JP2002526485A - テトラヒドロフランの製造法 - Google Patents
テトラヒドロフランの製造法Info
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Abstract
Description
て反応させることによりテトラヒドロフラン(THF)を製造する方法に関する
。
eissermel, H.-J. Arpe, Industrielle Organische Chemie, VCH Verlagsgesell
schaft, D 69451 Weinheim, 1994, 第111頁には、燐酸の添加下での脱水による
THFへの1,4−ブタンジオールの反応が記載されている。この場合酸と混合
した1,4−ブタンジオールは、加熱され、THF/水が留出する程度に1,4
−ブタンジオールによって補充される。
ブタンジオールを使用前に最初に精製しなければならないことにある。精製は、
多くの場合に費用のかかる多工程の蒸留によって行なわれ、この場合には、水を
含めて望ましくない低沸点成分および/または高沸点成分が分離される。引続き
、この無水の純粋なブタンジオールは、THFに反応され、この場合には、水お
よび望ましくない副生成物が生成される。従って、生成物として得られるTHF
は、反応後に再び多工程で蒸留により精製されなければならない。即ち、2回比
較可能な費用のかかる精製過程および分離過程を実施しなければならない。
問題は、最初にブタンジオール水溶液中に含有されている易揮発性有機化合物を
蒸留により除去するようにして解決される。こうして生成されたブタンジオール
水溶液は、酸性の酸化アルミニウム触媒に接して脱水され、取得されたTHF富
有画分は、純粋なTHFの取得のために蒸留される。この場合、ブタンジオール
溶液中の水の存在によって、触媒の選択性は高められる。通常、出発物質として
使用されるかかるブタンジオール水溶液は、アセチレンおよびホルムアルデヒド
からのブタンジオールの製造および引続く精製されたブチンジオールの水素化の
際の技術において生じる。この水素化抽出物は、水およびブタンジオールととも
に低沸点物、例えばメタノール、プロパノールおよびブタノールを含有する。
およびWO 99/35113には、THFをγ−ブチロラクトンおよび場合に
よっては付加的に1,4−ブタンジオールと一緒に多工程法で製造することが既
に提案されており、この場合には、例えばマレイン酸ジメチルエステルから出発
して2つまたは3つの部分工程で異なる触媒に接して水素化し、環化される。1
つの典型的な組成物は、前記の部分工程後にγ−ブチロラクトン53%、THF
34%、1,4−ブタンジオール7%および副生成物3%を97%の全反応率で
含有する。THF合成に由来する水の除去は、全含量の再循環に関連して述べら
れる。反応出口での液状含量は、(上記の2つの国際出願の図1参照)蒸留によ
る分離後にTHF、メタノール、γ−ブチロラクトン、1,4−ブタンジオール
からの再循環可能な画分、エダクトのマレイン酸ジメチルエステル、高沸点有機
副生成物および水と低沸点有機副生成物との画分である。この特殊な多工程法が
エダクトとしての1,4−ブタンジオールを用いての1つの方法よりも好ましい
ことは、明らかである。
パノール等および別の副生成物の先の分離なしにマレイン酸またはその誘導体の
水素化によって得ることができる、本質的に非水性のブタンジオール溶液からの
THFの有効な製造は、特に重要である。この場合、1つの問題は、THFへの
1,4−ブタンジオールの環化(分子内エーテル化)の反応条件の際に、反応混
合物中に含有されている別のアルコールがエーテル化しうること(分子内エーテ
ル化)にある。更に、アルコールからのオレフィン、例えばブタノールからのブ
テンの形成は可能である。この副生成物は、THFの収量ならびに触媒の可使時
間を減少させるであろう。
前精製する必要はなく、重大な量の副生成物の形成を回避させることにより、十
分に無水の1,4−ブタンジオールからTHFを製造する方法を提供することで
ある。
接触させることによってTHFを製造する方法から出発する。この場合、本発明
による方法は、反応混合物がさらに1,4−ブタンジオールとは異なるアルコー
ルを含有し、本質的に無水であることによって特徴付けられる。
質量%未満、有利に2質量%未満、特に有利に1質量%未満であることである。 本発明による方法は、1,4−ブタンジオールを含有する使用される反応混合
物がTHFへの反応前に酸触媒に接して前精製される必要がないという利点を有
する。1,4−ブタンジオールは、他のアルコールの存在下にTHFに環化され
、この場合には、重大な量の副生成物が生成されることはない。それによって、
