JP2010105942A - アントラキノン組成物及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】
アントラキノン法による過酸化水素の製造において還元、酸化、加水分解に対する安定性が高く、有機溶剤への溶解度が大きく、さらに水素化に使用される金属触媒の劣化速度を抑えた媒体として好適に用いられるアントラキノン組成物、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】
２−ペンチルアントラキノンの含有量が９７.５重量％以上、アントラキノンの含有量が１.０重量％以下、２−三級ブチルアントラキノンの含有量が０.８重量％以下、２−エチルアントラキノンの含有量が０.５重量％以下であることを特徴とするアントラキノン組成物、および２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸を発煙硫酸を用いて環化反応させ、環化反応液を水と有機溶剤との混合液中で処理し、得られた溶剤抽出液をアルカリ水溶液と４０℃以上で加熱処理後、溶剤を除去し、溶剤除去残分をアルコールで処理することを特徴とする、その製造方法。
【選択図】 なし
アントラキノン法による過酸化水素の製造において還元、酸化、加水分解に対する安定性が高く、有機溶剤への溶解度が大きく、さらに水素化に使用される金属触媒の劣化速度を抑えた媒体として好適に用いられるアントラキノン組成物、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】
２−ペンチルアントラキノンの含有量が９７.５重量％以上、アントラキノンの含有量が１.０重量％以下、２−三級ブチルアントラキノンの含有量が０.８重量％以下、２−エチルアントラキノンの含有量が０.５重量％以下であることを特徴とするアントラキノン組成物、および２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸を発煙硫酸を用いて環化反応させ、環化反応液を水と有機溶剤との混合液中で処理し、得られた溶剤抽出液をアルカリ水溶液と４０℃以上で加熱処理後、溶剤を除去し、溶剤除去残分をアルコールで処理することを特徴とする、その製造方法。
【選択図】 なし
Description
本発明は、アントラキノン組成物およびその製造法に関し、より詳しくは過酸化水素の製造法として工業的に最も広く採用されているアントラキノン法で媒体として好適に用いられるアントラキノン組成物およびその製造法に関する。
２−アルキルアントラキノンを媒体として用いて過酸化水素を製造するいわゆるアントラキノン法は、現在過酸化水素の製造方法として工業的に最も広く採用されている。
このアントラキノン法において２−アルキルアントラキノンは溶剤中、パラジウムや白金等の金属触媒の存在下に水素で還元され、次に酸素あるいは空気で酸化され過酸化水素を発生し、元の２−アルキルアントラキノンに再生される。この工程は連続的に循環して行われ、２−アルキルアントラキノンは繰り返し使用される。
このアントラキノン法において用いられる２−アルキルアントラキノンに要求される特性は、還元、酸化、加水分解に対する安定性が高いこと、有機溶剤に溶解度が高いこと、安価である事などであり、２−ペンチルアントラキノンが作動溶液に対する溶解度が大きい点から、最も好適に用いられている。
しかし、従来の２−ペンチルアントラキノンを使用して還元反応をおこなった場合、還元において使用されている金属触媒の活性速度の低下が速いという問題がある。
２−ペンチルアントラキノンは、通常、反応操作の容易さや製造コスト面の有利性等の理由で、例えば特許文献１に記載されているように、下記の反応式（１）〜（２）に示される公知のプロセスで製造されている。
このアントラキノン法において２−アルキルアントラキノンは溶剤中、パラジウムや白金等の金属触媒の存在下に水素で還元され、次に酸素あるいは空気で酸化され過酸化水素を発生し、元の２−アルキルアントラキノンに再生される。この工程は連続的に循環して行われ、２−アルキルアントラキノンは繰り返し使用される。
このアントラキノン法において用いられる２−アルキルアントラキノンに要求される特性は、還元、酸化、加水分解に対する安定性が高いこと、有機溶剤に溶解度が高いこと、安価である事などであり、２−ペンチルアントラキノンが作動溶液に対する溶解度が大きい点から、最も好適に用いられている。
しかし、従来の２−ペンチルアントラキノンを使用して還元反応をおこなった場合、還元において使用されている金属触媒の活性速度の低下が速いという問題がある。
２−ペンチルアントラキノンは、通常、反応操作の容易さや製造コスト面の有利性等の理由で、例えば特許文献１に記載されているように、下記の反応式（１）〜（２）に示される公知のプロセスで製造されている。
反応式（１）で示される第１反応段階では、ｔｅｒｔ−ペンチルベンゼンと無水フタル酸とを塩化アルミニウムの存在下にフリーデルクラフツアシル化反応を行い、２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸を製造する。
反応式（２）で示される第２反応段階で、この２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸を発煙硫酸等の脱水剤を用いて環化反応を行い、２−ペンチルアントラキノンを得る。この際、得られる２−ペンチルアントラキノンには種々の副生物が混入する。例えば第１反応段階のフリーデルクラフツアシル化反応において生成する、ペンチル基の分解、異性化によると考えられる無置換のアントラキノンや炭素数が減少した２−アルキルアントラキノン類、及び溶媒として使用するハロゲン化炭化水素や塩化アルミニウムに由来すると考えられる塩素化化合物や、第２反応段階の環化反応工程で生成する、硫酸や発煙硫酸を使用することに起因すると考えられる硫黄化化合物などがある。
