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JPH07116139B2 - ラクタム類の製造方法 - Google Patents

ラクタム類の製造方法

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Publication number
JPH07116139B2
JPH07116139B2 JP61133031A JP13303186A JPH07116139B2 JP H07116139 B2 JPH07116139 B2 JP H07116139B2 JP 61133031 A JP61133031 A JP 61133031A JP 13303186 A JP13303186 A JP 13303186A JP H07116139 B2 JPH07116139 B2 JP H07116139B2
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JP
Japan
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reaction
catalyst
cobalt
rhenium
hydrogen
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JP61133031A
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正之 大竹
勇 福島
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Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Pyrrole Compounds (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、一般式 (式中、R1は水素、炭素原子数1〜5の直鎖又は分岐鎖
状アルキル基を表わし、R2は炭素原子数2の飽和の炭化
水素基で両端で環状酸イミド基に結合する)で示される
コハク酸イミド類またはコハク酸N−メチルアミドを水
素還元して一般式 (式中、R1、R2は前記定義と同じ意味を示す。)で示さ
れるラクタム類を製造する方法に関するものである。よ
り詳細にはN−メチル−2−ピロリドン、2−ピロリド
ン等のラクタム類を製造する方法に関するものである。
〔従来の技術〕
ラクタム類は一般に有機合成原料として、また開環重合
により高分子合成原料として使用されるほか、それ自体
でも安定な極性溶媒として多くの用途を有する。代表的
な例としてN−メチルピロリドンを挙げると、アクリロ
ニトリルポリマー、ポリウレタン、ポリイミド、ポリア
ミド等の高分子物質の溶媒として、またアセチレン、ブ
タジエン、芳香族炭化水素等の抽出溶媒として、更には
各種の医薬や有機化学反応の溶媒として使用される。
ラクタム類を製造する方法としては既に多くの方法が提
案されており、環員数の多いラクタムについてはオキシ
ムのベックマン転位や、シクロオレフインへの光ニトロ
ソ化を経由する方法等が知られているが、環員数の小さ
いラクタムについてはラクトン及びアミンの反応により
合成する方法が一般的であった。
しかし、ラクトン自体、高価のものであり必ずしも有利
な方法とは言えず、他の製造法に関する研究は少なくな
い。例えば5員環ラクタムである2−ピロリドン類につ
いてみてもC3のアクリロニトリル、アクリルアミド、ア
クリル酸エステル、アリルアルコールやそのエステルに
対しC1の原料である一酸化炭素やシアン化水素を付加さ
せた後、加水分解、水素還元する方法が提案されている
が、工程が複雑であること、高温高圧を要すること等か
ら必ずしも有利な方法でない。
前述の5員環ラクタムの場合を例にとって示すと、コハ
ク酸イミド類の還元により2−ピロリドン類を合成する
方法が公知である。例えばV.I.Romanovskii等(Khim.Pr
om.,1963(7),491−2)はコハク酸とメチルアミンと
からモノアミドを経由してN−メチルコハク酸イミドを
合成し、これをラネーニッケル触媒を用い、200〜215
℃、200〜220atm、4〜5時間水素還元して71.6%の収
率でN−メチル−2−ピロリドンを得たと報告してい
る。米国特許第3109005号明細書には触媒としてラネー
