JP4433795B2 - ラクタムの製造方法 - Google Patents
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Description
従来、ラクタム、例えば、ε−カプロラクタムを製造する方法としては、フォン クラウス ヴァイスサーメル、ハンス−ユルゲン アルペ著、向山光昭監訳、「工業有機化学」第4版、東京化学同人社発行、240頁(フォン クラウス ヴァイスサーメル、ハンス−ユルゲン アルペ著「インダストリーレ オーガニッシェ ヘミー」フェアラーク ヘミー Gmbh発行(1976)、von Klaus Weissermel und Hans−Jurgen Arpe、“INDUSTRIELLE ORGANISCHE CHEMIE”、Verlag Chemie Gmbh(1976))に記載されているように、いくつかの方法が知られている。
(A)シクロヘキサンから、直接またはシクロヘキサノンを経由してシクロヘキサノンオキシムを合成し、その後、ベックマン転移を経てε−カプロラクタムを製造するシクロヘキサノンオキシム法。
(B)トルエンを空気酸化して安息香酸としたのち、水素添加してシクロヘキサンカルボン酸を製造し、これに発煙硫酸存在下でニトロシル硫酸を反応させてε−カプロラクタムを製造するシクロヘキサンカルボン酸法。
(C)シクロヘキサノンを過酢酸で酸化してε−カプロラクトンにしたのち、アンモニアを反応させてε−カプロラクタムを製造するカプロラクトン法。
(D)シクロヘキサノンをアセチル化して酢酸シクロヘキセニルとし、次に、ニトロ化して2−ニトロシクロヘキサノンを製造する。これを加水分解環開裂してニトロカプロン酸とし、水素添加してε−アミノカプロン酸を製造し、最後にこれをε−カプロラクタムに変換するニトロシクロヘキサノン法。
シクロヘキサノンオキシム法の代表的な製造法は、シクロヘキサノンとヒドロキシルアミン塩からシクロヘキサノンオキシムを製造し、硫酸を使ってベックマン転移によりε−カプロラクタムを合成する方法である。古典的なオキシム化法であるラシヒ(Raschig)法では、亜硝酸アンモニウムをSO2で還元してジスルホネートとし、次いで、加水分解してヒドロキシルアミン硫酸塩としてヒドロキシアミン塩を合成するが、工業的には4段階から成り立ち、極めて煩雑である。またこの方法では、オキシム化工程でラクタム1モルに対して2モルの硫安が副生し、硫酸を用いたベックマン転移工程で副生する分と合わせると実に約4モルもの硫安が副生する。硫安は肥料原料としての重要性がもはや薄く、副生する硫安の処理をしなければならないということが、この製造法を困難なものにしている。
HSO法(米国特許第3,941,838号明細書、同第4,031,139号明細書など)は、アンモニアを白金触媒系の存在下で酸化して得られたNOを白金系触媒の存在下、硫酸水素アンモニウム/硫酸アンモニウム緩衝液中で水素還元してヒドロキシルアミン硫酸アンモニウムを生成させ、シクロヘキサノンと反応させる方法である。
これらは、いずれも緩衝液がオキシム製造工程とヒドロキシルアミン製造工程を循環することにより硫安が副生しないよう工夫された方法ではあるが、ヒドロキシルアミン塩製造工程はやはり多段階工程からなり、緩衝液を循環しなければならないことを考えると煩雑な方法である。
さらに、シクロヘキサノンオキシム法において、上記のシクロヘキサノンを経由しない別の方法として、シクロヘキシルアミンを原料にして、これを触媒の存在下、液相または気相で酸化してシクロヘキサノンオキシムを得る方法が知られており、本方法の場合も、硫安が副生しない。
しかしながら、この方法によっても、オキシム化工程での無硫安化を達成しても、オキシムのε−カプロラクタムへのベックマン転移が硫酸の作用でなされる限り、ラクタム合成において硫安の副生は免れない。
この方法によると、硫酸を用いないために硫安は副生しない。例えば、過酸化水素を用いたシクロヘキサノンのオキシム化工程と、得られたオキシムの気相ベックマン転移を組み合わせることにより、硫安の副生がなく、煩雑なヒドロキシルアミン塩合成工程や緩衝液循環工程がなく、また光エネルギーを作用させるための多量の電力も必要としないラクタム製造プロセスを得ることができる。しかしながら、この組み合わされたラクタム製造法によると、中間体であるオキシムを経由し、そのためオキシムの精製工程が不可欠となる。即ち、オキシム化工程で用いられた溶媒、未反応のアンモニアおよび副生する水を、気相ベックマン転移反応に供する前に分離除去しなければならない。さらに、副生する微量不純物が気相ベックマンの固体触媒を被毒する可能性があるので、オキシムを高純度に精製する必要がある。
以上述べたように、硫安の副生がなく、ヒドロキシルアミン塩合成や緩衝液循環のような煩雑な工程がなく、かつ、オキシムの精製工程が不要な、すなわち、オキシムを経由しないラクタムの製造法はこれまで存在しなかった。
従って、本発明の1つの目的は、上記のような問題点を解決し、環状脂肪族第一級アミンを原料に用いて、硫安の副生がなく、ヒドロキシルアミン塩合成や緩衝液循環のような煩雑な工程がなく、かつ、オキシムの精製工程が不要な、すなわち、オキシムを経由せずに、極めて簡便にラクタムを直接製造する方法を提供することである。
又、本発明の他の1つの目的は、上記の方法を実施するために用いる、ケイ素酸化物を含む触媒を提供することである。
本発明の上記及び他の諸目的、諸特徴ならびに諸利益は、以下の詳細な説明及び請求の範囲から明らかになる。
又、本発明の他の1つの態様によれば、環状脂肪族第一級アミンを酸化反応に付すことによってラクタムを製造するために用いる、ケイ素酸化物を含む触媒が提供される。
次に、本発明の理解を容易にするために、まず本発明の基本的特徴及び好ましい諸態様を列挙する。
2.該触媒が、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、タングステン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、銀、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、スズ、リン、アンチモン及びビスマスからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を更に含むことを特徴とする前項1に記載の方法。
3.該触媒がゼオライトであることを特徴とする前項1又は2に記載の方法。
4.該ゼオライトが、シリカライト−1及びシリカライト−2からなる群より選ばれることを特徴とする前項3に記載の方法。
5.該触媒が、該ケイ素酸化物として非晶質ケイ素酸化物を含むことを特徴とする前項1又は2に記載の方法。
6.該触媒が、アルミニウムを更に含むことを特徴とする前項5に記載の方法。
7.該非晶質ケイ素酸化物が、メソ孔を有することを特徴とする前項5又は6に記載の方法。
