JPH0253100B2 - - Google Patents

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JPH0253100B2
JPH0253100B2 JP57183038A JP18303882A JPH0253100B2 JP H0253100 B2 JPH0253100 B2 JP H0253100B2 JP 57183038 A JP57183038 A JP 57183038A JP 18303882 A JP18303882 A JP 18303882A JP H0253100 B2 JPH0253100 B2 JP H0253100B2
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alumina
silica
metal oxide
nitration
sulfur trioxide
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Shuumatsuhaa Igunachiusu
Uon Kannboo
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Monsanto Co
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Publication of JPH0253100B2 publication Critical patent/JPH0253100B2/ja
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/20Sulfiding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J27/00Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • B01J27/02Sulfur, selenium or tellurium; Compounds thereof
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07BGENERAL METHODS OF ORGANIC CHEMISTRY; APPARATUS THEREFOR
    • C07B43/00Formation or introduction of functional groups containing nitrogen
    • C07B43/02Formation or introduction of functional groups containing nitrogen of nitro or nitroso groups
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C201/00Preparation of esters of nitric or nitrous acid or of compounds containing nitro or nitroso groups bound to a carbon skeleton
    • C07C201/06Preparation of nitro compounds
    • C07C201/08Preparation of nitro compounds by substitution of hydrogen atoms by nitro groups

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
本発明は触媒組成物およびそのような組成物の
製法に関する。より特定的には本発明は (a) 式 (Al2O3a(SiO2b(M2/oO)c 〔式中、Mはランタニド、元素周期律表第1b、
2b、5b、6b、7bおよび8族よりなる群から選
ばれた金属陽イオンおよびそれらの混合物であ
り、そしてa、bおよびcはそれぞれアルミナ
−シリカ−金属酸化物組合せ物中のAl2O3
SiO2およびM2/oO成分の重量%を表わしそし
てaは0〜100であり、bは0〜100でありそし
てcは0〜50でありそしてnは1〜7の整数で
ある金属陽イオンの原子価であるがただし(a
+b)の和は0より大でなくてはならない〕に
より表わされるアルミナ−シリカ−金属酸化物
組合せおよび (b) 触媒的に有効量の三酸化硫黄 のアダクト(付加物)を包含する触媒組成物に関
する。 本発明の触媒組成物は一般に当技術分野におい
て既知の広範囲な種々の目的のいずれかに対して
使用することができる。すなわち例えばこの組成
物は気相中での多数の有機化合物の変形例えば芳
香族化合物のアルキル化および/またはニトロ
化、脱水素反応、酸化反応、水素化反応、骨格異
性化反応その他において触媒として有用である。
この触媒組成物はそのような変形に対して当技術
分野にこれまで知られている触媒と同様にして使
用することができる。 本発明は更に芳香族化合物の気相ニトロ化法に
関する。更に詳しくは本発明は前記触媒の存在下
における芳香族化合物の気相ニトロ化法に関す
る。 有機化合物の変形に対しては多数の触媒組成物
