JP2007099746A - Method for producing phenol and cycloalkanone - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing phenol and a cycloalkanone in high selectivity, by decomposing a cycloalkylbenzene hydroperoxide in the presence of a solid acid catalyst. <P>SOLUTION: This method for producing the phenol and the cycloalkanone comprises decomposing the cycloalkylbenzene hydroperoxide in the presence of the solid acid catalyst selected from a group consisting of acid-type montmorillonite, silica-alumina, a cation-exchange resin, a catalyst formed by supporting an acid functionality-developing component on a carrier, and a catalyst formed by insolubilizing heteropolyphosphoric acid in an organic solvent by exchanging a part of cation-exchange points thereof for Cs ions, so that the phenol and the cycloalkanone are obtained in the high selectivity. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、シクロアルキルベンゼンヒドロパーオキシドを固体酸触媒により分解する、フェノールおよびシクロアルカノンの製造方法に関するものである。分解生成したフェノールは医薬品中間体や各種機能材料の合成原料として、あるいは公知の触媒での部分水素添加によりシクロヘキサノンとすることができる。また、同時に生成するシクロアルカノンはナイロン原料である各種ラクタムへと誘導することができる。   The present invention relates to a method for producing phenol and cycloalkanone, in which cycloalkylbenzene hydroperoxide is decomposed by a solid acid catalyst. The decomposed phenol can be converted to cyclohexanone as a raw material for synthesizing pharmaceutical intermediates and various functional materials, or by partial hydrogenation with a known catalyst. Moreover, the cycloalkanone produced | generated simultaneously can be induced | guided | derived to the various lactam which is a nylon raw material.

シクロアルキルベンゼンヒドロパーオキシドを固体酸触媒を用いて分解し、フェノールおよびシクロアルカノンを製造する方法としては、特許文献1に、ゼオライトを用いる方法が記載されている。しかしながら、その他の固体酸触媒については何ら記載されていない。   As a method for producing phenol and cycloalkanone by decomposing cycloalkylbenzene hydroperoxide using a solid acid catalyst, Patent Document 1 discloses a method using zeolite. However, no other solid acid catalyst is described.

特表2003−529582号公報Special table 2003-529582 Inorg.Chem.12,p.331(1973)Inorg. Chem. 12, p. 331 (1973)

本発明は、固体酸触媒の存在下、シクロアルキルベンゼンヒドロパーオキシドを分解し、高い選択率でフェノールおよびシクロアルカノンを製造する方法を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a method for producing phenol and cycloalkanone with high selectivity by decomposing cycloalkylbenzene hydroperoxide in the presence of a solid acid catalyst.

本発明者は、鋭意研究を行った結果、酸型モンモリロナイト、シリカ-アルミナ、陽イオン交換樹脂、酸機能発現成分を担体に担持させたもの、及びヘテロポリ酸のカチオン交換点を一部Csイオンで交換して有機溶媒に不溶化したものからなる群から選ばれた固体酸触媒の存在下、シクロアルキルベンゼンヒドロパーオキシドを分解させることにより、高い選択性で、フェノールおよびシクロアルカノンが得られることを見出し、本発明に至った。
即ち、本発明は、酸型モンモリロナイト、シリカ-アルミナ、陽イオン交換樹脂、酸機能発現成分を担体に担持させたもの、及びヘテロポリ酸のカチオン交換点を一部Csイオンで交換して有機溶媒に不溶化したものからなる群から選ばれた固体酸触媒の存在下、シクロアルキルベンゼンヒドロパーオキシドを分解させることを特徴とする、フェノールおよびシクロアルカノンの製造方法に関する。
As a result of earnest research, the present inventor has found that the cation exchange point of the acid type montmorillonite, silica-alumina, cation exchange resin, acid functional component supported on the carrier, and heteropolyacid is partially Cs ion. We found that phenol and cycloalkanone can be obtained with high selectivity by decomposing cycloalkylbenzene hydroperoxide in the presence of a solid acid catalyst selected from the group consisting of those exchanged and insolubilized in organic solvents. The present invention has been reached.
That is, the present invention relates to acid-type montmorillonite, silica-alumina, a cation exchange resin, an acid function-expressing component supported on a carrier, and a cation exchange point of a heteropoly acid partially exchanged with Cs ions into an organic solvent. The present invention relates to a process for producing phenol and cycloalkanone, which comprises decomposing cycloalkylbenzene hydroperoxide in the presence of a solid acid catalyst selected from the group consisting of insolubilized substances.

本発明によれば、高い選択率でフェノールおよびシクロアルカノンを製造することができる。また、触媒の回収が容易であることから、触媒のリサイクルが容易であり、装置の腐食性の問題もなく工業的製法として優れる。   According to the present invention, phenol and cycloalkanone can be produced with high selectivity. Further, since the catalyst can be easily recovered, the catalyst can be easily recycled, and it is excellent as an industrial production method without the problem of corrosiveness of the apparatus.

本発明に用いられるシクロアルキルベンゼンヒドロパーオキシドは、シクロアルキルベンゼンを酸化して製造される。
ここでシクロアルキルベンゼンとしては、例えば、シクロペンチルベンゼン、シクロへキシルベンゼン、シクロヘプチルベンゼン、シクロオクチルベンゼンもしくはシクロドデシルベンゼン等が挙げられる。これら化合物は、その炭素原子上の水素原子が、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子)、炭素数1〜4のアルキル基(メチル、エチル等)等で置換されても良い。また、2つ以上の脂環式化合物と芳香環からなる、例えば、1,4-ビシクロへキシルベンゼン等も挙げられる。
The cycloalkylbenzene hydroperoxide used in the present invention is produced by oxidizing cycloalkylbenzene.
Examples of the cycloalkylbenzene include cyclopentylbenzene, cyclohexylbenzene, cycloheptylbenzene, cyclooctylbenzene, and cyclododecylbenzene. In these compounds, the hydrogen atom on the carbon atom may be substituted with a halogen atom (fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom), an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms (methyl, ethyl, etc.), or the like. . Moreover, for example, 1,4-bicyclohexylbenzene and the like, which are composed of two or more alicyclic compounds and an aromatic ring, can also be mentioned.