8.メソ孔を有する該非晶質ケイ素酸化物が、MCM−41またはHMSからなる群より選ばれることを特徴とする前項7に記載の方法。
9.メソ孔を有する該非晶質ケイ素酸化物が、ケイ素アルコキシドに4級アンモニウム塩を添加することにより得られることを特徴とする前項7に記載の方法。
10.該4級アンモニウム塩がセチルトリメチルアンモニウム塩であることを特徴とする前項9に記載の方法。
11.該環状脂肪族第一級アミンが、環状脂肪族アルコール及び環状脂肪族ケトンからなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物をアミノ化反応に付して得られることを特徴とする前項1及び2〜10のいずれかに記載の方法。
12.該環状脂肪族第一級アミンの酸化反応で生成する1種又は2種以上の副生物の少なくとも一部を、該アミノ化反応の反応系にリサイクルすることを特徴とする前項11に記載の方法。
13.該環状脂肪族第一級アミンがシクロヘキシルアミンであり、該ラクタムがε−カプロラクタムであることを特徴とする前項1及び2〜10のいずれかに記載の方法。
14.該少なくとも1種の化合物が、シクロヘキサノール及びシクロヘキサノンからなる群より選ばれ、該環状脂肪族第一級アミンがシクロヘキシルアミンであり、該ラクタムがε−カプロラクタムであることを特徴とする前項11又は12に記載の方法。
15.前項1に記載の製造方法に用いる、ケイ素酸化物を含む触媒。
16.リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、タングステン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、銀、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、スズ、リン、アンチモン及びビスマスからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を更に含むことを特徴とする前項15に記載の触媒。
17.ゼオライトであることを特徴とする前項15又は16に記載の触媒。
18.シリカライト−1及びシリカライト−2からなる群より選ばれるゼオライトであることを特徴とする前項17に記載の触媒。
19.該ケイ素酸化物として非晶質ケイ素酸化物を含むことを特徴とする前項15又は16に記載の触媒。
20.アルミニウムを更に含むことを特徴とする前項19に記載の触媒。
21.該非晶質ケイ素酸化物がメソ孔を有することを特徴とする前項19又は20に記載の触媒。
22.メソ孔を有する該非晶質ケイ素酸化物が、MCM−41またはHMSからなる群より選ばれることを特徴とする前項21に記載の触媒。
23.メソ孔を有する該非晶質ケイ素酸化物が、ケイ素アルコキシドに4級アンモニウム塩を添加することにより得られることを特徴とする前項21に記載の触媒。
24.該4級アンモニウム塩がセチルトリメチルアンモニウム塩であることを特徴とする前項23に記載の触媒。
例えば、シクロヘキシルアミンを分子状酸素で酸化する方法として、周期律表IVB族(Ti、Zr、Hfなど)に属する少なくとも1種の化合物の存在下、液相中で反応させる方法(日本国特開平2−295956号公報(EP 395046に対応))、SiO2ゲル、γ−Al2O3を基剤とし、所望により、WO3と組み合わせた触媒の存在下、気相で反応させる方法(米国特許第4,337,358号明細書、同第4,504,681号明細書)がある。
更に、有機ヒドロペルオキシドを用いる方法としては、Ti、V、Cr、Se、Zr、Nb、Mo、Te、Ta、W、ReおよびUから選ばれる少なくとも1種を基剤とする触媒の存在下にて行う方法(米国特許第3,960,954号明細書)などが知られている。
しかし、これらの先行技術には、これらの方法によってε−カプロラクタムが生成することについては全く言及されていない。従って、環状脂肪族第一級アミンを酸化して直接ラクタムを製造する例はこれまで全く知られていない。
以下、本発明を詳細に説明する。
シクロヘキシルアミンの純度には制限は無く、例えば、シクロヘキサノール、ジシクロヘキシルアミン、ニトロシクロヘキサン、N−シクロヘキシリデン−シクロヘキシルアミンなど、シクロヘキシルアミンの各々の製造方法に由来する微量の有機化合物または微量の水を含んでいてもさしつかえない。
本発明の酸化反応で用いられる酸化剤としては、経済的な理由から分子状酸素が好ましいが、これに限定されるものではない。必要に応じて、他の酸化剤、例えば、過酸化水素やターシャリーパーオキサイドのような各種の過酸化物等を使用することもできる。
触媒には、触媒製造原料に含まれる微量不純物がそのまま含まれていても差し支えない。
ケイ素酸化物が結晶構造である触媒として、ゼオライトを採用することができる。ゼオライトは、その生成過程により、天然ゼオライトと合成ゼオライトに分類できるが、本触媒においては、天然および合成を問わない。ゼオライトという名称は、従来、結晶性アルミノケイ酸(アルミノシリケート)の総称として用いられてきたが、本発明でいうゼオライトには、さらにアルミニウムが実質的に含まれず、ケイ素酸化物のみを成分とするもの(例えば、シリカライト)、アルミニウム以外の金属成分を含むもの(メタロシリケート)、リン酸塩系ゼオライトと呼ばれるものも含まれる。
天然系ゼオライトの具体例としては、ナトロライト、ゴンナルダイト、エディングトナイト、アナルシム、リューサイト、ユガワラライト、ギスモンダイン、ポーリンジャイト、フィリップサイト、チャバザイト、エリオナイト、ホージャサイト、モルデナイト、フェリエライト、ミューティナアイト、チェルニヒアイト、ヒューランダイト、クリノプチロライト、スティルバイト、コウレサイト、ロギアナイト、シャンハライト、ガウルタイト、パサパアイト、ウェイネバアイトなどが挙げられる。
また、合成系ゼオライトの具体例としては、A型、ZK−4、ZK−21、ZSM−5、ZSM−11、ZSM−12、シリカライト−1、シリカライト−2、ベータ型、X型、Y型、EU−1、NU−87、UTD−1、CIT−5、ITQ−4、ITQ−7、SSZ−42、MCM−21、MCM−22、TS−1、TS−2、VS−1、VS−2、タンタルシリケート、SAPO−11、SAPO−34、SAPO−37、SAPO−42、SAPO−56などが挙げられる。異種金属をゼオライトの骨格格子内に導入してもよいし、格子外に導入してもよい。異種金属をゼオライトの骨格格子内に導入する一般的な方法としては、触媒原料に異種金属を混合する方法などがあげられ、格子外に導入する一般的な方法としては、含浸法などがあげられる。
上記のゼオライトの内、特に、シリカライト−1およびシリカライト−2が好ましい。
