JP2005511772A - カルボン酸塩の製造方法 - Google Patents

Abstract

アルコールからカルボン酸塩を製造するための触媒であって、
該触媒は、
ａ） 銅からなり、又は、
ｂ） ９９．９〜１０質量％の銅と、０．０１〜９０質量％の鉄と、０〜５０質量％の１種以上の他の金属を含み、
必要によりドープされてもよく、
塩基を使用して、銅塩の溶液からの沈殿、又は他の金属塩を必要により含む銅と鉄の塩の溶液からの共沈によって、水酸化物を得て、該水酸化物を水素によって還元することを特徴とする触媒。

Description

本発明は、銅を基礎とするカルボン酸塩の製造のための触媒に関する。

ＷＯ−Ａ１−９４／２４０９１は、クロム、チタン、ニオブ、タンタル、バナジウム、モリブデン、マグネシウム、タングステン、コバルト、ニッケル、ビスマス、スズ、アンチモン、鉛、及びゲルマニウムの塩で、銅とジルコニウムの塩を共沈することによる、アミノカルボン酸塩の製造のための触媒を開示している。

しかし、これらの触媒は、要望される点が残されたままであった。

ＷＯ−Ａ１−９４／２４０９１

本発明の目的は、カルボン酸塩を製造するための改良された触媒を提供することにある。

本発明者等は、この目的が、アルコールからカルボン酸塩を製造するための触媒であって、
ａ） 銅からなり、又は、
ｂ） ９９．９〜１０質量％の銅と、０．０１〜９０質量％の鉄と、０〜５０質量％の１種以上の他の金属を含み、
必要によりドープされていてもよく、
塩基を使用して、銅塩の溶液からの沈殿、又は他の金属塩を必要により含む銅と鉄の塩の溶液からの共沈によって、水酸化物を得て、該水酸化物を水素によって還元することを特徴とする新規且つ改良された触媒によって達成されることを見いだした。

本発明による上記触媒は、以下のようにして得ることができる。

銅塩の溶液を沈殿（析出）してもよく、あるいは、銅塩の溶液と鉄塩の溶液及び必要により他の金属塩の溶液の混合物を共沈してもよく、これらはバッチ法又は連続法で、７〜１４の範囲のｐＨで塩基を用いて行うことができ、５〜１００℃の範囲、好ましくは１５〜９０℃の範囲、特に好ましくは２０〜８５℃の範囲の温度で、０．１〜５ｂａｒの範囲の圧力、好ましくは大気圧下で行うことができ、そして沈殿又は共沈生成物、一般には対応する水酸化物は、例えば水で洗浄して、５０〜２５０℃で乾燥して、最適には３００〜７００℃でか焼して、次いで１５０〜３００℃で水素流中で還元してもよい。しかし、この還元は、か焼前に行うこともでき、所望により、か焼を繰り返すことができる。

銅又は銅／鉄触媒は、共沈の後に又はそれに続く乾燥又はか焼の後に、浸漬、無電解メッキ、電解メッキ、ＣＶＤ（化学蒸着）、又はスパッタリング、好ましくは浸漬又は無電解メッキ、特に好ましくは浸漬によってドープすることができる。ドーピングに有用な元素には、「その他の金属」として言及したものが含まれ、可溶性の塩の形態で、又は金属そのものとして施すことができる。塩を施すときに、続けて行われるか焼は一般に定着のために使用される。ドープ剤の量は、広い範囲の中で変更してもよいが、一般に０．００１〜５質量％、好ましくは０．００５〜３質量％、一層好ましくは０．０１〜２質量％、特に０．０２〜１質量％である。

