JPWO2016143536A1 - シクロヘキサンジアミンの異性化方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、シクロヘキサンジアミンの異性化反応を、高圧反応や複雑な多段階工程を経ることなく、簡便にかつ高活性に実現することができるシクロヘキサンジアミンの異性化方法を提供する。その異性化方法は、下記式（１）で表される化合物と、アルカリ金属、アルカリ金属含有化合物、アルカリ土類金属、及びアルカリ土類金属含有化合物からなる群より選ばれる１種以上との存在下、シクロヘキサンジアミンを異性化する異性化工程を有する。上記式中、Ｒ１及びＲ２は、各々独立して、水素原子、置換又は無置換の炭化水素基、置換又は無置換のアルコキシ基、置換又は無置換のアリールオキシ基、及び、アシル基からなる群より選ばれる１価の基を示し（Ｒ１及びＲ２は相互に結合して環を形成してもよい）、Ｒ３は、水素原子、及び置換又は無置換の炭化水素基からなる群より選ばれるｎ価の基を示し、ｎは１〜１０の整数を示す。
Description
本発明は、シクロヘキサンジアミンの異性化方法に関する。
シクロヘキサンジアミンは、エポキシ硬化剤及びポリウレタンなどの原料として使用される工業的に重要な化合物である。シクロヘキサンジアミンはシクロヘキサン環に由来するシス体とトランス体の２種類の異性体が存在する。
トランス体の１，４−シクロヘキサンジアミンから得られるトランス−１，４−ビスイソシアナトシクロヘキサンはポリウレタン材料として特に有用であり、また、シス体の１，４−シクロヘキサンジアミンは液状化しエポキシ樹脂用の硬化剤として特に有用である。
これらの理由から、シクロヘキサンジアミンの異性体比を制御することは極めて重要である。シクロヘキサンジアミンの異性体比を制御する方法として、様々な方法が提案されている。
例えば、異性体比の制御法として、１，４−シクロヘキサンジアミンを貴金属触媒存在下で高温、高圧条件の下、異性化する方法が示されている（特許文献１、特許文献２）。
また、ｐ−フェニレンジアミンを核水素化し、得られた１，４−シクロヘキサンジアミンのシス体とトランス体との混合物からトランス体を晶析などにより分離し、シス体リッチとなったろ液を異性化工程にリサイクルする方法が示されている（特許文献１、特許文献３）。
しかしながら、特許文献１及び２に記載の方法では、高価な貴金属触媒を使用し、また、高圧条件となり工業的に実施することは容易でない。また、特許文献１及び３に記載の方法でも、シス体の異性化は高圧条件で行う必要がある。
したがって、シクロヘキサンジアミンの異性化反応を容易に実施できる方法が望まれている。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、工業的に重要な化合物であるシクロヘキサンジアミンの異性化反応を、高圧反応や複雑な多段階工程を経ることなく、簡便にかつ高活性に実現することができるシクロヘキサンジアミンの異性化方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記問題を解決するために鋭意検討した。その結果、所定の異性化工程を有する異性化方法であれば上記課題を解決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、本発明は以下のとおりである。
［１］下記一般式（１）で表されるイミン化合物と、アルカリ金属、アルカリ金属含有化合物、アルカリ土類金属、及び、アルカリ土類金属含有化合物からなる群より選ばれる１種以上と、の存在下、シクロヘキサンジアミンを異性化する異性化工程を有する、 シクロヘキサンジアミンの異性化方法。
（上記一般式（１）中、Ｒ１及びＲ２は、各々独立して、水素原子、置換又は無置換の炭化水素基、置換又は無置換のアルコキシ基、置換又は無置換のアリールオキシ基、及び、アシル基からなる群より選ばれる１価の基を示し（Ｒ１及びＲ２は相互に結合して環を形成してもよい。）、Ｒ３は、水素原子、及び、置換又は無置換の炭化水素基からなる群より選ばれるｎ価の基を示し、ｎは１〜１０の整数を示す。）
［２］前記Ｒ１及びＲ２で示される置換又は無置換の炭化水素基が、置換又は無置換の脂肪族炭化水素基、置換又は無置換の脂環族炭化水素基、及び、置換又は無置換の芳香族炭化水素基からなる群より選ばれる１価の基を含み、前記Ｒ３で示される置換又は無置換の炭化水素基が、置換又は無置換の脂肪族炭化水素基、置換又は無置換の脂環族炭化水素基、及び、置換又は無置換の芳香族炭化水素基からなる群より選ばれるｎ価の基を含む、［１］に記載のシクロヘキサンジアミンの異性化方法。
［３］前記イミン化合物が、下記一般式（２）で表される化合物、及び／又は、下記一般式（３）で表される化合物を含む、［１］又は［２］に記載のシクロヘキサンジアミンの異性化方法。
（上記一般式（２）中、Ｒ１及びＲ２は、各々独立して、水素原子、置換又は無置換の炭化水素基、置換又は無置換のアルコキシ基、置換又は無置換のアリールオキシ基、及び、アシル基からなる群より選ばれる１価の基を示す（Ｒ１及びＲ２は、相互に結合して環を形成してもよい）。）
（上記一般式（３）中、Ｒ１及びＲ２は、各々独立して、水素原子、置換又は無置換の炭化水素基、置換又は無置換のアルコキシ基、置換又は無置換のアリールオキシ基、及び、アシル基からなる群より選ばれる１価の基を示す（Ｒ１及びＲ２は、相互に結合して環を形成してもよい。）。）
［４］前記イミン化合物が、下記一般式（２ａ）で表される化合物、及び／又は、下記一般式（３ａ）で表される化合物を含む、［１］〜［３］のいずれか１つに記載のシクロヘキサンジアミンの異性化方法。
（上記一般式（２ａ）中、Ｒ１及びＲ２は、各々独立して、水素原子、置換又は無置換の炭化水素基、置換又は無置換のアルコキシ基、置換又は無置換のアリールオキシ基、及び、アシル基からなる群より選ばれる１価の基を示す（Ｒ１及びＲ２は、相互に結合して環を形成してもよい）。）
（上記一般式（３ａ）中、Ｒ１及びＲ２は、各々独立して、水素原子、置換又は無置換の炭化水素基、置換又は無置換のアルコキシ基、置換又は無置換のアリールオキシ基、及び、アシル基からなる群より選ばれる１価の基を示す（Ｒ１及びＲ２は、相互に結合して環を形成してもよい。）。）
［５］前記イミン化合物が、１級アミンと、アルデヒド及び／又はケトンと、の脱水縮合により得られるものである、［１］〜［４］のいずれか１つに記載のシクロヘキサンジアミンの異性化方法。
［６］前記イミン化合物が、前記シクロヘキサンジアミンと、アルデヒド及び／又はケトンと、の脱水縮合により得られるものである、［１］〜［５］のいずれか１つに記載のシクロヘキサンジアミンの異性化方法。
［７］前記シクロヘキサンジアミンが、１，４−シクロヘキサンジアミンである、［１］〜［６］のいずれか１つに記載のシクロヘキサンジアミンの異性化方法。
［８］前記アルカリ金属含有化合物が、アルカリ金属水素化物及びアルカリ金属アミドからなる群より選ばれる１種以上を含む、［１］〜［７］のいずれか１つに記載のシクロヘキサンジアミンの異性化方法。
［９］前記異性化工程における異性化反応温度が、１００〜１４０℃である、［１］〜［８］のいずれか１つに記載のシクロヘキサンジアミンの異性化方法。
［１０］前記異性化工程において、沸点が前記異性化反応温度以下の溶媒を用いる、［９］に記載のシクロヘキサンジアミンの異性化方法。
［１１］前記異性化工程において、不活性ガスをバブリングする、［１］〜［１０］のいずれか１つに記載のシクロヘキサンジアミンの異性化方法。
