JP2930142B2 - 出発物質の接触水素添加によって製造された混合物からテトラヒドロフランを単離する方法 - Google Patents

出発物質の接触水素添加によって製造された混合物からテトラヒドロフランを単離する方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、1,4−ブタンジオー
ル、テトラヒドロフラン、γ−ブチロラクトン及びコハ
ク酸エステルを含有し、かつアルコールの存在下でのマ
レイン酸、コハク酸、フマル酸、これらの酸のエステ
ル、無水マレイン酸又は無水コハク酸の接触水素添加に
よって製造される混合物からテトラヒドロフランを単離
する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】以下、次の略語を使用する:MA=マレ
イン酸、FA=フマル酸、SA=コハク酸、MAA=無
水マレイン酸、SAA=無水コハク酸、THF=テトラ
ヒドロフラン、GBL=γ−ブチロラクトン、BD=
1,4−ブタンジオール、BuOH=n−ブタノール、
DBSA=コハク酸ジブチル、POH=プロパノール及
びHB=高沸点成分。
【0003】MAAの接触水素添加のために既に多くの
方法が提案されていた。例えば欧州特許(EP−A)第
304696号明細書中に記載されているようにこれ
は、有益な中間体、例えばTHF、GBL及びBDを提
供するので、MAAの水素添加には、相当な工業的重要
性があった。目的がTHFのできるだけ高い収量を得る
ことならば、THFの全収量は、分離後にBDを混合物
中で環化させることによって増加させねばならない。酸
性触媒、例えば硫酸、燐酸、酸性金属酸化物、例えばA
23及びMgO、ゼオライト及び酸性フィロケイ酸塩
を使用してBDを環化させてTHFを製造することは公
知である。従って、例えばJ.Chem.Soc.パー
キン・トランス(Perkin Trans)I、19
88、1749〜1751の方法は、モンモリロナイト
の存在下に160℃で1時間加熱することによりBDを
THFに収量93%で変える。
【0004】しかしながら、BDの環化をBD、GBL
及びコハク酸エステルを含有する混合物から出発して実
施する場合は、BDは、GBL及びコハク酸エステルの
損失なしで、THFに完全には変換されない。この問題
をさけるために、触媒は、小量の接触で完全な変換を達
成するために希溶液中での環化のために非常に高い環化
活性を有すべきである。他方、価値のある生成物の損失
をさけるためにBDは、酸性触媒の影響下で、GBL又
はコハク酸エステルとの実質的反応を被るべきではな
い。従って触媒としての硫酸を使用する前記混合物の1
80℃での環化において、相当量のBD、GBL及びコ
ハク酸誘導体は、低温でろう状物質に固化する高沸点オ
リゴマー混合物に変換される。同じ結果が、触媒として
のアルミナを使用する環化でもみられる。酸化マグネシ
ウムを使用する環化においては、コハク酸エステルとB
Dとのエステル交換反応がみられ、THFの収量はかな
り減る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、B
D、GBL及びコハク酸エステルの混合物中のBDの環
化をTHFへのできるだけ高い変換を目的として実施
し、同時にGBL及びコハク酸エステルの収量の損失を
さける方法をみつけることである。
【0006】本発明のもう1つの目的は、環化後に触媒
を、価値のある生成物から簡単な方法で完全に分離する
ことである。
【0007】
【課題を解決するための手段】これらの目的は、アルコ
ールの存在下にMA、SA、Fa、これらの酸のエステ
ル、MAA又はSAAの接触水素添加により製造され、
かつTHF、BD、GBL、コハク酸エステル及び使用
アルコールを含有する混合物からTHFを単離するため
の方法により達成され、これは、蒸留によってTHF、
アルコール及び水を混合物から除去し、ついでフィロケ
イ酸塩の存在下に混合物を100〜250℃に加熱し、
生じたテトラヒドロフラン及び反応水を反応混合物から
蒸留によって除去し、かつ蒸留物からテトラヒドロフラ
ンを分離することよりなる。
【0008】意外にも、本発明による方法は約100%
の選択率で、穏やかな条件下に、混合物中に存在するB
