JPWO2003010133A1 - シクロヘキサノンオキシムの製造方法 - Google Patents

Abstract

（１）シクロヘキサノール、シクロヘキサノン及びこれらの混合物からなる群より選ばれる出発物質をアミノ化反応に付してシクロヘキシルアミンを得る工程、及び（２）得られたシクロヘキシルアミンを部分酸化反応に付してシクロヘキサノンオキシムを得る工程を包含し、工程（１）において生成する副生物（α）及び／又は工程（２）において生成する副生物（β）を、工程（１）の該アミノ化反応の反応系にリサイクルすることを特徴とするシクロヘキサノンオキシムの製造方法が開示される。

Description

技術分野
本発明は、シクロヘキサノンオキシムの製造方法に関する。更に詳しくは、本発明は、（１）シクロヘキサノール、シクロヘキサノン及びこれらの混合物からなる群より選ばれる出発物質をアミノ化反応に付してシクロヘキシルアミンを得る工程、及び（２）得られたシクロヘキシルアミンを部分酸化反応に付してシクロヘキサノンオキシムを得る工程を包含し、工程（１）において生成する副生物（α）及び／又は工程（２）において生成する副生物（β）を、工程（１）の該アミノ化反応の反応系にリサイクルすることを特徴とするシクロヘキサノンオキシムの製造方法に関する。本発明によれば、ナイロン−６等の原料であるε―カプロラクタムの中間体として有用な化合物であるシクロヘキサノンオキシムを、その製造のための従来の方法で用いられている煩雑な工程により製造されるヒドロキシルアミン塩のような反応試薬を用いることなく、少ない水素消費量で、簡便な装置を用いて、簡便な操作で且つ極めて高い選択率で製造することができる。
更に、本発明の方法によれば、シクロヘキサノンオキシムから得られる所望の化合物であるε―カプロラクタムの品質に影響を与える分離困難な副生物及び／又は工業的価値の低い硫酸アンモニウムのような副生物が生成するという従来技術にともなう問題がなく、且つ生成される副生物の大部分がリサイクル可能であり、更にリサイクルできない副生物もほとんどがシクロヘキサンなどの有用な化合物であるため、廃棄物が極めて少ないので工業的に有利である。
従来技術
シクロヘキサノンオキシムの製造方法として工業的に最も広く行われている方法は、ベンゼンを出発原料として多段階からなる反応工程を経てシクロヘキサノンを製造し、別途アンモニアから製造したヒドロキシルアミン塩を製造し、得られたシクロヘキサノンとヒドロキシルアミン塩とを反応させてシクロヘキサノンオキシムを得る方法である。即ち、上記の方法は主に次の３つの反応工程を含む。
（Ｉ）ベンゼンからシクロヘキサノンを得る工程。
（ＩＩ）工程（Ｉ）とは別に、アンモニアからヒドロキシルアミン塩を得る工程。
（ＩＩＩ）ヒドロキシルアミン塩とシクロヘキサノンからシクロヘキサノンオキシムを得る工程。
上記工程（Ｉ）のシクロヘキサノンの製造方法（「化学工学」、Ｖｏｌ．５５，Ｎｏ．５，３８２，１９９１、化学工学会、日本国、及び「触媒」，Ｖｏｌ．３３，Ｎｏ．５，３４１，１９９１、触媒学会、日本国参照）は、シクロヘキサンの空気酸化によるものが主流で、フェノールの水素化によるものが一部で行われている。シクロヘキサンの酸化による製造方法は、ベンゼンを完全水素化してシクロヘキサンとし、これを空気酸化してシクロヘキサノールとシクロヘキサノンの混合物を得、これを蒸留によりシクロヘキサノールとシクロヘキサノンに分離し、分離したシクロヘキサノールをさらに脱水素してシクロヘキサノンとする方法である。
しかしながら、この方法では工程数が多く、シクロヘキサンの空気酸化工程においては、選択率を向上させるために転化率を３〜１０％程度に低く抑える必要があるため生産性が低く、未反応シクロヘキサンのリサイクルのために多量のエネルギーを必要とするうえ、選択率も７３〜８３％程度とあまり高くない。副生物としては、カルボン酸類、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、エーテル類、エステル類、炭化水素類等が生成し、これらの副生物は、通常、生成物から分離されて廃棄される。上記の副生物のうち、水溶性のカルボン酸類、低級アルコール類等は水抽出で除去でき、非水溶液のカルボン酸類、エステルについてもアルカリ水溶液中でケン化除去できる。そして、残りの副生物も大部分は蒸留工程で除去することができる。しかしながら、シクロヘキサノン、シクロヘキサノールと沸点が非常に近い成分、例えば、ブチルシクロヘキシルエーテル、ｎ−ペンチルシクロヘキサン、酢酸シクロヘキシル、ヘキサヒドロベンズアルデヒド等を除去することは困難であり、これら副生物が、所望の化合物であるε―カプロラクタムの品質悪化の要因となっている。これら副生化合物を種々の方法で分離除去する方法（日本国特公昭６０−３９６５６号公報（米国特許第４，６６１，４３０号に対応）、日本国特開平５−２７１１４３号公報、日本国特開平５−３０１８５８号公報等）が知られているが、分離工程数が多いうえ、操作が煩雑であり、有利な方法とは言いがたい。
また、シクロヘキサンの空気酸化法として、ホウ酸の存在下で転化率を１２〜１５％、選択率を９０％程度に向上させる方法も行われているが、シクロヘキサンやホウ酸スラリーの取り扱いが難しく、またそのリサイクルが必要であり、さらに操作が煩雑である。
また、上記したシクロヘキサノールの脱水素工程においては、反応の平衡規制のためにシクロヘキサノールの転化率が７０〜９０％程度以下と限界があり、かつ原料のシクロヘキサノールと生成物のシクロヘキサノンの沸点が近いために、分離のためのエネルギーを多量に必要とする。
フェノールの水素化による製造法は、最も古くから行われている方法であり、ベンゼンから誘導されるフェノールをニッケルもしくはパラジウム触媒等を用いて核水素化し、シクロヘキサノールまたはシクロヘキサノンを得るものである。しかし、例えば、ベンゼンからのフェノールの製造をその代表的な方法であるキュメン法により行った場合、反応工程数が多いうえ、さらに、通常、アセトンとの併産プロセスになるのでアセトンの需要、価格等によりフェノールの生産が規制される等の問題点を有する。
上記工程（ＩＩ）のヒドロキシルアミンの代表的な製造方法としては、古典的な方法である上記ラシッヒ法（向山光昭監訳「工業有機化学」第４版、東京化学同人、２８７ページ、１９９６、日本国、参照）は、主に４段階の工程からなり、アンモニア、二酸化炭素、水より得られる炭酸アンモニウムとアンモニアの空気酸化により得られるＮＯとＮＯ_２の混合物から合成された亜硝酸アンモニウムをＳＯ_２により還元してジスルホネートとし、次いでこれを加水分解してヒドロキシルアミンの硫酸塩とする方法であるが、製造工程が複雑であるうえに、工業的に価値の低い硫酸アンモニウムが、ヒドロキシルアミン硫酸塩１モルにつき１モル生成し、オキシム化とあわせてシクロヘキサノンオキシム１モルあたり計２モルの硫酸アンモニウムが副生するという問題がある。
さらに、硫酸ヒドロキシルアミンオキシム法（ＨＳＯ法）、及びリン酸ヒドロキシルアミンオキシム法（ＨＰＯ法）においては、ヒドロキシルアミン塩を製造し、これを用いてシクロヘキサノンオキシムを製造しているが、工程（ＩＩＩ）に関連して後述するようにこれらの方法も様々な問題点を有している。
上記工程（ＩＩＩ）としては、ヒドロキシルアミンの硫酸塩を用いてシクロヘキサノンをオキシム化する方法（向山光昭監訳「工業有機化学」第４版、東京化学同人、２８５ページ、１９９６、日本国、参照）が主流である。このオキシム化反応は平衡反応であるため、反応を進行させるためには一定量のアンモニアを添加してｐＨを７付近に保つ必要があるが、このステップで工業的に価値の低い硫酸アンモニウムが生成シクロヘキサノンオキシム１モルに対し１モル副生してしまう。
また、上記工程（ＩＩ）及び（ＩＩＩ）に関して、上記ＨＳＯ法（米国特許第３，９４１，８３８号、同第４，０３１，１３９号等）はアンモニアを白金系触媒の存在下で酸化して得られたＮＯを白金系触媒の存在下、硫酸水素アンモニウム／硫酸アンモニウム緩衝液中で水素還元してヒドロキシルアミン硫酸アンモニウムを生成させ、シクロヘキサノンと反応させている。また、上記ＨＰＯ法（米国特許第３，９４８，９８８号、第３，９４０，４４２号等）も同様に、アンモニアの酸化により得られた硝酸イオンをパラジウム触媒の存在下、リン酸／リン酸モノアンモニウムの緩衝液中で水素還元してヒドロキシルアミンリン酸塩を生成させ、シクロヘキサノンと反応させている。いずれの方法も、緩衝液がオキシム製造工程とヒドロキシルアミン製造工程との間を循環することでｐＨ値が一定に保たれるため、硫酸アンモニウムが副生しないという利点があるが、反応工程数が多く、高純度の原料を必要とするうえ、触媒回収工程や緩衝液のリサイクル工程が複雑であるという問題を有する。また、ヒドロキシルアミンの選択率は、全ステップを通してアンモニアに対して６０％程度と低い。
更に、上記の工程（Ｉ）〜（ＩＩＩ）からなる方法は、ベンゼンの完全水素化、及びヒドロキシルアミン塩の製造などにおいて大量の水素が必要であるという問題があった。
また、上記した方法の改良法も提案されている。例えば、シクロヘキサノンの製造法に関しては、ベンゼンの部分水素化反応によりシクロヘキセンを得、ついで、得られたシクロヘキセンを水和反応に付すことにより得られるシクロヘキサノールを脱水素反応によりシクロヘキサノンとする方法（日本国特開昭５６−４３２２７号公報（ＥＰ２３３７９に対応））などが知られている。この方法は、前述したシクロヘキサン空気酸化法に比べ、水素消費量が少ないこと、部分水素化反応で副生するシクロヘキサンを含めれば、実質的に１００％に近い炭素ベースの収率が得られる等の利点があるが、シクロヘキサノール脱水素工程の反応設備、及びエネルギーコストが空気酸化法に対して大きくなる等の問題を有する。
また、シクロヘキサノンを過酸化水素の存在下でアンモニアと反応させてシクロヘキサノンオキシムを得る方法（米国特許第４，７４５，２２１号）なども知られている。この方法は、ヒドロキシルアミンのような複雑な方法で得られる反応試剤を用いる必要がなく、硫酸アンモニウムの副生がない方法であるが、高価な過酸化水素を必要とする問題点がある。
一方、シクロヘキサノンを経由しない製造法として、ベンゼンを完全水素化して得たシクロヘキサンに、アンモニアを空気酸化して得たＮＯとＮＯ_２の混合物を硫酸、次いで塩酸と反応させることによって製造される塩化ニトロシルを反応させてシクロヘキサノンオキシムの塩酸塩を製造する方法（有機合成化学協会誌、２１，１６０−３，１９６３、有機合成化学協会、日本国）が工業化されている。この方法は、シクロヘキサノンを中間原料とする方法より反応工程数は少ないが、オキシム化に光が必要であり、そのための電力が多量に必要であるうえ、水銀ランプ等の維持管理が煩雑である。
