生命科学関連特許情報

タイトル:公開特許公報(A)_二級アミンの製造方法
出願番号:2010113178
年次:2010
IPC分類:C07C 209/26,C07C 211/09,C07C 211/36,B01J 23/44,C07B 61/00


特許情報キャッシュ

ウエイ−ヤング・スー クリストフアー・エイチ・ネリ JP 2010184931 公開特許公報(A) 20100826 2010113178 20100517 二級アミンの製造方法 ハンツマン ペトロケミカル コーポレイション 505318547 特許業務法人小田島特許事務所 110000741 ウエイ−ヤング・スー クリストフアー・エイチ・ネリ US 10/200,361 20020722 C07C 209/26 20060101AFI20100730BHJP C07C 211/09 20060101ALI20100730BHJP C07C 211/36 20060101ALI20100730BHJP B01J 23/44 20060101ALI20100730BHJP C07B 61/00 20060101ALN20100730BHJP JPC07C209/26C07C211/09C07C211/36B01J23/44 ZC07B61/00 300 4 2004523181 20030721 OL 12 4G169 4H006 4H039 4G169AA03 4G169BA08B 4G169BB02A 4G169BB02B 4G169BC72A 4G169BC72B 4G169CB25 4G169CB62 4G169CB77 4G169DA07 4G169EA01Y 4H006AA02 4H006AC52 4H006BA21 4H006BA25 4H006BA55 4H006BA61 4H006BE20 4H039CA71 4H039CB30関連出願の相互参照 本出願は、現在係属中の2002年7月22日出願の米国特許出願第10/200,361号による優先権を主張する。 本発明は、全般的にアミンをアルキル化するための触媒法と、そして特に一級アミンから二級アミンを選択的に形成するための方法とに関する。本発明の一つの態様による方法は一級アミンから2−アルキル置換アミンを製造するのに特に好適である。 有機アミンの製造方法はかなり長い間当業界では既知である。例えば、(特許文献1)は、不飽和環状ケトンの還元アミノ化と;それにより製造される環状アミンと;そしてこれらの使用とに関する。例えば、イソホロンを還元アミノ化すると、トリメチルシクロヘキシルアミンとシクロヘキセンアミンが得られる。本発明は、このアミン製品を燃料の安定化用の燃料添加物として使用することを含む。 (特許文献2)は、飽和ケトンとアミンとを水素および水素化触媒の存在下で反応させ、それにより上記飽和環状ケトンを対応する環状アミンに転換することを含んでなる、飽和環状ケトンの還元アミノ化の方法を提供する。 (特許文献3)は、エチレンジアミンをメチルアルキルケトンと実質的に同時に連続混合して、反応混合物を形成させ、これを水素化触媒と水素の存在下で連続的に水素化する一段反応において形成されるエチレンジアミンの二級アルキルアミン誘導体に関する。このアルキル基は1〜4個の炭素原子を含有する。 (特許文献4)は、一級アミン末端ポリエーテルから二級アミン末端ポリエーテルを製造するための方法であって、この一級アミン末端ポリエーテルを水素およびニッケル、ルテニウムおよび第2あるいは第3行の遷移金属から選択される少なくとも1つの他の遷移金属を含んでなる触媒組成物の存在下でカルボニル化合物と高温時に反応させる方法を教示する。使用されるカルボニル化合物の量は、このエーテルと完全に反応するのに必要とされる化学量論的量よりも過剰である。この二級アミン末端ポリエーテルはポリ尿素エラストマーの形成に有用である。