JP5152895B2 - Method for producing cyclic alkyleneimine - Google Patents
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Description
本発明は、主鎖を形成しているアルキレン基の炭素数が４〜６であるα，ω−ジアミノアルカンを環化反応させる環状アルキレンイミン、及び重水素化された環状アルキレンイミンの製造方法に関する。 The present invention relates to a cyclic alkyleneimine in which an α, ω-diaminoalkane having 4 to 6 carbon atoms in an alkylene group forming a main chain is subjected to a cyclization reaction, and a method for producing a deuterated cyclic alkyleneimine. .
環状アルキレンイミン及びその誘導体は、工業原料の他、医薬、農薬合成中間体として有用な化合物である。５員環の環状アルキレンイミンであるピロリジンを脱水素して得られるピロールは、導電性高分子ポリピロールの原料であり、またピロリジンは、化学蒸着する際の助剤としても用いられる。
また、ピロリジン誘導体は、血管攣縮の治療剤、抗腫瘍剤、細菌又はウイルス感染症と関連する神経変性の治療等に研究開発が行われている。６員環であるピペリジン誘導体は、生理活性物質として医薬品等に利用されており、また掻痒抑制作用、タキキニン受容体拮抗作用等を有するものがあることから医薬品等に研究開発が行われている。７員環であるホモピペリジンは、経口投与可能で活性化血液凝固第Ｘ因子を良好かつ選択的に阻害する、出血リスクの少ない血液凝固、血栓、塞栓に起因する疾病の治療に有用な化合物及び該化合物を含む医薬組成物等に研究開発が行われている。
Cyclic alkyleneimines and derivatives thereof are useful compounds as pharmaceutical and agricultural chemical intermediates in addition to industrial raw materials. Pyrrole obtained by dehydrogenating pyrrolidine, which is a 5-membered cyclic alkyleneimine, is a raw material for conductive polymer polypyrrole, and pyrrolidine is also used as an auxiliary agent for chemical vapor deposition.
In addition, pyrrolidine derivatives have been researched and developed for therapeutic agents for vasospasm, antitumor agents, treatment of neurodegeneration associated with bacterial or viral infections, and the like. Piperidine derivatives, which are 6-membered rings, are used in pharmaceuticals and the like as physiologically active substances, and research and development have been conducted on pharmaceuticals and the like because some have pruritus-inhibiting action and tachykinin receptor antagonistic action. Homopiperidine, which is a seven-membered ring, is a compound useful for the treatment of diseases caused by blood coagulation, thrombosis, embolism, which can be administered orally and inhibits activated blood coagulation factor X well and selectively, with low risk of bleeding, and Research and development have been conducted on pharmaceutical compositions containing such compounds.
環状アルキレンイミンの製造方法として、以下の方法が知られている。
下記非特許文献１、２には、テトラヒドロフランとアンモニアとを、それぞれアルミナ触媒、ゼオライト触媒を用いて反応させ、５員環であるピロリジンを製造する方法が開示されている。
下記非特許文献３には、１，５−ペンタンジオールとアンモニアとをγ−アルミナまたはシリカアルミナ触媒を用いて反応させ、６員環であるピペリジンを製造する方法が開示されている。
また、下記特許文献１、２には、テトラヒドロフランとアンモニアとを、それぞれγ−アルミナ触媒、ホウ酸で処理したγ−アルミナ触媒の存在下に過剰のアンモニアを用いてピロリジンを製造する方法が開示されている。
The following methods are known as methods for producing cyclic alkyleneimines.
Non-Patent Documents 1 and 2 below disclose a method for producing pyrrolidine, which is a 5-membered ring, by reacting tetrahydrofuran and ammonia with an alumina catalyst and a zeolite catalyst, respectively.
Non-Patent Document 3 below discloses a method for producing piperidine, which is a 6-membered ring, by reacting 1,5-pentanediol and ammonia using γ-alumina or silica alumina catalyst.
Patent Documents 1 and 2 below disclose a method for producing pyrrolidine using an excess of ammonia in the presence of γ-alumina catalyst and γ-alumina catalyst treated with boric acid, respectively, with tetrahydrofuran and ammonia. ing.
特許文献３には、テトラヒドロフランを出発原料としたピロリジンを製造する方法として、テトラヒドロフランとアンモニアとを気相において接触的に反応させてピロリジンを製造するに際し、アルミナに対するシリカモル比が２０以上であるペンタシル型の結晶性アルミノシリケートを触媒として用いることが開示されている。
特許文献４には、環状エーテルと、アンモニア又は一級アミンとを固体酸触媒の存在下に気相で反応させて環状アルキレンイミンを製造するに当たり、反応原料と反応生成物の各分圧の合計圧力で０．５ｋｇ／ｃｍ２以上の加圧下でおこなうことが開示されている。特許文献５には１，４−アルカンジオールとアンモニアとを、γ−アルミナ、シリカ−アルミナ、又はゼオライト触媒の存在下に気相接触反応を行う、環状アルキレンイミンの製造方法が開示されている。特許文献６には、１，４−アルカンジオール及び／又は環状エーテルと、アンモニア又はアルキルアミンを、アルミナにチタン及び／又はランタンを坦持した触媒の存在下に気相接触反応を行う、環状アルキレンイミンの製造方法が開示されている。
In Patent Document 3, as a method for producing pyrrolidine using tetrahydrofuran as a starting material, a pentasil type in which the molar ratio of silica to alumina is 20 or more in the case of producing pyrrolidine by catalytically reacting tetrahydrofuran and ammonia in a gas phase. The use of a crystalline aluminosilicate as a catalyst is disclosed.
In Patent Document 4, in the production of a cyclic alkyleneimine by reacting a cyclic ether with ammonia or a primary amine in the gas phase in the presence of a solid acid catalyst, the total pressure of each partial pressure of the reaction raw material and the reaction product is disclosed. Is performed under a pressure of 0.5 kg / cm 2 or more. Patent Document 5 discloses a method for producing a cyclic alkyleneimine in which 1,4-alkanediol and ammonia are subjected to a gas phase catalytic reaction in the presence of γ-alumina, silica-alumina, or zeolite catalyst. Patent Document 6 discloses a cyclic alkylene that undergoes a gas phase catalytic reaction in the presence of a catalyst in which 1,4-alkanediol and / or cyclic ether, ammonia or alkylamine, and titanium and / or lanthanum are supported on alumina. A method for producing imine is disclosed.
また、環状アルキレンイミンは、例えば医薬、農薬、機能性材料等の原料、合成中間体として有用な化合物であるので、重水素化された環状アルキレンイミンは、化学反応の反応メカニズムの解明、分析用トレーサー、医薬の有効性調査、また生物の物質代謝の調査解明等にも有用である。 Cyclic alkyleneimines are useful compounds as raw materials and synthetic intermediates for pharmaceuticals, agricultural chemicals, functional materials, etc., for example. Deuterated cyclic alkyleneimines are used for elucidating and analyzing the reaction mechanism of chemical reactions. It is also useful for investigation of the effectiveness of tracers and medicines, and for investigation and elucidation of biological substance metabolism.
非特許文献１の方法では、原料テトラヒドロフランの反応転化率と選択率が十分でなく、また非特許文献２の方法は、工業的な製造技術としては反応転化率が十分でなく、非特許文献３の方法は、ピペリジン収率が３７％程度であり、工業的な製造技術として十分でない。
特許文献１に記載の方法では、反応転化率と選択率に改良の余地があり、特許文献２に記載の方法では、反応転化率を向上させるために反応温度を上昇させると選択率が低下するという問題がある。特許文献３に記載の方法では、主原料のテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）に対し過剰のアンモニア（ＴＨＦに対し４〜１０モル倍）が必要であり、良好な収率を得るには反応温度を４２５〜４５０℃程度の高温にすることが必要で、更に気相反応であるのでＷ／Ｆ、ＮＨ３／ＴＨＦ等の反応条件に制約がある。
In the method of Non-Patent Document 1, the reaction conversion rate and selectivity of the raw material tetrahydrofuran are not sufficient, and the method of Non-Patent Document 2 is insufficient in the reaction conversion rate as an industrial production technique. This method has a piperidine yield of about 37% and is not sufficient as an industrial production technique.
In the method described in Patent Document 1, there is room for improvement in the reaction conversion rate and selectivity. In the method described in Patent Document 2, when the reaction temperature is increased in order to improve the reaction conversion rate, the selectivity decreases. There is a problem. In the method described in Patent Document 3, an excess of ammonia (4 to 10 mole times relative to THF) is required relative to the main raw material tetrahydrofuran (THF), and a reaction temperature of 425 to 450 is required to obtain a good yield. It is necessary to make the temperature as high as about 0 ° C., and since it is a gas phase reaction, there are restrictions on the reaction conditions such as W / F and NH 3 / THF.
