JP2014185112A - モノオール又はジオールの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】温和な条件下で、効率よく原料ジオール又はトリオールのヒドロキシル基を水素原子に変換して対応するモノオール又はジオールを選択的且つ高収率に製造する方法を提供する。
【解決手段】本発明のモノオール又はジオールの製造方法は、下記触媒及び水素の存在下、原料ジオール又はトリオール(グリセロールを除く)のヒドロキシル基を水素原子に変換して対応するモノオール又はジオールを得ることを特徴とする。
触媒:担体としての三酸化タングステンに、白金成分が担持されてなる触媒
【選択図】なし

Description

本発明は、温和な条件下で原料ジオール又はトリオールのヒドロキシル基を水素原子に変換して対応するモノオール又はジオールを選択的且つ高収率に製造するモノオール又はジオールの製造方法に関する。
1,4−ブタンジオールなどのジオール類はポリマー原料として非常に付加価値の高い化合物である。従来、前記ジオール類は主に石油化学製品から合成されてきた。しかし、石油の供給不安や、二酸化炭素排出による地球温暖化が問題となっているため、生物資源由来の原料から前記ジオール類をクリーン且つ高収率に製造する方法が強く求められている。
例えば、バイオマス由来の1,2,4−ブタントリオールは、Rh−ReOx/C触媒を使用して、その第2級炭素原子に結合するヒドロキシル基を選択的に水素化分解することにより1,4−ブタンジオールを製造することが知られている(非特許文献1、2)。しかし、1,2,4−ブタントリオールの転化率及び1,4−ブタンジオールの収率は極めて低いものであった(転化率:13.1%、収率:8.2%)。
また、温和な条件下で反応させる場合は、通常、硫酸などの液体酸触媒が併用される。しかし、硫酸などの液体酸触媒を使用する場合は、反応器の材質に制約がかかり、設備費が増大すること、及び、反応後、生成物から硫酸などの液体酸触媒を除去する必要があるため、製造工程が複雑になることが問題であった。
C&EN, 2004, vol.82(22), p31-34 M.Chia, Y.J.P.-Torres, D.Hibbitts, Q.Tan, H.N.Pham, A.K.Datye, M.Neurock, R.J.Davis, J.A.Dumesic, J.Am.Chem.Soc. 2011, 133, p12675-12689
従って、本発明の目的は、温和な条件下で、効率よく原料ジオール又はトリオールのヒドロキシル基を水素原子に変換して対応するモノオール又はジオールを選択的且つ高収率に製造する方法を提供することにある。
本発明者等は上記課題を解決するため鋭意検討した結果、担体としての三酸化タングステンに白金成分を担持して得られる触媒は、温和な条件下でも、液体酸触媒を併用しなくても効率よく原料ジオール又はトリオールのヒドロキシル基を水素原子に変換して対応するモノオール又はジオールを選択的且つ高収率に製造することができることを見出した。本発明はこれらの知見に基づいて完成させたものである。
すなわち、本発明は、下記触媒及び水素の存在下、原料ジオール又はトリオール(グリセロールを除く)のヒドロキシル基を水素原子に変換して対応するモノオール又はジオールを得るモノオール又はジオールの製造方法を提供する。
触媒:担体としての三酸化タングステンに、白金成分が担持されてなる触媒
本発明は、また、原料ジオール又はトリオールが、下記式(1-1)
1−CαH(OH)Cβ2OH (1-1)
(式中、R1は水素原子又はヒドロキシル基を1つ有していてもよい炭素数1〜8のアルキル基を示す。R1はCβと結合してCαと共に環を形成していてもよい)
で表される化合物、又は下記式(2-1)
Figure 2014185112
(式中、R2はヒドロキシル基を少なくとも1つ有する炭素数1〜8のアルキル基を示し、R3はヒドロキシル基を1つ有していてもよい炭素数1〜8のアルキル基を示し、R4は炭素数1〜8のアルキル基を示す。R2〜R4から選択される2つの基は互いに結合してCγと共に環を形成していてもよい)
