JP5946455B2 - 第二級アミンをアンモニアで直接にアミノ化して第一級アミンにする方法 - Google Patents

第二級アミンをアンモニアで直接にアミノ化して第一級アミンにする方法 Download PDF

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Description

本発明は、場合により多価アルコールおよび/または官能化された第二級アルコールをアンモニアで高い収率で均一系触媒系により直接に一段階でアミノ化して、場合により多価アミンおよび/または官能化された第一級アミンにする化学触媒の液相法に関する。
公知技術水準
酸素を含む官能基から窒素を含む官能基への変換は、数多くの有機化合物を合成するための本質的な変換である。前記の刊行物および技術において、記載された課題を解決するために、一連の古典的な方法が公知である。
この場合、圧倒的多数の刊行物において、第一級アルコールまたは第二級アルコールは、第一級有機アミンまたは第二級有機アミンとの反応にもたらされる。これに反して、反応式1による第一級アミンへの第一級アルコールまたは第二級アルコールとアンモニアとの反応は、特別な方法の条件、触媒を使用することだけ、および若干の僅かなアルコールを用いることだけが記載されている。
Figure 0005946455
あらゆる公知方法の挑戦は、第一級アミンに対してより高い選択性を達成することにあり、それというのも、この第一級アミンは、アンモニアよりも求核性であり、それゆえに、有利に高級アミンの形成下に反応しうるからである。分離されたヒドロキシルのアミノ官能基への変換がほぼ熱的に中性で進行する間に、第二級アミンおよび第三級アミンは、約30kJ/molごとに発熱的に形成され、したがって第一級アミンの形成と比較して熱力学的的にも有利に形成される。
気相中での直接のアミノ化
第一級アミンへのアンモニアを用いる第一級ヒドロキシル基または第二級ヒドロキシル基の一段階での直接の変換は、より低級の、簡単に蒸発可能なアルコールの場合には、専ら気相反応に限定されている。その際に、相応するアルコールは、蒸発され、および適当な条件(圧力、温度、水素圧力および場合により不活性ガス部分圧力)下で主に不均一系触媒で反応にもたらされる。この方法のやり方は、例えば、刊行物の米国特許第4314084号明細書、米国特許第5530127号明細書、米国特許第5932769号明細書、フランス国特許第1347648号明細書、米国特許第3270059号明細書、米国特許第4111840号明細書、米国特許第4123462号明細書、ドイツ連邦共和国特許第1667193号明細書、Fischer他(J.Catal.,1999,182,289−291)またはJenzer他(Catal.Lett.,1999,61,111−114)中に記載されている。たいていの不均一系触媒反応による気相方法の欠点は、より高い温度(400℃まで)およびより高い圧力(300バールまで)を使用することであり、その結果として、所望の第一級アミンとともに、しばしば著量のより高級なアミン、アルケンおよびアルカンが生じる。その上、気相反応の特有な圧力条件および温度条件に相応して、記載された方法では、ただ、損失なしに蒸発および反応させることができる基質が経済的な収率でアミンに変換されることができるにすぎないか、或いはこの場合アミンは、損失なしに縮合または再昇華しうる。従って、このような条件下で分解の影響下にある基質またはその対応するアミンは、刊行物に記載の技術水準で液相合成において反応される。
還元的アミノ化
還元的アミノ化を用いてアルコールから第一級アミンを製出するための、当業者に公知の方法は、ヒドロキシル基を有する炭素原子の酸化状態の変化を伴いうる、多段階のやり方を利用する。これに関して、酸化状態を維持しながら実行される方法に限定されうる。ヒドロキシル基を有する炭素原子の酸化状態を変化させながら(還元的アミノ化)、アルコールは、古典的に、相応するカルボニル化合物への酸化、あとに続く、アミン成分(第一級アミン、第二級アミンまたはアンモニア)との反応によるイミンの形成および引続く、水素での均一系触媒反応によるかまたは不均一系触媒反応による、イミンの還元によって製出されうる。しかし、カルボニル化合物を分離しながらの二段階のやり方は、時間を費やしかつ費用が掛かりすぎる。
特殊な多段階プロセス
ヒドロキシル基を有する炭素原子の酸化段階を維持しながら(直接のアミノ化)、アルコールは、多段階の置換反応によりアミンに変換されうる。中間段階の分離のために費用を掛けることと共に、相応する方法の場合には、これに関連してしばしば使用される、爆発性および毒性のアジドを取り扱うことは、不利な結果をまねく。
ヒドロキシル基を有する炭素原子の酸化段階を維持しながらアルコールを直接にアミノ化するための多段階の作業形式を除外することは、例えば、第一級アルコールとジアルキルアゾジカルボキシレート、ビス−t−ブチルイミノジカーボネートおよび固定化されたトリフェニルホスファンとの順次の反応を意味し、これは、Sun他(Tetrahedron Lett.,2007,48,7745−7746)によれば、トリフルオロ酢酸の添加後に中間段階の早期の分離なしに第一級アミンへの直接の到達を許容する。
Fabiano他(Synlett,1987,1987,190−192)は、同じ目的のためにビス−t−ブチルイミノジカーボネートの代わりに毒性の窒化水素酸を使用する。
アルコールの直接の液相アミノ化
場合により多価の第一級アルコールの直接の一段階での液相アミノ化は、学術的刊行物および特許刊行物において既に長期に亘り記載されている。若干の場合には、記載された方法は、使用されたプロセス条件に基づいて気相法または液相法として明確には分類されえない。170℃の温度および200バールの圧力の場合、ドイツ連邦共和国特許第19507007号明細書によれば、エタノールアミンは、酸化物に担持されたルテニウム触媒でエチレンジアミンにアミノ化されることができ、この場合達成可能な収率は、40%未満に留まる。
