JPS6042166B2 - ベンゾフエノンイミン類からのアンモニアの回収方法 - Google Patents

ベンゾフエノンイミン類からのアンモニアの回収方法

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JPS6042166B2
JPS6042166B2 JP14715282A JP14715282A JPS6042166B2 JP S6042166 B2 JPS6042166 B2 JP S6042166B2 JP 14715282 A JP14715282 A JP 14715282A JP 14715282 A JP14715282 A JP 14715282A JP S6042166 B2 JPS6042166 B2 JP S6042166B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ベンゾフェノンイミン類の酸化反応液(ベン
ゾフェノンアジン類及び未反応のベンゾフェノンイミン
類を含む)中のベンゾフェノンアジン類を分解させるこ
となくベンゾフェノンイミン類を水と反応させて、ベン
ゾフェノンイミン類iからアンモニアとベンゾフェノン
類を回収する方法に関する。
ベンゾフェノンイミン類はベンゾフェノン類とアンモニ
アからヒドラジン塩を合成反応(ベンゾフェノン法)の
中間物質であり、ベンゾフェノン法は以下のとおりであ
る。
ベンゾフェノンイミン類はベンゾフェノン類とアンモニ
アの縮合により合成され、さらにベンゾフェノンイミン
類を溶解銅を触媒として分子状酸素にて酸化するとベン
ゾフェノンアジン類が合成される。
ベンゾフェノンアジン類は酸との反応でもとのベンゾフ
ェノン類とそれ自身工業的に有用でありヒドラジンの合
成原料でもあるヒドラジン塩を生成する。例えば酸とし
て硫酸を用いた場合は硫酸ヒドラジンとなる。以上の反
応をベンゾフェノン類としてベンゾフェノンを用いた場
合の一連の反応式で説明すると次のようになる。
ベンゾフェノン類を出発原料としたヒドラジン塩の合成
プロセスは、(1)(2)(3)の反応式のほかに酸化
で使用する銅触媒が高価であるとか、銅が存在した場合
、その後の操作に支障を来たすとかの理由で、銅の除去
回収工程が入る場合も考えられる。
酸化液からの銅の除去方法については、米国特許287
0206号に知られているようなアンモニア水で抽出す
る方法や、酸で抽出する方法が挙げられる。
しかしながら酸を用いた場合、酸化液中に残存する未反
応のイミン類は加水分解を起こし、ベンゾフェノン類と
アンモニウム塩を生成する。
例えば、酸として硫酸を用いた場合は次の(4)の反応
が起きる。したがつて、銅抽出の目的で酸を用いた場合
、水層には銅の他に、未反応のイミン類に起因するアン
モニア塩も同時に抽出されることになる。
一方、銅抽出をアンモニアで行なつた場合、酸化液中の
残存イミンが分解されることはないが、次のアジン類の
加水分解工程で硫酸を用いるので、(4)と同じ反応が
起きるのである。銅回収なり、アジン類の加水分解なり
目的は異なつていても、酸を用いる限りイミン類は加水
分解を起こしアンモニウム塩が生成する。
かくしてi生成したアンモニウム塩は適当な処理又は廃
棄しない限り次第に水層中に蓄積し、反応及び運転に重
大な支障を来たすようになる。又、イミンに相当するア
ンモニア及び酸が消費されることを考え合せると、先に
述べた一連のヒ5ドラジン塩合成プロセスにおいては酸
化で未反応イミンを多く残すのは、工業上極めて不利と
言わざるを得ない。ベンゾフェノンイミン類を残さない
ためには当然のことながら(2)の酸化反応率を上げる
ことが考4えられる。
高反応率を得るためには、一般に反応温度を上げるとか
、滞在時間を長くするとか、あるいは触媒濃度を高める
などの操作が必要となるが、このことは反応器の容積増
