JP6169193B2 - 2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体 - Google Patents

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Description

本発明は、本明細書に記載の一般式(I)で規定された2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体そのもの(略称:「2,6−BAMP誘導体」)に関する。本発明はさらに、相応する2,6−ジシアノピペリジン誘導体(略称「2,6−DCP誘導体」)を触媒の存在下で水素化することによる、前記2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体の製造方法に関する。本発明はさらに、本発明による2,6−BAMP誘導体を、エポキシ樹脂用硬化剤として、ジイソシアネート製造における中間生成物(ポリウレタン製造時に重要となる)として、ポリエーテルオール製造の際の開始剤として、及び/又はポリアミド製造用のモノマーとして用いる使用に関する。本発明はさらに、2,6−BAMP誘導体から製造されたジイソシアネート自体、またこのジイソシアネートの製造方法に関する。
脂肪族ニトリルを水素及び触媒の存在下で水素化して、相応するアミンにすることは一般的に知られている。このような水素化法は、β−アミノニトリルについても、様々なα−アミノニトリル(例えばアミノアセトニトリル(AAN)、若しくはエチレンジアミンジアセトニトリル(EDDN))についても、相応するアミン(例えばエチレンジアミン(EDA)若しくはトリエチレンテトラミン(TETA))を製造するために知られている。さらに、β−アミノニトリルの水素化が、あらゆる場合に問題なく進行する一方で、α−アミノニトリルの水素化は、多数の欠点と結びついており、その欠点とは例えば、使用するニトリルのC−CN結合の水素化分解、又は水素化により得られるアミンのH2N−C結合の水素化分解である。「Handbook of Heterogeneous Catalytic Hydrogenation for Organic Synthesis」(John Wiley & Sons, New York, 2001年、p.173-275)は、環状のα−アミノニトリル(例えば1−シクロヘキシル−2,5−ジシアノ−2,5−ジメチルピロリジン)を用いた、α−アミノニトリル水素化の問題点を示している。
WO 2008/104553は、トリエチレンテトラミン(TETA)の製造方法に関し、ここではエチレンジアミンジアセトニトリル(EDDN)を、触媒と溶剤の存在下で水素化する。加えてEDDNは、さらにエチレンジアミンモノアセトニトリル(EDMN)を含有する、アミノニトリル混合物の構成成分として存在することもでき、ここではEDMNから水素化によって、ジエチレントリアミン(DETA)が得られる。TETA及びDETAはいずれも、非環状(直鎖状)のエチレンアミンである。
WO 2010/009995は、5−イソプロピル−3−アミノメチル−2−メチル−1−アミノシクロヘキサン(カルボンジアミン)、並びのその製造方法に関する。カルボン(Carvon)から出発して、シアン化水素及びアンモニアとの多段階の反応により、ニトリル含有中間生成物が形成され、これを再度、水素により水素化して、カルボンジアミンにする。カルボンジアミンとは、環状脂肪族化合物(シクロヘキサン誘導体)であって、この環状脂肪族化合物は、環のところで直接、第一のアミノ官能基によって、またメチレン架橋を介してさらなるアミノ官能基によって置換されている。つまりカルボンジアミンとは、本発明による2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体とは異なり、複素環を骨格とし、2つのエチレン架橋によって結合されたアミノ官能基を3個有するエチレンアミンではなく、置換基に存在する第一級アミノ官能基のみを2個有する脂環式ジアミンである。カルボンジアミンは例えば、エポキシ樹脂における硬化剤として、又はジイソシアネート製造における中間生成物として使用できる。
本発明による方法において2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体を製造するために使用する適切な2,6−ジシアノピペリジン誘導体は、既に知られている。そこで例えば、GB-A 915 227には、2,6−ジシアノピペリジン自体の製造が記載されており(これは本発明にも転用されており、後述の式(II)において基R1が水素であり、かつA、B、DがそれぞれCH2の場合である)、ここではグルタルアルデヒドを、青酸(HCN)及びアンモニアと反応させる。しかしながら、この方法で得られる生成物を何らかの形で水素化して、相応するアミノメチル化合物を得ることは、この文献には開示されていない。従来技術ではさらに、2,6−ジシアノピペリジン誘導体の製造方法全体を記載する多数の文献が知られており、それは例えばCHEM. REV. 1983 (4), p. 379-423である。
先にWO 2010/009995との関連で説明したように、第一級アミノ官能基を2個有する化合物(ジアミン)は、多くの用途に(例えばエポキシ樹脂における硬化剤として、又はジイソシアネート製造のために)使用できる。使用するジアミンの構造によって、ジアミンから製造されるポリマー材料の特性(例えば耐候性、耐加水分解性、耐薬品性、光安定性、電気的特性、及び機械的特性)が影響を受けることがある。しかしながらジアミンの構造はまた、加工性と、相応するポリマー材料へのジアミン加工性(例えばエポキシ樹脂の硬化)に影響を与えることがある。
よって本発明の課題は、第一級アミノ官能基を2個有するさらなる化合物と、このような化合物の製造方法とを提供することである。この課題は、下記一般式(I)に記載の2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体(2,6−BAMP誘導体)によって解決される:
Figure 0006169193
前記式中、
A、B、及びDは相互に独立して、CH2、CHR2、又はCR23であり、
