JP3073961B2 - シクロアルカンの酸化法 - Google Patents
シクロアルカンの酸化法Info
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Description
ガスを使用してシクロアルカンをその対応するカルボン
酸に酸化する方法に関する。
特にシクロアルカンを直接酸化する方法は長い間研究さ
れてきたプロセスである。この理由は、現在の工業的方
法の工程のうちの1つで使用される硝酸のような酸化剤
の使用を回避し、これによって発生される窒素酸化物の
処理を回避することに多くの明白な利益があるからであ
る。
変形例では、コバルトが最もよく推奨される触媒であ
る。
米国特許2223493は、コバルト化合物のような酸
化触媒の存在下に酸素含有ガスを使用して一般には酢酸
を含有する液相中において少なくとも60℃の温度で環
式炭化水素をその対応するジ酸に酸化する方法を記載し
ている。
クロムを含む極めて少量の触媒系の存在下に130〜1
80℃の温度で且つ約4〜25バールの圧力下に少なく
とも3つの連続的工程でシクロヘキサンを酸素と反応さ
せることによってシクロヘキサノン及びシクロヘキサノ
ールを製造する方法を記載している。この方法は、溶剤
を使用せずに実施されそしてアジピン酸を直接製造する
ことができない。
種の遷移金属化合物を含む触媒の存在下又は不在下に液
相で酸素を使用してシクロヘキサノールとアルデヒドと
の混合物を同時に酸化させることを記載している。この
方法は、シクロヘキサノールから出発するシクロヘキサ
ノン、ε−カプロラクタム及びジカルボン酸、そして使
用したアルデヒドに対応するモノカルボン酸をもたら
す。
02827は、可溶性コバルト及び可溶性ジルコニウム
及び/又はハフニウム化合物を含む酸化触媒の存在下に
80〜160℃の温度において酢酸含有液相中でシクロ
ヘキサンをアジピン酸に空気酸化する方法の改良法を記
載している。
3は、酸素による炭化水素の酸化に関連してコバルト塩
及び第二鉄塩を含む触媒を使用することを推奨してい
る。
上記の従来の方法で使用される触媒系で得られる選択性
は依然として改善されなければならないことが判明して
いる。本発明が提案しようとするのはこの改善法であ
る。
発明は、極性プロトン溶剤及び極性非プロトン溶剤から
選択される溶剤中において反応媒体に溶解させた触媒の
存在下に酸素又は酸素含有ガスを使用してシクロアルカ
ンを液相で酸化してカルボン酸にする方法において、触
媒が少なくとも1種の可溶性コバルト化合物及び可溶性
クロム化合物を含むことを特徴とするシクロアルカンの
酸化法よりなるものである。
して使用されるシクロアルカンは、より具体的に言え
ば、3〜20個の炭素原子を含有するシクロアルカンで
ある。
炭素原子を有するものが特に最も重要なものである。と
いうのは、それらの酸化はジカルボン酸をもたらしそし
てより少割合で中間体シクロアルカノール及びシクロア
ルカノンをもたらすからである。
ンであり、その酸化は、ポリアミド6−6のベース化合
物のうちの1つであるアジピン酸をもたらす。
又はケトン特に5〜12個の炭素原子を含有するシクロ
アルカノール及びシクロヘキサノンを酸化してその対応
するジカルボン酸を製造するのにも応用することができ
る。以下の記載では、本発明の方法は、特にシクロアル
カンの酸化に関して、より特にはシクロヘキサンの酸化
に関して説明されている。
ム化合物を含む触媒は、シクロヘキサンの酸化を実施す
るときにアジピン酸を良好な選択率で直接製造するのを
可能にする。この能力は極めて有益であることが明らか
である。
種のコバルト化合物であって、例えば、限定するもので