で表される化合物であり、原料ジオール又はトリオールが前記式(1-1)で表される化合物である場合の対応するモノオール又はジオールが下記式(1-2)
1−Cα2β2OH (1-2)
(式中、R1は前記に同じ)
で表される化合物であり、原料ジオール又はトリオールが前記式(2-1)で表される化合物である場合の対応するモノオール又はジオールが下記式(2-2)
Figure 2014185112
(式中、R2、R3、R4は前記に同じ)
で表される化合物である前記のモノオール又はジオールの製造方法を提供する。
本発明は、また、触媒が、担体としての三酸化タングステンに、白金成分及びアルミニウム成分が担持されてなる触媒である前記のモノオール又はジオールの製造方法を提供する。
本発明は、また、触媒が、担体としての三酸化タングステン1gに、白金化合物が0.01〜1.00mmol、アルミニウム成分が0〜1.00mmol担持されてなる触媒である前記のモノオール又はジオールの製造方法を提供する。
本発明は、また、反応溶媒として水を使用する前記のモノオール又はジオールの製造方法を提供する。
尚、本明細書における「Cα」、「Cβ」、「Cγ」のα、β、γは炭素原子を区別するための記号である。
本発明に係るモノオール又はジオールの製造方法は、担体としての三酸化タングステンに白金成分が担持されてなる触媒を使用するため、温和な条件下でも、硫酸等の液体酸触媒を併用せずとも、効率よく原料ジオール又はトリオールのヒドロキシル基を水素原子に変換して対応するモノオール又はジオールを選択的且つ高収率に製造することができる。そのため、本発明に係るモノオール又はジオールの製造方法では、反応器として周知慣用の反応器を使用することができ、耐酸性を有する材質の反応器を選択して使用する必要がない。更に、硫酸などの酸触媒を使用しない場合は、反応後、反応生成物から硫酸などの酸触媒を除去する工程を省くことができ、製造工程を簡略化することができる。尚、本明細書においては、ヒドロキシル基を水素原子に変換することを「水素化分解」、ヒドロキシル基を水素原子に変換する反応を「水素化分解反応」と称する場合がある。
更に、白金成分及びアルミニウム成分が担持されてなる触媒を使用する場合、前記触媒は再利用可能であり、繰り返し使用してもその高い触媒作用を維持することができる。そのため、コストを削減することができ、工業化に有利であり、モノオール又はジオールを安価に提供することができる。
本発明のモノオール又はジオールの製造方法により1,2,4−ブタントリオールを水素化分解した際の、原料1,2,4−ブタントリオールの転化率(%)、各生成物(1,4−ブタンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1−ブタノール、及び2−ブタノール)の収率(%)、及び1,4−ブタンジオールの選択率(%)の経時変化を示した図である。
[触媒]
本発明の触媒は、担体としての三酸化タングステン(WO3)に白金(Pt)成分が担持されてなる。本発明の触媒は、水素化分解反応において優れた触媒作用を発揮することができる。
三酸化タングステンの形状は特に限定されず、粉末状、粒状、成型体状等の何れであってもよい。また、三酸化タングステンの平均細孔径、及び比表面積も特に制限されず、周知慣用の触媒担体の平均細孔径、比表面積と同等である。
本発明の触媒は、担体としての三酸化タングステン(WO3)に、白金(Pt)成分以外にも他の成分が担持されていてもよい。三酸化タングステン(WO3)に白金(Pt)成分と共にアルミニウム成分が担持されている触媒は、アルミニウム成分の担持により白金の凝集を抑制することができるためか、水素化分解反応において優れた触媒作用を発揮することができる上、使用−再生を繰り返しても触媒活性を損なうことなく維持することができ、繰り返し使用することができる。そのため、モノオール又はジオールの製造コストを削減することができ、モノオール又はジオールを安価に提供することができる。
白金成分の担持量としては、三酸化タングステン1gに対して、例えば0.01〜1.00mmol程度であり、好ましくは0.03〜0.50mmol、特に好ましくは0.05〜0.30mmol、最も好ましくは0.06〜0.15mmolである。白金成分の担持量が上記範囲を下回ると、原料ジオール又はトリオールの転化率が低下する傾向がある。一方、白金成分の担持量が上記範囲を上回ると、不経済となる傾向がある。
