JP3803663B2 - Method for producing epoxy compound - Google Patents

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Description

本発明は、ポリ酸類または特定の金属酸化物とハイドロタルサイト類を触媒としたオレフィン類の酸化によるエポキシ化合物の製造方法に関するものである。詳しくはハイドロタルサイト類をポリ酸類または金属酸化物の分散相にすることで、酸化剤である過酸化水素によるポリ酸類または金属酸化物の活性種生成を促し無溶媒系において反応速度、反応率、選択性を向上させたエポキシ化合物の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing an epoxy compound by oxidation of olefins using polyacids or specific metal oxides and hydrotalcites as a catalyst. Specifically, hydrotalcite is made into a dispersed phase of polyacids or metal oxides to promote the generation of active species of polyacids or metal oxides by hydrogen peroxide, which is an oxidant, and the reaction rate and reaction rate in a solvent-free system. The present invention relates to a method for producing an epoxy compound with improved selectivity.

エポキシ化合物は、各種工業製品、医薬、農薬等の製造における中間体や原料として有用な化合物であるが、一般に、オレフィン類と過酸化水素をもちいたエポキシ化合物の製造方法では、オレフィン類の転化率およびエポキシ化合物の選択率がともに低いという問題がある。そのため特定の触媒を用いた製造方法が提案されている。   Epoxy compounds are useful compounds as intermediates and raw materials in the production of various industrial products, pharmaceuticals, agricultural chemicals, etc., but in general, in the method for producing epoxy compounds using olefins and hydrogen peroxide, the conversion rate of olefins And the selectivity of the epoxy compound is low. For this reason, a production method using a specific catalyst has been proposed.

例えば、特許文献1、非特許文献1では、第4級アンモニウム化合物あるいは窒素含有第四級化合物から誘導される第四級アンモニウムイオンと周期律表の第V族元素およびタングステンのヘテロポリ酸との塩またはその過酸化物からなる触媒を用い、オレフィン類と過酸化水素水とをハロゲン化炭化水素を溶媒として反応させる方法が開示された。これは水と有機溶媒の二相系におけるエポキシ化合物の製造方法である。しかしながら地球環境にとって有害なクロロホルムまたはジクロロメタン等のハロゲン系有機溶媒を使用する。   For example, in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, a salt of a quaternary ammonium ion derived from a quaternary ammonium compound or a nitrogen-containing quaternary compound with a Group V element of the periodic table and a heteropolyacid of tungsten. Alternatively, a method of reacting an olefin and a hydrogen peroxide solution with a halogenated hydrocarbon as a solvent using a catalyst comprising the peroxide has been disclosed. This is a method for producing an epoxy compound in a two-phase system of water and an organic solvent. However, halogen-based organic solvents such as chloroform or dichloromethane, which are harmful to the global environment, are used.

特許文献2では地球環境に対するニーズから、芳香族炭化水素の如き非ハロゲン系有機溶媒中においてα−アミノメチルホスホン酸、タングステン酸類および相間移動触媒の存在下で過酸化水素水とオレフィン類によるエポキシ化合物の合成方法が開示された。触媒を含む水溶液相を分離し、同じ基質に対して再利用できると掲げられている。しかしながら、当該発明では低濃度の過酸化水素水を使用するため、反応後の触媒回収または再使用もしくは反応後に残る水の廃水処理が困難である。
特開昭62−234550号公報 特開平8−27136号公報 ジャーナル オブ オーガニック ケミストリー「第53巻、3587ページ(1988)」
In Patent Document 2, due to needs for the global environment, an epoxy compound composed of hydrogen peroxide and olefins in the presence of α-aminomethylphosphonic acid, tungstic acid and a phase transfer catalyst in a non-halogen organic solvent such as an aromatic hydrocarbon is used. A synthetic method has been disclosed. It is stated that the aqueous phase containing the catalyst can be separated and reused for the same substrate. However, since the present invention uses a low-concentration hydrogen peroxide solution, it is difficult to recover the catalyst after the reaction, reuse it, or treat the waste water remaining after the reaction.
JP-A-62-234550 JP-A-8-27136 Journal of Organic Chemistry "Vol. 53, page 3587 (1988)"

本発明は上記の現状に鑑み、ポリ酸類または金属酸化物およびハイドロタルサイト類よりなる触媒相の調製が簡単で、且つ地球環境に悪影響を与える有機溶媒を必要性とせず、取り扱いの容易な尿素−過酸化水素を使用することにより、無溶媒系におけるオレフィンのエポキシ化合物への転化が容易に行うことができ、転化率および選択性が高く、且つ、触媒の再使用が可能であるオレフィン類からのエポキシ化合物の製造方法を提供する。   In light of the above-mentioned present situation, the present invention makes it easy to prepare a catalyst phase comprising polyacids or metal oxides and hydrotalcites, and does not require an organic solvent that adversely affects the global environment, and is easy to handle urea. -By using hydrogen peroxide, it is possible to easily convert an olefin to an epoxy compound in a solvent-free system, from a high degree of conversion and selectivity, and from a reusable catalyst. The manufacturing method of the epoxy compound of this is provided.

本発明者らは、上記の課題を解決すべく、従来の反応系とは異にする固相系反応プロセスを鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、(a−1)ポリ酸類または(a−2)特定金属酸化物および(b)ハイドロタルサイト類よりなる触媒の存在下、オレフィン類を過酸化水素と反応せしめることを特徴としたエポキシ化合物の製造方法である。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have intensively studied a solid-phase reaction process different from the conventional reaction system, and as a result, completed the present invention. That is, the present invention is characterized in that olefins are reacted with hydrogen peroxide in the presence of a catalyst comprising (a-1) polyacids or (a-2) specific metal oxides and (b) hydrotalcites. This is a method for producing an epoxy compound.

