JPH02184658A - 4,4’―メチレンジアニリンの製造方法 - Google Patents

4,4’―メチレンジアニリンの製造方法

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JPH02184658A
JPH02184658A JP64000857A JP85789A JPH02184658A JP H02184658 A JPH02184658 A JP H02184658A JP 64000857 A JP64000857 A JP 64000857A JP 85789 A JP85789 A JP 85789A JP H02184658 A JPH02184658 A JP H02184658A
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JP
Japan
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catalyst
type zeolite
dealuminated
metal ion
fluorine
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JP64000857A
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Yoshihisa Kiso
佳久 木曽
Tetsuo Hayashi
林 哲雄
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Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Original Assignee
Mitsui Petrochemical Industries Ltd
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、アニリンとホルムアルデヒド原料を反応させ
て4.4“−メチレンジアニリンを製造する方法に関す
るものであり、より詳細には、該方法において、特定の
触媒を使用することによって、高い反応率で4,4“−
メチレンジアニリンを製造する方法に関する。
(従来の技術及びその問題点) アニリンとホルムアルデヒドを反応させて4.4゜−メ
チレンジアニリンを製造することは従来から知られてい
る。この反応においては、使用する触媒によって収率が
大きく異なり、触媒の選択がきわめて大きな技術的な鍵
を握るものとし認識されている。
その例として、触媒として塩化水素等の鉱酸を使用する
方法が知られている。この方法では、触媒となる鉱酸を
、アニリンと等モル以上の量を必要とし、さらに反応後
の中和のために鉱酸と等モル以上のアルカリを必要とす
るという不経済性を伴うばかりでなく、ポリメチレンポ
リフェニルアミン等の高縮合体が20乃至40%もの効
率で生成するために、4.4°−メチレンジアニリンの
収率が低下するという問題点がある。
また、このように4,4°−メチレンジアニリンの収率
の低下を改善するための触媒として、固体酸触媒を使用
することが提案され、その−例としてY型ゼオライトを
使用する方法が提案されている(特公昭55−3413
8号、特公昭56−14104号、特公昭58−272
61号)。しかしながら、これらの方法においても、反
応の際にポリメチレンポリフェニルアミン等の高縮合体
の生成を効率的に抑制することができないため、4.4
′−メチレンジアニリンの収率は依然として低いという
問題点がある。
(発明の目的) そこで、本発明の目的は、反応の際に高縮合体や異性体
