JP2544207B2 - シクロドデカノンの製法 - Google Patents

シクロドデカノンの製法

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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C45/00Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds
    • C07C45/002Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by dehydrogenation

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、気体状態のシクロドデカノールを固定触
媒上に供給して、比較的低温で脱水素反応させて、シク
ロドデカノンを高い収率で生成させることができる工業
的な連続製法に係わる。
シクロドデカノンは、12−ナイロン製造用のモノマー
であるラウロラクタムの中間原料として利用されること
が一般に知られている。
〔従来技術の説明〕
シクロドデカノールの脱水素反応によってシクロドデ
カノンを製造する方法は、従来、種々の製法が知られて
いる。
脱水素反応によるシクロドデカノンの公知の製法とし
ては、まず、気体状態のシクロドデカノールを、300〜5
00℃に加熱された亜鉛およびカルシウムを主成分とする
固体触媒上に供給して、シクロドデカノールを脱水素し
て、シクロドデカノンを製造する方法(気相脱水素法;
イギリス特許1055986号参照)が知られている。
しかし、前記の公知の気相脱水素法では、反応温度が
高いので、シクロドデカノールの転化率が95%以上と高
いけれども、シクロドデセンなどの副反応物の生成が極
めて多く、目的物の選択率が低いという欠点を有してい
る。
また、脱水素反応によるシクロドデカノンの公知の製
法としては、シクロドデカノールを液状態で、銅を活性
成分として含有する固定触媒上に供給して、シクロドデ
カノールを脱水素して、シクロドデカノンを製造する方
法(固定触媒−液相脱水素法)が提案されている(特公
昭41−19301号、特公昭45−5537号、および、特公昭47
−10383号を参照)。
しかし、前記の公知の液相脱水素法は、比較的反応温
度が低いので、シクロドデセンなどの副生成物の生成が
著しく低いけれども、シクロドデカノールの転化率が90
%より低く、反応生成物中に未反応のシクロドデカノー
ルを含有しているので、シクロドデカノールとシクロド
デカノンとを分離して回収する必要があり、反応生成物
の精製工程が繁雑となるという欠点、さらに、シクロド
デカノンの空時収率が1〜1.5g/ml(触媒)・時間程度
と低いので、工業的に生産する場合に反応槽を極めて大
きくする必要があるという欠点を有しているのである。
さらに、脱水素反応によるシクロドデカノンの公知の
製法としては、シクロドデカノールと、銅およびクロム
を主成分とする粉末状触媒とを混合して、加熱して、液
相の反応条件下で、シクロドデカノールを脱水素して、
シクロドデカノンを製造する方法(粉末触媒−液相脱水
素法)が提案されている(特公昭49−47743号、特公昭5
0−24301号、および、特開昭50−151841号を参照。
しかし、前記の粉末触媒−液相脱水素法は、前記の液
相反応における欠点を少なからず有していると共に、粉
末状触媒が反応液中に分散されているので、反応液から
粉末状触媒を分離する必要があり、工業的に実施する場
合にはこの粉末状触媒の分離工程が必要であるという欠
点があり、さらに、前記粉末状触媒が、クロムを含有し
ているので、その適切な処理を行い、環境衛生上無害と
する必要があった。
〔解決しようとする問題点〕
この発明の目的は、触媒の分離を必要としない脱水素
法であって、副生成物の生成が実質的に無く、高い収率
および選択率でシクロドデカノンを製造することができ
るシクロドデカノールの脱水素法を提供することであ
る。
〔問題点を解決する手段〕
この発明は、気体状態のシクロドデカノールを、銅及