アルミニウム成分の担持量としては、三酸化タングステン1gに対して、例えば0〜1.00mmol程度であり、好ましくは0.01〜1.00mmol、より好ましくは0.03〜0.50mmol、特に好ましくは0.06〜0.30mmol、最も好ましくは0.06〜0.09mmolである。
また、三酸化タングステンに担持する白金成分とアルミニウム成分量の割合(前者:後者、モル比)としては、例えば0.01:1〜1:0、好ましくは0.1:1〜5:1、特に好ましくは1:1〜2:1である。
三酸化タングステンに担持される白金成分及びアルミニウム成分の態様としては、特に限定されることがなく、例えば、金属単体、金属塩、金属酸化物、金属水酸化物、又は金属錯体の状態で含まれる態様等を挙げることができる。
白金成分及び必要に応じてアルミニウム成分の三酸化タングステンへの担持方法としては、特に限定されず、公知乃至慣用の担持方法により行うことができる。
白金成分の三酸化タングステンへの担持は、例えば、白金化合物(例えば、H2PtCl6、(NH42PtCl6、K2PtCl6等)を含有する溶液を三酸化タングステンに含浸させた後、乾燥させ、次いで焼成する方法(含浸法)により行うことができる。尚、白金化合物を含有する溶液を含浸させる際の温度、該溶液を含浸させた担体を乾燥させる際の温度は、特に限定されない。
アルミニウム成分の三酸化タングステンへの担持は、例えば、アルミニウム化合物(例えば、Al(NO33・(9H2O)、AlCl3(6H2O)、Al(OCOCH33等)を含有する溶液を三酸化タングステンに含浸させた後、乾燥させ、次いで焼成する方法(含浸法)により行うことができる。尚、アルミニウム化合物を含有する溶液を含浸させる際の温度、該溶液を含浸させた担体を乾燥させる際の温度は、特に限定されない。
白金成分とアルミニウム成分を三酸化タングステンへ担持する場合、白金化合物とアルミニウム化合物の三酸化タングステンへの含浸は、同時に行ってもよく、順次行ってもよい。すなわち、アルミニウム化合物を含有する溶液を三酸化タングステンに含浸させ、その後、白金化合物を含有する溶液を三酸化タングステンに含浸させてもよく、白金化合物を含有する溶液を三酸化タングステンに含浸させ、その後、アルミニウム化合物を含有する溶液を三酸化タングステンに含浸させてもよく、白金化合物を含有する溶液とアルミニウム化合物を含有する溶液を同時に三酸化タングステンに含浸させてもよい。
本発明においては、なかでも、触媒活性物質である白金成分がより多く表面に露出することにより、原料ジオール又はトリオールを効率よく転化することができ、対応するモノオール又はジオールを選択的に生成することができる点で、アルミニウム化合物を含有する溶液を三酸化タングステンに含浸させ、その後、白金化合物を含有する溶液を三酸化タングステンに含浸させる方法、又は白金化合物を含有する溶液とアルミニウム化合物を含有する溶液を同時に三酸化タングステンに含浸させる方法(特に、白金化合物を含有する溶液とアルミニウム化合物を含有する溶液を同時に三酸化タングステンに含浸させる方法)により得られる触媒が好ましい。
白金成分及びアルミニウム成分の担持量は、白金化合物及びアルミニウム化合物を含有する溶液の濃度や、三酸化タングステンへの含浸、及び乾燥処理の施用回数を調整することにより制御することができる。
白金化合物、及び必要に応じてアルミニウム化合物を含有する溶液を含浸させ、乾燥させた後の三酸化タングステンを焼成する際の温度としては、大気中において、例えば400〜700℃程度、好ましくは450〜550℃である。焼成時間としては、例えば0.5〜10時間程度、好ましくは1〜5時間である。また、焼成する際の雰囲気は、大気中に限定されず、例えば、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気、水素等の還元性ガス雰囲気等で焼成することもできる。