さらに、ベンゼンを完全水素化して得たシクロヘキサンに、アンモニアの酸化により得られた硝酸を反応させることにより、ニトロシクロヘキサンを得、これを部分水素化してシクロヘキサノンオキシムを製造する方法（米国特許３，２５５，２６１号、同第２，９６７，２００号明細書等）も知られている。この方法は、硝酸を用いる酸化反応を１５０〜２００℃程度、３〜４ＭＰａ程度の高温、高圧で行ううえ、設備の材質消耗が大きく、さらに爆発危険性等の問題を有する。また、ニトロシクロヘキサンの選択率がシクロヘキサン基準、硝酸基準とも８０％程度とあまり高くなく、また、シクロヘキサンの転化率が１５〜２５％と低いため、生産性が低く、未反応シクロヘキサンのリサイクル使用に多量のエネルギーを必要とする。また、ニトロシクロヘキサンの部分水素化によるシクロヘキサノンオキシムの製造工程も選択率が８０％程度とあまり高くない。
以上の如く、シクロヘキサノンオキシムを製造する従来の方法は、プロセスが煩雑であり、工業的に実施するうえで、より簡便でより効率的な方法が求められてきた。
発明の概要
このような状況下、本発明者等は、かかる従来技術の問題を解決すべく鋭意検討した。その結果、（１）シクロヘキサノール、シクロヘキサノン及びこれらの混合物からなる群より選ばれる出発物質をアミノ化反応に付してシクロヘキシルアミンを得る工程、及び（２）得られたシクロヘキシルアミンを部分酸化反応に付してシクロヘキサノンオキシムを得る工程を包含し、工程（１）において生成する副生物（α）及び／又は工程（２）において生成する副生物（β）を、工程（１）の該アミノ化反応の反応系にリサイクルすることを特徴とする方法でシクロヘキサノンオキシムを製造すると、シクロヘキサノンオキシムを、その製造のための従来の方法で用いられている煩雑な工程により製造されるヒドロキシルアミン塩のような反応試剤を用いることなく、少ない水素消費量で、簡便な装置を用いて、簡便な操作でかつ極めて高い選択率で製造でき、更に、シクロヘキサノンオキシムから得られる所望の中間体であるε―カプロラクタムの品質に悪影響を与える分離が困難な副生物及び／又は工業的価値の低い硫酸アンモニウムのような副生物が生成するという従来技術にともなう問題がなく、且つ生成される副生物の大部分がリサイクル可能であり、更にリサイクルできない副生物もほとんどがシクロヘキサンなどの有用な化合物であるため、廃棄物が極めて少ないので工業的に有利であることを見出した。
従って、本発明の１つの目的は、ナイロン−６等の原料であるε―カプロラクタムの中間体として有用な化合物であるシクロヘキサノンオキシムを、その製造のための従来の方法で用いられている煩雑な工程により製造されるヒドロキシルアミン塩のような反応試剤を用いることなく、少ない水素消費量で、簡便な装置を用いて、簡便な操作で且つ極めて高い選択率で製造することができるだけでなく、シクロヘキサノンオキシムから得られる所望の中間体であるε―カプロラクタムの品質に悪影響を与える分離が困難な副生物及び／又は工業的価値の低い硫酸アンモニウムのような副生物が生成するという従来技術にともなう問題がなく、且つ生成される副生物の大部分がリサイクル可能であり、更にリサイクルできない副生物もほとんどがシクロヘキサンなどの有用な化合物であるため、廃棄物が極めて少ない方法を提供することにある。
本発明の上記及びその他の諸目的、諸特徴並びに諸利益は、以下の詳細な説明及び請求の範囲の記載から明らかになる。
発明の詳細な説明
本発明によれば、１．シクロヘキサノンオキシムの製造方法であって、
（１）シクロヘキサノール、シクロヘキサノン及びこれらの混合物からなる群より選ばれる出発物質をアミノ化反応に付してシクロヘキシルアミンを得る工程、及び
（２）得られたシクロヘキシルアミンを部分酸化反応に付してシクロヘキサノンオキシムを得る工程、
を包含し、
工程（１）において生成する副生物（α）及び工程（２）において生成する副生物（β）からなる群より選ばれる少なくとも１種の副生物を、工程（１）の該アミノ化反応の反応系にリサイクルする、
ことを特徴とするシクロヘキサノンオキシムの製造方法が提供される。
本発明の理解を容易にするために、以下、本発明の基本的特徴及び好ましい諸態様を列挙する。
１．シクロヘキサノンオキシムの製造方法であって、
（１）シクロヘキサノール、シクロヘキサノン及びこれらの混合物からなる群より選ばれる出発物質をアミノ化反応に付してシクロヘキシルアミンを得る工程、及び
（２）得られたシクロヘキシルアミンを部分酸化反応に付してシクロヘキサノンオキシムを得る工程、
を包含し、
工程（１）において生成する副生物（α）及び工程（２）において生成する副生物（β）からなる群より選ばれる少なくとも１種の副生物を、工程（１）の該アミノ化反応の反応系にリサイクルする、
ことを特徴とするシクロヘキサノンオキシムの製造方法。
２．工程（１）における出発物質として該シクロヘキサノールを用いる場合、該副生物（α）は、シクロヘキサノン、Ｎ−（シクロヘキシリデン）シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、シクロヘキシルアニリン及びアニリンからなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物を含み、
工程（１）における出発物質として該シクロヘキサノンを用いる場合、該副生物（α）は、シクロヘキサノール、Ｎ−（シクロヘキシリデン）シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、シクロヘキシルアニリン及びアニリンからなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物を含み、
工程（１）における出発物質としてシクロヘキサノール及びシクロヘキサノンを含む該混合物を用いる場合、該副生物（α）は、シクロヘキサノール、シクロヘキサノン、Ｎ−（シクロヘキシリデン）シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、シクロヘキシルアニリン及びアニリンからなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物を含み、
該副生物（β）が、シクロヘキサノン、ニトロシクロヘキサン、Ｎ−（シクロヘキシリデン）シクロヘキシルアミン及びジシクロヘキシルアミンからなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物を含む、ことを特徴とする前項１に記載の方法。
３．工程（１）における該アミノ化反応を、周期律表第８、９及び１０族に属する元素、クロム、銅、銀、亜鉛及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を含むアミノ化触媒の存在下で行うことを特徴とする前項１に記載の方法。
４．工程（１）における該アミノ化反応を分子状水素の存在下で行うことを特徴とする前項３に記載の方法。
５．工程（２）における該部分酸化反応を、酸化剤として分子状酸素の存在下で行うことを特徴とする前項１に記載の方法。
６．該シクロヘキサノールが、（ｉ）ベンゼンを部分水素化してシクロヘキセンを得、（ｉｉ）得られたシクロヘキセンを水和することを包含する方法により得られることを特徴とする前項１に記載の方法。
７．該ベンゼンの部分水素化を、周期律表第８、９及び１０族に属する元素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を含む水素化触媒、及び水の存在下で行うことを特徴とする前項６に記載の方法。
８．該ベンゼンの部分水素化反応を、（ａ）平均結晶子径が２００Å以下である金属ルテニウム、及び場合によっては亜鉛化合物を含有する水素化触媒、（ｂ）水、及び（ｃ）ジルコニウムもしくはハフニウムの酸化物、水溶性亜鉛化合物、及び固体塩基性硫酸亜鉛からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物の存在下で、中性又は酸性条件下において行い、該水素化触媒が非担持型であることを特徴とする前項６に記載の方法。
９．該シクロヘキセンの水和を、水和触媒としてゼオライトの存在下で行うことを特徴とする請求６に記載の方法。
１０．該ゼオライトがＺＳＭ−５型ゼオライトからなる群より選ばれることを特徴とする前項９に記載の方法。
１１．該シクロヘキサノンが、（ｉ）ベンゼンを部分水素化してシクロヘキセンを得、（ｉｉ）得られたシクロヘキセンを水和してシクロヘキサノールを得、（ｉｉｉ）得られたシクロヘキサノールを脱水素することを包含する方法により得られることを特徴とする前項１に記載の方法。
１２．該ベンゼンの部分水素化を、周期律表第８、９及び１０族に属する元素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を含む水素化触媒、及び水の存在下で行うことを特徴とする前項１１に記載の方法。
１３．該ベンゼンの部分水素化反応を、（ａ）平均結晶子径が２００Å以下である金属ルテニウム、及び場合によっては亜鉛化合物を含有する水素化触媒、（ｂ）水、及び（ｃ）ジルコニウムもしくはハフニウムの酸化物、水溶性亜鉛化合物、及び固体塩基性硫酸亜鉛からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物の存在下で、中性又は酸性条件下において行い、該水素化触媒が非担持型であることを特徴とする前項１１に記載の方法。
１４．該シクロヘキセンの水和を、水和触媒としてゼオライトの存在下で行うことを特徴とする請求１１に記載の方法。
１５．該ゼオライトがＺＳＭ−５型ゼオライトからなる群より選ばれることを特徴とする前項１１に記載の方法。
以下、本発明を更に詳細に説明する。
