JPH11511158A - ボロンbetaゼオライトの存在下にオレフィンからアミンを製造する方法 - Google Patents

ボロンbetaゼオライトの存在下にオレフィンからアミンを製造する方法

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JPH11511158A JP9508957A JP50895797A JPH11511158A JP H11511158 A JPH11511158 A JP H11511158A JP 9508957 A JP9508957 A JP 9508957A JP 50895797 A JP50895797 A JP 50895797A JP H11511158 A JPH11511158 A JP H11511158A
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Abstract

(57)【要約】 以下の一般式I で表わされ、かつR1、R2、R3、R4、R5、R6が、それぞれ水素、C1−C20アルキル、C2−C20アルケニル、C2−C20アルキニル、C3−C20シクロアルキル、C4−C20アルキルシクロアルキル、C4−C20シクロアルキルアルキル、アリール、C7−C20アルキルアリール、C7−C20アリールアルキルを意味し、または、R1、R2が合体して飽和もしくは不飽和の二価C3−C9アルキレン鎖を形成し、R3、R5がそれぞれC21−C200アルキル、C21−C200アルケニルを意味するか、または合体して二価C2−C12アルキレン鎖を形成する場合のアミンを製造するために、以下の一般式II で表わされ、かつ式中のR3、R4、R5、R6が上述した意味を有する場合のオレフィンを、以下の一般式III で表わされ、かつ式中のR1、R2が上述した意味を有する場合の1級もしくは2級アミンまたはアンモニアと、200から350℃、100から300バールの圧力下に、ゼオライト触媒の存在下に反応させる方法であって、このゼオライト触媒としてボロンBETAゼオライトを使用することを特徴とする方法。

Description

【発明の詳細な説明】 ボロンBETAゼオライトの存在下に オレフィンからアミンを製造する方法 本発明は、アンモニアまたは1級もしくは2級アミンを、高温、高圧下、ボロ ンBETAゼオライトの存在下において、オレフィンと反応させることによりア ミンを製造する方法に関する。 カナダ国特許第2092964号明細書は、5オングストローム以上の孔隙寸 法を有する、特定組成の結晶性アルミノシリカートであるアルミニウムBETA ゼオライトを使用して、オレフィンからアミンを製造する方法を開示している。 しかしながら、この触媒は、収率ないし時空収率あるいは過早の不活性化など の点で必ずしも満足すべきものではない。 そこで、本発明の目的は、上述の欠点を解決することである。 しかるに、この目的は、以下の一般式I で表わされ、かつ R1、R2、R3、R4、R5、R6が、それぞれ水素、C1−C20アルキル、C2− C20アルケニル、C2−C20アルキニル、C3−C20シクロアルキル、C4−C20 アルキルシクロアルキル、C4−C20シクロアルキルアルキル、アリール、C7− C20アルキルアリール、C7−C20アリールアルキルを意味し、 または、R1、R2が合体して飽和もしくは不飽和の二価C3−C9アルキレン鎖 を形成し、 R3、R5がそれぞれC21−C200アルキル、C21−C200アルケニルを意味 するか、または合体して二価C2−C12アルキレン鎖を形成する場合のアミンを 製造するために、以下の一般式II で表わされ、かつ式中のR3、R4、R5、R6が上述した意味を有する場合のオレ フィンを、以下の一般式III で表わされ、かつ式中のR1、R2が上述した意味を有する場合の1級もしくは2 級アミンまたはアンモニアと、200から350℃、100から300バールの 圧力下に、ゼオライト触媒の存在下に反応させる方法であって、このゼオライト 触媒としてボロンBETAゼオライトを使用することを特徴とする方法により達 成し得ることが本発明者らにより見出された。 この方法は、以下のようにして実施され得る。 オレフィンIIと、アンモニアまたは1級もしくは2級アミンIIIとは、2 00から350℃、好ましくは220から330℃、ことに230から320℃ 、100から300バール、好ましくは120から300バール、ことに140 から290バールの圧力下、触媒としてボロンBETAゼオライトの存在下に、 例えば圧力反応器において反応せしめられ、生成アミンは好ましくは分離され、 未反応材料は循環使用される。 