1は水素、非置換若しくは少なくとも一回置換されたC1〜C30アルキル、非置換若しくは少なくとも一回置換されたC2〜C10アルケニル、又は非置換若しくは少なくとも一回置換されたアリールであり、ここで置換基は、C1〜C4アルキル、アリール2、−OR4、−C(O)R6、−C(O)OR4、−O−C(O)R6、−NR45、又はハロゲンから成る群から選択され、アリール2はさらに、C1〜C4アルキル、−OR4、−C(O)R6、−C(O)OR4、−O−C(O)R6、−NR45、又はハロゲンによって少なくとも一回置換されていてよく、
2及びR3は相互に独立して、非置換若しくは少なくとも一回置換されたC1〜C10アルキル、又は非置換若しくは少なくとも一回置換されたアリールであり、ここで置換基は、C1〜C4アルキル、−OR4、−C(O)R6、−C(O)OR4、−O−C(O)R6、−NR45、又はハロゲンから成る群から選択され、
4及びR5は相互に独立して、水素であるか、又は非置換のC1〜C4アルキルであり、
6は、非置換のC1〜C10アルキルである。
本発明による2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体は有利なことに、高変換率及び/又は高選択性で製造できる。副生成物(例えば相応するモノアミノメチルピペリジン誘導体:ジシアン原料が水素化する際、2つのC−CN結合のうち一方が水素化分解することにより生じる)は、ごく僅かにしか生じないか、又は方法パラメータ(例えば圧力、温度、又は触媒)を制御することによって、さらに低下させることができる。そこで例えば、N−メチル−2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン対相応するモノアミノメチル副生成物(N−メチル−2−アミノメチルピペリジン;N−メチル−2−ビス(アミノメチル)ピペリジン)の比は、1:1から15:1の間で制御できる。特に、2,6−ジシアノピペリジンを水素化して、相応する2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジンそのものを得る場合(すなわち、一般式(I)でR1が水素)、好適には70%、特に好ましくは85%超という高い選択性で行うことができる。
さらに有利なことに、一般式(I)に記載の2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体の化学量論比は、反応条件を調整することによって制御できる。原料として使用する2,6−ジシアノピペリジン誘導体をグルタル酸又はグルタル酸誘導体から、青酸及び相応するアミンとの反応によって製造する場合、原料は既にシス/トランス比で80:20から99超:1の範囲で用意できる。このシス/トランス比は後続の水素化において、本発明による2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体を製造するために維持できる。
さらに、ポリマー材料の特性プロフィール(例えば耐候性、耐加水分解性、耐薬品性、耐光性、電気的特性、及び機械的特性)を制御するため、本発明による2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体は、ポリマー材料(例えばエポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリエステルなど)を製造する際に有利な方法で使用でき、これによって、これらの材料を調合する際のバリエーションの可能性が高まる。
本発明の範囲において、C1〜C30アルキルといった定義は、例えば先に式(I)における基R1について規定した通り、この置換基(基)が、炭素原子数1〜30のアルキル基であることを意味する。アルキル基は、直鎖状であっても、また分枝鎖状であってもよく、場合によっては環状であり得る。環状、また直鎖状の要素を有するアルキル基も同様に、これらの定義に入る。同じことがまた、別のアルキル基、例えばC1〜C4アルキル基、又はC1〜C10アルキル基にも当てはまる。アルキル基の例は例えば、メチル、エチル、n−プロピル、s−プロピル、n−ブチル、s−ブチル、イソブチル、2−エチルヘキシル、三級ブチル(tert−ブチル、t−ブチル)、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、シクロヘキシル、オクチル、ノニル、又はデシルである。
本発明の範囲において、C2〜C10アルケニルといった定義は、例えば先に式(I)における基R1について規定した通り、この置換基(基)が、炭素原子数2〜10のアルケニル基であることを意味する。この炭化水素基は好適には一価飽和であるが、場合によってはまた、二価若しくは多価不飽和であってよい。直鎖、分枝鎖、また環状部については、先にC1〜C30アルキル基のところで規定したことが当てはまる。本発明の範囲においてC2〜C10アルケニルは好適には、ビニル、1−アリル、3−アリル、2−アリル、シス若しくはトランス−2−ブテニル、ω−ブテニルである。
本発明の範囲において、「アリール」又は「アリール2」という用語は、例えば先に式(I)における基R1について規定した通り、この置換基(基)が、芳香族化合物であることを意味する。芳香族化合物とは、単環式、二環式、又は場合によって多環式の芳香族化合物であり得る。多環式芳香族化合物の場合、各環が任意で、完全に、又は部分的に飽和していてよい。アリールについての好ましい例は、フェニル、ナフチル、又はアントラシルであり、特にフェニルである。
以下、本発明についてさらに詳細に述べる。
本発明の対象はまず、下記一般式(I)に記載の2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体である:
Figure 0006169193
前記式中、
A、B、及びDは相互に独立して、CH2、CHR2、又はCR23であり、
1は水素、非置換若しくは少なくとも一回置換されたC1〜C30アルキル、非置換若しくは少なくとも一回置換されたC2〜C10アルケニル、又は非置換若しくは少なくとも一回置換されたアリールであり、ここで置換基は、C1〜C4アルキル、アリール2、−OR4、−C(O)R6、−C(O)OR4、−O−C(O)R6、−NR45、又はハロゲンから成る群から選択され、アリール2はさらに、C1〜C4アルキル、−OR4、−C(O)R6、−C(O)OR4、−O−C(O)R6、−NR45、又はハロゲンによって少なくとも一回置換されていてよく、
