JP5840801B2 - アルデヒド化合物の製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献5には、金属リガンド錯体触媒に関して記載されており、金属としてロジウム、リガンドとして有機燐リガンドが挙げられている。これらの使用量としては、遊離の金属として計算した場合、約1ppm〜10,000ppmの範囲の金属濃度、およびリガンド:金属のモル比が1:1〜200:1と記載されている。
また、特許文献6、7には、鎖状のオレフィン化合物をヒドロホルミル化させ、アルデヒド化合物を製造する方法が開示されている。
本発明は以下に示すことができる。
[1] 下記一般式(a1)
前記工程における反応系内の塩素分の量が、第8〜10族金属1重量部に対して、0.1重量部以上1.5重量部以下であることを特徴とするアルデヒドの製造方法。
[3] 前記第8〜10族金属を含む金属化合物が、ロジウム化合物であることを特徴とする[1]または[2]に記載のアルデヒド化合物の製造方法。
[5] 前記リン化合物は、三価のリン化合物であることを特徴とする[1]乃至[4]のいずれか一つに記載のアルデヒド化合物の製造方法。
[6] 前記一般式(a1)で表される化合物を用い、当該化合物が下記一般式(1)
[8] [1]乃至[7]のいずれか一つに記載の製造方法によりアルデヒド化合物を製造し、次いで、アンモニアと反応させるとともに、触媒の存在下で水素と反応させる工程を含むことを特徴とするアミン化合物の製造方法。
[9] [8]に記載の製造方法によりアミン化合物を製造し、次いで、カルボニル化剤と反応させる工程を含むことを特徴とするイソシアネート化合物の製造方法。
また、本発明において、物質A 1molに対して、物質Bを1×10−6molの量で用いる場合、物質Bの量を1ppmmolと表記する。
本実施形態のアルデヒド化合物の製造方法は、下記一般式(a1)または下記一般式(a2)で表される化合物を、第8〜10族金属を含む金属化合物とリン化合物の存在下で、水素および一酸化炭素と反応させる工程を含み、当該工程における反応系内の塩素原子の量が、第8〜10族金属1重量部に対して、1.5重量部以下である。
なお、一般式(a1)で表される化合物は、エンド体またはエキソ体の何れかであってもよく、これらを任意の割合で含む混合物であってもよい。
(1)n:0の化合物として、
シクロヘキセン、4−シアノ−1−シクロへキセン、3−シクロへキセン−1−カルボキシアルデヒド、4−イミノメチル−1−シクロヘキセンを挙げることができる。
(2)n:1の化合物として、
ビシクロ[2.2.1]−2−ヘプテン、ビシクロ[2.2.1]−5−ヘプテン−2−カルボニトリル、ビシクロ[2.2.1]−5−ヘプテン−2−カルボキシアルデヒド、ビシクロ[2.2.1]−5−ヘプテン−2−イルメタンアミンを挙げることができる。
(3)n:2の化合物として、
ビシクロ[2.2.2]−2−オクテン、ビシクロ[2.2.2]−5−オクテン−2−カルボニトリル、ビシクロ[2.2.2]−5−オクテン−2−カルボキシアルデヒド、ビシクロ[2.2.2]−5−ヘプテン−2−イルメタンアミンを挙げることができる。
一般式(a2)で表される化合物として、以下の化合物を挙げることができる。
1,4−シクロヘキサジエンを挙げることができる。
(2)n:1の化合物として、
ビシクロ[2.2.1]ヘプタ−2,5−ジエンを挙げることができる。
(3)n:2の化合物として、
ビシクロ[2.2.2]オクタ−2,5−ジエンを挙げることができる。
なお、一般式(1)で表される化合物は、エンド体またはエキソ体の何れかであってもよく、これらを任意の割合で含む混合物であってもよい。
本実施形態の反応に用いられる第8〜10族金属を含む金属化合物は、ロジウム化合物、コバルト化合物、ルテニウム化合物または鉄化合物である。
(R1)3P
(R2O)3P
上記式中、R1、R2は同一又は異なっていてもよく、それぞれ置換基を有していてもよい炭素数1〜16のアルキル基または炭素数6〜16のアリール基を示す。
リン化合物に含まれる塩素分の量が、上記所定の量となる場合には、リン化合物の塩素分を低減する必要はないが、第8〜10族金属を含む金属化合物が構造中に塩素原子を含む場合など、上記所定の量を超える場合には、トッピングや活性炭処理などの方法によりリン化合物に含まれる塩素分の量を低減することができる。なお、塩素分の量を低減する方法は、これらに限定されるものではない。
