CN107922191A - 吖嗪键、腙键的切断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水合肼、取代肼或氨基化合物的制造方法，其特征在于，通过在亚临界、超临界或液体二氧化碳状态的二氧化碳存在下使酮吖嗪、腙或席夫碱化合物水解，得到酮、和水合肼或取代肼、或者肼基甲酸或取代肼基甲酸、或者羰基化合物和氨基化合物、或者氨基甲酸化合物或取代氨基甲酸。

Description

吖嗪键、腙键的切断方法

技术领域

本发明涉及一种制造方法，其利用液体二氧化碳、超临界状态二氧化碳、亚临界状态二氧化碳进行吖嗪化合物的吖嗪键、腙化合物的腙键、席夫碱的甲亚胺键的切断，以低能量抑制副产物的生成且容易得到肼基甲酸(肼甲酸)、水合肼、取代肼、肼基甲酸衍生物、氨基甲酸衍生物、氨基化合物。

背景技术

水合肼类被用于：除去锅炉水中溶解的氧以防止锅炉腐蚀的作用、树脂的发泡剂的原料、高分子聚合引发剂、气囊的气体发生剂的原料、多种药物、农药的原料、火箭燃料、人造卫星姿态控制用燃料、电子材料用的金属微粒的制造用途、电路基板的蚀刻试剂等很宽的范围，是重要的化合物。此外，取代肼、氨基甲酸衍生物和肼基甲酸衍生物作为药物、农药的合成原料和反应试剂是重要的化合物。

[现有制法的说明]

在此以水合肼和取代肼为中心进行说明。水合肼和取代肼的制造法是很久以前开发并工业化的技术。现在生产中使用的技术是该过去开发的旧技术，不存在新的有前景的技术。虽然也进行了局部的小的技术改进，但基本反应并未彻底改良。过去、现在所实施的制造方法基本为下述所示的方法。

作为第1方法，有被称为脲法的方法。(非专利文献1)

其为如下方法：用次氯酸钠等氯化剂(氧化剂)使脲形成氯化脲或取代氯化脲，通过霍夫曼重排生成氨基异氰酸酯，然后通过水解得到水合肼或取代肼(反应式1)。该制法的缺点在于，产物即水合肼或取代肼是还原性非常强的化合物，因此原料中的氧化剂-次氯酸钠共存于体系中时，生成的水合肼或取代肼会立即分解。因此向反应体系中添加胶等稳定剂，在水合肼的情况下，必需在4％以下的低浓度状态下停止反应并进行分离。对该4％以下的水合肼或取代肼进行浓缩并与大量生成的副产物即无机盐分离，副产的无机盐则成为废弃物。进而，在水合肼的情况下，必需浓缩到实用制品浓度的60-100％。在无水肼的情况下，必需先得到100％水合肼。因此需要消耗大量的能量。也有将水合肼或取代肼制成无机酸的盐后进行浓缩的方法，为了得到所需的水合肼或取代肼，也有将生成的肼类制成无机盐而使其稳定化的方法，但必需对无机盐进行中和而将其变换为水合肼或取代肼。此时也生成大量的无机盐废弃物。

[反应式1]

作为第2方法，有被称为拉西(Raschig)法的如下方法：用次氯酸钠等氯化剂(氧化剂)使氨或取代胺生成氯胺，使该氯胺与氨或胺衍生物在低温下反应，得到水合肼或取代肼(反应式2)。该反应中生成的水合肼或取代肼为非常强的还原剂，会与氧化剂即氯化剂(次氯酸钠)反应而使生成的水合肼或取代肼分解。为了避免这种情况，也需要在该制法中添加胶等进行稳定化、在生成的水合肼或取代肼的浓度为4％以下的低浓度下停止反应、与副产的无机盐分离、在水合肼的情况下浓缩到通常使用的水合肼或取代肼浓度的60-100％。此外，为了得到无水肼，必需先得到100％水合肼。此时，耗费大量的能量、生成大量的副产盐成为问题和公害的原因。也有将生成的肼类制成无机盐而使其稳定化的方法，但必需对无机盐进行中和而将其变换为水合肼或取代肼。此时也生成大量的无机盐废弃物(非专利文献2)。

[反应式2]

开发了以下所示的方法，其改良了第1方法-脲法、第2方法-拉西法中由于生成的水合肼或取代肼被原料中的氧化剂即氯化剂(次氯酸钠)分解、因而在低浓度下停止反应而仅得到低浓度的水合肼或取代肼的缺点。

作为第3方法，是被称为有机法或酮连氮法的制法，为如下方法：在拉西法的反应中，在大大过量的氨水或胺衍生物以及大大过量的丙酮存在下，在低温、剧烈搅拌下每次少量地滴加氧化剂即次氯酸钠等氯化剂，促进次氯酸钠水溶液的分散、扩散，促进与氨的反应。使生成的低浓度水合肼或取代肼立即与和肼或取代肼的反应性非常高的丙酮反应而转变为化学上稳定的丙酮吖嗪或丙酮取代腙，从而不被氯化剂(氧化剂)氧化，但氧化剂即次氯酸钠所引起的分解反应快，仍然得不到明显效果(反应式3)。丙酮腙仅保护一方，因此另一方的游离肼基与水合肼同样容易被氧化，因此不能成为不被氧化剂即次氯酸钠等氧化剂氧化的受保护化合物。如果水合肼的两末端、取代肼中的肼基不与丙酮反应而形成酮连氮或取代肼的腙，则无法避免因氧化剂而氧化分解的情况(专利文献1)。

[反应式3]

但是，存在副产大量的盐的问题；以及，在形成丙酮吖嗪或丙酮取代腙而稳定化之前，生成的水合肼或取代肼的强还原性和氯系氧化剂的反应速率快，生成的水合肼或取代肼由于氧化剂的氯系氧化剂而被分解。因此，与第1方法、第2方法同样地，在水合肼的情况下，反应体系中的酮连氮或取代腙的浓度以水合肼换算以5％左右为浓度极限。丙酮吖嗪为水溶性，反应后，蒸发回收过量的氨，然后蒸发回收沸点低的过量的丙酮，最后，由于丙酮吖嗪会与水共沸而使其共沸、分离。蒸馏塔的底部会残留盐浓度高、含有杂质的水溶液，通常废弃，成为公害原因。在此得到的丙酮吖嗪的浓度换算为水合肼最多为20％左右。丙酮腙或丙酮取代腙不溶于水，也不与水共沸。丙酮吖嗪的分离、纯化法需要其它方法。酮连氮法的问题是，特征在于形成不因氧化剂即氯化剂而被氧化的稳定的吖嗪或取代腙，但为了得到所需的目标物-水合肼或取代肼，必需使得到的酮连氮或腙或取代腙水解来得到水合肼或取代肼，使用硫酸、盐酸等强酸进行水解较为容易。但是，就得到的制品而言，仅能以水合肼、肼衍生物与这些等的盐来得到。为了得到游离的水合肼、肼本身，必需进行中和。其结果是需要额外的碱原料和产生大量的副产盐。稳定的酮连氮、腙、取代腙不使用强酸等则非常难进行水解。其它酮类不显示丙酮这样高的反应性，因此不具有肼类保护剂的效果，不能使用。如果不使酮吖嗪、腙和丙酮取代腙水解而得到高浓度水合肼和取代肼，则大部分工业用途中不能使用。特殊情况下也有使用低浓度水合肼或取代肼的例子。作为不使用强酸等而使丙酮吖嗪、丙酮腙水解的方法，考虑了高温下水解的方法，但是为水解反应与水解后的化合物再结合的平衡反应，其彼此的反应速率几乎相同，因此通过高温水解得到目标物也是非常困难的。在通过该制法得到的酮吖嗪、腙和丙酮取代腙的水解中应用高温热水解方法时，需要150-160℃左右的高温热水解，利用极小的平衡常数差异一点一点地得到目标物，具有效率非常差、消耗大量的能量的严重问题。但是具有不会生成大量的副产物、不成为公害的原因的优点。对于该方法，将在此后详细说明。

