JP2005255652A - Method for producing aliphatic saturated carboxylic acid - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing an aliphatic saturated carboxylic acid, by which the unsaturated bond of an aliphatic unsaturated carboxylic acid or an aliphatic olefin-based hydrocarbon is cleft by using only a solid oxidation catalyst and a molecular oxygen-containing gas without using a peroxide so as to produce a corresponding aliphatic saturated monocarboxylic acid and aliphatic saturated dicarboxylic acid. <P>SOLUTION: The method for producing an aliphatic saturated carboxylic acid comprises carrying out reaction in a solvent-free condition by using a transition metal skeleton-substituted type zeolite catalyst in oxidatively cleaving an aliphatic unsaturated carboxylic acid or an aliphatic olefin-based hydrocarbon with a molecular oxygen-containing gas to produce a corresponding aliphatic saturated monocarboxylic acid and/or aliphatic saturated dicarboxylic acid. In the production method, the reaction is advanced in a liquid phase or vapor phase under mild conditions of a low temperature and low pressure to produce the objective substance in a high reaction conversion and in high selectivity. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、脂肪族飽和カルボン酸の製造方法に関するものであり、更に詳しくは、遷移金属骨格置換型ゼオライト触媒ならびに分子状酸素含有ガスを用いることにより、穏和な反応条件で、脂肪族不飽和カルボン酸又は脂肪族オレフィン系炭化水素中の、炭素−炭素二重結合部位を酸化開裂し、脂肪族飽和モノカルボン酸及び/又は脂肪族飽和ジカルボン酸を高選択率で製造する方法に関するものである。本発明は、例えば、ポリエステル、潤滑剤等の有機工業製品の合成中間体として有用な、脂肪族飽和カルボン酸類の有機合成の技術分野において、例えば、従来の合成法における、オゾン、過酸化水素、過酢酸、t−ブチルハイドロパーオキサイド等の爆発の危険性を有する過酸化物、環境に有害な重金属酸化剤、ならびに有機溶媒等の他の第三物質の添加・使用に伴う種々の問題点を、抜本的に解決することを可能とする、新規な脂肪族飽和カルボン酸の合成方法を提供するものとして有用である。   The present invention relates to a method for producing an aliphatic saturated carboxylic acid, and more specifically, by using a transition metal skeleton-substituted zeolite catalyst and a molecular oxygen-containing gas, an aliphatic unsaturated carboxylic acid under mild reaction conditions. The present invention relates to a method for producing an aliphatic saturated monocarboxylic acid and / or aliphatic saturated dicarboxylic acid with high selectivity by oxidative cleavage of a carbon-carbon double bond site in an acid or aliphatic olefinic hydrocarbon. The present invention is useful in the technical field of organic synthesis of aliphatic saturated carboxylic acids useful as synthetic intermediates for organic industrial products such as polyesters and lubricants, for example, ozone, hydrogen peroxide, Various problems associated with the addition and use of peroxides with danger of explosion such as peracetic acid and t-butyl hydroperoxide, heavy metal oxidants harmful to the environment, and other third substances such as organic solvents The present invention is useful for providing a novel method for synthesizing an aliphatic saturated carboxylic acid that can be drastically solved.

脂肪族モノカルボン酸は、例えば、潤滑油原料として、また、脂肪族ジカルボン酸は、例えば、可塑剤、ナイロン、ポリエステル、ヘアケア製品等の原料として、それぞれ工業的に有用な化合物である。その原料としては、動物あるいは植物性油脂の加水分解により、脂肪族不飽和カルボン酸類が安価に得られることから、工業的には、この脂肪族不飽和カルボン酸類を原料とする方法が多く用いられている。例えば、脂肪族不飽和カルボン酸類の二重結合を酸化開裂し、対応する脂肪族モノカルボン酸ならびに脂肪族ジカルボン酸を得る工業的製造法として、オゾン酸化法(特許文献1〜3参照)が報告されている。しかし、この種の方法は、オゾン発生装置の建設には多額の費用を必要とするうえ、酸化剤として使用するオゾンが高価であり、また、オゾニド生成に伴う爆発の危険性があることから、改善すべき問題点がある。   Aliphatic monocarboxylic acids are industrially useful compounds, for example, as lubricating oil raw materials, and aliphatic dicarboxylic acids are, for example, raw materials for plasticizers, nylons, polyesters, hair care products, and the like. As the raw material, aliphatic unsaturated carboxylic acids can be obtained at low cost by hydrolysis of animal or vegetable fats and oils, and industrially, many methods using these aliphatic unsaturated carboxylic acids as raw materials are used. ing. For example, an ozone oxidation method (see Patent Documents 1 to 3) is reported as an industrial production method for obtaining the corresponding aliphatic monocarboxylic acid and aliphatic dicarboxylic acid by oxidative cleavage of double bonds of aliphatic unsaturated carboxylic acids. Has been. However, this type of method requires a large amount of money for the construction of the ozone generator, the ozone used as an oxidizer is expensive, and there is a risk of explosion associated with the generation of ozonide. There are problems to be improved.

また、過マンガン酸カリウム、重クロム酸カリウム等の重金属酸化剤を当量以上用い、脂肪族不飽和カルボン酸やオレフィン系炭化水素を酸化する方法や、四酸化ルテニウム触媒の存在下で次亜塩素酸塩を酸化剤として用いる方法(特許文献4参照)が報告されている。しかし、この種の方法は、これらの酸化剤は、高コストであること、毒性が強いこと、また、反応終了後の酸化剤や触媒の回収・廃棄物処理に問題があることから、工業的規模の製造法としては問題がある。   In addition, a method of oxidizing an aliphatic unsaturated carboxylic acid or olefinic hydrocarbon using a heavy metal oxidizing agent such as potassium permanganate or potassium dichromate in an equivalent amount or hypochlorous acid in the presence of a ruthenium tetroxide catalyst. A method using a salt as an oxidizing agent (see Patent Document 4) has been reported. However, this type of method is industrially expensive because these oxidants are expensive, highly toxic, and there are problems in the collection and waste disposal of oxidants and catalysts after completion of the reaction. There is a problem as a manufacturing method of scale.

また、各種ヘテロポリ酸系化合物(特許文献5〜7参照)や重金属塩類(特許文献8参照)を触媒とし、過酸化水素を酸化剤として用いる方法が提案されている。しかし、この種の方法は、過酸化水素は爆発の危険性を伴うとともに、高価であり、反応生成物と触媒を分離する際に、煩雑な抽出操作が不可欠であるという問題点を有する。   In addition, a method has been proposed in which various heteropolyacid compounds (see Patent Documents 5 to 7) and heavy metal salts (see Patent Document 8) are used as catalysts and hydrogen peroxide is used as an oxidizing agent. However, this type of method has a problem that hydrogen peroxide is associated with an explosion risk and is expensive, and a complicated extraction operation is indispensable when separating the reaction product and the catalyst.

