JPH11514401A - アミン末端ポリエーテル及びその製造方法 - Google Patents
アミン末端ポリエーテル及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、担体材料上に含浸されたレニウム(原子番号75)、ニッケル、コバルト、硼素及び銅及び/又はルテニウムを含む触媒、及びこの触媒の製造方法を包含し、この方法は、(i)レニウム、コバルト、銅及び/又はルテニウム、硼素及びニッケルを含む金属の混合物を、α−アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、多孔質珪藻土もしくは珪藻土、及びシリカ−チタニアからなる群より選ばれる担体材料上に含浸し、(ii)有効な温度、好ましくは約150 〜約500 ℃において十分な時間、好ましくは約30分〜約6時間、水素の存在下においてこの触媒を加熱することによりこの触媒を活性化することを含む。本発明の他の特徴は、エポキシド、モノオール、ジオール、ポリエーテル、ポリオール、アルコールアミン、ケトン、イミノ化合物、イミノアルコール、エーテルアルコール、及びこれらの混合物を含むポリエーテル誘導体の触媒アミノ化によるアミン生成物の製造方法であり、この方法は、前記低級ポリエーテル誘導体を、有効な温度、好ましくは150 ℃〜約500 ℃及び有効な圧力、好ましくは1000〜5000psig(6895 〜34,478kPag)において、水素及び上記のニッケル−レニウム−コバルト−硼素−銅及び/又はルテニウム触媒の存在下でアンモニア及び/又はアミンと接触させることを含む。
Description
【発明の詳細な説明】
アミン末端ポリエーテル及びその製造方法
本願は、1995年10月4日出願の米国仮出願No.60/004,773 の優先権を主張する
。
本発明は、ポリエーテルアミンの製造に関し、詳細には、還元アミノ化による
ポリエーテルアミンの製造、並びにこうして製造されたポリエーテルアミン及び
その使用に関する。
還元アミノ化は当該分野において周知であり、還元条件下において、好ましく
は水素の存在下における、一価アルコール、多価アルコール、アルコールアミン
、及びこれらのアルコールが誘導される化合物(エポキシド、ケトン及びアルキ
レンイミンを含む)のような脂肪族アルカン誘導体の触媒アミノ化である。
より望ましいアミン生成物は、出発材料においてアミン基が非アミン官能基と
置換しているものである。より重い、さらに置換されたアミン及び複素環窒素化
合物が好ましいポリエーテルアミンより合成される。このより重いアミンは通常
あまり望ましくない副生成物である。
高い選択性には低い転化率が伴う。
高い転化率を維持しつつ選択率の高い触媒を開発することが行われた。例えば
、Burgess らは米国特許第 5,196,588号において、担体材料の3〜30重量パーセ
ントに相当する量の、担体上に担持された2:1〜30:1の原子比のニッケル及
びレニウムを有する触媒を開示した。触媒の活性及び寿命に影響を与えるために
、触媒に所望により存在してもよい種々の金属が報告された。例えば、実施例7
において、硼素の存在はNi−Re−B触媒の活性に有効であるこ
とが報告された。しかし実施例9において、硼素は選択性もしくは活性に必須で
はなく、Ni−Re−Co−B触媒の寿命において役割を果たしているのであろ
うと報告されている。
しかしながら、これらの選択的触媒は、出発材料としてポリエーテルアルコー
ルを用いる場合のような、分子量の高い出発材料を用いる場合にアミンの収率が
とても低い。
他の触媒もポリエーテルアミンをいくらか形成するが、成功率は低い。例えば
、Rathらは米国特許第 5,112,364号において、アンモニア及びある種の1級アミ
ンによるある種のポリエーテルアルコールの還元アミノ化を開示している。この
方法は2級及び3級アミンに適用することができない。Boettgerらの米国特許第
4,014,933号の教示においては、コバルト、ニッケル及び銅触媒によるポリプロ
ピレングリコールを還元アミノ化するためにアンモニアを用いた。Gurgioloの米
国特許第 4,588,840号の教示において、芳香族アミンによりある種のポリオキシ
アルキレンポリオールをアミノ化するために他のコバルト、ニッケル及び銅触媒
が用いられた。
コバルト、ニッケル及び銅触媒の使用は、改良された還元アミノ化法のために
開発されたニッケル/レニウム触媒の認識されている利点を与えない。
本発明により製造されたポリエーテルアミンは多くの用途を有している。他の
化学物質の合成用の中間体としてのその使用に加えて、例えば殺菌剤、殺虫剤、
他の殺生物剤、燃料、洗剤、潤滑油(滑剤)、分散剤、洗浄剤、脱泡剤、腐食防
止剤等において利用される。
本発明は、アリールポリエーテル、アルキルポリエーテル、アリールアルキル
ポリエーテル、ポリエーテルポリオール、及びこれらの混合物を含むポリエーテ
ルアルコールの触媒アミノ化によるポリ
エーテル生成物の製造方法であって、還元アミノ化用触媒、好ましくはニッケル
−レニウム触媒及び水素の存在下において超臨界条件で前記ポリエーテルアルコ
