JP2014019644A - Method for manufacturing ethylene urea - Google Patents

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公二 堀
Kazushiro Nakagawa
和城 中川
Hideo Matsui
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D233/00Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, not condensed with other rings
    • C07D233/04Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, not condensed with other rings having one double bond between ring members or between a ring member and a non-ring member
    • C07D233/28Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, not condensed with other rings having one double bond between ring members or between a ring member and a non-ring member with hetero atoms or with carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen, e.g. ester or nitrile radicals, directly attached to ring carbon atoms
    • C07D233/30Oxygen or sulfur atoms
    • C07D233/32One oxygen atom
    • C07D233/34Ethylene-urea

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing ethylene urea which can induce reactions at atmospheric pressure without requiring a high-pressure reaction vessel, can lower reaction temperatures in comparison with methods of the prior art and therefore inhibit yellowish browning of reaction products, and can be industrially implemented.SOLUTION: A ring closing reaction of a monocarboalkoxy derivative of ethylenediamine expressed by general formula (2) [Chemical 1] (where Rm denotes a hydrocarbon group) synthesized by reacting ethylenediamine and a dialkyl carbonate is induced by exerting an inorganic solid base catalyst onto the monocarboalkoxy derivative.

Description

本発明は、エチレン尿素の製造方法に関するものであって、特に従来よりも反応温度を下げることのできると共に収率の良いエチレン尿素の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing ethylene urea, and more particularly to a method for producing ethylene urea which can lower the reaction temperature as compared with the conventional method and has a good yield.

エチレン尿素(2−イミダゾリジノン、2−イミダゾリドン)は、従来からエチレン尿素系樹脂としてテキスタイルや皮革、或いは木材の加工助剤など様々な用途に使用されている。また、近年において、エチレン尿素は製薬工業における中間体として重要である。このエチレン尿素は、工業的に様々な方法で製造することができる。   Ethyleneurea (2-imidazolidinone, 2-imidazolidone) has been conventionally used as an ethyleneurea-based resin in various applications such as textiles, leather, or wood processing aids. In recent years, ethylene urea has been important as an intermediate in the pharmaceutical industry. This ethylene urea can be produced industrially by various methods.

例えば、下記特許文献1に示すエチレンジアミン‐炭酸ガス法においては、約1MPa(10kgf/cm2)の高圧下において、エチレンジアミンと二酸化炭素を300℃で反応させる。この方法においては、高圧反応容器を必要とし、且つ、300℃という高温反応を行わなければならない。 For example, in the ethylenediamine-carbon dioxide method shown in Patent Document 1 below, ethylenediamine and carbon dioxide are reacted at 300 ° C. under a high pressure of about 1 MPa (10 kgf / cm 2 ). In this method, a high pressure reaction vessel is required and a high temperature reaction of 300 ° C. must be performed.

また、下記特許文献2に示すエチレンジアミン‐尿素法においては、約0.1MPa(1kgf/cm2)の大気圧下において、エチレンジアミンと尿素を235℃で反応させる。この方法においては、エチレンジアミン‐炭酸ガス法と異なり大気圧下の反応が可能で高圧反応容器を必要としない。そこで、現在においては、大気圧下での反応が可能なエチレンジアミン‐尿素法が最も多く使用されている。 In the ethylenediamine-urea method shown in Patent Document 2 below, ethylenediamine and urea are reacted at 235 ° C. under an atmospheric pressure of about 0.1 MPa (1 kgf / cm 2 ). In this method, unlike the ethylenediamine-carbon dioxide method, a reaction under atmospheric pressure is possible and a high-pressure reaction vessel is not required. Therefore, at present, the ethylenediamine-urea method capable of reacting under atmospheric pressure is most frequently used.

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ところで、上記特許文献2のエチレンジアミン‐尿素法においても、250℃近い高温下での反応が必要とされる。このような高温化においては、エチレンジアミンが尿素と反応する前に酸化されることにより、また、未反応のエチレンジアミンが酸化されることによりエチレン尿素を含む反応物の黄褐変が激しくなるという問題があった。   By the way, also in the ethylenediamine-urea method of the said patent document 2, reaction under high temperature close to 250 degreeC is required. In such a high temperature, there is a problem that the yellowing of the reaction product containing ethylene urea becomes severe due to oxidation of ethylenediamine before it reacts with urea and oxidation of unreacted ethylenediamine. It was.

エチレン尿素を含む反応物の黄褐変が激しい場合には、エチレン尿素の精製に大きなコストを必要とすると共に、精製後の着色度によっては、エチレン尿素樹脂を合成しても白色建材など白度を要求される用途に使用できないこととなる。   When the reaction product containing ethylene urea is severely yellowish brown, it requires a large cost for the purification of ethylene urea. It cannot be used for the required application.

そこで、本発明においては、大気圧下の反応が可能で高圧反応容器を必要とせず、従来の方法よりも反応温度を下げることができるので反応物の黄褐変が抑えられ、且つ、工業的に適用可能なエチレン尿素の製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, in the present invention, the reaction under atmospheric pressure is possible, a high-pressure reaction vessel is not required, the reaction temperature can be lowered as compared with the conventional method, so that yellowing of the reaction product can be suppressed, and industrially It is an object of the present invention to provide an applicable method for producing ethylene urea.

上記課題の解決にあたり、本発明者らは、鋭意研究の結果、エチレンジアミンとジアルキルカーボネートとの反応に特定の無機固体塩基触媒を作用させることにより、大気圧下で且つ従来よりも低い温度でエチレン尿素を合成できることを見出し本発明の完成に至った。   In solving the above problems, the present inventors, as a result of diligent research, have made ethylene urea at atmospheric pressure and at a temperature lower than conventional by allowing a specific inorganic solid base catalyst to act on the reaction between ethylenediamine and dialkyl carbonate. The present invention was completed.

即ち、本発明に係るエチレン尿素の製造方法は、請求項1の記載によると、
エチレンジアミンと一般式(1)
That is, the method for producing ethylene urea according to the present invention, according to claim 1,
Ethylenediamine and general formula (1)

Figure 2014019644
(式中、R1及びR2は炭化水素基を示し、R1とR2は同一であってもよく異なっていてもよい。)に示すジアルキルカーボネートとの混合物に無機固体塩基触媒を作用させてエチレン尿素を合成することを特徴とする。
Figure 2014019644
(Wherein R1 and R2 represent a hydrocarbon group, and R1 and R2 may be the same or different.) An inorganic solid base catalyst is allowed to act on the mixture with the dialkyl carbonate shown in It is characterized by combining.

また、本発明に係るエチレン尿素の製造方法は、請求項2の記載によると、
エチレンジアミンと一般式(1)
Moreover, according to the description of claim 2, the method for producing ethylene urea according to the present invention,
Ethylenediamine and general formula (1)

Figure 2014019644
(式中、R1及びR2は炭化水素基を示し、R1とR2は同一であってもよく異なっていてもよい。)に示すジアルキルカーボネートとの反応により合成される一般式(2)
Figure 2014019644
(Wherein R1 and R2 represent a hydrocarbon group, and R1 and R2 may be the same or different.) General formula (2) synthesized by reaction with dialkyl carbonate shown in

Figure 2014019644
(式中、Rmは前記一般式(1)におけるR1又はR2の炭化水素基を示す。)に示すエチレンジアミンのモノカルボアルコキシ体に、無機固体塩基触媒を作用させて、当該モノカルボアルコキシ体を閉環反応させることを特徴とする。
Figure 2014019644
(In the formula, Rm represents a hydrocarbon group of R1 or R2 in the general formula (1).) The monocarboalkoxy compound of ethylenediamine shown in FIG. It is made to react.

また、本発明に係るエチレン尿素の製造方法は、請求項3の記載によると、
エチレンジアミンと一般式(1)
Moreover, according to the description of claim 3, the method for producing ethylene urea according to the present invention,
Ethylenediamine and general formula (1)

Figure 2014019644
(式中、R1及びR2は炭化水素基を示し、R1とR2は同一であってもよく異なっていてもよい。)に示すジアルキルカーボネートとを反応させる第1工程と、
前記第1工程における反応物から一般式(2)
Figure 2014019644
(Wherein R1 and R2 represent a hydrocarbon group, and R1 and R2 may be the same or different), and a first step of reacting with a dialkyl carbonate shown in FIG.
From the reaction product in the first step, the general formula (2)

Figure 2014019644
(式中、Rmは前記一般式(1)におけるR1又はR2の炭化水素基を示す。)に示すエチレンジアミンのモノカルボアルコキシ体を単離する第2工程と、
前記第2工程で単離した前記モノカルボアルコキシ体に無機固体塩基触媒を作用させて、当該モノカルボアルコキシ体の閉環反応を行う第3工程とを有することを特徴とする。
Figure 2014019644
(Wherein Rm represents a hydrocarbon group of R1 or R2 in the general formula (1)), a second step of isolating a monocarboalkoxy body of ethylenediamine shown in FIG.
And a third step in which an inorganic solid base catalyst is allowed to act on the monocarboalkoxy isolated in the second step to perform a ring-closing reaction of the monocarboalkoxy.

また、本発明は、請求項4の記載によると、請求項3に記載のエチレン尿素の製造方法であって、
前記第1工程における反応物は、前記一般式(2)に示すエチレンジアミンのモノカルボアルコキシ体と、一般式(3)
According to the description of claim 4, the present invention is the process for producing ethylene urea according to claim 3,
The reaction product in the first step includes a monocarboalkoxy body of ethylenediamine represented by the general formula (2) and a general formula (3).

Figure 2014019644
(式中、Rm及びRnは前記一般式(1)におけるR1又はR2の炭化水素基を示し、RmとRnは同一であってもよく異なっていてもよい。)に示すエチレンジアミンのジカルボアルコキシ体を含有し、モノカルボアルコキシ体とジカルボアルコキシ体の総モル数に対してモノカルボアルコキシ体のモル数が70モル%以上であることを特徴とする。
Figure 2014019644
(In the formula, Rm and Rn represent a hydrocarbon group of R1 or R2 in the general formula (1), and Rm and Rn may be the same or different.) The number of moles of the monocarboalkoxy compound is 70 mol% or more with respect to the total number of moles of the monocarboalkoxy compound and the dicarboalkoxy compound.

また、本発明は、請求項5の記載によると、請求項1〜4のいずれか1つに記載のエチレン尿素の製造方法であって、
前記無機固体塩基触媒は、アルカリ土類金属の酸化物からなることを特徴とする。
Moreover, according to the description of Claim 5, this invention is a manufacturing method of ethylene urea as described in any one of Claims 1-4,
The inorganic solid base catalyst is characterized by comprising an alkaline earth metal oxide.

また、本発明は、請求項6の記載によると、請求項1〜4のいずれか1つに記載のエチレン尿素の製造方法であって、
前記無機固体塩基触媒は、アルカリ土類金属の酸化物を主体とし、当該アルカリ土類金属の一部をアルカリ金属で置換してなる酸化物であることを特徴とする。
Moreover, according to the description of Claim 6, this invention is a manufacturing method of ethylene urea as described in any one of Claims 1-4,
The inorganic solid base catalyst is characterized by being an oxide mainly composed of an oxide of an alkaline earth metal and a part of the alkaline earth metal substituted with an alkali metal.

