタノール蒸気を用いた。反応温度を75℃、圧力を0.008MPa(絶対圧力)、循環液の流量を1m3/hになるように制御した。第1段反応器の物質を、第2段反応器にオーバーフローさせた。第2段反応器の操作温度、圧力など工程条件は、第1段反応器と同一であった。物質の流下薄膜反応器、第1段反応器及び第2段反応器中の総停留時間が、5時間になるように制御した。縮合反応が安定した後、回収した複合型塩基触媒を用いた。水酸化ナトリウム:テトラアルキルアンモニウム塩(実施例1によると炭酸テトラメチルアンモニウムである)が、1:1(モル)の比率になるように塩基触媒を補充添加して、反応系における水酸基イオンとニトロベンゼンとのモル比が1:1以上になるように制御した。第2段反応器から排出された物質について分析した結果、ニトロベンゼンが≦0.1%、水分が15.6%、4−ニトロソジフェニルアミンと4−ニトロジフェニルアミンの含有率が17.6%(重量)であった。
水素化工程
実施例3の方法によって製造した縮合液をろ過して、密封された磁気撹拌機と、冷却及び加熱システムとを有する第1段水素化反応器に供給した。水素ガスで置換し、圧力が1.3MPaになるまで加圧した。水素循環機を作動させ、循環水素ガスの流量を1Nm3/hに保持しながら、反応時の気液移動効果を向上させるために、バブリングの形で循環水素ガスを水素化反応器へ供給した。ニトロベンゼンとアニリンの縮合液の流量が306kg/h、メタノールが60リットル(48kg)/hになるように制御するとともに、上述のようにして製造した複合粉末状触媒を反応器に添加して、固体と液体の比率を6:100(重量比)に制御した。水素化還元液は第1段反応器から第2段反応器へ、さらに第3段反応器へ、最後に沈降槽にオーバーフローさせた。反応温度は75〜80℃、圧力は1.3MPa、総滞留時間は5時間であった。磁気分離機の作用によって、前記複合粉末状触媒を最大限に回収することができる。沈降槽の底部の、より高い濃度の固体触媒を含む固液混合物を、ベンチュリー式の固液輸送装置により、原料を供給する時の動力を利用して、第1段水素化反応器へ戻した。還元反応の終点の状況を検出することにより、水素化反応における触媒の活性を判断して、複合粉末状の水素化触媒の補充添加が必要であるかどうかを決定した。
水素化還元液について、高効率液相クロマトグラフィーにより測定した結果、4−ニトロジフェニルアミンと4−ニトロソジフェニルアミンを含んでいなかった。
分離I工程
実施例5の方法によって製造した水素化液から、沈降と磁気分離を経て、複合粉末状触媒を回収し、ろ過して、磁気分離によっては回収できなかった極めて微細の複合粉末状の水素化触媒を回収した。それを再生した後、水素化工程に戻し、循環して使用した。固体触媒を含んでいない水素化還元液を、計量ポンプにより、360リットル/hの流量で連続的に抽出塔の頂部に輸送し、抽出剤としての水を同様に流量360リットル/hで、そして抽出助剤として分子量が400〜800のポリエチレングリコールジメチルエーテルを流量0.4リットル/hで、連続的に抽出塔の底部に輸送した。抽出した後、塔頂部から水相を得、塔底部から有機相を得た。抽出時間は3時間で、抽出圧力は常圧であった。水素化還元液中のメタノールと縮合複合型塩基触媒を、いずれも水によって水相に抽出し、得られた水相の量は540リットル/hで、有機相の量は180リットル/hであった。
80℃に予熱した水相を、計量ポンプにより540リットル/hの流量で、気体補助流下薄膜蒸発缶の頂部に供給し、気体補助流下薄膜蒸発缶の殻を120℃の水蒸気で加熱した。物質の該蒸発缶内滞留時間は10秒間であった。第1段濃縮液を、圧力が0.1MPa(絶対圧力)である管配列式の第2段流下薄膜蒸発缶に輸送し、該蒸発缶内に約10秒間滞留させた。第2段流下薄膜蒸発缶から出た気液混合物の温度は、80〜95℃であった。第2段気液分離機により分離した後、全体濃縮工程における複合型塩基触媒の回収率は、99.7%に達した。複合型塩基触媒を、縮合工程に循環させた。
分離II工程