また、使用するリン化合物の量は、第8〜10族金属に対して100倍モル以上、より好ましくは100倍モル以上10000倍モル以下である。なお、上記の数値範囲は任意に組み合わせることができる。
反応系内の塩素原子の量は、本発明の効果の観点から、第8〜10族金属1.0重量部に対して、1.5重量部以下、好ましくは1.2重量部以下である。なお、下限値は特に限定されないが、第8〜10族金属1.0重量部に対して、0.1重量部以上、好ましくは0.5重量部以上である。上記下限値であれば、塩素分を低減する工程が煩雑とならず、生産性に影響を与えないため好ましい。なお、上限値と下限値は適宜組み合わせることができる。
まず、容器内に、ロジウム化合物と、リン化合物と、原料の一般式(a1)または(a2)で表される化合物を挿入する。そこに、水素および一酸化炭素ガスを供給しながら、温度30〜120℃、圧力0.1〜1.0MPa、反応時間1〜8時間で行うことができる。なお、油相のみの均一反応系また水層および油層からなる二層反応系を適宜選択してヒドロホルミル化反応を行うことができる。
これにより、一般式(a1)または(a2)で表される化合物をヒドロホルミル化し、アルデヒド化合物が合成される。
一般式(b1)または(b2)中、Xおよびnは、一般式(a1)または(a2)と同義である。
本実施形態においては、一般式(b1)で表される化合物が好ましく得られ、当該化合物としては、下記一般式(2)で表される化合物を挙げることができる。
なお、一般式(2)で表されるアルデヒド化合物は、「ビシクロ[2.2.1]ヘプタンの2位が置換基Xで置換され、5位がアルデヒド基で置換された化合物(以下、2,5体)」、または「2位が置換基Xで置換され、6位がアルデヒド基で置換された化合物(以下、2,6体)」の何れか、またはこれらを任意の割合で含む混合物として得ることができる。また、2,5体および2,6体は、各々、置換基の立体配置により、エンド−エンド体、エンド−エキソ体、エキソ−エキソ体の何れかとして得ることができ、またはこれらの少なくとも2種を任意の割合で含む混合物として得ることもできる。
ヒドロホルミル化反応終了後、所定の精製工程を行い、目的とするアルデヒド化合物を得ることができる。
本実施形態のアミン化合物の製造方法は、以下の工程を含む。
工程(a):第8〜10族金属を含む金属化合物とリン化合物の存在下で、前記一般式(a1)または(a2)で表される化合物を水素および一酸化炭素と反応させる。
工程(b):工程(a)で得られたアルデヒド化合物をアンモニアと反応させるとともに、触媒の存在下で水素と反応させる。
なお、工程(a)は、上記「アルデヒド化合物の製造方法」における工程と同一であるので、説明を省略する。
触媒としては、ニッケル、白金、パラジウム、ルテニウムなどの金属触媒等を用いることができる。アルデヒド化合物が置換基としてシアノ基を有する場合、水素還元により−CH2−NH2基が生成される。
nが1または2の場合、一般式(c1)で表される化合物は、「2位と5位が所定の基で置換された化合物(以下、2,5体)」、または「2位と6位が所定の基で置換された化合物(以下、2,6体)」の何れか、またはこれらを任意の割合で含む混合物として得ることができる。また、2,5体および2,6体は、各々、置換基の立体配置により、エンド−エンド体、エンド−エキソ体、エキソ−エキソ体の何れかとして得ることができ、またはこれらの少なくとも2種を任意の割合で含む混合物として得ることもできる。
nが1または2の場合、一般式(c2)で表される化合物は、エンド体またはエキソ体として得ることができ、これらを任意の割合で含む混合物として得ることもできる。
本実施形態においては、一般式(c1)で表される化合物が好ましく得られ、当該化合物としては、nが1である、以下の化学式(3)の化合物を挙げることができる。
さらに、反応終了後、通常の触媒ろ過、脱溶媒、精製工程等を行い、目的とするアミン化合物を得ることができる。
本実施形態のイソシアネート化合物の製造方法は、以下の工程を含む。
工程(a):第8〜10族金属を含む金属化合物とリン化合物の存在下で、前記一般式(a1)または(a2)で表される化合物を水素および一酸化炭素と反応させる。
工程(b):工程(a)で得られたアルデヒド化合物をアンモニアと反応させるとともに、触媒の存在下で水素と反応させる。
