JPS59161367A - ピペリジンの製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 技術分野 本発明は、フルフリルアミン（ＦＡＭ）および（又は）
テトラノ゛イドロフルフリルアミン（＋ＨＦＡＭ）の液
相接触水素化によってピペリジンを製造する方法に関す
る。さらに具体的には、本発明は、使用触媒の種類およ
び水素化態様に特色を有するピペリジンの製法に関する
ものである○ピペリジンは、医薬、農薬又はゴム薬など
の原料として有用な化合物である０ 先行技術 ピペリジンの製造法としてはピリジンを水素化して得る
方法が良く知られているが、ピリジンが比較的高価であ
るところからピリジン以外の原料を用すた製法が多数提
案されて来た。例えは、／。

！−ペンタンジアミンの脱アンモニア項化反応によるも
の、テトラハイドロビラン、／、！−ベンタンジオール
もしくは、テトラン１イドロフルフリルアルコールなど
のそれぞれアンモノリシス反応によるもの、ＦＡＭもし
くは≠ＨＦＡＭの水素化反応によるものなどがあるが、
これらは原料が入手しに（Ｌｆ−とと、高温であること
、収率が低いことあるいはプロセスが複雑で経済的でな
いことなどの理由でいずれも工業的方法とはなり得てい
ない。これらの中で、ＦＡＭもしくはｕＨＦＡＭの水素
化反応による方法は、ＦＡＭが農産物から大量に製造さ
れているフルフラールから還元的アンモノリシスで、さ
らに≠ＨＦＡＭはそのＦＡＭの水素化で、いずれも高収
率で得られることから、これらを原料としてピペリジン
を高収率で得る方法が確立されれば秀れた工業的製法と
なシ得る。

米特許２２．２乙！；、２０／号明細書によれば、ＦＡ
Ｍに液体アンモニアを加えてさらに原料の７０分のノ重
量のコバルト触媒を用いて１．２！；Ｏ”Ｃ１−２００
気圧で７０時間の回分水素化反応でピペリジンが「好収
率」（数値は記載されていない）で得られるとされて層
る。’ＡＨＦＡＭｉも、−酸化炭素をさらに加える外は
ＦＡＭの場合と同様にしてピペリジンが「好収率」で得
られるとされている。さらに、高温、高圧の条件下でや
はりアンモニアを添加した系で銅クロマイト触媒やニッ
ケル触媒でもピペリジンが「好収率」で得られるとされ
ている。実論例では示されていないが白金触媒でも良く
、一方これも実ハ例では示されていないが液相反応では
メタノール葦たはシクロヘキサンのような不活性溶媒の
使用が有利であるとされて込る。

その後、アンモニアを添加することなくＦＡＭを１００
気圧以上の圧力の下で触媒としてラネーニッケルを用い
てりφのピペリジン収率を得た例〔Ｊ、　人ｍ、　Ｃｈ
ｅｒｎ、　　Ｓｏｃ、　　　第６７巻、第２りＪＮ（／
９ｐｇ〕、銅クロマイト触媒で／／係収率を得た例［Ａ
ｃｔａＣｈｅｍ、　５ｃａｎｄ、第２０巻、第ｊり７頁
（ｌり４乙）〕が報告されている。

以上の通り、従来技術は工業的にはきびしい条件を必要
とすることないしは目的物があ壕りに低収率であること
から、Ｆ’ＡＭおよび（１，たは）グＨＦＡＭの接触水
素化は工業的実施の域に達していなかったということが
できる。

発明の概要 要旨 本発明は上記の点に解決を与えることを目的とし、特定
の触媒の使用および特定の水素化態様の採用によってこ
の目的を達成しようとするものである。

従って、本発明によるピペリジンの製造法は、フルフリ
ルアミンおよびテトラノ・イドロフルフリルアミンから
なる群から選ばれた原料アミンを液相接触水素化するこ
とからなり、使用する触媒がコバルト基のものであると
とならびに水素化すべき原料アミンが有機溶媒によって
希釈された状態にあること、を特徴とするものである。

効果 コバルト基触媒を使用して有機溶媒で希釈された状態で
接触水素化を行なうことによって、アンモニアを添加し
なくても温和な条件（特に１．２！。

℃以下および１００気圧以下）で高収率でピペリジンが
得られる。

コバルト触媒を使用する前記先行技術ではアンモニアの
存在が要件となっており、葦だ反応機構上も原料アミン
の脱アンモニア防止の観点からアンモニアの存在は必須
であると解されるから、そのようなアンモニアを有機溶
媒に代えることによって温和な条件下で高収率でピペリ
ジンが得られたとｊうことは思層がけなかったことと−
うべきである。