米国特許第3,994,975号米国特許第4,521,624号米国特許第5,001,267号米国特許第5,093,528号 先行技術には有機アミンの製造法の記述が多数見られるが、二級アミン、例えば水素と触媒の存在下でアセトンを使用して、二級アミンを形成するイソホロンジアミンから誘導される二級アミンを選択的に製造する研究は存在しなかった。卑金属触媒(Ni、Coなど)を使用する場合には、アミンに対するアセトンの高い比が必要とされ、そしてこれらの条件下でもアミンへの低転化率が観察される。また、アミンダイマー(アミンカップリング生成物)も実質的な量で形成される。 本発明は、a)水素;b)一級アミン;およびc)構造により表されるカルボニル化合物を含んでなる混合物を10分の1毎のすべてのpsigを含む約100.0psig〜約3000.0psigの範囲の任意の圧力において、そして10分の1毎のすべての℃を含む約80℃〜約230℃の範囲の任意の温度において有効触媒量の1グラム当り少なくとも50m2の表面積を有する金属性パラジウムを含んでなる触媒の存在下で反応させることを含んでなる二級アミン製品を製造する方法であって、式(ここで、Rは直鎖、分岐、あるいは環状であれ、任意のアルキル、アミノアルキル、アルキルアリール、あるいはアミノアルキルアリール基であり、R’およびR”は水素;R’およびR”の両方が同時に水素でないという前提を条件として直鎖、分岐、あるいは環状であれ、C1−C20アルキルからなる群から各々独立に選択される)を有する二級アミン製品を生成させ、この工程時に製造される三級アミンの量が製造される二級アミン全量の3.00重量%未満である方法を提供する。 本発明は一般的な反応(ここで、Rは限定ではないが、1つ以上のオキシアルキレン単位、例えばエトキシ、プロポキシおよびブトキシ単位を含有するものを含んで直鎖、分岐、または環状であれ、アルキル、アミノアルキル、アルキルアリール、あるいはアミノアルキルアリール基を含む任意の有機部分であってもよく;R’およびR”は各々独立に水素または直鎖、分岐、または環状の任意のC1−C20アルキル基であってもよい)により記述され、水素、アミンおよび上記の反応で表されるカルボニル化合物を反応させて、この一級アミン原料の窒素原子をアルキル化し、そして80℃〜200℃の間の範囲の任意の温度で、そして100psig〜3000psigの間の範囲の任意の圧力でパラジウムカーボンを含んでなる触媒の存在下で行う方法に関する。 触媒を使用し、そして先行技術の方法により行われるアミンの還元アルキル化は、通常、実質的な量の三級アミン製品、カップリング生成物、および未反応出発材料を含有する反応生成物の混合物を生成する。本発明者らは、ケトンにより一級アミンを還元アルキル化するため水素の存在下でパラジウムカーボンを含んでなる触媒を用いると、一級アミンの2−アルキル置換二級アミン製品へのほぼ完全な選択性が得られ、管状反応器の1回の通過で不純物の量が無視し得るのみであるという発見を報告する。 一つの好ましい態様によれば、本発明は、反応スキームによるパラジウムカーボンを含んでなる触媒を用いるイソホロンジアミンのアルキル化に関する。上記の反応において、出発材料のイソホロンジアミンは、式(I)における反応における一般式R−NH2により表される。ここでRはアミノアルキル基である。 しかしながら、本発明によるアルキル化法に出発材料として好適であるためには、主な条件はこの材料が分子構造中に少なくとも1つの−NH2基を有しなければならないということである。このように、本発明は、脂肪族および芳香族の一級アミンのみならず、一級アミン官能基を含有する置換され、変成された材料も含む、広範で多様な一級アミンをアルキル化するのに有用であり、これは式(ここで、R1およびR2は水素;直鎖、あるいは分岐であれ、1、2、3、4、5、あるいは6個の炭素原子を有するアルキル基;あるいは式(ここで、R3は1、2、3、4、5、または6から選択される任意の炭素原子数を有する直鎖あるいは分岐のアルキル基であってもよく;R4は1、2、3、4、5、または6個の炭素原子を有する直鎖あるいは分岐のアルキル橋かけ基であり;Zはヒドロキシ基または1、2、3、4、5、または6個の炭素原子を含有する直鎖あるいは分岐のアルキル基であり;qは0と400の間の任意の整数である)そしてXはi)ヒドロキシ基または1、2、3、4、5、または6から選択される任意の炭素原子数を有するアルキル基;またはii)基(ここで、R5およびR6は水素;直鎖、あるいは分岐であれ、1、2、3、4、5、あるいは6個の炭素原子を有するアルキル基からなる群から各々独立に選択される);または上記に定義したように(ここで、Zはヒドロキシ基または1、2、3、4、5、あるいは6個の炭素原子を有するアルコキシ基であり、そしてR7は1、2、3、4、5、あるいは6個の炭素原子を有する直鎖あるいは分岐のアルキレン橋かけ基である);またはiii)式(ここで、R10、R11、R14、およびR15は水素;直鎖、あるいは分岐であれ、1、2、3、4、5、あるいは6個の炭素原子を有するアルキル基;上記に定義したように部分(ここで、Zはヒドロキシ基または1、2、3、4、5、あるいは6個の炭素原子を有するアルコキシ基であり、R8およびR12は各々独立に1、2、3、4、5、あるいは6個の炭素原子を有する直鎖あるいは分岐のアルキル基であり;R9、R13、およびR21は1、2、3、4、5、あるいは6個の炭素原子を有する直鎖あるいは分岐のアルキル橋かけ結合から各々独立に選択され;R16、R17、R18、R19、R20は水素または1、2、3、4、5、あるいは6個の炭素原子を有するアルキル基から各々独立に選択され;dは0または1であり;そしてXが上記のiii)に示す式の部分である場合、a+b+cの合計が2と400の間の任意の数であるという前提で、aは0と100の間の任意の整数である)のいずれかである)により記述されるポリオキシアルキレンアミンとして知られているクラスの内の上記に挙げたものを含む。このクラスの内に入る製品の例は、HUNTSMAN LLC(Houston,Texas)によりJEFFAMINEの商標で販売されているものを含み、これらは、JEFFAMINE(登録商標)D−230、JEFFAMINE(登録商標)D−2000、JEFFAMINE(登録商標)D−400、JEFFAMINE(登録商標)T−403およびJEFFAMINE(登録商標)EDシリーズを含む。 次に、更に一般的には、本発明によれば、二級アミンは水素および本明細書で規定した触媒の存在下でケトンまたはアルデヒドを用いて対応する一級アミンをアルキル化することにより製造される。驚くべきことには、本発明による方法を行う場合に観察される高転化率がアミンに対するカルボニル化合物の比較的低い比で得られ、そして無視し得る量の対応する三級アミンが最終製品において得られ、反応生成物中に検出可能なアミンカップリング生成物の存在は観察されなかった。 本発明による方法で使用されるカルボニル化合物はアルキル化剤として考えられ、これは構造(ここで、R’およびR”は各々独立に水素;または直鎖、分岐、あるいは環状であれ、任意のC1−C10アルキル基;またはR’およびR”の両方が同時に水素であることができないという前提でアルキル部分が直鎖、分岐、あるいは環状であるアルキルアリールであってもよい)により表されるアルデヒドまたはケトンのいずれかであってもよい。 本発明による方法をバッチ法あるいは連続法の様式で行ってもよいが、この方法は連続法の様式で行われることが最も好ましい。本発明の一つの好ましい形によれば、この反応は管状反応器中で行われる。このような態様の実施においては、この反応器は触媒材料の粒子により装填され、そして熱伝達媒体、例えばDow Chemical CompanyによりDOWTHERM(登録商標)の商標で販売されている流体により囲まれて、この反応器の温度を制御する管を含んでなる。通常、この管状反応器は垂直に配置されていて、そしてアルキル化剤、水素、およびアミンの反応試剤はこの管の底部に供給され、そして製品流れはこの管の頂部から流出し、そして捕集される。