JPH0288569A - 5‐ヒドロキシメチルフルフラールの酸化方法 - Google Patents

5‐ヒドロキシメチルフルフラールの酸化方法

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JPH0288569A
JPH0288569A JP1192773A JP19277389A JPH0288569A JP H0288569 A JPH0288569 A JP H0288569A JP 1192773 A JP1192773 A JP 1192773A JP 19277389 A JP19277389 A JP 19277389A JP H0288569 A JPH0288569 A JP H0288569A
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Ernst I Leupold
エルンスト・インゴー・ロイポルト
Matthias Wiesner
マットヒアス・ウイ―スナー
Merten Schlingmann
メルテン・シユリングマン
Knut M Rapp
クヌート・エム・ラップ
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Hoechst AG
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、種々の利用、特に界面活性剤、プラスチック
類および樹脂類の中間体として利用できる生成物を生成
する5−ヒドロキシメチルフルフラールの接触酸化に関
するものである。
(従来技術) 種々の酸化剤、例えば、濃硫酸(J、J、 Blank
sma。
Chemisches ZenLralbatt 19
101.539)または−方でジメチルスルホキシドお
よび他方で無水酢酸、四酸化二窒素または硝酸の混合物
(Morikawa。
Chem、Abstr、 Vol、 92 (1980
)、 198181a)等を用いて触媒を用いることな
く5−ヒドロキシメチルフルフラールを酸化することは
公知である。
基本的には、三種類の反応生成物が上記の酸化に対して
見出されている。
フラン−2,5−ジカルボン酸 (発明が解決しようとする課題) しかしながら、5−ヒI・ロキシメチルフルフラールの
酸化生成物の従来公知の製造方法は、著しい欠点を有す
る。通常の試薬である硝酸、四酸化窒素およびジメチル
スルホキシドを用いる場合、多量の例えば、硝気または
硫黄化合物等の望ましくない生成物が、特定の試薬によ
り相当の支出を必要とする廃棄を必然的に生成する。同
様に、後処理の際に、過剰の酸化剤を分離するのは、非
常に高価である。従って、上記の如き欠点がなく、且つ
技術的に簡単な方法で行うことができる5−ヒドロキシ
メチルフルフラールの酸化法に対する要求がある。
(課題を解決するための手段) 本発明は、白金族の金属少なくとも1種を含有する触媒
の存在下に、酸化剤として酸素を用いる水性媒体中にて
5−ヒドロキシメチルフルフラールを酸化することを含
む5−ヒドロキシメチルフルフラールの酸化方法に関す
るものである。
好適な触媒としては、イリジウム、ロジウム、ルテニウ
ム等の白金族の金属を含むものがあるが、好ましくは、
パラジウムおよび/または白金を含むものである。白金
族の金属として白金のみを含む触媒が特に好ましい。上
記の白金族の金属は、支持体上で、特に活性炭上で用い
られることが好ましい。触媒における金属、好ましくは
、白金の含量は、■乃至10重量%である。好適な触媒
の例としては、活性炭上の白金5乃至lO重計%を含有
する市販触媒がある。
上記水性媒体における5−ヒドロキシメチルフルフラー
ルの濃度は、広範囲に渡ることができる。
水および可溶化剤に対して5乃至30重量%、好ましく
は、10乃至20重量%であることが好ましい。
酸化の際に反応生成物の沈降を避けるために、反応条件
下において反応体に不活性である可溶化剤を、特に高濃
度で、好ましくは、水および可溶化剤に対して10乃至
75重量%、殊に30乃至50重量%で、用いるのが有
利である。使用する可溶化剤は、酸素が水溶液を通過す
るに際して、蒸気空間における爆発の危険性を実質的に
避けるように比軸的低沸点のものが好都合でり、一方、
酸化後に例えば、蒸留により容易に分離されるものが好
ましい。
好適な可溶化剤の例としては、遊離囲碁のないグリコー
ルエーテル、例えば、式: 11’O[C11□CI((CI+3)01. R2(
式中、nはI乃至4の整数であり、 R1およびR2は
同一または異なり、炭素原子数1乃至4のアルキル基で
ある)のグリコールエーテルが挙げられる。ジメチル、
ジエチルまたはメチルエチルエーテルおよび沸点範囲約
100乃至約250℃を有する相当する上記の式のプロ
ピレングリコールエーテル、例、jば、)・ジエチレン
グリコールジメチルエーテル、および特にジエチレング
リコールジメチルエーテルがとりわけ好適である。クラ