本水素化反応では、ＦＡＭもしくは≠ＨＦＡＭの水素化
によって葦ずフラン環の酸素−炭素結合が切断されて開
環後、分子内脱水によって窒素を含む乙員項であるピペ
リジンが形成されるのであるが、原料および生成物はい
ずれも重合など好ましくなり反応の反応性が高い。葦だ
、フラン環の夕の位置の炭素と酸素との間で切断が起き
るとおそらく２．ｊ−ジグロビルピベラジンやｎ　−７
ミルアミンになってピペリジンの生成は期待できない。

さらに、水素化反応では生成したピペリジンの炭素−窒
素間が切断されて開環重合やｎ−アミルアミン生成など
の好ましくない反応が起りやすい。特に、ｎ−アミルア
ミンはピペリジンと沸点で２℃の差しかなくてその分離
には複雑な処理が必要となるので、工業的には実質上副
生じない系が望１れる。

これら副反応を抑制してピペリジンに層たる主反応のみ
を促進するた１めには、触媒の種類と共に、溶媒、圧力
、温度あるｂは反応時間などの因子が有効に組合わされ
る必要がある。特に、触媒と溶媒の組合せは基本的に重
要な役割を果す。

本発明者らは、甘ずラネーコバルト触媒を使用して、比
較例１で示したように圧力を／３夕気圧にした外は前述
の米特許λ、、２ｔ！、２０／号明細書の実施例−と同
様にして反応を行なった。その結果、ＦＡＭの転換率は
タタ、り係であったがピペリジンの収率はわずか、２．
２％にすぎず、大部分は高沸点物類になっていた。次に
、同明細書ではメタノールが溶媒として有効であると記
載されているので、比較例１で示したようにメタノール
を加えて同様に反応を行なったが、ピペリジンの収率は
さらに低謁結果が得られたにすぎなかった。

このような状況にお層て、アンモニアの代りに有機溶媒
を希釈剤としたところ前記のような効果が得られること
が判明したのであるが、この結果はコバルト触媒のみに
特徴的である。すなわち、水素化触媒としてよく知られ
ているニッケル（比較例≠）、銅クロアイト（比較例り
、白金（比較例ｔ）、パラジウム（比較例７）、ロジウ
ム（比較例ｇ）およびルテニウム（比較例り）の使用で
は全く無効かもしくは低収率であって、コノ（ルト触媒
のみが圧倒的に勝れている０そして、コノ（ルト触媒を
用いると、ｎ−アミルアミンの副生は極めて低く抑制さ
れる。

触媒 本発明で使用する触媒は、コバルト基のものである。と
こで「コバルト基触媒」とは、水素化活性の少なくとも
主要部分をコバルトに負っている触媒を意味し、コバル
ト等金属触媒に慣用されているところに従って少量のプ
ロモーターないし助触媒を含有するものをも包含するも
のである○好ましい助触媒の一例は、レニウムである。

本発明で使用するのに好ましｂコバルト基触媒の一具体
例は、ラネーコバルトである○ラネーコバルトは、常法
に従って、水溶液中でアルカリ展開する。展開後は、ケ
ルカリイオンが検出されなくなるまで洗浄し、その後、
水素化反応に用いる溶媒で水を押し出してから使用に供
する。水素化反応用溶媒が水と相溶性のないものである
場合には、メタノールまたはジオキサンなどの水に溶け
かつ親油性を兼ねる溶媒で因ったん水を押し出したのち
、目的の溶媒でさらに押し出せば良層。ラネーコバルト
は助触媒金属、たとえばマンカン、鉄、ニッケル、銅、
モリブデン、タングステン、レニウム、２０゛ム等ヲ含
んでｂてもよい。好ましいそれぞれの金属含量は、コバ
ルトに対して金属０．０〕〜０．３（原子比）程度であ
る。

本発明で好甘し込コバルト基触媒の他の一群は、還元コ
バルトである。還元コバルトは、通常、塩基性炭酸コバ
ルト、炭酸コバルト、水酸化コバルトもしくは硝酸コバ
ルトなど分解によって共存する官能基がガスになって除
かれるようなコバルト塩を分解して得られる酸化コバル
トを、水素などの還元ガスの気流中で加熱することで得
られる。

