JP3243628B2 - 脂肪族テトラカルボン酸の製造方法 - Google Patents

脂肪族テトラカルボン酸の製造方法

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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】本発明は脂肪族テトラカルボン酸
の製造方法に関し、特に過酸化水素を用いてブタンテト
ラカルボン酸等の脂肪族テトラカルボン酸を高収率で製
造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術及びその課題】ブタンテトラカルボン酸又
はその置換誘導体はポリエステル原料、ポリイミド原
料、可塑剤原料、高分子光安定剤原料の他、医薬品或い
は染料の中間体等として有用であり、従来から種々の製
造方法が知られている。
【0003】過酸化水素酸化以外の製造方法の典型例と
しては次のものがある。 a)特開昭59−128250号公報 テトラヒドロフタル酸を触媒の存在下に硝酸で酸化する
方法。 b)特開平3−190838号公報 マレイン酸ジアルキルの電解還元二量化反応による方
法。 c)特開昭55−49336号公報 テトラヒドロフタル酸をオゾンガス及び分子状酸素ガス
で酸化する方法。
【0004】上記の製造方法に関し、a)は反応後のN
処理に高価な設備を要する上、副生成物にニトロ化
合物が生じて品質純度を低下させる、b)は電解還元に
要するエネルギーコストが高い割には収率が低い、c)
はオゾン発生の溜に高価な装置を必要とする等問題が多
い。工業的には、現在のところ他の有効な製法が確立さ
れていない為、上記問題点が有るにも関わらず止むなく
a)法が主力法として行われている。
【0005】一方過酸化水素は反応後に安全な水にな
り、有害な副生成物を発生させないクリーンな酸化剤と
して近年注目を集めており、この利を生かした現行法に
代わる製造プロセスの開発が望まれている。
【0006】テトラカルボン酸の製造を対象とはしてい
ないがオレフィンの酸化開裂反応に逆酸化水素酸化剤を
用いる方法として次の方法が知られている。 d)Chem.Lett.,1989,857. シクロアルカンをt−ブチルアルコール溶媒中、燐タン
グステン酸等のタングステン酸群からなる触媒を使用し
て過酸化水素で酸化する方法。 e)J.Org.Chem.,53,3587,198
8. 脂肪族及び脂環式オレフィン又はvic−ジオール類
を、t−ブチルアルコール溶媒中でヘテロポリ酸のセチ
ルピリジニウム塩を触媒に用いて酸化する方法。
【0007】上記文献d)、e)によると、タングステ
ン酸やその塩或いは燐タングステン酸やその塩が、オレ
フィンの過酸化水素による酸化開裂反応を有効に触媒す
ることがわかる。
【0008】しかしながら、いずれの場合も反応が24
時間という長時間を要しているにも関わらず、絶対的な
収率が低いということ、溶媒としてt−ブチルアルコー
ルを使用しており、過酸化水素よりもより危険性の高い
ジt−ブチルパーオキサイドの副生が予想される等、反
応方法としての問題点が多い。前記したとおり、これら
文献にはテトラカルボン酸についての記載はなく、この
方法をテトラカルボン酸の製造に適用する際の問題点の
認識等は全く示唆されていない。
【0009】次に過酸化水素酸化による脂肪族テトラカ
ルボン酸の製造方法では次の方法が知られている。 f)特公平2−22056号公報 テトラヒドロ無水フタル酸を、夕ングステン又はモリブ
デンを1種以上含むヘテロポリ酸群を触媒として酸化す
る方法。 g)米国特許第5047582号 テトラヒドロ無水フタル酸を、NaWOを始めとす
るタングステン及び/又はモリブデン酸化物類を触媒と
して酸化する方法。
【0010】一般に、オレフィンを過酸化水素で酸化し
てカルボン酸(又はケトン、アルデヒド)を生成する反
応は、単純に一段で進行するのではなく、式−3
【0011】
【化3】
【0012】に示したオレフィンの酸化でVic−ジオ
ールを生成するエポキシ化反応と、式−4
【0013】
【化4】
【0014】に示したジオールの酸化開裂によってカル
ボン酸を生成する反応の2段階反応から成り立つことは
よく知られている。
【0015】テトラヒドロフタル酸(無水物)の酸化反
応も反応機構面においては略々この反応式を踏襲するで
あろうことは予想される。
【0016】この様な反応経路の存在を無視して文献
d)、e)の知見によって単純に原料、触媒、酸化剤及
び溶媒を一度に添加して加熱還流反応を行うと、無駄に
過酸化水素の分解や触媒活性の失活によって式−3のジ
オール体の残存やジオールの開裂を伴わない酸化副生物
−1の生成が認められ収率の低下を誘発したり、逆にブ
タンテトラカルボン酸の過剰酸化による副生物−2の生
成が促進されて製造効率を著しく低下し事実上ブタンテ
トラカルボン酸の収率が低下する。
【0017】
【化5】
【0018】
【化6】
【0019】前記f)、g)ではこれらの問題点を配慮
し、式−3と式−4の反応を分割し且つ各々の反応に適
した温度制御を施し、こうした好ましくない副生物の生
