JP2016117716A - Method for producing 2-furaldehyde and composition for producing 2-furaldehyde - Google Patents

Method for producing 2-furaldehyde and composition for producing 2-furaldehyde Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a method for producing 2-furaldehyde from a sugar raw material containing hexose as a constituent component; and a composition for producing 2-furaldehyde.SOLUTION: There is provided a method for producing 2-furaldehyde by mixing and reacting a sugar raw material containing hexose as a constituent component, a catalyst and a solvent, wherein the catalyst is a boron compound and further (1) one or more acids selected from the group consisting of an inorganic acid (provided that boric acid is excluded) and an organic acid and/or (2) a metal compound are mixed and reacted.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、糖類を原料として2−フルアルデヒドを製造する方法、及び、2−フルアルデヒド製造用組成物に関する。   The present invention relates to a method for producing 2-furaldehyde using a saccharide as a raw material, and a composition for producing 2-furaldehyde.

2−フルアルデヒドは、フラン、テトラヒドロフラン、フラン樹脂等の製造原料に用いることができる有用な化合物である。2−フルアルデヒドは、通常、石油由来の原料からは製造されず、植物由来の糖類を原料として製造されるため、石油原料由来の化学品ではなく、植物原料由来の化学品に分類される。
2−フルアルデヒドを製造する方法としては、ペントサンやペントースといった五炭糖類を含む原料を酸触媒の存在下に反応させ、五炭糖類を脱水することにより得る方法が古くから知られている(非特許文献1、2)。五炭糖類は、農産廃棄物であるサトウキビの搾りかす(バガス)、トウモロコシの芯、木材といったものが含有するヘミセルロース等に含まれている。しかし、これら五炭糖類を含む代表的な原料である上記の農産廃棄物は、原料集積に限りがある。さらに上記代表的な原料中に含まれるヘミセルロースの含有量がそれほど多くない。例えば木材中のヘミセルロースの含有量は、多くても25%程度である。このため五炭糖から2−フルアルデヒドを得る方法では、使用する原料あたりの2−フルアルデヒドの収量が少ないという問題がある。そのため2−フルアルデヒドを、植物中により豊富に存在する構成成分から得る方法が望まれている。
2-Furaldehyde is a useful compound that can be used as a raw material for production of furan, tetrahydrofuran, furan resin and the like. Since 2-furaldehyde is usually not produced from petroleum-derived raw materials but produced from plant-derived saccharides, it is classified as a chemical product derived from plant raw materials rather than from chemicals derived from petroleum raw materials.
As a method for producing 2-furaldehyde, a method obtained by reacting a raw material containing a pentose such as pentosan or pentose in the presence of an acid catalyst and dehydrating the pentose has been known for a long time. Patent Documents 1 and 2). The pentose is contained in hemicellulose and the like contained in sugarcane pomace (bagasse), corn core, wood, etc., which are agricultural wastes. However, the above-mentioned agricultural waste, which is a representative raw material containing these pentose sugars, is limited in raw material accumulation. Furthermore, the content of hemicellulose contained in the representative raw material is not so high. For example, the content of hemicellulose in wood is at most about 25%. For this reason, in the method of obtaining 2-furaldehyde from pentose, there is a problem that the yield of 2-furaldehyde per raw material used is small. Therefore, a method for obtaining 2-furaldehyde from a constituent that is more abundant in plants is desired.

そこで木材の主成分であり、天然繊維として豊富に自然界に存在するセルロースが注目されている。セルロースは六炭糖であるグルコースを主成分とする直鎖状のポリマーである。しかしセルロースは高い結晶性を有するため、セルロースを構成する六炭糖に加水分解することが困難である。さらにセルロースを加水分解して得られる六炭糖は、前記五炭糖から2−フルアルデヒドを得る方法と同様の方法で酸触媒の存在下反応させ、脱水させた場合には、2−フルアルデヒドには転化せず、5−ヒドロキシメチル−2−フルアルデヒドに転化することが知られている。(例えば特許文献1、非特許文献3)   Therefore, cellulose, which is a main component of wood and is abundant in nature as a natural fiber, has attracted attention. Cellulose is a linear polymer composed mainly of glucose, which is a hexose. However, since cellulose has high crystallinity, it is difficult to hydrolyze it into the hexose constituting the cellulose. Further, the hexose obtained by hydrolyzing cellulose is obtained by reacting in the presence of an acid catalyst in the same manner as the method for obtaining 2-furaldehyde from the pentose and dehydrating it. It is known that it is not converted to 5-hydroxymethyl-2-furaldehyde. (For example, Patent Document 1, Non-Patent Document 3)

一方、六炭糖類を含む原料から、2−フルアルデヒドを製造する方法も提案されている。木材の主成分であるセルロースは、六炭糖類(ヘキソース)であるグルコースを構成単位としている。特許文献2や非特許文献4には、セルロースを、非プロトン性極性溶媒中で、酸又は塩基の存在下に加熱することにより2−フルアルデヒドを得る方法が提案されている。また、特許文献3では、セルロースを、非プロトン性極性溶媒中で、固体酸触媒の存在下に加熱することにより2−フルアルデヒドを得る方法が提案されている。   On the other hand, a method for producing 2-furaldehyde from a raw material containing hexose has also been proposed. Cellulose, which is the main component of wood, has glucose as a structural unit, which is hexose. Patent Document 2 and Non-Patent Document 4 propose a method of obtaining 2-furaldehyde by heating cellulose in an aprotic polar solvent in the presence of an acid or a base. Patent Document 3 proposes a method of obtaining 2-furaldehyde by heating cellulose in an aprotic polar solvent in the presence of a solid acid catalyst.

特開平10−265468号公報JP-A-10-265468 特開2002−205970号公報JP 2002-205970 A 国際公開第2012/102347号パンフレットInternational Publication No. 2012/102347 Pamphlet

Journal of Scientific and Industrial Research,Vol.41(1982),P.431−438.Journal of Scientific and Industrial Research, Vol. 41 (1982), p. 431-438. Chemical Innovation,April(2000),P.29−32.Chemical Innovation, April (2000), P.A. 29-32. Chem. Rev. 2007, 107, P.2411.Chem. Rev. 2007, 107, p. 2411. Journal of Wood Science,53(2007),P.127−133.Journal of Wood Science, 53 (2007), p. 127-133.

上記特許文献2には、無機酸として、硫酸、リン酸、ポリリン酸、WやMo、V等との複合リン酸、ホウ酸等が、また塩基として、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、炭酸カルシウム等が挙げられているが、具体的に開示されている2−フルアルデヒドの生成反応は、非プロトン性溶媒と硫酸の共存した反応液中に、原料であるセルロースを一括して仕込んで2−フルアルデヒドを製造するバッチ式反応である。これに対して、先に、発明者等は、原料、非プロトン性溶媒、硫酸、水を連続的に供給して反応を行う連続式反応として行ったところ、生成する2−フルアルデヒドの収率が低収率となることを見出した(本願の比較例2参照)。また、この収率は触媒量を増加しても改善されなかった(本願の比較例3参照)。この連続式反応における収率の低さは、連続式反応がバッチ式反応にくらべて工業的に有利であることから、工業的に2−フルアルデヒドを製造する際には問題となる。   In Patent Document 2, sulfuric acid, phosphoric acid, polyphosphoric acid, complex phosphoric acid with W, Mo, V, and boric acid are used as inorganic acids, and sodium hydroxide, potassium hydroxide, and hydroxide are used as bases. Lithium, calcium carbonate, etc. are mentioned, but the production reaction of 2-furaldehyde specifically disclosed is that the cellulose as a raw material is collectively in a reaction solution in which an aprotic solvent and sulfuric acid coexist. This is a batch reaction for preparing 2-furaldehyde by charging. On the other hand, when the inventors conducted a continuous reaction in which the raw material, aprotic solvent, sulfuric acid, and water were continuously supplied to perform the reaction, the yield of 2-furaldehyde produced was (See Comparative Example 2 of the present application). Further, this yield was not improved even when the amount of the catalyst was increased (see Comparative Example 3 of the present application). The low yield in this continuous reaction is a problem when industrially producing 2-furaldehyde since the continuous reaction is industrially advantageous compared to the batch reaction.

これに対して、本発明者等は、先に、固体酸触媒を用いて連続式反応する特許文献3の方法を提案した。該方法は連続式反応である利点を有するものの、予め固体酸触媒を調製する必要があり、また、目的物の収率の点でも、更なる改善が望まれる。
そこで、本発明は、連続式反応においても収率の高い、工業的に有利な2−フルアルデヒドの製造方法の提供を課題とする。
On the other hand, the present inventors previously proposed the method of Patent Document 3 in which a continuous reaction is carried out using a solid acid catalyst. Although this method has an advantage of being a continuous reaction, it is necessary to prepare a solid acid catalyst in advance, and further improvement in the yield of the target product is desired.
Then, this invention makes it a subject to provide the manufacturing method of 2-furaldehyde industrially advantageous with a high yield also in a continuous reaction.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、触媒として特定のホウ素化合物を用い、更に、ある種の酸及び/又は金属化合物を用いることにより、驚くべきことに、それらを単独で触媒として用いる場合に比べて高い触媒性能が得られ、ヘキソースを構成成分とする糖原料から2−フルアルデヒドが収率よく得られることを見出し、本発明に到達した。
即ち、本発明の要旨は、以下に存する。
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have surprisingly found that by using a specific boron compound as a catalyst and further using a certain kind of acid and / or metal compound, they can be used alone. As a result, the present inventors have found that 2-furaldehyde can be obtained in a high yield from a sugar raw material containing hexose as a constituent, compared with the case of using as a catalyst.
That is, the gist of the present invention is as follows.

[1] ヘキソースを構成成分とする糖原料、触媒、及び溶媒を混合して反応させて2−フルアルデヒドを製造する方法であって、前記触媒が、ホウ素化合物であり、更に(a)無機酸(但し、ホウ酸を除く)及び有機酸からなる群より選ばれる1以上の酸、及び/又は、(b)金属化合物を混合して反応させることを特徴とする2−フルアルデヒドの製造方法。
[2] ホウ素化合物が、ホウ酸、酸化ホウ素、ホウ酸エステル、及びハロゲン化ホウ素からなる群より選ばれる1以上であることを特徴とする、[1]に記載の2−フルアルデヒド
の製造方法。
[3] 無機酸(但し、ホウ酸を除く)が、硫酸又はリン酸であり、有機酸がカルボン酸である[1]又は[2]に記載の2−フルアルデヒドの製造方法。
[1] A method for producing 2-furaldehyde by mixing and reacting a sugar raw material containing hexose, a catalyst, and a solvent, wherein the catalyst is a boron compound, and (a) an inorganic acid A method for producing 2-furaldehyde, characterized in that one or more acids selected from the group consisting of organic acids (excluding boric acid) and / or (b) a metal compound are mixed and reacted.
[2] The method for producing 2-furaldehyde according to [1], wherein the boron compound is one or more selected from the group consisting of boric acid, boron oxide, boric acid ester, and boron halide. .
[3] The method for producing 2-furaldehyde according to [1] or [2], wherein the inorganic acid (excluding boric acid) is sulfuric acid or phosphoric acid, and the organic acid is a carboxylic acid.

[4] 前記糖原料、触媒、及び溶媒に、更に(a)無機酸(但し、ホウ酸を除く)及び有機酸からなる群より選ばれる1以上の酸、及び、(2)金属化合物を混合して反応させることを特徴とする、[1]〜[4]のいずれかに記載の2−フルアルデヒドの製造方法。
[5] 前記金属化合物が、該金属化合物を加水分解した際に生成する水酸化物が両性となる化合物であることを特徴とする、[1]〜[4]のいずれかに記載の2−フルアルデヒドの製造方法。
[6] 前記金属化合物が、Al、Ga、In、Sn、Ti、Zr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Pb、Bi及びZnからなる群から選ばれる金属を含むものであることを特徴
とする、[1]〜[5]のいずれかに記載の2−フルアルデヒドの製造方法。
[7] 前記金属化合物が、金属アルコキシド、金属有機酸塩、金属ハロゲン化物及び金属硫酸塩からなる群より選ばれることを特徴とする、[1]〜[6]のいずれかに記載の2−フルアルデヒドの製造方法。
[4] The sugar raw material, catalyst and solvent are further mixed with (a) one or more acids selected from the group consisting of inorganic acids (excluding boric acid) and organic acids, and (2) metal compounds. The method for producing 2-furaldehyde according to any one of [1] to [4], wherein the reaction is performed.
[5] The metal compound according to any one of [1] to [4], wherein the metal compound is a compound in which a hydroxide generated when the metal compound is hydrolyzed is amphoteric. A method for producing furaldehyde.
[6] The metal compound includes a metal selected from the group consisting of Al, Ga, In, Sn, Ti, Zr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Pb, Bi, and Zn. [2-] The manufacturing method of 2-furaldehyde in any one of [1]-[5].
[7] The metal compound according to any one of [1] to [6], wherein the metal compound is selected from the group consisting of metal alkoxides, metal organic acid salts, metal halides, and metal sulfates. A method for producing furaldehyde.

[8] 前記溶媒が、非プロトン性極性溶媒であることを特徴とする、[1]〜[7]のいずれかに記載の2−フルアルデヒドの製造方法。
[9] 前記溶媒が、2−フルアルデヒドよりも沸点が高い溶媒であることを特徴とする、[1]〜[8]のいずれかに記載の2−フルアルデヒドの製造方法。
[10] 前記反応で生成する2−フルアルデヒドを、反応系外に排出しながら反応させることを特徴とする、[1]〜[9]のいずれかに記載の2−フルアルデヒドの製造方法。
[11] 反応温度が、2−フルアルデヒドの沸点以上かつ前記溶媒の沸点以下であることを特徴とする、[1]〜[10]のいずれかに記載の2−フルアルデヒドの製造方法。
[8] The method for producing 2-furaldehyde according to any one of [1] to [7], wherein the solvent is an aprotic polar solvent.
[9] The method for producing 2-furaldehyde according to any one of [1] to [8], wherein the solvent is a solvent having a boiling point higher than that of 2-furaldehyde.
[10] The method for producing 2-furaldehyde according to any one of [1] to [9], wherein the 2-furaldehyde produced by the reaction is reacted while being discharged out of the reaction system.
[11] The method for producing 2-furaldehyde according to any one of [1] to [10], wherein the reaction temperature is not lower than the boiling point of 2-furaldehyde and not higher than the boiling point of the solvent.

