JP2938975B2 - ジニトリルをアミノニトリルに半水素化する方法 - Google Patents

ジニトリルをアミノニトリルに半水素化する方法

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、ジニトリルの対応するアミノニトリルへ
の半水素化に関する。
ジニトリルの水素化は一般的に、対応するジアミンを
製造するために実施される。従って、特にアジポニトリ
ルの水素化は、ポリアミド6,6の製造のための２種の基
本化合物の内の一方であるヘキサメチレンジアミンをも
たらす。
しかしながら、ジアミンを製造するのではなく中間体
のアミノニトリルを製造することが必要とされることが
時としてある。これは例えばアジポニトリルをアミノカ
プロニトリルに半水素化する場合であるが、これに限定
されるものではない。このアミノカプロニトリルは、次
いでポリアミド６の基本化合物であるカプロラクタム又
は直接ポリアミド６に転化させることができる化合物で
ある。
かくして、米国特許第4389348号明細書には、非プロ
トン系アンモニア性溶媒中でベーシック担体に担持させ
たロジウムの存在下で水素を用いてジニトリルをω−ア
ミノニトリルに水素化する方法が記載されている。
米国特許第5151543号明細書には、ジニトリルに対し
て少なくとも2/1のモル過剰の液体アンモニア又は無機
塩基含有アルカノール（この無機塩基は該アルカノール
に可溶のものである）を含む溶媒中でラネーニッケル又
はコバルトタイプの触媒の存在下でジニトリルをアミノ
ニトリルに部分的に水素化する方法が記載されている。
国際公開WO−Ａ−93/16034号パンフレットには、アル
カリ金属水酸化物又は水酸化アンモニウム、低原子価遷
移金属錯体及びラネーニッケル触媒の存在下で加圧下で
50〜90℃の温度においてアジポニトリルを水素化するこ
とによって６−アミノカプロニトリルを製造する方法が
記載されている。この方法は、実施例に従えば、低級ア
ルカノール又は炭化水素のような溶媒中で実施される。
本発明は、ジヒトリルの１つのニトリル官能基を選択
的に水素化して対応するアミノニトリルを主要生成物と
して及びジアミンを少量生成物としてだけ製造すること
を取扱うものである。
より正確には、本発明は、ラネーニッケル；ラネーコ
バルト；「Handbook of Chemistry and Physics」（Wea
st、1970〜1971年の第５版）に発表されたような元素周
期律表第IV b、VI b、VII b及びVIII族の元素並びに亜
鉛から選択されるドーピング元素を含むラネーニッケ
ル；並びに元素周期律表第IV b、VI b、VII b及びVIII
族の元素並びに亜鉛から選択されるドーピング元素を含
むラネーコバルトから選択される触媒と、アルカリ又は
アルカリ土類金属から誘導される強無機塩基との存在下
で、脂肪族ジニトリルを水素によって対応するアミノニ
トリルに半水素化する方法であって、 ・水素化混合物が、該混合物の液体化合物全体に対して
少なくとも0.5重量％の割合の水と、水素化させるべき
ジニトリルから生成し得るジアミン及び（又は）アミノ
ニトリル並びに未転化ジニトリル（これら３種の化合物
の合計として、前記混合物の液体化合物全体に対して80
〜99.5重量％の割合）とを含むこと、 ・ジニトリルの転化率が95％に達することができるこ
と、並びに ・該方法が目的アミノニトリルについての少なくとも60
％の選択性を得ることを可能にすること を特徴とする、前記方法に関する。
ジニトリルの転化率は少なくとも70％であるのが好ま
しい。
本発明の方法において用いることができる脂肪族ジニ
トリルは、より特定的には、一般式（Ｉ）： NC−Ｒ−CN （Ｉ） （ここで、Ｒは１〜12個の炭素原子を有する直鎖状又は
