JP2006206518A - Method for liquid phase oxidation - Google Patents

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邦夫 夕部
Kazuhiro Mae
一廣 前
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a safe and efficient method for liquid phase oxidation. <P>SOLUTION: The invention relates to the method for oxidation of an organic compound by bringing the compound into contact with a peroxide comprising use of a flow-through type micro reaction module comprising a micro heat-exchanger, a micro mixer and a micro heat retaining device, and the method comprises a process (1) of preheating a solution of the organic compound and a solution of the peroxide to a set temperature by using the micro heat-exchanger having 1-10,000 μm of equivalent diameter of inside diameter of a flowing pass, a process (2) of contact-mixing both of solutions passed the prescribed process by using the micro mixer having 1-10,000 μm of equivalent diameter of inside diameter of flowing pass, and a process (3) of performing oxidation reaction by keeping the temperature of the mixed solution passed the prescribed process by using the micro heat retaining device having 1-10,000 μm of equivalent diameter of inside diameter of flowing pass, wherein the residence time of the mixture in the process (3) in the micro heat retaining device is within 30 sec and the temperature of the mixture in the micro heat retaining device is regulated within ±2°C of the set temperature in the range of 70-150°C. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、過酸化物を酸化剤として用い、有機化合物を液相で酸化する方法に関するものである。   The present invention relates to a method for oxidizing an organic compound in a liquid phase using a peroxide as an oxidizing agent.

一般に、反応は温度が高いほど速く進行する。したがって、反応の進行を促進するには高温条件が好ましいと考えられる。しかしながら、有機化合物を液相で酸化する場合、温度が上昇すると、望んでいる反応のみならず、好ましくない副反応までもが促進されてしまうことが多い。例えば、酸化反応によって生じた目的生成物が過剰な酸化を受けて減少してしまう。そのため、高温で効率の良い酸化反応を実施することは従来では困難であった。   In general, the reaction proceeds faster the higher the temperature. Therefore, high temperature conditions are considered preferable for promoting the progress of the reaction. However, when oxidizing an organic compound in the liquid phase, increasing the temperature often promotes not only the desired reaction, but also unwanted side reactions. For example, the target product produced by the oxidation reaction is reduced due to excessive oxidation. Therefore, it has been difficult in the past to perform an efficient oxidation reaction at a high temperature.

また、過酸化物を酸化剤として用い、有機化合物を液相で酸化する場合、しばしば反応の進行に伴って発生する反応熱が問題となる。反応熱により反応溶液の温度が上昇すると、酸化剤として用いている過酸化物の分解が促進されてしまう。さらに、過酸化物の分解反応も発熱反応であるため、酸化剤の望ましくない分解反応は加速される。このことは、目的とする酸化反応生成物の収率や選択率を低下させるのみならず、反応の暴走など、反応装置の運転における安全上の問題を引き起こす可能性もある。したがって、従来の方法では、反応溶液の温度は比較的低温に維持したままで反応を行う。   In addition, when peroxide is used as an oxidizing agent and an organic compound is oxidized in a liquid phase, there is often a problem of reaction heat generated as the reaction proceeds. When the temperature of the reaction solution rises due to reaction heat, decomposition of the peroxide used as the oxidizing agent is promoted. Furthermore, since the decomposition reaction of the peroxide is also an exothermic reaction, the undesirable decomposition reaction of the oxidant is accelerated. This not only lowers the yield and selectivity of the target oxidation reaction product, but can also cause safety problems in the operation of the reactor, such as runaway reaction. Therefore, in the conventional method, the reaction is carried out while maintaining the temperature of the reaction solution at a relatively low temperature.

また、酸化反応の速度は反応物質の濃度が高い場合にも、大きく促進される。反応が爆発的に進行することを避けるため、酸化剤を滴下装置より徐々に添加するなどのセミバッチ式の反応操作がよく使用される。   The rate of the oxidation reaction is greatly accelerated even when the concentration of the reactant is high. In order to prevent the reaction from proceeding explosively, a semi-batch type reaction operation such as gradually adding an oxidizing agent from a dropping device is often used.

上記のように、従来の方法では、過酸化物を酸化剤として用いる液相での酸化反応は、低濃度の酸化剤を用いて、室温付近の穏やかな条件で行うことが多い。   As described above, in the conventional method, the oxidation reaction in the liquid phase using peroxide as an oxidizing agent is often performed under a mild condition near room temperature using a low concentration oxidizing agent.

このように酸化反応を穏やかな条件で行うことは、操作を安定して実施する上では有効な手段であるが、一方で、反応に長時間を費やしてしまうことになるため、単位時間あたりの収量は低くなる。   Performing the oxidation reaction under such a mild condition is an effective means for stably carrying out the operation, but on the other hand, since the reaction takes a long time, The yield is low.

