CN115504849A - 1,4－二甲基四氢萘的制造方法 - Google Patents

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Abstract

控制在规定温度下进行5－苯基－2－己烯的环化，高效地制造1,4－二甲基四氢萘。本发明提供1,4－二甲基四氢萘的制造方法等，该方法包含在酸催化剂的存在下、溶剂的回流下将5－苯基－2－己烯环化的工序。

Description

1,4－二甲基四氢萘的制造方法
技术领域
本发明涉及一种通过5－苯基－2－己烯(5-phenyl-2-hexene，以下，有时简称为PH)的环化来制造1,4－二甲基四氢萘(1,4-dimethyltetralin)(有时简称为1,4－DMT)的制造方法。
背景技术
如以下的化学式所示，1,4－DMT(2)作为1,4－萘二甲酸(1,4-naphthalenedicarboxylic acid)(4)的中间原料1,4－二甲基萘(1,4-dimethylnaphthalene)(3)的原料是有用的。已知1,4－萘二甲酸(4)具有染料或树脂原料等广泛的用途。
Figure BDA0003104443080000011
然而，对于利用环化反应制造二甲基四氢萘类，如以下的化学式所示，对基于5－邻甲苯基－2－戊烯(5-(o-tolyl)-2-pentene)(5)(以下，有时简称为OTP)的环化来得到1,5－二甲基四氢萘(1,5－dimethyltetralin)(6)(以下，有时简称为1,5－DMT)进行了大量研究。1,5－DMT作为用于制造2,6－萘二甲酸(2,6－naphthalenedicarboxylic acid)(7)的中间体是有用的。
Figure BDA0003104443080000012
对于OTP的环化公开了如下方法。专利文献1～5中公开了主要使用结晶性的二氧化硅-氧化铝(例如，沸石Zeolite)系作为OTP的环化催化剂。作为其它催化剂，专利文献6中公开了使用固体磷酸等。
已知上述环化反应中为了抑制副反应而使用稀释剂，公开了使用溶剂作为上述稀释剂的例子。在专利文献6中，作为OTP的反应塔式连续环化反应中根据需要使用的稀释剂的例子，记载了己烷、环己烷、辛烷、二甲基辛烷、苯、甲苯、二甲苯、四氢萘或二甲基四氢萘等溶剂。然而，在实施例等中没有公开使用上述稀释剂的具体方式。专利文献7中公开了一种为了防止副反应而在脂肪族烃的存在下进行环化反应的方法。
专利文献1中公开了上述环化反应中相对于反应物使用10～60％的沸石催化剂，使用邻二甲苯作为稀释剂的方法。另外，公开了由于OTP的环化反应是剧烈的放热反应(22kcal/mol)而引起了反应中的温度控制的问题。
对于OTP的环化反应中放热的对策(作为OTP的环化反应中的放热的对策)，已知如下方法：使用固定床催化剂进行OTP的环化反应，使从具有上述固定床催化剂的反应区域采出的反应产物的一部分在设置于外部的冷却器中一边循环一边环化(专利文献8、专利文献9)。另外，作为其它方法，已知有使用沸石作为催化剂，在减压下使OTP一边回流一边环化的方法(专利文献10、专利文献11)。作为其它例子，专利文献5中公开了使用沸石进行环化反应，使用在270℃以上沸腾的溶剂。另一方面，由于1,5－DMT的脱氢反应为吸热反应(约30Kcal/mol)，因此研究了在一步同时进行上述环化反应和脱氢反应(专利文献12、专利文献13、专利文献14)。如上所述，已知有很多基于OTP的环化反应的1,5－DMT的制造技术的研究例。
然而，作为高效地除去OTP的环化反应的反应热来控制反应温度的方法，在反应塔外使用冷却器的方法难以控制反应塔内的热量不均。利用反应物(OTP，沸点227℃)其本身的蒸发热的方法是为了设定为规定的反应温度，需要经常调整反应体系的减压度。另外，在反应的终点附近1,5－DMT(沸点，245～249℃)为高浓度，难以一边控制温度一边进行反应。在一步同时进行环化反应和脱氢反应的方法中，需要使环化反应的条件与脱氢反应的条件匹配，存在容易发生副反应等问题。另一方面，使用溶剂的方法只不过是作为通过稀释来抑制副反应的手段而进行了研究。综上，以往技术中难以一边控制温度一边进行环化反应。
