説明

メチル置換TETA化合物

本発明は、少なくとも1個のメチル基で置換されたトリエチレンテトラアミンの製造法に関する(Me−TETAまたはメチル置換TETA化合物)。Me−TETAは、ビスシアノメチルイミダゾリジン(BCMI)を触媒の存在で水素添加することによって製造される。更に、本発明は、メチル置換TETA化合物それ自体に関する。更に、本発明は、例えば塗料または促進剤を製造する際の反応体または中間生成物としてのメチル置換TETA化合物の使用に関する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、少なくとも1個のメチル基で置換されたトリエチレンテトラアミンの製造法に関する(Me−TETAまたはメチル置換TETA化合物)。Me−TETAは、ビスシアノメチルイミダゾリジン(BCMI)を触媒の存在下で水素化することによって製造される。更に、本発明は、メチル置換TETA化合物それ自体に関する。更に、本発明は、例えば塗料または付着剤を製造する際の反応体または中間生成物としてのメチル置換TETA化合物の使用に関する。
【0002】
(非置換)トリエチレンテトラアミン(TETA)の製造は、一般に公知である。TETAは、最もよく知られた代表例が短鎖状のエチレンジアミン(EDA)およびジエチレントリアミン(DETA)であるエチレンアミンの群に属する。エチレンアミンは、異なる工業部門における、例えばエポキシ分野における数多くの最終製品を製造するための出発物質として適している。即ち、エチレンアミンは、塗料、付着剤、付着助剤、プラスチックまたはポリマーを製造するために適している。こうして製造された最終製品の化学組成ならびに性質は、このような最終製品を製造するための反応体または中間生成物としてのエチレンアミンの選択によって著しく影響を及ぼされる。
【0003】
TETAは、特に短鎖状のエチレンアミン、例えばEDAおよびDETAを製造する際の副生成物として得られる。即ち、欧州特許出願公開第222934号明細書は、隣接ジハロアルカンを過剰量のアンモニアと水相中で強塩基の添加下に反応させることによって高級アルキレンポリアミンを製造する方法に関し、その際にイミン中間生成物が形成され、これは、引続きアルキレンポリアミンと反応され、高級アルキレンポリアミンを形成する。隣接ジハロアルカンとして、殊にエチレンジクロリドが適している(EDCまたは1,2−ジクロロエタン)。アルキレンポリアミンとして、殊にエチレンジアミンまたは高級エチレンアミン、例えばDETAが使用されるが、しかし、TETAおよびテトラエチレンペンタアミン(TEPA)も使用される。この方法(EDC法)は、種々のエチレンアミン(線状エチレンアミン、例えばEDA、DETA、TETA、TEPAまたは高級エチレンアミンならびに環式誘導体、例えばピペラジン(Pip)またはアミノエチル−ピペラジン(AEPip))の混合物を生じる。如何なるエチレンアミンが反応体のEDCおよびNH3に添加されるかに応じて、反応混合物は、相応する割合の高級エチレンアミンを含有する。
【0004】
更に、TETAを製造するための選択的な方法も存在する。このような方法は、WO 2008/104582中に記載されており、それによれば、TETAは、エチレンジアミンジアセトニトリル(EDDN)を触媒上で水素化することによって製造される。EDDNは、さらにEDAをホルムアルデヒドおよび青酸(HCN)と反応させることによって得られる。EDAとホルムアルデヒドおよび青酸との反応は、異なる変法で、例えば最初にホルムアルデヒドおよび青酸をEDAの不在下に反応させることにより、中間生成物のホルムアルデヒドシアンヒドリン(FACH)を形成させるために実施されることができる。反応体濃度の選択に応じて、EDDNと共に、付加的に相応するモノニトリル化合物のエチレンジアミンモノアセトニトリル(EDMN)が形成されてよい。EDDNの直接的な水素化によるTETAの製造は、次の反応式1に表わされている:
【化1】

【0005】
EDDNを直接的に水素化するための選択的な方法は、米国特許第2006/0041170号明細書Aに記載されており、それによれば、水素化の前に異なる保護基がEDDNの2個のアミノ官能基上に結合される。水素化に引き続いて、保護基が再び除去され、(非置換)TETA塩が形成される。即ち、ベンズアルデヒドを使用する2つの異なる保護基法が開示されており、この場合には、水素が使用されるのではなく、水素化リチウムアルミニウムが使用される。第3の方法において、水素化は、水素を用いてBoc保護基の存在下で実施される。米国特許第2006/0041170号明細書に記載の方法の欠点は、殊に水素化を実施するために、使用される反応体のEDDNを最初に化学的に誘導体化しなければならない(保護基)ような多工程の水素化方法が問題であることにある。水素化に引き続いて、保護基は、複数の反応工程で再び除去されなければならず、その際最初に(非置換)TETAは、塩として生じ、そして遊離塩基の形では生じない。
【0006】
本発明の基礎となる課題は、少なくとも1個のメチル置換基を有する新規のTETA誘導体ならびにこの新規のTETA誘導体を製造する方法を提供することにある。従って、この新規のメチル置換TETA化合物を使用することにより、変性された使用特性を有する、新規の変換生成物が製造されてもよい。
【0007】
この課題は、ビスシアノメチルイミダゾリジン(BCMI)を触媒の存在下で水素化することを含む、少なくとも1個のメチルで置換されたトリエチレンテトラアミン(Me−TETA)を製造するための方法によって解決される。
【0008】