シクロアルキルベンゼンの酸化は、特に限定されないが、例えば、酸化触媒の存在下に、分子状酸素と接触させることによって行われる。
分子状酸素源としては、通常、酸素含有ガスが用いられる。酸素含有ガスとしては、例えば、空気、純酸素、更には、空気又は純酸素を、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスで希釈したものでもよい。また、空気に純酸素を添加した酸素富化空気を利用することもできる。
The oxidation of cycloalkylbenzene is not particularly limited. For example, the cycloalkylbenzene is contacted with molecular oxygen in the presence of an oxidation catalyst.
As the molecular oxygen source, an oxygen-containing gas is usually used. As the oxygen-containing gas, for example, air, pure oxygen, or air or pure oxygen diluted with an inert gas such as nitrogen, argon, or helium may be used. Further, oxygen-enriched air obtained by adding pure oxygen to air can also be used.

酸化触媒としては、過酸化ベンゾイル、t-ブチルヒドロパーオキシドのようなパーオキシド類やN-ヒドロキシフタルイミド、アゾイソブチロニトリルのようなラジカル開始剤が挙げられる。また、酸化により発生するシクロアルキルベンゼンヒドロパーオキシド自体を触媒として使用することもできる。   Examples of the oxidation catalyst include peroxides such as benzoyl peroxide and t-butyl hydroperoxide, and radical initiators such as N-hydroxyphthalimide and azoisobutyronitrile. Further, cycloalkylbenzene hydroperoxide generated by oxidation itself can be used as a catalyst.

酸化反応の反応温度は、通常、0〜180℃であり、好ましくは50〜130℃の範囲である。
反応時間は反応条件により異なるが、通常、数分から数時間である。
反応圧力は、通常、0.01〜10Mpaであり、好ましくは0.1〜2MPaの範囲である。
この酸化反応において、反応に不活性な溶媒を使用することもできる。溶媒としては、例えば、アセトニトリル等のニトリル溶媒、二塩化エチレンや塩化メチレン等のハロゲン化炭化水素等が挙げられる。
The reaction temperature of the oxidation reaction is usually 0 to 180 ° C, preferably 50 to 130 ° C.
The reaction time varies depending on the reaction conditions, but is usually from several minutes to several hours.
The reaction pressure is usually 0.01 to 10 MPa, preferably 0.1 to 2 MPa.
In this oxidation reaction, a solvent inert to the reaction can also be used. Examples of the solvent include nitrile solvents such as acetonitrile, halogenated hydrocarbons such as ethylene dichloride and methylene chloride, and the like.

このようにして得られるシクロアルキルベンゼンヒドロパーオキシドは、定法に従って精製するか、反応混合物をそのまま用いることもできる。   The cycloalkylbenzene hydroperoxide thus obtained can be purified according to a conventional method, or the reaction mixture can be used as it is.

シクロアルキルベンゼンヒドロパーオキシドは、固体酸触媒により分解され、フェノールとシクロアルカノンを生成する。
固体酸触媒としては、酸型モンモリロナイト、シリカ-アルミナ、陽イオン交換樹脂、或いは、酸機能発現成分としてスルホン酸、パーフルオロスルホン酸(ナフィオン((Nafion)登録商標)など)やヘテロポリ酸などをシリカ、アルミナ、シリカ-アルミナ、チタニア、ジルコニア、アルミノケイ酸塩又はメソ多孔体といった担体に担持させたもの、更にはヘテロポリ酸のカチオン交換点を一部Csイオンで交換して有機溶媒に不溶化したもの等が挙げられるが、スルホン酸、パーフルオロスルホン酸やヘテロポリ酸などの酸機能発現成分を上記担体に担持させたもの、またはヘテロポリ酸のカチオン交換点を一部Csイオン交換したものが好ましい。
Cycloalkylbenzene hydroperoxide is decomposed by a solid acid catalyst to produce phenol and cycloalkanone.
Examples of solid acid catalysts include acid-type montmorillonite, silica-alumina, cation exchange resin, and sulfonic acid, perfluorosulfonic acid (such as Nafion (registered trademark)) and heteropolyacid as silica. , Alumina, silica-alumina, titania, zirconia, aluminosilicate, or mesoporous material, and those obtained by partially exchanging the cation exchange point of the heteropolyacid with Cs ions and so on. However, those in which an acid function-expressing component such as sulfonic acid, perfluorosulfonic acid or heteropolyacid is supported on the carrier, or those in which the cation exchange point of the heteropolyacid is partially Cs ion exchanged are preferred.

ここで、ヘテロポリ酸とは、基本骨格を形成する配位原子(ポリ原子)と、ヘテロ原子のオキソ酸の縮合酸化物であり、水素、ヘテロ原子、ポリ原子及び酸素からなる。
ヘテロ原子としては、リン、ゲルマニウム、ホウ素又はケイ素等が挙げられる。
ポリ原子としては、周期律表(族番号に1−18の通し番号を用いる1989年改訂のIUPAC無機化学命名法に従う)4〜7族元素、具体的にはタングステン、モリブデン、ニオブ、タンタル、バナジウム等が挙げられる。
ヘテロポリ酸中のポリ原子/ヘテロ原子の原子比は、通常、2.5から12が好ましい。
ヘテロポリ酸は単量体に限らず二量体や三量体等の重合体も用いる事ができる。
具体的には、リンタングステン酸、リンモリブデン酸、ケイタングステン酸、ケイモリブデン酸、リンバナドモリブデン酸等が挙げられる。
ヘテロポリ酸は、例えば、非特許文献2に記載の方法に従って調製することができるが、市販のものをそのまま用いる事もできる。また、これらヘテロポリ酸のプロトンの一部をアルカリ金属、アルカリ土類金属、または遷移金属元素などで置換して、不溶化したヘテロポリ酸塩を用いる事もできる。
更に、アンモニア、アミン系化合物(ピリジンやn-ブチルアミンなど)などの含窒素化合物でヘテロポリ酸のプロトンの一部を置換したものも用いる事ができる。
Here, the heteropolyacid is a condensed oxide of a coordination atom (polyatom) forming a basic skeleton and an oxoacid of a heteroatom, and is composed of hydrogen, a heteroatom, a polyatom, and oxygen.
Examples of the hetero atom include phosphorus, germanium, boron, and silicon.
Poly atoms include periodic table (according to IUPAC inorganic chemical nomenclature revised in 1989 using serial number 1-18 for group number), elements 4-7, specifically tungsten, molybdenum, niobium, tantalum, vanadium, etc. Is mentioned.
The atomic ratio of polyatoms / heteroatoms in the heteropolyacid is usually preferably from 2.5 to 12.
Heteropoly acids are not limited to monomers, and polymers such as dimers and trimers can also be used.
Specific examples include phosphotungstic acid, phosphomolybdic acid, silicotungstic acid, silicomolybdic acid, and phosphovanadomolybdic acid.
The heteropolyacid can be prepared, for example, according to the method described in Non-Patent Document 2, but a commercially available product can be used as it is. Alternatively, a heteropoly acid salt insolubilized by substituting a part of protons of these heteropolyacids with an alkali metal, alkaline earth metal, transition metal element or the like can be used.
Furthermore, a compound obtained by substituting a part of protons of the heteropolyacid with a nitrogen-containing compound such as ammonia or an amine compound (pyridine, n-butylamine, etc.) can also be used.

