JPH04342578A - Production of n-alkylated cyclic alkyleneimine - Google Patents

Production of n-alkylated cyclic alkyleneimine

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JPH04342578A
JPH04342578A JP3139427A JP13942791A JPH04342578A JP H04342578 A JPH04342578 A JP H04342578A JP 3139427 A JP3139427 A JP 3139427A JP 13942791 A JP13942791 A JP 13942791A JP H04342578 A JPH04342578 A JP H04342578A
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cyclic
ether
ammonia
alcohol
reaction
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Hitoshi Sugiyama
仁 杉山
Tomoyuki Mori
森 知行
Naoki Shimada
直樹 島田
Fumio Morita
文夫 森田
Kazuaki Miyaji
宮地 和明
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Abstract

PURPOSE:To obtain the subject compound in high yield by reacting a cyclic ether with ammonia in the vapor phase in the presence of a catalyst, removing a specific compound from the resultant reaction mixture and then reacting the prepared reaction mixture wish an alcohol, etc., in the vapor phase. CONSTITUTION:A cyclic ether (preferably THF, etc.) is catalytically reacted with ammonia in the vapor phase in the presence of a solid acid catalyst (preferably faujasite type zeolite, etc.), preferably under conditions of 5-20 molar ratio of ammonia/cyclic ether, 300-380 deg.C temperature and 1-20kg/cm<2>G pressure. Components having a lower boiling point than that of a cyclic alkyleneimine are removed from the resultant cyclic alkyleneimine-containing reaction mixture and the residue is then reacted with an alcohol (preferably methanol) or ether (preferably methyl ether) in the vapor phase in the presence of a solid acid catalyst under conditions of 1-5 molar ratio of alcohol/cyclic alkyleneimine, 300-400 deg.C and 0.1-10kg/cm<2>G pressure to afford the objective compound.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は環状アルキレンイミンの
N−アルキル化物の製造法に関するものである。詳しく
は、環状エ−テルから環状アルキレンイミンのN−アル
キル化物を製造する方法の改良に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing N-alkylated products of cyclic alkyleneimines. Specifically, the present invention relates to an improvement in a method for producing an N-alkylated product of a cyclic alkyleneimine from a cyclic ether.

【0002】0002

【従来の技術】環状アルキレンイミンのN−アルキル化
物は、医薬、殺虫剤、ゴム加硫促進剤等の製造用中間体
として有用な物質である。環状アルキレンイミンのN−
アルキル化物を得るために、出発原料として環状エ−テ
ルを使用し、これをアンモニアと反応させて環状アルキ
レンイミンとし、この環状アルキレンイミンをアルコ−
ル又はエ−テルと反応させてN−アルキル化する方法が
考えられる。
BACKGROUND OF THE INVENTION N-alkylated products of cyclic alkyleneimines are useful substances as intermediates for the production of pharmaceuticals, insecticides, rubber vulcanization accelerators, and the like. Cyclic alkyleneimine N-
To obtain the alkylated product, a cyclic ether is used as a starting material, which is reacted with ammonia to give a cyclic alkylene imine, which is then converted into an alcohol
A possible method is to perform N-alkylation by reacting with alcohol or ether.

【0003】従来、環状エ−テルから環状アルキレンイ
ミンを製造する方法としては、テトラヒドロフランとア
ンモニアとからピロリジンを製造する以下に示す種々の
方法が提案されている。(a)テトラヒドロフランとア
ンモニアとをアルミナ触媒の存在下400℃で反応させ
る方法[Chemical Abstracts.Vo
l.32,548(1938)]。(b)テトラヒドロ
フランと過剰のアンモニアとをγ−アルミナ触媒の存在
下275〜375℃で反応させる方法(米国特許第2,
525,584号)。(c)テトラヒドロフランとアン
モニアとをホウ酸で処理したγ−アルミナ触媒を用いて
反応させる方法(特公昭43−19940号)。(d)
テトラヒドロフランとアンモニアとをゼオライト触媒を
用いて反応させる方法[J.Catalysis,35
,325〜329(1974)]。
Conventionally, various methods for producing pyrrolidine from tetrahydrofuran and ammonia have been proposed as methods for producing cyclic alkylene imines from cyclic ethers, as shown below. (a) A method of reacting tetrahydrofuran and ammonia at 400°C in the presence of an alumina catalyst [Chemical Abstracts. Vo
l. 32, 548 (1938)]. (b) A method in which tetrahydrofuran and excess ammonia are reacted at 275 to 375°C in the presence of a γ-alumina catalyst (U.S. Patent No. 2,
No. 525, 584). (c) A method in which tetrahydrofuran and ammonia are reacted using a γ-alumina catalyst treated with boric acid (Japanese Patent Publication No. 19940/1983). (d)
A method of reacting tetrahydrofuran and ammonia using a zeolite catalyst [J. Catalysis, 35
, 325-329 (1974)].