本発明による方法は、それによって意図的に新規の物質種のTETA誘導体(即ち、メチル置換されたTETA化合物/Me−TETA)を製造することができるという利点を有する。この場合、Me−TETAは、高い変換率および/または高い選択率で生じる。更に、本発明によるメチル置換されたTETA化合物を用いると、新規の化学組成を有しかつそれによって変性された性質も有する変換生成物を意図的に製造することができる。
【0009】
少なくとも1個のメチル基で置換されたトリエチレンテトラアミン(Me−TETA)とは、本発明の範囲内で、置換されていないTETAの4個のアミノ官能基に結合した水素原子の1個、2個またはそれ以上が相応する数のメチル基(CH3−)によって置換された全てのトリエチレンテトラアミン(TETA)誘導体のことである。
【0010】
本発明によるMe−TETAsは、次の反応式2において、化合物(2)〜(13)として例示的に記載されている。
【0011】
【化2】

【0012】
選択された水素化条件、例えば圧力、温度または触媒に依存して、本発明による方法でBCMIの水素化において異なる数のメチル基を有するMe−TETAが形成されうる。更に、副生成物として置換されていないTETA(反応式2:化合物1)も生じる。反応式2から確認することができるように、本発明による方法において、1個のメチル置換基を有するMe−TETAs(モノ−Me−TETA;化合物2および3)、2個のメチル置換基を有するMe−TETAs(ビス−Me−TETA;化合物4〜8)および3個のメチル置換基を有するMe−TETAs(トリス−Me−TETA;化合物9〜13)が形成されうる。更に、置換されていないTETAsの4個、5個または全部で6個の水素原子がメチル基で置換されたMe−TETAsは、副生成物として形成されてもよい。
【0013】
BCMIを本発明による方法において水素化する場合には、一般的に前記の反応式2に記載の少なくとも2つのMe−TETAsからの混合物が生じる。個々のMe−TETA化合物の比は、変動可能である。それというのも、この比は、その他の水素化パラメーター、例えば圧力、温度または触媒によって著しく影響を及ぼされるからである。水素化パラメーターは、反応式2に記載されたMe−TETAsの1つまたはそれ以上が選択的に製造されるように選択されてよい。更に、これは、意図的に残りのMe−TETAsの1つまたはそれ以上が製造される限り、水素化パラメーターの選択に応じて、反応式2に記載されたMe−TETAsが決して形成されないことを意味する。本発明による方法においてBCMIの水素化の際に少なくとも2つのMe−TETAsを含有する混合物が生じる限り、個々のMe−TETAsは、当業者に公知の方法により互いに別々に単離されてよいかまたはMe−TETA混合物から単離されてよい。
【0014】
従って、本発明の対象は、少なくとも1個のメチル基で置換されたトリエチレンテトラアミンを製造するための次に詳細に記載された方法ならびに相応するMe−TETAそれ自体である。特に、Me−TETAは、メチル基で置換されたトリエチレンテトラアミン(モノ−Me−TETA)、2個のメチル基で置換されたトリエチレンテトラアミン(ビス−Me−TETA)または3個のメチル基で置換されたトリエチレンテトラアミン(トリス−Me−TETA)から選択される。
【0015】
特に好ましくは、本発明によるMe−TETAは、モノ−Me−TETAである。殊に、Me−TETAは、N−2−アミノエチル−N’−(2−N’’−メチルアミノエチル)−1,2−エタンジアミン(sec−Me−TETA)またはN−2−アミノエチル−N−メチル−N’−2−アミノエチル−1,2−エタンジアミン(tert−Me−TETA)から選択される。sec−Me−TETAおよびtert−Me−TETAは、反応式2において化合物2または3として形成される。
【0016】
本発明の範囲内で水素化は、アミノニトリルBCMIと水素との反応を意味する。ビスシアノメチル−イミダゾリジン(BCMI)を製造するための方法は、当業者に原理的に公知である。特に、BCMIは、エチレンジアミンジアセトニトリル(EDDN)とホルムアルデヒドとの反応によって製造される。特に、この反応は、バッチ法で行なわれる。場合によっては、BCMIは、連続的な運転形式で、例えば過剰量のホルムアルデヒドを用いて製造されてもよい。この場合、水は、溶剤として使用されてよく、典型的な温度は、60℃であり、ならびに滞留時間は、6分間である。
【0017】
特に、BCMI含有反応混合物中に含有された水は、蒸留によって分離されてよい。このような蒸留を実施するために、充填塔または棚段塔と共に、薄膜蒸発器が使用されてもよい。特に、水の蒸留は、薄膜蒸発器中で行なわれる。適した薄膜蒸発器は、当業者に公知である(Ullmanns Enzyklopaedie der technischen Chemie,第2卷,第4版,Verlag Chemie,Weinheim(1072),第656〜657頁参照)。好ましい薄膜蒸発器は、タイプ"Sambay"、"Luwa"または"Sako"であり、特に好ましいのは、Sambay式薄膜蒸発器である。場合によってはBCMI含有反応混合物からの水の分離のために、蒸留以外にさらに他の水分離工程、例えば抽出、乾燥、濾過等が実施されてよい。
【0018】
BCMIの2個のニトリル官能基をアミンへ水素化するための触媒として、活性種として周期律表の第8副族の1つまたは複数の元素(Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt)、有利にFe、Co、Ni、RuまたはRh、特に有利にCoまたはNiを含有する触媒が使用されてよい。その中には、水素化活性金属からの合金および他の成分(好ましくはAl)の浸出(活性化)によって得られる、いわゆる骨格触媒(Raney(登録商標)タイプとも呼称される;次のようにも呼称される:ラネー触媒)が含まれる。この触媒は、付加的に1つまたは複数の促進剤を含有してよい。1つの好ましい実施態様において、本発明による方法では、ラネー触媒、有利にラニーコバルト触媒またはラニーニッケル触媒、および特に有利に元素Cr、NiまたはFeの中の少なくとも1つでドープされたラニーコバルト触媒または元素Mo、CrまたはFeの中の少なくとも1つでドープされたラニーニッケル触媒が使用される。
