JP2014047149A - Method for producing tetrahydrofuran compound, and catalyst for hydrogenation and method for producing the catalyst - Google Patents

Method for producing tetrahydrofuran compound, and catalyst for hydrogenation and method for producing the catalyst Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a tetrahydrofuran compound from a furan compound at high reaction rate in high yield and in highly selective manner even under low temperature.SOLUTION: There is provided a method for producing a tetrahydrofuran compound, the method comprising a step of bringing a furan compound having a specific substituent into contact with hydrogen to obtain a tetrahydrofuran compound represented by general formula (2) in the presence of a catalyst obtained by mixing a palladium compound with a metallic compound having at least one metal element belonging to groups V to IX on the periodic table as constituent elements and subjecting to reduction treatment. In the formula (2), Rrepresents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms or hydroxymethyl group, and Rand Reach independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.

Description

本発明は、テトラヒドロフラン化合物の製造方法、並びの該製造方法に用いられる水素化触媒及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a tetrahydrofuran compound, a hydrogenation catalyst used in the production method, and a method for producing the same.

フラン化合物の誘導体であるテトラヒドロフラン化合物のうち、ヒドロキシメチル基を有する化合物は、例えば、ポリエステル、ポリカーボネート及びポリウレタン等のポリマー原料、並びに、樹脂添加剤、医農薬中間体原料及び各種溶剤等として有用な化合物である。   Of the tetrahydrofuran compounds that are derivatives of furan compounds, compounds having a hydroxymethyl group are useful as polymer raw materials such as polyesters, polycarbonates, and polyurethanes, as well as resin additives, medical and agrochemical intermediate raw materials, and various solvents. It is.

このようなテトラヒドロフラン化合物は、例えば、水素化触媒を用いて、ホルミル基又はヒドロキシメチル基を有するフラン化合物を水素還元することによって生成する。このような反応に用いられる水素化触媒としては、ラネーニッケル触媒(例えば、非特許文献1参照)、又は活性炭にパラジウムを担持させたパラジウム触媒(例えば、非特許文献2及び3参照)が知られている。   Such a tetrahydrofuran compound is produced, for example, by hydrogen reduction of a furan compound having a formyl group or a hydroxymethyl group using a hydrogenation catalyst. As a hydrogenation catalyst used in such a reaction, a Raney nickel catalyst (see, for example, Non-Patent Document 1) or a palladium catalyst in which palladium is supported on activated carbon (for example, see Non-Patent Documents 2 and 3) is known. Yes.

J.Am.Chem.Soc.,1955,77,p.393〜396J. et al. Am. Chem. Soc. 1955, 77, p. 393-396 Organic Process Research & Development,2010,14,p.450〜485Organic Process Research & Development, 2010, 14, p. 450-485 Catalysis Communications、12(2010)、p.154−156Catalysis Communications, 12 (2010), p. 154-156

しかしながら、従来の水素化触媒を用いた合成方法では、反応条件を高温高圧としたり、水素化触媒や有機溶媒を大量に用いたりする必要があった。すなわち、従来の水素化触媒では、反応が十分に進行し難い状況にあった。また、Pd−Ni/SiO系触媒においては反応途中で反応液中にNiが溶出し、触媒寿命が短くなるという問題があった。さらに、反応を促進させるために、反応系に酢酸を使用しなければならないという問題もあった。これに加えて、従来の水素化触媒では、下記反応式に示すように、フラン化合物のフラン環内の二重結合及びフラン化合物におけるホルミル基が完全に還元されずに、不完全還元体が生じて中間生成物として蓄積してしまい、それによって重合物が生成し易いという問題があった。なお、下記反応式では、5−ヒドロキシメチル−2−ホルミルフランを出発原料とした反応を例示しているが、その際の不完全還元(中間生成物)としては、5−ヒドロキシメチル−2−ホルミルフラン(A)、2,5−ジヒドロキシメチルテトラヒドロフラン(B)が生じる。 However, in the conventional synthesis method using a hydrogenation catalyst, it is necessary to set the reaction conditions to high temperature and pressure, or to use a large amount of a hydrogenation catalyst or an organic solvent. That is, with the conventional hydrogenation catalyst, it was difficult for the reaction to proceed sufficiently. Further, the Pd—Ni / SiO 2 catalyst has a problem in that Ni elutes into the reaction solution during the reaction and the catalyst life is shortened. Furthermore, in order to accelerate | stimulate reaction, there also existed a problem that an acetic acid had to be used for a reaction system. In addition to this, in the conventional hydrogenation catalyst, as shown in the following reaction formula, the double bond in the furan ring of the furan compound and the formyl group in the furan compound are not completely reduced, resulting in an incompletely reduced form. As a result, it accumulates as an intermediate product, whereby a polymer is easily generated. In the following reaction formula, a reaction using 5-hydroxymethyl-2-formylfuran as a starting material is exemplified, but as incomplete reduction (intermediate product) at that time, 5-hydroxymethyl-2- Formyl furan (A) and 2,5-dihydroxymethyltetrahydrofuran (B) are formed.

Figure 2014047149
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このため、上述の問題点を解消して、フラン化合物からテトラヒドロフラン化合物を工業的に量産することが可能な製造技術を確立することが求められている。   For this reason, it is required to solve the above-mentioned problems and establish a production technique capable of industrially mass-producing a tetrahydrofuran compound from a furan compound.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、低温下においても、高い反応速度で、高収率且つ高選択的にフラン化合物からテトラヒドロフラン化合物を製造することが可能な製造方法を提供することを目的とする。また、低温下においても、高い反応速度で、高収率且つ高選択的にテトラヒドロフラン化合物を製造することが可能な水素化触媒及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a production method capable of producing a tetrahydrofuran compound from a furan compound with high yield and high selectivity at a high reaction rate even at low temperatures. For the purpose. Another object of the present invention is to provide a hydrogenation catalyst capable of producing a tetrahydrofuran compound with high yield and high selectivity at a high reaction rate even at low temperatures, and a method for producing the same.

本発明者らは、上記課題を解決すべく、種々の水素化触媒を調製して、反応性を検討した。その結果、パラジウム化合物と所定の金属元素を有する金属化合物とを組み合わせて用いることによって上記課題を解決できることを見出した。すなわち、本発明は、パラジウム化合物と、構成元素として周期表第5族〜9族に属する金属の少なくとも1種を有する金属化合物と、を混合し還元処理して得た触媒の存在下、一般式(1)のフラン化合物と水素とを接触させて、一般式(2)のテトラヒドロフラン化合物を得る工程を有する、テトラヒドロフラン化合物の製造方法を提供する。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors prepared various hydrogenation catalysts and studied their reactivity. As a result, it has been found that the above problems can be solved by using a combination of a palladium compound and a metal compound having a predetermined metal element. That is, the present invention provides a compound represented by the general formula in the presence of a catalyst obtained by mixing and reducing a palladium compound and a metal compound having at least one metal belonging to Groups 5 to 9 of the periodic table as a constituent element. There is provided a method for producing a tetrahydrofuran compound, comprising a step of bringing a furan compound of (1) into contact with hydrogen to obtain a tetrahydrofuran compound of the general formula (2).

Figure 2014047149
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式(1)中、Rはホルミル基又はヒドロキシメチル基を示し、R1aは、水素原子、炭素原子数1〜5のアルキル基、ホルミル基又はヒドロキシメチル基を示し、R及びRは、それぞれ独立に水素原子又は炭素原子数1〜5のアルキル基を示す。隣接する炭素に結合しているR1a及びR並びにR及びRは、それぞれ互いに結合して環を形成していてもよい。 In formula (1), R represents a formyl group or a hydroxymethyl group, R 1a represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a formyl group or a hydroxymethyl group, and R 2 and R 3 are Each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. R 1a and R 2 and R 2 and R 3 are attached to the carbon adjacent, respectively may form a ring together.

Figure 2014047149
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式(2)中、R1bは水素原子、炭素原子数1〜5のアルキル基又はヒドロキシメチル基を示し、R及びRは、それぞれ独立に水素原子又は炭素原子数1〜5のアルキル基を示す。隣接する炭素に結合しているR1b及びR並びにR及びRは、それぞれ互いに結合して環を形成していてもよい。 In Formula (2), R 1b represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, or a hydroxymethyl group, and R 2 and R 3 are each independently a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. Indicates. R 1b and R 2 and R 2 and R 3 are attached to the carbon adjacent, respectively may form a ring together.

上記本発明のテトラヒドロフラン化合物の製造方法では、パラジウム化合物と所定の金属を有する金属化合物を混合し還元処理して得られた水素化触媒を用いていることから、フラン化合物の不完全な還元による副生物の生成が抑制されて、高収率且つ高選択的に目的生成物である一般式(2)で表されるテトラヒドロフラン化合物を得ることができる。この触媒を用いれば、低温下においても、高い反応速度で、テトラヒドロフラン化合物を生成させることができる。したがって、製造設備の複雑化を回避しつつ歩留まりを高くすることができる。このようなことから、本発明のテトラヒドロフラン化合物の製造方法は、工業スケールでの生産に好適に適用することができる。一般式(2)のようにヒドロキシメチル基を有するテトラヒドロフラン化合物は、例えば、ポリエステル、ポリカーボネート及びポリウレタン等のポリマー原料、並びに、樹脂添加剤、医農薬中間体原料及び各種溶剤等として有用である。   In the method for producing a tetrahydrofuran compound of the present invention, a hydrogenation catalyst obtained by mixing and reducing a palladium compound and a metal compound having a predetermined metal is used. The production of organisms is suppressed, and the tetrahydrofuran compound represented by the general formula (2), which is the target product, can be obtained with high yield and high selectivity. If this catalyst is used, a tetrahydrofuran compound can be produced at a high reaction rate even at a low temperature. Therefore, the yield can be increased while avoiding the complexity of the manufacturing equipment. For these reasons, the method for producing a tetrahydrofuran compound of the present invention can be suitably applied to production on an industrial scale. The tetrahydrofuran compound having a hydroxymethyl group as represented by the general formula (2) is useful, for example, as a polymer raw material such as polyester, polycarbonate and polyurethane, a resin additive, a raw material for intermediates for medical and agricultural chemicals and various solvents.

本発明のテトラヒドロフラン化合物の製造方法は、上記工程において、一般式(1)のフラン化合物と水素とを、0〜50℃の温度範囲で接触させて、一般式(2)で表されるテトラヒドロフラン化合物を得ることが好ましい。このように低温で合成を行うことによって、ハンドリングが一層容易となり、工業スケールでの生産に一層適したものとなる。   In the method for producing a tetrahydrofuran compound of the present invention, the tetrahydrofuran compound represented by the general formula (2) is obtained by bringing the furan compound of the general formula (1) into contact with hydrogen in a temperature range of 0 to 50 ° C. in the above step. It is preferable to obtain By carrying out the synthesis at a low temperature in this way, handling becomes easier and it becomes more suitable for production on an industrial scale.

上述の課題は、パラジウムを含む触媒の存在下、フラン化合物を所定温度未満で水素と接触させることによっても解決することができる。すなわち、本発明は、パラジウムを含む触媒の存在下、一般式(1)のフラン化合物と水素とを10℃未満の温度範囲で接触させて、一般式(2)で表されるテトラヒドロフラン化合物を得る工程を有する、テトラヒドロフラン化合物の製造方法を提供する。   The above-mentioned problem can also be solved by bringing the furan compound into contact with hydrogen at a temperature lower than a predetermined temperature in the presence of a catalyst containing palladium. That is, in the present invention, a tetrahydrofuran compound represented by the general formula (2) is obtained by bringing the furan compound of the general formula (1) into contact with hydrogen in a temperature range of less than 10 ° C. in the presence of a catalyst containing palladium. A process for producing a tetrahydrofuran compound is provided.

上記本発明のテトラヒドロフラン化合物の製造方法では、パラジウムを含む触媒とフラン化合物とを10℃未満で接触させている。これによって、フラン化合物の不完全な還元による副生物の生成が抑制されて、高収率且つ高選択的に目的生成物である一般式(2)で表されるテトラヒドロフラン化合物を得ることができる。この製造方法では、低温下で、テトラヒドロフラン化合物を生成させることができる。したがって、製造設備の複雑化を回避しつつ歩留まりを高くすることができる。このようなことから、本発明のテトラヒドロフラン化合物の製造方法は、工業スケールでの生産に好適に適用することができる。上述の触媒はパラジウム化合物を還元処理して得られたものであることが好ましい。   In the method for producing a tetrahydrofuran compound of the present invention, the catalyst containing palladium and the furan compound are brought into contact at less than 10 ° C. By this, the production | generation of a by-product by the incomplete reduction | restoration of a furan compound is suppressed, and the tetrahydrofuran compound represented with General formula (2) which is a target product with high yield and high selectivity can be obtained. In this production method, a tetrahydrofuran compound can be produced at a low temperature. Therefore, the yield can be increased while avoiding the complexity of the manufacturing equipment. For these reasons, the method for producing a tetrahydrofuran compound of the present invention can be suitably applied to production on an industrial scale. The catalyst described above is preferably obtained by reducing a palladium compound.

本発明のテトラヒドロフラン化合物の製造方法で用いられるフラン化合物は、フルフラール、5−メチルフルフラール、5−ヒドロキシメチルフルフラール、及び5−ホルミルフルフラールからなる群より選ばれる少なくとも一種を含むことが好ましい。これによって、有用なテトラヒドロフラン化合物を一層高収率で且つ高選択的に製造することができる。   The furan compound used in the method for producing a tetrahydrofuran compound of the present invention preferably contains at least one selected from the group consisting of furfural, 5-methylfurfural, 5-hydroxymethylfurfural, and 5-formylfurfural. This makes it possible to produce a useful tetrahydrofuran compound with higher yield and high selectivity.

