JPH11279112A - 芳香族性ジカルボン酸の製造方法 - Google Patents

芳香族性ジカルボン酸の製造方法

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JPH11279112A
JPH11279112A JP10081571A JP8157198A JPH11279112A JP H11279112 A JPH11279112 A JP H11279112A JP 10081571 A JP10081571 A JP 10081571A JP 8157198 A JP8157198 A JP 8157198A JP H11279112 A JPH11279112 A JP H11279112A
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JP
Japan
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group
aromatic
acid
compound
mol
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JP10081571A
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Tatsuya Nakano
達也 中野
Yasutaka Ishii
康敬 石井
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Daicel Corp
Original Assignee
Daicel Chemical Industries Ltd
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Publication date
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 酸素酸化により芳香族性カルボン酸を簡便に
且つ効率よく製造する。 【解決手段】 下記式(1)で表されるイミド化合物
(N−ヒドロキシフタルイミドなど)と、周期表2A〜
7A族、8族、及び1B〜3B族の元素を含む助触媒と
で構成された酸化触媒の存在下、下記式(2)で表され
る芳香族性縮合環化合物を分子状酸素と接触させ、下記
式(3)で表される芳香族性ジカルボン酸を製造する。 【化1】

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は芳香族性縮合環を有
するジカルボン酸の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】芳香族性縮合環を有するジカルボン酸、
例えば、ナフタル酸の製造方法としては、アセナフテン
のメチレン基を酸化する方法が知られている。例えば、
バイルシュタイン EIV9、3534頁(Karischin,
Fedorenko, Z. prikl. Chim.29[1956]966)、ベリヒテ
・デア・ドイチェン・ヘミシェン・ゲゼルシャフト25
巻、652頁、1895年(Berichte der Deutschen C
hemischen Gesellschaft 25,652(1895))、米国特許2,
379,302号明細書には、アセナフテンをクロム酸
で処理する方法が開示され、また、バイルシュタイン
EII9、651頁(Casares, Ranedo, An. Soc. espa
n. 20,524;C. 1924 I, 319 )には、アセナフテンを過
酸化水素と過マンガン酸で処理する方法が開示されてい
る。しかし、これら文献の方法は、取り扱いに注意を要
するとともに、後処理が繁雑なクロム酸や過マンガン酸
を大量に使用する必要がある。
【0003】近年、メチレン基の酸化反応として、クロ
ム酸酸化や過マンガン酸酸化等に変わり得るマイルドな
酸化反応が種々検討されている。例えば、特開平9−3
27626号公報には、N−ヒドロキシフタルイミド
(触媒)と、コバルト等の遷移金属(助触媒)との存在
下、シクロヘキサンの酸化によりアジピン酸を製造する
ことが開示されている。また、環状メチレンを有する芳
香族化合物の酸化について、フルオレンを酸化し、ケト
ン体であるフルオレノンを生成させることが開示されて
いる。しかし、芳香族ジカルボン酸の製造について触れ
るところがない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、酸素酸化により、簡便にかつ効率よく芳香族性カル
