JP3116747B2 - 芳香族カルボン酸類の製造方法 - Google Patents

芳香族カルボン酸類の製造方法

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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、芳香族カルボン酸類の
製造方法に関し、詳しくは芳香族塩素化合物に一酸化炭
素と水を反応させることによる芳香族カルボン酸類の製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】芳香族
カルボン酸類は、医薬、農薬等の原料として有用であ
り、塩基の共存下にパラジウム−ホスフィン系触媒を用
いて、芳香族塩素化合物に一酸化炭素と水を反応させて
製造することも良く知られている。
【0003】例えば、塩基として、炭酸ナトリウム、炭
酸カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の無
機塩基又はトリエチルアミン、ピリジン、N-メチルピロ
リジン、N-メチルモルホリン等の有機塩基を用いる方法
(特開昭64−47号公報)、水酸化カリウムを用いる
方法(J.Chem.Soc.,Chem.Commun., 611(1992) 、酢酸ソ
ーダを用いる方法(J.Am.Chem.Soc.,111 ,8742(1989))等
が知られている。
【0004】しかしながら、これらの方法は触媒活性が
充分ではなく、触媒当たりの芳香族カルボン酸類の生成
量が低いという工業上の難点があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、かかる難
点を解消すべく触媒系について鋭意検討を重ねた結果、
塩基として、アルカリ金属の炭酸塩類と特定のアミン類
とを併用すれば、触媒活性が向上して、触媒当たりの芳
香族カルボン酸類の生成量が著しく向上することを見出
すとともに、さらに種々の検討を加え本発明を完成し
た。
【0006】すなわち本発明は、塩基の共存下にパラジ
ウム−ホスフィン系触媒を用いて、芳香族塩素化合物に
一酸化炭素と水を反応させて芳香族カルボン酸類を製造
するに当たり、塩基としてアルカリ金属の炭酸塩類と3
級アミン類及び/又は4級アンモニウム塩類を用いるこ
とを特徴とする工業的に優れた芳香族カルボン酸類の製
造方法を提供するものである。
【0007】以下、本発明を詳細に説明する。本発明で
使用される芳香族塩素化合物としては、芳香環に少なく
とも1個の塩素原子が置換していれば良く、塩素原子の
他に例えばアルキル基、ハロアルキル基、アルコキシ
基、フェノキシ基、アシル基等が置換していても良い。
アルキル基としては、例えばメチル、エチル、プロピ
ル、ブチル、ペンチル、シクロペンチル、ヘキシル、シ
クロヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル等
の炭素数1〜10のアルキル基が挙げられる。
【0008】またハロアルキル基としては、例えばトリ
フルオロメチル、2-クロロエチル等のハロアルキル基が
挙げられる。アルコキシ基としては、例えばメトキシ、
エトキシ、ブトキシ、ペントキシ、シクロペンチルオキ
シ、ヘキシルオキシ、シクロヘキシルオキシ、ヘプチル
オキシ、オクチルオキシ、ノニルオキシ、デシルオキシ
等の炭素数1〜10のアルコキシ基が挙げられる。
【0009】またアシル基としては、例えばアセチル、
プロピオニル、ベンゾイル、トルイル等の全炭素数が1
〜10のアシル基が挙げられる。
【0010】より具体的な化合物としては、例えばクロ
ロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、
テトラクロロベンゼン、ペンタクロロベンゼン、ヘキサ
