JP2015510885A - Preparation of alpha, beta-unsaturated carboxylic acids and esters thereof - Google Patents
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Abstract
L型ゼオライト、修飾L型ゼオライト、またはそれらのいずれの組み合わせも、脱ヒドロキシル化反応を含み、所望によりエステル化反応を含んでもよい反応経路を通してα,β−不飽和カルボン酸および/またはそのエステルを触媒作用を介して調製するのに有用である。ある反応経路においては、脱ヒドロキシル化反応およびエステル化反応は順次または同時に実施されてもよい。The L-type zeolite, the modified L-type zeolite, or any combination thereof includes a dehydroxylation reaction and optionally an α, β-unsaturated carboxylic acid and / or ester thereof through a reaction pathway that may include an esterification reaction. Useful for preparation via catalysis. In certain reaction pathways, the dehydroxylation reaction and the esterification reaction may be performed sequentially or simultaneously.
Description
(関連出願の相互参照)
本願は、2012年3月7日出願の米国仮特許出願番号61/608,053;2012年12月20日出願の米国仮特許出願番号61/740,230;および2013年2月26日出願の米国特許出願番号13/819,035の利益を主張する。
(Cross-reference of related applications)
This application is filed on US Provisional Patent Application No. 61 / 608,053 filed on March 7, 2012; US Provisional Patent Application Number 61 / 740,230 filed on December 20, 2012; and February 26, 2013. Claims the benefit of US Patent Application No. 13 / 819,035.
(発明の分野)
本発明はα,β−不飽和カルボン酸および/またはそのエステルを触媒を用いて製造する方法に関する。
(Field of Invention)
The present invention relates to a process for producing an α, β-unsaturated carboxylic acid and / or ester thereof using a catalyst.
アクリル酸およびそのエステル誘導体は、ポリアクリル酸エステル、エラストマー、高吸水性ポリマー、床磨き剤、接着剤、塗料等の製造に用いられる市販の重要な化学物質である。アクリル酸は、歴史的には、アセチレンをヒドロキシカルボキシル化することで生成されてきた。この方法はニッケルカルボニルおよび高圧一酸化炭素を利用するが、これらは共に高価であり、環境面でフレンドリーでないと考えられる。他の方法、例えば、エテノンおよびエチレンシアノヒドリンを利用する方法にも、一般に、同じような思わぬ不利益がある。 Acrylic acid and its ester derivatives are important commercial chemicals used in the production of polyacrylic acid esters, elastomers, superabsorbent polymers, floor polishes, adhesives, paints and the like. Acrylic acid has historically been produced by hydroxycarboxylation of acetylene. This method utilizes nickel carbonyl and high pressure carbon monoxide, both of which are expensive and are considered environmentally unfriendly. Other methods, such as those utilizing ethenone and ethylene cyanohydrin, generally have similar unexpected disadvantages.
とりわけ、環境への影響を減らそうとする試みにおいて、乳酸は再生可能なサトウキビなどの生物資源より誘導され得るため、アクリル酸を生成する一の経路として、乳酸の脱ヒドロキシル化が研究されてきた。主に、乳酸をアクリル酸に変換する液相および気相の両方での脱ヒドロキシル化反応における使用について、固体触媒が研究されてきた。研究されてきた特定の固体触媒として、シリカ上に支持されるリン酸ナトリウムおよびアルミノケイ酸塩またはシリカ上に支持される弱酸が挙げられる。これらの触媒のうちいくつかの触媒で行われる脱ヒドロキシル化反応は350℃を超える高温でのみ進行することが明らかとなり、仮にスケールアップするとすれば、かなりのエネルギーコストを加算する必要がある。さらには、上記した触媒を含め、多くの固体触媒は、アクリル酸に対する選択性が乏しく(すなわち、除去を必要とする複数の副生成物が存在することとなり、そのことは製造コストの増大に繋がる)、反応の全収率の低いことが明らかにされた。したがって、乳酸を脱ヒドロキシル化してアクリル酸を製造するコストは未だに極めて高い。 In particular, in an attempt to reduce the impact on the environment, lactic acid can be derived from biological resources such as renewable sugarcane, so dehydroxylation of lactic acid has been studied as a route to produce acrylic acid. . Solid catalysts have been investigated primarily for use in both the liquid and gas phase dehydroxylation reactions that convert lactic acid to acrylic acid. Specific solid catalysts that have been investigated include sodium phosphate and aluminosilicates supported on silica or weak acids supported on silica. It becomes clear that the dehydroxylation reaction performed with some of these catalysts proceeds only at a high temperature exceeding 350 ° C. If it is scaled up, it is necessary to add a considerable energy cost. Furthermore, many solid catalysts, including those described above, have poor selectivity for acrylic acid (ie, there are multiple by-products that need to be removed, which leads to increased manufacturing costs. ), The overall yield of the reaction was found to be low. Therefore, the cost of producing acrylic acid by dehydroxylating lactic acid is still very high.
本発明はα,β−不飽和カルボン酸および/またはそのエステルを触媒を用いて調製する方法に関する。 The present invention relates to a process for preparing α, β-unsaturated carboxylic acids and / or esters thereof using a catalyst.
本発明の一の実施態様は、α−ヒドロキシカルボン酸、α−ヒドロキシカルボン酸エステル、β−ヒドロキシカルボン酸、β−ヒドロキシカルボン酸エステル、α−アルコキシカルボン酸、α−アルコキシカルボン酸エステル、β−アルコキシカルボン酸、β−アルコキシカルボン酸エステル、ラクチド、およびそれらのいずれかの組み合わせからなる群より選択される反応体を含む組成物を提供し;および該組成物を脱ヒドロキシル化触媒と接触させることで脱ヒドロキシル化反応を行い、それによりα,β−不飽和カルボン酸および/またはそのエステルを含む生成物を生成することを含み、該脱ヒドロキシル化触媒がL型ゼオライト、修飾L型ゼオライト、およびそれらのいずれかの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含むことを特徴とする方法を提供する。 One embodiment of the present invention includes α-hydroxycarboxylic acid, α-hydroxycarboxylic acid ester, β-hydroxycarboxylic acid, β-hydroxycarboxylic acid ester, α-alkoxycarboxylic acid, α-alkoxycarboxylic acid ester, β- Providing a composition comprising a reactant selected from the group consisting of an alkoxy carboxylic acid, a β-alkoxy carboxylic ester, a lactide, and any combination thereof; and contacting the composition with a dehydroxylation catalyst A dehydroxylation reaction to produce a product comprising an α, β-unsaturated carboxylic acid and / or an ester thereof, wherein the dehydroxylation catalyst is an L-type zeolite, a modified L-type zeolite, and Including at least one selected from the group consisting of any combination thereof. A method characterized in that.
本発明の別の実施態様は、α−ヒドロキシカルボン酸、α−ヒドロキシカルボン酸エステル、β−ヒドロキシカルボン酸、β−ヒドロキシカルボン酸エステル、α−アルコキシカルボン酸、α−アルコキシカルボン酸エステル、β−アルコキシカルボン酸、β−アルコキシカルボン酸エステル、ラクチド、およびそれらのいずれかの組み合わせからなる群より選択される反応体を含む組成物を提供し;および該組成物をアルコールおよび触媒と接触させることでエステル化反応および脱ヒドロキシル化反応を同時に行い、それによりα,β−不飽和カルボン酸エステルを含む生成物を生成することを含み、該触媒がL型ゼオライト、修飾L型ゼオライト、およびそれらのいずれかの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含むことを特徴とする方法を提供する。 Another embodiment of the present invention includes α-hydroxycarboxylic acid, α-hydroxycarboxylic acid ester, β-hydroxycarboxylic acid, β-hydroxycarboxylic acid ester, α-alkoxycarboxylic acid, α-alkoxycarboxylic acid ester, β- Providing a composition comprising a reactant selected from the group consisting of an alkoxycarboxylic acid, a β-alkoxycarboxylic acid ester, a lactide, and any combination thereof; and contacting the composition with an alcohol and a catalyst; Performing an esterification reaction and a dehydroxylation reaction simultaneously, thereby producing a product comprising an α, β-unsaturated carboxylic acid ester, wherein the catalyst is an L-type zeolite, a modified L-type zeolite, and any of them Including at least one selected from the group consisting of To provide a method for the butterflies.
本発明のさらに別の実施態様は、α−ヒドロキシカルボン酸、β−ヒドロキシカルボン酸、α−アルコキシカルボン酸、β−アルコキシカルボン酸、およびそれらのいずれかの組み合わせからなる群より選択される反応体を含む組成物を提供し;該組成物をエステル化触媒およびアルコールと接触させることでエステル化反応を行い、それにより反応体のエステルを含む中間体を生成し;次に、該中間体を脱ヒドロキシル化触媒と接触させることにより脱ヒドロキシル化反応を行い、それによりα,β−不飽和カルボン酸エステルを含む生成物を生成することを含み、該脱ヒドロキシル化触媒がL型ゼオライト、修飾L型ゼオライト、およびそれらのいずれかの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含むことを特徴とする方法を提供する。 Yet another embodiment of the present invention is a reactant selected from the group consisting of α-hydroxy carboxylic acid, β-hydroxy carboxylic acid, α-alkoxy carboxylic acid, β-alkoxy carboxylic acid, and any combination thereof. An esterification reaction is performed by contacting the composition with an esterification catalyst and an alcohol, thereby producing an intermediate containing an ester of the reactant; Performing a dehydroxylation reaction by contacting with a hydroxylation catalyst, thereby producing a product comprising an α, β-unsaturated carboxylic acid ester, wherein the dehydroxylation catalyst is an L-type zeolite, a modified L-type A method comprising at least one selected from the group consisting of zeolite and any combination thereof Subjected to.
本発明の別の態様は、α−ヒドロキシカルボン酸、β−ヒドロキシカルボン酸、α−アルコキシカルボン酸、β−アルコキシカルボン酸、およびそれらのいずれかの組み合わせからなる群より選択される反応体を含む組成物を提供し;該組成物をアルコールと接触させることでエステル化反応を行い、それにより反応体のエステルを含む中間体を生成し、ここで該エステル化反応が外部触媒を用いて実施され;次に、該中間体を脱ヒドロキシル化触媒と接触させることにより脱ヒドロキシル化反応を行い、それによりα,β−不飽和カルボン酸エステルを含む生成物を生成することを含み、該脱ヒドロキシル化触媒がL型ゼオライト、修飾L型ゼオライト、およびそれらのいずれかの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含むことを特徴とする方法を提供する。 Another aspect of the invention includes a reactant selected from the group consisting of α-hydroxy carboxylic acid, β-hydroxy carboxylic acid, α-alkoxy carboxylic acid, β-alkoxy carboxylic acid, and any combination thereof. Providing the composition; contacting the composition with an alcohol to effect an esterification reaction, thereby producing an intermediate comprising an ester of the reactant, wherein the esterification reaction is carried out using an external catalyst. Then performing a dehydroxylation reaction by contacting the intermediate with a dehydroxylation catalyst, thereby producing a product comprising an α, β-unsaturated carboxylic acid ester, the dehydroxylation The catalyst comprises at least one selected from the group consisting of L-type zeolite, modified L-type zeolite, and any combination thereof. A method characterized by.
本発明の別の実施態様は、α−ヒドロキシカルボン酸、α−ヒドロキシカルボン酸エステル、β−ヒドロキシカルボン酸、β−ヒドロキシカルボン酸エステル、α−アルコキシカルボン酸、α−アルコキシカルボン酸エステル、β−アルコキシカルボン酸、β−アルコキシカルボン酸エステル、ラクチド、それらのいずれかの組み合わせからなる群より選択される反応体を含む組成物を提供し;およびキャリアガスの存在下で該組成物を脱ヒドロキシル化触媒と接触させることにより脱ヒドロキシル化反応を行い、それによりα,β−不飽和カルボン酸および/またはそのエステルを含む生成物を生成することを含み、該キャリアガスが二酸化炭素を約90%より多く含むことを特徴とする方法を提供する。 Another embodiment of the present invention includes α-hydroxycarboxylic acid, α-hydroxycarboxylic acid ester, β-hydroxycarboxylic acid, β-hydroxycarboxylic acid ester, α-alkoxycarboxylic acid, α-alkoxycarboxylic acid ester, β- Providing a composition comprising a reactant selected from the group consisting of an alkoxy carboxylic acid, a β-alkoxy carboxylic ester, a lactide, any combination thereof; and dehydroxylating the composition in the presence of a carrier gas Performing a dehydroxylation reaction by contacting with a catalyst, thereby producing a product comprising an α, β-unsaturated carboxylic acid and / or an ester thereof, wherein the carrier gas comprises from about 90% carbon dioxide Providing a method characterized in that it contains more.
本発明の別の実施態様は、生物学的触媒を含む発酵プロセスを通して誘導される反応体と、生物学的供給源とからアクリル酸またはアクリル酸エステルを生成することを含み、該生物学的供給源がグルコース、シュークロース、グリセロールおよびそれらのいずれかの組み合わせのすくなくとも1つを含み、該反応体がα−ヒドロキシカルボン酸、α−ヒドロキシカルボン酸エステル、β−ヒドロキシカルボン酸、β−ヒドロキシカルボン酸エステル、α−アルコキシカルボン酸、α−アルコキシカルボン酸エステル、β−アルコキシカルボン酸、β−アルコキシカルボン酸エステル、ラクチド、およびそれらのいずれかの組み合わせからなる群より選択されるものを含むことを特徴とする方法を提供する。 Another embodiment of the present invention comprises producing acrylic acid or an acrylate ester from a reactant derived through a fermentation process that includes a biological catalyst and a biological source, the biological supply The source comprises at least one of glucose, sucrose, glycerol and any combination thereof and the reactants are α-hydroxycarboxylic acid, α-hydroxycarboxylic acid ester, β-hydroxycarboxylic acid, β-hydroxycarboxylic acid Comprising one selected from the group consisting of an ester, an α-alkoxycarboxylic acid, an α-alkoxycarboxylic acid ester, a β-alkoxycarboxylic acid, a β-alkoxycarboxylic acid ester, a lactide, and any combination thereof. To provide a method.
本発明のさらに別の実施態様は、化学触媒を含む化学プロセスを通して誘導される反応体と、生物学的供給源とからアクリル酸またはアクリル酸エステルを生成することを含み、該生物学的供給源がグルコース、シュークロース、グリセロールおよびそれらのいずれかの組み合わせのすくなくとも1つを含み、該反応体がα−ヒドロキシカルボン酸、α−ヒドロキシカルボン酸エステル、β−ヒドロキシカルボン酸、β−ヒドロキシカルボン酸エステル、α−アルコキシカルボン酸、α−アルコキシカルボン酸エステル、β−アルコキシカルボン酸、β−アルコキシカルボン酸エステル、ラクチド、およびそれらのいずれかの組み合わせからなる群より選択されるものを含むことを特徴とする方法を提供する。 Yet another embodiment of the present invention comprises producing acrylic acid or an acrylate ester from a reactant derived through a chemical process that includes a chemical catalyst and a biological source, the biological source Comprises at least one of glucose, sucrose, glycerol and any combination thereof and the reactant is α-hydroxycarboxylic acid, α-hydroxycarboxylic acid ester, β-hydroxycarboxylic acid, β-hydroxycarboxylic acid ester , Α-alkoxycarboxylic acid, α-alkoxycarboxylic acid ester, β-alkoxycarboxylic acid, β-alkoxycarboxylic acid ester, lactide, and any combination thereof. Provide a way to do it.
本発明の特徴および利点は、後記する好ましい実施態様の記載から、当業者に明らかである。 The features and advantages of the present invention will be apparent to those skilled in the art from the following description of the preferred embodiment.
以下の図面は本発明の特定の態様を説明するのに用いられ、排他的な実施態様を意味するものではない。開示の内容は、当業者が、およびこの開示から利益のある者が思い付く場合に、形態および機能において、相当の修飾、変更を加えること、また組み合わせおよび均等とすることも可能である。 The following drawings are used to illustrate particular embodiments of the invention and are not meant to be exclusive embodiments. The content of the disclosure may be subject to considerable modifications, changes, combinations and equivalents in form and function as would occur to one of ordinary skill in the art and to those who would benefit from this disclosure.
本発明は、α,β−不飽和カルボン酸および/またはそのエステルを触媒を用いて調製する方法に関する。 The present invention relates to a process for preparing α, β-unsaturated carboxylic acids and / or esters thereof using a catalyst.
本発明は、少なくともいくつかの実施態様において、L型ゼオライト触媒を利用して、効果的(すなわち、高変換率)かつ選択的にα,β−不飽和カルボン酸(例えば、アクリル酸)および/またはそのエステルを乳酸等の反応体より生成する反応経路を提供する。さらに本明細書に記載されるように、意外にも、L型触媒が、ある実施態様において、より効果的かつ選択的に、α,β−不飽和カルボン酸(例えば、アクリル酸)および/またはそのエステルを乳酸等の反応体から生成することが明らかにされた。結果として、本明細書に記載の反応経路および触媒は、ある実施態様において、対費用効果が高く、環境にフレンドリーなアクリル酸の乳酸からの工業規模での生産を提供しうる。 The present invention, in at least some embodiments, utilizes an L-type zeolite catalyst to effectively (ie, high conversion) and selectively α, β-unsaturated carboxylic acids (eg, acrylic acid) and / or Alternatively, a reaction route for producing the ester from a reactant such as lactic acid is provided. As further described herein, surprisingly, the L-type catalyst is more effective and selective in certain embodiments, such as an α, β-unsaturated carboxylic acid (eg, acrylic acid) and / or It has been clarified that the ester is produced from a reactant such as lactic acid. As a result, the reaction pathways and catalysts described herein can provide, in certain embodiments, cost-effective and environmentally friendly production of environmentally friendly acrylic acid from lactic acid.
本明細書中で「約」が列挙した数字の最初に用いられている場合、「約」はその列挙した数字の各数を修飾するものである。数字を列挙して範囲を示す場合に、ある場合に列挙された下限がある場合に列挙された上限よりも大きくなる場合もある。当業者であれば、選択された部分集合にて、選択された下限を越えて上限を選択する必要のあることを理解するであろう。 Where “about” is used herein at the beginning of a listed number, “about” modifies each number of the listed number. When enumerating numbers to indicate a range, in some cases it may be greater than the enumerated upper limit if there is an enumerated lower limit. One skilled in the art will appreciate that in the selected subset, the upper limit needs to be selected beyond the selected lower limit.
本明細書で用いるように、「反応経路」なる語は、反応体をα,β−不飽和カルボン酸またはそのエステルを含む生成物に変換する反応または一連の反応をいい、該反応または一連の反応にて所望により中間体が形成されてもよい。ある実施態様において、本発明の反応経路は、L型ゼオライトを含む脱ヒドロキシル化触媒を利用する脱ヒドロキシル化反応を含んでもよい。ある実施態様において、本発明の反応経路はさらにエステル化反応を含んでもよい。 As used herein, the term “reaction pathway” refers to a reaction or series of reactions that converts a reactant to a product comprising an α, β-unsaturated carboxylic acid or ester thereof, which reaction or series of reactions. If desired, intermediates may be formed in the reaction. In certain embodiments, the reaction pathway of the present invention may comprise a dehydroxylation reaction utilizing a dehydroxylation catalyst comprising L-type zeolite. In certain embodiments, the reaction pathway of the present invention may further comprise an esterification reaction.
本明細書で用いるように、「脱ヒドロキシル化反応」なる語は反応体から水を除去することをいう。「脱ヒドロキシル化反応」なる語はまた、当該分野にて脱水反応としても知られている。 As used herein, the term “dehydroxylation reaction” refers to the removal of water from a reactant. The term “dehydroxylation reaction” is also known in the art as a dehydration reaction.
