JP3145804B2 - シクロヘキシルアミンおよびジシクロヘキシルアミンの混合物の製造方法 - Google Patents

シクロヘキシルアミンおよびジシクロヘキシルアミンの混合物の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は、水素化条件下におけるパラジウ
ム触媒の存在下でのフェノールとアニリンおよび/また
はアンモニアとの反応による互いの混合物状のシクロヘ
キシルアミンおよびジシクロヘキシルアミンの製造方法
に関するものである。触媒はニオブ酸、タンタル酸また
はニオブ酸およびタンタル酸の混合物の担体或いは該酸
類を含有している担体を有している。
【0002】任意に置換されていてもよいシクロヘキシ
ルアミンまたはジシクロヘキシルアミンの重要な製造方
法は、対応する芳香族ニトロ化合物から第一級芳香族ア
ミン類への還元(ホウベンーウエイル(Houben-Wey
l)、メソデン・デル・オルガニッシェン・ヘミイ(Met
hoden der Organischen Chemie)、XI/1巻、360頁
以下)およびそれらの核の水素化である。しかしなが
ら、ニトロ化はしばしば不均一に進行するため、ほとん
ど常に異性体混合物を与える。
【0003】シクロヘキシルアミン類を与えるための部
分的水素化によるフェノール類からシクロヘキサノン類
への転化並びにこれらとアンモニアおよび水素との反応
も可である(ドイツ公告明細書1,124,487、ドイ
ツ公告明細書1,298,098、ドイツ公告明細書1,
144,267、米国特許明細書3,124,614、C
H463,493、ドイツ公開明細書2,045,882
およびホウベンーウエイル(Houben-Weyl)、引用文献、
611−617頁)。
【0004】上記の製造方式は互いに独立している数個
の工程段階を必要とし、従ってそれらは非常に手間がか
かりそして特に不経済である。
【0005】これまでの知識によると、アンモニアおよ
び水素を使用する置換されたフェノールからシクロヘキ
シルアミンへの一段階の直接的転化はルテニウム触媒ま
たはロジウム触媒の存在下で行われる(日本特許出願4
0/34,677、フランス特許1,427,543、英
国特許1,031,169およびドイツ公告明細書1,2
76,032)。下記の触媒がシクロヘキシルアミンを
与えるためのアニリン核の上記の水素化用に使用されて
いる:塩基添加を伴うコバルト(英国特許969,54
2)、ラネーコバルト(日本特許68/03180)、
ルテニウム触媒(ドイツ公告明細書1,106,31
9)、アルカリ金属化合物が投与されているルテニウム
触媒(米国特許3,636,108)またはニッケル触媒
(ドイツ特許明細書805,518)。
【0006】上記の方法の多くは圧力下で操作されそし
て主としてシクロヘキシルアミンを少量のジシクロヘキ
シルアミンと共に与える。従って、ジシクロヘキシルア
ミンはしばしば他の方法により、例えばルテニウム触媒
を用いるジフェニルアミンの圧力水素化により(ドイツ
公告明細書1,106,319)、製造される。さらにジ
シクロヘキシルアミンはパラジウム/木炭触媒の存在下
における約4バールの水素圧力下でのシクロヘキサノン
とシクロヘキシルアミンとの反応においても製造される
(フランス特許1,333,692)。上記のドイツ特許
明細書805,518の方法は主としてジシクロヘキシ
ルアミンの製造に向いているが、やっかいな副生物の再
循環を伴って操作される。さらにジシクロヘキシルアミ
ンはフェノールと水素およびアンモニアとの触媒作用反
応において(米国特許3,351,661)並びにアニリ
ンおよびフェノールの混合物の水素化において(米国特
許2,571,016)も製造される。対照的に、モノシ
クロヘキシルアミンは担体に適用されている貴金属の存
在下においてフェノール、アンモニアおよび水素から製
造され(ヨーロッパ特許53,817)、この触媒は好
適には塩基性物質および/または元素の周期律表(メン
デレーフ)のIbまたはIIbからの元素を含有してい
る。アニリンはフェノールおよびアンモニアから水素の
存在下でアルミニウムスピネル上のパラジウム/コバル
ト触媒を用いて得られる(ヨーロッパ特許53,69
6)。
【0007】上記方法の触媒は不満足な作業寿命を有し
ており、時には相当な量のシクロヘキサンが無用な廃棄
生成物として製造される。従って工業的規模で使用する
ことができ、シクロヘキサン生成による損失が抑制さ
れ、しかも使用される触媒の作業寿命が改良されるよう
な方法を開発する要望が存在している。さらに、シクロ
ヘキシルアミンおよびジシクロヘキシルアミンの両者が
製造され、それらの量をこれらの物質に関する需要に従
い可変的に調節できるような方法に対する要望も存在し
ている。
【0008】驚くべきことに、担体がニオブ酸、タンタ