成を抑制し、反応収率の向上を図っている。
【0020】しかしながら、この方法では、過酸化水素
を分割して添加する等、前記の2段反応を完全にする為
に反応工程が複雑になっているということ、反応温度を
温和に制御して副生物の生成を抑制する方法である為、
予想以上の長時間の反応時間を必要とすること等、問題
点は未だ残っており、現行硝酸酸化法に代わり得る方法
として確立している方法であるとはいい難い。
【0021】本発明の目的は反応副生成物の生成を抑制
し高収率且つ効率的に脂肪族テトラカルボン酸を製造す
ることのできる過酸化水素酸化法を開発し、有毒ガスを
発生する現行硝酸酸化法に代わるクリーンで実用性の高
い方法を提供することにある。
【0022】
【課題を解決するための手段】本発明は式−1
【0023】
【化7】
【0024】(但し、R、Rはそれぞれ独立に水
素、アルキル又はハロゲンを示す)で表される二塩基酸
又はその無水物を、タングステン酸、その塩及び燐タン
グステン酸からなる群から選ばれる少なくとも1のタン
グステン化合物と芳香族核に窒素原子をもつ芳香族カル
ボン酸からなる触媒の存在下に過酸化水素によって酸化
することを特徴とする式−2
【0025】
【化8】
【0026】(但しR、Rは前記定義のとおり)で
表される脂肪族テトラカルボン酸の製造方法である。
【0027】本発明で用いる反応原料は式−1で示され
る化合物であり、R及びRは前記定義に従う限り特
に制限されないが、アルキル基としてはメチル、エチル
等炭素数1〜6の低級アルキル基が好ましい。この反応
原料(反応基質)はブタジエン等のジエン類と、無水マ
レイン酸のディールス・アルダー縮合反応で生成する。
具体例としては、テトラヒドロフタル酸、3−メチルテ
トラヒドロフタル酸、4−メチルテトラヒドロフタル
酸、3,6−ジメチルテトラヒドロフタル酸等がある。
またこれらは無水物の形であってもよい。
【0028】反応時の反応基質濃度は反応温度において
溶液状態を保持しうる限り特に制限されないが、反応速
度の低下防止や過剰酸化反応防止の観点から、通常5〜
50重量%、特に10〜25重量%が好ましい。
【0029】本発明で用いる触媒の主要成分はタングス
テン酸、その塩又は燐タングステン酸であり、これらは
前記したとおり既に知られている。具体例としては、タ
ングステン酸、タングステン酸ナトリウム、タングステ
ン酸アンモニウム、燐タングステン酸、燐タングステン
酸ナトリウム等のタングステン酸群とそのヘテロポリ
酸、更には、燐モリブドタングステン酸(W/Mo=1
0/1)、燐モリブドタングステン酸(W/Mo=8/
4)等、タングステンを1以上含有するヘテロポリ酸が
ある。取扱の容易さと反応性から燐タングステン酸が特
に好ましい。
【0030】又、その添加量は触媒としての活性が発揮
されるに有効な量であれば広い範囲から選択できるが、
反応の原料に対して通常0.5〜10重量%、特に1〜
4重量%程度が、反応速度及び触媒コストの観点から好
ましい。
【0031】本発明では上記の触媒主要成分と組合せる
べき添加成分として芳香族核に窒素原子を有する芳香族
カルボン酸を用いることを特徴としている。この添加成
分は芳香族核に少なくとも1個の窒素原子をもち且つ芳
香族核に結合する置換基として少なくとも1個のカルボ
キシル基を有する化合物であり、具体例としては2−ピ
リジンカルボン酸(α−ピコリン酸)、ニコチン酸、キ
ノリン酸、2,6−ピリジンジカルボン酸、2,5−ピ
ラジンジカルボン酸等がある。これらのうち反応性から
はα−ピコリン酸が、反応性と価格からはニコチン酸が
好ましい。
【0032】その添加量は、反応原料に対し通常0.0
5〜4重量%、特に0.2〜2重量%程度が、反応活性
とコストのバランスの点から好ましい。
【0033】本発明において酸化剤として用いられる過
酸化水素は理論上反応原料1モルに対し4モルであり、
通常4〜8モル、より好ましくは4〜5モル用いられ
る。反応中間体であるvic−ジオールを残存させない
為にも幾分過剰に用いることが好ましい。添加する過酸
化水素の濃度も特に制限はなく、通常3〜70重量%の
ものが使用可能であるが、50〜60重量%のものが好
ましく、また入手価格と反応性の両面から60重量%の
ものが特に好ましい。
【0034】その他の反応条件は従来知られた条件を採
用しうる。
【0035】反応溶媒としては、水が好ましいが、水と
混和可能な低分子量の有機溶媒例えば、メタノール等の
低級アルコール、酢酸等の低級カルボン酸、アセトニト
リル等も使用しうる。
【0036】反応温度は、反応速度の観点から、通常8
0〜120℃が用いられ、温度管理を必要としない還流
温度である100〜110℃にて反応を行うことがより
望ましい。
【0037】
【発明の効果】本発明の製造方法は、酸化剤に過酸化水
素を用いる為、硝酸酸化方法で問題となっているNO
等の有害ガスの発生もなく、その為の捕捉設備も必要な
い。
【0038】本発明の製造方法は、従来知られた過酸化
水素酸化法に比し、反応工程を繁雑化したり反応温度制
御による時間延長をするといった特殊な操作を必要とす