所望の場合あるいは必要な場合には、この管状反応器の流出液は更に処理(例えば、蒸留)されて、精製された製品を生成する。 本発明の一つの予期されなかったメリットは、恐らく見出された高選択率および転化率により、本発明により行われる方法の反応器流出液が大部分の実際的な最終使用に対しては更なる精製段階を要しないということである。更なる精製のこの軽減によって、特定のアルキル化アミン製品を製造するための非資源集約的方法が提供され、本発明による方法のアミン製品は多くの場合ポリウレタンおよびポリ尿素の製造における触媒として使用されるので、このコスト削減はポリウレタンおよびポリ尿素製品を含む製品の消費者に即時に供される。 前出により本発明を建設的に短縮してきたが、本発明の範囲の認識の助けにおける読者の便をはかって、本発明者らは次の書かれた実施例の形で説明を提供する。したがって、これらの実施例は本発明の方法の例示的であって、そして前記開示において限定的でないもので提示される。 実施例1:N−イソプロピルN’,N’−ジメチル−1,3プロピレンジアミンの製造 1.338”の内径を有し、そして上方に延びてこの反応器に入る0.25外径の管から加工されたサーモウエルを収めたジャケット付きのステンレススチールの管状上方流反応器(体積=600cc)の中に1時間当り580gのジメチルアミノプロピルアミン(「DMAPA」)と1時間当り420gのアセトンを同時に供給した(上方流)。この反応器管を米国特許第3,151,112号および第3,654,370号などに開示されているニッケル触媒の充填床で充填した。水素を化学量論的量の約100%過剰で供給した。この反応を1500psigの圧力下で、そして135℃の温度で行った。ほぼ30”長さのこの管状反応器に1回通した後、この反応器流出液を分析し、約85%のN−イソプロピル−N’,N’−ジメチル−1,3−プロピレンジアミン、6%の未反応のDMAPA;1%のジ−イソプロピルDMAPA;および2%のカップリング生成物が示された。また、ジ−イソプロピルDMAPAもこの製品の引き続いての蒸留時DMAPAから分離不能であった。 実施例2:N−イソプロピル−N’,N’−ジメチル−1,3プロピレンジアミンの製造 前に使用したニッケル触媒を炭素上の1%パラジウム触媒(Engelhard)により置き換え、そして反応温度を120℃まで低下させたことを除いて、実施例1の手順を繰り返した。この流出液を分析し、そして約97%収率のN−イソプロピル−N’,N’−ジメチル−1,3−プロピレンジアミンを得た。著しい量のジ−イソプロピルDMAPAまたはカップリング生成物は検出されなかった。この流出液を蒸留して、99.5%純度のN−イソプロピル−N’,N’−ジメチル−1,3−プロピレンジアミンを得た。 実施例3:N,N’−ジイソプロピルイソホロンジアミンの製造 上記の実施例1に述べたようにニッケル触媒により充填した600ccの充填床反応器の中に1時間当り約300gのイソホロンジアミンおよび1時間当り450gのアセトンを上方流で供給した。水素を約100%過剰で供給した。この反応を2000psigおよび140℃で行った。軽質分を減圧下でこの反応器流出液からストリッピングした。得られた製品を分析して、8.78ミリ等量/gの全アミンおよび3.557ミリ等量/gの一級アミンを含有することを示した。この結果は著しい量(40.5%)の一級アミン基がアルキル化されなかったことを示す。また、GC分析は約2.00%の「重質分」が存在することを示した。言い換えれば、アミンカップリングが起こった。 実施例4:N,N’−ジイソプロピルイソホロンジアミンの製造 0.815”の内径の、そして上方に延びてこの反応器の中に入る0.25”外径の管から加工されるサーモスタットを有する200ccのDOWTHERM(登録商標)加熱ステンレススチールの管状上方流反応器を使用した。この反応器を炭素上の1.0%パラジウム触媒(Engelhard)で充填した。1時間当り約100gのイソホロンジアミンおよび1時間当り135gのアセトンを約100%過剰の水素と一緒にこの管状反応器の中に同時に供給した。