JP5818988B2 - 3−アミノメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルアミンの調製方法 - Google Patents
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Description
欧州特許出願公開第0623585号では、塩基性成分を有する触媒をドープすることで、還元的アミノ化においてより高い収率をもたらすことができることが開示されている。ドイツ出願公開第19747913号は、イミンおよびニトリルを水素化することによってアミンを形成するための方法、特に第四級アンモニウム水酸化物を加えることによって収率を改善するIPDAの方法を開示している。
現在、既存の、IPDAの調製方法には以下の欠点が存在する:反応生成物中のアミノニトリル含有量をできるだけ低くするために、より長い滞留時間を可能にする水素化反応段階がしばしば必要となり、この結果、水素化によりアミノニトリルが完全にIPDAへと変換されるためには、水素化反応段階において多量の触媒(複数可)が必要となる。しかし、多量の水素化触媒(複数可)の使用は、触媒コストの増加と共に、反応器の容量の拡大および反応装置への投資の増加を意味する。
3−アミノメチル−3,5,5−トリメチル−シクロヘキシルアミンを調製するための方法は、
a)3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキサノンをNH3と反応させることによって、3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキシルイミンを含有する生成物を得るステップと、
b)水素、NH3および第1の水素化触媒の存在下でステップa)の生成物を塩基性化合物と混合することによって、3−アミノメチル−3,5,5−トリメチル−シクロヘキシルアミンおよび3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキシルアミンを含有する生成物を得るステップであり、第1の水素化触媒上の空間速度が0.5〜10gの3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキサノン/ml(触媒)/時、好ましくは1〜5gの3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキサノン/ml(触媒)/時、より好ましくは1.5〜2gの3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキサノン/ml(触媒)/時であるステップと、
c)水素、NH3および第2の水素化触媒の存在下でステップb)の生成物を酸性化合物と混合するステップであり、ステップb)の生成物中の3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキシルアミンが3−アミノメチル−3,5,5−トリメチル−シクロヘキシルアミンに変換されるステップと
を含む。
本発明の方法によると、触媒は、ステップa)のNH3と3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキサノンとのイミド化反応中に使用してもよいし、しなくてもよい。触媒がステップa)で使用される場合、触媒は、酸性金属酸化物、無機イオン交換樹脂または有機イオン交換樹脂、例えばアルミナ、チタニア、ジルコニア、シリカ、ゼオライトなどとすることができる。触媒上の空間速度は、0.5〜20gのIPN/ml(触媒)/時、好ましくは1〜10gのIPN/ml(触媒)/時、より好ましくは2〜6gのIPN/ml(触媒)/時である。
本発明の方法によると、ステップa)のイミド化反応は、水素雰囲気下または水素なしで行ってもよい。好ましくは、ステップa)のイミド化反応は、水素雰囲気下で行われ、水素対IPNのモル比は、3:1〜1000:1、好ましくは4:1〜500:1、より好ましくは10:1〜500:1、さらに好ましくは15:1〜300:1、および特に好ましくは20:1〜100:1である。
本発明の方法によると、IPNのイミド化反応は、アルコールまたはエーテルなどの溶媒の存在下で行うことができる。溶媒の例として、エタノール、ブタノールまたはテトラヒドロフランが挙げられる。好ましくは、IPNのイミド化反応は、溶媒の不在下で行われる。
本発明の方法によると、ステップb)の生成物は、IPDAとアミノニトリルとを主に含む。好ましくは、ステップb)の生成物において、アミノニトリルの含有量は5〜20重量%、好ましくは10〜15重量%である。