【0004】一方、環状アルキレンイミンのN−アルキ
ル化物を得る方法としては、以下に示す種々の方法が知
られている。(a)モルホリンとアルコ−ルとを、ニッ
ケル又はコバルト、銅及び二酸化チタンからなる触媒を
用いて150〜300℃及び35〜350気圧で反応さ
せる方法(ベルギ−国特許第694068号)、(b)
ピペラジンとアルコ−ルとを、ラネ−ニッケル触媒を用
いて200℃で反応させる方法[J.Org.Chem
,21,86〜87(1956)]、(c)ピペリジン
とアルコ−ルとを、酸化アルミニウム触媒を用いて反応
させる方法[Coll.of Czechoslova
k Chemical Communications
,Vol.33,No2,609〜613(1968)
]、(d)モルホリン、ピペラジン、ピペリジン等の環
式アルキルイミンとアルコ−ルとを、リン酸を含有する
二酸化珪素触媒の存在下で反応させる方法(特開昭48
−86857号)、(e)環状アルキレンイミンとアル
コ−ル又はエ−テルとを、カチオンサイトが水素イオン
、アンモニウムイオン又は多価金属イオンで交換されて
いるフォ−ジャサイト型ゼオライトを用い、かつ気相で
反応させる方法(特開平2−62869号)。
On the other hand, various methods shown below are known as methods for obtaining N-alkylated products of cyclic alkyleneimines. (a) A method of reacting morpholine and alcohol at 150-300°C and 35-350 atm using a catalyst consisting of nickel or cobalt, copper and titanium dioxide (Belgium Patent No. 694068), (b )
A method of reacting piperazine and alcohol at 200°C using a Raney-nickel catalyst [J. Org. Chem
, 21, 86-87 (1956)], (c) A method of reacting piperidine and alcohol using an aluminum oxide catalyst [Coll. of Czechoslova
k Chemical Communications
, Vol. 33, No. 2, 609-613 (1968)
], (d) A method of reacting a cyclic alkylimine such as morpholine, piperazine, piperidine, etc. with an alcohol in the presence of a silicon dioxide catalyst containing phosphoric acid (Japanese Patent Laid-Open No. 48
(e) cyclic alkylene imine and alcohol or ether using faujasite type zeolite in which cation sites are exchanged with hydrogen ions, ammonium ions or polyvalent metal ions, and A method of reacting in a gas phase (JP-A-2-62869).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、環状エ
−テルとアンモニアとを固体酸触媒の存在下に気相で反
応させて環状アルキレンイミンを製造する反応において
は、熱分解、縮合、重合等の各種の副反応が生起し易く
、これに伴い炭化水素類の分解生成物や高沸点の環状ア
ルキレンイミン縮合物類等の副生物が多量に生成するた
め、環状アルキレンイミンを収率よく得ることができな
い。このため、この環状アルキレンイミンをN−アルキ
ル化して環状アルキレンイミンのN−アルキル化物を製
造する場合、出発原料である環状エ−テルからの一貫収
率は極めて低いものであった。本発明は、従来法による
上述の問題点を解決し、環状エ−テルから優れた一貫収
率で環状アルキレンイミンのN−アルキル化物を製造す
ることを目的とするものである。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the reaction of producing a cyclic alkylene imine by reacting a cyclic ether and ammonia in the gas phase in the presence of a solid acid catalyst, thermal decomposition, condensation, polymerization, etc. Various side reactions are likely to occur, and as a result, large amounts of by-products such as hydrocarbon decomposition products and high-boiling cyclic alkylene imine condensates are produced, making it difficult to obtain cyclic alkylene imines in good yields. Can not. Therefore, when producing an N-alkylated product of a cyclic alkylene imine by N-alkylating this cyclic alkylene imine, the consistent yield from the cyclic ether as a starting material was extremely low. The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems caused by conventional methods and to produce N-alkylated products of cyclic alkyleneimines from cyclic ethers in excellent consistent yields.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の目
的を達成するために検討を重ねた結果、環状エ−テルと
アンモニアを反応させて得られる反応混合物から環状ア
ルキレンイミンを分離することなく、混合物中の特定成
分のみを除去した後に引続いてN−アルキル化処理する
ときは、効率よく環状アルキレンイミンのN−アルキル
化物を得ることができることを確認し本発明に到達した
。即ち、本発明の要旨は、(イ)環状エ−テルとアンモ
ニアとを固体酸触媒の存在下に気相で反応させることに
より環状アルキレンイミンを含有する反応混合物を得る
第1工程と、(ロ)第1工程で得られた反応混合物から
、環状アルキレンイミンよりも低沸点の成分の少なくと
も一部を除去した残留物を、アルコ−ル又はエ−テルと
固体酸触媒の存在下に気相で反応させることにより環状
アルキレンイミンのN−アルキル化物を得る第2工程と
からなることを特徴とする環状アルキレンイミンのN−
アルキル化物の製造法に存する。
[Means for Solving the Problems] As a result of repeated studies to achieve the above object, the present inventors separated a cyclic alkylene imine from a reaction mixture obtained by reacting a cyclic ether with ammonia. The present invention was achieved by confirming that an N-alkylated product of a cyclic alkyleneimine can be efficiently obtained when a specific component in a mixture is removed and then subjected to an N-alkylation treatment. That is, the gist of the present invention is (a) a first step of reacting a cyclic ether and ammonia in the gas phase in the presence of a solid acid catalyst to obtain a reaction mixture containing a cyclic alkyleneimine; ) From the reaction mixture obtained in the first step, the residue obtained by removing at least a part of the components with a lower boiling point than the cyclic alkylene imine is heated in the gas phase in the presence of alcohol or ether and a solid acid catalyst. A second step of obtaining an N-alkylated product of a cyclic alkylene imine by reacting the N-
It consists in a method for producing an alkylated product.

