JP4692700B2 - 芳香族シアノアミノメチルの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、芳香族ジニトリルの部分的水素化による芳香族シアノアミノメチルの製造方法に関する。芳香族シアノアミノメチルは、医薬、農薬、高機能性化学品等の原料、中間体として有用である。例えば、ｐ−シアノベンジルアミンを加水分解することによりｐ−アミノメチル安息香酸を製造でき、またそれを水和、核水素化、次いで異性化することにより抗プラスミン作用を有するトランスー１，４−アミノメチルシクロヘキサンカルボン酸（トラネキサム酸）を製造することができる。
【０００２】
【従来の技術】
芳香族ジニトリルの部分的水素化によって芳香族シアノアミノメチルを得る方法は、従来から種々提案されている。例えば、特開昭４９−８５０４１号公報には、パラジウム触媒を使用し、液体アンモニア及び無機アルカリの存在下で芳香族ジニトリルを水素還元する方法が開示されている。しかしながら、この方法は液体アンモニアの使用が必須である為に反応圧力が２０ＭＰａと高くなること、またアンモニアの回収・リサイクルの為に特別な装置が必要になること等で設備費が嵩む欠点がある。特開平１０−２０４０４８号公報には、予め溶媒中、水素雰囲気下で活性化させたニッケル及び／またはコバルトを含有するラネー触媒を使用し、芳香族ジニトリルを水素化する方法が開示させている。この方法では液体アンモニアは必要とせず、反応圧力が低い点で優れている。しかしながら、実施例によれば、芳香族シアノアミノメチルに対して芳香族ジアミノメチルが６〜７％と副生しており、芳香族シアノアミノメチルの収率自体も必ずしも高いとは言い難い。通常、芳香族ジニトリルの水素化では、芳香族シアノアミノメチルの生成と共に、芳香族ジアミノメチルが逐次的に副生するが、芳香族ジアミノメチルの副生量が多い場合には、両者の沸点が近い為に蒸留操作による芳香族シアノアミノメチルの分離回収に負荷が増大する。また、反応操作は、触媒は予め活性化し、その使用量を限定すると共に、水素の吸収量も調節する等、複雑である為に回分反応では実施できるが、工業的に有利な連続反応には適さない面がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、芳香族ジニトリルの接触水素化において、液体アンモニアを使用せず温和な反応条件で、且つ簡単な反応操作により芳香族ジアミノメチルの副生を抑制し、芳香族シアノアミノメチルを高収率で製造できる方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、パラジウム触媒を使用し、アルコール及びテトラアルキルアンモニウムヒドロキシドの存在下で芳香族ジニトリルを水素化すれば、芳香族ジアミノメチルの副生を抑制し、芳香族シアノアミノメチルを高収率が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち本発明は、パラジウム触媒を使用し、アルコール及びテトラアルキルアンモニウムヒドロキシドの存在下で芳香族ジニトリルを水素化することを特徴とする芳香族シアノアミノメチルの製造方法である。
【０００５】
【本発明の実施の形態】
本発明に使用される芳香族ジニトリルは、ベンゼン環、ナフタレン環等の芳香環に二つのニトリル基を有する化合物である。具体例として、フタロニトリル、イソフタロニトリル、テレフタロニトリル、１，５−ジシアノナフタレン、１，８−ジシアノナフタレン、２，６−ジシアノナフタレン等である。また、ニトリル基の他に、メチル基、エチル基等のアルキル基、塩素、臭素、フッ素等のハロゲン基、メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基、ヒドロキシル基等が一つ以上置換された芳香族化合物が使用できる。特に、医薬品、農薬等の原料または中間体が製造できるフタロニトリル、イソフタロニトリル及びテレフタロニトリルが原料として好適に用いられる。
【０００６】
本発明には、パラジウムを含む触媒が使用される。通常、パラジウム触媒はパラジウムブラック、酸化パラジウムまたはパラジウムの担持触媒が用いられる。その担体としては、カーボン、アルミナ、シリカ、シリカ・アルミナ、硫酸バリウム、ゼオライト等が用いられる。担持触媒の形状としては、粉末、球状成型品、円柱状成型品、円柱状押し出し成型品等が挙げられる。パラジウムの担持量は、０．１〜１０重量％、好ましくは０．５〜５重量％の範囲である。パラジウム触媒の使用量は、例えば、回分反応の場合、芳香族ジニトリルに対するパラジウムの使用量で示すと、０．００１〜０．１０重量比、好ましくは０．０１〜０．０５重量比の範囲である。これより少ない場合には十分な反応速度が得られず、一方、多い場合には特に弊害はないが、経済的でない。