作为第4方法而开发的，是被称为过氧化氢法的方法(专利文献2)(专利文献3)。

第1方法、第2方法、第3方法中任一种方法都生成大量的副产盐，从而成为公害的原因。此外，为了避免产物由于原料中的次氯酸钠等氧化剂而被分解，必需在低浓度下停止反应。作为不生成大量的副产盐的方法，开发了使用过氧化氢作为氧化剂的方法。虽然反应机制未公开，但基于化学反应知识来看，其是与以往制法的反应机制完全不同的反应，可以容易地推测其反应机制。但是，并不是说简单地将氨或胺衍生物与过氧化氢混合即可。目前没有任何文献进行反应中间物和反应机制的确认、说明。我们推测：推定的反应优选为首先使酮与氨反应而生成稳定的酮亚胺(ketimine)。优选的是，生成酮亚胺(ketimine)的酮与氨或胺衍生物具有反应性、通过与酮的反应生成的酮亚胺(酮亚胺)反而为稳定的化合物。第3方法中使用的丙酮生成丙酮亚胺，但丙酮亚胺或丙酮亚胺衍生物不稳定，因此从操作困难、收率、副反应、分解反应出发而规避丙酮亚胺或丙酮亚胺衍生物。该技术中，只要是生成稳定的酮亚胺的酮可以为任何酮，但用过氧化氢将2分子的酮亚胺氧化而生成酮吖嗪或取代腙。产生与第3方法中所示的问题相同的问题。当用强酸使酮吖嗪水解时，得到肼盐或取代肼盐。理想的是，不生成成为公害的原因的副产盐、不使用导致成本增加的强酸，而是用高温热水解方法得到水合肼或取代肼。从酮连氮和取代腙的高温热水解时和后处理的观点出发，使甲基乙基酮与氨或胺衍生物反应而得到稳定的甲基乙基酮亚胺(ketimine)，在含有强毒性的砷化合物的催化剂(四甲二砷)存在下，用过氧化氢将酮亚胺氧化，使2分子的酮亚胺的NH结构结合而生成N-N键，从而生成酮吖嗪；或者通过同样的反应使酮亚胺与取代胺结合，得到取代腙；因此得到的甲基乙基酮连氮或取代腙是与丙酮吖嗪或丙酮腙衍生物相比进一步更稳定的酮吖嗪或腙或取代腙。为了得到目标的水合肼或取代肼，必需对在此得到的酮吖嗪和取代腙进行水解(反应式4)。

[反应式4]

使该稳定的酮吖嗪或腙或取代腙高温热水解而得到水合肼或取代肼对于第3制法和第4制法而言是难以实现的。在第3方法和第4方法中，当对生成的腙进行高温热水解反应时，水解时变换成较多的分子内反应的副产物或腙与酮反应的副产物。从亚胺的形成、稳定性、反应性等观点以及从反应后的酮吖嗪或取代腙的加热水解性、通过水解而再生为酮等的均衡性出发，第4方法中使用的酮主要是使用甲基乙基酮等。由其得到的甲基乙基酮连氮或甲基乙基腙或甲基乙基取代腙等不溶于水，因此具有可以容易地与水层分离的优点、不产生食盐等无机盐废弃物的优点，但需要使用强毒性的砷的催化剂以及需要在190℃左右的高温热水解，本方法也与第3方法同样地，高温热分解的反应为平衡反应，利用平衡常数的微细差异一点一点地得到水合肼和取代肼。因此，由于浪费大量的能量、高温加热时生成副产物以及使制品着色的问题等，而更加难以实施。进而在使用碳数多的酮时，酮连氮的高温热水解近乎不可能。其水解反应将在以下项目中详细说明。

[得到酮连氮或腙或取代腙的制法中的酮连氮或腙或取代腙的高温热水解方法的说明]

在第3制法(有机法、酮连氮法)中，在形成丙酮吖嗪而稳定化之前，生成的水合肼或取代肼的还原性非常强，因此容易由于原料中的氧化剂即次氯酸钠等氯化剂而被氧化分解，因此是使生成的水合肼或取代肼在被氧化剂分解之前变换为稳定的丙酮吖嗪或丙酮取代腙、从而不被氧化分解的方法。丙酮腙中，一方面，肼基为游离状态，因此容易被原料氧化剂氧化而不能形成稳定化物质。另一方面，水合肼或取代肼虽然在低浓度状态下可达成目的，但随着丙酮吖嗪或丙酮腙或丙酮取代腙的浓度的增大，基本上后来生成的水合肼或取代肼都由于与次氯酸钠等氯系氧化剂的反应速率快而优先发生该氧化剂所引起的分解反应。因此，丙酮吖嗪或丙酮取代腙方法时也需要在低浓度下停止反应。最终所需要的制品除了特殊用途以外基本上为水合肼或取代肼的高浓度品，因此需要使酮吖嗪化合物或取代腙水解并浓缩，制成高浓度的水合肼或取代肼。

就第4制法(过氧化氢法)而言，从推定反应机制考虑，想到了如下方案：使甲基乙基酮与氨或取代胺反应而先生成甲基乙基酮亚胺，在砷系催化剂存在下用过氧化氢将甲基乙基酮亚胺氧化而生成N-N键，在最初变换为甲基乙基酮吖嗪或甲基乙基取代腙。由于反应的最初不生成水合肼或取代肼，因此不存在氧化剂即过氧化氢使水合肼或取代肼分解的问题。能够提高甲基乙基酮吖嗪或甲基乙基取代腙的浓度，但这些化合物是极稳定的化合物。最终目标制品为水合肼或取代肼的高浓度品，因此需要使甲基乙基酮连氮或甲基乙基取代腙化合物水解成水合肼或取代肼并回收甲基乙基酮、进行水合肼或取代肼的浓缩。

就第3制法、第4制法这两种制法而言，由于得到酮吖嗪或取代腙的稳定物质，因此必需进行酮吖嗪或取代腙的水解。使用无机酸等作为催化剂可容易地进行水解，但得到的化合物为肼或取代肼的无机酸盐，必需用碱再度中和而形成水合肼或取代肼，因此进一步生成大量的副产盐而成为公害的原因，同时由于使用额外的中和原料而导致成本提高。

为了避免这些，在实际生产中采取高温热水解法，该方法不会由稳定性高的酮连氮或取代腙生成副产盐。但是，高温热水解所生成的酮和水合肼或取代肼的再结合反应的速度常数也变大。是反应速率无差别的平衡反应。即使选择最佳条件也仅能得到极少量的水合肼或取代肼(反应式5)。

当在更高温度下进行热水解反应时水解反应常数变大，但酮与游离的水合肼或取代肼的反应速率常数也变大，是彼此矛盾的条件。高温热水解中存在该平衡常数稍有差异的温度点，因此能够分离出的通过高温热水解而得到的水合肼或取代肼的量极少，不过是在该高温下使酮连氮或取代腙无限地循环进行热水解、得到低浓度的水合肼或取代腙。当进一步逐渐提高水解温度时，反应速率常数之差不会相应地变大。丙酮吖嗪或丙酮取代腙(第3制法)的水解最低也需要150-160℃左右的温度，甲基乙基酮吖嗪或甲基乙基酮取代腙(第4制法)则最低需要180-190℃左右的温度。其它酮则几乎不能进行酮连氮或取代腙的生成和这些化合物的热水解。由于长时间循环进行高温热水解来得到水合肼或取代肼，会产生大量的能量浪费且由于合成酮吖嗪时酮吖嗪化时的不完全反应而生成腙，并且在高温热水解时不完全分解和再结合时生成腙。腙在加热时发生歧化反应而形成酮吖嗪和水合肼，水合肼与酮的腙为不稳定化合物，会通过分子内反应或与酮的反应而在该高温加热历程中生成大量的吡唑啉、其它副产物。此外，酮本身也会由于长时间高温历程而生成缩合物。此外，这些副产物是导致制品的纯度降低、着色的原因。高温加热水解方法具有能量消耗极大从而经济性差、仅能得到含有杂质、具有着色的低品质制品的问题。关于酮连氮法时通过高温热水解得到的水合肼浓度、副产的盐类、其分离方法、浓缩方法等，参见其项目的记载。任一方法均需要蒸馏纯化、和根据需要进行的再精馏。

