JP4892329B2 - 含窒素化合物の製造方法 - Google Patents
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Description
脂肪族1級アミン及び脂肪族2級アミンの製造方法としては、様々な方法があるが、その1つとして、触媒の存在下に、脂肪族アルコールを、アンモニア及び水素と接触させる方法が知られている。この接触反応においては、触媒として、ニッケル、銅系触媒や貴金属触媒が用いられる。
貴金属系触媒の中で、特にルテニウム触媒を用いて、アルコール等からアミンを製造する方法としては、例えば、アルミナ、シリカ、アルミノケイ酸塩などの多孔性酸化物上に、ルテニウムを0.001〜25重量%程度と、コバルト及び/又はニッケルを0.1〜6重量%程度担持させると共に、銅を0〜10重量%程度、及び各種金属からなる促進剤を0〜5重量%程度担持させてなる触媒を用いる方法(特許文献1参照)、あるいはアルミナ、シリカ、アルミノケイ酸塩などの多孔性酸化物上に、ルテニウムを0.001〜25重量%程度と、コバルト及び/又はニッケルを6〜50重量%程度担持させると共に、銅を0.1〜10重量%程度、及び各種金属からなる促進剤を0〜5重量%程度担持させてなる触媒を用いる方法(特許文献2参照)等が開示されている。
しかしながら、これらの技術においては、触媒の調製法には含浸法が採用され、乾燥後に400℃で4時間焼成し、更に300℃で20時間の水素還元が行われており、また、触媒の反応性、選択性は不十分であった。
このような脂肪族アルコールの具体例としては、ヘキシルアルコール、イソへキシルアルコール、オクチルアルコール、イソオクチルアルコール、2−エチルヘキシルアルコール、ノニルアルコール、イソノニルアルコール、3,5,5−トリメチルヘキシルアルコール、デシルアルコール、3,7−ジメチルオクチルアルコール、2−プロピルヘプチルアルコール、ラウリルアルコールなどのドデシルアルコール類、ミリスチルアルコールなどのテトラデシルアルコール類、ヘキサデシルアルコール類、オレイルアルコール、ステアリルアルコールなどのオクタデシルアルコール類、ベヘニルアルコール、イコシルアルコール類、ゲラニオール、シクロペンチルメタノール、シクロペンテニルメタノール、シクロヘキシルメタノール、シクロヘキセニルメタノールなどを挙げることができる。
上記(B)ジルコニア複合酸化物とはジルコニウムと少なくとも1種の他の金属酸化物からなる複合酸化物をいい、脂肪族一級アミン選択性の観点から、モリブデン、カルシウム、セリウム、ランタン、アルミニウム、イットリウム、珪素、チタン、硫黄及びリンからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属の酸化物 とジルコニウムとから形成される複合酸化物であることが好ましく、カルシウム、セリウム、ランタン、アルミニウム、イットリウム、珪素、チタン及び硫黄からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属の酸化物とジルコニアとから形成される複合酸化物であることがより好ましい。
硝酸アンモニウムセリウムと硝酸ジルコニウムをイオン交換水などの媒体に溶解させた溶液に、アルカリを加えてpHを好ましくは7〜12、より好ましくは9〜12程度に調整して加水分解させ、熟成することで、水酸化物として沈殿させる。上記アルカリについてはその種類は特に制限はないが、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属の炭酸塩、水酸化物、アンモニア水、水酸化アンモニウム等が使用できる。得られた水酸化物は、ろ過などにより固液分離し、得られた固形物を、十分に水洗した後、好ましくは400℃〜800℃、より好ましくは500℃〜700℃の温度にて焼成を行う。
脂肪族一級アミン選択性の観点から、モリブデン、カルシウム、セリウム、ランタン、アルミニウム、イットリウム、珪素、チタン、硫黄及びリンからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属成分で表面処理したジルコニアであることが好ましく、カルシウム、セリウム、ランタン、アルミニウム、イットリウム、珪素、チタン及び硫黄からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属成分で表面処理したジルコニアであることがより好ましい。
このような、表面処理は、前記金属成分を含浸法により、または金属塩溶液中にジルコニアを分散させることにより担持した後、焼成して行うことができる。