ニッケル、ラネーコバルトまたはパラジウム、白金のよ
うな水素添加触媒の存在下、150〜350℃で10〜12時間、
100〜300気圧で反応し、収率65〜76%を得ている。
特開昭47-16451号公報には水溶液系でアルキルアミンと
マレイン酸、フマール酸、コハク酸から成る群の酸をパ
ラジウム触媒の存在下でN−メチル−2−ピロリドンの
収率44%を得ている。しかし、公知のこれ等の方法では
いずれも高温、高圧を必要とし、かつ反応時間も長く必
要であるため、工業的実施に際して大きな反応器が必要
となる。またN−メチル−2−ピロリドンの収率も充分
でない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明はN−メチル−2−ピロリドンに代表されるラク
タム類を工業的有利に製造する方法を提供することにあ
り、より詳細には緩和な条件下でコハク酸イミド類また
はその前駆物質を対応するラクタムに変換するための活
性及び選択性の改善された触媒を提供するところにあ
る。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者等は上記実情に鑑み、鋭意検討した結果、コハ
ク酸イミド類またはその前駆物質を水素還元して対応す
るラクタム類を製造するに際し、コバルトと、モリブデ
ン、タングステン及びレニウムからなる群から選ばれる
少くとも一種の金属成分とからなる触媒を用いることに
より、高収率でラクタム類が得られることを見出した。
即ち、本発明は、一般式 (式中、R1は水素、炭素原子数1〜5の直鎖又は分岐鎖
状アルキル基を表わし、R2は炭素原子数2の飽和の炭化
水素基で、両端で環状酸イミド基に結合する)で示され
るコハク酸イミド、タングステン及びレニウムから成る
群から選ばれる少くとも一種の金属成分とから成る混合
触媒を用いて水素還元することを特徴とする、一般式 (式中、R1、R2は前記定義と同じ意味を示す。)で示さ
れるラクタム類を製造する方法は提供するものである。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で原料とするコハク酸イミド類は一般式 で示される。ここにR1は水素、炭素原子数1〜5の直鎖
または分岐鎖状アルキル基であり、具体的には水素、メ
チル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、sec
−ブチル、イソブチル、アミル、イソアミル、ネオペン
チル基等であり、更にこれ等のアルキル基の一部がハロ
ゲン、水酸基等で置換されていても良い。またC5以上の
有機基、例えばシクロヘキシル、フエニル、トリル基等
でも本発明は支障なく適用できる。
R2は炭素原子数2の飽和の炭化水素基である。
具体的にはコハク酸イミド類である。
本発明においては、原料として酸イミド類の前駆物質で
あるコハク酸N−メチルアミドを使用することもでき
る。前駆物質としては反応系で、あるいは反応系導入の
前段階での加熱脱水、加水分解、水素化分解等の反応で
酸イミドを形成する。
本発明に使用する触媒は改良されたコバルト触媒であ
り、モリブデン、タングステン及びレニウムから成る群
から選ばれる少くとも一種の修飾成分(b)をコバルト
(a)と併用することにより活性、選択性が大幅に改善
される。(a)コバルト及び前記(b)修飾成分の組成
比については特に制限がないが、好適な範囲をコバルト
に対する原子比で示せば、モリブデン又はタングステン
の場合、0.001〜1.0、より好適には0.005〜0.1であり、
レニウムの場合、0.001〜0.5、より好適には0.01〜0.2
である。上記修飾成分を二種以上含有する触媒の場合も
上記組成比の範囲の中から好適組成が選択される。
触媒に使用するコバルトの原料としては、硝酸、硫酸、
塩酸等の鉱酸やギ酸、酢酸、乳酸等の有機酸のコバルト
塩、炭酸塩、酸化物、アミン錯体等の各種錯化合物塩等
が支障なく使用できる。
しかし、可溶性塩についてはモリブデン酸アンモニウム
や炭酸アルカリ、炭酸アンモニウム、重炭酸アンモニウ
ム等の水溶液を添加してモリブデン酸塩、炭酸塩または
塩基性炭酸塩を沈澱として取り出し、または担体に含浸
担持しておくのが良い。
担体としては、工業的に使用し得る反応に悪影響を与え
ない各種の物質が使用できる。例えば、シリカ、シリカ
アルミナ、アルミナ、珪藻土、ジルコニア、リン酸アル
ミニウム、マグネシア、活性炭等であり、粉末状、成形
