JP2011184772A - Electrolytic reaction apparatus and method for producing carbonic acid diester using the same - Google Patents

Electrolytic reaction apparatus and method for producing carbonic acid diester using the same Download PDF

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高志 金丸
Takeshi Matsuo
武士 松尾
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide and electrolytic reaction apparatus for obtaining carbonic acid diester and hydrogen by carrying efficient electrolytic reaction of an alkoxy compound with carbon monoxide. <P>SOLUTION: The electrolytic reaction apparatus includes an anode 4 and a cathode 2A in a reaction vessel 1 and a means 9 dispose outside the reaction vessel 1 and for applying voltage between the anode 4 and the cathode 2A. The reaction vessel 1 is separated into a first chamber 2 having a counter electrode (cathode 2A) and a second chamber 3 having no counter electrode by a porous action electrode (anode 4). The carbonic acid diester is produced while efficiently bringing gaseous carbon monoxide into contact with the liquid alkoxy compound in a gap in the porous action electrode 4, while hydrogen is generated in the counter electrode 2A. The carbonic acid diester is produced in the first chamber 2 while taking out unreacted carbon monoxide from the second chamber 3 and by-produced hydrogen from the first chamber 2. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、アルコキシ化合物と一酸化炭素を効率的に電解反応させて炭酸ジエステルを得るための電解反応装置と、この電解反応装置を用いる炭酸ジエステルの製造方法に関するものである。   The present invention relates to an electrolytic reaction apparatus for efficiently obtaining an electrolytic reaction between an alkoxy compound and carbon monoxide to obtain a carbonic acid diester, and a method for producing the carbonic acid diester using the electrolytic reaction apparatus.

電極における電子の授受による酸化還元反応を一般に電解反応という。この反応では物質から電子を受け取る陽極と、物質に電子を与える陰極、及び両極間に電圧を印加し、電子を陽極から陰極へと移動させる手段が必要である。即ち、陽極では酸化反応、陰極では還元反応が同時に起こる。   The oxidation-reduction reaction by transfer of electrons at the electrode is generally called an electrolytic reaction. This reaction requires an anode for receiving electrons from the material, a cathode for supplying electrons to the material, and means for applying a voltage between the two electrodes to move the electrons from the anode to the cathode. That is, an oxidation reaction occurs simultaneously at the anode and a reduction reaction occurs simultaneously at the cathode.

電解反応による有機化合物の合成については、従来から多数の研究例があるが、工業的に利用されているものは極めて限られている。実用化されている例としては、アクリロニトリルからアジポニトリルを製造するプロセスが知られている。これは陽極にニッケル鋼、陰極にCdまたはCd/Pb合金を使用した電解セル中で、各々の電極で下記式(1)、(2)の反応を行い、結果として、下記式(3)の反応で生成物を得るものである(非特許文献1)。   There are many examples of research on the synthesis of organic compounds by electrolytic reaction, but those that are used industrially are very limited. As an example of practical use, a process for producing adiponitrile from acrylonitrile is known. In this electrolytic cell using nickel steel as the anode and Cd or Cd / Pb alloy as the cathode, the following formulas (1) and (2) are reacted with each electrode. As a result, the following formula (3) A product is obtained by reaction (Non-patent Document 1).

陽極: 2CH=CH−CN+2e+2H→NC−(CH−CN (1)
陰極: HO→0.5O+2H+2e (2)
2CH=CH−CN+HO→0.5O+NC−(CH−CN (3)
Anode: 2CH 2 ═CH—CN + 2e + 2H + → NC— (CH 2 ) 4 —CN (1)
Cathode: H 2 O → 0.5 O 2 + 2H + + 2e (2)
2CH 2 = CH-CN + H 2 O → 0.5O 2 + NC- (CH 2) 4 -CN (3)

この反応は原料が均一な液体であるため、作用極と対極は同一の反応空間に置くことができる。   In this reaction, since the raw material is a uniform liquid, the working electrode and the counter electrode can be placed in the same reaction space.

一方、原料が2種以上であり、気体と液体である場合や、親水性液体と疎水性液体のように互いに混和せず、2液相を形成する場合は、原料同士の接触が制限されるために、電解反応の効率は低下する。通常の反応においては、気液の接触では液体中に気体を吹き込む方法、液液接触では攪拌して液滴を分散させる方法が一般的であるが、電解反応においてはさらに電極とも接触させる必要があるために、反応の効率を上げることは容易ではない。   On the other hand, when there are two or more raw materials and they are gases and liquids, or when they are not miscible with each other like a hydrophilic liquid and a hydrophobic liquid and form a two-liquid phase, the contact between the raw materials is limited. For this reason, the efficiency of the electrolytic reaction is reduced. In a normal reaction, a method of blowing a gas into a liquid is generally used for gas-liquid contact, and a method of stirring and dispersing droplets is used for liquid-liquid contact. For this reason, it is not easy to increase the efficiency of the reaction.

この課題を解決するために、三相界面電解法が考案されている(非特許文献2)。これは多孔質膜陽極及び多孔質膜陰極と電解質膜を一体化させたユニット膜を使用する方法であり、このユニット膜を隔膜として、反応器を2室に区分することで、性質の異なる2つの原料、例えば親水性の原料と疎水性の原料をユニット膜の両側から別々に供給しながら電解反応を行うことができる。電解反応は多孔質膜中に形成される三相界面(液相Aまたは気相/電極(固体)/液相B)で進行すると考えられている。   In order to solve this problem, a three-phase interfacial electrolysis method has been devised (Non-Patent Document 2). This is a method of using a unit membrane in which a porous membrane anode and a porous membrane cathode and an electrolyte membrane are integrated. This unit membrane is used as a diaphragm, and the reactor is divided into two chambers. The electrolytic reaction can be performed while supplying two raw materials, for example, a hydrophilic raw material and a hydrophobic raw material separately from both sides of the unit film. The electrolytic reaction is considered to proceed at the three-phase interface (liquid phase A or gas phase / electrode (solid) / liquid phase B) formed in the porous membrane.

従来、この三相界面電解法による電解反応として、例えば以下のような電解合成例などが報告されている。   Conventionally, as an electrolytic reaction by this three-phase interfacial electrolysis method, for example, the following electrolytic synthesis examples have been reported.

(1) ユニット膜の陽極側から疎水性のシクロヘキサン、陰極側から水を供給しながら反応させて、陽極液中にシクロヘキサノンを合成する反応(非特許文献2)
cy−C12+HO→cy−C10O+4H+4e
(2) ユニット膜の陽極側から気相の一酸化炭素、ユニット膜の電解質中に液相のメタノールを供給し、多孔質膜陰極から外部(気相中)へ副生水素を抜き出しながら反応させて、ユニット膜の電解質中に炭酸ジメチルを合成する反応(非特許文献2)
2CHOH+CO→(CHCO+2H+2e
(3) ユニット膜の陽極側からエチレン水溶液、陰極側から酸素を供給しながら反応させて、陽極液中にアセトアルデヒドを合成する反応(非特許文献3)
+HO+1/2O→CHCHO+H
(1) Reaction of synthesizing cyclohexanone in the anolyte by reacting while supplying hydrophobic cyclohexane from the anode side of the unit film and water from the cathode side (Non-patent Document 2)
cy-C 6 H 12 + H 2 O → cy-C 6 H 10 O + 4H + + 4e
(2) Gas phase carbon monoxide is supplied from the anode side of the unit membrane, and liquid phase methanol is supplied into the electrolyte of the unit membrane, and reaction is performed while extracting by-product hydrogen from the porous membrane cathode to the outside (in the gas phase). Reaction to synthesize dimethyl carbonate in the electrolyte of the unit membrane (Non-patent Document 2)
2CH 3 OH + CO → (CH 3 ) 2 CO + 2H + + 2e
(3) Reaction of synthesizing acetaldehyde in the anolyte by reacting while supplying an ethylene aqueous solution from the anode side of the unit film and oxygen from the cathode side (Non-patent Document 3)
C 2 H 4 + H 2 O + 1 / 2O 2 → CH 3 CHO + H 2 O

上記用途に使用する電解反応器としては、例えば後述の特許文献1に記載されたものがある。   As an electrolytic reactor used for the said use, there exist some which were described in the below-mentioned patent document 1, for example.

炭酸ジエステルは、電解液等の溶媒、アルキル化剤、カルボニル化剤等の合成原料、ガソリンやディーゼル燃料の添加剤、ポリカーボネートやポリウレタンの原料等として広く使用されている。   Carbonic diesters are widely used as solvents such as electrolytes, synthetic raw materials such as alkylating agents and carbonylating agents, additives for gasoline and diesel fuel, and raw materials for polycarbonate and polyurethane.

従来、炭酸ジエステルの製造方法としては、ホスゲン法、酸化的カルボニル化法、エステル交換法などが知られているが、このうち、有害物質であるホスゲンを用いない方法が求められている。
このため、電解液溶媒として需要の伸びている炭酸ジアルキルは、古くはホスゲン法で製造されていたが、近年は酸化的カルボニル化法やエステル交換法で製造されるケースが増えている。
Conventionally, phosgene methods, oxidative carbonylation methods, transesterification methods, and the like are known as methods for producing carbonic acid diesters, and among these, methods that do not use phosgene, which is a harmful substance, are required.
For this reason, dialkyl carbonate, which is increasing in demand as an electrolyte solvent, has been manufactured by the phosgene method in the past, but in recent years, it has been increasingly manufactured by an oxidative carbonylation method or a transesterification method.

一方、電解反応で炭酸ジエステルを製造する試みもいくつか知られている。例えば、ハロゲン(フッ素を除く)を含有する電解質の存在下で、1価もしくは2価アルコールと一酸化炭素とを電解反応させて炭酸ジメチル、炭酸エチレンを得る方法が開示されている(特許文献2)。また、周期表VIII族触媒と塩素、臭素又はヨウ素を含有する電解質の存在下で、アルコールと一酸化炭素とを電解反応させて炭酸ジメチルを得る方法も開示されている(特許文献3)。さらには、支持電解質の存在下、白金族元素を含む陽極を用いてアルコールと一酸化炭素とを電解反応させて、炭酸エステルとギ酸エステルを同時に製造する方法が開示されている(特許文献4)。   On the other hand, some attempts to produce a carbonic acid diester by an electrolytic reaction are also known. For example, a method of obtaining dimethyl carbonate and ethylene carbonate by electrolytic reaction of a monovalent or dihydric alcohol and carbon monoxide in the presence of an electrolyte containing halogen (excluding fluorine) is disclosed (Patent Document 2). ). Also disclosed is a method of obtaining dimethyl carbonate by electrolytic reaction of alcohol and carbon monoxide in the presence of a periodic table group VIII catalyst and an electrolyte containing chlorine, bromine or iodine (Patent Document 3). Furthermore, there is disclosed a method for producing a carbonate ester and a formate ester simultaneously by subjecting an alcohol and carbon monoxide to an electrolytic reaction using an anode containing a platinum group element in the presence of a supporting electrolyte (Patent Document 4). .

また、プロトン伝導膜を介して陽極と陰極とが形成された隔膜により、反応器内を陽極側と陰極側の2つの反応空間に区画した反応器を用いて、陽極側の反応空間にアルコール及び一酸化炭素を供給し、陰極側の反応空間に酸素を供給し、陽極と陰極に電圧を印加して電解酸化還元反応を行なうことにより、陽極側で炭酸ジエステルを、陰極側で水を生成させることが開示されている(特許文献5)。この方法では、陰極に担持された触媒と水との接触、爆発混合気体の形成を防止することができる。   In addition, using a reactor in which the reactor is partitioned into two reaction spaces on the anode side and the cathode side by a diaphragm in which an anode and a cathode are formed via a proton conducting membrane, alcohol and alcohol are added to the reaction space on the anode side. Carbon monoxide is supplied, oxygen is supplied to the reaction space on the cathode side, and a voltage is applied to the anode and the cathode to perform an electrolytic oxidation-reduction reaction, thereby generating carbonic acid diester on the anode side and water on the cathode side. (Patent Document 5). In this method, contact between the catalyst supported on the cathode and water and formation of an explosive gas mixture can be prevented.

さらに、基質と還元性物質を含む系の電解酸化を行うための有機電解反応装置であって、ケーシング、アノード活物質からなりイオン伝導性あるいは活性種伝導性であるアノード、カソード活物質からなりイオン伝導性あるいは活性種伝導性であるカソード、及び該ケーシングの外側に設けられて該アノードと該カソードに接続された該アノードと該カソードの間に電圧を印加するための手段を包含し、該アノードと該カソードは該ケーシング中に間隔を置いて設けられ、該ケーシングの内部が、該アノードの内側と該カソードの内側の間に形成された中間室と、該アノードの外側にあるアノード室とに仕切られていることを特徴とする有機電解反応装置を使用して、メタノールと一酸化炭素から炭酸ジメチルを合成することが開示されている(特許文献1)。   Furthermore, an organic electrolysis reaction apparatus for electrolytic oxidation of a system containing a substrate and a reducing substance, comprising a casing, an anode active material, an ion conductive or active species conductive anode, a cathode active material, and an ion Including a cathode that is conductive or active species conductive, and means for applying a voltage between the anode and the anode provided outside the casing and connected to the cathode, the anode And the cathode are spaced apart in the casing, and the inside of the casing is divided into an intermediate chamber formed between the inside of the anode and the inside of the cathode, and an anode chamber outside the anode. It is disclosed to synthesize dimethyl carbonate from methanol and carbon monoxide using an organic electrolysis reactor characterized by being partitioned. (Patent Document 1).

しかしながら、上記従来の電解反応では、炭素数が2以上の脂肪族有機ヒドロキシ化合物、炭素数が5以上の脂環式有機ヒドロキシ化合物あるいは芳香族有機ヒドロキシ化合物、具体的にはフェノール等と一酸化炭素との反応は効率的に進行せず、炭酸ジエステルが全く生成しないか、あるいは生成しても収率、選択率とも極めて低く、満足できるものではなかった。   However, in the conventional electrolytic reaction, an aliphatic organic hydroxy compound having 2 or more carbon atoms, an alicyclic organic hydroxy compound having 5 or more carbon atoms or an aromatic organic hydroxy compound, specifically, phenol or the like and carbon monoxide. The reaction with did not proceed efficiently, and the carbonic acid diester was not produced at all, or even when produced, the yield and selectivity were very low, which was not satisfactory.

本発明者らは、前述の課題を解決すべく鋭意検討した結果、有機ヒドロキシ化合物類をアルコキシアニオンに変換することで一酸化炭素との反応が効率よく進行し、従来の方法では製造することができなかった炭素数が2以上の鎖状脂肪族有機ヒドロキシ化合物、炭素数が5以上の脂環式有機ヒドロキシ化合物及び芳香族有機ヒドロキシ化合物から炭酸ジエステルが得られる事を見出した(特許文献6)。   As a result of diligent studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have efficiently converted a reaction with carbon monoxide by converting an organic hydroxy compound into an alkoxy anion, which can be produced by a conventional method. It has been found that a carbonic acid diester can be obtained from a chain aliphatic organic hydroxy compound having 2 or more carbon atoms, an alicyclic organic hydroxy compound having 5 or more carbon atoms and an aromatic organic hydroxy compound (Patent Document 6). .