流下薄膜蒸発缶から蒸発した気体を冷却して、メタノールを含む約28重量%のメタノール水溶液を得た。該メタノール水溶液を、ポンプで、連続的に精留塔へ輸送して分離し、塔頂から99重量%を超える、水素化工程において循環して使用可能なメタノールを得た。塔底の液体は水であった。ガスクロマトグラフィーにより、塔底の水について測定したが、メタノールの含有率は0.3重量%未満であった。
抽出分離によって得た有機相を、管配列式上昇薄膜型蒸発分離機へ輸送して、大部分のアニリンを分離した。上昇薄膜蒸発分離機の操作圧力は0.1MPa(絶対圧力)であり、180℃の水蒸気で殻を加熱した。上昇薄膜蒸発分離機の頂部の気液分離機で分離して、75〜105℃の気相と160℃の液相を得た。冷却した後の気相をクロマトグラフィーによって測定した結果、アニリンの含有率が99%に達していた。大部分のアニリンは、この工程中に蒸発した。蒸発したアニリンを縮合工程に循環させ、縮合反応の原料として用いることができた。前記液相は、4−アミノジフェニルアミンの粗生成物であり、その中に78.1%の4−アミノジフェニルアミン、21.75%のアニリン、及び残分としてその他の有機異物が含まれていた。
精製工程
4−アミノジフェニルアミンの粗生成物(4−アミノジフェニルアミン78.1%、アニリン21.75%、アゾベンゼン0.05%及びフェナジン0.1%を含む)を、流量120kg/hで、ギアポンプを用いて連続的に第1精留塔へと輸送した。塔底温度が270℃、塔頂温度が110℃、真空度が0.094MPa、還流比が5:1になるように制御した。軽質成分であるアニリン、アゾベンゼン及びフェナジンを、塔頂から採集して第3精留塔へ輸送し、その流量は約26.2kg/hであった。第3精留塔の塔底温度は150℃、塔頂温度は90℃、真空度は0.094MPa、還流比は1:1であった。塔頂から、流量24kg/hでアニリンを蒸発させ、塔底には、アゾベンゼンとフェナジンが残った。第1精留塔の塔底液を、第2精留塔へ輸送した。第2精留塔を、塔底温度が280℃、塔頂温度が170℃、真空度が0.097MPa、還流比が1:1になるように制御した。第2精留塔の塔頂から得たのは、製品4−アミノジフェニルアミンであった。第2精留塔の塔底液を、回分蒸留釜へ輸送した。回分蒸留釜の塔底温度を285〜320℃、真空度を0.094MPa、塔頂温度を235〜250℃に保持し、蒸発した後の残りの4−アミノジフェニルアミンを第2精留塔へ循環して、さらに蒸留した。4−アミノジフェニルアミンの精製工程は、全体を連続的に行った。得られた4−アミノジフェニルアミンの製品の純度は99.1%であり、融点72℃、凝固点72.4℃であった。この工程の工業規模生産の収率は、95.1%であった。
触媒の再生方法
水素化液のろ過によって回収された複合粉末状触媒20gを、撹拌機と温度計付きの100mLの三口フラスコに仕込み、さらに40%の水酸化ナトリウムを20mL添加した。該混合物を、撹拌しながら90℃に加熱し、この温度で1時間反応させた。反応が終わった後、触媒を超音波洗浄器に投入して、30分間かけて、洗浄水のpHが7〜8になるまで、水で複数回洗浄した。得られた固体は、再生された後の複合粉末状触媒であった。
複合型塩基触媒の製造
撹拌機と冷却器付きの500mLの三口フラスコに、水230gを仕込み、温度を75±2℃に制御しながら、水酸化テトラメチルアンモニウム五水和物91g(水酸化テトラメチルアンモニウム0.50モルを含有)、水酸化ナトリウム20g(0.5モル)、トリメチル(ヒドロキシエチル)アンモニウムクロリド70g(0.5モル)を任意の順序で仕込み、均一に撹拌して、複合型塩基触媒を得た。濃度は32.85(重量%)であった。
複合型塩基触媒の製造
撹拌機と冷却器付き500mLの三口フラスコに、水230gを仕込み、混合温度を75±2℃に制御しながら、水酸化テトラメチルアンモニウム五水和物91g(水酸化テトラメチルアンモニウム0.50モルを含有)、水酸化ナトリウム20g(0.5モル)、メチル炭酸テトラメチルアンモニウム([(CH3)4N]+[CO3CH3]−)74.5g(0.5モル)を任意の順序で添加し、均一に撹拌して、複合型塩基触媒を得た。濃度は33.7(重量%)であった。
