本发明涉及用作聚酰胺的原料的ε-己内酰胺的制造方法。
背景技术：
ε-己内酰胺是用作聚酰胺等的原料的重要化学原料，在世界范围内被工业化生产，其大部分被用作尼龙6(所述尼龙6为聚酰胺)的原料。
作为ε-己内酰胺的工业制法，广泛采用以环己酮肟为起始原料利用基于发烟硫酸的贝克曼重排反应的制造方法。该制法以原油为最初始的原料，然而，担心将来化石资源枯竭，或者考虑到因化石资源的开采和使用而排出的温室效应气体所导致的全球变暖的问题，需要开发出使用替代原料的ε-己内酰胺的制造方法。其中，正寻求开发由作为可再生能源的生物质(biomass)或可衍生自生物质资源的物质来制造ε-己内酰胺的方法。
专利文献1中，公开了在非均相催化剂及叔丁醇存在下使己二酸与氢及氨反应来制造ε-己内酰胺的方法。如专利文献2、非专利文献1中公开的那样，己二酸是可由糖进行发酵生产的、可衍生自生物质资源的物质。
另外，专利文献3中公开了在催化剂存在下使己二烯二酸与氢及氨反应来制造ε-己内酰胺的方法。如专利文献4中公开的那样，己二烯二酸是可由葡萄糖进行发酵生产的、可衍生自生物质资源的物质。
3-氧代己二酸是具有羰基的碳原子数为6的二羧酸。专利文献5中，公开了由原儿茶酸或香草酸来发酵生产3-氧代己二酸的方法。非专利文献2中公开了利用木素(其是植物的主成分)的分解来得到原儿茶酸及香草酸。另外，非专利文献3中公开了由葡萄糖来发酵生产原儿茶酸的方法。根据上述内容，可以说3-氧代己二酸也可衍生自木素、糖。
专利文献6中公开了在催化剂及溶剂存在下，使3-氧代己二酸与氢反应来制造3-羟基己二酸的方法。
现有技术文献
专利文献：
专利文献1：国际公开第2013/126250号
专利文献2：日本特表2011-515111号公报
专利文献3：国际公开第2012/141997号
专利文献4：美国专利申请公开2013/0030215号说明书
专利文献5：日本特开2012-59号公报
专利文献6：国际公开第2014/043182号
非专利文献
非专利文献1：biotechnologyandengineering，111卷，p.2580-2586(2011年)
非专利文献2：naturalproductreports，28卷，p.1883-1896(2011年)
非专利文献3：jounraloftheamericanchemicalsociety，117卷，p.2395-2400(1995年)
技术实现要素：
发明所要解决的课题
利用专利文献1中公开的方法，可以由己二酸制造ε-己内酰胺。但是，认为由生物质资源衍生己二酸时的效率低，不能说其适合作为ε-己内酰胺的生物质资源原料。例如，专利文献2中公开了用于由葡萄糖来发酵生产己二酸的方法，但并未记载实际制造己二酸的例子，能否实际制造己二酸尚不清楚。通常，使用微生物进行物质生产时，期望保持氧化还原平衡(其取决于细胞内的nadh与nad+之比)，而根据该文献的记载，认为氧化还原平衡并未得到保持，因此，推测通过该方法来制造己二酸是困难的。另外，非专利文献1公开的方法中，以葡萄糖为基准的己二酸的收率低至0.008摩尔％。
专利文献3公开的方法中，可由己二烯二酸制造ε-己内酰胺。但由生物质资源衍生己二烯二酸时的效率低，不能说其适合作为ε-己内酰胺原料。专利文献4公开的方法中，以葡萄糖为基准的己二烯二酸的收率低至30摩尔％，不是能够充分令人满意的值。
另一方面，3-氧代己二酸能够以高效率由生物质资源衍生。根据专利文献5中公开的方法，以作为木素分解物的原儿茶酸或香草酸为基准的3-氧代己二酸的收率为100摩尔％。非专利文献3公开的方法中，以葡萄糖为基准的原儿茶酸的收率为50摩尔％。根据以上的内容可知，3-氧代己二酸是能够以高效率由木素分解物或葡萄糖衍生的物质，认为其适合作为能衍生自生物质资源的ε-己内酰胺原料。
但是，迄今为止尚未有关于将3-氧代己二酸转化为ε-己内酰胺的方法的报道。3-氧代己二酸是与己二酸、己二烯二酸类似的以碳原子数为6的二羧酸作为基本结构的化合物，然而如本申请说明书的比较例1所示的那样，可知虽然直接将专利文献3中记载的方法应用于3-氧代己二酸，但是完全未生成ε-己内酰胺。即，明确了将己二烯二酸转化为ε-己内酰胺的方法无法直接应用于3-氧代己二酸。
本发明的目的在于，提供由适合作为生物质资源的3-氧代己二酸制造ε-己内酰胺的方法。
用于解决课题的手段
本申请发明人为解决上述课题而进行了深入研究，结果发现，通过如合成路径1所示那样依次实施在氢存在下将3-氧代己二酸与催化剂及溶剂混合的工序(工序1)、使工序1的产物与氢及氨反应的工序(工序2)，从而可以制造ε-己内酰胺，由此完成了本发明。
[化学式1]
即，本发明提供以下(1)～(11)。
(1)ε-己内酰胺的制造方法，其包括：
工序1，在氢存在下，将选自由3-氧代己二酸及其盐组成的组中的至少1种与催化剂及溶剂混合，生成3-羟基己二酸的工序；
