JP4989889B2

JP4989889B2 - 含窒素化合物の製造方法

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Publication number: JP4989889B2
Application number: JP2005379648A
Authority: JP
Inventors: 哲朗福島; 正晴丈野; 道夫寺坂
Original assignee: Kao Corp
Current assignee: Kao Corp
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2025-12-28
Also published as: US7514585B2; DE102006061042A1; CN1990453A; CN1990453B; US20070149817A1; JP2007176890A

Description

本発明は、含窒素化合物、とりわけ脂肪族アミンの製造方法に関し、さらに詳しくは、ニッケル−銅系触媒を用いて脂肪族１級アミンを高選択に製造する方法に関する。

脂肪族１級アミンは、家庭用、工業用分野において重要な化合物であり、界面活性剤、繊維処理剤等の製造原料などとして用いられている。
脂肪族１級アミンの製造方法としては、様々な方法があるが、その中の１つとして、触媒の存在下に、脂肪族アルコールを、アンモニア及び水素と接触させる方法が知られている。この接触反応においては、触媒として、ニッケル−銅系触媒や貴金属系触媒が用いられる。
ニッケル−銅系触媒を用いて、脂肪族アルコールからアミンを製造する方法としては、例えば、１級もしくは２級アルコールと、アンモニアまたは１級もしくは２級アミンとからジルコニウム／銅／ニッケル触媒の存在下に水素を使用してアミンを製造する方法であって、ＺｒＯ₂ として２０から８５重量％の酸素含有ジルコニウム化合物、ＣｕＯとして１から３０重量％の酸素含有銅化合物、ＮｉＯとして３０から７０重量％の酸素含有ニッケル化合物、ＭｏＯ₃ として０．１から５重量％の酸素含有モリブデン化合物、およびＡｌ₂ Ｏ₃ またはＭｎＯ₂ として０から１０重量％の酸素含有アルミニウムおよび／またはマンガン化合物を含有する触媒活性材料を使用する方法（特許文献１参照）等が開示されている。
しかしながら、この技術においては触媒の１級アミンに対する選択性が不十分であった。

特開平８−１７６０７４号公報

本発明は、脂肪族アルコールから、脂肪族１級アミンを高選択に製造する方法を提供することを目的とする。

本発明は、（Ａ）ニッケル、銅及びジルコニウムの各成分、及び（Ｂ）周期律表第３族元素、周期律表第５族元素及び白金族元素から選ばれる少なくとも１種の金属成分を含有する触媒の存在下、直鎖状又は分岐若しくは環を有する飽和又は不飽和の脂肪族アルコールを、アンモニア及び水素と接触させる、脂肪族アミンの製造方法を提供する。

本発明の製造方法によれば、脂肪族アルコールから、脂肪族１級アミンを高選択に製造することができる。

本発明の脂肪族アミンの製造方法においては、原料として、直鎖状又は分岐若しくは環を有する飽和又は不飽和の脂肪族アルコールが用いられる。アルコールは、１級及び２級の脂肪族アルコールをいずれも使用可能である。