撹拌機、冷却器及び分水器付きの500mLの四口フラスコに、水150gを仕込み、水酸化テトラメチルアンモニウム五水和物91g(水酸化テトラメチルアンモニウム0.50モルを含有)、水酸化ナトリウム20g(0.5モル)、メチル炭酸テトラメチルアンモニウム([(CH3)4N]+[CO3CH3]−)74.5g(0.5モル)を任意の順序で添加し、ベンゼン25gを加え、加熱して還流した。分水器には、水と油層が存在したが、油層を更に四口フラスコに戻し、水層を分離した。蒸留した液体が水を含まないまでに蒸留して、無水の複合型塩基触媒を得た。
メチル炭酸テトラメチルアンモニウム([(CH3)4N]+[CO3CH3]−)の製造
撹拌装置と加熱装置付きの1.5リットルのオートクレーブに、炭酸ジメチルエステル90g(1.0モル)、トリメチルアミン59g(1.0モル)及びメタノール510g(15モル)を仕込んだ。密閉した後、撹拌を開始し、140℃に達するまで加熱した。圧力は、1.5MPaであった。この温度を保持しながら4時間反応させた。その後、50℃まで温度を下げ、1リットルの三口フラスコに放出して、メチル炭酸テトラメチルアンモニウムのメタノール溶液を得た。減圧により一部のメタノールを除去し、室温まで冷却して、白色の結晶を析出させた。ろ過、乾燥した後、さらにメタノールで再結晶させて、メチル炭酸テトラメチルアンモニウム119.5gを得た。クロマトグラフィーによって分析した結果、純度は99.2%で、収率は80.2%であった。
1〜クロロ−2,3〜プロピレンオキシド92.5g(1.0モル)、N−メチルジエタノールアミン3g(1.0モル)、水酸化ナトリウム2g及び水700gを、撹拌装置、加熱装置及び温度測定装置付きの反応釜に仕込み、撹拌を開始し、温度を徐々に120℃まで上昇させた。反応釜にエチレンオキシドガスを導入し、反応釜の圧力を0.3MPaに保持して、反応の圧力が低下した後、導入したエチレンオキシドガスの量が150gになるまで、さらにエチレンオキシドガスを導入し、該条件下で2時間反応させ、ClCH2[CH2CH2O]2〜5Hを得た。更にトリメチルアミンガス60gを導入し、140℃に加熱した。圧力は1.5MPaであった。該温度で4時間反応させた。室温まで温度を低下させ、常法で脱水乾燥して、N,N,N−トリメチル−N−(ポリ)オキシエチレン(EO:1〜4モル)プロピルアンモニウム塩酸塩105gを得た。
水酸化テトラメチルアンモニウムの製造
撹拌装置と加熱装置付きの1.5リットルのオートクレーブに、炭酸ジメチルエステル90g(1.0モル)、トリメチルアミン59g(1.0モル)及びメタノール510g(15モル)を仕込んだ。密閉した後、撹拌を開始し、140℃まで加熱した。圧力は、1.5MPaであった。該温度を保持しながら4時間反応させた。その後、室温まで温度を下げ、1リットルの三口フラスコに放出して、水酸化カリウム148g(2.0モル)と水350gから調製したスラリーを添加した。撹拌しながら、8時間加熱してメタノールを蒸留し、ろ過して、水酸化テトラメチルアンモニウム溶液355gを得た。分析の結果、水酸化テトラメチルアンモニウムの含有率は24.4%で、全体の反応収率は95.2%であった。
水酸化テトラエチルアンモニウムの製造
撹拌装置と加熱装置付き1.5リットルのオートクレーブに、硫酸ジエチルエステル154g(1.0モル)、トリエチルアミン101g(1.0モル)及びエタノール690g(15モル)を添加した。密閉した後、撹拌を開始し、140℃まで加熱した。圧力は、1.0MPaであった。該温度を保持しながら4時間反応させた。その後、室温まで温度を下げ、1リットルの三口フラスコに放出して、水酸化ナトリウム80g(2.0モル)を添加して、撹拌しながら加熱し、反応温度を45℃に、反応時間を4時間に制御した。ろ過した後、ろ液からまず一部のエタノールを蒸留して、水500gを添加しながらエタノールを蒸発(その一部は水に含まれた)させ、水酸化テトラエチルアンモニウム溶液604gを得た。分析の結果、水酸化テトラエチルアンモニウムの含有率は23.3%(重量)で、全体反応収率は95.7%であった。
アニリンとニトロベンゼンの量の反応に対する影響