また、ある種の酸化反応においては、室温付近の比較的低温の条件では、主として望ましくない副反応が進行し、高温の条件では主として目的の反応が進行するといった場合がある。例えば、非特許文献1には、セミバッチ式反応器を用い、触媒としてパラジウムを置換した強酸性イオン交換樹脂の存在下に、2−メチルナフタレンと過酸化水素を酢酸溶媒中にて反応させた研究例が記載されている。この場合、比較的低温の室温付近では選択率が低く、反応器の設定温度を70℃程度まで上げることで選択率が向上し、目的生成物が効率よく得られている。しかしながら、反応器内の温度制御が精密に行えない、従来の反応方法では、設定温度を70℃よりも高い温度にした場合、選択率が低下してしまっている。   In some types of oxidation reactions, an undesirable side reaction proceeds mainly under a relatively low temperature condition around room temperature, and a target reaction mainly proceeds under a high temperature condition. For example, in Non-Patent Document 1, a semi-batch reactor is used, and 2-methylnaphthalene and hydrogen peroxide are reacted in an acetic acid solvent in the presence of a strongly acidic ion exchange resin in which palladium is substituted as a catalyst. An example is given. In this case, the selectivity is low near room temperature, which is relatively low, and the selectivity is improved by raising the set temperature of the reactor to about 70 ° C., and the target product is efficiently obtained. However, in the conventional reaction method in which temperature control in the reactor cannot be precisely performed, when the set temperature is higher than 70 ° C., the selectivity is lowered.

また、セミバッチ式反応器の場合には、反応器内の滞留時間分布が広がってしまうため、目的反応生成物の選択率低下を引き起こす場合がある。   In the case of a semi-batch reactor, the residence time distribution in the reactor is widened, which may cause a reduction in the selectivity of the target reaction product.

近年では、マイクロメートルスケール(数μm〜数千μm)の微小な流路を用いた化学合成反応についての研究が盛んになってきている。例えば、特許文献1には、マイクロ反応器を用いて、液相にて芳香族化合物と反応剤(ニトロ化剤やスルホン化剤)を反応させる方法が記載されている。このような微小な流路を用いた化学合成反応では、高い熱交換効率が得られるために、大きな発熱を伴う反応において有効である。   In recent years, research on chemical synthesis reactions using microchannels on the micrometer scale (several μm to several thousand μm) has become active. For example, Patent Document 1 describes a method of reacting an aromatic compound and a reactant (nitrating agent or sulfonating agent) in a liquid phase using a microreactor. In a chemical synthesis reaction using such a minute flow path, high heat exchange efficiency can be obtained, which is effective in a reaction with a large exotherm.

特許文献2には、迅速混合器、管状反応器ならびにマイクロ熱交換器からなる酸化反応装置を用いて、液相にて有機カルボニル化合物と過酸化物を反応させる方法が記載されている.熱交換効率の良いマイクロ熱交換器を使用することで、酸化反応によって生じる反応熱を除去する工夫が成されている。しかし、この方法では、管状反応器部分は断熱されているだけであり、反応液の温度は反応器の入口部分と出口部分とで大きく変動している。   Patent Document 2 describes a method of reacting an organic carbonyl compound and a peroxide in a liquid phase using an oxidation reaction apparatus comprising a quick mixer, a tubular reactor, and a micro heat exchanger. By using a micro heat exchanger with good heat exchange efficiency, a device for removing reaction heat generated by the oxidation reaction has been made. However, in this method, the tubular reactor portion is only insulated, and the temperature of the reaction liquid varies greatly between the inlet portion and the outlet portion of the reactor.

特許文献3には、マイクロ静的混合器とマイクロ管状反応器の組合せを用いて、液相でバイヤービリガー酸化を実施する方法が記載されている。しかし、この方法では、室温付近の穏やかな条件で実施しており、滞留時間には数時間を要している。   Patent Document 3 describes a method of performing Bayer-Billiger oxidation in a liquid phase using a combination of a micro static mixer and a micro tubular reactor. However, this method is carried out under mild conditions around room temperature, and the residence time takes several hours.

S.Yamaguchi,et.al.,Bull.Chem.Soc.Jpn.,59,2881-2884(1986)S. Yamaguchi, et.al., Bull. Chem. Soc. Jpn., 59,2881-2884 (1986) 特表2001-521913号公報JP-T-2001-521913 特開平11-171857号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-171857 特表2003-527390号公報Special Table 2003-527390

本発明の目的は、従来技術における上記したような問題点を解決し、安全でかつ効率の良い液相酸化反応の方法を提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in the prior art and to provide a safe and efficient liquid phase oxidation reaction method.

本発明者らは、種々の酸化反応の方法について鋭意研究を重ねた結果、過酸化物を酸化剤に用いた酸化反応においては、反応器内の反応液の温度を溶液の沸点近傍の高温に設定し、かつ、秒スケールの滞留時間の間、所定の温度に精密に制御することで、より安全でかつ効率の良い酸化反応の方法を見出し、本発明を完成した。   As a result of intensive research on various oxidation reaction methods, the present inventors have determined that the temperature of the reaction solution in the reactor is set to a high temperature near the boiling point of the solution in the oxidation reaction using peroxide as an oxidizing agent. By setting and precisely controlling to a predetermined temperature during the residence time on the second scale, a safer and more efficient oxidation reaction method was found and the present invention was completed.

