T 0038/84 (Toluoloxidation) 05-04-1984
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Erfinderische Tätigkeit
Bedeutung der technischen Aufgabe
Geringe Verbesserung eines grosstechnischen Verfahrens
I. Die am 11. März 1981 eingereichte und am 23. September 1981 unter der Nummer 0 036 223 veröffentlichte europäische Patentanmeldung Nr. 81 200 269.9, für die die Priorität einer niederländischen Voranmeldung vom 15. März 1980 in Anspruch genommen wird, wurde durch Entscheidung der Prüfungsabteilung des Europäischen Patentamts vom 21. September 1983 zurückgewiesen. Der Entscheidung lagen sieben Patentansprüche zugrunde, von denen Anspruch 1 wie folgt lautet;
"Verfahren zur Herstellung einer Benzolmonocarbonsäure durch Oxidation einer Monoalkylbenzolverbindung in der flüssigen Phase mit Hilfe eines molekularen Sauerstoff enthaltenden Gases in Gegenwart eines Katalysators aus einer Cobalt- und einer Manganverbindung, die beide im Reaktionsgemisch löslich sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Atomverhältnis Manganat : Cobalt zwischen 1 : 500 und 1 : 100 000 liegt."
II. Die Zurückweisung wurde damit begründet, daß sich dieses Verfahren für den Fachmann in naheliegender Weise aus einer Kombination der Druckschriften
FR-A-2 107 340 (1) und
EP-A-2 749 (2) ergebe. In (1) sei ein Verfahren zur Herstellung von Benzolmonocarbonsäuren beschrieben, bei dem ein Gemisch aus einer Dialkyl- und einer Monoalkylbenzolverbindung in der flüssigen Phase mit Hilfe eines molekularen Sauerstoff enthaltenden Gases in Gegenwart eines Katalysators aus einer Cobalt- und einer Manganverbindung oxidiert werde, der ein Atomverhältnis Mangan : Cobalt aufweise, das innerhalb des Bereichs liege, der im vorliegenden Anspruch 1 beansprucht werde.
Das beanspruchte Verfahren unterscheide sich von dem bekannten Verfahren nur dadurch, daß die in (1) zur Umwandlung einer Methylgruppe des p-Xylols und der direkt an den Ring gebundenen Methylgruppe des Methylparatoluats in Carboxylgruppen verwendeten Verfahrensschritte auf die anmeldungsgemäße Oxidation übertragen würden, bei der die Methylgruppe des Toluols oder von Toluolderivaten wie z. B. Halo-, Nitro-, Cyano-, tert. Alkyl-, Alkoxy- und Aryloxytoluolen in eine Carboxylgruppe umgewandelt werde. Es sei nicht ersichtlich, was den Fachmann davon abhalten würde, die gegebenen Ausgangsstoffe in dem bekannten Verfahren zu benutzen, zumal die Herstellung von Benzolmonocarbonsäuren durch Oxidation dieser Alkylbenzolderivate unter sehr ähnlichen Bedingungen bereits aus (2) bekannt sei. Zwar sei in (1), Seite 9, Zeile 33 das bevorzugte Verhältnis Mn : Co mit 1 : 99 bis 90 : 10 angegeben. Jedoch werde auf Seite 9, Zeile 32 und in Anspruch 1 derselben Entgegenhaltung ausdrücklich erwähnt, daß Katalysatoren verwendet werden könnten, die ein Verhältnis Mn : Co zwischen 0,1 : 99,9 und 99 : 1 aufwiesen; dieses Verhältnis überschneide sich mit dem im vorliegenden Fall beanspruchten.