工序2，使作为工序1的产物的3-羟基己二酸、其盐或羧酸衍生物或者它们的混合物与氢及氨反应的工序。
(2)如(1)所述的方法，其中，所述溶剂为水性溶剂或极性值为0以上且0.3以下的有机溶剂。
(3)如(1)或(2)所述的方法，其中，所述溶剂为主要包含选自由醚系溶剂及酯系溶剂组成的组中的至少1种的有机溶剂。
(4)如(1)至(3)中任一项所述的方法，其中，所述溶剂为主要包含选自四氢呋喃、二氧杂环己烷、1,2-二甲氧基乙烷、二乙二醇二甲醚、乙酸乙酯中的至少1种的有机溶剂。
(5)如(1)至(4)中任一项所述的方法，在下述(i)或(ii)所示的条件下实施所述工序1：
(i)在水性溶剂中，反应温度为0℃以上且50℃以下；
(ii)在极性值为0以上且0.3以下的有机溶剂中，反应温度为0℃以上且低于75℃。
(6)如(1)至(5)中任一项所述的方法，其中，在催化剂的存在下实施所述工序2。
(7)如(1)至(6)中任一项所述的方法，其中，所述工序1及/或工序2的催化剂含有选自由钯、铂、钌、铑、铼、镍、铱、锇、铜及铬组成的组中的1种或2种以上金属。
(8)如(7)所述的制造方法，其中，所述金属被担载于选自由氧化铝、碳、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化钽、氧化铌、及沸石组成的组中的至少1种载体。
(9)如(1)至(8)中任一项所述的制造方法，其中，在常温时，所述工序1及工序2的氢的分压以表压计为0.1mpa以上且10mpa以下。
(10)如(1)至(9)中任一项所述的制造方法，其中，所述工序2的反应温度为150℃以上且280℃以下。
(11)3-羟基己二酸的制造方法，其中，在氢存在下，在下述(i)或(ii)所示的条件下，将选自由3-氧代己二酸及其盐组成的组中的至少1种与催化剂混合：
(i)在水性溶剂中，反应温度为0℃以上且50℃以下；
(ii)在极性值为0以上且0.3以下的有机溶剂中，反应温度为0℃以上且低于75℃。
发明效果
根据本发明，能够由能以高效率衍生自生物质资源的3-氧代己二酸制造ε-己内酰胺。3-氧代己二酸可衍生自各种生物质资源(木素、糖)，因此，本发明可用于来自生物质资源的ε-己内酰胺的稳定生产。
另外，根据本发明，可通过短工序由3-氧代己二酸来制造3-羟基己二酸，同时抑制副产物乙酰丙酸的生成。
具体实施方式
以下，进一步详细地说明本发明。
本发明中，所谓生物质资源，是指来自可再生的生物的有机性资源，是指由有机物(所述有机物是植物利用太阳能将二氧化碳固定而生成的)形成的资源。具体而言，可举出玉米、甘蔗、薯类、小麦、米、大豆、浆粕、槿麻、稻秸、麦秸、甘蔗渣、玉米秸秆、柳枝稷、杂草、废纸、木材、木炭、天然橡胶、棉花、大豆油、棕榈油、红花油、蓖麻油等。
本发明中，所谓可衍生自生物质资源的物质，是指由上述的生物质资源经发酵、化学转化等而衍生的物质、可衍生的物质或衍生得到的物质。
本发明中使用的3-氧代己二酸是如上述那样可衍生自生物质资源的物质。具体而言，如合成路径2所示那样，可举出由原儿茶酸或香草酸(其衍生自木素或葡萄糖)发酵生产3-氧代己二酸的方法。例如，如非专利文献2中记载的那样，通过使用少动假单胞菌(pseudomonaspaucimobilis)、少动鞘脂单胞菌(sphingomonaspaucimobilis)等对木素进行分解，可制造原儿茶酸或香草酸。另外，如非专利文献3中记载的那样，使用已导入克雷白氏肺炎杆菌(klebsiellapneumoniae)的aroz基因的大肠杆菌(escherichiacoli)，可以由葡萄糖发酵生产50摩尔％的原儿茶酸。如专利文献5中记载的那样，使用转基因后的恶臭假单胞菌(pseudomonasputida)，可由如上述得到的原儿茶酸或香草酸以100摩尔％的收率发酵生产3-氧代己二酸。
[化学式2]
本发明的特征在于使用可衍生自生物质资源的3-氧代己二酸作为原料，但也可使用来自石油等化石资源的3-氧代己二酸作为原料。
本发明中使用的3-氧代己二酸可以以游离体的状态使用或以盐的状态使用，或者以游离体和盐的混合物的形式使用。盐可以是一价的盐，也可以是二价的盐，作为一价的盐，可举出例如3-氧代己二酸单铵盐、3-氧代己二酸单锂盐、3-氧代己二酸单钠盐、3-氧代己二酸单钾盐等，作为二价的盐，可举出例如3-氧代己二酸二铵盐、3-氧代己二酸二锂盐、3-氧代己二酸二钠盐、3-氧代己二酸二钾盐、3-氧代己二酸镁盐、3-氧代己二酸钙盐。也可使用上述不同的盐的混合物。
本发明的ε-己内酰胺的制造方法的特征在于，包括：工序1，在氢存在下，将3-氧代己二酸与催化剂及溶剂混合的工序；工序2，使工序1的产物与氢及氨反应的工序。