有用な塩基の例には、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ金属炭酸水素塩、アルカリ土類金属炭酸水素塩、アンモニア、水溶性アミン、及びそれらの混合物が含まれる。有用なアルカリ金属水酸化物には、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、及び水酸化セシウムが含まれ、好ましくは水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、及び水酸化カリウムであり、特に好ましくは水酸化ナトリウム、及び水酸化カリウムである。有用なアルカリ土類金属水酸化物には、水酸化ベリリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、及び水酸化バリウムが含まれ、好ましくは水酸化マグネシウム、及び水酸化カルシウムであり、特に好ましくは水酸化カルシウムである。有用なアルカリ金属炭酸塩には、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、及び炭酸セシウムが含まれ、好ましくは炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、及び炭酸カリウムであり、特に好ましくは炭酸ナトリウム、及び炭酸カリウムである。有用なアルカリ土類金属炭酸塩には、炭酸ベリリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、及び炭酸バリウムが含まれ、好ましくは炭酸マグネシウム、及び炭酸カルシウムであり、特に好ましくは炭酸カルシウムである。有用なアルカリ金属炭酸水素塩には、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ルビジウム、及び炭酸水素セシウムが含まれ、好ましくは炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、及び炭酸水素カリウムであり、特に好ましくは炭酸水素ナトリウム、及び炭酸水素カリウムである。有用なアルカリ土類金属炭酸水素塩には、炭酸水素ベリリウム、炭酸水素マグネシウム、炭酸水素カルシウム、炭酸水素ストロンチウム、及び炭酸水素バリウムが含まれ、好ましくは炭酸水素マグネシウム、及び炭酸水素カルシウムであり、特に好ましくは炭酸水素カルシウムである。有用な水溶性アミンの例には、アンモニア、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、及びトリエチルアミンが含まれ、好ましくはアンモニア、ジメチルアミン、トリメチルアミン、及びトリエチルアミンであり、特に好ましくはアンモニア及びトリメチルアミンである。

有用なその他の金属には、周期表のＩＩａ、ＩＩＩａ、ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ、ＩＩｂ、ＩＩＩｂ、ＩＶｂ、ＶＩＩｂ、及びＶＩＩＩ族の全ての金属が含まれ、例えばベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、ホウ素、ガリウム、インジウム、タリウム、ゲルマニウム、スズ、鉛、アンチモン、ビスマス、セレン、テルル、銀、金、亜鉛、カドミウム、スカンジウム、イットリウム、ランタン、チタン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、テクネチウム、レニウム、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、及び白金があり、セリウムもあり、好ましくはニッケル、コバルト、クロム、亜鉛、ランタン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、イリジウム、及び白金であり、特に好ましくはニッケル、コバルト、亜鉛、ランタンである。

銅、鉄及びその他の金属の有用な塩には、一般に全ての好ましくは水溶性の無機及び有機塩が含まれる。

有用な銅塩には、一般に全ての好ましくは水溶性の無機及び有機塩が含まれ、例えば硝酸銅、塩化銅、硫酸銅、炭酸銅、炭酸水素銅、硫酸水素銅、アセチルアセトン酸銅、及び酢酸銅があり、好ましくは硝酸銅、塩化銅、炭酸銅、及び酢酸銅であり、より好ましくは硝酸銅、塩化銅、及び酢酸銅である。

有用な鉄塩には、一般に全ての好ましくは水溶性の無機及び有機塩が含まれ、例えば硝酸鉄、塩化鉄、硫酸鉄、ヘキサシアノ鉄酸鉄、炭酸鉄、炭酸水素鉄、硫酸水素鉄、アセチルアセトン酸鉄、及び酢酸鉄があり、好ましくは硝酸鉄、塩化鉄、炭酸鉄、及び酢酸鉄であり、より好ましくは硝酸鉄、塩化鉄、及び酢酸鉄である。

有用な他の金属塩には、一般に全ての好ましい水溶性の無機及び有機塩が含まれ、例えば硝酸塩、塩化物、硫酸塩、シアン化物、水酸化物、炭酸塩、炭酸水素塩、硫酸水素塩、アセチルアセトン酸塩、及び酢酸塩があり、好ましくは硝酸塩、塩化物、硫酸塩、炭酸塩、炭酸水素塩、及び酢酸塩であり、より好ましくは硝酸塩、塩化物、炭酸塩、及び酢酸塩である。

