NL8105278A

NL8105278A - Werkwijze voor de bereiding van een lactam.

Info

Publication number: NL8105278A
Application number: NL8105278A
Authority: NL
Original assignee: Stamicarbon
Priority date: 1981-11-21
Filing date: 1981-11-21
Publication date: 1983-06-16
Also published as: ATE18206T1; JPS5892657A; EP0080240A1; DE3269484D1; EP0080240B1; US4560760A

Description

STAMICARBON B.V.

Uitvinders: Roland E. VAN DER STOEL te Buchten Marcel A.R. BOSMA te Geleen Petrus H.J. JANSSEN te Geleen Cornells G.M. VAN DE MOESDIJK te Elsloo 1 PN 3343

WERKWIJZE VOOR DE BEREIDING VAN EEN LACTAM

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de bereiding van een lactam door reductieve aminering, in de gasfase, van een daartoe geschikt oxo-alkaancarbonzuur of een ester van een zodanig zuur met behulp van een hydrogeneringskatalysator.

5 Een dergelijke werkwijze kan volgens het Amerikaanse octrooi- schrift 3.235.562 worden uitgevoerd onder toepassing van elke hydrogeneringskatalysator die geschikt is voor gasfase-reacties zoals bijvoorbeeld nikkel op een drager als kiezelgoer en koperchromiet met barium als promotor.

10 Er is nu gevonden dat men een belangrijk hogere opbrengst kan verkrijgen indien men een hydrogeneringskatalysator toepast die gepro-moteerd is met een alkalimetaal·

De werkwijze volgens de uitvinding voor de bereiding van een lactam door reductieve aminering, in de gasfase, van een daartoe 15 geschikt oxo-alkaancarbonzuur of een ester van een zodanig zuur met behulp van een hydrogeneringskatalysator is hierdoor gekenmerkt, dat men een hydrogeneringskatalysator toepast die gepromoteerd is met een alkalimetaal.

De toevoeging van een alkalimetaal als promotor aan de hydro-20 generingskatalysator kan op bekende wijze geschieden (zie bijvoorbeeld Preparation of Catalysts II, G.H. van den Berg en H.Th. Rijnten, Elsevier Amsterdam 1979 pagina 265) door de katalysator te behandelen met een alkalimetaalverbinding bijvoorbeeld een alkalimetaalhydrogeen-carbonaat. De hoeveelheid alkalimetaal in de katalysator kan 25 verschillend worden gekozen bijvoorbeeld een hoeveelheid overeenkomend met 0,01-5 g alkalimetaal per 100 g katalysator (inclusief eventueel toegepast dragermateriaal). Bij voorkeur wordt per 100 g katalysator 0,1-2 g alkalimetaal toegepast. Als alkalimetaal wordt bij voorkeur natrium toegepast.

8105278 2 "Λν tf

De reductieve aminering volgens de uitvinding kan worden uitgevoerd met bekende hydrogeneringskatalysatoren, bijvoorbeeld een. metaal of verbinding van een metaal uit de 8e groep of le nevengroep van het periodiek systeem der elementen volgens Hendelejeff. Zeer 5 geschikt zijn palladium- en nikkel- bevattende katalysatoren. Veelal worden dergelljke katalysatoren op een dragermateriaal toegepast. Geschikte dragermaterialen voor toepassing bij de werkwijze volgens de uitvinding zijn bijvoorbeeld actieve kool, grafiet, siliciumoxyde, aluminiumoxyde, raagnesiumoxyde en mengsels van deze materialen.

10 De werkwijze volgens de uitvinding kan bij diverse tem- peraturen worden uitgevoerd, bijvoorbeeld temperaturen van 50-350°C. Bij voorkeur wordt een temperatuur van 150-250°C toegepast.

