CN1176064C - 氨基腈和二胺的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种通过催化氢化二腈制备氨基腈和二胺的方法。本发明包括通过对具有3-12个碳原子的脂族二腈进行催化氢化以制备氨基腈和二胺的方法，其特征在于在预先分离出催化剂后，在对反应产物和未转化的二腈进行蒸馏之前，通过加入足量无机或有机酸以酸化最终反应混合物。具体而言，本发明涉及通过氢化己二腈制备6-氨基己腈和六亚甲基二胺的方法。6-氨基己腈可在液相或气相中水解形成己内酰胺。六亚甲基二胺可非常特殊地用于经与己二酸反应制备聚酰胺-6，6。

Description

氨基腈和二胺的制备方法
本发明涉及一种通过催化氢化二腈制备氨基腈和二胺的方法。
具体而言，本发明涉及通过催化氢化己二腈制备6-氨基己腈和六亚甲基二胺的方法。
将脂族二腈(特别是己二腈)催化氢化成氨基腈和二胺(特别是6-氨基己腈和六亚甲基二胺可按照例如WO-A-96/18603所述在基于阮内镍或阮内钴、任选地包含一种或多种助催化剂成分的催化剂存在下，在强无机碱存在下，在除二腈外还包含水、二胺和/或氨基腈的介质中进行。
还可以参考专利EP-A-0,737,100，该文献公开了脂族二腈，特别是己二腈在化学掺杂有一种或多种助催化剂成分的阮内镍或钴存在下，在强碱存在下，在至少包含水及适宜地还包含有机溶剂如醇或酰胺的介质中进行的氢化反应。
专利WO-A-97/10052公开了腈，特别是己二腈，在通过包含一种或多种氧化物形式的掺杂金属的相进行结构化并基于至少部分为还原态的镍或钴催化剂存在下，在强碱存在下，在至少包含水及适宜地还包含有机溶剂如醇或酰胺的介质中进行的氢化反应。
在这些现有技术的方法中，对最终的反应混合物进行定量分析，测定可能包含的杂质含量。所述杂质含量通常较低，甚至会为0。
但是，显然有必要对所述的反应混合物的成分进行分离，占主要部分的水，任选的有机溶剂，其它可能存在的轻质化合物，生成的二胺和氨基腈，以及未转化的二腈。
本申请人发现在反应混合物的蒸馏过程中，在通过过滤、沉降、离心或其它方法分离出催化剂后，形成大量主要是来源于二腈，特别是己二腈分解的禁止性副产物。不受上述情形的限制，当所采用的二腈为己二腈时，这些副产物中的主要一种为亚氨基氰基环戊烷(ICCP)，其它为较重的副产物。
副产物的形成导致很多缺点，因而有必要尽可能地防止出现副产物。首先，这些副产物基本来源于二腈的转化，特别是己二腈的转化，这将会导致在工业过程中不能忽视的损失。进而，它们还会导致变色和/或它们还会对必须满足的例如通过六亚甲基二胺制备聚酰胺-6，6以及通过6-氨基己腈制备其自身为聚酰胺-6的基础材料的己内酰胺的规格造成严重的有害影响。
此外，这些副产物难以除去，这使得纯化方法更为复杂和昂贵。
本发明的目的是克服这些严重缺陷，尽可能减少在对由催化氢化二腈，特别是脂族二腈产生的反应混合物成分进行蒸馏的过程中这些副产物的形成。
本发明包括通过对具有3-12个碳原子的脂族二腈任选地在溶剂存在下进行催化氢化以制备氨基腈和二胺的方法，其特征在于在预先分离出催化剂后，在对反应产物和未转化的二腈进行蒸馏操作前，通过加入足量无机或有机酸以酸化最终反应混合物。
更具体地说，可提及的二腈为己二腈、甲基戊二腈、乙基琥珀腈、二甲基琥珀腈、丙二腈、琥珀腈、戊二腈或十二烷二腈。可以使用几种二腈的混合物，特别是来源于由丁二烯合成己二腈的过程中包含己二腈、甲基戊二腈和乙基琥珀腈的混合物。
为方便起见，本发明的方法将在下面的描述中通常只提及己二腈和其氢化产物6-氨基己腈和六亚甲基二胺，但实际上涉及其它二腈。
更具体地，本发明方法涉及来源于通过至少一种元素周期表(“化学和物理手册，51版(1970-1971)”，The Chemical RubberCompany)第VIII族的金属进行催化的二腈氢化反应的混合物。
