JP3521970B2 - グリコール酸の製造方法 - Google Patents

グリコール酸の製造方法

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  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
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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、グリオキザールの水溶
液からグリコール酸を製造する方法に関するものであ
る。グリコール酸は、工業用洗浄剤や化粧品原体及びポ
リグリコール酸の原料として有用な化合物である。
【0002】
【従来の技術】グリコール酸の製造法としては、ホルム
アルデヒドを一酸化炭素と水でカルボニル化する方法が
公知である(米国特許第2153064号、同2152
852号、特公昭51−28615号公報他多数)。こ
のカルボニル化反応は、強酸性の触媒の存在下に、高
温、高圧条件下で反応させる方法であって、反応条件が
過酷で、製造装置も高価である等の問題点がある。
【0003】一方、エチレングリコールまたはアセトア
ルデヒドの酸化によって容易に得られるグリオキザール
を水酸化ナトリウム等の強アルカリと反応させる、いわ
ゆるカニッツァロ反応により、グリコール酸アルカリ金
属塩を合成し、これに酸を加えてグリコール酸を得る方
法も公知である(Homolka, Chem. Ber., 54, 1395(192
1), Salomaa, Acta Chem. Scand., 10, 311(1956).
他)。しかし、この方法は強アルカリを当量以上に使用
する必要があること、また反応生成物はグリコール酸の
アルカリ金属塩であり、これから遊離のグリコール酸を
得るためには当量以上の酸を使用する必要があること、
更にこれら遊離のグリコール酸を得るための工程の他、
副生した塩化ナトリウム等のアルカリ金属塩を除去する
ための精製工程が必要である等非常に煩雑な工程をいく
つも要し、製造コストが増大すること等の大きな欠点が
ある。
【0004】また、特開昭61−277649号には、
「グリオキザールの分子内酸化還元によりグリコール酸
を製造するに際し、アルミニウム、ガリウム、インジウ
ム、錫、チタン、ジルコニウム、ニオブ、バナジウム、
クロムから成る群から選ばれた元素の塩類を触媒として
反応させるところに特徴がある(第2頁第1欄9行〜1
4行)」遊離のグリコール酸の製造方法が記載されてい
る。しかし、この方法では触媒として用いた金属塩の成
分が反応生成液中に溶解、混入してしまうので、遊離の
グリコール酸を製造するためには、この混入した触媒成
分を除去する必要がある。しかしながら均一に溶解して
いる金属塩成分を反応生成液から除去する分離・精製工
程は複雑かつ困難であり、この方法は工業的なグリコー
ル酸の製造方法として満足できるものではない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、グリ
オキザールを出発物質として、簡便な方法で遊離のグリ
コール酸を直接製造する方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、グリオキ
ザールを出発物質として、簡便な方法により効率よく遊
離のグリコール酸を直接製造する方法を鋭意検討した結
果、驚くべきことに、グリオキザールの水溶液を、固体
酸触媒の存在下に加熱反応させることにより、高収率で
遊離のグリコール酸が得られ、また使用した固体酸触媒
は通常の濾過等の分離操作により簡便に反応生成液から
除去、回収できるという極めて効率のよいグリコール酸
の製造方法を見いだし、本発明を完成するに至った。
【0007】即ち本発明は、グリオキザールの水溶液
を、固体酸触媒の存在下で50℃以上に加熱することを
特徴とするグリコール酸の製造方法である。
【0008】以下、本発明を詳しく説明する。本発明の
方法における固体酸触媒としては、反応条件下に酸性を
示すもので、かつ固体状態にあるものであり、例えば、
シリカ・アルミナ、シリカ・マグネシア、シリカ・ボリ
ア、シリカ・ジルコニア、シリカ・チタニア、アルミナ
・ジルコニア、シリカ・ランタニア、チタニア・ジルコ
ニアまたはアルミナ・ボリア等の、2種以上の金属酸化
物から成る複合酸化物;酸性白土、クラリット、ベント
ナイト、カオリン、フラーズ・アースまたはモンモリロ
ナイト等の天然の粘土鉱物;ケイソウ土、シリカゲル、
セライト、石英砂、トリア、ジルコニア、酸化チタンま
たはアルミナ等の担体にリン酸または硫酸等を担持させ
た固型化酸;シリカライト、ゼオアルポ、クラスラシ
ル、モルデナイト、クリノブチロライト、A型、X型ま