前記の文献を参考にしてシリカライト−2の製造方法の一例を示すと、Si源としてケイ酸水和物またはテトラエトキシシランを用い、テンプレートにテトラブチルアンモニウムヒドロキシドを用いて、170℃付近の温度で水熱合成する方法が挙げられる。テトラブチルアンモニウムヒドロキシドを用いる点がシリカライト−2を合成する上で重要であり、他の、例えば、テトラエチル、テトラプロピル、トリエチルプロピル、トリエチルブチルのアンモニウムヒドロキシドなどではシリカライト−2が生成しない。
もう一つの方法は、ケイ酸塩やアルコキシドのようなシリカ源と界面活性剤(メソ多孔体を調製する際にはテンプレートと呼ばれる)を作用させることにより、界面活性剤のミセルの廻りにシリカ源が配向して有機無機メソ構造体を生成させる方法である。一般的には、この有機無機メソ構造体をつくるには、メソ構造体の種類によるものの、ある程度の熟成時間が必要である。テンプレートとしては、アニオン系、カチオン系、ノニオン系などの界面活性剤や、アルキルアミンやアルキルジアミンなどが用いられる。導入されたテンプレートを、溶媒抽出もしくは焼成による分解で除去することができる。
HMSについては、Tanevらが合成法と構造を報告(P.T.Tanev,et al,Science,Vol.267,p865(1995))しており、テンプレートにアルキルアミンを用いる点がMCM−41との合成法上の相違点である。上記文献では室温で18時間熟成が行われる。
さらに異種金属を、メソ多孔体のシリカネットワークに導入してもよいし、ネットワーク外に導入してもよい。異種金属をメソ多孔体のシリカネットワークに導入する一般的な方法としては、触媒原料に異種金属を混合する方法などがあげられ、ネットワーク外に導入する一般的な方法としては、含浸法などがあげられる。
反応に用いられる溶媒は限定されないが、例えば、メタノール、t−ブタノールなどのC1〜C10アルコール、アセトニトリル、ベンゼン、トルエン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、トリエチルアミン、ジメトキシエタン、ジオキサン、ジグリム、水などを用いることができる。
本発明の方法における反応条件は、使用する酸化剤や触媒の種類によって適宜選択されるが、反応圧力は、通常、常圧から10MPaの範囲であり、反応温度は、通常、室温から350℃の範囲である。
また、環状脂肪族アルコール及び環状脂肪族ケトンからなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物をアミノ化反応に付す方法としては、公知の技術を用いることができる。
シクロヘキサノールを用いる場合には、アンモニアおよび水素の存在下、酸化銅−酸化亜鉛を触媒として気相で反応に付す方法(工業化学雑誌、70(9)、1508、1967)、アンモニアおよび水素の存在下にガス状で、ケイソウ土担体還元ニッケル成型触媒を用いて常圧で反応に付す方法(日本国特公昭51−41627号公報)、アンモニアおよび水素の存在下、高温、高圧の条件のもと、液相でコバルトを主成分とする触媒を用いる方法(日本国特公昭51−32601号公報)、アンモニアおよびルテニウム系触媒の存在下、水を共存させてアミノ化反応に付す方法(日本国特開平6−1758号公報)などが挙げられる。
シクロヘキサノールおよびシクロヘキサノンの混合物を用いる場合には、アンモニアおよび水素の存在下、酸化ニッケル−酸化クロム触媒を用いて気相で反応に付す方法(仏国特許1,492,098号明細書)、アンモニアおよび水素の存在下、触媒としてニッケルおよび/またはコバルトと燐酸またはホウ酸を用い、気相にて反応に付す方法(日本国特公昭41−7575号公報)などが挙げられる。
アミノ化反応に用いられる触媒としては、種々の金属、金属酸化物、金属塩または金属有機化合物を使用できるが、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、イリジウム、白金などが含まれる周期律表の第8、9および10族、クロム、銅、銀、亜鉛およびアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む触媒が好ましく用いられる。これら金属触媒としては、金属単独、他の金属を含むもの、金属酸化物などの各種化合物、さらには、これらが適当な触媒担体に担持されたものなどが挙げられる。触媒担体としては、活性炭、SiO2、Al2O3、SiO2/Al2O3、TiO2、ZrO2、ZnO、硫酸バリウム、炭酸カリウム、ケイソウ土、ゼオライトなどを用いることができる。
液相下で行う場合は、溶媒の存在下に反応を行うこともできる。溶媒には制限はないが、アセトニトリル、プロピオニトリルなどのニトリル類、ノルマルヘキサン、シクロヘキサンなどの脂肪族炭化水素、ベンゼン、トルエンなどの芳香族化合物、ジオキサン、ジグリムなどのエーテル類、水などを用いることができる。溶媒の存在下に操作するときには、環状脂肪族アルコールの濃度は、通常、1〜30WT%、好ましくは3〜20WT%である。気相で反応を行う場合にも同様に溶媒を用いることができ、これら溶媒を、予め、気化させて反応器に供給してもよい。
実施例中で用いた測定機器などは以下の通りである。
・GC装置:ガスクロマトグラフGC−14B(日本国、(株)島津製作所製)
・GCカラム:DB−1701(米国、J&W Scientific社製)
・GC測定条件:
インジェクション温度−250℃
カラム温度−50℃から10℃/minで昇温し、最終温度250℃
粉末X線回折測定装置:RAD−IIIA(日本国、理学電機(株)製)
エネルギー分散型X線分析装置:EMAX−5770W(日本国、(株)堀場製作所製)
細孔分布測定装置:Autosorb−3MP(米国、Quantachrome社製)
<触媒:SiO2(1)>
テトラエトキシシラン(Si(OC2H5)4;日本国、和光純薬工業(株)製)71gに水125gを加え、撹拌しながら28%アンモニア水10mlを添加した。これにエタノール10mlを加えた後、そのまま1時間撹拌を続行した。ロータリーエバポレーターを用い、減圧下、120℃の油浴で加熱乾燥し、次いで、電気炉で120℃、12時間乾燥した。最後に、400℃で4時間焼成した。粉末X線回折測定の結果、本触媒は非晶質であった。
シクロヘキシルアミンおよび酸素をそれぞれ導入するための導入管を備え、内部に触媒層の温度を測定するための熱伝対を挿入するためのさや管を組み込み、シクロヘキシルアミンを気化するためのSUS316製充填剤層を設けた、外径12.7mm、内径9.0mm、全長100mmのSUS316製の反応器に、上記の固体触媒2.0gを仕込み、加熱炉に組み込んだ。反応器出口のガスを一部GCに気体のまま導入するラインを設置した。このラインを通じて出口ガスをGC測定し、その結果からシクロヘキシルアミン転化率、ε−カプロラクタム選択率を計算した。
反応器内部を窒素で置換した後、160℃まで加熱し、反応器入り口直前でシクロヘキシルアミンが5.1容量%、酸素が6.6容量%、窒素が88.3容量%の組成、SVが270から380h−1となる条件でフィードして反応を開始した。20時間経過後180℃に温度を上げた。反応開始から25時間後、シクロヘキシルアミン転化率は17%、ε−カプロラクタム選択率は3%であった。
