JP3093814B2 - ナフタレンジカルボン酸の製造方法 - Google Patents

ナフタレンジカルボン酸の製造方法

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JP3093814B2 JP03105820A JP10582091A JP3093814B2 JP 3093814 B2 JP3093814 B2 JP 3093814B2 JP 03105820 A JP03105820 A JP 03105820A JP 10582091 A JP10582091 A JP 10582091A JP 3093814 B2 JP3093814 B2 JP 3093814B2
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賢治 岡本
幸次 富田
侃 山田
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はナフタレンカルボン酸
の製造方法に関し、詳しくはアルキルナフタレン類を
酸化してナフタレンカルボン酸を製造するにあたり、
特定の触媒の存在下で酸化して、さらに特定の助触媒を
添加して、触媒と助触媒の存在下で酸化を行うことによ
り、副生成物の生成を抑制し、高収率で効率良くナフタ
レンカルボン酸を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ナフタ
レンカルボン酸は、染料,有機顔料等をはじめとする各
種の有機化合物の合成原料として、またポリエステル,
ポリアミド等の成型素材の中間原料として幅広く利用さ
れている。特にナフタレンジカルボン酸は、優れた物性
を有するエンジニアリングプラスチックスであるポリエ
チレンナフタレートの原料として、近年極めて有用であ
る。
【0003】従来、ナフタレンカルボン酸の製造方法
としては、アルキルナフタレンおよび/あるいはその
酸化中間体をコバルトおよびマンガンを含有する触媒と
臭素を含有する助触媒の存在下に、脂肪族カルボン酸等
を溶媒として分子状酸素により酸化する方法が知られて
いる。しかし、この方法ではナフタレン核の開裂等によ
る副生成物が多量に生成し、目的とするナフタレン
ルボン酸の収率が低いものであった。
【0004】そこで収率を向上させる方法として、酸化
反応における溶媒として通常使用されている脂肪族カル
ボン酸とともにベンゼンを使用する方法(特開平2─1
64844号公報)、溶媒として通常使用されている脂
肪族カルボン酸とともにベンゼン誘導体を使用する方法
(特開昭62─255448号公報)が提案されてい
る。これらの方法は、比較的高収率でナフタレンカル
ボン酸を製造することができるものの、いずれも混合溶
媒を用いるため複雑な製造装置が必要となり、大規模な
ナフタレンカルボン酸の製造方法としては実用的でな
く、経済性が低いものである。このように、未だ充分満
足できるナフタレンカルボン酸の製造方法は開発され
ていないのが現状である。
【0005】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは上
記の問題点を解消し、ナフタレン核の開裂を抑制し、副
生成物の生成を抑え、簡易な装置にて、高収率でナフタ
レンカルボン酸を製造する方法を開発すべく鋭意研究
を重ねた。その結果、従来用いられている触媒および助
触媒を使用して、まず触媒のみの存在下で酸化反応を行
い、次いで助触媒を反応系に添加して触媒と助触媒の存
在下で酸化反応を更に行うことにより、目的を達成でき
ることを見出した。本発明はかかる知見に基いて完成し
たものである。
【0006】すなわち本発明は、ジアルキルナフタレン
および/またはその酸化中間体を、溶媒中、コバルトお
よびマンガンを含有する触媒と臭素を含有する助触媒の
存在下に、分子状酸素により酸化してナフタレンジカル
ボン酸を製造するにあたり、コバルトおよびマンガンの
