JPH11180913A - メチル基又はメチレン基を有する芳香族化合物の酸化方法 - Google Patents

メチル基又はメチレン基を有する芳香族化合物の酸化方法

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JPH11180913A
JPH11180913A JP35339797A JP35339797A JPH11180913A JP H11180913 A JPH11180913 A JP H11180913A JP 35339797 A JP35339797 A JP 35339797A JP 35339797 A JP35339797 A JP 35339797A JP H11180913 A JPH11180913 A JP H11180913A
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    • C07C45/34Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation with molecular oxygen of CHx-moieties in unsaturated compounds
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 温和な条件下、メチル基又はメチレン基を有
する芳香族性化合物を効率よく酸化して、基質に対応す
る酸化物を得る。 【解決手段】 式(1)で表されるイミド化合物(N−
ヒドロキシフタルイミドなど)と、周期表2A族,遷移
金属(周期表3A族〜7A族,8族,1B族および2B
族),及び周期表3B族からなる群から選択された元素
を含む助触媒とで構成された酸化触媒系、及びカルボン
酸類又はその塩及びアルデヒド類より選ばれた少なくと
も1つの反応促進剤の存在下、メチル基又はメチレン基
を有する芳香族性化合物を酸素酸化し、酸化物(ケトン
類,アルコール類,アルデヒド類、カルボン酸など)を
得る。 【化1】 (式中、R1 及びR2 は、水素原子、ハロゲン原子など
の置換基を示し、R1 及びR2 は互いに結合して二重結
合、芳香族性又は非芳香族性の5〜12員環を形成して
もよい。XはO又はOHを示し、n=1〜3)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、芳香族性環にメチ
ル基及びメチレン基より選ばれた少なくとも1つの基を
有する芳香族性化合物を効率よく酸素酸化する方法(若
しくはケトン類,アルコール類,アルデヒド類,カルボ
ン酸の製造方法)に関する。
【0002】
【従来の技術】酸化反応は、有機化学工業における最も
基本的な反応の1つであり、種々の酸化方法が知られて
いる。例えば、メチル基が置換した芳香族化合物(例え
ば、トルエン)を硝酸や重クロム酸で酸化する方法によ
り、カルボキシル基を有する芳香族化合物(例えば、安
息香酸)が製造されている。これらの方法は比較的高い
収率で安息香酸などのカルボキシル基を有する芳香族化
合物を得る上で有用である。しかし、硝酸酸化法では、
生成するN2 OおよびNOx を処理するために、高価な
排ガス処理施設が必要となる。また、重クロム酸を用い
る方法でも、クロム成分の処理が必要となる。
【0003】空気酸化法を利用して安息香酸を製造する
方法として、例えば、ナフテン酸コバルトを用いてトル
エンを液相で酸化する方法、コバルト・マンガン酢酸塩
と臭素化物とで構成された触媒系の存在下、トルエンを
液相で酸化する方法が知られている。しかし、ナフテン
酸コバルトを用いる方法は、転化率および選択率が小さ
く、安息香酸を効率よく得ることが困難である。一方、
コバルト・マンガン酢酸塩を用いる方法は、比較的高い
収率で安息香酸を製造できる。しかし、この方法では比
較的高い温度(例えば、150〜250℃程度)で反応
させる必要がある。そのため、温和な条件下、酸素酸化
により、トルエンなどのメチル基が置換した芳香族炭化
水素から対応するカルボン酸を高い収率で効率よく製造
することが困難である。
【0004】また、他の芳香族化合物、例えば、p−キ
シレンの空気酸化を酢酸コバルトと共酸化剤の存在下で
行なうと、比較的低温(90〜160℃程度)でテレフ
タル酸を生成させることができる。しかし、この方法で
は、多量の触媒を循環させる必要があるだけでなく、テ
レフタル酸と当モルの酢酸が副生する。
【0005】日本化学会第67春季年会 1994年
「講演予稿集II」第762頁には、バナドモリブドリン
酸塩とN−ヒドロキシフタルイミドとを用いて、ベンジ
ルアルコール,ベンズヒドロールなどのアルコール類を
空気酸化すると、アセトフェノン,ベンゾフェノンなど
のケトンが高い収率で生成すること、N−ヒドロキシフ
タルイミドを用いてテトラリン、イソクロマン、アダマ
ンタンなどを酸素酸化すると、対応するモノアルコール
やモノケトンが生成することが報告されている。
【0006】ベンゼン環にメチレン基を有する芳香族化
合物を酸素酸化してケトン類やアルコール類を得る方法
として、N−ヒドロキシフタルイミドとアセトアルデヒ
ドとを用いる方法が報告されている(Chem. Commun., 1
997 447)。しかし、この方法では反応の進行が遅く、
酸化物の生成に長時間を要する。また、この方法では、
メチル基を有する芳香族化合物を酸化しても、カルボン
酸を短時間内に効率よく生成させることが困難である。
【0007】また、N−ヒドロキシフタルイミドなどの
イミド化合物と、周期表2A族,遷移金属(周期表3A
族〜7A族,8族,1B族および2B族),および周期
表3B族からなる群から選択された元素を含む助触媒と
で構成された酸化触媒の存在下、基質(芳香族性環にメ
チル基又はメチレン基を有する芳香族性化合物)を酸素
酸化し、酸化物(ケトン類,アルコール類,カルボン酸
など)を得る方法が報告されている。しかし、アセトニ
トリル等の非プロトン性溶媒中では、アルキル置換芳香
族化合物を酸化するのに長時間を要する場合がある。特
に、工業的規模で酸化物を効率よく生成させるために
は、比較的低温、特に室温で反応させるのが有利である
が、室温等の低温で酸素酸化する場合、反応の進行が極
めて遅くなる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、酸素酸化により、芳香族性環にメチル基又はメチレ
ン基を有する芳香族性化合物を効率よく酸化できる酸化
方法を提供することにある。本発明の他の目的は、比較
的低温であっても、分子状酸素酸化により、高い転化率
および選択率で、前記芳香族性化合物から対応する酸化
物(ケトン類,アルコール類,アルデヒド類,カルボン
酸など)を生成できる酸化方法、並びに前記酸化物の製
造方法を提供することにある。本発明のさらに他の目的
は、ニトリル類等の非プロトン性溶媒中においても、前
記芳香族性化合物から、対応するカルボン酸(芳香族カ
ルボン酸)やケトン類(芳香族ケトン類)を直接かつ効
率よく高い転化率及び選択率で生成できる酸化方法、並
びに前記カルボン酸やケトン類の製造方法を提供するこ
とにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記目的
を達成するため鋭意検討した結果、N−ヒドロキシフタ
ルイミド化合物及び助触媒で構成される酸化触媒系、又
は、N−ヒドロキシフタルイミド化合物で構成される酸
化触媒を用いて、芳香族性環にメチル基又はメチレン基
を有する芳香族性化合物を酸素又は空気酸化する際、反
応系に、カルボン酸又はその塩、及びアルデヒド類より
選ばれた少なくとも1つの反応促進剤を共存させると、
室温、常圧等の比較的温和な条件下であっても、高い効
率で酸化でき、対応する酸化物が高い選択率および収率
で生成することを見いだし、本発明を完成した。すなわ
ち、本発明の方法は、(a)下記式(1)
【0010】
【化3】 (式中、R1 及びR2 は、同一又は異なって、水素原
子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、シクロア
ルキル基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、カルボキシ
ル基、アルコキシカルボニル基、アシル基を示し、R1
及びR2 は互いに結合して二重結合、または芳香族性又
は非芳香族性の環を形成してもよい。Xは酸素原子又は
ヒドロキシル基を示し、nは1〜3の整数を示す。Nと
Xとの間の結合は単結合又は二重結合を示す)で表され
るイミド化合物と、周期表2A族,遷移金属,および周
期表3B族からなる群から選択された元素を含む助触媒
とで構成される酸化触媒系、又は(b)式(1)で表さ
れるイミド化合物で構成される酸化触媒の存在下、芳香
族性環にメチル基及びメチレン基より選ばれた少なくと
