(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-18
(45)【発行日】2024-11-26
(54)【発明の名称】有機過酸化物を生成するためのプロセス
(51)【国際特許分類】
C07C 407/00 20060101AFI20241119BHJP
C07C 409/14 20060101ALI20241119BHJP
C07C 409/16 20060101ALI20241119BHJP
【FI】
C07C407/00
C07C409/14
C07C409/16
(21)【出願番号】P 2021549258
(86)(22)【出願日】2020-01-31
(86)【国際出願番号】 EP2020052464
(87)【国際公開番号】W WO2020169322
(87)【国際公開日】2020-08-27
【審査請求日】2021-09-16
【審判番号】
【審判請求日】2023-05-24
(32)【優先日】2019-02-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP
(73)【特許権者】
【識別番号】509131443
【氏名又は名称】ヌーリオン ケミカルズ インターナショナル ベスローテン フェノーツハップ
【氏名又は名称原語表記】Nouryon Chemicals International B.V.
(74)【代理人】
【識別番号】100092783
【氏名又は名称】小林 浩
(74)【代理人】
【識別番号】100120134
【氏名又は名称】大森 規雄
(74)【代理人】
【識別番号】100128484
【氏名又は名称】井口 司
(72)【発明者】
【氏名】タメル,マルティヌス,キャサリヌス
(72)【発明者】
【氏名】リンデン,ファン デル,ジョン,ヘンドリック,ヤコブ
(72)【発明者】
【氏名】サイサハ,パッタマ
(72)【発明者】
【氏名】スティーンズマ,マリア
【合議体】
【審判長】木村 敏康
【審判官】阪野 誠司
【審判官】齊藤 真由美
(56)【参考文献】
【文献】中国特許出願公開第101857563(CN,A)
【文献】特表平8-501284(JP,A)
【文献】特開昭51-101906(JP,A)
【文献】有機過酸化物の化学,1971年,49-53,(特に「3.2.1 過酸化水素の置換」)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C07C
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
有機過酸化物を生成するためのプロセスであって、
a.H
2SO
4の存在下でアルコールまたはケトンを過酸化水素と反応させ、それにより、
- 有機過酸化物を含む有機相、および
- (i)少なくとも5wt%のH
2SO
4と(ii)H
2O
2、および/または有機過酸化物残留物を含む水性相
を含む反応混合物を形成するステップと、
b.有機相から水性相を分離するステップと、
c.
任意選択で、前記水性相にH
2
O
2
を添加して前記水性相から残存する有機化合物を除去するステップと、
d.5~60wt%のH
2SO
4と0.3~35wt%のH
2O
2とを含む水性相を得るステップと、
e.ステップd.の水性相を20~300℃の範囲の温度、0.001~1barの圧力で加熱し、それによりH
2O
2の少なくとも一部を分解し、水の一部を除去し、水性混合物のH
2SO
4濃度を重量百分率で少なくとも7wt%ポイント上昇させて12~95wt%の範囲の濃度にするステップと
を含む、プロセス。
【請求項2】
ステップe.から生じる水性相の少なくとも一部がステップa.に再循環される、請求項1に記載のプロセス。
【請求項3】
ステップd.の水性相が、0.5~35wt%のH
2O
2を含む、請求項1または2に記載のプロセス。
【請求項4】
ステップd.の水性相が、1~35wt%のH
2O
2を含む、請求項3に記載のプロセス。
【請求項5】
ステップd.の水性相が、2~35wt%のH
2O
2を含む、請求項3に記載のプロセス。
【請求項6】
ステップd.の水性相が、2~25wt%のH
2O
2を含む、請求項3に記載のプロセス。
【請求項7】
ステップd.の水性相が、10~60wt%のH
2SO
4を含む、請求項1から6のいずれか1項に記載のプロセス。
【請求項8】
ステップd.の水性相が、20~55wt%のH
2SO
4を含む、請求項7に記載のプロセス。
【請求項9】
ステップd.の水性相が、30~50wt%のH
2SO
4を含む、請求項7に記載のプロセス。
【請求項10】
ステップe.から生じる水性混合物のH
2SO
4濃度が、50~95wt%のH
2SO
4である、請求項1から9のいずれか1項に記載のプロセス。
【請求項11】
ステップe.から生じる水性混合物のH
2SO
4濃度が、70~95wt%のH
2SO
4である、請求項10に記載のプロセス。
【請求項12】
ステップe.から生じる水性混合物のH
2SO
4濃度が、75~85wt%のH
2SO
4である、請求項10に記載のプロセス。
【請求項13】
ステップe.が、30~120℃の範囲の温度での揮発性有機成分のストリッピングを含む、請求項1から12のいずれか1項に記載のプロセス。
【請求項14】
ステップe.が、大気圧での蒸留と、その後の大気圧より低い圧力での蒸留とを含む、請求項1から13のいずれか1項に記載のプロセス。
【請求項15】
ステップe.が蒸留を含み、窒素または空気の添加により留出物の気相中の酸素含有量が30vol%未満に保持される、請求項1から14のいずれか1項に記載のプロセス。
【請求項16】