ウンエーテル等の他のエーテルも、可溶化剤として好適
であるが、個々の場合において、本発明の方法の経済性
観点から分離に対する費用および可溶化剤を使用するコ
ストに注意を払う必要性がある。
純粋酸素は、好適な酸化剤である。しかしながら、酸素
と反応条件下において不活性である気体との混合物、例
えば、酸素と不活性ガスとの混合物または酸素と空気と
の混合物を用いることも可能である。
一般に、この操作は、全圧0.5から100バールの間
で行われる。反応速度は、酸素の分圧が増加するのに従
って著しく増加するが、本発明の方法の経済性を考慮す
れば、高い反応速度という利点は、高圧を加えるために
必要とされる装置における高い出費により相殺されて余
りある。大気圧から10バール(絶対)までの圧力範囲
が好ましく、大気圧での操作が行うのに特に簡単である
−IIIQに、本発明による方法は、30℃乃至水性媒
体の沸点、好ましくは、50乃至95℃3特に60乃至
90″Cの温度で行われる。
この反応は、pH値に関して種々の方法で行うことがで
き、pH調節は、最終生成物における個々の生成物の性
質に対する影響があり得る。従って例えば、この反応は
、反応生成物により酸性となる媒体において、即ち、p
l!範囲7未満である媒体において行ってもよい。同様
に、塩基、酸または緩i)i混合物の添加により酸化の
際のpH値を調節することも可能であり、pH値8未満
が一般に保持される。
しかしながら、本発明の酸化を、より高いpH値で行う
こともできる。
例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムまたは上記
の[目当する水溶液の連続添加によって、6.5乃至8
、好ましくは、7乃至7.5の実質的に一定のρ11値
を設定することも可能である。操作における後Hの態様
において、酸化生成物であるフラン−2,5−ジカルボ
ン酸が優位に生成される。別の態様によると、本発明の
酸化を、pH約7で開始し、酸または塩基を添加しない
で続ける。酸性媒体において、2,5−ジホルミルフラ
ンおよび5−ホルミルフラン−2−カルボン酸が優位に
生成される。
本発明による方法は、固体触媒、水性媒体および気体酸
素からなる三相系において生じる。加圧または加圧なし
で液相において反応を行うのに好適な全ての装置におい
て行うことが可能である。
この例としては、攪拌容器または触媒を懸架したバブル
カラムにおける操作がある。しかしながら、本発明の酸
化は、細流法反応器において粒状触媒を用いた固定床反
応として行ってもよい。
各場合において、所望の反応生成物の生成に要する反応
時間は、一定時間間隔で反応溶液のサンプルを抜取り、
これを分析することによって測定するのが好都合である
。例えば、反応生成物の収量は、高圧液体クロマトグラ
フィーにより標準溶液と比較するサンプルの分析による
という簡単な方法で連続的に測定することができる。酸
素の通過時間が不必要に延ばされると、過剰な酸化を導
きやすく、それにより、例えば、カルボキシル分解し、
それにより所望の生成物の収量の1員失を導くので、反
応時間を適性化することが望ましい。
反応混合物は、公知方法で後処理することができる。好
適な方法において、先ず可溶化剤並びに水を留去し、続
いて結晶化または抽出による精製を行う。
(発明の効果) 最初に記載した従来の酸化方法に比較して、本発明によ
る方法は、例えば、硝気または硫黄化合物等の所望とさ
れない生成物の生成が回避され、更には、過剰の酸化剤
の分離も省かれるという利点を有する。本発明による接
触酸化は、所望の生成物は別として、水のみが必須的に
生成するが、これは、何れにせよ溶媒として用いられる
5−ヒドロキシメチルフルフラールの酸化生成物は、プ
ラスチック、界面活性剤または樹脂の製造の中間体とし
て有効である。例えば、フラン2.5−ジカルボン酸は
、ポリエステルの成分として用いることができ、アルデ
ヒドである2、5−ジホルミルフランおよび5−ホルミ
ルフラン−2−カルボン酸は、長鎖アミン類との反応の
後に、界面活性剤として、或いは新規のプラスチックま
たは樹脂の製造の重合または共重合に用いることができ
る。
実施例 実施例1 毎時801(標準状態)の酸素を、5−ヒドロキシメチ
ルフルフラール162g、水1460gおよび市販の触
媒(活性炭上の5重量%白金)の混合物で満たされた、
外部加熱された垂直方向に設けられたガラス管に、ガラ
スフリツタ−の下方から温度70℃にて通じた。30%
濃度の水酸化ナトリウム水溶液の連続的添加により、p
H値を7〜7.5に保った。
2.5時間の反応時間の後、反応溶液は、理論量の91
%に相当する収量であるフラン−2,5−ジカルボン酸
234gをニナトリウム塩の形態で含有した。
実施例2 実施例1に記載の装置において、実施例1に使用された
触媒の存在下に、5−ヒドロキシメチルフルフラール2
0%水)客演1500gを85℃の温度で、毎時80!