出発物質に由来して、銅触媒は不純物を含む。一般に、精製は行われない。

銅／鉄触媒は、９９．９〜１０質量％、好ましくは９５〜２０質量％、より好ましくは９０〜３０質量％の銅、０．０１〜９０質量％、好ましくは３〜７５質量％、好ましくは３〜７５質量％、より好ましくは５〜６０質量％の鉄、０〜５０質量％、好ましくは０．１〜３５質量％、より好ましくは０．５〜２５質量％の１種以上の他の金属、すなわち１〜８種、好ましくは１〜５種、より好ましくは１〜３種で、特に好ましくは１〜２種の他の金属を含んでなる。

触媒は、銅に加えて、１〜９０質量％の鉄を含み、ＮａＯＨを使用してｐＨ１０〜１１．５で、及び５０〜８０℃の温度で析出させて、１８０〜２２０℃で乾燥させ、４５０〜５５０℃でか焼して、２００〜３００℃で水素を使用して還元したものが、非常に好適である。水素を使用した還元の後に、触媒は、０〜３５質量％の含量で酸化銅（ＩＩ）及び／又は酸化銅（Ｉ）を含んでいた。特に好適な実施の態様においては、触媒は、４質量％未満、好ましくは３．９９〜０質量％、より好ましくは３．９９〜１質量％、特に３．９９〜２質量％の含有量のアルミニウムを有している。さらに特に好適な実施の態様には、ジルコニウムを含まない触媒の製造が含まれる。

水素を使用した還元前に、１〜７５ｎｍ、より好ましくは２〜５０ｎｍのＣｕＯ結晶サイズを有する本発明の触媒を使用して、アルコールからカルボン酸塩の製造をすることは、好適である。

本発明によってアルコールからカルボン酸塩を製造する方法は、以下のように行うことができる。

圧力容器、例えばオートクレーブ、管式反応器、循環式反応器、又は撹拌タンクバッテリー等は、所望の順序でアルコール、塩基、水、及び触媒で充填することができる。塩基は、好ましくは充填前に水に溶解する。好適には、触媒を最初に充填し、次いでアルコールを塩基水溶液とは別に添加する、あるいは塩基水溶液とアルコールを同時に添加する。密閉圧力容器は、１２０〜２８０℃、好ましくは１４０〜２４０℃、より好ましくは１５０〜２２０℃の温度に加熱し、それによって所望により内部圧力を増大させることもできる。この反応は、水の蒸気圧から７５ｂａｒの範囲、好ましくは２〜５０ｂａｒの範囲、より好ましくは３〜３０ｂａｒの範囲、特に４〜１５ｂａｒの範囲の圧力で、行うことができる。本製造方法の特に好ましい実施の態様において、反応混合物は、４０００ｐｐｍ未満、好ましくは３９９９〜０ｐｐｍ、より好ましくは３９９９〜１０００ｐｐｍ、特に好ましくは３９９９〜２０００ｐｐｍのアルミニウムイオンを含有している。

有用なアルコールには、エチレングリコール（誘導体）、例えばエチレングリコールオリゴマー、又はポリマー性エチレングリコール、及びアミノアルコール、例えばエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ビス（２−ヒドロキシエチル）イソプロピルアミン、又はテトラキス（ヒドロキシエチル）１，２−プロピレンジアミン等がある。特に有用なアルコールは、次の一般式（Ｉ）：
Ｒ−ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ （Ｉ）
を有するものである。