また、本発明の触媒は、焼成後、更に、還元処理を施してもよい。触媒の還元処理に使用する還元剤としては、例えば、水素化ホウ素ナトリウム(NaBH4)、水素化ホウ素リチウム(LiBH4)、水素化ホウ素カリウム(KBH4)等の水素化ホウ素錯化合物、ヒドラジン、水素(H2)、ジメチルフェニルシラン等のシラン化合物、ヒドロキシ化合物等を挙げることができる。前記ヒドロキシ化合物としては、例えば、アルコール化合物(第1級アルコール、第2級アルコール、第3級アルコール)を挙げることができる。また、前記ヒドロキシ化合物は、複数のヒドロキシル基を有していてもよく、1価アルコール、2価アルコール、多価アルコール等の何れであってもよい。
本発明における触媒の還元処理に使用する還元剤としては、なかでも、原料ジオール又はトリオールの水素化分解反応と同時に還元処理を行うことができる点で、水素(H2)及び原料ジオール又はトリオールを使用することが好ましい。
還元処理温度及び時間としては、例えば100〜250℃(好ましくは、150〜200℃)の温度で、0.5〜5時間(好ましくは、0.5〜2時間)程度である。
上記製造方法により得られた触媒は、その後、洗浄処理(水や有機溶媒等により洗浄)、乾燥処理(真空乾燥等により乾燥)等を施すことが好ましい。
[原料ジオール又はトリオール]
原料ジオールは、1分子内に1級ヒドロキシル基、2級ヒドロキシル基、及び3級ヒドロキシル基から選択される1種又は2種の基を2つ有する化合物であり、例えば、エタンジオール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、2,3−ブタンジオール、3−メチル−1,3−ブタンジオール、1,2−ペンタンジオール、1,4−ペンタンジオール、1,5−ペンタンジオール、2,4−ペンタンジオール、1,5−ヘキサンジオール、1,2−デカンジオール等の炭素数2〜10のアルカンジオール;cis−1,2−シクロヘキサンジオール、trans−1,2−シクロヘキサンジオール等の5〜6員のシクロアルカンジオール等を挙げることができる。
原料トリオールは、1分子内に1級ヒドロキシル基、2級ヒドロキシル基、及び3級ヒドロキシル基から選択される1種、2種、又は3種の基を3つ有する化合物であり、例えば、1,2,4−ブタントリオール、1,2,6−ヘキサントリオール等の炭素数2〜8のアルカントリオール;1,2,3−シクロヘキサントリオール等の5〜6員のシクロアルカントリオール等を挙げることができる。本発明の原料トリオールにはグリセロールは含まれない。
尚、本明細書において、1級ヒドロキシル基とは第1級炭素原子(=1個の炭素原子が結合する炭素原子)に結合するヒドロキシル基のことである。また、2級ヒドロキシル基とは第2級炭素原子(=2個の炭素原子が結合する炭素原子)に結合するヒドロキシル基のことである。更に、3級ヒドロキシル基とは第3級炭素原子(=3個の炭素原子が結合する炭素原子)に結合するヒドロキシル基のことである。
本発明の原料ジオール又はトリオールとしては、なかでも隣接する炭素原子に結合する1級ヒドロキシル基と2級ヒドロキシル基を少なくとも有する化合物(3級ヒドロキシル基を有する化合物を除く)、又は少なくとも3級ヒドロキシル基を有する化合物が好ましく、特に、下記式(1-1)
1−CαH(OH)Cβ2OH (1-1)
(式中、R1は水素原子又はヒドロキシル基を1つ有していてもよい炭素数1〜8のアルキル基を示す。R1はCβと結合してCαと共に環を形成していてもよい)
で表される化合物、又は下記式(2-1)
Figure 2014185112
(式中、R2はヒドロキシル基を少なくとも1つ(好ましくは1つ又は2つ)有する炭素数1〜8(好ましくは1〜2)のアルキル基を示し、R3はヒドロキシル基を1つ有していてもよい炭素数1〜8(好ましくは1〜2)のアルキル基を示し、R4は炭素数1〜8(好ましくは1〜2)のアルキル基を示す。R2〜R4から選択される2つの基は互いに結合してCγと共に環を形成していてもよい)
で表される化合物が好ましい。
