JP2000511552A - イソカンフィルシクロヘキサノール類の製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 イソカンフィルグアイアコールまたはイソカンフィルフェノールの炭素骨格を含むイソカンフィルシクロヘキサノール類を製造するために、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｕの圧縮された（ヒドロ）オキシド及び可能ならばアルカリ土類金属の（ヒドロ）オキシドからなる還元された、無担体の触媒を利用する。

Description

【発明の詳細な説明】 イソカンフィルシクロヘキサノール類の製法 技術分野 本発明は、イソカンフィル（ｉｓｏｃａｍｐｈｙｌ）−グアイアコール（ｇｕ ａｉａｃｏｌ）またはイソカンフィルーフェノ−ルから、コバルト、マンガン及 び銅の（ヒドロ）オキシド及び随時アルカリ土類金属の（ヒドロ）オキシドの圧 縮された粉末から作られた、担体を含まない還元された成形体を用いて、昇温及 び昇圧下に水素で水素化することにより、イソカンフィル−シクロヘキサノール 類を製造するための連続法に関する。 背景の技術 イソカンフィル−シクロヘキサノール類は、種々のテルペンシクロヘキサノー ル異性体の合成混合物からなる工業的に製造されたビャクダン香料の成分である 。工業的なビャクダン香料は、石鹸、化粧品、及び香料化合物において、天然の 代替物となる。 イソカンフィル−シクロヘキサノール類に対する出発化合物として、例えばイ ソカンフィル−グアイアコールは、公知の方法に従い、酸性触媒例えば三フッ化 硼素及び酢酸の助けを借りてカンフェンをグアイアコールと反応させ、イソカン フィル−グアイアコールを、芳香核を水素化し、そしてメトキシ基を開裂するこ とにイソカンフィル−シクロヘキサノールに転化させることにより製造すること ができる。 この反応は、次の方程式で進行する。Ｘ=ＯＣＨ₃又はＨ カンフェン（ｃａｍｐｈｅｎｅ）及びカテコール（米国特許第４０１４９４４ 号）またはカンフェン及びグアイアコール（独国特許公報第２９２１１３９号） のアルキル化混合物をラネーニッケル上において水素で水素化して、所望のイソ カンフィル−シクロヘキサノール類を得ることはすでに公知である。 従来法は、例外なしに粉末の触媒を懸濁法で用いる不連続法で行われる。 粉末触媒の場合、（１）該触媒を制御された及び均一な形で活性化すること、 （２）特別なスラッジポンプを用いて粉末の触媒を循環すること、及び（３）反 応混合物から粉末の触媒を定量的に分離することに関して難点がある。とりわけ スラッジポンプは高機械的負荷を必要とする。更に粉末触媒の定量的除去は、そ れがスウイッチ機構を備えた装置を使 用する粗い濾過と細かい濾過を必要とするから、費用がかかる。更に触媒はこれ らの付加的操作の結果としてその活性を急速に失い、従って触媒消費量が多くな るという大きな危険性も存在する。その上、粉末触媒は、限られた程度までしか 装填できず、また反応混合物から除去するのが困難であるため、その処理が難し い。 それゆえに、複雑な担体系を含まない且つ従って再び処理できる、イソカンフ ィル−シクロヘキサノール類を製造するための、多量に装填でき、耐酸性であり 、そして寿命の長い触媒を製造することが必要である。 発明の説明 驚くべきことに、上述した問題は、圧縮された金属（ヒドロ）オキシド粉末か ら作られた成形体の還元によって得ることができる、担体を含まない固定床触媒 を使用して解決することができる。 