JP2007223920A - 超臨界水を媒体とする反応系を利用したアミドの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】亜臨界水又は超臨界水を媒体として使用し、反応系の反応条件を調整することにより、原料の不飽和アルキルニトリルを相当するアミド及び/又はカルボン酸に変換することを特徴とするアミド及び/又はカルボン酸の製造方法。
【効果】亜臨界水又は超臨界水を媒体として使用することで、従来法のように、強酸や有機溶媒、固体金属触媒や生物触媒を使用することなしに、短時間で、かつ高い選択率で上記化合物を合成することを可能とする環境低負荷型のアミド及び/又はカルボン酸の新規製造技術を提供できる。
【選択図】図1
Description
(1)亜臨界水又は超臨界水を媒体として使用し、反応系の反応条件を調整することにより、原料の不飽和アルキルニトリルを相当するアミド及び/又はカルボン酸に変換することを特徴とするアミド及び/又はカルボン酸の製造方法。
(2)不飽和アルキルニトリルが、アクリルニトリルであり、相当するアミド及び/又はカルボン酸が、アクリルアミド及び/又はアクリル酸である前記(1)に記載のアミド及び/又はカルボン酸の製造方法。
(3)反応系の反応条件として、圧力、温度、水素イオン濃度及び/又は反応時間を調整することによって、反応の進展割合を制御する前記(1)に記載のアミド及び/又はカルボン酸の製造方法。
(4)亜臨界水又は超臨界水の高温高圧条件が、温度350℃以上、圧力22.1MPa以上の温度圧力領域である前記(1)又は(3)に記載のアミド及び/又はカルボン酸の製造方法。
(5)高温高圧条件が、350〜400℃、25〜50MPaである前記(4)に記載のアミド及び/又はカルボン酸の製造方法。
(6)反応時間が、1秒以下である前記(1)又は(3)に記載のアミド及び/又はカルボン酸の製造方法。
(7)反応溶液を0.03秒以下の高速昇温で目標反応温度まで昇温させる前記(1)に記載のアミド及び/又はカルボン酸の製造方法。
(8)反応溶液を0.5秒以下で高速冷却して反応を停止する前記(1)に記載のアミド及び/又はカルボン酸の製造方法。
(9)反応をアルカリの存在下で行うことにより、1次反応物であるアミドを選択的に製造する前記(1)に記載のアミド及び/又はカルボン酸の製造方法。
(10)反応を酸の存在下で行うことにより、2次反応物であるカルボン酸を選択的に製造する前記(1)に記載のアミド及び/又はカルボン酸の製造方法。
本発明は、不飽和脂肪族炭化水素類を骨格化合物Rとし、シアノ基(−CN)を有する原料のニトリル類(R−CN、例えば、アクリロニトリル:R=CH2CH)を加水分解することによってアミド類(R−CONH2)を製造するに当たり、該反応を、亜臨界水又は超臨界水中で、アンモニア(NH3)等のアルカリ又は酸の共存下もしくは水単独の存在下で行うことを特徴とするものである。ここで、亜臨界水とは、温度350℃から374℃未満の温度条件であって、圧力が純粋な水の臨界圧力22.1MPaを超えた単相状態となっている高温高圧水を指し、また、超臨界水とは、純粋な水が、その熱力学的臨界点(温度374℃、圧力22.1MPa)を超える温度、圧力状態となっていることを指す。
(1)本発明は、原料のアクリロニトリル等のニトリルからアクリルアミド等のアミドを製造する際に、反応媒体として亜臨界水又は超臨界水を用いることにより、強酸や有機溶媒を使用せず、かつ無触媒で、従来法よりも短時間で、かつ簡便な工程で、更に、高い選択率で相当するアミド及び/又はカルボン酸を製造することができる。
(2)特に、反応時間又は滞留時間を1秒以下に短縮することで、アミドの高効率の連続生産が可能になることから、アミドの製造コストの大幅な削減が可能である。
(3)更に、副生産物として生成されるアクリル酸は、重要な工業原料であり、適切に分離、精製することで、工業的に再利用することが可能である。
(4)同一の製造装置を用いて、反応条件を変化させることにより、アミド及び/又はカルボン酸の生産を任意に切り替えることが可能である。
超臨界水中でのアクリルアミド(CH2CHCONH2)の合成実験を実施する目的で、図3に示す反応実験装置を製作した。この装置図において、ポンプ1a、1b、1c、1dは、それぞれ送液能力0.1−50ml/minを有する高圧仕様液体ポンプである。1aは超臨界水供給用、1bは第一基質用、1cは第二基質用、1dは冷却水供給用である。各ポンプの溶液吸引口には、固形物フィルター、吐出口には、逆支弁が設置されている。図3の圧力計2と1aの間には1aによって供給される高圧化された純水を加熱して超臨界水とするための加熱ユニットが設けられている。また、このシステムには、安全弁が同様に付属されている。
