JP4155212B2 - Cyclic carbonate catalyst and process for producing the same, and process for producing cyclic carbonate using the catalyst - Google Patents

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Description

本発明は、環状カーボネート製造用の触媒及び該触媒の製法、並びに該触媒を用いてエポキシ化合物と二酸化炭素から環状カーボネートを効率よく製造する方法に関する。   The present invention relates to a catalyst for producing cyclic carbonate, a method for producing the catalyst, and a method for efficiently producing cyclic carbonate from an epoxy compound and carbon dioxide using the catalyst.

環状カーボネートの製造法としては種々の方法が開示されており、例えば総説(非特許文献1)としても紹介されている。これら種々方法の中でも工業的製造法としては環境調和性などの観点からエポキシ化合物と二酸化炭素との反応から製造する方法が主流となりつつある。   Various methods for producing a cyclic carbonate have been disclosed, and for example, it has been introduced as a review (Non-Patent Document 1). Among these various methods, as an industrial production method, a method of producing from a reaction between an epoxy compound and carbon dioxide is becoming mainstream from the viewpoint of environmental harmony.

エポキシ化合物と二酸化炭素との反応から環状カーボネートを製造するための触媒としては、例えば(特許文献1)に従来技術として示されているようなアルカリ金属の臭化物又はヨウ化物など均一系の触媒が多い。しかし、この方法を採用した場合、工程が複雑になり、反応生成物と触媒の分離操作中で触媒が分解したり、副生成物が生成することもあるなど、各種問題があった。   As a catalyst for producing a cyclic carbonate from a reaction between an epoxy compound and carbon dioxide, there are many homogeneous catalysts such as alkali metal bromides or iodides as disclosed in, for example, (Patent Document 1). . However, when this method is adopted, the process becomes complicated, and there are various problems such as decomposition of the catalyst during the separation of the reaction product and the catalyst and generation of by-products.

これらの問題点を解決すべく特に近年、固体触媒系が指向され提案されてきた。例えば酸化タリウム(III)系(特許文献2)、水分含量を特定レベル以下にさせた第4級アンモニウム塩を交換基とする固体強塩基性アニオン交換体樹脂(特許文献3)、第4級ホスホニウム塩を交換基とするアニオン交換樹脂(特許文献4)、タングステン又はモリブデンからなるヘテロポリ酸又はその金属塩(特許文献5)、特定の条件で焼成された酸化マグネシウム(非特許文献2)、ゼオライト中に封入された特定の金属フタロシアニン錯体(非特許文献3)、あるいは本発明者に関わる触媒、すなわち特定の条件から調製されたマグネシウム、アルミニウム金属からなるハイドロタルサイト系触媒(特許文献6)などが挙げられる。   In particular, in recent years, solid catalyst systems have been directed and proposed to solve these problems. For example, thallium (III) oxide (Patent Document 2), a solid strongly basic anion exchanger resin having a quaternary ammonium salt whose water content is below a specific level (Patent Document 3), quaternary phosphonium Anion exchange resin having salt as an exchange group (Patent Document 4), heteropolyacid consisting of tungsten or molybdenum or a metal salt thereof (Patent Document 5), magnesium oxide calcined under specific conditions (Non-Patent Document 2), in zeolite A specific metal phthalocyanine complex encapsulated in a catalyst (Non-patent Document 3), or a catalyst related to the present inventors, that is, a hydrotalcite-based catalyst composed of magnesium or aluminum metal (Patent Document 6) prepared from specific conditions. Can be mentioned.

しかし、これら従来技術は触媒の固体化という点では達成されているが、耐熱性、触媒調製・管理の複雑さ、触媒使用量、コスト、収率、に関して少なくとも1つ以上の問題点をかかえていた。   However, these conventional techniques have been achieved in terms of solidification of the catalyst, but have at least one problem regarding heat resistance, complexity of catalyst preparation and management, amount of catalyst used, cost, and yield. It was.

