JP2002542213A - 芳香族酸の製造および精製方法 - Google Patents

芳香族酸の製造および精製方法

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モロ,アントニオ
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コデイグノラ,フランコ
モロ,アントニオ
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Abstract

(57)【要約】 ここでは、芳香族モノカルボン酸および/またはポリカルボン酸の製造を相当する芳香核の炭素原子に直接結合している被酸化性置換基を少なくとも1つ持つ芳香族化合物に接触酸化を均一相中で受けさせることで行う新規な方法を記述する。この方法に、前記酸化段階の結果として得た前記粗生成物をハフニウムおよび/またはジルコニウムのポリオキサイドに関して高い吸着力を示す材料の床が入っている充填塔に送り込んで前記充填塔を200から300℃の温度および30から90bargの圧力で操作する精製段階を含める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】 本発明は、芳香族モノカルボン酸および/またはポリカルボン酸の製造を相当
する芳香核の炭素原子に直接結合している被酸化性置換基を少なくとも1つ持つ
芳香族化合物に接触酸化を均一相中で受けさせることで行った後にそれの精製を
行う新規な方法に関する。
【0002】 (発明の分野) 芳香族モノカルボン酸の製造方法および芳香族ポリカルボン酸の製造方法は文
献で良く知られている。それらは一般に液相中で行われていて操作は連続的また
は不連続的に実施されておりそして相当する芳香核の炭素原子に直接結合してい
る被酸化性置換基を少なくとも1つ持つ芳香族化合物が基質として用いられてい
るが、ここで、表現「被酸化性置換基」は、芳香核に直接結合しておりかつ酸化
の結果としてカルボキシル基に変化する炭素原子を含む置換基のいずれかを示す
ことを意図する。
【0003】 酸化剤は一般に気体状の分子状酸素であり、これは好適には不活性な気体で希
釈されており、明らかに実用の理由で空気(場合により分子状酸素を豊富にして
おいた)がこの目的で最も一般的に用いられる気体状混合物である。この酸化反
応は一般に有機酸水溶液、好適には水含有量が通常は2から15%の酢酸を溶媒
として用いて実施されている。
【0004】 この反応は一般に1種以上の金属で構成されていて触媒作用を示す錯体(この
錯体は一般に反応溶媒に可溶な塩の形態である)と適切な活性化剤(activ
ator)の存在下で実施されている。前記金属は実際の酸化反応に触媒作用を
及ぼす機能を果たす一方、前記活性化剤は、前記金属(触媒反応中に酸化価が低
下した)をそれの元々の原子価に戻すことで触媒活性を回復させて触媒活性が及
ぶようにする目的で用いられる。前記活性化剤はそれ自身が金属であってもよい
(この場合には、また、それを好適には反応媒体に可溶な塩の形態でも存在させ
る)か、別法として、カルボニル官能を有する有機化合物、例えばケトン類また
は脂肪族アルデヒド類、好適にはアセトアルデヒド、または分子状臭素を用いる
ことも可能である。
【0005】 英国特許第1063964号には、芳香族モノカルボン酸およびポリカルボン
酸の製造をジルコニウムとコバルトを実質的に基とする触媒作用を示す錯体を用
いて好適には80から130℃の温度および1から60kg/cm2の圧力で行
う方法が記述されている。
【0006】 米国特許第5,112,592号には、コバルトとマンガンを基とする触媒作
用を示す錯体を活性化剤としての臭素の存在下で用いる酸化反応の速度を速める
目的で元素周期律表のIIIAおよびIVA族[例えばPerry著「Chem
ical Engineers’ Handbook」、VI版(1984)に
採用された新規な表記法に従うIIIBおよびIVB族]の金属、特にジルコニ
ウムおよびハフニウムを用いて芳香族酸の製造を100から275℃の温度で行
うことが記述されている。
【0007】 国際特許出願WO 98/29378に触媒作用を示す錯体が記述されており
、前記錯体は、 1. 元素周期律表のVIIIA族に属していて2より高い原子価を有する少な
くとも1種の金属、好適にはルテニウム、イリジウム、パラジウム、白金、およ
び/またはVIIA族の少なくとも1種の金属、好適にはルテニウムおよび/ま
たはセリウム、および 2. 元素周期律表のIVA族の少なくとも1種の金属、好適にはジルコニウム
および/またはハフニウム、 を含んで成り、そこでは、触媒作用を示す対であるセリウム−ジルコニウムがそ
