JPS59163328A - トリメチルベンゼンの転化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はスメクタイト型粘土層間化合物を触媒とするト
リメチルベンゼンの転化方法に関する。

粘土鉱物には層状の格子構造をもつものがある。

格子を構成する元素にはＯ，Ｓｉ　、Ａρ、Ｅｅ。

Ｍｕ、Ｌｉなどであるが、これらのうちＡρ。

Ｆｅ、ｔｖｌｏ、Ｌ−ｉはたがいに結晶形をかえること
なく置換するので、これらをＡＩで代表させると結晶格
子は、Ｏ，Ｓｉ　、Ａβの３種類の元素から構成される
ことになる。このようにあられすと、層状の粘土鉱物は
ケイ素四面体層（ｓｉ　Ｉ　１ｃｏｎｔｅ’ｔｒａｈｅ
ｄｒｏｎ　１ａｙｅｒ　）とアルミニウム八面体層（ａ
ｌｕｍｉｎｕｍ　ｏｃｔａｈｅｄｒｏｎ　１ａｙｅｒ　
）とからなる層状格子構造を取っているといえる。この
層状構造の粘土の結合力の弱い二次元層間へ各種の化合
物、たとえば、イオン、錯体、有機もしくは無機分子を
挿入することにより包接させた化合物（粘土層間化合物
）は、挿入により層間間隔が種々に変化することが知ら
れている。したがって適当な化合物を挿入さけることに
より適宜の層間距離を右する粘土層間化合物は、ゼオラ
イトに代表されるような形状選択性を有する触媒として
の使用が期待される。

ところで、粘土層間化合物の多くは、加熱すると層間に
包接した有機分子や層間水を放出し、層状構造が破壊さ
れることが多く、加熱再生や場合により高温の反応湿度
が必要とされる触媒としての利用には適さなかった。し
かしながら、近年、二次元層状格子をもつ粘土の層間を
適当な金属酸化物を挿入することにより、該金属酸化物
で架橋された粘土層間化合物は、数百度という高温でも
、その層状格子は破壊されず耐熱性を有することが報告
されている。

一方、石油精製や石油化学におけるナフサの改質や分解
からはトリメチルベンゼンの如き比較的重質の芳香族炭
化水素が副生ずる。今後の石油の重質化に伴う余剰重質
ナフサの利用あるいは重質油分解によってはさらに多量
に副生ずる可能性がある。

したがって、このような副生重質芳香族炭化水素の利用
方法が望まれている。特に重質芳香族炭化水素の中でも
トリメデルベンゼンには有効な用途が少ない。

本発明者らは一１述の事情に鑑み、現在有効な利用方法
の少ないトリメデルベンゼンを接触転化することにより
、よりイ」加価値の高い芳香族炭化水素を得る目的で、
ω］究した結果、ある種の粘土層間化合物がトリメチル
ベンゼンの転化反応に有効な触媒としてはたらくこと、
また、この粘土層間化合物に金属を担持さけるど活性低
下が防止できることを見い出し本発明を完成さけたもの
である。

１なわち、本発明は層間に周期律表中第■族ないし第■
族の金属の金Ｉｉ！酸化物が挿入され、かつ約４〜１０
人の層間間隔を有づるスメクタイト型粘土層間化合物の
什在下におこなうトリメデルベンゼンの転化方法に関づ
る。

本発明で用いる粘土鉱物は、一般にスメクタイＩ〜型と
呼ばれる天然もしくは合成の層状構造を有する粘土鉱物
である。このスメクタイト型粘土は前述のアルミニウム
八面体層の両側をケイ素四面体層が挾むサンドイッチ構
造の層状格子構造を取っている粘土鉱物であって、四面
体層と八面体層の比から２：１型粘土鉱物あるいはその
合古１がら三層鉱物ともいわれている。吸着水の多少に
より膨張収縮を示すという特徴がある。また、２：１型
鉱物の間に他の結晶単位層が挾まった構造の混層型であ
る２：２型鉱物も含まれる。