本発明の製造方法によれば、エポキシ化合物の合成において有機溶媒を必要としない無溶媒系で、制酸剤として胃腸薬に汎用されるほど害の少ないハイドロタルサイトを固体分散相とする系で、反応を進行させることができるため、環境負荷が極めて少ない条件でエポキシ化合物を合成することができる。その上、工業的にも非常に簡単な設備で、効率よく高純度のエポキシ化合物を製造することができる。本発明により得られるエポキシ化合物は、各種工業製品、医薬、農薬等の製造における中間体や原料として有用である。   According to the production method of the present invention, in a solvent-free system that does not require an organic solvent in the synthesis of an epoxy compound, hydrotalcite that is less harmful enough to be widely used as a gastrointestinal drug as an antacid is used as a solid dispersed phase. Since the reaction can proceed, the epoxy compound can be synthesized under conditions with a very low environmental load. In addition, high-purity epoxy compounds can be efficiently produced with very simple equipment industrially. The epoxy compound obtained by the present invention is useful as an intermediate or raw material in the production of various industrial products, medicines, agricultural chemicals and the like.

本発明によれば、下記(1)〜(10)に記載したエポキシ化合物の製造方法が提供される。   According to this invention, the manufacturing method of the epoxy compound described in following (1)-(10) is provided.

(1)(a−1)がタングステン、モリブデンおよびバナジウムよりなる金属のイソポリ酸類、ヘテロポリ酸類、およびこれら酸の塩よりなる群から選択された少なくとも一種のポリ乳酸または(a−2)タングステン、モリブデンおよびバナジウムよりなる群から選択された金属の酸化物、その酸またはその酸の塩(a成分)および(b)ハイドロタルサイト類(b成分)よりなる触媒の存在下、オレフィン類を固体粉末状の過酸化水素と反応せしめることを特徴とするエポキシ化合物の製造方法。 (1) At least one polylactic acid or (a-2) tungsten, molybdenum selected from the group consisting of metal isopolyacids, heteropolyacids, and salts of these metals, wherein (a-1) is tungsten, molybdenum and vanadium And an oxide of a metal selected from the group consisting of vanadium, its acid or its salt (component a) and (b) hydrotalcite (component b) in the presence of a catalyst comprising olefins in the form of a solid powder A method for producing an epoxy compound comprising reacting with hydrogen peroxide.

(2)(a−1)がタングステン、のイソポリ酸類、ヘテロポリ酸類、およびこれら酸の塩よりなる群から選択された少なくとも一種のポリ酸類である前記(1)のエポキシ化合物の製造方法。 (2) (a-1) is tungsten down, the isopoly acids, heteropolyacids acids and a method for producing an epoxy compound of at least one poly acids selected from the group consisting of salts of these acids (1),.

(3)(a−2)が、タングステンの酸化物、その酸およびその酸の塩よりなる群から選択された少なくとも一種の金属酸化物類である前記(1)のエポキシ化合物の製造方法。 (3) The method for producing an epoxy compound according to (1), wherein (a-2) is at least one metal oxide selected from the group consisting of an oxide of tungsten, an acid thereof, and a salt of the acid.

(4)(a−1)のポリ酸類がヘテロポリ酸類であり、そのヘテロ原子として、リン、ホウ素、珪素、ゲルマニウム、ランタノイド系、ニッケル、鉄、コバルトまたはルテニウムを含む前記(1)のエポキシ化合物の製造方法。 (4) The polyacid of (a-1) is a heteropolyacid, and the epoxy compound of the above (1) containing phosphorus, boron, silicon, germanium, lanthanoid, nickel, iron, cobalt or ruthenium as the hetero atom Production method.

(5)(a−1)のポリ酸類がイソポリ酸類またはヘテロポリ酸類であり、その対カチオンが、テトラブチルアンモニウム、ブチルアンモニウム、ベンジルトリメチルアンモニウムまたはセチルピリジニウムの有機カチオン類、もしくはアンモニウム、カリウム、ナトリウムまたはカルシウムの無機カチオン類である前記(1)のエポキシ化合物の製造方法。 (5) The polyacid of (a-1) is an isopolyacid or a heteropolyacid, and the counter cation is an organic cation of tetrabutylammonium, butylammonium, benzyltrimethylammonium or cetylpyridinium, or ammonium, potassium, sodium or The method for producing an epoxy compound according to (1), which is an inorganic cation of calcium.

(6)(b)のハイドロタルサイト類が下記(1)式
(M2+1-x(M3+x(OH)2(An-x/n・aH2O (1)
(式中、M2+は2価金属イオンを示し、M3+は3価金属イオンを示し、An-
n価のアニオンを示し、そしてxおよびaはそれぞれ0<x<0.5、0≦a<1の範囲を示す)よりなる群から選択された少なくとも一種からなる前記(1)のエポキシ化合物の製造方法。
(6) The hydrotalcite of (b) is represented by the following formula (1): (M 2+ ) 1-x (M 3+ ) x (OH) 2 (A n− ) x / n · aH 2 O (1)
(Wherein, M 2+ is a divalent metal ion, M 3+ is a trivalent metal ion, A n-represents an n-valent anion, and each of x and a 0 <x <0.5 And 0 ≦ a <1). The method for producing an epoxy compound according to (1), comprising at least one selected from the group consisting of:

(7)式(1)のハイドロタルサイト類が、M2+Mg 2+ 、Ca 2+ およびZn 2+ よりなる群から選ばれた少なくとも一種、M3+Al 3+ およびFe 3+ 、から選ばれた少なくとも一種、An−はOH、ClO 、NO 、SO 2−、CO 2−、SiO 2−、HPO 2−、PO 3−およびCHCOOよりなる群から選ばれた少なくとも一種からなる前記(6)のエポキシ化合物の製造方法。 (7) In the hydrotalcite of formula (1), M 2+ is at least one selected from the group consisting of Mg 2+ , Ca 2+ and Zn 2+ , and M 3+ is at least one selected from Al 3+ and Fe 3+ . , A n-is OH -, ClO 4 -, NO 3 -, SO 4 2-, CO 3 2-, SiO 3 2-, HPO 4 2-, PO 4 3- and CH 3 COO - selected from the group consisting of (6) The manufacturing method of the epoxy compound which consists of said at least 1 type.

(8)式(1)のハイドロタルサイト類が、M2+Mg 2+ 、M3+Al 3+ 、An−はCO 2−、からなる前記(6)のエポキシ化合物の製造方法。 Hydrotalcite of (8) (1), M 2+ is Mg 2+, method for producing an epoxy compound M 3+ is Al 3+, A n- is CO 3 2-, comprising the (6).