また、高価な酸化剤に替えて、空気を用いて無触媒で酸化する方法(特許文献9参照)が報告されているが、この種の方法には、フェノール性重合抑制剤を含む水溶液が大量に必要となるため、水の濃縮操作に大量のエネルギーを必要とするという問題点がある。また、空気酸化を用いる方法として、コバルト、ニッケル、あるいはマンガンを用いてイオン交換したゼオライト5Aやゼオライト13Xを触媒とする方法(非特許文献1)が報告されている。しかし、この種の方法は、240℃という高い反応温度が必要とされるため、脱炭酸反応や酸化反応中間生成物であるアルデヒド類が副生成物として大量に得られるという問題点を有する。   In addition, a method of oxidizing without using a catalyst using air instead of an expensive oxidant has been reported (see Patent Document 9). In this type of method, a large amount of an aqueous solution containing a phenolic polymerization inhibitor is used. Therefore, there is a problem that a large amount of energy is required for the water concentration operation. As a method using air oxidation, a method using zeolite 5A or zeolite 13X ion-exchanged with cobalt, nickel, or manganese as a catalyst (Non-patent Document 1) has been reported. However, since this type of method requires a high reaction temperature of 240 ° C., there is a problem that aldehydes, which are intermediate products of decarboxylation and oxidation reaction, can be obtained in large quantities as by-products.

以上述べたように、これまでに提案された上記方法は、何れにも多くの問題点を有するところから、当技術分野においては、脂肪族飽和カルボン酸の工業的合成として、これらの問題を解決することが可能な新しい製造法の開発が望まれていた。   As described above, since the above-mentioned methods proposed so far have many problems, the technical field solves these problems as industrial synthesis of aliphatic saturated carboxylic acids. It has been desired to develop a new manufacturing method that can be used.

特公昭36−4717号公報Japanese Patent Publication No. 36-4717 米国特許第2,813,111号明細書US Pat. No. 2,813,111 米国特許第2,813,118号明細書US Pat. No. 2,813,118 特開昭56−103132号公報JP-A-56-103132 特開昭60−34929号公報JP-A-60-34929 特開昭63−93746号公報JP-A-63-93746 特開平5−4938号公報JP-A-5-4938 特開昭59−222437公報JP 59-222437 特公昭40−12767号公報Japanese Patent Publication No.40-12767 H.Shiina等、油化学、1986年、349頁H. Shiina et al., Oil Chemistry, 1986, page 349

このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、上記の諸問題を解決するために、脂肪族不飽和カルボン酸又は脂肪族オレフィン系炭化水素を容易に吸脱着できる細孔構造を有し、分子状酸素ガスと接触した際に、炭素−炭素二重結合部位の酸化開裂反応のみが進行するゼオライト系固体触媒を開発すること、更には、高選択的反応と、穏和な反応条件で、脂肪族飽和カルボン酸を製造することができる方法を開発することを目標として、鋭意研究を重ねた結果、ゼオライト骨格を形成する一部の元素を、遷移金属を用いて骨格置換することにより得られる遷移金属骨格置換型ゼオライト触媒を用いることにより、上記の問題を解決でき、所期の目的を達成し得ることを見出し、この知見に基いて本発明を完成するに至った。   Under such circumstances, the present inventors can easily adsorb and desorb aliphatic unsaturated carboxylic acids or aliphatic olefinic hydrocarbons in order to solve the above problems in view of the above prior art. To develop a zeolitic solid catalyst that has a pore structure and only undergoes an oxidative cleavage reaction of a carbon-carbon double bond site when contacted with molecular oxygen gas, and further, a highly selective reaction, As a result of intensive research aimed at developing a method capable of producing an aliphatic saturated carboxylic acid under mild reaction conditions, some elements forming the zeolite framework were converted into a framework using transition metals. By using a transition metal skeleton substitution type zeolite catalyst obtained by substitution, it has been found that the above problems can be solved and the intended purpose can be achieved, and the present invention has been completed based on this finding. .

すなわち、本発明は、従来の合成法が持つ欠点を克服し、遷移金属骨格置換型ゼオライト触媒ならびに分子状酸素ガスのみを用い、他の第三物質を添加することなく、穏和な反応条件下で、脂肪族不飽和カルボン酸を酸素酸化し、主鎖中の炭素−炭素二重結合部位付近を酸化開裂することを特徴とするカルボン酸ならびに脂肪族飽和ジカルボン酸の高選択的な製造方法を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、爆発の危険性を持つヒドロペルオキシド化合物を、反応系内に蓄積することなく、極めて簡単な装置ならびに操作により、低温、低圧という穏和な反応条件下で、目的物を得ることができ、また、触媒の繰り返し使用や無溶媒条件下での反応を可能とすることにより、工業産廃や工業廃液等の後処理を不要とし、著しく低コストで、かつ極めて工業的利用価値の高い、脂肪族飽和モノカルボン酸及び/又は脂肪族飽和ジカルボン酸の製造方法を提供することを目的とするものである。
That is, the present invention overcomes the disadvantages of the conventional synthesis method, uses only a transition metal skeleton-substituted zeolite catalyst and molecular oxygen gas, and under mild reaction conditions without adding other third substances. Provides a highly selective production method of a carboxylic acid and an aliphatic saturated dicarboxylic acid characterized by oxidizing an unsaturated aliphatic carboxylic acid with oxygen to oxidatively cleave the vicinity of a carbon-carbon double bond site in the main chain It is intended to do.
In addition, the present invention can obtain a target product under mild reaction conditions of low temperature and low pressure by accumulating a hydroperoxide compound having a risk of explosion in an extremely simple apparatus and operation without accumulating in the reaction system. In addition, by enabling repeated use of the catalyst and reaction under solvent-free conditions, post-treatment such as industrial waste and industrial waste liquid is not required, and it is extremely low cost and extremely industrially useful. An object of the present invention is to provide a method for producing an aliphatic saturated monocarboxylic acid and / or an aliphatic saturated dicarboxylic acid.

