JP2003506344A - 3−ヒドロキシプロパナールの調製方法 - Google Patents
3−ヒドロキシプロパナールの調製方法Info
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Abstract
Description
間生成物である。1,3−プロパンジオールはさらに加工してポリエステル、例
えば繊維の紡績に有用なポリ(トリメチレンテレフタレート)を生成することが
でき、またはポリオールなどの他の市販品に加工することもできる。
レート形成イオン交換体の存在下、30から120℃の温度および1から20b
arの圧力で、アクロレインの水を用いた水和により調製可能であることが知ら
れており、それは米国特許第5,171,898号に記載されており、その特許
の開示を参照することにより本明細書に組み込む。
した酸−塩基緩衝剤を存在させた均質相において2−アルカナールの3−ヒドロ
キシアルカナールへの水和を開示している。好ましい酸−塩基緩衝剤は、プロピ
オン酸/プロピオン酸トリエチルアンモニウムである。
−ヒドロキシプロパナールへの水和工程にシュウ酸を加える方法を開示している
。
へのカルボン酸の添加を伴う、不飽和アルデヒドの水和による3−ヒドロキシア
ルカナールの調製を開示している。モノおよびポリカルボン酸が広く開示されて
おり、シュウ酸などのジカルボン酸が特に好ましい。
している。寿命は、操作の過程にわたって生じるイオン交換体床におけるアクロ
レイン重合体の沈着のために短縮される。アクロレイン重合体は、イオン交換体
床に圧較差(pressure differential across)の増大をもたらし、そのことによ
り不飽和アルデヒドの変換率が低下する。したがって、イオン交換体は望ましく
ない短期間の後に定期的に再生しなければならない。
たがって、本発明の目的は十分に長い触媒寿命を提供することにより、3−ヒド
ロキシプロパナールの公知の調製方法を改善することである。
キシプロパナールを調製する方法であって、該方法は、重合体樹脂の重合体マト
リックスに結合した、下記の一般式:
、またはP(O)(OH)2であり、ただし酸性官能基が、部分的にそのアルカ
リ金属、アルカリ土類金属、または土類金属との塩の形で存在してもよく、 mは、0、1、2または3であり、 nは、Y=−COOH、ピリジルまたは−P(O)(OH)2の場合には1、
2または3であり、Y=OHの場合には2または3であり、 oは、Y′=COOH、ピリジルまたは−P(O)(OH)2の場合には1、
2または3であり、Y′=−OHの場合には0、2または3である] の固定基(anchor group)を含むキレート形成イオン交換体を用いて、アクロレ
インおよび水を反応させ、得られた反応混合物中にカルボン酸を加えて実施する
方法である。アクロレインと水は1:2から1:20の重量比で、30から12
0℃および1から20barの範囲の圧力で反応させることが好ましい。
好ましく、10ppmから5,000ppmがより好ましく、かつpHを1から
5.5とするのに十分であることが好ましく、4から5とするのに十分であるこ
とがより好ましい。
ピオン酸またはプロペン酸であることが好ましい。
ることをさらに含むこともできる。開始後、再循環の流れからカルボン酸の一部
または全てを反応混合物に加えることもできる。
を防止するという利点を有している。また、反応器内の変換率の低下が著しく減
少する。これらの効果はいずれも、触媒の明らかに長い寿命をもたらす。
いう移行的語句は、列挙されていない他の成分または段階がある場合にそれらの
どのようなものが特許請求の範囲に含まれるのかについて本発明の範囲を定義す
る。移行的用語の「含む(comprising)」は「含む(includi
ng)」、「含む(containing)」、または「特徴付けられる」と同
義で、包括的または制限なしで、他の列挙されていない要素または方法段階を除
外しない。移行的語句の「から本質的になる」は、特許請求の範囲を明記された
材料または段階および請求特許の「基本的かつ新規な特徴に実質的に影響しない
もの」に限定する。移行的語句の「からなる」は、特許請求の範囲に明記されて
いないいかなる要素、段階、または成分をも除外する。語句「から本質的になる
」または「からなる」が、プリアンブルの直後ではなく、請求項の本文に出てく
る場合、これはその請求項に示された要素だけを限定する。他の要素は請求項全
体から除外されることはない。
、Laおよび14のランタニドを指すと解釈される。Roempps Chem
ie−Lexikonを参照されたい。
るアクロレインをも示している。アクロレインは、ドイツ、フランクフルトのD
egussa−Huels AG、ウィスコンシン州ミルウォーキーのAldr
ich Chemical Co.(「Aldrich」)、およびウィスコン
