JPH0772159B2 - N,n−ジメチルアミンの製造方法 - Google Patents

N,n−ジメチルアミンの製造方法

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JPH0772159B2
JPH0772159B2 JP2402867A JP40286790A JPH0772159B2 JP H0772159 B2 JPH0772159 B2 JP H0772159B2 JP 2402867 A JP2402867 A JP 2402867A JP 40286790 A JP40286790 A JP 40286790A JP H0772159 B2 JPH0772159 B2 JP H0772159B2
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dimethylamine
formaldehyde
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mpa
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C209/00Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton
    • C07C209/24Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton by reductive alkylation of ammonia, amines or compounds having groups reducible to amino groups, with carbonyl compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C209/00Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton
    • C07C209/24Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton by reductive alkylation of ammonia, amines or compounds having groups reducible to amino groups, with carbonyl compounds
    • C07C209/26Preparation of compounds containing amino groups bound to a carbon skeleton by reductive alkylation of ammonia, amines or compounds having groups reducible to amino groups, with carbonyl compounds by reduction with hydrogen

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アルデヒドとジメチル
アミン及び水素とを加圧下に及び高められた温度で水素
化触媒の存在下に反応させて、N,N−ジメチルアミン
を製造する方法に関する。
【0002】この反応で、アルデヒド基中の酸素原子を
ジメチルアミン残基で交換することになる。その際水を
形成する。この場合中間体としてエナミンを形成するこ
とができ、このエナミンは水素によって対応するジメチ
ルアミン誘導体に変わる。次にN,N−ジメチルアミン
は、2個のメチル基の他に更に任意の残基──これはア
ルデヒドの組入れに起因する──を有する第三アミンを
意味する。第三アミンは、技術上重要な化合物である。
これらは重合−及び硬化触媒としてエポキシド及びウレ
タンに基づく合成樹脂の製造に使用することができる。
更にこれは腐食抑制剤及び吸収剤として合成ガスの洗滌
に適する。このことは特にN,N−ジメチルアミンの容
易な製造をもたらす。
【0003】
【従来の技術】米国特許第4207260号明細書に
は、アルデヒドと水及びアミンとを触媒としてロジウム
−又はルテニウムカルボニル又は−ハロゲンカルボニル
の存在下に反応させることによって第三アミンを製造す