図1は本発明の数種の異なる反応経路の非限定的な例を示す。例えば、図1の反応経路1に示されるようなある実施態様(反応体を含む出発組成物で開始する)において、本発明の反応経路は、反応体のエステルを含む中間体を生成するエステル化反応(1A)を、つづいてα,β−不飽和カルボン酸のエステルを含む生成物を生成する脱ヒドロキシル化反応(1B)を含んでもよい。図1の反応経路2に示される他の実施態様(反応体を含む出発組成物で開始する)において、本発明の反応経路は、α,β−不飽和カルボン酸を含む中間体を生成する脱ヒドロキシル化反応(2A)を、つづいてα,β−不飽和カルボン酸のエステルを含む生成物を生成するエステル化反応(2B)を含んでもよい。図1の反応経路3に示されるようなさらに別の実施態様(反応体を含む出発組成物で開始する)において、本発明の反応経路は、α,β−不飽和カルボン酸を含む生成物を生成する脱ヒドロキシル化反応(3)を含んでもよい。図1の反応経路4に示される他の実施態様(反応体を含む出発組成物で開始する)において、本発明の反応経路は、α,β−不飽和カルボン酸のエステルを含む生成物を生成する脱ヒドロキシル化とエステル化との同時反応(4)を含んでもよい。
FIG. 1 shows non-limiting examples of several different reaction pathways of the present invention. For example, in one embodiment (starting with a starting composition containing the reactants) as shown in Reaction Pathway 1 of FIG. 1, the reaction route of the present invention is an esterification that produces an intermediate that includes an ester of the reactant. Reaction (1A) may be followed by a dehydroxylation reaction (1B) that produces a product comprising an ester of an α, β-unsaturated carboxylic acid. In another embodiment shown in
本発明の反応経路に関連して用いるのに適する反応体として、以下に限定されないが、α−ヒドロキシカルボン酸、α−ヒドロキシカルボン酸エステル、β−ヒドロキシカルボン酸、β−ヒドロキシカルボン酸エステル、α−アルコキシカルボン酸、α−アルコキシカルボン酸エステル、β−アルコキシカルボン酸、β−アルコキシカルボン酸エステル等、およびそれらのいずれかの組み合わせが挙げられる。上記した適当なエステルは、C1−C10アルキルエステルであってもよい。反応体の具体的な例として、以下に限定されないが、乳酸、乳酸の塩(例えば、そのカルシウム、アンモニウム、マグネシウム、ナトリウムおよびカリウム塩)、乳酸のアルキルエステル、ラクチド、乳酸メチル、乳酸ブチル、3−ヒドロキシプロピオン酸、3−ヒドロキシプロピオン酸アルキルエステル、3−ヒドロキシプロピオン酸メチル、3−ヒドロキシプロピオン酸ブチル、ラクタミド、それらのいずれかの組み合わせが挙げられる。ある実施態様において、反応体は固体、液体、溶解体または気体の形態であってもよい。さらには、反応体は実質的に純粋なキラル反応体またはキラル反応体のラセミ混合物、例えば、D(−)乳酸、L(+)乳酸、DDラクチド、LLラクチド、乳酸のD/Lラセミ混合物、またはラクチドのD/Lラセミ混合物であってもよい。 Suitable reactants for use in connection with the reaction pathway of the present invention include, but are not limited to, α-hydroxy carboxylic acid, α-hydroxy carboxylic acid ester, β-hydroxy carboxylic acid, β-hydroxy carboxylic acid ester, α -Alkoxy carboxylic acid, (alpha) -alkoxy carboxylic acid ester, (beta) -alkoxy carboxylic acid, (beta) -alkoxy carboxylic acid ester, etc., and those combinations are mentioned. Suitable esters described above may be a C 1 -C 10 alkyl esters. Specific examples of reactants include, but are not limited to, lactic acid, lactic acid salts (eg, calcium, ammonium, magnesium, sodium and potassium salts thereof), lactic acid alkyl esters, lactide, methyl lactate, butyl lactate, 3 -Hydroxypropionic acid, 3-hydroxypropionic acid alkyl ester, methyl 3-hydroxypropionate, butyl 3-hydroxypropionate, lactamide, and any combination thereof. In certain embodiments, the reactant may be in the form of a solid, liquid, solution or gas. Furthermore, the reactant is a substantially pure chiral reactant or a racemic mixture of chiral reactants, such as D (-) lactic acid, L (+) lactic acid, DD lactide, LL lactide, D / L racemic mixture of lactic acid, Alternatively, it may be a D / L racemic mixture of lactide.
本発明の反応経路に関連して用いるのに適する反応体はいずれか既知の手段により製造されてもよい。ある実施態様において、反応体は生物学的に誘導されても、化学的に誘導されても、あるいはその組み合わせであってもよい。生物学的に誘導される反応体の例が、国際特許出願PCT/US11/50707(発明の名称「Catalytic Dehydroxylation of Lactic Acid and Lactic Acid Esters」)(その内容がそのまま引用により本明細書に組み込まれている)に示される。限定するものではないが、一例として、乳酸は、微生物(例えば、酸耐性ホモ乳酸菌)(サトウキビ、ビート、ホエー等から由来のシュークロース、グルコース等を利用および/または代謝する微生物)より産生される発酵ブロス中に存在する乳酸塩(例えば、乳酸アンモニウム)より誘導されてもよい。 Reactants suitable for use in connection with the reaction pathways of the present invention may be prepared by any known means. In certain embodiments, the reactants may be biologically derived, chemically derived, or a combination thereof. Examples of biologically derived reactants are described in international patent application PCT / US11 / 50707 (invention title “Catalytic Dehydroxylation of Lactic Acid and Lactic Acid Esters”), the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety. Indicated). By way of example and not limitation, lactic acid is produced from microorganisms (eg, acid-resistant homolactic bacteria) (microorganisms utilizing and / or metabolizing sucrose, glucose, etc. derived from sugar cane, beet, whey, etc.). It may be derived from lactate (eg, ammonium lactate) present in the fermentation broth.
ある実施態様において、本明細書に記載のα−ヒドロキシカルボン酸(例えば、乳酸およびその誘導体)は発酵ブロスより得てもよい。ある実施態様において、本明細書に記載される発酵ブロスは、商業的規模で乳酸を生成するのに選択される、エシェリキア・コリ(Escherichia coli)およびバチルス・コアグランス(Bacillus coagulans)を含む、細菌種の培養基より誘導されてもよい。ある実施態様において、本明細書に記載の発酵ブロスは、乳酸産生のために選択される糸状真菌種の培養液より誘導されてもよい。ある実施態様において、本明細書に記載の発酵ブロスは、工業的規模で乳酸を産生することが分かっている酵母種より誘導されてもよい。商業的規模での乳酸の生成に適する微生物として、ある実施態様において、エシェリキア・コリ、バチルス・コアグランス、ラクトバチルス・デルブルッチ、エル・ブルガリカス、エル・サーモフィルス、エル・レイクマンニ、エル・カセイ、エル・フェルメンティ、ストレプトコッカス・サーモフィルス、エス・ラクティス、エス・フェカリス、ペジオコッカス種、リューコノストック種、ビフィドバクテリウム種、リゾプス・オリーゼおよび工業的に使用される多種の酵母種が挙げられる。本明細書の開示から利益のある者は上記した細菌のいずれか適当な組み合わせを理解するはずである。 In certain embodiments, the α-hydroxy carboxylic acids described herein (eg, lactic acid and its derivatives) may be obtained from a fermentation broth. In certain embodiments, the fermentation broth described herein is a bacterial species, including Escherichia coli and Bacillus coagulans, selected to produce lactic acid on a commercial scale. It may be derived from the culture medium. In certain embodiments, the fermentation broth described herein may be derived from a culture of a filamentous fungal species selected for lactic acid production. In certain embodiments, the fermentation broth described herein may be derived from a yeast species known to produce lactic acid on an industrial scale. Microorganisms suitable for the production of lactic acid on a commercial scale include, in certain embodiments, Escherichia coli, Bacillus coagulans, Lactobacillus delbrucci, El Bulgaricus, El Thermophilus, El Lakemanni, El Cathay, El Fermenti, Streptococcus thermophilus, S. lactis, S. faecalis, Pediococcus sp., Leuconostoc sp., Bifidobacterium sp., Rhizopus oryzae and a variety of industrially used yeast species. Those skilled in the art from the disclosure herein should understand any suitable combination of the bacteria described above.
α−ヒドロキシカルボン酸等の乳酸を産生する発酵プロセスは、ある実施態様において、バッチプロセス、連続プロセス、またはそのハイブリッドであってもよい。天然資源より誘導される多種多様な炭水化物材料が、本明細書に記載のα−ヒドロキシカルボン酸の発酵生産に連動した原料として使用され得る。例えば、サトウキビおよびビートからのシュークロース、グルコース、ラクトース含有のホエー、加水分解澱粉からのマルトースおよびデキストロース、バイオディーゼル産業からのグリセロール、およびそれらの組み合わせが、本明細書に記載のα−ヒドロキシカルボン酸の発酵生産に適している。また、セルロース系バイオマスを加水分解して誘導される五炭糖を用い、本明細書に記載のα−ヒドロキシカルボン酸を産生する能力のある微生物を用いて製造されてもよい。ある実施態様において、乳酸を産生するのにグルコースなどの6−炭素含有糖、およびキシロースなどの5−炭素含有糖の両方を同時に利用することのできる微生物が、乳酸の発酵生産での好ましい生体触媒である。ある実施態様において、安価に入手できるセルロース系材料より誘導される水解物はC−5炭素およびC−6炭素の両方を含有する糖を有し、乳酸の産生にてC−5およびC−6炭素を含有する糖を同時に利用する能力を有する生体触媒が、乳酸をアクリル酸およびアクリル酸エステルに低コストで変換するのに適する点から非常に好ましい。 The fermentation process that produces lactic acid, such as α-hydroxy carboxylic acid, in certain embodiments may be a batch process, a continuous process, or a hybrid thereof. A wide variety of carbohydrate materials derived from natural resources can be used as feedstock in conjunction with the fermentative production of α-hydroxy carboxylic acids described herein. For example, sucrose from sugar cane and beet, glucose, lactose-containing whey, maltose and dextrose from hydrolyzed starch, glycerol from the biodiesel industry, and combinations thereof are described herein as α-hydroxy carboxylic acids Suitable for fermentation production. Alternatively, pentose derived from hydrolysis of cellulosic biomass may be used to produce the microorganism described above, which has the ability to produce α-hydroxycarboxylic acid. In certain embodiments, a microorganism that can simultaneously utilize both a 6-carbon containing sugar, such as glucose, and a 5-carbon containing sugar, such as xylose, to produce lactic acid is a preferred biocatalyst in the fermentation production of lactic acid. It is. In certain embodiments, the hydrolyzate derived from an inexpensive cellulosic material has sugars that contain both C-5 and C-6 carbons, and C-5 and C-6 in the production of lactic acid. Biocatalysts having the ability to simultaneously utilize carbon-containing sugars are highly preferred because they are suitable for converting lactic acid to acrylic acid and acrylate esters at low cost.
ある実施態様において、乳酸の産生のための発酵ブロスとして、酸耐性ホモ乳酸菌のものが挙げられる。「ホモ乳酸」なる語は、菌株が発酵産物として実質的に乳酸だけを産生することを意味する。酸耐性ホモ乳酸菌は、典型的には、業務用穀物粉砕装置の穀物浸水より単離される。ある実施態様では、高温でも増殖しうる酸耐性微生物が好ましい。ある好ましい実施態様では、発酵流体1リットルに付き少なくとも4gの乳酸(より好ましくは、発酵流体1リットルに付き50gの乳酸)を産生しうる微生物が、本明細書に記載の発酵操作にて利用されてもよい。 In certain embodiments, fermentation broths for the production of lactic acid include those of acid resistant homolactic bacteria. The term “homolactic acid” means that the strain produces substantially only lactic acid as a fermentation product. Acid-tolerant homolactic bacteria are typically isolated from grain soaking in commercial grain grinders. In certain embodiments, acid resistant microorganisms that can grow at high temperatures are preferred. In certain preferred embodiments, microorganisms capable of producing at least 4 g of lactic acid per liter of fermentation fluid (more preferably 50 g of lactic acid per liter of fermentation fluid) are utilized in the fermentation operations described herein. May be.
ある実施態様において、発酵ブロスは、産生の種々の時点で、例えば、濾過、酸性化、ポリッシング(polishing)、濃縮等の種々の単位操作があった後で、あるいは上記した単位操作を複数回行った後で、用いられてもよい。ある実施態様において、発酵ブロスが重量/重量(w/w)に基づいて約6〜約20%の乳酸を含有する場合、乳酸を濃縮された形態にて回収してもよい。乳酸の濃縮形態での発酵ブロスからの回収は、当該分野にて公知の複数の方法および/または当該分野にて公知の方法の組み合わせにより達成され得る。 In certain embodiments, the fermentation broth is subjected to various unit operations such as filtration, acidification, polishing, concentration, etc. at various points in production, or multiple times of the unit operations described above. May be used later. In certain embodiments, if the fermentation broth contains about 6 to about 20% lactic acid based on weight / weight (w / w), the lactic acid may be recovered in a concentrated form. Recovery from the fermentation broth in concentrated form of lactic acid can be accomplished by multiple methods known in the art and / or combinations of methods known in the art.
本明細書に記載の発酵方法の間で、成長培地のpHを中性付近に維持するために、少なくとも1つのアルカリ材料(例えば、NaOH、CaCO3、(NH4)2CO3、NH4HCO3、NH4OH、KOHまたはそのいずれかの組み合わせ)を利用してもよい。アルカリ材料の発酵ブロスへの添加は、時に、乳酸の無機塩の形態での蓄積をもたらす。ある実施態様において、水酸化アンモニウムが発酵ブロスの中性pHを維持するための好ましいアルカリ材料である。水酸化アンモニウムを発酵培地に添加しても、乳酸アンモニウムが発酵ブロスで蓄積するかもしれない。乳酸アンモニウムの水溶液は溶解度が高いため、発酵ブロスには高濃度で存在する可能性がある。乳酸アンモニウムを含有する発酵ブロスから乳酸を得る一の方法として、発酵ブロスをマイクロ濾過および限外濾過に付し、つづいて連続的イオン交換(CIX)、擬似移動床クロマトグラフィー(SMB)、電気透析双極性膜(EDBM)、固定床イオン交換、または液−液抽出に付すことが挙げられる。ある実施態様にて、固定床イオン交換で流出したサンプルを次に双極性電気透析に供し、濃縮した遊離酸の形態にて乳酸を得てもよい。 During the fermentation process described herein, at least one alkaline material (eg, NaOH, CaCO 3 , (NH 4 ) 2 CO 3 , NH 4 HCO is used to maintain the pH of the growth medium near neutral. 3 , NH 4 OH, KOH, or any combination thereof). The addition of alkaline material to the fermentation broth sometimes results in accumulation in the form of an inorganic salt of lactic acid. In certain embodiments, ammonium hydroxide is a preferred alkaline material for maintaining a neutral pH of the fermentation broth. Even if ammonium hydroxide is added to the fermentation medium, ammonium lactate may accumulate in the fermentation broth. Since aqueous solutions of ammonium lactate are highly soluble, they may be present at high concentrations in the fermentation broth. As one method for obtaining lactic acid from fermentation broth containing ammonium lactate, the fermentation broth is subjected to microfiltration and ultrafiltration, followed by continuous ion exchange (CIX), simulated moving bed chromatography (SMB), electrodialysis. Subsequent to bipolar membrane (EDBM), fixed bed ion exchange, or liquid-liquid extraction. In certain embodiments, the sample effluxed by fixed bed ion exchange may then be subjected to bipolar electrodialysis to obtain lactic acid in the form of concentrated free acid.
ある実施態様において、反応体(例えば、乳酸および乳酸エステル)は、いずれの発酵プロセス(生体触媒を用いるプロセス)とも関係なく、1または複数の化学プロセス(化学触媒を用いるプロセス)を通して生物学的供給源(例えば、グルコース、シュークロースおよびグリセロール)から誘導されてもよい。例えば、生物学的供給源から誘導される乳酸および乳酸エステルを、実質的に、上記されるような脱ヒドロキシル化およびエステル化反応に供し、アクリル酸およびアクリル酸エステルを得てもよい。 In certain embodiments, the reactants (eg, lactic acid and lactate esters) are biologically fed through one or more chemical processes (process using a chemical catalyst) regardless of any fermentation process (process using a biocatalyst). It may be derived from a source (eg glucose, sucrose and glycerol). For example, lactic acid and lactic acid esters derived from biological sources may be substantially subjected to dehydroxylation and esterification reactions as described above to obtain acrylic acid and acrylate esters.
他の例において、グリセロールを出発物質として用いて乳酸を生成し、ついでいずれの発酵プロセスとも関係なく、化学プロセスを用いてアクリル酸を生成してもよい(例えば、図3)。植物油から由来の脂肪酸エステルのエステル交換によるバイオディーゼルの生産が、世界的に、過去10年で数倍増加しており、一部では化石由来のディーゼル燃料の使用に取って代わっている。グリセロール、すなわちバイオディーゼル工業の副産物は、本発明に記載の方法によれば、アクリル酸およびアクリル酸エステルを製造するための適切な、またはある実施態様において、好ましい出発物質である。 In other examples, glycerol may be used as a starting material to produce lactic acid, and then a chemical process may be used to produce acrylic acid independent of any fermentation process (eg, FIG. 3). The production of biodiesel by transesterification of fatty acid esters derived from vegetable oil has increased several times globally over the past decade, and in part has replaced the use of fossil-derived diesel fuel. Glycerol, a byproduct of the biodiesel industry, is a preferred or, in some embodiments, a preferred starting material for producing acrylic acid and acrylate esters according to the process described in the present invention.
例えば、グリセロールから乳酸を生成する一の方法は、グリセロールを、約550℃よりも高い温度で、グリセルアルデヒド、2−ヒドロキシプロペナールおよびピルブアルデヒド等の中間化合物を通して乳酸に変換する熱化学変換方法を用いてもよい。しかしながら、熱化学変換方法は、ピルブアルデヒドおよび乳酸のこの高温での著しく分解を惹起し、それにより乳酸産生の選択性が減少することに繋がる。ある場合には、乳酸の産生に関与する脱水素反応を仲介する化学触媒の使用は、温度の低下を可能とし、それにより選択性を向上させ、分解を軽減させることとなる。ある場合には、不均一触媒が好ましく、というのも不均一触媒は、回収して何度も再使用でき、緩衝化する必要がなく、バッチ工程モードの代わりに連続的フロー工程モードで作動し、スループットおよびターンオーバー時間を増加させるのに容易に修飾され得るからである。これらの利点は操作コストおよび廃棄物処理の有意な減少となるかもしれない。 For example, one method of producing lactic acid from glycerol is a thermochemical conversion that converts glycerol to lactic acid through intermediate compounds such as glyceraldehyde, 2-hydroxypropenal and pyruvaldehyde at temperatures above about 550 ° C. A method may be used. However, thermochemical conversion methods cause significant degradation of pyruvaldehyde and lactic acid at this high temperature, thereby reducing the selectivity of lactic acid production. In some cases, the use of a chemical catalyst that mediates the dehydrogenation reaction involved in the production of lactic acid allows for a decrease in temperature, thereby improving selectivity and reducing degradation. In some cases, heterogeneous catalysts are preferred because they can be recovered and reused many times, do not need to be buffered, and operate in a continuous flow process mode instead of a batch process mode. Because it can be easily modified to increase throughput and turnover time. These benefits may result in a significant reduction in operating costs and waste disposal.
グリセロールの乳酸への変換に適する不均一触媒は、限定されないが、ニッケル、コバルト、銅、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、それらのいずれかの組み合わせを含む、金属を含んでもよい。ある実施態様において、不均一触媒は、限定されないが、炭素、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、ゼオライト等を含む支持体上に所望により支持されていてもよい。ある実施態様において、反応混合物は付加的な水素または酸素をさらに含んでもよい。ある実施態様において、選択される触媒は付加的な水素または酸素を含むことなく使用されてもよい。 Suitable heterogeneous catalysts for the conversion of glycerol to lactic acid may include metals, including but not limited to nickel, cobalt, copper, platinum, palladium, ruthenium, rhodium, any combination thereof. In certain embodiments, the heterogeneous catalyst may optionally be supported on a support including, but not limited to, carbon, silica, alumina, titania, zirconia, zeolite, and the like. In certain embodiments, the reaction mixture may further comprise additional hydrogen or oxygen. In certain embodiments, the catalyst selected may be used without additional hydrogen or oxygen.
ある実施態様において、金属を含む不均一触媒は、以下に限定されないが、アルカリ金属、アルカリ土類金属水酸化物、固体塩基、およびそれらのいずれかの組み合わせを含む、アルカリ性成分の存在下で使用されてもよい。ある好ましい実施態様において、グリセロールの乳酸への変換は、銅系触媒を塩基プロモーターと一緒に用いるが、還元剤または酸化剤を用いることなく、単一ポット反応にて利用されてもよい。 In certain embodiments, the heterogeneous catalyst comprising a metal is used in the presence of an alkaline component including, but not limited to, alkali metals, alkaline earth metal hydroxides, solid bases, and any combination thereof. May be. In certain preferred embodiments, the conversion of glycerol to lactic acid uses a copper-based catalyst with a base promoter, but may be utilized in a single pot reaction without the use of a reducing or oxidizing agent.