【0019】
触媒は、非担持触媒として使用されてもよいし、担持されて使用されてもよい。単体としては、有利に金属酸化物、例えばAl23、SiO2、ZrO2、TiO2、金属酸化物または炭素の混合物(活性炭、カーボンブラック、黒鉛)が使用される。
【0020】
酸化物触媒は、使用前に反応器の外で、または反応器内で金属酸化物を水素含有ガス流中で還元することによって高められた温度で活性化される。触媒を反応器の外で還元する場合には、その後に酸素含有ガス流による不動態化または不活性材料中への埋設が行なわれてもよく、制御されなかった、空気での酸化が回避され、そして安全な取扱いが可能になる。不活性材料として、有機溶剤、例えばアルコールが使用されうるが、しかし、水またはアミン、有利に反応生成物も使用されうる。活性化の際の1つの例外は、例えば欧州特許出願公開第1209146号明細書中の記載と同様に水性塩基での浸出によって活性化されうる骨格触媒である。
【0021】
実施される方法(懸濁水素化、渦動床法、固定床水素化)に応じて、触媒は、粉末、破片または成形体(有利に、押出品またはタブレット)として使用される。
【0022】
特に好ましい固定床触媒は、欧州特許出願公開第1742045号明細書中に開示された、Mn、Pおよびアルカリ金属(Li、Na、K、Rb、Cs)でドープされたコバルト非担持触媒である。この触媒の触媒活性物質は、水素での還元前にそれぞれ酸化物として計算して、コバルト55〜98質量%、殊に75〜95質量%、燐0.2〜15質量%、マンガン0.2〜15質量%およびアルカリ金属、殊にナトリウム0.05〜5質量%から構成されている。
【0023】
更に適した触媒は、欧州特許出願公開第963975号明細書中に開示された触媒であり、この触媒の触媒活性物質は、水素での処理前にZrO222〜40質量%、CuOとして計算して銅の酸素含有化合物1〜30質量%、NiOとして計算してニッケルの酸素含有化合物15〜50質量%、この場合Cuに対するNiのモル比は、1を上廻り、CoOとして計算してコバルトの酸素含有化合物15〜50質量%、Al23またはMnOとして計算してアルミニウムおよび/またはマンガンの酸素含有化合物0〜10質量%を含有するが、モリブデンの酸素含有化合物を含有せず、例えばこの欧州特許出願公開明細書中に開示された触媒Aは、ZrO2として計算してZr33質量%、NiOとして計算してNi28質量%、CuOとして計算してCu11質量%およびCoOとして計算してCo28質量%の組成を有する。
【0024】
更に、欧州特許出願公開第696572号明細書中に開示された触媒が適しており、この触媒の触媒活性物質は、水素での還元前にZrO220〜85質量%、CuOとして計算して銅の酸素含有化合物1〜30質量%、NiOとして計算してニッケルの酸素含有化合物30〜70質量%、MoOとして計算してモリブデンの酸素含有化合物0.1〜5質量%およびAl23またはMnO2として計算してアルミニウムおよび/またはマンガンの酸素含有化合物0〜10質量%を含有する。例示的に、この刊行物中に具体的に開示された触媒は、ZrO231.5質量%、NiO50質量%、CuO17質量%およびMoO1.5質量%の組成を有する。同様に、WO−A 99/44984中に記載された、(a)鉄または鉄もしくはその混合物をベースとする化合物、(b)Al、Si、Zr、Ti、Vの群から選択された2つ、3つ、4つまたは5つの元素をベースとする促進剤を(a)に対して0.001〜0.3質量%、(c)アルカリ金属および/またはアルカリ土類金属をベースとする化合物を(a)に対して0〜0.3質量%、ならびにマンガンを(a)に対して0.001〜1質量%含有する触媒は、適している。
【0025】
好ましくは、ラニー触媒は、懸濁法に使用される。ラニー触媒の場合、活性の触媒は、金属スポンジとして、二成分の合金(ニッケル、鉄、コバルト、およびアルミニウムまたはケイ素)から酸またはアルカリ液を用いて一方の成分を溶出することによって製造される。当初の合金成分の残りは、しばしば相乗的に作用する。
【0026】
本発明による方法において使用されるラニー触媒は、有利にコバルトまたはニッケル、特に有利にコバルトと、アルカリ中に可溶性の他の合金成分とからなる合金から出発して製造される。この可溶性の合金成分の場合には、有利にアルミニウムが使用されるが、他の成分、たとえば亜鉛およびケイ素またはこれらの成分の混合物を使用することもできる。
【0027】
ラニー触媒の活性化のために、可溶性の合金成分は、完全にまたは部分的にアルカリで抽出され、このために例えば水性苛性ソーダ液を使用することができる。その後、この触媒は、例えば水または有機溶剤で洗浄することができる。
【0028】
触媒中には、助触媒として1つのまたはそれ以上の他の元素が存在していてもよい。助触媒の例は、周期表の副族IB、VIBおよび/またはVIIIの金属、例えばクロム、鉄、モリブデン、ニッケル、銅などである。
【0029】
可溶性の成分(一般にアルミニウム)の溶出による触媒の活性化は、反応器自体の中で行なうかまたは反応器中に充填する前に行なうことができる。予め活性化された触媒は、空気敏感性および発火性であり、従って一般に媒体、例えば水、有機溶剤または本発明による反応の際に添加される材料(溶剤、出発材料、生成物)中で貯蔵および取り扱われるか、または室温で固体の有機化合物中に埋め込まれる。