真空システム及び温度制御システムを有する小型反応器、流下薄膜反応器並びに循環ポンプによって、総体積が1リットルの局部循環システムを構成した。先にアニリンを充満させ、循環ポンプの流量を2リットル/hに設定した。ニトロベンゼン:アニリン:複合型塩基触媒中のOH−のモル比が1:1:1.8である、ニトロベンゼン、アニリン及び実施例1によって製造した複合型塩基触媒を含む混合液を、200mL/hで反応器に供給した。滞留時間は5時間であった。体系温度を75℃、圧力を0.008MPa(絶対圧力)に保持した。反応液からアニリンを置換させて、反応液の組成が安定した後、サンプルを取って分析したが、ニトロベンゼンの存在は、ほとんど観測できなかった。反応によって生成した4−ニトロソジフェニルアミンと4−ニトロジフェニルアミンのモル数の合計により、反応の選択性を計算した。
同じ条件において、ニトロベンゼンとアニリンの比率のみを変更して、表1に示す結果を得た。
縮合反応に対する水の影響
真空ポンプと、局部循環システムとが装着された連続反応装置を使用した。該連続反応装置は、温度測定と加熱システム、薄膜式反応器、循環ポンプからなり、総体積は1リットルである。先にアニリンを充満させ、循環ポンプの流量を2リットル/hに設定した。ニトロベンゼン、アニリン及び複合型塩基触媒を含む混合液を、所定の速度で反応器に供給し、ニトロベンゼン:アニリンのモル比を1:7に、ニトロベンゼン:複合型塩基触媒のOH−のモル比を1:1.15に保持した。反応温度は75℃、圧力は0.008MPa(絶対圧力)であった。反応液からアニリンを置換させて、反応液の組成が安定した後、供給する原料の流量を調整して、ニトロベンゼンの量が≦0.1%になるように反応滞留時間を調整し、反応によって生成した4−ニトロソジフェニルアミンと4−ニトロジフェニルアミンに基づいて計算した収率が97%になった時点で、反応液の出口の水分含量を測定して、下記の結果を得た。
実施例12により製造した無水複合型触媒を、アニリン651gとともに、撹拌装置と温度計付きの四口プラスコに仕込み、撹拌を開始して、温度を75℃、圧力を0.008MPa(絶対圧力)に保持し、系内の含水率が0.5%未満になるまで反応させた。蒸留したアニリンと水の共沸物を2層に分けた後、アニリンを更に四口フラスコに戻し、2時間かけてニトロベンゼン123gを滴下し、保持しながら引き続いて4時間脱水した。クロマトグラフィーによって分析した結果、4−ニトロソジフェニルアミンと4−ニトロジフェニルアミンの収率は97.4%で、系内の含水率は、0.5%未満であった。
連続薄膜式反応と全体混合反応の結果の比較
アニリン:ニトロベンゼン:複合型塩基触媒中のOH−のモル比を7.5:1:1.5に、反応温度を75℃、反応時間を5時間、圧力を0.005MPa(絶対圧力)に制御して、連続薄膜式反応と全体混合反応を比較した。その結果を表2及び表3に示す。
回分式水素化の実施例
撹拌装置と温度制御装置付きの1リットルのオートクレーブに、17.5%の4−ニトロソジフェニルアミンと3.0%の4−ニトロジフェニルアミンを含む縮合液500gを仕込んだ。エタノール150gと、本発明の実施例2で製造した複合粉末状触媒5gを添加した。水素ガスで3回置換した後、0.8MPaまで加圧した。撹拌しながら、反応混合物を100℃まで加熱し、そして該温度で4時間保持した。反応が完了した後、冷却し、減圧して生成物を排出した。高効率液相クロマトグラフィーで反応液を分析した結果、反応液には4−ニトロソジフェニルアミンと4−ニトロジフェニルアミンが含まれておらず、4−アミノジフェニルベンゼンの含有率は、14.6%(クロマトグラフィー含量)であった。
5重量%のパラジウムを含むPd/C触媒と、本発明の複合粉末状触媒とを比較した。試験は、上述の回分式水素化の実施例に記載された工程条件下で行い、添加した触媒の量も同じにした。反応が完了した後、2種類の触媒をいずれも回収して使用した。回収使用する回数が21回に達する前には、両者の反応液では、いずれも4−ニトロソジフェニルアミンが測定できなかった。しかしながら、回収使用の回数が第21回目の時、Pd/C触媒を用いて得た反応液には、0.1%の4−ニトロジフェニルアミンが含まれていた。なお、本発明の複合粉末状触媒を用いて得た反応液では、4−ニトロジフェニルアミンが観測されなかった。これにより、本発明の触媒の抗触媒毒性が、貴金属触媒に比べて優れていることが判明できた。