シン州ミルウォーキーのFluka Chemical Corp.から市販さ
れている。
混合物に加えられることもあることはよく知られている。重合阻害剤は、一般に
、アクロレインが貯蔵、出荷または輸送中に重合しないようにアクロレイン中に
加えられる。例としては、ヒドロキノン、ヒドロキノンモノメチルエーテルまた
はブチル化フェノール類がある。ヒドロキノンなどの重合阻害剤は、アクロレイ
ン中に約200〜約1000ppmの量で存在することが好ましく、約500p
pmの量で存在することが最も好ましい。アクロレインは少量のアセトアルデヒ
ドおよび他の不純物も含んでいる可能性がある。
898号に記載されており、その開示の全体を参照することにより本明細書に組
み込む。
体によるものであることが好ましいが、アクリル重合体またはアクリル化合物お
よびアリル化合物の共重合体であってもよく、同様に官能化エポキシドの重合体
であってもよい。固定基を、重合樹脂に、公知の様式によって導入して重合体マ
トリックスとすることができる。公知の様式としては、例えば、(a)重合体の
クロロメチル化の後、例えばグリシン、サルコシン、イミノ二酢酸もしくはイミ
ノ二プロピオン酸、エタノールアミン、ジエタノールアミン、またはエタノール
アミン一酢酸との反応による方法、あるいは(b)ニトロ化、還元および、例え
ばクロロ酢酸との反応による方法がある。個々の場合に、固定基を含む重合可能
な単量体を、一般には共重合可能な他の単量体と重合させることもできる。例え
ば、N−アリルイミノ二プロピオン酸のアクリロニトリルとの共重合に注目され
たい。Yおよび/またはY′が−(O)P(OH)CH2OH基を意味するイオ
ン交換体がEP−A352,949号(1988年8月18日のGB01705
1号)から知られている。ピコリルアミン基を含むイオン交換体が米国特許第4
,031,038号から知られている。
が好ましい。アミノ基は芳香族マトリックスに、メチレン基(すなわち、ここで
はmは1)を介して結合されていることが好ましい。特に適しているキレート形
成イオン交換体は、固定基としてn、m、o=1かつZ=−CH2COOHおよ
びY=−COOHであるメチレンイミノ二酢酸基を示し、一定の量の固定基がア
ミノ酢酸官能基、すなわちm、n=1、Z=HおよびY=−COOHである官能
基からなっていてもよいことが知られている。
離酸(H型)の形で用いることができる。酸基の一部(特に、樹脂の全交換能の
3分の1)は、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、または土類金属塩の形で
も存在することができる。酸基が基本的にH型で存在するイオン交換体が特に好
ましい。
式で行う。樹脂の水中懸濁液に溶解または懸濁させた適当な量の金属水酸化物を
加えることにより、H型から金属カチオンによる特定の電荷状態の調製を行うこ
とができる。しかし、部分的にH型およびNa型で存在するイオン交換体を、N
aイオンの交換を完了するには不十分な量の酸を交換樹脂のNa型に加えること
によって得ることもできる。いずれの場合にも、使用前に、イオン交換樹脂を脱
イオン水で洗浄することにより、可溶性塩および他の可溶性成分を除去する。交
換能は広い範囲内にあってよい。しかし、交換樹脂1リットルあたり約1から3
当量(H型)の範囲の交換能を有する交換体が特に適していることが明らかにさ
れている。交換能は、交換樹脂中でキレートを形成する固定基の密度の目安であ
る。
:
る。特に好ましいカルボン酸はプロペン酸およびプロピオン酸である。最も好ま
しいものはプロピオン酸である。プロピオン酸はAldrichから市販されて
いる。
うな添加剤ではなく、カルボン酸自体を指していることを容易に理解すると思わ
れる。本発明のカルボン酸と共に他の添加剤を用いることもできる。当業者であ
れば、pHを制御するため、または他の便宜を提供するために塩基を加えること
もできるが、塩基はアクロレインの重合を促進することが多い。そのことにより
、イオン交換体の目詰まりを起こして、その圧較差を増大させるため、本発明の
基本的かつ新規な特徴に実質的に影響をおよぼすことを容易に理解すると思われ
る。
とができる。
:3から1:10、好ましくは1:3から1:6の重量比で水和段階に供給する
。3−ヒドロキシプロピオンアルデヒドへの変換は、30℃から120℃の温度
範囲で行う。30から90℃の範囲の温度が好ましい。30℃よりも低い温度で
は一般に反応時間が長くなるが、90℃よりも高い温度では選択性が低下し、交
換樹脂の有効寿命に関する問題が生じる。水和を30℃から80℃で行うことが
特に好ましい。
、10ppmから5,000ppmであることが好ましい。一定量のカルボン酸
を反応混合物のpHを1から5.5の範囲、好ましくは4から5の範囲に維持す