の生成を効率的に抑制することによって、4,4°−メ
チレンジアニリンを選択的に高収率で製造する方法を提
供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、触媒の劣化が少なく、同
一の触媒で長時間に亘り、4.4°−メチレンジアニリ
ンを高収率で製造する方法を提供することにある。
(問題点を解決するための手段) 本発明によれば、アニリンとホルムアルデヒド原料を反
応させて4.4°−メチレンジアニリンを製造する方法
において、触媒として、交換カチオンとしてプロトンを
有する脱アルミニウムY型ゼオライトの金属イオン処理
物を使用することを特徴とする4、4°−メチレンジア
ニリンの製造方法が提供される。
さらに、本発明によれば、前記触媒として、交換カチオ
ンとしてプロトンを有する脱アルミニウムY型ゼオライ
トの金属イオン処理ならびにフッ素処理物を使用した場
合には、触媒の活性化作用が長期に亘って保たれると同
時に4,4゛−ジメチルアニリンの生成活性が高く、選
択性も高いため、−層効率的な4.4°−メチレンジア
ニリンを製造することが可能になるという経済的な効果
も併せもつものである。
(好適態様の説明) アニリンとホルムアルデヒドの反応は、次式によって表
わされる。
■ 触媒の存在下にアニリンとホルムアルデヒド原料を
直接反応させる方法。
at 2PhNH2+ HCHO−一→ ■ アニリンとホルムアルデヒドを脱水縮合し、水を分
離して中間体を合成し、これを触媒の存在下に反応させ
る方法。
この際脱水縮合物としては C6HsN−CH2 C6H5N)Ic)128Hc6H5 CaHsNHCH2Ca)IJH2 C6)15 N H[C)12 Cs H4N H%C
H2Ca H4N H2(x:1以上) などが含まれ、それぞれの置換基のベンゼン環への置換
位置は一定していない。
次に第2工程として、上記脱水縮合物を、交換カチオン
としてプロトンを有する脱アルミニウムY型ゼオライト
の金属イオン処理物、または金属イオン処理とフッ素処
理を併用した前記脱アルミニウムY型ゼオライトを触媒
とし加熱することによって、目的とする4、4゛−メチ
レンジアニリンを製造するものである。
上記■の方法はアニリン/ホルムアルデヒド原料≧3で
行い、中間体を単離せずに行う。上記合成方法のうちで
は、■の反応は反応系内に水が多いために触媒の活性低
下が起る傾向があり、■の反応の方が好ましい。反応系
中の水分は5000ppm以下であることが好ましく、
11000pp以下であることが特に好ましい。
本発明は、前記触媒として、交換カチオンとしてプロト
ンを有する脱アルミニウムY型ゼオライトの金属イオン
処理物または金属イオン処理とフッ素処理を併用したも
のを用いることが大きな技術的特徴である。
本発明者らは、上記反応に好適に使用できる触媒を追求
するなかで、触媒として、(1)脱アルミニウムY型ゼ
オライトを使用する方法、(2)フッ素処理脱アルミニ
ウムY型ゼオライトを使用する方法、ならびに(3)脱
アルミニウムY型ゼオライト、またはフッ素処理脱アル
ミニウムY型ゼオライトを使用し、脱水締金物中の水分
を0.1重量%以下とする方法を完成し、すでに特許出
願している(特願昭63−32550号、特願昭63−
32551号、および特願昭63−170570号)。
本発明者らは前記発明を追試する過程で、さらに収率が
高く、しかも、活性化作用が長期に亘って保たれる、寿
命の長い触媒を見い出し本発明に至ったものである。
本発明で使用される触媒は、交換カチオンとしてプロト
ンを有する脱アルミニウムY型ゼオライト(以下、単に
「脱アルミニウムY型ゼオライト」ということがある)
