JPH0576461B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

発明の背景 産業上の利用分野 本発明は化学作用のある光（actinic light）及
び明記したハロゲン化アンモニウム光触媒の作用
によつてＮ−Ｈ結合をオレフインの二重結合に付
加することによりオレフインとアンモニア或は第
一又は第二アミンとから脂肪族、脂環式、複素環
式脂肪族及び芳香族アミンを製造する方法に関す
る。 従来技術 従来技術のアミン製造法はニトリル、ニトロ化
合物等の還元か或はアミノ基が他のいくつかの官
能基、例えばアルコールにおける水酸基、アルキ
ルクロラド又はブロマイドにおけるクロロ又はプ
ロモ基、アルデヒド又はケトンのカルボニル基に
おける酸素、又はエーテルにおけるアルコキシ基
に代る反応を包含するものであつた。オレフイン
からのアミンの直接合成は官能基を含有するこれ
らの中間化合物の必要を回避しかつ所望の生成物
アミンの単離及び精製を簡単にする。 米国特許2772271号は過酸化物又は光の存在に
おいてアミンとアルフアーオレフインとを反応さ
せてアミンのアルフア炭素原子にオレフインの付
加を生ずる方法を開示する。同様に、米国特許
3492353号にはアミンがトリメチルアミンであり、
かつ遊離基触媒或は石英放電ランプ〔224nm（ナ
ノメートル）を超えて発光する〕の化学線の存在
において行われる類似反応の開示内容が載つてい
る。この反応も同様にオレフイン分子をアミノ窒
素に対しアルフアの炭素原子へ付加するに至る。
デイ．プライス−スミス（D.Bryce−Smith）等
〔Angew.Chem.，Intl'l Ed.，13巻、341頁（1974
年）〕は第一及び第二アミンのベンゼンへの１，
２−及び１，３−光付加（Photoaddition）につ
いて報告している。エフ．デイ．ルユイス（F.D.
Lewis）及びテイ．ホー（T.Ho）〔JACS、99巻、
7991頁（1977）〕、エム．カワニシ及びケー．マツ
ナガ〔J.Chem.Soc.Chem、Comnun、313頁
（1972年）〕はジアルキルアミンを活性オレフイン
スチルベンに光化学付加させてとりわけＮ，Ｎジ
アルキル−１，２−ジフエニルエチルアミンを低
収率（15−20％）で生成することを報告してい
る。ルユイス及びホーは低エネルギーの単色光
（313nm）及び約290nmを超える波長だけを透過
させる装置を使用した。米国特許2749279号に開
示されているように、非破裂電気放電の作用又は
化学作用のある光による照射下でアンモニアニア
をベンゼン、トルエン又はキシレンに反応させて
それぞれアニリン、トルイジン及びキシリジンに
加えて水素を生成することは二重結合への付加を
包含しない。 発明の供述 本発明は、液相において、160nmを超えて始ま
る発光スペクトルを有する光の作用下及びヨウ化
アンモニウム又は臭化アンモニウム光触媒の存在
において、第一又は第二アミン又はアンモニアと
１個又はそれ以上の非芳香族性炭素対炭素二重結
合を有するオレフインとを反応させてアミン又は
アンモニアのＮ−Ｈ結合をオレフインの二重結合
へ付加することを含むアミンの製造法を指向する
ものである。 発明の考察 本発明の方法は以下の全体反応によつて示すこ
とができる：

【化】 本方法はヨウ化アンモニウム又は臭化アンモニ
ウムの光触媒及び発光が約160nmを超えて始まる
スペクトル領域で大きな出力を有する化学線の人
工光源によつて行う。 この目的のために用いる反応装置及びランプは
通常化学作用のある光を通過させる慣用の石英ガ
ラス壁を有する容器から成るので、実際上低い方
の波長端は通常慣用の石英ガラスの光透過カツト
