JP2623448B2 - 不飽和ニトリルのジニトリルへのヒドロシアン化方法 - Google Patents
不飽和ニトリルのジニトリルへのヒドロシアン化方法Info
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Description
有するニトリルをヒドロシアン化(hydrocyan
ation)して飽和ジニトリルにする、特にペンテン
ニトリルをヒドロシアン化してポリアミド66を生産す
るための基本的な化合物であるアジポニトリルにする方
法に関する。
は、ニッケル触媒及びトリアリールホスフィットの存在
においてシアン化水素酸をエチレン性二重結合を少なく
とも1つ有する有機化合物に加えることによってニトリ
ルを製造するプロセスを記載している。この反応は溶剤
を存在させて行っても或は溶剤を存在させずに行っても
よい。従来技術のこのプロセスにおいて溶剤が用いられ
る場合、溶剤はベンゼン或はキシレンのような炭化水素
もしくはアセトニトリルのようなニトリルが好ましいも
のである。
スチルベンゼン、ホスフィット、アルセナイト或はアン
チモナイトのようなリガンドを含有するオルガノニッケ
ル錯体である。ホウ素化合物或は金属塩、大概ルイス酸
のような触媒を活性化するためのプロモーターを存在さ
せることもまた該特許において推奨される。このプロセ
スにおいては、媒体は完全に有機性であり、その主たる
不利の内の一つは、反応の終わりに、ヒドロシアン化生
成物と幾種類かの成分(ニッケル錯体、トリアリールホ
スフィット、プロモーター)を含有する触媒溶液とを、
特に後者の溶液を新しいヒドロシアン化反応において循
環させることを目的として、分離することの困難性に在
る。そのような分離は困難かつ不完全であり、触媒の相
当な損失、並びに該触媒がヒドロシアン化生成物中に存
在することが観測される。
エチレン性不飽和を少なくとも1つ有する化合物のヒド
ロシアン化を、遷移金属、特にニッケル、パラジウム或
は鉄の化合物及びスルホン化ホスフィンの水溶液の存在
において行うことが提案された。後者のプロセスは、特
にペンテンニトリルの良好なヒドロシアン化及び簡単な
デカンテーションによる触媒溶液からの容易な分離を可
能にする。
は、種々の物質に関し、特にペンテンニトリルのような
官能化されたオレフィンに関して比較的良好である。し
かし、得られる異性体すべてに対する線状ジニトリル化
合物のパーセンテージは大概65〜70%を越えないこ
とが判明する。その上、触媒は急速に失活されるように
なることが観測される。本発明はこれらの不利を克服す
る、特に形成される生成物の直線性度を向上させる及び
/又は触媒の寿命を増大させることを提案する。
飽和を含有する脂肪族ニトリルを、遷移金属化合物及び
スルホン化ホスフィンを含む触媒の水溶液の存在におい
てシアン化水素と反応させることによってヒドロシアン
化する方法において、該溶液が少なくとも一種のルイス
酸からなる助触媒も含有することを特徴とする方法から
なる。
不飽和を含有するニトリルは線状ペンテンニトリル、例
えば3−ペンテンニトリル、4−ペンテンニトリル及び
これらの混合物である。これらのペンテンニトリルは、
他の化合物、例えば前のブタジエンのヒドロシアン化反
応から及び/又は2−メチル−3−ブテンニトリルを異
性化してペンテンニトリルにすることから得られる2−
メチル−3−ブテンニトリル、2−メチル−2−ブテン
ニトリル、2−ペンテンニトリル、バレロニトリル、ア
ジポニトリル、2−メチルグルタルニトリル、2−エチ
ルスクシノニトリル或はブタジエンを種々の量で、大概
少量で含有してもよい。
鉄の化合物を遷移金属化合物として用いるのが好まし
い。水溶性の或は反応条件下で溶解することができる化
