JPH0248530B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はヨードベンゼンの合成方法にかかわ
る。 通常、ベンゼンとよう素から出発したヨードベ
ンゼンの合成は、酸化剤の存在下液相で実施さ
れ、そして好ましくは酸化剤として硝酸が用いら
れている。〔特開昭58−77830、ソ連特許453392号
およびダータ(Datta)R.L.およびチヤータジ
(Chatterjee)N.Rの論文:(ジヤーナル・オブ・
ジ・アメリカン・ケミカル・ソサイエテイ(J.
Am.Chem.Soc.)、39、437、1917)〕他の酸化剤
も同様に用いることができる。しかしながら、そ
のいずれも、より効率的且つ簡便とは立証されて
いない。例えば、よう素酸、三酸化硫黄および過
酸化水素が用いられた。〔バトラー(Butler)A.
R:ジヤーナル・オブ・ケミカル・エジユケイシ
ヨン(J.Chem.Educ.)36、508、1971)また、金
属ハロゲン化物を触媒とする芳香族よう素化が報
告された。〔ウエムラS、オノエA、オカノM:
ブリテイン・オブ・ザ・ケミカル・ソサイエテ
イ・オブ・ジヤパン(Bull.Chem.Soc.Jpn.)47、
147、1974〕本出願人によるイタリア国特許公告
19860A/84には、芳香族酸アルカリ塩から出発
した、よう素との反応による、芳香族ヨード置換
化合物の合成方法が開示されている。これら周知
方法の全てにおいて、よう素に関する選択性が90
%を越えることはなく、しかもそのうちのいくつ
かは、コスト高な酸化剤を用い、他の方法では、
入手しがたい反応体を出発物質としている。 然るに、本発明者は、酸化剤としてO2を用い
且つ触媒として特定のゼオライトを用いた下記反
応: 2C6H6+I2+1/2O2→2C6H5I+H2O () に従つて、ヨードベンゼンの合成がより簡便に遂
行しうることを発見した。 その最も広い様相において、本発明は、酸素、
空気若しくは他の含酸素気体の存在でベンゼンを
よう素によりよう素化させることによつてヨード
ベンゼンを気相重合させる方法に関する。更に詳
述すれば、該方法は、周期律表第A族、B族
又はA族の二価ないし三価金属カチオン少くと
も1種で使用前イオン交換した、ZSM5若しくは
ZSM11型ゼオライトを基材とする触媒上に、ベ
ンゼン、よう素および酸化ガスを含む気体混合物
を送り込むことを包含する。 上記ゼオライト触媒はそのまま用いてもよく、
或いは、適量の不活性剤例えば、バインダーおよ
び(又は)担体として機能するSiO2と混合して
もよい。 ゼオライトを本発明に従い、触媒として用いる
とき、その触媒活性の安定化が注目される。逆
に、同じゼオライトを酸又はアルカリ形で用いる
ときは、該活性の減衰が注目される。更に、
SiO2/Al2O3比が低い(10)ゼオライトの場
合、反応条件下又は随意なされる再活性化のあい
だ構造破壊が生ずるので、酸形を無制限に用いる
ことはできない。 触媒調製で、ナトリウムおよびその酸形は共に
出発物質となり得る。前者の場合、ナトリウムは
既知の方法を用いて所期カチオンとイオン交換さ
れる。また、酸形ゼオライトから出発するとき
は、交換法を用いることができるけれども、加水
分解によつて塩基性PHを示すカチオン塩の水溶液
又は(より好ましくは)金属カチオン水酸化物の
稀薄溶液を用いた中和法がより簡便である。この
後者の方法は、ブレンステツド酸箇所のないゼオ
ライトを確実にもたらす。触媒系はまた、2種以
上の金属カチオンを有するゼオライトからなりう
る。 よう素化は、本発明の精神を逸脱せずにさまざ
まな技法に従つて実施することができるが、例え
