氧化烷基芳族化合物的方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了氧化烷基芳族化合物的方法。方法包括：氧化烷基芳族化合物以制備第一氧化產(chǎn)物；使第一氧化產(chǎn)物的至少一部分、包含離子液體的溶劑、溴源、催化劑和氧化劑接觸以制備第二氧化產(chǎn)物，其中第二氧化產(chǎn)物包括芳族醇、芳族醛、芳族酮和芳族羧酸中的至少一種。
【專利說明】氧化烷基芳族化合物的方法
[0001]較早的國家申請的優(yōu)先權(quán)
[0002]本申請主張2011年12月29日提出申請的美國申請第13/340，253號的優(yōu)先權(quán)。
[0003]發(fā)明所屬的【技術(shù)領(lǐng)域】
[0004]本發(fā)明涉及氧化烷基芳族化合物的方法。更具體而言，本發(fā)明涉及氧化烷基芳族化合物的具有后氧化反應(yīng)的方法。
現(xiàn)有技術(shù)
[0005]烷基芳族化合物(例如，甲苯和二甲苯)的氧化是重要的商業(yè)方法?？色@得各種氧化產(chǎn)物，包含芳族羧酸(例如對苯二甲酸(1，4-苯二甲酸)和間苯二甲酸(1，3_苯二甲酸))，其例如用于聚合物工業(yè)中。
[0006]已知氧化產(chǎn)物(例如芳族醇、芳族醛、芳族酮和芳族羧酸)在氧化條件下和/或在反應(yīng)混合物冷卻時可固化或結(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，因為其含有雜質(zhì)，包含有色體和中間體氧化產(chǎn)物(尤其4-羧基苯甲醛(4-CBA))。為獲得聚合物級或純化對苯二甲酸，本領(lǐng)域已知各種純化步驟，其包含:使用水和/或溶劑洗滌粗制對苯二甲酸、額外氧化或結(jié)晶步驟和在氫化條件下(通常包含含有鈀和碳的催化劑)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)個純化步驟。
[0007]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態(tài)氧、金屬或金屬離子和溴或溴離子。金屬可包含鈷和/或錳。實例性酸為含有I`至8個碳原子的低碳脂肪族單羧酸，尤其是乙酸。
[0008]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、鈷鹽作為催化劑和起始劑存在下氧化來實施。在氧化步驟后沖洗反應(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)物和濾液。還揭示重結(jié)晶粗制苯二甲酸以獲得至少99%的純度和回收濾液。
[0009]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?？墒褂每諝狻㈦p氧、過氧化物、超氧化物或任一其它形式的活性氧、亞硝酸鹽、硝酸鹽和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Bronstead (布朗斯臺德)酸性條件下實施方法。優(yōu)選在含有酸促進劑(例如甲磺酸)的離子液體中實施氧化。產(chǎn)物優(yōu)選為羧酸或酮或氧化時的中間體化合物(例如醛或醇)。
[0010]US7, 985，875描述了通過液相氧化二 -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、金屬催化劑和促進劑存在下于反應(yīng)區(qū)中接觸。促進劑是包括有機陽離子和溴或碘陰離子的離子液體。促進劑以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。在方法中無需使用其它促進劑，例如含溴化合物。該方法制備具有1.4-2.2%4-CBA的粗制對苯二甲酸(CTA)。需要純化CTA以獲得純化的對苯二甲酸(PTA)。
[0011]US2010/0174111描述了純化芳基羧酸(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較小或并無溶解度的分子溶劑)以使純化的酸沉淀。
[0012]US7, 692，036、US2007/0155985、US2007/0208193 和 US2010/0200804 揭示實施可氧化化合物的液相氧化的方法和裝置。液相氧化是在泡罩塔反應(yīng)器中實施，反應(yīng)器可在相對較低溫度下提供高效反應(yīng)。在氧化的化合物為對二甲苯時，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，人們認為純化較容易。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的一個方面是氧化烷基芳族化合物的方法。在一個實施方案中，該方法包括:氧化烷基芳族化合物以制備第一氧化產(chǎn)物；使第一氧化產(chǎn)物的至少一部分、包括離子液體的溶劑、溴源、催化劑和氧化劑接觸以制備第二氧化產(chǎn)物，其中第二氧化產(chǎn)物包括芳族醇、芳族醛、芳族酮和芳族羧酸中的至少一種。