一価の、場合により官能化された第一級アミンを、高い収率で相応する一価の、場合により官能化された第一級アルコールから製出することは、Milstein他の論文に記載されている(Angew.Chem.Int.Ed.,2008,47,8661−8664)。この中で、一部は置換された第一級の脂肪族のベンジル系アルコールのヘテロ原子を用いて、過剰のアンモニアとの12〜36時間の反応により、溶剤中で7.5バールおよび135〜180℃の反応温度で直接に一段階のアミノ化を行なうことが記載されている。触媒として、空気安定性のアクリジニルをベースとするピンサー型錯体カルボニルクロロヒドリド−[4,5−(ジ−イソプロピルホスフィノメチルアクリジノ)ルテニウム(II)]が使用され、79〜96%の収率が達成される。
さらに、WO 2010018570には、比較可能な収率を有する、キノリニルをベースとするピンサー型配位子を使用することが記載されている。
2つの刊行物に記載された方法の欠点は、この方法によって専ら第一級アルコールがアミンに変換される可能性があることであり、このことは、予想にも匹敵し、それというのも、第一級アルコールに適した触媒は、第二級アルコールには不適当であることがしばしば記載されているからである。例えば、Beller,M.他,ChemSusChem,2009,2,551−557、は、そこに記載された触媒が選択的にジオールの反応性OH基を変換することを説明している(第一級OH基、その後の第二級OH基;モノ第二級OH基、その後の立体障害第二級OH基)。その上、Baiker他(J.Mol.Catal.A:Chem.,1999,149,197−204)は、第一級ジオールのアミノ化挙動が基質中に存在する別の炭素原子の置換パターンに敏感に依存することを示し、このことから、他方で、第一級アルコールとは全く異なる、第二級アルコールの環境で第一級アルコールに対して官能化する触媒の使用が有望ではないことを証明することが生まれる。
官能化された第二級アルコールに関連して、刊行物には、アルコール基質の鎖長が増加すると、第一級アミンを形成する選択性が減少することが知られている。こうして、Imm他(S.Imm.,S.Baehn,L.Neubert,H.Neumann,M.Beller,Angew.Chem.2010,122(44),8303−8306)は、4−フェニル−2−ブタノールを3−フェニル−2−プロパノールの代わりに均一なRu触媒の存在下でアミノ化した場合に、第一級アミンに対する選択性が76%から58%へ著しく減少することを記載している。同様に、2−ノナノールに対する脂肪族第二級アルコールのアミノ化の際に、低級同族体の2−オクタノールの場合よりも明らかに少ないアミン収率(51.2%)が観察されうる。従って、高級の、場合により付加的に官能化されたアルコールは、こうして高い収率では相応するアミンに変換され得ないことから出発することができる。
アンモニアを用いる官能化された多価アルコールの直接の一段階での液相アミノ化は、専ら不均一系触媒について説明された。エーテル−ジオールジエチレングリコールは、ドイツ連邦共和国特許第3903367号明細書において、二酸化ジルコニウムに担持された、様々なCu−Co−Ni−触媒で液体アンモニアを用いて200℃で30バールの水素雰囲気中でアミノ化された。しかし、反応生成物としてエーテル−ジアミンが分離されるのではなく、単にアミノエトキシエタノールおよびモルホリンが分離された。
ドイツ連邦共和国特許第1570542号明細書の記載によれば、反応が240℃でラニーニッケル触媒の存在下で行なわれる場合には、95.8%までの高い収率でポリエーテルジオール、例えばポリプロピレングリコールが直接に相応するジアミンに変換されうる。しかし、この方法の形式も熱に不安定な、例えば炭水化物に由来する基質には不適当である。
しかし、米国特許第4153581号明細書の記載によれば、Co−Cu−Zn触媒を使用して、既に140℃でポリエーテルアミンを製出することに成功したが、第二級アルコールには、不適当である。
さらに、類似の不均一系触媒反応による方法において、P25の存在下で140〜230℃および200〜300バールの水素圧でのCo−Cr−Mnをベースとする触媒(ドイツ連邦共和国特許第1543377号明細書)、200〜230℃および15〜20バールの水素圧でNi/Al23をベースとする触媒(ルーマニア国特許第63243号明細書)または260〜300℃および200バールの水素圧でアルミノケイ酸カルシウムをベースとする触媒が記載されている。
比較可能な条件下で、アルコールは、ドイツ連邦共和国特許第19859776号明細書(180〜230℃、Cu−CuO/TiO2で)、ドイツ連邦共和国特許第102006061045号明細書(180〜250℃、Ni−Cu/ZrO2で)、ドイツ連邦共和国特許第102006061042号明細書(180〜220℃、Ni−Cu−Ru/ZrO2で)、WO 2008072428(180〜250℃、Ru/ZrO2で)およびWO 2007077903(180〜250℃、Ru/Al23で)中に記載された方法によりアミノ化されるが、しかし、この場合には、付加的に水素雰囲気が必要とされる。
記載された例は、入手が困難で毒性の補助物質を化学量論的に使用しなくともアルコールの活性化を達成する方法が必要であることを明らかにする。その上、直接的な液相アミノ化に適した、これまでの全ての方法の決定的な欠点は、合成順に発生する中間体の取得および場合により必要とされる分離および精製のために、付加的に時間を費やしかつ費用がかかりすぎる作業工程を実行しなければならないことである。
殊に、アンヒドロヘキシトールのアミノ誘導体、例えばイソソルビド、イソマンニドまたはイソイジドは、これまで厄介な方法によってのみ得られることが記載されている。すなわち、WO 2008/145921には、イソソルビドのビス−アミノアルキル誘導体を取得することが記載され、この誘導体は、このイソソルビドからアクリルニトリルの付加および引続く水素化により取得される。
上記方法の際にしばしば必要とされる高い温度とともに、記載された方法のさらなる欠点は、目的化合物を望ましい収率で得ることができるようにするために、高い水素分圧の存在下で作業しなければならないことである。
記述された公知技術水準によれば、場合により多価で第二級の、場合により官能化されたアルコールをアンモニアを用いて、温和な反応条件で高い収率で直接に一段階の、水素を含まない液相アミノ化を行なうことが説明されているプロセスは、公知ではない。