ステップe.が蒸留を含み、窒素または空気の添加により留出物の気相中の酸素含有量が8vol%未満に保持される、請求項1から14のいずれか1項に記載のプロセス。
【請求項17】
ステップe.が半連続または連続モードで実施される、請求項1から16のいずれか1項に記載のプロセス。
【請求項18】
生成される有機過酸化物がジアルキルペルオキシド、環状ケトンペルオキシド、トリオキセパン、および脂肪族ヒドロペルオキシドから選択される、請求項1から17のいずれか1項に記載のプロセス。
【請求項19】
有機過酸化物が、2,2-ジ(tert-ブチルペルオキシ)ブタン、過酸化ジクミル、ジ(tert-ブチルペルオキシイソプロピル)ベンゼン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルペルオキシ)ヘキサン、ジ-tert-ブチルペルオキシド、ジ-tert-アミルペルオキシド、2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルペルオキシ)ヘキシン-3、およびtert-ブチルクミルペルオキシドからなる群から選択されるジアルキルペルオキシドである、請求項18に記載のプロセス。
【請求項20】
有機過酸化物が、2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルペルオキシ)ヘキサン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルペルオキシ)ヘキシン-3、ジ-tert-アミルペルオキシド、およびジ-tert-ブチルペルオキシドからなる群から選択されるジアルキルペルオキシドである、請求項18に記載のプロセス。
【請求項21】
有機過酸化物が、tert-ブチルヒドロペルオキシド、tert-アミルヒドロペルオキシド、ヘキシレングリコールヒドロペルオキシド、2,5-ジメチル-2,5-ジヒドロペルオキシヘキサン、2,5-ジメチル-2,5-ジヒドロペルオキシ-3-ヘキシン、1,1,3,3-テトラメチルブチルヒドロペルオキシド、および1,1-ジメチルブチルヒドロペルオキシドからなる群から選択される脂肪族ヒドロペルオキシドである、請求項18に記載のプロセス。
【請求項22】
有機過酸化物が、3,6,9-トリエチル-3,6,9-トリメチル-1,4,7-トリペルオキソナン、または3,6,9-トリエチル-3,6,9-トリメチル-1,4,7-トリペルオキソナンを含む環状ケトンペルオキシドの混合物である、請求項18に記載のプロセス。
【請求項23】
ステップa.においてアルコールを過酸化水素と反応させ、アルコールがtert-ブチルアルコール、tert-アミルアルコール、および1,1,3,3-テトラメチルブタノール、2,5-ジメチル-2,5-ヘキサンジオール、2,5-ジメチル-2,5-ジヒドロキシ-ヘキシン-3、1,3-ビス(イソプロパノール)ベンゼン、および1,4-ビス(イソプロパノール)ベンゼンからなる群から選択される、請求項1から21のいずれか1項に記載のプロセス。
【請求項24】
ステップa.においてケトンを過酸化水素と反応させ、ケトンがアセトン、アセチルアセトン、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルアミルケトン、メチルイソアミルケトン、メチルヘキシルケトン、メチルヘプチルケトン、ジエチルケトン、エチルプロピルケトン、エチルアミルケトン、メチルオクチルケトン、メチルノニルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、2-メチルシクロヘキサノン、3,3,5-トリメチルシクロヘキサノン、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項1から18および22のいずれか1項に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、有機過酸化物を生成するための酸触媒プロセスに関する。有機過酸化物生成プロセスの中には酸触媒下で行われるものがあり、多量の強酸の使用を必要とする。使用すべき好ましい酸は、硫酸である。多量の硫酸の使用は、多量の硫酸塩含有廃棄物ストリームの形成に繋がる。
【0002】
本発明の目的は、こうした硫酸塩含有廃棄物ストリームを減少させることである。
【背景技術】
【0003】
アルコールまたはケトンから有機過酸化物を生成するためのプロセスにおけるストリームの再循環は、中国特許出願公開第101857563号および第108658824号明細書から公知である。中国特許出願公開第101857563号および第108658824号明細書は、硫酸の存在下でtert-ブタノールと過酸化水素とを反応させることによりtert-ブチルヒドロペルオキシドを調製するプロセスを開示しており、そのプロセスでは、母液の一部が再循環されて新規に添加される反応物質のための溶媒として再使用される。プロセスストリームが無限に希釈されることを回避するため、母液は、部分的にのみ再循環される。母液の一部のみがプロセスに再循環されるため、硫酸の一部と未反応の過酸化水素およびtert-ブタノールのみが再使用される。事実上、採用された硫酸の大部分は、開示されているようなプロセスにおいては、最終的に廃棄物ストリームとなる。
【0004】
硫酸塩含有廃棄物ストリームを更に減少させるというこの目的は、有機過酸化物生成プロセスから生じる硫酸ストリームの精製、濃縮、および再使用のためのステップを含む、本発明のプロセスによって達成されている。
【0005】
