ラクタムの製造方法
（ａ）ルテニウムまたはオスミウム、および（ｂ）有機ホスフィンを含む触媒の存在下で、ジカルボン酸および／またはその誘導体をアミンと共に水素化する均一系の方法であって、水素化が水の存在下で実施される方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジカルボン酸および／またはその誘導体を水素化する均一系の方法に関する。より詳しくは、ジカルボン酸および／またはその誘導体とアミンからラクタムを製造する均一系水素化法に関する。特に、水の存在下で実施することができる、ジカルボン酸および／またはその誘導体とアミンからラクタムを製造する均一系水素化法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｎ−メチルピロリドンおよびその他のピロリドンなどのラクタムは、従来は、γ−ブチロラクトンと適当なアミンから製造されている。γ−ブチロラクトンそれ自体は一般に、気相においてマレイン酸エステルの水素化から製造される。マレイン酸エステルは、無水マレイン酸から製造され、無水マレイン酸はブタンの酸化から製造される。多数の工程が存在する点からみて、この製法のコストは高く、Ｎ−メチルピロリドンおよびその他のピロリドンは、工業的に重要な化学品なので、コスト効果の高いラクタムへの経路をもたらす方法を提供することが望ましい。
【０００３】
この問題を解決するための試みにおいて多くの提案がされており、不均一系触媒の存在下でジカルボン酸または無水物と適当なアミンから、１工程でラクタムが製造される種々の方法が提案されている。しかし、これらの方法は、高価である新型の触媒をしばしば必要とする。あるいは、この方法は金属触媒の混合物を必要とする。残念ながら、こうした方法は、触媒の再利用が困難であり、これが工程コストを増大させる。例えば、米国特許第５９１２３５８号には、アルミナなどの担体上のパラジウムおよびレニウムの混合金属触媒の使用が提案されており、米国特許第４３５６１２４号および米国特許第４２６３１７５号では、鉄およびニッケルなどの他の遷移金属と混合された不均一系酸化ルテニウムベースの触媒を使用している。
【０００４】
他の不均一系の方法も提案されている。例えば英国特許第９７６９３９号では、コバルト、銅、ニッケルおよび／または鉄触媒が使用され、過剰のアンモニアおよび高圧が必要とされている。米国特許第３１０９００５号では、水が存在しないことが必要で、高圧も必要とされている。
【０００５】
カルボン酸および／またはその誘導体の水素化に適している多数の触媒系が知られている。こうした反応は伝統的に、不均一系触媒を使用して実施され、高温および高圧がしばしば必要とされる。これらの不均一系触媒系の欠点は、多くのものが酸供給原料に耐性がなく、それによって使用が限定されることである。
【０００６】
カルボン酸およびその誘導体の水素化に対して、ルテニウム／ホスフィン系をベースとする触媒が提案されている。これらの触媒系の例としては、参照として本明細書に組み込まれる、米国特許第５０４７５６１号、米国特許第５０７９３７２号、米国特許第５５８０９９１号、米国特許第５０７７４４２号、米国特許第５０２１５８９号、米国特許第４９３１５７３号、米国特許第４８９２９５５号、「新規で高活性のカチオン性ルテニウム錯体により触媒されるカルボン酸無水物の水素化反応」、Ｙ−ハラら、Ｃｈｅｍ Ｌｅｔｔ（１９９１）５５３、米国特許第３９５７８２７号、米国特許第４４８５２４５号および米国特許第４４８０１１５号に記載のものがある。
【０００７】
しかし、これらの文献に記載の系は、一般に、水素化反応を実施することが十分可能となる方法を提供するが、これらはいくつかの不都合および欠点を持つ。特に、水が存在すると触媒を阻害しまたは反応速度を著しく低下させるものと考えられるので、これらは、水の存在なしに水素化が実施されることを必要とする。例えば、米国特許第５０４７５６１号では、有機溶媒が使用され、存在する水の量は制御されるべきであり、１重量％を超えるべきではないと述べられている。「カチオン性ルテニウム複合体により触媒されるカルボニル化合物の水素化反応」、Ｈ−イナガキら、Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ（１９９４）３２７では、水の存在は、助触媒存在下のルテニウムトリアルキルホスフィン錯体の存在下で、無水コハク酸の水素化反応を遅延させるので、ガス流中の水素化反応により生成した水を除去する必要があることが説明されており、米国特許第３９５７８２７号および米国特許第４４８５２４５号では、歩留まりおよび生産性を向上させる目的で、反応中に生成される少しの水をも除去するために捕捉剤が使用されている。
【０００８】
これらの知られている触媒系の多くは、ルテニウム触媒の選択性および活性を増大させるために助触媒の存在も必要である。この例としては、有機溶媒の存在下で反応が実施され、ＩＶＡ、ＶＡおよびＩＩＩ族から選択される金属が助触媒として必要であるとしている、米国特許第５０７９３７２号および米国特許第４９３１５７３号がある。
【０００９】
助触媒を使用する他の例を米国特許第５０７７４４２号に見出すことができる。この場合は、選択性および転化率を促進させるためにリン酸化合物が使用されている。この文献は、水が存在すると選択性および転化率が低下すると言われているので、反応中に生成される少しの水も反応区画から除去することを教示している。
【００１０】
記載されている他の適当な助触媒は、酸の共役塩基であり、これに関しては、米国特許第５０２１５８９号および米国特許第４８９２９５５号に遡ることができる。この後者の場合は、触媒系の成分がこの反応条件下で加水分解を受けやすいこと、反応中に生成された水を除去するために水素パージが必要であることに留意されたい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
以上からみて、容易に入手可能な出発材料からコスト効果の高い方法でラクタムを製造する方法が依然として必要であることが理解されるであろう。このことは、水の存在下で、ルテニウム／ホスフィン触媒系を用いて、ジカルボン酸およびその誘導体を適当なアミンと共に均一系水素化することにより達成することができる。驚くべきことには、従来技術の教示に反して、水の存在が、不利益ではないことのみならず、実際、積極的利点を提供することが判明した。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち、本発明によれば、
（ａ）ルテニウムまたはオスミウム、および
（ｂ）有機ホスフィン
を含む触媒の存在下で、ジカルボン酸および／またはその誘導体をアミンと共に水素化する均一系の方法であって、水素化が水の存在下で実施される方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
「均一系の方法」とは、本発明者らは、触媒が反応のための溶媒中に溶解されること、ならびに存在する水の少なくとも一部および反応物の少なくとも一部が、触媒と共に相中に存在しなければならないことを意味する。過剰な水および／または過剰な供給原料が存在する場合は、過剰分は、触媒を含む相に対して分離相を形成してもよい。それに加えて、またはその代わりに、生成物が分離相を形成してもよい。
【００１４】
ジカルボン酸および／またはその誘導体とは、本発明者らは、少なくとも２つのカルボン酸官能基を有する任意の分子を含む１種以上の化合物、例えばジカルボン酸、ポリカルボン酸、無水物、ジカルボン酸のモノエステルまたはジエステル、ジカルボン酸のモノアミドまたはジアミド、アミン塩などのジカルボン酸の塩、あるいはそれらの混合物を意味する。ジカルボン酸および／またはその誘導体は、好ましくはＣ4〜Ｃ12のジカルボン酸である。ジカルボン酸および／またはその誘導体は、飽和または不飽和であってもよい。適当なジカルボン酸および／またはその誘導体の具体例としては、マレイン酸、フマル酸、コハク酸、無水マレイン酸、アジピン酸、および無水コハク酸が挙げられる。２種以上のジカルボン酸および／またはその誘導体が使用される場合は、これらは、同じ官能性、例えば共にジカルボン酸であっても、あるいは異なる官能性、例えばジカルボン酸とジカルボン酸のジエステルの混合物であってもよい。
【００１５】
