JP2000302771A - 環状アルキレンイミン類の製造方法 - Google Patents

環状アルキレンイミン類の製造方法

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JP2000302771A
JP2000302771A JP11116170A JP11617099A JP2000302771A JP 2000302771 A JP2000302771 A JP 2000302771A JP 11116170 A JP11116170 A JP 11116170A JP 11617099 A JP11617099 A JP 11617099A JP 2000302771 A JP2000302771 A JP 2000302771A
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reaction
catalyst
alumina
titanium
cyclic
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Kazuhiro Nishijima
一裕 西嶋
Sadakatsu Suzuki
貞勝 鈴木
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Tonen Chemical Corp
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Tonen Sekiyu Kagaku KK
Tonen Chemical Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 1,4−アルカンジオール及び/又は環状エ
ーテルとアンモニア又はアルキルアミンとをアルミナ触
媒の存在下に反応させて環状アルキレンイミン類を得る
方法において、環状アルキレンイミン類の選択率及び収
率を向上させる触媒を用いる方法を提供。 【解決手段】 1,4−アルカンジオール及び/又は環
状エーテルとアンモニア又はアルキルアミンをアルミナ
にチタン及び/又は又はランタンを坦持した触媒の存在
下に気相接触反応を行うことを特徴とする環状アルキレ
ンイミン類の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、環状アルキレンイ
ミン類の製造方法に関し、特に、1,4−アルカンジオ
ール及び/又は環状エーテルとアンモニア又はアルキル
アミンとを触媒の存在下に気相接触反応させて環状アル
キレンイミン類を製造する方法及びその触媒に関する。
【0002】
【従来の技術】環状アルキレンイミン類は、医農薬中間
原料として有用な化合物であると共に、特にピロリジン
は、脱水素して得られるピロールを重合したポリピロー
ルをコンデンサーに用いたり、パイプラインの閉塞防止
用インヒビターとしてのポリアクリロイルピロリジンの
原料等として有用な化合物である。ピロリジンの一般的
製造方法としては、テトラヒドロフラン(THF)など
の環状エーテルとアンモニアとを気相で反応する方法が
多数開示されている(特開平1−268681号公報、
特開平3−14570号公報等)。
【0003】1,4−アルカンジオールとアンモニアと
を気相で反応させて環状アルキレンイミン類を得る方法
としては、特開平10−237054号公報に記載され
ているようにアルミナ等の固体酸性金属酸化物触媒の存
在下に反応させる方法があるが、反応温度が高温になる
と副反応が起こりやすく、特に、1,4−アルカンジオ
ールとして1,4−ブタンジオールを用いた場合は、
1,4−ブタンジオールがブタジエンと水に分解した
り、いったん生成したピロリジンが、生成するテトラヒ
ドロフランと反応してピロリジノブテン類が容易に生成
し、ピロリジンの選択率がそれほど高くならないという
問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、1,
4−アルカンジオール及び/又は環状エーテルとアンモ