硫酸ストリームは、過酸化物、即ち過酸化水素、生成された有機過酸化物の残留物、またはそれらの組み合わせを含有する。また、他の有機種も含有することになる。再使用するには、有機残留物から硫酸を精製することが不可欠である。また、硫酸を再使用に必要な濃度に濃縮することも不可欠である。更に、精製され再循環されたストリームが使用されるプロセスステップの全てが過酸化物残留物の存在を許容するわけではないため、過酸化物残留物をストリームから除去する必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明による有機過酸化物生成プロセスは、
a.アルコールまたはケトンを過酸化水素と反応させ、それにより、
- 有機過酸化物を含む有機相、および
- (i)少なくとも5wt%のH2SO4と(ii)H2O2、および/または有機過酸化物残留物を含む水性相
を含む反応混合物を形成するステップと、
b.有機相から水性相を分離するステップと、
c.任意選択で、前記水性相にH2O2を添加する、および/または前記水性相から残存する有機化合物を全て除去するステップと、
d.5~60wt%のH2SO4と0.3~35wt%のH2O2とを含む水性相を得るステップと、
e.ステップd.の水性相を20~300℃の範囲の温度、0.001~1barの圧力で加熱し、それによりH2O2の少なくとも一部を分解し、水の一部を除去し、水性混合物のH2SO4濃度を重量百分率で少なくとも7wt%ポイント上昇させて12~95wt%の範囲の濃度にするステップと
を含む。
【発明を実施するための形態】
【0007】
全く意外なことに、硫酸含有ストリームは、単純なステップである上記ステップe)によって濃縮することができ、このステップでは、水を蒸発させる。当業者には公知のように、硫酸の存在下でアルコールまたはケトンを過酸化水素と反応させる場合、過酸化アセトンの形成を防ぐことはできない。過酸化アセトンは、上記ステップe)のような水蒸発ステップで固化するリスクがあり、過酸化アセトンの結晶は、摩擦に敏感な爆発物であることが公知である。しかし、本発明のプロセスにおいて、過酸化アセトンの蓄積および有色生成物の形成は、本発明のプロセスのステップc)、d)およびe)の組み合わせによって予想外に抑制され、過酸化アセトンの量は、安全上の問題を引き起こすレベル未満に留まる。
【0008】
留意すべきことであるが、米国特許第4,168,274号明細書および英国特許第1501356号明細書は、硫酸溶液の濃縮ステップが存在する硫酸廃棄物ストリームの再循環を伴うプロセスを開示する。しかし、これらの文献は、硫酸の存在下で有機酸を過酸化水素と反応させることによる過酸の調製に関するものである。当業者が認識しているように、酸を過酸化水素と反応させることにより過酸を調製する場合、アルコールまたはケトンを過酸化水素と反応させる場合とは対照的に、過酸化アセトンが形成されることはない。
【0009】
ステップe.から生じる水性相は、それが適するあらゆる目的に、例えばリン鉱石からのリン酸の生成、コークス化プラントからの硫酸アンモニウムの生成、ボーキサイトからの硫酸アルミニウムの生成、染料溶液の製造、硫黄-ヨウ素サイクル(ブンセン反応)による水素の生成に、工業用洗浄液として、または例えば鉛酸蓄電池の電解質として使用できる。
【0010】
好ましい実施形態において、ステップe.から生じる水性相の少なくとも一部が、有機過酸化物生成プロセスにおいて再使用される。これは、同じ有機過酸化物を目的とする、それが生じたのと同じプロセスとすることができるが、別の有機過酸化物の生成のためのプロセスとすることもあり得る。
【0011】
本プロセスの利点は、汚染物質、例えば金属の添加を必要としないことであり、そのため、再循環される硫酸は、過酸化物生成プロセスにおける再使用に適したものとなる。
【0012】
より好ましい実施形態において、ステップe.から生じる水性相の少なくとも一部が、ステップa.に再循環される。
【0013】
ステップc.、d.、およびe.において処理される水性相は、1つの特定の有機過酸化物生成プロセスから生じるものとすることができるが、2つ以上の異なる有機過酸化物生成プロセスから生じる水性相の混合物とすることもあり得る。
【0014】
ステップe.における水性相の加熱によりH2SO4濃度を上昇させることは、見かけほど単純ではない。前記相中に存在するH2O2は分解し、それは相当量の酸素ガスの形成と、その結果としての圧力上昇をもたらす可能性がある。更に、この酸素は、揮発性有機物と一緒になって、可燃性で爆発の可能性がある混合物を形成する可能性がある。
【0015】
実施形態におけるステップa)で採用されるアルコールは、tert-ブチルアルコール、tert-アミルアルコール、1,1,3,3-テトラメチルブタノール、2,5-ジメチル-2,5-ヘキサンジオール、2-メチル-2,4-ペンタンジオール、2,5-ジメチル-2,5-ジヒドロキシ-ヘキシン-3、1,3-ビス(イソプロパノール)ベンゼン、および1,4-ビス(イソプロパノール)ベンゼンからなる群から選ばれる。
【0016】
実施形態におけるステップa)で採用されるケトンは、アセトン、アセチルアセトン、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルアミルケトン、メチルイソアミルケトン、メチルヘキシルケトン、メチルヘプチルケトン、ジエチルケトン、エチルプロピルケトン、エチルアミルケトン、メチルオクチルケトン、メチルノニルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、2-メチルシクロヘキサノン、3,3,5-トリメチルシクロヘキサノンからなる群から選ばれる。
【0017】
ステップa)の反応は、H2SO4の存在下で行われる。
【0018】
本発明のプロセスに従い生成することができる好適な有機過酸化物は、ジアルキルペルオキシド、環状ケトンペルオキシド、トリオキセパン、および脂肪族ヒドロペルオキシドである。