(9)該反応は実質的に溶媒の非存在下で実施する前記(1)エポキシ化合物の製造方法。
(10)該過酸化水素は尿素−過酸化水素複合体である前記(1)のエポキシ化合物の製造方法。
(9) The method for producing an epoxy compound according to (1), wherein the reaction is carried out substantially in the absence of a solvent.
(10) The method for producing an epoxy compound according to (1), wherein the hydrogen peroxide is a urea-hydrogen peroxide complex.

以下、本発明について詳しく説明する。   The present invention will be described in detail below.

本発明のエポキシ化合物の製造方法においては、触媒として前記a成分およびb成分の組合せが使用される。このうちa成分は、(a−1)ポリ酸類であるかあるいは(a−2)タングステン、モリブデンおよびバナジウムよりなる群から選ばれた金属の酸化物、その酸またはその酸の塩である。一方b成分はハイドロタルサイト類である。   In the method for producing an epoxy compound of the present invention, a combination of the a component and the b component is used as a catalyst. Among these, the component a is (a-1) a polyacid or (a-2) a metal oxide selected from the group consisting of tungsten, molybdenum and vanadium, an acid thereof or a salt of the acid. On the other hand, component b is hydrotalcite.

(a−1)のポリ酸類は、特にタングステン、モリブデン、バナジウムの少なくとも一種を含むポリ酸類(a)が好ましく、特に、イソポリタングステン酸、タングステン酸、ヘテロポリタングステン酸、ヘテロポリモリブデン酸が好ましく、ケギン型や、ドーソン型も含まれる。通常ポリ酸は陰イオンとして存在し、荷電を中和するためNa+、K+等のアルカリ金属類あるいはMg2+、Ca2+等のアルカリ土類金属、アンモニウムイオンさらには第4級アンモニウムイオンまたは含窒素複素環を有する第4級アンモニウム型化合物のイオンの塩よりなる群から選択された少なくとも一種のポリ酸類よりなる触媒が挙げられる。より好ましい例としてNa+、K+、アンモニウムおよびピリジン環を有する第4級アンモニウム化合物が挙げられる。またヘテロ原子としてはリン、ホウ素、珪素、ゲルマニウム、コバルト等が挙げられる。これらのポリ酸類は市販品を利用することができる。また、例えば特許公表2002−532378またはM. T. Pope らによる インオーガニック ケミストリー, 第6巻 1147.頁(1967)等に従い合成することもできる。 The polyacids (a-1) are particularly preferably polyacids (a) containing at least one of tungsten, molybdenum, and vanadium, and particularly preferably isopolytungstic acid, tungstic acid, heteropolytungstic acid, and heteropolymolybdic acid. The type and Dawson type are also included. Polyacids usually exist as anions, and to neutralize the charge, alkali metals such as Na + and K + , alkaline earth metals such as Mg 2+ and Ca 2+ , ammonium ions, and quaternary ammonium ions Or the catalyst which consists of at least 1 type of polyacids selected from the group which consists of the salt of the ion of the quaternary ammonium type compound which has a nitrogen-containing heterocyclic ring is mentioned. More preferred examples include quaternary ammonium compounds having Na + , K + , ammonium and pyridine rings. In addition, examples of the hetero atom include phosphorus, boron, silicon, germanium, and cobalt. Commercially available products can be used for these polyacids. Also, for example, Patent Publication 2002-532378 or M.I. T.A. Inorganic chemistry by Pope et al., Vol. 6 1147. It can also be synthesized according to page (1967).

また、(a−2)としては、タングステン、モリブデンおよびバナジウムよりなる群から選択された金属酸化物、その酸またはその酸の塩が使用される。塩としては金属酸の、カリウム、ナトリウムまたはアンモニウム塩が好ましい。(a−2)としてはタングステンの酸化物、その酸またはその酸の塩が特に好ましい。   Moreover, as (a-2), the metal oxide selected from the group which consists of tungsten, molybdenum, and vanadium, its acid, or its acid salt is used. The salt is preferably a potassium, sodium or ammonium salt of a metal acid. (A-2) is particularly preferably an oxide of tungsten, an acid thereof or a salt of the acid.

また、(b)ハイドロタルサイト類としては、下記(1)式
(M2+1-x(M3+x(OH)2(An-x/n・aH2O (1)
(B) Hydrotalcites include the following formula (1): (M 2+ ) 1-x (M 3+ ) x (OH) 2 (A n− ) x / n · aH 2 O (1)

(式中、M2+は2価金属イオンを示し、M3+は3価金属イオンを示し、An-
n価のアニオンを示し、そしてxおよびaはそれぞれ0<x<0.5、0≦a<1の範囲を示す)よりなる群から選択された少なくとも一種からなるハイドロタルサイト類であり、好ましくは、M2+はMg、CaおよびZnよりなる群から選ばれた少なくとも一種、M3+はAlおよびFe、から選ばれた少なくとも一種、An-はOH-、ClO4 -、NO3 -、SO4 2-、CO3 2-、SiO3 2-、HPO4 2-、PO4 3-およびCH3COO-よりなる群から選ばれた少なくとも一種からなるハイドロタルサイト類で、より好ましくはM2+はMg、M3+はAl、An-はCO3 2-で示されるハイドロタルサイト類が使用される。ハイドロタルサイト類の合成方法は、例えば特公昭47−32198に示された合成方法が利用できる。
(Wherein, M 2+ is a divalent metal ion, M 3+ is a trivalent metal ion, A n-represents an n-valent anion, and each of x and a 0 <x <0.5 a 0 ≦ a <hydrotalcite comprising at least one member selected from the group consisting of 1 shows the range of), at least one preferably, M 2+ is selected from the group consisting of Mg, Ca and Zn , at least one M 3+ is selected from, Al and Fe, A n-is OH -, ClO 4 -, NO 3 -, SO 4 2-, CO 3 2-, SiO 3 2-, HPO 4 2- , PO 4 3- and CH3 COO - more consisting of at least one consisting of hydrotalcite selected from the group, more preferably M 2+ is Mg, M 3+ is Al, A n-is CO 3 2- in shown Hydrotalcite is used. As a method for synthesizing hydrotalcites, for example, a synthesis method disclosed in JP-B-47-32198 can be used.

