JP2002518359A - テレフタル酸またはイソフタル酸中のカルボキシベンズアルデヒドの減少方法 - Google Patents
テレフタル酸またはイソフタル酸中のカルボキシベンズアルデヒドの減少方法Info
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- C07C51/00—Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
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Abstract
Description
6月7日に出願された同時係属中の米国特許出願08/477,898号の分割
出願(現在米国特許第5,767,311号)である、精製されたテレフタル酸
の製造方法および装置と題する1998年5月7日に出願された同時係属中の米
国特許出願09/074,251号の一部継続出願であり、また、本出願は、精
製されたテレフタル酸の製造方法および装置と題する1995年6月7日に出願
された同時係属中の米国特許出願08/477,898号の一部継続出願(現在
米国特許第5,767,311号)である、精製されたテレフタル酸の製造方法
および装置と題する1996年12月6日に出願された米国特許出願08/76
0,890号の一部継続出願である、精製されたテレフタル酸の製造方法および
装置と題する1997年10月31日に出願された米国特許出願08/962,
030号の一部継続出願であり、これら4出願は、本出願と同一の譲受人に譲渡
されており、その全てはあらゆる目的のために参照することによってここに加入
されている。
キシベンズアルデヒド(3−CBA)を減少させる方法に関し、更に詳しくは、
粗テレフタル酸(TPA)中の4−CBAを、または粗イソフタル酸(IPA)
中の3−カルボキシベンズアルデヒド(3−CBA)を減少させる方法に関する
。
物の品質を改善し且つ製造費用を下げるために、比較的高いp−キシレン純度(
99.7%)が必要となっている。これは、このような方法では、その酸化部門
で生成される粗テレフタル酸を精製する主な方法として、水素化が用いられるか
らである。主な不純物である4−カルボキシベンズアルデヒド(4−CBA)を
p−トルイル酸へ転化することで除去するためには、水素化方法の選択性は極め
て高いが、このような方法では、極めて僅かな(望ましくは3,000ppm未
満)量の4−CBAしか許容されない。
たは3−CBA)を充分に溶解するためには貧溶媒であるので、少量の4−CB
A(またはイソフタル酸の製造では3−CBA)は酸化器内でTPA(またはI
PA)へと酸化されない。事実、伝統的な方法では、生成されるTPA(または
IPA)および4−CBA(または3−CBA)のほとんどすべてが酸化器内で
沈殿し、スラリーを形成する。従って、少量の4−CBA(または3−CBA)
はTPA(またはIPA)固形物の中にカプセル封入され、TPA(IPA)を
生成するよう酸化器内で空気でさらに酸化することができない。4−CBA(ま
たは3−CBA)が、酸化器の操作条件下で空気によってTPA(またはIPA
)へと容易に酸化され得るアルデヒドであるといえども、それが固形物として存
在するので容易には酸化されない。従って、上記した欠点を伴わずに、粗TPA
または粗IPAからそれぞれ4−CBAまたは3−CBAを減少させるための方
法に対する要求が依然としてある。
4−CBAまたは3−CBA)を減少させるための方法が提供され、この場合、
粗TPAまたは粗IPAをN−メチルピロリドン(NMP)中に溶解し、次いで
穏和な温度および圧力の下で、実質的に無水の過酸化水素(最適化された量の水
を含有する)または空気と接触させ、4−CBAをTPAに(または3−CBA
からIPAに)1回通過あたり40〜50%の転化率で転化する。
形物中に、TPA(またはIPA)と4−CBA(または3−CBA)の両方を
完全に溶解する有標溶媒を開発することに関係する。本発明の別な面は、溶解さ