Claims (33)
- ニトロベンゼンとアニリンを原料とし、縮合触媒として複合型塩基触媒を用い、水素化反応の触媒として複合粉末状触媒を用い、
縮合工程、水素化工程、分離I工程、分離II工程及び精製工程の、5工程を含み、
前記分離I工程は、複合型塩基触媒を分離・回収して循環使用に供し、少なくとも一部が再生されたものでもよい複合粉末状触媒を分離・回収して循環使用に供する工程であり、
前記分離II工程は、水素化溶媒を分離・回収して循環使用に供してもよく、アニリンを分離・回収して循環使用に供する工程である
ことを特徴とする、4−アミノジフェニルアミンの製造方法。 - 縮合反応の条件として、ニトロベンゼン:アニリン=1:1〜1:15(モル比)であり、反応温度が20〜150℃、反応圧力が0.005〜0.1MPa(絶対圧力)、そして反応時間が3.5〜6時間であることを特徴とする、請求項1に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
- 複合型塩基触媒中の水酸基イオンとニトロベンゼンとのモル比が1:4〜4:1であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
- 縮合反応に用いられる複合型塩基触媒が、水酸化テトラアルキルアンモニウム、アルカリ金属水酸化物及びテトラアルキルアンモニウム塩の3種類の成分を含むことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
- 複合型塩基触媒中の水酸化テトラアルキルアンモニウム:アルカリ金属水酸化物:テトラアルキルアンモニウム塩の比率が(0〜9):(0.5〜3):(0.5〜3)(モル比)で、水酸化テトラアルキルアンモニウム、アルカリ金属水酸化物及びテトラアルキルアンモニウム塩の合計濃度が10〜100重量%であることを特徴とする、請求項4に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
- 前記複合型塩基触媒を、温度を0〜90℃に制御しながら、水酸化テトラアルキルアンモニウムと、アルカリ金属の水酸化物又は酸化物と、テトラアルキルアンモニウム塩とを、所望のモル比で、水中で均一に撹拌して、含水複合型塩基触媒を得ることによって製造し、前記原料である水酸化テトラアルキルアンモニウムと、アルカリ金属の水酸化物又は酸化物と、テトラアルキルアンモニウム塩が、いずれも固体又は水溶液の形態であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
- 前記複合型塩基触媒を、温度を0〜90℃に制御しながら、水酸化テトラアルキルアンモニウムと、アルカリ金属の水酸化物又は酸化物と、テトラアルキルアンモニウム塩とを、所望のモル比で、水中で均一に撹拌して、ベンゼンを添加し、共沸によって、水を完全に除去して、無水複合型塩基触媒を得ることによって製造し、前記原料である水酸化テトラアルキルアンモニウムと、アルカリ金属の水酸化物又は酸化物と、テトラアルキルアンモニウム塩が、いずれも固体又は水溶液の形態であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
- 前記テトラアルキルアンモニウム塩が下記の一般式:
[(R1)(R2)(R3)(R4)N]+ nXn−