オフによつてきめられる（180nmぐらい）。無定
形シリカ或は合成シリカガラス（160nmぐらいの
カツトオフ）は慣用の石英ガラスよりも一層短い
波長の紫外線を透過させるから、本方法の装置の
容器壁の石英ガラス又はランプガラスに代えて無
定形シリカ或は合成シリカガラスを使用すること
が（一層高価であるが）有利である。かかる合成
シリカから成るガラスは、ヘラユース アマーシ
ル（Heraeus Amersil）により商標シユプラシ
ル（Suprasil）下で及びコーニング（Corning）
ガラスカンパニーよりコーニング第7940号として
売り出されている。 160−200nmの範囲で発光するランプの代表例
はジユウテリウムランプ、低圧水銀−アルゴンラ
ンプ、高エネルギーキセノンフラツシユランプで
ある。高エネルギーキセノンフラツシユランプ
は、その高エネルギー強度及び180−220nmの範
囲における大きな出力の故に特に有効である。
200−1400nmの範囲で発光する高圧水銀ランプを
含むより高いスペクトルの領域における発光を生
ずるランプもまた化学作用のある光の有効な光源
となる。 本明細書中で言う光触媒は160nmよりも低い光
に感応するが、かかる放射は実際性の範囲外であ
る。現在において、最も優良なグレードの石英ガ
ラスでさえ、160nmにおいて及びそれよりも低い
所では極めてわずかな透過率を有するにすぎな
い。加えて、この及びより短い波長の放射を発生
させるランプの値段は手が出せないほど高価であ
る。 本発明の光触媒反応は、反応体を直射日光に十
分な時間露呈させ得るならば起きるが、この形の
化学線は放射線を集中させるある人工手段が無け
れば強度が非常に低いのでプロセスは実用的価値
を持たない。 本発明の光触媒はヨウ化アンモニウム及び臭化
アンモニウムである。これらのハロゲン化物はア
ミン又はアンモニア反応体に対して触媒的に有効
な任意の量で使用することができ、好ましい量は
アミン又はアンモニア１モル当り少くとも0.01モ
ルからアミン又はアンモニア反応体におけるハロ
ゲン化物の溶解度限界までの範囲である。通常、
アンモニア又はアミン対光触媒のモル比は20：１
〜500：１であり、100：１〜400：１の比が好ま
しい。転化率及び収率を改良するために明記した
光触媒を個々に又は組合わせて使用することがで
きる。好適な光触媒はヨウ化アンモニウムであ
る。製造方法の結果としてハロゲン化アンモニウ
ム中に存在するかもしれないすべての光吸収ケト
ン不純物は、アミンへのオレフイン転化に大きな
影響を与えるので、通常塩の再結晶によつて除去
しなければならないことがわかつた。 本発明で用いる如き「ヨウ化アンモニウム及び
臭化アンモニウム光触媒」なる用語は、本明細書
中に開示するプロセスの条件下でアンモニアと反
応するヨウ化物又は臭化物の化合物を包含する。
例えば、アルキルアイオダイド又はプロマイド、
反応性金属アイオダイド又はプロマイド、例えば
ヨウ化第二鉄、臭化第二鉄、ヨウ化スズ、臭化ケ
イ素等はアンモニアによりそれぞれのハロゲン化
アンモニウムを形成し、アミノ化サイクルにはい
つてオレフインからアミンを生ずる。 塩化アンモニウム及びフツ化アンモニウムは、
それらの使用がアミン生成物の化学量論収率を生
ずるにすぎないので、助触媒であつて真の触媒で
はないことがわかつた。加えて、塩化アンモニウ
ムの使用により塩酸塩状の生成物アミンを生成
し、アミンを回収しかつおそらく生成した塩化ア
ンモニウム塩を循環させるプロセスの条件下でア
ミン生成物を遊離させることは困難である。 Ｎ−Ｈ結合を含有する適当な反応体はアンモニ
ア及び種々の第一及び第二アミンである。かかる
アミンの具体例はメチルアミン、ジメチルアミ