また、上記式(1-1)で表される化合物において、R1がCβと結合してCαと共に環を形成している場合には、前記CαとCβに結合する2つのOH基が環平面の同じ側に結合しているもの(すなわち、cis体)と前記CαとCβに結合する2つのOH基がそれぞれ環平面の異なる側に結合しているもの(すなわち、trans体)が含まれるが、特にcis体が好ましい。
上記式(1-1)で表される化合物(R1がCβと結合してCαと共に環を形成している場合を除く)は、隣接する炭素原子に結合する1級ヒドロキシル基と2級ヒドロキシル基を有するため、上記触媒に多点吸着し易く、それにより水素化分解反応が進行しやすいからである。また、上記式(1-1)で表される化合物において、R1がCβと結合してCαと共に環を形成している場合におけるcis体は、隣接する炭素原子に結合する2つの2級ヒドロキシル基を環の同じ側に有するため、上記触媒に多点吸着し易く、それにより水素化分解反応が進行しやすいからである。更に、上記式(2-1)で表される化合物は3級ヒドロキシル基を有し、該3級ヒドロキシル基は安定したカルボカチオンを形成することができるため、水素化分解反応が進行しやすいからである。
一方、上記式(1-1)で表される化合物において、R1の炭素数が上記範囲を上回ると、溶媒に溶解し難いためか、原料ジオール又はトリオールの転化率が低下する傾向がある。また、隣接する炭素原子に結合する1級ヒドロキシル基と2級ヒドロキシル基を有さないジオール又はトリオール、及び隣接する炭素原子に結合する2つのOH基がそれぞれ環平面の異なる側に結合しているジオール又はトリオール(すなわち、trans体)は、上記触媒に多点吸着することが困難であるため、水素化分解反応が進行し難くなる傾向がある。
[モノオール又はジオールの製造方法]
本発明に係るモノオール又はジオールの製造方法は、上記触媒及び水素の存在下、上記原料ジオール又はトリオール(グリセロールを除く)のヒドロキシル基を水素原子に変換して対応するモノオール又はジオールを得ることを特徴する。
本発明に係るモノオール又はジオールの製造方法によれば、原料としてジオールを使用した場合は、対応するモノオールを選択的に得ることができ、原料としてトリオールを使用した場合は、対応するジオールを選択的に得ることができる。
例えば、原料ジオール又はトリオールとして隣接する炭素原子に結合する1級ヒドロキシル基と2級ヒドロキシル基を少なくとも有する化合物を使用した場合、対応するモノオール又はジオールとして、前記2級ヒドロキシル基が水素化分解された化合物を選択的に得ることができる。
また、原料ジオール又はトリオールとして少なくとも3級ヒドロキシル基を有する化合物を使用した場合、対応するモノオール又はジオールとして、前記3級ヒドロキシル基が水素化分解された化合物を選択的に得ることができる。
特に、原料ジオール又はトリオールとして下記式(1-1)
1−CαH(OH)Cβ2OH (1-1)
(式中、R1は水素原子又はヒドロキシル基を1つ有していてもよい炭素数1〜8のアルキル基を示す。R1はCβと結合してCαと共に環を形成していてもよい)
で表される化合物を使用した場合、対応するモノオール又はジオールとして、下記式(1-2)
1−Cα2β2OH (1-2)
(式中、R1は前記に同じ)
で表される化合物を選択的に得ることができる。
また、原料ジオール又はトリオールとして下記式(2-1)
Figure 2014185112
(式中、R2はヒドロキシル基を少なくとも1つ有する炭素数1〜8のアルキル基を示し、R4は炭素数1〜8のアルキル基を示す。R2〜R4から選択される2つの基は互いに結合してCγと共に環を形成していてもよい)
で表される化合物を使用した場合、対応するモノオール又はジオールとして下記式(2-2)
Figure 2014185112
(式中、R2、R3、R4は上記に同じ)
で表される化合物を選択的に得ることができる。
触媒は、予め、上述したとおり還元処理を施したものを使用してもよく、反応系内で還元処理を行ってもよい。