合物を用いる。金属に結合される残基は、それがこれら
の条件を満足する限り、臨界的なものではない。
ニッケルの化合物であり、例として下記を挙げることが
でき、下記の例は制限するものではない: ・ニッケルが酸化状態ゼロである化合物、例えばカリウ
ムテトラシアノニッケラートK4 (NiCN4 )、ビス
(アクリロニトリル)ニッケルゼロ、ビス(1、5−シ
クロオクタジエン)ニッケル及びVa族のリガンドを含
有する誘導体、例えばテトラキス(トリフェニルホスフ
ィン)ニッケルゼロ(後者の場合では、化合物はトルエ
ンのような水不混和性溶媒に溶解されてもよく、次いで
スルホン化ホスフィンの水溶液はニッケルの内のいくら
かを抽出し、沈降によって分離する水溶液において赤色
が発現する); ・ニッケル化合物、例えばカルボキシレート(特にアセ
テート)、カーボネート、バイカーボネート、ボレー
ト、ブロミド、クロリド、シトレート、チオシアネー
ト、シアニド、ホルメート、ヒドロキシド、ヒドロホス
フィット、ホスフィット、ホスフェート及び誘導体、ヨ
ージド、ニトレート、スルフェート、スルフィット、ア
リールスルホネート及びアルキルスルホネート。
とは必要でない。例えば、シアン化ニッケルはほとんど
水に溶解しないが、ホスフィンの水溶液には極めて溶解
性である。使用するニッケル化合物が0より大きいニッ
ケル酸化状態に相当する場合、反応条件下で優先的にニ
ッケルと反応するニッケル還元用剤を反応媒体に加え
る。この還元用剤は有機性でも或は無機性でもよい。例
として、NaBH4 、Zn粉末、マグネシウム、KBH
4 及び水素化ホウ素を挙げることができ、これらは制限
するものではなく、水溶性であるのが好ましい。還元用
剤はレドックス当量価が1〜10になるような量で加え
る。しかし、1より小さい値及び10より大きい値を越
えない。
態0に相当する場合、また上記に挙げたそれらのタイプ
の還元用剤を加えることも可能であるが、この添加は必
須のものではない。鉄化合物を使用する場合、同じ還元
用剤が適している。パラジウムの場合、還元用剤は更に
反応媒体の成分(ホスフィン、溶媒、オレフィン)にな
ることができる。
ィンは、一層特には下記の一般式(I)(化2)のスル
ホン化ホスフィンである:
ってもよく、アリール基を表わし、 ・Y1 、Y2 及びY3 は同じであっても或は異なっても
よく、下記を表わし: ・炭素原子1〜4を有するアルキルラジカル、 ・炭素原子1〜4を有するアルコキシラジカル、 ・ハロゲン原子、 ・CNラジカル、 ・NO2 ラジカル、 ・OHラジカル、 ・NR1 R2 (式中、R1 及びR2 は同じであっても或
は異なってもよく、炭素原子1〜4を有するアルキルラ
ジカルを表わす)、 ・Mは、(I)式の化合物が水溶性になるように下記か
らなる群より選ぶ無機或は有機カチオン性残基であり: ・H+ 、 ・アルカリ金属或はアルカリ土類金属から誘導されるカ
チオン、 ・N(R3 R4 R5 R6 )+ (式中、R3 、R4 、R5
及びR6 は同じであっても或は異なってもよく、炭素原
子1〜4を有するアルキルラジカル或は水素原子を表わ
す)、 ・ベンゼンスルホン酸塩が水溶性である金属から誘導さ
れる他のカチオン、 ・m1 、m2 及びm3 は同じであっても或は異なっても
よく、0〜5の整数であり、 ・n1 、n2 及びn3 は同じであっても或は異なっても
よく、0〜3の整数であり、これらの内の少なくとも1
つは1に等しいか又は1より大きい。
が水溶性になる金属の例として挙げることができる。水
溶性なる表現は、本明細書において、水1リットル当り
少なくとも0.01gの溶解度を有する化合物を言うも
のと理解される。(I)式のホスフィンの内、好適なも