の発明の実施で用いるに好適な錯体を構成している。 注: この上に示したVIIIA、VIIAおよびIVA族は、それぞれ、例え
ばPerry著「Chemical Engineers’ Handbook
」、VI版に採用された新規な表記法に従うVIII、VIIBおよびIVB族
に相当する。
【0008】 WO 98/29378に記述された触媒作用を示す錯体は、芳香族モノカル
ボン酸およびポリカルボン酸を好適にはメタ−およびパラ−キシレンから生じさ
せる目的で用いられており、その操作は90から150℃、好適には105から
115℃の温度および1から20barg、好適には2から5bargの圧力で
行われた。
【0009】 芳香族モノカルボン酸およびポリカルボン酸がこの上に記述した種類の酸化反
応で通常用いられる溶媒中で示す溶解度は非常に低く、従って、簡単な濾過でそ
れらを反応媒体から容易に単離することができる。
【0010】 分離を濾過で行った後、通常は、そのようにして得た粗酸から前記酸化反応で
いくらか生じた二次的生成物、一般的には出発芳香族誘導体が酸化をある程度受
けることで生じた芳香族アルデヒドを除去する必要があるが、それらを所望の最
終生成物から分離するのは困難であり、このように、粗テレフタル酸(これは一
般に例えばパラ−メチルアセトフェノンまたはパラ−キシレンの酸化で得られる
)は一般にパラ−カルボキシベンズアルデヒドをかなりの量で含有しているが、
これは物理化学の観点からテレフタル酸に比較的類似していることから、それを
簡単な結晶化で後者から完全に分離するのは不可能である。
【0011】 このように、芳香族モノカルボン酸の精製および芳香族ポリカルボン酸の精製
は、一般に、その粗生成物に水溶液(一般に20%)の状態で水添反応を適切な
触媒の存在下で気体状水素を用いて受けさせて前記不純物を所望最終生成物から
通常は結晶化でより容易に分離可能な誘導体に変化させることを通して実施され
ているが、この反応は一般にむしろ高い温度で実施されている(テレフタル酸の
精製に関しては270℃で実施されており、イソフタル酸の精製に関しては約2
20℃で実施されている)。
【0012】 芳香族酸が変換を受けないままにしながら前記不純物に水添を選択的に受けさ
せることを可能にする水添用触媒は本技術分野で良く知られており、それらは一
般にVIII族[Perry著「Chemical Engineers’ H
andbook」、VI版]に属する金属、好適には白金、ロジウムまたはパラ
ジウムであり、それらを一般的には不活性材料、例えば炭素またはアルミナなど
に支持させており、そのような種類の触媒が米国特許第3,522,298号、
米国特許第3,542,863号、米国特許第3,584,039、米国特許第
3,591,629号、米国特許第3,607,921号、米国特許第3,72
6,915号、米国特許第3,799,976号、米国特許第4,260,81
7号に記述されている。
【0013】 特に、米国特許第4,126,638号には、白金、パラジウム、ルテニウム
、ロジウム、イリジウムおよび/またはオスミウムを基とする不均一触媒を用い
て芳香族ジカルボン酸を精製する方法が記述されており、その操作は、アルコー
ルが1から7重量%入っている水溶液中で110から350℃の温度で行われた
【0014】 米国特許第4,629,715号には、パラジウムおよびロジウムを基とする
不均一触媒を用いて粗テレフタル酸の精製を水溶液中で行う方法が記述されてお
り、その操作は100から350℃の温度および63から84bargの圧力で
行われた。
【0015】 (発明の説明) 酸化反応で有機活性化剤のみを用いると、そのようにして生じさせた粗芳香族
酸は水添用触媒に有害であり得る残存生成物を含有しない。しかしながら、ハフ
ニウム塩、特にジルコニウム塩を用いることは、生産工程全体の効率を実質的に
制限する非常に望ましくない現象の根になっている。
【0016】 上述した米国特許第5,112,592号およびWO 98/29378に記
述されているように、粗芳香族酸は、実際、上述したジルコニウム塩およびハフ
ニウム塩、一般的には酢酸塩をさらなる不純物として少量含有しており、そのよ
うな塩は不幸なことに水溶液中で容易に加水分解を起こし、とりわけ、それが2
00から300℃の桁の高温にさらされると加水分解を起こし得る。従って、前
記粗酸の水溶液を精製用反応槽に導入する時に前記ハフニウム塩および/または
ジルコニウム塩が加水分解を起こして不溶なコロイド状ポリオキサイド(pol
yoxides)の形態で前記水添用触媒に沈着し、その結果として、前記触媒
が毒される(触媒の有効寿命が一般に60から80%低下する)。
【0017】 このような欠点は、一般に、前記酸化混合物(oxidation mixt