れた4−CBA(3−CBA)を、酸化剤例えば、過酸化水素、純粋な酸素、空
気または他の酸化剤と、溶液中の溶媒に対する酸化剤の悪影響が最小となるよう
に反応させる方法および条件を開発することに関係する。本発明を用いることに
より、主な不純物(例えば、4−CBAまたは3−CBA)が所望の生成物(例
えば、TPAまたはIPA)へと酸化され、ついでこれが工程内で回収され、こ
れによってp−キシレン(またはm−キシレン)の収率が増加する。
たは副生物が工程に導入されない酸化剤;(b)N−メチルピロリドン(NMP
)(またはIPAの精製の場合、メタノール)のような好ましい溶媒中において
安定した形で濃縮され得る酸化剤;(c)酸化剤/CBAのモル比を低くしてC
BAを比較的高い転化率で得ることができる酸化剤、(d)酸化生成物が実質的
にTPA(またはIPA)であり副生物が水である酸化剤であることが挙げられ
る。本出願の目的からは、『CBA酸化剤』という用語は、上記したように、4
−CBAおよび3−CBAをそれぞれTPAおよびIPAへ酸化するのに有用な
、あらゆる酸化剤を包含するということを意図していると理解されるべきである
。
しい溶媒中で濃縮された実質的に無水の過酸化水素である。このCBA酸化剤は
溶液中に含まれる少量の4−CBA(または3−CBA)を酸化するのに好まし
い。無水の過酸化水素は反応性が著しく、市販で入手でき、また劣化物は環境に
優しい。過酸化水素は、NHP(CBA酸化のための好ましい溶媒の1つ)中に
おいて安定した形で濃縮され得る。
酸化するのに好ましい別なCBA酸化剤は、空気(または純粋な酸素)である。
て好ましい酸化剤であるが、本発明に関連するCBA異性体を転化するのに有用
なCBA酸化剤は、溶液中でアルデヒドを酸化することができるいろいろな酸化
剤、例えば、以下のものに限定される訳ではないが、水中の過酸化水素、オゾン
、四塩化炭素、トリクロロアセトアルデヒド、ヘキサミン、アセトン、シクロヘ
キサノン、ベンゾフェノン、ケイ皮アルデヒド、ジメチルスルホキシド、サルフ
ァイド、キラル酸化剤、グリオキサール、並びに過ギ酸、過酢酸、過安息香酸、
過プロピオン酸、過マレイン酸、および過フタル酸を含む有機過酸から選択され
ればよいということを理解すべきである。
減少させるための方法に関する。例示のために、本発明の方法の一態様について
、混合キシレンからTPAまたはIPAを製造するための最近開発された方法と
関連させながら、説明する。
に関するスキームが示されている。この新規な方法は、ここに記載する本発明の
譲受人にやはり譲渡された1998年6月16日に出願された同時に係属する出
願09/097,930号に一層詳細に述べられており、その全ては、あらゆる
目的のために参照することによってここに加入されている。
ルイル酸とを含む)からの粗TPAが管1を経て溶解器Iに供給され、フィルタ
ーIIからの(管7を通過する)母液およびフィルターIVからの(管26を通
過する)スラリーと混合される。固形物を完全に溶解するために、溶解器I内の
温度は160〜180℃に保持される。
ように、管2を経て第1の冷却結晶化器(結晶化器I)に連続的に供給される。
このTPA塩の結晶を含有するスラリーは、結晶化器Iから出て管3を経てフィ
ルターIに入り、そこで粗ケーキが取り出されそして管4を通じて溶解器IIに
供給される。溶解器IIでは、NMP/水蒸留塔(蒸留部)から管20を経て循
環される清浄なNMP中にケーキが再度溶解される。TPA塩の結晶を完全に溶
解するために、溶解器IIの温度は160〜180℃に保持される。溶解器II
からの飽和溶液は、管5を通じて結晶化器に連続的に供給され、そこで塩TPA
の結晶の生成を防止するために温度は最低の60℃に保持される。結晶化器II
での温度低下の程度により、圧力低下によって結晶化器IIに噴入されるNMP
の量が制御される。噴入されるNMPは管27を経て溶解器Iに循環される。
こで精製されたTPAの固形のケーキは回収されそして管8を経てケーキ洗浄部
に送られる。一方、母液は管7を経て溶解器Iに循環される。ケーキ洗浄部では
、ケーキ中に残留する大部分のNMPは、水を使用する向流洗浄技術によって除