シリカ・アルミナなどの溶液から合成される粘土も用い
ることができるが、餞型的な市販の粘土は次のようなも
のである。

モンモリロナイト（ｍｏｎｔｍｏｒｉｌｌｏｎｉｔｅ　
）［ＡＪ２ｂ６７Ｍ＜Ｊｏｎ　（Ｎａｏ、ａ３）］　　
Ｓｉ　　４　０＋ｏ　　（ＯＨ）ｚパイテライト（１＋
ｅｉｄｅｌ　ｌ　１ｔｅ）△ｆｆ１２１ｙ［ＡＪ２ｏ３
３（Ｎａｏ３３）　Ｓ！ｙ、＋７］　０＋ｏ　（Ｏｌｌ
）ｚヘクトライト（ｈｅｃｔｏｒｉｔｅ　）［ＭＬｚｃ
ＩＬ　ｉ　０．３Ｊ　（Ｎａｏ、ａ３＞　Ｓ　ｉ　　４
０＋ｏ　　（０１−！、　　Ｆ　）ｚ］そのほかペン１
〜ナイト（ｂｅｎｔｏｎｉｔｅ　）などである。また、
２：２型鉱物には縁泥岩［り［１ライト（ｃｈｌｏｒｉ
ｔｅ）　］などがあげられる。

これらの粘土鉱物を原料とづ゛ると耐熱性が良いので触
媒などに適している。

本発明においては、粘土の二次元層の層間を金属酸化物
で架橋することにより得られる粘土層間化合物を触媒と
する。

この金属酸化物は周期律表中第■族ないし第ＶＵ族の金
属の酸化物である。これらの金属としては△ｆ、Ｚｒ、
Ｂｉ、Ｃｒ、Ｍｎなどのほか、３ｉ。

Ｔｉ　、　７ｎ　、Ｃｕなどがあげられる。

本発明のスメクタイト型粘土鉱物は層格子中のアルミニ
ウム原子の一部が他種金属イオンと置換しており、これ
に起因して、粘土層内部に負電荷を生じ、その対向イオ
ンとして層間に交換性陽イオンを保留し静電気的に釣合
うことになる。なお、このような能力は、塩基性交換容
量として求められ、スメクタイト型粘土は相対的に高い
交換容量を示すことも特徴である。

すなわち、粘土層間化合物を得るには粘土を適当な金属
水酸化物が溶解した溶液に浸づことにより、層間中の陽
イオンなどと交換され、金属水酸化物が層内に挿入され
た層間化合物が得られ、これを焼成して、金属酸化物と
することにより粘土の二次元層の層間を架橋することが
できる。

このような架橋づる方法には、イオン交換法と滴定法が
ある。

まず、イオン交換法について説明づ−ると、この方法は
多核金属水酸化イオンのような嵩高い無機イオンを調製
し、該無機イオンと粘土層間の陽イオンとイオン交換さ
せる方法である。−この無機イオンは前記の周期律表中
第■族ないし第Ｖ■族の金３十 屈のイオンであって、たとえばΔ℃　、Ｏｒ。

３＋　　、Ｚｒ＋“などである。

・　３＋ このような嵩高い多核金属水酸化イオンの例として陽イ
オン性ヒドロキシ金属錯体がある。これらはたとえばア
ルミニウム塩やジルコニウム塩の加水分解によって生成
する塩基性のアルミニウムまたはジルコニウム關体とし
て知られている。アルミニウムを例にとると、塩化アル
ミニウムの加水分解により得られるアルミニウムクロロ
ヒドロキシド１１１体であって、これらは、一般式：％
式％ を有するものとして表わされるが、上式におい−Ｃｎは
４〜１２の値を有し、かつＸは通常は０℃。