ure)に入れる前記塩の濃度を250ppm未満の値に維持することで制限さ
れはするが、これは生産の観点から明らかに不利である。
【0018】 従って、本発明の目的は、この上に示した欠点を持たない芳香族モノカルボン
酸および/またはポリカルボン酸製造方法、即ちハフニウムおよび/またはジル
コニウム塩を250ppmより高い濃度で含有し得る触媒系の存在下で操作を行
っても次の精製段階中に用いる水添用触媒が毒されない方法を提供することにあ
る。
【0019】 ここに、コロイド状のハフニウムおよび/またはジルコニウムポリオキサイド
が吸着性物質、例えば活性炭、「Altapulcus Clay」、二酸化チ
タン、アルミナおよび/または炭化ケイ素などに対して特に高い親和力を有する
ことを驚くべきことに見いだし、特に、コロイド状のハフニウムおよび/または
ジルコニウムポリオキサイドの懸濁液を上述した物質の1種以上が入っている塔
の中に30から90bargの圧力下200から300℃の温度で通すことで前
記ポリオキサイドの完全な吸着を達成することができそしてその結果として当該
溶液の完全な精製を達成することができることを見いだしたことにより、そのよ
うな結果を達成した。従って、本発明の主題事項はモノカルボン酸および/また
はポリカルボン酸の製造方法に相当し、この方法は、(a)相当する芳香族前駆
体に酸化を気体状酸素の存在下でハフニウムおよび/またはジルコニウム塩を含
有する触媒系の存在下の液相中で受けさせる段階そしてそのようにして得た粗生
成物に接触水添による精製を受けさせる次の段階(c)を含んで成るが、ここで
は、この方法に、前記段階(a)の結果として得た粗生成物をハフニウムおよび
/またはジルコニウムのポリオキサイドに関して高い吸着力を示す材料の床が入
っている充填塔[ここでは「金属除去塔(demetalliser)」と定義
する]に送り込んで前記塔を30から90bargの圧力下200から300℃
の温度で操作する中間的精製段階(b)を含める。
【0020】 これに関連して、前記中間的精製段階(b)はいろいろな通常の酸化還元方法
、例えばとりわけこの上に示した特許資料に記述されているいろいろな方法に関
連させて実施可能であることを指摘すべきであり、従って、そのようないろいろ
な方法は本記述に含まれると見なされるべきである。
【0021】 本発明の好適な態様では、前記精製を受けさせるべき粗酸の濾過を実施した後
、その酸を用いて15から25重量%、好適には20重量%の水性懸濁液を生じ
させ、それを次に前記金属除去塔に送り込んで、それを当該芳香族酸の完全な溶
解を達成するに充分な温度および圧力で操作する。従って、前記精製を受けさせ
るべき粗酸に応じて、前記温度は一般に200から300℃である一方、前記圧
力は約30から90bargであろう。テレフタル酸の場合には約65から75
barg、好適には70bargの圧力下で約265から275℃、好適には2
70℃の温度に到達する傾向があるが、しかしながら、イソフタル酸の場合には
操作を約35から45barg、好適には40bargの圧力下約215から2
25℃、好適には220℃の温度で実施する。
【0022】 前記金属除去塔から出た溶液、従って痕跡量でいくらか存在していたハフニウ
ムおよび/またはジルコニウムが取り除かれた溶液を、次に、水添用反応槽に送
り込み、この反応槽内で、当該芳香族ポリカルボン酸の精製を適切な触媒の存在
下で行うが、本発明の好適な面に従い、気体状水素を精製用反応槽に導入するこ
とで前記精製を受けさせるべき芳香族酸が入っている溶液の圧力より約5から6
倍高い分圧を生じさせる。
【0023】 次に、前記精製用反応槽から出た溶液を結晶化段階に送り込むことで、高純度
のカルボン酸を分離することができる。
【0024】 ハフニウムおよびジルコニウムのポリオキサイドに関して吸着作用を示し得る
材料の中で活性炭が最も有効であることを確認した、と言うのは、それは前記粗
芳香族ポリカルボン酸に痕跡量で存在するハフニウムおよびジルコニウムを完全
に取り除くからである。とりわけ、活性炭を単に燃焼させることでそれに吸着さ
れていた金属を容易に回収することができそして次にそのようにして得た酸化物
に酢酸を用いた浸出処理を受けさせる(leached)ことができると同時に
前記金属の酢酸塩を酸化反応槽に再循環させることができる点で活性炭が有利で
ある。また、アルミナ、特にProcatalyse A.A.2−5グレード
Pのアルミナを用いることでも優れた性能が得られた。
【0025】 本発明に従う方法は連続的または不連続的のいずれでも実施可能であるが、連
続方法が好適である。特に、本方法を、好適には、1999年3月25日付けで
提出したイタリア特許出願MI99A000606に記述した芳香族酸製造方法