工程(c):工程(b)で得られたアミン化合物を、カルボニル化剤と反応させる。
nが1または2の場合、一般式(d1)で表される化合物は、「2位と5位が所定の基で置換された化合物(以下、2,5体)」、または「2位と6位が所定の基で置換された化合物(以下、2,6体)」の何れか、またはこれらを任意の割合で含む混合物として得ることができる。また、2,5体および2,6体は、各々、置換基の立体配置により、エンド−エンド体、エンド−エキソ体、エキソ−エキソ体の何れかとして得ることができ、またはこれらの少なくとも2種を任意の割合で含む混合物として得ることもできる。
nが1または2の場合、一般式(d2)で表される化合物は、エンド体またはエキソ体として得ることができ、これらを任意の割合で含む混合物として得ることもできる。
本実施形態においては、一般式(d1)で表される化合物が好ましく得られ、当該化合物としては、nが1である、以下の化学式(4)の化合物を挙げることができる。
以下、参考形態の例を付記する。
<1>
下記一般式(a1)
または、下記一般式(a2)
(式(a1)中、Xは水素原子、シアノ基、アルデヒド基、−CH=NR基を示し、Rは、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、アリール基を示す。式(a1)および式(a2)中、nは、0、1または2を示す。)で表される化合物を、当該化合物1モルに対して0.01〜10ppmモルの第8〜10族金属を含む金属化合物とリン化合物の存在下で、水素および一酸化炭素と反応させる工程を備え、
前記工程における反応系内の塩素分の量が、第8〜10族金属1重量部に対して、1.5重量部以下であることを特徴とするアルデヒド化合物の製造方法。
<2>
前記第8〜10族金属を含む金属化合物が、ロジウム化合物、コバルト化合物、ルテニウム化合物または鉄化合物であることを特徴とする<1>に記載のアルデヒド化合物の製造方法。
<3>
前記第8〜10族金属を含む金属化合物が、ロジウム化合物であることを特徴とする<1>または<2>に記載のアルデヒド化合物の製造方法。
<4>
前記第8〜10族金属は、一般式(a1)または(a2)で表される化合物1モルに対して、1〜5ppmモルであることを特徴とする<1>乃至<3>のいずれか一項に記載のアルデヒド化合物の製造方法。
<5>
前記リン化合物は、三価のリン化合物であることを特徴とする<1>乃至<4>のいずれか一項に記載のアルデヒド化合物の製造方法。
<6>
前記一般式(a1)で表される化合物を用い、当該化合物が下記一般式(1)
(式(1)中、Xは一般式(a1)と同義である。)
で表される化合物であることを特徴とする<1>乃至<5>のいずれか一項に記載のアルデヒド化合物の製造方法。
<7>
<1>乃至<6>のいずれか一項に記載の製造方法により得られたアルデヒド化合物を、アンモニアと反応させるとともに、触媒の存在下で水素と反応させる工程を含むことを特徴とするアミン化合物の製造方法。
<8>
<7>に記載の製造方法により得られたアミン化合物を、カルボニル化剤と反応させる工程を含むことを特徴とするイソシアネート化合物の製造方法。
[ビシクロ[2.2.1]−5−ヘプテン−2−カルボニトリルの合成]
1000mlオートクレーブに、純度95%ジシクロペンタジエン195.0g(1.40モル)と、N−ニトロソジフェニルアミン0.36g(1.8ミリモル)を添加したアクリロニトリル163.6g(3.08モル)を装入し、撹拌下、160℃で5時間反応後、さらに昇温して180℃で2時間反応し終了した。得られたビシクロ[2.2.1]−5−ヘプテン−2−カルボニトリルを含む反応液は、355.6gであり、分析したところビシクロ[2.2.1]−5−ヘプテン−2−カルボニトリルを331.2g(2.78モル)含有していた。得られたビシクロ[2.2.1]-5-ヘプテン-2-カルボニトリル328.2g(2.75モル)を含む反応液352.4gを、500ミリリットルのフラスコに装入し、減圧下、蒸留を行い、主留分としてビシクロ[2.2.1]−5−ヘプテン−2−カルボニトリル300.7g(2.52モル)を得た。
[2−シアノ−5−ホルミルビシクロ[2.2.1]ヘプタンおよび2−シアノ−6−ホルミルビシクロ[2.2.1]ヘプタンの合成]
