JP2001288144A - カルボニル化触媒及びギ酸エステルの製造方法 - Google Patents

カルボニル化触媒及びギ酸エステルの製造方法

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JP2001288144A
JP2001288144A JP2000107504A JP2000107504A JP2001288144A JP 2001288144 A JP2001288144 A JP 2001288144A JP 2000107504 A JP2000107504 A JP 2000107504A JP 2000107504 A JP2000107504 A JP 2000107504A JP 2001288144 A JP2001288144 A JP 2001288144A
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catalyst
reaction
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formate
acid ester
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Hiroshi Ohashi
洋 大橋
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Idemitsu Kosan Co Ltd
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 不均一触媒で、生成物や原料との分離が
容易であり、かつ高活性なカルボニル化触媒の提供、お
よび該触媒を用いた効率的なギ酸エステルの製造方法の
提供。 【解決手段】 (a)アルカリ土類金属酸化物と、
(b)マンガン、鉄、コバルト及び銅から選ばれる少な
くとも一種の遷移金属化合物及び/又は(c)アルカリ
金属を含むアルコール類のカルボニル化触媒と該触媒を
用いるギ酸エステルの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アルコール類に一
酸化炭素ガスを反応させてカルボニル化反応によりギ酸
エステルを製造する触媒、および該触媒を用いたギ酸エ
ステルの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一酸化炭素(CO)を原料とするカルボ
ニル化反応は、有機化合物中にカルボニル基を導入可能
な反応であり、炭素数を増やす有用な反応である。なか
でも、COを用いてアルコール類をカルボニル化する反
応は、ギ酸エステル製造方法としてよく知られている。
特に、メタノールとCOからギ酸メチルを製造する方法
は工業的にも重要で各種の触媒や製造方法が知られてい
る。例えば、アルカリ金属アルコキシドやジアゾビシク
ロウンデセンを触媒として用いる方法が報告されている
(工業化学会誌 Vol.59,P.871−875
(1956)、日本化学会誌 Vol.4,P.457
−465(1977))。しかし、これらの触媒は均一
系触媒であり、反応物や未反応原料との分離操作が必要
であった。不均一系触媒として、強塩基性イオン交換樹
脂やアルカリ土類金属酸化物等の固体触媒が知られてい
るが(特開平9−40609号公報、特開平9−406
10号公報)、触媒活性が低いという問題があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、上記欠点
を克服するため鋭意研究を行った結果、新規なカルボニ
ル化触媒を見出した(特願平10−344960号)。
しかし、未だ活性的に改良の余地があった。
【0004】本発明は、上記観点からなされたもので、
不均一触媒で、生成物や原料との分離が容易であり、か
つ高活性なカルボニル化触媒の提供、および該触媒を用
いた効率的なギ酸エステルの製造方法の提供を目的とす
るものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者はさらに鋭意研
究を重ねた結果、(a)アルカリ土類金属酸化物と、
(b)マンガン、鉄、コバルト及び銅から選ばれる少な
くとも一種の遷移金属化合物及び/又は(c)アルカリ
金属を含むカルボニル化触媒が上記課題を解決し、アル
コール類から効率的にギ酸エステルを製造する方法を提
供できることを見出し本発明を完成させたものである。
【0006】すなわち、本発明の要旨は以下のとおりで
ある。 1.(a)アルカリ土類金属酸化物と、(b)マンガ
ン、鉄、コバルト及び銅から選ばれる少なくとも一種の
遷移金属化合物及び/又は(c)アルカリ金属を含むア
ルコール類のカルボニル化触媒。 2.前記1記載のカルボニル化触媒の存在下で、アルコ
ール類と一酸化炭素を反応させることを特徴とするギ酸
エステルの製造方法。 3.アルコール類がメタノールである前記2記載のギ酸
エステルの製造方法。
【0007】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を説
明する。まず、本発明の触媒について説明する。
【0008】本発明のアルコール類のカルボニル化反応
の触媒は、(a)アルカリ土類金属酸化物と、(b)マ
ンガン、鉄、コバルト及び銅から選ばれる少なくとも一
種の遷移金属化合物及び/又は(c)アルカリ金属を含
むものである。
【0009】すなわち、(a)成分及び(b)成分を含
む触媒、(a)成分及び(c)成分を含む触媒、(a)
成分、(b)成分及び(c)成分を含む触媒の三通りが
あるが、他の金属化合物が含まれていてもよい。
【0010】(a)成分のアルカリ土類金属酸化物とし
て、CaO、MgO、BaOなどを挙げることができる
が、CaOが好ましい。(b)成分はマンガン、鉄、コ
バルト及び銅から選ばれる少なくとも一種の遷移金属化
合物であり、それらの化合物として、金属または酸化
物,塩化物,硝酸化物等の各種塩を挙げることができ
る。(c)成分のアルカリ金属としてNa,K,Liな
どを挙げることがNaが好ましい。(a)成分、(b)
成分、(c)成分の割合については、特に限定されるも
のでなく、金属の組み合わせによって任意の割合に選択
することができる。
【0011】なお、(a)成分、(b)成分及び(c)
成分は、担体として含まれていてもよく、混合物の形で
含まれていてもよい。また、これらの触媒はそのまま触
媒として使用してもよく、シリカ、アルミナ、チタニ
ア、ゼオライトなどの担体に担持して使用してもよい。
【0012】次に、本発明の方法であるアルコール類と