【0007】以下、本発明を詳細に説明する。 (イ)第1工程:環状アルキレンイミンの製造第1工程
では環状エ−テルとアンモニアとを固体酸触媒の存在下
に気相で反応させて環状アルキレンイミンを製造するも
のである。原料の環状エ−テルとしては、種々のものが
用いられるが、通常次の式(1)
The present invention will be explained in detail below. (a) First step: Production of cyclic alkylene imine In the first step, a cyclic ether and ammonia are reacted in the gas phase in the presence of a solid acid catalyst to produce a cyclic alkylene imine. Various cyclic ethers are used as raw material, but usually the following formula (1)

【化1】 (式中Rは、アルキル基、アルキレン基、アリ−ル基も
しくはアルコキシ基で置換されていてもよい炭素数2〜
12のポリメチレン基;あるいは鎖中に1〜2の窒素原
子、酸素原子又は硫黄原子を有する炭素数2〜10のポ
リメチレン複素鎖基を示す)で表される化合物が挙げら
れる。
[Chemical formula 1] (In the formula, R has 2 to 2 carbon atoms, which may be substituted with an alkyl group, an alkylene group, an aryl group, or an alkoxy group.
12 polymethylene groups; or a polymethylene heterochain group having 2 to 10 carbon atoms and having 1 to 2 nitrogen atoms, oxygen atoms, or sulfur atoms in the chain).

【0008】具体的には、例えばプロピレンオキシド、
テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、シクロヘキ
センオキシド、スチレンオキシド、ジオキサン、モルホ
リン等が挙げられ、中でもテトラヒドロフラン、テトラ
ヒドロピランが好適である。第1工程で使用される固体
酸触媒としては、例えば、シリカ−アルミナ、アルミナ
、ゼオライト、シリカ−酸化マグネシウム、シリカ−酸
化ジルコニウム等が挙げられ、特にシリカ−アルミナ、
アルミナ、ゼオライトが好適である。ゼオライトとして
は、そのカチオンサイトの少なくとも一部が水素、アン
モニウム又は多価金属のカチオンでイオン交換されたフ
ォ−ジャサイト型ゼオライト及びシャバサイト型ゼオラ
イトが好適に用いられる。
Specifically, for example, propylene oxide,
Examples include tetrahydrofuran, tetrahydropyran, cyclohexene oxide, styrene oxide, dioxane, and morpholine, with tetrahydrofuran and tetrahydropyran being preferred. Examples of the solid acid catalyst used in the first step include silica-alumina, alumina, zeolite, silica-magnesium oxide, silica-zirconium oxide, and especially silica-alumina,
Alumina and zeolite are preferred. As the zeolite, faujasite-type zeolite and chabasite-type zeolite, in which at least a portion of the cation sites are ion-exchanged with hydrogen, ammonium, or polyvalent metal cations, are preferably used.

【0009】第1工程の反応は、上記の環状エ−テルと
アンモニアとを固体酸触媒の存在下気相で接触させるこ
とにより実施される。反応温度は通常250〜400℃
、好ましくは300〜380℃の範囲から選ばれる。 反応は大気圧下〜加圧下で行われるが、好ましくは0.
5〜50kg/cm2G、特に好ましくは1〜20kg
/cm2Gである。また、アンモニア/環状エ−テルの
モル比は、一般に1〜50、好ましくは2〜30、更に
好ましくは5〜20の範囲である。気相接触反応は、固
定床形式、流動床形式等の一般的な方式で実施すること
ができる。空間速度[標準状態における環状エ−テル及
びアンモニアの合計ガス量(l000 ml/hr)/
触媒量(1000 ml)]は、反応温度、アンモニア
/環状エ−テルのモル比等の条件によって広範囲に変え
ることができるが、通常は50〜4000 hr−1、
好ましくは100〜3000 hr−1の範囲の空間速
度が採用される。
The reaction in the first step is carried out by bringing the above-mentioned cyclic ether and ammonia into contact in the gas phase in the presence of a solid acid catalyst. Reaction temperature is usually 250-400℃
, preferably from the range of 300 to 380°C. The reaction is carried out under atmospheric pressure to increased pressure, preferably 0.
5 to 50 kg/cm2G, particularly preferably 1 to 20 kg
/cm2G. Further, the ammonia/cyclic ether molar ratio is generally in the range of 1 to 50, preferably 2 to 30, and more preferably 5 to 20. The gas phase catalytic reaction can be carried out in a general manner such as a fixed bed format or a fluidized bed format. Space velocity [total gas amount of cyclic ether and ammonia in standard state (1000 ml/hr)/
The amount of catalyst (1000 ml) can be varied over a wide range depending on conditions such as reaction temperature and ammonia/cyclic ether molar ratio, but it is usually 50 to 4000 hr-1,
Preferably space velocities in the range 100 to 3000 hr-1 are employed.