品、いずれでも支障なく使用できる。
モリブデンの原料としてはモリブデン酸ナトリウム、パ
ラモリブデン酸アンモニウム、12−モリブドリン酸等の
オキシ酸、ポリ酸及びそれ等の塩を使用するのが通例で
ある。
タングステンの原料としてはタングステン酸ナトリウ
ム、パラタングステン酸アンモニウム、12−タングスト
リン酸等のオキシ酸、ポリ酸及びそれらの塩が使用でき
る。
レニウムの原料としては還元により金属レニウムを形成
できる種々の化合物が使用できるが、一般的には七酸化
レニウム、週レニウム酸アンモニウム等が使用される。
触媒の製造法としては各種の原料の混合、乾燥、還元等
の過程を含む、通常公知の方法が採用できる。例えば担
体を含むか、または含まない硝酸コバルト及び炭酸アン
モニウムの水溶液を各々調合し、混合、更にpH調節して
塩基性炭酸コバルトを沈澱せしめ、洗浄した後、モリブ
デン酸アンモニウム水溶液、タングステン酸アンモニウ
ム水溶液、七酸化レニウム水溶液を加えて充分混練し、
次いで乾燥(80〜120℃)、昇温し、最終的に例えば400
〜500℃になるように還元して触媒を製造する方法等が
ある。
反応は原料としてのコハク酸イミドまたはその前駆物
質、触媒を含む溶液を高められた温度、圧力下に水素と
反応させることにより実施される。
溶媒としては反応生成物であるラクタム類を使用するの
が後に続く精製工程の合理化に好適であるが、それ以外
でもジオキサン、N−メチル−2−ピロリドン、テトラ
ヒドロフラン、ジエチレングリコールジアルキルエーテ
ル、流動パラフイン等の軽沸または高沸の汎用溶媒が使
用される。反応温度は160〜300℃、好適には200〜270℃
である。
また、圧力は通常10〜300kg/cm2Gの範囲が使用できる
が、好適には20〜150kg/cm2Gであり、最も実用的な操
作圧力は20〜50kg/cm2Gである。
反応は回分式、流通式いずれの方式によっても実施され
る。触媒及び生成物の分離を有効に実施する方法とし
て、例えば水素を反応系に循環し、水素に反応生成物で
あるラクタム、水を同伴させて抜き出す方式があり、特
に、沸点の低いラクタム類、例えばN−アルキル−2−
ピロリドンの製造には有利に採用できる。
〔実施例〕
以下に実施例を挙げて本発明の内容をより詳細に説明す
るが、本発明は以下の実施例に限定されるものではな
い。
実施例1 硝酸コバルト(Co(NO3)2・6H2O)30gを24gの蒸留水に溶
かした水溶液中に、重炭酸アンモニウム〔NH4HCO3〕24g
を蒸留水150gに溶かした水溶液を攪拌下で滴下し、生じ
た塩基性炭酸コバルトの沈澱を濾別しケーキを蒸留水40
0ccで3回洗浄した。このケーキにレニウムヘプトオキ
サイド〔Re2O7〕0.73gと、モリブデン酸アンモニウム
[(NH4)6Mo7O24・4H2O〕0.27gを蒸留水15gに溶かした水
溶液を加え1時間混練した後、80〜120℃で加温しなが
ら約6時間乾燥した。
このようにして得られた粉末を流速50cc/分の窒素流中
で約30分を要して200℃に昇温し、水素を徐々に混入し
ながら450℃まで約1時間を要して昇温した。450℃に達
した後、純水素流に切り換えて30cc/分で3時間還元し
た。還元終了後、200℃まで冷却し、窒素流に切り換
え、常温まで冷却し密封保存した。
反応は、窒素雰囲気下、上述のようにして得られた触媒
1.75gとコハク酸N−メチルイミド20g、ジオキサン30g
とを容量100mlの上下攪拌式オートクレーブに仕込み、H
2ガスにより置換後、反応圧力50kg/cm2G、反応温度230
℃で3時間水素と接触させて反応させた。
反応終了後反応液とガスを採取し、ガスクロマトグラフ
イーで分析を行なった。
結果を表−1に示す。
実施例2 モリブデン酸アンモニウムの使用量をコバルトに対し原
子比(Mo/Co)で0.03となるようにした他は実施例1と
同様にして得られた触媒を用い、実施例1と同様の条件
で反応を行なった。得られた反応結果を表−1に示す。
実施例3〜4 レニウムヘプトオキサイドの使用量を変更して、レニウ
ムのコバルトに対する原子比(Re/Co)をそれぞれ0.0
6、0.10となるように触媒を調製し、反応時間を1時間
としたこと以外は実施例−2と同一条件で反応を行なっ
た。得られた結果を表−1に示す。
実施例5 モリブデン酸アンモニウムを添加せず、レニウムのコバ
ルトに対する原子比(Re/Co)を0.03となるようにレニ
ウムヘプトオキサイドの添加量を変更した他は実施例1