分枝鎖状アルキレン又はアルケニレン基を表わす） のジニトリルである。
式（Ｉ）においてＲが１〜６個の炭素原子を有する直
鎖状又は分枝鎖状アルキレン基を表わすジニトリルが、
本発明の方法において用いるのに好ましい。
このようなジニトリルの例としては、特にアジポニト
リル、メチルグルタロニトリル、エチルスクシノニトリ
ル、マロノニトリル、スクシノニトリル及びグルタロニ
トリル並びにそれらの混合物、特にアジポニトリルの合
成のための同じ方法から生じ得るアジポニトリル及び
（又は）メチルグルタロニトリル及び（又は）エチルス
クシノニトリルの混合物を挙げることができる。
実際上は、Ｒ＝（CH2）４である場合が最も頻繁なも
のである。何故ならば、これは本発明の方法におけるア
ジポニトリル（AND）の利用に相当するからである。
強無機塩基は一般的にアルカリ金属又はアルカリ土類
金属の水酸化物、炭酸塩及びアルカノラートから成る。
これは、アルカリ金属水酸化物、炭酸塩及びアルカノラ
ートから選択するのが好ましい。
用いられる強無機塩基は、LiOH、NaOH、KOH、RbOH、C
sOH及びそれらの混合物から選択するのが最適である。
RbOH及びCsOHも非常に良好な結果をもたらすことがで
きるが、性能と価格との良好な折衷点から、実際上はNa
OH及びKOHが特に頻繁に用いられる。
反応混合物は、方法の実施のタイプに応じて変化する
組成を有する。
実際、本方法を特に実験室での実施又は断続的な小規
模製造の場合のように不連続で実施する場合には、初期
反応混合物は次第にアミノニトリル及び（それより小さ
い割合ではあるが）ジアミンに富むようになり、ジニト
リルの濃度は、半水素化の開始時にジニトリルの全部又
は大部分を装入する場合には低下していくことができ、
ジニトリルを反応の間に徐々に導入する場合には比較的
一定のままであることができる。
他方、本方法を連続的に実施する場合には、反応混合
物の平均組成は、反応の選択性によって決定される値に
達する。
水は一般的に20％以下の量で存在させる。反応混合物
の水含有率は、該混合物の液体成分全体に対して２〜15
重量％の範囲であるのが好ましい。
反応混合物中の目的アミノニトリル及び（又は）対応
するジアミン及び未転化ジニトリルの濃度は、前記反応
混合物中に含まれる液体全体に対して85〜98重量％の範
囲であるのが一般的である。
本発明の方法の連続操作においては、アミノニトリル
及びジアミンについてのそれぞれの選択性の比並びにジ
ニトリルの導入速度によって平均濃度が決定されるだろ
う。
強無機塩基の量は、触媒1kg当たりに0.1モル以上であ
るのが有利である。この量は、触媒1kg当たりに0.1〜３
モルの範囲であるのが好ましく、触媒1kg当たりに0.2〜
２モルの範囲であるのがさらにより一層好ましい。
アミノニトリルについて最高の選択性を得るために、
用いる塩基に応じて強無機塩基／触媒の比を変えること
ができる。かくして、KOH、RbOH及びCsOHについては、
この比は、触媒（特にドープされた又はされていないラ
ネーニッケル）1kg当たりに0.2〜1.0モルであるがさら
により一層好ましい。NaOH及びLiOHについては、この比
は、触媒（特にドープされた又はされていないラネーニ
ッケル）1kg当たりに0.2〜1.5モルであるのがさらによ
り一層好ましい。
本方法において用いられる触媒は、 ・ラネーニッケル、 ・ラネーコバルト、 又は ・ラネーニッケル若しくはラネーコバルト及び触媒の調
製の際に元の合金から取り除かれた金属の残留量の金属
（即ち一般的にアルミニウム）に加えて１種以上のその
他の元素（しばしばドーパントと称される）（例えばク
ロム、チタン、モリブデン、タングステン、鉄若しくは
亜鉛）を含むラネーニッケル若しくはラネーコバルト であることができる。これらのドーピング元素の中で
