JPS59196834A - オルト位メチル化フエノ−ル化合物の製造方法 - Google Patents

オルト位メチル化フエノ−ル化合物の製造方法

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JPS59196834A
JPS59196834A JP58070069A JP7006983A JPS59196834A JP S59196834 A JPS59196834 A JP S59196834A JP 58070069 A JP58070069 A JP 58070069A JP 7006983 A JP7006983 A JP 7006983A JP S59196834 A JPS59196834 A JP S59196834A
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methanol
reaction
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phenol
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水城 堅
Tsutomu Katsumata
勉 勝又
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

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、一般式(I) H 3 (式中RI + R2+ R3+ R4け水素又はメチ
ル、エチル、イソプロピル、第3級ゾ≠チル等の飽和脂
肪族炭化水素基を表わす。)で示されるフェノール類と
メタノールとを気相接触させてフェノール類のオルト位
を選択的にメチル化するに際し、酸化ノ々ナジウム、酸
化鉄及び酸化クロムを主成分とし、更に必要に応じて少
量のアルカリ金属酸化物を加えた触媒を用いる事を特徴
とするオルト位メチル化フェノール化合物の製造方法に
関する。
オルト置換されたフェノール類中例えばオルトクレゾー
ル、2,6−キシレノールの)M造1ri、’cれ等が
プラスチックス原料になるため工業的に大きな興味を持
たれている。
これら合成方法に関しては古くから数多くの技術が知ら
れている。例えば酸化アルミニウムを触媒とする方法(
英国特許第717588号)、酸化マグネシウムを触媒
とする方法(米国特許第3446856号)が提案され
ている。しかしながら、前者の触媒を使用する場合は、
活性およびオルト位選択性が低く、メタ位、ノ♀う位の
メチル化フェノールが副生じている。これらの混合物か
ら2゜6−キシレノールを分離するには、複雑な分離、
精製工程を必要とし、工業的に実施する一ヒで有利な方
法ではない。まだ、後者の触媒の場合、触媒活性が低い
ため反応温度を475〜600℃ときわめて高温に保つ
必要があり、1ノロえて活性の低下が速い欠点を有して
いる。
一方、これらの欠点を解決するために、酸化ノ々ナジウ
ムと酸化鉄を含む触媒が提案されている(特公昭47−
37943)。この触媒は活性が高く、300〜400
℃の比較的低温での反応が可能であり、まだ、オルト位
選択性も比較的高い特徴を有しているが、工業的に有利
に実椀するトで充分なオルト位選択性を有してはいない
。捷だ、触媒活性の経時的低下があるため、しばしば反
応を止め、触媒の再生を行う必要がある。
特願昭57−173852号にはノζナジウムー鉄触媒
にアルカリ金属を添加する事で触媒のオルト位選択性の
向上と活性劣化の改良がなされるという技術が示されて
いる。
しかしながら本方法においてもメタノール選択率が経時
的に低下するという傾向を有し、かつ工業的に実施する
一Fでは触媒の活性劣化の改良が充分とはいえない。
特公昭51−12610号公報にはクロムに対して原子
比で9〜1/9の鉄を含む、クロムと鉄の酸化物の存在
下250〜550℃でフェノール又はオルトクレゾール
