PL198563B1 - Sposób utleniania cykloheksanu - Google Patents

Sposób utleniania cykloheksanu

Info

Publication number
PL198563B1
PL198563B1 PL357583A PL35758302A PL198563B1 PL 198563 B1 PL198563 B1 PL 198563B1 PL 357583 A PL357583 A PL 357583A PL 35758302 A PL35758302 A PL 35758302A PL 198563 B1 PL198563 B1 PL 198563B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
cobalt
cyclohexane
oxidation
catalyst
substituents
Prior art date
Application number
PL357583A
Other languages
English (en)
Other versions
PL357583A1 (pl
Inventor
Leszek Matachowski
Katarzyna Pamin
Jan Połtowicz
Jerzy Haber
Alina Janitz
Krystyna Magiełko
Stefan Szarlik
Stanisław Piechota
Original Assignee
Inst Chemii Przemyslowej
Inst Katalizy I Fizykochemii P
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inst Chemii Przemyslowej, Inst Katalizy I Fizykochemii P filed Critical Inst Chemii Przemyslowej
Priority to PL357583A priority Critical patent/PL198563B1/pl
Publication of PL357583A1 publication Critical patent/PL357583A1/pl
Publication of PL198563B1 publication Critical patent/PL198563B1/pl

Links

Landscapes

  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

Sposób utleniania cykloheksanu do cykloheksanolu i cykloheksanonu w fazie ciek lej, gazami zawieraj acymi tlen, w temperaturze 140-190°C, pod ci snieniem 0,5 do 5 MPa, w obecno sci katalizato- ra, znamienny tym, ze jako katalizator reakcji utleniania cykloheksanu stosuje si e mieszanin e dwóch zwi azków: (1) soli organicznej kobaltu, korzystnie izooktanianu kobaltu lub naftenianu kobaltu oraz (2) metaloporfiryny, korzystnie manganu, zelaza lub kobaltu, bez podstawników w pier scieniu porfiryno- wym, zw laszcza tetrafenyloporfiryn e (TPP), lub zawieraj ac a w pier scieniach podstawniki sciagaj ace elektrony takie jak halogenki, lub z podstawnikami donoruj acymi elektrony w pier scieniu porfirynowym, zw laszcza tak a jak tetratoluiloporfiryn e (TTP), przy czym stosunek drugiego do pierwszego sk ladnika wspomnianej mieszaniny tworz acej katalizator wynosi w przeliczeniu na metal 1 lub mniej ni z 1. PL PL

