JPH01125337A - ハロゲン化した配位子を含有する鉄配位錯体により接触した炭化水素酸化 - Google Patents
ハロゲン化した配位子を含有する鉄配位錯体により接触した炭化水素酸化Info
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- C07C51/252—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by oxidation with molecular oxygen of unsaturated compounds containing no six-membered aromatic ring of propene, butenes, acrolein or methacrolein
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- B01J2531/0238—Complexes comprising multidentate ligands, i.e. more than 2 ionic or coordinative bonds from the central metal to the ligand, the latter having at least two donor atoms, e.g. N, O, S, P
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- B01J2531/72—Manganese
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本出願はボールイー、エリス、ジュニア(Paul E
、 Ellis、 、lr、) 、ジェームス イー、
リオンズ(James E、 Lyons) 、バリー
ケイ、マイヤーズ。
、 Ellis、 、lr、) 、ジェームス イー、
リオンズ(James E、 Lyons) 、バリー
ケイ、マイヤーズ。
ジュニア(Harry K、 Myers、 jr、)
らの名のもとに、1987年1月2日出願された米国出
願番号No、246の継続出願に対応するものである。
らの名のもとに、1987年1月2日出願された米国出
願番号No、246の継続出願に対応するものである。
本発明は炭化水素の酸化の新規な方法に関する。
更に詳しくは、本発明は広範囲の酸化できる炭化水素、
特にアルカン類の、空気あるいは酸素との接触酸化に関
する。触媒は1個以上の鉄陽イオンを含有するハロゲン
化配位子錯体化合物である。
特にアルカン類の、空気あるいは酸素との接触酸化に関
する。触媒は1個以上の鉄陽イオンを含有するハロゲン
化配位子錯体化合物である。
液相中に於いて、遷移金属錯体により接触したアルカン
類及び別の脂肪族炭化水素類の酸化は、この技術分野で
良く知られており、この技術は商業的に広く使われてい
る。例えば、ジェー、イー。
類及び別の脂肪族炭化水素類の酸化は、この技術分野で
良く知られており、この技術は商業的に広く使われてい
る。例えば、ジェー、イー。
リオンス゛(J、 E、 Lyons) rハイドロ
カーボンプロセッシング(Hydrocarbon P
rocessing) J 1980年11月 107
頁表■を参照。
カーボンプロセッシング(Hydrocarbon P
rocessing) J 1980年11月 107
頁表■を参照。
しかしながら、オキシダント(酸化剤)としての空気や
酸素による、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の様
な不活性の炭化水素の選択的部分酸化は、極めて達成す
るのが困難である。これまて液相中で触媒として金属ポ
ルフォリンのような大環状金属錯体を用いることによっ
ては、オキシダントとして空気又は酸素を用いた穏やか
な条件下で急速かつ高い選択性を得ることに於ける成功
はみられなかった。経済的に望ましい方法ではなかった
けれども、次の2例を用いていくらかの成功が達成され
ている。
酸素による、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の様
な不活性の炭化水素の選択的部分酸化は、極めて達成す
るのが困難である。これまて液相中で触媒として金属ポ
ルフォリンのような大環状金属錯体を用いることによっ
ては、オキシダントとして空気又は酸素を用いた穏やか
な条件下で急速かつ高い選択性を得ることに於ける成功
はみられなかった。経済的に望ましい方法ではなかった
けれども、次の2例を用いていくらかの成功が達成され
ている。
り ヨードシルベンゼン、次亜鉛素酸ナトリウム、アル
キルハイF aパーオキシド類、又はその他の高価な再
生できないオキシダントと、Fe(TPP)C1及びM
n(TPP)CI (この場合TPPは5.10.15
.20−テトラフェニルポルフィンのジアニオン)のよ
うな金属ポルフィリン触媒の使用。〔ビー、トレイラ−
(P、 Traylor) 、デイ−、ドルフィン(D
、Dolphin)及びティー、トレイラ−(T、 T
raylor)、ジャーナル オブ ケミカル ソサイ