[反应式5]

K1、K2表示解离常数。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:Ger.P.1,082,889(June 9,1960)

专利文献2:FR.P.2260569(November,5,1975)

专利文献3:US.P.4093656(June.6.1978)

非专利文献

非专利文献1:J.Fischer,J.Jander,Z.Anorg.Allgem.Chem.,313,14(1961)

非专利文献2:J.E.Troyan,Ind.Eng.Chem.,45,2608(1953)

非专利文献3:林弘、有机合成化学协会志、33、451页(1975)

非专利文献4:日本产业·医疗气体协会“液化二氧化碳处理教材”(2015年9月、54页)

发明内容

发明要解决的问题

本发明的课题在于，提供一种水合肼或取代肼的制造法，其不使用无机酸等催化剂，不因此生成副产物和废弃物、消耗能量少、在常温等低温下以高收率、高效率的方法进行酮连氮(酮吖嗪)或腙、取代腙或席夫碱化合物的水解，经济地生产高纯度、高浓度、任意浓度的水合肼或取代肼。此外，能够广泛使用用作原料的酮、醛等具有羰基的化合物。所使用的二氧化碳能够循环再利用。此外，以往的方法中，在不使用无机酸等催化剂的情况下使酮吖嗪化合物或酮取代腙化合物水解而生成水合肼或取代肼的方法中需要高温热水解，因此实质能使用的酮化合物仅限于丙酮或甲基乙基酮。此外，如果允许大量产生副产盐，则也可以使用无机酸进行水解，得到肼的无机酸盐后再进行中和来得到水合肼或取代肼。但是，具有经济性差、产生大量的副产盐而成为公害的原因等决定性的缺点。其虽然能使用较广范围的羰基化合物，但难以作为实质生产法使用。

本发明的方法为完全不同的水解机制，因此能够使用广范围的羰基化合物。

用于解决问题的方案

本发明人为了解决上述问题，对在酮吖嗪、腙、取代腙或席夫碱化合物的水解中可期待催化效果的化合物的探索和其使用方法进行了深入研究，结果，在路易斯酸、通常的碳酸水或加压而使二氧化碳溶解的程度的酸性度下，虽然进行该水解反应但变换率低，仅能得到低浓度的水合肼或取代肼。当提高水解反应的温度时，反应得到一定程度的促进，但副反应也加剧。不能达成本发明的目的。作为不与水合肼或取代肼生成稳定的盐、也不生成需要分离并废弃的盐的酸，我们考虑了碳酸，但常温、常压下碳酸水的pH为6.35，当加压提高溶解度时pH虽也下降，但极限为pH＝2.9左右。在该程度的酸性度下，吖嗪或腙或取代腙的水解非常弱。即使为了提高反应性而在加压下提高温度来进行，也仅仅使副产物增加，目标物的水合肼或取代肼的生成则不怎么增加。如后文中详细说明的，二氧化碳会相应于压力和温度而呈现二氧化碳状态、亚临界状态的区域、超临界状态、液体二氧化碳状态。令人意外的是，发现在最低压力条件下的亚临界、超临界状态的二氧化碳和进而相图中的液体二氧化碳条件下且在水存在下，成功地使吖嗪、腙、取代腙或席夫碱化合物顺利地水解且没有杂质产生，能够在短时间内以高收率、高效率生成目标物的水合肼、取代肼或者羰基化合物和氨基化合物。

我们发现，为了利用亚临界、超临界二氧化碳和液体二氧化碳进行水解而由酮吖嗪、腙、取代腙或席夫碱化合物形成水合肼、取代肼、羰基化合物或氨基化合物，将以水合物形式添加所需要的水量和水解反应所需的量以上的量的水的溶液以及分散物在40℃等以下的温和条件下搅拌混合，从而能够效率良好地得到高纯度、高浓度的、通过调整水量而成为任意浓度的水合肼、肼基甲酸(肼甲酸)、取代肼、取代肼基甲酸、氨基甲酸衍生物或者羰基化合物和氨基化合物。

该预想外的反应机制虽然是假设，但是液体二氧化碳的缔合和既不为气体也不为液体的超临界二氧化碳在进行微观观察时不是单分子的气体，而是多个分子缔合的状态，可以推测作用机制是基于此的电子传递机制或质子传递机制。本发明中使用与水的混合物，因此可以认为缔合二氧化碳的末端为羧酸。根据上述缔合机制，推测该质子显示强酸性。我们发现，生成水合肼或取代肼与二氧化碳反应而生成的肼基甲酸或取代肼基甲酸，通过加热到40-70℃而容易安全地分解为水合肼或取代肼和二氧化碳，能够得到高纯度、高浓度的、通过使用的水量而成为任意浓度的水合肼或取代肼作为产物。在需要以得到低浓度品的条件来进行时，首先用蒸馏塔馏去水，在与水合肼的共沸状态下进行蒸馏而得到80％的水合肼，进而仅馏去水而进行浓缩、蒸馏则可得到100％的水合肼。此外，此时也进行了纯化。通过对这些事实进行确认，从而完成了本发明。

[用于解决问题的方案的详细说明]

本发明中，通过将亚临界二氧化碳、超临界二氧化碳、液体二氧化碳和水合物所需要的水、水解所需要的水的量以上的量的水在40℃以下等(不限于该温度)搅拌混合，而使下述反应式(6)所示的酮吖嗪、腙、取代腙或席夫碱化合物进行水解反应后，亚临界二氧化碳和超临界二氧化碳为具有气体和液体两方的性质的状态，为二氧化碳缔合的团簇的分散状态。因此，反应后将亚临界二氧化碳、超临界二氧化碳变更为液相条件，与液体二氧化碳合并形成液相。静置则成为这些二氧化碳液层和水层分离的状态。在水中溶解的二氧化碳的浓度和在液体二氧化碳中溶解的水的量如图2所示。超临界二氧化碳具有有机溶剂的性质，因此被用作从天然物质中提取有用的有机物的溶剂。但是，各文献中均未发现液体二氧化碳显示有机溶剂样性质的报道。虽然可见到关于超临界二氧化碳与低摩尔比的醇和有机溶剂的相平衡的资料，但对关于有机反应的详细结果的解析是本发明中首次发现的事实。在亚临界二氧化碳、超临界二氧化碳和液体二氧化碳中的任一状态下，原料的酮连氮(酮吖嗪)和水解所生成的酮和生成的水难溶性取代肼溶解于微观上可称为液体状态的亚临界二氧化碳层、超临界二氧化碳层和液体二氧化碳层，水中溶解的酮也溶解于这些液体二氧化碳层。易溶于水的水合肼、取代肼和氨基化合物溶解于水，因此溶解于水层中。

如资料(1)所示，液体二氧化碳的比重根据温度和使其液化的压力而不同。液体二氧化碳的临界点为31.1℃、7.38MPa。液体二氧化碳在各温度、压力下的密度如资料(1)所示。本发明中使用的溶剂为亚临界二氧化碳、超临界二氧化碳和液化二氧化碳以及水，反应结束后，对温度或/和压力进行调整，将亚临界二氧化碳和超临界二氧化碳变换为液体二氧化碳。如图2所示，低温下的液化二氧化碳中溶解的水以及水中溶解的液化二氧化碳均为非常低的浓度。不能互溶的水和液化二氧化碳为分离状态。即使由于水或液化二氧化碳中溶解的酮吖嗪或酮腙或酮取代腙以及水合肼或取代肼、肼基甲酸或取代肼基甲酸等物质而显示凝固点降低，在水量变多而达到非常低的温度时也会结冰。在搅拌下，水层形成固体，因此成为在液体二氧化碳层中发生固体化的水层的淤浆状态。在-10℃以上时液体二氧化碳的比重达到1以下，当以优选的反应条件实施本发明的方法时，由于是液体二氧化碳和水的混合体系，因此液体二氧化碳层会移动至上层、水层则移动至下层。当使用能够溶解于液化二氧化碳和水的以上原料时，形成原料分散于液化二氧化碳和水的状态或者形成液化二氧化碳、水、原料的3层。原料和产物会引起凝固点降低，此外可以对在液体二氧化碳层中发生固体化的水层的淤浆状态物进行处理，但从反应性、热效率、后处理等观点出发，优选在-30℃左右以上且40℃以下的温度下进行反应。进一步优选在-10℃以上且30℃以下的温度下进行反应。相对于这些温度的压力依赖于压力容器的容积和所填充的液体二氧化碳的填充量(填充常数)，将在图4的项目中说明。60％的水合肼的凝固点为-70.7℃，100％的水合肼的凝固点为-51.7℃。但是，不限于上述反应条件。