ン、エチルアミン、ジエチルアミン、ｎ−プロピ
ルアミン、イソプロピルアミン、ジ（ｎ−プロピ
ル）アミン、ジ（イソプロピル）アミン、ｎ−ブ
チルアミン、ジ（ｎ−ブチル）アミン、sec−ブ
チルアミン、ジ−（sec−ブチル）アミン、イソブ
チルアミン、ジ（イソブチル）アミン、ベンチル
及びそれ以上のアルキルアミン；脂環式アミン、
例えばシクロヘキシルアミン；芳香族アミン、例
えばアニリン、Ｎ−アルキルアニリン、ジフエニ
ルアミン、ナフチルアミン、トルイジン；複素環
式アミン、例えばピロリジン、モルホリン、ピペ
リジン；置換アミン、例えばアルカノールアミ
ン；ポリアミン、例えばエチレンジアミン、1.6
−ヘキサンジアミドを包含する。 好ましいＮ−Ｈ含有反応体は、商業的意義のた
めに、アンモニア、モノ−及びジ−アルキル
（C₁−C₆）アミンである。特に好ましいＮ−Ｈ含
有反応体はアンモニアである。 本プロセスに適したオレフイン系化合物は１つ
又はそれ以上の非芳香族性炭素−炭素二重結合を
内部及び／又は末端に有する化合物を包含する。
かかる化合物の具体例はエチレン、プロピレン、
１−ブテン、２−ブテン、イソブチレン、１−ペ
ンテン、２−ペンテン、３−メチル−１−プテ
ン、２−メチル−１−プテン、２−メチル−２−
プテン、いくつかの可能なヘキセン、それ以上の
アルケン（例えばドデセン）、シクロプテン、シ
クロペンテン、シクロヘキセン、シクロヘプテ
ン、シクロペンタジエン、シクロヘキジエン、シ
クロオクタジエン、プタジエン、２−メチル−
１，３−プタジエン、２−クロロ−１，３−プタ
ジエン、シクロドデカトリエン、アクリロニトリ
ル、塩化ビニル、メチルビニルエーテル、アリル
アルコール、フランである。 基に隣接し遊離基を安定化させ得る二重結合は
活性化されていると言われ、かつこれらは通常非
活性化（unachivated）二重結合よりもずつと容
易に反応する。 本プロセスに好ましいオレフインは、商業的意
義から、２〜18の炭素の非活性化アルケンであ
る。エチレンは、それから作られるアミンが有用
であることに基づき、特に好ましい。 Ｎ−Ｈ含有反応体及びオレフインは任意に種々
の基（例えば、−OH、−ハロゲン化物、−CN）で
置換することができるが、かかる基はプロセスを
妨げないことを条件とする。 本発明の方法を実施する温度は反応体の凝固温
度よりも高い〜約40℃の範囲であつて、その範囲
内の任意の都合のよい温度を用いることができ
る。−10°〜10℃の範囲の温度が好ましい。温度が
低い程、エチレン等のガス状オレフインの液体ア
ンモニア又はアミンへの溶解度を大きくさせる。 オレフインの量とアミン又はアンモニア反応体
の量との比は反応体が過剰に使用されかつ反応媒
質として機能する範囲により広範囲にわたつて変
わり得る。通常、オレフインの過剰は紫外線によ
つて誘起される重合により損失に至り得るので、
アミンを過剰に用いるのが一層適当である。アン
モニア又は出発アミン対オレフインのモル比は
１：１〜50：１の範囲になることができ、５：１
〜15：１の範囲の比が好ましい。 反応は液相において行い、かつアンモニア又は
アミンとオレフインとの蒸気圧の合同である全圧
は大気近くから600psig（42Kg／cm²Ｇ）を超える範
囲になり得る。通常の範囲は約０〜約500psig（約
０〜約35Kg／cm²Ｇ）である。 ハロゲン化アンモニウム触媒を含有する液体ア
ンモニア又は液体アミンへのオレフインの溶解度
は通常低く、かつ反応速度を向上させるためにオ
レフインの溶解度を改善するのに、普通、比較的
に非極性の有機材料を極性の無機又は有機溶媒中
に分散させるのに用いられる型の不活性な可溶化
剤が用いられてきた。例は紫外線の作用下で分解