と同様な方法で得られた触媒を使用し、実施例1と同様
に反応を行なった。結果を表−1に示す。
実施例6〜8 レニウムヘプトオキサイドを添加せず、モリブデンのコ
バルトに対する原子比(Mo/Co)を0.015、0.03、0.05と
なるようにモリブデン酸アンモニウムの添加量を変更し
た他は、実施例1と同様な方法で得られた触媒を使用
し、実施例1と同様に反応を行なった。結果を表−1に
示す。
実施例9 コハク酸N−メチルアミド20g、N−メチルピロリドン3
0gをオートクレーブに仕込みN2ガスで置換後、温度を18
0℃に昇温し、生成した水を留出させながら2時間保持
し冷却した。室温に冷却後、窒素雰囲気下、実施例3で
用いた触媒1.75gを反応液に仕込み、水素置換後、実施
例3と同様の反応条件で反応させた。結果を表−1に示
す。
比較例1 レニウムとモリブデンを添加しなかったこと以外は実施
例1と同様に触媒を調製し反応を行なった。結果を表−
1に示す。
比較例2 塩基性炭酸コバルトケーキに硝酸パラジウム水溶液を加
えた他は実施例1と同様に触媒を調製した。(パラジウ
ムとコバルトの原子比(Pd/Co)は0.03であった。)こ
の触媒を用いて実施例1と同様の反応条件で反応した結
果を表−2に示す。
比較例3 塩基性炭酸コバルトケーキに酢酸ロジウム溶液をロジウ
ムとコバルトの原子比(Rh/Co)が0.03になるように加
えた他は実施例1と同様に触媒を調製し、この触媒を用
いて実施例1と同様の反応条件で反応を行なった結果を
表−2に示す。
実施例10 コハク酸イミド10g、ジオキサン40gを上下攪拌式オート
クレーブに仕込み、触媒としてモリブデンのコバルトに
対する原子比(Mo/Co)を0.015、レニウムのコバルトに
対する原子比(Re/Co)を0.06になるように実施例1同
様の方法で調製した触媒1.75gを使用して、水素雰囲気
下、50kg/cm2G、230℃で30分間反応を行なった。反応
物を触媒と分離してガスクロマトグラフ分析を行なった
結果、コハク酸イミド転化率75.73%、2−ピロリドン
選択率85.6%を得た。
実施例11 モリブデンのかわりにタングステンとしてメタタングス
テン酸アンモニウムを加え、タングステンとコバルトの
原子比(W/Co)0.015、レニウムとコバルトの原子比(R
e/Co)0.06になるように実施例1に従って調製した触媒
を用いて実施例1と同じ反応条件で反応を行なった。結
果はN−メチルコハク酸イミドの転化率73.23%、N−
メチルピロリドン選択率91.41%を得た。
実施例12 実施例1と同様の方法で得られた塩基性炭酸コバルトケ
ーキにレニウムヘプトオキサイド1.25gとモリブデン酸
アンモニウム〔(NH4)6Mo7O24・4H2O〕0.27gを蒸留水15g
にとかした水溶液を加え1時間混練後、ジルコニアをこ
のようにして得られた粉末を実施例1と同じ方法で還元
活性化した。この触媒を使用して実施例3と同様の反応
条件で反応を行ない、その反応液を分析した結果、N−
メチルコハク酸イミドの転化率が63.78%、N−メチル
ピロリドンの選択率は90.91%であった。
〔発明の効果〕
本発明によれば、コハク酸イミド類またはその前駆物質
を、コバルトと、モリブデン、タングステン及びレニウ
ムからなる群より選ばれた少くとも一種の金属成分とか
らなる混合触媒を用いて水素還元することにより、従来
になく高収率でラクタム類を製造することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B01J 23/89 X C07B 61/00 300

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式 (式中、R1は水素、炭素原子数1〜5の直鎖又は分岐鎖
    状アルキル基を表わし、R2は炭素原子数2の飽和の炭化
    水素基で、両端で環状酸イミド基に結合する)で示され
    るコハク酸イミド類またはコハク酸N−メチルアミド
    を、(a)コバルト、並びに(b)モリブデン、タング
    ステン及びレニウムから成る群から選ばれる少くとも一
    種の金属成分とからな成る混合触媒を用いて水素還元す
    ることを特徴とする、一般式 (式中、R1、R2は前記定義と同じ意味を示す。)で示さ
    れるラクタム類の製造方法。
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