特開平9−235252JP-A-9-235252 特開昭59−167578JP 59-167578 A 特公平8−32700Japanese Patent Publication 8-32700 特開平9−235252JP-A-9-235252 特開平7−206847JP-A-7-206847 特開平11−226413JP-A-11-226413 Chem.Rev.、96巻、951頁、1996年Chem. Rev. 96, 951, 1996 Chem.Commun.、1129頁、1997年Chem. Commun. 1129, 1997 Catalysis Letters、89巻、81頁、2003年Catalysis Letters, 89, 81, 2003

本発明の課題は、反応終了後において反応生成物又はその溶液から容易に分離が可能で、かつ繰り返し使用の可能な環状カーボネート製造用触媒とその簡便な製法を提供すること、及び該触媒を用いてエポキシ化合物と二酸化炭素から低圧条件、かつ低減された触媒使用量で高収率の環状カーボネートを与え、更には光学活性体のエポキシ化合物を用いた場合にそのエポキシ不斉炭素の立体配置が高度に保持された環状カーボネートを与える製造法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a cyclic carbonate production catalyst that can be easily separated from a reaction product or a solution thereof after completion of the reaction and can be used repeatedly, and a simple production method thereof, and using the catalyst. Gives high yields of cyclic carbonates from epoxy compounds and carbon dioxide under low pressure conditions and reduced catalyst usage. Furthermore, when optically active epoxy compounds are used, the configuration of the epoxy asymmetric carbon is highly advanced. It is an object of the present invention to provide a production method for providing a cyclic carbonate held in a metal.

即ち、本発明は、下記一般式(1)で示されるヒドロキシアパタイトを構成するカルシウムイオンの一部が亜鉛イオンとイオン交換されたものであることを特徴とする環状カーボネート製造用触媒である。

Figure 0004155212
That is, the present invention is a cyclic carbonate production catalyst characterized in that a part of calcium ions constituting hydroxyapatite represented by the following general formula (1) is ion-exchanged with zinc ions.
Figure 0004155212

また、本発明は、ヒドロキシアパタイト(1)と亜鉛塩水溶液を混合、イオン交換反応させ、固相を分離、乾燥させることを特徴とする環状カーボネート製造用触媒の製法である。   Moreover, this invention is a manufacturing method of the catalyst for cyclic carbonate manufacture characterized by mixing hydroxyapatite (1) and zinc salt aqueous solution, carrying out an ion exchange reaction, isolate | separating and drying a solid phase.

更に、本発明は、上記環状カーボネート製造用触媒を使用し、塩基性助剤の存在下、エポキシ化合物と二酸化炭素の反応を行うことを特徴とする環状カーボネートの製造法である。   Furthermore, the present invention is a method for producing a cyclic carbonate, characterized by using the above-mentioned catalyst for producing a cyclic carbonate and reacting an epoxy compound and carbon dioxide in the presence of a basic auxiliary agent.

本発明によれば、焼結処理等を必要とせず、汎用材料から簡便な手段で触媒を作製することができ、また、得られた触媒は固体ゆえ取扱性がよく、再使用ができることから経済的であり、更には、少ない触媒使用量で環状カーボネートを高収率で得ることができる。   According to the present invention, it is possible to produce a catalyst from a general-purpose material by a simple means without the need for a sintering process, etc., and the obtained catalyst is solid and easy to handle and can be reused. Furthermore, a cyclic carbonate can be obtained in a high yield with a small amount of catalyst used.

まず、環状カーボネート製造用触媒とその製法について説明する。
本発明における触媒の調製原料として使用されるヒドロキシアパタイト(1)は、実質的にCa10(PO46(OH)2からなる物質であり、市販品を入手することができる。例えば「化学便覧応用編」の140頁に当該物質に関する説明が記載されている。
First, the cyclic carbonate production catalyst and its production method will be described.
Hydroxyapatite (1) used as a raw material for preparing the catalyst in the present invention is a substance substantially composed of Ca 10 (PO 4 ) 6 (OH) 2 , and a commercially available product can be obtained. For example, an explanation about the substance is described on page 140 of “Chemical Handbook Application”.

本発明による触媒は、イオン交換反応によりカルシウムイオンが亜鉛イオンと置換される割合が、ヒドロキシアパタイト(1)を構成するカルシウム1ミリグラム原子当り0.0001〜0.5ミリグラム原子が好ましく、更に好ましくは0.001〜0.1ミリグラム原子、最も好ましくは0.01〜0.08ミリグラム原子の範囲である。   In the catalyst according to the present invention, the ratio in which calcium ions are replaced with zinc ions by an ion exchange reaction is preferably 0.0001 to 0.5 milligram atoms, more preferably 1 milligram atoms of calcium constituting the hydroxyapatite (1). It is in the range of 0.001 to 0.1 milligram atoms, most preferably 0.01 to 0.08 milligram atoms.