上記発明により炭酸ジエステルの合成反応に関する改良は達成されたが、炭酸ジエステルの合成プロセスの面からは、更なる課題が残されている。その一つが未反応の一酸化炭素と反応副生物として生成する水素の分離に関するものである。   Although the improvement regarding the synthesis reaction of carbonic acid diester has been achieved by the above invention, further problems remain from the aspect of the synthesis process of carbonic acid diester. One of them relates to separation of unreacted carbon monoxide and hydrogen produced as a reaction byproduct.

即ち、本発明者らは、特許文献6において、炭酸ジエステルの電解合成は、図2に示すような作用極と対極をイオン透過性の隔膜で区切った2室型セル、及び図3に示すような作用極と対極を同一空間に設置した1室型セルのいずれでも達成できることを示したが、いずれのセルでも、以下に示すように、工業的な実用化のためには、更なる改良が必要である。   That is, the inventors of the present invention disclosed in Patent Document 6 that the electrolytic synthesis of a carbonic acid diester is performed as shown in FIG. 3 and a two-chamber cell in which a working electrode and a counter electrode are separated by an ion-permeable membrane as shown in FIG. It has been shown that this can be achieved with any one-chamber cell in which a working electrode and a counter electrode are installed in the same space. However, in any cell, as shown below, further improvements are required for industrial practical use. is necessary.

図2において、10は反応容器(電解セル)であり、陽極室11を構成する有底円筒形状の容器部と、陰極室12を構成する有底円筒形状の容器部とが円筒状の連通部13で連結された構造を有する。陽極室11の底部には陽極11Aとして前述の白金族元素担持触媒を含有する導電性固体電極が設けられ、陰極室12には陰極12Aが設けられ、これら陽極11Aと陰極12Aが電源19に接続されている。また、連通部13には、イオン透過性の隔膜14が設けられている。11B,12Bは、各々の電極室の上部をおおうための栓である。15は陽極室11内の反応液に一酸化炭素を供給するためのガス供給管である。このガス供給管は、He等の不活性気体を流通させるためのガス供給管を兼ねている。16はHe等の不活性気体を流通させるためのガス供給管である。17、18はガスサンプリング管を兼ねたガス抜き管である。   In FIG. 2, reference numeral 10 denotes a reaction vessel (electrolysis cell), in which a bottomed cylindrical container part constituting the anode chamber 11 and a bottomed cylindrical container part constituting the cathode chamber 12 are cylindrical communication parts. 13 connected to each other. A conductive solid electrode containing the aforementioned platinum group element-supported catalyst is provided as the anode 11A at the bottom of the anode chamber 11, and a cathode 12A is provided in the cathode chamber 12. The anode 11A and the cathode 12A are connected to the power source 19. Has been. In addition, the communication part 13 is provided with an ion-permeable diaphragm 14. 11B and 12B are stoppers for covering the upper part of each electrode chamber. Reference numeral 15 denotes a gas supply pipe for supplying carbon monoxide to the reaction solution in the anode chamber 11. The gas supply pipe also serves as a gas supply pipe for circulating an inert gas such as He. Reference numeral 16 denotes a gas supply pipe for circulating an inert gas such as He. Reference numerals 17 and 18 denote degassing pipes that also serve as gas sampling pipes.

この電解反応装置では、陽極室11に、有機ヒドロキシ化合物と塩基性物質もしくはアルコキシ化合物を含む反応液を、陰極室12に、有機ヒドロキシ化合物を含む反応液を投入し、ガス供給管15より一酸化炭素を供給し、電源19により陽極11Aと陰極12Aとの間に通電すると、陽極室11内で陽極11Aの炭素電極に含まれる白金族元素担持触媒の存在下、有機ヒドロキシ化合物と塩基性物質との反応で生成したアルコキシ化合物と一酸化炭素とが電解反応し、炭酸ジエステルが生成する。なお、同時に一酸化炭素の酸化で二酸化炭素が生成することがある。一方、陰極室12では、水素イオンが還元されて水素ガスが発生する。   In this electrolytic reaction apparatus, a reaction solution containing an organic hydroxy compound and a basic substance or an alkoxy compound is introduced into the anode chamber 11, and a reaction solution containing the organic hydroxy compound is introduced into the cathode chamber 12, and monoxide is obtained from the gas supply pipe 15. When carbon is supplied and the anode 19A is energized between the anode 11A and the cathode 12A by the power source 19, in the presence of the platinum group element supported catalyst contained in the carbon electrode of the anode 11A in the anode chamber 11, the organic hydroxy compound and the basic substance The alkoxy compound produced by the above reaction and carbon monoxide undergo an electrolytic reaction to produce a carbonic acid diester. At the same time, carbon dioxide may be generated by the oxidation of carbon monoxide. On the other hand, in the cathode chamber 12, hydrogen ions are reduced and hydrogen gas is generated.

図3において、20は反応容器(電解セル)であり、有底円筒形の容器部20Aとその上部開口をおおうための栓20Bを有する。容器部20Aの底部には陽極21として前述の炭素電極が設けられている。また、栓20Bから、容器部20A内の高さ方向の中間位置まで陰極22が挿入されている。これら陽極21と陰極22が電源23に接続されている。24は、電源23と陽極21とを導通する集電体である。25は容器部20A内の反応液に一酸化炭素を供給するためのガス供給管である。このガス供給管25は、He等の不活性気体を流通させるためのガス供給管を兼ねている。26はガスサンプリング管を兼ねたガス抜き管である。   In FIG. 3, reference numeral 20 denotes a reaction vessel (electrolysis cell) having a bottomed cylindrical vessel portion 20A and a stopper 20B for covering the upper opening. The aforementioned carbon electrode is provided as the anode 21 at the bottom of the container 20A. Further, the cathode 22 is inserted from the stopper 20B to an intermediate position in the height direction in the container portion 20A. These anode 21 and cathode 22 are connected to a power source 23. Reference numeral 24 denotes a current collector that conducts the power source 23 and the anode 21. Reference numeral 25 denotes a gas supply pipe for supplying carbon monoxide to the reaction solution in the container 20A. The gas supply pipe 25 also serves as a gas supply pipe for circulating an inert gas such as He. A gas vent pipe 26 also serves as a gas sampling pipe.

この電解反応装置では、容器部20Aに、有機ヒドロキシ化合物と塩基性物質あるいはアルコキシ化合物を含む反応液を投入し、ガス供給管25より一酸化炭素を供給し、電源23により陽極21と陰極22との間に通電すると、容器部20A内の陽極21の炭素電極に含有される白金族元素担持触媒の存在下、有機ヒドロキシ化合物と塩基性物質との反応で生成したアルコキシ化合物と一酸化炭素とが電解反応し、炭酸ジエステルが生成する。一方、陰極22近傍では、水素イオンが還元されて水素ガスが発生する。   In this electrolytic reaction apparatus, a reaction liquid containing an organic hydroxy compound and a basic substance or an alkoxy compound is introduced into a container portion 20A, carbon monoxide is supplied from a gas supply pipe 25, and an anode 21 and a cathode 22 are supplied from a power source 23. In the presence of the platinum group element-supported catalyst contained in the carbon electrode of the anode 21 in the container portion 20A, the alkoxy compound and carbon monoxide produced by the reaction between the organic hydroxy compound and the basic substance are produced. Electrolytic reaction produces carbonic acid diester. On the other hand, in the vicinity of the cathode 22, hydrogen ions are reduced and hydrogen gas is generated.

図2,3の電解反応装置のうち、図2の2室型セルを用いるものでは、未反応の一酸化炭素を陽極(作用極)側から、副生水素を陰極(対極)側からそれぞれ取り出せる点で有利であるが、両極間に隔膜を挟む構造のため両極間の抵抗が大きくなり、この結果、消費電力が大きい。
一方、図3の1室型セルを用いるものは、両極間の抵抗を小さくすることができ、かつ構造も単純である点で有利であるが、未反応の一酸化炭素と副生水素が混合した状態で得られるので、これらを外部で分離する必要がある。
このように、特許文献6に開示された電解反応装置は、いずれも工業的な実用化のためには、更なる改良が必要である。
2 and 3 using the two-chamber cell of FIG. 2, unreacted carbon monoxide can be taken out from the anode (working electrode) side, and by-product hydrogen can be taken out from the cathode (counter electrode) side. Although advantageous in terms, the structure in which the diaphragm is sandwiched between the two electrodes increases the resistance between the two electrodes, resulting in high power consumption.
On the other hand, the one-chamber cell shown in FIG. 3 is advantageous in that the resistance between the two electrodes can be reduced and the structure is simple, but unreacted carbon monoxide and by-product hydrogen are mixed. Therefore, it is necessary to separate them externally.
Thus, the electrolytic reaction apparatus disclosed in Patent Document 6 requires further improvement for industrial practical use.

なお、特許文献1に記載された反応器に特許文献6における電解反応を適用し、陽極側の反応空間から未反応の一酸化炭素、陰極側の反応空間から副生水素を取り出しながら中間室から炭酸ジエステルを得ることも可能ではあるが、該反応器は構造が複雑で実プラントへの適用は困難である。   The electrolytic reaction described in Patent Document 6 is applied to the reactor described in Patent Document 1, and unreacted carbon monoxide is extracted from the reaction space on the anode side, and byproduct hydrogen is extracted from the reaction space on the cathode side from the intermediate chamber. Although it is possible to obtain a carbonic acid diester, the reactor has a complicated structure and is difficult to apply to an actual plant.

特許第4201703号公報Japanese Patent No. 4201703 米国特許第4,131,521号公報U.S. Pat. No. 4,131,521 米国特許第4,310,393号公報U.S. Pat. No. 4,310,393 特開平6−173057号公報JP-A-6-173057 特開平6−73582号公報JP-A-6-73582 特願2009−028581Japanese Patent Application No. 2009-028581

Kirk Othmer,Encyclopedia of Chemical Technology vol.8,710−713Kirk Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology vol.8,710-713 触媒,46_4(2004)313−319Catalyst, 46_4 (2004) 313-319 Res.Chem.Intermed.,32_3−4(2006)373−385Res.Chem.Intermed., 32_3-4 (2006) 373-385 Applied Catalysis,A:General,254(2003)5−25Applied Catalysis, A: General, 254 (2003) 5-25

本発明は上記の問題点に鑑み、アルコキシ化合物と一酸化炭素を効率的に、かつ工業的に有利な方法で電解反応させて炭酸ジエステルを得るための電解反応装置、及びそれを用いる炭酸ジエステルの製造方法を提供することを課題とする。   In view of the above-mentioned problems, the present invention provides an electrolytic reaction apparatus for obtaining a carbonic acid diester by electrolytically reacting an alkoxy compound and carbon monoxide in an efficient and industrially advantageous manner, and a carbonic acid diester using the same. It is an object to provide a manufacturing method.

本発明者らは、前述の課題を解決すべく鋭意検討した結果、内部に陽極と陰極を有する反応容器とこの陽極と陰極間に電圧を印加する手段を有し、反応容器が、陰極を有し、室内で該陰極とアルコキシ化合物を含む反応液が接触し得る構造を有する第1室と、一酸化炭素を含むガスを保持し得る構造の第2室とからなり、該第1室と第2室が白金族元素を含有する多孔質の陽極により分離されている反応容器を用いることで、上記の課題を解決できることを見出した。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have a reaction vessel having an anode and a cathode inside and means for applying a voltage between the anode and the cathode, and the reaction vessel has a cathode. And a second chamber having a structure capable of holding a gas containing carbon monoxide, and a first chamber having a structure in which the cathode and the reaction liquid containing the alkoxy compound can come into contact with each other. It has been found that the above problem can be solved by using a reaction vessel in which two chambers are separated by a porous anode containing a platinum group element.

即ち、白金族元素の存在下で一酸化炭素とアルコキシ化合物が反応して炭酸ジエステルが生成する電解反応において、上記反応容器を使用することで、第2室内の気体状の一酸化炭素と第1室内の液体状のアルコキシ化合物を陽極の多孔質作用極中の空隙において効率よく接触させながら炭酸エステルを製造し、一方、対極(陰極)で水素を発生させることで未反応の一酸化炭素を第2室から取り出すと共に、副生水素を第1室から取り出しながら第1室で炭酸ジエステルを製造することができることを見出し、本発明を完成するに至った。   That is, in the electrolytic reaction in which carbon monoxide and an alkoxy compound react with each other in the presence of a platinum group element to form a carbonic acid diester, by using the reaction vessel, the gaseous carbon monoxide in the second chamber and the first Carbonate is produced while efficiently contacting an indoor liquid alkoxy compound in the void in the porous working electrode of the anode, while hydrogen is generated at the counter electrode (cathode) to generate unreacted carbon monoxide. While taking out from two chambers, it discovered that a carbonic acid diester could be manufactured in a 1st chamber, taking out byproduct hydrogen from a 1st chamber, and came to complete this invention.

即ち、本発明は以下を要旨とするものである。   That is, the gist of the present invention is as follows.

[1] アルコキシ化合物と一酸化炭素とを白金族元素の存在下に電解反応させて炭酸ジエステルを得るための電解反応装置であって、反応容器と、該反応容器内に設けられた陽極及び陰極と、該反応容器外に設けられた該陽極及び陰極間に電圧を印加する手段とを有し、該反応容器が、陰極を有し、室内で該陰極とアルコキシ化合物を含む反応液とが接触し得る構造を有する第1室と、一酸化炭素を含むガスを保持し得る構造の第2室とを有し、該第1室と第2室とが白金族元素を含有する多孔質の陽極により分離されていることを特徴とする電解反応装置。 [1] An electrolytic reaction apparatus for obtaining a carbonic acid diester by electrolytic reaction of an alkoxy compound and carbon monoxide in the presence of a platinum group element, a reaction vessel, and an anode and a cathode provided in the reaction vessel And means for applying a voltage between the anode and the cathode provided outside the reaction vessel, the reaction vessel has a cathode, and the cathode and the reaction liquid containing the alkoxy compound are in contact with each other in the room. A porous anode having a first chamber having a structure capable of holding and a second chamber having a structure capable of holding a gas containing carbon monoxide, wherein the first chamber and the second chamber contain a platinum group element. An electrolytic reaction apparatus characterized by being separated by

[2] 前記陽極が、1次粒子径が100nm以下の導電性カーボンよりなる担体上に白金族元素を担持させてなる白金族元素担持触媒を含む多孔質電極であることを特徴とする[1]に記載の電解反応装置。 [2] The anode is a porous electrode including a platinum group element-supported catalyst in which a platinum group element is supported on a support made of conductive carbon having a primary particle diameter of 100 nm or less [1] ] The electrolytic reaction apparatus of description.

[3] 前記陽極が、BET比表面積が100m/g以上の導電性カーボンよりなる担体上に白金族元素を担持させてなる白金族元素担持触媒を含む多孔質電極であることを特徴とする[1]又は[2]に記載の電解反応装置。 [3] The anode is a porous electrode including a platinum group element-supported catalyst in which a platinum group element is supported on a support made of conductive carbon having a BET specific surface area of 100 m 2 / g or more. The electrolytic reaction apparatus according to [1] or [2].