のオルト位をメタノールでメチル化する方法が記載され
ている。この方法は触媒の活性が低く又メタノールのオ
ルト位アルキル(1択率(以下メタノール選択率と呼ぶ
)、フェノールのオルト位選択率(以下フェノール選択
率と呼ぶ)も低い。又触媒寿命に関しても充分でない。
メタノールでフェノール化合物をオルトアルキル化する
に際し特公昭52−12690号公報には酸化鉄、酸化
クロム及びシリカを触媒とする方法、特公昭52−12
692号公報には酸化鉄、酸化クロム、シリカ及びアル
カリ金属酸化物を触媒とする力°法がML載σれている
しかしながらいずれもメタノールの分解率が高(CO2
、CO、C1(4等の〕!スが多く発生し、メタノール
I:べ損率が低く、更にメタノール選択率が経時的に低
下するという欠点をゼしている。
一般に本反応に関する従来技術は反応経過時間にしたが
いメタノール選択率が急速に低下する傾向を示し、この
ため再生を@繁に行う・4(を予混なくされる。
本発明者等はこれ等欠点を克服すべく検討した結果、−
膜組成式VIFeaCrbAc(ここでAはLi 、N
a 、K 、Rb及びCs  の元素の中から選らげれ
る1種以上のアルカリ金属元素であり、a、b、cはバ
ナジウム元素1に対する原子比す 率であり、a−0,1〜10、bは0<1+3<0.5
を満足する数、c = 0〜0.2) で示される金属酸化物を触媒として用いた場合、先行技
術から予想出来ないすぐれた特〆tを示寸゛j(を見い
出し、本発明をなすに到った。
即ち、本発明は、一般式 (式中R1,R2、R3、R4は水素又はメチル、エチ
ル、イソプロピル、第3級ブチル等の飽和脂肪族炭化水
素基を表わす。) で示されるフェノール類とメタノールとを気相接触さす
てフェノール類のオルト位を選択的にメチル化するに際
し、−膜組成式VIFeaCrb−Ac(ここでAはア
ルカリ金属より選らばれる1種以北の元素で添字a、b
、cはバナジウム元素1に対する原子比率であり、a=
0.1〜10、bはOくb 工<0.5  を満足する数、c = 0〜0.2)で
示される金属酸化物触媒を用いるオルト位メチル化フェ
ノール化合物の製造方法である。
本発明方法の特徴は、 I)触媒活性の経時的な低下が少ない。
2)メタノール選択率が初期から高くかつ経時的な低下
が少ない。
3)フェノール選択率が初期から高く、経時的に低下し
ない。
というすぐれた特徴を持っている事である。
本発明の構成安件の一つである、酸化・ぐナジウム、酸
化鉄に酸化クロムを添加する事は触媒の活1/lEの経
時的な低下を少なくする上できわめて大きな効果をもた
らす。通常一定のフェノール転化率を保持する運転にお
いて触媒の活性が経時的に低下するため反応温度を0.
5〜b で上げていかねばならないが本触媒を用いた場合はこの
温度の上げ幅がきわめて小さく0.1〜0.5℃/日 
程度である。この事は一定スペックの製品を得る上で反
応の運転管理がきわめて容易になるという利点を生む。
本反応は経時的にメタノールの選択率が低下するのが一
般的であり、径済注の観点より再生を予混なくされるの
であるがおどろくべき事に本触媒はその傾向が著しく小
さくきわめて高い初期のメタノール選択率を長明にわた
り保持出来る。
このように触媒活性の低下が少ない事、メタノール選択
率の低下傾向が著しく小さい事、から触媒の再生外での
期間が従来の観念からは想像出来ない壕でに長期化出来
る。
本発明の触媒中の好寸しいノζす2ウム、鉄、クロムの
組成は原子比でパナ・ノウム元X’ 1に対して0.1
〜10の鉄、・々ナジウムと鉄合計の元素を1にしだ際
0.5以下のクロムを用いた場合である。
より好適にはバナジウム元素1に対して0.3〜2の鉄
、バナジウムと鉄合計の元素を1にしだ際0.2以下、
0.001以上のクロムを用いた場合である。
触媒中のクロムの量は少喰で触媒活性の低下防止に大き
な効果をもたらすが・々ナジウムと鉄合計の元素を1に
しだ際0.5以上では触媒の活性が小さくなる。
本発明の触媒は酸化バナジウム、酸化鉄、酸化クロムに