本発明の工程（１）においては、シクロヘキサノール、シクロヘキサノン及びこれらの混合物からなる群より選ばれる出発物質をアミノ化反応に付してシクロヘキシルアミンを得る。アミノ化反応は、アンモニア存在下、好ましくはアンモニア及び分子状水素の存在下、触媒を用いて行う。具体的には、下記の公知文献に記載の方法を用いることができる。例えば、シクロヘキサノールを原料とする場合には、アンモニア及び水素の存在下、酸化銅―酸化亜鉛を触媒として気相で反応を行わせる方法（「工業化学雑誌」、７０（９），１５０８，１９６７、日本化学会、日本国）、アンモニア及び水素の存在下にガス状で、ケイソウ土担体還元ニッケル成形触媒を用いて常圧で反応を行う方法（日本国特公昭５１−４１６２７号公報）、アンモニア及び水素の存在下、高温、高圧の条件のもと、液相でコバルトを主成分とする触媒を用いる方法（日本国特公昭５１−３２６０１号公報）、脂環式アルコールを水素で前処理されたルテニウム触媒の存在下でアミノ化する方法（日本国特開平５−１４８１９１号公報）等を用いることができる。シクロヘキサノンを出発物質とする場合には、アンモニア及び水素の存在下、ニッケル、コバルト、白金、パラジウムなどの触媒を用いて反応を行わせる方法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｂｓｔｒａｃｔ，１５，１２８５，１９２１）、アンモニア及び水素の存在下、ニッケル触媒を用いて液相で反応を行わせる方法（「工業化学雑誌」、７０（８），１３３５，１９６７、日本化学会、日本国）等を用いることができる。また、シクロヘキサノール及びシクロヘキサノンの混合物を出発物質とする場合には、アンモニア及び水素の存在下、酸化ニッケル―酸化クロム触媒を用いて気相で反応を行わせる方法（仏国特許第１，４９２，０９８号明細書）、アンモニア及び水素の存在下、触媒としてニッケル及び／またはコバルトと燐酸またはホウ酸を用い、気相にて反応を行う方法（日本国特公昭４１−７５７５号公報）等を用いることができる。
本発明における触媒としては、種々の金属、金属酸化物、金属塩、或いは有機金属化合物が使用できるが、周期律表の第８，９及び１０族に属する元素（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ等）、Ｃｒ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ及びＡｌからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属を含む触媒を用いることが好ましい。触媒における上記の金属は金属酸化物の形であってもよく、さらに金属又は金属酸化物が適当な触媒担体に担持されたものを触媒として用いてもよい。該触媒担体としては、活性炭、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＺｎＯ、硫酸バリウム、炭酸カリウム、ケイソウ土、ゼオライト等を用いることができる。
本発明におけるアミノ化反応は、気相もしくは液相で固定床、又は懸濁床で連続式、又はバッチ式に行うことができる。液相下で行う場合は、溶媒の存在下に反応を行うこともできる。溶媒としては、特に規定はないが、アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル類、ノルマルヘキサン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素、ベンゼン、トルエン等の芳香族化合物、ジオキサン、ジグリム等のエーテル類、水等を用いることができる。溶媒の存在下にて操作するときには、シクロヘキサノールの濃度は、通常、１〜３０重量％、好ましくは、５〜２０重量％である。また、気相で反応を行う場合も同様に用いることができ、これら溶媒を予め気化させて反応器に供給してもよい。
本発明において、シクロヘキサノール及び／又はシクロヘキサノンに対するアンモニアのモル比は、通常０．５／１〜１０／１、好ましくは１／１〜５／１の割合である。また、分子状水素の存在下でアミノ化反応を行う場合は、シクロヘキサノール及び／又はシクロヘキサノンに対する水素のモル比として、通常０．０１／１〜１０／１、好ましくは０．５／１〜５／１の割合である。反応圧力は、減圧、常圧、加圧のいずれでもよいが、加圧下で行う場合には、通常、０．１〜２０ＭＰａ、好ましくは１〜１０ＭＰａの範囲であり、反応温度は、通常、５０〜３００℃、好ましくは８０〜２５０℃の範囲である。反応時間は、目的とするシクロヘキシルアミンの選択率や収率の目標値を定め、適宜選択すればよく、特に制限はないが、通常、数秒ないしは数時間である。
触媒の量に関しては、用いる触媒種によっても異なり、所望の触媒効果が得られる量であれば特に制限はないが、通常、出発物質（シクロヘキサノール及び／又はシクロヘキサノン）に対して重量比で０．０００１／１〜１００／１、好ましくは、０．００１／１〜５０／１の範囲である。
また、気相で反応を行う場合は、上昇流又は下降流反応器中で、時間基準の液空間速度（ｌｉｑｕｉｄ ｈｏｕｒｌｙ ｓｐａｃｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ，ＬＨＳＶ）が好ましくは０．０１〜１０、より好ましくは０．０５〜５の範囲になるような条件下で反応を行うことが好ましい。
工程（１）のアミノ化反応において生成する副生物（α）に関しては、用いる出発物質、触媒種等により異なるが、通常、工程（１）における出発物質として該シクロヘキサノールを用いる場合、該副生物（α）は、シクロヘキサノン、Ｎ−（シクロヘキシリデン）シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、シクロヘキシルアニリン及びアニリンからなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物を含み；工程（１）における出発物質として該シクロヘキサノンを用いる場合、該副生物（α）は、シクロヘキサノール、Ｎ−（シクロヘキシリデン）シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、シクロヘキシルアニリン及びアニリンからなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物を含み；工程（１）における出発物質としてシクロヘキサノール及びシクロヘキサノンを含む該混合物を用いる場合、該副生物（α）は、シクロヘキサノール、シクロヘキサノン、Ｎ−（シクロヘキシリデン）シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、シクロヘキシルアニリン及びアニリンからなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物を含む。
生成したシクロヘキシルアミンは、触媒を分離した反応器中の反応混合物から、例えば、シクロヘキサン又はベンゼン等を加え、共沸蒸留した後、蒸留分離によって回収され、必要によりさらなる分離手段により所望の純度にすることができる。また、生成したシクロヘキシルアミンと副生物（α）とを分離せずに共に工程（２）の部分酸化反応に供してもよい。この場合は必ず工程（２）の副生物（β）を工程（１）にリサイクルする。下記工程（２）の部分酸化反応に供するシクロヘキシルアミンの純度は８０％以上であることが好ましく、９５％であることがより好ましく、９９％以上にすることが最も好ましい。
本発明の工程（２）のシクロヘキシルアミンを部分酸化してシクロヘキサノンオキシムを得る方法としては、シクロヘキシルアミンを触媒の存在下、酸化剤と反応させる方法が用いられる。本反応における酸化剤としては、分子状酸素、オゾン等の酸素類、過酸化水素、過酢酸、及びＫ_２Ｓ_２Ｏ_８等の無機ヒドロペルオキシド、ｔ−ブチルヒドロペルオキシド、キュメンヒドロペルオキシド、エチルベンゼンヒドロペルオキシド、及びシクロヘキシルヒドロペルオキシド等の有機ヒドロペルオキシド、ＮａＣｌＯ、ＮａＢｒＯ、ＰｈＩＯ、及びＮａＩＯ_４等の酸素酸等が挙げられ、好ましくは、分子状酸素、或いは過酸化水素、さらに好ましくは、分子状酸素が用いられる。分子状酸素を使用する場合は、通常、空気、又は窒素及びヘリウムなどの不活性気体との混合物の形態で用いられ、酸素濃度としては、２〜２３％の濃度範囲で用いることが好ましく、より好ましくは３〜１１％の範囲で用いることができるが、酸素濃度は反応系内が爆発組成をとらない範囲が好ましい。
シクロヘキシルアミンの部分酸化に用いる触媒としては、種々の金属、金属酸化物、金属塩、或いは有機金属化合物が使用できるが、反応に用いる酸化剤により、種々の触媒から適切なものを選定して用いることができる。シクロヘキシルアミンの部分酸化の具体的な方法に関しては、公知の方法を用いることができる。酸化剤として分子状酸素を用いる公知の方法としては、周期律表の第４族（Ｔｉ、Ｚｒ及びＨｆ）に属する少なくとも１種の元素の化合物の存在下にて液相中で行う方法（日本国特開平２−２９５９５６号公報（ＥＰ３９５０４６に対応）、ＳｉＯ_２ゲル、γ−Ａｌ_２Ｏ_３を含み、所望によりＷＯ_３と組み合わせた固体触媒の存在下にて気相中で行う方法（米国特許第４，３３７，３５８号、同第４，５０４，６８１号）等が挙げられる。また、過酸化水素を用いる方法としては、Ｍｏ、Ｗ及びＵからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属を含む触媒の存在下にて行う方法（米国特許第２，７０６，２０４号）、チタンシリカライト、或いはバナジウムシリカライトを触媒として用いる方法（Ｔｅｔｒａｈｅｄｒｏｎ，５１（４１），１１３０５，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｐｒｅｓｓ、オランダ国、１９９５、及びＣａｔａｌ．Ｌｅｔｔ．，２８（２−４），２６３，Ｋｌｕｗｅｒ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ、１９９４、オランダ国）が挙げられ、有機ヒドロペルオキシドを用いる方法としては、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｅ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、及びＵからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属を含む触媒の存在下にて行う方法（米国特許第３，９６０，９５４号）等が挙げられる。
本発明における部分酸化反応は、気相もしくは液相で固定床、又は懸濁床で連続式、又はバッチ式に行うことができる。液相下で行う場合は、溶媒の存在下に反応を行わせることもできる。溶媒としては、特に規定はないが、上記の公知技術（日本国特開平２−２９５９５６号公報（ＥＰ３９５０４６に対応）、米国特許第２，７０６，２０４号等）に記載されているような溶媒、例えば、メタノール、ｔ−ブタノール等のＣ_１〜Ｃ_１０アルコール、アセトニトリル、ベンゼン、トルエン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、トリエチルアミン、ジメトキシエタン、ジオキサン、ジグリム、水等を用いることができる。溶媒の存在下にて操作するときには、シクロヘキシルアミンの濃度は、通常、１〜３０重量％、好ましくは、５〜２０量％である。