上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
(1)反応基質の炭素鎖中に1ヶ所以上の不飽和結合を有する炭素鎖が6〜30の脂肪族不飽和カルボン酸又は脂肪族オレフィン系炭化水素を、分子状酸素含有ガスを用いて、酸化開裂反応させ、対応する脂肪族飽和モノカルボン酸及び/又は脂肪族飽和ジカルボン酸を製造する酸化開裂反応において、触媒として、骨格構造の一部が遷移金属により置換されている遷移金属骨格置換型ゼオライト触媒を用いることを特徴とする脂肪族飽和カルボン酸の製造方法。
(2)遷移金属骨格置換型ゼオライト触媒が、一般式(R)(OH)(HO) 〔Al121248〕(式中、Rは第四級アンモニウム塩、xは整数)で表されるAlPO−5系ゼオライト、又は一般式Na(HO)16〔AlSi96−n192 〕(式中、nは0≦n<27である整数)で表されるMFI系ゼオライトに相当する構造を有し、骨格構造の一部が、他の遷移金属により置換されている遷移金属骨格置換型ゼオライトである、前記(1)に記載の脂肪族飽和カルボン酸の製造方法。
(3)骨格置換を行う遷移金属が、コバルト、マンガン、鉄、ニッケル、バナジウム、モリブデン、クロム、ニオブ、タンタルから選択された1種以上である遷移金属骨格置換型ゼオライト触媒を用いる、前記(1)に記載の脂肪族飽和カルボン酸の製造方法。
(4)骨格置換を行う遷移金属が、コバルトあるいはマンガンであり、そのゼオライト触媒に対する含有率が0.1〜5重量%である遷移金属骨格置換型ゼオライト触媒を用いる、前記(1)に記載の脂肪族飽和カルボン酸の製造方法。
(5)骨格置換を行うために用いる遷移金属の仕込み量が、出発原料であるゼオライトに対して、0.2〜20重量%である遷移金属骨格置換型ゼオライト触媒を用いる、前記(1)に記載のカルボン酸の製造方法。
(6)酸素雰囲気下で、200〜700℃の温度条件で焼成することにより、ゼオライト骨格中に導入された遷移金属を、より高酸化な電子状態に活性化した遷移金属骨格置換型ゼオライト触媒を用いる、前記(1)に記載の脂肪族飽和カルボン酸の製造方法。
(7)遷移金属骨格置換型ゼオライト触媒と、脂肪族不飽和カルボン酸又は脂肪族オレフィン系炭化水素、ならびに分子状酸素ガスを、10〜150℃の温度条件下で、液相反応により接触させる、前記(1)に記載の脂肪族飽和カルボン酸の製造方法。
(8)遷移金属骨格置換型ゼオライト触媒の使用量が、反応基質に対して、0.1〜50重量%であることを特徴とする前記(1)に記載の脂肪族飽和カルボン酸の製造方法。
The present invention for solving the above-described problems comprises the following technical means.
(1) An aliphatic unsaturated carboxylic acid or aliphatic olefinic hydrocarbon having 6 to 30 carbon chains having one or more unsaturated bonds in the carbon chain of the reaction substrate, using a molecular oxygen-containing gas, Transition metal skeleton substitution type in which a part of the skeletal structure is substituted with a transition metal as a catalyst in the oxidative cleavage reaction by oxidative cleavage reaction to produce the corresponding aliphatic saturated monocarboxylic acid and / or aliphatic saturated dicarboxylic acid A method for producing an aliphatic saturated carboxylic acid, comprising using a zeolite catalyst.
(2) The transition metal skeleton substitution type zeolite catalyst has a general formula (R 4 N + ) (OH ) (H 2 O) x [Al 12 P 12 O 48 ] (wherein R 4 N + is a quaternary AlPO-5 zeolite represented by ammonium salt, x is an integer), or general formula Na n (H 2 O) 16 [Al n Si 96-n O 192 ] (wherein n is 0 ≦ n <27) The transition metal skeleton-substituted zeolite having a structure corresponding to the MFI-based zeolite represented by a certain integer), wherein a part of the skeleton structure is substituted with another transition metal. A method for producing an aliphatic saturated carboxylic acid.
(3) The transition metal skeleton substitution zeolite catalyst in which the transition metal to be subjected to skeleton substitution is at least one selected from cobalt, manganese, iron, nickel, vanadium, molybdenum, chromium, niobium, and tantalum is used (1 The manufacturing method of the aliphatic saturated carboxylic acid as described in).
(4) The transition metal to be subjected to skeleton substitution is cobalt or manganese, and a transition metal skeleton substitution type zeolite catalyst having a content of 0.1 to 5% by weight with respect to the zeolite catalyst is used. A method for producing an aliphatic saturated carboxylic acid.
(5) In the above (1), a transition metal skeleton substitution type zeolite catalyst in which the amount of the transition metal used for skeletal substitution is 0.2 to 20% by weight with respect to the starting zeolite is used. The manufacturing method of carboxylic acid of description.
(6) A transition metal skeleton substitution type zeolite catalyst in which a transition metal introduced into a zeolite skeleton is activated to a higher oxidation electronic state by calcination at 200 to 700 ° C. in an oxygen atmosphere. The manufacturing method of the aliphatic saturated carboxylic acid as described in said (1) used.
(7) A transition metal skeleton substitution-type zeolite catalyst, an aliphatic unsaturated carboxylic acid or an aliphatic olefinic hydrocarbon, and molecular oxygen gas are contacted by a liquid phase reaction under a temperature condition of 10 to 150 ° C. The manufacturing method of the aliphatic saturated carboxylic acid as described in said (1).
(8) The method for producing an aliphatic saturated carboxylic acid according to (1) above, wherein the amount of the transition metal skeleton substitution type zeolite catalyst used is 0.1 to 50% by weight based on the reaction substrate. .

次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、遷移金属骨格置換型ゼオライト触媒ならびに分子状酸素ガスを用いて、当該触媒の有する、細孔構造に由来する形状選択性効果に基づく、オレフィン類の化学構造に対する高度な認識能を有効に利用して、下記の反応により、脂肪族不飽和カルボン酸又は脂肪族オレフィン系炭化水素から対応する脂肪族飽和カルボン酸へと酸化開裂させることを特徴とするものである。
Next, the present invention will be described in more detail.
The present invention uses a transition metal skeleton-substituted zeolite catalyst and molecular oxygen gas to effectively utilize the advanced recognition ability for the chemical structure of olefins based on the shape selectivity effect derived from the pore structure of the catalyst. And oxidative cleavage from an aliphatic unsaturated carboxylic acid or aliphatic olefinic hydrocarbon to the corresponding aliphatic saturated carboxylic acid by the following reaction.

Figure 2005255652
Figure 2005255652

本発明で用いる、遷移金属骨格置換型ゼオライト触媒の構成について説明すると、本発明のゼオライト触媒は、例えば、一般式(R)(OH)(HO)〔Al121248〕(式中、R は第四級アンモニウム塩、xは整数)で表されるAlPO−5系ゼオライト、又は一般式Na(HO)16〔AlSi96−n192〕(式中、nは0≦n<27である整数)で表されるMFI型ゼオライトに相当する構造を有し、骨格構造の一部が他の遷移金属により置換されている遷移金属骨格置換型ゼオライトが例示される。これらの、遷移金属骨格置換型ゼオライトは、公知の方法(例えば、Verified Syntheses of Zeolitic Materials 2nd Revised Edition, Editated by H. Robinson, Synthesis Commission of the International Zeolite Association, ELSEVIER (2001年)参照)を参考として製造することができる。これらのゼオライト触媒は、遷移金属骨格置換型ゼオライトであれば、その製法、組成等は、特に限定されるものではないが、例えば、アルミナ、遷移金属、第四級アンモニウム等を含む水性溶液をオートクレーブ中で、水熱処理することにより製造される。 The constitution of the transition metal skeleton substitution type zeolite catalyst used in the present invention will be described. The zeolite catalyst of the present invention is, for example, the general formula (R 4 N + ) (OH ) (H 2 O) x [Al 12 P 12 O 48 ] (wherein R 4 N + is a quaternary ammonium salt, x is an integer), or a general formula Na n (H 2 O) 16 [Al n Si 96-n O 192 ] (where n is an integer satisfying 0 ≦ n <27) and a transition metal in which a part of the skeleton structure is substituted with another transition metal Examples of the framework substitution type zeolite are shown below. These transition metal skeleton substitution type zeolites are known methods (for example, Verifyed Synthesis of Zeolitic Materials 2nd Revised Edition, Ed. Can be manufactured. As long as these zeolite catalysts are transition metal skeleton substitution type zeolites, the production method and composition thereof are not particularly limited. For example, an aqueous solution containing alumina, transition metal, quaternary ammonium, etc. is autoclaved. It is produced by hydrothermal treatment.

骨格置換を行うために用いられる、遷移金属の種類については、元素周期律表中の第3族から第14族に属する遷移金属であれば特に制限はないが、好ましくは、コバルト、マンガン、鉄、ニッケル、バナジウム、モリブデン、クロム、ニオブ、タンタル等、酸化や還元反応により、容易にその酸化数が変化するとともに、より高酸化な電子状態を取り得る遷移金属が望ましく、特に好ましくは、コバルトならびにマンガンが例示される。   The type of transition metal used for skeletal substitution is not particularly limited as long as it is a transition metal belonging to Group 3 to Group 14 in the periodic table of elements, but preferably cobalt, manganese, iron , Nickel, vanadium, molybdenum, chromium, niobium, tantalum, and the like, transition metals that easily change their oxidation number by oxidation or reduction reaction and can take a higher oxidation electronic state are desirable, particularly preferably cobalt and Manganese is exemplified.

