JPH0959190A - 1,4−ブタンジオール及び/又はテトラヒドロフランの製造方法 - Google Patents
1,4−ブタンジオール及び/又はテトラヒドロフランの製造方法Info
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Abstract
ドロフランの改良された製造方法の提供。 【解決手段】 第1段水素化工程にてマレイン酸類をC
=C二重結合の水素化能を有する触媒の存在下で水素化
反応に付し、第2段水素化工程にて第1段水素化反応生
成物を担持型貴金属−Sn系触媒の存在下で水素化反応
に付す。
Description
料として、接触水素化反応することにより1,4−ブタ
ンジオール及び/又はテトラヒドロフランを製造する方
法に関する。1,4−ブタンジオールは、主にポリブチ
レンテレフタレートやポリウレタン等のプラスチック原
料として使用されるほか、ピロリジン、アジピン酸等の
製造中間体等として使用されている。また、テトラヒド
ロフランは、沸点が低く優れた溶解力をもつため溶媒と
して使用されるほか、ポリテトラメチレンエーテルグリ
コール、テトラヒドロチオフェン等の原料として使用さ
れている。
化水素を水素化する方法は数多く報告されており、最も
良く知られている方法として銅系の触媒を用いる方法が
ある。しかしながら、この方法では、マレイン酸等の有
機カルボン酸を直接還元することができないため、カル
ボン酸を一旦エステルに転換後還元しなければならず、
また、一般に200気圧以上の水素加圧下で反応を行う
ので、エネルギー的にも設備的にも不利な方法である。
元できる触媒もいくつか提案されており、例えば、特開
昭63−218636号公報及び米国特許第4,65
9,686号明細書には、活性炭に担持したパラジウム
−レニウム触媒を用いてマレイン酸水溶液からテトラヒ
ドロフラン又はγ−ブチロラクトンを製造する方法が記
載されている。しかしながら、前者に記載の方法では反
応基質濃度が低く、米国特許明細書に記載の方法では、
反応を行う際に150気圧以上の水素圧力が必要であ
る。また、米国特許第4,827,001号明細書に
は、ルテニウム−鉄酸化物を触媒としてマレイン酸を直
接還元する方法が提案されているが、この方法において
は、1,4−ブタンジオール、テトラヒドロフラン、γ
−ブチロラクトンの選択率が十分でない。
許もいくつか開示されており、例えば米国特許第5,1
96,602号明細書には、マレイン酸もしくはマレイ
ン酸無水物を2段で水素化する方法において、後段の反
応をRu−Co−Ni−Zn系触媒を用いて行う方法が
記載されているが、実施例の結果では活性は低いレベル
にとどまっている。また、特開平5−238971号公
報には、コバルト含有触媒を用いて無水マレイン酸を2
段で水素化する1,4−ブタンジオールの製法が開示さ
れているが、反応が200〜350バールと非常な高圧
を要するという欠点があった。一方、特開平5−246
915号公報には、カルボン酸類の水素化反応には、第
VIII族の貴金属を多孔質炭素からなる担体に担持した触
媒が高活性で優れた成績を示すこと、及び、第2金属成
分として錫等を共存させると選択性が向上することが開
示されている。
開平5−246915号公報に担持型触媒として具体的
に記載されているRu−Sn系触媒は無水マレイン酸類
の水素化反応に使用すると、徐々にSnが溶出してくる
という問題があり、工業的には触媒活性の長期安定性の
点で改善が望まれている。
ても工業的に不十分であり、マレイン酸類を水素化し、
高収率で目的物である1,4−ブタンジオール及び/又
はテトラヒドロフランを得るためには、反応性を高める