ることが記載されている。
【0004】米国特許第4229374号明細書には、
アルコール、アルデヒド又はケトンとアンモニア、第一
又は第二アミンとを、還元性雰囲気中で銅、錫及び場合
によりアルカリ−又はアルカリ土類金属を含有する担体
−触媒を用いて反応させることによって、アミンを製造
する方法が記載されている。
【0005】アルデヒドとジメチルアミン及び水素との
反応──アルデヒドの還元アミノ化という概念下でも公
知である──は、N,N−ジメチルアミンの製造のため
の技術的に流布している方法である。
【0006】この方法に関する詳細は、ホウベンヴエイ
ル、有機化学の方法、第IV/1C巻、第423頁〜第
425頁、第4版(1980)、ゲオルグチーメ出版、
シュツットガルト−ニューヨーク及びS.B.キャビッ
ト等、J.Org.Chem.27,1211(196
2)中に見い出すことができる。
【0007】反応を回分的に又は連続的に実施すること
ができる。連続的処理法で、通常水素化触媒をペレット
の形で有する耐圧性チューブ状リアクターを使用する。
出発物質ジメチルアミン、アルデヒド及び水素を、チュ
ーブ状リアクター中に底部又は頭部に供給する。添加の
種類に応じて、滴下−又はたまり処理法と呼ぶ。
【0008】しかし反応を懸濁された水素化触媒の存在
下に非連続的に又は連続的に実施することもできる。
【0009】反応の経過中、種々の副生成物が生じる。
特に第二N−メチルアミンの形成が、反応に妨害的に影
響を与える。このアミンは、恐らくジメチルアミン及び
すでに形成されたN,N−ジメチルアミンの分解に基づ
いて生じる。この第二N−メチルアミンを所望の価値あ
る生成物から、すなわちN,N−ジメチルアミンから狭
い沸点範囲のゆえに要求される領域で蒸留分離すること
ができない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】一連の使用分野にとっ
て、使用すべきN,N−ジメチルアミンの純度にまさに
高い要求がある。この場合第二N−メチルアミンの僅か
な量でさえN,N−メチルアミンの使用を妨げるので、
簡単に実施され及び通常の水素化触媒の使用を可能し、
同時に前記の、第二N−メチルアミンの存在に起因する
欠点を回避するばかりか、所望の価値ある生成物を高収
率で得られる方法が要求される。
【0011】
【課題を解決するための手段】この課題は、アルデヒド
とジメチルアミン及び水素とを加圧下及び高められた温
度で水素化触媒の存在下に反応させて、N,N−ジメチ
ルアミンを製造する方法によって解決される。これは、
未反応ジメチルアミンを分離し、次いでN,N−ジメチ
ルアミンに対して0.1〜25重量%ホルムアルデヒド
又はホルムアルデヒドを形成する物質を加え、蒸留する
ことを特徴とする。
【0012】本発明による方法は、上述の様に微分散さ
れた状態で又はペレット形で存在する水素化触媒の使用
下に、非連続的に及び連続的に実施することができる。
特に連続的方法が適当である。
【0013】懸濁された水素化触媒で処理した場合、触
媒懸濁液をたとえば撹拌容器中に予め導入し、出発物質
を撹拌された懸濁液に加える。
【0014】ペレット状水素化触媒を使用する場合、こ
れを吸着床の形で耐圧性反応チューブ中に設置し、出発
物質をこの床に導くのが好ましい。出発物質アルデヒド
及びジメチルアミンを、ガス状又は液状状態で反応に使
用することができる。本発明による方法は、反応を液相
中で行う場合に特に容易である。
【0015】アルデヒドとして、任意の芳香族、芳香脂
肪族、脂環式及び脂肪族、特に芳香脂肪族、脂環式、好
ましくは脂環式及び脂肪族、特に好ましくは脂肪族アル
デヒド及びその誘導体が挙げられる。
【0016】芳香族アルデヒドの代表例は、ベンズアル
デヒド、p−ヒドロキシベンズアルデヒド、芳香脂肪族
アルデヒドとして、フエニルアセトアルデヒド、フエニ
ルプロピオンアルデヒド、脂環式アルデヒドとしてホル
ミルシクロヘキサン及び脂肪族アルデヒドとしてC−原
子数2〜20、特に2〜15、好ましくは2〜10の直
鎖状及び分枝状アルデヒドが挙げられる。適する脂肪族
アルデヒドの例は、プロパナル、n−及びi−ブタナ
ル、n−及びi−ペンタナル、たとえば3−メチルブタ
ナル、n−及びi−ヘキサナル、ヘプタナル、オクタナ