本発明のゼオライトの製造において、遷移金属の仕込み量は、出発原料であるゼオライトに対して0.2〜20重量%が用いられる。仕込み量を調整することにより、最終的に得られる触媒原料中のコバルトならびにマンガン等の含有量は、0.1〜10重量%の間で任意に調整することが可能である。しかしながら、仕込み量が大きい場合には、骨格置換遷移金属以外にも、遷移金属酸化物が、細孔表面ならびに細孔内に形成され、選択的な酸化開裂反応を阻害するのみならず、生成したカルボン酸の脱炭酸反応が促進されることから、仕込み量として、0.1〜5重量%の範囲が好適である。本発明では、テンプレート化合物として、第四級アンモニウム塩、例えば、トリエチルアミン、テトラプロピルアンモニウムブロミド、テトラエチルアンモニウムヒドロキサイド等を用いることが好ましい。   In the production of the zeolite of the present invention, the transition metal is used in an amount of 0.2 to 20% by weight based on the starting zeolite. By adjusting the amount charged, the content of cobalt, manganese, etc. in the catalyst raw material finally obtained can be arbitrarily adjusted between 0.1 and 10% by weight. However, when the amount charged is large, in addition to the skeleton-substituted transition metal, transition metal oxides are formed not only on the surface of the pores but also in the pores, not only inhibiting the selective oxidative cleavage reaction, but also formed. Since the decarboxylation reaction of carboxylic acid is promoted, the range of 0.1 to 5% by weight is preferable as the amount to be charged. In the present invention, it is preferable to use a quaternary ammonium salt such as triethylamine, tetrapropylammonium bromide, tetraethylammonium hydroxide, etc. as a template compound.

本発明では、アルミニウム原料、遷移金属原料、第四級アンモニウム原料等を含有する、ゼオライトの原料組成物を用いて、例えば、オートクレーブ中の水熱反応により、好適には、温度150〜250℃、反応時間24〜240時間の反応条件下で、本発明のゼオライトが合成される。得られた遷移金属骨格置換型ゼオライトは、高温条件下において焼成し、テンプレート化合物として用いられた、第四級アンモニウム等の有機化合物を燃焼除去するとともに、ゼオライト骨格中に導入された遷移金属を、より高酸化な電子状態へと活性化することが好ましい。この焼成処理を行うことにより、遷移金属骨格置換型ゼオライトは、分子状酸素ガスと接触した際に、酸化開裂反応のみが主として起こり得る活性触媒へと誘導される。その焼成温度条件としては、酸素雰囲気下で200〜700℃、好ましくは、500〜600℃である。   In the present invention, using a zeolite raw material composition containing an aluminum raw material, a transition metal raw material, a quaternary ammonium raw material, etc., for example, by a hydrothermal reaction in an autoclave, preferably at a temperature of 150 to 250 ° C., Under the reaction conditions of a reaction time of 24 to 240 hours, the zeolite of the present invention is synthesized. The obtained transition metal skeleton substitution type zeolite is calcined under a high temperature condition to burn and remove an organic compound such as quaternary ammonium used as a template compound, and the transition metal introduced into the zeolite skeleton, It is preferable to activate to a higher oxidation electronic state. By performing this calcination treatment, the transition metal skeleton-substituted zeolite is induced into an active catalyst in which only the oxidative cleavage reaction can mainly occur when contacting with the molecular oxygen gas. The firing temperature condition is 200 to 700 ° C., preferably 500 to 600 ° C. in an oxygen atmosphere.

このようにして得られた遷移金属骨格置換型ゼオライト触媒は、粉末のまま、あるいは第三物質とともに混練し、造粒又は成型して使用される。また、別の担体上に薄膜を形成させ、これを触媒として用いることも可能である。用いられる触媒の使用量としては、反応基質である、脂肪族不飽和カルボン酸又は脂肪族オレフィン系炭化水素化合物に対し、0.1〜50重量%、好ましくは、2〜20重量%が使用される。   The transition metal skeleton substitution type zeolite catalyst thus obtained is used in the form of a powder or kneaded with a third substance and granulated or molded. It is also possible to form a thin film on another carrier and use it as a catalyst. The amount of the catalyst used is 0.1 to 50% by weight, preferably 2 to 20% by weight, based on the aliphatic unsaturated carboxylic acid or aliphatic olefinic hydrocarbon compound as the reaction substrate. The

次に、本発明において原料として用いられる脂肪族不飽和カルボン酸としては、炭素鎖中に1ヶ所以上の不飽和結合を有する、炭素鎖6〜30の脂肪族不飽和カルボン酸であれば特に制限はなく、好ましくは、例えば、オレイン酸、エルカ酸、リノール酸、リノレン酸又はリシノール酸等の単独あるいはその混合物が例示される。また、これらの不飽和カルボン酸を含有する物質、例えば、パーム油、ナタネ油、大豆油、オリーブ油等の植物性油脂、牛脂、魚油等の動物性油脂を加水分解して得られる混合不飽和脂肪酸を用いることも可能である。また、脂肪族不飽和カルボン酸から容易に誘導される化合物、例えば、エステル、ニトリル、アミド化合物等を用いることも可能である。また、本発明に用いられる原料としては、脂肪族オレフィン系炭化水素化合物を使用することも可能であり、この場合の生成物は、脂肪族飽和モノカルボン酸のみである。   Next, the aliphatic unsaturated carboxylic acid used as a raw material in the present invention is not particularly limited as long as it is an aliphatic unsaturated carboxylic acid having 6 to 30 carbon chains and having one or more unsaturated bonds in the carbon chain. Preferably, for example, oleic acid, erucic acid, linoleic acid, linolenic acid or ricinoleic acid alone or a mixture thereof is exemplified. Further, mixed unsaturated fatty acids obtained by hydrolyzing substances containing these unsaturated carboxylic acids, for example, vegetable oils such as palm oil, rapeseed oil, soybean oil, olive oil, and animal oils such as beef tallow and fish oil It is also possible to use. It is also possible to use a compound that is easily derived from an aliphatic unsaturated carboxylic acid, such as an ester, nitrile, or amide compound. Moreover, it is also possible to use an aliphatic olefin hydrocarbon compound as a raw material used in the present invention, and the product in this case is only an aliphatic saturated monocarboxylic acid.

本発明で酸化剤として使用される、分子状酸素含有ガスとしては、例えば、純酸素、通常の空気、工業排ガス、あるいは、純酸素とヘリウム、窒素、アルゴン、二酸化炭素等の他の不活性ガスを任意の割合で混合したものが例示される。反応時間の短縮を計るためには、純酸素が望ましい。反応圧力は0.1〜50気圧の範囲が適当であるが、0.5〜10気圧が更に好適である。
Examples of the molecular oxygen-containing gas used as an oxidizing agent in the present invention include pure oxygen, ordinary air, industrial exhaust gas, or other inert gases such as pure oxygen and helium, nitrogen, argon, carbon dioxide, etc. Are mixed at an arbitrary ratio. In order to shorten the reaction time, pure oxygen is desirable. The reaction pressure is suitably in the range of 0.1-50 atm, more preferably 0.5-10 atm.