Der auf Seite 5 der streitigen Anmeldung angestellte Vergleich mit dem Stand der Technik lasse nur einen geringfügigen Ausbeuteunterschied zwischen der Verwendung eines Katalysators, bei dem das Atomverhältnis Mn : Co innerhalb des in (1) genannten bevorzugten Bereichs liege, und eines Katalysators erkennen, bei dem dieses Verhältnis außerhalb des bevorzugten, aber noch innerhalb des in (1) offenbarten und beanspruchten Gesamtbereichs liege. Die Prüfungsabteilung könne in diesem Vergleich keinen endgültigen Beweis dafür sehen, daß der anmeldungsgemäße Gegenstand die geforderte erfinderische Tätigkeit aufweise, da alle Schritte des beanspruchten Verfahrens, insbesondere in dem Bereichsanteil des Atomverhältnisses Mn : Co, der sich mit dem in (1) offenbarten Bereich überschneide, gegenüber dem Stand der Technik naheliegend seien.
III. Am 9. Oktober 1983 legte die Beschwerdeführerin unter Entrichtung der entsprechenden Gebühr Beschwerde gegen die Entscheidung vom 21. September 1983 ein.
In der am 12. Januar 1984 nachgereichten Beschwerdebegründung wurde ausgeführt, daß die Druckschrift FR-A-2 107 340 (1) deutlich eine Tendenz zur Verwendung von Katalysatoren mit einem relativ niedrigen Atomverhältnis Co : Mn erkennen lasse. Dies gehe aus Tabelle 1 auf Seite 20 hervor, in der das beste Ergebnis mit einer Ausbeute von 92,6 bei einem Atomverhältnis Co : Mn von 32 erzielt werde (Beispiel 4). Eine Erhöhung dieses Verhältnisses nach den Beispielen 3, 2 und 1 führe zu einer geringeren Ausbeute. Eine ähnliche Tendenz lasse sich aus den Tabellen 3 (S. 21) und 5 (S. 22) herauslesen. Die beste Ausbeute in diesen Tabellen werde bei einem Atomverhältnis Co : Mn von 9 bzw. 19 erreicht.
Das Vergleichsbeispiel 2, (Tabelle 1, S. 20) der Entgegenhaltung (1), bei dem ein Atomverhältnis Co : Mn von 2 500 angewandt werde, zeige eine Ausbeute von 89,1 Die Tendenz zur Abkehr von den oben erwähnten höheren Atomverhältnissen Co : Mn trete in diesem Vergleichsbeispiel noch deutlicher zutage. Es sei recht zweifelhaft, ob die Verfahren nach (1) und nach der vorliegenden Patentanmeldung vergleichbar seien. Bei dem Verfahren nach (1) seien nämlich die Ausbeuteschwankungen wegen der unterschiedlichen Reaktivität der Ausgangsverbindungen erheblich größer als bei dem anmeldungsgemäßen Verfahren. Würde man jedoch einen Vergleich zwischen beiden Verfahren anstellen, so würde das Atomverhältnis Co : Mn des Vergleichsbeispiels 2 genau in den bevorzugten Bereich des anmeldungsgemäßen Verfahrens passen.
Die Lehre der Entgegenhaltung (1) führe daher von der vorliegenden Erfindung weg, die die Verwendung eines Katalysators mit einem hohen Atomverhältnis Co : Mn beanspruche. Außerdem werde die Rückzahlung der Beschwerdegebühr beantragt.
1. Die Beschwerde entspricht den Artikeln 106 bis 108 und Regel 64 EPÜ; sie ist somit zulässig.
2. In der Beschreibungseinleitung wird ausgeführt, daß in dem Verfahren nach der niederländischen Patentanmeldung Nr. 7 311 187 Benzoesäure durch Oxidieren von Toluol bei weitgehender Abwesenheit von niedrigen Fettsäuren und Halogenverbindungen und in Gegenwart einer Cobalt- und einer Manganverbindung mit einem Gewichtsverhältnis Cobaltmetall : Manganmetall von weniger als 99,8 : 0,2 hergestellt wird, was bedeutet, daß das Atomverhältnis Mangan : Cobalt höher als 1 : 466 sein muß. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Selektivität der Umsetzung zu der gewünschten Benzolmonocarbonsäure nicht befriedigend ist. Die Erfindung soll diesbezüglich eine Verbesserung bringen.