【0030】
好ましい実施態様において、本発明によれば、Co/Al合金からアルカリ金属水酸化物水溶液、例えば苛性ソーダ液を用いて溶出し、かつ次に水を用いて洗浄することにより得られ、かつ有利に助触媒として元素Fe、Ni、Crの少なくとも1つを含有するラニーコバルト骨核触媒が使用される。
【0031】
このような触媒は、典型的に、コバルトと共になお、Al 1〜30質量%、特にAl 2〜12質量%、特に有利にAl 3〜6質量%、Cr 0〜10質量%、特にCr 0.1〜7質量%、特に有利にCr、0.5〜5質量%、殊にCr 1.5〜3.5質量%、Fe 0〜10質量%、特にFe 0.1〜3質量%、特に有利にFe 0.2〜1質量%、および/またはNi 0〜10質量%、特にNi 0.1〜7質量%、特に有利にNi 0.5〜5質量%、殊にNi 1〜4質量%を含有し、この場合、この質量の記載は、それぞれ触媒総質量に対する。
【0032】
本発明による方法において触媒として、例えば有利にコバルト骨核触媒"Raney 2724"(W.R.Grace & Co.社)を使用することができる。この触媒は、次の組成を有する:
Al:2〜6質量%、Co:86質量%以上、Fe:0〜1質量%、Ni:1〜4質量%、Cr:1.5〜3.5質量%。
【0033】
同様に、本発明によれば、Ni/Al合金からアルカリ金属水酸化物水溶液、例えば苛性ソーダ液を用いて溶出し、かつ次に水を用いて洗浄することにより得られ、かつ有利に助触媒として元素Fe、Crの少なくとも1つを含有するコバルト骨核触媒を使用することができる。
【0034】
このような触媒は、典型的にはニッケルと共になお
Al 1〜30質量%、特にAl 2〜20質量%、特に有利にAl 5〜14質量%、
Cr 0〜10質量%、特にCr 0.1〜7質量%、特に有利にCr 1〜4質量%、
および/または
Fe 0〜10質量%、特にFe 0.1〜7質量%、特に有利にFe 1〜4質量%を含有し、
この場合この質量の記載は、それぞれ触媒総質量に対する。
【0035】
本発明による方法において触媒として、例えばJohnson Matthey社のニッケル骨格触媒A 4000が有利に使用されてよい。この触媒は、次の組成を有する:
Al:14質量%以下、Ni:80質量%以上、Fe:1〜4質量%、Cr:1〜4質量%。
【0036】
触媒は、場合により活性および/または選択率が低下した際に、例えばWO 99/33561およびその中で引用された刊行物中に開示されたような、当業者に公知の方法で再生されることができる。
【0037】
触媒の再生は、固有の反応器中(インサイチュー(in−situ))で実施されてよいかまたは構成された触媒上(エクスシチュー(ex situ))で実施されてよい。固定床法の場合には、好ましくは、インサイチュー(in−situ)で再生され、懸濁法の場合には、有利に触媒の一部が連続的または非連続的に取り出され、エクスシチュー(ex situ)で再生および返送される。
【0038】
水素化が実施される温度は、40〜150℃、有利に70〜140℃の範囲内、殊に80〜140℃である。
【0039】
水素化の際に存在する圧力は、一般に5〜300バール、有利に30〜250バール、特に有利に40〜160バールである。
【0040】
1つの好ましい実施態様において、BCMIは、BCMIが水素化の際に水素と反応する速度より低い、水素の速度で供給される。供給速度は、有利にあたかも完全な変換が達成されるように調節することができる。この供給速度は、温度、圧力混合物の種類、触媒の量および種類、反応媒体の量および種類、反応内容物の混合品質、滞留時間等によって影響を及ぼされる。
【0041】
水素化は、特に溶剤、例えば有機溶剤の存在下で実施される。場合によっては、水素化は、水の存在下で実施されてもよい。それというのも、水を完全に分離することは、水素化の前に不要であるからである。例えば、水素化は、水を微少量で含有するかまたは副成分として含有する有機溶剤中で実施されてよい。単独の溶剤としての水の使用または過剰量の水を有する溶剤混合物の使用は、実際に可能であるが、しかし、単独または過剰量での有機溶剤の使用と比較してあまり適していない。
【0042】
1つまたは複数の成分を含むことができる適した溶剤は、有利に次の性質を有する:
(a)溶剤は、BCMIに対して安定して作用し、殊にこのBCMIの分解は、存在する温度で阻止され;
(b)溶剤は、良好な水素可溶性を示し;
(c)溶剤は、反応条件で不活性であり;
(d)反応混合物(BCMI、場合により水ならびに溶剤)は、反応条件下で単相であり;
(e)溶剤は、生成物の好ましい蒸留による分離に関連して生成物の流れからの水素化に引き続いて選択される。この場合、エネルギー費用または装置費用(例えば、狭い沸騰範囲の混合物または分離が困難な共沸混合物)のかかる分離は、回避させることができ;
(f)溶剤は、良好に生成物と分離可能であり、即ちこの沸騰温度は、生成物の沸騰温度と十分に区別される。この場合には、生成物の沸騰温度よりも低い沸騰温度が好ましい。
【0043】
好ましい溶剤は、有機溶剤、例えばアミド、例えばN−メチルピロリドン(NMP)およびジメチルホルムアミド(DMF)、芳香族炭化水素および脂肪族炭化水素、例えばベンゼン、トルエンおよびキシレン、アルコール、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、第二ブタノールおよび第三ブタノール、アミン、エステル、例えば酢酸メチルエステルまたは酢酸エチルエステルおよびエーテル、例えばジイソプロピルエーテル、ジイソブチルエーテル、グリコールジメチルエーテル、ジグリコールジメチルエーテル、ジオキサンおよびテトラヒドロフラン(THF)である。好ましくは、本発明による方法においてエーテルが使用され、さらに好ましくは、環式エーテルおよび特に有利にテトラヒドロフランまたは2−メチル−テトラヒドロフラン(2−Me−THF)が使用される。更に、好ましい実施態様において、アルコール、殊にメタノールは、有機溶剤として使用される。