るために用いる。
も加えなければならないこともある。しかし、1回目の添加後、それ以上のカル
ボン酸を加える必要はないこともある。その理由は、カルボン酸の所望のレベル
を維持するために、再循環水中の残存するカルボン酸および/またはアクロレイ
ン中の少量のカルボン酸(すなわち、アクリル(プロペン)酸)で十分というこ
とであると考えられる。水との共沸混合物を作るカルボン酸はほぼ完全に再循環
するため、そのようなカルボン酸が特に有用である。
ができる。アクロレインの沸点付近またはそれよりも高い反応温度の場合、約1
から20barの範囲の圧力で処理を実施する。30から90℃の好ましい温度
範囲では、1から5barの範囲の圧力が好ましい。
0から90%、特に50から80%の変換率が好ましい。
タ、浮動床反応器、流体床反応器および固定床反応器などの公知の反応器を用い
ることができる。ループリアクタおよび撹拌機反応器よりも最後に挙げた反応器
が好ましい。キレート形成イオン交換体を含む固定床反応器の滞留時間および温
度は、反応混合物を反応器に1回通過させることによって所望のアクロレイン変
換率が得られるような様式で制御する。
は樹脂床を用いているときにはそれ自体によって実施され(例えば軟水調製にお
ける慣例通り)、そのような分離の後で反応混合物から未反応のアクロレインを
必要な程度まで除去する。アクロレインの分離は公知の様式で、特に、蒸留、好
ましくは減圧下および80℃未満の温度での蒸留によって実現することができる
。回収したアクロレインは安定化させた後、調製プロセスに戻すことができる。
得られた実質的にアクロレインを含まないヒドロキシプロピオンアルデヒド溶液
を、例えば薄層エバポレーター(thin-layer evaporator)により、水素化の前
に再濃縮することができる。
、カルボン酸(例えばプロピオン酸)を水和反応混合物から水との共沸混合物と
して除去することができ、そのことにより下流の後続(水素化)段階まで持ち越
さないという事実である。
過し、微粒子/重合体(特に、純粋なアクロレインに溶解させた重合体)を除去
する。アクロレインを水と確実に十分に混合するために、静止型混合器を用いる
こともできる。
れるという利点を有している。また、反応器における変換率の低下が著しく減少
する。これらの効果はいずれも触媒の寿命を明らかに延長する。本発明に従って
カルボン酸を加えたときに、アクロレインの重合の減少が観察されており、その
ことにより、カルボン酸はそれ自体でアクロレインの重合を防止または低減し、
そして反応器/イオン交換体の目詰まりを低減していると考えられる。
において連続流で実施する。反応器は二重ジャケット付きで、長さ3m、内径7
6mmのガラス管からなる。反応器にイオン交換体Lewatit TP208
(H型)(Bayer AG、ドイツ)を充填する。水溶液を反応温度まで予熱
し、ポンプにより触媒床の下から上へと流す。反応器の温度はサーモスタットに
より維持する。反応器出口で絶対圧2.5barに設定する。供給材料および生
成物の両方の溶液をガスクロマトグラフィで分析する。次いで、分析結果から反
応の変換率および選択性を求める。生成物溶液を次いで、米国特許第5,334
,778号の方法に従って水素化し、水素化生成物を蒸留する。蒸留完了後、H 2 O−蒸留物中のプロピオン酸含有量および1,3−プロパンジオール蒸留物中
の1,3−プロパンジオールの純度をガスクロマトグラフィで定量する。
レイン(ヒドロキノン約500ppm)水溶液を、ポンプにより6.5l/時間
の体積流量でイオン交換体(Lewatit TP208、H型、Bayer
AG、ドイツ)を通過させた。平均反応器温度は69℃であった。イオン交換体
に曝露する前の溶液のpH値は5.8であった。約10時間の実験継続時間の後
、測定した反応器内の圧較差は0.4barであった。変換率は54.5%、選
択性は81.8%であった。さらに144時間経過後、圧較差は0.8bar、
変換率は49.3%、選択性は81.6%であった。H2O−蒸留物中にプロピ
オン酸は検出されなかった。1,3−プロパンジオール蒸留物の純度はGC−面
積で99.7%であった。
ン約500ppm)濃度は17.5%で、100ppmのプロピオン酸を加えた
。溶液をポンプにより6.5l/時間の流速で触媒床(Lewatit TP2
08、H型)を通過させた。平均反応器温度は69℃で、反応器の前のpH値は
4.1であった。約10時間の実験継続時間の後、反応器内の圧較差は0.4b
arに達した。変換率は54.5%、3−ヒドロキシプロパナールの選択性は8
1.9%であった。さらに316時間経過後、圧較差は0.4bar、変換率は
53.9%、3−ヒドロキシプロパナールの選択性は81.4%であった。H2
O−蒸留物中に、充填したプロピオン酸の80%が認められた。1,3−プロパ