［１］下記一般式（１）で表されるイミン化合物と、アルカリ金属、アルカリ金属含有化合物、アルカリ土類金属、及び、アルカリ土類金属含有化合物からなる群より選ばれる１種以上と、の存在下、シクロヘキサンジアミンを異性化する異性化工程を有する、 シクロヘキサンジアミンの異性化方法。
［２］前記Ｒ１及びＲ２で示される置換又は無置換の炭化水素基が、置換又は無置換の脂肪族炭化水素基、置換又は無置換の脂環族炭化水素基、及び、置換又は無置換の芳香族炭化水素基からなる群より選ばれる１価の基を含み、前記Ｒ３で示される置換又は無置換の炭化水素基が、置換又は無置換の脂肪族炭化水素基、置換又は無置換の脂環族炭化水素基、及び、置換又は無置換の芳香族炭化水素基からなる群より選ばれるｎ価の基を含む、［１］に記載のシクロヘキサンジアミンの異性化方法。
［３］前記イミン化合物が、下記一般式（２）で表される化合物、及び／又は、下記一般式（３）で表される化合物を含む、［１］又は［２］に記載のシクロヘキサンジアミンの異性化方法。
［４］前記イミン化合物が、下記一般式（２ａ）で表される化合物、及び／又は、下記一般式（３ａ）で表される化合物を含む、［１］〜［３］のいずれか１つに記載のシクロヘキサンジアミンの異性化方法。
［５］前記イミン化合物が、１級アミンと、アルデヒド及び／又はケトンと、の脱水縮合により得られるものである、［１］〜［４］のいずれか１つに記載のシクロヘキサンジアミンの異性化方法。
［６］前記イミン化合物が、前記シクロヘキサンジアミンと、アルデヒド及び／又はケトンと、の脱水縮合により得られるものである、［１］〜［５］のいずれか１つに記載のシクロヘキサンジアミンの異性化方法。
［７］前記シクロヘキサンジアミンが、１，４−シクロヘキサンジアミンである、［１］〜［６］のいずれか１つに記載のシクロヘキサンジアミンの異性化方法。
［８］前記アルカリ金属含有化合物が、アルカリ金属水素化物及びアルカリ金属アミドからなる群より選ばれる１種以上を含む、［１］〜［７］のいずれか１つに記載のシクロヘキサンジアミンの異性化方法。
［９］前記異性化工程における異性化反応温度が、１００〜１４０℃である、［１］〜［８］のいずれか１つに記載のシクロヘキサンジアミンの異性化方法。
［１０］前記異性化工程において、沸点が前記異性化反応温度以下の溶媒を用いる、［９］に記載のシクロヘキサンジアミンの異性化方法。
［１１］前記異性化工程において、不活性ガスをバブリングする、［１］〜［１０］のいずれか１つに記載のシクロヘキサンジアミンの異性化方法。
本発明によれば、従来の技術と比較して、工業的に重要な化合物であるシクロヘキサンジアミンの異性化反応を、高圧反応や複雑な多段階工程を経ることなく、簡便かつ高活性に実施することができるシクロヘキサンジアミンの異性化方法を提供することができる。
以下、本発明を実施するための形態（以下、「本実施形態」という。）について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
〔シクロヘキサンジアミンの異性化方法〕
本実施形態のシクロヘキサンジアミンの異性化方法は、下記一般式（１）で表されるイミン化合物と、アルカリ金属、アルカリ金属含有化合物、アルカリ土類金属、及び、アルカリ土類金属含有化合物（以下、まとめて「アルカリ金属等」ともいう。）からなる群より選ばれる１種以上と、の存在下、シクロヘキサンジアミンを異性化する異性化工程を有する。
（上記一般式（１）中、Ｒ１及びＲ２は、各々独立して、水素原子、置換又は無置換の炭化水素基、置換又は無置換のアルコキシ基、置換又は無置換のアリールオキシ基、及び、アシル基からなる群より選ばれる１価の基を示し（Ｒ１及びＲ２は相互に結合して環を形成してもよい。）、Ｒ３は、水素原子、及び置換又は無置換の炭化水素基からなる群より選ばれるｎ価の基を示し、ｎは１〜１０の整数を示す。）
本実施形態のシクロヘキサンジアミンの異性化方法は、下記一般式（１）で表されるイミン化合物と、アルカリ金属、アルカリ金属含有化合物、アルカリ土類金属、及び、アルカリ土類金属含有化合物（以下、まとめて「アルカリ金属等」ともいう。）からなる群より選ばれる１種以上と、の存在下、シクロヘキサンジアミンを異性化する異性化工程を有する。
本実施形態のシクロヘキサンジアミンの異性化方法は、上記構成を有することにより、異性化工程において異性化触媒の活性種を生成させることができる。これにより、従来の技術と比較して、シクロヘキサンジアミンの異性化反応を、高圧反応や複雑な多段階工程を経ることなく、簡便かつ高活性に実施することができる。
〔異性化工程〕
異性化工程は、上記一般式（１）で表されるイミン化合物と、アルカリ金属、アルカリ金属含有化合物、アルカリ土類金属、及びアルカリ土類金属含有化合物からなる群より選ばれる１種以上と、の存在下、シクロヘキサンジアミンを異性化する工程である。
異性化工程は、上記一般式（１）で表されるイミン化合物と、アルカリ金属、アルカリ金属含有化合物、アルカリ土類金属、及びアルカリ土類金属含有化合物からなる群より選ばれる１種以上と、の存在下、シクロヘキサンジアミンを異性化する工程である。
「異性化する」とは、トランス体のシクロヘキサンジアミンをシス体にすること、又は、シス体のシクロヘキサンジアミンをトランス体にすることをいう。
異性化工程における異性化反応温度は、好ましくは１０〜２００℃であり、より好ましくは８０〜１５０℃であり、さらに好ましくは１００〜１４０℃である。異性化反応温度が１０℃以上であることにより、異性化反応をより効率よく進行させることができる傾向にある。異性化反応温度が２００℃以下であることにより、分解反応及び重合反応等の副反応を抑制でき、低沸点生成物及び高沸点生成物の副生を低減できるため、シクロヘキサンジアミンの回収率がより向上する傾向にある。特に、異性化反応温度を１００〜１４０℃とするにより、良好な収率と反応速度を得ることができる傾向にある。
異性化反応時間は、各成分の使用量、反応条件、目的とする異性体組成等により異なるが、好ましくは０．５０〜６．０時間であり、より好ましくは１．０〜５．０時間である。
異性化反応は、無溶媒条件でも溶媒存在下でも実施可能である。使用し得る溶媒としては、特に限定されないが、例えば、１級アミン、アルデヒド、及びケトンに不活性である溶媒が挙げられる。このような溶媒としては、特に限定されないが、例えば、ベンゼン、トルエン又はキシレン等の芳香族系溶媒；ジエチルエーテル又はテトラヒドロフラン等のエーテル溶媒；ヘキサン又はヘプタン等の炭化水素系溶媒が挙げられる。このなかでも、異性化反応をより効率的に促進する観点から、沸点が異性化反応温度以下の溶媒が好ましい。
異性化反応雰囲気としては、特に限定されないが、例えば、空気、水又はアルコールのような活性水素を含まない雰囲気が好ましい。このような雰囲気とすることにより、式（１）で表されるイミン化合物と、アルカリ金属等からなる群より選ばれる１種以上とを添加することにより生成する異性化触媒の活性種が失活しにくく、反応効率がより向上する傾向にある。特に、反応系中に存在し得る水分と触媒活性種との反応による失活を抑制する観点から、反応系中の水分量を１０００ｐｐｍ以下とすることが好ましい。水分や空気などの混入を防ぐための簡便な方法として、異性化反応を窒素やアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気で実施することが好ましい。
異性化工程においては、系中に不活性ガスをバブリングすることが好ましい。これにより、異性化反応をより効率的に促進できる傾向にある。