[12] 前記糖原料、触媒、及び溶媒に、更に水を混合して反応させることを特徴とする[1]〜[11]のいずれかに記載の2−フルアルデヒドの製造方法。
[13] 前記糖原料が、セルロース、でんぷん及びヘキソースからなる群から選ばれる少なくとも1種を含有することを特徴とする、[1]〜[12]のいずれかに記載の2−フルア
ルデヒドの製造方法。
[14] 前記触媒を水に溶解させて供給することを特徴とする、[1]〜[13]のいずれかに記載の2−フルアルデヒドの製造方法。
[12] The method for producing 2-furaldehyde according to any one of [1] to [11], wherein the sugar raw material, the catalyst, and the solvent are further mixed and reacted.
[13] The production of 2-furaldehyde according to any one of [1] to [12], wherein the sugar raw material contains at least one selected from the group consisting of cellulose, starch and hexose. Method.
[14] The method for producing 2-furaldehyde according to any one of [1] to [13], wherein the catalyst is supplied after being dissolved in water.

[15] 前記触媒がホウ酸であることを特徴とする、[1]〜[14]のいずれかに記載の2−フルアルデヒドの製造方法。
[16] (1)ヘキソースを構成成分とする糖原料、(2)無機酸(但し、ホウ酸を除く)及び有機酸からなる群より選ばれる1以上の酸、及び/又は、金属化合物、並びに(3)溶媒を含むことを特徴とする2−フルアルデヒド製造用組成物。
[17] 前記溶媒が、非プロトン性極性溶媒であることを特徴とする、[16]に記載の2−フルアルデヒド製造用組成物。
[15] The method for producing 2-furaldehyde according to any one of [1] to [14], wherein the catalyst is boric acid.
[16] (1) a sugar raw material comprising hexose as a constituent, (2) one or more acids selected from the group consisting of inorganic acids (excluding boric acid) and organic acids, and / or metal compounds, and (3) A composition for 2-furaldehyde production comprising a solvent.
[17] The composition for producing 2-furaldehyde according to [16], wherein the solvent is an aprotic polar solvent.

本発明によれば、ヘキソースを構成成分として含むセルロース等を糖原料として2−フルアルデヒドを製造する際に、予め固体酸触媒を調製することなく、最終的な目的とする2−フルアルデヒドを高収率で製造することが可能であり、工業的に有利な2−フルアルデヒドの製造方法を提供することができる。   According to the present invention, when 2-furaldehyde is produced using cellulose or the like containing hexose as a constituent as a saccharide raw material, the final target 2-furaldehyde is increased without preparing a solid acid catalyst in advance. It can be produced in a yield, and an industrially advantageous method for producing 2-furaldehyde can be provided.

以下、本発明につき詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はこれらの内容に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。
なお本明細書において、本発明の製造方法に係る「少なくとも糖原料、溶媒、ホウ素化合物、並びに、(a)無機酸(但し、ホウ酸を除く)及び有機酸からなる群より選ばれる1以上の酸、及び/又は、(b)金属化合物を混合」した液を「反応液」といい、ホウ素化合物が触媒として作用している反応液を「反応系」という。
Hereinafter, the present invention will be described in detail, but the description of the constituent elements described below is an example (representative example) of an embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to these contents. Various modifications can be made within the scope of the gist.
In the present specification, according to the production method of the present invention, “at least one of a sugar raw material, a solvent, a boron compound, and (a) one or more selected from the group consisting of inorganic acids (excluding boric acid) and organic acids” A liquid obtained by mixing “acid and / or (b) metal compound” is referred to as “reaction liquid”, and a reaction liquid in which a boron compound acts as a catalyst is referred to as “reaction system”.

[2-フルアルデヒドの製造方法]
本発明の2−フルアルデヒドの製造方法は、少なくとも、ヘキソースを構成成分とする糖原料、触媒、及び溶媒を混合して反応させるものであり、前記触媒が、ホウ素化合物であり、反応系に(a)無機酸(但し、ホウ酸を除く)及び有機酸からなる群より選ばれる1以上の酸、及び/又は、(b)金属化合物を混合して反応させることを特徴とする。
[Method for producing 2-furaldehyde]
The production method of 2-furaldehyde of the present invention is a method in which at least a sugar raw material containing hexose, a catalyst, and a solvent are mixed and reacted, and the catalyst is a boron compound, and the reaction system includes ( a) One or more acids selected from the group consisting of inorganic acids (excluding boric acid) and organic acids, and / or (b) metal compounds are mixed and reacted.

<ヘキソースを構成成分とする糖原料>
本発明において用いられる、ヘキソースを構成成分とする糖原料とは、糖を構成する炭素数が6個であるヘキソース(六炭糖類)をその構成成分として含むものをいう。
構成成分としてのヘキソースの含まれ方は特に限定されるものではないが、糖類の分子中にヘキソースを含むものでも、混合物中にヘキソースを含むものでもよく、またヘキソースを含む糖類(たとえば後述するセルロース等の多糖類)の原料となり得る天然物等も含まれる。
<Sugar raw material containing hexose>
The sugar raw material having hexose as a constituent used in the present invention refers to a substance containing hexose (hexose sugar) having 6 carbons as a constituent.
The way in which hexose is included as a constituent component is not particularly limited, but it may be one containing hexose in the saccharide molecule or one containing hexose in the mixture, and saccharide containing hexose (for example, cellulose described later). Natural products that can be used as raw materials for polysaccharides such as

構成成分として含まれるヘキソースとしては、特に限定されるものではなく、アルドース、ケトース、デオキシ糖のいずれでもよい。
具体的にはアロース、タロース、グロース、グルコース(ブドウ糖)、アルトロース、マンノース、ガラクトース、イドース等のアルドース;プシコース、フルクトース(果糖)、ソルボース、タガトース等のケトース;フコース, フクロース, ラムノース等のデオキシ糖;等が挙げられる。好ましくは、以下に記載する糖原料中の含有量が多いことから、グルコース、フルクトースが好ましく、非可食原料由来での入手が可能であることから、グルコースがより好ましい。また、本発明で用いられる糖原料は、上記のヘキソースを1種類でも、2種類以上含むものでもよい。
The hexose contained as a constituent component is not particularly limited, and may be any of aldose, ketose, and deoxy sugar.
Specifically, aldoses such as allose, talose, growth, glucose (glucose), altrose, mannose, galactose and idose; ketoses such as psicose, fructose (fructose), sorbose and tagatose; deoxy sugars such as fucose, fucose and rhamnose And the like. Preferably, glucose and fructose are preferable because the content in the sugar raw material described below is large, and glucose is more preferable because it can be obtained from a non-edible raw material. Moreover, the sugar raw material used in the present invention may contain one kind or two or more kinds of the above hexoses.

本発明のヘキソースを構成成分に含む糖原料として、ヘキソースを含有するものが挙げられる。具体的には、ヘキソースを構成成分に含む糖類であって、前記ヘキソースの単糖;スクロース(ショ糖)、ラクトース(乳糖)、トレハロース、イソトレハロース、ツラノース、セロビオース、コージビオース、ソホロース、ニゲロース、ラミナリビオース、マルトース(麦芽糖)、イソマルトース、ゲンチオビオース等のヘキソースを含む二糖類;ラフィノース、パノース、マルトトリオース、メレジトース、ゲンチアノース、スタキオース、ガラクトオリゴ糖、フラクトオリゴ糖、乳果オリゴ糖、マンナンオリゴ糖等のヘキソースを含むオリゴ糖;セルロース、でんぷん、デキストリン等のヘキソースを含む多糖類等が挙げられる。   Examples of the sugar raw material containing the hexose of the present invention as a constituent component include those containing hexose. Specifically, it is a saccharide containing hexose as a constituent component, which is a monosaccharide of the hexose; sucrose (sucrose), lactose (lactose), trehalose, isotrehalose, turanose, cellobiose, cordobiose, sophorose, nigerose, laminaribio Disaccharides containing hexoses such as sucrose, maltose (maltose), isomaltose, gentiobiose; Examples include oligosaccharides containing saccharides; polysaccharides containing hexoses such as cellulose, starch, and dextrin.

本発明におけるヘキソースを構成成分に含む糖原料としては、上記のヘキソースを含有するものの他に、これら糖類の原料となるもの、例えば天然物等も含まれる。
具体的な糖原料としては、木材や紙、木綿、稲わらや麦わら、トウモロコシの芯、サトウキビの搾りかす(バガス)等のセルロースを含有する原料;ジャガイモやサツマイモ等の芋類、米、麦、とうもろこし等のでんぷんを含有する原料;果汁、水あめ、蜂蜜等の複数の糖類を含有する果汁糖蜜類;等が挙げられる。上記の原料は、単独で用いても2種類
以上を組み合わせて使用してもよい。
Examples of the sugar raw material containing hexose as a constituent in the present invention include those used as raw materials for these sugars, such as natural products, in addition to those containing the above hexose.
Specific sugar raw materials include raw materials containing cellulose such as wood, paper, cotton, rice straw and wheat straw, corn core, sugarcane pomace (bagasse); potatoes, sweet potatoes, rice, wheat, Examples include raw materials containing starch such as corn; fruit juice molasses containing a plurality of sugars such as fruit juice, syrup, and honey. The above raw materials may be used alone or in combination of two or more.

また、木材等のペントースとヘキソースを構成成分に含む原料から先に五炭糖(ペントース)成分を抽出利用した残渣を本発明の原料として用いることもできる。ペーパースラッジ等の灰分や共存成分を多く含む廃棄物を原料として用いることも有効である。一方で、原料の種類や様態によっては、触媒の構成成分や反応条件を最適化することにより、原料に含まれるペントースとヘキソース両方から同時にフルフラールを得ることも可能である。
これらのうち、セルロースは樹木や草の主要構成成分として多量に存在しており、またでんぷんやショ糖と異なり非可食資源であることから、糖原料としてはセルロースを含有するものが好ましい。また、でんぷんを含有するものは、純度の高いものが容易に入手できるため好ましく用いられる。
Moreover, the residue which extracted and utilized the pentose (pentose) component previously from the raw material which contains pentoses and hexoses, such as wood, as a structural component can also be used as a raw material of this invention. It is also effective to use waste containing a large amount of ash and coexisting components such as paper sludge as a raw material. On the other hand, depending on the type and mode of the raw material, it is possible to obtain furfural simultaneously from both pentose and hexose contained in the raw material by optimizing the constituent components and reaction conditions of the catalyst.
Among these, cellulose is present in a large amount as a main component of trees and grasses, and unlike starch and sucrose, it is a non-edible resource. Therefore, a material containing cellulose is preferable as a sugar raw material. Further, those containing starch are preferably used because highly pure ones can be easily obtained.

<触媒>
触媒として用いられるホウ素化合物は、水溶性あるいは水により加水分解してホウ酸を
生成するものが好ましい。その理由は、触媒と他の成分(ヘキソースを構成成分とする糖原料や任意に含まれる酸、金属化合物、又は水)との反応により、反応器内での触媒の分散性や均一性、およびヘキソースを構成成分とする糖原料との親和性が高まり、ひいては高い触媒効率が得られるからである。例えば、ホウ酸と無水カルボン酸の反応で生成する酸無水物もホウ素化合物として使用できる。なお、ここでいう水溶性とは25℃で100ccの水に1g以上溶解するものをいう。
<Catalyst>
The boron compound used as the catalyst is preferably water-soluble or one that generates boric acid by hydrolysis with water. The reason is that the dispersibility and uniformity of the catalyst in the reactor due to the reaction between the catalyst and other components (sugar raw material containing hexose or any acid, metal compound, or water optionally contained), and This is because the affinity with a sugar raw material containing hexose as a constituent is increased, and as a result, high catalytic efficiency is obtained. For example, an acid anhydride produced by a reaction between boric acid and carboxylic anhydride can also be used as the boron compound. In addition, water solubility here means what melt | dissolves 1g or more in 100cc water at 25 degreeC.

本発明において触媒として用いられるホウ素化合物としては、具体的には、ホウ酸、酸化ホウ素、ホウ酸エステル、及びハロゲン化ホウ素、ボロン酸、ボリン酸やそれらのエステル等が挙げられるが、中でもホウ酸、酸化ホウ素、ホウ酸エステル、及びハロゲン化ホウ素からなる群より選ばれる1以上であるのが好ましい
ホウ酸エステル(ホウ酸アルキル、ホウ素アルコキシドとも呼ばれる)としては、ホウ酸モノメチル、ホウ酸ジメチル、ホウ酸トリメチル、ホウ酸トリエチル、ホウ酸トリブチル等の、ホウ酸と炭素数1〜4のアルキル基とのモノ、ジ、トリエステルが挙げられる。
Specific examples of the boron compound used as a catalyst in the present invention include boric acid, boron oxide, boric acid esters, and boron halides, boronic acids, boric acid and esters thereof. 1 or more selected from the group consisting of boron oxide, boric acid ester, and boron halide is preferable. Examples of boric acid ester (also called alkyl borate or boron alkoxide) include monomethyl borate, dimethyl borate, boric acid Examples thereof include mono-, di- and triesters of boric acid and an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms such as trimethyl acid, triethyl borate, tributyl borate and the like.

ハロゲン化ホウ素としては、三塩化ホウ素、三フッ化ホウ素、三臭化ホウ素等が挙げられる。
これらの中でも、ホウ酸、酸化ホウ素、ホウ酸エステルが好ましく、安価で取り扱いも容易である点で、ホウ酸が更に好ましい。ホウ素化合物は2種以上組み合わせて使用してもよいし、三フッ化ホウ素とエーテルとの錯体のように複合体として用いることも可能である。
Examples of the boron halide include boron trichloride, boron trifluoride, and boron tribromide.
Among these, boric acid, boron oxide, and boric acid ester are preferable, and boric acid is more preferable because it is inexpensive and easy to handle. Two or more boron compounds may be used in combination, or may be used as a complex such as a complex of boron trifluoride and ether.

ホウ素化合物は、上記のとおり、化合物との反応や加水分解により適度に分散した触媒活性種を創出するとともに、反応系を2−フルアルデヒドの製造に適した酸性度に調整する役割をもっている。また、一部は、ヘキソースを構成成分とする糖原料や反応中間体と作用、反応し、それらのホウ酸エステルを形成することにより、2−フルアルデヒドへ到る反応の進行を有利にすると考えられる。
尚、本発明においては、本発明の効果を損なわない範囲で、上記ホウ素化合物以外の触媒を併用してもよい。
As described above, the boron compound creates catalytically active species that are appropriately dispersed by reaction with the compound or hydrolysis, and has a role of adjusting the reaction system to an acidity suitable for the production of 2-furaldehyde. In addition, some think that the progress of the reaction to 2-furaldehyde is made advantageous by acting and reacting with saccharide raw materials and reaction intermediates containing hexose as a constituent and forming borate esters thereof. It is done.
In the present invention, a catalyst other than the boron compound may be used in combination as long as the effects of the present invention are not impaired.