[4] 前記陽極が、導電性カーボンよりなる担体上に白金族元素を担持させてなる白金族元素担持触媒を含む多孔質電極であり、該導電性カーボンがカーボンブラックであることを特徴とする[1]ないし[3]のいずれかに記載の電解反応装置。 [4] The anode is a porous electrode including a platinum group element-supported catalyst in which a platinum group element is supported on a carrier made of conductive carbon, and the conductive carbon is carbon black. [1] The electrolytic reaction apparatus according to any one of [3].

[5] 前記陽極が、導電性カーボンよりなる担体上に白金族元素を担持させてなる白金族元素担持触媒と導電性助剤とを混合して成形してなることを特徴とする[1]ないし[4]のいずれかに記載の電解反応装置。 [5] The anode is formed by mixing a platinum group element-supported catalyst in which a platinum group element is supported on a carrier made of conductive carbon and a conductive auxiliary agent [1] Thru | or the electrolytic reaction apparatus in any one of [4].

[6] 該白金族元素がパラジウムであることを特徴とする[1]ないし[5]のいずれかに記載の電解反応装置。 [6] The electrolytic reaction apparatus according to any one of [1] to [5], wherein the platinum group element is palladium.

[7] [1]ないし[6]のいずれかに記載の電解反応装置の反応容器の第1室にアルコキシ化合物を含む反応液を供給し、第2室に一酸化炭素を含むガスを供給して電解反応により炭酸ジエステルを生成させることを特徴とする炭酸ジエステルの製造方法。 [7] A reaction liquid containing an alkoxy compound is supplied to the first chamber of the reaction vessel of the electrolytic reaction apparatus according to any one of [1] to [6], and a gas containing carbon monoxide is supplied to the second chamber. And producing a carbonic acid diester by an electrolytic reaction.

[8] 前記アルコキシ化合物が、有機ヒドロキシ化合物と塩基性物質を反応液中に含有させることにより該反応液中で生成されたものであることを特徴とする[7]に記載の炭酸ジエステルの製造方法。 [8] The carbonic acid diester according to [7], wherein the alkoxy compound is produced in the reaction solution by containing an organic hydroxy compound and a basic substance in the reaction solution. Method.

[9] 前記アルコキシ化合物がフェノキシ化合物であり、前記炭酸ジエステルが炭酸ジフェニルであることを特徴とする[7]又は[8]に記載の炭酸ジエステルの製造方法。 [9] The method for producing a carbonic acid diester according to [7] or [8], wherein the alkoxy compound is a phenoxy compound, and the carbonic acid diester is diphenyl carbonate.

[10] [9]に記載の方法により製造された炭酸ジフェニルを原料として用いることを特徴とする芳香族ポリカーボネートの製造方法。 [10] A method for producing an aromatic polycarbonate, characterized in that diphenyl carbonate produced by the method according to [9] is used as a raw material.

本発明によれば、アルコキシ化合物と一酸化炭素を効率的に、かつ工業的に有利な方法で電解反応させて、炭酸ジエステルを製造することができる。   According to the present invention, a carbonic acid diester can be produced by electrolytically reacting an alkoxy compound and carbon monoxide efficiently and in an industrially advantageous manner.

即ち、本発明に係る電解反応は、陽極側でアルコキシ化合物と一酸化炭素の酸化反応が進行して炭酸ジエステルを生成するとともに、陰極側では水素イオンが還元されて水素ガスが発生する。未反応一酸化炭素と副生水素ガスを混合状態で取り出すと、分離が困難であるため、一酸化炭素を含むガス供給の場と水素発生の場は分離されていることが好ましい。本発明の電解反応装置では、原料である一酸化炭素を含むガスが供給される第2室と、水素が発生する第1室とを分離しているので、これらのガスの分離を行う必要がなく、効率的である。
また、第1室と第2室の分離が、触媒である白金族元素を含む多孔質陽極により行われることにより、第1室側から液体原料、第2室側から気体原料を効率良く接触させることができ、また、陽極と陰極との間の抵抗を小さくすることができるため、使用電力の低減が可能である。
本発明の電解反応装置は上記の点で、工業的に有利な電解反応による炭酸ジエステルの製造を可能とする効果を有する。
That is, in the electrolytic reaction according to the present invention, an oxidation reaction of an alkoxy compound and carbon monoxide proceeds on the anode side to generate a carbonic acid diester, and hydrogen ions are reduced on the cathode side to generate hydrogen gas. When unreacted carbon monoxide and by-product hydrogen gas are taken out in a mixed state, it is difficult to separate them. Therefore, it is preferable that the gas supply field containing carbon monoxide and the hydrogen generation field are separated. In the electrolytic reaction apparatus of the present invention, since the second chamber to which the gas containing carbon monoxide as a raw material is supplied is separated from the first chamber in which hydrogen is generated, it is necessary to separate these gases. Not efficient.
Further, the separation of the first chamber and the second chamber is performed by a porous anode containing a platinum group element as a catalyst, so that the liquid material is efficiently contacted from the first chamber side and the gas material is efficiently contacted from the second chamber side. In addition, since the resistance between the anode and the cathode can be reduced, the power consumption can be reduced.
The electrolytic reaction apparatus of the present invention has the effect of enabling production of a carbonic acid diester by an industrially advantageous electrolytic reaction in terms of the above points.

本発明の実施の形態に係る電解反応装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the electrolytic reaction apparatus which concerns on embodiment of this invention. 特許文献6に開示される2室型電解反応装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the two-chamber type | mold electrolytic reaction apparatus disclosed by patent document 6. FIG. 特許文献6に開示される1室型電解反応装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the one-chamber type | mold electrolytic reaction apparatus disclosed by patent document 6. FIG.

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

[電解反応装置]
本発明の電解反応装置は、反応容器の内部に陽極と陰極、及び反応容器の外部に陽極と陰極間に電圧を印加する手段を有し、反応容器が、陰極を有し、室内で該陰極とアルコキシ化合物を含む反応液が接触し得る構造を有する第1室と、一酸化炭素を含むガスを保持し得る構造の第2室とを有し、第1室と第2室が白金族元素を含有する多孔質の陽極により分離されているものである。この電解反応装置は、アルコキシ化合物と一酸化炭素を白金族元素の存在下で電解反応させて炭酸ジエステルを得る(以下、「本発明の電解反応」と称することがある。)ために用いられる。
[Electrolytic reactor]
The electrolytic reaction apparatus of the present invention has an anode and a cathode inside the reaction vessel, and means for applying a voltage between the anode and the cathode outside the reaction vessel, the reaction vessel has a cathode, and the cathode And a reaction chamber containing a reaction solution containing an alkoxy compound and a second chamber having a structure capable of holding a gas containing carbon monoxide, wherein the first chamber and the second chamber are platinum group elements. It is separated by a porous anode containing This electrolytic reaction apparatus is used to obtain an carbonic acid diester by electrolytically reacting an alkoxy compound and carbon monoxide in the presence of a platinum group element (hereinafter sometimes referred to as “electrolytic reaction of the present invention”).

本発明に係る反応容器は、本発明の電解反応を行うための原料であるアルコキシ化合物を含む反応液及び一酸化炭素を含むガスを保持することができる構造であれば特に制限はなく、材質、形状、容積等は、該反応容器中で行われる本発明の電解反応の規模や条件によって適宜選択することができる。具体的には、容器材質には樹脂、ガラス、金属等が用いられ、第1室と第2室はいずれも有底円筒形や、有底角筒形、直方体状等のものが挙げられる。また、第1室と第2室はその形状や容積、材質が異なるものでもよい。   The reaction vessel according to the present invention is not particularly limited as long as it has a structure capable of holding a reaction liquid containing an alkoxy compound which is a raw material for performing the electrolytic reaction of the present invention and a gas containing carbon monoxide, The shape, volume and the like can be appropriately selected depending on the scale and conditions of the electrolytic reaction of the present invention performed in the reaction vessel. Specifically, resin, glass, metal, or the like is used as the material for the container, and the first chamber and the second chamber may have a bottomed cylindrical shape, a bottomed rectangular tube shape, a rectangular parallelepiped shape, or the like. The first chamber and the second chamber may be different in shape, volume, and material.

また、第1室は原料であるアルコキシ化合物を含む反応液を保持するため、該反応液の供給口を有することが好ましい。また、該反応液を循環させる場合には、供給口、排出口、及び外部に循環用のポンプや溶液タンク等を有するものであってもよい。   The first chamber preferably has a supply port for the reaction solution in order to hold the reaction solution containing the alkoxy compound as a raw material. When the reaction solution is circulated, the reaction solution may have a supply port, a discharge port, a circulation pump, a solution tank, and the like outside.

第1室に設置される陰極の陰極材は、通常の電解反応に使用できるものであれば、形状、材質ともに制限はないが、水素過電圧の低いものが好ましい。具体的には炭素、白金、カドミウム、鉛、金及びそれらを含む合金等を用いることができる。   The cathode material of the cathode installed in the first chamber is not limited in shape and material as long as it can be used for a normal electrolytic reaction, but preferably has a low hydrogen overvoltage. Specifically, carbon, platinum, cadmium, lead, gold, an alloy containing them, or the like can be used.

陰極の設置箇所は、第1室において電解反応が起こり得るいずれの場所でもよいが、電極間抵抗を減じるためにはできるだけ陽極に近接して設置することが好ましい。その際、両極間の短絡を防止するためのセパレータを設置してもよい。   The place where the cathode is installed may be any place where an electrolytic reaction can occur in the first chamber, but it is preferable to place it as close to the anode as possible in order to reduce the interelectrode resistance. In that case, you may install the separator for preventing the short circuit between both poles.

一方、第2室は、同じく原料である一酸化炭素を含むガスを保持するため、該ガスの供給口や余剰ガスの出口等を備えることが好ましい。   On the other hand, in order to hold | maintain the gas containing carbon monoxide which is a raw material similarly, it is preferable that the 2nd chamber is equipped with the supply port of this gas, the exit of excess gas, etc.

第1室と第2室は、白金族元素を含有する多孔質の陽極によって分離されている。ここで、「陽極により分離されている」とは、第1室中の反応液と第2室中の一酸化炭素が、いずれも電解反応が充分に行われるように陽極に接触し得る状態であり、かつ両室に保持されている物質や電解反応により生成する物質が互いに混ざりあわないような状態になっていることをいう。
具体的には、例えば、板状の陽極を、第1室と第2室を分離する壁として存在させるような形態等(後掲の図1)が挙げられるが、両室を隔てる壁の全てが陽極である必要はない。
The first chamber and the second chamber are separated by a porous anode containing a platinum group element. Here, “separated by the anode” means that both the reaction liquid in the first chamber and the carbon monoxide in the second chamber can contact the anode so that the electrolytic reaction can be sufficiently performed. It means that the substance held in both chambers and the substance generated by the electrolytic reaction are not mixed with each other.
Specifically, for example, a form in which a plate-like anode is present as a wall separating the first chamber and the second chamber (FIG. 1 described later) can be cited, but all of the walls separating the two chambers Need not be the anode.

陽極としては、多孔質の材質で製造された通常の導電性固体電極(以下、「導電性多孔質固体電極」と称することがある。)であって、白金族元素を含有するものを用いることができる。   As an anode, a normal conductive solid electrode manufactured from a porous material (hereinafter, sometimes referred to as “conductive porous solid electrode”) containing a platinum group element is used. Can do.

前述の如く、一般に、気体原料と液体原料、あるいは疎水性液体原料と親水性液体原料のように、本来混和しない2種以上の原料を反応させて生成物を得ようとする場合、触媒反応では2相に分離した原料と触媒の3者が効率よく接触することが必要である。そのために気泡あるいは液滴の粒径をできるだけ小さくする(すなわち気液あるいは液液の接触面積をできるだけ大きくする)工夫がなされている。電解合成反応においても気泡あるいは液滴の粒径を小さくして接触面積を大きくする必要があるが、さらに電極は固体であり、その表面で電子の授受が行われることにより反応が進行するため、気体/固体/液体、もしくは液体/固体/液体の三相の界面における接触効率を高くする必要がある。   As described above, in general, when a product is obtained by reacting two or more kinds of raw materials that are not originally miscible, such as a gas raw material and a liquid raw material, or a hydrophobic liquid raw material and a hydrophilic liquid raw material, It is necessary that the raw material separated into two phases and the catalyst come into efficient contact. For this purpose, a device has been devised to make the particle size of bubbles or droplets as small as possible (that is, to make the contact area of gas-liquid or liquid-liquid as large as possible). In the electrolytic synthesis reaction, it is necessary to reduce the particle size of bubbles or droplets to increase the contact area, but the electrode is solid and the reaction proceeds by transferring electrons on the surface, It is necessary to increase the contact efficiency at the gas / solid / liquid or liquid / solid / liquid three-phase interface.

そこで、本発明の電解反応装置では、陽極に導電性多孔質固体電極を用いることにより、上記三相の界面における接触効率の問題を解決している。ここで言う導電性多孔質固体電極とは、電極内部に微細な空隙を有し、その空隙部に液体原料や気体原料が浸透することで三相の接触が行われる電極のことである。この導電性多孔質固体電極の空隙(孔)の内径が小さすぎると原料が電極内に浸透できず、逆に大きすぎると原料が異相側に洩れて隔膜の用を成さなくなる。従って、導電性多孔質固体電極の孔径は、その最小径として原料であるアルコキシ化合物や一酸化炭素及び生成物である炭酸ジエステルの分子径以上であることが必要である。一方、最大径は、電極の厚みや素材、反応条件の影響を受けるため状況に応じた設計が必要になる。   Therefore, in the electrolytic reaction apparatus of the present invention, the problem of contact efficiency at the three-phase interface is solved by using a conductive porous solid electrode for the anode. The conductive porous solid electrode referred to here is an electrode having a fine gap inside the electrode, and a liquid raw material or a gas raw material permeates into the gap portion to make a three-phase contact. If the inner diameter of the void (hole) of the conductive porous solid electrode is too small, the raw material cannot penetrate into the electrode, and conversely, if it is too large, the raw material leaks to the different phase side and does not serve as a diaphragm. Therefore, the pore diameter of the conductive porous solid electrode needs to be not less than the molecular diameter of the raw material alkoxy compound, carbon monoxide and the product carbonic acid diester. On the other hand, the maximum diameter is affected by the thickness of the electrode, the material, and the reaction conditions, so a design corresponding to the situation is required.

このような観点から、陽極の導電性多孔質固体電極の空隙の直径(多孔質の孔径)は、一般には1nm以上1000nm以下、好ましくは5nm以上500nm以下、さらに好ましくは10nm以上100nm以下である。   From such a viewpoint, the diameter of the void (porous pore diameter) of the conductive porous solid electrode of the anode is generally 1 nm to 1000 nm, preferably 5 nm to 500 nm, and more preferably 10 nm to 100 nm.

このような導電性多孔質固体電極は、例えば、炭素や金属を主成分とする導電性粉末とポリテトラフルオロエチレンのようなバインダー粉末を混練し、圧延成形して作製することができる。この導電性多孔質固体電極の製造に当たり、例えば、導電性多孔質固体電極を作製する際の混練材料中に、下述する白金族元素の1種又は2種以上を混合することにより、該導電性多孔質固体電極に、白金族元素を含有させて、本発明の電解反応装置で用いられる、白金族元素を含有する多孔質の陽極を製造することができる。   Such a conductive porous solid electrode can be produced, for example, by kneading a conductive powder mainly composed of carbon or metal and a binder powder such as polytetrafluoroethylene, followed by rolling. In producing the conductive porous solid electrode, for example, by mixing one or more of the platinum group elements described below in the kneaded material for producing the conductive porous solid electrode, A porous anode containing a platinum group element used in the electrolytic reaction apparatus of the present invention can be produced by containing a platinum group element in the porous porous solid electrode.