工序1中使用的溶剂不受限定，可使用：甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等醇系溶剂，四氯化碳、二氯甲烷、氯仿等卤素系溶剂，戊烷、己烷、庚烷、辛烷、癸烷等脂肪族烃系溶剂，苯、甲苯、二甲苯等芳香族烃系溶剂，二甲醚、乙醚、1,2-二甲氧基乙烷、二乙二醇二甲醚、四氢呋喃、二氧杂环己烷等醚系溶剂，乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸正丁酯等酯系溶剂，γ-丁内酯、n-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜等有机溶剂，水或以水作为主体(即，大于50体积％、优选90体积％以上)并以任意比率混合可溶于水的有机溶剂而成的混合溶剂等水性溶剂，也可使用上述中的2种以上的混合溶剂。
工序1是在催化剂的存在下使3-氧代己二酸与氢反应的工序，因此，从缩短反应时间及抑制副产物的观点考虑，优选使用能够使3-氧代己二酸溶解、且在工序1的反应条件下不被氢化的溶剂，作为这样的溶剂，可优选使用水性溶剂或极性值为0以上且0.3以下的有机溶剂。
此处，所谓本说明书中的极性值，通常以etn值的形式而被人们知晓，其是利用吡啶鎓-n-苯酚甜菜碱衍生物的吸收光谱的最大波长根据溶剂的极性而显著变化的现象来确定的溶剂极性参数，并且使用水(1.000)和四甲基硅烷(0.000)作为基准溶剂(化学便览基础篇i，修订第5版，770页；日本化学会编，丸善出版株式会社，2004年)。各种溶剂的极性值可参考例如“chemicalreviews，94卷，8号，2319-2358(1994年)”，极性值未知的溶剂及混合溶剂的极性值可利用该文献中记载的方法进行测定。
作为极性值为0以上且0.3以下的有机溶剂，有正戊烷(0.006)、正己烷(0.009)、正庚烷(0.012)、正辛烷(0.012)、正壬烷(0.009)、正癸烷(0.009)、正十二烷(0.012)、环己烷(0.006)、氯仿(0.259)、溴仿(0.216)、苯(0.111)、甲苯(0.099)、对二甲苯(0.074)、3-乙基-3-戊醇(0.241)、2,4-二甲基-3-戊醇(0.290)、3-乙基-2,4--二甲基-3-戊醇(0.222)、二甲醚(＜0.2)、乙醚(0.117)、乙基乙烯基醚(0.170)、二正丙醚(0.102)、二正丁醚(0.071)、叔丁基甲醚(0.124)、二甲氧基甲烷(0.157)、二乙氧基甲烷(0.099)、1,2-二甲氧基乙烷(0.231)、二乙二醇二甲醚(0.244)、二乙二醇二乙醚(0.210)、三乙二醇二甲醚(0.253)、呋喃(0.164)、四氢呋喃(0.207)、噻吩(0.145)、四氢噻吩(0.185)、四氢吡喃(0.170)、1,4-二氧杂环己烷(0.164)、苯甲醚(0.198)、二苄基醚(0.173)、二苯基醚(0.142)、3-戊酮(0.265)、2-己酮(0.290)、异丁基甲基酮(0.269)、叔丁基甲基酮(0.256)、二异丙基酮(0.247)、二正丁基酮(0.210)、环戊酮(0.269)、环己酮(0.281)、乙酸甲酯(0.253)、乙酸乙酯(0.228)、乙酸乙烯酯(0.225)、乙酸正丙酯(0.210)、乙酸正丁酯(0.241)、丙烯酸甲酯(0.250)、甲基丙烯酸甲酯(0.222)、碳酸二甲酯(0.232)、碳酸二乙酯(0.185)、叔丁胺(0.179)、二乙胺(0.145)、三乙胺(0.043)、三正丁胺(0.043)、吡咯烷(0.259)、哌啶(0.148)、二硫化碳(0.065)等。括号内的数值表示极性值。
极性值为0以上且0.3以下的有机溶剂中，可优选使用主要包含二甲醚、乙醚、1,2-二甲氧基乙烷、二乙二醇二甲醚、四氢呋喃、二氧杂环己烷等醚系溶剂、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸正丁酯等酯系溶剂的溶剂，尤其可进一步优选使用主要包含四氢呋喃、二氧杂环己烷、1,2-二甲氧基乙烷、二乙二醇二甲醚、乙酸乙酯的溶剂。此处，“主要包含”的含义是，以大于50体积％的浓度、优选90体积％以上的浓度、进一步优选100体积％的浓度包含。
本说明书中的实施例中使用的极性值不为0以上且0.3以下的有机溶剂的极性值分别为甲醇(0.762)、异丙醇(0.546)、叔丁醇(0.389)。括号内的数值表示极性值。
工序1的反应温度不受限定，优选为0℃以上且100℃以下。另外，将水性溶剂用于溶剂的情况下，反应温度优选为0℃以上且50℃以下，将极性值为0以上且0.3以下的有机溶剂用于溶剂的情况下，反应温度优选为0℃以上且低于75℃。任一种溶剂的情况下，均进一步优选反应温度为10℃以上且40℃以下。若升高反应温度，则存在3-氧代己二酸热分解的趋势，另一方面，若反应温度过低，则存在反应速度降低的趋势。特别地，在不需要用于升温或冷却的装置、操作的常温进行反应是简便的。