この本発明方法は、高い選択性、高い時空収率で、極めて良好な収率を達成し 得る。 ボロンBETAゼオライトは、ことにこの種の反応(オレフィンからの直接的 アミノ化)のために、特徴的な微小孔隙寸法構造と共に極めて有利な酸中心配列 を示す。これにより高活性と長い耐用寿命をもたらす。アルミニウムゼオライト を使用する場合にしばしば認められる不活性化は、アルミニウムゼオライトの高 い酸性に基因する。同じ酸中心数でありながら、ボロンBETAゼオライトの酸 性度は著しく低い。ボロンBETAゼオライトを使用する場合、その特徴的な孔 隙構造とこの望ましい酸性度とが結合して、好ましい結果をもたらすものと考え られる。 アンモニアまたはアミンの僅かな過剰量の使用で、望ましい反応生成物の高い 選択性が達成され、使用されるオレフィンの二量化および/またはオリゴマー化 が回避される。 本発明方法の1実施態様において、アンモニアおよび/またはアミンIIIと 、オレフィンIIとを1:1から5:1の割合で混合した材料を固定床反応器に 給送し、100から300バールの圧力、200から350℃の温度で、気相に おいてまたは過臨界状態で反応させる。 目的生成物は、反応器排出物から、公知の方法、例えば蒸留、抽出などにより 得られる。場合によりさらに分離処理して所望の純度になし得る。反応出発材料 は、一般的に反応器に返還され、再使用され得る。 出発材料として、ことに炭素原子数2から10のモノ不飽和もしくはポリ不飽 和オレフィンII、またはこれらの混合物またはポリオレフィンを使用し得る。 重合性向が著しく低いことから、ジオレフィン、モノオレフィンは比較的大過剰 量のアンモニアないしアミンとの高い選択性反応が可能ではあるが、これらより モノオレフィンの方が適当である。均衡位置、従って望ましいアミンへの転化は 、選定される反応圧力に応じて著しく異なる。高反応圧力は付加生成物に有利で あるが、技術的および経済的理由から一般的に300バールまでが限度である。 反応選択性は、アンモニア/アミンの過剰量、触媒などにより影響を受けるが、 温度により影響が圧倒的に大きい。付加反応の反応速度は、温度の上昇と共に著 しく増加するが、同時に亀裂、オレフィンとの再結合反応などが増大する。反応 温度の上昇は、また熱力学的観点からしても有利ではない。転化性、選択性との 関連で、反応温度の均衡点は、使用されるオレフィン、アミンおよび触媒の構成 によるが、200から350℃の範囲である。 オレフィンのアミノ化用に適する触媒は、Gaodeng Xuexiao Huaxue Xuebao(1993)、14(2)、159−163頁また は同上(1989)、10(7)、677−682頁またはWO−A−92/2 0446号公報に記載されている方法で製造されたボロンBETAゼオライトで ある。 H型で使用されるのが好ましいボロンBETAゼオライトは、バインダーを9 8:2から40:60の割合で添加した押出成形体、ペレットの形態で使用され 得る。適当なバインダーは、種々のアルミニウム酸化物、ことにベーマイト、S iO2/Al23割合が25:75から95:5の無定形アルミノシリカート、 二酸化珪素、ことに微細粉SiO2、微細粉SiO2とAl23の混合物、微細粉 TiO2および粘土などである。成形処理後、110℃で16時間乾燥し、20 0から500℃で2から16時間か焼する。か焼はアミノ化反応器中で直接行っ てもよい。 選択性、耐用寿命、再生可能回数を高めるため、ゼオライト触媒に種々の変性 処理を加え得る。この触媒変性方法の一つとして、未成形ないし成形触媒を、N a、Kのようなアルカリ金属、Ca、Mgのようなアルカリ土類金属、Tlのよ うな土類金属、Mn、Fe、Mo、Cu、Zn、Crのような遷移金属、La、 Ce、Yのような貴金属ないし希土類金属で、イオン交換処理、ドーピング処理 することが挙げられる。 この変性の有利な実施態様として、成形ボロンBETAゼオライトを導管中に 配置し、20から100℃において、上述金属のハロゲン化物、アセタート、オ キサラート、シトラートまたはニトラートを溶液の形態で、流過させる。 金属をゼオライトに施す他の方法は、ゼオライト材料を、上述金属のハロゲン 化物、アセタート、オキサラート、シトラート、ニトラートまたは酸化物を水溶 液ないしアルコール溶液として、これに浸漬することである。 