ールをアンモニア及び/又はアミンと接触させることを含む方法である。
本発明の他の態様は、そのアミノ化の生成物、特に下式1又は2の化合物を含
む。
上式中、R1は下式
R8−Ar−(R5)(R6)(R7) 式3a
のヒドロキシアルキルポリエーテル、ヒドロキシアリールポリエーテル又はヒド
ロキシアルキルアリールポリエーテル基であり、ここでArは少なくとも1個の
芳香族環を有し、好ましくは5〜7個の原子(好ましくは炭素原子)を有するが
、所望により少なくとも1個のヘテロ原子(好ましくは窒素又は酸素、より好ま
しくは窒素)を有する芳香族部分であり、例えば1,3−ジアゾール、ピラゾー
ル、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、プリン、プテリジン、チオフェン、オ
キサゾン、ピリジン、ジヒドロキノリン、ベンゾキノリン、ジアザアントラセン
、ナフタレン、フェニル基(ベンゼン環
)及びこれらの組合せを含み、好ましくはフェニル基であり、この場合好ましい
構造は
であり、又はR1は下式
R8-Cy−(R5)(R6)(R7) 式4a
の脂環式ポリエーテルもしくはアルキル脂環式ポリエーテルであり、ここでCy
は、好ましくは少なくとも約4個の炭素もしくはヘテロ原子を有する環式構造を
表し、このヘテロ原子はこのましくは窒素もしくは酸素であり、好ましくは約5
個の原子(主に炭素)を有する。このCy構造の例は、シクロヘキサン、フラン
、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、ピラン、テトラヒドロピラン、ジオキセ
ピン、アセチジン、ジヒドロピロール、ピロリジン、ピロリン、ピロリジノン、
約5〜約7個の環原子(好ましくは環中に約4〜約6個の炭素原子及び1個の窒
素原子)を有する環式ラクタム、及びこれらの組合せであり、好ましくはシクロ
ヘキサンであり、この場合、この分子は下式
で表され、
R2及びR3は同一でも相異なっていてもよく、各々1〜約20個
の炭素原子を有するアルキル、アルキルアミン、アルキルジアミン、又はアルキ
レンポリアミンであり、R4はアニオンであり、例えばハリド、スルフェート、
カーボネート、ホスフェート、カルボキシレートであり、R5、R6及びR7は同
一でも相異なっていてもよく、各々水素、ヒドロキシル、カルボニル、ケトンも
しくは1〜30個の炭素原子を有する炭化水素基であり、R8は2〜8個の炭素原
子を有するアルキレンオキシドもしくはこのアルキレンオキシドの混合物から得
られるポリエーテル鎖(この鎖中に2〜100 個のアルキレンオキシドユニットを
有する)であり、ポリエーテルアミンもしくはポリエーテルアミン誘導体(I)も
しくは(II)の平均分子量Mnはそれぞれ00〜8,000 である。Ar及びCyは好ま
しくは複素環である。式1及び2の化合物は新規であるが、この方法も、R2及
びR3が所望により水素であるその化合物を形成する。これらはそれぞれ式1a
及び2aの化合物と呼ばれる。これらの化合物はCy又はArが複素環である場
合に新規である。
本発明はまた、燃料、好ましくは炭化水素燃料、さらに好ましくはディーゼル
燃料、航空機燃料もしくはガソリン、又はこれらの組合せを含む。燃料1kgに対
し、式1又は2のポリエーテルアミン又はポリエーテルアミン誘導体、又はこれ
らの混合物を少なくとも約1mg、好ましくは1〜2000mg含む。また、潤滑組成物
、腐食防止剤、脱泡組成物、分散剤、殺生物剤、脱泡剤、洗剤、キレート化剤、
及びこれらの組合せ中に式1もしくは2の化合物又はその混合物を同じ量含む。
超臨界条件において、所望のポリエーテルアミンもしくはその誘導体のかなり
高い収率が得られることが見出された。これらの触媒は有利には、他の触媒を用
いて同じ活性及び選択率を達成するために通常用いられるよりも少ない水素及び
/又はアンモニアの使用を
可能にする。従って、超臨界条件はより容易に達成される。アミノ化工程の反応
体及び生成物を破壊せずかつ実施可能な超臨界条件を達成するためには還元水素
レベルが重要である。1995年6月2日出願の米国出願番号08/459,892号に開示さ
れている触媒がこの理由のため特に有効である。
アルコールの還元アミノ化は、水素ガスの存在下におけるアンモニア及び/又
はアミンとアルコールの間の反応を含む。このアミノ化工程は、水素化及び脱水
素化触媒反応からなる。これらの反応のメカニズムは、多くの従来の文献に詳細
に記載されている。アミノ化工程における第一の工程はカルボニル(通常アルデ
ヒド)である中間体を形成する、アルコールの可逆脱水素化であると考えられて
いる。次いでこのアルデヒドは反応混合物中に存在するアンモニアもしくはアミ
ンとの反応によりアミノアルコールに転化される。次いでこのアミノアルコール
は水を失い、イミンを形成する。次いでこのイミンはアミンに水素化される。中
間体であるアルデヒドもしくはイミンが反応混合物中でアミンと反応すると、置
換されたかつより重いアミンが形成する。ポリエーテルアルコール及び置換され
たアルコールが本発明の実施において好ましいポリエーテル誘導体出発材料であ
る。
本発明においてアミノ化され得るポリエーテル誘導体は、アミン基によって置