エティ ケミカル コミティ(,1,Chem、 So
c、 Chem、 Comm、)279巻(1984年
);ジェー、プロブス(,1、Groves)、ダブリ
ュー、クルーバー、ジュニア(W、 Kruper、
jr、)及びアール、ホーシャルタ−(R,)laus
halt、er) 、ジャーナル オブ アメリカン
ケミカル ソサイエテ4 (,1,Am、 Chem、
Soc、) 102巻6377頁(1980年);シ
ー、ヒル(C,Hil+)及びビー、シャルッ(B、
5chardt) 、ジャーナル オブ アメリカン
ケミカル ソサイエティ(,1,Am、 Chem、
Soc、) 102巻6374頁(1980年);シェ
ー。
キルハイF aパーオキシド類、又はその他の高価な再
生できないオキシダントと、Fe(TPP)C1及びM
n(TPP)CI (この場合TPPは5.10.15
.20−テトラフェニルポルフィンのジアニオン)のよ
うな金属ポルフィリン触媒の使用。〔ビー、トレイラ−
(P、 Traylor) 、デイ−、ドルフィン(D
、Dolphin)及びティー、トレイラ−(T、 T
raylor)、ジャーナル オブ ケミカル ソサイ
エティ ケミカル コミティ(,1,Chem、 So
c、 Chem、 Comm、)279巻(1984年
);ジェー、プロブス(,1、Groves)、ダブリ
ュー、クルーバー、ジュニア(W、 Kruper、
jr、)及びアール、ホーシャルタ−(R,)laus
halt、er) 、ジャーナル オブ アメリカン
ケミカル ソサイエテ4 (,1,Am、 Chem、
Soc、) 102巻6377頁(1980年);シ
ー、ヒル(C,Hil+)及びビー、シャルッ(B、
5chardt) 、ジャーナル オブ アメリカン
ケミカル ソサイエティ(,1,Am、 Chem、
Soc、) 102巻6374頁(1980年);シェ
ー。
スメガル(J、 Smegal)及びシー、ヒル(C,
l−1ill)、ジャーナル オプ アメリカン ケミ
カル ソサイエティ(,1,Am、 Chem、 So
c、) 105巻3515頁(1983年):x−、ミ
ドルトン(A、 Middleton)及びデイ−、ス
ミス(D、 Sm1tl+)米国特許第4,459,4
27号(1984年7月IO日)〕、及び2) オキシ
ダントとして酸素分子と共に金属ポルフィリン触媒の使
用、及び同時にH2と共にNaBH3、アスコルビン酸
、あるいはコロイド状白金の様な還元体の添加。この場
合も加えた還元体は高価で再生できない。この方法の例
は、デイ−、マンシイ(D、 Mansuy) 、xム
、フォント’y イア (M。
l−1ill)、ジャーナル オプ アメリカン ケミ
カル ソサイエティ(,1,Am、 Chem、 So
c、) 105巻3515頁(1983年):x−、ミ
ドルトン(A、 Middleton)及びデイ−、ス
ミス(D、 Sm1tl+)米国特許第4,459,4
27号(1984年7月IO日)〕、及び2) オキシ
ダントとして酸素分子と共に金属ポルフィリン触媒の使
用、及び同時にH2と共にNaBH3、アスコルビン酸
、あるいはコロイド状白金の様な還元体の添加。この場
合も加えた還元体は高価で再生できない。この方法の例
は、デイ−、マンシイ(D、 Mansuy) 、xム
、フォント’y イア (M。
Fontecave) 、ジェー、パルトリ(,1,B
artoli)、ジャーナル オブ ケミカル ソサイ
エティ ケミカル コミテ4 (,1,Chem、 S
oc、 Chem、 Comm、)、253巻(198
3年);アイ、タブチ及びニー、ヤザキ、ジャーナル
オブ アメリカン ケミカルソサイエティ(,1,Am
、 Chem、 Sac、) 103巻7371頁(1
981年)。
artoli)、ジャーナル オブ ケミカル ソサイ
エティ ケミカル コミテ4 (,1,Chem、 S
oc、 Chem、 Comm、)、253巻(198
3年);アイ、タブチ及びニー、ヤザキ、ジャーナル
オブ アメリカン ケミカルソサイエティ(,1,Am
、 Chem、 Sac、) 103巻7371頁(1
981年)。
それ故に、高価な再生できないオキシダント、レダクタ
ント(還元剤)あるいは別の共触媒を添加する必要なし
に、空気や酸素を用いて、炭化水素、特にアルカン類の
改良された金属配位錯体接触酸化方法を提供することが
本発明の目的である。
ント(還元剤)あるいは別の共触媒を添加する必要なし
に、空気や酸素を用いて、炭化水素、特にアルカン類の
改良された金属配位錯体接触酸化方法を提供することが
本発明の目的である。
本発明によって、以下に定義するように触媒が1個以上
の鉄陽イオンを含有するハロゲン化配位錯体である場合
には、炭化水素類一般、特にアルカン類、望ましくは約
1〜20個、好ましくは1〜10個の炭素原子を持つ炭
化水素類は、空気で容易に酸化出来、少量のエステル類
と共に、アルコール類、ケトン類の様な相当する炭化水
素酸化生成物を、選択的に形成する。更に詳しくは、そ
れらの鉄陽イオン含有配位錯体の配位子系をハロゲン化
することは、ハロゲン化していなければ触媒として不活
性であるか、あるいは低い触媒活性しかもたない錯体な
、酸化することが困難なアルカン類の選択的な酸化の為