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób utleniania cykloheksanu w fazie ciekłej, pod ciśnieniem, gazami zawierającymi tlen w obecności katalizatora zapewniającego uzyskiwanie dobrej selektywności procesu w reakcji utleniania cykloheksanu do cykloheksanolu i cykloheksanonu.
Proces utleniania cykloheksanu w fazie ciekłej, gazami zawierającymi tlen, najczęściej powietrzem, prowadzi się w skali przemysłowej w celu otrzymania cykloheksanolu i cykloheksanonu, które są półproduktami służącymi do otrzymywania poliamidów typu nylon 6 i nylon 66.
Znany proces utleniania cykloheksanu nie przebiega z wysoką selektywnością, ponieważ produkty pożądane: cykloheksanol i cykloheksanon łatwo ulegają dalszemu przereagowaniu do związków o wyższym stopniu utleniania, tj. kwasów jedno i dwukarboksylowych. Tworzą się również inne produkty takie jak estry, aldehydy, hydroksykwasy itp. związki. Selektywność tego procesu wynosi około 75%.
Uzyskanie możliwie wysokiej selektywności jest ważnym problemem i stosuje się różne sposoby umożliwiające jej podwyższenie na przykład przez stosowanie odpowiednich katalizatorów.
Utlenianie cykloheksanu tlenem powietrza w fazie ciekłej prowadzi się zazwyczaj w obecności katalizatorów homogenicznych. Są nimi rozpuszczalne w środowisku reakcji organiczne sole metali o zmiennej wartościowości, a zwłaszcza sole kobaltu i chromu, szczególnie ich oktaniany, nafteniany, acetyloacetoniany. Katalizatory te stosuje się w ilości 0,1 do 5 ppm wagowych w przeliczeniu na metal.
W dostępnych w literaturze tematu źródłach poświęca się wiele uwagi problemowi utleniania cykloalkanów w obecności różnych katalizatorów między innymi metaloporfiryn.
W czasopiśmie Journal of Chemical Society Chemical Communications, (1984) 279, autorzy P.Traylor, D. Dolphin, i T. Traylor, opisali użycie metaloporfiryn jako katalizatorów do utleniania węglowodorów z różnymi donorami tlenu takimi jak jodozobenzen, podchloryn sodu czy wodoronadtlenki uzyskując wysokie konwersje i selektywności.
Używanie metaloporfiryn jako katalizatorów utleniania węglowodorów tlenem molekularnym w obecności reduktorów takich jak borowodorek sodu, kwas askorbinowy lub koloidalna platyna z wodorem opisano również w artykułach D. Mansuy, M. Fontecave, J. Bartoli, opubl. w Journal of Chemical Society Chemical Communications, (1983) 253, oraz l. Tabushi, A. Yazaki, opubl. w Journal of American Chemical Society, 103 (1981) 7371. Koszty stosowania wspomnianych związków są wysokie ze względu na to, że można ich używać tylko jednokrotnie.
Z literatury patentowej znanych jest szereg zastosowań metaloporfiryn w procesach utleniania węglowodorów.
Autorzy europejskiego zgłoszenia patentowego nr 0532326 ujawniają sposoby wytwarzania nitrowanych metaloporfiryn jako katalizatorów utleniania alkanów, alkenów, cykloalkanów, cykloalkenów, podstawionych alkenów i ich pochodnych. Ci sami autorzy w europejskim zgłoszeniu nr 0532327 oraz patencie US 5,118,886 opisują cyjano- oraz policyjano-metaloporfiryny jako katalizatory utleniania alkanów w szczególności metanu, etanu, propanu, butanu i ich pochodnych. Natomiast w europejskim zgłoszeniu patentowym nr 0636628 podają oni zastosowanie porfiryn Gable'a jako katalizatorów utleniania związków organicznych np. alkanów.
W europejskim zgłoszeniu patentowym nr 0704447 oraz w patencie US 5,489,716 opisano reakcje katalizowane przez haloporfiryny, takie jak utlenianie węglowodorów lub rozkład wodoronadtlenków do związków zawierających grupy hydroksylowe.
W patencie SK 280850 podano sposób wytwarzania cykloalkanolu i cykloalkanonu przy użyciu porfiryn immobilizowanych na różnych nośnikach.
Europejskie zgłoszenie patentowe nr 0453021 wskazuje również na aktywność porfiryn osadzonych na nośnikach w procesie tworzenia cykloalkanolu i cykloalkanonu.
Według angielskiego zgłoszenia patentowego 2225963 oraz patentu US 5,004,837 metaloporfiryny osadzone na nośnikach o dużej powierzchni właściwej są aktywne np. w reakcji epoksydacji związków aromatycznych.
Przegląd patentów amerykańskich wskazuje na duże zainteresowanie zastosowaniem metaloporfiryn w procesach utleniania węglowodorów. W patencie US 4,459,427 opisano proces utleniania alkanów do alkoholi i ketonów przy użyciu wodoronadtlenków organicznych jako utleniaczy w obecności porfiryny manganowej lub żelazowej.
Z patentu US 4,568,769 znana jest metoda wytwarzania mieszaniny cykloalkanolu i cykloalkanonu poprzez utlenianie cykloalkanow tlenem molekularnym. Katalizatorem tej reakcji jest sól metaliczna MX, gdzie M = Co, Mn, Cr, Fe, a X = anionowy ligand.
PL 198 563 B1
Według patentu US 5,767,320 w procesie utleniania tlenem cykloheksanu do cykloheksanolu i cykloheksanonu jako katalizator stosuje się kompleks metaliczny porfiryny zawierającej grupy ściągające elektrony.
