JP2994462B2 - 高純度テトラヒドロフランの製造方法 - Google Patents

高純度テトラヒドロフランの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、或る種の少量の他の化合物を含むジヒドロ
フランの接触水素化による高純度テトラヒドロフランの
新規製造方法に関する。更に詳しくは、本発明は、不純
物といて少量の3,4−エポキシ−１−ブテン及び／又は
クロトンアルデヒド（２−ブテナール）を含む2,5−ジ
ヒドロフランのニッケル触媒による水素添加によってテ
トラヒドロフラン及び１−ブタノールの製造に関する。
テトラヒドロフラン及び１−ブタノールは化学中間体
及び溶媒として有用である。特にテトラヒドロフランは
高価値の工業用溶媒及びモノマーである。ほとんどのテ
トラヒドロフランはレッペ化学を用いてアセチレン及び
ホルムアルデヒドから少量のクルフラールと一緒に製造
される。
Monnier及びMuehlbauerは、米国特許第4,897,498号及
び同第4,950,773号において、1,3−ブタジエンの選択的
エポキシ化によって3,4−エポキシ−１−ブテン製造プ
ロセスを記載している。Monnier及び共同研究者らは、
更に、3,4−エポキシ−１−ブテンをVA族金属の第４級
添加物塩と接触させる。3,4−エポキシ−１−ブテンの
2,5−ジヒドロフランへの異性化用気相プロセスを発見
した。3,4−エポキシ−１−ブテンの2,5−ジヒドロフラ
ンへの液相転位プロセスは米国特許第3,932,468号及び
同第3,996,248号に記載されている。
前述の転位プロセスは3,4−エポキシ−１−ブテン
（b,p,66℃）フラン（b.p.32℃）及びクロトンアルデヒ
ド（b.p.104℃）を含む2,5−ジヒドロフラン（b.p.66
℃）を与える。フラン及びクロトンアルデヒドは蒸留に
よって2,5−ジヒドロフランから分離できるが、3,4−エ
ポキシ−１−ブテンはそうではない。
米国特許第3,163,660号は、2,5−ジヒドロフランを水
性酸及び無水マレイン酸から蒸留する精製プロセスを開
示している。この水性酸は一種又はそれ以上の不純物に
転化させて容易に分離できる化合物となり、無水マレイ
ン酸はディールス−アルダー反応によってフランを除去
する。しかしながら、得られた蒸留物は2,5−ジヒドロ
フラン3.9重量％及び水6.1重量％からなる2,5−ジヒド
ロフラン／水共沸物（b.p.64〜65℃）である。即ち、水
を除去する精製が更に必要である。
前述の技術の現状を考慮すれば、実質上純水なテトラ
ヒドロフラン、例えば98＋パーセント純度のテトラヒド
ロフランを得る最も効果的な手段は、前述の不純物を含
む粗2,5−ジヒドロフランのテトラヒドロフラン及び高
価値のテトラヒドロフランから容易に分離できる他の単
一化合物への接触水素添加である。パラジウム及びラネ
ーニッケル触媒を用いる3,4−エポキシ−１−ブテンの
接触水素添加は、米国特許第2,561,984号に記載されて
いる。この特許によれば、エタノール溶媒中における1,
2−エポキシブタンの水素添加によって実質量の第二級
ブチルアルコール（２−ブタノール）を製造するがこれ
はテトラヒドロフランから容易に分離できないので好ま
しくない生成物である。
本発明者らは、ラネーニッケルの存在下に、低温かつ
低圧でテトラヒドロフラン中で3,4−エポキシ−１−ブ
テンの水素化によって多量の1,2−エポキシブタンが生
成する。米国特許第2,561,984号（上で引用）に報告さ
れた結果をみれば、本発明プロセスは可成りの量の２−
ブタノールを製造することを予測する。しかしながら、
本発明に従ったテトラヒドロフランの存在における水素
添加は主たるアルカノール共生成物として１−ブタノー
ルを与える。
米国特許第3,021,342号及び同第3,021,343号はフラ
ン、２−メチルフラン及びジヒドロフランの担持ニッケ
ル触媒上での水素添加を記載している。これらの特許
は、テトラヒドロフランを高収率で得るためには、温度
を120℃より低く担持しなければならない旨開示してい
る。