白金族元素を、上記導電性多孔質固体電極を構成する導電性素材(以下、これを「担体」と称することがある)の表面に担持させる(以下、これを「白金族元素担持触媒」と称することがある)場合、担体は、導電性カーボンすなわち導電性を有する炭素微粒子が好ましい。さらに、導電性カーボンとしては、1次粒子径が100nm以下、好ましくは50nm以下の導電性カーボンの微粒子、またはそれらの凝集体を用いることが好ましい。   A platinum group element is supported on the surface of a conductive material constituting the conductive porous solid electrode (hereinafter sometimes referred to as “support”) (hereinafter referred to as “platinum group element supported catalyst”). In some cases, the carrier is preferably conductive carbon, that is, conductive carbon fine particles. Furthermore, as the conductive carbon, it is preferable to use conductive carbon fine particles having a primary particle diameter of 100 nm or less, preferably 50 nm or less, or an aggregate thereof.

ここで、1次粒子径とは透過型電子顕微鏡のような電子顕微鏡を用いて分散させた複数の粒子を撮影し、写真から観察されたそれらの個々の粒子径の平均値を言う。粒子径の算出の際には、写真から観察される粒子の形状が柱状等でアスペクト比が大きい場合には、短辺長さを粒子径として用いることとし、平均値を求める際に用いる粒子数に特に制限はないが、できるだけ多い粒子を観察した方が好ましく、具体的には100個以上、さらにこのましくは1000個以上、例えば5000〜10000個の粒子を観察するとよい。平均値の算出の際には市販の粒子径測定用のソフトウェアを使用してもよい。   Here, the primary particle diameter means an average value of individual particle diameters observed from a photograph of a plurality of particles dispersed using an electron microscope such as a transmission electron microscope. When calculating the particle size, if the shape of the particle observed from the photograph is columnar or the like and the aspect ratio is large, the short side length is used as the particle size, and the number of particles used when calculating the average value Although there is no particular limitation, it is preferable to observe as many particles as possible. Specifically, it is preferable to observe 100 or more particles, more preferably 1000 or more particles, for example, 5000 to 10000 particles. In calculating the average value, commercially available software for particle size measurement may be used.

1次粒子径100nm以下というような極微細粒子状の導電性カーボンを担体として使用することにより、担体の体積固有抵抗値が低下し、電気伝導性が向上することにより、触媒及び電極性能が向上し、これにより、反応効率が高められることが考えられる。   By using ultrafine particles of conductive carbon with a primary particle diameter of 100 nm or less as a carrier, the volume resistivity of the carrier is reduced and the electrical conductivity is improved, thereby improving the catalyst and electrode performance. Thus, it can be considered that the reaction efficiency is improved.

さらに、この導電性カーボンとしては、BET比表面積が100m/g以上、特に200m/g以上の、比表面積の大きい導電性カーボンを使用するのが、触媒単位重量あたりの反応点を増加させるという点で好ましい。 Further, as the conductive carbon, use of a conductive carbon having a BET specific surface area of 100 m 2 / g or more, particularly 200 m 2 / g or more and a large specific surface area increases the reaction point per unit weight of the catalyst. This is preferable.

ここで導電性カーボンのBET比表面積は、通常用いられるいずれの方法で測定されたものでも良いが、具体的には例えば、次のようにして測定される。
まず、試料を試料管(吸着セル)に入れて加熱しながら真空排気し、脱ガス後の試料重量を測定する。次にセル内に窒素ガスを送り込んで試料表面に窒素ガスを吸着させながら圧力の変化に対する吸着量の変化をプロットする。このグラフから試料表面にだけ吸着したガス分子吸着量をBET吸着等温式より求める。窒素分子は予め吸着占有面積がわかっているので、ガス吸着量より試料の表面積を測定することができる。
Here, the BET specific surface area of the conductive carbon may be measured by any of the commonly used methods. Specifically, for example, it is measured as follows.
First, the sample is put into a sample tube (adsorption cell), evacuated while being heated, and the sample weight after degassing is measured. Next, a change in the amount of adsorption with respect to a change in pressure is plotted while feeding nitrogen gas into the cell and adsorbing nitrogen gas on the sample surface. From this graph, the adsorption amount of gas molecules adsorbed only on the sample surface is obtained from the BET adsorption isotherm. Since the nitrogen occupancy area is known in advance, the surface area of the sample can be measured from the gas adsorption amount.

本態様で用いる導電性カーボンの1次粒子径の下限及びBET比表面積の上限には特に制限はないが、製造法上の限界や機械的強度の制限により、通常、導電性カーボンの1次粒子径は10nm以上であり、BET比表面積は10000m/g以下である。 There is no particular limitation on the lower limit of the primary particle diameter and the upper limit of the BET specific surface area of the conductive carbon used in this embodiment. However, the primary particles of the conductive carbon are usually limited due to limitations in the manufacturing method and mechanical strength. The diameter is 10 nm or more, and the BET specific surface area is 10000 m 2 / g or less.

導電性カーボンのカーボン素材としては特に制限はないが、好ましくは、カーボンブラック、グラファイト、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラフェン、賦活処理した炭素繊維等が挙げられる。これらは1種を単独で使用しても良いし2種以上を併用しても良い。このうち、カーボンブラックが担体としての入手容易性、価格などの点から好ましい。   Although there is no restriction | limiting in particular as a carbon raw material of electroconductive carbon, Preferably, carbon black, a graphite, fullerene, a carbon nanotube, a graphene, activated carbon fiber, etc. are mentioned. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, carbon black is preferable from the viewpoints of availability as a carrier and price.

一方、本発明で用いられる白金族元素としては、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金等が挙げられ、これらは1種を単独で用いても良く、2種以上を併用しても良い。これらのうち、目的の反応が効率的に進行することからパラジウムが好ましい。   On the other hand, examples of the platinum group element used in the present invention include ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, platinum and the like, and these may be used alone or in combination of two or more. . Of these, palladium is preferred because the desired reaction proceeds efficiently.

導電性カーボンを用いた白金族元素担持触媒の製造方法は特に制限はないが、導電性カーボンを分散させた水中に、白金族元素の塩類を溶解した水溶液を所定量滴下し、蒸発乾固させる方法などが挙げられる。これをさらに水素気流下で60〜500℃程度に加熱することにより、担体上の白金族元素の塩類を還元させて、白金族金属が単体として導電性カーボン上に担持された白金族元素担持触媒を得ることができる。   The production method of the platinum group element supported catalyst using conductive carbon is not particularly limited, but a predetermined amount of an aqueous solution in which a platinum group element salt is dissolved is dropped into water in which conductive carbon is dispersed, and evaporated to dryness. The method etc. are mentioned. The platinum group element supported catalyst in which the platinum group metal is supported on the conductive carbon as a simple substance by reducing the platinum group element salt on the support by further heating to about 60 to 500 ° C. in a hydrogen stream. Can be obtained.

このようにして得られる白金族元素担持触媒の白金族元素の担持量は、通常、導電性カーボンに対して0.01〜75重量%程度であり、好ましくは0.1〜50重量%である。この担持量は少な過ぎると、これを用いて製造される陽極の白金族元素含有量が少なくなることにより触媒効果が不足し、多過ぎると陽極から脱離して不活性化するので経済的でない。   The supported amount of platinum group element in the platinum group element-supported catalyst thus obtained is usually about 0.01 to 75% by weight, preferably 0.1 to 50% by weight, based on the conductive carbon. . If the supported amount is too small, the catalytic effect is insufficient due to a decrease in the platinum group element content of the anode produced using this, and if it is too large, it is detached from the anode and inactivated, which is not economical.

かくして得られた該白金族元素担持触媒に、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)のようなバインダーを加えて成形することにより、本発明の電解反応装置に好適な白金族元素担持触媒を含む導電性多孔質固体電極の陽極を製造することができる。あるいは、白金族元素担持触媒を、上記バインダー及び白金族元素を担持していない導電性助剤と共に混練して成形することによっても、陽極を製造することができる。   The platinum group element-supported catalyst thus obtained is molded by adding a binder such as polytetrafluoroethylene (PTFE) to form a conductive porous material containing the platinum group element-supported catalyst suitable for the electrolytic reaction apparatus of the present invention. The anode of a solid electrode can be manufactured. Alternatively, the anode can also be produced by kneading and forming a platinum group element-supported catalyst together with the binder and the conductive auxiliary agent not supporting the platinum group element.

ここで使用する導電性助剤としては、白金族元素担持触媒の白金族元素の担体として用いられる導電性カーボンと同じものを使用してもよいし、異なるものを使用しても良いが、粉体抵抗率が0.5Ω・cm以下、好ましくは0.25Ω・cm以下の導電性素材を使用するのが好ましい。導電性助剤を併用することにより、電極内部抵抗が抑制されるという効果が奏されるが、用いる導電性助剤の粉体抵抗率が0.5Ω・cmを超えると、電極内の抵抗が大きくなり電流効率が低下する。導電性助剤の粉体抵抗率の下限には特に制限はないが、通常0.01Ω・cm程度である。   The conductive auxiliary agent used here may be the same as or different from the conductive carbon used as the platinum group element support of the platinum group element-supported catalyst. It is preferable to use a conductive material having a body resistivity of 0.5 Ω · cm or less, preferably 0.25 Ω · cm or less. The combined use of the conductive auxiliary has the effect of suppressing the internal resistance of the electrode, but when the powder resistivity of the conductive auxiliary used exceeds 0.5 Ω · cm, the resistance in the electrode is reduced. Increases and current efficiency decreases. The lower limit of the powder resistivity of the conductive auxiliary agent is not particularly limited, but is usually about 0.01 Ω · cm.

上記粉体抵抗率は、試料に4本の針状の電極(四探針プローブ)を直線上に置き、外側の二探針間に一定電流を流し、内側の二探針間に生じる電位差を測定して求めることができる(四探針法)。   The powder resistivity is determined by placing four needle-shaped electrodes (four-probe probes) on a sample in a straight line, passing a constant current between the two outer probes, and the potential difference between the two inner probes. It can be obtained by measurement (four-probe method).

陽極の製造に用いる導電性助剤としては、具体的には、カーボンブラック等のカーボン粉末、炭素繊維、カーボンフレーク、炭素超短繊維(カーボンナノチューブ)等のカーボン系素材、銀、ニッケル、銅、亜鉛、アルミニウム、鉄、ステンレス、黄銅等の粉末、フレーク、繊維等の形態の金属系素材、金属酸化物微粒子を金属でドープした金属酸化物系素材、無電解メッキ、酸化錫コートした粉末及び繊維等の導電被覆系素材等が挙げられる。これらは1種を単独で用いても良く、2種以上を併用しても良い。これらのうち導電性素材としての性能及び入手の容易さを考慮するとカーボン系素材や金属系素材が好ましく、カーボン系素材がより好ましい。   Specific examples of conductive assistants used in the production of the anode include carbon powders such as carbon black, carbon-based materials such as carbon fibers, carbon flakes, and carbon ultrashort fibers (carbon nanotubes), silver, nickel, copper, Zinc, aluminum, iron, stainless steel, brass powders, metal materials in the form of flakes, fibers, metal oxide materials doped with metal oxide fine particles with metal, electroless plating, tin oxide coated powders and fibers Examples thereof include conductive coating materials such as. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, in consideration of performance as a conductive material and availability, a carbon-based material and a metal-based material are preferable, and a carbon-based material is more preferable.

これらの導電性助剤の大きさ(粒径や繊維径等)には特に制限はないが、過度に大きいと成形性が悪くなり、過度に小さいと多量に導入しないと導電経路が形成されず、多量に導入すると組織が密になり多孔性が失われるため、粒状の導電性助剤であれば、前述の1次粒子径で10nm〜100μm程度、繊維状の導電性助剤であれば、平均繊維径が5nm〜50μmで、平均繊維長が0.1〜1000μm程度のものが好ましい。   There are no particular restrictions on the size (particle size, fiber diameter, etc.) of these conductive auxiliaries, but if they are excessively large, the moldability will be poor, and if they are excessively small, conductive paths will not be formed unless they are introduced in large quantities. When introduced in a large amount, the structure becomes dense and the porosity is lost. Therefore, if it is a granular conductive aid, the primary particle diameter is about 10 nm to 100 μm, and if it is a fibrous conductive aid, An average fiber diameter of 5 nm to 50 μm and an average fiber length of about 0.1 to 1000 μm are preferable.

このような白金族元素担持触媒を含む導電性多孔質固体電極よりなる陽極に含まれる白金属元素量が少ないと反応速度が低下し、多すぎると陽極から脱離して不活性化するので経済的でない。従って、陽極の白金属元素の含有量は、これを用いる反応系に応じて適宜選択することができるが、例えば、陽極の電極面積(幾何学的面積)当たりの白金属元素の含有量として0.1μmol/cm以上が好ましく、1μmol/cm以上がさらに好ましい。また20μmol/cm以下が好ましく、15μmol/cm以下がさらに好ましい。 If the amount of the white metal element contained in the anode composed of the conductive porous solid electrode containing such a platinum group element-supported catalyst is small, the reaction rate decreases, and if it is too large, it is desorbed from the anode and inactivated, so it is economical. Not. Therefore, the content of the white metal element in the anode can be appropriately selected according to the reaction system using the anode. For example, the content of the white metal element per electrode area (geometric area) of the anode is 0. .1μmol / cm 2 or more is preferable, 1 [mu] mol / cm 2 or more is more preferable. Further preferably 20 [mu] mol / cm 2 or less, more preferably 15 micromol / cm 2 or less.

従って、陽極の成形に当たって用いられる、バインダーや導電性助剤は、得られる陽極の電極面積あたりの白金族元素担持量が上記範囲となるように適宜その使用量を調整して白金族元素担持触媒と混合して用いられる。   Therefore, the binder and conductive auxiliary agent used in forming the anode are appropriately adjusted so that the amount of the platinum group element supported per electrode area of the obtained anode is within the above range, and the platinum group element supported catalyst. Used in combination with.

以下に、本発明の電解反応装置の実施の形態の一例を示す図1を参照して、本発明の電解反応装置の装置構成をより具体的に説明する。   Below, with reference to FIG. 1 which shows an example of embodiment of the electrolytic reaction apparatus of this invention, the apparatus structure of the electrolytic reaction apparatus of this invention is demonstrated more concretely.