更にLi、Na、に、Rb及びC8の元素の中から選ば
れる1種以上のアルカリ金属酸化物を少耽含む事が好ま
しい。
アルカリ金属酸化物の添加は本発明の場合、必須委件で
はlいが触媒のオルト位選択性の向上と触媒−にへの炭
素析出を抑制する上で有効である。
アルカリ金属酸化′吻を含む触媒はオルト位選択性が著
しく向上し、2,6−キシレノールとの分離が困難であ
るメタ−クレゾール、・ぞラークレゾールの生成が・1
f実上なくなり、極めて高純度な2゜6−キシレノール
の製品を得る事が出来る。まだ、フェノールを原料にし
て2,6−キシレノールを製造する場合、フェノールの
転化率を100%近くまで高めても、2,4.6−ドリ
メチルフエノールの生成量は少ない。
さらにアルカリ金属酸化物を含む触媒は炭素析出が激減
するため酸化クロム添加による触媒寿命の長期化という
効果を相刺的に高める。
好ましいアルカリ金属酸化物の添加量は触媒中のバナジ
ウム元素1に対し原子比でアルカリ金属元素は0.2以
下である。
アルカリ金属酸化物の量が本発明の範囲より多い場合は
触媒の活性が低くなる。
不発明の触媒は、無担持でも実’(fiできるが、適当
な担体と共に用いることもできる。
担体と共に用いる!場合は、触媒の強度の向−ヒおよび
オルト位1薫択性を維持する上で、担体の種頃および担
体の音を適正に選定しなければならないが、この目的の
ためにシリカが好適であり、シリカの担持量(位数係〜
95%、特に好JIIには10〜80係の範囲である。
特に流動床jズ応器を用いて反応全行う場合、固定床に
比べ触媒の・叶摩耗強度は著しく高いことが要求される
が、シリカ担持量がtO%以上、好ましくは20%以り
であれば、流動床にも充分耐えうるものである。
触媒を調製するにあたり使用する酸化鉄、酸化、Sナジ
ウム及び酸化クロム、アルカリ土属酸化物の原料として
は、それぞれの金属の水酸化物、塩化物等のハロゲン化
物、硝酸塩、f〆C酸塩、有機酸塩類等である。
触媒の調製法は公知の方法が各種適用可能である。
(無担持触媒調製例) (1)  ・ぐナノラム、鉄及びクロムの塩類の混合水
溶液をアンモニア等のアルカリで中和して得られる共沈
物を乾燥、焼成して触媒を調製する共沈法。
又共沈法により調製17た触媒にアルカリ金属塩rnを
添加する場合はアンモニア等のアルカリで中和1−1て
得られた共沈物全水洗濾過後100〜200℃で乾燥し
てアルカリ金属塩の水溶液に浸漬し、蒸光乾固後焼成し
て触媒を得る方法。
(2)  バナジウム、鉄、クロムとアルカリ金属の塩
類の混合水溶液を乾固後焼成する方法。
(3)鉄及びクロムの塩類の水溶液より沈殿法により水
酸化物の沈殿ケーキを作り、これをツタ・々ナジノ酸ア
ンモニウム及びアルカリ金属塩の水溶液にV漬、混練し
ながら乾固焼成する方法等が利用出来る。
(シリカを担体として用いた触媒調製例)(1)  固
定床用触媒の調製 メタバナジン酸アンモニウムを熱水に溶解させた液に、
硝酸第二鉄、硝酸クロムを加え溶解させて゛アンモニア
等のアルカリで中和する。生成した沈殿を水洗、r過し
乾燥粉砕する。このものにアルカリ金属塩の水溶液及び
シリカゾルを加え、成型しやすい適当な水分吐に調節後
、成型する。
あるいはメタ・々ナジン酸アンモニウム、硝酸第二鉄、
硝酸クロム、アルカリ金属塩類を蒋解した水溶液を公知
の噴霧乾燥機で乾燥し、乾燥粒を低温で脱硝酸シリカゾ
ルを加え混練後適当な形に成型し、焼成し触媒として使
用する。
(2)流動床用触媒の調製 先ず原料スラリーの調製は、メタノシナノン酸アンモン
を熱水に溶解した液に、攪拌しながら硝酸第二鉄、硝酸
クロム、成分への硝酸塩およびシリカゾルを加えること
によって好適に行なうことができる。ここにシリカコロ
イドゾルに均一に分散した微粒懸濁質のスラリーが得ら
t″Lる。次いで該スラリーは、公知の噴霧乾燥装置を
用いて乾燥することにより、球状の乾燥微粒子として得
られる。
原料スラリーの噴霧化は、通常工業的実施に用いられる