作为工序1中使用的催化剂所含有的金属，优选过渡金属，具体而言，优选含有选自由钯、铂、钌、铑、铼、镍、铱、锇、铜及铬组成的组中的1种或2种以上。
对于工序1中使用的催化剂所含有的金属而言，从节约金属的使用量、增加催化活性的观点考虑，可将所述金属担载于载体。作为载体，可举出例如氧化铝、碳、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化钽、氧化铌、沸石、氧化钨、氧化镁等金属氧化物，作为这些金属氧化物的复合氧化物的二氧化硅氧化铝、二氧化硅二氧化钛、二氧化硅氧化镁、氧化铝氧化锆等。作为被担载于载体的金属的重量相对于金属和载体的总重量而言的比例，通常为0.1至10重量％。
使用上述的金属担载催化剂的情况下，优选在反应前在氮、氦、氩等非活性气体或氢气氛下进行加热处理而进行活化，然后再进行使用。
另外，使用上述的金属担载催化剂的情况下，可在反应结束后通过固液分离而容易地回收催化剂。回收的催化剂可重复使用，优选通过在氮、氦、氩等非活性气体或氢气氛下进行加热处理从而进行再活化。
工序1中的氢的分压不受特别限定，但若氢的分压过低则反应时间变长，另一方面，若氢的分压过高则在设备安全方面不理想，因此，优选在常温时为0.1mpa以上且10mpa以下(表压)，更优选为0.5mpa以上且3mpa以下(表压)。使用的氢可以是与氮、氦、氩等非活性气体混合而得到的混合气体。
工序1开始时，反应混合物中的选自由3-氧代己二酸及其盐组成的组中的至少1种的含量不受特别限定，通常，相对于溶剂100重量份而言为0.1～50重量份左右，优选为1～10重量份左右。
工序1的反应可利用分批式或连续式中的任意方法来实施。
3-羟基己二酸是本发明的ε-己内酰胺的制造方法(包括工序1及工序2)中的反应中间体。即，如合成路径3所示那样，本发明中，在工序1中由3-氧代己二酸得到包含3-羟基己二酸的产物，并在工序2中由3-羟基己二酸生成ε-己内酰胺。
[化学式3]
本发明的制造方法中，重要的是，通过独立地依次实施工序1和工序2，从而暂时得到3-羟基己二酸作为工序1的产物。此处，将专利文献3中记载的方法应用于3-氧代己二酸时，3-氧代己二酸将被供至自反应初始即与氢及氨共存的条件，但在该情况下，如后述的比较例1、2所示的那样，难以得到作为目标的ε-己内酰胺。认为其原因在于，3-氧代己二酸对于热或氨是不稳定的。本发明的方法在最初的工序1中不存在氨这一方面上区别于专利文献3中记载的方法。即，工序1优选在实质上不存在氨的条件下进行。此处，所谓“实质上不存在”，是指氨浓度为100ppm以下，优选为10ppm以下，最优选为0ppm。
通过实施工序1，从而得到了除了包含3-羟基己二酸以外还包含副产物、溶剂、催化剂等的未纯化产物。该未纯化产物可在完全不进行分离、纯化的操作的情况下实施工序2。另外，也可粗略地除去催化剂及/或溶剂而得到包含3-羟基己二酸的粗纯化产物，将其供于工序2。另外，也可从上述粗纯化产物中分离纯化出3-羟基己二酸，将其供于工序2。
催化剂的除去可通过萃取、吸附、过滤、沉淀、离心分离等通常的分离操作来实施。非均相催化剂可通过过滤、沉淀、离心分离等简易的固液分离操作而从反应液中除去，因此，在工序1之后分离纯化3-羟基己二酸的情况下，从分离的容易性的观点考虑，优选使用非均相催化剂。
溶剂的除去可通过蒸发、干燥、蒸馏、萃取等通常的分离操作来实施。除去的溶剂可进行再循环利用，用于工序1。
作为从粗纯化产物中分离·纯化3-羟基己二酸的方法，可使用萃取、膜分离、柱色谱、离子交换树脂处理、晶析、重结晶等通常的方法。
工序1中得到的3-羟基己二酸可以以游离体、盐的状态、或转化为羧酸衍生物(酸酐、酯、酰胺)、或者以它们的混合物的形式而在工序2中使用。作为3-羟基己二酸的盐、羧酸衍生物，可列举出3-羟基己二酸单铵盐、3-羟基己二酸单锂盐、3-羟基己二酸单钠盐、3-羟基己二酸单钾盐、3-羟基己二酸二铵盐、3-羟基己二酸二锂盐、3-羟基己二酸二钠盐、3-羟基己二酸二钾盐、3-羟基己二酸镁盐、3-羟基己二酸钙盐、3-羟基己二酸酐、3-羟基己二酸单甲酯、3-羟基己二酸二甲酯、3-羟基己二酸单乙酯、3-羟基己二酸二乙酯、3-羟基己二酸单酰胺、3-羟基己二酸二酰胺等。
本发明的制造方法中，可通过1阶段的上述工序1而由3-氧代己二酸制造3-羟基己二酸。由3-氧代己二酸制造3-羟基己二酸时的催化剂、溶剂可使用上述工序1的催化剂、溶剂，但从缩短反应时间及抑制副产物的观点考虑，溶剂优选使用前述的水性溶剂或极性值为0以上且0.3以下的有机溶剂。另外，对于反应温度而言，将水性溶剂用于溶剂的情况下，反应温度优选为0℃以上且50℃以下，将极性值为0以上且0.3以下的有机溶剂用于溶剂的情况下，反应温度优选为0℃以上且低于75℃。
接下来，对工序2进行说明。工序2中，使作为工序1的产物的3-羟基己二酸、或者其盐或其羧酸衍生物、或者选自由3-羟基己二酸、其盐及羧酸衍生物组成的组中的至少1种与氢及氨反应。