ステップb)は、50〜130℃の温度および10〜30MPaの圧力、好ましくは60〜100℃の温度および15〜20MPaの圧力で行われる。NH3対IPNのモル比は、5:1〜200:1、好ましくは10:1〜100:1、より好ましくは20:1〜80:1である。さらに、水素対IPNのモル比は、3:1〜1000:1、好ましくは4:1〜500:1、より好ましくは10:1〜500:1、またより好ましくは15:1〜300:1、特に好ましくは20:1〜100:1である。水素は、イミド化反応後、ただし水素化反応以前にIPNI物質と混合することができ、または水素は開始時にIPNおよびNH3と混合することができる。
本発明による方法において、[ステップc)の酸性化合物]対[ステップa)の3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキサノン]の質量比は、1:100〜1:1000である。酸性化合物は、好ましくは溶液の形態で使用され、溶媒は水、アルコールまたはエーテルなどとすることができる。アルコール溶液中の酸性化合物が好ましい。より好ましくは、メタノールまたはエタノール溶液中の酸性化合物がむしろ好ましい。溶液の濃度は、0.1〜10重量%、好ましくは1〜5重量%である。
3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキシルアミン(すなわち、アミノニトリル)は、3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキシルイミンの部分的水素化の生成物である。アミノニトリルの沸点はIPDAの沸点と同様であるため、蒸留などの手段でIPDAからアミノニトリルを分離するのは難しい。IPDAの純度を改善するため、反応プロセス中に水素化によりアミノニトリルをIPDAにできるだけ変換することが必要である。通常、精製されたIPDA中において示される不純物としてのアミノニトリルの量は、0.15重量%未満またはさらにより低い必要がある。
これらの研究において本発明の発明者らは、残りのアミノニトリルのIPDAへの水素化変換の速度は、反応生成物が5%〜20%のアミノニトリルを含有する場合、反応混合物に酸性化合物を添加することによって促進することができ、これによって、触媒量が削減され、アミノニトリルの水素化反応に必要とされる滞留時間が大いに短縮されることを驚くべきことに見出した。さらに、反応生成物中のアミノニトリルの含有量は、0〜0.15重量%しかなく、通常0.1重量%未満、またはさらに0.05重量%未満である。水素化触媒の使用量は、既存の方法における水素化触媒の使用量の30〜50重量%に相当する量まで削減することができ、これによって、水素化反応器の大きさ、反応装置の投資および生産コストが削減される。
本発明において、3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキシルイミン、3−アミノメチル−3,5,5−トリメチル−シクロヘキシルアミンおよびアミノニトリルの定量的分析がガスクロマトグラフィーにより実施され、クロマトグラフィーの分析条件は以下の通りである。
カラム:Agilent HP−5(大きさ:30m×0.32mm×0.25mm)
入り口温度:280℃
スプリット比:30:1
カラム流速:1.5ml/分
カラム温度:100℃、0.5分;
15℃/分の速度で260℃まで増加させ、これを8分間維持する
検出器温度:280℃、H2流速:35ml/分
気流速度:350ml/分
反応器R1は、直径0.5mmを有する、23mlのγ−Al2O3球で満たす。反応器R2、R3−0、R3−1、R3−2、R3−3およびR3−4は、47ml、141ml、47ml、37ml、18ml、11mlの16〜30メッシュの大規模な固定床ラネーコバルト触媒でそれぞれ満たす。
図2に示されている図を参照した場合、反応器R1内の温度は40℃に制御し、反応器R2内の温度は60℃に制御し、反応器R3−0内の温度は130℃に制御した。反応器R1、R2、およびR3−0内の圧力はすべて15MPaに制御した。IPNの充填速度は80g/時間であった。NH3の充填速度は168g/時間であった。水素の流速は1100NL/時間であった。反応物質を反応器R2に導入し、続いて質量濃度5%NaOHのメタノール溶液を、16g/時間の充填速度で反応器R2に加えた。各反応器内の各触媒上の空間速度は以下の通りであった。
図2に示されている図を参照した場合、反応器R1内の温度は40℃に制御し、反応器R2内の温度は60℃に制御し、反応器R3−0内の温度は130℃に制御した。反応器R1、R2、およびR3−0内の圧力はすべて15MPaに制御した。IPNの充填速度は80g/時間であった。NH3の充填速度は168g/時間であった。水素の流速は1100STAN L/時間であった。反応物質を反応器R2に導入し、続いて質量濃度5%のNaOHのメタノール溶液を、充填速度16g/時間で反応器R2に加えた。各反応器内の各触媒上の空間速度は以下の通りであった。
実施例1と比較例1との比較から、部分的に水素化したイミン含有反応物流への酸性化合物の添加により、生成物中のアミノニトリル含有量を効果的に削減することができると考えることができる。