は、クロム、チタン、それらの相互の混合物及びそれら
のいずれか一方又は両方と鉄との混合物が特に有利なも
のであると考えられる。これらのドーパントは、ニッケ
ル又はコバルトに対して０〜10重量％を占めるのが一般
的であり、ニッケル又はコバルトに対して０〜５重量％
を占めるのが好ましい。
触媒がクロム又はチタンのようなドーパントを含有す
る場合には、強塩基／ドーパントの比を考慮に入れるの
も有利である。かくして、ドーパント1kg当たりにKOH12
〜30モルのKOH/ドーパントの比及びドーパント1kg当た
りにNaOH12〜50モルのNaOH/ドーパントの比を用いるの
が好ましい。
触媒の使用量は、特に採用した操作方法又は選択した
反応条件の関数として非常に広く変えることができる。
かくして、反応混合物にジニトリルを徐々に導入する場
合には、触媒／水素化させるべきジニトリルの重量比
は、ジニトリル全部を反応の開始時に用いる場合のもの
よりもはるかに高いだろう。指標として、反応混合物の
合計重量に対して0.5〜50重量％、大抵の場合１〜35重
量％の触媒を用いることができる。
触媒及びジニトリルの転化率が所定のものであれば、
アミノニトリルの収率の最大点は、上で示した値の範囲
内で選択される塩基/Ni又は塩基/Co比によって決定され
る。
また、ジニトリルの転化率が一定であれば、アミノニ
トリルの最高収率は、ドーパントの性状及び含有率、反
応混合物中の水の量並びに温度にも依存する。
アミノニトリルについての全体的な選択性は、ジニト
リルのアミノニトリルへの水素化速度定数の値を増大さ
せることによって改善され、アミノニトリルのジアミン
への水素化速度定数の値を減少させることによっては改
善されない。上で示した様々なパラメーターによって影
響を及ぼされるものは、本質的に、２つの連続反応の内
の第１のものの速度定数である。
本発明の方法は、150℃以下の反応温度で実施するの
が一般的であり、120℃以下の反応温度で実施するのが
好ましく、100℃以下の反応温度で実施するのがさらに
より一層好ましい。
具体的には、この温度は周囲温度（約20℃）〜100℃
の範囲である。
加熱の前、加熱と同時に又は加熱の後に、反応容器を
適切な水素圧、即ち実際上は１バール（0.10MPa）〜100
バール（10MPa）の範囲、好ましくは５バール（0.5MP
a）〜50バール（5MPa）の範囲にする。
反応時間は、反応条件及び触媒の関数として変えるこ
とができる。
不連続操作においては、反応時間は数分〜数時間まで
変えることができる。
連続操作（これは本発明に従う方法についての好まし
い産業的方法である）においては、この時間はもちろん
固定できるパラメーターではない。
操作条件に応じて、当業者は本発明に従う方法の工程
の年代（順序）を変えることができるということに留意
すべきである。
本発明に従う（連続法又は不連続法を用いる）水素化
を制御するその他の条件は、慣用の、それ自体既知の技
術の裁量に属する。
以下の実施例は、本発明を例示するものである。
これらの実施例においては、以下の略号を用いること
がある。
・ADN＝アジポニトリル ・ACN＝アミノカプロニトリル ・HMD＝ヘキサメチレンジアミン ・DC ＝転化率 ・CY ＝転化した出発基剤に基づく（この場合にはADNに
基づく）選択性 例１ Rushtone Cavitatorタイプの撹拌機、反応成分及び水
素導入並びに温度制御システムを備えた300ミリリット
ルのステンレス鋼製反応器に、以下のものを装入する。
・アジポニトリル 95.1g ・ヘキサメチレンジアミン 94.2g ・水 21.2g ・KOH 0.056g ・ラネーニッケル（Cr1.7％含有） Ni 2.5g この例においては、ラネーニッケル1kg当たりにKOH0.
