ラクタム化合物及び／又はアミド化合物の製造方法
【課題】ラクトン化合物（Ｉ）を良好な転化率で転化して、ラクタム化合物（ＩＩＩ）及び／又はアミド化合物（ＩＶ）を良好な選択率で製造する方法を提供する。
【解決手段】ラクトン化合物（Ｉ）と、アンモニア又はアミン化合物（ＩＩ）とを、水及びメソポーラスシリカの存在下に反応させて、下記式で示されるラクタム化合物（ＩＩＩ）及び／又はアミド化合物（ＩＶ）を製造する。前記メソポーラスシリカは、ＭＣＭ−４１であることが好ましい。
（式中、Ｒ１は、炭素数３〜７のアルキレン基を表し、Ｒ２は、水素原子、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はヒドロキシアルキル基を表す。）
【解決手段】ラクトン化合物（Ｉ）と、アンモニア又はアミン化合物（ＩＩ）とを、水及びメソポーラスシリカの存在下に反応させて、下記式で示されるラクタム化合物（ＩＩＩ）及び／又はアミド化合物（ＩＶ）を製造する。前記メソポーラスシリカは、ＭＣＭ−４１であることが好ましい。
（式中、Ｒ１は、炭素数３〜７のアルキレン基を表し、Ｒ２は、水素原子、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はヒドロキシアルキル基を表す。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、式（Ｉ）
【０００２】
【化１】
（式中、Ｒ１は、炭素数３〜７のアルキレン基を表す。）
で示されるラクトン化合物〔以下、ラクトン化合物（Ｉ）ということがある。〕と、式（ＩＩ）
【０００３】
【化２】
（式中、Ｒ２は、水素原子、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はヒドロキシアルキル基を表す。）
で示される化合物〔以下、アンモニア又はアミン化合物（ＩＩ）ということがある。〕とを反応させて、式（ＩＩＩ）
【０００４】
【化３】
（式中、Ｒ１及びＲ２は、前記と同じ意味を表す。）
で示されるラクタム化合物〔以下、ラクタム化合物（ＩＩＩ）ということがある。〕及び／又は式（ＩＶ）
【０００５】
【化４】
（式中、Ｒ１及びＲ２は、前記と同じ意味を表す。）
で示されるアミド化合物〔以下、アミド化合物（ＩＶ）ということがある。〕を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００６】
ラクタム化合物（ＩＩＩ）及びアミド化合物（ＩＶ）は、合成繊維等の原料、医農薬の製造中間体、溶剤等として有用である。従来、ラクトン化合物（Ｉ）と、アンモニア又はアミン化合物（ＩＩ）とを反応させてラクタム化合物（ＩＩＩ）及び／又はアミド化合物（ＩＶ）を製造する方法として、例えば、特許文献１には、固体触媒としてＺＳＭ−５を使用し、該ＺＳＭ−５及び水の存在下、γ−ブチロラクトンと、アンモニア、アルキルアミン又はエタノールアミンとを反応させる方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３０２６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の方法では、ラクトン化合物（Ｉ）の転化率やラクタム化合物（ＩＩＩ）及び／又はアミド化合物（ＩＶ）の選択率の点で必ずしも満足のいくものではなかった。
そこで、本発明の目的は、ラクトン化合物（Ｉ）を良好な転化率で転化して、ラクタム化合物（ＩＩＩ）及び／又はアミド化合物（ＩＶ）を良好な選択率で製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、前記目的を達成すべく鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち本発明は、以下の構成からなる。
（１）式（Ｉ）
【００１１】
【化５】
（式中、Ｒ１は、炭素数３〜７のアルキレン基を表す。）
で示されるラクトン化合物と、式（ＩＩ）
【００１２】
【化６】
（式中、Ｒ２は、水素原子、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はヒドロキシアルキル基を表す。）
で示される化合物とを、水及びメソポーラスシリカの存在下に反応させることを特徴とする式（ＩＩＩ）
【００１３】
【化７】
（式中、Ｒ１及びＲ２は、前記と同じ意味を表す。）
で示されるラクタム化合物及び／又は式（ＩＶ）
【００１４】
【化８】
（式中、Ｒ１及びＲ２は、前記と同じ意味を表す。）
で示されるアミド化合物の製造方法。
（２）前記メソポーラスシリカがＭＣＭ−４１である前記（１）に記載の製造方法。
（３）前記ＭＣＭ−４１がアルミニウムを含むものである前記（２）に記載の製造方法。
（４）式（ＩＩ）で示される化合物の使用量が、式（Ｉ）で示されるラクトン化合物１モルに対して１〜２０モルである前記（１）〜（３）のいずれかに記載の製造方法。
（５）式（ＩＩ）、（ＩＩＩ）及び（ＩＶ）におけるＲ２が水素原子である前記（１）〜（４）のいずれかに記載の製造方法。
（６）式（Ｉ）で示されるラクトン化合物が、γ−ブチロラクトン又はε−カプロラクトンである前記（１）〜（５）のいずれかに記載の製造方法。
（７）前記反応を２００〜６００℃で行う前記（１）〜（６）のいずれかに記載の製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ラクトン化合物（Ｉ）を良好な転化率で転化して、ラクタム化合物（ＩＩＩ）及び／又はアミド化合物（ＩＶ）を良好な選択率で製造することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を詳細に説明する。本発明では、式（Ｉ）
【００１７】
【化９】
（式中、Ｒ１は、炭素数３〜７のアルキレン基を表す。）
で示されるラクトン化合物〔ラクトン化合物（Ｉ）〕と、式（ＩＩ）
【００１８】
【化１０】
（式中、Ｒ２は、水素原子、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はヒドロキシアルキル基を表す。）
で示される化合物〔アンモニア又はアミン化合物（ＩＩ）〕とを、水及びメソポーラスシリカの存在下に反応させる。
【００１９】
式（Ｉ）中、炭素数３〜７のアルキレン基としては、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、へプチレン基が挙げられる。ラクトン化合物（Ｉ）としては、例えば、γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトン、ζ−エナントラクトン、η−カプリロラクトン等が挙げられ、中でも、γ−ブチロラクトン又はε−カプロラクトンを原料とする場合に、本発明の方法は有利に採用される。
【００２０】