図1において、1は反応容器(電解セル)であり、2が陰極2Aを設置した第1室で、3が第2室であり、第1室2と第2室3は、白金族元素担持触媒を含む導電性多孔質固体電極である陽極4で分離されている。また、陽極4と陰極2Aは、反応容器外部に設置された電源9に接続されている。2B,3Bはそれぞれ第1室2、第2室3の上部をおおうための栓である。5は第2室3に一酸化炭素を供給するための一酸化炭素供給管である。この一酸化炭素供給管5は、He等の不活性気体を流通させるためのガス供給管を兼ねている。6は、ヘリウム等の不活性気体を第1室2に流通させるためのヘリウムガス供給管である。7は余剰の未反応一酸化炭素を抜き出すためのガス抜き管であり、8はガスサンプリング管を兼ねたガス抜き管である。   In FIG. 1, 1 is a reaction vessel (electrolysis cell), 2 is a first chamber in which a cathode 2A is installed, 3 is a second chamber, and the first chamber 2 and the second chamber 3 carry platinum group elements. They are separated by an anode 4 which is a conductive porous solid electrode containing a catalyst. The anode 4 and the cathode 2A are connected to a power source 9 installed outside the reaction vessel. 2B and 3B are stoppers for covering the upper portions of the first chamber 2 and the second chamber 3, respectively. Reference numeral 5 denotes a carbon monoxide supply pipe for supplying carbon monoxide to the second chamber 3. The carbon monoxide supply pipe 5 also serves as a gas supply pipe for circulating an inert gas such as He. Reference numeral 6 denotes a helium gas supply pipe for circulating an inert gas such as helium into the first chamber 2. 7 is a degassing pipe for extracting excess unreacted carbon monoxide, and 8 is a degassing pipe also serving as a gas sampling pipe.

この電解反応装置では、反応容器1の第1室2に、アルコキシ化合物を含む反応液(後述のように、有機ヒドロキシ化合物と塩基性物質を含む反応液であってもよい。)を供給し、第2室3に、一酸化炭素供給管5より一酸化炭素を含むガスを供給し、電源9により陽極4と陰極2Aとの間に通電すると、陽極4の空隙内で白金族元素触媒の存在下、アルコキシ化合物(有機ヒドロキシ化合物と塩基性物質との反応で生成したアルコキシ化合物であってもよい。)と一酸化炭素とが電解反応し、炭酸ジエステルが生成する。生成した炭酸ジエステルは第1室2の液中に拡散する。一方、第1室2に設置された陰極2A上では、水素イオンが還元されて水素ガスが発生する。なお、反応に先立ち、一酸化炭素あるいはヘリウムガス供給管5、6からヘリウム等の不活性気体を第1室2及び第2室3に流通させることにより、反応系の水分量を低減することができる。   In this electrolytic reaction apparatus, a reaction liquid containing an alkoxy compound (may be a reaction liquid containing an organic hydroxy compound and a basic substance as described later) is supplied to the first chamber 2 of the reaction vessel 1. When a gas containing carbon monoxide is supplied to the second chamber 3 from the carbon monoxide supply pipe 5 and energized between the anode 4 and the cathode 2A by the power source 9, the presence of a platinum group element catalyst in the gap of the anode 4 The alkoxy compound (which may be an alkoxy compound produced by the reaction of an organic hydroxy compound and a basic substance) and carbon monoxide undergo an electrolytic reaction to produce a carbonic acid diester. The produced carbonic acid diester diffuses into the liquid in the first chamber 2. On the other hand, on the cathode 2A installed in the first chamber 2, hydrogen ions are reduced to generate hydrogen gas. Prior to the reaction, the amount of water in the reaction system can be reduced by flowing an inert gas such as helium from the carbon monoxide or helium gas supply pipes 5 and 6 to the first chamber 2 and the second chamber 3. it can.

なお、図1の電解反応装置は、第1室2及び第2室3が有底円筒形状の容器形状であり、これらが円筒形の連通部4Aで連結され、この連通部4Aに白金族元素担持触媒を含む導電性多孔質固体電極よりなる陽極4が設けられていることにより、第1室2と第2室3とが分離されているが、本発明の電解反応装置は、何らこのような形態のものに限定されるものではない。   In the electrolytic reaction apparatus of FIG. 1, the first chamber 2 and the second chamber 3 have a bottomed cylindrical container shape, which are connected by a cylindrical communication portion 4A, and a platinum group element is connected to the communication portion 4A. The first chamber 2 and the second chamber 3 are separated by the provision of the anode 4 made of a conductive porous solid electrode including a supported catalyst. However, the present invention is not limited to this form.

前述の特許文献6で開示された図2の電解反応装置と、本発明の電解反応装置とは、陽極の設置位置が異なる。この相違点により、図2の装置では両極間の抵抗が大きいが、本発明の電解反応装置は、両極間の抵抗が小さく、反応効率を高めることができ、工業化プロセスとした際に大きな電力を必要としないため実用的である。   The electrolytic reaction device of FIG. 2 disclosed in Patent Document 6 described above and the electrolytic reaction device of the present invention are different in the installation position of the anode. Due to this difference, the apparatus of FIG. 2 has a large resistance between the two electrodes, but the electrolytic reaction apparatus of the present invention has a small resistance between the two electrodes and can increase the reaction efficiency. It is practical because it is not necessary.

また、特許文献6で開示された、図3の電解反応装置に対して、本発明の電解反応装置は、反応容器が第1室と第2室とに分割されている点が異なる。前述の如く、図3の反応容器では反応容器の外部で未反応一酸化炭素と副生水素の分離操作が必要となるが、本発明の電解反応装置では、原料である一酸化炭素を含むガスが供給される第1室と、水素が発生する第2室とを分離しているので、これらのガスの分離を行う必要がなく、効率的である。   3 differs from the electrolytic reaction device of FIG. 3 in that the reaction vessel is divided into a first chamber and a second chamber. As described above, in the reaction vessel of FIG. 3, it is necessary to separate unreacted carbon monoxide and by-product hydrogen outside the reaction vessel. However, in the electrolytic reaction apparatus of the present invention, a gas containing carbon monoxide as a raw material is used. Since the first chamber supplied with hydrogen and the second chamber in which hydrogen is generated are separated, it is not necessary to separate these gases, which is efficient.

[炭酸ジエステルの製造方法]
本発明の炭酸ジエステルの製造方法は、上述の本発明の電解反応装置の反応容器の第1室にアルコキシ化合物を含む反応液(後述のように、有機ヒドロキシ化合物と塩基性物質を含む反応液であってもよい。)を供給し、第2室に一酸化炭素を含むガスを供給して、アルコキシ化合物(有機ヒドロキシ化合物と塩基性物質との反応で生成したアルコキシ化合物であってもよい。)と一酸化炭素とを、白金族元素を含む触媒の存在下に電解反応させて炭酸ジエステルを製造する方法である。
本発明の電解反応は、具体的には、下記式(1)で表されるアルコキシ化合物と一酸化炭素との反応で、下記反応式(2)に従って、炭酸ジエステルを生成させるものである。
[Method for producing carbonic acid diester]
The method for producing a carbonic acid diester of the present invention comprises a reaction solution containing an alkoxy compound in the first chamber of the reaction vessel of the electrolytic reaction device of the present invention described above (as described later, a reaction solution containing an organic hydroxy compound and a basic substance). And a gas containing carbon monoxide is supplied to the second chamber, and an alkoxy compound (an alkoxy compound generated by a reaction between an organic hydroxy compound and a basic substance may be used). And carbon monoxide are electrolyzed in the presence of a catalyst containing a platinum group element to produce a carbonic acid diester.
Specifically, the electrolytic reaction of the present invention is a reaction between an alkoxy compound represented by the following formula (1) and carbon monoxide, and produces a carbonic acid diester according to the following reaction formula (2).

RO (1)
(Rは、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基、或いは芳香族炭化水素基を表し、これらの炭化水素基は、置換基を有していても良い。また、Xは、ROと塩を成すカチオン種を示す。但し、Xは水素イオン(H)ではない。)
2RO+CO → RO−C(=O)−OR+2e+2X (2)
RO - X + (1)
(R represents an aliphatic hydrocarbon group, an alicyclic hydrocarbon group, or an aromatic hydrocarbon group, and these hydrocarbon groups may have a substituent. X + represents RO - showing the cationic species constituting the salt, however, X + is not a hydrogen ion (H +))..
2RO - X + + CO → RO -C (= O) -OR + 2e - + 2X + (2)

なお、本明細書において、「アルコキシ」とは、上記式(1)においてRが脂肪族(即ち鎖状)炭化水素基又は脂環式炭化水素基である一般的な有機化学命名法上の「アルコキシ」だけでなく、Rが芳香族炭化水素基である「アリーロキシ」も包含するものである。   In the present specification, “alkoxy” means “in the general organic chemical nomenclature in which R in the above formula (1) is an aliphatic (that is, chain) hydrocarbon group or alicyclic hydrocarbon group. It includes not only “alkoxy” but also “aryloxy” in which R is an aromatic hydrocarbon group.

また、本発明の方法は、1種類のアルコキシ化合物を用いて炭酸ジエステル(RO−C(=O)−OR)を製造する方法に限らず、2種類以上のアルコキシ化合物を用いて、エステル部分の異なる炭酸ジエステルを製造する方法、例えば、アルコキシ化合物(R)とアルコキシ化合物(R)とを用いて、炭酸ジエステル(RO−C(=O)−OR)を製造する方法をも包含する(ここで、R,RはRと同義であり、R≠Rである。)。 In addition, the method of the present invention is not limited to a method of producing a carbonic acid diester (RO—C (═O) —OR) using one kind of alkoxy compound, and using two or more kinds of alkoxy compounds, method of producing a different carbonic diester, for example, alkoxy compound (R 1 O - X +) and alkoxy compound - using (2 O R X +) and carbonate diester (R 1 O-C (= O) -OR 2 ) is also included (wherein R 1 and R 2 have the same meanings as R and R 1 ≠ R 2 ).

反応に使用するアルコキシ化合物を、後述の如く、有機ヒドロキシ化合物(即ち、後掲の式(4)で表される有機ヒドロキシ化合物)と塩基性物質とを電解反応装置内で反応させて、有機ヒドロキシ化合物の水素イオンを脱離することにより製造する場合、式(2)で生成したXは下記式(3)によりアルコキシ化合物(1)を生成し、その際に生じたHは陰極で還元されて水素ガスとなる。 The alkoxy compound used in the reaction is reacted with an organic hydroxy compound (that is, an organic hydroxy compound represented by the following formula (4)) and a basic substance in an electrolytic reaction apparatus, as described later, to form an organic hydroxy compound. In the case of producing by desorbing the hydrogen ions of the compound, X + produced by the formula (2) produces the alkoxy compound (1) by the following formula (3), and the H + produced at that time is reduced at the cathode. It becomes hydrogen gas.

ROH+X → RO+H (3)
(R、Xは式(1)におけると同義である。)
ROH + X + → RO X + + H + (3)
(R and X + have the same meanings as in formula (1).)

従って、本反応では炭酸ジエステルとともに水素ガスが副生する。
なお、前述の如く、図3に示した1室型セルで電解反応を行うと一酸化炭素と水素が混在するため、これらを分離する煩雑な操作が必要になる。
また、図2に示した2室型セルでは一酸化炭素供給の場と水素生成の場を分離できるのでこれらを分離する操作は必要なくなるが、図2の2室型セルでは陽極と陰極間の距離が離れる上に隔膜による抵抗が加わるため大きな印加電圧が必要となり、電解反応の効率が低下する。
Therefore, in this reaction, hydrogen gas is by-produced together with the carbonic acid diester.
As described above, since the carbon monoxide and hydrogen are mixed when the electrolytic reaction is performed in the one-chamber cell shown in FIG. 3, a complicated operation for separating them is required.
In addition, since the carbon monoxide supply field and the hydrogen generation field can be separated in the two-chamber cell shown in FIG. 2, an operation for separating them is not necessary. However, in the two-chamber cell in FIG. In addition to increasing the distance, resistance by the diaphragm is added, so that a large applied voltage is required, and the efficiency of the electrolytic reaction is reduced.

<アルコキシ化合物>
本発明において、原料として使用するアルコキシ化合物は、前記式(1)で表されるものであるが、前記式(1)において、Rとしては、飽和又は不飽和の脂肪族炭化水素基、飽和又は不飽和の脂環式炭化水素基、或いは芳香族炭化水素基が挙げられる。また、これらの炭化水素基が有していても良い置換基としては、例えば、アルキル基、ヒドロキシ基、アリール基、ハロゲン原子、ニトロ基、スルホン酸基、スルホン基、アミノ基などが挙げられる。
<Alkoxy compound>
In the present invention, the alkoxy compound used as a raw material is represented by the formula (1). In the formula (1), R is a saturated or unsaturated aliphatic hydrocarbon group, saturated or An unsaturated alicyclic hydrocarbon group or an aromatic hydrocarbon group may be mentioned. In addition, examples of the substituent that these hydrocarbon groups may have include an alkyl group, a hydroxy group, an aryl group, a halogen atom, a nitro group, a sulfonic acid group, a sulfone group, and an amino group.

より具体的には、Rとしては、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、アリル基、クロチル基などの飽和もしくは不飽和の、直鎖又は分岐の脂肪族炭化水素基、好ましくは炭素数2以上、より好ましくは炭素数2〜10の直鎖又は分岐のアルキル基又はアルケニル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、メチルシクロヘキシル基、シクロヘキセニル基などの飽和もしくは不飽和の脂環式炭化水素基、好ましくは炭素数5以上、より好ましくは炭素数5〜10のシクロアルキル基又はシクロアルケニル基;ベンジル基やα−フェニルエチル基のようなアラルキル基;フェニル基、メチルフェニル基、ジメチルフェニル基、ナフチル基、アントラセニル基などのアリール基又は置換アリール基、又はこれらの誘導体(水素原子が、アルキル基、アリール基、ハロゲン原子、ニトロ基、スルホン酸基、スルホン基、アミノ基などで置換されたもの)などの、置換基を有していても良い炭素数6以上の芳香族炭化水素基が挙げられる。   More specifically, R is an ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, n-heptyl group. A saturated or unsaturated, linear or branched aliphatic hydrocarbon group such as an allyl group or a crotyl group, preferably a linear or branched alkyl group or alkenyl having 2 or more carbon atoms, more preferably 2 to 10 carbon atoms. Group: a saturated or unsaturated alicyclic hydrocarbon group such as cyclopentyl group, cyclohexyl group, cycloheptyl group, methylcyclohexyl group, cyclohexenyl group, preferably a cyclohexane having 5 or more carbon atoms, more preferably 5 to 10 carbon atoms. Alkyl group or cycloalkenyl group; aralkyl group such as benzyl group and α-phenylethyl group; phenyl group, methylphenyl group, di- Aryl group or substituted aryl group such as tilphenyl group, naphthyl group, anthracenyl group, or derivatives thereof (hydrogen atom is substituted with alkyl group, aryl group, halogen atom, nitro group, sulfonic acid group, sulfone group, amino group, etc. And an aromatic hydrocarbon group having 6 or more carbon atoms which may have a substituent.

