JP2005506984A

JP2005506984A - 炭水化物からの２，５−ジホルミルフランの製造方法

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Publication number: JP2005506984A
Application number: JP2003528795A
Authority: JP
Inventors: グラシン，ブラデイミル; ヘロン，ノーマン; ハリデイ，ゲイリー・アラン
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 2001-09-17
Filing date: 2002-09-17
Publication date: 2005-03-10
Also published as: CN1555368A; EP1427715A1; DE60211535T2; EP1427715B1; DE60211535D1; US20030130528A1; WO2003024947A1; KR20040044933A; US6706900B2

Abstract

バナジウム触媒を使用し、単一溶媒システムプロセス中で、ワンポット、２段反応により、２，５−ジホルミルフランをフルクトース源から製造する。本発明は、２，５−ジホルミルフランを製造するための方法に関し、該方法は：ａ）炭水化物源を第１の溶媒と組合せる工程、ｂ）工程（ａ）の反応混合物を、２，５−ヒドロメチルフルフラールが生成するのに充分な温度で加熱する工程、ｃ）工程（ｂ）の酸化剤を添加する工程、およびｄ）工程（ｃ）の反応混合物を、２，５−ジホルミルフランが生成する温度で加熱する工程を含んでなり、工程（ｂ）、（ｃ）または（ｄ）の後で追加の溶媒を添加しない。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、フルクトース源またはその他の炭水化物から２，５−ジホルミルフランを製造するためのワンポットで２段の触媒方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２，５−（ヒドロキシメチル）フルフラール（ＨＭＦ）は広い用途を有する中間体であって、バイオマス源たとえば、フルクトース、グルコース、スクロースおよびデンプンのような天然に産出する炭水化物から高収率で得ることができる。具体的には、ＨＭＦは６個の炭素原子を有するヘキソースの転化反応生成物である。
【０００３】
２，５−ジホルミルフラン（ＤＦＦ）は、ＨＭＦからＣｒＯ_３およびＫ_２Ｃｒ_２Ｏ_７を使用して製造されてきたが（非特許文献１および特許文献１）、それらの方法は経済性が低く、また大量の無機塩が廃棄物として出る。バナジウム化合物を用いた不均一系触媒も使用されてきたが、それらの触媒ではターンオーバー数が低かった（特許文献２および非特許文献２）。過酸化水素（非特許文献３）および四酸化二窒素（特許文献３）を用いた触媒酸化も報告されているが、それらも経済性が低い。比較的安価な分子状酸素（Ｏ_２）をＰｔ／Ｃ触媒と共に使用してＤＦＦとフラン−２，５−ジカルボン酸（ＦＤＡ）の両方が生成したが（特許文献４）、ＤＦＦの収量は低かった。
【０００４】
【化１】

【０００５】
ＤＦＦ自体、多くの化合物のための有用な中間体である。ＤＦＦを重合させるとポリピナコールやポリビニルが得られるが、それらは、抗真菌剤、医薬品および配位子を合成するための出発原料として使用されてきた。ＤＦＦはさらに、非置換フランを製造するのにも使用できる。その有用性が認識されているにもかかわらず、ＤＦＦを商業的に入手することは容易ではない。
【０００６】
ＨＭＦの選択的酸化反応が、ＤＦＦを得るために工業的に実施可能な唯一の方法である。費用がかかるＨＭＦの単離工程を避けながら、炭水化物をＤＦＦに転化させる方法があれば、経済的なメリットが大きい。（特許文献５）には、この待望の方法のための、ジメチルスルホキシド中で無水酢酸を使用したワンポット反応が記載されているが、それには追加のプロセス工程が含まれ、また水分含量に敏感である。ＨＭＦが生成した後で、水を部分的に除去し、追加の溶媒を添加している。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭５４−９２６０号公報
