JP4138873B2 - ピペリジノペンタナミン類、その製造および触媒としての使用 - Google Patents

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Description

本発明は、新規なピペラジノペンタナミン類に関し、その単独物も混合物も、すなわち、2−メチル−5−(3−メチルピペリジノ)ペンタナミンおよびその異性体である4−メチル−5−(3−メチルピペリジノ)ペンタナミンの両方に関する。この化合物は下記の共通式で表される。
Figure 0004138873
(式中、どちらの場合も、2個の基R1およびR2の一方は水素であり、他方はメチルである。)
2−メチル−5−(3−メチルピペリジノ)ペンタナミン(Ia)の場合、R1=メチル、R2=Hであり、4−メチル−5−(3−メチルピペリジノ)ペンタナミン(Ib)の場合、R1=H、R2=メチルである。これらの化合物のそれぞれは、4種の異なった立体異性体の形(2種のジアステレオマーの対)で存在することができる。ここで、または以下の記述において、この化合物に関する式および名称は、いずれの場合も、すべての可能な立体異性体を表す。
本発明は、さらに、上述の化合物を2−メチル−グルタロニトリルから合成する方法に関し、この化合物をポリイソシアネートおよびポリオールからのポリウレタンの製造の触媒として使用することに関する。
ポリウレタンは、通常、窒素塩基、とくに第四級アミンたとえば1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン「DABCO(R)]、環状アミジンたとえば1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデク−7−エン「DBU」またはグアニジン誘導体たとえばテトラメチルグアニジンを触媒として使用して、製造されている。触媒としての適性にとって決定的なことは、とりわけ、塩基度、溶解性および揮発性である。塩基度が第一に触媒としての効果を決定するが、溶解性に関する挙動および揮発性も、加工性に関して、同様に重要である。たとえば、揮発性が過度に高いと、ポリウレタンの製造中に、またはその使用中に、雰囲気中に放出され、人々に刺激を与えたり、危険であったりする。
本発明の目的は、ポリウレタン製造の触媒として適当であり、好ましい使用特性を示し、簡単にかつ費用がかからずに製造できる、新規なアミン類を提供することにある。
この目的は、本発明に従い、請求項1のピペリジノペンタナミン類、および請求項4のその製造方法により達成される。
アジポニトリル製造の副産物として副生する2−メチルメチルグルタロニトリルが、触媒の存在下に水素と反応して、一段階で、他の生成物を別にして、一般式
Figure 0004138873
(式中、R1およびR2の二つの基のうち一方は水素であって、他方はメチル基であるか、またはそれらが混合したものである。)
のメチル−5−(3−メチルピペリジノ)ペンタノニトリルの2種の異性体の混合物を与え、これを第二段階で第二の触媒の存在下に水素化して、2種の異性体メチル−5−(3−メチルピペリジノ)ペンタナミンIaおよびIbを与えることが見出された。
異性体混合物Ia/Ibは、所望であれば、蒸留またはクロマトグラフィーにより2種の構造異性体IaおよびIbに分離することができるが、好ましくはそのまま使用する。
第一段階で使用する触媒は、好ましくは担持されたパラジウム触媒であるり、とくに好ましいのは、酸化アルミニウム上のパラジウムである。
2−メチルグルタロニトリルと水素との反応は、好ましくは100〜250℃の温度において、20〜70気圧の圧力の下で実施する。
若干の3−メチルピペリジンを2−メチルグルタロニトリルに添加するのが有利であることがわかった。3−メチルピペリジンは、好ましくは、2−メチルグルタロニトリルの1モルあたり、1〜5モルの量を添加する。これは、反応の選択率を著しく増大させる。3−メチルピペリジンは、既知の方法で、2−メチルグルタロニトリルからと同様に、製造することができる。(WO 90/00 546)
2−メチルグルタロニトリルと水素との反応は、好ましくは固定床反応器を用いで、連続的に実施する。
メチル−5−(3−メチルピペリジノ)ペンタノニトリルIIの水素化によるメチル−5−(3−メチルピペリジノ)ペンタナミンIa/Ibの製造は、アンモニアの存在下に実施して、望ましくない二次的な反応を抑制することが有利である。
この第二段階の反応に使用することのできる触媒は、本質的にはニトリルを水素化してアミンにするに適した、すべての触媒である。すなわち、たとえばパラジウム、白金、ロジウム、コバルト、ニッケルまたはホウ化ニッケルである。