本発明の触媒は、ヒドロキシアパタイト(1)と亜鉛塩水溶液を混合、イオン交換反応させ、固相を分離、乾燥させてなるものであってよい。例えば、濃度0.1〜20ミリモル/Lの亜鉛塩水溶液にヒドロキシアパタイト(1)を加え、攪拌または静置した後、固相を分離・乾燥することで環状カーボネート製造用触媒を得ることができる。   The catalyst of the present invention may be prepared by mixing hydroxyapatite (1) and an aqueous zinc salt solution, ion exchange reaction, separating and drying the solid phase. For example, a cyclic carbonate production catalyst can be obtained by adding hydroxyapatite (1) to a zinc salt aqueous solution having a concentration of 0.1 to 20 mmol / L, stirring or standing, and then separating and drying the solid phase. .

使用できる亜鉛塩としては、例えば、硝酸亜鉛、硫酸亜鉛、塩化亜鉛、臭化亜鉛、など無機アニオンから構成される塩、あるいは酢酸亜鉛、シュウ酸亜鉛、などの無機アニオンから構成される塩が挙げられる。   Examples of zinc salts that can be used include salts composed of inorganic anions such as zinc nitrate, zinc sulfate, zinc chloride and zinc bromide, and salts composed of inorganic anions such as zinc acetate and zinc oxalate. It is done.

上記亜鉛塩水溶液における亜鉛イオン量としては、ヒドロキシアパタイト1g当たり0.001〜5ミリモル、好ましくは0.01〜1ミリモル、更に好ましくは0.1〜0.8ミリモルの範囲が適量である。亜鉛塩水溶液の濃度には特に制限はないが、通常0.1〜20ミリモル亜鉛/Lの範囲で使用することができる。   The amount of zinc ions in the aqueous zinc salt solution is in the range of 0.001 to 5 mmol, preferably 0.01 to 1 mmol, more preferably 0.1 to 0.8 mmol, per 1 g of hydroxyapatite. Although there is no restriction | limiting in particular in the density | concentration of zinc salt aqueous solution, Usually, it can use in the range of 0.1-20 mmol zinc / L.

イオン交換反応させる際の温度と時間には特に制限はないが、例えば反応温度が0〜100℃の範囲内で、反応時間が48時間以内が適当である。   The temperature and time for the ion exchange reaction are not particularly limited, but for example, the reaction temperature is in the range of 0 to 100 ° C. and the reaction time is within 48 hours.

イオン交換反応後、得られたスラリー状の反応液から固相を分離するのは通常の手段で行ってよく、例えばろ過することができる。また、分離後の乾燥方法も特に限定されないが、大気中、乾燥温度が20〜200℃の範囲で行うのが好ましく、適宜減圧下で行ってもよい。   After the ion exchange reaction, the solid phase may be separated from the obtained slurry-like reaction solution by a usual means, for example, filtration may be performed. Also, the drying method after separation is not particularly limited, but it is preferably performed in the air at a drying temperature in the range of 20 to 200 ° C., and may be appropriately performed under reduced pressure.

上記の方法により調製された触媒中の亜鉛イオンの挙動は亜鉛のK殻EXAFSスペクトルを測定することで観察できる。その結果、結合長約3Åにおける亜鉛−酸素−亜鉛の単位構造を実質上含まないことが確認でき、本発明による触媒中、亜鉛イオンはリン酸塩として置換されている事実を示すものである。   The behavior of zinc ions in the catalyst prepared by the above method can be observed by measuring the K-shell EXAFS spectrum of zinc. As a result, it can be confirmed that the unit structure of zinc-oxygen-zinc having a bond length of about 3 mm is substantially not included, which indicates the fact that zinc ions are substituted as phosphates in the catalyst according to the present invention.