特許文献４は、気相反応で過剰のアンモニア（ＴＨＦに対し６〜２０モル倍）が必要で反応ゾーンにおける空間速度を一定にしなければならないという制約がある。特許文献５は、気相反応で１，４−ブタンジオールに対し過剰のアンモニア（１，４−ブタンジオールに対し１〜３０モル倍）が必要でピロリジンの選択率がそれほど高くないという問題がある。特許文献６は、気相反応で過剰のアンモニア（ＴＨＦに対し２〜２０モル倍）が必要で反応ゾーンにおける空間速度を一定にしなければならないという制約がある。また、上記特許文献４〜６に記載の製造方法は、いずれもアンモニアを使用するので反応後の未反応アンモニア処理が必要であり、また高温加熱（３５０〜４５０℃程度）が必要な気相連続反応装置を用意する必要がある。従って、簡便な製造装置を使用して任意の生産量に対応が可能な環状アルキレンイミンの製造方法の確立が望まれている。また、医薬、農薬、分析用トレーサー、機能性材料等の原料、合成中間体として有用な化合物である重水素化された環状アルキレンイミンを得るために、環状アルキレンイミンの複素環の主鎖を形成している炭素原子に結合している水素原子を重水素原子で直接置換することは困難であり、このような位置が重水素化された環状アルキレンイミンの有効な製造方法は報告されていない。 Patent Document 4 has a limitation that an excess of ammonia (6 to 20 mole times relative to THF) is required in a gas phase reaction, and the space velocity in the reaction zone must be constant. Patent Document 5 has a problem that an excess amount of ammonia (1, 30 mol times relative to 1,4-butanediol) relative to 1,4-butanediol is required in a gas phase reaction, and the selectivity for pyrrolidine is not so high. . Patent Document 6 has a limitation that an excess of ammonia (2 to 20 mole times relative to THF) is required in the gas phase reaction, and the space velocity in the reaction zone must be constant. In addition, since the production methods described in Patent Documents 4 to 6 all use ammonia, it is necessary to treat unreacted ammonia after the reaction, and it is necessary to perform high-temperature heating (about 350 to 450 ° C.). It is necessary to prepare a reactor. Therefore, establishment of the manufacturing method of cyclic alkylene imine which can respond to arbitrary production quantities using a simple manufacturing apparatus is desired. In addition, to obtain a deuterated cyclic alkyleneimine, which is a useful compound as a raw material for pharmaceuticals, agricultural chemicals, analytical tracers, functional materials, and synthetic intermediates, it forms the heterocyclic main chain of the cyclic alkyleneimine. It is difficult to directly replace a hydrogen atom bonded to a carbon atom with a deuterium atom, and no effective method for producing a cyclic alkyleneimine in which such a position is deuterated has been reported.
本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、比較的簡便な製造装置を使用して、環状アルキレンイミンの工業的な製造技術の確立を目的として鋭意研究を重ねた結果、α，ω−ジアミノアルカンを原料として選択し、また触媒としてルテニウム系触媒と助触媒としてアルミニウム等を選択し、反応溶媒として軽水、重水溶液を使用して環化反応を行うことにより工業的に効率よくそれぞれ環状アルキレンイミン、重水素化された環状アルキレンイミンを製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、軽水又は重水溶液中でルテニウム系触媒、並びにアルミニウム、亜鉛、マグネシウム、及びカルシウムから選択された１種又は２種以上からなる助触媒の存在下に、主鎖を形成しているアルキレン基の炭素数が４〜６であるα，ω−ジアミノアルカンを環化反応させる環状アルキレンイミンの製造方法を提供するものである。
In view of the above prior art, the present inventors have conducted extensive research for the purpose of establishing an industrial production technique for cyclic alkyleneimines using a relatively simple production apparatus. As a result, α, ω-diamino By selecting alkane as a raw material, selecting a ruthenium-based catalyst as a catalyst and aluminum as a co-catalyst, and carrying out a cyclization reaction using light water or heavy aqueous solution as a reaction solvent, each of the cyclic alkyleneimines is industrially efficient The present inventors have found that a deuterated cyclic alkyleneimine can be produced, and have completed the present invention.
That is, the present invention forms a main chain in the presence of a ruthenium-based catalyst and one or more promoters selected from aluminum, zinc, magnesium, and calcium in light water or heavy aqueous solution. The present invention provides a method for producing a cyclic alkyleneimine in which an α, ω-diaminoalkane having 4 to 6 carbon atoms in the alkylene group is subjected to a cyclization reaction.
本発明においては更に下記（２）ないし（５）に記載の態様とすることができる。
（２）前記ルテニウム系触媒におけるルテニウムが活性炭、アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、ゼオライト、及びヒドロキシアパタイトから選択された１種又は２種以上からなる担体に担持されている。
（３）前記環化反応が反応温度１００〜３００℃で行われる。
In the present invention, the following embodiments (2) to (5) can be further provided.
(2) Ruthenium in the ruthenium-based catalyst is supported on a support made of one or more selected from activated carbon, alumina, silica, silica-alumina, zeolite, and hydroxyapatite.
( 3 ) The cyclization reaction is performed at a reaction temperature of 100 to 300 ° C.
（４）重水溶液中で前記ルテニウム系触媒の存在下に、主鎖を構成するアルキレン基の炭素数が４〜６であるα，ω−ジアミノアルカンを環化反応させて得られる、重水素化された環状アルキレンイミンが、複素環の主鎖を形成している炭素原子に結合している、水素原子と重水素原子中の重水素原子の割合（［重水素原子（原子数）／（水素原子＋重水素原子）（原子数）］×１００（％））が５０％以上である。
（５）重水溶液中で前記ルテニウム系触媒の存在下に、主鎖を構成するアルキレン基の炭素数が５又は６のα，ω−ジアミノアルカンを環化反応させて得られる、重水素化された環状アルキレンイミンが、イミノ基に対して複素環の主鎖を形成しているα位の炭素原子に結合している水素原子と重水素原子中の重水素原子の割合（［重水素原子（原子数）／（水素原子＋重水素原子）（原子数）］×１００（％））が８０％以上であり、前記イミノ基に対して複素環の主鎖を形成しているβ位、又はβ及びγ位の炭素原子に結合している水素原子と重水素原子中の重水素原子の割合（［重水素原子（原子数）／（水素原子＋重水素原子）（原子数）］×１００（％））が６０％以上である。
( 4 ) Deuteration obtained by cyclization reaction of α, ω-diaminoalkane having 4 to 6 carbon atoms in the alkylene group constituting the main chain in the presence of the ruthenium-based catalyst in an aqueous heavy solution. The proportion of deuterium atoms in hydrogen atoms and deuterium atoms ([deuterium atoms (number of atoms) / (hydrogens) bonded to the carbon atoms forming the main chain of the heterocyclic ring. Atom + deuterium atom) (number of atoms)] × 100 (%)) is 50% or more.
( 5 ) A deuterated product obtained by cyclization reaction of an α, ω-diaminoalkane having 5 or 6 carbon atoms in the alkylene group constituting the main chain in the presence of the ruthenium-based catalyst in an aqueous heavy solution. The proportion of the hydrogen atom bonded to the α-position carbon atom forming the heterocyclic main chain with respect to the imino group and the deuterium atom in the deuterium atom ([deuterium atom ( (Number of atoms) / (hydrogen atom + deuterium atom) (number of atoms)] × 100 (%)) is 80% or more, and β-position forming a heterocyclic main chain with respect to the imino group, or Ratio of deuterium atoms in deuterium atoms to hydrogen atoms bonded to β- and γ-position carbon atoms ([deuterium atom (number of atoms) / (hydrogen atom + deuterium atom) (number of atoms)] × 100 (%)) Is 60% or more.
上記（１）ないし（５）に記載した本発明の環状アルキレンイミンの製造方法は、それぞれ下記（ｉ）ないし（ｖ）に記載する効果を有する。
（ｉ）上記（１）に記載した発明において、反応溶媒に軽水又は重水溶液を使用してルテニウム系触媒の存在下に環化反応を行うことにより、従来提案されている気相反応と比較してより低温で反応を行うことが可能であり、液相反応であるため反応制御が容易であり、またα，ω−ジアミノアルカンから環状アルキレンイミンを高収率で得ることができる。更に、反応系にアンモニアガス、水素ガス等の添加が不要であり、簡便な回分式の製造装置を使用して工業的に環状アルキレンイミンを任意の量生産することが可能である。
更に、環化反応に触媒としてルテニウム系触媒に、更にアルミニウム等の助触媒を使用することにより、同一反応温度においても反応転化率が顕著に向上するので、反応時間を大幅に短縮することが可能になる。
（ii）上記（２）に記載した発明おいて、環化反応に使用する、ルテニウムを担体に担持させたルテニウム系触媒は軽水又は重水溶液中で高い触媒活性を有しているので、ルテニウム系触媒の存在下にα，ω−ジアミノアルカンの環化反応を行うことにより、高い反応転化率及び選択率で環状アルキレンイミンを得ることができる。
又、ルテニウムを担体に担持させた粉末状又は粒状のルテニウム系触媒を使用すると、反応終了後にろ過等により反応生成液から触媒の除去が容易である。
The method for producing a cyclic alkyleneimine of the present invention described in (1) to ( 5 ) above has the effects described in (i) to ( v ) below, respectively.
(I) In the invention described in the above (1), by using a light water or a heavy aqueous solution as a reaction solvent and performing a cyclization reaction in the presence of a ruthenium-based catalyst, compared with the conventionally proposed gas phase reaction. Thus, the reaction can be performed at a lower temperature, the reaction control is easy because it is a liquid phase reaction, and a cyclic alkyleneimine can be obtained in high yield from α, ω-diaminoalkane. Furthermore, it is not necessary to add ammonia gas, hydrogen gas, or the like to the reaction system, and it is possible to industrially produce an arbitrary amount of cyclic alkyleneimine using a simple batch production apparatus.
Furthermore, by using a ruthenium-based catalyst as a catalyst for the cyclization reaction and further using a promoter such as aluminum, the reaction conversion rate is remarkably improved even at the same reaction temperature, so the reaction time can be greatly shortened. become.
(Ii) In the invention described in the above (2), the ruthenium catalyst used for the cyclization reaction in which ruthenium is supported on the carrier has high catalytic activity in light water or heavy aqueous solution. By carrying out the cyclization reaction of α, ω-diaminoalkane in the presence of a catalyst, a cyclic alkyleneimine can be obtained with high reaction conversion and selectivity.
Further, when a ruthenium-based powdery or granular ruthenium catalyst having ruthenium supported on a carrier is used, the catalyst can be easily removed from the reaction product solution by filtration or the like after completion of the reaction.
