JP2012153909A - Method for producing carbonic acid diester - Google Patents

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高志 金丸
Takeshi Matsuo
武士 松尾
Ichiro Yamanaka
一郎 山中
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To produce carbonic acid diester with a sufficient yield and selectivity by an electrolytic reaction which has not been produced with a sufficient yield and selectivity in a conventional electrolytic reaction.SOLUTION: In the method for producing the carbonic acid diester, an alkoxy compound and a carbon monoxide are subjected to an electrolytic reaction by using a carbon electrode containing a platinum group element supporting a catalyst obtained by supporting the platinum group element on a carrier comprising conductive carbon having a primary particle diameter of 100 nm or smaller. Since the conductive carbon is an ultrafine particle having such a primary particle diameter of 100 nm or smaller, a volume resistivity value of the carrier is reduced, and catalyst-electrode performance is improved by the improvement of electrical conducting property.

Description

本発明は、アルコキシ化合物と一酸化炭素とを、白金族元素を含む触媒の存在下で電解反応させることにより炭酸ジエステルを製造する方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a carbonic acid diester by electrolytically reacting an alkoxy compound and carbon monoxide in the presence of a catalyst containing a platinum group element.

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。   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.

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。一方、ポリカーボネート原料として注目されている炭酸ジフェニルは、フェノールから生成するフェノキシアニオンの求核性が低いため、炭酸ジアルキルと同様の反応では製造できず、多くはホスゲン法もしくは炭酸ジアルキルとフェノールとのエステル交換法で製造されている。   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. On the other hand, diphenyl carbonate, which is attracting attention as a polycarbonate raw material, cannot be produced by the same reaction as dialkyl carbonate because of the low nucleophilicity of the phenoxy anion produced from phenol, and many of them are phosgene methods or esters of dialkyl carbonate and phenol. Manufactured by the exchange method.

炭酸ジエステルの合成法のうち、酸化的カルボニル化法は、有機ヒドロキシ化合物と一酸化炭素との反応によるものであり、その例としては、周期律表第IB族、第IIB族又は第VIII族に属する金属を含む触媒の存在下、一酸化炭素及び酸素の混合ガスを液状のメタノールと反応させる方法(特許文献1を参照)や、酸素、一酸化炭素及びアルカノールを金属ハライド触媒の存在下、気相で反応させる方法(特許文献2を参照)、亜硝酸エステルと一酸化炭素とを白金族金属を含む固体触媒の存在下、気相で反応させる方法(特許文献3を参照)等が知られている。   Among the synthesis methods of carbonic acid diesters, the oxidative carbonylation method is based on the reaction of an organic hydroxy compound and carbon monoxide, and examples thereof include those in Group IB, IIB or VIII of the periodic table. A method of reacting a mixed gas of carbon monoxide and oxygen with liquid methanol in the presence of a metal-containing catalyst (see Patent Document 1), oxygen, carbon monoxide and alkanol in the presence of a metal halide catalyst; A method of reacting in a phase (see Patent Document 2), a method of reacting nitrite and carbon monoxide in the gas phase in the presence of a solid catalyst containing a platinum group metal (see Patent Document 3), etc. are known. ing.

一方、合成反応において、物質の酸化を進行させる方法として様々な方法が知られているが、その中の一つとして、被酸化物質の溶液に電極を接触させ、両極間に電圧を印加させることにより起こる電気分解反応(以下これを「電解反応」と称することとする)を利用して物質の酸化を行う方法がある。電解反応では、物質の酸化は電極の陽極で起こり、陰極では還元反応が起こる。このような電解反応では、電気分解を起こりやすくするために、目的とする反応には関与しない支持電解質を溶液に添加することが行われている。反応関与物質自体が電解質の役割をする場合は支持電解質を特に加えない場合もある。   On the other hand, various methods are known for advancing the oxidation of a substance in a synthesis reaction. One of them is to bring an electrode into contact with a solution of a substance to be oxidized and apply a voltage between both electrodes. There is a method of oxidizing a substance using an electrolysis reaction (hereinafter referred to as an “electrolytic reaction”) caused by the above. In the electrolytic reaction, the oxidation of the substance takes place at the anode of the electrode and the reduction reaction takes place at the cathode. In such an electrolytic reaction, in order to easily cause electrolysis, a supporting electrolyte that does not participate in the target reaction is added to the solution. In the case where the reaction-participating substance itself serves as an electrolyte, a supporting electrolyte may not be added.

従来、電解反応の適用例としては、メタノール、エタノールからエーテル、アセタールを生成させる反応(非特許文献1を参照)、無水メタノールからホルムアルデヒドを生成させる反応(非特許文献2を参照)、メタノール、エタノールからギ酸エステルを生成させる反応(非特許文献3を参照)等の反応が知られている。   Conventionally, as an application example of an electrolytic reaction, a reaction for generating ether and acetal from methanol and ethanol (see Non-Patent Document 1), a reaction for generating formaldehyde from anhydrous methanol (see Non-Patent Document 2), methanol and ethanol Reactions such as a reaction (see Non-Patent Document 3) for producing a formic acid ester from the reaction are known.

また、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4を参照)。また、周期表VIIIB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5を参照)。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6を参照)。   There are also some known attempts to produce carbonic acid diesters by electrolytic reaction. For example, a method is disclosed in which dimethyl carbonate and ethylene carbonate are obtained by electrolytic reaction of mono- or dihydric alcohol and carbon monoxide in the presence of an electrolyte containing halogen (excluding fluorine) (Patent Document 4). reference). Also disclosed is a method of obtaining dimethyl carbonate by electrolytic reaction of alcohol and carbon monoxide in the presence of a periodic table VIIIB group catalyst and an electrolyte containing chlorine, bromine or iodine (see Patent Document 5). Furthermore, a method is disclosed in which an alcohol and carbon monoxide are electrolyzed using an anode containing a platinum group element in the presence of a supporting electrolyte to simultaneously produce a carbonate ester and a formate ester (see Patent Document 6). ).