クロロベンゼン、クロロフルオルベンゼン、クロロジフ
ルオルベンゼン、ジクロロフルオルベンゼン、クロロベ
ンゾトリフルオライド、クロルトルエン、ジクロルトル
エン、エチルクロロベンゼン、クロロキシレン、ジクロ
ロキシレン、クロロアニソール、ジクロロアニソール、
クロロジフェニルエーテル、クロロジメトキシベンゼ
ン、クロロ-1,2- メチレンジオキシベンゼン、クロロア
セトフェノン、クロロベンゾフェノン、クロロナフタレ
ン、クロロアントラキノン等が挙げられる。
【0011】本発明は、パラジウム−ホスフィン系触媒
を用いて、上記のような芳香族塩素化合物に一酸化炭素
と水を反応させて芳香族カルボン酸類を製造するに当た
り、塩基としてアルカリ金属の炭酸塩類と3級アミン類
及び/又は4級アンモニウム塩類を共存させることを特
徴とするものであるが、アルカリ金属の炭酸塩類として
は、例えばナトリウム、カリウム等の炭酸塩、炭酸水素
塩などが挙げられる。アルカリ金属の炭酸塩類は、芳香
族塩素化合物に対して、通常0.1 〜1モル倍、好ましく
は0.3 〜0.5 モル倍使用される。通常は20〜40%程度の
水溶液として使用される。
【0012】また3級アミン類としては、例えばトリメ
チルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン等
の炭素数1〜6のトリアルキルアミン、N,N'- ジメチル
ピペラジン、N,N'- ジエチルピペラジン、4-ジメチルア
ミノピリジン、1,8-ジアザビシクロ[5,4,0]-7-ウンデセ
ン(DBU) 、N-メチルピロリジン、N-メチルモルホリン、
トリエチレンジアミン、N-メチルイミダゾール、N-エチ
ルイミダゾール等の複素環アミンなどが挙げられる。
【0013】また4級アンモニウム塩類としては、例え
ばテトラエチルアンモニウムクロライド、テトラメチル
アンモニウムブロマイド、テトラブチルアンモニウムブ
ロマイド、ベンジルトリメチルアンモニウムクロライ
ド、フェニルトリメチルアンモニウムクロライド等が挙
げられる。
【0014】3級アミン類、4級アンモニウム塩類は、
芳香族塩素化合物に対して、通常0.001 〜0.1 モル倍、
好ましくは0.01〜0.05モル倍使用される。
【0015】また本発明で使用されるパラジウム−ホス
フィン系触媒は、パラジウム化合物とホスフィン類から
なるものであり、かかるパラジウム化合物としては、例
えば塩化パラジウム、酢酸パラジウム(Pd(AcO)2)、パラ
ジウムアセチルアセトナート(Pd(acac)2) 等が挙げられ
る。その使用量は、芳香族塩素化合物に対して、通常0.
00001 〜0.1 モル倍、好ましくは0.0001〜0.005 モル倍
使用される。
【0016】ホスフィン類としては、例えばトリシクロ
ヘキシルホスフィン(PCy 3 )、ジシクロヘキシルホスフィ
ノエタン、ジシクロヘキシルホスフィノプロパン等のシ
クロヘキシル基を有するホスフィン類が挙げられる。ホ
スフィン類の使用量は、芳香族塩素化合物に対して、通
常0.00001 〜0.2 モル倍、好ましくは0.0001〜0.01モル
倍使用される。
【0017】本発明においては、無溶媒下、溶媒下いず
れでも実施し得る。溶媒としては、反応を阻害しないも
のであれば良く、例えばベンゼン、トルエン、キシレン
等の芳香族系炭化水素、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘ
キサン等の脂肪族系炭化水素、ジエチルエーテル、ジオ
キサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類などが挙げ
られる。溶媒を用いる場合、その量は芳香族塩素化合物
に対して、通常1〜5重量倍程度である。
【0018】水は、芳香族塩素化合物に対して、通常0.