ために比較的高い水素圧下に反応を行う必要があった。
本発明は、反応活性の高い触媒を効率的に利用して、温
和な条件下マレイン酸類を水素化し、高収率で且つ安定
的に1,4−ブタンジオール及び/又はテトラヒドロフ
ランを製造する方法を提供することを目的とする。
存在下にマレイン酸類を2段で水素化して1,4−ブタ
ンジオール及び/又はテトラヒドロフランを製造するに
際し、第1段水素化工程にてマレイン酸類をC=C二重
結合還元能を有する触媒の存在下に水素化反応に付し、
第2段水素化工程にて、第1段水素化反応生成物を担持
型貴金属−Sn系触媒の存在下に水素化反応に付すこと
を特徴とする1,4−ブタンジオール及び/又はテトラ
ヒドロフランの製造方法を提供するものである。
する。本発明の方法では、マレイン酸類(無水マレイン
酸、マレイン酸、及びマレイン酸のエステル、又はこれ
らの混合物)を反応の原料とする。第1段水素化工程
は、マレイン酸類のC=C二重結合を還元する能力が有
る公知の水素化触媒の存在下に行われる。例えば、担持
型Pd系、Ru系、Pt系、Rh系触媒、Cu−クロマ
イト系触媒、Cu−Zn−Al酸化物系触媒等が使用さ
れる。これら触媒は、単独でも、複数組み合わせ用いて
も良い。中でも担持型Pd系触媒が好適に用いられる。
担持型触媒の場合の担体は、水素化反応条件下で安定に
存在できることを条件に自由に選択できる、例えば、活
性炭、けいそう土、シリカ、アルミナ、チタニア、ジル
コニア等の多孔質担体を単独又は2種以上を組み合わせ
て用いることができる。
d触媒が好適に使用される。その場合のPd金属の担持
量は、0.01重量%以上で有れば良く、担持量の上限
はないが、経済性を考えると10重量%以下がよい。使
用される触媒の量は、回分反応の場合、マレイン酸類の
反応原料100重量部に対し0.01〜100重量部で
あることが望ましいが、反応温度又は反応圧力等の諸条
件に応じ、実用的な反応速度が得られる範囲内で任意に
選ぶことができる。
好適には、30℃〜200℃、更に好適には50℃〜1
80℃の範囲内である。反応圧力は、0.1MPa〜2
0MPaの範囲、好適には0.1MPa〜10MPaの
範囲である。反応方式は、液相懸濁反応又は固定床反応
のいずれであってもよい。また反応は、無溶媒で行って
もよいし、必要に応じて、反応に悪影響を与えない種類
の溶媒を使用してもよい。
いが、具体的には、水;メタノール、エタノール、オク
タノール、ドデカノール等のアルコール類;テトラヒド
ロフラン、ジオキサン、テトラエチレングリコールジメ
チルエーテル等のエーテル類;その他、ヘキサン、シク
ロヘキサン、デカリン等の炭化水素類が挙げられる。特
に、マレイン酸類を、テトラヒドロフラン、γ−ブチロ
ラクトン、及び水から選ばれる少なくとも1種の溶媒に
溶解すると、マレイン酸類の溶解度が高く、供給が行な
い易くなり好ましい。その濃度は反応又は供給時の温度
における飽和濃度以下であれば任意の濃度を選択できる
が、生産性を考えると15重量%以上が好ましい。マレ
イン酸類の初期濃度は通常は約20〜60重量%程度で
ある。
類のエチレン性二重結合(C=C)を水素化して、反応
基質の酸性度を低下させる。マレイン酸類の変換率は9
0モル%以上、好ましくは95モル%であることが望ま
しい。第2段水素化反応に用いる触媒中のSnの流出を
防止するため反応基質の酸性度を十分に低下させる必要
性を勘案すると、具体的には第2段水素化工程に供給さ
れる水素化反応処理物中の残留マレイン酸類の濃度を1
0重量%以下、好ましくは5重量%以下とすることが望
ましい。
酸性度の低下は、例えば、マレイン酸のpKaは、1.
75と5.83であるのに対して、コハク酸では、4.