【特許文献２】
ＤＥ１９６１５８７８号明細書
【特許文献３】
特開昭５５−４９３６８号公報
【特許文献４】
米国特許第４，９７７，２８３号明細書
【特許文献５】
仏国特許出願公開第２，６６９，６３６号明細書
【非特許文献１】
Ｌ．カティア（Ｃｏｔｔｉｅｒ）ら、Ｏｒｇ．Ｐｒｅｐ．Ｐｒｏｃｅｄ．Ｉｎｔ．、１９９５年、第２７巻、第５号、ｐ．５６４
【非特許文献２】
モロー（Ｍｏｒｅａｕ）Ｃ．ら、Ｓｔｕｄ．Ｓｕｒｆ．Ｓｃｉ．Ｃａｔａｌ．、１９９７年、第１０８巻、ｐ．３９９〜４０６
【非特許文献３】
Ｍ．Ｐ．Ｊ．ファン・ドウルゼン（ＶａｎＤｅｕｒｅｚｅｎ）、ＣａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅＣｈｅｍ．、１９９７年、第１６巻、第３号、ｐ．２９９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本発明の目的は、水の存在下で実施可能で、ＨＭＦを単離することなく炭水化物をＤＦＦに転化させるための、単一溶媒の簡潔な触媒方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、２，５−ジホルミルフランの製造方法に関し、該方法は：ａ）炭水化物源を第１の溶媒と組合せる工程、ｂ）工程（ａ）の反応混合物を、２，５−ヒドロキシメチルフルフラールが生成するのに充分な温度で加熱する工程、ｃ）工程（ｂ）の反応混合物に、酸化剤および触媒量のバナジウム化合物を添加する工程、およびｄ）工程（ｃ）の反応混合物を、２，５−ジホルミルフランが生成するのに充分な温度で加熱する工程を含んでなり、工程（ｂ）、（ｃ）または（ｄ）の後に追加の溶媒を添加しない。炭水化物源としてはフルクトース源が好ましい。より好ましくは、フルクトース源が粗製フルクトース、精製フルクトース、フルクトース含有バイオマス、コーンシロップ、スクロース、およびポリフルクタン類からなる群より選択される。
【００１０】
さらに、工程（ａ）における溶媒がジメチルスルホキシドであり、かつ、工程（ｂ）において、第１の反応混合物を加熱して第２の反応混合物を生成せしめるより前に、触媒または助触媒、好ましくはカチオン交換樹脂を第１の反応混合物に添加する、方法が好ましい。この方法は、工程（ｃ）の前に、第２の反応混合物から前記触媒または助触媒を除去する工程をさらに含んでなることができる。
【００１１】
好適な方法は、工程（ｃ）の前に第２の反応混合物を冷却して１５℃〜１００℃とすることを含んでなる。工程（ｂ）の温度を５０℃〜１５０℃とし、工程（ｄ）の温度を１２０℃〜１８０℃とするのが好ましい。工程（ｄ）の温度を１４０℃〜１６０℃とするのが、より好ましい。
【００１２】
好適なバナジウム化合物は、酸化バナジウムまたは酸化リンバナジウムからなる群より選択されるが、より好ましくは、バナジウム化合物は、ＶＯ（ＰＯ_３）_２、（ＶＯ）_２Ｐ_２Ｏ_７、ＶＯＰＯ_４、ＶＯＨＰＯ_４・０．５Ｈ_２Ｏ、［（ＶＯ）_４（Ｐ_２Ｏ_７）_２（ＯＣＨ_３）_４］^−４［（Ｃ_８Ｈ_１２Ｎ）_４］^＋４、［（ＶＯ）_１２（Ｃ_６Ｈ_５ＰＯ_３）_８（ＯＨ）_１２］^−４［（Ｃ_８Ｈ_１２Ｎ）_４］^＋４、（ＶＯ）_４（Ｃ_１２Ｈ_１０ＰＯ_２）_２（ＯＣＨ_３）_６（ＣＨ_３ＯＨ）_２、およびＶ_２Ｏ_５からなる群より選択される。
【００１３】
この方法は、工程（ｄ）で生成した２，５−ジホルミルフランを単離および／または精製するための工程をさらに含んでなることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、炭水化物源からジホルミルフラン（ＤＦＦ）別名フラン２，５−ジカルボキシアルデヒドを、シングルポットで２段のプロセスで製造するための方法である。本明細書で使用するとき、「炭水化物源」という用語は、フルクトース、その他のヘキソース、または脱水によってＨＭＦを製造できる炭水化物を含む各種のバイオマスを意味する。本明細書で使用するとき、「フルクトース源」という用語は、精製または粗製のフルクトースそのもの、またはフルクトースもしくはフルクトースの前駆体を含む各種のバイオマス、たとえばコーンシロップ、スクロースおよびポリフルクタン類などを意味する。フルクトース含量の高いコーンシロップが好ましい。本明細書で使用するとき、「バイオマス」という用語は、微生物、動物または植物性の炭水化物組成物原料で、たとえば、草および木材系エネルギー作物、農業による食料および飼料作物、農業作物の廃棄物および残分、木材系の廃棄物および残分、水生植物、およびある種の都市ごみを含めたその他の廃棄物原料などを意味する。