また、触媒は、(A)担体及び該担体に担持されたパラジウム有するもの、又は、(B)担体並びに該担体に担持されたパラジウム及び周期表第5族〜9族に属する金属を有するもの、であることが好ましい。このような固体触媒は、十分に高い活性を維持しつつ取扱い性に優れる。このため、工業規模にスケールアップすることが容易であり、且つ触媒寿命を長くすることができる。また、担体は、炭素、アルミナ、シリカ−アルミナ、ゼオライト及びシリカからなる群から選ばれる少なくとも一種を含むものであることがより好ましい。このような固体触媒は、上述の特性を有しつつ、比較的低コストで製造することができ、触媒回収も容易である。このため、テトラヒドロフラン化合物の製造コストを低減することができる。   Further, the catalyst has (A) a support and palladium supported on the support, or (B) a support and palladium supported on the support and a metal belonging to Groups 5 to 9 of the periodic table, It is preferable that Such a solid catalyst is excellent in handleability while maintaining a sufficiently high activity. For this reason, it is easy to scale up to an industrial scale, and the catalyst life can be extended. More preferably, the carrier contains at least one selected from the group consisting of carbon, alumina, silica-alumina, zeolite, and silica. Such a solid catalyst can be produced at a relatively low cost while having the above-described characteristics, and the catalyst can be easily recovered. For this reason, the manufacturing cost of a tetrahydrofuran compound can be reduced.

本発明は、別の側面において、上記一般式(2)で表されるテトラヒドロフラン化合物合成用の水素化触媒の製造方法であって、パラジウム化合物と、構成元素として周期表第5族〜9族に属する金属の少なくとも1種を有する金属化合物と、を混合して還元処理し、パラジウムと上記金属とを有する水素化触媒を得る工程と、を有する、水素化触媒の製造方法を提供する。   In another aspect, the present invention relates to a method for producing a hydrogenation catalyst for synthesizing a tetrahydrofuran compound represented by the general formula (2), wherein the palladium compound and the constituent elements in Groups 5 to 9 of the periodic table are used. There is provided a method for producing a hydrogenation catalyst, comprising a step of mixing and reducing a metal compound having at least one kind of metal belonging thereto to obtain a hydrogenation catalyst having palladium and the metal.

この製造方法によって得られる水素化触媒は、一般式(2)で表されるテトラヒドロフラン化合物の製造用途に適している。例えば、原料として、一般式(1)のフラン化合物を用いた場合、低温下においても、高い反応速度で、テトラヒドロフラン化合物を生成させることができる。したがって、製造設備の複雑化を回避しつつ歩留まりを高くすることができる。このようなことから、本発明の製造方法で得られる水素化触媒は、工業スケールでのテトラヒドロフラン化合物の生産に好適に使用することができる。   The hydrogenation catalyst obtained by this production method is suitable for use in producing a tetrahydrofuran compound represented by the general formula (2). For example, when a furan compound of the general formula (1) is used as a raw material, a tetrahydrofuran compound can be generated at a high reaction rate even at a low temperature. Therefore, the yield can be increased while avoiding the complexity of the manufacturing equipment. For these reasons, the hydrogenation catalyst obtained by the production method of the present invention can be suitably used for the production of tetrahydrofuran compounds on an industrial scale.

本発明は、さらに別の側面において、上記一般式(2)で表されるテトラヒドロフラン化合物合成用の水素化触媒であって、パラジウム化合物と、構成元素として周期表第5族〜9族に属する金属の少なくとも1種を有する金属化合物と、を混合し還元処理して得られる、パラジウムと上記金属とを有する水素化触媒を提供する。   In still another aspect, the present invention provides a hydrogenation catalyst for synthesizing a tetrahydrofuran compound represented by the general formula (2), comprising a palladium compound and a metal belonging to Groups 5 to 9 of the periodic table as constituent elements. There is provided a hydrogenation catalyst comprising palladium and the metal obtained by mixing and reducing a metal compound having at least one of the above.

この水素化触媒は、一般式(2)で表されるテトラヒドロフラン化合物の製造用途に適している。例えば、原料として、一般式(1)のフラン化合物を用いた場合、低温下においても、高い反応速度で、テトラヒドロフラン化合物を生成させることができる。したがって、製造設備の複雑化を回避しつつ歩留まりを高くすることができる。このようなことから、本発明の水素化触媒は、工業スケールでのテトラヒドロフラン化合物の生産に好適に使用することができる。   This hydrogenation catalyst is suitable for use in producing a tetrahydrofuran compound represented by the general formula (2). For example, when a furan compound of the general formula (1) is used as a raw material, a tetrahydrofuran compound can be generated at a high reaction rate even at a low temperature. Therefore, the yield can be increased while avoiding the complexity of the manufacturing equipment. For these reasons, the hydrogenation catalyst of the present invention can be suitably used for the production of tetrahydrofuran compounds on an industrial scale.

本発明によれば、低温下においても、高い反応速度で、高収率且つ高選択的にフラン化合物からテトラヒドロフラン化合物を製造することが可能な製造方法を提供することができる。また、低温下においても、高い反応速度で、高収率且つ高選択的にテトラヒドロフラン化合物を製造することが可能な水素化触媒及びその製造方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a production method capable of producing a tetrahydrofuran compound from a furan compound with high yield and high selectivity at a high reaction rate even at a low temperature. In addition, it is possible to provide a hydrogenation catalyst capable of producing a tetrahydrofuran compound with high yield and high selectivity at a high reaction rate even at low temperatures and a method for producing the same.

次に、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。   Next, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.

(第1実施形態)
本実施形態のテトラヒドロフラン化合物の製造方法は、パラジウム化合物と、構成元素として周期表第5族〜9族に属する金属の少なくとも1種を有する金属化合物と、を混合して混合物を調製する混合工程と、混合物を還元処理して触媒を得る還元工程と、触媒の存在下、フラン化合物と水素とを接触させて、テトラヒドロフラン化合物を得る反応工程と、を有する。以下に各工程の詳細を説明する。
(First embodiment)
The method for producing a tetrahydrofuran compound of the present embodiment comprises a mixing step of preparing a mixture by mixing a palladium compound and a metal compound having at least one metal belonging to Groups 5 to 9 of the periodic table as a constituent element. And a reduction step of obtaining a catalyst by reducing the mixture, and a reaction step of obtaining a tetrahydrofuran compound by contacting a furan compound and hydrogen in the presence of the catalyst. Details of each step will be described below.

混合工程は、触媒の原料となるパラジウム化合物と、構成元素として周期表第5族〜9族に属する金属の少なくとも1種を有する金属化合物と、を混合して混合物を調製する工程である。   The mixing step is a step of preparing a mixture by mixing a palladium compound as a raw material of the catalyst and a metal compound having at least one metal belonging to Groups 5 to 9 of the periodic table as a constituent element.

パラジウム化合物は、構成元素としてパラジウムを有する化合物であり、例えば、塩化パラジウム、臭化パラジウム、ヨウ化パラジウム等のハロゲン化パラジウム;酢酸パラジウム、硝酸パラジウム、硫酸パラジウム等のパラジウム酸塩;酸化パラジウム等が挙げられる。これらのパラジウム化合物の一種を単独で又は二種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのパラジウム化合物のうち、パラジウムを効率よく担体に担持させる観点、及び製造コスト低減の観点から、好ましくはハロゲン化パラジウム、より好ましくは塩化パラジウムを用いる。パラジウム化合物は、水和物又は水溶液に溶解させた状態で用いてもよい。   The palladium compound is a compound having palladium as a constituent element, and examples thereof include palladium halides such as palladium chloride, palladium bromide and palladium iodide; palladium acid salts such as palladium acetate, palladium nitrate and palladium sulfate; palladium oxide and the like. Can be mentioned. You may use 1 type of these palladium compounds individually or in combination of 2 or more types. Of these palladium compounds, palladium halide is preferably used, and palladium chloride is more preferably used from the viewpoint of efficiently supporting palladium on the carrier and reducing the manufacturing cost. You may use a palladium compound in the state dissolved in the hydrate or aqueous solution.

周期表第5族〜9族に属する金属(第二金属「M」ということもある)としては、例えば、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、レニウム、鉄、ルテニウム、オスミウム、コバルト、ロジウム、イリジウム等が挙げられる。これらのうち、好ましくは、タングステン、モリブデン、レニウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウムであり、より好ましくはタングステン、モリブデン、レニウムである。   Examples of metals belonging to Groups 5 to 9 of the periodic table (sometimes referred to as the second metal “M”) include vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, rhenium, iron, ruthenium, osmium, Examples include cobalt, rhodium, and iridium. Of these, tungsten, molybdenum, rhenium, ruthenium, rhodium and iridium are preferable, and tungsten, molybdenum and rhenium are more preferable.

構成元素として上述の金属を有する金属化合物の形態は特に限定されない。例えば、金属合金、金属塩、金属錯体、金属酸化物等のいずれの形態であってもよく、水和物や有機化合物の付加体であってもよい。これらのうち、触媒活性を一層向上させる観点から、金属塩及び金属錯体が好ましい。なお、これらの金属化合物は、構成元素として、周期表第5族〜9族に属する金属を二種以上有するものであってもよい。また、各種形態の金属化合物の一種を単独で又は二種以上を組み合わせて使用してもよい。   The form of the metal compound having the above metal as a constituent element is not particularly limited. For example, any form such as a metal alloy, a metal salt, a metal complex, and a metal oxide may be used, and a hydrate or an adduct of an organic compound may be used. Of these, metal salts and metal complexes are preferred from the viewpoint of further improving the catalytic activity. Note that these metal compounds may have two or more metals belonging to Groups 5 to 9 of the periodic table as constituent elements. Moreover, you may use 1 type of the metal compound of various forms individually or in combination of 2 or more types.

構成元素として周期表第5族〜9族に属する金属の少なくとも一種を有する金属化合物の具体例としては、三塩化バナジウム、酸化バナジウム、三酸化二バナジウム、二酸化バナジウム、五酸化二バナジウム、五酸化二バナジウム、三臭化バナジウム、ピロバナジン酸カリウム、テトラオキソバナジン(V)酸カリウム、トリオキソバナジン(V)酸カリウム、トリオキソバナジン(V)酸ナトリウム、ピロバナジン酸ナトリウム、トリオキソバナジン(V)酸リチウム等のバナジウム化合物;五塩化モリブデン、テトラコサオキソヘプタモリブデン(VI)酸アンモニウム、テトラオキソモリブデン(VI)酸カリウム、テトラオキソモリブデン酸カルシウム、テトラオキソモリブデン(VI)酸ナトリウム、テトラオキソモリブデン(VI)酸マグネシウム、テトラオキソモリブデン(VI)酸リチウム、二酸化モリブデン、三酸化モリブデン等のモリブデン化合物;三塩化レニウム、五塩化レニウム、テトラオキソレニウム(VII)酸アンモニウム、テトラオキソレニウム(VII)酸カリウム、テトラオキソレニウム(VII)酸ナトリウム、六塩化レニウム三カリウム、六塩化レニウム二カリウム、二酸化レニウム、三酸化レニウム、七酸化二レニウム等のレニウム化合物;四塩化タングステン、六塩化タングステン、五臭化タングステン、ヘンテトラコンタオキソ十二タングステン(VI)酸アンモニウム等のタングステン化合物;三塩化ルテニウム、三臭化ルテニウム、五塩化ルテニウム二アンモニウム、六塩化ルテニウム三アンモニウム、六塩化ルテニウム二カリウム、六塩化ルテニウム二ナトリウム、六臭化ルテニウム三カリウム、六臭化ルテニウム二カリウム等のルテニウム化合物;二塩化コバルト、二臭化コバルト、二ヨウ化コバルト、二フッ化コバルト、二硝酸コバルト、酸化コバルト、リン酸コバルト、二酢酸コバルト等のコバルト化合物;三塩化ロジウム、六塩化ロジウム三アンモニウム、六塩化ロジウム三カリウム、六塩化ロジウム三ナトリウム、三硝酸ロジウム等のロジウム化合物;三塩化イリジウム、三臭化イリジウム、四塩化イリジウム、四臭化イリジウム、イリジウム酸アンモニウム塩、ヘキサアンミンイリジウム三塩化物、ペンタアンミンクロロイリジウム二塩化物、六塩化イリジウム三アンモニウム、六塩化イリジウム三カリウム、六塩化イリジウム三ナトリウム、四塩化イリジウム二アンモニウム、六塩化イリジウム二アンモニウム、六塩化イリジウム二カリウム、六塩化イリジウム酸、及び六塩化イリジウム二ナトリウム等のイリジウム化合物が挙げられる。   Specific examples of metal compounds having at least one metal belonging to Groups 5 to 9 of the periodic table as constituent elements include vanadium trichloride, vanadium oxide, divanadium trioxide, vanadium dioxide, vanadium pentoxide, dipentapentoxide. Vanadium, vanadium tribromide, potassium pyrovanadate, potassium tetraoxovanadate (V), potassium trioxovanadate (V), sodium trioxovanadate (V), sodium pyrovanadate, lithium trioxovanadate (V) Vanadium compounds such as molybdenum pentachloride, ammonium tetracosaoxoheptamolybdate (VI), potassium tetraoxomolybdate (VI), calcium tetraoxomolybdate, sodium tetraoxomolybdate (VI), tetraoxomolybdenum (V ) Molybdenum compounds such as magnesium acid, lithium tetraoxomolybdate (VI), molybdenum dioxide, molybdenum trioxide; rhenium trichloride, rhenium pentachloride, ammonium tetraoxorhenium (VII), potassium tetraoxorhenium (VII), Rhenium compounds such as sodium tetraoxorhenium (VII), rhenium hexachloride, tripotassium hexachloride, rhenium dichloride, rhenium dioxide, rhenium trioxide, dirhenium oxide; tungsten tetrachloride, tungsten hexachloride, tungsten pentabromide, Tungsten compounds such as hentetracontoxooxotungsten (VI) ammonium; ruthenium trichloride, ruthenium tribromide, ruthenium diammonium pentachloride, ruthenium triammonium hexachloride, ruthenium hexachloride Ruthenium compounds such as um, ruthenium hexachloride disodium, tripotassium hexabromide, dipotassium hexabromide; cobalt dichloride, cobalt dibromide, cobalt diiodide, cobalt difluoride, cobalt dinitrate, oxidation Cobalt compounds such as cobalt, cobalt phosphate and cobalt diacetate; rhodium compounds such as rhodium trichloride, rhodium triammonium chloride, tripotassium hexachloride, trisodium hexachloride, rhodium trinitrate, etc .; iridium trichloride, triodor Iridium iodide, iridium tetrachloride, iridium tetrabromide, ammonium iridate, hexaammineiridium trichloride, pentaamminechloroiridium dichloride, iridium hexachloride, triammonium hexachloride, tripotassium iridium hexachloride, trisodium iridium hexachloride, Tetrachloride Examples thereof include iridium compounds such as lithium diammonium, iridium hexachloride, diammonium hexachloride, iridium hexachloride, iridium hexachloride, and iridium hexachloride.