〔シクロヘキサンジアミン〕
シクロヘキサンジアミンとしては、特に限定はされないが、１，２−シクロヘキサンジアミン、１，３−シクロヘキサンジアミン、及び１，４−シクロヘキサンジアミンが挙げられる。このなかでも、本発明による効果をより有効かつ確実に奏する観点から、１，４−シクロヘキサンジアミンが好ましい。本実施形態の方法によれば、いずれのシクロヘキサンジアミンも異性化することができる。シクロヘキサンジアミンは、上記のうち１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いられる。
シクロヘキサンジアミンとしては、特に限定はされないが、１，２−シクロヘキサンジアミン、１，３−シクロヘキサンジアミン、及び１，４−シクロヘキサンジアミンが挙げられる。このなかでも、本発明による効果をより有効かつ確実に奏する観点から、１，４−シクロヘキサンジアミンが好ましい。本実施形態の方法によれば、いずれのシクロヘキサンジアミンも異性化することができる。シクロヘキサンジアミンは、上記のうち１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いられる。
〔イミン化合物〕
イミン化合物は、上記一般式（１）で表される化合物である。イミン化合物は、シクロヘキサンジアミンの異性化触媒の活性種を形成させるために用いられる。上記一般式（１）中、Ｒ１及びＲ２は、各々独立して、水素原子、置換又は無置換の炭化水素基、置換又は無置換のアルコキシ基、及び、アシル基からなる群より選ばれる１価の基を示す（Ｒ１及びＲ２は相互に結合して環を形成してもよい。）。イミン化合物は、１種単独で用いても２種以上を併用してもよい。
イミン化合物は、上記一般式（１）で表される化合物である。イミン化合物は、シクロヘキサンジアミンの異性化触媒の活性種を形成させるために用いられる。上記一般式（１）中、Ｒ１及びＲ２は、各々独立して、水素原子、置換又は無置換の炭化水素基、置換又は無置換のアルコキシ基、及び、アシル基からなる群より選ばれる１価の基を示す（Ｒ１及びＲ２は相互に結合して環を形成してもよい。）。イミン化合物は、１種単独で用いても２種以上を併用してもよい。
Ｒ１及びＲ２で表される置換又は無置換の炭化水素基としては、特に限定されないが、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、又はこれらの１又は２以上の水素原子が置換基で置換された置換又は無置換の脂肪族炭化水素基；シクロアルキル基、又はこれらの１又は２以上の水素原子が置換基で置換された置換又は無置換の脂環族炭化水素基；及び、アルキルアリール基、アリールアルキル基、又はこれらの１又は２以上の水素原子が置換基で置換された置換又は無置換の芳香族炭化水素基からなる群より選ばれる１価の基が挙げられる。脂肪族炭化水素基は、直鎖であっても、分岐鎖であってもよい。
Ｒ１及びＲ２で表される直鎖の脂肪族炭化水素基としては、特に限定されないが、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、及びデシル基が挙げられる。また、直鎖の脂肪族炭化水素基は、上記の脂肪族炭化水素基が有する単結合を、二重結合、及び／又は、三重結合に代えたものであってもよい。
Ｒ１及びＲ２で表される分岐鎖の脂肪族炭化水素基としては、特に限定されないが、例えば、イソプロピル基、イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔ−ブチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、２−ヘキシル基、２−オクチル基、及び２−デシル基が挙げられる。また、分岐鎖の脂肪族炭化水素基は、上記の脂肪族炭化水素基が有する単結合を、二重結合、及び／又は、三重結合に代えたものであってもよい。
Ｒ１及びＲ２で表される脂環族炭化水素基としては、特に限定されないが、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロヘキシル基、シクロペンチル基、シクロオクチル基、及びシクロデシル基が挙げられる。また、脂環族炭化水素基は、上記の脂環族炭化水素基が有する単結合を、二重結合、及び又は、三重結合に代えたものであってもよい。特に、脂環族炭化水素基としては、アミノ基を有する脂環族炭化水素基が好ましい。
Ｒ１及びＲ２で表される芳香族炭化水素基としては、特に限定されないが、例えば、フェニル基、ナフチル基、ベンジル基、メチルフェニル基、エチルフェニル基、メチルナフチル基、及びジメチルナフチル基が挙げられる。このなかでも、芳香族炭化水素基としては、置換又は無置換のベンジル基、置換又は無置換のベンザル基、置換又は無置換の１価のフェニル基、及び置換又は無置換の１価のナフチル基からなる群より選ばれる１価の基が好ましい。
置換又は無置換のフェニル基としては、特に限定されないが、例えば、下記一般式（４）で表される基が挙げられる。また、置換又は無置換の１価のナフチル基としては、特に限定されないが、例えば、下記一般式（５）で表される基が挙げられる。
（上記一般式（４）中、Ｒ１０、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、及びＲ１４は、各々独立して、水素原子、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数１〜１０のアルコキシ基、フェニル基又はアミノ基を示す。）
（上記一般式（５）中、Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９、Ｒ２０、及びＲ２１は、各々独立して、水素原子、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数１〜１０のアルコキシ基、フェニル基又はアミノ基を示す。）
Ｒ１及びＲ２で表される置換又は無置換の炭化水素基の炭素原子数は、好ましくは１〜２０であり、より好ましくは１〜１２であり、さらに好ましくは１〜１０である。
Ｒ１及びＲ２で表される置換又は無置換のアルコキシ基としては、特に限定されないが、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、オクチルオキシ基、及びデシルオキシ基が挙げられる。また、アルコキシ基は、上記のアルコキシ基が有する単結合を、二重結合、及び／又は三重結合に代えたものであってもよい。
Ｒ１及びＲ２で表される置換又は無置換のアルコキシ基の炭素原子数は、好ましくは１〜１０である。
Ｒ１及びＲ２で表される置換又は無置換のアリールオキシ基としては、特に限定されないが、例えば、ベンゾイルオキシ基、及びナフチルオキシ基が挙げられる。
Ｒ１及びＲ２で表される置換又は無置換のアリールオキシ基の炭素原子数は、好ましくは６〜２０であり、より好ましくは６〜１２であり、さらに好ましくは６〜１０である。
Ｒ１及びＲ２で表される炭化水素基及びアルコキシ基の置換基としては、特に限定されないが、例えば、アルキル基、カルボニル基、アミノ基、イミノ基、シアノ基、アゾ基、アジ基、ニトロ基、アシル基、アルデヒド基、シクロアルキル基、及びアリール基が挙げられる。
Ｒ１及びＲ２で表されるアシル基としては、特に限定されないが、例えば、ホルミル基、アセチル基、プロパノイル基、ブタノイル基、ペンタノイル基、ヘキサノイル基、オクタノイル基、及びベンゾイル基が挙げられる。アシル基の水素原子は、置換基で置換されていてもよい。