【0010】第1工程で得られた反応混合物中には、生
成物である環状アルキレンイミンの外に、未反応原料で
あるアンモニア及び環状エ−テルや副生物である炭化水
素類等の環状アルキレンイミンよりも低沸点の成分が含
有され、更に環状アルキレンイミンよりも高沸点の副生
物等が含有されている。本発明の特徴とするところは、
上記反応混合物から環状アルキレンイミンを分離精製す
ることなく、反応混合物中に含まれる環状アルキレンイ
ミンよりも低沸点成分のみを除去し、環状アルキレンイ
ミンと高沸点成分とを含む混合物を、後続する環状アル
キレンイミンのN−アルキル化工程(第2工程)の原料
として用いることである。低沸点成分のうち、アンモニ
アは実質的な量を除去するのが好ましく、特に全量を除
去するのが好ましい。また環状エ−テルや炭化水素類等
の低沸点成分も可及的に除去しておくのが望ましい。こ
れらの環状アルキレンイミンよりも低沸点の未反応原料
や副生物が多量に残存すると、後続する第2工程におけ
る副反応が増加して精製の負荷が増大する。
In the reaction mixture obtained in the first step, in addition to the product cyclic alkylene imine, unreacted raw materials such as ammonia and cyclic ether and by-products such as cyclic alkylene imine such as hydrocarbons are present. It contains components with a lower boiling point than the imine, and further contains by-products and the like with a higher boiling point than the cyclic alkylene imine. The features of the present invention are as follows:
Without separating and purifying the cyclic alkylene imine from the reaction mixture, only the components with a lower boiling point than the cyclic alkylene imine contained in the reaction mixture are removed, and the mixture containing the cyclic alkylene imine and the higher boiling point component is purified from the subsequent cyclic alkylene imine. It is used as a raw material for the imine N-alkylation step (second step). Among the low-boiling components, it is preferable to remove a substantial amount of ammonia, particularly preferably the entire amount. It is also desirable to remove low boiling point components such as cyclic ethers and hydrocarbons as much as possible. If a large amount of unreacted raw materials and by-products having a boiling point lower than that of these cyclic alkylene imines remain, side reactions in the subsequent second step increase and the burden of purification increases.

【0011】(ロ)第2工程:環状アルキレンイミンの
N−アルキル化物の製造 第2工程では、第1工程で得られた反応混合物から低沸
点成分を除去した後、環状アルキレンイミン及び高沸点
副生物を含む混合物とアルコ−ル又はエ−テルとを固体
酸触媒の存在下に気相で反応させて環状アルキレンイミ
ンのN−アルキル化物を製造するものである。アルコ−
ルとしては、例えばメタノ−ル、エタノ−ル、プロパノ
−ル、イソプロパノ−ル、ブタノ−ル等の脂肪族アルコ
−ル;シクロペンタノ−ル、シクロヘキサノ−ル等の脂
環式アルコ−ル;ベンジルアルコ−ル等の芳香族アルコ
−ルが挙げられ、中でも好ましいのは炭素数4以下の脂
肪族アルコ−ルであり、特にメタノ−ルが好ましい。ま
たエ−テルとしては、上記脂肪族アルコ−ルに対応する
エ−テル、例えばメチルエ−テル、エチルエ−テル、プ
ロピルエ−テル、イソプロピルエ−テル、ブチルエ−テ
ル等が挙げられ、特にメチルエ−テルが好適である。
(b) Second step: Production of N-alkylated product of cyclic alkylene imine In the second step, after removing low boiling point components from the reaction mixture obtained in the first step, the cyclic alkylene imine and the high boiling point sub-product are removed. The N-alkylated product of a cyclic alkylene imine is produced by reacting a mixture containing a living organism with an alcohol or an ether in the gas phase in the presence of a solid acid catalyst. Alcohol
Examples of the alcohol include aliphatic alcohols such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol, and butanol; alicyclic alcohols such as cyclopentanol and cyclohexanol; Examples include aromatic alcohols such as alcohol, and among them preferred are aliphatic alcohols having 4 or less carbon atoms, and methanol is particularly preferred. Examples of ethers include ethers corresponding to the above-mentioned aliphatic alcohols, such as methyl ether, ethyl ether, propyl ether, isopropyl ether, butyl ether, etc. In particular, methyl ether is suitable.

【0012】第2工程で使用される固体酸触媒としては
、例えば、シリカ−アルミナ、アルミナ、ゼオライト、
シリカ−酸化マグネシウム、シリカ−酸化ジルコニウム
等が挙げられ、特にシリカ−アルミナ、アルミナ、ゼオ
ライトが好適である。ゼオライトとしては、そのカチオ
ンサイトの少なくとも一部が水素、アンモニウム又は多
価金属のカチオンでイオン交換されたフォ−ジャサイト
型ゼオライトが好適に用いられる。
[0012] Examples of the solid acid catalyst used in the second step include silica-alumina, alumina, zeolite,
Examples include silica-magnesium oxide and silica-zirconium oxide, with silica-alumina, alumina, and zeolite being particularly preferred. As the zeolite, faujasite type zeolite in which at least a portion of its cation sites are ion-exchanged with hydrogen, ammonium, or polyvalent metal cations is preferably used.