ば、下記の一般的手順が本プロセスの実施には適
切である。すなわち、よう素のベンゼン溶液
(0.5〜50重量%好ましくは5〜20重量%濃度)を
蒸発させ、また空気/I2モル比が少くとも理論比
に等しく、好ましくは10となる如き量で空気と
混合する。得られた混合物を、触媒装填せる固定
床反応器に導入する。温度は200〜550℃(好まし
くは350〜450℃)範囲とし、空間速度(WHSV)
は、触媒の(結合剤を除く)活性部分1Kg当りベ
ンゼン0.1〜100(好ましくは1〜20)Kg/hr範囲
とする。また、例えば、窒素、ヘリウム若しくは
蒸気の如き不活性希釈剤を用いることもできる。
而して、生成物は、反応器を出る気体流れを冷却
し且つ通常の処理に付すことによつて回収されう
る。蒸留の場合、上方蒸留せるベンゼンはよう素
化反応器に再循環されうる。試験のあいだ用いら
れる全体圧力はほぼ常に、大気圧よりもわずかに
高い。しかしながら、より低い圧力でもまたより
高い圧力でも同様に用いることができる。特に、
300〜450℃で気相操作されるとき、触媒はその活
性を長時間保つが、触媒活性が許容レベルを下回
るとき、再生を必要とする。すぐれた再生は、ベ
ンゼン−空気混合物中300〜600℃の温度で数時間
触媒を賦活することにある。触媒の初めの活性化
も重要な要素である。 下記例は本発明を例示するが、それによつて本
発明の範囲を限定するものではない。 例 1 (比較例、H−ZSM5) ZSM5ゼオライトを米国特許第3702886号の例
24に従い粗製し、次いでナトリウムのないH−
ZSM5形を得るために1MのHCl溶液により80℃
でイオン交換した。このゼオライト結晶子は0.5μ
m以下の平均寸法を有した。 かくして得たH−ZSM5ゼオライト1gを結合
剤(SiO2)0.3gと混合し、全体を大気中540℃で
2時間賦活した。得られた触媒を、サーモスタツ
トで400℃に保持せる石英製超小型反応器に装填
し、ベンゼン、よう素および空気を20:1:20の
モル比で有する気体混合物を連続的に供給した。
圧力を、760mm/Hgよりもわずかに高くし、空間
速度(WHSV)を、ゼオライト1Kg当りベンゼ
ン−よう素混合物6Kg/hrとした。反応を1時間
行ない、凝縮によつて反応生成物を収集した。よ
う素変換率は65%であり、ヨードベンゼンへの
(ベンゼンに関する)モル選択性は98.6%であつ
た。6時間後、変換率は約25%に低下した。 例 2 (比較例、Na−ZSM5) 例1に記載の如く調製し且つ結合剤SiO20.3g
と混合したH−ZSM5ゼオライト1gを脱イオン
水20mlに懸濁させ、NaOH0.1M溶液で中和した。
この懸濁物(PH8)を80℃にまで加熱し、PHが低
下傾向を示すときは、NaOHを加えてPHを8に
まで上げ、この値を持続させた。懸濁物を過
し、固形分を脱イオン水で洗浄し、110℃の内
で2時間乾燥し、更に2時間540℃で賦活した。
このようにして得たNa−ZSM5ゼオライトを用
いて例1の手順を反復した。2時間後、よう素変
換率は20%より高くはなかつた。 例 3 (Ca−ZSM5) 例2を反復したが、その際NaOH溶液を均等
なCa(OH)2で置き換えた。かくして得たCa−
ZSM5ゼオライトをよう素化に用いた。データと
結果を表1に掲載する。 例 4 (Zn−ZSM5) 例1に記載の如く調製し且つSiO20.3gで結合
したH−ZSM5ゼオライト1gを80℃で、酢酸亜
鉛0.5M溶液20ml/回により3回イオン交換した。
この変換終了時、ゼオライトを脱イオン水で洗浄
し、110℃で2時間乾燥し、更に540℃で2時間賦
活した。かくして調製せるZn−ZSM5ゼオライト