式（ＩＩ）中、アルキル基としては、炭素数が１〜８のアルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、２−メチルブチル基、３−メチルブチル基、ｎ−ヘキシル基、２−メチルペンチル基、３−メチルペンチル基、ｎ−ヘプチル基、ｎ−オクチル基等が挙げられる。アルケニル基としては、炭素数が２〜６のアルケニル基が好ましく、例えば、ビニル基、アリル基、２−メチルアリル基、イソプロペニル基、１−プロペニル基、１−ブテニル基、２−ブテニル基、３−ブテニル基、１−メチル−１−プロペニル基、１−メチル−２−プロペニル基、２−メチル−１−プロペニル基、２−メチル−２−プロペニル基、１−ペンテニル基、２−ペンテニル基、３−ペンテニル基、４−ペンテニル基、１−メチル−１−ブテニル基、２−メチル−１−ブテニル基、３−メチル−１−ブテニル基、１−メチル−２−ブテニル基、２−メチル−２−ブテニル基、３−メチル−２−ブテニル基、２−メチル−３−ブテニル基、２−メチル−２−ペンテニル基、３−メチル−２−ペンテニル基等が挙げられる。シクロアルキル基としては、炭素数が３〜６のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。アリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントラニル基、フェナントリル基、トリル基、キシリル基等が挙げられる。アラルキル基としては、例えば、ベンジル基、フェネチル基、３−フェニルプロピル基、ベンズヒドリル基、トリチル基、トリフェニルエチル基、（１−ナフチル）メチル基、（２−ナフチル）メチル基等が挙げられる。ヒドロキシアルキル基としては、例えば、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、ヒドロキシイソブチル基等が挙げられる。本発明の方法において、アンモニア又はアミン化合物（ＩＩ）としては、中でも、アンモニア、メチルアミン、エチルアミン、ｎ−プロピルアミン、ｎ−オクチルアミン、ビニルアミン、エタノールアミンが好ましく、アンモニア、メチルアミンがより好ましく、アンモニアがさらに好ましい。
【００２１】
アンモニア又はアミン化合物（ＩＩ）の使用量は、ラクトン化合物（Ｉ）１モルに対して、１〜２０モルが好ましく、１〜１０モルがより好ましい。
【００２２】
本発明では、水の存在下に反応を行うことにより、前記反応を円滑に進行させることができる。水の使用量は、ラクトン化合物（Ｉ）１モルに対して、０．１〜１０モルが好ましく、０．５〜５モルがより好ましい。
【００２３】
本発明では、メソポーラスシリカを触媒として使用することにより、前記反応を円滑に進行させることができる。メソポーラスシリカとしては、通常２〜５０ｎｍのほぼ均一な大きさの細孔を有する、所謂メソポーラス構造を有するものであることができ、その表面積は通常６００〜１５００ｍ２／ｇ程度である。かかるメソポーラスシリカの種類として、例えば、ＭＣＭ−４１、ＭＣＭ−４８、ＦＳＭ−１６、ＳＢＡ−３、ＨＭＳ、ＭＳＵ−Ｘ、ＳＢＡ−１２、ＳＢＡ−１５、ＳＢＡ−１６等が挙げられる。これらの中でも、ラクトン化合物（Ｉ）を良好な転化率で転化して、ラクタム化合物（ＩＩＩ）及び／又はアミド化合物（ＩＶ）を良好な選択率で製造できる点で、ＭＣＭ−４１が好ましい。尚、メソポーラス構造の有無は、透過型電子顕微鏡による観察や、窒素吸着測定における細孔分布、またはＸＲＤ（Ｘ線回折）測定における２θ＝０．２〜４．０°のピークの有無等の分析で確認することができる。
【００２４】
前記メソポーラスシリカは、該メソポーラスシリカを構成する元素としてケイ素及び酸素を含むものであるが、ケイ素及び酸素以外の元素が含まれてもよく、例えば、実質的にケイ素と酸素から骨格が構成されるメソポーラスシリカであってもよいし、骨格を構成する元素としてさらに他の元素を含むメソポーラスメタロシリケートであってもよいし、細孔中に他の元素が組み込まれたメソポーラスシリカであってもよいし、メソポーラスシリカ表面に他の元素が担持されていてもよい。該メソポーラスシリカに含まれうる、ケイ素及び酸素以外の元素としては、アルミニウム、ホウ素、ガリウム、鉄、クロム、ニッケル等が挙げられ、必要に応じてそれらの２種以上が含まれていてもよい。これらの中でも、アルミニウムが好ましい。本発明の方法においては、ラクトン化合物（Ｉ）を良好な転化率で転化して、ラクタム化合物（ＩＩＩ）及び／又はアミド化合物（ＩＶ）を良好な選択率で製造できる点で、骨格を構成する元素としてアルミニウムを含むメソポーラスシリケート（メソポーラスアルミノシリケート）を触媒として使用するのが好ましく、骨格を構成する元素としてアルミニウムを含むＭＣＭ−４１を触媒として使用するのがより好ましい。骨格を構成する元素としてアルミニウムを含むＭＣＭ−４１を触媒として使用する場合、該ＭＣＭ−４１に含まれるケイ素の含有量は、アルミニウムに対する原子比（Ｓｉ／Ａｌ）で表わして、５〜５００であるのが好ましい。
【００２５】
前記メソポーラスシリカの調製法は、特に制限はなく、公知の方法を適宜採用することができるが、例えば、ケイ素化合物と、構造規定剤と、水とを混合し、生じた結晶から構造規定剤を除去する方法が挙げられる。ケイ素及び酸素以外の元素を含むメソポーラスシリカの調製は、ケイ素及び酸素以外の元素を含む化合物、ケイ素化合物、構造規定剤及び水を混合し、生じた結晶から構造規定剤を除去することにより行ってもよいし、ケイ素化合物、構造規定剤及び水を混合し、生じた結晶から構造規定剤を除去した後、ケイ素及び酸素以外の元素の担持を行うことにより行ってもよいし、ケイ素化合物、構造規定剤及び水を混合し、生じた結晶にケイ素及び酸素以外の元素を担持した後、構造規定剤を除去することにより行ってもよい。
【００２６】
ケイ素化合物としては、例えば、コロイダルシリカ、シリカゲル、フュームドシリカ等の非晶質シリカ；珪酸ナトリウム、珪酸カリウム等の珪酸アルカリ；テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン等のテトラアルコキシシラン等が挙げられ、必要に応じてそれらの２種以上を用いることもできる。
【００２７】
構造規定剤は、メソポーラス構造の形成に利用される有機化合物を意味する。構造規定剤の種類や分子形状によって、メソポーラス構造や細孔径を制御することができる（ゼオライトの科学と工学、講談社サイエンティフィク、２０００年、ｐ．１３−２３参照）。例えば、ＭＣＭ−４１型のメソポーラスシリカを調製する場合には、ネイチャー（Nature）、（米国）、１９９２年、第３５９巻、ｐ．７１０−７１２に記載されているように、構造規定剤として長鎖アルキルアンモニウム塩〔ＣｎＨ２ｎ＋１Ｎ＋（ＣＨ３）３ 。式中、ｎは整数を表す。〕が選択され、ＭＣＭ−４８型のメソポーラスシリカを調製する場合には、ミクロポーラス・アンド・メソポーラス・マテリアルズ（Microporous and Mesoporous Materials）、（オランダ）、２００１年、第４４巻、ｐ．９−１６に記載されているように、構造規定剤として長鎖アルキルアンモニウム塩〔ＣｎＨ２ｎ＋１Ｎ＋（ＣＨ３）３ 。式中、ｎは整数を表す。〕が選択され、ＦＳＭ−１６型のメソポーラスシリカを調製するには、ビュレティン・オブ・ザ・ケミカル・ソサイエティー・オブ・ジャパン（Bulletin of the Chemical Society of Japan）、（日本）、１９９６年、第６９巻、ｐ．１４４９−１４５７に記載されているように、原料として層状ケイ素化合物が、構造規定剤としてヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリドの如き四級アンモニウム塩が、それぞれ使用され、ＳＢＡ−３型のメソポーラスシリカを調製する際には、キャタリシス・コミュニケーションズ（Catalysis Communications）、（オランダ）、２００８年、第９巻、第１３号、ｐ．