も1つの基を有する芳香族性化合物と酸素とを接触させ
る酸化方法であって、反応系にアルデヒド類及びカルボ
ン酸又はその塩から選ばれた少なくとも1つの反応促進
剤を共存させる。酸化触媒系(a)を用いる場合には、
反応促進剤として、アルデヒド類、及びカルボン酸又は
その塩より選ばれた少なくとも1つの反応促進剤を使用
でき、酸化触媒(b)を用いる場合には、反応促進剤と
して、芳香族アルデヒド、芳香族カルボン酸又はその
塩、及び脂肪族カルボン酸又はその塩より選ばれた少な
くとも1つの反応促進剤を使用できる。
【0011】本発明は、酸化触媒系(a)又は酸化触媒
(b)と、反応促進剤との存在下、前記芳香族性化合物
を酸化して、ケトン類、アルコール類、アルデヒド類又
はカルボン酸を製造する方法も開示する。
【0012】なお、本明細書において、芳香族性環にメ
チル基及びメチレン基より選ばれた少なくとも1つの基
を有する芳香族性化合物を単に「基質」と言うことがあ
る。また、「カルボン酸」とは、遊離のカルボキシル基
を有する化合物に限らず、反応条件により生成する塩,
エステルや酸無水物などのように、実質的にカルボン酸
と等価なカルボン酸誘導体も含む意味に用いる。
【0013】
【発明の実施の形態】[イミド化合物]前記式(1)で
表される化合物において、置換基R1 及びR2 のうちハ
ロゲン原子には、ヨウ素、臭素、塩素およびフッ素原子
が含まれる。アルキル基には、例えば、メチル、エチ
ル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、s
ec−ブチル、t−ブチル、ペンチル、ヘキシル、ヘプ
チル、オクチル、デシル基などの炭素数1〜10程度の
直鎖状又は分岐鎖状アルキル基が含まれる。好ましいア
ルキル基としては、例えば、炭素数1〜6程度、特に炭
素数1〜4程度の低級アルキル基が挙げられる。
【0014】アリール基には、フェニル基、ナフチル基
などが含まれ、シクロアルキル基には、シクロペンチ
ル、シクロヘキシル、シクロオクチル基などが含まれ
る。アルコキシ基には、例えば、メトキシ、エトキシ、
プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、イソブトキ
シ、t−ブトキシ、ペンチルオキシ、ヘキシルオキシ基
などの炭素数1〜10程度、好ましくは炭素数1〜6程
度、特に炭素数1〜4程度の低級アルコキシ基が含まれ
る。
【0015】アルコキシカルボニル基には、例えば、メ
トキシカルボニル、エトキシカルボニル、プロポキシカ
ルボニル、イソプロポキシカルボニル、ブトキシカルボ
ニル、イソブトキシカルボニル、t−ブトキシカルボニ
ル、ペンチルオキシカルボニル、ヘキシルオキシカルボ
ニル基などのアルコキシ部分の炭素数が1〜10程度の
アルコキシカルボニル基が含まれる。好ましいアルコキ
シカルボニル基にはアルコキシ部分の炭素数が1〜6程
度、特に1〜4程度の低級アルコキシカルボニル基が含
まれる。
【0016】アシル基としては、例えば、ホルミル、ア
セチル、プロピオニル、ブチリル、イソブチリル、バレ
リル、イソバレリル、ピバロイル基などの炭素数1〜6
程度のアシル基が例示できる。
【0017】前記置換基R1 及びR2 は、同一又は異な
っていてもよい。また、前記式(1)において、R1
よびR2 は互いに結合して、二重結合、または芳香族性
又は非芳香族性の環を形成してもよい。好ましい芳香族
性又は非芳香族性環は5〜12員環、特に6〜10員環
程度であり、複素環又は縮合複素環であってもよいが、
炭化水素環である場合が多い。このような環には、例え
ば、非芳香族性脂環族環(シクロヘキサン環などの置換
基を有していてもよいシクロアルカン環、シクロヘキセ
ン環などの置換基を有していてもよいシクロアルケン環
など)、非芳香族性橋かけ環(5−ノルボルネン環など
の置換基を有していてもよい橋かけ式炭化水素環な
ど)、ベンゼン環、ナフタレン環などの置換基を有して
いてもよい芳香族環が含まれる。前記環は、芳香族環で
構成される場合が多い。好ましいイミド化合物には、下
記式で表される化合物が含まれる。
【0018】
【化4】 (式中、R3 〜R6 は、同一又は異なって、水素原子、
アルキル基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、カルボキ
シル基、アルコキシカルボニル基、アシル基、ニトロ
基、シアノ基、アミノ基、ハロゲン原子を示す。窒素原
子「N」と「X」との結合は単結合又は二重結合を示
す。R1 、R2 およびnは前記に同じ) 置換基R3 〜R6 において、アルキル基には、前記例示
のアルキル基と同様のアルキル基、特に炭素数1〜6程
度のアルキル基が含まれ、アルコキシ基には、前記と同
様のアルコキシ基、特に炭素数1〜4程度の低級アルコ
キシ基、アルコキシカルボニル基には、前記と同様のア
ルコキシカルボニル基、特にアルコキシ部分の炭素数が
1〜4程度の低級アルコキシカルボニル基が含まれる。
また、アシル基としては、前記と同様のアシル基、特に
炭素数1〜6程度のアシル基が例示され、ハロゲン原子
としては、フッ素、塩素、臭素原子が例示できる。置換
基R3 〜R6 は、通常、水素原子、炭素数1〜4程度の
低級アルキル基、カルボキシル基、ニトロ基、ハロゲン
原子である場合が多い。
【0019】前記式(1)において、Xは酸素原子又は
ヒドロキシル基を示し、窒素原子「N」と「X」との結
合は単結合又は二重結合である。また、nは、通常、1
〜3程度、好ましくは1又は2である。式(1)で表さ
れる化合物は酸化反応において一種又は二種以上使用で
きる。
【0020】前記式(1)で表されるイミド化合物に対
応する酸無水物には、例えば、無水コハク酸、無水マレ
イン酸などの飽和又は不飽和脂肪族ジカルボン酸無水
物、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタ
ル酸(1,2−シクロヘキサンジカルボン酸無水物)、
1,2,3,4−シクロヘキサンテトラカルボン酸
1,2−無水物などの飽和又は不飽和非芳香族性環状多
価カルボン酸無水物(脂環族多価カルボン酸無水物)、
無水ヘット酸、無水ハイミック酸などの橋かけ環式多価
カルボン酸無水物(脂環族多価カルボン酸無水物)、無
水フタル酸、テトラブロモ無水フタル酸、テトラクロロ
無水フタル酸、無水ニトロフタル酸、無水トリメリット
酸、メチルシクロヘキセントリカルボン酸無水物、無水
ピロメリット酸、無水メリト酸、1,8;4,5−ナフ
タレンテトラカルボン酸二無水物などの芳香族多価カル
ボン酸無水物が含まれる。好ましいイミド化合物として
は、例えば、N−ヒドロキシコハク酸イミド、N−ヒド
ロキシマレイン酸イミド、N−ヒドロキシヘキサヒドロ
フタル酸イミド、N,N′−ジヒドロキシシクロヘキサ
ンテトラカルボン酸イミド、N−ヒドロキシフタル酸イ
ミド、N−ヒドロキシテトラブロモフタル酸イミド、N
−ヒドロキシテトラクロロフタル酸イミド、N−ヒドロ
キシヘット酸イミド、N−ヒドロキシハイミック酸イミ
ド、N−ヒドロキシトリメリット酸イミド、N,N′−
ジヒドロキシピロメリット酸イミド、N,N′−ジヒド
ロキシナフタレンテトラカルボン酸イミドなどが挙げら
れる。特に好ましい化合物は、脂環族多価カルボン酸無
水物、なかでも芳香族多価カルボン酸無水物から誘導さ
れるN−ヒドロキシイミド化合物、例えば、N−ヒドロ
キシフタル酸イミドなどが含まれる。
【0021】前記イミド化合物は、慣用のイミド化反
応、例えば、対応する酸無水物とヒドロキシルアミンN
2 OHとを反応させて酸無水物基を開環した後、閉環
してイミド化することにより調製できる。
【0022】[助触媒]助触媒としての共酸化剤には、
金属化合物、例えば、周期表2A族元素(マグネシウ
ム,カルシウム,ストロンチウム,バリウムなど)、遷
移金属化合物や、ホウ素化合物などのように周期表3B
族元素(ホウ素B、アルミニウムAlなど)を含む化合
物が含まれる。助触媒は、一種又は二種以上組合わせて
使用できる。
【0023】前記遷移金属の元素としては、例えば、周
期表3A族元素(例えば、スカンジウムSc、イットリ
ウムYの外、ランタンLa、セリウムCe、サマリウム
Smなどのランタノイド元素、アクチニウムAcなどの
アクチノイド元素)、周期表4A族元素(チタンTi、
ジルコニウムZr、ハフニウムHfなど)、5A族元素
(バナジウムV、ニオブNb、タンタルTaなど)、6
A族元素(クロムCr、モリブデンMo、タングステン
Wなど)、7A族元素(マンガンMn、テクネチウムT
c,レニウムReなど)、8族元素(鉄Fe、ルテニウ
ムRu、オスミウムOs、コバルトCo、ロジウムR
h、イリジウムIr、ニッケルNi、パラジウムPd、
白金Ptなど)、1B族元素(銅Cu、銀Ag、金Au
など)、2B族元素(亜鉛Zn,カドミウムCdなど)