また、プロトン伝導膜を介してアノードとカソードとが形成された隔膜により、反応器内をアノード側とカソード側の2つの反応空間に区画した反応器を用いて、アノード側の反応空間にアルコール及び一酸化炭素を供給し、カソード側の反応空間に酸素を供給し、アノードとカソード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、アノード側で炭酸ジエステルを、カソード側で水を生成させることが開示されている(特許文献7を参照)。   In addition, by 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 through a proton conducting membrane, alcohol and alcohol are introduced into 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. (Refer to Patent Document 7).

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8を参照)。   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. (See Patent Document 8).

しかしながら、上記従来の電解反応では、特定の構造をもつ有機ヒドロキシ化合物しか反応が進行せず、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 above conventional electrolytic reaction, the reaction proceeds only with an organic hydroxy compound having a specific structure, 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 compound. The reaction between the group organic hydroxy compound and carbon monoxide 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、この問題に鑑み、より広範囲の炭酸エステルを電解反応により効率的に製造する方法を提供する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化合物に変換し、さらに反応液中の水分量を5重量%以下とすることで、一酸化炭素との反応が効率よく進行し、従来の電解反応では十分な収率及び選択性をもって製造できなかった炭酸ジエステルを、電解反応で効率的に製造することができることを見出し、本出願人より先に特許出願をした(特許文献9。以下「先願」という。)。   In view of this problem, the present inventors have intensively studied to provide a method for efficiently producing a wider range of carbonic acid esters by electrolytic reaction. As a result, the organic hydroxy compounds are converted into alkoxy compounds, and further in the reaction solution. By making the water content of 5% by weight or less, the reaction with carbon monoxide proceeds efficiently, and a carbonic diester that could not be produced with sufficient yield and selectivity by the conventional electrolytic reaction was efficiently produced by the electrolytic reaction. The patent application was filed prior to the present applicant (Patent Document 9, hereinafter referred to as “prior application”).

特許第1,492,757号Patent No. 1,492,757 特表昭63−503460号Special Table Sho 63-503460 特許第2,850,859号Patent No. 2,850,859 米国特許第4,131,521号U.S. Pat. No. 4,131,521 米国特許第4,310,393号U.S. Pat. No. 4,310,393 特開平6−173057号JP-A-6-173057 特開平6−73582号JP-A-6-73582 WO2003/004728号WO2003 / 004728 特願2009−028581号Japanese Patent Application No. 2009-028581

J.Electroanal.Chem,31(1971)265-267J.Electroanal.Chem, 31 (1971) 265-267 J.Electrochem Soc.,123(1976)818-823J. Electrochem Soc., 123 (1976) 818-823 J.Electrochem Soc.,124(1977)1177-1184J. Electrochem Soc., 124 (1977) 1177-1184

本発明は、上記先願の方法を更に改良し、従来の電解反応では十分な収率及び選択性をもって製造できなかった炭酸ジエステルを、電解反応により十分な収率及び選択率でより一層効率的に製造する方法を提供することを課題とする。   The present invention further improves the method of the prior application, and makes it possible to more efficiently produce a carbonic acid diester that could not be produced with sufficient yield and selectivity by the conventional electrolytic reaction with sufficient yield and selectivity by the electrolytic reaction. It is an object of the present invention to provide a manufacturing method.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、電解反応を行うための電解反応装置に特定構造の陽極を使用することで、さらに効率よく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。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that a carbonic acid diester can be produced more efficiently by using an anode having a specific structure in an electrolytic reaction apparatus for performing an electrolytic reaction. The present invention has been completed.

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電解反応させて炭酸ジエステルを製造する方法において、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炭素電極を用いることを特徴とする炭酸ジエステルの製造方法。 (1) A platinum group element in which a platinum group element is supported on a carrier made of conductive carbon having a primary particle size of 100 nm or less in a method for producing a carbonic acid diester by electrolytic reaction of an alkoxy compound and carbon monoxide. A method for producing a carbonic acid diester, comprising using a carbon electrode containing a supported catalyst.

(2) 該アルコキシ化合物がフェノキシ化合物であり、該炭酸ジエステルが炭酸ジフェニルである(1)に記載の炭酸ジエステルの製造方法。 (2) The method for producing a carbonic acid diester according to (1), wherein the alkoxy compound is a phenoxy compound and the carbonic acid diester is diphenyl carbonate.

(3) 該導電性カーボンのBET比表面積が100m/g以上であることを特徴とする(1)又は(2)に記載の炭酸ジエステルの製造方法。 (3) The method for producing a carbonic acid diester according to (1) or (2), wherein the conductive carbon has a BET specific surface area of 100 m 2 / g or more.

(4) 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炭酸ジエステルの製造方法。 (4) The method for producing a carbonic acid diester according to any one of (1) to (3), wherein the conductive carbon is carbon black.

(5) 該炭素電極が、白金族元素担持触媒を導電性助剤と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炭酸ジエステルの製造方法。 (5) The method for producing a carbonic acid diester according to any one of (1) to (4), wherein the carbon electrode is formed by mixing a platinum group element-supported catalyst with a conductive auxiliary agent.

(6) 該導電性助剤が、粉体抵抗率0.5Ω・cm以下の導電性カーボンであることを特徴とする(5)に記載の炭酸ジエステルの製造方法。 (6) The method for producing a carbonic acid diester according to (5), wherein the conductive auxiliary agent is conductive carbon having a powder resistivity of 0.5 Ω · cm or less.

(7) 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(6)のいずれかに記載の炭酸ジエステルの製造方法。 (7) The method for producing a carbonic acid diester according to any one of (1) to (6), wherein the platinum group element is palladium.