(非专利文献4)

[表1]

相对于原料的吖嗪、腙、取代腙或席夫碱化合物的量，可使用任意比例的液体二氧化碳。随着水解反应的进行，原料的酮吖嗪、腙、取代腙或席夫碱化合物被水解为水合肼、取代肼、肼基甲酸、取代肼基甲酸、氨基甲酸、氨基甲酸衍生物、氨基化合物以及酮或羰基化合物。所生成的水易溶性的水合肼、取代肼、肼基甲酸和取代肼基甲酸溶解于水层中，酮、难溶于水的取代肼类和取代肼基甲酸溶解于液体二氧化碳中。席夫碱化合物被分解为羰基化合物和氨基化合物或氨基甲酸衍生物，同样溶解于液体二氧化碳层或水层中。

利用本技术进行的水解完全不会发生在酮与水合肼或腙或取代肼的反应中所发生的回到吖嗪或腙或取代腙的反应，也完全不产生酮的缩合物等副产物。在反应后调整温度或压力，为亚临界、超临界二氧化碳的情况下，变换为液体二氧化碳，从而分离为液体二氧化碳层和水层。通过将水层加热到30-100℃、优选40-70℃，可将残存的以肼基甲酸或取代肼基甲酸形式存在的化合物容易且安全地分解为水合肼或取代肼和二氧化碳(反应式7)。但是，不限于该条件。席夫碱化合物的情况下也同样。

水合肼或取代肼的浓度依赖于所添加的水量，在水解反应时添加与水合肼的目标制品浓度对应的水量，能够直接得到接近目标浓度的水合肼。通常使用的是60-100％的浓度的水合肼。某些用户有时也使用5-60％的水合肼，可以调节水量以达到该浓度。在设为精密的制品浓度时，对所得到的粗制水合肼的浓度进行分析并根据需要添加高浓度水合肼或添加水，从而调整为规定的浓度。

进而，在需要高纯度的水合肼时，可以对得到的高浓度水合肼进行精馏而得到。在用100％的水合肼进行精馏时，可通过稀释调整为任意浓度的水合肼，从而能应对各种浓度的制品。此外，还能够用于调整粗制水合肼的浓度。此外，在需要无水肼的情况下，可以通过由100％的水合肼脱水、并根据需要进行蒸馏而得到。水合肼在80％时与水共沸，因此以共沸制品进行分馏时将得到80％的水合肼，如果预先将用于反应的水量设为吖嗪或腙的水解所需要的水量和形成80％的水合肼所必需的量以下的量，则能够得到80％的水合肼以上的任意高浓度的水合肼。取代肼不形成水合物，因此添加水解所需要的水量以上的水即可。通过加热到水的沸点而从这些中仅馏去水，然后分馏出浓缩了的100％的水合肼或取代肼即可。在蒸馏水合肼时，为了避免水合肼的分解、空气中的氧所致的分解，需要在氮气等不活泼气体中进行蒸馏。此外，取代肼更不稳定，因此需要在适合于取代肼的不活泼气体和添加剂中进行蒸馏。

[反应式6]

[化学式1]

酮吖嗪

反应式(6)中的化合物(1)表示酮连氮(酮吖嗪)，化合物(2)表示酮。化合物(3)表示与化合物(2)相同的酮或其它种类的酮。化合物(4)表示水合肼(hydrazine hydrate、肼水合物)。化学式1的R₁、R₂、R₃、R₄可以相同或分别不同，此外其可以组合，此外R₁与R₂和R₃、R₄可以键合。不仅具有碳，还可以具有氢原子、氮原子、氧原子、硫原子等杂原子。也可以具有取代基。作为取代基，为烷基、炔基、烯基、芳烷基、亚烷基、芳基、烯丙基、稠环基、具有杂原子这些等的基团，此外也可以具有在生成酮吖嗪或腙时不会产生不良影响的卤素、硝基、OH基、巯基等取代基。但是，不限于这些等取代基。基本条件是至少具有与R₁、R₂、R₃、R₄键合的1个羰基和肼键合而成的结构。

[化学式2]

酮(1)

表示化学式(1)所示的条件的酮。R₁、R₂与化学式(1)中记载的内容相同。

[化学式3]

酮(2)

表示化学式(1)所示的条件的酮。R₃、R₄与化学式(1)中记载的内容相同。

[化学式4]

水合肼(hydrazine hydrate、肼水合物)

H₂NNH₂·H₂O

[化学式5]

腙

表示化学式(1)所示的条件的腙。R₁、R₂、R₃、R₄与化学式(1)中记载的内容相同。R₅、R₆也与化学式(1)的R₁、R₂、R₃、R₄中记载的内容相同。

[化学式6]

肼基甲酸(肼甲酸)

H₂NNH-COOH

[化学式7]

取代肼

化学式(7)中的R₅、R₆与化学式(5)中记载的内容相同。

[反应式7]

肼基甲酸(肼甲酸)的水解

[化学式14]

H₂NNH-COOH+H₂O→H₂NNH₂·H₂O+CO₂

发明的效果

本发明为如下的方法：使前述化学式(1)和化学式(5)所示的酮吖嗪或腙或取代腙在不使用无机酸等质子催化剂等的情况下、在室温等低温下在亚临界二氧化碳、超临界二氧化碳和液体二氧化碳中水解，实质上以1段反应得到不生成副产物的高纯度且高浓度或任意浓度的水合肼或取代肼，使液体二氧化碳层(包括改变温度和压力而变换成的亚临界、超临界状态)和水层进行层分离，通过容易且安全的方法以廉价、无副产物、节省能量且无公害的方法制造水合肼或取代肼。是不发生所使用的液体二氧化碳、用于原料的酮或醛的副反应且能够容易地分离回收、循环使用的水合肼或取代肼的制造方法。

本发明的目的是得到水合肼或取代肼，但由上述记载的推定反应机制可知，不限于酮吖嗪、腙的水解，该反应也能够用于席夫碱等结构所示的具有亚氨键(-C＝N-)的化合物的水解。

附图说明

图1示出CO₂饱和的水的pH。

图2示出CO₂相对于水的溶解度和水相对于CO₂的溶解度。

图3示出CO₂的状态图。

图4示出压力容器内的CO₂的状态。

具体实施方式

以下详细说明本发明。

本发明是通过向亚临界二氧化碳或超临界二氧化碳或液体二氧化碳和水的混合体系中添加酮吖嗪或腙或取代腙、在-56.6℃以上且60℃以下、优选-30℃～40℃、进一步优选-10～30℃下搅拌混合而使酮吖嗪或腙或取代腙水解，从而以高效率、高浓度变换为酮和水合肼或取代肼的水合肼或取代肼的制造方法。详细说明参见“用于解决问题的方案的详细说明部分”。我们认为，如果进行反应结果的详细解析则按照反应式(6)和(9)所示的反应来进行。进而如果详细解析反应式(6)，则也可确认到反应式(8)和反应式(7)的反应和反应产物。水解反应后，调整亚临界二氧化碳层、超临界二氧化碳层的温度和压力，优选全部形成液体二氧化碳层后进行分离，用气相色谱、液相色谱进行分析时可确认到原料酮。如果使液体二氧化碳从液体二氧化碳层中二氧化碳化而气化，则可确认到酮的残留。在低温下将分离出的水层减压浓缩或者添加甲醇等溶于水的不良溶剂则会析出部分晶体。用IR和液相色谱对该晶体进行确认，鉴定为肼基甲酸(肼甲酸)或取代肼基甲酸。肼基甲酸或取代肼基甲酸为不稳定的化合物，当加热到40℃～60℃左右的温度时，容易且安全、完全地分解为水合肼或取代肼和二氧化碳。加热本反应的水层时会产生气泡，经分析明确为二氧化碳。