などが挙げられる。好ましい助触媒を構成する元素に
は、遷移金属の元素(例えば、ランタノイド元素、アク
チノイド元素などの周期表3A族元素、4A族元素、5
A族元素、6A族元素、7A族元素、8族元素、1B族
元素、2B族元素)、3B族元素(ホウ素化合物など)
が含まれる。特に、前記式(1)で表されるイミド化合
物と組合せたとき、Ti,Zrなどの4A族元素、Vな
どの5A族元素、Cr、Mo、Wなどの6A族元素、M
n,Tc,Reなどの7A族元素、Fe、Ru、Co、
Rh、Niなどの8族元素、Cuなどの1B族元素を含
む化合物は、高い酸化活性を示す。
【0024】助触媒は、前記元素を含み、かつ酸化能を
有する限り特に制限されず、金属単体、水酸化物などで
あってもよいが、通常、前記元素を含む金属酸化物(複
酸化物または酸素酸塩)、有機酸塩、無機酸塩、ハロゲ
ン化物、前記金属元素を含む配位化合物(錯体)やヘテ
ロポリ酸(特にイソポリ酸)又はその塩などである場合
が多い。
【0025】また、ホウ素化合物としては、例えば、水
素化ホウ素(例えば、ボラン、ジボラン、テトラボラ
ン、ペンタボラン、デカボランなど)、ホウ酸(オルト
ホウ酸、メタホウ酸、四ホウ酸など)、ホウ酸塩(例え
ば、ホウ酸ニッケル、ホウ酸マグネシウム、ホウ酸マン
ガンなど)、B2 3 などのホウ素酸化物、ボラザン、
ボラゼン、ボラジン、ホウ素アミド、ホウ素イミドなど
の窒素化合物、BF3 、BCl3 、テトラフルオロホウ
酸塩などのハロゲン化物、ホウ酸エステル(例えば、ホ
ウ酸メチル、ホウ酸フェニルなど)などが挙げられる。
好ましいホウ素化合物には、水素化ホウ素、オルトホウ
酸などのホウ酸又はその塩など、特にホウ酸が含まれ
る。これらの助触媒は一種又は二種以上使用できる。
【0026】水酸化物には、例えば、Mn(OH)2
MnO(OH),Fe(OH)2 ,Fe(OH)3 など
が含まれる。金属酸化物には、例えば、Sm2 3 、T
iO 2 、ZrO2 、V2 3 、V2 5 、CrO、Cr
2 3 、MoO3 、MnO、Mn34 ,Mn23
MnO2 ,Mn27 ,FeO、Fe2 3 、Fe3
4 、RuO2 、RuO4 、CoO、CoO2 、Co2
3 、RhO2 、Rh2 3 、Cu2 3 などが含まれ、
複酸化物または酸素酸塩としては、例えば、MnAl2
4 ,MnTiO3 ,LaMnO3 ,K2 Mn25
CaO・xMnO2 (x=0.5,1,2,3,5),
マンガン酸塩[例えば、Na3 MnO 4 ,Ba3 [Mn
42 などのマンガン(V)酸塩,K2 MnO4 ,N
2 MnO4 ,BaMnO4 などのマンガン(VI)酸
塩、KMnO4 ,NaMnO4 ,LiMnO4 ,NH4
MnO4 ,CsMnO4 ,AgMnO4 ,Ca(MnO
42 ,Zn(MnO42 ,Ba(MnO42 ,M
g(MnO42 ,Cd(MnO42 などの過マンガ
ン酸塩]が含まれる。有機酸塩としては、例えば、酢酸
コバルト、酢酸マンガン、プロピオン酸コバルト、プロ
ピオン酸マンガン、ナフテン酸コバルト、ナフテン酸マ
ンガン、ステアリン酸コバルト、ステアリン酸マンガン
などのC2-20脂肪酸塩、チオシアン酸マンガンや対応す
るCe塩、Ti塩,Zr塩,V塩,Cr塩、Mo塩,F
e塩、Ru塩,Ni塩、Pd塩、Cu塩,Zn塩などが
例示され、無機酸塩としては、例えば、硝酸コバルト、
硝酸鉄、硝酸マンガン、硝酸ニッケル、硝酸銅などの硝
酸塩やこれらに対応する硫酸塩,リン酸塩および炭酸塩
(例えば、硫酸コバルト、硫酸鉄、硫酸マンガン、リン
酸コバルト、リン酸鉄、リン酸マンガン、炭酸鉄、炭酸
マンガン、過塩素酸鉄など)が挙げられる。また、ハロ
ゲン化物としては、例えば、SmCl3 、SmI2 、T
iCl2 、ZrCl2 、ZrOCl2 、VCl3 、VO
Cl2 、MnCl2 ,MnCl3 、FeCl2 、FeC
3 、RuCl3 、CoCl2 、RhCl2 、RhCl
3 、NiCl2 、PdCl2 、PtCl2 、CuCl、
CuCl2 などの塩化物や、これらに対応するフッ化
物,臭化物やヨウ化物(例えば、MnF2 ,MnBr
2 ,MnF3 ,FeF2 、FeF 3 、FeBr2 、Fe
Br3 、FeI2 、CuBr、CuBr2 など)などの
ハロゲン化物、M1 MnCl3 ,M1 2MnCl4 ,M1 2
MnCl5 ,M1 2MnCl 6 (M1 は一価金属を示す)
などの複ハロゲン化物などが挙げられる。
【0027】錯体を形成する配位子としては、OH(ヒ
ドロキソ)、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、ブトキ
シ基などのアルコキシ基、アセチル、プロピオニルなど
のアシル基、メトキシカルボニル(アセタト)、エトキ
シカルボニルなどのアルコキシカルボニル基、アセチル
アセトナト、シクロペンタジエニル基、塩素、臭素など
ハロゲン原子、CO、CN、酸素原子、H2 O(ア
コ)、ホスフィン(例えば、トリフェニルホスフィンな
どのトリアリールホスフィン)などのリン化合物、NH
3 (アンミン)、NO、NO2 (ニトロ)、NO3 (ニ
トラト)、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、
ピリジン、フェナントロリンなどの窒素含有化合物など
が挙げられる。錯体又は錯塩において、同種又は異種の
配位子は一種又は二種以上配位していてもよい。配位子
は、例えば、OH、アルコキシ基、アシル基、アルコキ
シカルボニル基、アセチルアセトナト、ハロゲン原子、
CO、CN、H2 O(アコ)、トリフェニルホスフィン
などのリン化合物や、NH3 、NO2 、NO3 を含めて
窒素含有化合物である場合が多い。
【0028】前記遷移金属元素と配位子は適当に組合せ
て錯体を構成することができ、例えば、アセチルアセト
ナト錯体(Ce,Sm,Ti,Zr,V,Cr,Mo,
Mn,Fe,Ru,Co,Ni,Cu,Znなどのアセ
チルアセトナト錯体や、チタニルアセチルアセトナト錯
体TiO(AA)2 、ジルコニルアセチルアセトナト錯
体ZrO(AA)2 、バナジルアセチルアセトナト錯体
VO(AA)2 など)、シアノ錯体(ヘキサシアノマン
ガン(I)酸塩,ヘキサシアノ鉄(II)酸塩など)、カ
ルボニル錯体やシクロペンタジエニル錯体(トリカルボ
ニルシクロペンタジエニルマンガン(I)、ビスシクロ
ペンダジエニルマンガン(II)、ビスシクロペンタジエ
ニル鉄(II)、Fe(CO)5 ,Fe2 (CO)9 ,F
3 (CO)12など)、ニトロシル化合物(Fe(N
O)4 ,Fe(CO)2 (NO)2など)、チオシアナ
ト錯体(コバルトチオシアナト,マンガンチオシアナ
ト,鉄チオシアナトなど)、アセチル錯体(酢酸コバル
ト,酢酸マンガン,酢酸鉄,酢酸銅,酢酸ジルコニルZ
rO(OAc)2 、酢酸チタニルTiO(OAc)2
酢酸バナジルVO(OAc)2 など)などであってもよ
い。
【0029】ポリ酸(イソポリ酸やヘテロポリ酸)は、
例えば、周期表5A族又は6A族元素、例えば、V(バ
ナジン酸),Mo(モリブデン酸)およびW(タングス
テン酸)の少なくとも一種である場合が多く、中心原子
は特に制限されず、例えば、Be、B、Al、Si、G
e、Sn、Ti、Th、N、P、As、Sb、V、N
b、Ta、Cr、Mo、W、S、Se、Te、Mn、
I、Fe、Co、Ni、Rh、Os、Ir、Pt、Cu
などであってもよい。ヘテロポリ酸の具体例としては、
例えば、コバルトモリブデン酸塩、コバルトタングステ
ン酸塩、モリブデンタングステン酸塩、マンガンモリブ
デン酸塩、マンガンタングステン酸塩、マンガンモリブ
デンタングステン酸塩、バナドモリブドリン酸塩、マン
ガンバナジウムモリブデン酸塩、マンガンバナドモリブ
ドリン酸塩などが挙げられる。 これらの助触媒は基質
の種類などに応じて単独で又は二種以上組合わせて使用
でき、助触媒の種類によっては、例えば、次のような特
徴的な機能が発現する。 1.助触媒を構成する遷移金
属化合物において元素の原子価は特に制限されず、2〜
6価程度であってもよいが、二価の遷移金属化合物(例
えば、二価のコバルト化合物、二価のマンガン化合物な
ど)を助触媒として用いると、酸化活性を向上できる。
例えば、三価の遷移金属化合物に代えて、二価の遷移金
属化合物を前記イミド化合物と組合わせた触媒系では、
酸化反応生成物を短時間にしかも高い選択率および収率
で誘導できる。
【0030】2.周期表4A族元素(Ti,Zrな
ど)、6A族元素(Cr,Moなど)、7A族元素(M
nなど)、及び1B族元素(Cuなど)のうち少なくと
も1つの元素を含む化合物を助触媒として用いると、反
応条件が厳しくても、触媒(特にイミド化合物)の失活
を大きく抑制できる。そのため、工業的に有利に基質を
酸素酸化又は空気酸化することができる。