【0013】第2工程の反応は、第1工程の反応混合物
から低沸点副生物を除去して得られた、環状アルキレン
イミン及び高沸点副生物を含む混合物と、アルコ−ル又
はエ−テルとを固体酸触媒の存在下に気相で接触させる
ことにより実施される。反応温度は通常200〜400
℃、好ましくは300〜400℃の範囲から選ばれる。 反応は大気圧下〜加圧下で行われ、好ましくは0.1〜
10kg/cm2Gである。またアルコ−ル/環状アル
キレンイミンのモル比は、一般に1〜10、好ましくは
1〜5の範囲である。なおエ−テル/環状アルキレンイ
ミンのモル比は、アルコ−ルの場合の半分の量が適当で
ある。
[0013] In the reaction of the second step, a mixture containing a cyclic alkylene imine and a high-boiling by-product obtained by removing the low-boiling by-product from the reaction mixture of the first step, and an alcohol or an ether. is carried out by contacting them in the gas phase in the presence of a solid acid catalyst. The reaction temperature is usually 200 to 400
℃, preferably selected from the range of 300 to 400℃. The reaction is carried out under atmospheric pressure to increased pressure, preferably 0.1 to
It is 10kg/cm2G. Further, the molar ratio of alcohol/cyclic alkyleneimine is generally in the range of 1 to 10, preferably 1 to 5. The molar ratio of ether/cyclic alkyleneimine is suitably half that of alcohol.

【0014】気相接触反応は、固定床形式、流動床形式
等の一般的な方式で実施することができる。空間速度[
標準状態における環状アルキレンイミンと高沸物とアル
コ−ル又はエ−テルの合計ガス量(l000 ml/h
r)/触媒量(1000 ml)]は、反応温度、アル
コ−ル又はエ−テル/環状アルキレンイミンのモル比等
の条件によって広範囲に変えられるが、通常は50〜4
000 hr−1、好ましくは100〜3000 hr
−1の空間速度が採用される。以上に述べた第2工程に
よって製造さられた環状アルキレンイミンのN−アルキ
ル化物は、例えば蒸留等の周知の分離手段によって反応
混合物から容易に分離、精製することができる。
[0014] The gas phase catalytic reaction can be carried out in a general manner such as a fixed bed format or a fluidized bed format. Space velocity [
Total gas volume of cyclic alkyleneimine, high boiling substance, alcohol or ether under standard conditions (1000 ml/h
r)/catalyst amount (1000 ml)] can be varied over a wide range depending on conditions such as reaction temperature and molar ratio of alcohol or ether/cyclic alkylene imine, but is usually 50 to 4
000 hr-1, preferably 100-3000 hr
A space velocity of −1 is adopted. The N-alkylated product of the cyclic alkyleneimine produced in the second step described above can be easily separated and purified from the reaction mixture by well-known separation means such as distillation.

【0015】[0015]

【実施例】以下本発明を実施例について更に詳細に説明
するが、本発明はその要旨を超えない限りこれ等の実施
例に限定されるものではない。
EXAMPLES The present invention will be explained in more detail with reference to Examples below, but the present invention is not limited to these Examples unless the gist thereof is exceeded.

【0016】実施例1 第1工程:SUS−316製の直立反応管(内径25 
mm、長さ480mm)の上部に、環状エ−テル及びア
ンモニアの蒸発予熱帯としてガラスビ−ズ90ccを充
填し、その下部に反応帯としてシリカ−アルミナ触媒(
N631HN 日揮化学社製)を40 g充填した。反
応管を外部から環状の電気炉により加熱して蒸発予熱帯
及び反応帯を所定の温度に保持するように調節した。反
応帯にテトラヒドロフラン(THFと略記する)及びア
ンモニアを、それぞれ593.9 mmol/hr及び
4166.8 mmol/hr(アンモニア/THF 
モル比:7.0)の量で供給し、反応温度370℃、触
媒量(g)/全原料供給量(mol/hr):8.4 
g・hr/mol、空間速度(hr−1):1330、
反応圧力:10 kg/cm2Gの条件下で反応を行っ
た。THFの転化率は96.8%であり、ピロリジンの
選択率は92.8%であった。
Example 1 First step: Upright reaction tube made of SUS-316 (inner diameter 25
90 cc of glass beads were filled in the upper part of the cyclic ether and ammonia evaporation pre-zone (480 mm in length), and a silica-alumina catalyst (480 mm in length) was packed in the lower part as a reaction zone.
40 g of N631HN (manufactured by JGC Chemical Co., Ltd.) was filled. The reaction tube was heated from the outside with an annular electric furnace to maintain the pre-evaporation zone and reaction zone at a predetermined temperature. Tetrahydrofuran (abbreviated as THF) and ammonia were added to the reaction zone at 593.9 mmol/hr and 4166.8 mmol/hr (ammonia/THF), respectively.
molar ratio: 7.0), reaction temperature 370°C, catalyst amount (g)/total raw material supply amount (mol/hr): 8.4
g・hr/mol, space velocity (hr-1): 1330,
The reaction was carried out under the conditions of reaction pressure: 10 kg/cm2G. The conversion rate of THF was 96.8%, and the selectivity of pyrrolidine was 92.8%.