換可能な官能基を1以上有するポリエーテル誘導体を含む。好ましいポリエーテ
ル誘導体は、6〜500 個、より好ましくは10〜100 個の炭素原子を含むものを含
む。この官能基は1級、2級もしくは3級炭素原子上にあることが好ましく、さ
らに好ましくは2級炭素原子上にある。官能基の少なくとも1つは本発明の触媒
アミノ化工程においてアミン基(例えばアンモニアからのNH2)により置換され
ることができる。好ましい置換可能な官能基は、ヒド
ロキシ、アルデヒド、カルボキシル、ケトン又はイミノ基及びこれらの組合せを
含む。好ましいポリエーテル誘導体出発材料の例は、ポリアルキレングリコール
を含み、ポリアルキレングリコール誘導体はフェノール、ピロリジン、又は他の
芳香族アミン、及び/又はこれらのポリオキシアルキレンアルコールの他の誘導
体により開始されたものを含む。好ましくは、出発材料中の官能基の少なくとも
1つはヒドロキシ基、ケトン、アルデヒド、又はイミノ基である。1以上の官能
基が置換可能である、例えばヒドロキシであり、その基が同じ反応性である場合
、それはほぼ同じ程度まで置換される。しかし、それらの反応性が異なる場合、
アミン基の部位をコントロールするため、反応性の高い部位について置換が起こ
り、又は当該分野において周知の方法によりブロックされる。アミノ化工程はさ
まざまな大きさ及び分子量の化合物に適用可能であるが、本発明の方法は約50を
越える分子量、好ましくは200 を越える分子量の化合物に対して特に有効である
。しかしながら、出発材料はその後の反応もしくは使用を阻害しない程度の分子
量を有するものであることが好ましく、従って、出発材料の分子量は約10000 未
満、より好ましくは約5000未満、最も好ましくは約2000未満である。これらの分
子量は、分子量の分布を有する分子の場合、Mwで示される。置換可能な官能基
と共にもしくは加えて、アミノ化の間に通常置換可能でない官能基がポリエーテ
ル出発材料中に存在していてもよい。例えば、エーテルもしくはポリエーテルア
ルコールは対応するエーテルアミンもしくはポリエーテルアミンに転化される。
好ましい出発材料は、下式5aもしくは5bのポリエーテルアルコール、又は
下式6aもしくは6bのシクロヘキシルポリエーテルもしくはアルキルシクロヘ
キシルポリエーテルのポリエーテルアルコールを含む。
上式中、Cy、Ar、R5、R6、R7及びR8は式3a、3b、4a及び4bに
おいて規定した意味を有する。
もちろん、製造することを望むアミン生成物に応じて、用いる出発材料が選択
される。所望のアミノ化生成物は、出発材料中に存在する少なくとも1つの非ア
ミン官能基を置換する少なくとも1つのアミン基によって、出発材料とは異なっ
ている。
ポリエーテルはアンモニアと、又は所望によりかつ好ましくは、このアンモニ
アに加えてもしくはこのアンモニアに代えて少なくとも1つのアミンと反応する
。触媒の存在下、反応条件においてポリエーテル誘導体と反応するあらゆるアミ
ンが用いられるが、好ましくはこのアミンは1級もしくは2級であり、好ましく
は1〜20個、より好ましくは1〜8個の炭素原子を有し、好ましくは1〜10個、
より好ましくは1〜6個の窒素原子を有する。好ましいアミンは、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、イソプロピルアミン、エチレ
ンジアミン、アニリン、ピペラジン、アミノエチルピペラジン、ジエチレントリ
アミン、トリエチレンテトラアミン、テトラエチレンペンタアミン、ペンタエチ
レンヘキサアミンを含む。2級アミンによるポリエーテル誘導体のアミノ化に対
する本発明の新規用途において、好ましいアミンはジエチルアミン、ジプロピル
アミン、ジブチルアミン、ジイソプロピルアミン、ジイソプロパノールアミン、
エタノールアミン、ジエタノールアミン、ジイソブチルアミン、好ましくはジイ
ソプロピルアミンを含む。
本発明は、レニウム(原子番号75)及びニッケルを含み、好ましくは担体上に
含浸されたコバルト、硼素及び銅及び/又はルテニウムの少なくとも1種を含み
、好ましくはレニウムに対するニッケルの重量比が1〜30の範囲内にあり、コバ
ルトに対するニッケルの重量比が1〜20の範囲内にあり、硼素に対するニッケル
の重量比が1〜20の範囲内にあり、銅及び/又はルテニウムに対するニッケルの
重量比が1〜20の範囲内にあり、ニッケル、レニウム、コバルト、硼素及び銅及
び/又はルテニウムの総重量が担体と金属の総重量の5〜90重量パーセントであ
る触媒を用いる。
有利には、この触媒は固体触媒であり、好ましくは担体表面上に、例えばコー
ティングもしくは含浸により提供された活性物質を有する担持された触媒である
。担体材料は好ましくは、適当な時間で高い収率の生成物を形成するに十分触媒
的に活性でないものである。有効な担体は多孔質であり、好ましくは10〜500 、
より好ましくは100 〜300m2/g の表面積を有する。
この触媒はどのようなサイズもしくは形状であってもよく、例えば粉末、球形
、円錐形ペレット、押出ストリップの形状であっても
よい。この担体の形状は通常、反応の実施に用いられる装置に適した形状によっ