00と5.24であり、水素化反応生成物中のマレイン
酸類の残重量濃度10%以下とすることにより、第2段
水素化工程への供給原料の酸性度を大幅に低下させる。
第2段水素化工程の担持型Ru−Sn触媒は、マレイン
酸に直接接すると、反応条件によってはその強い酸性に
より、Snが反応液中に溶出する危険がある。第1段水
素化工程でマレイン酸類のC=C二重結合を水素化して
酸性度を低下させておくことは非常に重要であり、それ
により第2段水素化工程での触媒中のSnの溶出を完全
に回避し、触媒の性能を十分引き出すことができる。
水素化反応生成物を目的物である1,4−ブタンジオー
ル及び/又はテトラヒドロフランまで変換するために、
担持型貴金属−Sn系触媒、特にRu−Sn系触媒もし
くはこれにPt及びRhから選ばれる少なくとも1種の
金属を組み合わせて担持した触媒の存在下に行う。第1
段反応において溶媒を使用する場合、第2段水素化工程
に供給される第1段水素化反応生成物の溶液は必要あれ
ば濃縮してもよく、通常20重量%以上、好ましくは3
0重量%以上の生成物を含む溶液が用いられる。
いそう土、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア等
の多孔質担体を単独又は2種以上を組み合わせて用いる
ことができる。該触媒の活性を十分に得るためには、担
体が高表面積であると良いので、上記した中でも、特に
活性炭、及びシリカがより好ましい。なお、貴金属成分
とSnの原料化合物としてはそれらの金属の硝酸、硫
酸、塩酸等の鉱酸塩が一般的に使用されるが、酢酸等の
有機酸塩、水酸化物、酸化物又は、一般に知られている
有機金属化合物や錯塩も使用することもできる。
浸漬法、イオン交換法、ゾル−ゲル法、など通常の調製
法で採用されている方法はいずれも適用可能である。中
でも特に簡便な浸漬法が好ましく採用される。浸漬法に
よるときは、通常、担持する金属の原料化合物を水等の
該化合物を溶解可能な溶媒に溶解して、金属化合物の溶
液とし、これに別途調製した多孔質担体を浸漬して担体
に触媒成分を担持させる。
は特に制限はなく、全ての金属成分を一度に同時に担持
しても、各成分を個別に担持しても、また成分のいくつ
かを組み合わせて複数回にわたって担持してもよい。し
かし、まずRuとSnを先に担体に担持して乾燥、還元
処理し、その後にPt及び/又はRhを追加して担体に
担持すると反応活性をさらに高める事ができる。このP
t及び/又はRhを後から担持する事による活性向上の
理由は、詳しくは解っていないが、水素の活性化能もし
くは水素化反応活性の高いPt及び/又はRhを後から
担持することで、これらの金属が触媒表面に担持でき、
この表面の金属が水素化反応において有効に機能してい
るためと推定している。
担体に対して、通常0.5〜50重量%、好ましくは1
〜20重量%である。Pt及び/又はRhは、Ruに対
して0.01〜10重量倍量共存させるのが活性向上の
観点から好ましい。Snは、貴金属成分に対して、通常
0.1〜5重量倍量共存させるのが、生成物の選択性向
上の観点から好ましい。
数回に亘って浸漬担持する場合にはその都度)、乾燥を
行う。乾燥は、200℃以下の温度で、減圧下、もしく
は空気や不活性ガス等の乾燥ガスを通気しながら行う。
その後、必要に応じて焼成、還元処理を行う。焼成処理
は、通常100〜600℃の温度範囲で行われる。ま
た、還元処理を行う場合には、公知の液相還元法、気相
還元法が採用され、気相還元法の場合、通常100〜5
00℃の温度範囲、好ましくは200〜350℃の範囲
で行われる。還元処理を行った後の触媒の構造の詳細は
不明であるが、上記の還元条件では、貴金属成分は実質
的に全てが金属に還元されると推定され、Snは、一部
分が2価又は4価で残存すると推定される。
は、無水マレイン酸等の反応原料100重量部に対し
0.1〜100重量部であることが望ましいが、反応温
度又は反応圧力等の諸条件に応じ、実用的な反応速度が
得られる範囲内で任意に選ぶことができる。第2段水素