を触媒として用いることにより例1を反復した。
データと結果を表1に掲載する。 例 5〜7 例3〜4を反復したが、作業パラメータ[流量
および(又は)温度]をわずかに変えた。データ
と結果を表1に掲載する。 例 8 (Ba−ZSM5) 例4を反復したが、酢酸亜鉛の溶液を水酸化バ
リウム溶液で置き換えた。データと結果を表1に
掲載する。 例 9 (比較例、K−ZSM5) 例8を反復したが、Ba(OH)2を水酸化カリウ
ムで置き換えた。データと結果を表1に掲載す
る。 例 10 (Al−ZSM5) 例8を反復したが、Ba(OH)2を水酸化アルミ
ニウムで置き換えた。データと結果を表1に掲載
する。 例 11 (Mg−ZSM5) Ba(OH)2を酢酸マグネシウムで置き換えたほ
かは例8を反復したところ、同様の結果を得た。 例 12 (Mg−ZSM11) ZSM5ゼオライトをZSM11ゼオライトで置き換
えたほかは例11を反復したところ、ほぼ同じ結果
を得た。 【表】
る。 通常、ベンゼンとよう素から出発したヨードベ
ンゼンの合成は、酸化剤の存在下液相で実施さ
れ、そして好ましくは酸化剤として硝酸が用いら
れている。〔特開昭58−77830、ソ連特許453392号
およびダータ(Datta)R.L.およびチヤータジ
(Chatterjee)N.Rの論文:(ジヤーナル・オブ・
ジ・アメリカン・ケミカル・ソサイエテイ(J.
Am.Chem.Soc.)、39、437、1917)〕他の酸化剤
も同様に用いることができる。しかしながら、そ
のいずれも、より効率的且つ簡便とは立証されて
いない。例えば、よう素酸、三酸化硫黄および過
酸化水素が用いられた。〔バトラー(Butler)A.
R:ジヤーナル・オブ・ケミカル・エジユケイシ
ヨン(J.Chem.Educ.)36、508、1971)また、金
属ハロゲン化物を触媒とする芳香族よう素化が報
告された。〔ウエムラS、オノエA、オカノM:
ブリテイン・オブ・ザ・ケミカル・ソサイエテ
イ・オブ・ジヤパン(Bull.Chem.Soc.Jpn.)47、
147、1974〕本出願人によるイタリア国特許公告
19860A/84には、芳香族酸アルカリ塩から出発
した、よう素との反応による、芳香族ヨード置換
化合物の合成方法が開示されている。これら周知
方法の全てにおいて、よう素に関する選択性が90
%を越えることはなく、しかもそのうちのいくつ
かは、コスト高な酸化剤を用い、他の方法では、
入手しがたい反応体を出発物質としている。 然るに、本発明者は、酸化剤としてO2を用い
且つ触媒として特定のゼオライトを用いた下記反
応: 2C6H6+I2+1/2O2→2C6H5I+H2O () に従つて、ヨードベンゼンの合成がより簡便に遂
行しうることを発見した。 その最も広い様相において、本発明は、酸素、
空気若しくは他の含酸素気体の存在でベンゼンを
よう素によりよう素化させることによつてヨード
ベンゼンを気相重合させる方法に関する。更に詳
述すれば、該方法は、周期律表第A族、B族
又はA族の二価ないし三価金属カチオン少くと
も1種で使用前イオン交換した、ZSM5若しくは
ZSM11型ゼオライトを基材とする触媒上に、ベ
ンゼン、よう素および酸化ガスを含む気体混合物
を送り込むことを包含する。 上記ゼオライト触媒はそのまま用いてもよく、
或いは、適量の不活性剤例えば、バインダーおよ
び(又は)担体として機能するSiO2と混合して
もよい。 ゼオライトを本発明に従い、触媒として用いる
とき、その触媒活性の安定化が注目される。逆
に、同じゼオライトを酸又はアルカリ形で用いる
ときは、該活性の減衰が注目される。更に、
SiO2/Al2O3比が低い(10)ゼオライトの場
合、反応条件下又は随意なされる再活性化のあい