酸機能発現成分としてスルホン酸、パーフルオロスルホン酸を担持する担体としては、スルホン酸、パーフルオロスルホン酸に対して安定であり、かつ比表面積の大きいものが良く、例えば、シリカ、アルミナ、シリカ-アルミナ、アルミノケイ酸塩やメソ多孔体などが使用できる。ここで、比表面積及び細孔径は、特に制限されないが、分解しようとするシクロアルキルベンゼンヒドロパーオキシドの分子サイズよりも大きな細孔径を持つものが好ましい。   As a carrier for supporting sulfonic acid and perfluorosulfonic acid as an acid function expression component, those having stability to sulfonic acid and perfluorosulfonic acid and a large specific surface area are preferable. Alumina, aluminosilicate or mesoporous material can be used. Here, the specific surface area and the pore diameter are not particularly limited, but those having a pore diameter larger than the molecular size of the cycloalkylbenzene hydroperoxide to be decomposed are preferable.

酸機能発現成分としてヘテロポリ酸を担持する担体としては、ヘテロポリ酸に対して安定であり、かつ比表面積の大きいものが良く、例えば、シリカ、アルミナ、シリカ-アルミナ、アルミノケイ酸塩やメソ多孔体などが使用できる。ここで、比表面積及び細孔径は、特に制限されないが、分解しようとするシクロアルキルベンゼンヒドロパーオキシドの分子サイズよりも大きく、且つ/又はヘテロポリ酸の分子サイズよりも大きな細孔径を持つものが好ましい。比表面積は、酸機能発現成分の高分散性を維持することから、100m2/g以上持つものが好ましい。 As a carrier carrying a heteropolyacid as an acid function-expressing component, a carrier that is stable with respect to the heteropolyacid and has a large specific surface area is preferable. For example, silica, alumina, silica-alumina, aluminosilicate, mesoporous material, etc. Can be used. Here, the specific surface area and the pore size are not particularly limited, but those having a pore size larger than the molecular size of the cycloalkylbenzene hydroperoxide to be decomposed and / or larger than the molecular size of the heteropolyacid are preferable. The specific surface area is preferably 100 m 2 / g or more in order to maintain high dispersibility of the acid function-expressing component.

スルホン酸、パーフルオロスルホン酸やヘテロポリ酸などの酸機能発現成分をシリカ、アルミナ、シリカ-アルミナ、チタニア、ジルコニアやアルミノケイ酸塩、メソ多孔体といった担体に担持させた固体酸触媒において、酸機能発現成分の担持量は、固体酸触媒の全重量に対して、1〜30wt%の範囲であることが好ましく、5〜20wt%の範囲であることが特に好ましい。   Expression of acid function in solid acid catalyst in which components with acid function such as sulfonic acid, perfluorosulfonic acid and heteropoly acid are supported on a support such as silica, alumina, silica-alumina, titania, zirconia, aluminosilicate and mesoporous material The amount of the component supported is preferably in the range of 1 to 30 wt%, particularly preferably in the range of 5 to 20 wt%, based on the total weight of the solid acid catalyst.

これらの酸機能発現成分を上記担体に担持させる方法としては、例えば、蒸発乾固法、ポアフィリング法、イオン交換法、化学修飾法などが挙げられる。このうち、ポアフィリング法、イオン交換法、化学修飾法が好ましい。化学修飾法とは、酸機能成分或いはその前駆体を含有するシラン剤を用い、担体上にシラン剤を縮重合させることで化学結合により酸機能発現成分或いはその前駆体を担持する方法である。
具体的には、3-メルカプトプロピルトリメトキシシランをシラン剤として前述のシリカ、アルミナ、シリカ-アルミナ、チタニア、ジルコニアやアルミノケイ酸塩、メソ多孔体といった担体に縮重合させ、その後、過酸化水素水等により酸化してメルカプト基をスルホン酸基とする方法である。
Examples of a method for supporting these acid function-expressing components on the carrier include an evaporation to dryness method, a pore filling method, an ion exchange method, and a chemical modification method. Among these, the pore filling method, the ion exchange method, and the chemical modification method are preferable. The chemical modification method is a method in which a silane agent containing an acid functional component or a precursor thereof is used, and the silane agent is polycondensed on a carrier to carry the acid functional expression component or the precursor thereof by chemical bonding.
Specifically, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane is polycondensed as a silane agent to the carrier such as silica, alumina, silica-alumina, titania, zirconia, aluminosilicate, mesoporous material, and then hydrogen peroxide solution. This is a method in which a mercapto group is converted to a sulfonic acid group by oxidation with a method such as the above.

固体酸触媒の使用量は、シクロアルキルベンゼンヒドロパーオキシドに対して0.01wt%〜30wt%の範囲であることが好ましく、0.05wt%〜10wt%の範囲であることが特に好ましい。使用量が少ないと十分な分解速度が得られず、多すぎると触媒の分離、回収の負荷が大きくなり、工業的に好ましくない。   The amount of the solid acid catalyst used is preferably in the range of 0.01 wt% to 30 wt%, particularly preferably in the range of 0.05 wt% to 10 wt%, with respect to the cycloalkylbenzene hydroperoxide. When the amount used is small, a sufficient decomposition rate cannot be obtained, and when it is too large, the load of separation and recovery of the catalyst increases, which is not industrially preferable.