を使用する種々の気相法が知られている。すなわ
ち約275℃〜約310℃の範囲の温度におけるシリカ
ゲルの存在下でのベンゼンおよびトルエンの気相
ニトロ化は「Industrial&Engineering
Chemistry」第28(6)巻第662〜667頁(1936)およ
び米国特許第2109873号明細書に記載されている。
ボーキサイトおよびアルミナはベンゼンの気相ニ
トロ化における触媒としては無効であると報告さ
れている。 米国特許第4107220号明細書はクロロベンゼン
の気相ニトロ化におけるニトロクロロベンゼンの
パラ−オルト異性体分布を制御するための触媒と
して約5Å〜約10Åで変動する孔サイズを有する
分子ふるい(アルミノシリケート)の使用を開示
している。適当な温度は約190℃〜約290℃の範囲
であると報告されている。 エチレンオキシドへのエチレンの直接酸化法に
おける銀含有触媒の使用は多数の特許例えば米国
特許第3962136号、同第3793231号および同第
2831870号各明細書に開示されている。 結晶性アルミナシリケートは「ACS
Symposium on Recent Advances in
Alkylation Chemistry」(米国ルイジアナ州ニユ
ーオーリンズにおいて1979年3月20〜25日開催)
においてベンゼンをプロピレンジアルキル化して
クメンおよび少量のポリイソプロピルベンゼンを
生成させるに有効な触媒であると報告している。 触媒としての固体超強酸(superacid)のナフ
イオン −Hとして知られている過フルオロ化樹
脂スルホン酸の存在下でのアルキルクロロホルメ
ートおよびアルキルオキザレートによるトルエン
およびフエノールの気相フリーデルクラフトアル
キル化は「Journal of Catalysis」第61(1)巻第96
〜102頁(1980)に記載されている。そのような
固体酸は高い酸強度すなわち100%硫酸よりも強
い酸強度を有しているが故に固体超強酸と称され
ている。エチレンおよびプロピレンによるベンゼ
ンの同様のアルキル化は「Journal of Organic
Chemistry」第42(26)巻第4187〜4191頁(1977)
に開示されている。 固体超強酸はまたイソブタンおよび少量の副生
成物へのブタンの骨格異性化の触媒にも有効なも
のとして開示されている。開示されている固体超
強酸の中には、ジルコニア/サルフエートイオン
〔「J.C.S.Chemical Communications」第851〜
852頁(1980)〕、チタニア/サルフエートイオン
〔同第1148〜1149頁(1979)〕、鉄()酸化物/
サルフエートイオン〔「Chemistry Letters
(Japan)」第1259〜1260頁(1979)〕、およびSbF5
−TiO2、SbF5−TiO2およびSbF5−SiO2−Al2O3
〔「Chemistry Letters(Japan)」第625〜626頁
(1979)〕があげられる。 これら従来技術触媒は所望の生成物の生成に有
効ではあるけれども、触媒系の工業的有用性は系
のコスト、反応成分の変換および所望の生成物の
収率に高度に依存する。多くの場合、1ポンド当
り数セントの程度の触媒系のコスト減少または所
望の生成物収率%のわずかな上昇が巨大な工業的
経済的節約を意味する。従つて特定の工程におけ
るそのような触媒系のコスト減少および/または
その活性および選択性のグレード上昇のために新
規または改善された触媒系、および新および旧触
媒系の製造手段および方法の定義のための研究努
力が連続的に行われている。従つて本発明の触媒
組成物の発見は触媒技術における絶対的前進であ
ると信じられる。 現在ニトロ芳香族化合物は第一義的には混酸を
使用する液相反応により製造されている。硫酸/
硝酸混合物は最も一般的に使用されている工業用
ニトロ化剤である。芳香族化合物のニトロ化のた
めのその他の混合酸は例えば米国特許第3180900
号明細書記載の酢酸/硝酸混合物である。米国特
許第3928476号明細書においては後者のタイプの
ニトロ化がシリカ/アルミナまたはアルミナ支持
体上で実施されている。硫酸/硝酸混合物は米国
特許第3077502号明細書中にハロベンゼンのニト
ロ化のためのニトロ化剤として開示されている。
報告によれば、スルホン酸はパラ指向性効果を生
ぜしめそしてその効果は通常の1.7の比以上にパ
ラ−オルト異性体分布を上昇させるとしている。 これら従来技術法は一般に所望の生成物を与え
るけれども、利用可能な触媒の選択は著しく限ら
れている。更に、触媒工程の工業的有用性は使用
される触媒のコスト、反応成分の変換および所望
の生成物の収率に高度に依存している。多くの場
合、1ポンド当り数セントの程度のある工程に使
用される触媒系コストの減少、または所望の生成
物の収率のわずかな%の上昇が巨大な工業的経済
的節約を意味している。すなわち本発明の気相ニ
トロ化反応を、高い芳香族化合物変換および高い
ニトロ芳香族化合物選択性をもつて非常に効率の
よい方法で実施しうるということは当技術分野に
おける絶対的前進であると信じられる。 有機化合物の気相変形に対して高度に有効な新
規な触媒組成物を提供することが本発明の目的で
ある。 本発明のその他の目的は芳香族化合物の気相ニ
トロ化に対して高度に有効な新規な触媒組成物を