ル、たとえば2−エチルヘキサナル、ノナナル、デカナ
ル、ウンデカナル、ドデカナル、トリデカナル、C−原
子数14〜20のアルデヒド、たとえばヘキサデカナ
ル、しかもまた不飽和アルデヒド、たとえばアクロレイ
ン、クロトンアルデヒド、ペンタナル、ヘキサナル、オ
クテナル、たとえば2−エチルヘキサナルである。
【0017】アルデヒドを、希釈された形又は純粋な形
で使用することができる。多くの場合、溶剤の使用をや
め、アルデヒドを非希釈形で使用するのが有利である。
【0018】反応に必要なジメチルアミンを、溶解され
た形で又は非希釈物質として使用することができる。溶
剤として水が適する。しかし純粋なジメチルアミンを非
希釈状態で反応に使用することもできる。その低い沸点
のゆえに、適する加圧容器中で保存しなければならな
い。
【0019】アルデヒド及びジメチルアミンを、反応に
使用する前に一緒し、混合物として反応に使用する。し
かし2つの出発物質を、別々に反応に導入することもで
きる。反応に必要な水素を、常法で分離導管を経て、水
素化触媒を有する反応容器中に供給する。この導管は場
合により水素の均一な分布のための装置を有する。
【0020】アルデヒドとジメチルアミン及び水素とを
モル割合1:(1〜10):(1〜50)、特に1:
(1〜8):(1〜30)、好ましくは1:(1〜
5):(1〜10)で使用する。ジメチルアミンと水素
をアルデヒドに対して過剰に使用するのが有利である。
【0021】一般に50モル%ジメチルアミン及び10
0モル%水素の化学量論的要求以上の量で十分である。
反応は、1〜20、特に3〜15、好ましくは7〜12
MPa及び50〜150、特に70〜130、好ましく
は100〜110℃で行われる。
【0022】水素化触媒として、通常の水素化触媒を使
用することができる。圧力及び温度は、特定の範囲内で
水素化触媒の種類に依存し、それ故に相互に一致させね
ばならない。
【0023】水素化触媒は、担体不含金属触媒又は担体
触媒であってよく、これは担体としてAl2 3 、Si
2 、けいそう土、活性炭又は軽石、特にSiO2 、け
いそう土又は活性炭、好ましくはSiO2 、けいそう土
を含有する。水素化触媒は、Ni、Co、Cu、Mn、
Fe、Rh、Pd及び(又は)Pt、特にNi、Co、
Cu、Rh、Pd及び(又は)Pt、好ましくはNi、
Co及び(又は)Rh、特に好ましくはNi、その他に
場合により通常の添加物及び促進剤、たとえばアルカリ
土類金属酸化物、SiO2 、Al2 3 、MnO2 、及
び(又は)Cr 2 3 を含有する。
【0024】担体不含触媒として、ラネー触媒、たとえ
ばラネーニッケル又はラネーコバルト、しかもまたパラ
ジウム、ロジウム又は白金を基体とする触媒を使用する
ことができる。
【0025】本発明による方法は、全触媒重量に対して
10〜75、特に20〜70、好ましくは40〜65重
量%Ni、Cu、Mn及び(又は)Fe、特にNi、C
o、Cu及び(又は)Mn、好ましくはNi、Co及び
(又は)Cuを有する担体含有水素化触媒を使用した場
合、特に簡単である。
【0026】希金属触媒は、反応を特に穏やかな条件下
に実施することができる。これは通常担体上に担持さ
れ、全触媒重量に対して0.1〜20、特に0.2〜1
5、好ましくは0.5〜10重量%Pd、Rh及び(又
は)Ptの金属含有率を有する。担体として、Al2
3 、SiO2 、けいそう土、活性炭及び(又は)軽石を
基体とする成形された材料が有利である。
【0027】触媒は、反応条件、特に触媒温度及び圧力
を決定する。常法で反応を50〜150、特に70〜1
30、好ましくは100〜110℃及び1〜20、特に
3〜15、好ましくは7〜12MPaで良好な結果を伴
って実施することができる。
【0028】ペレット状水素化触媒を使用した場合、反
応をまっすぐな流れ中で又は反応生成物循環の助力下に
進行することができる。出発物質を、触媒が吸着床の形
で存在するリアクター──通常垂直に設置されたチュー
ブリアクター──に頭部に又は底部に導入する。特別な
実施形態によれば、出発物質をリアクターに底部で供給
し、反応はまっすぐな流れ中で、すなわち反応生成物の
循環なしに行われる。反応混合物は、リアクターを頭部
を経て離れる。リアクターの後に接続された分離器中
で、水素を場合により未反応ジメチルアミンと一緒に過