去され、その後、洗浄されたケーキは、160〜280℃の温度の水での洗浄に
よってTPAケーキ中の微量のNMPをすべて除去するために、ソーカー(水結
晶化器)へ管10を通じて供給される。NMPを含まないTPAケーキは、次い
でフィルターIIIへ管12を経て供給され、そこで濾過され、その後乾燥する
ために、管14を経て乾燥器Iに供給され、最終的なTPA製品が得られる。
−トルイル酸および他の少量の不純物を含有する)は、管15を経てCBA酸化
器に移され、NMP(適切な量の水を含む)中で過酸化水素と反応する。CBA
酸化器は、25〜50℃および約1〜約5気圧の圧力で操作されるのが望ましい
。フィルターIからの母液中の4−CBAの約40〜60%は、上記した方法で
TPAに転化される。CBA酸化器からの流出物は管16を経て蒸発器に移され
、混合物からNMPと水とが蒸発除去される。得られる濃縮された溶液は、蒸発
器の底から抜き出され、そして管19を経て結晶化器IIIに供給される。結晶
化器IIIでは、0〜60℃の温度で結晶化器IIを加圧下で操作することによ
り固形物の回収率が最大化される。結晶化器IIIからつくられるスラリーは、
次に管23を経てフィルターIVに移され、そこで、ケーキは管26を経て、分
解器Iへ循環され、また母液の大部分が管24を経て蒸発器に循環される。母液
の残りの少量の部分は、管25を経てパージされる。
され、そこで塔頂物として水が回収され、そして管21を経てケーキ洗浄部に送
られる。溶媒(例えば、NMP)は蒸留部の塔底物として回収され、そして管2
0を経て溶解器IIに循環される。
転化する際のCBAの有効性が示されている。この有効性は、本発明の原理であ
りまた特徴である。
、過酸化水素の存在下におけるTPAからの4−CBAの減少について示してい
る。NMP中の4−CBAの溶液を調製した。この溶液を約6時間120℃に加
熱した。次いで、この溶液を4つの30mlの試料に分けた。1つの試料に市販
の30重量%過酸化水素を酸化剤として添加した。他の3つの試料を120℃で
さらに2時間加熱した後、試料の2つに酸化剤を添加した。使用した酸化剤は3
0重量%過酸化水素および過マンガン酸カリウム(KMnO4)であった。酸化
剤を添加した後、試料をさらに2時間加熱した。過酸化水素を含有するものを1
00℃で加熱し、一方KMnO4を含有するものを120℃に保った。表1はこ
れらの結果の概要を示す。これらの結果から分かるように、過酸化水素は4−C
BAをTPAに酸化するのに有効であった(試料1Bおよび2)。別な強力な酸
化剤である過マンガン酸カリウムは、4−CBAをTPAに酸化しなかった(試
料1C)。対照物(試料1A)もまた4−CBAのTPAへの酸化を示さなかっ
た。
応時間の影響を示している。1分反応後、4−CBAの濃度に顕著な変化を認め
ることができないくらい、酸化は迅速に起きた。本例は、反応温度が反応速度に
及ぼす影響はほとんどないことも示す。この実験では、供給物溶液をそれぞれの
重量が約25gである等量の部分に分割した。これらの試料を油浴を使用して下
記の表に示す温度に加熱した。各々の試験からの1つの試料を酸化剤を添加しな
い対照物とした。市販の水中の30重量%過酸化水素をNMPに添加し、そして
水を溜出してNMP中で安定化された実質的に無水の過酸化水素溶液を得ること
により、無水の過酸化水素溶液を用意した。無水の過酸化水素を残りの試料に一
定量添加した。HPLC水中のチオ硫酸ナトリウム(STS)の40重量%溶液
を調製した。規定の反応時間の後、酸化反応を急停止させるために、過剰のST
Sを添加した。油浴から各試料を除去し、そして室温まで冷却した(適切な場合
)。次いで、試料を濾過し、そして濾液をガスクロマトグラフィーによって分析
した。結果を表2から5に示す。
酸化水素の相対的な量の影響を示している。本例は、酸化反応を促進するために
少量の水の存在の必要性も示している。NMP中の4−CBAおよびTPAの2
つの溶液を調製し、そして完全に溶解させるために165℃で約10分間加熱し