加や触媒のコスト及び触媒回収コストの増加につながる
。又(2)の反応での副生成物も当然多くなることが考
えられる。ベンゾフェノン類は高価な薬品であることを
考れば、副生成物は極力押えることが(1)〜(3)の
プロセスを成立させる重要な条件であることは言うまで
もない。酸化反応率は通常70〜99%である。これら
の諸問題を解決すべく鋭意努力を重ねた結果、酸化反応
液中の未反応ベンゾフェノンイミン類を水と反応させ、
もとのベンゾフェノン類とアンモニアに分解させる方法
を見出し本発明を完成した。本発明は、一般式 (但し、上記式においてR1及びR2は炭素数1〜10
の鎖式、環式脂肪族もしくは芳香族炭化水素基、該炭化
水素基からなるエーテル基、アシル基、アシルオキシ基
、アルコキシカルボニル基、二置換アミノ基、並びにハ
ロゲン基、ヒドロキシ基、ニトロ基、シアノ基からなる
群より選ばれたお互いに同一又は異なる基、又はR1と
R2が一緒になつて単一の結合もしくは環を表わしても
よい。
又、M,.nはOまたは1〜5の整数である。)で表わ
されるベンゾフェノンイミン類を銅触媒存在下、分子状
酸素で酸化しベンゾフェノンアジン類を製造したのち、
この酸化液中に残存する未反応ベンゾフェノンイミン類
を、周期律表第■族〜第V族に属し、且つ第2〜第5周
期に属する元素(ただし、リン、窒素及び炭素を除く)
及び鉄、タングステン、ビスマス、セリウム、トリウム
、ネオジウムから選択された元素の酸化物の存在下に水
と反応させてアンモニアを回収することを特徴とするベ
ンゾフェノンイミン類からのアンモニアの回収方法であ
る。本発明において使用されるベンゾフェノンイミン類
とは次の一般式で示される化合物である。
(但し、上記式においてR1及びR2は炭素数1〜10
の鎖式、環式脂肪族もしくは芳香族炭化水素基及び該炭
化水素基からなるエーテル基、アシル基、アシルオキシ
基、アルコキシカルボニル基、二置換アミノ基、並びに
ハロゲン基、ヒドロキシ基、ニトリル基、ニトロ基、シ
アノ基からなる群より選ばれたお互いに同一又は異なる
基、またはR1とR2が一緒になつて単一の結合もしく
は環を表わしていてもよい。又、M..nはOまたは1
〜5の整数である。)具体的に例示すれば、ベンズフェ
ノンイミン、2−、3−、又は4−メチルベンゾフェノ
ンイミン、2−、3−、又は4−エチルベンゾフェノン
イミン、2−、3−、又は4−n一及び/又はIsO−
プロピルベンゾフェノンイミン、2−、3−、又は4−
n一及び/又はIsO一及び/又はTert−ブチルベ
ンゾフェノンイミン、2−、3−、又は4−アミルベン
ゾフエノンイミン、2−、3−、又は4−デシルベンゾ
フェノンイミン、2一3−、又は4−メトキシベンゾフ
ェノン、4−シクロヘキシルベンゾフェノンイミン、4
−フェニルベンゾフェノンイミン、2●4−ジメチルベ
ンゾフェノンイミン、2●3−ジメチルベンゾフェノン
イミン、3●4−ジメチルベンゾフェノンイミン、2●
4−ジエチルベンゾフェノンイミン、23−ジエチルベ
ンゾフェノンイミン、3◆4−ジエチルベンゾフェノン
イミン、2−メチルー4−エチルベンゾフェノンイミン
、2−メチルー4−ブチルベンゾフェノンイミン、22
″−、3・3″−、4・4″−、2・3″−、24″−
、又は3・4″−ジメチルベンゾフェノンイミン、2−
、3−、又は4−クロルベンゾフェノンイミン、2−ク
ロルー4−メチルベンゾフェノンイミン、4−クロルー
4″−メチルベンゾフェノンイミン、4●4″−ジクロ
ルペンゾフェノンイミン、4−ニトロベンゾフェノンイ
ミン、2・4−ジニトロペンゾフェノンイミン、4−ヒ
ドロキシ.ベンゾフェノンイミン、4−N−N−ジメチ
ルアミノベンゾフェノンイミン、4−アセチルベンゾフ
ェノンイミン、4−メトキシカルボニルベンゾフェノン
