JPH08295649A - 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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JPH08295649A
JPH08295649A JP7134627A JP13462795A JPH08295649A JP H08295649 A JPH08295649 A JP H08295649A JP 7134627 A JP7134627 A JP 7134627A JP 13462795 A JP13462795 A JP 13462795A JP H08295649 A JPH08295649 A JP H08295649A
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廣次 北村
Hirohisa Nito
浩久 仁藤
Shinji Yamamoto
真司 山本
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  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 過酸化水素酸化法により脂肪族テトラカルボ
ン酸を高収率且つ効率的に製造する。 【構成】 テトラヒドロフタル酸類をタングステン化合
物と含窒素芳香族カルボン酸の存在下に過酸化水素で酸
化する。

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長時
間に関し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.)を反応液が空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。

Claims (9)

    【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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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6610884B2 (en) 2000-01-24 2003-08-26 Bayer Aktiengesellschaft Polycarboxylic acids, preparation thereof and use thereof for treating cellulosic fibres or textile or paper materials produced therefrom
US6703528B2 (en) 2000-08-11 2004-03-09 Sumitomo Chemical Company, Limited Process for producing carbonyl or hydroxy compound
US8815992B2 (en) 2010-04-14 2014-08-26 Exxonmobil Research And Engineering Company Tetracarboxylic ester plasticizers

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