上記実施例1は、常温の基質水溶液に高温の超臨界水、及び常温純水を直接混合させることにより急速に加熱冷却を行う方式であり、基質水溶液の2段階の希釈が発生する。そこで、アクリルニトリル水溶液を外部から間接的に加熱冷却して、希釈することなく、短時間所定の超臨界状態にすることで反応を進行させることができる反応実験装置(図4)を用いて、反応実験を実施した。以下に装置の説明を記載する。
次に、アンモニア添加の効果を見るために、上記実施例2と同一の反応実験装置を用いて、濃度0.05Mのアクリロニトリル水溶液に対して、濃度0.25Mとなるようにアンモニア水を添加した混合溶液を調製し、反応温度を変化させて流通させた。その他の実験条件は、実施例2と同じく圧力40MPa、ポンプ送液量20cc/minとした。回収された反応溶液を高圧液体クロマトグラフィ及び質量分析装置(LC/MS)により分析した。その結果を表2に示す。アンモニア添加の効果として、アクリルアミドの収率は3.3倍から8.9倍の向上を示した。
上記実施例2及び3では、反応時間が短いことにより、アクリルアミド収率は全体として低い結果となった。そこで、図4中の反応管2bの長さを延長し、反応時間を延長できるように反応実験装置の改修を実施した。改修された反応管は、インコネル625製、長さ700mm、外径3.2mm、内径1.0mmであり、その外部には反応温度を一定に保持するための保温用ヒータを設置した。代表的な実験条件として、圧力40MPa、温度400℃、ポンプ送液量17cc/minとした場合に、反応溶液の反応管通過時間は0.94秒と計算された。
上記実施例4に対するアンモニア添加の効果を調べるために、実施例4と同一の反応実験装置を用いて、濃度0.05Mのアクリロニトリル水溶液に対して、濃度0.25Mとなるようにアンモニア水を添加した混合溶液を調製し、反応温度を変化させて流通させた。その他の実験条件は、実施例2と同じく、圧力40MPa、ポンプ送液量17cc/minとした。回収された反応溶液をGC−FID及び高圧液体クロマトグラフィ及び質量分析装置(LC/MS)によって定量分析した。その結果を表4に示す。
上記実施例5では、塩基性環境での転換を行ったが、0.05Nの希硝酸水溶液を0.05Mのアクリロニトリル水溶液に添加し、pH3−4程度に調整した反応溶液を用いて、水素イオン存在下、酸性条件での実験を行った。その結果を表5に示す。この時の反応条件は実施例4と同一である。
Claims (10)
- 亜臨界水又は超臨界水を媒体として使用し、反応系の反応条件を調整することにより、原料の不飽和アルキルニトリルを相当するアミド及び/又はカルボン酸に変換することを特徴とするアミド及び/又はカルボン酸の製造方法。
- 不飽和アルキルニトリルが、アクリルニトリルであり、相当するアミド及び/又はカルボン酸が、アクリルアミド及び/又はアクリル酸である請求項1に記載のアミド及び/又はカルボン酸の製造方法。
- 反応系の反応条件として、圧力、温度、水素イオン濃度及び/又は反応時間を調整することによって、反応の進展割合を制御する請求項1に記載のアミド及び/又はカルボン酸の製造方法。
- 亜臨界水又は超臨界水の高温高圧条件が、温度350℃以上、圧力22.1MPa以上の温度圧力領域である請求項1又は3に記載のアミド及び/又はカルボン酸の製造方法。
- 高温高圧条件が、350〜400℃、25〜50MPaである請求項4に記載のアミド及び/又はカルボン酸の製造方法。
- 反応時間が、1秒以下である請求項1又は3に記載のアミド及び/又はカルボン酸の製造方法。
- 反応溶液を0.03秒以下の高速昇温で目標反応温度まで昇温させる請求項1に記載のアミド及び/又はカルボン酸の製造方法。
- 反応溶液を0.5秒以下で高速冷却して反応を停止する請求項1に記載のアミド及び/又はカルボン酸の製造方法。
- 反応をアルカリの存在下で行うことにより、1次反応物であるアミドを選択的に製造する請求項1に記載のアミド及び/又はカルボン酸の製造方法。
- 反応を酸の存在下で行うことにより、2次反応物であるカルボン酸を選択的に製造する請求項1に記載のアミド及び/又はカルボン酸の製造方法。
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