はないが、塩化コバルト、臭化コバルト、硝酸コバル
ト、酢酸コバルト四水和物、プロピオン酸コバルト、ア
ジピン酸コバルト、グルタル酸コバルト、コハク酸コバ
ルトのようなカルボン酸コバルト、並びにコバルトアセ
チルアセトネートのようなコバルトキレートから選択さ
れるコバルト化合物を含む。
とも1種のクロム化合物であって、例えば、限定するも
のではないが、塩化クロム、臭化クロム、硝酸クロム、
酢酸クロム、プロピオン酸クロム、アジピン酸クロム、
グルタル酸クロム、コハク酸クロムのようなカルボン酸
クロム、並びにクロムアセチルアセトネートのようなク
ロムキレートから選択されるクロム化合物を含む。
モル比は広い範囲内で変動することができる。かくし
て、0.001〜100そして好ましくは0.01〜1
0のCr/Coモル比を使用することが可能である。
を反応媒体中に導入することによって現場で調製される
ことができる。また、それは、所望のCr/Coモル比
を得るのに要求される割合でかかる化合物を混合するこ
とによって使用時点で調製することもできる。この混合
は、溶剤好ましくは酸化反応で使用される溶剤中で実施
されるのがより好都合である。
反応媒体に可溶性の少なくとも1種のジルコニウム及び
/又はハフニウム化合物を含むことができる。これらの
例として、ジルコニウム及びハフニウム化合物は、限定
するものではないが、四塩化ジルコニウム、臭化ジルコ
ニウム、硝酸ジルコニウム、酢酸ジルコニウム、プロピ
オン酸ジルコニウム、アジピン酸ジルコニウム、グルタ
ル酸ジルコニウム、コハク酸ジルコニウムのようなカル
ボン酸ジルコニウム、ジルコニウムアセチルアセトネー
トのようなジルコニウムキレート、塩化ハフニウム、臭
化ハフニウム、酢酸ハフニウム、プロピオン酸ハフニウ
ム、アジピン酸ハフニウム、グルタル酸ハフニウム、コ
ハク酸ハフニウムのようなカルボン酸ハフニウム、並び
にハフニウムアセチルアセトネートのようなハフニウム
キレートから選択されることができる。
ムとコバルトとの間のモル比は0〜10そして好ましく
は0.001〜5である。
素状クロムの重量百分率として表わした触媒の量は一般
には0.001〜5%そして好ましくは0.01〜2%
であるが、これらの値は厳密なものではない。しかしな
がら、それは、十分な活性を有し同時に過剰量の触媒
(これは、最終反応混合物から分離して再循環させる必
要がある)を使用しないように決定されるべきである。
用することも有益である。この開始剤は、例えばシクロ
ヘキシルヒドロペルオキシド又はt−ブチルヒドロペル
オキシドのようなヒドロペルオキシドである場合が多
い。また、これらは、例えばシクロヘキサンの酸化間に
形成される化合物のうちの1つであるシクロヘキサノ
ン、又はアセトアルデヒドのようなケトン又はアルデヒ
ドである。一般には、開始剤は、使用する反応混合物の
重量に対して0.01〜20重量%であるが、これらの
割合は厳密な値ではない。開始剤は、酸化の開始間にそ
してシクロヘキサンの酸化を120℃よりも低い温度で
実施するときに特に有用である。それは、反応の開始か
ら導入されることができる。
ことによって製造しようとするカルボン酸に対する少な
くとも部分溶剤である溶剤を含有する。この溶剤は性状
において広範囲に変動することができるが、但し、それ
は反応条件下に実質上酸化性でないものとする。それ
は、極性プロトン溶剤及び極性非プロトン溶剤から選択
されることができる。極性プロトン溶剤として、第一又
は第二水素原子だけを有するカルボン酸、特に2〜9個
の炭素原子を含有する脂肪酸、トリフルオル酢酸のよう
なペルフルオルアルキルカルボン酸、t−アルコールの
ようなアルコール、ジクロルメタンのようなハロゲン化
