JP3128576B1 - 二酸化炭素から炭酸エステルを製造する方法 - Google Patents

二酸化炭素から炭酸エステルを製造する方法

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Abstract

【要約】 【課題】 毒性、腐食性がなく極めて廉価に得られる二
酸化炭素をカルボニル化剤とし、かつ、取扱いの容易な
触媒を用いて実施しうる、工業的に有利な炭酸エステル
の製造方法を提供する。 【解決手段】 金属酸化物の存在下、二酸化炭素とアセ
タール化合物とを反応させる炭酸エステルの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、二酸化炭素を用い
る炭酸エステルの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】炭酸エステルは、ポリカーボネート製造
等の原料、オクタン価向上のためのガソリン添加剤、排
ガス中のパーティクルを減少させるためのディーゼル燃
料添加剤、アルキル化剤、カルボニル化剤、溶剤等とし
て有用な化合物である。従来の炭酸エステルの製造方法
としてはまず、ホスゲンをカルボニル化剤としてアルコ
ールと反応させる方法があげられるが、この方法では、
極めて毒性が強く腐食性も有するホスゲンを用いるた
め、その輸送や貯蔵など取り扱いに注意が必要であり、
製造設備の維持管理や廃棄物処理、作業員の安全性確保
などのために多大なコストがかかっていた。また、一酸
化炭素をカルボニル化剤としてアルコール及び酸素と反
応させる酸化的カルボニル化法も知られているが、この
方法においても猛毒の一酸化炭素を高圧で用いるために
作業員の安全性確保等のために注意が必要であり、ま
た、一酸化炭素が酸化して二酸化炭素を生成するなどの
副反応が起こる欠点があった。このため、より安全かつ
廉価に炭酸エステルを製造する方法の開発が要望され、
二酸化炭素をカルボニル化剤としてアルコールと反応さ
せる方法が提案された(Applied Catalysis誌、199
6年、142巻、L1頁;Collect. Czech. Chem. Comm
un. 誌、1995年、60巻、687頁等)。しかし、
いずれの方法もターンオーバー数が2、3程度と触媒活
性が極めて低く、生成する水が触媒を分解して反応を阻
害するなどの問題があった。また、二酸化炭素とカルボ
ン酸オルトエステルとの反応から炭酸エステルを製造す
る方法も提案されている(特開平7−244010号)
が、原料が高価であり、収率も十分でなく工業的実施に
は課題があった。
【0003】これに対し、本発明者らは金属アルコキシ
ドの存在下、二酸化炭素とアセタール化合物とを反応さ
せて炭酸エステルを製造する方法を提案した(特許第2
852418号及び特願平11−62606号)。この
方法は毒性、腐食性がなく極めて安価に得られる二酸化
炭素をカルボニル化剤として用いる方法であり、工業的
に有利な方法である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、さらに上記
の炭酸エステルの製造方法を改良し、毒性、腐食性がな
く極めて廉価に得られる二酸化炭素をカルボニル化剤と
し、かつ、取扱いの容易な触媒を用いて実施しうる、工
業的により有利な炭酸エステルの製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【0005】
【課題を解決する手段】本発明者は上記従来法の問題点
を解決するため鋭意研究を重ねた結果、二酸化炭素とア
セタール化合物とをある種の金属酸化物の存在下に反応
させると目的の炭酸エステルが得られることを見出し、
この知見に基づき本発明をなすに至った。すなわち本発
明は、(1)スズ酸化物の存在下、二酸化炭素とアセタール化
合物とを反応させることを特徴とする炭酸エステルの製
造方法、及び (2)ルイス酸の存在下に二酸化炭素とアセタール化合
物とを反応させることを特徴とする(1)項記載の炭酸
エステルの製造方法、を提供するものである。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明においては、二酸化炭素と
アセタール化合物とを反応させて炭酸エステルを製造す
る。本発明で用いることのできるアセタール化合物は、
下記一般式(I)で表わされるものである。
【0007】一般式(I) RC(OR) (式中、R及びRは水素原子、アルキル基、アラル
キル基、アリール基又はジアルキルアミノ基を表わし、
はアルキル基、アラルキル基又はアリール基を表わ
す。)
【0008】一般式(I)中、R、R及びRで表
わされるアルキル基は好ましくは低級アルキル基であ
り、さらに好ましくは炭素数1〜4である。具体的には
例えばメチル、エチル、n−プロピル、n−ブチルなど
が挙げられる。また、R、R 及びRで表わされる
アラルキル基は好ましくは炭素数7〜20、さらに好ま