使用しうるアルコールとしては、例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、ｎ−ペンチルアルコール、ｎ−ヘキシルアルコール、トリデカノール、イソヘキシルアルコール、オクチルアルコール、イソオクチルアルコール、２−エチルヘキシルアルコール、ノニルアルコール、イソノニルアルコール、３，５，５−トリメチルヘキシルアルコール、デシルアルコール、３，７−ジメチルオクチルアルコール、２−プロピルへプチルアルコール、ゲラニオール、ラウリルアルコールなどのドデシルアルコール類、ミリスチルアルコールなどのテトラデシルアルコール類、パルミチルアルコールなどのヘキサデシルアルコール類、ステアリルアルコール、オレイルアルコールなどのオクタデシルアルコール類、ベヘニルアルコール、イコシルアルコール類等の１級あるいは２級アルコール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、シクロペンチルメタノール、シクロペンテニルメタノール、シクロヘキシルメタノール、シクロヘキセニルメタノール等の環状アルコール、エタノールアミン、ｎ−プロパノールアミン、イソプロパノールアミン、ｎ−ペンタノールアミン、ｎ−ヘキサノールアミン、ジエタノールアミン、Ｎ−アルキルジエチルエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノエタノール、Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノエタノール、Ｎ，Ｎ−ジ−ｎ−プロピルアミノエタノール、Ｎ，Ｎ−ジイソプロピルアミノエタノール、Ｎ，Ｎ−ジ−ｎ−ブチルアミノエタノール、Ｎ，Ｎ−ジイソブチルアミノエタノール、Ｎ，Ｎ−ジ−ｓ−ブチルアミノエタノール、Ｎ，Ｎ−ジ−ｔ−ブチルアミノエタノール、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロパノール、Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノプロパノール、Ｎ，Ｎ−ジ−ｎ−プロピルアミノプロパノール、Ｎ，Ｎ−ジイソプロピルアミノプロパノール、Ｎ，Ｎ−ジ−ｎ−ブチルアミノプロパノール、Ｎ，Ｎ−ジイソブチルアミノプロパノール、Ｎ，Ｎ−ジ−ｓ−ブチルアミノプロパノール、Ｎ，Ｎ−ジ−ｔ−ブチルアミノプロパノール、１−ジメチルアミノ−４−ペンタノール、１−ジエチルアミノ−４−ペンタノール等のアミンアルコール、エチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、ジグリコール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、２，２−ビス［４−ヒドロキシシクロヘキシル］プロパン等の多価アルコール、メトキシエタノール、プロポキシエタノール、ブトキシエタノール等のアルコキシアルコール、ポリイソブチルアルコール、ポリプロピルアルコール等のポリアルコールなどが挙げられる。

本発明において、前記脂肪族アルコールとしては、炭素数１〜２２の直鎖状、分岐状あるいは環状のアルキル基、アルケニル基又はアルキニル基を有するもので、好ましくは炭素数６〜２２の上記基を有するものであり、更に好ましくは直鎖状の脂肪族アルコールである。

本発明の脂肪族アミンの製造方法においては、触媒として、（Ａ）ニッケル、銅及びジルコニウムの各成分、及び（Ｂ）周期律表第３族元素、周期律表第５族元素及び白金族元素から選ばれる少なくとも１種の金属成分を含有する触媒が用いられる。
ニッケル−銅系触媒としては、十分な触媒活性や選択性及び経済性などの観点から、ニッケル成分を、触媒全量に基づき、ニッケル金属として好ましくは１０〜５５質量％、より好ましくは１５〜５５質量％、更に好ましくは２３〜４７質量％の割合で含有し、また、銅成分を、触媒全量に基づき、銅金属として好ましくは０．５〜３２質量％、より好ましくは２〜２８質量％、更に好ましくは４〜２４質量％の割合で含有し、更にジルコニウム成分を、触媒全量に基づき、ジルコニウム金属として好ましくは１０〜６３質量％、より好ましくは１１〜５２質量％、更に好ましくは１４〜４４質量％の割合で含有するものが用いられる。

また、（Ｂ）周期律表第３族元素、周期律表第５族元素及び白金族元素から選ばれる少なくとも１種の金属成分における、周期律表第３族元素としては、スカンジウム、イットリウム、更にランタン、セリウム等のランタノイド系元素、アクチノイド系元素の各元素が挙げられ、周期律表第５族元素としては、バナジウム、ニオブ、タンタルの各元素が挙げられ、更に白金族元素としては、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金の各元素が挙げられる。これらのうち、１級アミンの選択性などの点から、周期律表第３族元素としては、好ましくはイットリウム、ランタン、セリウム等が挙げられ、周期律表第５族元素としては、好ましくはバナジウム等が挙げられ、また、白金族元素としては、好ましくはルテニウム、白金等が挙げられる。本発明においては、更に好ましくはランタン、セリウム、バナジウム、ルテニウム、白金である。
これらは、触媒中１種を単独で用いることもできるが、２種以上組み合わせて使用することもできる。

上記ニッケル−銅系触媒は、十分な選択性や経済性などの観点から、（Ｂ）周期律表第３族元素、周期律表第５族元素及び白金族元素から選ばれる少なくとも１種の金属成分を、触媒全量に基づき、該金属として好ましくは０．０１〜１５質量％程度、より好ましくは０．０３〜１０質量％、更に好ましくは０．０５〜５質量％の割合で含有する。