従って、本発明の課題は、少なくとも1つの記載された欠点を回避しかつ経済的に有利に実施可能である、第二級アルコールから出発して第一級アミンを製造する方法を提供することであった。
発明の説明
ところで、意外なことに、アンモニアを用いて請求項1に記載された触媒の存在下で高い収率で第二級アルコールを直接にアミノ化することを可能にする方法であって、その際にアルコールの第二級ヒドロキシル基がアミノ化される上記方法が見い出された。
従って、本発明の対象は、場合により多価の、および/または官能化された、第二級アルコールを、アミノ化すべきヒドロキシル基に対して過剰の化学量論的量のアンモニアを用いて、有利に水素の不在下で直接に均一な触媒反応による液相アミノ化を許容する方法であり、その際に採られたプロセス条件は、殊に熱に不安定な、例えば再生原料から取得されるアルコールの反応も可能にする。
本発明による方法の利点は、反応の際に別の方法で必要とされる、中間体の分離および精製が回避されることである。
さらに、問題の助剤、例えばアジドの使用を回避させることができることである。さらに、他の利点は、本発明による方法によって、カップリング生成物の形成が不用になることである。
さらに、アルコールが溶解された状態で反応にもたらされることは、好ましい。
さらに、1つの利点は、アルコールのアミノ化を中間体または中間生成物の分離および/または精製なしに実現させることができることである。
第一級アミンを製造するための本発明による方法は、以下の工程
A)第二級アルコールの溶液を気相ではなく液相で準備する工程と、
B)前記相を遊離アンモニアおよび/またはアンモニアを放出する少なくとも1つの化合物および均一系触媒と接触させる工程と、場合により
C)方法工程B)において形成される、第一級アミンを分離する工程とを含み、
および
液相の容積対気相の容積の容積比率(VFl/VGas)が方法工程Bにおいて0.25以上、有利に0.3を上廻り、殊に2を上廻り、および/または
第二級アルコールにおけるヒドロキシル基に対して方法工程B)におけるアンモニアは、少なくとも5対1、有利に50対1、特に有利に500対1のモル比で使用されることによって特徴付けられる。
「第一級アミン」の概念は、本発明に関連して、同様にその塩ならびにアミンおよび/またはその塩の混合物であると解釈される。
「第二級アルコール」の概念は、本発明に関連して、少なくとも1個の第二級ヒドロキシ基
(R−CH(OH)−R’、但し、RおよびR’は、Hではないものとする)
を有する有機化合物であると解釈される。
容積比率を算出するために、「気相」とは、反応を包囲する装置の内部容積から液相の容積を差し引くことであると解釈される。
アミノ化すべきOH基を有する炭素原子のCH結合を活性化する状態にある、当業者に知られている全ての均一系触媒は、本発明による方法において使用すべき均一系触媒としてこれに該当する。このような触媒の例は、アルカリ金属アルコキシド、アルミニウムアルコキシドおよびランタニドアルコキシド、貴金属の無機化合物(例えば、[RuCl3 nH2O],IrCl3)、元素のルテニウム(例えば、[RuCl2(PPh33]、[RuH2(PPh34]、Shvo触媒([(η4−C4Ph4CO)Ru(CO32])、[Ru(cod)(cot)]、[(PPh32Ru(CH3CN)3Cl]BPh4、[Ru(p−シメン)Cl22、[Ru(p−シメン)Cl22/DPEホス、[Ru(PPh33(CO)H2]、[Ru3(CO)12]、[Ru3(CO)12]/N−フェニル−2−(PCl2)ピロール、[RuCl2(dmso)4])、ロジウム(例えば、ウィルキンソン触媒([RhCl(PPh33])、[RhH(PPh33])、イリジウム(例えば、[IrCl3(dmso)3]、[CpIrCl22、[Ir(cod)Cl2/(dppp)/Cs2CO3、[IrCl2H(cod)]2、KOH活性化フェナントロリン−インジウム錯体)およびパラジウム([Pd(PPh34]、[PdCl2(dppe)]、[Pd(OAc)2])ならびに別の白金金属および鉄から選択された、1つ以上の貴金属の単金属型または多金属型の、単核または多核の配位化合物を含む。
本発明による方法のさらに好ましい実施態様において、工程B)で、当業者にヒドロホルミル化のための触媒として知られている触媒が使用される。このために、一般式HxyM'y'(CO)znの遷移金属カルボニル化合物が使用されてよく、その際に、n=0(「変性されていないヒドロホルミル化触媒」)またはn≠0(「変性されたヒドロホルミル化触媒」)であることができ、およびその他の点では、x、yおよびzは、整数値を取る。単金属型触媒が使用される場合には、y’は、零であることができるか、または二金属型触媒が使用される場合には、y’は、正の整数値を取ることができる。MおよびM’は、同一でも異なっていてもよい。遷移金属MおよびM’として、ロジウム、コバルト、イリジウム、ルテニウム、オスミウム、白金、パラジウム、鉄、ニッケル、クロム、モリブデンまたはマンガンが使用されてよく、好ましくは、ロジウム、コバルト、イリジウム、ルテニウム、オスミウムまたは白金が使用される。配位子Lは、ホスファン、ホスファンオキシド、ホスファイト、アミン、アミド、イソニトリル、アルサンまたはスチバン(Stibane)の群から選択されることができ、例示的な代表例は、トリフェニルホスファン、トリフェニルホスファンオキシド、トリフェニルホスファントリスルホン酸ナトリウム塩、トリフェニルアミンまたはトリフェニルアルサンである。例示的なヒドロホルミル化触媒は、HCo(CO)4、HCo(CO)3PBu3、HRh(CO)(PR33、Rh4(CO)12、Rh6(CO)16、Rh2(CO)4Cl2、CoRh(CO)7、Co2Rh2(CO)12、HRh(CO)3を含む群から選択されている。
これに関連して、好ましいヒドロホルミル化触媒は、一般式1の少なくとも1つのキサントホス配位子および遷移金属化合物を含む触媒系である。
「キサントホス配位子」の概念は、本発明に関連して一般式1の化合物であると解釈され、
Figure 0005946455