反応式（２）で示される第２反応段階で、この２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸を発煙硫酸等の脱水剤を用いて環化反応を行い、２−ペンチルアントラキノンを得る。この際、得られる２−ペンチルアントラキノンには種々の副生物が混入する。例えば第１反応段階のフリーデルクラフツアシル化反応において生成する、ペンチル基の分解、異性化によると考えられる無置換のアントラキノンや炭素数が減少した２−アルキルアントラキノン類、及び溶媒として使用するハロゲン化炭化水素や塩化アルミニウムに由来すると考えられる塩素化化合物や、第２反応段階の環化反応工程で生成する、硫酸や発煙硫酸を使用することに起因すると考えられる硫黄化化合物などがある。
これら副生物の多くは、アントラキノン法による過酸化水素の製造時に還元において使用されている金属触媒の活性を低下させる、いわゆる触媒毒となるため、２−ペンチルアントラキノンの製造においてできるだけ除くことが望ましい。これまで、副生物の混入の少ない２−アルキルアントラキノンを製造するためにさまざまな手段が提案されている。例えば特許文献２には、溶剤を用いて生成した２−アルキルアントラキノンを抽出分離するに当り、希釈反応液にアルカリを添加して含有硫酸の少なくとも５％を中和したのち、抽出処理を行うことを特徴とする２−アルキルアントラキノンの製造法が開示されている。しかしながらこの方法で得られる２−ペンチルアントラキノンは未だ純度が十分に高くなく、この２−ペンチルアントラキノンを用いてアントラキノン法による過酸化水素の製造を行った場合、還元において使用されている金属触媒の活性の低下が速い。
本発明の目的はアントラキノン法による過酸化水素の製造において還元時に使用される金属触媒の活性の低下が少なく、過酸化水素を効率良く経済的に製造できる新規なアントラキノン組成物およびその製造方法を提供することにある。
本発明者は、上記課題を達成するべく鋭意研究を重ねた結果、２−ペンチルアントラキノンが主成分であり、特定の副成分の含有量が一定量以下であるアントラキノン組成物が、アントラキノン法による過酸化水素の製造において優れた特性を示すことを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち本発明は、
（１）２−ペンチルアントラキノンの含有量が９７．５重量％以上、アントラキノンの含有量が１．０重量％以下、２−三級ブチルアントラキノンの含有量が０．８重量％以下、２−エチルアントラキノンの含有量が０．５重量％以下であることを特徴とするアントラキノン組成物。
（２）硫黄分の含有量が３０ｐｐｍ以下であり、かつ塩素分の含有量が２５０ｐｐｍ以下である、（１）のアントラキノン組成物。
（３）２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸を発煙硫酸を用いて環化反応させ、環化反応液を水と有機溶剤との混合液中で処理し、得られた溶剤抽出液をアルカリ水溶液と４０℃以上で加熱処理後、溶剤を除去し、溶剤除去残分をアルコールで処理することを特徴とする、（１）または（２）のアントラキノン組成物の製造方法。
（４）２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸が、ｔｅｒｔ−ペンチルベンゼンと無水フタル酸のフリーデルクラフツアシル化反応により製造されたものである(３)のアントラキノン組成物の製造方法
である。
（１）２−ペンチルアントラキノンの含有量が９７．５重量％以上、アントラキノンの含有量が１．０重量％以下、２−三級ブチルアントラキノンの含有量が０．８重量％以下、２−エチルアントラキノンの含有量が０．５重量％以下であることを特徴とするアントラキノン組成物。
（２）硫黄分の含有量が３０ｐｐｍ以下であり、かつ塩素分の含有量が２５０ｐｐｍ以下である、（１）のアントラキノン組成物。
（３）２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸を発煙硫酸を用いて環化反応させ、環化反応液を水と有機溶剤との混合液中で処理し、得られた溶剤抽出液をアルカリ水溶液と４０℃以上で加熱処理後、溶剤を除去し、溶剤除去残分をアルコールで処理することを特徴とする、（１）または（２）のアントラキノン組成物の製造方法。
（４）２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸が、ｔｅｒｔ−ペンチルベンゼンと無水フタル酸のフリーデルクラフツアシル化反応により製造されたものである(３)のアントラキノン組成物の製造方法
である。
本発明によれば、アントラキノン法による過酸化水素の製造において還元、酸化、加水分解に対する安定性が高く、有機溶剤への溶解度が大きく、さらに水素化に使用される金属触媒の劣化速度を抑えた媒体として好適に用いられるアントラキノン組成物を提供することができる。
(アントラキノン組成物)
