JP3159522B2 - 高純度m−フェニレンジアミンの製造方法 - Google Patents

高純度m−フェニレンジアミンの製造方法

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  • 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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はm−フェニレンジアミン
(以下m−PDAと略記する)の製造方法に関する。さ
らに詳しくは、粗m−ジニトロベンゼン(以下m−DN
Bと略記する)を用いて、これより高純度のm−PDA
を製造する方法に関する。m−PDAは、工薬・染料の
中間体として、或いは、耐熱性樹脂原料としても重要な
化合物である。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】m−P
DAは通常、m−DNBを触媒の存在下接触水素化反応
にすることにより得られている。又、m−DNBは、ベ
ンゼン又はニトロベンゼンを強度の混酸でニトロ化する
ことにより得られるが、その際の異性体であるo−ジニ
トロベンゼン(以下o−DNBと略記する)及びp−ジ
ニトロベンゼン(以下p−DNBと略記する)が副生
し、通常m−DNBとしては約90%程度の純度であ
る。これら異性体の分離方法としては、アルコール又は
ベンゼンに対する溶解度差を利用する方法、苛性アルカ
リ水溶液で加熱処理する方法、亜硫酸ナトリウム及び亜
硫酸水素ナトリウムと加熱処理する方法等が知られてい
るが、いずれも得られるm−DNBの製品純度は99%
程度にとどまり、o−DNB及びp−DNBの完全な分
離は不可能であった。
【0003】従って、m−DNBを水素化反応して得ら
れるm−PDAには、o−及びp−異性体等の不純物が
含有されているので、精留等により精製の必要がある
が、異性体の沸点差が小さいため、数十段の精留塔を用
いた苛酷な精留や、さらにはこれを再結晶する等の後処
理工程が必要であった。微量でもo−及びp−異性体等
の不純物がm−PDAに含有されていれば、m−PDA
の経時着色の原因となるだけでなく、特に耐熱性樹脂原
料にm−PDAを用いる場合は品質の悪い樹脂しか得る
事ができずその改良が要請されている。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者等はこれらの課
題を解決するために鋭意検討した結果、粗m−DNBと
低級アルコールとを塩基化合物の存在下、o−及びp−
DNBのみを選択的に反応させて対応するアルコキシニ
トロベンゼンに転化し、これらの反応混合物からm−D
NBを分離する事なく常法によりこの反応混合物を水素
化し、常法の蒸留による分離操作を行えば、通常実施さ
れているm−PDAとo−及びp−異性体を分離するの
に比較して、はるかに容易にしかも高純度の精m−PD
Aを得られる事を見出し、先に出願した(特開昭59−
141542)。
【0005】本発明者等はさらに検討を重ねた結果、ア
ルコキシ化反応を行う際、相間移動触媒を添加するとア
ルコキシ化反応速度が向上し、アルコールの使用量が少
なくて済むことを見出し本発明を完成した。即ち、本発
明はm−DNB中の異性体を塩基の存在下低級アルコー
ルとアルコキシ化反応を行う際、相間移動触媒を添加す
ることを特徴とし、得られた反応混合物を用いて、これ
の水素化反応により高純度の精m−PDAを得ることが
できる、工業的に経済性の高い高純度m−PDAの製造
方法を提供するものである。
【0006】本発明で使用されるアルコールの種類とし
ては、メタノール、エタノール、イソプロパノール等の
低級脂肪族一価アルコールや、シクロヘキサノール等の
脂環状アルコール、ベンジルアルコール等の芳香族アル
コール、及びエチレングリコール等の低級多価アルコー
ル等も使用できるがアルコキシ化反応速度や、得られた
o−及びp−アルコキシニトロベンゼンとm−DNBと
の分離効率を考慮した場合、低級脂肪族一価アルコール
が好ましく、さらに好ましくは炭素数3以下の脂肪族一
価アルコールがよい。
【0007】使用されるアルコールの量は粗m−DNB
中に含まれるo−DNB及びp−DNBの合計量と等モ
ル以上なら特に限定はされない。少ない場合はo−及び
p−DNBが残存する可能性があり、多い場合は反応機
の容積効率が悪化し、又アルコールの回収に手間取り得
策ではなく、好ましくは、o−及びp−DNBの合計量
に対し2〜15倍モル、さらに好ましくは、3〜10倍
モル用いて反応を実施するのが好ましい。
【0008】本発明での反応温度はその反応系での沸点
以下で適当な反応速度を与える様に選ばれる。好適には
常温付近から使用されるアルコールの沸点の範囲であ
る。加圧下にこれより高い温度で実施することもできる
が経済的ではなく、又m−DNBのタール化やアルコキ
シ化等によりm−DNBの収率の低下、さらには水素化
後のm−PDAの収率低下をきたす。
【0009】本発明で使用される塩基性化合物としては