このアミンは、第１級、第２級または第３級アミンである。このアミンは、一般にＮＲ1Ｒ2Ｒ3（式中、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は、それぞれが水素またはアルキルから選択される）である。任意の適当なアルキル基を使用してもよいが、Ｃ1〜Ｃ6であるものが好ましい。最も好ましくは、アルキル基は、メチル、エチルまたはプロピルである。個々のアミンの選択は、所望の反応生成物により決まる。すなわち、例えば、Ｎ−メチルピロリドンを調製する場合は、メチルアミンが使用される。アミンの混合物を使用することもできる。特定の理論により縛られることは望まないが、反応条件下では、ジ−およびトリ−アルキルアミンは、部分的に加水分解されて、モノ−アルキルアミンおよびアルコールを生成する。アミンという用語は、上記に定義されたアミン、あるいは同じでも異なるタイプでもよい１種以上のアミンの使用を意味するものと理解される。これは、所望のアミンを生成する方法が生成物の混合物を生成する場合は特に有利である。アミンの混合物を用いて本発明の方法を実行することにより、アミン同士を分離しなければならない工程が回避できる。このことは、アミンの分離は費用がかかる工程であり得るので、特に有利である。
【００１６】
アミンがジカルボン酸と混合されて一般に塩が形成される本発明の方法が実施される前に、アミンをジカルボン酸および／またはその誘導体と混合してよい。一手順では、ジカルボン酸を、水素化の開始に先立って、アミンとの反応によりアミドまたはイミドに転換することができる。
【００１７】
反応物が水溶性の場合は、反応のための溶媒として水を使用することができる。あるいは、溶媒を使用することができる。溶媒を使用する場合は、水は溶媒中の添加剤として存在する。他の代替手順では、反応の反応物または生成物の一方または両方が溶媒であってもよい。一手順では、少なくとも１重量％の水が存在する。
【００１８】
例えば、ジカルボン酸および／またはその誘導体がより高い炭素含量を有する場合などの、ジカルボン酸および／またはその誘導体あるいはアミンが、水不溶性であるかまたは低水溶性を有する場合は、この反応物または生成物が反応のための溶媒であり得、あるいは有機溶媒を使用し、水は添加剤として存在してよい。この場合は、水は溶媒中に任意の適当な量で、好ましくは水の溶媒中における溶解限度までの量で存在することができる。少なくとも１％の水が存在することができる。追加の水は、分離した水性相中に存在してよい。
【００１９】
一代替手順では、水は水素化反応の副生成物として、その場で生成することができる。水がその場で生成される場合、最大の利益が達成されるには、水は反応の初めの数サイクル以内に生成されるべきである。水がその場で生成される場合は、十分な水が生成されるまでは系の必要量を補うために、ある量の水を最初に加えることができる。
【００２０】
水素化に使用される水素は、不純な水素でもよい。
【００２１】
したがって、本発明の方法は、低コストの供給原料を使用することができ、均一系が使用でき、また反応の開始に先立って、水をいずれの反応物からも除去する必要がなく、溶媒として使用することさえできるという点で、従来技術の手順より相当な利点を提供することを理解されたい。この手段により、コスト効果の高い方法が達成される。生産時間が短縮されることも理解されよう。
【００２２】
さらに、水の存在は、触媒の安定性という点からも有利であることが判明した。従来技術の系では、脱カルボニル化が生じ得て、生成した一酸化炭素が触媒を強く抑制すると言われていることに留意されたい。このことを克服するために、従来技術の手順では、一酸化炭素を除去すること、およびプラント中にメタン化ユニットを備えて、排気ガスを反応器へ再循環処理することが通例である。しかし、このことは本発明の方法では不要である。
【００２３】
特定の理論により縛られることは望まないが、水の存在が、水素化反応器中で副反応が生じることを可能にし、反応器中で、生成された一酸化炭素が水と反応して水性ガスシフト反応により二酸化炭素および水素を形成するものと考えられる。この二酸化炭素および水素は、さらに反応してメタンを形成し得る。これらのガスは、反応系から容易に除去することができる。それによって、この系はコスト効果の高い水素化方法を提供するのみならず、排気ガスの再循環システム中に別のメタン化ユニットを持つ必要性を減らす。
【００２４】
本発明の他の利点は、上に詳述した一酸化炭素の除去が触媒を効果的に再生させることである。したがって、この方法は、延長された触媒寿命を提供し、それにより反応の経済性が改善される。
【００２５】
水性ガスシフト反応は、その開始のために必ず熱を必要とする。ジカルボン酸および／またはその誘導体または水素化生成物が、初期の温度で熱的に安定でない場合は、本発明の方法を実施して、生成した一酸化炭素の存在により触媒が抑制され、熱的に不安定な部分を除去し、また、水性ガスシフト反応が作動してさらなる反応のために触媒を再活性化することができる程度に、水素の存在下で熱を増加させることができる。この手法により、この方法を、触媒寿命を延長しながら広範囲のジカルボン酸またはその誘導体に適用することができる。
【００２６】
本発明の他の利点は、触媒を安定化するために従来技術で使用される類の緩衝塩を加える必要性がなく、さらに、助触媒は一般に必要がなく、状況によっては有害ですらあり得る。
【００２７】
上に詳述したように、反応物が水溶性の場合は、水は溶媒として作用することができる。しかし、本発明の方法は、溶媒が存在せずに実施することができ、すなわち、出発材料または反応生成物が反応のための溶媒であってもよい。しかし、溶媒が使用される場合は、任意の適当な溶媒を選択することができ、適当な溶媒の例としては、特に限定されるものではないが、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、Ｎ−メチルピロリドン、ジエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、ジオキサン、２−プロパノール、２−ブタノール、第２級アルコール、第３級アルコール、ラクタムおよびＮ−メチルカプロラクタムが挙げられる。
【００２８】
本発明の触媒は、ルテニウム／ホスフィンまたはオスミウム／ホスフィン触媒であってよい。ルテニウムまたはオスミウムは、一般にルテニウム化合物またはオスミウム化合物として供給されるが、ハロゲン化物は好ましくない。適当な化合物は、反応条件下で活性種に転換することができるものであり、硝酸塩、硫酸塩、カルボキシレート、ベータジケトン、およびカルボニルが含まれる。酸化ルテニウム、カルボニルルテネートおよびヒドリドホスフィンルテニウム錯体を含めたルテニウムの錯体化合物もまた使用することができる。具体例としては、特に限定されるものではないが、硝酸ルテニウム、二酸化ルテニウム、四酸化ルテニウム、二水酸化ルテニウム、ルテニウムアセチルアセトネート、酢酸ルテニウム、マレイン酸ルテニウム、コハク酸ルテニウム、トリス−（アセチルアセトン）ルテニウム、ペンタカルボニルルテニウム、二カリウムテトラカルボニルルテニウム、シクロ−ペンタジエニルジカルボニルトリルテニウム、テトラヒドリドデカカルボニルテトラルテニウム、テトラフェニルホスホニウム、二酸化ルテニウム、四酸化ルテニウム、二水酸化ルテニウム、ビス（トリ−ｎ−ブチルホスフィン）トリカルボニルルテニウム、ドデカカルボニルトリルテニウム、およびウンデカカルボニルヒドリドトリルテニウムがある。触媒がオスミウム／ホスフィン触媒である場合は、対応する化合物を使用することができる。
【００２９】
ルテニウムまたはオスミウム化合物は、任意の適当な量で存在してよい。しかし、反応溶液１リットル当たりルテニウムまたはオスミウムとして、０．０００１〜５モル、好ましくは０．００５〜１モルの量で存在することが好ましい。
【００３０】
任意の適当なホスフィンを使用することができる。三座、二座および単座リガンドをもたらす化合物を使用することができる。金属がルテニウムの場合は、三座ホスフィンが特に好ましい。適当なホスフィン化合物の例としては、トリアルキルホスフィン、ジアルキルホスフィン、モノアルキルホスフィン、トリアリールホスフィン、ジアリールホスフィン、モノアリールホスフィン、ジアリールモノアルキルホスフィンおよびジアルキルモノアリールホスフィンがある。具体例としては、特に限定されるものではないが、トリス−１，１，１−（ジフェニルホスフィノメチル）メタン、トリス−１，１，１−（ジフェニルホスフィノメチル）−エタン、トリス−１，１，１−（ジフェニルホスフィノメチル）プロパン、トリス−１，１，１−（ジフェニルホスフィノ−メチル）ブタン、トリス−１，１，１−（ジフェニルホスフィノメチル）−２，２ジメチルプロパン、トリス−１，３，５−（ジフェニルホスフィノ−メチル）シクロヘキサン、トリス−１，１，１−（ジシクロヘキシルホスフィノメチル）エタン、トリス−１，１，１−（ジメチルホスフィノメチル）エタン、トリス−１，１，１−（ジエチルホスフィノメチル）エタン、１，５，９−トリエチル−１，５−９−トリホスファシクロドデカン、１，５，９−トリフェニル−１，５−９−トリホスファシクロドデカン、ビス（２−ジフェニルホスフィノエチル）フェニルホスフィン、ビス−１，２−（ジフェニルホスフィノ）エタン、ビス−１，３−（ジフェニルホスフィノ）プロパン、ビス−１，４−（ジフェニルホスフィノ）ブタン、ビス−１，２−（ジメチルホスフィノ）エタン、ビス−１，３−（ジエチルホスフィノ）プロパン、ビスｌ，４−（ジシクロヘキシルホスフィノ）ブタン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリオクチルホスフィン、トリメチルホスフィン、トリピリジルホスフィン、トリフェニルホスフィンを含み、トリス−１，１，１−（ジフェニルホスフィノメチル）−エタンが特に好ましい。特に有利な結果は面キャップされた三座ホスフィンで得られ、トリス−１，１，１−（ジアリールホスフィノメチル）アルカンおよびトリス−１，１，１−（ジアルキルホスフィノメチル）アルカンが特に好ましい。