結果として、本発明は、イソカンフィル−グアイアコールまたはイソカンフィ ル−フェノールの炭素骨格を有する化合物から、昇温及び昇圧下に水素で水素化 してイソカンフィル−シクロヘキサノール類を製造するに当たって、コバルト、 マンガン、及び銅の（ヒドロ）オキシド及び随時１つまたはそれ以上のアルカリ 土類金属の（ヒドロ）オキシドの圧縮された粉末から作られた成形体の還元によ って得られる担体を含まない成形体を触媒として使用することを含んでなる、該 イソカンフィル−シクロヘキサノール類の連続的製造法に関する。 本発明で使用できる触媒において、全（ヒドロ）オキシド粉末（それぞれ金属 として計算して）に基づき、Ｃｏの割合は４０〜６５重量％、Ｍｎの割合は１０ 〜２０重量％、Ｃｕの割合は０．１〜０．５重量％、 及び随時アルカリ土類金属（複数全体で）の割合は０．２〜５重量％であるべき である。１００重量％までの残りは、酸化物（オキシド）系で存在する化合物の 酸素である。そのような触媒は、事実アルカリ土類金属の（ヒドロ）オキシドを 含む必要がない。しかしながら、それは好ましくは少なくとも１つのアルカリ土 類金属（ヒドロ）オキシドを含んでいる。複数のアルカリ土類金属（ヒドロ）オ キシドを使用する場合には、該（ヒドロ）オキシドのそれぞれが好ましくは該全 体の範囲０．２〜５重量％の２０重量％より低くない且つ８０重量％より高くな い量で存在する。 アルカリ土類金属元素のうち、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、 及びバリウム、好ましくはストロンチウム及びバリウムは特に適当である。 酸化物及び水酸化物（ヒドロキシド）の粉末が触媒の製造に使用される。好ま しくは該元素の酸化物粉末を用いる。そのような粉末は上述した重量比が達成さ れるような割合で互いと機械的に混合される。１００重量％にする残りは常に酸 素の割合であり、すべての重量％は酸化物の、担体を含まない成形体の全重量に 関するものである。ついで粉末の混合物を、高圧で錠剤またはペレット成形機で 圧縮する。この場合、粉末の接着性を改善するために、圧縮すべき粉末の全重量 に対して、０．５〜１重量％の量でグラファイト及び／または接着剤を使用して もよい。そのような圧縮物の形の例は、１〜１０ｍｍ、好ましくは３〜７ｍｍの 寸法を有する錠剤、球状粒子または円筒状粒子である。外表面積を増加させるた め、錠剤成形体には、軸方向に孔を開けてもよい。巨視的に見て、そのような圧 縮された成形体は滑らかな表面を有する。また圧縮された 成形体は成形体表面において高い圧縮強度を有する。即ち、錠剤または円筒状粒 子は平面圧スタンプを使用するとき平らな圧縮面において２００〜８００Ｎ／ｃ ｍ²、好ましくは２５０〜６００Ｎ／ｃｍ²の圧縮強度を有し、また錠剤、球状粒 子または円筒状粒子はナイフ型圧力変換器を使用するとき湾曲した圧縮面で（力 として測定して）５０〜６００Ｎの圧縮強度を有する。用いる圧縮された成形体 の内表面積は、３０〜２００ｍ²／ｇ、好ましくは８０〜１６０ｍ²／ｇである。 担体を含まない成形体の圧縮強度は、ＤＩＮ５０１０６に従って決定することが できる。内表面積は、Ｆ．Ｍ．ネルソン（Ｎｅｌｓｏｎ）及びＦ．Ｔ．エッガー トセン（Ｅｇｇｅｒｔｓｅｎ）、アナリト・ケム（Ａｎａｌｙｔ．Ｃｈｅｍ．） 、３０、１３８７〜１３９０（１９５８）に従い、或いはＳ．Ｊ．グレッグ（Ｇ ｒｅｇｇ）及びＫ．Ｓ．Ｗ．シング（Ｓｉｎｇ）、吸着表面積と孔性、アカデミ ック・プレス（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ，Ｌｏｎｄｏｎ）、１９８２年、 第２及び６章に従って決定できる。 