上述の金属化合物のうち、好ましくは、テトラコサオキソヘプタモリブデン(VI)酸アンモニウム、テトラオキソレニウム(VII)酸アンモニウム、七酸化二レニウム、三塩化ルテニウム、三塩化ロジウム、三塩化イリジウム、四塩化イリジウム、六塩化イリジウム酸が使用される。   Of the above metal compounds, preferably ammonium tetracosaoxoheptamolybdate (VI), ammonium tetraoxorhenium (VII), dirhenium heptoxide, ruthenium trichloride, rhodium trichloride, iridium trichloride, iridium tetrachloride Hexachloroiridium acid is used.

混合工程における混合方法に特に制限はない。ボールミルや乳鉢を用いて乾式で混合してもよいし、溶媒を加えて湿式で混合して懸濁液としてもよい。また、パラジウム化合物及び/又は金属化合物が溶液又は懸濁液の状態である場合は、そのまま混合して溶液又は懸濁液としてもよい。このようにして、パラジウム化合物と金属化合物とを含む混合物を調製することができる。   There is no restriction | limiting in particular in the mixing method in a mixing process. A ball mill or a mortar may be used for mixing in a dry manner, or a solvent may be added and mixed in a wet manner to form a suspension. Further, when the palladium compound and / or the metal compound is in the state of a solution or suspension, it may be mixed as it is to form a solution or suspension. In this way, a mixture containing a palladium compound and a metal compound can be prepared.

パラジウム化合物に対する金属化合物の配合比率は、それぞれを金属元素に換算して、モル基準で好ましくは1〜200mol%であり、より好ましくは10〜100mol%であり、さらに好ましくは20〜80mol%である。このような配合比率とすることによって、製造コストの低減と反応活性とを高水準で両立することが可能な触媒を調製することができる。   The compounding ratio of the metal compound to the palladium compound is preferably 1 to 200 mol%, more preferably 10 to 100 mol%, still more preferably 20 to 80 mol% on a molar basis in terms of each metal element. . By setting it as such a mixture ratio, the catalyst which can make a reduction in manufacturing cost and reaction activity compatible with a high level can be prepared.

混合工程では、パラジウム化合物及び金属化合物以外に、触媒の担体となる成分を配合してもよい。使用される担体としては、多孔質の担体が好適に用いられるが、具体的には、例えば、シリカ、アルミナ、シリカ−アルミナ、セリア、マグネシア、カルシア、チタニア、シリカ−チタニア、ジルコニア、活性炭、ゼオライト、及びメソ孔体(メソポーラスアルミナ、メスポーラスシリカ、メスポーラスカーボン)等が挙げられる。これらのうち、低い製造コストと長い触媒寿命を両立させる観点から、好ましくはシリカ、アルミナ、又は活性炭が使用される。上述の担体は、一種を単独で又は二種以上を組み合わせて使用してもよい。   In the mixing step, in addition to the palladium compound and the metal compound, a component serving as a catalyst carrier may be blended. As the carrier to be used, a porous carrier is preferably used. Specifically, for example, silica, alumina, silica-alumina, ceria, magnesia, calcia, titania, silica-titania, zirconia, activated carbon, zeolite And mesoporous materials (mesoporous alumina, mesoporous silica, mesoporous carbon) and the like. Of these, silica, alumina, or activated carbon is preferably used from the viewpoint of achieving both a low production cost and a long catalyst life. The above carriers may be used singly or in combination of two or more.

パラジウム化合物、金属化合物及び担体を混合する場合、その混合順序は特に制限されない。これらの三成分を同時に混合して、担体にパラジウム化合物と金属化合物とを同時含浸してもよく、担体に、パラジウム化合物及び金属化合物をこの順又はその逆の順で逐次含浸してもよい。パラジウム及び金属が担体に固定化された形態の触媒を用いれば、後述する反応工程において得られる反応生成物から、触媒を取り除くことが容易となり、目的生成物を分離することが容易となる。   When mixing a palladium compound, a metal compound, and a support | carrier, the mixing order in particular is not restrict | limited. These three components may be mixed at the same time, and the support may be impregnated with the palladium compound and the metal compound simultaneously, or the support may be impregnated with the palladium compound and the metal compound sequentially in this order or vice versa. If a catalyst in a form in which palladium and metal are immobilized on a support is used, it is easy to remove the catalyst from the reaction product obtained in the reaction step described later, and it becomes easy to separate the target product.

担体を配合する場合、パラジウム化合物及び金属化合物の混合比率は、担体に対してパラジウムが0.1〜20質量%、好ましくは0.5〜10質量%であり、周期表第5族〜9族に属する金属の合計量は、0.01〜20質量%、好ましくは0.1〜10質量%である。このような比率で混合することによって、反応工程における反応速度を一層大きくすることができる。   When the carrier is blended, the mixing ratio of the palladium compound and the metal compound is 0.1 to 20% by mass, preferably 0.5 to 10% by mass of palladium with respect to the carrier. The total amount of metals belonging to is 0.01 to 20% by mass, preferably 0.1 to 10% by mass. By mixing at such a ratio, the reaction rate in the reaction step can be further increased.

担体は、パラジウム化合物及び金属化合物と別に配合してもよいが、パラジウム化合物が担体に含浸された市販のパラジウム含浸物を用いてもよい。この場合、このパラジウム含浸物と周期表第5族〜9族に属する金属の少なくとも1種を構成元素として有する金属化合物とを混合すれば、担体に、パラジウム化合物と金属化合物とが逐次含侵されることとなる。また、金属化合物が担体に含浸された金属含浸物を用いてもよい。この場合、金属含浸物とパラジウム化合物とを混合すれば、担体に、金属化合物とパラジウム化合物とが逐次含侵されることとなる。このようにして、担体にパラジウム化合物及び金属化合物を固定化することができる。   The carrier may be blended separately from the palladium compound and the metal compound, but a commercially available palladium impregnated material in which the carrier is impregnated with the palladium compound may be used. In this case, if this palladium impregnated material and a metal compound having at least one metal belonging to Groups 5 to 9 of the periodic table as a constituent element are mixed, the support is sequentially impregnated with the palladium compound and the metal compound. It will be. Further, a metal impregnated product in which a metal compound is impregnated in a support may be used. In this case, if the metal impregnated product and the palladium compound are mixed, the metal compound and the palladium compound are impregnated sequentially into the carrier. In this way, the palladium compound and the metal compound can be immobilized on the support.

担体に、パラジウム化合物と金属化合物とが固定化された触媒原料(以下、「触媒前駆体」と称することもある)の調製法は、特に制限されず、含浸、沈殿、吸水等、調製における一般的な方法を適宜選択して採用することができる。調製法の例としては、パラジウム化合物を含む溶液又は分散液に担体粉末に加え、共沈法による同時担持法で調製する方法が挙げられる。   A method for preparing a catalyst raw material (hereinafter also referred to as “catalyst precursor”) in which a palladium compound and a metal compound are immobilized on a carrier is not particularly limited, and impregnation, precipitation, water absorption, etc. An appropriate method can be selected and employed as appropriate. Examples of the preparation method include a method of preparing a solution or dispersion containing a palladium compound by a co-precipitation method in addition to a carrier powder.

上記触媒前駆体は焼成してもよいし、そのまま又は乾燥して次工程(還元工程)で還元処理を行ってもよい。焼成する場合の焼成雰囲気は、酸素を含んだガス(例えば、空気)であってもよく、窒素などの不活性ガスであってもよい。焼成温度は、パラジウム化合物の分解温度や焼成雰囲気などを考慮して適宜選択でき、焼成時間も0.5時間〜24時間の間で適宜選択できる。このようにして、混合工程では、パラジウム化合物と金属化合物とを含み、任意成分として担体を含む混合物が得られる。   The catalyst precursor may be calcined, or may be subjected to a reduction treatment in the next step (reduction step) as it is or after drying. The firing atmosphere in the case of firing may be a gas containing oxygen (for example, air) or an inert gas such as nitrogen. The firing temperature can be appropriately selected in consideration of the decomposition temperature of the palladium compound, the firing atmosphere, and the like, and the firing time can be appropriately selected between 0.5 hour and 24 hours. Thus, in the mixing step, a mixture containing a palladium compound and a metal compound and containing a carrier as an optional component is obtained.

還元工程は、混合工程で調製された混合物を還元処理して、パラジウム及び周期表第5族〜9族に属する金属を有する触媒を得る工程である。   The reduction step is a step of obtaining a catalyst having palladium and a metal belonging to Groups 5 to 9 of the periodic table by reducing the mixture prepared in the mixing step.

この工程では、パラジウム化合物と金属化合物とを含み、任意成分として担体を含む混合物を還元処理して触媒を調製する。還元処理の方法としては、混合物と還元剤とを接触させる方法が挙げられる。還元剤としては、酸化状態にあるパラジウムを還元する能力を有する化合物であればいずれも使用できる。   In this step, a catalyst is prepared by reducing a mixture containing a palladium compound and a metal compound and a carrier as an optional component. Examples of the reduction treatment include a method of bringing the mixture into contact with a reducing agent. As the reducing agent, any compound can be used as long as it has an ability to reduce palladium in an oxidized state.

このような還元剤としては、例えば、エタノール、1−プロピルアルコール、2−プロピルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール等のアルコール類;ホルムアルデヒド等のアルデヒド類;ギ酸、アスコルビン酸等の酸類;ヒドラジン;水素;エチレン、プロピレン、1−ブテン、2−ブテン、イソブチレン等のオレフィン類が使用される。還元処理は、気相及び液相のどちらで行ってもよい。還元剤として水素を用いる場合、還元反応をより円滑に進行させる観点から、温度は、好ましくは40〜800℃、より好ましくは50〜500℃であり、水素分圧は、好ましくは常圧〜12MPaであり、より好ましくは常圧〜8MPaである。また還元した触媒を空気中に取り出す場合は、室温下でHe又は窒素で希釈した2モル%酸素でPassivation(不動態化処理)を行って取り出す。   Examples of such a reducing agent include alcohols such as ethanol, 1-propyl alcohol, 2-propyl alcohol, ethylene glycol, and propylene glycol; aldehydes such as formaldehyde; acids such as formic acid and ascorbic acid; hydrazine; hydrogen; Olefins such as ethylene, propylene, 1-butene, 2-butene and isobutylene are used. The reduction treatment may be performed in either a gas phase or a liquid phase. When hydrogen is used as the reducing agent, the temperature is preferably 40 to 800 ° C., more preferably 50 to 500 ° C., and the hydrogen partial pressure is preferably normal pressure to 12 MPa from the viewpoint of allowing the reduction reaction to proceed more smoothly. More preferably, the pressure is normal pressure to 8 MPa. When the reduced catalyst is taken out into the air, it is taken out by performing Passivation (passivation treatment) with 2 mol% oxygen diluted with He or nitrogen at room temperature.

混合物が、先の方法で得られた触媒前駆体を含有する場合は、混合物を還元処理することによって、触媒を得ることができる。混合工程と還元工程は連続して行ってもよく、混合しながら還元処理する方法を採用することによって、混合工程と還元工程とを同時に行ってもよい。還元工程で得られる触媒は、パラジウム、及び周期表第5族〜9族に属する金属単体を有していてもよく、これらの一方又は双方を含む合金或いは化合物を有していてもよい。   When the mixture contains the catalyst precursor obtained by the previous method, the catalyst can be obtained by reducing the mixture. The mixing step and the reduction step may be performed continuously, or the mixing step and the reduction step may be performed at the same time by adopting a method of reducing treatment while mixing. The catalyst obtained in the reduction step may have palladium and a simple metal belonging to Groups 5 to 9 of the periodic table, or may have an alloy or compound containing one or both of them.

触媒において、パラジウムに対する周期表第5族〜9族に属する金属のモル比率(金属元素換算)は、好ましくは1〜200mol%であり、より好ましくは10〜100mol%であり、さらに好ましくは20〜80mol%である。このようなモル比率とすることによって、触媒の製造コストの低減と反応活性とを高水準で両立することができる。   In the catalyst, the molar ratio of metals belonging to Groups 5 to 9 of the periodic table to palladium (in terms of metal element) is preferably 1 to 200 mol%, more preferably 10 to 100 mol%, and still more preferably 20 to 20 mol%. 80 mol%. By setting it as such a molar ratio, reduction of the manufacturing cost of a catalyst and reaction activity can be made compatible at a high level.

触媒が担体に担持された形態である場合、パラジウムの担持量は、担体に対して、好ましくは0.1〜20質量%であり、より好ましくは0.5〜10質量%である。このような範囲でパラジウムを含有することによって、触媒の製造コストの低減と反応活性とを一層高水準で両立することができる。また、周期表第5族〜9族に属する金属の合計担持量は、担体に対して、好ましくは0.1〜20質量%、より好ましくは0.5〜10質量%である。このような範囲で周期表第5族〜9族に属する金属を含有することによって、触媒の製造コストの低減と反応活性とを一層高水準で両立することができる。   When the catalyst is in a form supported on a support, the supported amount of palladium is preferably 0.1 to 20% by mass, more preferably 0.5 to 10% by mass with respect to the support. By containing palladium in such a range, it is possible to achieve both a reduction in catalyst production cost and reaction activity at a higher level. The total supported amount of metals belonging to Groups 5 to 9 of the periodic table is preferably 0.1 to 20% by mass, more preferably 0.5 to 10% by mass with respect to the support. By containing a metal belonging to Groups 5 to 9 of the periodic table within such a range, it is possible to achieve both a reduction in catalyst production cost and reaction activity at a higher level.