上記触媒の使用量としては、白金成分が担持されてなる触媒を使用する場合、原料ジオール又はトリオールに対して、白金成分が、例えば0.1〜50モル%程度(好ましくは0.5〜10モル%、特に好ましくは0.5〜5.0モル%、最も好ましくは0.75〜1.5モル%)となる量である。また、白金成分及びアルミニウム成分が担持されてなる触媒を使用する場合、原料ジオール又はトリオールに対して、白金成分が、例えば0.1〜50モル%程度(好ましくは0.5〜10モル%、特に好ましくは0.5〜5.0モル%、最も好ましくは0.75〜1.5モル%)であり、アルミニウム成分が0.1〜10モル%程度(好ましくは0.2〜5.0モル%、特に好ましくは0.5〜2.0モル%、最も好ましくは0.75〜1.0モル%)となる量である。
また、水素の供給方法としては、例えば、水素中(すなわち、水素雰囲気下)で反応を行う方法や、水素ガスをバブリングする方法等を挙げることができる。また、水素(水素ガス)は、実質的に水素のみの状態でもよく、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス等により希釈された状態でもよい。また、本発明のモノオール又はジオールの製造方法により得られた反応混合物から回収した水素は再利用することもできる。
水素中で反応を行う場合、反応時の圧力は、特に制限されず、常圧でも加圧でもよいが、好ましくは1〜50atm(より好ましくは15〜50atm、特に好ましくは25〜50atm、最も好ましくは25〜35atm)である。
反応に付す水素と原料ジオール又はトリオールのモル比[水素/原料ジオール又はトリオール]としては、例えば1〜200程度、好ましくは5〜100、特に好ましくは10〜80である。上記水素と原料ジオール又はトリオールのモル比が上記範囲を下回ると、原料ジオール又はトリオールの反応率(転化率)が低下する場合がある。一方、上記水素と原料ジオール又はトリオールのモル比が上記範囲を上回ると、未反応水素回収のための用役コストが増加する傾向がある。
上記反応は、回分形式、半回分形式、連続流通形式等を任意に選択した形式により実施することができる。
また、上記反応は溶媒の存在下で行うことが好ましい。無溶媒下で反応させると、基質となる原料ジオール又はトリオールが触媒に吸着してダマになり反応の進行が阻害される場合があるためである。溶媒としては、例えば、水;1,2−ジオキサン、1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、ジエチルエーテル、ジメチルエーテル等のエーテル類;アセトアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、N−メチルピロリドン等のアミド;酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル等のエステル;これらの混合物等を挙げることができる。溶媒としては、なかでも、水を使用することが、選択的且つ優れた収率でモノオール又はジオールを生成することができる点で好ましい。また、溶媒の使用量としては、例えば、回分式で反応させる場合は原料ジオール又はトリオールの初期濃度が1〜60重量%程度となる範囲内で使用することが好ましい。
反応温度としては、例えば50〜250℃、好ましくは100〜220℃、特に好ましくは150〜200℃である。反応時間は、反応温度及び圧力に応じて適宜調整することができ、例えば1〜36時間程度、好ましくは3〜24時間、特に好ましくは4〜20時間である。反応温度及び反応時間が上記範囲を下回ると、原料ジオール又はトリオールの反応率(転化率)が低下する場合がある。一方、反応温度及び反応時間が上記範囲を上回ると、原料ジオール又はトリオールが完全に水素化分解された炭化水素の生成が急激に増える場合がある。
反応終了後、反応生成物は、例えば、濾過、濃縮、蒸留、抽出等の分離手段や、これらを組み合わせた分離手段により分離精製できる。
本発明のモノオール又はジオールの製造方法によれば、原料ジオール又はトリオールを水素化分解することにより、優れた転化率で原料ジオール又はトリオールを転化して、選択的に対応するモノオール又はジオールを製造することができる。原料ジオール又はトリオールの転化率としては、例えば40%以上、好ましくは50%以上、特に好ましくは90%以上である。対応するモノオール又はジオールの選択率は、例えば40%以上、好ましくは50%以上、特に好ましくは60%以上である。
