JPS5935907B2 - 芳香族ポリカルボン酸の製造法 - Google Patents

芳香族ポリカルボン酸の製造法

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JPS5935907B2
JPS5935907B2 JP432482A JP432482A JPS5935907B2 JP S5935907 B2 JPS5935907 B2 JP S5935907B2 JP 432482 A JP432482 A JP 432482A JP 432482 A JP432482 A JP 432482A JP S5935907 B2 JPS5935907 B2 JP S5935907B2
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徹 田中
正憲 畑谷
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は臭素イオン含有触媒存在下、ポリアルキル置換
芳香族アルデヒド又はポリアルキル置換芳香族カルボン
酸を水溶媒中で酸化して高純度芳香族ポリカルボン酸を
製造する方法に関する。
ポリアルキル置換芳香族アルデヒド又はポリアルキル置
換芳香族カルボン酸を臭素イオン又は臭素イオンと重金
属イオン触媒存在下、水溶媒中で液相酸化して得た反応
生成物から芳香族ポリカルボン酸を分離回収した母液中
には酸化触媒が溶存している。そして本発明の対称とし
ている水溶媒酸化反応では従来法である低級脂肪族カル
ボン酸を溶媒とし、臭素、コバルト、マンガン等を触媒
として使用する方法に比較して5〜10倍量の触媒量を
使用するため、反応母液を酸化反応器に再循環して使用
することが望まれていた。しかしこの分離母液中には臭
素が触媒活性の無い状態で含有されており、かつ、黄色
〜褐色の着色性不純物が含有されているため、そのまま
分離母液を循環使用するときは続いて製造される芳香族
ポリカルボン酸の収率低下、製品の着色が強くなるとい
う欠点がある。これと同様の現象は従来法の脂肪族カル
ボン酸を溶媒とする酸化方法においても認められており
、このため種々の反応母液の再循環法が提案されている
例えば特開昭49−109326では酸化反応により得
られた反応生成物から芳香族カルボン酸を分離して得た
母液を酸素含有ガスで酸化処理して沈澱物を分離除去し
たのち酸化反応系へ循環使用する方法が提案されている
が、かゝる方法をそのまゝ本発明水溶媒酸化法に適用し
ても、触媒活性の無い臭素成分の活性化にも、又着色物
の除去にも効果は認められなかつた。本発明者は母液中
に含まれている触媒活性の無い臭素成分の活性化及び着
色物の除去について鋭意検討した結果、本発明反応母液
中に含まれている触媒活性の無い臭素成分は原料芳香族
アルデヒド又は芳香族カルボン酸が触媒臭素と反応した
結果生じた各種のベンゼン環の核臭素化合物であり、着
色不純物は同じく原料芳香族アルデヒドのベンゼン環の
2以上が縮合したものであることを見出した。この2種
の化合物は水素触媒の存在下、水素処理することにより
容易に水素化されて触媒作用のある臭素に変換したり、
縮合化合物の共役結合の消失が生じたりする。本発明は
か\る知見に基ずくもので、臭素イオン又は臭素イオン
と重金属イオン触媒存在下水溶媒中でポリアルキル置換
芳香族アルデヒド又はポリアルキル置換芳香族カルボン
酸を分子状酸素で酸化し芳香族ポリカルボン酸を製造す
る方法において、得られた反応生成物より粗芳香族ポリ
カルボン酸を分離回収した反応母液を水素化触媒存在下
分子状水素と接触させたのち酸化反応系へ溶媒として循
環使用する方法である。
本発明において酸化反応の原料として用いるポリアルキ
ル置換芳香族アルデヒドとは2,4−ジメチルベンズア
ルデヒド、3,4−ジメチルベンズアルデヒド、2,4
,5−トリメチルベンズアルデヒド、2,4,6−トリ
メチルベンズアルデヒド等であり、各々酸化されてトリ
メリット酸、ピロメリット酸、メロフアン酸等になる。
これ等のポリアルキル置換芳香族アルデヒドはポリアル
キルベンゼンをHF−BF3触媒の存在下、一酸化炭素
と反応させることによつて異性体の副生なく定量的に得
られる。又、本発明においてはポリアルキル置換芳香族
カルボン酸も同様に酸化反応の原料として用いることが
出来、その例としては2,4−ジメチル安息香酸、3,
4−ジメチル安息香酸、2,4,5−トリメチル安息香
酸、2,4,6−トリメチル安息香酸等であり、酸化に
よりそれぞれトリメリット酸、ピロメリット酸、メロフ
アン酸等になる。酸化反応における触媒としては臭素イ
オン単独でも用いることが出来るが、臭素イオンと重金