費用のかかる前精製は不用となり、したがって費用を節約することができる。
えて含有する反応混合物を反応し、THFに変えることは、有利に液相中で実施
されてもよいし、気相中で実施されてもよい。
混合物は、公知方法によって得ることができる。
ルデヒドから取得されかつ引続き生成された1,4−ブタンジオールの水素化に
より取得されるか、或いはブタジエンのアセトキシル化もしくは塩素化により取
得される、1,4−ブタンジオールを含有する反応混合物を使用することができ
る。
無水マレイン酸および水素化の際に生成される中間生成物から選択された化合物
を水素化することによる水素化抽出物が流入量として使用される。このような中
間生成物は、例えば無水琥珀酸、γ−ブチロラクトン、琥珀酸または琥珀酸ジエ
ステルである。特に好ましくは、マレイン酸ジエステルを水素化することによる
水素化抽出物は、THFへの反応の際の流入量として使用される。
、マレイン酸ジメチルエステルは、触媒、例えば亜クロム酸銅を用いて高められ
た圧力および高められた温度で気相中で水素化することによって反応させること
ができる。本発明による反応において流入量として使用される、取得された水素
化抽出物は、一般にブタンジオール5〜85質量%およびアルコール15〜95
質量%、有利にブタンジオール10〜70質量%およびアルコール15〜70質
量%、特に有利に15〜60質量%およびアルコール15〜50質量%を含有す
る。それとともに、生成物、例えばγ−ブチロラクトンまたは琥珀酸ジエステル
は、例えば30質量%までの範囲で含有されていてよい。γ−ブチロラクトンま
たは琥珀酸ジエステルの含量は、一般に重要ではないが、しかし、ブタンジオー
ル含量の半分の質量分以下である。
未満の含量で存在していてもよく、ならびに他の化合物も微少量で存在していて
もよい。水素化抽出物中には、既にTHFが存在することができ、この場合には
、この方法に対するTHF含量は、重要ではなく、例えば10〜30質量%であ
ることができる。1つの好ましい実施態様において、本発明による方法の流入量
は、ブタンジオール15ないし60質量%、アルコール15〜50質量%、γ−
ブチロラクトンおよび/または琥珀酸ジエステル30質量%まで、この場合これ
らγ−ブチロラクトンおよび/または琥珀酸ジエステルの含量は、最大でブタン
ジオール含量の半分であり、およびTHF30質量%を含有し、この場合100
質量%としての別の全ての成分に対して水2質量%未満が含有されている。
応に供給されてもよい。THFへの反応による反応生成物は、水素化抽出物の後
反応されない部分流と同じ後処理カラムに供給されることができる。それという
のも、双方とも類似した不純物および副生成物を有するからである。即ち、比較
可能な分離の課題にとって、異なる装置を運転する必要はない。
般に有利に一価である脂肪族アルコールが含まれている。特に好ましいのは、1
〜7個の炭素原子を有する1価の脂肪族アルコールであり、その中でメタノール
、エタノール、イソプロパノールおよびn−プロパノールならびにn−ブタノー
ルは、特に有利である。
40℃で行なわれる。この反応は、一般に0.5〜80バール、有利に0.8〜
60バール、特に有利に1〜40バールの圧力範囲内で実施される。
ルコールは、液相から気相に移行しうるか、または液相中に残留しうる。反応圧
力が低い場合には、生成物流は、反応器をガス状で退去する。
または水相で水素の存在下に行なわれる。
不均質な形で使用されることができる。均質に可溶性の触媒の例は、燐酸および
硫酸である。
期律表の第3族ないし第15族の固体の酸化物、この場合1つの触媒は、前記族
の中の多数の元素を含有していてよく、酸イオン交換体およびヘテロポリ酸であ
る。好ましくは、元素の周期律表の第4族、第6族、第13族または第14族の
少なくとも1つの元素を含有する固体の酸化物、特に好ましくはTiO2、Zr
O2、CrO2、γ−Al2O3、SiO2および/またはSnO2が使用され
、この場合酸化物は、互いに連合して、例えばゼオライト中に存在していてもよ
い。更に、酸性の粘土、層状珪酸塩およびモンモリロン石は、固体の酸触媒とし
て使用されてもよい。特に好ましいのは、γ−Al2O3およびTiO2から選
択される少なくとも1つの化合物を含有する触媒である。触媒は、その酸度を酸
、例えば燐酸または硫酸で高めるために前処理されてもよい。
れた触媒を用いて気相中で実施されてもよい。例えば、THFへの1,4−ブタ
ンジオールの反応は、気相中で渦動床反応器または管状反応器内で行なうことが
できる。管状反応器は、細流の運転形式または塔底の運転形式で運転させること