与此相对，关于通过PH的环化来合成1,4－DMT的见解很少。例如，已知有将磷酸类和/或固体磷酸作为催化剂使PH在100～450℃下进行环化的方法(专利文献15)。专利文献5、专利文献10或专利文献16中例示了使用沸石(结晶性二氧化硅-氧化铝)作为催化剂、使PH环化的方法。另外，专利文献17中公开了如下方法：在氢存在下，连续进行气相环化和气相脱氢，由PH经由1,4－DMT来制造1,4－二甲基萘(以下，有时简称为1,4－DMN)。该方法中，使用非晶态二氧化硅-氧化铝催化剂作为环化催化剂。
与OTP的环化反应同样，由于PH的环化反应为剧烈的放热反应，因此需要该放热对策。然而，针对PH的环化反应的放热对策，尚未进行充分研究，仍需要改善。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：韩国专利公开20070099241号公报
专利文献2：美国专利公开2007/0232842号公报
专利文献3：美国专利5401892号公报
专利文献4：日本特开平7－61941号公报
专利文献5：日本特开平3－500052号公报
专利文献6：日本特开昭49－93348号公报
专利文献7：日本特开2000－239194号公报
专利文献8：日本特开昭51－101963号公报
专利文献9：美国专利3843737号公报
专利文献10：美国专利5284987号公报
专利文献11：日本特开平4－230226号公报
专利文献12：美国专利6472576号公报
专利文献13：美国专利6127589号公报
专利文献14：日本特开平5－213786号公报
专利文献15：日本特开昭48－75557号公报
专利文献16：美国专利4950825号公报
专利文献17：美国专利3775497号公报
发明内容
本发明是鉴于这样的情况而完成的，目的在于提供一种控制在规定的温度下进行PH的环化、高效地制造1,4－DMT的方法。
本发明人等为了解决上述课题而进行了深入研究，结果发现通过在酸催化剂的存在下、溶剂的回流下使PH环化，能够防止反应失控，一边控制反应温度一边进行环化反应，能够环化收率良好地制造1,4－DMT，从而完成了本发明。
即，本发明包含以下的方式。
(1)一种1,4－二甲基四氢萘的制造方法，包含在酸催化剂的存在下、溶剂的回流下使5－苯基－2－己烯环化的工序。
(2)根据(1)所述的1,4－二甲基四氢萘的制造方法，其中，上述酸催化剂为固体酸催化剂。
(3)根据(1)或(2)所述的1,4－二甲基四氢萘的制造方法，其中，包含使乙苯与1,3－丁二烯反应来制造5－苯基－2－己烯的工序，使用反应液中的过量的乙苯作为上述溶剂。
(4)根据(1)～(3)中任一项所述的1,4－二甲基四氢萘的制造方法，其中，上述进行环化的工序通过间歇法、连续法或半连续法来进行。
发明效果
根据本发明，通过在溶剂的回流下使PH环化，能够防止反应失控，一边控制反应温度一边进行环化反应。另外，通过控制反应温度，能够提高环化收率。
具体实施方式
＜5－苯基－2－己烯(PH)＞
作为原料的PH可以由任意方法来制造，可以通过其本身公知的方法来制造。另外，也可以得到市售品。PH中存在基于己烯的2位双键的几何异构体，本发明中，可以为顺式体和反式体中的任一者。上述原料中可以含有作为PH的结构异构体的5－苯基－1－己烯(5-phenyl-1-hexene)。相对于上述原料的总质量的PH的含有率优选为5质量％以上，更优选为100质量％。
PH(1)的合成方法的一个方面例如为通过在金属钠和/或金属钾等碱性催化剂的存在下使乙苯(8)与1,3－丁二烯(9)反应而得到PH(1)的方法。
PH(1)的合成方法的另一方面，例如在金属钠和/或金属钾等碱性催化剂的存在下使过量的乙苯(8)与1,3－丁二烯(9)反应后，分离上述催化剂，以乙苯溶液的形式得到PH的方法。可以通过将该PH的乙苯溶液蒸留而以高浓度含有PH的馏分的形式得到后，供于环化反应。这里，作为以高浓度含有PH的馏分，优选相对于上述馏分的总质量含有5～100质量％的PH、优选10～100质量％的PH、更优选80～98质量％的PH、典型的是95质量％的PH的馏分。上述馏分的除PH以外的成分可以主要为乙苯。