ある実施態様において、アクリル酸はシュークロースより製造されてもよい。場合によっては、シュークロースを加水分解し、グルコースおよびフルクトースを生成してもよい。場合によっては、フルクトースは次に化学触媒を用いてほぼ化学量論的な収率で乳酸に直接変換され、一方でグルコースの乳酸への変換は約64%の収率で得られることが観察された。ある実施態様は、それ自体が、シュークロースを加水分解し、グルコースおよびフルクトースを生成すること;該グルコースを異性化し、フルクトースを得ること;および一緒にしたフルクトースを化学触媒を用いて乳酸に変換することを含んでもよい。同様に、ある実施態様にて、澱粉を加水分解し、グルコースを生成すること;該グルコースを異性化し、フルクトースを得ること;およびフルクトースを化学触媒を用いて乳酸に変換することを含んでもよい。 In certain embodiments, acrylic acid may be made from sucrose. In some cases, sucrose may be hydrolyzed to produce glucose and fructose. In some cases, it is observed that fructose is then converted directly to lactic acid in a near stoichiometric yield using a chemical catalyst, while the conversion of glucose to lactic acid is obtained in about 64% yield. It was. Some embodiments themselves hydrolyze sucrose to produce glucose and fructose; isomerize the glucose to obtain fructose; and convert the combined fructose to lactic acid using a chemical catalyst You may include that. Similarly, in certain embodiments, the method may include hydrolyzing starch to produce glucose; isomerizing the glucose to obtain fructose; and converting fructose to lactic acid using a chemical catalyst.
フルクトース(一緒にした、または個々の供給源からのフルクトース)の乳酸への化学触媒を用いる変換は、図4に示されるように、フルクトースのレトロ−アルドール反応を含み、ジヒドロキシアセトン(DHA)およびグリセルアルデヒド(GLY)を生成し、次にそれらを一緒に脱水および転位によりピルブアルデヒド(PAL)に変換してもよい。PALはさらには、アルコール性溶媒または水中、ルイス酸の作用の下で所望の乳酸アルキルまたは乳酸に変換されてもよい。次に、場合によっては、乳酸および乳酸アルキルは、約330℃でゼオライト触媒を用いてアクリル酸およびアクリル酸エステルに変換されてもよい。 The chemical-catalyzed conversion of fructose (fructose together or from individual sources) to lactic acid involves the retro-aldol reaction of fructose, as shown in FIG. 4, and includes dihydroxyacetone (DHA) and glycerol. Ceraldehyde (GLY) may be produced and then they may be converted together to pyruvaldehyde (PAL) by dehydration and rearrangement. PAL may be further converted to the desired alkyl lactate or lactic acid under the action of a Lewis acid in an alcoholic solvent or water. Then, in some cases, lactic acid and alkyl lactate may be converted to acrylic acid and acrylate esters using a zeolite catalyst at about 330 ° C.
ルイス酸性ゼオライト、例えば、Sn−Betaは、シュークロース、グルコースおよびフルクトースの乳酸のエステルへの変換について意外にも高い活性および選択性を示した。ある実施態様においては、固体ルイス酸性触媒はゼオタイプ材料を含んでもよく、それはある好ましい実施態様においては、さらにゼオタイプ材料の枠組みの中に組み込まれる、四価金属、例えば、Sn、Pb、Ge、Ti、Zr、および/またはHfを含んでもよい。例えば、固体ルイス酸性触媒はゼオタイプ材料および四価Snおよび/または四価Tiを含んでもよい。 Lewis acidic zeolites, such as Sn-Beta, showed surprisingly high activity and selectivity for the conversion of sucrose, glucose and fructose to lactic acid esters. In some embodiments, the solid Lewis acidic catalyst may include a zeotype material, which in certain preferred embodiments is further incorporated into a framework of a zeotype material, such as a tetravalent metal, such as Sn, Pb, Ge, Ti. , Zr, and / or Hf. For example, the solid Lewis acidic catalyst may comprise a zeotype material and tetravalent Sn and / or tetravalent Ti.
適切なゼオタイプ材料の例として、以下に限定されないが、ゼオライト・ベータなどの構造型BEA、MFI、MEL、MTW、MOR、LTL、またはFAU、およびZSM−5が挙げられる。適切なゼオタイプ材料の別の例として、TS−1が挙げられる。ゼオタイプ材料のこれらの種々の例はルイス酸性メソ多孔性非晶質材料であり、場合によっては、MCM−41またはSBA−15の構造型を有するのが好ましい。 Examples of suitable zeotype materials include, but are not limited to, structural BEAs such as zeolite beta, MFI, MEL, MTW, MOR, LTL, or FAU, and ZSM-5. Another example of a suitable zeotype material is TS-1. These various examples of zeotype materials are Lewis acidic mesoporous amorphous materials, and in some cases, preferably have a structural type of MCM-41 or SBA-15.
乳酸をシュークロース、グルコースおよびフルクトースから製造する反応は、バッチモードにて、またはフロー反応器中、約50℃〜約300℃、好ましくは約100℃〜約220℃の範囲にある温度で、最も好ましくは約140℃〜約200℃の範囲にある温度で行われてもよい。 The reaction to produce lactic acid from sucrose, glucose and fructose is most likely in batch mode or in a flow reactor at a temperature in the range of about 50 ° C to about 300 ° C, preferably about 100 ° C to about 220 ° C. Preferably, it may be carried out at a temperature in the range of about 140 ° C to about 200 ° C.
本発明の反応経路に再び言及して、ある実施態様において、本明細書に記載の出発組成物は反応体および溶媒を含んでもよい。本明細書に記載の反応体との関連で用いるのに適する溶媒として、以下に限定されないが、水、アルコール(例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、n−プロパノール、ブタノール、イソブタノール、n−ブタノール、2−エチルヘキサノール、イソノナノール、イソデシルアルコールまたは3−プロピルヘプタノール)、テトラヒドロフラン、塩化メチレン、トルエン、キシレン等、およびそれらのいずれかの組み合わせが挙げられる。ある実施態様において、溶媒は超臨界状態にあってもよい。 Referring back to the reaction pathway of the present invention, in certain embodiments, the starting compositions described herein may include reactants and solvents. Suitable solvents for use in connection with the reactants described herein include, but are not limited to, water, alcohols (eg, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, n-propanol, butanol, isobutanol, n- Butanol, 2-ethylhexanol, isononanol, isodecyl alcohol or 3-propylheptanol), tetrahydrofuran, methylene chloride, toluene, xylene, and any combination thereof. In certain embodiments, the solvent may be in a supercritical state.
ある実施態様において、本明細書に記載の出発組成物は、反応体を下限が出発組成物の重量に基づき約5%、10%、15%、25%または50%から、上限が出発組成物の重量に基づき約95%、90%、85%、75%または50%までの範囲にある濃度で含んでもよく、ここで該濃度はいずれかの下限からいずれかの上限までの範囲にあればよく、その間にあるいずれの部分集合も包含するものである。ある実施態様において、本明細書に記載の出発組成物は、溶媒を下限が出発組成物の重量に基づき約5%、10%、15%、25%または50%から、上限が出発組成物の重量に基づき約95%、90%、85%、75%または50%までの範囲にある濃度で含んでもよく、ここで該濃度はいずれかの下限からいずれかの上限までの範囲にあり、その間にあるいずれの部分集合を包含してもよい。 In certain embodiments, the starting composition described herein comprises reactants at a lower limit from about 5%, 10%, 15%, 25% or 50% based on the weight of the starting composition, and an upper limit at the starting composition. May be included at a concentration ranging from about 95%, 90%, 85%, 75% or 50% based on the weight of the composition, provided that the concentration is in the range from any lower limit to any upper limit. Often it includes any subset in between. In certain embodiments, the starting composition described herein has a solvent lower limit of about 5%, 10%, 15%, 25% or 50% based on the weight of the starting composition, and an upper limit of the starting composition. May be included at concentrations ranging from about 95%, 90%, 85%, 75% or 50% by weight, wherein the concentration ranges from any lower limit to any upper limit, during which Any subset in may be included.
ある実施態様において、反応体がエステル(例えば、乳酸のエステル)を含む場合、本明細書に記載の出発組成物は水分量がその下限が出発組成物の重量に基づき約1%、2%、3%、または4%から上限が出発組成物の重量に基づき約10%、9%、8%、7%、6%、または5%までの範囲であってもよく、ここで該水分量はいずれかの下限からいずれかの上限までの範囲にあり、その間にあるいずれの部分集合を包含してもよい。限定するものではないが、一例として、出発組成物は乳酸メチル、ブタノールおよび水を含んでもよく、その水分量は出発組成物の重量に基づき約1%〜約5%である。 In certain embodiments, when the reactant comprises an ester (eg, an ester of lactic acid), the starting composition described herein has a moisture content at a lower limit of about 1%, 2%, based on the weight of the starting composition, The upper limit may range from 3%, or 4% up to about 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, or 5% based on the weight of the starting composition, where the moisture content is Any subset in the range from any lower limit to any upper limit and between them may be included. By way of example, but not limitation, the starting composition may comprise methyl lactate, butanol and water, the amount of water being from about 1% to about 5% based on the weight of the starting composition.
ある実施態様において、本明細書に記載の出発組成物は、本発明の反応経路を開始する前に1または複数の付加的なプロセス工程に供されてもよい。付加的なプロセス工程の例として、以下に限定されないが、濾過、酸性化、結晶化、パーベーパレーション、電気透析、イオン交換、液−液抽出、および擬似移動床クロマトグラフィーが挙げられる。限定するものではないが、一例として、付加的なプロセス工程を利用して乳酸含量を多くし、乳酸を産生する発酵ブロスから不純物を取り除いてもよい。 In certain embodiments, the starting compositions described herein may be subjected to one or more additional process steps prior to initiating the reaction pathway of the present invention. Examples of additional process steps include, but are not limited to, filtration, acidification, crystallization, pervaporation, electrodialysis, ion exchange, liquid-liquid extraction, and simulated moving bed chromatography. By way of example and not limitation, additional process steps may be used to increase the lactic acid content and remove impurities from the fermentation broth that produces lactic acid.
本明細書に記載の反応のいくつか(例えば、脱ヒドロキシル化反応および/またはエステル化反応)は、反応体および/または中間体を触媒と接触させることを含む。ある実施態様において、接触をシステム内で(例えば、出発組成物を触媒を含む反応装置内に導入する)、システム外で(例えば、触媒を反応装置に導入する前に出発組成物と混合する)、およびそれらのいずれかの組み合わせで生じさせてもよい。システムおよびプロセスは本明細書にてさらに詳細に記載される。 Some of the reactions described herein (eg, dehydroxylation reactions and / or esterification reactions) involve contacting the reactants and / or intermediates with a catalyst. In some embodiments, contacting is within the system (eg, introducing the starting composition into the reactor containing the catalyst) and outside the system (eg, mixing the catalyst with the starting composition before introducing the catalyst into the reactor). , And any combination thereof. Systems and processes are described in further detail herein.
ある実施態様において、本発明の反応経路に有用な脱ヒドロキシル化反応は、反応体および/または中間体を本明細書に記載の脱ヒドロキシル化触媒と接触させることを含んでもよい。ある実施態様において、本明細書に記載の脱ヒドロキシル化触媒は液体、固体、あるいはその組み合わせであってもよい。ある実施態様において、反応体および/または中間体は気相および/または液相状態であってもよい。限定するものではないが、一例として、ある実施態様において、本発明の反応経路に有用な脱ヒドロキシル化反応は、気相にある反応体および/または中間体を固体の脱ヒドロキシル化触媒と接触させることを含んでもよい。 In certain embodiments, a dehydroxylation reaction useful in the reaction pathways of the present invention may include contacting the reactants and / or intermediates with a dehydroxylation catalyst described herein. In certain embodiments, the dehydroxylation catalyst described herein may be a liquid, a solid, or a combination thereof. In certain embodiments, the reactants and / or intermediates may be in the gas phase and / or liquid phase. By way of example, and not limitation, in one embodiment, the dehydroxylation reaction useful in the reaction pathway of the present invention involves contacting the reactants and / or intermediates in the gas phase with a solid dehydroxylation catalyst. You may include that.
本発明との関連で使用するのに適する脱ヒドロキシル化触媒は、ある実施態様において、以下に限定されないが、ゼオライト、修飾ゼオライト、酸触媒、弱酸触媒、強酸触媒、中性触媒、塩基触媒、イオン交換触媒、ゼオライト、固体酸化物等、およびそれらのいずれかの組み合わせを含んでもよい。ある実施態様において、好ましい脱ヒドロキシル化触媒として、以下に限定されないが、L型ゼオライトおよび/または修飾ゼオライトを挙げてもよい。本明細書で用いるように、ゼオライトとは、「モレキュラ・シーブス」として知られる一連の微孔性固体のアルミノケイ酸塩の膜をいう。ゼオライトは、一般分子式:Mx/n[(ALO2)x(SiO2)y]zH2Oで示され、ここでnは金属カチオン(M)の電荷であり、Mは通常Na+、K+またはCa2+であり、zは高可変性の水和水のモル数である。ゼオライトの一例が、式:Na2Al2Si3O10・2H2Oで表されるナトロライト(Natrolite)である。本明細書で用いるように、「修飾ゼオライト」なる語は(1)無機塩および/または酸化物での含浸、および/または(2)イオン交換により修飾されているゼオライトをいう。 Suitable dehydroxylation catalysts for use in connection with the present invention include, but are not limited to, zeolites, modified zeolites, acid catalysts, weak acid catalysts, strong acid catalysts, neutral catalysts, base catalysts, ions, in certain embodiments. Exchange catalysts, zeolites, solid oxides, etc., and any combination thereof may be included. In certain embodiments, preferred dehydroxylation catalysts may include, but are not limited to, L-type zeolites and / or modified zeolites. As used herein, zeolite refers to a series of microporous solid aluminosilicate membranes known as “Molecular Sieves”. Zeolite is represented by the general molecular formula: M x / n [(ALO 2 ) x (SiO 2 ) y ] zH 2 O, where n is the charge of the metal cation (M), where M is usually Na + , K + Or Ca 2+ and z is the number of moles of highly variable hydration water. An example of a zeolite of the formula: Natororaito represented by Na 2 Al 2 Si 3 O 10 · 2H 2 O (Natrolite). As used herein, the term “modified zeolite” refers to a zeolite that has been modified by (1) impregnation with inorganic salts and / or oxides, and / or (2) ion exchange.
ゼオライトは、カチオンおよび水分子で占められるチャネル(隙間または細孔としても知られる)を含有する、と考えられる。理論で拘束されるものではないが、ゼオライトの存在下で行われる脱ヒドロキシル化反応は、優先的に、ゼオライトのチャネル内で起こるものと考えられる。従って、チャネルの寸法が、とりわけ、そこを通る化学物質の拡散速度に影響を与え、その結果、脱ヒドロキシル化反応の選択性および変換効率に影響を及ぼすと考えられる。ある実施態様において、本明細書に開示の脱ヒドロキシル化反応と連動して用いるのに適するゼオライト触媒のチャネルの直径は、約1〜約20Å、より好ましくは約5〜約10Åの範囲にあり、その間にあるいずれの部分集合を含んでもよい。 Zeolites are thought to contain channels (also known as gaps or pores) that are occupied by cations and water molecules. Without being bound by theory, it is believed that the dehydroxylation reaction performed in the presence of zeolite preferentially occurs in the zeolite channel. Thus, it is believed that the dimensions of the channel affect, among other things, the diffusion rate of chemicals through it, thereby affecting the selectivity and conversion efficiency of the dehydroxylation reaction. In certain embodiments, the diameter of the channel of the zeolite catalyst suitable for use in conjunction with the dehydroxylation reaction disclosed herein ranges from about 1 to about 20 mm, more preferably from about 5 to about 10 mm, Any subset in between may be included.
本明細書に記載の脱ヒドロキシル化触媒として用いるのに適するゼオライトは、天然材料から由来するものであってもよく、および/または化学合成されるものであってもよい。さらには、本明細書に記載の脱ヒドロキシル化触媒として用いるのに適するゼオライトは、ある実施態様において、L型ゼオライト、Y型ゼオライト、X型ゼオライト、およびそれらのいずれかの組み合わせと等しい結晶構造を有してもよい。A、X、YおよびLなどの異なる型のゼオライトは、その組成、細孔容量、および/またはチャネル構造の点で相互に異なる。A型およびX型ゼオライトはSi/Alのモル比が約1であり、アルミノケイ酸塩の四面体骨格を有する。Y型ゼオライトはSi/Alのモル比が約1.5〜約3.0であり、X型ゼオライトの骨格と類似するトポロジーの骨格を有する。L型ゼオライトはSi/Alのモル比が約3.0であり、約0.48nm x 1.24nm x 1.07nmの空洞に相当する、一次元で約0.71nmの開口部の細孔を有する。 Zeolites suitable for use as the dehydroxylation catalyst described herein may be derived from natural materials and / or may be chemically synthesized. Furthermore, zeolites suitable for use as the dehydroxylation catalyst described herein, in certain embodiments, have a crystal structure equal to L-type zeolite, Y-type zeolite, X-type zeolite, and any combination thereof. You may have. Different types of zeolites such as A, X, Y and L differ from each other in terms of their composition, pore volume, and / or channel structure. A-type and X-type zeolites have a Si / Al molar ratio of about 1 and have an aluminosilicate tetrahedral framework. Y-type zeolite has a Si / Al molar ratio of about 1.5 to about 3.0 and has a topological framework similar to that of X-type zeolite. L-type zeolite has a Si / Al molar ratio of about 3.0, and has a one-dimensional pore size of about 0.71 nm corresponding to a cavity of about 0.48 nm x 1.24 nm x 1.07 nm. Have.
ある実施態様において、修飾ゼオライトは、ゼオライトをイオン交換に供することで生成されてもよい。ある実施態様において、本明細書に記載の脱ヒドロキシル化触媒として用いるのに適する修飾ゼオライトは、それと結合した、以下に限定されないが、H+、Li+、Na+、K+、Cs+、Mg2+、Ca2+、La2+、La3+、Ce2+、Ce3+、Ce4+、Sm2+、Sm3+、Eu2+、Eu3+等、およびそれらのいずれかの組み合わせを含む、イオンを有してもよい。本明細書で用いるように、「[イオン結合の]−[結晶構造]型ゼオライト」を用い、特定のゼオライトおよび/または修飾ゼオライトを簡略する。例えば、L型ゼオライトと結合したカリウムイオンを有するものは、K−L型ゼオライトと簡略して記載される。別の例として、X型ゼオライトと組み合わされたカリウムおよびナトリウムイオンを有するものは、Na/K−X型ゼオライトと簡略して記載される。ある実施態様において、L型ゼオライトは、か焼、イオン交換、初期湿式含浸、蒸気での水素化処理、そのいずれかのハイブリッド、およびそのいずれかの組み合わせ等の技法により修飾されてもよい。 In certain embodiments, the modified zeolite may be produced by subjecting the zeolite to ion exchange. In certain embodiments, a modified zeolite suitable for use as a dehydroxylation catalyst described herein is associated with, but is not limited to, H + , Li + , Na + , K + , Cs + , Mg 2+ , Ca 2+ , La 2+ , La 3+ , Ce 2+ , Ce 3+ , Ce 4+ , Sm 2+ , Sm 3+ , Eu 2+ , Eu 3+ and the like, and any combination thereof may have ions . As used herein, “[ion-bonded]-[crystal structure] type zeolite” is used to simplify certain zeolites and / or modified zeolites. For example, what has a potassium ion couple | bonded with the L-type zeolite is simply described as a KL type zeolite. As another example, those having potassium and sodium ions combined with zeolite X are simply described as Na / K-X zeolite. In certain embodiments, the L-type zeolite may be modified by techniques such as calcination, ion exchange, initial wet impregnation, hydrotreatment with steam, any hybrid thereof, and any combination thereof.