(8) 該白金族元素担持触媒が、導電性カーボンよりなる担体上に白金族元素の金属単体を担持させたものであることを特徴とする(1)ないし(7)のいずれかに記載の炭酸ジエステルの製造方法。 (8) The catalyst according to any one of (1) to (7), wherein the platinum group element-supported catalyst is obtained by supporting a single metal of a platinum group element on a carrier made of conductive carbon. A method for producing a carbonic acid diester.

本発明によれば、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幅広い分野において有用な炭酸ジエステルを、より広範囲に、即ち、従来の電解反応では製造することができなかった炭酸ジエステルも含め、広範囲の炭酸ジエステルを、電解反応により、ホスゲン等の有害物質を使用することなく、工業的に実用化し得る程度の収率及び選択率で効率良く製造することができる。   According to the present invention, carbonic acid diesters useful in a wide range of fields such as solvents such as electrolytes, synthetic raw materials such as alkylating agents and carbonylating agents, gasoline and diesel fuel additives, polycarbonate and polyurethane raw materials, etc. In other words, a wide range of carbonic acid diesters, including carbonic acid diesters that could not be produced by conventional electrolytic reactions, can be industrially put into practical use by electrolytic reactions without using harmful substances such as phosgene. It can be produced efficiently with yield and selectivity.

本発明の実施に好適な電解反応装置の一例を示す構成図である。It is a block diagram which shows an example of the electrolytic reaction apparatus suitable for implementation of this invention. 本発明の実施に好適な電解反応装置の他の例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the other example of the electrolytic reaction apparatus suitable for implementation of this invention.

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.

本発明の炭酸ジエステルの製造方法は、アルコキシ化合物と一酸化炭素とを、特定の炭素電極を用いて電解反応させることにより炭酸ジエステルを製造する方法であり、下記式(1)で表されるアルコキシ化合物と一酸化炭素(CO)との反応で、下記反応式(2)に従って、炭酸ジエステルが製造される。   The method for producing a carbonic acid diester of the present invention is a method for producing a carbonic acid diester by subjecting an alkoxy compound and carbon monoxide to an electrolytic reaction using a specific carbon electrode, and an alkoxy represented by the following formula (1): A carbonic acid diester is produced by the reaction of the compound and carbon monoxide (CO) 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 ).

[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、及びこれらの誘導体(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 or substituted aryl groups such as tilphenyl, naphthyl, and anthracenyl groups, and derivatives thereof (hydrogen atoms are substituted with alkyl groups, aryl groups, halogen atoms, nitro groups, sulfonic acid groups, sulfone groups, amino groups, 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。また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(3)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 in the reaction is produced by reacting an organic hydroxy compound (that is, an organic hydroxy compound represented by the following formula (3)) 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 (3)
(Rは、式(1)におけると同義である。)
R-OH (3)
(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.

[白金族元素担持触媒]
本発明の電解反応で使用する白金族元素担持触媒の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。
[Platinum group element supported catalyst]
Examples of the platinum group element of the platinum group element-supported catalyst used in the electrolytic reaction of the present invention include ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, platinum and the like, and these may be used alone or in combination. You may use the above together. Of these, palladium is preferred because the desired reaction proceeds efficiently.

本発明においては、これらの白金族元素を、導電性カーボンよりなる担体に担持させて用いる。この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。   In the present invention, these platinum group elements are used by being supported on a carrier made of conductive carbon. As the conductive carbon, conductive carbon fine particles having a primary particle diameter of 100 nm or less, preferably 50 nm or less, or an aggregate thereof is used.

ここでいう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などアスペクト比が大きい場合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。   The term “primary particle diameter” as used herein refers to 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 a columnar shape such as a columnar shape, the short side length should be used as the particle size, and the number of particles used to determine the average value is particularly limited However, 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 10,000 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奏される本発明の効果の作用機構の詳細は明らかではないが、このような極微細粒子であれば、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によるものと考えられる。   Although the details of the working mechanism of the effect of the present invention produced by using conductive carbon in the form of ultrafine particles having a primary particle diameter of 100 nm or less as a carrier are not clear, such ultrafine particles may be used. For example, it is considered that the volume resistivity value of the support is lowered and the electrical conductivity is improved, whereby the catalyst and electrode performance is improved, thereby increasing the reaction efficiency.

本発明では、1次粒子径が100nm以下の導電性カーボンのうち、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担体として使用するのが、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。 In the present invention, among conductive carbons having a primary particle size of 100 nm or less, conductive carbon having a large specific surface area having a BET specific surface area of 100 m 2 / g or more, particularly 200 m 2 / g or more is used as a carrier. In view of increasing the reaction point per unit weight of the catalyst.

ここで導電性カーボンのBET比表面積は、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 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.

本発明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1次粒子径は10nm以上、BET比表面積は10000m/g以下である。 The lower limit of the primary particle diameter and the upper limit of the BET specific surface area of the conductive carbon used in the present invention are not particularly limited, but the primary particle diameter is usually 10 nm or more due to limitations on the manufacturing method and mechanical strength. 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、好ましく使用できるカーボン素材としては、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。   The carbon material of the conductive carbon is not particularly limited, but preferably usable carbon materials include carbon black, graphite, fullerene, carbon nanotubes, graphene, activated carbon fibers, and the like. 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.

白金族元素担持触媒は、上述のような導電性カーボンよりなる担体上に、白金族金属(白金族元素の金属単体。合金を含む。)あるいは白金族金属を含む化合物を担持してなるものであるが、電解反応効率の点では、白金族元素を金属単体として担持したものが好ましい。   A platinum group element-supported catalyst is formed by supporting a platinum group metal (platinum group metal simple substance, including an alloy) or a compound containing a platinum group metal on a carrier made of conductive carbon as described above. However, in terms of electrolytic reaction efficiency, a material in which a platinum group element is supported as a simple metal is preferable.