また、本発明は、請求項7の記載によると、請求項5又は6に記載のエチレン尿素の製造方法であって、
前記閉環反応において、前記一般式(2)に示す前記モノカルボアルコキシ体からの環化率が60%以上であることを特徴とする。
Moreover, according to description of Claim 7, this invention is a manufacturing method of ethylene urea of Claim 5 or 6, Comprising:
In the ring closure reaction, the cyclization rate from the monocarboalkoxy compound represented by the general formula (2) is 60% or more.

上記構成によれば、エチレンジアミンと上記一般式(1)に示すジアルキルカーボネートとの反応によりエチレン尿素を合成する。この反応において無機固体塩基触媒を作用させることにより、大気圧下で反応が進行し、且つ、従来のエチレン尿素の製造法であるエチレンジアミン‐尿素法に比べ、かなり低い温度で反応が進行する。従って、この反応において、未反応のエチレンジアミンが極度に酸化されることがない。   According to the said structure, ethylene urea is synthesize | combined by reaction of ethylenediamine and the dialkyl carbonate shown to the said General formula (1). In this reaction, by reacting the inorganic solid base catalyst, the reaction proceeds under atmospheric pressure, and the reaction proceeds at a considerably lower temperature than the ethylenediamine-urea method, which is a conventional ethyleneurea production method. Therefore, in this reaction, unreacted ethylenediamine is not extremely oxidized.

また、上記請求項2の構成によれば、エチレン尿素を製造するにあたり、まず、エチレンジアミンと上記一般式(1)に示すジアルキルカーボネートとの反応により、上記一般式(2)に示すエチレンジアミンのモノカルボアルコキシ体を合成する。この段階の反応においては、大気圧下で行うことが可能で、且つ、従来のエチレン尿素の製造法であるエチレンジアミン‐尿素法に比べ、かなり低い温度で反応が進行する。従って、この段階において、未反応のエチレンジアミンは極度に酸化されることがない。   In addition, according to the configuration of the second aspect, in the production of ethylene urea, first, by the reaction of ethylenediamine with a dialkyl carbonate represented by the general formula (1), a monocarbohydrate of the ethylenediamine represented by the general formula (2). An alkoxy compound is synthesized. The reaction at this stage can be performed under atmospheric pressure, and the reaction proceeds at a considerably lower temperature than the ethylenediamine-urea method, which is a conventional method for producing ethyleneurea. Therefore, at this stage, unreacted ethylenediamine is not extremely oxidized.

次に、上記反応で合成したモノカルボアルコキシ体に無機固体塩基触媒を作用させて、モノカルボアルコキシ体を閉環反応させエチレン尿素を合成する。この段階の反応においても、大気圧下で行うことが可能で、且つ、無機固体塩基触媒を作用させることにより、従来のエチレン尿素の製造法であるエチレンジアミン‐尿素法に比べ、かなり低い温度で反応が進行する。従って、この段階においても、未反応のエチレンジアミン及びモノカルボアルコキシ体の末端アミノ基が極度に酸化されることがない。   Next, an inorganic solid base catalyst is allowed to act on the monocarboalkoxy compound synthesized by the above reaction to cyclize the monocarboalkoxy compound to synthesize ethylene urea. The reaction at this stage can be performed under atmospheric pressure, and by reacting with an inorganic solid base catalyst, the reaction is performed at a considerably lower temperature than the ethylenediamine-urea method, which is a conventional ethyleneurea production method. Progresses. Accordingly, even at this stage, the unreacted ethylenediamine and the terminal amino group of the monocarboalkoxy compound are not extremely oxidized.

また、上記請求項3の構成によれば、第1工程で合成したモノカルボアルコキシ体は、第2工程で単離される。この単離により、第1工程における反応物から未反応のエチレンジアミンが除去される。従って、モノカルボアルコキシ体を閉環反応する第3工程において、反応系のエチレンジアミンの含有量が少なく酸化されることも少ない。   Moreover, according to the structure of the said Claim 3, the monocarbo alkoxy body synthesize | combined at the 1st process is isolated at the 2nd process. By this isolation, unreacted ethylenediamine is removed from the reaction product in the first step. Therefore, in the third step of ring-closing reaction of the monocarboalkoxy compound, the content of ethylenediamine in the reaction system is low and oxidation is rare.

このように、上記構成によれば、各反応段階におけるエチレンジアミン或いはモノカルボアルコキシ体の末端アミノ基の酸化が抑えられ、閉環反応後の反応物の黄褐変は、従来法に比べ大幅に軽減される。   Thus, according to the above configuration, oxidation of the terminal amino group of ethylenediamine or monocarboalkoxy in each reaction stage is suppressed, and yellowing of the reaction product after the ring-closing reaction is greatly reduced compared to the conventional method. .

また、上記請求項4の構成によれば、上記第1工程における反応物には、エチレン尿素合成の中間体として一般式(2)に示すモノカルボアルコキシ体の他に、副生物として一般式(3)に示すジカルボアルコキシ体が併存することがある。この反応物中のモノカルボアルコキシ体とジカルボアルコキシ体とのモル比において、モノカルボアルコキシ体の比率が70モル%以上であることが好ましい。このことにより、モノカルボアルコキシ体の閉環反応を経て得られるエチレン尿素の収率が向上すると共に、未反応のエチレンジアミンの酸化による反応物の黄褐変が更に抑えられる。   Moreover, according to the structure of the said Claim 4, in addition to the monocarboalkoxy body shown to General formula (2) as a reaction body in the said 1st process as an intermediate of ethylene urea synthesis, general formula ( The dicarboalkoxy compound shown in 3) may coexist. In the molar ratio of the monocarboalkoxy compound to the dicarboalkoxy compound in the reaction product, the ratio of the monocarboalkoxy compound is preferably 70 mol% or more. This improves the yield of ethylene urea obtained through the ring closure reaction of the monocarboalkoxy compound, and further suppresses yellowing of the reaction product due to oxidation of unreacted ethylenediamine.

また、上記請求項5の構成によれば、エチレンジアミンと上記一般式(1)に示すジアルキルカーボネートとの直接反応、又は、モノカルボアルコキシ体を経由する閉環反応に使用する無機固体塩基触媒は、アルカリ土類金属の酸化物であることが好ましい。このことにより、無機固体塩基触媒の触媒活性が向上し、エチレンジアミンとジアルキルカーボネートとの直接反応、又は、モノカルボアルコキシ体の閉環反応における反応温度を従来のエチレン尿素の製造法であるエチレンジアミン‐尿素法の反応温度に比べ、かなり低い温度にすることができる。また、反応温度が低い場合においても、エチレン尿素の収率を高く維持することができ、工業的に適用可能な製造方法を提供することができる。   Moreover, according to the structure of the said Claim 5, the inorganic solid base catalyst used for the direct reaction of ethylenediamine and the dialkyl carbonate shown in the said General formula (1), or the ring-closing reaction via a monocarboalkoxy body is an alkali. An oxide of an earth metal is preferable. As a result, the catalytic activity of the inorganic solid base catalyst is improved, and the reaction temperature in the direct reaction between ethylenediamine and dialkyl carbonate or the ring closure reaction of a monocarboalkoxy compound is the ethylenediamine-urea method, which is a conventional ethyleneurea production method. The reaction temperature can be considerably lower than the reaction temperature. Further, even when the reaction temperature is low, the yield of ethylene urea can be maintained high, and a production method applicable industrially can be provided.

また、上記請求項6の構成によれば、エチレンジアミンとジアルキルカーボネートとの直接反応、又は、モノカルボアルコキシ体の閉環反応に使用する無機固体塩基触媒は、アルカリ土類金属の酸化物を主体とし、当該アルカリ土類金属の一部をアルカリ金属で置換してなる酸化物であることが更に好ましい。このことにより、無機固体塩基触媒の触媒活性が更に向上し、エチレン尿素の収率を高く維持することができ、工業的に適用可能な製造方法を提供することができる。   Moreover, according to the structure of the said Claim 6, the inorganic solid base catalyst used for the direct reaction of ethylenediamine and a dialkyl carbonate or the ring closure reaction of a monocarboalkoxy body is mainly composed of an oxide of an alkaline earth metal, More preferred is an oxide obtained by substituting a part of the alkaline earth metal with an alkali metal. Thus, the catalytic activity of the inorganic solid base catalyst is further improved, the yield of ethylene urea can be maintained high, and an industrially applicable production method can be provided.

また、上記請求項7の構成によれば、一般式(2)に示すモノカルボアルコキシ体からエチレン尿素への環化率が60%以上であることが好ましい。このことにより、エチレン尿素の収率を高く維持することができ、工業的に適用可能な製造方法を提供することができる。   Moreover, according to the structure of the said Claim 7, it is preferable that the cyclization rate from the monocarboalkoxy body shown to General formula (2) to ethylene urea is 60% or more. This makes it possible to maintain a high yield of ethylene urea and provide an industrially applicable production method.

よって、本発明は、大気圧下の反応が可能で高圧反応容器を必要とせず、従来の方法よりも反応温度を下げることができるので反応物の黄褐変が抑えられ、且つ、工業的に適用可能なエチレン尿素の製造方法を提供することができる。   Therefore, the present invention is capable of reacting under atmospheric pressure, does not require a high-pressure reaction vessel, and can lower the reaction temperature as compared with the conventional method, so that yellowing of the reaction product can be suppressed and industrially applied. A possible method for producing ethylene urea can be provided.

本発明の反応において使用するエチレンジアミン(EDA)は、反応性が高く工業化学原料として大量に使用される汎用薬品である。従って、エチレンジアミン(EDA)は入手が容易で安価に使用することができ、エチレン尿素の工業的製造方法に適用が容易である。   Ethylenediamine (EDA) used in the reaction of the present invention is a general-purpose chemical that is highly reactive and used in large quantities as an industrial chemical raw material. Therefore, ethylenediamine (EDA) is easily available and can be used at low cost, and can be easily applied to an industrial production method of ethyleneurea.

一方、本発明の反応において使用するジアルキルカーボネート(DAC)は、下記一般式(1)に示される。   On the other hand, the dialkyl carbonate (DAC) used in the reaction of the present invention is represented by the following general formula (1).

Figure 2014019644
この一般式(1)において、R1及びR2は炭化水素基を示し、R1とR2は同一であってもよく異なっていてもよい。このR1及びR2の炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基などを挙げることができる。
Figure 2014019644
In this general formula (1), R1 and R2 represent a hydrocarbon group, and R1 and R2 may be the same or different. Examples of the hydrocarbon group for R1 and R2 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, and a hexyl group.

このジアルキルカーボネート(DAC)の具体例としては、例えば、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジプロピルカーボネート(DPC)などを挙げることができる。本発明においては、これらのジアルキルカーボネート(DAC)の中でも、ジメチルカーボネート(DMC)を使用することが好ましい。ジメチルカーボネート(DMC)は、反応性が高く工業化学原料として大量に使用される汎用薬品である。従って、ジメチルカーボネート(DMC)は入手が容易で安価に使用することができ、エチレン尿素の工業的製造方法に適用が容易である。   Specific examples of the dialkyl carbonate (DAC) include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate (DPC), and the like. In the present invention, among these dialkyl carbonates (DAC), it is preferable to use dimethyl carbonate (DMC). Dimethyl carbonate (DMC) is a general chemical that has high reactivity and is used in large quantities as an industrial chemical raw material. Accordingly, dimethyl carbonate (DMC) is easily available and can be used at low cost, and can be easily applied to an industrial production method of ethylene urea.