２２８７−２２９０に記載されているように、構造規定剤としてジェミニ界面活性剤〔ＣｎＨ２ｎ＋１（ＣＨ３）２Ｎ＋（ＣＨ２）ｓＮ＋（ＣＨ３）２ＣｍＨ２ｍ＋１ 。式中、ｎ、ｓ、ｍは整数を表す。〕が選択され、ＨＭＳ型のメソポーラスシリカを調製する際には、アプライド・キャタリシス・Ａ：ジェネラル（Applied Catalysis A: General）、（オランダ）、２００８年、第３４７巻、ｐ．１３３−１４１に記載されているように、構造規定剤として長鎖アルキルアミン〔ＣｎＨ２ｎ＋１ＮＨ２ 。式中、ｎは整数を表す。〕が選択され、ＭＳＵ−Ｘ型のメソポーラスシリカを調製する際には、ミクロポーラス・アンド・メソポーラス・マテリアルズ（Microporous and Mesoporous Materials）、（オランダ）、２００８年、第１０９巻、ｐ．１９９−２０９に記載されているように、構造規定剤としてオレイル デカオキシエチレン（Oleyl decaoxyethylene）が選択され、ＳＢＡ−１２型のメソポーラスシリカを調製する際には、ジャーナル・オブ・フィジカル・ケミストリー・Ｂ（Journal of Physical Chemistry B）、（米国）アメリカ、２００２年、第１０６巻、ｐ．３１１８−３１２３に記載されているように、構造規定剤としてポリエチレンオキシドが選択され、ＳＢＡ−１５型のメソポーラスシリカを調製する際には、サイエンス（Science）、（米国）、第２７９巻、ｐ．５４８−５５２や、ミクロポーラス・アンド・メソポーラス・マテリアルズ（Microporous and Mesoporous Materials）、（オランダ）、２００６年、第９１巻、ｐ．１５６−１６０に記載されているように、構造規定剤としてトリブロックコポリマー（ポリエチレンオキシド−ポリプロピレンオキシド−ポリエチレンオキシド共重合体）が使用され、ＳＢＡ−１６型のメソポーラスシリカを調製する際には、ミクロポーラス・アンド・メソポーラス・マテリアルズ（Microporous and Mesoporous Materials）、（オランダ）、２００７年、第１０５巻、ｐ．１５−２３に記載されているように、構造規定剤としてトリブロックコポリマー（ポリエチレンオキシド−ポリプロピレンオキシド−ポリエチレンオキシド共重合体）が選択され、ＳＢＡ−１６型のメソポーラスシリカを調製する際には、ミクロポーラス・アンド・メソポーラス・マテリアルズ（Microporous and Mesoporous Materials）、（オランダ）、２００７年、第１０５巻、ｐ．１５−２３に記載されているように、構造規定剤としてトリブロックコポリマー（ポリエチレンオキシド−ポリプロピレンオキシド−ポリエチレンオキシド共重合体）が選択される。
【００２８】
上述した構造規定剤において、中でも、長鎖アルキルアンモニウム塩が好ましい。前記長鎖アルキルアンモニウム塩としては、ドデシルトリメチルアンモニウムクロリド、ドデシルトリメチルアンモニウムブロミド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド等が挙げられる。
【００２９】
構造規定剤の使用量は、ケイ素化合物１モルに対し、通常０．０５〜１．０モル、好ましくは０．１０〜０．５０モルである。
【００３０】
メソポーラスシリカの調製時における水の使用量は、ケイ素化合物１モルに対し、通常５〜２００モル、好ましくは２０〜１００モルである。混合温度は、通常２０〜２００℃、好ましくは２０〜１５０℃であり、混合時の圧力は、常圧下、加圧下、減圧下のいずれでもよく、適宜設定される。また、混合時間は、通常０．１〜４００時間、好ましくは１〜２００時間である。
【００３１】
混合後に得られる結晶を含む懸濁液からの結晶の回収は、例えば、該懸濁液を濾過し、濾残を乾燥することにより行うことができる。尚、該乾燥の前に、必要に応じて洗浄処理を行ってもよい。かかる乾燥は、通常、空気雰囲気下で行われ、乾燥温度は４０〜１２０℃程度であり、乾燥時間は２〜２４時間程度である。乾燥は、通常、常圧下で行われるが、減圧下で行ってもよい。また、噴霧乾燥により乾燥させ、成形体として結晶を回収してもよい。
【００３２】
結晶からの構造規定剤の除去は、結晶をトルエン、メタノール、エタノール、アセトン等の有機溶媒で洗浄することにより行ってもよいし、塩酸（塩化水素の水溶液）、硫酸水溶液、硝酸水溶液等の酸性水溶液で洗浄することにより行ってもよいし、２００〜８００℃で熱処理することにより行ってもよい。これらは、いずれか一つを採用してもよく、二つ以上を組み合わせて採用してもよい。中でも、２００〜８００℃で熱処理することにより、結晶から構造規定剤を除去するのが好ましい。前記熱処理は、酸素含有ガスの雰囲気下で行ってもよいし、窒素等の不活性ガスの雰囲気下で行ってもよい。また、該熱処理は、酸素含有ガス又は不活性ガスの雰囲気下、多段階で行ってもよい。
【００３３】
水及びメソポーラスシリカの存在下におけるラクトン化合物（Ｉ）とアンモニア又はアミン化合物（ＩＩ）との反応は、回分式で行ってもよく、半回分式で行ってもよく、連続式で行ってもよいが、生産性及び操作性の点から、連続式で行うのが好ましい。該反応における反応温度は、２００〜６００℃が好ましく、３００〜５００℃がより好ましい。反応圧力は、通常０．１〜１ＭＰａである。該反応を連続式で行う場合、気相条件下に固定床形式又は流動床形式で好適に行うことができ、原料のラクトン化合物（Ｉ）の供給速度は、触媒１ｋｇあたりの供給速度（ｋｇ／ｈ）、すなわち空間速度ＷＨＳＶ（ｈ−１）として、通常１〜５０ｈ−１、好ましくは２〜１０ｈ−１である。該反応を連続式で行う場合、窒素、アルゴン、二酸化炭素等の不活性ガスを原料とともに供給してもよい。
【００３４】
かくして、式（ＩＩＩ）
【００３５】
【化１１】
（式中、Ｒ１及びＲ２は、前記と同じ意味を表す。）
で示されるラクタム化合物〔ラクタム化合物（ＩＩＩ）〕及び／又は式（ＩＶ）
【００３６】
【化１２】
（式中、Ｒ１及びＲ２は、前記と同じ意味を表す。）
で示されるアミド化合物〔アミド化合物（ＩＶ）〕を含む反応混合物を得ることができる。反応後の後処理操作については適宜選択されるが、例えば、適宜濾過やデカンテーション等により反応混合物からメソポーラスシリカを分離した後、抽出、蒸留、晶析等の操作を行うことにより、ラクタム化合物（ＩＩＩ）及び／又はアミド化合物（ＩＶ）を分離することができる。アミド化合物（ＩＶ）は、公知の方法、例えば、特開２００３−３２１４２７号公報に記載された方法等によって、分子内脱水縮合反応させることにより、ラクタム化合物（ＩＩＩ）に変換することができる。ゆえに、アミド化合物（ＩＶ）は、ラクタム化合物（ＩＩＩ）の製造における中間体として有用である。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらによって限定されるものではない。なお、ラクトン化合物（Ｉ）の空間速度ＷＨＳＶ（ｈ−１）は、ラクトン化合物（Ｉ）の供給速度（ｇ／ｈ）を触媒重量（ｇ）で除することにより算出した。また、ラクトン化合物（Ｉ）、ラクタム化合物（ＩＩＩ）及びアミド化合物（ＩＶ）の分析はガスクロマトグラフィーにより行い、ラクトン化合物（Ｉ）の転化率、ラクタム化合物（ＩＩＩ）の選択率及びアミド化合物（ＩＶ）の選択率は、供給したラクトン化合物（Ｉ）のモル数をａ、未反応のラクトン化合物（Ｉ）のモル数をｂ、生成したラクタム化合物（ＩＩＩ）のモル数をｃ、生成したアミド化合物（ＩＶ）のモル数をｄとして、それぞれ以下の式により算出した。