[0014]附圖簡述
[0015]圖1是制備純化的氧化烷基芳族化合物的方法的實施方案的一般方法流程圖。【具體實施方式】
[0016]該方法涉及氧化烷基芳族化合物以制備第一氧化產(chǎn)物?？筛鶕?jù)用于氧化烷基芳族化合物的任一已知方法(包含但不限于描述于上述專利和申請中的那些)或本文所描述的方法來實施初始氧化過程。
[0017]第二步驟涉及使第一氧化產(chǎn)物的至少一部分、包括離子液體的溶劑、溴源、催化劑和氧化劑接觸以制備第二氧化產(chǎn)物，其中第二氧化產(chǎn)物包括芳族醇、芳族醛、芳族酮和芳族羧酸中的至少一種。
[0018]接觸步驟可依實驗室規(guī)模實驗經(jīng)由全規(guī)模商業(yè)操作來實踐。方法可依分批、連續(xù)或半連續(xù)模式操作。接觸步驟可依各種`方式發(fā)生。組分(例如第一氧化產(chǎn)物、溶劑、溴源、催化劑和氧化劑)的添加順序并不重要。舉例而言，可個別地添加組分，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。
[0019]附圖我制備純化的氧化烷基芳族化合物的一方法實施方案的一般方法流程圖。
[0020]可在第一反應(yīng)區(qū)中使用任一類型的方法。舉例而言，如果需要，則可使用在上文或其它處所引用的專利中論述的任一商業(yè)上可獲得方法。包含氧化劑215(若存在)的進料200進入第一反應(yīng)區(qū)210中。頂置式冷凝器225可去除回流物流的熱量以控制反應(yīng)區(qū)溫度，且吸收區(qū)230和脫水區(qū)235可去除來自反應(yīng)區(qū)的廢氣和水。
[0021]將來自第一反應(yīng)區(qū)的產(chǎn)物用作第二氧化反應(yīng)區(qū)245的進料240。第二氧化反應(yīng)區(qū)245的進料還包含氧化劑250和再循環(huán)離子液體流260。離子液體溶劑流260可包含補充離子液體265和回收的離子液體。
[0022]第二氧化反應(yīng)區(qū)245中的溶劑可包含羧酸溶劑和一種或多種離子液體。當使用離子液體時，羧酸溶劑的用量比常規(guī)方法的用量減少，以避免過量的溶劑體積。
[0023]頂置式冷凝器270去除第二氧化反應(yīng)區(qū)245的回流物流的熱量以控制反應(yīng)器溫度，且吸收區(qū)275和脫水區(qū)280去除來自反應(yīng)區(qū)的廢氣和水。
[0024]第二氧化反應(yīng)區(qū)245包含流向熱交換器290然后返回第二氧化反應(yīng)區(qū)245中的流285。取決于反應(yīng)區(qū)設(shè)計而定，較冷再循環(huán)流可返回反應(yīng)區(qū)的蒸氣空間(上部區(qū)域)或活塞流反應(yīng)區(qū)中的適當位置。
[0025]將來自第二氧化反應(yīng)區(qū)245的流出物混合物295輸送至結(jié)晶區(qū)300中以完成結(jié)晶過程。結(jié)晶區(qū)300可包含一個或多個后反應(yīng)區(qū)和/或一個或多個結(jié)晶器。若需要后反應(yīng)區(qū)來進一步增加轉(zhuǎn)化，則需要額外氧化劑。后反應(yīng)區(qū)可在較低壓力和較低溫度下操作以有助于結(jié)晶。使用一個或多個結(jié)晶器在較低溫度下完成對苯二甲酸的結(jié)晶。必須注意不能使雜質(zhì)共結(jié)晶。包括離子液體的溶劑提供可讓雜質(zhì)和/或中間體保留于溶劑中或進一步氧化成對苯二甲酸的介質(zhì)，由此實質(zhì)上減少共結(jié)晶的雜質(zhì)。
[0026]在分離區(qū)305中使結(jié)晶產(chǎn)物與溶劑分離。如本領(lǐng)域所已知，分離區(qū)305可包含一個或多個過濾器、離心器和干燥器。
[0027]使用溶劑310洗滌分離區(qū)305中的產(chǎn)物晶體。干燥純化產(chǎn)物315且儲存于產(chǎn)物儲倉中?？尚枰~外分離設(shè)備以確保產(chǎn)物在儲存之前符合產(chǎn)物規(guī)格。
[0028]將洗滌母液320輸送至溶劑分離區(qū)325中。將離子液體260再循環(huán)回第二氧化反應(yīng)區(qū)245和任選第一氧化反應(yīng)區(qū)(取決于第一反應(yīng)器中所使用的方法)中?？梢曅枰砑友a充尚子液體265。
[0029]輸送催化劑330用于催化劑回收。
[0030]在脫水區(qū)340中將羧酸溶劑335脫水?？蓪Ⅳ人崛軇?05再循環(huán)回第一氧化反應(yīng)區(qū)210中?？梢曅枰砑友a充羧酸溶劑220。去除廢水345。