【００３１】
触媒は、前もって形成されてもまたはその場で生成されてもよい。トリス−１，１，１−（ジエチルホスフィノメチル）エタンなどの電子に富むホスフィンが使用される場合は、本発明の方法を開始する前に、水の非存在下で錯体を前もって形成することが好ましい。
【００３２】
ホスフィン化合物は、任意の適当な量で存在してよい。しかし、反応溶液１リットル当たり、０．０００１〜５モル、好ましくは０．００５〜１モルの量で存在することが好ましい。
【００３３】
任意の適当な反応温度を使用することができる。しかし、本発明の方法では、水素化が、約１９０℃〜約３００℃、より好ましくは２３０℃〜約２５０℃の範囲の温度で実施される場合は、特別の利点がある。
【００３４】
任意の適当な圧力を使用することができ、約５００〜約２０００ポンド／平方インチゲージの反応圧力が好ましい。より好ましくは８００〜１４００ポンド／平方インチゲージの圧力を使用することができ、最も好ましくは約１０００ポンド／平方インチゲージの圧力を使用することができる。しかし、揮発性溶媒が使用される場合は、反応器中での溶媒の高い分圧のために、より高い反応器圧が望ましいことが理解できよう。
【００３５】
反応物は、任意の適当な比率で存在してよい。特に適当なものは、約０．５：１〜約１００：１のアミン対酸またはその誘導体の比率である。好ましいのは、約０．９：１〜約２．０：１の比率である。
【００３６】
この方法は、バッチシステムでも連続システムでも実施してよい。強化ガス／液体混合反応器などの高強度反応器を使用することができる。しかし、本発明の方法は、連続システムでの利用が特に適していることが理解できよう。なぜなら、触媒は一酸化炭素により被毒されず、たとえこのような被毒が生じても、触媒は水との反応により再生することができるからである。
【００３７】
触媒が例えば生成物取出し流と共に反応器から取り出される場合は、任意の適当な手段により反応器に再循環することができる。触媒は、任意の適当な手段により生成物流から分離することができる。適当な手段としては、抽出、蒸留、ガスストリッピングおよび膜分離がある。状況によっては、回収の助けとなるように触媒を担体上に固定化してもよい。この手順では、固定化触媒はろ過により回収することができる。
【００３８】
本発明の方法は、２−ピロリドンおよびそのＮ−アルキル化物の製造に特に適している。これはまた、アジピン酸およびアンモニアからのカプロラクタムの製造、およびマレイン酸または無水マレイン酸からのピロリドンの製造にも適している。
【実施例】
【００３９】
次に、以下の実施例を参照して本発明を説明するが、これは本発明の範囲を限定するものではない。
【００４０】
実施例１
この実施例は、マレイン酸を水およびメチルアミンの存在下でうまく水素化することができて、Ｎ−メチルピロリドンが生成することを例示する。
【００４１】
ルテニウム（ＩＩＩ）アセチルアセトネート（ジョンソンマッシー製、４６ミリモル、０．１８３ｇ）および１，１，１−トリス（ジフェニル−ホスフィノメチル）エタン（アルドリッチ製、６．１ミリモル、０．３８ｇ）、水（５２．０５ｇ）、マレイン酸（アルドリッチ製、１７３．９ミリモル、２０．２ｇ）、４０重量％メチルアミン溶液（アルドリッチ製、３０．５２ｇ）、３９４ミリモルのメチルアミンを、３００ｍｌのハステロイパール製オートクレーブに移した。これを密閉して、水素でパージした後、水素で６００ポンド／平方インチゲージに加圧し、２５０℃に加熱した。２５０℃に達すると、反応器に１０００ポンド／平方インチゲージまで水素を補給し、この圧力を調整器により反応器全体にわたり維持した。反応の終点で水素供給を切り離し、反応器を冷却した。室温でヘッドスペースガスを排気した。生成物を反応器から取り出し秤量した（９４．２ｇ、９１．２％の物質収支）。水および有機物の分析を、マイクロＴＣＤを備えたヒューレットパッカード製ガスクロマトグラフを用いて求めた（重量％）：アンモニア（１．７４８）、水（８０．３２９）、メチルアミン（０．６６２）、Ｎ−メチルピロリドン（１５．２６９）、その他（０．６３２）；８３．５モル％のＮ−メチルピロリドンの歩留まり（回収されたＮ−メチルピロリドンのモル数／供給原料のモル数）。
【００４２】
実施例２
この実施例は、Ｎ−メチルスクシンイミドを、水の存在下でうまく水素化することができて、Ｎ−メチルピロリドンが生成することを例示する。
【００４３】
ルテニウム（ＩＩＩ）アセチルアセトネート（０．４６ミリモル、０．１８２ｇ）および１，１，１−トリス（ジフェニル−ホスフィノメチル）エタン（６．１ミリモル、０．３８ｇ）、水（６９．７ｇ）、Ｎ−メチルスクシンイミド（アルドリッチ製、１５４ミリモル、１７．４５ｇ）を、３００ｍｌのハステロイパール製オートクレーブに移した。これを密閉して、水素でパージした後、水素で６００ポンド／平方インチゲージに加圧し、２５０℃に加熱した。２５０℃に達すると、反応器に１０００ポンド／平方インチゲージまで水素を補給し、この圧力を調整器により反応全体にわたり維持した。反応の終点で４時間後、水素供給を切り離し、反応器を冷却した。室温でヘッドスペースガスを排気した。生成物を反応器から取り出し分析した。水および有機物の分析を、マイクロＴＣＤを備えたＨＰガスクロマトグラフを用いて求めた（重量％）：アンモニア（０．１５）、水（８６．９３）、ＮＭＰ（１２．５２）、その他（０．３９２）。
【００４４】
実施例３
この実施例は、アジピン酸を、水およびメチルアミンの存在下でうまく水素化することができて、Ｎ−メチル−カプロラクタムが生成することを例示する。
【００４５】
ルテニウム（ＩＩＩ）アセチルアセトネート（０．４６ミリモル、０．１８ｇ）および１，１，１−トリス（ジフェニル−ホスフィノメチル）エタン（６．１ミリモル、０．３８ｇ）、水（４０．１４ｇ）、アジピン酸（アルドリッチ製、１３７ミリモル、２０．０６ｇ）、および４０重量％メチルアミン溶液（２６０ミリモル、２０．１５ｇ）を、３００ｍｌのハステロイパール製オートクレーブに移した。これを密閉して、水素でパージした後、水素で６００ポンド／平方インチゲージに加圧し、２５０℃に加熱した。２５０℃に達すると、反応器に１０００ポンド／平方インチゲージまで水素を補給し、この圧力を調整器により反応全体にわたり維持した。反応の終点で４時間後、水素供給を切り離し、反応器を冷却した。室温でヘッドスペースガスを排気した。生成物を反応器から取り出し分析した。水および有機物の分析を、マイクロＴＣＤを備えたＨＰガスクロマトグラフを用いて求めた（面積％）：アンモニア（１．１１０）、水（６５．１０７）、メチルアミン（０．９０３）、ヘキサヒドロアゼピン（１．１９１）、Ｎ−メチルヘキサヒドロアゼピン（１．７０１）、Ｎ−メチルカプロラクタム（１６．０４５）、カプロラクタム（２．７０６）、Ｎ，Ｎ’−ジメチルアジプアミド（１．７９４）、その他（９．４４３）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジカルボン酸および／またはその誘導体を水素化する均一系の方法に関する。より詳しくは、ジカルボン酸および／またはその誘導体とアミンからラクタムを製造する均一系水素化法に関する。特に、水の存在下で実施することができる、ジカルボン酸および／またはその誘導体とアミンからラクタムを製造する均一系水素化法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｎ−メチルピロリドンおよびその他のピロリドンなどのラクタムは、従来は、γ−ブチロラクトンと適当なアミンから製造されている。γ−ブチロラクトンそれ自体は一般に、気相においてマレイン酸エステルの水素化から製造される。マレイン酸エステルは、無水マレイン酸から製造され、無水マレイン酸はブタンの酸化から製造される。多数の工程が存在する点からみて、この製法のコストは高く、Ｎ−メチルピロリドンおよびその他のピロリドンは、工業的に重要な化学品なので、コスト効果の高いラクタムへの経路をもたらす方法を提供することが望ましい。
