(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記式（１）
【化１】
0006665600.tif 000009
［式中、Ｒ１〜Ｒ８は各々独立して、水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、水酸基、ヒドロキシメチル基、又は炭素数１〜４のアルコキシ基を表す。また、Ｘは窒素原子を表し、Ｙは水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、水酸基、又は炭素数１〜４のヒドロキシアルキル基を表す。］
で示される化合物から下記式（２）
【化２】
0006665600.tif 000010
［式中、Ｒ１〜Ｒ８、Ｘ、Ｙは前記と同じ定義である。］
で示される化合物を製造する方法において、無機担体とアルカリ金属リン酸塩、さらにアルカリ土類金属水酸化物及び／又はヒドロキシアパタイトを無機担体に対し１．５重量％以上１５重量％未満含む触媒を用いることを特徴とする二環式アミン化合物の製造方法。
【請求項２】
式（１）及び（２）において、Ｙが水素原子又はヒドロキシメチル基であることを特徴とする請求項１に記載の二環式アミン化合物の製造方法。
【請求項３】
式（１）及び式（２）において、Ｒ１〜Ｒ８が各々独立して、水素原子、メチル基、エチル基、イソプロピル基、又はヒドロキシメチル基を表す（ただし、Ｒ１〜Ｒ８が全て同じ置換基になることはない。）ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の二環式アミン化合物の製造方法。
【請求項４】
アルカリ土類金属水酸化物が、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウムの群から選ばれる少なくとも１種以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の二環式アミン化合物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二環式アミン化合物の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二環式アミン化合物は、例えば、医農薬中間体、有機合成用触媒、化学吸着剤、抗菌剤等に有用な化合物として知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
二環式アミン化合物の製造方法として、本願出願人は、下記式
【０００４】
【化１】
0006665600.tif 000002
【０００５】
［式中、Ｒ１〜Ｒ８は各々独立して、水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、水酸基、ヒドロキシメチル基、又は炭素数１〜４のアルコキシ基を表す。また、Ｘは炭素原子又は窒素原子を表し、Ｙは水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、水酸基、又は炭素数１〜４のヒドロキシアルキル基を表す。］
で示される化合物を固体触媒存在下、気相中で分子内脱水させ、下記式
【０００６】
【化２】
0006665600.tif 000003
【０００７】
［式中、Ｒ１〜Ｒ８、Ｘ、Ｙは前記と同じ定義である。］
で示される化合物を製造する方法において、上記固体触媒として下記式
ＡａＭｂＰｃＯｄ
［式中、ＡはＳｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｔｉ及びＺｒからなる群より選ばれる１種又は２種以上の元素を表し、Ｍはアルカリ金属元素を表し、Ｐはリンを表し、Ｏは酸素を表す。添字ａ〜ｄは各元素のモル数を表し、ｂ／ａ＝０．００１〜０．３（モル比）、ｃ／ａ＝０．００１〜０．３（モル比）であって、ｄは各原子の結合状態によって任意に取り得る値を表す。ただし、Ａが２種以上の元素を表す場合には、添字ａはそのモル数が最も大きい元素のモル数を表す。］
で示される無機酸化物の存在下、気相中で分子内環化させて、二環式アミン化合物を製造する方法を既に特許出願している（特許文献２参照）。
【０００８】
特許文献２には、気相反応による製造方法が開示されており、特定の固体触媒を使用することにより、タール成分が低減できることが記載されている。しかしながら、タールを含む副生物は収率換算で２０％以上生成しており、工業的に利用する上では配管の閉塞や廃棄物が多くなるなど未だ改善は不十分であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−０３７３２５公報