【0044】
有機溶剤(不活性の有機化合物)の使用は、好ましいことが証明された。それというのも、それによって(場合により水性の)アミノニトリル混合物の個々の成分の安定化が、殊に生じるアミンの存在下で達成されうるからである。更に、有機溶剤の使用によって、使用される触媒に対する洗浄効果(洗浄サイクルの減少、触媒排出の減少)が達成され、それによって有機溶剤の寿命が高められ、或いは有機溶剤の消費量が減少し(よりいっそう長い触媒寿命)、ならびに触媒負荷量が改善されうる。更に、適した溶剤の使用によって、さらなる副生成物、例えばAEPipの形成は、減少される。
【0045】
溶剤は、0.1:1〜15:1の使用されるアミノニトリル(BCMI)に対する質量比で使用される。水素化が実施される、溶液中でのアミノニトリル混合物の濃度は、適した供給速度または滞留時間を使用することができるように選択される。アミノニトリル5〜50質量%を溶剤と混合することは、好ましい。特に好ましい溶剤のメタノールまたはTHFまたは2−Me−THFに対して、例示的にアミノニトリル20〜40質量%を使用することは、好ましい。
【0046】
溶液中の水の割合は、通常、0〜50質量%の範囲内、特に0〜30質量%、殊に5質量%未満である。特に好ましくは、水素化は、無水で実施される(含水量0.1質量%未満)。この場合、水の量の記載は、アミノニトリルに関連する。
【0047】
場合によっては、水素化が実施される溶液中には、付加的な添加剤が含有されていてよい。添加剤としては、原理的に水酸化物、例えばアルカリ金属水酸化物、アルコラート、アミド、アミンがこれに該当する。特に、添加剤としてアミン、特にEDAおよびアンモニア、殊にEDAが適している。更に、酸性の添加剤、例えばケイ酸塩が付加的に溶液中に含有されていてもよい。前記の物質は、純粋な物質として添加されてよいか、または溶剤中に溶解して添加されてよい。特に、本発明による方法は、添加剤を添加しながら実施される。
【0048】
本方法の1つの実施態様において、水素化が実施される溶液には、アンモニアは添加されない。更に、アンモニアが反応体中または場合により使用される水溶液中に溶解されているか、または水素化の際に副生成物として遊離される限り、これは、支障がない。場合により存在するアンモニアは、当業者に公知の方法、例えば蒸留により除去されることができる。アンモニアを省略する限り、これは、前記系の固有圧力が減少されているという利点を有する。
【0049】
本発明による方法において、1つ(または複数)の溶剤が使用されてよく、この場合この溶剤は、最初にBCMIと混合される。引続き、場合により添加剤が含有されていてもよい、得られた溶液は、触媒を含む反応容器中に供給される。場合によっては、例えば半バッチ法の場合に、溶剤の一部分は、触媒と一緒に反応容器中に装入されることができ、その上で、溶液が供給される。連続的方法の場合には、溶剤の部分量は、BCMI、溶剤および場合により添加剤を含有する溶液とは別個に反応容器中に添加されてもよい。1つの好ましい実施態様において、前記溶液中に含有されているBCMIの供給は、BCMIが水素化の際に水素と反応する速度以下である速度で行なわれる。場合によっては、例えば半バッチ法の場合に、溶剤の一部分は、触媒と一緒に反応容器中に装入されることができ、その上で、溶液が供給される。
【0050】
本発明の好ましい実施態様において、BCMIの水素化は、半バッチ法でラニーコバルト触媒を用いて行なわれる。特に、溶剤として2−Me−THFが使用され、温度は120℃であり、圧力は100バールである。この場合、触媒は、2−Me−THF中に装入され、アミノニトリル(BDMI)は、2時間で18%の溶液として供給される。
【0051】
BCMIの水素化によってMe−TETAを製造するための本発明による方法は、触媒に適した通常の反応容器中で固定床運転形式、渦動床運転形式または懸濁運転形式で連続的、半連続的または非連続的に実施されることができる。水素化を実施するために、アミノニトリルおよび触媒とガス状水素との接触が圧力下で可能であるような反応容器が適している。
【0052】
懸濁法における水素化は、攪拌型反応器、噴射式ループ型反応器、噴射式ノズル型反応器、気泡塔型反応器中、またはこの種の同じかまたは異なる反応器のカスケード中で実施されてよい。しかし、固定床触媒上での水素化のためには、管状反応器が考えられるが、しかし、管束反応器も考えられる。
【0053】
固定床触媒の場合には、塔底運転形式または細流運転形式でアミノニトリルが適用される。しかし、好ましくは、半連続的な運転形式の懸濁運転形式が使用され、有利には、連続的運転式の懸濁運転形式が使用される。
【0054】
ニトリル基の水素化は、一般に導出されなければならない熱の放出下に行なわれる。熱の導出は、取り付けられた熱伝達面、冷却ジャケットまたは外側の熱伝達体によって反応器の周囲の循環回路中で行なうことができる。水素化反応器または水素化反応器カスケードは、まっすぐな通路で延びていてよい。また、反応器排出物の一部を有利に循環流の早期な後処理なしに反応器入口に返送する循環運転形式も可能である。それによって、反応溶液の最適な希釈が達成されうる。殊に、循環流は、外部の熱交換器を用いて簡単かつ安価な方法で冷却することができ、ひいては反応熱を導出することができる。反応器は断熱的に運転されてもよく、その際、反応溶液の温度上昇は、冷却された循環流により制限され得る。反応器自体は冷却される必要がないため、簡単かつ安価な構造様式が可能である。他の選択可能な方法は、冷却された管束反応器(固定床の場合のみ)である。双方の運転形式の組合せも考えられる。この場合、好ましくは固定床は、懸濁反応器に後接続される。
