(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一級アミンを調製するための方法であって、
ａ）少なくとも１つのジアンヒドロヘキシトールを提供するステップと、
ｂ）前記ジアンヒドロヘキシトールをアンモニアとの反応によってアミノ化するステップと
を含む、方法において、
前記ジアンヒドロヘキシトールは、イソソルビド、イソマンニド、イソイジドおよび／またはそれらの混合物を含む群から選択され、
前記アミノ化は、水溶液中で、水素の存在下で水素化触媒を使用する不均一系触媒作用によって実施されることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、使用される前記水素化触媒は、白金、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、クロム、モリブデン、タングステン、バナジウム、ニッケル、コバルト、銅および／または鉄を含む群から選択される、１種以上の水素化活性遷移金属または貴金属の担持または非担持金属触媒であることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、使用される前記水素化触媒は、ルテニウム、白金、パラジウムおよび／もしくはニッケルを含む群から選択される１種以上の水素化活性遷移金属もしくは貴金属の担持もしくは非担持金属触媒、または、Ｒｕ／Ｃ触媒であることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法において、前記水素は、反応装置内で≧１ｂａｒ〜≦２５ｂａｒの範囲内の水素圧へ加圧されることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法において、前記水素は、反応装置内で≧５ｂａｒ〜≦２５ｂａｒの範囲内の水素圧へ加圧されることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法において、前記水素は、反応装置内で≧１０ｂａｒ〜≦２５ｂａｒの範囲内の水素圧へ加圧されることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の方法において、前記アミノ化は、≧１００℃〜≦２５０℃の範囲内の温度で実施されることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の方法において、前記アミノ化は、≧１２０℃〜≦２３０℃の範囲内の温度で実施されることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の方法において、前記アミノ化は、≧１５０℃〜≦２００℃の範囲内の温度で実施されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか１項に記載の方法において、ステップａ）における前記ジアンヒドロヘキシトールは、固体形または水溶液で最初に装填されることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか１項に記載の方法において、アンモニアは気体もしくは液体の形態で、またはアンモニア水溶液として添加されることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか１項に記載の方法において、ステップｂ）における前記アンモニアは、前記ジアンヒドロヘキシトールに基づいて≧５当量〜≦２０当量の範囲内で存在することを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１１の何れか１項に記載の方法において、ステップｂ）における前記アンモニアは、前記ジアンヒドロヘキシトールに基づいて≧１０当量〜≦１６当量の範囲内で存在することを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１乃至１１の何れか１項に記載の方法において、ステップｂ）における前記アンモニアは、前記ジアンヒドロヘキシトールに基づいて≧１１当量〜≦１３当量の範囲内で存在することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第一級アミン類を得るために第二級イソへキシドアルコール類をアミノ化する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生物起源の、すなわち再生可能原料から調製できる基礎化学品には高い経済的重要性があり、将来は再生可能原料に由来するプラスチックの比率が大きく増加すると想定されている。