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| タイトル： | 特許公報(B2)_３−ニトロ−ｏ−トルイル酸の製造方法 |
| 出願番号： | 1997193192 |
| 年次： | 2008 |
| IPC分類： | C07C 205/57,B01J 31/04,C07C 201/12,C07B 61/00 |
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石野 義夫 大野 敏信 駿河 寿秀 芝本 信頼 JP 4148480 特許公報(B2) 20080704 1997193192 19970702 ３−ニトロ−ｏ−トルイル酸の製造方法 スガイ化学工業株式会社 000107561 大阪市 591030499 廣瀬 孝美 100085486 石野 義夫 大野 敏信 駿河 寿秀 芝本 信頼 JP 1997049684 19970217 20080910 C07C 205/57 20060101AFI20080821BHJP B01J 31/04 20060101ALI20080821BHJP C07C 201/12 20060101ALI20080821BHJP C07B 61/00 20060101ALN20080821BHJP JPC07C205/57B01J31/04 ZC07C201/12C07B61/00 300 C07C 205/00 C07C 201/00 CAplus(STN) REGISTRY(STN) 米国特許第０４０６５４７７（ＵＳ，Ａ） 特開昭５９−０５１２４２（ＪＰ，Ａ） 特開昭５８−１８８８４４（ＪＰ，Ａ） 特開平０７−１５５６１７（ＪＰ，Ａ） 5 1998287627 19981027 9 20040701 前田 憲彦 【０００１】【発明の属する技術分野】本発明は３−ニトロ−ｏ−トルイル酸の製造方法に関する。より詳細には、３−ニトロ−ｏ−キシレン（即ち、１，２−ジメチル−３−ニトロベンゼン）を酸素又は酸素含有ガスで酸化して３−ニトロ−ｏ−トルイル酸を高選択的に製造する方法に関する。【０００２】【従来の技術】３−ニトロ−ｏ−トルイル酸は医薬などの原料として有用な化合物である。これまでに３−ニトロ−ｏ−トルイル酸の製造法として、（Ａ）３−ニトロ−ｏ−キシレンを硝酸酸化する方法（米国特許第４０６５４７７号公報）；（Ｂ）３−ニトロ−ｏ−キシレンを過マンガン酸酸化する方法(Zhurnal Obschchei Khimii, Vol.60, No.10, p2370)；などが提案されている。しかしながら、（Ａ）法は３−ニトロ−ｏ−キシレンの転化率が低く、６−ニトロ−ｏ−トルイル酸及びジニトロ−ｏ−キシレンなどが副生し３−ニトロ−ｏ−トルイル酸の選択率が低いほか、反応中多量のＮＯｘガスが発生するなどの問題点を有する方法である。また（Ｂ）法は３−ニトロ−ｏ−キシレンの転化率は高いが３−ニトロ−フタル酸及び６−ニトロ−ｏ−トルイル酸などが多く副生し３−ニトロ−ｏ−トルイル酸の選択率が低いほか、過マンガン酸カリウム水溶液を多量に使用し、反応終了後に二酸化マンガンの沈殿が析出しその処理をしなければならないといった問題点を有する方法である。従って、３−ニトロ−ｏ−キシレンから高選択的に３−ニトロ−ｏ−トルイル酸を得る経済的な製造法の開発が望まれている。【０００３】【発明が解決しようとする課題】３−ニトロ−ｏ−キシレンを酸化して３−ニトロ−ｏ−トルイル酸を得る製造方法において、本発明者らは、目的物を高選択的に得られる方法を開発することを目的として鋭意検討し、酸素又は酸素含有ガスによる３−ニトロ−ｏ−キシレンの酸化において、低級脂肪族カルボン酸系溶媒中で特定の触媒系を使用して反応させることによって所期の目的が達成されることを見いだし、本発明に到達した。即ち、本発明は、３−ニトロ−ｏ−キシレンの酸化において、従来の技術よりも高選択的に３−ニトロ−ｏ−トルイル酸を得ることのできる３−ニトロ−ｏ−トルイル酸の製造方法を提供することを目的とする。【０００４】【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するためになされた本発明の要旨は、▲１▼３−ニトロ−ｏ−キシレンを低級脂肪族カルボン酸溶媒又は低級脂肪族カルボン酸と有機溶媒との混合溶媒中、重金属触媒と反応促進剤の存在下で、酸素又は酸素含有ガスによって酸化し、３−ニトロ−ｏ−トルイル酸を得ることを特徴とする３−ニトロ−ｏ−トルイル酸の製造方法；▲２▼３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して５〜１００重量倍の酢酸、プロピオン酸及び／又は酪酸を使用する上記▲１▼記載の方法；▲３▼重金属触媒として、コバルト、マンガン、セリウム又は銅の臭化物や水酸化物、これら重金属との炭酸塩、低級脂肪族カルボン酸塩又はナフテン酸塩、及びこれら重金属のアセチルアセトナートからなる群より選ばれた１乃至２種以上を、３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して０．