a成分およびb成分(ハイドロタルサイト類)よりなる触媒の調製は、両者を混合するだけで良く、例えば、予めハイドロタルサイト類の乾燥物にポリ酸類の粉末を添加し、よく粉末同士を攪拌混合する。b成分(ハイドロタルサイト類)の表面にa成分をできるだけ均一に分散させることが好ましく、そのためa成分の粉末は微粒子であることが好ましい。例えば好ましい粒子サイズとして電子顕微鏡観察による平均粒子径が10μm以下、より好ましくは5〜0.01μmである。他の方法としては、ハイドロタルサイト類の乾燥物に、水溶液としたa成分を添加し、攪拌混合する方法でも良い。さらにはハイドロタルサイト類を調製する際に、a成分を少量添加しておく方法でも良い。   Preparation of the catalyst consisting of a component and b component (hydrotalcite) is only required to mix them. For example, the powder of polyacids is added to the dried hydrotalcite in advance and the powders are well stirred. Mix. It is preferable to disperse the a component as uniformly as possible on the surface of the b component (hydrotalcite). Therefore, the powder of the a component is preferably fine particles. For example, as a preferable particle size, an average particle diameter by electron microscope observation is 10 μm or less, and more preferably 5 to 0.01 μm. As another method, a method of adding the a component in the form of an aqueous solution to the dried hydrotalcite and stirring and mixing it may be used. Furthermore, a method of adding a small amount of component a when preparing hydrotalcites may be used.

ハイドロタルサイト類の粒子サイズについては特に制限は無く、例えばハイドロタルサイト類の乾燥粉末を精製水と混練した後、押し出し造粒したものから得られた乾燥粉末およびそのものを微粉砕した微粒子でも使用できる。通常の使用範囲としては5mm〜0.1μmであり、好ましくは1mm〜5μm、さらに好ましくは100μm〜10μmである。ハイドロタルサイト類化合物の表面積はBET法で500m2/g〜5m2/g、好ましくは300m2/g〜10m2/g、より好ましくは250m2/g〜50m2/gである。 The particle size of hydrotalcite is not particularly limited. For example, dry powder obtained by kneading dry powder of hydrotalcite with purified water and then extruding and granulating it can be used as fine particles it can. The normal use range is 5 mm to 0.1 μm, preferably 1 mm to 5 μm, and more preferably 100 μm to 10 μm. 500m 2 / g~5m 2 / g, the surface area of the hydrotalcite compound BET method is preferably from 300m 2 / g~10m 2 / g, more preferably 250m 2 / g~50m 2 / g.

a成分とb成分の混合比はb成分のハイドロタルサイト類1モルあたりa成分を0.001モル〜0.1モル、好ましくは0.005モル〜0.05モルの範囲である。   The mixing ratio of the a component and the b component is in the range of 0.001 mol to 0.1 mol, preferably 0.005 mol to 0.05 mol of the a component per mol of the hydrotalcite of the b component.

混合方法については特に制限されないが、温度は200℃を超えないほうが好ましい。好ましくは0℃〜100℃であり、特にa成分の塩が第4級アンモニウムイオンまたは含窒素複素環を有する第4級アンモニウム化合物の塩である場合は100℃を超えないほうが好ましい。混合攪拌機は、a成分を均一に分散させることが出来る装置であればいずれの方法でもよく、例えばヘンシェルミキサーのような高速攪拌翼のついた混合機、V型混合機、リボンブレンダー等が利用できる。   The mixing method is not particularly limited, but it is preferable that the temperature does not exceed 200 ° C. Preferably, the temperature is from 0 ° C to 100 ° C. In particular, when the salt of the component a is a salt of a quaternary ammonium compound having a quaternary ammonium ion or a nitrogen-containing heterocyclic ring, it is preferable not to exceed 100 ° C. The mixing stirrer may be any method as long as it can uniformly disperse the component a. For example, a mixer equipped with a high-speed stirring blade such as a Henschel mixer, a V-type mixer, a ribbon blender, or the like can be used. .

本発明におけるオレフィン類としては、脂肪族オレフィン性不飽和炭化水素、脂環式オレフィン性炭化水素および芳香族オレフィン性炭化水素が挙げられる。具体的にはエチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、オクテン、ノネン、ウンデセン、ドデセン、トリデセン、テトラデセン、ペンタデセン、アイコセン、ジイソブチレン、プロピレン3または4量体、シクロアルケンまたはシクロポリエン(例えばシクロペンテン、シクロヘキセン、シクロヘプテン、シクロオクテン、シクロデセン、シクロペンタジエン、シクロオクタジエン、シクロドデカトリエン等)、ジシクロアルカポリエン(例えばジシクロペンタジエン、テトラヒドロインデン等)、アルキレンジシクロアルカン(例えばメチレンシクロプロパン、メチレンシクロペンテン、メチレンシクロヘキセン等)、ビニルシクロアルケン(例えばビニルシクロヘキセン等)が挙げられる。これらは2種以上の混合物でも使用できる。   Examples of the olefins in the present invention include aliphatic olefinically unsaturated hydrocarbons, alicyclic olefinic hydrocarbons, and aromatic olefinic hydrocarbons. Specifically, ethylene, propylene, butene, pentene, hexene, heptene, octene, nonene, undecene, dodecene, tridecene, tetradecene, pentadecene, eicosene, diisobutylene, propylene tri- or tetramer, cycloalkene or cyclopolyene (for example, cyclopentene) , Cyclohexene, cycloheptene, cyclooctene, cyclodecene, cyclopentadiene, cyclooctadiene, cyclododecatriene, etc.), dicycloalkapolyene (eg, dicyclopentadiene, tetrahydroindene, etc.), alkylene dicycloalkane (eg, methylenecyclopropane, methylenecyclopentene, etc.) , Methylenecyclohexene and the like) and vinylcycloalkene (eg vinylcyclohexene and the like). These may be used as a mixture of two or more.

a成分に対するオレフィン類の添加量は、a成分1モル当たり1000モル〜10モル、好ましくは500モル〜50モルである。1000モルを超えるとエポキシ化合物の転化率が落ち、過酸化水素の酸化効率が低下し、一方10モル以下であれば生産効率が低下する。   The addition amount of the olefin with respect to component a is 1000 mol to 10 mol, preferably 500 mol to 50 mol, per mol of component a. If the amount exceeds 1000 mol, the conversion rate of the epoxy compound decreases, and the oxidation efficiency of hydrogen peroxide decreases. On the other hand, if it is 10 mol or less, the production efficiency decreases.

