JP2010047543A - 超臨界二酸化炭素流体によるhmfの水素化、開環による直鎖アルカンの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】5−ヒドロキシメチルフルフラール(HMF)とアセトンとをアルドール縮合させ、得られたアルドール縮合生成物(I)を、超臨界二酸化炭素を反応溶媒として用いて、脱水/水素化することにより、半水素化中間体化合物(II)又は開環させた直鎖アルカンを合成することからなるアルカンの製造方法。
【効果】多用な用途を有する重要中間体化合物(HMF)から、環境に穏和で低エネルギー消費型のプロセスで、高転換率、高選択率で、石油代替エネルギーとして利用可能な直鎖アルカンを合成することができる。
【選択図】図1
Description
(1)5−ヒドロキシメチルフルフラール(HMF)とアセトンとをアルドール縮合させ、得られたアルドール縮合生成物(I)を、超臨界二酸化炭素を反応溶媒として用いて、脱水/水素化することにより半水素化中間体化合物(II)又は開環させた直鎖アルカンを合成することを特徴とするアルカン製造方法。
(2)上記アルドール縮合生成物(I)を、超臨界二酸化炭素を反応溶媒として用いて、Pd担持触媒により脱水/水素化する、前記(1)に記載のアルカン製造方法。
(3)触媒として、メソポーラスシリカ担持Pd触媒を用いる、前記(1)又は(2)に記載のアルカン製造方法。
(4)直鎖アルカンとして、C8−アルカン又はC9−アルカンを合成する、前記(1)から(3)のいずれかに記載のアルカン製造方法。
(5)上記アルドール縮合生成物(I)が、4−(5−(ヒドロキシメチル)フラン−2−イル)ブテ−3−エン−2−オンである、前記(1)から(4)のいずれかに記載のアルカン製造方法。
(6)上記半水素化中間体化合物(II)が、図1のスキーム(b)に示されるhalf−hydrogenated(HH)で示される構造を有する化合物である、前記(1)から(5)のいずれかに記載のアルカン製造方法。
(7)水素の圧力を少なくとも4.0MPaにすることにより、高選択率で開環反応を促進させてアルカンを合成する、前記(1)から(6)のいずれかに記載のアルカン製造方法。
(8)超臨界二酸化炭素の圧力を少なくとも14MPaにすることにより、高選択率でアルカンを合成する、前記(1)から(7)のいずれかに記載のアルカン製造方法。
(9)脱水/水素化の反応温度を少なくとも60℃にすることにより、高選択率で開環生成物を合成する、前記(1)から(8)のいずれかに記載のアルカン製造方法。
(10)脱水/水素化の反応時間が、5〜40時間である、前記(1)から(9)のいずれかに記載のアルカン製造方法。
本発明は、C8−アルカン及び/又はC9アルカンを高選択率及び高転換率で製造する方法であって、5−ヒドロキシメチルフルフラール(HMF)とアセトンとをアルドール縮合させ、得られたアルドール縮合生成物(I)を、超臨界二酸化炭素を反応溶媒として用いて、脱水/水素化することにより半水素化中間体化合物(II)又は開環させた直鎖アルカンを合成することを特徴とするものである。
(1)多用な用途を有する重要中間体化合物(HMF)から、高転換率、高選択率で、石油代替エネルギーとして利用可能な直鎖アルカンを合成することができる。
(2)本発明の反応工程を利用することにより、低エネルギー消費型の反応プロセスで、直鎖アルカンを高効率に合成することができる。
(3)本発明の合成プロセスでは、超臨界二酸化炭素流体を反応溶媒として利用することで、低環境負荷型で、低コストのアルカン合成プロセスを実現することができる。
(4)従来法では、250℃以上の高温と長時間の反応条件が必要とされていた上記中間体化合物の開環反応を、80℃以下の低温反応条件で、低エネルギー消費で行うことが可能となる。