2及びR3は相互に独立して、非置換若しくは少なくとも一回置換されたC1〜C10アルキル、又は非置換若しくは少なくとも一回置換されたアリールであり、ここで置換基は、C1〜C4アルキル、−OR4、−C(O)R6、−C(O)OR4、−O−C(O)R6、−NR45、又はハロゲンから成る群から選択され、
4及びR5は相互に独立して、水素であるか、又は非置換のC1〜C4アルキルであり、
6は、非置換のC1〜C10アルキルである。
2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体は好適には、下記一般式(Ia)により規定される2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体である:
Figure 0006169193
前記式中、
1は水素、非置換若しくは少なくとも一回置換されたC1〜C10アルキル、非置換若しくは少なくとも一回置換されたC2〜C10アルケニル、又は非置換若しくは少なくとも一回置換されたアリールであり、ここで置換基は、C1〜C4アルキル、アリール2、−OR4、−NR45、又はハロゲンから成る群から選択され、アリール2はさらに、C1〜C4アルキル、−OR4、−NR45、又はハロゲンによって少なくとも一回置換されていてよく、
4及びR5は相互に独立して、水素であるか、又は非置換のC1〜C4アルキルである。
一般式(I)の2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体はより好ましくは、そして一般式(Ia)の2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体はさらにより好ましくは、以下のように規定される:
1が水素であるか、又は非置換若しくは少なくとも一回置換されたC1〜C4アルキルであり、置換基が−NR45であり、
4及びR5は相互に独立して、水素であるか、又は非置換のC1〜C4アルキルであり、
特にR1は、水素である。一般式(Ia)の場合にこれは、この(より好ましい)実施態様において、2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン自体であることを意味する。
一般式(I)又は(Ia)の上記定義において、アリール又はアリール2は好適には、フェニル、ナフチル、又はアントラシルであり、特にフェニルである。
本発明のさらなる対象は、先に規定した化合物(2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体)の製造方法である。本発明による方法では、2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体を単独で、又は後述する定義に含まれる誘導体2種以上の混合物を適切に製造できる。本発明による方法において、2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体は、一般式(II)又は(IIa)に記載の適切な2,6−ジシアノピペリジン誘導体(2,6−DCP誘導体)から、触媒の存在下で水素化することによって得られる:
Figure 0006169193
一般式(II)又は(IIa)に記載の2,6−ジシアノピペリジン誘導体自体は、前述のように既に知られている。相応する化合物、並びにその製造方法は例えば、GB-A 915 227、又はCHEM. REV. 1983 (4), p.379-423に記載されている。念のため再度指摘しておくが、式(II)において置換基全体(R1〜R6)、並びに変項(A、B、D)は常に、相応する式(I)に記載の2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体について先に記載したものと、同じ意味を有している。同じことはまた、一般式(IIa)に記載の2,6−ジシアノピペリジン誘導体の定義、一般式(IIa)に記載の2,6−ジシアノピペリジン誘導体対前述の一般式(Ia)に記載の2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体の比率、また本発明による2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体に関する前述のさらなる好ましい実施態様についての記載についても当てはまる。
好ましい実施態様では、水素化に使用する2,6−ジシアノピペリジン誘導体を、i)グルタルアルデヒド、又はグルタルアルデヒド誘導体と、ii)シアン化水素(HCN)、及びiii)式R1NH2の相応するアミンとの反応によって製造する。
念のため指摘しておくが、この実施態様においてグルタルアルデヒドを用いる場合、変項A、B、及びDは全てCH2である一般式(II)に記載の2,6−ジシアノピペリジン誘導体自体が製造される。グルタルアルデヒド誘導体を適切に使用することは、2,6−ジシアノピペリジン誘導体に関する一般式(II)において、変項A、B、及びDについてさらなる定義(CHR2、及びCR23)を実現するために、合理的である。
この実施態様において使用する式R1NH2のアミンは、同様に当業者に知られている。ここで基R1の定義は、一般式(II)又は(IIa)に記載の2,6−ジシアノピペリジン誘導体における基R1の定義に相当する。
本発明による2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体を得る水素化は一般的に、2,6−ジシアノピペリジン誘導体を、水素化触媒の存在下で水素と反応させることによって行う。
水素化して2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体にする場合には一般的に、2,6−ジシアノピペリジン誘導体1molあたり、水素が少なくとも4mol必要となる。
水素化を行う温度は、60〜180℃の範囲、好ましくは80〜140℃の範囲、特に90〜130℃の範囲である。
水素化の際の圧力は一般的に、40〜300bar、好ましくは40〜240bar、特に好ましくは80〜200barである。