シクロアルキルベンゼンヒドロパーオキシドの分解反応の反応温度は、0〜100℃、好ましくは20〜50℃の範囲が好適である。この範囲より温度が低いと十分な分解活性が得られず、高いと副反応が併発して選択性が低下する。
反応時間は反応条件により異なるが、通常は数分から数時間である。
反応圧力は、通常、0.01〜10MPa、好ましくは0.1〜2MPaの範囲である。
この分解反応においては、反応に不活性な溶媒を用いることもできる。このような溶媒としては、例えば、アセトニトリル等のニトリル溶媒、二塩化エチレンや塩化メチレン等のハロゲン化炭化水素などが挙げられる。
The reaction temperature for the decomposition reaction of cycloalkylbenzene hydroperoxide is preferably in the range of 0 to 100 ° C, preferably 20 to 50 ° C. If the temperature is lower than this range, sufficient decomposition activity cannot be obtained, while if it is higher, side reactions occur together and the selectivity is lowered.
The reaction time varies depending on the reaction conditions, but is usually from a few minutes to a few hours.
The reaction pressure is usually in the range of 0.01 to 10 MPa, preferably 0.1 to 2 MPa.
In this decomposition reaction, a solvent inert to the reaction can also be used. Examples of such a solvent include nitrile solvents such as acetonitrile and halogenated hydrocarbons such as ethylene dichloride and methylene chloride.

上記の酸化及び分解反応は、回分式、連続何れでも実施することができ、反応方法としては固定床、懸濁床、流動床、移動床等の任意の方式をとることができる。   The above oxidation and decomposition reaction can be carried out either batchwise or continuously, and the reaction method can be any method such as a fixed bed, a suspension bed, a fluidized bed, and a moving bed.

反応終了後、生成したシクロアルカノン及びフェノールは、公知の方法によって取得できる。例えば、反応混合物からフィルター等で酸触媒を分離した後、蒸留によってシクロアルカノン、フェノール及び未反応のシクロアルキルベンゼンをそれぞれ分留することができる。   After completion of the reaction, the produced cycloalkanone and phenol can be obtained by a known method. For example, after separating the acid catalyst from the reaction mixture with a filter or the like, cycloalkanone, phenol and unreacted cycloalkylbenzene can be fractionated by distillation.

また、分離、回収した固体酸触媒は、例えば、触媒に吸着している有機物を除去できる温度で焼成処理することで再利用することができる。   Further, the separated and recovered solid acid catalyst can be reused by, for example, firing treatment at a temperature at which organic substances adsorbed on the catalyst can be removed.

以下に実施例を用いて、本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、比表面積及び細孔径は、高速比表面積・細孔径分布測定装置(NOVA-1200;ユアサアイオニクス社製)を用いた窒素吸着測定(120℃真空下で30分前処理)により測定した。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below using examples, but the present invention is not limited to the following examples.
The specific surface area and pore diameter were measured by nitrogen adsorption measurement (pretreatment at 120 ° C. under vacuum for 30 minutes) using a high-speed specific surface area / pore diameter distribution measuring device (NOVA-1200; manufactured by Yuasa Ionics).

各実施例、比較例の説明にある選択率は、以下の式にて算出した。   The selectivity in the description of each example and comparative example was calculated by the following formula.

Figure 2007099746
Figure 2007099746

参考例1(担体の調製)
ドデシルアミン60mmolをエタノール1.2molに溶解させ、この溶液にイオン交換水7.2molを加えて激しく攪拌した後、テトラエチルオルトシリケート0.2molを加えて室温で1時間激しく攪拌した。生成した白色ゲルを室温で48時間熟成させた後、白色固体を濾取してイオン交換水及びエタノールで洗浄し、105℃で24時間乾燥した。次いで、空気中、室温から600℃まで1.7℃/分の昇温速度で昇温し、600℃で2時間焼成を行った。得られた酸化物について分析を行ったところ、X線回折測定及び窒素吸着測定による吸着等温線よりメソ多孔体であることを確認した。細孔径、比表面積はそれぞれ2.5nm、1065m2/gであった。以下、MSと略記する。
Reference Example 1 (Preparation of carrier)
After dissolving 60 mmol of dodecylamine in 1.2 mol of ethanol, 7.2 mol of ion-exchanged water was added to this solution and vigorously stirred, then 0.2 mol of tetraethylorthosilicate was added and vigorously stirred at room temperature for 1 hour. The resulting white gel was aged at room temperature for 48 hours, and then the white solid was collected by filtration, washed with ion-exchanged water and ethanol, and dried at 105 ° C. for 24 hours. Next, the temperature was raised from room temperature to 600 ° C. at a rate of 1.7 ° C./min in air, and firing was performed at 600 ° C. for 2 hours. When the obtained oxide was analyzed, it was confirmed to be a mesoporous material from adsorption isotherms by X-ray diffraction measurement and nitrogen adsorption measurement. The pore diameter and specific surface area were 2.5 nm and 1065 m 2 / g, respectively. Hereinafter, abbreviated as MS.

参考例2(触媒の調製)
50mlガラス製ナスフラスコにリンタングステン酸1.0g及びイオン交換水10mlを加えて溶解させ、参考例1で得られたメソ多孔体5.0gを加えて室温で5分攪拌した。エバポレーターを用いて減圧下溶媒等を除去して乾固させ、100℃で6時間乾燥した。得られた触媒は、以下PW12/MSと示す。
Reference example 2 (catalyst preparation)
In a 50 ml eggplant flask, 1.0 g of phosphotungstic acid and 10 ml of ion exchange water were added and dissolved, and 5.0 g of the mesoporous material obtained in Reference Example 1 was added and stirred at room temperature for 5 minutes. The solvent was removed under reduced pressure using an evaporator to dryness, and the resultant was dried at 100 ° C. for 6 hours. The obtained catalyst is hereinafter referred to as PW 12 / MS.