（iii）軽水又は重水溶液中でルテニウム系触媒の存在下にα，ω−ジアミノアルカンを環化反応して環状アルキレンイミンを製造する場合には、上記（３）に記載する反応温度１００〜３００℃で好適に行うことが可能であるので、前記特許文献１〜６で開示された気相での接触反応における反応温度３５０〜４５０℃と比較して低温であるので工業的に有利である。
（iv）従来、環状アルキレンイミンの複素環を形成している炭素原子に結合している水素原子を重水素原子で置換することは困難であったが、反応溶媒として、重水溶液を使用してルテニウム系触媒の存在下に、α，ω−ジアミノアルカンを環化反応させる、上記（４）に記載した発明により、極めて容易に複素環を形成している炭素原子に結合している水素原子が重水素原子で置換された環状アルキレンイミンを製造することが可能である。
（ｖ）従来環状アルキレンイミンのイミノ基に対して主鎖を形成しているβ位及びγ位の炭素原子に結合している水素原子を重水素原子で置換するのは困難であったが、上記（５）に記載した製造方法により、前記β位及びγ位の炭素原子に結合している水素原子が重水素原子で置換された環状アルキレンイミンの製造が容易に可能になる。
( Iii ) When α, ω-diaminoalkane is cyclized in light water or heavy aqueous solution in the presence of a ruthenium catalyst to produce a cyclic alkyleneimine, the reaction temperature described in ( 3 ) above is from 100 to 300. Since it can be suitably carried out at 0 ° C., it is industrially advantageous because it is lower in temperature than the reaction temperature of 350 to 450 ° C. in the gas phase catalytic reaction disclosed in Patent Documents 1 to 6.
( Iv ) Conventionally, it has been difficult to replace a hydrogen atom bonded to a carbon atom forming a heterocyclic ring of a cyclic alkyleneimine with a deuterium atom, but a heavy aqueous solution is used as a reaction solvent. According to the invention described in the above ( 4 ), in which α, ω-diaminoalkane is cyclized in the presence of a ruthenium-based catalyst, a hydrogen atom bonded to a carbon atom forming a heterocyclic ring can be formed very easily. It is possible to produce cyclic alkyleneimines substituted with deuterium atoms.
( V ) Although it has been difficult to replace hydrogen atoms bonded to carbon atoms at the β-position and γ-position forming the main chain with respect to the imino group of the cyclic alkyleneimine with a deuterium atom, According to the production method described in ( 5 ) above, it is possible to easily produce a cyclic alkyleneimine in which hydrogen atoms bonded to the β-position and γ-position carbon atoms are substituted with deuterium atoms.
以下、本発明の構成について詳述する。
本発明の「環状アルキレンイミンの製造方法」は、軽水又は重水溶液中でルテニウム系触媒の存在下に、主鎖を形成しているアルキレン基の炭素数が４〜６であるα，ω−ジアミノアルカンを環化反応させることを特徴とする。
Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail.
The “process for producing a cyclic alkyleneimine” of the present invention is an α, ω-diamino in which the alkylene group forming the main chain has 4 to 6 carbon atoms in the presence of a ruthenium-based catalyst in light water or heavy aqueous solution. It is characterized in that alkane is cyclized.
（１）反応物のα，ω−ジアミノアルカン
本発明の「環状アルキレンイミンの製造方法」は、複素環を構成する炭素原子が４〜６である環状アルキレンイミンの製造を目的とするので、出発原料である、反応物に使用するα，ω−ジアミノアルカンは、目的物質である環状アルキレンイミンに対応させた化合物を選択する必要がある。
すなわち、本発明における反応物は、主鎖を構成するアルキレン基の炭素数が４〜６であるα，ω−ジアミノアルカンであればよく、該主鎖を構成するアルキレン基に結合している水素原子が他の原子又はアルキル基等で置換されていない１，４−ジアミノブタン、１，５−ジアミノペンタン、及び１，６−ジアミノヘキサンの他に更に該水素原子が他の原子又はアルキル基等で置換されているもの、又はこれらの混合物のいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
例えば、主鎖を構成するアルキレン基の炭素数が４の場合には、前記置換基は、該アルキレン基においてイミノ基に対して、α位とβ位の炭素原子に結合している水素原子がそれぞれ独立にメチル基又はエチル基で置換されているものを使用することができる。
(1) α, ω-Diaminoalkane of Reactant The “process for producing a cyclic alkyleneimine” of the present invention is intended to produce a cyclic alkyleneimine having 4 to 6 carbon atoms constituting the heterocyclic ring. As the α, ω-diaminoalkane used for the reactant, which is a raw material, it is necessary to select a compound corresponding to the cyclic alkyleneimine which is the target substance.
That is, the reactant in the present invention may be an α, ω-diaminoalkane in which the alkylene group constituting the main chain has 4 to 6 carbon atoms, and hydrogen bonded to the alkylene group constituting the main chain. In addition to 1,4-diaminobutane, 1,5-diaminopentane, and 1,6-diaminohexane in which the atom is not substituted with another atom or alkyl group, the hydrogen atom is further replaced with another atom or alkyl group, etc. Any of those substituted with or a mixture thereof is included in the technical scope of the present invention.
For example, when the alkylene group constituting the main chain has 4 carbon atoms, the substituent has hydrogen atoms bonded to the α-position and β-position carbon atoms with respect to the imino group in the alkylene group. Those independently substituted with a methyl group or an ethyl group can be used.
また、主鎖を構成するアルキレン基の炭素数が５又は６の場合には、前記置換基は、該アルキレン基においてイミノ基に対して、α位、β位、及びγ位の炭素原子に結合している水素原子がそれぞれ独立にメチル基又はエチル基で置換されているものを使用することができる。
好ましいα，ω−ジアミノアルカンは、主鎖を形成しているアルキレン基の炭素原子に結合している水素原子が未置換のもの、又は該水素原子の一部がそれぞれ独立にメチル基又はエチル基で置換されているものである。
アルキレン基の炭素原子に結合している水素原子が未置換のもの、又は該水素原子の一部がそれぞれ独立にメチル基又はエチル基で置換されている場合には、副反応を少なくして、比較的短時間で目的の環状アルキレンイミンを高収率で得ることができる。特に好ましいのは、前記主鎖を形成しているアルキレン基の炭素原子に結合している水素原子が未置換のものである。
When the alkylene group constituting the main chain has 5 or 6 carbon atoms, the substituent is bonded to carbon atoms at the α-position, β-position, and γ-position with respect to the imino group in the alkylene group. In which each hydrogen atom independently substituted with a methyl group or an ethyl group can be used.
Preferred α, ω-diaminoalkane is one in which a hydrogen atom bonded to a carbon atom of an alkylene group forming the main chain is unsubstituted, or a part of the hydrogen atom is independently a methyl group or an ethyl group Is replaced by.
When the hydrogen atom bonded to the carbon atom of the alkylene group is unsubstituted or a part of the hydrogen atom is independently substituted with a methyl group or an ethyl group, side reactions are reduced, The desired cyclic alkyleneimine can be obtained in a high yield in a relatively short time. Particularly preferably, the hydrogen atom bonded to the carbon atom of the alkylene group forming the main chain is unsubstituted.
（２）反応生成物の環状アルキレンイミン
反応物として主鎖を構成するアルキレン基の炭素数が４、５、６であるα，ω−ジアミノアルカンを使用すれば、本発明の環化反応で得られる環状アルキレンイミンとして、複素環を構成する炭素数がそれぞれ４、５、６の環状アルキレンイミンが得られる。
本発明において、上記主鎖を構成するアルキレン基には、該アルキレン基の炭素原子に結合している水素原子の一部がアルキル基等で置換されている場合には、得られる反応生成物もこれらのアルキル基等を有する環状アルキレンイミンが得られる。
尚、主鎖を構成するアルキレン基の炭素原子が上記アルキル基等で置換されていない場合には、複素環を構成する炭素数が４、５、６の環状アルキレンイミン名は、それぞれ、５員環のピロリジン（別名：テトラヒドロ-１Ｈ-ピロール）、６員環のピペリジン（別名：ヘキサヒドロピリジン、又はペンタメチレンイミン）、７員環のホモピペリジン（別名：ヘキサメチレンイミン）である。上記環状アルキレンイミンの中で商業的に特に重要であるのは、医薬、農薬の原料中間体、及び導電性高分子原料であるピロリジンである。
(2) Cyclic alkyleneimine of reaction product If α, ω-diaminoalkane having 4, 5 or 6 carbon atoms of the alkylene group constituting the main chain is used as the reaction product, it can be obtained by the cyclization reaction of the present invention. As the cyclic alkyleneimine to be obtained, cyclic alkyleneimines having 4, 5, and 6 carbon atoms constituting the heterocyclic ring are obtained.
In the present invention, the alkylene group constituting the main chain has a reaction product obtained when a part of hydrogen atoms bonded to the carbon atom of the alkylene group is substituted with an alkyl group or the like. Cyclic alkyleneimines having these alkyl groups and the like are obtained.
In addition, when the carbon atom of the alkylene group constituting the main chain is not substituted with the above alkyl group or the like, the cyclic alkyleneimine names having 4, 5, and 6 carbon atoms constituting the heterocyclic ring are each 5-membered They are ring pyrrolidine (also known as tetrahydro-1H-pyrrole), 6-membered piperidine (also known as hexahydropyridine or pentamethyleneimine), and 7-membered homopiperidine (also known as hexamethyleneimine). Of the above cyclic alkyleneimines, commercially important are pyrrolidine, which is a pharmaceutical, an agrochemical raw material intermediate, and a conductive polymer raw material.