工序2中，通过在催化剂的存在下进行反应，能够促进反应。催化剂可使用均相催化剂或非均相催化剂中的任一者。
作为催化剂所含有的金属，优选过渡金属，具体而言，优选含有选自由钯、铂、钌、铑、铼、镍、铱、锇、铜及铬组成的组中的1种或2种以上。
对于工序2中使用的催化剂所含有的金属而言，从节约金属的使用量、增加催化活性的观点考虑，可将所述金属担载于载体。作为载体，可举出例如氧化铝、碳、二氧化硅、二氧化钛、氧化锆、氧化钽、氧化铌、沸石、氧化钨、氧化镁等金属氧化物，这些金属氧化物的复合氧化物(例如二氧化硅氧化铝、二氧化硅二氧化钛、二氧化硅氧化镁、氧化铝氧化锆)。作为被担载于载体的金属的重量相对于金属和载体的总重量而言的比例，通常为0.1至10重量％。
使用上述的金属担载催化剂的情况下，优选在反应前在氮、氦、氩等非活性气体或氢气氛下进行加热处理而进行活化，然后进行使用。
另外，使用上述的金属担载催化剂的情况下，可在反应结束后通过固液分离从而容易地回收催化剂。回收的催化剂可重复使用，优选通过在氮、氦、氩等非活性气体或氢气氛下进行加热处理从而进行再活化。
工序2中的氢的分压不受特别限定，但若氢的分压过低则反应时间变长，另一方面，若氢的分压过高则在设备安全方面不理想，因此，优选在常温时为0.1mpa以上且10mpa以下(表压)，更优选在常温时为0.5mpa以上且3mpa以下(表压)。使用的氢可以是与氮、氦、氩等非活性气体混合而得到的混合气体。
使用的氨可以以气态、液态中的任一状态添加至反应容器中。以液态添加至反应容器中时，可使用液态氨、溶解有氨的溶液。可使用例如氨水溶液、氨的二氧杂环己烷溶液、氨的氯仿溶液、氨的醚溶液、氨的醇溶液等。使用气态的氨时，其分压不受特别限定，但若过低则反应时间变长，因此，优选在常温时为0.1mpa以上且5mpa以下(表压)，更优选在常温时为0.1mpa以上且1mpa以下(表压)。
氢及氨可分别单独地添加至反应容器中，也可以以预先制得的氢/氨混合气体的形式添加。另外，添加氢及氨的顺序不受特别限定。
工序2的反应温度不受限定，优选为100℃以上且350℃以下，进一步优选为150℃以上且280℃以下。若反应温度低则存在反应进行不充分的趋势，另一方面，若反应温度过高，则会促进产生除作为目标物的ε-己内酰胺以外的副产物，存在无法得到充分的收率的可能性。
工序2中使用的溶剂不受限定，可使用：甲醇、乙醇、丙醇、丁醇等醇系溶剂，四氯化碳、二氯甲烷、氯仿等卤素系溶剂，戊烷、己烷、庚烷、辛烷、癸烷等脂肪族烃系溶剂，苯、甲苯、二甲苯等芳香族烃系溶剂，二甲醚、乙醚、1,2-二甲氧基乙烷、二乙二醇二甲醚、四氢呋喃、二氧杂环己烷等醚系溶剂，乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸正丁酯等酯系溶剂，γ-丁内酯、n-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜、水等，也可以是上述中的2种以上的混合溶剂。优选使用二氧杂环己烷、二乙二醇二甲醚、四氢呋喃等非质子性溶剂。
工序2开始时，反应混合物中的3-羟基己二酸、其盐或羧酸衍生物或者它们的混合物的含量不受特别限定，通常，相对于溶剂100重量份而言为0.1～10重量份左右，优选为1～5重量份左右。
工序2的反应可利用分批式或连续式中任意方法来实施。
工序1及工序2可连续地使用同一反应器(一步法：one-pot)实施。从设备上的观点考虑，优选在同一反应器中进行反应。
在同一反应器中连续实施工序1及工序2的情况下，可以不从反应器中取出工序1使用的催化剂，而可直接实施工序2。另外，可向工序1使用的催化剂中添加其他催化剂，也可除去工序1中使用的催化剂，并置换为其他催化剂。其中，简便且经济的方案是，不取出工序1中使用的催化剂，在工序2中也使用所述催化剂。
在同一反应器中连续实施工序1及工序2的情况下，可以不取出工序1中使用的溶剂，而实施工序2。另外，可向工序1中使用的溶剂中添加其他溶剂，也可除去工序1中使用的溶剂，并置换为其他溶剂。其中，简便且经济的方案是，不取出工序1中使用的溶剂，在工序2中也使用所述溶剂。
在同一反应器中连续实施工序1及工序2的情况下，可在工序1结束后不将残留于反应器中的氢释放至反应器外，而直接添加氨来实施工序2。另外，也可将工序1中残留在反应器中的氢释放至反应器外，然后新添加氢及氨来实施工序2，还可以在置换为氮、氦、氩等非活性气体后，新添加氢及氨来实施工序2。
本发明的ε-己内酰胺的制造方法中，在工序2结束后，可通过过滤、萃取、蒸馏等通常的分离纯化操作来回收ε-己内酰胺。氢和氨可再循环利用于反应体系中。
通过本发明的ε-己内酰胺的制造方法得到的ε-己内酰胺可用于以其作为原料的聚酰胺的制造。作为聚酰胺的制造方法，可应用使ε-己内酰胺开环聚合的已知方法(参见福本修编，“聚酰胺树脂手册”日刊工业出版社(1998年1月))。