てきまる。例えば直径1/32〜3/16インチの含浸球形ペレット、及び例えば長
さ1/32〜1/2インチの円筒形の押出ストリップが特に有効である。
本発明において、活性アミノ化触媒を与えるあらゆる担体材料が用いられるが
、担体材料は活性Ni−Re触媒を形成するその能力とは関係ない。例えば、大
きな表面積を有するNational Carbon Company 製のCXCカーボンを用いる、カ
ーボンに担持された及びシリカ−マグネシアに担持されたNi−Re触媒はアミ
ノ化反応において触媒活性が低い。好ましい担体は、珪素、アルミニウム、及び
/又はチタンをベースとするもの、好ましくはシリカもしくはアルミナ、特にα
−アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、多孔質珪藻土もしくは珪藻土及びシリ
カ−チタニアをベースとするもの、最も好ましくはシリカをベースとする担体で
ある。
α−アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、多孔質珪藻土もしくは珪藻土及び
シリカ−チタニア担体材料は同じものではない。より活性な触媒を形成する担体
はそれほど厳密でない反応条件、例えば低い反応温度において最適なアミノ化転
化率を達成するものである。従って、これらの担体上のほとんどの上にある本発
明の触媒はアミノ化反応において触媒活性を示し、ある種の担体はより活性な触
媒を与える、すなわち高い反応温度のような厳しい反応条件に耐えることができ
、及び/又は所望の生成物に対する良好な選択率を示すため好ましい。
触媒における担体としての材料の実際の有効性はあらかじめ予想できないが、
例えば、米国特許第 4,123,462号のような還元アミノ化触媒の特許に開示されて
いる方法によって有効性を決定することは当該分野の範囲内である。好ましい担
体のうち、特定の担体材料
の表面積と触媒活性の間にはある種の関係があると考えられる。この関係は、反
応が触媒表面においておこることに起因し、従って反応物質の吸着−脱着により
影響を受けると考えられる。従って、触媒の活性は、ある範囲内では、担体の表
面積、及び担体形状、気孔サイズ及び気孔体積を含む他の表面特性を変えること
によって影響される。通常、表面積の大きな活性担体上の金属の分散度が高いほ
どより活性の高い触媒を与える。
この触媒はニッケル及びレニウムと共に、触媒特性に悪影響を与えない種々の
他の金属を含む触媒を含む。これらの追加金属は、ある種のアミノ化工程におい
て、触媒の選択率及び活性を高めるため又は触媒の活性寿命もしくは他の物理特
性を高めるために用いられる。追加金属成分の例は、コバルト、銅、硼素、ルテ
ニウム、ランタン、カルシウム、マグネシウム、リチウム、ナトリウム、カリウ
ム、クロム、モリブデン、ルビジウム、セシウム、セリウム、鉄、銀、亜鉛、バ
リウム、タングステン、ウラニウム、ストロンチウム、パラジウム、チタン、マ
ンガン、ロジウム及びこれらの組合せを含む。これらのうち、コバルト、硼素、
銅及び/又はルテニウムが好ましい。
この触媒は、含浸された金属が触媒として活性な形態に添加される方法によっ
て活性化される。この活性化は所望により、、合金形成、金属の正確な相配向、
及び/又は金属の酸化レベルの調節を含む。活性化工程は所望により、当該分野
の範囲内の還元法を含む。触媒は、反応を行う前に還元され、次いで触媒活性及
び機能を保持するために反応の進行の間に連続的に還元されることが多い。還元
が不十分であると、触媒表面において水素が消耗し、反応が遅くなる。
好ましい活性化法は、触媒と接触している水素雰囲気の使用を含
む。この水素は有利には、高温において、好ましくは少なくとも約150 ℃、より
好ましくは約350 ℃、そして好ましくは約600 ℃未満、より好ましくは約500 ℃
未満の温度において、30分〜8時間、より好ましくは3〜6時間、触媒上に供給
される。還元のための特定の条件は活性化される触媒組成によってきまる。
活性化工程の前もしくは後に、この触媒は所望により焼成される。好ましい焼
成工程において、この触媒は200 ℃〜500 ℃の温度に約45分〜約3時間、もしく
は必要によりそれ以上加熱される。この焼成は空気中で行うことが好ましい。
前記の乾燥工程を、所望により焼成工程もしくは活性化工程で置き換えてもよ
い。また、そのような場合、焼成及び/又は活性化工程と同時に乾燥すると考え
られる。
本発明に適したニッケル−レニウム触媒は当該分野において周知のものであり
、Bestらの米国特許第 4,111,840号に開示されているものを含む。好ましい触媒
は、Burgess らの米国特許第 5,196,588号に開示されているもの及びChang らの
米国特許出願番号08/459,892号に開示されているものであり、このうち、Chang
らに開示されているものが最も好ましい。
本発明において好ましい触媒の量は、反応体の相対比、反応条件、並びに所望
の転化度及び選択率を含む多くの因子によって異なる。さらに、触媒の量は触媒
自身、例えばその金属含量、活性及びエージによっても異なる。この方法に用い
られる触媒の量は、所望の反応を与えるに十分な量である。