特に最も重要な生物起源基礎化学品であるソルビトールは、重要な役割を果たすと考えられる。ソルビトールは、主として糖含有植物およびデンプン含有植物由来のバルク化学物質として製造される。ソルビトールの二重脱水、すなわち水の開裂によって、生物起源基礎化学品として大きい可能性を備える糖アルコールであるイソソルビドを得ることができる。イソソルビドは、従来法により製造されたソルビトールから得られることに加えて、セルロースから一段反応で直接的に製造することも可能である。イソソルビドは、３種のイソへキシド類のうちで最も入手し易い。イソマンニドは、イソソルビドに類似する方法で、フルクトースから出発してマンニトールを介して製造することができる。その前駆化合物が自然にはごくわずかな量でのみ発生するイソイジドは、イソソルビドまたはイソマンニドから一段異性化反応によって得ることができる。
【０００３】
イソソルビド、イソマンニドおよびイソイジドならびにそれらの様々な二官能性誘導体は、例えば、生物起源のポリマー、溶媒、燃料添加剤およびさらに数多くの他の分野における用途のための高い潜在可能性を有する。ポリマーに生物起源のジオール類を使用することに加えて、生物起源のアルコール類から調製できる多官能性アミン類の使用には、特に例えばポリアミド類およびポリウレタン類などの窒素含有プラスチックを製造するための生物起源のアミン類の使用に対し、ますます関心が高まっている。二官能性糖アルコール類、特にイソへキシド類は、対応するポリマー中の生物起源のモノマーとして所望の特性を示す。
【０００４】
ジアンヒドロヘキシトール類をベースとするイソヘキシドアミン類の調製は、原理的には公知である。しかし、現在までのところ、例えば新規なバイオマスをベースとするプラスチック分野のための、イソヘキシドアミン類を工業的に製造するために十分効率的であるそれらのアミノ化について公知の合成方法はない。若干高度の反応性もしくは若干毒性の中間物を使用する無触媒多段合成が必要とされるか、または化学量論量の副生成物を形成するためのスケールアップのために好適とは考えられない研究室規模の合成経路の何れかが使用される。このため、ジアンヒドロヘキシトール類からそれらのアミン誘導体への直接触媒変換が好ましい。
【０００５】
さらに、ジアンヒドロヘキシトール類の均一系触媒アミノ化は公知であるが、これらは同様にごくわずかな量でのみ入手できる高機能の追加のリガンドを使用して高価な貴金属錯体、例えば様々なホスフィンリガンドを含む分子ルテニウム錯体またはピンサー型錯体をベースとする分子触媒をベースとする。しかし、均一系触媒反応には歴然とした短所がある。これらの錯体は、細心の注意を払って合成しなければならないため、したがって調製費用が高額になる。これらの錯体は、通常、空気および水に敏感であり、これらの錯体がほとんどは不活性ガス雰囲気下および無水有機溶媒中で操作されなければならないため、触媒作用での使用を複雑にする。さらに、生成物からの触媒の除去は、複雑で多大なエネルギーを消費する。まとめると、これらの反応条件は、イソヘキシドアミン類の製造をスケールアップして工業量を製造するには不適切である。
【発明の概要】
【０００６】
このため、イソヘキシドアミン類を合成するための代替方法が必要とされる。本発明は、このため先行技術の上述の短所のうちの少なくとも１つを克服する方法を提供するという目的を有した。特に、本発明の目的は、生物起源のイソヘキシドアミン類を工業的に製造するために使用できる方法を提供することであった。
【０００７】
この目的は、第一級アミンを製造するための方法であって、
ａ）少なくとも１つのジアンヒドロヘキシトールを提供するステップと、
ｂ）そのジアンヒドロヘキシトールをアンモニアとの反応によってアミノ化するステップと
を含み、
そのアミノ化は、水素の存在下で水素化触媒を使用する不均一系触媒作用によって実施される、方法によって達成された。
【０００８】
驚くべきことに、本発明による方法は、水溶液中および温和な反応条件下で固体触媒を使用してイソへキシド類から第一級アミン類およびアミノアルコール類への変換を可能にすることが見いだされている。好適な固体触媒は市販で入手することができ、水溶液中およびさらに基質溶解液中の無溶媒系中での比較的温和な反応条件下における反応を可能にする。固体触媒は、単純な濾過によって反応後に除去することができ、反応混合物はさらに処理することができる。そこで、水性媒体中または無溶媒で特に有利な方法で不均一系触媒により実施することができ、アミン類に関して選択的に進行する一段式の経済的方法が提供される。
【０００９】