（３）ルテニウム系触媒
本発明の環状アルキレンイミンの製造方法において、α，ω−ジアミノアルカンから環状アルキレンイミンを高収率で得ることを可能にならしめたのは、触媒としてルテニウム系触媒と、反応溶媒として軽水又は重水溶液を選択したことにある。一般に、ルテニウム触媒は高分散性で熱安定性にも優れていることが知られており、カルボニル基の水素化、芳香環や複素環の水素化等に用いられている。
本発明のルテニウム系触媒には、活性炭、アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、ゼオライト、ヒドロキシアパタイト等から選択された１種又は２種以上からなる担体にルテニウムが担持されている触媒（担持型触媒）、更に金属ルテニウム微粒子を担体に担持させない非担持ルテニウム触媒（非担持型触媒）も含まれるが、前記担持型触媒が好ましい。
ルテニウムの担体への担持方法としては、触媒活性を有するように担持すれば特に制限はなく、例えば、ルテニウム化合物が溶解している水性液に担体を浸漬して攪拌下に溶媒を蒸発させて固定化する蒸発乾固法、イオン交換法などの含浸担持法、乾燥状態担体に触媒活性成分液を噴霧する方法等を用いることができる。前記ルテニウム化合物としては、ルテニウムのハロゲン化物、水酸化物、硝酸塩、更にアセチルアセトナート錯体等が例示される。これらの中でルテニウム（３価）の塩化物又はアセチルアセトナート錯体が好ましい。
(3) Ruthenium-based catalyst In the method for producing a cyclic alkyleneimine of the present invention, it is possible to obtain a cyclic alkyleneimine from α, ω-diaminoalkane in a high yield. This is because light water or heavy aqueous solution was selected as the reaction solvent. In general, ruthenium catalysts are known to have high dispersibility and excellent thermal stability, and are used for hydrogenation of carbonyl groups, hydrogenation of aromatic rings and heterocycles, and the like.
The ruthenium catalyst of the present invention is a catalyst in which ruthenium is supported on a support composed of one or more selected from activated carbon, alumina, silica, silica-alumina, zeolite, hydroxyapatite and the like (supported catalyst). Further, a non-supported ruthenium catalyst (non-supported catalyst) in which metal ruthenium fine particles are not supported on a carrier is also included, but the supported catalyst is preferable.
There is no particular limitation on the method for supporting ruthenium on the carrier as long as it is supported so as to have catalytic activity. For example, the carrier is immersed in an aqueous solution in which a ruthenium compound is dissolved, and the solvent is evaporated and fixed with stirring. An evaporative drying method, an impregnation supporting method such as an ion exchange method, a method of spraying a catalytically active component liquid onto a dry carrier, and the like can be used. Examples of the ruthenium compound include ruthenium halides, hydroxides, nitrates, and acetylacetonate complexes. Among these, ruthenium (trivalent) chloride or acetylacetonate complex is preferable.
ルテニウム系触媒において、触媒活性成分としてルテニウム単独以外に他の金属成分を併用することもできる。このような金属成分の例として、亜鉛、鉄、コバルト、マンガン、銅等が例示できる。金属成分の原料の化合物としては上記したルテニウム化合物の場合と同様である。
本発明においては、上記ルテニウム化合物を含有する水性液とし、これを原料としてルテニウム系触媒を調製することができるが、該水性液には、アルコールが溶媒として一部含有されていてもよい。水性液中のルテニウム化合物の含有量に特に制限はなく、１００ｐｐｍ程度から飽和溶解濃度の範囲とすることができる。
尚、前記非担持型触媒を調製する場合には、上記のルテニウム化合物を含有する水性液を蒸発又は沈殿処理して得る。即ち、水性液の状態で蒸発乾固することもできるが、水性液にアルカリなどを添加混合して、ルテニウム成分を沈殿物として回収することもできる。水性液中にルテニウム以外の助触媒成分である化合物を含有させる場合にも同様の方法が採用される。
In the ruthenium-based catalyst, other metal components can be used in combination in addition to ruthenium alone as a catalyst active component. Examples of such metal components include zinc, iron, cobalt, manganese, copper and the like. The raw material compound of the metal component is the same as that of the ruthenium compound described above.
In the present invention, an aqueous liquid containing the ruthenium compound can be used, and a ruthenium-based catalyst can be prepared using this as a raw material. However, the aqueous liquid may partially contain alcohol as a solvent. There is no restriction | limiting in particular in content of the ruthenium compound in an aqueous liquid, It can be set as the range of about 100 ppm to saturated solution concentration.
In the case of preparing the unsupported catalyst, the aqueous liquid containing the ruthenium compound is obtained by evaporation or precipitation. That is, it can be evaporated to dryness in the state of an aqueous liquid, but an alkali or the like can be added and mixed in the aqueous liquid to recover the ruthenium component as a precipitate. A similar method is also employed when a compound which is a promoter component other than ruthenium is contained in the aqueous liquid.
ルテニウム系触媒において、ルテニウムの担持量は、ルテニウム系触媒中で０．０１〜１５重量％、好ましくは０．１〜１０重量％である。また、前記したルテニウム以外の金属成分は、ルテニウム化合物と同時に担持させてもよいし、予め担持した後にルテニウムを担持してもよいし、予めルテニウムを担持した後に担持してもよい。
上記方法で調製された触媒又は触媒前駆体は必要に応じて還元して活性化することができる。還元方法としては、水素ガス、蟻酸、蟻酸アンモニウム、水素化ホウ素ナトリウム、ヒドラジン等による化学還元法が用いられる。このうち、好ましいのは水素ガスによる接触還元、又は蟻酸もしくは蟻酸アンモニウムによる還元である。水素ガスによる接触還元を行う場合には水素含有ガス雰囲気下で、１５０〜５００℃程度の温度条件下で前記触媒前駆体を還元により活性化する。
ルテニウム系触媒は、粉末、または水分を５０質量％程度含有するウエットペースト等として市販されており、本発明の環化反応にはこれらの市販品も使用することができる。
尚、環状アルキレンイミンの製造の際に反応終了後、ろ過等により容易に反応系から回収され、再使用することが可能である。
In the ruthenium-based catalyst, the supported amount of ruthenium is 0.01 to 15% by weight, preferably 0.1 to 10% by weight in the ruthenium-based catalyst. The metal component other than ruthenium described above may be supported simultaneously with the ruthenium compound, or may be supported in advance after supporting ruthenium, or may be supported after supporting ruthenium in advance.
The catalyst or catalyst precursor prepared by the above method can be reduced and activated as necessary. As the reduction method, a chemical reduction method using hydrogen gas, formic acid, ammonium formate, sodium borohydride, hydrazine or the like is used. Of these, catalytic reduction with hydrogen gas or reduction with formic acid or ammonium formate is preferred. When performing catalytic reduction with hydrogen gas, the catalyst precursor is activated by reduction under a temperature condition of about 150 to 500 ° C. in a hydrogen-containing gas atmosphere.
Ruthenium-based catalysts are commercially available as powders or wet pastes containing about 50% by mass of water, and these commercially available products can also be used in the cyclization reaction of the present invention.
In addition, after completion | finish of reaction in the case of manufacture of cyclic alkylene imine, it can collect | recover from a reaction system easily by filtration etc. and can be reused.
（４）助触媒
本発明の環状アルキレンイミンの製造方法において、上記したルテニウム系触媒に助触媒を併用することにより、反応転化率及び反応選択率、特に反応転化率を更に向上することができ、その結果反応時間を短縮することが可能になる。
ルテニウム系触媒に併用可能な助触媒として、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、カルシウム等が例示できる。これらの助触媒の形状はとくに制限はなく、粒子状、リボン状等の形状で反応系に添加することができる。助触媒を粒子状で添加する場合にはその粒径が１〜１０００μｍの範囲にあるものが好ましい。
反応系に添加された上記助触媒は、軽水又は重水溶液中で高温に加熱されると軽水又は重水と化学反応して、水酸化物を生成すると共に水素又は重水素を発生するので、発生する該水素又は重水素は反応系において、軽水又は重水溶液中に溶解して存在し環化反応を促進させるものと推定される。
(4) Cocatalyst In the method for producing a cyclic alkyleneimine of the present invention, by using a cocatalyst together with the above-described ruthenium-based catalyst, the reaction conversion rate and reaction selectivity, particularly the reaction conversion rate, can be further improved. As a result, the reaction time can be shortened.
Examples of the cocatalyst that can be used in combination with the ruthenium-based catalyst include aluminum, zinc, magnesium, and calcium. The shape of these promoters is not particularly limited, and can be added to the reaction system in the form of particles, ribbons or the like. When the promoter is added in the form of particles, those having a particle size in the range of 1 to 1000 μm are preferred.
The co-catalyst added to the reaction system is generated when heated to a high temperature in light water or a heavy aqueous solution and chemically reacts with the light water or heavy water to generate a hydroxide and generate hydrogen or deuterium. The hydrogen or deuterium is presumed to be dissolved in light water or heavy aqueous solution in the reaction system and promote the cyclization reaction.
すなわち、α，ω−ジアミノアルカンとして１,４-ジアミノブタンを使用して、ルテニウム系触媒存在下に軽水溶液中で環化反応を行うと、反応初期に１−ピロリンが相対的に多く生成することが観察されるが、アルミニウム等の助触媒を使用すると、１−ピロリンは反応初期においても観察されない。このことから、反応系においてアルミニウムが軽水又は重水と反応して発生した水素又は重水素が１−ピロリンの水素添加に消費され、ピロリジンを生成しているものと推定される。
また、原料として１,５-ジアミノペンタン、及び１,６-ジアミノヘキサンを使用した場合には、複素環の一部に二重結合が形成された中間体は観察されないか又は極めて少量しか観察されないので、これらの場合にはアルミニウムと、軽水又は重水から発生する水素又は重水素は異なる反応経路において水素添加に消費されている推定される。
上記したように、反応系においてアルミニウム等の助触媒は重水と反応して、重水素が発生し、該重水素は環状アルキレンイミンを生成する反応経路で中間の二重結合に付加することが想定されるので、重水素化された環状アルキレンイミンを製造する際に助触媒を使用すると有利である。
尚、反応に使用した助触媒は、反応終了後に粉末状の金属水酸化物等としてろ過等により反応系から容易に除去可能である。
That is, when 1,4-diaminobutane is used as an α, ω-diaminoalkane and a cyclization reaction is carried out in a light aqueous solution in the presence of a ruthenium-based catalyst, a relatively large amount of 1-pyrroline is generated at the initial stage of the reaction. However, when a cocatalyst such as aluminum is used, 1-pyrroline is not observed even in the early stage of the reaction. From this, it is presumed that hydrogen or deuterium generated by the reaction of aluminum with light water or heavy water in the reaction system is consumed for hydrogenation of 1-pyrroline to produce pyrrolidine.