【０００７】
本発明には、アルコールとして、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール等の脂肪族系アルコール、ベンジルアルコール等の芳香族系アルコール、シクロヘキサンメタノール等の脂環族系アルコールが用いられるが、特にメタノールが好ましい。アルコールの使用量は、芳香族ジニトリルの溶液濃度が１〜５０重量％、好ましくは５〜３０重量％となる範囲で選択できる。芳香族ジニトリルの溶液濃度がこれより低い場合には十分な空時収率が得られず、一方、高い場合には反応熱に伴う温度制御が難しくなる。
【０００８】
本発明には、テトラアルキルアンモニウムヒドロキシドとしては、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド等が用いられるが、特にテトラメチルアンモニウムヒドロキシドが好ましい。通常、テトラアルキルアンモニウムヒドロキシドは水溶液または１０〜２０重量％のメタノール溶液として使用される。テトラアルキルアンモニウムヒドロキシドの使用量は、反応液中の濃度として０．０１〜５重量％、好ましくは０．０５〜１重量％の範囲である。テトラアルキルアンモニウムヒドロキシドの濃度がこれより低い場合には芳香族ジアミノメチル、メチルベンジルアミンの副生が増加し、これより多い場合には特に弊害はないが、テトラアルキルアンモニウムヒドロキシドの費用が嵩むので経済的でない。
【０００９】
本発明の反応方式は、回分式または流通式による液相懸濁反応でも実施できるが、反応生成液と触媒とを分離する必要がない点で工業的に有利な固定床による連続反応を採用できることも一つの特徴である。即ち、芳香族ジニトリルは通常の溶媒に溶けにくいが、芳香族ジニトリルをテトラアルキルアンモニウムヒドロキシドとアルコール中で加熱（室温〜アルコールの沸点）した場合、ある種の反応（イミノエーテル化合物の生成反応と推定）が起こり均一溶液となることが判った。従って、予め原料を加熱処理すれば通常の方法で原料液と水素ガスとを固定床反応器に供給して連続反応を行うことが出来る。その反応器としては、反応熱を考慮した強制除熱型反応器または断熱型反応器が用いられる。
【００１０】
反応温度は２０〜１００℃、好ましくは４０〜８０℃の範囲である。この温度範囲より低い場合には反応速度が小さい為に実用的でなく、また高い場合には副反応が多くなり収率が低下する。反応圧力は、水素分圧で０．５〜１０ＭＰａ、好ましくは２〜７ ＭＰａ の範囲である。この圧力より低い場合には実用的な反応速度が得られず、また高い場合には高圧装置に費用が嵩むので経済的でない。本発明に使用される水素ガスは、通常、工業的な水素化に使用されている品質で充分である。即ち、水素と不活性ガス、例えば、窒素、一酸化炭素、メタン等とからなる混合ガスを使用することができるが、反応圧力を低くする観点から水素濃度として５０％以上の混合ガスが好ましい。
【００１１】
流通式による固定床反応の場合、反応器への原料液の供給量は、反応条件によって定まる反応速度に応じて、反応生成液中の未反応量が許容される範囲でより多く供給するのが好ましい。したがって、一義的に表現できない面があるが、通常はLHSV（触媒充填容量を１とした時の１時間当りの原料液供給容量）で０．２５〜１０ｈｒー¹ である。また、回分式による液相懸濁反応の場合も反応条件によって反応速度が異なるので、反応時間を一義的に表現できない面もあるが、通常は０．１〜４時間である。
【００１２】
本発明方法によって得られる反応生成液中には、芳香族シアノアミノメチルとアルコールの他に、未反応の芳香族ジニトリル、芳香族ジアミノメチル、低沸点副生物等が少量含まれる。この反応生成液からは、常圧または減圧下、通常の回分または連続蒸留操作によって芳香族シアノアミノメチルを容易に分離回収することができる。
【００１３】
【実施例】
以下に、本発明の方法について実施例および比較例を挙げて更に具体的に説明するが、本発明は要旨を超えない限り、これらの実施例に限定されるものではない。
【００１４】
実施例１
内容積１００ｍｌのステンレス製振とう式オートクレーブ内を予め窒素ガスで置換した後、テレフタロニトリル１．５ｇ、メタノール２２ｇ、２０重量％テトラメチルアンモニウムヒドロキシドド水溶液０．２５ｇ及びパラジウムをアルミナ粉末に５重量％担持させた触媒１ｇを仕込み密閉した。水素ガス（純度：９９％以上）をオートクレーブ内に導入し、系内の圧力を３ＭＰａとした。オートクレーブを振とう機上の電気炉内に設置し、オートクレーブを振とうしながら内部温度が５０℃まで昇温した後、この温度を維持して１時間反応させた。