ンジオール蒸留物の純度はGC−面積で99.8%であった。
圧較差増大が防止され、反応時間延長による反応器内の変換率の低下も著しく減
少することが明白である。これらはいずれも、触媒の寿命を著しく延長すること
になる。
H2)o−Y′であり、 YおよびY′は、同じかまたは異なっていて、−COOH、−OH、ピリジル
またはP(O)(OH)2であり、ただし酸性官能基が、部分的にそのアルカリ
金属、アルカリ土類金属または土類金属との塩の形で存在してもよく、 mは、0、1、2または3であり、 nは、Y=−COOH、ピリジルまたは−P(O)(OH)2の場合には1、
2または3であり、Y=−OHの場合には2または3であり、 oは、Y′=−COOH、ピリジルまたは−P(O)(OH)2の場合には1
、2または3であり、Y′=−OHの場合には0、2または3である] の固定基を含むキレート形成イオン交換体を用いて、30℃から120℃、およ
び1から20barの範囲の圧力で、アクロレインと水を1:2から1:20の
重量比で反応させることを含み、 3個から8個の炭素原子を含む脂肪族カルボン酸を1ppmから50,000
ppm用いて前記方法を実施することをさらに含み、および反応混合物がpH1
からpH5.5であることをさらに含むことを特徴とする方法。
Claims (13)
- 【請求項1】 イオン交換体の存在下、アクロレインの水和によって3−ヒ
ドロキシプロパナールを調製する方法であって、該方法は、重合体樹脂の重合体
マトリックスに結合した、下記の一般式: 【化1】 [式中、 Zは、H、C1〜C6アルキル、−(CH2−CH(CH3)−Y′または−(C
H2)o−Y′であり、 YおよびY′は、同じかまたは異なっていて、−COOH、−OH、ピリジル
またはP(O)(OH)2であり、ただし酸性官能基が、部分的にそのアルカリ
金属、アルカリ土類金属、または土類金属との塩の形で存在してもよく、 mは、0、1、2または3であり、 nは、Y=−COOH、ピリジルまたは−P(O)(OH)2の場合には1、
2または3であり、Y=−OHの場合には2または3であり、 oは、Y′=−COOH、ピリジルまたは−P(O)(OH)2の場合には1
、2または3であり、Y′=−OHの場合には0、2または3である] の固定基を含むキレート形成イオン交換体を用いて、アクロレインおよび水を反
応させることを含み、 反応混合物中にカルボン酸を加えて前記方法を実施することをさらに含むこと
を特徴とする方法。 - 【請求項2】 アクロレインおよび水を1:2から1:20の重量比で、3
0℃から120℃および1から20barの範囲の圧力で反応させることを特徴
とする請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 前記反応混合物中に添加されるカルボン酸の量が、重量で1
ppmから50,000ppmであることを特徴とする請求項1または2に記載
の方法。 - 【請求項4】 前記反応混合物中のカルボン酸の量が、重量で10ppmか
ら5,000ppmであることを特徴とする請求項3に記載の方法。 - 【請求項5】 前記カルボン酸の量が、pHを1から5.5とするのに十分
であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の方法。 - 【請求項6】 前記カルボン酸の量が、pHを4から5とするのに十分であ
ることを特徴とする請求項5に記載の方法。 - 【請求項7】 前記カルボン酸が、3個から8個の炭素原子を含む脂肪族カ
ルボン酸であることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の方法。 - 【請求項8】 前記カルボン酸が、プロピオン酸であることを特徴とする請
求項7に記載の方法。 - 【請求項9】 前記カルボン酸が、プロペン酸であることを特徴とする請求
項7に記載の方法。 - 【請求項10】 前記カルボン酸から本質的になる添加剤を用いて実施する
ことを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の方法。 - 【請求項11】 前記添加剤を反応混合物に加えることから本質的になる方
法であることを特徴とする請求項10に記載の方法。 - 【請求項12】 さらに、水和した反応混合物から水との共沸混合物として
カルボン酸を除去することを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載の方
法。 - 【請求項13】 開始後、再循環の流れから前記カルボン酸の一部または全
てを反応混合物に加えることを特徴とする請求項1から12のいずれかに記載の
方法。
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