<溶媒>
本発明において用いられる溶媒は、本発明の目的を満たす限りにおいては特に限定されるものではないが、通常、後述する反応により、主成する2−フルアルデヒドを反応系外に排出しながら、好ましくは気相で排出しながら反応させることができる溶媒が好ましく、中でも、反応温度において安定して溶媒として機能する点から、2−フルアルデヒドの沸点以上の沸点を有する溶媒が好ましい。かかる溶媒は、具体的には、非プロトン性極性溶媒、1−エチル−3メチルイミダゾリウムクロライド、1−エチル−3メチルイミダゾリウムメチルフォスフォネート等のイオン液体や溶融塩、超臨界二酸化炭素等から選択される。
<Solvent>
The solvent used in the present invention is not particularly limited as long as the object of the present invention is satisfied, but it is usually preferable to discharge the main 2-furaldehyde out of the reaction system by the reaction described later. Is preferably a solvent that can be reacted while being discharged in the gas phase, and among them, a solvent having a boiling point equal to or higher than that of 2-furaldehyde is preferable from the viewpoint of functioning stably as a solvent at the reaction temperature. Specific examples of such solvents include aprotic polar solvents, ionic liquids such as 1-ethyl-3methylimidazolium chloride, 1-ethyl-3methylimidazolium methylphosphonate, molten salts, supercritical carbon dioxide, and the like. Selected from.

これらの溶媒の中でも、非プロトン性極性溶媒が、原料や生成物である2−フルアルデヒドとの反応性に乏しく、本発明の反応に使用する前述のホウ素化合物に対して安定であることから特に好ましい。本発明の目的を達成しうるものであれば、非プロトン性極性溶媒の種類は特に限定されるものではないが、好ましくは反応温度において安定して溶媒として機能する点で、2−フルアルデヒドより高沸点、より具体的には、沸点が、2−フルアルデヒドの沸点より20℃以上高い非プロトン性極性溶媒が用いられる。   Among these solvents, the aprotic polar solvent is particularly inferior in reactivity with the raw material and the product 2-furaldehyde, and is stable with respect to the boron compound used in the reaction of the present invention. preferable. The type of the aprotic polar solvent is not particularly limited as long as the object of the present invention can be achieved. However, it is preferable to 2-furaldehyde in that it functions as a solvent stably at the reaction temperature. An aprotic polar solvent having a high boiling point, more specifically, a boiling point which is 20 ° C. or more higher than the boiling point of 2-furaldehyde is used.

具体的にはジメチルホルムアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルスルフォキシド、ヘキサメチルフォスフォリックトリアミド、ジメチルスルフォン、スルフォラン(テトラヒドロチオフェン−1,1−ジオキシド)、フタリド(1,3−ジヒドロイソベン
ゾフラン−1−オン)等が例示され、2−フルアルデヒドの収率の面でジメチルスルフォン、スルフォラン、フタリドが好ましい。
Specifically, dimethylformamide, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethyl sulfoxide, hexamethylphosphoric triamide, dimethyl sulfone, sulfolane (tetrahydrothiophene-1,1-dioxide), phthalide (1,3-dihydro) Isobenzofuran-1-one) and the like, and dimethylsulfone, sulfolane, and phthalide are preferable in terms of the yield of 2-furaldehyde.

上記溶媒は単独で用いても、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
本発明において用いる溶媒の使用量は、本発明の目的を満たす限りにおいては特に限定されるものではない。具体的には、反応原料が熱分解して得られるレボグルコサン等の中間体を溶解するのに十分かつ2−フルアルデヒドに変換されることが阻害されない量があればよい。
溶媒の具体的な使用量は、通常、ヘキソースを構成成分とする糖原料1質量部に対し1〜1000質量部である。
The above solvents may be used alone or in combination of two or more.
The amount of the solvent used in the present invention is not particularly limited as long as the object of the present invention is satisfied. Specifically, it is sufficient that the reaction raw material has an amount sufficient to dissolve an intermediate such as levoglucosan obtained by thermal decomposition and does not inhibit the conversion to 2-furaldehyde.
The specific usage-amount of a solvent is 1-1000 mass parts normally with respect to 1 mass part of sugar raw materials which use hexose as a structural component.

<酸>
本発明の製造方法においては、上述のように、ホウ素化合物を触媒として用いるが、更に、反応系に(a)無機酸(但し、ホウ酸を除く)及び有機酸からなる群より選ばれる1以上の酸(以下、無機酸(但し、ホウ酸を除く)及び有機酸を合わせてホウ酸以外の酸と略することがある)、及び/又は、(b)金属化合物を混合して反応させる。ホウ酸以外の酸は、酸性やホウ素化合物の反応性の調整のために、反応系に、別途、添加される。添加する酸の種類は特に限定されないが、ハロゲン化水素、硫酸、リン酸、イソポリ酸、ヘテロポリ酸等の無機酸(但し、ホウ酸を除く)及び有機酸が挙げられる。好ましくは、硫酸、リン酸、ピロリン酸、有機酸であり、特に好ましくは、硫酸、リン酸及びカルボン酸、である。
<Acid>
In the production method of the present invention, as described above, a boron compound is used as a catalyst, and the reaction system further includes (a) one or more selected from the group consisting of inorganic acids (excluding boric acid) and organic acids. (Hereinafter referred to as inorganic acid (excluding boric acid) and organic acid may be abbreviated as acids other than boric acid) and / or (b) a metal compound. Acids other than boric acid are separately added to the reaction system in order to adjust the acidity and the reactivity of the boron compound. Although the kind of acid to add is not specifically limited, Inorganic acids (however, except a boric acid) and organic acids, such as hydrogen halide, a sulfuric acid, phosphoric acid, an isopoly acid, heteropoly acid, are mentioned. Of these, sulfuric acid, phosphoric acid, pyrophosphoric acid, and organic acids are preferable, and sulfuric acid, phosphoric acid, and carboxylic acid are particularly preferable.

好ましい有機酸としては、カルボン酸、スルフォン酸等が挙げられ、特に好ましくはカルボン酸である。カルボン酸の種類は特に限定されないが、高温の反応条件でも揮発しにくくかつ安定なカルボン酸が好ましく、具体的には沸点が120℃以上のカルボン酸である、コハク酸、フマル酸、シュウ酸、クエン酸、酒石酸、乳酸、レブリン酸、グルコン酸、グルクロン酸、安息香酸、フタル酸、サリチル酸等があげられる。   Preferred organic acids include carboxylic acid, sulfonic acid and the like, and particularly preferred is carboxylic acid. The type of the carboxylic acid is not particularly limited, but is preferably a carboxylic acid that is less likely to volatilize even under high-temperature reaction conditions, and is preferably a carboxylic acid having a boiling point of 120 ° C. or higher, specifically succinic acid, fumaric acid, oxalic acid, Citric acid, tartaric acid, lactic acid, levulinic acid, gluconic acid, glucuronic acid, benzoic acid, phthalic acid, salicylic acid and the like can be mentioned.

通常、触媒成分として2種類以上を用いることは考えないが、本発明の方法では、ホウ
素化合物にホウ酸以外の酸を加えることによって2−フルアルデヒド収率を高めることができた。この酸の添加の効果は、触媒として主要な役割を担うホウ素化合物の加水分解の度合いや溶媒や水への溶解度を調整し、あるいは原料へのアクセスや原料との反応による不活性化を妨げ、結果として触媒活性を高めることにある。また、特に、とうもろこしの芯やバガスなどの草本系の農産廃棄物を直接原料に用いる場合に効果は顕著であり、酸の共用は、原料が含むアルカリなどのミネラル分が主要な触媒成分であるホウ素化合物の反応性を阻害することを回避する。
ホウ酸以外の酸は、2種以上を組み合わせて使用してもよい。
これらの酸の添加のタイミングは特に限定されないが、通常、ホウ素化合物の導入と同時に加えられるか、あらかじめホウ素化合物に混合して用いられる
加える酸の量は、特に限定されるものではないが、回分方式では、用いられるホウ素化合物の総量1質量部に対して、通常0.01質量部以上100質量部以下である。連続方式においては、1時間あたりに反応器に供給されるホウ素化合物の総量1質量部に対して、1時間あたり、通常0.01質量部以上100質量部以下、好ましくは0.02質量部以上50質量部以下、より好ましくは0.05質量部以上20質量部以下となるように、酸を連続供給する。上記範囲で供給する場合には、特に、収率が向上する傾向となる。但し、多すぎると反応使用後の分離も煩雑になる傾向にある。
Usually, it is not considered to use two or more kinds as catalyst components, but in the method of the present invention, the yield of 2-furaldehyde could be increased by adding an acid other than boric acid to the boron compound. The effect of this acid addition adjusts the degree of hydrolysis of the boron compound, which plays a major role as a catalyst, and the solubility in solvents and water, or prevents inactivation due to access to the raw material and reaction with the raw material, As a result, the catalytic activity is increased. The effect is particularly remarkable when herbaceous agricultural waste such as corn or bagasse is used as a raw material directly, and in the use of acid, minerals such as alkali contained in the raw material are the main catalyst components. Avoid inhibiting the reactivity of boron compounds.
Two or more acids other than boric acid may be used in combination.
The timing of addition of these acids is not particularly limited, but the amount of acid to be added is not particularly limited, but is usually added simultaneously with the introduction of the boron compound or mixed with the boron compound in advance. In a system, it is 0.01 mass part or more and 100 mass parts or less normally with respect to 1 mass part of total amounts of the boron compound used. In a continuous system, per 1 hour, the total amount of boron compounds supplied to the reactor per hour is usually 0.01 parts by weight or more and 100 parts by weight or less, preferably 0.02 parts by weight or more. The acid is continuously supplied so as to be 50 parts by mass or less, more preferably 0.05 parts by mass or more and 20 parts by mass or less. When supplying in the said range, it becomes the tendency for a yield to improve especially. However, if it is too much, separation after use of the reaction tends to become complicated.

<金属化合物>
上述の通り、本発明の製造方法においては、反応系に(a)ホウ酸以外の酸、及び/又は、(b)金属化合物を混合して反応させる。本発明でホウ素化合物とともに使用される
金属化合物は、通常、ホウ素化合物と相互作用して、2−フルアルデヒドの生成能を有する触媒活性種に変化する化合物である。かかる金属化合物としては、該金属化合物を加水分解した際に生成する水酸化物が両性となる化合物であるのが、2−フルアルデヒドを高収率で得る点で好ましい。ここで、両性となるとは、酸に対しては塩基性、塩基に対しては酸性を示すことを意味し、具体的には、Al、Ga、In、Sn、Ti、Zr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Pb、Bi及びZnからなる群から選ばれる金属の化合物が挙げられる。
<Metal compound>
As described above, in the production method of the present invention, (a) an acid other than boric acid and / or (b) a metal compound is mixed and reacted in the reaction system. The metal compound used together with the boron compound in the present invention is usually a compound that interacts with the boron compound and changes to a catalytically active species having the ability to produce 2-furaldehyde. Such a metal compound is preferably a compound in which the hydroxide produced when the metal compound is hydrolyzed is amphoteric in terms of obtaining 2-furaldehyde in a high yield. Here, being amphoteric means that it is basic to an acid and acidic to a base, specifically, Al, Ga, In, Sn, Ti, Zr, Mn, Fe, Examples thereof include a metal compound selected from the group consisting of Co, Ni, Cu, Pb, Bi, and Zn.

これらの金属を含む化合物とホウ素化合物から得られる触媒活性種は、これらの金属を含む化合物の加水分解やホウ素化合物との反応により適度に分散し、固体酸触媒ほどには凝集しないため、原料となるヘキソースを構成成分として含む糖原料と接触するにあたり、酸性触媒として固体酸触媒より有効性が高い形態を保持できる。
特に、原料となるヘキソースを構成成分として含む糖原料がセルロースやバイオマスなどの固体の場合はその有効性はさらに顕著である。固体酸触媒はたとえ高表面積を有する固体酸触媒であっても、固体の糖原料との接触部分は極めて少ないのに対し、これらの金属を含む化合物やこれらの金属を含む化合物とホウ素化合物から得られる触媒活性種は親水性が高く、固体の糖原料と混合した段階で水や溶媒の媒介により固体の糖原料の内部までアクセスし、固体内部の糖ユニットにも有効に作用することが可能となる。その結果、固体酸触媒を用いる場合よりも少量で高い2−フルアルデヒド収率が得られると考えられる。さらには、これらの金属を含む化合物とホウ素化合物から得られる触媒活性種は、硫酸ほどには脱水炭化力がないため、収率の低下を招くことなく、2−フルアルデヒドの生成に適していると考えられる。
The catalytically active species obtained from these metal-containing compounds and boron compounds are adequately dispersed by hydrolysis of these metal-containing compounds and reaction with boron compounds, and do not aggregate as solid acid catalysts. In contact with a sugar raw material containing hexose as a constituent, the acidic catalyst can maintain a form that is more effective than a solid acid catalyst.
In particular, when the sugar raw material containing hexose as a raw material is a solid such as cellulose or biomass, the effectiveness is even more remarkable. Even if the solid acid catalyst is a solid acid catalyst having a high surface area, the contact portion with the solid sugar raw material is extremely small, but it is obtained from a compound containing these metals or a compound containing these metals and a boron compound. The resulting catalytically active species is highly hydrophilic, and when mixed with a solid sugar raw material, it can reach the inside of the solid sugar raw material through the media of water or solvent, and can effectively act on the sugar unit inside the solid. Become. As a result, it is considered that a higher yield of 2-furaldehyde can be obtained with a smaller amount than when a solid acid catalyst is used. Furthermore, since the catalytically active species obtained from compounds containing these metals and boron compounds are not as dehydrated and carbonizable as sulfuric acid, they are suitable for the production of 2-furaldehyde without causing a decrease in yield. it is conceivable that.