本発明の方法で記述される触媒を使用すると、用いるイソカンフィル−グアイ アコールまたはイソカンフィル−フェノールから、異性体イソカンフィル−シク ロヘキサノール類、例えば２−ヒドロキシ−１−（５−イソカンフィル）−シク ロヘキサン、３−ヒドロキシ−１−（５−イソカンフィル）−シクロヘキサン、 ４−ヒドロキシ−１−（５−イソカンフィル）−シクロヘキサンが製造される。 本発明の方法の温度範囲は１４０〜２８０℃、好ましくは１８０〜２６０℃であ る。使用される水素圧は、２０〜４００バール、好ましくは２０〜３５０バール 、特に好ましくは１００〜３００バールである。 本発明の方法は、工程中に反応器を通過する出発物質のモル当たり少 なくとも１０倍モルの水素量において、固定床に配置された触媒を使用すること により、自由に流動する相で連続的に行うことができる。この水素化反応器は、 全体にまたは部分的に成形体の充填された高圧スチールまたはスチール−アロイ のチューブであってよい。この関連において、かなり大きいチューブの断面積の 場合には、担体を含まない成形体を棚上または針金の籠中或いは同様の手段で使 用することも有用である。更に、共通のジャケット内に収められた高圧チューブ の束も使用できる。この時も個々のチューブは全体的にまたは部分的に触媒成形 体が充填されている。 圧縮された、担体を含まない触媒は、水素によって還元され、これにより活性 化される。これは、本質的に使用する出発物質の水素化と同時であってもよいが 、触媒がその全活性を得且つ結果として最高の可能な空間−時間収率が達成され るまでにかなり長い運転期間が必要である。それゆえに出発物質の導入に先立っ て触媒を還元することが有利である。この水素での活性化還元は、１８０〜２８ ０℃の温度範囲及び２０〜３００バールの圧力範囲で行われる。この工程におい ては、最初に存在する大気の酸素を先ず不活性気体例えば窒素、アルゴン、メタ ン、またはエタンで完全に除去し、ついで水素の１０〜１５容量％を不活性気体 に添加する。ここに不活性気体は、好ましくは入手し易さの理由から窒素である 。例えば２４時間という特定の期間内で、不活性気体の割合を連続的に減じ、最 終的に不活性気体を完全に排除して、活性化及び還元を純水素下で行う。触媒が もはや水素を消費しなくなり、結果としていずれの反応水も生成しなくなった時 、反応は完了する。 工程の自由に流動する相において、重量時間空間速度は、触媒リット ル当たり及び時間当たり０．０５〜１．０ｋｇ、好ましくは０．１〜０．５ｋｇ である。用いるイソカンフィル−グアイアコールまたはイソカンフィル−フェノ ールを、反応に不活性な適当な溶媒、例えば脂肪族モノアルコールまたはシクロ ヘキサノール類の、原料の重量に対して１０〜１００、好ましくは１０〜４０重 量％量で希釈してもよい。 本発明で使用する触媒は、非常に長い耐用寿命を有する。今まで１２０００〜 １５０００時間実験に使用したが、検知しうる活性の低下なしに実験を終了する ことができた。 得られる反応生成物は実質的に芳香族成分を含まない。 無溶媒での水素化についで、得られるイソカンフィル−シクロヘキサノール類 は、いずれか生成する低沸点物の蒸留除去後、更なる精製工程なしに普通のよう に更に処理することができ、また溶媒を用いる水素化の場合にはそれは溶媒の留 去後、更に処理することができる。しかしながら、得られるイソカンフィル−シ クロヘキサノール類を蒸留的にまたは他の既知の物理的分離法で分離し且つ濃縮 することもできる。 実施例 実施例１ 酸素を含まないように予め窒素でフラッシュした内径４５ｍｍ及び長さ１ｍを 有する、ステンレスの耐酸性スチールから作られた垂直に立つ断熱された高圧チ ューブに、コバルト、マンガン、及び銅の酸化物の粉末を錠剤化することによっ て製造した成形体１．