ができる。管状反応器を塔底の運転形式で運転させる場合には、マレイン酸誘導
体またはマレイン酸の水素化からの反応混合物中に含有されている高沸点物を反
応器の塔底に捕集することができ、部分流として排出することができる。この部
分流は、廃棄されてもよいし、最初の処理過程、例えば水素化に返送されてもよ
い。
3〜5kg/h、特に有利に0.5〜3kg/hである。
に99〜100%である。それによって、THF(環化抽出物)への1,4−ブ
タンジオールの反応後の抽出物は、本質的に流入量の組成に相当するが、しかし
、流入量中に含有されている1,4−ブタンジオールは、THFおよび水に変換
された。環化抽出物は、一般にTHF、反応水およびアルコールを含有する。そ
れとともに、例えばγ−ブチロラクトンおよび琥珀酸エステルが含有されていて
よい。これらの物質は、反応の際に影響を及ぼされない。
反応混合物の反応の際に、酸触媒を用いて他のアルコールの存在下に副生成物、
例えば分子内反応によるエーテルまたはオレフィンの重大な形成が全く起こらな
いことが明らかになる。
州特許第0485484号明細書には、THF、1つ以上の低沸点アルコールお
よび水を含有する混合物からTHFを取得するための種々の方法が記載されてい
る。即ち、取得は、例えば他の成分、例えば1,4−ブタンジオール、水、エチ
レングリコール等を添加しながら抽出による蒸留によって行なうことができる。
更に、欧州特許第0485484号明細書には、2回の順次の蒸留、この場合第
1の蒸留は第2の蒸留よりも低い圧力で実施され、および蒸留の間に実施される
凝縮を含む、前記混合物からTHFを取得する方法が記載されている。第2の蒸
留で取得される、副生成物で富有化された混合物は、第1の蒸留の流れと一緒に
再び凝縮され、第2の蒸留で取得された純粋なTHFは分離される。
イン酸のエステル化に返送されることができる。
される。酸触媒としては、γ−Al2O3および/またはSiO2および/また
はTiO2、有利にγ−Al2O3が使用される。この酸触媒は、エダクト流が
既に必要とされる温度を有しない場合には、加熱装置により加熱され、したがっ
て触媒帯域中での温度は、50〜300℃、有利に65〜270℃、特に有利に
65〜240℃である。引続き、1,4−ブタンジオールを含有する反応混合物
(流入量)、有利にマレイン酸ジエステルの水素化からの水素化抽出物は、反応
器の塔底を経て流れ続ける。流入量は、触媒1リットル当たり一般に100〜1
0000ml/h、有利に200〜2400ml/h、特に有利に500〜20
00ml/hである。定常状態への調節後、触媒帯域の開始部での温度は、50
〜150℃、有利に65〜100℃、特に有利に約70℃であり、中央部で15
0〜300℃、有利に150〜250℃、特に有利に約200℃である。温度/
圧力条件に応じて、生成物流は蒸発するか、または液相で存在する。触媒帯域の
開始部での70℃および中央部での200℃の温度で、生成物流は蒸発し、した
がってガス状の反応抽出物が得られる。
およびスパンデックス繊維の製造の際の中間生成物であるポリテトラメチレング
リコールの製造に使用される。
内部標準での方法)。
いて気相中で60バールおよび180〜190℃で取得する。この流入量は、次
の組成を有していた(質量%):メタノール40.1%、THF6.5%、n−
ブタノール0.6%、γ−ブチロラクトン8.4%、1,4−ブタンジオール3
7.9%、4−ヒドロキシ酪酸メチルエステル0.1%、琥珀酸ジメチルエステ
ル2%、2−(4−ヒドロキシブトキシ)テトラヒドロフラン0.7%ならびに
水およびその含量が0.1%未満である多数の他の化合物。
ンド)。その後に、外部にある加熱装置を用いて、中央部の触媒帯域中での温度
が200℃であるように加熱した。次に、流入量(上記の組成物)を反応器の塔
底部を介して流し続けた(50ml/h)。30時間後に、定常状態を生じた。
この場合、触媒帯域の開始部での温度は、約70℃であり、中央部で約200℃
であった。触媒帯域の開始部で実際イドキシフェン全生成物流は蒸発し、したが
って触媒帯域の約5%だけが液体で湿潤されていた。反応抽出物中には、ジメチ
ルエーテル0.1%、メタノール39%、THF37.7%、n−ブタノール0
.5%、γ−ブチロラクトン8.4%、1,4−ブタンジオール0.2%、琥珀
酸ジメチルエステル2.2%ならびにその含量が0.1%未満である他の若干の
生成物および水が存在していた。記載された生成物の個々の含量は、試料ごとに
簡単に変動したが、しかし、本質的には不変であった。また、流入量が80ml
/h、120ml/hおよび240ml/hに上昇することもなかった。全体的
に供給量8kgが続けて流れた。また、触媒は、試験の終了時に失活の徴候を示