の、高い活性の触媒に変えることができ、わずかに望ま
ない酸化炭素類を形成するけれども、よい収量で、アル
コール類、ケトン類、あるいはそれらの混合物を形成す
る。
の鉄陽イオンを含有するハロゲン化配位錯体である場合
には、炭化水素類一般、特にアルカン類、望ましくは約
1〜20個、好ましくは1〜10個の炭素原子を持つ炭
化水素類は、空気で容易に酸化出来、少量のエステル類
と共に、アルコール類、ケトン類の様な相当する炭化水
素酸化生成物を、選択的に形成する。更に詳しくは、そ
れらの鉄陽イオン含有配位錯体の配位子系をハロゲン化
することは、ハロゲン化していなければ触媒として不活
性であるか、あるいは低い触媒活性しかもたない錯体な
、酸化することが困難なアルカン類の選択的な酸化の為
の、高い活性の触媒に変えることができ、わずかに望ま
ない酸化炭素類を形成するけれども、よい収量で、アル
コール類、ケトン類、あるいはそれらの混合物を形成す
る。
炭化水素類、特にアルカン類の酸化に於けるこれらの触
媒の使用によって、幾つかの予期せぬ利点が生しる。遷
移金属類のアシド活性化配位子錯体を開示しているエリ
ス(El l is)等の係属中の出願で(米国出願番
号246)によると反応はこれまで用いられたよりも低
い温度で行なわれ;出発物質の開裂がわずかにあるか、
全くなく、;co又はCO8の形成も殆どなく;アルコ
ール類が所望の生成物である時、アルコールに対し高い
選択性があり;反応速度は、比較できる先行技術の工程
より一般に速く;工程自身、強いオキシダントを要求す
るような先行技術よりも安価である。しかしながら、更
に触媒配位錯体に於ける鉄陽イオン及びハロゲン化配位
子の特別の用途は、別の遷移金属陽イオンで、あるいは
ハロゲン化されていない鉄配位錯体て見出されるよりも
、驚くほど高い触媒活性を生し、アルコールが所望の生
成物である場合はアルコールに対する高い選択性を示す
。
媒の使用によって、幾つかの予期せぬ利点が生しる。遷
移金属類のアシド活性化配位子錯体を開示しているエリ
ス(El l is)等の係属中の出願で(米国出願番
号246)によると反応はこれまで用いられたよりも低
い温度で行なわれ;出発物質の開裂がわずかにあるか、
全くなく、;co又はCO8の形成も殆どなく;アルコ
ール類が所望の生成物である時、アルコールに対し高い
選択性があり;反応速度は、比較できる先行技術の工程
より一般に速く;工程自身、強いオキシダントを要求す
るような先行技術よりも安価である。しかしながら、更
に触媒配位錯体に於ける鉄陽イオン及びハロゲン化配位
子の特別の用途は、別の遷移金属陽イオンで、あるいは
ハロゲン化されていない鉄配位錯体て見出されるよりも
、驚くほど高い触媒活性を生し、アルコールが所望の生
成物である場合はアルコールに対する高い選択性を示す
。
本発明の方法は、どんな炭素原子含量の炭化水素にも適
用できるけれども、特にアルカン類に適用でき、それら
は他のどの型の炭化水素よりも酸化しにくいと考えられ
ている。しかしながら、前述の触媒は、以下に記載する
ように、酸素と炭素−水素結合の反応性を高めるような
置換基を特に含有しているような他のクラスの炭化水素
、即ち活性化炭化水素類の酸化にも又、非常に効果的で
ある。
用できるけれども、特にアルカン類に適用でき、それら
は他のどの型の炭化水素よりも酸化しにくいと考えられ
ている。しかしながら、前述の触媒は、以下に記載する
ように、酸素と炭素−水素結合の反応性を高めるような
置換基を特に含有しているような他のクラスの炭化水素
、即ち活性化炭化水素類の酸化にも又、非常に効果的で
ある。
前述の様に、この方法はシクロアルカン類、置換アルカ
ン類等を含むアルカン類の酸化に特に効果的である。こ
の様にアルカン出発物質は、メタン、エタン、プロパン
、n−ブタン、イソブタン、n−ペンタン、n−ヘキサ
ン、2−メチルペンタン、3−メチルペンタン、ヘプタ
ン、2−メチルへブタン、3−メチルへブタン等の様な
、約1〜20炭素原子を、好ましくは1−IQ炭素原子
を持つ直鎖状及び分枝状化合物、並びにシクロペンタン
、シクロヘキサン、シクロへブタン、シクロオクタン等
の様な約5〜20炭素原子、好ましくは5〜10炭素原
子を持つシクロアルカン類を包含している。もし望むな
らば、これらの化合物類は種々の部分によって置換され
得るが、触媒の活性に悪影響を及ぼす置換基を除くよう
注意が払われるへきである。
ン類等を含むアルカン類の酸化に特に効果的である。こ
の様にアルカン出発物質は、メタン、エタン、プロパン
、n−ブタン、イソブタン、n−ペンタン、n−ヘキサ
ン、2−メチルペンタン、3−メチルペンタン、ヘプタ
ン、2−メチルへブタン、3−メチルへブタン等の様な
、約1〜20炭素原子を、好ましくは1−IQ炭素原子
を持つ直鎖状及び分枝状化合物、並びにシクロペンタン
、シクロヘキサン、シクロへブタン、シクロオクタン等
の様な約5〜20炭素原子、好ましくは5〜10炭素原
子を持つシクロアルカン類を包含している。もし望むな
らば、これらの化合物類は種々の部分によって置換され
得るが、触媒の活性に悪影響を及ぼす置換基を除くよう
注意が払われるへきである。
前述のアルカン類が本発明の方法によって酸化された時
