JPS5888346A - ジニトリルをオメガ−アミノニトリルに選択的に水素化する方法及びそのためのロジウム担持触媒 - Google Patents

ジニトリルをオメガ−アミノニトリルに選択的に水素化する方法及びそのためのロジウム担持触媒

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JPS5888346A
JPS5888346A JP57188087A JP18808782A JPS5888346A JP S5888346 A JPS5888346 A JP S5888346A JP 57188087 A JP57188087 A JP 57188087A JP 18808782 A JP18808782 A JP 18808782A JP S5888346 A JPS5888346 A JP S5888346A
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adiponitrile
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スチ−ブン・エリオツト・ダイヤモンド
フランク・マ−ズ
アンドリユ−・スザルキ−ウイツツ
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、第■族金属含有触媒を用いて、アジポニトリ
ル等のニトリル類をイータ−アミノカプロニトリル等の
オメガ−アミンニトリルに選択水素化することに関する
第■族金属は、有機化合物の各種水素化のための周知の
触媒である。アジポニトリルのへキサメチレンジアミン
への完全水素化は通常鉄、ニッケル及び/又はコバルト
触媒を用いて行なわれるが、白金又はパラジウム触媒も
提案されている。ジアミンは、ナイロン−66等二酸−
ジアミン型ポリアミドの製造用に広く用いられてはいる
が、ジニトリルから部分水素化生成物であるイータ−ア
ミノカプロニトリルを製造することも望ましいであろう
。本化合物をカプロラクタムに環化し5重合によりナイ
ロン−6の製造が可能だからである。
ある種の第■族金属又は錯体を用いて選択水素化せんと
する試みは幾つか行なわれてきたが、適度の転化率でイ
ーターアミノカプロニトリルその他のオメガ−アミノニ
トリルへの転化率が高く且つ取扱い容易で再循環が好都
合な触媒による方法は見出されていなかった。
ロジウムの水素化に関する実用的用途が見出されている
例は極く僅かである。ロジウム金属自身及び不活性担体
上に支持した酸化ロジウム並びに無機ロジウム塩はある
種の用途に用いられてきた。
斯かる不活性ロジウムを用いる方法例は、ピー、エヌ、
ライランター(P、N、 Rylander )の「有
機合成に於ける触媒水素化J (OatalyticH
ydrogenation in Brganic 5
ynthesis )にューヨーク、1979年)に記
載されてイル。
しかしながらロジウム基触媒がジニトリルをアミンニト
リルに選択的に水素化することは知られていなかった。
Y、Takagi他のrscientific Pap
ers In5titutePhysical & C
hemical ResθarCb  (Japan 
)、61巻第3号114−17頁(1967年)」は、
二) IJル類を非担持のロジウム触媒で水素化する方
法を開示している。これは特に、塩化ロジウムの熱水溶
液に水酸化ナトリウムを各種量添加して調製した水酸化
ロジウムを、アジポニトリルの水素化触媒として使用し
たものである。該参照文献の第■表は、水酸化ナトIJ
ウムの添加量を増大すると−\キサメチレンジアミンの
収量を増加させ゛るが、結局は反応速度が低下すること
を示している。
水酸化リチウムは秀れた添加剤であった。塩化ロジウム
を硝酸ナトリウムで溶融・調製した酸化ロジウムを用い
た場合の収率は、大多数が80チ以下との報告であった
エム、フライフエルダー(M、Frθ1feldθr)
他のJ、Am、 Ohem、 Soc、 、第82巻第
2386−2389頁(1960年)は、アルミナ上5
チロジウムを用いて脂肪族ニトリル類特に3−インドー
