JPH04224553A - ビシクロ［２，２，１］‐５‐ヘプテン‐２‐カルボニトリルの製造方法 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ポリマー製造用原料と
して有用である他、重要な有機合成中間体であるビシク
ロ［２，２，１］‐５‐ヘプテン‐２‐カルボニトリル
（以下、ＢＨＣとする。）の製造方法に関するものであ
る。ＢＨＣは、例えば、シアン化水素付加反応を行い、
続いて接触水素化反応を行うことにより、有用な脂環式
ジアミンである下記一般式（ＩＩ）（化２）

【化２】 （式中、Ｒ１　，Ｒ２　は水素またはアミノメチル基で
あり、同一でない。）で表されるビス（アミノメチル）
ノルカンファン（以下、ＢＡＮとする。）類を製造する
ことができる。上記のＢＡＮ類は、そのままエポキシ樹
脂硬化剤等として利用される他、脂肪族ジカルボン酸と
の反応によりポリアミド樹脂の製造に利用されたり、ホ
スゲン化し、ジイソシアナートとして種々の反応に利用
される等、様々な用途に使用される大変有用なジアミン
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＢＨＣを製造する方法としては、
アクリロニトリルとシクロペンタジエンのディールス・
アルダー反応によるものが知られている。（関連特許と
して特公昭５２−４９４３７がある。）また、アクリロ
ニトリルとジシクロペンタジエンを１６０℃以上の温度
に加熱反応せしめるという製造方法も知られている。 （特開昭４９−４８６５０）

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】まず、前者の方法の原
料であるシクロペンタジエンは、不安定な化合物である
ことから、通常、必要に応じてジシクロペンタジエンの
熱分解により随時調製し使用される。しかしながら、シ
クロペンタジエンの収率は、せいぜい７０〜９０％であ
り、効率が良い方法とは言えない。そこで、この繁雑か
つ不経済な工程を経ることなく、入手容易で安定な化合
物であるジシクロペンタジエンを直接原料として反応を
行う方法として開発された方法が後者である。すなわち
、ジシクロペンタジエンの熱分解反応を反応系内にて行
い、生成したシクロペンタジエンとアクリロニトリルを
反応させるものである。しかしながら、１６０℃以上の
温度に加熱し、アクリロニトリルとジシクロペンタジエ
ンの反応を行った場合には、一段目の反応であるジシク
ロペンタジエンの熱分解反応が吸熱反応であるのに対し
、主反応であるディールス・アルダー反応が発熱反応で
あること、およびこの発熱反応の発熱量が大きいことか
ら、温度制御が極めて困難であり、暴走反応が進行する
可能性が高いことがわかった。最悪の場合、暴走反応に
よる高温・高圧に起因する爆発の恐れもあり、工業的規
模においては、大きな危険を伴い、災害が起きたことも
ある。

【０００４】また、高温高圧に耐えうる反応器を用いた
としても、初期反応から１６０℃以上の温度で反応を行
うと、ＢＨＣとシクロペンタジエンの付加物である下記
式（ＩＩＩ　）（化３）

【化３】 で表される化合物１，２，３，４，４ａ，５，８，８ａ
‐オクタヒドロ‐１，４：５，８‐ジメタノナフタレン
‐２‐カルボニトリル（以下、ＢＣＡとする。）および
シクロペンタジエンの三量体等の高沸点副生物の生成が
顕著となり、原単位の低下を招き、経済的にも好ましく
ない。