好ましい実施態様において、式(II)に記載の2,6−ジシアノピペリジン誘導体は、2,6−ジシアノピペリジン誘導体が水素化の際に水素と反応するよりも速くない速度で水素化に供給する。
供給速度は好ましくは、ほぼ完全変換率となるように調整する。これは温度、圧力、2,6−ジシアノピペリジン誘導体の種類、触媒の種類と量、反応媒体、反応器内容物の完全混合、滞留時間などに影響される。
本発明による方法は、触媒の存在下で行う。触媒としては原則的に、ニトリル水素化のために当業者に知られたあらゆる触媒が使用できる。2つのニトリル官能基を水素化して2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体するための触媒としては例えば、活性種として元素周期表の第8副族(Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt)、好ましくはFe、Co、Ni、Ru、又はRhを、特に好ましくはCo又はNiを含有する触媒が使用できる。
これに含まれるのは、1種以上の活性種を酸素含有化合物の形で含有するいわゆる酸化触媒、また、合金のリーチング(活性化)によって、水素化活性金属と、さらなる成分(好ましくはAl)とから得られる、いわゆるスケルトン触媒(Raney(登録商標)型とも言われる。以下、ラネー触媒)である。これらの触媒はさらに、1種以上の促進剤を含有することができる。
特に好ましい実施態様では、2,6−ジシアノピペリジン誘導体を水素化する際に、ラネー触媒を使用し、好ましくはラネー・コバルト触媒、若しくはラネー・ニッケル触媒を使用し、特に好ましくは、促進剤として元素のNi、Cr、又はFeのうち少なくとも1種を含有するラネー・ニッケル触媒を使用する。つまりラネー・コバルト触媒は、これらの元素のうち少なくとも1種でドープされている。
これらの触媒は成形触媒として、又は担持触媒として使用できる。担体として好ましくは、金属酸化物(例えばAl23、SiO2、ZrO2、TiO2)、金属酸化物の混合物、又は炭素(活性炭、カーボンブラック、黒鉛)が使用できる。
酸化触媒は使用前に、反応器の外で、又は反応器の中で金属酸化物の還元により、水素含有ガス流において高温で活性化される。触媒を反応器の外で還元する場合、その後、酸素含有ガス流による不活性化、又は不活性材料内への埋め込みを行って、空気による制御不能の酸化を回避し、安全な周囲環境が得られる。不活性材料としては、有機溶剤、例えばアルコール、また水、又はアミン、好ましくは反応生成物を使用する。活性化における例外は、水性塩基でリーチングすることにより活性化可能なスケルトン触媒であり、これについては例えばEP-A 1 209 146に記載されている。実施する方法(懸濁水素化、流動床法、固定床水素化)に応じて、触媒は粉末、粉砕状、又は成形体として(好ましくは押出成形体又はタブレットとして)使用する。
特に好ましい固定床触媒は、EP-A1 742 045に開示された完全活性型コバルト触媒であり、これはMn、P、及びアルカリ金属(Li、Na、K、Rb、Cs)でドープされている。これらの触媒の触媒活性物質は、水素による還元前に、それぞれ酸化物として計算して、コバルト55〜98質量%(特に75〜95質量%)、リン0.2〜15質量%、マンガン0.2〜15質量%、及びアルカリ金属(特にナトリウム)0.05〜5質量%から成る。
さらなる適切な触媒は、EP-A 963 975に開示された触媒であり、その触媒活性物質は、水素による処理前に、ZrO2を22〜40質量%、銅の酸素含有化合物を1〜30質量%(CuOとして計算)、ニッケルの酸素含有化合物を15〜50質量%(NiOとして計算)、ここでNi:Cuのモル比の値は1超であり、コバルトの酸素含有化合物を15〜50質量%(CoOとして計算)、アルミニウム及び/又はマンガンの酸素含有化合物を0〜10質量%(Al23及び/又はMnO2として計算)含有し、かつモリブデンの酸素含有化合物を含有せず、例えばこの文献に開示された触媒Aの組成は、Zr33%(ZrO2として計算)、Ni28質量%(NiOとして計算)、Cu11%(CuOとして計算)、及びCo28質量%(CoOとして計算)である。
EP-A 696 572に開示された触媒はさらに、水素による還元前の触媒活性物質が、ZrO2を20〜85質量%、銅の酸素含有化合物を1〜30質量%(CuOとして計算)、ニッケルの酸素含有化合物を30〜70質量%(NiOとして計算)、モリブデンの酸素含有化合物を0.1〜5質量%(MoO3として計算)、及びアルミニウム及び/又はマンガンの酸素含有化合物を0〜10質量%(Al23及び/又はMnO2として計算)含有する。この文献で具体的に開示された触媒の組成は例えば、ZrO231.5質量%、NiO50質量%、CuO17質量%、及びMoO31.5質量%である。同様に適しているのは、(a)鉄、又は鉄ベースの化合物、又はこれらの混合物、(b)Al、Si、Zr、Ti、Vから成る群から選択される第二族、第三族、第四族、若しくは第五族の元素をベースとする促進剤を(a)に対して0.001〜0.3質量%、(c)アルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属をベースとする化合物を(a)に対して0〜0.3質量%、並びに(d)マンガンを(a)に対して0.001〜1質量%含有する、WO-A-99/44984に記載された触媒である。
懸濁法については好ましくは、ラネー触媒を使用する。ラネー触媒の場合、活性触媒は「金属スポンジ」として、二元系合金(ニッケル、鉄、コバルトと、アルミニウム若しくはケイ素)から、酸又はアルカリでもう一方を溶出させることにより製造される。元々の合金の残存成分はしばしば、相乗効果をもたらす。
本発明による方法で使用するラネー触媒は好ましくは、コバルト又はニッケルから成る合金(特に好ましくはコバルト)、及びアルカリ溶解性のさらなる合金成分から出発して製造する。これらの溶解性合金成分の場合、アルミニウムを使用するのが好ましいが、また他の成分、例えば亜鉛及びケイ素、又はこれらの成分の混合物も使用できる。
ラネー触媒を活性化させるため、溶解性合金成分は、完全に、又は部分的にアルカリで抽出し、このためには例えば水酸化ナトリウム溶液が使用できる。その後、触媒は例えば、水又は有機溶剤で洗浄できる。