Dの完全な反応を、達成する。環化が完了した場合に得
られるGBL及びコハク酸エステルの目的生成物溶液
は、触媒として硫酸又はアルミナを使用して環化を実施
した場合に得られる生成物溶液に比べて、低い粘度を有
する。GBL及びコハク酸エステルの重大な損失はみら
れない。室温でも、目的生成物の濾過又は1工程蒸発に
よって、低粘度の溶液から触媒を容易に分離できること
は有利である。所望の場合には、触媒を再使用すること
ができる。
【0009】使用出発混合物は、アルコール、例えばメ
タノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノー
ル又は様々なブタノール異性体(これらブタノール、特
にn−ブタノールの使用が有利である)の存在下にM
A、SA、FA、これらの酸のエステル、MAA又はS
AAの接触水素添加により製造されかつTHF、BD、
GBL、コハク酸エステル、例えばDBSA及び使用ア
ルコールを含有するものである。更に、この混合物はB
uOH、H2O及び小量のPOH及びHBを含有してよ
い。使用できる出発混合物の例は、欧州特許(EP−
A)第304696号明細書中に記載されているよう
に、MAAの水素添加により製造された反応混合物であ
る。これらは、例えば次の組成を有する: THF 0.1〜15重量%、有利に1〜7重量% H2O 3〜15重量%、有利に7〜9重量% POH 0.1〜5重量%、有利に0.5〜1重量% BuOH 20〜80重量%、有利に50〜60重量% DBSA 1〜20重量%、有利に3〜8重量% BD 10〜30重量%、有利に19〜21重量% GBL 0.5〜10重量%、有利に1〜5重量% 出発混合物中でのBDの環化は、フィロケイ酸塩の存在
下に、100℃〜250℃、有利に150℃〜190℃
で実施され、このフィロケイ酸塩は層構造を有するケイ
酸塩、例えばモンモリロナイトのケイ酸アルミニウム又
はケイ酸マグネシウム、ベントナイト又は漂白土タイプ
である。特に好適なフィロケイ酸塩、例えばモンモリロ
ナイト及びベントナイトは、水素イオン又は周期率表第
3B族の元素、特にホウ素、アルミニウム、ガリウム及
び/又はインジウムドーピングされたものであり、アル
ミニウムドーピングされたモンモリロナイトを使用する
のが特に有利である。フィロケイ酸塩は、BDに対して
0.05〜1重量%の量で使用される。
【0010】MAAの接触水素添加により製造された前
記のTHF−含有出発混合物を使用する場合には、水素
添加触媒から洗浄除去された微量の接触成分をこれらか
ら遊離させることが有利である。このために、水素添加
混合物を環化の前に市販の連続陽イオン交換体を用いて
50℃までで脱塩する。同じ目的が、水素添加生成物の
1工程蒸発及び縮合によって達成される。このことは、
環化が小量の触媒を用いて実施できることを意味してい
る。フィロケイ酸塩を用いる処理の前に、低沸点成分、
例えばTHF、アルコール、例えばBuOH及び水を蒸
留により除去する。これは、例えば連続蒸留塔を使用し
て行ない、この蒸留塔から低沸点成分は、例えば0.1
〜2バールで頭頂部から除去される。GBL、DBS
A、BD及びHBを含有する塔底生成物(bottom
product)は、BDを環化させるために、撹拌
反応器中で、例えばバッチ法で又は連続的に触媒と反応
させる。形成されたTHFを連続的に蒸留によって反応
水とともに除去し、便宜上低沸点蒸留物と一緒にする。
純粋なTHFを慣用法、例えば分別蒸留によって分離す
る。BDの反応が完了したら、触媒を濾過又は1工程蒸
発によって分離する。残留しているGBL/DBSA混
合物を、MAA水素添加反応に再循環させることができ
る。目的生成物の水素添加段階への完全な再循環は、B
D製造法をTHFを高い選択率及び高い全収量で生じる
方法に変える。この方法は、BDの後処理(Work−
up)をせずに特に前記反応混合物からのTHFの経済
的な単離を可能にする。
【0011】
【実施例】
例 1 撹拌反応器中でのバッチによる環化 欧州特許(EP−A)第304696号明細書中の例8
に従って実施されたMAAの水素添加により、次の組成