イミン、4−N−N−ジメチルカルバモイルベンゾフェ
ノンイミン、4−シアノベンゾフクエノンイミン、フル
オレノンイミン、キサントンイミン、アンスロンイミン
、アクリドンイミンなどが挙げられる。
ベンゾフェノンイミン類は通常、ベンゾフェノン類とア
ンモニアの縮合によつて製造され、イミン化率は通常、
20〜50%である。本発明を実施するに際し対象とな
る酸化液とは溶解銅を触媒し、分子状酸素でベンゾフェ
ノンイミン類を酸化したものであり、ベンゾフェノンア
ジン類及び未反応のベンゾフェノンイミン類を含むもの
である。
具体的には、例えば酸化触媒としてハロゲン化銅、特に
塩化第1銅を用いた酸化液(米国特許第フ287020
6号)、銅(■)ハライドメトキシドを用いた酸化液(
特開昭53−147047)、酢酸銅、チオシアン銅、
シアン化銅、炭酸銅、硫酸銅、硝酸銅、リン酸銅を用い
た酸化液(特公昭54−43490)、さらにはこれら
銅塩とはまつたく異なる形態で銅を−イミン液や酸化反
応液に溶解させイミン類を酸化せしめた反応液(特出願
昭55−526丘号)、あるいはベンゾフェノンとイン
モニア及び分子状酸素を塩化第1銅存在下で接触させ、
一段でアジン類を製造した反応液(特開昭52−794
2号)、更にはハノロゲン化第1銅に単座ピリジン類を
官能基とする樹脂を配位させた高分子触媒による酸化反
応液(特開昭52−131987)などがあげられる。
本発明は、酸化反応液を前処理することなく酸化反応後
直ちに実施することが出来る。本発明では、ベンゾフェ
ノン類が溶媒として働くので特に溶媒を必要とはしない
が、イミン類の分解を酸化反応よりもさらに低温で行な
う際、アジン類が析出する恐れがあるので、アジン類の
溶解を助け反応系を溶液状態に保つ目的で溶媒を添加す
ることもてきる。
特に熱的に安定て粘度の低いものが好ましい。例えばベ
ンゼン、トルエン、0−、m−、p−キシレン、ジエチ
ルベンゼン、メシチレン、クメン、プソイドクメン、ア
ミルベンゼン、炭素数6〜16の芳香族飽和炭化水素及
びそれらの混合物、クロルベンゼン、o−、m−、pー
ジクロルベンゼン、ニトロベンゼン、o−、m−、pー
ジニトロベンゼン、o−、m−、p−クロルトルエンジ
フェニル、フェナントレン、アニソール、ジフェニルエ
ーテル、アセトフェノン、ベンジル、ベンゾフェノン、
ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、シクロオクタン
、エチルシクロヘキサン、エチレンジクロリド、テトラ
クロルエチレン、ジイソプロピルエーテル、ジプロピル
エーテル、ジイソブチルケトン、酢酸ブチル、安息香酸
ブチル、安息香酸フェニル、フタル酸ジメチル等が挙げ
られる。酸化反応液中に残存せる未反応ベンゾフェノン
イミン類の濃度について特に制限はないが、酸化反応で
該ベンゾフェノンイミン類を未反応のまま多量に残すの
は必ずしも得策で−ない。
また逆に、酸化反応液中のベンゾフェノンイミン類が非
常に微量の場合、これに水を作用させてわずかのアンモ
ニアの回収をはかることは、エネルギーコスト及び装置
費上有利な方法とは言えない。即ち、該4ベンゾフェノ
ンイミン類が少ない場合は酸化反応,液を次の工程(銅
回収又はベンゾフェノンアジン類の酸による加水分解)
へそのまま送ることができる。したがつて、工業的に有
利に実施しうる酸化反4応液中の未反応ベンゾフェノン
イミン類の濃度は0.2〜15重量%、さらに好適には
0.5〜1鍾量%である。
該ベンゾフェノンイミン類を水で分解するに際し、触媒
として使用されるものは、周期律表第■,族〜第■族に
属し、且つ第2〜第5周期に属する元素(但し、リン、
窒素、及び炭素を除く)、鉄、タングステン、ビスマス
、セリウム、トリウム及びネオジウムから選択された元
素の酸化物である。
これらの酸化物は1種はもちろんのこと、2種類以上を