しくは7〜12であり、例えばベンジル、フェネチルな
どが挙げられる。R、R及びRで表わされるアリ
ール基は好ましくは炭素数6〜14、さらに好ましくは
6〜10であり、例えばフェニル、トリル、アニシル、
ナフチルなどが挙げられる。また、R及びRで表わ
されるジアルキルアミノ基は、好ましくは低級アルキル
基で置換されたジアルキルアミノ基であり、例えばジメ
チルアミノ基、ジエチルアミノ基などが挙げられる。
【0009】このようなアセタール化合物として、より
具体的には、例えばベンズアルデヒド ジメチルアセタ
ール、アセトアルデヒド ジメチルアセタール、ホルム
アルデヒド ジメチルアセタール、アセトン ジメチル
アセタール、アセトン ジエチルアセタール、アセトン
ジベンジルアセタール、ジエチルケトン ジメチルア
セタール、ベンゾフェノン ジメチルアセタール、ベン
ジルフェニルケトンジメチルアセタール、シクロヘキサ
ノン ジメチルアセタール、アセトフェノンジメチルア
セタール、2,2−ジメトキシ−2−フェニルアセトフ
ェノン、4,4−ジメトキシ−2,5−シクロヘキサジ
エン−1−オン、ジメチルアセトアミド ジメチルアセ
タール、ジメチルホルムアミド ジメチルアセタール、
ジメチルホルムアミド ジエチルアセタール、ジメチル
ホルムアミド ジベンジルアセタールなどが挙げられ
る。
【0010】本発明の反応は、スズ酸化物を用いてその
存在下で行うことができる。本発明方法においては、下
記一般式(II)で表されるものが好適に用いられる。
【0011】一般式(II) (R SnO (式中、R はアルキル基、アラルキル基、アルケニル
基、又はアリール基を表わす。)
【0012】Rで表わされるアルキル基は、鎖状、環
状のいずれでもよく、直鎖でも分枝鎖でもよいが、好ま
しくは低級アルキル基であり、より好ましくは炭素数1
〜4である。具体的には例えば、メチル、エチル、n−
ブチル、イソプロピル、へキシル、シクロへキシルなど
が挙げられる。Rで表わされるアラルキル基は好まし
くは炭素数7〜12であり、具体的にはベンジル、フェ
ネチル、ナフチルメチル,2−ナフチルエチルなどが挙
げられる。Rで表わされるアルケニル基は好ましくは
炭素数2〜10であり、鎖状、環状のいずれでもよい。
具体的には例えばシクロペンタジエニル、ペンタメチル
シクロペンタジエニル、インデニル、ビニル、アリルな
どが挙げられる。Rで表わされるアリール基は、好ま
しくは炭素数6〜14であり、例えばフェニル、トリ
ル、アニシル、ナフチルなどが挙げられる。またスズ酸
化物は式(II)を単位とする会合体であってもよい。以
下にスズ酸化物の具体例を挙げるが、本発明はこれらに
限定されるものではない。
【0013】MeSnO EtSnO i−PrSnO BuSnO PhSnO (Me:メチル、Et:エチル、i−Pr:イソプロピ
ル、Bu:n−ブチル、Ph:フェニル)
【0014】また、本発明においては、助触媒としてハ
ロゲン化物を用いることもできるが、本発明においては
これは必ずしも必要ではない。このようなハロゲン化物
の例としては、四級ホスホニウム塩、四級アンモニウム
塩、アルカリ金属塩又はビス(トリフェニルホスホラニ
リデン)アンモニウム塩が挙げられる。四級ホスホニウ
ム塩としては、テトラアルキルホスホニウム塩、テトラ
アリールホスホニウム塩などを用いることができ、具体
的には例えば、テトラブチルホスホニウム塩、テトラオ
クチルホスホニウム塩などが挙げられる。四級アンモニ
ウム塩としてはテトラアルキルアンモニウム塩、テトラ
アリールアンモニウム塩などを用いることができ、具体
的には例えば、テトラブチルアンモニウム塩、テトラオ
クチルアンモニウム塩、ミリスチルトリメチルアンモニ
ウム塩などが挙げられる。アルカリ金属塩としては、例
えばカリウム塩、ナトリウム塩などが挙げられる。この
ようなハロゲン化物のハロゲン原子としては、塩素原
子、臭素原子、ヨウ素原子などがあげられるが、ヨウ素
原子が好ましい。ハロゲン化物としてアルカリ金属塩を
用いる場合は、溶解度が低いので、ホスト化合物として
クラウンエーテル化合物、クリプタンド等を共存させる
ことが好ましく、クラウンエーテル化合物を共存させる
ことがさらに好ましい。クラウンエーテル化合物として
は、例えば9−クラウン−3、12−クラウン−4、1
5−クラウン−5、18−クラウン−6などが挙げら
れ、置換基を有してもよい。また、このようなクラウン
エーテル化合物とリチウム、ナトリウム、カリウムなど
との錯化合物を用いることもできる。クリプタンドにつ
いては、具体的には例えば[2.2.1]−クリプタン
ド、[2.2.2]−クリプタンドなどが挙げられ、こ
れらの金属イオンとの錯体を用いることもできる。
【0015】本発明の製造方法における反応は次式で表
わすことができる。 RC(OR) + CO → RO(C
O)OR + R(CO)R (式中、R〜Rは前記と同じ意味をもつ。)