上記金属化合物の中で、Al、Sn、Ti、Zr、Fe、Co、Znからなる群から選ばれる元素を含む金属化合物が2−フルアルデヒドの収率の点で好適に用いられる。Al、Fe、Znから選ばれる元素を含む金属化合物がさらに好ましい。
尚、上記金属化合物は、単独で用いても、2種以上を用いてもよい。
また、上記金属化合物の中でも、2−フルアルデヒドの収率が良好であることにより、好ましいものは、金属アルコキシド、金属有機酸塩、及び金属ハロゲン化物及び金属硫酸塩等が挙げられる。
Among the above metal compounds, a metal compound containing an element selected from the group consisting of Al, Sn, Ti, Zr, Fe, Co, and Zn is preferably used in terms of the yield of 2-furaldehyde. A metal compound containing an element selected from Al, Fe, and Zn is more preferable.
In addition, the said metal compound may be used independently or may use 2 or more types.
Among the above metal compounds, preferred are metal alkoxides, metal organic acid salts, metal halides, metal sulfates and the like due to the good yield of 2-furaldehyde.

Alを例に具体的化合物を例示すると、金属アルコキシドとしては、アルミニウムイソプロポキシド等、金属有機酸塩、としては、安息香酸アルミニウム、乳酸アルミニウム、酢酸アルミニウム、クエン酸アルミニウム、セバシン酸アルミニウム等、金属ハロゲン化物としては、塩化アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム等が、更に硫酸アルミニウムや硝酸アルミニウムが挙げられる。他の金属化合物としては、上記例示のAlを他の金属に置き換えた化合物等が挙げられる。
金属化合物は2種を組み合わせて使用してもよい。
これらの金属化合物の添加のタイミングは特に限定されないが、通常、ホウ素化合物の導入と同時に加えられるか、あらかじめホウ素化合物に混合して用いられる。
Illustrative of specific compounds taking Al as an example, metal alkoxides, such as aluminum isopropoxide, metal organic acid salts, such as aluminum benzoate, aluminum lactate, aluminum acetate, aluminum citrate, aluminum sebacate, etc. Examples of the halide include aluminum chloride and polyaluminum chloride, and further include aluminum sulfate and aluminum nitrate. Examples of other metal compounds include compounds in which the above exemplified Al is replaced with other metals.
Two or more metal compounds may be used in combination.
Although the timing of addition of these metal compounds is not particularly limited, they are usually added simultaneously with the introduction of the boron compound or mixed with the boron compound in advance.

加える金属化合物の量は、特に限定されるものではないが、回分方式では、用いられるホウ素化合物の総量1質量部に対して、通常0.01質量部以上100質量部以下である。
連続方式においては、1時間あたりに反応器に供給されるホウ素化合物の総量1質量部に対して、1時間あたり、通常0.01質量部以上100質量部以下、好ましくは0.02質量部以上50質量部以下、より好ましくは0.05質量部以上20質量部以下となるように、金属化合物を連続供給する。上記範囲で供給する場合には、特に、収率が向上する傾向となる。但し、多すぎると反応使用後の分離も煩雑になる傾向にある。
The amount of the metal compound to be added is not particularly limited, but in the batch system, it is usually 0.01 parts by mass or more and 100 parts by mass or less with respect to 1 part by mass of the total amount of boron compounds used.
In a continuous system, per 1 hour, the total amount of boron compounds supplied to the reactor per hour is usually 0.01 parts by weight or more and 100 parts by weight or less, preferably 0.02 parts by weight or more. The metal compound is continuously supplied so as to be 50 parts by mass or less, more preferably 0.05 parts by mass or more and 20 parts by mass or less. When supplying in the said range, it becomes the tendency for a yield to improve especially. However, if it is too much, separation after use of the reaction tends to become complicated.

<水>
本発明の製造方法においては、2−フルアルデヒド生成反応を進行させるために、反応系内に水を存在させることが好ましい。水の役割は原料の膨張や水和を促すとともに、2−フルアルデヒドに至る中間体への反応を促進し、生成した2−フルアルデヒドを反応系外に留出させるための役割をも担っている。従って、本発明の2−フルアルデヒドの製造方法では、好ましくは、反応系に水を供給する。特に、溶媒として非プロトン性極性溶媒を用いる場合、水を併用するのが上記の理由から好ましい。
<Water>
In the production method of the present invention, it is preferable that water is present in the reaction system in order to advance the 2-furaldehyde production reaction. The role of water is to promote the expansion and hydration of the raw materials, promote the reaction to the intermediate leading to 2-furaldehyde, and also play the role of distilling the produced 2-furaldehyde out of the reaction system. Yes. Therefore, in the method for producing 2-furaldehyde of the present invention, water is preferably supplied to the reaction system. In particular, when an aprotic polar solvent is used as the solvent, it is preferable to use water in combination for the above reason.

水の供給方法は、特に限定されるものではなく、反応方式によって異なるが、液体で供給する方法、または気化させて水蒸気として供給する方法等が挙げられる。またヘキソースを構成成分として含む糖原料と必要量の水をあらかじめ混合して仕込んでも良く、また反応に悪影響を与えない物質と水とを混合して仕込んでも良い。水を反応系に連続的又は間欠的に供給しながら反応させてもよい。   The method for supplying water is not particularly limited, and may vary depending on the reaction method, and examples thereof include a method of supplying as a liquid, a method of vaporizing and supplying as water vapor, and the like. Further, a sugar raw material containing hexose as a constituent component and a necessary amount of water may be mixed and charged in advance, or a substance that does not adversely influence the reaction and water may be mixed and charged. You may make it react, supplying water continuously or intermittently to a reaction system.

水を供給する場合の供給量は、特に限定されるものではないが、通常、回分方式では反応器から水と共に留去される2−フルアルデヒドの総量1質量部に対して、0.1質量部以上、連続方式においては、通常、1時間あたりに反応器から水と共に留去される2−フルアルデヒド1質量部に対して、1時間あたり0.1質量部以上となるように連続供給する。上記範囲で供給する場合には、特に、収率が向上する傾向となる。但し、多すぎるとエネルギーの消費が多くなり、生成した2−フルアルデヒドとの分離も煩雑になる傾向にあるため、水の供給量の上限は、回分方式では反応器から水と共に留去される2−フルアルデヒドの総量1質量部に対して、通常100質量部以下程度、連続方式においては、通常、1時間あたりに反応器から水と共に留去される2−フルアルデヒド1質量部に対して、通常1時間あたり100質量部以下程度が好ましい。
本発明の製造方法においては、本発明の効果を損なわない範囲で、上記以外の他の成分を混合して反応させてもよい。
Although the supply amount in the case of supplying water is not particularly limited, it is usually 0.1 mass per 1 part by mass of 2-furaldehyde distilled together with water from the reactor in a batch system. In the continuous method, the amount is usually continuously supplied so as to be 0.1 parts by mass or more per hour with respect to 1 part by mass of 2-furaldehyde distilled off with water from the reactor per hour. . When supplying in the said range, it becomes the tendency for a yield to improve especially. However, if the amount is too large, the consumption of energy increases and the separation from the produced 2-furaldehyde tends to become complicated, so the upper limit of the water supply amount is distilled off together with water from the reactor in a batch system. For a total amount of 2-furaldehyde of 1 part by mass, usually about 100 parts by mass or less, and in a continuous system, usually with respect to 1 part by mass of 2-furaldehyde distilled off from the reactor together with water per hour. Usually, about 100 parts by mass or less per hour is preferable.
In the production method of the present invention, other components than the above may be mixed and reacted within a range not impairing the effects of the present invention.

<反応>
本発明の2−フルアルデヒドの製造方法では、ヘキソースを構成成分として含む糖原料、触媒、及び溶媒を反応させるが、前記触媒が、ホウ素化合物であり、更に反応系に(a)ホウ酸以外の酸及び/又は(b)金属化合物を混合して反応させることを特徴とし、更に好ましくは水を混合して反応させる。通常、反応は加熱により行われ、混合の方法、順序、及び加熱の方法は特に限定されない。例えば、(1)予め反応温度に設定した反応器に上記の糖原料、ホウ素化合物、溶媒、(a)ホウ酸以外の酸及び/又は(b)金属化合物、水を別々に導入し、反応器内で混合する方法、(2)あらかじめ、糖原料、ホウ素化合物、溶媒、(a)ホウ酸以外の酸及び/又は(b)金属化合物、水を混合して反応器に供給する方法、(3)糖原料、ホウ素化合物、(a)ホウ酸以外の酸及び/又は(b)金属化合物を混合した後に、反応器内に装填した溶媒及び水に導入、混合する方法、あるいは、(4)あらかじめ水とホウ素化合物とを混合し、好ましくはホウ素化合物を水に溶解させ、その後、糖原料や溶媒、(a)ホウ酸以外の酸及び/又は(b)金属化合物を添加、混合する方法、等が挙げられる。これらの混合物は、適度に分散、反応した化合物が原料や溶媒と混ざった、いわゆるスラリー状となることが多く、2−フルアルデヒドの製造に好適な状態が得られる。
<Reaction>
In the method for producing 2-furaldehyde of the present invention, a sugar raw material containing hexose as a constituent, a catalyst, and a solvent are reacted. The catalyst is a boron compound, and (a) other than boric acid is added to the reaction system. It is characterized by mixing and reacting an acid and / or (b) a metal compound, and more preferably, mixing and reacting with water. Usually, the reaction is carried out by heating, and the mixing method, order, and heating method are not particularly limited. For example, (1) the above sugar raw material, boron compound, solvent, (a) acid other than boric acid and / or (b) metal compound, and water are separately introduced into a reactor that has been set to a reaction temperature in advance, and the reactor (2) A method in which a sugar raw material, a boron compound, a solvent, (a) an acid other than boric acid and / or (b) a metal compound, and water are mixed and supplied to the reactor in advance (3) A method of mixing (a) a sugar raw material, a boron compound, (a) an acid other than boric acid and / or (b) a metal compound, and then introducing and mixing them in a solvent and water charged in the reactor, or (4) A method of mixing water and a boron compound, preferably dissolving the boron compound in water, and then adding and mixing a sugar raw material and a solvent, (a) an acid other than boric acid and / or (b) a metal compound, etc. Is mentioned. These mixtures are often in the form of a so-called slurry in which the appropriately dispersed and reacted compounds are mixed with the raw materials and the solvent, and a state suitable for the production of 2-furaldehyde is obtained.

尚、従来の固体酸触媒を用いる場合は、2−フルアルデヒドの製造に適した触媒を調製・製造する必要があり、触媒の調製や製造は、触媒原料の混合撹拌や、沈殿ろ過、蒸発乾燥、焼成などの工程を経るため、多くの場合、煩雑で費用も増してしまう。これに対して、本発明の方法では、ホウ素化合物、(a)ホウ酸以外の無機酸及び/又は金属化合物とヘキソースを構成成分として含む糖原料と接触させることにより、触媒、あるいはその前駆体が系内で生成し、実際の反応条件で触媒として作用するため、触媒の調製・製造工程
は実質的に必要なく、きわめて簡便に反応を行うことができるとの利点を有する。
In addition, when using the conventional solid acid catalyst, it is necessary to prepare and manufacture a catalyst suitable for the production of 2-furaldehyde, and the catalyst preparation and production are performed by mixing and stirring the catalyst raw materials, precipitation filtration, and evaporation drying. In many cases, the process such as baking is complicated and expensive. On the other hand, in the method of the present invention, a catalyst or a precursor thereof is obtained by contacting a sugar raw material containing a boron compound, (a) an inorganic acid other than boric acid and / or a metal compound, and hexose as constituent components. Since it is produced in the system and acts as a catalyst under the actual reaction conditions, there is an advantage that the preparation / manufacturing process of the catalyst is substantially unnecessary and the reaction can be carried out very simply.

<反応条件>
本発明の2−フルアルデヒドの製造方法では、反応温度は、特に限定されるものではないが、液相で反応を行い、後述するように、生成する2−フルアルデヒドを反応系外に排出しながら、好ましくは気相で出しながら反応させるのが、2−フルアルデヒドを高収率で得る点から好ましく、この場合には、2−フルアルデヒドの沸点以上かつ溶媒の沸点以下の温度で反応することが好ましい。具体的な反応温度は、例えば140℃以上、好ましくは150℃以上、より好ましくは160℃以上、更に好ましくは170℃以上、特に好ましくは180℃以上、最も好ましくは200°以上であり、通常300℃以下、好ましくは280℃以下、さらに好ましくは260℃以下、特に好ましくは250℃以下である。反応温度が低すぎると、反応収率が不十分となる場合があり、また、反応速度が遅くなる傾向がある。また、2−フルアルデヒドの沸点より低い反応温度では、生成する2−フルアルデヒドが溶媒中や反応系に長く滞留し、重合や過分解を起こす可能性がある。一方、反応温度が高すぎる場合には、糖原料や中間体の副反応が顕著となる可能性があり、また、例えば溶媒の沸点以上の反応温度では溶媒が十分に機能しない恐れがある。
<Reaction conditions>
In the method for producing 2-furaldehyde of the present invention, the reaction temperature is not particularly limited, but the reaction is carried out in a liquid phase, and as will be described later, the produced 2-furaldehyde is discharged out of the reaction system. However, it is preferable that the reaction is carried out while taking out in the gas phase from the viewpoint of obtaining 2-furaldehyde in a high yield. In this case, the reaction is performed at a temperature not lower than the boiling point of 2-furaldehyde and not higher than the boiling point of the solvent. It is preferable. The specific reaction temperature is, for example, 140 ° C. or higher, preferably 150 ° C. or higher, more preferably 160 ° C. or higher, further preferably 170 ° C. or higher, particularly preferably 180 ° C. or higher, most preferably 200 ° C. or higher, and usually 300 ° C or lower, preferably 280 ° C or lower, more preferably 260 ° C or lower, particularly preferably 250 ° C or lower. If the reaction temperature is too low, the reaction yield may be insufficient, and the reaction rate tends to be slow. Moreover, at the reaction temperature lower than the boiling point of 2-furaldehyde, the produced 2-furaldehyde may stay in the solvent or in the reaction system for a long time, thereby causing polymerization or excessive decomposition. On the other hand, if the reaction temperature is too high, side reactions of sugar raw materials and intermediates may become prominent, and there is a possibility that the solvent will not function sufficiently, for example, at a reaction temperature higher than the boiling point of the solvent.

本発明の2−フルアルデヒドの製造方法における反応圧力は、特に限定されるものではない。反応系が液相に保持され、生成する2−フルアルデヒドを水と共に反応系外に留出可能な範囲であれば任意の反応圧力に調整可能である。
また本発明で用いられる反応は、適宜窒素、ヘリウム、アルゴン、二酸化炭素等の、反応に悪影響を与えない物質を共存させて実施することができる。
The reaction pressure in the production method of 2-furaldehyde of the present invention is not particularly limited. The reaction system can be adjusted to any reaction pressure as long as the reaction system is maintained in a liquid phase and 2-furaldehyde produced can be distilled out of the reaction system together with water.
In addition, the reaction used in the present invention can be carried out in the presence of a substance that does not adversely influence the reaction, such as nitrogen, helium, argon, carbon dioxide, and the like.