具体的には、金属成分の表面処理は、該金属の硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、水酸化物、酸化物等を用いて行うことができる。
上記表面処理に用いられる金属成分は、脂肪族一級アミン選択性の観点から、触媒全量に対し、金属成分としての金属で、0.01〜25質量%含有され、より好ましくは0.1〜15質量%含有される。また、上記金属成分とジルコニアの含有量割合(金属成分としての金属/ジルコニア)は、脂肪族一級アミン選択性の観点から、質量比で0.001〜0.2が好ましく、より好ましくは0.01〜0.1である。
塩化酸化ジルコニウム八水和物をイオン交換水などの媒体に溶解させた溶液に、アルカリを加えてpHを好ましくは7〜12、より好ましくは9〜12程度に調整して加水分解させ、熟成することで、水酸化物として沈殿させる。前記アルカリについてはその種類は特に制限はないが、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属の炭酸塩、水酸化物、アンモニア水、水酸化アンモニウム等が使用できる。得られた水酸化物は、ろ過などにより固液分離し、得られた固形物を、十分に水洗、乾燥後、0.5M硫酸水溶液中に分散させ、再びろ過などにより固液分離し、乾燥後、好ましくは400℃〜800℃、より好ましくは500℃〜700℃の温度にて焼成を行う。
上記(B)ジルコニア複合酸化物及び(C)金属表面処理ジルコニアは、各々単独で使用することもできるが、これらを2種以上組み合わせて使用することもできる。
以下に当該触媒の調製の一例について説明する。
まず、イオン交換水などの媒体に、前記の(B)ジルコニア複合酸化物及び/又は(C)金属表面処理ジルコニアを加えて懸濁させたのち、この懸濁液に(A)ルテニウム化合物、及び好ましくは(B)成分としての第VIII族金属成分源である金属化合物(I)をイオン交換水などの媒体に溶解させた溶液を加え、攪拌しながら必要に応じて加熱し、好ましくは20℃〜95℃程度、より好ましくは40℃〜80℃の温度に調節する。
次いで、上記得られた懸濁液にアルカリを加えてpHを好ましくは5〜12、より好ましくは6〜11に調整して加水分解させ、熟成することで、ルテニウム成分、第二金属成分をジルコニア複合酸化物及び/又は金属表面処理ジルコニアに担持させる。この場合のアルカリについてはその種類は特に制限はないが、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属の炭酸塩、水酸化物、アンモニア水、水酸化アンモニウム等が使用できる。
なお、前記還元処理は、必要に応じて行うことができ、ルテニウム成分等をアルカリ加水分解で担持させた後、固液分離し、得られた固形物を十分に水洗して乾燥処理してもよい。本発明においては、(B)ジルコニア複合酸化物及び/又は(C)金属表面処理ジルコニアへのルテニウム成分、第VIII族金属成分の担持を、前記のように加水分解で行うことから、通常含浸法等において行われる高温での焼成処理、不活性ガス雰囲気下での高温還元処理等の操作を必要とせず、触媒の調製が簡易となる。
更に上記ルテニウム系触媒には、ジルコニアとともに用いられる前記金属酸化物が、脂肪族一級アミン選択性の観点から、触媒全量に対し、該金属成分を構成する金属として0.01〜25質量%含有することが好ましく、より好ましくは0.1〜15質量%含有する。
触媒中におけるルテニウム金属の含有量は触媒を硫酸水素アンモニウムで融解処理後、ICP発光分析で測定する。また、第VIII族金属成分、ジルコニアと複合酸化物を形成する金属、ジルコニアに表面処理する金属の以上3種の金属の含有量は、ジルコニア中に珪素が含まない場合は触媒を湿式分解(硫酸−過酸化水素)処理し、珪素が含む場合は触媒をアルカリ溶融処理して、ICP発光分析で測定する。
この接触反応は、バッチタイプでは密閉式、流通式のいずれで行ってもよく、又は固定床流通式で行ってもよい。触媒の使用量は、反応方式にもよるが、良好な反応性及び選択性を得る観点から、原料の脂肪族アルコールに対して、0.1〜20質量%が好ましく、0.1〜10質量%がより好ましい。
水素と脂肪族アルコールのモル比(水素/脂肪族アルコール)については、バッチタイプの密閉系の場合は、初期の仕込み時で0.01〜3.0、更に0.02〜2.0が好ましい。また、バッチタイプの流通式や固定床流通式の場合は、流通させる水素は脂肪族アルコールに対して上記モル比で0.01〜1.0、更に0.02〜0.8が好ましい。但し、いずれの反応方式においても、反応進行中は当該範囲内に限定されない。