更具体地，己二腈的氢化反应按照公知方式进行。所采用的催化剂通常包含至少一种选自镍、钴、铁、铑或钌的金属。这些金属可与一种或多种助催化剂元素组合。可提及的助催化剂元素的实例是：钼、钨、钛、铬、铁、镍、钴、铜、银、金、锌、镉、铅、锡、钯、铂、锇、铼、铱、锑、铋或稀土金属。
催化剂可以沉积或者不沉积于载体上。可使用氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、氧化镁或活性炭作为载体。
优选的非负载型催化剂为阮内镍或阮内钴，任选地包含一种或多种助催化剂元素。特别适用于阮内镍或阮内钴的助催化剂元素是钛、钼、钨、铬、铁、锌、铜、银或金。
可以使用至少部分为还原态的基于镍或钴的通过含有氧化物形式的一种或多种掺杂金属(助催化剂)的相进行结构化处理的催化剂，如WO-A-97/10052所述。
在阮内镍或阮内钴存在下氢化己二腈的方法例如可参考下述文献：WO-A-96/18603、EP-A-0,737,100、EP-A-0,737,101或EP-A-0,737,181。
己二腈的氢化反应，更具体地说，在阮内镍、阮内钴、铑或钌存在下操作的氢化反应，优选在一种碱性化合物如碱金属或碱土金属氢氧化物存在下进行。
氢化反应通常在溶剂如水存在下进行。此外，反应可在有机溶剂如醇或酰胺或者在无机溶剂如液氨存在下进行。从反应开始起，反应混合物也可包含可变量的用作溶剂的所述反应的产物。
优选在中和存在于混合物中的碱，特别是当碱为无机碱后，从反应混合物中分离出溶剂。
在分离出催化剂后向反应混合物中加入的酸可为任一种无机酸如硫酸、磷酸、亚磷酸、盐酸或硝酸或有机酸如单或多官能脂族羧酸、脂环族羧酸或芳族羧酸，或者脂族磺酸、脂环族磺酸或芳族磺酸。有机酸的非限定性实例为乙酸、丙酸、戊酸、己酸、己二酸、对苯二酸、戊二酸、琥珀酸、甲基戊二酸、乙基琥珀酸、对甲苯磺酸、甲磺酸或氟代甲磺酸。也可以使用酸性树脂，特别是包含磺基基团的树脂。
酸的用量通常应使其至少相应于以存在于由二腈、特别是己二腈氢化产生的反应混合物中的碱性无机化合物为基准的化学计量。以反应混合物重量为基准计，酸的加入量通常为0.0005-2wt％，优选0.001-1wt％。
当所采用的酸为酸性树脂时，重量比几乎没有什么意义。可通过所述树脂处理反应混合物，或者，如果适宜的话，可在对混合物进行蒸馏之前将树脂引入反应混合物中。
在加入酸后，将反应混合物蒸馏以分离溶剂和其它可能包含的轻质化合物所形成的六亚甲基二胺和6-氨基己腈，以及未转化的被包含的，可在新的氢化过程中循环的己二腈。六亚甲基二胺和6-氨基己腈可连续在两个柱中蒸馏，或者，在第一步中可一起蒸馏以在较短的时间内加热未转化的己二腈。在第二种选择方式中，通过蒸馏将六亚甲基二胺和6-氨基己腈分开。己二腈可直接循环至氢化操作中，或者可首先将其蒸馏以除去其中所含重质产物，尤其是由加入酸形成的盐。可将6-氨基己腈在液相或气相中进行水解以形成己内酰胺。这种水解过程可按照公知技术在催化剂存在下或不存在下并且任选地在6-氨基己腈进行附加纯化步骤后进行。通过聚合己内酰胺可生产聚酰胺-6。与己二酸反应后六亚甲基二胺可特别地用于制备聚酰胺-6，6。
当分离轻化合物时，蒸馏过程通常在低于大气压的压力下进行。
与不先加入酸而进行的蒸馏过程相比，或与在将6-氨基己腈和六亚甲基二胺分离后加入酸相比，蒸馏过程中副产物的形成量将会大为减少。
下述实施例用于说明本发明。
实施例1
在50℃和20巴的氢压下，在15wt％阮内镍(包含1.8wt％Cr，以Ni为基准计)(相对于反应混合物重量)和约0.42wt％氢氧化钾(以反应混合物为基准计)存在下，使己二腈进行连续氢化。
反应混合物具有下述重量组成：27％六亚甲基二胺(HMD)、38％6-氨基己腈(ACN)、25％己二腈(AdN)和9％水，另外还包含0.0080％氢氧化钾。
通过气相色谱进行定量分析未检测到亚氨基氰基环戊烷(ICCP)的存在。
将63mg的正磷酸加至450g该混合物(大约1mol/1mol氢氧化钾)中。
随后在大气压下在1小时内将水蒸出。
合并后的HMD/ACN在减压下蒸馏2小时，直至再沸器中的温度达到185℃。