反応を気相で行う場合に供給されるシクロヘキシルアミンの濃度は、全ガス供給量に対して、好ましくは０．５〜２０％、より好ましくは２〜１０％である。シクロヘキシルアミンを単独で反応器に供給してもよく、また、窒素、ヘリウム等の反応に影響を及ぼさない不活性ガスで希釈して用いてもよい。また、上記溶媒種を予め気化させて反応器に供給してもよい。
反応条件は、使用する酸化剤や触媒の種類によって適宜選択されるが、反応圧力は、減圧、常圧、加圧のいずれでもよく、反応系内の全圧に特に制限はない。反応温度は、好ましくは、２０℃〜３００℃、より好ましくは８０℃〜２５０℃の範囲である。反応温度が３００℃を超えると生成したシクロヘキサノンオキシムの分解又は過剰酸化が促進される傾向があり、反応温度が２０℃未満では反応速度が低下する傾向がある。また、反応時間は、目的とするシクロヘキサノンオキシムの選択率や収率の目標値を定め、適宜選択すればよく、特に制限はないが、通常、数秒ないしは数時間である。
触媒の量に関しては、用いる触媒種によっても異なり、所望の触媒効果が得られる量であれば特に制限はないが、通常、シクロヘキシルアミンに対して重量比で０．０００１／１〜１００／１、好ましくは、０．００１／１〜５０／１の範囲である。
また、気相で反応を行う場合は、上昇流又は下降流反応器中で、時間基準の液空間速度（ｌｉｑｕｉｄ ｈｏｕｒｌｙ ｓｐａｃｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ，ＬＨＳＶ）が好ましくは０．０１〜１０、より好ましくは０．０５〜５の範囲になるような条件下で反応を行うことが好ましい。
工程（２）の部分酸化反応において生成する副生物（β）は、通常、シクロヘキサノン、ニトロシクロヘキサン、Ｎ−（シクロヘキシリデン）シクロヘキシルアミン及びジシクロヘキシルアミンからなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物を含む。
生成したシクロヘキサノンオキシムは、触媒を分離した反応器中の反応混合物から慣用の手段、例えば、蒸留又は抽出などによって回収され、必要によりさらなる分離手段により所望の純度にすることができる。この場合、シクロヘキサノンオキシムの純度を９９％以上にすることが好ましい。
本発明においては、工程（１）において生成する上記副生物（α）及び／又は工程（２）において生成する上記副生物（β）を、工程（１）の該アミノ化反応の反応系にリサイクルしてシクロヘキシルアミンに転化させる。すなわち、これらの副生物は、アミノ化反応に供する原料あるいはシクロヘキサノンオキシム製造における中間生成物であるシクロヘキシルアミンと等価値と考えることができ、該副生物のリサイクルにより目的生成物であるシクロヘキサノンオキシムの選択率を向上させることができる。尚、工程（１）において生成する上記副生物（α）と工程（２）において生成する上記副生物（β）とが同一の化合物であることもあり得るが、この場合も副生物（α）及び副生物（β）を共に工程（１）にリサイクルしてもよく、どちらか一方のみを工程（１）にリサイクルしてもよい。例えば、副生物（α）及び副生物（β）が共にジシクロヘキシルアミンの場合、副生物（α）としてのジシクロヘキシルアミン及び副生物（β）としてのジシクロヘキシルアミンを共に工程（１）にリサイクルしてもよく、どちらか一方のみを工程（１）にリサイクルしてもよい。
該出発物質及び該副生物のアミノ化反応場でのシクロヘキシルアミンへの転化反応は、以下に示す反応式（シクロヘキサノール（Ｉ）、シクロヘキサノン（ＩＩ）、ニトロシクロヘキサン（ＩＩＩ）、ジシクロヘキシルアミン（ＩＶ）、Ｎ−シクロヘキシリデンシクロヘキシルアミン（ＶもしくはＶＩ）、シクロヘキシルアニリン（ＶＩＩ）、アニリン（ＶＩＩＩ））により進行すると考えられる。
（Ｉ） Ｃ_６Ｈ_１１ＯＨ ＋ ＮＨ_３ → Ｃ_６Ｈ_１１ＮＨ_２
＋ Ｈ_２Ｏ；
（ＩＩ） Ｃ_６Ｈ_１０Ｏ ＋ ＮＨ_３ ＋Ｈ_２ →
Ｃ_６Ｈ_１１ＮＨ_２ ＋ Ｈ_２Ｏ；
（ＩＩＩ） Ｃ_６Ｈ_１１ＮＯ_２ ＋ ３Ｈ_２ →
Ｃ_６Ｈ_１１ＮＨ_２ ＋ ２Ｈ_２Ｏ；
（ＩＶ） Ｃ_６Ｈ_１１−ＮＨ−Ｃ_６Ｈ_１１ ＋ ＮＨ_３ →
２Ｃ_６Ｈ_１１ＮＨ_２；
（Ｖ） Ｃ_６Ｈ_１０＝Ｎ−Ｃ_６Ｈ_１１ ＋ Ｈ_２ ＋ ＮＨ_３
→ ２Ｃ_６Ｈ_１１ＮＨ_２；
（ＶＩ） Ｃ_６Ｈ_１０＝Ｎ−Ｃ_６Ｈ_１１ ＋ Ｈ_２Ｏ →
Ｃ_６Ｈ_１１ＮＨ_２ ＋ Ｃ_６Ｈ_１０Ｏ；
（ＶＩＩ） Ｃ_６Ｈ_１１−ＮＨ−Ｃ_６Ｈ_５ ＋ ３Ｈ_２ ＋ ＮＨ_３
→ ２Ｃ_６Ｈ_１１ＮＨ_２；及び
（ＶＩＩＩ） Ｃ_６Ｈ_５ＮＨ_２ ＋ ３Ｈ_２ → Ｃ_６Ｈ_１１ＮＨ_２。
工程（１）のアミノ化反応で生成された副生物（α）、及び／又は工程（２）の部分酸化反応で生成された副生物（β）の分離及びリサイクルに関しては公知の方法で行うことができる。具体的には、例えば以下のような方法で行うことができる。まず、副生物（α）の分離及びリサイクルに関して説明する。副生物（α）が上記した化合物のうち２種以上を含む場合、少なくとも１種の化合物を分離・リサイクルすれば良いが、副生物（α）としての化合物全てを分離・リサイクルすることが特に好ましい。分離・リサイクルの方法の具体例としては、アミノ化反応で得られる反応混合物からシクロヘキシルアミンを蒸留などで分離して得られる残渣から、工程（１）のアミノ化反応に悪影響を与える成分（タール状の高沸点化合物）を蒸留、抽出などの公知の分離方法で除去したものを工程（１）のアミノ化反応系にリサイクルする方法、及びシクロヘキシルアミンを蒸留などで分離して得られる残渣から、少なくとも１種の副生物（α）としての化合物を蒸留、抽出などの公知の分離方法で分離し、工程（１）のアミノ化反応系にリサイクルする方法が挙げられる。尚、アミノ化工程において生成する水は副生物と共にリサイクルしても、副生物から分離してもよい。
次に、副生物（β）の分離及びリサイクルに関して説明する。副生物（β）は、通常、上記した化合物のうち２種以上を含む。この場合、少なくとも１種の化合物を分離・リサイクルすれば良いが、副生物（β）としての化合物全てを分離・リサイクルすることが特に好ましい。分離・リサイクルの方法としては、部分酸化反応で得られる反応混合物からシクロヘキサノンオキシムを蒸留などで分離して得られる残渣から、工程（１）のアミノ化反応に悪影響を与える成分（タール状の高沸点化合物）を蒸留、抽出などの公知の分離方法で除去したものを工程（１）のアミノ化反応系にリサイクルをする方法、及びシクロヘキシルアミンを蒸留などで分離して得られる残渣から、少なくとも１種の副生物（β）としての化合物を蒸留、抽出などの公知の分離方法で分離し、工程（１）のアミノ化反応系にリサイクルする方法が挙げられる。尚、部分酸化工程において生成する水は副生物と共にリサイクルしても、副生物から分離してもよい。
尚、工程（１）のアミノ化反応において、未反応の出発物質（シクロヘキサノール及び／又はシクロヘキサノン）、アンモニア、及び場合によって水素がある場合には、これらは工程（１）のアミノ化反応の反応系にリサイクルすることが好ましい。この場合、上記未反応物は単独でリサイクルしても、副生物（α）及び／又は副生物（β）と共にリサイクルしてもよい。
また、工程（２）の部分酸化反応において、未反応のシクロヘキシルアミン及び酸素がある場合には、工程（２）の部分酸化反応系にリサイクルすることが好ましい。
上記副生物（α）及び（β）は、それぞれ別々に工程（１）のアミノ化反応系にリサイクルしても、混合してリサイクルしてもよい。
また、工程（１）又は工程（２）のどちらかで、工程（１）にリサイクル可能な副生物が生成しない場合もあるが、その場合は工程（１）又は工程（２）のどちらかで生成したリサイクル可能な副生物（副生物（α）又は副生物（β））を必ず工程（１）にリサイクルする。
本発明（１）のアミノ化工程において出発物質として用いるシクロヘキサノール及び／又はシクロヘキサノンは、上記の従来の技術で述べた種々の方法によって製造されたものが使用できるが、好ましくは、ベンゼンの部分水素化で得られるシクロヘキセンを水和して製造されるシクロヘキサノール、及び／又はこのようにして得られたシクロヘキサノールを脱水素して得られるシクロヘキサノンを用いることが推奨される。このようなシクロヘキサノール及び／又はシクロヘキサノンを用いてシクロヘキサノンオキシムを製造した場合、出発原料であるベンゼンから目的生成物であるシクロヘキサノンオキシムまでの有用物質（シクロヘキサンを含む）としての全炭素回収率が他の製造方法に比べて極めて高いという利点がある。更には、この場合、少ない水素消費量でシクロヘキサノンオキシムを製造でき、且つ分離が困難な副生物が生成しないという利点もある。
以下、ベンゼンの部分水素化でシクロヘキセンを得る方法およびシクロヘキセンの水和によるシクロヘキサノールの製造方法について説明する。また、このような方法で製造されたシクロヘキサノールを脱水素してシクロヘキサノンを得る場合には、慣用の脱水素方法を用いることができる。
ベンゼンの部分水素化反応は公知の方法で行うことができる。公知の方法の例としては、水およびアルカリ金属と周期表第８、９及び１０族に属する元素から選ばれる少なくとも１種を含有する触媒組成物を用いる方法（日本国特公昭５６−２２８５０号公報（米国特許第３，３７６，７２０号に対応）、ニッケル、コバルト、クロム、チタンまたはジルコニウムの酸化物に担持したルテニウム触媒を用い、アルコールまたはエステルを添加剤として用いる方法（日本国特公昭５２−３９３３号公報）、ルテニウム触媒、ならびに周期律表の第１族及び２族に属する金属及びマンガンからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属の塩を含む中性または酸性水溶液の存在下に反応を行う方法（日本国特公昭５７−７６０７号公報（米国特許第４，０５５，５１２号に対応））、シリカ、アルミナ等の酸化物に主に、ルテニウムを担持させた触媒、水および硫酸コバルトの存在下、部分水素化する方法（日本国特開昭５７−１３０９２６号公報）、鉄、コバルト、銀および銅からなる群より選ばれた少なくとも１種以上の金属およびルテニウムを硫酸バリウム担体に担持した触媒を用いて、リチウム、コバルト、鉄および亜鉛からなる群より選ばれた１種以上の金属硫酸塩と水の共存下に反応を行う方法（日本国特公平２−５９８１１号公報（米国特許第４，５７５，５７２号、及びＥＰ１７０９１５に対応））、硫酸バリウムを担体としたルテニウム担持触媒および水の共存下、二酸化ケイ素、二酸化チタンおよび酸化アルミニウムから選ばれた少なくとも１種以上の金属の酸化物を反応系に共存させる方法（日本国特公平６−４５４５号公報（米国特許第４，６６５，２７４号、及びＥＰ２１４５３０に対応））、水素化触媒として２００Å以下の平均結晶子径を有する金属ルテニウム結晶子および／またはその凝集した粒子を用い、水および少なくとも１種の亜鉛化合物の存在下に反応を行う方法（日本国特公平２−１９０９８号公報）、水および少なくとも１種の水溶性亜鉛化合物の共存下、酸性条件下に液相において水素により部分還元するに際し、水素化触媒として、あらかじめ亜鉛化合物を含有したルテニウム化合物を還元することによって得られる亜鉛をルテニウムに対し、０．１〜５０重量％含有する平均結晶子径が２００Å以下である非担持型触媒を用いる方法（日本国特公平２−１６７３６号公報）、あるいは、水の共存下、２００Å以下の結晶子径を有する金属ルテニウムを主成分とする水素化触媒粒子を用い、該触媒とは別に酸化ジルコニウム及び酸化ハフニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種を添加し、さらに少なくとも１種の固体塩基性硫酸亜鉛の共存下、中性または酸性の条件下に反応を行わせる方法（日本国特公平３−５３７１号公報（米国特許第４，７３４，５３６号、及びＥＰ２２０５２５に対応））等が挙げられる。