【００３８】
・ラクトン化合物（Ｉ）の転化率（％）＝［（ａ−ｂ）／ａ］×１００
・ラクタム化合物（ＩＩＩ）の選択率（％）＝［ｃ／（ａ−ｂ）］×１００
・アミド化合物（ＩＶ）の選択率（％）＝［ｄ／（ａ−ｂ）］×１００
【００３９】
実施例１
（ａ）＜ＭＣＭ−４１型メソポーラスシリカの製造＞
ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド（東京化成工業株式会社製）２１．６ｇ（０．０５９モル）とイオン交換水２１５．４ｇとを混合し強く撹拌した。得られた混合液に、撹拌下、コロイダルシリカ（日産化学工業株式会社製のスノーテックス２０、シリカ（ＳｉＯ２）含有量２１重量％、アルミニウム含有量０．０３２重量％）１２７．６ｇと、４．２重量％水酸化ナトリウム水溶液１１３．２ｇとを交互に少量ずつ滴下し、全量滴下後、得られた混合液を４０℃で２時間撹拌した。撹拌後の混合液のｐＨは１１．８であった。この混合液をステンレス製オートクレーブに入れ、静置条件下、１４０℃で４８時間水熱処理した。得られたスラリーを濾過し、濾残を２Ｌのイオン交換水で洗浄した後、８０℃にて一晩乾燥し、乾燥物を得た。得られた乾燥物５ｇをイオン交換水５０ｇに分散させ、得られたスラリーに、ｐＨが６〜７に安定するまで７．３重量％塩酸を少量ずつ加えた後、８０℃で２０時間静置した。静置後のスラリーを濾過し、濾残を５００ｍＬのイオン交換水で洗浄した後、８０℃にて一晩乾燥し、白色の結晶を得た。得られた結晶を乳鉢で粉砕し、磁性皿に薄く広げ、空気雰囲気下に６００℃で６時間熱処理し、ＭＣＭ−４１型メソポーラスシリカ触媒（Ａ）を得た。得られた触媒（Ａ）をＩＣＰ発光分析により分析したところ、アルミニウムに対するケイ素の原子比（Ｓｉ／Ａｌ）は２５０であった。
【００４０】
（ｂ）＜ε−カプロラクタム〔式（ＩＩＩ）中、Ｒ１がペンチレン基であり、Ｒ２が水素原子である化合物〕及び６−ヒドロキシヘキサンアミド〔式（ＩＶ）中、Ｒ１がペンチレン基であり、Ｒ２が水素原子である化合物〕の製造＞
前記（ａ）で得られた触媒（Ａ）０．３７５ｇを、内径１２ｍｍの石英ガラス製反応管中に充填して触媒層を形成させ、窒素４．２Ｌ／ｈの流通下、３５０℃にて２時間予熱処理した。次いで、触媒層の温度を３００℃に下げた後、窒素２．４３Ｌ／ｈの流通下、ε−カプロラクトン〔式（Ｉ）中、Ｒ１がペンチレン基である化合物〕／水／アンモニア〔式（ＩＩ）中、Ｒ２が水素原子である化合物〕＝１．９／１／５．６（モル比）の混合物を１．１７Ｌ／ｈ（ε−カプロラクトンのＷＨＳＶ＝３．６ｈ−１）の供給速度で反応管に供給し、反応を行った。反応開始から０時間後〜１時間後の反応ガスを捕集し、ガスクロマトグラフィーにより分析した。ε−カプロラクトンの転化率は１７．７％であり、ε−カプロラクタムの選択率は４．５％、６−ヒドロキシヘキサンアミドの選択率は７４．７％であった（合計選択率７９．２％）。
【００４１】
実施例２
＜ε−カプロラクタム及び６−ヒドロキシヘキサンアミドの製造＞
実施例１（ａ）で得られた触媒（Ａ）０．３７５ｇを、内径１２ｍｍの石英ガラス製反応管中に充填して触媒層を形成させ、４．２Ｌ／ｈの流通下、３５０℃にて２時間予熱処理した。次いで、触媒層の温度を３００℃に下げた後、窒素１．９７Ｌ／ｈの流通下、ε−カプロラクトン／水／アンモニア＝１．９／１／９．３（モル比）の混合物を１．６９Ｌ／ｈ（ε−カプロラクトンのＷＨＳＶ＝３．６ｈ−１）の供給速度で反応管に供給し、反応を行った。反応開始から０時間後〜１時間後の反応ガスを捕集し、ガスクロマトグラフィーにより分析した。ε−カプロラクトンの転化率は３３．１％であり、ε−カプロラクタムの選択率は３．３％、６−ヒドロキシヘキサンアミドの選択率は８１．７％であった（合計選択率８５．０％）。
【００４２】
比較例１
触媒（Ａ）に代えて、Ｈ−ＺＳＭ−５［ＰＱコーポレーション社製、アルミニウムに対するケイ素の原子比（Ｓｉ／Ａｌ）＝１４０］を使用した以外は、実施例１（ｂ）と同様に反応を行った。ε−カプロラクトンの転化率は１３．３％であり、ε−カプロラクタムの選択率は１６．５％、６−ヒドロキシヘキサンアミドの選択率は３１．６％であった（合計選択率４８．１％）。
【００４３】
実施例３
＜２−ピロリドン〔式（ＩＩＩ）中、Ｒ１がプロピレン基であり、Ｒ２が水素原子である化合物〕及び４−ヒドロキシブタンアミド〔式（ＩＶ）中、Ｒ１がプロピレン基であり、Ｒ２が水素原子である化合物〕の製造＞
実施例１（ａ）で得られた触媒（Ａ）０．３７５ｇを、内径１２ｍｍの石英ガラス製反応管中に充填して触媒層を形成させ、４．２Ｌ／ｈの流通下、３５０℃にて２時間予熱処理した。次いで、触媒層の温度を３００℃に下げた後、窒素３．０Ｌ／ｈの流通下、γ−ブチロラクトン〔式（Ｉ）中、Ｒ１がプロピレン基である化合物〕／水／アンモニア＝２．５／１／２．５（モル比）の混合物を０．６５Ｌ／ｈ（γ−ブチロラクトンのＷＨＳＶ＝２．４ｈ−１）の供給速度で反応管に供給し、反応を行った。反応開始から０時間後〜１時間後の反応ガスを捕集し、ガスクロマトグラフィーにより分析した。γ−ブチロラクトンの転化率は４８．１％であり、２−ピロリドンの選択率は４．６％、４−ヒドロキシブタンアミドの選択率は７７．３％であった（合計選択率８１．９％）。
【００４４】
比較例２
触媒（Ａ）に代えて、Ｈ−ＺＳＭ−５［ＰＱコーポレーション社製、アルミニウムに対するケイ素の原子比（Ｓｉ／Ａｌ）＝４０］を使用した以外は、実施例３と同様に反応を行った。γ−ブチロラクトンの転化率は２６．７％であり、２−ピロリドンの選択率は４６．１％、４−ヒドロキシブタンアミドの選択率は３４．０％であった（合計選択率８０．１％）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、式（Ｉ）
【０００２】
【化１】
（式中、Ｒ１は、炭素数３〜７のアルキレン基を表す。）
で示されるラクトン化合物〔以下、ラクトン化合物（Ｉ）ということがある。〕と、式（ＩＩ）
【０００３】
【化２】
（式中、Ｒ２は、水素原子、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はヒドロキシアルキル基を表す。）
で示される化合物〔以下、アンモニア又はアミン化合物（ＩＩ）ということがある。〕とを反応させて、式（ＩＩＩ）
【０００４】
【化３】
（式中、Ｒ１及びＲ２は、前記と同じ意味を表す。）
で示されるラクタム化合物〔以下、ラクタム化合物（ＩＩＩ）ということがある。〕及び／又は式（ＩＶ）
【０００５】
【化４】
（式中、Ｒ１及びＲ２は、前記と同じ意味を表す。）
で示されるアミド化合物〔以下、アミド化合物（ＩＶ）ということがある。〕を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００６】
ラクタム化合物（ＩＩＩ）及びアミド化合物（ＩＶ）は、合成繊維等の原料、医農薬の製造中間体、溶剤等として有用である。従来、ラクトン化合物（Ｉ）と、アンモニア又はアミン化合物（ＩＩ）とを反応させてラクタム化合物（ＩＩＩ）及び／又はアミド化合物（ＩＶ）を製造する方法として、例えば、特許文献１には、固体触媒としてＺＳＭ−５を使用し、該ＺＳＭ−５及び水の存在下、γ−ブチロラクトンと、アンモニア、アルキルアミン又はエタノールアミンとを反応させる方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３０２６２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の方法では、ラクトン化合物（Ｉ）の転化率やラクタム化合物（ＩＩＩ）及び／又はアミド化合物（ＩＶ）の選択率の点で必ずしも満足のいくものではなかった。
