JPH11236359A - シス/トランス異性体比が少なくとも70/30である3−アミノメチル−3,5,5−トリメチル−シクロヘキシルアミンを製造する方法 - Google Patents
シス/トランス異性体比が少なくとも70/30である3−アミノメチル−3,5,5−トリメチル−シクロヘキシルアミンを製造する方法Info
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Abstract
30である3−アミノメチル−3,5,5−トリメチル−
シクロヘキシルアミンを製造する。 【解決手段】 3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シ
クロヘキサノンを、20〜150℃の温度および1.5
〜30MPaの圧力で、イミノ化触媒の存在で、アンモ
ニアを用いてイミノ化し、形成される3−シアノ−3,
5,5−トリメチル−シクロヘキサノンイミンを、80
〜160℃の温度および5〜30MPaの圧力下で、ア
ンモニアの存在で、銅および/または元素周期表の第V
III族の金属を含有する触媒上で水素化し、水素化を
酸の存在で実施し、この酸の量が使用される3−シアノ
−3,5,5−トリメチル−シクロヘキサノンに対して
0.1〜2の酸価に相当する。
Description
ノンを、20〜150℃の温度および1.5〜30MP
aの圧力で、イミノ化触媒の存在で、アンモニアを用い
てイミノ化し、3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シ
クロヘキサノン−イミンを形成し、引き続き b)3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキサ
ノン−イミンを、80〜160℃の温度および5〜30
MPaの圧力で、アンモニアの存在で、銅および/また
は元素周期表の第VIII族の金属を含有する触媒上で
水素化することにより、シス/トランス異性体比が少な
くとも70/30である3−アミノメチル−3,5,5−
トリメチル−シクロヘキシルアミンを製造する方法に関
する。
ル−シクロヘキシルアミン(イソホロンジアミン、IP
DA)は、ポリアミドおよびエポキシ樹脂の重要な中間
生成物であり、ポリウレタンの成分として使用される相
当するイソホロンジジイソシアネート(IPDI)を製
造するための中間生成物である。
炭素原子を有し、従って以下の式に示される2個のジア
ステレオ異性体、シス異性体およびトランス異性体の形
で存在する。
ロヘキサノン(イソホロンニトリル、IPN)からアン
モニアの存在で、イミノ化し、引き続き水素化する工程
によりIPDAを製造する際に、生じるIPDAのシス
/トランス異性体比は水素化工程が行われるまで決定さ
れなかった(以下の式を参照)。
る、それというのもドイツ特許出願公開第421145
4号明細書により2個の異性体は、エポキシ樹脂のよう
な重付加樹脂の成分として使用する場合は異なる反応特
性を示すからである。従ってこの理由からシス異性体7
5%を含有するIPDAが達成される反応速度および生
成物特性に関して有利であり、市販のIPDA(および
これから製造されるIPDI)はシス/トランス異性体
比75:25を有する。
にはIPNからIPDAを製造する方法が記載されてい
る。IPNを第1段階でイミノ化触媒として作用する酸
性金属酸化物上でアンモニアと反応させ、3−シアノ−
3,5,5−トリメチル−シクロヘキサノン−イミン(イ
ソホロンニトリルイミン、IPNI)を生じ、引き続き
これを第2段階で水素添加に続いて周知の水素化金属、
有利にはコバルトおよび/またはルテニウム上でアンモ
ニアの存在で水素化してIPDAを形成する。
に記載された方法はIPNからIPDAを製造すること
を可能にし、前記の方法と比較して高い空時収率および
高い化学的収率を有することが示される。従って、ドイ
ツ特許出願公開第4325847号明細書に記載される
ように、イミノ化に酸化アルミニウムまたは二酸化チタ
ンを使用し、水素化に高い活性のコバルト触媒を使用す
る場合は、IPDA98%の収率が達成される。しかし
ながら反応流出物中のシスIPDA濃度は60〜66%
にすぎない。
(第3頁、欧州特許出願公開第449089号明細書に
よる比較例A)には、更にコバルト触媒上で実施される
単一工程の水素化法にNaOHを添加することによりI
PDAの収率を92%から97%に高めることが記載さ
れているが、この場合に異性体比を68:32から6
0:40に低下する結果を生じる。
には、コバルト触媒を使用して、IPNのアミノ化水素
化を、流動床反応器中でルテニウム触媒の存在で、場合
により下流にコバルト触媒の存在で実施する場合に得ら
れる前記のシス/トランス異性体比を有するIPDAを
製造することが可能であると記載されている(前記引用
文献、第5頁、36〜40行)。