実施例1
冷却管を備えた50mlガラス製二つ口ナスフラスコに酸化触媒としてN-ヒドロキシフタルイミド(以下、NHPI)0.025g(0.15mmol)を計り取り、シクロへキシルベンゼン2.400g(15.0mmol)を加えた。純酸素ガスで系内を3回置換した後、冷却管上部に純酸素ガス風船をつけて封じ込めた。このフラスコを予め110℃に設定しておいたオイルバスに浸けて反応を開始した。4時間後に、フラスコをオイルバスから取り出し室温まで空冷して未反応酸素ガスを放出した。得られた反応液(シクロヘキシルベンゼンに対するシクロヘキシルベンゼンヒドロパーオキシドの生成率25%)にn-ヘキサン10mlを加えて、酸触媒としてPW12/MSを0.030g加えた。室温で2時間攪拌した後、反応液について、FID検出器によるガスクロマトグラフィーを用いた内部標準法(内部標準物質:ドデカン)により生成したシクロヘキサノン、フェノール及び未反応のシクロヘキシルベンゼン等を定量した。その結果、シクロヘキシルベンゼンヒドロパーオキシドの分解率は100%、シクロへキシルベンゼンヒドロパーオキシド基準でシクロヘキサノンの選択率は94%、フェノールの選択率は92%であった。反応液からの酸触媒PW12/MSの分離はグラスフィルターにて容易に行うことができた。
Example 1
In a 50 ml glass two-necked eggplant flask equipped with a condenser tube, 0.025 g (0.15 mmol) of N-hydroxyphthalimide (hereinafter referred to as NHPI) was weighed as an oxidation catalyst, and 2.400 g (15.0 mmol) of cyclohexylbenzene was added. After replacing the system three times with pure oxygen gas, a pure oxygen gas balloon was attached to the top of the cooling pipe and sealed. The reaction was started by immersing the flask in an oil bath set at 110 ° C. in advance. After 4 hours, the flask was removed from the oil bath and air-cooled to room temperature to release unreacted oxygen gas. 10 ml of n-hexane was added to the resulting reaction solution (the production rate of cyclohexylbenzene hydroperoxide with respect to cyclohexylbenzene was 25%), and 0.030 g of PW 12 / MS was added as an acid catalyst. After stirring at room temperature for 2 hours, cyclohexanone, phenol, unreacted cyclohexylbenzene and the like produced by an internal standard method (internal standard substance: dodecane) using gas chromatography with an FID detector were quantified. As a result, the decomposition rate of cyclohexylbenzene hydroperoxide was 100%, the selectivity of cyclohexanone was 94%, and the selectivity of phenol was 92% based on cyclohexylbenzene hydroperoxide. Separation of the acid catalyst PW 12 / MS from the reaction solution could be easily performed with a glass filter.

実施例2
酸触媒としてナフィオン((Nafion)登録商標)担時シリカ(SAC-13;NEケムキャット製)用い、溶媒をn-ヘキサンに代えてアセトニトリルとした以外は実施例1と同様にシクロヘキシルベンゼンヒドロパーオキシドの調製及び分解反応を行った。その結果、シクロへキシルベンゼンヒドロパーオキシドの分解率は100%、シクロへキシルベンゼンヒドロパーオキシド基準でシクロヘキサノンの選択率は91%、フェノールの選択率は95%であった。反応液からの酸触媒(ナフィオン((Nafion)登録商標)担時シリカ)の分離はグラスフィルターにて容易に行うことができた。
Example 2
A cyclohexylbenzene hydroperoxide was prepared in the same manner as in Example 1 except that Nafion ((Nafion) registered trademark) -supported silica (SAC-13; manufactured by NE Chemcat) was used as the acid catalyst, and the solvent was changed to acetonitrile instead of n-hexane. Preparation and decomposition reactions were performed. As a result, the decomposition rate of cyclohexylbenzene hydroperoxide was 100%, the selectivity of cyclohexanone was 91%, and the selectivity of phenol was 95% based on cyclohexylbenzene hydroperoxide. Separation of the acid catalyst (Nafion (trademark) -supported silica) from the reaction solution could be easily performed with a glass filter.

実施例3
酸触媒をCs2.5H0.5PW12O40とした以外は実施例2と同様にシクロヘキシルベンゼンヒドロパーオキシドの調製及び分解反応を行った。その結果、シクロへキシルベンゼンヒドロパーオキシドの分解率は100%、シクロへキシルベンゼンヒドロパーオキシド基準でシクロヘキサノンの選択率は88%、フェノールの選択率は85%であった。反応液からの酸触媒(Cs2.5H0.5PW12O40)の分離はグラスフィルターにて行うことができた。
Example 3
A cyclohexylbenzene hydroperoxide was prepared and decomposed in the same manner as in Example 2 except that the acid catalyst was Cs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 . As a result, the decomposition rate of cyclohexylbenzene hydroperoxide was 100%, the selectivity of cyclohexanone was 88%, and the selectivity of phenol was 85% based on cyclohexylbenzene hydroperoxide. Separation of the acid catalyst (Cs 2.5 H 0.5 PW 12 O 40 ) from the reaction solution could be performed with a glass filter.