アルカン誘導体のアミノ化の反応条件は当該分野において周知であるが、触媒
の活性及び他の特徴によっていくらか異なる。しかしながら、当該分野において
教示されているアルカン及びアリールアルカン誘導体のための好ましい条件は、
高収率でポリエーテル誘導
体を還元アミノ化するためには不十分であることが見出された。
ポリエーテル誘導体を還元アミノ化するためには超臨界条件が好ましい。当業
者は化学物質の超臨界相について周知であろうが、これは超臨界抽出について一
般に用いられている。超臨界条件は周知の式又は市販されているソフトウェア、
例えばAspen 及びHysim を用いて種々の混合物について計算することができる。
この反応は、高圧下、有利には所望の温度において超臨界相中に所望の量の水
素及びアンモニア及び/又はアミンを維持するに十分な圧力で行われる。この圧
力は少なくとも約20気圧(2026kPa)、好ましくは少なくとも約1800psig(12,413lP
a)、より好ましくは少なくとも約2400psig(16,550kPa)、最も好ましくは少なく
とも約3000psig(20,688kPa)である。好ましくはこの圧力ははなはだしく大型の
装置を必要とする圧力よりも低く、約400 気圧(40,530pKa)未満であることが好
ましい。
この反応の好ましい温度は、出発材料、反応体の比、及び用いる触媒の活性に
よってきまる。この温度は有利には、超臨界相を与えるに十分であるが多くの副
生成物を形成させるには不十分な温度である。通常、本発明の方法の反応温度は
120 ℃〜500 ℃である。そのような温度は有利には、少なくとも約120 ℃、好ま
しくは少なくとも約150 ℃、より好ましくは少なくとも約160 ℃、最も好ましく
は少なくとも約170 ℃である。また、多量の副生成物を避けるため、この温度は
好ましくは約250 ℃未満、より好ましくは約225 ℃未満、最も好ましくは約200
℃未満である。
反応体は所望により、液体、超臨界液又は気体である供給流体として供給して
よい。反応ゾーンからの反応生成物流も液体、超臨界液又は気体であってよい。
この供給流体及び反応生成物流は同じ物理状態である必要はない。例えば、反応
体流は所望により気体であ
ってよく、反応生成物流は液体であってよい。反応体流は生成物を与える量で供
給することが好ましく、液体空間速度(LHSV)(時間あたりの触媒を含む反応器の
体積で割った総供給体積)は少なくとも約0.05往復時間であり、有利には0.05〜
2、好ましくは0.1 〜1.5 、より好ましくは0.25〜1、最も好ましくは約0.5 〜
約0.75往復時間である。
所定の転化率を維持するため、反応体であるポリエーテル誘導体の供給速度の
増加に従ってこの方法の他の因子を1以上変える、例えば触媒活性もしくは温度
を高める。最も一般的には、例えばポリエーテル誘導体供給速度の増加に伴い温
度を高めることによって所定の転化率が維持される。しかし、温度が高いほど副
生成物の量が多くなり、従って、最適の結果を達成するようLHSVは温度と均衡が
保たれる。
アミノ化反応ゾーンへの供給流は、反応体であるポリエーテル誘導体、アンモ
ニア及び/又はアミン、及び水素を含む。反応体であるポリエーテル誘導体は所
望により不純物を含んでいてもよい。
反応ゾーンへの供給流は、アンモニアもしくはアミンを含んでいてもよい。理
論的に、置換される官能基、例えばヒドロキシル基の1モルユニットに対し、1
モルユニットのアンモニアもしくはアミン(1級もしくは2級)が必要である。
しかし、過剰のアンモニアもしくはアミンの存在により、線状化合物の形成に都
合がよい。エネルギー消費によりアンモニアもしくはアミンの量に制限がある。
従って、ポリエーテル誘導体の総量に対するアンモニア及び/又はアミンのモル
比は有利には少なくとも約1:1〜約50:1、好ましくは約1:1〜約40:1、
より好ましくは約1:1〜約25:1、最も好ましくは約1:1〜約12:1である
。本発明の利点の1つは、本発明の触媒の選択性のため、必要なアミン及び/又
はアンモニア
の量がひかくてきわずかに過剰であるのみであることである。例えば、4:1の
モル比は所望の生成物に対して高い選択率を与える。
ポリエーテル誘導体反応体に対するアンモニアもしくはアミンの重量比を高め
ると、あるタイプの反応基においては反応の活性もしくは転化率が高まることが
見出された。この場合、過剰のアンモニアもしくはアミンは触媒の有効表面を低
下させると考えられている。
この反応に用いられるアンモニアもしくはアミンは所望により無水物であって
よく、又は少量の水を含んでいてもよい。
アミノ化反応ゾーンには水素も供給される。本発明のアミノ化法に存在する水
素ガスの量は問題ではない。有利には、水素は触媒を活性状態に維持するに十分
な量加えられる。しかし、水素の量が少ないほど、超臨界状態を保つために好ま
しい。好ましいアミノ化法は、アンモニア及び/又はアミンに対する水素のモル
比が0.01より高く、好ましくは1.0 より低いような量で水素が存在する場合に行
われる。より好ましくは、水素は、アンモニア及び/又はアミンの総モル数を基
準として少なくとも約0.5 モルパーセントの量で供給され、最も好ましくはこの