ルアセトニトリルを水素化したものである。2級アミン
の生成を抑制するためアンモニアを存在させたが、これ
はロジウムの触媒活性も減少させた。アンモニアは、2
級アミンの生成を抑制すること及びその他の第■族金属
触媒の活性を減少させることが知られている。
米国特許第2,208,598号及び第2,257,8
14号(両者共リグビイ(Rlgby )、Dupon
t社1940年)及びドイツ特許第836,938号(
1952)、同第848,654号(1952)及び同
第954,416号(1956)(以上全3件BASF
 )は、ラネーニッケル及び鉄を包含する各種触媒を用
いてジニトリル類からオメガ−アミノニトリル類を製造
する方法を開示しているが、その触媒の中に白金族は含
まれていない。米国特許第2,762,835号(スワ
ードフ(Swordloff)、CθlanθBe社−
1956年)も参照されたい。
イタリヤ特許第845,999号(Montecati
niEdison S、P、A、 1969年)は、ア
ジポニトリルより炭素原子が1乃至2個少ないジニトリ
ル類(例えばスクシノニトリル)をロジウム触媒及びア
ンモニアの存在下で水素化し、オメガーアミノニ) +
Jルを製造する方法、を開示している。
しかしながら上記諸特許はいずれも、ジニトリル高転化
率下で(ジアミン及び2級アミンの選択率に比べ)アミ
ンニトリルの選択率が高く、触媒回転率(furnov
er )が犬且つ触媒寿命が長い方法を提供するもので
はない。
ある種の無機ロジウム化合物が、ジニトリル類をオメガ
−アミノニトリル類に水素化する際の触媒作用を有する
ことは発見されていた。従って本発明は、約20乃至約
200℃の反応温度で、化学式Neo−(C!H2)n
−C!EN(nは1乃至10の整数)のジニトリルを、 a)存在するジニトリルに対し少くとも等モル量のアン
モニア、 b)非プロトン性のジニトリルの溶剤、及びC)塩基性
アルミナ、塩基性トリア、アルカリ土類金属酸化物及び
アルカリ土類金属炭酸塩からなる群から選択される塩基
性担体上のハロゲン化ロジウムを、約50℃乃至約10
0℃の第1温度にて強塩基水溶液で加水分解して水酸化
ロジウム担持物を製造し、該水酸化ロジウム担持物を減
圧下約50℃乃至約250℃の第2温度で乾燥し、乾燥
した水酸化ロジウム担持物を約200乃至約400℃の
第3温度で水素化することにより調製したロジウム−含
有触媒、 の存在下に少くとも約1気圧の分圧の水素と反応させる
こと、及び化学式N三C=(CH2)n−NH2なるオ
メガ−アミノニトリルを主生成物として回収することか
らなるオメガ−アミノニトリルの製造法を包含するもの
である。
本発明の方法にて反応物として使用するジニトリルは、
アジポニトリル(上一式にてnが4)又はnが1乃至1
0にわたって変化するような炭素原子3乃至12のその
他の類似ジニトリルである。
アジポニトリルが最適であり、マロンニトリル、スクシ
ノニトリル、グルタルニトリル及びビメロニl−IJル
を含むニトリル類が次に好適である。
ジニトリルは、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジグ
ライム(diglyme )及び類似エーテル類等非プ
ロトン性溶剤に溶解した状態で反応混合物中に存在する
。溶剤量は限界的でないが、ジニトリルの溶解に十分な
量でなければならず、水素を若干部溶解することが好ま
しい。
水素は通常、低乃至中圧のガスとしてジニ) IJルの
溶液と接触しながら存在しており、水素の一部は溶剤中
に溶解している。水素の分圧は少くとも約1気圧なるこ
とが好ましく、約5乃至100気圧が更に好適である。
水素圧は幾分反応温度に関係し、反応温度は約20℃乃
至約200℃が適当であり、約50℃乃至約150℃が
好ましい。
全操作圧は一般に水素圧に等しいか又はそれより僅か高
目であり、その他のガスの存在は一般に制限される。
アンモニアは、副生物特に環状アミン(例えばアザシク
ロへブタン)及び線状2級アミン(例えばジ(5−シア
ンペンチル)アミン−)の生成を抑制するため反応時に
存在する。前記アミンは両者共アミン中間体の縮合によ
り形成される。アンモニアはジニトリルの少くとも等モ