<触媒:Al2O3>
触媒にアルミナ(高純度アルミナNRK−301、日本国、西尾工業(株)製)を用い、160℃で反応開始し、30時間目から180℃、45時間目から200℃、49時間目から230℃に上げた以外は実施例1と同様に反応を行った。反応の全期間を通じε−カプロラクタムは全く生成しなかった。
<触媒:SiO2(2)>
テトラエトキシシラン71gに水125gを加え、撹拌しながら硫酸アンモニウム0.1371g、次いで、28%アンモニア水12.5mlを添加した。これにエタノール10mlを加えてそのまま1時間撹拌を続行した。エバポレーターを用い、減圧下、60℃から最終的に120℃の油浴で加熱乾燥し、次いで、電気炉で120℃、12時間乾燥した。最後に、400℃で4時間焼成して本触媒を得た。粉末X線回折の結果、本触媒は非晶質であった。
この触媒を用いて、反応温度を160℃で維持した以外は実施例1と同様に反応を行った。21時間目でシクロヘキシルアミン転化率は21%、ε−カプロラクタム選択率は2%であった。
<触媒:SiO2(2)>
実施例2の触媒を用いて、反応温度を180℃に維持した以外は実施例2と同様に反応を行った。8時間目でシクロヘキシルアミン転化率は32%、ε−カプロラクタム選択率は5%であった。
<触媒:V2O5/SiO2>
メタバナジン酸アンモニウム(NH4VO3;和光純薬工業(株))0.383gに水9.2g、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド([(CH3CH2CH2)4N]OH;日本国、和光純薬工業(株)製)の10WT%水溶液26.5gを加え、撹拌した。撹拌しながら、この液にテトラエトキシシラン17.33gを加えた(Si/V原子比=25)。室温で5時間撹拌を続けた。ロータリーエバポレーターを用い、減圧下、60℃から最終的に120℃の油浴で加熱・蒸発乾固した後、550℃で4時間焼成した。粉末X線回折の結果、本触媒中のシリカは非晶質であった。
この触媒を用いて、反応温度を160℃に維持した以外は実施例1と同様に反応を行った。28時間目で、シクロヘキシルアミン転化率は2%、ε−カプロラクタム選択率は3%であった。
<触媒:MoO3/SiO2>
三酸化モリブデン(MoO3;日本国、和光純薬工業(株)製)0.57gに水9.2g、10%テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド水溶液26.5gを加え、撹拌した。撹拌しながらこの液にテトラエトキシシラン17.33gを加えた(Si/Mo原子比=21)。室温で5時間撹拌を続けた。ロータリーエバポレーターを用い、減圧下、60℃から最終的に120℃の油浴で加熱・蒸発乾固した後、550℃で4時間焼成した。粉末X線回折の結果、本触媒中のシリカは非晶質であった。
この触媒を用いて、反応温度160℃で反応開始後、19時間目から180℃、28時間目から200℃にした以外は実施例1と同様に反応を行った。6時間目でシクロヘキシルアミン転化率は3%、ε−カプロラクタム選択率は1%、26時間目でシクロヘキシルアミン転化率は5%、ε−カプロラクタム選択率は2%、42時間目でシクロヘキシルアミン転化率は15%、ε−カプロラクタム選択率は5%であった。
<触媒:TiO2/SiO2>
テトラエトキシシラン17.75gに、撹拌しながらメタノール2.0g、水31.3gを加えた後、チタンテトライソプロポキシド(Ti[OCH(CH3)2]4;日本国、和光純薬工業(株)製)3.5532gを加えた(Si/Ti原子比=6)。さらに28%アンモニア水2.5gを添加した後、室温で1時間撹拌した。ロータリーエバポレーターを用い、減圧下、60℃から最終的に120℃の油浴で加熱・蒸発乾固した後、400℃で4時間焼成した。粉末X線回折の結果、本触媒中のシリカは非晶質であった。
この触媒を用いて、反応温度160℃で反応開始後、19時間目から180℃、28時間目から200℃にした以外は実施例1と同様に反応を行った。12時間目でシクロヘキシルアミン転化率は8%、ε−カプロラクタム選択率は5%、23時間目でシクロヘキシルアミン転化率は8%、ε−カプロラクタム選択率は7%、31時間目でシクロヘキシルアミン転化率は9%、ε−カプロラクタム選択率は15%であった。
<触媒:Al2O3/SiO2(1)>
テトラエトキシシラン15gにアルミニウムセカンダリーブトキシド(Al[O(CH3)CH(C2H5)]3;米国、Aldrich社製)10.0g(Si/Al原子比=1.8)を混合し撹拌しながら水6.3gを加えた。室温で1時間撹拌後、ロータリーエバポレーターを用い、減圧下、120℃の油浴で加熱・蒸発乾固した。最後に、200℃で4時間焼成した。粉末X線回折の結果、本触媒中のシリカは非晶質であった。
この触媒を用いて、反応温度160℃で反応を開始し、32時間目から180℃にした以外は実施例1と同様に反応を行った。48時間目でシクロヘキシルアミン転化率は15%、ε−カプロラクタム選択率は5%であった。
<触媒:Al2O3/SiO2(2)>
テトラエトキシシラン180gにアルミニウムセカンダリーブトキシド6.0g(Si/Al原子比=35.5)を混合し、撹拌しながら水46.5gを加えた。室温で1時間撹拌後、ロータリーエバポレーターを用い、減圧下、80℃から最終的に120℃の油浴で加熱・蒸発乾固した。最後に、200℃で4時間焼成した。粉末X線回折の結果、本触媒中のシリカは非晶質であった。
この触媒を用いて、反応温度160℃で反応を開始し、21時間目から180℃、31時間目から200℃にした以外は実施例1と同様に反応を行った。20時間目でシクロヘキシルアミン転化率は3%、ε−カプロラクタム選択率は13%、25時間目でシクロヘキシル転化率は3%、ε−カプロラクタム選択率は28%、33時間目でシクロヘキシルアミン転化率は3%、ε−カプロラクタム選択率は42%であった。
<触媒:Al2O3/SiO2(3)>
テトラエトキシシラン120gにアルミニウムセカンダリーブトキシド2.4g(Si/Al原子比=58.2)を混合し、撹拌しながら水31gを加えた。室温で1時間撹拌後、ロータリーエバポレーターを用い、減圧下、70℃から最終的に120℃の油浴で加熱・蒸発乾固した。最後に200℃で4時間焼成した。粉末X線回折の結果、本触媒中のシリカは非晶質であった。
この触媒を用いて、反応温度160℃で反応を開始し、12時間目から180℃、20時間目から200℃にした以外は実施例1と同様に反応を行った。19時間目でシクロヘキシルアミン転化率は2%、ε−カプロラクタム選択率は7%、24時間目でシクロヘキシルアミン転化率は3%、ε−カプロラクタム選択率は15%であった。
<触媒:Al2O3/SiO2(4)>