W patencie US 6,002,026 opisano katalityczne utlenianie związków organicznych takich jak olefiny, alkany, aromaty oraz alkohole w obecności kompleksów porfirynowych, a w szczególności zawierających ruten jako metal centralny.
Z powyższego przeglądu patentowego i literatury fachowej wynika, że dotychczas do utleniania cykloheksanu do cykloheksanolu i cykloheksanonu nie stosowano mieszaniny dwóch katalizatorów jednego w postaci soli organicznej kobaltu i drugiego jako kompleksu metalu np. metaloporfiryn.
Podczas badań w skali laboratoryjnej okazało się, że połączenie dwóch katalizatorów wyżej wymienionych typów w odpowiednich proporcjach powoduje synergetyczny efekt, w wyniku którego osiąga się podwyższenie selektywności reakcji utleniania cykloheksanu.
Katalizator taki charakteryzuje się tym, że jednym składnikiem jest sól organiczna kobaltu, korzystnie izooktanian kobaltu lub naftenian kobaltu, zaś drugim metaloporfiryna, korzystnie manganu, żelaza lub kobaltu, bez podstawników w pierścieniu porfirytowym, zwłaszcza tetrafenyloporfiryna (TPP), lub zawierająca w pierścieniach podstawniki ściągające elektrony takie jak halogenki, lub z podstawnikami donorującymi elektrony w pierścieniu porfirynowym, zwłaszcza taka jak tetratoluiloporfiryna (TTP), przy czym stosunek drugiego do pierwszego składnika wspomnianej mieszaniny tworzącej katalizator wynosi w przeliczeniu na metal 1 lub mniej niż 1.
Wyjaśnienia faktu uzyskania tak aktywnego katalizatora w procesie utleniania cykloheksanu należałoby upatrywać w tym, że jeden ze składników inicjuje reakcję utleniania, a drugi składnik uczestniczy w procesie rozkładu tworzącego się wodoronadtlenku.
Aktywność katalizatorów w procesie utleniania cykloheksanu według wynalazku, jak również katalizatorów porównawczych sprawdzono w skali laboratoryjnej (przykłady l-lll), oraz w skali wielkolaboratoryjnej (przykłady IV, V).
P r z y k ł a d l (porównawczy)
W 180 ml cykloheksanu rozpuszczono izooktanian kobaltu w ilości 0,5 ppm w przeliczeniu na kobalt. Roztwór został umieszczony w reaktorze ciśnieniowym. Następnie przez reaktor przepuszczano azot, aż do uzyskania atmosfery beztlenowej. Mieszanina reakcyjna była podgrzana do temperatury 160°C. Po uzyskaniu tej temperatury przez reaktor przepuszczano powietrze pod ciśnieniem 10 atm. Po 1 godzinie przepływ powietrza został zatrzymany a reaktor schłodzono do temperatury pokojowej. Próbkę mieszaniny poreakcyjnej poddano analizie chemicznej celem określenia ilości cykloheksanolu i cykloheksanonu oraz produktów niepożądanych, głównie kwasów i estrów.
P r z y k ł a d II (porównawczy)
W 180 ml cykloheksanu rozpuszczono porfirynę kobaltu Co(P) w ilości 0,5 ppm w przeliczeniu na kobalt. Roztwór został umieszczony w reaktorze ciśnieniowym i dalej sposób postępowania był identyczny jak w przykładzie l.
P r z y k ł a d III
W 180 ml cykloheksanu rozpuszczono izooktanian kobaltu w ilości 0,5 ppm w przeliczeniu na kobalt i porfirynę kobaltu Co(P) w ilości 0,005 ppm w przeliczeniu na kobalt. Roztwór został umieszczony w reaktorze ciśnieniowym i dalej sposób postępowania był identyczny jak w przykładzie l.
Efekty zastosowania katalizatorów wg przykładów l, II i III przedstawiono w tabeli 1, która zawiera wyniki pomiarów i obliczeń aktywności katalizatorów standardowych w porównaniu z katalizatorem według wynalazku.
T a b e l a 1
Katalizator Konwersja cykloheksanu Selektywność utleniania do cykloheksanolu i cykloheksanonu Stosunek cykloheksanonu do cykloheksanolu
Izooktanian kobaltu 3,93 77,8 0,91
Co(P) 4,42 79,9 0,92
Izooktanian kobaltu + Co(P) 4,28 83,9 1,15
PL 198 563 B1
Przez selektywność reakcji rozumie się w niniejszym opisie stosunek ilości cykloheksanu zużytego do wytworzenia sumy cykloheksanolu i cykloheksanonu do całkowitej ilości zużytego cykloheksanu.
P r z y k ł a d IV (porównawczy, skala wielkolaboratoryjna)
Proces utleniania prowadzono w sposób ciągły, w reaktorze wielostopniowym, w którym każdy stopień zasilano gazem zawierającym tlen, cykloheksan z katalizatorem wprowadzano do pierwszego stopnia. Cykloheksan zawierał 0,5 ppm izooktanianu kobaltu w przeliczeniu na kobalt. Proces utleniania prowadzono w warunkach zbliżonych do stosowanych w przemyśle:
temperatura 165°C ciśnienie 1,0 MPa cykloheksan podawano w ilości 2100 g/godz powietrze 135 Nl/godz
Selektywność reakcji wynosiła 76,7% przy konwersji cykloheksanu 3,6% wag.
P r z y k ł a d V
Proces utleniania cykloheksanu prowadzono w identycznych warunkach jak w przykładzie IV, przy czym wprowadzany do reaktora cykloheksan zawierał 0,5 ppm izooktanianu kobaltu w przeliczeniu na kobalt i 0,001 ppm porfiryny kobaltowej w przeliczeniu na kobalt. Selektywność reakcji wynosiła 77,7% przy konwersji cykloheksanu 3,6% wag.