【0031】3.周期表4A族元素(Ti,Zrな
ど),5A族元素(Vなど),6A族元素(Cr,Mo
など),7A族元素(Mnなど)および8族元素(F
e,Coなど)を含む化合物を助触媒として用いると、
酸化活性が大きく向上し、基質を有効に酸化できる。例
えば、周期表5A族元素(Vなど),周期表7A族元素
(Mnなど)や周期表8族元素(Coなど)を含む化合
物を助触媒とする触媒系は、活性が高い。
【0032】4.式(1)で表されるイミド化合物と、
周期表7A族元素を含む化合物(マンガン化合物など)
と、周期表8族元素を含む化合物(鉄化合物など)とを
組み合わせて酸化触媒系を構成すると、触媒活性がさら
に向上し、高い転化率および選択率で、有効かつ効率よ
く酸化物を生成させることができる。この複合触媒系に
おいて、周期表8族元素を含む化合物(第2の助触媒)
の割合は、特に制限されず、例えば、周期表7A族元素
を含む化合物(第1の助触媒)1モルに対して0.1〜
25モル(例えば、0.1〜20モル)、好ましくは
0.2〜15モル、さらに好ましくは0.5〜10モル
程度である場合が多い。
【0033】前記イミド化合物で構成された酸化触媒、
又はイミド化合物および前記助触媒で構成される酸化触
媒系は、均一系であってもよく、不均一系であってもよ
い。また、前記酸化触媒又は酸化触媒系は、担体に触媒
成分が担持された固体触媒であってもよい。担体として
は、活性炭、ゼオライト、シリカ、シリカ−アルミナ、
ベントナイトなどの多孔質担体を用いる場合が多い。固
体触媒における触媒成分の担持量は、担体100重量部
に対して、式(1)で表されるイミド化合物0.1〜5
0重量部、好ましくは0.5〜30重量部、さらに好ま
しくは1〜20重量部程度である。また、助触媒の担持
量は、担体100重量部に対して、0.1〜30重量
部、好ましくは0.5〜25重量部、さらに好ましくは
1〜20重量部程度である。
【0034】式(1)で表されるイミド化合物に対する
助触媒の割合は、反応速度、選択率を損わない範囲で選
択でき、例えば、イミド化合物1モルに対して、助触媒
0.001〜10モル、好ましくは0.005〜5モ
ル、さらに好ましくは0.01〜3モル程度であり、
0.01〜5モル(特に0.001〜1モル)程度であ
る場合が多い。
【0035】なお、助触媒の量が増加するにつれて、イ
ミド化合物の活性が低下する場合がある。そのため、酸
化触媒系の高い活性を維持するためには、助触媒の割合
は、イミド化合物1モルに対して、有効量以上であって
0.1モル以下(例えば、0.001〜0.1モル、好
ましくは0.005〜0.08モル、さらに好ましくは
0.01〜0.07モル程度)であるのが好ましい。
【0036】酸化反応(換言すれば、ケトン類,アルコ
ール類,アルデヒド類やカルボン酸の製造方法)におい
て、前記式(1)で表されるイミド化合物の使用量は、
広い範囲で選択でき、例えば、基質1モルに対して0.
001〜1モル(0.01〜100モル%)、好ましく
は0.001〜0.5モル(0.1〜50モル%)、さ
らに好ましくは0.01〜0.30モル程度であり、
0.01〜0.25モル程度である場合が多い。また、
助触媒(共酸化剤)の使用量も、反応性および選択率を
低下させない範囲で適当に選択でき、例えば、基質1モ
ルに対して0.0001モル(0.01モル%)〜0.
7モル(70モル%)、好ましくは0.0001〜0.
5モル、さらに好ましくは0.001〜0.3モル程度
であり、0.0005〜0.1モル(例えば、0.00
5〜0.1モル)程度である場合が多い。ポリ酸(イソ
ポリ酸やヘテロポリ酸)又はその塩を助触媒として使用
する場合、基質100重量部に対して0.1〜25重量
部、好ましくは0.5〜10重量部、さらに好ましくは
1〜5重量部程度である。
【0037】[反応促進剤]本発明の方法では、反応促
進剤を、(a)前記イミド化合物及び助触媒、又は
(b)前記イミド化合物と組合せて用いることにより、
穏やかな反応条件においても、速やかに反応を進行させ
ることができる。(a)イミド化合物と助触媒と、反応
促進剤とを組合せる場合、反応促進剤としては、カルボ
ン酸又はその塩、及びアルデヒド類が使用でき、その種
類は特に制限されない。(b)イミド化合物と反応促進
剤とを組合せる場合、反応促進剤には、脂肪族カルボン
酸又はその塩、芳香族カルボン酸又はその塩、及び芳香
族アルデヒドが含まれる。前記組合せ(a),(b)の
いずれにおいても、特に芳香族カルボン酸又はその塩、
及び芳香族アルデヒドは高い反応促進効果を有してい
る。なかでも(a)イミド化合物及び助触媒と組合せる
と、さらに顕著な効果が見られる。なお、カルボン酸又
はその塩やアルデヒド類としては、基質に対応する酸化
物又はその塩を用いることが多い。また、前記反応促進
剤の効果は、明確ではないが、反応系での酸素吸収量を
(特に非プロトン性溶媒中においても)増大させること
によると思われる。
【0038】これらのカルボン酸類又はその塩、及びア
ルデヒド類は、置換基を有していてもよい。
【0039】脂肪族カルボン酸としては、ギ酸、酢酸、
プロピオン酸、酪酸、イソ酪酸、吉草酸などの脂肪族飽
和モノカルボン酸、アクリル酸、プロピオル酸などの脂
肪族不飽和モノカルボン酸、シュウ酸、マロン酸、コハ
ク酸などの脂肪族飽和ジカルボン酸、マレイン酸、フマ
ル酸などの脂肪族不飽和ジカルボン酸、グリコール酸、
乳酸、グリセリン酸などのヒドロキシカルボン酸、メト
キシ酢酸などのアルコキシカルボン酸、アセト酢酸、ピ
ルビン酸などのオキソカルボン酸、グルタルアルデヒド
酸、グリオキシル酸などのホルミル基を有するカルボン
酸、アラニン、グリシンなどのアミノ酸、クロロ酢酸、
ブロモ酢酸などのハロゲン置換カルボン酸、シクロヘキ
サンカルボン酸などの炭素環式カルボン酸、テトラヒド
ロフランカルボン酸などの複素環式カルボン酸、フェニ
ル酢酸などの芳香族環が置換したカルボン酸などが例示
できる。
【0040】脂肪族アルデヒドとしては、ホルムアルデ
ヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ブチ
ルアルデヒド、イソブチルアルデヒドなどの脂肪族飽和
アルデヒド、アクリルアルデヒド、フマルアルデヒドな
どの脂肪族不飽和アルデヒド、グリコールアルデヒド、
グリセルアルデヒドなどのヒドロキシアルデヒド、2−
メトキシエタナールなどのアルコキシアルデヒド、2−
オキソプロパナールなどのオキソアルデヒド、2−アミ
ノエタナールなどのアミノアルデヒド、2−クロロエタ
ナールなどのハロゲン置換アルデヒド、シクロヘキサン
カルバルデヒドなどの脂環式アルデヒド、2−フェニル
エタナールなどの芳香族環が置換したアルデヒドなどが
例示できる。
【0041】芳香族アルデヒド、芳香族カルボン酸又は
その塩においては、芳香族性環は、芳香族炭化水素環
(芳香族性同素環)、芳香族複素環のいずれであっても
よい。また、芳香族性縮合複素環において、カルボキシ
ル基又はホルミル基は複素環に結合していてもよく、芳
香族炭化水素環に結合していてもよい。
【0042】芳香族カルボン酸としては、安息香酸、フ
タル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフトエ酸、ナ
フタレンジカルボン酸、1,3,5−ナフタレントリカ
ルボン酸などの芳香族炭素環式カルボン酸、フランカル
ボン酸、チオフェンカルボン酸、1−ピロールカルボン
酸、2−ピリジンカルボン酸、ニコチン酸、イソニコチ
ン酸などの芳香族複素環式カルボン酸、サリチル酸、プ
ロトカテク酸、没食子酸などのヒドロキシカルボン酸、
アニス酸、ベラトルム酸、ピペロニル酸、p−エトキシ
安息香酸、p−イソプロポキシ安息香酸などのアルコキ
シカルボン酸、p−ベンゾイル安息香酸、p−アセチル
安息香酸、p−プロピオニル安息香酸、p−ブチリル安
息香酸などのオキソカルボン酸、フタルアルデヒド酸、
イソフタルアルデヒド酸、テレフタルアルデヒド酸など
のホルミル基を有するカルボン酸、o−クロロ安息香
酸、m−クロロ安息香酸、p−クロロ安息香酸、2−ク
ロロ−4−ピリジンカルボン酸などのハロゲン置換カル
ボン酸、3−ビフェニルカルボン酸などの芳香族環が置
換したカルボン酸、トルイル酸、5−メチル−1−ナフ
タレンカルボン酸、p−エチル安息香酸、p−イソプロ
ピル安息香酸、p−プロピル安息香酸、p−ブチル安息
香酸などのアルキル基が置換したカルボン酸、o−アセ
チルオキシ安息香酸、m−アセチルオキシ安息香酸、p
−アセチルオキシ安息香酸、p−プロピオニルオキシ安
息香酸、p−ブチリルオキシ安息香酸などのアシルオキ
シ基が置換したカルボン酸、p−アミノ安息香酸、p−
ジメチルアミノ安息香酸、アントラニル酸などのアミノ
カルボン酸などが例示できる。
【0043】芳香族アルデヒドとしては、ベンズアルデ
ヒド、1−ナフタレンカルバルデヒド、2−ナフタレン