本発明者らは2,5−ジヒドロフラン及び3,4−エポキシ
−１−ブテン及び／又はクロトンアルデヒドの混合物が
ニッケル又は白金触媒を用いてテトラヒドロフラン及び
１−ブタノールの混合物に水素添加されることを見出し
た。即ち、本発明プロセスは、（１）2,5−ジヒドロフ
ラン及び3,4−エポキシ−１−ブテン及び／又はクロト
ンアルデヒドの混合物をニッケル又は白金触媒の存在下
に水素添加してテトラヒドロフラン及び１−ブタノール
から本質的になる混合物を得、そして（２）１−ブタノ
ール（b.p.117℃）からテトラヒドロフラン（b.p.67
℃）を分離する工程によって前記混合物から高純度テト
ラヒドロフランを製造する手段を提供する。
本発明プロセスに従って使用される粗2,5−ジヒドロ
フランは30重量％以下の3,4−エポキシ−１−ブテン及
び／又はクロトンアルデヒド、典型的には3,4−エポキ
シ−１−ブテン３〜８重量％及びクロトンアルデヒド３
〜10重量％を含む。この粗2,5−ジヒドロフランは５重
量％以下のフランを含み、テトラヒドロフランに水素添
加される。温度及び圧力の水素添加条件は広範囲に変え
ることができる。即ち、本プロセスは温度25〜200℃及
び全圧100〜35,000kPaで実質することができる。好まし
い水素添加条件は50〜150℃の温度範囲及び100〜5,000k
Paの全圧力範囲である。
本プロセスは溶媒の不存在下に実施することができる
が、不活性有機溶媒又は分解剤の使用は、当該反応が発
熱反応で可成りの熱が水素添加によって発生するので、
通常は温度コントロールのために好ましい。使用するこ
とができる溶媒は脂肪族及び芳香族炭化水素、例えばヘ
プタン、トルエン、特定の又は混合キレシレンなど、そ
してアルカノール、例えばエタノール及びブタノールを
含む。溶媒／希釈剤としてのテトラヒドロフランの使用
は、本プロセスに対する外部からの物質の回収及び循環
が回避されるので、特に好ましい。粗2,5−ジヒドロフ
ラン、即ち2,5−ジヒドロフラン及び3,4−エポキシ−１
−ブテン、クロトンアルデヒド及び／又はフランの混合
物の溶媒に対する重量比は1:99〜50:50の範囲とするこ
とができる。
本プロセスはバッチ、セミバッチ又は連続様式の操作
で実施することができる。例えば、バッチ操作は、粗2,
5−ジヒドロフランに触媒、例えばラネーニッケル、酸
化白金又は担持ニッケル又は白金触媒及び、任意的な溶
媒のスラリーを、圧力容器において、粗2,5−ジヒドロ
フランの実質的にすべての成分をテトラヒドロフラン及
び１−ブタノールに転化させるのに十分な時間攪拌する
ことからなる。触媒は水素添加混合物から濾過によって
分離するこができ、濾過の成分（テトラヒドロフラン及
び１−ブタノール）は蒸留によって分離される。
好ましい様式の操作は担持ニッケル又は白金触媒の固
定床を用い粗2,5−ジヒドロフランを必要に応じ不活性
希釈剤の存在下に、ガス相又は、特に液相、において水
素添加される。液相操作は、典型的には、一又はそれ以
上の担持触媒の固定床を含むカラム状圧力反応器の頂部
に不活性溶媒希釈剤に粗2,5−ジヒドロフランの溶液を
供給することを含む。反応剤溶液は高温及び高圧で水素
の存在下に触媒上を流れ（又はしたたり流れ）、そして
水素添加生成物は反応器の底部に存在し、そして蒸留に
よってその成分に分離される。液相操作に使用される供
給速度は0.1〜100液時空間速度（LHSV、触媒単位容積当
りの供給物単位容積）の範囲である。大抵の条件下に、
LHSVは0.1〜10の範囲である。
触媒は、操作様式によって、ラネーニッケル、種々の
白金化合物例えば酸化白金、そして種々の担持ニッケル
及び白金触媒から選ばれる。担持触媒は、シリカ、アル
ミナ、カーボン、二酸化チタン、モレキュラーシーブ、
ゼオライト、キーセルグール（kieselguhr）などのよう
な触媒担持物質上に付着させたニッケル又は白金から或
る、一般には、担持ニッケル触媒は、触媒の全重量基準
で、〔Ni〕として計算して、１〜90重量％のニッケルか
ら成る。好ましいニッケル担持触媒はシリカ／アルミナ
上の１〜70重量％を含む。担持白金触媒の白金含量は0.