ニア又はアルキルアミンとをアルミナ触媒の存在下に反
応させて環状アルキレンイミン類を得る方法において、
環状アルキレンイミン類の選択率及び収率を向上させる
触媒を用いる方法及び触媒を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために鋭意研究の結果、1,4−アルカンジ
オール及び/又は環状エーテルとアンモニア又はアルキ
ルアミンとを気相接触反応させて環状アルキレンイミン
類を合成する際のアルミナ触媒にチタン及び/又はラン
タンを坦持させることによって、環状アルキレンイミン
類の選択率、収率を向上させることができることを見出
し、本発明を完成した。すなわち、本発明は、1,4−
アルカンジオールとアンモニア又はアルキルアミンをア
ルミナにチタン及び/又はランタンを坦持した触媒の存
在下に気相接触反応を行うことを特徴とする環状アルキ
レンイミン類の製造方法及びその触媒である。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明で原料として用いる1,4
−アルカンジオールとしては、1,4−ブタンジオール
(BDOと略記することがある)の4つの炭素原子上の
水素原子が、それぞれ独立に水素、アルキル基、アルキ
レン基、アリール基より選ばれる置換基を有しているも
のを挙げることができる。具体的には、1,4−ブタン
ジオール、1,4−ペンタンジオール、1,4−ヘキサ
ンジオール、2,5−ヘキサンジオール、4,4−ジメ
チル−2,5−ヘキサンジオール等が挙げられる。これ
らの中で1,4−ブタンジオール(BDO)が好適に用
いられる。また、環状エーテルとしては、テトラヒドロ
フラン(THFと略記することがある)、メチルテトラ
ヒドロフラン、テトラヒドロピラン、ジオキサン等が挙
げられる。これらの中でテトラヒドロフラン(THF)
が好適に用いられる。
【0007】また、本発明で用いる他方の原料として
は、アンモニア又はアルキルアミンが用いられる。アル
キルアミンとしては、メチルアミン、エチルアミン、プ
ロピルアミン、ブチルアミン等の炭素数1〜4の一級の
低級アルキルアミンが使用される。
【0008】本発明で用いられる触媒としては、固体酸
性を示すアルミナを基礎とする固体にチタン及び/又は
ランタンを坦持した触媒を使用する。アルミナを基礎と
する固体の形状、表面積、細孔分布等に特に制限はな
く、粉末のままでもよいし、必要に応じてペレット、ビ
ーズ、リングや破砕型などの形状に成形したものでもよ
い。
【0009】本発明で用いるアルミナにチタン及び/又
はランタンを坦持した触媒の製法としては、チタン及び
/又はランタンの塩類化合物(例えば、塩化物、硝酸
塩、硫酸塩、有機酸塩などの化合物)の水溶液又はアル
コール溶液にアルミナを浸漬して、チタン化合物及び/
又はランタン化合物をアルミナに含浸させた後、焼成し
て坦持触媒を製造することができる。
【0010】アルミナに坦持するチタンの坦持量は、ア
ルミナの0.05〜5.0重量%、好ましくは0.1〜
3.0重量%である。チタンの添加量が0.05重量%
未満では、ブタジエン、ピリジノブテン類が多量に生成
し、5.0重量%を超えると、副生物抑制効果が変わら
ず触媒コスト高となる。また、アルミナに坦持するラン
タンの坦持量は、アルミナの0.05〜5.0重量%、
好ましくは0.5〜3.0重量%である。ランタンの添
加量が0.05重量%未満では、ブタジエン、ピリジノ
ブテン類が多量に生成し、5.0重量%を超えると、副
生物抑制効果が変わらず触媒コスト高となる。なお、チ
タン及びランタンの両方を添加する場合の坦持量は、そ
の総和が上記範囲に入るようにする必要がある。
【0011】本発明の気相接触反応においては、その反
応様式は、特に限定されず、バッチ式反応であっても流
通式反応であってもよいが、気相流通系が好ましく、固
定床式、流動床式のいずれの方式も用いることができ
る。
【0012】本発明の反応において、反応温度は、20
0〜500℃が好ましく、特に280〜400℃が好ま
しい。反応温度が200℃未満では、反応の進行が遅