ボン酸を製造できる方法を提供することにある。本発明
の他の目的は、温和な条件で芳香族性縮合環化合物を酸
化できる方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するために鋭意検討した結果、N−ヒドロキシフ
タルイミドで構成された触媒を用いる酸化反応におい
て、特定の芳香族性縮合環化合物を基質として用いる
と、芳香族性ジカルボン酸が効率よく生成することを見
い出し、本発明を完成した。
【0006】すなわち、本発明は、下記式(1)
【0007】
【化4】 (式中、R1 及びR2 は、同一又は異なって、水素原
子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、シクロア
ルキル基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、カルボキシ
ル基、アルコキシカルボニル基、アシル基を示し、R1
及びR2 は互いに結合して二重結合、または芳香族性又
は非芳香族性の環を形成してもよい。Xは酸素原子又は
ヒドロキシル基を示し、nは1〜3の整数を示す。)で
表されるイミド化合物で構成される酸化触媒の存在下、
下記式(2)
【0008】
【化5】 (式中、R3 〜R8 は、同一又は異なって、水素原子、
ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、シクロアルキ
ル基、ヒドロキシル基、アルコキシ基を示し、R 3 〜R
8 のうち互いに隣接する少なくとも一対の基は、芳香族
環を形成していてもよい。mは0又は1を示す。)で表
される芳香族性縮合環化合物(以下、化合物(2)とい
う)を分子状酸素と接触させ、下記式(3)
【0009】
【化6】 (式中、R3 〜R8 は、前記に同じ)で表される芳香族
性ジカルボン酸を製造する。化合物(2)は、アセナフ
テン、アセナトレン、アセフェナントレンまたはコラン
トレンで構成されていてもよい。酸化触媒はさらに助触
媒を含んでいてもよい。
【0010】また、本発明の化合物(2)の酸化方法
は、上記イミド化合物で構成される酸化触媒と分子状酸
素との存在下で行うことができる。なお、本明細書にお
いて、「カルボン酸」とは、遊離のカルボキシル基を有
する化合物に限らず、反応条件により生成する塩、エス
テルや酸無水物などのように、実質的にカルボン酸と等
価なカルボン酸誘導体も含む意味に用いる。
【0011】
【発明の実施の形態】[酸化触媒]本発明に使用される
酸化触媒を構成する上記式(1)で表されるイミド化合
物において、R1 及びR2 で示されるハロゲン原子に
は、ヨウ素、臭素、塩素およびフッ素原子が含まれ、ア
ルキル基には、C1-10アルキル基が挙げられる。アリー
ル基には、フェニル基などが含まれ、シクロアルキル基
には、C1-10シクロアルキル基が含まれる。アルコキシ
基には、C1-10アルコキシ基が含まれる。アルコキシカ
ルボニル基には、C1-10アルコキシカルボニル基が含ま
れ、アシル基には、C1-6 アシル基が含まれる。
【0012】R1 及びR2 が互いに結合して形成する芳
香族性環又は非芳香族性環には、5〜12員環程度の環
(炭化水素環、複素環又は縮合複素環など)が含まれ
る。
【0013】好ましいイミド化合物には、下記式(1
a)〜(1f)で表される化合物が含まれる。
【0014】
【化7】 (式中、R9 〜R12は、同一又は異なって、水素原子、
ハロゲン原子、アルキル基、ヒドロキシル基、アルコキ
シ基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、アシ
ル基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基を示す。Xは酸素
原子又はヒドロキシル基を示す。窒素原子「N」と
「X」との結合は単結合又は二重結合を示す。R1 、R
2 及びnは前記に同じ。) R9 〜R12で示されるハロゲン原子、アルキル基、ヒド
ロキシル基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、
アシル基としては、前記式(1)でR1 及びR 2 につい
て例示したのと同様の基が挙げられる。nは、1〜3の
整数を示し、好ましくは1〜2である。式(1)で表さ
れる触媒は、一種又は二種以上組み合わせて使用でき
る。
【0015】好ましいイミド化合物としては、例えば、
N−ヒドロキシコハクイミド、N−ヒドロキシマレイン
酸イミド、N−ヒドロキシヘキサヒドロフタル酸イミ
ド、N,N−ジヒドロキシシクロヘキサンテトラカルボ