実施例4〜5
冷却管を備えた2つの50mlガラス製二つ口ナスフラスコに、それぞれ酸化触媒としてN-ヒドロキシフタルイミド(NHPI)0.025g(0.15mmol)を計り取り、シクロへキシルベンゼン2.400g(15.0mmol)を加え、純酸素ガスで系内を3回置換した後、冷却管上部に純酸素ガス風船をつけて封じ込めた。各フラスコを予め110℃に設定しておいたオイルバスに浸けて反応を開始し、4時間後に、各フラスコをオイルバスから取り出し、室温まで空冷して未反応酸素ガスを放出した。各フラスコ中の反応液(シクロヘキシルベンゼンに対するシクロヘキシルベンゼンヒドロパーオキシドの生成率25%)にそれぞれアセトニトリル10mlを加え、酸触媒としてナフィオン((Nafion)登録商標)担時シリカ(SAC-13;NEケムキャット製)を0.030g加えた。各フラスコをそれぞれ温度25℃、50℃に保ち、反応液を30分攪拌した後、室温まで急冷し、各フラスコ中の反応液について、FID検出器によるガスクロマトグラフィーを用いた内部標準法(内部標準物質:ドデカン)により生成したシクロヘキサノン、フェノール、未反応のシクロヘキシルベンゼン等を定量した。この時、シクロへキシルベンゼンヒドロパーオキシドの分解率は何れも100%であった。
Examples 4-5
Weigh 0.025 g (0.15 mmol) of N-hydroxyphthalimide (NHPI) as an oxidation catalyst in two 50 ml glass two-necked eggplant flasks equipped with cooling tubes, and add 2.400 g (15.0 mmol) of cyclohexylbenzene. After replacing the inside of the system three times with pure oxygen gas, a pure oxygen gas balloon was attached to the top of the cooling pipe and sealed. The reaction was started by immersing each flask in an oil bath set at 110 ° C., and after 4 hours, each flask was taken out of the oil bath and air-cooled to room temperature to release unreacted oxygen gas. 10 ml of acetonitrile is added to the reaction liquid in each flask (cyclohexylbenzene hydroperoxide production rate of 25% with respect to cyclohexylbenzene), and Nafion ((Nafion) registered trademark) -supported silica (SAC-13; manufactured by NE Chemcat) is used as the acid catalyst. 0.030 g) was added. Each flask was kept at a temperature of 25 ° C. and 50 ° C. respectively, and the reaction solution was stirred for 30 minutes, then rapidly cooled to room temperature, and the reaction solution in each flask was subjected to an internal standard method using gas chromatography with an FID detector (internal Cyclohexanone, phenol, unreacted cyclohexylbenzene and the like produced by standard substance: dodecane) were quantified. At this time, the decomposition rate of cyclohexylbenzene hydroperoxide was 100% in all cases.

比較例1
冷却管を備えた50mlガラス製二つ口ナスフラスコに、酸化触媒としてN-ヒドロキシフタルイミド(NHPI)0.025g(0.15mmol)を計り取り、シクロへキシルベンゼン2.400g(15.0mmol)を加え、純酸素ガスで系内を3回置換した後、冷却管上部に純酸素ガス風船をつけて封じ込めた。これを予め110℃に設定しておいたオイルバスに浸けて反応を開始し、4時間後に、オイルバスから取り出し、室温まで空冷して未反応酸素ガスを放出した。得られた反応液(シクロヘキシルベンゼンに対するシクロヘキシルベンゼンヒドロパーオキシドの生成率25%)にアセトニトリル10mlを加え、酸触媒としてナフィオン((Nafion)登録商標)担時シリカ(SAC-13;NEケムキャット製)を0.030g加えた。これを温度80℃で30分攪拌した後、室温まで急冷し、得られた反応液について、FID検出器によるガスクロマトグラフィーを用いた内部標準法(内部標準物質:ドデカン)により生成したシクロヘキサノン、フェノール、未反応のシクロヘキシルベンゼン等を定量した。この時、シクロへキシルベンゼンヒドロパーオキシドの分解率は100%であった。
Comparative Example 1
To a 50 ml glass two-necked eggplant flask equipped with a condenser, weigh 0.025 g (0.15 mmol) of N-hydroxyphthalimide (NHPI) as an oxidation catalyst, add 2.400 g (15.0 mmol) of cyclohexylbenzene, and add pure oxygen. After replacing the system three times with gas, a pure oxygen gas balloon was attached to the top of the cooling pipe and sealed. This was immersed in an oil bath set at 110 ° C. in advance to start the reaction. After 4 hours, the reaction was taken out from the oil bath, air-cooled to room temperature, and unreacted oxygen gas was released. 10 ml of acetonitrile was added to the resulting reaction solution (the yield of cyclohexylbenzene hydroperoxide with respect to cyclohexylbenzene was 25%), and Nafion ((Nafion) registered trademark) -supported silica (SAC-13; manufactured by NE Chemcat) was used as the acid catalyst. 0.030 g was added. This was stirred at a temperature of 80 ° C. for 30 minutes and then rapidly cooled to room temperature. The resulting reaction solution was cyclohexanone and phenol produced by an internal standard method (internal standard substance: dodecane) using gas chromatography with an FID detector. Unreacted cyclohexylbenzene and the like were quantified. At this time, the decomposition rate of cyclohexylbenzene hydroperoxide was 100%.

Figure 2007099746
Figure 2007099746

実施例6(酸触媒のリサイクル)
実施例2と同様にシクロヘキシルベンゼンヒドロパーオキシドの調製及び分解反応を行った。その結果、シクロへキシルベンゼンヒドロパーオキシドの分解率は100%、シクロヘキサノンの選択率は88%、フェノールの選択率は85%であった。反応液から酸触媒(ナフィオン((Nafion)登録商標)担時シリカ)をグラスフィルターを用いて分離し、空気中、100℃で12時間乾燥させた。
このようにして得られた回収酸触媒を用いて、再度、実施例2と同様にシクロヘキシルベンゼンヒドロパーオキシドの調製及び分解反応を行った。
その結果、シクロへキシルベンゼンヒドロパーオキシドの分解率は100%、シクロへキシルベンゼンヒドロパーオキシド基準でシクロヘキサノンの選択率は88%、フェノールの選択率は85%であった。反応液からの酸触媒(ナフィオン(Nafion)登録商標)担時シリカ)の分離はグラスフィルターにて行うことができた。
この再回収酸触媒を空気中、100℃で12時間乾燥後、蛍光X線による全元素定量したところ、使用前後の触媒中に含まれるスルホン酸由来の硫黄量に変化はなかった。
Example 6 (Recycling of acid catalyst)
In the same manner as in Example 2, preparation and decomposition reaction of cyclohexylbenzene hydroperoxide were performed. As a result, the decomposition rate of cyclohexylbenzene hydroperoxide was 100%, the selectivity of cyclohexanone was 88%, and the selectivity of phenol was 85%. The acid catalyst (silica carrying Nafion (registered trademark)) was separated from the reaction solution using a glass filter and dried in air at 100 ° C. for 12 hours.
Using the recovered acid catalyst thus obtained, cyclohexylbenzene hydroperoxide was prepared and decomposed again in the same manner as in Example 2.
As a result, the decomposition rate of cyclohexylbenzene hydroperoxide was 100%, the selectivity of cyclohexanone was 88%, and the selectivity of phenol was 85% based on cyclohexylbenzene hydroperoxide. Separation of the acid catalyst (silica supported by Nafion (registered trademark)) from the reaction solution could be performed with a glass filter.
After this re-recovered acid catalyst was dried in air at 100 ° C. for 12 hours, the total amount of elements was quantified by fluorescent X-rays.