【0055】
既に前記に記載したように、本発明による方法において、水素化の場合には、少なくとも1つのMe−TETAは、主要生成物として製造される。更に、本発明による方法において、水素過半の混合物中には、副生成物、例えば短鎖状エチレンアミン(例えば、ジエチレントリアミン/DETA)、高沸点物、環式化合物(例えば、AEPip−アミノエチレンピペリジン)または(非置換)TETA自体が含有されていてもよい。前記の副生成物を分離する方法ならびに反応式2に示されたMe−TETAsの1つまたはそれ以上を含有するMe−TETA混合物を分離する方法は、当業者に公知である。副生成物の分離および/またはMe−TETA混合物の分離は、例えば蒸留によって行なうことができるか、またはクロマトグラフィーによる分離方法として行なうことができる。これは、場合により組合せで、および/または多工程で行なうことができる。
【0056】
BCMIの製造に使用されるEDDNは、原理的に当業者に公知の方法により製造されることができ、例えばWO 2008/104582を参照のこと。通常、EDDNは、EDAをホルムアルデヒドおよび青酸(HCN)と反応させることによって製造される。特に、EDAとホルムアルデヒドとHCNとのモル比は、1:1.5:1.5〜1:2:2[モル/モル/モル]である。
【0057】
次に別記しない限り(別法i)〜iv))、EDDN製造のための反応体成分は、任意の順序でそれぞれの反応容器中に供給されてよい。例えば、1つの反応体は、完全に装入されることができ、そして第2の反応体が供給されてよい。特に、EDDNは、次に記載された別法i)〜iv)の1つにより製造されることができる。特に好ましくは、EDDNは、別法i)により製造される。
【0058】
別法i)によれば、ホルムアルデヒドとHCNは、最初にホルムアルデヒドシアンヒドリン(FACH)に反応され、この場合には、引続き再びFACHと反応され、EDAとFACHとのモル比は、1:1.5〜1:2[モル/モル]である。EDA、ホルムアルデヒドおよびHCNは、商業的に入手可能な製品であるか、または原理的に当業者に公知の方法により製造されてよい。特に、EDAは、本発明による方法において、遊離塩基の形で使用されるが、しかし、場合によっては塩、例えばEDAの二塩酸塩が反応体として使用されてもよい。
【0059】
ホルムアルデヒドとHCNとの反応は、当業者に公知である。FACHは、ホルムアルデヒド水溶液を青酸と反応させることによって製造される。特に、ホルムアルデヒドは、30〜50%の水溶液として存在し、青酸は、特に90〜100%の純度で使用される。この反応は、特に5.5のpH値で行なわれ、このpH値は、特に苛性ソーダ液またはアンモニアで調節される。この反応は、20〜70℃の温度で、例えばループ型反応器および/または管状反応器中で行なうことができる。
【0060】
精製された青酸(HCN)の代わりに、HCN粗製ガスもホルムアルデヒド水溶液中で上記の条件下で化学吸着され、FACHに変わる。HCN粗製ガスは、特にホルムアルデヒドを熱分解することによって製造され、水と共に殊に僅かな割合のアンモニアを含有する。
【0061】
場合によっては、得られたFACH水溶液は、温和な真空濃縮によって、例えば落下型薄膜蒸発器または薄膜蒸発器で濃縮されてよく、そして低沸点物、殊に青酸が取り除かれてよい。特に、50〜80%のFACH溶液への濃縮が行なわれる。濃縮前に、pH値を4以下、特に3以下へ低下させることによって、例えば酸の添加、例えば燐酸または特に硫酸を添加することによってFACH溶液を安定化することは、好ましい。
【0062】
特に、別法i)において、EDAとFACHとのモル比は、約1:1.8〜1:2[モル/モル]、殊に約1:2[モル/モル]である。
【0063】
別法ii)によれば、EDDNは、エチレンジアミン−ホルムアルデヒド付加物(EDFA)を青酸(HCN)と反応させることによって反応され、この場合EDFAとHCNとのモル比は、1:1.5〜1:2[モル/モル]である。特に、EDFAとHCNとのモル比は、1:1.8〜1:2[モル/モル]、殊に約1:2[モル/モル]である。EDFAは、特にほぼ等モル量のEDAとホルムアルデヒドとを混合することによって製造される。
【0064】
別法iii)によれば、EDAは、ホルムアルデヒドと青酸(GFB)との混合物と反応され、この場合EDAとGFBとのモル比は、1:1.5〜1:2[モル/モル]である。特に、EDAとGFBとのモル比は、1:1.8〜1:2[モル/モル]、殊に約1:2[モル/モル]である。特に、GFBは、ほぼ等モル量のホルムアルデヒドと青酸とを混合することによって製造される。
【0065】
別法iv)によれば、EDAは、ホルムアルデヒドおよび青酸(HCN)と適時に(平行して)反応され、この場合EDAとホルムアルデヒドとHCNとのモル比は、1:1.5:1.5〜1:2:2[モル/モル/モル]である。特に、EDAとホルムアルデヒドとHCNとのモル比は、1:1.8:1.8〜1:2:2[モル/モル/モル]、殊に約1:2:2[モル/モル/モル]である。特に、この実施態様において、3つの反応体成分は、同時にかまたは段階的に、それぞれ反応体全体量に対して同じモル部分量で反応容器中に供給される。
【0066】
場合によっては、それぞれの反応体または中間生成物は、直接にこれらの製造に引き続いて本発明による方法において使用されてよい。例えば、別法i)において、FACHは、早期の単離なしに本発明による方法において反応体として使用されることができる。しかし、場合によっては、FACHは、その製造に引き続いて最初に単離されてよく、引続き本発明による方法において使用されることができる。
