JP6303570B2 - 二環式アミン化合物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は二環式アミン化合物の製造方法に関する。

二環式アミン化合物は、例えば、医農薬中間体、有機合成用触媒、化学吸着剤、抗菌剤等に有用な化合物として知られている。

このような化合物の製造方法として、本件出願人は、下記式

［上記式中、Ｒ_１〜Ｒ_８は各々独立して、水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、水酸基、ヒドロキシメチル基、又は炭素数１〜４のアルコキシ基を表す。また、Ｘは炭素原子又は窒素原子を表し、Ｙは水素原子、アルキル基、水酸基、又は炭素数１〜４のヒドロキシアルキル基を表す。］
で示される化合物を、固体触媒存在下、気相中で分子内脱水させ、下記式

［上記式中、Ｙ、Ｒ_１〜Ｒ_８は前記と同じ定義である。］
で示される二環式アミン化合物を製造する方法であって、上記固体触媒として、下記式

［上記式中、ＡはＳｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ及びＺｒからなる群より選ばれる１種又は２種以上の元素を表し、Ｍはアルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元素を表し、Ｐはリンを表し、Ｏは酸素を表す。添字ａ〜ｄは各元素のモル数を表し、ｂ／ａ＝０．００１〜０．３（モル比）、ｃ／ａ＝０．００１〜０．３（モル比）であって、ｄは各原子の結合状態によって任意に取り得る値を表す。ただし、Ａが２種以上の元素を表す場合には、添字ａはそのモル数が最も大きい元素のモル数を表す。］
で示される無機酸化物を用いることを特徴とする製造方法について、既に特許出願している（特許文献１参照）。

気相反応によって生成したガス状の二環式アミン類は、通常、一度冷却する事で捕集され、その後、例えば、再結晶法又は蒸留法によって精製される。しかしながら、再結晶法については、高純度の製品が得られるものの、母液への残存量が多く、複数回の操作が必要であることや、再結晶溶媒のリサイクルが必要であることから効率的でない。また、蒸留法では、蒸留時に二環式アミン自体若しくは不純物の熱分解、又は副反応によって製品の色相が悪化するという課題がある。

製品の色相を改善する一般的な手段として、例えば、温度や圧力等の蒸留条件の改良、又は酸化防止剤等の添加剤を用いる方法が知られている（例えば、特許文献２、３参照）。しかしながら、蒸留条件改良については機器等の制約があること、また添加剤については、それ自身が製品に悪影響を与える可能性があり、未だ改善の余地が残されていた。

特開２０１２−１４９０４８号公報 特開２００３−１１３１７１号公報 特開２００７−４５７９５号公報

本発明は、上記の背景技術に鑑みてなされたものであり、その目的は二環式アミン化合物の色相を改善し、効率的に得ることのできる製造方法を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下に示すとおりの二環式アミン化合物の製造方法である。

［１］下記式（１）

［上記式（１）中、Ｘはアミノ基又は水酸基を表し、Ｙは水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、又は炭素数１〜４のヒドロキシアルキル基を表し、Ｒ_１〜Ｒ_８は各々独立して、水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、ヒドロキシアルキル基、又は水酸基を表す。］
で示される化合物を、固体触媒存在下、気相中で反応させ、下記式（２）

［上記式（２）中、Ｙ、Ｒ_１〜Ｒ_８は前記と同じ定義である。］
で示される二環式アミン化合物を製造する反応工程、反応工程で得られた反応液を気液分離装置に供給し、１４０℃以上３００℃以下の温度で気液分離する気液分離工程、及び気液分離工程で得られた気体を凝集後、蒸留精製する蒸留工程を含む二環式アミン化合物の製造方法。