Claims (1)

  1. Sposób utleniania cykloheksanu do cykloheksanolu i cykloheksanonu w fazie ciekłej, gazami zawierającymi tlen, w temperaturze 140-190°C, pod ciśnieniem 0,5 do 5 MPa, w obecności katalizatora, znamienny tym, że jako katalizator reakcji utleniania cykloheksanu stosuje się mieszaninę dwóch związków: (1) soli organicznej kobaltu, korzystnie izooktanianu kobaltu lub naftenianu kobaltu oraz (2) metaloporfiryny, korzystnie manganu, żelaza lub kobaltu, bez podstawników w pierścieniu porfirynowym, zwłaszcza tetrafenyloporfirynę (TPP), lub zawierającą w pierścieniach podstawniki ściągające elektrony takie jak halogenki, lub z podstawnikami donorującymi elektrony w pierścieniu porfirynowym, zwłaszcza taką jak tetratoluiloporfirynę (TTP), przy czym stosunek drugiego do pierwszego składnika wspomnianej mieszaniny tworzącej katalizator wynosi w przeliczeniu na metal 1 lub mniej niż 1.
PL357583A 2002-12-06 2002-12-06 Sposób utleniania cykloheksanu PL198563B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL357583A PL198563B1 (pl) 2002-12-06 2002-12-06 Sposób utleniania cykloheksanu

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL357583A PL198563B1 (pl) 2002-12-06 2002-12-06 Sposób utleniania cykloheksanu