【００１５】
炭水化物源、好ましくはフルクトース、を適切な溶媒と混合する。フルクトースそのものまたはその前駆体は、少なくとも部分的にはその使用溶媒に溶解しなければならないし、完全に溶解するのが好ましい。単一溶媒が好ましいが、溶媒を組合せたものも使用できうる。「溶媒」という用語は、単一溶媒または適切な溶媒の組合せを意味する。水は、約５％までの濃度で存在していてもよい。溶媒としては、生成するＨＭＦをかなりの程度溶解させ、脱水反応を妨害せず、そして反応条件下で安定であるもの適している。好適な溶媒としては、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）、スルホラン、Ｎ−メチルピロリジノン（ＮＭＰ）、テトラメチルウレア（ＴＭＵ）、リン酸トリブチルおよびジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、ならびにそれらの組合せが挙げられる。ジメチルスルホキシド、テトラメチルウレア、またはそれらの組合せが最も好ましい。次いで、追加の溶媒を添加することなく、上記で得られる反応混合物を加熱して脱水反応を促進させ、フルクトースからＨＭＦを生成する。脱水反応によって生成する水は、追加の溶媒とはみなさない。
【００１６】
場合によっては触媒または助触媒を、フルクトースからＨＭＦへの反応工程における反応混合物に添加することができる。触媒としては、ブレンステッド酸およびルイス酸、遷移金属塩および錯体、ならびにイオン交換樹脂が挙げられる。それらに含まれるものは、シュウ酸、Ｈ_２ＳＯ_４、Ｈ_３ＰＯ_４、ＨＣｌ、レブリン酸、ｐ−トルエンスルホン酸、Ｉ_２、硫酸アンモニウム、亜硫酸アンモニウム、リン酸ピリジニウム、ピリジニウムＨＣｌ、ＢＦ_３および錯体、イオン交換樹脂、ゼオライト、ならびにＺｎ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔｈ、ＺｒおよびＶの塩および錯体などであるが、これらに限定されるわけではない。触媒および助触媒のその他の例については、クスター（Ｋｕｓｔｅｒ）ら、Ｓｔａｒｃｈ、１９９０年、４２巻、第８号、ｐ．３１４を参照されたい（ここに引用することにより、本明細書に取り入れたものとする）。好適な触媒はカチオンイオン交換樹脂で、たとえば、酸の形態のダウエックス（Ｄｏｗｅｘ）（登録商標）タイプイオン交換樹脂（ミネソタ州ミッドランズ（Ｍｉｄｌａｎｄｓ、ＭＩ）のダウ・ケミカルズ・カンパニー（ＤｏｗＣｈｅｍｉｃａｌｓＣｏ．））である。より好ましいのは、バイオ・ラッド（Ｂｉｏ−Ｒａｄ）ＡＧ−５０Ｗ樹脂（カリフォルニア州ハーキュレス（Ｈｅｒｃｕｌｅｓ、ＣＡ）のバイオ−ラッド・ラボラトリーズ（Ｂｉｏ−ＲａｄＬａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ））である。
【００１７】
好適な温度範囲は、使用する溶媒および触媒または助触媒によって変わってくるが、触媒または助触媒を使用する場合で通常約５０℃〜約１５０℃、触媒または助触媒を使用しない場合で通常約１４０〜１６５℃である。反応混合物が充分に好適な温度に達していないようなときには、それを加熱して目的の温度にしてもよい。反応時間は、反応条件および目的とする収率によって変化するが、通常約１〜約４８時間である。攪拌を使用してもよい。
【００１８】
ほとんどの場合、反応は高温であるほど早く進むであろうが、温度が低い方が高い選択率となることが観察される。温度が低いほど反応の収率が上がるが、あまりにも遅くては実用的ではない。温度が高くなると、反応速度は上がるが、副反応や生成物が分解するために選択性が低下する。したがって、ＨＭＦの収率を可能な限り最高にするには、反応条件を最適化する必要があり、それには、反応は充分に早くて、かつ目的の生成物が満足のいく収率で得られるような温度範囲とすべきである。
【００１９】