In addition, when 1,5-diaminopentane and 1,6-diaminohexane are used as raw materials, an intermediate in which a double bond is formed in a part of the heterocyclic ring is not observed or only a very small amount is observed. Therefore, in these cases, it is estimated that aluminum and hydrogen or deuterium generated from light water or heavy water are consumed for hydrogenation in different reaction paths.
As described above, a cocatalyst such as aluminum reacts with heavy water in the reaction system to generate deuterium, and this deuterium is assumed to be added to an intermediate double bond through a reaction route that generates a cyclic alkyleneimine. Thus, it is advantageous to use a cocatalyst in the production of the deuterated cyclic alkyleneimine.
The cocatalyst used in the reaction can be easily removed from the reaction system by filtration or the like as a powdered metal hydroxide after completion of the reaction.
（５）反応溶媒
本発明の環状アルキレンイミンの製造方法において、α，ω−ジアミノアルカンの環化反応は軽水又は重水溶液中で行われるのが特徴である。ルテニウム系触媒は軽水又は重水溶液で活性化される場合があること、及び本発明の環化反応が軽水又は重水溶液中で脱水素、水和、脱水、脱ＮＨ３等から選択されるいくつかの工程を経て環化反応が選択的に進行していく反応メカニズムが想定されること等から、本発明の環化反応は軽水又は重水溶液中で行なわれることが好ましい。
重水素化されない環状アルキレンイミンの製造目的の場合には、軽水溶液中で環化反応が行なわれ、重水素化される環状アルキレンイミンの製造目的の場合には、重水溶液中で環化反応が行なわれる。尚、軽水を使用する場合に本発明の環化反応に支障をきたさない範囲で炭素数１〜５程度のアルコールを含有させることもできる。
反応溶媒として、軽水又は重水溶液のいずれを選択してもほぼ同じ条件で環化反応を行うことができるが、軽水の蒸気圧は重水の蒸気圧より多少高いので、同一反応温度においても軽水を使用した場合の反応圧は多少高めとなる。
(5) Reaction solvent In the method for producing a cyclic alkyleneimine of the present invention, the cyclization reaction of α, ω-diaminoalkane is characterized in being carried out in light water or heavy aqueous solution. The ruthenium-based catalyst may be activated with light water or a heavy aqueous solution, and some cyclization reactions of the present invention are selected from dehydrogenation, hydration, dehydration, de-NH 3 etc. in light water or heavy water solution It is preferable that the cyclization reaction of the present invention is carried out in light water or heavy aqueous solution because a reaction mechanism in which the cyclization reaction proceeds selectively through the above steps is assumed.
For the purpose of producing a non-deuterated cyclic alkyleneimine, the cyclization reaction is carried out in a light aqueous solution. For the purpose of producing a deuterated cyclic alkyleneimine, the cyclization reaction is carried out in a deuterated aqueous solution. Done. In addition, when using light water, it is also possible to contain an alcohol having about 1 to 5 carbon atoms as long as it does not hinder the cyclization reaction of the present invention.
The cyclization reaction can be carried out under almost the same conditions regardless of whether light water or heavy aqueous solution is selected as the reaction solvent.However, since the vapor pressure of light water is slightly higher than the vapor pressure of heavy water, light water can be used even at the same reaction temperature. When used, the reaction pressure is slightly higher.
（６）反応条件
本発明の環化反応は、軽水又は重水溶液中での液相反応であり、加熱撹拌下に行われるのが望ましい。以下に好ましい反応条件について記載する。
（ｉ）反応溶液中の反応物濃度
環化反応溶液中の反応物であるα，ω−ジアミノアルカンの軽水溶液中の濃度は、特に制限はないが実用性の点から軽水（又は重水）との重量比（[α，ω−ジアミノアルカン／軽水（又は重水）]（重量比））で１／１０〜１／３０程度が好ましい。
（ii）反応物に対する触媒量及び助触媒の添加量
反応系における反応物であるα，ω−ジアミノアルカンに対するルテニウム系触媒の添加量は、ルテニウム系触媒中のルテニウムのモル比（[ルテニウム／反応物]（モル比））で、０．００５〜０．２が好ましく、０．０１〜０．１がより好ましい。触媒量が前記モル比で０．００５未満では反応速度が遅くなり、一方０．２を超える量加えても反応収率等は殆ど改善されない。
反応系における前記反応物に対する助触媒添加量は、モル比（[助触媒／反応物]（モル比））で１．５〜１０が好ましく、２〜５がより好ましい。
前記反応物に対する助触媒の添加量が前記モル比で１．５未満の場合には助触媒添加による反応の促進が十分でなく、１０を超えると必要量以上の水素が発生して、反応系の圧力を高くするおそれがある。
(6) Reaction conditions The cyclization reaction of the present invention is a liquid phase reaction in light water or heavy aqueous solution, and it is desirable to be carried out with heating and stirring. Preferred reaction conditions are described below.
(I) Concentration of reactants in the reaction solution The concentration of α, ω-diaminoalkane, which is a reactant in the cyclization reaction solution, in the light aqueous solution is not particularly limited, but light water (or heavy water) and The weight ratio ([α, ω-diaminoalkane / light water (or heavy water)] (weight ratio)) is preferably about 1/10 to 1/30.
(Ii) Amount of catalyst and amount of cocatalyst added to reactant The amount of ruthenium catalyst added to α, ω-diaminoalkane, which is a reactant in the reaction system, is determined by the molar ratio of ruthenium in the ruthenium catalyst ([ruthenium / reaction Product] (molar ratio)) is preferably 0.005 to 0.2, more preferably 0.01 to 0.1. When the amount of catalyst is less than 0.005 in the above molar ratio, the reaction rate becomes slow. On the other hand, addition of an amount exceeding 0.2 hardly improves the reaction yield and the like.
The amount of the cocatalyst added to the reactant in the reaction system is preferably 1.5 to 10, more preferably 2 to 5, in terms of molar ratio ([promoter / reactant] (molar ratio)).
When the addition amount of the cocatalyst to the reactant is less than 1.5 in the molar ratio, the reaction is not sufficiently promoted by the addition of the cocatalyst. There is a risk of increasing the pressure.
（iii）反応温度と反応圧
反応温度は１００〜３００℃が好ましい。反応温度が前記１００℃未満では反応速度が遅くなり、その結果反応に長時間要するか又は反応転化率が低下する。一方反応温度が前記３００℃を超えると、反応速度は増加するが副反応が増加して反応選択率が低下するおそれがある。より好ましい反応温度は、１３０〜２００℃である。
前記したように気相接触反応による環状アルキレンイミンは反応温度３５０〜４５０℃程度の高温で行われるのに対し、本発明はより低温で反応を行うことができるので工業的に有利である。反応圧は、反応温度における溶媒に使用した軽水又は重水の蒸気圧に近い圧力になるが、助触媒を過剰に添加すると、圧力がより高くなる場合がある。
(Iii) Reaction temperature and reaction pressure The reaction temperature is preferably 100 to 300 ° C. When the reaction temperature is less than 100 ° C., the reaction rate becomes slow, and as a result, the reaction takes a long time or the reaction conversion rate decreases. On the other hand, when the reaction temperature exceeds 300 ° C., the reaction rate increases, but side reactions increase and the reaction selectivity may decrease. A more preferable reaction temperature is 130 to 200 ° C.
As described above, the cyclic alkyleneimine by the gas phase contact reaction is carried out at a high temperature of about 350 to 450 ° C., whereas the present invention is industrially advantageous because the reaction can be carried out at a lower temperature. The reaction pressure is close to the vapor pressure of light water or heavy water used for the solvent at the reaction temperature, but if the promoter is added excessively, the pressure may be higher.
（iv）反応時間
好ましい反応時間は、反応物であるα，ω−ジアミノアルカンの主鎖を構成するアルキレン基の炭素数、該アルキレン基の炭素原子に結合している水素原子が置換された他の原子又はアルキル基等、反応温度、反応物に対する触媒、助触媒の添加割合等の因子によって変動する。
例えば、上記アルキレン基の炭素数が４の場合には、該炭素数が５又は６の場合よりもより長い反応時間が必要となる傾向がある。実用上の好ましい環化反応の時間は、反応により生成する環状アルキレンイミンの経時変化をチェックすることにより決定することができるが、α，ω−ジアミノアルカンの主鎖を構成するアルキレン基の炭素原子に結合している水素原子がアルキル基等で置換されていない場合には３０〜１２０分程度が好ましく、主鎖を構成するアルキレン基の炭素原子に結合している水素原子がアルキル基等で置換されている場合にはより長い反応時間が必要になる傾向がある。
(Iv) Reaction time The preferred reaction time is the number of carbon atoms of the alkylene group constituting the main chain of the α, ω-diaminoalkane, which is a reactant, and the hydrogen atom bonded to the carbon atom of the alkylene group is substituted. The reaction temperature varies depending on factors such as the reaction temperature, the catalyst for the reaction product, the addition ratio of the promoter, and the like.
For example, when the carbon number of the alkylene group is 4, there is a tendency that a longer reaction time is required than when the carbon number is 5 or 6. The practically preferred cyclization reaction time can be determined by checking the time-dependent change of the cyclic alkyleneimine produced by the reaction, but the carbon atom of the alkylene group constituting the main chain of the α, ω-diaminoalkane. When the hydrogen atom bonded to is not substituted with an alkyl group or the like, about 30 to 120 minutes is preferable, and the hydrogen atom bonded to the carbon atom of the alkylene group constituting the main chain is substituted with an alkyl group or the like If so, longer reaction times tend to be required.
（７）反応終了後の反応生成物の処理
反応修了後、反応液を冷却し、反応生成液中のルテニウム系触媒と助触媒から生成した金属水酸化物からなる固形分をろ過により除去した後に蒸留により精製回収、又は目的物が液体の場合には例えばＫ２ＣＯ３を飽和濃度まで添加した後に有機溶剤により抽出して回収した後に該溶剤を蒸発除去して環状アルキレンイミンを得ることができる。
(7) Treatment of the reaction product after completion of the reaction After completion of the reaction, the reaction solution is cooled, and the solid content of the metal hydroxide generated from the ruthenium-based catalyst and the cocatalyst in the reaction product solution is removed by filtration. When purified and recovered by distillation, or when the target product is a liquid, for example, K 2 CO 3 is added to a saturated concentration and then extracted and recovered with an organic solvent, and then the solvent is removed by evaporation to obtain a cyclic alkyleneimine. .