(式中、R1、R2、R3及びR4は、同一であっても異なっていてもよく、炭素原子数が1〜4のアルキル基を表し、前記アルキル基は、親水性置換基を有してもよく、Xn−は、ハロゲンイオン、硫酸イオン、炭酸イオン、リン酸イオン、炭酸水素イオン、硫酸水素イオン、アルキル(C1〜C2)炭酸イオン、アルキル(C1〜C2)硫酸イオンから選ばれる基であり、n=1〜2である)で表されることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。 - 前記テトラアルキルアンモニウム塩の一般式において、R1、R2、R3及びR4のうち少なくとも1個が親水性置換基を有し、該親水性置換基が、ヒドロキシ、メトキシ、ポリエーテル、カチオンポリアミド、ポリエステル、ポリエチレンポリアミン、強水溶性のアンモニウム塩含有基から選ばれた基であることを特徴とする、請求項8に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
- 前記テトラアルキルアンモニウム塩が、ポリメチル化トリエチレンテトラアミン硫酸塩、ポリメチル化ジエチレントリアミン炭酸塩、N,N−ジメチル−N,N−ジメトキシエチルアンモニウム炭酸塩、N−メチル−N,N,N−トリメトキシエチルアンモニウム炭酸塩、N,N,N−トリメチル−N−ヒドロキシエチルアンモニウム炭酸塩、トリメチルヒドロキシエチルアンモニウムクロリド、N,N,N−トリメチル−N−(ポリ)オキシエチレン(EO:1〜4モル)エチルアンモニウム炭酸、N,N,N−トリメチル−N−(ポリ)オキシエチレン(EO:1〜4モル)プロピルアンモニウム炭酸塩、N,N,N−トリメチル−N−(ポリ)オキシエチレン(EO:1〜4モル)プロピルアンモニウム塩酸塩、及びN,N−ジメチル−N,N−ビス((ポリ)オキシエチレン(EO:1〜4モル)プロピル)アンモニウム炭酸塩から選ばれた親水性置換基含有テトラアルキルアンモニウム塩であることを特徴とする、請求項9に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
- 前記テトラアルキルアンモニウム塩が、テトラメチルアンモニウム炭酸塩、メチル炭酸テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム炭酸塩、エチル炭酸テトラエチルアンモニウム、テトラメチルアンモニウム硫酸塩、メチル硫酸テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム硫酸塩、及びエチル硫酸テトラエチルアンモニウムから選ばれたものであることを特徴とする、請求項8に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
- 前記テトラアルキルアンモニウム塩が、トリアルキルアミンと炭酸ジアルキル(C1〜C2)エステル又は硫酸ジアルキル(C1〜C2)エステルとを、極性溶媒中で反応させて得たものであることを特徴とする、請求項8〜11のいずれか1項に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
- 前記テトラアルキルアンモニウム塩を製造する反応において、反応の圧力が0.1〜3MPa、反応温度が50〜200℃、反応時間が1.5〜6時間、トリアルキルアミンと炭酸ジアルキル(C1〜C2)エステル又は硫酸ジアルキル(C1〜C2)エステルとの比率が2:1〜1:2(モル)であり、前記極性溶媒が、メタノール、エタノール又はイソプロパノ−ルで、極性溶媒の使用量が、トリアルキルアミンの重量の1〜10倍であることを特徴とする、請求項12に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
- 前記縮合反応が、無酸素条件下で行われることを特徴とする、請求項1〜13のいずれか1項に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
- 前記縮合反応において、プロトン性物質の別途添加又は制御を行わないことを特徴とする、請求項1〜14のいずれか1項に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
- 前記縮合反応を、無溶媒下で行うことを特徴とする、請求項1〜15のいずれか1項に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
