JPH09169694A - 芳香族カルボン酸の製造方法 - Google Patents

芳香族カルボン酸の製造方法

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JPH09169694A
JPH09169694A JP7330206A JP33020695A JPH09169694A JP H09169694 A JPH09169694 A JP H09169694A JP 7330206 A JP7330206 A JP 7330206A JP 33020695 A JP33020695 A JP 33020695A JP H09169694 A JPH09169694 A JP H09169694A
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JP
Japan
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carboxylic acid
aromatic carboxylic
heteropolyacid
compound
producing
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JP7330206A
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English (en)
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Yoshio Asahi
佳男 朝日
Yosuke Iida
陽介 飯田
Yasuyuki Sasaki
康之 佐々木
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Mitsubishi Chemical Corp
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Mitsubishi Chemical Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 水系媒体中で、アルキル基を有する芳香族化
合物を分子状酸素で酸化して芳香族カルボン酸を製造す
る方法の改良法を提供する。 【解決手段】 欠損構造部位を有するヘテロポリ酸骨格
に遷移金属を組込んだ化合物を触媒として用い、かつヘ
テロポリ酸アニオンの構造を安定に保つことのできるp
Hの緩衝水溶液中で反応を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルキル置換基ま
たは一部酸化したアルキル置換基を有する芳香族化合物
を酸化して、樹脂原料や医農薬原料等として工業的に有
用な芳香族カルボン酸を製造する方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、芳香族カルボン酸を工業的に製造
する方法としては、アルキル置換基または一部酸化した
アルキル置換基を有する芳香族化合物を、コバルト、マ
ンガンなどの重金属化合物、及び臭素又は臭素化合物か
らなる触媒の存在下、酢酸などの低級アルカン酸を溶媒
として、液相中で酸化する方法が実施されている。しか
しながら、この方法では、溶媒として用いた酢酸などの
低級アルカン酸が、燃焼等により相当量消費されるた
め、製造コストが高くなるという問題がある。
【0003】このような問題点を解決するために、溶媒
として低級アルカン酸の代わりに水を用いる方法も提案
されているが(特公昭39−13921号、特開昭58
−85840号、特開昭60−18403号など)、反
応速度が遅く実用的でない。そこで、触媒として酸化ル
テニウムを用いる方法(特開平3−130247)、触
媒として重金属及び臭素化合物、助触媒としてケイタン
グステン酸やリンモリブデン酸などのヘテロポリ酸を併
用する方法(特開平2−200656)などの水溶媒で
の改良方法が提案されている。しかしながら、上記のよ
うな改良方法もまだ実用段階には至らず、更なる改良が
望まれている。本発明者らは、水溶媒法の改良として、
欠損構造部位を有するヘテロポリ酸骨格に遷移金属を組
み込んだ化合物を触媒として用いる方法を提案した。
(特願平6−190633)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
特願平6−190633の方法においても、反応の進行
に伴い、触媒活性が低下していくという問題点があるこ
とが判明した。従って本発明は、高められた触媒活性を
長時間維持しつつ、芳香族カルボン酸を製造する方法を