上述蒸馏可以应用其本身公知的方法，可以利用减压蒸馏或常压蒸馏或加压蒸馏。
Figure BDA0003104443080000051
乙苯与1,3－丁二烯的反应中使用的碱催化剂虽然可以使用很多，但反应后的后处理会变得麻烦。因此，上述碱催化剂，例如为金属钠时，相对于1,3－丁二烯的1摩尔可以为0.005～0.7摩尔，优选为0.02～0.4摩尔。
在乙苯与1,3－丁二烯的反应中，根据化学计量，它们以等摩尔进行反应，但在实际的反应中，优选存在过量的乙苯。作为本发明的一个方面，相对于1,3－丁二烯的1摩尔可以使用1.0～10摩尔、优选1.1～8摩尔的乙苯进行。
上述反应可以在无溶剂或溶剂的存在下进行。作为可以在反应中使用的溶剂，优选四氢呋喃等。
另外，该反应中，作为助催化剂，例如也可以使用萘、联苯等。使用这样的助催化剂时，例如相对于1摩尔的金属钠、金属钾，其使用量可以为0.01～5摩尔、优选0.05～2摩尔。
作为本发明的另一方面，在乙苯与1,3－丁二烯的反应中，过量使用乙苯时，乙苯可以为该反应的溶剂兼反应物。该情况下，乙苯的使用量例如相对于1,3－丁二烯的1摩尔，可以为1.1～20摩尔，优选1.2～10摩尔。
将乙苯作为溶剂兼反应物使用时，可以和其它溶剂并用。作为其它溶剂，可举出下述的溶剂。
反应可以在减压、常压、加压下实施，优选在常压或轻微加压下进行。
乙苯与1,3－丁二烯的反应的反应温度通常可以为50～150℃，更优选为90～130℃。反应时间通常为30分钟～72小时，优选为1小时～36小时。
上述反应中得到的含有PH的反应液可以利用其本身公知的方法进行后处理，可以通过使用蒸馏塔的蒸馏法将PH分离和/或精制、或者可以不进行分离和/或精制而供于接下来的环化反应。
＜1,4－二甲基四氢萘(1,4－DMT)的制造＞
作为本发明的一个实施方式，可以通过在酸催化剂的存在下、溶剂的回流下将5－苯基－2－己烯(PH)环化来制造1,4－二甲基四氢萘(1,4－DMT)。
作为PH的环化反应中使用的酸催化剂，可以例示各种酸催化剂。例如，可以使用作为其本身为异构化催化剂已知的各种酸催化剂。在PH的环化反应中，存在酸催化剂的酸性度过高时容易发生副反应，酸性度过低时反应不易进行的趋势。因此，使用酸性度低的酸催化剂时，需要使反应温度为高温而进行反应。另一方面，固体酸催化剂因为环化反应后的分离容易而优选。
作为本发明的一个实施方式的PH的环化反应中使用的酸催化剂，例如，可举出硫酸、氯化氢、磷酸、氟化氢、对甲苯磺酸等磺酸类和其它的二氧化硅-氧化铝类、二氧化硅-氧化镁(silica－magnesia)、二氧化硅-氧化钙(Silica－calcia)等固体酸类等，其中，优选二氧化硅-氧化铝类，更优选非晶态的二氧化硅-氧化铝。
PH的环化反应中使用的酸催化剂的使用量例如相对于PH，非晶态二氧化硅-氧化铝可以为0.02～10质量％、优选为0.1～5质量％。
PH的环化反应中使用的溶剂优选低于PH的沸点(约210℃)、不对环化反应造成不良影响的溶剂。具体而言，优选沸点为80℃～200℃、优选100℃～150℃左右的溶剂。
作为上述溶剂，例如，可举出甲苯(toluene)、二甲基苯类(dimethylbenzenes)、乙苯(ethylbenzene)、异丙基苯(isopropylbenzene)、丙基苯(propylbenzene)、三甲基苯类(trimethylbenzenes)或甲基乙苯类(methylethylbenzenes)等芳香族烃类；环己烷(cyclohexane)、乙基环己烷(ethylcyclohexane)、二甲基环己烷类(dimethylcyclohexanes)或三甲基环己烷类(trimethylcyclohexanes)等环式脂肪族烃类，可以将它们单独或混合使用。
上述溶剂的使用量至少在反应开始时，例如，以容积比计，相对于PH可以为0.05～20倍，更优选0.2～5倍。
作为本发明的一个实施方式，PH的环化反应可以在上述酸催化剂的存在下，在带有回流冷却器的反应器中，一边使所使用的溶剂的一部分采出一边在回流下进行。