[丙酮吖嗪或丙酮腙的现有制法中的水解]

形成丙酮吖嗪的现有制法中，首先将反应后的组成、即氨、丙酮、丙酮吖嗪、丙酮腙、水合肼、水等挥发性的物质全部暂时馏去，使盐类在蒸馏塔底部浓缩，以水溶液形式分离、除去。同时从挥发成分中回收氨，然后分离酮类。将含有丙酮吖嗪和丙酮腙的水溶液在水解塔中引入到加热分解反应。

关于R₁、R₂、R₃、R₄为甲基的丙酮吖嗪的水解，将多塔板方式的水解塔的底部罐的丙酮吖嗪水溶液(丙酮吖嗪和水显示共沸。水合肼和水也共沸)加热到使反应式(1)所示的K1稍微超过K2的130-150℃，首先将过量的水馏去，进而为避免通过高温热水解而生成的水合肼和丙酮的再结合而将极少量的游离丙酮馏去，使未水解的、再结合而生成的丙酮吖嗪进行循环高温热水解，将丙酮从塔顶一点一点地馏去。生成的水合肼则残留在塔底。消耗大量的蒸气而使丙酮吖嗪长时间地循环，得到20-30％的水合肼水溶液。由于丙酮吖嗪长时间暴露于高温，由一方被水解的丙酮腙生成的吡唑啉等副产物、丙酮的缩合物等副产物会增加。为了避免塔底所得到的20-30％的低浓度水合肼由于空气中的氧而被分解，此外为了确保安全性，在氮气等不活泼气体存在下另行进行精馏，首先馏去水而进行浓缩，然后以水合肼和水的共沸物形式进行精馏，得到80％的水合肼。即便如此仍含有杂质。当需要高纯度和高浓度的水合肼时，为了防止氧化，此外为了确保安全性，在氮气等添加性气体存在下首先馏去水而提高浓度，再次进行精馏。为了得到100％的水合肼，为了防止氧化而在氮气等不活泼气体存在下，首先从塔顶馏去水，在塔底得到100％的水合肼，将其再度精馏，从塔顶得到100％的水合肼。

在得到取代肼时，由于其为不稳定化合物，不能通过与水合肼同样的处理而得到。需要用于取代肼的蒸馏的特别的环境条件。

[过氧化氢法的现有制法中的水解]

现有的过氧化氢法中使用甲基乙基酮。专利、文献等中均未明确记载过氧化氢法的反应过程、反应机制，但从专利的实施例的情况和化学知识考虑，过氧化氢法中首先需要使甲基乙基酮和氨反应而生成甲基乙基酮亚胺。丙酮的情况下，由于丙酮亚胺不稳定而不使用丙酮。关于过氧化氢法，专利中记载有：从原料的甲基乙基酮和氨混合起始，结果生成甲基乙基酮连氮。甲基乙基酮连氮不溶于水，具有容易分离的优点，但甲基乙基酮连氮为相对稳定的化合物，更难水解，虽然进行高温热水解但该反应也是反应式(5)所示的平衡反应。高温热水解时、平衡常数K1与K2的差异极小，使K2超过K1常数的温度为180-200℃的高温。从外部加热甲基乙基酮连氮的热水解所需要的水和肼的水合物所需要的水的理论量以上的水的混合物或者吹入180-200℃的高温蒸气进行加热，从水解塔的塔上将每次极少量地解离的甲基乙基酮馏去，生成的水合肼水溶液残留于塔底。消耗大量的能量并且长时间地使未分解的甲基乙基酮连氮以及甲基乙基酮和水合肼再结合成的甲基乙基酮连氮的混合物无限地循环，得到水合肼。该制法中的水解所消耗的能量远大于丙酮吖嗪的水解所消耗的能量。由于使甲基乙基酮连氮长时间暴露于该高温下，副产物(最多的成分是吡唑啉类、酮的缩合物)的生成增加，由于这些等原因，制品着色也是严重的问题。此外，该制法需要作为强毒性的砷衍生物的被称为四甲二砷的催化剂。该催化剂的回收方法、其所需的成本成为问题。

其它具有R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆的分子量大的羰基的化合物的吖嗪化合物类和腙化合物类的情况下，不能加热水解。仅能够用强酸进行水解使其解离。虽然也披露了使用二苯甲酮、环己酮，但用硫酸等强酸水解得到的是肼的硫酸盐等。为了得到水合肼而用碱性物质中和，存在产生大量的盐副产物的问题(非专利文献3)。

[腙的情况的说明]

确认到止步于形成在反应体系中稳定的酮连氮的中途状态的作为不完全反应物质的腙、以及热水解时通过酮和水合肼的再结合而成的作为不完全反应物质的少量的腙。另一方面，在与取代肼的反应中，原料为取代胺和氨，因此会作为各种产物的混合物中的化合物之一而得到。源自具有取代基的胺的取代腙不具有游离的肼基，因此没有还原性，是稳定的。仅能利用通过次氯酸钠等氧化剂使酮和氨的混合物生成水合肼时的不完全反应物、以及生成的水合肼上再结合1分子的酮而成的腙，与2分子的酮和1分子的水合肼反应形成酮连氮、生成稳定化合物的制法不同，具有与第1制法、第2制法同样的问题。在亚临界状态二氧化碳时、超临界二氧化碳时、液体二氧化碳时腙对水均有溶解性，但取代腙在水、液体二氧化碳中的溶解性也低，因此不是特别有利。在本来的合成反应中，生成的酮连氮或取代腙有时以腙或取代腙的状态而包含，因此在热水解、本发明的液体二氧化碳(包括亚临界二氧化碳、超临界二氧化碳系)下的热水解时变换为水合肼或取代肼，虽然较少但也视为达到了目的、即有助于得到目标物。此外，腙化合物发生歧化反应而形成吖嗪化合物和肼。生成的肼由于氧化剂而被分解。

作为本发明的处理的中间物，考虑了腙化合物的存在、历程的可能性。在反应中间阶段用液相色谱进行确认时，确认到了推定为腙化合物的峰。此外，在热水解过程中，用液相色谱也在中间阶段的反应液中确认到了腙化合物的存在。本发明的处理反应液中不存在氧化剂，因此认为可能存在腙化合物。认为其或者是在热水解处理中未完全分解、作为中途分解产物而生成的。分离出溶解在水中的稳定的腙化合物并应用本发明的处理方法时，能够发挥本发明的效果、即与吖嗪化合物同样地水解得到水合肼而不生成副产物。

[席夫碱化合物的情况]

为了使羰基化合物或氨基化合物稳定化而经常使用的席夫碱化合物的甲亚胺键相当于本发明中使用的酮吖嗪的一半结构。为了使其水解而重新得到羰基化合物或氨基化合物，本领域技术人员的常规处理法是使用无机酸进行水解。与酮吖嗪时具有同样的缺点、问题。由于具有酮吖嗪的一半结构，因此可以说与酮吖嗪的水解反应等效、相同。作为解决该问题的方法，本发明的方法、即使用亚临界、超临界、液体二氧化碳进行水解是有效的，这一点是不言自明的。

[二氧化碳和水之间的溶解度]

理想的情况是碳酸显示酸水解的效果，但是，碳酸水中，碳酸的Pk₁＝3.60、Pk₂＝10.25，碳酸的Pk＝6.35，是非常弱的酸，并不显示促进水解的酸催化剂的功能。二氧化碳在温度越低、压力越高时，在水中的溶解度越增加，水溶液的pH值变得越低(图1)。

但是，pH值为该程度的碳酸不能优先引起酮连氮或腙或取代腙的水解。被水解的酮连氮少，反而是碳酸的酸性催化了较多副产物的生成。二氧化碳相对于水的溶解度如图2所示。溶解于二氧化碳的水的量在超临界状态的高温、高压的状态下为高浓度，但由于为高温，副反应优先发生，得不到水合肼或取代肼。水在低温的液体二氧化碳中的溶解度虽然低，但所溶解的水很重要。为了增加新的水的溶解、提高与液体二氧化碳的接触概率，需要充分的搅拌。