、相当するアルコール類、ケトン類、等が得られる。こ
の様に、本方法は一般に例えば、溶媒、化学中間体、化
学商品、高分子中間体、カッリン添加剤、等として用い
ることができる広範囲の既知物質の調整に適用できる。
、相当するアルコール類、ケトン類、等が得られる。こ
の様に、本方法は一般に例えば、溶媒、化学中間体、化
学商品、高分子中間体、カッリン添加剤、等として用い
ることができる広範囲の既知物質の調整に適用できる。
本発明の方法tこよって酸化することができる活性化炭
化水素の例はトルエン、キシレン類、クメン、エチルベ
ンゼン、ジフェニルメタン、フルオレン及び約7〜20
個の炭素原子、好ましくは7〜12個の炭素原子を持つ
アルキル置換芳香族類の様な化合物類を包含している。
化水素の例はトルエン、キシレン類、クメン、エチルベ
ンゼン、ジフェニルメタン、フルオレン及び約7〜20
個の炭素原子、好ましくは7〜12個の炭素原子を持つ
アルキル置換芳香族類の様な化合物類を包含している。
又、オレフィン炭化水素類、特に、例えばプロピレン、
ブテン類、シクロヘキセン等の−】〇 − 様なアリル炭素−水素結合を含むものをも包含する。更
に、本方法の触媒は、多くの場合、オレフィンの二重結
合を直接酸化して、エポキシド類、ケトン類、アルコー
ル類を与えることができ、それらは又、溶媒、1ヒ学中
間体等として有用である。
ブテン類、シクロヘキセン等の−】〇 − 様なアリル炭素−水素結合を含むものをも包含する。更
に、本方法の触媒は、多くの場合、オレフィンの二重結
合を直接酸化して、エポキシド類、ケトン類、アルコー
ル類を与えることができ、それらは又、溶媒、1ヒ学中
間体等として有用である。
オレフィン類は、約2〜20個の炭素原子、好ましくは
2〜8個の炭素原子を持つことが望ましい。
2〜8個の炭素原子を持つことが望ましい。
最後に、本発明の方法は、もちろん有機酸以外の部分的
に酸化した炭化水素類を更に酸化するのにも又、適用す
ることができる。一般にこれらの部分的に酸化された炭
化水素類は約1〜20個の炭素原子を持ち、即ち、部分
的に酸化されることを除いては上に記載した様な炭化水
素類と同様である。
に酸化した炭化水素類を更に酸化するのにも又、適用す
ることができる。一般にこれらの部分的に酸化された炭
化水素類は約1〜20個の炭素原子を持ち、即ち、部分
的に酸化されることを除いては上に記載した様な炭化水
素類と同様である。
出発物質についての前の記載は、本方法は広範囲の酸化
できる炭化水素類に広く適用でき、その場合、アルカン
類の酸化が本発明の好ましい具体化例を表わしているこ
とを示している。上に述へるようにこれらの炭化水素類
は、それらが触媒活性に悪影響を与えない限り、種々の
置換基を含んでも良い。
できる炭化水素類に広く適用でき、その場合、アルカン
類の酸化が本発明の好ましい具体化例を表わしているこ
とを示している。上に述へるようにこれらの炭化水素類
は、それらが触媒活性に悪影響を与えない限り、種々の
置換基を含んでも良い。
酸化は、慣用の方法で行なわれ、ベンセン、酢酸、アセ
トニトリル、酢酸メチルあるいは反応状条に対して不活
性であるその他の溶媒の様な有機溶媒を用いて、臨界的
ではないけれとも、液相て、あるいはそれが液体である
ような炭化水素の希釈溶液中で行なわれ、かつ約15〜
1500psig、好ましくは30〜750psigの
範囲の圧力下で約25〜250℃、更に好ましくは70
〜180℃の温度で行なわれる。
トニトリル、酢酸メチルあるいは反応状条に対して不活
性であるその他の溶媒の様な有機溶媒を用いて、臨界的
ではないけれとも、液相て、あるいはそれが液体である
ような炭化水素の希釈溶液中で行なわれ、かつ約15〜
1500psig、好ましくは30〜750psigの
範囲の圧力下で約25〜250℃、更に好ましくは70
〜180℃の温度で行なわれる。
酸化される炭化水素が固体、液体、気体であるかどうか
によるが、それは前述の鉄配位錯体触媒の存在下で所望
の酸化生成物を収量するのに充分な時間、一般に約0.
5〜100時間、更に好ましくは1〜10時間、空気又
は酸素と共に溶媒中に溶かすかバブリングされる。ここ
で使用される鉄はFe(IT)とFe(m)の両方の状
態を包含する。
によるが、それは前述の鉄配位錯体触媒の存在下で所望
の酸化生成物を収量するのに充分な時間、一般に約0.
5〜100時間、更に好ましくは1〜10時間、空気又
は酸素と共に溶媒中に溶かすかバブリングされる。ここ
で使用される鉄はFe(IT)とFe(m)の両方の状
態を包含する。
溶媒の選択は、臨界的ではないけれども、反応速度と得
られる選択性に影響を及ぼすので、所望の結果を得る為
には注意深く選択すべきである。
られる選択性に影響を及ぼすので、所望の結果を得る為
には注意深く選択すべきである。
例えは、アセトニトリルや酢酸の様な溶媒は、酸素含有
化合物類を形成するアルカン類の酸化にしばしば非常に
効果的である。それに反し、酢酸メチル又はベンゼンの
様な溶媒中で行なわれる反応はもっとゆっくりであるこ
とがわがっている。この様にして、慣用の実験により、
特定の方法に対する適当な溶媒を、容易に決定すること
ができる。
化合物類を形成するアルカン類の酸化にしばしば非常に