ル酸またはこれらの2種の混合物であるか或いは該酸類
を含有しているパラジウム触媒を使用するなら上記の要
望が達成できるということを見いだした。
【0009】本発明は従って、水素の存在下における触
媒上でのフェノールとアニリン、アンモニアまたはアニ
リンおよびアンモニアの混合物との反応によるシクロヘ
キシルアミンおよびジシクロヘキシルアミンの混合物の
製造方法に関するものであり、それはニオブ酸もしくは
タンタル酸またはニオブ酸/タンタル酸担体或いは該酸
類を含有している担体を有しておりそして触媒の合計重
量を基にして0.05−5重量%のパラジウムを含有し
ているパラジウム触媒を使用しそして反応を100−2
20℃において0.5−500バールのH2分圧下で実施
することにより特徴づけられている。
【0010】本発明に従い使用される触媒のパラジウム
含有量は、触媒の合計重量を基にして、好適には0.1
−4重量%、特に好適には0.1−3重量%である。
【0011】本発明に従う触媒は従って特に担体として
のニオブ酸および/もしくはタンタル酸とのパラジウム
の組み合わせまたは担体上のパラジウムの組み合わせに
より特徴づけられている。既知の担体触媒と比較する
と、該触媒は比較的高い収率のジシクロヘキシルアミン
を製造しそして優れた作業寿命により特徴づけられてい
る。
【0012】既知の如く、ニオブ酸は五酸化ニオブ水和
物(Nb25・nH2O)であり、それは例えば強鉱酸
類を用いるニオブ酸塩類の水溶液の処理によりまたは
水、酸類もしくは塩基類を用いるニオブアルコレート
類、ニオブ酸ハライド類もしくはニオブ酸エステル類の
処理により得られる。この方法で沈澱したニオブ酸を乾
燥すると微溶性の固体化合物となり、それの残存水含有
量は定義されていないが、この方法で製造されるニオブ
酸は外観的には乾燥粉末のようである。ニオブ酸(五酸
化ニオブ水和物)の製造は例えばグメリンス・ハンドブ
ッフ・デル・アンオルガニッシェン・ヘミー(Gmelins
Handbuch der anorg. Chemie)、8版、ニオブ部分B
1、49頁中に記載されている。
【0013】本発明に従い使用される触媒の製造用のタ
ンタル酸すなわち五酸化タンタル水和物(Ta25・n
2O)も同様な方法でタンタル(V)塩類、タンタル
(V)アルコレート類または他の適切な加水分解可能な
タンタル(V)化合物の加水分解により製造することが
できる。加水分解はニオブ酸に関して以上に記されてい
る方法と同様な方法で起き、それは例えばグメリンス・
ハンドブッフ・デル・アンオルガニッシェン・ヘミー
(Gmelins Handbuch der anorg. Chemie)、8版、タン
タル部分B1、53頁(1970)およびケミカル・レ
ターズ(Chem. Lett.)、1988、1573頁中に記載
されている。2種の元素の一方に関して記されているこ
とは原則的には他方にも適用される。2種の元素および
それらの化合物の大きな化学的近似性は、それらにそれ
らの自然沈澱が互いに多く伴われるという事実も生じ
る。
【0014】天然源から得られるニオブ酸、特にニオブ
酸およびタンタル酸の合計モル数を基にして0.000
1−10モル%のタンタル酸含有量を有するもの、が担
体として好適に使用される。
【0015】ニオブおよび/またはタンタル酸を固定床
触媒としての使用に好適な個別形にさせるようにするた
めには、例えば、加水分解の湿った沈澱を混練器中で充
分混練しそして粒状化装置中で成型品に加工する。湿っ
ている成型品を次に例えば120℃において乾燥し、そ
して200−400℃において0.5−5時間にわたり
か焼する。これにより5−350m2/gのBET表面
積を生じる。顆粒、押し出し物またはビーズを製造する
ためには、ニオブおよび/またはタンタル酸を結合剤と
共に圧縮しそして粒状化することもできる。
【0016】ニオブまたはタンタル酸は本発明に従う触
媒に関して活性物質であり、それの活性は他の固体との
混合によっても保有されている。適している固体の例
は、酸化アルミニウム、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化
マグネシウム、酸化鉄、二酸化ケイ素、グラファイトな
どである。これらの固体は上記方法において結合剤とし
て使用することもできる。ニオブまたはタンタル酸とこ
れらの固体との混合物は5:95−99:1、好適には
50:50−98:2、の比で使用することができる。
本発明に従い使用できる好適な触媒はニオブもしくはタ
ンタル酸または両者の混合物を含有しており、他のもの
は添加されていない。1種以上の上記固体との組み合わ
せの場合には、Al23顆粒にニオブおよび/またはタ
ンタル化合物の溶液を含浸させてこの方法で製造された
担体のニオブおよび/またはタンタル酸の含有量を0.