【0019】
ジアルキルペルオキシドの具体例は、2,2-ジ(tert-ブチルペルオキシ)ブタン、過酸化ジクミル、ジ(tert-ブチルペルオキシイソプロピル)ベンゼン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルペルオキシ)ヘキサン、ジ-tert-ブチルペルオキシド、ジ-tert-アミルペルオキシド、2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルペルオキシ)ヘキシン-3、およびtert-ブチルクミルペルオキシドである。
【0020】
好ましいジアルキルペルオキシドは、2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルペルオキシ)ヘキサン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルペルオキシ)ヘキシン-3、ジ-tert-アミルペルオキシド、およびジ-tert-ブチルペルオキシドである。これらの過酸化物の生成には、比較的濃縮度の高い硫酸溶液(30wt%以上)が必要である。
【0021】
「環状ケトンペルオキシド」という用語には、二量体型の環状ケトンペルオキシドおよび三量体型の環状ケトンペルオキシドが含まれる。これらの過酸化物は、下記の構造:
【化1】
(式中、R
1~R
6は、水素、C
1~C
20アルキル、C
3~C
20シクロアルキル、C
6~C
20アリール、C
7~C
20アラルキル、およびC
7~C
20アルカリルからなる群から独立して選択され、これらの基は、直鎖状または分枝アルキル部分を含んでもよく;R
1~R
6のそれぞれは、任意選択で、ヒドロキシ、アルコキシ、直鎖状または分枝アルキル、アリールオキシ、エステル、カルボキシ、ニトリル、およびアミドから選択される1つまたは複数の基で置換されていてもよい)を有する。
【0022】
好ましい環状ケトンペルオキシドは、3,6,9-トリエチル-3,6,9-トリメチル-1,4,7-トリペルオキソナン(3MEK-cp)、および3MEK-cpと式
【化2】
(式中、R
1からR
3は、アルキルおよびアルコキシアルキル基から独立して選択され、前記基は、2~5個の炭素原子を有し、R
1+R
2+R
3の炭素と酸素原子の総数は、7~15個の範囲である)を満足する少なくとも1種の過酸化物とを含む混合物である。アルコキシアルキル基という用語は、式-C
nH
2n-O-C
mH
2m+1を有する基を指し、式中、nとmは両方とも少なくとも1である。
【0023】
トリオキセパンは、式
【化3】
(式中、R
1、R
2、およびR
3は、水素および置換または非置換ヒドロカルビル基から独立して選択され、任意選択で、R
1、R
2、およびR
3の基のうちの2つが結合して環構造を形成する)を有する。好ましくは、R
1、R
2、およびR
3は、水素、ならびに置換または非置換C
1~C
20アルキル、C
3~C
20シクロアルキル、C
6~C
20アリール、C
7~C
20アラルキル、およびC
7~C
20アルカリルからなる群から独立して選択され、これらの基は、直鎖状または分枝アルキル部分を含んでもよく、一方、R
1、R
2、およびR
3のうちの2つは、連結されて(置換)シクロアルキル環を形成してもよく;R
1~R
3のそれぞれの上にある任意の1つまたは複数の置換基は、ヒドロキシ、アルコキシ、直鎖状または分枝アルキル(アルケニル)、アリールオキシ、ハロゲン、カルボン酸、エステル、カルボキシ、ニトリル、およびアミドからなる群から選択される。
【0024】
好ましくは、R
1およびR
3は、低級アルキル基、より好ましくはC
1~C
6アルキル基、例えばメチル、エチル、およびイソプロピルから選択され、メチルおよびエチルが最も好ましい。R
2は、好ましくは水素、メチル、エチル、イソプロピル、イソブチル、tert-ブチル、アミル、イソアミル、シクロヘキシル、フェニル、CH
3C(O)CH
2-、C
2H
5OC(O)CH
2-、HOC(CH
3)
2CH
2-、および
【化4】
(式中、R
4は、R
1~
3に関して記載した化合物の群のいずれかから独立して選択される)から選択される。別の好ましいトリオキセパンは、
【化5】
である。
【0025】
脂肪族ヒドロペルオキシドの具体例は、tert-ブチルヒドロペルオキシド、tert-アミルヒドロペルオキシド、ヘキシレングリコールヒドロペルオキシド、2,5-ジメチル-2,5-ジヒドロペルオキシヘキサン、2,5-ジメチル-2,5-ジヒドロペルオキシ-3-ヘキシン、および1,1,3,3-テトラメチルブチルヒドロペルオキシド、および1,1-ジメチルブチルヒドロペルオキシドである。
【0026】
プロセスのステップa.でモノアルコールを使用する場合、過酸化水素の量と硫酸濃度に応じ、ジアルキルペルオキシドまたはヒドロペルオキシドが生じる。ジアルキルペルオキシドの生成の場合、濃度が少なくとも30wt%の硫酸水溶液が一般に必要とされ;ヒドロペルオキシドの場合、10から30wt%の間の濃度が一般に使用される。
【0027】
好適なモノアルコールの例は、tert-ブチルアルコール、tert-アミルアルコール、および1,1,3,3-テトラメチルブタノールである。
【0028】
プロセスのステップa.でジアルコールを使用する場合、ジヒドロペルオキシドが生じ、これは、ビス-ジアルキルペルオキシドを目的として、同じく硫酸の存在下でモノアルコールと更に反応させることができる。後者の反応においては、濃度が少なくとも10wt%の硫酸水溶液が好ましくは使用される。
【0029】
ジアルコールの例は、2,5-ジメチル-2,5-ヘキサンジオール、2,5-ジメチル-2,5-ジヒドロキシ-ヘキシン-3、1,3-ビス(イソプロパノール)ベンゼン、および1,4-ビス(イソプロパノール)ベンゼンである。