のは下記である: ・Ar1 、Ar2 及びAr3 はフェニル基であり、 ・Y1 、Y2 及びY3 は下記から選ぶ基を表わし: ・炭素原子1〜2を有するアルキルラジカル、 ・炭素原子1〜2を有するアルコキシラジカル、 ・Mは下記からなる群より選ぶカチオンを表わし: ・H+ 、 ・Na、K、Ca及びBaから誘導されるカチオン、 ・NH4 + ・テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウ
ム、テトラプロピルアンモニウム及びテトラブチルアン
モニウムカチオン、 ・m1 、m2 及びm3 は0〜3の整数であり、 ・n1 、n2 及びn3 は0〜3の整数であり、少なくと
も1つはまた1より大きい。
フェニル)ジフェニルホスフィン、ジ(スルホフェニ
ル)フェニルホスフィン及びトリ(スルホフェニル)ホ
スフィン(式中、SO3 基はメタ位にあるのが好まし
い)のナトリウム、カリウム、カルシウム、バリウム、
アンモニウム、テトラメチルアンモニウム及びテトラエ
チルアンモニウム塩が最も特に好適である。
(I)式のホスフィンの他の例として、下記を挙げるこ
とができる:(3−スルホ−4−メチルフェニル)ジ
(4−メチルフェニル)ホスフィン;(3−スルホ−4
−メトキシフェニル)ジ(4−メトキシフェニル)ホス
フィン;(3−スルホ−4−クロロフェニル)ジ(4−
クロロフェニル)ホスフィン;ジ(3−スルホフェニ
ル)フェニルホスフィン;ジ(4−スルホフェニル)フ
ェニルホスフィン;ジ(3−スルホ−4−メチルフェニ
ル)(4−メチルフェニル)ホスフィン;ジ(3−スル
ホ−4−メトキシフェニル)(4−メトキシフェニル)
ホスフィン;ジ(3−スルホ−4−クロロフェニル)
(4−クロロフェニル)ホスフィン;トリ(3−スルホ
フェニル)ホスフィン;トリ(4−スルホフェニル)ホ
スフィン;トリ(3−スルホ−4−メチルフェニル)ホ
スフィン;トリ(3−スルホ−4−メトキシフェニル)
ホスフィン;トリ(3−スルホ−4−クロロフェニル)
ホスフィン;(2−スルホ−4−メチルフェニル)(3
−スルホ−4−メチルフェニル)(3、5−ジスルホ−
4−メチルフェニル)ホスフィン;(3−スルホフェニ
ル)(3−スルホ−4−クロロフェニル)(3、5−ジ
スルホ−4−クロロフェニル)ホスフィン。
が可能であるのはもちろんである。特に、モノ−、ジ−
及びトリ−メタ−スルホン化ホスフィンの混合物を用い
てもよい。本発明に従う方法において用いるスルホン化
ホスフィンは既知のプロセスを採用することによって調
製することができる。すなわち、H.Schindlb
auer,Monatsch.Chem.96、205
1〜2057頁(1965)の教示に従えば、(p−ス
ルホフェニル)ジフェニルホスフィンのナトリウム塩
は、ナトリウムp−クロロベンゼンスルホネートとジフ
ェニルクロロホスフィンとを、ナトリウム或はカリウム
の存在において反応させることによって調製することが
できる。J.Chem.Soc.、276〜288頁
(1958)及び英国特許第1,066,261号に記
載される方法に従えば、(1)式のフェニルホスフィン
は、発煙硫酸を用いて芳香族環系をスルホン化した後
に、生成したスルホン酸基を(1)式においてMによっ
て表わされる金属の内の一種の適した塩基性誘導体を使
用して中和する反応を採用することによって調製するこ
とができる。得られる粗製スルホン化ホスフィンは、対
応するスルホン化ホスフィンオキシドを混合物として含
有してよいが、その存在は本発明に従うヒドロシアン化
方法の実施を妨げない。
℃で行うのが普通であり、30°〜120℃で行うのが
好ましい。ニッケル化合物の使用量は、反応溶液1リッ
トル当りのニッケルが10-4〜1モル、好ましくは0.