4モルを存在させた。
反応器を窒素でパージし、次いで水素でパージした後
に、反応混合物を50℃に加熱する。次いでこの温度にお
いて水素を連続的に添加することによって圧力を2MPaに
調節する。水素の消費及び反応混合物の試料の気相クロ
マトグラフィー（GC）による分析によって反応の進行を
調べる。最高収率に達した時に、反応混合物の撹拌を停
止して冷却することによって反応を停止させる。
次の結果が得られた。
・反応時間:80分 ・ADNのDC:83.5％ ・ACNのCY:77.5％ 例２ 同じ操作条件において以下の装入物を用いて例１を繰
り返した。
・アジポニトリル 95.1g ・ヘキサメチレンジアミン 95.4g ・水 21.1g ・KOH 0.113g ・ラネーニッケル（Cr1.7％含有） Ni 2.5g この例においては、ラネーニッケル1kg当たりにKOH0.
8モルを存在させた。
次の結果が得られた。
・反応時間:80分 ・ADNのDC:81.9％ ・ACNのCY:68.3％ 例３ 同じ操作条件において以下の装入物を用いて例１を繰
り返した。
・アジポニトリル 27.4g ・ヘキサメチレンジアミン 166.4g ・水 19.4g ・KOH 0.115g ・ラネーニッケル（Cr1.7％含有） Ni 2.5g この例においては、ラネーニッケル1kg当たりにKOH0.
8モルを存在させた。
次の結果が得られた。
・反応時間:20分 ・ADNのDC:71.2％ ・ACNのCY:77.0％ 例４ 同じ操作条件において以下の装入物を用いて例１を繰
り返した。
・アジポニトリル 142.4g ・ヘキサメチレンジアミン 47.75g ・水 21.1g ・KOH 0.053g ・ラネーニッケル（Cr1.7％含有） Ni 2.5g この例においては、ラネーニッケル1kg当たりにKOH0.
4モルを存在させた。
次の結果が得られた。
・反応時間:103分 ・ADNのDC:76.2％ ・ACNのCY:77.2％ 例５ 同じ操作条件において以下の装入物を用いて例１を繰
り返した。
・アジポニトリル 95.1g ・ヘキサメチレンジアミン 97.1g ・水 21.1g ・KOH 0.056g ・ラネーニッケル（Cr2.4％及びFe1.3含有） Ni 2.5g この例においては、ラネーニッケル1kg当たりにKOH0.
4モル、Cr1kg当たりにKOH16.7モルを存在させた。
次の結果が得られた。
・反応時間:45分 ・ADNのDC:82.4％ ・ACNのCY:74.3％ 例６ 同じ操作条件において以下の装入物を用いて例１を繰
り返した。
・アジポニトリル 95.0g ・ヘキサメチレンジアミン 97.3g ・水 21.1g ・KOH 0.056g ・ラネーニッケル（Cr3.0％及びFe1.6％含有） Ni 2.5g
この例においては、ラネーニッケル1kg当たりにKOH0.
4モル、Cr1kg当たりにKOH13.3モルを存在させた。
次の結果が得られた。
・反応時間:85分 ・ADNのDC:84.5％ ・ACNのCY:65.9％ 例７ 電磁式撹拌機、反応成分及び水素導入手段並びに温度
制御システムを備えた150ミリリットルのステンレス鋼
製反応器に、以下のものを装入する。
・アジポニトリル 21.65g ・ヘキサメチレンジアミン 21.65g ・水 4.75g ・NaOH 0.0372g ・ラネーニッケル（Cr1.7％含有） Ni 0.58g この例においては、ラネーニッケル1kg当たりにNaOH
1.6モル存在させた。
反応器を窒素でパージし、次いで水素でパージした後
に、反応混合物を50℃に加熱する。次いでこの温度にお
いて水素を連続的に添加することによって圧力を2MPaに
調節する。水素の消費及び反応混合物の試料の気相クロ
マトグラフィー（GC）による分析によって反応の進行を
調べる。最高収率に達した時に、反応混合物の撹拌を停
止して冷却することによって反応を停止させる。
次の結果が得られた。
・反応時間:90分 ・ADNのDC:70％ ・ACNのCY:62％ 例８ 同じ操作条件において以下の装入物を用いて例７を繰
り返した。