【特許文献２】特開２０１２−１４９０４８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、二環式アミンの製造時に、副生物の生成を抑制し、二環式アミン化合物の安定的な製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、無機担体とアルカリ金属リン酸塩からなる触媒に、アルカリ土類金属元素及び／又はヒドロキシアパタイトを含有させることによって、上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下に示すとおりの二環式アミン化合物の製造方法である。
【００１２】
［１］下記式（１）
【００１３】
【化３】
0006665600.tif 000004
【００１４】
［式中、Ｒ１〜Ｒ８は各々独立して、水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、水酸基、ヒドロキシメチル基、又は炭素数１〜４のアルコキシ基を表す。また、Ｘは炭素原子又は窒素原子を表し、Ｙは水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、水酸基、又は炭素数１〜４のヒドロキシアルキル基を表す。］
で示される化合物から下記式（２）
【００１５】
【化４】
0006665600.tif 000005
【００１６】
［式中、Ｒ１〜Ｒ８、Ｘ、Ｙは前記と同じ定義である。］
で示される化合物を製造する方法において、無機担体とアルカリ金属リン酸塩、さらにアルカリ土類金属水酸化物及び／又はヒドロキシアパタイトを無機担体に対し１．５重量％以上１５重量％未満含む触媒を用いることを特徴とする二環式アミン化合物の製造方法。
【００１７】
［２］式（１）及び（２）において、Ｙが水素原子又はヒドロキシメチル基であることを特徴とする上記［１］に記載の二環式アミン化合物の製造方法。
【００１８】
［３］式（１）及び（２）において、Ｘが窒素原子であることを特徴とする上記［１］又は上記［２］に記載の二環式アミン化合物の製造方法。
【００１９】
［４］式（１）及び式（２）において、Ｒ１〜Ｒ８が各々独立して、水素原子、メチル基、エチル基、イソプロピル基、又はヒドロキシメチル基を表す（ただし、Ｒ１〜Ｒ８が全て同じ置換基になることはない。）ことを特徴とする上記［１］乃至［３］のいずれかに記載の二環式アミン化合物の製造方法。
【００２０】
［５］アルカリ土類金属水酸化物が、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウムの群から選ばれる少なくとも１種以上であることを特徴とする上記［１］乃至［４］のいずれかに記載の二環式アミン化合物の製造方法。
【００２１】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００２２】
本発明は、上記式（１）で示されるヒドロキシル基含有環状アミン化合物を、固体触媒の存在下、気相中で分子内脱水させて、上記式（２）で示される二環式アミン化合物を得ることをその特徴とする。
【００２３】
本発明において、上記式（１）における、Ｘは炭素原子又は窒素原子を表し、Ｙは水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、水酸基、又は炭素数１〜４のヒドロキシアルキル基を表す。
【００２４】
本発明において、上記式（１）における、置換基Ｒ１〜Ｒ８は各々独立して、水素原子、炭素数１〜４のアルキル基、水酸基、ヒドロキシメチル基、又は炭素数１〜４のアルコキシ基を表す。
【００２５】
本発明において、上記式（１）で示される化合物のうち、Ｘが炭素原子である化合物の具体例としては、例えば、以下の化合物（例示化合物番号１〜６）を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２６】
【化５】
0006665600.tif 000006
【００２７】
また、上記式（２）で示される二環式アミン化合物のうち、Ｘが炭素原子である化合物の具体例としては、例えば、以下の化合物（例示化合物番号７〜１０）を挙げることができるが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００２８】
【化６】
0006665600.tif 000007
【００２９】
次に、固体触媒を用いる本発明のヒドロキシル基含有環状アミン化合物の分子内脱水反応について説明する。
【００３０】
本発明における固体触媒は、特に限定するものではないが、無機担体とアルカリ金属リン酸塩、さらにアルカリ土類金属水酸化物及び／又はヒドロキシアパタイトを無機担体に対し１．５重量％以上１５重量％未満含む触媒が挙げられる。