本発明で用いる触媒の調製は、ニッケル化合物、銅化合物及びジルコニウム化合物、並びに周期律表第３族元素、周期律表第５族元素及び白金族元素から選ばれる少なくとも１種の金属化合物を用いて行うことができる。このような化合物としては、例えば、ニッケルあるいは銅の硫酸塩、硝酸塩、塩化物等、ジルコニウムのオキシ硝酸塩、オキシ塩化物、酢酸塩等、また、周期律表第３族元素、周期律表第５族元素及び白金族元素から選ばれる少なくとも１種の金属の硝酸塩、硫酸塩、塩化物、アンモニウム塩，シュウ酸塩等が使用できる。

本発明で用いる触媒は、上記ニッケル化合物、銅化合物及びジルコニウム化合物、更には周期律表第３族元素、周期律表第５族元素及び白金族元素から選ばれる少なくとも１種の金属化合物を含む水性液にアルカリを加えて、ｐＨを６〜１０、好ましくは６〜８程度に調整したのち熟成し、各金属成分の混合物を沈殿させる。前記アルカリについてはその種類は特に制限はないが、例えば炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、炭酸カリウム又は水酸化カリウムなどが使用できる。
その後、懸濁液をろ過などにより固液分離し、得られた沈殿物を、必要に応じ、充分に水洗した後、加熱、乾燥処理を行い、更に焼成することにより得ることができる。

本発明においては、上記水洗は、対イオンの残存を防ぐ点から、ろ液の電導度が２００μＳ／ｃｍ以下となるように行うことが好ましい。
本発明においては、上記周期律表第３族元素、周期律表第５族元素及び白金族元素から選ばれる少なくとも１種の金属化合物は、前述のように、ニッケル化合物、銅化合物、ジルコニウム化合物とともに混合して用いることもできるが、上記水洗処理後、これをニッケル、銅及びジルコニウムの各成分を含有する前記沈殿物と攪拌等により混合した後、乾燥処理を行い、更に焼成することもできる。この場合、ニッケル、銅及びジルコニウムの各成分を含有する沈殿物と周期律表第３族元素、周期律表第５族元素及び白金族元素から選ばれる少なくとも１種の金属化合物の水性溶液との上記混合は通常２０〜９５℃、好ましくは３０〜８０℃の温度で行う。

上記乾燥処理は、好ましくは１４０℃以下の温度で、常圧又は減圧下で行われる。また、焼成は、必要に応じ、空気、窒素等の流通下、好ましくは３００〜８００℃、更に好ましくは４００〜６００℃で、通常１〜４時間で行うことができる。
上記のようにして得られたニッケル−銅系触媒は、そのまま使用することもできるが、脂肪族アルコールを原料とした脂肪族アミン製造のための触媒として使用される場合、使用前に予め還元処理されることが好ましい。この還元処理は、例えば、水素雰囲気下で、１００〜３００℃、好ましくは１２０〜２８０℃で気相還元する方法、または例えば、原料のアルコール中で、１２０〜２８０℃の温度で水素雰囲気下又は水素流通下、常圧〜５０ＭＰａＧの圧力で行う方法を採ることができる。

本発明の脂肪族アミンの製造方法においては、前記のようにして調製されたニッケル−銅系触媒の存在下、原料の前記脂肪族アルコールを、アンモニア及び水素と接触させることにより、脂肪族１級アミンを製造する。
この接触反応は、バッチタイプでは密閉式或いは流通式で行ってもよく、又は固定床流通式で行ってもよい。触媒の使用量は、反応方式にもよるが、バッチタイプの場合、良好な反応性及び選択性を得る観点から、原料の脂肪族アルコールに対して、０．１〜２０質量％が好ましく、０．５〜１０質量％がより好ましい。また、アルコールの良好な転化率や１級アミンの選択性及び触媒劣化の抑制などの観点から、反応温度は１２０〜２８０℃、好ましくは１８０〜２５０℃であり、反応圧力は、常圧〜５０ＭＰａＧ、好ましくは０．５〜３０ＭＰａＧである。