た。これらの溶液中のTPAの濃度は、4−CBAの濃度の4倍であった。溶液
を23℃に冷却し、そして各試料に分けた。いろいろな量の水とNMP中の無水
の過酸化水素をそれぞれの各試料に添加した。水も過酸化水素も添加されていな
い対照試料も用意した。次いで、4−CBAについて試料をガスクロマトグラフ
ィーによって分析した。希釈効果を無くすために分析結果を補正した。表6に結
果を要約する。一定のH2O2/4−CBAモル比については、水が存在すると4
−CBAのTPAへの転化率が顕著に増大することが、試料1、3および13か
ら明らかである。
上記詳細な説明でも述べたが、本発明は開示した態様に限定されず、前記の特許
請求の範囲に記載され且つ規定された本発明の趣意から逸脱しない範囲において
、多くの再構成、変改および置き換えが可能であるということが理解されるべき
である。
態様を示す図である。
Claims (42)
- 【請求項1】 テレフタル酸(TPA)の製造において4−カルボキシベン
ズアルデヒド(4−CBA)を、またはイソフタル酸の製造において3−カルボ
キシベンズアルデヒド(3−CBA)を減少させる方法であって、 (a)約50〜約250℃の温度で粗TPA(または粗IPA)を溶媒中に溶
解させて溶液をつくり、 (b)精製された酸を、溶液の温度および/または圧力を下げることにより溶
液から結晶化し、 (c)精製され結晶化されたTPAを溶液から分離し、 (d)(c)の濾過された溶液を酸化するためCBA酸化器に酸化剤を加えて
4−CBA(または3−CBA)をTPA(またはIPA)に転化させ、 (e)(d)からの溶液から溶媒を蒸発させ、 (f)(e)からの濃縮溶液を冷却して、精製された更なるTPAを結晶化し
、そしてこのスラリーを濾過し、そして (f)からの母液の主な部分を(a)の溶解器に循環し、また(f)からの母
液の少しの部分をパージ系に循環する ことからなる、前記方法。 - 【請求項2】 酸化剤が、有機溶媒中の無水の過酸化水素、空気、富化され
た空気、純粋な酸素、水中の過酸化水素、オゾン、四塩化炭素、トリクロロアセ
トアルデヒド、ヘキサミン、アセトン、シクロヘキサノン、ベンゾフェノン、ケ
イ皮アルデヒド、ジメチルスルホキシド、サルファイド、キラル酸化剤、グリオ
キサール、および過ギ酸、過酢酸、過安息香酸、過プロピオン酸、過マレイン酸
、および過フタル酸のような有機過酸からなる群から選択される、請求項1に記
載の方法。 - 【請求項3】 4−CBA(または3−CBA)の酸化剤がNMP中で安定
化された水を0〜5重量%含む過酸化水素からなる、請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 4−CBA(または3−CBA)の酸化剤が空気である、請
求項2に記載の方法。 - 【請求項5】 分散体(粗TPA)が少なくとも80〜99+%のテレフタ
ル酸(TPA)、0〜20%のイソフタル酸(IPA)、および少量の4−カル
ボキシアルデヒド(4−CBA)、3−カルボキシアルデヒド(3−CBA)、
並びに未反応の出発物質、溶媒、副反応の生成物および/または他の好ましくな
い物質から選択される不純物を含有する、請求項1に記載の方法。 - 【請求項6】 分散体(粗IPA)が95+%のIPA、0〜5%の3−C
BA、並びに未反応の出発物質、溶媒、副反応の生成物および/または他の好ま
しくない物質から選択される不純物を少量含有する、請求項1に記載の方法。 - 【請求項7】 粗TPA(またはIPA)を溶解するための溶媒が、N−メ
チルピロリドン(NMP)、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチル
ホルムアミド、N−ホルミルピペリジン、N−アルキル−2−ピロリドン(N−
エチルピロリドンを含む)、N−メルカプトアルキル−2−ピロリドン(N−メ
ルカプトエチル−2−ピロリドンを含む)、N−アルキル−2−チオピロリドン
(N−メチル−2−チオピロリドンを含む)、N−ヒドロキシアルキル−2−ピ
ロリドン(N−ヒドロキシエチル−2−ピロリドンを含む)、モルホリン(モル