第二段階の反応に使用する触媒は、好ましくは担体に担持されたロジウム触媒であり、とくに好ましいのは、活性炭に担持されたロジウムである。
メチル−5−(3−メチルピペリジノ)ペンタノニトリルIIの担持された触媒を用いた水素化は、5〜100℃の温度において、1〜50気圧の圧力のもとで実施するのが好ましい。
第二段階に使用できる溶媒は、ニトリルのアミンへの水素化に通常使用されている溶媒である。エタノールまたはtert-ブチルアルコールの使用が、とくに好ましい。
本発明のメチル−5−(3−メチルピペリジノ)ペンタナミンIa/Ibは、すでに冒頭に述べたように、ポリウレタン製造の触媒として使用することができる。
以下の例は、本発明の化合物の製造方法と使用を説明する。
実施例
[実施例1]
反応器(径13mm)に3gのPd/Al23触媒(1%Pd、粒子径0.315−1.0mm)を装入した。反応器を、50気圧の圧力の下で、水素気流(120ml/min、大気圧基準)中、150℃の反応温度に加熱した。3−メチル−ピペリジンと2−メチルグルタロニトリルとの、モル比2:1の混合物を水素中に量り入れた。触媒1g当たり毎時2.1gの出発物質を通過させた。反応器を出、水素を分離した後の生成物の混合物は、GC分析によれば、44.8%の2(4)−メチル−5−(3−メチルピペリジノ)ペンタノニトリル(異性体混合物)、30.2%の3−メチルピペリジンおよび24.4%の1,5−ビス(3−メチルピペリジノ)−2−メチルペンテン、そして0.6%の同定されなかった生成物を含んでいた。
混合物を反応時間260時間にわたって集め、ついで減圧下に分画した。87℃/2.5mbarにおいて、メチル−5−(3−メチルピペリジノ)ペンタノニトリルが、99.5%の純度(GC)で留出した。NMR分析によれば、これは85%の2−メチル化合物と15%の4−メチル化合物との混合物であった。
分析データ
Figure 0004138873
[実施例2]
実施例1の操作を繰り返したが、反応温度を125℃の低い温度にえらんだ。
生成物の混合物は、約50%の2−メチル−5−(3−メチルピペリジノ)ペンタノニトリル、8%の4−メチル−5−(3−メチルピペリジノ)ペンタノニトリル、32%のメチルピペリジン、6%の1,5−ビス(3−メチルピペリジノ)−2−メチルペンテン、1%の2−メチルグルタロニトリルおよび3%の同定されなかった生成物を含んでいた。
混合物を反応時間284時間にわたって集め、ついで減圧下に分画した。87℃/2.5mbarにおいて、メチル−5−(3−メチルピペリジノ)ペンタノニトリルが、99.3%の純度(GC)で留出した。NMR分析によれば、これは86%の2−メチル化合物と14%の4−メチル化合物との混合物であった。
[実施例3]
反応器(径13mm)に3gのPd/MgCl2/Al23触媒(1%Pd、1.2%Mg、粒子径0.315−1.0mm)を装入した。反応器を、50気圧の圧力の下で、水素気流(120ml/min、大気圧基準)中、160℃の反応温度に加熱した。純度99.8%の2−メチルグルタロニトリルを、水素中に量り入れた。触媒1g当たり毎時2.1gの出発物質を通過させた。GC分析によれば、生成物の流れは、25.8%の2(4)−メチル−5−(3−メチルピペリジノ)ペンタノニトリル(異性体混合物)、52.1%の1,5−ビス(3−メチルピペリジノ)−2−メチルペンタン、3.7%の3−メチルピペリジンおよび18.4%の同定されなかった生成物を含んでいた。
所望のニトリル類への反応の選択率は、実施例1および2(3−メチルピペリジンを加えた例)よりも、著しく低かった。
[実施例4]
100gの乾燥したtert−ブチルアルコール中に、冷却下に、NH3濃度が13.7%に達するまでアンモニアを通した。電磁的に駆動される撹拌機をそなえた容量100mlのオートクレーブを窒素ガスでフラッシュし、あらかじめ冷却した。tert−ブチルアルコール中のアンモニア溶液30g、ロジウム/活性炭(5%ロジウム)4gおよび、実施例1で得たメチル−5−(3−メチルピペリジノ)ペンタノニトリル類混合物30gを導入した。オートクレーブを閉じ、撹拌下に加熱した。室温において水素で10気圧に加圧し、ついで温度を50℃まで高めた。GCによれば、6時間後に、転化率99.2%、収率87.3%に達していた。
反応混合物を減圧下に蒸留し、104℃/3mbarにおいて、2(4)−メチル−5−(3−メチルピペリジノ)ペンタナミンの異性体混合物を、純度99.5%で得た。GCによれば、この混合物は2−メチル化合物と4−メチル化合物とを、2.6:1の割合で含有していた。
分析データ
Figure 0004138873
多数のジアステレオマー混合物が存在するため、NMRスペクトルはきわめて複雑である。
[実施例5−8]