2−30、好適には0.5−10、重量%にするなら、
特別有効な触媒担体が得られる。
【0017】ニオブ酸、タンタル酸もしくは2種の混合
物上にまたはニオブおよび/もしくはタンタル酸を含有
している上記の他の担体の1種上に可溶性化合物の形状
のパラジウムを含浸させ、含浸後に担体を乾燥し、そし
て現存形状でまたは120−400℃における、好適に
は150−340℃における、水素を用いる予備処理後
に触媒を使用することにより、触媒を製造することがで
きる。このH2予備処理は好適には、本発明に従う方法
をその後に行う反応器の中で行われる。
【0018】この目的用には、触媒担体は約1−10m
mの寸法を有するペレット、ビーズまたは片の形状であ
る。パラジウム触媒を専門家に原則的に知られている方
法で含浸させる。乾燥は例えば100−140℃におい
て減圧ないし常圧下で、例えば1−1000ミリバール
下で、行われる。
【0019】使用されるパラジウム化合物を水中にまた
は適当な有機溶媒中に溶解させることができる。それら
は好適には有機溶媒、例えば簡単なアルコール類、ケト
ン類、ニトリル類または環式エーテル類、中に溶解され
る。そのような溶媒の例は、メタノール、エタノール、
アセトン、アセトニトリルおよびジオキサンである。適
当なパラジウム化合物は、例えば、塩化物類、硝酸塩類
または酢酸塩類、である。
【0020】本発明に従うと、記載されている触媒は任
意にアニリンとフェノールとの水素化反応用に並びにフ
ェノール/アンモニア混合物またはフェノール/アニリ
ン/アンモニアの三成分混合物の水素化反応用に傑出し
た方法で使用することができる。この反応で式
【0021】
【化1】
【0022】[式中、R1およびR2は互いに独立して、
水素、C1−C4-アルキルまたはC1−C4-アルコキシを
示す]シクロヘキシルアミンおよびジシクロヘキシルア
ミンの混合物が製造される。
【0023】従って、シクロヘキシルアミンおよびジシ
クロヘキシルアミンはそれらが基づいている式
【0024】
【化2】
【0025】[式中、R1およびR2は上記の意味を有す
る]のフェノールまたはアニリンの置換パターンを有し
ている。
【0026】特に驚異的な方法では、モノシクロヘキシ
ルアミンの量に関するジシクロヘキシルアミンの生成量
は上記触媒を用いると水素化温度の関数として変動させ
ることができ、比較的大量のジシクロヘキシルアミンの
調節された製造が可能である。反応が本発明に従う温度
範囲の上部で行われるなら、モノシクロヘキシルアミン
の含有量はジシクロヘキシルアミンの含有量に関連して
増加し、そして逆もまた同様である。
【0027】上記のアルキルおよびアルコキシ置換基
は、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピ
ル、ブチル、イソブチル、メトキシ、エトキシ、プロポ
キシ、イソプロポキシ、ブトキシまたはイソブトキシで
ある。上記の置換基の炭素数は好適には1−2であり、
そして特に好適にはメチルまたはメトキシである。さら
に、好適には、R1が上記の範囲の意味を有しつつR2
水素である。本発明に従う方法は特に好適には未置換フ
ェノールの存在下における未置換アニリン核の水素化お
よびフェノール/アンモニア混合物の水素化反応に向け
られている。
【0028】本発明に従う方法は比較的広い圧力範囲に
おいて実施することができ、それは0.5−500バー
ルの、好適には2−400バールの、特に好適には10
0−400バールの、特別好適には150−350バー
ルの、H2蒸気分圧により特徴づけられている。反応は
ここでは例えば固定床触媒上でまたはオートクレーブ中
で細流相中で実施することができる。これにより、不連
続的および連続的工程の両者の可能性が開ける。工業的
目的用には、反応は好適には連続的に、有利には細流相
中で、実施される。1リットルの触媒当たり毎時0.0
5−2kg、好適には0.1−1kg、特に好適には0.