以上の混合工程及び還元工程によって得られる触媒は、水素化作用を有しており、還元作用を有することから還元触媒又は水素化触媒ということもできる。この触媒を用いれば、フラン化合物の内部オレフィンとともに、そのフラン環に結合したホルミル基を還元して、テトラヒドロフラン化合物を高選択率且つ高収率で製造することができる。   The catalyst obtained by the above mixing step and reduction step has a hydrogenation action, and since it has a reduction action, it can also be referred to as a reduction catalyst or a hydrogenation catalyst. If this catalyst is used, the formyl group bonded to the furan ring together with the internal olefin of the furan compound can be reduced to produce a tetrahydrofuran compound with high selectivity and high yield.

反応工程では、還元工程で調製した触媒の存在下、フラン化合物と水素とを接触させて、テトラヒドロフラン化合物を得る工程である。本実施形態におけるフラン化合物は、下記一般式(1)で表される化合物であり、ホルミル基又はヒドロキシメチル基を有する。   In the reaction step, a furan compound and hydrogen are brought into contact with each other in the presence of the catalyst prepared in the reduction step to obtain a tetrahydrofuran compound. The furan compound in this embodiment is a compound represented by the following general formula (1), and has a formyl group or a hydroxymethyl group.

Figure 2014047149
Figure 2014047149

一般式(1)中、Rはホルミル基又はヒドロキシメチル基を示し、R1aは、水素原子、炭素原子数1〜5のアルキル基、ホルミル基又はヒドロキシメチル基を示し、R及びRは、それぞれ独立に水素原子又は炭素原子数1〜5のアルキル基を示す。R1aは、具体的には、水素原子;メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ホルミル基又はヒドロキシメチル基である。なお、これらの基は、各種異性体を含む。隣接する炭素に結合しているR1a及びR並びにR及びRは、それぞれ互いに結合して環(例えば、シクロヘキサン環等)を形成していてもよい。 In general formula (1), R represents a formyl group or a hydroxymethyl group, R 1a represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a formyl group, or a hydroxymethyl group, and R 2 and R 3 are And each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. R 1a is specifically a hydrogen atom; a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, a formyl group, or a hydroxymethyl group. These groups include various isomers. R 1a and R 2 and R 2 and R 3 are attached to adjacent carbon ring bonded to each other (e.g., cyclohexane ring) may form a.

1aは、反応を一層円滑に促進させる観点から、好ましくは、水素原子、炭素原子数1〜3のアルキル基、ホルミル基又はヒドロキシメチル基であり、より好ましくは水素原子、メチル基、ホルミル基又はヒドロキシメチル基である。同様の観点から、R及びRは、それぞれ独立に、好ましくは水素原子又は炭素原子数1〜3のアルキル基であり、より好ましくは水素原子又はメチル基である。 R 1a is preferably a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, a formyl group, or a hydroxymethyl group, more preferably a hydrogen atom, a methyl group, or a formyl group, from the viewpoint of facilitating the reaction more smoothly. Or it is a hydroxymethyl group. From the same viewpoint, R 2 and R 3 are each independently preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, more preferably a hydrogen atom or a methyl group.

一般式(1)で示されるフラン化合物としては、例えば、フルフラール(2−ホルミルフラン)、5−メチルフルフラール、5−エチルフルフラール、5−プロピルフルフラール、5−ブチルフルフラール、5−ペンチルフルフラール、5−ヒドロキシメチルフルフラール、5−ホルミルフルフラール等が挙げられる。これらのうち、好ましくはフルフラール、5−メチルフルフラール、5−ヒドロキシメチルフルフラール、5−ホルミルフルフラールが使用される。   Examples of the furan compound represented by the general formula (1) include furfural (2-formylfuran), 5-methylfurfural, 5-ethylfurfural, 5-propylfurfural, 5-butylfurfural, 5-pentylfurfural, 5- Examples include hydroxymethylfurfural and 5-formylfurfural. Of these, furfural, 5-methylfurfural, 5-hydroxymethylfurfural and 5-formylfurfural are preferably used.

反応工程において使用する触媒の使用量は、パラジウム原子換算で、フラン化合物1モルに対して、好ましくは0.0001〜0.1モル、より好ましくは0.0005〜0.08モルである。この範囲とすることで、反応速度を十分に大きくしつつ、一層高い収率及び選択率でテトラヒドロフラン化合物を得ることができる。なお、触媒は、別々に調製された異なる成分を含有する複数種の触媒を組み合わせて使用してもよい。   The amount of the catalyst used in the reaction step is preferably 0.0001 to 0.1 mol, more preferably 0.0005 to 0.08 mol per 1 mol of the furan compound in terms of palladium atom. By setting it as this range, a tetrahydrofuran compound can be obtained with a higher yield and selectivity while sufficiently increasing the reaction rate. In addition, you may use a catalyst combining the multiple types of catalyst containing the different component prepared separately.

反応工程において使用される水素は、水素を発生する化合物を用いて供給することができる。そのような化合物としては、水素ガス、アンモニアガス等の還元性ガス;水;メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類;ギ酸、酢酸、クロロギ酸等の有機酸類;塩酸、硫酸等の無機酸類が挙げられる。これらのうち、反応速度を一層大きくする観点から、好ましくは還元性ガス又は水素ガス、より好ましくは水素ガスが使用される。なお、上述の還元性ガスは、窒素、ヘリウム、又はアルゴン等の不活性ガスで希釈されていてもよい。   The hydrogen used in the reaction step can be supplied using a compound that generates hydrogen. Examples of such compounds include reducing gases such as hydrogen gas and ammonia gas; water; alcohols such as methanol, ethanol and isopropyl alcohol; organic acids such as formic acid, acetic acid and chloroformic acid; and inorganic acids such as hydrochloric acid and sulfuric acid. Can be mentioned. Of these, from the viewpoint of further increasing the reaction rate, reducing gas or hydrogen gas, more preferably hydrogen gas, is used. Note that the reducing gas described above may be diluted with an inert gas such as nitrogen, helium, or argon.

水素の量は、フラン化合物1モルに対して、水素原子に換算して、好ましくは5〜200モル、より好ましくは10〜160モルである。この使用量とすることで、十分な反応速度を得ながら、不完全な還元体で止めることなく、一層高い収率及び選択率でテトラヒドロフラン化合物を得ることができる。   The amount of hydrogen is preferably 5 to 200 mol, more preferably 10 to 160 mol in terms of a hydrogen atom with respect to 1 mol of the furan compound. By using this amount, a tetrahydrofuran compound can be obtained with a higher yield and selectivity without stopping with an incomplete reductant while obtaining a sufficient reaction rate.

本実施形態におけるテトラヒドロフラン化合物は、下記一般式(2)で表される化合物であり、ヒドロキシメチル基を有する。   The tetrahydrofuran compound in this embodiment is a compound represented by the following general formula (2), and has a hydroxymethyl group.

Figure 2014047149
Figure 2014047149

一般式(2)中、R1bは水素原子、炭素原子数1〜5のアルキル基又はヒドロキシメチル基を示し、R及びRは、それぞれ独立に水素原子又は炭素原子数1〜5のアルキル基を示す。R1bは、具体的には、水素原子;メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、又はヒドロキシメチル基である。なお、これらの基は、各種異性体を含む。隣接する炭素に結合しているR1b及びR並びにR及びRは、それぞれ互いに結合して環(例えば、シクロヘキサン環等)を形成していてもよい。 In General Formula (2), R 1b represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, or a hydroxymethyl group, and R 2 and R 3 are each independently a hydrogen atom or alkyl having 1 to 5 carbon atoms. Indicates a group. R 1b is specifically a hydrogen atom; a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, or a hydroxymethyl group. These groups include various isomers. R 1b and R 2 and R 2 and R 3 are attached to adjacent carbon ring bonded to each other (e.g., cyclohexane ring) may form a.

本実施形態の反応工程では、溶媒を使用してもよいし使用しなくてもよい。溶媒としては、例えば、水;エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、n−ブタノール、t−ブタノール、エチレングリコール等のアルコール類;ヘプタン、ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン等の炭化水素類;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン等のアミド類;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル等のエーテル類;塩化メチレン、ジクロロエタン等のハロゲン化脂肪族炭化水素類等を使用することができる。これらのうち、水が好ましい。上述の溶媒は、一種を単独で又は二種以上を組み合わせて使用してもよい。   In the reaction step of this embodiment, a solvent may or may not be used. Examples of the solvent include water; alcohols such as ethanol, 1-propanol, 2-propanol, n-butanol, t-butanol, and ethylene glycol; hydrocarbons such as heptane, hexane, cyclohexane, and toluene; N, N— Amides such as dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide and N-methyl-2-pyrrolidone; Ethers such as diethyl ether, diisopropyl ether, tetrahydrofuran, diethylene glycol dimethyl ether and diethylene glycol diethyl ether; Halogenated fats such as methylene chloride and dichloroethane Group hydrocarbons and the like can be used. Of these, water is preferred. The above-mentioned solvents may be used alone or in combination of two or more.

溶媒の使用量は、フラン化合物1gに対して好ましくは50g以下、より好ましくは25g以下とする。これによって、攪拌性が向上する。なお、溶媒には反応を阻害しない塩が含まれていてもよい。   The amount of the solvent used is preferably 50 g or less, more preferably 25 g or less with respect to 1 g of the furan compound. This improves the stirring ability. The solvent may contain a salt that does not inhibit the reaction.

反応工程は、触媒の形態に応じて、回分式(バッチ式)又は連続式のどちらの方法でも行うことができる。また、触媒の性質により均一系又は不均一系(懸濁反応)のどちらの反応系でも実施することができる。触媒が担体と該担体に担持されたパラジウム及び周期表第5族〜9族に属する金属の少なくとも1種を有する固体触媒である場合、固定床を用いて連続的に反応を行うこともできる。   The reaction step can be performed by either a batch (batch) method or a continuous method, depending on the form of the catalyst. Further, it can be carried out in either a homogeneous system or a heterogeneous system (suspension reaction) depending on the nature of the catalyst. When the catalyst is a solid catalyst having a support, palladium supported on the support and at least one metal belonging to Groups 5 to 9 of the periodic table, the reaction can be continuously performed using a fixed bed.

反応工程では、例えば、フラン化合物、触媒及び必要に応じて溶媒を混合し、水素の存在下にて、攪拌しながら反応を進行させる。その際の反応温度は、好ましくは0〜200℃、より好ましくは0〜100℃、さらに好ましくは0〜50℃、特に好ましくは0以上且つ10℃未満である。その際の反応圧力は、水素分圧として、好ましくは常圧〜20MPa、より好ましくは0.2〜15MPaである。反応温度及び反応圧力を上述の範囲とすることで、副生成物の生成が十分に抑制され、反応速度を一層大きくすることができる。これによって、テトラヒドロフランの収率と選択率とを一層高くすることができる。還元工程と反応工程は連続して行ってもよいし、還元工程で得られた触媒を一旦単離した後に、反応工程を行ってもよい。   In the reaction step, for example, a furan compound, a catalyst, and a solvent as necessary are mixed, and the reaction is allowed to proceed with stirring in the presence of hydrogen. The reaction temperature in that case becomes like this. Preferably it is 0-200 degreeC, More preferably, it is 0-100 degreeC, More preferably, it is 0-50 degreeC, Most preferably, it is 0 or more and less than 10 degreeC. The reaction pressure at that time is preferably a normal pressure to 20 MPa, more preferably 0.2 to 15 MPa as a hydrogen partial pressure. By making reaction temperature and reaction pressure into the above-mentioned range, the production | generation of a by-product is fully suppressed and reaction rate can be enlarged further. Thereby, the yield and selectivity of tetrahydrofuran can be further increased. The reduction step and the reaction step may be performed continuously, or the reaction step may be performed after once isolating the catalyst obtained in the reduction step.

以上の工程によって、目的とするテトラヒドロフラン化合物を得ることができる。このテトラヒドロフラン化合物は、反応終了後に、得られた反応液から、例えば、濾過、濃縮、抽出、蒸留、昇華、再結晶、カラムクロマトグラフィー等の一般的な操作によって単離・精製することができる。   The target tetrahydrofuran compound can be obtained by the above steps. After completion of the reaction, the tetrahydrofuran compound can be isolated and purified from the obtained reaction solution by general operations such as filtration, concentration, extraction, distillation, sublimation, recrystallization, column chromatography and the like.

本実施形態のテトラヒドロフラン化合物の製造方法は、反応工程において、パラジウム化合物と、構成元素として周期表第5族〜9族に属する金属の少なくとも1種を有する金属化合物と、を含む混合物を還元処理して得られる、パラジウムと上記金属とを有する水素化触媒を用いている。この水素化触媒は、一般式(2)で表されるテトラヒドロフラン化合物の合成に適した水素化触媒である。このような水素化触媒は、上述の混合工程と還元工程とによって製造することができる。なお、混合工程と還元工程はこの順番で別々に行ってよく、混合しながら還元を同時進行する方法で行ってもよい。   In the method for producing a tetrahydrofuran compound of the present embodiment, in the reaction step, a mixture containing a palladium compound and a metal compound having at least one metal belonging to Groups 5 to 9 of the periodic table as a constituent element is reduced. A hydrogenation catalyst having palladium and the above metal is obtained. This hydrogenation catalyst is a hydrogenation catalyst suitable for the synthesis of the tetrahydrofuran compound represented by the general formula (2). Such a hydrogenation catalyst can be manufactured by the mixing step and the reduction step described above. The mixing step and the reduction step may be performed separately in this order, or may be performed by a method in which the reduction proceeds simultaneously while mixing.

