JP7513762B2 - 1,4-ジメチルナフタレンの製造方法 - Google Patents
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Description
上記分野では、1,4-DMN中の異性体含有量は1.0%以下、好ましくは0.5%以下、更に好ましくは0.4%以下が望まれている。
ゼオライト触媒は強い酸性度があるため、アルカリ金属で処理して酸性度を調整し、120℃から250℃で環化する方法が知られている(例えば、特許文献5参照)。しかしながら、特許文献5に記載されているような方法は酸性度調整が難しいという欠点がある。
1,5-DMTの脱水素反応による1,5-DMN製造は、液相脱水素反応ではパラジウム、白金、レニウムなどを単体で、または担持触媒として使用する例が多い。一方、気相脱水素反応では、上記触媒や、クロミア-アルミナ(chromia-alumina)触媒などが使用されている(例えば、特許文献9~12参照)。
このように、OTPから1,5-DMTあるいは1,5-DMNを製造する技術は多く検討されている。
例えば、PHをリン酸類及び/又は固体リン酸触媒で環化する方法が知られている(例えば、特許文献7及び特許文献13参照)。
また、水素存在下で連続的に気相環化と気相脱水素を行い、PHから1,4-DMTを経由して1,4-DMNを1工程で製造する方法も知られている。(例えば、特許文献14参照)。特許文献14の方法では、気相環化触媒として固体リン酸触媒が記載されている。
一方、気相脱水素触媒として担持白金触媒を使用する方法(例えば、特許文献14参照)や特定の不純物を制御して1,4-DMTを脱水素する方法(例えば、特許文献18参照)などが開示されている。
固体酸触媒としては、酸性白土、固体リン酸塩、ゼオライト(結晶性シリカアルミナ)、非結晶性シリカアルミナ、シリカマグネシア(silica-magnesia)、シリカカルシア(silica-calcia)など公知の異性化触媒を環化触媒として使用できる。
環化反応で多用されているゼオライト触媒は良好な環化触媒であるが、酸性度が高いため上記副生物が生成しやすい欠点がある。ゼオライトをアルカリなどで処理して酸性度を調整することも出来るが、酸性度の調整が難しい。すなわち、1,3-DMTなどの副生物を抑制するためには、反応を温和に進めることが好ましい。触媒の酸性度によって触媒量や反応温度、反応時間などを調整することで1,3-DMTなどの副生物を抑制できる。
非結晶性シリカアルミナ触媒としては例えば組成が質量比で、SiO2/Al2O3=8~2の触媒である。例として日揮触媒化成株式会社製のN631L、N631HN、N632L、N632HN、N633L、N633HNなどが挙げられる。
これらの不純物の中で、1,3-DMNは微量で、1,4-DMN中の1,3-DMNの主な原因ではない。しかも、1,3-DMNは1,4-DMTと沸点が離れており、必要に応じて蒸溜分離できる。しかし、1,3-DMTは1,4-DMTと沸点差がないため、蒸留分離が極めて困難である(前記表1参照)。上述のように1,4-DMNと1,3-DMNも沸点差がないので、脱水素反応後にも蒸留分離し難い。すなわち、1,4-DMN中の1,3-DMNを削減するためには、1,4-DMT中の1,3-DMTを減らすことが望ましい。
液相反応で、均一系触媒として例えばp-トルエンスルホン酸を使用した場合、添加量(質量)はPHに対して0.05%から10%,好ましくは0.3%から5%で、反応温度は100℃から200℃、好ましくは120℃から180℃、反応時間は0.5時間から24時間、好ましくは1時間から12時間である。反応温度が200℃以下であると、副生物が生成しにくい。
前述のように、1,4-DMNは異性化しやすいので、脱水素過程で生成した1,4-DMNが異性化を生じない脱水素触媒を選ぶことが望ましい。
1,4-DMTや1,4-DMNの沸騰下または溶剤を加えて溶剤の沸騰下で脱水素しても良い。
例えば、パラジウムを活性炭に10%担持した触媒を使用して常圧下で脱水素する場合、触媒添加量(質量)は1,4-DMTに対して好ましくは0.05%から10%、より好ましくは0.1%から5%、反応温度は80℃から270℃、より好ましくは120℃から270℃、反応時間は0.5時間から72時間、より好ましくは1時間から48時間である。反応温度や反応時間は触媒の活性度や不活性物質、還元性物質添加、低沸点溶媒の有無などに依って大幅に変化する。
蒸留精製によって、不純物含有量の少ない高純度の1,4-DMNを得ることが出来る。
(ブタジエン付加)