そこで、本発明の目的は、ラクトン化合物（Ｉ）を良好な転化率で転化して、ラクタム化合物（ＩＩＩ）及び／又はアミド化合物（ＩＶ）を良好な選択率で製造する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、前記目的を達成すべく鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち本発明は、以下の構成からなる。
（１）式（Ｉ）
【００１１】
【化５】
（式中、Ｒ１は、炭素数３〜７のアルキレン基を表す。）
で示されるラクトン化合物と、式（ＩＩ）
【００１２】
【化６】
（式中、Ｒ２は、水素原子、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はヒドロキシアルキル基を表す。）
で示される化合物とを、水及びメソポーラスシリカの存在下に反応させることを特徴とする式（ＩＩＩ）
【００１３】
【化７】
（式中、Ｒ１及びＲ２は、前記と同じ意味を表す。）
で示されるラクタム化合物及び／又は式（ＩＶ）
【００１４】
【化８】
（式中、Ｒ１及びＲ２は、前記と同じ意味を表す。）
で示されるアミド化合物の製造方法。
（２）前記メソポーラスシリカがＭＣＭ−４１である前記（１）に記載の製造方法。
（３）前記ＭＣＭ−４１がアルミニウムを含むものである前記（２）に記載の製造方法。
（４）式（ＩＩ）で示される化合物の使用量が、式（Ｉ）で示されるラクトン化合物１モルに対して１〜２０モルである前記（１）〜（３）のいずれかに記載の製造方法。
（５）式（ＩＩ）、（ＩＩＩ）及び（ＩＶ）におけるＲ２が水素原子である前記（１）〜（４）のいずれかに記載の製造方法。
（６）式（Ｉ）で示されるラクトン化合物が、γ−ブチロラクトン又はε−カプロラクトンである前記（１）〜（５）のいずれかに記載の製造方法。
（７）前記反応を２００〜６００℃で行う前記（１）〜（６）のいずれかに記載の製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ラクトン化合物（Ｉ）を良好な転化率で転化して、ラクタム化合物（ＩＩＩ）及び／又はアミド化合物（ＩＶ）を良好な選択率で製造することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を詳細に説明する。本発明では、式（Ｉ）
【００１７】
【化９】
（式中、Ｒ１は、炭素数３〜７のアルキレン基を表す。）
で示されるラクトン化合物〔ラクトン化合物（Ｉ）〕と、式（ＩＩ）
【００１８】
【化１０】
（式中、Ｒ２は、水素原子、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はヒドロキシアルキル基を表す。）
で示される化合物〔アンモニア又はアミン化合物（ＩＩ）〕とを、水及びメソポーラスシリカの存在下に反応させる。
【００１９】
式（Ｉ）中、炭素数３〜７のアルキレン基としては、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、へプチレン基が挙げられる。ラクトン化合物（Ｉ）としては、例えば、γ−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトン、ζ−エナントラクトン、η−カプリロラクトン等が挙げられ、中でも、γ−ブチロラクトン又はε−カプロラクトンを原料とする場合に、本発明の方法は有利に採用される。
【００２０】
式（ＩＩ）中、アルキル基としては、炭素数が１〜８のアルキル基が好ましく、例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｓ−ブチル基、ｔ−ブチル基、ｎ−ペンチル基、２−メチルブチル基、３−メチルブチル基、ｎ−ヘキシル基、２−メチルペンチル基、３−メチルペンチル基、ｎ−ヘプチル基、ｎ−オクチル基等が挙げられる。アルケニル基としては、炭素数が２〜６のアルケニル基が好ましく、例えば、ビニル基、アリル基、２−メチルアリル基、イソプロペニル基、１−プロペニル基、１−ブテニル基、２−ブテニル基、３−ブテニル基、１−メチル−１−プロペニル基、１−メチル−２−プロペニル基、２−メチル−１−プロペニル基、２−メチル−２−プロペニル基、１−ペンテニル基、２−ペンテニル基、３−ペンテニル基、４−ペンテニル基、１−メチル−１−ブテニル基、２−メチル−１−ブテニル基、３−メチル−１−ブテニル基、１−メチル−２−ブテニル基、２−メチル−２−ブテニル基、３−メチル−２−ブテニル基、２−メチル−３−ブテニル基、２−メチル−２−ペンテニル基、３−メチル−２−ペンテニル基等が挙げられる。シクロアルキル基としては、炭素数が３〜６のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。アリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントラニル基、フェナントリル基、トリル基、キシリル基等が挙げられる。アラルキル基としては、例えば、ベンジル基、フェネチル基、３−フェニルプロピル基、ベンズヒドリル基、トリチル基、トリフェニルエチル基、（１−ナフチル）メチル基、（２−ナフチル）メチル基等が挙げられる。ヒドロキシアルキル基としては、例えば、ヒドロキシメチル基、ヒドロキシエチル基、ヒドロキシプロピル基、ヒドロキシイソブチル基等が挙げられる。本発明の方法において、アンモニア又はアミン化合物（ＩＩ）としては、中でも、アンモニア、メチルアミン、エチルアミン、ｎ−プロピルアミン、ｎ−オクチルアミン、ビニルアミン、エタノールアミンが好ましく、アンモニア、メチルアミンがより好ましく、アンモニアがさらに好ましい。
【００２１】
アンモニア又はアミン化合物（ＩＩ）の使用量は、ラクトン化合物（Ｉ）１モルに対して、１〜２０モルが好ましく、１〜１０モルがより好ましい。
【００２２】
本発明では、水の存在下に反応を行うことにより、前記反応を円滑に進行させることができる。水の使用量は、ラクトン化合物（Ｉ）１モルに対して、０．１〜１０モルが好ましく、０．５〜５モルがより好ましい。
【００２３】
本発明では、メソポーラスシリカを触媒として使用することにより、前記反応を円滑に進行させることができる。メソポーラスシリカとしては、通常２〜５０ｎｍのほぼ均一な大きさの細孔を有する、所謂メソポーラス構造を有するものであることができ、その表面積は通常６００〜１５００ｍ２／ｇ程度である。かかるメソポーラスシリカの種類として、例えば、ＭＣＭ−４１、ＭＣＭ−４８、ＦＳＭ−１６、ＳＢＡ−３、ＨＭＳ、ＭＳＵ−Ｘ、ＳＢＡ−１２、ＳＢＡ−１５、ＳＢＡ−１６等が挙げられる。これらの中でも、ラクトン化合物（Ｉ）を良好な転化率で転化して、ラクタム化合物（ＩＩＩ）及び／又はアミド化合物（ＩＶ）を良好な選択率で製造できる点で、ＭＣＭ−４１が好ましい。尚、メソポーラス構造の有無は、透過型電子顕微鏡による観察や、窒素吸着測定における細孔分布、またはＸＲＤ（Ｘ線回折）測定における２θ＝０．２〜４．０°のピークの有無等の分析で確認することができる。