割合は約1.0 〜約10パーセントである。有利には、本発明の触媒は、還元アミノ
化について工業上有効な触媒よりも少ない水素濃度で作用する。従って、超臨界
状態は適切な圧力において得ることができる。
アミノ化反応供給流は所望により、所定量の水を含んでいてもよい。この水は
、出発材料であるポリエーテル誘導体がアミノ化された際に形成されることが多
い。アミノ化供給流中の水含量は、このアミノ化供給流の重量を基準として0〜
10重量パーセントもしくはそれ以上であり、好ましくはこの水含量はアミノ化供
給流の総重量を基準として0〜5重量パーセントに維持される。
窒素、ヘリウム、メタンのような不活性ガスもこの反応に供給してよい。その
ような不活性ガスは所望により、反応温度の制御及び所望の圧力の維持に用いら
れる。
本発明の方法は、好ましくは連続法で行われ、より好ましくは供給体が粒状触
媒の層を通過する反応器において行われる。この反応器は所望により、順流又は
逆流反応器であってよく、所望により流動層又は固定層を有していてもよい。こ
の触媒層は所望により、例えば層全体に分散された及び/又は層の最後もしくは
中間において別の層を形成する不活性粒子を含んでいてもよい。好ましくは、触
媒層を通過する流れは実質的に閉流(plug flow)である。
本発明の還元アミノ化法は、加熱手段を有するどのような装置で行ってもよい
。この方法は所望により、連続的に又はバッチで行われる。連続装置において、
連続法は反応体を触媒と接触させて連続的に流すため攪拌手段は必要ない。しか
し、バッチ法においては攪拌手段が好ましい。
本発明より得られるポリエーテルアミン生成物組成物は、所望により組成物の
個々の成分を回収するために分離手段に付される。具体的方法は、米国特許第 5
,196,588号(Burgessら)、米国特許第 4,400,539号(Gibson ら)、米国特許第 4,4
04,405号(Winters)及び米国特許第 3,151,115号(Moss ら)に開示されている。
本発明の方法により製造されるポリエーテルアミン誘導体は、ポリウレタン、
エポキシ樹脂、燃料及び滑剤添加剤、並びに洗剤用途に有効なアミン末端ポリオ
ールを含む。
ポリエーテルアミンは、その溶解度及び燃料インジェクタに対する洗浄効果の
ため、燃料及び滑剤添加剤として特に有効である。従って、これは燃料インジェ
クタを有するエンジン用のガソリン及び他の燃料において特に有効である。燃料
添加剤としてのアンモニア
及び1級アミン末端ポリエーテルの使用は当該分野の範囲内であり、Rathらの米
国特許第 5,112,364号に説明されている。
本発明は、Rathらの教示とは異なり、2級アミンでキャップされたポリエーテ
ルの形成に適用することができる。これらの化合物のうち好ましいものは、特に
式1及び2により表されるものである。これらの化合物は、燃料に溶解した際に
驚くべき溶解性を示すため燃料添加剤として使用することが好ましい。これは熱
安定性及び燃料系に対する洗浄効果という他の驚くべき特性を有している。
以下の実施例は本発明を説明するものであり、限定するものではない。比、部
、及びパーセントは特に示さない限り重量基準である。本発明の実施例は数字で
示し、本発明の実施例ではない比較例はアルファベットで示す。
アミノ化もしくは転化率は反応体生成物もしくは副生成物のモルパーセントを
示すために用いる。所望の生成物に対し高いアミノ化率、好ましくは約5モルパ
ーセント以上、より好ましくは約50モルパーセント以上、最も好ましくは約70モ
ルパーセント以上に維持することが重要である。
実施例I:Ni/Co/Cu/Re/B を含む触媒によるアミノ化における超臨界条件の効果
の説明触媒の製造
118gのNi(NO3)26H2O、10.2g のNH4ReO4、29.5g のH3BO3、34.5g のCo(NO3)26H2
O、及び25.6g のCu(NO)25H2O を400ml の蒸留水中に含む熱い溶液を製造した。
事前に乾燥した触媒担体(U.O.P.より商品名SAB-17として市販入手可能なアルミ
ナ担体)50g を真空下で500ml の丸底フラスコに入れた。次いで、200ml の触媒
溶液を担体に加えた。よく混合後、含浸された担体を120 ℃で2時間再び乾燥
し、第二バッチの200ml の触媒溶液で上記のようにして含浸した。完全に含浸さ
れた担体を120 ℃で2時間再び乾燥し、炉内で300 ℃において3時間焼成した。
得られた触媒は48/14/14/14/10のNi/Co/Cu/Re/B 金属重量比を有し、Ni/Co と
Ni/Cu の重量比は3.4 であった。総金属量は約50重量パーセントであった。触媒の活性化
触媒をチューブ状の活性化チャンバーに入れ、触媒層全体に純粋なH2流(450m
l/min)を均一に流した。チャンバー内の温度を徐々に加熱し、320 ±15℃に3時
間保った。次いで加熱を止め、連続水素流の下で触媒を冷却させた。活性化され
た触媒(総金属量50重量パーセント)を窒素充填したドライボックス内に使用ま
で保存した。プラグフロー反応器評価
触媒の失性を防ぐため、窒素を充填したドライボックス(O2lは10ppm 未満)