を有する反応混合物が得られる: THF 6.4重量% H2O 8.6重量% POH 0.5重量% BuOH 58.3重量% DBSA 4.2重量% BD 14.0重量% GBL 1.1重量% 副産物 6.9重量% 陽イオンを連続的に除去するために、商品名アンバーリ
スト15(Amberlyst15(登録商標;以後省
略))で入手可能な陽イオン交換体1リットルが充填さ
れたガラス塔(直径50mm、長さ600mm)に、1
時間当り1〜3リットルの混合物をポンプで通した。こ
の塔は、20〜60℃で操作した。脱塩の間に硫黄成分
が流出するのを避けるために、このイオン交換体を使用
前にn−ブタノールで60℃で24時間処理した。
【0012】低沸点成分を連続的に除去するために、脱
塩された混合物を、その底部が同時に連続的環化のため
の反応器として使用される塔の中にポンプで導入した
(底部への触媒の計量供給)。
【0013】バッチ法による反応の場合、塔底生成物
(低沸点成分不含)を、蒸留ブリッヂ(distill
ation bridge)を備えたバッチ式撹拌反応
器内に移し、その中に存在するBDに対して0.4重量
%の触媒を添加し、環化反応を実施した。
【0014】低沸点成分除去のための塔のストリッピン
グ部(Stripping part)は、ほぼ反応温
度に加熱された、高沸点成分と低沸点成分との再混合を
最小にするための棚(tray)を5個有する泡鐘塔
(bubble−cap tray column)か
らなる。
【0015】精溜部は、ズルツァ ワイヤーウエブ パ
ッキング(Sulzerwire−web packi
ng)をつめた塔(直径50mm、長さ400mm)か
らなる。この塔を還流比0.5〜1.0(底部温度17
0〜190℃、大気圧)で操作した。
【0016】低沸点成分の蒸留除去の後に、塔底生成物
を、その環化のために、そこに存在するBDに対して
0.4重量%のアルミニウムドーピングモンモリロナイ
トで処理し、この混合物を180℃まで加熱した。生じ
たTHF及び反応水を蒸留によって連続的に除去した。
反応は1.5時間後に完了した(沸騰の鎮静)。この反
応後に得られた塔底生成物は室温でも低粘度を有し、か
つ主成分としてGBL及びDBSAを含有した。蒸留物
は次の組成を有した: 水 10.0重量% GBL 1.5重量% BuOH 3.0重量% THF 85.5重量% 環化選択率は、ブタンジオールの転化率98%では、1
00%であった。
【0017】使用触媒は、次のようにして製造した:モ
ンモリロナイト(粉末)80gをH2O720g中のA
l(NO33・9H2O 480gの溶液に添加した。
混合物を80℃で4時間撹拌し、ついでドーピングされ
たモンモリロナイトを濾別し、硝酸塩がなくなるまで洗
浄し、乾燥炉(drying oven)内で100〜
200℃で乾燥させた。場合により一緒に焼く粉末を乳
鉢中で粉砕した。過剰に使用されている硝酸アルミニウ
ムは、引き続くドーピングのために再使用することがで
きる。
【0018】例 2 撹拌反応器中での連続的環化 欧州特許(EP−A)第304696号明細書中に記載
の方法によって得られる反応混合物2個を使用した。水
素添加混合物は次の組成を有した: 水素添加混合物の組成(重量%): 環化前の水素添加混合物I 生成物 THF 6.4 18.3 H2O 8.6 11.7 POH − − BuOH 58.3 60.7 DBSA 4.2 3.7 BD 14.0 0.1 GBL 1.1 2.0 その他 7.4 3.6 全重量 8291g 8272g 選択率=105% BDの転化率=99.1% 仕事量=1500g/h 選択率105%は、水素添加混合物Iが、BD−等価化
合物例えば、水素添加混合物Iの分析では包含されてお
らず、環化の間に変換されてTHFを生じるBDのオリ
ゴマー性エーテルを含有していた事実に帰因する。
【0019】 環化前の水素添加混合物II 生成物 THF 1.7 17.0 H2O 7.2 11.6 POH 0.2 − BuOH 56.8 59.6 DBSA 6.7 6.7 BD 19.1 0.1 GBL 2.2 1.8 その他 5.3 3.4 全重量 5576g 5531g 選択率=100% BDの転化率=99.6% 仕事量=1000g/h 組成I及びIIの当該水素添加混合物1000〜150
0gから例1に記載のように脱塩し、低沸点成分を留去
した。塔底生成物を塔底部中で、反応容量0.7〜1.