ベンゼンの部分水素化に用いる触媒としては、周期律表第８、９及び１０族に属する金属からなる群より選ばれる少なくとも１種の金属を含む水素化触媒の使用が好適であり、触媒に用いる金属として特に好ましいのはルテニウムである。触媒の原料としては、ハロゲン化物、硝酸塩、水酸化物、錯体化合物、アルコキシド等が例示される。また、触媒は予め他の金属成分を助触媒として含有していてもよい。助触媒成分としては、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、銀、カドニウム、金等が有効であり、特に亜鉛が好ましい。助触媒金属を使用する場合は、ルテニウム原子に対する助触媒金属の原子比が通常０．０１〜２０、好ましくは０．１〜１０である。
使用する水素化触媒は、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア等の単元素系金属酸化物あるいはこれらの複合金属酸化物、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、珪藻土、ゼオライト、活性炭等に担持させた担持型あるいは非担持型である。シクロヘキセンの選択率を向上させる観点から、非担持型の金属ルテニウムを用いることが好ましい。
非担持型の金属ルテニウムとは、ルテニウム化合物を気相もしくは液相において水素もしくは適当な化学還元剤を用いて還元して得られる還元物であり、ルテニウムは金属状態まで還元されたものである。かかる還元物の平均結晶子径が小さい程、シクロヘキセンの生成に有利となり、２００Å以下、好ましくは１００Å以下の金属ルテニウムを用いることがシクロヘキセンの選択率を向上させるために望ましい。ここで、平均結晶子径は一般的方法、すなわち、Ｘ線回折法によって得られる回折線巾の拡がりから、Ｓｃｈｅｒｒｅｒの式により算出されるものである。また、本反応においては、同様な方法によって調製された亜鉛化合物を含む金属ルテニウムも好適に用いることができる。
触媒の量に関しては、用いる触媒種によっても異なるが、通常、ベンゼンに対して重量比で０．０００１／１〜１００／１、好ましくは０．００１／１〜５０／１の範囲である。
また、水素化触媒として、非担持型の金属ルテニウムを用いる場合には、該水素化触媒とは別に、ジルコニウム及び／又はハフニウムの酸化物を添加して反応を行わせることもできる。添加される酸化物の量は、反応系に共存する水に対し１×１０^−３〜０．３倍、好ましくは１×１０^−２〜０．１倍である。かかる酸化物を添加することによって得られる効果は有用なものであり、シクロヘキセンの選択率、収率を向上させることができ、さらには、反応器表面への水素化触媒の付着や、水素化触媒の凝集などを抑制することが可能となる。
該ベンゼンの部分水素化反応においては、水の共存が必要である。添加する水の量は、反応条件下において、ベンゼンおよび生成シクロヘキセンを主成分とする有機相と、水を含む水相とが２相を形成することが好ましく、ベンゼンの重量に対して０．００１〜１００重量％、好ましくは０．５〜２０重量％共存させることが好ましい。
また、本発明においては、水素化触媒、水の他に少なくとも１種の水溶性金属化合物の存在下で反応を行わせる好ましい。ここで水溶性金属化合物としては、周期律表第１，２及び１２族に属する元素、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅等の酢酸塩、塩化物、硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩などが使用されるが、周期律表第１及び２族に属する金属、及び亜鉛の塩化物もしくは硫酸塩が好ましく、硫酸亜鉛の如き強酸塩がより好ましい。かかる硫酸亜鉛は、水溶液として０．０１重量％〜飽和溶解度までの濃度で用いることができるが、好ましくは０．１〜３０重量％で用いることが好ましい。
また、ベンゼンの部分水素化反応においては、上記金属の固体塩基性硫酸塩を用いてもよい。その場合、固体塩基性硫酸亜鉛が好ましく用いられる。ここで、固体塩基性硫酸亜鉛とは、ＺｎＳＯ_４・ｍＺｎＯ・ｎＨ_２ＯもしくはＺｎＳＯ_４・ｍＺｎ（ＯＨ）_２（ここでｍ，ｎはそれぞれ０．５≦ｍ≦４、０≦ｎ≦８となる数を表す）、さらにはＺｎ（ｌ＋１）（ＯＨ）_２ｌ・ＳＯ_４（ここで、ｌは１≦ｌ≦４）などの一般式で表し得る化合物であって、具体的には、ＺｎＳＯ_４・０．５ＺｎＯ、ＺｎＳＯ_４・ＺｎＯ・Ｈ_２Ｏ（ＺｎＳＯ_４・Ｚｎ（ＯＨ）_２）またはＺｎ_２（ＯＨ）_２ＳＯ_４、ＺｎＳＯ_４・３ＺｎＯ、ＺｎＳＯ_４・３ＺｎＯ・３Ｈ_２Ｏ（ＺｎＳＯ_４・３Ｚｎ（ＯＨ）_２）、ＺｎＳＯ_４・３ＺｎＯ・６Ｈ_２Ｏ、ＺｎＳＯ_４・３ＺｎＯ・７Ｈ_２Ｏ、ＺｎＳＯ_４・３ＺｎＯ・８Ｈ_２Ｏ、ＺｎＳＯ_４・４ＺｎＯ・４Ｈ_２Ｏ（ＺｎＳＯ_４・４Ｚｎ（ＯＨ）_２）などがあり、成著（例えば、「無機化学全書」、ＶＩＩＩ−１、５００項、丸善、日本国）にも多く見られる化合物群である。
これら塩基性硫酸亜鉛は古くから知られており、様々な方法で得ることができるが、一般的には硫酸亜鉛を母液として、これに適当なアルカリを作用させたり、さらには熱したりすることにより得ることができる。また、硫酸水溶液もしくは硫酸亜鉛水溶液に水酸化亜鉛を加えて熱することによっても、種々の塩基性硫酸亜鉛の混合物として得ることができる。前述した周期律表１，２、１２族元素、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅等の塩基性硫酸塩も同様な方法で得ることができる。
これら固体塩基性硫酸亜鉛の水に対する溶解度は小さく、わずかな量の添加で反応系において固体として共存できる。本発明においては、水素化触媒に対し、亜鉛として１×１０^−４〜１重量倍、好ましくは１×１０^−５〜０．５重量倍共存させて反応を行う。
また、ベンゼンの部分水素化反応の反応系では、硫酸亜鉛水溶液及び／又は固体塩基性硫酸亜鉛が存在することが好ましい。これら亜鉛化合物の存在する量によっても異なるが、反応系が微アルカリから酸性の状態で行われることが好ましく。中性から酸性の状態で行うことがより好ましい。具体的には、ｐＨ１〜７で反応を行うことが好ましく、ｐＨ４〜７未満で行うことがより好ましい。
本発明における部分水素化反応は、通常、液相懸濁法で連続的または回分的に行われるが、固定床式でも行うことができる。反応条件は、使用する触媒や添加物の種類や量によって適宜選択されるが、通常、水素圧は０．１〜２０ＭＰａ、好ましくは１〜１０ＭＰａの範囲であり、反応温度は室温〜２５０℃、好ましくは１００〜２００℃の範囲である。また、反応時間は、目的とするシクロヘキセンの選択率や収率の実質的な目標値を定め、適宜選択すればよく、特に制限はないが、通常、数秒ないし数時間である。
即ち、本発明において、ベンゼンの部分水素化は、（ａ）平均結晶子径が２００Å以下である金属ルテニウム、及び場合によっては亜鉛化合物を含有する水素化触媒、（ｂ）水、及び（ｃ）ジルコニウムもしくはハフニウムの酸化物、水溶性亜鉛化合物、及び固体塩基性硫酸亜鉛からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物の存在下で、中性又は酸性条件下において行い、該水素化触媒が非担持型であることが特に好ましい。
ベンゼンの部分水素化反応は、通常、水を含む水相、水相中に存在する触媒を含む固相、原料および生成物を含む油相、および水素を含む気相から構成される４相系で行われ、これらの相が懸濁した状態で反応が進行する。部分水素化反応後、反応液は、触媒を含む水相と生成したシクロヘキセンと未反応ベンゼン等を含む油相とを相分離して、油相を分離工程に供する。触媒を含む水相は、触媒スラリーとして、反応器に循環して再使用することができる。該部分水素化反応では、通常、目的生成物であるシクロヘキセンの他に副生成物としてシクロヘキサンが生成する。分離された油相には、シクロヘキセン、シクロヘキサン及びベンゼンが含まれるが、これらの沸点は互いに近接しているので、通常、抽出蒸留や共沸蒸留によって分離される。分離されたシクロヘキセンは、必要によりさらなる分離手段により必要な純度にすることができる。この場合、シクロヘキセンの純度を９９％以上にすることが好ましい。通常、分離された未反応ベンゼンは、反応器にリサイクルされるのが好ましい。
シクロヘキセンの水和反応は、公知の方法で行うことができる。公知の方法の例としては、鉱酸、特に硫酸を用いてシクロヘキセンの水和反応を行う方法（日本国特公昭４８−４４７号公報）、芳香族スルホン酸を使用する方法（日本国特公昭４３−８１０４号公報、特公昭４３−１６１２３号公報（ＤＥ１２３０７９３に対応））、リンタングステン酸およびリンモリブデン酸等のヘテロポリ酸を使用する方法（日本国特開昭５３−９７４６号公報）、イオン交換樹脂を使用する方法（日本国特公昭３８−１５６１９号公報、日本国特公昭４４−２６６５６号公報）、脱アルカリしたモルデナイト、クリノブチルライト、もしくはフォージャサイト系ゼオライトを用いるオレフィン類の水和方法（日本国特公昭４７−４５３２３号公報）、結晶性アルミノシリケートＺＳＭ−５を使用する方法（日本国特開５８−１９４８２８号公報）等が挙げられる。