本発明のアントラキノン組成物の主たる成分である２−ペンチルアントラキノンのペンチル基は、炭素数５の炭化水素基であれば特に制限されず、例としては、１，２−ジメチルプロピル基、１，１−ジメチルプロピル基、２，２−ジメチルプロピル基、n-ペンチル基等が挙げられ、１，２−ジメチルプロピル基（以下、ｓｅｃ−ペンチル基とも呼ぶ）、１，１−ジメチルプロピル基（以下、ｔｅｒｔ−ペンチル基とも呼ぶ）が好ましい。
本発明のアントラキノン組成物の主たる成分である２−ペンチルアントラキノンのペンチル基は、炭素数５の炭化水素基であれば特に制限されず、例としては、１，２−ジメチルプロピル基、１，１−ジメチルプロピル基、２，２−ジメチルプロピル基、n-ペンチル基等が挙げられ、１，２−ジメチルプロピル基（以下、ｓｅｃ−ペンチル基とも呼ぶ）、１，１−ジメチルプロピル基（以下、ｔｅｒｔ−ペンチル基とも呼ぶ）が好ましい。
本発明のアントラキノン組成物中、２−ペンチルアントラキノンは９７．５重量％以上含有していることが必須であるが、９８．２重量％以上が好ましく、９８．７重量％以上がより好ましい。
本発明のアントラキノン組成物中、無置換のアントラキノンの含有量は１．０重量％以下であるが、好ましくは０．８重量％以下、より好ましくは０．６重量％以下である。
本発明のアントラキノン組成物中、２−三級ブチルアントラキノンの含有量は０．８重量％以下であるが、好ましくは０．６重量％以下、より好ましくは０．４重量％以下である。
本発明のアントラキノン組成物中、２−エチルアントラキノンの含有量は０．５重量％以下であるが、好ましくは０．２重量％以下、より好ましくは０．１重量％以下である。
上記各成分の組成比が本発明の規定範囲外であるアントラキノン組成物をアントラキノン法による過酸化水素製造用の媒体として使用した場合、作動液中での溶解度が低下し、析出物が還元用金属触媒に接触して触媒反応速度を阻害する等の問題が起こる。
本発明のアントラキノン組成物中、無置換のアントラキノンの含有量は１．０重量％以下であるが、好ましくは０．８重量％以下、より好ましくは０．６重量％以下である。
本発明のアントラキノン組成物中、２−三級ブチルアントラキノンの含有量は０．８重量％以下であるが、好ましくは０．６重量％以下、より好ましくは０．４重量％以下である。
本発明のアントラキノン組成物中、２−エチルアントラキノンの含有量は０．５重量％以下であるが、好ましくは０．２重量％以下、より好ましくは０．１重量％以下である。
上記各成分の組成比が本発明の規定範囲外であるアントラキノン組成物をアントラキノン法による過酸化水素製造用の媒体として使用した場合、作動液中での溶解度が低下し、析出物が還元用金属触媒に接触して触媒反応速度を阻害する等の問題が起こる。
さらに、本発明のアントラキノン組成物は、硫黄分の含有量が３０ｐｐｍ以下であり、かつ塩素分の含有量が２５０ｐｐｍ以下である。硫黄分の含有量は好ましくは２０ｐｐｍ以下、より好ましくは１０ｐｐｍ以下である。塩素分の含有量は好ましくは２００ｐｐｍ以下、より好ましくは１００ｐｐｍ以下である。
硫黄分及び塩素分の含有量が上記規定値より多いアントラキノン組成物をアントラキノン法による過酸化水素製造用の媒体として使用した場合、還元用金属触媒の触媒作用に影響して還元速度が低下する等の問題が起こる。
なお、本発明における硫黄分とは、試料(ｇ)を酸化燃焼させた後、電量滴定法により測定した試料中の硫黄分数値(μｇ)を意味する。測定機器としては例えば三菱化成(株)製ＴＳＸ−１０塩素・硫黄分析装置等が使用される。
又、塩素分とは、試料(ｇ)を酸化燃焼させた後、電量滴定法により測定した試料中の塩素分数値(μｇ)を意味する。測定機器としては硫黄分の測定と同様に例えば三菱化成(株)製ＴＳＸ−１０塩素・硫黄分析装置等が使用される。
硫黄分及び塩素分の含有量が上記規定値より多いアントラキノン組成物をアントラキノン法による過酸化水素製造用の媒体として使用した場合、還元用金属触媒の触媒作用に影響して還元速度が低下する等の問題が起こる。
なお、本発明における硫黄分とは、試料(ｇ)を酸化燃焼させた後、電量滴定法により測定した試料中の硫黄分数値(μｇ)を意味する。測定機器としては例えば三菱化成(株)製ＴＳＸ−１０塩素・硫黄分析装置等が使用される。
又、塩素分とは、試料(ｇ)を酸化燃焼させた後、電量滴定法により測定した試料中の塩素分数値(μｇ)を意味する。測定機器としては硫黄分の測定と同様に例えば三菱化成(株)製ＴＳＸ−１０塩素・硫黄分析装置等が使用される。
(アントラキノン組成物の製造法)
次に、もうひとつの本発明であるアントラキノン組成物の製造方法について説明する。
本発明のアントラキノン組成物は、２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸を発煙硫酸を用いて環化反応させ、環化反応液を水と有機溶剤との混合液中で処理し、得られた溶剤抽出液をアルカリ水溶液と４０℃以上で加熱処理後、溶剤を除去し、溶剤除去残分をアルコールで処理することにより製造できる。
２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸のペンチル基は、炭素数５の炭化水素基であれば特に制限されず、例としては、１，２−ジメチルプロピル基、１，１−ジメチルプロピル基、２，２−ジメチルプロピル基、n-ペンチル基等が挙げられ、１，２−ジメチルプロピル基（以下、ｓｅｃ−ペンチル基とも呼ぶ）、１，１−ジメチルプロピル基（以下、ｔｅｒｔ−ペンチル基とも呼ぶ）が好ましい。
発煙硫酸としては濃度５〜１５％、好ましくは５〜１４％、より好ましくは６〜１２％のものが好適に使用できる。
発煙硫酸の使用量は、２−(４−ペンチルベンゾイル)安息香酸に対し１〜１０倍重量、好ましくは１〜７倍重量、より好ましくは２〜５倍重量である。