市販で入手できる不均一系触媒であるＲｕ／Ｃを使用することにより、１７０℃および１０ｂａｒの水素の温和な反応条件を用意し得る。これらのパラメータは、イソへキシド類のアミノ化の工業規模へのスケールアップ、さらにそれに結び付いたアミンモノマー類の優れた入手可能性とともに、生物起源のアミン類をベースとする生成物、特にプラスチックのさらなる開発および商業化を初めて可能にする。生じたアミン類は、特にポリアミド類およびポリウレタン類の範囲内において、およびさらに例えば可塑剤、洗剤、医薬品および農薬などの化学的最終生成物の他の市場区分でも、新規なプラスチックの製造における大きい市場可能性を有する。
【００１０】
用語「アミノ化」は、１つ以上のアミン基が分子内に導入される反応を意味すると理解されている。アンモニアは、アミノ化剤として使用できる。用語「不均一系触媒作用」は、触媒および反応化合物が異なる相中に存在する触媒作用を意味すると理解されている。用語「水素化触媒」は、水素化を触媒する触媒を意味すると理解されている。本発明による方法では、不均一系水素化触媒は固体として存在するが、基質のジアンヒドロヘキシトールは溶液中または無溶媒溶解液中に存在し、反応相手であるアンモニアおよび水素は気体および／または溶存形で存在する。
【００１１】
ステップａ）で提供されるジアンヒドロヘキシトールは、好ましくは、イソソルビド、イソマンニド、イソイジドおよび／またはそれらの混合物を含む群から選択される。「イソへキシド類」としても公知であるジアンヒドロヘキシトール類は、上述した公知の方法によって合成できるか、または市販で入手できる。
【００１２】
「イソへキシド類」と呼ばれるジアンヒドロヘキシトール類は、例えばソルビトールなどのヘキシトール類の二重脱水によって得ることのできる複素環式化合物である。イソソルビドは、２つの遊離ヒドロキシル基を有する２つのＶ形末端結合テトラヒドロフラン環からなる。２−Ｏヒドロキシル基はエキソ配置にあるが、他方で５−Ｏヒドロキシル基はエンド配置を有する。異なる配置を有するために、これらの２つの基は異なる反応性および不均一立体障害接近性を有する。例えば、５−Ｏエンドヒドロキシル基は、ＯＨ基の求核性を増加させる対向するエーテル酸素原子への分子内水素結合を形成する。これとは対照的に、２−Ｏエキソヒドロキシル基は、立体障害がなく、分子間水素結合を形成する傾向がある。２つの異性体はイソソルビドに加えて、両方のヒドロキシル基がエンド配置にあるイソマンニドならびに両方のヒドロキシル基が何れの場合にも同一配置で存在するためにより高度の対称性を特徴とする両方のヒドロキシル基がエキソ配置を有するイソイジドで存在する。本発明に関連して、用語「ジアンヒドロヘキシトール」および「イソへキシド」は、同意語として使用される。イソソルビドは、１，４：３，６−ジアンヒドロソルビトールまたは１，４：３，６−ジアンヒドログルシトール、イソマンニドは１，４：３，６−ジアンヒドロマンニトール、およびイソイジドは１，４：３，６−ジアンヒドロイジトールと呼ばれる。ＩＵＰＡＣ名は、イソソルビドについては（３Ｒ，３ａＲ，６Ｓ，６ａＲ）−ヘキサヒドロフロ［３，２−ｂ］フラン−３，６−ジオール、イソイジドについては（３Ｓ，３ａＲ，６Ｓ，６ａＲ）−ヘキサヒドロフロ［３，２−ｂ］フラン−３，６−ジオール、およびイソマンニドについては（３Ｒ，３ａＲ，６Ｒ，６ａＲ）−ヘキサヒドロフロ［３，２−ｂ］フラン−３，６−ジオールである。
【００１３】
本発明による方法は、ジアミノ−ジアンヒドロ−ジデオキシヘキシトール類およびモノアミノ−ジアンヒドロ−モノデオキシヘキシトール類を得るために、イソへキシド類またはジアンヒドロヘキシトール類をアミノ化するための不均一系触媒法を提供する。好ましいのは、ルテニウム、白金、パラジウムおよびニッケルから選択される金属をベースとする不均一系水素化触媒である。これらは、担体、特に例えば炭素、活性炭またはカーボンブラックなどの炭素含有担体または例えば酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３などの酸化物に適用できる。水素化触媒は、さらにまたナノ粒子または例えばラネーニッケルなどの多孔質金属の形態の非担持形で使用することもできる。触媒は、さらにまた数種の元素のドープ金属または合金の形態で存在してもよい。
【００１４】