シクロヘキセンの水和に用いる触媒としては、本発明における触媒としては、上記公知技術の方法に用いられる各種の酸触媒が使用できるが、ゼオライト触媒を用いることが好ましい。ゼオライト触媒としては、触媒として使用可能なゼオライトであれば特に限定されず、例えば、各種構造からなるアルミノケイ酸塩、メタロケイ酸塩、シリカライト、アルミノリン酸塩、メタロリン酸塩、及びこれらの変性ゼオライト（酸処理、熱処理、脱アルミニウム処理）等を使用することができる。また、これらのゼオライトは、通常、プロトン交換型（Ｈ型）が用いられるが、その一部がＮａ，Ｋ，Ｌｉ等のアルカリ金属、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ等のアルカリ土類金属、Ｌａ，Ｃｅ等の希土類金属から選ばれたカチオン種で交換されていてもよい。
特に好ましいゼオライト触媒は結晶性アルミノシリケートであるＺＳＭ−５型ゼオライトからなる群より選ばれるゼオライト（以下、「ＺＳＭ−５」と称す）である。本発明で用いられる結晶性アルミノシリケートＺＳＭ−５とは、米国モービルオイル社が開発したゼオライトである（米国特許第３，７０２，８８６号）。このＺＳＭ−５は、結晶を構成するＳｉＯ_２とＡｌ_２Ｏ_３のモル比が、２０以上であり、結晶構造中に、酸素１０員環の入口を有する三次元の細孔を有する特異なゼオライトである。本発明において、結晶性アルミノシリケートＺＳＭ−５中のカチオンは、プロトン、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ等のアルカリ土類金属、Ｌａ、Ｃｅ等の希土類金属であることが好ましく、最も好ましいのは、プロトン型である。
上記水和反応は、シクロヘキセンと水だけで行っても良いし、又、他の有機溶媒を共存させても良い。この場合、有機溶媒とは、ハロゲン化炭化水素、アルコール類、エーテル類、ケトン類である。ハロゲン化炭化水素としては、塩化メチレン、クロロホルム、テトラクロロメタン、トリクロロエタン、テトラクロロエタン及び対応する臭化物、ヨウ化物、フッ化物である。アルコール類としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ｎ−プロパノール、イソブタノール、ｎ−ブタノール等のＣ_１−Ｃ_１０のアルコール類である。エーテル類としては、ジオキサン、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジアミルエーテル、エチレングリコール、ジエチレングリコールのジメチルエーテル或いはスルフォン例えば、ジプロピルスルフォン、スルフォラン、スルホキシド例えば、ジメチルスルホキシド等の単エーテル及び複エーテル等である。ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン等である。上記いずれの溶媒とも、２種以上からなる混合物も使用することができる。
上記水和反応において、水の使用量は、シクロヘキセン１モルに対して、１〜１００モルの範囲であることが好ましい。触媒の使用量は、シクロヘキセンに対して重量比で０．０１〜１００の範囲が適当である。有機溶媒を使用する場合は、シクロヘキセンに対して容量比で０．１〜１００の範囲が適当である。
上記水和反応において反応温度は、通常５０〜３００℃であり、好ましくは、１００〜２００℃の範囲である。反応圧力は、減圧、常圧、加圧のいずれの状態でもよいが、加圧下で行うことが好ましい。反応時間は、目的とするシクロヘキサノールの選択率や収率の実質的な目標値を定め、適宜選択すればよく、特に制限はないが、通常、数秒ないし数時間である。
反応形式は、バッチ方式、連続方式のいずれでも行うことができる。水和反応は、通常、水和触媒と水によって構成される触媒スラリーに、シクロヘキセンを混合して懸濁状態で反応を行わせ、触媒スラリーである水相と生成したシクロヘキサノールと未反応シクロヘキセン等を含む油相とを相分離して、油相を分離工程に供する。触媒を含む水相は、触媒スラリーとして、反応器に循環して再使用することができる。該水和反応では、通常、目的生成物であるシクロヘキサノールの他に副生成物として少量のメチルシクロペンテンが生成する。分離された油相には、シクロヘキサノール、メチルシクロペンテン及びシクロヘキセンを含有するので、これらを慣用の手段、例えば、蒸留によってシクロヘキサノールを含む高沸成分とシクロヘキセン、メチルシクロペンテンを含む低沸成分とに分離する。分離されたシクロヘキサノールは、必要によりさらなる分離手段により必要な純度にすることができる。この場合、シクロヘキサノールの純度を９９％以上にすることが好ましい。通常、分離された未反応シクロヘキセンは、必要な純度に精製し、反応容器にリサイクルされるのが好ましい。
上記のように、本発明の方法によれば、簡便な装置を用いて、簡便な操作で且つ高選択率で製造することができるだけでなく、シクロヘキサノンオキシムから得られる所望の中間体であるε―カプロラクタムの品質に影響を与える分離が困難な副生物及び又は工業的に価値の低い硫酸アンモニウムのような副生物が生成するという従来技術にともなう問題がない。特に、上記したようにベンゼンからシクロヘキサンを経由して得られたシクロヘキサノンとヒドロキシルアミン塩とを反応させる従来技術においては、選択率も７３〜８３％程度とあまり高くなく、副生物としては、カルボン酸類、アルコール類、アルデヒド類、ケトン類、エーテル類、エステル類、炭化水素類等が生成する。これらの副生物は、本発明とは異なり、リサイクルして有用な化合物に変換することはできないので通常分離されて廃棄される。更に、上記の従来技術においては、目的生成物から分離が困難な副生物（シクロヘキシルブチルエーテル、ｎ−ペンチルシクロヘキサン、酢酸シクロヘキシル、ヘキサヒドロベンズアルデヒド等）が生成し、これらの副生物は、シクロヘキサノンオキシムからε―カプロラクタムを得る転位工程でも残存し、ε―カプロラクタムの品質低下の要因となることが知られている。一方、本発明の方法においてはそのような副生物の生成はない。さらに、本発明においては、上記のように生成される副生物の大部分がリサイクル可能であり、更にリサイクルできない副生物もほとんどがシクロヘキサンなどの有用な化合物であるため、廃棄物が極めて少ない。このような本発明の効果は、ベンゼンを原料としてシクロヘキセンを得、得られたシクロヘキセンを水和して得られたシクロヘキサノールを用いて本発明の方法を実施し、シクロヘキサノンオキシムを製造する場合に特に顕著である。この場合、以下の工程（ｉ）〜（ｉｖ）からなる方法ににおいて、工程（ｉｉｉ）及び／又は工程（ｉｖ）で生成する副生物を工程（ｉｉｉ）にリサイクルすることによって、シクロヘキサノンオキシムが製造される。
（ｉ）ベンゼンを部分水素化することによって、シクロヘキセンを得る工程。
（ｉｉ）得られたシクロヘキセンを水和してシクロヘキサノールを得る工程。
（ｉｉｉ）得られたシクロヘキサノールをアミノ化してシクロヘキシルアミンを得る工程。
（ｉｖ）得られたシクロヘキシルアミンを部分酸化してシクロヘキサノンオキシムを得る工程。
上記各工程（ｉ）〜（ｉｖ）で各々用いる原料、触媒及び反応条件などは既に上記した通りである。
具体的には、本発明の方法においてベンゼンを出発原料とした場合は、シクロヘキサノンオキシムが特に高い選択性で得られるだけでなく、以下のような優れた効果が得られる。
ベンゼンからシクロヘキサンを経由して得られたシクロヘキサノンとヒドロキシルアミン塩とを反応させる従来技術においては、上記のような望ましくない副生物が生成されるだけでなく、反応生成物の内、約２０〜３０％が廃棄される副生物である。一方、本発明の方法で、上記のようにベンゼンを出発した原料とした場合、反応生成物の内９５％以上が有用な化合物（目的生成物であるシクロヘキサノンオキシム、及び有用な化合物であるシクロヘキサン等）であり、且つ上記のような望ましくない副生物は生成されないだけでなく、副生物の大部分がリサイクル可能である。更に、上記した従来の方法と比較して、非常に少ない水素消費量でシクロヘキサノンオキシムを製造することができるというメリットがある。従って、ベンゼンを出発原料として用いる本発明の方法は工業的に極めて有利である。
発明を実施するための最良の形態
次に、実施例ならびに比較例をもって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものでない。
実施例１
１）ベンゼンの部分水素化によりシクロヘキセンを得る工程
塩化ルテニウム（ＲｕＣｌ_３・３Ｈ_２Ｏ）５．０ｇおよび塩化亜鉛１３．０ｇを水５００ｍｌに溶解、攪拌し、これに３０％のＮａＯＨ水溶液７０ｍｌを加えたものを１ＮのＮａＯＨ水溶液で洗浄した。得られた黒色沈殿物を５％ＮａＯＨ水溶液５００ｍｌに分散させ、内容積１０００ｍｌの攪拌機付きオートクレーブに仕込んだ後、水素により全圧を５ＭＰａとし、１５０℃で１２時間還元し、洗浄、乾燥して水素化触媒２．３ｇを得た。ルテニウムに対する亜鉛含量は７．４重量％、平均結晶子径は５５Åであった。このようにして得られたルテニウム触媒０．５ｇ、ＺｒＯ_２粉末（平均粒径０．３５μ）２．５ｇ、塩基性硫酸亜鉛ＺｎＳＯ_４・３Ｚｎ（ＯＨ）_２を亜鉛として３０ｍｇ、及び４％ＺｎＳＯ_４水溶液２８０ｍｌをチタン製の内容積１０００ｍｌのオートクレーブに仕込み、攪拌下、水素で置換して１５０℃まで昇温後、ベンゼン１４０ｍｌを圧入し、全圧５ＭＰａで高速攪拌下に反応させた。３０分後、この反応液を抜き出し、ガスクロトグラフィーにより油相の組成を分析した結果、ベンゼンの転化率は４２．３％、シクロヘキセンの選択率は８６．５％であった。副生成物は、シクロヘキサンのみであった（選択率：１３．４％）。
尚、ＧＣによる分析は以下の条件下で行った。
測定装置：日本国島津製作所ＧＣ−１４Ａ型ガスクロマトグラフ
（炎イオン化検出器（ＦＩＤ）を含む）
カラム：日本国信和化工製キャピラリーカラムＵＬＢＯＮ
ＨＲ−２０Ｍ（０．２５ｍｍ×２５ｍ）
キャリアガス：ヘリウム
溶離液の流速：２０ｍｌ／ｍｉｎ
分析法：５０℃で定温分析
上記油相の反応混合物を蒸留装置で、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドを溶剤として、抽出蒸留を行い、純度９９．５％以上のシクロヘキセンを得た。
２）シクロヘキセンの水和によりシクロヘキサノールを得る工程
ケイ酸塩水溶液（ＳｉＯ_２＝２９．９ｗｔ％）１５０ｇに、１０％水酸化テトラプロピルアンモニウム水溶液１８０ｇを加え、さらに硝酸アルミニウム（Ａｌ（ＮＯ_３）_３・９Ｈ_２Ｏ）４ｇと水４０ｇを加えて１０分間攪拌した。その後、その溶液を強攪拌しながら濃硝酸を滴下してｐＨを１０〜１０．５に調節して均一なゲルを得た。このゲルを内容積１０００ｍｌの攪拌機付オートクレーブに入れ、１８０℃で２４時間攪拌した。こうして得られた生成物を充分な量のイオン交換水で洗浄した後、１２０℃で１０時間乾燥した。この生成物は、Ｘ線回折によりＺＳＭ−５と同定された。また、ケイ光Ｘ線分析により求めたアルミナに対するシリカのモル比は６０であった。