の金属イオン処理物であり、前記金属イオン処理とフッ
素処理を併用したものは触媒活性が一層すぐれるととも
に触媒の寿命が長びくという特徴がある。
本発明において使用する脱アルミニウムY型ゼオライト
は、交換カチオンとしてプロトンを有するY型ゼオライ
ト脱アルミニウム処理したゼオライトである。Y型ゼオ
ライトは5i02/Al2O3(モル比)が2〜5で、
互に酸素原子を共有する5in4とAlO4の四面体か
らなる三次元骨組構造であり、アルミニウムを含む各四
面体の電気的な釣合はアルミノケイ酸塩骨格のカチオン
の存在によって釣合っている。
脱アルミニウムY型ゼオライトは、このようなY型ゼオ
ライトを脱アルミニウムしたものであり、Sin、/へ
1203 (モル比)は5.5〜20で、結晶構造はY
型ゼオライトとほぼ同じであるが、単位格子の大きさは
一般に約1〜2%収縮している。
Y型ゼオライトは一般に5i02/A1203(モル比
)が高いほど酸強度、耐熱性、耐酸・塩基性が高くなる
が、5i02/A1203(モル比)が5を超える原料
組成ではY型ゼオライトが生成しないため、SiO□/
Al2O3(モル比)が2〜5の原料組成ではY型ゼオ
ライトを製造した後、脱アルミニウムにより、Y型ゼオ
ライトの基本的な結晶構造を維持したまま、SiO,/
へl、03 (モル比)を高めることが行われている。
このような脱アルミニウムY型ゼオライトとしては、市
販品が使用でき、例えば東ソー(株)のTSZ−330
HUA%TSZ−350HUA。
TSZ−360HUA (いずれも商標)などがあげら
れる。このほか例えば次の■、■の方法でY型ゼオライ
トから調製することができる。
■ 第1の方法は液相でEDTAによりアルミニウムを
Atカチオンとして骨格より脱離させる方法で、プロト
ン交換形Y型ゼオライトを1〜10倍重量の蒸留水およ
び0.1〜1倍重量のEDTAを含む溶液へ添加して1
0〜200時間放置した後、ここへ0.5〜3倍重量の
1〜3N  I(C1を滴下し、攪拌しながら100℃
に加熱して1〜10時間攪拌後、濾過または遠心分離に
より固相を分離し、その復水で洗浄した後空気中または
窒素雰囲気下にて300〜700℃で1〜10時間焼成
する方法である。
■ 第2の方法は高温下でのスチーム処理法で、例えば
固定床中のプロトン交換形Y型ゼオライトに対し、60
0〜900℃の温度範囲において、窒素で10〜100
%に希釈した蒸気を使用して1〜10時間処理を行った
後、約10〜100倍重量の蒸留水で洗浄して空気中ま
たは窒素雰囲気下にて300〜700℃で1〜10時間
焼成する方法、あるいはプロトン交換形Y型ゼオライト
を流動層中常圧または加圧条件下に600〜900℃の
温度範囲にて、窒素で10〜100%に希釈した蒸気を
用いて1〜10時間処理を行った後、約10〜100倍
重量の蒸留水で洗浄し、空気中または窒素雰囲気下にて
300〜700℃で1〜10時間焼成する方法である。
Y型ゼオライトには、交換カチオンとして、プロトン、
アルカリ土類カチオン、希土類カチオン、遷移金属カチ
オン等があるが、本発明では、これらのうち、交換カチ
オンとして、特にプロトンを有する脱アルミニウムY型
ゼオライトを選択し、これを金属イオン処理、または金
属イオン処理とフッ素処理を併用したものを触媒として
用いるものであるが、この触媒は、他の交換カチオンを
有する触媒に比べて4.4°−ジメチレンジアニリン生
成活性が高く、又選択性も高いという特徴がある。
脱アルミニウムY型ゼオライトの金属イオン処理は、下
記に例示する金属イオン化合物の水溶液に、前記Y−型
ゼオライドを浸漬し、濾過して乾燥後焼成することによ
って達成される。
金属イオン化合物の水溶液の濃度は0.01乃至50重