併用することもてきる。
またこれら酸化物は必ずしも純度の高いものを必要とし
ない。したがつてイミン類の分解活性を有しない他の成
分の混入は、これら分解触媒の活性を防害しない限り許
容される。これらの酸化物は天然品、合成品いずれも使
用可能である。
具体的に、三酸化ホウ素、酸化アルミニウム、酸化ケイ
素、酸化スカンジウム、酸化チタン、五酸化バナジウム
、酸化ガリウム、酸化ゲルマニウム、五酸化二ヒ素、酸
化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化
インジウム、酸化第二スズ、五酸化アンチモン、酸化第
二鉄、酸化タングステン、酸化ビスマス、酸化セリウム
、酸化トリウムなどの単一成分のものや、シリカアルミ
ナ、シリカジルコニア、シリカマグネシア、シリカポリ
アなどの二成分物質、あるいは天然の粘土物質である酸
性白土、ベントナイト、カオリン、モンモリナイト、あ
るいは合成ゼオライトなどが例示される。 また、天然
に産する酸性白土を酸処理をしてさらに活性を高めると
か、一般のゼオライトを酸型にして用いるといつたよう
な操作を加えることはご 触媒活性の面で非常に有効な
手段といえる。
これらの酸化物の中でも酸化アルミニウム、酸化ケイ
素、五酸化バナジウム、酸化ジルコニウム、酸化第二ス
ズ、五酸化アンチモン、酸化第二鉄、酸化タングステン
、酸化トリウム、シリカアl ルミナ、シリカジルコ
ニア、ゼオライト、活性白土が好ましく、特に酸化アル
ミニウム、酸化ケイ素、酸化第二スズ、五酸化アンチモ
ン、酸化第二鉄、シリカアルミナ、シリカジルコニア、
ゼオライト、活性白土が好ましい。 これら酸化物の形
状に特に制限はないが、反応液との分離の点で数ミクロ
ン以上の大きさが好ましい。
粉末状のものは反応液に分散して用いることが適当であ
る。又粒状のものは固定床式にして用いることが適当で
ある。 これらの酸化物の使用量は特に制限はないが、
一般的には反応液10鍾量部に対し0.01〜10鍾量
部、好ましくは0.1〜5鍾量部、特に好ましくは0.
6〜2唾量部である。 本発明における反応条件として
はイミン類分解触媒の活性、反応形式などによソー律に
は規定出来ないが、反応温度は60〜350℃、好まし
くは80〜300℃、更に好ましくは100〜2700
Cてある。
反応圧力も特に制限はない。加圧でも減圧ても実施可能
であるが、常圧〜(至)気圧が好ましい。反応時ノ間は
、触媒の活性、酸化反応液中の未反応イミン類の濃度及
び目的とする分解率等で異なるが、通常0.1〜数十時
間の範囲にある。 本発明における反応方式に特に制限
はない。
バッチ及び連続いずれの形態でも実施可能である。5又
、反応をバッチ形式にし、水のみを連続的に反応器に供
給し、未反応の水と発生したアンモニアを気体状態て連
続的に系外へ抜き出す方法も実施可能である。
本発明における水の供給方法に特に制限はなOい。
液体状態で反応器に供給することも出来るし、あらかじ
め加熱して気体の状態で反応器へ送ることも出来る。又
他のガラスに水を同伴して送ることも出来る。この場合
、水を同伴するガラスとしては窒素、アルゴン、ヘリウ
ム、空気などを用いることが出来る。しかし窒素、アル
ゴン、ヘリウムなどの不活性ガスが好ましい。本発明に
おいて、水の供給量に特に制限はないが、分解すべきベ
ンゾフェノンイミン類1モル当り1〜200モルが好ま
しく、さらに好ましくは2〜100モルである。
本発明において、イミン類の分解によつて発生したアン
モニアは連続的に系外に出すのが望ましい。
このアンモニアは、冷却あるいは加圧冷却することによ
り液体として回収される。又必要ならば、水に吸収して
回収することも出来る。ベンゾフェノン類はベンゾフェ
ノンアジン類六共に回収される。実施例1 ベンゾフェノンイミン類(ベンゾフェノンイミン23.
