制備對苯二甲酸的方法
【專利摘要】本發(fā)明闡述制備對苯二甲酸的方法。這些方法涉及使用實(shí)質(zhì)上純的對甲苯甲酸料流。使該實(shí)質(zhì)上純的對甲苯甲酸料流、包含離子液體及任選羧酸的溶劑、溴源、催化劑及氧化劑接觸，以制備包括對苯二甲酸的產(chǎn)物。
【專利說明】制備對苯二甲酸的方法
[0001]優(yōu)先權(quán)聲明
[0002]本申請主張2011年12月29日提出申請的美國申請第13/340，146號的優(yōu)先權(quán)。發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及對苯二甲酸組合物及制備對苯二甲酸的方法。更特定而言，本發(fā)明涉及氧化實(shí)質(zhì)上純的對甲苯甲酸料流以形成對苯二甲酸?！颈尘凹夹g(shù)】
[0004]烷基芳族化合物(例如，甲苯及二甲苯)的氧化是重要的商業(yè)方法?？色@得各種氧化產(chǎn)物，包括芳族羧酸(例如對苯二甲酸(1，4-苯二甲酸)及間苯二甲酸(1，3_苯二甲酸))，其用于(例如)聚合物工業(yè)中。
[0005]已知氧化產(chǎn)物(例如芳族醇、芳族醛、芳族酮及芳族羧酸)在氧化條件下及/或在反應(yīng)混合物冷卻時(shí)可固化或結(jié)晶。因此，可制備氧化產(chǎn)物的混合物，其需要進(jìn)一步處理以增加期望產(chǎn)物的純度。舉例而言，在對苯二甲酸的制備中，氧化產(chǎn)物通常稱為粗制對苯二甲酸，因其含有雜質(zhì)，包括有色體及中間體氧化產(chǎn)物(尤其是4-羧基苯甲醛(4-CBA))。為獲得聚合物級或經(jīng)純化對苯二甲酸，本領(lǐng)域已知各種純化步驟，其包括:使用水及/或溶劑洗滌該粗制對苯二甲酸、額外氧化或結(jié)晶步驟、及在氫化條件下(通常包含含有鈀及碳的催化劑)使所溶解粗制對苯二甲酸的溶液與氫反應(yīng)。通常使用數(shù)個(gè)純化步驟。
[0006]US2，833，816揭示將芳族化合物氧化成相應(yīng)芳族羧酸的方法。在酸存在下液相氧化烷基芳族化合物的方法使用分子氧、金屬或金屬離子及溴或溴離子。金屬可包含鈷及/或錳。示例性酸是含有I至8個(gè)碳原子的低碳脂肪族單羧酸，尤其是乙酸。
[0007]US6, 355，835揭示通過二甲苯異構(gòu)體的液相氧化來制備苯二甲酸的方法，其使用氧或空氣通過在乙酸作為溶劑、鈷鹽作為催化劑及引發(fā)劑存在下氧化來實(shí)施。在氧化步驟后閃蒸反應(yīng)混合物以去除揮發(fā)性物質(zhì)且冷卻并過濾材料，從而得到粗制苯二甲酸作為固體產(chǎn)物及濾液。亦揭示重結(jié)晶粗制苯二甲酸以獲得至少99%純度及回收濾液。
[0008]US7，094，925揭示制備烷基芳族化合物的方法。該方法包含在離子液體存在下混合氧化劑或硫化合物。可使用空氣、雙氧、過氧化物、超氧化物或任何其它形式的活性氧、亞硝酸鹽、硝酸鹽及硝酸或氮的其它氧化物或齒氧化物(水合或無水)作為氧化劑。通常在Bixmstead酸性條件下實(shí)施該方法。優(yōu)選在含有酸促進(jìn)劑(例如甲磺酸)的離子液體中實(shí)施氧化。該產(chǎn)物優(yōu)選為羧酸或酮或氧化時(shí)的中間體化合物(例如醛或醇)。
[0009]US7, 985，875闡述通過液相氧化二 -或三取代苯或萘化合物來制備芳族多羧酸的方法。該方法涉及使芳族化合物與氧化劑在羧酸溶劑、金屬催化劑及促進(jìn)劑存在下于反應(yīng)區(qū)中接觸。促進(jìn)劑是包含有機(jī)陽離子及溴化物或碘化物陰離子的離子液體。促進(jìn)劑是以10-50，OOOppm(基于溶劑)的濃度范圍使用，其中優(yōu)選范圍為10_1，OOOppm。在該方法中無需使用其它促進(jìn)劑，例如含溴化合物。該方法制得具有1.4-2.2%4-CBA的粗制對苯二甲酸(CTA)。需要純化CTA以獲得經(jīng)純化對苯二甲酸(PTA)。[0010]US2010/0174111闡述純化芳基羧酸(例如對苯二甲酸)的方法。將不純酸溶解或分散于離子液體中。向溶液中添加非溶劑(定義為離子溶劑在其中具有高溶解度且芳基羧酸在其中具有低溶解度或并無溶解度的分子溶劑)以使經(jīng)純化酸沉淀。
[0011]US7, 692，036、US2007/0155985、US2007/0208193 及 US2010/0200804 揭示實(shí)施可氧化化合物的液相氧化的方法及裝置。該液相氧化是在泡罩塔反應(yīng)器中實(shí)施，該反應(yīng)器可在相對較低溫度下提供高效反應(yīng)。在經(jīng)氧化化合物是對二甲苯時(shí)，來自氧化反應(yīng)的產(chǎn)物是必須純化的CTA。對于常規(guī)高溫方法而言，人們認(rèn)為純化較為容易。