遠心方式、二流体ノズル方式あるいけ高圧ノズル方式の
いずれによっても行いうるが、特に遠心方式が好適であ
る。粒子径は遠心方式ンcおいてはディスクの回転速度
およびスラリーの供給速度を調節することによって、流
動層反応器に用いるに適した10〜150ミクロンの間
に分布さすることかできる。
このJ−うにして得た乾燥微粒子を低温で脱硝後焼成し
、流動床用触媒として使用する。
本発明の場合、供給原料中のフェノール類に対するメタ
ノールの比は1:1〜20.好ましくば1:2〜8であ
る。また、水蒸気丼7′ヒは不活性ガスは必要に応じ導
入することもできるっ反応温度は250〜5oo℃、好
ましくは280〜400℃の範囲が適している。反応の
圧力は常圧でもよいが、必要に応じて減圧または加圧下
でも実施できる。ガスと触媒との接触時間は0.5〜5
0秒、好ましくは1〜20秒が適している。
以下実施列により本発明を更に詳しく説明するが本発明
の範囲がこれらのみに限定されない事はもちろんである
なお実施例においての反応成績は次式によって定義1〜
7’Cものを使用した。
いずれもモル基準である。
フェノール類化合物転化率(%) フェノール類化合物選択率(係) メタノール選択率(係) 実施例1 メタノ々ナノン酸アンモニウムo+044モル、修酸0
.088モルを100dの水に溶解する。
硝酸第二鉄9水和物0 、04.4モル、硝酸クロム9
水和物8,8 X 10””モルを300 atの水に
溶1禅させ7F溶液を−り記溶液に加えた後スターラー
で激しく廉拌しながら25係のアンモニア水をビューレ
ットより滴下、pH8,0で滴下をストップした。その
後1時間攪拌を続けた後生成した沈殿をPj尚し150
℃で5時間乾燥した。
このものを450℃で53時間仮焼成後、600℃で4
時間焼成し、このもの金くだき15〜357ツソユの粒
子を触媒とし/こ。本触媒の組成ばVIFe ICro
 、02  であった。
このようにして調製した4+i2.sglを内径18聴
の・ぞイレツクス製反応器につめ、触媒層温度を3:3
0℃に設定し、モル比で7エノール、メタノール、水が
t:S:aの反応液を接触時間3.0度になるように供
給、反応せしめた。
反応生成物は空冷トラップ、深冷トラップで補集後ガス
クロマトグラフィーで反応成績を分析した。
この反応は240時間連続して行った。その結果を第1
表に示す。
比較例1 時分11id47−37943号公報の実施例4と同様
な方法で、あらかじめ硝酸第二鉄9水和′吻を溶−した
水7容液をアンモニア水で中ズ[1させて生成し7だ沈
殿(lこメター々ナジン・峻アンモニウノ、と修酸の水
溶液愛顧え湯浴上で濃縮乾固し/ζ後、450℃で3時
(141仮焼成し、更に600℃で4時間焼11(シて
触媒を調製した。
この触媒の組成はVIFelであつ、toこのものを鉄
−・ぐナジウムニ元系酸化物触媒として用いて実施l+
I11と同□□□の反応を行った。その結果を、@1表
に示す。
比較例2 実施例工とほぼ同様な方法で、硝酸第二鉄(Fe(NO
+)39HzO) 0.05モル及び硝酸クロム(Cr
(NO3)39H20,) 0.0’01モルを容解し
た溶液を25係アンモニア水で中和させて生成した沈j
段を水先濾過後、110℃で一昼夜乾燥し、450℃で
3時間仮焼後、更に60CICで4時間焼成して触媒を
調製した。
この触媒の組成けFeICro、62  であった。
このものを秩−クロム二元系酸化物触媒としてmいて実
施例1と同様の反応を行った。その結果を第1表に示す
(以下余色) 実施例1、比較例1,2の結果で明らかなように本発明
は240時間では触媒の活性低下が全然見られず、メタ
ノールの選択率もl’、’I jfJJQ高選択率を維
持したままである。
反面、比較例1,2は反応活性及びメタノールの選択率
が反+5の経過と共に大幅に低下している。
実施例2 メタバナジン酸アンモニウム0.044モル係ヲ90℃
に加温した純水110yに唇かし、激しくj〃拌しなが
らこの中へ硝酸第二鉄(Fe(NO3)3・9HzO)