提供することである。 本発明の更にその他の目的は有機化合物の気相
変形に対して高度に有効な新規な触媒組成物の製
造法を提供することである。 高い芳香族化合物変換および高いニトロ芳香族
化合物選択性を特徴とする、芳香族化合物から相
当するニトロ芳香族化合物への変換のための気相
ニトロ化法を提供することが本発明の目的であ
る。本発明のこれらおよびその他の目的、態様お
よび利点は以下の記載から、当業者には明白とな
るであろう。 前記の目的は芳香族化合物を気相中でニトロ化
剤と接触させて相当するニトロ芳香族化合物を生
成させる芳香族化合物の気相ニトロ化のための本
明細書に開示された改善法により達成されるもの
であり、而してこの改善はニトロ化を (a) 式 (Al2O3a(SiO2b(M2/oO)c 〔式中、Mはランタニド、元素周期律表第1b、
2b、5b、6b、7bおよび8族よりなる群から選
ばれた金属陽イオンおよびその混合物であり、
そしてa、bおよびcはそれぞれアルミナ−シ
リカ−金属酸化物組合せ物中のAl2O3、SiO2
よびM2/oO成分の重量%を表わしそしてaは0
〜100であり、bは0〜100でありそしてcは0
〜50であり、そしてnは1〜7の整数である金
属陽イオンの原子価であるがただし(a+b)
の和は0より大でなくてはならない〕により表
わされるアルミナ−シリカ−金属酸化物組合せ
物および (b) 触媒的に有効量の三酸化硫黄 のアダクトを包含するニトロ化促進触媒の存在下
に実施することを包含している。 本発明によれば、 (a) 式 (Al2O3a(SiO2b(M2/oO)c 〔式中、Mはランタニド、元素周期律表第1b、
2b、5b、6b、7bおよび8族よりなる群から選
ばれた金属陽イオンおよびその混合物であり、
そしてa、bおよびcはそれぞれアルミナ−シ
リカ−金属酸化物組合せ物中のAl2O3、SiO2
よびM2/oO成分の重量%を表わしそしてaは0
〜100であり、bは0〜100でありそしてcは0
〜50であり、そしてnは1〜7の整数である金
属陽イオンの原子価であるがただし(a+b)
の和は0より大でなくてはならない〕により表
わされるアルミナ−シリカ−金属酸化物組合せ
および (b) 触媒的に有効量の三酸化硫黄 のアダクトを包含する新規な触媒組成物が提供さ
れる。 本発明における使用に適当なアルミナ−シリカ
−金属酸化物組合せ物質は高い反応成分の変換率
および高い所望生成物の収率をもつて気相有機化
合物変形を接触作用するに有効な本発明の新規な
触媒組成物を生成するものである。そのような物
質は結晶性、非結晶性またはそれらの混合物であ
りうる。適当なアルミナ−シリカ−金属酸化物組
合せ物質の非限定的代表例はアルミナ(a=100、
b=c=0)、シリカ(b=100、a=c=0)、
例えば合成および天然ゼオライトのようなアルミ
ノシリケートを含むアルミナシリカ、およびそれ
らの混合物である。 多くの場合アルミナ−シリカ−金属酸化物組合
せ物質の物理的および/または化学的性質および
本発明の組成物が触媒として有効である多くのそ
して種々の反応で生成される生成物スペクトルを
修正することが望ましいであろう。この目的のた
めに1種またはそれ以上の金属酸化物成分をアル
ミナ−シリカ−金属酸化物組合せ物中に導入する
ことができる。所望される特定の効果または修正
されるべき性質によつて適当な金属酸化物はその
金属陽イオン(M)がランタニドまたは希土類、
元素周期律表第1b、2b、5b、6b、7bおよび8族
よりなる群から選ばれたものである。例えばバナ
ジウム、銀、銅、マンガン、ニツケル、モリブデ
ンおよびタングステンの酸化物を含有するアルミ
ナ−シリカ−金属酸化物組合せより形成されたア
ダクトはオレフインからオレフイン酸化合物の製
造のために使用することができる。クロム、亜
鉛、マンガン、鉄、銅、セリウムおよびコバルト
の酸化物を含有するアダクトは、オレフイン性不
飽和化合物例えばプロパンからのプロピレン、エ
チレンベンゼンからのスチレンの製造その他に使
用することができる。一般に既知の従来技術方法
に触媒として使用される金属および金属イオンは
本発明において同様の反応効果を生ぜしめるべく
同一の様式で使用することができ、その際増強さ
れた活性という追加利点を有する。 アルミナ−シリカ−金属酸化物組合せ物質は市
場的に多数の触媒供給業者から入手可能である。
そのような物質はまた当技術分野に周知の方法に
より製造することができる。例えばcが0以上で
あるアルミナ−シリカ−金属酸化物組合せはは担
体つき金属酸化物触媒の製造のための既知の方法
により製造することができる。そのような金属酸
化物触媒の製造に一般に使用される方法は、金属
酸化物に変換可能な可溶性金属塩に担体例えばア
ルミナ、シリカおよびアルミナ−シリカを含浸さ
せ、飽和された固体を分離しそして加熱して溶媒
の大部分を除去することを包含する。次いで得ら
れる物質を仮焼して金属塩を相当する金属酸化物
に変換せしめる。多くの場合、多重含浸技術を使
用して担体上により高い金属酸化物濃度を達成せ
しめる。 その他の周知の技術は金属酸化物に変換可能な
金属塩の溶液中に担体物質を懸濁させ、完全にま
たは一部分溶媒を蒸発させそして多分得られた物
質を有機結合剤と混合し、そしてその構造体を形
