JP2778131B2 - メタクリル酸メチルの製造方法 - Google Patents

メタクリル酸メチルの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、アセトンとギ酸メチル、又はアセトンとメ
タノールと一酸化炭素を原料とするメタクリル酸メチル
の製造方法に関する。
メタクリル酸メチルは、種々のポリマー原料として大
量に使用されており、工業的に極めて重要なものであ
る。
(従来の技術) アセトンと青酸からアセトンシアンヒドリンを合成
し、次に硫酸の存在下においてα−ヒドロキシイソ酪酸
アミドを合成し、更にメタクリルアミドを経てメタクリ
ル酸メチルを製造するプロセスは古くから公知であり、
例えばKirk Othmer『Encyclopedia of Chemical Techno
logy』3rd Ed.Vol.15 P357において述べられており、工
業的にも広く実施されている。
(発明が解決しようとする課題点) 上記の従来法によるメタクリル酸メチルにおいては、
使用する硫酸が使い捨てとなるのみならず、膨大な量の
副生する酸性硫安の副生物の処理がメタクリル酸メチル
の製造コストを圧迫すると云う欠点があった。
従来は、酸性硫安の処理にはアンモニアを加えて肥料
用の硫安にしていたが、現在この需要は限られたものに
なっている。この為、最近では酸性硫安を分解し、硫酸
として回収する方法も工業的に実施されている。しか
し、回収方法はコストが掛り、又窒素分も回収されない
ので経済的な方法とはなり得ないものであった。
(課題点を解決するための手段) 以上の如き問題点を解決する手段として、本発明者等
は、先に特開昭60−78939号公報および特開平1−29065
3号公報において図−1のルートによる硫酸を使用しな
いメタクリル酸メチルの製造方法を見出している。
図中、ACHはアセトンシアンヒドリン、HBDはα−ヒド
ロキシイソ酪酸アミド、HBMはα−ヒドロキシイソ酪酸
メチル、FDはホルムアミド、MMAはメタクリル酸メチル
を表す(図2も同じ)。
本発明は、図−1に示す先願の方法を更に発展させた
ものであり、図−2に示すルートによるメタクリル酸メ
チルの製造方法である。
即ち本発明の方法は、青酸とアセトンを原料にし硫酸
を用いる従来法に代えて、硫酸を用いないメタクリル酸
メチルの製造方法であり、従来法での副生酸性硫安の代
わりに図−2に示す如くホルムアミドを生成させ、次い
でアンモニアと一酸化炭素に分解して回収し、それぞれ
青酸とギ酸メチル等に変換して反応系に循環使用するも
のである。
本発明者等の先願においては、図−1に示す如く、生
成するホルムアミドを脱水して青酸に転化して反応系に
循環使用するものである。
本発明の方法では、図−2に示す如く、生成するホル
ムアミドをアンモニアと一酸化炭素に一旦分解して利用
するものである。
ここで回収されるアンモニアは、従来の青酸製造装置
をそのまま利用して青酸に変換して、反応系に循環使用
される。即ち、従来の工業的な青酸製造設備では、例え
ばAndrussow法によりアンモニアとメタンと空気から青
酸が合成される。
又、ここで回収される一酸化炭素は、そのままメタノ
ールと共に反応系に循環使用しても良いし、予めメタノ
ールと反応させてギ酸メチルとして反応系に循環使用す
ることもできる。
以上述べた如く本発明の方法においては、従来のアセ
トンシアンヒドリン法によるメタクリル酸メチル製造プ
ロセスの弱点であった酸性硫安の副生は無く、価値の高
い窒素分はアンモニアとして回収再使用されるものであ
り、工業的に意義あるメタクリル酸メチル製造方法であ
ると云える。
以下に本発明方法の具体的態様について述べる。
先ず、青酸とアセトンとの反応によるアセトンシアン
ヒドリン合成は、公知の方法で実施される。この合成反
応は、アルカリ触媒の存在下、アセトン/青酸の仕込み
モル比0.95〜1.5の範囲、反応温度0〜30℃の範囲にお
いて実施され、高選択率を以てアセトンシアンヒドリン
が合成される。
次に、アセトンシアンヒドリンの水和反応によりα−
ヒドロキシイソ酪酸アミドを合成する。
この合成反応は、マンガンを主成分とする固体触媒を
用いて、過剰の水の存在下において、更に好ましくはア
セトンやメタノール等の親水性溶媒の共存下、反応温度
30〜90℃なる条件での液相反応で実施され、アセトンシ
アンヒドリンから高選択率を以てα−ヒドロキシイソ酪
酸アミドに転化される。反応溶媒にアセトンを用いる場
合には、上記のアセトンシアンヒドリン合成工程での生
成液を、未反応のアセトンを分離せずにそのまま本反応
の原料アセトンシアンヒドリンとして利用できる利点が
ある。
この水和反応生成液から、常法により水及び溶媒等を