環化反応の反応温度は６０〜１３０℃、好ましくは７０〜１００℃、より好ましくは８０〜９５℃であり、反応時間は１〜１０時間、好ましくは１〜８時間、より好ましくは１〜５時間である。環化反応終了後、反応物を室温まで冷却し、好ましくは氷を含む水中に注加する。これに有機溶剤を添加し、好ましくは加熱して目的物を抽出する。
次に、もうひとつの本発明であるアントラキノン組成物の製造方法について説明する。
本発明のアントラキノン組成物は、２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸を発煙硫酸を用いて環化反応させ、環化反応液を水と有機溶剤との混合液中で処理し、得られた溶剤抽出液をアルカリ水溶液と４０℃以上で加熱処理後、溶剤を除去し、溶剤除去残分をアルコールで処理することにより製造できる。
２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸のペンチル基は、炭素数５の炭化水素基であれば特に制限されず、例としては、１，２−ジメチルプロピル基、１，１−ジメチルプロピル基、２，２−ジメチルプロピル基、n-ペンチル基等が挙げられ、１，２−ジメチルプロピル基（以下、ｓｅｃ−ペンチル基とも呼ぶ）、１，１−ジメチルプロピル基（以下、ｔｅｒｔ−ペンチル基とも呼ぶ）が好ましい。
発煙硫酸としては濃度５〜１５％、好ましくは５〜１４％、より好ましくは６〜１２％のものが好適に使用できる。
発煙硫酸の使用量は、２−(４−ペンチルベンゾイル)安息香酸に対し１〜１０倍重量、好ましくは１〜７倍重量、より好ましくは２〜５倍重量である。
環化反応の反応温度は６０〜１３０℃、好ましくは７０〜１００℃、より好ましくは８０〜９５℃であり、反応時間は１〜１０時間、好ましくは１〜８時間、より好ましくは１〜５時間である。環化反応終了後、反応物を室温まで冷却し、好ましくは氷を含む水中に注加する。これに有機溶剤を添加し、好ましくは加熱して目的物を抽出する。
有機溶剤としてはトルエン、キシレン、ベンゼン等の非極性有機溶剤が好ましく、トルエンが最も好ましい。有機溶剤の使用量は２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸に対し２〜８倍容量、好ましくは５〜７倍容量である。溶剤抽出液を分取し、この溶剤抽出液に対してアルカリ水溶液での加熱処理を行う。
アルカリ水溶液に使用されるアルカリとしてはアルカリ金属の水酸化物や炭酸塩が用いられ、具体的には水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム等が用いられるが、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の水酸化アルカリが好ましく、水酸化ナトリウムが最も好ましい。
アルカリ水溶液に使用されるアルカリとしてはアルカリ金属の水酸化物や炭酸塩が用いられ、具体的には水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム等が用いられるが、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の水酸化アルカリが好ましく、水酸化ナトリウムが最も好ましい。
アルカリの使用量は２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸に対し０．１〜０．８倍重量、好ましくは０．２〜０．６倍重量である。
アルカリ水溶液の濃度は特に制限はないが、０．５〜１０重量％が好ましく、１〜５重量％がより好ましい。
アルカリ水溶液の使用量は特に制限されないが、溶剤抽出液に対して同容量以上使用することが好ましい。
アルカリ水溶液での加熱処理温度は４０℃以上であるが、好ましくは４０〜８０℃、より好ましくは６０〜７５℃℃である。
アルカリ水溶液での加熱処理時間は２０分以上、好ましくは３０〜６０分間、より好ましくは４０〜５０分間である。
溶剤抽出液のアルカリ水溶液と加熱処理が終了後、溶剤を好適には減圧下での蒸留により除去し、溶剤除去残分に対しアルコール処理を行う。
アルカリ水溶液の濃度は特に制限はないが、０．５〜１０重量％が好ましく、１〜５重量％がより好ましい。
アルカリ水溶液の使用量は特に制限されないが、溶剤抽出液に対して同容量以上使用することが好ましい。
アルカリ水溶液での加熱処理温度は４０℃以上であるが、好ましくは４０〜８０℃、より好ましくは６０〜７５℃℃である。
アルカリ水溶液での加熱処理時間は２０分以上、好ましくは３０〜６０分間、より好ましくは４０〜５０分間である。
溶剤抽出液のアルカリ水溶液と加熱処理が終了後、溶剤を好適には減圧下での蒸留により除去し、溶剤除去残分に対しアルコール処理を行う。
アルコールとしてはメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アミルアルコール等の脂肪族アルコールが用いられるが、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等の炭素数１〜３の脂肪族アルコールが好ましく、メタノールが最も好ましい。
アルコール処理に使用するアルコールの量は、溶剤濃縮残分に対して１〜２０倍重量、好ましくは２〜１０倍重量、より好ましくは２〜５倍重量である。
アルコール処理の温度は室温〜アルコールの還流温度が好ましく、４０℃〜アルコールの還流温度がより好ましい。
アルコール処理の時間は１０分〜５時間、好ましくは２０分〜２時間、より好ましくは３０分〜１時間であり、その間撹拌することが好ましい。