[0012]發(fā)明簡述
[0013]本發(fā)明提供將實(shí)質(zhì)上純的對甲苯甲酸氧化成對苯二甲酸的方法。已發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明可用于制備污染物的量不同于那些在常規(guī)方法中所觀察的對苯二甲酸組合物。在一些實(shí)施例中，通過該方法制得的對苯二甲酸組合物具有低雜質(zhì)含量且由此其純化較為廉價(jià)。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明在并不使用催化氫化的情形下制備聚合物級或經(jīng)純化對苯二甲酸。
[0014]本發(fā)明的一個(gè)方面是制備對苯二甲酸的方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，該方法包括提供實(shí)質(zhì)上純的對甲苯甲酸料流；及使實(shí)質(zhì)上純的對甲苯甲酸料流、包含離子液體的溶劑、溴源、催化劑及氧化劑接觸以制備包含對苯二甲酸的產(chǎn)物。
[0015]在另一個(gè)實(shí)施方案中，該方法包括提供實(shí)質(zhì)上純的對甲苯甲酸料流，其中通過將對甲苯甲酸維持于80重量％或更高的對甲苯甲酸含量的方法來制備該實(shí)質(zhì)上純的對甲苯甲酸料流；使包含離子液體的溶劑、溴源、催化劑、該提供步驟的實(shí)質(zhì)上純的對甲苯甲酸料流及氧化劑接觸以制備包含對苯二甲酸的產(chǎn)物。
[0016]附圖簡述
[0017]圖1是氧化對二甲苯的反應(yīng)流程圖。
[0018]圖2是展示起始材料對雜質(zhì)含量的影響的圖。
[0019]發(fā)明詳述
[0020]一般而言，本發(fā)明涉及對苯二甲酸組合物及將實(shí)質(zhì)上純的對甲苯甲酸氧化成對苯二甲酸的方法。廣言之，本發(fā)明是從實(shí)質(zhì)上純的對甲苯甲酸料流制備對苯二甲酸的方法。
[0021]如下文所論述，發(fā)現(xiàn)若起始材料是對甲苯甲酸而非對二甲苯，則所制得的4-CBA顯著較低。因此，經(jīng)測定，期望始于實(shí)質(zhì)上純的對甲苯甲酸料流。
[0022]此外，經(jīng)由對二甲苯的液相氧化制備對苯二甲酸的一般反應(yīng)流程展示于圖1中。在反應(yīng)系列中，與在離子液體中相比在乙酸中更快地從對二甲苯制備對甲苯甲酸。然而，隨后反應(yīng)與在單獨(dú)乙酸中相比在離子液體/乙酸混合物中更為快速及更具選擇性。
[0023]可以任何適宜方式(包含但不限于對二甲苯氧化、4-CBA氫化、甲苯羧基化、苯甲酸烷基化及諸如此類)來獲得實(shí)質(zhì)上純的對甲苯甲酸。余量雜質(zhì)可包括任何這些起始材料、其衍生物及/或?qū)Ρ蕉姿帷Ｅe例而言，具有所需對甲苯甲酸含量的料流可以作為產(chǎn)物料流在石油或化學(xué)處理復(fù)合物中生成。若初始產(chǎn)物料流不具有所需純度，則可使用已知方法將其純化至期望含量。
[0024]實(shí)質(zhì)上純的對甲苯甲酸料流含有80重量％或更多的對甲苯甲酸。其通常含有至少85重量％或至少90重量％或至少95重量％或至少96wt%或至少97重量％或至少98wt%或至少99重量％。
[0025]維持對甲苯甲酸含量為溶液、為膠體、或?yàn)闈{料。在接觸條件下，期望維持溶液或膠體形式，更期望是溶液形式。
[0026]該方法的基本步驟涉及使實(shí)質(zhì)上純的對甲苯甲酸料流(不論以何種方式獲得)、包含離子液體的溶劑、溴源、催化劑及氧化劑接觸以制備包含對苯二甲酸的產(chǎn)物。
[0027]接觸步驟可以實(shí)驗(yàn)室規(guī)模實(shí)驗(yàn)經(jīng)由全規(guī)模商業(yè)操作來實(shí)踐。該方法可以分批、連續(xù)或半連續(xù)模式操作。接觸步驟可以各種方式發(fā)生。組分(例如，實(shí)質(zhì)上純的對甲苯甲酸、溶劑、溴源、催化劑及氧化劑)的添加順序并不重要。舉例而言，可各自地添加這些組分，或可在與其它組分組合或混合之前組合或混合兩種或更多種組分。
[0028]溶劑包括至少一種離子液體。若期望，則可使用兩種或更多種離子液體。
[0029]通常，離子液體是由離子組成的非水有機(jī)鹽，其中正離子與負(fù)離子電荷平衡。這些材料具有低熔點(diǎn)(通常低于100°c)、不可檢測的蒸氣壓及良好的化學(xué)及熱穩(wěn)定性。鹽的陽離子電荷位于雜原子上，且陰離子可為任何無機(jī)、有機(jī)或有機(jī)金屬物種。