しないか或は反応体のいずれとも反応しないアル
キル−又はアリール置換のアンモニウム、ホスホ
ニウム又はスルホニウム塩を包含する。使用する
のに好ましい材料はテトラアルキルアンモニウム
アイオダイド又はテトラアルキルアンモニウムプ
ロマイド特にテトラ−ｎ−ブチルアンモニウムア
イオダイド、テトラ−ｎ−ブチルアンモニウムプ
ロマイド、テトラ−ｎ−ヘプチルアンモニウムア
イオダイドである。 例 以下の例は本発明の方法を例示するもので、液
相か或はガス相において連続プロセスで反応体及
び光触媒を導入し、かつ出発物質から生成物を分
離する公知の方法により使用することができる装
置で行う。 例１〜８の各々において、紫外線光源はキヤン
ラツド−ハイビア社（Canrad−Hanovia，Inc.）
製の550−ワツトの高圧水銀ランプであつた。ラ
ンプは222.4nmよりも低い〜1367.3nmを超える発
光スペクトルを有する。反応体を混合室中暗がり
で0.5時間（例７、１時間）循環させることによ
つて予備混合して適度の混合を確実にしかつ混合
物を約７〜８℃に冷却し、次いで反応混合物を光
源下で４時間照射した。 例の反応は空気の存在しないかつ水分の存在し
ない環境において行つた。装置は反応体を加える
前に純窒素で清浄にし、乾燥し、パージした。紫
外線が酸素の存在において形成され得るオゾンに
吸収されることによつて損失されるのを回避する
ために、反応装置と水銀ランプを収容する反射シ
リンダーとの間の空隙をも窒素でパージした。 例１〜８の各生成物アミンをガスクロマトグラ
フイー分析、赤外分光光度分析、プロトン核磁気
共鳴スペクトル分析、ヘキサフルオロアセトン誘
導体のF₁₉−核磁気共鳴スペクトル分析によつて
同定した。全てのエチルアミン及びプロピルアミ
ンを生成物混合物のバルク蒸留によつて単離し、
かつ大部分の液体生成物は元素分析を受けた。分
析結果は「転化パーセント」及び「収率パーセン
ト」として報告する。「転化パーセント」は反応
を受けて変化したオレフインのパーセントであ
る。「収率パーセント」は所望のアミンを形成し
たオレフイン反応生成物のパーセントである。
「収率パーセント」はある程度のオレフインの望
ましくない副生物への起り得る転化を考慮に入れ
ている。 例 １ ヨウ化アンモニウム0.068モルをアンモニア
18.2モルに溶解して循環反応装置系に装入した。
該系は混合及び冷却室として働く高さ30cmの１リ
ツトルステンレススチール円筒形受槽と、溶液に
化学作用のある光を通すための石英壁を有する高
さ24cm、外形2.5cmの反応装置と、循環ポンプと
から成るものであつた。石英反応装置の外部に高
圧水銀ランプがあつた。反応装置とランプの両方
を高さ76cm、外形18cmの反射ステンレススチール
シリンダーの中に納めた。次いで、エチレンを系
に圧力が250psig（18Kg／cm²Ｇ）に達するまで装入
し、かつエチレン6.4モルがアンモニアに溶解さ
れたことがわかつた。混合期間中、反応は観測さ
れなかつた。次いで、循環高圧（自己発生の）液
状反応体混合物を水銀ランプの紫外線にさらし
た。照射後の反応混合物の分析はエチレン転化率
６％及びモノエチルアミンの収率99％以上を示し
た。 例 ２ プロピレン2.38モル及びテトラ−ｎ−ブチルア
ンモニウムアイオダイド0.014モル（プロピレン
の液体アンモニア相への溶解性を促進するため）
の初期添加後、ヨウ化アンモニウム0.068モルを
アンモニア11.8モルに溶解し、かつ混合物を例１
で説明した反応装置系に装入した。循環ポンプに
おけるキヤビテーシヨンを防止するために系の圧
力を窒素で250psig（18Kg／cm²Ｇ）にもたらした
