JP2003113127A - オレフィン類の酸化方法およびこれを用いる含酸素化合物の製造方法 - Google Patents
オレフィン類の酸化方法およびこれを用いる含酸素化合物の製造方法Info
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Abstract
り各種のオレフィン類を酸化する方法および当該方法に
よりエポキサイド、アルコール、ケトン、アルデヒド等
の含酸素化合物を効率よく製造する方法を提供すること 【解決手段】 オレフィン類を、遷移金属(バナジウム
原子を除く)を含むアルミノリン酸塩からなる触媒の存
在下、60〜200℃の反応温度で分子状酸素により酸
化するオレフィン類の酸化方法およびオレフィン類を、
上記触媒の存在下、60〜200℃の反応温度で分子状
酸素により酸化するエポキサイド、アルコール、ケト
ン、アルデヒド等の含酸素化合物の製造方法。
Description
下、分子状酸素を用いるオレフィンの酸化方法および当
該方法によりオレフィン類を酸化する、エポキサイド、
アルコール、ケトン、アルデヒド等の含酸素化合物の製
造方法に関する。
ンを酸化し、含酸素化合物を製造する方法が各種知られ
ている。それらの中で、例えばエポキサイドを製造する
方法に関しては、TS−1タイプのチタノシリケート触
媒等によるプロピレンの液相反応が知られている(特公
昭54−40525号、特公昭56−35941号、特
開平8−269031、特開平10−337473公
報)。これらの方法は、転化率やエポキシ選択率は高い
ものの、酸素源に高価な過酸化水素あるいは有機ハイド
ロパーオキサイドを使用しているので、製造コストの面
で不利である。
ており、例えば触媒として金属含有アルミノリン酸塩を
用い、シクロヘキセン、スチレン等を液相で空気酸化す
る方法が報告されている(Chem.Commun., 1999, 829-8
30)。この方法は、酸素源である酸素や空気が安価であ
り、50℃という穏和な条件下でエポキサイド等が得ら
れるが、触媒と共に原料に対して等モル量以上のアルデ
ヒドを添加剤として用いるため、化学量論上、生成物と
等量もしくはそれ以上のカルボン酸が副生する難点を有
している。
あるいは、目的としない副生成物が得られる方法は、当
然のことながらコストが高くなるため、簡単に入手でき
る酸素源を用いて酸化し、目的物のみを取得できる方法
が求められている。
みなされたものであり、比較的安価な触媒を用いて、分
子状酸素により各種のオレフィン類を酸化する方法を提
供し、更に当該方法によりエポキサイド、アルコール、
ケトン、アルデヒド等の含酸素化合物を効率よく製造す
る方法を提供することを課題とするものである。
解決すべく鋭意研究を行った結果、オレフィン類の分子
状酸素により酸化する際、触媒として固体の遷移金属原
子を含む(バナジウム原子を除く)アルミノリン酸塩を
用い、特定の条件で反応させることによって広範なオレ
フィン類が酸化でき、その結果各種の含酸素化合物を効
率的に製造することができること、並びに反応系からの
触媒の分離、再使用も容易であることを見出し、本発明
を完成した。
属(バナジウム原子を除く)を含むアルミノリン酸塩か
らなる触媒の存在下、反応温度60〜200℃で分子状
酸素により酸化することを特徴とするオレフィン類の酸
化方法を提供するものである。
属(バナジウム原子を除く)を含むアルミノリン酸塩か
らなる触媒の存在下、反応温度60〜200℃で分子状
酸素により酸化することを特徴とする含酸素化合物の製
造方法を提供するものである。
する。本発明において用いられるオレフィン類は、鎖状
オレフィン類、環状オレフィン類、芳香族環含有オレフ
ィン類又は脂環式炭化水素基含有オレフィン類である。
ィン類としては、直鎖状のものでも分岐鎖状のものでも
よく、その具体的な例としては、プロピレン、1−ブテ
ン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン等が例