この反応を2000psigおよび150℃で行った。軽質分を減圧下でこの反応器流出液からストリッピングした。この得られた製品を分析し、7.89ミリ等量/gの全アミン、0.07ミリ等量/gの一級アミンおよび0.04ミリ等量/gの三級アミンを含有することを示した。GC分析もカップリングの証拠を示さなかった。この結果は、Pd/C触媒により、高い転化率および選択率が得られたことを示す。 実施例5:比較例 実施例4の手順に従った。しかしながら、等重量のイソホロンジアミンおよびアセトンを供給し、そして空間速度を触媒1cc当り1.3g/時全液体フィードとした。この得られた製品を分析し、7.83ミリ等量/gの全アミンおよび0.16ミリ等量/gの三級アミンを含有することを示した。一級アミンは検出されなかった。言い換えれば、この製品は99重量%以上の二級アミンおよび0.2重量%未満の三級アミンからなるものであった。再度、この結果は、Pd/C触媒により、低アミン対ケトン比でも高転化率および高選択率が得られたことを示す。 実施例6:N,N’−ジイソプロピルJEFFAMINE(登録商標)D−230の製造 JEFFAMINE(登録商標)D−230およびアセトンを各々1時間当り約150gで供給したことを除いて、実施例4の手順を繰り返した。この反応を180℃で行った。この得られた製品を分析し、6.15ミリ等量/gの全アミン、0.03ミリ等量/gの三級アミンおよび0.09ミリ等量/gの一級アミンを含有することを示した。 実施例7:N,N’−ジイソプロピルJEFFAMINE(登録商標)D−2000の製造 JEFFAMINE(登録商標)D−2000およびアセトンをそれぞれ1時間当り200gおよび80gで供給したことを除いて、実施例4の手順を繰り返した。この反応を200℃で行った。この得られた製品を分析し、0.96ミリ等量/gの全アミン、0.01ミリ等量/gの三級アミンおよび0.02ミリ等量/gの一級アミンを含有することを示した。 実施例8:N,N’,N”−トリイソプロピルJEFFAMINE(登録商標)T−403の製造 JEFFAMINE(登録商標)T−403およびアセトンをそれぞれ1時間当り150gおよび130gで供給したことを除いて、実施例4の手順を繰り返した。この反応を190℃で行った。この得られた製品を分析し、5.11ミリ等量/gの全アミン、0.07ミリ等量/gの三級アミンおよび0.10ミリ等量/gの一級アミンを含有することを示した。 このような反応試剤をすべての既知の一級アミンとして用い、そしてジメチルアミノプロピルアミン、モノエタノールアミン、DGA(登録商標)剤(Huntsman LLC(Houston,Texas)より入手できる)およびHuntsman LLCから入手できるJEFFAMINE(登録商標)アミン製品を原料として含み、本発明を行ってもよい。 本発明者らは、パラジウムカーボンの触媒を使用することにより、イソホロンジアミンとアセトンとを水素の存在下で反応させると、二級アミンへの高い転化率および選択率が得られることを見出した。パラジウムは還元型アミノ化触媒として以前知られていた;しかしながら、先行技術の方法によるアルキル化は二級アミン段階で止まらず、三級アミン製品まで制御不能的に進行するので、この既知の場合には、この触媒はケトンを用いる三級アミンの製造に有用であることが見出されたのみである。このように、本発明は、パラジウムカーボンを含んでなる触媒を用いて、一級アミンとケトンとを水素の存在下で反応させることにより、二級アミンを高収率で選択的に製造する方法に関する。 本発明をある好ましい態様に関して示し、そして述べてきたが、本明細書および添付の特許請求の範囲を読み、そして理解すれば均等な変更および改変が他の当業者に思い浮かぶことは明白であるという事実に考慮を払わなければならない。本発明はすべてのこのような均等な変更および改変を含み、そして添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。 