成させることを包含する。次いでこの乾燥構造体
を高温に加熱して溶媒の完全な除去を行わせ、有
機物質を燃焼させそして前述したように金属塩か
ら相当する金属酸化物への変換を行わせる。 このアルミナ−シリカ−金属酸化物組合せ物は
必ずしも完全に不純物が除去されている必要はな
い。すなわち得られる触媒の活性にもしあるにし
てもほとんど悪影響を与えることのないAl2O3
SiO2およびM2/oO以外の物質を存在させること
ができる。アルミナおよびアルミナ含有物質に通
常随伴している不純物としては例えばアルカリ金
属、アルカリ土類金属および元素周期律表第4b
族のチタニウムの酸化物があげられる。一般にそ
のような不純物は5重量%を越えない量で存在し
てもよい。 本明細書に使用されている場合の元素周期律表
とはWeast氏編「CRC Handbook of
Chemistry and Physics」(CRC Press社第60版
1979年発行)の表紙裏側に発表されている元素の
周期律表を意味する。 三酸化硫黄(SO3)は本発明の触媒組成物質の
本質的成分である。これは触媒的有効量でアルミ
ナ−シリカ−金属酸化物組合せ物に加えられる。
それは蒸気または気相の三酸化硫黄として直接仕
込むことができる。あるいはまた、それは反応し
て三酸化硫黄と(本発明の目的に対して)不活性
な酸化窒素(NO)とを生成する二酸化硫黄
(SO2)と二酸化窒素(NO2)との混合物をアル
ミナ−シリカ−金属酸化物組合せ物に仕込むこと
により間接的に与えることができる。二酸化硫黄
と二酸化窒素との混合物が使用される場合には少
くとも1の化学量論的モル比が要求される。しか
しながら通常は二酸化窒素1モル当り約2〜3モ
ルの程度の過剰の二酸化硫黄を使用することが好
ましい。 一般に三酸化硫黄を与える場合には、アルミナ
−シリカ−金属酸化物組合せに二酸化硫黄と二酸
化窒素との混合物を仕込む間接法が二酸化硫黄お
よび二酸化窒素の両者ならびに酸化窒素ば常温
(約25℃)またはそれ以上では気体状態で存在す
るという点で好ましい。一方、三酸化硫黄は常温
では液体として存在し、そして通常のそして好ま
しい製造条件下ではそれを最初に蒸気に変換させ
そしてその後でアルミナ−シリカ−金属酸化物組
合せ物に接触させなくてはならない。 前述したように本発明の触媒組成物はその本質
的成分が二酸化硫黄であるアダクトを包含する。
勿論二酸化硫黄と二酸化窒素との混合物を反応器
に仕込んで三酸化硫黄を生成させる場合には、吸
着されるのは実際は三酸化硫黄と二酸化窒素との
コンプレツクスまたは組合せ物であるかもしれな
いということが認識される。しかしながら吸着さ
れたものの実際の組成には関係なく、ここでは便
宜上それは三酸化硫黄として参照されており、そ
してこれは三酸化硫黄であるか、三酸化硫黄/二
酸化窒素コンプレツクスであるかまたはそのいく
つかの組合せ物であるかそして未反応の二酸化硫
黄と二酸化窒素との混合物であるかに関係なく、
すべてのそのような組成物を包含して意味してい
る。 本発明の触媒組成物は通常、アダクト形成を招
来する条件下に、そして所望される重量増加を誘
導するに充分な時間の間、アルミナ−シリカ−金
属酸化物組合せ物を気相の三酸化硫黄に(前記の
ように直接的または間接的に)接触させることに
より製造される。添加される三酸化硫黄の量(重
量増加により示される)は狭義には臨界的ではな
い。必要なすべてのことは、触媒的有効量の三酸
化硫黄が添加されることである。本発明の触媒組
成物により示される増強された活性を与えるため
には一般にアルミナ−シリカ−金属酸化物組合せ
物の重量基準で少くとも5重量%の三酸化硫黄が
要求される。これまた臨界的ではないけれどもそ
れ以上の三酸化硫黄濃度に対してはもしあるにし
てもわずかな利点しか示されないという点で約40
重量%、好ましくは約10重量%の上限が望ましい
ことが見出されている。すなわち前記の5〜40重
量%の範囲よりも一層高い濃度および一層低い濃
度は共に所望により使用しうるけれども、しかし
そのような濃度は記載の望ましい範囲に比べて何
等の特別の利点も与えないのであるから、そして
実際には特に約5重量%以下の濃度では触媒活性
に悪影響を与えうるのであるから、前記の5〜40
重量%範囲が使用されるのが望ましい。 触媒組成物の製造条件は広範囲に変動させう
る。必要なすべてのことは直接的に仕込まれるか
または間接的に仕込まれるかに関係なく三酸化硫
黄をアルミナ−シリカ−金属酸化物組合せ物に接
触させている間それが気相で存在しているという
ことである。すなわち触媒の製造は常温(約25
℃)(三酸化硫黄生成に対して二酸化硫黄および
二酸化窒素が使用される場合)〜約300℃または
それ以上の範囲の温度で実施されうる。好ましい
温度はしかし約150℃〜約250℃の範囲であり、
175℃〜約225℃が特に好ましい。そのような好ま
しい温度においては三酸化硫黄の摂取はかなり迅
速であり、未反応通過から生ずる反応成分ガスの
損失は最小となる。一般にそして便利さのため
に、触媒の製造は触媒が使用されるべき以後の反
応において使用される温度で実施することができ
る。 触媒の製造は実質的に無水条件下に実施され
る。これは必要なことである。その理由は三酸化
硫黄は水と容易に反応して硫酸を生成しこれは本