還元コバルトは、担体付きとして得ることができる０担
体付コバルトは、コバルト塩を造る時に担体を共存させ
るか、あるいは担体を塩または酸化コバルトと混合した
後に還元処理を施すことで得られる。担体としては、ケ
イソウ土、シリカ、アルミナ、ジルコニアおよびマグネ
シアなどが好ましい。必要であれば成型しても良い○還
元コバルトは、助触媒を含むものであってもよい。助触
媒としてレニウムを含むコバルト触媒は、前記のような
コバルト塩を造る際にレニウム化合物を共沈させるか、
あるいはコバルトの塩または酸化コバルトとレニウム化
合物とを混合した後に還元処理することで得られる。レ
ニウム化合物としては、通常、過レニウム酸、過レニウ
ム酸アンモニウムなどが好まし−Ｏ好ましいレニウム含
量は、コバルトに対して０．０ノ〜０．３（原子比）程
度である。

上記の触媒製造の場合の還元は、通常、水素気流中で／
ｊｆＯ〜ＳＯＯ°Ｃ１好壕しくは２００〜３０θ℃、の
温度で実施される。還元後は、空気を遮断した状態で使
用される。反応溶媒に含浸させて空気を遮断する方法は
、簡便で便利である。必要であれは、還元生成物を不活
性ガス中で徐々に空気や炭酸ガスなどと接触させてｂわ
ゆる安定化処理を行なって、空気中に発火することなく
取出せる状態にしても良ＩＡ。

有機溶媒 使用される溶媒の量は、すくないとその効果が充分に発
揮されたー。一方、極端に多すぎても、不経済であった
）、反応速度が不都合なほど低下するなどの障害が生ず
る。

原料の使用量に対して重量で０，１〜５０倍量、奸才し
くは０１５〜３０倍量、が適当である。

本発明による溶媒使用の効果は、不活性有機溶媒につい
て一般的に認められる。しかし、奏される効果の程度は
、使用する溶媒の種類によって異なる。この事実は、有
機溶媒は単なる希釈剤としてのみ挙動するものではない
ことを示唆するものである。すなわち、例えば、炭素数
が同じｔコのｎ−ヘキサンとシクロヘキサンの場合、前
者に比べ後者の添加効果は、はるかに秀れていた（実施
例≠と実施例乙）。本発明で特に効果ある溶媒としては
、環状炭化水素化合物、含酸素化合物および含窒素化合
物が挙げられる。

環状炭化水素化合物としては、炭素数５以上の、シクロ
ペンタン、シクロヘキサン、シクロオクタン、シクロデ
カン、シクロドデカンなどの単環化合物、およびデカリ
ン、飽和アントラセンなどの多環化合物がある。

含酸素化合物としては、第三級アルコール類（特ニ飽和
アルコール）およびエーテル類があり、例えば前者では
、第三ブチルアルコール、コータチル−１−ブタノール
、および！−メチルー１−ヘキサノールなどがある。

エーテル類では、先ず、ジエチルエーテル、ジプロピル
エーテル、ジブチルエーテル、シアミルエーテル、ジイ
ソアミルエーテルなどがある０ジアルキルエーテル類で
は、２個のアルキル基は異なっていてもよく、壕だそれ
ぞれ分枝して層ても真因。エーテル類にはグリコールの
ジアルキルエーテル類も包含されるが、モノグリコール
ジアルキルでは、グリコール部分は炭素数２〜≠、アル
キル基の炭素数は／−１、のものが好ましい（炭素数３
以上のアルキル基は分枝していても良い）。

さらに、エーテル類の一群としてのポリエチレンクＩＪ
コ〜ルのジアルキルエーテル類では、アルキル基は前記
のものと同じものであり、連結してしるエトキシ基数は
λ〜乙、好壕しくは２〜≠、である。エーテル類は環状
エーテルでもよく、ジオキサンおよびテトラハイドロフ
ランは奸才し層溶媒である。

含窒素化合物では、第三吸アミン類（特に、飽和アミン
）が好ましい。例えば、トリメチルアミン、トリエチル
アミンなどがある。Ｎに置換しているアルキル基は互い
に異なって因でも良いし、板状イミンのＮ−アルキル置
換したもの、例えばＮ−ペンチルピペリジンなどは好ま
しい溶媒である。ＩＪＯ中にエーテル結合が存在してい
ても良し。