び亜鉛を主成分とする固体触媒上に供給して、反応温度
230〜295℃、および、反応圧0.8〜2気圧下に、前記固
体触媒と接触させて、シクロドデカノールを脱水素し
て、シクロドデカノンを生成させ、その後反応物を冷却
して、シクロドデカノンを含有する反応液を得ることを
特徴とするシクロドデカノンの製法に関する。
〔本発明の各要件の詳しい説明〕
以下に、この発明を詳しく説明する。
この発明においては、シクロドデカノールを気体状態
で固体触媒上に供給するのであるが、例えば、触媒の充
填された反応管又は反応槽とは別に設置された蒸発器か
らシクロドデカノールをガス状態で供給する方法が好ま
しい。
この発明では、脱水素反応に使用されるシクロドデカ
ノールは、例えば、シクロドデカノンの空気酸化によっ
て得られる反応生成物から精製された『シクロドデカノ
ールを主成分とする(好ましくは90重量%以上含有す
る)もの』を用いることができるが、この発明では、脱
水素反応に使用されるシクロドデカノールは、高沸点の
不純物が実質的に除去されていることが、固定触媒の劣
化を防止する上で特に好ましい。
この発明においては、原料のシクロドデカノールを反
応管又は反応槽へ供給する際に、前記シクロドデカノー
ルと共に不活性な気体(例えば、窒素ガスなど)を固定
触媒上に供給することができる。
この発明において、シクロドデカノールの供給量は、
触媒1cm3あたり、1.5〜5g/hr程度であることが好まし
い。
この発明の製法においては、反応温度230〜295℃、好
ましくは240〜290℃、および、反応圧0.8〜2気圧、好
ましくは0.9〜1.5気圧下に、固定触媒下でシクロドデカ
ノールの脱水素反応が行われる。
この発明において、反応温度が余りに高い温度である
場合には、シクロドデセンなどの副反応物の生成が大き
くなるので適当ではなく、また、前記の反応温度が余り
に低くなり過ぎると、シクロドデカノールおよび生成物
が高い割合で液状化して、その結果、固定触媒がその液
状物で浸されてしまい、固定触媒の表面の濡れ状態が悪
化し、脱水素反応の反応速度が著しく低下するので適当
ではない。
この発明において、反応圧が余りに高くなるとシクロ
ドデカノールおよび生成物が高い割合で液状化して、固
定触媒がその液状物で浸されてしまって、固定触媒の表
面の濡れ状態が悪化し、脱水素反応の反応速度が著しく
低下するので適当ではなく、また、反応圧が余りに低い
減圧状態になると、空気リークの危険が大きくなるので
工業的に実施する場合に適当ではない。
前記の固定触媒の組成としては、 (a) 触媒中の銅成分の含有割合がCuOとして計算し
て20〜80重量%であって、 (b) 触媒中の亜鉛成分の含有割合がZnOとして計算
して80〜20重量%であって、さらに、 (c) 触媒中の銅成分と亜鉛成分との合計量の含有割
合がCuOとZnOとして計算して全触媒成分に対して50重量
%以上、好ましくは60重量%以上、特に好ましくは80〜
100重量%であることが好ましい。
前記の固定触媒は、少量の他の金属化合物(例えば、
SnO、MgO、PbO、FeO、MnO、NiO、Al2O3、SiO2など)を
含有していてもよい。
固定触媒の各触媒粒子の形状は、通常の気相固定床反
応に使用されうるものと同様であって、ガス流通抵抗が
小さく機械的強度が大きいものであれば、特に制限され
るものではないが、触媒の粒子径が1〜10mm程度であ
り、また、その嵩比重が1.0〜1.8であり、さらに、機械
的強度(圧壊強度)が4kg/粒以上であることが好まし
い。
前記の触媒の調製法は、例えば、硝酸銅と硝酸亜鉛と
の水溶液に炭酸ソーダ水溶液を加えて水酸化銅と水酸化
亜鉛との緊密な沈澱物を生成させ、その沈澱物を充分に
水洗した後、加熱乾燥して、沈澱物の粉末を得て、その
粉末を、打錠成型機で成型して、空気中で約350〜500
℃、特に好ましくは約360〜450℃程度の温度で焼成する
方法が好ましい。
この発明において、粒子状または粉末状の触媒は、脱
水素反応に使用する前に、反応槽内に充填された触媒の
充填層を、水素含有の希釈ガスで、250℃より低い温
度、特に200℃より低い温度で、注意深く予備還元する