Ein Vergleichsversuch (a) zeigt, daß die Oxidation von Toluol mit Luft in der flüssigen Phase in Gegenwart eines löslichen Katalysators mit einem Verhältnis Mn : Co von 1 : 67 dazu führt, daß von je 1 000 Mol Toluol, die dem Reaktionsgefäß zugeführt werden, nur 908 Mol Benzoesäure und nicht, wie in der vorliegenden Erfindung, bei der z. B. ein Verhältnis Mn : Co von 1 : 1 000 oder 1 : 3 300 (Beispiele 1 und 2) angewandt wird, 913 Mol wiedergewonnen werden.
Dieser Vergleich wurde bei der Beurteilung der erfinderischen Tätigkeit übergangen, da der Ausbeuteunterschied zwischen dem bekannten und dem anmeldungsgemäßen Verfahren für unbedeutend erachtet wurde. Mit dem Übergehen dieses Vergleiches verkennt die Prüfungsabteilung die der streitigen Anmeldung zugrunde liegende Aufgabe. Zwar ist die Verbesserung nur gering, aber auch geringe Verbesserungen können ein technisches Problem widerspiegeln, insbesondere wenn es sich um ein industriell bedeutsames Verfahren zur Herstellung chemischer Massengüter handelt. Die katalytische Oxidation von Toluol ist das wichtigste und gebräuchlichste Verfahren zur Herstellung von Benzoesäure (vgl. Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 4. Aufl., Bd. 8, 1974, S. 367, rechte Spalte). Bei diesem Verfahren werden mehr als 225 000 jato Toluol verarbeitet (vgl. Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 3. Aufl., Bd. 3, 1978, S. 780, die letzten beiden Absätze und S. 782 oben). Nach der Druckschrift FR-A-2 196 317(3), die der obengenannten NL-A- entspricht, kann der Ausstoß einer einzigen Fabrik, die dieses Verfahren anwendet, bis zu 50 000 Jato Benzoesäure betragen (siehe S. 4, Zeilen 12 bis 15), was von Kirk-Othmer bestätigt wird (vgl. Liste auf S. 782 unten). Diese Zahlen machen deutlich, daß auch eine geringe Verbesserung der Ausbeute dieses Verfahrens eine wirtschaftlich Iohnende technische Aufgabe darstellt, die bei der Beurteilung der erfinderischen Tätigkeit des verbesserten Verfahrens nicht übergangen werden darf.
3. Daher muß nach dem der Kammer vorliegenden Beweismaterial die der streitigen Anmeldung zugrunde liegende technische Aufgabe in der Verbesserung des Verfahrens zur katalytischen Oxidation von Toluol in der Flüssigphase bezüglich der Ausbeute an Benzoesäure gesehen werden.
Diese Aufgabe wird von der Anmelderin dadurch gelöst, daß sie einen löslichen Katalysator mit einem Atomverhältnis Mn : Co von 1 : 500 bis 1 : 100 000 verwendet.
4. Diese Lehre läßt sich keiner der der Kammer vorliegenden Veröffentlichungen entnehmen. Die streitige Anmeldung gilt daher als neu. Es ist nun zu prüfen, ob der Gegenstand der Anmeldung gegenüber dem Stand der Technik naheliegend ist. Hier sind zunächst die in den Tabellen 1 und 2 der Entgegenhaltung (3) aufgeführten Zahlen über die "Selektivität", d. h. die entstandene Benzoesäure und die Nebenprodukte, die im Verhältnis zu dem verbrauchten Toluol in diese Säure überführt werden können, aufschlußreich.
Die "Selektivität", der in grober Annäherung mit der Ausbeute an Benzoesäure vergleichbar ist, hängt von dem Atomverhältnis Mn : Co ab und steigt von den beiden Endpunkten aus an, d. h. Mn : Co etwa 1 : 500 (Tabelle 1, 1-b und Tabelle 2, 2-b) einerseits und Mn : Co etwa 19:1 (Tabelle 1, 1-i) bzw. Mn : Co etwa 1 : 1,5 (Tabelle 2, 2-g) andererseits, wobei bei einem Verhältnis von etwa 1 : 19 (Tabelle 1, 1-e mit 190°C und 10 kg/cm2) bzw. 1: 20 (Tabelle 2, 2-e mit 160° und 7 kg/cm2) ein Höchstwert (93,4, 94) erreicht wird. Aus diesen Werten würde der Fachmann schließen, daß die Ausbeute an Benzoesäure weiter abnimmt, wenn beide Endpunkte überschritten werden.
