JP2007269578A - シアナミド類の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アミン類とハロゲン化シアンを反応させる際、反応熱を効率的に除熱して、シアナミド類を生産性良く製造する。
【解決手段】アンモニア、第一級アミン及び第二級アミンから選ばれる化合物とハロゲン化シアンとを、内容積（Ｖ）に対する内表面積（Ｓ）の比の値（Ｓ／Ｖ）が１０００〜１０００００ｍ^-1である反応器内に供給しながら、連続式で反応させる。反応器としては、多管式反応器が好ましく用いられる。この反応は、さらに塩基を供給しながら行うのがよい。
【選択図】なし。

Description

本発明は、アンモニア、第一級アミン及び第二級アミンから選ばれる化合物（以下、アミン類ということがある）を原料として、シアナミド類を製造する方法に関する。シアナミド類は、医薬中間体等として有用である。

シアナミド類を製造する方法として、アミン類とハロゲン化シアンを反応させる方法が知られている。例えば、ベルギー特許第６４１６０１号明細書（特許文献１）には、第二級アミンの水溶液又は水懸濁液中に塩化シアンを供給しながら反応を行うことが開示されている。また、ドイツ特許出願公開第１００６３０２３号明細書（特許文献２）には、モルホリンの水溶液中に塩化シアンを供給しながら反応を行うことが開示されている。

ベルギー特許第６４１６０１号明細書 ドイツ特許出願公開第１００６３０２３号明細書

特許文献１や２に開示の方法では、シアナミド類の生産性が十分でないため、これを高めるべく、ハロゲン化シアンの供給速度を上げようとすると、シアナミド類とハロゲン化シアンの反応は発熱反応であるので、その除熱がネックとなり、ハロゲン化シアンの供給速度を上げるのが難しかった。そこで、本発明の目的は、アミン類とハロゲン化シアンを反応させる際、反応熱を効率的に除熱して、シアナミド類を生産性良く製造しうる方法を提供することにある。

本発明者らは、鋭意検討の結果、アミン類とハロゲン化シアンの反応を、両者を共フィードしながら連続式で、かつ所定の反応器を用いて行うことにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、アンモニア、第一級アミン及び第二級アミンから選ばれる化合物とハロゲン化シアンとを、内容積（Ｖ）に対する内表面積（Ｓ）の比の値（Ｓ／Ｖ）が１０００〜１０００００ｍ^-1である反応器内に供給しながら、連続式で反応させることにより、シアナミド類を製造する方法を提供するものである。

本発明によれば、アミン類とハロゲン化シアンを反応させる際、反応熱を効率的に除熱することができ、シアナミド類を生産性良く製造することができる。

本発明で原料に用いるアミン類は、アンモニア又は脂肪族若しくは芳香族の第一級若しくは第二級アミンであることができ、典型的には次の式（１）

（式中、Ｒ¹及びＲ²は、それぞれ水素原子又は１価の炭化水素基を表すか、一緒になって２価の有機基を表す。）

で示すことができる。そして、この式（１）で示されるアミン類を原料に用いることにより、次の式（２）

（式中、Ｒ¹及びＲ²は、前記と同じ意味を表す。）

で示されるシアナミド類を製造することができる。

Ｒ¹又はＲ²が１価の炭化水素基である場合、この炭化水素基は、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基又は芳香族炭化水素基であることができ、ここで、脂肪族炭化水素基とは、脂肪族炭化水素から水素を除いた残基であり、その炭素数は通常１〜２０程度である。その具体例としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、ｎ−ヘキシル基、ｎ−オクチル基、ｎ−デシル基、ｎ−ドデシル基、ｎ−オクタデシル基のようなアルキル基；ビニル基、アリル基のようなアルケニル基；エチニル基、プロパルギル基のようなアルキニル基等が挙げられる。

また、脂環式炭化水素基とは、脂環式炭化水素から水素を除いた残基であり、その炭素数は通常３〜２０程度である。この脂環式炭化水素基は、脂環式炭化水素の脂肪族環から水素を除いた残基であってもよいし、脂肪族鎖を有する脂環式炭化水素の該脂肪族鎖から水素を除いた残基であってもよい。その具体例としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基、ノルボルニル基、アダマンチル基のようなシクロアルキル基；シクロペンチルメチル基、シクロヘキシルメチル基のようなシクロアルキルアルキル基等が挙げられる。

また、芳香族炭化水素基とは、芳香族炭化水素から水素を除いた残基であり、その炭素数は通常６〜２０程度である。この芳香族炭化水素基は、芳香族炭化水素の芳香族環から水素を除いた残基であってもよいし、脂肪族鎖を有する芳香族炭化水素の該脂肪族鎖から水素を除いた残基であってもよいし、脂肪族環を有する芳香族炭化水素の該脂肪族環から水素を除いた残基であってもよい。その具体例としては、フェニル基、ナフチル基、インデニル基のようなアリール基；ベンジル基、４−フェニルブチル基のようなアリールアルキル基（アラルキル基）等が挙げられる。