【0017】得られた反応混合物をエチレングリコ−ル
−水冷媒で冷却したトラップに凝縮して捕集した。次い
で、これを常圧下50℃で蒸留して低沸物(アンモニア
、プロピレン、ブタジエン等)を除去した後、釜残液を
ガスクロマトグラフィ−により分析した結果、その組成
はピロリジン72.5%(重量)、ピロリジンより低沸
点の副生成分2.5%(重量)、ピロリジンより高沸点
の副生成分3.5%(重量)及び水21.5%(重量)
であった。蒸留の前及び後におけるピロリジン、低沸物
成分、高沸物成分及び水の組成を表1に示す。
The resulting reaction mixture was condensed and collected in a trap cooled with an ethylene glycol-water refrigerant. Next, this was distilled at 50°C under normal pressure to remove low-boiling substances (ammonia, propylene, butadiene, etc.), and the residual liquid was analyzed by gas chromatography. ), 2.5% (by weight) of by-products with a lower boiling point than pyrrolidine, 3.5% (by weight) of by-products with a higher boiling point than pyrrolidine, and 21.5% (by weight) of water.
Met. Table 1 shows the compositions of pyrrolidine, low-boiling components, high-boiling components, and water before and after distillation.

【0018】[0018]

【表1】[Table 1]

【0019】第2工程:第1工程で用いたと同一の反応
管の上部に、環状アルキレンイミン及びメタノ−ルの蒸
発予熱帯としてガラスビ−ズ90ccを充填し、その下
部に反応帯としてアルミナ触媒(SCM−250 ロ−
ヌ・プ−ラン社製)50gを充填した。反応管を外部か
ら環状の電気炉により加熱して蒸発予熱帯及び反応帯を
所定の温度に保持するように調節した。反応帯に第1工
程で得た釜残液及びメタノ−ルを、それぞれ212.2
5 mmol/hr(釜残液中のピロリジンの量)及び
276.36 mmol/hr(メタノ−ル/ピロリジ
ン モル比:1.3)の量で供給し、常圧下、温度36
5℃、触媒量(g)/全原料供給量(mol/hr):
65.8 g・hr/mol、空間速度(hr−1):
189の条件で反応を行った。
Second step: In the upper part of the same reaction tube used in the first step, 90 cc of glass beads were filled as a pre-evaporation zone for the cyclic alkylene imine and methanol, and in the lower part, an alumina catalyst (as a reaction zone) was filled. SCM-250 Low
(Manufactured by Ne Poulenc) 50g was filled. The reaction tube was heated from the outside with an annular electric furnace to maintain the pre-evaporation zone and reaction zone at a predetermined temperature. The residual liquid obtained in the first step and methanol were added to the reaction zone at a rate of 212.2% each.
It was supplied in an amount of 5 mmol/hr (the amount of pyrrolidine in the pot residue) and 276.36 mmol/hr (methanol/pyrrolidine molar ratio: 1.3), under normal pressure and at a temperature of 36 mmol/hr.
5°C, catalyst amount (g)/total raw material supply amount (mol/hr):
65.8 g・hr/mol, space velocity (hr-1):
The reaction was carried out under 189 conditions.

【0020】得られた反応混合物をエチレングリコ−ル
−水冷媒で冷却したトラップに凝縮して捕集し、得られ
た反応生成物をガスクロマトグラフィ−により分析した
。また、未凝縮のガス成分はガス状のまま捕集してガス
クロマトグラフィ−により分析したところメチルアミン
類、炭化水素類、ジメチルエ−テル等であった。ピロリ
ジンの転化率は97.3%であり、またN−メチルピロ
リジンの収率は93.6%であった。なお、N−メチル
ピロリジンの収率は供給原料中のピロリジンを基準にし
て計算した。
The resulting reaction mixture was condensed and collected in a trap cooled with an ethylene glycol-water refrigerant, and the resulting reaction product was analyzed by gas chromatography. Further, uncondensed gas components were collected in a gaseous state and analyzed by gas chromatography, and were found to be methylamines, hydrocarbons, dimethyl ether, etc. The conversion rate of pyrrolidine was 97.3%, and the yield of N-methylpyrrolidine was 93.6%. Note that the yield of N-methylpyrrolidine was calculated based on pyrrolidine in the feedstock.

【0021】比較例1 実施例1において、第2工程で用いたピロリジンを含む
釜残液とメタノ−ル(メタノ−ル/ピロリジン モル比
:1.3)の代りに、釜残液から分離した純度79.8
重量%のピロリジン232.12 mmol/hr及び
メタノ−ル301.24 mmol/hr(メタノ−ル
/ピロリジン モル比:1.3)を使用した以外は、実
施例1の第2工程とほぼ同様の条件、即ち常圧下、反応
温度360℃、触媒量(g)/全原料供給量(mol/
hr):65.3 g・hr/mol、空間速度(hr
−1):191の条件で反応を行った。ピロリジンの転
化率は97.8%であり、またN−メチルピロリジンの
収率は90.0%であった。N−メチルピロリジンの収
率は供給原料中のピロリジンを基準にして計算した。
Comparative Example 1 In Example 1, instead of the pyrrolidine-containing bottom liquid and methanol (methanol/pyrrolidine molar ratio: 1.3) used in the second step, a solution separated from the bottom liquid was used. Purity 79.8
Almost the same as the second step of Example 1 except that 232.12 mmol/hr of pyrrolidine and 301.24 mmol/hr of methanol (methanol/pyrrolidine molar ratio: 1.3) were used. Conditions: normal pressure, reaction temperature 360°C, catalyst amount (g)/total raw material supply amount (mol/
hr): 65.3 g・hr/mol, space velocity (hr
-1): The reaction was carried out under the conditions of 191. The conversion rate of pyrrolidine was 97.8%, and the yield of N-methylpyrrolidine was 90.0%. The yield of N-methylpyrrolidine was calculated based on the pyrrolidine in the feed.