[0031]如果需要，則第一和第二反應(yīng)區(qū)可位于不同反應(yīng)器中。
[0032]欲氧化的適宜烷基芳族化合物或進料包含含有至少一個具有至少一個烷基的苯環(huán)的芳族化合物。甲基、乙基和異丙基烷基為優(yōu)選的烷基，但不做要求。在一個實施方案中，烷基芳族化合物選自甲苯、對二甲苯、鄰二甲苯和間二甲苯。進料可包括一種以上烷基芳族化合物。由于氧化反應(yīng)通常以連續(xù)的氧化程度進行，故適宜的進料化合物還包含相對于所需氧化產(chǎn)物部分氧化的中間體。舉例而言，在對苯二甲酸的制備中，烷基芳族進料可包括對甲基苯甲酸和/或4-羧基苯甲醛(4-CBA)。
[0033]溶劑包括至少一種離子液體。如果需要，則可使用兩種或更多種離子液體。
[0034]通常，離子液體為由離子組成的無水有機鹽，其中正離子與負離子電荷平衡。這些材料具有低熔點(通常低于100°c)、不可檢測的蒸氣壓和良好的化學和熱穩(wěn)定性。鹽的陽離子電荷集中于雜原子上，且陰離子可為任一無機、有機或有機金屬物質(zhì)。
[0035]大部分離子液體為由不含酸性質(zhì)子的陽離子形成。離子液體的合成可通常分為兩個部分:形成所需陽離子，和進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，胺或膦的季銨化為(例如)起始步驟。若不能直接通過季銨化反應(yīng)形成期望陰離子，則需要另一步驟。
[0036]據(jù)估計，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。這意味著應(yīng)可通過選擇陰離子、陽離子和混合物濃度來設(shè)計具有期望性質(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、粘度、密度、疏水性、混溶性等。所實施方法在離子液體中的熱動力學和反應(yīng)動力學與在常規(guī)介質(zhì)中的那些不同。此產(chǎn)生用于催化反應(yīng)、分離、組合反應(yīng)/分離過程、熱轉(zhuǎn)移劑、液壓流體、涂料添加劑、電化學應(yīng)用以及許多其它應(yīng)用的新條件。離子液體并不散發(fā)揮發(fā)性有機化合物(VOC)，從而提供用于清潔制造(例如，“綠色化學”)的基礎(chǔ)。
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種氧化烷基芳族化合物的方法，其包括: 氧化烷基芳族化合物以制備第一氧化產(chǎn)物； 使第一氧化產(chǎn)物的至少一部分、包含離子液體的溶劑、溴源、催化劑和氧化劑接觸以制備第二氧化產(chǎn)物，其中第二氧化產(chǎn)物包括芳族醇、芳族醛、芳族酮和芳族羧酸中的至少一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其進一步包括: 使第二氧化產(chǎn)物的至少一部分與包含第二離子液體的第二溶劑接觸以制備第三氧化產(chǎn)物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中用于第二接觸步驟的溫度低于用于第一接觸步驟的溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項的方法，其中接觸第二氧化產(chǎn)物在氧化條件下在第二氧化劑和第二催化劑存在下進行。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在反應(yīng)區(qū)中進行氧化步驟和接觸步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在第一反應(yīng)區(qū)中進行氧化步驟，且其中在第二反應(yīng)區(qū)中進行接觸步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中第一反應(yīng)區(qū)和第二反應(yīng)區(qū)位于不同反應(yīng)器中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1和5至7中任`一項的方法，其進一步包括純化第二氧化產(chǎn)物。
9.根據(jù)權(quán)利要求1和5至7中任一項的方法，其中離子液體由至少一種離子液體前體原位形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1和5至7中任一項的方法，其中接觸步驟進一步包括添加離子固體或能夠形成離子鹽的材料。
【文檔編號】C07C63/26GK103874676SQ201280048625
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月29日
【發(fā)明者】A·巴塔查里亞, J·T·瓦倫加 申請人:環(huán)球油品公司