このような白金族元素担持触媒の製造法に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100〜500℃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 method for producing such a platinum group element-supported catalyst is not particularly limited, but a method in which a predetermined amount of an aqueous solution in which a salt of a platinum group element is dissolved is dropped into water in which conductive carbon is dispersed and evaporated to dryness. Is mentioned. This is further heated to about 100 to 500 ° C. under a hydrogen stream to reduce platinum group element salts on the carrier, and a platinum group element-supported catalyst in which the platinum group metal is supported on conductive carbon as a simple substance. Can be obtained.

[炭素電極]
本発明で用いる炭素電極は、上述の白金族元素担持触媒を含むものである。
この炭素電極は、例えば、上述の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製造することができる。あるいは、上述の白金族元素担持触媒を、上記バインダーおよび白金族元素を担持していない導電性助剤と混練して成形することにより製造することができる。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・m以下の導電性カーボンを使用するのが好ましい。導電性カーボン等の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。導電性カーボン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。
ここで、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)。
[Carbon electrode]
The carbon electrode used in the present invention includes the above platinum group element-supported catalyst.
This carbon electrode can be manufactured, for example, by adding a binder such as polytetrafluoroethylene (PTFE) to the above platinum group element-supported catalyst. Or it can manufacture by knead | mixing and shape | molding the above-mentioned platinum group element carrying | support catalyst with the said conductive additive which does not carry | support the binder and platinum group element. 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 conductive carbon having a body resistivity of 0.5 Ω · cm or less, preferably 0.25 Ω · m or less. By using a conductive auxiliary agent such as conductive carbon in combination, the effect that the internal resistance of the electrode is suppressed is exhibited, but when the powder resistivity of the conductive auxiliary agent used exceeds 0.5 Ω · cm, The resistance in the electrode increases and the current efficiency decreases. Although there is no restriction | limiting in particular in the minimum of the powder resistivity of electroconductive carbon, Usually, it is about 0.01 ohm * cm.
Here, the powder resistivity is generated between the two inner probes by placing four needle-shaped electrodes (four probe probes) on a straight line on the sample and passing a constant current between the two outer probes. It can be obtained by measuring the potential difference (four probe method).

このような炭素電極中の白金族元素担持触媒量が少ないと反応速度が低下し、多すぎると電極から脱離して不活性化するので経済的でない。従って、炭素電極中の白金族元素担持触媒量は、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、電極に含まれる有効成分(白金族元素換算)の担持量として0.1〜20μmol/cmが好ましく、1〜15μmol/cmがさらに好ましい。 If the amount of the platinum group element-supported catalyst in such a carbon electrode is small, the reaction rate decreases, and if it is too large, it is detached from the electrode and inactivated, which is not economical. Therefore, the amount of platinum group element-supported catalyst in the carbon electrode can be appropriately selected according to the reaction system using the carbon electrode. For example, the amount of the active ingredient contained in the electrode (in terms of platinum group element) is 0. 1-20 micromol / cm < 2 > is preferable and 1-15 micromol / cm < 2 > is still more preferable.

従って、炭素電極の成形に当たり、バインダーや導電性助剤は、得られる炭素電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する。   Accordingly, in forming the carbon electrode, the binder and the conductive auxiliary agent are appropriately adjusted so that the supported amount of the platinum group element per electrode area of the carbon electrode is within the above range, and the platinum group element supported catalyst. Mix with.

[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、本発明の電解反応系では、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 the electrolytic reaction system of the present invention, the above-described alkoxy compound or a basic substance added to produce the alkoxy compound may function as an electrolyte, and there is no need 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。
[solvent]
In the electrolytic reaction of the present invention, a solvent may or may not be used.

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。   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.

本発明の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 of the present invention by adding a basic substance to a reaction solution containing an organic hydroxy compound as a raw material, dissolve the organic hydroxy compound in the solvent. Can be used. 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]
本発明の電解反応は、反応液中の水分により反応が阻害されるので、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。
[amount of water]
Since the reaction of the electrolytic reaction of the present invention is inhibited by the moisture in the reaction solution, the amount of moisture in the reaction solution is preferably 5% by weight or less by using a raw material or a solvent having a low water content. Preferably it is 1 weight% or less, More preferably, it is 1000 weight ppm or less, Most preferably, it is 800 weight 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.

本発明において反応液中の水分量とは、陽極と同一の反応区画における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水分量を示し、連続式で実施する場合は供給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、陽極と同一の反応区画の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。   In the present invention, the amount of water in the reaction solution indicates the amount of water contained in the reaction solution in the same reaction zone as the anode. Specifically, when the electrolytic reaction is carried out batchwise, the amount of water before the start of the reaction is indicated, and when the electrolytic reaction is carried out continuously, the amount of water in the supply liquid is indicated. Examples of the method for measuring the amount of water in the reaction solution include a method of sampling the reaction solution in the same reaction zone as the anode 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の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 carbon monoxide concentration in the reaction solution by circulating carbon monoxide in the reaction solution prior to the reaction.

[一酸化炭素]
アルコキシ化合物と反応させる一酸化炭素は、アルコキシ化合物を含む反応液中に、反応系の規模に応じた供給量で通気すれば良い。一酸化炭素は電解反応中に反応液に供給することもできるが、一般的には通気を開始してから一定濃度(=飽和濃度)に達するまでに時間を要することから、電解反応に先立ち、即ち、電解反応のための通電に先立ち、反応液中に十分量の一酸化炭素を流通させて溶解させた後、電解反応を開始する。
[Carbon monoxide]
Carbon monoxide to be reacted with the alkoxy compound may be passed through the reaction solution containing the alkoxy compound with a supply amount corresponding to the scale of the reaction system. Carbon monoxide can be supplied to the reaction solution during the electrolytic reaction, but generally, it takes time to reach a certain concentration (= saturated concentration) after starting aeration. That is, prior to energization for the electrolytic reaction, a sufficient amount of carbon monoxide is circulated and dissolved in the reaction solution, and then the electrolytic reaction is started.