使用される水素化触媒は、好ましくは、白金、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、ロジウム、クロム、モリブデン、タングステン、バナジウム、ニッケル、コバルト、銅および／または鉄を含む群から選択される１種以上の水素化活性遷移金属または貴金属の担持または非担持金属触媒である。ここで、２種以上の遷移金属または貴金属の使用には、例えば亜クロム酸銅および亜クロム酸亜鉛などの特に水素化活性化合物が含まれる。好ましい実施形態では、使用される水素化触媒は、ルテニウム、白金、パラジウムおよび／またはニッケルを含む群から選択される担持または非担持金属触媒である。担持ルテニウム、白金およびパラジウム触媒は、市販で入手することができ、例えばＲｕ／Ｃ、Ｒｕ／Ａｌ２Ｏ３、Ｐｄ／Ｃ、Ｐｔ／Ｃおよびさらにラネーニッケルである。１つの有利な方法では、金属は、イソへキシド類のアミノ化反応のための優れた触媒活性を示した。特に白金およびパラジウムは、優れた活性を示した。通常はＲｕ／Ｃ触媒と呼ばれる炭素上に担持されたルテニウムは、特に使用可能である。Ｒｕ／Ｃによって触媒された反応では、約５０％のアミン誘導体が有利な方法で形成されることを確定することができた。担持金属としてのＡｌ２Ｏ３上のルテニウムも好ましくは使用可能である。Ｒｕ／Ａｌ２Ｏ３も同様に、調査した反応において優れた活性を示した。ラネーニッケルも特に高温で良好な収率を示した。対照的に、触媒を使用しないと、何れの場合にも５０％未満のイソへキシド反応物の極めて微量の異性体のみが形成されることが確証されている。担持触媒の装填量は変動してよく、例えば約５重量％である。詳細には、各基質の基質量に比較して触媒活性金属種として２モル％のＲｕ／Ｃ、Ｒｕ／Ａｌ２Ｏ３、Ｐｄ／ＣまたはＰｔ／Ｃを使用することで優れた結果が達成された。ラネーニッケルに対しては、２０モル％を使用して優れた結果が達成された。
【００１５】
ステップｂ）は、好ましくは大気圧を基準にして陽圧下で実施される。例えば、本方法は、例えばオートクレーブなどの反応装置内で実施することができる。オートクレーブ内では、水素は、適切な圧力に加圧されてよい。好ましい実施形態では、水素は、反応装置内で≧１ｂａｒ〜≦２５ｂａｒの範囲内、好ましくは≧５ｂａｒ〜≦２５ｂａｒの範囲内、好ましくは≧１０ｂａｒ〜≦２５ｂａｒの範囲内の水素圧へ加圧される。ここで、圧力値は、何れの場合にも２０±２℃に対応する室温で加圧された圧力に対応する。有利な方法では、形成される有意量のモノアミン類のためには、５ｂａｒの水素圧で既に十分である。同様に好ましい水素圧は、≧５ｂａｒ〜≦１５ｂａｒの範囲内、好ましくは≧１０ｂａｒ〜≦１５ｂａｒの範囲内である。アミン類に関する生成物組成は、１０〜２５ｂａｒの範囲内で相当に一定であることが見いだされている。異性化反応は、より高い水素圧で実施できると想定される。対照的に、使用した条件下で水素が存在しない場合はアミノ化反応が進行しないことが見いだされている。
【００１６】
大きい利点は、水の排除および保護ガス下の操作を省略することができ、それにより合成の複雑性が大きく減少させられ、条件が有意に単純化される点にある。固体触媒は、例えば単純な濾過によって反応後に容易に除去することができ、反応混合物をさらに処理することができる。有利な方法では、優れた収率および選択性でイソヘキシドアミン類を得るために工業規模でのより単純およびより実行可能な経路を提供することができる。
【００１７】
好ましい実施形態では、アミノ化は、≧１００℃〜≦２５０℃の範囲内、好ましくは≧１２０℃〜≦２３０℃の範囲内の温度、好ましくは≧１５０℃〜≦２００℃の範囲内の温度で実施される。アミノ化は、≧１００℃〜≦１５０℃の範囲内の温度でさえ良好な収率で進行するが、温度の増加はより急速な反応経過および特により大きい比率のアミン生成物も導くことができる。特に、≧１５０℃〜≦２００℃の範囲内、例えば１７０℃の温度は生成物溶液中で８０％を超えるアミン誘導体の比率を導くことができる。≧１５０℃〜≦２００℃の範囲内の温度での反応は、さらに数時間のみを必要とする。２５０℃の温度を超えると副生成物の比率は増大する可能性がある。
【００１８】
使用される水素圧およびイソへキシド対アンモニアの比率の他に、温度因子がイソへキシド類のアミノ化反応に最も大きい影響を示すことが確定されている。調査されているその他のパラメータは、使用された反応時間および撹拌速度であった。≧２４時間〜≦４８時間の範囲内の反応時間は、特に反応の効率および費用効果に関して有利であることが実証されている。２４時間〜４８時間の反応時間の倍加はより大きい比率のアミン生成物を導いたことが確定されている。さらに、≧５００ｒｐｍ〜≦１，０００ｒｐｍの範囲内の撹拌速度が有利であることが実証されている。より迅速な撹拌速度は生成物分布に影響を全く及ぼさなかったことが確定されている。
【００１９】
生物起源のアミン類を工業的に製造するために、本発明による方法が基質溶解液中の水性媒体中または無溶媒で実施できることは特に有利である。好ましくは、水は溶媒として使用できる。これは、有機溶媒の加工処理または費用のかかる廃棄が排除される利点を与えることができる。しかし、有機溶媒、例えばｔｅｒｔ−アミルアルコールも好適な場合がある。しかし、主要な利点は、有機溶媒を使用せずに済む点である。さらに、有機溶媒の使用は生成物分布に影響を全く及ぼさなかったことも確定されている。