%にすぎないIPDAの低い収率を生じることである
(前記引用文献、例9〜11)。
から反応流出物中の少なくとも70:30のシス/トラ
ンス異性体比を達成するために、2つの他の異なる技術
的方法が提案され、その構想は主に異なる温度で2つの
工程で水素化工程を実施することである。
には、3つの空間的に互いにはなれた反応室中で、 a)20〜150℃の温度および5〜30MPaの圧力
で、酸性金属酸化物触媒(=イミノ化触媒)上でIPN
をNH3と反応させ、 b)生じる反応生成物を、第2の反応室中で、50〜1
00℃の温度および5〜30MPaの圧力で、水素化触
媒上で、NH3の存在で、水素を使用して水素化し、か
つ c)生じる反応生成物を、第3の反応室中で、110〜
160℃の温度および15〜30MPaの圧力で、水素
化触媒上で、水素およびNH3の存在で水素化すること
により、高いシス異性体濃度(67%より高い)を有
し、96%以上の収率を生じるIPNからIPDAを製
造する方法が記載されている。
続された水素化圧力反応器により生じる多くの装置の費
用である。
には、反応を2つの工程で、異なる温度で、すなわち最
初に10〜90℃および引き続き90〜150℃の温度
で実施し、2つの工程の温度の差は少なくとも30℃で
あり、第1工程の接触時間を第2工程の接触時間より短
くすることにより、アンモニア、H2および水素化触媒
の存在で、IPNのアミノ化水素化によりIPDAを製
造する際に、シス/トランス異性体比を調節する方法が
記載されている。第1工程の温度を低下することによ
り、シス/トランス異性体比が高まる。欧州特許出願公
開第659733号明細書の実施例により、第2の反応
器の反応温度が120℃であり、第1の反応器の反応温
度より少なくとも30℃低い場合に、少なくとも70:
30のシス/トランス異性体比が達成される。
に接続された水素化圧力反応器による多くの装置の費用
である。
は、技術的に簡単に実施でき、高い化学的収率および高
い空時収率を生じ、シスIPDAの含量を増加する、選
択的に経済的なIPDAの製造方法を提供することであ
る。
シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキサノンを、
20〜150℃の温度および1.5〜30MPaの圧力
で、イミノ化触媒の存在で、アンモニアを用いてイミノ
化し、3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキ
サノン−イミンを形成し、引き続き b)3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキサ
ノン−イミンを、80〜160℃の温度および5〜30
MPaの圧力下で、アンモニアの存在で、銅および/ま
たは元素周期表の第VIII族の金属を含有する触媒上
で水素化することにより、シス/トランス異性体比が少
なくとも70/30である3−アミノメチル−3,5,5
−トリメチル−シクロヘキシルアミンを製造する方法に
より解決され、この方法は、3−シアノ−3,5,5−ト
リメチル−シクロヘキサノン−イミンの接触水素化を酸
の存在で実施し、その際、この酸の量は使用される3−
シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキサノンに対
して0.1〜2の酸価に相当することを特徴とする。
ができる。
30〜130℃、特に50〜100℃の温度および1.
5〜30MPa、有利には10〜25MPaの圧力で、
イミノ化触媒の存在で、過剰のアンモニアと反応させ、
3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキサノン
−イミン(IPM)を形成する。
より少ない範囲の酸価(AN)または0.1〜2,有利
には0.2〜1の範囲のANを有するIPNが使用され
る。
酸を中和するために必要な水酸化カリウムミリグラムの
数を表す(例えばEuropean Pharmaco
peia 第3版、67頁、Deutscher Ap
otheker Verlag Stuttgart−
Govi Verlag−Pharmazeutisc
her Verlag 1997)。ANは以下のよう
に計算する。
初に計量した物質の量(g)であり、nは滴定に必要な
0.1M水酸化カリウム溶液の容積(ml)である。
PNは前記の酸価の定義によりゼロに等しいANを有す
る。
り、0.1〜2の範囲の値に酸価を調整することが可能
になる。例えばIPNを100g当たり2−エチルヘキ
サン酸0.129gと混合すると、滴定によりAN0.5
を有することが示される。
は、適当な量でIPNに添加する場合にIPNのANを
0.1〜2の範囲に調節することが可能であるすべての
酸である。適当な酸はルイス酸およびブレンステッド
酸、有利にはブレンステッド酸およびその混合物、より
有利には6より低いpKs値を有するブレンステッド