【0016】本発明における二酸化炭素とアセタール化
合物の反応の反応温度は特に制限はないが、通常、室温
〜300℃、好ましくは80〜200℃で、1〜100
時間行う。反応圧は、特に制限なく、反応に使用する耐
圧装置の製造コストなどによって定められる。収率の点
からはより高圧ほど好ましい。
【0017】溶媒としては、好ましくは 一般式(III) ROH (式中、Rは前記と同じ意味を持つ。)で表わされる
アルコール類が用いられ、具体的にはメタノール、エタ
ノール等が挙げられる。アルコール類の使用量は、アセ
タール化合物1モルに対して0.5〜1000モルであ
ることが好ましい。本発明方法において、未反応のアセ
タール化合物は反応系から回収して再使用することがで
きる。また、本発明方法では、炭酸エステルとともにケ
トン又はアルデヒド類が生成するが、ケトン及びアルデ
ヒド類はアルコール類との反応により容易にアセタール
化合物に変換されるので、回収、再利用が可能である。
併産物のケトン及びアルデヒド類の回収、再利用の観点
から、一般式(I)で表わされるアセタール化合物及び
一般式(III)で表わされるアルコール類における基R
を、互いに同一の基とする。本発明において上記の金
属酸化物の使用量はいわゆる触媒量であり、通常、アセ
タール化合物1モルに対し、10万分の1〜10分の1
モル、好ましくは1万分の1〜50分の1モルである。
生成した炭酸エステルは、蒸留などの常法にしたがって
単離することができる。
【0018】本発明における二酸化炭素とアセタール化
合物との反応はルイス酸触媒なしでも進行するが、ルイ
ス酸の存在下で行うと反応が促進され、好ましい場合も
ある。このようなルイス酸としては、例えば次のような
化合物があげられる。 BF・OEt La(OSOCF) Sc(OSOCF) PhB(C) (Et:エチル、Ph:フェニル)
【0019】
【実施例】次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明する。 実施例1 撹拌装置を具備した20ml容のSUS製のオートクレ
ーブに、ジブチルスズオキシド0.17mmol、アセ
トンジメチルアセタール10mmol、メタノール8.
1mlを仕込み、炭酸ガスボンベから液化炭酸ガスを充
填して内圧を60kg/cmに調整した。その後、オ
ートクレーブ内を撹拌しつつ180℃に加熱し、内圧を
2000気圧に昇圧後、24時間反応させた。冷却後、
残存する炭酸ガスを放出し、反応混合物をガスクロマト
グラフィーにより分析したところ、仕込みのアセタール
基準の炭酸ジメチルの収率は79%であった。
【0020】実施例2 二酸化炭素充填後、反応圧を300気圧とした以外は実
施例1と全く同様にして反応させ分析を行ったところ、
仕込みのアセタール基準の炭酸ジメチル収率は22%で
あった。
【0021】比較例 ジブチルスズオキシドを用いない以外は実施例1と全く
同様にして炭酸ジメチルの製造を行ったが、炭酸ジメチ
ルは全く生成しなかった。
【0022】
【発明の効果】本発明方法によれば、二酸化炭素とアセ
タール化合物とを反応させることにより炭酸エステルを
製造することができる。本発明方法において用いる二酸
化炭素は毒性、腐食性がなく廉価であり、かつそれ自体
取扱いの容易な金属酸化物触媒を用いるため工業的に実
施するのに極めて好適であるという優れた効果を奏す
る。さらに本発明方法においては、適宜のアルコール類
を溶媒として用いることにより、併産するケトン、アル
デヒド類をアセタール化合物に変換して回収、再利用す
ることができるという利点も有する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐古 猛 茨城県つくば市東1丁目1番 工業技術 院物質工学工業技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭54−3012(JP,A) 特開 平11−35521(JP,A) 特開 平7−224010(JP,A) 特許2852418(JP,B2) 国際公開94/22805(WO,A1) 日本化学会誌,[10](1975),1789 −1794. (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C07C 68/04 C07C 69/96 CA(STN) REGISTRY(STN) WPIDS(STN)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スズ酸化物の存在下、二酸化炭素とアセタ
    ール化合物とを反応させることを特徴とする炭酸エステ
    ルの製造方法。
  2. 【請求項2】ルイス酸の存在下に二酸化炭素とアセター
    ル化合物とを反応させることを特徴とする請求項1の炭
    酸エステルの製造方法。
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