005〜0.5モルになるように選ぶ。反応溶液を調製
するために使用する(1)式のホスフィンの量は、この
化合物の元素金属1モルに対するモル数を0.5〜20
00、好ましくは2〜300にするように選ぶ。
ニトリルの直線性、すなわち生成されるすべてのジニト
リルに対する線状ジニトリルのパーセンテージを向上さ
せる、及び/又は触媒の寿命を増大させることを可能に
する。ルイス酸とは、本明細書において及び通常の定義
に従い、電子対受容体である化合物を言うと理解され
る。G.A.Olah編集の「Friedel−Cra
fts and related Reaction
s」、I巻、191〜197頁(1963)なる論文に
引用されるルイス酸を特に用いることができる。
できるルイス酸は元素の周期分類のIb族、IIb族、
IIIa族、IIIb族、IVa族、IVb族、Va
族、Vb族、VIb族、VIIb族及びVIII族の元
素の化合物から選び、但し該化合物は水或は一層普通に
は反応混合物の水性相中に少なくとも一部可溶性であり
かつ安定であることを条件とする。これらの化合物は
塩、特にハライド、好ましくはクロリド及びブロミド、
スルフェート、ニトレート、スルホネート、特にトリフ
ルオロメタンスルホネート、カルボキシレート、アセチ
ルアセトネート、テトラフルオロボレート並びにホスフ
ェートであるのがもっともしばしばである。
げることができ、これらは制限するものではない:塩化
亜鉛、臭化亜鉛、沃化亜鉛、トリフルオロメタンスルホ
ン酸亜鉛、酢酸亜鉛、硝酸亜鉛、テトラフルオロホウ酸
亜鉛、塩化マンガン、臭化マンガン、塩化ニッケル、臭
化ニッケル、シアン化ニッケル、ニッケルアセチルアセ
トネート、塩化カドミウム、臭化カドミウム、塩化第一
スズ、臭化第一スズ、硫酸第一スズ、酒石酸第一スズ、
希土類金属元素、例えばランタン、セリウム、プラセオ
ジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニ
ウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エル
ビウム、ツリウム、イッテルビウム及びルテチウムのク
ロリド、ブロミド、スルフェート、ニトレート、カルボ
キシレート或はトリフルオロメタンスルホネート、塩化
コバルト、塩化第一鉄並びに塩化イットリウム。幾種類
かのルイス酸の混合物を使用することが可能であるのは
もちろんである。
カリ金属、例えば特に塩化リチウム或は塩化ナトリウム
を加えることによって水溶液中に安定にさせるのが有利
である。塩化リチウム或は塩化ナトリウム/ルイス酸モ
ル比は極めて広い範囲であり、例えば0〜100の範囲
であり、特定の比をルイス酸の水中安定性に応じて調節
することが可能である。ルイス酸の中で、下記が極めて
特に好適である:塩化亜鉛、臭化亜鉛、硫酸亜鉛、テト
ラフルオロホウ酸亜鉛、塩化第一スズ、臭化第一スズ、
塩化リチウムで安定にした塩化第一スズ、塩化ナトリウ
ムで安定にした塩化第一スズ、塩化亜鉛/塩化第一スズ
混合物、塩化ニッケル、臭化ニッケル、ニッケルアセチ
ルアセトネート、トリフルオロメタンスルホン酸第一ス
ズ。
物、一層特にはニッケル化合物1モル当り0.01〜5
0モルを占めるのが普通であり、1〜10モル/モルを
占めるのが好ましい。発明に従ってヒドロシアン化する
ために使用する触媒溶液は、それを反応域に導入する前
に、例えば適した量の選んだ遷移金属化合物、ルイス酸
及び可能ならば還元用剤を(1)式のホスフィンの水性
溶液に加えることによって調製してもよい。また、単に
これらの種々の成分を混合することによって触媒溶液を
「現場で」調製することも可能である。
であるが、後の抽出の溶媒となり得る不活性な水不混和