（８）重水素化された環状アルキレンイミンの製造方法
重水素化された環状アルキレンイミンを製造する場合には、重水素溶液中でルテニウム系触媒と前記助触媒の存在下に、主鎖を構成するアルキレン基の炭素数が４〜６であるα，ω−ジアミノアルカンを環化反応させる。この場合に重水素化された環状アルキレンイミンが生成するのは、環化反応が進行する際に形成される反応中間体と反応溶媒である重水との間で水素原子と重水素原子との交換反応も進行するためと推定される。
尚、重水素化された環状アルキレンイミンを製造する場合に、アルミニウム等の助触媒を使用すると、反応系で重水素が発生するので、アルミニウム等の助触媒の使用は特に好ましい。
反応時間を長くすることにより、重水素原子の置換率は平衡に到達すると推定されるが、必要以上長い時間反応させると、副反応も同時に進行して目的物の収率が低下するおそれがある。
従って、商業的な生産により重水素化された環状アルキレンイミンを製造する場合には、予め反応系における重水素化された環状アルキレンイミンの生成量の経時変化を確認して、最大収率が得られる反応時間を選択することが望ましい。
(8) Method for Producing Deuterated Cyclic Alkyleneimine When producing deuterated cyclic alkyleneimine, the main chain is formed in a deuterium solution in the presence of a ruthenium catalyst and the promoter. The α, ω-diaminoalkane having 4 to 6 carbon atoms of the alkylene group to be cyclized is reacted. In this case, a deuterated cyclic alkyleneimine is formed by exchanging hydrogen atoms and deuterium atoms between the reaction intermediate formed when the cyclization reaction proceeds and heavy water as the reaction solvent. It is estimated that the reaction also proceeds.
In the case of producing a deuterated cyclic alkyleneimine, if a promoter such as aluminum is used, deuterium is generated in the reaction system, so the use of a promoter such as aluminum is particularly preferable.
By increasing the reaction time, the substitution rate of deuterium atoms is estimated to reach equilibrium. However, if the reaction is carried out for a longer time than necessary, side reactions may proceed simultaneously and the yield of the target product may be reduced. .
Therefore, when producing a deuterated cyclic alkyleneimine by commercial production, the maximum yield can be obtained by confirming the change over time of the amount of deuterated cyclic alkyleneimine produced in the reaction system in advance. It is desirable to select a reaction time to be obtained.
上記したように、重水溶液中でルテニウム系触媒と前記助触媒の存在下に、主鎖を構成するアルキレン基の炭素数が４〜６であるα，ω−ジアミノアルカンを環化反応させて、複素環の主鎖を形成している炭素原子に結合している、水素原子と重水素原子中の重水素原子の割合（［重水素原子（原子数）／（水素原子＋重水素原子）（原子数）］×１００（％））が好ましくは５０％以上、より好ましくは８０％以上の重水素化された環状アルキレンイミンを製造することが可能である。
また、上記したように、重水溶液中でルテニウム系触媒の存在下に、主鎖を構成するアルキレン基の炭素数が５又は６のα，ω−ジアミノアルカンを環化反応させて、環状アルキレンイミンのイミノ基に対してα位の炭素原子に結合している水素原子と重水素原子中の重水素原子の割合（［重水素原子（原子数）／（水素原子＋重水素原子）（原子数）］×１００（％））が好ましくは８０モル％以上、より好ましくは９０モル％以上であり、前記イミノ基に対してβ位、又はβ及びγ位の炭素原子に結合している水素原子と重水素原子中の重水素原子の割合（［重水素原子（原子数）／（水素原子＋重水素原子）（原子数）］×１００（％））が好ましくは６０モル％以上、より好ましくは７０モル％以上である重水素化された環状アルキレンイミンを製造することが可能である。
上記重水溶液中でルテニウム系触媒と前記助触媒の存在下に、前記α，ω−ジアミノアルカンを環化反応させる場合に、反応温度は、上記したように１００〜３００℃が好ましく、１３０〜２００℃がより好ましい。
As described above, in the presence of the ruthenium-based catalyst and the promoter in the heavy aqueous solution, the α, ω-diaminoalkane having 4 to 6 carbon atoms of the alkylene group constituting the main chain is cyclized, Ratio of deuterium atoms in hydrogen atoms and deuterium atoms ([deuterium atoms (number of atoms) / (hydrogen atoms + deuterium atoms) ( It is possible to produce a deuterated cyclic alkyleneimine having a number of atoms)] × 100 (%)) of preferably 50% or more, more preferably 80% or more.
Further, as described above, an α, ω-diaminoalkane having 5 or 6 carbon atoms of the alkylene group constituting the main chain is cyclized in a heavy aqueous solution in the presence of a ruthenium-based catalyst to form a cyclic alkyleneimine. Of hydrogen atoms bonded to the carbon atom in the α position relative to the imino group and deuterium atoms in the deuterium atom ([deuterium atom (number of atoms) / (hydrogen atom + deuterium atom) (number of atoms )] × 100 (%)) is preferably 80 mol% or more, more preferably 90 mol% or more, and a hydrogen atom bonded to a carbon atom in the β-position or β and γ-position with respect to the imino group. And the ratio of deuterium atoms in the deuterium atom ([deuterium atom (number of atoms) / (hydrogen atom + deuterium atom) (number of atoms)] × 100 (%)) is preferably 60 mol% or more, more preferably Is 70% by mole or more of the deuterated cyclic alkylene Min can be produced.
When the α, ω-diaminoalkane is cyclized in the heavy aqueous solution in the presence of the ruthenium-based catalyst and the promoter , the reaction temperature is preferably 100 to 300 ° C. as described above, and 130 to 200. ° C is more preferred.
以下本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
１．実験装置
内容積約１０ｍｌのガラス製耐圧容器を使用した。
２．実施例、比較例で使用した原料、触媒、助触媒、重水等
（１）実施例、比較例で使用したα，ω−ジアミノアルカン
１，４−ジアミノブタン （東京化成工業（株）製、純度９８％（ＧＣ））
１，５−ジアミノペンタン （東京化成工業（株）製、純度９５％（ＧＣ））
２−メチル、１，５−ジアミノペンタン （東京化成工業（株）製、純度９８％（ＧＣ））
１，６−ジアミノヘキサン （東京化成工業（株）製、純度９９％（ＧＣ））
（２）ルテニウム系触媒
和光純薬工業（株）製、活性炭担持ルテニウム触媒、（ルテニウム担持量：５質量％、）、商品名：ルテニウム‐活性炭素
（３）白金／活性炭触媒
和光純薬工業（株）製、活性炭担持白金触媒（白金担持量：５質量％、）、商品名：白金‐活性炭素
（４）ロジウム／活性炭触媒
和光純薬工業（株）製、活性炭担持ロジウム触媒（ロジウム担持量：５質量％、）、商品名：ロジウム‐活性炭素
（５）助触媒
和光純薬工業（株）製、粉末状アルミニウム（粒径：４２５μｍ以下）
（６）重水
純度：９９．９質量％
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.
1. Experimental apparatus A glass pressure vessel having an internal volume of about 10 ml was used.
2. Raw materials, catalysts, promoters, heavy water, etc. used in Examples and Comparative Examples (1) α, ω-Diaminoalkane 1,4-diaminobutane used in Examples and Comparative Examples (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., purity) 98% (GC))
1,5-Diaminopentane (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., purity 95% (GC))
2-methyl, 1,5-diaminopentane (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., purity 98% (GC))
1,6-diaminohexane (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., purity 99% (GC))
(2) Ruthenium catalyst manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., activated carbon-supported ruthenium catalyst, (ruthenium supported amount: 5% by mass), trade name: ruthenium-activated carbon (3) platinum / activated carbon catalyst Wako Pure Chemical Industries ( Co., Ltd., activated carbon supported platinum catalyst (platinum supported amount: 5% by mass), trade name: platinum-activated carbon (4) rhodium / activated carbon catalyst, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., activated carbon supported rhodium catalyst (rhodium supported amount) : Product name: Rhodium-activated carbon (5) Cocatalyst Wako Pure Chemical Industries, Ltd., powdered aluminum (particle size: 425 μm or less)
(6) Heavy water Purity: 99.9% by mass
３．分析方法
（１）反応溶媒として軽水溶液を使用した場合
反応生成物は、ＧＣ法（検出器：ｆｉｄ）、及びＧＣ−ＭＳにより分析した。
（２）反応溶媒として重水溶液を使用した場合
分析用サンプルをＣＤＣｌ３相中に溶解させて、ＧＣ法（検出器：ｆｉｄ）、ＧＣ−ＭＳ、及びＮＭＲ（日本電子（株）製、型式：JEOLGSX２７０核磁気共鳴装置）により分析を行った。
尚、重水素化された環状アルキレンイミンをＮＭＲにより分析を行う場合には、反応で生成した環状アルキレンイミンを予めアセチル化してから分析に供した。該ＮＭＲによる重水素化率の測定は、アセチル基中のメチル基のピークを基準値として計算により求めた。
3. Analysis method (1) When a light aqueous solution is used as a reaction solvent The reaction product was analyzed by the GC method (detector: fid) and GC-MS.
(2) When a heavy aqueous solution is used as a reaction solvent An analytical sample is dissolved in a CDCl 3 phase, and a GC method (detector: fid), GC-MS, and NMR (manufactured by JEOL Ltd., model: JEOLGSX270 nuclear magnetic resonance apparatus).