本発明の不溶性の触媒または助触媒を使用した場合には、それを次の工程に進む前に反応混合物から除去することができる。この除去には公知のどのような手段を使用してもよいが、たとえば、濾過、または遠心分離およびデカンテーションなどがある。反応混合物はまた、除去工程のためや酸化反応工程へ進む前に冷却して、取り扱いを容易にすることもできる。除去した後でその触媒または助触媒を、元の溶媒の追加量を用いて洗浄することも可能である。次いでこの洗浄液を濾液に加えて、生成したＨＭＦ溶液のロスを最小限に抑える。
【００２０】
本発明の方法は、「ワンポット」反応として実施する。「ワンポット」反応という用語は、この方法の最初の２段で生成するＨＭＦを、その反応混合物から単離しない、ということを意味する。その代わりに、全部の反応混合物を方法の次の工程に使用する。ワンポット反応とすることによって、ＨＭＦの単離工程にかかる手間と費用が不要になる。しかしながら、本明細書に記載する方法を継続する前に、その反応混合物からＨＭＦを単離することが可能であることを、当業者は理解するであろう。
【００２１】
上記で生成する反応混合物に、次いで、不均一系触媒および酸化剤を添加する。この時点で、その反応混合物に追加の溶媒を全く添加しないことに注目するのが重要である。「追加の溶媒」という用語は、この方法の第１の工程において炭水化物源と元々組合せた溶媒とは、別の溶媒を意味する。反応混合物の脱水は有利となり得るが、必須という訳ではない。
【００２２】
この触媒には、酸化バナジウムまたは酸化リンバナジウム化合物が含まれる。そのバナジウム化合物には、その他のアニオンや配位子が存在していてもよい。好適な触媒を挙げれば、ＶＯ（ＰＯ_３）_２、（ＶＯ）_２Ｐ_２Ｏ_７、ガンマ−ＶＯＰＯ_４、デルタ−ＶＯＰＯ_４、ＶＯＨＰＯ_４・０．５Ｈ_２Ｏ、［（ＶＯ）_４（Ｐ_２Ｏ_７）_２（ＯＣＨ_３）_４］^−４［（Ｃ_８Ｈ_１２Ｎ）_４］^＋４、［（ＶＯ）_１２（Ｃ_６Ｈ_５ＰＯ_３）_８（ＯＨ）_１２］^−４［（Ｃ_８Ｈ_１２Ｎ）_４］^＋４、（ＶＯ）_４（Ｃ_１２Ｈ_１０ＰＯ_２）_２（ＯＣＨ_３）_６（ＣＨ_３ＯＨ）_２、およびＶ_２Ｏ_５などがあるが、これらに限定されるわけではない。Ｖ_２Ｏ_５およびＶＯＨＰＯ_４・０．５Ｈ_２Ｏが好ましい。
【００２３】
本発明の方法における酸化剤としては、（限定するわけではないが）空気のような、酸素含有ガスまたはガス混合物が好ましい。酸素そのものも好適な酸化剤である。その他の好適な酸化剤としては、過酸化水素も挙げることができる。次いで、追加の溶媒を添加することなく、この反応混合物を加熱して、ＨＭＦを酸化させてＤＦＦを生成する。この反応混合物を脱水する必要はない。
【００２４】
好適な温度範囲は使用する触媒によって変化するが、約１００℃〜２００℃、好ましくは約１４０℃〜１６０℃である。先に述べたように、反応は高温であるほど早く進むであろうが、温度が低い方が高い選択率が観察される。ＨＭＦからＤＦＦへの反応は、バナジウム化合物触媒を使用した不均一反応であるので、約１００％転化率に到達するのに必要な時間は、種々の因子の中でも、（ｉ）反応温度、（ｉｉ）攪拌効率、（ｉｉｉ）液相中を通過する空気／酸素流量、（ｉｖ）使用する触媒のタイプ、（ｖ）触媒の量、（ｖｉ）第１の工程で生成する水の量（大量の水があると触媒活性が低下する）、（ｖｉｉ）触媒分散性、（ｖｉｉｉ）第１の工程で生成する副生成物が原因の触媒毒の有無、などによって決まってくる。反応時間もまた、反応条件および目的とする収率によって変化するが、通常約１〜約２４時間である。この反応は、空気または酸素による加圧下でも実施することができる。攪拌を使用してもよい。
【００２５】
上述のようにして生成したＤＦＦは、場合によっては各種の公知の手段を用いて単離することができるが、そのような手段としては、液液抽出、ＤＦＦの真空蒸留／昇華、および水で希釈してから適当な有機溶媒たとえばジクロロメタンを用いての抽出などがあるが、これらに限定されるわけではない。反応混合物中に溶媒としてジメチルスルホキシドが使用されている場合には、好ましい方法としては、トルエン、シクロヘキサン、またはエーテルのような溶媒を使用した液液抽出がある。
【００２６】