[反応条件]
<反応温度>
本発明の電解反応の反応温度は、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]
<Reaction temperature>
The reaction temperature of the electrolytic reaction of the present invention can be freely set within a range where 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>
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CO分圧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。
<Reaction pressure>
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 CO partial pressure decreases and the reaction rate decreases, which is not preferable, and if it exceeds 15 atm, the equipment cost becomes expensive.

<電位・電流>
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0.01〜5V(vs.Ag/AgCl)、さらに好ましくは0.1〜2V(vs.Ag/AgCl)である。
<Potential / current>
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 to 5 V (vs. Ag / AgCl), more preferably 0.1 to 2 V (vs. Ag / AgCl).

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.

<反応時間>
電解反応時間は、適宜選択されるが、回分式の場合、例えば0.5〜24時間程度である。
<Reaction time>
The electrolytic reaction time is appropriately selected. In the case of a batch system, for example, it is about 0.5 to 24 hours.

<反応方式>
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。反応器は単一の反応器で構成する必要はなく、複数の反応器を直列、あるいは並列に接続して構成しても良い。複数の反応器で構成する場合、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器の供給ラインに循環しても良い。
<Reaction method>
The electrolytic reaction of the present invention may be carried out batchwise, but is preferably carried out continuously. The reactor does not need to be configured by a single reactor, and may be configured by connecting a plurality of reactors in series or in parallel. When configured with multiple reactors, raw materials such as unreacted organic hydroxy compounds, alkoxy compounds, basic substances, carbon monoxide, etc. contained in the reaction products from the recovery line are supplied to the same or different reactor supply lines. It may circulate.

[反応装置]
本発明の電解反応は、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る。そこで、用いる装置としては、図1に示す如く、陽極と陰極をイオンを透過する隔膜、例えば、ガラスフィルター、アニオン交換膜等の隔膜で仕切り、陽極室と陰極室に分割したものを用いることもできるが、それが必須の条件ではなく、図2に示す如く、単一の反応区画に陽極と陰極をおくこともできる。一般には単一の反応区画の反応器の方が構造が単純となり、設備コスト上は有利となる。
[Reactor]
In the electrolytic reaction of the present invention, an oxidation reaction of an alkoxy compound and carbon monoxide proceeds on the anode side to produce a carbonic acid diester, and hydrogen ions are reduced on the cathode side. Therefore, as shown in FIG. 1, the apparatus used may be one in which the anode and the cathode are separated by an ion permeable membrane, for example, a glass filter, an anion exchange membrane, etc., and divided into an anode chamber and a cathode chamber. However, this is not an essential requirement, and it is possible to place the anode and cathode in a single reaction compartment as shown in FIG. In general, a reactor having a single reaction section has a simpler structure and is advantageous in terms of equipment cost.

陰極材としては、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。
陽極材としては、前述の炭素電極が用いられる。
The cathode material is not limited in shape and material as long as it can be used for a normal electrolytic reaction, but a cathode material having a low hydrogen overvoltage is preferable. Specifically, carbon, platinum, cadmium, lead, gold, an alloy containing them, or the like can be used.
As the anode material, the aforementioned carbon electrode is used.

図1,2は、本発明の炭酸ジエステルの製造方法の実施に好適な電解反応装置の一例を示す模式的な構成図である。   1 and 2 are schematic configuration diagrams showing an example of an electrolytic reaction apparatus suitable for carrying out the method for producing a carbonic acid diester of the present invention.

図1において、10は反応器(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として前述の炭素電極が設けられ、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はガスサンプリング管である。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. 1, reference numeral 10 denotes a reactor (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. The above-described carbon electrode is provided as the anode 11A at the bottom of the anode chamber 11, the cathode 12A is provided in the cathode chamber 12, and these anode 11A and cathode 12A are connected to a power source 19. 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 numeral 17 denotes a gas sampling pipe. Reference numeral 18 denotes a gas vent pipe that also serves as a gas sampling pipe.

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。
なお、反応に先立ち、ガス供給管15,16からHe等の不活性気体を流通させることにより、反応液の水分量を低減することができる。
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.
Prior to the reaction, the water content of the reaction solution can be reduced by circulating an inert gas such as He from the gas supply pipes 15 and 16.

図2において、20は反応器(電解セル)であり、有底円筒形の容器部20Aと容器部20A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. 2, 20 is a reactor (electrolysis cell) having a bottomed cylindrical container 20A and a stopper 20B for covering the upper opening of the container 20A. 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。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。
なお、反応に先立ち、ガス供給管25からHe等の不活性気体を流通させることにより、反応液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 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. At the same time, carbon dioxide may be generated by the oxidation of carbon monoxide. On the other hand, in the vicinity of the cathode chamber 22, hydrogen ions are reduced to generate hydrogen gas.
Prior to the reaction, the amount of water in the reaction solution can be reduced by flowing an inert gas such as He from the gas supply pipe 25.

なお、この図1,2の電解反応装置は、本発明に適用し得る電解反応装置の一例を示すものであって、何ら本発明の実施態様を限定するものではない。   1 and 2 show an example of an electrolytic reaction apparatus that can be applied to the present invention, and do not limit the embodiment of the present invention.

[炭酸ジエステルの回収]
本発明の電解反応により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 a conventional method known per se. Examples of the recovery method include a method by distillation, extraction, or crystallization.

[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。その他、本発明の電解反応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。
[Usage]
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. In addition, the carbonic acid diester produced by the electrolytic reaction of the present invention is widely used as a solvent such as an electrolytic solution, a synthetic raw material such as an alkylating agent and a carbonylating agent, an additive for gasoline and diesel fuel, a raw material for polyurethane, etc. Useful for.