性有機溶媒を加えることが有利になるかもしれない。そ
のような溶媒の例として、反応媒体を2相状態に保つ芳
香族、脂肪族或は脂環式炭化水素を挙げることができ
る。これより、一旦反応が終わったら、一方で(1)式
のスルホン化ホスフィン、遷移金属化合物及びルイス酸
を含有する水性相を、及び他方で、反応において用いる
反応体、反応生成物、及び適している場合、水不混和性
有機溶媒からなる有機相を分離するのが極めて簡単であ
る。
できる有機溶媒の中で、ベンゼン、トルエン、キシレ
ン、ヘキサン及びシクロヘキサンを挙げることができ
る。発明の方法は連続に行っても或は不連続に行っても
よい。使用するシアン化水素は、シアン化金属、特にシ
アン化ナトリウム、或はシアノヒドリンから作ることが
できる。シアン化水素はガス状形態で或は液状形態で反
応装置に導入する。シアン化水素は、また、あらかじめ
有機溶媒に溶解してもよい。
かじめ不活性ガス(例えば、窒素或はアルゴン)を用い
てフラッシュしておいた反応装置に、スルホン化ホスフ
ィン、遷移金属化合物、随意の還元用剤及び溶媒のよう
な種々の構成成分、並びにルイス酸の内のすべて或はい
くつかを含有する水溶液を装入するか、或は該構成成分
を別々に反応装置に装入するかいずれかを行うことが可
能である。次いで、反応装置を選定した温度にもたらし
た後に、ペンテンニトリルを導入するのが普通である。
次いで、シアン化水素をそれ自体で、好ましくは連続し
かつ通例の方法で導入する。
セイすることによってたどることができる)が終了した
際に、反応混合物を冷却した後に取り出し、沈降が行わ
れた後に相を分離し、必要に応じて次いで適した溶媒、
例えば、上述した水不混和性溶媒を用いて水性層を抽出
することによって反応生成物を分離する。触媒水溶液
を、次いで新しいヒドロシアン化反応に循環させてもよ
い。方法の連続実施の関係では、有機相だけを取り出
し、触媒水性相を反応装置に残してもよい。下記の例は
発明を例示するものである。
のナトリウム塩300mモルを水に溶解した溶液500
cm3 を、磁気攪拌棒及び上昇コンデンサーを装着した
1リットルガラス丸底フラスコに装入し、この溶液をガ
ス抜きする。次に、攪拌しかつアルゴンを流しながら、
Ni(シクロオクタジエン)2 20g(73mモル)を
導入した後に、あらかじめガス抜きしたオルト−キシレ
ン350cm3 を導入する。混合物を45℃で15時間
加熱する。冷却した後に、沈降が行われた後に2相系が
分離し、強い赤色着色された水性相を抜き出す。
化 Ni5mモル及びTSTPP20mモルを含有するNi
/TSTPP触媒の水溶液34.8cm3 を150cm
3 ガラス反応装置に装入する。混合物を攪拌しながら加
熱して60℃にし、この温度を保ちながら下記を連続し
て注入する: ・塩化亜鉛20mモルを含有する水溶液3.2cm3 ・3−ペンテンニトリル(3PN)8g(105mモ
ル)。 次に、シアン化水素を速度1.8g/時(67mモル/
時)で2時間注入する。
却し、注入した可能な過剰のシアン化水素を、濃水酸化
ナトリウム溶液を用いて中和し、種々の構成成分をガス
クロマトグラフィー(GC)によってアセイする。下記
の結果が得られる: ・3PNの転化の程度 89% ・転化された3PNに対するアジポニトリル(ADN)
の収率(Yd) 66% ・転化された3PNに対する2−メチルグルタルニトリ
ル(MGN)の収率(Yd) 26% ・転化された3PNに対する2−エチルスクシノニトリ
ル(ESN)の収率(Yd) 5% ・転化された3PNに対するバレロニトリル(VN)の
収率(Yd) 3% ・直線性(* ) 68% ・触媒の活性(* * ) 20 ・ADNについての生産効率(水性相の容積に対する)