5%、残りはベンゾフェノン)100q及び市販の塩化
第1銅0.39y(小宗化学(株))をガラス製の20
0m1の反応器に仕込み、これを140゜Cに保ちつつ
反応器の底部まで差しこんだ吹き込み口から純酸素を常
圧下500TLLIminの割合で吹きこみ9紛攪冫拌
した。
9紛後、反応液をガスクロマトグラフィーにて分析した
ところ、ベンゾフェノンアジンが収率87%、選択率9
9%で生成していた。
未反応のベンゾフェノンイミンは2.85%であつた。
次に、以上の酸化反応液100fIにイミン分解触媒と
して、粉末状の活性アルミナ(西尾工業(株))4.0
yを添加し、ついで酸化反応液を140℃に保ちつつ反
応容器の底部に差し込んだスパージリング(0.5φの
穴3ケ)から水を過熱スチームとして8.6yIhrの
割合で吹きこみ、1時間攪拌した。
1時間反応後、反応液をガスクロマトグラフィーにて分
析したところ、ベンゾフェノンイミンは0.31%に減
少していた。
又、発生したアンモニアを反応器外に導き水に吸収させ
酸で滴定した。
その結果、イミンの分解量の96%に相当するアンモニ
アが定量された。実施例2〜25実施例1に準じベンゾ
フェノンイミンの酸化及び酸化液中の未反応ベンゾフェ
ノンイミンの水による分解を、市販の粉末状各種酸化物
を用いて行なつた。
尚、酸化液中の未反応ベンゾフェノンイミンは2.9%
の範囲であつた。結果を表1に示した。
実施例26 ベンゾフェノンイミン(ベンゾフェノンイミン24.2
%、残りはベンゾフェノン)100y及び市販の息化第
1銅1.0q(小宗化学(株))をガラス製の200m
1の反応器に仕込み、これを140℃に保ちつつ反応器
の底部まで差し込んだ吹きこみ口から純酸1素を常圧下
500mLIminの割合で吹きこみ、100分攪拌し
た。
10紛後、反応液をガスクロマトグラフィーにて分析し
たところ、ベンゾフェノンアジンが収率87%、選択率
96%で生成していた。
未反応のペン2ゾフエノンイミンは2.3%であつた。
次に以上の酸化反応液100yにイミン分解触媒として
粉末状の活性アルミナ4.0y(西尾工業掬)を添加し
、実施例1と同様の条件でイミンの分解を行なつた。
1時間後のベンゾフェノンイミンは0.35%であつた
実施例27〜33 実施例26に準じベンゾフェノンイミンの酸化及び酸化
液中の反応ベンゾフェノンイミンの水による分解を市販
の粉末状各種酸化物を用いて行なつた。
尚、酸化反応液中の未反応ベンゾフェノンイミンは2.
3%であつた。 結果を表2に示した。実施例34 ベンゾフェノンイミン液(ベンゾフェノンイミン24.
0%、残りはベンゾフェノン)100yを反応器に仕込
み、これを反応器の底部まで差しこんだ吹きこみ口から
純酸素を常圧下500mtIm1nの割合で吹きこみつ
つ加熱昇温した。
160℃に達した時点でベンゾフェノンイミン液に市販
の蟻酸銅100mg(関東化学(株))を添加し、16
0℃で1時間攪拌した。
反応液をガスクロマトグラフィーにて分析したところ、
ベンゾフェノンアジンが収率82%、選択率97%で生
成していた。
未反応のベンゾフェノンイミンは3.71%であつた
次にこの酸化液を140℃に保ち、粉末のシリカゲル
(西尾工業(株)クロマト用シリカゲル)4yを添加し
、実施例1と同一条件でイミンの分解を行なつた。
反応後のイミンは0.15%であつた。
実施例35〜41 実施例34に準じベンゾフェノンイミンの酸化及び酸化
液中の未応ベンゾフェノンイミンの水による分解を市販
の粉末状各種酸化物を用いて行なつた。
尚、酸化反応液中の未反応ベンゾフエノンイミンは3.