実施例4で得た、2−メチル−5−(3−メチルピペリジノ)ペンタナミン/4−メチル−5−(3−メチルピペリジノ)ペンタナミン(2.6:1)の比の異性体混合物を、ポリウレタン製造の触媒として使用した。
[略 称]
VL: バイエル社の「デスモデュール(Desmodur)(R)VL」約32%のNCOを含有する芳香族ジイソシアネート
D550U: バイエル社の「デスモフェン(Desmophen)(R)550U」10.5%のOHを含有する三官能性ポリプロピレングリコール
DBU: ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン
MMPPA: 2−メチル−および4−メチル−5−(3−メチルピペリジノ)ペンタナミンの混合物(2.6:1)
DBUは、比較例の触媒として使用した。デスモフェンを最初にアミン(DBUまたはMMPPA)とともに導入し、よく混合した。この混合物は、溶液になった。実施例7および8においては、水を追加した。その結果、エマルジョン/溶液になった。秤量したイソシアネート(VL)を、激しい撹拌下に加え、この時点をt=0とした。その後、
・溶液がそれ以上濁らなくなった点
・顕著な温度上昇が認められたとき
・混合物が固体になったとき
それぞれ記録した。
その結果(MMPPAをDBUと比較して)を、表1に示す。
Figure 0004138873
[実施例9−12]
実施例5および6で得たポリマーを、各場合4gずつ、精密フラスコ中で45gのエタノール中に分散スラリー化させ、一日撹拌した。GC分析によって、ポリマーから滲出した触媒の量を、それぞれ1日後、1週間後および3週間後に測定した。その結果(MMPPAとDBUとを比較して)を、下記の表2に示す。DBUと違って、本発明の新しい触媒は溶出しなかったことがわかる。続いて、同じ実験を、より大量の触媒を使用して繰り返した(実施例11および12)。今度は、1日後にMMPPAが検出されたが、その量は、対応するDBUを使用した比較例に比べて著しく少量であり、それに続く3週間後も、実質上増加していなかった。
Figure 0004138873

Claims (11)

  1. 一般式
    Figure 0004138873
    (式中、R1およびR2のふたつの基のうち一方は水素であって、他方はメチル基である。)
    2種のメチル−5−(3−メチルピペリジノ)ペンタナミンの混合物である、ポリウレタン製造用の触媒
  2. 請求の範囲第1項に記載した、ポリウレタン製造用の触媒とするメチル−5−(3−メチルピペリジノ)ペンタナミンの混合物の製造方法であって、第一段階においては、2−メチルグルタロニトリルを、これに3−メチルピペリジンを添加し、または添加することなく、第一の触媒の存在下に水素と反応させて、一般式
    Figure 0004138873
    (式中、R1およびR2は前記したとおりである。)
    のメチル−5−(3−メチルピペリジノ)ペンタノニトリルの異性体の混合物を製造し、これを第二段階で、第二の触媒の存在下に水素化してメチル−5−(3−メチルピペリジノ)ペンタナミン(Ia/Ib)の異性体混合物を製造することを特徴とする製造方法。
  3. 使用する第一の触媒が、坦体に坦持されたパラジウム触媒であることを特徴とする請求の範囲第項の製造方法。
  4. 坦体に坦持されたパラジウム触媒が、酸化アルミニウム上のパラジウム触媒であることを特徴とする請求の範囲第項の製造方法。
  5. 2−メチルグルタロニトリルと水素との反応を、100〜250℃の温度および20〜70気圧の圧力において実施することを特徴とする請求の範囲第項または第項の製造方法。
  6. 2−メチルグルタロニトリルに対して、1〜5倍モル量の3−メチルピペリジンを添加して実施することを特徴とする請求の範囲第項ないし第項のいずれかの製造方法。
  7. 2−メチルグルタロニトリルと水素との反応を、固定床反応器中で連続的に実施することを特徴とする請求の範囲第項ないし第項のいずれかの製造方法。
  8. メチル−5−(3−メチルピペリジノ)ペンタノニトリル(II)の水素化を、アンモニアの存在下に実施することを特徴とする、請求の範囲第項ないし第項のいずれかの製造方法。
  9. 使用する第二の触媒が、坦体に坦持されたロジウム触媒であることを特徴とする請求の範囲第項ないし第項のいずれかの製造方法。
  10. 坦体に坦持されたロジウム触媒が、活性炭上のロジウム触媒であることを特徴とする請求の範囲第項の製造方法。
  11. メチル−5−(3−メチルピペリジノ)ペンタノニトリルの水素化を、5〜100℃の温度、および1〜50気圧の圧力において実施することを特徴とする請求の範囲第項または第10項の製造方法。
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