イオン交換、含浸いずれの場合においても、次いで乾燥し、必要に応じてか焼 処理を反覆する。金属でドーピング処理されたゼオライトの場合、水素および/ または水蒸気で後処理することが好ましい。 さらに他の変性方法は、成形ないし未成形ゼオライト材料を、塩酸(HCl) 、弗化水素酸(HF)、オキサル酸(H224)、硫酸(H2 SO4)、燐酸(H3PO4)のような酸またはこれらの混合物で処理することで ある。 特殊な実施態様は、成形前のゼオライト材料粉末を、上述した酸のいずれかの 0.001−2N溶液、ことに0.05から0.5N溶液で1から100時間還 流加熱して処理する方法である。濾別洗浄後、処理された粉末は、100から1 60℃で乾燥し、200から600℃でか焼される。さらに特殊な実施態様では 、バインダーを使用して成形されたゼオライトを酸で処理する。この方法では、 ゼオライトは一般的に3から25%濃度、ことに12から20%濃度の酸で、6 0から80℃の温度で1から3時間処理され、次いで洗浄され、100から16 0℃で乾燥され、200から600℃でか焼される。 さらに他の変性方法は、アンモニウム塩、例えばNH4Clまたはモノアミン 、ジアミンもしくはポリアミンで交換することである。この方法では、バインダ ーを使用して成形されたゼオライトを、10−25%濃度、ことに20%濃度の NH4Cl溶液を使用して、ゼオライト/アンモニウムクロリド溶液の重量割合 を1:15で、60から80℃で2時間絶えず交換を行い、次いで100から2 00℃で乾燥する。 さらにボロンBETAゼオライトに対して行われ得る変性方法は、脱硼素法で あって、この場合硼素原子の一部は珪素で置換され、あるいはゼオライトの硼素 分は、例えば水熱処理により低減される。水熱脱硼素処理は、形成される無格子 硼素を除去するために、酸もしくは錯化剤による抽出で行なわれる。硼素の珪素 による置換は、例えば(NH42SiF6またはSiCl4を使用して行なわれる 。このSiCl4を使用して、ボロンBETAゼオライトの硼素を珪素で置換す る変性方法は、例えば米国特許4701313号明細書に記載されている。 触媒は、例えば1から4mm径の押出成形体または例えば3から5mm径のペ レットとして、オレフィンのアミノ化に使用され得る。 例えば押出成形体の触媒は、例えばミルで粉砕し、分級して、粒度0.1から 0.8mmの流動可能粉体になされ得る。 上述した化合物I、II、IIIの式中における R1、R2、R3、R4、R5 、R6は以下の意味を有する。すなわち、 R1、R2、R3、R4、R5、R6はまずそれぞれ、水素、 C1−C20アルキル、好ましくはC1−C20アルキル、ことにメチル、エチル、 n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、s−ブチル、t−ブチ ル、n−ペンチル、イソペンチル、n−ヘキシル、イソヘキシル、n−ヘプチル 、イソヘプチル、n−オクチル、イソオクチルのようなC1−C8アルキル、 C2−C20アルケニル、好ましくはC2−C12アルケニル、ことにビニル、アリ ルのようなC2−C8アルケニル、 C2−C20アルキニル、好ましくはC2−C12アルキニル、ことにC2H、プロ パルギルのようなC2−C8アルキニル、 C3−C20シクロアルキル、好ましくはC3−C12シクロアルキル、ことにシク ロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチルのようなC5− C8シクロアルキル、 C4−C20アルキルシクロアルキル、好ましくはC4−C12アルキルシクロアル キル、ことに2−メチルシクロペンチル、4−メチルシクロヘキシルのようなC5 −C10アルキルシクロアルキル、 C4−C20シクロアルキルアルキル、好ましくは、C4−C12シクロアルキルア ルキル、ことにシクロペンチルメチル、シクロヘキシルメチルのようなC5−C1 0 シクロアルキルアルキル、 フェニル、1−ナフチル、2−ナフチルのようなアリール、ことにフェニル、 C7−C20アルキルアリール、好ましくはC7−C16アルキルアリール、ことに2 −メチルフェニル、3−メチルフェニル、4−メチルフェニル、2−エチルフェ ニル、3−エチルフェニル、4−エチルフェニルのようなC7−C12アルキルフ ェニル、 C7−C20アリールアルキル、好ましくはC7−C16アリールアルキル、ことに