ある実施態様において、本明細書に記載の脱ヒドロキシル化触媒として用いるのに適する修飾ゼオライトは、それと結合するカチオンを1個より多く有してもよい。ある実施態様において、本明細書に記載の脱ヒドロキシル化触媒として用いるのに適する修飾ゼオライトは第一カチオンおよび第二カチオンを含んでもよく、その第一カチオンの第二カチオンに対するモル比は約1:1000、1:500、1:100、1:50、1:10、1:5、1:3、1:2、または1:1の下限から、約1000:1、500:1、100:1、50:1、10:1、5:1、3:1、2:1、または1:1の上限を範囲とし、ここで該モル比はいずれかの下限からいずれかの上限までを範囲とし、その間にあるいずれの部分集合を包含してもよい。限定するものではないが、一例として、本明細書に記載の脱ヒドロキシル化触媒として用いるのに適する修飾ゼオライトは、ある実施態様において、H/Na−L型ゼオライト、Li/Na−X型ゼオライト、Na/K−Y型ゼオライト、およびそれらのいずれかの組み合わせであってもよい。限定するものではないが、別の一例として、本明細書に記載の脱ヒドロキシル化触媒として用いるのに適する修飾ゼオライトは、ある実施態様において、Na/K−L型ゼオライト、Na/K−Y型ゼオライト、および/またはNa/K−X型ゼオライトであってもよく、ナトリウムイオンのカリウムイオンに対する割合は約1:10またはそれ以上である。 In certain embodiments, a modified zeolite suitable for use as a dehydroxylation catalyst described herein may have more than one cation associated therewith. In certain embodiments, a modified zeolite suitable for use as a dehydroxylation catalyst described herein may comprise a first cation and a second cation, wherein the molar ratio of the first cation to the second cation is about 1: From the lower limit of 1000, 1: 500, 1: 100, 1:50, 1:10, 1: 5, 1: 3, 1: 2, or 1: 1 to about 1000: 1, 500: 1, 100: 1 , 50: 1, 10: 1, 5: 1, 3: 1, 2: 1 or 1: 1, where the molar ratio ranges from any lower limit to any upper limit. , Any subset in between may be included. By way of example, and not limitation, modified zeolites suitable for use as the dehydroxylation catalyst described herein include H / Na-L type zeolites, Li / Na-X type zeolites, in certain embodiments, Na / KY-type zeolite and any combination thereof may be used. As another example, but not by way of limitation, modified zeolites suitable for use as the dehydroxylation catalyst described herein are, in some embodiments, Na / KL type zeolites, Na / KY types. Zeolite and / or Na / K-X type zeolite may be used, and the ratio of sodium ion to potassium ion is about 1:10 or more.
理論で拘束されるものではないが、ゼオライト上にある少なくともいくつかのH+イオンが交換されている実施態様において、生成された修飾ゼオライトの触媒酸性度は減少するであろうと考えられる。酸性度における減少の大きさは適当な試験で測定され得る。例えば、ASTM(American Society for Testing and Materials)のD4824を用いて、修飾ゼオライトの酸性度を測定してもよい。簡単に言えば、この試験はアンモニアの化学吸着性を用いて修飾ゼオライトの酸性度を測定しており、ここでは容量測定システムを用いて化学吸着されたアンモニアの量が得られる。 Without being bound by theory, it is believed that in embodiments where at least some H + ions on the zeolite are exchanged, the catalytic acidity of the resulting modified zeolite will be reduced. The magnitude of the decrease in acidity can be measured with a suitable test. For example, the acidity of the modified zeolite may be measured using ASTM (American Society for Testing and Materials) D4824. Briefly, this test uses the chemisorption of ammonia to measure the acidity of the modified zeolite, where a volumetric system is used to obtain the amount of chemisorbed ammonia.
ある実施態様において、修飾ゼオライトは、ゼオライトが無機塩および/またはその酸化物で含浸されているものであってもよい。本明細書に記載の修飾ゼオライトの生成に用いるのに適する無機塩として、ある実施態様において、以下に限定されないが、カルシウム、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、カリウム等、およびそれらのいずれかの組み合わせのカチオンとの、リン酸塩、硫酸塩、モリブデン酸塩、タングステン酸塩、スズ酸塩、アンチモン酸塩等、およびそれらのいずれかの組み合わせが挙げられる。限定するものではないが、一例として、ある実施態様において、修飾ゼオライトは、リン酸ナトリウム化合物(例えば、リン酸一ナトリウム(NaH2PO4)、リン酸二ナトリウム(Na2HPO4)、およびリン酸三ナトリウム(Na3PO4))、リン酸カリウム化合物、リン酸アルミニウムナトリウム化合物(例えば、Na8Al2(OH)2(PO4)4)、およびそれらのいずれかの組み合わせで生成されてもよい。 In some embodiments, the modified zeolite may be one in which the zeolite is impregnated with an inorganic salt and / or oxide thereof. Inorganic salts suitable for use in producing the modified zeolites described herein include, but are not limited to, cations of calcium, sodium, magnesium, aluminum, potassium, etc., and any combination thereof in certain embodiments. And phosphates, sulfates, molybdates, tungstates, stannates, antimonates, and the like, and any combination thereof. By way of example and not limitation, in one embodiment, the modified zeolite comprises a sodium phosphate compound (eg, monosodium phosphate (NaH 2 PO 4 ), disodium phosphate (Na 2 HPO 4 ), and phosphorus Produced with trisodium acid (Na 3 PO 4 )), potassium phosphate compounds, sodium aluminum phosphate compounds (eg, Na 8 Al 2 (OH) 2 (PO 4 ) 4 ), and any combination thereof Also good.
ある実施態様において、本明細書に記載の脱ヒドロキシル化触媒として用いるのに適する修飾ゼオライトは、無機塩および/またはその酸化物で、下限が修飾ゼオライト1g当たり約0.1ミリモル、0.2ミリモルまたは0.4ミリモルで、上限が修飾ゼオライト1g当たり約1.0ミリモル、0.8ミリモルまたは0.6ミリモルである範囲の濃度で含浸されてもよく、ここで該濃度はいずれかの下限からいずれかの上限までの範囲にあり、その間にあるいずれの部分集合を包含してもよい。限定するものではないが、一例として、本明細書に記載の脱ヒドロキシル化反応と併せて使用するのに適する含浸性L型ゼオライトは、リン酸ナトリウム化合物で含浸されたNa/K−L型ゼオライトであってもよく、ナトリウムイオン/カリウムイオンの割合は約1:10またはそれ以上である。 In certain embodiments, a modified zeolite suitable for use as a dehydroxylation catalyst described herein is an inorganic salt and / or its oxide, with a lower limit of about 0.1 millimoles, 0.2 millimoles per gram of modified zeolite. Alternatively, it may be impregnated at a concentration of 0.4 millimoles with an upper limit of about 1.0 millimoles, 0.8 millimoles or 0.6 millimoles per gram of modified zeolite, wherein the concentration is from any lower limit. Any subset in the range up to any upper limit and between them may be included. By way of example and not limitation, an impregnable L-type zeolite suitable for use in conjunction with the dehydroxylation reaction described herein is a Na / KL type zeolite impregnated with a sodium phosphate compound. And the ratio of sodium ions / potassium ions is about 1:10 or more.
当業者であれば、イオン交換および/または含浸によって修飾ゼオライトを調製するさらなる工程を理解するはずである。例えば、とりわけ、細孔から水を除去し、および/または塩をその酸化物に変換するのに、乾燥および/またはか焼を必要とする。さらには、とりわけ、修飾ゼオライトが貯蔵の間に少なくとも部分的に不活性化されることを妨げるのに、適切な貯蔵を必要とする。本明細書で用いるように、「か焼」なる語は、揮発性フラクションを除去するために空気の存在下でゼオライト触媒を熱処理工程に供するプロセスをいう。 One skilled in the art will appreciate further steps to prepare the modified zeolite by ion exchange and / or impregnation. For example, among other things, drying and / or calcination is required to remove water from the pores and / or convert the salt to its oxide. Moreover, inter alia, proper storage is required to prevent the modified zeolite from being at least partially deactivated during storage. As used herein, the term “calcination” refers to a process in which a zeolite catalyst is subjected to a heat treatment step in the presence of air to remove volatile fractions.
本明細書に記載の脱ヒドロキシル化触媒として用いるのに適する酸触媒は、液体、固体またはその組み合わせであってもよい。本明細書に記載の脱ヒドロキシル化触媒として用いるのに適する液体酸触媒の例として、以下に限定されないが、硫酸、フッ化水素酸、リン酸、パラトルエンスルホン酸等、およびそれらのいずれかの組み合わせが挙げられる。 Suitable acid catalysts for use as the dehydroxylation catalyst described herein may be liquid, solid, or a combination thereof. Examples of liquid acid catalysts suitable for use as the dehydroxylation catalyst described herein include, but are not limited to, sulfuric acid, hydrofluoric acid, phosphoric acid, paratoluenesulfonic acid, and the like, and any of them Combinations are listed.
ある実施態様において、固体酸触媒は、周期律表のIV群に属する金属の水酸化物または水和水酸化物を、硫黄成分を含有する溶液と接触させ、該混合物を約350℃〜約800℃の間でか焼することにより得られ得る。固体酸触媒は、ある実施態様において、100%硫酸の酸性度よりも高い酸性度を有してもよい。ある実施態様において、固体酸触媒は、とりわけ、液体酸触媒よりも触媒力が高く、腐食性が小さい一方で、反応が終了した後に除去するのが容易であるとの利点を有するため、固体酸触媒が好ましい。 In one embodiment, the solid acid catalyst contacts a hydroxide or hydrated hydroxide of a metal belonging to Group IV of the periodic table with a solution containing a sulfur component, and the mixture is about 350 ° C. to about 800 ° C. It can be obtained by calcining between ° C. The solid acid catalyst may have an acidity higher than that of 100% sulfuric acid in certain embodiments. In certain embodiments, the solid acid catalyst has the advantage that, inter alia, it is more catalytic and less corrosive than a liquid acid catalyst, while having the advantage of being easy to remove after the reaction is complete. A catalyst is preferred.
本明細書に記載の脱ヒドロキシル化触媒として用いるのに適する弱酸触媒として、以下に限定されないが、チタニア触媒、SiO2/H3PO4触媒、フッ素化Al2O3(例えば、Al2O3HF触媒)、Nb2O3/SO4 −2触媒、Nb2O5H2O触媒、リンタングステン酸触媒、リンモリブデン酸触媒、ケイモリブデン酸触媒、ケイタングステン酸触媒、酸性ポリビニルピリジン塩酸塩触媒(例えば、PVPH+Cl−(登録商標)(Reillyより入手可能)、水和酸性シリカ触媒(例えば、ECS−3(登録商標)(Engelhardより入手可能)等、およびそれらのいずれかの組み合わせが挙げられる。 Suitable weak acid catalysts for use as the dehydroxylation catalyst described herein include, but are not limited to, titania catalysts, SiO 2 / H 3 PO 4 catalysts, fluorinated Al 2 O 3 (eg, Al 2 O 3 HF catalyst), Nb 2 O 3 / SO 4 -2 catalyst, Nb 2 O 5 H 2 O catalyst, phosphotungstic acid catalyst, phosphomolybdic acid catalyst, silicomolybdic acid catalyst, silicotungstic acid catalyst, acidic polyvinylpyridine hydrochloride catalyst (Eg, PVPH + Cl − (registered trademark) (available from Reilly), hydrated acidic silica catalyst (eg, ECS-3® (available from Engelhard), etc., and any combination thereof. It is done.
本明細書に記載の脱ヒドロキシル化触媒として用いるのに適する塩基触媒として、以下に限定されないが、アンモニア、ポリビニルピリジン、金属水酸化物、Zr(OH)4、一般式:NR1R2R3(式中、R1、R2およびR3は、独立して、以下に限定されないが、水素、1〜20個の炭素原子を含有する炭化水素、1〜20個の炭素原子を含有するアルキルおよび/またはアリール基を含む、側鎖または官能基の群より選択される)で示されるアミン等、およびそれらのいずれかの組み合わせが挙げられる。ある実施態様において、高温処理に付されると、乳酸アンモニウムは分解してアンモニア(塩基触媒)および乳酸を放出するため、乳酸アンモニウムが、有利には、アクリル酸の生成用の反応体として使用されてもよい。 Suitable base catalysts for use as the dehydroxylation catalyst described herein include, but are not limited to, ammonia, polyvinyl pyridine, metal hydroxide, Zr (OH) 4 , general formula: NR 1 R 2 R 3 Wherein R 1 , R 2 and R 3 are independently, but not limited to, hydrogen, hydrocarbons containing 1-20 carbon atoms, alkyls containing 1-20 carbon atoms And / or amines selected from the group of side chains or functional groups, including aryl groups, and the like, and any combination thereof. In one embodiment, ammonium lactate is advantageously used as a reactant for the production of acrylic acid, as ammonium lactate decomposes to release ammonia (base catalyst) and lactic acid when subjected to high temperature treatment. May be.
本明細書に記載の脱ヒドロキシル化触媒として用いるのに適する固体酸化物として、以下に限定されないが、TiO2(例えば、Ti−0720(登録商標)(Engelhardより入手可能)、ZrO2、Al2O3、SiO2、ZnO2、SnO2、WO3、MnO2、Fe2O3、V2O5、SiO2/Al2O3、ZrO2/WO3、ZrO2/Fe2O3、ZrO2/MnO2等、およびそれらのいずれかの組み合わせが挙げられる。注目すべきは、L型ゼオライトに関連してイオン交換および含浸に関連付けられる上記の記載がそっくりそのまま固体酸化物に適用することである。 Solid oxides suitable for use as the dehydroxylation catalyst described herein include, but are not limited to, TiO 2 (eg, Ti-0720® (available from Engelhard), ZrO 2 , Al 2. O 3 , SiO 2 , ZnO 2 , SnO 2 , WO 3 , MnO 2 , Fe 2 O 3 , V 2 O 5 , SiO 2 / Al 2 O 3 , ZrO 2 / WO 3 , ZrO 2 / Fe 2 O 3 , ZrO 2 / MnO 2 etc., and any combination thereof, notably, the above description relating to ion exchange and impregnation in relation to L-type zeolite should be applied to solid oxide as it is. It is.
本明細書に記載の脱ヒドロキシル化触媒として用いるのに適する固体脱ヒドロキシル化触媒は、ある実施態様において、広い表面積を有する。ある実施態様において、本明細書に記載の脱ヒドロキシル化触媒として用いるのに適する固体脱ヒドロキシル化触媒は約100m2/gまたはそれ以上の表面積を有してもよい。ある実施態様において、本明細書に記載の脱ヒドロキシル化触媒として用いるのに適する固体脱ヒドロキシル化触媒は、下限が約100m2/g、125m2/g、150m2/gまたは200m2/gから上限が約500m2/g、400m2/g、300m2/gまたは250m2/gの範囲にある表面積を有してもよく、ここで該表面積はいずれかの下限からいずれかの上限までの範囲にあり、その間にあるいずれの部分集合を包含してもよい。 A solid dehydroxylation catalyst suitable for use as the dehydroxylation catalyst described herein has, in one embodiment, a large surface area. In certain embodiments, a solid dehydroxylation catalyst suitable for use as a dehydroxylation catalyst described herein may have a surface area of about 100 m 2 / g or more. In certain embodiments, a solid dehydroxylation catalyst suitable for use as a dehydroxylation catalyst described herein has a lower limit from about 100 m 2 / g, 125 m 2 / g, 150 m 2 / g or 200 m 2 / g. The upper limit may have a surface area in the range of about 500 m 2 / g, 400 m 2 / g, 300 m 2 / g or 250 m 2 / g, wherein the surface area is from any lower limit to any upper limit. Any subset in between and in between may be included.
ある実施態様において、本明細書に記載の脱ヒドロキシル化触媒は、本明細書に記載の脱ヒドロキシル化反応にて、触媒の反応体/中間体に対するモル比が約1:1000またはそれ以上で存在してもよい。ある実施態様において、本明細書に記載の脱ヒドロキシル化触媒は、本明細書に記載の脱ヒドロキシル化反応にて、触媒の反応体/中間体に対するモル比が約1:1000、1:500、または1:250の下限から、約1:1、1:10、または1:100の上限までの範囲で存在してもよく、ここで該モル比はいずれかの下限からいずれかの上限までの範囲にあり、その間にあるいずれの部分集合を包含してもよい。 In certain embodiments, the dehydroxylation catalyst described herein is present in the dehydroxylation reaction described herein in a molar ratio of catalyst to reactant / intermediate of about 1: 1000 or greater. May be. In certain embodiments, the dehydroxylation catalyst described herein has a molar ratio of catalyst to reactant / intermediate of about 1: 1000, 1: 500, in the dehydroxylation reaction described herein. Or may exist in a range from a lower limit of 1: 250 to an upper limit of about 1: 1, 1:10, or 1: 100, wherein the molar ratio is from any lower limit to any upper limit. Any subset in between and in between may be included.
ある実施態様において、脱ヒドロキシル化反応は、本明細書に記載の複数の型の脱ヒドロキシル化触媒を利用してもよい。ある実施態様において、2種の脱ヒドロキシル化触媒の重量比は約1:10またはそれ以上であってもよい。ある実施態様において、2種の脱ヒドロキシル化触媒の重量比は約1:10、1:5、1:3、または1:1の下限から約10:1、5:1、3:1、または1:1の上限までの範囲とし、ここで該重量比はいずれかの下限からいずれかの上限までを範囲とし、その間にあるいずれの部分集合を包含してもよい。本明細書の開示による利益のある者は、かかる重量比を本明細書に記載の3種またはそれ以上の脱ヒドロキシル化触媒にまで拡張しうることを認識するはずである。 In certain embodiments, the dehydroxylation reaction may utilize multiple types of dehydroxylation catalysts described herein. In certain embodiments, the weight ratio of the two dehydroxylation catalysts may be about 1:10 or more. In certain embodiments, the weight ratio of the two dehydroxylation catalysts is from a lower limit of about 1:10, 1: 5, 1: 3, or 1: 1 to about 10: 1, 5: 1, 3: 1, or The range is up to an upper limit of 1: 1, where the weight ratio ranges from any lower limit to any upper limit and may include any subset in between. Those skilled in the art from the disclosure herein should recognize that such weight ratios can be extended to three or more dehydroxylation catalysts as described herein.
ある実施態様において、本発明の反応経路にて有用な脱ヒドロキシル化反応は、約100℃、150℃、または200℃の下限から約500℃、400℃、または350℃の上限までを範囲とする温度でなされてもよく、ここで該温度はいずれかの下限からいずれかの上限までを範囲とし、その間にあるいずれの部分集合を包含してもよい。 In certain embodiments, dehydroxylation reactions useful in the reaction pathways of the present invention range from a lower limit of about 100 ° C, 150 ° C, or 200 ° C to an upper limit of about 500 ° C, 400 ° C, or 350 ° C. It may be made at a temperature, where the temperature ranges from any lower limit to any upper limit and may encompass any subset in between.
高分子化阻害剤を本明細書に記載の脱ヒドロキシル化反応と併せて利用し、その反応経路の間に生成されるα,β−不飽和カルボン酸またはそのエステルの高分子化を防止してもよい。ある実施態様において、高分子化阻害剤は、本発明の反応経路に、例えば、出発組成物中に、脱ヒドロキシル化反応の間に、エステル化反応の間に、およびそれらのいずれかの組み合わせにて導入されてもよい。高分子化阻害剤の例として、以下に限定されないが、4−メトキシフェノール、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール、立体障害フェノール等が挙げられる。 Polymerization inhibitors are utilized in conjunction with the dehydroxylation reactions described herein to prevent polymerization of α, β-unsaturated carboxylic acids or esters formed during the reaction pathway. Also good. In certain embodiments, the polymerization inhibitor is in the reaction pathway of the present invention, for example, in the starting composition, during the dehydroxylation reaction, during the esterification reaction, and any combination thereof. May be introduced. Examples of the polymerization inhibitor include, but are not limited to, 4-methoxyphenol, 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol, sterically hindered phenol, and the like.
ある実施態様において、本発明の脱ヒドロキシル化反応は、本明細書に記載のいずれかの脱ヒドロキシル化触媒の不在下であって、反応器内にあるガラス、セラミック、磁器、または金属材料などの不活性な固体支持体だけが存在する下で行うことができる。ある実施態様において、出発組成物を本明細書に記載の脱ヒドロキシル化触媒の不在下で脱ヒドロキシル化反応を行うのに超臨界溶媒が有用である。 In certain embodiments, the dehydroxylation reaction of the present invention is in the absence of any of the dehydroxylation catalysts described herein, such as glass, ceramic, porcelain, or metallic materials in the reactor. This can be done in the presence of only an inert solid support. In certain embodiments, supercritical solvents are useful for subjecting the starting composition to the dehydroxylation reaction in the absence of the dehydroxylation catalyst described herein.
ある実施態様において、本発明の反応経路にて有用なエステル化反応は、反応体および/または中間体を、本明細書に記載のアルコール(反応体および/または溶媒として)およびエステル化触媒と接触させることを含む。 In certain embodiments, esterification reactions useful in the reaction pathways of the present invention involve contacting the reactants and / or intermediates with an alcohol (as a reactant and / or solvent) and an esterification catalyst as described herein. Including.
ある実施態様において、エステル化反応は、溶媒および/または反応体として、アルコールの存在下でなされてもよい。ある実施態様において、適切なアルコールの例として、以下に限定されないが、アルキルアルコール(例えば、C1−C20アルコール)(例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、n−プロパノール、ブタノール、イソブタノール、n−ブタノール、2−エチルヘキサノール、イソノナノール、イソデシルアルコール、または3−プロピルヘプタノール)、アリールアルコール(例、ベンジルアルコール等)、環状アルコール(例えば、シクロヘキサノール、シクロペンタノール等)、およびそれらのいずれかの組み合わせが挙げられる。 In certain embodiments, the esterification reaction may be performed in the presence of an alcohol as a solvent and / or reactant. In certain embodiments, examples of suitable alcohols include, but are not limited to, alkyl alcohols (eg, C 1 -C 20 alcohols) (eg, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, n-propanol, butanol, isobutanol, n-butanol, 2-ethylhexanol, isononanol, isodecyl alcohol, or 3-propylheptanol), aryl alcohol (eg, benzyl alcohol, etc.), cyclic alcohol (eg, cyclohexanol, cyclopentanol, etc.), and their Any combination is mentioned.