酢酸塩, プロピオン酸塩, 酸化物,水酸化物及び炭酸塩
から選ばれるコバルトおよびマンガンを含有する触媒の
存在下に酸化反応を行い、次いでコバルトおよびマンガ
ンの臭化物を除く臭素を含有する助触媒を反応系に添加
してさらに酸化反応を行うことを特徴とするナフタレン
ジカルボン酸の製造方法を提供するものである。
【0007】本発明の製造方法において、原料である
アルキルナフタレンおよび/またはその酸化中間体とし
ては、従来ナフタレンカルボン酸の原料として使用さ
れている種々のものを使用でき、目的とするナフタレン
カルボン酸により、適宜選定することができる。具体
的には、ジアルキルナフタレンとしては、一般式(I)
【0008】
【化3】
【0009】〔式中、Rは炭素数1〜3のアルキル基を
示す。Rは各々同じでも異なっていてもよい。〕で表さ
れる化合物がある。ここで、炭素数1〜3のアルキル基
とは具体的には、メチル基,エチル基,プロピル基等で
ある。このような化合物としては、例えば2,6─ジプ
ロピルナフタレン;2,3─ジプロピルナフタレン;
2,3─ジメチルナフタレン;2,6─ジメチルナフタ
レン;2,6−ジエチルナフタレン等が挙げられる。
【0010】さらに、アルキルナフタレンの酸化中間
体とは、上記のアルキルナフタレンのアルキル基がす
べてカルボキシル基にまで酸化されていないナフタレン
化合物であり、例えばアシルナフタレン類,アルキルア
シルナフタレン類あるいはアシルアセナフテン類等が挙
げられる。具体的には、ナフタレン核に
【0011】
【化4】
【0012】等の置換基を有する化合物である。例え
ば、式
【0013】
【化5】
【0014】で表される化合物が挙げられる。本発明に
おいて、原料としてはアルキルナフタレン,その酸化
中間体あるいはこれらの混合物であってもよい。
【0015】本発明の方法では、酸化反応の触媒とし
て、コバルトおよびマンガンの酢酸塩, プロピオン酸
塩, 酸化物,水酸化物及び炭酸塩から選ばれるコバルト
およびマンガンを含有する触媒を用いる。すなわちこの
触媒は、コバルトおよびマンガンが、それらの酢酸塩,
プロピオン酸塩, 酸化物,水酸化物,炭酸塩等の形態
で、触媒成分として含有されているものであればよい
が、特に酢酸,プロピオン酸が好適である。ここで
コバルトを含有する成分としては、具体的に酢酸コバル
ト,プロピオン酸コバルト,水酸化コバルト,酸化コバ
ルト等が挙げられ、特に酢酸コバルトが好ましい。ま
た、マンガンを含有する成分としては、具体的に酢酸マ
ンガン,プロピオン酸マンガン,水酸化マンガン,酸化
マンガン等が挙げられ、特に酢酸マンガンが好ましい。
【0016】本発明において、使用する触媒のコバルト
を含有する成分とマンガンを含有する成分の混合割合
は、特に制限はないが、含有するコバルトとマンガンの
モル比が、コバルト/マンガン=0.4〜0.6の範囲にあ
ることが好適である。混合割合がこの範囲外にあると、
副生成物が増加する傾向があり好ましくない。
【0017】また、触媒の使用量は、特に制限はない
が、原料に対して触媒に含有されるコバルトおよびマン
ガンの合計量(モル比)が0.5〜7.0、好ましくは2.0
〜5.0の範囲で選定すべきである。ここで、触媒の使用
量が少なすぎると、反応が速やかに進行せず、また多す
ぎても、使用量に相当する活性の向上は見られず、経済
性が低下する。
【0018】さらに、本発明で使用される助触媒は、
バルトおよびマンガンの臭化物を除く臭素を含有する触
媒である。このような助触媒は、臭素を含有するもので
あればいかなる形態であってもよく、酸化反応系中で臭
素イオンを発生するものであればよい。具体的には、臭
素,臭化水素,臭化メチル,臭化アンモニウム,臭化ナ
トリウム,臭化カリウム等が挙げられ、特に臭化アンモ
ニウムが好ましい。
【0019】助触媒の使用量は、特に制限はないが、通
常は原料に対して助触媒に含有される臭素原子のモル比