留去すれば、α−ヒドロキシイソ酪酸アミドが得られ
る。
次に、α−ヒドロキシイソ酪酸アミドにギ酸メチルと
メタノールを加えて溶解し、アミドエステル交換反応を
行なう。この反応は、高温においては無触媒下でもアル
ミナ等の触媒下でも進行するが、好適には120℃以下の
温和な条件下、及び実質的に無水の状態において、触媒
としてアルカリ金属又はアルカリ土類金属のアルコラー
ト、又はそれらの金属酸化物を使用して実施される。
本反応に使用する触媒の具体例を挙げると、例えばナ
トリウムメチラート、カルシウムメチラート、酸化ナト
リウム、酸化カルシウム等である。又、アルカリ金属又
はアルカリ土類金属をそのまま反応系に添加する場合に
も、反応系にはメタノールが存在しており、自ずと各金
属アルコラートに変換されるので差支え無いことは云う
迄もない。
このアミドエステル交換反応は、α−ヒドロキシイソ
酪酸アミドに対してギ酸メチルを過剰に用い反応温度20
〜120℃の範囲において実施するのが好ましい。この条
件により滞留時間15分から10時間において、反応は平衡
状態に達し、高選択率を以てα−ヒドロキシイソ酪酸メ
チル及びホルムアミドが得られる。
このアミドエステル交換工程での生成液を蒸留するこ
とにより、未反応のギ酸メチルとα−ヒドロキシイソ酪
酸アミド、生成したα−ヒドロキシイソ酪酸メチルとホ
ルムアミド、及び触媒がそれぞれ分離回収される。回収
されるα−ヒドロキシイソ酪酸メチル及びホルムアミド
は、それぞれ後述の脱水工程及び分解工程に送られる。
一方、回収される未反応原料は反応系に再使用される。
又、本アミドエステル交換工程は、ギ酸メチルに代え
て一酸化炭素とメタノールを使用しても、目的の反応は
収率良く進行する。この場合にも上記と同様の触媒を使
用して反応を行うが、上記の反応温度範囲において、一
酸化炭素の圧力10〜150Kg/cm2Gなる条件を採るのが好ま
しい。
又、ギ酸メチルを原料とし、メタノールを溶媒として
反応させる場合においては、一酸化炭素を張込み加圧下
で反応を行なうのが好ましく、これにより高いα−ヒド
ロキシイソ酪酸アミド転化率を得ることができる。
α−ヒドロキシイソ酪酸メチルの脱水反応は、液相又
は気相で行なわれるが、収率良くメタクリル酸メチルを
得る為には、気相接触反応にて実施するのが好ましい。
本気相反応の触媒としては、一般に酸性点を有する固
体酸触媒が使用され、例えばシリカ、アルミナ、シリカ
−アルミナ、ゼオライト、天然粘土鉱物、及びこれらを
リン酸やリン酸塩又はアルカリ溶液にて酸性度を調節し
たものが使用される。
本脱水反応は、蒸発気化したα−ヒドロキシイソ酪酸
メチルを単独又はメタノールの共存下、又は少量の希釈
剤、例えばスチームやイナートガスの存在下において、
反応温度200〜400℃にて実施される。メタノールの存在
は、メタクリル酸の副生を抑えるに好適である。
生成したメタクリル酸メチルは、抽出及び蒸留工程を
経て精製され、高純度の製品メタクリル酸メチルが得ら
れる。
一方、前述のアミドエステル交換工程において回収さ
れたホルムアミドは、以下の方法により容易にアンモニ
アと一酸化炭素に分解される。
即ち本分解反応は、無触媒あるいは塩基性触媒の存在
下、気相又は液相にてホルムアミドを加熱することによ
り行なわれるが、青酸の副生を抑える為に300℃以下で
実施することが好ましい。
触媒としては、活性炭、カセイソーダ、青化ソーダ、
金属アルコラート等が有効である。
好適な反応例を挙げると、ホルムアミドを液相におい
て、触媒の存在下、温度120〜220℃、撹拌下にて生成ガ
スを反応系より抜きながら反応させるのが良い。生成す
るアンモニアと一酸化炭素の混合ガスから、加圧冷却又
は吸収によりアンモニアを分離回収し、残りは一酸化炭
素となる。
回収されるアンモニアは、工業的に公知の方法を適用
して再び青酸となし、本発明の方法に循環使用される。
回収アンモニアから青酸を得る方法において、メタンを
原料にする場合にはアンモ酸化で行なうAndrussow法、
又は酸素の存在しないDegussa法等があり、又高級アル
カンを原料とする場合にはShawinigen法がある。又、回
収アンモニアを、Sohio法でのプロピレンのアンモ酸化
によるアクリルニトリル製造プラントに供給し、副生青
酸を得ることもできる。
一方、回収される一酸化炭素は、前述図−2の如く、
そのままメタノールと共にアミドエステル交換工程に送
るか、又はメタノールと反応させて一旦ギ酸メチルを合
成してからアミドエステル交換工程に供される。
実施例−1. 撹拌機を有する300mlの4口丸底フラスコにアセトン1
51g、陰イオン交換樹脂触媒2gを加え、冷水浴にて液温
5℃とした。滴下ロートにより青酸54gを、液温が10℃