容量10リットルの反応容器にエチルベンゼン5.75kg,触媒として金属ナトリウム25gを加えて撹拌下、110℃で1,3-ブタジエン735gを10時間で添加した。添加終了後水を加えて金属ナトリウムを除去した。この操作を4回繰り返してPH20.4%,エチルベンゼン55.8%の反応液26kg得た。
この反応液19.5kgを理論段数20段、還流比1~10で蒸留してPH35%,エチルベンゼン60%の留出液(PH溶液)10.6kg得た。
攪拌機と還流冷却器が付いた容量5リットルのフラスコに、上記留出液(35%PH溶液)2.8kgと、非結晶性シリカアルミナ触媒(SiO2:83%、Al2O3:13%)12gを挿入した。撹拌下、留分(溶媒)の一部を抜き出しながら還流を続け、4時間で反応液温度を170℃に上げ、この温度で6時間保持した。
反応液から触媒を濾別し、以下の組成を有する、未反応PH0.5%以下の粗製1,4-DMT2.06kgを得た。
エチルベンゼン:47%
1,4-DMT:45%
1,3-DMT:0.16%
攪拌機と還流冷却器付き容量2リットルのフラスコに粗製1,4-DMT1.0kgと10%Pd/C5.8gを加えて、還流冷却器からエチルベンゼンを留去しながら4時間で250℃まで昇温し、この温度で8時間保持した。反応液から触媒を濾別し、下記組成の粗製1,4-DMN442gを得た。
1,4-DMN:93.3%
1,4-DMT:0.9%
5,8-DMT:2.3%
1,3-DMN:0.34%
この粗製1,4-DMN440gを理論段数40段の蒸留塔で、100mmHgで還流比1~10で蒸留して下記組成の精製1,4-DMN382gを得た。
1,4-DMN:98.3%
1,4-DMT:0.4%
5,8-DMT:0.6%
1,3-DMN:0.35%
(DMT蒸留)
実施例1の粗製1,4-DMT1.0kgを理論段数30段の蒸留塔で120mmHg、還流比5~20で蒸留して下記組成の精製1,4-DMT426gを得た。
1,4-DMT:98.2%
1,3-DMT:0.35%
攪拌機と還流冷却器付き容量500mlのフラスコに精製1,4-DMT400gと10%Pd/C2.4gを加えて、還流しながら4時間で250℃まで昇温し、この温度で8時間保持した。反応液から触媒を濾別し、下記組成の粗製1,4-DMN382gを得た。
1,4-DMN:97.4%
1,4-DMT:0.9%
5,8-DMT:1.9%
1,3-DMN:0.35%
粗製1,4-DMN370gを実施例1と同様の方法で蒸留し、下記組成の精製1,4-DMN342gを得た。
1,4-DMN:98.1%
1,4-DMT:0.4%
5,8-DMT:0.6%
1,3-DMN:0.35%
(環化)
攪拌機と還流冷却器が付いた容量2リットルのフラスコに、実施例1の35%PH溶液(留出液)1.4kgと、実施例1と同じ非結晶性シリカアルミナ触媒6gを挿入した。撹拌下、留分(溶媒)の一部を抜き出しながら還流を続け、4時間で反応液温度を200℃に上げ、この温度で6時間保持した。
反応液から触媒を濾別し未反応PH0.5%以下の粗製1,4-DMT714gを得た。
エチルベンゼン:17%
1,4-DMT:63%
1,3-DMT:0.46%
粗製1,4-DMT700gを理論段数30段の蒸留塔で120mmHg、還流比5~20で蒸留して下記組成の精製1,4-DMT410gを得た。
1,4-DMT:97.8%
1,3-DMT:0.71%
攪拌機と還流冷却器付き容量500mlのフラスコに精製1,4-DMT400gと10%Pd/C3.0gを加えて、還流冷却器から低沸点成分を留去しながら3時間で250℃まで昇温し、この温度で8時間保持した。反応液から触媒を濾別し、下記組成の粗製1,4-DMNを380g得た。
1,4-DMN:96.3%
1,4-DMT:0.5%
5,8-DMT:1.3%
1,3-DMN:0.70%
この粗製1,4-DMN370gを理論段数40段の蒸留塔で、100mmHgで還流比1~10で蒸留して下記組成の精製1,4-DMNを322g得た。
1,4-DMN:97.7%
1,4-DMT:0.2%
5,8-DMT:0.4%
1,3-DMN:0.71%
(環化)
攪拌機と還流冷却器が付いた容量2リットルのフラスコに、実施例1の35%PH溶液(留出液)1kgとエチルベンゼン300g、p-トルエンスルホン酸10gを挿入した。撹拌下、留分(溶媒)の一部を抜き出しながら還流を続け、4時間で反応液温度を154℃に上げ、この温度で3時間保持した。
反応液から触媒を濾別し未反応PH0.5%以下の粗製1,4-DMT950gを得た。
エチルベンゼン:57%
1,4-DMT:32%
1,3-DMT:0.16%
粗製1,4-DMT700gを理論段数30段の蒸留塔で120mmHg、還流比5~20で蒸留して下記組成の精製1,4-DMT225gを得た。
1,4-DMT:97.1%
1,3-DMT:0.49%