本発明に使用する酸化剤は、固体粉末状の過酸化水素が使用される。なかでも尿素−過酸化水素複合体が好ましい。尿素−過酸化水素複合体は固形粉末であって、密閉して常温で保存する限り安全であり、過酸化水素水に比べ遥かに取り扱いが容易である。また、輸送手段の制約も受けない。この複合体の好ましい粒子サイズは1μm〜300μmである。過酸化水素含有量は25〜40wt%であり通常では約35wt%のものが使用される。
The oxidizing agent used in the present invention is solid powder hydrogen peroxide . Of these, a urea-hydrogen peroxide complex is preferable. The urea-hydrogen peroxide complex is a solid powder, is safe as long as it is sealed and stored at room temperature, and is much easier to handle than hydrogen peroxide solution. Also, there are no restrictions on the means of transportation. The preferred particle size of this composite is 1 μm to 300 μm. The hydrogen peroxide content is 25 to 40 wt%, and usually about 35 wt% is used.

尿素−過酸化水素複合体の合成方法としては、例えば30wt%過酸化水素水に尿素を溶解し、40〜70℃に加温後、冷却して再結晶化させる。これらの製法に関しては、C. Lu, E. W. Hughes, P. Giguere, ジャーナル オブ アメリカン ケミカル ソサエテー 第63巻, 1507頁にも述べられている。   As a method for synthesizing the urea-hydrogen peroxide complex, for example, urea is dissolved in 30 wt% hydrogen peroxide water, heated to 40 to 70 ° C., cooled, and recrystallized. Regarding these production methods, C.I. Lu, E .; W. Hughes, P.M. Giguere, Journal of American Chemical Society, Vol. 63, p. 1507.

本発明の実施方法は、反応容器に式(1)のハイドロタルサイト類(b)とa成分を投入したのち、オレフィン類を導入し、よく攪拌混合させる。その後酸化剤、例えば尿素−過酸化水素粉末を加えて均一に混合した後、反応を進行させる。   In the method for carrying out the present invention, the hydrotalcite (b) of formula (1) and the component a are introduced into a reaction vessel, and then olefins are introduced and mixed well with stirring. Thereafter, an oxidizing agent such as urea-hydrogen peroxide powder is added and mixed uniformly, and then the reaction is allowed to proceed.

反応温度は0℃〜100℃の範囲が好ましい。さらに好ましくは10℃〜50℃である。反応温度が100℃より高ければ過酸化水素の分解が強くなり、さらにエポキシ化合物の選択性も低下する。反応温度が0℃未満では反応速度が著しく低下する傾向にある。反応時間は、使用するa成分、b成分(ハイドロタルサイト類)、オレフィン、過酸化水素の種類と量、および温度の関係で変動するが、通常数分から50時間の範囲である。   The reaction temperature is preferably in the range of 0 ° C to 100 ° C. More preferably, it is 10 degreeC-50 degreeC. If the reaction temperature is higher than 100 ° C., the decomposition of hydrogen peroxide becomes stronger, and the selectivity of the epoxy compound also decreases. When the reaction temperature is less than 0 ° C., the reaction rate tends to decrease remarkably. The reaction time varies depending on the types and amounts of component a, component b (hydrotalcite), olefin, hydrogen peroxide used, and temperature, and is usually in the range of several minutes to 50 hours.

反応終了後、得られたエポキシ化合物は環境負荷の少ない炭化水素系溶剤にて抽出分離させる。または反応容器中の反応混合物を減圧下加熱して蒸留することにより単離させることができる。反応後の触媒に再びオレフィンと尿素−過酸化水素を導入し初回と同様な操作を繰り返すことにより触媒を再使用することができる。使用回数の増加により触媒活性は低下することがある。その理由は過酸化水素消費後の尿素が蓄積するためと考えられ、その場合には水、アセトンあるいはアルコール混合水溶液などで洗浄、もしくは200℃〜300℃で焼成することにより尿素を除去することが出来る。焼成処理したハイドロタルサイト類は、式(1)のaH2Oが著しく減少することがあり、そのよう場合は吸湿させることにより、初期の触媒活性を取り戻すことが出来る。 After completion of the reaction, the obtained epoxy compound is extracted and separated with a hydrocarbon solvent having a low environmental load. Alternatively, the reaction mixture in the reaction vessel can be isolated by heating and distillation under reduced pressure. By introducing olefin and urea-hydrogen peroxide again into the catalyst after the reaction and repeating the same operation as the first time, the catalyst can be reused. The catalyst activity may be reduced by increasing the number of uses. The reason is considered to be that urea accumulates after the consumption of hydrogen peroxide. In that case, it is possible to remove urea by washing with water, acetone or an alcohol mixed solution, or baking at 200 ° C. to 300 ° C. I can do it. In the calcined hydrotalcite, the aH 2 O of the formula (1) may be significantly reduced. In such a case, the initial catalytic activity can be recovered by absorbing moisture.