内で、9500psi(65500kPa)/5500°F(260 ℃)において、Autoclave Engineerより
市販入手可能な、内径1インチ(25.4mm)、容量100ml のプラグフローに触媒(44g
/75ml)を入れた。触媒の上下にセラミックスビーズ(1/8")を充填し、触媒層が反
応器の一定の温度ゾーンに配置されるようにした。
この触媒を180 〜210 ℃の一定の温度、1200〜3000psig(8273 〜20684kPag)の
圧力に保った。
流速は、ポリオール(分子1個あたり1個のヒドロキシル基を有し、約1500の
分子量を有する、ブチレンオキシドより製造したポリブチレンをベースとするポ
リエーテルポリオール)については0.2〜1.0ml/min であり、アミン(イソプロ
ピルアミン(IPA)及びジイソプロピルアミン(DIPA)については0.11〜0.54ml/min
であり、H2
については2〜193sccm(標準立方センチメートル/分)であり、これにより、2
〜11のアミン/OHモル比2〜86%H2の総モル数、及び0.16〜0.8 のLHSV(液
体時間空間速度)(LHSVはポリエーテルポリオールの体積/触媒総の体積/時間
である)を与える。この結果を表1に示す。過剰のアミン(IPA 及びDIPA)及び
/又はアンモニアは70℃において真空にすることによりポリオール生成物から除
去した。最終生成物を酸滴定及びカーボン13C NMRスペクトル(Bruker 250 MHz)
により分析した。
表1のデータは、超臨界相条件が達成されなかった比較サンプルA25 〜F25 で
は生成物の収率が低く、一方1G25及び1H25における超臨界条件は高収率のポリエ
ーテルアミンを与えた。これらの例において、超臨界条件は温度を209 〜210 ℃
に高め、圧力を2400psig(16,500kPag)に高め、そして水素濃度を24〜86モルパー
セントに低下させることによって達成された。
A27 〜C27 及び例1D27〜1O27において、水素量はとても低く保ち、一方圧力は
高かった。温度は200 ℃に耐火させ、分解を不正だ。Ni/Re/B/Co/Cu を有する好
ましい触媒はそのような低い(例えば6〜24モルパーセント)水素レベルにおい
て有効に達成され、分解を防ぐに十分な温度において超臨界条件を得るためには
水素レベルが重要であることが見出された。
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フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 FI
C10L 1/22 C10L 1/22 B
C10M 149/00 C10M 149/00
C11D 1/62 C11D 1/62
3/30 3/30
3/37 3/37
// C10N 30:04
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.ポリエーテル誘導体の触媒アミノ化によるポリエーテルアミンの製造方法 であって、前記ポリエーテル誘導体を、水素及び還元アミノ化触媒の存在下にお いて超臨界条件でアンモニア及び/又はアミンと接触させることを含む方法。 2.還元アミノ化触媒がニッケル/レニウム触媒である、請求項1記載の方法 。 3.温度が約120 ℃〜約500 ℃である、請求項2記載の方法。 4.ポリエーテル誘導体が約6〜約500 個の炭素原子、及びアミン基によって 置換可能な少なくとも1個の官能基を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記 載の方法。 5.アミン基によって置換可能な各官能基が、ヒドロキシ基、アルデヒド基、 ケトン基、イミノ基、及びこれらの組合せより独立に選ばれる、請求項4記載の 方法。 6.ポリエーテル誘導体がポリアルキレングリコール、フェノールにより開始 されるものを含むポリアルキレングリコール誘導体、ピロリジンもしくは他の芳 香族化合物、ポリオキシアルキレンアルコール、並びにこれらの誘導体及び混合 物である、請求項5記載の方法。 7.ポリエーテルがアリールポリエーテルであり、このアリールポリエーテル の各環構造が約5〜約7個の炭素原子及びアミン基によって置換可能な少なくと も1個の官能基を有する、請求項5記載の方法。 8.アリールポリエーテル誘導体が、アリールエーテル、ポリアリールエーテ ルポリオール、アリールメチルエーテル、アリールエチルエーテル、アリールプ ロピルエーテル、アリールブチルエーテ ル、アリールペンチルエーテル、アリール、及びこれらの組合せより選ばれる、 請求項7記載の方法。 9.アリール基の各々が5〜30個の炭素原子を有する、請求項8記載の方法。 10.各アリール基がフェニル、又はメチルフェニル、ジメチルフェニル、トリ メチルフェニル、エチルフェニル、ジエチルフェニル、メチルエチルフェニル、 プロピルフェニル、メトキシフェニル、及びエトキシフェニルを含む置換フェニ ルより独立に選ばれる、請求項9記載の方法。 11.ポリエーテル誘導体が少なくとも1種のアミンと反応される、請求項2〜 10のいずれか1項に記載の方法。 12.