なお、これらの炭化水素基は、置環基を有していてもよく、かかる置換基の例としては、アルコキシ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、ハロゲノ基、オキソ基、シリル基等が挙げられる。

また、Ｒ¹及びＲ²が一緒になって２価の有機基を形成している場合、この有機基は、２つの結合位置の原子が共に炭素原子である芳香族又は脂肪族の基であることができ、その炭素数は通常３〜２０程度である。好ましい例としては、次の式（３）

−(ＣＨ₂)₂−Ｘ−(ＣＨ₂)_n− （３）

（式中、Ｘはメチレン基又は酸素原子を表し、ｎは１又は２の整数を表す。）

で示される基を挙げることができる。

かかるアミン類の具体例としては、アンモニアを始め、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、アリルアミン、ｎ−ブチルアミン、ヘキシルアミン、オクチルアミン、ドデシルアミン、オクタデシルアミン、ベンジルアミン、アニリン、４−メトキシフェニルアミン、４−メチルフェニルアミン、２−メチルフェニルアミン、シクロヘキシルアミン、シクロペンチルアミン、シクロオクチルアミンの如き第一級アミン、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、ジアリルアミン、ジ−ｎ−ブチルアミン、ジヘキシルアミン、ジオクチルアミン、ジドデシルアミン、ジオクタデシルアミン、ジベンジルアミン、ジフェニルアミン、Ｎ−メチルアニリン、ビス（４−メトキシフェニル）アミン、ビス（４−メチルフェニル）アミン、ビス（２−メチルフェニル）アミン、ジシクロヘキシルアミン、ジシクロペンチルアミン、ジシクロオクチルアミン、ピロリジン、ピペリジン、モルホリンの如き第二級アミンが挙げられる。

本発明では、上記のアミン類をハロゲン化シアンと反応させることにより、対応するシアナミド類を製造するが、その際、アミン類とハロゲン化シアンとを反応器内に共フィードしながら、反応器内から反応混合物を抜き出すことにより、連続式で反応を行う。

ハロゲン化シアンとしては、塩化シアンを用いてもよいし、臭化シアンを用いてもよいが、液体又は気体として取り扱いが容易であることから、塩化シアンが好ましく用いられる。ハロゲン化シアンの使用量は、アミン類に対し、通常０．８〜１．５モル倍程度である。

必要に応じて反応溶媒を用いることもでき、その例としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、ヘキサン、メタノール、イソプロピルアルコール、アセトニトリル、ブチロニトリル、ジクロロメタン、１，２−ジクロロエタン、クロロベンゼンの如き有機溶媒や、水が挙げられ、必要に応じてそれらの２種以上からなる混合溶媒を用いることもできる。中でも、水単独溶媒や、水とこれに混和性又は非混和性の有機溶媒との混合溶媒の如き、水性溶媒が好ましく用いられる。反応溶媒の使用量は、アミン類に対し、通常０．５〜１０重量倍、好ましくは０．５〜５重量倍である。反応溶媒を用いる場合、これをアミン類及びハロゲン化シアンと共に、反応器内に供給すればよい。

反応は、反応混合物を中性乃至塩基性に、具体的には反応混合物のｐＨを７〜１３、好ましくは７〜１１に調整しながら行うのがよく、このためには、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、重炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、重炭酸カリウム、炭酸カリウムの如き無機塩基を、アミン類及びハロゲン化シアンと共に、反応器内に供給すればよい。

そして、本発明では、上記反応を行うための反応器として、内容積（Ｖ）に対する内表面積（Ｓ）の比の値（Ｓ／Ｖ）が１０００〜１０００００ｍ^-1であるものを用いる。かかる所定の反応器を用いて上記反応を行うことにより、反応熱を効率的に除去することができるので、アミン類及びハロゲン化シアンの供給速度を高めることができ、シアナミド類を生産性良く製造することができる。また、反応器のサイズを小さいものとすることもできる。このＳ／Ｖ値が大きいほど、除熱効率は向上するが、あまり大きいと、圧力損失が大きくなる。

反応器の形状は、上記所定範囲のＳ／Ｖ値を有していれば特に限定されないが、典型的には、管状であり、円管状であってもよいし、角管状であってもよく、満液状態が可能なものが好ましい。特に、通常１〜１０００００本、好ましくは１０〜５００００本の反応管を有し、その外側（胴側）に伝熱媒体が流れるような構造を有する単管式ないし多管式の反応器が有利に採用される。また、一般にマイクロリアクターと称される、μｍオーダーの反応場を利用した、多チャンネルのフロー型反応器も有利に採用される。