上記式中、
1a、R2a、R3aおよびR4aは、互いに無関係に、同一かまたは異なり、フェニル、t−ブチルおよびイソプロピルを含む群、有利にフェニル、t−ブチルおよびイソプロピルからなる群から選択されており、
Aは、−C(CH32−、−CH2CH2−、−Si(CH32−、−S−、−O−、−C(C(CH32)−を含む群、有利に−C(CH32−、−CH2CH2−、−Si(CH32−、−S−、−O−、−C(C(CH32)−からなる群から選択されている。
好ましくは、R1a=R2a=R3a=R4a=フェニルおよびA=−C(CH32−であるキサントホス配位子が使用される。
遷移金属は、有利にルテニウム、コバルト、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウムおよび白金ならびに別の白金金属および鉄を含む群、有利にルテニウム、コバルト、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウムおよび白金ならびに別の白金金属および鉄からなる群から選択されている。特に有利には、遷移金属は、ルテニウム、イリジウムおよび白金からなる群から選択されており、殊に有利には、ルテニウムおよびイリジウムからなる群から選択されており、殊にルテニウムが選択されている。
触媒を形成する前記元素から選択された組合せに依存して、この触媒は、電荷を有し、この電荷により相応する対イオンの形で形成された塩が使用されうることが言及される。
特に好ましい実施態様において、触媒は、キサンテンをベースとする配位化合物カルボニルクロロヒドリド−[9,9−ジメチル−4,5−ビス(ジフェニルホスフィノ)−キサンテノ]ルテニウム(II)]:
Figure 0005946455
である。
本発明による方法のさらに好ましい実施態様において、工程B)でピンサー型触媒が使用される。
方法工程B)で使用されるピンサー型触媒として、一般式A)の遷移金属の配位金属が使用されてよい。
Figure 0005946455
この場合には、殊にL1が中心原子M(但し、Mは、遷移金属であるものとする)のための配位子として使用される炭素原子またはヘテロ原子、有利に窒素であり、この窒素には、2個の二価の有機基R1およびR2を介して他の配位子L2およびL3が共有結合している、本発明による方法のための触媒が好ましい。
中心原子Mは、有利に、ルテニウム、コバルト、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウムおよび白金を含む群から選択されている。特に有利には、中心原子は、ルテニウム、イリジウムおよびパラジウムからなる群、特に有利にルテニウムおよびイリジウムからなる群から選択されている。
二価の有機基R1およびR2は、互いに無関係に、場合によりさらに置換された、脂肪族、脂環式または芳香族の基体を含んでいてよく、この基体は、配位子L1と一緒に、場合によりこれらの配置および立体配座の点で固定された分子単位をもたらす。この場合、好ましくは、配位子L1は、基R1およびR2が結合しているヘテロ環式基体の一部分である。特に有利には、L1は、アクリジニル基体またはキノリニル基体の窒素原子である。このアクリジニル基体またはキノリニル基体は、1個、2個、3個、4個、5個、6個または7個の置換基を任意の位置に有することができ、前記置換基は、有機基R1および/またはR2と一緒に縮合環化された芳香族単位を形成し、かつ水素、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、ヘテロシクリル基、ヘテロアリール基、アルキルシクロアルキル基、アルキルアリール基、アルキルヘテロシクリル基、アルキルヘテロアリール基、ハロゲン基、ニトロ基、エステル基、アミド基、シアノ基、アルコキシ基、アルキルアミノ基またはアリールアミノ基からなる群から選択されていてよい。好ましい実施態様において、R1、R2およびL1は、4,5−ジメチレンアクリジン基の成分である。
記載された、R1、R2およびL1から形成された単位に共有結合された配位子L2およびL3は、それぞれ、ホスフィン(PRab)、アミン(NRab)、イミン、スルフィド(SRa)、チオール(SH)、スルホキシド(S(=O)Ra)、窒素もしくは硫黄から選択された少なくとも1個の原子を含むヘテロアリール、アルシン(AsRab)、スチビン(SbRab)および構造式
Figure 0005946455
によって表わされたN−ヘテロ環式カルベンを含む群から互いに無関係に選択されている分子の基に含まれている、さらなるヘテロ原子である。
記載された中心金属に配位された配位子L4は、CO、PRabc、NO+、AsRabc、SbRabc、SRab、ニトリル(RaCN)、イソニトリル(RaNC)、N2、PF3、CS、ヘテロアリール(例えば、ピリジン、チオフェン)、テトラヒドロチオフェンまたはN−ヘテロ環式カルベンの群から選択された、一座配位の二電子供与体中に含まれるヘテロ原子である。
Yは、ハロゲン、カルボキシレート、トリフルオロアセテート、スルホネート、トリフルオロメタンスルホネート、シアニド、ヒドロキシド、アルコキシド、イミドの群から選択されたモノアニオン性の配位子であるか、または中性の溶媒和物の分子、例えばNH3、NRabc、RabNSO2cから選択されている。好ましくは、Yは、ハロゲン化物、アセトン、ジアルキルアセトン(例えば、2−ブタノン)、環式ケトン(例えば、シクロヘキサノン)、THF、アニソール、DMSO、アセトニトリル、ジクロロメタン、トルエン、水、ピリジンの群から選択されている。
基R3、R4、R5、Ra、RbおよびRcは、それぞれ互いに無関係に、同一かまたは異なり、アルキル−、シクロアルキル−、アリール−、ヘテロシクリル−、ヘテロアリール−、アルキルシクロアルキル−、アルキルアリール−、アルキルヘテロシクリル−またはアルキルヘテロアルキルの群から選択されている。好ましくは、基R3、R4、R5、Ra、RbおよびRcは、それぞれ互いに無関係に、メチル−、エチル−、イソプロピル−、ブチル−、シクロヘキシル−、シクロペンチル−、フェニル−およびメシチルの中から選択されている。