また、原料成分としてのアンモニア／脂肪族アルコールのモル比は、通常０．５〜１０程度、好ましくは２〜７である。アンモニアは、水素と別々に添加することもできるが、これらの混合ガスとして導入することもできる。
水素／脂肪族アルコールのモル比については、バッチタイプの密閉式の場合は、初期の仕込み時のモル比で０．０１〜３．０、特に０．０２〜２．０が好ましい。また、バッチタイプの流通式や固定床流通式の場合は、初期に流通させる水素は脂肪族アルコールに対してモル比で０．０１〜１．０、特に０．０２〜０．８が好ましい。但し、いずれの反応形式においても、反応進行中は必ずしも当該範囲内に限定されない。

調製例１
イオン交換水９００ｇに、硝酸ニッケル６水和物３９．５ｇ、硝酸銅６水和物４．９ｇ、酢酸ジルコニウム水溶液（Ｚｒとして１５質量％含有）４０．１ｇ及び硝酸ランタン６水和物０．２７ｇを加えて撹拌下で７０℃まで加熱した。そこに２０質量％炭酸ナトリウム水溶液を約1時間かけて滴下し、溶液のｐＨが７．０になるまで加え、その後、溶液のｐＨを７．０に保持しながら７０℃で約２時間熟成した。その懸濁溶液を約４０℃まで冷却した後、ろ過・水洗した。ろ液の電導度が１００μＳ／ｃｍ以下になるまで水洗を行って、１２０℃、常圧で一昼夜乾燥した。該乾燥粉末は毎時２．５Ｎｍ³の空気流通下、２時間で５００℃まで昇温して同温度で４時間焼成を行い、ニッケル３５質量％、銅６質量％、ジルコニウム２７質量％、ランタン０．４質量％の組成を有するニッケルー銅系触媒Ａを約２０ｇ得た。

調製例２
硝酸ニッケル６水和物３９．５ｇ、硝酸銅６水和物４．９ｇ、酢酸ジルコニウム水溶液（Ｚｒとして１５質量％含有）４０．１ｇ及び硝酸ランタン６水和物０．２７ｇに代えて、硝酸ニッケル６水和物３８．９ｇ、硝酸銅６水和物１０．９ｇ、酢酸ジルコニウム水溶液３１．６ｇ及び硝酸セリウム６水和物０．２６ｇを用いた以外は調製例１と同様にして、ニッケル３３質量%、銅１３質量%、ジルコニウム２０質量%、セリウム０．６質量%の組成を有するニッケルー銅系触媒Ｂを約２０ｇ得た。

調製例３
イオン交換水９００ｇに、硝酸ニッケル６水和物３８．９ｇ、硝酸銅６水和物１０．９ｇ、酢酸ジルコニウム水溶液(Ｚｒとして１５質量％含有)３１．６ｇを加えて撹拌下で７０℃まで加熱した。そこに２０質量％炭酸ナトリウム水溶液を約１時間かけて滴下し、溶液のｐＨが７．０になるまで加え、その後、溶液のｐＨを７．０に保持しながら７０℃で約２時間熟成した。その懸濁溶液を約４０℃まで冷却した後、ろ過・水洗した。ろ液の電導度が１００μＳ／ｃｍ以下になるまで水洗を行い、そのろ過ケークにバナジン酸アンモニウム２．０ｇが含有した水溶液を添加、混合して１２０℃、常圧で一昼夜乾燥した。該乾燥粉末は毎時２．５Ｎｍ³の空気流通下、２時間で５００℃まで昇温して同温度で４時間焼成を行い、ニッケル３１質量％、銅１２質量％、ジルコニウム１９質量％、バナジウム４．３質量％の組成を有するニッケルー銅系触媒Ｃを約２０ｇ得た。

調製例４
硝酸ニッケル６水和物３８．９ｇ、硝酸銅６水和物１０．９ｇ、酢酸ジルコニウム水溶液(Ｚｒとして１５質量％含有)３１．６ｇに代えて、硝酸ニッケル６水和物３８．９ｇ、硝酸銅６水和物１０．９ｇ、酢酸ジルコニウム水溶液３１．６ｇを用い、また、バナジン酸アンモニウム２．０ｇに代えて硝酸白金０．０３ｇを用いた以外は調製例２と同様にして、ニッケル３３質量％、銅１３質量％、ジルコニウム２０質量％、白金０．０６質量％の組成を有するニッケルー銅系触媒Ｄを約２０ｇ得た。