内容積0.1リットルのガラス容器に、ロジウムアセチルアセトナトジカルボニル50.0mg(0.194mmol)、参考例で得られたビシクロ[2.2.1]−5−ヘプテン−2−カルボニトリル16.0g(0.133mol)、トリフェニルホスファイト1.2g(3.87mmol)を装入し、25℃で攪拌し、触媒マスター液を調整した。次に、内容積0.5リットルのSUS316L製電磁攪拌式オートクレーブに、触媒マスター液0.81g(Rh換算で0.926mg)、参考例で得られたビシクロ[2.2.1]−5−ヘプテン−2−カルボニトリル214.8g(1.8mol)、トリフェニルホスファイト5.656g(18.23mmol)を装入し、25℃で攪拌し、Rh触媒調整液221.3gを得た。このとき使用したトリフェニルホスファイト中の塩素分を下記分析方法にて測定した結果、110ppm(0.622mg)含有していた。この量は、ロジウム1重量部に対し0.7重量部であった。
・ロジウム使用量:ビシクロ[2.2.1]−5−ヘプテン−2−カルボニトリル 1molに対して、5ppmmol
トリフェニルホスファイト中の塩素分(塩素原子量)は電量滴定法で定量した。電量滴定法とは、試料をアルゴンガス気流中で酸素ガスを用いて酸化燃焼させ、塩素化合物を塩化水素に変換し、生成した塩化水素を定量的に銀滴定する方法である。
用いた測定機器は以下の通りである。
オートサンプラー装置 :ASC−250L
横型電気炉 :HF−210
クーロメーター :MDC−210
三菱化学ガスインジェクター:GI−100
オートボートコントローラー:ABC−210
結果を表1に示す。
加水分解溶液に20重量%の炭酸水素カリウム水溶液を6.4g(0.012mol)を、25℃でpH7.0になるまで滴下した。
[2,5−ビスアミノメチル−ビシクロ[2.2.1]ヘプタンおよび2,6−ビスアミノメチル−ビシクロ[2.2.1]ヘプタンの合成]
内容積0.5リットルのステンレス製電磁攪拌式オートクレーブに、実施例1で得られた2−シアノ−5−ホルミルビシクロ[2.2.1]ヘプタンおよび2−シアノ−6−ホルミルビシクロ[2.2.1]ヘプタン89.5g(0.6mol)、メタノール89.5g、およびマンガンを含有したコバルト−アルミニウム合金を展開して得たラネーコバルト触媒(コバルト94質量%、 アルミニウム3.5質量%、マンガン2.1質量%)4.5g(乾燥質量)を仕込み、アンモニアガス24.5g(1.44mol)を吹き込んだ。
[2,5−ビスイソシアナトメチル−ビシクロ[2.2.1]ヘプタンおよび2,6−ビスイソシアナトメチル−ビシクロ[2.2.1]ヘプタンの合成]
還流冷却管、攪拌翼、温度計、ガス吹込み管、原料装入管が付属した内容積2リットルの5つ口反応フラスコにオルソジクロロベンゼン958gを装入し、原料槽に実施例2で得られた2,5−ビスアミノメチル−ビシクロ[2.2.1]ヘプタンおよび2,6−ビスアミノメチル−ビシクロ[2.2.1]ヘプタン154.2g(1.0モル)及び、オルソジクロロベンゼン702gを仕込んだ。次に、0.1MPa下にて、反応容器を120℃に昇温後、塩酸吹き込み管より塩酸ガスを43.8g/hrの速度で、原料槽より溶媒で希釈したアミンを、原料装入ポンプにて428.1g/hrの速度で、同時に装入を始め、2時間掛けて全量を装入した。更に塩酸ガスを20g/hrで装入しながら、1時間熟成を行った。反応終了後、次に、塩酸塩反応マスを160℃に昇温後、ホスゲン吹き込み管より,ホスゲンを100g/hr(1.0モル/hr)で吹き込み、温度を保ちながら6時間反応した。反応終了後、窒素にて系内の未反応ホスゲン及び、塩酸ガスをパージし、脱溶媒して、2,5−ビスイソシアナトメチル−ビシクロ[2.2.1]ヘプタンおよび2,6−ビスイソシアナトメチル−ビシクロ[2.2.1]ヘプタンを含む溶液200.9gを得た。更に、減圧下蒸留を行い、純度99.0%の2,5−ビスイソシアナトメチル−ビシクロ[2.2.1]ヘプタンおよび2,6−ビスイソシアナトメチル−ビシクロ[2.2.1]ヘプタンの混合物175.7gを得た。1H−NMRチャートを図3に示す。
[2−シアノ−5−ホルミルビシクロ[2.2.1]ヘプタンおよび2−シアノ−6−ホルミルビシクロ[2.2.1]ヘプタンの合成]