ホリン、およびN−ホルミルモルホリンを含む)、カルビトール、C1〜C12ア
ルコール、エーテル、アミン、アミド、エステル、およびこれらの混合物からな
る群から選択される、請求項1に記載の方法。 - 【請求項8】 TPAのための溶媒が、N−メチルピロリドンまたはN,N
−ジメチルアセトアミドである、請求項7に記載の方法。 - 【請求項9】 TPAの精製のための選択的な結晶化溶媒が、N−メチルピ
ロリドンである、請求項8に記載の方法。 - 【請求項10】 IPAのための溶媒が、N−メチルピロリドン、N,N−
ジメチルアセトアミドまたはメタノールである、請求項7に記載の方法。 - 【請求項11】 IPAのための溶媒がN−メチルピロリドンである、請求
項10に記載の方法。 - 【請求項12】 粗CBA酸化器を、1〜20気圧の下で0〜150℃で操
作する、請求項1に記載の方法。 - 【請求項13】 CBA酸化器を、過酸化水素とCBAとのモル比0.5〜
15で操作する、請求項1に記載の方法。 - 【請求項14】 NMP中で安定化された過酸化水素を酸化剤として用い、
CBA酸化器を水とCBAとのモル比0〜5で操作する、請求項1に記載の方法
。 - 【請求項15】 空気を酸化剤として用い、CBA酸化器を空気とCBAと
のモル比1〜100で操作する、請求項1に記載の方法。 - 【請求項16】 CBA酸化器内の反応滞留時間が、0.1分〜6時間であ
る、請求項1に記載の方法。 - 【請求項17】 テレフタル酸(TPA)の製造において4−カルボキシベ
ンズアルデヒド(4−CBA)を、またはイソフタル酸の製造において3−カル
ボキシベンズアルデヒド(3−CBA)を減少させる方法であって、 (a)約50〜約250℃の温度で粗TPA(または粗IPA)を溶媒中に溶
解させて溶液をつくり、 (b)4−CBA(または3−CBA)の大部分をTPA(またはIPA)に
転化するため(a)の溶液に酸化剤を添加し、 (c)精製されたTPA(またはIPA)を、溶液の温度および/または圧力
を下げることにより溶液から結晶化し、 (d)精製され結晶化されたTPA(またはIPA)を溶液から分離し、 (e)(d)からの母液から溶媒を蒸発させ、 (f)(e)からの濃縮溶液を冷却して、精製された更なるTPA(またはI
PA)を結晶化し、 (g)結晶化されたTPA(またはIPA)を(f)から分離し、そして (g)からの母液の主な部分を(a)に循環し、また(g)からの母液の少しの
部分をパージ系に循環する ことからなる減少方法。 - 【請求項18】 酸化剤が、有機溶媒中の無水の過酸化水素、空気、富化さ
れた空気、純粋な酸素、水中の過酸化水素、オゾン、四塩化炭素、トリクロロア
セトアルデヒド、ヘキサミン、アセトン、シクロヘキサノン、ベンゾフェノン、
ケイ皮アルデヒド、ジメチルスルホキシド、サルファイド、キラル酸化剤、グリ
オキサール、および過ギ酸、過酢酸、過安息香酸、過プロピオン酸、過マレイン
酸、および過フタル酸のような有機過酸からなる群から選択される、請求項17
に記載の方法。 - 【請求項19】 4−CBA(または3−CBA)の酸化剤が、NMP中で
安定化された水を0〜5重量%含む過酸化水素からなる、請求項18に記載の方
法。 - 【請求項20】 4−CBA(または3−CBA)の酸化剤が空気である、
請求項18に記載の方法。 - 【請求項21】 分散体(粗TPA)が、少なくとも80〜99+%のテレ
フタル酸(TPA)、0〜20%のイソフタル酸(IPA)、および少量の4−
カルボキシアルデヒド(4−CBA)、3−カルボキシアルデヒド(3−CBA
)並びに未反応の出発物質、溶媒、副反応の生成物および/または他の好ましく
ない物質から選択される不純物を含有する、請求項17に記載の方法。 - 【請求項22】 分散体(粗IPA)が95+%のIPA、0〜5%の3−
CBA、並びに未反応の出発物質、溶媒、副反応の生成物および/または他の好
ましくない物質から選択される不純物を少量含有する、請求項17に記載の方法
。 - 【請求項23】 粗TPA(またはIPA)を溶解するための溶媒が、N−