調製例５
硝酸ニッケル６水和物３８．９ｇ、硝酸銅６水和物１０．９ｇ、酢酸ジルコニウム水溶液(Ｚｒとして１５質量％含有)３１．６ｇに代えて、硝酸ニッケル６水和物３８．９ｇ、硝酸銅６水和物１０．９ｇ、酢酸ジルコニウム水溶液３１．６ｇを用い、また、バナジン酸アンモニウム２．０ｇに代えて分子量２５２．６８の塩化ルテニウム水和物０．０２ｇを用いた以外は調製例２と同様にして、ニッケル３３質量％、銅１３質量％、ジルコニウム２０質量％、ルテニウム０．０５質量％の組成を有するニッケルー銅系触媒Ｅを約２０ｇ得た。

調製例６
硝酸ニッケル6水和物３８．９ｇ、硝酸銅６水和物１０．９ｇ、酢酸ジルコニウム水溶液３１．６ｇ及びヘプタモリブデン酸アンモニウム４水和物０．０６ｇを使用して特開平８−１７６０７４号公報の段落［００４４］に記載の触媒の製造における触媒Ａの製造手順時に従って調製し、ニッケル３３質量％、銅１３質量％、ジルコニウム２０質量％、モリブデン０．１質量％の組成を有するニッケルー銅系触媒Ｆを約２０ｇ得た。

実施例１
内容積５００ｍｌの電磁誘導回転攪拌式オートクレーブに、ステアリルアルコール１５０ｇ（０．５５ｍｏｌ）、調製例１で得たニッケルー銅系触媒Ａを２．０質量％（対原料アルコール）仕込み、常圧下で水素を１Ｌ／ｈを流通、撹拌しながら、２００℃まで昇温した後、約２時間の触媒還元処理を行った。その後、これを６０℃まで冷却して取り出した。それを内容積５００ｍｌの電磁誘導回転攪拌式オートクレーブに再び仕込み、アンモニア４７ｇ（２．７６ｍｏｌ）と、全圧が２．３ＭＰａＧ（室温）になるように水素（０．１７ｍｏｌ）を圧入した。これを攪拌（１０００ｒ／ｍｉｎ）しながら反応温度２２０℃まで昇温した。同温度での初期最高圧力は１６ＭＰａＧであった。全圧力を１６ＭＰａＧで一定になるように水素を連続追加して反応を行った。得られた反応生成物は触媒を濾別した後、ガスクロマトグラフィーで組成分析を行った。結果を表１に示す。

実施例２〜５及び比較例１
実施例１において、触媒Ａに代えてニッケルー銅系触媒Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ及びＦのそれぞれを用いて反応を行った以外は実施例１と同様に反応操作を行った。得られた各々の反応生成物について実施例１と同様に分析を行った。結果を表１に示す。

本発明の脂肪族アミンの製造方法は、脂肪族アルコールから、脂肪族１級アミンを高選択に製造することができる方法であり、得られる脂肪族１級アミンは、家庭用、工業用分野において重要な化合物であり、例えば、界面活性剤、繊維処理剤等の製造原料などとして好適に用いられる。

Claims

（Ａ）ニッケル、銅及びジルコニウムの各成分、及び（Ｂ）周期律表第３族元素、周期律表第５族元素及び白金族元素から選ばれる少なくとも１種の金属成分を含有する触媒の存在下、直鎖状又は分岐若しくは環を有する飽和又は不飽和の脂肪族アルコールと、アンモニア及び水素との接触反応を、アンモニア／脂肪族アルコールモル比で５〜１０の条件で行う、脂肪族１級アミンの製造方法。
脂肪族アルコールが炭素数６〜２２の脂肪族アルコールである請求項１記載の脂肪族１級アミンの製造方法。
触媒中における（Ｂ）金属成分が、ランタン、セリウム、イットリウム、バナジウム、白金及びルテニウムからなる群から選ばれる少なくとも１種の金属成分である請求項１又は２に記載の脂肪族１級アミンの製造方法。
触媒中における（Ｂ）金属成分の含有量が、該金属として、触媒全量に基づき０．０１〜１５質量％である請求項１〜３のいずれかに記載の脂肪族１級アミンの製造方法。
脂肪族アルコールとアンモニア及び水素との接触反応を、１２０〜２８０℃の温度で行う請求項１〜４のいずれかに記載の脂肪族１級アミンの製造方法。