Ｒ１及びＲ２で表されるアシル基の炭素原子数は、好ましくは１〜１０である。
Ｒ１及びＲ２が相互に結合して環を形成している場合としては、特に限定されないが、例えば、Ｒ１及びＲ２が相互に結合して脂肪族環を形成する場合、及び、Ｒ１及びＲ２が相互に結合して複素環を形成する場合が挙げられる。
Ｒ３は、水素原子、及び置換又は無置換の炭化水素基からなる群より選ばれるｎ価の基を示す。ｎは、１〜２０の整数であり、好ましくは１〜１２の整数であり、より好ましくは１〜１０の整数であり、さらに好ましくは１〜８の整数であり、なおもさらに好ましくは１〜６の整数であり、特に好ましくは１〜４の整数であり、極めて好ましくは１〜２の整数である。
Ｒ３で表される置換又は無置換の炭化水素基としては、特に限定されないが、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、又はこれらの１又は２以上の水素原子が置換基で置換された置換又は無置換の脂肪族炭化水素基、及び、上記置換又は無置換の脂肪族炭化水素基の水素原子をｎ−１個除いた脂肪族炭化水素基；シクロアルキル基、又はこれらの１又は２以上の水素原子が置換基で置換された置換又は無置換の脂環族炭化水素基、及び、上記置換又は無置換の脂環族炭化水素基の水素原子をｎ−１個除いた脂環族炭化水素基；並びに、アルキルアリール基、アリールアルキル基、ベンザル基、又はこれらの１又は２以上の水素原子が置換基で置換された置換又は無置換の芳香族炭化水素基、及び、上記置換又は無置換の芳香族炭化水素基の水素原子をｎ−１個除いた芳香族炭化水素基からなる群より選ばれるｎ価の基が挙げられる。脂肪族炭化水素基は、直鎖であっても、分岐鎖であってもよい。
Ｒ３で表される直鎖の脂肪族炭化水素基としては、特に限定されないが、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、及びデシル基、並びに、それらの基から水素原子をｎ−１個除いた基が挙げられる。また、直鎖の脂肪族炭化水素基は、上記の脂肪族炭化水素基が有する単結合を、二重結合、及び／又は、三重結合に代えたものであってもよい。
Ｒ３で表される分岐鎖の脂肪族炭化水素基としては、特に限定されないが、例えば、イソプロピル基、イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔ−ブチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、２−ヘキシル基、２−オクチル基、及び２−デシル基、並びに、それらの基から水素原子をｎ−１個除いた基が挙げられる。また、分岐鎖の脂肪族炭化水素基は、上記の脂肪族炭化水素基が有する単結合を、二重結合、及び／又は、三重結合に代えたものであってもよい。
Ｒ３で表される脂環族炭化水素基としては、特に限定されないが、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロヘキシル基、シクロペンチル基、シクロオクチル基、シクロデシル基、及びシクロヘキサンジメチレン基、並びに、それらの基から水素原子をｎ−１個除いた基が挙げられる。また、脂環族炭化水素基は、上記の脂環族炭化水素基が有する単結合を、二重結合、及び／又は、三重結合に代えたものであってもよい。特に、脂環族炭化水素基は、アミノ基を有する脂環族炭化水素基が好ましい。
Ｒ３で表される芳香族炭化水素基としては、特に限定されないが、例えば、フェニル基、フェニレン基、ナフチル基、ナフチレン基、ベンジル基、メチルフェニル基、メチルフェニレン基、エチルフェニル基、エチルフェニレン基、メチルナフチル基、メチルナフチレン基、ジメチルナフチル基、ジメチルナフチレン基、及びキシリレン基、並びに、それらの基から水素原子をｎ−１個除いた基が挙げられる。
Ｒ３で表される置換又は無置換の炭化水素基の炭素原子数は、好ましくは１〜２０であり、より好ましくは１〜１２であり、さらに好ましくは１〜１０である。
Ｒ３で表される炭化水素基の置換基としては、特に限定されないが、例えば、Ｒ１及びＲ２において例示したものと同様のものが挙げられる。
一般式（１）で表されるイミン化合物としては、特に限定されないが、例えば、下記一般式（２）で表される化合物、及び／又は、下記一般式（３）で表される化合物が好ましい。このような化合物を用いることにより、異性化後の副生成物の生成が抑制でき、分離すべき副生成物を減少させることができ、高純度のシクロヘキサンジアミンを容易に得ることができる傾向にある。同様の観点から、一般式（１）で表されるイミン化合物としては、下記一般式（２ａ）で表される化合物、及び／又は、下記一般式（３ａ）で表される化合物がより好ましい。
（上記一般式（２）及び（２ａ）中、Ｒ１及びＲ２は、各々独立して、水素原子、置換又は無置換の炭化水素基、置換又は無置換のアルコキシ基、及び、アシル基からなる群より選ばれる１価の基を示す（Ｒ１及びＲ２は、相互に結合して環を形成してもよい。）。）
（上記一般式（３）及び（３ａ）中、Ｒ１及びＲ２は、各々独立して、水素原子、置換又は無置換の炭化水素基、置換又は無置換のアルコキシ基、及び、アシル基からなる群より選ばれる１価の基を示す（Ｒ１及びＲ２は、相互に結合して環を形成してもよい。）。）
上記一般式（２）、（２ａ）、（３）及び（３ａ）中のＲ１及びＲ２は、上記一般式（１）で例示したものと同様のものが例示される。
イミン化合物は、試薬で入手できるものも使用可能であり、また有機合成により合成した化合物も使用可能である。試薬としては、特に限定されないが、例えば、ベンジリデンアニリン、及びＮ−ベンジリデン−ターシャリブチルアミン等が入手可能である。また、有機合成により合成した化合物としては、特に限定されないが、例えば、Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．，１９６３，６３（５）、ｐｐ４８９−５１０ Ｔｈｅ ＣＨＥＭＩＳＴＥＲＹ ＯＦ ＩＭＩＮＥＳのＴａｂｌｅＩからＴａｂｅｌｅＶＩＩに記載されているイミン化合物のうち、アルカリ金属、アルカリ金属アミド、アルカリ金属水素化物、アルカリ土類金属又はアルカリ土類金属水素化物に対して不活性な官能基を持つ置換基を有するものが挙げられる。これらは特に精製することなく使用することも可能である。
イミン化合物の使用量は、特に限定されないが、シクロヘキサンジアミン１モルに対して、好ましくは０．００１〜０．１０モルであり、より好ましくは０．００５〜０．０５モルである。イミン化合物の使用量がシクロヘキサンジアミン１モルに対して０．００１モル以上であることにより、異性化反応がより速く円滑に進行する傾向にある。また、イミン化合物の使用量を上記範囲とすることにより、シクロヘキサンジアミン同士の重合反応等の副反応が抑制でき、目的とする異性体の収率がより向上し、触媒費も低く抑えることができる傾向にある。また、本実施形態の異性化方法はイミン化合物の使用量が上記触媒量で、有効に反応を進行することができる。
（イミン化合物の合成方法）
イミン化合物は、１級アミンと、アルデヒド及び／又はケトンと、の脱水縮合により得られるものであることが好ましく、シクロヘキサンジアミンと、アルデヒド及び／又はケトンと、の脱水縮合により得られるものであることがより好ましい。このようなイミン化合物は、本実施形態の異性化方法の反応系中に添加されるものであっても、反応系中で作製されるものであってもよい。