すなわち、本発明は、マイクロ熱交換器、マイクロ混合器及びマイクロ保温器からなる流通式マイクロ反応モジュールを用いて、有機化合物を過酸化物に接触させて酸化反応を行う流通式反応であって、
(ア)有機化合物の溶液及び過酸化物の溶液を、流路の内径の相当直径が1〜10000μmのマイクロ熱交換器を用いて設定温度まで予熱する工程、
(イ)前記工程を経た両溶液を、流路の内径の相当直径が1〜10000μmのマイクロ混合器を用いて接触混合する工程、及び、
(ウ)前記工程を経た混合溶液を、流路の内径の相当直径が1〜10000μmのマイクロ保温器を用いて設定温度に保温し、酸化反応を進行する工程、からなり、該(ウ)工程のマイクロ保温器内の混合溶液の滞留時間が30秒以内で、かつ、該(ウ)工程のマイクロ保温器内の混合溶液の温度が70〜150℃の範囲内にある一点の設定温度から±2℃の範囲内に制御されていることを特徴とする流通式酸化方法である。相当直径とは、流路を流体の進行方向に垂直な断面で切断した場合の断面積S、断面周囲長Lにおいて、(4×S/L)で定義される値である。
That is, the present invention is a flow reaction that performs an oxidation reaction by contacting an organic compound with a peroxide using a flow micro reaction module including a micro heat exchanger, a micro mixer, and a micro incubator,
(A) A step of preheating the organic compound solution and the peroxide solution to a set temperature using a micro heat exchanger having an equivalent inner diameter of the flow path of 1 to 10,000 μm;
(A) a step of contacting and mixing both solutions that have undergone the above-described step using a micromixer having an equivalent diameter of 1 to 10,000 μm of the inner diameter of the flow path; and
(C) a step of keeping the mixed solution having undergone the above step at a set temperature by using a micro incubator having an equivalent diameter of the flow path of 1 to 10000 μm and proceeding an oxidation reaction, the (c) step The residence time of the mixed solution in the micro incubator is within 30 seconds, and the temperature of the mixed solution in the micro incubator in the step (c) is within a range of 70 to 150 ° C. It is a flow-through oxidation method characterized by being controlled within a range of 2 ° C. The equivalent diameter is a value defined by (4 × S / L) in the cross-sectional area S and the cross-sectional perimeter L when the flow path is cut in a cross section perpendicular to the fluid traveling direction.

本発明によれば、酸化反応の際に生じる反応熱を効率的に除去できる。したがって、精密な温度制御が可能となり、高温による酸化剤の分解が抑制でき、酸化剤の利用効率を向上できる。目的の反応生成物の収率、選択率を向上でき、また反応操作の安定性ならびに安全性も高くなる。   According to the present invention, heat of reaction generated during the oxidation reaction can be efficiently removed. Therefore, precise temperature control becomes possible, decomposition of the oxidant due to high temperature can be suppressed, and utilization efficiency of the oxidant can be improved. The yield and selectivity of the target reaction product can be improved, and the stability and safety of the reaction operation are also increased.

また、本発明によれば、従来の方法で困難であったような比較的高温の厳しい反応条件でも、容易に反応を実施することができる。そのため、目的とする酸化反応の反応速度を飛躍的に向上できる。   Further, according to the present invention, the reaction can be easily carried out even under severe reaction conditions at a relatively high temperature, which was difficult with the conventional method. Therefore, the reaction rate of the target oxidation reaction can be dramatically improved.

また、本発明によれば、安全を維持した上で、高濃度の反応物質(酸化剤や反応基質、触媒など)を瞬時に混合することが可能である。そのため、酸化剤の滴下などに要していた反応時間を短縮することができる。また、酸化剤や反応基質、触媒などの濃度を高く設定できることは、反応速度の向上にもつながる。   Further, according to the present invention, it is possible to instantaneously mix a high concentration of reactants (oxidant, reaction substrate, catalyst, etc.) while maintaining safety. Therefore, the reaction time required for dropping the oxidizing agent can be shortened. Moreover, the fact that the concentration of the oxidizing agent, reaction substrate, catalyst, etc. can be set high leads to an improvement in the reaction rate.

また、本発明によれば、反応の開始操作および停止操作を迅速に行うことができる。これにより、滞留時間を極めて短時間でコントロールすることができるため、逐次的な副反応による、目的反応生成物の消失を防ぐことができる。反応の滞留時間分布は比較的良好であり、反応生成物の選択率も向上できる。   Further, according to the present invention, the reaction start operation and stop operation can be performed quickly. Thereby, since residence time can be controlled in a very short time, the loss | disappearance of the target reaction product by a sequential side reaction can be prevented. The reaction residence time distribution is relatively good, and the selectivity of the reaction product can be improved.

また、本発明によれば、反応物質の初期濃度、反応温度、滞留時間などを精密に制御できるため、反応速度は一意的に定まり、酸化反応における反応速度解析等の試験研究にも有効な手段となる。   In addition, according to the present invention, since the initial concentration of the reactant, reaction temperature, residence time, and the like can be precisely controlled, the reaction rate is uniquely determined, which is an effective means for test research such as reaction rate analysis in an oxidation reaction. It becomes.

本発明において、酸化反応は、反応基質である有機化合物の溶液、ならびに、酸化剤である過酸化物の溶液を、流通式マイクロ反応モジュールに連続的に供給して反応させることにより、実施される。   In the present invention, the oxidation reaction is carried out by continuously supplying and reacting a solution of an organic compound as a reaction substrate and a solution of a peroxide as an oxidizing agent to a flow-through microreaction module. .

本発明における酸化反応の工程は、
(ア)反応基質である有機化合物の溶液ならびに酸化剤である過酸化物の溶液を、設定温度まで予熱する工程、
(イ)設定温度まで予熱した両溶液を接触混合し、酸化反応を開始する工程、
(ウ)混合した反応溶液を設定温度に保温し、酸化反応を進行する工程、
からなる。
The oxidation reaction step in the present invention includes:
(A) a step of preheating a solution of an organic compound as a reaction substrate and a solution of a peroxide as an oxidizing agent to a set temperature;
(B) A process in which both solutions preheated to a set temperature are contact-mixed to start an oxidation reaction
(C) a step of keeping the mixed reaction solution at a set temperature and proceeding an oxidation reaction;
Consists of.