図2に示されている図を参照した場合、反応器R1内の温度は40℃に制御し、反応器R2内の温度は60℃に制御し、反応器R3−0、R3−1、R3−2、R3−3およびR3−4のそれぞれの中の温度は130℃に制御した。反応器R1、R2、R3−0、R3−1、R3−2、R3−3およびR3−4のそれぞれの中の圧力はすべて15MPaに制御した。IPNの充填速度は80g/時間であった。NH3の充填速度は168g/時間であった。水素の流速は1100STAN L/時間であった。質量濃度5%のNaOHのメタノール溶液を充填速度16g/時間で反応混合物に加え、続いて反応混合物を反応器R2に導入した。質量濃度5%のギ酸のメタノール溶液を充填速度16g/時間で反応混合物に加え、続いて反応混合物を第2段階の水素化反応器に導入した。各反応器内の各触媒上の空間速度は以下の通りであった。
反応器R1内の温度を60℃に制御し、反応器R2内の温度を100℃に制御し、反応器R3−0内の温度を100℃に制御した。反応器R1、R2、およびR3−0内の圧力はすべて20MPaに制御した。IPNの充填速度は80g/時間であった。NH3の充填速度は650g/時間であった。水素の流速は220STAN L/時間であった。質量濃度1%のLiOHのジメチルエーテル溶液を充填速度8g/時間で反応混合物に加え、続いて反応混合物を反応器R2に導入した。質量濃度1%のフタル酸の水溶液を充填速度8g/時間で反応混合物に加え、続いて反応混合物を反応器R3−0に導入した。
反応器R1内の温度を50℃に制御し、反応器R2内の温度を80℃に制御し、反応器R3−0内の温度を115℃に制御した。反応器R1、R2、およびR3−0内の圧力をすべて18MPaに制御した。IPNの充填速度は80g/時間であった。NH3の充填速度は344g/時間であった。水素の流速は550STAN L/時間であった。質量濃度2.5%のK2CO3の水溶液を、充填速度16g/時間で反応混合物に加え、続いて反応混合物を反応器R2に導入した。質量濃度2.5%のラウリン酸のTHF溶液を、充填速度16g/時間で反応混合物に加え、続いて反応混合物を反応器R3−0に導入した。
試験を開始した時点では、反応器R3−0を第2段階の水素化反応器として使用した。反応を200時間、300時間、400時間、および500時間実施した後、反応器R3−1、R3−2、R3−3およびR3−4を第2段階の水素化反応器としてそれぞれ切り替えた。
反応器R1内の温度を80℃に制御し、反応器R2内の温度を110℃に制御し、反応器R3−0内の温度を120℃に制御した。反応器R1、R2、およびR3−0内の圧力をすべて20MPaに制御した。IPNの充填速度は160g/時間であった。NH3の充填速度は344g/時間であった。水素の流速は1000STAN L/時間であった。質量濃度4%のLiOHのエタノール溶液を、充填速度16g/時間で反応混合物に加え、続いて反応混合物を反応器R2に導入した。質量濃度2.5%の酢酸のエタノール溶液を、充填速度8g/時間で反応混合物に加え、続いて反応混合物を反応器R3−0に導入した。
Claims (18)
- 3−アミノメチル−3,5,5−トリメチル−シクロヘキシルアミンを調製するための方法であって、
a)3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキサノンをNH3と反応させることによって、3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキシルイミンを含有する生成物を得るステップと、
b)水素、NH3および第1の水素化触媒の存在下、ステップa)の生成物を塩基性化合物と混合することによって、3−アミノメチル−3,5,5−トリメチル−シクロヘキシルアミンおよび3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキシルアミンを含有する生成物を得るステップであって、第1の水素化触媒上の空間速度が、3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキサノン0.5〜10g/ml(触媒)/時であり、前記塩基性化合物が、アルカリ金属の酸化物、水酸化物もしくは炭酸塩、またはアルカリ土類金属の酸化物、水酸化物もしくは炭酸塩、または希土類金属の酸化物、水酸化物もしくは炭酸塩であるステップと、
c)水素、NH3および第2の水素化触媒の存在下、ステップb)の生成物を酸性化合物と混合するステップであって、ステップb)の生成物中の前記3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキシルアミンが3−アミノメチル−3,5,5−トリメチル−シクロヘキシルアミンに変換され、酸性化合物が、C1〜C40有機一酸、C1〜C40有機二酸またはC1〜C40有機ポリ酸であるステップと