De reductieve aminering volgens de uitvinding wordt, evenals de genoemde bekende reductieve arainering, uitgevoerd onder toepassing 15 van waterstof alsmede ammoniak of een primair amine· De hoeveelheid waterstof kan worden gevarieerd bijvoorbeeld tussen 1 en 25 mol waters tof per mol uitgangsverbinding. Men kan ook meer dan 25 mol waterstof per mol uitgangsverbinding toepassen, doch dlt heeft geen voordeel tot gevolg. Ook de hoeveelheid ammoniak of primair amine kan 20 worden gevarieerd bijvoorbeeld tussen 1 en 15 mol per mol uitgangsverbinding. Toepassing van een grotere hoeveelheid dan 15 mol ammoniak of primair amine per mol uitgangsverbinding is mogelijk, doch er wordt dan geen beter resultaat bereikt. Bij voorkeur wordt per mol uitgangsverbinding 1-15 mol waterstof en 1-5 mol ammoniak of primair amine 25 toegepast. Indien men een primair amine toepast, verkrijgt men als reactieprodukt een N-gesubstitueerd lactam met een substituent overeenkomende met het toegepaste primair amine. Elk primair amine dat onder de reactieomstandigheden in gasvormige toestand aanwezig kan zijn, kan worden toegepast. Het primair amine of de ammoniak hoeft 30 niet als zodanig worden toegevoegd, doch kan ook in situ door reductie van een andere verbinding worden gevormd, bijvoorbeeld de reductie van een nitro-verbinding tot primair amine of van hydrazine tot ammoniak.

Als uitgangsprodukt kunnen diverse oxo-alkaancarbonzuren of esters van deze zuren worden toegepast. De werkwijze volgens de uit-35 vinding is bijzonder geschikt voor'de reductieve aminering van oxo-alkaancarbonzuren of esters van deze zuren waarbij tussen het koolstufatoom van de carbonylgroep en het koolstofatoom van de car- 8105278 it" 3 boxylgroep 2 of 3 koolstofatomen in de koolstofketen voorkomen zoals bijvoorbeeld de zuren 5-oxocapronzuur, 4-methyl-5-oxocapronzuur en levulinezuur of de esters van geuoemde zuren.

Bij voorkeur wordt als uitgangsprodukt een ester van bedoelde 5 zuren toegepast omdat dan een hogere opbrengst kan worden verkregen dan bij toepassing van het zuur als zodanig. De ester kan op bekende wijze uit het betreffende zuur en een alcohol worden gevormd. Bij toepassing van de ester verkrijgt men als nevenprodukt een met de estergroep overeenkomstige alcohol. Hen kan diverse estergroepen 10 toepassing zoals bijvoorbeeld een alkyl-, cycloalkyl- of benzylgroep.

De voorkeur wordt gegeven aan een lagere alkylgroep zoals een methyl-, ethyl- en isopropylgroep.

Voor de praktische realisatie van de reductieve aminering volgens de uitvinding komen de op zich zelf bekende uitvoeringsvormen 15 voor gasfase-reacties in aanmerking, bijvoorbeeld de uitvoeringsvormen waarbij het gasvormig uitgangsmengsel wordt geleid over de katalysator in de vorm van een vast bed of een zogenaamd fluid bed. De ruimtelljke doorvoersnelheid kan worden gevarieerd, bijvoorbeeld tussen 0,001 en 2 g uitgangsverbinding per milliliter katalysatormateriaal (schud-20 volume) per uur.

Door koeling van het verkregen gasvormige reactiemengsel kan men een condensaat verkrijgen waaruit het gewenste lactam door destillatie of extractie kan worden gewonnen. De verkregen lactamen zijn voor diverse toepassingen geschikt bijvoorbeeld bij de berelding 25 van kunststoffen.

De uitvinding wordt in de volgende voorbeelden nader toege- licht.

Voorbeelden I-V

Door een vertikale buisvormige reactor van 25 millimeter 30 diameter en 400 millimeter lengte, waarin zich een zone van 25 milliliter (schudvolume) katalysator bevindt en die voorzien is van een verwarmingsmantel, wordt gedurende 165 uur van boven naar beneden een gasvormig mengsel van methyl 5-oxocaproaat, waterstof en ammoniak geleid. Dit gasvormig mengsel wordt verkregen door verdamping van 35 vloeibaar methyl 5-oxocaproaat en menging van de damp met waterstof en gasvormige ammoniak. Per mol methyl 5-oxocaproaat wordt 6 mol water- 8105278 * ζ 4 * stof en 3 mol ammoniak gebruikt.