【００２４】
前記メソポーラスシリカは、該メソポーラスシリカを構成する元素としてケイ素及び酸素を含むものであるが、ケイ素及び酸素以外の元素が含まれてもよく、例えば、実質的にケイ素と酸素から骨格が構成されるメソポーラスシリカであってもよいし、骨格を構成する元素としてさらに他の元素を含むメソポーラスメタロシリケートであってもよいし、細孔中に他の元素が組み込まれたメソポーラスシリカであってもよいし、メソポーラスシリカ表面に他の元素が担持されていてもよい。該メソポーラスシリカに含まれうる、ケイ素及び酸素以外の元素としては、アルミニウム、ホウ素、ガリウム、鉄、クロム、ニッケル等が挙げられ、必要に応じてそれらの２種以上が含まれていてもよい。これらの中でも、アルミニウムが好ましい。本発明の方法においては、ラクトン化合物（Ｉ）を良好な転化率で転化して、ラクタム化合物（ＩＩＩ）及び／又はアミド化合物（ＩＶ）を良好な選択率で製造できる点で、骨格を構成する元素としてアルミニウムを含むメソポーラスシリケート（メソポーラスアルミノシリケート）を触媒として使用するのが好ましく、骨格を構成する元素としてアルミニウムを含むＭＣＭ−４１を触媒として使用するのがより好ましい。骨格を構成する元素としてアルミニウムを含むＭＣＭ−４１を触媒として使用する場合、該ＭＣＭ−４１に含まれるケイ素の含有量は、アルミニウムに対する原子比（Ｓｉ／Ａｌ）で表わして、５〜５００であるのが好ましい。
【００２５】
前記メソポーラスシリカの調製法は、特に制限はなく、公知の方法を適宜採用することができるが、例えば、ケイ素化合物と、構造規定剤と、水とを混合し、生じた結晶から構造規定剤を除去する方法が挙げられる。ケイ素及び酸素以外の元素を含むメソポーラスシリカの調製は、ケイ素及び酸素以外の元素を含む化合物、ケイ素化合物、構造規定剤及び水を混合し、生じた結晶から構造規定剤を除去することにより行ってもよいし、ケイ素化合物、構造規定剤及び水を混合し、生じた結晶から構造規定剤を除去した後、ケイ素及び酸素以外の元素の担持を行うことにより行ってもよいし、ケイ素化合物、構造規定剤及び水を混合し、生じた結晶にケイ素及び酸素以外の元素を担持した後、構造規定剤を除去することにより行ってもよい。
【００２６】
ケイ素化合物としては、例えば、コロイダルシリカ、シリカゲル、フュームドシリカ等の非晶質シリカ；珪酸ナトリウム、珪酸カリウム等の珪酸アルカリ；テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン等のテトラアルコキシシラン等が挙げられ、必要に応じてそれらの２種以上を用いることもできる。
【００２７】
構造規定剤は、メソポーラス構造の形成に利用される有機化合物を意味する。構造規定剤の種類や分子形状によって、メソポーラス構造や細孔径を制御することができる（ゼオライトの科学と工学、講談社サイエンティフィク、２０００年、ｐ．１３−２３参照）。例えば、ＭＣＭ−４１型のメソポーラスシリカを調製する場合には、ネイチャー（Nature）、（米国）、１９９２年、第３５９巻、ｐ．７１０−７１２に記載されているように、構造規定剤として長鎖アルキルアンモニウム塩〔ＣｎＨ２ｎ＋１Ｎ＋（ＣＨ３）３ 。式中、ｎは整数を表す。〕が選択され、ＭＣＭ−４８型のメソポーラスシリカを調製する場合には、ミクロポーラス・アンド・メソポーラス・マテリアルズ（Microporous and Mesoporous Materials）、（オランダ）、２００１年、第４４巻、ｐ．９−１６に記載されているように、構造規定剤として長鎖アルキルアンモニウム塩〔ＣｎＨ２ｎ＋１Ｎ＋（ＣＨ３）３ 。式中、ｎは整数を表す。〕が選択され、ＦＳＭ−１６型のメソポーラスシリカを調製するには、ビュレティン・オブ・ザ・ケミカル・ソサイエティー・オブ・ジャパン（Bulletin of the Chemical Society of Japan）、（日本）、１９９６年、第６９巻、ｐ．１４４９−１４５７に記載されているように、原料として層状ケイ素化合物が、構造規定剤としてヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリドの如き四級アンモニウム塩が、それぞれ使用され、ＳＢＡ−３型のメソポーラスシリカを調製する際には、キャタリシス・コミュニケーションズ（Catalysis Communications）、（オランダ）、２００８年、第９巻、第１３号、ｐ．２２８７−２２９０に記載されているように、構造規定剤としてジェミニ界面活性剤〔ＣｎＨ２ｎ＋１（ＣＨ３）２Ｎ＋（ＣＨ２）ｓＮ＋（ＣＨ３）２ＣｍＨ２ｍ＋１ 。式中、ｎ、ｓ、ｍは整数を表す。〕が選択され、ＨＭＳ型のメソポーラスシリカを調製する際には、アプライド・キャタリシス・Ａ：ジェネラル（Applied Catalysis A: General）、（オランダ）、２００８年、第３４７巻、ｐ．１３３−１４１に記載されているように、構造規定剤として長鎖アルキルアミン〔ＣｎＨ２ｎ＋１ＮＨ２ 。式中、ｎは整数を表す。〕が選択され、ＭＳＵ−Ｘ型のメソポーラスシリカを調製する際には、ミクロポーラス・アンド・メソポーラス・マテリアルズ（Microporous and Mesoporous Materials）、（オランダ）、２００８年、第１０９巻、ｐ．１９９−２０９に記載されているように、構造規定剤としてオレイル デカオキシエチレン（Oleyl decaoxyethylene）が選択され、ＳＢＡ−１２型のメソポーラスシリカを調製する際には、ジャーナル・オブ・フィジカル・ケミストリー・Ｂ（Journal of Physical Chemistry B）、（米国）アメリカ、２００２年、第１０６巻、ｐ．３１１８−３１２３に記載されているように、構造規定剤としてポリエチレンオキシドが選択され、ＳＢＡ−１５型のメソポーラスシリカを調製する際には、サイエンス（Science）、（米国）、第２７９巻、ｐ．５４８−５５２や、ミクロポーラス・アンド・メソポーラス・マテリアルズ（Microporous and Mesoporous Materials）、（オランダ）、２００６年、第９１巻、ｐ．１５６−１６０に記載されているように、構造規定剤としてトリブロックコポリマー（ポリエチレンオキシド−ポリプロピレンオキシド−ポリエチレンオキシド共重合体）が使用され、ＳＢＡ−１６型のメソポーラスシリカを調製する際には、ミクロポーラス・アンド・メソポーラス・マテリアルズ（Microporous and Mesoporous Materials）、（オランダ）、２００７年、第１０５巻、ｐ．１５−２３に記載されているように、構造規定剤としてトリブロックコポリマー（ポリエチレンオキシド−ポリプロピレンオキシド−ポリエチレンオキシド共重合体）が選択され、ＳＢＡ−１６型のメソポーラスシリカを調製する際には、ミクロポーラス・アンド・メソポーラス・マテリアルズ（Microporous and Mesoporous Materials）、（オランダ）、２００７年、第１０５巻、ｐ．１５−２３に記載されているように、構造規定剤としてトリブロックコポリマー（ポリエチレンオキシド−ポリプロピレンオキシド−ポリエチレンオキシド共重合体）が選択される。
【００２８】