遷移金属骨格置換型ゼオライト触媒と、脂肪族不飽和カルボン酸又は脂肪族オレフィン系炭化水素化合物ならびに分子状酸素ガスを接触させる方法には、特に制限はなく、液相、気相いずれの方法も利用が可能であるが、好ましくは、高温条件下での脱炭酸反応を抑制する点から、液相反応が用いられる。液相反応における、反応温度は、通常、10〜150℃が適用されるが、60℃以下の低い温度では反応速度が低下すること、また、120℃以上の高温では脱炭酸反応が進行することから、好ましくは60〜120℃の範囲である。   There is no particular limitation on the method of bringing the transition metal skeleton substitution type zeolite catalyst into contact with the aliphatic unsaturated carboxylic acid or aliphatic olefinic hydrocarbon compound and molecular oxygen gas, and both liquid phase and gas phase methods can be used. However, preferably, a liquid phase reaction is used from the viewpoint of suppressing a decarboxylation reaction under a high temperature condition. In the liquid phase reaction, the reaction temperature is usually 10 to 150 ° C., but the reaction rate decreases at a low temperature of 60 ° C. or lower, and the decarboxylation reaction proceeds at a high temperature of 120 ° C. or higher. Therefore, it is preferably in the range of 60 to 120 ° C.

本発明の反応は、分子状酸素ガスと脂肪族不飽和カルボン酸又は脂肪族オレフィン系炭化水素化合物中の二重結合部位が反応することにより得られるアリルペルオキシラジカル種に起因する。したがって、例えば、反応に溶媒を用いる場合には、その反応条件下において、パーオキサイドを生成しない、酸素酸化反応を受け変質しない、また、ラジカルトラップ剤(重合禁止剤)を含有しないものであれば特に制限は無く、例えば、ベンゼン、トルエン、n−ヘキサン、n−オクタン、酢酸、プロピオン酸等が例示される。しかしながら、溶媒中に重合禁止剤がわずかでも含まれている場合には、本発明の酸化開裂反応が著しく阻害されることから、例えば、溶媒を蒸留等の方法により精製する必要がある。   The reaction of the present invention results from the allyl peroxy radical species obtained by the reaction of the molecular oxygen gas with the double bond site in the aliphatic unsaturated carboxylic acid or aliphatic olefinic hydrocarbon compound. Therefore, for example, when a solvent is used for the reaction, it does not generate peroxide under the reaction conditions, does not deteriorate due to oxygen oxidation reaction, and does not contain a radical trapping agent (polymerization inhibitor). There is no restriction | limiting in particular, For example, benzene, toluene, n-hexane, n-octane, acetic acid, propionic acid etc. are illustrated. However, if the polymerization inhibitor is contained in the solvent in a slight amount, the oxidative cleavage reaction of the present invention is remarkably hindered. For example, it is necessary to purify the solvent by a method such as distillation.

本発明の方法に用いられる遷移金属骨格置換型ゼオライト触媒は、親油性が高く、高い比表面積ならびに反応に最適な細孔径を有している。このため、無溶媒条件下においても、脂肪族不飽和カルボン酸又は脂肪族オレフィン系炭化水素化合物中の疎水性長鎖炭素部位を、容易に細孔内に吸着でき、炭素−炭素二重結合部位の酸化開裂反応が円滑に進行することから、無溶媒条件下での反応も可能である。   The transition metal skeleton substitution type zeolite catalyst used in the method of the present invention has high lipophilicity, a high specific surface area, and an optimum pore diameter for reaction. For this reason, even under solvent-free conditions, the hydrophobic long chain carbon moiety in the aliphatic unsaturated carboxylic acid or aliphatic olefinic hydrocarbon compound can be easily adsorbed in the pores, and the carbon-carbon double bond moiety Since the oxidative cleavage reaction proceeds smoothly, a reaction under solvent-free conditions is also possible.

また、脂肪族不飽和カルボン酸類は、酸素共存下での高温加熱により、急速な重合反応が進行することが知られており、この方法は、ダイマー酸の工業的製造法として用いられている(Ulmann、Encyclopa”dieder Technishen Chemic.、Bd7、1996年、538頁、参照)。しかしながら、本発明では、反応場が、ゼオライト内の微細細孔内に限られるため、大きな反応場を必用とする分子間反応によるダイマー酸の生成は、酸素共存下における加熱条件下において、抑制されるという利点を有する。   In addition, aliphatic unsaturated carboxylic acids are known to undergo rapid polymerization reaction by high-temperature heating in the presence of oxygen, and this method is used as an industrial production method of dimer acid ( Ulmann, Encyclopa "dieder Technich Chemical., Bd7, 1996, p. 538.) However, in the present invention, the reaction field is limited to the fine pores in the zeolite, and therefore a molecule that requires a large reaction field. The production of dimer acid due to the inter-reaction has the advantage of being suppressed under heating conditions in the presence of oxygen.

本発明では、反応時間は、例えば、触媒の添加量、原料化合物等によっても変化するが、通常、1〜120時間の範囲が適当であり、好ましくは6〜24時間である。   In the present invention, the reaction time varies depending on, for example, the amount of the catalyst added, the raw material compound, and the like, but is usually in the range of 1 to 120 hours, preferably 6 to 24 hours.

本発明により得られた反応混合物は、遷移金属骨格置換型ゼオライト触媒を濾過分別するだけで、目的とする脂肪族飽和モノカルボン酸及び脂肪族ジカルボン酸の混合物が得られ、用途によってはそのまま使用することが可能である。また、反応生成物を、熱水抽出後、蒸留や再結晶等の操作を用いて、分別・精製することが可能である。尚、濾過分別されたゼオライト触媒は、そのまま再利用が可能であるが、長期間の使用により触媒活性が低下した場合には、酸素雰囲気下、500〜600℃の温度範囲において処理することにより、繰り返し再生し、再使用できる。   The reaction mixture obtained according to the present invention can be obtained by subjecting the transition metal skeleton substitution type zeolite catalyst to filtration fractionation, and the desired mixture of aliphatic saturated monocarboxylic acid and aliphatic dicarboxylic acid can be obtained. It is possible. In addition, the reaction product can be fractionated and purified after extraction with hot water, using an operation such as distillation or recrystallization. In addition, the zeolite catalyst separated by filtration can be reused as it is, but when the catalytic activity is reduced by long-term use, by treating in a temperature range of 500 to 600 ° C. in an oxygen atmosphere, Can be played repeatedly and reused.

本発明の方法に用いられるゼオライト触媒は、その細孔内に分子状酸素ガスを吸着するとともに、同じく細孔内に取り込まれた脂肪族不飽和カルボン酸又は脂肪族オレフィン系炭化水素の二重結合部位と分子状酸素を速やかに反応させることにより、酸化開裂反応の前駆体として、不飽和脂肪族カルボン酸系アリルペルオキシラジカル又は脂肪族オレフィン系アリルペルオキシラジカルを生成する。   The zeolite catalyst used in the method of the present invention adsorbs molecular oxygen gas in its pores, and also has a double bond of an aliphatic unsaturated carboxylic acid or aliphatic olefinic hydrocarbon incorporated into the pores. By reacting the site with molecular oxygen promptly, an unsaturated aliphatic carboxylic acid-based allyl peroxy radical or an aliphatic olefin-based allyl peroxy radical is generated as a precursor of the oxidative cleavage reaction.