〔自己発生圧は７℃で170psig（12Kg／cm²Ｇ）であ
つた〕。照射後、生成物混合物の分析はプロピレ
ンの転化率３％、ｎ−プロピルアミンの収率99％
以上を示した。 例 ３ 例１で説明した反応装置系に、アンモニア11.8
モルと、イソブチレン1.64モルと、ヨウ化アンモ
ニウム0.068モルとの混合物を装入した。加えて、
イソブチレンの液体アンモニア相への溶解性を促
進するためにテトラ−ｎ−ブチル−アンモニウム
アイオダイド0.014モルを加えた。液体混合物を、
その250psig（18Kg／cm²Ｇ）の圧力を窒素で保つて
照射した後、生成物混合物の分析はイソブチレン
の転化率1.3％及びイソブチルアミンの収率99％
以上を示した。 例 ４ 例１で説明した反応装置系に、シクロヘキセン
1.2モルと、アンモニア11.8モルと、ヨウ化アン
モニウム0.068モルとの混合物を装入した。また、
シクロヘキセンの液体アンモニア相への溶解性を
促進するためにテトラ−ｎ−ブチルアンモニウム
アイオダイド0.014モルを加えた。窒素を加えて
高圧〔250psig（18Kg／cm²Ｇ）〕を保つた。照射後、
生成物混合物の分析はシクロヘキセンのシクロヘ
キシルアミンへの転化率3.4％を示した。 例 ５ 例１で説明した反応装置系に、ジメチルアミン
6.6モルと、ヨウ化アンモニウム0.069モルとの混
合物を装入した。エチレンを系に圧力が250psig
（18Kg／cm²Ｇ）に達するまで装入し、かつ0.64モ
ルが溶液に溶解した。紫外（U.V.）線に露呈し
た後、生成した生成物溶液の分析はエチレンの転
化率4.1％及びジメチルアミンの収率99％以上を
示した。 例 ６ 臭化アンモニウム0.102モルをアンモニア26.47
モルに溶解し、混合物を例１で説明した反応装置
系に装入した。次いで、エチレンを系に圧力が
250psig（18Kg／cm²Ｇ）に達するまで装入した；こ
れらの条件下で、エチレン0.36モルがアンモニア
相に溶解されたことがわかつた。化学作用のある
光に露呈した後、混合物の分析はエチレンの転化
率９％及びモノエチルアミンの収率98％以上を示
した。 例 ７ 単一バス、加圧フイード反応装置系に取り付け
た３リツトル貯蔵シリンダーにヨウ化アンモニウ
ム1.00モルをアンモニア90.5モルに溶解して装入
した。該系はアンモニアにエチレンを飽和させる
ための細流（trickle）床チラー系と、化学線光
を通す外径１インチ（2.5cm）、長さ24インチ
（0.1cm）のチユーブ型石英反応装置と、液体アン
モニア及びガス状エチレン用流量制御器と、生成
物混合物を保有するためのステンレススチール受
槽とから成るものであつた。反射シリンダーは、
例１で説明したように反応装置系と高圧水銀ラン
プの両方を納めた。系をエチレンで200psi（14
Kg／cm²）に予備加圧し、アンモニア−ヨウ化アン
モニウム溶液を系に速度２〜200mls／分で供給
した。これらの条件下で、合計0.64モルのエチレ
ンがアンモニア−ヨウ化アンモニウム溶液に溶解
された。流れ（flowing）溶液が紫外線に１時間
露呈され、これにより平均のエチレン転化率６〜
10％及びモノエチルアミンの収率平均90％以上を
生ずることが算定された。ガス状エチレンの最適
流量範囲は１〜2000c.c.／分（STP）であり、か
つアンモニア−ヨウ化アンモニウム溶液の最適流
量は0.01〜200c.c.／分であつた。生成物混合物を
慣例的に蒸留してアミンを回収した。 例 ８ 系をエチレンで260psi（18Kg／cm²）に予備加圧
した以外は例７を繰り返した。この手順はエチレ
ン転化率平均６〜10％、モル比７：１のモノとジ
エチルアミン及び定量されない少量のトリエチル