単離した後でＤＦＦを各種公知の方法により精製することができるが、そのような方法としては、ジクロロメタン中でシリカを通す濾過、再結晶、およびソックスレー抽出などが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。反応混合物中で使用した溶媒がジメチルスルホキシドの場合には、ジクロロメタンと飽和炭化水素たとえばヘキサンとの混合物を使用した再結晶が、好ましい精製方法である。反応混合物中に有機溶媒を使用した場合には、ソックスレー抽出もまた好ましい方法である。その方法において好ましい有機溶媒は、シクロヘキサンである。そのような抽出においては、円筒濾紙の外側と中側の間の空間にシリカゲルを充填した、二重円筒濾紙を使用する。後者の方法は連続式で、非常に簡便かつ効率的であって、極めて純度の高いポリマーグレードのＤＦＦが得られる。
【実施例】
【００２７】
ここまで一般的に本発明について説明してきたが、以下の実施例を参考にすれば、本発明がより容易に理解されるであろう。以下の実施例は説明のためだけに提供されるものであって、特に記さない限り、本発明を限定することを意図したものではない。
【００２８】
本明細書では以下の略称を使用する：
Ｃ_６Ｈ_５ＰＯ_３フェニルホスホネート（−２価アニオン）
Ｃ_８Ｈ_１２Ｎ２，４，６−コリジニウム（＋１価カチオン）
Ｃ_１２Ｈ_１０ＰＯ_２ジフェニルホスフィネート（−１価アニオン）
ＤＦＦジホルミルフラン
ＤＭＡジメチルアセトアミド
ＤＭＦジメチルホルムアミド
ＤＭＳＯジメチルスルホキシド
ＧＣガスクロマトグラフィー
ＨＭＦ２，５−（ヒドロキシメチル）フルフラール
ＮＭＰＮ−メチルピロリジノン
ＴＭＵテトラメチルウレア
【００２９】
一般的手法
フルクトース（ミズーリ州セントルイス（Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ、ＭＯ）のシグマ・ケミカル・カンパニー（ＳｉｇｍａＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐａｎｙ）製、＞９９％、グルコース０．０５％未満）をＤＭＳＯ（ウィスコンシン州ミルウォーキー（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ、ＷＩ）のアルドリッチ・ケミカル・カンパニー（ＡｌｄｒｉｃｈＣｈｅｍｉｃａｌＣｏ．）製、９９．９％、無水）に溶解させた溶液を、触媒／助触媒の存在または不在の状態で、撹拌しながら加熱（８０〜１６０℃）した。反応は、外部標準を使用した定量的ＧＣ分析によりモニターした。収率が最高値に達したら、反応混合物を室温にまで冷却し、（必要あれば）濾過し、次いでＨＭＦをそのまま、すなわちＨＭＦを単離することなく、ＤＦＦへの酸化反応に使用した。酸化反応のために、バナジウム触媒を添加し、その混合物を、液相に空気をバブリングしながら、１５０〜１６５℃で激しく攪拌した。この酸化反応もＧＣ分析によりモニターした。ＨＭＦが完全に転化したら、ＤＦＦ生成物を単離し、精製した。その単離は、ＤＭＳＯとは相溶性がないがその中にＤＦＦが溶解するような溶媒、たとえばシクロヘキサン、エーテルおよびトルエンなどを用いて、液液抽出で行った。別な方法では、反応混合物を水で希釈して、ＤＦＦを有機溶媒たとえばジクロロメタンを用いて抽出した。単離をした後で、ＤＦＦを精製して不純物（たとえば、ジメチルスルホン）を除去したが、その方法としては先に述べたような、真空昇華、ジクロロメタン−ヘキサンからの再結晶、またはシクロヘキサンを使用してシリカを通過させる二重円筒濾紙ソックスレー抽出などがある。
【００３０】
実験例１
ＶＯ（ＰＯ_３）_２の生成
２．３５ｇの硫酸バナジウム（ＩＶ）水和物を１００ｍＬのメタノール中に溶解させ、充分に攪拌しながら２．３１ｇの８５％リン酸を徐々に添加した。この混合物を２時間還流させてから、ロータリーエバポレーターにかけると、粘度の高い青色の油状物が得られた。次いでこの油状物を開放容器の中で１８０℃に加熱して、残存している酸を除去してから、その青色の固形物をアセトンで充分に洗浄すると、鮮やかな青色の粉体が得られた。次いでこの粉体を、流通窒素中で、途中で固形物を再粉砕しながら７００℃で２４時間加熱した。回収された青灰色の粉体は、目的の相と一致するＸ線回折パターンを有していた。
【００３１】
実験例２
ＶＯＨＰＯ_４・０．５Ｈ_２Ｏの生成