触媒を形成する前記元素から選択された組合せに依存して、この触媒は、電荷を有し、この電荷により相応する対イオンの形で形成された塩が使用されうることが言及される。
特に好ましい実施態様において、触媒は、アクリジンをベースとする配位化合物カルボニルクロロヒドリド−[4,5−(ジ−イソプロピルホスフィノメチルアクリジノ)ルテニウム(II)]である:
Figure 0005946455
本発明による方法は、第二級アルコールをアンモニアで直接にアミノ化して第一級アミンにするために利用されることができる。好ましくは、方法工程A)で使用されるアルコールは、少なくとも2個の第二級ヒドロキシ基を有する。このポリオールは、有利に、当該ポリオールが蒸発不可能であるかまたはただ不十分に分解されないまま蒸発可能であり、したがって、気相反応には不適当であり、殊にこのアルコールが環式の、有利に多環式の炭素骨格を有することによって特徴付けられている。このように炭素骨格を有するものは、例えば炭水化物、糖、糖アルコール、またはこれらから化学反応(例えば、脱水)によって誘導可能な誘導体、例えばアミノ糖、デスオキシ糖、グリカール、グリシトール、およびC−グリコシドまたはO−グリコシドである。
特に有利に方法工程A)で使用されるアルコールは、2−デカノール、シクロドデカノール、4−フェニル−2−ブタノール、イソソルビド、イソマンニド、イソイジト(Isoidit)、ポリプロピレングリコール、マンニトール、ソルビトール、ガラクチトールおよびアルキルグリコシドからなる群から選択されており、この場合イソマンニド、2−デカノール、シクロドデカノールおよび4−フェニル−2−ブタノールが特に有利に使用される。図1は、特に有利に本発明による方法において使用される第二級アルコールである、1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール3つの異性体から出発して、本発明による方法の使用によって生じる中間体パレットおよび生成物パレットを示す。
本発明による方法は、同じように、カルボキシ基またはエステル基、殊にカルボキシ基を有する第二級アルコールに対して有利に使用することができる。
好ましいカルボキシ基を含む第二級アルコールは、殊にα−ヒドロキシ−カルボン酸およびOH変性された、天然の脂肪酸であり、この場合OH変性された、天然の脂肪酸は、殊に、ヤシ油、核油およびヒマシ油の留分が誘導される、当該脂肪酸の群から選択されている。
このようなカルボキシル基を有するアルコールの例は、2−ヒドロキシプロピオン酸(乳酸)、2−ヒドロキシ−3−メチル−ブタン酸、2−ヒドロキシ−4−メチルメルカプトブタン酸、2−ヒドロキシ−4−メチルペンタン酸、2−ヒドロキシ−3−メチルペンタン酸、2−ヒドロキシ−3−(3−インジル)プロピオン酸、2−ヒドロキシ−3−フェニルプロピオン酸、2−ヒドロキシ−6−アミノ−ヘキサン酸、2−ヒドロキシ−5−グアニジンペンタン酸、2−ヒドロキシ−3−(1H−イミダゾール−4−イル)プロパン酸、2−ヒドロキシ−3−(4−ヒドロキシフェニル)−プロパン酸、2−ヒドロキシ−4−アミノカルボニルブタン酸、2,3−ジヒドロキシブタン酸、2−ヒドロキシペンタン二酸、グリコール酸、2,3−ジヒドロキシプロパン酸、2−ヒドロキシ−3−メルカプトプロパン酸、2−ヒドロキシ−3−アミノカルボニルプロパン酸および2−ヒドロキシコハク酸である。好ましいエステル基を含む第二級アルコールは、殊にヒドロキシカルボン酸のアルキルエステル、殊にメチルエステル、エチルエステル、n−プロピルエステルおよびイソプロピルエステルの群から選択されている。
殊に、アルコールは、OH変性された、天然の脂肪酸のエステルおよびα−ヒドロキシカルボン酸のエステルの群から選択されている。前記種類の化合物の例は、2−ヒドロキシプロピオン酸(乳酸)、2−ヒドロキシ−3−メチル−ブタン酸、2−ヒドロキシ−4−メチルメルカプトブタン酸、2−ヒドロキシ−4−メチルペンタン酸、2−ヒドロキシ−3−メチルペンタン酸、2−ヒドロキシ−3−(3−インジル)プロピオン酸、2−ヒドロキシ−3−フェニルプロピオン酸、2−ヒドロキシ−6−アミノ−ヘキサン酸、2−ヒドロキシ−5−グアニジンペンタン酸、2−ヒドロキシ−3−(1H−イミダゾール−4−イル)プロパン酸、2−ヒドロキシ−3−(4−ヒドロキシフェニル)−プロパン酸、2−ヒドロキシ−4−アミノカルボニルブタン酸、2,3−ジヒドロキシブタン酸、2−ヒドロキシペンタン二酸、グリコール酸、2,3−ジヒドロキシプロパン酸、2−ヒドロキシ−3−メルカプトプロパン酸、2−ヒドロキシ−3−アミノカルボニルプロパン酸および2−ヒドロキシコハク酸のメチルエステル、エチルエステル、n−プロピルエステルおよびイソプロピルエステルである。
例示的に本発明による方法において使用されるアルコール濃度は、0.1〜10000mmol/L、有利に0.1〜1000mmol/L、特に有利に1〜100mmol/Lの範囲内で変動する。
前記方法工程A)で使用される液相は、溶剤によって形成されうるか、またはプロセス条件下で液化されたかまたは超臨界の形で存在する気体、殊にアンモニア、または前記成分から成る混合物よって形成されうる。
これに関連して、溶剤として、水、または有機溶剤もしくは同じこれらの混合物が使用されてよく、前記混合物は、均一な溶液であってよいし、または乳濁液であってもよい。特に好ましいのは、少なくとも1つの有機溶剤の使用である。限定とみなすべきではない、適当な有機溶剤の選択は、ベンゼン、トルエン、キシレン異性体、メシチレン、ジオキサン、THF、ジメトキシエタン、アニソールおよびシクロヘキサンを含む。
方法工程Bにおいて使用されるアンモニアまたはアンモニアを放出する化合物として、本発明に関連して、殊に液体アンモニアもしくは超臨界のアンモニアおよび/または溶剤中のアンモニウム塩の溶液(例えば、水中の水酸化アンモニウムも)が解釈される。
好ましくは、方法工程Bにおいて、遊離アンモニアとして気体アンモニアまたは液体アンモニアが使用される。
好ましい実施態様において、方法工程Bは、大気圧に対して過圧で実施される。本発明による方法における例示的な圧力は、1〜1000バール、有利に5〜500バール、特に有利に5〜100バール、殊に有利に20〜50バールの範囲内にある。この圧力は、アンモニアおよび/または他のガス、殊に不活性ガス、例えば窒素またはアルゴンを圧入することによって形成されることができ、この場合には、2つのガスのガス混合物による圧力の形成が好ましい。