炭化水素、並びにアセトンのようなケトンを挙げること
ができる。極性非プロトン溶剤としては、例えば、カル
ボン酸特に2〜9個の炭素原子を含有する脂肪族カルボ
ン酸又はペルフルオルアルキルカルボン酸の低級アルキ
ルエステル(=1〜4個の炭素原子を有するアルキル
基)、テトラメチレンスルホン(又はスルホラン)又は
アセトニトリルを挙げることができる。
しては、酢酸を使用するのが好ましい。溶剤として使用
されるカルボン酸から誘導される化合物の形態にあるコ
バルト成分及びクロム成分を有する触媒を使用するのが
好都合であるが、但し、該化合物は反応媒体に可溶性で
あるものとする。かくして、特にこの理由のために、酢
酸コバルト及び酢酸クロムを使用するのが好ましい。
〜99重量%好ましくは10〜90重量%そしてより好
ましくは20〜80重量%を占める。
入される水の存在下に実施されることもできる。
用する出発物質に依存して変動することができる。それ
は、一般には50〜200℃そして好ましくは80〜1
40℃の間である。
はない。それは、大気圧以下、それと同等又はそれ以上
であってよい。一般には、それは、0.1MPa(1バ
ール)〜20MPa(200バール)の間であるが、こ
れらの値は絶対的に厳密なももではない。
空気、又は不活性ガスで希釈した酸素を使用することが
できる。
ある。
ー、及びガスを導入して圧力を調節するための手段を備
えた125mlのチタンオートクレーブに、次の反応
体、 ・21.25g(253ミリモル)のシクロヘキサン、 ・27.35gの酢酸、 ・0.26g(2.65ミリモル)のシクロヘキサノ
ン、 ・0.32g(1.29ミリモルのCo)の酢酸コバル
ト四水和物、 ・0.0331g(0.1445ミリモルのCr)の酢
酸クロム、 を装入する。
分で撹拌し、空気圧(20℃で100バール)を発生さ
せ、そして反応器を加熱する。全体の温度は10分で1
05℃に達し、この温度を更に50分間維持する。
加によって均質化された2つの液相よりなる。
トグラフィーによって分析する。
ール選択率(CS):6.2% ・変換されたシクロヘキサンを基にしたシクロヘキサノ
ン選択率(CS):11.9% ・変換されたシクロヘキサンを基にしたアジピン酸選択
率(CS):67.3% ・変換されたシクロヘキサンを基にしたアジピン酸+シ
クロヘキサノン+シクロヘキサノール選択率(CS):
85.4% ・形成したジ酸(アジピン酸、グルタル酸及びコハク
酸)の合計に対するアジピン酸のモル比:85.3% ・他の化合物(ブチロラクトン、バレロラクトン、ヒド
ロキシアジピン酸、ヒドロキシカプロン酸)の選択率
(CS):3.0%
しかしいかなるクロム化合物も装入せず、そして酢酸コ
バルト四水和物の使用量を例1における酢酸クロムのモ
ル量に等しい量まで増加させる。
ールCS:14.7% ・変換されたシクロヘキサンを基にしたシクロヘキサノ
ンCS:8.1% ・変換されたシクロヘキサンを基にしたアジピン酸C
S:54.7% ・変換されたシクロヘキサンを基にしたアジピン酸+シ
クロヘキサノン+シクロヘキサノールCS:77.5% ・形成したジ酸の合計に対するアジピン酸のモル比:8
2.6% ・他の化合物のCS:10.9%
るが、しかし一層多量の酢酸コバルト四水和物(1.4
5g)を使用する。
ールCS:9.5% ・変換されたシクロヘキサンを基にしたシクロヘキサノ
ンCS:8.5% ・変換されたシクロヘキサンを基にしたアジピン酸C
S:56.7% ・変換されたシクロヘキサンを基にしたアジピン酸+シ
クロヘキサノン+シクロヘキサノールCS:74.7% ・形成したジ酸の合計に対するアジピン酸のモル比:8
1.2% ・他の化合物のCS:12.2%