【００２０】
好ましい実施形態では、アミノ化は、水溶液中または無溶媒で実施される。詳細には、イソへキシド類のアミノ化が溶媒の非存在下で可能であることも証明することができた。アミノ化は、ジアンヒドロヘキシトールの溶解液中の無溶媒で実施できる。イソへキシド類は、６０℃〜７０℃の範囲内の温度で溶解するため、したがって好ましい反応温度では溶解液として存在する。アンモニアは、例えば反応物質の溶解液に液体形で導入することができる。
【００２１】
水溶液中または無溶媒でアミノ化を実施するステップは、イソへキシドを提供する様々な可能性およびアンモニアの添加を可能にする。好ましい実施形態では、ステップａ）におけるジアンヒドロヘキシトールは、固体形または水溶液で最初に装填される。また別の好ましい実施形態では、アンモニアは気体もしくは液体の形態で、またはアンモニア水溶液として添加される。有利な方法では、それらの組み合わせが可能である。アンモニアは、オートクレーブ内に気体または液体の形態で、例えば定量ポンプを使用して導入することができる。
【００２２】
一例として、ジアンヒドロヘキシトールは、固体形で最初に装填することができ、アンモニアは気体または液体の形態で加えることができる。同等に好ましくは、アンモニア水溶液を使用できる。イソへキシドは、アンモニア水溶液中に溶解させることができる。特に好ましいのは、アンモニア水溶液がアンモニア源としてだけではなく溶媒としても機能することができるため、アンモニア水溶液中でのイソへキシドのアミノ化を実施することである。イソへキシドは、さらにまた水中に溶解させることができ、アンモニアは気体もしくは液体の形態で、または水溶液形で加えることができる。例えば、水はイソへキシドのための溶媒として使用でき、アンモニアは気体または液体の形態で加えることができる。水中で実施され、アンモニアが別個に加えられた実験は、イソへキシドがアンモニア水溶液中に最初に装填された実験と比較して、生成物分布においてごくわずかな差のみを示すことが証明されている。
【００２３】
有用なアンモニア水溶液は、溶液の総重量に基づいて、例えば≧１０重量％〜≦５０重量％の範囲内、好ましくは≧２０重量％〜≦３０重量％の範囲内のアンモニアの様々なアンモニア濃度を有する可能性がある。２５％（ｍ／ｍ）溶液が特に有利であることが実証されている。
【００２４】
さらに、本発明による反応条件下で、溶媒中での分解によりアンモニアを遊離するアンモニア塩を使用することも可能である。好ましいのは、例えば炭酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、塩化アンモニウムまたは硝酸アンモニウムなどのアンモニウム塩である。
【００２５】
アンモニアは、ジアンヒドロヘキシトールのヒドロキシル基に基づいて化学量論量でまたは過剰に使用されてよい。アンモニアは、イソへキシドに基づいて≧２当量（ｅｑ．）〜≦２０当量の範囲内で存在してよい。好ましい実施形態では、ステップｂ）におけるアンモニアは、イソへキシドに基づいて≧５当量〜≦２０当量の範囲内、好ましくは≧１０当量〜≦１６当量の範囲内、好ましくは≧１１当量〜≦１３当量の範囲内で存在する。４当量を超える過剰では、アミン誘導体、特にジアミン類のより優れた収率を達成することができた。アンモニアが例えば２７当量でより大きく過剰では、生成物分布は、アミン類がより大きい収率に向かう影響を受けなかった。イソへキシド類に基づいて特に≧１０当量〜≦１６当量の範囲内、好ましくは≧１１当量〜≦１３当量の範囲内で優れた結果を得ることができる。イソソルビドに比した１１当量のアンモニアは、この場合にはヒドロキシル基に基づいて約５当量に相当する。
【００２６】
イソヘキシドアミン類の製造は、モノアミンとも呼ばれるアミノアルコールが最初に形成され、続いてさらにジアミンへ反応することができる二段の反応ステップで進行すると想定されている。さらに、ジアンヒドロヘキシトール類の触媒アミノ化は、アルコールからケトンへの金属触媒脱水後に無触媒で進行するイミン形成が発生し、引き続いてイミンがジアミン生成物を得るために触媒的に水素化される三段で進行すると想定されている。イミンは、プロキラル中心を形成する。このため、アミン官能の両方の考えられる配置（エンド／エキソ）は、その配置が対応するヒドロキシル基を以前に有していたこととは無関係に形成することができる。この理由から、および両方の二置換および一置換アミン誘導体が形成され得るという事実のために、生成物スペクトルはモノアミン類とも呼ばれる４種のアミノアルコール類、および様々な空間配置を備える３種のジアミン類を含むことができる。さらに、中間体としてのケトンはキラル中心を有し、さらに、出発物質とは無関係に、全３種のイソへキシド異性体を形成できるように、さらに水素化することができる。