[二氧化碳的行为、溶解度(气体、亚临界、超临界、液体)]

二氧化碳的状态图如图3所示。在水存在下，即使在相图的各区域的中心区域等和更高温、更高压下的亚临界和超临界二氧化碳状态下进行酮连氮的水解，也未确认到良好的酮连氮的水解。反而是由于碳酸的酸性的催化效果，催化了较多副产物的生成。在液体二氧化碳相则不存在该问题。

当在二氧化碳的状态图中的为液体二氧化碳、超临界二氧化碳的状态的条件下、在水存在下进行酮连氮或腙或取代腙的水解时，分离水层，对存在的除了水合肼或取代肼以外的肼基甲酸或取代肼基甲酸进行加温、加热处理而使其水解时，同样以极高收率、高效率得到高浓度的水合肼或取代肼，完全未见在高压化的高浓度碳酸水、高温条件下的亚临界二氧化碳、超临界二氧化碳状态下反应时容易生成的吡唑啉、酮的缩合物的生成。在使用亚临界二氧化碳和超临界二氧化碳时，提高温度则显示出不良结果，因此在接近临界点的尽量低的温度下进行处理时显示出良好的水解效果。

[压力容器内的情况]

当压力反应容器内部存在空气时，事先用二氧化碳赶出空气，用二氧化碳进行置换，压力反应容器的容积需要为如下容量：相对于要填充的液体二氧化碳、原料的酮连氮或腙或取代腙和水的容量以上的填充常数，存在适于反应操作的富余。气体层几乎被二氧化碳占据。压力内部的情况视为与仅填充有液体二氧化碳时的压力容器内状态图近似。压力容器内的温度变化和压力变化依赖于液体二氧化碳的填充常数，在临界温度以下时，液体二氧化碳和气体化的二氧化碳在图3的相图中处于平衡状态，位于沸点线上。对应于填充常数，当压力容器内的温度升高时在各自对应的温度下压力容器内的液体二氧化碳为充满的状态，如果温度进一步升高，则如图4所示，压力急剧上升而呈超临界状态。

黑色的线表示在填充常数1.34时、在约22℃时达到充满，示出了温度进一步升高时的液体和超临界状态下的压力变化。灰色的线表示在填充常数1.6时、在29℃达到充满，示出了温度进一步升高时的超临界状态下的压力变化。在液体二氧化碳和气体状二氧化碳处于平衡状态的条件下则处于沸腾线上的状态。

[使用液体碳酸的吖嗪类的水解反应、操作的详细说明]

就作为原料使用的吖嗪、腙、取代腙而言，原料填充时为液体的化合物通过适当的方法填充即可，为固态物时，打开反应压力容器的盖子并填充必要量。如上述记载，在填充液体二氧化碳之前预先将反应容器内的空气完全置换为二氧化碳。固体原料即使不完全溶解于液体二氧化碳，也会随着反应的进行而逐渐溶解。

在亚临界二氧化碳、超临界二氧化碳、液体二氧化碳中，相对于吖嗪1摩尔添加3摩尔以上的水，使吖嗪部分水解而得到的腙的情况下，相对于腙1摩尔添加2摩尔以上的水，液体二氧化碳相对于吖嗪、腙没有特别限定，优选大大过量的量。关于水的量，相对于吖嗪1摩尔为3摩尔以上的量、相对于腙1摩尔为2摩尔以上的量，在为取代腙时，相对于取代腙1摩尔，需要2摩尔以上的水，但也可以为调整至水合肼或取代肼的目标浓度的水量，没有特别限制。

关于反应条件，在图3所示的二氧化碳的状态图中为液体的温度是-56.6℃至31.1℃、压力是0.52MPa以上至7.38MPa以上，期望为-20℃至31℃、压力为2.0MPa以上至7.4MPa以上，进一步优选为-10℃至20℃且2.8MPa以上至5.8MPa以上，相对于这些等温度的压力位于液化二氧化碳的状态图的沸腾线上且依赖于填充常数，当在高温侧且压力容器内填满时，温度的微小变化就可能导致急剧的压力上升。因此为了选择压力反应容器内的液体二氧化碳的填充常数和应对压力上升的情况，耐压能力例如可以具有10MPa这样的富余。预先安装在达到更高压力时将压力释放到体系外的安全阀至关重要。但是，压力容器的耐压性不限于此。在亚临界二氧化碳状态和31.1℃以上的温度且7.38MPa以上的压力下的超临界状态二氧化碳时，优选对应的填充常数下的31.1℃至80℃以下的温度且7.38MPa以上的压力。压力容器的耐压性与液体二氧化碳时相同。液体二氧化碳的容器和使用方法参照高压气体管理法和制造商的操作说明。在该呈超临界二氧化碳、液体二氧化碳的状态的温度和压力下进行吖嗪的水解后，改变温度而使包括超临界二氧化碳在内的全部二氧化碳变换为液体二氧化碳层，形成液体二氧化碳层和水层的2层并将各层分离。维持低温时，水层中存在水合肼和肼基甲酸。当升温到30℃以上时，肼基甲酸产生二氧化碳，形成水合肼。肼基甲酸的安全分解温度优选40-60℃。在亚临界二氧化碳时和超临界二氧化碳时，温度的影响非常大，由于本水解的目的而期望为低温，因此期望选择接近临界点的31.1℃、7.38MPa的条件。但是，不限于这些数值、条件，为适合于作业、操作的温度、压力即可。

通常市售的带虹吸管的液化二氧化碳储瓶以沸腾液状态进行销售。在大型、大量使用时，装在保温瓶型的具有真空绝热层的容器中以-20℃的低温液化二氧化碳形式进行销售，由于热传导不为零，因此通过内部液体二氧化碳的蒸发来保持低温。

关于液体二氧化碳层和水层的分离，由于会根据温度以及各自所溶解的物质的浓度而发生层的逆转，因此不能统一示出。在用带传感器的液面计进行测量下来进行分离。游离的酮的溶解度根据酮的种类而不同，但溶解于液体二氧化碳层的量多。虽然也根据酮的种类而不同，但现在的制造中通常使用的丙酮、甲基乙基酮容易溶解于液体二氧化碳，特别是甲基乙基酮，其不溶于水。在相对于吖嗪或取代腙使用大量的液体二氧化碳的情况下，溶解有这些酮的液体二氧化碳能够以溶解有这些酮的状态循环使用。在亚临界二氧化碳或超临界二氧化碳和水层中反应的情况下，将水层分离。但是，不限定于这种方式。

当酮在液体二氧化碳中的溶解变得缓慢或困难时，将亚临界二氧化碳、超临界二氧化碳、液体二氧化碳用气化器气体化并释放到体系外，酮则作为残液而残留。该回收酮可以直接循环使用，在需要纯化时，可进行精馏而纯化。根据作业、操作的情况任意选择即可。

如果希望在整个反应体系内有效利用热能，则在用气化器将液体二氧化碳气体化时，会由于气化热而进行冷却，用盐水等加温的同时以低温盐水的形式将冷热回收，并用于酮的蒸馏中的冷却液化或用于其它冷却部分。气体化的二氧化碳通过气体化时的冷却热而冷却或者当附近另有冷热源时用其冷却二氧化碳而进行冷却液化，然后用压缩机加压而液化。在事先将二氧化碳冷却时能够提高用压缩机进行压缩、液化时的效率，能够抑制压缩机所使用的电能。用压缩机进行压缩时会放热，而将热释放到外部。将此时产生的热回收作为水合肼的浓缩、纯化或酮的蒸馏时的加热能量来利用。建议通过应用这些有效能量(exergy)理想地抑制能量消耗。但是，不限于这些操作。