以下に、実施例を用いて、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例1〜6
スクリューキャップ付きガラス試験管に、化学式Mg6Al2(OH)16CO3・4H2Oで示されるBETが110m2/g、平均粒子サイズ17μmである市販のハイドロタルサイト(協和化学工業(株)製 KW500)0.25g、a成分0.005mmol量を振り混ぜて混合した。この固体混合物に、内部標準物質としてn−ペンタデカンを含むシクロオクテン0.5mmolを加え、混合した。さらに市販の過酸化水素含有量35wt%の尿素−過酸化水素を過酸化水素換算で1.25mmolを加えてよく混合した後、25℃で24時間静置した。反応混合物をペンタンで抽出し、抽出液を、ガスクロマトグラフィーを用いて分析した。25℃で24時間後のシクロオクテンの転化率および生成したエポキシド(エポキシシクロオクタン)の選択性を表1に示した。いずれの場合も基質の転化率に対応してエポキシドが選択的に生成し、副生成物の生成は見られなかった。
Examples 1-6
In a glass test tube with a screw cap, a commercially available hydrotalcite (Kyowa Chemical Industry Co., Ltd.) having a BET represented by the chemical formula Mg 6 Al 2 (OH) 16 CO 3 .4H 2 O of 110 m 2 / g and an average particle size of 17 μm. KW500) 0.25g, a component 0.005mmol amount was shaken and mixed. To this solid mixture, 0.5 mmol of cyclooctene containing n-pentadecane as an internal standard substance was added and mixed. Furthermore, after adding 1.25 mmol of commercially available urea-hydrogen peroxide having a hydrogen peroxide content of 35 wt% in terms of hydrogen peroxide and mixing well, the mixture was allowed to stand at 25 ° C. for 24 hours. The reaction mixture was extracted with pentane and the extract was analyzed using gas chromatography. The conversion of cyclooctene after 24 hours at 25 ° C. and the selectivity of the resulting epoxide (epoxycyclooctane) are shown in Table 1. In either case, epoxides were selectively produced corresponding to the conversion rate of the substrate, and no by-products were produced.

比較例1〜6
ハイドロタルサイト(KW500)を使用しなかった以外は全て実施例1〜6と同様にした。
Comparative Examples 1-6
All were carried out similarly to Examples 1-6 except not using hydrotalcite (KW500).

Figure 0003803663
Figure 0003803663

ハイドロタルサイトを含有しない触媒の場合、比較例1〜6に示す通り、ほとんど反応の進行は見られないのに対して、ハイドロタルサイト(KW500)を含有する触媒の場合、エポキシ化が大幅に進行した。   In the case of a catalyst that does not contain hydrotalcite, as shown in Comparative Examples 1 to 6, the progress of the reaction is hardly observed, whereas in the case of a catalyst that contains hydrotalcite (KW500), epoxidation is greatly increased. Progressed.

比較例7
実施例3において、ハイドロタルサイト(KW500)の代わりに活性酸化マグネシウム(BET表面積150m2/g)を用いた他は全て実施例3と同様に試験した。ガスクロマトグラフィーで分析した結果は、シクロオクテンの転化率10.0%、エポキシシクロオクタンの収率は10.0%であった。
Comparative Example 7
In Example 3, all tests were performed in the same manner as in Example 3 except that active magnesium oxide (BET surface area of 150 m 2 / g) was used instead of hydrotalcite (KW500). As a result of analysis by gas chromatography, the conversion of cyclooctene was 10.0%, and the yield of epoxycyclooctane was 10.0%.

比較例8
実施例3において、ハイドロタルサイト(KW500)の代わりにモンモリロナイト(BET表面積200m2/g)を用いた他は全て実施例3と同様に試験した。ガスクロマトグラフィーで分析した結果は、シクロオクテンの転化率35.5%、エポキシシクロオクタンの収率は35.5%であった。
Comparative Example 8
In Example 3, all tests were performed in the same manner as in Example 3 except that montmorillonite (BET surface area 200 m 2 / g) was used instead of hydrotalcite (KW500). As a result of analysis by gas chromatography, the conversion of cyclooctene was 35.5%, and the yield of epoxycyclooctane was 35.5%.

比較例9
実施例3において、ハイドロタルサイト(KW500)の代わりにフロロアパタイトCa10(PO4)6F2(BET表面積10m2/g)を用いた他は全て実施例3と同様に試験した。ガスクロマトグラフィーで分析した結果は、シクロオクテンの転化率28.0%、エポキシシクロオクタンの収率は28.0%であった。
Comparative Example 9
In Example 3, all tests were performed in the same manner as in Example 3 except that fluoroapatite Ca10 (PO4) 6F2 (BET surface area 10 m 2 / g) was used instead of hydrotalcite (KW500). As a result of analysis by gas chromatography, the conversion of cyclooctene was 28.0%, and the yield of epoxycyclooctane was 28.0%.

実施例7
シクロオクテンのエポキシ化反応における固体触媒相(NH43[PW1240] /KW−500の再利用
Example 7
Reuse of solid catalyst phase (NH 4 ) 3 [PW 12 O 40 ] / KW-500 in epoxidation reaction of cyclooctene

(1)ハイドロタルサイトKW−500 1.25gおよび(NH43[PW1240]0.0737g(0.025mmol,1mol%)の固体混合物にシクロオクテン0.2950g(350μL,2.5mmol)を染み込ませて、よく攪拌した。これに尿素−過酸化水素(Urea−H22)0.5904g(6.25mmol)を加えて再度攪拌した後、25℃で静置した。 (1) 0.2950 g (350 μL, 2.5 mmol) of cyclooctene to a solid mixture of hydrotalcite KW-500 1.25 g and (NH 4 ) 3 [PW 12 O 40 ] 0.0737 g (0.025 mmol, 1 mol%) ) And stir well. To this, 0.5904 g (6.25 mmol) of urea-hydrogen peroxide (Urea-H 2 O 2 ) was added and stirred again, and then allowed to stand at 25 ° C.

24時間後、固体反応混合物をペンタン(10mL×3回)で抽出し溶媒留去後、無色固体0.280gを得た。粗収率89%(GC純度93%)。   After 24 hours, the solid reaction mixture was extracted with pentane (10 mL × 3 times) and the solvent was distilled off to obtain 0.280 g of a colorless solid. Crude yield 89% (GC purity 93%).

(2)抽出後の固体触媒相((NH43[PW1240],ハイドロタルサイトを含む)は、1晩減圧乾燥した。この固体触媒相にシクロオクテン0.2940g(350μL,2.5mmol)を染み込ませてよく攪拌した後、尿素−過酸化水素(Urea−H22)0.5902g(6.25mmol)を加えて再度攪拌して25℃で静置した。 (2) The solid catalyst phase after extraction (including (NH 4 ) 3 [PW 12 O 40 ] and hydrotalcite) was dried under reduced pressure overnight. This solid catalyst phase was impregnated with 0.2940 g (350 μL, 2.5 mmol) of cyclooctene and stirred well, and then 0.5902 g (6.25 mmol) of urea-hydrogen peroxide (Urea-H 2 O 2 ) was added. The mixture was stirred again and allowed to stand at 25 ° C.