たはY型ゼオライト、フェリエライト、オフレタイトま
たはZSM−5、12、23または39等の天然または
合成ゼオライト;ニオブ酸、酸化亜鉛、アルミナ、酸化
チタン、酸化セリウム、酸化クロムまたは酸化バナジウ
ム等の単元系金属酸化物;またはシリカ・アルミナ、シ
リカ・チタニア、シリカ・ジルコニア、トリアまたはグ
ラファイト等の担体に5フッ化アンチモンまたは3フッ
化ホウ素を担持させた固体超強酸等を用いることができ
る。これらの内、好ましくはシリカ・アルミナ等の複合
酸化物、もしくはモルデナイト等の天然または合成ゼオ
ライトが用いられる。これらの固体酸触媒は調製後その
まま用いることができるし、また市販品をそのまま用い
ることもできるが、必要に応じて鉱酸処理、スチーミン
グ、EDTA処理、塩化シラン処理、塩化アルミ処理、
乾燥または焼成等の通常の前処理を行った後用いること
もできる。
【0009】本発明の方法に用いられる固体酸触媒の量
としては、原料であるグリオキザールの総量に対して通
常50重量%以下、好ましくは20重量%以下、更に好
ましくは0.001ないし10重量%の範囲で用いられ
る。本発明の方法においては、グリオキザールの水溶液
を原料として用いる。グリオキザールの水に対する濃度
は、85重量%以下、好ましくは、5ないし60重量
%、より好ましくは10ないし50重量%の範囲であ
る。グリオキザールの濃度が5%以下でも反応には全く
差し支えないが、生成物の濃縮にエネルギーがかかるた
め工業的には好ましくない。また、濃度が高過ぎると重
合等の副反応が起こり易くなるので好ましくない。
【0010】加熱する温度は50℃以上、好ましくは8
0ないし250℃、より好ましくは100ないし200
℃で行われる。加熱する際の圧力は、反応系を液相に保
つのに十分な圧力であり、減圧、常圧、加圧の何れでも
実施することができ、特に制限はないが、通常0.1な
いし200kg/cm2(絶対圧力)である。
【0011】加熱する時間は、加熱する温度、グリオキ
ザール濃度、触媒の種類や濃度等の条件により変化する
ので一様ではないが、通常数分から24時間の範囲であ
る。本発明は、反応に必須である水を溶媒として行うこ
とができるが、必要であればさらに溶媒を共存させて行
うこともできる。用いられる溶媒としては、グリオキザ
ールおよびグリコール酸と反応しないものであれば良
く、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、シクロ
ヘキサン、メチルシクロヘキサン等の脂肪族炭化水素
類、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素
類、ジクロロメタン、クロロホルム、フルオロベンゼ
ン、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類、ジエチ
ルエーテル、メチル-tert-ブチルエーテル、ジブチルエ
ーテル、ジフェニルエーテル、テトラヒドロフラン、ジ
オキサン等のエーテル類、アセトン、ジエチルケトン、
メチルイソブチルケトン等のケトン類、アセトニトリ
ル、プロピオニトリル等のニトリル類、ニトロメタン、
ニトロベンゼン、ニトロトルエン等のニトロ化合物類な
どを例示することができる。また、用いる溶媒によっ
て、二層以上の多層系で反応を行うこともできる。
【0012】本発明の反応は、バッチ式または連続式の
何れでも実施することができる。反応で生成したグリコ
ール酸は、濾過、遠心分離またはデカンテーション等の
通常の分離操作により触媒成分を除去したのち、そのま
まグリコール酸水溶液として取り出すことができるし、
また必要に応じて濃縮、精製などの通常の操作を経た後
にグリコール酸水溶液として利用することもできる。更
に必要であれば、通常の結晶化操作によって、グリコー
ル酸の結晶として取り出すこともできる。
【0013】
【実施例】以下、実施例を示して本発明の方法を更に詳
しく説明するが、本発明は以下の実施例のみに制限され
るものではない。 実施例1 ガラス製の円筒容器に、原料として40重量%グリオキ
ザール水溶液165グラム(1.14モル)および固体
酸触媒としてシリカ・アルミナ(商品名:キョーワード
700SN、協和化学(株)製)1.65グラムを秤り
取った。このガラス容器を攪拌翼がテフロン製で、測温
管がガラスで保護されている500mlのオートクレー
ブに挿入した。このオートクレーブ内を窒素ガスで置換
した後、攪拌しながら165℃で1時間加熱し反応させ
た。反応後オートクレーブを冷却して反応液を取り出
し、高速液体クロマトグラフィーにより分析したとこ
ろ、グリオキザールが0.0148モル及びグリコール
酸が1.07モル含まれていた。グリオキザールの転化
率は98.7%、グリコール酸の収率は94.2%であ
った。