フェニルメチル、1−フェニルエチル、2−フェニルエチルのようなC7−C12 フェニルアルキルを意味し、あるいは R1、R2は合体して飽和もしくは不飽和の二価C3−C6アルキレン鎖、ことに −(CH24−、−(CH25−、−(CH27−、−CH=CH− CH=CH−を形成してもよく、また R3、R5はそれぞれC21−C200アルキル、好ましくはポリブチル、ポリイソ ブチル、ポリプロピル、ポリイソプロピル、ポリエチルのようなC40−C200ア ルキル、ことにポリブチル、ポリイソブチル、 C21−C200アルケニル、好ましくはC4−C200アルケニル、ことにC70−C2 00 アルケニルを意味し、あるいは R3、R5は合体して二価C2−C12アルキレン鎖、好ましくは二価C3−C8ア ルキレン鎖、ことに−(CH23−、−(CH24−、−(CH25−、−(C H26−、−(CH27−、なかんずく−(CH23−、−(CH24−を形成 してもよい。 (実施例) (触媒の製造) 60gの硼酸(H3BO3)を、206gの蒸留水と344gの40%テトラエ チルアンモニウムヒドロキシド溶液との混合液に溶解させて、オートクレーブに 装填する。さらに、550gのLudox(登録商標)AS40(42%SiO2 、デュポン社)を装填してからオートクレーブを閉鎖し、混合物を150℃に おいて216時間にわたり結晶化した。形成されたボロンBETAゼオライトを 濾別し、中性となるまで蒸留水で洗浄し、120℃で24時間乾燥し、500℃ で5時間か焼した。 (触媒押出成形体の実施例) 触媒A 100gの上記ボロンBETAゼオライト(SiO2/B23=20)を、2 3.8gのLudox(登録商標)(42%SiO2、デュポン社)および5g のスターチと混合し、混合物を混練機で圧縮し、水(64ml)を注意深く添加 し混練した。この混練は60分間行なった。ラムエクストルーダで、90バール の圧力下、2mmの成形体を成形し、110℃で60時間乾燥し、500℃で1 6時間か焼した。 触媒B 60gのボロンBETAゼオライト(SiO2/B23=20)を40gの ベーマイトおよび2gの蟻酸と混合し、これを混練機で圧縮し、水(57ml) を注意深く添加し混練した。この混練は60分間行なった。ラムエクストルーダ で、90バールの圧力下、2mm径の成形体を成形し、110℃で16時間乾燥 し、500℃で16時間か焼した。 触媒C 触媒Aと同様にして、ただしSiO2/B23割合が19のボロンBETAゼ オライトを使用して触媒Cを製造した。 触媒D 触媒Bと同様にして、ただしSiO2/B23割合が19のボロンBETAゼ オライトを使用して触媒Dを製造した。 触媒E 触媒Dと同様にして、ただしベーマイトをわずか20g使用して触媒Eを製造 した。 触媒F 触媒Bと同様にして、ただしSiO2/B23割合が19のボロンBETAゼ オライトを使用して触媒Fを製造した。 触媒G 触媒Aと同様にして、ただしSiO2/B23割合が23のボロンBETAゼ オライトを使用して触媒Gを製造した。 触媒H 触媒Bと同様にして、ただしSiO2/B23割合が23のボロンBETAゼ オライトを使用して触媒Hを製造した。 (アミノ化実施例) 0.31容積の攪拌オートクレーブに、10gの上述各触媒を装填して閉鎖し 、オレフィンとアンモニアもしくはアミンを圧力給送した。出発材料の量は、選 定された温度で、所望の圧力が反応関与体または窒素のいずれかの固有圧力に達 するまで追加的に注入された。アンモニア/アミンのオレフィンに対するモル割 合を、1:1から5:1の範囲で変えて、反応時間を16時間に固定した。 反応生成物の液相および気相を、ガスクロマトグラフィーで別個に分析した。 下表に示される転化率は常に対オレフィンである。またこれに示される選択性は 、主生成物に対するものである。すなわち、シクロヘキセンからシクロヘキシル アミン、シクロペンテンからシクロペンチルアミン、イソブテンからt−ブチル アミンへのものである。 実験は、管状反応器(内径6mm)で、イソブテンとアンモニアの混合物(モ ル割合1:1.5)を使用し、圧力280バール下に、260から300℃の等 温条件で行なわれた。反応生成物をガスクロマトグラフィーで分析した。 種々の触媒を使用した結果を下表1から3に示す。 なお、触媒Fについては、連続実験で耐用寿命のテストも行なった。すなわち 50gの触媒Fを、内部温度測定のための熱電対シースを装備している管状反応 器(内径15mm)に装填した。