アミンの収率平均90％以上を生じた。 例 ９ 本例は大気圧、30°〜40℃の範囲内の温度、21
時間の反応時間で触媒（ヨウ化アンモニウム）の
存在する場合としない場合の第三ブチルアミン
1.48モルとシクロヘキセン0.3モルとの２つの反
応について得たＮ−ｔ−ブチルシクロヘキシルア
ミンの収率を以下の表中に報告する。反応は250
mlの容量を有する実験室石英反応装置〔ニユージ
ヤージー、ビネランド、エースガラス社（Ace
Glass Inc.）−カタログ番号7840）で行つた。プ
ロセスの間、窒素を反応混合物に通してバブルさ
せ（bubble）、かつ機械的攪拌器を中位の速度で
作動させた。反応用の光エネルギーを450−ワツ
トハノビア（Hanovia）U.V.ランプ（カタログ
番号6515−34／6531−14）によつて供給した。こ
のランプの全エネルギーの47.6％が222.4〜
366.0nmの範囲のU.V.スペクトル領域で放出され
る。 これらの２つの反応の総括収率は前の例で挙げ
た収率と、総括収率を転化率と収率との積と考え
ることができる点で異る。総括収率はガスクロマ
トグラフイー分析で、反応混合物中の生成物につ
いてのピーク面積を合成サンプル中の実生成物の
量のピーク面積と比較することによつて得た。生
成物サンプルの等容量をガスクロマトグラフ（熱
伝導率検出器）に注入した。

【表】 上記のデータからヨウ化アンモニウムがこの反
応についての総括収率を倍以上にしたことがわか
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液相において、160nmより長い波長を有する
   発光スペクトルを有する化学作用のある光の存在
   において、かつヨウ化アンモニウム又は臭化アン
   モニウム光触媒と接触させて、アンモニア又は第
   一又は第二アミンと一個又はそれ以上の非芳香族
   性炭素対炭素二重結合を有するオレフインとを反
   応させてアンモニア又はアミンのＮ−Ｈ結合をオ
   レフインの二重結合に付加することを含むアミン
   の製造方法。 ２ 光触媒がヨウ化アンモニウムである特許請求
   の範囲第１項記載の方法。 ３ 光触媒が臭化アンモニウムである特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 ４ オレフインが２〜18の炭素原子を有するアル
   ケンである特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５ Ｎ−Ｈ含有反応体がアンモニア或はモノ−又
   はジアルキルアミン（ここで、アルキル基は１〜
   ６個の炭素原子を有する）である特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ６ 反応をオレフイン反応体に対し不活性な可溶
   化剤の有効量の存在において行う特許請求の範囲
   第１項記載の方法。 ７ 反応圧が０〜35Kg／cm²Ｇ（０〜500psig）の範
   囲である特許請求の範囲第１項記載の方法。 ８ 反応を無定形シリカガラス壁を有する反応装
   置容器内で行う特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ９ Ｎ−Ｈ含有反応体がアンモニア或はモノ−又
   はジアルキルアミン（ここで、アルキル基は１〜
   ６個の炭素原子を有する）である特許請求の範囲
   第２項記載の方法。 １０ オレフインが２〜18の炭素原子を有するア
   ルケンである特許請求の範囲第９項記載の方法。 １１ 反応を無定形シリカガラス壁を有する反応
   装置容器内で行う特許請求の範囲第１０項記載の
   方法。