5. Die beiden in der angefochtenen Entscheidung genannten Entgegenhaltungen bieten nicht genügend Anhaltspunkte dafür, wie die Ausbeute an Benzoesäure bei der Oxidation von Toluol verbessert werden könnte. Die von der Vorinstanz genannte Entgegenhaltung (1) betrifft die Oxidation eines Gemisches aus p-Xylol und Methyl-p-toluat mit Sauerstoff in der Flüssigphase, wobei ein Gemisch entsteht, das p-Toluolsäure und Monomethylterephthalat enthält. Diese Oxidation ist nur ein Schritt in einer Reihe von Reaktionsschritten, die von p-Xylol zu Dimethylterephthalat führen (Anspruch 6).
Was den Oxidationsschritt anbelangt, so ist nur ein Bestandteil der Mischung, die oxidiert werden soll, nämlich Methyl-p-toluat, eine Monoalkylbenzolverbindung im Sinne der anmeldungsgemäßen Definition (vgl. S. 2, Zeilen 17 bis 21). Das bekannte Verfahren zielt im wesentlichen darauf ab, die Menge der gefärbten und fluoreszierenden Verunreinigungen erheblich zu verringern (siehe S. 5, Zeilen 15 bis 21), eine Aufgabe also, die ganz anders gelagert ist als die anmeldungsgemäße. Dennoch wurde diese Schrift bei der Beurteilung des Naheliegens der vorliegenden Anmeldung als relevant erachtet, da Katalysatoren offenbart werden, die denselben Atomverhältnisbereich Mn : Co aufweisen, der auch in der streitigen Anmeldung beansprucht wird. Diese Betrachtungsweise trägt jedoch der dem beanspruchten Verfahren zugrunde liegenden technischen Aufgabe nicht Rechnung und ist daher nicht geeignet, den Einwand zu stützen, die Erfindung sei naheliegend. Was nun die Ausbeute anlangt, so ist in Tabelle 1 die tatsächliche Ausbeute aller Verbindungen aufgeführt, die durch Oxidation oder Veresterung in Dimethylterephthalat überführt werden können (vgl. S. 12, Zeilen 7 bis 16). Wenn man davon ausgeht, daß die Ausbeute an Monomethylterephthalat, dem Oxidationsprodukt des Monoalkylbenzols Methyl-p-toluat, parallel zu der Gesamtausbeute an Oxidationsprodukten verläuft, so wird das beste Ergebnis in Beispiel 4 erzielt, wo die Ausbeute bei einem Atomverhältnis CO : Mn von 32 92.6 beträgt.
Die Erhöhung dieses Verhältnisses Co : Mn entsprechend den Beispielen 3, 2 und 1 führt zu einer niedrigeren Ausbeute. Eine ähnliche Tendenz ist aus den Tabellen 3 auf S. 21 und 5 auf S. 22 ersichtlich. Die beste Ausbeute in diesen Tabellen wird bei einem Atomverhältnis Co : Mn von 9 bzw. 19 erzielt. Die Lehre von der Durchführung der Oxidation der obengenannten Monoalkylbenzolverbindung innerhalb dieser Atomverhältnisse legt aus der Sicht der Aufgabenstellung die Durchführung der Oxidation von Toluol und seiner Derivate bei einem Atomverhältnis Mn : Co von über 1 : 500 offensichtlich nicht nahe.