化工程の反応条件に関して、温度は、通常130〜35
0℃、好ましくは160〜300℃、反応圧は、通常1
〜30MPa、好ましくは5〜20MPaの条件が採用
される。
のいずれであってもよい。また反応は、無溶媒で行って
もよいし、必要に応じて、反応に悪影響を与えない種類
の溶媒を使用してもよい。この際使用できる溶媒として
は、特に制限されないが、具体的には、水;メタノー
ル、エタノール、オクタノール、ドデカノール等のアル
コール類;テトラヒドロフラン、ジオキサン、テトラエ
チレングリコールジメチルエーテル等のエーテル類;そ
の他、ヘキサン、シクロヘキサン、デカリン等の炭化水
素類が挙げられる。
上記構成を満たす限りにおいて各々の反応工程を複数の
反応器で構成した多段階に分割して行っても良い。な
お、本発明による方法で製造した1,4−ブタンジオー
ル及び/又はテトラヒドロフランは、蒸留等の公知の方
法により分離精製される。また、この分離精製後に残る
未反応原料又は反応中間体としてのγ−ブチロラクトン
等は、反応原料として再使用することができる。
り詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限
り、以下の実施例の記載に限定されるものではない。な
お、以下において特に記載のないかぎり、「%」は「重
量%」を示す。
能な触媒の例) エヌ・イー ケムキャット社製担持触媒(それぞれ30
0℃、2時間水素還元したもの)を用い、次記の条件で
無水マレイン酸の水素化反応を行い、得られた値に基づ
きマレイン酸に0次の反応速度定数k及びマレイン酸が
90モル%変換するのに要する反応時間を計算した結果
を表1に示す。 (反応)無水マレイン酸3gを水7gに溶解し、触媒
0.22gと共に70mlスピナー攪拌オートクレーブ
に仕込んだ。次に系内を水素で充分置換した後、室温下
3MPaの水素を圧入し、80℃で1時間反応を行っ
た。反応終了後、触媒をろ別してから、ろ液を液体クロ
マトグラフィーにより分析した。
例) (1)5N−HCl水溶液3.61mlに、RuCl3
・3H2 Oを1.578g、H2 PtCl6 ・6H2 O
を0.903g、SnCl2 ・2H2 Oを0.950g
を加えて溶解した後、この混合溶液に担体としてSiO
2 (富士デヴィソン社製、スペシャルグレード12 比
表面積679m2 /g、細孔容量0.37ml/g)を
8.55gを加え良くかき混ぜ、含浸させた。このもの
を回転減圧乾燥器で60℃、25mmHg下で溶媒の水
を除去した後、窒素雰囲気下150℃で2時間乾燥処理
し、ついで水素雰囲気下、300℃で2時間還元処理し
て、6.1%Ru−3.4%Pt−5.0%Sn/Si
O2 の触媒を調製した。 (2)上記した手順と同様の手法で、5.1%Ru−
3.4%Pt−3.0%Sn/SiO2 の触媒を調製し
た。
に溶解し、2%Pd/C(エヌ・イー ケムキャット社
製)0.5gを200℃、2時間水素還元したものと共
に200 ml誘導攪拌式オートクレーブに仕込んだ。次
に系内を水素で充分置換した後、水素圧7MPa、80
℃で1時間反応を行った。反応終了後、触媒をろ別して
から、ろ液を液体クロマトグラフィーにより分析した。
その結果、無水マレイン酸の転化率は100モル%で、
コハク酸の選択率は99.6モル%、フマル酸の選択率
は0.1モル%であった。
得られた反応生成物に水を加えコハク酸濃度50重量%
の水溶液を調製し、容量200mlのオートクレーブ
に、得られたコハク酸水溶液50gを入れ、更に参考例
2(1)で調製した触媒4gを仕込み、攪拌しつつ2M
Paの水素を圧入し、240℃まで昇温した。オートク
レーブ内温を240℃に維持しつつ、水素を圧入して水
素圧を7MPaまで高め、消費される分の水素を絶えず
補いながらこの圧力保ち2時間反応を行った。反応終了
後、反応生成物をガスクロマトグラフィで分析したとこ
ろ、コハク酸の変換率は100モル%であり、対コハク
酸収率としてTHFが67.8モル%、γ−ブチロラク
トンが10.5モル%、1,4−ブタンジオールが4.