酸、特に有利にはモノカルボン酸およびジカルボン酸の
ような有機ブレンステッド酸である。
塩化亜鉛、三フッ化ホウ素、三フッ化ホウ素エーテラー
トのようなルイス酸、燐酸、亜燐酸、および硫酸のよう
な無機酸、メタンスルホン酸およびp−トルエンスルホ
ン酸のようなスルホン酸、ギ酸、酢酸、メトキシ酢酸、
プロピオン酸、カプロン酸、ラウリン酸、安息香酸、フ
タル酸、フェニル酢酸、2−エチルヘキサン酸、コハク
酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、セバシン酸
のようなC1〜C20−カルボン酸、有利には酢酸、2−
エチルヘキサン酸、およびアジピン酸、特に有利には2
−エチルヘキサン酸である。
出願公開第449089号明細書(第2頁、第2欄、1
0〜18行)、欧州特許出願公開第42119号明細
書、Studies in Surface Science and Catalysis 51
巻、1頁以下 (Elsevier 1989)、K.タナベ等、 New
Solid Acids − their catalytic properties、に記載
されるような固体のブレンステッド酸またはルイス酸で
ある。ここで例として、酸化アルミニウム、二酸化チタ
ンおよび二酸化ジルコニウムのような酸性金属酸化物触
媒、またはアンモニウムイオンを装填した無機または有
機のイオン交換体、例えばゼオライトまたはスチレンお
よびジビニルベンゼンのスルホン化コポリマー(例えば
名称、レワタイト(Lewatit)、アンバーライト(Amber
lite))またはシロキサンを基礎とする交換体(例えば
名称、Deloxan)が挙げられる。
イオン交換体を使用する場合は、空間速度は1時間当た
り、触媒1kg当たりIPN0.01〜10kg、有利
には0.05〜7kg、より有利には0.1〜5kgに維
持される。
〜500モル、有利にはNH310〜400モル、より
有利にはNH320〜300モルを使用することは有利
であるが、絶対に必要であるというわけではない。
トラヒドロフランのような溶剤の存在で実施することが
できるが、溶剤を添加せずに運転することが好ましい。
たは圧力容器のカスケード中で、連続的に実施する。特
に有利な実施態様においては、IPNおよびNH3を、
固定床の形でイミノ化触媒が配置されている管状反応器
を通過させる。
(前記の工程a参照)を実施する場合に、工程a)で得
られる反応生成物を引き続く工程b)(以下を参照)で
直接使用する。
酸価を有するIPNを使用して工程a)を実施する場合
に、工程a)で得られる反応流出物に、使用されるIP
Nに対して0.1〜2、有利には0.2〜1の酸価を得る
ために適当な量で酸を添加する。使用可能なおよび有利
な酸の種類に関して、イミノ化工程a)ですでに述べた
同じことが該当する。工程b)を連続的に実施すべき場
合(以下参照)に、酸を連続的に反応器に供給すること
ができる。
して0.1〜2,有利には0.2〜1の酸価に相当する量
の酸を含有する、イミノ化工程で得られる反応流出物
を、第2工程で、(イソホロンニトリルイミンに対し
て)3〜10000モル当量、有利には4.5〜100
モル当量の水素を使用して、場合により引き続き更にア
ンモニアを添加して接触水素化を実施する。
℃、120℃、130℃、140℃または150℃、有
利には120〜150℃で、および圧力5〜30MP
a、有利には10〜25MPaで水素化を実施する。
ト、鉄、銅、ルテニウムおよび/または他の第VIII
B族金属を含有する基本的にすべての水素化触媒であ
る。ルテニウムおよび/またはコバルトおよび/または
ニッケルを含有する触媒を使用することが有利である。
ルテニウムおよびコバルト触媒およびこれらの混合物が
特に有利である。固体触媒としてまたは担体触媒として
触媒活性金属を使用することができる。適当な担体は、
例えば酸化アルミニウム、二酸化チタン、二酸化ジルコ
ニウム、酸化亜鉛、または酸化マグネシウム/酸化アル
ミニウムであり、アルカリ金属およびアルカリ土類金属
の酸化物および水酸化物のような塩基性成分を含有する
担体が有利である。アルカリ金属およびアルカリ土類金
属の酸化物または水酸化物のような塩基性成分を含有す
る、ドイツ特許公開第4325847号明細書および欧
州特許公開第742045号明細書に記載されているよ
うな固体触媒が特に有利である。
用される空間速度(供給物kg/[触媒kg・h])
は、有利には0.01〜5kg/[kg・h]、より有
利には0.02〜2.5kg/[kg・h]、特に0.0
5〜2kg/[kg・h]である。
施する。3−シアノ−3,5,5−トリメチルシクロヘキ
サノンイミン(IPNI)1モルに対してNH35〜5
00モル、有利には10〜400モルおよびより有利に
は20〜300モルを使用する。少なくとも、IPNか
らIPNIを製造する先行する工程a)で調整されるN
H3の前記の速度を選択することが有利である。しかし