本発明による方法において説明される、方法工程Bにおける温度は、熱負荷に基づいて副生成物の形成を導く、第二級アルコール、第一級アミンおよび当該方法の経過中に生じる全ての他の中間体の分解反応が最小に制限される範囲内で変動する。例示的にこの温度は、液相中で測定した、80〜220℃、有利に100〜200℃、特に有利に120〜170℃の範囲内で変動する。
本発明によれば、前記方法が水素の不在で実施されることは、好ましく、その際に水素の不在とは、水素が付加的にも反応に全く供給されないことと解釈され、場合によっては、空気中に含まれる、微少量の水素、または反応条件下で基質から形成される水素は、本発明の範囲内で「水素の不在で」と見なされる。
ジアンヒドロヘキシトールの直接のアミノ化を示す略図。
例1:不均一系触媒でアンモニアを用いるイソマンニドの直接の一段階でのアミノ化、比較例
プロペラミキサーおよび内部冷却蛇管を備えた高圧反応器中に、イソマンニド1.45g(10mmol)およびNi/Al23をベースとする触媒2.78gを装入し、この閉鎖された、気密な反応器中で室温で窒素で洗浄する。その後に、25分間内で液体アンモニア250ml(10mol)を供給し、この反応混合物を段階的に最初に150℃(140バール)に加熱し、次に185℃(260バール)に加熱する。90分の反応時間後に、この反応器を冷却し、放圧し、反応混合物をエタノール中に吸収し、および濾過する。元素状ニッケルをベースとする触媒を用いると、イソマンニドの反応は、全く観察することができない。
例2:一座配位の配位子の配位化合物でアンモニアを用いるイソマンニドの直接の一段階でのアミノ化(VFl/VGas=0.35、本発明による実施例)
アルゴン雰囲気下に、イソマンニド1.461g(10mmol)、[Ru(p−cym)Cl222CO20.1mmolおよび溶剤としての2−メチル−2−ブタノール25mlを、100mlのHastelloy−オートクレーブのガラスインサート中に供給する。このオートクレーブを閉鎖し、3回それぞれ20バールのアルゴンへと加圧し、および放圧し、再び15バールのアルゴンへと加圧する。その後に、アンモニア235.2mmolを前記オートクレーブ中に注入する(全部でVFl/VGas=0.35に相当する)。この反応混合物を室温で10分間攪拌し(600rpm)、引続き撹拌下に140℃に加熱し、およびこの温度で24時間維持する。室温へ冷却し、バッチ量を注意深く放圧し、3回20バールのアルゴンへと加圧し、および次に放圧した後、前記オートクレーブを開放し、反応混合物を珪藻土を通して濾過し、濾液を溶剤の除去のために真空中でロータリーエバポレーターで蒸発濃縮する。相応するモノアミノアルコールの形成が検出された。
例3:ルテニウム−ピンサー型錯体でアンモニアを用いる2−ドデカノールの直接の一段階でのアミノ化(VFl/VGas=0.3、本発明による)
アルゴン雰囲気下に、2−ドデカノール1.863g(10mmol)、触媒としてのカルボニルクロロヒドリド−[4,5−(ジ−イソプロピルホスフィノメチルアクリジノ)ルテニウム(II)]0.030g(0.05mmol)および溶剤としての2−メチル−2−ブタノール25mlを、100mlのHastelloy−オートクレーブのガラスインサート中に供給する。このオートクレーブを閉鎖し、3回それぞれ20バールのアルゴンへと加圧し、および放圧し、再び15バールのアルゴンへと加圧する。その後に、液体アンモニア2g(117.6mmol)をオートクレーブ中に注入する(全部でVFl/VGas=0.3に相当する)。この反応混合物を室温で10分間攪拌し(600rpm)、引続き撹拌下に170℃の内部温度に加熱し、およびこの温度で48時間維持する。室温へ冷却し、バッチ量を注意深く放圧し、3回20バールのアルゴンへと加圧し、および次に放圧した後、前記オートクレーブを開放し、反応混合物を珪藻土を通して濾過し、濾液を溶剤の除去のために真空中でロータリーエバポレーターで蒸発濃縮する。得られた粗製生成物をクーゲルロール蒸溜により真空中で精製する。2−ドデシルアミン1.241gが得られる(収率:理論値に対して67%;沸騰範囲:11ミリバールでの空気浴温度170〜180℃)。
例4:ルテニウム−ピンサー型錯体でアンモニアを用いるシクロドデカノールの直接の一段階でのアミノ化(VFl/VGas=0.3、本発明による)
アルゴン雰囲気下に、シクロドデカノール1.843g(10mmol)、触媒としてのカルボニルクロロヒドリド−[4,5−(ジ−イソプロピルホスフィノメチルアクリジノ)ルテニウム(II)]0.030g(0.05mmol)および溶剤としての2−メチル−2−ブタノール25mlを、100mlのHastelloy−オートクレーブのガラスインサート中に供給する。このオートクレーブを閉鎖し、3回それぞれ20バールのアルゴンへと加圧し、および放圧し、再び15バールのアルゴンへと加圧する。その後に、液体アンモニア2g(117.6mmol)をオートクレーブ中に注入する(全部でVFl/VGas=0.3に相当する)。この反応混合物を室温で10分間攪拌し(600rpm)、引続き撹拌下に170℃の内部温度に加熱し、およびこの温度で48時間維持する。室温へ冷却し、バッチ量を注意深く放圧し、3回20バールのアルゴンへと加圧し、および次に放圧した後、前記オートクレーブを開放し、反応混合物を珪藻土を通して濾過し、濾液を溶剤の除去のために真空中でロータリーエバポレーターで蒸発濃縮する。得られた粗製生成物をクーゲルロール蒸溜により真空中で精製する。シクロドデシルアミン1.427gが得られる(収率:理論値に対して78%;沸騰範囲:6ミリバールでの空気浴温度175〜180℃)。
例5:ルテニウム−ピンサー型錯体でアンモニアを用いる4−フェニル−2−ブタノールの直接の一段階でのアミノ化(VFl/VGas=0.3、本発明による)