24時間後、1回目と同様に、固体反応混合物をペンタン(10mL×3回)で抽出し溶媒留去して、無色固体0.282gを得た。粗収率89%(GC純度93%)。
このように触媒を再利用した場合にも、ほぼ同様の高い触媒活性を示した。
After 24 hours, as in the first time, the solid reaction mixture was extracted with pentane (10 mL × 3 times) and the solvent was distilled off to obtain 0.282 g of a colorless solid. Crude yield 89% (GC purity 93%).
Thus, even when the catalyst was reused, almost the same high catalytic activity was exhibited.

実施例8
シクロオクテンのエポキシ化反応における固体触媒相(WO3/KW−500)の再利用
Example 8
Recycling of the solid catalyst phase in the epoxidation reaction of cyclooctene (WO 3 / KW-500)

実施例7におけるポリ酸(NH43[PW1240]の代わりにWO3(0.25mmol,10mol%)を用いた他は全て実施例7と同様に、固体触媒相の再利用を繰り返し行った。25℃、24時間後のシクロオクテン転化率は、71.6%(1回目),91.0%(2回目),90.7%(3回目),2.4%(4回目),70.4%(5回目)であった。 Reuse of the solid catalyst phase is the same as in Example 7 except that WO 3 (0.25 mmol, 10 mol%) is used instead of the polyacid (NH 4 ) 3 [PW 12 O 40 ] in Example 7. Repeatedly. The conversion rate of cyclooctene after 24 hours at 25 ° C. was 71.6% (first time), 91.0% (second time), 90.7% (third time), 2.4% (fourth time), 70 4% (5th time).

実施例9
ハイドロタルサイト(KW500)0.25g、ポリ酸(NH43[PW1240]0.01mmol量の固体混合物に、内部標準物質としてn−ペンタデカンを含む1−デセン0.5mmolを加え、混合した。さらに尿素−過酸化水素を1.25mmolを加えてよく混合した後、25℃で24時間静置した。反応混合物をペンタンで抽出し、抽出液を、ガスクロマトグラフィーを用いて分析した。25℃で48時間後、対応する1,2−エポキシデカンの生成が64.1%みられた。
Example 9
Hydrotalcite (KW500) 0.25 g, polyacid (NH 4 ) 3 [PW 12 O 40 ] 0.01 mmol amount of solid mixture was added 0.5 mmol of 1-decene containing n-pentadecane as an internal standard substance, Mixed. Further, 1.25 mmol of urea-hydrogen peroxide was added and mixed well, and then allowed to stand at 25 ° C. for 24 hours. The reaction mixture was extracted with pentane and the extract was analyzed using gas chromatography. After 48 hours at 25 ° C., 64.1% formation of the corresponding 1,2-epoxydecane was observed.

実施例10
ハイドロタルサイト(KW500)0.25g、a成分H2WO40.05mmol量の固体混合物に、内部標準物質としてn−ペンタデカンを含むシクロドデセン0.5mmolを加え、混合した。さらに尿素−過酸化水素を1.25mmolを加えてよく混合した後、25℃で24時間静置した。反応混合物をペンタンで抽出し、抽出液を、ガスクロマトグラフィーを用いて分析した。25℃で24時間後、転化率41.7%、対応するエポキシシクロドデカンの収率は41.7%であった。
Example 10
To a solid mixture of 0.25 g of hydrotalcite (KW500) and 0.05 mmol of a component H 2 WO 4, 0.5 mmol of cyclododecene containing n-pentadecane as an internal standard substance was added and mixed. Further, 1.25 mmol of urea-hydrogen peroxide was added and mixed well, and then allowed to stand at 25 ° C. for 24 hours. The reaction mixture was extracted with pentane and the extract was analyzed using gas chromatography. After 24 hours at 25 ° C., the conversion was 41.7% and the yield of the corresponding epoxycyclododecane was 41.7%.

実施例11
ハイドロタルサイト類(b成分)をポリ酸(a成分)の分散相にすることで、無溶媒系、固相条件下で酸化剤である尿素−過酸化水素と反応し、ポリ酸の活性種が効率よく生成することは、固体核磁気共鳴スペクトル、赤外スペクトルの測定によって明らかである。
Example 11
By making hydrotalcite (component b) into a dispersed phase of polyacid (component a), it reacts with urea-hydrogen peroxide, which is an oxidant, in a solvent-free system and under solid-phase conditions to produce an active species of polyacid It is clear from the measurement of the solid nuclear magnetic resonance spectrum and the infrared spectrum.

たとえば、ハイドロタルサイト(KW500)0.20g、ポリ酸(NH43[PW1240]0.1mmol量の固体混合物に、尿素−過酸化水素を1.0mmolを加えてよく混合した後、25℃で静置した。一定時間毎に、31P固体核磁気共鳴(NMR)スペクトル、赤外スペクトルを測定した。図1および図2にスペクトルの経時変化を示す。 For example, after adding 0.2 mmol of hydrotalcite (KW500) and 0.1 mmol of urea-hydrogen peroxide to a solid mixture of polyacid (NH 4 ) 3 [PW 12 O 40 ] 0.1 mmol, mix well. And left at 25 ° C. 31 P solid nuclear magnetic resonance (NMR) spectrum and infrared spectrum were measured at regular time intervals. FIG. 1 and FIG. 2 show changes in spectrum over time.

31P固体NMRスペクトルにおいて、*印の新しいピークが、生成した活性種に由来する。反応開始後30分以内に活性種は生成している。ピークのケミカルシフト値から従来の液相反応における活性種とは異なることがわかる。赤外スペクトルにおいても、NMRと同じく活性種の生成は速く、さらに活性種がポリ酸のクラスター構造から大きく変動していないことがわかる。 In the 31 P solid state NMR spectrum, a new peak marked with * is derived from the generated active species. Active species are generated within 30 minutes after the start of the reaction. It can be seen from the chemical shift value of the peak that it is different from the active species in the conventional liquid phase reaction. Also in the infrared spectrum, it can be seen that active species are generated as fast as NMR, and that the active species does not vary greatly from the polyacid cluster structure.