だ構造破壊が生ずるので、酸形を無制限に用いる
ことはできない。 触媒調製で、ナトリウムおよびその酸形は共に
出発物質となり得る。前者の場合、ナトリウムは
既知の方法を用いて所期カチオンとイオン交換さ
れる。また、酸形ゼオライトから出発するとき
は、交換法を用いることができるけれども、加水
分解によつて塩基性PHを示すカチオン塩の水溶液
又は(より好ましくは)金属カチオン水酸化物の
稀薄溶液を用いた中和法がより簡便である。この
後者の方法は、ブレンステツド酸箇所のないゼオ
ライトを確実にもたらす。触媒系はまた、2種以
上の金属カチオンを有するゼオライトからなりう
る。 よう素化は、本発明の精神を逸脱せずにさまざ
まな技法に従つて実施することができるが、例え
ば、下記の一般的手順が本プロセスの実施には適
切である。すなわち、よう素のベンゼン溶液
(0.5〜50重量%好ましくは5〜20重量%濃度)を
蒸発させ、また空気/I2モル比が少くとも理論比
に等しく、好ましくは10となる如き量で空気と
混合する。得られた混合物を、触媒装填せる固定
床反応器に導入する。温度は200〜550℃(好まし
くは350〜450℃)範囲とし、空間速度(WHSV)
は、触媒の(結合剤を除く)活性部分1Kg当りベ
ンゼン0.1〜100(好ましくは1〜20)Kg/hr範囲
とする。また、例えば、窒素、ヘリウム若しくは
蒸気の如き不活性希釈剤を用いることもできる。
而して、生成物は、反応器を出る気体流れを冷却
し且つ通常の処理に付すことによつて回収されう
る。蒸留の場合、上方蒸留せるベンゼンはよう素
化反応器に再循環されうる。試験のあいだ用いら
れる全体圧力はほぼ常に、大気圧よりもわずかに
高い。しかしながら、より低い圧力でもまたより
高い圧力でも同様に用いることができる。特に、
300〜450℃で気相操作されるとき、触媒はその活
性を長時間保つが、触媒活性が許容レベルを下回
るとき、再生を必要とする。すぐれた再生は、ベ
ンゼン−空気混合物中300〜600℃の温度で数時間
触媒を賦活することにある。触媒の初めの活性化
も重要な要素である。 下記例は本発明を例示するが、それによつて本
発明の範囲を限定するものではない。 例 1 (比較例、H−ZSM5) ZSM5ゼオライトを米国特許第3702886号の例
24に従い粗製し、次いでナトリウムのないH−
ZSM5形を得るために1MのHCl溶液により80℃
でイオン交換した。このゼオライト結晶子は0.5μ
m以下の平均寸法を有した。 かくして得たH−ZSM5ゼオライト1gを結合
剤(SiO2)0.3gと混合し、全体を大気中540℃で
2時間賦活した。得られた触媒を、サーモスタツ
トで400℃に保持せる石英製超小型反応器に装填
し、ベンゼン、よう素および空気を20:1:20の
モル比で有する気体混合物を連続的に供給した。
圧力を、760mm/Hgよりもわずかに高くし、空間
速度(WHSV)を、ゼオライト1Kg当りベンゼ
ン−よう素混合物6Kg/hrとした。反応を1時間
行ない、凝縮によつて反応生成物を収集した。よ
う素変換率は65%であり、ヨードベンゼンへの
(ベンゼンに関する)モル選択性は98.6%であつ
た。6時間後、変換率は約25%に低下した。 例 2 (比較例、Na−ZSM5) 例1に記載の如く調製し且つ結合剤SiO20.3g
と混合したH−ZSM5ゼオライト1gを脱イオン
水20mlに懸濁させ、NaOH0.1M溶液で中和した。
この懸濁物(PH8)を80℃にまで加熱し、PHが低
下傾向を示すときは、NaOHを加えてPHを8に
まで上げ、この値を持続させた。懸濁物を過
し、固形分を脱イオン水で洗浄し、110℃の内
で2時間乾燥し、更に2時間540℃で賦活した。