- 前記縮合反応において、反応の初期に一部の複合型塩基触媒を添加するだけで、反応過程においては、複合塩基触媒中のテトラアルキルアンモニウム塩とアルカリ金属の水酸化物又は酸化物との、2種類の成分のみを補充することを特徴とする、請求項1〜16のいずれか1項に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
- 前記縮合反応が、縮合循環ポンプと、流下薄膜反応器と、第1段反応器からなる循環システム、及び必要に応じて設置する後続反応器の中で行われることを特徴とする、請求項1〜17のいずれか1項に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
- 前記縮合工程において、流下薄膜反応器を用い、流下薄膜反応器の熱媒として、アルコール蒸気、温水、水蒸気又はメタノール蒸気を用いることを特徴とする、請求項1〜18のいずれか1項に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
- 水素化反応の条件が、還元剤として水素ガスを用い、気体と液体の比が10:1〜1500:1(体積)、固体と液体の比が0.5:100〜16:100(重量)、そして溶媒:縮合液=1:10〜5:10(重量)であり、気体は水素ガスであり、液体は溶媒と縮合液を含み、固体は複合粉末状触媒であり、水素化反応の温度が50〜100℃、反応器の圧力が0.2〜3.0MPa(絶対圧力)、そして反応時間が2〜7時間であることを特徴とする、請求項1〜19のいずれか1項に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
- 水素化反応に用られる複合粉末状触媒が、ニッケル、アルミニウム及び元素Aを含み、前記元素Aが、Fe、Cu、Co、Mn、Cr、Mo、B、Pから選ばれる少なくとも1種であり、触媒中のニッケルの含有率が25〜99.9重量%であり、アルミニウムと元素Aの合計含有率が0.1〜75重量%であることを特徴とする、請求項1〜20のいずれか1項に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
- 水素化反応に用いる複合粉末状触媒を、ニッケル粉、アルミニウム粉及び元素Aを所定の比率で混合した後、高温状態で溶融し、反応器から排出した後、急速に冷却して粉末状に粉砕し、その後、水酸化物の水溶液で処理することにより製造することを特徴とする、請求項1〜21のいずれか1項に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
- 前記水素化反応の後に、磁気分離機を用いて、磁性を有する複合粉末状触媒を回収することを特徴とする、請求項1〜22のいずれか1項に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
- ベンチュリー式の固液混合輸送装置を用いて、原料を供給するときの動力を利用して、回収した複合粉末状触媒を水素化反応器に循環させることを特徴とする、請求項1〜23のいずれか1項に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
- 超音波振動及び/又は強塩基処理によって、失活した複合粉末状触媒を再生させることを特徴とする、請求項1〜24のいずれか1項に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
- 水素化反応で使用する溶媒が、アルコール類及び/又は水であることを特徴とする、請求項1〜25のいずれか1項に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
- 水素化反応した後の水素化液を、ポリエーテル類抽出助剤を含む水抽出剤を用いて抽出し、抽出剤と水素化液との比率は0.5:1〜5:1(体積)、好ましくは0.8:1〜1.2:1(体積)であり、抽出時間は2〜5時間であることを特徴とする、請求項1〜26のいずれか1項に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