[0030]大部分離子液體是由不含酸性質(zhì)子的陽離子形成。離子液體的合成通?？煞譃閮蓚€(gè)部分:形成期望陽離子，及進(jìn)行陰離子交換以形成期望產(chǎn)物。在離子液體的陽離子的合成中，胺或膦的季堿化是(例如)起始步驟。若不能直接通過季堿化反應(yīng)形成期望陰離子，則需要其它步驟。
[0031]據(jù)估計(jì)，存在成千上萬種簡單離子組合用以制備離子液體，且存在幾乎無窮盡(1018)數(shù)量的潛在離子液體混合物。此意味著應(yīng)可通過選擇陰離子、陽離子及混合物濃度來設(shè)計(jì)具有期望性質(zhì)的離子液體以適應(yīng)特定應(yīng)用?？烧{(diào)節(jié)或微調(diào)離子液體以提供用于特定應(yīng)用的特定熔點(diǎn)、粘度、密度、疏水性、混溶性等。所實(shí)施方法在離子液體中的熱化學(xué)及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)與那些在常規(guī)介質(zhì)中的不同。此產(chǎn)生用于催化反應(yīng)、分離、組合反應(yīng)/分離過程、傳熱劑、液壓流體、漆料添加劑、電化學(xué)應(yīng)用以及許多其它應(yīng)用的新契機(jī)。離子液體并不散發(fā)揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)，從而提供用于清潔制造(例如，“綠色化學(xué)”)的基礎(chǔ)。
[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種制備對苯二甲酸的方法，其包括: 提供實(shí)質(zhì)上純的對甲苯甲酸料流； 使該實(shí)質(zhì)上純的對甲苯甲酸料流、包含離子液體的溶劑、溴源、催化劑及氧化劑接觸，以制備包含對苯二甲酸的產(chǎn)物。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中在該提供步驟中，該實(shí)質(zhì)上純的對甲苯甲酸料流包含80重量％或更多的對甲苯甲酸。
3.如權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)的方法，其中該溶劑進(jìn)一步包含羧酸。
4.如權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)的方法，其中該溶劑具有以重量計(jì)在1:16至16:1的范圍內(nèi)的該羧酸與該離子液體的比率。
5.如權(quán)利要求1至2的方法，其中該接觸步驟是在氧化條件下實(shí)施。
6.如權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)的方法，其中該催化劑包括下列中的至少一種:鈷、鈦、猛、鉻、銅、鎳、銀、鐵、鑰、錫、鋪及錯(cuò)。
7.如權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)的方法，其中該離子液體是從至少一種離子液體前體原位形成。
8.如權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)的方法，其中該離子液體的陽離子從以下各項(xiàng)形成:咪唑、吡唑、噻唑、異噻唑、氮雜噻唑、氧代噻唑、K惡嗪、唑啉、K惡唑硼雜環(huán)戊二烯、二噻唑、三唑、硒唑、氧雜磷雜環(huán)戊二烯、吡咯、硼雜環(huán)戊二烯、呋喃、噻吩、磷雜環(huán)戊二烯、五唑、吲哚、二氫吲哚、5惡唑、異噻唑、四唑、苯并呋喃、二苯并呋喃、苯并噻吩、二苯并噻吩、噻二唑、吡啶、嘧啶、吡嗪、噠嗪、哌嗪、哌啶、嗎啉、吡喃、阿諾啉、酞嗪、喹唑啉、喹喔啉或其組合。
9.如權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)的方法，其中該離子液體的陰離子是鹵離子、硼離子、磷酸根、砷酸根、銻酸根、乙酸根、羧酸根、唑鹽陰離子、硫酸根、酰基單元、CO32' NO21' NO31'SO42' PO43' (CF3) SO31'其衍生物或其組合。
10.如權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)的方法，其進(jìn)一步包括純化該產(chǎn)物。
【文檔編號】C07C63/26GK103842323SQ201280048736
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月29日
【發(fā)明者】A·巴塔查里亞 申請人:環(huán)球油品公司