アルコール処理に使用するアルコールの量は、溶剤濃縮残分に対して１〜２０倍重量、好ましくは２〜１０倍重量、より好ましくは２〜５倍重量である。
アルコール処理の温度は室温〜アルコールの還流温度が好ましく、４０℃〜アルコールの還流温度がより好ましい。
アルコール処理の時間は１０分〜５時間、好ましくは２０分〜２時間、より好ましくは３０分〜１時間であり、その間撹拌することが好ましい。
溶剤抽出液のアルカリ水溶液との加熱処理操作及び溶剤除去残分のアルコール処理操作はそれぞれ１回行えば本発明のアントラキノン組成物を得ることができるが、複数回行うことにより、より効果を高めることができる。
アルコール処理終了後、得られたアルコール処理液を３５〜４５℃までゆっくりと冷却し、濾過により不溶解成分を除去する。次いで、アルコール処理液を２０〜１０℃に冷却し、同温で1時間以上、好ましくは２時間撹拌するとアントラキノン組成物が析出する。これを取り出し、室温付近で乾燥することにより本発明のアントラキノン組成物を得ることができる。
アルコール処理終了後、得られたアルコール処理液を３５〜４５℃までゆっくりと冷却し、濾過により不溶解成分を除去する。次いで、アルコール処理液を２０〜１０℃に冷却し、同温で1時間以上、好ましくは２時間撹拌するとアントラキノン組成物が析出する。これを取り出し、室温付近で乾燥することにより本発明のアントラキノン組成物を得ることができる。
(原料安息香酸の製法)
なお、本発明のアントラキノン組成物の原料となる２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸は、通常特開昭５３−１２７４４５号公報等に記載されている公知の製法に従い、ｔｅｒｔ−ペンチルベンゼンと無水フタル酸のフリーデルクラフツアシル化反応により製造される。例えば、無水フタル酸１モルとｔｅｒｔ−ペンチルベンゼン１．０〜１．２モルを、触媒として塩化アルミニウムを無水フタル酸１モルに対し２．０〜２．３モル量使用し、クロロベンゼン等の溶媒中１０〜４０℃で７〜１５時間反応させる製造法が例示できる。
このような製法で得られた２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸を環化反応させて製造された生成物は、主成分である２-ペンチルアントラキノン以外に、前述したようにペンチル基の分解、異性化によると考えられる無置換のアントラキノンや炭素数が減少した２−アルキルアントラキノン類、及び溶媒として使用するハロゲン化炭化水素や塩化アルミニウムに由来すると考えられるクロロアントラキノン等の塩素化化合物や、第２反応段階の環化反応工程で生成する、硫酸や発煙硫酸を使用することに起因すると考えられるスルホン化されたアントラキノン化合物等の硫黄化化合物などが混入している。２−アルキルアントラキノン類としては２−エチルアントラキノンと２−三級ブチルアントラキノンを主として生成する。
これらの副生物はアントラキノン法による過酸化水素の製造時に還元において使用されている金属触媒の活性を低下させる、いわゆる触媒毒となるが、従来は効率良く除くことが困難であった。本発明の製造方法により、アントラキノン法による過酸化水素の製造に好適なアントラキノン組成物を製造できる。
なお、本発明のアントラキノン組成物中の主成分である２-ペンチルアントラキノンは、前述したようにペンチル基の異性化によりｓｅｃ−ペンチル基とｔｅｒｔ−ペンチル基の異性体混合物として存在している。通常はｔｅｒｔ−ペンチル基の含有量が多い方が、溶解性の点から好ましい。
本発明のアントラキノン組成物を媒体に用いたアントラキノン法による過酸化水素製造方法としては、従来公知のあらゆる技術を用いることができ、特に限定されないが、例えばVCH,“ULLMANN’S ENCYCLOPEDIA OF INDUSTRIAL CHEMISTRY”VolA13、ｐｐ.447-456に詳細に記載されている。
なお、本発明のアントラキノン組成物の原料となる２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸は、通常特開昭５３−１２７４４５号公報等に記載されている公知の製法に従い、ｔｅｒｔ−ペンチルベンゼンと無水フタル酸のフリーデルクラフツアシル化反応により製造される。例えば、無水フタル酸１モルとｔｅｒｔ−ペンチルベンゼン１．０〜１．２モルを、触媒として塩化アルミニウムを無水フタル酸１モルに対し２．０〜２．３モル量使用し、クロロベンゼン等の溶媒中１０〜４０℃で７〜１５時間反応させる製造法が例示できる。
このような製法で得られた２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸を環化反応させて製造された生成物は、主成分である２-ペンチルアントラキノン以外に、前述したようにペンチル基の分解、異性化によると考えられる無置換のアントラキノンや炭素数が減少した２−アルキルアントラキノン類、及び溶媒として使用するハロゲン化炭化水素や塩化アルミニウムに由来すると考えられるクロロアントラキノン等の塩素化化合物や、第２反応段階の環化反応工程で生成する、硫酸や発煙硫酸を使用することに起因すると考えられるスルホン化されたアントラキノン化合物等の硫黄化化合物などが混入している。２−アルキルアントラキノン類としては２−エチルアントラキノンと２−三級ブチルアントラキノンを主として生成する。