００５〜１．０モル倍使用する上記▲１▼又は▲２▼記載の方法；▲４▼反応促進剤として、臭素、臭化水素、臭化コバルト、臭化アンモニウム、アルカリ金属臭素化合物、テトラ−ｎ−ブチルアンモニウムブロマイド、テトラブロムエタン、ブロム酢酸及び臭化ベンジルからなる群より選ばれた１乃至２種以上、又はヨウ素、ヨウ化水素、ヨウ化アンモニウム、アルカリ金属ヨウ素化合物及びテトラ−ｎ−ブチルアンモニウムヨージドからなる群より選ばれた１乃至２種以上を、重金属触媒に対して１．０〜３２重量％使用する上記▲１▼、▲２▼又は▲３▼記載の方法；▲５▼反応促進剤と併用して、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、パラアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ブチルアルデヒド、ベンズアルデヒド、クロロベンズアルデヒド、フルオロベンズアルデヒド、ニトロベンズアルデヒドなどのアルデヒド類、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、ベンゾフェノンなどのケトン類、塩酸及びモノクロル酢酸からなる群より選ばれた１乃至２種以上を３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して０．０１〜５．０モル倍使用する上記▲１▼、▲２▼、▲３▼又は▲４▼に記載の方法；である。【０００５】【発明の実施の形態】本発明は上記の構成からなり、本発明の方法は下記の反応式で示され、その基本的操作は、３−ニトロ−ｏ−キシレン（１）を低級脂肪族カルボン酸系溶媒中で、触媒及び反応促進剤の存在下で酸素又は酸素含有ガスと接触させ、３−ニトロ−ｏ−トルイル酸（２）を得ることからなる。【０００６】【化１】【０００７】本発明の方法において、溶媒としては、低級脂肪族カルボン酸又は低級脂肪族カルボン酸と有機溶媒との混合溶媒が使用される。低級脂肪族カルボン酸としては、酢酸、プロピオン酸、酪酸などが例示され、工業的には酢酸が最も有利である。低級脂肪族カルボン酸の使用量は３−ニトロ−ｏ−キシレンの５〜１００重量倍、好ましくは２５〜６０重量倍の範囲で用いられる。低級脂肪族カルボン酸の使用量が５重量倍以下の場合は、酸化速度が小さく３−ニトロ−ｏ−キシレンの転化率が低下する。一方低級脂肪族カルボン酸の使用量が１００重量倍以上の場合は３−ニトロ−ｏ−キシレンの転化率が低下すると共に生産性を低下させる原因となる。【０００８】本発明の方法は、低級脂肪族カルボン酸と有機溶媒との混合溶媒中で行うこともできる。低級脂肪族カルボン酸としては上記の化合物が例示され、また有機溶媒としては、例えば、テトラヒドロフラン、ジオキサン、塩化メチレン、ジメチルホルムアミドなどが例示できる。低級脂肪族カルボン酸に対する有機溶媒の混合比は、反応に悪影響を及ぼさない範囲であれば適宜選択できるが、低級脂肪族カルボン酸に対して等容量以下とするのが好ましい。３−ニトロ−ｏ−キシレンに対する当該混合溶媒の使用量は、上述の低級脂肪族カルボン酸を使用したときの条件を参照することができる。【０００９】重金属触媒としては、前記反応式の反応を進行させ得る重金属触媒であればいずれのものも使用することができ、例えば、コバルト・マンガン・セリウム・銅などの重金属との臭化物や水酸化物；これら重金属との炭酸塩、低級脂肪族カルボン酸（例えば、酢酸、プロピオン酸等）の塩、ナフテン酸の塩；及びこれら重金属のアセチルアセトナートなどが例示できる。特に目的物の選択性から酢酸コバルトを使用するのが好ましい。なお、上記の重金属触媒は２種以上を併用してもよい。３−ニトロ−ｏ−キシレンに対する重金属触媒の使用量は、０．００５〜１．０モル倍、好ましくは０．１〜０．８倍モル、より好ましくは０．３〜０．６モル倍が用いられる。重金属触媒の使用量が０．００５モル倍未満では十分な反応速度が得られず、また１．０モル倍を越えると反応物の二酸化炭素への分解が増加傾向になるとともに触媒費の負担が増加し経済的に不利である。なお、後記のアルデヒド類などの反応促進助剤を使用する場合には、重金属触媒の使用量を低減することができる。【００１０】反応促進剤としては、臭素、臭化水素、臭化コバルト、臭化アンモニウム、アルカリ金属臭素化物（例えば、臭化ソーダ、臭化カリ等）などの無機臭素化合物及びテトラ−ｎ−ブチルアンモニウムブロマイド、テトラブロムエタン、ブロム酢酸、臭化ベンジルなどの有機臭素化合物；ヨウ素、ヨウ化水素、ヨウ化アンモニウム、アルカリ金属ヨウ素化合物（例えば、ヨウ化ソーダ、ヨウ化カリ等）などの無機ヨウ素化合物及びテトラ−ｎ−ブチルアンモニウムヨージド、ヨード酢酸などの有機ヨウ素化合物が例示され、特に目的物の選択性から臭化ソーダを使用するのが好ましい。