ル量存在し、アンモeア/ジニ) IJルのモル比は約
5−15/1が好ましく、約10/1が更に好適である
ロジウム含有触媒は、ノ・ロゲン化ロジウム担持物を加
水分解、乾燥及び還元して調製したものであり、3工程
からなる調製工程全体の条件が触媒性能に重大な影響を
有する。RhCl3. RhBr3又はRhI、 等の
ハロゲン化ロジウム(The−13が好ましい)を塩基
性担体上に吸着させる。酸化マグネシウム(マグネシア
)が好適担体であるが、その他のアルカリ土類酸化物(
例えばCaO、Bad、 5rO)も使用可能であり、
対応するアルカリ土類炭酸塩も同様である。塩基性ドリ
ア及びアルミナは、斯かる金属の酸化物をアルカリ金属
水酸化物等の強−5塩基で処理し塩基性を付与したもの
であり・、これらも使用される。担体の水又は水酸基の
含量及び表面積は限界的でないが、例えば1乃至250
m’/1の表面積のマグネシアが適当である。水酸基含
量を減少させ表面積を増加させる処理、例えば焼成処理
は、ハロゲン化ロジウムを付着させる前の担体に対し施
すことが好ましい。
担持されたハロゲン化ロジウムは、第1昇温下(例えば
50−100℃)に強塩基水溶液により加水分解される
。塩基はアルカリ金属水酸化物(例えばNaOH%KO
H又はLiOH)が好ましいが、水酸化4級アンモニウ
ムその他の可溶性塩基でもよい。塩基の使用量は化学量
論量(11)又は少過剰が好棟しい。何故なら塩基量が
少ないと触媒上にハロゲン化物を残すことになり、大過
乗1にしても何の役にもたたないからである。加水分解
生成物は担持された水酸化ロジウムである。
水酸化ロジウム担持物は乾燥前に洗浄することが好寸し
く、その際の洗液は水が適当である。少くとも最終水浸
漬の間は50−1001:の昇温下にあることが好まし
い。
次に水酸化ロジウム担持物を1以上の工程で乾燥するが
、そのうち少くとも一工程は減圧・第2昇温下(例えば
約50−250℃、約80−150℃が好ましく、約1
00℃が更に好ましい。)にある。乾燥した生成物は、
一部水酸化物・一部酸化物であるか、或いは実質的に全
て酸化物であるが1次にこれをジニトリルの導入前に昇
温下で水素化する。乾燥生成物を水素化するために適当
な第3温度は約200−400℃であり、約250−3
50℃が好ましい。この段階の水素圧は1気圧でよいが
、大気圧以上の圧力であってもよい。
ジニトリルの水素化反応温度は約20℃乃至約200℃
であり、約50−150℃が好ましい。
水素分圧は少くとも1気圧であり、圧力を増加させると
反応速度は犬となる。特にアンモニア:ジニ) IJル
比が1=1以上に増加すると水素圧1気圧での反応速度
では不十分であり、従って1,4−3.4MPa(20
0−500Psig )の中圧又は10.3 MPa(
1500pslg )の高圧或いはそれ以上の圧力を使
用することが好ましい。
反応時間は限界的でないが、一般に数分乃至数時間の接
触時間が適当である。適当な触媒で、反応時間(ルーチ
ン実験にて定められ、しばしば4時間以上であ−る。)
が過大になると、所望生成物のアミノニトリルが水素化
され、望ましからぬ副生物のジアミンが増大する原因と
なるであろう。
反応時間の適当な範囲は、ジニトリル転化率が大で副生
物のジアミンは未だ少ない期間である。
実施例1 酸化ロジウム5水和物(Rh2o、−sH,o ) 2
03.1町を、磁気攪拌棒を備えたガラスライニングの
ステンレス鋼オートクレーブに添加した。次にアジポニ
トリル(10II+/)、メタノール(50+/)、テ
トラヒドロフラン(20m/)及びアンモニア(約5F
)をオートクレーブに添加し密封した。
全圧が約10.3MPa(1500psi)となるよう
に水素を導入した。次にオートクレーブを約4時間にわ
たり75℃に加熱した。この時点でオートクレーブを排
気し、開蓋した。中の液体をr過して触媒を除去し、標
準ガスクロマトグラフ法にて分析した。アジポニトリル
の転化率は90チであす、イプシロン−アミノカプロニ
トリルの選択率は50%であった。イプシロン−アミノ
カプロニトリル/1,6−ヘキサンジアミンの比は約3
.2であった。環状2級アミンのアザシクロへブタンと
線状2級アミンのジ(5−シアンペンチル)アミンも多