圧下に反応混合物から除去する。未使用の水素及び未反
応ジメチルアミンを、反応に再び使用することができ
る。
【0029】本発明による方法がうまくゆくために、ま
だ存在するジメチルアミンを反応混合物から根本的に除
去するのが重要である。通常この分離を2又は数段階で
実施する。この場合第一段階で0.5〜1.0MPaの
圧力下及び次の段階で0.05〜0.15MPaで蒸留
する。ほとんどの場合、ジメチルアミンの2段階分離が
十分である。
【0030】ホルムアルデヒドを、純粋な形で又は溶液
の形で使用することができる。適当な溶剤は、C−原子
数1〜4の脂肪族アルコール及び(又は)水である。本
発明による方法は、たとえば10〜60、特に15〜5
5、好ましくは20〜50重量%ホルムアルデヒドを有
する水性溶液の使用下に、特に簡単に実施することがで
きる。
【0031】ホルムアルデヒドを形成する物質として、
パラホルムアルデヒドが純粋化合物として又は懸濁され
た又は溶解された形で提供される。パラホルムアルデヒ
ド−懸濁液の製造に使用可能な溶剤は、水、メタノール
及びエタノールである。パラホルムアルデヒド溶液を使
用する場合、溶剤としてメタノール及び水、特に水が好
ましい。ホルムアルデヒド又はホルムアルデヒドを形成
する物質を、ジメチルアミンの分離後初めて反応混合物
に加える。
【0032】夫々N,N−ジメチルアミンに対して1〜
10、特に1.1〜5、好ましくは1.5〜2重量%ホ
ルムアルデヒド又はホルムアルデヒドを形成する物質の
量は、所望の成果を保証するために、一般に十分であ
る。
【0033】ホルムアルデヒドを、0.05〜1.0M
Pa、特に0.1〜0.5MPaの圧力下に及び50〜
250、特に70〜200、好ましくは80〜180℃
で反応生成物に作用させる。ホルムアルデヒド又はホル
ムアルデヒドを形成する物質を、ジメチルアミンの分離
後反応生成物に、たとえば蒸留に使用する前又は好まし
くは直接第一蒸留塔のたまりに導入する場合、これは極
めて簡単に行われる。
【0034】一般に塔のたまり中に存在する条件は、望
ましくない第二N−メチルアミンを除去することで十分
である。恐らくこのことに関して第二N−メチルアミン
とホルムアルデヒドとの間の反応──これは困難なく精
製することができる生成物を驚くべきことに生じる──
が原因である。
【0035】反応生成物中の第二N−メチルアミンの割
合が知られている場合、ホルムアルデヒド添加をこの値
に調節することができる。ホルムアルデヒドを第二N−
メチルアミンに対して十分な過剰で使用するのが有利で
ある。通常第二N−メチルアミンモルあたり1〜10、
特に1.2〜5モル、好ましくは1.5〜2モルホルム
アルデヒドを加える。この方法でより一層大きい割合
(>2重量%)ばかりでなく、またまさに少量、たとえ
ば2重量%以下の第二N−メチルアミンを、ほとんど完
全に除去することができる。
【0036】N,N−ジメチルアミン−合成で形成され
る水の除去のために、反応混合物に有機溶剤を共沸添加
剤として添加することができる。適当な溶剤は、脂肪族
炭化水素、ヘキセン、シクロヘキサン、ベンゼン、トル
エン、特にヘキセン、シクロヘキサン、好ましくはヘキ
センである。
【0037】水の蒸留分離は、一又は好ましくは二又は
数段階で行われる。有機溶剤の選択及び蒸留段階の数
は、N,N−ジメチルアミンの種類に従う。分別蒸留に
よる>99、特に 99.5重量%含有率を有する純粋
N,N−ジメチルアミンの製造は、常法で困難なく行わ
れる。20〜30個の理論上のプレートを有する塔の使
用下に、N,N−ジメチルアミン生成物が第4又は第5
留分として得られる。不均一に生じる水を頭部生成物と
して分離し、共沸添加物を循環して塔に戻した場合、水
の除去を特に有利に実施することができる。
【0038】ホルムアルデヒド又はホルムアルデヒドを
形成する物質を、一般に第二N−メチルアミンを含有す
る混合物から第二N−メチルアミンを除去するために使
用することができる。ホルムアルデヒド又はホルムアル
デヒドを形成する物質を加え、十分な混合下に50〜2
50℃に加熱する。短時間後でさえも、第二N−メチル
アミンの含有率は、明らかに減少する。更に減少を所望
する場合、ホルムアルデヒドの新たな添加が好ましい。
通常、除去すべき第二N−メチルアミンモルあたり1.