【０００３】
この問題を解決するための試みにおいて多くの提案がされており、不均一系触媒の存在下でジカルボン酸または無水物と適当なアミンから、１工程でラクタムが製造される種々の方法が提案されている。しかし、これらの方法は、高価である新型の触媒をしばしば必要とする。あるいは、この方法は金属触媒の混合物を必要とする。残念ながら、こうした方法は、触媒の再利用が困難であり、これが工程コストを増大させる。例えば、米国特許第５９１２３５８号には、アルミナなどの担体上のパラジウムおよびレニウムの混合金属触媒の使用が提案されており、米国特許第４３５６１２４号および米国特許第４２６３１７５号では、鉄およびニッケルなどの他の遷移金属と混合された不均一系酸化ルテニウムベースの触媒を使用している。
【０００４】
他の不均一系の方法も提案されている。例えば英国特許第９７６９３９号では、コバルト、銅、ニッケルおよび／または鉄触媒が使用され、過剰のアンモニアおよび高圧が必要とされている。米国特許第３１０９００５号では、水が存在しないことが必要で、高圧も必要とされている。
【０００５】
カルボン酸および／またはその誘導体の水素化に適している多数の触媒系が知られている。こうした反応は伝統的に、不均一系触媒を使用して実施され、高温および高圧がしばしば必要とされる。これらの不均一系触媒系の欠点は、多くのものが酸供給原料に耐性がなく、それによって使用が限定されることである。
【０００６】
カルボン酸およびその誘導体の水素化に対して、ルテニウム／ホスフィン系をベースとする触媒が提案されている。これらの触媒系の例としては、参照として本明細書に組み込まれる、米国特許第５０４７５６１号、米国特許第５０７９３７２号、米国特許第５５８０９９１号、米国特許第５０７７４４２号、米国特許第５０２１５８９号、米国特許第４９３１５７３号、米国特許第４８９２９５５号、「新規で高活性のカチオン性ルテニウム錯体により触媒されるカルボン酸無水物の水素化反応」、Ｙ−ハラら、Ｃｈｅｍ Ｌｅｔｔ（１９９１）５５３、米国特許第３９５７８２７号、米国特許第４４８５２４５号および米国特許第４４８０１１５号に記載のものがある。
【０００７】
しかし、これらの文献に記載の系は、一般に、水素化反応を実施することが十分可能となる方法を提供するが、これらはいくつかの不都合および欠点を持つ。特に、水が存在すると触媒を阻害しまたは反応速度を著しく低下させるものと考えられるので、これらは、水の存在なしに水素化が実施されることを必要とする。例えば、米国特許第５０４７５６１号では、有機溶媒が使用され、存在する水の量は制御されるべきであり、１重量％を超えるべきではないと述べられている。「カチオン性ルテニウム複合体により触媒されるカルボニル化合物の水素化反応」、Ｈ−イナガキら、Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ（１９９４）３２７では、水の存在は、助触媒存在下のルテニウムトリアルキルホスフィン錯体の存在下で、無水コハク酸の水素化反応を遅延させるので、ガス流中の水素化反応により生成した水を除去する必要があることが説明されており、米国特許第３９５７８２７号および米国特許第４４８５２４５号では、歩留まりおよび生産性を向上させる目的で、反応中に生成される少しの水をも除去するために捕捉剤が使用されている。
【０００８】
これらの知られている触媒系の多くは、ルテニウム触媒の選択性および活性を増大させるために助触媒の存在も必要である。この例としては、有機溶媒の存在下で反応が実施され、ＩＶＡ、ＶＡおよびＩＩＩ族から選択される金属が助触媒として必要であるとしている、米国特許第５０７９３７２号および米国特許第４９３１５７３号がある。
【０００９】
助触媒を使用する他の例を米国特許第５０７７４４２号に見出すことができる。この場合は、選択性および転化率を促進させるためにリン酸化合物が使用されている。この文献は、水が存在すると選択性および転化率が低下すると言われているので、反応中に生成される少しの水も反応区画から除去することを教示している。
【００１０】
記載されている他の適当な助触媒は、酸の共役塩基であり、これに関しては、米国特許第５０２１５８９号および米国特許第４８９２９５５号に遡ることができる。この後者の場合は、触媒系の成分がこの反応条件下で加水分解を受けやすいこと、反応中に生成された水を除去するために水素パージが必要であることに留意されたい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
以上からみて、容易に入手可能な出発材料からコスト効果の高い方法でラクタムを製造する方法が依然として必要であることが理解されるであろう。このことは、水の存在下で、ルテニウム／ホスフィン触媒系を用いて、ジカルボン酸およびその誘導体を適当なアミンと共に均一系水素化することにより達成することができる。驚くべきことには、従来技術の教示に反して、水の存在が、不利益ではないことのみならず、実際、積極的利点を提供することが判明した。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち、本発明によれば、
（ａ）ルテニウムまたはオスミウム、および
（ｂ）有機ホスフィン
を含む触媒の存在下で、ジカルボン酸および／またはその誘導体をアミンと共に水素化する均一系の方法であって、水素化が水の存在下で実施される方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
「均一系の方法」とは、本発明者らは、触媒が反応のための溶媒中に溶解されること、ならびに存在する水の少なくとも一部および反応物の少なくとも一部が、触媒と共に相中に存在しなければならないことを意味する。過剰な水および／または過剰な供給原料が存在する場合は、過剰分は、触媒を含む相に対して分離相を形成してもよい。それに加えて、またはその代わりに、生成物が分離相を形成してもよい。
【００１４】
ジカルボン酸および／またはその誘導体とは、本発明者らは、少なくとも２つのカルボン酸官能基を有する任意の分子を含む１種以上の化合物、例えばジカルボン酸、ポリカルボン酸、無水物、ジカルボン酸のモノエステルまたはジエステル、ジカルボン酸のモノアミドまたはジアミド、アミン塩などのジカルボン酸の塩、あるいはそれらの混合物を意味する。ジカルボン酸および／またはその誘導体は、好ましくはＣ4〜Ｃ12のジカルボン酸である。ジカルボン酸および／またはその誘導体は、飽和または不飽和であってもよい。適当なジカルボン酸および／またはその誘導体の具体例としては、マレイン酸、フマル酸、コハク酸、無水マレイン酸、アジピン酸、および無水コハク酸が挙げられる。２種以上のジカルボン酸および／またはその誘導体が使用される場合は、これらは、同じ官能性、例えば共にジカルボン酸であっても、あるいは異なる官能性、例えばジカルボン酸とジカルボン酸のジエステルの混合物であってもよい。
【００１５】
このアミンは、第１級、第２級または第３級アミンである。このアミンは、一般にＮＲ1Ｒ2Ｒ3（式中、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は、それぞれが水素またはアルキルから選択される）である。任意の適当なアルキル基を使用してもよいが、Ｃ1〜Ｃ6であるものが好ましい。最も好ましくは、アルキル基は、メチル、エチルまたはプロピルである。個々のアミンの選択は、所望の反応生成物により決まる。すなわち、例えば、Ｎ−メチルピロリドンを調製する場合は、メチルアミンが使用される。アミンの混合物を使用することもできる。特定の理論により縛られることは望まないが、反応条件下では、ジ−およびトリ−アルキルアミンは、部分的に加水分解されて、モノ−アルキルアミンおよびアルコールを生成する。アミンという用語は、上記に定義されたアミン、あるいは同じでも異なるタイプでもよい１種以上のアミンの使用を意味するものと理解される。これは、所望のアミンを生成する方法が生成物の混合物を生成する場合は特に有利である。アミンの混合物を用いて本発明の方法を実行することにより、アミン同士を分離しなければならない工程が回避できる。このことは、アミンの分離は費用がかかる工程であり得るので、特に有利である。
【００１６】
アミンがジカルボン酸と混合されて一般に塩が形成される本発明の方法が実施される前に、アミンをジカルボン酸および／またはその誘導体と混合してよい。一手順では、ジカルボン酸を、水素化の開始に先立って、アミンとの反応によりアミドまたはイミドに転換することができる。
【００１７】