触媒の焼成を300℃で4時間行った以外は実施例8と同様の方法で触媒を調製した。粉末X線回折の結果、本触媒中のシリカは非晶質であった。
この触媒を用いて、反応温度200℃で反応を開始し、15時間目から一旦180℃に下げ、24時間目から220℃に反応温度を上げた以外は実施例1と同様に反応を行った。4時間目でシクロヘキシルアミン転化率は2%、ε−カプロラクタム選択率は6%、24時間目でシクロヘキシルアミン転化率は1%、ε−カプロラクタム選択率は5%であった。
<触媒:Al2O3/SiO2(5)>
触媒の焼成を400℃で4時間行った以外は実施例8と同様の方法で触媒を調製した。粉末X線回折の結果、本触媒中のシリカは非晶質であった。
この触媒を用いて、反応温度200℃で反応を開始し、15時間目から一旦180℃に下げ、24時間目から220℃に反応温度を上げた以外は実施例1と同様に反応を行った。7時間目でシクロヘキシルアミン転化率は2%、ε−カプロラクタム選択率は6%、29時間目でシクロヘキシルアミン転化率は1%、ε−カプロラクタム選択率は6%であった。
<触媒:Al2O3/SiO2(6)>
アルミニウムセカンダリーブトキシド4.13gに10WT%テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド水溶液121.3g、水170gを加え撹拌した。撹拌しながらこの液にテトラエトキシシラン104g(Si/Al原子比=30)を添加した。一旦60℃まで加熱し、この温度で30分撹拌後、室温で1時間静置した。その後ロータリーエバポレーターを用い、減圧下、60℃から最終的に120℃の油浴で加熱・蒸発乾固した。550℃で5時間焼成したあと600℃で1時間焼成した。粉末X線回折の結果、本触媒中のシリカは非晶質であったが、2θ/deg=2付近にブロードなピークが観られ、メソ領域に細孔をもつことがわかった。細孔分布測定結果からも、マイクロポア領域のほかにメソポア領域である3nm付近にも細孔をもつことがわかった。
この触媒を用いて、反応温度を195℃維持した以外は実施例1と同様に反応を行った。反応開始5時間目でシクロヘキシルアミン転化率は15%、ε−カプロラクタム選択率は36%であった。
<触媒:Al2O3/SiO2(6)>
実施例12の触媒を用い、反応温度を215℃に維持した以外は実施例1と同様に反応を行った。反応開始6時間目でシクロヘキシルアミン転化率は14%、ε−カプロラクタム選択率は36%であった。
<触媒:Al2O3/SiO2(7)>
テトラエトキシシラン120gに撹拌しながらアルミニウムイソプロポキシド(Al[OCH(CH3)2]3;日本国、和光純薬工業(株)製)0.27g(Si/Al原子比=436)を加え、混合アルコキシド溶液を調製した。ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロマイド9gと20%塩酸16.65mlの混合溶液に、上記混合アルコキシド溶液を添加し、そのまま室温で1時間撹拌した。
この液に、pHが5になるまで10%アンモニア水を少量ずつ滴下した。これを70から80℃で4時間かけて乾燥し、400℃で4時間、次いで、550℃で10時間焼成した。粉末X線回折測定の結果、本触媒中のシリカは非晶質であったが、2θ/deg=2から3付近にブロードなピークがあり、細孔分布測定結果から2から15nmにかけて広い範囲で細孔をもつことがわかった。
この触媒を用いて、反応温度を215℃に維持した以外は実施例1と同様に反応を行った。反応開始後4時間目でシクロヘキシルアミン転化率は41%、ε−カプロラクタム選択率は18%であった。
<触媒:Al2O3/SiO2(8)>
アルミニウムイソプロポキシドを0.55g用いた以外は実施例14と同様の方法で触媒を調製した(Si/Al原子比=214)。粉末X線回折測定の結果、本触媒中のシリカは非晶質であったが、2θ/deg=2から3付近にブロードなピークがあり、細孔分布測定結果から2から15nmにかけて広い範囲で細孔をもつことがわかった。
この触媒を用いて、反応温度を215℃に維持した以外は実施例1と同様に反応を行った。反応開始後7時間目でシクロヘキシルアミン転化率は40%、ε−カプロラクタム選択率は28%であった。
<触媒:Al2O3/SiO2(9)>
アルミニウムイソプロポキシドを1.32g用いた以外は実施例14と同様の方法で触媒を調製した(Si/Al原子比=89)。粉末X線回折測定の結果、本触媒中のシリカは非晶質であったが、2θ/deg=2から3付近にブロードなピークがあり、また細孔分布測定結果から2から15nmにかけて広い範囲で細孔をもつことがわかった。
この触媒を用いて、反応温度を215℃に維持した以外は実施例1と同様に反応を行った。反応開始後7時間目でシクロヘキシルアミン転化率は41%、ε−カプロラクタム選択率は26%であった。
<触媒:Al2O3/SiO2(8)>
実施例14の触媒を用い、反応温度を160℃に維持した以外は実施例1と同様に反応を行った。反応開始後18時間目でシクロヘキシルアミン転化率は19%、ε−カプロラクタム選択率は3%であった。
<触媒:MCM−41(1)(メソ多孔体)>
15%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド((CH3)4NOH;日本国、和光純薬工業(株)製)水溶液21.8gに85%水酸化ナトリウム0.48g、セチルトリメチルアンモニウムブロマイド([CH3(CH2)15N(CH3)3]Br;和光純薬工業(株))15.4gを混合した(A液)。一方、テトラエトキシシラン11.14gに水100gを混合した(B液)。A液を撹拌しながらこれにB液を少量ずつ添加した。混合液を1時間撹拌した後、オートクレーブに移し、100℃で2日間水熱合成を行った。内容物をオートクレーブから取り出し、ろ過、イオン交換水による洗浄後、110℃で5時間乾燥した。最後に550℃で8時間焼成した。
粉末X線回折測定により2θ/deg=2にメソ孔に由来するピークが観察され、MCM−41の回折パターンと一致することを確認した。細孔分布測定によると、細孔径2nmから3nmにかけてシャープなピークがあり、MCM−41であることを確認した。
この触媒を用いて、反応温度160℃で反応を開始し、22時間目から170℃、28時間目から180℃にした以外は実施例1と同様に反応を行った。反応開始後16時間目でシクロヘキシルアミン転化率は17%、ε−カプロラクタム選択率は9%、36時間目でシクロヘキシルアミン転化率は9%、ε−カプロラクタム選択率は9%であった。
<触媒:MCM−41(2)(メソ多孔体)>
水熱合成を3日間に伸ばしたことを除いて実施例18と同様の方法で触媒を調製した。本触媒の粉末X線回折パターン測定および細孔分布測定からMCM−41であることを確認した。