示される。また、環状オレフィン類としては、分岐鎖を
有していても良く、その具体的な例としては、シクロペ
ンテン、シクロヘキセン、メチルシクロヘキセン、シク
ロオクテン、ビシクロオクテン、トリシクロヘプテン、
ノルボルネン、メンテン、α−ピネン等が挙げられる。
更に、芳香族環含有オレフィン類としては、インデン、
スチレン等が挙げられる。更にまた、脂環式炭化水素基
含有オレフィン類の例としては、ビニルシクロペンタ
ン、ビニルシクロヘキサン、ビニルノルボルナン等が挙
げられる。
られる分子状酸素としては、高純度の酸素ガスや空気は
もちろん、高純度の酸素ガスや空気を窒素、ヘリウム、
アルゴン、メタン等で希釈した混合ガス等を例示するこ
とができる。
いられる遷移金属原子を含む(バナジウム原子を除く)
アルミノリン酸塩は、アルミノリン塩を形成するアルミ
ニウム原子のうちの一部が遷移金属原子で置換されたも
のである。
としては、アルミニウム原子、リン原子及び酸素原子を
主成分とするアルミノリン酸塩や、アルミニウム原子、
リン原子及び酸素原子に加えて、ケイ素原子又はマグネ
シウム原子を含むアルミノリン酸塩が例示される。
び酸素原子を主成分とするアルミノリン酸塩は、一般に
AlPO−m(mは整数で化合物の結晶タイプを表す)
で表示され、アルミニウム原子、リン原子及び酸素原子
の比率は、ほぼ1:1:4である。また、アルミニウム
原子、リン原子及び酸素原子に加えて、ケイ素原子又は
マグネシウム原子を含むアルミノリン酸塩は、一般にS
APO−n又はMAPO−n(nは整数で化合物の結晶
タイプを表す)で表示され、アルミニウム原子の一部が
ケイ素原子又はマグネシウム原子によって置換されたこ
とが示される。そして、当該アルミノリン酸塩における
アルミニウム原子とケイ素原子又はマグネシウム原子の
和、リン原子及び酸素原子の比率は、ほぼ1:1:4で
ある。(なお、AlPO−m、SAPO−n、MAPO
−n等の表記については、「ゼオライトの科学と工
学」、第2〜5頁(2000年、講談社発行)等参
照。)
は、バナジウムを除く遷移金属を利用することができる
が、好ましいものとしては、鉄、コバルト、ニッケル、
銅、マンガン、クロム等から選ばれる1種又は2種以上
の遷移金属が挙げられる。更に好ましくは、鉄、コバル
ト、銅、マンガン及びクロムから選ばれる1種又は2種
である。
の量は、遷移金属原子とアルミニウム原子の総量に対す
る遷移金属原子の量の割合で、0.01〜20モル%程
度であり、好ましくは0.1〜10モル%である。遷移
金属原子の量が、この上限を越えて含まれると、触媒の
熱安定性や結晶性などが悪くなり、この下限未満では、
十分な触媒活性が得られない。
ミノリン酸塩は、前記したように基本形であるアルミノ
リン酸塩の骨格を形成するアルミニウム原子の一部が遷
移金属原子で置換されたものである。従って、遷移金属
原子がアルミノリン酸塩に単に物理的に付着しているも
のとは明確に異なるものであり、これらを区別する必要
がある。この区別に当たっては、X線回析による構造解
析と、ICP発光分析法等による遷移金属元素の存在確
認が必要である。
塩の製造は、例えば、適当なアルミニウム塩、リン酸塩
および遷移金属塩並びに必要によりケイ酸塩およびマグ
ネシウム塩を適切な比率で混合し、これをアルミノリン
酸塩製造の常法に従い、水熱反応に付すことにより合成
される。より具体的には、前記した遷移金属原子とアル
ミニウム原子の割合を満たすような量のアルミニウム塩
および遷移金属塩を用い、これにリン酸塩等を加え、米
国特許第4,310,440号明細書や、米国特許第4,
567,029号明細書等の記載に従って調製すること
ができる。
ルミノリン酸塩は、多孔質体で、一種のモレキュラーシ
ーブである。結晶構造としては無定形に近いものから結
晶性のものまで存在する。そして、これらの遷移金属原
子を含むアルミノリン酸塩は、いずれも触媒として使用