反応物が水溶性の場合は、反応のための溶媒として水を使用することができる。あるいは、溶媒を使用することができる。溶媒を使用する場合は、水は溶媒中の添加剤として存在する。他の代替手順では、反応の反応物または生成物の一方または両方が溶媒であってもよい。一手順では、少なくとも１重量％の水が存在する。
【００１８】
例えば、ジカルボン酸および／またはその誘導体がより高い炭素含量を有する場合などの、ジカルボン酸および／またはその誘導体あるいはアミンが、水不溶性であるかまたは低水溶性を有する場合は、この反応物または生成物が反応のための溶媒であり得、あるいは有機溶媒を使用し、水は添加剤として存在してよい。この場合は、水は溶媒中に任意の適当な量で、好ましくは水の溶媒中における溶解限度までの量で存在することができる。少なくとも１％の水が存在することができる。追加の水は、分離した水性相中に存在してよい。
【００１９】
一代替手順では、水は水素化反応の副生成物として、その場で生成することができる。水がその場で生成される場合、最大の利益が達成されるには、水は反応の初めの数サイクル以内に生成されるべきである。水がその場で生成される場合は、十分な水が生成されるまでは系の必要量を補うために、ある量の水を最初に加えることができる。
【００２０】
水素化に使用される水素は、不純な水素でもよい。
【００２１】
したがって、本発明の方法は、低コストの供給原料を使用することができ、均一系が使用でき、また反応の開始に先立って、水をいずれの反応物からも除去する必要がなく、溶媒として使用することさえできるという点で、従来技術の手順より相当な利点を提供することを理解されたい。この手段により、コスト効果の高い方法が達成される。生産時間が短縮されることも理解されよう。
【００２２】
さらに、水の存在は、触媒の安定性という点からも有利であることが判明した。従来技術の系では、脱カルボニル化が生じ得て、生成した一酸化炭素が触媒を強く抑制すると言われていることに留意されたい。このことを克服するために、従来技術の手順では、一酸化炭素を除去すること、およびプラント中にメタン化ユニットを備えて、排気ガスを反応器へ再循環処理することが通例である。しかし、このことは本発明の方法では不要である。
【００２３】
特定の理論により縛られることは望まないが、水の存在が、水素化反応器中で副反応が生じることを可能にし、反応器中で、生成された一酸化炭素が水と反応して水性ガスシフト反応により二酸化炭素および水素を形成するものと考えられる。この二酸化炭素および水素は、さらに反応してメタンを形成し得る。これらのガスは、反応系から容易に除去することができる。それによって、この系はコスト効果の高い水素化方法を提供するのみならず、排気ガスの再循環システム中に別のメタン化ユニットを持つ必要性を減らす。
【００２４】
本発明の他の利点は、上に詳述した一酸化炭素の除去が触媒を効果的に再生させることである。したがって、この方法は、延長された触媒寿命を提供し、それにより反応の経済性が改善される。
【００２５】
水性ガスシフト反応は、その開始のために必ず熱を必要とする。ジカルボン酸および／またはその誘導体または水素化生成物が、初期の温度で熱的に安定でない場合は、本発明の方法を実施して、生成した一酸化炭素の存在により触媒が抑制され、熱的に不安定な部分を除去し、また、水性ガスシフト反応が作動してさらなる反応のために触媒を再活性化することができる程度に、水素の存在下で熱を増加させることができる。この手法により、この方法を、触媒寿命を延長しながら広範囲のジカルボン酸またはその誘導体に適用することができる。
【００２６】
本発明の他の利点は、触媒を安定化するために従来技術で使用される類の緩衝塩を加える必要性がなく、さらに、助触媒は一般に必要がなく、状況によっては有害ですらあり得る。
【００２７】
上に詳述したように、反応物が水溶性の場合は、水は溶媒として作用することができる。しかし、本発明の方法は、溶媒が存在せずに実施することができ、すなわち、出発材料または反応生成物が反応のための溶媒であってもよい。しかし、溶媒が使用される場合は、任意の適当な溶媒を選択することができ、適当な溶媒の例としては、特に限定されるものではないが、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、Ｎ−メチルピロリドン、ジエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、ジオキサン、２−プロパノール、２−ブタノール、第２級アルコール、第３級アルコール、ラクタムおよびＮ−メチルカプロラクタムが挙げられる。
【００２８】
本発明の触媒は、ルテニウム／ホスフィンまたはオスミウム／ホスフィン触媒であってよい。ルテニウムまたはオスミウムは、一般にルテニウム化合物またはオスミウム化合物として供給されるが、ハロゲン化物は好ましくない。適当な化合物は、反応条件下で活性種に転換することができるものであり、硝酸塩、硫酸塩、カルボキシレート、ベータジケトン、およびカルボニルが含まれる。酸化ルテニウム、カルボニルルテネートおよびヒドリドホスフィンルテニウム錯体を含めたルテニウムの錯体化合物もまた使用することができる。具体例としては、特に限定されるものではないが、硝酸ルテニウム、二酸化ルテニウム、四酸化ルテニウム、二水酸化ルテニウム、ルテニウムアセチルアセトネート、酢酸ルテニウム、マレイン酸ルテニウム、コハク酸ルテニウム、トリス−（アセチルアセトン）ルテニウム、ペンタカルボニルルテニウム、二カリウムテトラカルボニルルテニウム、シクロ−ペンタジエニルジカルボニルトリルテニウム、テトラヒドリドデカカルボニルテトラルテニウム、テトラフェニルホスホニウム、二酸化ルテニウム、四酸化ルテニウム、二水酸化ルテニウム、ビス（トリ−ｎ−ブチルホスフィン）トリカルボニルルテニウム、ドデカカルボニルトリルテニウム、およびウンデカカルボニルヒドリドトリルテニウムがある。触媒がオスミウム／ホスフィン触媒である場合は、対応する化合物を使用することができる。
【００２９】
ルテニウムまたはオスミウム化合物は、任意の適当な量で存在してよい。しかし、反応溶液１リットル当たりルテニウムまたはオスミウムとして、０．０００１〜５モル、好ましくは０．００５〜１モルの量で存在することが好ましい。
【００３０】
任意の適当なホスフィンを使用することができる。三座、二座および単座リガンドをもたらす化合物を使用することができる。金属がルテニウムの場合は、三座ホスフィンが特に好ましい。適当なホスフィン化合物の例としては、トリアルキルホスフィン、ジアルキルホスフィン、モノアルキルホスフィン、トリアリールホスフィン、ジアリールホスフィン、モノアリールホスフィン、ジアリールモノアルキルホスフィンおよびジアルキルモノアリールホスフィンがある。具体例としては、特に限定されるものではないが、トリス−１，１，１−（ジフェニルホスフィノメチル）メタン、トリス−１，１，１−（ジフェニルホスフィノメチル）−エタン、トリス−１，１，１−（ジフェニルホスフィノメチル）プロパン、トリス−１，１，１−（ジフェニルホスフィノ−メチル）ブタン、トリス−１，１，１−（ジフェニルホスフィノメチル）−２，２ジメチルプロパン、トリス−１，３，５−（ジフェニルホスフィノ−メチル）シクロヘキサン、トリス−１，１，１−（ジシクロヘキシルホスフィノメチル）エタン、トリス−１，１，１−（ジメチルホスフィノメチル）エタン、トリス−１，１，１−（ジエチルホスフィノメチル）エタン、１，５，９−トリエチル−１，５−９−トリホスファシクロドデカン、１，５，９−トリフェニル−１，５−９−トリホスファシクロドデカン、ビス（２−ジフェニルホスフィノエチル）フェニルホスフィン、ビス−１，２−（ジフェニルホスフィノ）エタン、ビス−１，３−（ジフェニルホスフィノ）プロパン、ビス−１，４−（ジフェニルホスフィノ）ブタン、ビス−１，２−（ジメチルホスフィノ）エタン、ビス−１，３−（ジエチルホスフィノ）プロパン、ビスｌ，４−（ジシクロヘキシルホスフィノ）ブタン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリオクチルホスフィン、トリメチルホスフィン、トリピリジルホスフィン、トリフェニルホスフィンを含み、トリス−１，１，１−（ジフェニルホスフィノメチル）−エタンが特に好ましい。特に有利な結果は面キャップされた三座ホスフィンで得られ、トリス−１，１，１−（ジアリールホスフィノメチル）アルカンおよびトリス−１，１，１−（ジアルキルホスフィノメチル）アルカンが特に好ましい。
【００３１】
触媒は、前もって形成されてもまたはその場で生成されてもよい。トリス−１，１，１−（ジエチルホスフィノメチル）エタンなどの電子に富むホスフィンが使用される場合は、本発明の方法を開始する前に、水の非存在下で錯体を前もって形成することが好ましい。
【００３２】