<反応方式>
本発明の2−フルアルデヒドの製造方法の反応方式は、回分式反応でも連続式反応でも行うことができる。
回分式反応の場合には、具体的には反応器に、上記ヘキソースを構成成分とする糖原料、(a)ホウ酸以外の酸及び/又は(b)金属化合物、溶媒、ホウ素化合物を仕込み、加熱攪拌下に、好ましくは水を供給しながら反応させ、生成する2−フルアルデヒドを反応器から、好ましくは気相に抜き出して、より好ましくは水と共に反応器から留去させることができる。この場合、糖原料やホウ素化合物、(a)ホウ酸以外の酸及び/又は(b)金属化合物を一括で仕込まず、数回に分けて反応器に供給、あるいは連続的に反応器に供給し、連続方式と同様の原料供給方法を採用しても良い。
<Reaction method>
The reaction system of the production method of 2-furaldehyde of the present invention can be carried out by a batch reaction or a continuous reaction.
In the case of batch reaction, specifically, a sugar raw material containing the above hexose as a constituent, (a) an acid other than boric acid and / or (b) a metal compound, a solvent, and a boron compound are charged into a reactor, The reaction is carried out with heating and stirring, preferably while supplying water, and the resulting 2-furaldehyde can be extracted from the reactor, preferably in the gas phase, and more preferably distilled off from the reactor together with water. In this case, sugar raw materials, boron compounds, (a) acids other than boric acid and / or (b) metal compounds are not charged all at once, and are supplied to the reactor in several batches or continuously to the reactor. A raw material supply method similar to the continuous method may be employed.

固体の糖原料を反応に供する場合、その形状は特に限定されないが、好ましくは数cm以下の小片状や紛体状が好適に用いられる。あらかじめ反応に供する前に反応器内や外で粉砕したり圧壊したりする処理を行ってもかまわない。
回分式反応の場合の反応時間は、原料の種類、触媒の使用量、反応温度および生成する2−フルアルデヒドの所望の収率などにより異なり、特に限定されるものではないが、通常0.1時間以上、好ましくは0.5時間以上であり、通常、50時間以下、好ましくは20時間以下である。
When a solid sugar raw material is used for the reaction, its shape is not particularly limited, but a small piece or powder of several cm or less is preferably used. Prior to subjecting to the reaction, a treatment of pulverizing or crushing inside or outside the reactor may be performed.
The reaction time in the batch reaction varies depending on the kind of raw material, the amount of catalyst used, the reaction temperature and the desired yield of 2-furaldehyde to be produced, and is not particularly limited. It is not less than time, preferably not less than 0.5 hour, usually not more than 50 hours, preferably not more than 20 hours.

連続式反応の場合には、具体的には反応器一端から、上記ヘキソースを構成成分とする糖原料、溶媒、ホウ素化合物、(a)ホウ酸以外の酸及び/又は(b)金属化合物、好ましくは水を連続的に供給し、生成する2−フルアルデヒドを反応系から排出して、好ましくは気相に排出して、より好ましくは水と共に反応器から連続的に留去させつつ、反応器の他端から残りの反応混合物を連続的に抜き出す方法を用いることができる。   In the case of continuous reaction, specifically, from one end of the reactor, a sugar raw material, solvent, boron compound, (a) acid other than boric acid and / or (b) metal compound, The reactor continuously supplies water and discharges the generated 2-furaldehyde from the reaction system, preferably to the gas phase, and more preferably continuously with water to distill off from the reactor. The remaining reaction mixture can be continuously withdrawn from the other end.

連続式反応においては、反応器内での滞留時間は特に限定されるものではないが、通常0.1時間以上、好ましくは0.5時間以上であり、通常、50時間以下、好ましくは2
0時間以下である。
ヘキソースを構成成分とする糖原料、ホウ素化合物、溶媒の使用量は、反応器に、ヘキソースを構成成分とする糖原料、溶媒、ホウ素化合物を仕込んで反応させる回分方式の場合、通常、ヘキソースを構成成分とする糖原料1質量部に対し、ホウ素化合物が0.0001〜100質量部、好ましくは0.001〜50質量部、溶媒が1〜1000質量部、好ましくは10〜500質量部である。この回分方式において、ヘキソースを構成成分とする糖原料を一括で仕込まず、数回に分けて反応器に供給、あるいは連続的に反応器に供給する場合には、通常、一度の反応で使用する出発原料の総量1質量部に対し、ホウ素化合物が0.0001〜100質量部、溶媒が1〜1000質量部である。尚、(a)ホウ酸以外の酸及び/又は(b)金属化合物の使用量は前述のとおりである。
In the continuous reaction, the residence time in the reactor is not particularly limited, but is usually 0.1 hour or longer, preferably 0.5 hour or longer, usually 50 hours or shorter, preferably 2
0 hours or less.
The amount of sugar raw material, boron compound, and solvent that use hexose as a constituent component is usually the amount of hexose used in a batch system in which a sugar raw material, solvent, and boron compound that contains hexose are added to a reactor and reacted. The boron compound is 0.0001 to 100 parts by mass, preferably 0.001 to 50 parts by mass, and the solvent is 1 to 1000 parts by mass, preferably 10 to 500 parts by mass, with respect to 1 part by mass of the sugar raw material. In this batch system, when the sugar raw material containing hexose as a constituent component is not charged all at once, when it is supplied to the reactor in several batches or continuously to the reactor, it is usually used in a single reaction. A boron compound is 0.0001-100 mass parts and a solvent is 1-1000 mass parts with respect to 1 mass part of total amounts of a starting material. In addition, the usage-amount of (a) acids other than boric acid and / or (b) a metal compound is as above-mentioned.

反応器一端から、ヘキソースを構成成分とする糖原料、溶媒、ホウ素化合物、水を連続的に供給し、生成する2−フルアルデヒドを反応系外に排出し、反応器の他端から残りの反応混合物を連続的に抜き出す連続方式の場合、ヘキソースを構成成分とする糖原料、ホウ素化合物、溶媒の使用量は、通常、ヘキソースを構成成分とする糖原料1質量部に対し、ホウ素化合物が0.00001〜100質量部、好ましくは0.0001〜50質量部、溶媒が1〜1000質量部、好ましくは10〜500質量部である。水の供給量は、回分方式においては、通常、反応器から水と共に留去される2−フルアルデヒドの総量1質量部に対して、0.1質量部以上、連続方式においては、通常、1時間あたりに反応器から水と共に留去される2−フルアルデヒド1質量部に対して、1時間あたり0.1質量部以上となるように連続供給する。尚、(a)ホウ酸以外の酸及び/又は(b)金属化合物の使用量は前述のとおりである。   From one end of the reactor, a sugar raw material containing hexose, a solvent, a boron compound, and water are continuously supplied, and 2-furaldehyde produced is discharged out of the reaction system, and the remaining reaction is performed from the other end of the reactor. In the case of a continuous system in which the mixture is continuously extracted, the amount of the sugar raw material containing hexose, the boron compound, and the solvent is usually 0. The amount is 00001 to 100 parts by mass, preferably 0.0001 to 50 parts by mass, and the solvent is 1 to 1000 parts by mass, preferably 10 to 500 parts by mass. In the batch system, the amount of water supplied is usually 0.1 parts by mass or more with respect to 1 part by mass of 2-furaldehyde distilled together with water from the reactor. It supplies continuously so that it may become 0.1 mass part or more per hour with respect to 1 mass part of 2-furaldehyde distilled off with water from a reactor per time. In addition, the usage-amount of (a) acids other than boric acid and / or (b) a metal compound is as above-mentioned.

連続式反応におけるヘキソースを構成成分とする糖原料の供給形態に特に制限はないが、好ましくは溶媒、特に、水や非プロトン性極性溶媒を用いた溶液あるいはペーストやスラリー状態で供給するのが好ましい。また、連続式反応においては、ホウ素化合物、(a)ホウ酸以外の酸及び/又は(b)金属化合物、ヘキソースを構成成分とする糖原料、溶媒のうち少なくとも1種類を分割して反応器に供給する方法や段階的に供給する方法、別口や別ノズルから反応器に供給する方法が好適に用いられる。反応器に供給する前にホウ素化合物、(a)ホウ酸以外の酸及び/又は(b)金属化合物、ヘキソースを構成成分とする糖原料、溶媒をあらかじめ均一に混合するなどの処理を施してもかまわない。
尚、生成する2−フルアルデヒドを反応系外に排出する場合には、上記いずれの場合においても、反応系の溶媒に対して、2−フルアルデヒドの含有量が10質量%以下となるように反応系外に2−フルアルデヒドを出すことが好ましい。
There is no particular limitation on the supply form of the sugar raw material containing hexose as a constituent component in the continuous reaction, but it is preferably supplied in a solvent, particularly a solution or paste or slurry using water or an aprotic polar solvent. . In the continuous reaction, at least one of a boron compound, (a) an acid other than boric acid and / or (b) a metal compound, a sugar raw material containing hexose as a constituent, and a solvent is divided into a reactor. A method of supplying, a method of supplying stepwise, or a method of supplying to the reactor from another port or another nozzle is preferably used. Before being supplied to the reactor, a boron compound, (a) an acid other than boric acid and / or (b) a metal compound, a saccharide raw material containing hexose, a solvent, etc. may be mixed in advance. It doesn't matter.
In addition, when discharging | emitting 2-furaldehyde to produce | generate out of a reaction system in any case, it is so that content of 2-furaldehyde may be 10 mass% or less with respect to the solvent of a reaction system. It is preferable to take 2-furaldehyde out of the reaction system.

<2−フルアルデヒドの分離・回収>
本発明により生成する2−フルアルデヒドの分離・回収は常法により行うことができる。
特に、本発明の好ましい反応条件においては、生成した2−フルアルデヒドがただちに気体になって反応系外に除去されるため、溶媒や反応系に残留する副生成物や金属化合物、ホウ素化合物との分離には労力を要しない。具体的には、反応器からの流出気体を冷却して高沸点成分から順次凝縮させることにより2−フルアルデヒドを分離・回収するか、冷却して一旦すべての液体成分を凝縮させて回収し、次いで蒸留により水および2−フルアルデヒドを分離・回収する。この方法により、反応器からの流出気体に含まれるギ酸、酢酸、ホルムアルデヒドなどの副生物も分離あるいは回収可能である。回収された水は反応系に戻して再使用することができる。
<Separation and recovery of 2-furaldehyde>
Separation and recovery of 2-furaldehyde produced by the present invention can be performed by a conventional method.
In particular, in the preferable reaction conditions of the present invention, the produced 2-furaldehyde is immediately converted into a gas and removed from the reaction system, so that the by-product remaining in the solvent and the reaction system, the metal compound, and the boron compound Separation does not require effort. Specifically, by cooling the effluent gas from the reactor and condensing sequentially from the high boiling point components, 2-furaldehyde is separated and recovered, or by cooling and once condensing and recovering all the liquid components, Next, water and 2-furaldehyde are separated and recovered by distillation. By this method, by-products such as formic acid, acetic acid and formaldehyde contained in the effluent gas from the reactor can be separated or recovered. The recovered water can be returned to the reaction system and reused.

本発明により製造された2−フルアルデヒドを精製する方法としては、特に限定されるものではなく、従来公知の方法により実施できる。具体的には、精密蒸留法が挙げられる。
本発明により製造された2−フルアルデヒドの保存方法は、特に制限されず、従来公知の方法を用いることができるが、例えば常温付近で密閉容器に保存する方法、遮光して不活性ガス雰囲気下に保存する方法等が挙げられる。
It does not specifically limit as a method to refine | purify 2-furaldehyde manufactured by this invention, It can implement by a conventionally well-known method. Specifically, a precision distillation method is mentioned.
The method for preserving 2-furaldehyde produced according to the present invention is not particularly limited, and a conventionally known method can be used. For example, a method of preserving in a closed container near room temperature, a light-shielded inert gas atmosphere. And the like.

本発明の製造方法における、反応後の反応混合物中には、未反応のヘキソースを構成成分とする糖原料、水、溶媒、ホウ素化合物、(a)ホウ酸以外の酸及び/又は(b)金属化合物、副生成物等が含まれている。副生物の形態、種類は反応温度にも依存するが、例えば200℃以上の反応温度を選んだ場合は、副生物はほとんどが炭素、水素、酸素からなるチャー(重合固体)であり、分子状の副生物はごくわずかである。本発明では、反応後の反応混合物から揮発性物質を蒸留分離した残渣(重合固体が主成分)をろ過洗浄することによって、溶媒やホウ素化合物を再使用することが可能である。溶媒や洗浄に用いた水(反応で留去された水(反応器に供給される水や原料から生じた水)を使用可能)とともに、ホウ素化合物等を再びヘキソースを構成成分とする糖原料と混合して2−フルアルデヒドを製造することも好適に行われる。また、残渣に吸着したホウ素化合物は、残渣を燃焼させた後、酸化物として回収し、再使用することができる。   In the reaction mixture after the reaction in the production method of the present invention, a saccharide raw material containing unreacted hexose, water, a solvent, a boron compound, (a) an acid other than boric acid and / or (b) a metal Compounds, by-products, etc. are included. The form and type of the by-product depends on the reaction temperature. For example, when a reaction temperature of 200 ° C. or higher is selected, the by-product is mostly char (polymerized solid) consisting of carbon, hydrogen, and oxygen, and has a molecular shape. There are very few by-products. In the present invention, the solvent and boron compound can be reused by filtering and washing the residue (polymerized solid as a main component) obtained by distilling and separating the volatile substance from the reaction mixture after the reaction. Along with the solvent and water used for washing (the water distilled from the reaction (water supplied to the reactor and water generated from the raw material) can be used) Mixing to produce 2-furaldehyde is also preferably performed. The boron compound adsorbed on the residue can be recovered as an oxide and reused after burning the residue.

また溶媒は、反応後の反応混合物から揮発性物質を蒸留分離する際に、高沸点成分から順次凝縮させることにより分離・回収するか、冷却して一旦すべての揮発性物質を凝縮させて回収し、次いで蒸留により分離・回収する。上記の、本発明の好ましい反応条件において、生成した2−フルアルデヒドがただちに気体になって反応系外に除去される際に、反応器からの流出気体を冷却して高沸点成分から順次凝縮させることにより、溶媒を回収することも好適に行われる。回収された溶媒は反応系にリサイクルすることができる。   In addition, when distilling and separating volatile substances from the reaction mixture after the reaction, the solvent is separated and recovered by sequentially condensing from high-boiling components, or once cooled, all volatile substances are condensed and recovered. Then, it is separated and recovered by distillation. In the above preferred reaction conditions of the present invention, when the produced 2-furaldehyde is immediately converted into a gas and removed from the reaction system, the effluent gas from the reactor is cooled and condensed sequentially from the high-boiling components. Thus, the solvent is also preferably recovered. The recovered solvent can be recycled to the reaction system.