丸底フラスコの中で、１５ｇの五酸化バナジウムを９００ｍＬのイソプロパノールの中に加えてスラリー化してから、３８ｇの８５％リン酸を添加した。この混合物を激しく攪拌しながら窒素下で２４時間還流させると、その間にスラリーの色が淡青色に変化した。この青色の固形物を濾過して集め、アセトンで洗浄してから減圧下で乾燥させた。この固形物のＸ線回折パターンは、期待していた相と一致した。
【００３２】
実験例３
ガンマ−ＶＯＰＯ_４の生成
実験例２で製造した物質１０ｇを清澄な石英ボートの上に薄く拡げてから、酸素を低速（５０ｍＬ／分）で流しながら、６時間かけて６８０℃にまで加熱昇温させた。次いでこのサンプルを、６８０℃で４時間保持してから、冷却し、窒素下で集めた。こうして得られた黄色の固形物は、ガンマ−ＶＯＰＯ_４に一致するＸ線回折パターンを示した。
【００３３】
実験例４
デルタ−ＶＯＰＯ_４の生成
実験例３の方法を繰り返したが、ただし、サンプルを７．５時間かけて４５０℃にまで加熱し、流通酸素の下で１６８時間保持した。
【００３４】
実験例５
テトラコリジニウム塩としての（ＶＯ）_４（Ｐ_２Ｏ_７）_２（ＯＣＨ_３）_４の生成
０．４７ｇの硫酸バナジウム（ＩＶ）水和物を３ｍＬのコリジンと７ｍＬのメタノールの中に溶解させ、次いで短時間（２分未満）沸騰させた。０．１８ｇのピロリン酸を５ｍＬメタノール中に溶解させ、その熱溶液中に徐々に添加したが、沈殿物をすべて再溶解させてから、さらなる酸の添加を行った。その溶液を穏やかに３分間沸騰させてから開放容器の中で放冷すると、青色の結晶が生成した。この青色の固形物を集めて、単結晶Ｘ線回折にかけると、生成したのは目的の化合物であると同定された。
【００３５】
実験例６
テトラコリジニウム塩としての（ＶＯ）_１２（ＰｈＰＯ_３）_８（ＯＨ）_１２の生成
０．４７ｇの硫酸バナジウム（ＩＶ）水和物を、０．３２ｇのフェニルホスホン酸と乾燥固形物として混合した。次いでその混合物を、加熱攪拌しながら、３ｍＬのコリジンおよび７ｍＬのアセトニトリルの中に溶解させた。完全に溶解したら、その溶液を放冷してから、青色の結晶を濾過により集めた。この青色の固形物を集めて、単結晶Ｘ線回折にかけると、目的の化合物であると同定された。
【００３６】
実験例７
（ＶＯ）_４（Ｐｈ_２ＰＯ_２）_２（ＯＣＨ_３）_６（ＣＨ_３ＯＨ）_２の生成
４．７０ｇの硫酸バナジウム（ＩＶ）水和物を、窒素を充満させたグローブボックスの中で、２５ｍＬのメタノール中に溶解させた。撹拌しながら１０ｍＬのコリジンを添加して、加熱し、すべてのものを溶解させて均一な青色の溶液とした。この溶液を沸点近くまで加熱してから、１０ｍＬの熱メタノールに２．１６ｇのジフェニルホスホン酸を溶解させた第２の溶液をゆっくりと添加した。完全に混合できたら、その溶液を短時間沸騰させてから放冷すると、結晶が生成した。生成物の濃青色の結晶を濾過で集め、単結晶Ｘ線回折により同定した。
【００３７】
実験例８
シリカ上への（ＶＯ）_２Ｐ_２Ｏ_７の生成
実験例５で製造した物質１２．３ｇを、５０ｍＬのメタノール中に８．５ｇの１，８−ビスジメチルアミノ−ナフタレンを溶解させた溶液のなかで、スラリー化させた。この混合物に蓋をして、攪拌し、すべてのものを完全に溶解させ、それからその溶液を放置して、溶液中に結晶性固形物が析出し始めるまで、蒸発させた。この固形物を濾過により集めてから、その固形物１０．４２ｇを窒素下で５０ｍＬのメタノール中に溶解させた。この濃青色の溶液を１０ｇのシリカゲル粉体に添加して、そのスラリーを１０分間攪拌してから、真空中で蒸発乾固させた。その青色の固形物を流通空気中で１時間かけて３５０℃にまで加熱したが、そのようにして得られた灰色の粉体を集めて、Ｘ線回折により特性解析した。
【００３８】
実施例１
触媒としてＶＯＨＰＯ_４・０．５Ｈ_２Ｏを使用した、フルクトースからＤＦＦの製造