ホスフィン化合物は、任意の適当な量で存在してよい。しかし、反応溶液１リットル当たり、０．０００１〜５モル、好ましくは０．００５〜１モルの量で存在することが好ましい。
【００３３】
任意の適当な反応温度を使用することができる。しかし、本発明の方法では、水素化が、約１９０℃〜約３００℃、より好ましくは２３０℃〜約２５０℃の範囲の温度で実施される場合は、特別の利点がある。
【００３４】
任意の適当な圧力を使用することができ、約５００〜約２０００ポンド／平方インチゲージの反応圧力が好ましい。より好ましくは８００〜１４００ポンド／平方インチゲージの圧力を使用することができ、最も好ましくは約１０００ポンド／平方インチゲージの圧力を使用することができる。しかし、揮発性溶媒が使用される場合は、反応器中での溶媒の高い分圧のために、より高い反応器圧が望ましいことが理解できよう。
【００３５】
反応物は、任意の適当な比率で存在してよい。特に適当なものは、約０．５：１〜約１００：１のアミン対酸またはその誘導体の比率である。好ましいのは、約０．９：１〜約２．０：１の比率である。
【００３６】
この方法は、バッチシステムでも連続システムでも実施してよい。強化ガス／液体混合反応器などの高強度反応器を使用することができる。しかし、本発明の方法は、連続システムでの利用が特に適していることが理解できよう。なぜなら、触媒は一酸化炭素により被毒されず、たとえこのような被毒が生じても、触媒は水との反応により再生することができるからである。
【００３７】
触媒が例えば生成物取出し流と共に反応器から取り出される場合は、任意の適当な手段により反応器に再循環することができる。触媒は、任意の適当な手段により生成物流から分離することができる。適当な手段としては、抽出、蒸留、ガスストリッピングおよび膜分離がある。状況によっては、回収の助けとなるように触媒を担体上に固定化してもよい。この手順では、固定化触媒はろ過により回収することができる。
【００３８】
本発明の方法は、２−ピロリドンおよびそのＮ−アルキル化物の製造に特に適している。これはまた、アジピン酸およびアンモニアからのカプロラクタムの製造、およびマレイン酸または無水マレイン酸からのピロリドンの製造にも適している。
【実施例】
【００３９】
次に、以下の実施例を参照して本発明を説明するが、これは本発明の範囲を限定するものではない。
【００４０】
実施例１
この実施例は、マレイン酸を水およびメチルアミンの存在下でうまく水素化することができて、Ｎ−メチルピロリドンが生成することを例示する。
【００４１】
ルテニウム（ＩＩＩ）アセチルアセトネート（ジョンソンマッシー製、４６ミリモル、０．１８３ｇ）および１，１，１−トリス（ジフェニル−ホスフィノメチル）エタン（アルドリッチ製、６．１ミリモル、０．３８ｇ）、水（５２．０５ｇ）、マレイン酸（アルドリッチ製、１７３．９ミリモル、２０．２ｇ）、４０重量％メチルアミン溶液（アルドリッチ製、３０．５２ｇ）、３９４ミリモルのメチルアミンを、３００ｍｌのハステロイパール製オートクレーブに移した。これを密閉して、水素でパージした後、水素で６００ポンド／平方インチゲージに加圧し、２５０℃に加熱した。２５０℃に達すると、反応器に１０００ポンド／平方インチゲージまで水素を補給し、この圧力を調整器により反応器全体にわたり維持した。反応の終点で水素供給を切り離し、反応器を冷却した。室温でヘッドスペースガスを排気した。生成物を反応器から取り出し秤量した（９４．２ｇ、９１．２％の物質収支）。水および有機物の分析を、マイクロＴＣＤを備えたヒューレットパッカード製ガスクロマトグラフを用いて求めた（重量％）：アンモニア（１．７４８）、水（８０．３２９）、メチルアミン（０．６６２）、Ｎ−メチルピロリドン（１５．２６９）、その他（０．６３２）；８３．５モル％のＮ−メチルピロリドンの歩留まり（回収されたＮ−メチルピロリドンのモル数／供給原料のモル数）。
【００４２】
実施例２
この実施例は、Ｎ−メチルスクシンイミドを、水の存在下でうまく水素化することができて、Ｎ−メチルピロリドンが生成することを例示する。
【００４３】
ルテニウム（ＩＩＩ）アセチルアセトネート（０．４６ミリモル、０．１８２ｇ）および１，１，１−トリス（ジフェニル−ホスフィノメチル）エタン（６．１ミリモル、０．３８ｇ）、水（６９．７ｇ）、Ｎ−メチルスクシンイミド（アルドリッチ製、１５４ミリモル、１７．４５ｇ）を、３００ｍｌのハステロイパール製オートクレーブに移した。これを密閉して、水素でパージした後、水素で６００ポンド／平方インチゲージに加圧し、２５０℃に加熱した。２５０℃に達すると、反応器に１０００ポンド／平方インチゲージまで水素を補給し、この圧力を調整器により反応全体にわたり維持した。反応の終点で４時間後、水素供給を切り離し、反応器を冷却した。室温でヘッドスペースガスを排気した。生成物を反応器から取り出し分析した。水および有機物の分析を、マイクロＴＣＤを備えたＨＰガスクロマトグラフを用いて求めた（重量％）：アンモニア（０．１５）、水（８６．９３）、ＮＭＰ（１２．５２）、その他（０．３９２）。
【００４４】
実施例３
この実施例は、アジピン酸を、水およびメチルアミンの存在下でうまく水素化することができて、Ｎ−メチル−カプロラクタムが生成することを例示する。
【００４５】
ルテニウム（ＩＩＩ）アセチルアセトネート（０．４６ミリモル、０．１８ｇ）および１，１，１−トリス（ジフェニル−ホスフィノメチル）エタン（６．１ミリモル、０．３８ｇ）、水（４０．１４ｇ）、アジピン酸（アルドリッチ製、１３７ミリモル、２０．０６ｇ）、および４０重量％メチルアミン溶液（２６０ミリモル、２０．１５ｇ）を、３００ｍｌのハステロイパール製オートクレーブに移した。これを密閉して、水素でパージした後、水素で６００ポンド／平方インチゲージに加圧し、２５０℃に加熱した。２５０℃に達すると、反応器に１０００ポンド／平方インチゲージまで水素を補給し、この圧力を調整器により反応全体にわたり維持した。反応の終点で４時間後、水素供給を切り離し、反応器を冷却した。室温でヘッドスペースガスを排気した。生成物を反応器から取り出し分析した。水および有機物の分析を、マイクロＴＣＤを備えたＨＰガスクロマトグラフを用いて求めた（面積％）：アンモニア（１．１１０）、水（６５．１０７）、メチルアミン（０．９０３）、ヘキサヒドロアゼピン（１．１９１）、Ｎ−メチルヘキサヒドロアゼピン（１．７０１）、Ｎ−メチルカプロラクタム（１６．０４５）、カプロラクタム（２．７０６）、Ｎ，Ｎ’−ジメチルアジプアミド（１．７９４）、その他（９．４４３）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）ルテニウムまたはオスミウム、および
（ｂ）有機ホスフィン
を含む触媒の存在下でジカルボン酸および／またはその誘導体をアミンで水素化する均一系の方法であって、水素化が水の存在下で実施される方法。
【請求項２】
水が少なくとも１重量％存在する、請求項１に記載の均一系の方法。
【請求項３】
ジカルボン酸および／またはその誘導体が、ジカルボン酸、ポリカルボン酸、無水物、ジカルボン酸のモノエステルまたはジエステル、ジカルボン酸のモノアミドまたはジアミド、アミン塩などのジカルボン酸の塩、あるいはそれらの混合物のうちの１種以上からて選択される、請求項１または２に記載の均一系の方法。
【請求項４】
ジカルボン酸および／またはその誘導体が、Ｃ4〜Ｃ12のジカルボン酸である、請求項１から３のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項５】
ジカルボン酸および／またはその誘導体が、飽和または不飽和である、請求項１から４のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項６】
ジカルボン酸および／またはその誘導体が、マレイン酸、フマル酸、コハク酸、無水マレイン酸、アジピン酸、および無水コハク酸から選択される、請求項１から５のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項７】
アミンが、ＮＲ1Ｒ2Ｒ3（式中、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は、それぞれが、水素またはアルキルから選択される）である、請求項１から６のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項８】
アルキル基が、Ｃ1〜Ｃ6アルキル基である、請求項７に記載の均一系の方法。
【請求項９】
アルキル基が、メチル、エチルまたはプロピルである、請求項８に記載の均一系の方法。
【請求項１０】