に関連させて用いる。
【0026】 本発明の前記および他の面が本分野の如何なる技術者にも明らかになると思わ
れ、本明細書に添付するスキーム1および以下に示す実施例は純粋に本発明の非
制限的例示であると見なされるべきである。
【0027】 実施例11)金属除去塔の調製 吸着性材料の粒子の寸法より若干小さい直径を有する穴が開いている吸着性材
料用支持グリッド(grid)が備わっている容積が10リットルの充填塔(金
属除去塔)を脱イオン水で徹底的に奇麗にした。吸着性材料の導入を行う前に、
前記金属除去塔を脱イオン水で前記吸着性材料の総量に関して前以て決めておい
たレベルになるまで満たした。次に、吸着性材料(本ケースでは7kgの活性炭
)を取り外し可能漏斗に通して前記脱イオン水のレベルに到達するまで導入した
(前記吸着性材料が前記金属除去塔内にできるだけ均一に分布するようにする目
的で前記漏斗の可動性を利用する)。
【0028】 次に、前記吸着性材料の床を脱イオン水で洗浄するが、この洗浄を、排出され
る水が固体状粒子を全く含まなくなるまで行う。2)酸化反応 パラ−キシレン含有量が15重量%で氷酢酸含有量が80重量%でH2O含有
量が5重量%の反応混合物を容積が10リットルの酸化反応槽に連続的に導入し
た後、この混合物に酢酸コバルト四水化物を前記混合物の3.8重量%に相当す
る量で添加しかつ酢酸ジルコニウムを前記混合物の0.38重量%に相当する量
で添加した。
【0029】 空気を6bargの圧力下で用いた酸化反応を110から115℃の温度で実
施し、前記酸化反応槽の出口の所で排出される空気に含まれる酸素の量が5体積
%になるようにした。
【0030】 粗テレフタル酸含有懸濁液を6bargの圧力下100から110℃の温度で
連続的に濾過した後、5bargの圧力下で洗浄し、その母液を前記酸化反応槽
に連続的に再循環させた。3)精製段階 前記濾過の結果として得た母液に存在するジルコニウムの量は前記酸化混合物
に元々存在していたジルコニウムの約11から15%のみであることを確認した
が、しかしながら、残りの85−90%は粗テレフタル酸に不純物として残存し
ていた。
【0031】 次に、前記粗テレフタル酸を水に濃度が20%になるように溶解させた後、こ
のようにして得た水溶液を前記吸着材の床に70bargの圧力下270℃の温
度で通したが、この金属除去塔から出る溶液は検出可能な如何なる痕跡量のジル
コニウムも示さなかった。
【0032】 次に、前記精製を受けさせた溶液を精製用反応槽に送り込んで、この反応槽を
、炭素支持体に支持されているパラジウム(0.5%)を基とする不均一触媒の
存在下で75bargの圧力の気体状水素を270℃の温度で用いて操作した。
次に、この溶液を結晶槽に送り込んで結晶性テレフタル酸を分離したが、この結
晶性テレフタル酸の4−カルボキシベンズアルデヒド含有量は25ppm未満で
ありかつこれにはパラジウムが実質的に全く含まれていなかった。
【0033】 前記金属除去塔に中間的に通すことを行わないで前記操作と同じ操作を繰り返
した。
【0034】 そのように得たテレフタル酸の4−カルボキシベンズアルデヒド含有量はこの
上に示した実施例のそれに匹敵していたが、それにも拘らず、これはパラジウム
の含有量が数ppmの桁であることを特徴としていた(この触媒は触媒毒になる
ことを実証した)。
【0035】 また、前記触媒を金属除去塔を伴う本方法で用いた時の触媒寿命の方が前記触
媒を前記比較方法で用いた時の触媒寿命よりも35%長かった。
【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成13年2月23日(2001.2.23)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0006
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0006】 米国特許第5,112,992号には、コバルトとマンガンを基とする触媒作
用を示す錯体を活性化剤としての臭素の存在下で用いる酸化反応の速度を速める
目的で元素周期律表のIIIAおよびIVA族[例えばPerry著「Chem
ical Engineers’ Handbook」、VI版(1984)に
採用された新規な表記法に従うIIIBおよびIVB族]の金属、特にジルコニ
ウムおよびハフニウムを用いて芳香族酸の製造を100から275℃の温度で行
うことが記述されている。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0025
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0025】 本発明に従う方法は連続的または不連続的のいずれでも実施可能であるが、連