[2−フルアルデヒド製造用組成物]
上記の通り、本発明は、少なくとも該糖原料、ホウ素化合物、(a)ホウ酸以外の酸及び/又は(b)金属化合物、並びに溶媒を混合して反応させて2−フルアルデヒドを製造する方法であり、従って、上記成分を含む組成物、即ち、(1)ヘキソースを構成成分とする糖原料、(2)ホウ素化合物、、(3)無機酸(但し、ホウ酸を除く)及び有機酸からなる群より選ばれる1以上の酸、及び/又は、金属化合物、並びに(4)溶媒を含む組成物は、2−フルアルデヒド製造用組成物として有用なものである。本発明の2−フルアルデヒド製造用組成物は、水を含むことが好ましく、また、2−フルアルデヒドの製造に用いられる上記の成分を含んでいてもよい。
尚、各成分は、上記の説明に準じるものであり、単独で含まれても、2種以上が含まれていてもよい。
[2-Furaldehyde production composition]
As described above, the present invention is a method for producing 2-furaldehyde by mixing and reacting at least the sugar raw material, a boron compound, (a) an acid other than boric acid and / or (b) a metal compound, and a solvent. Therefore, from a composition containing the above components, that is, (1) a sugar raw material comprising hexose, (2) a boron compound, (3) an inorganic acid (excluding boric acid) and an organic acid A composition containing one or more acids and / or metal compounds selected from the group consisting of (4) a solvent is useful as a composition for producing 2-furaldehyde. The composition for producing 2-furaldehyde of the present invention preferably contains water and may contain the above-mentioned components used for the production of 2-furaldehyde.
In addition, each component is according to said description, and even if contained independently, 2 or more types may be contained.

<2−フルアルデヒド>
本発明で得られた2−フルアルデヒドは、溶剤として使用することが可能である。また従来公知の方法により、フラン、テトラヒドロフラン、フラン樹脂等の製造原料としての用途に使用することが可能である。
具体的には、2−フルアルデヒドを触媒の存在下、水素添加反応を行うことでフラン樹脂の製造原料であるフルフリルアルコールを得ることができる。また、2−フルアルデヒドを触媒の存在下、脱カルボニル化反応に供することにより、フランを得ることができる。こうして得られたフランを触媒存在下、水素添加反応を行うことでテトラヒドロフランへと誘導することができる。
<2-Furaldehyde>
The 2-furaldehyde obtained in the present invention can be used as a solvent. Moreover, it can be used for the use as manufacturing raw materials, such as furan, tetrahydrofuran, and furan resin, by a conventionally well-known method.
Specifically, furfuryl alcohol which is a raw material for producing furan resin can be obtained by performing a hydrogenation reaction of 2-furaldehyde in the presence of a catalyst. Further, furan can be obtained by subjecting 2-furaldehyde to a decarbonylation reaction in the presence of a catalyst. The furan thus obtained can be derived into tetrahydrofuran by performing a hydrogenation reaction in the presence of a catalyst.

以下に本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、これらの実施例によって限定されるものではない。
尚、以下の実施例中、使用した化合物等は、以下に記載のものを表す。
セルロース :アルドリッチ社製 Cellulose,microcrs
talline,powder,〜20micron
スルフォラン :キシダ化学社製 特級
ホウ酸 :キシダ化学社製 特級
硫酸水溶液 :純正化学社製 容量分析用規定液
85%りん酸 :和光純薬社製 特級
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples unless it exceeds the gist.
In the following examples, the compounds used and the like represent those described below.
Cellulose: Cellulose, microcrs manufactured by Aldrich
talline, powder, ~ 20micron
Sulfolane: Special grade manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd. Boric acid: Special grade manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd. Sulfuric acid aqueous solution: Pure chemical Co., Ltd. Volumetric analysis standard solution 85% Phosphoric acid: Special grade manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.

(比較例A)
<ホウ酸を用いたセルロースからの2−フルアルデヒドの製造>
テフロン(登録商標)攪拌子を入れた300mlのナス型フラスコに、14gのセルロース、126gのスルフォラン、56gの脱イオン水、0.320gのホウ酸を加えて5時間攪拌混合して原料スラリーを調製した。
(Comparative Example A)
<Production of 2-furaldehyde from cellulose using boric acid>
14 g of cellulose, 126 g of sulfolane, 56 g of deionized water, 0.320 g of boric acid were added to a 300 ml eggplant-shaped flask containing a Teflon (registered trademark) stirrer and stirred for 5 hours to prepare a raw slurry. did.

テフロン(登録商標)攪拌子を入れた100ml四つ口フラスコに、テフロン(登録商標)被覆熱電対(反応液温測定用)、原料スラリー供給管、反応液量制御用サクション管、クライゼン型連結管およびリービッヒ冷却管(留出液冷却用)、50ml三角フラスコ(留出液の受器)をセットした。反応液量制御用サクション管は反応中に反応液量が34mlに保たれる長さに調製した。クライゼン型連結管部分はテープヒーターを巻き、その上からシリコンゴム製保温材で覆った。   A 100 ml four-necked flask containing a Teflon (registered trademark) stirrer, a Teflon (registered trademark) -coated thermocouple (for measuring the reaction liquid temperature), a raw material slurry supply pipe, a reaction liquid volume control suction pipe, and a Claisen type connecting pipe And a Liebig condenser (for distillate cooling) and a 50 ml Erlenmeyer flask (distillate receiver) were set. The reaction liquid volume control suction tube was prepared in such a length that the reaction liquid volume was maintained at 34 ml during the reaction. The Claisen type connecting pipe part was wound with a tape heater and covered with a silicon rubber heat insulating material from above.

コンデンサーに冷却水を流し、オイルバスを60℃、クライゼン型連結管保温用テープヒーターを120℃に予熱、原料スラリー供給管から同伴ガスとして40ml/minの供給速度で窒素を100mlフラスコ中に流通させ、反応液量制御用サクション管からの抜き出し速度を1.5ml/minに制御した。原料スラリーを35ml仕込んだ後、スターラーで400r.p.m.の攪拌速度で100mlフラスコ内を攪拌しながら原料スラリーをセルロースとして1.259g/hとなる供給速度で供給すると同時にオイルバスを25分で245℃に昇温、オイルバス温度が245℃に達し反応器内液温が安定した時点(約225℃)を反応開始時間とした。その後反応器内温を225℃±2℃となるよう保持し反応時間6.0時間の連続流通反応をおこなった。   Cooling water is passed through the condenser, the oil bath is preheated to 60 ° C, the Claisen-type connecting tube insulation tape heater is preheated to 120 ° C, and nitrogen is circulated through the 100 ml flask as a companion gas from the raw slurry supply tube at a supply rate of 40 ml / min. The extraction rate from the reaction liquid amount control suction tube was controlled to 1.5 ml / min. After 35 ml of the raw material slurry was charged, while stirring the inside of the 100 ml flask with a stirrer at a stirring speed of 400 rpm, the raw material slurry was supplied as cellulose at a feed rate of 1.259 g / h and at the same time the oil bath was 245 ° C. in 25 minutes. The time when the oil bath temperature reached 245 ° C. and the liquid temperature in the reactor was stabilized (about 225 ° C.) was defined as the reaction start time. Thereafter, the reactor internal temperature was maintained at 225 ° C. ± 2 ° C., and a continuous flow reaction was performed for a reaction time of 6.0 hours.

30mlのTHFと0.5mlのトリエチレングリコールジメチルエーテル(GC分析用内部標準物資)の入った50ml三角フラスコを留出液受器として用い、反応時間5.0時間から6.0時間の留出液を分取し、回収した受器を振って良く攪拌した後、ガスクロマトグラフ分析(内分標準法)により2−フルアルデヒド(以後、FALを略号として用いる)の生成量を求めた。
2−フルアルデヒドの分析には、島津製作所製ガスクロマトグラフGC−2014(FID)を用いた。波形処理には島津製作所製クロマトパックC−R8Aを用いた。
Using a 50 ml Erlenmeyer flask containing 30 ml of THF and 0.5 ml of triethylene glycol dimethyl ether (an internal standard material for GC analysis) as a distillate receiver, a distillate having a reaction time of 5.0 hours to 6.0 hours. After the collected receiver was shaken well and stirred well, the amount of 2-furaldehyde (hereinafter, FAL is abbreviated) was determined by gas chromatographic analysis (internal fraction standard method).
For the analysis of 2-furaldehyde, a gas chromatograph GC-2014 (FID) manufactured by Shimadzu Corporation was used. Chromatopack C-R8A manufactured by Shimadzu Corporation was used for the waveform processing.

GC分析条件
カラム:Thermon-3000 5%/SHINCARBON A 60/80 3
m(ガラス)
キャリアーガス:窒素(30ml/min)
カラム温度:95℃(0min)→230℃まで昇温(3℃/min)→230℃(0min)
INJ:200℃
DET:240℃
GC analysis conditions Column: Thermon-3000 5% / SHIN CARBON A 60/80 3
m (glass)
Carrier gas: Nitrogen (30 ml / min)
Column temperature: 95 ° C. (0 min) → Temperature rise to 230 ° C. (3 ° C./min)→230° C. (0 min)
INJ: 200 ° C
DET: 240 ° C

2−フルアルデヒド(FAL)収率は以下の式より求めた。
[FAL収率(mol%)]=[FAL生成モル数(ガスクロマトグラフ分析値)]/[
1時間に供給したヘキソースユニットのモル数×100]
なおヘキソースユニットのモル数はセルロースが100%ヘキソースの重合物((C6
H10O5)n、式量:(162.14)n)であると仮定して算出した。
結果を表−1に示す。
The 2-furaldehyde (FAL) yield was determined from the following formula.
[FAL yield (mol%)] = [number of moles of FAL generated (gas chromatographic analysis value)] / [
Number of moles of hexose unit supplied per hour × 100]
The number of moles of the hexose unit is a polymer of 100% hexose cellulose ((C6
It was calculated assuming that H10O5) n, formula weight: (162.14) n).
The results are shown in Table-1.

(比較例1)
<無触媒でのセルロースからの2−フルアルデヒドの製造>
比較例Aにおいて、ホウ酸を使用せずに原料スラリーを調製した以外は比較例Aと同様に実施した。結果を表−1に示す。
(Comparative Example 1)
<Production of 2-furaldehyde from cellulose without catalyst>
Comparative Example A was carried out in the same manner as Comparative Example A, except that the raw material slurry was prepared without using boric acid. The results are shown in Table-1.

(実施例1)
<ホウ酸および硫酸を用いたセルロースからの2−フルアルデヒドの製造>
比較例Aにおいて、0.320gのホウ酸に加えて0.345mlの2.5mol/l硫酸水溶液(純正化学 容量分析用規定液)(硫酸として0.0847g)を用いて原料スラリーを調製した以外は比較例Aと同様に実施した。結果を表−1に示す。
Example 1
<Production of 2-furaldehyde from cellulose using boric acid and sulfuric acid>
In Comparative Example A, in addition to 0.320 g of boric acid, a raw material slurry was prepared using 0.345 ml of 2.5 mol / l sulfuric acid aqueous solution (genuine chemical capacity analysis specified solution) (0.0847 g as sulfuric acid). Was carried out in the same manner as in Comparative Example A. The results are shown in Table-1.

(比較例2)
<硫酸を用いたセルロースからの2−フルアルデヒドの製造>
比較例Aにおいて、ホウ酸に代えて0.345mlの2.5mol/l硫酸水溶液(純正化学 容量分析用規定液)(硫酸として0.0847g)を用いて原料スラリーを調製した以外は比較例Aと同様に実施した。結果を表−1に示す。
(Comparative Example 2)
<Production of 2-furaldehyde from cellulose using sulfuric acid>
In Comparative Example A, Comparative Example A was prepared except that 0.345 ml of 2.5 mol / l sulfuric acid aqueous solution (pure chemical capacity analysis specified solution) (0.0847 g as sulfuric acid) was used instead of boric acid. It carried out like. The results are shown in Table-1.

(比較例3)
<硫酸を用いたセルロースからの2−フルアルデヒドの製造>
比較例Aにおいて、ホウ酸に代えて2.07mlの2.5mol/l硫酸水溶液(純正化学 容量分析用規定液)(硫酸として0.508g)を用いて原料スラリーを調製した以外は比較例Aと同様に実施した。結果を表−1に示す。
(Comparative Example 3)
<Production of 2-furaldehyde from cellulose using sulfuric acid>
Comparative Example A was prepared in the same manner as in Comparative Example A except that 2.07 ml of 2.5 mol / l sulfuric acid aqueous solution (pure chemical capacity analysis standard solution) (0.508 g as sulfuric acid) was used instead of boric acid. It carried out like. The results are shown in Table-1.

(実施例2)
<ホウ酸およびリン酸を用いたセルロースからの2−フルアルデヒドの製造>
比較例Aにおいて、0.320gのホウ酸に加えて0.0996gの85%リン酸を用いて原料スラリーを調製した以外は比較例Aと同様に実施した。結果を表−1に示す。
(Example 2)
<Production of 2-furaldehyde from cellulose using boric acid and phosphoric acid>
Comparative Example A was carried out in the same manner as Comparative Example A, except that 0.0996 g of 85% phosphoric acid was used in addition to 0.320 g of boric acid to prepare a raw slurry. The results are shown in Table-1.

(比較例4)
<リン酸を用いたセルロースからの2−フルアルデヒドの製造>
比較例Aにおいて、ホウ酸に代えて0.0996gの85%リン酸を用いて原料スラリーを調製した以外は比較例Aと同様に実施した。結果を表−1に示す。
(Comparative Example 4)
<Production of 2-furaldehyde from cellulose using phosphoric acid>
In Comparative Example A, the same procedure as in Comparative Example A was performed except that 0.0996 g of 85% phosphoric acid was used instead of boric acid to prepare a raw slurry. The results are shown in Table-1.