参考例3(触媒の調製)
ドデシルアミン60mmolをエタノール1.2molに溶解させ、これに水7.2molを加えて激しく攪拌した。次にテトラエチルオルトシリケート0.2mol、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン0.02mmolを加えて室温で1時間激しく攪拌した。生成した白色ゲルを室温で48時間熟成させた後、白色固体を濾取して水及びエタノールで洗浄し、105℃で24時間乾燥した。次いで、エタノール500ml中、ソックスレー抽出を行った。得られた白色固体を30wt%過酸化水素水を用いて室温で酸化処理した。この酸化処理した白色固体をイオン交換水に分散させ電位差滴定分析したところ、単位重量当りのスルホン酸基は、0.92mmol/gであり、触媒中の全硫黄量からスルホン酸基の差により未酸化のチオール基は、0.23mmol/gであった。また、X線回折測定よりメソ多孔体であることを確認した。以下、MS-SO3Hと略記する。
Reference Example 3 (Preparation of catalyst)
60 mmol of dodecylamine was dissolved in 1.2 mol of ethanol, and 7.2 mol of water was added thereto and stirred vigorously. Next, 0.2 mol of tetraethylorthosilicate and 0.02 mmol of 3-mercaptopropyltrimethoxysilane were added and stirred vigorously at room temperature for 1 hour. The resulting white gel was aged at room temperature for 48 hours, and then the white solid was collected by filtration, washed with water and ethanol, and dried at 105 ° C. for 24 hours. Next, Soxhlet extraction was performed in 500 ml of ethanol. The obtained white solid was oxidized at room temperature with 30 wt% aqueous hydrogen peroxide. When this oxidized white solid was dispersed in ion-exchanged water and subjected to potentiometric titration analysis, the sulfonic acid group per unit weight was 0.92 mmol / g, and it was not oxidized due to the difference in sulfonic acid group from the total sulfur amount in the catalyst. The thiol group of was 0.23 mmol / g. Further, it was confirmed to be a mesoporous material by X-ray diffraction measurement. Hereinafter, abbreviated as MS-SO 3 H.

実施例7
冷却管を備えた50mlガラス製二つ口ナスフラスコに酸化触媒としてN-ヒドロキシフタルイミド(以下、NHPI)0.025g(0.15mmol)を計り取り、シクロへキシルベンゼン2.400g(15.0mmol)を加えた。純酸素ガスで系内を3回置換した後、冷却管上部に純酸素ガス風船をつけて封じ込めた。このフラスコを予め110℃に設定しておいたオイルバスに浸けて反応を開始した。4時間後に、フラスコをオイルバスから取り出し室温まで空冷して未反応酸素ガスを放出した。得られた反応液(シクロヘキシルベンゼンに対するシクロヘキシルベンゼンヒドロパーオキシドの生成率25%)にn-ヘキサン10mlを加えて、酸触媒としてMS-SO3Hを0.100g加えた。50℃で2時間攪拌した後、反応液について、FID検出器によるガスクロマトグラフィーを用いた内部標準法(内部標準物質:ドデカン)により生成したシクロヘキサノン、フェノール及び未反応のシクロヘキシルベンゼン等を定量した。その結果、シクロヘキシルベンゼンヒドロパーオキシドの分解率は100%、シクロへキシルベンゼンヒドロパーオキシド基準でシクロヘキサノンの選択率は90%、フェノールの選択率は89%であった。反応液からの酸触媒MS-SO3Hの分離はグラスフィルターにて容易に行うことができた。
Example 7
In a 50 ml glass two-necked eggplant flask equipped with a condenser tube, 0.025 g (0.15 mmol) of N-hydroxyphthalimide (hereinafter referred to as NHPI) was weighed as an oxidation catalyst, and 2.400 g (15.0 mmol) of cyclohexylbenzene was added. After replacing the system three times with pure oxygen gas, a pure oxygen gas balloon was attached to the top of the cooling pipe and sealed. The reaction was started by immersing the flask in an oil bath set at 110 ° C. in advance. After 4 hours, the flask was removed from the oil bath and air-cooled to room temperature to release unreacted oxygen gas. 10 ml of n-hexane was added to the resulting reaction solution (the production rate of cyclohexylbenzene hydroperoxide with respect to cyclohexylbenzene was 25%), and 0.100 g of MS-SO 3 H was added as an acid catalyst. After stirring at 50 ° C. for 2 hours, cyclohexanone, phenol, unreacted cyclohexylbenzene and the like produced by an internal standard method (internal standard substance: dodecane) using gas chromatography with an FID detector were quantified. As a result, the decomposition rate of cyclohexylbenzene hydroperoxide was 100%, the selectivity of cyclohexanone was 90% on the basis of cyclohexylbenzene hydroperoxide, and the selectivity of phenol was 89%. Separation of the acid catalyst MS-SO 3 H from the reaction solution could be easily performed with a glass filter.

分離した酸触媒MS-SO3Hをエタノール10mlで洗浄した後、100℃で乾燥させた。
このようにして得られた回収触媒を用いて、上記と同様にシクロヘキシルベンゼンヒドロパーオキシドの調製及び分解反応を行った。その結果、シクロへキシルベンゼンパーオキシドの分解率は83%、シクロへキシルベンゼンヒドロパーオキシド基準でシクロヘキサノンの選択率は88%、フェノールの選択率は87%であった。
酸触媒を再度、回収し、蛍光X線により全元素定量したところ、使用前後で触媒組成を表わすSi/S比(原子比)に変化はなく、X線回折によるメソ孔構造も維持されていた。
The separated acid catalyst MS-SO 3 H was washed with 10 ml of ethanol and then dried at 100 ° C.
Using the recovered catalyst thus obtained, cyclohexylbenzene hydroperoxide was prepared and decomposed in the same manner as described above. As a result, the decomposition rate of cyclohexylbenzene peroxide was 83%, the selectivity of cyclohexanone was 88%, and the selectivity of phenol was 87% based on cyclohexylbenzene hydroperoxide.
The acid catalyst was recovered again and all elements were quantified by fluorescent X-ray. As a result, the Si / S ratio (atomic ratio) representing the catalyst composition was unchanged before and after use, and the mesopore structure by X-ray diffraction was maintained. .