一酸化炭素(CO)を反応させてギ酸エステルを製造す
る方法について説明する。本発明のアルコール類はメタ
ノール、エタノール、プロパノール、グリセリン、エチ
レングリコール、ポリエチレングリコール、エタノール
アミン類、ヒドロキシカルボン酸類などアルコール型ヒ
ドロキシル基を有するものであればよい。この中でもメ
タノールが反応としても基本的で工業的にも最も重要で
あるのでメタノールを例に具体的に本発明のギ酸エステ
ル(この場合はギ酸メチル)の製造方法について説明す
る。
【0013】メタノールは工業用のメタノールがそのま
ま使用できる。また、COは通常COガスの状態で用い
られる。COガスには水素、窒素等の他のガスを含有し
ていてもよい。本発明の反応において、メタノールとC
Oのモル比は理論的には1:1であるが、任意に選択す
ることができる。メタノールの転化率を向上させたいと
きはCOを多く、COの転化率を向上させたいときはメ
タノールを多く供給すればよい。さらに、未反応の原料
は再度反応器に循環して使用してもよい。
【0014】本発明の反応温度は常温〜300℃、好ま
しくは80〜200℃の範囲とすることが好ましい。ま
た、反応圧力は好ましくは0.5〜30MPa、より好
ましくは1〜15MPaとする。
【0015】本発明の反応に使用する触媒は、反応に使
用する前に活性化処理を行うと反応活性が向上する。そ
の活性化処理は、無酸素下で加熱するのがよく、温度は
好ましくは250〜800℃、より好ましくは400〜
600℃の範囲である。その無酸素下の条件とは、窒素
等の不活性ガス下でもよいが、真空下がより好ましい。
【0016】本発明の反応装置は特に制限されるもので
はなく、種々の形式のものが採用できる。例えばメタノ
ールを液相で用いる場合、攪拌装置を持った回分式反応
槽、COガスを供給しながら反応を行う半回分式反応槽
などが挙げられる。この場合、反応は平衡反応であるの
で反応蒸留装置を利用して生成物のギ酸メチルを反応系
外へ除去しながら反応を進めることも好適である。ま
た、メタノールを気相で用いる場合、固定床流通式反応
器を用いた並流式または向流式流通反応などが挙げられ
る。
【0017】このようにして得られたギ酸メチルは、ギ
酸、ジメチルホルムアミド等の各種化学品の製造原料と
して利用できる。また、低温メタノール合成法の中間原
料としてのギ酸メチルの製造方法として有効に活用でき
る。
【0018】以上にメタノールからギ酸メチルの製造方
法について具体的に本発明を説明したが、他のアルコー
ルを用いたギ酸エステルの製造方法についても同様の方
法が適用でき、原料や反応条件等を適宜選択すれば好適
なギ酸エステルの製造方法として活用できる。
【0019】
【実施例】次に、本発明を実施例により具体的に説明す
るが、これらの実施例になんら制限されるものではな
い。 〔実施例1〕アルカリ土類金属酸化物として市販試薬の
CaOを1g使用し、また遷移金属化合物として市販試
薬のMnO2 を1g使用し、両者を混合して触媒とし
た。この触媒を500℃で1時間真空下で活性化処理を
行った後、150ccの電磁攪拌式オートクレーブに入
れ、次いで、モレキュラーシーブで処理したメタノール
を50ccを加え、COでオートクレーブ内を充分に置
換した後、室温にてCOで3MPaに加圧し、150℃
まで加熱して1時間反応を行った。反応終了後、室温ま
で冷却して、反応液中のギ酸メチルの生成量をガスクロ
マトグラフィーで分析した。ギ酸メチルの収量を第1表
に示す。
【0020】〔実施例2〕実施例1において、MnO2
の代わりに溶融鉄1gを用いて触媒を調製し、同様にし
てギ酸メチルを得た。ギ酸メチルの収量を第1表に示
す。
【0021】〔実施例3〕実施例1において、MnO2
の代わりに低温シフト触媒であるCu−Zn触媒を1g
用いて触媒を調製し、同様にしてギ酸メチルを得た。ギ
酸メチルの収量を第1表に示す。
【0022】〔実施例4〕予めSiO2 担体の細孔容積
を測定し、測定した細孔容積と同じ容積の水にNaNO
3 をNaとして1質量%担持される量を溶かし、それを
担体に全量吸い取らせ含浸させた(Incipient
Wetness法)。含浸後、直ぐに120℃に加熱
してある乾燥機に入れ、3時間乾燥を行い、その後マッ
フル炉にて550℃で3時間焼成し、Na/SiO2
得た。アルカリ土類金属酸化物として市販試薬のCaO
を1gを使用し、Na/SiO2 1gと混合して触媒を
調製し、実施例1と同様に反応を行いギ酸メチルを得
た。ギ酸メチルの収量を第1表に示す。
【0023】〔実施例5〕実施例4において、SiO2
に代え、市販試薬のCo3 4 を使用し、Na/Co3
4 を得た。アルカリ土類金属酸化物として市販試薬の
CaOを1gを使用し、Na/Co3 4 1gと混合し
触媒を調製し、実施例1と同様に反応を行いギ酸メチル
を得た。ギ酸メチルの収量を第1表に示す。
【0024】〔実施例6〕実施例4において、SiO2
に代え、CaOを使用してNa/CaOを得、触媒とし
て使用した。その触媒を1g使用し、実施例1と同様に
反応を行いギ酸メチルを得た。ギ酸メチルの収量を第1
表に示す。
【0025】〔比較例1〕アルカリ土類金属酸化物とし
て市販試薬のCaOを1g使用し、それを触媒として実
施例1と同様に反応を行いギ酸メチルを得た。ギ酸メチ
ルの収量を第1表に示す。
【0026】〔比較例2〕アルカリ土類金属酸化物とし
て市販試薬のCaOを1g使用し、実施例4で担体とし
て使用したSiO2 1gと混合したものを触媒として使
用し、実施例1と同様に反応を行いギ酸メチルを得た。
ギ酸メチルの収量を第1表に示す。
【0027】
【表1】
【0028】
【発明の効果】本発明の触媒は、不均一触媒で、生成物
や原料との分離が容易であり、かつ高活性なカルボニル
化触媒であり、それを触媒とした本発明のギ酸エステル
の製造方法は有効なギ酸エステルの製造方法として活用
できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C07C 69/06 C07C 69/06 // C07B 61/00 300 C07B 61/00 300 Fターム(参考) 4G069 AA04 AA15 BA02B BB04B BB16B BC01A BC02B BC08A BC09B BC31A BC31B BC35B BC62A BC62B BC66A BC66B BC67A BC67B CB72 CC29 4H006 AA02 AA05 AC29 AC48 BA02 BA05 BA06 BA16 BA19 BA20 BA30 BA34 BA37 BC10 BC11 BE40 KA32 4H039 CA66 CL35