また、本発明の反応においては、エチレンジアミン(EDA)とジアルキルカーボネート(DAC)との反応において、中間体を経由することができる。この中間体としては、下記一般式(2)に示すエチレンジアミン(EDA)のモノカルボアルコキシ体(MA体)が生成する。   In the reaction of the present invention, an intermediate can be used in the reaction of ethylenediamine (EDA) and dialkyl carbonate (DAC). As this intermediate, a monocarboalkoxy body (MA body) of ethylenediamine (EDA) represented by the following general formula (2) is generated.

Figure 2014019644
この一般式(2)において、Rmは上記一般式(1)におけるR1又はR2の炭化水素基を示す。上述のように、このRmの炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基などを挙げることができる。従って、ジアルキルカーボネート(DAC)としてジメチルカーボネート(DMC)を使用した場合には、上記一般式(2)に示す中間体としてエチレンジアミン(EDA)のモノカルボメトキシ体(MM体)が生成する。
Figure 2014019644
In the general formula (2), Rm represents a hydrocarbon group of R1 or R2 in the general formula (1). As described above, examples of the hydrocarbon group of Rm include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, and a hexyl group. Accordingly, when dimethyl carbonate (DMC) is used as the dialkyl carbonate (DAC), a monocarbomethoxy form (MM form) of ethylenediamine (EDA) is formed as an intermediate represented by the general formula (2).

また、本発明の反応においては、エチレンジアミン(EDA)とジアルキルカーボネート(DAC)との反応が更に進行すると、モノカルボアルコキシ体(MA体)とジアルキルカーボネート(DAC)との反応により、副生物として下記一般式(3)に示すエチレンジアミン(EDA)のジカルボアルコキシ体(DA体)が生成する。   In the reaction of the present invention, when the reaction between ethylenediamine (EDA) and dialkyl carbonate (DAC) further proceeds, the reaction between monocarboalkoxy (MA) and dialkyl carbonate (DAC) causes the following by-product. A dicarboalkoxy body (DA body) of ethylenediamine (EDA) represented by the general formula (3) is produced.

Figure 2014019644
この一般式(3)において、Rm及びRnは上記一般式(1)におけるR1又はR2の炭化水素基を示し、RmとRnは同一であってもよく異なっていてもよい。上述のように、これらRmとRnの炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基などを挙げることができる。従って、ジアルキルカーボネート(DAC)としてジメチルカーボネート(DMC)を使用した場合には、上記一般式(3)に示す副生物としてエチレンジアミン(EDA)のジカルボメトキシ体(DM体)が生成する。
Figure 2014019644
In the general formula (3), Rm and Rn represent R1 or R2 hydrocarbon groups in the general formula (1), and Rm and Rn may be the same or different. As described above, examples of the hydrocarbon groups of Rm and Rn include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, and a hexyl group. Therefore, when dimethyl carbonate (DMC) is used as the dialkyl carbonate (DAC), a dicarbomethoxy form (DM form) of ethylenediamine (EDA) is produced as a byproduct shown in the general formula (3).

ここで示した生成物のうち、本発明においてエチレン尿素の合成に寄与するのは、中間体としてのモノカルボアルコキシ体(MA体)である。このモノカルボアルコキシ体(MA体)を閉環反応させることにより、本発明においてエチレン尿素を合成することができる。一方、副生物としてのジカルボアルコキシ体(DA体)を閉環反応させてエチレン尿素を合成することは難しい。従って、ジカルボアルコキシ体(DA体)は、本発明においてエチレン尿素の合成に寄与することができない。   Among the products shown here, it is a monocarboalkoxy body (MA body) as an intermediate that contributes to the synthesis of ethylene urea in the present invention. Ethyleneurea can be synthesized in the present invention by ring-closing reaction of this monocarboalkoxy (MA). On the other hand, it is difficult to synthesize ethylene urea by ring-closing reaction of a dicarboalkoxy compound (DA compound) as a by-product. Accordingly, the dicarboalkoxy compound (DA compound) cannot contribute to the synthesis of ethylene urea in the present invention.

また、本発明の反応においては、エチレンジアミン(EDA)とジアルキルカーボネート(DAC)との直接反応、又は、モノカルボアルコキシ体(MA体)を閉環反応させてエチレン尿素を合成する際の触媒として無機固体塩基触媒を使用する。これらの無機固体塩基触媒は不均一系触媒であって、活性点としての塩基点と酸点とが酸化物上で固定され同時に作用することができる。従って、本発明においては、塩基点によるアミノ基からのプロトン引き抜きと、酸点によるカルボニル酸素の活性化が同時に起こり、直接反応或いは閉環反応が促進されるものと考えられる。   In the reaction of the present invention, an inorganic solid is used as a catalyst for synthesizing ethylene urea by direct reaction of ethylenediamine (EDA) and dialkyl carbonate (DAC) or ring-closing reaction of monocarboalkoxy (MA). A base catalyst is used. These inorganic solid base catalysts are heterogeneous catalysts, and a base point and an acid point as active sites are fixed on the oxide and can act simultaneously. Accordingly, in the present invention, it is considered that the proton abstraction from the amino group by the base point and the activation of the carbonyl oxygen by the acid point occur simultaneously, and the direct reaction or the ring closure reaction is promoted.

本発明の反応において使用する無機固体塩基触媒は、アルカリ土類金属の酸化物からなることが好ましい。これらのアルカリ土類金属の酸化物が強塩基触媒として作用することにより、モノカルボアルコキシ体(MA体)の閉環反応を低い温度で効率よく行うことができる。   The inorganic solid base catalyst used in the reaction of the present invention is preferably composed of an oxide of an alkaline earth metal. When these alkaline earth metal oxides act as a strong base catalyst, the ring closure reaction of the monocarboalkoxy (MA) can be efficiently performed at a low temperature.

これらの酸化物には、例えば、酸化ベリリウム(BeO)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化カルシウム(CaO)、酸化ストロンチウム(SrO)、酸化バリウム(BaO)などが挙げられる。これらの酸化物の中でも、本発明においては、酸化マグネシウム(MgO)、酸化カルシウム(CaO)、酸化ストロンチウム(SrO)を使用することが好ましい。   Examples of these oxides include beryllium oxide (BeO), magnesium oxide (MgO), calcium oxide (CaO), strontium oxide (SrO), and barium oxide (BaO). Among these oxides, it is preferable to use magnesium oxide (MgO), calcium oxide (CaO), or strontium oxide (SrO) in the present invention.

これらのアルカリ土類金属の酸化物は、通常、アルカリ土類金属の水酸化物或いは炭酸塩などを焼成して得ることができる。その際の焼成温度や焼成時間については、特に限定するものではなく、各物質の分解温度等を考慮して適宜選定すればよい。例えば、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)の水酸化物或いは炭酸塩から酸化物を得るには、通常、500℃〜1200℃程度の温度で焼成すればよい。得られたアルカリ土類金属の酸化物は、適宜粉砕されて無機固体塩基触媒として使用される。   These alkaline earth metal oxides can usually be obtained by firing an alkaline earth metal hydroxide or carbonate. The firing temperature and firing time at that time are not particularly limited, and may be appropriately selected in consideration of the decomposition temperature of each substance. For example, in order to obtain an oxide from a hydroxide or carbonate of magnesium (Mg), calcium (Ca), or strontium (Sr), it may be usually fired at a temperature of about 500 ° C to 1200 ° C. The obtained alkaline earth metal oxide is appropriately pulverized and used as an inorganic solid base catalyst.

また、本発明の反応において使用する無機固体塩基触媒は、アルカリ土類金属の酸化物を主体とし、当該アルカリ土類金属の一部をアルカリ金属で置換した酸化物からなることが好ましい。これは、酸化物中の2価のアルカリ土類金属が1価のアルカリ金属に置換されることにより、酸素原子の分極が増大し超強塩基触媒として作用するものと考えられる。これらのアルカリ土類金属の一部をアルカリ金属で置換した酸化物が超強塩基触媒として作用することにより、エチレンジアミン(EDA)とジアルキルカーボネート(DAC)との直接反応、又は、モノカルボアルコキシ体(MA体)の閉環反応を低い温度で更に効率よく行うことができる。   The inorganic solid base catalyst used in the reaction of the present invention is preferably composed of an oxide composed mainly of an alkaline earth metal oxide and a part of the alkaline earth metal substituted with an alkali metal. This is considered that the divalent alkaline earth metal in the oxide is replaced with a monovalent alkali metal, whereby the polarization of oxygen atoms is increased and it acts as a super strong base catalyst. An oxide obtained by substituting a part of these alkaline earth metals with an alkali metal acts as a super strong base catalyst, whereby a direct reaction between ethylenediamine (EDA) and dialkyl carbonate (DAC), or a monocarboalkoxy compound ( The ring closure reaction of the MA form can be carried out more efficiently at a low temperature.

これらの酸化物には、例えば、酸化ベリリウム(BeO)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化カルシウム(CaO)、酸化ストロンチウム(SrO)、酸化バリウム(BaO)などを主体とし、これらのアルカリ土類金属の一部をアルカリ金属で置換した酸化物が挙げられる。これらの酸化物の中でも、本発明においては、酸化マグネシウム(MgO)、酸化カルシウム(CaO)、酸化ストロンチウム(SrO)を主体とし、これらのアルカリ土類金属の一部をアルカリ金属で置換した酸化物を使用することが好ましい。   These oxides are mainly composed of, for example, beryllium oxide (BeO), magnesium oxide (MgO), calcium oxide (CaO), strontium oxide (SrO), barium oxide (BaO), and the like of these alkaline earth metals. Examples thereof include oxides partially substituted with an alkali metal. Among these oxides, in the present invention, oxides mainly composed of magnesium oxide (MgO), calcium oxide (CaO), and strontium oxide (SrO), and a part of these alkaline earth metals are replaced with alkali metals. Is preferably used.

アルカリ土類金属の一部を置換するアルカリ金属としては、例えば、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)などを挙げることができ、特にナトリウム(Na)で置換することが好ましい。アルカリ土類金属とその一部を置換するアルカリ金属との配合比率は、特に限定するものではないが、通常、アルカリ土類金属に対して1モル%〜90モル%であることが好ましく、更に、5モル%〜50モル%であることがより好ましい。   Examples of the alkali metal that substitutes a part of the alkaline earth metal include lithium (Li), sodium (Na), and potassium (K), and it is particularly preferable to substitute with sodium (Na). The blending ratio of the alkaline earth metal and the alkali metal substituting a part thereof is not particularly limited, but it is usually preferably 1 mol% to 90 mol% with respect to the alkaline earth metal. More preferably, it is 5 mol%-50 mol%.

これらのアルカリ土類金属の一部をアルカリ金属で置換した酸化物は、通常、アルカリ土類金属の水酸化物或いは炭酸塩などを焼成する際に、その一部にアルカリ金属の水酸化物或いは炭酸塩などを混合することにより得ることができる。その際の焼成温度や焼成時間については、特に限定するものではなく、各物質の分解温度等を考慮して適宜選定すればよく、通常、500℃〜1200℃程度の温度で焼成すればよい。得られたアルカリ土類金属の一部をアルカリ金属で置換した酸化物は、適宜粉砕されて無機固体塩基触媒として使用される。   An oxide obtained by substituting a part of these alkaline earth metals with an alkali metal is usually an alkali metal hydroxide or a part of the alkaline earth metal hydroxide or carbonate when calcined. It can be obtained by mixing carbonate or the like. The firing temperature and firing time at that time are not particularly limited, and may be appropriately selected in consideration of the decomposition temperature of each substance. Usually, firing may be performed at a temperature of about 500 ° C. to 1200 ° C. The obtained oxide obtained by replacing a part of the alkaline earth metal with an alkali metal is appropriately pulverized and used as an inorganic solid base catalyst.