続方法が好適である。特に、本方法を、好適には、WO 00/58257に記
述した芳香族酸製造方法に関連させて用いる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // C07B 61/00 300 C07B 61/00 300 (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZW ),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU, TJ,TM),AE,AL,AM,AU,AZ,BA, BB,BG,BR,BY,CA,CN,CR,CU,C Z,DM,DZ,EE,GD,GE,GH,GM,HR ,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG, KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,L V,MA,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO ,NZ,PL,RO,RU,SD,SG,SI,SK, SL,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG,U S,UZ,VN,YU,ZA,ZW Fターム(参考) 4D017 AA03 BA13 CA03 CA05 CB01 DA01 EA01 EB07 EB10 4H006 AA02 AB46 AC46 AD17 AD31 BA10 BA20 BA25 BA32 BA45 BA55 BB31 BC14 BC51 BC52 BD60 BD84 BE20 BE30 BJ50 BS30 4H039 CA65 CC30

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 モノカルボン酸および/またはポリカルボン酸の製造を相当
    する芳香族前駆体に酸化をハフニウムおよび/またはジルコニウム塩含有触媒系
    の存在下の液相中で受けさせることで行った後にそのようにして得た粗生成物に
    接触水添による精製を受けさせることを含んで成る方法であって、前記酸化段階
    の結果として得た前記粗生成物をハフニウムおよび/またはジルコニウムのポリ
    オキサイドに関して高い吸着力を示す材料床が入っている充填塔に送り込んで前
    記充填塔を200から300℃の温度および30から90bargの圧力で操作
    する中間的精製段階を含んで成ることを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 ハフニウムおよび/またはジルコニウムのポリオキサイドに
    関して高い吸着力を示す材料を活性炭、「Altapulcus Clay」、
    二酸化チタン、アルミナおよび/または炭化ケイ素から選択することを特徴とす
    る請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 前記酸化段階の結果として得た前記粗生成物を15から25
    重量%の水溶液の形態で前記充填塔に送り込むことを特徴とする請求項1記載の
    方法。
  4. 【請求項4】 前記ハフニウムおよび/またはジルコニウム塩を水溶液中に
    250ppmより高い濃度で存在させることを特徴とする請求項3記載の方法。
  5. 【請求項5】 パラ−キシレンに酸化を受けさせてテレフタル酸を生じさせ
    る請求項1記載の方法。
  6. 【請求項6】 前記充填塔を265から275℃の温度および約65から7
    5bargの圧力で操作することを特徴とする請求項5記載の方法。
  7. 【請求項7】 メタ−キシレンに酸化を受けさせてイソフタル酸を生じさせ
    る請求項1記載の方法。
  8. 【請求項8】 前記充填塔を215から225℃の温度および約35から4
    5bargの圧力で操作することを特徴とする請求項7記載の方法。
  9. 【請求項9】 気体状水素を精製用反応槽に導入することで前記精製を受け
    させるべき粗酸が入っている溶液の圧力より約5から6倍高い分圧を生じさせる
    ことを特徴とする請求項1記載の方法。
  10. 【請求項10】 前記水溶液を生じさせる前に前記酸化段階の結果として得
    た前記粗酸に濾過を1から20bargの圧力および90から150℃の温度で
    受けさせることを特徴とする請求項3記載の方法。
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