ながらNH3濃度はNH 3を更に添加することにより水素
化の前の所望の値に高めてもよい。
トリメチルシクロヘキサノンイミン(IPNI)の水素
化を、例えば圧力密の撹拌容器または撹拌容器のカスケ
ード中で連続的に有利に実施する。特に有利な実施態様
においては、管状反応器を使用し、反応器中で水素添加
を固体の触媒床上で上方にまたは下方に向かう流動モー
ドで実施する。
3−シアノ−3,5,5−トリメチルシクロヘキシルアミ
ン(アミノニトリル)のようななお完全に反応しない成
分を含有し、これがIPDAから蒸留により、単離する
ためのきわめて複雑な手段を必要とする場合は、流出物
を、第3工程(工程c)で、水素およびアンモニアの存
在で、工程b)に記載された水素化触媒上で、反応温度
110〜160℃で、例えば120℃、130℃、14
0℃または150℃で、および5〜30MPa、有利に
は15〜25MPaの範囲の圧力で反応させることがで
きる。使用されるアンモニアおよび水素の供給物は、有
利には工程b)の反応器出口で生じるものと同じであ
る。
含有する管状反応器である工程c)の反応器は、工程
b)で使用されるものより明らかに小さくてもよい。例
えば工程c)の反応器は工程b)の反応器の容積の20
〜40%に等しい容積を有することができる。
場合により水素を、場合により加圧下で反応流出物から
分離する。シス/トランス異性体比が少なくとも70:
30であるこうして得られた粗製IPDAを純粋な物質
として精留により単離することができる。
頁)に記載されるような、第1の反応器(イミノ化反応
器)にγ−酸化アルミニウム400ml(4mm押出
物)を充填し、第2の反応器(水素化反応器)にコバル
ト含量90%を有するコバルト触媒800ml(4mm
押出物)を充填した、2個の相互に接続された管状反応
器に、0.1より低い酸価を有するイソホロンニトリル
(IPN)毎時160gおよび液体のアンモニア毎時4
80gを導入した。水素化反応器の前方で付加的に水素
500l(STP)/hを供給した。注、l(STP)
=標準リットル=標準条件下の容積。両方の反応器中の
圧力は25MPaであり、反応温度は第1の反応器中で
85℃、および第2の反応器中で135℃であった。
によりシス/トランスIPDA異性体比66:34が示
された。
エチルヘキサン酸の添加によりIPNの酸価をIPN1
kg当たりKOH0.5gに調節した。その後反応流出
物中のシス/トランスIPDA異性体比を75:25に
高まり、IPDAの収率は92%であった。
Claims (7)
- 【請求項1】 a)3−シアノ−3,5,5−トリメチ
ル−シクロヘキサノンを、20〜150℃の温度および
1.5〜30MPaの圧力で、イミノ化触媒の存在で、
アンモニアを用いてイミノ化し、3−シアノ−3,5,5
−トリメチル−シクロヘキサノン−イミンを形成し、引
き続き b)3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘキサ
ノン−イミンを、80〜160℃の温度および5〜30
MPaの圧力下で、アンモニアの存在で、銅および/ま
たは元素周期表の第VIII族の金属を含有する触媒上
で水素化することにより、シス/トランス異性体比が少
なくとも70/30である3−アミノメチル−3,5,5
−トリメチル−シクロヘキシルアミンを製造する方法に
おいて、3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シクロヘ
キサノン−イミンの接触水素化を酸の存在で実施し、そ
の際、この酸の量は、使用される3−シアノ−3,5,5
−トリメチル−シクロヘキサノンに対して0.1〜2の
酸価に相当することを特徴とする、シス/トランス異性
体比が少なくとも70/30である3−アミノメチル−
3,5,5−トリメチル−シクロヘキシルアミンを製造す
る方法。 - 【請求項2】 3−シアノ−3,5,5−トリメチル−シ
クロヘキサノン−イミンの接触水素化を酸の存在で実施
し、その際、この酸の量が使用される3−シアノ−3,
5,5−トリメチル−シクロヘキサノンに対して0.2〜
1の酸価に相当する請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 使用される酸がブレンステッド酸または
ブレンステッド酸の混合物である請求項1または2記載
の方法。 - 【請求項4】 ブレンステッド酸が6より低いpKs値
を有する請求項3記載の方法。 - 【請求項5】 使用される酸が有機ブレンステッド酸で
ある請求項3記載の方法。 - 【請求項6】 使用される酸がモノカルボン酸またはジ
カルボン酸またはこれらの混合物である請求項5記載の
方法。 - 【請求項7】 使用される酸が2−エチルヘキサン酸で
ある請求項6記載の方法。
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