一方、遷移金属骨格置換型ゼオライト系固体触媒を用いる、シクロオレフィン類の酸素酸化反応では、爆発性を有するシクロオレフィンペルオキシラジカルが反応前駆体として生成することが知られている。また、このシクロオレフィンペルオキシラジカルを経由することにより、例えば、シクロヘキセンの場合には、2−シクロヘキセン−1−オールや2−シクロヘキセン−1−オンのようなエノール、エノン類が、また、シクロオクテンの場合には、シクロオクテンオキサイドが生成する。   On the other hand, in the oxygen oxidation reaction of cycloolefins using a transition metal skeleton substitution type zeolite solid catalyst, it is known that a cycloolefin peroxy radical having explosive properties is generated as a reaction precursor. Further, by passing through this cycloolefin peroxy radical, for example, in the case of cyclohexene, enols and enones such as 2-cyclohexen-1-ol and 2-cyclohexen-1-one can be used. In some cases, cyclooctene oxide is formed.

しかしながら、本発明の方法では、反応前駆体として生成する不飽和脂肪族カルボン酸系アリルペルオキシラジカルや脂肪族オレフィン系アリルペルオキシラジカルは、上記した、シクロオレフィン化合物の酸化反応とは異なり、骨格置換型ゼオライト触媒の細孔内において、速やかな酸化開裂反応を受け、目的とする脂肪族飽和モノカルボン酸及び/又は脂肪族飽和ジカルボン酸へと誘導される。したがって、本発明では、上記した、エノールやエノン類、エポキシ化合物ならびにヒドロペルオキシ化合物のような副生成物は、ほとんど確認されない。また、脱炭酸反応による脂肪族化合物も生成せず、酸化開裂化反応のみが優先的に進行することから、目的とする脂肪族飽和カルボン酸の高い反応選択性が得られるという特徴を有する。   However, in the method of the present invention, the unsaturated aliphatic carboxylic acid-based allyl peroxy radical or aliphatic olefin-based allyl peroxy radical generated as a reaction precursor is different from the above-described oxidation reaction of the cycloolefin compound, and is a skeleton substitution type. In the pores of the zeolite catalyst, it undergoes a rapid oxidative cleavage reaction, leading to the desired aliphatic saturated monocarboxylic acid and / or aliphatic saturated dicarboxylic acid. Therefore, in the present invention, the above-mentioned by-products such as enols, enones, epoxy compounds and hydroperoxy compounds are hardly confirmed. In addition, since no aliphatic compound is produced by the decarboxylation reaction and only the oxidative cleavage reaction proceeds preferentially, it has a characteristic that a high reaction selectivity of the target aliphatic saturated carboxylic acid can be obtained.

本発明により、(1)穏和な反応条件下においても酸化開裂反応のみが優先的に進行し、脂肪族不飽和カルボン酸又は脂肪族オレフィン系炭化水素から対応する脂肪族飽和モノカルボン酸及び/又は脂肪族飽和ジカルボン酸を高い反応選択率で、副生成物がほとんどなく製造することができる、(2)オゾン、過酸化水素、過酢酸、t−ブチルハイドロパーオキサイド等の爆発の危険性を有する過酸化物を用いることなく、脂肪族飽和モノカルボン酸及び/又は脂肪族飽和ジカルボン酸を製造することができる、(3)触媒の繰り返し使用が可能で、無溶媒条件での反応も可能であることから、工業産廃や工業廃液などの処理も不要であり、著しく低コストである、という格別の効果を奏する。   According to the present invention, (1) only the oxidative cleavage reaction proceeds preferentially even under mild reaction conditions, and the corresponding aliphatic saturated monocarboxylic acid and / or aliphatic aliphatic olefinic hydrocarbon and / or Aliphatic saturated dicarboxylic acids can be produced with high reaction selectivity and almost no by-products. (2) Risk of explosion of ozone, hydrogen peroxide, peracetic acid, t-butyl hydroperoxide, etc. An aliphatic saturated monocarboxylic acid and / or an aliphatic saturated dicarboxylic acid can be produced without using a peroxide. (3) The catalyst can be used repeatedly and can be reacted in a solvent-free condition. Therefore, there is an extraordinary effect that processing of industrial industrial waste and industrial waste liquid is not necessary, and the cost is extremely low.

次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited at all by the following Examples.

製造例1
本製造例では、Co−ALPO−5ゼオライト触媒を以下の方法により合成した。
イオン交換水31.3gに、オルトリン酸(ナカライタクス社製、試薬特級)11.55gを加え、完全に溶解するまで攪拌した。これを、氷水(0℃)で冷却し、硝酸コバルト六水和物(和光純薬製、試薬特級)2.33gを加えて完全に溶解するまで攪拌した。次に、擬ベーマイト(キャタパルアルミナ社製、SCC−30、75%アルミナ)6.25gを加えて完全に溶解するまで攪拌した。更に、トリエチルアミン(国産化学社製、試薬特級)7.2gを、一滴ずつゆっくりと加え、完全に溶解するまで攪拌した。この間の操作は、全て氷水(0℃)で冷却しながら行った。
Production Example 1
In this production example, a Co-ALPO-5 zeolite catalyst was synthesized by the following method.
11.55 g of orthophosphoric acid (manufactured by Nacalai Tax Co., Ltd., reagent special grade) was added to 31.3 g of ion-exchanged water and stirred until it was completely dissolved. This was cooled with ice water (0 ° C.), and 2.33 g of cobalt nitrate hexahydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, reagent special grade) was added and stirred until it was completely dissolved. Next, 6.25 g of pseudo boehmite (Catapal Alumina, SCC-30, 75% alumina) was added and stirred until completely dissolved. Furthermore, 7.2 g of triethylamine (made by Kokusan Kagaku Co., Ltd., reagent grade) was slowly added dropwise and stirred until it was completely dissolved. All operations during this time were performed while cooling with ice water (0 ° C.).

このようにして得られたスラリー状の溶液は、pHが3.0であった。このスラリーをテフロン(登録商標)内筒付きのオートクレーブに移し、200℃で36時間、オートクレーブを回転させながら水熱処理した。水熱処理後、オートクレーブ中から内容物を取り出し、固液分離した後、固形物をイオン交換水で十分洗浄し、100℃で20時間乾燥した後、550℃で6時間焼成し、反応用の触媒とした。この触媒の、ICP分析によるCo含有量は2.9wt%であった。   The slurry solution thus obtained had a pH of 3.0. This slurry was transferred to an autoclave with a Teflon (registered trademark) inner cylinder and hydrothermally treated at 200 ° C. for 36 hours while rotating the autoclave. After the hydrothermal treatment, the contents are taken out from the autoclave and separated into solid and liquid, and then the solid is sufficiently washed with ion-exchanged water, dried at 100 ° C. for 20 hours, and calcined at 550 ° C. for 6 hours to obtain a reaction catalyst. It was. The Co content of this catalyst by ICP analysis was 2.9 wt%.