5〜5.0、特に1.5〜3.0、好ましくは1.5〜
2.0モルホルムアルデヒドの量が、第二N−メチルア
ミンの割合を要求される範囲に低下させるのに十分であ
る。
【0039】反応混合物を、ホルムアルデヒドで処理し
た後分別蒸留する。この場合先ず場合により存在する水
を適当な共沸添加剤を用いて蒸留除去する。初留生成物
の分離後、ほとんどの場合N,N−ジメチルアミンを第
4又は第5留分として純度>99、特に>99.5重量
%で得ることができる。
【0040】次に記載する例は、本発明を裏づけるもの
であり、本発明はこれに限定されない。実験域 反応リアクターは、内径28mmを有する耐圧性チュー
ブから成る。加圧チューブの下部に、高さ800mmま
で直径3mmを有するラシヒリングで装填する。この領
域は、予備加熱域として使用する。この域で出発物質
を、予め決めた温度に加熱する。この予備加熱域の上
に、錠剤の形の水素化触媒が存在する。リアクターのま
わりの加熱マントルによって、所望の温度を調整する。
【0041】反応を開始するために、リアクターをN,
N−ジメチルアミンで充填する。次いで出発物質アルデ
ヒド、ジメチルアミン及び水素を下方からリアクター中
に入れ、ラシヒリングで装填された予備加熱域を流通
し、反応が行われる触媒域中に達する。触媒域を離れた
後に、反応混合物をリアクターの頭部で除去し、加圧分
離器中に移し、これ中で液状反応生成物から未反応ジメ
チルアミン及び水素を分離する。次いで反応混合物を、
過圧下での蒸留に適する塔に導入し、残存するジメチル
アミン及び場合により水素を除去する。この塔のたまり
から除去された反応混合物は、分別蒸留に対する出発物
質として使用する。ホルムアルデヒドを、初留の蒸留分
離の間に生じるたまり生成物に加える。次いで水の分離
を促進する共沸添加剤の添加が行われる。この場合中間
留分野分離後、価値ある生成物を留去する前に、2つの
水含有留分が得られる。 実施例1 N,N−ジメチル−n−ブチルアミンの連続的製造。
【0042】前記リアクター容器中に錠剤化されたNi
−触媒が存在する(担体として〜50ないし53重量%
Ni及び約25ないし30重量%けいそう土;ヘキスト
社の市販生成物RCH Ni52/35)。
【0043】リアクターを、N,N−ジメチル−n−ブ
チルアミンで装填する。次いで105〜110℃及び8
MPaH−圧で、56mln−ブタナール/h、20
0mlジメチルアミン/h及び34Nl水素/hをリア
クターに下方から導入する。生じる反応混合物を、リア
クター容器の頭部を経て除去し、後に接続された、リア
クターと同一の圧力下にある加圧分離器中で過剰のジメ
チルアミン及び水素から分離する。
【0044】次の加圧蒸留を、0.7MPa及び約13
0℃たまり温度で実施する。この際残存するジメチルア
ミン及び場合によりまだ存在する水素を除去する。蒸留
は、常圧で30個の理論上のプレートを有する塔によっ
て行われる。
【0045】第一留分が、80℃で頭部−及び約93℃
たまり温度で得られる。たまり生成物中にN,N−ジメ
チル−n−ブチルアミンに対して〜3重量%ホルマリン
溶液(37%水性溶液)/hを供給する。
【0046】第二留分が、66℃頭部温度及び85℃た
まり温度でヘキセンの添加下に、第三留分を75℃頭部
−及び〜95℃たまり温度で同様にヘキセンの添加下に
得られる。このヘキセンは共沸添加剤として水除去のた
めに使用する。水−ヘキセン−混合物を分離し、水を除
去し、ヘキセンを塔中に循環させる。
【0047】中間留分は〜90−92℃で頭部を経て流
出し、たまり温度は約96−98℃である。純粋な価値
ある生成物が、93℃頭部−及び110−112℃たま
り温度で得られる。価値ある生成物の組成は表1から分
る。 比較例 実施例1に記載した様に処理するが、ホルムアルデヒド
の添加をやめる。
【0048】価値ある生成物の組成を、表1に挙げる。 上記ガスクロマトグラフィーにより測定された分析(無
水で算出された)から明らかな様に、ホルムアルデヒド
の添加は第二N−メチルアミンの極めて著しい減少を生
じさせる。 実施例2 N−メチル−n−ブチルアミンの除去に、ホルムアルデ
ヒドの使用 撹拌器、温度計及び還流冷却器を備えた2l 3頸−フ
ラスコ中に分別蒸留によって得られたN,N−ジメチル
−n−ブチルアミン1000g(含有率98.3重量
%)──これは蒸留によってもはや分離できないN−メ
チル−n−ブチルアミン1.5重量%で汚染されている
──を、予め加える。次いでアミンに対して1.1重量
%ホルムアルデヒドに相当するホルマリン30g(水中
でホルムアルデヒド37重量%)を添加する。
【0049】撹拌下に還流温度まで加熱し、30分間反
応させ、冷却する。生じる生成物は、ガスクロマトグラ
フィー分析によれば(無水で算出される)その時99.