【0022】実施例2 第1工程:実施例1で用いた反応管の上部に、環状エ−
テル及びアンモニアの蒸発予熱帯としてガラスビ−ズ9
0ccを充填し、その下部に反応帯としてアルミナ触媒
(SCM−250 ロ−ヌ・プ−ラン社製)を20 g
充填した。反応管を外部から環状の電気炉により加熱し
て蒸発予熱帯及び反応帯を所定の温度に保持するように
調節した。反応帯にTHF及びアンモニアを、夫々29
5.6 mmol/hr及び2083.4 mmol/
hr(アンモニア/THF モル比:7.0)の量で供
給し、反応温度370℃、触媒量(g)/全原料供給量
(mol/hr):8.4 g・hr/mol、空間速
度(hr−1):1570、反応圧力:2 kg/cm
2Gの条件下で反応を行った。THFの転化率は92.
8%であり、ピロリジンの選択率は69.4%であった
Example 2 First step: At the top of the reaction tube used in Example 1, a cyclic acetate was placed.
Glass beads 9 as a pre-evaporation zone for ester and ammonia
0 cc, and 20 g of alumina catalyst (SCM-250 manufactured by Rhone-Poulenc) was charged as a reaction zone at the bottom.
Filled. The reaction tube was heated from the outside with an annular electric furnace to maintain the pre-evaporation zone and reaction zone at a predetermined temperature. THF and ammonia were added to the reaction zone at 29% each.
5.6 mmol/hr and 2083.4 mmol/
hr (ammonia/THF molar ratio: 7.0), reaction temperature 370°C, catalyst amount (g)/total raw material supply amount (mol/hr): 8.4 g・hr/mol, space velocity (hr-1): 1570, reaction pressure: 2 kg/cm
The reaction was carried out under 2G conditions. The conversion rate of THF is 92.
8%, and the selectivity of pyrrolidine was 69.4%.

【0023】得られた反応混合物をエチレングリコ−ル
−水冷媒で冷却したトラップに凝縮して捕集した。次い
で、これを常圧下60℃で蒸留して低沸物を除去した後
、釜残液をガスクロマトグラフィ−により分析した結果
、その組成はピロリジン57.1%(重量)、ピロリジ
ンより低沸点の副生成分3.0%(重量)、ピロリジン
より高沸点の副生成分18.0%(重量)及び水21.
9%(重量)であった。蒸留の前及び後におけるピロリ
ジン、低沸物成分、高沸物成分及び水の組成を表2に示
す。
The resulting reaction mixture was condensed and collected in a trap cooled with an ethylene glycol-water refrigerant. Next, this was distilled at 60°C under normal pressure to remove low-boiling substances, and the residual liquid in the pot was analyzed by gas chromatography, which revealed that the composition was 57.1% (by weight) of pyrrolidine, with a secondary substance having a lower boiling point than pyrrolidine. Product content: 3.0% (weight), by-product content with a higher boiling point than pyrrolidine: 18.0% (weight), and water: 21.
It was 9% (weight). Table 2 shows the compositions of pyrrolidine, low-boiling components, high-boiling components, and water before and after distillation.

【0024】[0024]

【表2】[Table 2]

【0025】第2工程:第1工程で用いた反応管の上部
に、環状アルキレンイミン及びメタノ−ルの蒸発予熱帯
としてガラスビ−ズ90ccを充填し、その下部に反応
帯としてアルミナ触媒(SCM−250 ロ−ヌ・プ−
ラン社製)20gを充填した。反応管を外部から環状の
電気炉により加熱して蒸発予熱帯及び反応帯を所定の温
度に保持するように調節した。反応帯に第1工程で得た
釜残液及びメタノ−ルを、夫々64.46 mmol/
hr(釜残液中のピロリジンの量)及び94.62 m
mol/hr(メタノ−ル/ピロリジン モル比:1.
5)の量で供給し、常圧下、温度365℃、触媒量(g
)/全原料供給量(mol/hr):73.8 g・h
r/mol、空間速度(hr−1):179の条件で反
応を行った。
Second step: The upper part of the reaction tube used in the first step was filled with 90 cc of glass beads as a preevaporation zone for the cyclic alkylene imine and methanol, and the lower part was filled with an alumina catalyst (SCM- 250 Rhone Pou
(manufactured by Ran Co., Ltd.) 20g was filled. The reaction tube was heated from the outside with an annular electric furnace to maintain the pre-evaporation zone and reaction zone at a predetermined temperature. The pot residue obtained in the first step and methanol were each added to the reaction zone at a rate of 64.46 mmol/
hr (amount of pyrrolidine in the pot residue) and 94.62 m
mol/hr (methanol/pyrrolidine molar ratio: 1.
5), under normal pressure, at a temperature of 365°C, and in an amount of catalyst (g
)/total raw material supply amount (mol/hr): 73.8 g・h
The reaction was carried out under the conditions of r/mol and space velocity (hr-1): 179.