さらに、この生成物は、６００℃で２４時間空気流通下で焼成した後、塩化アンモニウム水溶液でイオン交換して、さらに５００℃で４時間空気焼成して触媒とした。
次に、内容積１０００ｍｌの攪拌機付オートクレーブに水２８０ｇ、前工程で得られたシクロヘキセン３０ｇ、及び上記で得られた触媒２０ｇを仕込み、１００℃で１時間攪拌しながら反応させた。反応後、生成物をＧＣで分析した結果、シクロヘキセン転化率は１２．４％、シクロヘキサノール選択率は９９．６％であった。
尚、ＧＣによる分析は以下の条件下で行った。
測定装置：日本国島津製作所ＧＣ−１４Ａ型ガスクロマトグラフ
（炎イオン化検出器（ＦＩＤ）を含む）
カラム：日本国信和化工製キャピラリーカラムＵＬＢＯＮ
ＨＲ−２０Ｍ（０．２５ｍｍ×２５ｍ）
キャリアガス：ヘリウム
溶離液の流速：２０ｍｌ／ｍｉｎ
分析法：５０℃で５分保持後、１０℃／分で２３０℃まで昇温した後、２３０℃で５分保持
得られた反応生成物の蒸留を行うことにより、純度９９．５％以上のシクロヘキサノールを得た。
３−１）シクロヘキサノールのアミノ化によりシクロヘキシルアミンを得る工程
硝酸銅・３水和物４７ｇおよび硝酸ニッケル・６水和物１６ｇを２５０ｍｌの水に溶解させた水溶液中にγ―アルミナ１０ｇを加えて攪拌し、湯浴上で８０℃に昇温した。次に、炭酸ナトリウム４２ｇを溶解させた２５０ｍｌの水溶液を湯浴上の硝酸ニッケル水溶液中に２時間かけて徐々に攪拌しながら加えた。５時間の熟成後、得られた沈殿物をろ過し、温水で繰り返し洗浄した後、沈殿物を１００℃前後で一昼夜乾燥した。乾燥した沈殿物は乳鉢で粉砕後、石英官に仕込み、電気管状炉を用いて空気中、３５０℃で３時間焼成して銅―ニッケル／γ―アルミナ触媒を得た。
次に、上記で得られた銅―ニッケル／γ―アルミナ触媒を粒状に成型した後、ステンレス製管状反応器に充填し、１５０ｍｌ／分の速度で水素ガスを導入して触媒層を３５０℃に保ちながら３時間の活性化処理を行った。活性化終了後、反応器温度を１８０℃に下げ、シクロヘキサノール：アンモニア：水素＝１：５：３のモル比のガスを常圧下、ＬＳＶ０．１ｌ／触媒ｌ／時間で供給し、５時間反応させた。反応生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、シクロヘキサノールの転化率は９６．３％、シクロヘキシルアミンの選択率は９８．７％であった。副生成物は、ジシクロヘキシルアミン（選択率０．８％）、シクロヘキシルアニリン（選択率０．４％）であった。
尚、ＧＣによる分析は以下の条件下で行った。
測定装置：日本国島津製作所ＧＣ−１４Ａ型ガスクロマトグラフ
（炎イオン化検出器（ＦＩＤ）を含む）
カラム：独国Ｊ ＆ Ｗ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製キャピラリーカラム
ＤＢ−１７０１（０．２５ｍｍ×３０ｍ）
キャリアガス：ヘリウム
溶離液の流速：２０ｍｌ／ｍｉｎ
分析法：５０℃で１０分保持後、１０℃／分で３００℃まで昇温した後、３００℃で５分保持
この反応生成物の蒸留を行うことにより、純度９９．５％以上のシクロヘキシルアミンを得た。
４）シクロヘキシルアミンの部分酸化によりシクロヘキサノンオキシムを得る工程
アンモニウム−セカンダリーブトキサイド１００ｇをビーカーに入れ、メタタングステン酸アンモニウム水溶液（市販のメタタングステン酸アンモニウム７．０ｇを１００ｇの水に溶解して水溶液としたもの）を室温でガラス棒で激しく攪拌しながら少量ずつ滴下した。生成したゲル状物を常温下で１時間乾燥した後、１２０℃において一晩真空乾燥させた。次いで、乾燥物を常圧空気下、４００℃で４時間焼成処理を行い、酸化タングステンを組み合わせたアルミナ触媒を得た。これを蛍光Ｘ線で分析したところ、タングステンを２１．８重量％含んでいた。触媒を圧縮成型し、粉砕した後、１．０〜１．４ｍｍの粒径に篩い分けし、反応に用いた。
次に、内径３０ｍｍのステンレス製環状反応器に上記で調製した固体触媒を仕込み、加熱炉に仕込んだ。上記反応器を窒素で置換した後、１６０℃まで加熱し、組成がシクロヘキシルアミン濃度が６．０容量％、酸素濃度が７．０％となる反応ガスをＬＨＳＶ＝０．１となる条件で供給し、反応を行った。自動的にリアクターから反応ガスをサンプリングし、ＧＣにより組成を分析した。反応が定常に達した時のシクロヘキシルアミンの転化率は２９．２％、シクロヘキサノンオキシムの選択率は８７．５％であった。副生成物は、シクロヘキサノン（選択率２．１％）、ニトロシクロヘキサン（選択率１．８％）、Ｎ−シクロヘキシリデンシクロヘキシルアミン（選択率６．６％）、ジシクロヘキシルアミン（選択率０．９％）等であった。
ＧＣによる分析は上記３−１）のシクロヘキサノールのアミノ化と同様の条件で行った。
この反応生成物の蒸留を行うことにより、純度９９．５％以上のシクロヘキサノンオキシムを得た。
３−２）副生物／シクロヘキサノール混合物のアミノ化によりシクロヘキシルアミンを得る工程
上記３−１）及び３−４）の反応で得られた反応混合物から目的生成物及び未反応物を蒸留分離して得られた以下の副生物：シクロヘキサノン（１４．８％）、ニトロシクロヘキサン（１１．２％）、Ｎ−シクロヘキシリデンシクロヘキシルアミン（４７．２％）、ジシクロヘキシルアミン（２１．１％）及びシクロヘキシルアニリン（５．１％）を含む留分１２．１ｇを仕込みシクロヘキサノール５０ｇに混合し、上記３−１）と同条件にてアミノ化反応を行った結果、転化率は９８．５％、シクロヘキシルアミンの選択率は９７．４％であった。副生成物の選択率は、ジシクロヘキシルアミン、シクロヘキシルアニリン合計で２％以下であった。
実施例１は、出発原料のベンゼンからシクロヘキサノンオキシムを製造するための全反応工程数は４工程（ベンゼンの部分水素化、シクロヘキセンの水和、シクロヘキサノールのアミノ化、シクロヘキシルアミンの部分酸化）であった。シクロヘキサノールのアミノ化及び／又はシクロヘキシルアミンの部分酸化で生成する副生物はアミノ化工程にリサイクルされる。
各工程の選択率に基づいて、ベンゼン基準のシクロヘキサノンオキシム選択率および有用物質（シクロヘキサノンオキシム、シクロヘキサン）としての全炭素回収率を以下の式により計算した。
シクロヘキサノンオキシムの選択率（％）
＝（生成シクロヘキセンモル数／転化ベンゼンモル数）×（生成シクロヘキサノール／転化シクロヘキセン）×（生成シクロヘキシルアミン／転化シクロヘキサノール）×（生成シクロヘキサノンオキシム／転化シクロヘキシルアミンモル数）×１００
全炭素回収量
＝（生成シクロヘキセンモル数／転化ベンゼンモル数）×（生成シクロヘキサノール／転化シクロヘキセン）×（生成シクロヘキシルアミン／転化シクロヘキサノール）×（生成シクロヘキサノンオキシム／転化シクロヘキシルアミンモル数）×１００＋（生成シクロヘキサンモル数／転化ベンゼンモル数）×１００
リサイクルを行わずシクロヘキサノンオキシムを製造した場合のシクロヘキサノンオキシムの選択率は７４．４％であり、有用物質としての全炭素回収率は８７．８％（シクロヘキサノンオキシム：７４．４％＋シクロヘキサン：１３．４％）であった。
一方、リサイクルを行った場合のシクロヘキサノンオキシムの選択率は、８４．８％であり、有用物質としての全炭素回収率は９８．２％（シクロヘキサノンオキシム：８４．８％＋シクロヘキサン：１３．４％）であった。
また、上記各工程によって得られたシクロヘキサノンオキシム中には、ナイロン−６等の中間体として用いられるε―カプロラクタムの製造に用いた際に、ε―カプロラクタムの品質に悪影響を与える不純物（シクロヘキシルブチルエーテル、ｎ−ペンチルシクロヘキサン、酢酸シクロヘキシル、ヘキサヒドロベンズアルデヒド等）は含まれていなかった。
比較例１
ベンゼンを完全水素化して得たシクロヘキサンから、空気酸化、脱水素を行ってシクロヘキサノンを得、別途、日本国特開昭５８−５０９２５号公報に記載の方法に従ってヒドロキシルアミン硫酸塩を合成し、得られたシクロヘキサノンを得られたヒドロキシルアミン硫酸塩を用いてオキシム化し、シクロヘキサノンオキシムを製造した。シクロヘキサノンの合成、及びそのオキシム化は、以下のようにして行った。
１）シクロヘキサンの空気酸化からシクロヘキサノン及びシクロヘキサノールの混合物を得る工程
ガス導入口を備えた内容積１０００ｍｌのガラス製オートクレーブにシクロヘキサン６００ｇ、及び触媒として、ナフテン酸コバルトを金属原子として１ｐｐｍ（対シクロヘキサン）になるように仕込み、酸素―窒素混合ガス（容量比、Ｏ_２：Ｎ_２＝１：９）を１０００ｍｌ／分（Ｎ．Ｔ．Ｐ．換算）の割合で流通させ、反応液を攪拌しながら、１５０℃、１ＭＰａで４０分反応させ、引き続き前記混合ガスを窒素に切り換えて３０分放置した。排ガスは同伴する反応液を冷却、凝縮してオートクレーブ内に戻した後、大気中に廃棄した。反応生成物をガスクロマトグラフィーで分析した結果、シクロヘキサン転化率は４．０％、シクロヘキサノール及びシクロヘキサノン選択率は７５．８％（シクロヘキサノール／シクロヘキサノン生成比＝６／４）であった。尚、ＧＣによる分析は実施例１における工程２）のシクロヘキセンの水和の場合と同様の条件で行った。
また、副生成物の組成を以下の条件でＧＣで分析したところ、カルボン酸類、アルデヒド類、シクロヘキサノン以外のケトン類、エステル類、エーテル類、シクロヘキサノール以外のアルコール類、シクロヘキサン以外の炭化水素であった。
測定装置：日本国島津製作所ＧＣ−１４Ａ型ガスクロマトグラフ
（炎イオン化検出器（ＦＩＤ）を含む）
カラム：独国Ｊ ＆ Ｗ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製キャピラリーカラム
ＤＢ−１７０１（０．２５ｍｍ×３０ｍ）
キャリアガス：ヘリウム
溶離液の流速：２０ｍｌ／ｍｉｎ
分析法：５０℃で１０分保持後、１０℃／分で３５０℃まで昇温した後、３５０℃で５分保持
得られた反応生成物を公知の方法によってアルカリ洗浄、及び蒸留を行うことにより、未反応シクロヘキサン及び副生物を留去し、シクロヘキサノールとシクロヘキサノンの混合物を得、これを更に蒸留することによりシクロヘキサノンを留去した。得られたシクロヘキサノールを含む蒸留残液を後述する脱水素反応にてシクロヘキサノンに変換した。回収したシクロヘキサノンを更に蒸留することで純度９９．５％のシクロヘキサノンを得た。しかしながら、分離精製したシクロヘキサノン中には、シクロヘキサノンと沸点が非常に近い成分であるシクロヘキシルブチルエーテル（２５００ｐｐｍ）、ｎ−ペンチルシクロヘキサン（５００ｐｐｍ）、酢酸シクロヘキシル（４５０ｐｐｍ）、ヘキサヒドロベンズアルデヒド（２００ｐｐｍ）が含まれていた。これらの成分はその後のオキシム化工程、及びシクロヘキサノンオキシムからε―カプロラクタムを得る転位工程でも残存し、ε―カプロラクタムの品質低下の要因となることが知られている。