Ｂｒおよび／またはＮＯ２である。これらのヒトｌ］シ
キド銘体は、約３００〜３０００の平均分子量を有する
。

イオン交換するにあたっては、上述した陽イオン性ヒド
ロキシ金属銘体溶液にスメクタイト型粘土を加えて十分
に撹拌をずればよい。

このような陽イオン性ヒドロキシ金属錯体、たとえば、
アルミニウムクロロヒドロキシド６１１体、ジルコニウ
ムヒドロキシド錯体の製法および該１１１体による粘土
のイオン交換は特開昭５４＝５８８４号公報に記載され
た方法に従うことができる。

次に滴定法であるが、この方法は加水分解により金属水
酸化物を生成しつつ粘土の層間陽イオンと該金属水酸化
物とをイオン交換させる方法である。アルミナの粘土層
間化合物を例にとると塩化アルミニウム水和物とスメク
タイト型粘」ことを水中で撹拌しつつ、力性ソーダなど
のアルカリ金属水酸化物溶液を徐々に滴下し、十分に撹
拌覆ればアルミニウムの水酸化物が粘土の層内陽イオン
とイオン交換されることになる。

上述のイオン交換法または滴定法により寄られたスメク
タイト型粘土層間化合物を空気中でか焼する。このか焼
により粘土層間の金属水酸化物はたとえば、アルミナ、
ジルコニアなどの金属酸化物どなり、粘土層間の架橋点
が形成され、粘土層間化合物の耐熱性が向上する。か焼
温度は３００〜８００℃、好ましくは３５０〜６５０°
Ｃである。

か焼時間は１〜４時間稈度でよい。

かくすることにより金属酸化物が層間に挿入されたスメ
クタイト型粘土層間化合物を得ることが。

できるが、本発明のトリメチルベンじンの転化に適、し
た層間化合物の層間距離は４〜１０人より好ましくは７
〜９人である。層間間隔がこの範囲をはずれると、活性
が低下したり、または選択性が劣るのでいずれも好まし
くない。

なお、粘土層間化合物の層間間隔は粉末Ｘ線回折（ＣＯ
ＫＣＫ線、Ｎｉフィルター、３０ＫＶ、１５ｍ　Ａ）に
よりシリケート層の（００１）而の面間隔を求め、それ
からシリケート層自体の厚み（モンモリロナイトでは９
．３人）を差し引いて求める。

転化反応に供するトリメチルベンゼンは、１゜２．４−
トリメチルベンゼン（プソイドキュメン）、１．３．５
−トリメチルベンゼン（メシチレン）、１．２．３−ト
リメデルベンゼン（ヘミメリテン）などのトリメチルベ
ンゼンおよびこれらの混合物である。

また、本発明の転化反応とは、不均化のほか、異性化、
脱アルキル化などである。

本発明の転化反応は高活性であるが、特にトリメチルベ
ンゼンとしてプソイドキュメンを用いると、不均化反応
が選択率良く進行し、キシレンとともに１．２，４．５
−テトラメチルベンゼン（デュレン）の含量が多いテト
ラメチルベンゼンが得られる。このデュレンは、耐熱性
高分子や耐熱性絶縁塗料に用いられるピロメリット酸ま
たはその無水物の原料となる付加価値の高い芳香族原料
である。キシレンもまた、酸化すれば可塑剤原料たるフ
タル酸類になる。

転化反応の反応条件は反応温度１００〜５００℃、圧力
は常圧ないし加圧であって、不均化、異性化などの反応
に応じて適宜選択できる。

たとえば、プソイドキュメンの不均化の反応条件として
は、反応温度は１５０〜４００℃、好ましくは１８０〜
２２０℃である。反応形式はいずれの形式でもおこない
得るが、固定床流通式でお１ こなうときは、Ｗｌ−ｌｓＶｌ、ｏ　〜１５（ｈｒ　　
）程度である。反応圧は常圧でよい。