6モル%で、また、対無水マレイン酸通算収率で夫々6
7.6モル%、10.5モル%、4.6モル%で得られ
た。なお、反応生成物の中には、副生成物として対コハ
ク酸収率でプロパノールが3.0モル%、ブタノールが
5.1モル%で、また、無水マレイン酸通算収率では夫
々3.0モル%、5.1モル%含まれており、また気相
部から、仕込んだコハク酸のCを基準として7.3%対
コハク酸収率、無水マレイン酸通算収率では7.3モル
%のガス成分(メタン、エタン、プロパン、ブタン)が
検出された。
に溶解し、5%Pd/C(エヌ・イー ケムキャット社
製)0.2gを300℃、2時間水素還元したものと共
に200ml誘導攪拌式オートクレーブに仕込んだ。次
に系内を水素で充分置換した後、水素圧1MPa、80
℃で1時間反応を行った。反応終了後、触媒をろ別して
から、ろ液を液体クロマトグラフィーにより分析した。
その結果、無水マレイン酸の転化率は100モル%で、
コハク酸の選択率は100モル%であった。
ートクレーブに、第1段水素化工程で得られたコハク酸
水溶液を50重量%水溶液に濃縮したもの50gを入
れ、更に参考例2(1)で調製した触媒4gを加え、室
温下攪拌しつつ2MPaの水素を圧入し、240℃まで
昇温した。オートクレーブ内温を240℃に維持しつ
つ、水素を圧入して水素圧を7MPaまで高め、水素を
反応器出口で30ノルマルリットル/時間で流通させ、
この圧力で2時間反応を行った。この間、流通するH2
に同伴されてTHF等の軽沸成分が反応系から分離され
て得られた。反応終了後、反応生成物をガスクロマトグ
ラフィーで分析したところ、コハク酸の変換率は100
モル%であり、対コハク酸収率でTHFが84.1モル
%、γ−ブチロラクトンが0.4モル%で得られた。ま
た、反応生成物の中には、副生成物としてプロパノール
が収率4.3モル%、ブタノールが収率3.9モル%で
含まれており、また気相部から、仕込んだコハク酸のC
を基準として8.2%のガス成分(メタン、エタン、プ
ロパン、ブタン)が検出された。なお、これらの生成物
の無水マレイン酸通算収率も同様であった。
なお、この溶出試験は、水素雰囲気下で行うと、例え
ば、マレイン酸からコハク酸への反応が進行するなどし
て、適正な評価ができないため、窒素雰囲気下で行っ
た。
5g、および参考例(2)で調製した触媒0.4gを7
0mlオートクレーブに仕込み、内部を窒素で置換した
後、窒素1気圧で、240℃、1時間処理した。この処
理液から触媒を除去した後、誘導結合プラズマ発光分析
法(ICP−AES)により処理液中に溶出した金属成
分の量を定量したところ、RuとPtは検出限界以下
(担持量の0.1重量%以下)であったが、Snは担持
量の3.8重量%が溶出しており、この条件ではRu−
Pt−Sn/SiO2 触媒は安定に存在できない事が判
明した。 (2)無水マレイン酸を無水コハク酸に変えた以外は、
上記(1)と同様の処理を行った。Ru、Pt、Sn全
ての金属の溶出はICP−AESの検出限界以下であっ
た。この結果から、コハク酸の存在下ではRu−Pt−
Sn/SiO2 触媒は金属成分の溶出もなく安定に存在
する事が判明した。 (3)無水マレイン酸10g、水10g、5%Pd/C
(エヌ・イー ケムキャット社製)0.44gを70m
lオートクレーブに仕込み、内部を窒素で置換した後、
窒素1気圧で、80℃、1時間処理し、同様にして処理
液中に溶出したPdの量を定量したところ、検出限界以
下であり、<0.05ppmである事が分かった。 (4)上記(3)と同様にして、7時間処理を行った
が、Pdの溶出は認められなかった。 以上の結果より、本発明の方法が、触媒の安定性の維持
に大きく寄与し、触媒を長期に渡って安定に使用する事