イミン化合物は、１級アミンと、アルデヒド及び／又はケトンと、の脱水縮合により得られるものであることが好ましく、シクロヘキサンジアミンと、アルデヒド及び／又はケトンと、の脱水縮合により得られるものであることがより好ましい。このようなイミン化合物は、本実施形態の異性化方法の反応系中に添加されるものであっても、反応系中で作製されるものであってもよい。
特に、１，４−シクロヘキサンジアミンの異性化では、１，４−シクロヘキサンジアミンとアルデヒド又はケトンとの脱水縮合により得られるイミン化合物を用いることがより好ましい。１，４−シクロヘキサンジアミンとアルデヒド又はケトンとの脱水縮合により得られるイミン化合物を用いることで、分離すべき化合物が減少し、１，４−シクロヘキサンジアミンの純度を向上することが容易となる。
また、１，３−シクロヘキサンジアミンの異性化では、１，３−シクロヘキサンジアミンとアルデヒド又はケトンとの脱水縮合により得られるイミン化合物を用いることがより好ましい。１，３−シクロヘキサンジアミンとアルデヒド又はケトンとの脱水縮合により得られるイミン化合物を用いることで、分離すべき化合物が減少し、１，３−シクロヘキサンジアミンの純度を向上することが容易となる。
上記脱水縮合反応は、触媒存在下でも無触媒でも実施可能である。また、上記脱水縮合反応は、無溶媒条件でも溶媒存在下でも実施可能である。使用し得る溶媒としては、特に限定されないが、例えば、１級アミン、アルデヒド、及びケトンに不活性である溶媒が挙げられる。このような溶媒としては、特に限定されないが、例えば、ベンゼン、トルエン又はキシレン等の芳香族系溶媒；ジエチルエーテル又はテトラヒドロフラン等のエーテル溶媒；及び、ヘキサン又はヘプタン等の炭化水素系溶媒が挙げられる。
脱水縮合反応方法としては、特に限定されないが、例えば、具体的には、ディーンスターク装置を用いて各成分をベンゼン溶媒中で共沸脱水することにより、イミン化合物を容易に得る方法が挙げられる。また、無溶媒で脱水縮合反応を実施する場合は、蒸留操作等により系内から水を除去することで脱水縮合を容易に進行させることが可能である。
イミン化合物を異性化反応系中で作製する場合には、本実施形態の異性化方法は、異性化工程前及び／又は異性化工程後において、シクロヘキサンジアミンと、アルデヒド及び／又はケトンと、を混合し、脱水縮合により系中でイミン化合物を得て、イミン化合物を得る脱水縮合工程を有し得る。
当該脱水縮合工程を有することにより、アルデヒド又はケトンと１級アミンを脱水縮合して得られたイミン化合物とを単離することなく、反応系中にアルカリ金属等を添加し、シクロヘキサンジアミンの異性化を行うことが可能となる。
また、当該脱水縮合工程を有することにより、高価な貴金属触媒等を用いることなく、工業的に容易にかつ安価に入手可能なアルデヒド又はケトンを触媒原料として用いることができる。その結果、工業的に有利にシクロヘキサンジアミンの異性化を実施することが可能となるため、工業的意義が極めて高い。
（１級アミン）
１級アミンとしては、特に限定されないが、例えば、一般的に入手可能であり、得られるイミン化合物がアルカリ金属等に対して不活性な官能基を持つ置換基を有するものとなる化合物が挙げられる。１級アミンは、１種単独で用いても２種以上を併用してもよく、工業的にはプロセスを簡便にするために１種類を単独で用いることが好ましい。
１級アミンとしては、特に限定されないが、例えば、一般的に入手可能であり、得られるイミン化合物がアルカリ金属等に対して不活性な官能基を持つ置換基を有するものとなる化合物が挙げられる。１級アミンは、１種単独で用いても２種以上を併用してもよく、工業的にはプロセスを簡便にするために１種類を単独で用いることが好ましい。
１級アミンとしては、特に限定されないが、例えば、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、イソプロピルアミン、ブチルアミン、イソブチルアミン、ターシャリブチルアミン、ベンジルアミン、メチルベンジルアミン、ジメチルベンジルアミン、アニリン、メタキシリレンジアミン、パラキシリレンジアミン、シクロヘキシルアミン、１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン又は１，４−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、イソホロンジアミン、ｏ−フェニレンジアミン、ｍ−フェニレンジアミン、ｐ−フェニレンジアミン、フェネチルアミン、ジアミノジフェニルメタン、メタンジアミン、エタンジアミン、プロパンジアミン、ブタンジアミン、ペンタンジアミン、ヘキサンジアミン、１，４−シクロヘキサンジアミン、１，３−シクロヘキサンジアミン、及び１，２−シクロヘキサンジアミンが挙げられる。
このなかでも、シクロヘキサンジアミンが好ましい。異性化対象であるシクロヘキサンジアミンを用いることにより、他のアミンを用いることなく、異性化反応を実施することが可能となり、得られるシクロヘキサンジアミンの精製がより簡便になる傾向にある。
（アルデヒド）
アルデヒドとしては、特に限定されないが、例えば、一般的に入手可能であり、アルカリ金属等に対して不活性な官能基を持つ置換基を有する化合物が挙げられる。このようなアルデヒドとしては、特に限定されないが、例えば、下記一般式（６）で表される脂肪族アルデヒド、下記一般式（７）で表される芳香族アルデヒド、及び、下記一般式（８）で表される芳香族アルデヒドからなる群より選ばれる１種以上が挙げられる。このような化合物を用いることにより、異性化収率がより向上する傾向にある。
（上記一般式（６）中、Ｒ２２は、水素原子、置換又は無置換の脂肪族炭化水素基、及び、置換又は無置換の脂環族炭化水素基からなる群より選ばれる１価の置換基を示す。）
（上記一般式（７）中、Ｒ１０’、Ｒ１１’、Ｒ１２’、Ｒ１３’、及びＲ１４’は、各々独立して、水素原子、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数１〜１０のアルコキシ基、フェニル基、及びアミノ基からなる群より選ばれる１価の基を示し、Ｘ１’は、単結合、又は炭素数１〜１０の２価のアルキル基を示す。）
（上記一般式（８）中、Ｒ１５’、Ｒ１６’、Ｒ１７’、Ｒ１８’、Ｒ１９’、Ｒ２０’、及びＲ２１’は、各々独立して、水素原子、炭素数１〜１０のアルキル基、炭素数１〜１０のアルコキシ基、フェニル基、及びアミノ基からなる群より選ばれる１価の基を示し、Ｘ２’は、単結合、又は炭素数１〜１０の２価のアルキル基を示す。）
アルデヒドとしては、特に限定されないが、例えば、一般的に入手可能であり、アルカリ金属等に対して不活性な官能基を持つ置換基を有する化合物が挙げられる。このようなアルデヒドとしては、特に限定されないが、例えば、下記一般式（６）で表される脂肪族アルデヒド、下記一般式（７）で表される芳香族アルデヒド、及び、下記一般式（８）で表される芳香族アルデヒドからなる群より選ばれる１種以上が挙げられる。このような化合物を用いることにより、異性化収率がより向上する傾向にある。
上記アルデヒドとしては、特に限定されないが、例えば、ホルムアルデヒド、脂肪族アルデヒド、及び芳香族アルデヒドが挙げられる。このような化合物を用いることにより、異性化収率がより向上する傾向にある。アルデヒドは、１種単独で用いても２種以上を併用してもよく、工業的にはプロセスを簡便にするために１種類を単独で用いることが好ましい。