ることなしに、これまで解決が困難であった過酸化水素
の分解や触媒活性の低下に伴う副生成物の生成並びに過
剰酸化を効果的に抑制して目的とする脂肪族テトラカル
ボン酸を高収率で製造できるという効果を有しており、
工業的に極めて有利な方法である。
【0039】
【実施例】以下に、実施例によって本発明をより詳しく
説明するが、本発明はこれら限定されるものではない。
【0040】実施例1 冷却装置、温度計、滴下ロート及び攪拌機付の1L四口
セパラブルフラスコに、テトラヒドロ無水フタル酸10
0g(0.66mol)、水350g、燐タングステン
酸4g及びα−ピコリン酸1gを入れ、還流する温度ま
で加熱した後、60%過酸化水素186g(5.Oe
q.)を反応液が突沸しない程度の速度で連続的に添加
した。添加終了まで約40分の時間を要した。過酸化水
素水の滴下終了後更に6時間還流下で反応を継続した。
生成物の収量は、アジピン酸を内部標準としたHPLC
分析によって行った。ブタンテトラカルボン酸の収量は
144g(収率93%)、副生物−2の収量は2.8g
(収率3%)であった。尚、反応中間体であるvic−
ジオール及び副生物−1は検出されなかった。
【0041】実施例2 燐タングステン酸2g、α−ピコリン酸0.5gとし、
反応時間に10時間を要した他は、実施例1に従い同様
に行った。ブタンテトラカルボン酸を136g(収率8
9%)、副生物−1を8.0g(収率6%)及び副生物
−2を1.9g(収率2%)を得た。ジオール体の残存
は認められなかった。
【0042】実施例3 α−ピコリン酸を、2,6−ピリジンジカルボン酸に変
えた他は実施例1と同様に行った。ブタンテトラカルボ
ン酸の収量は140g(収率91%)、副生物−2の収
量は2.8g(収率3%)であった。ジオール体及び副
生物−1は検出されなかった。
【0043】実施例4 燐タングステン酸をタングステン酸ナトリウムに変えた
他は、実施例1と同様に行った。ブタンテトラカルボン
酸を140g(収率91%)、副生物−1を2.7g
(収率2%)及び副生物−2を3.0g(収率3%)を
得た。又、ジオール体は検出されなかった。
【0044】比較例1 α−ピコリン酸を添加しない他は、実施例1と同様に行
った。ブタンテトラカルボン酸の収量は115g(収率
75%)、副生物−1の収量は10.6g(収率8
%)、副生物−2の収量は3.5g(収率3.7%)で
あった。又、反応中間体であるジオールが13.4g
(対基質10%)残存していた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−30737(JP,A) 米国特許5047582(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C07C 51/285 C07C 55/24 CA(STN)

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 式−1 【化1】 (但し、R、Rはそれぞれ独立に水素、アルキル又
    はハロゲンを示す)で表される二塩基酸又はその無水物
    を、タングステン酸、その塩及び燐タングステン酸から
    なる群から選ばれる少なくとも1のタングステン化合物
    と芳香族核に窒素原子をもつ芳香族カルボン酸からなる
    触媒の存在下に過酸化水素によって酸化することを特徴
    とする式−2 【化2】 (但しR、Rは前記定義のとおり)で表される脂肪
    族テトラカルボン酸の製造方法。
  2. 【請求項2】 反応原料が、ブタジエンとマレイン酸と
    のディールス・アルダー反応によって生成するテトラヒ
    ドロ無水フタル酸である請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 酸化剤過酸化水素の量が、反応原料の4
    〜8モル倍である請求項1記載の方法。
  4. 【請求項4】 酸化剤過酸化水素が、濃度3〜70重量
    %の水溶液の形で添加される請求項1記載の方法。
  5. 【請求項5】 タングステン化合物を、反応原料に対し
    て0.5〜10重量%、含窒素芳香族カルボン酸を反応
    原料に対して0.05〜4重量%用いる請求項1記載の
    方法。
  6. 【請求項6】 タングステン化合物が、タングステン酸
    又はその塩、燐タングステン酸又はその塩、或いはタン
    グステンを1モル等量以上含有するヘテロポリ酸又はそ
    の塩である請求項1記載の方法。
  7. 【請求項7】 含窒素芳香族カルボン酸が、α−ピコリ
    ン酸、ニコチン酸、2,6−ピリジンジカルボン酸、キ
    ノリン酸、2−ピラジンカルボン酸又は2,5−ピラジ
    ンジカルボン酸である請求項1記載の方法。
  8. 【請求項8】 触媒が燐タングステン酸とα−ピコリン
    酸との組合せからなる請求項1記載の方法。
  9. 【請求項9】 反応温度が80〜120℃である請求項
    1記載の方法。
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