ある実施態様において、本明細書に記載のα−ヒドロキシカルボン酸の塩(例えば、乳酸アンモニウム)を含有する本明細書に記載の発酵ブロスは、エステル化反応のための反応体として使用されてもよい。かかる塩の使用は、例えば、乳酸アンモニウムをアンモニアと乳酸に分解し、ついで該乳酸を本明細書に記載のアルコールと反応させることからなる2段階のエステル化反応を必要とするかもしれない。このエステル化反応の両工程は可逆的であり、平衡に達するかもしれないため、ある実施態様において、過剰量の反応体を用いてもよく、および/または逆反応を最小限にし、全収率を上げるために生成物を連続して取り出してもよい。 In certain embodiments, a fermentation broth described herein containing a salt of an α-hydroxycarboxylic acid described herein (eg, ammonium lactate) may be used as a reactant for an esterification reaction. Good. The use of such salts may require, for example, a two-stage esterification reaction consisting of decomposing ammonium lactate into ammonia and lactic acid, and then reacting the lactic acid with the alcohols described herein. Since both steps of this esterification reaction are reversible and may reach equilibrium, in certain embodiments, excess amounts of reactants may be used and / or the reverse reaction is minimized and overall yield is achieved. The product may be removed continuously to increase the
ある実施態様において、本明細書に記載のエステル化反応は、とりわけ、バッチプロセスまたは反応蒸留プロセスにて実施されてもよい。上記したプロセスを含む、本明細書に記載のエステル化反応にて、エステル化プロセスの効率を改善するのに、エステル化触媒を用いてもよい。ある実施態様において、触媒は均一触媒であっても、不均一触媒であってもよい。本発明のエステル化プロセスの速度を改善するのに適する均一触媒として、ある実施態様において、以下に限定されないが、強鉱酸、強有機酸、およびそれらのいずれかの組み合わせが挙げられる。ある好ましい実施態様において、本明細書に記載のエステル化反応と併せて用いるための均一触媒は塩酸であってもよい。本発明のエステル化プロセスの速度を改善するのに適する不均一触媒として、ある実施態様において、以下に限定されないが、カチオン樹脂触媒、例えばAMBERLYST-15(Rohm and Haasより入手可能な、架橋したスチレンジビニルベンゼンコポリマーに基づく、強酸性、スルホン酸、マクロエチキュラー(macroeticular)ポリマー樹脂)が挙げられる。ある実施態様において、本明細書に記載のエステル化触媒は、スズ塩およびアルミン酸塩の混合物を含んでもよく、ここで該スズ塩はアルミニウム塩との反応能を有し、アルミン酸スズを形成し、および/またはスズイオンを提供しうる。ある実施態様において、本明細書に記載のエステル化触媒は、スズ塩、アルミン酸塩、および微細化された砂の混合物を含んでもよい。ある実施態様において、本明細書に記載のエステル化触媒はCO2気体を含んでもよい。 In certain embodiments, the esterification reactions described herein may be performed, inter alia, in a batch process or a reactive distillation process. An esterification catalyst may be used to improve the efficiency of the esterification process in the esterification reactions described herein, including the processes described above. In certain embodiments, the catalyst may be a homogeneous catalyst or a heterogeneous catalyst. Homogeneous catalysts suitable for improving the rate of the esterification process of the present invention include, in certain embodiments, but are not limited to strong mineral acids, strong organic acids, and any combination thereof. In certain preferred embodiments, the homogeneous catalyst for use in conjunction with the esterification reactions described herein may be hydrochloric acid. Heterogeneous catalysts suitable for improving the rate of the esterification process of the present invention include, but are not limited to, cationic resin catalysts such as AMBERLYST-15 (cross-linked styrene available from Rohm and Haas, in some embodiments). Strong acid, sulfonic acid, macroethicular polymer resins) based on divinylbenzene copolymers. In certain embodiments, the esterification catalyst described herein may comprise a mixture of a tin salt and an aluminate, wherein the tin salt is capable of reacting with an aluminum salt to form tin aluminate. And / or tin ions may be provided. In certain embodiments, the esterification catalyst described herein may comprise a mixture of tin salt, aluminate, and refined sand. In certain embodiments, the esterification catalyst described herein may comprise CO 2 gas.
エステル化反応の速度は多種の異なる方法により変更されてもよい。例えば、触媒濃度の増加、アルコール/乳酸の割合の増加、および/または温度上昇を用いてエステル化速度を上げてもよい。本明細書の開示によって利益のある当業者は、エステル化反応の速度を変えた場合に考慮すべき事柄を認識するはずであり、例えば温度を上げることは、あるアルコール等の揮発性反応体を蒸発させるが、そのことは、例えば、冷却器を用いて改善され得る。 The rate of the esterification reaction may be varied by a variety of different methods. For example, increased catalyst concentration, increased alcohol / lactic acid ratio, and / or increased temperature may be used to increase the esterification rate. Those skilled in the art who have benefited from the disclosure herein will recognize that consideration should be given to changing the rate of the esterification reaction, e.g. increasing the temperature may cause volatile reactants such as certain alcohols to be While evaporating, this can be improved, for example, using a cooler.
ある実施態様において、本明細書に記載のエステル化反応の圧力は約1気圧ないし約10気圧の範囲としてもよい。例えば、かかる圧力は反応混合物中の乳酸アンモニウムおよびアルコールを液相に維持するのに十分である。 In certain embodiments, the pressure of the esterification reaction described herein may range from about 1 atmosphere to about 10 atmospheres. For example, such pressure is sufficient to maintain the ammonium lactate and alcohol in the reaction mixture in a liquid phase.
乳酸アンモニウムの反応体を用いるある実施態様において、エステル化反応でのアルコール:乳酸アンモニウムのモル比は、約1:1〜約10:1、より好ましくは約1:1〜約5:1であり、その間にあるいずれの部分集合を包含してもよい。 In certain embodiments using an ammonium lactate reactant, the molar ratio of alcohol: ammonium lactate in the esterification reaction is about 1: 1 to about 10: 1, more preferably about 1: 1 to about 5: 1. , Any subset in between may be included.
ある実施態様において、エステル化反応の効率は、存在する水の量により影響を受けるかもしれない。ある実施態様において、水分含量を減らすために、乾燥剤を本明細書に記載のエステル化反応にて用いてもよい。ある実施態様において、乾燥剤を用いて、アルコールを回収する間に気相から水を抽出してもよい。ある実施態様において、乾燥剤は水が乾燥剤に吸着かつ吸収するように作用してもよい。好ましい乾燥剤はアルコールを、特にエステル化反応に使用されているアルコールを吸収しない。ある実施態様において、乾燥剤は不活性な多孔性物質であってもよい。乾燥剤の例示として、以下に限定されないが、珪藻土、モレキュラー・シーブ、ゼオライト等、およびそれらのいずれかの組み合わせが挙げられる。表面積がおよそ12cm2/g〜20cm2/gの間にある市販の物質も、ある実施態様において、乾燥剤として用いるのに適している。 In certain embodiments, the efficiency of the esterification reaction may be affected by the amount of water present. In certain embodiments, a desiccant may be used in the esterification reactions described herein to reduce the water content. In certain embodiments, a desiccant may be used to extract water from the gas phase during alcohol recovery. In certain embodiments, the desiccant may act to adsorb and absorb water on the desiccant. Preferred desiccants do not absorb alcohol, especially the alcohol used in the esterification reaction. In certain embodiments, the desiccant may be an inert porous material. Examples of desiccants include, but are not limited to, diatomaceous earth, molecular sieves, zeolites, etc., and any combination thereof. Commercially available materials with surface areas between approximately 12 cm 2 / g and 20 cm 2 / g are also suitable for use as desiccants in certain embodiments.
エステル化反応の間の水分含量の調整はまた、親水性パーベ−パレーション膜を用いることで達成され、および/または強化されてもよい。エステル化反応の間のパーベーパレーション膜の使用は、有利には、以下に限定されないが、水分含量の調整を助成すること、逆反応を最小とすること、および蒸留による乳酸エステルの分離を助成することを含む複数の機能を提供しうる。 Adjustment of the moisture content during the esterification reaction may also be achieved and / or enhanced by using a hydrophilic pervaporation membrane. The use of pervaporation membranes during the esterification reaction is advantageously, but not limited to, helping to adjust the moisture content, minimizing the reverse reaction, and helping to separate the lactate esters by distillation. A plurality of functions can be provided.
エステル化反応の間に水分含量を調整することは、共沸剤、例えばベンゼンを用いることにより達成および/または強化されてもよい。 Adjusting the water content during the esterification reaction may be achieved and / or enhanced by using an azeotropic agent, such as benzene.
ある実施態様において、上記される事項を組み合わせ、本明細書に記載のエステル化反応の間の水分含量の調整に用いてもよい。 In certain embodiments, the items described above may be combined and used to adjust the moisture content during the esterification reactions described herein.
乳酸アンモニウム反応体を利用するある実施態様において、アンモニアがエステル化反応の間に放出されてもよい。ある実施態様において、エステル化反応が還流を伴う高温で実施されてもよく、不活性ガスを用いて冷却器からアンモニアを取り除いてもよい。ある実施態様において、乳酸アンモニウムを含有する発酵ブロスを下流にて処理する間に放出されるアンモニアは凝縮され、圧縮され、微生物増殖培地のpHを維持するためのアルカリ源として発酵容器に再循環され得る。 In certain embodiments utilizing an ammonium lactate reactant, ammonia may be released during the esterification reaction. In certain embodiments, the esterification reaction may be performed at an elevated temperature with reflux, and an inert gas may be used to remove ammonia from the cooler. In certain embodiments, the ammonia released during downstream processing of the fermentation broth containing ammonium lactate is condensed, compressed, and recycled to the fermentation vessel as an alkaline source to maintain the pH of the microbial growth medium. obtain.
規模を拡大して、ある実施態様において、樹脂エステル化触媒での反応蒸留を用いて、上記されるエステル化反応の逆反応を最小限に抑え、それにより100%に近い理論的収率で高純度のエステルを生成することができる。ある実施態様において、乳酸をアルコールに溶かし(または分散させ)、次にエステル化触媒の充填床の反応帯を通す。次に、該反応帯の出口からの生成物の流れ(過剰量のアルコールおよび所望の最終生成物を含有する)を、その形成されたエステルを分離かつ精製するための蒸留カラムに供給してもよい。沸点の高い乳酸エステルは、ある実施態様において、分別蒸留によりアルコールと分離され得る。 On an expanded scale, in one embodiment, reactive distillation over a resin esterification catalyst was used to minimize the reverse reaction of the esterification reaction described above, thereby increasing the theoretical yield close to 100%. Purity esters can be produced. In certain embodiments, lactic acid is dissolved (or dispersed) in alcohol and then passed through the reaction zone of the packed bed of esterification catalyst. The product stream from the outlet of the reaction zone (containing excess alcohol and the desired end product) can then be fed to a distillation column to separate and purify the ester formed. Good. High boiling lactic acid esters can in some embodiments be separated from the alcohol by fractional distillation.
ある実施態様において、本明細書に記載のエステル化触媒は、液体、固体またはその組み合わせであってもよい。ある実施態様において、反応体および/または中間体は気相および/または液相にあってもよい。ある実施態様において、本発明の反応経路に併せて用いるのに適するエステル化触媒として、以下に限定されないが、イオン交換樹脂、ケイ酸アルミニウム化合物(例えば、ゼオライトおよび/または本明細書に記載の修飾ゼオライト)等、およびそれらのいずれかの組み合わせが挙げられる。 In certain embodiments, the esterification catalyst described herein may be a liquid, a solid, or a combination thereof. In certain embodiments, the reactants and / or intermediates may be in the gas phase and / or liquid phase. In certain embodiments, esterification catalysts suitable for use in conjunction with the reaction pathways of the present invention include, but are not limited to, ion exchange resins, aluminum silicate compounds (eg, zeolites and / or modifications described herein). Zeolite) and the like, and any combination thereof.
ある状況下で、エステル化反応は外部触媒なしで実施されてもよい。外部触媒なしでのエステル化反応が好ましい。本明細書で用いるように、「外部触媒」なる語は、化学反応に必要とされる活性化エネルギーを下げ、化学反応全体の速度を改善するために、外部の供給源より化学反応に添加される化学物質をいう。この「外部触媒」なる語は、化学反応の基質のうちいくつかの基質そのものが触媒として作用しうる状況と区別するのに使用される。エステル化反応は、ある実施態様において、国際特許出願番号PCT/US11/50707(発明の名称、「Catalytic Dehydration of Lactic Acid and Lactic Acid Esters」、その全体そのものが引用により本明細書に組み込まれる)に詳細に記載されるようにいずれの外部触媒も添加することなく実施されてもよい。例えば、ある実施態様において、発酵ブロスを、適切なアルコールの存在下、いずれの外部触媒も添加することなく、約100℃に加熱し、乳酸エステルの形成を達成してもよい。 Under certain circumstances, the esterification reaction may be performed without an external catalyst. An esterification reaction without an external catalyst is preferred. As used herein, the term “external catalyst” is added to the chemical reaction from an external source to reduce the activation energy required for the chemical reaction and improve the overall rate of the chemical reaction. Chemical substance. The term “external catalyst” is used to distinguish a situation in which some of the substrates of a chemical reaction may act as a catalyst. The esterification reaction is, in one embodiment, in International Patent Application No. PCT / US11 / 50707 (Title of Invention, “Catalytic Dehydration of Lactic Acid and Lactic Acid Esters”, which is incorporated herein by reference in its entirety). It may be carried out without adding any external catalyst as described in detail. For example, in certain embodiments, the fermentation broth may be heated to about 100 ° C. in the presence of a suitable alcohol, without the addition of any external catalyst, to achieve lactate ester formation.
本明細書に記載のエステル化反応と併せて使用するのに適するイオン交換樹脂の例として、ある実施態様において、以下に限定されないが、AMBERLYST(登録商標)の製品、例えばAMBERLYST(登録商標)70(Rohm and Haas and Dow Chemicalsより入手可能な強酸イオン交換樹脂)が挙げられる。 Examples of ion exchange resins suitable for use in conjunction with the esterification reactions described herein include, in some embodiments, but not limited to, AMBERLYST® products, such as AMBERLYST® 70 (Strong acid ion exchange resin available from Rohm and Haas and Dow Chemicals).
ある実施態様において、エステル化反応体および脱ヒドロキシル化反応体を同じ反応容器中で使用し、本発明の同時反応経路を可能としてもよい(例えば、図1の反応経路4)。
In certain embodiments, the esterification reactant and the dehydroxylation reactant may be used in the same reaction vessel to enable the simultaneous reaction pathway of the present invention (eg,
ある実施態様において、エステル化反応体および脱ヒドロキシル化反応体を一連の2つの異なる反応容器で使用し、本発明の逐次反応経路を行ってもよい(例えば、図1の反応経路1または2)。また、脱ヒドロキシル化反応およびエステル化反応は同じ反応器中で順次実施され得る。例えば、反応器のチャンバーの頂部がエステル化触媒を含有し、反応器のチャンバーの底部が脱ヒドロキシル化触媒を含有し、その2つの触媒が中央にある不活性物質により分離されるように、反応経路1を実施してもよい。反応体は適切なアルコールと一緒に、ある実施態様において、反応器のチャンバーの頂部に導入されてもよい。反応体がエステル化触媒を通り抜けると、該反応体はエステル化され、そうして形成されたエステルは不活性物質を通り抜け、反応器のチャンバーの下部に達し、そこで脱ヒドロキシル化反応が起こり、α,β−不飽和カルボン酸のエステル、例えば、乳酸の反応体では、アクリル酸エステルが形成されるに至る。
In certain embodiments, the esterification reactant and dehydroxylation reactant may be used in a series of two different reaction vessels to perform the sequential reaction pathway of the present invention (eg,
ある実施態様において、脱ヒドロキシル化触媒が反応容器の上部を占め、エステル化触媒が反応容器の下部を占めてもよく、その間に反応経路2を実施するのに有用である不活性物質がある。例えば、反応体を反応器の頂部に供給し、次に該反応容器の上部で生成されたα,β−不飽和カルボン酸がその不活性物質を通り抜け、反応容器の下部に入り、α,β−不飽和カルボン酸のエステルを生成するようにエステル化触媒およびアルコールと接触させ、その生成したエステルを該反応器の底部で集めてもよい。ある実施態様において、アルコールは気相中にあってもよい。脱ヒドロキシル化触媒およびエステル化触媒が同じである実施態様において、反応器の上部および下部の両方に触媒を充填し、その間に不活性物質を配置することは任意である。
In certain embodiments, the dehydroxylation catalyst may occupy the upper portion of the reaction vessel and the esterification catalyst may occupy the lower portion of the reaction vessel, during which there are inert materials that are useful for carrying out
ある実施態様において、エステル化反応および脱ヒドロキシル化反応は反応経路4に記載されるように同じ反応容器中で同時に発生してもよい。ある実施態様において、同時反応を達成するのに、所望のアルコールを含む反応体を反応容器の頂部に導入し、α,β−不飽和カルボン酸の対応するエステルを反応容器の底部で集めてもよい。
In certain embodiments, the esterification reaction and dehydroxylation reaction may occur simultaneously in the same reaction vessel as described in
ある実施態様において、ケイ酸アルミニウム化合物(例えば、ゼオライトおよび/または修飾ゼオライト)がエステル化および脱ヒドロキシル化触媒の両方として機能してもよい。ある実施態様において、エステル化および脱ヒドロキシル化触媒の両方として機能する触媒は、本発明の逐次反応経路(例えば、図1の反応経路1および2)または本発明の同時反応経路(例えば、図1の反応経路4)にて使用されてもよい。
In certain embodiments, aluminum silicate compounds (eg, zeolites and / or modified zeolites) may function as both esterification and dehydroxylation catalysts. In certain embodiments, a catalyst that functions as both an esterification and dehydroxylation catalyst is a sequential reaction pathway of the present invention (eg,
ある実施態様において、本発明の反応経路にて有用なエステル化反応は、約50℃、100℃、150℃、または200℃の下限から、約500℃、400℃、または350℃の上限までの範囲にある温度で行われてもよく、ここで該温度はいずれかの下限からいずれかの上限までを範囲とし、その間にあるいずれの部分集合を包含してもよい。 In certain embodiments, esterification reactions useful in the reaction pathways of the present invention may range from a lower limit of about 50 ° C, 100 ° C, 150 ° C, or 200 ° C to an upper limit of about 500 ° C, 400 ° C, or 350 ° C. It may be performed at a temperature in the range, where the temperature ranges from any lower limit to any upper limit and may encompass any subset in between.
ある実施態様において、本発明の反応経路を用いて、α,β−不飽和カルボン酸またはそのエステルを生成してもよい。α,β−不飽和カルボン酸またはそのエステルの例として、以下に限定されないが、アクリル酸、アクリル酸のアルキルエステル(例えば、アクリル酸メチルおよびアクリル酸ブチル)等、およびそれらのいずれかの組み合わせが挙げられる。 In certain embodiments, the reaction pathways of the present invention may be used to produce α, β-unsaturated carboxylic acids or esters thereof. Examples of α, β-unsaturated carboxylic acids or esters thereof include, but are not limited to, acrylic acid, alkyl esters of acrylic acid (eg, methyl acrylate and butyl acrylate), and any combination thereof. Can be mentioned.
意外にも、出発組成物での乳酸ブチルの使用が、乳酸メチルなどの他の乳酸アルキルの使用で認められる望ましくない副生成物の形成を減少させ、乳酸ブチルが優先的にアクリル酸ブチルよりもアクリル酸に変換されることが見出された。 Surprisingly, the use of butyl lactate in the starting composition reduces the formation of undesirable by-products that are observed with the use of other alkyl lactates such as methyl lactate, with butyl lactate preferentially over butyl acrylate. It was found to be converted to acrylic acid.
ある実施態様において、本発明の反応経路は、アルデヒド(例えば、アセトアルデヒド)を生成してもよい。従って、反応経路は所望によりさらに酸化反応を含み、アセトアルデヒドを酢酸に変換してもよい。 In certain embodiments, the reaction pathway of the present invention may produce an aldehyde (eg, acetaldehyde). Thus, the reaction pathway may further include an oxidation reaction if desired to convert acetaldehyde to acetic acid.