次に、本発明の触媒を使用した環状カーボネートの製造法について説明する。
本発明で使用されるエポキシ化合物とは、下記一般式(2)で表される化合物である。当該エポキシ化合物中にはエポキシ基が二以上有するものも含まれる。

Figure 0004155212
(上式中、R1、R2、R3およびR4は、水素または置換基を有してもよい炭素数20以下のアルキル基、アリール基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリールアルキル基、エポキシ基を表し、それぞれ互いに同一の基でも異なる基でもよく、互いに結合して環状構造を形成してもよい。またここで言う置換基とはハロゲン原子、カルボキシル基、アルコキシ基、アリーロキシ基、カルボニル基、水酸基、エポキシ基を意味する。) Next, the manufacturing method of the cyclic carbonate using the catalyst of this invention is demonstrated.
The epoxy compound used in the present invention is a compound represented by the following general formula (2). The epoxy compound includes those having two or more epoxy groups.
Figure 0004155212
(In the above formula, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are hydrogen or an optionally substituted alkyl group having 20 or less carbon atoms, aryl group, alkenyl group, cycloalkyl group, arylalkyl group, Represents an epoxy group, which may be the same or different from each other, and may be bonded to each other to form a cyclic structure, and the substituents mentioned here are halogen atoms, carboxyl groups, alkoxy groups, aryloxy groups, carbonyls Group, hydroxyl group, and epoxy group.)

具体的には、分子内にエポキシ基を1個含むエポキシ化合物として、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド、ヘキシレンオキサイド、オクチレンオキサイド類等のアルキレンオキサイド類及びこれらの、置換基を有するエポキシ化合物類、シクロヘキシレンオキサイド、置換基を有するシクロヘキシレンオキサイド類、ノルボルネンエポキサイド、ジシクロペンタジエンエポキサイド等の脂環式エポキシ化合物類、スチレンオキサイド、α−メチルスチレンオキサイド等の置換基を有するスチレンオキサイド類等のアリールアルキレンオキサイド類、エピクロロヒドリン等のハロゲンで置換されたアルキレンオキサイド類、メチルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、ベンジルグリシジルエーテル等のアルコキシ置換基を有するグリシジルエーテル系アルキレンオキサイド類、フェニルグリシジルエーテル等のアリルオキシ置換基を有するグリシジルエーテル類、酢酸グリシジル、プロピオン酸グリシジル等のカルボニル置換基を有するグリシジルエステル系アルキレンオキサイド類、グリシドール等の水酸基置換基を有するアルキレンオキサイド類などが例示される。   Specifically, as an epoxy compound having one epoxy group in a molecule, alkylene oxides such as ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, hexylene oxide, and octylene oxide, and epoxy compounds having these substituents , Cyclohexylene oxide, cyclohexylene oxide having a substituent, alicyclic epoxy compounds such as norbornene epoxide, dicyclopentadiene epoxide, styrene oxide having a substituent such as styrene oxide, α-methylstyrene oxide, etc. Aryl alkylene oxides, alkylene oxides substituted with halogen such as epichlorohydrin, methyl glycidyl ether, butyl glycidyl ether, benzyl glycidyl ether, etc. Glycidyl ether alkylene oxides having an alkoxy substituent, glycidyl ethers having an allyloxy substituent such as phenyl glycidyl ether, glycidyl ester alkylene oxides having a carbonyl substituent such as glycidyl acetate, glycidyl propionate, hydroxyl groups such as glycidol Examples include alkylene oxides having a substituent.

分子内にエポキシ基を2個以上含むエポキシ化合物としては、ブタジエンジエポキシド、ビニルシクロヘキセンジエポキシド、ノルボルナジエンジエポキシド、ジシクロペンタジエンジエポキシド等の非環状、あるいは環状のジエポキシ化合物類、ビスフェノールA、ビスフェノールF等のアリール基を含むジエポキシ化合物類等が挙げられる。   Examples of the epoxy compound having two or more epoxy groups in the molecule include acyclic or cyclic diepoxy compounds such as butadiene diepoxide, vinylcyclohexene diepoxide, norbornadiene diepoxide, dicyclopentadiene diepoxide, bisphenol A, bisphenol F, and the like. And diepoxy compounds containing an aryl group such as

本発明においてはこれらのエポキシ化合物類のみに限定されるものではなく、炭素原子2つと酸素原子1つで形成される3員環をその構造式の中に少なくとも1つを含むもの、いわゆるエポキシ系化合物であればさしつかえない。   The present invention is not limited to these epoxy compounds, but includes at least one 3-membered ring formed by two carbon atoms and one oxygen atom in the structural formula, so-called epoxy system. Any compound can be used.