6リットルで、使用BDに対して0.2〜0.6重量%
の例1に記載の触媒を連続的に添加しながら、180〜
190℃で環化させた。激しく沸騰しながら形成された
THF及び反応水を、蒸留によって連続的に撹拌反応器
から除去し、かつ低沸点成分蒸留物と一緒にした。TH
Fの平均収率は、水素添加混合物中に存在するBDに対
して99.9%であった。連続的に流出された塔底生成
物は、室温でも低粘度を有し、主成分としてGBL及び
DBSAを含有した。目的生成物は濾過又は1工程蒸発
による触媒の除去後にMAAの水素添加に再循環させ
た。
【0020】例3〜6 例3〜6では、例1中でも使用された、低沸点成分不含
の脱塩された水素添加生成物を、種々な触媒及び種々な
反応時間(RT)を用いて例1の方法で環化した。使用
環化触媒は、γ−酸化アルミニウム(比較例)、トンシ
ル(Tonsil(登録商標;以後省略))ズード−ヘ
ミー(Sued−Chemie)の酸活性化されたカル
シウムベントナイト及び酸活性化された、即ち水素イオ
ンドーピングモンモリロナイトであった。選択率(SE
L)、転化率及び環化生成物の稠度に関して得られた結
果を、例1からの結果と一緒に次表に挙げた:
【0021】
【表1】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロルフ フィッシャー ドイツ連邦共和国 ハイデルベルク ベ ルクシュトラーセ 98 (72)発明者 ヴォルフガング ハーダー ドイツ連邦共和国 ヴァインハイム ベ ルクヴァルトシュトラーセ 16 (72)発明者 クラウス ヘッヒラー ドイツ連邦共和国 マンハイム 1 ウ ーラントシュトラーセ 37アー (56)参考文献 特開 昭62−111975(JP,A) 特開 昭50−95661(JP,A) 特開 昭61−40278(JP,A) 特開 昭52−93763(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C07D 307/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マレイン酸、コハク酸、フマル酸、これ
    らの酸のエステル、無水マレイン酸又は無水コハク酸を
    アルコールの存在下で接触水素添加して製造した、テト
    ラヒドロフラン、1,4−ブタンジオール、γ−ブチロ
    ラクトン、コハク酸エステル及び使用アルコールを含有
    する反応生成物からテトラヒドロフランを単離する方法
    において、蒸留によってテトラヒドロフラン、使用アル
    コール及び反応水を反応生成物から除去して蒸留物を
    、ついでフィロケイ酸塩の存在下に1,4−ブタンジ
    オールを含む残留物を100〜250℃に加熱して1,
    4−ブタンジオールからテトラヒドロフランを生成さ
    再度蒸留によって、反応混合物から、生じたテト
    ラヒドロフラン及び反応水を除去して蒸留物を得、かつ
    上記2つの蒸留物からテトラヒドロフランを分離するこ
    とを特徴とする、テトラヒドロフランを単離する方法。
JP3023441A 1990-02-20 1991-02-18 出発物質の接触水素添加によって製造された混合物からテトラヒドロフランを単離する方法 Expired - Fee Related JP2930142B2 (ja)

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DE4005295A1 (de) 1991-08-22
EP0443391B1 (de) 1994-05-04
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CA2036627A1 (en) 1991-08-21
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