【００３１】
無機担体としては、例えば、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、アルミノシリケート、ゼオライト、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム等の無機酸化物が用いられる。
【００３２】
触媒成分としては、アルカリ金属リン酸塩が挙げられ、アルカリ土類金属リン酸塩をさらに含有することが好ましい。
【００３３】
アルカリ金属リン酸塩は、アルカリ金属の酸化物、水酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩等と、リン酸、縮合リン酸、ホスホン酸、ホスフィン酸、ホスフィンオキサイド等を混合させることで得られる。
【００３４】
アルカリ金属元素としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムが例示できる。
【００３５】
また、アルカリ土類金属リン酸塩を用いても良く、アルカリ土類金属として、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムが例示できる。
【００３６】
アルカリ金属リン酸塩のリン／アルカリ金属比は、モル比で０．１〜１．５、好ましくは０．２〜１．０の範囲である。
【００３７】
無機担体に対するアルカリ金属リン酸塩の担持量は、アルカリ金属リン酸塩／無機担体の重量比で０．１〜１．０、好ましくは０．２〜０．７の範囲である。
【００３８】
さらに、本発明において、タールなどの反応副生物を低減させるためには、固体触媒にアルカリ土類金属水酸化物及び／又はヒドロキシアパタイトの含有が必須である。アルカリ土類金属水酸化物として、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウムが例示でき、類似のヒドロキシアパタイトについても同様の効果が得られる。アルカリ土類金属水酸化物の紛体物性については、少量で高い効果を得るには、比表面積の高いものを用いることが好ましい。
【００３９】
本発明における、固体触媒の調製方法は、特に限定するものではなく、一般的に行われる調製方法が利用できる。具体的には、上記の固体触媒の原料を水又は有機溶媒に溶解又は分散させて、攪拌、加熱、濃縮、乾燥等の工程後、成型し、さらに焼成を経て固体触媒とする方法等が例示される。
【００４０】
固体触媒の焼成温度としては、特に限定するものではないが、通常３００〜１１００℃の範囲であり、好ましくは４００〜７００℃の範囲である。この範囲とすることで、固体触媒の酸塩基強度や比表面積等の物性を調整させ、最適な触媒特性を得ることができる。
【００４１】
また、固体触媒の焼成は、特に限定されるものではないが、空気又は窒素雰囲気下で行えば良い。
【００４２】
本発明に用いる固体触媒は、上記により得られる無機担体とアルカリ金属リン酸塩と、アルカリ土類金属水酸化物及び／又はヒドロキシアパタイトとの混合物であることが必須である。これらの添加方法や順序については特に限定されず、触媒成分としてアルカリ土類金属水酸化物を添加し担体へ担持する方法、予め担体にアルカリ土類金属水酸化物を担持した後に他の触媒成分を担持する方法、担体に触媒成分を担持させた後にアルカリ土類金属水酸化物を担持する方法などを用いることができる。アルカリ土類金属水酸化物及び／又はヒドロキシアパタイトの含有量は、無機担体に対して１．５重量％以上、１５重量％未満が必須であり、１．５重量％未満の場合、副生物の低減に十分な効果が得られず、１５重量％以上の場合、無機担体とアルカリ金属リン酸塩の含有割合が低下し、触媒活性を低下させるため目的の性能が得られない。また、各添加法における過程で、密着性を向上させるなどの目的で焼成しても良い。
【００４３】
本発明の分子内脱水反応方法は、固定床流通式の気相反応が好ましく用いられ、本発明の反応生成物は、二環式アミンとピペラジンが主成分として得られる。
【００４４】
本発明における副生物とは、タールなどの高沸点の縮合物や、低沸点の分解物を示し、二環式アミン及びピペラジンを除いた成分を示す。
【発明の効果】
【００４５】
本発明の製造方法は、固体触媒中にアルカリ土類金属水酸化物及び／又はヒドロキシアパタイトを含むことにより、タールなどの反応副生物を低減し、二環式アミン化合物を工業的に連続的かつ安定的に製造することができるものである。
【実施例】
【００４６】
本発明を以下の実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４７】