なお、本発明の転化反応においては、触媒としての粘土
層間化合物の活性低下を防止するため、遷移金属を担持
さＩるのが好ましい。この遷移金属には、Ｐｔ、Ｐｄ、
Ｒｕ、Ｒｈ、Ｏｓ、Ｉｒなどがある。遷移金属を担持さ
せるには、前述のイオン交換法や滴定法に従って、粘土
層間化合物を製造した後、焼成前に、常法に従い、遷移
金属の錯イオンなどの遷移金属を含むカチオンによりイ
オン交換することにより担持させる。担持量は、金属と
して０．００１〜０．５ｔｆｆｔ％、より好ましくは０
．０１〜０．１重量％である。また、担持させた遷移金
属は使用前に十分に還元し、還元状態で用いるのがよい
。この還元は常法に従い、Ｈ２気流中で焼成することに
より達成されるｇキャリヤーガスは、転換反応に不活性
なガスならば、いずれのものも使用し得るが、上述の遷
移金属を担持させた時は１」２を用いると活性低下がさ
らに防止できるので好ましい。

次に実施例により本発明を詳述する。

粘土層間化合物触媒の調製 まず、アルミニウムクロロヒドロキシド錯体溶液を次の
ように調製した。すなわち、 ＡβＣＪ２３　・６　）−１ｚ　Ｏと金属アルミニウム
粉を水中で加熱しながら撹拌し水素を穏やかに発生さけ
る。水素の発生が終了し、未反応の金属アルミニウム粉
を濾別すると、次式に従ってアルミニウムクロロヒトキ
シド錯体が生成する。

ｒｌ　ＡＪ２＋２ＡＪ２０ｆ１．：＋　＋　ｎｔｌ−１
ｚ　Ｏ→Ａ　　Ｊｌ　　ｚ＋ｎ（０トＩ　　”ｋｎＧＪ
ｌ　　６　＋　　ＪＩＨｚ次に、このアルミニウムクロ
ロヒトキシド錯体溶液１００ｍ、ｆｆに市販品のモンモ
リロナイト（クニビアＦ、クニミネ工業社’Ｋｌ）１５
０を加えてスラリー状にする。このときの錯体の仕込量
は層間に取り込まれる理論量（１６００ｍｅｑ　ＡＪ２
．３Ｆ’１００ｇ）よりも少し過剰である。これを６５
〜７０℃で１時間撹拌し、澱過後、熱脱イオン水で錯体
の過剰分をＣβ−イオンの存在が確認されなくなるまで
十分に洗浄することにより粘土層間化合物を得る。

遷移金属を担持するには、次に遷移金属イオンでイオン
交換する。これには、たとえばＰｔ。

１）ｄなどは塩化白金、塩化パラジウムなどの溶液にア
ンモニアを加えて、パラジウムまたはプラチナ７ンミン
錯イオンとなしてｐｔやＰｄを含むカチオンを形成させ
、次いで、上記の粘土層間化合物と所定量の錯イオンと
をイオン交換させることにより所定量の遷移金属を担持
させる。

次に一昼夜乾燥した後４００℃で焼成し、アルミナが層
間に挿入されたアルミニウムーモンモリロナイト層間化
合物触Ｗ（以下、Ａβ−ＭＯｎｔ、と略す。）を得る。

ジルコニアを挿入したジルコニウムーモンモリ°ロナイ
ト層間化合物触媒（以下、Ｚｒ　−１ｙｌｏｎｔ、と略
ず。）は、次のようにして調製した。

すなわら、Ｚｒ０ＣＪ２２−８８２０　６４．４５ｇと
モンモリロナイト（前述した市販品。）６．０ｇをイオ
ン交換水１Ｊ２に加えてスラリー状とする。６５〜７０
℃で１時間撹拌ツる。このときジルコニウムは水溶液中
では多核水酸化イオンである［２「４　　（Ｏ）−１）
１４　　（Ｈ２０）１０１２＋ａ）形で存在し、水中で
膨潤したモンモリロナイトの層間に取り込まれ１．粘土
層間化合物が得られる。

次に、ＡＡ−１ｙｌｏｎｔ、と同様に乾燥後、焼成する
ことによりジルコニアが層間に挿入されたジル］ニウム
ーモンモリロナイ１〜層間化合物触媒（以下、Ｚｒ−Ｍ
ｏｎｔ、と略ず。）を得る。