苛性ソーダ、苛性カリ及び水酸化カルシウム等のアルカ
リ金属、及びアルカリ土類金属の水酸化物もしくはそれ
らの炭酸塩、重炭酸塩、亜硫酸塩及び重亜硫酸塩等があ
げられる。特に好適には安価で塩基度の強い苛性ソーダ
が良い。使用されるこれら塩基性化合物の使用量は粗m
−DNB中に含まれるo−及びp−DNBの合計量と化
学量論的に当量以上あれば良い。使用量が多いとm−D
NBのタール化等を招き収率及び品質の低下をきたす結
果となり、好ましくは1.0〜2.0当量で十分であ
る。尚これらを添加する場合、固体のままでも水溶液で
使用しても問題はないが、分離精製法によっては残存塩
基化合物等の除去の為に水溶液で使用するのが有利であ
る。本発明に用いる相間移動触媒とは一般式(1)及び
(2)(化1)
【0010】
【化1】
【0011】〔式中、各Rはそれぞれアルキル基、フェ
ニル基、ベンジル基、アルコキシ基を示し、Xはハロゲ
ン原子、水酸基、サルフェート基、アセテート基を示
す。〕で表される四級アルキルアンモニウム塩類、及び
アミンオキシド類であり例えば、テトラメチルアンモニ
ウムクロライド、テトラメチルアンモニウムアセテー
ト、テトラエチルアンモニウムクロライド、テトラブチ
ルアンモニウムブロマイド、テトラエチルアンモニウム
アイオダイド、テトラエチルアンモニウムブロマイド、
テトラブチルアンモニウムヒドロキサイド、テトラブチ
ルアンモニウムアイオダイド、トリオクチルメチルアン
モニウムクロライド、トリドデシルメチルアンモニウム
クロライド、フェニルトリメチルアンモニウムクロライ
ド、ベンジルトリメチルアンモニウムクロライド、ベン
ジルトリメチルアンモニウムブロマイド、ベンジルトリ
エチルアンモニウムクロライド、ベンジルトリブチルア
ンモニウムクロライド、ベンジルトリブチルアンモニウ
ムブロマイド、アセチルトリメチルアンモニウムクロラ
イド、ジメチルドデシルアミンオキシド、ジメチルテト
ラデシルアミンオキシド、ジメチルヘキサデシルアミン
オキシド、ジメチルオクタデシルアミンオキシド等を挙
げる事ができる。
【0012】この相間移動触媒は一種、または数種の組
合せで用いても何ら問題はなく、用いられる量は通常粗
m−DNBに対し0.1重量%以上なら特に限定されな
い。少ない場合はo−、及びp−DNBが残存する可能
性があり、多い場合は経済的に不利である。好ましくは
0.1〜10重量%であり、さらに好ましくは0.5〜
5重量%である。
【0013】次に本発明を実施するには、アルコキシ化
反応で得られたo−及びp−アルコキシニトロベンゼン
を含む粗m−DNBはそのまま公知の方法、例えば、貴
金属触媒の存在下常圧又は加圧下にアルコール、トルエ
ン等の有機溶媒を用い水素添加され、対応するアミン混
合物が混合した反応物に変換後、引き続き蒸留によりア
ルコキシアニリン類とm−PDAを分離すればよい。
【0014】又、アルコールにエタノールやプロパノー
ル等を使用してエトキシアニリン、プロポキシアニリン
等にして分離する場合は、水素化反応時、若しくは終了
後非水系溶媒でこれらのアルコキシアニリン類を抽出し
て、次いでこれらを蒸留すれば分離効率を高めることが
できる。
【0015】
【実施例】以下、本発明を実施例および比較例により、
具体的に説明する。尚、以下において用いる原料粗m−
DNBの組成は、m−DNB88.6%、o−DNB
9.0%、p−DNB2.4%であり、分析はガスクロ
マトグラフで行った。
【0016】実施例1 粗m−DNB200.0g、メタノール20.0g,2
0%苛性ソーダ水32.0g,及びトリオクチルメチル
アンモニウムクロライド2.0gを攪拌機付反応機に仕
込み還流下(75〜78℃)で3時間反応させた。この
反応マスを分析したところ、o−,及びp−DNBは不
検出でありメタノールとの反応は完結している事、さら
に、m−DNB176.7g(回収率99.7%)、o
−ニトロアニソール16.0g(収率97.6%)、p
−ニトロアニソール4.1g(収率93.2%)が定量
され、m−DNBは損失なくほぼ定量的に回収できる事
を確認した。
【0017】引き続き、残存しているメタノールを留去
後、さらに残存している塩基性化合物を除去するため、
熱水約100gで溶融湯洗後油水分離して、油層をその
まま以下の水素添加工程の原料として使用した。
【0018】上記油層195.1g(この中のm−DN
Bは173.2gであった)、メタノール97.5g及
び5%Pd−炭素0.25gをステンレス製オートクレ
ーブに仕込み、反応温度100℃、水素圧40kg/c
2Gで水素添加した。反応は55分で終了した。放冷
後残存水素を放出し反応液を濾過して触媒と分離した。
【0019】上記濾液(この中にm−PDA102.0
gを含んでいた)を脱溶媒後減圧度15mmHg、理論
段数10段の精留塔で還流比10〜20で回分蒸留し、
沸点121℃迄のo−及びp−メトキシアニリン(文献
値の常圧での沸点は、o−メトキシアニリン225℃、
p−メトキシアニリン240〜242℃)留分15.2
gと、沸点162℃のm−PDA(文献値での常圧での