(第2実施形態)
本実施形態のテトラヒドロフラン化合物の製造方法は、パラジウム化合物を還元処理してパラジウムを有する触媒を得る還元工程と、触媒の存在下、上記一般式(1)のフラン化合物と水素とを10℃未満の温度範囲で接触させて、上記一般式(2)のテトラヒドロフラン化合物を得る反応工程と、を有する。
(Second Embodiment)
The method for producing a tetrahydrofuran compound according to the present embodiment includes a reduction step of reducing a palladium compound to obtain a catalyst having palladium, and the furan compound of formula (1) and hydrogen in the presence of the catalyst at a temperature of less than 10 ° C. And a reaction step of obtaining a tetrahydrofuran compound of the above general formula (2) by contacting in a temperature range.

還元工程は、パラジウム化合物を還元処理して、パラジウムを有する触媒を得る工程である。この還元工程は、構成元素として周期表第5族〜9族に属する金属の少なくとも一種を有する金属化合物を用いないこと以外は、第1実施形態と同様にして行うことができる。パラジウム化合物としては、第1実施形態と同様のものが用いられる。すなわち、例えば、塩化パラジウム、臭化パラジウム、ヨウ化パラジウム等のハロゲン化パラジウム;酢酸パラジウム、硝酸パラジウム、硫酸パラジウム等のパラジウム酸塩;酸化パラジウム等が挙げられる。これらのパラジウム化合物の一種を単独で又は二種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのパラジウム化合物のうち、パラジウムを効率よく担体に固定化させる観点、及び製造コスト低減の観点から、好ましくはハロゲン化パラジウム、より好ましくは塩化パラジウムを用いる。パラジウム化合物は、水和物又は水溶液に溶解させた状態で用いてもよい。また、第1実施形態と同様に、担体とパラジウム化合物とを混合したうえで還元工程を行ってもよいし、担体にパラジウム化合物が固定化された触媒前駆体を還元処理してもよい。   The reduction step is a step of obtaining a catalyst having palladium by reducing the palladium compound. This reduction step can be performed in the same manner as in the first embodiment except that a metal compound having at least one metal belonging to Groups 5 to 9 of the periodic table is not used as a constituent element. As the palladium compound, the same one as in the first embodiment is used. That is, for example, palladium halides such as palladium chloride, palladium bromide and palladium iodide; palladium acid salts such as palladium acetate, palladium nitrate and palladium sulfate; palladium oxide and the like. You may use 1 type of these palladium compounds individually or in combination of 2 or more types. Among these palladium compounds, palladium halide is preferably used, and palladium chloride is more preferably used from the viewpoint of efficiently immobilizing palladium on a carrier and reducing the production cost. You may use a palladium compound in the state dissolved in the hydrate or aqueous solution. Similarly to the first embodiment, the reduction step may be performed after mixing the support and the palladium compound, or the catalyst precursor having the palladium compound immobilized on the support may be reduced.

パラジウム化合物は、反応工程で得られるテトラヒドロフラン化合物を含む反応液からの濾別を容易にするために、担体に担持されていることが好ましい。担体としては、多孔質の担体が好ましく、例えば、シリカ、アルミナ、シリカ−アルミナ、セリア、マグネシア、カルシア、チタニア、シリカ−チタニア、ジルコニア及び活性炭(炭素)、ゼオライト、メソ孔体(メソポーラスアルミナ、メスポーラスシリカ、メスポーラスカーボン)等が挙げられる。これらのうち、より好ましくはシリカ、アルミナ、活性炭(炭素)が使用される。なお、これらの担体は、一種を単独で又は二種以上を組み合わせて使用してもよい。既にパラジウム化合物が担持された市販品をそのまま又は適当な処理をして使用してもよく、別途調製して使用してもよい。   The palladium compound is preferably supported on a carrier in order to facilitate separation from the reaction solution containing the tetrahydrofuran compound obtained in the reaction step. The carrier is preferably a porous carrier, for example, silica, alumina, silica-alumina, ceria, magnesia, calcia, titania, silica-titania, zirconia and activated carbon (carbon), zeolite, mesoporous material (mesoporous alumina, female). Porous silica, female porous carbon) and the like. Of these, silica, alumina, and activated carbon (carbon) are more preferably used. In addition, you may use these support | carriers individually by 1 type or in combination of 2 or more types. A commercially available product on which a palladium compound is already supported may be used as it is or after appropriate treatment, or may be prepared separately and used.

担体にパラジウム化合物を担持する方法に特に制約はなく、含浸、沈殿、吸水等、一般的な方法を適宜選択して採用することができる。この調製方法の例としては、パラジウム化合物を含む溶液を担体粉末に加え、共沈法による同時担持法で調製する方法が挙げられる。焼成雰囲気は、通常は酸素を含んだガス(例えば、空気)である。また、窒素などの不活性ガスを用いてもよい。焼成温度は、用いるパラジウム化合物の分解温度や焼成雰囲気などを考慮して適宜選択できる。焼成時間は、0.5時間〜24時間の間で適宜選択できる。   There is no particular limitation on the method for supporting the palladium compound on the carrier, and general methods such as impregnation, precipitation, water absorption and the like can be appropriately selected and employed. As an example of this preparation method, there is a method in which a solution containing a palladium compound is added to a carrier powder and prepared by a co-precipitation method. The firing atmosphere is usually a gas containing oxygen (for example, air). Further, an inert gas such as nitrogen may be used. The firing temperature can be appropriately selected in consideration of the decomposition temperature of the palladium compound used, the firing atmosphere, and the like. The firing time can be appropriately selected between 0.5 hour and 24 hours.

上述のパラジウム化合物、又は担体にパラジウム化合物が担持された触媒前駆体を、上記第1実施形態の還元工程と同様の方法で還元処理することによって、触媒を得ることができる。触媒におけるパラジウムの含量(担持量)は、反応工程における反応速度を十分に大きくする観点から、担体に対してパラジウムが好ましくは0.1〜20質量%、より好ましくは0.5〜10質量%である。なお、このような触媒として市販品を用いてもよい。   A catalyst can be obtained by reducing the above-described palladium compound or a catalyst precursor having a palladium compound supported on a carrier in the same manner as in the reduction step of the first embodiment. The palladium content (supported amount) in the catalyst is preferably 0.1 to 20% by mass, more preferably 0.5 to 10% by mass with respect to the support, from the viewpoint of sufficiently increasing the reaction rate in the reaction step. It is. In addition, you may use a commercial item as such a catalyst.

上述の還元工程によって得られる触媒は、水素化作用を有しており、還元作用を有することから還元触媒又は水素化触媒ということもできる。この触媒を用いれば、10℃未満の低温領域、好ましくは5℃未満の低温領域で、フラン化合物の内部オレフィンとともに、そのフラン環に結合したホルミル基を還元して、テトラヒドロフラン化合物を高選択率且つ高収率で製造することができる。   The catalyst obtained by the above-described reduction step has a hydrogenation action, and since it has a reduction action, it can also be referred to as a reduction catalyst or a hydrogenation catalyst. When this catalyst is used, the formyl group bonded to the furan ring is reduced together with the internal olefin of the furan compound in a low temperature region of less than 10 ° C., preferably in a low temperature region of less than 5 ° C. It can be produced in high yield.

反応工程は、周期表第5族〜9族に属する金属を有しない上述の触媒(還元触媒)を用いること以外は、第1実施形態と同様にして行うことができる。ここでは、重複する説明を省略する。反応工程において使用する触媒の使用量は、パラジウム原子に換算して、フラン化合物1モルに対して、好ましくは0.0001〜0.1モル、より好ましくは0.0005〜0.08モルである。この使用量の範囲とすることで、反応速度を十分に大きくしつつ、一層高い収率及び選択率でテトラヒドロフラン化合物を得ることができる。なお、触媒は、別々に調製された異なる成分を含有する複数種の触媒を組み合わせて使用してもよい。   A reaction process can be performed like 1st Embodiment except using the above-mentioned catalyst (reduction catalyst) which does not have the metal which belongs to periodic table group 5-9. Here, the overlapping description is omitted. The amount of the catalyst used in the reaction step is preferably 0.0001 to 0.1 mol, more preferably 0.0005 to 0.08 mol with respect to 1 mol of the furan compound, in terms of palladium atom. . By setting the amount within this range, the tetrahydrofuran compound can be obtained with a higher yield and selectivity while sufficiently increasing the reaction rate. In addition, you may use a catalyst combining the multiple types of catalyst containing the different component prepared separately.

触媒の存在下、フラン化合物と水素とを接触させるときの温度範囲は、工業規模での生産設備を簡略化しつつ十分な反応速度を得る観点から、好ましくは−5〜8℃であり、好ましくは0〜5℃であり、より好ましくは0〜3℃である。その他の条件は、第1実施形態と同様とすることができる。   The temperature range when the furan compound and hydrogen are brought into contact with each other in the presence of a catalyst is preferably -5 to 8 ° C from the viewpoint of obtaining a sufficient reaction rate while simplifying production equipment on an industrial scale, preferably It is 0-5 degreeC, More preferably, it is 0-3 degreeC. Other conditions can be the same as in the first embodiment.

本実施形態のテトラヒドロフラン化合物の製造方法は、反応工程において、パラジウム化合物を還元処理して得られる、パラジウムを有する水素化触媒を用いている。この水素化触媒は、一般式(2)で表されるテトラヒドロフラン化合物の合成に適した水素化触媒である。このような水素化触媒は、上述の還元工程によって製造することができる。なお、還元工程と反応工程はこの順番で別々に行ってよく、還元しながら反応を同時進行させる方法で行ってもよい。   The method for producing a tetrahydrofuran compound of the present embodiment uses a hydrogenation catalyst having palladium, which is obtained by reducing a palladium compound in the reaction step. This hydrogenation catalyst is a hydrogenation catalyst suitable for the synthesis of the tetrahydrofuran compound represented by the general formula (2). Such a hydrogenation catalyst can be produced by the above-described reduction step. The reduction step and the reaction step may be performed separately in this order, or may be performed by a method in which the reaction proceeds simultaneously while reducing.

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。   The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments.

次に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。   Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
[触媒の製造]
二塩化パラジウム33.3mg(0.188mmol)を1Nの塩酸0.7gに溶解して第1の水溶液を調製した。この第1の水溶液をシリカ(SiO;富士シリシア化学株式会社製、商品名:CARiACT G−6)1.00gに含侵させ、空気雰囲気下、110℃で7時間乾燥した。次にテトラコサオキソヘプタモリブデン(VI)酸アンモニウム4水和物16.6mg(モリブデン換算で0.0940mmol)を水0.7gに溶解させて、第2の水溶液を調製した。第1の水溶液を含浸後、乾燥させたシリカに、第2の水溶液を含侵させ、空気雰囲気下、110℃で7時間乾燥させた。その後、空気雰囲気下、500℃で3時間焼成して紛体を得た。得られた粉体を水素気流下、500℃で0.5時間加熱してパラジウム化合物とモリブデン化合物を還元した。これによって、パラジウム及びモリブデンがシリカに対してそれぞれ2質量%及び0.9質量%担持された固体の触媒(以下、「Pd−Mo/SiO触媒(1)」と称することもある)1.10gを得た。なお、触媒の担持量は、仕込み量に基づく計算値である。
Example 1
[Manufacture of catalyst]
A first aqueous solution was prepared by dissolving 33.3 mg (0.188 mmol) of palladium dichloride in 0.7 g of 1N hydrochloric acid. This first aqueous solution was impregnated with 1.00 g of silica (SiO 2 ; manufactured by Fuji Silysia Chemical Ltd., trade name: CARiACT G-6) and dried at 110 ° C. for 7 hours in an air atmosphere. Next, 16.6 mg of ammonium tetracosaoxoheptamolybdate (VI) tetrahydrate (0.0940 mmol in terms of molybdenum) was dissolved in 0.7 g of water to prepare a second aqueous solution. After impregnating the first aqueous solution, the dried silica was impregnated with the second aqueous solution and dried at 110 ° C. for 7 hours in an air atmosphere. Thereafter, it was fired at 500 ° C. for 3 hours in an air atmosphere to obtain a powder. The obtained powder was heated at 500 ° C. for 0.5 hours under a hydrogen stream to reduce the palladium compound and the molybdenum compound. Thus, a solid catalyst in which palladium and molybdenum are supported by 2% by mass and 0.9% by mass, respectively, with respect to silica (hereinafter also referred to as “Pd—Mo / SiO 2 catalyst (1)”). 10 g was obtained. The catalyst loading is a calculated value based on the charged amount.

[2−ヒドロキシメチルテトラヒドロフランの合成]
上述の手順で得られたPd−Mo/SiO触媒(1)100mgと、0.5Mのフルフラール水溶液10mlとを、ガラス製内筒管を備えた内容積50mlのオートクレーブに入れた。そして、オートクレーブ内を水素で加圧して、8MPaの水素雰囲気下、2℃で4時間攪拌した。これによって下記反応式(3)に示す還元反応を行った。反応終了後、得られた反応液を、メンブランフィルター(0.45μm)を備えた注射器で濾過して濾液を得た。この濾液をガスクロマトグラフィー(株式会社島津製作所製、装置名:GC−2014)、以下の実施例においても同様)で分析したところ、フルフラールの転化率は99.6%であり、2−ヒドロキシメチルテトラヒドロフランの収率は93.6%であった。
[Synthesis of 2-hydroxymethyltetrahydrofuran]
100 mg of the Pd—Mo / SiO 2 catalyst (1) obtained by the above procedure and 10 ml of 0.5 M aqueous furfural solution were placed in an autoclave having an internal volume of 50 ml equipped with a glass inner tube. The inside of the autoclave was pressurized with hydrogen and stirred at 2 ° C. for 4 hours in an 8 MPa hydrogen atmosphere. Thereby, the reduction reaction shown in the following reaction formula (3) was performed. After completion of the reaction, the obtained reaction solution was filtered with a syringe equipped with a membrane filter (0.45 μm) to obtain a filtrate. When this filtrate was analyzed by gas chromatography (manufactured by Shimadzu Corporation, apparatus name: GC-2014, the same applies to the following examples), the conversion of furfural was 99.6%, and 2-hydroxymethyl The yield of tetrahydrofuran was 93.6%.