脂肪族アルデヒドとしては、特に限定されないが、例えば、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、４−イソプロピルアルデヒド、イソブチルアルデヒド、ｎ−ブチルアルデヒド、ｎ−バレルアルデヒド、イソバレルアルデヒド、ピバルアルデヒド、ｎ−ヘキシルアルデヒド、ｎ−ヘプチルアルデヒド、ｎ−オクチルアルデヒド、ｎ−ノニルアルデヒド、ｎ−デシルアルデヒド、アクロレイン、メタクロレイン、２−メチルペンタナール、クロトンアルデヒド、シンナムアルデヒド、フェニルアセトアルデヒド、ｐ−メチルフェニルアセトアルデヒド、グリオキサール、グルタルアルデヒドヒドロキシピバルアルデヒド、（＋）−シトロネラール、及び（−）−シトロネラールが挙げられる。このなかでも、アセトアルデヒド、イソブチルアルデヒド、ｎ−デシルアルデヒド、メタクロレイン、シンナムアルデヒド、及びグリオキサールからなる群より選ばれる１種以上が好ましい。このような化合物を用いることにより、異性化収率がより向上する傾向にある。
芳香族アルデヒドとしては、特に限定されないが、例えば、ベンズアルデヒド、２−メチルベンズアルデヒド、３−メチルベンズアルデヒド、４−メチルベンズアルデヒド、２−エチルベンズアルデヒド、３−エチルベンズアルデヒド、４−エチルベンズアルデヒド、２−プロピルベンズアルデヒド、３−プロピルベンズアルデヒド、４−プロピルベンズアルデヒド、２−イソプロピルベンズアルデヒド、３−イソプロピルベンズアルデヒド、４−イソプロピルベンズアルデヒド、４−ビフェニルアルデヒド、２−ブチルベンズアルデヒド、３−ブチルベンズアルデヒド、４−ブチルベンズアルデヒド、２−ターシャリブチルベンズアルデヒド、３−ターシャリブチルベンズアルデヒド、４−ターシャリブチルベンズアルデヒド、２−フェニルベンズアルデヒド、３−フェニルベンズアルデヒド、４−フェニルベンズアルデヒド、２、３−ジメチルベンズアルデヒド、２，４−ジメチルベンズアルデヒド、２，５−ジメチルベンズアルデヒド、２，６−ジメチルベンズアルデヒド、３，４−ジメチルベンズアルデヒド、３，５−ジメチルベンズアルデヒド、２，４，５−トリメチルベンズアルデヒド、２，４，６−トリメチルベンズアルデヒド、２−メトキシベンズアルデヒド、３−メトキシベンズアルデヒド、４−メトキシベンズアルデヒド、２−エトキシベンズアルデヒド、３−エトキシベンズアルデヒド、４−エトキシベンズアルデヒド、１−ナフトアルデヒド、２−ナフトアルデヒド、及び３−ナフトアルデヒドが挙げられる。このなかでも、ベンズアルデヒド、４−メチルベンズアルデヒド、４−エチルベンズアルデヒド、４−イソプロピルベンズアルデヒド、２，４−ジメチルベンズアルデヒド、３，４−ジメチルベンズアルデヒド、２，４，５−トリメチルベンズアルデヒド、２，４，６−トリメチルベンズアルデヒド、４−イソブチルベンズアルデヒド、及び４−ビフェニルアルデヒドからなる群より選ばれる１種以上が好ましい。このような化合物を用いることにより、異性化収率がより向上する傾向にある。
アルデヒドの使用量は、シクロヘキサンジアミン１モルに対して、好ましくは０．００１〜０．１０モルであり、より好ましくは０．００５〜０．０５モルである。アルデヒドの使用量が上記範囲内であることにより、異性化反応がより速く円滑に進行し、また、シクロヘキサンジアミン同士の重合反応等の副反応が抑制でき、目的とする異性体の収率がより向上し、触媒費も低く抑えることができる傾向にある。
（ケトン）
ケトンとしては、特に限定されないが、例えば、一般的に入手可能であり、アルカリ金属等に対して不活性な官能基を持つ置換基を有する化合物が挙げられる。このようなケトンとしては、特に限定されないが、例えば、脂肪族ケトン、芳香族ケトン、脂肪族芳香族ケトン、及び環状ケトンからなる群より選ばれる１種以上が挙げられる。このような化合物を用いることにより、得られる異性体のトランス体率又はシス体率、及び、異性化収率がより向上する傾向にある。ケトンは、１種単独で用いても２種以上を併用してもよく、工業的にはプロセスを簡便にするために１種類を単独で用いることが好ましい。
ケトンとしては、特に限定されないが、例えば、一般的に入手可能であり、アルカリ金属等に対して不活性な官能基を持つ置換基を有する化合物が挙げられる。このようなケトンとしては、特に限定されないが、例えば、脂肪族ケトン、芳香族ケトン、脂肪族芳香族ケトン、及び環状ケトンからなる群より選ばれる１種以上が挙げられる。このような化合物を用いることにより、得られる異性体のトランス体率又はシス体率、及び、異性化収率がより向上する傾向にある。ケトンは、１種単独で用いても２種以上を併用してもよく、工業的にはプロセスを簡便にするために１種類を単独で用いることが好ましい。
脂肪族ケトンとしては、特に限定されないが、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、エチルプロピルケトン、エチルイソブチルケトン、及びジプロピルケトンが挙げられる。
芳香族ケトンとしては、特に限定されないが、例えば、ベンゾフェノンが挙げられる。
脂肪族芳香族ケトンとしては、特に限定されないが、例えば、アセトフェノンが挙げられる。
環状ケトンとしては、特に限定されないが、例えば、シクロヘキサノンが挙げられる。
このなかでも、ケトンが、メチルエチルケトン及びアセトフェノンからなる群より選ばれる１種以上であることが好ましい。このような化合物を用いることにより、異性化収率がより向上する傾向にある。
ケトンの使用量は、シクロヘキサンジアミン１モルに対して、好ましくは０．００１〜０．１０モルであり、より好ましくは０．００５〜０．０５モルである。ケトンの使用量が上記範囲内であることにより、異性化反応がより速く円滑に進行し、また、シクロヘキサンジアミン同士の重合反応等の副反応が抑制でき、目的とする異性体の収率がより向上し、触媒費も低く抑えることができる傾向にある。
〔アルカリ金属等〕
本実施形態の異性化方法においては、アルカリ金属、アルカリ金属含有化合物、アルカリ土類金属、及びアルカリ土類金属含有化合物からなる群より選ばれる１種以上の存在下でシクロヘキサンジアミンを異性化する。これらアルカリ金属等は、本実施形態の異性化方法において、異性化反応をより速やかに進行させることができる。これらアルカリ金属等は、１種単独で用いても２種以上を併用してもよい。
本実施形態の異性化方法においては、アルカリ金属、アルカリ金属含有化合物、アルカリ土類金属、及びアルカリ土類金属含有化合物からなる群より選ばれる１種以上の存在下でシクロヘキサンジアミンを異性化する。これらアルカリ金属等は、本実施形態の異性化方法において、異性化反応をより速やかに進行させることができる。これらアルカリ金属等は、１種単独で用いても２種以上を併用してもよい。
このなかでも、アルカリ金属等は、アルカリ金属、アルカリ金属水素化物及びアルカリ金属アミドからなる群より選ばれる１種以上を含むことが好ましく、金属ナトリウム、ナトリウムアミド、及び水素化ナトリウムからなる群より選ばれる１種以上を含むことがより好ましい。このような物質を用いることにより、異性化収率がより向上する傾向にある。
アルカリ金属としては、特に限定されないが、例えば、金属ナトリウム、金属リチウム、及び金属カリウムが挙げられる。