できる。中でも、結晶性で、細孔径が0.3〜1nm
(3〜10オングストローム)程度の多孔質体が、各種
のオレフィン類への適用性、触媒活性、目的生成物の選
択性あるいは触媒の熱安定性の点で好ましい。
式(バッチ式)または連続式で実施できる。反応器の形
式としては、気泡塔、攪拌式、流通式、攪拌流通式など
の形式のいずれも採用できる。
温度、好ましくは80℃〜150℃の温度で実施され
る。オレフィンの種類によって差があるが、この下限よ
り低いと十分な活性が得られず、この上限より高いと副
生成物や分解物が多くなる。また、反応圧力は、常圧〜
10MPa、好ましくは0.5〜5MPaである。
レフィン類は、そのままで反応させることもできるが、
溶媒で希釈して反応させることもできる。使用できる溶
媒としては、酸化されにくい溶媒、例えばベンゼンなど
が好ましい。
物からエポキサイド類、あるいはオレフィンの主として
アリル位がヒドロキシル基やカルボニル基に酸化された
アルコール化合物、アルデヒド化合物、ケトン化合物等
を製造することができる。そして、これら生成物の種類
や組成は、原料オレフィン類の種類、触媒の種類、温度
や圧力等の反応条件によって変化する。
め、反応後、遠心分離や濾過により容易に分離でき、回
収して再使用することが容易である。また、塔式反応器
に触媒を充填し、固定床として使用した場合、塔内に充
填した触媒をそのまま加熱燃焼することによって活性化
し、再使用できる。
説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。尚、未反応の原料オレフィン及び反応生成物は、ガ
スクロマトグラフィーにより同定ならびに定量を行っ
た。また、原料オレフィンの転化率及び生成物の選択率
は下記の方法で求めた。
を測定し、下記の計算法により算出した。 転化率(モル%)=〔(A1−A2)/A1〕×100 A1 : 原料量 A2 : 未反応の原料量
0.6gをパイレックス(登録商標)ガラス製のビーカ
ーに入れ、撹拌しながらアルミニウムトリイソプロポキ
サイドを398.98g加え、十分分散させる。そこに
リン酸(濃度:85質量%)を249.87g、酢酸コ
バルト2水和物を50.38g、イオン交換水を210.
5g添加し、氷冷しながら均一になるまで十分撹拌し
た。これにジ−n−プロピルアミン104.17gを添
加し、室温で1時間撹拌した。得られた溶液をテフロン
(登録商標)コーティングを施したオートクレーブ内に
移し、190℃で40時間水熱合成反応を行った。反応
後、濾過と水洗を繰り返して固形分を十分洗浄し、80
℃で18時間乾燥して青色の粉体を得た。得られた粉体
を大気雰囲気下、550℃で20時間焼成し緑色の粉体
を得た。
結果、AlPO−11の回折パターンと一致した。ま
た、この粉体をICP発光分析法により分析したとこ
ろ、コバルト含有量は5モル%(Coモル数 /(Coモ
ル数+Alモル数)×100)であった。また、この粉
体は結晶性の多孔質であり、その細孔径が約0.6nm
であった。以下、本触媒をCoAlPO−11と標記す
る。
製ビーカーにリン酸(85質量%)を8.29g、塩化
コバルト6水和物を0.3227g、イオン交換水を5
2.11g入れ、氷冷しながら均一になるまで十分撹拌し
た。これにCONDEA社製ベーマイト(PURAL SCF5
5)を4.87g添加し、氷冷しながら十分撹拌した後、
トリエチルアミン4.36gを添加し、室温で18時間
撹拌した。得られた溶液をテフロンコーティングを施し
たオートクレーブ内に移し、175℃で72時間水熱合
成反応を行った。反応後、濾過と水洗を繰り返して生成
物を十分洗浄し、80℃で18時間乾燥して青色の粉体
を得た。得られた粉体を大気雰囲気下、550℃で16
時間焼成し、緑色の粉体を得た。
果、AlPO−5の回折パターンと一致した。また、こ
の粉体をICP発光分析法により分析したところ、コバ
ルト含有量は6モル%(Coモル数 /(Coモル数+A