さなかった。触媒ストランドは不変であった。
およびWO 99/35113には、THFをγ−ブチロラクトンおよび場合に
よっては付加的に1,4−ブタンジオールと一緒に多工程法で製造することが既
に提案されており、この場合には、例えばマレイン酸ジメチルエステルから出発
して2つまたは3つの部分工程で異なる触媒に接して水素化し、環化される。1
つの典型的な組成物は、前記の部分工程後にγ−ブチロラクトン53%、THF
34%、1,4−ブタンジオール7%および副生成物3%を97%の全反応率で
含有する。THF合成に由来する水の除去は、全含量の再循環に関連して述べら
れる。反応出口での液状含量は、(上記の2つの国際出願の図1参照)蒸留によ
る分離後にTHF、メタノール、γ−ブチロラクトン、1,4−ブタンジオール
からの再循環可能な画分、エダクトのマレイン酸ジメチルエステル、高沸点有機
副生成物および水と低沸点有機副生成物との画分である。この特殊な多工程法が
エダクトとしての1,4−ブタンジオールを用いての1つの方法よりも好ましい
ことは、明らかである。 ドイツ連邦共和国特許出願公開第24619222号明細書は、1,4−ブタ
ンジオールからのテトラヒドロフランの製造法に関し、この場合1,4−ブタン
ジオールは、蒸気相中でゼオライト、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化珪素−
酸化アルミニウム、珪素−酸化マグネシウムおよび酸性の粘土の群からの脱水触
媒の存在下に反応される。1,4−ブタンジオールを含有する反応混合物として
は、プロピレン、酸素およびカルボン酸の反応、引続くヒドロホルミル化、それ
に続く水素化、引続く脱エステル化によって得られる、1,4−ブタンジオール
、1,2−ブタンジオールおよび2−メチル−1,3−プロパンジオールからの
混合物を使用することができる。 欧州特許出願公開第0443392号明細書は、マレイン酸、琥珀酸、無水マ
レイン酸、無水琥珀酸および/またはフマル酸無水物を水素化することによる水
素化生成物からのTHFまたはTHFおよびγ−ブチロラクトンの製造法に関し
、この場合粗製水素化生成物は、先の後処理なしにプロトン酸で処理され、得ら
れた反応混合物から純粋なテトラヒドロフランまたはγ−ブチロラクトンが蒸留
により単離される。実施例によれば、使用される反応混合物は、水26質量%を
超えて含有する。
Claims (10)
- 【請求項1】 1,4−ブタンジオールを含有する反応混合物を酸触媒に接
触させて反応させることによりTHFを製造する方法において、反応混合物がさ
らに1,4−ブタンジオールとは異なるアルコールを含有し、本質的に無水であ
ることを特徴とする、THFの製造法。 - 【請求項2】 反応混合物がマレイン酸、マレイン酸モノエステル、マレイ
ン酸ジエステルおよび無水マレイン酸ならびに水素化の際に生成される中間生成
物から選択された化合物の水素化による水素化抽出物である、請求項1記載の方
法。 - 【請求項3】 アルコールとして1価の脂肪族C1〜7−アルコールが含有
される、請求項1または2記載の方法。 - 【請求項4】 アルコールとしてメタノール、エタノール、プロパノールま
たはn−ブタノールが含有される、請求項3記載の方法。 - 【請求項5】 触媒が元素の周期律表の第4族、第6族、第13族または第
14族の少なくとも1つの元素を含有する、請求項1から4までのいずれか1項
に記載の方法。 - 【請求項6】 触媒がγ−Al2O3またはTiO2から選択された少なく
とも1つの化合物を含有する、請求項5記載の方法。 - 【請求項7】 反応を液相中に懸濁された触媒を用いて実施するかまたは気
相中に固定配置された触媒を用いて実施する、請求項1から6までのいずれか1
項に記載の方法。 - 【請求項8】 反応混合物が1,4−ブタンジオール15〜60質量%、他
のアルコール15〜50質量%、γ−ブチロラクトンおよび/または琥珀酸ジエ
ステル30質量%まで、この場合これらγ−ブチロラクトンおよび/または琥珀
酸ジエステルの含量は、ブタンジオール含量の最大で半分であり、およびTHF
30質量%までを含有し、この場合には、100質量%としての全ての別の成分
の総和に対して水が2質量%未満含有される、請求項1から7までのいずれか1
項に記載の方法。 - 【請求項9】 反応を気相中で実施する、請求項1から8までのいずれか1
項に記載の方法。 - 【請求項10】 反応を50〜300℃の温度で0.5〜80バールの圧力
範囲内で実施する、請求項1から9までのいずれか1項に記載の方法。
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