４リットルを充填した。錠剤のコバルト含量は５４重量％ 、マンガン含量は１５重量％、及び銅含量は０．２重量％であった。円筒の高さ ５ｍｍ及び直径５ｍｍを有する錠剤は、平面の円筒表面において４１５Ｎ／ｃｍ² の及び湾曲した成 形体表面において１２０Ｎの圧縮強度並びに１６５ｍ²／ｇの内表面積を有した 。 錠剤を先ず窒素気流中で６時間乾燥した（温度最高で２００℃、窒素の流速５ Ｎｍ³／時）。ついで窒素圧２００バール及び温度１８０〜２８０℃において、 水素を最初１０〜１５容量％の混合割合で、徐々に窒素に添加しながら、活性化 を行った。２４時間の期間中、気体混合物中の窒素の割合は、最終的に純水素が 反応器中を流れるように暫時減少させた。反応水が下流の捕集器にもはや溜まら なくなるやいなや活性化を停止した。 触媒の活性化後、反応器系の水素圧を３００バールまで上昇させた。ついで時 間当たり、カンフェンのグアイアコールを用いたアルキル化により製造したよう な、イソカンフィル−グアイアコール類混合物の、シクロヘキサノール中３８％ 溶液１７０ｇを、水素１．５Ｎｍ³と一緒に、３００バールの圧力で、高圧チュ ーブ中を上から下へポンプで供給した。但し、水素化すべき混合物は、高圧チュ ーブに導入する前に上流において、電気的に加熱された熱交換器で１９０℃まで 加熱しておいた。 反応チューブを出る反応生成物を、水素圧３００バールにおいて、第２の熱交 換器（水冷却器）で＜６０℃の温度まで冷却し、気体捕集器で過剰な水素から分 離した。この過剰な水素は反応系へ再び返送した。 更に＜３０℃の温度まで冷却し、圧力を常圧まで戻した後、反応生成物をＵＶ 分光計で検査した。 残存芳香族成分は０．１重量％以下であることが分かった。 溶媒の留去後、異性体イソカンフィル化合物、 ２−ヒドロキシ−１−（５−イソカンフィル）−シクロヘキサン ３−ヒドロキシ−１−（５−イソカンフィル）−シクロヘキサン 及び ４−ヒドロキシ−１−（５−イソカンフィル）−シクロヘキサン を、凡そ３：１：２の混合比で含むガラスのように透明で粘ちょうな油を得た。 これはビャクダンの心地好い香りがした。 実施例２ 酸素を含まないように予め窒素でフラッシュした内径４５ｍｍ及び長さ１ｍを 有する、ステンレスの耐酸性スチールから作られた垂直に立つ断熱された高圧チ ューブに、コバルト、マンガン、バリウム、及び銅の酸化物の粉末を錠剤化する ことによって製造した成形体１．４リットルを充填した。錠剤のコバルト含量は ５３重量％、マンガン含量は１４重量％、バリウム含量は０．９重量％、及び銅 含量は０．２重量％であった。円筒の高さ５ｍｍ及び直径５ｍｍを有する錠剤は 、平面の円筒表面において４２０Ｎ／ｃｍ²の及び湾曲した成形体表面において １２８Ｎの圧縮強度並びに１６８ｍ²／ｇの内表面積を有した。 錠剤を先ず窒素気流中で６時間乾燥した（温度最高で２００℃、窒素の流速５ Ｎｍ³／時）。ついで窒素圧２００バール及び温度１８０〜２８０℃において、 水素を最初１０〜１５容量％の混合割合で、徐々に窒素に添加しながら、活性化 を行った。２４時間の期間中、気体混合物中の窒素の割合は、最終的に純水素が 反応器中を流れるように暫時減少させた。反応水が下流の捕集器にもはや溜まら なくなるやいなや活性化を停止した。 触媒の活性化後、反応器系の水素圧を３００バールまで上昇させた。ついで時 間当たり、カンフェンのグアイアコール類でのアルキル化で製 造したようなイソカンフィル−グアイアコール類の混合物の、シクロヘキサノー ル中３８％溶液１８０ｇを、水素１．５Ｎｍ³と一緒に、３００バールの圧力で 、高圧チューブ中を上から下へポンプで供給した。