90g/時/リットル (* )生成されたADN/生成されたADN+MGN+
ESN (* * )使用したNi1モル当りの転化された3PNの
モル数
化された3PNに対するADN+MGN+ESNの収
率)。
挙げる)。
Claims (9)
- 【請求項1】 エチレン性不飽和を含有する脂肪族ニト
リルを、遷移金属化合物及びスルホン化ホスフィンを含
む触媒の水溶液の存在においてシアン化水素と反応させ
ることによってヒドロシアン化する方法において、該溶
液が少なくとも一種のルイス酸からなる助触媒も含有す
ることを特徴とする方法。 - 【請求項2】 エチレン性不飽和を含有するニトリルを
3−ペンテンニトリル、4−ペンテンニトリル及びこれ
らの混合物から選ぶ請求項1の方法。 - 【請求項3】 水溶性の或は反応条件下で溶解すること
ができるニッケルの化合物、パラジウムの化合物及び鉄
の化合物を遷移金属化合物として用いることを特徴とす
る請求項1及び2のいずれかの方法。 - 【請求項4】 助触媒として使用するルイス酸を元素の
周期分類のIb族、IIb族、IIIa族、IIIb
族、IVa族、IVb族、Va族、Vb族、VIb族、
VIIb族及びVIII族の元素の化合物から選び、但
し該化合物は水或は一層普通には反応混合物の水性相中
に少なくとも一部可溶性でありかつ安定であることを特
徴とする請求項1の方法。 - 【請求項5】 化合物がハライド、スルフェート、ニト
レート、スルホネート、カルボキシレート、アセチルア
セトネート、テトラフルオロボレート及びホスフェート
であることを特徴とする請求項4の方法。 - 【請求項6】 使用するルイス酸助触媒が遷移金属化合
物1モル当り0.01〜50モルに相当することを特徴
とする請求項1の方法。 - 【請求項7】 使用するスルホン化ホスフィンを下記の
一般式(I)のスルホン化ホスフィンから選ぶことを特
徴とする請求項1の方法: 式中、 ・Ar1、Ar2及びAr3は同じであっても或は異な
ってもよく、アリール基を表わし、 ・Y1、Y2及びY3は同じであっても或は異なっても
よく、下記を表わし: ・炭素原子1〜4を有するアルキルラジカル、 ・炭素原子1〜4を有するアルコキシラジカル、 ・ハロゲン原子、 ・CNラジカル、 ・NO2ラジカル、 ・OHラジカル、 ・NR1R2(式中、R1及びR2は同じであっても或
は異なってもよく、炭素原子1〜4を有するアルキルラ
ジカルを表わす)ラジカル、 ・Mは、(I)式の化合物が水溶性になるように下記か
らなる群より選ぶ無機或は有機カチオン性残基であり: ・H+、 ・アルカリ金属或はアルカリ土類金属から誘導されるカ
チオン、 ・N(R3R4R5R6)+(式中、R3、R4、R5
及びR6は同じであっても或は異なってもよく、炭素原
子1〜4を有するアルキルラジカル或は水素原子を表わ
す)、 ・ベンゼンスルホン酸塩が水溶性である金属から誘導さ
れる他のカチオン、 ・m1、m2及びm3は同じであっても或は異なっても
よく、0〜5の整数であり、 ・n1、n2及びn3は同じであっても或は異なっても
よく、0〜3の整数であり、これらの内の少なくとも1
つは1に等しいか又は1より大きい。 - 【請求項8】 スルホン化ホスフィンの使用量を、この
化合物の遷移金属1モルに対するモル数を0.5〜20
00にするように選ぶことを特徴とする請求項1の方
法。 - 【請求項9】 ヒドロシアン化反応を温度10゜〜15
0℃で行うことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一
の方法。
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