セパラブルフラスコにジルコニア粉末13.0gをイオン交換水220gに懸濁し、そこに塩化ルテニウム5水和物0.76gをイオン交換水50gに溶解させた溶液を加えて攪拌しながら60℃まで加熱した。その懸濁液(60℃)を3時間攪拌した後、沈殿剤としてアンモニア水を滴下して懸濁液のpHを11にして加水分解させ、2時間熟成した。その懸濁液に37質量%ホルマリン溶液3.2gを加えて90℃まで加熱し、1時間還元した後、得られた粉末をろ過、水洗し、60℃、13kPaで乾燥して、触媒1を約13g得た。触媒1は、ジルコニアにルテニウムを2質量%担持した触媒である。
調製例1において、ジルコニア粉末に代えてジルコニア−硫酸粉末を用いた以外は同様にして、触媒2を約13g得た。触媒2は、硫黄が表面に処理されたジルコニアにルテニウムを2質量%担持した触媒である。
セパラブルフラスコにジルコニア−硫酸粉末13.0gをイオン交換水220gに懸濁し、そこに塩化ルテニウム5水和物0.38g、硫酸ニッケル6水和物0.93gをイオン交換水50gに溶解させた溶液を加えて攪拌しながら60℃まで加熱した。その懸濁液(60℃)を3時間攪拌した後、沈殿剤としてアンモニア水を滴下して懸濁液のpHを11にして加水分解させ、2時間熟成した。その懸濁液に37質量%ホルマリン溶液3.2gを加えて90℃まで加熱し、1時間還元した後、得られた粉末をろ過、水洗し、60℃、13kPaで乾燥して、触媒3を約13g得た。触媒3は、硫黄が表面に処理されたジルコニアにルテニウムを1質量%、ニッケルを1.6質量%担持した触媒である。
調製例3において、ジルコニア−硫酸粉末に代えてジルコニア−酸化セリウム粉末を用いた以外は同様にして、触媒4を約13g得た。触媒4は、ジルコニア複合酸化物である、ジルコニウムとセリウムの複合酸化物に、ルテニウムを1質量%、ニッケルを1.6質量%担持した触媒である。
調製例3において、ジルコニア−硫酸粉末に代えてジルコニア−酸化カルシウム粉末を用いた以外は同様にして、触媒5を約13g得た。触媒5は、ジルコニア複合酸化物である、ジルコニウムとカルシウムの複合酸化物にルテニウムを1質量%、ニッケルを1.6質量%担持した触媒である。
調製例3において、ジルコニア−硫酸粉末に代えてジルコニア−酸化ランタン粉末を用いた以外は同様にして、触媒6を約13g得た。触媒6は、ジルコニア複合酸化物である、ジルコニウムとランタンの複合酸化物にルテニウムを1質量%、ニッケルを1.6質量%担持した触媒である。
調製例3において、ジルコニア−硫酸粉末に代えてジルコニア−酸化アルミニウム粉末を用いた以外は同様にして、触媒7を約13g得た。触媒7は、ジルコニア複合酸化物である、ジルコニウムとアルミニウムの複合酸化物にルテニウムを1質量%、ニッケルを1.6質量%担持した触媒である。
調製例3において、ジルコニア−硫酸粉末に代えてジルコニア−酸化イットリウム粉末を用いた以外は同様にして、触媒8を約13g得た。触媒8は、ジルコニア複合酸化物である、ジルコニウムとイットリウムの複合酸化物にルテニウムを1質量%、ニッケルを1.6質量%担持した触媒である。
調製例3において、ジルコニア−硫酸粉末に代えてジルコニア−シリカ粉末を用いた以外は同様にして、触媒9を約13g得た。触媒9は、ジルコニア複合酸化物である、ジルコニウムと珪素の複合酸化物にルテニウムを1質量%、ニッケルを1.6質量%担持した触媒である。
調製例3において、ジルコニア−硫酸粉末に代えてジルコニア−酸化チタン粉末を用いた以外は同様にして、触媒10を約13g得た。触媒10は、ジルコニア複合酸化物である、ジルコニウムとチタンの複合酸化物にルテニウムを1質量%、ニッケルを1.6質量%担持した触媒である。
調製例3において、ルテニウムを2質量%、ニッケルを0.6質量%担持した以外は同様にして、触媒11を約13g得た。
調製例1〜11で用いた(B)ジルコニア複合酸化物、又は(C)金属表面処理ジルコニアの物性を第1表に示す。
内容積500mlの電磁誘導回転攪拌式オートクレーブに、ステアリルアルコール150g(0.55mol)、調製例2で得た触媒2各3g(2.0質量%対原料アルコール)を仕込み、アンモニア47g(2.76mol)と、全圧が2.3MPa(室温)になるように水素(0.17mol)を圧入した。次いで攪拌(1000rpm)を行って反応温度220℃まで昇温した。同温度での初期最高圧力は16MPaであった。全圧力を16MPaで一定になるように水素を連続追加して反応を行った。