アミンが、本発明の方法を受ける前に、ジカルボン酸および／またはその誘導体と混合される、請求項１から９のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項１１】
ジカルボン酸および／またはその誘導体が、水素化の開始に先立って、アミンとの反応によりアミドに転換される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項１２】
水が反応のための溶媒として存在する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項１３】
反応の反応物または生成物の一方または両方が溶媒である、請求項１から１１のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項１４】
溶媒が使用され、水は溶媒中の添加剤として存在する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項１５】
溶媒が、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、Ｎ−メチルピロリドン、ジエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、ジオキサン、２−プロパノール、２−ブタノール、第２級アルコール、第３級アルコール、ラクタムおよびＮ−メチルカプロラクタムから選択される、請求項１４に記載の均一系の方法。
【請求項１６】
水が、水素化反応の副生成物として、その場で生成される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項１７】
触媒がルテニウムを含み、ルテニウムがルテニウム化合物として供給される、請求項１から１６のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項１８】
ルテニウム化合物が、硝酸塩、硫酸塩、カルボキシレート、ベータジケトン、またはカルボニルから選択される化合物である、請求項１７に記載の均一系の方法。
【請求項１９】
ルテニウムが、反応溶液１リットル当たりルテニウムとして、０．０００１〜５モル、好ましくは０．００５〜１モルの量で存在する、請求項１から１８のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項２０】
ホスフィンが三座ホスフィンである、請求項１から１９のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項２１】
ホスフィンが、トリアルキルホスフィン、ジアルキルホスフィン、モノアルキルホスフィン、トリアリールホスフィン、ジアリールホスフィン、モノアリールホスフィン、ジアリールモノアルキルホスフィンおよびジアルキルモノアリールホスフィンから選択される、請求項１から１９のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項２２】
ホスフィンが、トリス−１，１，１−（ジフェニルホスフィノメチル）メタン、トリス−１，１，１−（ジフェニルホスフィノメチル）−エタン、トリス−１，１，１−（ジフェニルホスフィノメチル）プロパン、トリス−１，１，１−（ジフェニルホスフィノメチル）ブタン、トリス−１，１，１−（ジフェニルホスフィノメチル）２，２ジメチルプロパン、トリス−１，３，５−（ジフェニルホスフィノ−メチル）シクロヘキサン、トリス−１，１，１−（ジシクロヘキシルホスフィノメチル）−エタン、トリス−１，１，１−（ジメチルホスフィノメチル）エタン、トリス−１，１，１−（ジエチルホスフィノメチル）エタン、１，５，９−トリエチル−１，５−９−トリホスファシクロドデカン、１，５，９−トリフェニル−１，５−９−トリホスファシクロドデカン、ビス（２−ジフェニルホスフィノエチル）フェニルホスフィン、ビス−１，２−（ジフェニルホスフィノ）エタン、ビス−１，３−（ジフェニルホスフィノ）プロパン、ビス−１，４−（ジフェニルホスフィノ）ブタン、ビス−１，２−（ジメチルホスフィノ）エタン、ビス−１，３−（ジエチルホスフィノ）−プロパン、ビス−１，４−（ジシクロヘキシルホスフィノ）ブタン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリオクチルホスフィン、トリメチルホスフィン、トリピリジルホスフィンおよびトリフェニルホスフィンから選択される、請求項２１に記載の均一系の方法。
【請求項２３】
ホスフィンが、トリス−１，１，１−（ジアリールホスフィノメチル）アルカンおよびトリス−１，１，１−（ジアルキルホスフィノメチル）アルカンから選択される、請求項２１に記載の均一系の方法。
【請求項２４】
触媒が前もって形成される、請求項１から２３のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項２５】
ホスフィン化合物が、反応溶液１リットル当たりホスフィンとして、０．０００１〜５モルの量で存在する、請求項１から２４のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項２６】
水素化が、約１９０℃〜約３００℃の範囲の温度で実施される、請求項１から２５のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項２７】
反応圧力が、約５００〜約２０００ポンド／平方インチゲージである、請求項１から２６のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項２８】
アミン対酸またはその誘導体の比率が、約０．５：１〜約１００：１である、請求項１から２７のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項２９】
アミン対酸またはその誘導体の比率が、約０．９：１〜約２．０：１である、請求項１から２８のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項３０】
生成物が２−ピロリドンまたはそのＮ−アルキル化物であり、ジカルボン酸またはその誘導体が、マレイン酸、無水マレイン酸、コハク酸または無水コハク酸である、請求項１から２９のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項３１】
生成物がカプロラクタムであり、ジカルボン酸またはその誘導体がアジピン酸である、請求項１から２９のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項３２】
触媒が水および水素の存在下で再生される、請求項１から３１のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項１】
（ａ）ルテニウムまたはオスミウム、および
（ｂ）有機ホスフィン
を含む触媒の存在下でジカルボン酸および／またはその誘導体をアミンで水素化する均一系の方法であって、水素化が水の存在下で実施される方法。
【請求項２】
水が少なくとも１重量％存在する、請求項１に記載の均一系の方法。
【請求項３】
ジカルボン酸および／またはその誘導体が、ジカルボン酸、ポリカルボン酸、無水物、ジカルボン酸のモノエステルまたはジエステル、ジカルボン酸のモノアミドまたはジアミド、アミン塩などのジカルボン酸の塩、あるいはそれらの混合物のうちの１種以上からて選択される、請求項１または２に記載の均一系の方法。
【請求項４】
ジカルボン酸および／またはその誘導体が、Ｃ4〜Ｃ12のジカルボン酸である、請求項１から３のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項５】
ジカルボン酸および／またはその誘導体が、飽和または不飽和である、請求項１から４のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項６】
ジカルボン酸および／またはその誘導体が、マレイン酸、フマル酸、コハク酸、無水マレイン酸、アジピン酸、および無水コハク酸から選択される、請求項１から５のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項７】
アミンが、ＮＲ1Ｒ2Ｒ3（式中、Ｒ1、Ｒ2およびＲ3は、それぞれが、水素またはアルキルから選択される）である、請求項１から６のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項８】
アルキル基が、Ｃ1〜Ｃ6アルキル基である、請求項７に記載の均一系の方法。
【請求項９】
アルキル基が、メチル、エチルまたはプロピルである、請求項８に記載の均一系の方法。
【請求項１０】