ができると判断される。
酸、マレイン酸、無水コハク酸、コハク酸、γ−ブチロ
ラクトン又はこれらの混合物を原料とし、接触水素化反
応により比較的温和な反応条件下で、1,4−ブタンジ
オール及び/又はテトラヒドロフランを長期に亘り安定
して高収率で製造することができ、その工業的利用価値
は極めて大である。
Claims (10)
- 【請求項1】 水素化触媒の存在下にマレイン酸類を2
段で水素化して1,4−ブタンジオール及び/又はテト
ラヒドロフランを製造するに際し、第1段水素化工程に
てマレイン酸類をC=C二重結合還元能を有する触媒の
存在下に水素化反応に付し、第2段水素化工程にて第1
段水素化反応生成物を担持型貴金属−Sn系触媒の存在
下に水素化反応に付すことを特徴とする1,4−ブタン
ジオール及び/又はテトラヒドロフランの製造方法。 - 【請求項2】 第1段水素化工程の触媒が、担持型貴金
属系触媒、Cu−クロマイト系触媒、Cu−Zn−Al
を含む酸化物触媒の群から選ばれるものである請求項1
に記載の方法。 - 【請求項3】 担持型貴金属系触媒が、Pd、Ru、P
t及びRhの群から選ばれる貴金属を含有する担持型触
媒である請求項2に記載の方法。 - 【請求項4】 担持型貴金属系触媒が、Snを含有しな
いものである請求項3に記載の方法。 - 【請求項5】 担持型貴金属系触媒が、Pd系触媒であ
る請求項4に記載の方法。 - 【請求項6】 Pd系触媒がPd/C系触媒である請求
項5に記載の方法。 - 【請求項7】 担持型貴金属−Sn系触媒の貴金属が、
Ru、Pt及びRhから選ばれるものである請求項1に
記載の方法。 - 【請求項8】 担持型貴金属−Sn系触媒が、Ru−S
n系触媒である請求項7に記載の方法。 - 【請求項9】 Ru−Sn系触媒が、更にPt及びRh
から選ばれる少なくとも1種の金属を組み合わせて担持
した触媒である請求項8に記載の方法。 - 【請求項10】 マレイン酸類を、テトラヒドロフラ
ン、γ−ブチロラクトン、及び水から選ばれる少なくと
も1種の溶液として供給する請求項1に記載の方法。
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JP20875295A Expired - Fee Related JP3704758B2 (ja) | 1995-08-16 | 1995-08-16 | 1,4−ブタンジオール及び/又はテトラヒドロフランの製造方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3704758B2 (ja) |
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| US6008384A (en) * | 1998-03-03 | 1999-12-28 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Method and Ru,Re,Sn/carbon catalyst for hydrogenation in aqueous solution |
| JP2004507516A (ja) * | 2000-08-29 | 2004-03-11 | ザ・スタンダード・オイル・カンパニー | マレイン酸の1,4−ブタンジオールへの水素添加のための2ステージ方法 |
| JP2013527835A (ja) * | 2010-04-07 | 2013-07-04 | ロディア オペレーションズ | ラクトンの製造方法 |
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