これらのうち、Rとしては、特に炭素数2以上、好ましくは炭素数2〜10の鎖状脂肪族炭化水素基、炭素数5以上、好ましくは炭素数5〜10の脂環式炭化水素基、炭素数6以上、好ましくは炭素数6〜14の芳香族炭化水素基等、とりわけフェニル基が好ましく、これにより、従来、特に電解反応による合成が困難であった、これらのアルコキシ基をエステル部分に有する炭酸ジエステルを工業的に有利に合成することができる。なお、ここで「炭素数」とは、当該基が置換基を有する場合、その置換基の炭素数も含めた炭素数である。ROは上記Rと酸素原子が結合してできたアニオン種を示し、対応するカチオン種により1価のアニオンのみならず、2価以上の価数を持つアニオンでもよい。これらは1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。また、Xは、ROと塩を成すカチオン種を示し、Xとしてはリチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属イオン又はマグネシウム、カルシウム等のアルカリ土類金属イオン、トリメチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム、トリブチルアンモニウム、トリフェニルアンモニウム、ジメチルアニリニウム、ピリジニウム等の3級アンモニウムカチオン、ジイソプロピルアンモニウム等の2級アンモニウムカチオン、メチルアンモニウム、エチルアンモニウム、プロピルアンモニウム、ブチルアンモニウム、ベンジルアンモニウム等の1級アンモニウムカチオン、NH によって表されるアンモニウムカチオン、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウムなどの4級アンモニウムカチオンが挙げられる。Xは1価のカチオンのみならず、2価以上のカチオンであってもよい。これらは1種を単独で使用しても良いし、2種以上を併用してもよい。
ROで表されるフェノキシド化合物としては、ナトリウムフェノキシド、リチウムフェノキシド、カリウムフェノキシド等が挙げられる。
Among these, as R, in particular, a chain aliphatic hydrocarbon group having 2 or more carbon atoms, preferably 2 to 10 carbon atoms, an alicyclic hydrocarbon group having 5 or more carbon atoms, preferably 5 to 10 carbon atoms, An aromatic hydrocarbon group having 6 or more carbon atoms, preferably 6 to 14 carbon atoms, such as an aromatic hydrocarbon group, and particularly a phenyl group is preferable. The carbonic acid diester having it can be synthesized industrially advantageously. Here, the “carbon number” is the carbon number including the carbon number of the substituent when the group has a substituent. RO represents an anion species formed by combining R and an oxygen atom, and may be an anion having a valence of 2 or more depending on the corresponding cation species. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together. X + represents a cationic species that forms a salt with RO −, and X + represents an alkali metal ion such as lithium, sodium, or potassium, or an alkaline earth metal ion such as magnesium or calcium, trimethylammonium, triethylammonium, or tributyl. Tertiary ammonium cations such as ammonium, triphenylammonium, dimethylanilinium, pyridinium, secondary ammonium cations such as diisopropylammonium, primary ammonium cations such as methylammonium, ethylammonium, propylammonium, butylammonium, benzylammonium, NH 4 Examples include ammonium cation represented by + , quaternary ammonium cation such as tetramethylammonium and tetraethylammonium. X + may be not only a monovalent cation but also a divalent or higher cation. These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together.
Examples of the phenoxide compound represented by RO - X + include sodium phenoxide, lithium phenoxide, potassium phenoxide and the like.

反応に使用するアルコキシ化合物は、有機ヒドロキシ化合物(即ち、下記式(4)で表される有機ヒドロキシ化合物)と塩基性物質とを反応させて、有機ヒドロキシ化合物の水素イオンを脱離することにより製造してもよい。このアルコキシ化合物は、電解反応装置内で電解反応と同時進行で合成しても良いし、別途合成しても良い。   The alkoxy compound used for the reaction is produced by reacting an organic hydroxy compound (that is, an organic hydroxy compound represented by the following formula (4)) with a basic substance to desorb hydrogen ions of the organic hydroxy compound. May be. This alkoxy compound may be synthesized simultaneously with the electrolytic reaction in the electrolytic reaction apparatus, or may be synthesized separately.

R−OH (4)
(Rは、式(1)におけると同義である。)
R-OH (4)
(R has the same meaning as in formula (1).)

アルコキシ化合物の調製に使用する有機ヒドロキシ化合物としては、具体的には、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、sec−ブタノール、tert−ブタノール、n−ペンタノール、n−ヘキサノール、n−ヘプタノール、アリルアルコール、クロチルアルコール等の飽和もしくは不飽和の、直鎖又は分岐の脂肪族アルコール、好ましくは炭素数2以上、より好ましくは炭素数2〜10の直鎖又は分岐の飽和又は不飽和脂肪族アルコール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、シクロヘプタノール、メチルシクロヘキサノール、3−ヒドロキシ−1−シクロヘキセン、4−ヒドロキシ−1−シクロヘキセン等の飽和又は不飽和脂環式アルコール、好ましくは炭素数5以上、より好ましくは炭素数5〜10の飽和又は不飽和脂環式アルコール、ベンジルアルコール、ヒドロキシベンジルアルコール、ジフェニルカルビノール等のアリール置換アルコール、フェノール、クレゾール、キシレノール、ナフトール、ヒドロキシアントラセンなどの芳香族有機ヒドロキシ化合物又はそれらの誘導体(芳香環の水素原子がアルキル基、アリール基、ハロゲン原子、ニトロ基、スルホン酸基、アミノ基、などで置換されたもの)が挙げられる。   Specific examples of the organic hydroxy compound used for the preparation of the alkoxy compound include ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, sec-butanol, tert-butanol, n-pentanol, n-hexanol, and n-heptanol. , Saturated or unsaturated, linear or branched aliphatic alcohols such as allyl alcohol, crotyl alcohol, etc., preferably linear or branched saturated or unsaturated fats having 2 or more carbon atoms, more preferably 2 to 10 carbon atoms Saturated or unsaturated alicyclic alcohols such as aromatic alcohol, cyclopentanol, cyclohexanol, cycloheptanol, methylcyclohexanol, 3-hydroxy-1-cyclohexene, 4-hydroxy-1-cyclohexene, preferably 5 or more carbon atoms , More preferably 5 carbon atoms 10 saturated or unsaturated alicyclic alcohols, aryl-substituted alcohols such as benzyl alcohol, hydroxybenzyl alcohol, diphenylcarbinol, aromatic organic hydroxy compounds such as phenol, cresol, xylenol, naphthol, hydroxyanthracene or derivatives thereof (aromatic Ring hydrogen atoms are substituted with alkyl groups, aryl groups, halogen atoms, nitro groups, sulfonic acid groups, amino groups, etc.).

アルコキシ化合物の調製に使用する塩基性物質は、有機ヒドロキシ化合物との反応性に応じて選択する必要があるが、金属リチウム、金属ナトリウム、金属カリウムなどのアルカリ金属又は金属カルシウム、金属マグネシウム等のアルカリ土類金属、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属又は水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等のアルカリ土類金属の水酸化物、リチウムハイドライドやナトリウムハイドライドなどのアルカリ金属又はカルシウムハイドライド、マグネシウムハイドライド等のアルカリ土類金属の水素化物、酢酸ナトリウムや炭酸カリウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属の酢酸塩、炭酸塩等の弱酸塩、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、トリフェニルアミン、ジイソプロピルアミン、ジメチルアニリン、ピリジン等のアミン類、三菱化学社製ダイヤイオン(登録商標)SA10Aなどの塩基性イオン交換樹脂などを挙げることが出来る。これらは1種を単独で使用しても良いし2種以上を併用しても良い。   The basic substance used for the preparation of the alkoxy compound must be selected according to the reactivity with the organic hydroxy compound, but alkali metals such as metallic lithium, metallic sodium and metallic potassium or alkaline such as metallic calcium and metallic magnesium. Alkali metals such as earth metals, lithium hydroxide, sodium hydroxide and potassium hydroxide, or hydroxides of alkaline earth metals such as calcium hydroxide and magnesium hydroxide, alkali metals such as lithium hydride and sodium hydride, or calcium hydride Alkaline earth metal hydrides such as magnesium hydride, alkali metal or alkaline earth metal acetates such as sodium acetate and potassium carbonate, weak acid salts such as carbonates, trimethylamine, triethylamine, tributylamine, triphenyl Amine, diisopropylamine, dimethylaniline, amines such as pyridine, manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, Diaion (registered trademark) basic ion exchange resin such as SA10A can be mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.

塩基性物質の使用量は、有機ヒドロキシ化合物からアルコキシ化合物を生成させることができる反応当量以上であれば良い。また、塩基性物質は、電解反応に先立ちその必要量を供給する他、電解反応中に複数回に分けて分割供給したり、連続供給したりすることもできる。   The usage-amount of a basic substance should just be more than the reaction equivalent which can produce | generate an alkoxy compound from an organic hydroxy compound. In addition to supplying the necessary amount of the basic substance prior to the electrolytic reaction, the basic substance can be dividedly supplied in a plurality of times or continuously supplied during the electrolytic reaction.

<支持電解質>
本発明の電解反応では、反応を促進するために支持電解質を使用することができる。
<Supporting electrolyte>
In the electrolytic reaction of the present invention, a supporting electrolyte can be used to accelerate the reaction.

支持電解質としては、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、塩化カリウム、臭化カリウム、ヨウ化カリウム、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム等のアルカリ金属のハロゲン化物;次亜塩素酸カリウム、次亜塩素酸リチウム、次亜ヨウ素酸カリウム、次亜ヨウ素酸リチウム等のアルカリ金属の次亜ハロゲン酸塩;塩素酸カリウム、塩素酸リチウム等のアルカリ金属のハロゲン酸塩;過塩素酸ナトリウム、過ヨウ素酸ナトリウム等のアルカリ金属の過ハロゲン酸塩;塩化テトラメチルアンモニウム、臭化テトラメチルアンモニウム、ヨウ化テトラメチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、ヨウ化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラブチルアンモニウム、臭化テトラブチルアンモニウム、ヨウ化テトラブチルアンモニウム等のアルキル四級アンモニウムのハロゲン化物;過塩素酸テトラブチルアンモニウム、過塩素酸テトラメチルアンモニウム等のアルキル四級アンモニウムの過ハロゲン酸塩等が挙げられる。これらは1種を単独で用いても良く、2種以上を併用しても良い。   Examples of supporting electrolytes include alkali metal halides such as sodium chloride, sodium bromide, sodium iodide, potassium chloride, potassium bromide, potassium iodide, lithium chloride, lithium bromide and lithium iodide; potassium hypochlorite Alkaline metal hypohalites such as lithium hypochlorite, potassium hypoiodite, lithium hypoiodite; alkali metal halides such as potassium chlorate, lithium chlorate; sodium perchlorate, Perhalogenates of alkali metals such as sodium periodate; tetramethylammonium chloride, tetramethylammonium bromide, tetramethylammonium iodide, tetraethylammonium chloride, tetraethylammonium bromide, tetraethylammonium iodide, tetrabutylammonium chloride, Tetrabu bromide Examples thereof include halides of alkyl quaternary ammonium such as til ammonium ammonium and tetrabutyl ammonium iodide; perhalogenates of alkyl quaternary ammonium such as tetrabutyl ammonium perchlorate and tetramethyl ammonium perchlorate. These may be used alone or in combination of two or more.

ただし、前述したアルコキシ化合物や、該アルコキシ化合物を生成させるために添加する塩基性物質が電解質として機能し、別途支持電解質を添加する必要がない場合がある。支持電解質を添加しなければ、反応後の目的物と支持電解質との分離操作が不要となり、工業上有利である。   However, in some cases, the above-described alkoxy compound or the basic substance added to produce the alkoxy compound functions as an electrolyte, and it is not necessary to add a supporting electrolyte separately. If the supporting electrolyte is not added, a separation operation between the target product after the reaction and the supporting electrolyte becomes unnecessary, which is industrially advantageous.

<溶媒>
本発明の電解反応では、溶媒を使用しても良いし、使用しなくても良い。溶媒を使用する場合には、電解反応に不活性な(酸化電位の高い)溶媒を選択する必要がある。このような溶媒としては、例えば、アセトニトリル、四塩化炭素、ジクロロメタン(塩化メチレン)、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン等が挙げられる。これらは1種を単独で用いても良く、2種以上を併用しても良い。
<Solvent>
In the electrolytic reaction of the present invention, a solvent may or may not be used. When a solvent is used, it is necessary to select a solvent that is inert to the electrolytic reaction (high oxidation potential). Examples of such a solvent include acetonitrile, carbon tetrachloride, dichloromethane (methylene chloride), N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidone and the like. These may be used alone or in combination of two or more.

反応基質としてのアルコキシ化合物を、原料となる有機ヒドロキシ化合物が含まれた反応液に、塩基性物質を添加することで調製する場合には、上記溶媒中に有機ヒドロキシ化合物を溶解して用いることができる。溶媒中の有機ヒドロキシ化合物の濃度は、任意の範囲で選択できるが、0.01mol/L以上が好ましく、0.1mol/L以上がさらに好ましい。また、該濃度の上限は、有機ヒドロキシ化合物に対する支持電解質の溶解度によって決まるため、適宜選択することができるが、有機ヒドロキシ化合物に対する支持電解質の溶解度が低い場合は、有機ヒドロキシ化合物の濃度を低く抑える必要がある。有機ヒドロキシ化合物が支持電解質をよく溶かす場合や、支持電解質を使用しない場合は、必ずしも溶媒を使用する必要はない。溶媒を使用しない場合は反応後の目的物と溶媒との分離操作が不要となり、工業上有利である。   When preparing an alkoxy compound as a reaction substrate by adding a basic substance to a reaction solution containing an organic hydroxy compound as a raw material, the organic hydroxy compound must be dissolved in the solvent. it can. Although the density | concentration of the organic hydroxy compound in a solvent can be selected in arbitrary ranges, 0.01 mol / L or more is preferable and 0.1 mol / L or more is further more preferable. The upper limit of the concentration depends on the solubility of the supporting electrolyte in the organic hydroxy compound, and can be selected as appropriate. However, if the solubility of the supporting electrolyte in the organic hydroxy compound is low, the concentration of the organic hydroxy compound needs to be kept low. There is. When the organic hydroxy compound dissolves the supporting electrolyte well or when the supporting electrolyte is not used, it is not always necessary to use a solvent. When no solvent is used, the separation of the target product and the solvent after the reaction is unnecessary, which is industrially advantageous.

<水分量>
本発明の電解反応では、反応液中の水分により反応が阻害される傾向があるので、水分含有量の少ない原料や溶媒を使用するなどして、反応液中の水分量を好ましくは5重量%以下、より好ましくは1重量%以下、さらに好ましくは1000重量ppm以下、最も好ましくは800重量ppm以下とする。反応液中の水分量は少ないほど反応効率の面では有利であるが、反応液中の水分量を0.1重量ppm未満とするのは操作に困難が伴い、経済的に不利となるため、通常、反応液中の水分量は0.1重量ppm以上である。
<Moisture content>
In the electrolytic reaction of the present invention, the reaction tends to be inhibited by the water in the reaction solution, and therefore the water content in the reaction solution is preferably 5% by weight by using a raw material or a solvent having a low water content. Hereinafter, it is more preferably 1 wt% or less, further preferably 1000 wt ppm or less, and most preferably 800 wt ppm or less. The smaller the amount of water in the reaction solution, the more advantageous in terms of reaction efficiency. However, it is difficult to operate to make the amount of water in the reaction solution less than 0.1 ppm by weight, which is economically disadvantageous. Usually, the water content in the reaction solution is 0.1 ppm by weight or more.