【0067】
本発明の1つの実施態様において、EDDNの製造は、シアノ塩、例えばKCNなしに実施されるか、または少なくとも本質的にシアノ塩、例えばKCNなしに実施される。
【0068】
EDDNの製造は、通常、溶剤の存在下で実施される。特に、EDDNを製造するための本発明による方法において、反応体は、水相中で反応される。場合によっては、水と共に、なお水と混和性である、当業者に公知の他の溶剤が使用されてよい。しかし、アルコールは余り好ましくはないが、殊にメタノールが溶剤として使用される。
【0069】
EDDNの製造は、特に10〜90℃の温度、殊に30〜70℃で実施される。反応は、常圧で実施されることができるか、または場合により高められた圧力(過圧)で実施されることができる。特に、EDDNの製造は、管状反応器または攪拌容器カスケード中で実施される。特に、EDDNの製造は、連続的方法として実施されてもよく、殊に大工業的方法として実施されてもよい。
【0070】
EDDNの製造において、相応するモノニトリルのエチレンジアミンモノアセトニトリル(EDMN)が副生成物として形成される限り、これは、特にEDDNの合成に引き続いて当業者に公知の方法により分離されることができる。しかし、場合によってはEDDNおよびEDMNを含有するアミノニトリル混合物は、本発明による方法において使用されてもよい。ホルムアルデヒドとの引続く反応または水素化の際にEDMNから形成される変換生成物は、同様に当業者に公知の方法によりBCMIまたはMe−TETAと分離されてよい。しかし、特にEDDNの製造は、僅かな割合のEDMNが存在するように行なわれる。特に、EDMNの含量ならびに場合によりさらになお副生成物、例えばそれ以外のアミノニトリルの含量は、EDDNに対して10質量%以下、殊に5質量%以下である。
【0071】
EDDNの製造に引続き、または場合によりBCMIの製造に引続き、本発明による方法において、水素化の前に低沸点物の分離が実施されてよい。EDDNの製造にFACHが使用される限り、低沸点物の分離は、既にFACHとEDAとの反応前に行なうことができる。特に、低沸点物として青酸(HCN)が分離される。この場合、HCNは、FACHの分解生成物として生じてもよい。更に、この個所で場合によりアンモニアが分離されてよい。特に、この分離は、蒸留によって、例えば薄膜蒸発、例えばサムベイ(Sambay)蒸留の形で行なわれる。場合によっては、反応混合物は、窒素を用いて停止されてもよい。
【0072】
低沸点物の分離以外に、EDDNおよび/またはBCMIを用いて、精製工程は、吸収剤、例えば活性炭またはイオン交換体への不純物の吸収によって実施されてよい。これは、例えば吸収剤で充填された吸収塔中で行なうことができる。
【0073】
本発明のもう1つの対象は、本発明によるMe−TETAsの使用、殊にモノMe−TETAsの使用である。本発明によるMe−TETAsは、塗料、付着助剤、促進剤、接着剤、プラスチック、セルロースをベースとする化学薬品、製紙助剤、または油、石炭またはガスを取得または抽出するための助剤の製造に使用されてよい。
【0074】
次の実施例につき本発明を詳説する。
【実施例】
【0075】
アミノニトリル合成
実施例1:BCMI合成
三口フラスコ中のホルムアルデヒド(36.0g、360ミリモル、H2O中30質量%)の溶液を、90℃で15分間攪拌し、引続き氷浴中で冷却する。サムベイ(Sambay)蒸留により、75℃および50ミリバールで水を1.5質量%の残留含量になるまで分離する。更に、水を分離するために、留出物をCH2Cl2(60ml)中に引き取り、この溶液をNa2SO4上で乾燥し、濾過し、およびロータリーエバポレーター上で濃縮する。目的化合物のBCMI(46.0g、307ミリモル、残留含水量0.1質量%)は、オレンジ色の油として分析による純粋な形で得られる。
【0076】
水素化
一般的記載:
水素化は、溶剤としての2−Me−THF中で120℃および100バールで半バッチ法で行なわれる。そのために、Grace Division社の触媒Raney−Cobalt 2724を2−Me−THF中に装入し、この溶液を2−Me−THF中のそれぞれのアミノニトリルに120分間に亘って供給し、さらに60分間、後攪拌する。この試験の評価のために、内部標準(DEGDME)も供給する。分的のために、二相の反応排出物をメタノールで均質化する。評価は、質量%で行なわれる。
【0077】
それぞれの反応混合物の成分を同定するための分析方法:
カラム:DB 1.60m、0.32mm、1.0μm、
ガスクロマトグラフ:自動試料採取器を備えたHP 5890、
試料導入部温度:250℃、
検出器温度:300℃、
温度プログラム:200℃−15分間の恒温−5℃/分−280℃、
内部標準:DE GDME、
評価:HP ケムステーション(ChemStation)。
【0078】
実施例2:BCMIの水素化
圧力および温度を保証するための装置を備えた、300mlのミニプラントオートクレーブ中に、2−Me−THF40g中のGrace Division社のRa−Co 2724 4.7gを装入した。このオートクレーブを120℃に加熱し、水素を100バールの全圧力になるまで噴射した。120分間で、BCMI 18gとDEGDME 1.8gと2−Me−THF98gとからなる混合物を供給する。この反応混合物をさらに60分間反応条件下で攪拌する。排出物をメタノールを用いて均質化し、そしてGCにより分析する。次の選択率が見出される:tert−Me−TETA44.6%、sec−Me−TETA47.2%、TETA6.4%およびAEPIP1.3%。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ビスシアノメチルイミダゾリジン(BCMI)を触媒の存在下で水素添加することを含む、少なくとも1個のメチルで置換されたトリエチレンテトラアミン(Me−TETA)を製造するための方法。