2 〜10モル倍、好ましくは3〜5モル倍使用される。ま
た水の代わりにあるいは水とともに、アルコール類もし
くは一級アミン類、二級アミン類を存在させることによ
り、対応する芳香族カルボン酸エステル類、芳香属カル
ボン酸アミド類も製造し得る。ここで、アルコール類と
しては、例えばメタノール、エタノール、プロパノー
ル、ブタノール、オクタノール、デカノール等の炭素数
1〜10の脂肪族アルコール、フェノール、クレゾール、
キシレノール、メトキシフェノール、ベンジルアルコー
ルなどのが挙げられる。アルコール類を用いる場合は、
芳香族塩素化合物に対して通常当モル倍以上使用され
る。
【0019】また、一級アミン類、二級アミン類として
は、例えばメチルアミン、エチルアミン、プロピルアミ
ン、ブチルアミン、オクチルアミン、デシルアミン、ジ
メチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジ
ブチルアミン、ジオクチルアミン、ジデシルアミン等の
炭素数1〜10のアルキル基を有する脂肪族アミン、ベン
ジルアミン、アニリン、低級アルキルアニリン、低級ア
ルコキシアニリ等の芳香族アミン、ピロール、イミダ
ゾール、アミノピリジン、アミノイミダゾール等の環状
アミンなどが挙げられる。かかるアミン類を用いる場合
は、芳香族塩素化合物に対して通常当モル倍以上使用さ
れる。
【0020】また一酸化炭素は、芳香族塩素化合物に対
して、通常0.2 モル倍以上、好ましくは0.4 〜10モル倍
使用される。反応温度は、通常100 〜230 ℃、好ましく
は130 〜200 ℃である。反応圧力は、通常1kg/cm2・G
以上、好ましくは3〜10kg/cm2・G である。
【0021】
【発明の効果】かくして、芳香族塩素化合物から芳香族
カルボン酸類が得られるが、本発明によれば、パラジウ
ム−ホスフィン系触媒にアルカリ金属の炭酸塩類と3級
アミン類及び/又は4級アンモニウム塩類を共存させる
ことにより、触媒活性を著しく向上せしめることがで
き、効率良く芳香族カルボン酸類を製造し得る。
【0022】
【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明する
が、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【0023】実施例1 100ml のオートクレーブにクロロベンゼン 3.38g、PdCl
2(PCy3)2 7.1mg(0.03モル%)、トリエチルアミン 0.13g、4
0%炭酸カリウム水溶液 3.75gを入れ、系内を一酸化炭
素で置換した後、5Kg/cm2・G に加圧した。次いで、攪
拌下に180 ℃まで昇温して同温度で2.5 時間攪拌を続け
た。反応後室温まで冷却した後、水 20gとエーテル 20g
を加えて水層を分離し、この水層にエーテル 20g、10%
塩酸水をpHが2になるまで加えて抽出し、エーテル層を
硫酸マグネシウムで乾燥、低沸分留去することにより、
安息香酸1.01g を得た。 TON(ターンオーバー数 *2 ) は860 であった。*2. ターンオーバー数:触媒当たりの芳香族カルボン酸
類の生成量(mol/mol)
【0024】実施例2〜5、比較例1〜5 100ml のオートクレーブにクロロベンゼン 3.38g、PdCl
2(PCy3)2 6.9mg 、表1に示す無機塩基類の水溶液、3
級アミン類、4級アンモニウム塩類等を入れ、系内を一
酸化炭素で置換した後、5Kg/cm2・G に加圧した。次い
で、攪拌下に180 ℃まで昇温して同温度で2.5 時間攪拌
を続けた。反応後室温まで冷却した後、エーテル 20g、
10%塩酸水をpHが2になるまで加えて抽出し、エーテル
層をガスクロマトグラフィーで分析した。結果を表1に
示した。
【0025】 表1 *3 無機塩基類 アミン , アンモニウム 塩類 T O N カルホ゛ン 酸選択率 実施例2 40%K2CO3 0.36モル倍*1 Et3N 4.4モル%*1 1000 97 % 実施例3 40%K2CO3 0.36 Et4NCl 1 967 98 実施例4 28%Na2CO3 0.36 Et3N 4.4 658 96 実施例5 25%KHCO3 0.5 Et4NCl 1 802 99 比較例1 40%K2CO3 0.36 − − 446 99 比較例2 25%KHCO3 0.5 − − 276 89 比較例3 − − Et3N 4.4 0 0 比較例4 20%KOH 0.36 Et3N 4.4 370 58 比較例5 20%KOH 0.36 − − 283 53 *1:対クロロベンゼン*3. カルホ゛ン 酸選択率:全反応生成物量に対する芳香族 カルホ゛ン 酸類の生成量(mol%)
【0026】実施例6〜10 実施例2において、トリエチルアミンの代わりにトリエ