【０００５】さらに詳細に説明すると、原料の一つであ
るジシクロペンタジエンは、シクロペンタジエンの二量
体であり、シクロペンタジエンは、室温においても容易
に二量化して、ジシクロペンタジエンとして安定に存在
する。また、ジシクロペンタジエンは、１４０〜１７０
℃で分解し、シクロペンタジエンに戻る。この際、約１
８ｋｃａｌ／ｇ・ｍｏｌｅの熱を吸収することが知られ
ている。 （Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ，　Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉ
ａ　Ｃｈｅｍ．　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　６　，　ｐ
．６８９，　Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ，
　（１９７９）　）これに対し、こうして生成したシク
ロペンタジエンとアクリロニトリルの反応熱は、約２８
ｋｃａｌ／ｇ・ｍｏｌｅであることが計算により求めら
れ、実験によっても確認できた。この温度領域における
アクリロニトリルとシクロペンタジエンの反応は、直ち
に化学量論的に進行する。それゆえ、ジシクロペンタジ
エンの分解反応がこの反応の律速になっていると考えら
れ、差引約１０ｋｃａｌ／ｇ・ｍｏｌｅの熱が放出され
る発熱反応である。実際、特開昭４９−４８６５０に開
示されている１６０℃以上の温度に加熱し、反応を開始
すると、反応温度の上昇が著しく、加熱を中止してもこ
の傾向は変わらず、冷却除熱を行う必要が生じることが
、実験により明らかとなった。これは、１６０℃以上で
は、前記のとおり律速反応であるジシクロペンタジエン
の分解反応の速度が大き過ぎることが考えられる。 （速度定数として次の値が与えられているＫ＝６×１０
１２ＥＸＰ（−３４０００／ＲＴ）（１／ｓｅｃ　），
Ｋｉｒｋ−Ｏｔｈｍｅｒ，　Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ
　Ｃｈｅｍ．　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　７　，　ｐ．
４２４，　Ｗｉｌｅｙ−Ｉｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ，　
（１９７９）　）これに伴い発熱量も大きくなり、さら
に反応が加速され、温度の制御が困難となり、冷却の時
期が遅れた場合に反応が暴走する危険が生じるものと考
えられる。これに加えて、反応温度が高くなるにつれ、
前記のＢＣＡ等に代表される副生物の生成が多くなり、
経済的にも好ましくない。そこで、安全かつ高選択率、
高収率でＢＨＣを製造する方法の開発が望まれていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる従
来の課題を踏まえ、鋭意研究した結果、アクリロニトリ
ルとジシクロペンタジエンを加熱反応させる際、少なく
とも初期反応の温度を１４０℃以上１６０℃未満とする
ことにより、安全かつ高選択率、高収率にてＢＨＣを製
造できることを見出し、本発明を完成するに至った。す
なわち、アクリロニトリルとジシクロペンタジエンを無
溶媒下で加熱反応させる際に、初期反応の温度を１４０
℃以上１６０℃未満とすることを特徴とする上記式（Ｉ
）（化１）で表されるビシクロ［２，２，１］‐５‐ヘ
プテン‐２‐カルボニトリルの製造方法である。

【０００７】以下、本発明を詳細に説明する。アクリロ
ニトリルとジシクロペンタジエンの初期反応の温度は、
１４０℃以上１６０℃未満であり、特に好ましくは、１
５０〜１５５℃の範囲である。１４０℃未満では、ジシ
クロペンタジエンの分解反応がほとんど進行せず、実質
的に十分なＢＨＣ収率を得ることは困難である。１６０
℃以上では、前記の通り、安定した反応温度の制御を行
うことは困難となる。また、反応終了まで１４０℃以上
１６０℃未満の温度を継続し反応を行ってもよいが、長
い反応時間を要するため、反応途中より、昇温を行うこ
とも可能である。昇温開始の時期は、ジシクロペンタジ
エンの転化率を経時的に分析することにより見当をつけ
ることができ、５０％を越えた時を一つの目安とするこ
とができる。昇温は、１６０℃以上２００℃以下が好ま
しく、１７０〜１８０℃の範囲が特に好ましい。さらに
、昇温は、急激に行なわず、少しずつ段階的に行うのが
よい。例えば、一旦１７０℃に昇温を行いしばらく反応
を行った後、再び１８０℃まで昇温を行い反応を完結さ
せるという方法を挙げることができる。

【０００８】アクリロニトリルとジシクロペンタジエン
の仕込みモル比は、化学量論的な反応を行うためには２
：１であるが、目的物ＢＨＣとシクロペンタジエンの付
加物の副生を抑制することを考えると、アクリロニトリ
ルを過剰に用いることがよい結果を与える。したがって
、アクリロニトリルとジジシクロペンタジエンの仕込み
モル比は、２：１以上３：１以下の範囲が好ましい。 特に好ましくは、２．０５：１〜２．２５：１の範囲で
ある。２：１未満では、副生物の生成が顕著となり、好
ましくない。一方、３：１を越える範囲では、アクリロ
ニトリルの重合による損失および反応後の分離、回収を
考慮に入れると、好ましくない。

【０００９】また、本発明においては反応に際し、重合
禁止剤を添加することは、必ずしも必要ではないが、添
加しておくことが望ましい。使用される重合禁止剤は、
通常の重合禁止効果を有する化合物であれば特に限定さ
れることはないが、例えば、ヒドロキノン、ヒドロキノ
ンモノメチルエーテル、フェノチアジンおよびクペロン
等を用いることができる。これらは、単独に用いること
はもちろん、二種以上を同時に使用することも可能であ
る。重合禁止剤の使用量は、仕込みアクリロニトリルお
よびジシクロペンタジエンの１重量部につき、０．００
１〜１重量％が好ましい。特に好ましくは、０．０１〜
０．５重量％の範囲である。０．００１重量％未満の範
囲では、期待する効果は、ほとんど得られず、一方、１
重量％を超えても、効果は、ほとんど変わらず、特に意
味はなく、不経済となる。