上述した構造規定剤において、中でも、長鎖アルキルアンモニウム塩が好ましい。前記長鎖アルキルアンモニウム塩としては、ドデシルトリメチルアンモニウムクロリド、ドデシルトリメチルアンモニウムブロミド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムクロリド、ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド等が挙げられる。
【００２９】
構造規定剤の使用量は、ケイ素化合物１モルに対し、通常０．０５〜１．０モル、好ましくは０．１０〜０．５０モルである。
【００３０】
メソポーラスシリカの調製時における水の使用量は、ケイ素化合物１モルに対し、通常５〜２００モル、好ましくは２０〜１００モルである。混合温度は、通常２０〜２００℃、好ましくは２０〜１５０℃であり、混合時の圧力は、常圧下、加圧下、減圧下のいずれでもよく、適宜設定される。また、混合時間は、通常０．１〜４００時間、好ましくは１〜２００時間である。
【００３１】
混合後に得られる結晶を含む懸濁液からの結晶の回収は、例えば、該懸濁液を濾過し、濾残を乾燥することにより行うことができる。尚、該乾燥の前に、必要に応じて洗浄処理を行ってもよい。かかる乾燥は、通常、空気雰囲気下で行われ、乾燥温度は４０〜１２０℃程度であり、乾燥時間は２〜２４時間程度である。乾燥は、通常、常圧下で行われるが、減圧下で行ってもよい。また、噴霧乾燥により乾燥させ、成形体として結晶を回収してもよい。
【００３２】
結晶からの構造規定剤の除去は、結晶をトルエン、メタノール、エタノール、アセトン等の有機溶媒で洗浄することにより行ってもよいし、塩酸（塩化水素の水溶液）、硫酸水溶液、硝酸水溶液等の酸性水溶液で洗浄することにより行ってもよいし、２００〜８００℃で熱処理することにより行ってもよい。これらは、いずれか一つを採用してもよく、二つ以上を組み合わせて採用してもよい。中でも、２００〜８００℃で熱処理することにより、結晶から構造規定剤を除去するのが好ましい。前記熱処理は、酸素含有ガスの雰囲気下で行ってもよいし、窒素等の不活性ガスの雰囲気下で行ってもよい。また、該熱処理は、酸素含有ガス又は不活性ガスの雰囲気下、多段階で行ってもよい。
【００３３】
水及びメソポーラスシリカの存在下におけるラクトン化合物（Ｉ）とアンモニア又はアミン化合物（ＩＩ）との反応は、回分式で行ってもよく、半回分式で行ってもよく、連続式で行ってもよいが、生産性及び操作性の点から、連続式で行うのが好ましい。該反応における反応温度は、２００〜６００℃が好ましく、３００〜５００℃がより好ましい。反応圧力は、通常０．１〜１ＭＰａである。該反応を連続式で行う場合、気相条件下に固定床形式又は流動床形式で好適に行うことができ、原料のラクトン化合物（Ｉ）の供給速度は、触媒１ｋｇあたりの供給速度（ｋｇ／ｈ）、すなわち空間速度ＷＨＳＶ（ｈ−１）として、通常１〜５０ｈ−１、好ましくは２〜１０ｈ−１である。該反応を連続式で行う場合、窒素、アルゴン、二酸化炭素等の不活性ガスを原料とともに供給してもよい。
【００３４】
かくして、式（ＩＩＩ）
【００３５】
【化１１】
（式中、Ｒ１及びＲ２は、前記と同じ意味を表す。）
で示されるラクタム化合物〔ラクタム化合物（ＩＩＩ）〕及び／又は式（ＩＶ）
【００３６】
【化１２】
（式中、Ｒ１及びＲ２は、前記と同じ意味を表す。）
で示されるアミド化合物〔アミド化合物（ＩＶ）〕を含む反応混合物を得ることができる。反応後の後処理操作については適宜選択されるが、例えば、適宜濾過やデカンテーション等により反応混合物からメソポーラスシリカを分離した後、抽出、蒸留、晶析等の操作を行うことにより、ラクタム化合物（ＩＩＩ）及び／又はアミド化合物（ＩＶ）を分離することができる。アミド化合物（ＩＶ）は、公知の方法、例えば、特開２００３−３２１４２７号公報に記載された方法等によって、分子内脱水縮合反応させることにより、ラクタム化合物（ＩＩＩ）に変換することができる。ゆえに、アミド化合物（ＩＶ）は、ラクタム化合物（ＩＩＩ）の製造における中間体として有用である。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらによって限定されるものではない。なお、ラクトン化合物（Ｉ）の空間速度ＷＨＳＶ（ｈ−１）は、ラクトン化合物（Ｉ）の供給速度（ｇ／ｈ）を触媒重量（ｇ）で除することにより算出した。また、ラクトン化合物（Ｉ）、ラクタム化合物（ＩＩＩ）及びアミド化合物（ＩＶ）の分析はガスクロマトグラフィーにより行い、ラクトン化合物（Ｉ）の転化率、ラクタム化合物（ＩＩＩ）の選択率及びアミド化合物（ＩＶ）の選択率は、供給したラクトン化合物（Ｉ）のモル数をａ、未反応のラクトン化合物（Ｉ）のモル数をｂ、生成したラクタム化合物（ＩＩＩ）のモル数をｃ、生成したアミド化合物（ＩＶ）のモル数をｄとして、それぞれ以下の式により算出した。
【００３８】
・ラクトン化合物（Ｉ）の転化率（％）＝［（ａ−ｂ）／ａ］×１００
・ラクタム化合物（ＩＩＩ）の選択率（％）＝［ｃ／（ａ−ｂ）］×１００
・アミド化合物（ＩＶ）の選択率（％）＝［ｄ／（ａ−ｂ）］×１００
【００３９】
実施例１
（ａ）＜ＭＣＭ−４１型メソポーラスシリカの製造＞
ヘキサデシルトリメチルアンモニウムブロミド（東京化成工業株式会社製）２１．６ｇ（０．０５９モル）とイオン交換水２１５．４ｇとを混合し強く撹拌した。得られた混合液に、撹拌下、コロイダルシリカ（日産化学工業株式会社製のスノーテックス２０、シリカ（ＳｉＯ２）含有量２１重量％、アルミニウム含有量０．０３２重量％）１２７．６ｇと、４．２重量％水酸化ナトリウム水溶液１１３．２ｇとを交互に少量ずつ滴下し、全量滴下後、得られた混合液を４０℃で２時間撹拌した。撹拌後の混合液のｐＨは１１．８であった。この混合液をステンレス製オートクレーブに入れ、静置条件下、１４０℃で４８時間水熱処理した。得られたスラリーを濾過し、濾残を２Ｌのイオン交換水で洗浄した後、８０℃にて一晩乾燥し、乾燥物を得た。得られた乾燥物５ｇをイオン交換水５０ｇに分散させ、得られたスラリーに、ｐＨが６〜７に安定するまで７．３重量％塩酸を少量ずつ加えた後、８０℃で２０時間静置した。静置後のスラリーを濾過し、濾残を５００ｍＬのイオン交換水で洗浄した後、８０℃にて一晩乾燥し、白色の結晶を得た。得られた結晶を乳鉢で粉砕し、磁性皿に薄く広げ、空気雰囲気下に６００℃で６時間熱処理し、ＭＣＭ−４１型メソポーラスシリカ触媒（Ａ）を得た。得られた触媒（Ａ）をＩＣＰ発光分析により分析したところ、アルミニウムに対するケイ素の原子比（Ｓｉ／Ａｌ）は２５０であった。
【００４０】
（ｂ）＜ε−カプロラクタム〔式（ＩＩＩ）中、Ｒ１がペンチレン基であり、Ｒ２が水素原子である化合物〕及び６−ヒドロキシヘキサンアミド〔式（ＩＶ）中、Ｒ１がペンチレン基であり、Ｒ２が水素原子である化合物〕の製造＞
前記（ａ）で得られた触媒（Ａ）０．３７５ｇを、内径１２ｍｍの石英ガラス製反応管中に充填して触媒層を形成させ、窒素４．２Ｌ／ｈの流通下、３５０℃にて２時間予熱処理した。次いで、触媒層の温度を３００℃に下げた後、窒素２．４３Ｌ／ｈの流通下、ε−カプロラクトン〔式（Ｉ）中、Ｒ１がペンチレン基である化合物〕／水／アンモニア〔式（ＩＩ）中、Ｒ２が水素原子である化合物〕＝１．９／１／５．６（モル比）の混合物を１．１７Ｌ／ｈ（ε−カプロラクトンのＷＨＳＶ＝３．６ｈ−１）の供給速度で反応管に供給し、反応を行った。反応開始から０時間後〜１時間後の反応ガスを捕集し、ガスクロマトグラフィーにより分析した。ε−カプロラクトンの転化率は１７．７％であり、ε−カプロラクタムの選択率は４．５％、６−ヒドロキシヘキサンアミドの選択率は７４．７％であった（合計選択率７９．２％）。