［２］上記式（１）において、Ｙが水素原子、アミノメチル基、又はヒドロキシメチル基である上記［１］に記載の二環式アミン化合物の製造方法。

［３］上記式（１）において、Ｙが水素原子、又はヒドロキシメチル基である上記［１］に記載の二環式アミン化合物の製造方法。

［４］上記式（１）において、Ｘが水酸基である上記［１］乃至［３］のいずれかに記載の二環式アミン化合物の製造方法。

［５］上記式（１）において、Ｒ_１〜Ｒ_８が水素原子である上記［１］乃至［４］のいずれかに記載の二環式アミン化合物の製造方法。

［６］気液分離を、１８０℃以上３００℃以下の温度で行う上記［１］乃至［５］のいずれかに記載の二環式アミン化合物の製造方法。

［７］気液分離を、１８０℃以上２６０℃以下の温度で行う上記［１］乃至［６］のいずれかに記載の二環式アミン化合物の製造方法。

本発明の製造方法によれば、従来法に比べ色相を改善された二環式アミン化合物を、効率的に得ることができる。

本発明の二環式アミンの製造方法は、
（１）上記式（１）で示される化合物を、固体触媒存在下、気相中で反応させ、上記式（２）で示される二環式アミン化合物を製造する反応工程、
（２）反応工程で得られた反応液を気液分離装置に供給し、１４０℃以上３００℃以下の温度で気液分離する気液分離工程、及び
（３）気液分離工程で得られた気体を凝集後、蒸留精製する蒸留工程
を含むことをその特徴とする。

まず、本発明の反応工程について説明する。

上記式（１）及び（２）において、Ｘはアミノ基、又は水酸基を表し、Ｙは水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、又は炭素数１〜４のヒドロキシアルキル基を表し、Ｒ_１〜Ｒ_８は各々独立して、水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、ヒドロキシアルキル基、又は水酸基を表す。

上記式（１）で示される化合物としては、例えば、以下に示される化合物１〜６を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。

また、上記式（２）で示される二環式アミン化合物の具体例としては、例えば、以下に示される化合物７〜１０を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。

反応工程において使用される固体触媒として、例えば、無機酸化物が用いられる。無機酸化物としては、特に限定するものでは無いが、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、アルミノシリケート、ゼオライト、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム等が用いられる。

また別の触媒として、例えば、金属リン酸塩も使用できる。金属リン酸塩としては、特に限定するものでは無いが、例えば、リン酸、亜リン酸、次亜リン酸などの金属塩が挙げられる。リン酸と塩を形成する金属としては、例えば、ナトリウム、カリウム、リチウム、カルシウム、バリウム、マグネシウム、アルミニウム、ランタン、チタン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ジルコニウム、パラジウム、銀、スズ、鉛などが挙げられる。

上記の酸化物、又は金属リン酸塩は、単独で使用することも可能であるが、２種類以上を組合わせて使用することができ、さらにこれらに対して酸成分、塩基成分、又はこれらの両方の成分を担持させて使用することも可能である。

酸成分としては、特に限定されるものではないが、例えば、硫酸、リン酸、ホウ酸、ヘテロポリ酸等が挙げられる。

塩基成分としては、特に限定されるものではないが、例えば、Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ、Ｃｅ、Ｌａ等が挙げられる。

このような塩基成分の原料としては、特に限定されるものではないが、例えば、それらの酸化物、水酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩等が挙げられる。

本発明において、固体触媒の調製法は特に限定されるものではなく、一般的に行われる調製法が取られる。例えば、上記した固体触媒の原料を水中に溶解又は懸濁させて、攪拌、加熱、濃縮、乾燥後、成型し、更に焼成を経て固体触媒とする方法等が挙げられる。

本発明において、固体触媒の焼成は、特に限定するものではないが、空気又は窒素雰囲気下で行えばよい。

本発明においては、反応工程は気相、固定床流通式で行われる。

反応工程においては、希釈ガスとして、窒素、アルゴン、水素、アンモニア、水蒸気又は炭化水素ガスを用いることができる。

これらの希釈ガスは任意の量で使用でき、特に限定するものではないが、反応基質／希釈ガスのモル比は０．０１〜１の範囲とすることが好ましい。

反応工程においては、反応温度は通常２００〜５００℃の範囲である。

次に、本発明の気液分離工程について説明する。

本発明において、反応工程で発生したガス状の二環式アミン化合物は、所定の温度にて高沸点成分（以降、「タール分」と表記する。）を液化させた後、気液分離装置に供される。タール分を予め除去することで、蒸留中の副反応による色相悪化が低減されるため、酸化防止剤等の添加物を用いることなく製品の色相が改善される。

気液分離工程においては、反応工程で得られた反応液を気液分離装置に供給し、１４０℃以上３００℃以下の温度で気液分離することが肝要である。具体的には、気液分離装置内部の温度を１４０℃以上３００℃以下として、気液分離を行えばよい。３００℃を超える高い温度領域では、タール分が十分に液化せず、次の蒸留工程へ供されてしまうため、色相悪化の原因となる。逆に、１４０℃より低い温度領域では、目的とする二環式アミン化合物が液化し、気液分離装置にトラップされるため、工程収率が低下する。