アルカリ金属含有化合物としては、特に限定されないが、例えば、アルカリ金属水素化物、アルカリ金属アミド、塩基性酸化物、及びアルカリ金属アルコキシドが挙げられる。このような化合物を用いることにより、得られる異性体のトランス体率又はシス体率、及び、異性化収率がより向上する傾向にある。このなかでも、アルカリ金属水素化物及びアルカリ金属アミドからなる群より選ばれる１種以上が好ましい。このなかで、アルカリ金属水素化物としては、特に限定されないが、例えば、水素化ナトリウム、水素化リチウム、水素化カリウム、リチウムアルミニウムハイドライド、及びナトリウムボロンハイドライドが挙げられる。また、アルカリ金属アミドとしては、特に限定されないが、例えば、ナトリウムアミド、リチウムアミド、カリウムアミド、リチウムジイソプロピルアミド、及びナトリウムビス（トリメチルシリル）アミドが挙げられる。さらに、塩基性酸化物としては、特に限定されないが、例えば、酸化リチウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、酸化セシウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、及び酸化バリウムが挙げられる。また、アルカリ金属アルコキシドとしては、特に限定されないが、例えば、カリウム−ｔｅｒｔ−ブトキシドが挙げられる。
アルカリ土類金属としては、特に限定されないが、例えば、金属マグネシウム、及び金属カルシウムが挙げられる。
アルカリ土類金属含有化合物としては、特に限定されないが、例えば、アルカリ土類金属水素化物が挙げられる。アルカリ土類金属水素化物としては、特に限定されないが、例えば、水素化カルシウム、及び水素化マグネシウムが挙げられる。
上記化合物の使用量は、特に限定されないが、シクロヘキサンジアミン１モルに対して、好ましくは０．００１〜０．１０モルであり、より好ましくは０．００５〜０．０５モルである。上記化合物の使用量が上記範囲内にあることにより、異性化反応をより効率よく進行できる傾向にある。
本実施形態の異性化方法は、触媒成分を除去する触媒成分除去工程、低沸点成分を除去する低沸点成分除去工程、高沸点成分を除去する高沸点成分除去工程、及びシクロヘキサンジアミンの異性体を蒸留する異性体分離工程等の精製工程を有していてもよい。なお、ここで、「触媒成分」とは、具体的には、イミン化合物及びアルカリ金属等が挙げられる。また、「低沸点成分」とは、シクロヘキサンジアミンの異性体よりも沸点の低い成分をいう。さらに、「高沸点成分」とは、シクロヘキサンジアミンの異性体よりも沸点の高い成分をいう。
なお、これら触媒成分除去工程、低沸点成分除去工程、高沸点成分除去工程、及び異性体分離工程は順不同で行うことができる。
〔触媒成分除去工程〕
触媒成分除去工程は、異性化工程後において、反応混合物中に存在する触媒成分を除去する工程である。本実施形態の異性化方法が触媒成分除去工程を有することにより、精製工程において副反応が進行することをより抑制することができる。触媒の除去方法としては、特に限定されないが、例えば、薄膜蒸留を用いることができる。このとき分離される触媒成分は、不活性化して分離することも可能であり、また活性な状態で分離することも可能である。活性な状態で分離された触媒成分は異性化反応の触媒として再度使用することも可能である。
触媒成分除去工程は、異性化工程後において、反応混合物中に存在する触媒成分を除去する工程である。本実施形態の異性化方法が触媒成分除去工程を有することにより、精製工程において副反応が進行することをより抑制することができる。触媒の除去方法としては、特に限定されないが、例えば、薄膜蒸留を用いることができる。このとき分離される触媒成分は、不活性化して分離することも可能であり、また活性な状態で分離することも可能である。活性な状態で分離された触媒成分は異性化反応の触媒として再度使用することも可能である。
〔低沸点成分除去工程〕
低沸点成分除去工程は、異性化工程中及び／又は異性化工程後において、シクロヘキサンジアミンの異性体よりも沸点の低い低沸点成分を除去する工程である。本実施形態の異性化方法が低沸点成分除去工程を有することにより、異性体の収率がより向上する傾向にある。低沸点成分の除去方法としては、特に限定されないが、例えば、シクロヘキサンジアミンの異性体の沸点以下の蒸留温度で蒸留を行うことにより、反応混合物から低沸点成分を除去する方法が挙げられる。
低沸点成分除去工程は、異性化工程中及び／又は異性化工程後において、シクロヘキサンジアミンの異性体よりも沸点の低い低沸点成分を除去する工程である。本実施形態の異性化方法が低沸点成分除去工程を有することにより、異性体の収率がより向上する傾向にある。低沸点成分の除去方法としては、特に限定されないが、例えば、シクロヘキサンジアミンの異性体の沸点以下の蒸留温度で蒸留を行うことにより、反応混合物から低沸点成分を除去する方法が挙げられる。
〔高沸点成分除去工程〕
高沸点成分除去工程は、異性化工程後において、シクロヘキサンジアミンの異性体よりも沸点の高い高沸点成分を除去する工程である。高沸点成分の除去方法としては、特に限定されないが、例えば、下記異性体分離工程により、反応混合物からシクロヘキサンジアミンの異性体を蒸留した後、反応混合物中に残存する高沸点成分を除去する方法が挙げられる。
高沸点成分除去工程は、異性化工程後において、シクロヘキサンジアミンの異性体よりも沸点の高い高沸点成分を除去する工程である。高沸点成分の除去方法としては、特に限定されないが、例えば、下記異性体分離工程により、反応混合物からシクロヘキサンジアミンの異性体を蒸留した後、反応混合物中に残存する高沸点成分を除去する方法が挙げられる。
〔異性体分離工程〕
異性体分離工程は、異性化工程中及び／又は異性化工程後において、シクロヘキサンジアミンのトランス体、及び／又は、シクロヘキサンジアミンのシス体を、蒸留する工程である。本実施形態の異性化方法が異性体分離工程を有することにより、異性体の収率がより向上する傾向にある。
異性体分離工程は、異性化工程中及び／又は異性化工程後において、シクロヘキサンジアミンのトランス体、及び／又は、シクロヘキサンジアミンのシス体を、蒸留する工程である。本実施形態の異性化方法が異性体分離工程を有することにより、異性体の収率がより向上する傾向にある。
このように、本実施形態の方法で得られるシクロヘキサンジアミンの異性体は、蒸留等の一般的な方法で単離することができる。蒸留を行う際は、異性化後のシクロヘキサンジアミンを分離しながら異性化を実施することが好ましい。これにより平衡組成以上の高濃度の異性体を含有するシクロヘキサンジアミンを製造することができる。
なお、蒸留温度等の蒸留条件は、目的とする異性体に応じて適宜調整することができる。
以下、本実施形態の異性化方法を実施するための手段について記載をするが、本実施形態の異性化方法は以下に限定されない。
第１の態様として、本実施形態の異性化方法は、反応器において、イミン化合物と、アルカリ金属等と、シクロヘキサンジアミンと、を混合することにより実施することができる。反応器は、該反応器を加熱するための加熱手段と、反応器内の混合物を撹拌するための撹拌手段と、反応器内の混合物をバブリングするための気体供給手段と、を有していてもよい。
また、反応器には、イミン化合物、アルカリ金属等、及びシクロヘキサンジアミンをいずれの順序で添加してもよい。予めイミン化合物、アルカリ金属等、及びシクロヘキサンジアミンのうち２種を混合したものを添加しても、イミン化合物、アルカリ金属等、又はシクロヘキサンジアミンと溶媒を混合したものを添加してもよい。
イミン化合物、アルカリ金属等、及びシクロヘキサンジアミンを添加するための添加手段は、反応器内にこれら化合物を一気に添加するものであっても、又は連続的に滴下するものであってもよい。
反応器は、該反応器内の雰囲気を調整するために、給気手段及び排気手段が設けられていてもよい。また、反応器は、溶媒が還流するように構成されていてもよい。さらに、反応器は、バッチ反応用であっても連続反応用であってもよい。