量存在した。
実施例2 Bu’l’1.etin  of  the  Che
mical、5ociety  ofJapan第38
巻第2119−2122頁(1965年)の第2121
頁に記載の既知方法に従って水酸化ロジウムを調製した
。この錯体204.5Nを、磁気攪拌棒を備えたガラス
ライニングのステンレス鋼オートクレーブに添加した。
次にアジポニトリル3058.615とテトラヒドロフ
ラン20dをアルゴンでフラッシング後に添加した。次
にアンモニア約1,5yを蒸留で添入した。次にオート
クレーブを密封し、水素ガスで約1.7 MPa (2
50psi ) ’!で加圧した。オートクレーブを一
定速度で攪拌しながら100℃に約4時間加熱した。こ
の時点でオートクレーブを排気・開蓋し、触媒をr過し
た。r液を標準ガスクロマトグラフ法で分析スるとイプ
シロン−アミノカプロニトリルが主生成物であった。ア
ジポニ) IJルの転化率は53チであり、イプシロン
−アミノカプロニトリルの選択率は89%であった。イ
プシロン−アミノカプロニトリル/1,6−ヘキサンジ
アミンの比は約16であった。
実施例3 テトラヒドロフラン20?FI中の水酸化ロジウム20
2、OTngとアジポニトリル3o2s、5  M9に
て実施例2を繰返した。アンモニアは添加しなかった。
75℃に約2時間加熱後、オートクレーブを排気・開蓋
した。反応混合物の分析結果では、アジポニトリル転化
率が67チ、イプシロン−アミノカプロニトリルの選択
率は81チであった。
イプシロン−アミツカフロニトリル/1,6−ヘキサン
ジアミンの比は約4,4であった。
実施例4 炭素、上ロジウム(5チ)触媒253.519を、磁気
攪拌棒を備えたガラスライニングのステンレス鋼オート
クレーブに添加した。次にアジポニトリル3163.5
■とテトラヒドロフラン15*/を添加した。次にアン
モニア約5.4yをオートクレーブに蒸留にて添入し、
その時点でオートクレーブを密封し水素ガスで約3.4
 MPa (500psi )に加圧した。オートクレ
ーブを一定速度で攪拌しながら約2時間にわたって10
01:に加熱した。この時点でオートクレーブを排気−
間蓋し、触媒をr過した。P71を標準ガスクロマトグ
ラフ法で分析すると、主生成物はイプシロン−アミノカ
プロニトリルであった。アジポニトリルの転化率は78
%であり、イプシロン−アミノカプロニトリルの選択率
は55チであった。イプシロン−アミノカプロニトリル
/1,6−ヘキサンジアミンの比は約8.8であった。
環状2級アミンのアザシクロへブタンも多量存在した。
実施例5 アルミナ上ロジウム(5チ)触媒254.2W及びアジ
ポニトリル3174.3fを用いて実施例4を繰返した
。反応混合物の分析結果では、アジポニトリルの転化率
が80チ、イプシロン−アミノカプロニトリルの選択率
は76%であった。イプシロン−アミノカプロニトリル
/1,6−ヘキサンジアミンの比は約9.0であった。
実施例6 マグネシア上に2重量%のロジウムを担持した触媒の調
製を以下に説明する。市販のマグネシア]   I+ (Harshaw Chemical Conpany
社製、4 タブレット)を粉砕・篩分し、80−100
メツシュ分のみ使用した。
三塩化ロジウム三水和物(Rhcx3・3H,O)29
9.5■を最少量の水(約2m/)に溶解した。
マグネシア5983.81&f+を水の添加により薄い
ペーストにした。次にこのペーストを一定速度で攪拌し
ながらロジウム溶液に添加した。この混合物を一夜攪拌
し、ロジウムをマグネシウム担体上に吸着させた。もと
は白色のマグネシアがベージュ色になった。この固体を
真空炉巾約100℃で一夜乾燥した。
このマグネシア上担持三塩化ロジウム3513.3■を
丸底フラスコに添加した。この固体に少過剰の水酸化す
l−IJウム10チ水溶液を添加し、この懸濁物を90
℃に約3時間加熱した。この終期に固体をr過し、多量
の水(水温が90℃の例と室温の例とがあり)でr液の
pHが中性になるまで洗浄し、続いて約100℃の真空
炉に一夜配置した。
得られた水酸化ロジウム/マグネシアは黄色である。
反応の前に、水酸化ロジウム又はマグネシアを300℃