これらの副生物はアントラキノン法による過酸化水素の製造時に還元において使用されている金属触媒の活性を低下させる、いわゆる触媒毒となるが、従来は効率良く除くことが困難であった。本発明の製造方法により、アントラキノン法による過酸化水素の製造に好適なアントラキノン組成物を製造できる。
なお、本発明のアントラキノン組成物中の主成分である２-ペンチルアントラキノンは、前述したようにペンチル基の異性化によりｓｅｃ−ペンチル基とｔｅｒｔ−ペンチル基の異性体混合物として存在している。通常はｔｅｒｔ−ペンチル基の含有量が多い方が、溶解性の点から好ましい。
本発明のアントラキノン組成物を媒体に用いたアントラキノン法による過酸化水素製造方法としては、従来公知のあらゆる技術を用いることができ、特に限定されないが、例えばVCH,“ULLMANN’S ENCYCLOPEDIA OF INDUSTRIAL CHEMISTRY”VolA13、ｐｐ.447-456に詳細に記載されている。
以下に本発明を実施例、比較例によりさらに具体的に説明する。なお、アントラキノン組成物の特性は、下記の方法で測定及び評価した。
（１）２−ペンチルアントラキノン、アントラキノン、２−エチルアントラキノン及び２−三級ブチルアントラキノン含有量：
試料を、ガスクロマトグラフ測定器（島津製作所製ＧＣ−１４Ａ）を用いて測定した各成分のピーク面積を算出し、百分率法によりそれぞれの含有量を算出した。
（２）２−ペンチルアントラキノン中の２−ｓｅｃ−ペンチルアントラキノンと２−ｔｅｒｔ−ペンチルアントラキノンの異性体比：
液体クロマトグラフ（島津製作所製ＬＣ−９Ａ）を用いて測定した２−ｓｅｃ−ペンチルアントラキノンと２−ｔｅｒｔ−ペンチルアントラキノンのピーク面積を算出し、百分率法により異性体比を求めた。
（３）アントラキノン組成物中の硫黄分・塩素分含有量：
塩素・硫黄分析装置（三菱化成（株）製ＴＳＸ−１０）を使用して試料を酸化燃焼させた後、電量滴定法により試料中の硫黄分、塩素分の量を測定した。
（４）アントラキノン組成物の過酸化水素製造用媒体としての性能：
下記の方法に従って、アントラキノン組成物を媒体として過酸化水素を製造した際の還元用パラジウム触媒の劣化速度試験を行い、アントラキノン組成物の性能を評価した。
ジイソブチルカルビノール５０ｍＬと１，２，４−トリメチルベンゼン５０ｍＬの混合溶液に、アントラキノン組成物１３．９ｇとアルミナ担体の１％パラジウム触媒（１００〜２００メッシュ）０．１ｇを加えて、９０℃で１０時間撹拌した。
この処理液を使用して、下記の方法により水素の吸収速度を測定した。
処理液の入った容器を湯浴により５０℃に保った。これに、水素消費量が測定でき、かつ水素圧を常に１気圧に保持できる水素貯めを連結し、処理液を１気圧の水素でパージした。処理液を１，０００ｒｐｍの速度で撹拌し、撹拌開始から、２５℃に保たれた水素貯めにおいて４７６ｍＬの水素（使用したアントラキノン組成物の０．５倍モル量×８５％）が吸収される時間を測定した。水素化吸収時間が短いほど、パラジウム触媒の劣化速度が低いことを表す。
（１）２−ペンチルアントラキノン、アントラキノン、２−エチルアントラキノン及び２−三級ブチルアントラキノン含有量：
試料を、ガスクロマトグラフ測定器（島津製作所製ＧＣ−１４Ａ）を用いて測定した各成分のピーク面積を算出し、百分率法によりそれぞれの含有量を算出した。
（２）２−ペンチルアントラキノン中の２−ｓｅｃ−ペンチルアントラキノンと２−ｔｅｒｔ−ペンチルアントラキノンの異性体比：
液体クロマトグラフ（島津製作所製ＬＣ−９Ａ）を用いて測定した２−ｓｅｃ−ペンチルアントラキノンと２−ｔｅｒｔ−ペンチルアントラキノンのピーク面積を算出し、百分率法により異性体比を求めた。
（３）アントラキノン組成物中の硫黄分・塩素分含有量：
塩素・硫黄分析装置（三菱化成（株）製ＴＳＸ−１０）を使用して試料を酸化燃焼させた後、電量滴定法により試料中の硫黄分、塩素分の量を測定した。
（４）アントラキノン組成物の過酸化水素製造用媒体としての性能：
下記の方法に従って、アントラキノン組成物を媒体として過酸化水素を製造した際の還元用パラジウム触媒の劣化速度試験を行い、アントラキノン組成物の性能を評価した。
ジイソブチルカルビノール５０ｍＬと１，２，４−トリメチルベンゼン５０ｍＬの混合溶液に、アントラキノン組成物１３．９ｇとアルミナ担体の１％パラジウム触媒（１００〜２００メッシュ）０．１ｇを加えて、９０℃で１０時間撹拌した。
この処理液を使用して、下記の方法により水素の吸収速度を測定した。
処理液の入った容器を湯浴により５０℃に保った。これに、水素消費量が測定でき、かつ水素圧を常に１気圧に保持できる水素貯めを連結し、処理液を１気圧の水素でパージした。処理液を１，０００ｒｐｍの速度で撹拌し、撹拌開始から、２５℃に保たれた水素貯めにおいて４７６ｍＬの水素（使用したアントラキノン組成物の０．５倍モル量×８５％）が吸収される時間を測定した。水素化吸収時間が短いほど、パラジウム触媒の劣化速度が低いことを表す。
なお、本発明は以下の実施例、比較例により限定されるものではない。
[実施例１]
アントラキノン組成物（１）の合成
温度計、撹拌機、ガス導入管を装着した３００ｍＬ四つ口フラスコに窒素ガスを導入下、クロロベンゼン１５０ｍＬ、無水フタル酸４０ｇ、第三級アミルベンゼン４２．６ｇを仕込み、冷却しながら２０℃以下で無水塩化アルミ７７．５ｇを４時間で分割添加した。２０℃以下で３０分撹拌後、３０分を要して４０℃に昇温した。さらに７時間同温で撹拌した後、氷水４００ｇに濃硫酸５０ｇを加えたものに縮合反応物を排出した。