発明の触媒組成物を包含するアダクトの形成の前
には以後の反応に悪影響を示しうるからである。
本明細書に使用されている場合の「実質的に無
水」なる表現は、5重量%を越えない量の水が触
媒形成成分の一部として反応中に存在しているこ
とを意味している。 本発明の触媒組成物は便利には気相化学反応の
実施に適当なタイプの装置中で製造される。この
ように触媒の製造は以後の反応または有機化合物
の変形に使用されるものと同一の反応器中で実施
することができる。それはアルミナ−シリカ−金
属酸化物組合せ物と三酸化硫黄の接触を行わせる
ための固定床、移動床または流動床系中で実施す
ることができる。前述したように、触媒の製造は
好ましくは実質的に無水の条件下に、約25℃〜約
300℃そして通常は約175℃〜約225℃の温度でア
ルミナ−シリカ−金属酸化物組合せ物の床上に2
〜3/1モル比の二酸化硫黄と二酸化窒素との気
体混合物を連続的に通過させることにより実施さ
れる。 気相ニトロ化法は高い芳香族変換および高いニ
トロ芳香族化合物選択性を特徴としている。更
に、芳香族化合物出発物質がオルト−パラ指向性
置換基を有するモノ置換芳香族化合物、特にクロ
ロベンゼンである場合には、使用される特定のニ
トロ化促進触媒および芳香族化合物によつてその
観測されるパラ−オルト異性体分布は約1.8〜
3.5/1の範囲となる。 本法に使用するに適当な芳香族化合物は操作条
件下に気相または気体状態で存在できそしてニト
ロ化を受けて所望のニトロ芳香族化合物を生成し
うるものである。更にニトロ芳香族化合物のオル
トおよび/またはパラ異性体が所望される場合に
は、芳香族化合物出発物質はオルト−パラ指向性
置換基例えばハロゲン、低級アルキル、低級ヒド
ロキシアルキル、低級アセトキシアルキル、低級
アルコキシ、フエニルその他を有していなくては
ならない。ここに「低級アルキル」および関連す
る表現は1〜6個の炭素原子を含有するアルキル
基を含む置換基を意味している。適当な芳香族化
合物の非限定的代表例としては芳香族炭化水素例
えばベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベン
ゼン、クメン、ナフタレンその他、芳香族エーテ
ル例えばアニソール、フエネトールその他、ハロ
芳香族化合物例えばクロロベンゼン、ブロモベン
ゼン、ヨードベンゼン、o−ジクロロベンゼンそ
の他、芳香族カルボキシレート例えば安息香酸、
メチルベンゾエート、エチルベンゾエートその他
があげられる。しかしながら本発明の方法はクロ
ロベンゼン(モノクロロベンゼンまたは単に
MBCとしても知られている)およびベンゼンに
関して特に有効である。 勿論オルト−パラ指向性置換基を有するモノ置
換芳香族化合物例えばトルエンおよびクロロベン
ゼンをニトロ化せしめた場合には、オルト、メタ
およびパラ異性体を含有するニトロ芳香族化合物
を生成させることは明白である。そのような場合
にはオルトおよびパラ異性体が一般に生成物混合
物の主割合を構成する。メタ異性体は痕跡量での
み存在する。 本発明の方法において使用されるニトロ化剤は
酸化窒素(NO)よりも高次の窒素の気体酸化物
例えば二酸化窒素(NO2)、三酸化二窒素
(N2O3)および四酸化二窒素(N2O4)である。
これらニトロ化剤の中で二酸化窒素が好ましい。
すなわち便利さおよび明白性のために、この方法
はニトロ化剤として好ましい二酸化窒素を意味に
記載される。 本発明の気相ニトロ化法は特定の反応温度には
限定されない。その理由は、この方法は約80゜〜
約300℃の範囲の温度で実施されうるからである。
しかしながら好ましい温度は約150℃〜約250℃の
範囲であり、そして約175℃〜約225℃が好まし
い。そのような好ましい温度においては反応速度
は適正に迅速でありそしてもしあるにしてもわず
かの副生成物の形成しか生じない。しかしながら
ある芳香族化合物に対して使用される特定の温度
はある程度はその特定の芳香族化合物の沸点また
は気化温度に依存することが理解される。例えば
132℃の沸点を有するクロロベンゼンが選ばれた
芳香族化合物である場合には、気相ニトロ化は便
利には前記の好ましい温度範囲および最も好まし
い温度範囲内で実施される。ベンゼン(b.p.80
℃)が選ばれた芳香族化合物である場合には、そ
の気相ニトロ化は全操作温度範囲すなわち約80℃
〜約300℃を包含する温度で実施されうる。ここ
でもまたしかし約150℃〜約250℃の温度が好まし
い。 同様の方法で固体化合物例えばナフタレンまた
は安息香酸(大気圧下の昇華温度はそれぞれ80.2
℃および100℃)が選ばれた芳香族化合物である
場合にはその気相ニトロ化は蒸気化(昇華)温度
またはそれより上、そして好ましくは前記の好ま
しい温度範囲内で実施されうる。 記載の好ましい温度範囲にもかかわらず、ニト
ロ化がより困難な芳香族化合物に対してはより高
温を有利に使用しうるということは理解されよ
う。例えばo−ジクロロベンゼン(b.p.179℃)
は約150℃〜約25℃の好ましい温度範囲内では容
易にニトロ化されない。すなわち適正な変換およ
び収率を行わせるためには250℃以上そして約300
℃までの温度が好ましい。 前述したように本発明の気相ニトロ化は約80℃