以下に、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変形して実施することができる。   BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The best mode for carrying out the present invention will be described in detail below, but the present invention is not limited to the following embodiment, and various modifications may be made within the scope of the invention. Can do.

本発明に用いられる流通式マイクロ反応モジュールは、少なくとも、(ア)工程の反応基質溶液に用いられる1以上の熱交換器、(ア)工程の酸化剤溶液に用いられる1以上のマイクロ熱交換器、(イ)工程に用いられる1以上のマイクロ混合器、及び(ウ)工程に用いられる1以上の反応流路流通式マイクロ反応器、から構成される。流通式マイクロ反応モジュールには、さらに、(エ)反応基質である有機化合物と酸化剤である過酸化物を分離し、酸化反応を終了させるための分離器を備えることが好ましい。また、流通式マイクロ反応モジュールは、その他に、反応基質溶液を送液するためのポンプ及び酸化剤溶液を送液するためのポンプなどの機器を加えても良い。   The flow-type micro reaction module used in the present invention includes at least one or more heat exchangers used for the reaction substrate solution in step (a) and one or more micro heat exchangers used in the oxidant solution in step (a). (A) One or more micromixers used in the step, and (c) One or more reaction flow channel microreactors used in the step. It is preferable that the flow-through microreaction module further includes a separator for separating (d) an organic compound that is a reaction substrate and a peroxide that is an oxidizing agent, and terminating the oxidation reaction. In addition, the flow-type micro reaction module may additionally include devices such as a pump for feeding the reaction substrate solution and a pump for feeding the oxidant solution.

本発明において、(ア)〜(ウ)工程に用いられる流通式マイクロ反応モジュールとして、(ア)工程の酸化剤溶液に用いられるマイクロ熱交換器、(イ)工程のマイクロ混合器、ならびに、(ウ)工程の流通式マイクロ反応器の、流路の内径の相当直径が1〜10000μm、好適には相当直径が20〜2000μm、さらに好適には相当直径が200〜1000μmの流通式反応器を用いる。相当直径とは、マイクロ反応器を反応流体の進行方向に垂直な断面で切断した場合の断面積S、断面周囲長Lにおいて、(4×S/L)で定義される値である。   In the present invention, as a flow-type microreaction module used in steps (a) to (c), a micro heat exchanger used in the oxidizing solution in step (a), a micromixer in step (a), and ( C) The flow-type microreactor of the step uses a flow-type reactor having an equivalent diameter of the flow path of 1 to 10000 μm, preferably an equivalent diameter of 20 to 2000 μm, and more preferably an equivalent diameter of 200 to 1000 μm. . The equivalent diameter is a value defined by (4 × S / L) in the cross-sectional area S and the cross-sectional perimeter L when the microreactor is cut in a cross section perpendicular to the traveling direction of the reaction fluid.

本発明において、(ア)〜(ウ)の工程に用いられる流通式マイクロ反応モジュールの流路の形状は管状であれば断面形状に制限はなく、流れ方向に垂直な断面の形状が円形であってもよいし、四角形であってもよい。また、本発明において、2以上の流路に分岐させた構造を有する流通式マイクロ反応モジュールを用いても良いし、2以上の流路を合流させた構造を有する流通式マイクロ反応モジュールを用いてもよい。本発明において用いられる流通式マイクロ反応モジュールの材質に特に制限はないが、反応溶液に対する耐食性のある材質が使用でき、フッ素樹脂、ステンレス鋼が例示される。   In the present invention, the shape of the flow path of the flow-through microreaction module used in steps (a) to (c) is not limited as long as it is tubular, and the cross-sectional shape perpendicular to the flow direction is circular. It may be a quadrangle. In the present invention, a flow-type micro reaction module having a structure branched into two or more flow paths may be used, or a flow-type micro reaction module having a structure in which two or more flow paths are merged is used. Also good. Although there is no restriction | limiting in particular in the material of the flow-type micro reaction module used in this invention, The material with the corrosion resistance with respect to the reaction solution can be used, and a fluororesin and stainless steel are illustrated.

また、本発明は、(ア)工程、および/または(イ)工程、および/または(ウ)工程に、その構成の一つとしてマイクロ静止型混合器を有する流通式マイクロ反応モジュールを用いてもよい。マイクロ静止型混合器とは、マイクロメートルスケール(数μm〜数千μm)の微小空間を有する静止型混合器を意味する。   In the present invention, a flow-through microreaction module having a micro static mixer as one of its components may be used in step (a) and / or (b) and / or (c). Good. The micro static mixer means a static mixer having a micro space on a micrometer scale (several μm to several thousand μm).