を0.01〜0.2、好ましくは0.05〜0.1となるように
選定すべきである。ここで、助触媒の使用量が少なすぎ
ると反応が速やかに進行せず、また多すぎると副生成物
量が増加するという問題がある。
【0020】本発明における反応溶媒としては、酸化反
応を速やかに進行できるものであれば、特に制限はない
が、従来使用されている脂肪族カルボン酸、具体的には
酢酸,プロピオン酸,シュウ酸等が挙げられる。また、
芳香族化合物、具体的にはクロロベンゼン,ブロモベン
ゼン,ニトリルベンゼン,ニトロベンゼン等を上記脂肪
族カルボン酸と混合して使用してもよい。これらの溶媒
のうち、特に酢酸が好適に使用される。
【0021】溶媒あるいは原料の使用量については、特
に制限はないが、反応系の原料濃度が10重量%を超え
るとナフタレン環による酸化抑制効果により、酸化反応
が阻害される可能性が大きいため、反応系の原料濃度が
10重量%以下になる量を目安として選定すべきであ
る。
【0022】本発明の方法では、上述した原料であるジ
アルキルナフタレンおよび/またはその酸化中間体を含
む溶媒中に、まずコバルトおよびマンガンの酢酸塩, プ
ロピオン酸塩, 酸化物,水酸化物及び炭酸塩から選ばれ
るコバルトおよびマンガンを含有する触媒を所望量添加
すると共に、分子状酸素を導入して酸化反応を行う。こ
の酸化反応の初期の段階では、助触媒を添加することな
く、上記触媒のみを加えることが必要である。ここで、
分子状酸素としては、純酸素の他、酸素を他の不活性ガ
スで希釈した混合ガス、例えば空気を用いることができ
る。
【0023】本発明の酸化反応の反応条件は、原料,溶
媒,触媒等の種類により適宜選定されるが、通常、反応
温度120〜230℃、好ましくは150〜170℃、
液相の反応圧力5〜50kg/cm2G、好ましくは10〜3
0kg/cm2Gである。反応温度が120℃未満であると反
応が充分に進行せず、230℃を超えると副生成物の生
成量が増加し、また溶媒の劣化が起こり好ましくない。
酸素の供給量は、酸化を進行させるに充分な量であれば
よく、状況に応じて適宜選定すればよい。
【0024】本発明では、上述した初期の酸化反応を行
った後、続いて反応系に上記の臭素を含有する助触媒を
添加し、触媒と助触媒の共存下に、さらに酸化反応を進
行させることに特徴がある。ここで、助触媒を添加する
時期は、反応条件,使用する原料の種類,その他により
異なり一義的に定めることはできないが、通常はコバル
トおよびマンガンを含有する触媒の存在下での酸化反応
(すなわち初期の酸化反応)において、原料のアルキル
基等が40〜60%程度カルボキシル基に酸化された後
が好適である。酸化反応が充分に進行する前に助触媒を
添加すると、副生成物が増加し、ナフタレンカルボン
酸の収率が低下して好ましくない。なお、助触媒の添加
の時期は、反応液を抜取り分析することにより決定する
ことができる。
【0025】助触媒の添加方法は特に制限はなく、助触
媒を直接添加してもよいが、助触媒成分の水溶液として
添加することが特に好ましい。水溶液として添加する場
合の濃度は5〜10重量%が好適である。本発明の方法
では、助触媒の添加後、さらに上記の酸化反応と同様の
条件で酸化反応を行えばよい。
【0026】本発明において、反応時間は原料,反応条
件等により異なるが、通常酸化反応を開始してから、1
〜10時間、好ましくは3〜4時間である。1時間未満
では、反応が充分に進行せず、未反応原料が多く存在
し、また10時間を越えて反応を行っても収率の向上が
ほとんど見られない。
【0027】この酸化反応により所望するナフタレン
カルボン酸が得られる。ここで、原料としてジアルキル
ナフタレンおよび/あるいはその酸化中間体を使用する
と、一般式
【0028】
【化6】
【0029】で表されるナフタレンジカルボン酸が得ら
れる。なお、本発明の方法はバッチ式,連続式等のいず
れの反応型式にも適用できるものである。
【0030】