触媒中には、単独、又は複数のさらなる元素が、促進剤として存在していてよい。促進剤の例は、元素周期表のIB、VIB、及び/又はVIIIの副族金属、例えばクロム、鉄、モリブデン、ニッケル、銅などである。触媒の活性化は、溶解性成分(通常はアルミニウム)のリーチングによって、反応器内自体で、又は反応器に充填する前に行うことができる。予備活性化された触媒は、空気に敏感であり自然発火するため、通常は媒体、例えば水、有機溶剤、又は本発明による反応に存在する物質(溶剤、原料、生成物)のもとで保管して取り扱うか、又は室温で固体の有機化合物に埋め込む。
本発明による好ましい実施態様では、Co/Al合金から、アルカリ金属水酸化物水溶液(例えば水酸化ナトリウム水溶液)によるリーチングによって、続いて水による洗浄によって得られたラネー・コバルトのスケルトン触媒を使用し、この触媒は好ましくは促進剤として、Fe、Ni、又はCrのうち少なくとも1種の元素を含有する。
このような触媒は通常、コバルト以外にさらに、Alを1〜30質量%、特に2〜12質量%、極めて特に3〜6質量%、Crを0〜10質量%、特に0.1〜7質量%、極めて特に0.5〜5質量%、とりわけ1.5〜3.5質量%、Feを0〜10質量%、特に0.1〜3質量%、極めて特に0.2〜1質量%、及び/又はNiを0〜10質量%、特に0.1〜7質量%、極めて特に0.5〜5質量%、特に1〜4質量%含有し、ここで質量の記載はそれぞれ、触媒全体の質量に対するものである。
本発明による方法における触媒としては例えば、W. R. Grace & Co.社製のコバルトスケルトン触媒、「Raney 2724」を使用するのが有利である。この触媒は以下のような組成を有する:Al 2〜6質量%、Co 86質量%以上、Fe 0〜1質量%、Ni 1〜4質量%、Cr 1.5〜3.5質量%。
同様に本発明によれば、Ni/Al合金から、アルカリ金属水酸化物水溶液(例えば水酸化ナトリウム水溶液)によるリーチングによって、続いて水による洗浄によって得られた、ニッケルスケルトン触媒を使用することができ、この触媒は好ましくは促進剤として、Fe、又はCrのうち少なくとも1種の元素を含有する。
このような触媒は通常、ニッケル以外にさらに、Alを1〜30質量%、特に2〜20質量%、極めて特に5〜14質量%、Crを0〜10質量%、特に0.1〜7質量%、極めて特に1〜4質量%、Feを0〜10質量%、特に0.1〜7質量%、極めて特に1〜4質量%含有し、ここで質量の記載はそれぞれ、触媒全体の質量に対するものである。
本発明による方法における触媒として例えば、Johnson Matthey社のニッケルスケルトン触媒A 4000を使用するのが有利である。この触媒は以下のような組成を有する:
Al:14質量%未満、Ni:80質量%以上、Fe:1〜4質量%、Cr1〜4質量%。
この触媒は、活性及び/又は選択性が低下した場合には任意で、当業者に公知の方法により再生することができる(例えばWO 99/33561、及びこの文献で引用された文献に開示された方法)。
触媒の再生は、反応器自体(その場で:in situ)で、又は触媒を取り出して(その場以外で:ex situ)行うことができる。固定床法の場合には、その場で再生するのが好ましく、懸濁法の場合には、触媒の一部を連続的に、又は非連続的に取り出し、その場以外で再生、返送するのが好ましい。
本発明による方法は、溶剤の存在下で行うことができる。溶剤として適しているのは原則的に、当業者に公知のあらゆる溶剤であり、ここでこの溶剤は好適には、2,6−ジシアノピペリジン誘導体に対して不活性である。
溶剤としてあり得るのは、有機溶剤、例えばアミド、例えばN−メチルピロリドン(NMP)、及びジメチルホルムアミド(DMF)、芳香族及び脂肪族の炭化水素(例えばトルエン)、アルコール(例えばメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、第二級ブタノール、及び第三級ブタノール)、アミン(例えばEDA、若しくはエチレンアミン)、及びアンモニア、エステル(例えば酢酸メチルエステル、若しくは酢酸エチルエステル)、及びエーテル(例えばジイソプロピルエーテル、ジイソブチルエーテル、グリコールジメチルエーテル、ジグリコールジメチルエーテル、ジオキサン、及びテトラヒドロフラン(THF))である。
溶剤は好適には、アミド、芳香族炭化水素、アルコール、アミン、エステル、又はエーテルである。本発明による方法ではエーテルを使用するのがより好ましく、環状エーテルがさらに好ましく、テトラヒドロフランが特に好ましい。
溶剤は通常、使用する2,6−ジシアノピペリジン誘導体に対して0.1:1から15:1の質量比で使用する。水素化を行う溶液における2,6−ジシアノピペリジン誘導体の濃度は、適切な供給速度、又は滞留時間が調整可能なように選択するのが望ましい。2,6−ジシアノピペリジン誘導体は10〜50質量%の割合で、溶剤と混合するのが好ましい。特に好ましい溶剤のテトラヒドロフランに対して例えば、2,6−ジシアノピペリジン誘導体を、溶剤に対して20〜40質量%使用することが有利である。
触媒の存在下の、2,6−ジシアノピペリジン誘導体と水素との反応は、触媒反応に適した通常の反応槽で、固定床、流動床、懸濁法で、連続的に、半連続的に、又は非連続的に行うことができる。2,6−ジシアノピペリジン誘導体、及び触媒を加圧下で水素と接触させることが可能な反応槽は、水素化を行うのに適している。
懸濁法での水素化は、撹拌反応器、ジェットループ式反応器、ジェットノズル式反応器、気泡塔型反応器で、又はこれら同種の、若しくは異なる反応器のカスケードで行うことができる。
固定床触媒における水素化は、1つ以上の管型反応器、また管束型反応器で行うのが好ましい。
ニトリル基の水素化は、熱を放出しながら起こり、この熱は通常、排出しなければならない。排熱は、組み込まれた伝熱面、冷却ジャケット、又は外部にある伝熱体によって、反応器周囲の循環で行うことができる。水素化反応器、又は水素化反応器カスケードは、直列的な工程で運転することができる。代替的にはまた、反応器排出物の一部を反応器入口に返送する循環法も可能である(循環流を事前に処理しないのが好ましい)。
外部伝熱体による循環流は特に、容易かつコスト的に有利に冷却でき、これによって反応熱が排出できる。
反応器はまた、断熱的に稼働できる。反応器を断熱的に稼働する場合、反応混合物における温度上昇は、供給部を冷却するか、又は「冷たい(kalt)」有機溶剤を供給することによって、制限できる。