なお、上記の反応促進剤は２種以上を併用してもよい。重金属触媒に対する反応促進剤の使用量は、重金属触媒に対して１．０〜３２重量％、好ましくは５〜２０重量％、より好ましくは９〜１８重量％が用いられる。反応促進剤の使用量が、１．０重量％未満の場合は十分な効果が得られず、また３２重量％を越えると反応促進剤による生成物の汚染や経済的な負担が著しくなり、好ましくない。【００１１】また、反応促進剤と併用して、反応促進助剤として、例えば、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、パラアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ブチルアルデヒド、ベンズアルデヒド、クロロベンズアルデヒド、フルオロベンズアルデヒド、ニトロベンズアルデヒドなどのアルデヒド類；アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、ベンゾフェノンなどのケトン類；塩酸、モノクロル酢酸などの酸類からなる群より選ばれた１乃至２種以上を使用することで、３−ニトロ−ｏ−キシレンに対する重金属触媒の使用量を低減でき、重金属触媒の使用量が０．０１〜０．１モル倍の範囲でも十分な反応速度が得られ、経済的にも有利である。３−ニトロ−ｏ−キシレンに対する上記アルデヒド類、ケトン類及び／又は酸類の使用量は、０．０１〜５．０モル倍、好ましくは０．０５〜０．５モル倍が用いられる。【００１２】酸化剤として用いる酸素又は酸素含有ガスとしては、分子状酸素を含有するガスであればよく、純酸素、又は空気その他の分子状酸素を含有するものが使用でき、より工業的には通常の空気が好ましい。また、酸素又は酸素含有ガスは常圧又は加圧状態で導入することができる。酵素又は酵素含有ガスの導入方法は、常圧状態では反応液中へ吹き込む方法が最もよく、また加圧状態では全反応圧力が１〜５０気圧の範囲、好ましくは２〜１０気圧の範囲で、かつ反応容器からの排ガスの酸素濃度が１〜８容量％の範囲になるように操作する方法が好ましい。反応圧力が５０気圧を越えると、設備費と酸素又は酸素含有ガスを圧縮するための動力費が増加するにもかかわらず、格別の利点が得られず、逆に二酸化炭素への分解が増加傾向となって不利である。また排ガスの酸素濃度が８容量％を越えると、反応器気相部が爆発性混合気体を形成する可能性が強くなり、安全対策面から排ガスの酸素濃度は８容量％以下にする必要がある。酸素又は酸素含有ガスの導入量及び反応時間は、クロマトグラフィー等の手段で反応の進行をチェックすることにより調整できる。反応温度は、使用する重金属触媒の種類及び量、反応促進剤の種類及び量、反応促進剤と併用するアルデヒド類、ケトン類、塩酸、モノクロル酢酸などの種類及び量、酸素又は酸素含有ガスの導入方法などに応じて適宜設定できるが、一般に７０〜２５０℃の間で行われ、特に３−ニトロ−ｏ−キシレンの反応性から１００〜１６０℃の間が好ましい。【００１３】反応終了後、反応液から目的物を採取する方法は、前述の先行文献などに記載された常法に準じて行うことができ、例えば、反応液を濃縮し、アルカリ水を添加した後、疎水性有機溶媒で抽出することにより未反応物を回収し、次いでアルカリ水溶液を酸性にして、目的物を酸析することにより行うことができる。なお、回収した未反応物は再使用することができる。【００１４】【発明の効果】本発明の方法は、３−ニトロ−ｏ−キシレンの酸素酸化という簡便な方法であり、反応液の後処理が容易であると共に有害ガスの発生がないなどの利点を有し、しかも高い選択率で３−ニトロ−ｏ−トルイル酸を得ることができる。従って、本発明の方法によれば、３−ニトロ−ｏ−トルイル酸を工業的且つ経済的に製造することができる。【００１５】【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。【００１６】実施例１還流冷却器と回転羽根撹拌機及び酸素ガス導入口を備えた反応器に、３−ニトロ−ｏ−キシレン１．３８ｇ（９．１ミリモル）、酢酸７２ｇ（３−ニトロ−ｏ−キシレンに対し５２重量倍）、酢酸コバルト四水和物１．１３ｇ（４．５５ミリモル：３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して０．５モル倍）、臭化ソーダ０．１６ｇ（１．５９ミリモル：酢酸コバルト四水和物に対して１４．２重量％）を仕込み、反応温度１０４〜１０８℃の間で酸素ガスを７時間かけて吹き込んで酸化反応を行った。得られた反応液をH.P.L.C.分析にて確認したところ、以下の反応結果となった。