フルクトース（１１．２５ｇ、６２．４ミリモル）をＤＭＳＯ（５０ｍＬ）中に溶解させた。この溶液に、５ｇのバイオ・ラッド（Ｂｉｏ−Ｒａｄ）カチオン交換樹脂ＡＧ−５０Ｗ−Ｘ８（１００〜２００メッシュ、アセトニトリル洗浄により活性化してから乾燥）を添加した。この混合物を１１０℃で５時間攪拌したあとでＧＣ分析をすると、ＨＭＦの収率が８５％であることがわかった。この溶液を冷却し、樹脂を濾過により除去した。この暗色の、固形分を含まない溶液（４３ｍＬ）に、実験例２で得られたＶＯＨＰＯ_４・０．５Ｈ_２Ｏ（０．３９ｇ、５モル％）を添加し、その混合物を空気バブリングをしながら１５０℃で攪拌した。その反応はＧＣでモニターした。１３．５時間後にはＨＭＦが完全に転化するのが認められたが、その時点でのＧＣ分析からは、フルクトースを基準にしたＤＦＦの収率が５２％であることが判った。この混合物を室温にまで冷却してからジクロロメタン（３００ｍＬ）で希釈し、濾過し、水（３×１００ｍＬ）で洗浄し、シリカを通過させ、そして蒸発させた。黄色の結晶性固形物としての粗製ＤＦＦの収量は、３．２ｇ（使用したフルクトース基準での計算値４１％）であった。^１ＨＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３、２０℃）、δ：７．４（ｓ、２Ｈ、フランＨ）、９．８（ｓ、２Ｈ、ＣＨＯ）。^１３ＣＮＭＲ（ＣＤ_２Ｃｌ_２、２０℃）、δ：１２０．４（ｓ、ＣＨ）、１５４．８（ｓ、ｑＣ）、１７９．７（ｓ、ＣＨＯ）。質量分析：ｍ／ｚ＝１２４。
【００３９】
実施例２
触媒としてＶ_２Ｏ_５を使用した、フルクトースからＤＦＦの製造
フルクトース（１６．８７５ｇ、９３．７ミリモル）をＤＭＳＯ（７５ｍＬ）中に溶解させた。この溶液に、３．７５ｇのバイオ・ラッド（Ｂｉｏ−Ｒａｄ）カチオン交換樹脂ＡＧ−５０Ｗ−Ｘ８（１００〜２００メッシュ（Ｈ^＋形）、水およびメタノールで予備洗浄後に乾燥）を添加した。この混合物を８０℃で２５．５時間攪拌したあとでＧＣ分析をすると、ＨＭＦの収率が７７％であることがわかった。この溶液を冷却し、樹脂を濾過により除去した。この暗色の、固形物を含まない溶液（７３ｍＬ）に、Ｖ_２Ｏ_５（粉体、マサチューセッツ州ワード・ヒル（ＷａｒｄＨｉｌｌ、ＭＡ）のアルファ・アエサル（ＡｌｆａＡｅｓａｒ）から入手、９９．８％、０．６６ｇ、５モル％）を添加し、その混合物を空気バブリングをしながら１５０℃で攪拌した。その反応はＧＣでモニターした。１７時間後にはＨＭＦが完全に転化するのが認められたが、その時点でのＧＣ分析からは、フルクトースを基準にしたＤＦＦの収率が６７％であることが判った。実施例１の記載に従って生成物を単離すると、４．８３ｇ（４２％）のＤＦＦが得られた。^１ＨＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３、２０℃）、δ：７．４（ｓ、２Ｈ、フランＨ）、９．８（ｓ、２Ｈ、ＣＨＯ）。^１３ＣＮＭＲ（ＣＤ_２Ｃｌ_２、２０℃）、δ：１２０．４（ｓ、ＣＨ）、１５４．８（ｓ、ｑＣ）、１７９．７（ｓ、ＣＨＯ）。質量分析：ｍ／ｚ＝１２４。
【００４０】
実施例３〜９
各種バナジウム触媒の存在下における、市販ＨＭＦサンプルのＤＭＳＯ中での空気酸化
アルドリッチ（Ａｌｄｒｉｃｈ）から入手したＨＭＦの市販サンプルを、各種のバナジウム触媒の存在下で空気酸化させた。それぞれの酸化反応では、５０ｍｇのバナジウム触媒を使用し、５ｍＬのＤＭＳＯに溶解させた１０３ｍｇのＨＭＦを、反応混合物中に空気バブリングしながら、５時間１５０℃で反応させた。その反応はＧＣでモニターした。それらの実験の詳細を表１に示す。この表には、使用した触媒、反応後に検出されたＤＦＦ量およびＨＭＦ量、およびＨＭＦ基準のＤＦＦ収率が示されている。
【００４１】
【表１】

【００４２】
実施例１０〜１８
各種バナジウム触媒の存在下における、フルクトースから製造したＨＭＦのＤＭＳＯ中での空気酸化
実施例２の記載に従って、まずＨＭＦをＤＭＳＯ中でフルクトースから７４％の収率で製造した。得られたＨＭＦのＤＭＳＯ溶液を、次いで、等量のいくつかの部分に分割し、それに各種のバナジウム化合物（５モル％）を添加して、酸化反応の触媒として働かせた。この反応は１気圧１５０℃で実施し、ＧＣによりモニターした。それらの検討結果を表２に示すが、それには、完全に転化するまでの反応時間、およびＨＭＦ基準およびフルクトース基準のＤＦＦの収率が示されている。
【００４３】
【表２】

【００４４】
実施例１９〜２４
各種溶媒中におけるＨＭＦ（市販品）のＤＦＦへの触媒酸化
各種溶媒中で実施例４を繰り返した。ＨＭＦ（０．３４５ｇ、２．７４ミリモル）を３ｍＬの溶媒に混合した。反応時間は５時間とした。ＨＭＦはキシレンには溶解しないので、溶解性の低さが原因で酸化反応が起きなかったと考えられる。それらの結果を表３に示したが、それには、反応後に（ＧＣによって）検出されたＨＭＦおよびＤＦＦの量、およびＨＭＦ基準のＤＦＦ収率が示されている。