２）シクロヘキサノールを脱水素してシクロヘキサノンを得る工程：
内径３０ｍｍのステンレス製管状反応器に、Ｃｕ−Ｃｒ系酸化物粒状触媒を充填し、水素／窒素混合ガスにより触媒の還元処理を行った後、入り口及び出口温度を２６５℃に保って、０．１２ＭＰａの圧力下、前工程で得られたシクロヘキサノールを予熱気化させ、ＬＳＶ（ｌｉｑｕｉｄ ｈｏｕｒｌｙ ｓｐａｃｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ）０．１ｌ／触媒ｌ／時間の速度で供給し、１０時間反応させた。１時間毎に反応液を回収し、ガスクロマトグラフィーで分析した。シクロヘキサノールの転化率は７１．２％、シクロヘキサノンの選択率は９７．３％であった。尚、ＧＣによる分析は、上記実施例工程３）のシクロヘキサノールのアミノ化の場合と同様の条件で行った。
得られた反応生成物の蒸留を行うことにより、純度９９％のシクロヘキサノンを得た。
３）シクロヘキサノンをオキシム化してシクロヘキサノンオキシムを得る工程：
内容積２００ｍｌのガラス製攪拌槽に、別途アンモニアから合成された３７重量％ヒドロキシルアミン硫酸塩水溶液６８．１ｇを仕込み、９０℃に保って、前工程で得られたシクロヘキサノン１４．７ｇと、反応液のｐＨが５〜７になるように、アンモニア水を同時に添加し、３０分間反応させた後、反応液の組成をガスクロマトグラフィーで分析した。シクロヘキサノンの転化率は９５．７％、シクロヘキサノンオキシムの選択率は９９．３％であった。尚、ＧＣによる分析は、上記実施例工程３）のシクロヘキサノールのアミノ化の場合と同様の条件で行った。
反応液を静置して油相を採取することにより、硫酸アンモニウム等の副生成物を分離し、さらに油相を蒸留してシクロヘキサノン等を除去し、純度９９．５％以上のシクロヘキサノンオキシムを得た。
比較例１のベンゼンからシクロヘキサノンオキシムを製造するための全反応工程数は、ベンゼン水素化、及びヒドロキシルアミン製造工程を含めると５工程であった。また、実施例１と同様にして求めた、各工程に基づくシクロヘキサノンオキシムの選択率は７３．２％であり、シクロヘキサノンオキシム以外の有用物は得られなかったので、有用物としての全炭素回収率も７３．２％であった。（通常、ベンゼン水素化反応の選択率は非常に高いことが知られているので、ベンゼン水素化反応の選択率は１００％と仮定した）。また、各工程を経て得られたシクロヘキサノンオキシム中には、所望の中間体であるε―カプロラクタムの品質に影響を与える不純物（シクロヘキシルブチルエーテル、ｎ−ペンチルシクロヘキサン、酢酸シクロヘキシル、ヘキサヒドロベンズアルデヒド等）が上記工程１）で測定したものとほぼ同程度の濃度で残存していた。
産業上の利用可能性
本発明によれば、ナイロン−６等の原料であるε―カプロラクタムの中間体として有用な化合物であるシクロヘキサノンオキシムを、シクロヘキサノール及び／又はシクロヘキサノンを出発物質としてシクロヘキサノンオキシムを簡便かつ極めて効率的に製造することができる。すなわち、本発明の方法において、アミノ化及び／又は部分酸化で副生する留分をアミノ化工程にリサイクルし、これら副生物をシクロヘキシルアミンに転化させることで、出発物質に対するシクロヘキサノンオキシムの選択率を大幅に向上させることが可能になる。さらに、出発物質として用いるシクロヘキサノールをベンゼンの部分水素化によって得られるシクロヘキセンを水和することによって製造した場合、従来の方法で用いられている煩雑な工程により製造されるヒドロキシルアミン塩のような反応試薬を用いることなく、少ない水素消費量で、簡便な装置を用いて、簡便な操作で且つ極めて高い選択率でシクロヘキサノンオキシムを製造することができる。更に、本発明の方法によれば、シクロヘキサノンオキシムから得られる所望の中間体であるε―カプロラクタムの品質に悪影響を与える分離が困難な副生物及び／又は工業的価値の低い硫酸アンモニウムのような副生物が生成するという従来技術にともなう問題がなく、且つ生成される副生物の大部分が有用な化合物であるシクロヘキサンであり、廃棄物が極めて少ない。従って、本発明の方法は、シクロヘキサノンオキシムを工業的規模で製造するうえで極めて有利である。

Claims (15)

1. シクロヘキサノンオキシムの製造方法であって、
   （１）シクロヘキサノール、シクロヘキサノン及びこれらの混合物からなる群より選ばれる出発物質をアミノ化反応に付してシクロヘキシルアミンを得る工程、及び
   （２）得られたシクロヘキシルアミンを部分酸化反応に付してシクロヘキサノンオキシムを得る工程、
   を包含し、
   工程（１）において生成する副生物（α）及び工程（２）において生成する副生物（β）からなる群より選ばれる少なくとも１種の副生物を、工程（１）の該アミノ化反応の反応系にリサイクルする、
   ことを特徴とするシクロヘキサノンオキシムの製造方法。
2. 工程（１）における出発物質として該シクロヘキサノールを用いる場合、該副生物（α）は、シクロヘキサノン、Ｎ−（シクロヘキシリデン）シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、シクロヘキシルアニリン及びアニリンからなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物を含み、
   工程（１）における出発物質として該シクロヘキサノンを用いる場合、該副生物（α）は、シクロヘキサノール、Ｎ−（シクロヘキシリデン）シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、シクロヘキシルアニリン及びアニリンからなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物を含み、
   工程（１）における出発物質としてシクロヘキサノール及びシクロヘキサノンの該混合物を用いる場合、該副生物（α）は、シクロヘキサノール、シクロヘキサノン、Ｎ−（シクロヘキシリデン）シクロヘキシルアミン、ジシクロヘキシルアミン、シクロヘキシルアニリン及びアニリンからなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物を含み、
   該副生物（β）が、シクロヘキサノン、ニトロシクロヘキサン、Ｎ−（シクロヘキシリデン）シクロヘキシルアミン及びジシクロヘキシルアミンからなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 工程（１）における該アミノ化反応を、周期律表第８、９及び１０族に属する元素、クロム、銅、銀、亜鉛及びアルミニウムからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を含むアミノ化触媒の存在下で行うことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 工程（１）における該アミノ化反応を分子状水素の存在下で行うことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 工程（２）における該部分酸化反応を、酸化剤として分子状酸素の存在下で行うことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 該シクロヘキサノールが、（ｉ）ベンゼンを部分水素化してシクロヘキセンを得、（ｉｉ）得られたシクロヘキセンを水和することを包含する方法により得られることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 該ベンゼンの部分水素化を、周期律表第８、９及び１０族に属する元素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を含む水素化触媒、及び水の存在下で行うことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 該ベンゼンの部分水素化反応を、（ａ）平均結晶子径が２００Å以下である金属ルテニウム、及び場合によっては亜鉛化合物を含有する水素化触媒、（ｂ）水、及び（ｃ）ジルコニウムもしくはハフニウムの酸化物、水溶性亜鉛化合物、及び固体塩基性硫酸亜鉛からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物の存在下で、中性又は酸性条件下において行い、該水素化触媒が非担持型であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
9. 該シクロヘキセンの水和を、水和触媒としてゼオライトの存在下で行うことを特徴とする請求６に記載の方法。
10. 該ゼオライトがＺＳＭ−５型ゼオライトからなる群より選ばれることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 該シクロヘキサノンが、（ｉ）ベンゼンを部分水素化してシクロヘキセンを得、（ｉｉ）得られたシクロヘキセンを水和してシクロヘキサノールを得、（ｉｉｉ）得られたシクロヘキサノールを脱水素することを包含する方法により得られることを特徴とする請求項１に記載の方法。
12. 該ベンゼンの部分水素化を、周期律表第８、９及び１０族に属する元素からなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を含む水素化触媒、及び水の存在下で行うことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 該ベンゼンの部分水素化反応を、（ａ）平均結晶子径が２００Å以下である金属ルテニウム、及び場合によっては亜鉛化合物を含有する水素化触媒、（ｂ）水、及び（ｃ）ジルコニウムもしくはハフニウムの酸化物、水溶性亜鉛化合物、及び固体塩基性硫酸亜鉛からなる群より選ばれる少なくとも１種の化合物の存在下で、中性又は酸性条件下において行い、該水素化触媒が非担持型であることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
14. 該シクロヘキセンの水和を、水和触媒としてゼオライトの存在下で行うことを特徴とする請求１１に記載の方法。
15. 該ゼオライトがＺＳＭ−５型ゼオライトからなる群より選ばれることを特徴とする請求項１１に記載の方法。