上記例示のエポキシ化合物の中で、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド、ヘキシレンオキサイド、オクチレンオキサイド類等のアルキレンオキサイド類、置換基を有するシクロヘキシレンオキサイド類、ノルボルネンエポキサイド、ジシクロペンタジエンエポキサイド等の脂環式エポキシ化合物類、スチレンオキサイド、α−メチルスチレンオキサイド等のスチレンオキサイド類、エピクロロヒドリン、フェニルグリシジルエーテル等のアリルオキシ置換基を有するグリシジルエーテル類、メチルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、ベンジルグリシジルエーテル等のアルコキシ置換基を有するグリシジルエーテル系アルキレンオキサイド類、酢酸グリシジル、プロピオン酸グリシジル等のカルボニル置換基を有するグリシジルエステル系アルキレンオキサイド類、グリシドール等の水酸基置換基を有するアルキレンオキサイド類が好ましく挙げられ、また、特にエチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイド、ヘキシレンオキサイド、オクチレンオキサイド、シクロヘキシレンオキサイド、ノルボルネンエポキサイド、ジシクロペンタジエンエポキサイド、スチレンオキサイド、α−メチルスチレンオキサイド、エピクロロヒドリン、フェニルグリシジルエーテル、メチルグリシジルエーテル、エチルグリシジルエーテル、プロピルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、ベンジルグリシジルエーテル、酢酸グリシジル、プロピオン酸グリシジル、グリシドールから選ばれるエポキシ化合物が好ましい。   Among the above-exemplified epoxy compounds, alkylene oxides such as ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, hexylene oxide, and octylene oxide, cyclohexylene oxides having a substituent, norbornene epoxide, dicyclopentadiene epoxide, etc. Alicyclic epoxy compounds, styrene oxides such as styrene oxide and α-methylstyrene oxide, glycidyl ethers having an allyloxy substituent such as epichlorohydrin, phenylglycidyl ether, methyl glycidyl ether, butyl glycidyl ether, benzyl glycidyl Carbohydrates such as glycidyl ether alkylene oxides having an alkoxy substituent such as ether, glycidyl acetate, glycidyl propionate, etc. Preferred examples include alkylene oxides having a hydroxyl substituent such as glycidyl ester-based alkylene oxides and glycidol having a substituent, particularly ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, hexylene oxide, octylene oxide, and cyclohexylene. Oxide, norbornene epoxide, dicyclopentadiene epoxide, styrene oxide, α-methylstyrene oxide, epichlorohydrin, phenyl glycidyl ether, methyl glycidyl ether, ethyl glycidyl ether, propyl glycidyl ether, butyl glycidyl ether, benzyl glycidyl ether, glycidyl acetate An epoxy compound selected from glycidyl propionate and glycidol is preferred.

本発明では、これらのエポキシ化合物の1種以上を反応に供する。従って、本発明において製造される環状カーボネートとは該エポキシ系化合物から製造されるカーボネートであり下記一般式(3)で表される環状カーボネートである。

Figure 0004155212
(上式中、R1、R2、R3 および R4 はそれぞれ上記と同じである。) In the present invention, one or more of these epoxy compounds are subjected to the reaction. Therefore, the cyclic carbonate produced in the present invention is a carbonate produced from the epoxy compound and is a cyclic carbonate represented by the following general formula (3).
Figure 0004155212
(In the above formula, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are the same as above.)

具体的には、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ヘキシレンカーボネート、オクチレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、クロロメチルエチレンカーボネート、シクロヘキサンカーボネート、シクロペンタンカーボネート、スチレンカーボネート、メトキシメチルエチレンカーボネート、フェノキシメチルエチレンカーボネート、ベンジルオキシエチレンカーボネート、ビニルシクロヘキセンジカーボネート、ジシクロペンタジエンジカーボネート、ジアリルジフェニルメタンジカーボネート等が例示される。   Specifically, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, hexylene carbonate, octylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, chloromethyl ethylene carbonate, cyclohexane carbonate, cyclopentane carbonate, styrene carbonate, methoxymethyl ethylene carbonate, phenoxymethyl ethylene carbonate And benzyloxyethylene carbonate, vinylcyclohexene dicarbonate, dicyclopentadiene dicarbonate, diallyldiphenylmethane dicarbonate, and the like.