【0030】
二量体型または三量体型の環状ケトンペルオキシドを得るには、20~75wt%硫酸水溶液と不活性希釈剤(鈍感剤)との存在下でケトンを過酸化水素と反応させる。好適なケトンの例は、直鎖状、分枝または環状C3~C13ケトンであり、最も好ましくはC3~C7ケトンである。好適なケトンの例は、アセトン、アセチルアセトン、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルアミルケトン、メチルイソアミルケトン、メチルヘキシルケトン、メチルヘプチルケトン、ジエチルケトン、エチルプロピルケトン、エチルアミルケトン、メチルオクチルケトン、メチルノニルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、2-メチルシクロヘキサノン、3,3,5-トリメチルシクロヘキサノン、およびこれらの混合物である。
【0031】
トリオキセパンは、グリコールヒドロペルオキシドを形成するために、20~60wt%硫酸水溶液の存在下でグリコール(ジアルコール)を過酸化水素と反応させることにより得られる。続いて、ここでも硫酸(10~60wt%水溶液)の存在下で、グリコールヒドロペルオキシドをケトンまたはアルデヒドと反応させて、トリオキセパンを形成する。このプロセスは、国際公開第2006/066984号パンフレットに記載されている。グリコールの好適な例は、2-メチル-2,4-ペンタンジオールである。
【0032】
形成される有機過酸化物は、結果として得られる二相性反応混合物の有機層中に存在し、従来の技法、例えば重力、液体/液体分離器、遠心分離器、または連続(プレート)分離器により単離することができる(ステップb.)。
【0033】
有機過酸化物は一般に、水またはアルカリ性水溶液で洗浄される。
【0034】
水性相は、(i)H2SO4と(ii)H2O2、および/または残留する有機過酸化物を含有することになる。追加の有機物を含有することもあり得る。好ましい実施形態におけるこれらの有機物は、それが水性混合物を黒色化することや、望ましくないレベルにまで蓄積することを防止するために、実質的に除去および/または破壊する必要がある。
【0035】
好ましい実施形態において、これらの有機物は、(真空)蒸留(ステップe.)または水性混合物への一定の(追加)量の過酸化水素の添加(ステップc.)によってより完全に除去および/または破壊される。
【0036】
ステップd.の水性相は、好ましくは少なくとも5wt%、好ましくは少なくとも10wt%、より好ましくは少なくとも20wt%、最も好ましくは少なくとも30wt%のH2SO4を含有する。好ましくは、60wt%以下のH2SO4を含有する。
【0037】
H2SO4に加えて、他の酸が水性相に存在することもある。
【0038】
ステップd.の水性相は、0.3~35wt%、好ましくは0.5~35wt%、より好ましくは1~35wt%、更により好ましくは2~35wt%、最も好ましくは2~25wt%のH2O2を含む。
【0039】
H2O2の少なくとも一部を分解し、水の一部を除去し、H2SO4濃度を重量百分率で少なくとも7wt%ポイント上昇させて12~95wt%、好ましくは50~95wt%、より好ましくは70~95wt%、最も好ましくは75~85wt%の範囲の濃度とするため、0.001~1bar、好ましくは0.01~1barの圧力で水性混合物を20~300℃、好ましくは30~250℃、更により好ましくは50~200℃、最も好ましくは100~200℃の範囲の温度に加熱する(ステップe.)。
【0040】
留意すべきことであるが、過酸化物生成プロセスは多くの場合低温で遂行されるため、ステップb.で形成される水性相の温度は一般に、0~20℃、好ましくは0~10℃の範囲である。
【0041】
H2SO4が96wt%以上になるまで濃縮することは、SO3の蒸留とそれに続く溶解が必要なため、望ましくない。
【0042】
加熱は、好ましくは1つまたは複数の蒸留および/または加熱ステップで実施される。
【0043】
好ましい実施形態における加熱ステップは、H2O2の分解温度より低い温度での揮発性有機成分のストリッピングを伴う。好適な温度は、30~120℃の範囲である。圧力は大気圧とすることができるが、プロセス中の爆発性雰囲気を回避するため、好ましくはそれより低い圧力である。
【0044】
水性混合物の過酸化水素濃度が比較的高い(約2wt%以上)場合、その分解は、実質的な酸素ストリームをもたらす。それゆえ、安全上の懸念を考慮すると、大気圧での蒸留が好ましい。
【0045】
過酸化物濃度がより低い場合、またはプロセス中に低くなる場合、減圧での蒸留を検討すべきである。最初に大気圧蒸留を適用し、その後減圧で蒸留することも可能である。
【0046】
ステップe.の間に除去される水性留出物は、凝縮器で凝縮され、続いて容器に収集される。
【0047】
過酸化水素が分解するため、留出物は、相当量の酸素を含有する。酸素は凝縮器で凝縮せず、安全な処理を確実にするには、留出物の酸素濃度を引火点未満に保つ必要がある。好ましくは、気相中の酸素濃度は、30vol%未満、好ましくは8vol%未満に保持される。
【0048】
これは、窒素または空気を系に導入し、それにより酸素を希釈することによって達成できる。より好ましくは、窒素または空気ストリームは、凝縮器に入る前に、または凝縮器内に存在する間に留出物に添加される。
【0049】