【００２７】
４当量の低過剰のアンモニアではモノアミン類の収率のみを確定できたが、１１当量の過剰ではアミン誘導体、特にジアミン類のより優れた収率が確定された。
【００２８】
さらに、生成物分布は、基質に依存してイソへキシド反応物質の選択によって影響を受ける可能性がある。ステップａ）において提供されるジアンヒドロヘキシトールは、好ましくは、イソソルビド、イソマンニド、イソイジドおよび／またはそれらの混合物を含む群から選択される。さらに、出発物質としてのイソマンニドから出発して、イソソルビドを使用した場合より若干多量のアミン誘導体が形成されることも確定することができた。さらに、イソマンニドから出発すると、有意に多量のジアミンが形成された。
【００２９】
まとめると、市販で入手できる不均一系触媒および工業的にスケールアップ可能な条件を使用してイソへキシド類のアミノ化を可能にする方法を提供することができる。Ｒｕ／Ｃが特に好ましく、好ましい温和な反応条件は１７０℃および１０ｂａｒの水素圧である。さらに、アンモニア水溶液中の作業およびイソへキシドに基づき１１当量の過剰が特に有利であることが実証されている。この場合、反応は、２４時間以内で実施することができ、良好な収率が得られる。これらのパラメータは、この反応から工業規模へのスケールアップ、およびさらにそれに結び付いたアミンモノマー類の優れた入手可能性とともに、生成物のさらなる開発および商業化を初めて可能にする。
【００３０】
下記では、本発明を具体的に例示するために役立つ実施例および図面を記載する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、実施例としてのイソソルビドを用いた二段反応ステップでのイソヘキシドアミン類の調製である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１は、イソソルビドまたは１，４：３，６−ジアンヒドロソルビトール１とＮＨ３とを反応させることによって、モノアミンとも呼ばれるアミノアルコール２が最初に形成され、続いてさらにＮＨ３との反応により反応するとジアミン３が得られる。
【００３３】
イソソルビド１のアミノ化は、水素の存在下で水素化触媒を使用する不均一系触媒作用によって発生する。
【００３４】
アミノ化の一般的方法：
これらの実験は、４５ｍＬのオートクレーブ内で実施した。５ｍＬの有機溶媒中または水中での実験は、１ｇ（６．８ｍｍｏｌ）のイソへキシドおよび触媒活性金属種に関して２モル％の触媒（０．１３７ｍｍｏｌの金属種）を用いて実施した。ラネーニッケルを用いた実験は、２０モル％を使用した例外であった。溶媒を使用しない実験では、５ｇのイソへキシド（３４．２ｍｍｏｌ）を使用し、触媒量を適切に調整した。アンモニアは、純粋形をオートクレーブ内意に定量ポンプを使用して液体形で導入するか、または同時に溶媒として機能した２５％（ｍ／ｍ）のアンモニア水溶液を使用した。
【００３５】
各実験において、水素を加圧して圧力値が何れの場合にも室温（２０±２℃）での加圧圧力に一致した後に、オートクレーブを適切な温度に加熱し、加熱相を含めて２４〜４８時間後に反応を停止させた。触媒を反応溶液から濾過して除去し、ガスクロマトグラフィ（ＧＣ）による誘導体化後にサンプルを調査した。
【００３６】
ガスクロマトグラフィ：
生成物溶液はガスクロマトグラフィによって分析した。このため、サンプルはクロロトリメチルシランを使用して最初に誘導体化した。個別生成物は、ガスクロマトグラフィによって分離した。モノアミン類およびジアミン類はさらに、質量分析法（ＧＣ−ＭＳ）と結合したガスクロマトグラフィによって分別した。評価のために、個々の成分の領域を決定して１００％に標準化した。
【実施例】
【００３７】
実施例１
様々な触媒を使用したイソソルビドのアミノ化
様々な触媒を使用するイソソルビドのアミノ化のための実験は、５ｍＬの２５％（ｍ／ｍ）のアンモニア水溶液が使用された一般的方法に記載されたように実施した。アンモニア水溶液は、アンモニア源および１ｇのイソソルビド（６．８ｍｍｏｌ、Ａｌｆａ  Ａｅｓａｒ、９８％）のための溶媒として機能した。使用した５ｍＬの２５％溶液は、イソソルビドに対して１１当量または１つのヒドロキシル基に基づいて５当量のアンモニアに対応した。何れの場合にも、２７７ｍｇのＲｕ／Ｃ（Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）、２７７ｍｇのＲｕ／Ａｌ２Ｏ３、２９２ｍｇのＰｄ／Ｃ、５３５ｍｇのＰｔ／Ｃおよび１８０ｍｇのラネーニッケルのスラリーを加えた。これは何れの場合にも、担持触媒の触媒活性金属種に対して２モル％の触媒（０．１３７ｍｍｏｌ）に対応した。担持触媒の装填量は、何れの場合にも５重量％であった。ラネーニッケルを用いた実験では、２０モル％を使用した。触媒を使用しないブランク実験をコントロールとして実施した。実験は、１７０℃の温度、１１当量のＮＨ３、１０ｂａｒの水素圧、５００ｒｐｍの撹拌速度および２４時間の反応時間で実施した。