次に、本発明に係るエチレン尿素の製造方法の1実施形態について説明するが、本発明に係るエチレン尿素の製造方法は、本実施形態のみに限るものではない。   Next, one embodiment of the method for producing ethylene urea according to the present invention will be described, but the method for producing ethylene urea according to the present invention is not limited to this embodiment.

本実施形態において、エチレン尿素の製造方法は、エチレンジアミン(EDA)とジアルキルカーボネート(DAC)とを反応させてモノカルボアルコキシ体(MA体)を合成する第1工程と、この第1工程の反応物からモノカルボアルコキシ体(MA体)を単離する第2工程と、この第2工程で単離したモノカルボアルコキシ体(MA体)に無機固体塩基触媒を作用させて閉環反応を行う第3工程とを有している。以下、本実施形態を各工程に沿って説明する。   In the present embodiment, the ethylene urea production method includes a first step of synthesizing a monocarboalkoxy body (MA body) by reacting ethylenediamine (EDA) and dialkyl carbonate (DAC), and a reaction product of the first step. A second step of isolating the monocarboalkoxy compound (MA-form) from the second step, and a third process in which the monocarboalkoxy compound (MA-form) isolated in the second step is allowed to act on the inorganic solid base catalyst to perform a ring-closing reaction And have. Hereinafter, this embodiment is described along each process.

第1工程:
本第1工程においては、エチレンジアミン(EDA)とジアルキルカーボネート(DAC)とを反応させてモノカルボアルコキシ体(MA体)を合成する。この反応には、特に触媒を添加することを要しない。エチレンジアミン(EDA)の自己触媒機能によるものと考えられる。
First step:
In the first step, ethylenediamine (EDA) and dialkyl carbonate (DAC) are reacted to synthesize a monocarboalkoxy body (MA body). This reaction does not require the addition of a catalyst. This is thought to be due to the autocatalytic function of ethylenediamine (EDA).

本第1工程においては、上述のように、エチレン尿素の合成に寄与する中間体としてのモノカルボアルコキシ体(MA体)の他にエチレン尿素の合成に寄与しない副生物としてのジカルボアルコキシ体(DA体)が生成する。そこで、本実施形態においては、モノカルボアルコキシ体(MA体)とジカルボアルコキシ体(DA体)の合成比率が問題となる。   In the first step, as described above, in addition to the monocarboalkoxy body (MA body) as an intermediate that contributes to the synthesis of ethyleneurea, the dicarboalkoxy body (by-product that does not contribute to the synthesis of ethyleneurea ( DA body) is generated. Therefore, in this embodiment, the synthesis ratio of the monocarboalkoxy body (MA body) and the dicarboalkoxy body (DA body) becomes a problem.

本実施形態においては、第1工程で生成するモノカルボアルコキシ体(MA体)とジカルボアルコキシ体(DA体)の総モル数に対して、モノカルボアルコキシ体(MA体)のモル数が70モル%以上であることが好ましい。モノカルボアルコキシ体(MA体)の合成比率が70モル%以上であることにより、エチレン尿素の収率が向上し工業的に適用可能性が増大する。   In the present embodiment, the number of moles of the monocarboalkoxy body (MA body) is 70 with respect to the total number of moles of the monocarboalkoxy body (MA body) and dicarboalkoxy body (DA body) produced in the first step. It is preferably at least mol%. When the synthesis ratio of the monocarboalkoxy compound (MA compound) is 70 mol% or more, the yield of ethylene urea is improved and the industrial applicability is increased.

本発明者らの検討によると、本第1工程の反応において、まず、モノカルボアルコキシ体(MA体)が生成し、このモノカルボアルコキシ体(MA体)の生成がある程度進んだ段階でモノカルボアルコキシ体(MA体)と反応浴中の未反応のジアルキルカーボネート(DAC)とが反応してジカルボアルコキシ体(DA体)が生成する。従って、本第1工程においては、モノカルボアルコキシ体(MA体)の生成を速やかに行い、長時間の反応を避けるようにすべきである。   According to the study of the present inventors, in the reaction of the first step, first, a monocarboalkoxy compound (MA isomer) is produced, and the monocarboalkoxy compound (MA isomer) is produced to a certain degree at a certain stage. The alkoxy form (MA form) reacts with the unreacted dialkyl carbonate (DAC) in the reaction bath to produce a dicarboalkoxy form (DA form). Therefore, in the first step, the monocarboalkoxy compound (MA compound) should be promptly generated to avoid a long-time reaction.

エチレンジアミン(EDA)に対するジアルキルカーボネート(DAC)の配合量は化学量論的には等モル量であり、ジカルボアルコキシ体(DA体)の生成を抑制するには、これに近い配合比率であることが好ましい。本実施形態においては、エチレンジアミン(EDA)1モルに対して、0.7モル〜1.3モルのジアルキルカーボネート(DAC)を配合することが好ましく、更に、0.8モル〜1.2モルを配合することがより好ましい。ジアルキルカーボネート(DAC)の配合量がこの範囲より多くなると、ジカルボアルコキシ体(DA体)の生成量が多くなる。   The amount of dialkyl carbonate (DAC) blended with ethylenediamine (EDA) is stoichiometrically equimolar, and the blending ratio is close to this to suppress the formation of dicarboalkoxy (DA). Is preferred. In this embodiment, it is preferable to mix 0.7 mol to 1.3 mol of dialkyl carbonate (DAC) with respect to 1 mol of ethylenediamine (EDA), and further 0.8 mol to 1.2 mol. It is more preferable to mix. When the blending amount of dialkyl carbonate (DAC) exceeds this range, the amount of dicarboalkoxy compound (DA compound) produced increases.

また、反応当初に全量のエチレンジアミン(EDA)とジアルキルカーボネート(DAC)とを配合してから反応してもよいが、エチレンジアミン(EDA)の中にジアルキルカーボネート(DAC)を時間をかけて滴下しながら反応するか、逆に、ジアルキルカーボネート(DAC)の中にエチレンジアミン(EDA)を時間をかけて滴下しながら反応することが好ましい。   Moreover, although you may react after mix | blending the whole quantity ethylenediamine (EDA) and dialkyl carbonate (DAC) at the beginning of reaction, dialkyl carbonate (DAC) is dripped over time in ethylenediamine (EDA). It is preferable to react or, conversely, react while adding ethylenediamine (EDA) dropwise to the dialkyl carbonate (DAC) over time.

本第1工程の反応温度は、特に限定するものではないが、40℃〜130℃の範囲内であることが好ましく、更に、60℃〜120℃の範囲内であることがより好ましい。室温のような低い温度においてもモノカルボアルコキシ体(MA体)が生成するが、その反応時間が長くなり工業的に適用しにくい。一方、130℃を超えるような高い温度においては、エチレンジアミン(EDA)の酸化が進行し、また、反応時間が長くなるとジカルボアルコキシ体(DA体)が多く生成する。なお、この温度範囲は、従来のエチレンジアミン‐尿素法における250℃近い高温下での反応と大きく異なり、エチレンジアミン(EDA)の酸化が大きく抑制される。   The reaction temperature in the first step is not particularly limited, but is preferably in the range of 40 ° C to 130 ° C, and more preferably in the range of 60 ° C to 120 ° C. Even at a low temperature such as room temperature, a monocarboalkoxy compound (MA compound) is produced, but the reaction time becomes long and it is difficult to apply industrially. On the other hand, at a high temperature exceeding 130 ° C., oxidation of ethylenediamine (EDA) proceeds, and when the reaction time is prolonged, a large amount of dicarboalkoxy (DA) is produced. This temperature range is greatly different from the reaction at a high temperature close to 250 ° C. in the conventional ethylenediamine-urea method, and the oxidation of ethylenediamine (EDA) is greatly suppressed.

また、本第1工程の反応時間は、特に限定するものではないが、通常、1時間〜48時間の範囲内であることが好ましく、更に、3時間〜24時間の範囲内であることがより好ましい。エチレンジアミン(EDA)と等モル量のジアルキルカーボネート(DAC)との反応を完結してモノカルボアルコキシ体(MA体)の収率を高くするためには反応時間を長くする必要があるが、この場合にはジカルボアルコキシ体(DA体)が生成する。逆に、ジカルボアルコキシ体(DA体)の生成を抑えるためには、反応時間を短くする必要があるが、この場合にはモノカルボアルコキシ体(MA体)の収率が低くなる。よって、上述の反応温度においては、上記範囲の反応時間が好ましい。   Further, the reaction time of the first step is not particularly limited, but it is usually preferably in the range of 1 hour to 48 hours, and more preferably in the range of 3 hours to 24 hours. preferable. In order to complete the reaction between ethylenediamine (EDA) and an equimolar amount of dialkyl carbonate (DAC) and increase the yield of monocarboalkoxy (MA), it is necessary to lengthen the reaction time. Produces a dicarboalkoxy form (DA form). Conversely, in order to suppress the production of dicarboalkoxy (DA), the reaction time must be shortened, but in this case, the yield of monocarboalkoxy (MA) is reduced. Therefore, the reaction time in the above range is preferable at the above reaction temperature.

第2工程:
本第2工程においては、第1工程の反応物からモノカルボアルコキシ体(MA体)を単離する。この第1工程の反応物には、生成したモノカルボアルコキシ体(MA体)とジカルボアルコキシ体(DA体)、その反応の副生物であるアルカノール、更に微量の未反応のエチレンジアミン(EDA)とジアルキルカーボネート(DAC)とが含まれている。
Second step:
In the second step, a monocarboalkoxy body (MA body) is isolated from the reaction product of the first step. The reaction product of the first step includes the produced monocarboalkoxy (MA) and dicarboalkoxy (DA), alkanol as a by-product of the reaction, and a small amount of unreacted ethylenediamine (EDA). And dialkyl carbonate (DAC).

ここで、室温において、モノカルボアルコキシ体(MA体)は液体であり、ジカルボアルコキシ体(DA体)は固体である。また、エチレンジアミン(EDA)の沸点は117℃であり、ジアルキルカーボネート(DAC)の沸点は90℃である。更に、副生物であるアルカノールの沸点はこれらより低い。そこで、第1工程の反応物を減圧蒸留することにより、モノカルボアルコキシ体(MA体)を単離することができる。この単離操作については後述する。   Here, at room temperature, the monocarboalkoxy body (MA body) is liquid, and the dicarboalkoxy body (DA body) is solid. Further, ethylenediamine (EDA) has a boiling point of 117 ° C., and dialkyl carbonate (DAC) has a boiling point of 90 ° C. In addition, the boiling point of the by-product alkanol is lower than these. Therefore, the monocarboalkoxy compound (MA compound) can be isolated by distillation under reduced pressure of the reaction product in the first step. This isolation operation will be described later.

このように、本第2工程でモノカルボアルコキシ体(MA体)の純度を上げることにより、続く第3工程における閉環反応の効率が向上し、且つ、微量に残留するエチレンジアミン(EDA)及び閉環前のモノカルボアルコキシ体(MA体)の末端アミノ基の酸化が抑制される。   Thus, by increasing the purity of the monocarboalkoxy compound (MA compound) in the second step, the efficiency of the ring-closing reaction in the subsequent third step is improved, and the ethylenediamine (EDA) remaining in a trace amount and before the ring-closing are improved. The oxidation of the terminal amino group of the monocarboalkoxy body (MA body) is suppressed.