属イオンの併用が好ましい。
重金属イオンとしてはマンガン又はセリウムが特に好ま
しく、一部の金属は臭素イオンに対して抑制的触媒作用
をするためか触媒として使用出来ない。これらの金属に
はパラジウム、ムテニウム、ビスマス、ニオブ、タリウ
ム、テルル、バナジウムなどがある。臭素イオンとして
は反応中に臭素イオンを生成するものであればいずれで
も良い。
例えば臭化水素、臭化アンモニウム、臭化ナトリウム、
あるいは臭化アルキルなどの有機臭素化合物が用いられ
る。臭素イオンの添加量は水溶媒に対して0.5〜12
重量%、好ましくは0.5〜6重量%である。また金属
イオンの量は臭素イオンと当量か当量以下が望ましく、
特に水溶媒に対し0.1〜1.5重量%が好ましい。溶
媒として用いる水の量は特に制限はないが、原料アルデ
ヒド又はカルボン酸に対し同重量以上用いるのが好まし
い。本発明を実施するに際し、反応温度は180から2
80℃でありとくに200から260℃が好ましい。
反応圧力は一般には水溶媒の蒸発及び凝縮還流操作によ
り反応温度を一定に保つという過程で自動的に定まるが
、外部からの熱交換の手段により反応圧力を一定の希望
値に保つことも可能である。圧力範囲としては反応液を
液相に保ち得る圧力範囲であれば特に制限はないが、通
常15〜60k9/(177fGの範囲が利用される。
酸化反応は回分、半回分、連続式のいずれの手段でも行
なうことが出来るが、従来法で多段の反応器を必要とし
ていた連続酸化法に適用するのが好適である。酸化反応
により得られた反応生成物は冷却、結晶化し、固液分離
によつて粗芳香族ポリカルボン酸を母液から分離回収し
、必要に応じ結晶はリンス又はスラリー化により付着母
液を除去する。こ\で使用する晶析器としてはタンク式
晶析器、クリスタルーオスロ型晶析器、DTB型晶析器
、その他の晶析器が使用出来、分離器としては加圧、真
空F過、遠心済過、遠心沈降等の装置が適用出来る。回
収された反応母液やリンス洗浄液等は合わせて水素処理
反応器へ供給される。
水素化処理に際し、水素化触媒として周期律表第8族の
貴金属、例えばPd,Pt,Ru,Rhなどの一種また
は二種以上を含有する触媒が用いられる。これら貴金属
触媒は単体、合金、混合物、担持触媒(特に好ましくは
活性炭に担持させたもの)の形で用いることがCきる。
担体は粉末であつても粒状でも良いが、粒状の場合は固
定床で使用することが出来、連続操業に際して有利なこ
とが多い。水素化処理に際しての処理温度は100〜2
20℃であり、100〜160℃が特に好ましい。
水素圧力は処理液を液相に保ち得る圧力範囲であれば十
分であるが、5〜30kg/d1好ましくは5〜101
<g/(1−771が適している。処理時間は不純物で
ある臭素化合物濃度、処理温度、触媒量、及び触媒活性
、不純物の反応率等に依存するが、通常0.1〜5時間
、好ましくは0.2〜2時間の処理時間が必要である。
触媒量は貴金属触媒を0.5%担持した担持触媒を使用
し、好ましい水素処理条件で回分、使用する場合、粗カ
ルボン酸に対して0.03〜3.001)の範囲である
。本発明水素化処理方法は回分でも半回分、連続式のい
ずれの操作も可能である。
本発明によれば酸化反応に使用する触媒成分を完全に回
収し且つ再活性化する事ができ、また着色不純物は分解
し、水素処理後の反応母液をその1まま反応器へ再循環
しても本来の高反応成積を維持しつつ、着色の少い芳香
族ポリカルボン酸を得ることが出来る。
実施例1 還流冷却器、撹拌装置、加熱装置及び原料供給1口、ガ
ス導入口、反応物排出口を有する内容積21のジルコニ
ウム製オートクレーブに水5009、臭化マンガン(4
水塩)159、臭化水素79を仕込んだ。
窒素を圧入し10k9/CTiiGに昇圧後、加熱装置
で220℃に昇温し、温度が220℃に2なつてからこ
の装置に2,4−ジメチルベンズアルデヒド(純度99
.5%以上)を毎分4.17gの割合で、又2,4−ジ
メチルベンズアルデヒドの供給と同時に空気の送入を開
始し反応器からの排ガス中の酸素濃度を3〜4(f)に
保つように流量を2制御した。60分間2,4−ジメチ
ルベンズアルデヒドの供給を続け、供給停止後も空気を
20分間通気し酸化を完結させた(酸化反応−1とする
)。
次いで徐冷し、反応生成物を取り出した。反応生成物は
スラリー状になつており、これを精密な涙過により固液
分離した。分離した結晶には30%の含有率で母液が含
まれているので更に4509のりスラリー水を加え洗浄
後淵過分離し、342.69の粗トリメリット酸結晶を
得た。この結晶の組成分析よりトリメリット酸収率は8
5.4モル%となる。反応母液はりスラリー洗浄母液と
混合して内容積21のオートクレーブに仕込み、0.5