ことが好ましい。
この発明では、固体触媒上でシクロドデカノールの脱
水素反応を行った後に、その反応物を約60〜80℃に冷却
して、シクロドデカノンを主として含有する反応液を捕
集することが好ましい。その反応液は、シクロドデカノ
ンの融点より低い温度、例えば常温以下にまで冷却する
と、固化して、取扱いが困難となる。
〔実施例〕
以下、実施例および比較例を示し、この発明をさらに
詳しく説明する。
なお、この発明は、その趣旨を越えない限り以下の実
施例に限定されるものではない。
各実施例および比較例において、略号および各データ
の算出法は、次のようである。
DOL;シクロドデカノール(分子量;184.3) DON;シクロドデカノン(分子量;182.3) DEN;シクロドデセン(分子量;166.3) また、実施例1において使用した銅−亜鉛系触媒(打
錠成型品)の圧壊強度は、木屋式圧壊試験機を用いて測
定した。
実施例1 まず、耐熱性ガラス反応管(内径;30mm、長さ;400m
m)に、銅−亜鉛系触媒25mlを充填し、そして、その充
填層の上部に予熱用ガラスビーズ(径;2mm、嵩比重;1.5
2)を充填し、窒素ガス400ml/分で流通させながら、約8
0℃まで昇温し、次いで、前記窒素ガスに加えて水素ガ
スを100ml/分の供給速度で供給しながら200℃まで5時
間で昇温し、更に、その後、200℃において水素ガスの
みを400ml/分の供給速度で1時間供給して、固定触媒層
の予備還元を行った。
銅−亜鉛系触媒 ・日揮化学(株)製、N−211 ・触媒組成 CuO;50重量% ZnO;45重量% ・製法 前記組成の触媒粉末を打錠成型して、得られた打錠成型
品(円柱型、径;5mm、高さ;5mm)を破砕し、 その破砕品を8〜14#篩で分別して反応管に充填する
破砕品を製造する。
・打錠成型品の圧壊強度;6kg/粒 ・破砕品 平均粒径;1.8mm、嵩比重;1.52 前述のようにして予備還元を行った反応管へ、触媒充
填層の温度を260℃に保持しながら反応管上部に連結し
たシクロドデカノール蒸発器(温度285℃に加熱)から
窒素ガス20ml/分と共に、シクロドデカノール(114.5
g)を2時間で、触媒充填層へ供給して、シクロドデカ
ノールの脱水素反応を行い、反応管の下部に設置された
冷却部で反応ガスなどを約65℃の温水で冷却して、ほと
んど無色の反応液113.3gを捕集した。
前記の反応液を常温まで冷却して固化した反応物をメ
タノールで溶解して、ガスクロマトグラフィー分析をし
て、反応物中の各成分の定量分析を行った。その結果か
ら算出されたシクロドデカノール転化率、シクロドデカ
ノン収率、低沸分副生率、および、空時収率は以下のよ
うであった。
DOL 転化率 ;97.0 % DON 収率 ;96.4 % 低沸分副生率; 0.9 % 空時収率 ; 2.2g−DON/ml触媒/hr 実施例2 〔触媒の調製〕 硫酸銅122gおよび硫酸亜鉛219gを、水1000mlに溶解し
て均一な溶液となし、その溶液を80℃に加熱撹拌しなが
ら20重量%の炭酸ソーダ水溶液をゆっくり滴下して、水
酸化銅および水酸化亜鉛の析出を行わせ、PHが9〜10と
なった時点で滴下を停止して、1時間熟成した後、生成
した沈澱物を濾過して分離し、水洗後にSO4イオンが無
くなるまで傾斜法で充分に水洗し、最後に、得られたケ
ーキ状物を110℃で18時間乾燥し、さらに、引き続き空
気中で350℃で4時間焼成した。
得られた焼成物を粉砕して、8〜14#の篩で分別し
て、粉末状触媒を調製した。
この触媒は、次の組成などを有していた。
・触媒組成 CuO;40重量% ZnO;60重量% ・破砕品 平均粒径;1.8mm、嵩比重;1.50 〔脱水素反応〕 前述のようにして調製された銅−亜鉛系触媒を使用し
て、反応管に触媒充填層を形成しこと、および、実施例
1と同様の予備還元を行った後、触媒充填層の温度を25
5℃に保持しながら、窒素ガスと共に、シクロドデカノ
ール(93.4g)を触媒充填層へ1.5時間供給して、シクロ
ドデカノールの脱水素反応を行ったことのほかは、実施
例1と同様にして脱水素反応を行い、反応液92.2gを捕
集した。