例えば、Ｎ−アルキル置換モルホリンなどがある。

水素化反応条件 使用触媒および溶媒の種類以外の水素化反応条件は、液
相水素化反応に合目的的な任意のものであシうる。

反応温度は、１００−≠Ｏｏ″Ｃ程度、好壕しくば／夕
０〜３００°Ｃ８度である。

反応圧力は、！〜ＸＯＯ気圧程度、好ましくは１０〜／
３０気圧程度である。

触媒の使用量は、原料の使用量に対して重量で０．００
／　〜０．！倍量、好才しくは０，０／〜０．３倍量、
が適当である。

反応は、連続式にも、回分式にも、実施するととができ
る。

原料アミンは、フルフリルアミンおよびテトラハイドロ
フルフリルアミンのそれぞれ一方だけでも、両者の混合
物であってもよい。

実験例 実施例−ノ ラネーコバルト合金（Ｃｏ　：ＡＪｊ　＝／　：　／　
）グｇを、３％ＮａＯＨ水溶液、ＩＪ　Ｍ中に攪拌しな
がら室温下で著しし５発熱がみられないように徐々に加
えた後、５０°Ｃに加熱し、１時間後にデカンテーショ
ンを行ない、更に／ｌ）Ｏｍｌの温水でデカンテーショ
ン洗浄を♂回〈シかえした。得られたラネーコバルト触
媒をジオキサン１００ｍ１でｇ回洗浄した。

５ｏｃｃの攪拌機付オートクレーブにとのラネーコバル
ト触媒０，２，９、溶媒としてジオキサン／ｌｒ、２ｊ
？およびテトラハイドロフルフリルアミン、２．０９を
仕込み、水素を尋人して、反応温ｇ　、２／　０　’Ｃ
、反応圧力６０縁廓２、および攪拌速度１０００　ｒｐ
ｍで７時間反応を行なった。オートクレーブを冷却後、
反応物は触媒とｆ４別して、ガスクロマトグラフで分析
した。その結果を表−／に示す。

実施例−，２〜３ ラネーコバルト−マンガン合金（Ｃｏ　：　Ｍｎ　：　
Ａｌ’。

−３０：　３．Ｊ−：６乙、ｊ）〔実）面倒−１〕、ラ
ネーコバル１゛−鉄合金（Ｃｏ　：Ｆｅ　：Ａｊ＝４７
．乙：、２．１１：３０）〔実施例−３つを使用するこ
と以外は実施例−）と同様に処理し同一条件下で反応を
行なって表−ノに示す結果を得た。

実施例−≠ 硝酸コバルト（Ｃｏ　（ＮＯ３）２　’乙Ｈ２０）　／
ｓｏ　、！９を／７Ｊ−ｍｌの蒸留水に溶かした水溶液
に、亜炭Ｄアンモニウム（ＮＨ１１ＨＣＯ３）　　／り
／　ｇを乙５０　ｍｌの蒸留水に溶かした水溶液を１．
２０〜２２℃に保ちながら１時間にわたって攪拌状態で
滴下し、得られる塩基性炭酸コバルトの沈殿を沢過し、
蒸留水で充分洗浄して、塩基性炭酸コバルト塩ケーキ（
Ｃｏ含有率９′、Ｏり重量係）を得る。このケーキを１
００〜／１０°Ｃで／、２時間乾燥させた後、粉砕する
。得られた粉末をｉ、ｔｓｏ℃でノ時間、空気気流中で
処理した後、３００℃で２時間、水素気流中で還元処理
を行なう。

得られたコバルト触媒を、反応に供する溶媒中に空気遮
断下に分散させて保存する。

このようにして得られた触媒を用い、テトラハイドロフ
ルフリルアミンを原料として実施例１と同一条件下で反
応を行なって、表−／に示す結果を得た。

実施例−３− 塩基性炭酸コバルト塩ケーキ／乙ｊ、９（Ｃｏとして／
Ｓ〃を含む）に過Ｖニウム酸アンモニウム（ＮＨｕＲｅ
Ｏ＋１　）　／、９１９を水溶液の形態で加え、充分に
混練した後、ざＯ′Ｃ前後に加温しなから混練乾燥する
こと以外は実施例−≠と同様に処理して、コバルト−レ
ニウム触媒（Ｒｅ／Ｃｏ＝０．０３原子比）を得た。と
の触媒を用い、反応時間をｌＳ分間にすること以外は実
茄例−ノと同一条件下で反応を行なって、表−／に示す
結果を得た○ 実施例−乙〜／／ 溶媒として、ｎ−へキサン（実施例−４）、コ。