しかし酢酸クロムを同じモル量の酢酸鉄によって置き換
える。
ールCS:9.3% ・変換されたシクロヘキサンを基にしたシクロヘキサノ
ンCS:7.3% ・変換されたシクロヘキサンを基にしたアジピン酸C
S:58.9% ・変換されたシクロヘキサンを基にしたアジピン酸+シ
クロヘキサノン+シクロヘキサノールCS:75.5% ・形成したジ酸の合計に対するアジピン酸のモル比:8
1.0% ・他の化合物のCS:10.7%
しかし酢酸クロムを同じモル量の酢酸マンガンによって
置き換える。
ールCS:17.3% ・変換されたシクロヘキサンを基にしたシクロヘキサノ
ンCS:8.1% ・変換されたシクロヘキサンを基にしたアジピン酸C
S:54.2% ・変換されたシクロヘキサンを基にしたアジピン酸+シ
クロヘキサノン+シクロヘキサノールCS:79.4% ・形成したジ酸の合計に対するアジピン酸のモル比:8
3.4% ・他の化合物のCS:9.8%
ン、 ・1.72g(6.88ミリモルのCo)の酢酸コバル
ト四水和物、 ・0.194g(1.11ミリモルのFe)の酢酸鉄、 を装入する。
回転/分で撹拌し、空気圧(20℃で100バール)を
発生させ、そして反応器を加熱する。全体の温度は10
分で105℃に達し、この温度を更に50分間維持す
る。
ロヘキサンを加える。反応器を閉じた後、空気100バ
ールの圧力を設定し、そして1000回転/分で撹拌し
ながら反応器を105℃に加熱する。
ながら混合物を105℃で1時間反応させる。
混合物は、酢酸の添加によって均質化された2つの液相
よりなる。
トグラフィーによって分析する。
ールCS:9.6% ・変換されたシクロヘキサンを基にしたシクロヘキサノ
ンCS:0% ・変換されたシクロヘキサンを基にしたアジピン酸C
S:66.8% ・変換されたシクロヘキサンを基にしたアジピン酸+シ
クロヘキサノン+シクロヘキサノールCS:76.4% ・形成したジ酸の合計に対するアジピン酸のモル比:8
1.1% ・他の化合物のCS:8.2%
て同じ反応体を使用して反復するが、しかし反応時間を
115分にする。
ールCS:4.3% ・変換されたシクロヘキサンを基にしたシクロヘキサノ
ンCS:0% ・変換されたシクロヘキサンを基にしたアジピン酸C
S:75.2% ・変換されたシクロヘキサンを基にしたアジピン酸+シ
クロヘキサノン+シクロヘキサノールCS:79.5% ・形成したジ酸の合計に対するアジピン酸のモル比:8
3% ・他の化合物のCS:5.0%
使用して反復するが、しかし0.0049g(0.01
ミリモルのZr)のジルコニウムアセチルアセトネート
を加えそして反応時間を35分にする。
ールCS:4.8% ・変換されたシクロヘキサンを基にしたシクロヘキサノ
ンCS:10.0% ・変換されたシクロヘキサンを基にしたアジピン酸C
S:67.1% ・変換されたシクロヘキサンを基にしたアジピン酸+シ
クロヘキサノン+シクロヘキサノールCS:81.9% ・形成したジ酸の合計に対するアジピン酸のモル比:8
4.5% ・他の化合物のCS:5.8%
しかし0.0672g(0.29ミリモルのCr)の酢
酸クロムを使用しそして反応時間を115分にする。
ールCS:4.5% ・変換されたシクロヘキサンを基にしたシクロヘキサノ
ンCS:3.5% ・変換されたシクロヘキサンを基にしたアジピン酸C
S:72.9% ・変換されたシクロヘキサンを基にしたアジピン酸+シ
クロヘキサノン+シクロヘキサノールCS:80.8% ・形成したジ酸の合計に対するアジピン酸のモル比:8
4.7% ・他の化合物のCS:6.0%
しかし0.0033g(0.0145ミリモルのCr)
の酢酸クロムを使用しそして反応時間を60分にする。
ールCS:7.6% ・変換されたシクロヘキサンを基にしたシクロヘキサノ