第3工程:
本第3工程においては、第2工程で単離したモノカルボアルコキシ体(MA体)に無機固体塩基触媒を作用させて閉環反応によりエチレン尿素を合成する。この反応に使用する無機固体塩基触媒としては、上述のアルカリ土類金属の酸化物、或いは、アルカリ土類金属の一部をアルカリ金属で置換した酸化物を使用することが好ましい。
Third step:
In this 3rd process, an inorganic solid base catalyst is made to act on the monocarboalkoxy body (MA body) isolated at the 2nd process, and ethylene urea is synthesize | combined by ring-closing reaction. As the inorganic solid base catalyst used in this reaction, it is preferable to use the above-mentioned alkaline earth metal oxide or an oxide obtained by substituting a part of the alkaline earth metal with an alkali metal.

この無機固体塩基触媒の使用量は、触媒の種類、塩基活性、粒度及び表面積などにより適宜選定すればよいが、通常、単離したモノカルボアルコキシ体(MA体)に対して3重量%〜20重量%が好ましく、更に、5重量%〜15重量%がより好ましい。   The amount of the inorganic solid base catalyst used may be appropriately selected depending on the type of catalyst, base activity, particle size, surface area, and the like, but is usually 3% by weight to 20% based on the isolated monocarboalkoxy compound (MA compound). % By weight is preferable, and 5% by weight to 15% by weight is more preferable.

本第3工程においては、第2工程で単離したモノカルボアルコキシ体(MA体)を使用するが、その純度は90%以上であることが好ましく、更に、95%以上であることがより好ましい。モノカルボアルコキシ体(MA体)の純度が高いほど閉環反応の効率が向上し、且つ、微量に残留するエチレンジアミン(EDA)の酸化とモノカルボアルコキシ体(MA体)の末端アミノ基の酸化が抑えられるからである。   In this third step, the monocarboalkoxy compound (MA-form) isolated in the second step is used, but its purity is preferably 90% or more, and more preferably 95% or more. . The higher the purity of the monocarboalkoxy (MA), the higher the efficiency of the ring closure reaction, and the less oxidation of ethylenediamine (EDA) and the terminal amino group of the monocarboalkoxy (MA) are suppressed. Because it is.

本実施形態においては、第3工程での閉環反応の環化率は、60%以上であることが好ましく、更に、80%以上であることがより好ましい。閉環反応の環化率が60%以上であることにより、エチレン尿素の収率が向上し工業的に適用可能性が増大する。   In the present embodiment, the cyclization rate of the ring closure reaction in the third step is preferably 60% or more, and more preferably 80% or more. When the cyclization rate of the ring-closing reaction is 60% or more, the yield of ethylene urea is improved and industrial applicability is increased.

本第3工程の反応温度は、無機固体塩基触媒の種類と使用量などにより適宜選定すればよいが、通常、110℃〜140℃であることが好ましく、更に、120℃〜130℃であることがより好ましい。110℃より低い温度においては、閉環反応の効率が悪くなる。一方、140℃を超えるような高い温度においては、モノカルボアルコキシ体(MA体)の末端アミノ基の酸化が起こり反応物の黄褐変が激しくなるからである。   The reaction temperature in the third step may be appropriately selected depending on the type and amount of the inorganic solid base catalyst, but is usually preferably 110 ° C to 140 ° C, and more preferably 120 ° C to 130 ° C. Is more preferable. At temperatures lower than 110 ° C., the efficiency of the ring closure reaction becomes poor. On the other hand, at a high temperature exceeding 140 ° C., the terminal amino group of the monocarboalkoxy body (MA body) is oxidized, and the reaction product becomes severely yellowed.

また、本第3工程の反応時間は、特に限定するものではないが、通常、1時間〜24時間の範囲内であることが好ましく、更に、3時間〜12時間の範囲内であることがより好ましい。モノカルボアルコキシ体(MA体)の閉環反応を完結してエチレン尿素の収率を高くするためには反応時間を長くする必要があるが、この場合には未閉環のモノカルボアルコキシ体(MA体)の末端アミノ基の酸化が起こり反応物の黄褐変が激しくなる。逆に、モノカルボアルコキシ体(MA体)の末端アミノ基の酸化を抑えるためには、反応時間を短くする必要があるが、この場合にはエチレン尿素の収率が低くなる。よって、上述の反応温度においては、上記範囲の反応時間が好ましい。   Further, the reaction time of the third step is not particularly limited, but it is usually preferably within a range of 1 hour to 24 hours, and more preferably within a range of 3 hours to 12 hours. preferable. In order to complete the ring closure reaction of the monocarboalkoxy (MA) and increase the yield of ethylene urea, it is necessary to lengthen the reaction time. In this case, however, the unclosed monocarboalkoxy (MA) ) Oxidation of the terminal amino group occurs and the reaction product becomes yellowish brown. On the other hand, in order to suppress the oxidation of the terminal amino group of the monocarboalkoxy body (MA body), it is necessary to shorten the reaction time. In this case, the yield of ethylene urea is lowered. Therefore, the reaction time in the above range is preferable at the above reaction temperature.

以下、本実施形態に係るエチレン尿素の製造方法を各実施例及び比較例により説明する。なお、下記に示す各実施例においては、いずれも、ジアルキルカーボネート(DAC)としてジメチルカーボネート(DMC)を使用し、エチレンジアミン(EDA)との反応により中間体としてのモノカルボメトキシ体(MM体)を合成した。この反応を下記式(4)に示す。   Hereinafter, the manufacturing method of ethylene urea according to the present embodiment will be described with reference to Examples and Comparative Examples. In each of the following examples, dimethyl carbonate (DMC) was used as the dialkyl carbonate (DAC), and a monocarbomethoxy form (MM form) as an intermediate was obtained by reaction with ethylenediamine (EDA). Synthesized. This reaction is shown in the following formula (4).

Figure 2014019644
次に、単離したモノカルボメトキシ体(MM体)に無機固体塩基触媒を作用して閉環反応を行ってエチレン尿素を得た。この反応を下記式(5)に示す。
Figure 2014019644
Next, the isolated monocarbomethoxy body (MM body) was reacted with an inorganic solid base catalyst to perform a ring-closing reaction to obtain ethylene urea. This reaction is shown in the following formula (5).

Figure 2014019644
Figure 2014019644

第1工程:
本実施例1においては、ジメチルカーボネート(DMC)100mmol(9.03g)に対して、エチレンジアミン(EDA)100mmol(6.0g)を120℃の条件下で1.5時間かけて滴下した後、120℃で24時間撹拌して、モノカルボメトキシ体(MM体)とジカルボメトキシ体(DM体)とを含有する反応物を得た。
First step:
In Example 1, 100 mmol (6.0 g) of ethylenediamine (EDA) was added dropwise over 1.5 hours under the condition of 120 ° C. with respect to 100 mmol (9.03 g) of dimethyl carbonate (DMC). The mixture was stirred at 0 ° C. for 24 hours to obtain a reaction product containing a monocarbomethoxy body (MM body) and a dicarbomethoxy body (DM body).

この反応物は、薄黄色の懸濁液であった。また、この反応物中のモノカルボメトキシ体(MM体)とジカルボメトキシ体(DM体)の生成比は、MM体:DM体=76:24であった。なお、この生成比は1H−NMRの測定により定量した。 The reaction was a light yellow suspension. Moreover, the production ratio of the monocarbomethoxy body (MM body) and the dicarbomethoxy body (DM body) in this reaction product was MM body: DM body = 76: 24. This production ratio was quantified by measurement of 1 H-NMR.

第2工程:
上記反応物からモノカルボメトキシ体(MM体)を単離した。単離操作は、系内の圧力を1333Pa(10mmHg)とした減圧蒸留により行った。この減圧蒸留において、90℃付近からモノカルボメトキシ体(MM体)の留出が認められ、定常的な留出温度は95℃であった。留出分の1H−NMRを測定したところ、モノカルボメトキシ体(MM体)の純度は、約98%であった。なお、不純物として痕跡量のエチレンジアミン(EDA)とメタノールを検出した。
Second step:
A monocarbomethoxy form (MM form) was isolated from the reaction product. The isolation operation was performed by distillation under reduced pressure with the pressure in the system set to 1333 Pa (10 mmHg). In this vacuum distillation, distillation of a monocarbomethoxy body (MM body) was observed from around 90 ° C., and the steady distillation temperature was 95 ° C. When 1 H-NMR of the distillate was measured, the purity of the monocarbomethoxy form (MM form) was about 98%. Trace amounts of ethylenediamine (EDA) and methanol were detected as impurities.

第3工程:
本実施例1においては、無機固体塩基触媒として酸化カルシウム(CaO)を使用した。無機固体塩基触媒としての酸化カルシウム(CaO)の調整は、次のようにして行った。炭酸カルシウム(CaCO3)10gを乳鉢により十分に粉砕した後、空気雰囲気下550℃で4時間焼成して酸化カルシウム(CaO)を調整した。この酸化カルシウム(CaO)は、乳鉢により十分に粉砕した後、無機固体塩基触媒として使用した。
Third step:
In Example 1, calcium oxide (CaO) was used as the inorganic solid base catalyst. Adjustment of calcium oxide (CaO) as an inorganic solid base catalyst was performed as follows. After sufficiently crushing 10 g of calcium carbonate (CaCO 3 ) with a mortar, it was calcined at 550 ° C. for 4 hours in an air atmosphere to prepare calcium oxide (CaO). This calcium oxide (CaO) was sufficiently ground with a mortar and then used as an inorganic solid base catalyst.

モノカルボメトキシ体(MM体)の閉環反応は、次のようにして行った。単離したモノカルボメトキシ体(MM体)20mmol(2.36g)に無機固体塩基触媒10重量%(0.24g)を加え、130℃で12時間加熱して反応物を得た。この反応物は、薄く褐色を帯びた懸濁液であった。また、この反応物の1H−NMRを測定し、生成したエチレン尿素と未反応のモノカルボメトキシ体(MM体)の混合比から、エチレン尿素への環化率を求めた。本実施例1における環化率は、62.6%であった。 The ring closure reaction of the monocarbomethoxy form (MM form) was performed as follows. 10 wt% (0.24 g) of an inorganic solid base catalyst was added to 20 mmol (2.36 g) of the isolated monocarbomethoxy body (MM body) and heated at 130 ° C. for 12 hours to obtain a reaction product. The reaction was a light brownish suspension. Further, 1 H-NMR of this reaction product was measured, and the cyclization rate to ethylene urea was determined from the mixing ratio of the produced ethylene urea and the unreacted monocarbomethoxy body (MM body). The cyclization rate in Example 1 was 62.6%.

一方、上記実施例1に対して、第2工程で単離したモノカルボメトキシ体(MM体)に無機固体塩基触媒を加えずに130℃で12時間加熱したものを比較例1とした。この比較例1で得られた反応物は、濃い褐色の液体であった。また、この比較例1における環化率は、30.2%であり低い値であった。   On the other hand, Comparative Example 1 was obtained by heating the monocarbomethoxy body (MM body) isolated in the second step to 130 ° C. for 12 hours without adding an inorganic solid base catalyst. The reaction product obtained in Comparative Example 1 was a dark brown liquid. The cyclization rate in Comparative Example 1 was 30.2%, which was a low value.