本発明においては、温度制御可能な流通式マイクロ反応モジュールを用いる。温度の制御方法としては、流通式マイクロ反応モジュールを温度制御されたオイルバス等の媒体槽中に浸けてもよいし、流通式マイクロ反応モジュールに電気ヒーターや熱媒流路を取り付けてもよい。本発明において、流通式マイクロ反応モジュールは、70〜150℃の範囲に、好ましくは、100〜120℃の範囲に含まれる設定温度に温度制御される。(ア)〜(ウ)の工程に用いられる流通式マイクロ反応モジュールは、好ましくは、温度制御された媒体中に浸漬される。これにより、(ア)工程において、2種の溶液は設定した温度にまで昇温される。さらに、(イ)工程、および(ウ)工程において、マイクロ反応器内の反応混合物の温度を前記設定温度から±2℃以内、特に±1℃以内の温度範囲内に制御する。反応温度が低すぎると、目的とする酸化反応の反応速度が小さくなってしまい、充分な生成物の収率が得られない。   In the present invention, a flow-type micro reaction module capable of temperature control is used. As a temperature control method, the flow-type micro reaction module may be immersed in a temperature-controlled medium tank such as an oil bath, or an electric heater or a heat medium flow path may be attached to the flow-type micro reaction module. In the present invention, the flow-type micro reaction module is temperature controlled to a set temperature within a range of 70 to 150 ° C, preferably within a range of 100 to 120 ° C. The flow-through microreaction module used in the steps (a) to (c) is preferably immersed in a temperature-controlled medium. Thereby, in (A) process, two types of solutions are heated up to the set temperature. Further, in the steps (a) and (c), the temperature of the reaction mixture in the microreactor is controlled within ± 2 ° C., particularly within ± 1 ° C. from the set temperature. If the reaction temperature is too low, the reaction rate of the target oxidation reaction becomes small, and a sufficient product yield cannot be obtained.

本発明において、(エ)反応基質である有機化合物と酸化剤である過酸化物を分離し、酸化反応を終了させる工程に用いられる分離操作としては、反応基質および生成物と酸化剤とを分離可能な操作であれば、特に制限はない。例えば、いずれかの物質に対する貧溶媒中に反応溶液を投入することにより、一方の物質を相分離させることができる。また、抽出等による分離操作も適用できる。   In the present invention, (d) a separation operation used in the step of separating the organic compound as the reaction substrate and the peroxide as the oxidant and terminating the oxidation reaction, separates the reaction substrate and the product from the oxidant. There is no particular limitation as long as the operation is possible. For example, one substance can be phase-separated by putting the reaction solution into a poor solvent for either substance. A separation operation such as extraction can also be applied.

本発明において、(イ)工程の混合操作から(エ)工程の分離操作までの時間、すなわち(ウ)工程の滞留時間は30秒以内であることが望ましい。滞留時間が長すぎると、好ましくない逐次的な副反応が進行してしまう。滞留時間は、(反応体積)÷(体積流量速度)で算出される。 In the present invention, the time from the mixing operation in step (a) to the separation operation in step (d), that is, the residence time in step (c) is preferably within 30 seconds. If the residence time is too long, an undesirable sequential side reaction proceeds. The residence time is calculated by (reaction volume) ÷ (volume flow rate).

本反応において、圧力条件には特に制限はないが、高温条件による溶液の気化を防ぐために、マイクロ反応器の内部を高圧に保つこともできる。圧力の制御方法として、マイクロ反応器の出口部分に背圧弁等を用いてもよい。   In this reaction, the pressure condition is not particularly limited, but the inside of the microreactor can be kept at a high pressure in order to prevent vaporization of the solution due to a high temperature condition. As a pressure control method, a back pressure valve or the like may be used at the outlet of the microreactor.

本発明で実施される酸化反応は、過酸化物を酸化剤に用いた有機化合物の液相での酸化反応である。本発明において、反応基質として用いる有機化合物には特に制限はなく、脂肪族炭化水素化合物、芳香族炭化水素化合物、含不飽和結合化合物、含酸素化合物、含窒素化合物、含イオウ化合物、等が挙げられ、中でも、芳香族化合物、含不飽和結合化合物、が好ましい。特に、有機化合物として芳香族化合物を用い、過酸化物により酸化してキノン化合物を生成することができる。キノン化合物としては、2−メチルナフタレンが例示される。   The oxidation reaction carried out in the present invention is an oxidation reaction in the liquid phase of an organic compound using a peroxide as an oxidizing agent. In the present invention, the organic compound used as a reaction substrate is not particularly limited, and examples thereof include aliphatic hydrocarbon compounds, aromatic hydrocarbon compounds, unsaturated bond compounds, oxygen-containing compounds, nitrogen-containing compounds, and sulfur-containing compounds. Of these, aromatic compounds and unsaturated bond compounds are preferred. In particular, an aromatic compound can be used as the organic compound and oxidized with a peroxide to produce a quinone compound. An example of the quinone compound is 2-methylnaphthalene.

本発明において、酸化剤として用いる過酸化物には特に制限はなく、有機過酸化物であっても、無機過酸化物であっても良い。有機過酸化物としては、過カルボン酸、過カルボン酸エステル、ヒドロ過酸化物、過酸化ジアシル、過酸化ジアルキル、などが挙げられる。無機過酸化物としては、過酸化水素、過酸化ナトリウム、過酸化アンモニウム、過炭酸ナトリウム、ペルオキソ一硫酸、ペルオキソ二硫酸塩などが挙げられる。中でも、平衡過カルボン酸溶液が好ましい。また酸化剤として複数以上の過酸化物が溶液に含まれていても良い。   In the present invention, the peroxide used as the oxidizing agent is not particularly limited, and may be an organic peroxide or an inorganic peroxide. Examples of the organic peroxide include percarboxylic acid, percarboxylic acid ester, hydroperoxide, diacyl peroxide, and dialkyl peroxide. Examples of inorganic peroxides include hydrogen peroxide, sodium peroxide, ammonium peroxide, sodium percarbonate, peroxomonosulfuric acid, peroxodisulfate, and the like. Among these, an equilibrium percarboxylic acid solution is preferable. A plurality of peroxides may be contained in the solution as the oxidizing agent.