実施例8
酸触媒をイオン交換樹脂(アンバーリスト15DRY;オルガノ製)とした以外は実施例2と同様にシクロヘキシルベンゼンヒドロパーオキシドの調製及び分解反応を行った。その結果、シクロへキシルベンゼンヒドロパーオキシドの分解率は100%、シクロへキシルベンゼンヒドロパーオキシド基準でシクロヘキサノンの選択率は95%、フェノールの選択率は95%であった。反応液からの酸触媒(イオン交換樹脂)の分離はグラスフィルターにて行うことができた。
Example 8
Preparation and decomposition reaction of cyclohexylbenzene hydroperoxide were performed in the same manner as in Example 2 except that the acid catalyst was an ion exchange resin (Amberlyst 15DRY; manufactured by Organo). As a result, the decomposition rate of cyclohexylbenzene hydroperoxide was 100%, the selectivity of cyclohexanone was 95%, and the selectivity of phenol was 95% on the basis of cyclohexylbenzene hydroperoxide. Separation of the acid catalyst (ion exchange resin) from the reaction solution could be performed with a glass filter.

実施例9
冷却管を備えた50mlガラス製二つ口ナスフラスコに酸化触媒としてN-ヒドロキシフタルイミド(以下、NHPI)0.045g(0.28mmol)を計り取り、シクロドデシルベンゼン0.49g(2.00mmol)を加えた。純酸素ガスで系内を3回置換した後、冷却管上部に純酸素ガス風船をつけて封じ込めた。このフラスコを予め120℃に設定しておいたオイルバスに浸けて反応を開始した。6時間後に、フラスコをオイルバスから取り出し室温まで空冷して未反応酸素ガスを放出した。得られた反応液(シクロドデシルベンゼンに対するシクロドデシルベンゼンヒドロパーオキシドの生成率25%)にアセトニトリル5mlを加えて、酸触媒としてナフィオン((Nafion)登録商標)担時シリカ(SAC-13;NEケムキャット製)を0.030g加えた。50℃で2時間攪拌した後、反応液について、FID検出器によるガスクロマトグラフィーを用いた内部標準法(内部標準物質:ドデカン)により生成したシクロドデカノン、フェノール及び未反応のシクロドデシルベンゼンを定量した。その結果、シクロドデシルベンゼンヒドロパーオキシドの転化率は6.8%、シクロドデシルベンゼンヒドロパーオキシド基準でシクロドデカノンの選択率は72%、フェノールの選択率は74%であった。反応液からの酸触媒の分離はグラスフィルターにて容易に行うことができた。
Example 9
0.045 g (0.28 mmol) of N-hydroxyphthalimide (hereinafter referred to as NHPI) was measured as an oxidation catalyst in a 50 ml glass two-necked eggplant flask equipped with a cooling tube, and 0.49 g (2.00 mmol) of cyclododecylbenzene was added. After replacing the system three times with pure oxygen gas, a pure oxygen gas balloon was attached to the top of the cooling pipe and sealed. The reaction was started by immersing the flask in an oil bath set at 120 ° C. in advance. After 6 hours, the flask was removed from the oil bath and air-cooled to room temperature to release unreacted oxygen gas. 5 ml of acetonitrile was added to the resulting reaction solution (25% yield of cyclododecylbenzene hydroperoxide with respect to cyclododecylbenzene), and Nafion ((Nafion) registered trademark) -supported silica (SAC-13; NE Chemcat) was used as the acid catalyst. 0.030 g) was added. After stirring at 50 ° C for 2 hours, cyclododecanone, phenol and unreacted cyclododecylbenzene produced by the internal standard method (internal standard substance: dodecane) using gas chromatography with an FID detector were quantified in the reaction solution. did. As a result, the conversion of cyclododecylbenzene hydroperoxide was 6.8%, cyclododecanone selectivity was 72%, and phenol selectivity was 74% based on cyclododecylbenzene hydroperoxide. Separation of the acid catalyst from the reaction solution could be easily performed with a glass filter.

Claims (4)

酸型モンモリロナイト、シリカ-アルミナ、陽イオン交換樹脂、酸機能発現成分を担体に担持させたもの、及びヘテロポリ酸のカチオン交換点を一部Csイオンで交換して有機溶媒に不溶化したものからなる群から選ばれた固体酸触媒の存在下、シクロアルキルベンゼンヒドロパーオキシドを分解させることを特徴とする、フェノールおよびシクロアルカノンの製造方法。   A group consisting of acid-type montmorillonite, silica-alumina, cation exchange resin, an acid functional component supported on a carrier, and a cation exchange point of a heteropoly acid partially exchanged with Cs ions and insolubilized in an organic solvent A process for producing phenol and cycloalkanone, which comprises decomposing cycloalkylbenzene hydroperoxide in the presence of a solid acid catalyst selected from: 酸機能発現成分が、スルホン酸、パーフルオロスルホン酸、又はヘテロポリ酸である請求項1に記載のフェノールおよびシクロアルカノンの製造方法。   The method for producing phenol and cycloalkanone according to claim 1, wherein the acid function-expressing component is sulfonic acid, perfluorosulfonic acid, or heteropolyacid. 担体が、シリカ、アルミナ、シリカ-アルミナ、チタニア、ジルコニア、アルミノケイ酸塩又はメソ多孔体である請求項2に記載のフェノールおよびシクロアルカノンの製造方法。   The method for producing phenol and cycloalkanone according to claim 2, wherein the carrier is silica, alumina, silica-alumina, titania, zirconia, aluminosilicate or mesoporous material. 固体酸触媒をリサイクル使用する請求項1に記載の製造方法。

The production method according to claim 1, wherein the solid acid catalyst is recycled.

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