一級アミン反応試剤から二級アミン製品を製造する方法であって、a)水素;b)構造(ここで、R’およびR”は水素;R’およびR”の両方が同時に水素でないという前提を条件として直鎖、分岐、あるいは環状であれ、C1−C20アルキルからなる群から各々独立に選択される)により表されるカルボニル化合物;およびc)一級アミン官能基を有し、そして式(ここで、R1およびR2は水素;直鎖、あるいは分岐であれ、1、2、3、4、5、あるいは6個の炭素原子を有するアルキル基;あるいは式(ここで、R3は1、2、3、4、5、または6から選択される任意の炭素原子数を有する直鎖あるいは分岐のアルキル基であってもよく;R4は1、2、3、4、5、または6個の炭素原子を有する直鎖あるいは分岐のアルキル橋かけ基であり;Zはヒドロキシ基または1、2、3、4、5、または6個の炭素原子を含有する直鎖あるいは分岐のアルキル基であり;qは0と400の間の任意の整数である)の基からなる群から各々独立に選択され;そしてXはi)ヒドロキシ基または1、2、3、4、5、または6から選択される任意の炭素原子数を有するアルキル基;またはii)基(ここで、R5およびR6は水素;直鎖、あるいは分岐であれ、1、2、3、4、5、あるいは6個の炭素原子を有するアルキル基;または上記に定義したように、(ここで、Zはヒドロキシ基または1、2、3、4、5、あるいは6個の炭素原子を有するアルコキシ基であり、そしてR7は1、2、3、4、5、あるいは6個の炭素原子を有する直鎖あるいは分岐のアルキレン橋かけ基である)からなる群から各々独立に選択され;またはiii)式(ここで、R10、R11、R14、およびR15は水素;直鎖、あるいは分岐であれ、1、2、3、4、5、あるいは6個の炭素原子を有するアルキル基;上記に定義したような部分(ここで、Zはヒドロキシ基または1、2、3、4、5、あるいは6個の炭素原子を有するアルコキシ基であり、そしてR8およびR12は各々独立に1、2、3、4、5、あるいは6個の炭素原子を有する直鎖あるいは分岐のアルキル基であり;R9、R13、およびR21は1、2、3、4、5、あるいは6個の炭素原子を有する直鎖あるいは分岐のアルキル橋かけ結合から各々独立に選択され;R16、R17、R18、R19、R20は水素または1、2、3、4、5、あるいは6個の炭素原子を有するアルキル基から各々独立に選択され;dは0または1であり;そしてXが上記のiii)に示す式の部分である場合、a+b+cの合計が2と400の間の任意の数であるという前提で、aは0と100の間の任意の整数である)の群から各々独立に選択される)のいずれかである)により表される1つ以上のアルコキシル化アミンを含んでなるアミン反応試剤の成分を含んでなる混合物を約80℃〜約200℃の範囲の任意の温度まで、そして約100psig〜約3000psigの範囲の任意の圧力下有効触媒量の金属性パラジウムを含んでなる触媒の存在下で加熱することを含んでなり、上記工程時に製造される三級アミンの量が製造される二級アミン全量の3.00重量%未満である方法。 上記触媒が1グラム当り少なくとも100m2の表面積を有する請求項1に記載の方法。 上記一級アミン反応試剤がジアミンである請求項1に記載の方法。 上記ジアミンが2個の−NH2基を含有する請求項3に記載の方法。 【課題】二級アミンの新規な製造方法を提供する。【解決手段】一級アミンとアルキル化剤および水素とを金属性パラジウムを含んでなる触媒の存在下で高圧反応させることにより、一級アミンを還元アルキル化して、二級アミンを形成する。この方法は、反応器中の1回目の通過で95%以上の高転化率および高選択率を与える。好ましい態様によれば、製造される二級アミンは、一級アミン製品の窒素原子に結合する少なくとも1つの2−アルキル基を含んでなる。【選択図】なし


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