量%の範囲で適宜選択されるが、0.1乃至20重量%
のものがイオン化濃度として好ましい。金属イオン化合
物の水溶液に対する脱アルミニウムY型ゼオライトの浸
漬は、室温乃至200℃で、0.1時間乃至20時間程
度実施されるが、60乃至150℃で、0.2時間乃至
6時間の浸漬が好ましい。また濾過後の乾燥は室温乃至
200℃で0.1乃至40時間行われるが、60乃至1
50℃で、0.5乃至20時間の乾燥が好ましく、最後
の工程である焼成は、100乃至800℃で0.1乃至
40時間、好ましくは500乃至700℃で0.5乃至
10時間の範囲で行われる。
金属イオンの金属としては次のものが挙げられる。
アルカリ土類金属: Be、Mg、Ca、Sr、Ha、
RaIV a族   : Ti、Zr、Hf■a族  
 : Mn、Tc、Re ■族  : Fe、Go、Ni、Ru、Rh、Pd、O
s、Ir、PtIII b族       :八l、G
a、In、TIIV b族   : Ge、Sn、Pb
vb族   : Sb、Bi ランタノイド元素: La、Ce、Lu等これらのなか
でも、好ましく使用される金属イオン化合物としては、
Mg、(:a、Sr、Ba、Zr、Mn、Re、Fa。
Ru、Rh、Pd、Pt、Al、Sn、Bi、La、C
e、Lu化合物が例示され、さらに特に好ましい金属イ
オン化合物としてはBa、Fe、Ru、Rh、Pt、B
i化合物が挙げられる。
脱アルミニウムY型、ゼオライトを金属イオン処理した
場合の該ゼオライトの構造がどのように変化するかは明
らかではないが、通常ゼオライトのプロトンと金属イオ
ンが交換するものと考えられ、場合によっては、ゼオラ
イトのシリカ・アルミナ骨格の一部と金属イオンが交換
するものと考えられる。後述する参考例に示されるよう
に、金属イオンとして鉄イオンを使用する場合、ゼオラ
イトのプロトンと交換する程度の少量の含有量では触媒
効果が十分とはいえず、5%以上の含有量になるように
処理することが望まれ、この場合、分析の結果、アルミ
ニウムイオンが鉄イオンに交換したゼオライトが生成し
ていることが判明した。
本発明の他の態様である脱アルミニウムY型ゼオライト
の金属イオン処理とフッ素処理を併用する場合は、前記
のゼオライトを金属イオン処理した後にフッ素処理する
方法と、前記のゼオライトのフッ素処理を先に行い、後
で金属イオン処理する方法があるが、金属イオン処理し
た後にフッ素処理を行ったものの方が4,4゛−メチレ
ンジアニリンの生成活性が高い点で好ましい。
次に脱アルミニウムY型ゼオライトのフッ素処理方法に
ついて説明する。
本発明における、交換カチオンとしてプロトンを有する
脱アルミニウムY型ゼオライトのフッ素処理は、該ゼオ
ライトとフッ素含有化合物とを接触処理することによっ
て行われる。フッ素含有化合物としてはフッ化アンモニ
ウム、フッ化テトラメチルアンそニウム、フッ化テトラ
エチルアンモニウム、フッ化メチルアンモニウム、フッ
化ジメチルアンモニウム等のフッ化アンモニウム化合物
;フッ化ナトリウム、フッ化水素、3フツ化ホウ素、モ
ノフロロ酢酸、CFCl3.  CF2Cl2. CF
3Cl。
CF4. C)IFC12,CHF2Cl、 CHF*
、 CFCl2−CFCl2゜CFzCl−ChCl、
 CF2Cl−CF3.0h−CF3. CH3−CF
2Cl。
CH3−CHF2. CFJr、 CF、Br−CF2
Br、 IF、 SF4. SF6゜BFaなとのフッ
素化合物があげられる。フッ素処理法としては、例えば
脱アルミニウムY型ゼオライトを、0.01乃至30重
量%、好ましくは0.1乃至15重量%のフッ素含有化
合物の水溶液に0.01乃至24時間、好ましくは0.