Figure 2014047149
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(実施例2)
[2−ヒドロキシメチルテトラヒドロフランの合成]
活性炭に対してパラジウムが5質量%担持された市販の触媒(5質量%Pd/活性炭、和光純薬工業株式会社製)40.0mgと0.5Mのフルフラール水溶液10.0mlを、ガラス製内筒管を備えた内容積50mlのオートクレーブに導入した。そして、オートクレーブ内を水素で加圧して、8MPaの水素雰囲気下、2℃で2時間攪拌した。反応終了後、得られた反応液を、メンブランフィルター(0.45μm)を備えた注射器で濾過し、濾液を得た。この濾液をガスクロマトグラフィーで分析したところ、フルフラールの転化率は99.6%であり、2−ヒドロキシメチルテトラヒドロフランの収率は91.9%であった。
(Example 2)
[Synthesis of 2-hydroxymethyltetrahydrofuran]
40.0 mg of a commercially available catalyst (5% by mass Pd / activated carbon, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) on which 5% by mass of palladium is supported with respect to the activated carbon and 10.0 mL of a 0.5M aqueous furfural solution, It was introduced into an autoclave with an internal volume of 50 ml equipped with a tube. The inside of the autoclave was pressurized with hydrogen and stirred at 2 ° C. for 2 hours in an 8 MPa hydrogen atmosphere. After completion of the reaction, the obtained reaction solution was filtered with a syringe equipped with a membrane filter (0.45 μm) to obtain a filtrate. When this filtrate was analyzed by gas chromatography, the conversion of furfural was 99.6% and the yield of 2-hydroxymethyltetrahydrofuran was 91.9%.

(実施例3)
[2−ヒドロキシメチルテトラヒドロフランの合成]
反応時間を2時間から4時間に変えたこと以外は、全て実施例2と同様にして反応及び分析を行った。その結果、フルフラールの転化率は99.6%であり、2−ヒドロキシメチルテトラヒドロフランの収率は97.1%であった。
(Example 3)
[Synthesis of 2-hydroxymethyltetrahydrofuran]
The reaction and analysis were performed in the same manner as in Example 2 except that the reaction time was changed from 2 hours to 4 hours. As a result, the conversion rate of furfural was 99.6%, and the yield of 2-hydroxymethyltetrahydrofuran was 97.1%.

(実施例4)
[還元触媒の製造]
活性炭に対してパラジウムが5質量%担持された市販の触媒(5質量%Pd/活性炭、和光純薬工業株式会社製)1.00gにテトラコサオキソヘプタモリブデン(VI)酸アンモニウム4水和物41.3mg(モリブデンが0.23mmol)を水0.7gに溶解させた水溶液を含侵させ、窒素雰囲気下、300℃で3時間乾燥した。このようにして、パラジウム及びモリブデンが、活性炭に対してそれぞれ5質量%及びモリブデンが2.2質量%担持された固体の触媒(以下、「Pd−Mo/C触媒」と称することもある)1.05gを得た。
Example 4
[Production of reduction catalyst]
Commercially available catalyst (5% by mass Pd / activated carbon, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) on which 5% by mass of palladium is supported on activated carbon was added to 1.00 g of ammonium tetracosaoxoheptamolybdate (VI) 41 An aqueous solution obtained by dissolving 0.3 mg (0.23 mmol of molybdenum) in 0.7 g of water was impregnated and dried at 300 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere. In this way, palladium and molybdenum are solid catalysts in which 5% by mass and 2.2% by mass of molybdenum are supported with respect to the activated carbon, respectively (hereinafter also referred to as “Pd—Mo / C catalyst”) 1 .05 g was obtained.

(2−ヒドロキシメチルテトラヒドロフランの合成)
上記の手順で得られた「Pd−Mo/C触媒」40.0mgと0.5Mのフルフラール水溶液10.0mlを、ガラス製内筒管を備えた内容積50mlのオートクレーブに入れた。そして、オートクレーブ内を水素で加圧して、8MPaの水素雰囲気下、2℃で2時間攪拌した。反応終了後、得られた反応液を、メンブランフィルター(0.45μm)を備えた注射器で濾過して濾液を得た。この濾過をガスクロマトグラフィーで分析したところ、フルフラールの転化率は99.6%であり、2−ヒドロキシメチルテトラヒドロフランの収率は90.4%であった。
(Synthesis of 2-hydroxymethyltetrahydrofuran)
40.0 mg of the “Pd—Mo / C catalyst” obtained by the above procedure and 10.0 ml of a 0.5 M aqueous furfural solution were placed in an autoclave having an internal volume of 50 ml equipped with a glass inner tube. The inside of the autoclave was pressurized with hydrogen and stirred at 2 ° C. for 2 hours in an 8 MPa hydrogen atmosphere. After completion of the reaction, the obtained reaction solution was filtered with a syringe equipped with a membrane filter (0.45 μm) to obtain a filtrate. When this filtration was analyzed by gas chromatography, the conversion of furfural was 99.6% and the yield of 2-hydroxymethyltetrahydrofuran was 90.4%.

実施例1〜4で用いた触媒の種類、原料の混合比、金属の担持量及び反応条件を表1に纏めて示す。また、実施例1〜4の合成反応に関わるデータを表2に纏めて示す。なお、表2中、THFAは2−ヒドロキシメチルテトラヒドロフランを、FOLはフルフラールアルコールを、THFALはテトラヒドロフルフラールを示す。Othersは、THFA,FOL,THFAL以外の成分の総計を示す。また、転化率は、投入した原料(フルフラール)に対して消費された原料のモル比率である。選択率は、反応生成物全体に対する各生成物のモル比率である。収率は、投入した原料に対する生成した目的生成物(2−ヒドロキシメチルテトラヒドロフラン)のモル比率である。   Table 1 summarizes the types of catalysts used in Examples 1 to 4, the mixing ratio of raw materials, the amount of supported metal, and reaction conditions. Data related to the synthesis reactions of Examples 1 to 4 are summarized in Table 2. In Table 2, THFA represents 2-hydroxymethyltetrahydrofuran, FOL represents furfural alcohol, and THFAL represents tetrahydrofurfural. Others indicates the total of components other than THFA, FOL, and THF. The conversion rate is a molar ratio of the raw material consumed with respect to the raw material (furfural) charged. Selectivity is the molar ratio of each product to the total reaction product. The yield is the molar ratio of the produced target product (2-hydroxymethyltetrahydrofuran) to the charged raw material.

Figure 2014047149
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Figure 2014047149
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(実施例5)
[2,5−ジヒドロキシメチルテトラヒドロフランの合成]
実施例1で得られた「Pd−Mo/SiO触媒(1)」100mgと、0.5Mの5−ヒドロキシメチルフルフラール水溶液10mlを、ガラス製内筒管を備えた内容積50mlのオートクレーブに入れた。そして、オートクレーブ内を水素で加圧して、8MPaの水素雰囲気下、2℃で6時間攪拌した。これによって、下記反応式(4)に示す還元反応を行った。還元反応終了後、得られた反応液を、メンブランフィルター(0.45μm)を備えた注射器で濾過して濾液を得た。この濾液をガスクロマトグラフィーで分析したところ、5−ヒドロキシメチルフルフラールの転化率は99.7%であり、2,5−ジヒドロキシメチルテトラヒドロフランの収率は93.5%であった。
(Example 5)
[Synthesis of 2,5-dihydroxymethyltetrahydrofuran]
100 mg of the “Pd—Mo / SiO 2 catalyst (1)” obtained in Example 1 and 10 ml of a 0.5 M aqueous solution of 5-hydroxymethylfurfural were placed in an autoclave having an inner volume of 50 ml equipped with a glass inner tube. It was. The inside of the autoclave was pressurized with hydrogen and stirred at 2 ° C. for 6 hours in an 8 MPa hydrogen atmosphere. Thereby, the reduction reaction shown in the following reaction formula (4) was performed. After completion of the reduction reaction, the obtained reaction solution was filtered with a syringe equipped with a membrane filter (0.45 μm) to obtain a filtrate. When this filtrate was analyzed by gas chromatography, the conversion of 5-hydroxymethylfurfural was 99.7% and the yield of 2,5-dihydroxymethyltetrahydrofuran was 93.5%.

Figure 2014047149
Figure 2014047149

(実施例6)
[還元触媒の製造]
実施例1と同様にして第1の水溶液を調製した。この第1の水溶液をシリカ(SiO;富士シリシア化学株式会社製、商品名:CARiACT G−6)1.00gに含侵させ、空気雰囲気下、110℃で7時間乾燥した。その後、空気雰囲気下、500℃で3時間焼成して紛体を得た。得られた粉体を水素気流下、100℃で0.5時間加熱してパラジウム化合物を還元した。これによって、パラジウムがシリカに対して2質量%担持された固体の触媒(以下、「Pd/SiO触媒」と称することもある)1.10gを得た。
(Example 6)
[Production of reduction catalyst]
A first aqueous solution was prepared in the same manner as in Example 1. This first aqueous solution was impregnated with 1.00 g of silica (SiO 2 ; manufactured by Fuji Silysia Chemical Ltd., trade name: CARiACT G-6) and dried at 110 ° C. for 7 hours in an air atmosphere. Thereafter, it was fired at 500 ° C. for 3 hours in an air atmosphere to obtain a powder. The obtained powder was heated at 100 ° C. for 0.5 hours under a hydrogen stream to reduce the palladium compound. As a result, 1.10 g of a solid catalyst (hereinafter also referred to as “Pd / SiO 2 catalyst”) in which 2% by mass of palladium was supported on silica was obtained.

[2,5−ジヒドロキシメチルテトラヒドロフランの合成]
実施例5で用いた「Pd−Mo/SiO触媒(1)」に代えて、実施例6で得られたPd/SiO触媒を用いるとともに反応時間を6時間から4時間に変えたこと以外は、実施例5と同様にして反応を行った。その結果、5−ヒドロキシメチルフルフラールの転化率は100%であり、2,5−ジヒドロキシメチルテトラヒドロフランの収率は90.7%であった。
[Synthesis of 2,5-dihydroxymethyltetrahydrofuran]
Other than using the Pd / SiO 2 catalyst obtained in Example 6 in place of the “Pd—Mo / SiO 2 catalyst (1)” used in Example 5, and changing the reaction time from 6 hours to 4 hours. Was reacted in the same manner as in Example 5. As a result, the conversion of 5-hydroxymethylfurfural was 100%, and the yield of 2,5-dihydroxymethyltetrahydrofuran was 90.7%.

(実施例7)
[2,5−ジヒドロキシメチルテトラヒドロフランの合成]
活性炭に対してパラジウムが5質量%担持された市販の触媒(5質量%Pd/活性炭、和光純薬工業株式会社製)40.0mgと0.5Mの5−ヒドロキシメチルフルフラール水溶液10mlを、ガラス製内筒管を備えた内容積50mlのオートクレーブに入れた。そして、オートクレーブ内を水素で加圧して、8MPaの水素雰囲気下、2℃で4時間攪拌した。得られた反応液を、メンブランフィルター(0.45μm)を備えた注射器で濾過して濾液を得た。この濾液をガスクロマトグラフィーで分析したところ、5−ヒドロキシメチルフルフラールの転化率は99.8%であり、2,5−ジヒドロキシメチルテトラヒドロフランの収率は94.8%であった。
(Example 7)
[Synthesis of 2,5-dihydroxymethyltetrahydrofuran]
40.0 mg of a commercially available catalyst (5% by mass Pd / activated carbon, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) on which 5% by mass of palladium is supported with respect to the activated carbon and 10 mL of a 0.5M aqueous solution of 5-hydroxymethylfurfural was made of glass. It put into the autoclave of the internal volume 50ml provided with the inner cylinder pipe | tube. The inside of the autoclave was pressurized with hydrogen and stirred at 2 ° C. for 4 hours in an 8 MPa hydrogen atmosphere. The obtained reaction solution was filtered with a syringe equipped with a membrane filter (0.45 μm) to obtain a filtrate. When this filtrate was analyzed by gas chromatography, the conversion of 5-hydroxymethylfurfural was 99.8%, and the yield of 2,5-dihydroxymethyltetrahydrofuran was 94.8%.

(実施例8)
[触媒の製造]
二塩化パラジウム20.0mg(0.113mmol)を1Nの塩酸0.7gに溶解して第3の水溶液を調製した。この第3の水溶液をシリカ(SiO;富士シリシア化学株式会社製、商品名:CARiACT G−6)1.00gに含侵させ、空気雰囲気下、110℃で7時間乾燥した。次に、三塩化ロジウム三水和物26.1mg(0.0991mmol)を水0.7gに溶解させて、第4の水溶液を調製した。第3の水溶液を含浸後、乾燥させたシリカに、第4の水溶液を含侵させ、空気雰囲気下、110℃で7時間乾燥させた。その後、空気雰囲気下、500℃で3時間焼成して紛体を得た。得られた粉体を水素気流下、500℃で0.5時間加熱してパラジウム化合物とロジウム化合物を還元した。これによって、パラジウム及びロジウムがシリカに対してそれぞれ1.2質量%及び1.0質量%担持された固体の触媒(以下、「Pd−Rh/SiO触媒」と称することもある)1.07gを得た。なお、触媒の担持量は、仕込み量に基づく計算値である。
(Example 8)
[Manufacture of catalyst]
A third aqueous solution was prepared by dissolving 20.0 mg (0.113 mmol) of palladium dichloride in 0.7 g of 1N hydrochloric acid. This third aqueous solution was impregnated with 1.00 g of silica (SiO 2 ; manufactured by Fuji Silysia Chemical Ltd., trade name: CARiACT G-6), and dried at 110 ° C. for 7 hours in an air atmosphere. Next, 26.1 mg (0.0991 mmol) of rhodium trichloride trihydrate was dissolved in 0.7 g of water to prepare a fourth aqueous solution. After impregnating the third aqueous solution, the dried silica was impregnated with the fourth aqueous solution and dried at 110 ° C. for 7 hours in an air atmosphere. Thereafter, it was fired at 500 ° C. for 3 hours in an air atmosphere to obtain a powder. The obtained powder was heated at 500 ° C. for 0.5 hours under a hydrogen stream to reduce the palladium compound and the rhodium compound. As a result, 1.07 g of a solid catalyst (hereinafter also referred to as “Pd—Rh / SiO 2 catalyst”) in which palladium and rhodium are supported by 1.2% by mass and 1.0% by mass, respectively, with respect to silica. Got. The catalyst loading is a calculated value based on the charged amount.