・アジポニトリル 21.6g ・ヘキサメチレンジアミン 21.8g ・水 4.75g ・NaOH 0.0046g ・ラネーニッケル（Cr1.7％含有） Ni 0.58g この例においては、ラネーニッケル1kg当たりにNaOH
0.2モルを存在させた。
次の結果が得られた。
・反応時間:107分 ・ADNのDC:76％ ・ACNのCY:62％ 例９ 同じ操作条件において以下の装入物を用いて例７を繰
り返した。
・アジポニトリル 21.6g ・ヘキサメチレンジアミン 21.7g ・水 4.78g ・NaOH 0.0094g ・ラネーニッケル（Cr1.7％含有） Ni 0.58g この例においては、ラネーニッケル1kg当たりにNaOH
0.4モルを存在させた。
次の結果が得られた。
・反応時間:67分 ・ADNのDC:80％ ・ACNのCY:69％ 例10 同じ操作条件において以下の装入物を用いて例７を繰
り返した。
・アジポニトリル 21.6g ・ヘキサメチレンジアミン 21.6g ・水 4.75g ・NaOH 0.0187g ・ラネーニッケル（Cr1.7％含有） Ni 0.58g この例においては、ラネーニッケル1kg当たりにNaOH
0.8モルを存在させた。
次の結果が得られた。
・反応時間:69分 ・ADNのDC:75％ ・ACNのCY:73％ 例11 同じ操作条件において以下の装入物を用いて例７を繰
り返した。
・アジポニトリル 21.65g ・ヘキサメチレンジアミン 21.65g ・水 4.75g ・KOH 0.026g ・ラネーニッケル（Cr3.6％含有） Ni 0.58g この例においては、ラネーニッケル1kg当たりにKOH0.
8モルを存在させた。
次の結果が得られた。
・反応時間:51分 ・ADNのDC:75％ ・ACNのCY:67％ 例12 Cavitatorタイプの撹拌機、反応成分及び水素導入手
段並びに様々な制御システムを備えた金属製反応器に、
以下のものを装入する。
・アジポニトリル 2856kg ・ヘキサメチレンジアミン 1151kg ・水 588kg ・KOH 0.83kg ・ラネーニッケル（Cr1.7％含有） 37kg 例１について記載した条件下で操作した。
次の結果が得られた。
・反応時間:3時間30分 ・ADNのDC:86％ ・ACNのCY:64％ 例13 電磁式撹拌機、反応成分及び水素導入手段並びに温度
制御システムを備えた150ミリリットルのステンレス鋼
製反応器に、以下のものを装入する。
・アジポニトリル 6g ・ヘキサメチレンジアミン 41.16g ・水 0.84g ・CsOH 0.054g ・ラネーニッケル（Fe12％含有） 0.4g この例においては、ラネーニッケル1kg当たりにCsOH
0.9モルを存在させた。
反応器を窒素でパージし、次いで水素でパージした後
に、反応混合物を80℃に加熱する。次いでこの温度にお
いて水素を連続的に添加することによって圧力を2.5MPa
に調節する。水素の消費及び反応混合物の試料の気相ク
ロマトグラフィー（GC）による分析によって反応の進行
を調べる。最高収率に達した時に、反応混合物の撹拌を
停止して冷却することによって反応を停止させる。
次の結果が得られた。
・反応時間:50分 ・ADNのDC:89％ ・ACNのCY:65％ 例14 同じ操作条件において以下の装入物を用いて例13を繰
り返した。
・アジポニトリル 6g ・ヘキサメチレンジアミン 37.8g ・水 4.2g ・CsOH 0.036g ・ラネーニッケル（Ti1.5％含有） 0.4g この例においては、ラネーニッケル1kg当たりにCsOH
0.6モルを存在させた。
次の結果が得られた。
・反応時間:20分 ・ADNのDC:90％ ・ACNのCY:60％
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ルコント，フィリップ フランス国 エフ69330 メイジウー, リュ サントブーブ，43 (56)参考文献 特表 平７−502040（ＪＰ，Ａ) 特表 平６−507909（ＪＰ，Ａ) 米国特許4362671（ＵＳ，Ａ) 米国特許4248799（ＵＳ，Ａ) 国際公開93／16034（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C07C 253/30,255/24