PH的环化反应的反应温度根据所使用的酸催化剂而不同，通常可以在50℃～250℃、优选50℃～220℃、更优选100℃～200℃的范围进行。可以通过根据目标反应温度选择最佳溶剂来控制反应温度。
PH的环化反应可以根据所使用的溶剂的种类在减压下、常压下或加压下中的任一条件下实施。这里，“常压”典型的是指1atm，但并不限定于此。即，本说明书中，“常压”是指不进行用于减压或加压的操作的情况下开放体系的反应体系中的压力。作为本发明的一个实施方式，操作上优选在常压下进行PH的环化反应，优选使用在常压下有效的溶剂。
作为本发明的一个实施方式，其特征在于，将PH的环化反应中的放热的一部分或全部由所使用的溶剂的蒸发热所吸收，将蒸发的溶剂用回流冷却器进行冷却而回流到反应体系中。与利用反应容器的夹套等进行的液体与液体的热交换相比，回流冷却器是蒸气与液体(冷却水)的热交换，热贯流率(Thermal transmittance)极高。因此，还具有能够用较小的设备进行有效的冷却的优点。
PH的环化反应中的反应溶液的沸点(即，上述环化反应的反应温度)由反应液中的溶剂的种类和浓度(比率)来确定，因此通过一边使上述溶剂回流，一边采出一部分的溶剂来降低反应体系中的溶剂浓度，能够提高反应温度。即，可以通过回流冷却器中的上述溶剂的采出量的调整来控制反应温度。
作为本发明的一个实施方式，进行PH的环化反应的反应器除了上述回流冷却器以外，也可以为带有夹套的反应槽，还可以为外部带有冷却器的反应槽。另外，也可以将这些冷却器与基于蒸发热的反应热的除去并用。
作为本发明的一个实施方式，PH的环化反应的反应时间根据所使用的催化剂而不同，液相反应的情况下，通常为1小时～78小时，优选为2小时～48小时。
PH的环化反应结束后，可以进行其本身公知的后处理而得到目标的1,4－DMT。作为后处理的方法，可以在分离催化剂后，采用蒸馏、结晶等方法，优选蒸馏。
如上所述，使乙苯与1,3－丁二烯反应来制造PH时，能够得到PH的乙苯溶液。PH的乙苯溶液可以直接或者进行蒸馏来调整乙苯和PH的浓度后在带有回流冷却器的反应器中一边使一部分乙苯馏出一边在回流下进行环化反应。如上所述，可以通过将一部分乙苯馏出而调整乙苯浓度来控制反应温度。
作为本发明的一个实施方式，1,4－DMT的制造、特别是PH的环化工序通过间歇法、连续法或半连续法进行。作为本发明的一个实施方式，1,4－DMT的制造、特别是PH的环化工序可以通过液相反应来进行。
间歇法的情况下，可以保持回流状态从回流液中采出溶剂，同时最初在低温区域使大部分PH环化，缓慢提高反应液的温度结束环化反应。连续法的情况下，通过将PH的溶剂溶液和用于环化反应的酸催化剂连续投入到反应器中，以达到规定的反应温度的方式一边从回流冷却器中馏出一部分溶剂一边使溶剂回流而进行。即，可以通过一边调整溶剂的馏出一边连续采出反应液而进行，以保持与目标反应温度相当的反应液中的溶剂浓度。连续法可以以1步进行，也可以为2步以上。半连续法可以是断续地将PH、溶剂和/或用于环化反应的酸催化剂投入反应器中的方法、和断续地从反应器中采出反应液的方法。而且，通过将它们组合，能够减少未反应的PH的残留。
[实施例]
以下，通过实施例和比较例对本发明进行更详细的说明，但本发明并不限定于此。应予说明，组成(％)全部为质量％。
(实施例1)
向容量10升的反应容器中加入乙苯5.75kg、作为催化剂的金属钠25g，搅拌下以110℃用10小时加入1,3－丁二烯735g。
添加结束后加入水除去金属钠。将该操作重复2次，得到合计13kg的相对于反应液的质量PH为20.4质量％、乙苯为55.8质量％的反应液。
向带有搅拌机和回流冷却器的容量1000ml的烧瓶中投入上述反应液700g和非晶态的二氧化硅-氧化铝催化剂(SiO2 83％，Al2O3 13％)3g。搅拌下，一边采出一部分馏分(溶剂)一边继续回流，用4小时将反应液的温度提高到178℃，在该温度保持4小时。将反应液冷却后，滤出催化剂，得到未反应的PH为0.5质量％以下的1,4－DMT的溶液302g。组成如下所示。
乙苯：41质量％