反応転化率 ９５モル％反応生成率 ５３モル％(反応に用いた３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して)選択率 ５６％（反応した３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して）反応液を通常の方法で処理して、純度９９％以上の３−ニトロ−ｏ−トルイル酸を０．６５ｇ（３．６１ミリモル：収率４０モル％）得た。【００１７】比較例１前述の米国特許第４０６５４７７号公報に基づき３−ニトロ−ｏ−キシレンの硝酸酸化を追試した。５０％硝酸水溶液７５ｇ（５９５ミリモル）中に３−ニトロ−ｏ−キシレンを７．６ｇ（５０ミリモル）添加し、１１０℃まで昇温した後２４時間保温し反応を行った。得られた反応液をH.P.L.C.分析にて確認したところ、以下の反応結果となった。反応転化率 ６５モル％反応生成率 ２４モル％(反応に用いた３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して)選択率 ３７％（反応した３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して）【００１８】比較例２前述の文献(Zhurnal Obschchei Khimii, Vol.60, No.10, p2370)に基づき３−ニトロ−ｏ−キシレンの過マンガン酸酸化を追試した。３．２％過マンガン酸カリウム水溶液３１０ｇ（６３．２ミリモル）に３−ニトロ−ｏ−キシレンを２．４ｇ（１５．８ミリモル）、セチルトリメチルアンモニウムブロマイド１．０ｇ（２．７３ミリモル）を添加し、７５℃まで昇温した後４時間保温し反応を行った。得られた反応液をH.P.L.C.分析にて確認したところ、以下の反応結果となった。反応転化率 ９９モル％反応生成率 ３６モル％(反応に用いた３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して)選択率 ３６％（反応した３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して）【００１９】実施例２溶媒を酢酸から酪酸に代え、また反応温度を１０８℃から１４０℃に上げる以外は実施例１と同様にして反応を行い、得られた反応液をH.P.L.C.分析にて確認したところ、以下の反応結果となった。反応転化率 ９１モル％反応生成率 ５１モル％(反応に用いた３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して)選択率 ５６％（反応した３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して）【００２０】実施例３反応温度を１０８℃から８０℃に下げる以外は実施例１と同様にして反応を行い、得られた反応液をH.P.L.C.分析にて確認したところ、以下の反応結果となった。反応転化率 ７９モル％反応生成率 ４４モル％(反応に用いた３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して)選択率 ５６％（反応した３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して）【００２１】実施例４酢酸の使用量を９．４ｇ（３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して６．８重量倍）に減少する以外は実施例１と同様にして反応を行い、得られた反応液をH.P.L.C.分析にて確認したところ、以下の反応結果となった。反応転化率 ２６モル％反応生成率 １０モル％(反応に用いた３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して)選択率 ４０％（反応した３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して）【００２２】実施例５酢酸コバルトの使用量を０．４４ｇ（３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して０．１９モル倍）に減少する以外は実施例１と同様にして反応を行い、得られた反応液をH.P.L.C.分析にて確認したところ、以下の反応結果となった。反応転化率 ５４モル％反応生成率 ２７モル％(反応に用いた３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して)選択率 ５０％（反応した３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して）【００２３】実施例６酢酸コバルトに代えて酢酸マンガン四水和物１．１２ｇ（４．５５ミリモル：３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して０．