(標準状態)の酸素により酸化した。pH値を、30%
水酸化ナトリウJ、水溶液で7〜7.5に保った11時
間の反応時間の後、反応混合物は、理論値の70%に相
当するフラン−2,5−ジカルボン酸376gがニナト
リウム塩の形態で含有した。
実施例3 実施例1に記載された装置において、5−ヒドロキシメ
チルフルフラール180g、水700g、ジエチレング
リコールジメチルエーテル700gおよび市販触媒(活
性炭上の5重量%白金)の混合物を、6o″Cの温度で
酸素と反応させた。実施例1および2とは相違して、水
酸化ナトリウムを、添加せず、そのため、カルボキシル
基の形成によりpH値は、初期値の約7から7未満に落
ちた。8時間の反応時間の後、5−ホルミルフラン−2
−カルボンfjQ 122g(理論値の61%)、2,
5−ジホルミルフラン43g(理論値の24%)および
フラン−2,5−ジカルボン酸18g (理論値の8%
)を含有した。
実施例4 実施例1に記載された反応を、60℃で4時間、それ以
外は同一の条件下にて行った。反応溶液は、−ナトリウ
ム塩の形態で理論値の98%の収量であるフラン−2,
5−ジカルボン酸252gを含有した。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)白金族の金属少なくとも1種を含有する触媒の存在
    下に、酸素を用いて水性媒体中にて5−ヒドロキシメチ
    ルフルフラールを酸化することを含む5−ヒドロキシメ
    チルフルフラールの酸化方法。 2)(a)上記白金族金属がパラジウム、白金またはパ
    ラジウムと白金との組合せからなり、 (b)上記触媒がキャリヤーとして活性炭素の上の白金
    族の金属からなり、 (c)上記触媒がキャリヤー上の1乃至10重量%の白
    金からなり、 (d)上記酸化を0.5乃至100バールの圧力範囲の
    下に行い、 (e)上記水性媒体が更に反応条件において反応体に対
    して不活性である可溶化剤を含有し、 (f)上記酸化を30℃乃至水性媒体の沸点の温度範囲
    で行い、 (g)上記水性媒体が酸化開始の際に、水および可溶化
    剤の量に基づいて、5乃至30重量%の5−ヒドロキシ
    メチルフルフラールを含有し、 (h)上記酸化をpH値8以下で行い、および (i)上記酸化をpH値約7で開始し、pH値を塩基ま
    たは酸の添加なしに行う という特徴の少なくとも一つを特徴とする請求項1に記
    載の方法。 3)(d)上記酸化を大気圧乃至10バールの圧力範囲
    の下に行い、 (e)上記可溶化剤が遊離OH基のないグリコールエー
    テルであり、 (f)上記酸化を50乃95℃の温度範囲で行い、 (h)酸化の際の上記pH値を塩基の添加により6.5
    乃至8に調整して上記酸化を行うという特徴の少なくと
    も一つを特徴とする請求項2に記載の方法。 4)(d)上記酸化を大気圧の下に行い、 (e)上記可溶化剤が式: R^1O[CH_2CH(CH_3)O]_nR^2(
    式中、nは1乃至4の整数であり、R^1およびR^2
    は同一または異なり、炭素原子数1乃至4のアルキル基
    である)を有するグリコールエーテルであり、 (f)上記酸化を60乃90℃の温度範囲で行い、 (h)酸化の際の上記pH値を塩基の添加により7乃至
    7.5に調整して上記酸化を行うという特徴の少なくと
    も一つを特徴とする請求項3に記載の方法。 5)(e)上記可溶化剤が水および可溶化剤の合計量に
    対して10乃至75重量%で存在することを特徴とする
    請求項4に記載の方法。 6)(e)上記可溶化剤が水および可溶化剤の合計量に
    対して30乃至50重量%で存在することを特徴とする
    請求項5に記載の方法。
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