【００１０】反応方式は、回分式または連続式のいずれ
でもよい。また、反応器についても特に制限はなく、例
えば、回分式反応の場合には層型反応器、また、連続式
反応の場合には層型または管型反応器等を選択すること
ができる。また、反応に際して溶媒を使用することも可
能であるが、釜効率を落とすと共に反応後の分離回収を
考えると特に意味はない。

【００１１】

【実施例】以下、実施例により、本発明をさらに具体的
に説明するが、これらは、説明のための単なる代表的な
例示であって、本発明は、これらの例によって何ら制限
されるものではない。反応液組成の分析は、ガスクロマ
トグラフィーを用いて行った。実施例１電磁誘導式撹拌
機を備えた内容積１リットルの層型ステンレス製オート
クレーブにアクリロニトリル３３４．３ｇ（６．３０ｍ
ｏｌ　）、ジシクロペンタジエン３９６．６ｇ（３．０
０ｍｏｌ　）およびヒドロキノン０．０５重量％（０．
３６５ｇ）を仕込み、攪拌下、昇温を行い、１５３℃で
反応を開始した。その後、この温度を維持し、５時間反
応を行ったところで反応液のサンプリングを行い、組成
の分析を行った。このサンプリング液を１−Ａとし、そ
の結果を表１に示す。そこで、さらに昇温を行い、１７
０℃で２時間反応を行った後再びサンプリングを行い、
反応液の組成の分析を行った。このサンプリング液を１
−Ｂとし、その結果を、表１に示す。次に、さらに昇温
し、１８０℃で２時間反応を行い、加熱を終了した。こ
の、反応終了液を１−Ｃとする。この組成分析結果を表
１に示す。また、それぞれの組成分析より求めた反応成
績は、表２の通りである。

【００１２】実施例２ 内径８ｍｍの管型反応器に、実施例１の仕込みと同様の
組成のヒドロキノンを含むアクリロニトリル、ジシクロ
ペンタジエン混合液を反応原料として５０ｍｌ／ｈの速
度で連続的に供給する。その際、反応液の滞留時間が５
時間までは、１５３℃、その後７時間までは、１７０℃
、そして、最終的に９時間まで１８０℃となるよう反応
温度を制御した。その結果、反応が定常化した後、表１
に示す組成の反応液が、３００時間を過ぎても、安定し
て得られた。これより求めた反応成績は、表２の通りで
ある。

【００１３】比較例１ 実施例１において、初期反応より反応温度を１６５℃と
すること以外、全く同じ操作を行おうとしたところ、反
応温度の上昇がみられ、約３０分で１７５℃となったた
め、その時点でヒーターによる加熱を終了した。しかし
ながら、反応温度の低下が見られないばかりか、さらに
反応温度は、急激に上昇し、加熱終了後からわずか１５
分あまりで２５０℃に達した。したがって、直ちに冷却
を行い、その後、反応液の組成分析を行った。その結果
を表１に示す。また、これより求めた反応成績は表２の
通りである。

【００１４】比較例２ 実施例２において、反応器の全長を短くすることにより
全滞留時間を３時間とし、加熱温度を１８０℃とするこ
と以外、全く同様の実験を行った。（原料供給速度は、
変えない。）その結果、反応が定常化した後、約５０時
間までは、表１および表２に示した組成、反応成績の反
応液が得られたが、反応器内でのポリマー生成による管
閉塞のため、運転が不可能となった。

【００１５】

【表１】

【表２】

【００１６】

【発明の効果】本発明は、アクリロニトリルとジシクロ
ペンタジエンを加熱反応せしめる際、少なくとも初期反
応の温度を１４０℃以上１６０℃未満とすることにより
、律速反応であるジシクロペンタジエンの分解反応を穏
和に進行させ、その結果、反応温度の制御が容易となり
、安全かつ高選択率、高収率でＢＨＣを製造することを
可能とするものである。したがって、本発明は、ポリマ
ー製造用原料、有機合成中間体として非常に重要な化合
物であるＢＨＣの工業的な製造方法として、保安の見地
から見て非常に安全で、かつ経済的にも極めて優れた方
法である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　アクリロニトリルとジシクロペンタジ
   エンを無溶媒下で加熱反応させる際に、初期反応の温度
   を１４０℃以上１６０℃未満とすることを特徴とする式
   （Ｉ）（化１） 【化１】 で表されるビシクロ［２，２，１］‐５‐ヘプテン‐２
   ‐カルボニトリルの製造法。
2. 【請求項２】　　初期反応を行った後、１６０℃以上２
   ００℃以下の温度まで段階的に上げる請求項１の方法。
3. 【請求項３】　　アクリロニトリルとジシクロペンタジ
   エンのモル比が２：１以上３：１以下である請求項１の
   方法。