カルバルデヒド、ナフタレンジカルバルデヒド、ニコチ
ンアルデヒド、2−ピリジンカルバルデヒド、4−ピリ
ジンカルバルデヒド、2−フランカルバルデヒド、4−
インドールカルバルデヒドなどの芳香族アルデヒド、サ
リチルアルデヒドなどのヒドロキシアルデヒド、アニス
アルデヒド、ベラトルムアルデヒド、ピペロニルアルデ
ヒド、p−エトキシベンズアルデヒド、p−イソプロポ
キシベンズアルデヒドなどのアルコキシアルデヒド、p
−ベンゾイルベンズアルデヒド、p−アセチルベンズア
ルデヒド、p−プロピオニルベンズアルデヒド、p−ブ
チリルベンズアルデヒドなどのオキソアルデヒド、o−
クロロベンズアルデヒド、m−クロロベンズアルデヒ
ド、p−クロロベンズアルデヒド、2−クロロ−4−ピ
リジンカルバルデヒドなどのハロゲン置換アルデヒド、
3−ビフェニルカルバルデヒドなどの芳香族環が置換し
たアルデヒド、2−メチルベンゼンカルバルデヒド、5
−メチル−1−ナフタレンカルバルデヒド、p−エチル
ベンズアルデヒド、p−イソプロピルベンズアルデヒ
ド、p−プロピルベンズアルデヒド、p−ブチルベンズ
アルデヒドなどのアルキル基が置換したアルデヒド、o
−アセチルオキシベンズアルデヒド、m−アセチルオキ
シベンズアルデヒド、p−アセチルオキシベンズアルデ
ヒド、p−プロピオニルオキシベンズアルデヒド、p−
ブチリルオキシベンズアルデヒドなどのアシルオキシ基
が置換したアルデヒド、p−アミノベンズアルデヒド、
p−ジメチルアミノベンズアルデヒド、アントラニルア
ルデヒドなどのアミノアルデヒドなどが例示できる。
【0044】カルボン酸(例えば、芳香族カルボン酸や
脂肪族カルボン酸など)の塩には広い範囲の塩が含ま
れ、典型元素の塩や遷移金属の塩が含まれる。これらの
カルボン酸塩は錯塩(例えば、多核錯塩など)であって
もよい。典型元素の塩としては、例えば、周期表1A族
元素の塩(Li塩、Na塩、K塩、Rb塩など)、周期
表2A族元素の塩(Mg塩、Ca塩、Ba塩など)が例
示でき、遷移金属の塩としては、例えば、周期表3A族
元素の塩(Sc塩、Y塩、La塩、Ce塩など)、周期
表4A族元素の塩(Ti塩、Zr塩など)、周期表5A
族元素の塩(V塩、Nb塩など)、周期表6A族元素の
塩(Cr塩、Mo塩、W塩など)、周期表7A族元素の
塩(Mn塩、Tc塩など)、周期表8族元素の塩(Fe
塩、Co塩、Ni塩、Ru塩、Rh塩、Pd塩など)、
周期表1B族元素の塩(Cu塩、Ag塩など)、周期表
2B族元素の塩(Zn塩、Cd塩など)が例示できる。
なお、金属元素の原子価(例えば、2価、3価、4価な
ど)も特に制限されない。
【0045】好ましいカルボン酸塩としては、安息香酸
などの芳香族カルボン酸と、周期表4A族(Ti,Zr
など),5A族(Vなど),6A族(Cr,Moな
ど),7A族(Mnなど)および8族(Fe,Coな
ど)などの遷移金属との塩(例えば、安息香酸と、2価
又は3価の金属との塩など)が挙げられる。
【0046】これらの反応促進剤は単独で、又は2種以
上組合せて使用できる。
【0047】好ましい反応促進剤としては、炭素数6〜
10の芳香族炭化水素環(特に、ベンゼン環)に、カル
ボキシル基及びホルミル基より選ばれた少なくとも1つ
の置換基を有する芳香族性化合物又はその塩が挙げられ
る。
【0048】反応促進剤の使用量は広い範囲で選択で
き、例えば、基質1モルに対して0.0001〜10モ
ル、好ましくは0.001〜5モル、さらに好ましくは
0.01〜1モル程度であり、0.05〜0.5モル程
度(特に0.1〜0.3モル)であることが多い。
【0049】[基質]前記イミド化合物と助触媒とで構
成された酸化触媒系、及び反応促進剤、又は、前記イミ
ド化合物で構成された酸化触媒、及び反応促進剤を用い
ると、基質を有効に酸化でき、基質に対応するケトン
類,アルコール類,アルデヒド類,カルボン酸などを生
成させることができる。
【0050】基質は、芳香族性環に少くとも1つのメチ
ル基又はメチレン基が置換した芳香族性化合物であれば
よく、芳香族性環は、芳香族炭化水素環、芳香族性複素
環のいずれであってもよい。
【0051】芳香族炭化水素環としては、例えば、ベン
ゼン環、縮合環式炭化水素環(例えば、ナフタレン、ア
ントラセン、フェナントレン、トリフェニレン、ピレ
ン、クリセン、ナフタセン、ベンズアントラセンなどの
2〜8個のベンゼン環がオルソortho縮合またはオルソ
アンドペリortho and peri縮合した縮合環)が挙げられ
る。芳香族性複素環には、例えば、ヘテロ原子として酸
素原子を含む複素環(例えば、フラン、オキサゾール、
イソオキサゾールなどの5員環、ピランなどの6員環、
ベンゾフラン、イソベンゾフラン、ジベンゾフラン、キ
サントン、キサンテン、クロマン、イソクロマン、クロ
メンなどの縮合環)、ヘテロ原子として硫黄原子を含む
複素環(例えば、チオフェン、チアゾール、イソチアゾ
ール、チアジアゾール、ベンゾチオフェンなど)、ヘテ
ロ原子として窒素原子を含む複素環(例えば、ピロー
ル、ピラゾール、イミダゾール、トリアゾールなどの5
員環、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン、ピラジンな
どの6員環、インドール、インドレン、イソインドー
ル、インダゾール、インドリン、イソインドリン、キノ
リン、イソキノリン、キノリンキノリン、キノキサリ
ン、キナゾリン、フタラジン、プリン、カルバゾール、
アクリジン、ナフトキノリン、フェナントロジン、フェ
ナントロリン、ナフチリジン、ベンゾキノリン、フェノ
キサジン、フタロシアニン、アントラシアニンなどの縮
合環)などが含まれる。工業的に有用な芳香族性化合物
は、芳香族炭化水素環、6員複素環や縮合複素環、好ま
しくは炭素数6〜14の芳香族炭化水素環、特に炭素数
6〜10の芳香族炭化水素環(中でもベンゼン環又はナ
フタレン環)を有する場合が多い。
【0052】本発明の方法では、芳香族性化合物のメチ
ル基又はメチレン基を効率よく酸化できるので、メチル
基又はメチレン基の置換数は特に制限されず、芳香族性
環の種類や大きさに応じて広い範囲(例えば、1〜1
0、好ましくは1〜8程度)から選択できる。 (a)メチル基が置換した芳香族性化合物 メチル基が置換した芳香族性化合物としては、例えば、
1〜6個程度のメチル基が置換した芳香族炭化水素類
(トルエン、o−,m−,p−キシレン、1,2,3−
トリメチルベンゼン、1,2,4−トリメチルベンゼ
ン、1,3,5−トリメチルベンゼン(メシチレン)、
1,2,3,4−テトラメチルベンゼン、1,2,3,
5−テトラメチルベンゼン、1,2,4,5−テトラメ
チルベンゼン(デュレン)、1,2,3,4,5,6−
ヘキサメチルベンゼン、1−メチルナフタレン、2−メ
チルナフタレン、1,5−ジメチルナフタレン、1,6
−ジメチルナフタレン、メチルアントラセン,ジメチル
アントラセン,トリメチルアントラセン,4,4′−ジ
メチルビフェニルなど)、1〜6個程度のメチル基が置
換した複素環化合物(例えば、2−メチルフラン、3−
メチルフラン、2−メチルピラン、3−メチルピラン、
4−メチルピラン、3,4−ジメチルピラン、4−メチ
ルクロメン、6−メチルクロマン、2−メチルピリジ
ン、3−メチルピリジン、4−メチルピリジンなどのピ
コリン、2,3−ジメチルピリジン、2,4−ジメチル
ピリジン、2,5−ジメチルピリジン、3,5−ジメチ
ルピリジンなどのルチジン、2,3,4−トリメチルピ
リジン、2,3,5−トリメチルピリジン、2,3,6
−トリメチルピリジン、2,4,6−トリメチルピリジ
ンなどのコリジン、4−メチルインドール、5−メチル
インドール、7−メチルインドール、メチルキノリンな
ど)が例示できる。好ましい芳香族性化合物において、
メチル基の置換数は、分子中1〜4個(例えば、1又は
2個)程度である場合が多い。特に1〜4個程度のメチ
ル基が置換したC6-10芳香族炭化水素や5員又は6員複
素環を含む複素環化合物(中でも、メチル基が置換した
ベンゼン誘導体)には、カルボン酸を製造する上で工業
的に有用な化合物が多い。
【0053】(b)芳香族性環の隣接部位にメチレン基
を有する化合物 芳香族性環の隣接部位にメチレン基を有する化合物に
は、炭素数2以上のアルキル基又は置換アルキル基が置
換した芳香族性化合物、および環状メチレン基を有する
芳香族性化合物が含まれる。前記アルキル基又は置換ア
ルキル基を有する芳香族性化合物としては、例えば、ア
ルキル基を有する芳香族炭化水素類(エチルベンゼン,
プロピルベンゼン,クメン,ブチルベンゼン,イソブチ
ルベンゼン,1,4−ジエチルベンゼン、1−エチル−
4−ペンチルベンゼンなどのC2-6 アルキル基を有する
芳香族炭化水素類、ジベンジル,ジフェニルメタン,ト
リフェニルメタン,1−ベンジルナフタレンなどの置換