[2,5−ジヒドロキシメチルテトラヒドロフランの合成]
実施例6で用いたPd/SiO触媒に代え、実施例8で得られたPd−Rh/SiO触媒を用い、反応温度を2℃から40℃へ、反応時間を4時間から1時間に変えたこと以外は、実施例6と同様にして反応を行った。その結果、5−ヒドロキシメチルフルフラールの転化率は99.4%であり、2,5−ジヒドロキシメチルテトラヒドロフランの収率は62.6%であった。
[Synthesis of 2,5-dihydroxymethyltetrahydrofuran]
Instead of the Pd / SiO 2 catalyst used in Example 6, the Pd—Rh / SiO 2 catalyst obtained in Example 8 was used, the reaction temperature was changed from 2 ° C. to 40 ° C., and the reaction time was changed from 4 hours to 1 hour. The reaction was performed in the same manner as in Example 6 except that the changes were made. As a result, the conversion of 5-hydroxymethylfurfural was 99.4%, and the yield of 2,5-dihydroxymethyltetrahydrofuran was 62.6%.

(実施例9)
[触媒の製造]
実施例8と同様にして第3の水溶液を調製した。この第3の水溶液をシリカ(SiO;富士シリシア化学株式会社製、商品名:CARiACT G−6)1.00gに含侵させ、空気雰囲気下、110℃で7時間乾燥した。次に、三塩化ルテニウムn水和物(ルテニウム含量:41.5質量%)24.1mg(ルテニウム含量:0.0991mmol)を水0.7gに溶解させて、第5の水溶液を調製した。第3の水溶液を含浸後、乾燥させたシリカに、第5の水溶液を含侵させ、空気雰囲気下、110℃で7時間乾燥させた。その後、空気雰囲気下、500℃で3時間焼成して紛体を得た。得られた粉体を水素気流下、500℃で0.5時間加熱してパラジウム化合物とルテニウム化合物を還元した。これによって、パラジウム及びルテニウムがシリカに対してそれぞれ1.2質量%及び1.0質量%担持された固体の触媒(以下、「Pd−Ru/SiO触媒」と称することもある)1.07gを得た。なお、触媒の担持量は、仕込み量に基づく計算値である。
Example 9
[Manufacture of catalyst]
A third aqueous solution was prepared in the same manner as in Example 8. This third aqueous solution was impregnated with 1.00 g of silica (SiO 2 ; manufactured by Fuji Silysia Chemical Ltd., trade name: CARiACT G-6), and dried at 110 ° C. for 7 hours in an air atmosphere. Next, ruthenium trichloride n-hydrate (ruthenium content: 41.5% by mass) 24.1 mg (ruthenium content: 0.0991 mmol) was dissolved in 0.7 g of water to prepare a fifth aqueous solution. After impregnating with the third aqueous solution, the dried silica was impregnated with the fifth aqueous solution and dried at 110 ° C. for 7 hours in an air atmosphere. Thereafter, it was fired at 500 ° C. for 3 hours in an air atmosphere to obtain a powder. The obtained powder was heated at 500 ° C. for 0.5 hours under a hydrogen stream to reduce the palladium compound and the ruthenium compound. Thus, 1.07 g of a solid catalyst (hereinafter also referred to as “Pd—Ru / SiO 2 catalyst”) in which palladium and ruthenium are supported by 1.2% by mass and 1.0% by mass, respectively, with respect to silica. Got. The catalyst loading is a calculated value based on the charged amount.

[2,5−ジヒドロキシメチルテトラヒドロフランの合成]
実施例8で用いたPd−Rh/SiO触媒に代えて、実施例9で得られたPd−Ru/SiO触媒を用いたこと以外は、実施例8と同様にして反応を行った。その結果、5−ヒドロキシメチルフルフラールの転化率は99.9%であり、2,5−ジヒドロキシメチルテトラヒドロフランの収率は65.6%であった。
[Synthesis of 2,5-dihydroxymethyltetrahydrofuran]
The reaction was performed in the same manner as in Example 8, except that the Pd—Ru / SiO 2 catalyst obtained in Example 9 was used instead of the Pd—Rh / SiO 2 catalyst used in Example 8. As a result, the conversion of 5-hydroxymethylfurfural was 99.9%, and the yield of 2,5-dihydroxymethyltetrahydrofuran was 65.6%.

(実施例10)
[触媒の製造]
実施例8と同様にして第3の水溶液を調製した。この第3の水溶液をシリカ(SiO;富士シリシア化学株式会社製、商品名:CARiACT G−6)1.00gに含侵させ、空気雰囲気下、110℃で7時間乾燥した。次に、イリジウム酸クロライドn水和物(イリジウム含量:37.0質量%)51.5mg(イリジウム含量:0.0991mmol)を水0.7gに溶解させて、第6の水溶液を調製した。第3の水溶液を含浸後、乾燥させたシリカに、第6の水溶液を含侵させ、空気雰囲気下、110℃で7時間乾燥させた。その後、空気雰囲気下、500℃で3時間焼成して紛体を得た。得られた粉体を水素気流下、500℃で0.5時間加熱してパラジウム化合物とイリジウム化合物を還元した。これによって、パラジウム及びイリジウムがシリカに対してそれぞれ1.2質量%及び1.9質量%担持された固体の触媒(以下、「Pd−Ir/SiO触媒」と称することもある)1.08gを得た。なお、触媒の担持量は、仕込み量に基づく計算値である。
(Example 10)
[Manufacture of catalyst]
A third aqueous solution was prepared in the same manner as in Example 8. This third aqueous solution was impregnated with 1.00 g of silica (SiO 2 ; manufactured by Fuji Silysia Chemical Ltd., trade name: CARiACT G-6), and dried at 110 ° C. for 7 hours in an air atmosphere. Next, 51.5 mg (iridium content: 0.0991 mmol) of iridium chloride n-hydrate (iridium content: 37.0 mass%) was dissolved in 0.7 g of water to prepare a sixth aqueous solution. After impregnating the third aqueous solution, the dried silica was impregnated with the sixth aqueous solution and dried at 110 ° C. for 7 hours in an air atmosphere. Thereafter, it was fired at 500 ° C. for 3 hours in an air atmosphere to obtain a powder. The obtained powder was heated at 500 ° C. for 0.5 hours under a hydrogen stream to reduce the palladium compound and the iridium compound. Thereby, 1.08 g of a solid catalyst (hereinafter also referred to as “Pd—Ir / SiO 2 catalyst”) in which 1.2% by mass and 1.9% by mass of palladium and iridium are supported with respect to silica, respectively. Got. The catalyst loading is a calculated value based on the charged amount.

[2,5−ジヒドロキシメチルテトラヒドロフランの合成]
実施例8で用いたPd−Rh/SiO触媒に代えて、実施例10で得られたPd−Ir/SiO触媒を用いたこと以外は、実施例8と同様にして反応を行った。その結果、5−ヒドロキシメチルフルフラールの転化率は100%であり、2,5−ジヒドロキシメチルテトラヒドロフランの収率は65.7%であった。
[Synthesis of 2,5-dihydroxymethyltetrahydrofuran]
The reaction was performed in the same manner as in Example 8 except that the Pd—Ir / SiO 2 catalyst obtained in Example 10 was used instead of the Pd—Rh / SiO 2 catalyst used in Example 8. As a result, the conversion of 5-hydroxymethylfurfural was 100%, and the yield of 2,5-dihydroxymethyltetrahydrofuran was 65.7%.

(実施例11)
[触媒の製造]
実施例8と同様にして第3の水溶液を調製した。この第3の水溶液をシリカ(SiO;富士シリシア化学株式会社製、商品名:CARiACT G−6)1.00gに含侵させ、空気雰囲気下、110℃で7時間乾燥した。次に、ヘンテトラコンタオキソ十二タングステン(VI)酸アンモニウム5水和物25.9mg(タングステン含量:0.0991mmol)を水0.7gに溶解させて、第7の水溶液を調製した。第3の水溶液を含浸後、乾燥させたシリカに、第7の水溶液を含侵させ、空気雰囲気下、110℃で7時間乾燥させた。その後、空気雰囲気下、500℃で3時間焼成して紛体を得た。得られた粉体を水素気流下、500℃で0.5時間加熱してパラジウム化合物とタングステン化合物を還元した。これによって、パラジウム及びタングシテンがシリカに対してそれぞれ1.2質量%及び1.8質量%担持された固体の触媒(以下、「Pd−W/SiO触媒」と称することもある)1.07gを得た。なお、触媒の担持量は、仕込み量に基づく計算値である。
(Example 11)
[Manufacture of catalyst]
A third aqueous solution was prepared in the same manner as in Example 8. This third aqueous solution was impregnated with 1.00 g of silica (SiO 2 ; manufactured by Fuji Silysia Chemical Ltd., trade name: CARiACT G-6), and dried at 110 ° C. for 7 hours in an air atmosphere. Next, 25.9 mg (tungsten content: 0.0991 mmol) of hentetracontoxooxotungsten (VI) ammonium pentahydrate was dissolved in 0.7 g of water to prepare a seventh aqueous solution. After impregnating with the third aqueous solution, the dried silica was impregnated with the seventh aqueous solution and dried at 110 ° C. for 7 hours in an air atmosphere. Thereafter, it was fired at 500 ° C. for 3 hours in an air atmosphere to obtain a powder. The obtained powder was heated at 500 ° C. for 0.5 hours under a hydrogen stream to reduce the palladium compound and the tungsten compound. As a result, 1.07 g of a solid catalyst (hereinafter also referred to as “Pd—W / SiO 2 catalyst”) in which palladium and tungstenene are supported by 1.2% by mass and 1.8% by mass, respectively, with respect to silica. Got. The catalyst loading is a calculated value based on the charged amount.

[2,5−ジヒドロキシメチルテトラヒドロフランの合成]
実施例8で用いたPd−Rh/SiO触媒に代えて、実施例11で得られたPd−W/SiO触媒を用いたこと以外は、実施例8と同様にして反応を行った。その結果、5−ヒドロキシメチルフルフラールの転化率は98.2%であり、2,5−ジヒドロキシメチルテトラヒドロフランの収率は48.6%であった。
[Synthesis of 2,5-dihydroxymethyltetrahydrofuran]
The reaction was conducted in the same manner as in Example 8 except that the Pd—W / SiO 2 catalyst obtained in Example 11 was used instead of the Pd—Rh / SiO 2 catalyst used in Example 8. As a result, the conversion of 5-hydroxymethylfurfural was 98.2%, and the yield of 2,5-dihydroxymethyltetrahydrofuran was 48.6%.

(実施例12)
[触媒の製造]
実施例8と同様にして第3の水溶液を調製した。この第3の水溶液をシリカ(SiO;富士シリシア化学株式会社製、商品名:CARiACT G−6)1.00gに含侵させ、空気雰囲気下、110℃で7時間乾燥した。次に、テトラオキソレニウム(VII)酸アンモニウム26.6mg(レニウム含量:0.0991mmol)を水0.7gに溶解させて、第8の水溶液を調製した。第3の水溶液を含浸後、乾燥させたシリカに、第8の水溶液を含侵させ、空気雰囲気下、110℃で7時間乾燥させた。その後、空気雰囲気下、500℃で3時間焼成して紛体を得た。得られた粉体を水素気流下、500℃で0.5時間加熱してパラジウム化合物とレニウム化合物を還元した。これによって、パラジウム及びレニウムがシリカに対してそれぞれ1.2質量%及び1.8質量%担持された固体の触媒(以下、「Pd−Re/SiO触媒」と称することもある)1.08gを得た。なお、触媒の担持量は、仕込み量に基づく計算値である。
(Example 12)
[Manufacture of catalyst]
A third aqueous solution was prepared in the same manner as in Example 8. This third aqueous solution was impregnated with 1.00 g of silica (SiO 2 ; manufactured by Fuji Silysia Chemical Ltd., trade name: CARiACT G-6), and dried at 110 ° C. for 7 hours in an air atmosphere. Next, 26.6 mg (rhenium content: 0.0991 mmol) of ammonium tetraoxorhenate (VII) was dissolved in 0.7 g of water to prepare an eighth aqueous solution. After impregnating the third aqueous solution, the dried silica was impregnated with the eighth aqueous solution and dried at 110 ° C. for 7 hours in an air atmosphere. Thereafter, it was fired at 500 ° C. for 3 hours in an air atmosphere to obtain a powder. The obtained powder was heated at 500 ° C. for 0.5 hours under a hydrogen stream to reduce the palladium compound and the rhenium compound. As a result, 1.08 g of a solid catalyst (hereinafter also referred to as “Pd—Re / SiO 2 catalyst”) in which palladium and rhenium are supported on 1.2% by mass and 1.8% by mass, respectively, with respect to silica. Got. The catalyst loading is a calculated value based on the charged amount.

[2,5−ジヒドロキシメチルテトラヒドロフランの合成]
実施例8で用いたPd−Rh/SiO触媒に代えて、実施例12で得られたPd−Re/SiO触媒を用いたこと以外は、実施例8と同様にして反応を行った。その結果、5−ヒドロキシメチルフルフラールの転化率は99.4%であり、2,5−ジヒドロキシメチルテトラヒドロフランの収率は53.8%であった。
[Synthesis of 2,5-dihydroxymethyltetrahydrofuran]
The reaction was conducted in the same manner as in Example 8 except that the Pd—Rh / SiO 2 catalyst used in Example 8 was used and the Pd—Re / SiO 2 catalyst obtained in Example 12 was used. As a result, the conversion of 5-hydroxymethylfurfural was 99.4%, and the yield of 2,5-dihydroxymethyltetrahydrofuran was 53.8%.