ン酸イミド、N−ヒドロキシフタル酸イミド、N−ヒド
ロキシテトラブロモフタル酸イミド、N−ヒドロキシヘ
ット酸イミド、N−ヒドロキシハイミック酸イミド、N
−ヒドロキシトリメリット酸イミド、N,N−ジヒドロ
キシピロメリット酸イミド、N,N−ジヒドロキシナフ
タレンテトラカルボン酸イミドなどが挙げられる。
【0016】化合物(2)1モルに対するイミド化合物
の使用量は、例えば、0.001〜1モル、好ましくは
0.01〜0.5モル、さらに好ましくは0.05〜
0.30モル、特に0.05〜0.25モル程度であ
る。酸化触媒は、必要に応じて、助触媒を含んでいても
よい。助触媒としては、例えば、周期表2A〜7A族、
8族及び1B〜3B族元素を含む化合物、好ましくは、
4A族元素(チタンTi、ジルコニウムZrなど)、5
A族元素(バナジウムV、ニオブNbなど)、6A族元
素(クロムCo、モリブデンMo、タングステンWな
ど)、7A族元素(マンガンMn、テクネチウムTc、
レニウムReなど)、8族元素(鉄Fe、ルテニウムR
u、オスミウムOs、コバルトCo、ロジウムRh、イ
リジウムIr、ニッケルNi、パラジウムPd、白金P
tなど)、1B族元素(銅Cuなど)に属するいずれか
の元素を少なくとも1つ含む金属化合物が挙げられる。
【0017】金属化合物としては、金属単体、金属水酸
化物、金属酸化物(複酸化物または酸素酸塩)、金属有
機酸塩、金属無機酸塩、金属ハロゲン化物、金属元素を
含む配位化合物(錯体)やヘテロポリ酸(特にイソポリ
酸)又はその塩などが挙げられる。前記錯体を形成する
配位子としては、OH(ヒドロキソ)基、アルコキシ基
(メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキシ基な
ど)、アシル基(アセチル、プロピオニル基など)、ア
ルコキシカルボニル基(メトキシカルボニル(アセタ
ト)、エトキシカルボニル基など)、AA(アセチルア
セトナト)基、シクロペンタジエニル基、ハロゲン原子
(塩素、臭素など)、CO、CN、酸素原子、リン化合
物、窒素含有化合物などが挙げられる。これら配位子
は、単独又は二種以上組み合わせて使用することができ
る。
【0018】好ましい助触媒としては、例えば、アセチ
ルアセトナト錯体(TiO(AA) 2 、ZrO(AA)
2 、VO(AA)2 、Mn(AA)2 、Co(AA)2
などシアノ錯体(ヘキサシアノマンガン酸(I)塩、ヘ
キサシアノ鉄(II)酸塩など)、カルボニル錯体(Fe
(CO)5 、Fe2 (CO)9 、Fe3 (CO)12
ど)、シクロペンタジエニル錯体(ビスシクロペンタジ
エニルマンガン(II)、ビスシクロペンタジエニル鉄
(II)など)、チオシアナト錯体(マンガンチオシアナ
ト、鉄チオシアナト、コバルトチオシアナトなど)、ア
セチル錯体(酢酸チタニル、酢酸ジルコニウム、酢酸マ
ンガン、酢酸コバルト、酢酸鉄、酢酸銅、酢酸バナジル
など)などが挙げられる。これら助触媒は単独又は二種
以上組み合わせて使用できる。
【0019】イミド化合物1モルに対する助触媒の使用
量は、例えば、0.001〜0.1モル、好ましくは
0.005〜0.08モル、さらに好ましくは0.01
〜0.07モル程度である。また、化合物(2)1モル
に対する助触媒の使用量は、例えば、0.0001〜
0.01モル、好ましくは0.0005〜0.008モ
ル、さらに好ましくは0.001〜0.007モル程度
である。
【0020】[化合物(2)]上記式(2)で表される
化合物(2)は、芳香族性のオルソ(ortho)縮合環及
びオルソアンドペリ(ortho and peri)縮合環のうち、
隣接する芳香族性環にそれぞれメチレン基が直接結合
し、5員又は6員の環状メチレンを構成している。式
(2)において、mは0又は1を示し、下記式に示され
るように、好ましくは0を示す。
【0021】
【化8】 (式中、R3 〜R8 は、前記に同じ) 式(2)において、R3 〜R8 で示されるハロゲン原子
には、ヨウ素、臭素、塩素およびフッ素原子が含まれ
る。アルキル基には、例えば、メチル、エチル、プロピ
ル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、sec−ブチ
ル、t−ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル基など
の直鎖状又は分岐鎖状のC1-10アルキル基が含まれる。
【0022】アリール基には、フェニル基、ナフチル基
などが含まれ、シクロアルキル基には、シクロペンチ
ル、シクロヘキシル、シクロオクチル基などが含まれ