アルキル基を有する芳香族炭化水素類など),アルキル
基を有する複素環化合物(エチルピリジン,イソプロピ
ルピリジン,ブチルピリジンなど)などが例示できる。
環状メチレン基を有する芳香族性化合物としては、5〜
8員環が縮合した縮合多環式芳香族炭化水素類(ジヒド
ロナフタレン,インデン,インダン,テトラリン,フル
オレン,フェナレン,α−テトラロン,β−テトラロ
ン,インダノンなど)などが例示できる。
【0054】芳香族性化合物は芳香族性環と隣接する部
位にメチル基とともにメチレン基を有していてもよい。
このような化合物としては、例えば、少なくとも1つの
メチル基と少なくとも1つのC2-10アルキル基を有する
アルキル置換炭化水素(例えば、1−メチル−2−エチ
ルベンゼン、1−メチル−3−エチルベンゼン、1−メ
チル−4−エチルベンゼン、1−メチル−3−イソプロ
ピルベンゼン、1−メチル−4−イソプロピルベンゼン
(シメン)、1−メチル−4−プロピルベンゼン、1−
メチル−4−ブチルベンゼン、1−メチル−4−t−ブ
チルベンゼン、1,2−ジメチル−3−エチルベンゼ
ン、1,2−ジメチル−4−エチルベンゼン、1,3−
ジメチル−5−エチルベンゼン、1,3−ジメチル−4
−エチルベンゼン、1,3−ジメチル−2−エチルベン
ゼン、1,4−ジメチル−2−エチルベンゼン、1−メ
チル−2−エチルナフタリンなどのメチル基とC2-6
ルキル基を有するアルキル置換炭化水素)、アルキル置
換複素環化合物(例えば、2−エチル−4−メチルピリ
ジン、3−エチル−4−メチルピリジン、4−エチル−
2−メチルピリジンなど)、少なくとも1つのメチル基
と環状メチレン基を有する炭化水素(3−メチルインデ
ンなど)などが例示できる。
【0055】芳香族性化合物は、メチル基又はメチレン
基とともに他の置換基を有していてもよい。このような
芳香族性化合物としては、カルボキシル基置換炭化水素
(例えば、4−メチル安息香酸、1,2−ジメチルベン
ゼン−4−カルボン酸など)、ハロゲン含有炭化水素
(例えば、4−クロロ−1−メチルベンゼン、3,4,
5,6−テトラクロロ−1,2−ジメチルベンゼン、
3,4,5,6−テトラブロモ−1,2−ジメチルベン
ゼンなど)、ヒドロキシル基含有炭化水素(例えば、o
−,m−,p−クレゾールなどのクレゾール類、2,3
−キシレノール、チモールなど)、ヒドロキシル基が保
護された芳香族炭化水素[例えは、アルコキシ基含有炭
化水素(2−メトキシ−1−メチルベンゼン、3−メト
キシ−1−メチルベンゼン、4−メトキシ−1−メチル
ベンゼン、4−エトキシ−1−メチルベンゼン、4−イ
ソプロポキシ−1−メチルベンゼンなど)、アシルオキ
シ基置換炭化水素(2−アセチルオキシ−1−メチルベ
ンゼン、3−アセチルオキシ−1−メチルベンゼン、4
−アセチルオキシ−1−メチルベンゼン、4−プロピオ
ニルオキシ−1−メチルベンゼン、4−ブチリルオキシ
−1−メチルベンゼンなど)など]、置換基を有してい
てもよいアミノ基含有炭化水素(4−アミノ−1−メチ
ルベンゼン、4−ジメチルアミノ−1−メチルベンゼン
など)などの芳香族炭化水素類、ハロゲン含有ピリジン
誘導体(例えば、2−クロロ−4−メチルピリジンな
ど)などの複素環化合物類が例示できる。
【0056】前記イミド化合物、助触媒及び反応促進剤
の存在下、又は前記イミド化合物及び反応促進剤の存在
下、このような芳香族性化合物を酸素との接触により酸
化すると、メチル基又は芳香族性環に隣接するメチレン
基を極めて高い効率で酸化でき、メチル基含有芳香族性
化合物からはアルデヒド類、特にカルボキシル基含有芳
香族性化合物を高い選択率および収率で得ることがで
き、メチレン基を有する芳香族性化合物からはアルコー
ル類、特にケトン類を高い選択率および収率で得ること
ができる。特に、温和な条件下で反応しても、短時間内
に反応が円滑に進行し、カルボキシル基を有する芳香族
性化合物又はケトン類が高い選択率および収率で得られ
る。さらに、複数のメチル基を有する芳香族性化合物を
酸化する場合、反応時間などの反応条件をコントロール
することにより、反応の進行に応じてメチル基が残存す
るカルボン酸を生成させることができ、さらに反応を進
行させると、2以上のカルボキシル基を有するポリカル
ボン酸を得ることも容易である。そのため、本発明の方
法は、少くとも1つのメチル基又はメチレン基を有する
芳香族性化合物と酸素とを接触させ、カルボキシル基を
有する芳香族性化合物又はケトン類を生成させるのに有
用である。本発明の好ましい方法には、メチル基が置換
したベンゼン誘導体(例えば、トルエン、キシレンな
ど)を酸素と接触させ、工業的に有用な化合物であるカ
ルボキシル基を有するベンゼン誘導体(例えば、安息香
酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸など)を生
成させる方法、C2-6 アルキル基が置換した芳香族炭化
水素類(例えば、エチルベンゼンなど)を酸素と接触さ
せ、工業的に有用な化合物であるカルボニル基を有する
ベンゼン誘導体(例えば、アセトフェノンなど)を生成
させる方法が含まれる。
【0057】そのため、本発明の方法は、芳香族性化合
物を、温和な条件下、高い転換率および選択率で酸化
し、モノカルボン酸、ポリカルボン酸などのカルボキシ
ル基含有化合物やケトン類を得る上で有用である。特
に、安息香酸などの芳香族モノカルボン酸や、ポリエス
テル、ポリアミドなどの原料となる芳香族ポリカルボン
酸(特に芳香族ジカルボン酸)を製造する上で極めて有
用である。
【0058】[酸化反応]本発明の酸化反応では、
(a)前記イミド化合物及び助触媒で構成された酸化触
媒系と反応促進剤、又は(b)前記イミド化合物で構成
される酸化触媒と反応促進剤との存在下、基質と酸素と
を接触させる。反応は、反応促進剤を反応当初又は反応
過程で添加して行う場合が多い。
【0059】基質の酸化に利用される酸素は、活性酸素
であってもよいが、分子状酸素を利用するのが経済的に
有利である。分子状酸素は特に制限されず、純粋な酸素
を用いてもよく、窒素、ヘリウム、アルゴン、二酸化炭
素などの不活性ガスで希釈した酸素を使用してもよい。
操作性及び安全性のみならず経済性などの点から、空気
を使用するのが好ましい。酸素の使用量は、基質の種類
に応じて選択でき、通常、基質1モルに対して、0.5
モル以上(例えば、1モル以上)、好ましくは1〜10
0モル、さらに好ましくは2〜50モル程度である。基
質に対して過剰モルの酸素を使用する場合が多く、特に
空気や酸素などの分子状酸素を含有する雰囲気下で反応
させるのが有利である。
【0060】本発明の酸化方法は、通常、反応に不活性
な有機溶媒中で行なわれる。有機溶媒としては、非プロ
トン性溶媒及びプロトン性溶媒のいずれを用いても円滑
に反応が進行する。特に、本発明の方法は、非プロトン
性の溶媒中においても反応が円滑に進行するという特徴
がある。非プロトン性溶媒としては、非極性溶媒、極性
溶媒のいずれも使用でき、例えば、非プロトン性非極性
溶媒(ヘキサン、オクタンなどの脂肪族炭化水素、ベン
ゼンなどの芳香族炭化水素、クロロホルム、ジクロロメ
タン、ジクロロエタン、四塩化炭素、クロロベンゼンな
どのハロゲン化炭化水素など)、非プロトン性極性溶媒
(ニトロベンゼン、ニトロメタン、ニトロエタンなどの
ニトロ化合物、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル
類、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジイソプロ
ピルエーテル、ジオキサンなどのエーテル類、アセトニ
トリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリルなどのニト
リル類、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルホルム
アミド(DMF)、ジメチルアセトアミドなどのアミド
類など)が挙げられる。プロトン性溶媒としては、例え
ば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸などの有機カルボン酸や
オキシカルボン酸、t−ブタノール、t−アミルアルコ
ールなどのアルコール類などが挙げられる。これらの溶
媒は、1種又は2種以上を混合して使用できる。なお、
過剰量の基質を用いることにより、基質を反応溶媒とし
て利用してもよい。
【0061】本発明の方法は、比較的温和な条件であっ
ても酸化反応が円滑に進行するという特色がある。反応
温度は、基質や触媒系の種類などに応じて適当に選択で
き、例えば、0〜150℃、好ましくは10〜100
℃、さらに好ましくは20〜70℃程度である。特に、
本発明の方法では室温(例えば15〜30℃程度)など
の比較的低温でも酸化反応を円滑に進行させることがで