攪拌機と還流冷却器付き容量500mlのフラスコに精製1,4-DMT200gと10%Pd/C1.5gを加えて、還流冷却器から低沸点成分を留去しながら3時間で250℃まで昇温し、この温度で8時間保持した。反応液から触媒を濾別し、下記組成の粗製1,4-DMNを190g得た。
1,4-DMN:96.5%
1,4-DMT:0.4%
5,8-DMT:1.2%
1,3-DMN:0.49%
この粗製1,4-DMN180gを理論段数10段の蒸留塔で、100mmHgで還流比1~10で蒸留して下記組成の精製1,4-DMNを171g得た。
1,4-DMN:97.6%
1,4-DMT:0.2%
5,8-DMT:0.9%
1,3-DMN:0.49%
(環化)
攪拌機と還流冷却器が付いた容量2リットルのフラスコに、実施例1の35%PH溶液(留出液)1.4kgと、実施例1と同じ非結晶性シリカアルミナ触媒6gを挿入した。撹拌下、留分(溶媒)の一部を抜き出しながら還流を続け、2時間で反応液温度を210℃に上げ、更に徐々に昇温して2時間で220℃とした。この温度で6時間保持した。
反応液から触媒を濾別し、以下の組成を有する、未反応PH0.5%以下の粗製1,4-DMT539gを得た。
エチルベンゼン:<1%
1,4-DMT:79%
1,3-DMT:1.27%
粗製1,4-DMT520gを理論段数30段の蒸留塔で120mmHg、還流比5~20で蒸留して下記組成の精製1,4-DMT381gを得た。
1,4-DMT:96.6%
1,3-DMT:1.55%
攪拌機と還流冷却器付き容量500mlのフラスコに精製1,4-DMT350gと10%Pd/C3.0gを加えて、還流冷却器から低沸点成分を留去しながら3時間で250℃まで昇温し、この温度で8時間保持した。反応液から触媒を濾別し、下記組成の粗製1,4-DMNを324g得た。
1,4-DMN:92.1%
1,4-DMT:0.7%
5,8-DMT:2.3%
1,3-DMN:1.48%
この粗製1,4-DMN300gを理論段数40段の蒸留塔で、100mmHgで還流比1~10で蒸留して下記組成の精製1,4-DMNを251g得た。
1,4-DMN:96.5%
1,4-DMT:0.3%
5,8-DMT:0.6%
1,3-DMN:1.55%
(環化)
攪拌機と還流冷却器が付いた容量2リットルのフラスコに、実施例1の35%PH溶液(留出液)1.4kgと、Y型ゼオライト触媒(日揮触媒化成,H-Y型)6gを挿入した。撹拌下、留分(溶媒)の一部を抜き出しながら還流を続け、4時間で反応液温度を170℃に上げ、この温度で6時間保持した。
反応液から触媒を濾別し未反応PH0.5%以下の粗製1,4-DMT1.03kgを得た。
エチルベンゼン:45%
1,4-DMT:43%
1,3-DMT:0.61%
(環化)
攪拌機と還流冷却器が付いた容量2リットルのフラスコに、実施例1の35%PH溶液(留出液)1kgとエチルベンゼン300g、p-トルエンスルホン酸10gを挿入した。撹拌下、留分(溶媒)の一部を抜き出しながら還流を続け、4時間で反応液温度を210℃に上げ、この温度で3時間保持した。
反応液から触媒を濾別し未反応PH0.5%以下の粗製1,4-DMT355gを得た。
エチルベンゼン: 5%
1,4-DMT:77%
1,3-DMT: 1.37%
従って、精製1,4-DMN中の1,3-DMN濃度を減らすためには、PHを温和な条件(触媒の酸性度や、触媒量、温度、時間など)で環化して1,4-DMTに対する1,3-DMTの割合を減らすことが重要である。
Claims (3)
- 5-フェニル-2-ヘキセンを酸触媒の存在下で環化して、粗製1,4-ジメチル-1,2,3,4-テトラヒドロナフタレンとし、これを脱水素して得られる粗製1,4-ジメチルナフタレンを蒸留精製する1,4-ジメチルナフタレンの製造方法において、
前記酸触媒はスルホン酸類又は非結晶性シリカアルミナ触媒であり、
液相での環化反応温度を200℃以下で行うことにより、1,4-ジメチル-1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン中の1,3-ジメチル-1,2,3,4-テトラヒドロナフタレン濃度を1,4-ジメチル-1,2,3,4-テトラヒドロナフタレンに対して1.0%以下とする、1,4-ジメチルナフタレンの製造方法。 - 前記酸触媒が非結晶性シリカアルミナ触媒である、請求項1記載の1,4-ジメチルナフタレンの製造方法。
- 1,4-ジメチルナフタレン中の1,4-ジメチルナフタレンに対する1,3-ジメチルナフタレンの割合が1.0%以下である、請求項1又は2に記載の1,4-ジメチルナフタレンの製造方法。
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