の管状炉内で約1時間水素還元した。
この(2%)ロジウム/マグネシア触媒252.8■を
、磁気攪拌棒を備えたガラスライニングのステンレス鋼
反応器に添加した。次にアジポニトリル3180.4■
とテトラヒドロフラン15ffi/を添加した。次にア
ンモニアを約5.4yオートクレーブに蒸留添入し、そ
の時点で密封し、水素ガスで約3−4 Mpa (50
0psi)に加圧した。一定速度で攪拌しながらオート
クレーブを100℃にニ夜加熱した。このあとオートク
レーブを排気・開蓋し、触媒をf過した。r液を標準ガ
スクロマトグラフ法で分析すると主生成物はイプシロン
アミノカプロニトリルであった。アジポニトリルの転化
率は74%であり、イプシロン−アミノカブ、口二トリ
ルの選択率は93乃であった。イプシロン−アミノカプ
ロニトリル/1,6−ヘキサンジアミンの比は約18で
あった。
実施例7−13は全て、実施例6に記載のものと同様な
方法で調製した5重量%ロジウム/マグネシアを用いた
。実施例7を除く全ての場合、水素圧は約3.4 MP
a(500psi )Tあツタ。実施例7の水素圧は約
1,7 Mpa (250psi )であった。
実施例7 5重量%ロジウム/マグネシア触媒255.3〜アジポ
ニトリル3119.5q、テトラ上2.ドロフラン20
肩/及びアンモニア約1.8yを用いて実施例を繰り返
した。100℃に約1時間加熱後、オートクレーブを排
気・開蓋し、標準ガスクロマトグラフ法で分析した。ア
ジポニトリルの転化率は81%であり、イプシロン−ア
ミノカプロニトリルの選択率は79%であった。イプシ
ロン−アミノカプロニトリル/1,6−ヘキサンジアミ
ンの比は約7.0であった。
実施例8 5重量%ロジウム/マグネシア触媒252.5′Ikl
アジポニトリル3143.5g9、テトラヒドロフラン
15*を及びアンモニア約5.2yを用いて実施例6を
繰返した。100℃に約4時間加熱後、オートクレーブ
を排気・開蓋し、標準ガスクロマトグラフ法で分析した
。アジポニトリルの転化率は82チであり、イプシロン
−アミノカプロニトリルの選択率は89%であった。イ
プシロン−アミノカプロラクタム/1,6−ヘキサンジ
アミンの比は約13であった。
実施例9 5重量%ロジウム/マグネシア触媒254.8〜アジポ
ニトリル3171.0■、テトラヒドロ7ラン15st
l及びアンモ−ニア約5.3yを用いて実施例6を繰返
した。100℃に約4時間加熱後、オートクレーブを排
気・開蓋し、標準ガスクロマトグラフ法で分析した。ア
ジポニトリルの転化率は86チであり、イプシロン−ア
ミノカプロニトリルの選択率は87係であった。イブシ
ロ/−アミノカプロニトリル/1,6−ヘキサンジアミ
ンの比は約8.9であった。
実施例10 5重量%ロジウム/マグネシア触媒zss、2tng、
アジポニトリル3166.7〜、テトラヒドロフラン1
011I/、及びアンモニア約10.Fを用いて実施例
6を繰返した。100℃に約2時間加熱後、水素ガスの
取込みは観察されなかった。
実施例11 触媒2189■、アジポニトリル2657.8岬、メタ
ノール13鹸及びアンモニア約4.4yを用いて実施例
6を繰返した。100℃に約30分間加熱したあと、オ
ートクレーブを排気・開蓋し、標準ガスクロマトグラフ
法で分析した。アジポニトリルの転化率は88%であり
、イプシロン−アミノカプロニトリルの選択率は71%
であった。イプシロン−アミノカプロニトリル/116
−ヘキサンジアミンの比は約6.7であった。環状2級
アミンのアザシクロへブタンも多量存在した。
実施例12 5重量%ロジウム/マグネシア252.5■、アジポニ
トリル3152.21%g、トルエン15IIl及びア
ンモニア55yを用いて実施例6を繰返した。
100℃に一夜加熱後、オートクレーブを排気・開蓋し
、標準ガスクロマトグラフ法で分析した。
アジポニトリルの転化率は91ヂであり、イプシロン−
アミノカプロニトリルの選択率は69チであった。イプ
シロン−アミノカプロニトリル/1゜6−ヘキサンジア
ミンの比は約8.6であった。環状2級アミンのアザシ
クロへブタンも多量存在した。
実施例13 実施例6に記載の市販マグネシア(表面積的12rr?