ンCS:14.7% ・変換されたシクロヘキサンを基にしたアジピン酸C
S:59.4% ・変換されたシクロヘキサンを基にしたアジピン酸+シ
クロヘキサノン+シクロヘキサノールCS:81.7% ・形成したジ酸の合計に対するアジピン酸のモル比:8
3.7% ・他の化合物のCS:6.5%
Claims (9)
- 【請求項1】 極性プロトン溶剤及び極性非プロトン溶
剤から選択される溶剤中において反応媒体に溶解させた
触媒の存在下に酸素又は酸素含有ガスを使用して5〜1
2個の炭素原子を含有する環を有するシクロアルカンを
液相で酸化してカルボン酸にする方法において、触媒が
少なくとも1種の可溶性コバルト及び可溶性クロム化合
物を含むことを特徴とするシクロアルカンの酸化法。 - 【請求項2】 出発物質として使用されるシクロアルカ
ンがシクロヘキサンであることを特徴とする請求項1記
載の方法。 - 【請求項3】 触媒が、塩化コバルト、臭化コバルト、
硝酸コバルト、酢酸コバルト四水和物、プロピオン酸コ
バルト、アジピン酸コバルト、グルタル酸コバルト、コ
ハク酸コバルトのようなカルボン酸コバルト、並びにコ
バルトアセチルアセトネートのようなコバルトキレート
から選択される反応媒体に可溶性の少なくとも1種のコ
バルト化合物を含むことを特徴とする請求項1又は2記
載の方法。 - 【請求項4】 触媒が、塩化クロム、臭化クロム、硝酸
クロム、酢酸クロム、プロピオン酸クロム、アジピン酸
クロム、グルタル酸クロム、コハク酸クロムのようなカ
ルボン酸クロム、並びにクロムアセチルアセトネートの
ようなクロムキレートから選択される反応媒体に可溶性
の少なくとも1種のクロム化合物を含むことを特徴とす
る請求項1〜3のいずれか一項記載の方法。 - 【請求項5】 触媒中におけるクロムとコバルトとの間
のモル比が0.001〜100であることを特徴とする
請求項1〜4のいずれか一項記載の方法。 - 【請求項6】 触媒が、四塩化ジルコニウム、臭化ジル
コニウム、硝酸ジルコニウム、酢酸ジルコニウム、プロ
ピオン酸ジルコニウム、アジピン酸ジルコニウム、グル
タル酸ジルコニウム、コハク酸ジルコニウムのようなカ
ルボン酸ジルコニウム、ジルコニウムアセチルアセトネ
ートのようなジルコニウムキレート、塩化ハフニウム、
臭化ハフニウム、硝酸ハフニウム、酢酸ハフニウム、プ
ロピオン酸ハフニウム、アジピン酸ハフニウム、グルタ
ル酸ハフニウム、コハク酸ハフニウムのようなカルボン
酸ハフニウム、並びにハフニウムアセチルアセトネート
のようなハフニウムキレートから選択される反応媒体中
に可溶性の少なくとも1種のジルコニウム及び/又はハ
フニウム化合物も含むことを特徴とする請求項1〜5の
いずれか一項記載の方法。 - 【請求項7】 触媒中におけるジルコニウム及び/又は
ハフニウムとコバルトとの間のモル比が0〜10である
ことを特徴とする請求項6記載の方法。 - 【請求項8】 反応混合物に対する元素状コバルト及び
元素状クロムの重量百分率として表わした触媒の量が
0.001〜5%であることを特徴とする請求項1〜7
のいずれか一項記載の方法。 - 【請求項9】 液体反応媒体が、2〜9個の炭素原子を
含有する脂肪族カルボン酸、ペルフルオルアルキルカル
ボン酸、アルコール、ハロゲン化炭化水素、ケトン、2
〜9個の炭素原子を含有する脂肪族カルボン酸又はペル
フルオルアルキルカルボン酸の低級アルキルエステル、
テトラメチレンスルホン(又はスルホラン)及びアセト
ニトリルから選択される溶剤を含有することを特徴とす
る請求項1〜8のいずれか一項記載の方法。
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