ある実施態様において、本発明の反応経路は、約40%以上の、ある実施態様において約50%以上の、ある実施態様において約55%以上の、ある実施態様において約60%以上の、ある実施態様において約65%以上の、ある実施態様において約70%以上の、ある実施態様において約75%以上の、ある実施態様において約80%以上の、ある実施態様において約85%以上の、ある実施態様において約90%以上の、ある実施態様において約95%以上の、ある実施態様において約98%以上の、またはある実施態様において約99%以上の変換効率を有してもよい。 In certain embodiments, the reaction pathways of the present invention may be about 40% or more, in some embodiments about 50% or more, in some embodiments about 55% or more, in some embodiments about 60% or more, certain implementations. In some embodiments, greater than or equal to about 65%, in certain embodiments greater than or equal to about 70%, in certain embodiments greater than or equal to about 75%, in certain embodiments greater than or equal to about 80%, and in certain embodiments greater than or equal to about 85%. It may have a conversion efficiency of about 90% or more in embodiments, in some embodiments about 95% or more, in some embodiments about 98% or more, or in some embodiments about 99% or more.
ある実施態様において、本発明の反応経路の選択性は、生成物の40モル%以上の、ある実施態様において50モル%以上の、ある実施態様において生成物の55モル%以上の、ある実施態様において生成物の60モル%以上の、ある実施態様において生成物の65モル%以上の、ある実施態様において生成物の70モル%以上の、ある実施態様において生成物の75モル%以上の、ある実施態様において生成物の80モル%以上の、ある実施態様において生成物の85モル%以上の、ある実施態様において生成物の90モル%以上の、ある実施態様において生成物の95モル%以上の、ある実施態様において生成物の98モル%以上の、およびある実施態様において生成物の99モル%以上の量のα,β−不飽和カルボン酸および/またはそのエステルの生成をもたらすかもしれない。
In some embodiments, the selectivity of the reaction pathway of the present invention is 40 mol% or more of the product, in some
反応経路の変換効率および/または選択性は、とりわけ、場合に応じて、触媒をか焼する温度の制御、脱ヒドロキシル化および/またはエステル化触媒の組成、反応体および/または中間体の濃度、および/または反応体および/または中間体と、脱ヒドロキシル化および/またはエステル化触媒との接触時間に応じて変化することを認識すべきである。 The conversion efficiency and / or selectivity of the reaction path can be determined, inter alia, by controlling the temperature at which the catalyst is calcined, the composition of the dehydroxylation and / or esterification catalyst, the concentration of reactants and / or intermediates, It should be appreciated that and / or depending on the contact time of the reactants and / or intermediates with the dehydroxylation and / or esterification catalyst.
ある実施態様において、反応装置の製錬技術が、乳酸の脱ヒドロキシル化反応におけるアクリル酸選択性に悪影響を及ぼし得ることが観察された。理論に拘束されるものではないが、乳酸の供給は反応装置壁の腐食を引き起こし、金属成分の反応装置壁からの浸出をもたらすと考えられる。例えば、ステンレス鋼反応装置が脱ヒドロキシル化反応に使用される場合、ニッケル、クロム、鉄などの金属成分は、生成物の流れの中に浸出し、および/または脱ヒドロキシル化触媒上に蓄積し、そのことは、例えば誘導結合プラズマ(ICP)解析を用いて検出され得る。浸出した金属は、副生成物の形成能を有する触媒として作用するかもしれない。例えば、ステンレス鋼の反応装置壁より放出されるニッケルは水素化触媒として作用し、アクリル酸からプロピオン酸を形成させるかもしれない。同様に、ステンレス鋼の反応装置壁より放出される鉄は、脱カルボキシル化触媒として機能し、アセトアルデヒドの形成をもたらすかもしれない。また、反応装置壁より浸出される成分のいくつかは、乳酸およびアクリル酸の高分子化をもたらすかもしれない。従って、ある実施態様において、反応装置の材料は、供給原料または触媒による脱ヒドロキシル化反応を通して形成される生成物のいずれかによる腐食に対して耐性のあるように選択されてもよい。望ましくない触媒作用を軽減する適切な反応装置の材料の例として、以下に限定されないが、チタン、シラン処理されているステンレス鋼、クオーツ等が挙げられる。腐食作用のレベルが低いかかる反応装置は、アクリル酸について高い選択性を、および副生成物の低い形成能を提供し得る。 In certain embodiments, it has been observed that reactor smelting techniques can adversely affect acrylic acid selectivity in lactic acid dehydroxylation reactions. Without being bound by theory, it is believed that the supply of lactic acid causes corrosion of the reactor wall and leaching of metal components from the reactor wall. For example, when a stainless steel reactor is used for the dehydroxylation reaction, metal components such as nickel, chromium, iron, etc. leach into the product stream and / or accumulate on the dehydroxylation catalyst, That can be detected using, for example, inductively coupled plasma (ICP) analysis. The leached metal may act as a catalyst with the ability to form by-products. For example, nickel released from a stainless steel reactor wall may act as a hydrogenation catalyst and form propionic acid from acrylic acid. Similarly, iron released from stainless steel reactor walls may function as a decarboxylation catalyst, leading to the formation of acetaldehyde. Also, some of the components leached from the reactor wall may result in a polymerisation of lactic acid and acrylic acid. Thus, in certain embodiments, the reactor material may be selected to be resistant to corrosion by either feedstock or products formed through catalytic dehydroxylation reactions. Examples of suitable reactor materials that reduce undesirable catalysis include, but are not limited to, titanium, silane-treated stainless steel, quartz, and the like. Such reactors with low levels of corrosive action can provide high selectivity for acrylic acid and low byproduct formation ability.
限定するものではないが、一例として、図1に示される反応経路2および3と同様に、ある実施態様は、本明細書に記載の出発組成物を、L型ゼオライトを含む脱ヒドロキシル化触媒と接触させることにより脱ヒドロキシル化反応をまず行い、そうしてα,β−不飽和カルボン酸および/またはそのエステルを生成することを含んでもよい。α,β−不飽和カルボン酸が生成されると、ある実施態様は該α,β−不飽和カルボン酸をエステル化触媒およびアルコールと接触させることによりエステル化反応を行い、そうしてα,β−不飽和カルボン酸エステルを生成することをさらに含んでもよい。具体的には、ある実施態様において、出発組成物は乳酸を含んでもよく、次に脱ヒドロキシル化反応の生成物はアクリル酸を含んでもよく、行うとすれば、エステル化反応の生成物はアクリル酸エステルを含んでもよい。
By way of example, and not by way of limitation, as with
限定するものではないが、別の一例として、図1に示される反応経路1と同様に、ある実施態様は、本明細書に記載のカルボン酸誘導体を含む出発組成物を、エステル化触媒およびアルコールと接触させることによりエステル化反応をまず行い、それによりエステル誘導体を生成し;該エステル誘導体をL型ゼオライトを含む脱エステル化触媒と接触させることにより脱ヒドロキシル化反応を次に行い、それによりα,β−不飽和カルボン酸エステルを生成することを含んでもよい。具体的には、ある実施態様において、出発組成物は乳酸を含んでもよく、次にエステル化反応の生成物は乳酸エステルを含んでもよく、次の脱ヒドロキシル化反応の生成物はアクリル酸エステルを含んでもよい。 As another example, but not by way of limitation, as with Reaction Path 1 shown in FIG. 1, certain embodiments may be employed to produce a starting composition comprising a carboxylic acid derivative as described herein as an esterification catalyst and an alcohol. The esterification reaction is first carried out by contacting with an ester, thereby producing an ester derivative; the dehydroxylation reaction is then carried out by contacting the ester derivative with a deesterification catalyst comprising L-type zeolite, whereby α , Β-unsaturated carboxylic acid esters may be generated. Specifically, in certain embodiments, the starting composition may include lactic acid, then the product of the esterification reaction may include a lactic acid ester, and the product of the subsequent dehydroxylation reaction may include an acrylate ester. May be included.
限定するものではないが、さらに別の一例として、図1に示される反応経路4と同様に、ある実施態様は、本明細書に記載のカルボン酸誘導体を含む出発組成物を、アルコールおよびL型ゼオライトを含む触媒と接触させることにより脱ヒドロキシル化反応およびエステル化反応を同時に行い、それによりα,β−不飽和カルボン酸エステルを生成することを含んでもよい。具体的には、ある実施態様において、出発組成物は乳酸を含んでもよく、次に脱ヒドロキシル化およびエステル化を同時に行う反応の生成物はアクリル酸エステルを含んでもよい。
By way of further example, but not by way of limitation, as with
いずれの適切なシステムが本発明の反応経路の実施と併せて使用されてもよい。ある実施態様において、本発明の反応経路を実施することと併せて使用するのに適するシステムは、反応装置を含み、所望により少なくとも1つの予熱器(例えば、出発組成物、溶媒、反応体等を予め加熱するための予熱器)、ポンプ、熱交換器、冷却器、材料取扱装置等、およびそれらのいずれかの組み合わせを含んでもよい。適当な反応装置の例として、以下に限定されないが、バッチ式反応装置、プラグフロー反応装置、連続攪拌式タンクの反応装置、充填床反応装置、スラリー反応装置、固定床反応装置、流動床反応装置等が挙げられる。反応装置は、ある実施態様において、一段階または多段階のいずれであってもよい。さらには、本発明の反応経路は、ある実施態様において、バッチ法、半連続的、連続的、またはそれらの組み合わせで行われてもよい。 Any suitable system may be used in conjunction with the implementation of the reaction pathway of the present invention. In certain embodiments, a system suitable for use in conjunction with carrying out the reaction pathway of the present invention includes a reactor and optionally contains at least one preheater (eg, starting composition, solvent, reactant, etc.). A preheater for preheating), pumps, heat exchangers, coolers, material handling devices, etc., and any combination thereof. Examples of suitable reactors include, but are not limited to, batch reactors, plug flow reactors, continuous stirred tank reactors, packed bed reactors, slurry reactors, fixed bed reactors, fluidized bed reactors. Etc. The reactor may be either single-stage or multi-stage in certain embodiments. Furthermore, the reaction pathways of the present invention may be carried out in certain embodiments, batchwise, semi-continuously, continuously, or combinations thereof.
上記されるように、その反応経路は、液相および/または気相にて実施されてもよい。従って、キャリアガス(例えば、アルゴン、窒素、二酸化炭素等)が、本明細書に記載の反応経路および/またはシステムに併せて利用されてもよい。ある実施態様において、反応経路またはその一部は、液相および気相で行われてもよく、ある実施態様において、それは実質的に単一の不活性ガス(例えば、該キャリアガスは単一のキャリアガスが約90%よりも多くを占める)または複数の不活性ガスの混合気体である。ある実施態様において、反応経路またはその一部は、液相および気相で行われてもよく、ある実施態様においては、それは実質的に二酸化炭素(例えば、該キャリアガスは二酸化炭素が約90%よりも多くを占める)であってもよい。 As described above, the reaction pathway may be carried out in the liquid phase and / or the gas phase. Accordingly, a carrier gas (eg, argon, nitrogen, carbon dioxide, etc.) may be utilized in conjunction with the reaction pathways and / or systems described herein. In certain embodiments, the reaction pathway or a portion thereof may be performed in the liquid phase and the gas phase, and in certain embodiments, it may be a substantially single inert gas (eg, the carrier gas is a single Carrier gas accounts for more than about 90%) or a mixture of a plurality of inert gases. In certain embodiments, the reaction pathway or a portion thereof may be performed in liquid and gas phases, and in certain embodiments, it is substantially carbon dioxide (eg, the carrier gas is about 90% carbon dioxide). May account for more).
ある実施態様において、本発明の反応経路は、約0.2/時間〜約1.5/時間、より好ましくは約0.5/時間〜約1.2/時間の重量空間速度(「WHSV」)で進行してもよい。 In certain embodiments, the reaction pathways of the present invention may have a weight space velocity (“WHSV”) of about 0.2 / hour to about 1.5 / hour, more preferably about 0.5 / hour to about 1.2 / hour. ).
ある実施態様において、本発明の反応経路の生成物は、α,β−不飽和カルボン酸および/またはそのエステルならびに他の成分(例えば、溶媒、高分子化阻害剤、副生成物、未反応の反応体、脱ヒドロキシル化触媒、および/またはエステル化触媒)を含んでもよい。従って、本発明の反応経路の生成物は該生成物の成分(生成物の混合物を含む)に分けられても、および/または精製されてもよい。ある実施態様において、本発明の反応経路の生成物より溶媒を分離し、再使用のためにリサイクルされてもよい。溶媒のリサイクルは、有利には、廃棄物の生成を少なくし、α,β−不飽和カルボン酸および/またはそのエステルの生成コストを減らかもしれない。 In certain embodiments, the products of the reaction pathways of the present invention include α, β-unsaturated carboxylic acids and / or esters thereof and other components (eg, solvents, polymerization inhibitors, byproducts, unreacted products). Reactants, dehydroxylation catalysts, and / or esterification catalysts). Accordingly, the product of the reaction pathway of the present invention may be divided into product components (including product mixtures) and / or purified. In certain embodiments, the solvent may be separated from the product of the reaction pathway of the present invention and recycled for reuse. Solvent recycling may advantageously reduce waste production and reduce the cost of producing α, β-unsaturated carboxylic acids and / or esters thereof.
分離および/または精製する適切な方法として、以下に限定されないが、蒸留、抽出、反応抽出、吸着、吸収、ストリッピング、結晶化、蒸発、昇華、拡散分離、吸着性気泡分離、膜分離、流体粒子分離等、およびそれらのいずれかの組み合わせが挙げられる。 Suitable methods for separation and / or purification include, but are not limited to, distillation, extraction, reactive extraction, adsorption, absorption, stripping, crystallization, evaporation, sublimation, diffusion separation, adsorptive bubble separation, membrane separation, fluid Particle separation and the like, and any combination thereof.
この開示による利益のある当業者は、本明細書に記載の種々の脱ヒドロキシル化および/またはエステル化触媒のうち少なくともいくつかが、インサイチュまたはエクスサイチュのいずれかで生成され得ることをさらに認識すべきである。例えば、ある実施態様において、ゼオライトおよび/または修飾ゼオライトは酸素(例えば、空気または不活性ガス中に希釈されている酸素)の存在下、高温で再生されてもよい。 One of ordinary skill in the art having benefit from this disclosure should further recognize that at least some of the various dehydroxylation and / or esterification catalysts described herein can be produced either in situ or ex situ. It is. For example, in certain embodiments, the zeolite and / or modified zeolite may be regenerated at an elevated temperature in the presence of oxygen (eg, oxygen diluted in air or an inert gas).
本発明のさらなる理解を容易にするために、好ましいまたは代表的な実施態様を以下の実施例にて示す。次の実施例は何ら発明の範囲を限定または制限するものと解釈すべきではない。 In order to facilitate a further understanding of the invention, preferred or representative embodiments are shown in the following examples. The following examples should not be construed as limiting or limiting the scope of the invention in any way.
実施例
I. 略語および計算式
表1は実施例を通して使用される数種の計算式を提供する。
II. 触媒
複数の触媒を以下の方法で調製した。本明細書で示される実施例で使用される触媒はW.R. Grace Company, USAまたはTOSOH USA, Inc.のいずれかより入手し、必要に応じて適切な化学的修飾に供した。
II. Catalysts Several catalysts were prepared in the following manner. The catalysts used in the examples presented herein were obtained from either WR Grace Company, USA or TOSOH USA, Inc. and subjected to appropriate chemical modifications as needed.
「H−Y型ゼオライト」を、SiO2:Al2O3が6:1の割合で、Na2Oの含量が0.28重量%である、1/16インチのペレットとして調製した。H−Y型ゼオライトを500℃で3時間か焼し、使用までデシゲーター中で密封バイアルに入れて保持した。 “HY type zeolite” was prepared as 1/16 inch pellets with a SiO 2 : Al 2 O 3 ratio of 6: 1 and a Na 2 O content of 0.28 wt%. The H-Y zeolite was calcined at 500 ° C. for 3 hours and held in a sealed vial in a desiccator until use.
「Na−Y型ゼオライト」を、SiO2:Al2O3が5:1の割合で、Na2Oの含量が13重量%である、1/16インチの押出成形物として調製した。Na−Y型ゼオライトをか焼し、H−Y型ゼオライトについて記載されるように貯蔵した。 The "Na-Y-type zeolite", SiO 2: Al 2 O 3 is 5: 1 ratio, the content of Na 2 O is 13 wt%, were prepared as extrudates of 1/16-inch. Na-Y zeolite was calcined and stored as described for H-Y zeolite.
「K4/Na−Y型ゼオライト」は、Na−Y型ゼオライトをKCl水溶液で4倍変換することで調製した。Na−Y型ゼオライト(粉砕し、20−60メッシュの粒径の篩にかけた)(30g)をKClの2M溶液(150mL)にゆっくりと加え、その懸濁液をロータベーパー(Rotavapor)にて60℃で2時間攪拌した。フラスコを取り外し、上澄みを別の交換用の新たなKCl溶液と置き換えた。同じ操作を2回以上繰り返した。得られたサンプルをCl−がなくなるまで何度も洗浄し、最初は30℃で、そして60℃で、2−3mmHgで2時間乾燥した。次に、触媒を真空オーブンに移し、110℃で一夜保持し、500℃で3時間か焼し、使用までデシゲーター中で貯蔵した。 “K 4 / Na—Y type zeolite” was prepared by converting Na—Y type zeolite four times with KCl aqueous solution. Na-Y type zeolite (ground and sieved to a particle size of 20-60 mesh) (30 g) is slowly added to a 2M solution of KCl (150 mL) and the suspension is added to a Rotavapor on a 60 Stir for 2 hours at ° C. The flask was removed and the supernatant was replaced with another replacement fresh KCl solution. The same operation was repeated twice more. The resulting sample was washed several times until Cl − was exhausted, initially dried at 30 ° C. and 60 ° C. at 2-3 mmHg for 2 hours. The catalyst was then transferred to a vacuum oven, held at 110 ° C. overnight, calcined at 500 ° C. for 3 hours, and stored in a desiccator until use.
「K−L型ゼオライト」を、SiO2:Al2O3の割合が7:9であり、乾燥基準で14.4%のK2Oを含むように調製した。K−L型ゼオライトを粉砕し、20−60メッシュ径を通して篩にかけた。ゼオライト材料を上記のH−Y型ゼオライトについて記載されるようにか焼した。 A “KL type zeolite” was prepared such that the ratio of SiO 2 : Al 2 O 3 was 7: 9 and contained 14.4% K 2 O on a dry basis. The KL type zeolite was ground and sieved through a 20-60 mesh diameter. The zeolitic material was calcined as described for the HY type zeolite above.
「Li/K−L型ゼオライト」は、K−L型ゼオライト(15g)をLiClの1M溶液(150mL)と30℃で一夜単回処理に付すことで調製した。得られたサンプルをCl−がなくなるまで何度も洗浄し、ついで最初は30℃で、そして60℃で、2−3mmHgで4時間乾燥した。さらに、触媒を、真空オーブン中、110℃で一夜乾燥し、最後に450℃で3時間か焼した。 “Li / KL type zeolite” was prepared by subjecting KL type zeolite (15 g) to a single treatment with LiCl 1M solution (150 mL) at 30 ° C. overnight. The sample obtained was washed several times until Cl − was eliminated, then dried at 30 ° C. and 60 ° C. at 2-3 mmHg for 4 hours. In addition, the catalyst was dried in a vacuum oven at 110 ° C. overnight and finally calcined at 450 ° C. for 3 hours.
「Na/K−L型ゼオライト」は、K−L型ゼオライト(15g)をNaClの1M水溶液(200mL)にゆっくりと添加することで調製した。懸濁液を30℃で6時間攪拌した。上澄みを除去した後、固体をCl−がなくなるまで何度も洗浄した。減圧下で乾燥した後、触媒を、H−Y型ゼオライトについて上記されるように450℃で3時間か焼した。 “Na / KL type zeolite” was prepared by slowly adding KL type zeolite (15 g) to a 1M aqueous solution of NaCl (200 mL). The suspension was stirred at 30 ° C. for 6 hours. After removing the supernatant, the solid was washed several times until Cl − disappeared. After drying under reduced pressure, the catalyst was calcined at 450 ° C. for 3 hours as described above for HY type zeolite.
「Na2/K−L型ゼオライト」を、第一の交換後に、該ゼオライトを第二部のフレッシュなNaCl溶液で処理することを除いて、Na/K−L型ゼオライトと同じ方法で調製した。 A “Na 2 / KL type zeolite” was prepared in the same way as the Na / KL type zeolite, except that after the first exchange, the zeolite was treated with a fresh NaCl solution of the second part. .