く、500℃を超えると環状アルキレンイミン類の選択
性の低下および触媒の失活が著しい。
【0013】本発明の反応において、反応圧力は、特に
制限されず、減圧下であっても加圧下であってもよい
が、気相流通系で本発明の反応を行う場合は、反応速度
及び選択率の面から加圧下で反応を行うのが好ましい。
気相流通系の加圧下で本発明の反応を行う場合は、反応
原料の分圧と生成物の分圧の合計が0.5〜50kg/
cmGで反応を実施するのが好ましく、特に1〜30
kg/cmGで反応させるのが好ましい。分圧の合計
が50kg/cmG以上では、原料の1,4−アルカ
ンジオールが露点に達するため好ましくない。
【0014】本発明の反応において、アンモニア又はア
ルキルアミン/1,4−アルカンジオール又は環状エー
テルのモル比は、1〜50が好ましく、特に2〜20が
好ましい。モル比が1未満であると、環状アルキレンイ
ミン類の選択性が低くなり、50を超えると生産性が低
下し、かつ回収するアンモニア又はアルキルアミン量が
多くなり工業的にも望ましくない。
【0015】本発明の反応を気相流通系で行う場合は、
反応時間に相当する空間速度(標準状態における供給ガ
ス全量(リットル)/触媒量(リットル)/時間)は、
100〜7000hr−1が好ましく、特に200〜4
500hr−1が好ましい。空間速度が100hr−1
未満であると、生産性が低く、7000hr−1を超え
ると原料転化率が小さくなるため好ましくない。
【0016】本発明の反応において、必要に応じて副反
応を抑制するために、上記1,4−アルカンジオール及
び/又は環状エーテルとアンモニア又はアルキルアミン
の原料成分を反応させる際、反応系に水を添加して反応
させることもできる。添加することのできる水の量は、
水モル量/原料の1,4−アルカンジオール又は環状エ
ーテルのモル比が0.3〜25が好ましく、特に0.5
〜15が好ましい。水のモル比が原料に対して0.3未
満であると環状アルキレンイミン類の選択性が低下し、
25を超えると空時収率が低下するので好ましくない。
なお、水は上記の水の量に相当する量であれば、水蒸気
の状態で原料に添加することもできる。
【0017】上記のような触媒、反応条件で、1,4−
アルカンジオール及び/又は環状エーテルとアンモニア
又はアルキルアミンを反応させると、1,4−アルカン
ジオール又は環状エーテルの転化率は高く、得られた環
状アルキレンイミン類と共生して存在する及び/又は原
料THF類との反応によるピロリジノブテン類の副生反
応を抑えることができ、環状アルキレンイミン類を高生
産率で製造できる。
【0018】
【実施例】以下に本発明について実施例を挙げてさらに
詳細に説明するが、本発明は実施例に特に限定されるも
のではない。なお、実施例における空間速度、転化率、
収率、選択率は次のようにして求めた。 (1)空間速度:25℃、常圧における供給ガス全量
(リットル)/触媒(リットル)/時間で求めた。 (2)BDO転化率:(1−単位時間当たりの反応管出
口未反応BDOモル数/単位時間当たりの反応管入口供
給原料中のBDOモル数)×100(%) (3)THF収率:(単位時間当たりの反応管出口生成
物中のTHFモル数/単位時間当たりの反応管入口供給
原料中のBDOモル数)×100(%) (4)THF転化率:(1−単位時間当たりの反応管出
口生成物中のTHFモル数/単位時間当たりの反応管入
口供給原料中のTHFモル数)×100(%) (5)ピロリジン(PD)収率:単位時間当たりの反応
管出口生成物中のPDモル数/単位時間当たりの反応管
入口供給原料中のBDO又はTHFモル数)×100
(%) (6)ピロリジン(PD)選択率:単位時間当たりの反
応管出口生成物中のPDモル数/(1−単位時間当たり
の反応管出口未反応BDOモル数−単位時間当たりの反
応管出口生成物中又は未反応のTHFモル数)×100
(%)
【0019】触媒調製例1 硝酸ランタン6水和物3.12gをイオン交換水100
mlに溶解した溶液に、γ−アルミナ(クライテリオン
社製X−CY(1.6)押し出し成型品を破砕し、0.