本発明のモノオール又はジオールの製造方法によれば、原料ジオール又はトリオールの水素化分解反応を温和な条件下で行うことができ、例えば、1〜50atm程度の水素圧力下でも、硫酸等の液体酸触媒を実質的に使用しなくとも、優れた転化率で原料ジオール又はトリオールを転化して、選択的に対応するモノオール又はジオールを製造することができる。硫酸等の酸触媒の使用量は、原料ジオール又はトリオール1mmolに対して例えば0.98mg以下(好ましくはゼロ)である。そのため、反応器としては、周知慣用の反応器を使用することができ、耐酸性を有する材質の反応器を選択して使用する必要がない。更に、硫酸などの液体酸触媒を使用しない場合は、反応後、反応生成物から硫酸などの液体酸触媒を除去する工程を省くことができ、製造工程を簡略化することができる。
更にまた、本発明の触媒の中でも特に白金成分及びアルミニウム成分が担持されてなる触媒は、使用−再生を繰り返しても(例えば、少なくとも4回程度使用−再生を繰り返しても)高い触媒活性を維持することができる。反応に使用した触媒は、反応液から濾過、遠心分離等の物理的な分離手法により容易に回収することができ、回収された触媒はそのままで、又は洗浄、乾燥処理を施した後、再利用される。洗浄処理は、適宜な溶媒(例えば、水)により数回(例えば2〜3回)洗浄する方法により行うことができる。そのため、高価な触媒を繰り返し利用することができるため、製造コストを大幅に削減することができる。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
調製例1(触媒の調製)
2PtCl6とAl(NO33とを溶解した水溶液中にWO3(1g)を加え、室温(25℃)で12時間撹拌した。
撹拌終了後、エバポレーターで水を留去し、乾燥後、マッフル炉(500℃)にて3時間焼成することにより、焦げ茶色粉末の触媒(1)(Pt−Al/WO3)(WO31gにPt成分を0.1mmol、Al成分を0.075mmol担持)を得た。
調製例2(触媒の調製)
2PtCl6を溶解した水溶液中にWO3(1g)を加え、室温(25℃)で12時間撹拌した。
撹拌終了後、エバポレーターで水を留去し、乾燥後、マッフル炉(500℃)にて3時間焼成することにより、触媒(2)(Pt/WO3)(WO31gにPt成分を0.1mmol担持)を得た。
実施例1
テフロン(登録商標)製内筒をいれた50mLのステンレス製オートクレーブに、調製例1で得られた触媒(1)(Pt−Al/WO3)0.1g、1,2,6−ヘキサントリオール1mmol、水3.0mLを加え、10atmの水素で5回置換した後、水素雰囲気下(30atm)、180℃で16時間撹拌して生成物を得た。尚、転化率、選択率、及び収率の測定にはガスクロマトグラフ質量分析計(GC−MS)を使用した。
実施例2
実施例1の反応終了後、反応液を遠心分離して残渣を分取し、脱イオン水でリンス洗浄して得られた触媒(1)(reuse-1)を使用した以外は実施例1と同様にして、生成物を得た。
実施例3
実施例2の反応終了後、反応液を遠心分離して残渣を分取し、脱イオン水でリンス洗浄して得られた触媒(1)(reuse-2)を使用した以外は実施例1と同様にして、生成物を得た。
実施例4
実施例3の反応終了後、反応液を遠心分離して残渣を分取し、脱イオン水でリンス洗浄して得られた触媒(1)(reuse-3)を使用した以外は実施例1と同様にして、生成物を得た。
実施例5
反応温度を180℃から160℃へ変更し、反応時間を16時間から12時間へ変更した以外は実施例1と同様にして、生成物を得た。
実施例6
調製例1で得られた触媒(1)に代えて調製例2で得られた触媒(2)を使用し、反応時間を16時間から4時間へ変更した以外は実施例1と同様にして、生成物を得た。
実施例7
実施例6の反応終了後、反応液を遠心分離して残渣を分取し、脱イオン水でリンス洗浄して得られた触媒(2)(reuse-1)を使用した以外は実施例6と同様にして、生成物を得た。
実施例8
反応温度を180℃から160℃へ変更し、反応時間を4時間から12時間へ変更した以外は実施例6と同様にして、生成物を得た。
上記結果を下記表にまとめて示す。
Figure 2014185112