「Na3/K−L型ゼオライト」を、第二の交換後に、該ゼオライトを第三部のフレッシュなNaCl溶液で処理することを除いて、Na2/K−L型ゼオライトと同じ方法で調製した。 “Na 3 / KL type zeolite” is prepared in the same way as the Na 2 / KL type zeolite except that after the second exchange, the zeolite is treated with a fresh NaCl solution of the third part. did.
「Na4/K−L型ゼオライト」を、第三の交換後に、該ゼオライトを第四部のフレッシュなNaCl溶液で処理することを除いて、Na3/K−L型ゼオライトと同じ方法で調製した。
“Na 4 / KL type zeolite” is prepared in the same way as the Na 3 / KL type zeolite, except that after the third exchange, the zeolite is treated with a fresh NaCl solution of
「(7.1%Na2HPO4)/K−L型ゼオライト」を、K−L型ゼオライトを用いる、初期湿式方法により調製した。この方法によれば、Na2HPO47H2O(Na2HPO4(2.164g)中の脱イオン水(13mL)中溶液)をK−L型ゼオライト(13g)にゆっくりと加えた。得られたスラリーを密封ビーカーに2時間保持した。次に含浸固体を通常のオーブンに移し、120℃で一夜乾燥させた。 “(7.1% Na 2 HPO 4 ) / KL type zeolite” was prepared by an initial wet method using KL type zeolite. According to this method, Na 2 HPO 4 7H 2 O (solution in deionized water (13 mL) in Na 2 HPO 4 (2.164 g)) was slowly added to KL zeolite (13 g). The resulting slurry was held in a sealed beaker for 2 hours. The impregnated solid was then transferred to a normal oven and dried overnight at 120 ° C.
「(7.1%Na2HPO4)/Na3/K−L型ゼオライト」を、Na3/K−L型ゼオライトを用いて、(7.1%Na2HPO4)/K−L型ゼオライトと同じ操作で調製した。 “(7.1% Na 2 HPO 4 ) / Na 3 / KL type zeolite” was converted into (7.1% Na 2 HPO 4 ) / KL type using Na 3 / KL type zeolite. Prepared by the same operation as zeolite.
「(2.13%Na2HPO4)/K−L型ゼオライト」を、より少量のNa2HPO4を用いて、(7.1%Na2HPO4)/K−L型ゼオライトと同じ操作により調製した。 “(2.13% Na 2 HPO 4 ) / KL zeolite” was used in the same manner as (7.1% Na 2 HPO 4 ) / KL zeolite using a smaller amount of Na 2 HPO 4. It was prepared by.
「(3.55%Na2HPO4)/K−L型ゼオライト」を、より少量のNa2HPO4を用いて、(7.1%Na2HPO4)/K−L型ゼオライトと同じ操作により調製した。 “(3.55% Na 2 HPO 4 ) / KL type zeolite” was operated in the same manner as (7.1% Na 2 HPO 4 ) / KL type zeolite with a smaller amount of Na 2 HPO 4. It was prepared by.
「(2.13%Na2HPO4)/K−L型ゼオライト」を、より多量のNa2HPO4を用いて、(7.1%Na2HPO4)/K−L型ゼオライトと同じ操作により調製した。 “(2.13% Na 2 HPO 4 ) / KL type zeolite” was operated in the same manner as (7.1% Na 2 HPO 4 ) / KL type zeolite using a larger amount of Na 2 HPO 4. It was prepared by.
III. 反応プロトコル
反応プロトコルI(乳酸メチルの連続気相脱ヒドロキシル化)
該反応は、固定床式反応装置システムにて、出発組成物(以下の各実施例にて詳細に記載される)を気相にて固体触媒(以下の各実施例にて詳細に記載される)上に通すことにより実施された。反応装置システムの詳細な概略図が図2に示されており、本明細書にてさらに記載する。該反応装置は1/2インチx12インチのステンレス鋼管でできており、触媒床用の支持体として供する、ボトムセクションにて3つの10μmのステンレス鋼フィルターを保持した。該反応装置のミドルセクションには、GCカラム充填バイブレーターを用いて10.5mLの触媒を充填した。該反応装置のトップセクションには4つの同じ吸い込みフィルターを収容するスペースがあり、それにより予め蒸発させるため、および/または気体−液体を混合するための多孔性ステンレス鋼の接触領域(8mL)が提供される。該反応装置管を高出力加熱テープ(Omega, 470W, Part #STH051-060)を組み込んだカラムヒーター(Flatron CH 30)に入れた。反応装置の温度を反応装置管の外壁付近に取り付けた熱電温度計でモニター観察し、温度コントローラー(モデルM 260, J-KEM Scientific)で制御した。液空間速度(「LHSV」)は約0.50/時間と約1.10/時間(10.5mLの触媒容量および約0.1〜約0.2mL/分の液体流速に基づく)の間で変動した。窒素流速は4.4と5.6mL/分の間で変化した。
III. Reaction protocol Reaction protocol I (continuous gas phase dehydroxylation of methyl lactate)
The reaction is described in detail in a fixed bed reactor system in which the starting composition (described in detail in the following examples) is a solid catalyst in the gas phase (described in the following examples). ) Was carried out by passing over. A detailed schematic diagram of the reactor system is shown in FIG. 2 and is further described herein. The reactor was made of ½ inch × 12 inch stainless steel tubing and held three 10 μm stainless steel filters in the bottom section serving as a support for the catalyst bed. The middle section of the reactor was packed with 10.5 mL of catalyst using a GC column packed vibrator. The top section of the reactor has space to accommodate four identical suction filters, thereby providing a porous stainless steel contact area (8 mL) for pre-evaporation and / or gas-liquid mixing Is done. The reactor tube was placed in a column heater (Flatron CH 30) incorporating a high power heating tape (Omega, 470W, Part # STH051-060). The temperature of the reactor was monitored with a thermoelectric thermometer attached near the outer wall of the reactor tube and controlled with a temperature controller (model M 260, J-KEM Scientific). The liquid hourly space velocity ("LHSV") is between about 0.50 / hour and about 1.10 / hour (based on a catalyst volume of 10.5 mL and a liquid flow rate of about 0.1 to about 0.2 mL / min). It fluctuated. The nitrogen flow rate varied between 4.4 and 5.6 mL / min.
反応プロトコルII(乳酸ブチルの連続気相脱ヒドロキシル化)
該反応は上記した乳酸メチルの脱ヒドロキシル化に記載されるのと同じ操作およびシステムで実施した。液空間速度(「LHSV」)は1.2/時間(5mLの触媒容量および0.1mL/分の液体流速に基づく)で一定を維持した。窒素流速も5.0mL/分の一定を維持した。
Reaction protocol II (continuous gas phase dehydroxylation of butyl lactate)
The reaction was carried out with the same procedure and system as described above for methyl lactate dehydroxylation. The liquid hourly space velocity (“LHSV”) remained constant at 1.2 / hour (based on 5 mL catalyst volume and 0.1 mL / min liquid flow rate). The nitrogen flow rate was also kept constant at 5.0 mL / min.
反応プロトコルIII(乳酸の連続気相脱ヒドロキシル化)
該反応は上記した乳酸メチルの脱ヒドロキシル化に記載されるのと同じ操作およびシステムで実施した。反応装置は5/16インチx6インチのステンレス鋼管でできており、触媒をケイ砂(50−70メッシュの粒径)の2つのプラグの間に保持した。この一連の実験では、液空間速度(「LHSV」)は約0.48/時間〜約2.4/時間(0.04cc/分の流速および約1cc〜約7ccの範囲にある触媒容量に基づく)の間で変動した。特定の反応パラメータは、本願明細書中、個々のさらなる各実施例にて列挙する。
Reaction protocol III (continuous gas phase dehydroxylation of lactic acid)
The reaction was carried out with the same procedure and system as described above for methyl lactate dehydroxylation. The reactor was made of 5/16 "x 6" stainless steel tubing and the catalyst was held between two plugs of silica sand (50-70 mesh particle size). In this series of experiments, the liquid hourly space velocity ("LHSV") is based on about 0.48 / hour to about 2.4 / hour (0.04 cc / min flow rate and catalyst capacity in the range of about 1 cc to about 7 cc). ). Specific reaction parameters are listed herein in each additional example.
固定床式反応装置システム
図2を参酌して、該システムを4つの別々のセクションA−Dからなるものとして扱う。セクションAは代替ガスおよびパージガス用の2つの個々のチャネルを含むガス制御セクションである。代替ガスチャネルは触媒処理前ガス、例えば、アンモニアおよび二酸化炭素を提供し、一方でパージガスチャネルは2−30mL/分の範囲にある窒素流を提供する。セクションAに示されるように、パージガスチャネルおよび代替ガスチャネルは、各々、2方向性オンオフ弁2−1および2−2を個々に、およびマスフローコントローラ1および2を個々に有する。さらには、パージガスチャネルは3方向性弁3−1を含む。
Fixed Bed Reactor System With reference to FIG. 2, the system is treated as consisting of four separate sections AD. Section A is a gas control section that includes two individual channels for alternative gas and purge gas. The alternative gas channel provides pre-catalyst gases, such as ammonia and carbon dioxide, while the purge gas channel provides a nitrogen flow in the range of 2-30 mL / min. As shown in Section A, the purge gas channel and the alternate gas channel each have two-way on / off valves 2-1 and 2-2 individually and
セクションBは液相の取扱手段を提供し、2つのサーキットからなる。第1サーキットは液体反応体を該システムに導入するのに使用され、移送用フラスコ4−1と反応体リザバー4−2とを含む。移送用フラスコ4−1中の反応体は不活性ガスの正圧によって反応体フラスコ4−2に移され得る。このシステムにおいて、リザバーはすべて窒素で8psiに加圧され、ポンプ5のスムーズな操作を可能とする。さらには、反応体フラスコ4−2を天秤に置き、加えられた反応体を経時的に連続的なモニター観察に付した。第2サーキットは液体溶媒を該システムに導入するのに使用され、溶媒フラスコ4−3を含む。反応体および/または溶媒を3方向選択性弁3−2を介してポンプ5に移す。液体反応体および/または溶媒を次に3方向性弁3−3および3−4により反応装置7または反応体リザバー4−2のいずれかに夫々向かうようにする。このセットアップは使用される溶媒が種々の移送ラインをパージすること、または反応体を反応装置7にデリバーすることを可能とする。
Section B provides liquid phase handling and consists of two circuits. The first circuit is used to introduce liquid reactants into the system and includes a transfer flask 4-1 and a reactant reservoir 4-2. The reactants in the transfer flask 4-1 can be transferred to the reactant flask 4-2 by the positive pressure of the inert gas. In this system, the reservoirs are all pressurized to 8 psi with nitrogen, allowing smooth operation of the pump 5. Furthermore, the reactant flask 4-2 was placed on a balance, and the added reactant was subjected to continuous monitor observation over time. The second circuit is used to introduce liquid solvent into the system and includes a solvent flask 4-3. Reactants and / or solvents are transferred to pump 5 via 3-way selective valve 3-2. Liquid reactant and / or solvent is then directed to either
セクションCは、温度を制御するカラムヒーターで上記されるような、反応装置7である。反応装置の温度を正確にモニター観察するのに別の熱電温度計を該反応装置に取り付けてもよい。
Section C is a
セクションDは、バネ押し上げ背圧式調節装置8、インライン冷却器9、および収集フラスコ11(このシステムではジャケット付ガラスフラスコ)からなる。低沸点の生成物をすべて効果的に保持するために、収集フラスコ11の温度を4℃に維持した。ドライアイストラップ12を収集フラスコ11の後に設け、低沸点のすべての生成物をクエンチした。
Section D consists of a spring-loaded back
IV. 実験
乳酸の水溶媒中での脱ヒドロキシル化
40%乳酸/60%水の出発組成物を、気相中、表2に列挙された種々の触媒(320℃で2時間反応させるK−L型ゼオライトを除く)を用い、上記した反応プロトコルIIIに従って320℃で4時間反応させた。このセクションで、反応時間とは、静的な出発材料および触媒粒子のサンプルとは対照的に、出発組成物が触媒粒子床上を通る、および/または触媒粒子床中を通る時間をいう。さらには、変換および選択性の測定結果は、反応時間全体で集められるすべての生成物とは対照的に、上記の反応時間で集められる一の生成物のサンプルに基づく。
IV. Experimental Hydroxylation of Lactic Acid in Aqueous Solvent The starting composition of 40% lactic acid / 60% water was reacted in the gas phase with various catalysts listed in Table 2 (KL zeolite for 2 hours at 320 ° C). The reaction was carried out at 320 ° C. for 4 hours according to the reaction protocol III described above. In this section, reaction time refers to the time for the starting composition to pass over and / or through the catalyst particle bed, as opposed to a static starting material and a sample of catalyst particles. Furthermore, the conversion and selectivity measurements are based on a sample of one product collected over the reaction time described above, as opposed to all products collected over the entire reaction time.
表2に示されるように、Y型ゼオライトは13%未満の極めて低いアクリル酸選択性で高い乳酸変換を示す。対照的に、K−L型ゼオライトおよびNa3/K−L型ゼオライトは共に、約65%の良好な乳酸変換および約50%の高いアクリル酸選択性を示す。Li/K−L型ゼオライトは乳酸変換を増大させたが、アセトアルデヒドをより有意に生成した。他方、含浸ゼオライト、すなわち7.1%Na2HPO4/K−L型ゼオライトは、親のK−L型ゼオライトと比べて、乳酸変換を増大させ、アセトアルデヒド生成物を減少させた。
乳酸の水溶媒中での脱ヒドロキシル化
40%D,L−乳酸/60%水と、100ppmの高分子化阻害剤4−メトキシフェノールとの出発組成物を、気相中、表3に列挙された種々の触媒を用いて、上記した反応プロトコルIIIに従って320℃で4時間反応させた。表3に示される結果から分かるように、この実験で試験した触媒のうち、HSZ−500(登録商標)KOD1S、すなわちL型ゼオライト触媒では低変換レベルであったが、アクリル酸については高選択性を有した。
乳酸の水溶媒中での脱ヒドロキシル化
40%D,L−乳酸/60%水と、100ppmの高分子化阻害剤4−メトキシフェノールとの出発組成物を、気相中、表4に列挙された種々の触媒を用いて、上記した反応プロトコルIIIに従って320℃で4時間反応させた。
Dehydroxylation of lactic acid in aqueous solvent The starting composition of 40% D, L-lactic acid / 60% water and 100 ppm of the polymerization inhibitor 4-methoxyphenol is listed in Table 4 in the gas phase. The reaction was carried out at 320 ° C. for 4 hours according to the above reaction protocol III.
表4に示されるように、より小さなカチオンで修飾されたゼオライトは、高変換率を有するが、アクリル酸に対する選択性は、大および小カチオンによって悪影響を受けるようである。従って、ナトリウムイオンで修飾されるゼオライトがある実施態様において好ましい。
乳酸の水溶媒中での脱ヒドロキシル化 − 含浸量(1)
水中40重量%乳酸の出発組成物を、気相中、表5に列挙された種々の触媒を用いて、上記した反応プロトコルIIIに従って330℃で反応させた。
Dehydroxylation of lactic acid in aqueous solvent-impregnation amount (1)
A starting composition of 40% by weight lactic acid in water was reacted at 330 ° C. in the gas phase using the various catalysts listed in Table 5 according to reaction protocol III described above.
表5に示されるように、基剤K−Lゼオライトシステムに支持されるNa2HPO4の量が徐々に増加すると、変換率および選択性の両方が改善され、その一方でアセトアルデヒドおよいプロピオン酸の副生成物は減少した。この触媒システムでは、Na2HPO4の含浸量について、7.1%の負荷が最適な範囲であると考えられる。
乳酸の水溶媒中での脱ヒドロキシル化 − 含浸量(2)
水中40重量%D,L−乳酸の出発組成物を、気相中、表6に列挙された種々の触媒を用いて、上記した反応プロトコルIIIに従って340℃で反応させた。
Dehydroxylation of lactic acid in aqueous solvent-impregnation amount (2)
A starting composition of 40 wt% D, L-lactic acid in water was reacted at 340 ° C. in the gas phase using the various catalysts listed in Table 6 according to reaction protocol III described above.
表6に示されるように、含浸は変換率の高い触媒システムを生じさせるようである。しかしながら、基剤Na3/K−Lゼオライトシステムに支持されるNa2HPO4の量が変換率および選択性に効果があり、その一方で副生成物であるアセトアルデヒドを有意に減少させるようである。この触媒システムでは、Na2HPO4の含浸量について、7.1%の負荷が最適な範囲であると考えられる。
乳酸の水溶媒中での脱ヒドロキシル化 − 触媒安定性
40%乳酸/60%水の出発組成物を、気相中で、表7に列挙される種々の触媒を用いて、上記した反応プロトコルIIIに従って、340℃で4時間反応させた。各触媒が経時的に活性を喪失する傾向を示す目安として、4時間の反応において時間毎に生成物を解析した。
Dehydroxylation of lactic acid in aqueous solvent-catalyst stability A starting composition of 40% lactic acid / 60% water was prepared in the gas phase using the various catalysts listed in Table 7 above, reaction protocol III described above. And reacted at 340 ° C. for 4 hours. As an indication of the tendency of each catalyst to lose activity over time, the product was analyzed over time in a 4 hour reaction.
表7に示されるように、K−LゼオライトおよびNa3/K−L型ゼオライトは、両方共に、活性および選択性が経時的に徐々に減少するが、Na3/K−L型ゼオライトではそれほどではない。対照的に、Na2HPO4で含浸すると、7.1% Na2HPO4/K−L型ゼオライトおよび7.1% Na2HPO4/Na3/K−L型ゼオライト触媒で示されるように、変換率および選択性の両方を安定化させるようである。部分的Na交換およびNa2HPO4含浸(すなわち、7.1% Na2HPO4/Na3/K−L型ゼオライト)は一緒になって、高くかつ安定した変換率で、アクリル酸に対して高くかつ安定した選択性をもたらす相乗効果を示すようである。
乳酸の水溶媒中での脱ヒドロキシル化 − 温度効果
表8に列挙される水中での種々の濃度の乳酸(「LA」)と、100ppmの4−メトキシフェノールとの出発組成物を、気相中で、7.1%Na2HPO4/Na3/K−L型ゼオライトを用いて、上記した反応プロトコルIIIに従って、表8に列挙される種々の温度で4時間反応させた。
Dehydroxylation of lactic acid in aqueous solvent-temperature effect Starting compositions of various concentrations of lactic acid ("LA") in water listed in Table 8 and 100 ppm 4-methoxyphenol in the gas phase Then, 7.1% Na 2 HPO 4 / Na 3 / KL type zeolite was reacted for 4 hours at various temperatures listed in Table 8 according to the above reaction protocol III.
表8に示されるように、40%乳酸の出発組成物では、温度を上げると、変換率および選択性の両方で増加をもたらした。反対に、30%および20%乳酸の出発組成物では、温度を上げると、変換率を増加させるが、アクリル酸に対する選択性を減少させ、乳酸の出発濃度が20%のサンプルでは、温度を340℃に上げると、その選択性の減少が本当に劇的であった。
乳酸の水溶媒中での脱ヒドロキシル化 − 乳酸濃度効果
表9に示される50%および60%の乳酸(「LA」)の開始濃度を有する出発組成物を、気相中、(7.1%Na2HPO4)/Na3/K−L型ゼオライトを用いて、上記した反応プロトコルIIIに従って、5時間、表9に列挙される種々の温度で反応させた。
Dehydroxylation of Lactic Acid in Aqueous Solvent—Lactic Acid Concentration Effect Starting compositions with starting concentrations of 50% and 60% lactic acid (“LA”) shown in Table 9 were prepared in the gas phase (7.1% The reaction was carried out using Na 2 HPO 4 ) / Na 3 / KL type zeolite according to reaction protocol III described above for 5 hours at various temperatures listed in Table 9.