実施例１
（触媒調製）
８５％リン酸３．１５ｇを純水１００ｍｌに溶解後、炭酸セシウム６．４ｇを加えた水溶液に、水酸化カルシウム（特級試薬）を０．５ｇ加え分散させた。次いで、無機担体として市販の酸化アルミニウム（住友化学製）２０．０ｇを加え、エバポレーターを用いて蒸発乾固させ、無機担体とアルカリ金属リン酸塩（Ｐ／Ｃｓモル比＝０．７）と水酸化カルシウムの混合物からなる固体触媒を得た。
（気相反応）
反応原料として、例示化合物６［Ｎ−（２，３−ジヒドロキシプロピル）ピペラジン］を水に溶解させ、１１．２５重量％水溶液を調製した。直径１５ｍｍの石英反応管に、固体触媒を２０ｍｌ、その上下部にそれぞれ長さ２３ｃｍなるように、セラミックス製ラシヒリング（直径３ｍｍ×長さ３ｍｍ×厚み１ｍｍ）を充填した。触媒層の温度を４００℃に保持し、上部より、上記調製した例示化合物６を含む原料を０．３ｇ／分の速度で２４時間滴下した。得られた反応混合ガスをコンデンサーで冷却し、反応液をガスクロマトグラフィーで定量分析した。例示化合物１０に示す二環式アミン（ヒドロキシメチルトリエチレンジアミン）とピペラジンの合計収率及び副生物収率を以下の式により求め、表１に示した。
【００４８】
副生物収率［％］＝１００−（二環式アミン＋ピペラジンのモル収率［％］）
実施例２〜４
（触媒調製）
アルカリ土類金属水酸化物の種類及び添加量を変化させた以外は、実施例１と同様の方法によって、無機担体とアルカリ金属リン酸塩とアルカリ土類金属水酸化物との混合物からなる固体触媒を得た。
（気相反応）
原料に用いた例示化合物を変更した以外は、実施例１の気相反応方法を用いて二環式アミンとピペラジンの合計収率及び副生物収率を求め、表１に示した。
【００４９】
実施例５
（ヒドロキシアパタイトの調製）
４８．５ｇの水酸化バリウム（特級試薬）を２８０ｇの純水に分散させたスラリーに、２２．５ｇのリン酸水素二アンモニウム（特級試薬）を１７０ｇの純水に溶解させた水溶液を撹拌下１時間かけて滴下した。滴下後、撹拌下一晩熟成させた後、濾過、洗浄しバリウム型ヒドロキシアパタイト（Ｂａ−Ｈａｐ）を合成した。
（触媒調製）
８５％リン酸３．１５ｇを純水１００ｍｌに溶解後、炭酸セシウム６．４ｇを加えた水溶液に、無機担体として市販の酸化アルミニウム（住友化学製）２０．０ｇを加えた後、エバポレーターを用いて蒸発乾固させ、無機担体とアルカリ金属リン酸塩（Ｐ／Ｃｓモル比＝０．７）からなる固体触媒を得た。
【００５０】
次いで、メタノール１００ｍｌに２ｇのＢａ−Ｈａｐを分散させ、上記固体触媒を加えた後、エバポレーターを用いて蒸発乾固させ、無機担体とアルカリ金属リン酸塩とヒドロキシアパタイトの混合物からなる固体触媒を得た。
（気相反応）
実施例１の気相反応方法を用いて二環式アミンとピペラジンの合計収率及び副生物収率を求め、表１に示した。
【００５１】
比較例１
（触媒調製）
８５％リン酸３．１５ｇを純水１００ｍｌに溶解後、炭酸セシウム６．４ｇを加えた水溶液に、無機担体として市販の酸化アルミニウム（住友化学製）２０．０ｇを加えた後、エバポレーターを用いて蒸発乾固させ、無機担体とアルカリ金属リン酸塩（Ｐ／Ｃｓモル比＝０．７）からなる固体触媒を得た。
（気相反応）
実施例１の気相反応方法を用いて二環式アミンとピペラジンの合計収率及び副生物収率を求め、表１に示した。
【００５２】
比較例２
（触媒調製）
アルカリ土類金属水酸化物の添加量を変化させた以外は、実施例１と同様の方法によって、無機担体とアルカリ金属リン酸塩とアルカリ土類金属水酸化物との混合物からなる固体触媒を得た。
（気相反応）
実施例１の気相反応方法を用いて二環式アミンとピペラジンの合計収率及び副生物収率を求め、表１に示した。
【００５３】
比較例３〜４
（触媒調製）
アルカリ土類金属水酸化物をアルカリ土類金属炭酸塩に変更した以外は、実施例１と同様の方法によって、無機担体とアルカリ金属リン酸塩とアルカリ土類金属炭酸塩との混合物からなる固体触媒を得た。
（気相反応）
原料に用いた例示化合物を変更した以外は、実施例１の気相反応方法を用いて二環式アミンとピペラジンの合計収率及び副生物収率を求め、表１に示した。
【００５４】
【表１】
0006665600.tif 000008
表１の結果から、無機担体とアルカリ金属リン酸塩にアルカリ土類金属水酸化物又はヒドロキシアパタイトを含有させることによって、副生物の生成が抑制されていることが示される。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、例えば、医農薬中間体、有機合成用触媒、化学吸着剤、抗菌剤等に有用な化合物として知られている二環式アミン化合物の製造方法として利用される可能性を有する。