1乃至5時間浸漬した後、固相をろ過または遠心分離に
より分離し、空気中または窒素雰囲気下にて300乃至
800℃、好ましくは500乃至750℃で焼成する。
他の方法としては、脱アルミニウムY型ゼオライトをガ
ス状のフッ素含有化合物と、0乃至800℃、好ましく
は200乃至600℃の温度で接触させる方法で、具体
的には脱アルミニウムY型ゼオライトを反応管に充填し
、次いで反応管を所定温度にした後、上記ガス状のフッ
素含有化合物を所定時間(例えば0.1乃至10時間、
好ましくは0.5乃至2時間)にわたって上記反応管に
供給して、脱アルミニウムY型ゼオライトを上記のガス
状フッ素含有化合物と接触させ、その後必要に応じて反
応管に残存するフッ素含有化合物を、窒素などの不活性
ガスで置換するか、あるいは減圧脱気処理するなどして
除去する方法である。
本発明の4,4°−メチレンジアニリンの製造法は、こ
のような金属イオン処理、または金属イオン処理とフッ
素処理を併用した脱アルミニウムY型ゼオライトを触媒
として、アニリンおよびホルムアルデヒド原料を反応さ
せる。
本発明においてホルムアルデヒド原料とは、アニリンと
反応するホルムアルデヒドを含有する原料であり、ホル
マリン水溶液、トリオキサン、バラホルムアルデヒド、
ジメトキシメタン等のジアルコキシメタンならびにアニ
リンとホルマリン水溶液を無触媒で混合して得られるN
、N’−ジフェニルメチレンジアミン等が例示できる。
このうち原料としてN、N’−ジフェニルメチレンジア
ミンおよびジアルコキシメタンを使用すると、反応で水
の生成がないため、他の原料とくらべて4.4°−メチ
レンジアニリンの選択性活性が高く、好ましい。
反応におけるアニリン/ホルムアルデヒドの仕込比は1
乃至100、好ましくは2乃至50、さらに好ましくは
3乃至20である。
触媒の形態は粉末またはベレット状が好ましく、触媒濃
度は反応混合物に対し、1乃至100重量%、好ましく
は5乃至40重量%である。
反応は液相で行うのが好ましく、その場合無溶媒でもよ
いが、溶媒を用いて反応を行うことも可能である。溶媒
としては、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭
化水素;ペンタン、ヘキサン、ペンタン、オクタン、ノ
ナン、デカン、シクロヘキサン、デカリン等の脂肪族炭
化水素;ジクロルメタン、クロロホルム、四塩化炭素等
のハロゲン化炭化水素などを例示することができる。
好ましい反応方法は、アニリンと触媒を接触させた後、
ホルマリン水溶液等のホルムアルデヒド原料を加えて反
応させる方法、ならびに無触媒下にアニリンとホルマリ
ン水溶液等のホルムアルデヒド原料を混合して縮合物を
生成させ、水相を分離した後触媒と接触させる方法など
がある。
反応温度は20乃至300℃、好ましくは30乃至18
0℃、さらに好ましくは50乃至140℃である。圧力
は常圧でよいが、液相を保つために不活性ガス等により
加圧してもよい。反応時間は0.1乃至40時間、好ま
しくは0.3乃至5時間である。反応方式は液相による
回分式、半回分式、あるいは固定床による連続式のいず
れを採用してもよい。
(発明の効果) 本発明によれば、触媒として、交換カチオンとしてプロ
トンを有する脱アルミニウムY型ゼオライトの金属イオ
ン処理物、または金属イオン処理とフッ素処理を併用し
たものを用いることによって、アニリンとホルムアルデ
ヒド原料との反応の際に、ポリメチレンポリフェニルア
ミンなどの高縮合体や異性体の生成を効率的に抑制する
ことができ、特に金属イオン処理とフッ素処理を併用し
たものを使用した場合には、触媒活性が長期に亙って保
持されるため、触媒交換の回数が減少するとともに、経
済的にも有利となる。
(実施例) 以下、本発明を実施例によって詳細に説明する。
実施例1 交換カチオンとしてプロトンを有する脱アルミニウムY
型ゼオライトを金属イオン処理した触媒を以下のごとく
して調製した。
原料の交換カチオンとしてプロトンを有する脱アルミニ
ウムY型ゼオライトとして、東ソー(株) TSZ−3
30(Si 33.7重量%、At  B、67重量%
、以下)IUsYと略す)を用いた。
HUSYゼオライト 3.0gを30mJlの1.ON
Fe2 (so4) 、水溶液を加え、100℃で3時