表9に示されるように、温度を上げると、変換率の上昇をもたらすが、選択性は温度を上げてもあまり変化しなかった。さらには、開始乳酸濃度を上げても、その対応する温度で変換率および選択性について、これらの濃度で少なくとも最低限の効果を有した。
乳酸の水溶媒中での脱ヒドロキシル化 − 反応体の流速効果
40%乳酸/60%水の出発組成物を、気相中、Na3/K−L型ゼオライトと、上記した反応プロトコルIIIに従って、320℃で3時間反応させ、そこで該出発組成物の液体流速を表10に記載の重量空間速度(「WHSV」)が構成されるように多様なものとした。
Dehydroxylation in water solvent of lactic acid - the starting composition of the flow velocity effect of 40% lactic / 60% water of the reactants, in the vapor phase, and
表10に示されるように、乳酸空間速度の増加(すなわち、反応体流速の増加)は、変換率の減少およびアクリル酸選択性の有意な改善をもたらす。
乳酸の水溶媒中での脱ヒドロキシル化 − キャリアガスの流速効果
40%乳酸/60%水の出発組成物を、気相中、Na3/K−L型ゼオライトと、上記した反応プロトコルIIIに従って、320℃で4時間反応させ、そこでアルゴンキャリアガスの流速を表11に列挙されるように多様なものとした。
Dehydroxylation in water solvent of lactic acid - the starting composition of the flow velocity effect of 40% lactic / 60% water of the carrier gas, in the gas phase, and
表11に示されるように、キャリアガス流速の増加は、アクリル酸選択性を維持しながら、アセトアルデヒドおよびプロピオン酸の形成を減少させるようである。
乳酸の溶媒中での脱ヒドロキシル化 − 溶媒効果
表12に列挙される出発組成物を、気相中、Na3/K−L型ゼオライトを用いて、上記した反応プロトコルIIIに従って、340℃で4時間反応させた。
Dehydroxylation of lactic acid in solvent-Solvent effect The starting composition listed in Table 12 was prepared at 340 ° C according to reaction protocol III described above using Na 3 / KL zeolite in the gas phase. Reacted for hours.
表12に示されるように、Na3/K−L型ゼオライトはエステル化反応を触媒する。さらには、アルコールの出発組成物への添加は変換率に対する効果はわずかであるが、アクリル酸に対する選択性は著しく減少するようである。
乳酸の水溶媒中での脱ヒドロキシル化 − 触媒容量の効果
20%乳酸/80%水の出発組成物を、気相中、7.1%Na2HPO4/Na3/K−L型ゼオライトと、上記した反応プロトコルIIIに従って、330℃で4時間反応させ、そこで触媒の反応装置中での容量を表13に列挙されるように多様なものとした。
Dehydroxylation of lactic acid in aqueous solvent-effect of catalyst capacity A starting composition of 20% lactic acid / 80% water was combined with 7.1% Na 2 HPO 4 / Na 3 / KL type zeolite in the gas phase. The reaction was carried out at 330 ° C. for 4 hours according to reaction protocol III described above, where the capacity of the catalyst in the reactor was varied as listed in Table 13.
表13に示されるように、触媒量の増加は変換率を増大させるようである。しかしながら、過剰な触媒は選択性を減少させるようである。
乳酸の水溶媒中での脱ヒドロキシル化 − 触媒活性の減少
20%乳酸/80%水の出発組成物を、気相中、7.1%Na2HPO4/Na3/K−L型ゼオライト上、上記した反応プロトコルIIIに従って、330℃で96時間反応させた(図5)。活性を経時的に喪失する触媒の傾向を測定するために、生成物を定期的に96時間の反応を通して各々解析した。
Dehydroxylation in water solvent of lactic acid - the starting composition of 20% decrease of lactic acid / 80% water of the catalytic activity, in the gas phase, 7.1% Na 2 HPO 4 / Na 3 / K-L -type on zeolite The reaction was carried out at 330 ° C. for 96 hours according to the reaction protocol III described above (FIG. 5). In order to determine the tendency of the catalyst to lose activity over time, the products were each analyzed periodically through a 96 hour reaction.
図5に示されるように、7.1%Na2HPO4/Na3/K−L型ゼオライトは、50時間以上にわたって、約70%以上の一貫した乳酸変換率およびアクリル酸選択性を有する。 As shown in FIG. 5, 7.1% Na 2 HPO 4 / Na 3 / KL type zeolite has consistent lactic acid conversion and acrylic acid selectivity of about 70% or more over 50 hours.
乳酸の水溶媒中での脱ヒドロキシル化 − 乳酸源
乳酸濃度が20%または30%の出発組成物を、気相中、7.1%Na2HPO4/Na3/K−L型ゼオライト上で、上記した反応プロトコルIIIに従って、330℃で4時間反応させた。乳酸は2種の供給源(1)合成乳酸(Sigma-Aldrich、TCIまたはAlfa Aesarより入手可能)および(2)生物由来の乳酸(ADM Corporationより入手可能)からのものであった。生物由来の乳酸は糖を生物学的に発酵することで誘導された。2種の等級(USP−米国薬局方;FCC−食品用公定化学品集)の生物由来の乳酸をこの実験で用いた(表14)。
乳酸ブチルのブタノール−水溶媒中での脱ヒドロキシル化 − 触媒効果
50%乳酸ブチル/45%ブタノール/5%水の出発組成物を、気相中、上記した反応プロトコルIIに従って、表15に列挙した種々の触媒上、300℃で4時間反応させた。
Dehydroxylation of Butyl Lactate in Butanol-Water Solvent-Catalytic Effect The starting composition of 50% butyl lactate / 45% butanol / 5% water is listed in Table 15 in the gas phase according to reaction protocol II described above. The reaction was carried out at 300 ° C. for 4 hours on various catalysts.
表15に示されるように、触媒と結合したNa+の量が増えると(すなわち、Na+の交換量が多くなると)、Li+交換触媒でも認められる効果である、アクリル酸への選択性が増加する。
乳酸ブチルのブタノール−水溶媒中での脱ヒドロキシル化 − 水の作用
表16に列挙される出発組成物を、気相中、上記した反応プロトコルIIに従って、Na3/K−L型ゼオライト上、300℃で4時間反応させた。
Dehydroxylation of Butyl Lactate in Butanol-Water Solvent—Action of Water The starting composition listed in Table 16 was prepared in the gas phase according to the reaction protocol II described above on Na 3 / KL zeolite over 300 The reaction was carried out at 4 ° C. for 4 hours.
表16に示されるように、水を含む溶媒システムで、水含量が増加すると、アクリル酸の選択性が増加する。従って、これらの反応パラメータでは、水含量の最適範囲はおよそ約5〜約10%であり、試験温度で触媒活性の安定が得られる。
乳酸ブチルのブタノール−水溶媒中での脱ヒドロキシル化 − 温度効果
50%乳酸ブチル/45%ブタノール/5%水の出発組成物を、気相中、Na3/K−L型ゼオライト上で、上記した反応プロトコルIIに従って、表17に列挙される温度で4時間反応させた。
Dehydroxylation of Butyl Lactate in Butanol-Water Solvent—Temperature Effect The starting composition of 50% butyl lactate / 45% butanol / 5% water was prepared as described above on the Na 3 / KL type zeolite in the gas phase. The reaction was carried out for 4 hours at the temperatures listed in Table 17 according to the reaction protocol II.
表17に示されるように、温度を280℃より高くすると、乳酸ブチルの変換率およびアクリル酸の選択性を増やすようである。
乳酸ブチルのブタノール−水溶媒中での脱ヒドロキシル化 − 反応体の流速効果
50%乳酸ブチル/45%ブタノール/5%水の出発組成物を、気相中、Na3/K−L型ゼオライト上で、上記した反応プロトコルIIに従って、300℃で4時間反応させた。出発組成物の流速を調節し、表18に列挙されるLHSVを得た。
Dehydroxylation of Butyl Lactate in Butanol-Water Solvent-Flow Rate Effect of Reactant A starting composition of 50% butyl lactate / 45% butanol / 5% water is applied in the gas phase over Na 3 / KL type zeolite. Then, the reaction was performed at 300 ° C. for 4 hours according to the reaction protocol II described above. The flow rate of the starting composition was adjusted to give the LHSV listed in Table 18.
表18に示されるように、LHSVを増やすと、アクリル酸の選択性について小さな効果があるようであるが、乳酸ブチルの変換率は落ちた。それでも、アクリル酸の選択性に対して最適なLHSVは約2/時間〜約3/時間のようである。
乳酸の水溶媒中での脱ヒドロキシル化 − 再生後の触媒活性
20%乳酸/80%水の出発組成物を、気相中、7.1%Na2HPO4/Na3/K−L型ゼオライト上で、上記した反応プロトコルIIIに従って330℃で96時間反応させ(図6)、330℃で3時間空気で再生させた。再生後の活性について触媒の傾向を測定するのに、生成物を72時間の反応にわたって定期的に解析した。図6に示されるように、70%以上の定常状態の変換を首尾よく再び獲得した。しかしながら、廃棄されるコークスを燃焼させるのに必要とされる温度よりも再生のために使用される温度が低いため、定常状態のアクリル酸の選択性は約50%またはそれ以上に減少した。
Dehydroxylation of lactic acid in aqueous solvent-catalytic activity after
乳酸ブチルのメタノール−水溶媒中での脱ヒドロキシル化
表19に列挙される出発組成物を、気相中、Na3/K−L型ゼオライト上で、上記した反応プロトコルIに従って、300℃で4時間反応させた。
Dehydroxylation of Butyl Lactate in Methanol-Water Solvent The starting composition listed in Table 19 was prepared on a Na 3 / KL type zeolite in the gas phase at 300 ° C. according to reaction protocol I described above. Reacted for hours.
表19に示されるように、高い水濃度で、アクリル酸の選択性が増加する。また、副生成物であるメトキシプロピオン酸も水濃度の増加に伴い減少した。
乳酸の水溶媒中での脱ヒドロキシル化 − 結合剤との触媒活性
乳酸濃度が20%の出発組成物を、気相中、表20に列挙されるか焼または非か焼触媒上で、上記した反応プロトコルIIIに従って、330℃で5時間反応させた。触媒HSZ−500(登録商標)KOD1C(L型ゼオライト、TOSOH USA, Inc.より入手可能)をそのまま、あるいは450℃でか焼して用いた。クレイAをこの実験で結合剤として用いた。この実験で使用されるクレイA結合剤は、本願に記載の他のあらゆる実験で使用されるシリカ結合剤とは異なる。
Dehydroxylation of lactic acid in aqueous solvent-catalytic activity with binders Starting compositions with a lactic acid concentration of 20% were described above in the gas phase on calcined or non-calcined catalysts listed in Table 20. The reaction was carried out at 330 ° C. for 5 hours according to reaction protocol III. The catalyst HSZ-500 (registered trademark) KOD1C (L-type zeolite, available from TOSOH USA, Inc.) was used as such or calcined at 450 ° C. Clay A was used as a binder in this experiment. The clay A binder used in this experiment is different from the silica binder used in any other experiment described herein.
表20に示される結果は、か焼触媒を非か焼触媒と対比して、クレイAとの混入で、変換率への影響は最小であるかもしれないが、アクリル酸の選択性を減少させ、副生成物であるアセトアルデヒドを増加させるように作用しうることを示す。これは、か焼プロセスの間に触媒上の酸性または塩基性部位が修飾されたことによるものとし得る。
乳酸の水溶媒中での脱ヒドロキシル化−キャリアガス組成物の効果
20%濃度の乳酸を含む出発組成物を、表21に挙げられるキャリアガスを用いる気相中で、表21に挙げられる種々の触媒と、上記した反応プロトコルIIIに従って、330℃で5時間反応させた。
Dehydroxylation of Lactic Acid in Aqueous Solvent—Effect of Carrier Gas Composition A starting composition containing 20% concentration of lactic acid was prepared in the gas phase using the carrier gas listed in Table 21 in various ways listed in Table 21. The catalyst was reacted for 5 hours at 330 ° C. according to reaction protocol III described above.
表21で示される結果は、二酸化炭素をキャリアガスとして用いることで、試験した両方の修飾L型ゼオライト触媒にて安定した変換率およびアクリル酸選択性が改善され、特に7.1%Na2HPO4/Na−3rd Ex K−Lで副生成物のアルデヒド形成が減少することを示唆する。図7は、7.1%Na2HPO4/Na−3rd Ex K−Lに関して、100時間の試験の間で20%水性乳酸変換およびアクリル酸選択性に対する、キャリアガスとしてCO2およびアルゴンまたは窒素を用いる比較データを示す。
ステンレス鋼製反応装置壁の腐食の測定
この実験では、ステンレス鋼製反応装置壁の乳酸による腐食の程度を、ステンレス鋼触媒反応装置のL型ゼオライト触媒での4日間に及ぶ連続的操作の間モニター観察した。水性乳酸溶液(20%w/v)を供給材料として用いた。反応装置を330℃の温度に維持し、キャリアガスとして窒素を用いた。反応装置を連続モードで操作し、アクリル酸を毎日集めた。四日目の終わりに、毎日集めたアクリル酸のフラクション、乳酸供給材料、フレッシュ触媒、使用済み触媒を、表22に示されるこれら各々のサンプル中に存在する各金属のレベルについて解析した。結果は、L型ゼオライト触媒が脱ヒドロキシル化反応にてステンレス製反応装置より滲出する金属を有意な濃度にて保持することを示す。
この乳酸脱ヒドロキシル化実験にて、アセトアルデヒドおよびプロピオン酸も副生成物として検出され、そのモル選択性も4日間の実験の間に測定した。表23に示される結果が示唆するように、4日間の実験の間にアセトアルデヒドおよびプロピオン酸のモル選択性が増加し、それによりアクリル酸に対する選択性が減少する。
上記した例は、L型ゼオライトおよび修飾ゼオライトに基づく複数の触媒が、α,β−不飽和カルボン酸および/またはそのエステルの生成に使用され得ることを示唆する。 The above examples suggest that multiple catalysts based on L-type zeolites and modified zeolites can be used to produce α, β-unsaturated carboxylic acids and / or their esters.
従って、本発明は、言及されている目的および利点、ならびに本発明に固有の目的および利点を得るのに十分に適用される。上記される特定の実施態様は例示に過ぎず、本発明は本明細書に開示の技法により利益を受ける当業者に明らかな、異なるが、均等な方法にて修飾かつ実施されてもよい。さらには、添付の特許請求の範囲に記載されるものを除き、本明細書に示される構成または設計をその詳細なことに限定することを意図としない。従って、上記した特定の具体的な実施態様を改変し、合わせ、修飾してもよいことは明らかであり、かかるすべての変形は本発明の範囲および精神の範囲内にあると考えられる。本明細書にて例示的に開示されている発明は、本明細書に具体的に開示されていないいずれの要素、および/または本明細書に開示されている任意のいずれの要素がなくても適切に行うことができる。組成物および方法は、種々の成分または工程を「含む」、「含有する」または「包含する」なる語で記載されるが、該組成物および方法は、種々の成分または工程「から本質的になる」または「からなる」とすることもできる。上記に開示される数または範囲は若干変動しうる。数的範囲が下限および上限で開示されている場合にはいつでも、その範囲内にあるいずれの数およびその範囲内に含まれるいずれの範囲も具体的に開示されているものである。特に、本明細書に開示される(「約aないし約b」等、「約aないしb」等、「約a−b」の)あらゆる範囲の数値は、その広い範囲内に含まれる数字のあらゆる数および範囲をいうものと理解すべきである。また、特許請求の範囲に記載される用語は、特許権者により明確かつ明瞭に定義されない限り、その明らかで一般的な意義を有する。その上、特許請求の範囲に使用される不定冠詞「a」または「an」は、本明細書にて、本発明に取り入れられる要素の1または複数を意味するものと定義される。本願明細書の語または用語と、本願明細書にそのまま取り込まれている1または複数の特許または他の文献の語または用語の使用にて何らかの矛盾がある場合、本明細書の記載と合致する定義を選択すべきである。 Accordingly, the present invention is well adapted to obtain the objects and advantages mentioned as well as those inherent to the present invention. The specific embodiments described above are exemplary only, and the invention may be modified and implemented in an equivalent manner, although it will be apparent to those skilled in the art who would benefit from the techniques disclosed herein. Furthermore, except as set forth in the appended claims, it is not intended to limit the construction or design shown herein to the details thereof. It is therefore evident that the particular specific embodiments described above may be altered, combined and modified and all such variations are considered within the scope and spirit of the invention. The invention disclosed herein by way of example may be in the absence of any element specifically disclosed herein and / or any element disclosed herein. Can be done appropriately. Although the compositions and methods are described in terms of “comprising”, “containing” or “including” various components or steps, the compositions and methods are essentially “from” the various components or steps. It can also be “consisting of” or “consisting of”. The numbers or ranges disclosed above may vary slightly. Whenever a numerical range is disclosed as a lower limit and an upper limit, any number falling within the range and any range falling within the range is specifically disclosed. In particular, all ranges of numerical values disclosed herein (such as “about a to about b”, “about a to b”, etc., “about ab”) It should be understood to refer to any number and range. Also, the terms set forth in the claims have their clear and general meaning unless clearly defined by the patentee. Moreover, the indefinite article “a” or “an” as used in the claims is defined herein to mean one or more of the elements incorporated into this invention. Definitions consistent with the description herein if there is any discrepancy in the use of a word or term in this specification and one or more patents or other literature words or terms incorporated herein in its entirety Should be selected.
Claims (73)
該組成物を脱ヒドロキシル化触媒と接触させることで脱ヒドロキシル化反応を行い、それによりα,β−不飽和カルボン酸および/またはそのエステルを含む生成物を生成することを含み、
該脱ヒドロキシル化触媒がL型ゼオライト、修飾L型ゼオライト、およびそれらのいずれかの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含むことを特徴とする方法。 α-hydroxycarboxylic acid, α-hydroxycarboxylic acid ester, β-hydroxycarboxylic acid, β-hydroxycarboxylic acid ester, α-alkoxycarboxylic acid, α-alkoxycarboxylic acid ester, β-alkoxycarboxylic acid, β-alkoxycarboxylic acid Providing a composition comprising a reactant selected from the group consisting of an ester, a lactide, and any combination thereof; and performing the dehydroxylation reaction by contacting the composition with a dehydroxylation catalyst; Producing a product comprising an α, β-unsaturated carboxylic acid and / or its ester by
The method wherein the dehydroxylation catalyst comprises at least one selected from the group consisting of L-type zeolite, modified L-type zeolite, and any combination thereof.
該組成物をエステル化触媒およびアルコールと接触させることでエステル化反応を行い、それにより反応体のエステルを含む中間体を生成し;および
次に、該中間体を脱ヒドロキシル化触媒と接触させることで脱ヒドロキシル化反応を行い、それによりα,β−不飽和カルボン酸エステルを含む生成物を生成することを含み、
該脱ヒドロキシル化触媒がL型ゼオライト、修飾L型ゼオライト、およびそれらのいずれかの組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つを含むことを特徴とする、方法。 providing a composition comprising a reactant selected from the group consisting of α-hydroxycarboxylic acid, β-hydroxycarboxylic acid, α-alkoxycarboxylic acid, β-alkoxycarboxylic acid, and any combination thereof;
Contacting the composition with an esterification catalyst and an alcohol to effect an esterification reaction, thereby producing an intermediate comprising an ester of the reactant; and then contacting the intermediate with a dehydroxylation catalyst Carrying out a dehydroxylation reaction on to produce a product comprising an α, β-unsaturated carboxylic acid ester,
The method wherein the dehydroxylation catalyst comprises at least one selected from the group consisting of L-type zeolite, modified L-type zeolite, and any combination thereof.
該組成物を脱ヒドロキシル化触媒と接触させることによりキャリアガスの存在下で脱ヒドロキシル化反応を行い、それによりα,β−不飽和カルボン酸および/またはそのエステルを含む生成物を生成し、
キャリアガスが二酸化炭素を約90%より多く含むことを特徴とする、方法。 α-hydroxycarboxylic acid, α-hydroxycarboxylic acid ester, β-hydroxycarboxylic acid, β-hydroxycarboxylic acid ester, α-alkoxycarboxylic acid, α-alkoxycarboxylic acid ester, β-alkoxycarboxylic acid, β-alkoxycarboxylic acid Providing a composition comprising a reactant selected from the group consisting of an ester, a lactide, and any combination thereof; and dehydroxylation in the presence of a carrier gas by contacting the composition with a dehydroxylation catalyst A product comprising an α, β-unsaturated carboxylic acid and / or an ester thereof,
A method wherein the carrier gas comprises greater than about 90% carbon dioxide.
(a)糖を乳酸または乳酸アルキルに触媒変換する工程;および
(b)工程(a)からの乳酸または乳酸アルキルをアクリル酸またはアクリル酸エステルに触媒変換する工程
を含む、方法。 A method for producing acrylic acid or acrylic ester from sugar,
(A) catalytically converting sugar to lactic acid or alkyl lactate; and (b) catalytically converting lactic acid or alkyl lactate from step (a) to acrylic acid or an acrylate ester.
(a)グリセロールを乳酸または乳酸アルキルに触媒変換する工程;および
(b)工程(a)からの乳酸または乳酸アルキルをアクリル酸またはアクリル酸エステルに触媒変換する工程
を含む、方法。 A method for producing acrylic acid or an acrylic ester from glycerol,
(A) catalytically converting glycerol to lactic acid or alkyl lactate; and (b) catalytically converting lactic acid or alkyl lactate from step (a) to acrylic acid or an acrylate ester.
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