上記一般式（Ｉ）のアルコールにおける、Ｒ、Ｒ^１、及びＲ^２基は、以下のように定義される。

Ｒ ： -(OCH₂CH₂OH) 又は -NR¹R² であり、好ましくは -NR¹R² であり、
Ｒ^１とＲ^２はそれぞれ独立に ：
- 水素、
- フェニル、
- CH₂CH₂OH、
- Ｃ_１〜Ｃ_２０−アルキル、好ましくはＣ_１〜Ｃ_８−アルキル、より好ましくはＣ_１〜Ｃ_４−アルキル、例えばメチル、エチル、ｎ−プロピル、イソプロピル、ｎ−ブチル、イソブチル、ｓｅｃ−ブチル、及びｔｅｒｔ−ブチル、特にメチル、及びエチル、
- Ｃ_２〜Ｃ_５−ジアルキルアミノ、例えばジメチルアミノ、エチルメチルアミノ、ジエチルアミノ、エチル−ｎ−プロピルアミノ、エチル−ｉｓｏ−プロピルアミノ、メチル−ｎ−プロピルアミノ、メチル−ｉｓｏ−プロピルアミノ、メチル−ｎ−ブチルアミノ、メチル−ｉｓｏ−ブチルアミノ、メチル−ｓｅｃ−ブチルアミノ、及びメチル−ｔｅｒｔ−ブチルアミノ、好ましくはジメチルアミノ、エチルメチルアミノ、ジエチルアミノ、エチル−ｎ−プロピルアミノ、エチル−ｉｓｏ−プロピルアミノ、メチル−ｎ−プロピルアミノ、及びメチル−ｉｓｏ−プロピルアミノ、より好ましくはジメチルアミノ、エチルメチルアミノ、ジエチルアミノ、及びエチル−ｎ−プロピルアミノである。

アミノカルボン酸及び式（Ｉ）の塩は、例えば、界面活性剤、医薬品、農薬、例えば殺虫剤、及び食品及び飼料添加剤において、キレート剤に有用な中間体である。エチレングリコール（誘導体）から製造されたオキシカルボン酸及び式（Ｉ）の塩は、例えば界面活性剤に有用な中間体である。

［実施例１］
炭酸ナトリウム５９３ｇの水溶液２．５リットルを、７０℃で２０分間かけて、ｐＨ７（ＨＮＯ_３を添加した）とした硝酸銅１５３６．３ｇの水溶液２．５リットル中へ、撹拌しつつ連続的に導入した。７０℃で３０分間撹拌を続けた後に、濾過をして、総量１００リットルの水で洗浄し、さらに２００℃で４時間乾燥し、水素を使用して２３０℃で４時間かけて還元を行った。
得られた触媒は、９６．５質量％の銅含量と、３．５質量％の赤銅鉱含量とを有していた。水素を使用した還元前のＣｕＯ結晶サイズは、２５ｎｍであった。

［実施例２］
炭酸ナトリウム９４８．８ｇの水溶液４リットルを、７０℃で３５分間かけて、ｐＨ９（ＨＮＯ_３を添加した）とした硝酸銅１５３６．３ｇの水溶液２．５リットル中へ、撹拌しつつ連続的に導入した。７０℃で３０分間撹拌を続けた後に、濾過をして、総量１００リットルの水で洗浄し、さらに２００℃で４時間乾燥し、水素を使用して２３０℃で４時間かけて還元を行った。
得られた触媒は、９７質量％の銅含量と、３質量％の赤銅鉱含量とを有していた。水素を使用した還元前のＣｕＯ結晶サイズは、２８ｎｍであった。

［実施例３］
水酸化ナトリウム６６０ｇの水溶液２リットルを、７０℃で２０分間かけて、ｐＨ１１（ＨＮＯ_３を添加した）とした硝酸銅１５３６．３ｇの水溶液２．５リットル中へ、撹拌しつつ連続的に導入した。７０℃で３０分間撹拌を続けた後に、濾過をして、総量１００リットルの水で洗浄し、さらに２００℃で４時間乾燥し、水素を使用して２３０℃で４時間かけて還元を行った。
得られた触媒は、９２質量％の銅含量と、８質量％の赤銅鉱含量とを有していた。水素を使用した還元前のＣｕＯ結晶サイズは、２１ｎｍであった。

［実施例４］
濾過され洗浄された析出材料を製造するために、実施例３を繰り返した。析出材料は、次に１５０℃で４時間乾燥した。
５０ｇの乾燥した析出材料に、１．００ｍｌ／ｇと割り当てられるように、８．９５ｇの硝酸鉄（ＩＩＩ）水和物の水溶液５０ｍｌを、１時間かけて浸透させた。続けて乾燥を１２０℃で４時間かけて行い、か焼を５００℃で２時間かけて行い、還元を水素を使用して２３０℃で４時間かけて行った。
得られた触媒は、３質量％の鉄含有量とを有していた。水素を使用した還元前のＣｕＯ結晶サイズは、２０ｎｍであった。