を超えないよう撹拌しながら少量ずつ滴下した。
滴下終了後、液温を10℃にあげて、更に15分撹拌を続
けて反応を完結させた。
この反応生成液をHPLCにて分析した結果、青酸転化率
100%、アセトンシアンヒドリン収率99.5%を得た。反
応生成液から陰イオン交換樹脂触媒を濾別後、水182gを
加え、387gの水和反応用の原料液を調製した。
次に、この原料液を、20〜30メッシュのδ−MnO2触媒
10gを充填し、60℃の温浴に浸した内径10mmのガラス反
応管に、定量ポンプを用いて10g/hrにて供給した。
10hr反応後の生成液をHPLCで分析した結果、アセトン
シアンヒドリン転化率87%、α−ヒドロキシイソ酪酸ア
ミド収率81%を得た。
副生物は、アセトンとホルムアミドであった。
この反応生成液から、蒸留及び晶析操作によって精製
α−ヒドロキシイソ酪酸アミドを得た。
次に、撹拌機及びジャケット付の800mlオートクレー
ブに、精製α−ヒドロキシイソ酪酸アミド155g、メタノ
ール150g、ギ酸メチル180g及び触媒ナトリウムメチラー
ト28%メタノール溶液5gを加えて、液温50℃にて5時間
反応を行なった。
この反応生成液をGCで分析した結果、α−ヒドロキシ
イソ酪酸アミド転化率65%,α−ヒドロキシイソ酪酸メ
チル収率64%、及びホルムアミド収率64%を得た。この
反応生成液から、蒸留操作により、精製α−ヒドロキシ
イソ酪酸メチル、及び精製ホルムアミドを得た。
上記精製α−ヒドロキシイソ酪酸メチル118gにメタノ
ール118gを加えて原料液を調製した。次に、この原料液
を、モレキュラーシーブ13Xを5g充填した内径10mmのパ
イレックスガラス反応管に、定量ポンプにて3g/hrで供
給した。この原料液は予熱し蒸発して触媒層に導入し、
反応温度250℃にて反応させた。
反応5hr後の時点にて生成液のGC分析を行った結果、
α−ヒドロキシイソ酪酸メチル転化率98%、メタクリル
酸メチル収率90%を得た。
この反応の全生成液から、メタノールを水抽出で除い
た後、精留により精製メタクリル酸メチル65gを得た。
一方、撹拌機及び還流冷却器付きの300mlの4首丸底
フラスコに、精製ホルムアミド180gと触媒酸化カルシウ
ム1gを仕込み、撹拌しながらマントルヒーターで150℃
に加熱した。
発生するガスのミストをブライン還流冷却器にて落と
し、アンモニアガスは硫酸水溶液のトラップにて吸収さ
せて中和滴定により測定し、一酸化炭素はガスメーター
で測定しGC分析を行なった。
その結果、アンモニア収率94%、一酸化炭素収率89%
を得た。
(発明の効果) 本発明によれば、アセトンとギ酸メチル、又はアセト
ンとメタノールと一酸化炭素を原料として、従来法で問
題となる酸性硫安を全く副生せずに、高収率を以てメタ
クリル酸メチルを製造し得るものであり、その工業的な
意義は大きい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C07C 69/54 C07C 67/317 - 67/327 C07C 67/18 - 67/20

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アセトンと青酸からアセトンシアンヒド
    リンを合成する工程、前記工程で得られるアセトンシ
    アンヒドリンを水和してα−ヒドロキシイソ酪酸アミド
    を合成する工程、前記工程で得られるα−ヒドロキシ
    イソ酪酸アミドとギ酸メチルとを反応させてα−ヒドロ
    キシイソ酪酸メチルとホルムアミドを合成する工程、
    前記工程で得られるα−ヒドロキシイソ酪酸メチルを脱
    水してメタクリル酸メチルを製造する工程、及び前記
    工程で得られるホルムアミドをアンモニアと一酸化炭素
    に分解する工程、よりなることを特徴とするメタクリル
    酸メチルの製造方法。
  2. 【請求項2】工程において、ギ酸メチルの代わりにメ
    タノールと一酸化炭素を用いることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載の方法。
  3. 【請求項3】工程において回収されるアンモニアを用
    いて、炭化水素と空気によるアンモ酸化法にて青酸を合
    成し、工程に循環使用することを特徴とする特許請求
    の範囲第1項及び第2項記載の方法。
  4. 【請求項4】工程において回収される一酸化炭素を用
    いて、メタノールのカルボニル化によりギ酸メチルを合
    成し、工程に循環使用することを特徴とする特許請求
    の範囲第1項及び第2項記載の方法。
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