排出液を７０℃に昇温後水層を除去し、湯で洗浄後、有機層を濃縮乾固した。更に減圧下１５０℃で２時間加熱溶融した後、冷却固化した。６０℃で乾燥後粉砕して、２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸を８０ｇ得た。この２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸中のペンチル基における異性体比をＨＰＬＣにて測定した結果を以下に示す。
ｔｅｒｔ−ペンチル体 ： ｓｅｃ−ペンチル体 ＝ ７６ ： ２４
温度計、撹拌機を装着した３００ｍＬ四つ口フラスコに１０％発煙硫酸２８０ｇを仕込み、冷却下３０℃以下で、上記で得た２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸７０ｇを１０分間で分割添加した。さらに同温で５０分撹拌した後、１０分間を要して９５℃に昇温した。同温で２時間３０分反応後１０分間を要して室温まで冷却した。次に、氷水４００ｇに前記反応物を注加後７０℃に昇温し、トルエン２００ｍＬで”抽出した後硫酸層を除去した。
（ｉ）アルカリ水溶液との加熱処理
トルエン抽出液に５％苛性ソーダ水溶液４００ｍＬを添加し、６５℃に昇温して４５分間撹拌した。苛性ソーダ水溶液を除去し、トルエン抽出液を湯で洗浄して中性とした後、減圧下にトルエンを除去した。
（ii）アルコール処理
トルエン除去残分にメタノール１８０ｍＬを添加し、還流温度で３０分間撹拌した。４０℃までゆっくりと冷却し、メタノール抽出液を濾過して不溶解成分を除去した。２０℃に冷却し、同温で２時間撹拌後析出物を取り出してアントラキノン組成物(１)を４９．６ｇ（７５．４％）得た。得られたアントラキノン組成物（１）を前記した方法により分析した結果を表1に示す。
過酸化水素製造用媒体としての性能試験
このようにして得られたアントラキノン組成物（１）について、前記方法に従って、アントラキノン組成物（１）を媒体として過酸化水素を製造した際の還元用パラジウム触媒の劣化速度試験を行い、過酸化水素製造用媒体としての性能の指標とした。
[実施例１]
アントラキノン組成物（１）の合成
温度計、撹拌機、ガス導入管を装着した３００ｍＬ四つ口フラスコに窒素ガスを導入下、クロロベンゼン１５０ｍＬ、無水フタル酸４０ｇ、第三級アミルベンゼン４２．６ｇを仕込み、冷却しながら２０℃以下で無水塩化アルミ７７．５ｇを４時間で分割添加した。２０℃以下で３０分撹拌後、３０分を要して４０℃に昇温した。さらに７時間同温で撹拌した後、氷水４００ｇに濃硫酸５０ｇを加えたものに縮合反応物を排出した。
排出液を７０℃に昇温後水層を除去し、湯で洗浄後、有機層を濃縮乾固した。更に減圧下１５０℃で２時間加熱溶融した後、冷却固化した。６０℃で乾燥後粉砕して、２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸を８０ｇ得た。この２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸中のペンチル基における異性体比をＨＰＬＣにて測定した結果を以下に示す。
ｔｅｒｔ−ペンチル体 ： ｓｅｃ−ペンチル体 ＝ ７６ ： ２４
温度計、撹拌機を装着した３００ｍＬ四つ口フラスコに１０％発煙硫酸２８０ｇを仕込み、冷却下３０℃以下で、上記で得た２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸７０ｇを１０分間で分割添加した。さらに同温で５０分撹拌した後、１０分間を要して９５℃に昇温した。同温で２時間３０分反応後１０分間を要して室温まで冷却した。次に、氷水４００ｇに前記反応物を注加後７０℃に昇温し、トルエン２００ｍＬで”抽出した後硫酸層を除去した。
（ｉ）アルカリ水溶液との加熱処理
トルエン抽出液に５％苛性ソーダ水溶液４００ｍＬを添加し、６５℃に昇温して４５分間撹拌した。苛性ソーダ水溶液を除去し、トルエン抽出液を湯で洗浄して中性とした後、減圧下にトルエンを除去した。
（ii）アルコール処理
トルエン除去残分にメタノール１８０ｍＬを添加し、還流温度で３０分間撹拌した。４０℃までゆっくりと冷却し、メタノール抽出液を濾過して不溶解成分を除去した。２０℃に冷却し、同温で２時間撹拌後析出物を取り出してアントラキノン組成物(１)を４９．６ｇ（７５．４％）得た。得られたアントラキノン組成物（１）を前記した方法により分析した結果を表1に示す。
過酸化水素製造用媒体としての性能試験
このようにして得られたアントラキノン組成物（１）について、前記方法に従って、アントラキノン組成物（１）を媒体として過酸化水素を製造した際の還元用パラジウム触媒の劣化速度試験を行い、過酸化水素製造用媒体としての性能の指標とした。
[実施例２]
実施例１の２−(４−ペンチルベンゾイル)安息香酸の環化反応において発煙硫酸の濃度を７％に変えた以外は実施例１と同様の操作を行い、アントラキノン組成物(２)５２．３ｇ（７９．７％）得た。分析結果及び過酸化水素製造用媒体としての性能試験結果を表1にそれぞれ示す。
実施例１の２−(４−ペンチルベンゾイル)安息香酸の環化反応において発煙硫酸の濃度を７％に変えた以外は実施例１と同様の操作を行い、アントラキノン組成物(２)５２．３ｇ（７９．７％）得た。分析結果及び過酸化水素製造用媒体としての性能試験結果を表1にそれぞれ示す。
[実施例３]
実施例１の２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸の製造操作において、窒素ガスを導入しなかったこと以外は実施例１と同様にして、２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸を７５ｇ得た。この２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸中のペンチル基における異性体比をＨＰＬＣにて測定した結果を以下に示す。