【実施例】次に、本発明を実施例および比較例によりさ
らに詳しく説明する。 実施例1 1リットル容のチタン内張りオートクレーブに、2,6
─ジイソプロピルナフタレン10g,酢酸390g,酢
酸コバルト・4水塩17.4gおよび酢酸マンガン・4水
塩34.2gを仕込み、反応温度160℃,圧力20kg/
cm2Gに保ち、激しく攪拌しながら、空気を毎時78リッ
トル(標準状態換算)の速度で流して反応を開始した。
2時間後に、臭化アンモニウム0.46gおよび水10g
からなる水溶液を、空気を導入している入口から空気と
同時に反応液中に添加して、さらに2時間反応を行っ
た。反応後、反応物を分析した結果、2,6─ナフタレ
ンジカルボン酸の収率は、75%であった。
【0031】実施例2 実施例1において、臭化アンモニウムの使用量を0.9g
としたこと以外は、実施例1と同様に反応を行った。
2,6─ナフタレンジカルボン酸の収率は、68%であ
った。
【0032】実施例3 実施例1において、酢酸コバルト・4水塩7.9gおよび
酢酸マンガン・4水塩15.4gとしたこと以外は、実施
例1と同様に反応を行った。2,6─ナフタレンジカル
ボン酸の収率は、73%であった。
【0033】比較例1 1リットル容のチタン内張りオートクレーブに、2,6
─ジイソプロピルナフタレン10g,酢酸390g,酢
酸コバルト・4水塩17.4g,酢酸マンガン・4水塩3
4.2gおよび臭化アンモニウム0.46gを同時に仕込
み、反応温度160℃,圧力20kg/cm2Gに保ち、激し
く攪拌しながら、空気を毎時78リットル(標準状態換
算)の速度で流して反応を開始した。4時間反応を行っ
た後に反応物の分析を行った結果、2,6─ナフタレン
ジカルボン酸の収率は、46%であった。
【0034】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来の
触媒,助触媒,原料等を使用して、助触媒を酸化反応の
途中に添加するという簡易な工程で、従来多く生成した
ナフタレン核の開裂等による副生成物を低減でき、ナフ
タレンカルボン酸を高い収率で製造できる。したがっ
て、本発明の方法は、種々の合成原料として極めて有用
であるナフタレンカルボン酸の効率良い製造方法とし
て、工業的に有利に利用されるものである。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−93254(JP,A) 特開 昭60−89445(JP,A) 特開 昭48−34153(JP,A) 特開 平2−36146(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C07C 51/265 C07C 63/36 C07C 63/38 B01J 27/08 B01J 31/04 C07B 61/00 300 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式(I) 【化1】 〔式中、Rは炭素数1〜3のアルキル基を示す。Rは各
    々同じでも異なっていてもよい。〕で表されるジアルキ
    ルナフタレンおよび/またはその酸化中間体を、溶媒中
    にて、コバルトおよびマンガンを含有する触媒と臭素を
    含有する助触媒の存在下に分子状酸素により酸化して一
    般式(II) 【化2】 で表されるナフタレンジカルボン酸を製造するにあた
    り、コバルトおよびマンガンの酢酸塩, プロピオン酸
    塩, 酸化物,水酸化物及び炭酸塩から選ばれるコバルト
    及びマンガンを含有する触媒の存在下に酸化反応を行
    い、次いでコバルトおよびマンガンの臭化物を除く臭素
    を含有する助触媒を反応系に添加してさらに酸化反応を
    行うことを特徴とするナフタレンジカルボン酸の製造方
    法。
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