本発明における酸化反応は、液相の状態で行われる。本反応において、反応基質を溶解する溶媒を使用しても良いし、反応基質自体を溶媒量使用して反応を行っても良い。溶媒としては、特に制限はなく、水や有機溶媒等が使用される。   The oxidation reaction in the present invention is performed in a liquid phase state. In this reaction, a solvent that dissolves the reaction substrate may be used, or the reaction substrate itself may be used in an amount of solvent. There is no restriction | limiting in particular as a solvent, Water, an organic solvent, etc. are used.

本発明においては、液相酸化反応に適用可能な触媒を用いることができる。触媒としては、酸触媒、錯体触媒、遷移金属酸化物触媒、貴金属触媒、などが挙げられる。均一系触媒を用いて液相均一系で反応を実施しても良いし、不均一系触媒を用いて固液相不均一系で反応を実施しても良い。中でも、均一系触媒としては酸触媒および錯体触媒が好ましい。また、不均一系触媒は、マイクロ保温器に充填される。さらに、マイクロ混合器に不均一系触媒を充填してもよい。触媒としては、特に、パラジウム化合物が好ましい。   In the present invention, a catalyst applicable to the liquid phase oxidation reaction can be used. Examples of the catalyst include an acid catalyst, a complex catalyst, a transition metal oxide catalyst, and a noble metal catalyst. The reaction may be carried out in a liquid phase homogeneous system using a homogeneous catalyst, or the reaction may be carried out in a solid / liquid phase heterogeneous system using a heterogeneous catalyst. Among these, acid catalysts and complex catalysts are preferable as the homogeneous catalyst. In addition, the heterogeneous catalyst is filled in a micro incubator. Further, the micromixer may be filled with a heterogeneous catalyst. As the catalyst, a palladium compound is particularly preferable.

次に、本発明を実施例によって、さらに具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例により制限されるものではない。   Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited by these examples.

実施例1
流通式マイクロ反応モジュールとして、図1に示す装置を用いた。2本の予熱用チューブ1a,1b(内径1000μm、長さ1m、材質はステンレス鋼SUS-316)を、静的マイクロミキサー2(ドイツ国 IMM社製 Single Mixer、流路幅は30μm)の2つの入口に接続した。また、静的マイクロミキサーの出口には、1本の反応用チューブ3(内径1000μm、長さ1m、材質はステンレス鋼SUS-316)を接続した。反応用チューブ3の出口には背圧弁4(米国アップチャーチ社製、0.69MPa)を取りつけた。上記のマイクロ反応モジュールにおいて、それぞれのデバイス間の接続には高速液体クロマトグラフィー用のコネクターを使用したため、簡単に取り付け・取り外しが可能であり、閉塞などのトラブルが生じた際にも容易にチューブを交換できる。
Example 1
The apparatus shown in FIG. 1 was used as a flow-through microreaction module. Two preheating tubes 1a and 1b (inner diameter 1000 μm, length 1 m, material is stainless steel SUS-316), static micromixer 2 (Single Mixer manufactured by IMM, Germany, channel width is 30 μm) Connected to the entrance. In addition, one reaction tube 3 (inner diameter 1000 μm, length 1 m, material is stainless steel SUS-316) was connected to the outlet of the static micromixer. A back pressure valve 4 (manufactured by Upchurch, USA, 0.69 MPa) was attached to the outlet of the reaction tube 3. In the above micro reaction module, connectors for high performance liquid chromatography are used to connect each device, so it can be easily installed and removed, and tubes can be easily connected even when trouble such as blockage occurs. Can be exchanged.

2台の高速液体クロマトグラフィー用送液ポンプ5a,5b(島津製作所(株)製 LC-10Ai)を用いて、反応基質溶液と酸化剤溶液を送液し、上述のマイクロ反応モジュールに導入した。基質溶液としては、2−メチルナフタレンを氷酢酸に溶解したのち、触媒として酢酸パラジウムを溶解したもの(2−メチルナフタレンと酢酸と酢酸パラジウムのモル比は1:35:0.007、2−メチルナフタレン含量6.3重量%)を反応器へ供給した。また、酸化剤溶液としては、60%過酸化水素水と氷酢酸と濃硫酸とを事前に混合(混合前の過酸化水素と酢酸と硫酸のモル比は1:12.6:0.9)して調製した平衡過酢酸溶液(平衡後の過酢酸の含量8.6重量%、過酸化水素含量0.2重量%)を使用した。2−メチルナフタレンと過酢酸のモル比を1:3とし、2台のポンプ5a,5bの流量を滞留時間が18秒となるように設定した。   The reaction substrate solution and the oxidant solution were fed using two liquid feed pumps 5a and 5b for high performance liquid chromatography (LC-10Ai manufactured by Shimadzu Corporation) and introduced into the above-described micro reaction module. As the substrate solution, 2-methylnaphthalene was dissolved in glacial acetic acid and palladium acetate was dissolved as a catalyst (molar ratio of 2-methylnaphthalene, acetic acid and palladium acetate was 1: 35: 0.007, 2-methyl Naphthalene content 6.3% by weight) was fed to the reactor. As the oxidizer solution, 60% hydrogen peroxide solution, glacial acetic acid and concentrated sulfuric acid are mixed in advance (the molar ratio of hydrogen peroxide, acetic acid and sulfuric acid before mixing is 1: 12.6: 0.9). The equilibrated peracetic acid solution (the content of peracetic acid after equilibration was 8.6% by weight and the hydrogen peroxide content was 0.2% by weight) was used. The molar ratio of 2-methylnaphthalene and peracetic acid was 1: 3, and the flow rates of the two pumps 5a and 5b were set so that the residence time was 18 seconds.