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL357583A1 PL357583A1 (pl) 2004-06-14
PL198563B1 true PL198563B1 (pl) 2008-06-30

Family

ID=32733355

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL357583A PL198563B1 (pl) 2002-12-06 2002-12-06 Sposób utleniania cykloheksanu

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL198563B1 (pl)

Also Published As

Publication number Publication date
PL357583A1 (pl) 2004-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fierro-Gonzalez et al. Catalysis by gold dispersed on supports: the importance of cationic gold
Sakthivel et al. Allylic oxidation of cyclohexene over chromium containing mesoporous molecular sieves
Farnetti et al. Selective oxidation of glycerol to formic acid catalyzed by iron salts
Feng et al. Transition metal‐catalyzed oxidative transformations of methylarenes
Yu et al. Iron-catalyzed oxidative functionalization of C (sp 3)–H bonds under bromide-synergized mild conditions
Matienko et al. Selective catalytic oxidation of hydrocarbons. New prospects
Dhakshinamoorthy et al. Clay-supported ceric ammonium nitrate as an effective, viable catalyst in the oxidation of olefins, chalcones and sulfides by molecular oxygen
Zhang et al. Photochemical generation and kinetic studies of a putative porphyrin-ruthenium (V)-oxo species
Sun et al. Efficient and ecofriendly options for the chemoselective oxidation of alkenes using manganese porphyrin and dioxygen
Liu et al. Cyclohexene promoted efficient biomimetic oxidation of alcohols to carbonyl compounds catalyzed by manganese porphyrin under mild conditions
Niño et al. Olefin oxidation with dioxygen catalyzed by porphyrins and phthalocyanines intercalated in α-zirconium phosphate
Reja et al. Functional mimic for catechol oxidase and phenoxazinone synthase: structural, spectral, electrochemical and catalytic properties of mononuclear copper (II) complex
Bonchio et al. Microwave‐Assisted Fast Cyclohexane Oxygenation Catalyzed by Iron‐Substituted Polyoxotungstates
Nesterov et al. Pronounced retention of stereoconfiguration upon sp3 CH bonds hydroxylation of dimethylcyclohexanes and decahydronaphthalenes with m-CPBA oxidant and a Co-phthalocyanine catalyst
Şahin et al. Phthalocyanine vs porphyrin: Experimental and theoretical comparison of the catalytic activity of N-bridged diiron tetrapyrrolic complexes for alcohols oxidation
d'Alessandro et al. Direct synthesis of adipic acid by mono-persulfate oxidation of cyclohexane, cyclohexanone or cyclohexanol catalyzed by water-soluble transition-metal complexes
CN100556900C (zh) 金属卟啉催化氧化α-烯烃制备环氧化合物的方法
Trusau et al. Mild oxidative functionalization of cycloalkanes catalyzed by novel dicopper (II) cores
Kanjina et al. Oxidation of cyclohexane and ethylbenzene by hydrogen peroxide over Co-substituted heteropolytungstate catalyst
Jia et al. Catalytic oxidation of alcohols to aldehydes and ketones with ferric nitrate nonahydrate/trifluoroacetic acid via mechanochemical reaction
Castro et al. Activation of nitrite ion by iron (III) porphyrins. Stoichiometric oxygen transfer to carbon, nitrogen, phosphorus, and sulfur
PL198563B1 (pl) Sposób utleniania cykloheksanu
Idrissou et al. Cyclohexanone oxidation over H3PMo12O40 heteropolyacid via two activation modes microwave irradiation and conventional method
Alekar et al. Molybdovanadophosphoric acid catalyzed oxidation of hydrocarbons by H2O2 to oxygenates
Fish et al. Carbon–hydrogen activation chemistry: hydroxylation of C 2, C 3, and cyclo-C 6 hydrocarbons by manganese cluster catalysts with a mono-oxygen transfer reagent

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Decisions on the lapse of the protection rights

Effective date: 20101206