この場合には反応器自体を冷却する必要がないため、容易かつコスト的に有利な構造様式が可能となる。別の手段は、冷却式管束型反応器(固定床の場合のみ)である。これらの2つの運転法の組み合わせも考えられる。この際、固定床反応器の後に、懸濁反応器を接続するのが好ましい。
触媒は固定床に配置されていてよく(固定床運転法)、又は、反応混合物内に懸濁していてよい(懸濁運転法)。
特に好ましい実施態様では触媒を、水素化すべき反応混合物に懸濁させる。
選択した溶剤における水素化触媒の沈殿速度は、触媒を懸濁液中で良好に維持できるように、できるだけ低いのが望ましい。
よって使用する触媒の粒径は、懸濁法の場合、好ましくは0.1〜500μm、特に1〜100μmである。
2,6−ジシアノピペリジン誘導体の水素化を懸濁法で連続的に行う場合、2,6−ジシアノピペリジン誘導体を、反応器に連続的に供給し、反応器から連続的に、水素化生成物(2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体)含有流を取り出すのが好ましい。
非連続的な懸濁法の場合、2,6−ジシアノピペリジン誘導体は、有機溶剤とともに装入してよい。
非連続的な懸濁法の場合、触媒の量は、反応混合物全体に対して、好ましくは1〜60質量%、特に好ましくは5〜40質量%、極めて特に好ましくは20〜30質量%である。
反応器における滞留時間は、非連続的な懸濁法の場合、好ましくは0.1〜6時間、特に好ましくは0.5〜2時間である。
反応器における滞留時間は、連続的な懸濁法の場合、好ましくは0.1〜6時間、特に好ましくは0.5〜2時間である。
触媒負荷は、連続的な懸濁法の場合、又は半バッチ法の場合、触媒1kgで一時間あたり、2,6−ジシアノピペリジン誘導体0.1〜5kg、好ましくは0.1〜2kg、特に好ましくは0.1〜1kgである。
反応を懸濁法で撹拌型反応器において行う場合、撹拌機による出力投入量は好ましくは、1m3あたり0.1〜100kWである。
消費された触媒は、濾過、遠心分離、又はクロスフロー濾過によって分離できる。この際に、摩耗及び/又は不活性化による本来の触媒量の損失分を、新たな触媒の添加により補う必要が生じることがある。
水素化に続いて、水素化からの排出物を、任意でさらに精製することができる。触媒は当業者に公知の方法で分離できる。通常は触媒の分離後、水素化の間に存在する水素を分離する。
水素の分離は好ましくは、水素化を行った圧力を、水素は気体状になるが、反応排出物における他の成分は液相に存在する値に低下させることによって行う。反応排出物は、好ましくは60〜325bar、特に好ましくは100〜280bar、極めて特に好ましくは170〜240barという水素化圧力から、5〜50barの圧力に、容器内で放圧する。容器の塔頂部で、水素、場合によってはアンモニア、並びに場合により、気化した少量の低沸点成分、又は溶剤(例えばTHF)が得られる。水素と、場合によってアンモニアを、2,6−ジシアノピペリジン誘導体の水素化に返送することができる。THFは例えば、凝縮して回収することができる。
反応排出物において、場合により存在する有機溶剤は、一般的には同様に蒸留によって分離される。特に、本発明による2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体は、当業者に公知の方法により、反応混合物から単離できる。
本発明はさらに、エポキシ樹脂用硬化剤としての、ジイソシアネート製造における中間生成物としての、ポリエーテルオール製造における開始剤としての、及び/又はポリアミド製造用モノマーとしての、2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体の使用に関する。
2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体は、エポキシ樹脂用硬化剤の選択肢の1つであり、エポキシ樹脂の調合及び加工において新たな可能性をもたらし、エポキシ樹脂の特性スペクトルを制御するために使用できる。
2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体はまた、後述する一般式(III)若しくは一般式(IIIa)の相応するジイソシアネートを製造する際の中間生成物として、使用できる。一般式(III)及び(IIIa)において、それぞれの基(R1など)、及び変項(Aなど)は、前述の一般式(I)及び(Ia)で規定したものと同じ意味を有する:
Figure 0006169193
これらのジイソシアネートは、光安定性ポリウレタンを製造するために(例えば塗料若しくは被覆として)適しており、その構造に基づいて新たな調合の可能性をもたらし、これによって新たな興味深い特性プロフィールが得られる。これらのジイソシアネートは例えば、2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジンと、ホスゲンとの反応によって得られる。
2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体はまた、ポリエーテルオールを製造する際の開始剤として使用できる。2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体は、塩基によって脱プロトン化可能なCH酸化合物であり、以下のアルキレンオキシド、例えばエチレンオキシド、プロピレンオキシド、及び/又はブチレンオキシドに付加できる。アルコキシ化されたジアミンは例えば、ポリウレタン(PUR)製造における触媒として使用できる。
2,6−ビスアミノメチルピペリジン誘導体は、ポリアミド製造におけるモノマーとして使用できる。よって2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体は例えば、ジカルボン酸(例えばコハク酸、アジピン酸、テレフタル酸、及び/又はフタル酸)と反応させて、ポリマーにすることができる。
よって本発明のさらなる対象はまた、下記一般式(III)に記載のジイソシアネートである:
Figure 0006169193
前記式中、