15−0.6kg、の出発物質が触媒充填量として設定
される。
【0029】フェノールとアニリンとの反応では、1
0:1−1:10の2種の物質のモル比が選択され、好
適なモル比は3:1−1:3である。フェノールおよび
アンモニアの反応では、フェノール:アンモニアのモル
比=1:20−1:1、好適には1:10−1:2、が
選択される。
【0030】本発明に従う方法で製造される反応混合物
は一般的方法で、例えば蒸留により、シクロヘキシルア
ミンおよびジシクロヘキシルアミンに分離することがで
きる。完全に反応していない出発物質、例えばフェノー
ルもしくはアニリン、または不完全に水素化された反応
生成物、例えばN−シクロヘキシルアニリン、は専門家
に既知の方法で再循環させることができる。
【0031】上記の意味範囲を有するシクロヘキシルア
ミン類およびジシクロヘキシルアミン類は、ゴム類およ
びプラスチック類用の抗老化剤の製造用に、腐食抑制剤
として並びに植物保護剤および織物助剤用の先駆体とし
て使用される。
【0032】
【実施例】実施例1 3.5%のグラファイト粉末が添加されている5mm錠
剤に成形されている75gのニオブ酸Nb25・nH2
Oに、1.56gの酢酸Pdおよび26.8gのアセトニ
トリルから製造された溶液を含浸させた。この方法で含
浸させたニオブ酸錠剤を水流ポンプ真空下で100℃に
おいて18時間乾燥した。次にニオブ酸に1%のPdを
同じ方法で含浸させた。60ml(61g)のこのよう
にして製造された触媒を油恒温器を用いて加熱されてい
る垂直配置されている圧力管(直径14mm、長さ70
cm)の中に加えた。粒子内部分に微細な海砂(0.2
−0.4mm)を充填した。触媒を最初に水素を用いて
250℃において270バール下で3時間にわたり活性
化し、毎時40リットルの水素が反応管の下端で放出さ
れた。フェノールとの混合物としてのアニリンの水素化
を次に182℃において270バール下で開始させ、ア
ニリン/フェノール混合物および水素を頂部から触媒上
に通した。液体が触媒上を下方に分離器中に細流状で流
れた。26−62リットルの水素が分離器の頂部で放出
された。連続的に供給されるアニリン/フェノールの量
は0.2−0.3g/mlの触媒/時の範囲の触媒充填量
に相当していた。
【0033】
【表1】 表1(実施例1に関連):フェノールおよびアニリンの水素化反応 充填量 温度 生成物(重量%)(g/ml・時) (℃) アノール フェノール アニリン CA NCHA DCA 0.231) 160 2.3 13.3 18.2 2.0 8.2 54.5 0.241) 171 - 2.7 4.8 0.8 6.7 81.9 0.281) 196 0.7 - 0.1 6.7 0.3 92.0 0.282) 206 5.8 - - 2.1 0.1 91.6 0.222) 208 4.4 - - 2.6 0.1 92.1 0.192) 231 7.4 - 0.1 17.3 0.1 74.01) アニリン:フェノール=2:1モル2) アニリン:フェノール=1:1モル、アノール=シク
ロヘキサノール、CA=シクロヘキシルアミン、NCH
A=N−シクロヘキシルアニリン、DCA=ジシクロヘ
キシルアミン実施例2 2−5mmの直径および350m2/gの比表面積を有
する400gの球状γ−Al23に23.3gのNbC
5の120gの37%強度塩酸中溶液を含浸させ、そ
して次に120℃において乾燥した。次に触媒担体に4
10gの16.9重量%強度アンモニア水溶液を含浸さ
せ、そして続いて水で洗浄して塩化物を除去しそして再
び乾燥した。150gのこのようにして製造された触媒
担体に3.13gの酢酸Pdおよび40gのアセトニト
リルから製造された溶液を含浸させた。120℃におい
て再び乾燥した後に、触媒は使用の準備ができていた。
フェノールとNH3および水素との反応は実施例1中で
使用された型の圧力管の中で60ml(53g)のこの
ようにして製造された触媒を用いて実施された。触媒を
最初に水素流中で250℃において270バール下で3
時間にわたり活性化させた。毎時12−27gのフェノ
ールおよび4.6−5.8gの液体アンモニアを活性化さ
れた触媒上に頂部から加えながら、水素化装置中の圧力
を280バールに保ちつつ一定流の水素も頂部から下方
に通した。液体は触媒上で下方に圧力分離器中に細流状
で流れた。反応管の中で連続的な気体流を保つために、
過剰のアンモニアを含有している水素が分離器の頂部で