【００４１】
実施例２
＜ε−カプロラクタム及び６−ヒドロキシヘキサンアミドの製造＞
実施例１（ａ）で得られた触媒（Ａ）０．３７５ｇを、内径１２ｍｍの石英ガラス製反応管中に充填して触媒層を形成させ、４．２Ｌ／ｈの流通下、３５０℃にて２時間予熱処理した。次いで、触媒層の温度を３００℃に下げた後、窒素１．９７Ｌ／ｈの流通下、ε−カプロラクトン／水／アンモニア＝１．９／１／９．３（モル比）の混合物を１．６９Ｌ／ｈ（ε−カプロラクトンのＷＨＳＶ＝３．６ｈ−１）の供給速度で反応管に供給し、反応を行った。反応開始から０時間後〜１時間後の反応ガスを捕集し、ガスクロマトグラフィーにより分析した。ε−カプロラクトンの転化率は３３．１％であり、ε−カプロラクタムの選択率は３．３％、６−ヒドロキシヘキサンアミドの選択率は８１．７％であった（合計選択率８５．０％）。
【００４２】
比較例１
触媒（Ａ）に代えて、Ｈ−ＺＳＭ−５［ＰＱコーポレーション社製、アルミニウムに対するケイ素の原子比（Ｓｉ／Ａｌ）＝１４０］を使用した以外は、実施例１（ｂ）と同様に反応を行った。ε−カプロラクトンの転化率は１３．３％であり、ε−カプロラクタムの選択率は１６．５％、６−ヒドロキシヘキサンアミドの選択率は３１．６％であった（合計選択率４８．１％）。
【００４３】
実施例３
＜２−ピロリドン〔式（ＩＩＩ）中、Ｒ１がプロピレン基であり、Ｒ２が水素原子である化合物〕及び４−ヒドロキシブタンアミド〔式（ＩＶ）中、Ｒ１がプロピレン基であり、Ｒ２が水素原子である化合物〕の製造＞
実施例１（ａ）で得られた触媒（Ａ）０．３７５ｇを、内径１２ｍｍの石英ガラス製反応管中に充填して触媒層を形成させ、４．２Ｌ／ｈの流通下、３５０℃にて２時間予熱処理した。次いで、触媒層の温度を３００℃に下げた後、窒素３．０Ｌ／ｈの流通下、γ−ブチロラクトン〔式（Ｉ）中、Ｒ１がプロピレン基である化合物〕／水／アンモニア＝２．５／１／２．５（モル比）の混合物を０．６５Ｌ／ｈ（γ−ブチロラクトンのＷＨＳＶ＝２．４ｈ−１）の供給速度で反応管に供給し、反応を行った。反応開始から０時間後〜１時間後の反応ガスを捕集し、ガスクロマトグラフィーにより分析した。γ−ブチロラクトンの転化率は４８．１％であり、２−ピロリドンの選択率は４．６％、４−ヒドロキシブタンアミドの選択率は７７．３％であった（合計選択率８１．９％）。
【００４４】
比較例２
触媒（Ａ）に代えて、Ｈ−ＺＳＭ−５［ＰＱコーポレーション社製、アルミニウムに対するケイ素の原子比（Ｓｉ／Ａｌ）＝４０］を使用した以外は、実施例３と同様に反応を行った。γ−ブチロラクトンの転化率は２６．７％であり、２−ピロリドンの選択率は４６．１％、４−ヒドロキシブタンアミドの選択率は３４．０％であった（合計選択率８０．１％）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
式（Ｉ）
【化１】
（式中、Ｒ１は、炭素数３〜７のアルキレン基を表す。）
で示されるラクトン化合物と、式（ＩＩ）
【化２】
（式中、Ｒ２は、水素原子、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はヒドロキシアルキル基を表す。）
で示される化合物とを、水及びメソポーラスシリカの存在下に反応させることを特徴とする式（ＩＩＩ）
【化３】
（式中、Ｒ１及びＲ２は、前記と同じ意味を表す。）
で示されるラクタム化合物及び／又は式（ＩＶ）
【化４】
（式中、Ｒ１及びＲ２は、前記と同じ意味を表す。）
で示されるアミド化合物の製造方法。
【請求項２】
前記メソポーラスシリカがＭＣＭ−４１である請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記ＭＣＭ−４１がアルミニウムを含むものである請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
式（ＩＩ）で示される化合物の使用量が、式（Ｉ）で示されるラクトン化合物１モルに対して１〜２０モルである請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項５】
式（ＩＩ）、（ＩＩＩ）及び（ＩＶ）におけるＲ２が水素原子である請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。
【請求項６】
式（Ｉ）で示されるラクトン化合物が、γ−ブチロラクトン又はε−カプロラクトンである請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法。
【請求項７】
前記反応を２００〜６００℃で行う請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１】
式（Ｉ）
【化１】
（式中、Ｒ１は、炭素数３〜７のアルキレン基を表す。）
で示されるラクトン化合物と、式（ＩＩ）
【化２】
（式中、Ｒ２は、水素原子、アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基又はヒドロキシアルキル基を表す。）
で示される化合物とを、水及びメソポーラスシリカの存在下に反応させることを特徴とする式（ＩＩＩ）
【化３】
（式中、Ｒ１及びＲ２は、前記と同じ意味を表す。）
で示されるラクタム化合物及び／又は式（ＩＶ）
【化４】
（式中、Ｒ１及びＲ２は、前記と同じ意味を表す。）
で示されるアミド化合物の製造方法。
【請求項２】
前記メソポーラスシリカがＭＣＭ−４１である請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記ＭＣＭ−４１がアルミニウムを含むものである請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
式（ＩＩ）で示される化合物の使用量が、式（Ｉ）で示されるラクトン化合物１モルに対して１〜２０モルである請求項１〜３のいずれかに記載の製造方法。
【請求項５】
式（ＩＩ）、（ＩＩＩ）及び（ＩＶ）におけるＲ２が水素原子である請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。
【請求項６】
式（Ｉ）で示されるラクトン化合物が、γ−ブチロラクトン又はε−カプロラクトンである請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法。
【請求項７】
前記反応を２００〜６００℃で行う請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法。
【公開番号】特開２０１３−９５７００（Ｐ２０１３−９５７００Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４０００９（Ｐ２０１１−２４０００９）
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１日（２０１１．１１．１）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【Ｆターム（参考）】
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