アミンが、本発明の方法を受ける前に、ジカルボン酸および／またはその誘導体と混合される、請求項１から９のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項１１】
ジカルボン酸および／またはその誘導体が、水素化の開始に先立って、アミンとの反応によりアミドに転換される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項１２】
水が反応のための溶媒として存在する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項１３】
反応の反応物または生成物の一方または両方が溶媒である、請求項１から１１のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項１４】
溶媒が使用され、水は溶媒中の添加剤として存在する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項１５】
溶媒が、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、Ｎ−メチルピロリドン、ジエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、ジオキサン、２−プロパノール、２−ブタノール、第２級アルコール、第３級アルコール、ラクタムおよびＮ−メチルカプロラクタムから選択される、請求項１４に記載の均一系の方法。
【請求項１６】
水が、水素化反応の副生成物として、その場で生成される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項１７】
触媒がルテニウムを含み、ルテニウムがルテニウム化合物として供給される、請求項１から１６のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項１８】
ルテニウム化合物が、硝酸塩、硫酸塩、カルボキシレート、ベータジケトン、またはカルボニルから選択される化合物である、請求項１７に記載の均一系の方法。
【請求項１９】
ルテニウムが、反応溶液１リットル当たりルテニウムとして、０．０００１〜５モル、好ましくは０．００５〜１モルの量で存在する、請求項１から１８のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項２０】
ホスフィンが三座ホスフィンである、請求項１から１９のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項２１】
ホスフィンが、トリアルキルホスフィン、ジアルキルホスフィン、モノアルキルホスフィン、トリアリールホスフィン、ジアリールホスフィン、モノアリールホスフィン、ジアリールモノアルキルホスフィンおよびジアルキルモノアリールホスフィンから選択される、請求項１から１９のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項２２】
ホスフィンが、トリス−１，１，１−（ジフェニルホスフィノメチル）メタン、トリス−１，１，１−（ジフェニルホスフィノメチル）−エタン、トリス−１，１，１−（ジフェニルホスフィノメチル）プロパン、トリス−１，１，１−（ジフェニルホスフィノメチル）ブタン、トリス−１，１，１−（ジフェニルホスフィノメチル）２，２ジメチルプロパン、トリス−１，３，５−（ジフェニルホスフィノ−メチル）シクロヘキサン、トリス−１，１，１−（ジシクロヘキシルホスフィノメチル）−エタン、トリス−１，１，１−（ジメチルホスフィノメチル）エタン、トリス−１，１，１−（ジエチルホスフィノメチル）エタン、１，５，９−トリエチル−１，５−９−トリホスファシクロドデカン、１，５，９−トリフェニル−１，５−９−トリホスファシクロドデカン、ビス（２−ジフェニルホスフィノエチル）フェニルホスフィン、ビス−１，２−（ジフェニルホスフィノ）エタン、ビス−１，３−（ジフェニルホスフィノ）プロパン、ビス−１，４−（ジフェニルホスフィノ）ブタン、ビス−１，２−（ジメチルホスフィノ）エタン、ビス−１，３−（ジエチルホスフィノ）−プロパン、ビス−１，４−（ジシクロヘキシルホスフィノ）ブタン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリオクチルホスフィン、トリメチルホスフィン、トリピリジルホスフィンおよびトリフェニルホスフィンから選択される、請求項２１に記載の均一系の方法。
【請求項２３】
ホスフィンが、トリス−１，１，１−（ジアリールホスフィノメチル）アルカンおよびトリス−１，１，１−（ジアルキルホスフィノメチル）アルカンから選択される、請求項２１に記載の均一系の方法。
【請求項２４】
触媒が前もって形成される、請求項１から２３のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項２５】
ホスフィン化合物が、反応溶液１リットル当たりホスフィンとして、０．０００１〜５モルの量で存在する、請求項１から２４のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項２６】
水素化が、約１９０℃〜約３００℃の範囲の温度で実施される、請求項１から２５のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項２７】
反応圧力が、約５００〜約２０００ポンド／平方インチゲージである、請求項１から２６のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項２８】
アミン対酸またはその誘導体の比率が、約０．５：１〜約１００：１である、請求項１から２７のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項２９】
アミン対酸またはその誘導体の比率が、約０．９：１〜約２．０：１である、請求項１から２８のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項３０】
生成物が２−ピロリドンまたはそのＮ−アルキル化物であり、ジカルボン酸またはその誘導体が、マレイン酸、無水マレイン酸、コハク酸または無水コハク酸である、請求項１から２９のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項３１】
生成物がカプロラクタムであり、ジカルボン酸またはその誘導体がアジピン酸である、請求項１から２９のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【請求項３２】
触媒が水および水素の存在下で再生される、請求項１から３１のいずれか一項に記載の均一系の方法。
【公表番号】特表２００７−５０９９１４（Ｐ２００７−５０９９１４Ａ）
【公表日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５３７３９７（Ｐ２００６−５３７３９７）
【出願日】平成１６年１０月１５日（２００４．１０．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００４／００４３８８
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０５１９０７
【国際公開日】平成１７年６月９日（２００５．６．９）
【出願人】（５０２１３０６９６）ディビー プロセス テクノロジー リミテッド (3)
【氏名又は名称原語表記】ＤＡＶＹ ＰＲＯＣＥＳＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＩＭＩＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月１５日（２００４．１０．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００４／００４３８８
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０５１９０７
【国際公開日】平成１７年６月９日（２００５．６．９）
【出願人】（５０２１３０６９６）ディビー プロセス テクノロジー リミテッド (3)
【氏名又は名称原語表記】ＤＡＶＹ ＰＲＯＣＥＳＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＬＩＭＩＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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