を含む方法。 - ステップb)の生成物中の3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキシルアミンの含有量が5〜20重量%である、請求項1に記載の方法。
- ステップb)の生成物中の3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキシルアミンの含有量が10〜15重量%である、請求項2に記載の方法。
- ステップc)の酸性化合物が、ギ酸、酢酸、メトキシ酢酸、プロピオン酸、カプロン酸、ラウリン酸、安息香酸、フタル酸、フェニル酢酸、2−エチルヘキサン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、またはスベリン酸である、請求項1に記載の方法。
- [ステップc)の酸性化合物]対[ステップa)の3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキサノン]の質量比が1:100〜1:1000である、請求項1に記載の方法。
- ステップc)の酸性化合物が酸性化合物の溶液の形態であり、溶媒が水、アルコールまたはエーテルであり、前記溶液の濃度が0.1〜10重量%である、請求項1に記載の方法。
- 溶媒がメタノールまたはエタノールであり、前記溶液の濃度が1〜5重量%である、請求項6に記載の方法。
- ステップb)の塩基性化合物が、Li2O、Na2O、K2O、Rb2O、Cs2O、LiOH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH、Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、Rb2CO3、MgO、CaO、SrO、BaO、Mg(OH)2、Ca(OH)2、Sr(OH)2、Ba(OH)2、MgCO3、CaCO3、SrCO3またはBaCO3 である、請求項1から7までのいずれか1項に記載の方法。
- [ステップb)の塩基性化合物]対[ステップa)の3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキサノン]の質量比が1:100〜1:1000である、請求項1から8までのいずれか1項に記載の方法。
- ステップb)の塩基性化合物が塩基性化合物の溶液の形態であり、溶媒が水、アルコールまたはエーテルであり、前記溶液の濃度が0.1〜10重量%である、請求項1から9までのいずれか1項に記載の方法。
- 溶媒がメタノールまたはエタノールであり、前記溶液の濃度が1〜5重量%である、請求項10に記載の方法。
- ステップa)が、温度20〜100℃および圧力0.5〜30MPaで行われ、ステップb)が、温度50〜130℃および圧力10〜30MPaで行われ、ステップc)が、温度50〜130℃および圧力10〜30MPaで行われる、請求項1から11までのいずれか1項に記載の方法。
- ステップc)の触媒上の空間速度が、3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキサノン0.5〜20g/ml(触媒)/時である、請求項1から12までのいずれか1項に記載の方法。
- 酸性金属酸化物、無機イオン交換樹脂または有機イオン交換樹脂である触媒の存在下でステップa)が行われ、前記触媒上の空間速度が3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキサノン0.5〜20g/ml(触媒)/時である、請求項1から13までのいずれか1項に記載の方法。
- ステップb)の第1の水素化触媒およびステップc)の第2の水素化触媒が同じまたは異なり、第1の水素化触媒および第2の水素化触媒が、活性成分としてコバルトまたはニッケルを有する独立した水素化触媒である、請求項1から14までのいずれか1項に記載の方法。
- [ステップa)およびステップb)のNH3]対[3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキサノン]のモル比が5:1〜200:1であり、[ステップb)およびステップc)の水素]対[3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキサノン]のモル比が3:1〜1000:1である、請求項1から15までのいずれか1項に記載の方法。
- ステップa)が水素の存在下で行われ、水素対3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキサノンのモル比が3:1〜1000:1である、請求項1から16までのいずれか1項に記載の方法。
- ステップb)およびステップc)が、水素化反応器内で行われる、請求項1から17までのいずれか1項に記載の方法。
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