る。アルコキシ基には、例えば、メトキシ、エトキシ、
プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、イソブトキ
シ、t−ブトキシ、ヘキシルオキシ基などのC1-10(好
ましくはC1-6 、特にC1-4 )低級アルコキシ基が含ま
れる。
【0023】R3 〜R8 のうち、互いに隣接する少なく
とも一対の基が形成する芳香族環としては、例えば、ベ
ンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナント
レン環、ピレン環などの6員環炭化水素が1〜6個(好
ましくは1〜3個、特に1〜2個)縮合した芳香族環が
挙げられる。これら芳香族環は、2個以上の環が互いに
隣接してオルソ縮合又はオルソアンドペリ縮合していて
もよい。式(2)で表されるナフタレン骨格と、前記芳
香族環とが一緒になって形成する縮合環としては、例え
ば、フェナントレン環、アントラセン環、ピレン環、ク
リセン環、ナフタセン環、ピセン環、ペンタフェン環、
ペンタセン環、コロネン環などが挙げられる。これら、
ナフタレン骨格と縮合した前記芳香族環には、前記式
(2)でR 3 〜R8 で示されるハロゲン原子、アルキル
基、アリール基、シクロアルキル基、ヒドロキシル基、
アルコキシ基が置換していてもよい。好ましい化合物
(2)としては、例えば、アセナフテン、アセナトレ
ン、アセフェナントレン、コラントレンなどが挙げら
れ、これらの基は前記置換基を有していてもよい。
【0024】[酸化反応]化合物(2)の酸化に利用さ
れる酸素は、活性酸素であってもよいが、分子状酸素を
利用するのが経済的に有利である。分子状酸素は、純粋
な酸素を用いてもよく、窒素、ヘリウム、アルゴン、二
酸化炭素などの不活性ガスで希釈した酸素を使用しても
よく、空気を用いてもよい。酸素の使用量は、通常、化
合物(2)1モルに対して、2モル以上(例えば4モル
以上)、好ましくは2〜200モル、さらに好ましくは
4〜100モル程度である。基質に対して過剰モルの酸
素を使用する場合が多く、特に空気や酸素などの分子状
酸素を含有する雰囲気下で反応させるのが有利である。
【0025】本発明の酸化方法は、通常、反応に不活性
な有機溶媒中で行われる。有機溶媒としては、例えば、
有機カルボン酸(ギ酸、酢酸、プロピオン酸など)、ニ
トリル類(アセトニトリル、ベンゾニトリルなど)、ア
ミド類(ジメチルホルムアミドなど)、アルコール類
(t−ブタノールなど)、脂肪族炭化水素、芳香族炭化
水素(ベンゼンなど)、ハロゲン化炭化水素(クロロホ
ルム、トリフルオロメチルベンゼン等)、ニトロ化合
物、エステル類(酢酸エチル等)、エーテル類、これら
の混合溶媒などが挙げられる。溶媒としては、有機酸溶
媒、ニトリル類などを用いることが多い。
【0026】反応には、必要に応じて、プロトン酸を併
用してもよい。プロトン酸の存在下、反応はより円滑に
進行する。プロトン酸は、前記のように溶媒として用い
てもよい。プロトン酸としては、有機酸(ギ酸、酢酸、
プロピオン酸などの有機カルボン酸;シュウ酸、クエン
酸、酢酸などのオキシカルボン酸;メタンスルホン酸、
エタンスルホン酸などのアルキルスルホン酸;ベンゼン
スルホン酸、p−トルエンスルホン酸などのアリールス
ルホン酸など)、無機酸(塩酸、硫酸、硝酸、リン酸な
ど)が含まれる。
【0027】反応温度は、通常、0〜300℃(例え
ば、30〜250℃)、好ましくは50〜200℃(例
えば、70〜150℃)程度である。反応は、常圧又は
加圧下で行うことができ、例えば、1〜50気圧程度で
ある場合が多い。反応時間は、反応温度及び圧力に応じ
て、例えば、30分〜48時間、好ましくは2〜24時
間程度である。反応は、分子状酸素の存在下又は分子状
酸素の流通下、回分式、半回分式、連続式などの慣用の
方法により行うことができる。
【0028】[芳香族性ジカルボン酸]このような酸化
反応により前記式(3)で表される芳香族性ジカルボン
酸が効率よく生成する。なお、芳香族性ジカルボン酸
は、その塩、エステル、または分子内若しくは分子間酸
無水物であってもよい。
【0029】芳香族性ジカルボン酸は、慣用の方法、例
えば、濾過、濃縮、蒸留、抽出、晶析、再結晶、カラム
クロマトグラフィーなどの単離方法により、反応混合物
から容易に単離できる。このようにして得られた芳香族
性ジカルボン酸を異性化することにより、カルボキシル
基の置換位置が異なる種々の芳香族性ジカルボン酸を製
造することができる。例えば、ナフタレン−1,8−ジ
カルボン酸の塩(例えば、ナトリウム塩、カリウム塩な
ど)を、不活性ガス(二酸化炭素など)雰囲気下、異性