この触媒を用いて、反応温度160で反応を開始し、22時間目から180℃、32時間目から200℃、48時間目から220℃にした以外は実施例1と同様に反応を行った。反応開始後17時間目でシクロヘキシルアミン転化率は13%、ε−カプロラクタム選択率は6%、25時間目でシクロヘキシルアミン転化率は22%、ε−カプロラクタム選択率は8%、39時間目でシクロヘキシルアミン転化率は12%、ε−カプロラクタム選択率は14%、53時間目でシクロヘキシルアミン転化率は14%、ε−カプロラクタム選択率は14%であった。
<触媒:W−MCM−41(1)(メソ多孔体)>
15%テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液21.9gに85%水酸化ナトリウム0.48g、セチルトリメチルアンモニウムブロマイド15.4gを混合した(A液)。一方、メタタングステン酸アンモニウム((NH4)6W12O39;米国、Aldrich社製)0.1448gに水100gを加えて溶解させ、これにテトラエトキシシラン11.14g(Si/W原子比=90)を混合した(B液)。A液を撹拌しながらこれにB液を少量ずつ添加した。
混合液を1時間撹拌した後、オートクレーブに移し、100℃で2日間水熱合成を行った。内容物をオートクレーブから取り出し、ろ過、イオン交換水による洗浄後、110℃で5時間乾燥した。最後に550℃で8時間焼成した。本触媒の粉末X線回折パターン測定および細孔分布測定からMCM−41であることを確認した。
この触媒を用いて、反応温度160℃で反応を開始し、19時間目から180℃、28時間目から200℃にした以外は実施例1と同様に反応を行った。反応開始後16時間目でシクロヘキシルアミン転化率は7%、ε−カプロラクタム選択率は5%、22時間目でシクロヘキシルアミン転化率は8%、ε−カプロラクタム選択率は8%、29時間目でシクロヘキシルアミン転化率は11%、ε−カプロラクタム選択率は22%であった。
<触媒:W−MCM−41(2)(メソ多孔体)>
B液を調製する際にメタタングステン酸アンモニウムを0.0724g(Si/W原子比=181)用いた以外は実施例20と同様の方法で触媒を調製した。本触媒の粉末X線回折パターン測定および細孔分布測定からMCM−41であることを確認した。
この触媒を用いて、反応温度160℃で反応を開始し、22時間目から180℃、32時間目から200℃にした以外は実施例1と同様に反応を行った。反応開始後16時間目でシクロヘキシルアミン転化率は23%、ε−カプロラクタム選択率は8%、26時間目でシクロヘキシルアミン転化率は25%、ε−カプロラクタム選択率は10%、34時間目でシクロヘキシルアミン転化率は30%、ε−カプロラクタム選択率は17%であった
<触媒:W−MCM−41(3)(メソ多孔体)>
B液を調製する際にメタタングステン酸アンモニウムを0.0362g(Si/W原子比=362)用いた以外は実施例20と同様の方法で触媒を調製した。本触媒の粉末X線回折パターン測定および細孔分布測定からMCM−41であることを確認した。
この触媒を用いて、反応温度160℃で反応を開始し、23時間目から170℃、29時間目から180℃にした以外は実施例1と同様に反応を行った。反応開始後41時間目でシクロヘキシルアミン転化率は18%、ε−カプロラクタム選択率は14%であった。
<触媒:W−MCM−41(4)(メソ多孔体)>
B液を調製する際にメタタングステン酸アンモニウムを0.0270g(Si/W原子比=485)用いた以外は実施例20と同様の方法で触媒を調製した。本触媒の粉末X線回折パターン測定および細孔分布測定からMCM−41であることを確認した。
この触媒を用いて、反応温度160℃で反応を開始し、12時間目から180℃、21時間目から200℃にした以外は実施例1と同様に反応を行った。反応開始後41時間目でシクロヘキシルアミン転化率は18%、ε−カプロラクタム選択率は14%であった。20時間目でシクロヘキシルアミン転化率は11%、ε−カプロラクタム選択率は8%、26時間目でシクロヘキシルアミン転化率は13%、ε−カプロラクタム選択率は15%であった。
<触媒:Al−HMS(1)(メソ多孔体)>
HMSはヘキサゴナルメソポーラスシリカのことであり、その構造は不規則、無秩序とされ、MCM−41とは明確に区別されている。本実施例では以下のように調製した。水50g、エタノール160g、ドデシルアミン(CH3(CH2)11NH2;和光純薬工業(株))20gを、この順序で混合した。この液を撹拌しながらテトラエトキシシラン83gを滴下した。次いで、撹拌しながら、この混合液にアルミニウムイソプロポキシド3.27gをイソプロパノール10gに溶かした溶液を滴下した(Si/Al原子比=30)。このまま室温30分撹拌した後、撹拌を止め20時間室温で静置した。
生成した沈殿物をろ過、イオン交換水で洗浄後、115℃で5時間乾燥した。この乾燥品をエタノール洗浄することにより、乾燥品中に残存するドデシルアミンの大部分を除去した。次いで、電気炉中で300℃で2時間、その後、1℃/minの速度で昇温し、最後に550℃で4時間焼成した。
粉末X線回折測定によると、2θ/deg=2付近にメソ孔を示すピークが観られ、細孔分布測定から、3から4nmにかけてシャープなピークが観られ、得られた触媒がHMSであることを確認した。
この触媒を用いて、反応温度を190℃に維持した以外は実施例1と同様に反応を行った。反応開始後8時間目で、シクロヘキシルアミン転化率は35%、ε−カプロラクタム選択率は11%であった。
<触媒:Al−HMS(2)(メソ多孔体)>
アルミニウムイソプロポキシドを1.98g用いた以外は実施例24と同様の方法で触媒を調製した(Si/Al原子比=50)。粉末X線回折測定と細孔分布測定の結果から、本触媒はHMSであることを確認した。
この触媒を用いて、反応温度を190℃に維持した以外は実施例1と同様に反応を行った。反応開始後9時間目で、シクロヘキシルアミン転化率は33%、ε−カプロラクタム選択率は17%であった。
<触媒:Al−HMS(3)(メソ多孔体)>
アルミニウムイソプロポキシドを1.40g用いた以外は実施例24と同様の方法で触媒を調製した(Si/Al原子比=70)。本触媒の粉末X線回折パターン測定および細孔分布測定からHMSであることを確認した。
この触媒を用いて、反応温度を190℃に維持した以外は実施例1と同様に反応を行った。反応開始後7時間目で、シクロヘキシルアミン転化率は33%、ε−カプロラクタム選択率は7%であった。
<触媒:SAPO−11(リン酸塩系ゼオライト)>
水276.0gと85WT%リン酸水溶液88.5gを混合し、これにアルミニウムイソプロポキシド156.5gを加え撹拌した。この混合物にシリカ粉末3.1gを加え、均一になるまで撹拌した。次いで、ジ−n−プロピルアミン((CH3CH2CH2)2NH;日本国、和光純薬工業(株)製)49.1gを加え、均一になるまで撹拌した。ここで得られた混合物を1Lオートクレーブ中150℃で133時間水熱合成を行った。水熱合成後、内容物をろ過、洗浄、乾燥させ、最後に空気中500℃で2時間焼成した。