  0.044モル、硝酸クロム(Cr (NO3)3
9 H20)8.8X10−’モル、硝酸カリウム8.
8 X 10−’モル及び30 ’(j を七%の5i
Ozを含むシリカゾル5.07y(1産化学製、商品名
スノーテックスN)を加えた後、蒸発乾固し、更に35
0℃で2時間予備乾燥後700℃で3時間焼成した。
このものを粉砕し、15〜35メツシユのものを触媒と
して使用した。
本触媒の組成はVIFe】Cro、o2に0.02 /
 20 % S ioz  であった。
この触媒2.57を用いた以外は実I僅例1と同様の方
法C操作を行った。
その結果、24時間1安、120時間、後校び240時
間後の=フェノール転化皐tより 7 (Io、96%
、96%、フェノール選択率は98.2%、98.7係
、98.8ダb1 メタノール選択率は76.0 、7
?、2 。
76.0係であった。
アルカリ金属5浚化吻を添加する事でフェノールS損率
゛ヂ向トしているのがわかる。
丸顔り13〜7 ′実施例2と同様な方法により;第2表に示した組成の
触媒を調製し7た。
これ舌;のl律媒を用いて火憔:191J lと同様の
反応・λをIJいてフェノールf式化率が大体9o%近
!勇になるよう反応酩rKを設定して48時間反応させ
た。
反応液の組成はフェノール、メタノール、水が1ニア:
3のものを用いた。その結果を、第2表に示す。
比較例3〜5 触媒中のバナジウム、鉄、クロムの組成が本発明の範囲
からはずれた触媒を実施列2と同様な方法で調合し比較
例3〜5の触媒として実施例3〜7と同様な方法で反応
させ)こ。その結果を、第2表に示す。
(以下余り) 本発明の範囲外の組成である触媒(比較例3〜5)はい
ずれもやや反応活性が低く、反応温度力;高い。
又フェノール転化率、メタノール選択率の経時的な変化
が大きい事がわかる。
実施例8 メタ/々ナジン酸アンモニウム0,0549モル、イ釜
酸0.11モルを100−の水に溶解する。
硝酸第二鉄9水和物0.04.4モル、硝酸クロム9水
和物1.lX10−3モルを300−の水に溶解させた
溶液を一ヒ記溶液に加えた後スターラーで激しく攪拌し
7ながら25係のアンモニア水をビューレットより滴下
し、pI(8,0で滴下をストップした。その後1時間
攪拌を続けた後生成した沈殿を濾過し1、50℃で5時
間乾燥した。
このものを粉砕後、硝酸カリウム0.82mmolを1
00*/の水に溶解した液に浸漬後、水浴上で力\6き
まぜながら蒸発乾固した。
このものを450℃、3時間仮焼後、600℃で4時間
焼成した。
15〜35メツシユのものを触媒として使用した。
本触媒の組成はVIFeo、s Cro、ozKo、o
tsであった。
このように調製した触媒を実施列1と同様の反応管につ
め、モル比でフェノール、メタノール、水が1ニア:3
の組成の反応液を接触時間6.0冠で供給、反応温度を
調節しほぼフェノール車入化率が90係近くに維持する
運転を240時間行った。
その結果を、第3表に示す。
比較例6 特公昭52−12692号公報の実施例1と同様な方法
で硝酸第二鉄9水和物(Fe(NO3)3・9H20)
0゜74モル、硝酸クロム9水和物(Cr (NCb)
3・9H20)0.0074モルを32の水に溶解し室
温でかき捷ぜつつ1.65yの水ガラス(Si02分3
0%)を水に希釈して加えた。ついで10%のアンモニ
ア水で中和し、1時間攪拌、ヒト′ロゲルを熟成させた
。ヒ1:′ロゲルの沈殿を濾過、水洗しiso℃で10
時間予備乾燥した。ついで、乾燥ゲルを粉砕15〜35
メツシユにそろえ、これに炭酸カリウム0.127mモ
ルを溶解した75dの水溶液中に16時間浸(Jt1〜
だ。その後浸漬ゲルを濾過し、180℃で4時間乾燥後
、470℃で7時間焼成して触媒を得た。
触媒組成はFe2O3:5i02 : Cr2O3: 
K2CO3= 100 :2 : 1 : o、ots
 (モル比)であった。
このものを比較例6の触媒として用いて実施例8と同様
の反応を行った。その結果を第3表に示す。
第   3   表 汁 4・ 、2 ″ 、0 .8 1 このように実施例8の触媒は、240時間の反   ′