提供せんとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、アルキ
ル置換基または一部酸化したアルキル置換基を有する芳
香族化合物を、水系媒体中で分子状酸素により酸化して
芳香族カルボン酸を製造する方法において、欠損構造部
位を有するヘテロポリ酸骨格に遷移金属を組み込んだ化
合物を触媒として用い、ヘテロポリ酸アニオン構造を安
定に保つことのできるpHの緩衝水溶液中で反応を行な
うことにより、高い触媒活性が長時間維持され、目的の
芳香族カルボン酸を高収率で得ることができる。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明について詳細に説明する
と、本発明においては、原料として、アルキル置換基ま
たは一部酸化したアルキル置換基を有する芳香族化合物
が用いられる。アルキル置換基の、炭素数は通常1〜8
程度であるが、好ましいのはメチル基、エチル基、n−
プロピル基、i−プロピル基などの炭素数1から3のア
ルキル基である。また、一部酸化したアルキル基の炭素
数も通常1〜8程度である。このような一部酸化したア
ルキル基としては、例えばホルミル基、カルボキシル
基、ヒドロキシアルキル基等が挙げられる。原料の芳香
族化合物はこれらの置換基を2つ以上有していてもよ
い。複数の置換基を有する場合は、各々置換基は同一で
も異なるものでもよい。なお、芳香族化合物の芳香核に
は、ベンゼン環の様な単環のみならず、ナフタレン環の
ような多環式芳香核も含まれる。
【0007】本発明で原料として用いるアルキル置換基
または一部酸化したアルキル置換基を有する芳香族化合
物のいくつかを例示すると、トルエン、イソプロピルベ
ンゼン、4,4′−ジメチルビフェニル、o−,m−,
またはp−キシレン、o−,m−,またはp−ジイソプ
ロピルベンゼン、プソイドキュメン(1,2,4−トリ
メチルベンゼン)、2,6−ジメチルナフタレン等のア
ルキル基の置換した芳香族化合物;ベンスアルデヒド、
o−,m−,またはp−トルアルデヒド、2,4−ジメ
チルベンズアルデヒド、2,4,5−トリメチルベンズ
アルデヒド、2,6−ジホルミルナフタレン、1−ホル
ミルナフタレン等のホルミル基の置換した芳香族化合
物;ベンジルアルコール等のヒドロキシアルキル基の置
換した芳香族化合物;o−,m−,またはp−トルイル
酸、o−,m−,またはp−カルボキシベンズアルデヒ
ド等のホルミル基とカルボキシル基の置換した化合物あ
るいはこれらの混合物などが挙げられる。
【0008】本発明では、触媒として、欠損構造部位を
有するヘテロポリ酸骨格に遷移金属を組み込んだ化合物
を用いる。遷移金属としては、通常、第5〜10族元素
から選ばれたものが用いられるが、好ましいのは第5族
のV、第6族のCr,Mo,W、第7族のMn、第8族
のFe,Ru、第9族のCo,Rh、第10族のPdで
ある。なお、元素の周期表は、IUPAC無機化学命名
法改訂版(1989)による。これらの遷移金属は、例
えば、R.Neumanm et al.,J.Am.Chem.Soc.,112(1960)602
5.に記載の方法により、欠損構造部位を持つヘテロポリ
酸骨格中に組み込ませることができる。また、予じめ遷
移金属を組込んだヘテロポリ酸化合物触媒として反応系
に供する以外に、塩化物等の遷移金属塩と欠損型ヘテロ
ポリ酸化合物を個別に反応系に供給し、反応系中で遷移
金属を組込んだヘテロポリ酸化合物を形成させることも
可能である。
【0009】この欠損構造部位を持つヘテロポリ酸骨格
としては、例えば下記の一般式(1)〜(3)で示され
るものが挙げられる。 欠損型ヘキサメタレート型イオン (M5 18n- …(1) 欠損型ケギン型ポリ酸イオン (Y1 1139n- …(2) 欠損型ドーソン型ポリ酸イオン (Y2 1761n- …(3) (これらの式において、Mはモリブデン又はタングステ
ンを表わし、Yはケイ素、リン又はゲルマニウムを表わ
す。nは正の整数を表わすが、その値は通常1〜20の
範囲にある) これらの欠損構造部位を有するヘテロポリ酸骨格に遷移
金属を組込んだ化合物のカチオンには特に制限は無く、
例えばプロトン、ナトリウムイオン、カリウムイオン等
のアルカリ金属イオン、アルキル基の炭素数が1〜20
であるテトラアルキルアンモニウムカチオンなどが挙げ
られる。
【0010】触媒は反応媒体中に通常10〜10,00
0ppm、好ましくは100〜5000ppmとなるよ
うに存在させる。なお、これらの遷移金属を組込んだヘ
テロポリ酸化合物触媒の安定化のため、触媒とともに欠
損型ヘテロポリ酸化合物を共存させてもよい。その共存
量は、遷移金属を組込んだヘテロポリ酸化合物に対し、