製造例2
本製造例では、Co−MFIゼオライト触媒を以下の方法により合成した。
固体水酸化ナトリウム1.2gを、蒸留水150gに溶解させた後、撹拌しながらコロイダルシリカ水溶液(触媒化成工業(株)製、CATALOID SI−30、SiO 30%,NaO 0.38%)60.0gを添加した。次いで、塩化コバルト6水和物1.5gを25gの蒸留水に溶解させた溶液を添加し、更に、有機構造規定剤として、テトラプロピルアンモニウムブロミド7.99gを添加して、pH11.9の水熱合成用のスラリーとした。得られたスラリーに、テトラエチルアンモニウムヒドロキサイドを添加して、pH13.4に調整し、テフロン(登録商標)内筒を有するオートクレーブ中にて170℃で4日間反応させた後、ろ過洗浄を行った。得られたNa型のCo−MFIを、0.1Nの塩酸にて1晩処理を行い、550℃にて22時間焼成して有機物を除去し、反応用の触媒とした。
Production Example 2
In this production example, a Co-MFI zeolite catalyst was synthesized by the following method.
After dissolving 1.2 g of solid sodium hydroxide in 150 g of distilled water, colloidal silica aqueous solution (catalyst chemical industry Co., Ltd., CATALOID SI-30, SiO 2 30%, Na 2 O 0.38% while stirring) ) 60.0 g was added. Next, a solution in which 1.5 g of cobalt chloride hexahydrate was dissolved in 25 g of distilled water was added. Further, 799 g of tetrapropylammonium bromide was added as an organic structure-directing agent, and water with a pH of 11.9 was added. A slurry for thermal synthesis was obtained. Tetraethylammonium hydroxide was added to the resulting slurry to adjust the pH to 13.4, and the mixture was reacted at 170 ° C. for 4 days in an autoclave having a Teflon (registered trademark) inner cylinder, followed by filtration and washing. . The obtained Na-type Co-MFI was treated with 0.1N hydrochloric acid overnight, and calcined at 550 ° C. for 22 hours to remove organic substances, and used as a reaction catalyst.

本製造例では、Co−MFIゼオライトの生成、及び焼成後の金属酸化物の析出が無いことは、X線回折パターン及び電子顕微鏡により確認した。Co−MFI中におけるCoの含有量は、Csイオン交換試料、及び酸処理後のプロトン型試料の分析によって確認した。プロトン型試料のCo含有量は1.07wt%であった。   In this production example, it was confirmed by an X-ray diffraction pattern and an electron microscope that no Co-MFI zeolite was produced and no metal oxide was precipitated after firing. The Co content in Co-MFI was confirmed by analysis of a Cs ion exchange sample and a proton type sample after acid treatment. The Co content of the proton type sample was 1.07 wt%.

製造例3
本製造例では、Mn−MFIゼオライト触媒を以下の方法により合成した。
固体水酸化ナトリウム1.2gを、蒸留水150gに溶解させた後、撹拌しながらコロイダルシリカ水溶液(触媒化成工業(株)製、CATALOID SI−30、SiO 30%,NaO 0.38%)60.0gを添加した。次いで、塩化マンガン4水和物1.2gを25gの蒸留水に溶解させた溶液を添加し、更に、有機構造規定剤として、テトラプロピルアンモニウムブロミド7.99gを添加して、pH11.9水熱合成用のスラリーとした。得られたスラリーに、テトラエチルアンモニウムヒドロキサイドを更に添加して、pH13.4に調整し、テフロン(登録商標)内筒を有するオートクレーブ中にて、170℃で4日間反応させた後、ろ過洗浄を行った。得られたNa型のMn−MFIを更に0.1Nの塩酸にて1晩処理を行い、550℃にて22時間焼成して有機物を除去し、反応用の触媒とした。
Production Example 3
In this production example, a Mn-MFI zeolite catalyst was synthesized by the following method.
After dissolving 1.2 g of solid sodium hydroxide in 150 g of distilled water, colloidal silica aqueous solution (catalyst chemical industry Co., Ltd., CATALOID SI-30, SiO 2 30%, Na 2 O 0.38% while stirring) ) 60.0 g was added. Next, a solution prepared by dissolving 1.2 g of manganese chloride tetrahydrate in 25 g of distilled water was added, and further, 7.99 g of tetrapropylammonium bromide was added as an organic structure-directing agent, and pH 11.9 hydrothermal A slurry for synthesis was obtained. Tetraethylammonium hydroxide is further added to the resulting slurry to adjust the pH to 13.4, and after reacting at 170 ° C. for 4 days in an autoclave having a Teflon (registered trademark) inner cylinder, filtration and washing are performed. went. The obtained Na-type Mn-MFI was further treated with 0.1N hydrochloric acid overnight, and calcined at 550 ° C. for 22 hours to remove organic substances, thereby obtaining a reaction catalyst.

Mn−MFIの生成、及び焼成後の金属酸化物の析出が無いことは、X線回折パターン及び電子顕微鏡により確認した。Mn−MFI中におけるMnの含有量は、Csイオン交換試料、及び酸処理後のプロトン型試料の分析によって確認した。プロトン型試料のMn含有量は0.57wt%であった。   It was confirmed by X-ray diffraction pattern and electron microscope that Mn-MFI was produced and no metal oxide was precipitated after firing. The content of Mn in Mn-MFI was confirmed by analysis of a Cs ion exchange sample and a proton type sample after acid treatment. The Mn content of the proton type sample was 0.57 wt%.

製造例1で得たCo−AlPO−5系ゼオライト触媒0.05g、ならびにオレイン酸(東京化成製、純度99%)1.0gのみを、1気圧の酸素導入器を備え付けた100mlの耐圧硝子容器中に加え、無溶媒条件下で、酸素ガスを供給しつつ、80℃で24時間、加熱・攪拌した。反応終了後、反応溶液と触媒を濾過分別した。得られた反応溶液は、エチルエステル化反応を行った後、ガスクロマトグラフィーを用いて分析し、オレイン酸の反応転化率ならびに脂肪族飽和モノカルボン酸ならびに脂肪族飽和ジカルボン酸に対する反応選択性を求めた。その結果を表1に示す。   Only 100 g of the Co-AlPO-5-based zeolite catalyst obtained in Production Example 1 and 1.0 g of oleic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry, purity 99%) were equipped with a 100 ml pressure-resistant glass container equipped with an oxygen inlet at 1 atm. In addition, the mixture was heated and stirred at 80 ° C. for 24 hours while supplying oxygen gas under solvent-free conditions. After completion of the reaction, the reaction solution and the catalyst were separated by filtration. The obtained reaction solution was subjected to ethyl esterification and then analyzed using gas chromatography to determine the reaction conversion rate of oleic acid and the reaction selectivity to aliphatic saturated monocarboxylic acid and aliphatic saturated dicarboxylic acid. It was. The results are shown in Table 1.

製造例2で得たCo−MFI系ゼオライト触媒0.05gを用い、実施例1と同様の方法によりオレイン酸の酸化反応ならびに分析を行った。その結果を表1に示す。   Using 0.05 g of the Co-MFI zeolite catalyst obtained in Production Example 2, the oxidation reaction and analysis of oleic acid were carried out in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

製造例3で得たMn−MFI系ゼオライト触媒0.05gを用い、実施例1と同様の方法によりオレイン酸の酸化反応ならびに分析を行った。その結果を表1に示す。   Using 0.05 g of the Mn-MFI zeolite catalyst obtained in Production Example 3, the oxidation reaction and analysis of oleic acid were carried out in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

Figure 2005255652
Figure 2005255652

以上詳述したように、本発明は、脂肪族不飽和カルボン酸又は脂肪族オレフィン系炭化水素を、分子状酸素含有ガスを用いて、不飽和結合を酸化開裂反応させ、対応する脂肪族飽和カルボン酸を製造するに当たり、遷移金属骨格置換型ゼオライト触媒を用いることを特徴とする脂肪族飽和カルボン酸の製造方法に係るものであり、従来、脂肪族飽和カルボン酸類の製造技術分野では、高温高圧の反応条件が必要であり、また、高価で、取り扱いも容易ではなく、しかも、爆発の危険がある過酸化物の使用が避けられなかったが、本発明は、それらの諸問題を、抜本的に解決することを可能とするものである。   As described above in detail, the present invention provides an aliphatic unsaturated carboxylic acid or aliphatic olefinic hydrocarbon by subjecting an unsaturated bond to an oxidative cleavage reaction using a molecular oxygen-containing gas, thereby producing a corresponding aliphatic saturated carboxylic acid. The present invention relates to a method for producing an aliphatic saturated carboxylic acid characterized by using a transition metal skeleton substitution type zeolite catalyst in producing an acid. Conventionally, in the technical field of producing aliphatic saturated carboxylic acids, Although reaction conditions are necessary, expensive, not easy to handle, and the use of peroxides that can explode is unavoidable, the present invention drastically overcomes these problems. It is possible to solve the problem.