1,4－DMT：43质量％(收率90％)
(实施例2)
使用将实施例1的PH为20.4％的反应液蒸馏得到的PH为30％、乙苯为65％的馏出液进行下述实验。
向带有搅拌机和回流冷却器的容量1000ml的烧瓶中投入上述PH30％的馏出液700g和对甲苯磺酸(p-Toluenensulfonic Acid)7.0g。搅拌下，一边采出一部分馏分(溶剂)一边继续回流，用4小时将反应液温度提高到160℃，在该温度保持3小时。
反应后滤出催化剂，得到未反应PH为0.5％以下的1,4－DMT的溶液540g。组成如下所示。
乙苯：57质量％
1,4－DMT：35质量％(收率90％)
(实施例3)
使用将实施例1的PH为20.4质量％的反应液蒸馏得到的含有PH 35质量％、乙苯60质量％的馏出液进行下述实验。向带有搅拌机和回流冷却器的容量1000ml的烧瓶中投入上述PH 35质量％的馏出液700g和与实施例1相同的二氧化硅-氧化铝催化剂3g。搅拌下，一边采出一部分馏分(溶剂)一边继续回流，用4小时将反应液的温度提高到170℃，在该温度保持6小时。将反应液冷却后，滤出催化剂，得到未反应的PH为0.5质量％以下的1,4－DMT的溶液516g。组成如下所示。
乙苯：47质量％
1,4－DMT：45质量％(收率94％)
(实施例4)
使用将实施例1的PH为20.4质量％的反应液蒸馏得到的PH为95质量％、乙苯为1质量％的馏出液来进行以下的实验。
向带有搅拌机和回流冷却器的容量1000ml的烧瓶中投入上述馏出液350g、乙基环己烷(ethylcyclohexane)400g和与实施例1相同的二氧化硅-氧化铝4g。搅拌下，一边采出一部分馏分(溶剂)一边继续回流，用4小时将反应液的温度提高到170℃，在该温度保持6小时。将反应液冷却后，滤出催化剂，得到未反应PH为0.5质量％以下的1,4－DMT的溶液486g。组成如下所示。
乙基环己烷：31质量％
1,4－DMT：65质量％(收率94％)
(实施例5)
使用实施例3中得到的PH为35质量％、乙苯为60质量％的馏出液进行连续反应。向带有搅拌机和回流冷却器的容量1000ml的烧瓶中以每1小时200g的速度连续投入上述PH溶液，并以每1小时2g的速度连续投入与实施例1相同的二氧化硅-氧化铝催化剂。从烧瓶中采出反应液以维持液面为800ml。一边从回流冷却器中馏出乙苯等，一边将反应液的温度保持在180℃。从回流冷却器馏出的乙苯等馏出量为每1小时69g，反应液的流量为每1小时133g。将24小时后的反应液通过气相色谱进行分析，结果，反应液的组成如下。
乙苯：39质量％
1,4－DMT：49质量％(收率92％)
PH：3％
(比较例)
向带有搅拌机的容量1000ml的烧瓶中加入实施例4的95质量％的PH 350g和与实施例1相同的二氧化硅-氧化铝3g进行反应。自常温缓慢提高反应温度，结果从130℃附近开始出现无法控制的急剧的温度上升，最终温度达到210℃。将反应液在该温度保持4小时后，进行冷却，将反应液通过气相色谱进行分析，结果，反应液(343g)的组成如下。
1,4－DMT：86质量％(收率88％)
PH：0.5质量％以下
产业上的可利用性
根据本发明，通过在溶剂的回流下将PH环化，能够防止反应失控，一边控制反应温度一边推进环化反应。另外，通过控制反应温度，能够提高环化收率。

Claims (4)

1.一种1,4－二甲基四氢萘的制造方法，包含在酸催化剂的存在下、溶剂的回流下将5－苯基－2－己烯环化的工序。
2.根据权利要求1所述的1,4－二甲基四氢萘的制造方法，其中，所述酸催化剂为固体酸催化剂。
3.根据权利要求1或2所述的1,4－二甲基四氢萘的制造方法，其中，包含使乙苯与1,3－丁二烯反应来制造5－苯基－2－己烯的工序，使用反应液中的过量的乙苯作为所述溶剂。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的1,4－二甲基四氢萘的制造方法，其中，所述进行环化的工序通过间歇法、连续法或半连续法来进行。
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