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、表1に示す1次粒子径及びBET比表面積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金属規準で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(0)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, 80 mL of ion exchange water and a conductive carbon carrier, carbon black having a primary particle diameter and a BET specific surface area shown in Table 1 (manufactured by Ketjen Black International Co., Ltd., “ 650 mg of carbon ECP ”(hereinafter abbreviated as“ ECP ”) 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 wt% palladium chloride (PdCl 2 ) based on the Pd metal standard. 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 platinum group element-supported catalyst in the form of a black powder supported on the catalyst 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)炭素電極(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5cm(幾何学的面積)、厚さ約1.6mmの炭素電極(陽極)を作製した。この炭素電極の電極面積当たりのPd担持量は6μmol/cmである。
(2) Production of Carbon Electrode (Anode) Polytetrafluoroethylene powder (F-104, manufactured by Daikin Co., Ltd.) as a binder to 155 mg (Pd content 30 μmol) of the platinum group element-supported catalyst obtained in (1) above. 40 mg) was added and kneaded in an agate mortar. It was rolled on a hot plate at 120 ° C. and formed into a round sheet shape to produce a carbon electrode (anode) having an electrode area of 5 cm 2 (geometric area) and a thickness of about 1.6 mm. The amount of Pd supported per electrode area of this carbon electrode is 6 μmol / cm 2 .

(3)電解反応
上記方法により作製した炭素電極を陽極21として用い、図2に示した電解反応装置を用いて定電流電解を行った。
陰極22としては白金ワイヤーを使用した。
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、フェノキシド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。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。
電解セル20の気相部分にヘリウム(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溶存する酸素、及び水分を除去し、さらに一酸化炭素(日本酸素社製、純度99.95%)を900mL/Hrで60分間流通させた後、電流密度を0.2mA/cmとして10時間、定電流電解を行った。
(3) Electrolytic Reaction The carbon electrode produced by the above method was used as the anode 21 and constant current electrolysis was performed using the electrolytic reaction apparatus shown in FIG.
A platinum wire was used as the cathode 22.
In the reaction solution, 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 sodium phenoxide (Alfa Aeser as a phenoxide compound) 0.5 mmol) and lithium chloride (Wako Pure Chemical Industries, special grade) 0.78 mmol were added as a supporting electrolyte. 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.
By dissolving helium (Japan Helium Center Co., Ltd., purity: 99.9995%) at 900 mL / Hr for 10 minutes in the gas phase portion of the electrolysis cell 20, dissolved oxygen and moisture are removed, and carbon monoxide (Japan Oxygen) Made by the company, purity 99.95%) was circulated at 900 mL / Hr for 60 minutes, and then the constant current electrolysis was carried out at a current density of 0.2 mA / cm 2 for 10 hours.

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 was sampled in a timely manner, followed by gas chromatography (detector: FID, column GC-2010 manufactured by Shimadzu Corporation, ZB-1 capillary column, φ0.25 mm × 30 m, analysis conditions: injection temperature 220 ° C., column temperature 190 ° C. (The detector temperature was 250 ° C.) (phenanthrene (manufactured by Wako Pure Chemicals, special grade) was added as 0.004% as an internal standard substance at the time of analysis).

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、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. Carbon dioxide in the sampling gas was analyzed by gas chromatography (detector: TCD, GC-8A, Shimadzu Corp., PorapakQ packed column, 70 ° C. In the constant temperature analysis, hydrogen was analyzed by gas chromatography (detector: TCD, GC-8A manufactured by Shimadzu Corporation, activated carbon column (4 mm × 2 m), constant temperature analysis at 120 ° C.).

その結果、炭酸ジフェニル(DPC)は1時間当たり約23μmolの割合でほぼ直線的に生成量が増加して、反応開始後5時間の時点での生成量は114.7μmolに達していることが分かった。DPC生成の電流効率はほぼ100%で、サンプリングガス中からはやはり電流効率100%に相当する量の水素が検出された。5時間反応した時点の触媒のTON(turnover number)は3.8mol−DPC/mol−Pd、10時間後のTONは7.2mol−DPC/mol−Pdであった。
結果の概要は表1に示した。
As a result, it was found that the amount of diphenyl carbonate (DPC) increased almost linearly at a rate of about 23 μmol per hour, and the amount generated at 5 hours after the start of the reaction reached 114.7 μmol. It was. The current efficiency of DPC generation was almost 100%, and an amount of hydrogen corresponding to a current efficiency of 100% was detected from the sampling gas. The TON (turnover number) of the catalyst when reacted for 5 hours was 3.8 mol-DPC / mol-Pd, and TON after 10 hours was 7.2 mol-DPC / mol-Pd.
A summary of the results is shown in Table 1.

[実施例2]
(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100mLと導電性カーボン担体として、表1に示す1次粒子径及びBET比表面積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ECP600JD」、以下「ECP600JD」と略称する)0.5mg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20mL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金属規準で10.6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)処理することにより、担持されたPd2+が水素還元によりPd(0)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10.6重量%である。
[Example 2]
(1) Preparation of platinum group element-supported catalyst In a 200 mL beaker, carbon black having a primary particle size and a BET specific surface area shown in Table 1 as a conductive carbon carrier (100 mL, manufactured by Ketjen Black International Co., Ltd., “ Carbon ECP600JD ”(hereinafter abbreviated as“ ECP600JD ”) (0.5 mg) was added, and 20 mL of a 0.03 mo1 / L aqueous solution of palladium chloride (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 10.6 wt% palladium chloride (PdCl 2 ) based on the Pd metal standard. 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 10.6% by weight with respect to the conductive carbon.

(2)炭素電極(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30mg(Pd含有量30μmol)に、導電性助剤として、Pdが担持されていないECP600JD(粉体抵抗率は表1に示す通り)を125mg、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成形して電極面積5cm(幾何学的面積)の炭素電極(陽極)を作製した。この炭素電極の電極面積当たりのPd担持量は6μmol/cmである。
(2) Production of carbon electrode (anode) ECP600JD in which Pd is not supported as a conductive auxiliary agent on 30 mg (Pd content 30 μmol) of the platinum group element-supported catalyst obtained in (1) above. The powder resistivity was as shown in Table 1) and 125 mg of polytetrafluoroethylene powder (F-104, manufactured by Daikin) was added as a binder and kneaded in an agate mortar. It was molded on a hot plate at 120 ° C. to prepare a carbon electrode (anode) having an electrode area of 5 cm 2 (geometric area). The amount of Pd supported per electrode area of this carbon electrode is 6 μmol / cm 2 .