きる。
【0062】反応は、常圧または加圧下で行なうことが
でき、加圧下で反応させる場合には、通常、1〜100
atm(例えば、1.5〜80atm)、好ましくは2
〜70atm、さらに好ましくは5〜50atm程度で
ある場合が多い。反応時間は、反応温度及び圧力に応じ
て、例えば、30分〜48時間、好ましくは1〜36時
間、さらに好ましくは2〜24時間程度の範囲から適当
に選択できる。反応は、分子状酸素の存在下又は分子状
酸素の流通下、回分式、半回分式、連続式などの慣用の
方法により行なうことができる。反応終了後、反応生成
物は、慣用の方法、例えば、濾過、濃縮、蒸留、抽出、
晶析、再結晶、カラムクロマトグラフィーなどの分離手
段や、これらを組合せた分離手段により、容易に分離精
製できる。
【0063】
【発明の効果】本発明では、反応系に反応促進剤を共存
させることにより、芳香属性化合物を効率よく酸化でき
る。特に比較的低温であっても、分子状酸素酸化によ
り、高い転化率および選択率で、前記芳香族性化合物か
ら対応する酸化物(ケトン類,アルコール類,アルデヒ
ド類,カルボン酸など)を生成できる。また、非プロト
ン性溶媒中においても、前記芳香族性化合物から、対応
するカルボン酸(芳香族カルボン酸)やケトン類(芳香
族ケトン類)を直接かつ効率よく高い転化率及び選択率
で生成できる。
【0064】
【実施例】以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細
に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定
されるものではない。
【0065】実施例1 トルエン 3ミリモル、N−ヒドロキシフタルイミド
0.3ミリモル、酢酸コバルトCo(OAc)2 0.
015ミリモル、安息香酸 0.05ミリモル、アセト
ニトリル5mlの混合物を、酸素雰囲気下、25℃で6
時間攪拌した。反応液中の生成物をガスクロマトグラフ
ィー分析により調べたところ、トルエンの転化率36%
で、安息香酸(収率30%)、ベンズアルデヒド(収率
5%)が得られた。
【0066】安息香酸の機能を調べるため、トルエン
10ミリモル、N−ヒドロキシフタルイミド 1ミリモ
ル、酢酸コバルトCo(OAc)2 0.05ミリモ
ル、安息香酸 1.7ミリモル、アセトニトリル20m
lの混合物を、酸素雰囲気下、25℃で攪拌し、酸素吸
収量を経時的に測定した。また、対照として安息香酸を
添加せずに同様に反応を行い、図1の結果を得た。図1
に示すように、安息香酸の添加により酸素吸収量が増大
した。
【0067】
【図1】実施例2 安息香酸の使用量を0.1ミリモルとする以外、実施例
1と同様に反応させたところ、トルエンの転化率40%
で、安息香酸(収率32%)、ベンズアルデヒド(収率
5%)が得られた。
【0068】実施例3 安息香酸の使用量を0.5ミリモルとする以外、実施例
1と同様に反応させたところ、トルエンの転化率37%
で、安息香酸(収率32%)、ベンズアルデヒド(収率
5%)が得られた。
【0069】実施例4 安息香酸の使用量を3ミリモルとする以外、実施例1と
同様に反応させたところ、トルエンの転化率42%で、
安息香酸(収率35%)、ベンズアルデヒド(収率4
%)が得られた。
【0070】実施例5 アセトニトリルの使用量を20mlとし、反応時間を1
2時間とする以外、実施例3と同様に反応させたとこ
ろ、トルエンの転化率57%で、安息香酸(収率46
%)、ベンズアルデヒド(収率4%)が得られた。
【0071】実施例6 反応時間を20時間とする以外、実施例5と同様に反応
させたところ、トルエンの転化率65%で、安息香酸
(収率49%)、ベンズアルデヒド(収率10%)が得
られた。
【0072】実施例7 安息香酸に代えて、p−メトキシ安息香酸を用いる以
外、実施例5と同様に反応させたところ、トルエンの転
化率53%で、安息香酸(収率47%)、ベンズアルデ
ヒド(収率4%)が得られた。
【0073】実施例8 安息香酸に代えて、p−クロロ安息香酸を用いる以外、
実施例5と同様に反応させたところ、トルエンの転化率
45%で、安息香酸(収率35%)、ベンズアルデヒド
(収率5%)が得られた。
【0074】実施例9 トルエン 3ミリモル、N−ヒドロキシフタルイミド
0.3ミリモル、コバルトアセチルアセトナートCo
(AA)3 0.015ミリモル、ベンズアルデヒド
0.5ミリモル、酢酸5mlの混合物を、酸素雰囲気
下、25℃で20時間攪拌した。反応液中の生成物をガ
スクロマトグラフィー分析により調べたところ、トルエ
ンの転化率48%で、安息香酸(収率43%)、ベンズ
アルデヒド(収率4%)が得られた。
【0075】実施例10 ベンズアルデヒドの使用量を0.18ミリモルとする以
外、実施例9と同様に反応させたところ、トルエンの転
化率31%で、安息香酸(収率24%)、ベンズアルデ
ヒド(収率6%)が得られた。
【0076】実施例11 コバルトアセチルアセトナートCo(AA)3 を添加す
ることなく、実施例9と同様に反応させたところ、安息
香酸及びベンズアルデヒドの生成が認められた。
【0077】実施例12 トルエン 3ミリモル、N−ヒドロキシフタルイミド
0.3ミリモル、ベンズアルデヒド 0.5ミリモル、
安息香酸 0.5ミリモル、アセトニトリル5mlの混
合物を、酸素雰囲気下、25℃で15時間攪拌した。反
応液中の生成物をガスクロマトグラフィー分析により調
べたところ、安息香酸及びベンズアルデヒドの生成が認
められた。
【0078】実施例13 トルエン 3ミリモル、N−ヒドロキシフタルイミド
0.3ミリモル、安息香酸コバルトCo(C65CO
O)2 0.015ミリモル、アセトニトリル5mlの混
合物を、酸素雰囲気下、25℃で12時間攪拌した。反
応液中の生成物をガスクロマトグラフィー分析により調
べたところ、トルエンの転化率36%で、安息香酸(収
率27%)、ベンズアルデヒド(収率5%)が得られ
た。
【0079】実施例14 反応時間を20時間とする以外、実施例13と同様に反
応させたところ、トルエンの転化率62%で、安息香酸
(収率52%)、ベンズアルデヒド(収率4%)が得ら
れた。
【0080】実施例15 安息香酸 0.5ミリモルを加え、反応時間を6時間と
する以外、実施例13と同様に反応させたところ、トル
エンの転化率46%で、安息香酸(収率40%)、ベン
ズアルデヒド(収率4%)が得られた。
【0081】実施例16 アセトニトリルに代えて酢酸を反応溶媒とし、反応時間
を20時間とする以外、実施例13と同様に反応させた
ところ、トルエンの転化率84%で、安息香酸(収率8
0%)、ベンズアルデヒド(収率1%)が得られた。
【0082】実施例17 エチルベンゼン 3ミリモル、N−ヒドロキシフタルイ
ミド 0.3ミリモル、酢酸コバルトCo(OAc)2
0.015ミリモル、安息香酸 0.05ミリモル、
アセトニトリル5mlの混合物を、酸素雰囲気下、25
℃で20時間攪拌した。反応液中の生成物をガスクロマ
トグラフィー分析により調べたところ、エチルベンゼン
の転化率53%で、アセトフェノン(収率42%)、1
−フェニルエタノール(収率8%)が得られた。
【0083】実施例18 安息香酸の使用量を0.1ミリモルとする以外、実施例
17と同様に反応させたところ、エチルベンゼンの転化
率63%で、アセトフェノン(収率50%)、1−フェ
ニルエタノール(収率8%)が得られた。
【0084】実施例19 安息香酸の使用量を0.5ミリモルとする以外、実施例
17と同様に反応させたところ、エチルベンゼンの転化
率65%で、アセトフェノン(収率49%)、1−フェ
ニルエタノール(収率10%)が得られた。
【0085】実施例20 安息香酸の使用量を3ミリモルとする以外、実施例17
と同様に反応させたところ、エチルベンゼンの転化率5
2%で、アセトフェノン(収率36%)、1−フェニル
エタノール(収率11%)が得られた。
【0086】実施例21 プロピルベンゼン 3ミリモル、N−ヒドロキシフタル
イミド 0.3ミリモル、酢酸コバルトCo(OAc)
2 0.015ミリモル、安息香酸 0.5ミリモル、
アセトニトリル5mlの混合物を、酸素雰囲気下、25
℃で20時間攪拌した。反応液中の生成物をガスクロマ
トグラフィー分析により調べたところ、プロピルベンゼ
ンの転化率84%で、1−フェニル−1−プロパノン
(収率58%)、1−フェニルプロパノール(収率16
%)が得られた。
【0087】実施例22 プロピルベンゼンに代えて、ブチルベンゼンを用いる以
外、実施例21と同様に反応させたところ、ブチルベン
ゼンの転化率94%で、1−フェニル−1−ブタノン
(収率64%)、1−フェニルブタノール(収率18
%)が得られた。
【0088】比較例1 トルエン 3ミリモル、N−ヒドロキシフタルイミド
0.3ミリモル、酢酸コバルトCo(OAc)2 0.