【0014】比較例1 固体酸触媒を用いなかった以外はすべて実施例1と同様
に反応させ、分析した。グリオキザールの転化率は8
6.4%、グリコール酸の収率は65.9%であった。
【0015】実施例2 原料として20重量%グリオキザール水溶液165グラ
ム(0.57モル)及び固体酸触媒として粉砕、水洗、
乾燥した天然産クリノブチロライト1.65グラムを用
い、反応時間を2時間とした以外はすべて実施例1と同
様に反応させ、分析した。グリオキザールの転化率は9
9.4%、グリコール酸の収率は96.8%であった。
【0016】実施例3 固体酸触媒として粉砕した天然産モルデナイト1.65
グラムを用いた以外はすべて実施例2と同様に反応さ
せ、分析した。グリオキザールの転化率は99.8%、
グリコール酸の収率は97.3%であった。
【0017】実施例4 固体酸触媒として硫酸ジルコニア((株)ジャパンエナ
ジー製)0.55グラムを用い、反応時間を2時間とし
た以外はすべて実施例2と同様に反応させ、分析した。
グリオキザールの転化率は99.8%、グリコール酸の
収率は96.7%であった。
【0018】実施例5 原料として5重量%グリオキザール水溶液165グラム
(0.14モル)及び固体酸触媒としてシリカ・アルミ
ナ(商品名:L.A.シリカ・アルミナ、触媒化成(株)
製)0.55グラムを用い、反応温度を150℃とした
以外はすべて実施例1と同様に反応させ、分析した。グ
リオキザールの転化率は99.9%、グリコール酸の収
率は99.2%であった。
【0019】実施例6 固体酸触媒としてニオブ酸0.55グラムを用いた以外
はすべて実施例5と同様に反応させ、分析した。グリオ
キザールの転化率は99.7%、グリコール酸の収率は
98.1%であった。
【0020】実施例7 固体酸触媒として酸性白土3.30グラムを用いた以外
はすべて実施例5と同様に反応させ、分析した。グリオ
キザールの転化率は98.3%、グリコール酸の収率は
94.5%であった。
【0021】実施例8 固体酸触媒としてチタニア・ジルコニア1.65グラム
を用いた以外はすべて実施例5と同様に反応させ、分析
した。グリオキザールの転化率は99.9%、グリコー
ル酸の収率は99.0%であった。
【0022】
【発明の効果】本発明の方法により、グリオキザール水
溶液から非常に簡便な反応で、高収率で遊離のグリコー
ル酸を製造することができる。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI B01J 23/06 B01J 23/06 X 23/20 23/20 X 29/06 29/06 X C07B 61/00 300 C07B 61/00 300 (72)発明者 佐伯 卓哉 福岡県大牟田市浅牟田町30番地 三井東 圧化学株式会社内 (72)発明者 高木 夘三治 神奈川県横浜市栄区笠間町1190番地 三 井東圧化学株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−277649(JP,A) 特開 昭54−55520(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C07C 51/00 C07C 51/235 C07C 51/377 C07C 59/06 C07C 59/01 B01J 21/02 - 21/16 B01J 23/06 - 23/08 B01J 23/14 B01J 23/20 B01J 23/74 B01J 27/053 B01J 27/10 B01J 27/132 - 27/135 B01J 27/16 B01J 27/25 B01J 29/06 B01J 31/02 - 31/04 C07B 61/00 300

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 グリオキザールの水溶液を、固体酸触媒
    の存在下で、50℃以上に加熱することを特徴とするグ
    リコール酸の製造方法。
  2. 【請求項2】 固体酸触媒が2種以上の金属酸化物から
    成る複合酸化物である請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 固体酸触媒がシリカ・アルミナである請
    求項1記載の方法。
  4. 【請求項4】 加熱する温度が、100ないし200℃
    である請求項1、2または3記載の方法。
  5. 【請求項5】 グリオキザールの水溶液が、85重量%
    以下の濃度である請求項1、2、3または4記載の方
    法。
  6. 【請求項6】 グリオキザールの水溶液が、5ないし6
    0重量%の濃度である請求項1、2、3または4記載の
    方法。
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