1〜20重量％白金の範囲である。好ましい担持白金触媒
はアルミナ上の0.5〜5.0重量％からなる。本発明のプロ
セスは前述のニッケル触媒の一つの存在下に実施するの
が好ましい。
本発明の新規プロセスを以下の実施例によって更に例
示する。
例１ 窒素パージしたガラスオートクレーブライナーに、テ
フロン被覆磁気攪拌子（bar）及び、水で２回すすぎそ
して少量のテトラヒドロフランで３回すすいだ水湿潤ラ
ネーニッケル（0.50g）を添加した。このライナー中に
次の物質を添加した。
テトラヒドロフラン 28.00g（1.0830モル） 2,5−ジヒドロフラン 35.02g（0.4996モル） 3,4−エポキシ−１−ブテン 2.05g（0.0292モル） クロトンアルデヒド 2.01g（0.0287モル） 得られた混合物は、磁気攪拌したオートクレーブ中で
温度11〜120℃及び全圧3,450kPaで４時間水素添加させ
た。粗生成物のガスクロマトグラフ分析（GCA）は低沸
物（boilers）0.11％、3,4−エポキシ−１−ブテン/1,2
−エポキシブタン0.39％、テトラヒドロフラン95.15％
及び１−ブタノール4.25％を示した。粗生成物は触媒か
ら分離し、そして分留され、そして生成物は55〜67℃の
温度で集めた。GCAによって生成物（109.46g、理論値の
96.1％）は低沸物0.06％、3,4−エポキシ−１−ブテン
／ブチルアルデヒド、１−ブタノール0.08％及びテトラ
ヒドロフラン99.54％からなっていた。
例２ 固定触媒床装置を、3.2mm316ステンレススチールの充
填物の層によって支持されたアルミナ上50％ニッケル
（Harshaw Ni−3276,3.2mm押出物）の11.4cm（30.4g,39
cc）床を含む2.5cm×61.0cm316ステンレススチール管を
用いて構成した。また、触媒床の上に充填物層を置き、
触媒との接触前に、供給液の適当な液分布及び予備加熱
を保証するようにした。触媒床の中間部にサーモカップ
ルを置いた。圧力は背圧レギュレーターを備えたサーク
ルドーム（Circle Dome）でコントロールし、ガス流量
速度は31,000kPaまで操作可能なブルックス（Brooks）
質量フローコントローラを用いて制御した。供給物質の
開始前に触媒床を窒素を流し乍ら260℃に加熱して不動
態化（passivated）触媒から二酸化炭素を除去した。二
酸化炭素の除去後、窒素ガスを水素に切り替え、そして
反応器を所望の温度に冷却した。生成混合物は−20℃に
保持されたコンデンサーを備えたフラスコに集めた。こ
のトラップ系を出たガスC1〜C6炭化水素に対して検量し
たオンラインガスクロマトグラフを用いて分析した。集
めた液はGCAで分析した。
3,4−エポキシ−１−ブテン５重量％、クロトンアル
デヒド５重量％、2,5−ジヒドロフラン20重量％及びテ
トラヒドロフラン70重量％からなる混合物を上記反応器
に100℃及び550kPaで142g/hrの供給速度で供給し、一方
水素は800標準cc/分の速度で供給した。反応温度は実験
中に148℃に上昇した。得られた生成物は（GCA）でテト
ラヒドロフラン89％、１−ブタノール11％及びトレース
量のブチルアルデヒドを含んでいた。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−28076（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−30353（ＪＰ，Ａ) 特公 昭50−13261（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C07D 307/08 B01J 23/74 B01J 23/42 C07B 61/00 ＣＡ（ＳＴＮ) ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ｉ）30重量％以下の3,4−エポキシ−１
    −ブテンを含む、2,5−ジヒドロフラン又は（ii）30重
    量％以下の3,4−エポキシ−１−ブテン及びクロトンア
    ルデヒドを含む2,5−ジヒドロフランの混合物から高純
    度テトラヒドロフランを製造する方法において、（１）
    ニッケル又は白金触媒の存在下に前記混合物を水素化し
    てテトラヒドロフラン及び１−ブタノールから本質的に
    成る混合物を得、そして（２）１−ブタノールからテト
    ラヒドロフランを分離する工程を含んでなる高純度テト
    ラヒドロフランの製造方法。
  2. 【請求項２】前記混合物が2,5−ジヒドロフラン、3,4−
    エポキシ−１−ブテン３〜８重量％及びクロトンアルデ
    ヒド３〜10重量％の混合物を含んでなる請求の範囲第１
    項記載の方法。
  3. 【請求項３】2,5−ジヒドロフラン、3,4−エポキシ−１
    −ブテン３〜８重量％及びクロトンアルデヒド３〜10重
    量％からなる混合物から高純度テトラヒドロフランを製
    造する方法において、（１）ニッケル触媒の存在下に50
    〜150℃及び100〜5,500kPaで前記混合物を水素化してテ
    トラヒドロフラン及び１−ブタノールから本質的になる
    混合物を得、そして（２）１−ブタノールからテトラヒ
    ドロフランを分離する工程を含んでなる高純度テトラヒ
    ドロフランの製造方法。
  4. 【請求項４】前記水素化混合物がテトラヒドロフランを
    含む請求の範囲第３項に記載の方法。
  5. 【請求項５】前記水素化された混合物がテトラヒドロフ
    ランと、シリカ／アルミナ上の１〜70重量％ニッケルか
    らなるニッケル触媒を含む請求の範囲第３項に記載の方
    法。
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