本発明は、爆発の危険性も少なく、極めて簡単な装置ならびに操作を用い、低温、低圧という穏和な反応条件下で、例えば、潤滑剤、可塑剤、ナイロン、ポリエステル等の有用な工業製品中間体である、脂肪族飽和モノカルボン酸ならびに脂肪族飽和ジカルボン酸を高選択的に製造する方法を提供することを可能とするものである。また、本発明は、触媒の繰り返し使用が可能で、無溶媒条件での反応も可能であり、工業産廃や工業廃液などの処理も不要であり、著しく低コストである等の利点を有する、極めて工業的利用価値の高い脂肪族飽和カルボン酸類の製造方法を提供することを可能にするものである。


INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful industrial intermediates such as lubricants, plasticizers, nylons, polyesters, etc. under mild reaction conditions such as low temperature and low pressure using a very simple apparatus and operation with little risk of explosion. It is possible to provide a method for producing an aliphatic saturated monocarboxylic acid and an aliphatic saturated dicarboxylic acid with high selectivity. In addition, the present invention can repeatedly use the catalyst, can be reacted in a solvent-free condition, does not require treatment of industrial industrial waste or industrial waste liquid, and has advantages such as extremely low cost, It is possible to provide a method for producing aliphatic saturated carboxylic acids having high industrial utility value.


Claims (8)

反応基質の、炭素鎖中に1ヶ所以上の不飽和結合を有する炭素鎖が6〜30の脂肪族不飽和カルボン酸又は脂肪族オレフィン系炭化水素を、分子状酸素含有ガスを用いて、酸化開裂反応させ、対応する脂肪族飽和モノカルボン酸及び/又は脂肪族飽和ジカルボン酸を製造する酸化開裂反応において、触媒として、骨格構造の一部が遷移金属により置換されている遷移金属骨格置換型ゼオライト触媒を用いることを特徴とする脂肪族飽和カルボン酸の製造方法。   Oxidative cleavage of an aliphatic unsaturated carboxylic acid or aliphatic olefinic hydrocarbon having 6 to 30 carbon chains with one or more unsaturated bonds in the carbon chain using a molecular oxygen-containing gas. Transition metal skeleton-substituted zeolite catalyst in which a part of the skeleton structure is substituted with a transition metal as a catalyst in an oxidative cleavage reaction for reacting to produce a corresponding aliphatic saturated monocarboxylic acid and / or aliphatic saturated dicarboxylic acid A process for producing an aliphatic saturated carboxylic acid, characterized in that 遷移金属骨格置換型ゼオライト触媒が、一般式(R)(OH)(HO) 〔Al121248〕(式中、Rは第四級アンモニウム塩、xは整数)で表されるAlPO−5系ゼオライト、又は一般式Na(HO)16〔Al Si96−n192 〕(式中、nは0≦n<27である整数)で表されるMFI系ゼオライトに相当する構造を有し、骨格構造の一部が、他の遷移金属により置換されている遷移金属骨格置換型ゼオライトである、請求項1に記載の脂肪族飽和カルボン酸の製造方法。 The transition metal skeleton substitution type zeolite catalyst has the general formula (R 4 N + ) (OH ) (H 2 O) x [Al 12 P 12 O 48 ] (wherein R 4 N + represents a quaternary ammonium salt, x is an integer) or an AlPO-5-based zeolite represented by the general formula Na n (H 2 O) 16 [Al n Si 96-n O 192 ] (wherein n is an integer satisfying 0 ≦ n <27) The aliphatic saturated carboxylic acid according to claim 1, which is a transition metal skeleton-substituted zeolite having a structure corresponding to the MFI-based zeolite represented by the formula, wherein a part of the skeleton structure is substituted with another transition metal. Acid production method. 骨格置換を行う遷移金属が、コバルト、マンガン、鉄、ニッケル、バナジウム、モリブデン、クロム、ニオブ、タンタルから選択された1種以上である遷移金属骨格置換型ゼオライト触媒を用いる、請求項1に記載の脂肪族飽和カルボン酸の製造方法。   2. The transition metal skeleton substitution type zeolite catalyst according to claim 1, wherein the transition metal that performs skeleton substitution is at least one selected from cobalt, manganese, iron, nickel, vanadium, molybdenum, chromium, niobium, and tantalum. A method for producing an aliphatic saturated carboxylic acid. 骨格置換を行う遷移金属が、コバルトあるいはマンガンであり、そのゼオライト触媒に対する含有率が0.1〜5重量%である遷移金属骨格置換型ゼオライト触媒を用いる、請求項1に記載の脂肪族飽和カルボン酸の製造方法。   The aliphatic saturated carboxylic acid according to claim 1, wherein the transition metal to be subjected to skeleton substitution is cobalt or manganese, and the transition metal skeleton substitution type zeolite catalyst having a content of 0.1 to 5 wt% with respect to the zeolite catalyst is used. Acid production method. 骨格置換を行うために用いる遷移金属の仕込み量が、出発原料であるゼオライトに対して、0.2〜20重量%である遷移金属骨格置換型ゼオライト触媒を用いる、請求項1に記載のカルボン酸の製造方法。   2. The carboxylic acid according to claim 1, wherein a transition metal skeleton substitution type zeolite catalyst in which the amount of transition metal used for skeletal substitution is 0.2 to 20 wt% with respect to zeolite as a starting material is used. Manufacturing method. 酸素雰囲気下で、200〜700℃の温度条件で焼成することにより、ゼオライト骨格中に導入された遷移金属を、より高酸化な電子状態に活性化した遷移金属骨格置換型ゼオライト触媒を用いる、請求項1に記載の脂肪族飽和カルボン酸の製造方法。   A transition metal skeleton substitution type zeolite catalyst in which a transition metal introduced into a zeolite skeleton is activated to a higher oxidation electronic state by calcination under a temperature condition of 200 to 700 ° C. in an oxygen atmosphere is used. Item 2. A process for producing an aliphatic saturated carboxylic acid according to Item 1. 遷移金属骨格置換型ゼオライト触媒と、脂肪族不飽和カルボン酸又は脂肪族オレフィン系炭化水素、ならびに分子状酸素ガスを、10〜150℃の温度条件下で、液相反応により接触させる、請求項1に記載の脂肪族飽和カルボン酸の製造方法。   The transition metal skeleton substitution-type zeolite catalyst, the aliphatic unsaturated carboxylic acid or aliphatic olefinic hydrocarbon, and the molecular oxygen gas are contacted by a liquid phase reaction under a temperature condition of 10 to 150 ° C. The manufacturing method of aliphatic saturated carboxylic acid as described in any one of. 遷移金属骨格置換型ゼオライト触媒の使用量が、反応基質に対して、0.1〜50重量%であることを特徴とする請求項1に記載の脂肪族飽和カルボン酸の製造方法。

The method for producing an aliphatic saturated carboxylic acid according to claim 1, wherein the amount of the transition metal skeleton substitution type zeolite catalyst used is 0.1 to 50% by weight based on the reaction substrate.

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