上述の流通式マイクロ反応モジュールを、反応温度を70℃に設定したオイルバス8(オイルバスの内部は充分に撹拌)に浸漬して、反応を実施した。反応用チューブ内の液温を測定したところ、反応用チューブの入出口ともに、恒温槽の設定温度70℃から±1℃以下の温度範囲にあった。また、反応用チューブ出口からの流出液の挙動を観察したところ、気体の発生は全く確認されなかった。   The above-described flow-type micro reaction module was immersed in an oil bath 8 (the inside of the oil bath was sufficiently stirred) with the reaction temperature set to 70 ° C. to carry out the reaction. When the liquid temperature in the reaction tube was measured, both the inlet and outlet of the reaction tube were within a temperature range of 70 ° C. to ± 1 ° C. or less in the thermostatic chamber. Moreover, when the behavior of the effluent from the outlet of the reaction tube was observed, no generation of gas was confirmed.

反応用チューブ出口からの流出液を、事前に冷水を入れておいたガラス製容器7に一定量はかりとり、反応基質および反応生成物が固体として析出させたのち、ベンゼンにて抽出を行った。抽出した有機相をガスクロマトグラフィー(島津製作所(株)製 GC-17A)を用いて分析しところ、主生成物として2−メチル−1,4−ナフトキノンが得られた。そのほか、副生成物として6−メチル−1,4−ナフトキノンも検出された。残存した2−メチルナフタレンおよび生成した2−メチル−1,4−ナフトキノンを内部標準法にて定量した。結果を表1に示す。2−メチルナフタレンの転化率は24.5%、2−メチル−1,4−ナフトキノンの収率は11.6%、2−メチル−1,4−ナフトキノンの選択率は47.2%であった。   A certain amount of the effluent from the reaction tube outlet was weighed into a glass container 7 in which cold water had been put in advance, and the reaction substrate and reaction product were precipitated as solids, and then extracted with benzene. When the extracted organic phase was analyzed using gas chromatography (GC-17A manufactured by Shimadzu Corporation), 2-methyl-1,4-naphthoquinone was obtained as a main product. In addition, 6-methyl-1,4-naphthoquinone was also detected as a by-product. Residual 2-methylnaphthalene and produced 2-methyl-1,4-naphthoquinone were quantified by an internal standard method. The results are shown in Table 1. The conversion rate of 2-methylnaphthalene was 24.5%, the yield of 2-methyl-1,4-naphthoquinone was 11.6%, and the selectivity of 2-methyl-1,4-naphthoquinone was 47.2%. It was.

なお、転化率、収率および選択率は、供給した2−メチルナフタレン、残存した2−メチルナフタレン及び生成した2−メチル−1,4−ナフトキノンのモル数から次式で算出した。
転化率(%)={(供給した2−メチルナフタレン)−(残存した2−メチルナフタレン)}/(供給した2−メチルナフタレン)×100
収率(%)=(生成した2−メチル−1,4−ナフトキノン)/(供給した2−メチルナフタレン)×100
選択率(%)=(生成した2−メチル−1,4−ナフトキノン)/{(供給した2−メチルナフタレン)−(残存した2−メチルナフタレン)}×100
The conversion rate, yield and selectivity were calculated from the number of moles of supplied 2-methylnaphthalene, remaining 2-methylnaphthalene and produced 2-methyl-1,4-naphthoquinone by the following formula.
Conversion (%) = {(supplied 2-methylnaphthalene)-(residual 2-methylnaphthalene)} / (supplied 2-methylnaphthalene) × 100
Yield (%) = (generated 2-methyl-1,4-naphthoquinone) / (2-methylnaphthalene supplied) × 100
Selectivity (%) = (generated 2-methyl-1,4-naphthoquinone) / {(supplied 2-methylnaphthalene)-(residual 2-methylnaphthalene)} × 100

実施例2
反応温度を100℃に、滞留時間を6秒に設定した以外は、実施例1と同様の操作を実施した。結果を表1に示す。
Example 2
The same operation as in Example 1 was performed except that the reaction temperature was set to 100 ° C. and the residence time was set to 6 seconds. The results are shown in Table 1.

実施例3
反応温度を115℃に、滞留時間を3秒に設定した以外は、実施例1と同様の操作を実施した。結果を表1に示す。
反応温度を70℃、100℃、115℃と変化させて反応を実施したが、溶液の沸点に近い高温状態を維持しても選択率は低下しなかった。
Example 3
The same operation as in Example 1 was performed except that the reaction temperature was set to 115 ° C. and the residence time was set to 3 seconds. The results are shown in Table 1.
Although the reaction was carried out by changing the reaction temperature to 70 ° C., 100 ° C., and 115 ° C., the selectivity did not decrease even when the high temperature state close to the boiling point of the solution was maintained.