第1工程:
本実施例2においては、ジメチルカーボネート(DMC)に対するエチレンジアミン(EDA)の滴下時の温度、及び、その後の反応温度を80℃としたこと以外は、上記実施例1と同様の操作を行い、モノカルボメトキシ体(MM体)とジカルボメトキシ体(DM体)とを含有する反応物を得た。この反応物は、薄黄色の懸濁液であった。また、この反応物中のモノカルボメトキシ体(MM体)とジカルボメトキシ体(DM体)の生成比は、MM体:DM体=74:26であった。
First step:
In Example 2, the same operation as in Example 1 was performed except that the temperature at the time of dropping ethylenediamine (EDA) with respect to dimethyl carbonate (DMC) and the subsequent reaction temperature were set to 80 ° C. A reaction product containing a carbomethoxy form (MM form) and a dicarbomethoxy form (DM form) was obtained. The reaction was a light yellow suspension. Moreover, the production ratio of the monocarbomethoxy form (MM form) and the dicarbomethoxy form (DM form) in this reaction product was MM form: DM form = 74: 26.

第2工程:
上記実施例1と同様の操作を行い、上記反応物からモノカルボメトキシ体(MM体)を単離した。モノカルボメトキシ体(MM体)の純度は、上記実施例1と同様に約98%であった。
Second step:
The same operation as in Example 1 was performed, and a monocarbomethoxy form (MM form) was isolated from the reaction product. The purity of the monocarbomethoxy body (MM body) was about 98% as in Example 1.

第3工程:
本実施例2においては、無機固体塩基触媒として酸化マグネシウム(MgO)を使用した。無機固体塩基触媒としての酸化マグネシウム(MgO)の調整は、次のようにして行った。炭酸マグネシウム(MgCO3)10gを乳鉢により十分に粉砕した後、空気雰囲気下900℃で4時間焼成して酸化マグネシウム(MgO)を調整した。この酸化マグネシウム(MgO)は、乳鉢により十分に粉砕した後、無機固体塩基触媒として使用した。
Third step:
In Example 2, magnesium oxide (MgO) was used as the inorganic solid base catalyst. Adjustment of magnesium oxide (MgO) as an inorganic solid base catalyst was performed as follows. Magnesium carbonate (MgCO 3 ) 10 g was sufficiently pulverized with a mortar and then fired at 900 ° C. for 4 hours in an air atmosphere to prepare magnesium oxide (MgO). This magnesium oxide (MgO) was sufficiently pulverized with a mortar and then used as an inorganic solid base catalyst.

モノカルボメトキシ体(MM体)の閉環反応は、無機固体塩基触媒として酸化マグネシウム(MgO)を使用した以外は、上記実施例1と同様の操作により行った。得られた反応物は、薄く褐色を帯びた懸濁液であった。また、本実施例2における環化率は、62.9%であった。   The ring closure reaction of the monocarbomethoxy body (MM body) was carried out in the same manner as in Example 1 except that magnesium oxide (MgO) was used as the inorganic solid base catalyst. The resulting reaction product was a light brownish suspension. Further, the cyclization rate in Example 2 was 62.9%.

第1工程:
本実施例3においては、上記実施例1と逆にエチレンジアミン(EDA)に対してジメチルカーボネート(DMC)を滴下した。具体的には、エチレンジアミン(EDA)100mmol(6.0g)に対して、ジメチルカーボネート(DMC)100mmol(9.03g)を120℃の条件下で1.5時間かけて滴下した後、120℃で24時間撹拌して、モノカルボメトキシ体(MM体)とジカルボメトキシ体(DM体)とを含有する反応物を得た。
First step:
In the present Example 3, dimethyl carbonate (DMC) was dripped with respect to ethylenediamine (EDA) contrary to the said Example 1. FIG. Specifically, 100 mmol (9.03 g) of dimethyl carbonate (DMC) was added dropwise to ethylenediamine (EDA) 100 mmol (6.0 g) at 120 ° C. over 1.5 hours, and then at 120 ° C. The mixture was stirred for 24 hours to obtain a reaction product containing a monocarbomethoxy form (MM form) and a dicarbomethoxy form (DM form).

この反応物は、薄黄色の懸濁液であった。また、この反応物中のモノカルボメトキシ体(MM体)とジカルボメトキシ体(DM体)の生成比は、MM体:DM体=76:24であった。   The reaction was a light yellow suspension. Moreover, the production ratio of the monocarbomethoxy body (MM body) and the dicarbomethoxy body (DM body) in this reaction product was MM body: DM body = 76: 24.

第2工程:
上記実施例1と同様の操作を行い、上記反応物からモノカルボメトキシ体(MM体)を単離した。モノカルボメトキシ体(MM体)の純度は、上記実施例1と同様に約98%であった。
Second step:
The same operation as in Example 1 was performed, and a monocarbomethoxy form (MM form) was isolated from the reaction product. The purity of the monocarbomethoxy body (MM body) was about 98% as in Example 1.

第3工程:
本実施例3においては、無機固体塩基触媒として酸化ストロンチウム(SrO)を使用した。無機固体塩基触媒としての酸化ストロンチウム(SrO)の調整は、次のようにして行った。炭酸ストロンチウム(SrCO3)10gを乳鉢により十分に粉砕した後、空気雰囲気下900℃で4時間焼成して酸化ストロンチウム(SrO)を調整した。この酸化ストロンチウム(SrO)は、乳鉢により十分に粉砕した後、無機固体塩基触媒として使用した。
Third step:
In Example 3, strontium oxide (SrO) was used as the inorganic solid base catalyst. Adjustment of strontium oxide (SrO) as an inorganic solid base catalyst was performed as follows. 10 g of strontium carbonate (SrCO 3 ) was sufficiently pulverized with a mortar and then fired at 900 ° C. for 4 hours in an air atmosphere to prepare strontium oxide (SrO). This strontium oxide (SrO) was sufficiently pulverized with a mortar and then used as an inorganic solid base catalyst.

モノカルボメトキシ体(MM体)の閉環反応は、無機固体塩基触媒として酸化ストロンチウム(SrO)を使用した以外は、上記実施例1と同様の操作により行った。得られた反応物は、薄く褐色を帯びた懸濁液であった。また、本実施例3における環化率は、60.4%であった。   The ring closure reaction of the monocarbomethoxy body (MM body) was carried out in the same manner as in Example 1 except that strontium oxide (SrO) was used as the inorganic solid base catalyst. The resulting reaction product was a light brownish suspension. Further, the cyclization rate in Example 3 was 60.4%.

第1工程:
本実施例4においては、上記実施例3と同様の反応温度及び操作を行い、モノカルボメトキシ体(MM体)とジカルボメトキシ体(DM体)とを含有する反応物を得た。この反応物は、薄黄色の懸濁液であった。また、この反応物中のモノカルボメトキシ体(MM体)とジカルボメトキシ体(DM体)の生成比は、MM体:DM体=76:24であった。
First step:
In Example 4, the same reaction temperature and operation as in Example 3 were performed to obtain a reaction product containing a monocarbomethoxy form (MM form) and a dicarbomethoxy form (DM form). The reaction was a light yellow suspension. Moreover, the production ratio of the monocarbomethoxy body (MM body) and the dicarbomethoxy body (DM body) in this reaction product was MM body: DM body = 76: 24.

第2工程:
上記実施例1と同様の操作を行い、上記反応物からモノカルボメトキシ体(MM体)を単離した。モノカルボメトキシ体(MM体)の純度は、上記実施例1と同様に約98%であった。
Second step:
The same operation as in Example 1 was performed, and a monocarbomethoxy form (MM form) was isolated from the reaction product. The purity of the monocarbomethoxy body (MM body) was about 98% as in Example 1.

第3工程:
本実施例4においては、無機固体塩基触媒として酸化ストロンチウム(SrO)の一部をナトリウム(Na)で置換した酸化物(以下、「Na置換酸化ストロンチウム−1(Na−SrO−1)」という。)を使用した。無機固体塩基触媒としてのNa置換酸化ストロンチウム−1(Na−SrO−1)の調整は、次のようにして行った。
Third step:
In Example 4, an oxide obtained by substituting a part of strontium oxide (SrO) with sodium (Na) as an inorganic solid base catalyst (hereinafter referred to as “Na-substituted strontium oxide-1 (Na—SrO-1)”). )It was used. Adjustment of Na substituted strontium oxide-1 (Na-SrO-1) as an inorganic solid base catalyst was performed as follows.

炭酸ストロンチウム(SrCO3)10gに、ストロンチウム(Sr)に対するナトリウム(Na)のモル比が50モル%になるように炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)を添加し、乳鉢により十分に混合した後、空気雰囲気下900℃で4時間焼成してNa置換酸化ストロンチウム−1(Na−SrO−1)を調整した。このNa置換酸化ストロンチウム−1(Na−SrO−1)は、乳鉢により十分に粉砕した後、無機固体塩基触媒として使用した。 Sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ) was added to 10 g of strontium carbonate (SrCO 3 ) so that the molar ratio of sodium (Na) to strontium (Sr) was 50 mol%, and the mixture was thoroughly mixed in a mortar, and then air atmosphere The mixture was calcined at 900 ° C. for 4 hours to prepare Na-substituted strontium oxide-1 (Na—SrO-1). This Na-substituted strontium oxide-1 (Na-SrO-1) was sufficiently ground with a mortar and then used as an inorganic solid base catalyst.

モノカルボメトキシ体(MM体)の閉環反応は、無機固体塩基触媒としてNa置換酸化ストロンチウム−1(Na−SrO−1)を使用した以外は、上記実施例1と同様の操作により行った。得られた反応物は、薄く褐色を帯びた懸濁液であった。また、本実施例4における環化率は、66.4%であった。   The ring closure reaction of the monocarbomethoxy body (MM body) was carried out in the same manner as in Example 1 except that Na-substituted strontium oxide-1 (Na-SrO-1) was used as the inorganic solid base catalyst. The resulting reaction product was a light brownish suspension. Further, the cyclization rate in Example 4 was 66.4%.

第1工程:
本実施例5においては、エチレンジアミン(EDA)に対するジメチルカーボネート(DMC)の滴下時の温度、及び、その後の反応温度を80℃としたこと以外は、上記実施例3と同様の操作を行い、モノカルボメトキシ体(MM体)とジカルボメトキシ体(DM体)とを含有する反応物を得た。この反応物は、白色の懸濁液であった。また、この反応物中のモノカルボメトキシ体(MM体)とジカルボメトキシ体(DM体)の生成比は、MM体:DM体=73:27であった。
First step:
In Example 5, the same operation as in Example 3 was performed except that the temperature at the time of dropping dimethyl carbonate (DMC) with respect to ethylenediamine (EDA) and the subsequent reaction temperature were set to 80 ° C. A reaction product containing a carbomethoxy form (MM form) and a dicarbomethoxy form (DM form) was obtained. The reaction was a white suspension. Moreover, the production ratio of the monocarbomethoxy body (MM body) and the dicarbomethoxy body (DM body) in this reaction product was MM body: DM body = 73: 27.

第2工程:
上記実施例1と同様の操作を行い、上記反応物からモノカルボメトキシ体(MM体)を単離した。モノカルボメトキシ体(MM体)の純度は、上記実施例1と同様に約98%であった。
Second step:
The same operation as in Example 1 was performed, and a monocarbomethoxy form (MM form) was isolated from the reaction product. The purity of the monocarbomethoxy body (MM body) was about 98% as in Example 1.