得られたＡＪ２−Ｍｏｎｔ、触媒とｚｒ　−ＭＯｎｔ、
触媒の物性は次のようである。

層間間隔＊　　　比表面積＊ ＡＡ−Ｍｏｎｔ、　　８．５人　　　３５０ａ２／（Ｉ
Ｚｒ　−Ｍｏｎｔ、　　７．１人　　　３００ｎ＋２／
’＜１＊遷移金属を担持させた触媒でもほとんど変わっ
ていない。

＊比表面積は液体窒素温度における窒素の吸着量から求
めた。

実施例 プソイドキュメンの転化反応を、上で調製したＡ　Ｊ２
−ｔｖｌ　ｏｎｔ、触媒および７−ｒ　−１ｙｌＱｎｔ
、触媒を用いておこなった。

反応は通常の固定床式常圧流通反応装置をもちいておこ
なった。キレリヤーガスはＨ２である。

反応生成物はアイストラップで集め、ガスクロマトグラ
フィーにより分析し、不均化、異性化および１１Ｇ２ア
ルキル化の選択率を求めた。また、不均化生成物である
キシレン、テトラメチルベンゼン（以下、Ｔｅ　ＭＢと
略する。〉中における各異性体の分布も求めた。

結果は表１に示すが、プソイドキュメンの転化率が高い
ことから、高活性であり、また不拘イヒの選択率が高く
、そして生成したＴｅ　ＭＢ中のデュレンの割合が熱力
学的平衡値よりも高いことがわかる。したがって、本発
明の方法によれ１工、プソイドキュメンは不均化され好
収率でデュレンが１９られることになる。

次表（表２）では、Δ！−Ｍｏｎｔ、触媒につ（Ｘで、
Ｐ（やｐｄの担持効果を示した。その結果、十分な還元
がなされたｐｔやＰｄを担持すると、Δｐ−Ｍ　ｏｎｔ
、触媒の活性低下が防止できること“わｈＸっだ。また
、このときキレリヤーガスとして１−１２が必要であっ
た。なお、Ｐ［やＰｄを担↑４させた触媒でも、キシレ
ンや−ｒｅ　ＭＢ中の異性体ｖ１合（まほとｌυど変化
していなかった。

表１ ＊　反応開始後　１０〜２０分の結果

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）＠間に周期律表中第■族ないし第Ｖｌ族の金属の
   金属酸化物が挿入され、かつ約４〜１０人の層間間隔を
   有するスメクタイト型粘土層間化合物の存在下におこな
   う１−リメチルベンゼンの転化方法。
2. （２）１．２．４−１−リメチルベンゼンを不均化させ
   、１，２．／１．．５−テトラメチルベンゼンとキシレ
   ンを得る特許請求の範囲第１項記載のトリメデルベンピ
   ンの転化方法。
3. （３）金属酸化物がアルミナまたはジルコニアである特
   許請求の範囲第１項または第２項記載のトリメチルベン
   ゼンの転化方法。
4. （４）スメクタイト型粘土かへクトライト、クロライ１
   〜、ベントナイト、モンモリロナイト、バイデライトお
   よびこれらの置換された類似体ならびにこれらの混合物
   からなる群から選ばれる特許請求の範囲第１項ないし第
   ３項記載のトリメチルベンゼンの転化方法。
5. （５）金属酸化物の少なくとも一部が遷移金属によりイ
   オン交換されている特許請求の範囲第１項ないし第４項
   記載のトリメチルベンゼンの転化方法。
6. （６）遷移金属がｐｔまたはＰｄである特許請求の範囲
   第５項記載のトリメチルベンゼンの転化方法。
7. （７）遷移金属が還元されている特許請求の範囲第５項
   または第６項記載のトリメチルベンゼンの転化方法。
8. （８）キ１７リヤーガスとして水素を用いる特許請求の
   範囲第１項ないし第７項記載のトリメチルベンゼンの転
   化方法。