ステップe.は、バッチ式に、半連続式に、または連続式に実施することができる。量が多いバッチプロセスでは、温度を慎重に制御して危険な状況を防止すべきである。更に、バッチプロセスでは、ほとんどのガスがプロセスの開始時に形成され、それが非常に高濃縮の酸素ストリームの構築に繋がる可能性がある。高濃縮の酸素ストリームでは、混合物が引火点未満に保たれるように窒素ストリームを制御するのは困難である。しかし、(半)連続式操作では、酸素とCO2の形成速度はほぼ完全に一定に近づき、酸素濃度は、制御が遙かに容易になる。半連続モードでは、水性相の最初の部分がバッチ反応器において沸騰温度に加熱され;次いでH2SO4とH2O2を含有する水性相の残りの部分が前記バッチ反応器に投入され、濃酸(の一部)が断続的に取り出される。こうして、酸素形成と有機物のストリッピングの速度もより効率的となり、より良好に制御可能である。連続操作または半連続操作が好ましい。
【0050】
特定の実施形態において、プロセスは、2,5-ジ-tert-ブチルペルオキシ-2,5-ジメチルヘキサンまたは2,5-ジ-tert-ブチルペルオキシ-2,5-ジ(tert-ブチルペルオキシ)ヘキシン-3の生成に関する。これらの過酸化物は、従来より2ステップで調製されている。第1のステップでは、硫酸の存在下で、2,5-ジメチル-2,5-ヘキサンジオール、2,5-ジメチル-2,5-ジヒドロキシ-ヘキシン-3それぞれを、2,5-ジヒドロペルオキシ-2,5-ジメチルヘキサン、2,5-ジヒドロペルオキシ-2,5-ジメチルヘキシン-3をそれぞれ目的として、過酸化水素と反応させる。比較的多量の高濃縮硫酸(例えば70~95wt%水溶液)を含む、過剰量の高濃度(例えば70wt%水溶液)の過酸化水素が一般に必要である。ジヒドロペルオキシドは、ろ過または遠心分離によって水性流出物から単離することができ、相当量の硫酸、過酸化水素、少量のジオール、および様々な有機副生成物を含有する。
【0051】
次いで、ジヒドロペルオキシドを、ここでも高濃縮硫酸(例えば60~90wt%水溶液)の触媒下、tert-ブタノールと反応させて、所望の過酸化物を形成する。このステップからの水性流出物は、同様に重力分離または遠心分離によって得ることができるものであり、硫酸と有機副生成物とを含有する。
【0052】
合わせた水性流出物は、約10~50wt%のH2SO4と約5~20wt%のH2O2とを含む。空気ストリームを用いたストリッピングの後に、蒸留してほとんどのH2O2を破壊し、H2SO4濃度を上昇させることにより、結果として得られる水性相から有機物を除去することができる。その後、減圧での更なる蒸留を遂行して、H2SO4濃度を更に上昇させてもよい。
【0053】
結果として得られる精製され濃縮されたH2SO4は、様々なプロセスに使用することができる。好ましい実施形態において、この過酸化物生成プロセスの第1および/または第2のステップで再使用される。
【0054】
別の特定の実施形態において、プロセスは、ジ-tert-ブチルペルオキシドまたはジ-tert-アミルペルオキシドの生成に関する。この実施形態によると、30~78wt%硫酸水溶液の存在下でtert-ブチルアルコールまたはtert-アミルアルコールを過酸化水素と反応させて、それぞれジ-tert-ブチルペルオキシドまたはジ-tert-アミルペルオキシドを形成する。
【0055】
有機相と水性相は、重力、遠心分離、液体/液体分離器、または連続(プレート)分離器によって分離できる。
【0056】
水性相は、5~70wt%のH2SO4、0.1~10wt%のtert-ブタノールまたはtert-アミルアルコール、および0.1~5wt%の有機過酸化物を含有する。
【0057】
次いで、過酸化水素を水性相に投入すると、過酸化水素濃度が0.3~20wt%、好ましくは0.3~10wt%、最も好ましくは0.3~5wt%の水性相が得られる。次いで、有機残留物を破壊および/または除去し、硫酸濃度を上昇させるために、この混合物を、好ましくは50~250℃、より好ましくは80~220℃、最も好ましくは100~210℃の範囲の温度で、任意選択で減圧下で撹拌する。
【0058】
別の実施形態において、プロセスは、ヒドロペルオキシドの生成に関する。この実施形態によると、硫酸(5~95wt%水溶液)の存在下で第3級アルコールまたは置換アルケンを過酸化水素と反応させて、tert-アルキルヒドロペルオキシドを形成する。
【0059】
有機相と水性相は、重力、遠心分離、液体/液体分離器、または連続(プレート)分離器によって分離できる。
【0060】
水性相は、5~60wt%のH2SO4、1~25wt%のH2O2、0.1~20wt%第3級アルコール、および0.1~5wt%の有機過酸化物を含有する。
【0061】
次いで、任意選択で過酸化水素を水性相に投入し、次いで、有機残留物を破壊および/または除去し、硫酸濃度を上昇させるために、水性相を好ましくは50~250℃、より好ましくは80~220℃、最も好ましくは100~210℃の範囲の温度で、任意選択で減圧下で撹拌する。
【0062】
別の実施形態において、プロセスは、三量体型の環状ケトンペルオキシドの生成に関する。
【0063】
この実施形態によると、20~95wt%硫酸水溶液の存在下でケトンを過酸化水素と反応させて、三量体型の環状ケトンペルオキシドを形成する。
【0064】
有機相と水性相は、重力、遠心分離、液体/液体分離器、または連続(プレート)分離器によって分離できる。
【0065】
水性相は、20~70wt%のH2SO4、1~25%のH2O2、0.1~20wt%のケトン、および0.1-10wt%の有機過酸化物を含有する。
【0066】
次いで、任意選択で過酸化水素を水性相に投入し、次いで、有機残留物を破壊および/または除去し、硫酸濃度を上昇させるために、水性相を好ましくは50~250℃、より好ましくは80~220℃、最も好ましくは100~210℃の範囲の温度で、任意選択で減圧下で撹拌する。
【0067】