このようにして得たNa−ZSM5ゼオライトを用
いて例1の手順を反復した。2時間後、よう素変
換率は20%より高くはなかつた。 例 3 (Ca−ZSM5) 例2を反復したが、その際NaOH溶液を均等
なCa(OH)2で置き換えた。かくして得たCa−
ZSM5ゼオライトをよう素化に用いた。データと
結果を表1に掲載する。 例 4 (Zn−ZSM5) 例1に記載の如く調製し且つSiO20.3gで結合
したH−ZSM5ゼオライト1gを80℃で、酢酸亜
鉛0.5M溶液20ml/回により3回イオン交換した。
この変換終了時、ゼオライトを脱イオン水で洗浄
し、110℃で2時間乾燥し、更に540℃で2時間賦
活した。かくして調製せるZn−ZSM5ゼオライト
を触媒として用いることにより例1を反復した。
データと結果を表1に掲載する。 例 5〜7 例3〜4を反復したが、作業パラメータ[流量
および(又は)温度]をわずかに変えた。データ
と結果を表1に掲載する。 例 8 (Ba−ZSM5) 例4を反復したが、酢酸亜鉛の溶液を水酸化バ
リウム溶液で置き換えた。データと結果を表1に
掲載する。 例 9 (比較例、K−ZSM5) 例8を反復したが、Ba(OH)2を水酸化カリウ
ムで置き換えた。データと結果を表1に掲載す
る。 例 10 (Al−ZSM5) 例8を反復したが、Ba(OH)2を水酸化アルミ
ニウムで置き換えた。データと結果を表1に掲載
する。 例 11 (Mg−ZSM5) Ba(OH)2を酢酸マグネシウムで置き換えたほ
かは例8を反復したところ、同様の結果を得た。 例 12 (Mg−ZSM11) ZSM5ゼオライトをZSM11ゼオライトで置き換
えたほかは例11を反復したところ、ほぼ同じ結果
を得た。 【表】
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 ZSM5型ゼオライトおよびZSM11型ゼオライ
トよりなる群から選ばれるゼオライト触媒にして
使用前、周期律表第A族、B族又はA族の
二価ないし三価金属カチオン少くとも1種とイオ
ン交換せしめられた前記触媒の存在下ベンゼンを
よう素および酸素、空気若しくは他の含酸素気体
により気相で酸化よう素化させることによるヨー
ドベンゼンの合成方法。 2 ヨウ素化温度が200〜550℃好ましくは350〜
450℃範囲である、特許請求の範囲第1項記載の
方法。 3 酸化剤が空気であり、また空気/I2モル比が
理論比に等しいか又はそれより高く、好ましくは
10である、特許請求の範囲第1項記載の方法。 4 供給ベンゼン中のよう素濃度が0.5〜50重量
%好ましくは5〜20重量%範囲である、特許請求
の範囲第1項記載の方法。 5 空間速度が、純粋(結合剤を除く)ゼオライ
ト1Kg当りベンゼン0.1〜100好ましくは1〜20
Kg/hr範囲である、特許請求の範囲第1項記載の
方法。 6 ゼオライトが、使用前、Zn++およびアルカ
ル土類金属カチオンよりなる群から選ばれるカチ
オン少くとも1種とイオン交換される、特許請求
の範囲第1項記載の方法。 7 ベンゼン、よう素および空気(若しくは他の
含酸素気体)をZn++およびCa++よりなる群から
選ばれるカチオン少くとも1種とイオン交換され
たZSM5型ゼオライトに、350〜450℃範囲の温度
で接触させ、しかも空気/I2モル比を8に等しい
か又はそれより高くし、空間速度を純粋ゼオライ
ト1Kg当りベンゼン1〜100Kg/hrとし、そして
よう素を5〜20重量%のベンゼン溶液として供給
する、ヨードベンゼンの合成方法。
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