实施例
以下，通过实施例来进一步详细地说明本发明，但本发明不限于以下的实施例。
实施例1～8、比较例1及2中，作为反应成绩的产物收率利用下述式(1)求出。另外，原料是指3-氧代己二酸。
式(1)产物收率(摩尔％)＝产物的产量(摩尔)/原料的投入量(摩尔)×100。
实施例9～24中，作为反应成绩的原料转化率、产物选择率分别利用下述的式(2)、式(3)求出。另外，原料是指3-氧代己二酸。
式(2)原料转化率(摩尔％)＝原料的消耗量(摩尔)/原料的投入量(摩尔)×100。
式(3)产物选择率(摩尔％)＝产物的产量(摩尔)/原料的消耗量(摩尔)×100。
反应溶液利用气相色谱法(gc)及高效液相色谱法(hplc)进行分析。产物的定量利用绝对标准曲线(其是使用标准品制作的)进行。ε-己内酰胺的定量分析利用gc进行，3-氧代己二酸、3-羟基己二酸、乙酰丙酸的定量分析利用hplc进行。gc及hplc的分析条件如下所示。
gc分析条件
gc装置：gc2010plus(岛津制作所株式会社制)
色谱柱：inertcapforamines，长30m，内径为0.32mm(glsciences,inc.制)
载气：氦，线速度恒定(40.0cm/秒)
气化室温度：250℃
检测器温度：250℃
柱箱温度：100℃→(10℃/分钟)→230℃3分钟(合计16分钟)
检测器：fid。
hplc分析条件
hplc装置：prominence(岛津制作所株式会社制)
色谱柱：synergihydro-rp(phenomenex公司制)，长250mm，内径4.60mm，粒径4μm
流动相：0.1重量％磷酸水溶液/乙腈＝95/5(体积比)
流速：1.0ml/分钟
检测器：uv(210nm)
柱温：40℃。
参考例13-氧代己二酸的准备
本发明中使用的3-氧代己二酸利用化学合成来准备。
首先，向13.2g(0.1mol)琥珀酸单甲酯(和光纯药株式会社制)中加入1.5l完全无水的四氢呋喃(和光纯药株式会社制)，在搅拌的同时添加16.2g(0.1mol)羰基二咪唑(和光纯药株式会社制)，在氮气氛下于室温搅拌1小时。向该悬浊液中添加15.6g(0.1mol)丙二酸单甲酯钾盐及9.5g(0.1mol)氯化镁，在氮气氛下于室温搅拌1小时后，于40℃搅拌12小时。反应结束后，在室温下添加0.05l的1mol/l盐酸，利用乙酸乙酯进行萃取，通过硅胶柱色谱法(己烷:乙酸乙酯＝1:5)分离纯化，从而得到13.1g纯3-氧代己二酸二甲酯。收率为70％。
向5g(0.026mol)得到的3-氧代己二酸二甲酯中添加26ml甲醇(国产化学株式会社制)，在搅拌的同时添加12ml的5mol/l氢氧化钠水溶液，于室温搅拌过夜。反应结束后，添加12ml的5mol/l盐酸，利用100ml乙酸乙酯(和光纯药株式会社制)进行萃取。利用旋转蒸发仪浓缩后，用丙酮/石油醚进行重结晶，由此得到2g纯3-氧代己二酸。收率为47％。
实施例1
通过依次实施在氢存在下将3-氧代己二酸与催化剂及溶剂混合的工序(工序1)、使工序1的产物与氢及氨反应的工序(工序2)这两个工序，制造ε-己内酰胺。
工序1
向容量为0.1l的不锈钢制高压釜(耐压玻璃工业公司制)中，添加0.15g由参考例合成得到的3-氧代己二酸、50ml二氧杂环己烷(和光纯药株式会社制)、0.05g担载5％钯的γ氧化铝粉末(还原的)(palladium，5％ongammaaluminapowder，reduced)(alfaaesar公司制)及0.2g的5％铂氧化铝粉末(n.e.chemcatcorporation制)。用氮气吹扫高压釜内后，添加氢气，使高压釜的内压为0.9mpa(表压)，然后在室温下以500rpm搅拌24小时。释放高压釜内的气体，恢复至常压。对部分反应溶液进行取样，利用hplc进行分析。结果示于表1。
工序2
工序1之后，添加氨气，使高压釜的内压为0.18mpa(表压)，然后在室温下以500rpm搅拌45分钟。在持续搅拌的同时添加氢，将高压釜的内压调节为以氢的分压换算计为0.72mpa(表压)(全压(表压)：0.9mpa)。接着，经15分钟将高压釜内的温度升温至250℃。于250℃保持7小时后，放冷至室温，释放高压釜内的气体而恢复至常压，然后回收反应溶液。添加50ml水并进行混合，然后通过离心分离除去催化剂，利用gc及hplc分析上清液。结果示于表1。
比较例1
利用专利文献3中公开的方法使3-氧代己二酸与氢及氨进行反应