放出された(110−170リットル/時)。装置を連
続的に操作し、反応温度は135−215℃の間で変動
した。
【0034】
【表2】 表2(実施例2に関連):フェノールとアンモニアとの水素化反応 フェノール NH3 温度 生成物(重量%) (g/時) (g/時) (℃) アノール フェノール アニリン CA NCHA DCA 15.4 5.8 135 8.7 0.5 0.5 22.5 0.2 67.8 12.1 5.5 145 1.0 0.3 0.1 30.1 0.1 68.3 27.5 5.0 200 5.1 - - 21.9 - 73.0 22.2 5.5 215 5.9 - - 22.7 - 71.4 アノール、CA、NCHAおよびDCAは表1中の如く
である。
【0035】本発明の主なる特徴および態様は以下のと
おりである。
【0036】1.水素の存在下における触媒上でのフェ
ノールとアニリン、アンモニアまたはアニリンおよびア
ンモニアの混合物との反応によるシクロヘキシルアミン
およびジシクロヘキシルアミンの混合物の製造方法にお
いて、ニオブ酸もしくはタンタル酸またはニオブ酸/タ
ンタル酸担体或いは該酸類を含有している担体を有して
おりそして触媒の合計重量を基にして0.05−5重量
%のパラジウムを含有しているパラジウム触媒を使用し
そして反応を100−220℃において0.5−500
バールのH2分圧下で実施することを特徴とする方法。
【0037】2.反応を2−400バールの、好適には
100−400バールの、特に好適には150−350
バールの、H2分圧下で実施することを特徴とする、上
記1の方法。
【0038】3.フェノールおよびアニリンを反応させ
そして10:1−1:10のモル比が選択されることを
特徴とする、上記1の方法。
【0039】4.フェノール:アニリンのモル比=3:
1−1:3が選択されることを特徴とする、上記3の方
法。
【0040】5.フェノールおよびアンモニアを反応さ
せそして20:1−1:1のモル比が選択されることを
特徴とする、上記1の方法。
【0041】6.フェノール:NH3のモル比=1:1
0−1:2が選択されることを特徴とする、上記5の方
法。
【0042】7.触媒が、触媒の合計重量を基にして、
0.1−4重量%の、好適には0.1−3重量%の、パラ
ジウムを含有していることを特徴とする、上記1の方
法。
【0043】8.反応を1リットルの触媒当たり毎時
0.05−2kgの、好適には0.1−1kgの、特に好
適には0.15−0.6kgの、出発生成物の触媒充填量
の下で実施することを特徴とする、上記1の方法。
【0044】9.触媒担体が0.2−30重量%の、好
適には0.2−10重量%の、ニオブ酸および/または
タンタル酸の含有量を有するAl23であることを特徴
とする、上記1の方法。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲルハルト・ダルゾウ ドイツ連邦共和国デー4150クレーフエル ト・ツデンタネン39 (56)参考文献 特開 平2−4447(JP,A) 特開 平4−164052(JP,A) 特開 昭56−68645(JP,A) ”Bull.Chem.Soc.Jp n.,”1985,Vol.58,pages 1551−1555 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C07C 211/35 B01J 23/648 C07C 209/16 C07C 209/72 C07B 61/00 300 CASREACT(STN)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水素の存在下における触媒上でのアニリ
    ン、アンモニアまたはアニリンおよびアンモニアの混合
    物とフェノールとの反応によるシクロヘキシルアミンお
    よびジシクロヘキシルアミンの混合物の製造方法におい
    て、ニオブ酸もしくはタンタル酸またはニオブ酸/タン
    タル酸担体或いは該酸類を含有している担体を有してお
    りそして触媒の合計重量を基にして0.05−5重量%
    のパラジウムを含有しているパラジウム触媒を使用し且
    つ反応を100−220℃において0.5−500バー
    ルのH2分圧下で実施することを特徴とする方法。
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