5−ヒドロキシメチルフルフラール(HMF)とアセトンとを、固体触媒を用いないで、25−40℃でアルドール縮合させた。アセトンとHMFを、10:1から1:1の範囲でモル比を変化させて、容器に収容し、0.1M NaOHを6−8滴添加し、4−6時間撹拌しながら反応させた。明るい黄色の中間体が形成されてから、2mlのCHCl3で抽出を行い、NaOH溶液から水を除去した。
合成された精製中間体化合物を、Pd触媒の存在下で、80℃で、超臨界二酸化炭素SCCO2中で水素化した。0.2gの触媒と0.5gの化合物を、ステンレス製のバッチ反応器に導入した。次いで、反応器を密封して、2MPaのCO2を2回あてて、空気を除去した。続いて、反応器をファンヒーターを具備したオーブンに入れて、一定温度に維持した。
Pd含有メソポーラス触媒は、SiO2の分子組成のゲル、xAl、0.5NaOH、yPd、0.12CTAB、118H2Oを用いて、目的のSi/Al及びSi/Pd比に従って、上記x及びyを各々変化させて、140℃で48時間処理することにより、熱水法で合成した。最終生成物をろ過し、洗浄し、60℃で乾燥し、550℃で8時間仮焼した。次に、酸性を高めるために、AlをSi構造に導入した。
反応条件を最適化するために、時間、HMF/アセトン比、MaO、NaOH、TEA、メタノール中のTEA等の各種パラメーターを検討したところ、好適な反応条件は、アセトン:HMF=10:1、NaOH=0.1M 水溶液6−8滴、室温での連続撹拌、反応時間は6−24時間、であった。生成物をクロロフォルムで抽出し、残った水は乾燥剤で除去した。最終生成物は、精製し、NMRで確認した。図4に、HMF及びアセトンとHMFとのアルドール縮合で得られた精製化合物の1H NMRを示す。
アルドール縮合によって得られた中間体化合物の水素化を、Pd−MCM−41触媒を用いて、超臨界二酸化炭素中で行った。CO2の圧力、H2の圧力、温度、反応時間、触媒の量等のパラメーターを変えた。図5に、その結果を示す。アルドール縮合生成物の水素化の生成物はアルカンであった。GC分析の結果、C9からC15のアルカンの混合物を含んでいることがNMRによって確認された。それは、HMFとアセトンとの反応過程で各種の生成物が形成されたことによると考えられた。
Claims (10)
- 5−ヒドロキシメチルフルフラール(HMF)とアセトンとをアルドール縮合させ、得られたアルドール縮合生成物(I)を、超臨界二酸化炭素を反応溶媒として用いて、脱水/水素化することにより半水素化中間体化合物(II)又は開環させた直鎖アルカンを合成することを特徴とするアルカン製造方法。
- 上記アルドール縮合生成物(I)を、超臨界二酸化炭素を反応溶媒として用いて、Pd担持触媒により脱水/水素化する、請求項1に記載のアルカン製造方法。
- 触媒として、メソポーラスシリカ担持Pd触媒を用いる、請求項1又は2に記載のアルカン製造方法。
- 直鎖アルカンとして、C8−アルカン又はC9−アルカンを合成する、請求項1から3のいずれかに記載のアルカン製造方法。
- 上記アルドール縮合生成物(I)が、4−(5−(ヒドロキシメチル)フラン−2−イル)ブテ−3−エン−2−オンである、請求項1から4のいずれかに記載のアルカン製造方法。
- 上記半水素化中間体化合物(II)が、図1のスキーム(b)に示されるhalf−hydrogenated(HH)で示される構造を有する化合物である、請求項1から5のいずれかに記載のアルカン製造方法。
- 水素の圧力を少なくとも4.0MPaにすることにより、高選択率で開環反応を促進させてアルカンを合成する、請求項1から6のいずれかに記載のアルカン製造方法。
- 超臨界二酸化炭素の圧力を少なくとも14MPaにすることにより、高選択率でアルカンを合成する、請求項1から7のいずれかに記載のアルカン製造方法。
- 脱水/水素化の反応温度を少なくとも60℃にすることにより、高選択率で開環生成物を合成する、請求項1から8のいずれかに記載のアルカン製造方法。
- 脱水/水素化の反応時間が、5〜40時間である、請求項1から9のいずれかに記載のアルカン製造方法。
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