然后，对蒸馏塔底产物(AdN)的样品定量分析ICCP，结果ICCP的量为0.003％。
为了模拟蒸馏塔底产物具有较长停留时间的连续操作过程，将所述蒸馏塔底产物于185℃下保持2小时。
对所处理的蒸馏塔底产物进行ICCP定量分析，发现ICCP为0.010％。
比较实验1
本比较实验是对在实施例1的第一部分中通过氢化AdN获得的450g混合物进行的。
随后在大气压下将水在1小时内蒸出。
合并后的HMD/ACN在减压下蒸馏2小时，直至再沸器中的温度达到185℃。
然后，对蒸馏塔底产物(AdN)的样品定量分析ICCP，结果ICCP的量为12％，还发现存在于原始混合物中23％的AdN消失了：一方面转化成ICCP，另一方面，转化成了重质产物(沸点大于AdN的产物)。
在蒸馏混合物成分之前未用酸处理的情况下，与本发明相比，会形成更多的ICCP，以AdN存在于原始混合物中为代价，出现大量不具有经济价值的重质产物。
将63mg正磷酸(与实施例1相同用量)加至前面的的蒸馏残余物中。
在减压下于1小时内将AdN蒸出。
残留于再沸器中的ICCP和重质化合物的量与加入磷酸前定量分析的数量基本相同。

Claims (15)

1.通过对具有3-12个碳原子的脂族二腈任选地在溶剂存在下进行催化氢化以制备氨基腈和二胺的方法，其特征在于在预先分离出催化剂后，在通过蒸馏提取反应产物和未转化的二腈之前，通过加入足量无机或有机酸以酸化最终反应混合物。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于该方法应用于来源于通过元素周期表中至少一种VIII族金属催化的二腈氢化反应的混合物。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于该方法用于来源于通过催化氢化己二腈制备6-氨基己腈和六亚甲基二胺的反应混合物。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于氢化过程在包含至少一种选自镍、钴、铁、铑或钌的金属、任选地结合有一种或多种助催化剂元素的催化剂存在下进行。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于助催化剂元素选自钼、钨、钛、铬、铁、镍、钴、铜、银、金、锌、镉、铅、锡、钯、铂、锇、铼、铱、锑、铋或稀土金属。
6.根据权利要求4的方法，其特征在于催化剂沉积于选自氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、氧化镁或活性炭的载体上。
7.根据权利要求4的方法，其特征在于催化剂选自阮内镍和阮内钴，任选地包含一种或多种助催化剂元素。
8.根据权利要求7的方法，其中助催化剂元素选自钛、钼、铬、铁、钨、锌、铜、银或金。
9.根据权利要求4的方法，其特征在于催化剂选自基于至少部分为还原态的镍或钴的通过含有呈氧化物形式的一种或多种助催化剂金属的相进行结构化处理的催化剂。
10.根据权利要求1的方法，其特征在于在分离出催化剂后加至反应混合物中的酸为选自硫酸、磷酸、亚磷酸、盐酸或硝酸的无机酸，或选自单或多官能脂族羧酸、脂环族羧酸或芳族羧酸或者脂族磺酸、脂环族磺酸或芳族磺酸的有机酸或酸性树脂。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于所述酸性树脂是包含磺基基团的树脂。
12.根据权利要求1的方法，其特征在于酸的用量应使其至少相应于以存在于二腈氢化反应混合物中的碱性无机化合物为基准的化学计量。
13.根据权利要求1的方法，其特征在于以反应混合物重量为基准计，酸的用量为0.0005-2wt％。
14.根据权利要求13的方法，其特征在于以反应混合物重量为基准计，酸的用量为0.001-1wt％。
15.根据权利要求1的方法，其特征在于可在加入酸之前或之后从反应混合物中分离出溶剂。
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