※1,6−HDO=1,6−ヘキサンジオール
1,2−HDO=1,2−ヘキサンジオール
1,5−HDO=1,5−ヘキサンジオール
1−HMO=1−ヘキサノール
2−HMO=2−ヘキサノール
実施例9
テフロン(登録商標)製内筒をいれた50mLのステンレス製オートクレーブに、調製例1で得られた触媒(1)(Pt−Al/WO3)0.2g、1,2,4−ブタントリオール2mmol、水3.0mLを加え、10atmの水素で5回置換した後、水素雰囲気下(30atm)、160℃で24時間撹拌して原料1,2,4−ブタントリオールの量及び生成物の量における経時的変化を観察した。尚、各成分の量の測定にはガスクロマトグラフ質量分析計(GC−MS)を使用した。その結果、12時間反応させた時点で1,4−ブタンジオールの収率は53%、選択率は70%であった。
上記結果を図1に示す。
尚、図1中の略語は以下の通りである。
1,4−BDO=1,4−ブタンジオール
1,2−BDO=1,2−ブタンジオール
1,3−BDO=1,3−ブタンジオール
1−BMO=1−ブタノール
2−BMO=2−ブタノール
実施例10〜24
原料及び反応時間を表2に記載のものに変更した以外は実施例1と同様にして、生成物を得た。結果を下記表2にまとめて示す。
Figure 2014185112
上記結果より、本発明に係るモノオール又はジオールの製造方法によれば、原料ジオール又はトリオールのヒドロキシル基を水素原子に変換して、対応するモノオール又はジオールを選択的且つ優れた収率で製造できることがわかった。また、白金成分及びアルミニウム成分が担持されてなる触媒は、反応後の液を濾過あるいは遠心分離することにより簡単に回収することができ、繰り返し使用しても高い触媒活性を維持できることがわかった。

Claims (5)

  1. 下記触媒及び水素の存在下、原料ジオール又はトリオール(グリセロールを除く)のヒドロキシル基を水素原子に変換して対応するモノオール又はジオールを得るモノオール又はジオールの製造方法。
    触媒:担体としての三酸化タングステンに、白金成分が担持されてなる触媒
  2. 原料ジオール又はトリオールが、下記式(1-1)
    1−CαH(OH)Cβ2OH (1-1)
    (式中、R1は水素原子又はヒドロキシル基を1つ有していてもよい炭素数1〜8のアルキル基を示す。R1はCβと結合してCαと共に環を形成していてもよい)
    で表される化合物、又は下記式(2-1)
    Figure 2014185112
    (式中、R2はヒドロキシル基を少なくとも1つ有する炭素数1〜8のアルキル基を示し、R3はヒドロキシル基を1つ有していてもよい炭素数1〜8のアルキル基、R4は炭素数1〜8のアルキル基を示す。R2〜R4から選択される2つの基は互いに結合して隣接するCγと共に環を形成していてもよい)
    で表される化合物であり、原料ジオール又はトリオールが前記式(1-1)で表される化合物である場合の対応するモノオール又はジオールが下記式(1-2)
    1−Cα2β2OH (1-2)
    (式中、R1は前記に同じ)
    で表される化合物であり、原料ジオール又はトリオールが前記式(2-1)で表される化合物である場合の対応するモノオール又はジオールが下記式(2-2)
    Figure 2014185112
    (式中、R2、R3、R4は前記に同じ)
    で表される化合物である請求項1に記載のモノオール又はジオールの製造方法。
  3. 触媒が、担体としての三酸化タングステンに、白金成分及びアルミニウム成分が担持されてなる触媒である請求項1又は2に記載のモノオール又はジオールの製造方法。
  4. 触媒が、担体としての三酸化タングステン1gに、白金化合物が0.01〜1.00mmol、アルミニウム成分が0〜1.00mmol担持されてなる触媒である請求項1〜3の何れか1項に記載のモノオール又はジオールの製造方法。
  5. 反応溶媒として水を使用する請求項1〜4の何れか1項に記載のモノオール又はジオールの製造方法。
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