- 前記ポリエーテル類抽出助剤が、ポリエチレングリコールエーテル類、ポリプロピレングリコールエーテル類、脂肪族アルコールポリオキシエチレンエーテル及びそれらの混合物から選ばれ、抽出助剤と抽出剤としての水との比率が、0.0001:1〜0.005:1(体積)であることを特徴とする、請求項27に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
- 水素化液の抽出によって得た水相を、1段又は複数段の気体補助流下薄膜蒸発缶を用いて濃縮し、複合型塩基触媒を回収することを特徴とする、請求項1〜28のいずれか1項に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
- 前記気体補助流下薄膜蒸発缶が、殻(2’)、管(3’)、殻(2’)の上端に装着された蒸気入口(8’)、殻(2’)の下端に装着された蒸気冷却水出口(1’)、管(3’)の頂部に装着された低濃度の水相入口(6’)、管(3’)の底部に装着された高濃度の水相出口(9’)、管(3’)の頂部に装着された補助流動蒸気入口(5’、7’)、及び低濃度の水相入口(6’)の下方に装着された分散盤(4’)を含むことを特徴とする、請求項29に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
- 水相を濃縮させる時の圧力が0.005〜0.1MPa(絶対圧力)、滞留時間が2〜60秒であり、補助流動蒸気圧を0.01〜0.5MPaに保持することを特徴とする、請求項29又は30に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
- 精製工程において、3塔連続精留及び回分精留を採用し、その中で、第1、第2、第3の精留塔の真空度が、それぞれ独立に0.09〜0.098MPaであり、塔底温度がそれぞれ260〜290℃、260〜300℃及び120〜170℃で、還流比がそれぞれ2:1〜10:1、1:0.5〜1:4及び1:0.5〜1:2であり、回分精留における真空度が0.09〜0.098MPa、塔底温度が280〜330℃であることを特徴とする、請求項1〜31のいずれか1項に記載の4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
- (i)ニトロベンゼン、アニリン及び複合型塩基触媒を、所定の比率で、計量ポンプにより連続的に縮合工程に供給し、反応させ、4−ニトロジフェニルアミンと4−ニトロソジフェニルアミン及び/又はそれらの塩を含む縮合液(7)を生成する工程;
(ii)縮合液(7)及び水素化溶媒(補充した水素化溶媒(2)と、場合により回収された水素化溶媒(5)を含む)を、所定の比率で連続的に水素化工程に供給して、複合粉末状触媒(補充した複合粉末状触媒(1)と、循環して使用する再生されたものでもよい複合粉末状触媒(4)を含む)の存在下で、水素ガスと反応させ、4−アミノジフェニルアミンを含む水素化液(8)を得る工程;
(iii)水素化液(8)を分離I工程に供給し、(a)複合粉末状触媒(4)、(b)複合型塩基触媒(3)、(c)濃縮の際に蒸発させて得られる水相、及び抽出によって得られる有機相(9)を分離して回収し、前記複合粉末状触媒(4)を直接に水素化工程に循環させるか、あるいは少なくとも一部を再生してから水素化工程に循環させ、複合型塩基触媒(3)を、縮合工程に循環させる工程;
(iv)分離I工程から得た水相と有機相(9)を、それぞれ分離II工程に供給し、(a)縮合工程に循環させるアニリン(6)と、(b)アニリンをほとんど分離した4−アミノジフェニルアミンの粗生成物(10)と、場合によっては、(c)水素化工程に循環させる水素化溶媒(5)を分離して得る工程;
(v)4−アミノジフェニルアミンの粗生成物(10)を、精製工程に供給し、ここで分離して、(a)縮合工程に循環させる一部のアニリン(6)と、(b)4−アミノジフェニルアミンの製品を得る工程
を含むことを特徴とする、4−アミノジフェニルアミンの製造方法。
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