〜約300℃の温度範囲で実施しうる。約150℃〜約
250℃の温度が好ましい。好ましい温度で本発明
の気相ニトロ化を実施することから生ずるいくつ
かの利点としては (a) 所望のニトロ芳香族化合物へのより大なる選
択性、 (b) もしあるにしてもほんのわずかの副生成物
(所望生成物の汚染)、 (c) 反応成分と生成物との間の高い物質バラン
ス、および (d) 二酸化窒素の最小熱分解 をあげることができる。 この後者の利点(d)はそれが大なる程度にその他
の利点に影響するという点で特に重要である。高
温において二酸化窒素が熱分解を受けて不活性な
(本発明の目的に対して)酸化窒素および分子状
酸素となることは勿論当技術分野では周知であ
る。この分解は約150℃で始まりそして約620℃で
完全となる。種々の温度における分解は次のとお
りである。 温度(℃) 130 150 184 279 494
620 分解(%) 0 3 5 13
56.5 100 すなわち約80℃〜約300℃の間の温度では熱分
解による活性二酸化窒素の不活性酸化窒素への最
大損失はわずか約15〜20%であり、一方300℃以
上の温度では熱分解による損失は速やかに30%ま
たはそれ以上に上昇し、そして最後には620℃で
100%となる。明らかに本発明の通常の操作温度
そして特に好ましい温度範囲以上の温度での二酸
化窒素の損失の大きさは無駄でありかつ非実用的
である。更にそのような高温過程からの流出流れ
の再循環が所望される場合には、不活性酸化窒素
の完全損失を阻止するためには追加のコストおよ
び複雑さをもつて酸素または酸素含有気体例えば
空気によるその処理によつて酸化窒素を活性二酸
化窒素に再酸化させる追加の段階を使用すること
が必要である。しかしながらこの付加される段階
の追加のコストおよび複雑さは、本発明の方法に
使用される通常の操作温度条件により実質的に減
少または完全に除去される。 本発明の方法においては圧力は臨界的ではな
い。この気相ニトロ化反応は所望に応じて大気圧
以下、大気圧または大気圧以上の圧力で実施しう
る。大気圧以上の圧力は前記に論じられている二
酸化窒素の熱分解を最小化させるのを助けるもの
として有利に使用しうるが、一方大気圧以下の圧
力は気化させるのがより困難な芳香族化合物の気
化を助けるものとして使用しうる。しかしながら
反応は大気圧またはその付近で実施することが一
般に好ましい。一般には約2.53×104Pa(パスカ
ル)(0.25気圧)〜約4.053×105Pa(4.0気圧)の圧
力を便利に使用することができる。 本発明の気相ニトロ化法は水の存在下に実施さ
れる。これはニトロ化促進触媒上に反応部位を生
成させそしてこれを新らしくするために必要であ
ると信じられている。必要とされている水は触媒
中の水加の水によるかあるいはまた供給流れを介
しての別個の水の添加により供給されうる。水加
の水(前記定義の実質的無水の限界内)が存在す
る場合には添加水は要求されない。その理由は一
度反応が開示されたならば反応過程の間に生成さ
れる水(生成されるニトロ芳香族化合物2モル当
り1モルの水)がそれを維持するに充分だからで
ある。ニトロ化促進触媒が実質的に水加の水を含
有していない場合には、要求される反応部位を与
えるに充分な量の水を加えることが必要となる。
別個の水の添加は通常充分量のその存在を確実な
らしめるために好ましい。しかしながら存在させ
る水の量は狭義に臨界的ではない。すなわち供給
流れの最小量または痕跡量(約0.1容量%)〜約
15容量%までの範囲の量が一般に充分であり、そ
して約0.5〜約5容量%の範囲の量が望ましくは
使用される。 本発明の気相ニトロ化は気相化学反応の実施に
適当なタイプの装置中で便利に実施される。それ
は固定床、移動床または流動床系のどれかを使用
して反応成分とニトロ化促進触媒との接触を行わ
せる単一反応器または多重反応器中で実施するこ
とができる。反応は一般に芳香族化合物と二酸化
窒素との気体混合物を約80℃〜約300℃そして通
常は約175℃〜約225℃の温度を保持しつつニトロ
化促進触媒床上に連続的に通すことにより実施さ
れる。 反応成分たる芳香族化合物を予熱して蒸気を生
成させ、これを次いで前もつて定められた相対比
で適当な反応器中で気体状二酸化窒素と混合させ
ることができる。気体状芳香族化合物を一定速度
で反応器中にポンプで扱み入れ、そしてキヤリア
ガスと二酸化窒素の水含有または給湿流れと混合
させ、その後で加熱触媒床に接触させることがで
きる。あるいはまた、それをキヤリアガスの水含
有流れによつて一定速度で反応器中に便利に送り
込み、そしてその後で二酸化窒素の連続流れと混
合させ、その後で加熱触媒床と接触させることが
できる。反応成分は任意の適当な流速で反応器に
仕込むことができる。 前述したように便利には反応成分物質をキヤリ
アガス流れにより反応器中に送り込むことができ
る。本発明に使用されるキヤリアガスは酸素また
は酸素含有ガス例えば空気または不活性ガス例え
ば窒素、ヘリウムその他でありうる。使用される
場合には、芳香族化合物と二酸化窒素との間のニ
トロ化反応の化学量論性の故に、キヤリアガス
(芳香族化合物に対する)として酸素または酸素
含有ガスを使用することが有利である。更に要求
される水および二酸化窒素に対して好ましいキヤ