上記反応液中の水分量とは、本発明の電解反応装置の反応容器の第1室内の反応液に含有される水分量を示す。具体的には、電解反応を回分式で実施する場合は反応開始前の該反応液の水分量を示し、連続式で実施する場合は第1室へ供給する反応液中の水分量を示す。反応液中の水分量の測定方法としては、当該反応液をサンプリングし、これをカールフィッシャー水分計などで測定する方法が挙げられる。   The amount of water in the reaction solution indicates the amount of water contained in the reaction solution in the first chamber of the reaction vessel of the electrolytic reaction apparatus of the present invention. Specifically, when the electrolytic reaction is carried out batchwise, the water content of the reaction liquid before the start of the reaction is shown, and when the electrolytic reaction is carried out continuously, the water quantity in the reaction liquid supplied to the first chamber is shown. Examples of the method for measuring the amount of water in the reaction solution include a method of sampling the reaction solution and measuring it with a Karl Fischer moisture meter or the like.

反応液中の水分量を上記範囲とするためには、原料や溶媒から水を除去する方法が用いられ、この具体的な方法としては、一般的に用いられる水分除去方法のうちのいかなる方法でも良いが、例えば、蒸留による脱水、モレキュラーシーブ等の水分吸着材による吸着脱水、膜分離による脱水等が挙げられる。   In order to bring the amount of water in the reaction solution into the above range, a method of removing water from the raw material and the solvent is used, and as this specific method, any of the commonly used water removal methods can be used. For example, dehydration by distillation, adsorption dehydration by a moisture adsorbent such as molecular sieve, dehydration by membrane separation, etc. may be mentioned.

また、反応に先立ち、反応液中に窒素やヘリウムのような不活性気体を流通させて、残存する水分や酸素を除去することも有効である。さらに、反応に先立ち、反応液中に一酸化炭素を流通させて反応液中に溶存する一酸化炭素濃度を高めておくことで反応初期の反応速度を向上させることができる。   It is also effective to remove residual moisture and oxygen by circulating an inert gas such as nitrogen or helium in the reaction solution prior to the reaction. Furthermore, the reaction rate at the initial stage of the reaction can be improved by increasing the concentration of carbon monoxide dissolved in the reaction solution by circulating carbon monoxide in the reaction solution prior to the reaction.

<一酸化炭素>
本発明において、アルコキシ化合物と反応させる一酸化炭素を含むガスは、本発明の電解反応装置において、陽極で区切られて対極を設置しない第2室に気体状で供給される。この一酸化炭素は陽極の空隙内でアルコキシ化合物を含む反応液と接触する。液中の一酸化炭素濃度は飽和溶解度以上にすることはできず、しかも飽和溶解度に達するまでに一定以上の時間を要するが、ミクロ的には液中における気体成分の濃度は気液界面付近において最も高濃度になるので、この方法により電解反応を効率よく進めることができる。
<Carbon monoxide>
In the present invention, the gas containing carbon monoxide to be reacted with the alkoxy compound is supplied in a gaseous state to the second chamber separated by the anode and not provided with a counter electrode in the electrolytic reaction apparatus of the present invention. This carbon monoxide comes into contact with the reaction solution containing the alkoxy compound in the gap of the anode. The concentration of carbon monoxide in the liquid cannot exceed the saturation solubility, and it takes a certain amount of time to reach the saturation solubility. However, microscopically, the concentration of gas components in the liquid is near the gas-liquid interface. Since the concentration becomes the highest, the electrolytic reaction can be efficiently advanced by this method.

本発明の電解反応装置の反応容器の第2室に供給する一酸化炭素を含むガスは、一酸化炭素単体でもよいし、一酸化炭素を含む複数のガス混合物でもよい。一酸化炭素と混合するガスとしては、窒素、ヘリウム、アルゴン、二酸化炭素、メタン、エタン、プロパン等の1種又は2種以上を必要に応じ、任意の比率で使用することができる。   The gas containing carbon monoxide supplied to the second chamber of the reaction vessel of the electrolytic reaction apparatus of the present invention may be carbon monoxide alone or a plurality of gas mixtures containing carbon monoxide. As a gas mixed with carbon monoxide, one or more of nitrogen, helium, argon, carbon dioxide, methane, ethane, propane and the like can be used in any ratio as necessary.

<反応条件>
本発明の電解反応において、反応温度は、反応基質が固化しない範囲で自由に設定できる。好ましくは0℃〜200℃、さらに好ましくは20℃〜100℃であるが、一般的には室温程度(例えば20〜30℃程度)で実施される。反応温度を低くするためには、冷却のための設備が必要になり経済的に不利となる。また、反応温度を高くすると、反応基質の蒸発を抑えるために加圧する必要が生じるほか、原料の熱分解等の反応が起きやすくなる。
<Reaction conditions>
In the electrolytic reaction of the present invention, the reaction temperature can be freely set as long as the reaction substrate does not solidify. Preferably it is 0 degreeC-200 degreeC, More preferably, it is 20 degreeC-100 degreeC, but generally it implements at about room temperature (for example, about 20-30 degreeC). In order to lower the reaction temperature, equipment for cooling is required, which is economically disadvantageous. Further, when the reaction temperature is increased, it is necessary to apply pressure in order to suppress evaporation of the reaction substrate, and reactions such as thermal decomposition of raw materials are likely to occur.

反応圧力は減圧とすることもできるが、通常は、常圧あるいは加圧下で行うことができる。好ましくは1〜15気圧である。1気圧より低い圧力では、導電性多孔質固体電極の陽極内で反応液に溶解するCO濃度が低下して反応速度が低下し、好ましくなく、15気圧を超えると設備費用が高価となる。   Although the reaction pressure can be reduced, it can usually be carried out at normal pressure or under pressure. Preferably it is 1-15 atmospheres. If the pressure is lower than 1 atm, the concentration of CO dissolved in the reaction solution in the anode of the conductive porous solid electrode is lowered and the reaction rate is lowered, and it is not preferable, and if it exceeds 15 atm, the equipment cost becomes expensive.

本発明の電解反応は、定電位電解、定電流電解のいずれも可能である。定電位電解の場合は電位が低いと反応が進行せず、高いとアルコキシ化合物を生成させるために添加した塩基性物質の酸化が進行して反応が進行しなくなる。好ましい電位は0.01V (vs.Ag/AgCl)以上、さらに好ましくは0.1V(vs.Ag/AgCl)以上である。また、好ましくは5V(vs.Ag/AgCl)以下、さらに好ましくは2V(vs.Ag/AgCl)以下である。   The electrolytic reaction of the present invention can be either constant potential electrolysis or constant current electrolysis. In the case of constant potential electrolysis, if the potential is low, the reaction does not proceed, and if it is high, the oxidation of the basic substance added to produce the alkoxy compound proceeds and the reaction does not proceed. A preferred potential is 0.01 V (vs. Ag / AgCl) or more, more preferably 0.1 V (vs. Ag / AgCl) or more. Further, it is preferably 5 V (vs. Ag / AgCl) or less, more preferably 2 V (vs. Ag / AgCl) or less.

また、定電流電解の場合は電流密度が低いと反応が進行せず、高いと電解反応装置の抵抗に応じて電解電位が高くなって有機ヒドロキシ化合物や塩基性物質の直接酸化が進行して選択率が低下する。好ましい電流密度は抵抗値に左右されるため、電流密度、電解電位を好ましい範囲とするためにも抵抗値をできる限り低くすることが好ましい。   In the case of constant current electrolysis, if the current density is low, the reaction does not proceed. If the current density is high, the electrolysis potential increases depending on the resistance of the electrolysis reactor, and the direct oxidation of the organic hydroxy compound or basic substance proceeds. The rate drops. Since the preferred current density depends on the resistance value, it is preferable to make the resistance value as low as possible so that the current density and the electrolytic potential are in the preferred ranges.

電解反応時間は、適宜選択されるが、回分式の場合、例えば0.1〜24時間程度である。   The electrolytic reaction time is appropriately selected. In the case of a batch system, it is, for example, about 0.1 to 24 hours.

本発明の電解反応は、回分式で行っても良いが、好ましくは連続式で行われる。
なお、前述の本発明の電解反応装置は、単一の反応容器で構成する必要はなく、複数の反応容器を直列、あるいは並列に接続して構成しても良い。本発明の電解反応装置を複数の反応容器で構成する場合、回収ラインからの反応生成物に含まれる未反応の有機ヒドロキシ化合物、アルコキシ化合物、塩基性物質、一酸化炭素等の原料物質は同一又は異なる反応容器の供給ラインに循環しても良い。
The electrolytic reaction of the present invention may be carried out batchwise, but is preferably carried out continuously.
Note that the above-described electrolytic reaction apparatus of the present invention does not have to be constituted by a single reaction vessel, and may be constituted by connecting a plurality of reaction vessels in series or in parallel. When the electrolytic reaction apparatus of the present invention is composed of a plurality of reaction vessels, the raw materials such as unreacted organic hydroxy compound, alkoxy compound, basic substance, carbon monoxide, etc. contained in the reaction product from the recovery line are the same or You may circulate to the supply line of a different reaction container.

<炭酸ジエステルの回収>
本発明の電解反応で生成した炭酸ジエステルは、それ自体公知の通常の方法で回収される。回収方法としては、例えば、蒸留や抽出、あるいは晶析による方法が挙げられる。
<Recovery of carbonic acid diester>
The carbonic acid diester produced by the electrolytic reaction of the present invention is recovered by an ordinary method known per se. Examples of the recovery method include a method by distillation, extraction, or crystallization.

<炭酸ジエステルの用途>
本発明の電解反応により製造された炭酸ジフェニルは、公知の方法により製造された炭酸ジフェニルと同様の用途で使用することができ、例えば、ジヒドロキシ化合物とエステル交換反応させて芳香族ポリカーボネートを製造する際の原料として使用することができる。上記芳香族ポリカーボネートの製造方法も本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明により製造された炭酸ジエステルは、電解液等の溶媒、アルキル化剤、カルボニル化剤等の合成原料、ガソリンやディーゼル燃料の添加剤、ポリウレタンの原料等として、広範な用途に有用である。
<Uses of carbonic acid diester>
The diphenyl carbonate produced by the electrolytic reaction of the present invention can be used in the same applications as diphenyl carbonate produced by a known method. For example, when an aromatic polycarbonate is produced by transesterification with a dihydroxy compound. Can be used as raw material. The method for producing the aromatic polycarbonate is also included in the scope of the present invention.
In addition, the carbonic acid diester produced according to the present invention is useful for a wide range of applications, such as solvents such as electrolytes, synthetic raw materials such as alkylating agents and carbonylating agents, gasoline and diesel fuel additives, and polyurethane raw materials. is there.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

[実施例1]
(1)白金族元素担持触媒の調製
200mLのビーカーに、イオン交換水80mLと導電性カーボン担体として1次粒子径40nm及びBET比表面積800m/gのカーボンブラック(ケッチェンブラック・インターナショナル社製「カーボンECP」、以下「ECP」と略称する。)650mgを加え、マグネティックスターラーで撹拌しながら、濃度0.03mo1/Lの塩化パラジウム酸(HPdCl)水溶液4.19mLを滴下した。全ての溶液を滴下し終えた後に、100℃に加熱したホットプレート上に、溶液が入ったビーカーを置き、水分が無くなるまで蒸発乾固させることにより、黒色状の粉末を得た。この黒色状粉末にはPd金属基準で2.06重量%の塩化パラジウム(PdCl)が含まれていた。これを150℃で1時間、次いで300℃で2時間、水素気流中(20mL/min)で処理することにより、担持されたPd2+が水素還元によりPdとなり、Pdが導電性カーボン担体に担持された黒色状粉末の白金族元素担持触媒を得た。この白金族元素担持触媒のPd担持量は、導電性カーボンに対して2.06重量%である。
[Example 1]
(1) Preparation of platinum group element-supported catalyst In a 200 mL beaker, carbon black having a primary particle diameter of 40 nm and a BET specific surface area of 800 m 2 / g as a conductive carbon carrier (made by Ketjen Black International Co., Ltd. “ “Carbon ECP”, hereinafter abbreviated as “ECP”.) 650 mg was added, and 4.19 mL of 0.03 mo1 / L aqueous solution of chloropalladium acid (H 2 PdCl 4 ) was added dropwise while stirring with a magnetic stirrer. After all the solutions had been dropped, a beaker containing the solution was placed on a hot plate heated to 100 ° C., and evaporated to dryness until there was no moisture, thereby obtaining a black powder. This black powder contained 2.06% by weight of palladium chloride (PdCl 2 ) based on the Pd metal. By treating this at 150 ° C. for 1 hour and then at 300 ° C. for 2 hours in a hydrogen stream (20 mL / min), the supported Pd 2+ becomes Pd 0 by hydrogen reduction, and Pd becomes a conductive carbon support. A supported platinum group element-supported catalyst of a black powder was obtained. The amount of Pd supported by this platinum group element supported catalyst is 2.06% by weight with respect to the conductive carbon.

(2)白金族元素担持触媒を含む多孔質電極(陽極)の作製
上記(1)で得られた白金族元素担持触媒の黒色状粉末155mg(Pd含有量30μmol)にバインダーとしてポリテトラフルオロエチレン粉末(ダイキン社製、F−104)を40mg添加してメノウ乳鉢で混練した。それを120℃のホットプレート上で圧延し、丸いシート状に成形して電極面積2cm(幾何学的面積)、厚さ約1.6mmの白金族元素担持触媒を含む導電性多孔質固体電極(陽極)を作製した。この白金族元素担持触媒を含む導電性多孔質固体電極の電極面積当たりのPd担持量は6μmol/cmである。また、空隙の直径(多孔質の孔径)は10〜10000nmである。
(2) Preparation of porous electrode (anode) containing platinum group element-supported catalyst Polytetrafluoroethylene powder as a binder to 155 mg (Pd content 30 μmol) of platinum group element-supported catalyst obtained in (1) above 40 mg (Daikin, F-104) was added and kneaded in an agate mortar. It is rolled on a hot plate at 120 ° C., formed into a round sheet, and has an electrode area of 2 cm 2 (geometric area) and a conductive porous solid electrode containing a platinum group element-supported catalyst having a thickness of about 1.6 mm. (Anode) was produced. The amount of Pd supported per electrode area of the conductive porous solid electrode containing this platinum group element-supported catalyst is 6 μmol / cm 2 . The diameter of the void (porous pore diameter) is 10 to 10,000 nm.

(3)電解反応
上記方法により作製した白金族元素担持触媒を含む導電性多孔質固体電極を陽極4として設けた、図1に示す電解反応装置を用いて定電流電解を行った。
陰極2Aとしては白金ワイヤーを使用した。第1室2の反応液には、反応溶媒としてのアセトニトリル(和光純薬社製、有機合成用)40mLに、有機ヒドロキシ化合物としてフェノール(和光純薬社製、特級)を30mmol、アルコキシ化合物として無水ナトリウムフェノキシド(Alfa
Aeser社製)を0.5mmol、支持電解質として塩化リチウム(和光純薬社製、特級)を0.78mmol加えたものを用いた。溶媒のアセトニトリルは事前に300℃で10時間焼成したモレキュラーシーブズ3A(和光純薬社製、化学用)を100mLあたり約5g添加し、時々振り混ぜながら、12時間以上置いて脱水した。
(3) Electrolytic Reaction Constant current electrolysis was performed using the electrolytic reaction apparatus shown in FIG. 1 in which a conductive porous solid electrode containing a platinum group element-supported catalyst prepared by the above method was provided as the anode 4.
A platinum wire was used as the cathode 2A. In the reaction solution of the first chamber 2, 40 mL of acetonitrile (made by Wako Pure Chemicals, for organic synthesis) as a reaction solvent, 30 mmol of phenol (made by Wako Pure Chemicals, special grade) as an organic hydroxy compound, and anhydrous as an alkoxy compound Sodium phenoxide (Alfa
0.5 mmol of Aeser) and 0.78 mmol of lithium chloride (manufactured by Wako Pure Chemicals, special grade) as a supporting electrolyte were used. About 5 g of molecular sieves 3A (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., for chemical use) calcined at 300 ° C. for 10 hours in advance was added to the solvent acetonitrile, and dehydrated by placing it for 12 hours or more with occasional shaking.