メチルピロリドン(NMP)、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチ
ルホルムアミド、N−ホルミルピペリジン、N−アルキル−2−ピロリドン(N
−エチルピロリドンを含む)、N−メルカプトアルキル−2−ピロリドン(N−
メルカプトエチル−2−ピロリドンを含む)、N−アルキル−2−チオピロリド
ン(N−メチル−2−チオピロリドンを含む)、N−ヒドロキシアルキル−2−
ピロリドン(N−ヒドロキシエチル−2−ピロリドンを含む)、モルホリン(モ
ルホリン、およびN−ホルミルモルホリンを含む)、カルビトール、C1〜C12
アルコール、エーテル、アミン、アミド、エステル、およびこれらの混合物から
なる群から選択される、請求項17に記載の方法。 - 【請求項24】 TPAのための溶媒が、N−メチルピロリドンまたはN,
N−ジメチルアセトアミドである、請求項23に記載の方法。 - 【請求項25】 TPAの精製のための選択的な結晶化溶媒が、N−メチル
ピロリドンである、請求項24に記載の方法。 - 【請求項26】 IPAのための溶媒が、N−メチルピロリドン、N,N−
ジメチルアセトアミドまたはメタノールである、請求項23に記載の方法。 - 【請求項27】 IPAのための溶媒がN−メチルピロリドンである、請求
項26に記載の方法。 - 【請求項28】 粗TPA(またはIPA)溶解器をCBA酸化器としても
使用し、また1〜20気圧の下で50〜250℃で操作する、請求項17に記載
の方法。 - 【請求項29】 粗TPA(またはIPA)溶解器を、CBA酸化器として
も使用し、また過酸化水素とCBAとのモル比0.5〜15で操作する、請求項
17に記載の方法。 - 【請求項30】 粗TPA(またはIPA)溶解器を、CBA酸化器として
も使用し、またNMP中で安定化された過酸化水素を酸化剤として用い、水とC
BAとのモル比0〜5で操作する、請求項17に記載の方法。 - 【請求項31】 粗TPA(またはIPA)溶解器を、CBA酸化器として
も使用し、また空気を酸化剤として用い、空気とCBAとのモル比1〜100で
操作する、請求項17に記載の方法。 - 【請求項32】 CBA酸化器としても用いられる粗TPA(またはIPA
)溶解器内の酸化剤の反応滞留時間が0.1分〜6時間である、請求項17に記
載の方法。 - 【請求項33】 粗CBA酸化器を、1〜5気圧の下で20〜100℃で操
作する、請求項1に記載の方法。 - 【請求項34】 CBA酸化器を、過酸化水素とCBAとのモル比2〜5で
操作する、請求項1に記載の方法。 - 【請求項35】 NMP中で安定化された過酸化水素を酸化剤として用い、
CBA酸化器を、水とCBAとのモル比1〜5で操作する、請求項1に記載の方
法。 - 【請求項36】 空気を酸化剤として用い、CBA酸化器を、空気とCBA
とのモル比1〜20で操作する、請求項1に記載の方法。 - 【請求項37】 CBA酸化器内の反応滞留時間が1〜5分である、請求項
1に記載の方法。 - 【請求項38】 粗TPA(またはIPA)溶解器を、CBA酸化器として
も使用し、また1〜5気圧の下で100〜180℃で操作する、請求項17に記
載の方法。 - 【請求項39】 粗TPA(またはIPA)溶解器を、CBA酸化器として
も使用し、また過酸化水素とCBAとのモル比2〜5で操作する、請求項17に
記載の方法。 - 【請求項40】 粗TPA(またはIPA)溶解器を、CBA酸化器として
も使用し、またNMP中で安定化された過酸化水素を酸化剤として用い、水とC
BAとのモル比1〜5で操作する、請求項17に記載の方法。 - 【請求項41】 粗TPA(またはIPA)溶解器を、CBA酸化器として
も使用し、また空気を酸化剤として用い、空気とCBAとのモル比1〜20で操
作する、請求項17に記載の方法。 - 【請求項42】 CBA酸化器としても用いられる粗TPA(またはIPA
)溶解器内の酸化剤の反応滞留時間が1〜5分である、請求項17に記載の方法
。
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