015ミリモル、アセトニトリル5mlの混合物を、酸
素雰囲気下、25℃で6時間攪拌した。反応液中の生成
物をガスクロマトグラフィー分析により調べたところ、
原料成分の一部損失が認められたものの、目的とする酸
化反応生成物は何ら検出されなかった。
【0089】比較例2 濃硫酸0.5ミリモルを加え、アセトニトリルの使用量
を20mlとし、反応時間を20時間とする以外、比較
例1と同様に反応させたところ、原料成分の損失は認め
られず、目的とする酸化反応生成物も何ら検出されなか
った。
【0090】比較例3 メタンスルホン酸0.5ミリモルを加え、アセトニトリ
ルの使用量を20mlとし、反応時間を20時間とする
以外、比較例1と同様に反応させたところ、原料成分の
損失は認められず、目的とする酸化反応生成物も何ら検
出されなかった。
【0091】比較例4 エチルベンゼン 3ミリモル、N−ヒドロキシフタルイ
ミド 0.3ミリモル、酢酸コバルトCo(OAc)2
0.015ミリモル、アセトニトリル5mlの混合物
を、酸素雰囲気下、25℃で20時間攪拌した。反応液
中の生成物をガスクロマトグラフィー分析により調べた
ところ、エチルベンゼンの転化率39%で、アセトフェ
ノン(収率20%)、1−フェニルエタノール(収率6
%)が得られた。
【0092】比較例5 エチルベンゼンに代えてプロピルベンゼンを用いる以
外、比較例4と同様に反応させたところ、プロピルベン
ゼンの転化率52%で、1−フェニル−1−プロパノン
(収率28%)、1−フェニルプロパノール(収率14
%)が得られた。 比較例6 エチルベンゼンに代えてブチルベンゼンを用いる以外、
比較例4と同様に反応させたところ、ブチルベンゼンの
転化率76%で、1−フェニル−1−ブタノン(収率4
6%)、1−フェニルブタノール(収率12%)が得ら
れた。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は実施例1における酸素吸収量の経時変化
を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C07C 33/22 C07C 33/22 45/36 45/36 47/54 47/54 49/76 49/76 B 49/78 49/78 51/265 51/265 63/06 63/06 // C07B 61/00 300 C07B 61/00 300

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記式(1) 【化1】 (式中、R1 及びR2 は、同一又は異なって、水素原
    子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、シクロア
    ルキル基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、カルボキシ
    ル基、アルコキシカルボニル基、アシル基を示し、R1
    及びR2 は互いに結合して二重結合、または芳香族性又
    は非芳香族性の環を形成してもよい。Xは酸素原子又は
    ヒドロキシル基を示し、nは1〜3の整数を示す)で表
    されるイミド化合物と、周期表2A族,遷移金属,およ
    び周期表3B族からなる群から選択された元素を含む助
    触媒とで構成される酸化触媒系の存在下、芳香族性環に
    メチル基及びメチレン基より選ばれた少なくとも1つの
    基を有する芳香族性化合物と酸素とを接触させる酸化方
    法であって、反応系に、アルデヒド類及びカルボン酸又
    はその塩より選ばれた少なくとも1つの反応促進剤を共
    存させる酸化方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の式(1)で表されるイミ
    ド化合物で構成される酸化触媒と、芳香族アルデヒド、
    芳香族カルボン酸又はその塩、及び脂肪族カルボン酸又
    はその塩より選ばれた少なくとも1つの反応促進剤との
    存在下、芳香族性環にメチル基及びメチレン基より選ば
    れた少なくとも1つの基を有する芳香族性化合物と酸素
    とを接触させる酸化方法。
  3. 【請求項3】 反応促進剤が、芳香族カルボン酸又はそ
    の塩、及び芳香族アルデヒドより選ばれた少なくとも1
    つの化合物である請求項1又は2記載の酸化方法。
  4. 【請求項4】 反応促進剤が安息香酸又はその塩、又は
    ベンズアルデヒドである請求項1又は2記載の酸化方
    法。
  5. 【請求項5】 芳香族性化合物が、芳香族性複素環又は
    炭素数6〜14の芳香族炭化水素環を有する請求項1又
    は2記載の酸化方法。
  6. 【請求項6】 芳香族性化合物が、少くとも1つのメチ
    ル基を有する芳香族炭化水素類である請求項1又は2記
    載の酸化方法。
  7. 【請求項7】 非プロトン性溶媒中で酸化反応を行う請
    求項1又は2記載の酸化方法。
  8. 【請求項8】 ニトリル類溶媒中で酸化反応を行う請求
    項1又は2記載の酸化方法。
  9. 【請求項9】 式(1)で表されるイミド化合物の使用
    量が、基質1モルに対して0.001〜1モルである請
    求項1又は2記載の酸化方法。
  10. 【請求項10】 助触媒の使用量が、基質1モルに対し
    て0.0001〜0.7モルである請求項1記載の酸化
    方法。
  11. 【請求項11】 反応促進剤の使用量が、基質1モルに
    対して0.0001〜1モルである請求項1又は2記載
    の酸化方法。
  12. 【請求項12】 反応系に反応促進剤を添加して反応を
    行う請求項1又は2記載の酸化方法。
  13. 【請求項13】 式(1) 【化2】 (式中、R1 及びR2 は、同一又は異なって、水素原
    子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、シクロア
    ルキル基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、カルボキシ
    ル基、アルコキシカルボニル基、アシル基を示し、R1
    及びR2 は互いに結合して二重結合、または芳香族性又
    は非芳香族性の環を形成してもよい。Xは酸素原子又は
    ヒドロキシル基を示し、nは1〜3の整数を示す)で表
    されるイミド化合物と、周期表2A族,遷移金属および
    周期表3B族からなる群から選択された元素を含む助触
    媒とで構成された酸化触媒系の存在下、芳香族性環にメ
    チル基及びメチレン基より選ばれた少なくとも1つの基
    を有する芳香族性化合物と酸素とを接触させ、芳香族ケ
    トン類、芳香族アルコール類、芳香族アルデヒド類又は
    芳香族カルボン酸を製造する方法であって、反応系に、
    アルデヒド類、及びカルボン酸又はその塩より選ばれた
    少なくとも1つの反応促進剤を共存させる、芳香族ケト
    ン類、芳香族アルコール類、芳香族アルデヒド類又は芳
    香族カルボン酸の製造方法。
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