7%であつた。結果を表3に示した。実施例42 ベンゾフェノンイミン(ベンゾフェノンイミン22.8
%、残りはベンゾフェノン)50yを反応器に仕込み、
これを140℃に昇温した。
次に市販の金属銅粉(和光純薬(株))2.0gを添加
し、反応器底部から酸素ガスを毎分150m1の割合で
流し、常圧下て3時間攪拌した。続いてグラスフィルタ
ー(フィルターサイズG−4)にて反応液から銅粉を沖
過した。
この時点で淵液をガスクロマトグラフィで分析した結果
、ベンゾフェノンアジンが収率90%、選択率97%で
生成していた。未反応のベンゾフェノンイミンは1.6
5%であつた。この沖液をすぐに別の反応器に移し、乾
燥窒素を吹きこみながら140応Cで保温した。
次にイミン分解触媒として粉末状の活性白土(水沢化学
(株))2.0yを加え、反応器底部に差しこんだガス
吹きこみ管から水を過熱スチームとして6.1y1hr
の割合で吹きこみ3紛間攪拌した。反応後のイミンは0
.20%であつた。実施例43 ベンゾフェノンイミン液(ベンゾフェノンイミン46.
7%、残リベンゾフエニン)50yI:.oージクロル
ベンゼン(小宗化学(株))50y1及び塩化第1銅1
.0yを反応器に仕込み、これを120℃に保ちつ1つ
反応器底部から酸素ガスを500mLIminの割合で
吹きこみながら6吟攪拌した。
反応液をガスクロマトグラフィーで分析したところ、ベ
ンゾフェノンアジンが収率87%、選択率99%で生成
していた。
未反応のイミンは2.83%であつた。次にこの酸化液
に、イミン分解触媒として粉末状の活性白土(水沢化学
(株))4Vを添加し、底部から水を過熱スチームとし
て7.2qIhrの割合で吹きこみ1時間攪拌した。
反応後のベンゾフェノンイミンは0.09%であつた。
実施例44メチルベンゾフェノンイミン(メチルベンゾ
フェノンイミン28.4%、残りはメチルベンゾフェノ
ンイミン)100yを用いたほかは実施例1とまつたく
同様の方法で酸化及び未反応イミンの分解を行なつた。
酸化後のイミンは2.5%、イミン分解後は0.27%
であつた。
実施例45 4−Tertブチルベンゾフェノンイミン(4一Ter
tブチルベンゾフェノンイミン21.5%、残りは4−
Tert.ブチルベンゾフェノン)100yを用いたほ
かは実施例1とまつたく同様の方法で酸化及び未反応イ
ミンの分解を行なつた。
酸化後のイミンは2.0%、イミン分解後は0.25%
であつた。
比較例1 実施例1と同じ条件でベンゾフェノンイミンを酸化し、
アジン収率86.5%、未反応イミン3.05%の反応
液を得た。
これにイミン分解触媒を何んら加えす実施例1と同一条
件でイミンの分解を試みた。
1時間反応後のイミンは3.01%とほとんど分解して
いなかつた。
比較例2 実施例34と同じ条件でベンゾフェノンイミンを酸化し
、アジン収率80%、未反応イミン3.20%の反応液
を得た。
これにイミン分解触媒を何んら加えず、実施例34と同
一条件でイミンの分解を試みた。
1時間反応後のイミンは2.98%とほとんど分解して
いなかつた。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (但し、上記式においてR^1及びR^2は炭素数1〜
    10の鎖式、環式脂肪族もしくは芳香族炭化水素基、及
    び該炭化水素基からなるエーテル基、アシル基、アシル
    オキシ基、アルコキシカルボニル基、二置換アミノ基並
    びにハロゲン基、ヒドロキシ基、ニトロ基、シアノ基か
    らなる群より選ばれたお互いに同一又は異なる基、又は
    R^1とR^2が一緒になつて単一の結合もしくは環を
    表わしてもよい。 又、m、nまたは0または1〜5の整数である。)で表
    わされるベンゾフェノンイミン類を銅触媒存在下、分子
    状酸素で酸化しベンゾフェノンアジン類を製造したのち
    、この酸化液中に残存する未反応ベンゾフェノンイミン
    類を、周期律表第III族〜第V族に属し、且つ第2〜第
    5周期に属する元素(ただし、リン、窒素及び炭素を除
    く)及び鉄、タングステン、ビスマス、セリウム、トリ
    ウム、ネオジウムから選択された元素の酸化物の存在下
    に水と反応させてアンモニアを回収することを特徴とす
    るベンゾフェノンイミン類からのアンモニアの回収方法
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