【0026】得られた反応混合物をエチレングリコ−ル
−水冷媒で冷却したトラップに凝縮して捕集し、得られ
た反応生成物をガスクロマトグラフィ−により分析した
。また、未凝縮のガス成分はガス状のまま捕集してガス
クロマトグラフィ−により分析したところ、メチルアミ
ン類、炭化水素類、ジメチルエ―テル等であった。。 ピロリジンの転化率は98.7%であり、N−メチルピ
ロリジンの収率は106.2%であった。なお、N−メ
チルピロリジンの収率は供給原料中のピロリジンを基準
にして計算した。
The resulting reaction mixture was condensed and collected in a trap cooled with an ethylene glycol-water refrigerant, and the resulting reaction product was analyzed by gas chromatography. Further, uncondensed gas components were collected in a gaseous state and analyzed by gas chromatography, and were found to be methylamines, hydrocarbons, dimethyl ether, etc. . The conversion rate of pyrrolidine was 98.7%, and the yield of N-methylpyrrolidine was 106.2%. Note that the yield of N-methylpyrrolidine was calculated based on pyrrolidine in the feedstock.

【0027】比較例2 実施例2において、第2工程で用いたピロリジンを含む
釜残液とメタノ−ル(メタノ−ル/ピロリジン モル比
:1.5)の代りに、釜残液から分離した純度79.8
重量%のピロリジン85.52 mmol/hr及びメ
タノ−ル858.52 mmol/hr(メタノ−ル/
ピロリジン モル比:1.5)を使用した以外は、実施
例2の第2工程と同様の条件、即ち常圧下、反応温度3
60℃、触媒量(g)/全原料供給量(mol/hr)
:66.7g・hr/mol、空間速度(hr−1):
186の条件で反応を行った。ピロリジンの転化率は9
9.6%であり、またN−メチルピロリジンの収率は8
6.3%であった。なお、N−メチルピロリジンの収率
は供給原料中のピロリジンを基準にして計算した。
Comparative Example 2 In Example 2, instead of the pyrrolidine-containing bottom liquid and methanol (methanol/pyrrolidine molar ratio: 1.5) used in the second step, a solution separated from the bottom liquid was used. Purity 79.8
Weight% of pyrrolidine 85.52 mmol/hr and methanol 858.52 mmol/hr (methanol/
The conditions were the same as in the second step of Example 2, except that pyrrolidine molar ratio: 1.5) was used, i.e., under normal pressure, reaction temperature 3.
60°C, catalyst amount (g)/total raw material supply amount (mol/hr)
:66.7g・hr/mol, space velocity (hr-1):
The reaction was carried out under 186 conditions. The conversion rate of pyrrolidine is 9
9.6%, and the yield of N-methylpyrrolidine was 8.
It was 6.3%. Note that the yield of N-methylpyrrolidine was calculated based on pyrrolidine in the feedstock.

【0028】[0028]

【発明の効果】本発明によれば、環状エ−テルとアンモ
ニアを反応させて得られる反応混合物から環状アルキレ
ンイミンを分離精製することなく、反応混合物中の環状
アルキレンイミンより低沸点成分のみを除去し、直ちに
引続いてN−アルキル化処理を行うことにより、環状エ
−テルから収率よく環状アルキレンイミンのN−アルキ
ル化物を製造し得るばかりでなく、環状アルキレンイミ
ンの分離精製に要する負荷も節減できるので、環状アル
キレンイミンのN−アルキル化物の工業的製造上寄与す
るところは大きい。
According to the present invention, only components with lower boiling points than the cyclic alkylene imine in the reaction mixture are removed without separating and purifying the cyclic alkylene imine from the reaction mixture obtained by reacting cyclic ether and ammonia. However, by immediately following the N-alkylation treatment, it is possible to not only produce an N-alkylated product of a cyclic alkylene imine from the cyclic ether in high yield, but also to reduce the load required for separation and purification of the cyclic alkylene imine. Since the cost can be saved, it greatly contributes to the industrial production of N-alkylated products of cyclic alkyleneimines.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  (イ)環状エ−テルとアンモニアとを
固体酸触媒の存在下に気相で反応させることにより環状
アルキレンイミンを含有する反応混合物を得る第1工程
と、(ロ)第1工程で得られた反応混合物から、環状ア
ルキレンイミンよりも低沸点の成分の少なくとも一部を
除去した残留物を、アルコ−ル又はエ−テルと固体酸触
媒の存在下に気相で反応させることにより環状アルキレ
ンイミンのN−アルキル化物を得る第2工程とからなる
ことを特徴とする環状アルキレンイミンのN−アルキル
化物の製造法。
Claim 1: (a) a first step of obtaining a reaction mixture containing a cyclic alkylene imine by reacting a cyclic ether and ammonia in the presence of a solid acid catalyst in a gas phase; Reacting the residue obtained by removing at least part of the components with a lower boiling point than the cyclic alkylene imine from the reaction mixture obtained in the step with alcohol or ether in the presence of a solid acid catalyst in the gas phase. 2. A method for producing an N-alkylated product of a cyclic alkylene imine, the method comprising: a second step of obtaining an N-alkylated product of a cyclic alkylene imine.
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