ｔｅｒｔ−ペンチル体 ： ｓｅｃ−ペンチル体 ＝ ４７ ： ５３
次に、実施例１の２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸の環化反応において、２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸を上記で合成した２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸に変えた以外は実施例１と同様の操作を行い、アントラキノン組成物（３）を５１．５ｇ（７８．４％）得た。得られたアントラキノン組成物の分析結果及び過酸化水素製造用媒体としての性能試験結果を表1にそれぞれ示す
実施例１の２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸の製造操作において、窒素ガスを導入しなかったこと以外は実施例１と同様にして、２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸を７５ｇ得た。この２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸中のペンチル基における異性体比をＨＰＬＣにて測定した結果を以下に示す。
ｔｅｒｔ−ペンチル体 ： ｓｅｃ−ペンチル体 ＝ ４７ ： ５３
次に、実施例１の２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸の環化反応において、２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸を上記で合成した２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸に変えた以外は実施例１と同様の操作を行い、アントラキノン組成物（３）を５１．５ｇ（７８．４％）得た。得られたアントラキノン組成物の分析結果及び過酸化水素製造用媒体としての性能試験結果を表1にそれぞれ示す
[比較例１]
実施例１において（ｉ）のアルカリ処理を行わなかったこと以外は、前記実施例１と同様の操作を行ってアントラキノン組成物(Ａ)を５２．９ｇ(８０.６％)得た。分析結果及び過酸化水素製造用媒体としての性能試験結果を表1にそれぞれ示す。
実施例１において（ｉ）のアルカリ処理を行わなかったこと以外は、前記実施例１と同様の操作を行ってアントラキノン組成物(Ａ)を５２．９ｇ(８０.６％)得た。分析結果及び過酸化水素製造用媒体としての性能試験結果を表1にそれぞれ示す。
[比較例２]
実施例１において(ii)のアルコール処理操作を行わなかったこと以外は、前記実施例１と同様の操作を行ってアントラキノン組成物(Ｂ)を５３.１ｇ(８０.８％)得た。分析結果及び過酸化水素製造用媒体としての性能試験結果を表１にそれぞれ示す。
実施例１において(ii)のアルコール処理操作を行わなかったこと以外は、前記実施例１と同様の操作を行ってアントラキノン組成物(Ｂ)を５３.１ｇ(８０.８％)得た。分析結果及び過酸化水素製造用媒体としての性能試験結果を表１にそれぞれ示す。
[比較例３]
実施例１において（ｉ）のアルカリ処理及び（ii）のアルコール処理操作を行わないことに変更した以外は、前記実施例１と同様の操作を行ってアントラキノン組成物（Ｃ）を５３.４ｇ（８１.４％）得た。分析結果及び過酸化水素製造用媒体としての性能試験結果を表1にそれぞれ示す。
実施例１において（ｉ）のアルカリ処理及び（ii）のアルコール処理操作を行わないことに変更した以外は、前記実施例１と同様の操作を行ってアントラキノン組成物（Ｃ）を５３.４ｇ（８１.４％）得た。分析結果及び過酸化水素製造用媒体としての性能試験結果を表1にそれぞれ示す。
本発明によれば、アントラキノン法による過酸化水素の製造において還元、酸化、加水分解に対する安定性が高く、有機溶剤への溶解度が大きく、さらに水素化に使用される金属触媒の劣化速度を抑えた媒体として好適に用いられるアントラキノン組成物、及びその製造方法を提供することができる。
Claims (4)
- ２−ペンチルアントラキノンの含有量が９７.５重量％以上、アントラキノンの含有量が１.０重量％以下、２−三級ブチルアントラキノンの含有量が０.８重量％以下、２−エチルアントラキノンの含有量が０.５重量％以下であることを特徴とするアントラキノン組成物。
- 硫黄分の含有量が３０ｐｐｍ以下であり、かつ塩素分の含有量が２５０ｐｐｍ以下である請求項１に記載のアントラキノン組成物。
- ２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸を発煙硫酸を用いて環化反応させ、環化反応液を水と有機溶剤との混合液中で処理し、得られた溶剤抽出液をアルカリ水溶液と４０℃以上で加熱処理後、溶剤を除去し、溶剤除去残分をアルコールで処理することを特徴とする、請求項１または２記載のアントラキノン組成物の製造方法。
- ２−（４−ペンチルベンゾイル）安息香酸が、ｔｅｒｔ−ペンチルベンゼンと無水フタル酸のフリーデルクラフツアシル化反応により製造されたものである、請求項３記載のアントラキノン組成物の製造方法。
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