第3工程:
本実施例5においては、無機固体塩基触媒として上記実施例4とは異なる調整法で得られた酸化ストロンチウム(SrO)の一部をナトリウム(Na)で置換した酸化物(以下、「Na置換酸化ストロンチウム−2(Na−SrO−2)」という。)を使用した。無機固体塩基触媒としてのNa置換酸化ストロンチウム−2(Na−SrO−2)の調整は、次のようにして行った。
Third step:
In this Example 5, an oxide obtained by substituting a part of strontium oxide (SrO) obtained by an adjustment method different from Example 4 as an inorganic solid base catalyst with sodium (Na) (hereinafter referred to as “Na substituted oxidation”). Strontium-2 (Na-SrO-2) ") was used. Preparation of Na-substituted strontium oxide-2 (Na-SrO-2) as an inorganic solid base catalyst was performed as follows.

水酸化ストロンチウム・8水和物(Sr(OH)2・8H2O)10gに、ストロンチウム(Sr)に対するナトリウム(Na)のモル比が10モル%になるように炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)を添加し、乳鉢により十分に混合した後、空気雰囲気下900℃で4時間焼成してNa置換酸化ストロンチウム−2(Na−SrO−2)を調整した。このNa置換酸化ストロンチウム−2(Na−SrO−2)は、乳鉢により十分に粉砕した後、無機固体塩基触媒として使用した。 Sodium hydrogen carbonate (NaHCO 3 ) was added to 10 g of strontium hydroxide octahydrate (Sr (OH) 2 .8H 2 O) so that the molar ratio of sodium (Na) to strontium (Sr) was 10 mol%. After adding and thoroughly mixing with a mortar, it was fired at 900 ° C. for 4 hours in an air atmosphere to prepare Na-substituted strontium oxide-2 (Na—SrO-2). This Na-substituted strontium oxide-2 (Na-SrO-2) was sufficiently pulverized with a mortar and then used as an inorganic solid base catalyst.

モノカルボメトキシ体(MM体)の閉環反応は、無機固体塩基触媒としてNa置換酸化ストロンチウム−2(Na−SrO−2)を使用した以外は、上記実施例1と同様の操作により行った。得られた反応物は、白色の固体であった。また、本実施例5における環化率は、約100%であった。   The ring closure reaction of the monocarbomethoxy body (MM body) was carried out in the same manner as in Example 1, except that Na-substituted strontium oxide-2 (Na-SrO-2) was used as the inorganic solid base catalyst. The resulting reaction product was a white solid. The cyclization rate in Example 5 was about 100%.

第1工程:
本実施例6においては、上記実施例5と同様の反応温度及び操作を行い、モノカルボメトキシ体(MM体)とジカルボメトキシ体(DM体)とを含有する反応物を得た。この反応物は、白色の懸濁液であった。また、この反応物中のモノカルボメトキシ体(MM体)とジカルボメトキシ体(DM体)の生成比は、MM体:DM体=73:27であった。
First step:
In Example 6, the same reaction temperature and operation as in Example 5 were performed, and a reaction product containing a monocarbomethoxy form (MM form) and a dicarbomethoxy form (DM form) was obtained. The reaction was a white suspension. Moreover, the production ratio of the monocarbomethoxy body (MM body) and the dicarbomethoxy body (DM body) in this reaction product was MM body: DM body = 73: 27.

第2工程:
上記実施例1と同様の操作を行い、上記反応物からモノカルボメトキシ体(MM体)を単離した。モノカルボメトキシ体(MM体)の純度は、上記実施例1と同様に約98%であった。
Second step:
The same operation as in Example 1 was performed, and a monocarbomethoxy form (MM form) was isolated from the reaction product. The purity of the monocarbomethoxy body (MM body) was about 98% as in Example 1.

第3工程:
本実施例6においては、無機固体塩基触媒として酸化マグネシウム(MgO)の一部をナトリウム(Na)で置換した酸化物(以下、「Na置換酸化マグネシウム(Na−MgO)」という。)を使用した。無機固体塩基触媒としてのNa置換酸化マグネシウム(Na−MgO)の調整は、次のようにして行った。
Third step:
In Example 6, an oxide obtained by substituting part of magnesium oxide (MgO) with sodium (Na) (hereinafter referred to as “Na-substituted magnesium oxide (Na—MgO)”) was used as the inorganic solid base catalyst. . The Na-substituted magnesium oxide (Na—MgO) as an inorganic solid base catalyst was adjusted as follows.

水酸化マグネシウム(Mg(OH)2)10gに、マグネシウム(Mg)に対するナトリウム(Na)のモル比が10モル%になるように炭酸水素ナトリウム(NaHCO3)を添加し、乳鉢により十分に混合した後、空気雰囲気下900℃で4時間焼成してNa置換酸化マグネシウム(Na−MgO)を調整した。このNa置換酸化マグネシウム(Na−MgO)は、乳鉢により十分に粉砕した後、無機固体塩基触媒として使用した。 Sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) was added to 10 g of magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ) so that the molar ratio of sodium (Na) to magnesium (Mg) was 10 mol%, and the mixture was thoroughly mixed in a mortar. Thereafter, it was fired at 900 ° C. for 4 hours in an air atmosphere to prepare Na-substituted magnesium oxide (Na—MgO). This Na-substituted magnesium oxide (Na—MgO) was sufficiently pulverized with a mortar and then used as an inorganic solid base catalyst.

モノカルボメトキシ体(MM体)の閉環反応は、無機固体塩基触媒としてNa置換酸化マグネシウム(Na−MgO)を使用した。また、反応条件として上記実施例1〜実施例5に対して、反応温度は同じ130℃としたが、加熱時間を3時間と短縮して行った。得られた反応物は、白色のスラリ状であった。また、本実施例6における環化率は、90%であった。   In the ring closure reaction of the monocarbomethoxy body (MM body), Na-substituted magnesium oxide (Na—MgO) was used as the inorganic solid base catalyst. Moreover, although reaction temperature was the same 130 degreeC with respect to the said Example 1-Example 5 as reaction conditions, heating time was shortened with 3 hours. The obtained reaction product was in the form of a white slurry. Further, the cyclization rate in Example 6 was 90%.

上記実施例1〜実施例6では、エチレン尿素を製造するにあたり、まず、第1工程において、エチレンジアミン(EDA)とジメチルカーボネート(DMC)との反応により、エチレンジアミン(EDA)のモノカルボメトキシ体(MM体)を合成した。この段階の反応においては、大気圧下で行うことが可能で、且つ、従来のエチレン尿素の製造法であるエチレンジアミン‐尿素法に比べ、かなり低い温度である80℃或いは120℃で反応を行うことができた。従って、この段階において、未反応のエチレンジアミンは極度に酸化されることがない。   In the above Examples 1 to 6, in producing ethylene urea, first, in the first step, a monocarbomethoxy form (MM) of ethylenediamine (EDA) is obtained by reaction of ethylenediamine (EDA) and dimethyl carbonate (DMC). Body). The reaction at this stage can be performed at atmospheric pressure, and the reaction is performed at 80 ° C. or 120 ° C., which is considerably lower than the ethylenediamine-urea method, which is a conventional method for producing ethylene urea. I was able to. Therefore, at this stage, unreacted ethylenediamine is not extremely oxidized.

次に、第2工程において、第1工程で合成したモノカルボメトキシ体(MM体)を単離した。この単離操作によってモノカルボメトキシ体(MM体)の純度が向上し、且つ、第1工程における未反応のエチレンジアミン(EDA)が除去された。従って、続く第3工程における閉環反応の際に、反応系のエチレンジアミンの含有量が少なく酸化されることも少なかった。   Next, in the second step, the monocarbomethoxy body (MM body) synthesized in the first step was isolated. By this isolation operation, the purity of the monocarbomethoxy body (MM body) was improved, and unreacted ethylenediamine (EDA) in the first step was removed. Therefore, during the subsequent ring-closing reaction in the third step, the content of ethylenediamine in the reaction system was small, and oxidation was rare.

更に、第3工程においては、単離したモノカルボメトキシ体(MM体)に無機固体塩基触媒を作用させて閉環反応させエチレン尿素を合成した。この段階の反応においても、大気圧下で行うことが可能で、且つ、無機固体塩基触媒を作用させることにより、従来のエチレン尿素の製造法であるエチレンジアミン‐尿素法に比べ、かなり低い温度である130℃で反応を行うことができた。従って、この段階においても、残留する未反応のエチレンジアミン及びモノカルボメトキシ体(MM体)の末端アミノ基が極度に酸化されることがなかった。   Further, in the third step, ethylene urea was synthesized by ring-closing reaction of the isolated monocarbomethoxy body (MM body) with an inorganic solid base catalyst. The reaction at this stage can be carried out under atmospheric pressure, and by using an inorganic solid base catalyst, the temperature is considerably lower than the ethylenediamine-urea method, which is a conventional ethyleneurea production method. The reaction could be carried out at 130 ° C. Therefore, even at this stage, the remaining unreacted ethylenediamine and the terminal amino group of the monocarbomethoxy body (MM body) were not extremely oxidized.

このように、上記各実施例においては、各工程におけるエチレンジアミンの酸化が抑えられ、閉環反応後の反応物の黄褐変は、従来法に比べ大幅に軽減された。実際には、実施例1〜実施例4の反応物は薄く褐色を帯びた懸濁液であり、実施例5及び実施例6の反応物は白色の固体或いはスラリ状であった。これらの反応物は、簡単な操作で白度の高いエチレン尿素に精製することができた。これに対して、比較例1の反応物は濃い褐色の液体であり、環化率が低いことから、エチレン尿素の精製にはかなりの労力を必要とし、精製後のエチレン尿素には未だ黄変がみられた。   Thus, in each said Example, the oxidation of ethylenediamine in each process was suppressed, and the yellowish browning of the reaction material after a ring closure reaction was reduced significantly compared with the conventional method. Actually, the reactants of Examples 1 to 4 were thin brownish suspensions, and the reactants of Examples 5 and 6 were white solids or slurries. These reactants could be purified to ethyleneurea having high whiteness by a simple operation. On the other hand, since the reaction product of Comparative Example 1 is a dark brown liquid and has a low cyclization rate, a considerable amount of labor is required for the purification of ethylene urea, and the purified urea is still yellowed. Was seen.

また、上記各実施例において、第1工程の反応物中のモノカルボメトキシ体(MM体)とジカルボメトキシ体(DM体)とのモル比において、モノカルボメトキシ体(MM体)の比率が、いずれも70モル%以上であった。このことにより、モノカルボメトキシ体(MM体)の閉環反応を経て得られるエチレン尿素の収率が向上すると共に、エチレンジアミンの酸化による反応物の黄褐変が更に抑えられた。   In each of the above examples, the ratio of the monocarbomethoxy body (MM body) in the molar ratio of the monocarbomethoxy body (MM body) to the dicarbomethoxy body (DM body) in the reaction product of the first step is , Both were 70 mol% or more. As a result, the yield of ethylene urea obtained through the ring closure reaction of the monocarbomethoxy body (MM body) was improved, and yellowing of the reaction product due to the oxidation of ethylenediamine was further suppressed.

このように、各実施例においては、モノカルボメトキシ体(MM体)からエチレン尿素への環化率が、いずれも60%以上であり、特に実施例5及び実施例6においては、90%以上の環化率を実現することができた。このことにより、本実施形態においては、エチレン尿素の収率を高く維持することができ、工業的に適用可能な製造方法を提供することができる。   Thus, in each Example, the cyclization rate from a monocarbomethoxy body (MM body) to ethylene urea is 60% or more, and particularly in Example 5 and Example 6, 90% or more. The cyclization rate of was able to be realized. Thereby, in this embodiment, the yield of ethylene urea can be maintained high, and the manufacturing method applicable industrially can be provided.