In addition, when analyzing deuterated cyclic alkyleneimine by NMR, the cyclic alkyleneimine produced | generated by reaction was acetylated previously, and it used for the analysis. The measurement of the deuteration rate by NMR was obtained by calculation using the peak of the methyl group in the acetyl group as a reference value.
４．反応収率等
反応成績、重水素化率等は、下記の計算式による。
反応物であるα，ω−ジアミノアルカンを「ＤＭＡ」と略記し、反応生成物である環状アルキレンイミンを「ＣＡＩ」と記載する。
（１）反応溶媒として軽水溶液を使用した実施例１〜８、及び比較例１、２について
（ｉ）反応転化率（％）
[１−（反応生成物中のＤＭＡ（モル））／（供給したＤＭＡ（モル））]×１００
（ii）相対収率（％）
ＧＣ分析により、各成分のピーク面積比から算出した。
4). Reaction yield, etc. Reaction results, deuteration rate, etc. are according to the following formula.
The reactant α, ω-diaminoalkane is abbreviated as “DMA”, and the cyclic alkyleneimine as the reaction product is designated as “CAI”.
(1) About Examples 1-8 which used light aqueous solution as a reaction solvent, and Comparative Examples 1 and 2 (i) Reaction conversion rate (%)
[1- (DMA in reaction product (mol)) / (DMA supplied (mol))] × 100
(Ii) Relative yield (%)
It calculated from the peak area ratio of each component by GC analysis.
（２）反応溶媒として重水溶液を使用した実施例９〜１２について
尚、下記式中、Ｈは水素原子、Ｄは重水素原子を示す。
（ｉ）重水素化された環状アルキレンイミンの生成収率（モル％）
[重水素化された反応生成物中のＣＡＩ（モル）]／（供給したＤＭＡ（モル））]×１００
（ii）重水素化率（％）
[１−（重水素化ＣＡＩ中のＣ-Ｈ結合の水素原子数）／（重水素化ＣＡＩ中のＣ-Ｈ結合の水素原子数＋Ｃ-Ｄ結合の重水素原子数）]×１００
（iii）重水素化ＣＡＩ中の各結合位（α位、β位、及びγ位）の重水素化率（％）
［１−（各Ｃ-Ｈ結合位の水素原子数）／（各Ｃ-Ｈ結合位の水素原子数＋各Ｃ-Ｄ結合位の重水素原子数）］×１００
(2) About Examples 9-12 which use heavy aqueous solution as a reaction solvent In addition, in a following formula, H shows a hydrogen atom and D shows a deuterium atom.
(I) Production yield (mol%) of deuterated cyclic alkyleneimine
[CAI (mol) in deuterated reaction product] / (DMA (mol) fed)] × 100
(Ii) Deuteration rate (%)
[1- (number of hydrogen atoms of CH bond in deuterated CAI) / (number of hydrogen atoms of CH bond in deuterated CAI + number of deuterium atoms of CD bond)] × 100
(Iii) Deuteration rate (%) of each bond position (α position, β position, and γ position) in deuterated CAI
[1- (number of hydrogen atoms at each CH bond position) / (number of hydrogen atoms at each CH bond position + number of deuterium atoms at each CD bond position)] × 100
［実施例１］
反応物として１,４-ジアミノブタン１００ｍｇ、ルテニウム／活性炭触媒（以下、Ｒｕ／Ｃと記すことがある）５０ｍｇ、アルミニウム粉末（以下、Ａｌと記すことがある）３０ｍｇ、軽水溶媒として水２ｍｌ（脱イオンしたもの）、及びフッ素樹脂で被覆された撹拌用のマグネチックスタラーをガラス製耐圧容器に投入した。次に該ガラス製耐圧容器をシールした後、１５８℃に加熱されたオイルバス中に浸して、マグネチックスタラーで撹拌しながら、１５８℃で１２０分間反応を行った。
反応終了後、冷却して、Ｋ２ＣＯ３を飽和濃度まで添加し、２．５ｍｌのジエチルエーテルにて反応生成物を抽出し、抽出された有機相をＧＣとＧＣ−ＭＳにより分析を行った。結果を表１に示す。反応転化率は９９％であり、ピロリジンへの相対収率は８８％であった。
[Example 1]
1,4-diaminobutane as a reaction product 100 mg, ruthenium / activated carbon catalyst (hereinafter sometimes referred to as Ru / C) 50 mg, aluminum powder (hereinafter sometimes referred to as Al) 30 mg, water 2 ml as light water solvent (dehydrated) Ionized) and a magnetic stirrer for stirring coated with a fluororesin were put into a pressure vessel made of glass. Next, the pressure vessel made of glass was sealed, immersed in an oil bath heated to 158 ° C., and reacted at 158 ° C. for 120 minutes while stirring with a magnetic stirrer.
After completion of the reaction, the reaction mixture was cooled, K 2 CO 3 was added to a saturated concentration, the reaction product was extracted with 2.5 ml of diethyl ether, and the extracted organic phase was analyzed by GC and GC-MS. . The results are shown in Table 1. The reaction conversion was 99% and the relative yield to pyrrolidine was 88%.
［実施例２］
反応物として１,５-ジアミノペンタン１００ｍｇを使用して反応時間を６０分とした以外は実施例１に記載したと同様に反応を行った。
反応終了後、実施例１に記載したと同様の処理、及び分析を行った。結果を表１に示す。
反応転化率は９９％であり、ピペリジンへの相対収率は９８％であった。
[Example 2]
The reaction was performed in the same manner as described in Example 1 except that 100 mg of 1,5-diaminopentane was used as a reactant and the reaction time was 60 minutes.
After completion of the reaction, the same treatment and analysis as described in Example 1 were performed. The results are shown in Table 1.
The reaction conversion was 99%, and the relative yield to piperidine was 98%.
［実施例３］
反応物として１,６-ジアミノヘキサン１００ｍｇを使用して反応時間を３０分とした以外は実施例１に記載したと同様に反応を行った。
反応終了後、実施例１に記載したと同様の処理、及び分析を行った。結果を表１に示す。
反応転化率は７５％であり、ホモピペリジンへの相対収率は９６％であった。
[Example 3]
The reaction was performed in the same manner as described in Example 1 except that 100 mg of 1,6-diaminohexane was used as a reactant and the reaction time was 30 minutes.
After completion of the reaction, the same treatment and analysis as described in Example 1 were performed. The results are shown in Table 1.
The reaction conversion was 75% and the relative yield to homopiperidine was 96%.
［実施例４］
反応物として１,６-ジアミノヘキサン１００ｍｇを使用して反応時間を６０分とした以外は実施例１に記載したと同様に反応を行った。
反応終了後、実施例１に記載したと同様の処理、及び分析を行った。結果を表１に示す。
反応転化率は９９％であり、ホモピペリジンへの相対収率は９５％であった。
[Example 4]
The reaction was performed in the same manner as described in Example 1 except that 100 mg of 1,6-diaminohexane was used as a reactant and the reaction time was 60 minutes.
After completion of the reaction, the same treatment and analysis as described in Example 1 were performed. The results are shown in Table 1.
The reaction conversion was 99% and the relative yield to homopiperidine was 95%.
［実施例５］
反応物として１,５-ジアミノ,２-メチルペンタン１００ｍｇを使用して反応時間を９０分とした以外は実施例１に記載したと同様に反応を行った。
反応終了後、実施例１に記載したと同様の処理、及び分析を行った。結果を表１に示す。
反応転化率は９８％であり、２−メチルピペリジンへの相対収率は９５％であった。
[Example 5]
The reaction was carried out in the same manner as described in Example 1 except that 100 mg of 1,5-diamino, 2-methylpentane was used as a reactant and the reaction time was 90 minutes.
After completion of the reaction, the same treatment and analysis as described in Example 1 were performed. The results are shown in Table 1.
The reaction conversion was 98%, and the relative yield to 2-methylpiperidine was 95%.
［比較例１］
触媒として白金／活性炭触媒（以下、Ｐｔ／Ｃということがある）５０ｍｇを使用した以外は実施例３に記載したと同様に反応を行った。
反応終了後、実施例１に記載したと同様の処理、及び分析を行った。結果を表１に示す。
反応転化率は７％であり、ホモピペリジンへの相対収率は８６％であった。
[Comparative Example 1]
The reaction was carried out in the same manner as described in Example 3 except that 50 mg of platinum / activated carbon catalyst (hereinafter sometimes referred to as Pt / C) was used.
After completion of the reaction, the same treatment and analysis as described in Example 1 were performed. The results are shown in Table 1.
The reaction conversion was 7% and the relative yield to homopiperidine was 86%.
［比較例２］
触媒としてロジウム／活性炭触媒（以下、Ｒｈ／Ｃということがある）５０ｍｇを使用した以外は実施例３に記載したと同様に反応を行った。
反応終了後、実施例１に記載したと同様の処理、及び分析を行った。結果を表１に示す。
反応転化率は３８％であり、ホモピペリジンへの相対収率は９２％であった。
[Comparative Example 2]
The reaction was performed in the same manner as described in Example 3 except that 50 mg of rhodium / activated carbon catalyst (hereinafter sometimes referred to as Rh / C) was used as the catalyst.
After completion of the reaction, the same treatment and analysis as described in Example 1 were performed. The results are shown in Table 1.
The reaction conversion was 38% and the relative yield to homopiperidine was 92%.
表１から、軽水溶液中で触媒としてＲｕ／Ｃ、及び助触媒としてＡｌを使用して、主鎖を形成しているアルキレン基の炭素数がそれぞれ４、５、６であるα，ω−ジアミノアルカンを環化反応させると、複素環中に対応する炭素数を有する環状アルキレンイミンが高い反応転化率及び選択率で得られることが分かる。
また、触媒の種類のみを変更して他の条件を同一とした実施例３と比較例１、２を対比すると、触媒としてＲｕ／Ｃを使用した実施例３は、Ｐｔ／Ｃを使用した比較例１、及びＲｈ／Ｃを使用した比較例２よりも、反応転化率が顕著に高く、また選択率も優れていることが確認された。
From Table 1, α, ω-diamino in which the number of carbon atoms of the alkylene group forming the main chain is 4, 5, and 6 using Ru / C as a catalyst and Al as a promoter in a light aqueous solution, respectively. It can be seen that when the alkane is subjected to a cyclization reaction, a cyclic alkyleneimine having a corresponding number of carbon atoms in the heterocyclic ring can be obtained with a high reaction conversion and selectivity.