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)アルカリ土類金属酸化物と、
    (b)マンガン、鉄、コバルト及び銅から選ばれる少な
    くとも一種の遷移金属化合物及び/又は(c)アルカリ
    金属を含むアルコール類のカルボニル化触媒。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のカルボニル化触媒の存在
    下で、アルコール類と一酸化炭素を反応させることを特
    徴とするギ酸エステルの製造方法。
  3. 【請求項3】 アルコール類がメタノールである請求項
    2記載のギ酸エステルの製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015103851A1 (en) * 2014-01-07 2015-07-16 Fujian Institute Of Research On The Structure Of Matter, Chinese Academy Of Sciences A process for vapor-phase methanol carbonylation to methyl formate, a catalyst used in the process and a method for preparing the catalyst

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015103851A1 (en) * 2014-01-07 2015-07-16 Fujian Institute Of Research On The Structure Of Matter, Chinese Academy Of Sciences A process for vapor-phase methanol carbonylation to methyl formate, a catalyst used in the process and a method for preparing the catalyst
US9944587B2 (en) 2014-01-07 2018-04-17 Fujian Institute Of Research On The Structure Of Matter, Chinese Academy Of Sciences Process for vapor-phase methanol carbonylation to methyl formate, a catalyst used in the process and a method for preparing the catalyst

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