71〜1.41mmの範囲に篩い分けたもの)100g
を添加した。この時のランタン量は、γ−アルミナの
1.0重量%に相当する。室温にて4時間浸漬した後、
混合液をロータリーエバポレーターに移し、60℃にて
緩やかに回転させながら約1時間で水を蒸発させること
により、アルミナにランタンを含浸した。その後、得ら
れた固体を焼成炉に入れ、窒素気流下にて約1時間かけ
て400℃まで昇温し、400℃にて3時間保った。引
き続き、流通させるガスを空気に切り替え、さらに1時
間焼成することによりランタン坦持触媒を得た。
【0020】触媒調製例2 チタニウムテトライソプロポキシド1.782gをモレ
キュラーシーブで脱水したイソプロパノールに溶解した
溶液に、触媒調製例1と同じγ−アルミナ100gを添
加した。この時のチタン量は、γ−アルミナの0.3重
量%に相当する。室温にて4時間浸漬した後、緩やかに
攪拌しつつイオン交換水1000mlを約30分かけて
徐々に滴下した。その後、混合液をロータリーエバポレ
ーターに移し、70℃にて緩やかに回転させながら約2
時間で水及びイソプロパノールを蒸発させることによ
り、アルミナにチタンを含浸した。その後、得られた固
体を焼成炉に入れ、空気気流下にて約3時間かけて40
0℃まで昇温し、400℃にて3時間焼成することによ
りチタン坦持触媒を得た。
【0021】実施例1 内径10mmのSUS−316製反応管に触媒調製例1
で得たランタン坦持アルミナ触媒2mlを充填した。触
媒層上部には、15〜20メッシュのけい砂を充填し、
蒸発予熱帯とした。反応管は外部に設置した環状電気炉
を用いて加熱し、触媒層及び蒸発予熱帯を所定の温度に
保つように調節した。反応管上部よりアンモニアガスを
流通し、350℃にて1時間保持した。その後、350
℃にてアンモニア、BDOを反応管上部より供給した。
アンモニアとBDOのモル比を5:1、空間速度760
hr−1となるようにアンモニアとBDOの供給速度を
制御した。反応開始4〜5時間後のBDO転化率は10
0%、THF収率は10.1%、PD収率は74.5
%、PD選択率は82.8%であった。
【0022】実施例2 触媒調製例2で得たチタン坦持アルミナ触媒を用いた以
外は、実施例1と同様にしてピロリジンの製造反応を行
った。反応開始4〜5時間後のBDO転化率は100
%、THF収率は6.7%、PD収率は78.6%、P
D選択率は84.2%であった。
【0023】実施例3 触媒調製例2で得たチタン坦持アルミナ触媒を用い、反
応温度370℃にてアンモニアとBDOのモル比15:
1、空間速度2030hr−1で供給した以外は、実施
例1と同様にしてピロリジンの製造反応を行った。反応
開始4〜5時間後のBDO転化率は100%、THF収
率は1.8%、PD収率は83.2%、PD選択率は8
4.7%であった。
【0024】実施例4 THFを原料とし、空間速度を880hr−1とした以
外は、実施例1と同様にしてピロリジンの製造反応を行
った。THF転化率は92.3%、PD収率は75.0
%、PD選択率は81.2%であった。
【0025】実施例5 THFを原料とし、空間速度を880hr−1とした以
外は、実施例2と同様にしてピロリジンの製造反応を行
った。THF転化率は97.0%、PD収率は80.8
%、PD選択率は83.2%であった。
【0026】比較例1 触媒調製例で用いたアルミナを坦持処理せずにそのまま
触媒として用いた以外は、実施例1と同様にしてピロリ
ジンの製造反応を行った。反応開始4〜5時間後のBD
O転化率は100%、THF収率は8.9%、PD収率
は72.3%、PD選択率は79.4%であった。
【0027】比較例2 THFを原料とし、空間速度を880hr−1とした以
外は、比較例1と同様にしてピロリジンの製造反応を行
った。THF転化率は95.1%、PD収率は65.7
%、PD選択率は69.1%であった。
【0028】
【発明の効果】本発明の1,4−アルカンジオール及び
/又は環状エーテルとアンモニアとをチタン及び/又は
ランタンを坦持したアルミナ触媒の存在下に反応させて
環状アルキレンイミン類を製造する方法は、副生反応を
抑えることにより、環状アルキレンイミン類の収率の向
上、副生物の低減を図ることができる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1,4−アルカンジオール及び/又は環
    状エーテルとアンモニア又はアルキルアミンとをアルミ
    ナにチタン及び/又はランタンを坦持した触媒の存在下
    に気相接触反応を行うことを特徴とする環状アルキレン
    イミン類の製造方法。
  2. 【請求項2】 アルミナにチタン及び/又はランタンを
    坦持した触媒がチタン及び/又はランタンがアルミナに
    対して0.05〜5重量%坦持された触媒である請求項
    1記載の環状アルキレンイミン類の製造方法。
  3. 【請求項3】 アルミナにチタン及び/又はランタンを
    0.05〜5重量%坦持した環状アルキレンイミン類製
    造用触媒。
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