(3)電解反応
陽極として、上記方法で作製した炭素電極を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で10時間、定電流電解を行った。
その結果、DPCは1時間当たり約19μmolの割合でほぼ直線的に生成量が増加して、反応開始後6時間の時点での生成量は110.8μmolに達していることが分かった。DPC生成の電流効率は99.0%で、サンプリングガス中からは電流効率100%に相当する量の水素が検出された。反応時間6時間での触媒のTONは3.7mol−DPC/mol−Pdであり、さらに4時間反応させることにより(全反応時間10時間)、触媒のTONは7.5mol−DPC/mol−Pdまで上昇した。
(3) Electrolytic reaction Constant current electrolysis was performed for 10 hours in the same manner as in Example 1 except that the carbon electrode produced by the above method was used as the anode.
As a result, it was found that the amount of DPC produced increased almost linearly at a rate of about 19 μmol per hour, and the amount produced at 6 hours after the start of the reaction reached 110.8 μmol. The current efficiency of DPC generation was 99.0%, and an amount of hydrogen corresponding to a current efficiency of 100% was detected in the sampling gas. The TON of the catalyst at a reaction time of 6 hours is 3.7 mol-DPC / mol-Pd, and the TON of the catalyst is 7.5 mol-DPC / mol-Pd by further reacting for 4 hours (total reaction time 10 hours). Rose to.

[実施例3]
白金族元素担持触媒の担体と炭素電極の導電性助剤をともにECPとしたこと以外は、実施例2と同様の方法で10時間、定電流電解を行った。
その結果、DPCはほぼ直線的に生成量が増加して、反応開始後6時間の時点でのDPC生成量は93.4μmol、電流効率は83.5%、触媒のTONは3.1mol−DPC/mol−Pdであった。
さらに4時間反応させることにより(全反応時間10時間)、触媒のTONは5.9mol−DPC/mol−Pdまで上昇した。
[Example 3]
Constant current electrolysis was carried out for 10 hours in the same manner as in Example 2 except that both the support of the platinum group element-supported catalyst and the conductive auxiliary of the carbon electrode were ECP.
As a result, the production amount of DPC increased almost linearly, the production amount of DPC at 6 hours after the start of the reaction was 93.4 μmol, the current efficiency was 83.5%, and the TON of the catalyst was 3.1 mol-DPC. / Mol-Pd.
By further reacting for 4 hours (total reaction time 10 hours), the TON of the catalyst increased to 5.9 mol-DPC / mol-Pd.

[実施例4]
白金族元素担持触媒の担体をECP600JDとし、炭素電極の導電性助剤を、平均繊維径150nm、繊維長さ10〜20μmの気相成長カーボンファイバー(昭和電工社製、通常品、以下「VGCF」と略称する)(粉体抵抗率は表1に示す通り)とした以外は、実施例2と同様の方法で7時間、定電流電解を行った。
DPC生成量はわずかながら時間とともに低下し、反応開始から6時間の時点で62.9μmol生成した。電流効率は56.2%、触媒のTONは2.1mol−DPC/mol−Pdであった。
[Example 4]
The carrier for the platinum group element-supported catalyst is ECP600JD, and the carbon electrode conductive assistant is a vapor-grown carbon fiber having an average fiber diameter of 150 nm and a fiber length of 10 to 20 μm (manufactured by Showa Denko KK, normal product, hereinafter “VGCF”) Constant current electrolysis was carried out for 7 hours in the same manner as in Example 2, except that the powder resistivity was as shown in Table 1.
The amount of DPC produced slightly decreased with time, and 62.9 μmol was produced at 6 hours from the start of the reaction. The current efficiency was 56.2%, and the TON of the catalyst was 2.1 mol-DPC / mol-Pd.

[実施例5]
白金族元素担持触媒の担体をECPとし、炭素電極の導電性助剤をVGCFとした以外は、実施例2と同様の方法で7時間、定電流電解を行った。
DPC生成量は時間とともに低下し、6時間の時点で52.0μmol、電流効率は46.4%、触媒のTONは1.7mol−DPC/mol−Pdであった。
[Example 5]
Constant current electrolysis was carried out for 7 hours in the same manner as in Example 2 except that the support of the platinum group element-supported catalyst was ECP and the conductive auxiliary of the carbon electrode was VGCF.
The amount of DPC produced decreased with time. At 6 hours, the amount was 52.0 μmol, the current efficiency was 46.4%, and the TON of the catalyst was 1.7 mol-DPC / mol-Pd.

[実施例6]
白金族元素担持触媒の担体を、表1に示す1次粒子径及びBET比表面積のカーボンブラックXC−72(Cabot社製「VULCAN XC−72」、以後「XC72」と略称する)とし、導電性助剤をVGCFとした以外は、実施例2と同様の方法で6時間、定電流電解を行った。
DPC生成量は時間とともに低下し、6時間の時点で34.3μmol、電流効率は30.6%、触媒のTONは1.1mol−DPC/mol−Pdであった。
[Example 6]
The support of the platinum group element-supported catalyst is carbon black XC-72 (“VULCAN XC-72” manufactured by Cabot, hereinafter abbreviated as “XC72”) having a primary particle diameter and a BET specific surface area shown in Table 1, and is electrically conductive. Constant current electrolysis was carried out for 6 hours in the same manner as in Example 2 except that the auxiliary agent was VGCF.
The amount of DPC produced decreased with time. At 6 hours, 34.3 μmol, the current efficiency was 30.6%, and the TON of the catalyst was 1.1 mol-DPC / mol-Pd.