実施例1と同様に触媒マスター液を調整後、内容積0.5リットルのSUS316L製電磁攪拌式オートクレーブに、触媒マスター液0.81g(Rh換算で0.926mg)、参考例の方法で得られたビシクロ[2.2.1]−5−ヘプテン−2−カルボニトリル214.8g(1.8mol)、トリフェニルホスファイト5.656g(18.23mmol)を25℃で攪拌し、Rh触媒調整液221.3gを得た。このとき使用したトリフェニルホスファイト中の塩素原子量を上記分析方法にて測定した結果、160ppm(0.905mg)であった。この量は、ロジウム1重量部に対し1.0重量部であった。
・ロジウム使用量:ビシクロ[2.2.1]−5−ヘプテン−2−カルボニトリル 1molに対して、5ppmmol
反応収率は、96.2モル%であった。
結果を表1に示す。
[2−シアノ−5−ホルミルビシクロ[2.2.1]ヘプタンおよび2−シアノ−6−ホルミルビシクロ[2.2.1]ヘプタンの合成]
実施例1と同様に、触媒マスター液を調整した。次に、内容積0.5リットルのSUS316L製電磁攪拌式オートクレーブに、触媒マスター液0.81g(Rh換算で0.926mg)、参考例の方法で得られたビシクロ[2.2.1]-5-ヘプテン-2-カルボニトリル214.8g(1.8mol)、トリフェニルホスファイト5.656g(18.23mmol)を25℃で攪拌し、Rh触媒調整液221.3gを得た。このとき使用したトリフェニルホスファイト中の塩素原子量を上記分析方法にて測定した結果、260ppm(1.471mg)であった。この量は、ロジウム1重量部に対し1.6重量部であった。
・ロジウム使用量(条件(1)):ビシクロ[2.2.1]-5-ヘプテン-2-カルボニトリル 1molに対して、ロジウムアセチルアセトナトジカルボニルに含まれるロジウムが5ppmmol
結果を表1に示す。
[2−シアノ−5−ホルミルビシクロ[2.2.1]ヘプタンおよび2−シアノ−6−ホルミルビシクロ[2.2.1]ヘプタンの合成]
実施例1と同様に、触媒マスター液を調整した。次に、内容積0.5リットルのSUS316L製電磁攪拌式オートクレーブに、触媒マスター液0.81g(Rh換算で0.926mg)、参考例の方法で得られたビシクロ[2.2.1]-5-ヘプテン-2-カルボニトリル214.8g(1.8mol)、トリフェニルホスファイト5.656g(18.23mmol)を25℃で攪拌し、Rh触媒調整液221.3gを得た。このとき使用したトリフェニルホスファイト中の塩素原子量を上記分析方法にて測定した結果、370ppm(2.093mg)であった。この量は、ロジウム1重量部に対し2.3重量部であった。
・ロジウム使用量:ビシクロ[2.2.1]-5-ヘプテン-2-カルボニトリル 1molに対して、5ppmmol
結果を表1に示す。
Claims (9)
- 前記第8〜10族金属を含む金属化合物が、ロジウム化合物、コバルト化合物、ルテニウム化合物または鉄化合物であることを特徴とする請求項1に記載のアルデヒド化合物の製造方法。
- 前記第8〜10族金属を含む金属化合物が、ロジウム化合物であることを特徴とする請求項1または2に記載のアルデヒド化合物の製造方法。
- 前記第8〜10族金属は、一般式(a1)または(a2)で表される化合物1モルに対して、1〜5ppmモルであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のアルデヒド化合物の製造方法。
- 前記リン化合物は、三価のリン化合物であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載のアルデヒド化合物の製造方法。
- 前記工程における反応系内の塩素分の量が、第8〜10族金属1重量部に対して、0.5重量部以上であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載のアルデヒド化合物の製造方法。
- 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の製造方法によりアルデヒド化合物を製造し、次いで、アンモニアと反応させるとともに、触媒の存在下で水素と反応させる工程を含むことを特徴とするアミン化合物の製造方法。
- 請求項8に記載の製造方法によりアミン化合物を製造し、次いで、カルボニル化剤と反応させる工程を含むことを特徴とするイソシアネート化合物の製造方法。
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