ところで、原料とするエポキシ化合物は一般式(1)においてR1、R2、R3、R4のすべてが水素原子である場合を除くと、エポキシ化合物を構成する3員環の炭素原子に水素原子以外のR1、R2、R3、R4置換基が結合している場合は該炭素原子は不斉炭素原子として分子を構成する。一般に、原料エポキシ化合物がこの炭素原子に由来する光学活性分子である場合、そのカーボネート化反応を行う場合に、その不斉の立体配置の一部もしくは全部が失われる場合が多いところ、本発明では上記の非光学活性体の具体例を光学活性体の原料に置き換えることで、R1、R2、R3、R4置換基が結合しているエポキシ化合物の光学的立体配置を実質的に全て保持して対応する環状カーボネートを高効率で製造することができる。 By the way, the epoxy compound used as a raw material is hydrogen in the carbon atom of the three-membered ring constituting the epoxy compound except for the case where all of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are hydrogen atoms in the general formula (1). When R 1 , R 2 , R 3 and R 4 substituents other than atoms are bonded, the carbon atom constitutes a molecule as an asymmetric carbon atom. In general, when the raw material epoxy compound is an optically active molecule derived from this carbon atom, when performing the carbonation reaction, part or all of the asymmetric configuration is often lost. By substituting the specific examples of the non-optically active substance with the raw material of the optically active substance, substantially all of the optical configuration of the epoxy compound to which the R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 substituents are bonded is combined. A corresponding cyclic carbonate can be produced with high efficiency.

使用できる光学活性エポキシ化合物としては、プロピレンオキサイド、1,2−ブチレンオキサイド、1,2−ペンテンオキサイド、1,2−ヘキシレンオキサイド、1,2−オクチレンオキサイド類等のアルキレンオキサイド類及びこれらの置換基を有するエポキシ化合物類、置換基を有するシクロヘキシレンオキサイド類を始めとする脂環式エポキシ化合物類、スチレンオキサイド、α−メチルスチレンオキサイド等の置換基を有するスチレンオキサイド類等のアリールアルキレンオキサイド類、エピクロロヒドリン等のハロゲンで置換されたアルキレンオキサイド類、メチルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、ベンジルグリシジルエーテル等のアルコキシ置換基を有するグリシジルエーテル系アルキレンオキサイド類、フェニルグリシジルエーテル等のアリルオキシ置換基を有するグリシジルエーテル類、酢酸グリシジル、プロピオン酸グリシジル等のカルボニル置換基を有するグリシジルエステル類、グリシドール等の水酸基置換基を有するアルキレンオキサイド類などが例示される。ベンジルグリシジルエーテル等のアルコキシ置換基を有するグリシジルエーテル系アルキレンオキサイド類が特に好ましい。   Examples of the optically active epoxy compound that can be used include alkylene oxides such as propylene oxide, 1,2-butylene oxide, 1,2-pentene oxide, 1,2-hexylene oxide, 1,2-octylene oxide, and the like. Arylalkylene oxides such as epoxide compounds having substituents, alicyclic epoxy compounds including cyclohexylene oxides having substituents, styrene oxides having substituents such as styrene oxide and α-methylstyrene oxide , Alkylene oxides substituted with halogen such as epichlorohydrin, glycidyl ether alkylene oxides having an alkoxy substituent such as methyl glycidyl ether, butyl glycidyl ether, benzyl glycidyl ether, Glycidyl ethers having an allyloxy substituent such as E alkenyl glycidyl ether, glycidyl acetate, glycidyl esters having a carbonyl substituent glycidyl propionate, and alkylene oxides having a hydroxyl substituent such as glycidol and the like. Glycidyl ether alkylene oxides having an alkoxy substituent such as benzyl glycidyl ether are particularly preferred.

本発明の触媒を使用したエポキシ化合物と二酸化炭素からの環状カーボネートの製造に際しては塩基性助剤が必須である。   In the production of a cyclic carbonate from an epoxy compound and carbon dioxide using the catalyst of the present invention, a basic auxiliary agent is essential.