生成物は、粉末X線回折パターンから、シリコアルミノフォスフェートSAPO−11であることを確認した。エネルギー分散型X線分析装置で分析したところ、(P2O5+Al2O3)/SiO2モル比は7.8であった。
この焼成後の結晶粉末を、1N硝酸アンモニウム水溶液に10WT%スラリーになるように添加し、室温で3時間イオン交換した。ろ過後、イオン交換水で洗浄し、120℃で10時間乾燥、さらに530℃で3時間焼成し、H型SAPO−11触媒を得た。
この触媒を用いて、反応温度160℃で反応を開始し、24時間目から180℃、33時間目から220℃にした以外は実施例1と同様に反応を行った。反応改組後18時間目でシクロヘキシルアミン転化率は2%、ε−カプロラクタム選択率は2%、26時間目でシクロヘキシルアミン転化率は2%、ε−カプロラクタム選択率は4%、40時間目でシクロヘキシルアミン転化率は3%、ε−カプロラクタム選択率は4%であった。
<触媒:SAPO−34(リン酸塩系ゼオライト)>
水146.7gと85WT%リン酸水溶液95.9gを混合し、これにアルミニウムイソプロポキシド169.6gを加え撹拌した。この混合物にシリカ粉末1.6gを加えて、均一になるまで撹拌した。次いで、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド((C2H5)4NOH;日本国、和光純薬工業(株)製)の20WT%水溶液305.2gを加え、均一になるまで撹拌した。
得られた混合物を1Lオートクレーブ中150℃で133時間水熱合成を行った。水熱合成後、内容物をろ過、洗浄、乾燥させ、最後に空気中500℃で2時間焼成した。粉末X線回折パターンから、シリコアルミノフォスフェートSAPO−34であることを確認した。エネルギー分散型X線分析装置で分析したところ、(P2O5+Al2O3)/SiO2モル比は16.4であった。
この焼成後の結晶粉末を、1N硝酸アンモニウム水溶液に10WT%スラリーになるように添加し、室温で3時間イオン交換した。ろ過後、イオン交換水で洗浄し、120℃で10時間乾燥、さらに530℃で3時間焼成し、H型SAPO−34触媒を得た。
この触媒を用いて、反応温度160℃で反応を開始し、24時間目から180℃、33時間目から220℃にした以外は実施例1と同様に反応を行った。反応開始後12時間目でシクロヘキシルアミン転化率は1%、ε−カプロラクタム選択率は3%、30時間目でシクロヘキシルアミン転化率は1%、ε−カプロラクタム選択率は4%、40時間目でシクロヘキシルアミン転化率は1%、ε−カプロラクタム選択率は3%であった。
<触媒:シリカライト−1(ゼオライト)>
テトラエトキシシラン130.0gにエタノール278.2gを加え、次いでテトラプロピルアンモニウムヒドロキシドの10WT%水溶液241.8gを加えた。この混合液をホモジナイザーを用いて5000rpmで20分間混合した。次に、1Lオートクレーブ中100℃で5日間水熱合成した。水熱合成後、内容物をろ過、イオン交換水で洗浄後、110℃で5時間乾燥した。最後に530℃で3時間焼成した。生成物は、粉末X線回折パターンからシリカライト−1であることを確認した。
この触媒を用いて、反応温度160℃で反応を開始し、22時間目から180℃、32時間目から200℃にした以外は実施例1と同様に反応を行った。反応開始後20時間目でシクロヘキシルアミン転化率は5%、ε−カプロラクタム選択率は9%、30時間目でシクロヘキシルアミン転化率は6%、ε−カプロラクタム選択率は22%、38時間目でシクロヘキシルアミン転化率は7%、ε−カプロラクタム選択率は28%であった。
<触媒:シリカライト−1(ゼオライト)>
実施例29の触媒を用い、反応温度を190℃に維持した以外は実施例1と同様に反応を行った。反応開始後10時間目でシクロヘキシルアミン転化率は6%、ε−カプロラクタム選択率は30%であった。
<触媒:シリカライト−2(ゼオライト)>
ケイ酸水和物(SiO2・nH2O;日本国、和光純薬工業(株)製)102.0gにテトラブチルアンモニウムヒドロキシド([CH3(CH2)3]4NOH;日本国、和光純薬工業(株)製)の10WT%水溶液129.7gを加え撹拌した。撹拌しながら28%アンモニア水75.0g、次いで、水228.1gを混合し、そのまま室温で1時間撹拌を続けた。この混合液を1Lオートクレーブ中170℃で3日間水熱合成した。水熱合成後、内容物をろ過、イオン交換水で洗浄し、100℃で4時間乾燥後、550℃で8時間焼成した。生成物は、粉末X線回折パターン測定から本触媒がシリカライト−2であることを確認した。
この触媒を用いて、反応温度を195℃に維持した以外は実施例1と同様に反応を行った。反応開始後6時間目でシクロヘキシルアミン転化率は6%、ε−カプロラクタム選択率は25%であった。
<触媒:シリカライト−2(ゼオライト)>
実施例31の触媒を用いて、反応温度を215℃に維持した以外は実施例1と同様に反応を行った。反応開始後3時間目でシクロヘキシルアミン転化率は8%、ε−カプロラクタム選択率は41%であった。
<触媒:シリカライト−2(ゼオライト)>
実施例31の触媒を用いて、反応温度を230℃に維持した以外は実施例1と同様に反応を行った。反応開始後3時間目でシクロヘキシルアミン転化率は9%、ε−カプロラクタム選択率は37%であった。
<触媒:シリカライト−2(ゼオライト)>
実施例31の触媒を用いて、反応温度を250℃に維持した以外は実施例1と同様に反応を行った。反応開始後2時間目でシクロヘキシルアミン転化率は12%、ε−カプロラクタム選択率は26%であった。
実施例15の触媒を用い、次の反応器を用いて、反応を行わせた。反応器は、外径25.4mm、内径23.00mm、全長700mmのSUS316製円筒管であり、内部に触媒層の温度を測定するための熱伝対を挿入するためのさや管を組み込み、触媒層の上部には、シクロヘキシルアミンを気化するためのSUS316製充填剤層を設け、縦方向に3分割された電気炉で加熱するようにした。
この反応器に、実施例15の触媒を40g充填した。反応器出口のガスをジャケットのついた2つのトラップ容器を使って凝縮させた。第一トラップは70℃に、第二トラップは5℃に維持した。反応器内部を窒素で置換した後、215℃まで加熱した。25℃でシクロヘキシルアミンを液で0.1ml/min、酸素を28cc/min、窒素を372cc/minでフィードを開始した。これは触媒層入り口でシクロヘキシルアミンが5.1容量%、酸素が6.6容量%、窒素が88.3容量%の組成となり、SVは272hr−1であった。
48時間反応を継続し、第一、第二トラップから合わせて268gの液を回収した。この液には26gのε−カプロラクタムが含まれていた。蒸留を繰り返した後、シクロヘキサン溶媒を用いた晶析操作をすることにより、GC純度99.9%のε−カプロラクタムを得ることができた。