前記の反応液のガスクロマトグラフィー分析の結果か
ら算出されたシクロドデカノール転化率、シクロドデカ
ノン収率、低沸分副生率、および、空時収率は以下のよ
うであった。
DOL 転化率 ;98.6 % DON 収率 ;97.7 % 低沸分副生率; 0.9 % 空時収率 ; 2.4g−DON/ml触媒/hr 比較例1 〔触媒の調製〕 硝酸亜鉛417gと硝酸カルシウム333gとを水2000mlに均
一に溶解して溶液を調製し、その溶液を80℃に加熱撹拌
しながら、20重量%の炭酸ソーダ水溶液をゆっくり滴下
して、水酸化カルシウムおよび水酸化亜鉛の析出を行わ
せ、PHが9〜10となった時点で滴下を停止して、1時間
熟成した後、生成した沈澱物を濾過して分離し、水洗後
に硝酸イオンが無くなるまで傾斜法で充分に水洗し、最
後に、得られたケーキ状物を110℃で18時間乾燥し、さ
らに、引き続き空気中で350℃で4時間焼成した。
・触媒組成 ZnO;37重量% CaO;26重量% ・破砕品 平均粒径;1.8mm、嵩比重;1.0 〔脱水素反応〕 前述のようにして調製された亜鉛−カルシウム系触媒
を使用して、反応管に触媒充填層を形成しこと、およ
び、予備還元すること無く、触媒充填層の温度を340℃
に保持しながら、窒素ガスと共に、シクロドデカノール
(137.4g)を触媒充填層へ3時間供給して、シクロドデ
カノールの脱水素反応を行ったことのほかは、実施例1
と同様にして脱水素反応を行い、反応液131gを捕集し
た。
前記の反応液のガスクロマトグラフィー分析の結果か
ら算出されたシクロドデカノール転化率、シクロドデカ
ノン収率、低沸分副生率、および、空時収率は以下のよ
うであった。
DOL 転化率 ;98.5 % DON 収率 ;95.9 % 低沸分副生率; 2.6 % 空時収率 ; 1.7g−DON/ml触媒/hr 比較例2 触媒として、下記の銅−クロム系触媒を使用したこ
と、および、実施例1と同様の予備還元を行った後、触
媒充填層の温度を250℃に保持しながら、窒素ガスと共
にシクロドデカノール(56.5g)を触媒充填層へ1.0時間
供給して、シクロドデカノールの脱水素反応を行ったこ
とのほかは、実施例1と同様にして脱水素反応を行い、
反応液53.7gを捕集した。
銅−クロム系触媒 ・堺化学(株)製、ST−205 ・触媒組成 CuO ;44重量% Cr2O3 ;40重量% Mn ; 5重量% ・製法 実施例1と同様の製法 ・破砕品 平均粒径;1.8mm、嵩比重;1.10 前記の反応液のガスクロマトグラフィー分析の結果か
ら算出されたシクロドデカノール転化率、シクロドデカ
ノン収率、低沸分副生率、および、空時収率は以下のよ
うであった。
DOL 転化率 ;98.1 % DON 収率 ;88.3 % 低沸分副生率; 9.8 % 空時収率 ; 1.9g−DON/ml触媒/hr 〔本発明の作用効果〕 この発明の製法によれば、一般的な気相反応に対して
低い反応温度でシクロドデカノールの脱水素反応が行わ
れているので、シクロドデセンなどの副反応物の生成を
比較的低くことができ、しかも、銅−亜鉛系触媒の活性
が高いので、シクロドデカノールの転化率が95%以上と
極めて高いレベルを維持しており、さらに、空時収率
が、1.5g−DON/ml触媒/hr以上という予想外の結果が得
られるのである。
さらに、この発明では、固定触媒で脱水素反応が行わ
れるので、反応ガス又は反応液から触媒を除去するため
の特別の操作が必要ではない。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】気体状態のシクロドデカノールを、銅及び
    亜鉛を主成分とする固体触媒上に供給して、反応温度23
    0〜295℃、および、反応圧0.8〜2気圧下に、前記固定
    触媒と接触させて、シクロドデカノールを脱水素して、
    シクロドデカノンを生成させ、その後反応物を冷却し
    て、シクロドデカノンを含有する反応液を得ることを特
    徴とするシクロドデカノンの製法。
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