チレンジアミン(TED4.4 モル%)、N,N'- ジメチルピペラ
ジン (DMP 4.4 モル%)、1,8-ジアザビシクロ[5,4,0]-7-ウ
ンデセン (DBU 4.4 モル%)、4-ジメチルアミノピリジン
(DAP 4.4 モル%)、ベンジルトリメチルアンモニウムクロ
ライド (BAC 1モル%) を用いる以外は実施例2に準拠して
実施した。結果を表2に示した。
【0027】 表2 アミン,アンモニウム塩類 T O N カルホ゛ン酸選択率 実施例6 TED 957 95 % 実施例7 DMP 971 95 実施例8 DBU 999 92 実施例9 DAP 865 97 実施例10 BAC 699 94
【0028】実施例11〜13 実施例2において、PdCl2(PCy3)2 の代わりにPdCl2(ジ
シクロヘキシルホスフィノエタン)(PdCl2(DCPE))、Pd(a
cac)2(PCy3)2 、Pd(AcO)2(PCy3)2 をそれぞれ0.03モル%
用い、炭酸カリウムを表3に示す量使用する以外は実施
例2に準拠して実施した。結果を表3に示した。
【0029】 表3 触 媒 K 2 CO 3 T O N カルホ゛ン 酸選択率 実施例11 PdCl2(DCPE) 1 モル倍*1 576 91 % 実施例12 Pd(acac)2(PCy3)2 0.5 957 81 実施例13 Pd(AcO)2(PCy3)2 0.5 348 92 *1:対クロロベンゼン
【0030】実施例14〜20 実施例2において、クロロベンゼンの代わりにo-クロロ
トルエン、2,4-ジクロロトルエン、m-クロロフルオロベ
ンゼン、m-クロロアニソール、m-ジクロロベンゼン、1,
2,4-トリクロロベンゼン、1-クロロナフタレンをそれぞ
れ30mmol用いる以外は実施例2に準拠して実施し、それ
ぞれに対応するモノカルボン酸を得た。結果を表4に示
した。なお、1,2,4-トリクロロベンゼンを用いた場合は
3種のモノカルボン酸の異性体の合計値を示した。また
m-クロロフルオロベンゼンを用いた場合はトリエチルア
ミンの代わりにテトラエチルアンモニウムクロライド
(1mol%)を用いた。
【0031】 表4 芳香族塩素化合物 T O N カルホ゛ン 酸選択率 実施例14 o-クロロトルエン 146 96 % 実施例15 2,4-ジクロロトルエン 408 86 実施例16 m-クロロフルオロベンゼン 781 91 実施例27 m-クロロアニソール 436 90 実施例28 m-ジクロロベンゼン 722 94 実施例29 1,2,4-トリクロベンゼン 336 70 実施例20 1-クロロナフタレン 826 88
【0032】実施例21 実施例2において、40%炭酸カリウム水溶液 3.75gの代
わりに、40%炭酸カリウム水溶液 3.75gとイソプロパノ
ール 1.8g を用いる以外は実施例2に準拠して実施し
た。結果は以下のとおりであった。 生 成 物 T O N 選択率 安息香酸 217 38 % 安息香酸イソプロピル 230 41
【0033】実施例22 実施例2において、トリエチルアミンの代わりにテトラ
エチルアンモニウムクロライド0.05g を用い、40%炭酸
カリウム水溶液 3.75gの代わりに、40%炭酸カリウム水
溶液 3.75gとジ-n- ブチルアミン 3.88gを用いる以外は
実施例2に準拠して実施した。結果は以下のとおりであ
った。 生 成 物 T O N 選択率 安息香酸 251 61 % N,N-ジ-n- ブチルベンズアミド 108 26
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C07C 63/36 C07C 63/36 // C07B 61/00 300 C07B 61/00 300 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C07C 63/06 B01J 31/26 C07B 41/08 C07B 41/12 C07B 43/06 C07C 51/10 C07C 63/04 C07C 63/36 C07C 67/08 C07C 67/36 C07C 69/78 C07C 231/02 C07C 233/65 C07B 61/00 300

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】パラジウム−ホスフィン系触媒とアルカリ
    金属の炭酸塩類と3級アミン類及び/又は4級アンモニ
    ウム塩類の存在下、芳香族塩素化合物に一酸化炭素と水
    を反応させることを特徴とする芳香族カルボン酸類の製
    造方法。
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