気液分離工程において、気液分離の温度を、１８０℃以上３００℃以下とすることで工程収率がさらに向上し、１８０℃以上２６０℃以下とすることで目的とする二環式アミン化合物の色相がさらに向上する。

気液分離装置の方式としては、特に限定するものではないが、例えば、ノックアウト（ＫＯ）ドラム方式、サイクロン方式、デミスターメッシュ方式等が採用される。タール分の捕集効率や機器サイズの面から、デミスターメッシュ方式が好ましい。

気液分離装置のサイズ、及び通過ガスの流速としては、液滴の補修効率が十分であり、且つ生じる圧力損失が連続運転に支障なければ、特に限定されるものではない。

本発明においては、装置の閉塞による運転停止を回避する為、気液分離装置内に洗浄ラインを備えていてもよい。洗浄溶媒としては、特に限定されるものではないが、水、メタノール、エタノール、イソプロパノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポルプロピレングリコール、アセトン、ＴＨＦ、ヘキサン、トルエン等が挙げられる。

次に、本発明の蒸留工程について説明する。

気液分離装置から採取したガス状の二環式アミン化合物は、凝縮器、冷却管等により凝集され、その後、常圧蒸留によって低沸点副生物と分離される。続いて、釜残を減圧蒸留することで、高沸点副生物と分離される。

蒸留に用いる蒸留装置は特に制限されず、回分式蒸留装置、連続式蒸留装置、塔型式蒸留装置などの公知の蒸留装置を使用することができる。工業的に大量に蒸留する場合には、加熱器、精留塔および凝縮器からなる連続精留装置を使用するのが好ましい。

上記方法によって、気液分離を行わない従来法よりも色相の良い二環式アミン化合物を効率よく得ることが出来る。

本発明を以下の実施例により更に詳細に説明する。

実施例１ 上記式（２）において、Ｙ及びＲ_１〜Ｒ_８が水素原子である二環式アミン（沸点１７４℃）の製造．
［反応工程］
原料として、上記式（１）において、Ｘがアミノ基、Ｙが水素原子、Ｒ_１〜Ｒ_８が水素原子であるアミノエチルピペラジン（市販品）を使用して、１０重量％水溶液を調製した。ＳＵＳ製反応管に、触媒保持剤としてのセラミックボールと、固体触媒としてＨ型ゼオライト（ＺＳＭ−５）の成型体２００ｃｃを充填した後、原料水溶液を３．０ｃｃ／ｍｉｎ供給し、触媒層温度を３８０℃として反応させた。

［気液分離工程］
反応管の出口には、内部にデミスターメッシュ（Ｈ−ＳＴＹＬＥ：日本メッシュ工業社製）を充填したＳＵＳ製の気液分離装置を設置し、その装置温度を表１の温度範囲で調整した。気液分離装置の内部温度は、１４０℃以上３００℃以下に設定した。

［蒸留工程］
気液分離装置から採取したガス状の前記二環式アミン化合物を、冷却管を通して凝集させ、常圧蒸留によって水及び低沸点副生物を除去した。続いて、圧力５ｍｍＨｇ、釜底温度２１０〜２３５℃、還流比５で蒸留を行い、目的物を採取した。気液分離装置の内部温度毎の二環式アミン化合物の収率及びガードナー色数を表１に示す。

目的物の定量は、ガスクロマトグラフィーを用いた内部標準法にて行った。色度の評価は、得られた二環式アミン化合物を５０重量％のメタノール溶液とした上で、ｃｏｌｏｒ ｍｅｔｅｒ Ｚｅ６０００（日本電色工業社製）を用いて行った。

比較例１．
実施例１において、気液分離装置の内部温度を１２０℃、３３０℃にした場合、及び気液分離操作を行わない場合の収率、及びガードナー色数を、表１に併せて示す。

実施例２ 上記式（２）において、Ｙ及びＲ_１〜Ｒ_８が水素原子である二環式アミン（沸点１７４℃）の製造．
原料として、上記式（１）においてＸが水酸基、Ｙが水素原子、Ｒ_１〜Ｒ_８が水素原子である市販のヒドロキシエチルピペラジンを使用し、触媒としてリン酸アルミニウム成型体２００ｃｃを用いた以外は、実施例１と同様の手法で目的物を採取し、定量し、色度の評価を行った。気液分離装置の内部温度毎の二環式アミン化合物の収率及びガードナー色数を表２に示す。