/l )を水中90℃で約2時間加水分解し、引続き空
気中400℃にて約24時間焼成して表面積の大なるマ
グネシア(約120tr?/P>を調製した。次に表面
積の大なる5重量%ロジウム/マグネシア触媒を実施例
6のように調製すると、その表面積は約180ty?/
)であった。
表面積の犬なる5重量%ロジウム/マグネ7ア触媒27
3.6■、アジポニトリル2938.9岬、テトラヒド
ロフラン15m1及びアンモニア5.5Fを用いて実施
例6を繰返した。100℃に約4時間加熱したあと、オ
ートクレーブを排気・開蓋し。
標準ガスクロマトグラフ法で分析した。アジポニトリル
の転化率は87%であり、イプシロン−アミノカプロニ
トリルの選択率は85チであった。
イフシロンーアミノカプロニトリル/1,6−ヘキサン
ジアミンの比は約8.8であった。
第1頁の続き 0発 明 者 アンドリュー・スザルキーウイツツ アメリカ合衆国ニューヨーク州 10024ニユーヨーク・ウェスト ・エイテイナインス・ストリー ト201アパートメント2エツチ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、約20乃至約200℃の反応温度で、化学式NE 
    C−(0H2)n −C三N(nは1乃至1oの整数)
    のジニトリルを、 a)存在するジニトリルに対し少くとも等モル量のアン
    モニア、 b)非プ、ロトン性のジニ) IJルの溶剤、及びC)
    塩基性アルミナ、塩基性トリア、アルカリ土類金属酸化
    物及びアルカリ土類金属炭酸塩からなる群から選択され
    る塩基性担体上のハロゲン化ロジウム(1)を、約50
    ℃乃至約100℃の第1温度にて強塩基水溶液で加水分
    解して水酸化ロジウム担持物を製造し、該水酸化ロジウ
    ム担持物を減圧下約50℃乃至約250℃の第2温度で
    乾燥し、乾燥した水酸化ロジウムを約200乃至約40
    0℃の第3温度で水素化することにより調製したロジウ
    ム含有触媒の存在下に少くとも約1気圧の分圧の水素と
    反応させること、及び化学式NE C−(CH2) n
    −0H2−NH2なるオメガ−アミンニトリルを主生成
    物として回″収することからなるオメガ−アミノニトリ
    ルの製造方法。 2、前記の非プロトン性溶剤がテトラヒドロフランであ
    る特許請求の範囲第1項に記載の方法。 3、アンモニアがジニトリルに対する七A比で約5:1
    乃至約15=1存在する特許請求の範囲第1項に記載の
    方法。 4、前記の反応温度が約50乃至約150℃である特許
    請求の範囲第1項に記載の方法。 5、前記の第2温度が約80乃至約150℃である特許
    請求の範囲第1項に記載の方法。 6、前記の第3温度が約250乃至約350℃である特
    許請求の範囲第1項に記載の方法。 7、前記の塩基性担体が酸化マグネシウムである特許請
    求の範囲第1項又は第2項又は第3項に記載の方法。 8 nが4である特許請求の範囲第7項に記載の方法。 9、  nが4である特許請求の範囲第1項女は第2項
    又は第3項に記載の方法。
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