0/)Pd/c触媒3。
09の存在下、水素30kg/へGに加圧後150℃に
加熱して30分間水素処理を施した。
処理後冷却してから溶媒水が5001になる迄過剰の水
を留去後、蛍光X線分析にてMn,Br濃度を測定した
。不足量のMn,BrはMnBr24H2O及びHBr
水として添加し、初めの触媒液の濃度に迄濃度調整し、
前回と全く同じ条件でジメチルベンズアルデヒドを酸化
した(酸化反応一2とする)。以上の操作を繰り返し酸
化反応3,4,5を行なつた時の各回の粗トリメリット
酸収率、酸化反応時発生するCO2生成量(これはジメ
チルベンズアルデヒドの燃焼分解に相当する)及びトリ
メリット酸粗結晶の外観色は第1表の通りである。
比較例1実施例1と同様にしてジメチルベンズアルデヒ
ドの酸化反応を行ない、粗トリメリット酸を分離した反
応母液及びりスラリー洗浄液に対して水素処理を行なう
ことなく過剰の溶媒水を留去後、実施例1と同様の方法
で触媒Mu,Brの濃度調整した後、実施例1と同じ条
件で再びジメチルベンズアルデヒドの酸化を行なつた。
生成した粗トリメリット酸結晶の外観は褐色で処々Oこ
赤色の着色物質が粒状に固まり、その収率は80.5C
71)、反応時のジメチルベンズアルデヒドの燃焼分解
は5モル%であつた。以上の操作は4回目には反応時の
CO2の発生も著しく増加し、生成物はまたフエノール
性物質の臭気の強いタール状物質であり、結晶性状は全
く無く、第5回目の酸化反応に反応母液を使用すること
は不可能であつた。各回の繰り返しの結果を第2表に示
す。実施例2 実施例1と同じオートクレーブに水5009、1HBr
17.59を仕込んだ。
窒素を圧入し10k9/(V7fGに昇圧後、加熱装置
で230℃に昇温し、温度が230゜Cになつてからこ
の装置に2,4ージメチルベンズアルデヒド(純度99
.5(:Ff)以上)を毎分4.179の割合で、又2
,4−ジメチルベ2ンズアルデヒドの供給と同時に空気
の送入を開始し、反応器からの排ガス中の酸素濃度を3
〜4%に保つように流量を制御した。60分間2,4ジ
メチルベンズアルデヒドの供給を続け、供給停止後も空
気を20分間通気し酸化を完結させた 乏(酸化反応−
1とする)。
次いで徐冷し、反応生成物を取り出した。反応生成物は
スラリー状になつており、これを精密なろ過により固液
分離した。分離した結晶には30%の含液率で母液が含
まれているので更に450gのりスラリー水を加え洗5
浄後、淵過分離し、342.69の粗トリメリット酸結
晶を得た。この結晶の粗成分析より、トリメリット酸収
率は80.3モル%となる。反応母液はりスラリー洗浄
母液と混合して内容積21のオートクレーブに仕込み、
0.5%Pd/c触媒5.09の存在下、水素30k9
/C7lGに加圧後、150℃に加熱して45分間水素
処理を施した。
処理後冷却してから溶媒水が5009になる迄過剰の水
を留去後、蛍光X線分析にてMn,Br濃度を測定した
。不足量のMn,BrはMnBr2・4H20及びHB
r水として添加し、初めの触媒液の濃度に迄濃度調整し
、前回と全く同じ条件でジメチルベンズアルデヒドを酸
化した(酸化反応2とする)。以上の操作を繰り返し酸
化反応3,4,5を行なつた時の各回の粗トリメリット
酸収率、酸化反応時発生するCO2生成量(これはジメ
チルベンズアルデヒドの燃焼分解に相当する)及びトリ
メリット酸粗結晶の外観色は第3表の通りである。比較
例2 実施例2と同様にしてジメチルベンズアルデヒドの酸化
反応を行ない、粗トリメリット酸を分離した反応母液及
びりスラリー洗浄液に対して水素処理を行なうことなく
過剰の溶媒水を留去後、実施例2と同様の方法で触媒M
n,Brの濃度調整した後、実施例2と同じ条件で再び
ジメチルベンズアルデヒドの酸化を行なつた。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 臭素イオン又は臭素イオンと重金属イオン触媒存在
    下、水溶媒中でポリアルキル置換芳香族アルデヒド又は
    ポリアルキル置換芳香族カルボン酸を分子状酸素で酸化
    し芳香族ポリカルボン酸を製造する方法において、得ら
    れた反応生成物より粗芳香族ポリカルボン酸を分離回収
    した反応母液を水素化触媒存在下分子状水素と接触させ
    たのち、酸化反応系へ溶媒として循環使用する事を特徴
    とする芳香族ポリカルボン酸の製造方法。
JP432482A 1982-01-14 1982-01-14 芳香族ポリカルボン酸の製造法 Expired JPS5935907B2 (ja)

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