<シクロヘキサノールのアミノ化によるシクロヘキシルアミンの合成>
硫酸銅3水和物47gおよび硝酸ニッケル6水和物16gを250mlの水に溶解させた水溶液中にγ−アルミナ10gを加えて撹拌し、湯浴上で80℃に昇温した。次に、炭酸ナトリウム42gを溶解させた250mlの水溶液を、湯浴上の硝酸ニッケル水溶液中に2時間かけて徐々に撹拌しながら加えた。5時間の熟成後、得られた沈殿物をろ過し、温水で繰り返し洗浄した後、沈殿物を100℃前後で一昼夜乾燥した。乾燥した沈殿物は乳鉢で粉砕後、石英管に仕込み、電気管状炉を用いて空気中、350℃で3時間焼成した。
次に、上記で得られた銅−ニッケル/γ−アルミナ触媒を粒状に成型した後、ステンレス製管状反応器に充填し、150ml/分の速度で水素ガスを導入して触媒層を350℃に保ちながら3時間の活性化処理を行った。活性化終了後、反応温度を180℃に下げ、シクロヘキサノール:アンモニア:水素=1:5:3のモル比のガスを常圧下、LSV=0.1L/触媒L/時間で供給し、5時間反応させた。反応生成物をGCで分析した結果、シクロヘキサノールの転化率は99.0%、シクロヘキシルアミンの選択率は96.1%であった。
<シクロヘキシルアミン酸化副生物のアミノ化工程へのリサイクル>
実施例35で得られた回収液からε−カプロラクタムを分離精製する過程で得られた副生物のうち、シクロヘキサノン(22%)、N−シクロヘキシリデンシクロヘキシルアミン(74%)、その他(4%)を含む留分10gをシクロヘキサノール50gに混合し、実施例36と同条件にてアミノ化反応を行った。転化率は98.3%、シクロヘキシルアミンの選択率は97.1%であった。
本発明の方法により製造されたラクタムは、有機化学工業の分野において、ポリマー、医薬、農薬などの原料として有用な化合物である。特に、ラクタムがε−カプロラクタムの場合、繊維や樹脂用途に使用され、ナイロン6の原料として有用である。
Claims (24)
- 環状脂肪族第一級アミンを、ケイ素酸化物を含む触媒及び分子状酸素の存在下、気相で酸化反応に付すことによりラクタムを得、得られたラクタムを該酸化反応の反応系から分離することを特徴とするラクタムの製造方法。
- 該触媒が、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、タングステン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、銀、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、スズ、リン、アンチモン及びビスマスからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 該触媒がゼオライトであることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 該ゼオライトが、シリカライト−1及びシリカライト−2からなる群より選ばれることを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 該触媒が、該ケイ素酸化物として非晶質ケイ素酸化物を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- 該触媒が、アルミニウムを更に含むことを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 該非晶質ケイ素酸化物が、メソ孔を有することを特徴とする請求項5又は6に記載の方法。
- メソ孔を有する該非晶質ケイ素酸化物が、MCM−41またはHMSからなる群より選ばれることを特徴とする請求項7に記載の方法。
- メソ孔を有する該非晶質ケイ素酸化物が、ケイ素アルコキシドに4級アンモニウム塩を添加することにより得られることを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 該4級アンモニウム塩がセチルトリメチルアンモニウム塩であることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 該環状脂肪族第一級アミンが、環状脂肪族アルコール及び環状脂肪族ケトンからなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物をアミノ化反応に付して得られることを特徴とする請求項1及び2〜10のいずれかに記載の方法。
- 該環状脂肪族第一級アミンの酸化反応で生成する1種又は2種以上の副生物の少なくとも一部を、該アミノ化反応の反応系にリサイクルすることを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 該環状脂肪族第一級アミンがシクロヘキシルアミンであり、該ラクタムがε−カプロラクタムであることを特徴とする請求項1及び2〜10のいずれかに記載の方法。
- 該少なくとも1種の化合物が、シクロヘキサノール及びシクロヘキサノンからなる群より選ばれ、該環状脂肪族第一級アミンがシクロヘキシルアミンであり、該ラクタムがε−カプロラクタムであることを特徴とする請求項11又は12に記載の方法。
- 請求項1記載の製造方法に用いる、ケイ素酸化物を含む触媒。
- リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、タングステン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、銀、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、スズ、リン、アンチモン及びビスマスからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を更に含むことを特徴とする請求項15に記載の触媒。
- ゼオライトであることを特徴とする請求項15又は16に記載の触媒。
- シリカライト−1及びシリカライト−2からなる群より選ばれるゼオライトであることを特徴とする請求項17に記載の触媒。
- 該ケイ素酸化物として非晶質ケイ素酸化物を含むことを特徴とする請求項15又は16に記載の触媒。
- アルミニウムを更に含むことを特徴とする請求項19に記載の触媒。
- 該非晶質ケイ素酸化物がメソ孔を有することを特徴とする請求項19又は20に記載の触媒。
- メソ孔を有する該非晶質ケイ素酸化物が、MCM−41またはHMSからなる群より選ばれることを特徴とする請求項21に記載の触媒。
- メソ孔を有する該非晶質ケイ素酸化物が、ケイ素アルコキシドに4級アンモニウム塩を添加することにより得られることを特徴とする請求項21に記載の触媒。
- 該4級アンモニウム塩がセチルトリメチルアンモニウム塩であることを特徴とする請求項23に記載の触媒。
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