(実施例13)
[触媒の製造]
実施例8と同様にして第3の水溶液を調製した。この第3の水溶液をシリカ(SiO;富士シリシア化学株式会社製、商品名:CARiACT G−6)1.00gに含侵させ、空気雰囲気下、110℃で7時間乾燥した。次にテトラコサオキソヘプタモリブデン(VI)酸アンモニウム4水和物17.5mg(モリブデン含量:0.0997mmol)を水0.7gに溶解させて、第9の水溶液を調製した。第3の水溶液を含浸後、乾燥させたシリカに、第9の水溶液を含侵させ、空気雰囲気下、110℃で7時間乾燥させた。その後、空気雰囲気下、500℃で3時間焼成して紛体を得た。得られた粉体を水素気流下、500℃で0.5時間加熱してパラジウム化合物とモリブデン化合物を還元した。これによって、パラジウム及びモリブデンがシリカに対してそれぞれ1.2質量%及び1.0質量%担持された固体の触媒(以下、「Pd−Mo/SiO触媒(2)」と称することもある)1.08gを得た。なお、触媒の担持量は、仕込み量に基づく計算値である。
(Example 13)
[Manufacture of catalyst]
A third aqueous solution was prepared in the same manner as in Example 8. This third aqueous solution was impregnated with 1.00 g of silica (SiO 2 ; manufactured by Fuji Silysia Chemical Ltd., trade name: CARiACT G-6), and dried at 110 ° C. for 7 hours in an air atmosphere. Next, 17.5 mg of ammonium tetracosaoxoheptamolybdate (VI) tetrahydrate (molybdenum content: 0.0997 mmol) was dissolved in 0.7 g of water to prepare a ninth aqueous solution. After impregnating the third aqueous solution, the dried silica was impregnated with the ninth aqueous solution and dried at 110 ° C. for 7 hours in an air atmosphere. Thereafter, it was fired at 500 ° C. for 3 hours in an air atmosphere to obtain a powder. The obtained powder was heated at 500 ° C. for 0.5 hours under a hydrogen stream to reduce the palladium compound and the molybdenum compound. Thus, a solid catalyst in which palladium and molybdenum are supported by 1.2% by mass and 1.0% by mass, respectively, with respect to silica (hereinafter also referred to as “Pd—Mo / SiO 2 catalyst (2)”). 1.08 g was obtained. The catalyst loading is a calculated value based on the charged amount.

[2,5−ジヒドロキシメチルテトラヒドロフランの合成]
実施例8で用いたPd−Rh/SiO触媒に代えて、実施例13で得られた「Pd−Mo/SiO触媒(2)」を用いたこと以外は、実施例8と同様にして反応を行った。その結果、5−ヒドロキシメチルフルフラールの転化率は98.0%であり、2,5−ジヒドロキシメチルテトラヒドロフランの収率は34.7%であった。
[Synthesis of 2,5-dihydroxymethyltetrahydrofuran]
Instead of the Pd—Rh / SiO 2 catalyst used in Example 8, the “Pd—Mo / SiO 2 catalyst (2)” obtained in Example 13 was used. Reaction was performed. As a result, the conversion of 5-hydroxymethylfurfural was 98.0%, and the yield of 2,5-dihydroxymethyltetrahydrofuran was 34.7%.

実施例5〜13で用いた触媒の種類、原料の混合比及び金属の担持量を表3に纏めて示す。また、実施例5〜13の合成反応に関わるデータを表4に纏めて示す。なお、表3中、HMFは5−ヒドロキシメチルフルフラールを、BHTFは2,5−ジヒドロキシメチルテトラヒドロフランを、BHFは2,5−ジヒドロキシメチルフランを、HTFは5−ヒドロキシメチルテトラヒドロ−2−フルアルデヒドを示す。Othersは、BHTF,BHF,HTF以外の成分の総計を示す。Mは第二金属を示す。また、転化率は、投入した原料(フルフラール)に対して消費された原料のモル比率である。選択率は、反応生成物全体に対する各生成物のモル比率である。収率は、投入した原料に対する生成した目的生成物(2,5−ジヒドロキシメチルテトラヒドロフラン)のモル比率である。   Table 3 summarizes the types of catalysts used in Examples 5 to 13, the mixing ratio of raw materials, and the amount of supported metal. Moreover, the data regarding the synthesis reaction of Examples 5-13 are collectively shown in Table 4. In Table 3, HMF is 5-hydroxymethylfurfural, BHTF is 2,5-dihydroxymethyltetrahydrofuran, BHF is 2,5-dihydroxymethylfuran, and HTF is 5-hydroxymethyltetrahydro-2-furaldehyde. Show. Others indicates the total of components other than BHTF, BHF, and HTF. M represents a second metal. The conversion rate is a molar ratio of the raw material consumed with respect to the raw material (furfural) charged. Selectivity is the molar ratio of each product to the total reaction product. The yield is the molar ratio of the produced target product (2,5-dihydroxymethyltetrahydrofuran) to the charged raw material.

Figure 2014047149
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Figure 2014047149
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上述の各実施例では、触媒の存在下でフラン化合物を水素還元することによって、テトラヒドロフラン化合物を、低温下、高い反応速度で、高収率且つ高選択的に製造できることが確認された。   In each of the above examples, it was confirmed that a tetrahydrofuran compound can be produced in a high yield and a high selectivity at a high reaction rate at a low temperature by hydrogen reduction of a furan compound in the presence of a catalyst.

本発明によれば、触媒を用いて、フラン化合物を水素還元することによって、該フラン化合物に対応するテトラヒドロフラン化合物を製造することができる。テトラヒドロフラン化合物は、例えば、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリウレタン等のポリマー原料、樹脂添加剤、医農薬中間体原料、各種溶剤等として有用である。   According to the present invention, a tetrahydrofuran compound corresponding to the furan compound can be produced by hydrogen reduction of the furan compound using a catalyst. Tetrahydrofuran compounds are useful as, for example, polymer raw materials such as polyester, polycarbonate, and polyurethane, resin additives, intermediate materials for medical and agricultural chemicals, various solvents, and the like.

Claims (9)

パラジウム化合物と、構成元素として周期表第5族〜9族に属する金属の少なくとも1種を有する金属化合物と、を混合し還元処理して得た触媒の存在下、一般式(1)のフラン化合物と水素とを接触させて、一般式(2)のテトラヒドロフラン化合物を得る工程を有する、テトラヒドロフラン化合物の製造方法。
Figure 2014047149

(式中、Rはホルミル基又はヒドロキシメチル基を示し、R1aは、水素原子、炭素原子数1〜5のアルキル基、ホルミル基又はヒドロキシメチル基を示し、R及びRは、それぞれ独立に水素原子又は炭素原子数1〜5のアルキル基を示す。隣接する炭素に結合しているR1a及びR並びにR及びRは、それぞれ互いに結合して環を形成していてもよい。)
Figure 2014047149

(式中、R1bは水素原子、炭素原子数1〜5のアルキル基又はヒドロキシメチル基を示し、R及びRは、それぞれ独立に水素原子又は炭素原子数1〜5のアルキル基を示す。隣接する炭素に結合しているR1b及びR並びにR及びRは、それぞれ互いに結合して環を形成していてもよい。)
A furan compound of the general formula (1) in the presence of a catalyst obtained by mixing and reducing a palladium compound and a metal compound having at least one metal belonging to Groups 5 to 9 of the periodic table as a constituent element. A method for producing a tetrahydrofuran compound, comprising the step of bringing hydrogen into contact with hydrogen to obtain a tetrahydrofuran compound of the general formula (2).
Figure 2014047149

(In the formula, R represents a formyl group or a hydroxymethyl group, R 1a represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a formyl group, or a hydroxymethyl group, and R 2 and R 3 are each independently selected. to a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. R 1a and R 2 and R 2 and R 3 are attached to adjacent carbon each may be bonded to each other to form a ring .)
Figure 2014047149

(In the formula, R 1b represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, or a hydroxymethyl group, and R 2 and R 3 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. . R 1b and R 2 and R 2 and R 3 are attached to adjacent carbon each may be bonded to each other to form a ring.)
前記工程において、前記フラン化合物と水素とを、0〜50℃の温度範囲で接触させて、前記テトラヒドロフラン化合物を得る、請求項1に記載のテトラヒドロフラン化合物の製造方法。   The method for producing a tetrahydrofuran compound according to claim 1, wherein in the step, the furan compound and hydrogen are brought into contact with each other in a temperature range of 0 to 50 ° C to obtain the tetrahydrofuran compound. パラジウムを含む触媒の存在下、一般式(1)のフラン化合物と水素とを10℃未満の温度範囲で接触させて、一般式(2)のテトラヒドロフラン化合物を得る工程を有する、テトラヒドロフラン化合物の製造方法。
Figure 2014047149

(式中、Rはホルミル基又はヒドロキシメチル基を示し、R1aは、水素原子、炭素原子数1〜5のアルキル基、ホルミル基又はヒドロキシメチル基を示し、R及びRは、それぞれ独立に水素原子又は炭素原子数1〜5のアルキル基を示す。隣接する炭素に結合しているR1a及びR並びにR及びRは、それぞれ互いに結合して環を形成していてもよい。)
Figure 2014047149

(式中、R1bは水素原子、炭素原子数1〜5のアルキル基又はヒドロキシメチル基を示し、R及びRは、それぞれ独立に水素原子又は炭素原子数1〜5のアルキル基を示す。隣接する炭素に結合しているR1b及びR並びにR及びRは、それぞれ互いに結合して環を形成していてもよい。)
A process for producing a tetrahydrofuran compound, comprising a step of contacting a furan compound of the general formula (1) with hydrogen in a temperature range of less than 10 ° C. to obtain a tetrahydrofuran compound of the general formula (2) in the presence of a catalyst containing palladium. .
Figure 2014047149

(In the formula, R represents a formyl group or a hydroxymethyl group, R 1a represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, a formyl group, or a hydroxymethyl group, and R 2 and R 3 are each independently selected. to a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. R 1a and R 2 and R 2 and R 3 are attached to adjacent carbon each may be bonded to each other to form a ring .)
Figure 2014047149

(In the formula, R 1b represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, or a hydroxymethyl group, and R 2 and R 3 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. . R 1b and R 2 and R 2 and R 3 are attached to adjacent carbon each may be bonded to each other to form a ring.)
前記触媒はパラジウム化合物を還元処理して得られたものである、請求項3に記載のテトラヒドロフラン化合物の製造方法。   The method for producing a tetrahydrofuran compound according to claim 3, wherein the catalyst is obtained by reducing a palladium compound. 前記フラン化合物が、フルフラール、5−メチルフルフラール、5−ヒドロキシメチルフルフラール、及び5−ホルミルフルフラールからなる群より選ばれる少なくとも一種を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載のテトラヒドロフラン化合物の製造方法。   The tetrahydrofuran compound according to any one of claims 1 to 4, wherein the furan compound includes at least one selected from the group consisting of furfural, 5-methylfurfural, 5-hydroxymethylfurfural, and 5-formylfurfural. Production method. 前記触媒が、(A)担体及び該担体に担持されたパラジウム、又は、(B)担体並びに該担体に担持されたパラジウム及び周期表第5族〜9族に属する金属、を有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載のテトラヒドロフラン化合物の製造方法。   The catalyst comprises (A) a support and palladium supported on the support, or (B) a support and palladium supported on the support and a metal belonging to Groups 5 to 9 of the periodic table. The manufacturing method of the tetrahydrofuran compound as described in any one of -5. 前記担体が炭素、アルミナ、シリカ−アルミナ、ゼオライト及びシリカからなる群から選ばれる少なくとも一種を含む、請求項6に記載のテトラヒドロフラン化合物の製造方法。   The method for producing a tetrahydrofuran compound according to claim 6, wherein the carrier includes at least one selected from the group consisting of carbon, alumina, silica-alumina, zeolite, and silica. 一般式(2)で表されるテトラヒドロフラン化合物合成用の水素化触媒の製造方法であって、
パラジウム化合物と、構成元素として周期表第5族〜9族に属する金属の少なくとも1種を有する金属化合物と、を混合して還元処理し、パラジウムと前記金属とを有する水素化触媒を得る工程と、を有する、水素化触媒の製造方法。
Figure 2014047149

(式中、R1bは水素原子、炭素原子数1〜5のアルキル基又はヒドロキシメチル基を示し、R及びRは、それぞれ独立に水素原子又は炭素原子数1〜5のアルキル基を示す。隣接する炭素に結合しているR1b及びR並びにR及びRは、それぞれ互いに結合して環を形成していてもよい。)
A method for producing a hydrogenation catalyst for synthesizing a tetrahydrofuran compound represented by the general formula (2),
A step of mixing a palladium compound and a metal compound having at least one metal belonging to Groups 5 to 9 of the periodic table as a constituent element and reducing the mixture to obtain a hydrogenation catalyst having palladium and the metal; A method for producing a hydrogenation catalyst.
Figure 2014047149

(In the formula, R 1b represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, or a hydroxymethyl group, and R 2 and R 3 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. . R 1b and R 2 and R 2 and R 3 are attached to adjacent carbon each may be bonded to each other to form a ring.)
一般式(2)で表されるテトラヒドロフラン化合物合成用の水素化触媒であって、
パラジウム化合物と、構成元素として周期表第5族〜9族に属する金属の少なくとも1種を有する金属化合物と、を混合し還元処理して得られる、パラジウムと前記金属とを有する水素化触媒。
Figure 2014047149

(式中、R1bは水素原子、炭素原子数1〜5のアルキル基又はヒドロキシメチル基を示し、R及びRは、それぞれ独立に水素原子又は炭素原子数1〜5のアルキル基を示す。隣接する炭素に結合しているR1b及びR並びにR及びRは、それぞれ互いに結合して環を形成していてもよい。)
A hydrogenation catalyst for synthesizing a tetrahydrofuran compound represented by the general formula (2),
A hydrogenation catalyst comprising palladium and the metal obtained by mixing and reducing a palladium compound and a metal compound having at least one metal belonging to Groups 5 to 9 of the periodic table as a constituent element.
Figure 2014047149

(In the formula, R 1b represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, or a hydroxymethyl group, and R 2 and R 3 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. . R 1b and R 2 and R 2 and R 3 are attached to adjacent carbon each may be bonded to each other to form a ring.)
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