応で、反応温度及びフェノール転化率はほとんど変化せ
ず、またメタノール選択率もほぼ一定であるのに対して
、比較例6の触媒は反応温度のト昇とメタノール選択率
の低下がいちじるしい。
実施例9 メタノ々ナジン酸アンモニウム(NH4VOa ) 0
 、2モルを90℃に加温した純水500yK@し、激
しく攪拌しながら、この中に硝酸第二鉄(Fe (NO
3)3・9H20) 0.2 % #、硝酸りOム(C
r(NO3) 9H20)0.012モル、硝酸ナトリ
ウム0.005モルを加エル事によって得られる原料ス
ラリーを湯浴上で蒸発乾固しのち、350℃で2時間予
備焼成した。これを20yとり粉砕後、30重量%のS
iO+を含むシリカゾル(日量化学製スノーテックスN
)28..6グを9口えて、湯浴上で加温しながら充分
に混練し、成型が可能な適当な水分濃度に調節後、直径
5m。
陵さ5wnの円柱状に成型した。これを100 ℃で1
2時間乾燥後700℃で3時間焼成した。
本触媒組成はV+FetCro、o6Nao、o2s/
5iO22o屯@易であった。
本触媒6ネを内径2cmのガラス製反応管につめ、モル
比でフェノール、メタノール、水が1=5:3の反応液
を接触時間6.5secで供給し、312℃で48時間
反応さ亡た。
48時間後の反応結果はフェノール選択率95.2%、
フェノール選択率98.9%、メタノール選択率79,
2%であった。
また反応後、触媒を取り出し16メツシユのふるいでふ
るい、全体の重量に対する網目を通過したものの割合を
粉化率と定義すると、粉化率ば0.1係以下であり、触
媒の粉fヒばまったく生じていなかった。
実施例1O メタノζナジン酸アンモニウム(Nr(4VO3) 0
.20モルを90℃に加温した純水500yに溶かし、
激しく攪拌l〜ながらこの中へ硝酸第二鉄(Fe (N
O3)39H20) 0.20モル、硝酸クロム(Cr
 (NOa)3・9 H20)0.01モル、硝酸カリ
ウム(f(NO3) 0 、005モル及び30重縫%
の5i02を含むシリカゾル(日量化学製スノーテック
スN)118りを加えた後蒸箆乾固し、東に350℃で
2時間予備乾燥し、700℃で3時間焼成した。
このものを粉砕し、15〜35メツシユのものを触媒と
して使用した、う 本触媒の組成はVIFelCrO,。5Ko、o25/
5i0250重−敗幅であった。
このように調製した触媒2.5グを実施例1と同様の反
応管につめた。
モル比でフェノール、メタノール、水がlニア:3の組
成の反応液を接触時間6.0就で供給し反応週明315
℃で48時間反応させた。
48時間後の反応結果は、フェノール転化率91.0%
、フェノール選択率98.2%、メタノール[株]損率
78.0係であった。
実施例11 メタノζナジン酸アンモニウム(NH4VO3) 58
5yを90℃に加温しだ純水1240OFに溶かし、激
しく竜斗しながら、この中に硝酸第二、映[Fe(NO
3)3 ・9FI20 :) 2020 y、硝酸クロ
ム(Cr(NOa)391(zo ) 120 F −
= 硝酸カリウム(KNO3)12.8重%硝酸リチウ
ム(LiNO2) 3.5y訃よび実施例12〜13 実施例11と同様な方法によって表5に示す組成の触媒
を調製した。
この触媒を用いて実施例ifを繰り返した。その結果を
第5表Vこ示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 一般式(I) H で示されるフェノール類とメタノールとを気相接触させ
    てフェノール類のオルト位を選択的にメチル化するに際
    し、一般組成式VIFeaCrbAcc  = 0 〜
    0.2 で示される金属酸化物を用いることを特徴とするオルト
    位メチル化フェノール化合′吻の製造方法
JP58070069A 1983-04-22 1983-04-22 オルト位メチル化フエノ−ル化合物の製造方法 Granted JPS59196834A (ja)

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