効果的である。それに反し、酢酸メチル又はベンゼンの
様な溶媒中で行なわれる反応はもっとゆっくりであるこ
とがわがっている。この様にして、慣用の実験により、
特定の方法に対する適当な溶媒を、容易に決定すること
ができる。
種々の反応体の比は、非常に幅広く、臨界的ではない。
例えば、使用される触媒の量は、下記以外の量を除外す
るものではないけれども、アルカン類の様な炭化水素の
モル当り、約10−6〜10−3モルの範囲にあり、更
に好ましくは炭化水素のモル当り触媒約10−5〜1o
−4であり、一方炭化水素出発物質に関する酸素の量も
又、非常に幅広く変化し、一般に炭化水素モル当り酸素
1o−2〜102モルである。割合によっては爆発限界
以内にあるものがあるので注意が払われるへきである。
るものではないけれども、アルカン類の様な炭化水素の
モル当り、約10−6〜10−3モルの範囲にあり、更
に好ましくは炭化水素のモル当り触媒約10−5〜1o
−4であり、一方炭化水素出発物質に関する酸素の量も
又、非常に幅広く変化し、一般に炭化水素モル当り酸素
1o−2〜102モルである。割合によっては爆発限界
以内にあるものがあるので注意が払われるへきである。
触媒類全体として、過剰量で使用されない限り、はとん
ど可溶性である。この様に、概して反応は一般に均質反
応として行なわれる。
ど可溶性である。この様に、概して反応は一般に均質反
応として行なわれる。
本方法で使用される触媒の多くは、一般に既知の化合物
であるか、あるいは確立された方法により容易に調整で
きるものである。上述した様に、この様な触媒は次の一
般的構造を持っ鉄配位錯体として定義されるのが最も良
い: ハ 〔式中Feは鉄であり、AはCl−1Br−1CN−、
N3−。
であるか、あるいは確立された方法により容易に調整で
きるものである。上述した様に、この様な触媒は次の一
般的構造を持っ鉄配位錯体として定義されるのが最も良
い: ハ 〔式中Feは鉄であり、AはCl−1Br−1CN−、
N3−。
N−3、SCN−SCN−1OCN−1OH−1Oの様
な陰イオン、塩素酸塩、アセテート、プロピオネート、
ヘンソエートの様なカルボン酸塩、等であり、「○」と
して描かれている化合物は追加的に、ハロゲン部分Xを
含有している以下に定義する配位子である。
な陰イオン、塩素酸塩、アセテート、プロピオネート、
ヘンソエートの様なカルボン酸塩、等であり、「○」と
して描かれている化合物は追加的に、ハロゲン部分Xを
含有している以下に定義する配位子である。
「配位子」という用語は、ここでは慣用の意味で用いら
れており、金属イオン(本発明においては、上に定義し
たように鉄)に対して1個以上の結合手を形成する。即
ち、配位錯体を形成する。
れており、金属イオン(本発明においては、上に定義し
たように鉄)に対して1個以上の結合手を形成する。即
ち、配位錯体を形成する。
望ましい酸化状態で、この金属配位錯体を安定化するど
んな基あるいは原子系をも含む。適当な配位子はテトラ
フェニルポルフィリン、関連するボルフィリネート配位
子、ポルフィセン類、ポルフェン類、フタロシアン類、
1.3−ビス(2−ピリジルイミノ)イソインドリン(
BPI)及び別の1,3−ヒス(アリールイミノ)イソ
インドリン類、アセチルアセネート類及び別のβ−ジケ
トン類、及びベンゾエート類、サレン、サレフ等の様な
シッフ塩基、ビピリジン類、ターピリジン類、フェナン
トロリン類、ジチオカルバメイト類、キサンティト類、
サルジルアルジミン類、シクラム、ジオキソシクラム類
、ピラゾイルポレイト類、及びテトラメチルジベンゾシ
クロヘプタデカンの様なテトラアザマクロサイクル類、
及び−座、二層、王座及び凸座の様な別の配位子系を包
含する。これらの配位子間で好ましいものは、ポルフィ
リン類、フタロシアン類、BPI、■、3−ビス(アリ
ールイミノ)イソインドリン類、シッフ塩基類等の様な
マクロサイクル類(大環状化合物)である。
んな基あるいは原子系をも含む。適当な配位子はテトラ
フェニルポルフィリン、関連するボルフィリネート配位
子、ポルフィセン類、ポルフェン類、フタロシアン類、
1.3−ビス(2−ピリジルイミノ)イソインドリン(
BPI)及び別の1,3−ヒス(アリールイミノ)イソ
インドリン類、アセチルアセネート類及び別のβ−ジケ
トン類、及びベンゾエート類、サレン、サレフ等の様な
シッフ塩基、ビピリジン類、ターピリジン類、フェナン
トロリン類、ジチオカルバメイト類、キサンティト類、
サルジルアルジミン類、シクラム、ジオキソシクラム類
、ピラゾイルポレイト類、及びテトラメチルジベンゾシ
クロヘプタデカンの様なテトラアザマクロサイクル類、
及び−座、二層、王座及び凸座の様な別の配位子系を包
含する。これらの配位子間で好ましいものは、ポルフィ
リン類、フタロシアン類、BPI、■、3−ビス(アリ
ールイミノ)イソインドリン類、シッフ塩基類等の様な
マクロサイクル類(大環状化合物)である。
強い酸化剤〔シー、チャング(C,Chang) 、エ
フ、エビナ(F、 Ebina)ジャーナル オブ ケ
ミカル ソサイエティ ケミカル コミティ(,1,C
hem、 Soc、 Chem、 Comm、) 77
8巻(、+98]年)〕を用いるアルカン類及びアルケ