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ラネーニッケル；ラネーコバルト；元素周
    期律表IV b、VI b、VII b及びVIII族の元素並びに亜鉛
    から選択されるドーピング元素を含むラネーニッケル；
    並びに元素周期律表第IV b、VI b、VII b及びVIII族の
    元素並びに亜鉛から選択されるドーピング元素を含むラ
    ネーコバルトから選択される触媒と、アルカリ又はアル
    カリ土類金属から誘導される強無機塩基との存在下で、
    脂肪族ジニトリルを水素によって対応するアミノニトリ
    ルに半水素化する方法であって、 ・水素化混合物が、該混合物の液体化合物全体に対して
    少なくとも0.5重量％でしかし多くとも20重量％の割合
    の水と、水素化させるべきジニトリルから生成し得るジ
    アミン及び（又は）アミノニトリル並びに未転化ジニト
    リル（これら３種の化合物の合計として、前記混合物の
    液体化合物全体に対して80〜99.5重量％の割合）とを含
    むこと、 ・ジニトリルの転化率が95％に達することができるこ
    と、並びに ・該方法が少なくとも60％の目的アミノニトリルについ
    ての選択性を得ることを可能にすること を特徴とする、前記方法。
  2. 【請求項２】用いられる強無機塩基がLiOH、NaOH、KO
    H、RbOH、CsOH及びそれらの混合物から選択されること
    を特徴とする、請求の範囲第１項記載の方法。
  3. 【請求項３】反応混合物中に存在させる無機塩基の量が
    触媒1kg当たりに0.1モル以上であることを特徴とする、
    請求の範囲第１又は２項記載の方法。
  4. 【請求項４】反応混合物中に存在させるKOH、RbOH又はC
    sOH無機塩基の量がドープされた又はされていない触媒1
    kg当たりに0.2〜1.0モルの範囲であることを特徴とす
    る、請求の範囲第１〜３項のいずれかに記載の方法。
  5. 【請求項５】反応混合物中に存在させるNaOH又はLiOH無
    機塩基の量がドープされた又はされていない触媒1kg当
    たりに0.2〜1.5モルの範囲であることを特徴とする、請
    求の範囲第１〜３項のいずれかに記載の方法。
  6. 【請求項６】用いられる触媒がクロム、チタン、それら
    の相互の混合物及びそれらのいずれか一方又は両方と鉄
    との混合物から選択される少なくとも１種のドーピング
    元素を含むラネーニッケルから選択されることを特徴と
    する、請求の範囲第１〜５項のいずれかに記載の方法。
  7. 【請求項７】用いられる触媒がニッケルの重量に対して
    ０〜10重量％の少なくとも１種のドーピング元素を含む
    ラネーニッケルから選択されることを特徴とする、請求
    の範囲第１〜６項のいずれかに記載の方法。
  8. 【請求項８】触媒がクロム又はチタンから選択されるド
    ーパントを含有すること及びドーパント1kg当たりにKOH
    12〜30モルのKOH/ドーパントの比又はドーパント1kg当
    たりにNaOH12〜50モルのNaOH/ドーパントの比を用いる
    ことを特徴とする、請求の範囲第１〜７項のいずれかに
    記載の方法。
  9. 【請求項９】用いられる触媒が反応混合物の合計重量に
    対して0.5〜50重量％を占めることを特徴とする、請求
    の範囲第１〜８項のいずれかに記載の方法。
  10. 【請求項１０】150℃以下の反応温度において実施する
    ことを特徴とする、請求の範囲第１〜９項のいずれかに
    記載の方法。
  11. 【請求項１１】操作を１バール（0.10MPa）〜100バール
    （10MPa）の範囲の水素圧において実施することを特徴
    とする、請求の範囲第１〜10項のいずれかに記載の方
    法。
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