リアガスはそれぞれ空気および窒素である。 芳香族化合物と二酸化窒素との間の最初のニト
ロ化反応においては2モルの芳香族化合物に対し
て3モルの二酸化窒素が要求されて、2モルのニ
トロ芳香族化合物、1モルの酸化窒素および1モ
ルの水を生成すると信じられる。例えば酸素含有
キヤリアガスにより供給されるような酸素源不在
の場合には酸化窒素は失われ、それによつてニト
ロ芳香族化合物への二酸化窒素選択性は少くとも
33%(1/3)だけ減少されそしてならびに反応成
分と回収される生成物との間の物質バランスが低
下される。しかしながら酸素(およびニトロ化促
進触媒)の存在下には酸化窒素は既知の再酸化
(化学量論的には酸化窒素2モルに対して1モル
の酸素を要求する)を受けて二酸化窒素となり、
これは更に別の芳香族化合物と反応する。この酸
化窒素の二酸化窒素への既知の再酸化はまた以前
に論じられている二酸化窒素の熱分解による酸化
窒素としての二酸化窒素の損失を減少させるよう
にも働く。従つて、化学量論的に生成されならび
に熱的に生成された酸化窒素の故に、全体的には
もしあるにしてもほんのわずかな二酸化窒素損失
しかない。 供給混合物中の芳香族化合物濃度は狭義には臨
界的ではない。必要なすべてのことはその濃度が
適正な速度で反応を進行せしめるに充分なもので
あることである。他方、生成されるニトロ芳香族
化合物は高い気化温度(例えばニトロクロロベン
ゼン異性体のb.p.235〜246℃)を有しているので
あるから、その濃度は生成されたニトロ芳香族化
合物が反応器中で凝縮しないようなものであるべ
きである。更に芳香族化合物と空気(好ましい芳
香族化合物キヤリアガス)との混合物は潜在的に
可燃性かつ爆発性なのであるから、実際的観点か
ら使用される芳香族化合物の燃焼および爆発限界
の外の濃度で操作することが好ましい。一般に約
1〜約15容量%の間の濃度が望ましく使用され
る。 一般に反応成分の相対比は芳香族化合物1モル
当り約0.5〜5モルの二酸化窒素の範囲でありう
る。好ましくは約1.5〜4:1の比が使用される。 本発明の方法はバツチまたは連続操作どちらに
も適当である。連続操作はニトロ芳香族生成物の
単離後の未反応芳香族化合物および二酸化窒素流
出流れの再循環を包含しうる。追加の反応成分た
る芳香族化合物および二酸化窒素を次いで再循環
流れと共に反応器に仕込んで以後のそして連続的
な反応でその過程を継続させることができる。副
反応例えば二酸化窒素の熱分解、および望ましく
ない副生成物の形成が実質的に不在であるという
ことは、流出流れの面倒な精製が要求されないこ
と、そして前述したように二酸化窒素への酸化窒
素の再酸化のコストおよび複雑さを実質的に減少
または完全に除外させるという点で、そのような
連続操作を有利に容易化させることが認められ
る。 気相反応の間に生成されるニトロ芳香族化合物
を適当な冷却容器内に集め、そして任意の適当な
当技術分野に既知の方法および手段例えば蒸留お
よび結晶化によつて精製することができる。通常
の方法による分別結晶はオルト−パラ指向性置換
基を有するモノ置換芳香族化合物例えばクロロベ
ンゼンを反応成分または出発物質として使用した
場合のオルト異性体とパラ異性体との分離に対し
て特に便利である。 回収される未反応生成物は、望ましくない副生
成物を生成させる副反応が実質的に不在であるこ
との故に、その他の処理のために反応器に容易に
再循環せしめられる。 現在知られている本発明の最良の実施法を説明
する以下の特定的実施例は本発明の理解を容易な
らしめるために詳記されている。しかしながら本
発明の応用の詳細な説明は単に例示のみのために
与えられているということ、そしてそれは本発明
を限定するものと考えられるべきではないという
ことを理解すべきである。何故ならば本発明の精
神から逸脱することなしに種々の変形がこの詳細
な記載から当業者には明白となるからである。 例 1〜15 触媒の製造 長さ40.64cm(16インチ)および外径2.54cm
(1インチ)のステンレススチールチユーブが反
応器として使用された。アルミナ−シリカ−金属
酸化物組合せ物を反応器に入れ、そして必要に応
じて一定の乾燥窒素流れの下に約1時間約225℃
に加熱することにより乾燥させた。温度は通常
175℃の製造温度にセツトされた。そして、特に
記載されていない限りは約2〜3/1モル比で二
酸化硫黄を二酸化窒素と共に(窒素キヤリア流れ
中で)アルミナ−シリカ−金属酸化物組合せを含
有する反応器にその三酸化硫黄摂取が所望の値に
達するまで仕込んだ。時間は通常約1時間であつ
た。パラメーターおよび結果は第1に示されてい
る。
【表】 酸化コバルト16

1333 アルミナ 100 0
0 306 0.32 〃

14 シリカーアルミナ12 12
87 0 425−450 0.32×0.32 ペレ
ツト
15 〃 〃 〃
〃 〃 〃 〃
【表】
【表】
【表】 例 16〜74 ニトロ化反応 触媒の製造のための例1〜15に記載の反応器系
を使用して、多数の反応を実施して芳香族化合物
の気相ニトロ化における触媒としてのニトロ化促
進触媒組成物の有効性を示す。 芳香族化合物の流れを予熱しそして給湿または
水含有空気流れ中で反応チユーブに仕込んだ。特
に記載されていない限りは二酸化窒素である窒素