なお管状反応器中において、触媒床(高さ73 cm)の上下に、それぞれ不活性材料としてのステアタイト円板を装着した。反 応器の加熱、給送材料の予熱は油浴で行ない、材料給送は反応器頂部から行ない 、生成混合物の放圧は2段階(280バール→20ーバール→1バール)で行な った。275℃、280バール、3g/g・hのWHSV、NH3:イソブテン 量割合1.5:1で1100時間反応させたが、全不活性化を示さず、17.3 重量%の定常的なTBA収率を示した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シュトプス,ペーター ドイツ国、D−67122、アルトリプ、リム ブルクシュトラーセ、12 (72)発明者 ミュラー,ウルリヒ ドイツ国、D−67434、ノイシュタット、 ビルケンヴェーク、16 (72)発明者 ヘルマン,ユルゲン ドイツ国、D−68307、マンハイム、マリ ーエンヴェルダーヴェーク、6 (72)発明者 エラー,カルステン ドイツ国、D−67059、ルートヴィッヒス ハーフェン、ドイッチェ、シュトラーセ、 19

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.以下の一般式I で表わされ、かつ R1、R2、R3、R4、R5、R6が、それぞれ水素、C1−C20アルキル、C2− C20アルケニル、C2−C20アルキニル、C3−C20シクロアルキル、C4−C20 アルキルシクロアルキル、C4−C20シクロアルキルアルキル、アリール、C7− C20アルキルアリール、C7−C20アリールアルキルを意味し、 または、R1、R2が合体して飽和もしくは不飽和の二価C3−C9アルキレン鎖 を形成し、 R3、R5がそれぞれC21−C200アルキル、C21−C200アルケニルを意味する か、または合体して二価C2−C12アルキレン鎖を形成する場合のアミンを製造 するために、以下の一般式II で表わされ、かつ式中のR3、R4、R5、R6が上述した意味を有する場合のオレ フィンを、以下の一般式III で表わされ、かつ式中のR1、R2が上述した意味を有する場合の1級もしくは2 級アミンまたはアンモニアと、200から350℃、100から300バールの 圧力下に、ゼオライト触媒の存在下に反応させる方法であって、このゼオライト 触媒としてボロンBETAゼオライトを使用することを特徴とする方法。 2.ボロンBETAゼオライトをH型で使用することを特徴とする、請求項1 によるアミンIの製造方法。 3.形成されたアミンIを分離し、未反応出発材料IIおよびIIIを循環使 用することを特徴とする、請求項1または2によるアミンIの製造方法。 4.オレフィンIIとして、イソブテン、ジイソブテン、シクロペンテン、シ クロヘキセンまたはポリイソブテンを使用することを特徴とする、請求項1から 3のいずれかによるアミンIの製造方法。 5.ゼオライト触媒として、酸、ことに塩酸、弗化水素酸、硫酸、オキサル酸 および燐酸のいずれかにより処理されたボロンBETAゼオライトを使用するこ とを特徴とする請求項1から4のいずれかによるアミンIの製造方法。 6.ゼオライト触媒として単一もしくは複数種類の遷移金属でドーピングされ たボロンBETAゼオライトを使用することを特徴とする請求項1から5のいず れかによるアミンIの製造方法。 7.ゼオライト触媒として単一もしくは複数種類の希土類元素でドーピングさ れたボロンBETAゼオライトを使用することを特徴とする請求項1から6のい ずれかによるアミンIの製造方法。 8.ゼオライト触媒としてアルカリ金属、アルカリ土類金属、土類金属のうち から選ばれる単一または複数種類の元素でドーピングされたボロンBETAゼオ ライトを使用することを特徴とする請求項1から7のいずれかによるアミンIの 製造方法。 9.ゼオライト触媒としてアンモニウム形態のボロンBETAゼオライトを使 用することを特徴とする請求項1から8のいずれかによるアミンIの製造方法。 10.ゼオライト触媒として、バインダーを使用して成形され、200から6 00℃でか焼されたボロンBETAゼオライトを使用することを特徴とする請求 項1から9のいずれかによるアミンIの製造方法。 11.ゼオライト触媒として、合成後に硼素分が低減処理されたボロンBET Aゼオライトを使用することを特徴とする請求項1から10のいずれかによるア ミンIの製造方法。
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