In addition, when Example 3 in which only the type of catalyst was changed and other conditions were the same was compared with Comparative Examples 1 and 2, Example 3 using Ru / C as a catalyst was compared with Pt / C. It was confirmed that the reaction conversion was significantly higher than that of Example 1 and Comparative Example 2 using Rh / C, and the selectivity was also excellent.
［比較例３］
反応物として１，４−ジアミノブタン１００ｍｇ、Ｒｕ／Ｃ ５０ｍｇ、軽水溶媒として水２ｍｌ（脱イオンしたもの）、及びフッ素樹脂で被覆された撹拌用のマグネチックスタラーをガラス製耐圧容器に投入した。次に該ガラス製耐圧容器をシールした後、１５８℃に加熱されたオイルバス中に浸して、マグネチックスタラーで撹拌しながら、１５８℃で２４０分間反応を行った。
反応終了後、冷却して、Ｋ２ＣＯ３を飽和濃度まで添加し、２．５ｍｌのジエチルエーテルにて反応生成物を抽出し、抽出された有機相をＧＣとＧＣ−ＭＳにより分析を行った。結果を表２に示す。反応転化率は１８％であり、ピロリジンへの相対収率は９０％であった。
[ Comparative Example 3 ]
1,4-Diaminobutane 100 mg, Ru / C 50 mg as a reaction product, water 2 ml (deionized) as a light water solvent, and a magnetic stirrer for stirring coated with a fluororesin were put into a glass pressure vessel. Next, the pressure vessel made of glass was sealed, immersed in an oil bath heated to 158 ° C., and reacted at 158 ° C. for 240 minutes while stirring with a magnetic stirrer.
After completion of the reaction, the reaction mixture was cooled, K 2 CO 3 was added to a saturated concentration, the reaction product was extracted with 2.5 ml of diethyl ether, and the extracted organic phase was analyzed by GC and GC-MS. . The results are shown in Table 2. The reaction conversion was 18% and the relative yield to pyrrolidine was 90%.
［比較例４］
反応物として１，６−ジアミノヘキサン１００ｍｇを使用して反応時間を６０分とした以外は実施例６に記載したと同様に反応を行った。
反応終了後、実施例１に記載したと同様の処理、及び分析を行った。結果を表２に示す。
反応転化率は３１％であり、ホモピペリジンへの相対収率は８９％であった。
[ Comparative Example 4 ]
The reaction was performed in the same manner as described in Example 6 except that 100 mg of 1,6-diaminohexane was used as a reactant and the reaction time was 60 minutes.
After completion of the reaction, the same treatment and analysis as described in Example 1 were performed. The results are shown in Table 2.
The reaction conversion was 31% and the relative yield to homopiperidine was 89%.
［比較例５］
反応物として１，６−ジアミノヘキサン１００ｍｇを使用して反応時間を２４０分とした以外は実施例６に記載したと同様に反応を行った。
反応終了後、実施例１に記載したと同様の処理、及び分析を行った。結果を表２に示す。
反応転化率は４３％であり、ホモピペリジンへの相対収率は９５％であった。
[ Comparative Example 5 ]
The reaction was performed in the same manner as described in Example 6 except that 100 mg of 1,6-diaminohexane was used as a reactant and the reaction time was 240 minutes.
After completion of the reaction, the same treatment and analysis as described in Example 1 were performed. The results are shown in Table 2.
The reaction conversion was 43% and the relative yield to homopiperidine was 95%.
表２から、軽水溶液中で触媒としてＲｕ／Ｃを使用して、主鎖を形成しているアルキレン基の炭素数がそれぞれ４、５、６であるα，ω−ジアミノアルカンを環化反応させると、助触媒を使用した実施例１〜５と比較して相対的に高い反応転化率は得られなかったが、環状アルキレンイミンがそれぞれ高い選択率で得られることが確認された。 From Table 2, using Ru / C as a catalyst in a light aqueous solution, cyclization reaction of α, ω-diaminoalkanes in which the alkylene groups forming the main chain are 4, 5, and 6, respectively, is performed. As compared with Examples 1 to 5 using a cocatalyst, a relatively high reaction conversion rate was not obtained, but it was confirmed that cyclic alkyleneimines were obtained with a high selectivity.
［実施例６］
反応物として１，４−ジアミノブタン１００ｍｇ、Ｒｕ／Ｃ ５０ｍｇ、Ａｌ ３０ｍｇ、及び重水溶媒として重水２ｍｌ、及びフッ素樹脂で被覆された撹拌用のマグネチックスタラーをガラス製耐圧容器に投入した。次に該ガラス製耐圧容器をシールした後、１５０℃に加熱されたオイルバス中に浸して、マグネチックスタラーで撹拌しながら、１５０℃で２時間反応を行った。
反応終了後、冷却して、Ｋ２ＣＯ３を飽和濃度まで添加し、その一部を１ｍｌのＣＤＣｌ３にて反応生成物を抽出した。該ＣＤＣｌ３抽出溶液に無水酢酸（１０モル％過剰）を添加して、１５分間撹拌を行った。次に、未反応の前記無水酢酸の除去と生成した酢酸を除去するために、水とＮＡ２ＣＯ３を加えた。ＣＤＣｌ３相を採取して、ＮＭＲ分析に供した。
他の分析用サンプルは、反応生成液にＫ２ＣＯ３を飽和濃度まで添加した後、ＣＤＣｌ３で反応生成物を抽出し、直接ＧＣとＧＣ−ＭＳ分析に供した。
結果を表３に示す。重水素化されたピロリジンの生成収率は４６モル％であった。
尚表３中の重水素化率は、ＮＭＲによる測定値と、ＭＳ法による測定値（カッコ内に示してある。以下同じ。）を併記した。
[Example 6 ]
1,4-diaminobutane 100 mg, Ru / C 50 mg, Al 30 mg as a reaction product, 2 ml of heavy water as a heavy water solvent, and a magnetic stirrer for stirring coated with a fluororesin were put into a glass pressure vessel. Next, the glass pressure vessel was sealed, immersed in an oil bath heated to 150 ° C., and reacted at 150 ° C. for 2 hours while stirring with a magnetic stirrer.
After completion of the reaction, the reaction mixture was cooled, K 2 CO 3 was added to a saturated concentration, and a part of the reaction product was extracted with 1 ml of CDCl 3 . Acetic anhydride (10 mol% excess) was added to the CDCl 3 extraction solution and stirred for 15 minutes. Next, water and NA 2 CO 3 were added to remove the unreacted acetic anhydride and the generated acetic acid. CDCl 3 phase was collected and subjected to NMR analysis.
For other analytical samples, K 2 CO 3 was added to the reaction product solution to a saturated concentration, and then the reaction product was extracted with CDCl 3 and directly subjected to GC and GC-MS analysis.
The results are shown in Table 3. The yield of deuterated pyrrolidine was 46 mol%.
In Table 3, the deuteration rate is shown by both the measured value by NMR and the measured value by MS method (shown in parentheses; the same applies hereinafter).
［実施例７］
反応物として１，５−ジアミノペンタン１００ｍｇを使用した以外は、実施例６に記載したと同様に反応を行った。反応終了後、実施例６に記載したと同様の処理、及び分析を行った。結果を表３に示す。重水素化されたピペリジンの生成収率は８２モル％であった。
[Example 7 ]
The reaction was performed as described in Example 6 except that 100 mg of 1,5-diaminopentane was used as the reactant. After completion of the reaction, the same treatment and analysis as described in Example 6 were performed. The results are shown in Table 3. The yield of deuterated piperidine was 82 mol%.
［実施例８］
反応物として１，６−ジアミノヘキサン１００ｍｇを使用した以外は、実施例６に記載したと同様に反応を行った。反応終了後、実施例６に記載したと同様の処理、及び分析を行った。結果を表３に示す。 重水素化されたホモピペリジンの生成収率は６６モル％であった。
[Example 8 ]
The reaction was performed in the same manner as described in Example 6 except that 100 mg of 1,6-diaminohexane was used as the reactant. After completion of the reaction, the same treatment and analysis as described in Example 6 were performed. The results are shown in Table 3. The yield of deuterated homopiperidine was 66 mol%.
［実施例９］
反応物として１，５−ジアミノ，２−メチルペンタン１００ｍｇを使用した以外は、実施例６に記載したと同様に反応を行った。
反応終了後、実施例６に記載したと同様の処理、及び分析を行った。結果を表３に示す。
重水素化された２−メチルピペリジンの生成収率は７１モル％であった。
[Example 9 ]
The reaction was performed in the same manner as described in Example 6 except that 100 mg of 1,5-diamino, 2-methylpentane was used as a reactant.
After completion of the reaction, the same treatment and analysis as described in Example 6 were performed. The results are shown in Table 3.
The yield of deuterated 2-methylpiperidine was 71 mol%.
表３から、環状アルキレンイミンのイミノ基に対してα位、β位の炭素原子に結合していた水素原子はいずれも９２％以上、８８％以上それぞれ重水素原子しで置換されていることから、本発明の環化反応を利用した重水素置換は極めて有効であることが分かる。また、イミノ基に対してγ位の重水素置換は一般に困難であるが、実施例９においてγ位が３９％重水素置換されていることは特筆すべきである。 From Table 3, the hydrogen atoms bonded to the α-position and β-position carbon atoms with respect to the imino group of the cyclic alkyleneimine are each replaced by 92% or more and 88% or more by deuterium atoms, respectively. It can be seen that deuterium substitution using the cyclization reaction of the present invention is extremely effective. In addition, although deuterium substitution at the γ position with respect to the imino group is generally difficult, it should be noted that in Example 9 , the γ position is substituted by 39% deuterium.
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