第２の態様として、１級アミンと、アルデヒド及び／又はケトンとを供給してイミン化合物を生成させる第１の反応器と、異性化反応を実施するための第２の反応器を用いてもよい。この場合、第２の反応器は、生成させたイミン化合物が供給されるよう第１の反応器と連通する。第１の反応器及び／又は第２の反応器は、反応系中から水を除く脱水手段（例えば、ディーンスターク装置、又は蒸留装置）を有していてもよい。なお、上記アミンとしてシクロヘキサンジアミンを用いた場合、第２の反応器に供給される原料はイミン化合物とシクロヘキサンジアミンとを含みうる。その他の態様について第１の態様と同様の構成とすることができる。
第３の態様として、イミン化合物と、アルカリ金属等と、シクロヘキサンジアミンと、を混合する反応器と、該反応器と連通する蒸留器とを用いてもよい。この際、反応器と蒸留器が一体として構成されていてもよい。その他の態様について第１の態様と同様の構成とすることができる。
以下に実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれら実施例に制約されるものではない。
〔異性体組成〕
異性体組成（シス／トランス比率）は、Ａｇｉｌｅｎｔ社製のキャピラリーカラムであるＨＰ１−ＭＳを取り付けたガスクロマトグラフィーを用いて分析した。１，４−シクロヘキサンジアミンはトランス体の方がシス体よりも低沸点であり、ガスクロマトグラフィーで先に検出される異性体がトランス体、後に検出される異性体がシス体である。シス体比率は、シス体の面積値／（シス体の面積値＋トランス体の面積値）×１００で、トランス体比率は１００−シス体比率で算出を行った。
異性体組成（シス／トランス比率）は、Ａｇｉｌｅｎｔ社製のキャピラリーカラムであるＨＰ１−ＭＳを取り付けたガスクロマトグラフィーを用いて分析した。１，４−シクロヘキサンジアミンはトランス体の方がシス体よりも低沸点であり、ガスクロマトグラフィーで先に検出される異性体がトランス体、後に検出される異性体がシス体である。シス体比率は、シス体の面積値／（シス体の面積値＋トランス体の面積値）×１００で、トランス体比率は１００−シス体比率で算出を行った。
〔異性化収率〕
異性化収率は、上記ガスクロマトグラフィー分析の内標法により算出した。
異性化収率（％）＝（異性化反応後のシクロヘキサンジアミン）／（異性化反応前のシクロヘキサンジアミン）×１００
異性化収率は、上記ガスクロマトグラフィー分析の内標法により算出した。
異性化収率（％）＝（異性化反応後のシクロヘキサンジアミン）／（異性化反応前のシクロヘキサンジアミン）×１００
〔原料〕
４−メチルベンズアルデヒド、ナトリウムアミド、及び１，４−シクロヘキサンジアミンは試薬として入手できるものを使用した。
４−メチルベンズアルデヒド、ナトリウムアミド、及び１，４−シクロヘキサンジアミンは試薬として入手できるものを使用した。
＜実施例１＞
１００ｍＬフラスコに、１，４−シクロヘキサンジアミン（シス体：５８．２％、トランス体：４１．８％）２０．２ｇと４−メチルベンズアルデヒド０．４２ｇを測り取り、１２０℃で０．５時間撹拌した。撹拌後、２３ｔｏｒｒ、１２０℃で減圧脱水を行った。脱水後、アルゴン雰囲気下でナトリウムアミド０．４２ｇを添加し、常圧、１２０℃で４時間異性化反応を行った。２時間反応後の異性体比率はシス体：３９．０％、トランス体：６１．０％であり、４時間反応後の異性体比率はシス体：３６．３％、トランス体：６３．７％であった。また、４時間経過後の異性化収率は８３．６％であった。異性体比率の経時変化について、図１に示した。
１００ｍＬフラスコに、１，４−シクロヘキサンジアミン（シス体：５８．２％、トランス体：４１．８％）２０．２ｇと４−メチルベンズアルデヒド０．４２ｇを測り取り、１２０℃で０．５時間撹拌した。撹拌後、２３ｔｏｒｒ、１２０℃で減圧脱水を行った。脱水後、アルゴン雰囲気下でナトリウムアミド０．４２ｇを添加し、常圧、１２０℃で４時間異性化反応を行った。２時間反応後の異性体比率はシス体：３９．０％、トランス体：６１．０％であり、４時間反応後の異性体比率はシス体：３６．３％、トランス体：６３．７％であった。また、４時間経過後の異性化収率は８３．６％であった。異性体比率の経時変化について、図１に示した。
本発明の異性化方法により得られるシクロヘキサンジアミンは、シクロヘキサンジアミンを用いたエポキシ樹脂、ポリウレタン等を用いたプラスチックレンズ、プリズム、光ファイバー、情報記録基板、フィルター等の光学材料として産業上の利用可能性を有する。
Claims (11)
- 下記一般式（１）で表されるイミン化合物と、
アルカリ金属、アルカリ金属含有化合物、アルカリ土類金属、及び、アルカリ土類金属含有化合物からなる群より選ばれる１種以上と、の存在下、
シクロヘキサンジアミンを異性化する異性化工程を有する、
シクロヘキサンジアミンの異性化方法。
- 前記Ｒ１及びＲ２で示される置換又は無置換の炭化水素基が、置換又は無置換の脂肪族炭化水素基、置換又は無置換の脂環族炭化水素基、及び、置換又は無置換の芳香族炭化水素基からなる群より選ばれる１価の基を含み、
前記Ｒ３で示される置換又は無置換の炭化水素基が、置換又は無置換の脂肪族炭化水素基、置換又は無置換の脂環族炭化水素基、及び、置換又は無置換の芳香族炭化水素基からなる群より選ばれるｎ価の基を含む、請求項１に記載のシクロヘキサンジアミンの異性化方法。 - 前記イミン化合物が、下記一般式（２）で表される化合物、及び／又は、下記一般式（３）で表される化合物を含む、請求項１又は２に記載のシクロヘキサンジアミンの異性化方法。
- 前記イミン化合物が、下記一般式（２ａ）で表される化合物、及び／又は、下記一般式（３ａ）で表される化合物を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のシクロヘキサンジアミンの異性化方法。
- 前記イミン化合物が、１級アミンと、アルデヒド及び／又はケトンと、の脱水縮合により得られるものである、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシクロヘキサンジアミンの異性化方法。
- 前記イミン化合物が、前記シクロヘキサンジアミンと、アルデヒド及び／又はケトンと、の脱水縮合により得られるものである、請求項１〜５のいずれか１項に記載のシクロヘキサンジアミンの異性化方法。
- 前記シクロヘキサンジアミンが、１，４−シクロヘキサンジアミンである、請求項１〜６のいずれか１項に記載のシクロヘキサンジアミンの異性化方法。
- 前記アルカリ金属含有化合物が、アルカリ金属水素化物及びアルカリ金属アミドからなる群より選ばれる１種以上を含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載のシクロヘキサンジアミンの異性化方法。
- 前記異性化工程における異性化反応温度が、１００〜１４０℃である、請求項１〜８のいずれか１項に記載のシクロヘキサンジアミンの異性化方法。
- 前記異性化工程において、沸点が前記異性化反応温度以下の溶媒を用いる、請求項９に記載のシクロヘキサンジアミンの異性化方法。
- 前記異性化工程において、不活性ガスをバブリングする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のシクロヘキサンジアミンの異性化方法。
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