アミンが1〜約10個の炭素原子及び1〜約10個の窒素原子を有する、請求 項11記載の方法。 13.アミンがメチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、 エチレンジアミン、アニリン、ピペラジン、アミノエチルピペラジン、ジエチレ ントリアミン、トリエチレンテトラアミン、テトラエチレンペンタアミン、ペン タエチレンヘキサアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン 、イソプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、ジイソプロパノールアミン、エ タノールアミン、ジエタノールアミン、ジイソブチレンアミン、及びこれらの組 合せを含む、請求項12記載の方法。 14.アミンがジイソプロピルアミン及び/又はイソプロピルアミンを含む、請 求項13記載の方法。 15.圧力が約20気圧(2026kPa)以上約400 気圧(40,530kPa)以下である、請求項 1〜14のいずれか1項に記載の方法。 16.温度が約180 〜約210 ℃であり、圧力が約2000型約4000psig(13790〜2757 9kPa)である、請求項15記載の方法。 17.全ポリエーテル誘導体に対するアミンのモル比が少なくとも約1:1〜約 50:1である、請求項1〜16のいずれか1項に記載の方法。 18.触媒が少なくとも約101b/ft3(160kg/m3)の量で用いられる、請求項1〜17 のいずれか1項に記載の方法。 19.アミンに対する水素のモル比が0.01より高くかつ1:1未満である、請求 項1〜18のいずれか1項に記載の方法。 20.ポリエーテルアミンが下式1又は2を有する、請求項1〜19のいずれか1 項に記載の方法。 (上式中、R1は下式 R8-Ar-(R5)(R6)(R7) 式3a のヒドロキシアルキルポリエーテル、ヒドロキシアリールポリエーテル又はヒド ロキシアルキルアリールポリエーテル基であり、ここでArは少なくとも1つの 芳香族環を有する芳香族部分であり、又はR1は下式 R8-Cy-(R5)(R6)(R7) 式4a の脂環式ポリエーテル又はアルキル脂環式ポリエーテルであり、こ こでCyは少なくとも約4個の原子を有するあらゆる環式構造を表し、 R2及びR3は同一でも相異なっていてもよく、各々1〜20個の炭素原子を有す るアルキル、アルキルアミン、アルキルジアミン、又はアルキレンポリアミンで あり、 R4はアニオンであり、 R5、R6及びR7は同一でも相異なっていてもよく、各々水素、ヒドロキシル 、カルボニル、ケトン又は1〜約30個の炭素原子を有する炭化水素基であり、 R8は2〜約8個の炭素原子を有するアルキレンオキシド又はこのアルキレン オキシドの混合物より得られる、2〜約100 個のアルキレンオキシドユニットを 鎖内に有するポリエーテル鎖である) 21.Arが1,3-ジアゾール、ピラゾール、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン 、プリン、プテリジン、チオフェン、オキサゾン、ピリジン、ジヒドロキノリン 、ベンゾキノリン、ジアザアントラセン、ナフタレン、フェニル基(ベンゼン環 )、及びこれらの組合せより選ばれ、Cyがシクロヘキサン、フラン、テトラヒ ドロフラン、ジオキソラン、ピラン、テトラヒドロフラン、ジオキセピン、アゼ チジン、ジヒドロピロール、ピロリジン、ピロリン、ピロリジノン、約5〜約7 個の環原子(好ましくは約4〜約6個の炭素原子及び1個の窒素原子)を有する 環式ラクタム、及びこれらの組合せより選ばれる、請求項20記載の方法。 22.下式1又は2の化合物。 (上式中、R1は下式 R8-Ar-(R5)(R6)(R7) 式3a のヒドロキシアルキルポリエーテル、ヒドロキシアリールポリエーテル又はヒド ロキシアルキルアリールポリエーテル基、又は下式 R8-Cy-(R5)(R6)(R7) 式4a の脂環式ポリエーテル又はアルキル脂環式ポリエーテル基であり、ここでArは 芳香族基であり、Cyは環式基であり、 R2及びR3は同一でも相異なっていてもよく、各々1〜20個の炭素原子を有す るアルキル、アルキルアミン、又はアルキレンジアミンであり、 R4はアニオンであり、 R5、R6及びR7は同一でも相異なっていてもよく、各々水素、又は1〜約30 個の炭素原子を有する炭化水素基であり、 R8は2〜約8個の炭素原子を有するアルキレンオキシド又はこのアルキレン オキシドの混合物より得られる、2〜約100 個のアルキレンオキシドユニットを 鎖内に有するポリエーテル鎖である) 23.Arが複素環である式3aの部分を有する、請求項22記載の化合物。 24.Cyが複素環である式4aの部分を有する、請求項22記載の化合物。 25.請求項22記載の化合物を、組成物1kgに対し少なくとも1mg 含む、燃料組成物、滑剤組成物、腐食防止剤組成物、洗剤組成物、又は分散剤組 成物。 26.燃料添加剤、滑剤添加剤、腐食防止剤添加剤、殺生物剤添加剤、分散剤添 加剤又は脱泡剤添加剤としての請求項22記載の化合物の使用。
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