向容量为0.1l的不锈钢制高压釜(耐压玻璃工业公司制)中，添加0.15g由参考例1合成得到的3-氧代己二酸、50ml二氧杂环己烷(和光纯药株式会社制)和0.05g担载5％钯的γ氧化铝粉末(还原的)(alfaaesar公司制)。用氮气吹扫高压釜内后，添加氨气，将高压釜的内压调节为0.18mpa(表压)，然后在室温下以500rpm搅拌45分钟。在持续搅拌的同时添加氢，将高压釜的内压调节为以氢的分压换算计为0.72mpa(表压)(全压(表压)：0.90mpa)。接着，经1小时将高压釜内的温度升温至250℃。于250℃保持3小时后，放冷至室温，释放高压釜内的气体而恢复至常压，然后回收反应溶液。添加50ml水并进行混合，然后通过离心分离除去催化剂，利用gc及hplc分析上清液。结果示于表1。
比较例2
使用与实施例1相同的原料、溶剂、催化剂，与比较例1同样地进行反应操作，使3-氧代己二酸与氢及氨反应。
向容量为0.1l的不锈钢制高压釜(耐压玻璃工业公司制)中，添加0.15g由参考例1合成得到的3-氧代己二酸、50ml二氧杂环己烷(和光纯药株式会社制)、0.05g的5％钯氧化铝粉末(担载5％钯的γ氧化铝粉末，还原的(alfaaesar公司制))及0.2g的5％铂氧化铝粉末(n.e.chemcatcorporation制)。用氮气吹扫高压釜内后，添加氨气，将高压釜的内压调节为0.18mpa(表压)，然后在室温下以500rpm搅拌45分钟。在持续搅拌的同时添加氢，将高压釜的内压调节为以氢的分压换算计为0.72mpa(表压)(全压(表压)：0.9mpa)。接着，经15分钟将高压釜内的温度升温至250℃。于250℃保持6小时后，放冷至室温，释放高压釜内的气体而恢复至常压，然后回收反应溶液。添加50ml水并进行混合，然后通过离心分离除去催化剂，利用gc及hplc分析上清液。结果示于表1。
参考例2
催化剂的准备
将硝酸钯(pd(no3)2·2h2o(0.13g)溶解于10ml水中，向所得水溶液中添加1g氧化铌(nb2o5，和光纯药株式会社制)，于室温搅拌3小时。使用蒸发器于20mmhg、40℃使水分蒸发，将得到的粉末于110℃过夜干燥后，在空气流通下于500℃烧成4小时。然后，将该粉末在氢气流通下于400℃处理2小时，由此得到担载5％钯的氧化铌(pd/nb2o5)。此处，所谓5％，是指在投入原料时，钯相对于钯和载体的重量之和而言的比例为5重量％。同样地，将氧化钽(ta2o5，和光纯药株式会社制)、氧化锆(zro2，jrc-zro-3，催化剂学会参考催化剂)用于载体，制备担载5％钯的氧化钽(pd/ta2o5)、担载5％钯的氧化锆(pd/zro2)。
实施例2
催化剂使用0.1g参考例2中制得的担载5％钯的氧化铌及0.03g担载5％铂的碳(platinumoncarbon，5wt.％loading，matrixactivatedcarbonsupport；sigma-aldrich公司制)，将工序1的反应温度设为30℃，将反应时间设为14.5小时，在工序2中于250℃保持6小时，除此以外，通过与实施例1同样的方法进行反应。结果示于表1。
实施例3
催化剂使用0.1g参考例2中制得的担载5％钯的氧化钽及0.025g担载5％铂的碳，将工序1的反应时间设为19小时，在工序2中于250℃保持4小时，除此以外，通过与实施例2同样的方法进行反应。结果示于表1。
实施例4
使用0.1g参考例2中制得的担载5％钯的氧化锆代替担载5％钯的氧化铌，溶剂使用1,2-二甲氧基乙烷(和光纯药株式会社制)代替二氧杂环己烷，将工序1的反应时间设为18小时，在工序2中于250℃保持5小时，除此以外，通过与实施例2同样的方法进行反应。结果示于表1。
实施例5
催化剂使用0.1g担载5％钯的γ氧化铝粉末(还原的)(alfaaesar公司制)及0.05g担载5％铂的碳，将工序1的反应时间设为14.5小时，在工序2中经15分钟将高压釜内的温度升温至180℃，保持1小时后，经8分钟升温至250℃，于250℃保持4.7小时，除此以外，通过与实施例2同样的方法进行反应。结果示于表1。
实施例6
催化剂使用0.2g担载5％钯的氧化铌及0.05g担载5％铂的碳，将工序1的反应时间设为16小时，在工序2中经15分钟将高压釜内的温度升温至180℃，保持2小时后，经8分钟升温至250℃，于250℃保持8小时，除此以外，通过与实施例2同样的方法进行反应。结果示于表1。
实施例7
在工序2中经10分钟将高压釜内的温度升温至150℃，保持1小时后，经8分钟升温至200℃，保持1小时后，经8分钟升温至250℃，于250℃保持20小时，除此以外，通过与实施例6同样的方法进行反应。结果示于表1。
实施例8
在容量为0.2l的不锈钢制高压釜(耐压玻璃工业公司制)中，使用0.3g的3-氧代己二酸、100ml二氧杂环己烷(关东化学株式会社制)、0.1g担载5％钯的γ氧化铝粉末(还原的)(alfaaesar公司制)及担载5％铂的碳0.1g(n.e.chemcatcorporation制)0.2g，在工序1中，将氢气内压设为1.45mpa(表压)，于30℃以1000rpm搅拌7小时，在工序2中将氨气内压设为0.05mpa(表压)，搅拌速度设为1000rpm，氢分压设为1.45mpa(表压)(全压(表压)：1.5mpa)，经1小时将高压釜内的温度升温至250℃，于250℃保持3小时，除此以外，与实施例1同样地进行反应。结果示于表1。