中所示的R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆在各化合物中表示相同的取代基。R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆可以为相同的基团，可以为部分相同、部分不同的基团，也可以全部为不同基团。也可以为R₁、R₂和R₃、R₄键合而成的环状结构。如果考虑循环使用，理想的是，化学式(2)的化合物和化学式(3)的化合物为相同化合物。R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆表示：氢；可形成支链的、可具有不与氨、二氧化碳、肼等反应的取代基的、可具有杂原子的烷基、烯基、炔基、亚烷基、芳烷基、亚烯基、亚芳基、脂环式基团、芳基、烯丙基、杂环基、稠环基、这些等的二基等。但是，不限于这些。

作为R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆的具体例子，示出氢、甲基、乙基、异丙基、异丁基等烷基。示出环戊基、环己基等环状烷基。示出包括化合物结构式的碳在内的环戊基、环己基等环状烷基。示出乙烯基、烯丙基等烯基。示出环戊烯基、环己烯基等环烯基。示出包括化合物结构式的碳在内的环戊烯基、环己烯基等环烯基。示出苯基、萘基等芳香族环基。示出吡唑基、吡唑啉基、咪唑基、咪唑啉基、吡啶基、吡咯基、***基、噁唑基、吡嗪基、喹啉基等杂环基。进而，这些基团上可以具有不与氨、二氧化碳、肼等反应的烷氧基、卤素基团、硝基、氨基、芳氧基、芳香族环基、杂环基等取代基。优选为氢、甲基、乙基、异丁基、芳基、环庚烷环、环己烷环等。具体而言，如果用化学式(2)、化学式(3)表示，则为乙醛、异丙醛、苯甲醛、萘甲醛、糠醛等醛类，丙酮、甲基乙基酮、甲基异丁基酮、甲基环戊基酮、环戊酮、环己酮、呋喃酮、苯乙酮、二苯甲酮、蒽醌、萘醌、芴酮、芴基酮(fluorenyl ketone)等。但是，不限于这些。

实施例

以下用实施例更详细地说明本发明，但本发明不受这些实施例限定。

[水合肼的分析、定量方法]

以下的实施例中得到的水合肼的分析方法。

水合肼的分析可以通过气相色谱进行，优选通过滴定法进行准确的分析。

[利用滴定法的水合肼分析方法]

试剂

1)盐酸(3+2)

向白盐酸300ml中加入去离子水200ml。

2)氯仿(试剂特级)

3)M/40碘酸钾溶液(5.35g KIO₃/l)

将碘酸钾(容量分析用标准试剂)在130℃加热2小时后，在干燥器中放置冷却，以精确到0.1mg的程度量取进行含量校正后为10.701g的量，转移到2000ml容量瓶中，用去离子水溶解后定容{按照因子(F)达到1.000的方式进行制备}。

操作

1)精确称量对应于浓度的试样采集量(＊)，放入500ml容量瓶中，用去离子水定容。

2)准确地取其中的10ml，转移到带塞的烧瓶(容积300ml)中，加入盐酸(3+2)50ml。

3)用M/40碘酸钾溶液滴定，在接近终点时加入氯仿5ml，剧烈震荡，滴定至氯仿层的红色消失为止，反复剧烈震荡。

通过下式求出含量。

[数1]

M/40碘酸钾1＝0.0012515g N2H4·H2O

备注

[表2]

(*)对应于浓度的试料采集量如上所述。

[标准实验原料的合成]

[丙酮吖嗪的合成]

在室温下，向丙酮2,320g(40摩尔)中添加100％的水合肼100g(2摩尔)。此时由于反应热，温度升高。然后在内温40～50℃的范围搅拌2小时。反应后，在冷却到室温后，在强烈搅拌下缓慢加入无水碳酸钾828g(6摩尔)，直接在室温下搅拌2小时而除去副产的水分。此时，如果搅拌不充分，有时碳酸钾会固结，需注意。

干燥后滤出碳酸钾，将滤出的碳酸钾用丙酮充分洗涤。在减压下馏去剩余的丙酮后，通过减压蒸馏进行丙酮吖嗪的精馏。

[甲基乙基酮吖嗪的合成]

在60℃加热下，在剧烈搅拌下向甲基乙基酮1,440g(20摩尔)中滴加100％的水合肼100g(2摩尔)。在滴加中从外部进行加热，使得滴加结束时达到80℃。甲基乙基酮不容易与水合肼反应。滴加结束后，在剧烈搅拌下在80℃下反应10小时。甲基乙基酮和100％的水合肼不互溶，因此形成2层。分离出上层的甲基乙基酮层，用无水硫酸钠脱水、干燥。滤出硫酸钠后，减压馏去剩余的甲基乙基酮，通过减压蒸馏进行甲基乙基酮连氮的精馏。

实施例1

在具有搅拌机的容积400ml、耐压20MPa的带有安全阀的高压釜上安装带虹吸管的液化二氧化碳储瓶、过冷却装置、高压定量泵，将高压釜浸渍于恒温槽中。事先向高压釜中通入二氧化碳，对高压釜内的空气进行彻底置换。在20℃的恒温槽中使高压釜整体为20℃。将在水31.5g(1.75摩尔)中溶解有丙酮吖嗪28g(0.25摩尔)的溶液调整为20℃后注入到高压釜中。在此基础上在搅拌下用高压流体定量泵通过过冷却器使来自液体二氧化碳储瓶的二氧化碳213g(4.84摩尔)缓慢注入到高压釜中，以免导入液化二氧化碳时一下子气体化。注入的液体二氧化碳量由来自定量泵的量和填充液体二氧化碳后的高压釜的重量变化二者测定。高压釜内的压力显示为约5.7MPa。这时关闭阀门，在20℃下搅拌12小时。储瓶内的液体二氧化碳和水和丙酮吖嗪的液体成分占约270ml，气体状态的体积占约130ml，是位于状态图的沸腾线上的状态。

反应结束后，由于20℃下液体二氧化碳的比重小于水，因此取出下层的水层部至耐压容器，从气体释放阀释放溶解的二氧化碳，然后缓慢地加热到55℃。使存在于水层的肼基甲酸分解成水合肼和二氧化碳，二氧化碳从释放阀排放到体系外。从水层中采样，通过上述的滴定分析算出水合肼的量。由滴定分析的结果可知，水合肼为11.75g(0.235摩尔)(收率94％)。关于水合肼的浓度，由于在该温度和压力下溶解于液化二氧化碳的水的量非常少，因此是约38.4％浓度的水合肼溶液。

实施例2

将温度设为10℃、将水设为22.5g(1.25摩尔)，除此以外，进行与实施例1同样的反应、处理。在进行水层的滴定分析时，算出为0.24摩尔的水合肼。收率为96％。其为约55.7％浓度的水合肼溶液。

实施例3

将温度设为0℃、将水设为22.5g(1.25摩尔)，除此以外，进行与实施例1同样的反应、处理。在进行水层的滴定分析时，算出为0.246摩尔的水合肼。收率为98.4％。其为约57.2％浓度的水合肼溶液。

实施例4

在具有搅拌机的容积400ml、耐压20MPa的高压釜的上部安装带虹吸管的液化二氧化碳储瓶、二氧化碳储槽、过冷却器、高压定量泵，将高压釜浸渍于恒温槽中。事先向高压釜中通入二氧化碳，对高压釜内的空气进行彻底置换。在32℃的恒温槽中使高压釜整体为32℃。将在水22.5g(1.25摩尔)中溶解有丙酮吖嗪28g(0.25摩尔)的溶液调整为32℃后注入到高压釜中。在此基础上在搅拌下用高压流体定量泵将通过过冷却器的来自液体二氧化碳储瓶的液体二氧化碳219g(4.98摩尔)缓慢地注入到高压釜中。高压釜的内压显示为约9MPa。如果假定液体成分全部为液体二氧化碳，则二氧化碳的填充常数相当于约1.6，由于填充有约50g的除液体二氧化碳以外的液体成分，因此不能说填充常数准确地为1.6。这时关闭阀门，在32℃下搅拌12小时。在32℃下，高压釜内的压力为约9MPa。通常作为液体二氧化碳使用目的的储瓶中，储瓶内的液体二氧化碳在31.1℃临界点以下，为处于状态图的沸腾线上的状态。在该填充常数条件下，在约29℃时二氧化碳储瓶内成为无气体层、充满液体状态的临界二氧化碳状态。反应高压釜内即使有微小的温度变化，也会使压力急剧上升，因此出于安全考虑，为了保持超临界二氧化碳层而使用带有安全阀的200MPa的高压釜。