ン類の酸化に於いて、鉄(m)及びマンカン(III)
配位錯体の安定性を改良する為に、配位子をハロゲン化
することは知られているが、しかし、空気や酸素でアル
カン類やアルケン類を酸化することは今まで知られてい
なかった。しかし、我々は、配位子がハロゲン化される
場合に鉄配位錯体に対し、独特の非常に増加した触媒活
性を追加的かつ意外にも発見した。
フ、エビナ(F、 Ebina)ジャーナル オブ ケ
ミカル ソサイエティ ケミカル コミティ(,1,C
hem、 Soc、 Chem、 Comm、) 77
8巻(、+98]年)〕を用いるアルカン類及びアルケ
ン類の酸化に於いて、鉄(m)及びマンカン(III)
配位錯体の安定性を改良する為に、配位子をハロゲン化
することは知られているが、しかし、空気や酸素でアル
カン類やアルケン類を酸化することは今まで知られてい
なかった。しかし、我々は、配位子がハロゲン化される
場合に鉄配位錯体に対し、独特の非常に増加した触媒活
性を追加的かつ意外にも発見した。
ハロゲン成分Xはフッ素、塩素、臭素、又はヨウ素であ
るが、最初の三個のうちの一つが好ましく、更に好まし
いのはフッ素である。配位子のハロゲン化の程度は、触
媒の活性を改良するのに明らかに十分であるへきである
が、通常、配位子の置き換えることのできる水素原子の
少なくとも15%がハロゲンにより置き換えられ、好ま
しくは少なくとも50%、更に好ましくは少なくとも9
0%が置き換えられる。後者の場合は、慣用の符号がF
−1CI−1等である為に、ここでは過ハロゲン化と呼
ぶ。
るが、最初の三個のうちの一つが好ましく、更に好まし
いのはフッ素である。配位子のハロゲン化の程度は、触
媒の活性を改良するのに明らかに十分であるへきである
が、通常、配位子の置き換えることのできる水素原子の
少なくとも15%がハロゲンにより置き換えられ、好ま
しくは少なくとも50%、更に好ましくは少なくとも9
0%が置き換えられる。後者の場合は、慣用の符号がF
−1CI−1等である為に、ここでは過ハロゲン化と呼
ぶ。
ここに記載し使用した触媒は、既知のものか、あるいは
未ハロゲン化配位子を調製する為の技術に記載された手
順の簡単な改良で容易に調製できるものである。例えは
、未ハロゲン化(Fe)TPPCI錯体くここでr T
PPJはテトラフェニルポルフィリナト)は(TPP)
H2とFe(II)塩化物が、ジメチルホルムアミド溶
液中で一緒に還流される標準的方法で調製することが出
来る。精製はクロマトグラフィーによって達成される。
未ハロゲン化配位子を調製する為の技術に記載された手
順の簡単な改良で容易に調製できるものである。例えは
、未ハロゲン化(Fe)TPPCI錯体くここでr T
PPJはテトラフェニルポルフィリナト)は(TPP)
H2とFe(II)塩化物が、ジメチルホルムアミド溶
液中で一緒に還流される標準的方法で調製することが出
来る。精製はクロマトグラフィーによって達成される。
〔例えば、ニー、デイ−、アトシー(A、 D、 Ad
ler)等、J、 lnorg、 Nucl、 Che
m、 32巻、2443頁(1970年)参照〕これら
の金属塩から、対応するアジド類は溶けたNaN3又は
アジ化水素酸と共に置換反応によって調製される。
ler)等、J、 lnorg、 Nucl、 Che
m、 32巻、2443頁(1970年)参照〕これら
の金属塩から、対応するアジド類は溶けたNaN3又は
アジ化水素酸と共に置換反応によって調製される。
本発明の、相当するハロゲン化配位子配位錯体化合物を
調製する為に、配位子自身が縮合反応により造られる前
に1個以上の配位子の前駆物質がハロゲン化される。こ
の様に、ベンズアルデヒドをフッ素化し、続いてビロー
ルと縮合すると(TPFP)H2(ここでr (TPF
P)JはTPPの1個以上の可能性あるフッ素化生成物
であり、モノフッ素化から過フッ素化(perfluo
rinated) TPPの範囲にある)を生じる。F
e(11)塩を含有するジメチルホルムアミド溶液中で
還流する前述の方法に於いて、この(TPFP)II2
の代りに(TPP))I2を用いると、相当するFe(
TPFP)塩、即ち本発明のハロゲン化配位子配位錯体
触媒の1つが生じる。
調製する為に、配位子自身が縮合反応により造られる前
に1個以上の配位子の前駆物質がハロゲン化される。こ
の様に、ベンズアルデヒドをフッ素化し、続いてビロー
ルと縮合すると(TPFP)H2(ここでr (TPF
P)JはTPPの1個以上の可能性あるフッ素化生成物
であり、モノフッ素化から過フッ素化(perfluo
rinated) TPPの範囲にある)を生じる。F
e(11)塩を含有するジメチルホルムアミド溶液中で
還流する前述の方法に於いて、この(TPFP)II2
の代りに(TPP))I2を用いると、相当するFe(
TPFP)塩、即ち本発明のハロゲン化配位子配位錯体
触媒の1つが生じる。
Fe(BPI)OAc (rOAcJはアセテート)も
又、酢酸第一鉄の存在下で、1,2−ジシアノベンセン
を2−アミノピリジンと縮合することにより合成される
〔ダブリュ、オー、シーグル(W、 O,Siegl)
、ジャーナルオブオル力ニック ケミストリー(J。
又、酢酸第一鉄の存在下で、1,2−ジシアノベンセン