得られた反応生成物は触媒をろ別した後、ガスクロマトグラフィーで組成分析を行った。反応率93%における反応時間と、そのときのステアリルアミン、ジステアリルアミンの選択性を表2に示す。
実施例1において、調製例2で得た触媒2に代えて、調製例1で得た触媒1を用いた以外は、同様にして反応を行い、同様に評価を行った。結果を表2に示す。
内容積500mlの電磁誘導回転攪拌式オートクレーブに、ステアリルアルコール150g(0.55mol)、調製例3〜10で得た触媒3〜10各3g(2.0質量%対原料アルコール)を仕込み、アンモニア47g(2.76mol)と、全圧が2.3MPa(室温)になるように水素(0.17mol)を圧入した。次いで攪拌(1000rpm)を行って反応温度220℃まで昇温した。同温度での初期最高圧力は16MPaであった。全圧力を16MPaで一定になるように水素を連続追加して反応を行った。
得られた反応生成物は触媒をろ別した後、ガスクロマトグラフィーで組成分析を行った。反応率93%における反応時間と、そのときのステアリルアミン、ジステアリルアミンの選択性を第3表に示す。
尚、反応時間の観点からは、硫黄が表面に処理されたジルコニア(触媒3)が特に優れていることが分かる。
内容積500mlの電磁誘導回転攪拌式オートクレーブに、ステアリルアルコール150g(0.55mol)、調製例11で得た触媒11 3g(2.0質量%対原料アルコール)を仕込み、アンモニア1.0 MPa、水素 1.0MPaの分圧の混合ガスを、流量がKG−2で17から20となるように出口で流量を制御して圧入した。次いで攪拌(1000rpm)を行って反応温度220℃まで昇温した。同温度での反応圧力は2.0MPaで一定あった。得られた反応生成物は触媒をろ別した後、ガスクロマトグラフィーで組成分析を行った。結果、反応時間 6 5時間転化率100%、このときの選択率は重量%でジステアリルアミン 48 73 %、ステアリルアミン13%であった。このように、脂肪族二級アミンを選択的に製造することも可能である。尚、アンモニアに対する水素の分圧を上げることで、二級アミン選択性を向上させることが出来る。
Claims (10)
- (A)ルテニウム化合物にアルカリを添加し加水分解して、ルテニウム成分を(B)ジルコニア複合酸化物及び/又は(C)ジルコニア−硫酸に担持した触媒の存在下、直鎖状又は分岐若しくは環を有する炭素数6〜22の脂肪族アルコールを、アンモニア及び水素と接触させて脂肪族アミンを製造する、脂肪族アミンの製造方法。
- 前記触媒として(A)ルテニウム化合物、及び(D)ニッケル化合物にアルカリを添加し加水分解して、ルテニウム成分及びニッケル成分を(B)ジルコニア複合酸化物及び/又は(C)ジルコニア−硫酸に担持した触媒を用いる、請求項1記載の脂肪族アミンの製造方法。
- 触媒中におけるニッケル成分の含有量が、金属として、触媒全量に対して0.01〜25質量%である、請求項2に記載の脂肪族アミンの製造方法。
- 触媒中におけるルテニウム成分の含有量が、ルテニウム金属として、触媒全量に対して0.01〜25質量%である、請求項1〜3のいずれかに記載の脂肪族アミンの製造方法。
- (B)ジルコニア複合酸化物が、モリブデン、カルシウム、セリウム、ランタン、アルミニウム、イットリウム、珪素、チタン、硫黄及びリンからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属の酸化物とジルコニウムとから形成される、請求項1〜4のいずれかに記載の脂肪族アミンの製造方法。
- 触媒が、60℃以上の温度で乾燥処理したものである、請求項1〜5のいずれかに記載の脂肪族アミンの製造方法。
- 触媒が、更にホルムアルデヒド、ヒドラジン及び水素化ホウ素ナトリウムから選ばれる少なくとも1種の還元剤の存在下で還元処理されたものである、請求項1〜6のいずれかに記載の脂肪族アミンの製造方法。
- 脂肪族アルコールとアンモニア及び水素との接触反応を、100〜280℃の温度で行う請求項1〜7のいずれかに記載の脂肪族アミンの製造方法。
- 脂肪族アルコールとアンモニア及び水素との接触反応を、アンモニア/脂肪族アルコールモル比で0.1〜20の条件で行う、請求項1〜8のいずれかに記載の脂肪族アミンの製造方法。
- (A)ルテニウム化合物をアルカリを添加して加水分解し、(B)ジルコニア複合酸化物及び/又は(C)ジルコニア−硫酸にルテニウム成分を担持した、脂肪族アルコールからの脂肪族アミン製造用触媒。
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