6. Die Entgegenhaltung (2) offenbart ein Verfahren zur Oxidation einer Monoalkylbenzolverbindung wie Toluol mit Sauerstoff in der flüssigen Phase in Gegenwart eines Katalysators, der eine Kombination aus einer Cobalt- und einer Manganverbindung enthält (s. Ansprüche 1 und 3, S. 2, Zeilen 17 bis 25 und S. 7, Zeilen 11 bis 15). Der Zweck dieses Verfahrens - eine höhere Ausbeute - wird dadurch erreicht, daß eine kleine Menge einer niedrigen aliphatischen Monocarbonsäure (s. Anspruch 1, S. 4, Absätze 1 und 3) verwendet wird. Diese Wirkung wird besonders deutlich bei der Oxidation von o-Chlortoluol (Tabellen 1 bis 4) und Toluol (Tabelle 2). Das jeweils höchste und niedrigste Verhältnis zwischen Mn und Co beträgt bei den in den Beispielen verwendeten Katalysatoren 1 : 50 (Beispiele 1 bis 6, 11, Bezugsbeispiele 1 bis 4) bzw. 3 : 1 (Beispiel 12). Alle Beispiele geben die Änderung der Ausbeute in Abhängigkeit von der Menge und Konzentration der zugesetzten aliphatischen Monocarbonsäure sowie vom Gehalt an dem mitverwendeten Reaktionsbeschleuniger (Br) wieder, nicht aber die Auswirkung des Atomverhältnisses im Katalysator selbst auf die Ausbeute, da ein echter Vergleich fehlt. Dies gilt auch für die Beispiele 11 und 12, wo die Menge der Essigsäure, die Reaktionstemperatur, der Reaktionsdruck und der Luftdurchsatz jeweils gleich sind und die Reaktionszeit ähnlich ist (4 bzw. 4,5 Stunden). Da jedoch die Konzentrationen von Co und Br erheblich differieren, kann die höhere Ausbeute an Benzoesäure (Beispiel 11: 95,5 ) nicht der Änderung des Atomverhältnisses Mn : Co von 3 : 1 (Beispiel 12) zu 1 : 50 (Beispiel 11) zugeschrieben werden.
Folglich konnte der Fachmann dem Stand der Technik nicht entnehmen, daß die Aufgabe der Anmelderin durch Verwendung eines Mn-Co-Katalysators mit dem beanspruchten Atomverhältnisbereich zu lösen ist.
7. Daraus folgt, daß die angefochtene Entscheidung durch die Zurückweisungsgründe nicht getragen wird. Das nachgesuchte Patent kann jedoch noch nicht erteilt werden, weil noch einige Fragen offen sind. Es gilt vor allem zu klären, ob der Effekt, wie er mit Katalysatoren mit einem Atomverhältnis Mn : Co nach den Beispielen 1 und 2 erzielt wird, glaubhaft, d. h. ohne weiteren Nachweis, über den gesamten beanspruchten Bereich einschließlich des Verhältnisses Mn : Co von 1 : 100 000 eintritt. Auch ist zu prüfen, ob sich die bei der Oxidation von Toluol gezeigte Erhöhung der Ausbeute auf die Oxidation der Toluolderivate erstreckt (vgl. S. 2, Zeilen 17 bis 21). Sollte dies der Fall sein, stellt sich die weitere Frage, ob sich das Ausmaß der Verbesserung wie im Fall der Toluol-Oxidation als technische Aufgabe qualifiziert, so daß die Frage des Naheliegens der Lösung dieser Aufgabe unter dem Gesichtspunkt der Aufgabenstellung zu beurteilen ist. Diesen wichtigen Fragen ist die Prüfungsabteilung, die in erster Linie für eine solche Untersuchung zuständig ist, noch nicht nachgegangen.
8. Die Beschwerdeführerin hat keine Begründung für die beantragte Rückzahlung der Beschwerdegebühr vorgelegt. Die Kammer kann keinen wesentlichen Verfahrensmangel feststellen, der eine Rückzahlung rechtfertigen würde.
ENTSCHEIDUNGSFORMEL
Aus diesen Gründen wird wie folgt entschieden:
1. Die angefochtene Entscheidung wird aufgehoben.
2. Die Sache wird an die Prüfungsabteilung zur weiteren Entscheidung zurückverwiesen.
3. Der Antrag auf Rückzahlung der Beschwerdegebühr wird zurückgewiesen.