Als katalysator wordt palladium op γ-aluminiumoxide gepromoteerd met natrium gebruikt (Engelhard katalysator met 0,5 gew.-% Pd en 0,4 gew.-Z Na). Na een bedrijfstijd van 22, 91, 117, 142 en 164 uren wor-5 den gedurende 1 uur de reactieomstandigheden constant gehouden en de doorgeleide hoeveelheid methyl 5-oxocaproaat en de hoeveelheid reak-tieprodukt (na dit bij 5°C te condenseren) gemeten. De doorgeleide hoeveelheid methyl 5-oxocaproaat wordt bepaald door meting van het gewichtsverlies aan vloeibaar methyl 5-oxocaproaat > De samenstelling 10 van het reactieprodukt wordt gaschromatografisch bepaald. Hit deze bepaling en het gewicht van de hoeveelheid methyl 5-oxocaproaat die in de betreffende periode van 1 uur is overgeleid, kan de conversie van de oxo-ester en de opbrengst aan 6-methylpiperidon-2 warden berekend. Onder de conversie wordt verstaan de hoeveelheid oxo-ester 15 die is omgezet (overgeleide hoeveelheid oxo-ester verminderd met de hoeveelheid oxo-ester in het gecondenseerde produkt) uitgedrukt in procenten van de hoeveelheid oxo-ester die is overgeleid. Onder de opbrengst aan 6-methylpiperidon-2 wordt verstaan de hoeveelheid 6-methylpiperidon-2 in het gecondenseerde produkt uitgedrukt in pro-20 centen van de hoeveelheid 6-methylpiperidon-2 die theoretisch uit de omgezette hoeveelheid oxo-ester kan worden gevormd.

In de tabel zijjn de resultaten en reactiecondities samenge- vat.

Tabel

25 Voorbeeld I II III IV V

Bedrijfstijd in uren 22 91 117 142 164

Temperatuur in °C 200 200 240 240 240

Ruimtelijke dootvoersnelheid in gram oxo-ester per milliliter 0,16 0,16 0,13 0,13 0,13 30 katalysator per uur

Conversie oxo-ester in % 98,2 68,5 92,3 85,6 79,3

Opbrengst 6-methylpiperidon-2 97,6 96,7 94,2 95,8 96,0 8105278 5 .5+

VergelijkingsvoorbeeXd

Voorbeeld I wordt herhaald, echter zonder toepassing van natrium in de katalysator. De opbrengst bedraagt dan 51%.

8105278

Claims

1. Werkwijze voor de bereiding van een lactam door reductieve aminering, in de gasfase, van een daartoe geschikt oxo-alkaancarbon-zuur of een ester van een zodanig zuur met behulp van een hydro-generingskatalysator, met het kenmerk, dat men een hydrogenerings- 5 katalysator toepast die gepromoteerd is met een alkalimetaal.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men per 100 g katalysator 0,1-2 g alkalimetaal toepast.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat men als alkalimetaal natrium toepast.

4. Werkwijze volgens een der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat men een palladium- of nikkel-bevattende hydrogeneringskatalysator toepast.

5. Werkwijze volgens een der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat men de reductieve aminering uitvoert bij een temperatuur van 15 150-250°C.

6. Werkwijze volgens een der conclusies 1-5, met het kenmerk, dat men de reductieve aminering uitvoert onder toepassing van 1-15 mol waterstof per mol uitgangsverbinding.

6 PN 3343

7. Werkwijze volgens een der conclusies 1-6, met het kenmerk, dat men 20 de reductieve aminering uitvoert onder toepassing van 1-5 mol ammoniak of primair amine.

8. Werkwijze volgens een der conclusies 1-7, met het kenmerk, dat men een uitgangsprodukt toepast waarbij tussen het koolstofatoom van de carbonylgroep en het koolstofatoom van de carboxylgroep 2 of 3 25 koolstofatomen in de koolstofketen voorkomen.

9. Werkwijze volgens een der conclusies 1-8, met het kenmerk, dat men als uitgangsprodukt een ester toepast.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat men als ester de methyl-, ethyl- of isopropylester toepast.

11. Werkwijze zoals in hoofdzaak is beschreven en/of in de voorbeelden nader is toegelicht.

12. Lactam verkregen onder toepassing van de werkwijze volgens een der voorgaande conclusies. RAP/JB 8105278