实施例9
在氢存在下，通过将3-氧代己二酸与催化剂及溶剂混合来制造3-羟基己二酸
向容量为30ml的不锈钢制高压釜(耐压玻璃工业公司制)中，添加16mg参考例中合成得到的3-氧代己二酸、10ml水、10mg担载5％铂的碳(platinumoncarbon，5wt.％loading，matrixactivatedcarbonsupport；sigma-aldrich公司制)。用氮气吹扫高压釜内后，添加氢气，使高压釜的内压成为0.9mpa(表压)，然后在室温下以500rpm搅拌1小时，由此进行反应。释放高压釜内的气体而恢复至常压。利用hplc分析反应溶液。结果示于表2。
实施例10
除了将反应温度设为40℃以外，与实施例9同样地进行反应。结果示于表2。
实施例11
除了将反应温度设为60℃以外，与实施例9同样地进行反应。结果示于表2。
实施例12
除了将反应温度设为80℃以外，与实施例9同样地进行反应。结果示于表2。
实施例13
催化剂使用担载5％铂的氧化铝(n.e.chemcatcorporation制)，将反应时间设为24小时，除此以外，与实施例9同样地进行反应。结果示于表2。
实施例14
除了将溶剂设为二氧杂环己烷(和光纯药株式会社制)以外，与实施例9同样地进行反应。结果示于表2。
实施例15
除了将反应温度设为40℃以外，与实施例14同样地进行反应。结果示于表2。
实施例16
除了将反应温度设为60℃以外，与实施例14同样地进行反应。结果示于表2。
实施例17
除了将反应温度设为80℃以外，与实施例14同样地进行反应。结果示于表2。
实施例18
除了将反应温度设为120℃以外，与实施例14同样地进行反应。结果示于表2。
实施例19
除了溶剂使用四氢呋喃(和光纯药株式会社制)以外，与实施例9同样地进行反应。结果示于表2。
实施例20
除了溶剂使用乙酸乙酯(和光纯药株式会社制)以外，与实施例9同样地进行反应。结果示于表2。
实施例21
除了溶剂使用甲醇(国产化学株式会社制)以外，与实施例9同样地进行反应。结果示于表2。
实施例22
除了溶剂使用异丙醇(和光纯药株式会社制)以外，与实施例9同样地进行反应。结果示于表2。
实施例23
除了溶剂使用叔丁醇(和光纯药株式会社制)以外，与实施例9同样地进行反应。结果示于表2。
实施例24
除了催化剂使用担载5％铑的碳(rhodiumoncarbon，5wt.％loading；sigma-aldrich公司制)以外，与实施例14同样地进行反应。结果示于表2。
[表1]
表1由3-氧代己二酸制造ε-己内酰胺
pd/al2o3：担载5％钯的γ氧化铝粉末，还原的(palladium，5％ongammaaluminapowder，reduced)pt/al2o3：5％铂氧化铝粉末
pt/c：担载5％铂的碳，基体活化的碳载体(platinumoncarbon，5wt.％loading，matrixactivatedcarbonsupport)
pd/nb2o5：担载5％钯的氧化铌(参考例2)pd/ta2o5：担载5％钯的氧化钽(参考例2)
pd/zro2：担载5％钯的氧化锆(参考例2)
[表2]
表2由3-氧代己二酸制造3-羟基己二酸
实施例1～8中，通过实施在氢存在下将3-氧代己二酸与催化剂及溶剂混合的工序(工序1)、以及使工序1的产物与氢及氨反应的工序(工序2)，从而能够由3-氧代己二酸得到ε-己内酰胺。另外，通过工序1，可由3-氧代己二酸得到3-羟基己二酸，在工序2中3-羟基己二酸被消耗而得到ε-己内酰胺，由此可知，3-羟基己二酸是本发明的制造方法中的中间体。
另一方面，比较例1中，如专利文献3中记载的方法那样，使3-氧代己二酸在自最初即与氨共存的条件下与氢反应，但并未生成ε-己内酰胺。
另外，比较例2中，即使采用与实施例1相同的催化剂、溶剂，在与专利文献3中记载的方法同样地使3-氧代己二酸在自最初即与氨共存的条件下与氢反应的情况下，也未生成ε-己内酰胺。
以上的结果表明，使用3-氧代己二酸作为原料的情况下，重要的是，在实施工序1(在不与氨共存的条件下)得到作为中间体的3-羟基己二酸之后实施工序2(在与氨共存的条件下)。
实施例9～24表明，通过在氢存在下将3-氧代己二酸与催化剂及溶剂混合，可制造3-羟基己二酸。
实施例9～12表明，在氢存在下，在水性溶剂中，将3-氧代己二酸在反应温度为0℃以上且50℃以下的条件下与催化剂混合，由此能够在抑制副产物乙酰丙酸产生的同时制造3-羟基己二酸。
实施例13～16、19及20表明，在氢存在下，在极性值为0以上且0.3以下的有机溶剂中，将3-氧代己二酸在反应温度为0℃以上且低于75℃的条件下与催化剂混合，由此能够在抑制副产物乙酰丙酸产生的同时制造3-羟基己二酸。