［実施例５］
水酸化ナトリウムの４０質量％水溶液２２７４ｇを、７０℃で２０分間かけて、硝酸銅１２３８．７ｇと硝酸鉄（ＩＩＩ）水和物３５７．９ｇの水溶液２．５リットル中へ、撹拌しつつ連続的に導入した。７０℃で３０分間撹拌を続けた後に、濾過をして、総量１００リットルの水で洗浄し、さらに２００℃で４時間乾燥し、水素を使用して２３０℃で４時間かけて還元を行った。
得られた触媒は、７２質量％の鉄含有量とを有していた。水素を使用した還元前のＣｕＯ結晶サイズは、９ｎｍであった。

［実施例６］
４４質量％の銅含有量を有する触媒を製造するために、実施例５を繰り返した。水素を使用した還元前のＣｕＯ結晶サイズは、１０ｎｍであった。

［実施例７］
１０質量％の銅含有量を有する触媒を製造するために、実施例５を繰り返した。水素を使用した還元前のＣｕＯ結晶サイズは、１３ｎｍであった。

［比較例Ａ］
ＷＯ−Ａ−９４／２４０９１の実施例１９を繰り返して、触媒を製造した。

［水素化手順］
内部容積３００ｍｌを有するオートクレーブに、４０ｇのジエタノールアミン、３２ｇの水酸化ナトリウム、８５ｇの水、及び対応する触媒４ｇを充填した。反応は、１７０℃の温度、９ｂａｒの一定圧力で、水素形成が終了するまで行った。放出された水素の量を、反応時間の関数として記録した。反応終了の後に、反応生成物を分析した。この結果を次の表にまとめた。

Claims (7)

1. アルコールからカルボン酸塩を製造するための触媒であって、
   該触媒は、
   ａ） 銅からなり、又は、
   ｂ） ９９．９〜１０質量％の銅と、０．０１〜９０質量％の鉄と、０〜５０質量％の１種以上の他の金属を含み、
   必要によりドープされていてもよく、且つ、
   塩基を使用して、銅塩の溶液からの沈殿、又は他の金属塩を必要により含む銅と鉄の塩の溶液からの共沈によって、水酸化物を得て、該水酸化物を水素によって還元することを特徴とする触媒。
2. 使用される塩基が、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ金属炭酸水素塩、アルカリ土類金属炭酸水素塩、又はそれらの混合物である、請求項１に記載の触媒。
3. 使用される金属が、周期表のＩＩａ、ＩＩＩａ、ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ、Ｉｂ、ＩＩｂ、ＩＩＩｂ、ＩＶｂ、Ｖｂ、ＶＩｂ、ＶＩＩｂ，ＶＩＩＩ族の金属又はそれらの混合物である、請求項１に記載の触媒。
4. ＣｕＯ粒子が還元前に１〜７５ｎｍの結晶サイズを有している、請求項１に記載の触媒。
5. アルミニウム含有量が４質量％未満である、請求項１に記載の触媒。
6. カルボン酸塩の製造方法であって、
   次の一般式（Ｉ）：
   Ｒ−ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ （Ｉ）
   （但し、Ｒは、−（ＯＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ）又は、−ＮＲ^１Ｒ^２であり、
   Ｒ^１及びＲ^２は、それぞれ独立に、水素、フェニル基、−ＣＨ_２ＣＨ_２ＯＨ、Ｃ_１〜Ｃ_２０−アルキル基、又はＣ_２〜Ｃ_５−ジアルキルアミノ基である）
   で表されるアルコールを、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、又はそれらの混合物と、請求項１に記載の銅触媒の存在下、水中で、１２０〜２８０℃の温度、及び水蒸気圧と７５ｂａｒの間の圧力下にて、反応させることを特徴とする製造方法。
7. 反応混合物中のアルミニウムイオン含有量が４０００ｐｐｍ未満である、請求項６に記載のカルボン酸塩の製造方法。