間加熱、攪拌した。これを濾別し、100mAの蒸溜水
で2回洗浄した。100℃で12時間乾燥した後、60
0℃で3時間焼成した。この触媒の元素分析よりFe 
 9.45重量%がゼオライトに付いていることが判明
した。
一方、水冷下にアニリン201.1 g (2,16モ
ル)に37%ホルマリン水溶液35.5g (0,44
モル)を滴下し、室温下に3時間攪拌した。1夜放置後
、分離した水層を除き、エバポレーターで水を除去(5
0℃、20 mm)Ig) L/、更にN2バブリング
して脱水し204gの液を得た。この液をNMRで分析
したところ、ホルムアルデヒドはほぼ100%反応しア
ニリンとC6)15N)Ic)12N)Ice)Isの
混合物であることが判明した。
次に上記混合物2.50g (アニリンユニットとして
25mmon)と前記金属イオン処理した触媒0.50
gをN2置換したアンプルに入れ、90℃、30分加熱
、攪拌した。反応後、5%の苛性ソーダ水溶液を30m
j2加え、攪拌した後、分液ロートに移液した。
更に5%の苛性ソーダ水溶液?0nlとジエチルエーテ
ル100mAを加え、よく振盪し、反応物をエーテル層
に抽出した。このエーテル溶液をGPII:、 GCで
分析したところ、アニリン転化率は39%で、4,4゛
−メチルジアニリン(以下、4,4゜−MDAと略す)
の収率は34.6%であった。転化したアニリン基準の
生成物の選択率は表1のごとくであった。
実施例2乃至22 触媒の調製時に使用した金属塩を表1のごとくした以外
は実施例1と同様にして行った。結果を表1に示す。
参考例 成分中のアルミニウムを鉄イオンと交換した脱アルミニ
ウムY型ゼオライトの処理法 原料の交換カチオンとしてプロトンを有する脱アルミニ
ウムY型ゼオライトとして、実施例1で使用した)lt
lsYゼオライトを用いた。
HIJRYゼオライト 3.0gを表2に示した濃度の
Fe (NO3) s水溶液に加え、100℃で3時間
加熱攪拌した。これを濾別し、100a+1の蒸溜水で
2回洗浄した。次いで、100℃で12時間乾燥した後
、600℃で3時間焼成した。
こうして得られた触媒の元素分析の結果を表2に併せて
示した。
表2 プロトン交換形脱アルミニウムY型ゼオライトの
Fe (NOり 3水溶液処理 No、2の触媒を実施例3の触媒(Fe3″″−HIJ
SY)として使用した。
実施例23乃至25 No、1.3,4.によって得られた触媒についても実
施例1と同様の反応を行い、その結果を表3に示した。
実施例26 Ba (NO3) 2を用い、1(USYゼオライトを
実施例1と同様な方法で処理した。このBa”−HUS
Yゼラオイト 2.5gを 1.0wt% N)1.F
水溶液50muに加え、50℃、1時間攪拌しながら反
応を行った後、空冷して濾別した。これを100℃、1
2時間乾燥した後、600℃で3時間焼成した。元素分
析の結果、Baが3.23重:%、Fが0.79重量%
、Si 28.6重量%、A17.17重量%であった
。この触媒を用い実施例1と同様に反応を行った結果、
アニリン転化率が39%、4.4°−MDA収率は33
.2%であった。4.4’−Mlll八、2,4°−M
[l八、中間イ本、PMPPへの選択率はそれぞれ86
,4,4.6%であった。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)アニリンとホルムアルデヒド原料を反応させて4
    ,4’−メチレンジアニリンを製造する方法において、
    触媒として、交換カチオンとしてプロトンを有する脱ア
    ルミニウムY型ゼオライトの金属イオン処理物を使用す
    ることを特徴とする4,4’−メチレンジアニリンの製
    造方法。
  2. (2)前記触媒が、交換カチオンとしてプロトンを有す
    る脱アルミニウムY型ゼオライトの金属イオン処理なら
    びにフッ素処理物である請求項(1)記載の4,4’−
    メチレンジアニリンの製造方法。
JP64000857A 1988-02-15 1989-01-07 4,4’―メチレンジアニリンの製造方法 Pending JPH02184658A (ja)

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