1が水素、非置換若しくは少なくとも一回置換されたC1〜C30アルキル、非置換若しくは少なくとも一回置換されたC2〜C10アルケニル、又は非置換若しくは少なくとも一回置換されたアリールであり、ここで置換基は、C1〜C4アルキル、アリール2、−OR4、−C(O)R6、−C(O)OR4、−O−C(O)R6、−NR45、又はハロゲンから成る群から選択され、アリール2はさらに、C1〜C4アルキル、−OR4、−C(O)R6、−C(O)OR4、−O−C(O)R6、−NR45、又はハロゲンによって少なくとも一回置換されていてよく、
2及びR3は相互に独立して、非置換若しくは少なくとも一回置換されたC1〜C10アルキル、又は非置換若しくは少なくとも一回置換されたアリールであり、ここで置換基は、C1〜C4アルキル、−OR4、−C(O)R6、−C(O)OR4、−O−C(O)R6、−NR45、又はハロゲンから成る群から選択され、
4及びR5は相互に独立して、水素であるか、又は非置換のC1〜C4アルキルであり、
6は、非置換のC1〜C10アルキルである。
一般式(III)に記載のジイソシアネートは好適には、下記一般式(IIIa)によって規定される:
Figure 0006169193
前記式中、
1は水素、非置換若しくは少なくとも一回置換されたC1〜C10アルキル、非置換若しくは少なくとも一回置換されたC2〜C10アルケニル、又は非置換若しくは少なくとも一回置換されたアリールであり、ここで置換基は、C1〜C4アルキル、アリール2、−OR4、−NR45、又はハロゲンから成る群から選択され、
アリール2はさらに、C1〜C4アルキル、−OR4、−NR45、又はハロゲンによって少なくとも一回置換されていてよく、
4及びR5は相互に独立して、水素であるか、又は非置換のC1〜C4アルキルである。
さらにより好ましくは、一般式(III)又は一般式(IIIa)に記載の本発明によるジイソシアネートにおいて、以下の規定が当てはまる:
1が水素であるか、又は非置換若しくは少なくとも一回置換されたC1〜C4アルキルであり、置換基が−NR45であり、
4及びR5は相互に独立して、水素であるか、又は非置換のC1〜C4アルキルであり、
1は好適には、水素である。
よってまた本発明のさらなる対象は、先に規定したジイソシアネートの製造方法である。適切なジアミンからジイソシアネートを製造する方法(例えばホスゲンとの反応による方法)は当業者に知られているため、当業者であればこの方法を適切に適用できる。
本発明によればジイソシアネートを、先に規定した適切な2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体をホスゲンと反応させることによって製造するのが好ましい。この際には、2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体、場合によってはまた、このような誘導体2種以上の混合物を使用することも好ましい。
以下、本発明を実施例により、詳細に説明する。
例1:
2,6−ジシアノピペリジンの製造
水62gを装入し、5℃に冷却する。続いて、並行して60分以内に、25質量%のアンモニア水175.0g、50質量%のグルタルアルデヒド水溶液250.0g、及び青酸68.3gを計量供給し、ここで青酸の供給は、約10分早く開始する。この供給は、温度が10℃を超えないように行う。最大10℃で12時間、後反応させた後、生成する沈殿物を吸い取る。水に濡れた白色の固体が156g得られる。水を除去するために、これにテトラヒドロフラン700mlを入れ、硫酸ナトリウムで乾燥させ、濾過する。ロータリーエバポレータで濾液を濃縮した後、白色の固体が109g得られ、これは13C−NMRによって2,6−ジシアノピペリジンとして同定される。
例2
水素化(半バッチ法)
じゃま板とディスク型撹拌機を備えるオートクレーブ(270ml)に、(乾燥した)ラネー・コバルトを5g、THFを40g装入する。オートクレーブを120℃に加熱し、水素を加圧して、総圧を100barにする。5.5時間以内に、THF72gに2,6−ジシアノピペリジン(例1で作製したもの)8gを入れた混合物を、計量供給する。反応混合物をさらに60分間、反応条件下で撹拌する。水素化排出物は、2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジンを90%含有する(GC面積%)。残りは、不明の副成分である。
GC法:DB1カラム、30m、0.32mm、1μm;開始温度80℃、温度勾配は1分あたり10℃で280℃まで。
例3
水素化(連続法)
じゃま板とディスク型撹拌機を備えるオートクレーブ(270ml)に、(乾燥した)ラネー・コバルトを5g、THF40gに装入する。水素を連続的に15Nl/h流す。2,6−ジシアノピペリジン(例1で作製したもの)10gをTHF90gに入れた混合物を連続的に、1時間あたり38g、200barで給送する。反応器内の温度は、120℃である。触媒は、細孔直径が500nmの焼結金属フリットを用いた連続的な濾過によって、反応排出物から分離する。排出物は、制御弁を介して放圧する。後接続された相分離器において、続いて水素を分離する。合計で2,6−ジシアノピペリジンを114g使用する。
粗製反応混合物をまず、ロータリーエバポレータで濃縮し、ビグリューカラムによって0.5mbar未満で蒸留する。生成物は75℃で、塔頂を通過する。純度90〜95%の2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジンが73g得られる。水素化段階における収率は、粗製排出物中の生成物含分を含めて75%であり、蒸留後の生成物については60.8%である。
この生成物をGC−MSとNMRによって同定した:
13C-NMR (125 MHz, THF): 60.31 , 49.42, 31 .4, 25.62
GC−MS:DB1カラム、30m、0.32mm、1μm;開始温度80℃、温度勾配は1分あたり10℃で280℃まで。保持時間9.06分(93.3面積%)

Claims (15)

  1. 下記一般式(I)の2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体(2,6−BAMP誘導体)であって、
    Figure 0006169193
    前記式中、
    A、B、及びDは相互に独立して、CH、CHR、又はCRであり、