アルゴン雰囲気下に、4−フェニル−2−ブタノール1.502g(10mmol)、触媒としてのカルボニルクロロヒドリド−[4,5−(ジ−イソプロピルホスフィノメチルアクリジノ)ルテニウム(II)]0.030g(0.05mmol)および溶剤としての2−メチル−2−ブタノール25mlを、100mlのHastelloy−オートクレーブのガラスインサート中に供給する。このオートクレーブを閉鎖し、3回それぞれ20バールのアルゴンへと加圧し、および放圧し、再び15バールのアルゴンへと加圧する。その後に、液体アンモニア2g(117.6mmol)をオートクレーブ中に注入する(全部でVFl/VGas=0.3に相当する)。この反応混合物を室温で10分間攪拌し(600rpm)、引続き撹拌下に170℃の内部温度に加熱し、およびこの温度で48時間維持する。室温へ冷却し、バッチ量を注意深く放圧し、3回20バールのアルゴンへと加圧し、および次に放圧した後、前記オートクレーブを開放し、反応混合物を珪藻土を通して濾過し、濾液を溶剤の除去のために真空中でロータリーエバポレーターで蒸発濃縮する。得られた粗製生成物をクーゲルロール蒸溜により真空中で精製する。4−フェニル−2−ブチルアミン0.945gが得られる(収率:理論値に対して63%;沸騰範囲:8ミリバールでの空気浴温度135〜140℃)。
例6:Ru−ピンサー型錯体でアンモニアを用いるイソマンニドの直接の一段階でのアミノ化(本発明による、VFl/VGas=0.35)
アルゴン雰囲気下に、イソマンニド1.461g(10mmol)、触媒としてのカルボニルクロロヒドリド−[4,5−(ジ−イソプロピルホスフィノメチルアクリジノ)ルテニウム(II)]0.061g(0.1mmol)および溶剤としての2−メチル−2−ブタノール25mlを、100mlのHastelloy−オートクレーブのガラスインサート中に供給する。このオートクレーブを閉鎖し、3回それぞれ20バールのアルゴンへと加圧し、および放圧し、再び15バールのアルゴンへと加圧する。その後に、液体アンモニア4g(235.2mmol)をオートクレーブ中に注入する(全部でVFl/VGas=0.35に相当する)。この反応混合物を室温で10分間攪拌し(600rpm)、引続き撹拌下に170℃の内部温度に加熱し、およびこの温度で48時間維持する。室温へ冷却し、バッチ量を注意深く放圧し、3回20バールのアルゴンへと加圧し、および次に放圧した後、前記オートクレーブを開放し、反応混合物を珪藻土を通して濾過し、濾液を溶剤の除去のために真空中でロータリーエバポレーターで蒸発濃縮する。得られた粗製生成物をクーゲルロール蒸溜により真空中で精製する。ジアミンジアミノイソマンニドとジアミノイソソルビドとジアミノイソイジドとの50:41:9の比の混合物1.290gが得られる(収率:理論値に対して90%;沸騰範囲:10ミリバールでの空気浴温度185〜190℃)。
例7:均一ルテニウム触媒でアンモニアを用いるトリプロピレングリコールの直接の一段階でのアミノ化(本発明による、VFl/VGas=0.3)
アルゴン雰囲気下に、トリプロピレングリコール0.961g(5mmol)、触媒としてのカルボニルクロロヒドリド−[4,5−(ジ−イソプロピルホスフィノメチルアクリジノ)ルテニウム(II)]0.0305g(0.05mmol)および溶剤としての2−メチル−2−ブタノール25mlを、100mlのHastelloy−オートクレーブのガラスインサート中に供給する。このオートクレーブを閉鎖し、3回それぞれ20バールのアルゴンへと加圧し、および放圧し、再び15バールのアルゴンへと加圧する。その後に、液体アンモニア2g(2.95ml;117mmol)をオートクレーブ中に注入する(全部でVFl/VGas=0.3に相当する)。この反応混合物を室温で10分間攪拌し(600rpm)、引続き撹拌下に170℃の内部温度に加熱し、およびこの温度で48時間維持し、その際に45バールの圧力が生じる。室温へ冷却し、バッチ量を注意深く放圧し、3回20バールのアルゴンへと加圧し、および次に放圧した後、前記オートクレーブを開放し、反応混合物を珪藻土を通して濾過し、濾液を溶剤の除去のために真空中でロータリーエバポレーターで蒸発濃縮する。得られた粗製生成物をクーゲルロール蒸溜により真空中で精製する。トリプロピレングリコールのジアミンが理論値に対して91%の収率で得られる、沸騰範囲:10ミリバールでの空気浴温度90〜95℃)。
例8:均一ルテニウム触媒でトリプロピレングリコールの直接の一段階でのアミノ化(本発明によらない、VFl/VGas=0.17)
アルゴン雰囲気下に、トリプロピレングリコール0.4805g(2.5mmol)、触媒としてのカルボニルクロロヒドリド−[4,5−(ジ−イソプロピルホスフィノメチルアクリジノ)ルテニウム(II)]0.01525g(0.025mmol)および溶剤としての2−メチル−2−ブタノール12.5mlを、100mlのHastelloy−オートクレーブのガラスインサート中に供給する。このオートクレーブを閉鎖し、3回それぞれ20バールのアルゴンへと加圧し、および放圧し、再び15バールのアルゴンへと加圧する。その後に、液体アンモニア1g(1.475ml;58.8mmol)をオートクレーブ中に注入する(全部でVFl/VGas=0.17に相当する)。この反応混合物を室温で10分間攪拌し(600rpm)、引続き撹拌下に170℃の内部温度に加熱し、およびこの温度で48時間維持し、その際に45バールの圧力が生じる。室温へ冷却し、バッチ量を注意深く放圧し、3回20バールのアルゴンへと加圧し、および次に放圧した後、前記オートクレーブを開放し、反応混合物を珪藻土を通して濾過し、濾液を溶剤の除去のために真空中でロータリーエバポレーターで蒸発濃縮する。得られた粗製生成物をクーゲルロール蒸溜により真空中で精製する。トリプロピレングリコールのジアミンが理論値に対して90%の収率で得られる。
例9:均一ルテニウム触媒でアンモニアを用いる2−オクタノールの直接の一段階でのアミノ化(圧力およびVFl/VGasの変動)