沸点は282〜284℃)留分88.1g(蒸留工程で
の取り出し収率86.4%)を得た。このm−PDA留
分はメタノールを対照とした450nmに於ける光透過
率で98%を示し、純度は99.99%であった。
【0020】比較例1 実施例1に記載の粗m−DNBをメタノールと反応させ
る工程なしに、そのまま実施例1と同一条件で水素添加
した。反応は60分で終了した。放冷後残存水素を放出
し反応液を濾過して触媒を分離した。
【0021】上記濾液を実施例1と同一精留塔、同一蒸
留条件でm−PDAとo−及びp−異性体(これらの文
献値の常圧の沸点は、o−異性体256〜258℃、p
−異性体267℃)とを回分蒸留し純度99.98%の
m−PDAを得たが、蒸留時の取り出し収率は41.5
%に過ぎなかった。このm−PDAのメタノールを対照
とした450nmに於ける光透過率は86%を示したに
とどまった。又、蒸留時の取り出し収率を約85%とす
るためには、理論段数50段の精留塔を使用して還流比
20〜30が必要であった。
【0022】実施例2 メタノールの替わりにエタノール28.7g、トリオク
チルメチルアンモニウムクロライドの替わりにドデシル
ジメチルアミンオキシド2.0gを使用する以外実施例
1と同様に、溶媒の沸点(約80℃)で6時間エトキシ
化を行った。この反応マスを分析したところ、o−及び
p−DNBは不検出で、m−DNB176.9g(回収
率99.8%)、o−ニトロフェネトール17.4g
(収率97.0%)、p−ニトロフェネトール4.4g
(収率93.2%)が存在していた。引き続き、残存す
るメタノールを留去後、さらに残存する塩基性化合物等
の除去の為、熱水約100gで溶融湯洗後油水分離して
油層をそのまま以下の水素添加工程の原料として使用し
た。
【0023】上記油層194.7g(この中のm−DN
Bは172.7gであった)、トルエン170g及び5
%Pd−炭素0.25gをステンレス製オートクレーブ
に仕込み、反応温度100℃、水素圧40kg/cm2
Gで水素添加した。反応は60分で終了した。放冷後残
存水素を放出し反応液を濾過して触媒と分離した。
【0024】上記濾液(この中にm−PDA103.2
gを含んでいた)を分液し、新たに170gのトルエン
を加えてo−及びp−エトキシアニリンを抽出した。水
層を濃縮後減圧度15mmHg、理論段数10段の精留
塔使用下、還流比5〜10で回分蒸留し、精m−PDA
留分93.9g(蒸留工程での取り出し収率91.0
%)を得た。このm−PDA留分はメタノールを対照と
した450nmに於ける光透過率で96%を示し、純度
は99.99%であった。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、従来技術では達成され
なかった経時変化の少ない高純度のm−PDAを高収率
で得ることができ、品質及び経済的に有利な工業的製造
が達成される。即ち、本発明の範囲外である従来技術に
は、精m−PDAを得る際、例えば比較例に示す通り、
異性体を含むm−DNBを直接水素化し、苛酷な精留を
行っているが品質及び収率共満足いく技術ではなく、工
業的に不利な製造方法である。
【0026】これに対し、本発明は実施例に示す通り、
m−DNB中の異性体のみを塩基性化合物及び相間移動
触媒の存在下、低級アルコールでアルコキシ化反応を行
い対応するアルコキシニトロベンゼンに変換し、引き続
き水素化後分留を行えば、従来技術と比べはるかに容易
に高収率で、且つ高純度のm−PDAが得られる事、さ
らに、アルコキシ化の際相間移動触媒を添加することに
より、アルコール使用量の大幅な低減が可能になる事
等、従来技術と比べ工業的に極めて有利な発明であり、
その意義は大きい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−141542(JP,A) CHEMICAL ABSTRACT S 97:162484r(1982) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C07C 211/51 B01J 31/02 102 C07C 209/36 C07B 61/00 300 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 o−及びp−ジニトロベンゼンを含有す
    る粗m−ジニトロベンゼンを塩基性化合物及び相間移動
    触媒の存在下、低級アルコールと反応させて実質的にo
    −,及びp−異性体のみを選択的に対応するアルコキシ
    ニトロベンゼンに転化し、得られた反応混合物からm−
    ジニトロベンゼンを分離することなく、そのまま水素化
    反応を行い、ついで、得られたm−フェニレンジアミン
    を蒸留により分離することを特徴とするm−フェニレン
    ジアミンの製造方法。
  2. 【請求項2】 低級アルコールが、炭素数3以下の脂肪
    族一価アルコールである請求項1記載の方法。
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