５モル倍）を使用する以外は実施例１と同様にして反応を行い、得られた反応液をH.P.L.C.分析にて確認したところ、以下の反応結果となった。反応転化率 ４２モル％反応生成率 １７モル％(反応に用いた３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して)選択率 ４０％（反応した３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して）【００２４】実施例７臭化ソーダの使用量を１５．８ｍｇ（０．１６ミリモル：酢酸コバルト四水和物に対して１．４重量％）に減少する以外は実施例１と同様にして反応を行い、得られた反応液をH.P.L.C.分析にて確認したところ、以下の反応結果となった。反応転化率 ４５モル％反応生成率 １８モル％(反応に用いた３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して)選択率 ４０％（反応した３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して）【００２５】実施例８臭化ソーダに代えて臭化アンモニウム０．１６ｇ（１．５９ミリモル：酢酸コバルト四水和物に対して１４．２重量％）を使用する以外は実施例１と同様にして反応を行い、得られた反応液をH.P.L.C.分析にて確認したところ、以下の反応結果となった。反応転化率 ９８モル％反応生成率 ５５モル％(反応に用いた３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して)選択率 ５６％（反応した３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して）【００２６】実施例９酸素ガスに代えて通常の空気を使用する以外は実施例１と同様にして反応を行い、得られた反応液をH.P.L.C.分析にて確認したところ、以下の結果となった。反応転化率 ５０．４モル％反応生成率 ２３．２モル％（反応に用いた３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して）選択率 ４６．０％（反応した３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して）【００２７】実施例１０ガス導入口及び排気口を取り付けた容量３００ｍｌの撹拌機付ガラス製オートクレーブに実施例１と同様に３−ニトロ−ｏ−キシレン１．３８ｇ（９．１ミリモル）、酢酸７２ｇ、酢酸コバルト四水和物１．１３ｇ、臭化ソーダ０．１６ｇを仕込み、反応圧力８気圧ゲージ、反応温度１４０℃において排ガス中の酸素濃度が８容量％以下になるような流速で吹き込んだ空気と５時間接触させた。得られた反応液をH.P.L.C.分析にて確認したところ、以下の反応結果となった。反応転化率 ９３モル％反応生成率 ５２モル％（反応に用いた３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して）選択率 ５６％（反応した３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して）【００２８】実施例１１〜１４実施例１０と同様な方法で、表１に示される原料及び条件にて加圧下の反応を行った。反応結果（反応転化率、反応生成率及び選択率）を表１に示した。なお、実施例１３及び１４に示されるように、反応促進助剤（アルデヒド類）を使用することにより、重金属触媒の使用量を低減できることが判明した。【００２９】【表１】 ３−ニトロ−ｏ−キシレンを低級脂肪族カルボン酸溶媒又は低級脂肪族カルボン酸と有機溶媒との混合溶媒中、コバルトの低級脂肪族カルボン酸塩及びマンガンの低級脂肪族カルボン酸塩からなる群より選ばれた１乃至２種以上と無機臭素化合物の存在下で、酸素又は酸素含有ガスによって酸化し、３−ニトロ−ｏ−トルイル酸を得ることを特徴とする３−ニトロ−ｏ−トルイル酸の製造方法。 ３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して５〜１００重量倍の酢酸、プロピオン酸及び／又は酪酸を使用する請求項１記載の方法。 コバルトの低級脂肪族カルボン酸塩及び／又はマンガンの低級脂肪族カルボン酸塩を、３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して０．００５〜１．０モル倍使用する請求項１又は２記載の方法。 無機臭素化合物を、コバルトの低級脂肪族カルボン酸塩及び／又はマンガンの低級脂肪族カルボン酸塩に対して１．０〜３２重量％使用する請求項１、２又は３記載の方法。 無機臭素化合物と併用して、アルデヒド類を３−ニトロ−ｏ−キシレンに対して０．０１〜５．０モル倍使用する請求項１、２、３又は４に記載の方法。