反応終了後、オートクレーブを冷却し、系内のガスを放出した。オートクレーブから取り出した内容物をグラスフィルターを用いて濾過し、触媒と母液に分離した。母液中の反応生成物について、ガスクロマトグラフの内部標準法により組成分析を行った。
その結果、テレフタロニトリルの反応率９９．８モル％において４−シアノベンジルアミンの収率は９４．８モル％であり、パラキシリレンジアミンの収率は０．２８モル％となった。
【００１５】
実施例２
実施例１と同様に、テレフタロニトリル３ｇ、メタノール２２ｇ、２０重量％テトラエチルアンモニウムヒドロキシド水溶液０．４ｇ及びパラジウムをカーボン粉末に５重量％担持させた触媒０．５ｇを仕込み密閉した。水素ガスをオートクレーブ内に導入し、系内の圧力を５ＭＰａとした。オートクレーブを振とう機上の電気炉内に設置し、振とうしながら内部温度が５０℃まで昇温した後、この温度を維持して１時間反応させた。
反応終了後、オートクレーブを冷却し、系内のガスを放出した。オートクレーブから取り出した反応物から触媒を濾別した後、反応生成液についてガスクロマトグラフの内部標準法により組成分析を行った。
その結果、テレフタロニトリルの転化率９９．９モル％において４−シアノベンジルアミンの収率は９２．５モル％であり、パラキシリレンジアミンの収率は０．１２モル％となった。
【００１６】
実施例３
実施例１において、テレフタロニトリルの代わりにイソフタロニトリル１．５ｇを用いた以外は同様な方法で反応させた。その結果、イソフタロニトリルの転化率９９．９モル％において３−シアノベンジルアミンの収率は９２．８モル％であり、メタキシリレンジアミンの収率は０．２５モル％となった。
【００１７】
実施例４
内径が１０ｍｍ及び長さが５０ｃｍのＳＵＳー３１６製の断熱型反応管に、パラジウムを２重量％担持させたアルミナ球（３ｍｍφ）４０ｍｌを充填した。触媒層上部には磁製のラシヒリング１０ｍｌを充填し、予熱層とした。原料槽内に、テレフタロニトリル／メタノール／２０重量％テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液＝１２／８８／１重量比で仕込んだ後、温度５０℃で攪拌して原料液が均一溶液となることを確認した。
反応管の予熱層上部へ水素ガスを圧力調整器を通して導入し圧力を５ＭＰａ、触媒層温度を６０℃に保持した。次に、定量ポンプを用いて原料液を２０ｍｌ／ｈｒの供給速度で予熱層上部へフィードした。反応管底部からの反応生成物は高圧気液分離器に導入し、反応ガスと反応生成液に分離した。反応ガスは高圧還流冷却器を通して４ｌ／ｈｒの流速で系外に放出した。一方、反応生成液は常圧気液分離器に連続的に抜き出し、所定時間毎の重量を測定すると共に、ガスクロマトグラフによる内部標準法により組成分析を行った。
反応が定常状態に達したことを確認した後、実験データを解析した結果、テレフタロニトリルの転化率９９．８モル％において４−シアノベンジルアミンの収率は９０．２モル％であり、パラキシリレンジアミンの収率は０．２２モル％となった。
【００１８】
比較例１
実施例１において、２０重量％テトラメチルアンモニウムヒドロキシド水溶液０．２５ｇを仕込まなかった以外は同様な反応条件で反応させた。
その結果、テレフタロニトリルの転化率９９．９モル％において主生成物として４−メチルベンジルアミンの収率が５３．２モル％、パラキシリレンジアミンの収率が３２．５モル％となり、４−シアノベンジルアミンは実質的に得られなかった。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、芳香族ジニトリルの接触水素化において、温和な条件で、且つ簡単な反応操作で芳香族ジアミノメチルの副生を抑制し、芳香族シアノアミノメチルを高収率で得ることができるので、その工業的意義は大きい。

Claims (4)

1. パラジウム触媒を使用し、アルコール及びテトラアルキルアンモニウムヒドロキシドの存在下で芳香族ジニトリルを水素化することを特徴とする芳香族シアノアミノメチルの製造方法。
2. アルコールがメタノールである請求項１記載の芳香族シアノアミノメチルの製造方法。
3. テトラアルキルアンモニウムヒドロキドがテトラメチルアンモニウムヒドロキシドである請求項１または２に記載の芳香族シアノアミノメチルの製造方法。
4. 芳香族ジニトリルがフタロニトリル、イソフタロニトリルまたはテレフタロニトリルである請求項１〜３のいずれかに記載の芳香族シアノアミノメチルの製造方法。