但し、水素化すべき混合物は 、高圧チューブに導入する前に上流において、電気的に加熱された熱交換器で２ １０℃まで加熱しておいた。 反応チューブを出る反応生成物を、水素圧３００バールにおいて、第２の熱交 換器（水冷却器）で＜６０℃の温度まで冷却し、気体捕集器で過剰な水素から分 離した。この過剰な水素は反応系へ再び返送した。 更に＜３０℃の温度まで冷却し、圧力を常圧まで戻した後、反応生成物をＵＶ 分光計で検査した。 残存芳香族成分は０．１重量％以下であることが分かった。 溶媒の留去後、異性体イソカンフィル化合物、 ２−ヒドロキシ−１−（５−イソカンフィル）−シクロヘキサン ３−ヒドロキシ−１−（５−イソカンフィル）−シクロヘキサン 及び ４−ヒドロキシ−１−（５−イソカンフィル）−シクロヘキサン を、凡そ３：１：３の混合比で含むガラスのように透明で粘ちょうな油を得た。 これはビャクダンの心地好い香りがした。 触媒は、４０２６時間の使用時間後活性は変化してなかった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．イソカンフィル−グアイアコールまたはイソカンフィル−フェノール化合 物から、昇温及び昇圧下に水素で水素化することによりイソカンフィル−シクロ ヘキサノール類を製造する際に、触媒として役立ち且つコバルト、マンガン、及 び銅の（ヒドロ）オキシド及び随時アルカリ土類金属の（ヒドロ）オキシドの圧 縮された粉末から作られた成形体の還元によって得られる担体を含まない成形体 を使用する、該イソカンフィル−シクロヘキサノールの連続式製造法。 ２．還元に使用すべき且つ圧縮された金属（ヒドロ）オキシド粉末からなる成 形体が、（それぞれ金属として計算して）金属酸化物粉末混合物の全量に対して コバルト４０〜６５重量％、マンガン１０〜２０重量％、銅０．１〜０．５重量 ％、及びアルカリ土類金属０〜５重量％を含む、請求の範囲１の方法。 ３．１つまたはそれ以上のアルカリ土類金属（ヒドロ）オキシドが圧縮された 金属（ヒドロ）オキシド粉末中に存在してよく、但しこの場合複数のアルカリ土 類金属（ヒドロ）オキシドが存在するならば、該（ヒドロ）オキシド粉末のそれ ぞれが５重量％までの全含量の２０重量％より低くない且つ８０重量％より高く ない量で存在する、請求の範囲１の方法。 ４．圧縮された金属（ヒドロ）オキシド粉末から作られた成形体が（ＤＩＮ５ ０１０６で測定して）成形体表面において３００〜８００Ｎ／ｃｍ²の圧縮強度 を有する、請求の範囲１の方法。 ５．圧縮された金属（ヒドロ）オキシド粉末から作られた成形体が３０〜２０ ０ｍ²／ｇの内表面積を有する、請求の範囲１の方法。 ６．水素圧が２０〜４００バール、好ましくは５０〜３５０バール、特に好ま しくは１００〜３００バールである、請求の範囲１の方法。 ７．水素化温度が１４０〜２４０℃、好ましくは１６０〜２３０℃である、請 求の範囲１の方法。 ８．工程中出発物質のモル当たり少なくとも１０倍モル量の水素を反応器に通 過させる、請求の範囲１の方法。 ９．固定化された触媒（ｆｉｘｅｄ ｃａｔａｌｙａｔｓ）を自由に流動する 相で連続的に使用し、そして触媒リットル当たり及び時間当たり０．０５〜１． ０ｋｇ、好ましくは０．１〜０．５ｋｇの出発物質の重量時間空間速度を確立す る、請求の範囲１の方法。 １０．触媒を使用前に、１８０〜２８０℃及び水素圧２０〜３００バール下に 水素で処理して還元し、但し水素を還元の開始時には水素／不活性気体の混合物 として使用し、そしてこの不活性気体を還元工程で完全に排除する、請求の範囲 １の方法。 １１．原料を、原料に対して、反応に不活性な溶媒１０〜１００重量％、好ま しくは１０〜４０重量％で希釈する、請求の範囲１の方法。