[比較例1]
白金族元素担持触媒の担体を、表1に示す1次粒子径及びBET比表面積の活性炭(和光純薬社製、特級、以後「AC」と略称する)とし、導電性助剤をVGCFとした以外は、実施例2と同様の方法で6時間、定電流電解を行った。
DPC生成量はほぼ直線的に増加したが生成量は少なく、6時間の時点で17.7μmol、電流効率は15.8%、触媒のTONは0.6mol−DPC/mol−Pdであった。
[Comparative Example 1]
The support of the platinum group element-supported catalyst was activated carbon (made by Wako Pure Chemical Industries, special grade, hereinafter abbreviated as “AC”) having the primary particle size and BET specific surface area shown in Table 1, and the conductive auxiliary agent was VGCF. Except for the above, constant current electrolysis was performed in the same manner as in Example 2 for 6 hours.
The amount of DPC produced increased almost linearly, but the amount produced was small. At 6 hours, 17.7 μmol, the current efficiency was 15.8%, and the TON of the catalyst was 0.6 mol-DPC / mol-Pd.

[比較例2]
白金族元素担持触媒の担体をVGCF、導電性助剤をVGCFとした以外は実施例2と同様の方法で6時間、定電流電解を行ったが、DPCは生成しなかった。
[Comparative Example 2]
Constant current electrolysis was carried out for 6 hours in the same manner as in Example 2 except that the carrier of the platinum group element supported catalyst was VGCF and the conductive auxiliary was VGCF, but DPC was not generated.

[比較例3]
カーボンブラックの粉末(ECP)155mgにPdを担持せずに、Pdを金属単体(Pdブラック)として30μmol混合したものに、バインダーとしてポリテトラフルオロエチレン粉末を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成形して電極面積5cm(幾何学的面積)の炭素電極を作製した。この電極面積あたりのPd担持量は6μmol/cmである。
陽極としてこの炭素電極を使用した以外は、実施例1と同様の方法で6時間、定電流電解を行ったが、DPCは生成しなかった。
[Comparative Example 3]
Pd was not supported on 155 mg of carbon black powder (ECP), and 30 μmol of Pd as a simple metal (Pd black) was mixed with 40 mg of polytetrafluoroethylene powder as a binder and kneaded in an agate mortar. It was molded on a hot plate at 120 ° C. to produce a carbon electrode having an electrode area of 5 cm 2 (geometric area). The amount of Pd supported per electrode area is 6 μmol / cm 2 .
Constant current electrolysis was performed for 6 hours in the same manner as in Example 1 except that this carbon electrode was used as the anode, but no DPC was produced.

Figure 2012153909
Figure 2012153909

表1より、本発明によれば、1次粒子径が100nm以下の導電性カーボン担体、特に1次粒子径が100nm以下でBET比表面積が100m/g以上の導電性カーボン担体に白金族元素を担持させた触媒を含む炭素電極を用いることにより、電解反応により炭酸ジフェニル等の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。 From Table 1, according to the present invention, a platinum group element is added to a conductive carbon support having a primary particle diameter of 100 nm or less, particularly a conductive carbon support having a primary particle diameter of 100 nm or less and a BET specific surface area of 100 m 2 / g or more. It can be seen that by using a carbon electrode containing a catalyst on which carbon is supported, a diester carbonate such as diphenyl carbonate can be efficiently produced by an electrolytic reaction.

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エステルを、工業的に実用化し得る程度に効率よく、かつホスゲン等の毒性物質を使用することなく製造する方法を提供するものである。   The present invention provides a method for producing a carbonic acid diester useful as a raw material for an electrolytic solution and polycarbonate, etc. as efficiently as it can be put into practical use without using a toxic substance such as phosgene.

10,20 反応器(電解セル)
11 陽極室
11A,21 陽極
12 陰極室
12A,22 陰極
14 隔膜
15,16,25 ガス供給管
18,23 電源
10,20 reactor (electrolysis cell)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Anode chamber 11A, 21 Anode 12 Cathode chamber 12A, 22 Cathode 14 Diaphragm 15, 16, 25 Gas supply pipe 18, 23 Power supply

Claims (8)

アルコキシ化合物と一酸化炭素とを電解反応させて炭酸ジエステルを製造する方法において、
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炭素電極を用いることを特徴とする炭酸ジエステルの製造方法。
In the method of producing a carbonic acid diester by electrolytic reaction of an alkoxy compound and carbon monoxide,
A method for producing a carbonic acid diester, comprising using a carbon electrode containing a platinum group element-supported catalyst in which a platinum group element is supported on a carrier made of conductive carbon having a primary particle size of 100 nm or less.
該アルコキシ化合物がフェノキシ化合物であり、該炭酸ジエステルが炭酸ジフェニルである請求項1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 1, wherein the alkoxy compound is a phenoxy compound, and the carbonic acid diester is diphenyl carbonate. 該導電性カーボンのBET比表面積が100m/g以上であることを特徴とする請求項1又は2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 1 or 2, wherein the conductive carbon has a BET specific surface area of 100 m 2 / g or more. 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 any one of claims 1 to 3, wherein the conductive carbon is carbon black. 該炭素電極が、白金族元素担持触媒を導電性助剤と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炭酸ジエステルの製造方法。   5. The carbonic acid diester production method according to claim 1, wherein the carbon electrode is formed by mixing a platinum group element-supported catalyst with a conductive auxiliary agent. 該導電性助剤が、粉体抵抗率0.5Ω・cm以下の導電性カーボンであることを特徴とする請求項5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 5, wherein the conductive auxiliary agent is conductive carbon having a powder resistivity of 0.5 Ω · cm or less. 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6のいずれか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 any one of claims 1 to 6, wherein the platinum group element is palladium. 該白金族元素担持触媒が、導電性カーボンよりなる担体上に白金族元素の金属単体を担持させたものであることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか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 any one of claims 1 to 7, wherein the platinum group element-supported catalyst is obtained by supporting a metal element of a platinum group element on a support made of conductive carbon. .
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