別の実施形態において、プロセスは、トリオキセパンの生成に関する。
【0068】
この実施形態によると、20~95wt%硫酸水溶液の存在下でケトンをヒドロキシルヒドロペルオキシドと反応させて、トリオキセパンを形成する。
【0069】
有機相と水性相は、重力、遠心分離、液体/液体分離器、または連続(プレート)分離器によって分離できる。
【0070】
水性相は、10~70%wt%のH2SO4、0.1~20wt%のケトン、および0.1~20wt%の有機過酸化物を含有する。
【0071】
次いで、任意選択で過酸化水素を水性相に投入し、次いで、有機残留物を破壊および/または除去し、硫酸濃度を上昇させるために、水性相を、好ましくは50~250℃、より好ましくは80~220℃、最も好ましくは100~210℃の範囲の温度で、任意選択で減圧下で撹拌する。
【実施例】
【0072】
<実施例1>
70wt%過酸化水素水溶液(121.6g)をジャケット付き反応器に添加した。反応器を5℃に冷却した。次いで、78wt%硫酸水溶液(157.5g)を反応器に20分以内に投入し、その間混合物の温度は10℃未満に制御した。硫酸の添加後、混合物を5℃に冷却した。固体の2,5-ジメチル-2,5-ジヒドロキシヘキサン(36.6グラム、0.25モル)を、温度が10℃未満に留まるような速度で混合物に添加した。
【0073】
2,5-ジメチル-2,5-ジヒドロキシヘキサンの添加後、温度を25℃に上昇させ、この温度に1時間保持した。続いて温度を5℃に低下させ、200mLの水を添加した。2分の揺動後、反応混合物をろ過し、冷水で洗浄した。固体の2,5-ジメチル-2,5-ジヒドロペルオキシヘキサンが78%の収率で得られた。26%のH2SO4を含有する471gの水性相を、次のステップの酸層と合わせた。
【0074】
Tert-ブタノール(水中88wt%、143グラム、1.7モル)を、15℃に保持したジャケット付き反応器中の硫酸の撹拌溶液(78wt%、104.7グラム、0.83モル)に滴加した(20分)。前のステップで得られた2,5-ジメチルヘキサン-2,5-ジヒドロペルオキシド(54g、0.20モル)を20分で添加し、その後温度を40℃に上昇させ、この温度に最大4時間保持した。
【0075】
反応は、2層混合物を生じさせ;その層を、水性層を流出させることにより分離した。有機層は、2,5-ジメチル-2,5-ジ-tert-ブチルペルオキシヘキサンを70%の収率で含有していた。
【0076】
水性層を150gの水で希釈し、tert-ブタノールを100mbarでの蒸留で除去した。結果として得られた30wt%のH2SO4を含有する水性相276gを第1のステップの水性相と合わせ、それにより27wt%のH2SO4と9wt%のH2O2を含有する水相を形成した。
【0077】
前記水相を三ツ口ガラス容器に取り付けたガラスビグリューカラムの最上部の直下に投入した。容器を撹拌し、大気圧での外部油浴での加熱により温度を135~140℃に維持した。ビグリューカラムを凝縮器(20℃)と容器に接続して、縮合物を収集した。気相中の酸素含有量を25vol%に希釈するために空気を凝縮器に供給した。水相を毎分5グラムの割合でビグリューカラムに投入すると、毎分2.65グラムの割合で縮合物が形成された。設備、酸または留出物中に固体(何らかの化合物、例えばジ過酸化アセトン)は観察されなかった。定常状態では、毎分2.35グラムの無色の濃酸が三ツ口容器からポンプで排出された。濃酸は、H2SO4含有量が58.3%、H2O2含有量が1.8%であった。
【0078】
第2の濃縮ステップでは、前のステップの濃酸を三ツ口ガラス容器に投入した。容器を撹拌し、外部油浴での加熱により温度を約162℃に維持し、70~120mbarの圧力の真空系に接続した。三ツ口ガラス容器を凝縮器と容器に接続して、縮合物を収集した。濃酸を毎分2グラムの割合で投入し、毎分0.6グラムの縮合物が得られた。定常状態では、毎分1.4グラムの無色濃酸が三ツ口容器からポンプで排出された。設備、酸または留出物中に固体(何らかの化合物、例えばジ過酸化アセトン)は観察されなかった。濃酸は、H2SO4含有量が83wt%、H2O2含有量が0.5%未満であった。酸を水で希釈して78wt%にし、先に説明したように再使用して2,5-ジメチルヘキサン-2,5-ジヒドロペルオキシドを作製することができた。
【0079】
<実施例2>
3つのバッフル、タービン羽根車、温度計および冷却マントルを備えた2.5リットル反応器に、900グラムの70wt%H2SO4と600グラムの30wt%H2O2とを添加した。Tert-ブチルアルコール(700グラム)を1時間以内に投入し、それにより温度を35~40℃の範囲に保持した。混合物を45℃に加熱し、その温度で1時間撹拌した。その後、混合物を30℃に冷却し、分離させた。1.520gの水層の硫酸濃度は41wt%であった。有機層は重炭酸塩溶液で洗浄され、純度99.4%のジ-tert-ブチルペルオキシド668gを96%の収率で含有していた。
【0080】
H2O2(102g、30wt%)を水層に添加した。結果として得られた混合物を93℃および100~150mbarで作動させた100mlの加熱した容器に投入(速度:500ml/時間)した。水蒸気は凝縮器に送られた。容器から流出する酸は、100~150mbarの圧力で温度を157℃に上昇させた多区画蒸発器に送られた。最終区画から出てくる無色の酸は室温に冷却され、H2SO4含有量が74wt%であった。設備、酸または留出物中に固体(何らかの化合物、例えばジ過酸化アセトン)は観察されなかった。
【0081】
H2SO4が70wt%になるまで水で希釈した後、酸は、上記の手順に従い、ジ-tert-ブチルペルオキシドの生成に再度使用することができた。
本願発明には以下の態様が含まれる。
項1.