通常0.01〜10倍当量、好ましくは0.1〜5倍当
量である。本発明による芳香族化合物の酸化反応は水系
媒体中で実施されるが、水系媒体としては、水または水
を主成分とする溶液が用いられる。
【0011】本発明では、この水系媒体中にpH緩衝剤
を存在させて、触媒のヘテロポリ酸アニオンを安定化さ
せる。水系媒体中でのヘテロポリ酸の安定性は、そのp
Hに依存する。そして本発明者らの知見によれば、欠損
構造部位を有するヘテロポリ酸骨格に遷移金属を組込ん
だ化合物を触媒として、水系媒体中で芳香族カルボン酸
を製造する際の触媒活性低下の原因の少くとも一部は、
反応中に水系媒体のpHに影響されて、ヘテロポリ酸化
合物の構造が変化してしまうことによると考えられる。
従って、水系媒体中にpH緩衝剤を添加して、触媒のヘ
テロポリ酸アニオンの構造が安定に維持されるpH領域
で反応を行なわせると、触媒活性の低下を防止できると
考えられる。
【0012】水系媒体中でのヘテロポリ酸アニオンの安
定なpH領域は、同じタイプのヘテロポリ酸でも、構成
元素が異なると相当に大きく変化する。従って、本発明
を実施するに際しては、使用する触媒のヘテロポリ酸ア
ニオンに応じて、水系媒体に添加すべきpH緩衝剤を選
択する必要がある。しかし、ヘテロポリ酸アニオンの安
定なpH領域は、その分解率の測定から決定できるの
で、ヘテロポリ酸により安定なpH領域が異なることは
本発明を実施する際の障害とはならない(P.Souchay 著
“ Ions Mineraux Condenses”( Masson & Cie,Paris,
1969 )参照)。欠損型ケギン型ポリ酸イオンのいくつか
について、安定に使用できるpH領域を例示すると、次
の通りである。
【0013】
【表1】 通常使用範囲 好適範囲 最適範囲 〔SiW11397- <8.2 <8.0 <7.8 〔PW11397- <7.2 <7.0 <6.8 〔PMo11397- <5.2 <5.0 <4.8 〔GeMo11398- <4.7 <4.5 <4.3 pH緩衝剤としては通常は無機塩類が用いられ、燐酸
塩、炭酸塩、ほう酸塩などを用いるのが好ましい。反応
は、触媒として欠損構造部位を有するヘテロポリ酸骨格
に遷移金属を組込んだものを用い、かつ水系媒体中にp
H緩衝剤を存在させる以外は、常法に従って行なうこと
ができる。水系媒体と反応原料である芳香族化合物との
重量比は、通常1:1〜100:1の範囲から選ばれ
る。酸化剤である酸素としては、通常は空気を用いる
が、酸素富化空気や逆に窒素などの不活性ガスで希釈し
たものを用いることもできる。また所望ならば、酸素ガ
スやこれを窒素などで希釈したものを用いることができ
る。これらの分子状酸素含有ガスは通常、連続的に反応
系に吹き込まれる。
【0014】反応温度は通常100〜300℃、好まし
くは150〜230℃であり、反応圧力は、その反応温
度において反応器中で液相が保持できる圧力以上であれ
ばよく、通常は常圧〜100気圧(0.1〜10MP
a)、好ましくは10〜80気圧(1〜8MPa)であ
る。また、反応時間は、通常0.1〜8時間、好ましく
は1〜5時間の範囲で選ばれる。本発明により得られる
芳香族カルボン酸の分離精製は、濾過、遠心分離、蒸留
などの常法により実施される。なお、生成物を分離した
後の触媒を含む溶液は、反応に再度利用することができ
る。
【0015】
【実施例】以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更
に具体的に説明するが、本発明はその要旨を越えない限
り以下の実施例に限定されるものではない。 実施例1 還流冷却器、攪拌機を備えた500mlのチタン製オー
トクレーブに、0.57M−H3 BO3 緩衝液(pH=
5.1)150mlとp−キシレン10.35gを仕込
んだ。これにRuを組込んだ欠損型ケイタングステン酸
カリK5 SiRu(H2 O)W1139をRu濃度が16
56ppmとなるように添加した。オートクレーブ内を
窒素置換した後、200℃まで加熱昇温した。200℃
に達した時点で空気を圧入し、60気圧の加圧下、39
Nl/Hrの速度で空気を2時間連続的に供給した。次
いで、反応器を冷却し、内容物を取り出し、生成物を濾
過分離した。得られた生成物を高速液体クロマトグラフ
ィー及びガスクロマトグラフィーにより分析した。その
結果、p−キシレンの転化率が94%であり、仕込みp
−キシレンに対するテレフタル酸の収率は63%、p−
トルイル酸の収率は9%であった。なお、主な副生成物
は燃焼により生成したCO2 であった。
【0016】実施例2 0.57M−H3 BO3 緩衝液(pH=5.1)を0.