【００４５】
【表３】

【００４６】
実施例２５
フルクトース（１６．８７５ｇ、９３．６ミリモル）をＴＭＵ（７５ｍＬ）中に溶解させた。この溶液に、３．７５ｇのバイオ・ラッド（Ｂｉｏ−Ｒａｄ）カチオン交換樹脂ＡＧ−５０Ｗ−Ｘ８（１００〜２００メッシュ（Ｈ^＋形）、水およびメタノールで予備洗浄後に乾燥）を添加した。この混合物を窒素下で９０℃で２５．５時間攪拌したあとでＧＣ分析をすると、ＨＭＦの収率が４４％であることがわかった。この溶液を冷却し、樹脂を濾過により除去した。この暗色の、固形物を含まない溶液に、Ｖ_２Ｏ_５（粉体、マサチューセッツ州ワード・ヒル（ＷａｒｄＨｉｌｌ、ＭＡ）のアルファ・アエサル（ＡｌｆａＡｅｓａｒ）から入手、９９．８％、０．３７５ｇ）を添加し、その混合物を空気バブリングをしながら１４０℃で攪拌した。その反応はＧＣでモニターした。１６時間後にＨＭＦが完全に転化したことが観察されたので、その混合物を冷却して室温とし、ジクロロメタン（２００ｍＬ）で希釈してから濾過した。この固形物を含まない溶液を水（４×２００ｍＬ）で洗浄し、硫酸マグネシウム上で脱水させてから濾過し、蒸発させた。残分をカラムクロマトグラフィー（シリカゲル）にかけると、３．７ｇ（３２％）のＤＦＦが得られた。^１ＨＮＭＲ（ＣＤＣｌ_３、２０℃）、δ：７．４（ｓ、２Ｈ、フランＨ）、９．８（ｓ、２Ｈ、ＣＨＯ）。^１３ＣＮＭＲ（ＣＤ_２Ｃｌ_２、２０℃）、δ：１２０．４（ｓ、ＣＨ）、１５４．８（ｓ、ｑＣ）、１７９．７（ｓ、ＣＨＯ）。質量分析：ｍ／ｚ＝１２４。

Claims

ａ）炭水化物源を溶媒と組合せる工程、
ｂ）工程（ａ）の反応混合物を、２，５−ヒドロキシメチルフルフラールが生成するのに充分な温度で加熱する工程、
ｃ）工程（ｂ）の反応混合物に、酸化剤および触媒量のバナジウム化合物を添加する工程、および
ｄ）工程（ｃ）の反応混合物を、２，５−ジホルミルフランが生成するのに充分な温度で加熱する工程
を含んでなり、
工程（ｂ）、（ｃ）または（ｄ）の後に追加の溶媒を添加しない
２，５−ジホルミルフランの製造方法。
炭水化物源がフルクトース源である請求項１に記載の方法。
フルクトース源が粗製フルクトース、精製フルクトース、フルクトース含有バイオマス、コーンシロップ、スクロース、およびポリフルクタン類からなる群より選択される請求項２に記載の方法。
工程（ａ）の溶媒がジメチルスルホキシド、ジメチルアセトアミド、スルホラン、Ｎ−メチルピロリジノン、テトラメチルウレア、リン酸トリブチル、ジメチルホルムアミド、およびそれらの組合せからなる群より選択される請求項１に記載の方法。
工程（ａ）の溶媒がジメチルスルホキシド、テトラメチルウレア、またはそれらの組合せである請求項１に記載の方法。
工程（ｂ）において、第１の反応混合物を加熱して第２の反応混合物を生成せしめるより前に、第１の反応混合物に触媒または助触媒を添加する請求項１に記載の方法。
前記触媒または助触媒がカチオン交換樹脂である請求項５に記載の方法。
工程（ｃ）より前に、第２の反応混合物から前記触媒または助触媒を除去する工程をさらに含んでなる請求項５に記載の方法。
工程（ｃ）より前に、第２の反応混合物を１５℃から１００℃までに冷却することをさらに含んでなる請求項１に記載の方法。
工程（ｂ）の温度が５０℃〜１５０℃である請求項１に記載の方法。
工程（ｄ）の温度が１２０℃〜１８０℃である請求項１に記載の方法。
工程（ｄ）の温度が１４０℃〜１６０℃である請求項１に記載の方法。
バナジウム化合物が酸化バナジウムまたは酸化リンバナジウムからなる群より選択される請求項１に記載の方法。
バナジウム化合物がＶＯ（ＰＯ_３）_２、（ＶＯ）_２Ｐ_２Ｏ_７、ＶＯＰＯ_４、ＶＯＨＰＯ_４・０．５Ｈ_２Ｏ、［（ＶＯ）_４（Ｐ_２Ｏ_７）_２（ＯＣＨ_３）_４］^−４［（Ｃ_８Ｈ_１２Ｎ）_４］^＋４、［（ＶＯ）_１２（Ｃ_６Ｈ_５ＰＯ_３）_８（ＯＨ）_１２］^−４［（Ｃ_８Ｈ_１２Ｎ）_４］^＋４、（ＶＯ）_４（Ｃ_１２Ｈ_１０ＰＯ_２）_２（ＯＣＨ_３）_６（ＣＨ_３ＯＨ）_２、およびＶ_２Ｏ_５からなる群より選択される請求項１に記載の方法。
工程（ｄ）で生成する２，５−ジホルミルフランを単離する工程をさらに含んでなる請求項１に記載の方法。
単離された２，５−ジホルミルフランを精製する工程をさらに含んでなる請求項１５に記載の方法。