ｌ、弘−トリメチルペンタン（実施例−７）、ンクロヘ
キザン（実施例−ｇ）、デカリン（実施例−９′）、ジ
イソプロピルエーテル（実施例〜１０）およびＮ−メチ
ルモルフォリン（実施例−／／）をそれぞれ使用するこ
と以外は実施例−ノと同−条件下で反応を行なって、表
−二に示す結果を得た。

実施例−７，２〜／を 溶媒として、第三ブチルアルコール（実施例−７，２）
、エチレングリコールジメチルニーデル（七ツクライム
）（実施例−／３）、ジェチＶングリコールジメチルエ
ーテル（ジグライム）（実施例−／な）、トリエチルア
ミン（実施例−／ｊ）およびＮ−ペンチルピペリジン（
実施例−／Ａ　）をそれぞれ使用すること以外は実施例
−ｊと同一条件下で反応を行なって、表−ノに示す結果
を得た。

実施例−／７ 原料としてフルフリルアミンを使用すること以外は実施
例−≠と同−条件下で反応を行なって、表−３に示す結
果を得た。

実施例−ノｇ 反応温度／２０°Ｃオ、Ｊ：　Ｕ反応圧力５０に９／／
Ｃｍ２で、ｙ、ｏ。

分間反応を行ない、さらに反応温度を、２ＩＯ’Ｃおよ
び反応圧力を１０に９／Ｃ＋ｎ２に上げて１０分間反応
させること以外は実施例−１７と同一条件下で反応を行
なって、表−３に示す結果を得た。

比較例−ノ 実施例−／に記載したラネーコバルト触媒ノ、ＯＩおよ
びフルフリルアミン１０，０９　ｆ：！；Ｏｃｃの攪拌
機付オートクレーブに仕込み、さらに液体アンモニア≠
、Ｏｇを０°Ｃで攪拌しながら加え、反応圧力を／３３
に９／Ｃｒｎ２にした以外は米特許２，２Ａ！ｒ、、：
ｚｏｉ号明＃Ｉ書の実施例−グと同−栄件で反応を行な
った。

万一トクＶ−プを冷却し、反応物と触媒をｒ別してガス
クロマトグラフで分析を行なった結果を表−１に示す。

比較例−ｌ ラネーコバルト触媒０．．２９、溶媒としてメタン−ル
を／１，２Ｆｌおよびテトラハイドロフルフリルアミン
２．０９を！；ｏｃｃの攪拌機付オートクＶ−ブに仕込
み、さらに液体アンモニアｏ３ｇを０°Ｃで攪拌しなが
ら加えた以外は比較例−ノと同様に操作した。その結果
を表−ユに示す。

比較例−３ 溶８を使用せず、触媒を／、、！；ｊｑ、テトラハイド
ロフルフリルアミンを／ｊ０．２９使用するとと以外は
実施例−／と同一条件で反応させた結果を表−１に示す
。

比較例−≠〜り 触媒として市販の安定化ニンケル（比較例−グ）、銅−
２０マイト（比較例−オ）、白金（ｊ重量傑）／活性炭
（比較例−ｔ）、パラジウム（ｊ重量係）／活性炭（比
較例−７）、ロジウム（ｊ重量係）／活性炭（比較例−
ｆ）およびルテニウム（！重量係）／活性炭（比較例−
タ）を０．２／１それぞれ使用した以外は実施例−ノと
１６」−条件で反応を行なった。その結果を表−ノに示
す〇表−ノ　触媒種の比較 表−ノ　溶媒の効果 苦　米国特許第２．−２Ａ！、２０／号表−３

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. フルフリルアミンおよびテトラン・イドロフルフリルア
   ミンからなる群から選ばれた原料アミンを液相接触水素
   化することからなシ、使用する触媒がコバルト基のもの
   であるととならびに水素化すべき原料アミンが有機溶媒
   によって希釈された状態にあることを特徴とする、ピペ
   リジンの製造法０