ガス供給管5及び6からヘリウム(ジャパンヘリウムセンター社製、純度99.9995%)を900mL/Hrで10分間流通させることにより第1室2内の反応液に溶存する酸素及び水分、並びに、第2室3内の空気及び水分を除去した後、第2室3に一酸化炭素を含むガス(日本酸素社製、純度99.95%)を900mL/Hrで流通させながら、電流密度を0.2mA/cmとして3時間、室温(約25℃)、常圧で定電流電解を行った。 Oxygen and water dissolved in the reaction liquid in the first chamber 2 by circulating helium (manufactured by Japan Helium Center, purity 99.9995%) from the gas supply pipes 5 and 6 at 900 mL / Hr for 10 minutes, After removing the air and moisture in the second chamber 3, the current density of the second chamber 3 is set to 0. 0 while flowing a gas containing carbon monoxide (manufactured by Nippon Oxygen Co., Ltd., purity 99.95%) at 900 mL / Hr. Constant current electrolysis was performed at 2 mA / cm 2 for 3 hours at room temperature (about 25 ° C.) and normal pressure.

第1室2内の電解反応液は適時サンプリングを行い、ガスクロマトグラフィー(検出器:FID、カラム島津製作所社製GC−2010、ZB−1キャピラリーカラム、φ0.25mm×30m、分析条件:インジェクション温度220℃、カラム温度190℃一定、検出器温度250℃)を用いて分析した(分析の際には内部標準物質としてフェナントレン(和光純薬社製、特級)を0.004%になるように加えた)。   The electrolytic reaction solution in the first chamber 2 is sampled in a timely manner, and gas chromatography (detector: FID, column GC-2010 manufactured by Shimadzu Corporation, ZB-1 capillary column, φ0.25 mm × 30 m, analysis condition: injection temperature 220) (In the case of analysis, phenanthrene (manufactured by Wako Pure Chemicals, special grade)) was added so as to be 0.004%. ).

反応終了後の反応生成物も同様の方法で分析を行った、また、ガスサンプリング管8からのサンプリングガス中の二酸化炭素はガスクロマトグラフィー(検出器:TCD、カラム島津製作所社製GC−8A、PorapakQパックドカラム、70℃恒温分析)で、水素はガスクロマトグラフィー(検出器:TCD、カラム島津製作所社製GC−8A、活性炭カラム(4mm×2m)、120℃恒温分析)で分析した。   The reaction product after completion of the reaction was analyzed in the same manner, and carbon dioxide in the sampling gas from the gas sampling tube 8 was analyzed by gas chromatography (detector: TCD, GC-8A manufactured by Shimadzu Corp., Hydrogen was analyzed by gas chromatography (detector: TCD, GC-8A manufactured by Shimadzu Corp., activated carbon column (4 mm × 2 m), 120 ° C. constant temperature analysis) using a PorapakQ packed column, 70 ° C. constant temperature analysis).

その結果、炭酸ジフェニル(以下DPC)の生成量は7.8μmolで、DPC生成の電流効率は約35%であった。サンプリングガス中からは電流効率約61%に相当する量の水素が検出された。3時間反応した時点の触媒のターンオーバー数(以下TON)は0.65mol−DPC/mol−Pdであった。結果の概要を表1に示した。   As a result, the amount of diphenyl carbonate (hereinafter DPC) produced was 7.8 μmol, and the current efficiency of DPC production was about 35%. An amount of hydrogen corresponding to a current efficiency of about 61% was detected in the sampling gas. The turnover number (hereinafter referred to as TON) of the catalyst when reacted for 3 hours was 0.65 mol-DPC / mol-Pd. A summary of the results is shown in Table 1.

[比較例1]
電解反応を図2に示した2室型セルで行ったこと以外は、実施例1と同様にして炭酸ジフェニルを電解反応により製造した。陽極11A及び陰極12Aとしては、それぞれ実施例1におけると同様のものを用いた。隔膜14としてはガラスフィルターを使用した。また、陽極室11に実施例1で用いたものと同じ反応液を、陰極室12に無水ナトリウムフェノキシドを加えないことを除いて実施例1と同じ反応液を投入し、陽極室11に実施例1と同様に一酸化炭素を流通させながら電流密度を0.2mA/cmとして3時間、定電流電解を行った。
[Comparative Example 1]
Diphenyl carbonate was produced by an electrolytic reaction in the same manner as in Example 1 except that the electrolytic reaction was performed in the two-chamber cell shown in FIG. As the anode 11A and the cathode 12A, those similar to those in Example 1 were used. A glass filter was used as the diaphragm 14. In addition, the same reaction solution as that used in Example 1 was added to the anode chamber 11, and the same reaction solution as that in Example 1 was added to the cathode chamber 12 except that anhydrous sodium phenoxide was not added. In the same manner as in No. 1, constant current electrolysis was performed for 3 hours with a current density of 0.2 mA / cm 2 while circulating carbon monoxide.

実施例1と同じ手順で分析した結果、炭酸ジフェニル(以下DPC)の生成量は7.2μmolで、DPC生成の電流効率は約32%であった。サンプリングガス中からは電流効率約68%に相当する量の水素が検出された。3時間反応した時点の触媒のTONは0.60mol−DPC/mol−Pdであった。   As a result of analysis using the same procedure as in Example 1, the amount of diphenyl carbonate (hereinafter DPC) produced was 7.2 μmol, and the current efficiency of DPC production was about 32%. An amount of hydrogen corresponding to a current efficiency of about 68% was detected in the sampling gas. The TON of the catalyst when reacted for 3 hours was 0.60 mol-DPC / mol-Pd.

[比較例2]
電解反応を図3に示した1室型セルで行ったこと以外は、実施例1と同様にして炭酸ジフェニルを電解反応により製造した。陽極21及び陰極22としては、それぞれ実施例1におけると同様のものを用いた。反応容器20には実施例1で用いたものと同じ反応液を供給し、実施例1と同様に一酸化炭素を流通させながら電流密度を0.2mA/cmとして3時間、定電流電解を行った。
[Comparative Example 2]
Diphenyl carbonate was produced by an electrolytic reaction in the same manner as in Example 1 except that the electrolytic reaction was performed in the one-chamber cell shown in FIG. As the anode 21 and the cathode 22, the same ones as in Example 1 were used. The same reaction liquid as that used in Example 1 was supplied to the reaction vessel 20, and constant current electrolysis was performed at a current density of 0.2 mA / cm 2 for 3 hours while circulating carbon monoxide as in Example 1. went.

実施例1と同じ手順で分析した結果、炭酸ジフェニル(以下DPC)の生成量は6.4μmolで、DPC生成の電流効率は約29%であった。サンプリングガス中からは電流効率約82%に相当する量の水素が検出された。3時間反応した時点の触媒のTONは0.53mol−DPC/mol−Pdであった。   As a result of analysis in the same procedure as in Example 1, the amount of diphenyl carbonate (hereinafter referred to as DPC) produced was 6.4 μmol, and the current efficiency of DPC production was about 29%. An amount of hydrogen corresponding to a current efficiency of about 82% was detected in the sampling gas. The TON of the catalyst when reacted for 3 hours was 0.53 mol-DPC / mol-Pd.

上記実施例1及び比較例1,2の結果を表1にまとめる。   The results of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 are summarized in Table 1.

Figure 2011184772
Figure 2011184772

表1より、本発明の電解反応装置によれば、高い電流効率で炭酸ジエステルを効率的に製造することができることが分かる。しかも、この電解反応装置では、原料である一酸化炭素を含むガスが供給される第2室と、水素が発生する第1室とを分離しているので、反応容器の外部でこれらのガスの分離を行う必要がなく、効率的である。   Table 1 shows that according to the electrolytic reaction apparatus of the present invention, the carbonic acid diester can be efficiently produced with high current efficiency. In addition, in this electrolytic reaction apparatus, the second chamber to which the gas containing carbon monoxide as a raw material is supplied is separated from the first chamber in which hydrogen is generated. It is not necessary to perform separation and is efficient.

本発明は、電解液やポリカーボネートの原料等として有用な炭酸ジフェニル等の炭酸ジエステルを、ホスゲン等の毒性物質を使用することなく、工業的に実用化し得る程度に効率よく製造する電解反応装置及び炭酸ジエステルの製造方法を提供するものである。   The present invention relates to an electrolytic reaction apparatus and a carbonic acid which efficiently produce carbonic acid diesters such as diphenyl carbonate, which are useful as raw materials for electrolytic solutions and polycarbonates, without using toxic substances such as phosgene, so that they can be industrially put into practical use. A method for producing a diester is provided.

1 反応容器(電解セル)
2 第1室
2A 陰極
2B 栓
3 第2室
3B 栓
4 陽極
4A 連通部
5 一酸化炭素供給管
6 ヘリウムガス供給管
7 ガス抜き管
8 ガス抜き管
9 電源
10 反応容器(電解セル)
11 陽極室
11A 陽極
11B 栓
12 陰極室
12A 陰極
12B 栓
13 連通部
14 隔膜
15 ガス供給管
16 ガス供給管
17 ガス抜き管
18 ガス抜き管
19 電源
20 反応容器(電解セル)
20A 容器部
20B 栓
21 陽極
22 陰極
23 電源
24 集電体
25 ガス供給管
26 ガス抜き管
1 reaction vessel (electrolysis cell)
2 1st chamber 2A Cathode 2B plug 3 2nd chamber 3B plug 4 Anode 4A Communication part 5 Carbon monoxide supply pipe 6 Helium gas supply pipe 7 Gas vent pipe 8 Gas vent pipe 9 Power supply 10 Reaction vessel (electrolysis cell)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Anode chamber 11A Anode 11B Plug 12 Cathode chamber 12A Cathode 12B Plug 13 Communication part 14 Diaphragm 15 Gas supply pipe 16 Gas supply pipe 17 Degassing pipe 18 Degassing pipe 19 Power supply 20 Reaction container (electrolysis cell)
20A Container part 20B Plug 21 Anode 22 Cathode 23 Power supply 24 Current collector 25 Gas supply pipe 26 Gas vent pipe

Claims (10)

アルコキシ化合物と一酸化炭素とを白金族元素の存在下に電解反応させて炭酸ジエステルを得るための電解反応装置であって、
反応容器と、該反応容器内に設けられた陽極及び陰極と、該反応容器外に設けられた該陽極及び陰極間に電圧を印加する手段とを有し、
該反応容器が、
陰極を有し、室内で該陰極とアルコキシ化合物を含む反応液とが接触し得る構造を有する第1室と、
一酸化炭素を含むガスを保持し得る構造の第2室とを有し、
該第1室と第2室とが白金族元素を含有する多孔質の陽極により分離されている
ことを特徴とする電解反応装置。
An electrolytic reaction apparatus for electrolytically reacting an alkoxy compound and carbon monoxide in the presence of a platinum group element to obtain a carbonic acid diester,
A reaction vessel, an anode and a cathode provided in the reaction vessel, and means for applying a voltage between the anode and cathode provided outside the reaction vessel,
The reaction vessel is
A first chamber having a cathode and having a structure in which the cathode and a reaction liquid containing an alkoxy compound can come into contact with the chamber;
A second chamber having a structure capable of holding a gas containing carbon monoxide,
The electrolytic reaction apparatus, wherein the first chamber and the second chamber are separated by a porous anode containing a platinum group element.
前記陽極が、1次粒子径が100nm以下の導電性カーボンよりなる担体上に白金族元素を担持させてなる白金族元素担持触媒を含む多孔質電極であることを特徴とする請求項1に記載の電解反応装置。   The anode according to claim 1, wherein the anode is a porous electrode including a platinum group element-supported catalyst in which a platinum group element is supported on a support made of conductive carbon having a primary particle size of 100 nm or less. Electrolytic reaction device. 前記陽極が、BET比表面積が100m/g以上の導電性カーボンよりなる担体上に白金族元素を担持させてなる白金族元素担持触媒を含む多孔質電極であることを特徴とする請求項1又は2に記載の電解反応装置。 2. The porous electrode including a platinum group element-supported catalyst in which a platinum group element is supported on a support made of conductive carbon having a BET specific surface area of 100 m 2 / g or more. Or the electrolytic reaction apparatus of 2. 前記陽極が、導電性カーボンよりなる担体上に白金族元素を担持させてなる白金族元素担持触媒を含む多孔質電極であり、該導電性カーボンがカーボンブラックであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の電解反応装置。   The anode is a porous electrode including a platinum group element-supported catalyst in which a platinum group element is supported on a carrier made of conductive carbon, and the conductive carbon is carbon black. 4. The electrolytic reaction apparatus according to any one of items 3 to 3. 前記陽極が、導電性カーボンよりなる担体上に白金族元素を担持させてなる白金族元素担持触媒と導電性助剤とを混合して成形してなることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の電解反応装置。   5. The anode according to claim 1, wherein the anode is formed by mixing a platinum group element-supported catalyst in which a platinum group element is supported on a carrier made of conductive carbon and a conductive auxiliary agent. The electrolytic reaction apparatus in any one. 該白金族元素がパラジウムであることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の電解反応装置。   6. The electrolytic reaction apparatus according to claim 1, wherein the platinum group element is palladium. 請求項1ないし6のいずれかに記載の電解反応装置の反応容器の第1室にアルコキシ化合物を含む反応液を供給し、第2室に一酸化炭素を含むガスを供給して電解反応により炭酸ジエステルを生成させることを特徴とする炭酸ジエステルの製造方法。   A reaction liquid containing an alkoxy compound is supplied to the first chamber of the reaction vessel of the electrolytic reaction apparatus according to any one of claims 1 to 6, and a gas containing carbon monoxide is supplied to the second chamber to produce carbonic acid by an electrolytic reaction. A process for producing a carbonic acid diester, characterized in that a diester is produced. 前記アルコキシ化合物が、有機ヒドロキシ化合物と塩基性物質を反応液中に含有させることにより該反応液中で生成されたものであることを特徴とする請求項7に記載の炭酸ジエステルの製造方法。   The method for producing a carbonic acid diester according to claim 7, wherein the alkoxy compound is produced in the reaction solution by containing an organic hydroxy compound and a basic substance in the reaction solution. 前記アルコキシ化合物がフェノキシ化合物であり、前記炭酸ジエステルが炭酸ジフェニルであることを特徴とする請求項7又は8に記載の炭酸ジエステルの製造方法。   The method for producing a carbonic acid diester according to claim 7 or 8, wherein the alkoxy compound is a phenoxy compound, and the carbonic acid diester is diphenyl carbonate. 請求項9に記載の方法により製造された炭酸ジフェニルを原料として用いることを特徴とする芳香族ポリカーボネートの製造方法。   The manufacturing method of the aromatic polycarbonate characterized by using the diphenyl carbonate manufactured by the method of Claim 9 as a raw material.
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