    は、非置換若しくは少なくとも一回置換されたC〜C30アルキル、非置換若しくは少なくとも一回置換されたC〜C10アルケニル、又は非置換若しくは少なくとも一回置換されたアリールであり、ここで置換基は、C〜Cアルキル、アリール、−OR、−C(O)R、−C(O)OR、−O−C(O)R、−NR、又はハロゲンから成る群から選択され、アリールはさらに、C〜Cアルキル、−OR、−C(O)R、−C(O)OR、−O−C(O)R、−NR、又はハロゲンによって少なくとも一回置換されていてよく、
    及びRは相互に独立して、非置換若しくは少なくとも一回置換されたC〜C10アルキル、又は非置換若しくは少なくとも一回置換されたアリールであり、ここで置換基は、C〜Cアルキル、−OR、−C(O)R、−C(O)OR、−O−C(O)R、−NR、又はハロゲンから成る群から選択され、
    及びRは相互に独立して、水素であるか、又は非置換のC〜Cアルキルであり、
    は、非置換のC〜C10アルキルである、
    前記2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体。
  2. 下記一般式(Ia)に従って規定されていることを特徴とする、請求項1に記載の2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体:
    Figure 0006169193
    前記式中、
    は、非置換若しくは少なくとも一回置換されたC〜C10アルキル、非置換若しくは少なくとも一回置換されたC〜C10アルケニル、又は非置換若しくは少なくとも一回置換されたアリールであり、ここで置換基は、C〜Cアルキル、アリール、−OR、−NR、又はハロゲンから成る群から選択され、アリールはさらに、C〜Cアルキル、−OR、−NR、又はハロゲンによって少なくとも一回置換されていてよく、
    及びRは相互に独立して、水素であるか、又は非置換のC〜Cアルキルである。
  3. は、非置換若しくは少なくとも一回置換されたC〜Cアルキルであり、置換基が−NRであり、
    及びRが相互に独立して、水素であるか、又は非置換のC〜Cアルキルである、
    請求項1又は2に記載の2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体。
  4. 下記一般式(I):
    Figure 0006169193
    に記載の2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体(2,6−BAMP誘導体)の製造方法において、
    2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体を、下記一般式(II):
    Figure 0006169193
    に記載の相応する2,6−ジシアノピペリジン誘導体(2,6−DCP誘導体)から、触媒の存在下で水素化によって得て、
    前記式中、
    A、B、及びDは相互に独立して、CH、CHR、又はCRであり、
    は水素、非置換若しくは少なくとも一回置換されたC〜C30アルキル、非置換若しくは少なくとも一回置換されたC〜C10アルケニル、又は非置換若しくは少なくとも一回置換されたアリールであり、ここで置換基は、C〜Cアルキル、アリール、−OR、−C(O)R、−C(O)OR、−O−C(O)R、−NR、又はハロゲンから成る群から選択され、アリールはさらに、C〜Cアルキル、−OR、−C(O)R、−C(O)OR、−O−C(O)R、−NR、又はハロゲンによって少なくとも一回置換されていてよく、
    及びRは相互に独立して、非置換若しくは少なくとも一回置換されたC〜C10アルキル、又は非置換若しくは少なくとも一回置換されたアリールであり、ここで置換基は、C〜Cアルキル、−OR、−C(O)R、−C(O)OR、−O−C(O)R、−NR、又はハロゲンから成る群から選択され、
    及びRは相互に独立して、水素であるか、又は非置換のC〜Cアルキルであり、
    は、非置換のC〜C10アルキルである、
    ことを特徴とする、前記製造方法。
  5. 触媒としてラネー触媒を使用することを特徴とする、請求項4に記載の製造方法。
  6. 前記水素化を溶剤中で行ことを特徴とする、請求項4又は5に記載の製造方法。
  7. 前記水素化を、80〜200barの圧力で、かつ/又は90〜130℃の温度で行うことを特徴とする、請求項4から6までのいずれか1項に記載の製造方法。
  8. 水素化のために使用する2,6−ジシアノピペリジン誘導体を、
    i)グルタルアルデヒド若しくはグルタルアルデヒド誘導体と、
    ii)シアン化水素(HCN)、及び
    iii)式RNHの相応するアミン
    との反応によって製造することを特徴とする、請求項4から7までのいずれか1項に記載の製造方法。
  9. 請求項4における一般式(I)で規定された2,6−ビス(アミノメチル)ピペリジン誘導体の使用であって、エポキシ樹脂用の硬化剤として、ジイソシアネート製造における中間生成物として、ポリエーテルオール製造における開始剤として、及び/又はポリアミド製造用のモノマーとして用いる、前記使用。
  10. 水素化を、アンモニアを添加せずに行うことを特徴とする、請求項4から8までのいずれか1項に記載の製造方法。
  11. 触媒が、促進剤としてFe、Ni、又はCrのうち少なくとも1種の元素を含有するラネー・コバルト触媒であることを特徴とする、請求項10に記載の製造方法。
  12. 触媒としてラネー・ニッケル触媒若しくはラネー・コバルト触媒を使用することを特徴とする、請求項4に記載の製造方法。
  13. 促進剤としてFe、Ni、又はCrのうち少なくとも1種の元素を含有するラネー・コバルト触媒を触媒として使用することを特徴とする、請求項4に記載の製造方法。
  14. 前記水素化を溶剤中で行い、当該溶剤がアミド、芳香族炭化水素、アルコール、アミン、エステル、又はエーテルであることを特徴とする、請求項4又は5に記載の製造方法。
  15. 前記水素化を溶剤中で行い、当該溶剤がテトラヒドロフランであることを特徴とする、請求項4又は5に記載の製造方法。
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