6重量%N,N−ジメチル−n−ブチルアミンを有す
る。第二N−メチルアミン(この際N−メチル−n−ブ
チルアミン)を、ガスクロマトグラフィーによってもは
や検出されない。
【0050】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明はアルデヒド
とジメチルアミン及び水素とを加圧下に、高められた温
度で水素化触媒の存在下に反応させてN,N−ジメチル
アミンを製造する際に未反応ジメチルアミンを分離し、
次いでN,N−ジメチルアミンに対して0.1〜25重
量%ホルムアルデヒド又はホルムアルデヒドを形成物質
を加え、蒸留することによって、副生成物、特に第二N
−メチルアミンの形成を著しく減少させることができ、
高純度のN,N−ジメチルアミンを得ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C07B 61/00 300

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 未反応ジメチルアミンを分離し、次いで
    N,N−ジメチルアミンに対して0.1〜25重量%ホ
    ルムアルデヒド又はホルムアルデヒドを形成する物質を
    加え、蒸留することを特徴とする、アルデヒドとジメチ
    ルアミン及び水素とを加圧下、高められた温度で水素化
    触媒の存在下に反応させてN,N−ジメチルアミンを製
    造する方法。
  2. 【請求項2】 アルデヒドとジメチルアミン及び水素と
    を、モル割合1:(1〜10):(1〜50)、特に
    1:(1〜8):(1〜30)で1〜20、特に3〜1
    5MPa及び50〜150、特に70〜130℃で反応
    させる請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 水素化触媒は担体不含金属触媒又は担体
    としてAl、SiO、けいそう土、活性炭又は
    軽石、特にSiO、けいそう土又は活性炭を含有する
    担持された触媒である請求項1又は2記載の方法。
  4. 【請求項4】 水素化触媒はNi、Co、Cu、Mn、
    Fe、Rh、Pd及び(又は)Pt、特にNi、Co、
    Cu、Rh、Pd及び(又は)Pt及びそれと共に場合
    により慣用の添加物及び促進剤、たとえばアルカリ土類
    金属の酸化物、SiO、Al、MnO及び
    (又は)Crを含有する請求項1ないし3のいず
    れかに記載の方法。
  5. 【請求項5】 未反応ジメチルアミンを、先ず0.5〜
    1.0MPaで、次いで0.05〜0.15MPaで蒸
    留分離する請求項1ないし4のいずれかに記載の方法。
  6. 【請求項6】 N,N−ジメチルアミンに対してホルム
    アルデヒド又はホルムアルデヒドを形成する物質1〜1
    0、特に1.1〜5重量%を添加する請求項1ないし5
    のいずれかに記載の方法。
  7. 【請求項7】 ホルムアルデヒドを0.05〜1.0、
    特に0.1〜0.5MPa及び50〜250、特に70
    〜200℃で添加する請求項1ないし6のいずれかに記
    載の方法。
  8. 【請求項8】 水共沸添加溶剤の存在下に及び場合によ
    り数段階で蒸留する請求項1ないし7のいずれかに記載
    の方法。
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