ここでいう塩基性助剤とは、無機塩基と有機塩基に大別される。
塩基性助剤のうち、無機塩基の例としては、Li、Na、K、Rb、Cs、などのアルカリ金属、又はBe、Mg、Ca、Sr、Ba、などのアルカリ土類金属、(アンモニウム)の水酸化(OH)物、硫化(S)物、炭酸(CO3)塩、炭酸水素(HCO3)塩、燐酸水素(HPO4)塩、亜硫酸(SO3)塩、次亜硫酸(S23)、あるいはNH4(アンモニウム)の水酸化(OH)物、炭酸(CO3)塩、硫酸(SO4)塩、更にはヒドラジン(オニウム)の硫酸(SO4)塩、炭酸(CO3)塩、燐酸(PO4)塩、アンモニア(NH3)等が挙げられるが、特にLi2CO3、LiHCO3、Na2CO3、NaHCO3、K2CO3、KHCO3、Rb2CO3、RbHCO3、Cs2CO3、CsHCO3、NH4SO4、NH3、LiHPO4、NaHPO4、RbHPO4、CsHPO4、NH3が好ましい。上記例示を含む無機塩基の中から1又は2種以上選択して使用することができる。無機塩基は、通常、粉末状のものからフレーク状のものまで、様々な形態がある。本発明においては、これらいずれの形態のものでも使用可能であるが、反応促進の観点からは粉末状の無機塩基を用いることが好ましい。
The basic auxiliaries here are roughly classified into inorganic bases and organic bases.
Among basic auxiliaries, examples of inorganic bases include alkali metals such as Li, Na, K, Rb, and Cs, or alkaline earth metals such as Be, Mg, Ca, Sr, and Ba, (ammonium) Hydroxide (OH), sulfide (S), carbonic acid (CO 3 ) salt, hydrogen carbonate (HCO 3 ) salt, hydrogen phosphate (HPO 4 ) salt, sulfurous acid (SO 3 ) salt, hyposulfite (S 2 O) 3 ), or NH 4 (ammonium) hydroxide (OH), carbonic acid (CO 3 ), sulfuric acid (SO 4 ), hydrazine (onium) sulfuric acid (SO 4 ), carbonic acid (CO 3 ) Salt, phosphoric acid (PO 4 ) salt, ammonia (NH 3 ) and the like, and particularly Li 2 CO 3 , LiHCO 3 , Na 2 CO 3 , NaHCO 3 , K 2 CO 3 , KHCO 3 , Rb 2 CO 3 , RbHCO 3, Cs 2 CO 3, CsHCO 3, NH 4 SO 4, H 3, LiHPO 4, NaHPO 4 , RbHPO 4, CsHPO 4, NH 3 is preferable. One or two or more inorganic bases including the above examples can be selected and used. Inorganic bases usually have a variety of forms ranging from powder to flakes. In the present invention, any of these forms can be used, but it is preferable to use a powdery inorganic base from the viewpoint of promoting the reaction.