有機過酸化物を生成するためのプロセスであって、
a.アルコールまたはケトンを過酸化水素と反応させ、それにより、
- 有機過酸化物を含む有機相、および
- (i)少なくとも5wt%のH2SO4と(ii)H2O2、および/または有機過酸化物残留物を含む水性相
を含む反応混合物を形成するステップと、
b.有機相から水性相を分離するステップと、
c.任意選択で、前記水性相にH2O2を添加する、および/または前記水性相から残存する有機化合物を全て除去するステップと、
d.5~60wt%のH2SO4と0.3~35wt%のH2O2とを含む水性相を得るステップと、
e.ステップd.の水性相を20~300℃の範囲の温度、0.001~1barの圧力で加熱し、それによりH2O2の少なくとも一部を分解し、水の一部を除去し、水性混合物のH2SO4濃度を重量百分率で少なくとも7wt%ポイント上昇させて12~95wt%の範囲の濃度にするステップと
を含む、プロセス。
項2.
ステップe.から生じる水性相の少なくとも一部がステップa.に再循環される、項1に記載のプロセス。
項3.
ステップd.の水性相が、0.5~35wt%、好ましくは1~35wt%、より好ましくは2~35wt%、最も好ましくは2~25wt%のH2O2を含む、項1または2に記載のプロセス。
項4.
ステップd.の水性相が、10~60wt%、好ましくは20~55wt%、最も好ましくは30~50wt%のH2SO4を含む、項1から3のいずれか1項に記載のプロセス。
項5.
ステップe.から生じる水性混合物のH2SO4濃度が、50~95wt%、好ましくは70~95wt%、最も好ましくは75~85wt%のH2SO4である、項1から4のいずれか1項に記載のプロセス。
項6.
ステップe.が、30~120℃の範囲の温度での揮発性有機成分のストリッピングを含む、項1から5のいずれか1項に記載のプロセス。
項7.
ステップe.が、大気圧での蒸留と、その後の大気圧より低い圧力での蒸留とを含む、項1から6のいずれか1項に記載のプロセス。
項8.
ステップe.が蒸留を含み、窒素または空気の添加により留出物の気相中の酸素含有量が30vol%未満、好ましくは8vol%未満に保持される、項1から7のいずれか1項に記載のプロセス。
項9.
ステップe.が半連続または連続モードで実施される、項1から8のいずれか1項に記載のプロセス。
項10.
生成される有機過酸化物がジアルキルペルオキシド、環状ケトンペルオキシド、トリオキセパン、および脂肪族ヒドロペルオキシドから選択される、項1から9のいずれか1項に記載のプロセス。
項11.
有機過酸化物が、2,2-ジ(tert-ブチルペルオキシ)ブタン、過酸化ジクミル、ジ(tert-ブチルペルオキシイソプロピル)ベンゼン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルペルオキシ)ヘキサン、ジ-tert-ブチルペルオキシド、ジ-tert-アミルペルオキシド、2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルペルオキシ)ヘキシン-3、およびtert-ブチルクミルペルオキシドからなる群から選択され、好ましくは2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルペルオキシ)ヘキサン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルペルオキシ)ヘキシン-3、ジ-tert-アミルペルオキシド、およびジ-tert-ブチルペルオキシドからなる群から選択されるジアルキルペルオキシドである、項10に記載のプロセス。
項12.
有機過酸化物が、tert-ブチルヒドロペルオキシド、tert-アミルヒドロペルオキシド、ヘキシレングリコールヒドロペルオキシド、2,5-ジメチル-2,5-ジヒドロペルオキシヘキサン、2,5-ジメチル-2,5-ジヒドロペルオキシ-3-ヘキシン、1,1,3,3-テトラメチルブチルヒドロペルオキシド、および1,1-ジメチルブチルヒドロペルオキシドからなる群から選択される脂肪族ヒドロペルオキシドである、項10に記載のプロセス。
項13.
有機過酸化物が、3,6,9-トリエチル-3,6,9-トリメチル-1,4,7-トリペルオキソナン、または3,6,9-トリエチル-3,6,9-トリメチル-1,4,7-トリペルオキソナンを含む環状ケトンペルオキシドの混合物である、項10に記載のプロセス。
項14.
ステップa.においてアルコールを過酸化水素と反応させ、アルコールがtert-ブチルアルコール、tert-アミルアルコール、および1,1,3,3-テトラメチルブタノール、2,5-ジメチル-2,5-ヘキサンジオール、2,5-ジメチル-2,5-ジヒドロキシ-ヘキシン-3、1,3-ビス(イソプロパノール)ベンゼン、および1,4-ビス(イソプロパノール)ベンゼンからなる群から選択される、項1から12のいずれか1項に記載のプロセス。
項15.
ステップa.においてケトンを過酸化水素と反応させ、ケトンがアセトン、アセチルアセトン、メチルエチルケトン、メチルプロピルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルアミルケトン、メチルイソアミルケトン、メチルヘキシルケトン、メチルヘプチルケトン、ジエチルケトン、エチルプロピルケトン、エチルアミルケトン、メチルオクチルケトン、メチルノニルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、2-メチルシクロヘキサノン、3,3,5-トリメチルシクロヘキサノン、およびこれらの混合物からなる群から選択される、項1から10および13のいずれか1項に記載のプロセス。