キヤリア流れ中のニトロ化剤を芳香族化合物/空
気流れと混合させ、そのすぐ後で加熱された触媒
と接触させた。この生成物を第一のものは氷水浴
中で冷却されており、そして第2および第3のも
のがドライアイス浴中で冷却されている一連の3
個の冷却容器中に集めた。分析はバリアン・アソ
シエーツ型式3700装置上で、5/95重量%SP−
1000/クロモソーブG〔ポリ(エチレングリコー
ル)M.W.20000およびニトロテレフタル酸から
のカルボン酸末端ポリ(エチレンニトロテレフタ
レート)/珪藻土〕を充填した1.83m(6フイー
ト)長さおよび0.32cm(0.125インチ)外径のカ
ラムを使用し、そして10℃/分のプログラム速度
で90℃〜210℃にプログラム化されたガスクロマ
トグラフイーにより実施された。パラメーターお
よび結果は表2に記載されている。
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】 例 75〜78 以下の例はジ置換芳香族化合物の気相ニトロ化
におけるニトロ化促進触媒の組成物の使用を説明
するために典型的化合物としてo−または1,2
−ジクロロベンゼンを使用して実施された。 例1〜15に記載の反応器系および例16〜74に記
載の方法が使用された。パラメーターおよび結果
は表3に記載されている。
【表】
【表】
【表】
【表】

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 下記すなわち (a) 式 (Al2O3a(SiO2b(M2/oO)c 〔式中、Mはランタニド、元素周期律表1b、
    2b、5b、6b、7bおよび8族よりなる群から選
    ばれた金属陽イオンおよびそれらの混合物であ
    り、そしてa、bおよびcはそれぞれ、アルミ
    ナ−シリカ−金属酸化物組合わせ物中の
    Al2O3、SiO2およびM2/oO成分の重量%を表
    し、そしてaは0〜100であり、bは0〜100で
    ありそしてcは0〜50であり、そしてnは1〜
    7の整数である金属陽イオンの原子価であるが
    ただし(a+b)の和は0より大でなくてはな
    らない〕により表されるアルミナ−シリカ−金
    属酸化物組合わせおよび (b) 触媒的に有効量の三酸化硫黄のアダクトから
    構成されたニトロ化促進触媒組成物。 2 三酸化硫黄の量がアルミナ−シリカ−金属酸
    化物組合わせ物の重量基準で約5〜約40重量%の
    範囲にある前記特許請求の範囲第1項記載のニト
    ロ化促進触媒組成物。 3 アルミナ−シリカ−金属酸化物組合わせが結
    晶性及び非結晶性相およびそれらの混合物よりな
    る群から選ばれる前記特許請求の範囲第1項記載
    のニトロ化促進触媒組成物。 4 式 (Al2O3a(SiO2b(M2/oO)c 〔式中、Mはランタニド、元素周期律表1b、2b、
    5b、6b、7bおよび8族よりなる群から選ばれた
    金属陽イオンおよびそれらの混合物であり、そし
    てa、bおよびcはそれぞれ、アルミナ−シリカ
    −金属酸化物組合わせ物中のAl2O3、SiO2および
    M2/oO成分の重量%を表し、そしてaは0〜100
    であり、bは0〜100でありそしてcは0〜50で
    あり、そしてnは1〜7の整数である金属陽イオ
    ンの原子価であるがただし(a+b)の和は0よ
    り大でなくてはならない〕により表されるアルミ
    ナ−シリカ−金属酸化物組合わせ物を触媒的有効
    量の気体三酸化硫黄に接触させることを包含す
    る、ニトロ化促進触媒組成物の製造法。 5 三酸化硫黄の量がアルミナ−シリカ−金属酸
    化物組合わせ物の重量基準で約5〜約40重量%の
    範囲にある前記特許請求の範囲第4項記載の製造
    法。 6 アルミナ−シリカ−金属酸化物組合わせ物と
    三酸化硫黄との接触が約25゜〜約300℃の温度で実
    質的に無水条件下に実施される前記特許請求の範
    囲第4項記載の製造法。 7 温度が約150゜〜約225℃である前記特許請求
    の範囲第6項記載の製造法。 8 温度が約175℃である前記特許請求の範囲第
    7項記載の製造法。 9 三酸化硫黄がアルミナ−シリカ−金属酸化物
    組合わせ物を二酸化硫黄と二酸化窒素との混合物
    に接触させることにより得られる前記特許請求の
    範囲第4項記載の製造法。 10 二酸化硫黄の二酸化窒素に対するモル比が
    少なくとも1である前記特許請求の範囲第9項記
    載の製造法。 11 二酸化硫黄の二酸化窒素に対するモル比が
    少なくとも約2〜3/1である前記特許請求の範
    囲第10項記載の製造法。
JP57183038A 1981-10-21 1982-10-20 触媒組成物 Granted JPS5881442A (ja)

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US313522 1994-09-26
US313519 2005-12-21

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