Figure 2006206518
Figure 2006206518

比較例1
反応温度を30℃に、滞留時間を240秒に設定した以外は、実施例1と同様の操作を実施した。結果を表1に示す。2−メチルナフタレンの転化率は25.8%、2−メチル−1,4−ナフトキノンの収率は5.8%、2−メチル−1,4−ナフトキノンの選択率は22.4%であった。実施例1〜3と同等の転化率を示す滞留時間で比較して、収率および選択率は低下した。
Comparative Example 1
The same operation as in Example 1 was performed except that the reaction temperature was set to 30 ° C. and the residence time was set to 240 seconds. The results are shown in Table 1. The conversion rate of 2-methylnaphthalene was 25.8%, the yield of 2-methyl-1,4-naphthoquinone was 5.8%, and the selectivity of 2-methyl-1,4-naphthoquinone was 22.4%. It was. Compared with the residence time which shows the conversion rate equivalent to Examples 1-3, the yield and the selectivity fell.

本発明の方法で用いるのに適した流通式マイクロ反応モジュールの模式図を示す。1 shows a schematic diagram of a flow-through microreaction module suitable for use in the method of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1a 反応基質熱交換用チューブ
1b 酸化剤熱交換用チューブ
2 静的マイクロミキサー
3 反応用チューブ
4 背圧弁
5a 反応基質用送液ポンプ
5b 酸化剤用送液ポンプ
6a 反応基質貯蔵用容器
6b 酸化剤貯蔵用容器
7 反応液分離用容器
8 恒温槽
1a Reaction substrate heat exchange tube 1b Oxidant heat exchange tube 2 Static micromixer 3 Reaction tube 4 Back pressure valve 5a Reaction substrate feed pump 5b Oxidant feed pump 6a Reaction substrate storage container 6b Oxidant storage Container 7 Reaction liquid separation container 8 Constant temperature bath

Claims (7)

マイクロ熱交換器、マイクロ混合器及びマイクロ保温器からなる流通式マイクロ反応モジュールを用いて、有機化合物を過酸化物に接触させて酸化反応を行う流通式反応であって、
(ア)有機化合物の溶液及び過酸化物の溶液を、流路の内径の相当直径が1〜10000μmのマイクロ熱交換器を用いて設定温度まで予熱する工程、
(イ)前記工程を経た両溶液を、流路の内径の相当直径が1〜10000μmのマイクロ混合器を用いて接触混合する工程、及び、
(ウ)前記工程を経た混合溶液を、流路の内径の相当直径が1〜10000μmのマイクロ保温器を用いて設定温度に保温し、酸化反応を進行する工程、からなり、該(ウ)工程のマイクロ保温器内の混合溶液の滞留時間が30秒以内で、かつ、該(ウ)工程のマイクロ保温器内の混合溶液の温度が70〜150℃の範囲内にある一点の設定温度から±2℃の範囲内に制御されていることを特徴とする流通式酸化方法。
Using a flow-type micro reaction module comprising a micro heat exchanger, a micro mixer, and a micro-heater, a flow-type reaction in which an organic compound is brought into contact with a peroxide to perform an oxidation reaction,
(A) A step of preheating the organic compound solution and the peroxide solution to a set temperature using a micro heat exchanger having an equivalent inner diameter of the flow path of 1 to 10,000 μm;
(A) a step of contacting and mixing both solutions that have undergone the above-described step using a micromixer having an equivalent diameter of 1 to 10,000 μm of the inner diameter of the flow path; and
(C) a step of keeping the mixed solution having undergone the above step at a set temperature by using a micro incubator having an equivalent diameter of the flow path of 1 to 10000 μm and proceeding an oxidation reaction, the (c) step The residence time of the mixed solution in the micro incubator is within 30 seconds, and the temperature of the mixed solution in the micro incubator in the step (c) is within a range of 70 to 150 ° C. A flow-through oxidation method characterized by being controlled within a range of 2 ° C.
過酸化物の溶液が平衡過カルボン酸溶液であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。   The process according to claim 1, characterized in that the solution of peroxide is an equilibrium percarboxylic acid solution. (ウ)においてパラジウム触媒を用いることを特徴とする、請求項1〜2に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein a palladium catalyst is used in (c). 有機化合物として芳香族化合物を用い、キノン化合物を生成することを特徴とする、請求項1〜3に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein an aromatic compound is used as the organic compound to produce a quinone compound. 有機化合物として2−メチルナフタレンを用いることを特徴とする、請求項4に記載の方法。   The method according to claim 4, wherein 2-methylnaphthalene is used as the organic compound. マイクロ保温器の流路の内径の相当直径が20〜2000μmであることを特徴とする、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein an equivalent diameter of an inner diameter of a flow path of the micro-incubator is 20 to 2000 μm. マイクロ保温器内の混合溶液の温度が100〜120℃の設定温度から±2℃の範囲内に制御されていることを特徴とする、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the temperature of the mixed solution in the micro-incubator is controlled within a range of ± 2 ° C from a set temperature of 100 to 120 ° C.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2008050760A1 (en) * 2006-10-24 2008-05-02 Daikin Industries, Ltd. Process for production of hexafluoropropylene oxide
JP2011219381A (en) * 2010-04-06 2011-11-04 Dai Ichi Kogyo Seiyaku Co Ltd Method for producing n-oxyl compound

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