57M−燐酸二水素カリウム緩衝液(pH=4.6)に
変えた以外は、実施例1と同様に反応を実施した。その
結果、p−キシレンの転化率は92%であり、仕込みp
−キシレンに対するテレフタル酸の収率は60%、p−
トルイル酸の収率は10%であった。なお、主な副生成
物は燃焼により生成したCO2 であった。
【0017】実施例3 0.57M−H3 BO3 緩衝液(pH=5.1)を0.
057M−燐酸緩衝液(pH=2.3)に変えた以外
は、実施例1と同様に反応を実施した。その結果、p−
キシレンの転化率は90%であり、仕込みp−キシレン
に対するテレフタル酸の収率は55%、p−トルイル酸
の収率は11%であった。なお、主な副生成物は燃焼に
より生成したCO2 であった。
【0018】比較例1 0.57M−H3 BO3 緩衝液(pH=5.1)を用い
ず溶媒として水150mlを用いた以外は、実施例1と
同様に反応を実施した。その結果、p−キシレンの転化
率は87%であり、仕込みp−キシレンに対するテレフ
タル酸の収率は51%、p−トルイル酸の収率は13%
であった。なお、主な副生成物は燃焼により生成したC
2 であった。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルキル置換基または一部酸化したアル
    キル置換基を有する芳香族化合物を、水系媒体中で分子
    状酸素により酸化して芳香族カルボン酸を製造する方法
    において、欠損構造部位を有するヘテロポリ酸骨格に遷
    移金属を組み込んだ化合物を触媒として用い、ヘテロポ
    リ酸アニオンの構造を安定に保つことのできるpHの緩
    衝水溶液中で反応を行なうことを特徴とする芳香族カル
    ボン酸の製造方法。
  2. 【請求項2】 欠損構造部位を有するヘテロポリ酸骨格
    が、下記の一般式(1)〜(3); 欠損型ヘキサメタレート型イオン (M5 18n- …(1) 欠損型ケギン型ポリ酸イオン (YM1139n- …(2) 欠損型ドーソン型ポリ酸イオン (Y2 1761n- …(3) (これらの式において、Mはモリブデン又はタングステ
    ンを表わし、Yはケイ素、リン又はゲルマニウムを表わ
    す。nは正の整数を表わす)のいずれかで表わされるも
    のであることを特徴とする請求項1に記載の芳香族カル
    ボン酸の製造方法。
  3. 【請求項3】 遷移金属が、第5〜10族元素から選ば
    れたものであることを特徴とする請求項1又は2に記載
    の芳香族カルボン酸の製造方法。
  4. 【請求項4】 緩衝水溶液が、燐酸塩、炭酸塩及びほう
    酸塩からなる少なくとも1種の無機塩類を溶解している
    ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の
    芳香族カルボン酸の製造方法。
JP7330206A 1995-12-19 1995-12-19 芳香族カルボン酸の製造方法 Pending JPH09169694A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6506932B2 (en) 2000-11-10 2003-01-14 Nippon Shokubai Co., Ltd. Method for production of oxygen-containing aromatic compound
JP2008031147A (ja) * 2006-06-30 2008-02-14 Kimoto & Co Ltd 修飾フリーアシッド型ヘテロポリ酸、修飾ヘテロポリ酸塩、およびフリーアシッド型ヘテロポリ酸系重合体

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008031147A (ja) * 2006-06-30 2008-02-14 Kimoto & Co Ltd 修飾フリーアシッド型ヘテロポリ酸、修飾ヘテロポリ酸塩、およびフリーアシッド型ヘテロポリ酸系重合体

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