比較例２．
実施例２において、気液分離装置の内部温度を１２０℃、３３０℃にした場合、及び気液分離操作を行わない場合の収率、及びガードナー色数を、表２に併せて示す。

調製例１ Ｎ−（２，３−ジヒドロキシプロピル）ピペラジンの合成．
２００ｍｌの三口フラスコに、ピペラジン８６．１ｇ（１．０モル）、溶媒としてメタノール１００ｍｌを仕込み、窒素雰囲気下でグリシドール２２．２ｇ（０．３モル）を４時間かけて滴下した。三口フラスコをオイルバス中に保持することで、反応液の温度を６０℃に保った。グリシドールの滴下終了後、単蒸留により反応液中の溶媒であるメタノール、未反応のピペラジンを留去した。生成物を真空乾燥することで、白色粘調固体４５．２ｇが得られた。この物質が、Ｎ−（２，３−ジヒドロキシプロピル）ピペラジンであることは、ガスクロマトグラフィー質量分析及び核磁気共鳴分析によって確認した。

調製例２ 気相反応用触媒の調製．
触媒担体として非晶質の乾式シリカ（ｏｘ−５０、日本アエロジル社製）２００ｇを水５００ｍｌと混合しスラリー溶液とし、硝酸セシウム６４．９ｇ、リン酸水素二アンモニウム２６．４ｇを混合し分散させた後、エバポレーター用いて蒸発乾固させ白色固体を得た。この固体を圧縮成型し、窒素雰囲気の下マッフル炉で６００℃、４時間焼成し、２．５〜３．５メッシュに分砕して気相反応用触媒を得た。

実施例３ 上記式（２）において、Ｙが炭素数１のヒドロキシアルキル基、Ｒ_１〜Ｒ_８が水素原子である二環式アミン（沸点１８０℃）の製造．
原料として、調製例１で得られた、上記式（１）において、Ｘが水酸基、Ｙが炭素数１のヒドロキシアルキル基、Ｒ_１〜Ｒ_８が水素原子であるＮ−（２，３−ジヒドロキシプロピル）ピペラジンを使用し、調製例２で得られた、気相反応用触媒２００ｃｃを用いる以外は、実施例１と同様の手法で目的物を採取し、定量し、色度の評価を行った。気液分離装置の内部温度毎の二環式アミン化合物の収率及びガードナーを表３に示す。

比較例３．
実施例３において、気液分離装置の温度を１２０℃、３３０℃にした場合、及び気液分離操作を行わない場合の収率、及びガードナー色数を、表３に併せて示す。

以上の結果から明らかなとおり、気相反応後に得られたガス状の生成物に対し、蒸留精製する前に、１４０℃以上３００℃以下の温度で気液分離操作を行うことで、気液分離操作を行わない場合に比べ、色相の良好な二環式アミン化合物を収率よく得ることができた。

本発明の二環式アミン化合物の製造方法は、例えば、医農薬中間体、有機合成用触媒、化学吸着剤、抗菌剤等に有用な化合物として知られている二環式アミン化合物の製造に利用される可能性を有する。

Claims (6)

1. 下記式（１）
   

   

   ［上記式（１）中、Ｘはアミノ基又は水酸基を表し、Ｙは炭素数１〜４のヒドロキシアルキル基を表し、Ｒ_１〜Ｒ_８は各々独立して、水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、ヒドロキシアルキル基、又は水酸基を表す。］
   で示される化合物を、固体触媒存在下、気相中で反応させ、下記式（２）
   

   

   ［上記式（２）中、Ｙ、Ｒ_１〜Ｒ_８は前記と同じ定義である。］
   で示される二環式アミン化合物を製造する反応工程、反応工程で得られた反応液を気液分離装置に供給し、１４０℃以上３００℃以下の温度で気液分離する気液分離工程、及び気液分離工程で得られた気体を凝集後、蒸留精製する蒸留工程を含む二環式アミン化合物の製造方法。
2. 上記式（１）において、Ｙがヒドロキシメチル基である請求項１に記載の二環式アミン化合物の製造方法。
3. 上記式（１）において、Ｘが水酸基である請求項１又は２に記載の二環式アミン化合物の製造方法。
4. 式（１）において、Ｒ_１〜Ｒ_８が水素原子である請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の二環式アミン化合物の製造方法。
5. 気液分離を、１８０℃以上３００℃以下の温度で行う請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の二環式アミン化合物の製造方法。
6. 気液分離を、１８０℃以上２６０℃以下の温度で行う請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の二環式アミン化合物の製造方法。