本発明の実施例11において、触媒に尿素−過酸化水素を混合した場合の31P固体NMRスペクトルの経時変化を示す。In Example 11 of the present invention, the catalyst in the urea - shows the 31 time course of P solid NMR spectrum in the case of mixed hydrogen peroxide. 前記実施例11において、ポリ酸の赤外スペクトルの経時変化を示す。In the said Example 11, the time-dependent change of the infrared spectrum of a polyacid is shown.

Claims (10)

(a−1)タングステン、モリブデンおよびバナジウムよりなる、金属のイソポリ酸類、ヘテロポリ酸類、およびこれら酸の塩よりなる群から選択された少なくとも一種のポリ酸類または(a−2)タングステン、モリブデンおよびバナジウムよりなる群から選択された金属の酸化物、その酸またはその酸の塩(a成分)および(b)ハイドロタルサイト類(b成分)よりなる触媒の存在下、オレフィン類を固体粉末状の過酸化水素と反応せしめることを特徴とするエポキシ化合物の製造方法。 (A-1) at least one polyacid selected from the group consisting of metal isopolyacids, heteropolyacids, and salts of these acids, consisting of tungsten, molybdenum and vanadium, or (a-2) from tungsten, molybdenum and vanadium Oxidation of olefins in the form of a solid powder in the presence of a catalyst comprising an oxide of a metal selected from the group consisting of: an acid thereof or a salt thereof (component a) and (b) a hydrotalcite (component b) A method for producing an epoxy compound, characterized by reacting with hydrogen. (a−1)がタングステンのイソポリ酸類、ヘテロポリ酸類、およびこれら酸の塩よりなる群から選択された少なくとも一種のポリ酸類である請求項1のエポキシ化合物の製造方法。 (A-1) isopoly acids of tungsten emissions, heteropolyacids acids, and method for producing an epoxy compound according to claim 1 is at least one poly acids selected from the group consisting of salts of these acids. (a−2)が、タングステンの酸化物、その酸およびその酸の塩よりなる群から選択された少なくとも一種の金属酸化物類である請求項1のエポキシ化合物の製造方法。 The method for producing an epoxy compound according to claim 1, wherein (a-2) is at least one metal oxide selected from the group consisting of an oxide of tungsten, an acid thereof and a salt of the acid. (a−1)のポリ酸類がヘテロポリ酸類であり、そのヘテロ原子として、リン、ホウ素、珪素、ゲルマニウム、ランタノイド系、ニッケル、鉄、コバルトまたはルテニウムを含む請求項1のエポキシ化合物の製造方法。 The method for producing an epoxy compound according to claim 1, wherein the polyacids of (a-1) are heteropolyacids, and the heteroatoms include phosphorus, boron, silicon, germanium, lanthanoid series, nickel, iron, cobalt, or ruthenium. (a−1)のポリ酸類がイソポリ酸類またはヘテロポリ酸類であり、その対カチオンが、テトラブチルアンモニウム、ブチルアンモニウム、ベンジルトリメチルアンモニウムまたはセチルピリジニウムの有機カチオン類、もしくはアンモニウム、カリウム、ナトリウムまたはカルシウムの無機カチオン類である請求項1のエポキシ化合物の製造方法。 The polyacid of (a-1) is an isopolyacid or heteropolyacid, and the counter cation is an organic cation of tetrabutylammonium, butylammonium, benzyltrimethylammonium or cetylpyridinium, or an inorganic of ammonium, potassium, sodium or calcium The method for producing an epoxy compound according to claim 1, which is a cation. (b)のハイドロタルサイト類が下記(1)式
(M2+1−x(M3+(OH)(An−x/n・aHO (1)
(式中、M2+は2価金属イオンを示し、M3+は3価金属イオンを示し、An−はn価のアニオンを示し、そしてxおよびaはそれぞれ0<x<0.5、0≦a<1の範囲を示す)よりなる群から選択された少なくとも一種からなる請求項1のエポキシ化合物の製造方法。
The hydrotalcites of (b) are represented by the following formula (1): (M 2+ ) 1-x (M 3+ ) x (OH) 2 (A n− ) x / n · aH 2 O (1)
(Wherein, M 2+ is a divalent metal ion, M 3+ is a trivalent metal ion, A n-represents an n-valent anion, and each of x and a 0 <x <0.5, 0 The method for producing an epoxy compound according to claim 1, comprising at least one selected from the group consisting of ≦ a <1.
式(1)のハイドロタルサイト類が、M2+Mg 2+ 、Ca 2+ およびZn 2+ よりなる群から選ばれた少なくとも一種、M3+Al 3+ およびFe 3+ 、から選ばれた少なくとも一種、An−はOH、ClO 、NO 、SO 2−、CO 2−、SiO 2−、HPO 2−、PO 3−およびCHCOOよりなる群から選ばれた少なくとも一種からなる請求項6のエポキシ化合物の製造方法。 In the hydrotalcite of the formula (1), M 2+ is at least one selected from the group consisting of Mg 2+ , Ca 2+ and Zn 2+ , M 3+ is at least one selected from Al 3+ and Fe 3+ , An − Is at least selected from the group consisting of OH , ClO 4 , NO 3 , SO 4 2− , CO 3 2− , SiO 3 2− , HPO 4 2− , PO 4 3− and CH 3 COO −. The method for producing an epoxy compound according to claim 6 comprising one kind. 式(1)のハイドロタルサイト類が、M2+Mg 2+ 、M3+Al 3+ 、An−はCO 2−、からなる請求項6のエポキシ化合物の製造方法。 Method for producing a hydrotalcite of formula (1) is, M 2+ is Mg 2+, M 3+ is Al 3+, A n- is CO 3 2-, epoxy compound according to claim 6 consisting of. 該反応は実質的に溶媒の非存在下で実施する請求項1のエポキシ化合物の製造方法。 The method for producing an epoxy compound according to claim 1, wherein the reaction is carried out substantially in the absence of a solvent. 該過酸化水素は尿素−過酸化水素複合体である請求項1のエポキシ化合物の製造方法。 The method for producing an epoxy compound according to claim 1, wherein the hydrogen peroxide is a urea-hydrogen peroxide complex.
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