を2−アミノピリジンと縮合することにより合成される
〔ダブリュ、オー、シーグル(W、 O,Siegl)
、ジャーナルオブオル力ニック ケミストリー(J。
Org、 Chem、) 、42巻1872〜78頁(
1977年)参照〕。
1977年)参照〕。
同様に1.2−ジシアノベンゼンのフッ素化に続き、酢
酸第一鉄の存在下で2−アミノピリジンと縮合するとF
e(BPI)OAcのフッ素化配位子類似体を製造する
。
酸第一鉄の存在下で2−アミノピリジンと縮合するとF
e(BPI)OAcのフッ素化配位子類似体を製造する
。
前記よりこれらの触媒が三つの構成部分から成ることが
わかるであろう。即ち、部分的にあるいは全てがハロゲ
ン化されている配位子の部分、配信子と結合している(
錯体を作っている)中央の鉄、そして鉄と結合している
陰イオンである。ある場合には、11−二量体が適当な
触媒であり、それらは均等物としてみなすべきである。
わかるであろう。即ち、部分的にあるいは全てがハロゲ
ン化されている配位子の部分、配信子と結合している(
錯体を作っている)中央の鉄、そして鉄と結合している
陰イオンである。ある場合には、11−二量体が適当な
触媒であり、それらは均等物としてみなすべきである。
これらのμ−二量体の場合、二つの中央の鉄の各々が1
以上の陰イオン部と結合している。
以上の陰イオン部と結合している。
特定の触媒の効果は、一部は炭化水素出発物質の性質に
よるが、一方、どんな特定の炭化水素を酸化する為の触
媒の選択でも、当業者によって容易に決定することが出
来る。特に低級アルカン類の酸化に対して、最も好まし
いこれらの触媒の例は、テトラキスペンタフルオロフェ
ニルポルフィリナト鉄(m)アジド、テトラキスペンタ
フルオロフェニルポルフィリナトi(m)クロライド、
等の化合物を包含する。
よるが、一方、どんな特定の炭化水素を酸化する為の触
媒の選択でも、当業者によって容易に決定することが出
来る。特に低級アルカン類の酸化に対して、最も好まし
いこれらの触媒の例は、テトラキスペンタフルオロフェ
ニルポルフィリナト鉄(m)アジド、テトラキスペンタ
フルオロフェニルポルフィリナトi(m)クロライド、
等の化合物を包含する。
本発明の方法は以下の実施例シこ例示されるけれども、
これに限定されるものではない。
これに限定されるものではない。
表■及び表Hに示すように、種々の触媒、アルカン類、
溶媒、及び操作条件を用いて一連の実験を行ない、生じ
た生成物を一緒に示した。
溶媒、及び操作条件を用いて一連の実験を行ない、生じ
た生成物を一緒に示した。
表中で別の方法で示した場合を除いて、これらの実験は
次の様にして行なわれた。アルカン類を、触媒を含有す
る適当な溶媒中に溶かし、空気を所望の圧力に加えた。
次の様にして行なわれた。アルカン類を、触媒を含有す
る適当な溶媒中に溶かし、空気を所望の圧力に加えた。
酸化は表に示した時間、決められた温度で行なわれた。
気体と液体生成物をガスクロマトグラフィー(rGCJ
)と質量分析計(「MSJ)で分析した。
)と質量分析計(「MSJ)で分析した。
次の実施例に於いて、表中に別の記載がなければ活性は
「触媒ターンオーバー」、即ち消費した酸素のモル/触
媒のモルにより測定しており、 TI’IAとIPAは
それぞれt−ブチル及びイソプロピルアルコールであり
、TPPはテトラフェニルポルフィリナト、TPPPは
テトラキスペンタフルオロフェニルポルフィリナトであ
る。
「触媒ターンオーバー」、即ち消費した酸素のモル/触
媒のモルにより測定しており、 TI’IAとIPAは
それぞれt−ブチル及びイソプロピルアルコールであり
、TPPはテトラフェニルポルフィリナト、TPPPは
テトラキスペンタフルオロフェニルポルフィリナトであ
る。
表 I
金属ポルフィリン錯体により接触したプロパンの帆進0
ゝ 軸)プロパン1.36モルを触媒を含有したベンゼン4
2.2gに加えた。溶液をガラスライニングオートクレ
ーブ中で空気1100OpsI下、設定温度で設定時間
撹拌した。生成物をGCで分析した。
ゝ 軸)プロパン1.36モルを触媒を含有したベンゼン4
2.2gに加えた。溶液をガラスライニングオートクレ
ーブ中で空気1100OpsI下、設定温度で設定時間
撹拌した。生成物をGCで分析した。
表 1 (つづき)
東進<a)
<8)プロパン1.36モルを触媒を含有したベンゼン
42.2gに加えた。溶液をガラスライニングオートク
レーブ中で空気11000psi下、設定温度で設定時
間攪拌した。生成物をGCで分析した。
42.2gに加えた。溶液をガラスライニングオートク
レーブ中で空気11000psi下、設定温度で設定時
間攪拌した。生成物をGCで分析した。
(b)使用した触媒のモル当りの形成したモル数(アセ
トン+IPA) 〈0)反応時間当りの、使用した触媒のモル当りの形成
したモル数(アセトン+l PA)(d)形成したアセ
トンに対するIPAのモル比表 H 金属ポルフィリン錯体により接触したイソブタンの酸化
(al (6)イソブタン6〜7gをヘンセン251中の触媒の
溶液に加え、溶液を設定時間、設定温度で攪拌した。生
成物をGCで分析した。
トン+IPA) 〈0)反応時間当りの、使用した触媒のモル当りの形成