(実施例3)
<アルミニウムイソプロポキシド−ホウ酸を用いたセルロースからの2−フルアルデヒドの製造>
テフロン(登録商標)攪拌子を入れた300mlのナス型フラスコに、20gのセルロース、113gのスルフォラン、40gの脱イオン水、0.1gのホウ酸を加えて30分攪拌混合し、これに0.7gのアルミニウムイソプロポキシドを加えて5時間攪拌混合して原料スラリーを調製した。
(Example 3)
<Production of 2-furaldehyde from cellulose using aluminum isopropoxide-boric acid>
20 g of cellulose, 113 g of sulfolane, 40 g of deionized water and 0.1 g of boric acid were added to a 300 ml eggplant-shaped flask containing a Teflon (registered trademark) stir bar, and the mixture was stirred and mixed for 30 minutes. 7 g of aluminum isopropoxide was added and stirred for 5 hours to prepare a raw slurry.

テフロン(登録商標)攪拌子を入れた100ml四つ口フラスコに、テフロン(登録商標)被覆熱電対(反応液温測定用)、原料スラリー供給管、反応液量制御用サクション管、クライゼン型連結管およびリービッヒ冷却管(留出液冷却用)、50ml三角フラスコ(留出液の受器)をセットした。反応液量制御用サクション管は反応中に反応液量が40mlに保たれる長さに調製した。クライゼン型連結管部分はテープヒーターを巻き、その上からシリコンゴム製保温材で覆った。   A 100 ml four-necked flask containing a Teflon (registered trademark) stirrer, a Teflon (registered trademark) -coated thermocouple (for measuring the reaction liquid temperature), a raw material slurry supply pipe, a reaction liquid volume control suction pipe, and a Claisen type connecting pipe And a Liebig condenser (for distillate cooling) and a 50 ml Erlenmeyer flask (distillate receiver) were set. The reaction liquid volume control suction tube was prepared in such a length that the reaction liquid volume was kept at 40 ml during the reaction. The Claisen type connecting pipe part was wound with a tape heater and covered with a silicon rubber heat insulating material from above.

コンデンサーに冷却水を流し、オイルバスを60℃、クライゼン型連結管保温用テープヒーターを120℃に予熱、原料スラリー供給管から同伴ガスとして40ml/minの供給速度で窒素を100mlフラスコ中に流通させ、反応液量制御用サクション管からの抜き出し速度を1.5ml/minに制御した。スターラーで400r.p.m.の攪拌速度で100mlフラスコ内を攪拌しながら、原料スラリーをスルフォランとして1.0g/minとなる供給速度で供給すると同時にオイルバスを40分で245℃に昇温、反応液量制御用サクション管から液が抜き出されるようになったら原料スラリー供給速度をセルロースとして2.0g/hとなるよう変更し、オイルバス温度が245℃に達し、反応器内液温が安定した時点(約225℃)を反応開始時間とした。その後反応器内温を225℃±2℃となるよう保持し反応時間4.5時間の連続流通反応をおこなった。   Cooling water is passed through the condenser, the oil bath is preheated to 60 ° C, the Claisen-type connecting tube insulation tape heater is preheated to 120 ° C, and nitrogen is circulated through the 100 ml flask as a companion gas from the raw slurry supply tube at a supply rate of 40 ml / min. The extraction rate from the reaction liquid amount control suction tube was controlled to 1.5 ml / min. While stirring the inside of a 100 ml flask with a stirrer at a stirring speed of 400 rpm, the raw material slurry is supplied as sulfolane at a feed rate of 1.0 g / min, and at the same time, the oil bath is heated to 245 ° C. in 40 minutes, and the amount of reaction liquid When the liquid comes out from the control suction pipe, the raw material slurry supply rate is changed to 2.0 g / h as cellulose, and when the oil bath temperature reaches 245 ° C. and the liquid temperature in the reactor is stabilized (About 225 degreeC) was made into reaction start time. Thereafter, the reactor internal temperature was maintained at 225 ° C. ± 2 ° C., and a continuous flow reaction was performed for 4.5 hours.

30mlのTHFと0.5mlのトリエチレングリコールジメチルエーテル(GC分析用内部標準物資)の入った50ml三角フラスコを留出液受器として用い、反応時間3.5時間から4.5時間の留出液を分取し、回収した受器を振って良く攪拌した後、ガスクロマトグラフ分析(内分標準法)により2−フルアルデヒド(以後、FALを略号として用いる)の生成量を求めた。結果を表−1に示す。   Using a 50 ml Erlenmeyer flask containing 30 ml of THF and 0.5 ml of triethylene glycol dimethyl ether (an internal standard for GC analysis) as a distillate receiver, a distillate having a reaction time of 3.5 hours to 4.5 hours. After the collected receiver was shaken well and stirred well, the amount of 2-furaldehyde (hereinafter, FAL is abbreviated) was determined by gas chromatographic analysis (internal fraction standard method). The results are shown in Table-1.

(比較例5)
<アルミニウムイソプロポキシドを用いたセルロースからの2−フルアルデヒドの製造>
比較例Aにおいて、ホウ酸を用いなかった以外は実施例3と同様に実施した。結果を表−1に示す。
(Comparative Example 5)
<Production of 2-furaldehyde from cellulose using aluminum isopropoxide>
In Comparative Example A, the same procedure as in Example 3 was performed except that boric acid was not used. The results are shown in Table-1.

(実施例4)
<酢酸亜鉛・2水和物−ホウ酸を用いたセルロースからの2−フルアルデヒドの製造>
ホウ酸の使用量を0.2gに変更し、アルミニウムイソプロポキシドに代えて0.2gの酢酸亜鉛・2水和物を用い、セルロース、スルフォラン、脱イオン水、ホウ酸及び酢酸亜鉛・2水和物を5時間攪拌混合した以外は実施例3と同様に実施した。結果を表−1に示す。
Example 4
<Production of 2-furaldehyde from cellulose using zinc acetate dihydrate-boric acid>
The amount of boric acid used was changed to 0.2 g, 0.2 g zinc acetate dihydrate was used instead of aluminum isopropoxide, cellulose, sulfolane, deionized water, boric acid and zinc acetate dihydrate The same procedure as in Example 3 was performed except that the Japanese product was stirred and mixed for 5 hours. The results are shown in Table-1.

(比較例6)
<酢酸亜鉛・2水和物を用いたセルロースからの2−フルアルデヒドの製造>
ホウ酸を使用しなかった以外は実施例4と同様に実施した。結果を表−1に示す。
(Comparative Example 6)
<Production of 2-furaldehyde from cellulose using zinc acetate dihydrate>
The same procedure as in Example 4 was carried out except that boric acid was not used. The results are shown in Table-1.

(実施例5)
<クエン酸第二鉄・n水和物−ホウ酸を用いたセルロースからの2−フルアルデヒドの製造>
ホウ酸の使用量を0.25gに変更し、アルミニウムイソプロポキシドに代えて0.6gのクエン酸第二鉄・n水和物を用い、セルロース、スルフォラン、脱イオン水、ホウ酸及びクエン酸第二鉄・n水和物を5時間攪拌混合した以外は実施例3と同様に実施した。結果を表−1に示す。
(Example 5)
<Ferric citrate / n-hydrate-Production of 2-furaldehyde from cellulose using boric acid>
The amount of boric acid used was changed to 0.25 g, and 0.6 g of ferric citrate / n hydrate was used instead of aluminum isopropoxide, and cellulose, sulfolane, deionized water, boric acid and citric acid were used. The same operation as in Example 3 was conducted except that ferric n-hydrate was stirred and mixed for 5 hours. The results are shown in Table-1.

(比較例7)
<クエン酸第二鉄・n水和物を用いたセルロースからの2−フルアルデヒドの製造>
ホウ酸を使用しなかった以外は実施例5と同様に実施した。結果を表−1に示す。
(Comparative Example 7)
<Production of 2-furaldehyde from cellulose using ferric citrate / n-hydrate>
The same procedure as in Example 5 was carried out except that boric acid was not used. The results are shown in Table-1.

(実施例6)
<塩化アルミニウム・6水和物−ホウ酸を用いたセルロースからの2−フルアルデヒドの製造>
ホウ酸の使用量を0.2gに変更し、アルミニウムイソプロポキシドに代えて0.2gの塩化アルミニウム・6水和物を用い、セルロース、スルフォラン、脱イオン水、ホウ酸及び塩化アルミニウム・6水和物を5時間攪拌混合した以外は実施例3と同様に実施した。結果を表−1に示す。
(Example 6)
<Production of 2-furaldehyde from cellulose using aluminum chloride hexahydrate-boric acid>
The amount of boric acid used was changed to 0.2 g, 0.2 g of aluminum chloride hexahydrate was used instead of aluminum isopropoxide, cellulose, sulfolane, deionized water, boric acid and aluminum chloride.6 water The same procedure as in Example 3 was performed except that the Japanese product was stirred and mixed for 5 hours. The results are shown in Table-1.

(比較例8)
<塩化アルミニウム・6水和物を用いたセルロースからの2−フルアルデヒドの製造>
ホウ酸を使用しなかった以外は実施例6と同様に実施した。結果を表−1に示す。
(Comparative Example 8)
<Production of 2-furaldehyde from cellulose using aluminum chloride hexahydrate>
The same procedure as in Example 6 was performed except that boric acid was not used. The results are shown in Table-1.

(比較例9)
<固体酸触媒(H-US-Yゼオライト)を用いたセルロースからの2−フルアルデヒドの製造>
ほう酸に代えて0.2gのH-US-Yゼオライトを用い、30分の撹拌混合を行わず、アルミニウムイソプロポキシドを用いなかった以外は実施例3と同様に実施した。結果を表−1に示す。
(Comparative Example 9)
<Production of 2-furaldehyde from cellulose using solid acid catalyst (H-US-Y zeolite)>
The same procedure as in Example 3 was performed except that 0.2 g of H-US-Y zeolite was used instead of boric acid, stirring and mixing were not performed for 30 minutes, and aluminum isopropoxide was not used. The results are shown in Table-1.

(実施例7)
<ホウ酸および乳酸アルミニウムを用いたセルロースからの2−フルアルデヒドの製造>
比較例Aにおいて、0.320gのホウ酸に加えて0.253gの乳酸アルミニウム(キシダ化学)を用いて原料スラリーを調製した以外は比較例Aと同様に実施した。結果を表−1に示す。
(Example 7)
<Production of 2-furaldehyde from cellulose using boric acid and aluminum lactate>
Comparative Example A was carried out in the same manner as Comparative Example A, except that a raw material slurry was prepared using 0.253 g of aluminum lactate (Kishida Chemical) in addition to 0.320 g of boric acid. The results are shown in Table-1.

(実施例8)
<ホウ酸および硫酸アルミニウムを用いたセルロースからの2−フルアルデヒドの製造>
比較例Aにおいて、0.320gのホウ酸に加えて0.136gの硫酸アルミニウム(Al(SO・14−18HO、キシダ化学)を用いて原料スラリーを調製した以外は比較例Aと同様に実施した。結果を表−1に示す。
(Example 8)
<Production of 2-furaldehyde from cellulose using boric acid and aluminum sulfate>
In Comparative Example A, except that 0.320 g of boric acid and 0.136 g of aluminum sulfate (Al 2 (SO 4 ) 3 · 14-18H 2 O, Kishida Chemical) were used to prepare a raw slurry. It carried out like A. The results are shown in Table-1.

(実施例9)
<ホウ酸、硫酸アルミニウム、および硫酸を用いたセルロースからの2−フルアルデヒドの製造>
比較例Aにおいて、0.160gのホウ酸に加えて0.136gの硫酸アルミニウム(Al(SO・14−18HO、キシダ化学)、0.063gの硫酸を用いて原料スラリーを調製した以外は比較例Aと同様に実施した。結果を表−1に示す。
Example 9
<Production of 2-furaldehyde from cellulose using boric acid, aluminum sulfate, and sulfuric acid>
In Comparative Example A, 0.136 g of boric acid and 0.136 g of aluminum sulfate (Al 2 (SO 4 ) 3 · 14-18H 2 O, Kishida Chemical) and 0.063 g of sulfuric acid were used to prepare a raw slurry. The same procedure as in Comparative Example A was carried out except that it was prepared. The results are shown in Table-1.

(実施例10)
<ホウ酸およびサリチル酸を用いたセルロースからの2−フルアルデヒドの製造>
比較例Aにおいて、0.320gのホウ酸に加えて0.119gのサリチル酸(キシダ化学)を用いて原料スラリーを調製した以外は比較例Aと同様に実施した。結果を表−1に示す。
(Example 10)
<Production of 2-furaldehyde from cellulose using boric acid and salicylic acid>
Comparative Example A was carried out in the same manner as Comparative Example A, except that 0.119 g of salicylic acid (Kishida Chemical Co., Ltd.) was used in addition to 0.320 g of boric acid. The results are shown in Table-1.