【００３８】
白金およびルテニウムは中等度から良好までの活性を示すことが証明された。Ｒｕ／Ｃによって触媒された反応では、約５０％のアミン誘導体が形成された。白金およびルテニウム各々に対して、１％のジアミノイソソルビド、ジアミノイソマンニドおよびジアミノイソイジドまたは１％のこれらのジアミン類の混合物と、１８％または４９％の４種のモノアミン類とが得られた。Ｐｄ／Ｃは、これらに比較するとアミノ化反応において若干低い活性を示し、ラネーニッケルの活性もより低かった。ラネーニッケルは、主として糖アルコールの異性体化を触媒した。触媒を使用しない比較実験では、何れの場合にも５０％未満という極めて微量のイソソルビドの異性体のみが得られた。
【００３９】
実施例２
水素圧を変動させながらのイソソルビドのアミノ化
水素圧が及ぼす影響を調査するために、５ｂａｒ、１０ｂａｒ、１５ｂａｒおよび２５ｂａｒで、およびさらに水素を使用せずに実験を実施した。一般的実験方法に記載したように、５ｍＬの２５％（ｍ／ｍ）のアンモニア水溶液をアンモニア源および１ｇのイソソルビド（６．８ｍｍｏｌ）のための溶媒として使用する実験を実施した。この場合、触媒活性金属種に関しては、２モル％のＲｕ／Ｃ（０．１３７ｍｍｏｌ）を触媒として使用した。実験は、触媒としてのＲｕ／Ｃ、１１当量のＮＨ３、１７０℃の温度、５００ｒｐｍの撹拌速度、２４時間の反応時間ならびに何れの場合にも５ｂａｒ、１０ｂａｒ、１５ｂａｒまたは２５ｂａｒの水素圧を使用して、およびさらに水素を使用せずに実施した。
【００４０】
反応は、水素なしで使用した条件下では進行しないことが証明された。水素圧は、有意量の４４％のモノアミン類を形成するために既に５ｂａｒで十分であることが実証された。１０、１５および２５ｂａｒでの実験結果間でアミン類に関する生成物組成の有意差は観察できなかった。各々５０％、４９％または４７％のモノアミン類の混合物と何れの場合にも＜３％のジアミン類との混合物も得られた。
【００４１】
さらに、圧力が増加するにつれてより多量のイソイジドが形成されることも証明された。イソイジドを得るための異性化反応は、より高い水素圧で実施されると想定される。
【００４２】
実施例３
様々なパラメータを変動させながらのイソソルビドのアミノ化
実験は、一般的実験方法に記載したように実施した。１１当量のＮＨ３に対応する５ｍＬの２５％（ｍ／ｍ）のアンモニア水溶液、１ｇのイソソルビド（６．８ｍｍｏｌ）、触媒としての２モル％のＲｕ／Ｃ（０．１３７ｍｍｏｌ）、１７０℃の温度、５００ｒｐｍの撹拌速度、２４時間の反応時間および１０ｂａｒの水素圧を使用する実験アプローチを標準として設定した。２００℃の温度、４８時間の反応時間、１，０００ｒｐｍの撹拌速度、触媒としての２モル％のＲｕ／Ａｌ２Ｏ３および１６当量のＮＨ３の使用について調査した５回の実験において、何れの場合にも１つのパラメータを変動させて標準からの偏差を調査した。
【００４３】
若干より過剰の１６当量のアンモニアおよびより高速の撹拌速度は、生成物分布に影響を全く及ぼさないことが証明された。反応時間の倍加は、温度の上昇と同様により大きい比率のアミン生成物を生じさせる。温度の上昇は、生成物溶液中のアミン誘導体の比率を８０％超に導きさえする。７９％のモノアミン類および３．４％のジアミン類が得られた。さらに、ルテニウムのための担持物質としてのＡｌ２Ｏ３も良好な結果を示し、このため調査した反応においてＲｕ／Ａｌ２Ｏ３も同様に優れた活性を示すことも証明された。
【００４４】
実施例４
イソマンニドのアミノ化
イソマンニドのアミノ化は、１１当量のＮＨ３に対応する５ｍＬの２５％（ｍ／ｍ）のアンモニア水溶液中の反応物質としての１ｇのイソマンニド（６．８ｍｍｏｌ、Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ、９５％）および触媒としての２モル％のＲｕ／Ｃ（０．１３７ｍｍｏｌ）を１７０℃の温度、５００ｒｐｍの撹拌速度、２４時間の反応時間および１０ｂａｒの水素圧に設定する一般的実験方法に記載したように実施した。比較のために、他の点では同一条件下で１ｇのイソソルビドを反応物質として反応させた。