lモル数)×100)であった。また、この粉体は結晶
性の多孔質であり、その細孔径が約0.7nmであっ
た。以下、本触媒をCoAlPO−5と標記する。
0ml容器にリン酸(85質量%)を27.3g、アル
ミニウムトリイソプロポキシドを56.68g入れ、1時
間混合した。次いで、メタノール150mlを加えて3
時間混合した後、ゾル状のカタロイドシリカ(SiO2
換算で30質量%)8.33gを加え、3時間撹拌し
た。次いで、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド溶
液(濃度:10質量%)20.4gを加えて3時間撹拌
した後、酢酸マンガン4水和物3.42gを添加し、1
時間撹拌した。得られた溶液をオートクレーブ内に移
し、210℃で40時間水熱合成反応を行った。反応
後、濾過と水洗を繰り返して生成物を十分洗浄し、70
℃で18時間乾燥し、さらに大気雰囲気下、500℃で
5時間焼成し、桃灰色の粉体を得た。
結果、マンガン酸化物、金属マンガンに起因するピーク
は確認されず、SAPO−34の回折パターンと一致し
た。また、この粉体をICP発光分析法により分析した
ところ、マンガン含有量は4.8モル%(Mnモル数 /
(Mnモル数+Alモル数)×100)であった。ま
た、この粉体は結晶性の多孔質であり、その細孔径が約
0.4nmであった。以下、本触媒をMnSAPO−3
4と標記する。
した触媒(CoAlPO−11)のイオン交換サイトに
カチオン種として存在しているコバルトを除去するた
め、酸による洗浄を行った。即ち、0.1Mに調製した
硝酸アンモニウム水溶液750gに、参考例1で調製し
たCoAlPO−11を37.48g添加し、60℃で
18時間撹拌した。その後、室温に戻し、固形分をイオ
ン交換水で十分洗浄した。次いで、固形分を100℃で
20時間乾燥させ、さらに550℃で3時間大気雰囲気
下で焼成した。以下、本触媒をCoAlPO−11Aと
標記する。
で調製した触媒(CoAlPO−5)100mg及び1
−オクテン10gを入れた。オイルバス上で加熱しなが
ら、室温の空気を1.0MPaになるまで供給した後、
攪拌下、130℃で5時間酸化反応を行った。
転化率は10.8%であり、1−オクテンの反応生成物
であるエポキサイド化合物、アルコール化合物、ケトン
化合物等の生成が認められた。生成物の選択率は、オク
テンエポキシド59.1%、3−オクテノール〜5−オ
クテノール10.8%及び3−オクテノン〜5−オクテ
ノン22.0%であった。
施例1と同様に酸化反応を行った。分析の結果、酸化生
成物は実質的に認められなかった。この結果より、反応
温度を130℃から80℃に下げることにより、反応速
度が急激に低下することが示された。
1.5時間にした以外は実施例1と同様に反応を行っ
た。分析の結果、シクロヘキセンの転化率は11.9%
で、生成物の選択率は、シクロヘキセンオキサイド2
0.5%、シクロヘキセノール33.3%、シクロヘキセ
ノン40.4%であった。
施例2と同様に酸化反応を行った。分析の結果、酸化生
成物は認められなかった。
を用いた以外は、実施例2と同様にシクロヘキセンの酸
化反応を行った。分析の結果、シクロヘキセンの転化率
は15.1%で、生成物の選択率は、シクロヘキセンオ
キサイド16.5%、シクロヘキセノール28.0%、シ
クロヘキセノン50.3%であった。
た以外は、実施例2と同様に酸化反応を行った。分析の
結果、シクロヘキセンの転化率は13.9%で、生成物
の選択率は、シクロヘキセンオキサイド15.1%、シ
クロヘキセノール32.0%、シクロヘキセノン50.3
%であった。
(CoAlPO−5)100mg、及び溶媒としてベン
ゼン10gを入れ、氷浴で冷却した。次いで、プロピレ
ン5gを加えた後、オイルバスで加熱しながら、室温の
空気を6.0MPaになるまで供給した。その後、13
0℃で4時間、酸化反応を行った。
%で、生成物の選択率は、プロピレンオキサイド32.