以上のことから、本実施形態においては、大気圧下の反応が可能で高圧反応容器を必要とせず、従来の方法よりも反応温度を下げることができるので反応物の黄褐変が抑えられ、且つ、工業的に適用可能なエチレン尿素の製造方法を提供することができる。   From the above, in this embodiment, the reaction under atmospheric pressure is possible, a high-pressure reaction vessel is not required, the reaction temperature can be lowered as compared with the conventional method, and thus yellowing of the reaction product is suppressed, and In addition, an industrially applicable method for producing ethylene urea can be provided.

なお、本発明の実施にあたり、上記各実施例に限ることなく、次のような種々の変形例が挙げられる。
(1)上記各実施例においては、モノカルボメトキシ体(MM体)を合成する第1工程と、このモノカルボメトキシ体(MM体)を単離する第2工程と、単離したモノカルボメトキシ体(MM体)に無機固体塩基触媒を作用させて閉環反応を行う第3工程によりエチレン尿素を合成した。しかし、本発明に係るエチレン尿素の製造方法はこれに限るものではなく、第2工程の単離操作を必須の要件とするものではない。すなわち、第2工程の単離を行わずに、第1工程の反応物に直接、無機固体塩基触媒を作用させて閉環反応を行うようにしてもよい。
(2)上記各実施例においては、モノカルボメトキシ体(MM体)を経由してエチレン尿素を合成した。しかし、本発明に係るエチレン尿素の製造方法はこれに限るものではなく、エチレンジアミン(EDA)とジアルキルカーボネート(DAC)との混合物に無機固体塩基触媒を作用させて、中間体を経由せず直接、エチレン尿素を合成するようにしてもよい。
(3)上記各実施例においては、第1工程における反応温度を80℃或いは120℃とし、反応時間を24時間として実施した。しかし、第1工程の反応温度及び反応時間はこれに限定されるものではなく、更に低い温度、或いは、これより高い温度で反応するようにしてもよい。また、反応時間もこれより短い時間で反応させるようにしてもよい。但し、120℃を超える温度で反応する際には、エチレンジアミンの酸化を考慮して短時間で反応を終えるようにしなければならない。
(4)上記各実施例においては、第3工程における反応温度を130℃とし、反応時間を12時間或いは3時間として実施した。しかし、第3工程の反応温度及び反応時間はこれに限定されるものではなく、使用する無機固体塩基触媒の触媒活性を考慮して適宜選定するようにしてもよい。但し、130℃を超える温度で反応する際には、モノカルボメトキシ体(MM体)の末端アミノ基の酸化を考慮して短時間で反応を終えるようにしなければならない。
In carrying out the present invention, the following various modifications are possible without being limited to the above embodiments.
(1) In each of the above embodiments, the first step of synthesizing a monocarbomethoxy body (MM body), the second step of isolating the monocarbomethoxy body (MM body), and the isolated monocarbomethoxy Ethyleneurea was synthesized by a third step in which an inorganic solid base catalyst was allowed to act on the body (MM body) to carry out a ring closure reaction. However, the method for producing ethylene urea according to the present invention is not limited to this, and the isolation operation in the second step is not an essential requirement. That is, the ring closure reaction may be performed by directly reacting the reaction product of the first step with the inorganic solid base catalyst without performing the isolation of the second step.
(2) In each of the above examples, ethylene urea was synthesized via a monocarbomethoxy body (MM body). However, the method for producing ethylene urea according to the present invention is not limited to this, and an inorganic solid base catalyst is allowed to act on a mixture of ethylenediamine (EDA) and dialkyl carbonate (DAC), directly without using an intermediate. You may make it synthesize | combine ethylene urea.
(3) In each of the above examples, the reaction temperature in the first step was 80 ° C. or 120 ° C., and the reaction time was 24 hours. However, the reaction temperature and reaction time in the first step are not limited to this, and the reaction may be performed at a lower temperature or a higher temperature. Further, the reaction time may be shorter than this. However, when reacting at a temperature exceeding 120 ° C., the reaction must be completed in a short time in consideration of the oxidation of ethylenediamine.
(4) In each of the above examples, the reaction temperature in the third step was 130 ° C., and the reaction time was 12 hours or 3 hours. However, the reaction temperature and reaction time in the third step are not limited to these, and may be appropriately selected in consideration of the catalytic activity of the inorganic solid base catalyst to be used. However, when the reaction is performed at a temperature exceeding 130 ° C., the reaction must be completed in a short time in consideration of the oxidation of the terminal amino group of the monocarbomethoxy body (MM body).

Claims (7)

エチレンジアミンと一般式(1)
Figure 2014019644
(式中、R1及びR2は炭化水素基を示し、R1とR2は同一であってもよく異なっていてもよい。)に示すジアルキルカーボネートとの混合物に無機固体塩基触媒を作用させてエチレン尿素を合成することを特徴とするエチレン尿素の製造方法。
Ethylenediamine and general formula (1)
Figure 2014019644
(Wherein R1 and R2 represent a hydrocarbon group, and R1 and R2 may be the same or different.) An inorganic solid base catalyst is allowed to act on the mixture with the dialkyl carbonate shown in A method for producing ethylene urea, comprising synthesizing.
エチレンジアミンと一般式(1)
Figure 2014019644
(式中、R1及びR2は炭化水素基を示し、R1とR2は同一であってもよく異なっていてもよい。)に示すジアルキルカーボネートとの反応により合成される一般式(2)
Figure 2014019644
(式中、Rmは前記一般式(1)におけるR1又はR2の炭化水素基を示す。)に示すエチレンジアミンのモノカルボアルコキシ体に、無機固体塩基触媒を作用させて、当該モノカルボアルコキシ体を閉環反応させることを特徴とするエチレン尿素の製造方法。
Ethylenediamine and general formula (1)
Figure 2014019644
(Wherein R1 and R2 represent a hydrocarbon group, and R1 and R2 may be the same or different.) General formula (2) synthesized by reaction with dialkyl carbonate shown in
Figure 2014019644
(In the formula, Rm represents a hydrocarbon group of R1 or R2 in the general formula (1).) The monocarboalkoxy compound of ethylenediamine shown in FIG. A process for producing ethylene urea, characterized by reacting.
エチレンジアミンと一般式(1)
Figure 2014019644
(式中、R1及びR2は炭化水素基を示し、R1とR2は同一であってもよく異なっていてもよい。)に示すジアルキルカーボネートとを反応させる第1工程と、
前記第1工程における反応物から一般式(2)
Figure 2014019644
(式中、Rmは前記一般式(1)におけるR1又はR2の炭化水素基を示す。)に示すエチレンジアミンのモノカルボアルコキシ体を単離する第2工程と、
前記第2工程で単離した前記モノカルボアルコキシ体に無機固体塩基触媒を作用させて、当該モノカルボアルコキシ体の閉環反応を行う第3工程とを有することを特徴とするエチレン尿素の製造方法。
Ethylenediamine and general formula (1)
Figure 2014019644
(Wherein R1 and R2 represent a hydrocarbon group, and R1 and R2 may be the same or different), and a first step of reacting with a dialkyl carbonate shown in FIG.
From the reaction product in the first step, the general formula (2)
Figure 2014019644
(Wherein Rm represents a hydrocarbon group of R1 or R2 in the general formula (1)), a second step of isolating a monocarboalkoxy body of ethylenediamine shown in FIG.
And a third step in which an inorganic solid base catalyst is allowed to act on the monocarboalkoxy isolated in the second step to perform a ring-closing reaction of the monocarboalkoxy.
前記第1工程における反応物は、前記一般式(2)に示すエチレンジアミンのモノカルボアルコキシ体と、一般式(3)
Figure 2014019644
(式中、Rm及びRnは前記一般式(1)におけるR1又はR2の炭化水素基を示し、RmとRnは同一であってもよく異なっていてもよい。)に示すエチレンジアミンのジカルボアルコキシ体を含有し、モノカルボアルコキシ体とジカルボアルコキシ体の総モル数に対してモノカルボアルコキシ体のモル数が70モル%以上であることを特徴とする請求項3に記載のエチレン尿素の製造方法。
The reaction product in the first step includes a monocarboalkoxy body of ethylenediamine represented by the general formula (2) and a general formula (3).
Figure 2014019644
(In the formula, Rm and Rn represent a hydrocarbon group of R1 or R2 in the general formula (1), and Rm and Rn may be the same or different.) 4. The method for producing ethylene urea according to claim 3, wherein the number of moles of the monocarboalkoxy compound is 70 mol% or more with respect to the total number of moles of the monocarboalkoxy compound and the dicarboalkoxy compound. .
前記無機固体塩基触媒は、アルカリ土類金属の酸化物からなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載のエチレン尿素の製造方法。   The said inorganic solid base catalyst consists of an oxide of alkaline-earth metal, The manufacturing method of ethylene urea as described in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. 前記無機固体塩基触媒は、アルカリ土類金属の酸化物を主体とし、当該アルカリ土類金属の一部をアルカリ金属で置換してなる酸化物であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載のエチレン尿素の製造方法。   The inorganic solid base catalyst is an oxide mainly composed of an oxide of an alkaline earth metal, and a part of the alkaline earth metal is replaced with an alkali metal. The manufacturing method of ethylene urea as described in any one. 前記閉環反応において、前記一般式(2)に示す前記モノカルボアルコキシ体からの環化率が60%以上であることを特徴とする請求項5又は6に記載のエチレン尿素の製造方法。   In the said cyclization reaction, the cyclization rate from the said monocarboalkoxy body shown to the said General formula (2) is 60% or more, The manufacturing method of ethylene urea of Claim 5 or 6 characterized by the above-mentioned.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019507674A (en) * 2016-02-12 2019-03-22 ビーエーエスエフ コーポレーション Carbon dioxide adsorbent for air quality management
JP2022519722A (en) * 2019-02-07 2022-03-24 ヌーリオン ケミカルズ インターナショナル ベスローテン フェノーツハップ Method for producing alkyleneamine compound

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100022429A (en) * 2008-08-19 2010-03-02 충남대학교산학협력단 Novel derivatives of cyclic thio-urea, their preparation method and composition containing these compounds as an effective component for depigmentation

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100022429A (en) * 2008-08-19 2010-03-02 충남대학교산학협력단 Novel derivatives of cyclic thio-urea, their preparation method and composition containing these compounds as an effective component for depigmentation

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6015039087; BALLINI,R. et al: 'TBD-catalyzed solventless synthesis of symmetrically N,N'-substituted ureas from primary amines and' Green Chemistry Vol.5, No.4, 2003, p.396-398 *
JPN6015039092; XIAO,L. et al: 'A method for the synthesis of 2-oxazolidinones and 2-imidazolidinones from five-membered cyclic carb' Green Chemistry Vol.9, No.4, 2007, p.369-372 *
JPN6015039094; JAGTAP,S.R. et al: 'Heterogeneous base catalyzed synthesis of 2-oxazolidinones/2-imidiazolidinones via transesterificati' Applied Catalysis, A: General Vol.341, No.1-2, 2008, p.133-138 *
JPN6016006045; FISHER E.: JUSTUS LIEBIGS ANNALEN der CHEMIE 232(2), pp.222-228 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019507674A (en) * 2016-02-12 2019-03-22 ビーエーエスエフ コーポレーション Carbon dioxide adsorbent for air quality management
JP2022519722A (en) * 2019-02-07 2022-03-24 ヌーリオン ケミカルズ インターナショナル ベスローテン フェノーツハップ Method for producing alkyleneamine compound

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