【００４５】
出発物質としてのイソマンニドから出発すると、５０％のイソソルビドと比較して５９％というやや多量のアミン誘導体が形成された。さらに、好ましくは他の２つのモノアミン類が形成された。イソマンニドから出発すると、イソソルビドを使用した場合に得られた＜１％よりも有意に多量のジアミン類が得られ、生成物混合物中の比率は１６％であった。
【００４６】
さらに、イソマンニドから出発すると、イソソルビドから出発する反応では形成されない空間配置を有するモノアミン類が形成されることが確定された。これはヒドロキシル基の異なる配置または反応性に起因する可能性があることが推定される。エンド配置を備えるヒドロキシル基は、好ましくは脱水され、したがってさらにアミノ化されると思われる。イソマンニド中では両方のヒドロキシル基がエンド配置を有するため、両方のアミノアルコール類中の残りのヒドロキシル基もエンド配置を有するはずである。イソソルビド中ではエンド配置およびエキソ配置の両方のヒドロキシル基があり、上述の理由から、イソソルビド由来のアミノアルコール類中の残りのヒドロキシル基はエキソ配置を有するはずである。このため、イソマンニドから出発すると、有意に多量のジアミン類が形成されると推定される。
【００４７】
実施例５
様々なパラメータを変動させながらのイソマンニドのアミノ化
実験は、一般的実験方法に記載したように実施した。１１当量のＮＨ３に対応する５ｍＬの２５％（ｍ／ｍ）のアンモニア水溶液、１ｇのイソマンニド（６．８ｍｍｏｌ）、触媒としての２モル％のＲｕ／Ｃ（０．１３７ｍｍｏｌ）、１７０℃の温度、５００ｒｐｍの撹拌速度、２４時間の反応時間および１０ｂａｒの水素圧を使用する実験アプローチを標準として設定した。６種の実験の各々においてそれらからの偏差によって１つのパラメータを変化させた。最初に、２バッチでは、２００℃の温度および４８時間の反応時間を調査した。
【００４８】
さらに、実験は溶媒としての水中またはｔｅｒｔ−アミルアルコール中およびさらに無溶媒で実施した。このために、純粋液体アンモニアを計量してオートクレーブ内に入れた。２バッチの５ｍＬの水中の１ｇのイソマンニドを最初に装填し、１３または２７当量の比率にある液体形のアンモニアを定量ポンプによってオートクレーブ内に導入した。また別のバッチでは、５ｍＬのｔｅｒｔ−アミルアルコール中の１ｇのイソマンニドを最初に装填し、液体形のアンモニアをオートクレーブ内に１３当量の比率で導入した。溶媒を使用しない１バッチでは、５ｇのイソマンニド（３４．２ｍｍｏｌ）を使用し、触媒量は適切に調整した。４当量の比率にある同様に液体形のアンモニアを定量ポンプによってオートクレーブ内に導入した。
【００４９】
反応物質としてのイソマンニドを使用した場合にもより長い反応時間およびより高温でアミン誘導体の比率が増加することが確定された。そこで、１７０℃の温度および２４時間の反応時間でのバッチでは５９％のアミン誘導体が得られたが、他方で２００℃では９０％および４８時間の反応時間では７１％が得られた。イソソルビドを使用した反応と同様に、温度因子は最大の影響を及ぼすことを証明した。
【００５０】
溶媒として水を使用し、アンモニアを別個に加えた実験は、アンモニア水溶液を使用する場合と比較してごくわずかな差のみを示した。アンモニア水溶液中で１１〜１３当量の類似のアンモニア過剰では、アミン誘導体の比率は若干低かった。さらに、モノアミン類のうちの２つは形成されないことも確定された。同様に１１当量に比較して２７当量というより大きく過剰のアンモニアは、生成物分布に顕著な影響を及ぼさなかった。有機溶媒へ切り換えてもｔｅｒｔ−アミルアルコールが生成物分布に顕著な影響を及ぼさないことも証明された。
【００５１】
さらに、溶媒を使用しないイソマンニドのアミノ化も同様にアミン誘導体の形成を示した。これは、イソマンニドの無溶媒アミノ化も可能であることを示している。ここで、約４当量におけるこの実験では、比較のために使用した１１当量より大幅に低いごくわずかに過剰のアンモニアは、より低い収率のもっぱらモノアミン類であるアミン誘導体を生じさせた。
【００５２】
まとめると、これらの実施例は、生物起源のアルコール類であるイソソルビドおよびイソマンニドからそれらのアミン誘導体への変換が、水溶液中の水素の存在下および無溶媒でさえ、水素化触媒を使用する不均一系触媒作用によって達成できたことを証明している。市販で入手できる不均一系触媒Ｒｕ／Ｃを使用すると、この反応の工業規模へのスケールアップを初めて可能にする１７０℃および１０ｂａｒの水素の温和な反応条件を達成することができた。
【図１】
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