反应结束后，将高压釜和内容物冷却到10℃，取出比重大的下层的水层部至耐压容器中，从气体释放阀释放溶解的二氧化碳，然后缓慢地加热到55℃。使存在于水层的肼基甲酸分解成水合肼和二氧化碳，二氧化碳从释放阀排放到体系外。从水层中采样，通过上述的滴定分析算出水合肼的量。由滴定分析的结果可知，水合肼为0.205摩尔(收率82％)。关于水合肼的浓度，由于在该温度和压力下溶解于液化二氧化碳的水的量非常少，因此是约47.3％浓度的水合肼溶液。

实施例5

在具有搅拌机的容积400ml、耐压20MPa的高压釜的上部安装带虹吸管的液化二氧化碳储瓶、气化器、二氧化碳储槽、过冷却器、高压定量泵，将高压釜浸渍于恒温槽中。向高压釜中通入二氧化碳，对高压釜内的空气进行彻底置换。在20℃的恒温槽中使高压釜整体为20℃。将在水22.5g(1.25摩尔)中溶解有甲基乙基酮吖嗪35g(0.25摩尔)的溶液调整为20℃后注入到高压釜中。在此基础上在搅拌下用高压流体定量泵将通过过冷却器的液体二氧化碳215g(4.9摩尔)缓慢注入到高压釜中。在此关闭阀门，在20℃下搅拌12小时。液体二氧化碳的填充常数为约1.6。在该填充常数下，通常的液体二氧化碳储瓶中，储瓶内存在液体二氧化碳和气体二氧化碳层。在29℃以下，为平衡状态的处于状态图的沸腾线上的状态。在20℃下，高压釜内的压力显示约5.9MPa。

即使是该温度以上的温度，直至29℃为止也都处于状态图的沸腾线上的状态。反应高压釜内即使有微小的温度变化，为了确保安全，也使用保持超临界二氧化碳层的带有安全阀的200耐压的高压釜。

反应结束后，在20℃下液体二氧化碳的比重比水小，因此将下层的水层部取出至耐压容器，从气体释放阀释放溶解的二氧化碳，然后缓慢地加热到55℃。使存在于水层的肼基甲酸分解成水合肼和二氧化碳，二氧化碳从释放阀排放到体系外。从水层中采样，通过上述的滴定分析算出水合肼的量。由滴定分析的结果可知，水合肼为0.233摩尔(收率93％)。关于水合肼的浓度，由于在该温度和压力下溶解于液化二氧化碳的水的量非常少，因此是约54.0％浓度的水合肼溶液。

实施例6

作为原料，使用二苯甲酮吖嗪72g(0.20摩尔)、液体二氧化碳188g(4.27摩尔)、水31.5g(1.75摩尔)，填充常数为约1.58。进行与实施例1同样的处理，得到水合肼9.1g(0.182摩尔)。收率为91％，水合肼浓度为29.8％。

实施例7

从在实施例1中在高压釜内加入了分离并保存的液体二氧化碳的高压釜重量的测定结果减去最初的空高压釜的重量、水解生成的推测会溶解于液体二氧化碳的丙酮的重量，而估算残存液体二氧化碳的量为203g。在此基础上填充水27g(1.5摩尔)和丙酮吖嗪28g(0.25摩尔)，进行与实施例1同样的反应、处理。填充常数接近约1.7。分析结果是，显示水合肼10.4g(0.208摩尔)收率为83％。

Claims (8)

1.一种水合肼、取代肼或氨基化合物的制造方法，其特征在于，通过在亚临界、超临界或液体二氧化碳状态的二氧化碳存在下使酮吖嗪、腙或席夫碱化合物水解，得到酮、和水合肼或取代肼、或者肼基甲酸或取代肼基甲酸、或者羰基化合物和氨基化合物、或者氨基甲酸化合物或取代氨基甲酸。

2.根据权利要求1所述的水合肼、取代肼或氨基化合物的制造方法，其为如下条件下的制造方法，所述条件为：

将在所述二氧化碳的温度为60℃以下且-56.6℃以上、且所述二氧化碳的压力为0.52MPa以上形成亚临界二氧化碳、超临界二氧化碳、液体二氧化碳状态的温度、压力、填充系数组合而成的条件。

3.根据权利要求1或2所述的水合肼、取代肼或氨基化合物的制造方法，其为如下条件下的制造方法，所述条件为：

将在所述二氧化碳的温度为-30℃～40℃、且所述二氧化碳的压力为1.4MPa以上～7.38MPa以上形成亚临界、超临界、液体二氧化碳状态的温度、压力、填充系数组合而成的条件。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的水合肼、取代肼或氨基化合物的制造方法，其中，

所述二氧化碳能够再利用。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的水合肼、取代肼或氨基化合物的制造方法，其中，进一步包括如下步骤：

加热所述肼基甲酸或取代肼基甲酸而分解为水合肼或取代肼与二氧化碳。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的水合肼、取代肼或氨基化合物的制造方法，其中，

所述酮吖嗪为化学式(1)所示的化合物：

式中，

R¹～R⁴分别独立地为氢原子、烷基、烯基、炔基、环烷基、环烯基、芳香族环基或杂环基，在此，这些基团根据情况可被选自由烷基、烯基、炔基、卤素基团、烷氧基、氨基、硝基、巯基、芳氧基、芳香族环基和杂环基组成的组中的1个以上取代基取代，或者

R¹和R²与它们所键合的碳原子一起形成环结构，在此，该环结构基团根据情况可被作为取代基的选自由烷基、烯基、炔基、卤素基团、烷氧基、氨基、硝基、巯基、芳氧基、芳香族环基和杂环基组成的组中的取代基取代，或者

R³和R⁴与它们所键合的碳原子一起形成环结构，在此，该环结构基团根据情况可被作为取代基的选自由烷基、烯基、炔基、卤素基团、烷氧基、氨基、硝基、巯基、芳氧基、芳香族环基和杂环基组成的组中的取代基取代。

7.根据权利要求1～5中任一项所述的水合肼、取代肼或氨基化合物的制造方法，其中，

所述腙为化学式(7)所示的化合物：

式中，

R¹、R²、R⁵、R⁶分别独立地为氢原子、烷基、烯基、炔基、环烷基、环烯基、芳香族环基或杂环基，在此，这些基团根据情况可被选自由烷基、烯基、炔基、卤素基团、烷氧基、氨基、硝基、巯基、芳氧基、芳香族环基和杂环基组成的组中的1个以上取代基取代，或者

R¹和R²与它们所键合的碳原子一起形成环结构，在此，该环结构基团根据情况可被作为取代基的选自由烷基、烯基、炔基、卤素、烷氧基、氨基、硝基、巯基、芳氧基、芳香族环基和杂环基组成的组中的取代基取代，或者

R⁵和R⁶与它们所键合的氮原子一起形成环结构，在此，该环结构基团根据情况可被作为取代基的选自由烷基、烯基、炔基、卤素基团、烷氧基、氨基、硝基、巯基、芳氧基、芳香族环基和杂环基组成的组中的取代基取代。

8.根据权利要求1～5中任一项所述的水合肼、取代肼或氨基化合物的制造方法，其中，

所述席夫碱为化学式(9)所示的化合物：

式中，

R¹、R²、R⁷分别独立地为氢原子、烷基、烯基、炔基、环烷基、环烯基、芳香族环基或杂环基，在此，这些基团根据情况可被选自由烷基、烯基、炔基、卤素基团、烷氧基、氨基、硝基、巯基、芳氧基、芳香族环基和杂环基组成的组中的1个以上取代基取代，或者

R¹和R²与它们所键合的碳原子一起形成环结构，在此，该环结构基团根据情况可被作为取代基的选自由烷基、烯基、炔基、卤素基团、烷氧基、氨基、硝基、巯基、芳氧基、芳香族环基和杂环基组成的组中的取代基取代。