【請求項2】
Me−TETAは、メチル基で置換されたトリエチレンテトラアミン(モノ−Me−TETA)、2個のメチル基で置換されたトリエチレンテトラアミン(ビス−Me−TETA)または3個のメチル基で置換されたトリエチレンテトラアミン(トリス−Me−TETA)から選択される、請求項1記載の方法。
【請求項3】
Me−TETAは、N−2−アミノエチル−N’−(2−N’’−メチルアミノエチル)−1,2−エタンジアミン(sec−Me−TETA)またはN−2−アミノエチル−N−メチル−N’−2−アミノエチル−1,2−エタンジアミン(tert−Me−TETA)から選択される、請求項1または2記載の方法。
【請求項4】
BCMIの水素化の際に少なくとも2つのMe−TETAsを含有する混合物が生じる、請求項1から3までのいずれか1項に記載の方法。
【請求項5】
少なくとも1つのMe−TETAを水素化の際に生じるMe−TETA混合物から単離する、請求項4記載の方法。
【請求項6】
触媒としてラニー触媒、有利にラニーニッケル触媒またはラニーコバルト触媒、殊にCo/Al合金からアルカリ金属水酸化物水溶液での浸出によって得られかつ促進剤として元素Fe、NiまたはCrの少なくとも1つを含有するラニーコバルト骨格触媒が使用される、請求項1から5までのいずれか1項に記載の方法。
【請求項7】
水素化を溶剤、殊に2−メチルテトラヒドロフラン(2−Me−THF)、テトラヒドロフラン(THF)またはメタノールの存在下で実施する、請求項1から6までのいずれか1項に記載の方法。
【請求項8】
圧力は、30〜250バールであり、および/または温度は、80℃〜140℃である、請求項1から7までのいずれか1項に記載の方法。
【請求項9】
水素化を添加剤の存在下、殊にエチレンジアミン(EDA)またはアンモニアの存在下で実施する、請求項1から8までのいずれか1項に記載の方法。
【請求項10】
BCMIを、エチレンジアミンジアセトニトリル(EDDN)とホルムアルデヒドとの反応によって製造する、請求項1から9までのいずれか1項に記載の方法。
【請求項11】
BCMI含有反応混合物中に含有された水を蒸留によって分離する、請求項10記載の方法。
【請求項12】
水の蒸留のために薄膜蒸発器、殊にサムベイ(Sambay)薄膜蒸発器を使用する、請求項11記載の方法。
【請求項13】
EDDNを、EDAをホルムアルデヒドおよび青酸(HCN)と反応させることによって製造する、請求項10から12までのいずれか1項に記載の方法。
【請求項14】
EDDNの製造を別法i)〜iv)の1つの記載により実施し、この場合
i)ホルムアルデヒドとHCNは、最初にホルムアルデヒドシアンヒドリン(FACH)に反応され、引続きエチレンジアミン(EDA)は、FACHと反応され、この場合EDAとFACHとのモル比は、1:1.5〜1:2[モル/モル]であるか、または
ii)エチレンジアミン−ホルムアルデヒド付加物(EDFA)は、HCNと反応され、この場合EDFAとHCNとのモル比は、1:1.5〜1:2[モル/モル]であるか、または
iii)EDAは、ホルムアルデヒドと青酸(GFB)との混合物と反応され、この場合EDAとGFBとのモル比は、1:1.5〜1:2[モル/モル]であるか、または
iv)EDAは、ホルムアルデヒドおよびHCNと適時に反応され、この場合EDAとホルムアルデヒドとHCNとのモル比は、1:1.5:1.5〜1:2:2[モル/モル/モル]である、請求項13記載の方法。
【請求項15】
少なくとも1個のメチル基で置換されたトリエチレンテトラアミン(Me−TETA)。
【請求項16】
メチル基で置換されたトリエチレンテトラアミン(モノ−Me−TETA)、2個のメチル基で置換されたトリエチレンテトアラミン(ビス−Me−TETA)または3個のメチル基で置換されたトリエチレンテトラアミン(トリス−Me−TETA)から選択された、請求項15記載のトリエチレンテトラアミン。
【請求項17】
この場合、Me−TETAは、N−2−アミノエチル−N’−(2−N’’−メチルアミノエチル)−1,2−エタンジアミン(sec−Me−TETA)またはN−2−アミノエチル−N−メチル−N’−2−アミノエチル−1,2−エタンジアミンから選択された、請求項15または16記載のトリエチレンテトラアミン。
【請求項18】
塗料、付着助剤、促進剤、接着剤、プラスチック、セルロースをベースとする化学薬品、製紙助剤、または油、石炭またはガスを取得または抽出するための助剤を製造するための、請求項15から17までのいずれか1項に記載のMe−TETAの使用。

【公表番号】特表2012−530102(P2012−530102A)
【公表日】平成24年11月29日(2012.11.29)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−515449(P2012−515449)
【出願日】平成22年6月14日(2010.6.14)
【国際出願番号】PCT/EP2010/058287
【国際公開番号】WO2010/146009
【国際公開日】平成22年12月23日(2010.12.23)
【出願人】(508020155)ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア (2,842)
【氏名又は名称原語表記】BASF SE
【住所又は居所原語表記】D−67056 Ludwigshafen, Germany
【Fターム(参考)】