(実施例11)
<ホウ酸、硫酸アルミニウムおよび硫酸を用いたおがくずからの2−フルアルデヒドの製造(連続法)>
おがくず粒の調製
本発明の実施例として実バイオマスを適用するにあたり、原料とするおがくず粒を次のように調製した。木芸社より入手したおがくず(完全乾燥超微粒子/樹種:檜、杉、栂、米松ほか)に対して、イオン交換水を約 1 重量部添加して 2 〜4mmに造粒後、乾燥
窒素流通下に 110℃にて 4時間乾燥したものを使用した。なお、使用した乾燥おがくず中の有機溶媒可溶分、ホロセルロース、α-セルロース、ヘミセルロースの割合は木質
科学実験マニュアル(日本木材学会編,P.92)に準じて分析したところ以下であった。

有機溶媒可溶分(エタノール-トルエン抽出法) 3wt%
ホロセルロース(亜塩素酸ナトリウム法) 71wt%
α-セルロース( 17.5% 水酸化ナトリウム法) 47wt%
ヘミセルロース(上記ホロセルロース−α-セルロース) 24wt%

2−フルアルデヒドの製造
連続流通用供給液として、(ア) 126.0gのスルフォランと35.0gのイオン
交換水の混合液、(イ)ホウ酸/硫酸アルミニウム/硫酸(重量組成2.0/5.0/0.1)からなる触媒を21.0gのイオン交換水に溶解した水溶液を予め調製した。実バイオマス原料として、0.420gのおがくず粒をバイアルに小分けしたものを添加回数分の数だけ用意した。
反応液保持容量34mlの反応容器(100ml四つ口フラスコ)に、34.0gのスルフォランを仕込み、コンデンサーに冷却水を流し、窒素雰囲気下にオイルバスを60℃、保温用テープヒーターを120℃に予熱、反応器に(ア)と(イ)の混合液あるいは混合スラリーを反応器にフィードできるようにフィードラインを設置し、反応器蒸留ヘッド上部に連結したシリコンゴム管の末端に0.667gのおがくず粒の入ったバイアルを設置し、シリコンゴム管の途中をピンチコックで止めた。
スターラーで400r.p.m.の攪拌速度で攪拌しながら、同伴ガスとして20ml/minの供給速度で窒素を反応容器に流通させ、オイルバスの昇温を開始し20分で反応器内温が所定温度となるよう昇温を開始した。反応器内液温が所定温度に達した時点で、(ア)および(イ)の供給を開始(スルフォランとして11.33g/h、イオン交換水として4.0g/hとなる供給速度、触媒は所定の供給速度)し、同時にポンプを稼動させ保持反応液量制御用サクション管からの抜き出し速度を1.5ml/minに制御し、反応容器内のスラリーを約34mlに保持した。
蒸留ヘッド上部のシリコンゴム管のピンチコックを開け、0.420gのおがくず粒を、バイアルを傾けながら反応器に供給して反応を開始し、おがくず粒はその後20分毎に反応終了まで0.420gずつ蒸留ヘッド上部から反応器に供給した。1時間あたりに反応器に供給されるおがくず/スルフォラン/水の比は1.0/9.0/4.0重量比であり、おがくず/ホウ酸/硫酸アルミニウム/硫酸の比は100/2.0/5.0/0.1重量比であった。
反応器内温を225℃±2℃となるよう保持し反応時間7.0時間の連続流通反応を行った。留出液サンプリング用受器として、30mlのTHFと0.5mlのトリエチレングリコールジメチルエーテル(GC分析用内部標準物資)の入った50ml三角フラスコをサンプリング回数と同じ数だけ準備し、反応開始から1時間毎(0−1時間、1−2時間、2−3時間、3−4時間・・・・・・)にサンプリング用受器を交換して留出液を回収し、回収した受器を振って良く攪拌した後、GC分析(1.0μl注入)し2−フルアルデヒドの生成量、スルフォランの留出量を求めた。反応時間6.0時間から7.0時間の留出液を分取して2-フルアルデヒド収率を求めた結果を表−1に示す。
(Example 11)
<Production of 2-furaldehyde from sawdust using boric acid, aluminum sulfate and sulfuric acid (continuous method)>
Preparation of sawdust grains When applying real biomass as an example of the present invention, sawdust grains as raw materials were prepared as follows. Add about 1 part by weight of ion-exchanged water to sawdust (completely dry ultrafine particles / tree species: persimmon, cedar, persimmon, rice pine, etc.) obtained from Kiju-sha, granulate to 2-4 mm, and then distribute dry nitrogen The bottom was dried at 110 ° C. for 4 hours. In addition, the organic solvent soluble content, holocellulose, α-cellulose, and hemicellulose in the dried sawdust used were analyzed according to the wood science experiment manual (edited by the Wood Society of Japan, P.92) and were as follows.

Organic solvent soluble component (ethanol-toluene extraction method) 3wt%
Holocellulose (sodium chlorite method) 71wt%
α-cellulose (17.5% sodium hydroxide method) 47wt%
Hemicellulose (the above holocellulose-α-cellulose) 24 wt%

2- Furaldehyde production As a supply liquid for continuous distribution, (a) a mixture of 126.0 g sulfolane and 35.0 g of ion-exchanged water, (ii) boric acid / aluminum sulfate / sulfuric acid (weight composition 2.0 / An aqueous solution in which a catalyst consisting of 5.0 / 0.1) was dissolved in 21.0 g of ion-exchanged water was prepared in advance. As actual biomass raw materials, 0.420 g sawdust particles divided into vials were prepared for the number of additions.
Charge 34.0 g of sulfolane to a reaction vessel (100 ml four-necked flask) with a reaction solution holding capacity of 34 ml, pour cooling water through the condenser, and heat the oil bath to 60 ° C and the heat insulation tape heater to 120 ° C under a nitrogen atmosphere. Preheating, a feed line was installed in the reactor so that the mixture (a) and (b) or a mixed slurry could be fed to the reactor, and 0.667 g of silicon rubber tube connected to the top of the reactor distillation head A vial containing sawdust particles was placed, and the middle of the silicone rubber tube was stopped with a pinch cock.
400r. p. m. Nitrogen was circulated through the reaction vessel at a supply rate of 20 ml / min as an entrained gas while stirring at an agitation rate of 1, and the temperature of the reactor was increased so that the temperature inside the reactor reached a predetermined temperature in 20 minutes. Started. When the temperature of the liquid in the reactor reaches a predetermined temperature, supply of (a) and (b) is started (a supply rate of 11.33 g / h as sulfolane and 4.0 g / h as ion-exchanged water, At the same time, the pump was operated to control the extraction rate from the retained reaction liquid amount control suction pipe to 1.5 ml / min, and the slurry in the reaction vessel was kept at about 34 ml.
Open the pinch cock of the silicon rubber tube at the top of the distillation head and start 0.45 g of sawdust particles to the reactor while tilting the vial to start the reaction. Each was fed into the reactor from the top of the distillation head. The sawdust / sulfolane / water ratio fed to the reactor per hour is 1.0 / 9.0 / 4.0 weight ratio, and the sawdust / boric acid / aluminum sulfate / sulfuric acid ratio is 100/2. The weight ratio was 0 / 5.0 / 0.1.
The reactor internal temperature was maintained at 225 ° C. ± 2 ° C., and a continuous flow reaction was performed for a reaction time of 7.0 hours. Prepare a 50 ml Erlenmeyer flask containing 30 ml of THF and 0.5 ml of triethylene glycol dimethyl ether (an internal standard material for GC analysis) as many times as the number of samplings as a receiver for sampling the distillate. Change sampling receiver every time (0-1 hours, 1-2 hours, 2-3 hours, 3-4 hours, ...), collect the distillate, and shake the collected receiver After stirring well, GC analysis (1.0 μl injection) was performed to determine the amount of 2-furaldehyde produced and the amount of distillate sulfolane. Table 1 shows the results obtained by fractionating the distillate having a reaction time of 6.0 hours to 7.0 hours and determining the yield of 2-furaldehyde.

Figure 2016117716
Figure 2016117716

上記実施例及び比較例の対比から明らかなように、ホウ素化合物を用いるものの、(a
)ホウ酸を除く酸及び/又は(b)金属化合物を用いない比較例A、無触媒の比較例1、硫酸を使用するもののホウ素化合物を用いない比較例2及び3、リン酸を使用した比較例4、ホウ素化合物を使用せず金属化合物や固体酸触媒を使用した比較例5〜9に対して、本発明に従い、少なくとも該糖原料、溶媒、ホウ素化合物、(a)ホウ酸を除く酸及び/又は(b)金属化合物を混合して反応させた実施例1〜10は、目的とする2−フルアルデヒドを高収率で製造することが可能であることがわかる。
また、実バイオマス原料を用いた実施例11においても、目的とする2−フルアルデヒドを高収率で製造することが可能であることがわかる。
As is clear from the comparison of the above examples and comparative examples, although a boron compound is used,
A) Comparative Example A without boric acid and / or (b) Comparative Example A using no metal compound, Non-Catalyst Comparative Example 1, Comparative Examples 2 and 3 using sulfuric acid but using no boron compound, Comparison using phosphoric acid Example 4, Comparative Examples 5 to 9 using a metal compound and a solid acid catalyst without using a boron compound, according to the present invention, at least the sugar raw material, solvent, boron compound, (a) acid excluding boric acid and It turns out that Examples 1-10 which mixed / reacted the metal compound and / or (b) can manufacture the target 2-furaldehyde with a high yield.
Moreover, also in Example 11 using a real biomass raw material, it turns out that the target 2-furaldehyde can be manufactured with a high yield.

本発明の2−フルアルデヒドの製造方法は、セルロース等のヘキソースを構成成分とする糖原料から、バッチ式反応にくらべて工業的に有利である連続式反応においても経済的にも満足する良好な収率で2−フルアルデヒドを得ることができる点で有益である。   The production method of 2-furaldehyde of the present invention is satisfactory in that it is economically satisfactory even in a continuous reaction that is industrially advantageous compared to a batch reaction from a sugar raw material containing hexose such as cellulose as a constituent. This is advantageous in that 2-furaldehyde can be obtained in a yield.

Claims (17)

ヘキソースを構成成分とする糖原料、触媒、及び溶媒を混合して反応させて2−フルアルデヒドを製造する方法であって、前記触媒が、ホウ素化合物であり、更に(a)無機酸(但し、ホウ酸を除く)及び有機酸からなる群より選ばれる1以上の酸、及び/又は、(b)金属化合物を混合して反応させることを特徴とする2−フルアルデヒドの製造方法。   A method for producing 2-furaldehyde by mixing and reacting a sugar raw material comprising hexose, a catalyst, and a solvent, wherein the catalyst is a boron compound, and (a) an inorganic acid (provided that (1) one or more acids selected from the group consisting of organic acids and / or (b) metal compounds are mixed and reacted to produce a method for producing 2-furaldehyde. ホウ素化合物が、ホウ酸、酸化ホウ素、ホウ酸エステル、及びハロゲン化ホウ素からなる群より選ばれる1以上であることを特徴とする、請求項1に記載の2−フルアルデヒドの製造方法。   The method for producing 2-furaldehyde according to claim 1, wherein the boron compound is one or more selected from the group consisting of boric acid, boron oxide, boric acid ester, and boron halide. 無機酸(但し、ホウ酸を除く)が、硫酸又はリン酸であり、有機酸がカルボン酸である請求項1又は2に記載の2−フルアルデヒドの製造方法。 The method for producing 2-furaldehyde according to claim 1 or 2, wherein the inorganic acid (excluding boric acid) is sulfuric acid or phosphoric acid, and the organic acid is a carboxylic acid. 前記糖原料、触媒、及び溶媒に、更に(a)無機酸(但し、ホウ酸を除く)及び有機酸からなる群より選ばれる1以上の酸、及び、(2)金属化合物を混合して反応させることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の2−フルアルデヒドの製造方法。   The sugar raw material, catalyst, and solvent are further mixed with (a) one or more acids selected from the group consisting of inorganic acids (excluding boric acid) and organic acids, and (2) metal compounds. The method for producing 2-furaldehyde according to any one of claims 1 to 3, wherein: 前記金属化合物が、該金属化合物を加水分解した際に生成する水酸化物が両性となる化合物であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の2−フルアルデヒドの製造方法。   5. The compound of 2-furaldehyde according to claim 1, wherein the metal compound is a compound in which a hydroxide generated when the metal compound is hydrolyzed becomes amphoteric. Production method. 前記金属化合物が、Al、Ga、In、Sn、Ti、Zr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Pb、Bi及びZnからなる群から選ばれる金属を含むものであることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の2−フルアルデヒドの製造方法。   The metal compound includes a metal selected from the group consisting of Al, Ga, In, Sn, Ti, Zr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Pb, Bi, and Zn. The manufacturing method of 2-furaldehyde of any one of 1-5. 前記金属化合物が、金属アルコキシド、金属有機酸塩、金属ハロゲン化物及び金属硫酸塩からなる群より選ばれることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の2−フルアルデヒドの製造方法。   7. The 2-furaldehyde according to claim 1, wherein the metal compound is selected from the group consisting of metal alkoxides, metal organic acid salts, metal halides, and metal sulfates. Production method. 前記溶媒が、非プロトン性極性溶媒であることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の2−フルアルデヒドの製造方法。   The method for producing 2-furaldehyde according to any one of claims 1 to 7, wherein the solvent is an aprotic polar solvent. 前記溶媒が、2−フルアルデヒドよりも沸点が高い溶媒であることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載の2−フルアルデヒドの製造方法。   The method for producing 2-furaldehyde according to any one of claims 1 to 8, wherein the solvent is a solvent having a boiling point higher than that of 2-furaldehyde. 前記反応で生成する2−フルアルデヒドを、反応系外に排出しながら反応させることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか1項に記載の2−フルアルデヒドの製造方法。   The method for producing 2-furaldehyde according to any one of claims 1 to 9, wherein the 2-furaldehyde produced by the reaction is reacted while being discharged out of the reaction system. 反応温度が、2−フルアルデヒドの沸点以上かつ前記溶媒の沸点以下であることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか1項に記載の2−フルアルデヒドの製造方法。   The method for producing 2-furaldehyde according to any one of claims 1 to 10, wherein the reaction temperature is not less than the boiling point of 2-furaldehyde and not more than the boiling point of the solvent. 前記糖原料、触媒、及び溶媒に、更に水を混合して反応させることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載の2−フルアルデヒドの製造方法。   The method for producing 2-furaldehyde according to any one of claims 1 to 11, wherein water is further mixed and reacted with the sugar raw material, the catalyst, and the solvent. 前記糖原料が、セルロース、でんぷん及びヘキソースからなる群から選ばれる少なくとも1種を含有することを特徴とする、請求項1〜12のいずれか1項に記載の2−フルア
ルデヒドの製造方法。
The method for producing 2-furaldehyde according to any one of claims 1 to 12, wherein the sugar raw material contains at least one selected from the group consisting of cellulose, starch, and hexose.
前記触媒を水に溶解させて供給することを特徴とする、請求項1〜13のいずれか1項
に記載の2−フルアルデヒドの製造方法。
The method for producing 2-furaldehyde according to any one of claims 1 to 13, wherein the catalyst is supplied after being dissolved in water.
前記触媒がホウ酸であることを特徴とする、請求項1〜14のいずれか1項に記載の2
−フルアルデヒドの製造方法。
2. The process according to claim 1, wherein the catalyst is boric acid.
-Method for producing furaldehyde.
(1)ヘキソースを構成成分とする糖原料、(2)無機酸(但し、ホウ酸を除く)及び有機酸からなる群より選ばれる1以上の酸、及び/又は、金属化合物、並びに(3)溶媒を含むことを特徴とする2−フルアルデヒド製造用組成物。   (1) a sugar raw material comprising hexose as a constituent, (2) one or more acids selected from the group consisting of inorganic acids (excluding boric acid) and organic acids, and / or metal compounds, and (3) A composition for producing 2-furaldehyde, comprising a solvent. 前記溶媒が、非プロトン性極性溶媒であることを特徴とする、請求項16に記載の2−フルアルデヒド製造用組成物。   The composition for producing 2-furaldehyde according to claim 16, wherein the solvent is an aprotic polar solvent.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200108845A (en) * 2017-12-13 2020-09-21 지난 솅콴 그룹 셰어-홀딩 코., 엘티디. Manufacturing method and application of highly active lignin and by-product furfural
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