2%、アリルアルコール8.0%、アセトン4.8%、ア
クロレイン20%、アセトアルデヒド18%であった。
10mg用いた以外は、実施例5と同様にプロピレンの
酸化反応を行った。分析の結果、プロピレンの転化率は
7.9%で、生成物の選択率は、プロピレンオキサイド
15.0%、アリルアルコール9.7%、アセトン4.0
%、アクロレイン26.1%、アセトアルデヒド19.3
%であった。
高いが、エポキサイドの選択率が2分の1と低かった。
尚、本触媒は、回収して再使用することは極めて困難で
ある。
た以外は、実施例5と同様に酸化反応を行った。分析の
結果、プロピレンの転化率は5.7%で、生成物の選択
率は、プロピレンオキシド36.0%、アリルアルコー
ル8.2%、アセトン2.8%、アクロレイン26%、ア
セトアルデヒド17.7%であった。
た以外は、実施例5と同様に酸化反応を行った。分析の
結果、プロピレンの転化率は6.3%で、生成物の選択
率は、プロピレンオキサイド20.0%、アリルアルコ
ール4.1%、アセトン5.2%、アクロレイン48.0
%、アセトアルデヒド18.8%であった。
A)に換えた以外は、実施例5と同様に反応を行った。
分析の結果、プロピレンの転化率は2.3%で、生成物
の選択率は、プロピレンオキサイド62.5%、アリル
アルコール3.2%、アセトン0.8%、アクロレイン
9.1%、アセトアルデヒド13.0%であった。
り回収した。回収した固形分をベンゼン10gで一回洗
浄した後、これを触媒として使用し、再度実施例8と同
一条件で酸化反応を行った。分析の結果、プロピレンの
転化率は2.2%で、生成物の選択率は、プロピレンオ
キサイド62.9%、アリルアルコール2.2%、アセト
ン0.6%、アクロレイン11.5%、アセトアルデヒド
13.3%であった。
ウム原子を除く)を含むアルミノリン酸塩からなる固体
触媒を用いることにより、入手しやすい酸素源を用いて
広範なオレフィン類を酸化することができる。
ら、エポキサイド、アルコール、ケトン、アルデヒド等
各種の含酸素化合物を効率的に製造することができ、し
かも触媒の分離、再使用が容易であるため、経済性の高
い含酸素化合物の製造方法として利用しうるものであ
る。 以 上
Claims (9)
- 【請求項1】 オレフィン類を、遷移金属(バナジウム
原子を除く)を含むアルミノリン酸塩からなる触媒の存
在下、60〜200℃の反応温度で分子状酸素により酸
化することを特徴とするオレフィン類の酸化方法。 - 【請求項2】 遷移金属(バナジウム原子を除く)が、
鉄、コバルト、銅、マンガン及びクロムから選ばれる遷
移金属の1種又は2種以上である請求項第1項記載のオ
レフィン類の酸化方法。 - 【請求項3】 アルミノリン酸塩が、アルミニウム原
子、リン原子及び酸素原子からなるか、又はこれら原子
の他にケイ素原子又はマグネシウム原子を含むアルミノ
リン酸塩である請求項第1又は第2項記載のオレフィン
類の酸化方法 - 【請求項4】 オレフィン類が、鎖状オレフィン類、環
状オレフィン類、芳香族環含有オレフィン類又は脂環式
炭化水素基含有オレフィン類である請求項第1項ないし
請求項第3項記載の何れかの項記載のオレフィン類の酸
化方法。 - 【請求項5】 オレフィン類が、プロピレン、1−ブテ
ン、1−ヘキセン、1−オクテン、シクロペンテン及び
シクロヘキセンから選ばれるオレフィンである請求項第
4項記載の酸化方法。 - 【請求項6】 オレフィン類を、遷移金属(バナジウム
原子を除く)を含むアルミノリン酸塩からなる触媒の存
在下、60〜200℃の反応温度で分子状酸素により酸
化することを特徴とする含酸素化合物の製造方法。 - 【請求項7】 遷移金属(バナジウム原子を除く)が、
鉄、コバルト、銅、マンガン及びクロムから選ばれる遷
移金属の1種又は2種以上である請求項第6項記載の含
酸素化合物の製造方法。 - 【請求項8】 アルミノリン酸塩が、アルミニウム原
子、リン原子及び酸素原子からなるか、又はこれら原子
の他にケイ素原子又はマグネシウム原子を含むアルミノ
リン酸塩である請求項第6又は第7項記載の含酸素化合
物の製造方法。 - 【請求項9】 含酸素化合物が、エポキサイド、アルコ
ール、ケトン又はアルデヒドである請求項第6項ないし
第8項記載の含酸素化合物の製造方法。
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