化触媒(塩化カドミウムなど)と共に加熱すると、ナフ
タレン−2,6−ジカルボン酸が得られる(バイルシュ
タイン EIII9、4466頁(Raecke, Schirp, Or
g.Synth. 40 [1960] 71)参照)。本発明により得られ
る芳香族性ジカルボン酸は、種々の用途、例えばポリエ
ステルなどの合成樹脂の原料として使用できる。
【0030】
【発明の効果】本発明によると、温和な条件で芳香族性
縮合環化合物を酸化することができ、芳香族性ジカルボ
ン酸を簡便に且つ効率よく製造することができる。
【0031】
【実施例】以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定され
るものではない。
【0032】実施例1 アセナフテン(2ミリモル)、N−ヒドロキシフタルイ
ミド(0.2ミリモル)、Mn(AA)2 (0.01ミ
リモル)、酢酸5mlの混合物を、酸素雰囲気下(1気
圧)、100℃で6時間撹拌したところ、転化率98
%、収率65モル%(アセナフテン基準)でナフタル酸
が得られた。
【0033】実施例2 酢酸5mlに代えて、酢酸2mlとベンゾニトリル3m
lを用いる以外、実施例1と同様にして反応させたとこ
ろ、転化率97%、収率70モル%(アセナフテン基
準)でナフタル酸が得られた。
【0034】実施例3 酢酸5mlに代えて、酢酸2mlとトリフルオロメチル
ベンゼン3mlを用いる以外、実施例1と同様にして反
応させたところ、転化率95%、収率30モル%(アセ
ナフテン基準)でナフタル酸が得られた。
【0035】実施例4 Mn(AA)2 に代えて、Co(AA)2 を用いる以
外、実施例1と同様にして反応させたところ、転化率9
9%、収率50モル%(アセナフテン基準)でナフタル
酸が得られた。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記式(1) 【化1】 (式中、R1 及びR2 は、同一又は異なって、水素原
    子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、シクロア
    ルキル基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、カルボキシ
    ル基、アルコキシカルボニル基、アシル基を示し、R1
    及びR2 は互いに結合して二重結合、または芳香族性又
    は非芳香族性の環を形成してもよい。Xは酸素原子又は
    ヒドロキシル基を示し、nは1〜3の整数を示す。)で
    表されるイミド化合物で構成される酸化触媒の存在下、
    下記式(2) 【化2】 (式中、R3 〜R8 は、同一又は異なって、水素原子、
    ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、シクロアルキ
    ル基、ヒドロキシル基、アルコキシ基を示し、R 3 〜R
    8 のうち互いに隣接する少なくとも一対の基は、芳香族
    環を形成していてもよい。mは0又は1を示す。)で表
    される芳香族性縮合環化合物を分子状酸素と接触させ、
    下記式(3) 【化3】 (式中、R3 〜R8 は、前記に同じ)で表される芳香族
    性ジカルボン酸を製造する方法。
  2. 【請求項2】 芳香族性縮合環化合物が、アセナフテ
    ン、アセナトレン、アセフェナントレン又はコラントレ
    ンで構成される請求項1記載の芳香族性ジカルボン酸の
    製造方法。
  3. 【請求項3】 酸化触媒がさらに助触媒を含む請求項1
    記載の芳香族性ジカルボン酸の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の酸化触媒と分子状酸素と
    の存在下、請求項1記載の芳香族性縮合環化合物を酸化
    する方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100974084B1 (ko) 2008-12-24 2010-08-06 호남석유화학 주식회사 벤젠디카르복시산의 제조 방법
KR101297810B1 (ko) * 2011-11-28 2013-08-19 롯데케미칼 주식회사 방향족 카르복시산의 제조방법
KR101373773B1 (ko) * 2011-11-28 2014-03-13 롯데케미칼 주식회사 방향족 카르복시산의 제조방법

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