反応器の材質としては、例えば、鉄、ステンレススチール、チタンの如き金属や、ポリ塩化ビニール、ポリエチレン、ポリテトラフルオルエチレンの如き樹脂、ガラス等が挙げられる。熱伝導率の高いものを用いれば、外側が伝熱媒体と接触していない部分の内表面でも、伝熱面として機能し易くなる。

反応温度は、通常０〜１５０℃、好ましくは２０〜１００℃である。反応の経過は、ガスクロマトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー、薄層クロマトグラフィー、核磁気共鳴スペクトル等で追跡することができる。

反応後の後処理操作は適宜選択されるが、例えば、反応混合物を油水分離することにより、油層としてシアナミド類を回収する方法や、反応混合物を濃縮して溶媒を除去した後、無機塩等の不溶物を濾別し、濾液としてシアナミド類を回収する方法等が挙げられる。得られたシアナミド類は、さらに蒸溜、晶析、洗浄等の精製操作に付してもよい。

かくして得られるシアナミド類の具体例としては、シアナミドを始め、メチルシアナミド、エチルシアナミド、ｎ−プロピルシアナミド、イソプロピルシアナミド、アリルシアナミド、ｎ−ブチルシアナミド、ヘキシルシアナミド、オクチルシアナミド、ドデシルシアナミド、オクタデシルシアナミド、ベンジルシアナミド、フェニルシアナミド、４−メトキシフェニルシアナミド、４−メチルフェニルシアナミド、２−メチルフェニルシアナミド、シクロヘキシルシアナミド、シクロペンチルシアナミド、シクロオクチルシアナミドの如き一置換シアナミド、ジメチルシアナミド、ジエチルシアナミド、ジ−ｎ−プロピルシアナミド、ジイソプロピルシアナミド、ジアリルシアナミド、ジ−ｎ−ブチルシアナミド、ジヘキシルシアナミド、ジオクチルシアナミド、ジドデシルシアナミド、ジオクタデシルシアナミド、ジベンジルシアナミド、ジフェニルシアナミド、メチルフェニルシアナミド、ビス（４−メトキシフェニル）シアナミド、ビス（４−メチルフェニル）シアナミド、ビス（２−メチルフェニル）シアナミド、ジシクロヘキシルシアナミド、ジシクロペンチルシアナミド、ジシクロオクチルシアナミド、Ｎ−シアノピロリジン、Ｎ−シアノピペリジン、Ｎ−シアノモルホリンの如き二置換シアナミドが挙げられる。

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれによって限定されるものではない。

実施例１
反応器として、断面内寸が高さ０．２５ｍｍ、幅２ｍｍの長方形で、長さが１ｍの反応管を１００００本有し、胴側に伝熱媒体が循環可能な多管式反応器（反応管全体でＶ＝０．００５ｍ³、Ｓ＝４５ｍ²、Ｓ／Ｖ＝９０００ｍ^-1；胴側も含む全体のサイズで０．０２ｍ³）を使用する。この中に、アンモニア、クロロシアン及び２０重量％水酸化ナトリウム水溶液を、アンモニア１ｍｏｌ（１７．０３ｇ）に対し、クロロシアンを１ｍｏｌ（６１．４７ｇ）及び水酸化ナトリウムを１ｍｏｌ（２０重量％水溶液として２００ｇ）の割合で供給しながら、連続式で反応させる。

総括伝熱係数を１００Ｗ／ｍ²／Ｋ、熱媒と反応液との温度差を１０Ｋ（後者−前者）、反応液の密度を１ｇ／ｃｍ³、反応熱を１６６．７ｋＪ／ｍｏｌ〔ＭＯＰＡＣ（ＰＭ３）による計算値〕とすると、除熱可能な最大処理量（反応液）は２７１ｋｇ／ｈとなる。

比較例１
反応器として、断面内寸が直径１．１３ｍの円形で、高さが１ｍの円筒型反応器（Ｖ＝１ｍ³、Ｓ＝３．５ｍ²、Ｓ／Ｖ＝３．５ｍ^-1）の円筒形反応器を使用し、他は実施例１と同様の条件とする。除熱可能な最大処理量（反応液）は２１ｋｇ／ｈとなる。

Claims (3)

1. アンモニア、第一級アミン及び第二級アミンから選ばれる化合物とハロゲン化シアンとを、内容積（Ｖ）に対する内表面積（Ｓ）の比の値（Ｓ／Ｖ）が１０００〜１０００００ｍ^-1である反応器内に供給しながら、連続式で反応させることを特徴とするシアナミド類の製造方法。
2. 前記反応器が多管式反応器である請求項１に記載の製造方法。
3. さらに塩基を前記反応器内に供給する請求項１又は２に記載の製造方法。