アルゴン雰囲気下に、2−オクタノールmOg、触媒としての[カルボニルクロロヒドリドトリス−(トリフェニルホスファン)ルテニウム(II)]mRug、キサントホスmPgおよび溶剤としての2−メチル−2−ブタノールVLMmlを、314mlのHastelloy−オートクレーブのガラスインサート中に供給する。このオートクレーブを閉鎖し、5バールの窒素へと加圧し、放圧し、および−70℃へ冷却する。その後に、液体アンモニアmAgを凝縮濃縮し、反応器を再び室温へ加熱し、および窒素pバールへと加圧する。この反応混合物を室温で10分間攪拌し(600rpm)、引続き撹拌下に170℃の内部温度に加熱し、およびこの温度で48時間維持する。室温へ冷却し、バッチ量を注意深く放圧し、ならびに5バールの窒素へと加圧し、および次に放圧した後、前記オートクレーブを開放し、反応混合物をガスクロマトグラフィーにより分析する。反応パラメーターならびに所望の第一級アミン2−オクチルアミンに対する変換率および選択性は、第1表中に記載されている。結果は、目的生成物に対する選択性が比VFl/VGasの増加によって上昇しうるのと同様に圧力の増加によっても上昇し得、ならびに同時に双方のパラメーターの増加によっても上昇しうることを示す。
Figure 0005946455

Claims (9)

  1. 第一級アミンを製造するための方法であって、以下の方法工程
    A)第二級アルコールの溶液を気相ではなく液相で準備する工程と、
    B)前記相を遊離アンモニアおよび/またはアンモニアを放出する少なくとも1つの化合物および均一系触媒と接触させる工程と、場合により
    C)方法工程B)において形成される、第一級アミンを分離する工程とを含む前記方法において、
    液相の容積対気相の容積の容積比率が方法工程Bにおいて0.25以上であり、および、
    第二級アルコールにおけるヒドロキシル基に対して方法工程B)におけるアンモニアは、少なくとも5対1のモル比で使用され、
    均一系触媒として、ヒドロホルミル化触媒である、一般式1
    Figure 0005946455
    〔式中、R1a、R2a、R3aおよびR4aは、互いに無関係に同一かまたは異なり、フェニル、t−ブチル、イソプロピルを含む群から選択され、およびAは、−C(CH32−、−CH2CH2−、−Si(CH32−、−S−、−O−、−C(C(CH32)−を含む群から選択される〕で示される少なくとも1つのキサントホス配位子および遷移金属化合物を含む触媒系が使用されるか、または、
    均一系触媒として少なくとも1つのピンサー型触媒である、一般構造式A)
    Figure 0005946455
    〔式中、
    Mは、遷移金属であり、
    1は、中心原子Mに対する配位子として使用されるヘテロ原子であり、
    2およびL3は、それぞれ、互いに無関係に、ホスフィン(PRab)、アミン(NRab)、イミン、スルフィド(SRa)、チオール(SH)、スルホキシド(S(=O)Ra)、窒素もしくは硫黄から選択された少なくとも1個の原子を含むヘテロアリール、アルシン(AsRab)、スチビン(SbRab)および構造式
    Figure 0005946455
    によって表わされたN−ヘテロ環式カルベンを含む群から選択されている、分子の基に含まれている他のヘテロ原子であり、
    4は、CO、PRabc、NO+、AsRabc、SbRabc*、SRab、ニトリル(RaCN)、イソニトリル(RaNC)、N2、PF3、CS、ヘテロアリール、テトラヒドロチオフェンまたはN−ヘテロ環式カルベンの群から選択された、一座配位の二電子供与体中に含まれるヘテロ原子であり、
    Yは、ハロゲン、カルボキシレート、トリフルオロアセテート、スルホネート、トリフルオロメタンスルホネート、シアニド、ヒドロキシド、アルコキシド、イミドの群から選択されたモノアニオン性の配位子であるか、または中性の溶媒和物の分子であり、
    1およびR2は、二価の有機基であり、および
    3、R4、R5、Ra、RbおよびRcは、それぞれ互いに無関係に、アルキル−、シクロアルキル−、アリール−、ヘテロシクリル−、ヘテロアリール−、アルキルシクロアルキル−、アルキルアリール−、アルキルヘテロシクリル−またはアルキルヘテロアルキルの群から選択されている〕で示される、遷移金属の少なくとも1つの配位化合物が触媒として使用される、
    ことを特徴とする、前記方法。
  2. 方法工程A)において使用されるアルコールは、少なくとも2個の第二級ヒドロキシ基を有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 方法工程A)において使用されるアルコールは、環式または多環式の炭素骨格を有することを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
  4. 方法工程A)において使用されるアルコールは、2−ドデカノール、シクロドデカノール、4−フェニル−2−ブタノール、イソソルビド、イソマンニド、イソイジト、ポリプロピレングリコール、マンニトール、ソルビトール、ガラクチトールおよびアルキルグリコシドからなる群から選択されていることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  5. 方法工程A)において使用されるアルコールは、α−ヒドロキシ−カルボン酸およびOH変性された、天然の脂肪酸から選択されていることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
  6. 方法工程B)において、液体アンモニアもしくは超臨界のアンモニアおよび/または溶剤中のアンモニウム塩の溶液が使用されることを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項に記載の方法。
  7. 方法工程B)は、過圧で実施されることを特徴とする、請求項1から6までのいずれか1項に記載の方法。
  8. 方法工程B)が80〜220℃の温度範囲内で実施されることを特徴とする、請求項1から7までのいずれか1項に記載の方法。
  9. 均一系触媒として、カルボニルクロロヒドリド−[4,5−(ジ−イソプロピルホスフィノメチルアクリジノ)ルテニウム(II)]が使用されることを特徴とする、請求項1から8までのいずれか1項に記載の方法。
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