したモル数(アセトン+l PA)(d)形成したアセ
トンに対するIPAのモル比表 H 金属ポルフィリン錯体により接触したイソブタンの酸化
(al (6)イソブタン6〜7gをヘンセン251中の触媒の
溶液に加え、溶液を設定時間、設定温度で攪拌した。生
成物をGCで分析した。
表 ■(つづき)
の酸化(8〕
(8)イソブタン6〜7gをベンゼン25m1中の触媒
の溶液に加え、溶液を設定時間、設定温度で撹拌した。
の溶液に加え、溶液を設定時間、設定温度で撹拌した。
生成物をGCで分析した。
(b)触媒モル当りの消費した酸素のモル数。
(c)時間当りの、触媒モル当りの消費した酸素のモル
数。
数。
<d)反応中に形成されるアセトンに対するTBAのモ
ル比。TPFP触媒が使用されたときTBAの選択性は
常に90%を越えていた。
ル比。TPFP触媒が使用されたときTBAの選択性は
常に90%を越えていた。
前述の表■の結果から
(1)未ハロゲン化配位錯体のみでは、よくても触媒タ
ーンオーバーにより示されるように穏やかな生活しか与
えない(表1、実施例1.3.10.13、及び表■、
実施例15.17.21.23.25.27)。
ーンオーバーにより示されるように穏やかな生活しか与
えない(表1、実施例1.3.10.13、及び表■、
実施例15.17.21.23.25.27)。
(2)鉄配位触媒の配位子をハロゲン化することは活性
を改良する(表■の実施例1と2.3と5.7と8、表
■の実施例15と16.17と19を比較)、シかし金
属がマンガン(表Iの実施例10と11、表■の実施例
21と22.23と24を比較)あるいはクロム(表1
の実施例13と14、表■の実施例2δと26.27と
28を比較)の様な別の典型的遷移金属である場合には
活性はわずかであるか全く効果がない(時間当りの10
0未満の触媒ターンオーバーを生したどの反応も効果が
限られたものであることを注意)。
を改良する(表■の実施例1と2.3と5.7と8、表
■の実施例15と16.17と19を比較)、シかし金
属がマンガン(表Iの実施例10と11、表■の実施例
21と22.23と24を比較)あるいはクロム(表1
の実施例13と14、表■の実施例2δと26.27と
28を比較)の様な別の典型的遷移金属である場合には
活性はわずかであるか全く効果がない(時間当りの10
0未満の触媒ターンオーバーを生したどの反応も効果が
限られたものであることを注意)。
(3)アルコール(IPA又はTBA)形成の選択性は
増加したく表■中IPA/アセトン比1.0以上はめず
らしく、表Hの注の(d)をも参照)。
増加したく表■中IPA/アセトン比1.0以上はめず
らしく、表Hの注の(d)をも参照)。
ということがわかるてあろう。
出願人 サンリファイニング アント マーケティング
カンパニー
カンパニー
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、式 ▲数式、化学式、表等があります▼ 〔式中Feは鉄、Aは陰イオン、成分「▲数式、化学式
、表等があります▼」は配位子、Xは配位子のハロゲン
置換基〕の配位錯体触媒の存在下で空気又は酸素と炭化
水素を接触させることから成る炭化水素の選択的酸化方
法。 2、炭化水素が1〜約20個の炭素原子をもつ特許請求
の範囲第1項に記載の方法。 3、炭化水素がアルカン類である特許請求の範囲第1項
に記載の方法。 4、アルカン類が1〜約20個の炭素原子を持つ特許請
求の範囲第3項に記載の方法。 5、上記アルカン類が1〜約10個の炭素原子を持つ特
許請求の範囲第3項に記載の方法。 6、炭化水素がシクロアルカン類である特許請求の範囲
第1項に記載の方法。 7、炭化水素がアルキル置換芳香族である特許請求の範
囲第1項に記載の方法。 8、炭化水素がオレフィン類である特許請求の範囲第1
項に記載の方法。 9、炭化水素出発物質が部分的に酸化された炭化水素で
ある特許請求の範囲第1項に記載の方法。 10、酸化生成物がアルコール類、ケトン類、あるいは
それらの混合物である特許請求の範囲第1〜5項のいず
れかによる方法。 11、上記炭化水素酸化生成物がアルコール類、ケトン
類、酸類、エステル類あるいはそれらの混合物である特
許請求の範囲第1〜9項のいずれかによる方法。 12、ハロゲンがフッ素、塩素、臭素、又はヨウ素であ
る特許請求の範囲第1項に記載の方法。 13、ハロゲンがフッ素である特許請求の範囲第1項に
記載の方法。 14、配位子がテトラフェニルポルフィリン類、ポルフ
ィセン類、ポルフェン類、ポルフィリン類、フタロシア
ン類、1,3−ビス(アリールイミノ)イソインドリン
類、アセチルアセトネート類、シッフ塩基、ベンゾエー
ト類、ポルフィリネート類、ポルフェネート類、フタロ
シアネート類から成る群から選ばれる特許請求の範囲第
1項に記載の方法。 15、配位子がビピリジン類、ターピリジン類、フェナ
ントロリン類、ジチオカルバメート類、キサンテート類
、サリチルアルドイミン類、シクラム、ジオキソシクラ
ム類、ピラゾイルポレイト類、テトラアザマクロサイク
ル類から成る群から選ばれる特許請求の範囲第1項に記
載の方法。
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