塩基性助剤のうち、有機塩基の例としては、メチルアミン、エチルアミン、イソプロピルアミン、ブチルアミン、オクチルアミン、シクロヘキシルアミン等、1個の窒素原子が1個の脂肪族基で置換された1級アミン類、ジメチルアミン、ジエチルアミン、エチルイソプロピルアミン、ブチルアミン、メチルオクチルアミン、ジシクロヘキシルアミン等、1個の窒素原子が同一又は異なる2個の脂肪族基で置換された2級アミン類、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリイソプロピルアミン、エチルジイソプロピルアミン、メチルエチルブチルアミン、トリオクチルアミン、トリシクロヘキシルアミン等、1個の窒素原子が同一又は互いに異なってもよい3個の直鎖、分枝、又は単環状の肪族基で置換された3級アミン類、アニリン、N−メチルアニリン、フェニルエチルアミン、ナフチルエチルアミン等、前記の1級、2級又は3級のアミン類の少なくとも1個が芳香族基で置換されたアミン類、ピロリジン、1−(2−アミノエチル)ピロリジン、3−アミノピロリジン、N−(2−アミノエチル)ピペリジン、4−アミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−ピペリジノピペリジン、2−イミノピペリジン、モルフォリン、N−メチルモルホリン、N−エチルモルホリン、N−ヒドロキシエチルモルホリン、N−ベンジルモルホリン、N−アミノモルフォリン、N−(2−アミノエチル)モルフォリン、シクロヘキシルモルホリノエチルチオウレア(CHMETU)等、置換されてもよい飽和された単環の環状構造中に窒素原子を1個有するアミン類、ピペラジン、N−(2−アミノエチル)ピペラジン等、置換されてもよい飽和された単環の環状構造中に窒素原子を2個以上有するアミン類、1,5−ジアザビシクロ〔4,3,0〕ノナ−5−エン、1,8−ジアザビシクロ〔5,4,0〕ウンデカ−7−エン、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、ヘキサメチレンテトラミン、ピラゾリン、2−イミダゾリン、3−イミダゾリン4−イミダゾリン、4,4−ジメチルイミダゾリン、等、置換されてもよい非芳香族系の複環の環状構造中に窒素原子を2個以上有するアミン類、インドール、ピロール、ピラゾール、3−アミノ−5−メチルピラゾール、5−アミノ−3−メチル−1−p−トリルピラゾール、ピリジン、2−アミノピリジン、3−アミノピリジン、4−アミノピリジン、2−ジメチルアミノピリジン、4−ジメチルアミノピリジン、2−ジエチルアミノピリジン、2−(アミノメチル)ピリジン、2−アミノ−3−メチルピリジン、2−アミノ−4−メチルピリジン、2−アミノ−5−メチルピリジン、2−アミノ−6−メチルピリジン、3−アミノエチルピリジン、4−アミノエチルピリジン、キノリン等、置換されてもよい芳香族系の単環の環状構造中に窒素原子を1個有するアミン類、イミダゾール、2,4,5−トリフェニルイミダゾール、ピリミジン、2,4−ジアミノピリミジン、4,6−ジヒドロキシピリミジン、ピラジン、2−(アミノメチル)−5−メチルピラジン、ピリダジン、ピラゾール、トリアゾール等、置換されてもよい芳香族系の単環の環状構造中に窒素原子を2個以上有するアミン類、グアニジン、1,1−ジメチルグアニジン、1,1,3,3,−テトラメチルグアニジン等、グアニジン系のアミン類、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)セバゲート等、特開平11−52575号公報に記載のヒンダードアミン類等、キニン、シンコニジン、が挙げられ、これらのアミン類の中の1種又は2種以上から選択されるが、これらに限定されるものではない。
また、前記例示のアミン類が不斉構造を有する場合はラセミ体、メソ体、光学活性体のいずれであってもよい。
前記例示のアミン類の中でもとりわけ4−ジメチルアミノピリジン、1,8−ジアザビシクロ〔5,4,0〕ウンデカ−7−エン、トリエチルアミン、ピリジンが好ましい。特に4−ジメチルアミノピリジンが好ましい。
Examples of organic bases among basic auxiliaries include primary amines in which one nitrogen atom is substituted with one aliphatic group, such as methylamine, ethylamine, isopropylamine, butylamine, octylamine, and cyclohexylamine. Secondary amines in which one nitrogen atom is substituted with two identical or different aliphatic groups, such as dimethylamine, diethylamine, ethylisopropylamine, butylamine, methyloctylamine, dicyclohexylamine, trimethylamine, triethylamine, Three linear, branched, or monocyclic aliphatic groups in which one nitrogen atom may be the same or different from each other, such as isopropylamine, ethyldiisopropylamine, methylethylbutylamine, trioctylamine, and tricyclohexylamine. Substituted tertiary amines, aniline, -Amines in which at least one of the primary, secondary or tertiary amines is substituted with an aromatic group, such as methylaniline, phenylethylamine, naphthylethylamine, pyrrolidine, 1- (2-aminoethyl) pyrrolidine 3-aminopyrrolidine, N- (2-aminoethyl) piperidine, 4-amino-2,2,6,6-tetramethylpiperidine, 4-piperidinopiperidine, 2-iminopiperidine, morpholine, N-methyl Morpholine, N-ethylmorpholine, N-hydroxyethylmorpholine, N-benzylmorpholine, N-aminomorpholine, N- (2-aminoethyl) morpholine, cyclohexylmorpholinoethylthiourea (CHMETU), etc. may be substituted Amines having one nitrogen atom in the formed monocyclic ring structure, Amines having two or more nitrogen atoms in an optionally substituted saturated monocyclic ring structure, such as azine, N- (2-aminoethyl) piperazine, 1,5-diazabicyclo [4,3,0] Non-5-ene, 1,8-diazabicyclo [5,4,0] undec-7-ene, 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane, hexamethylenetetramine, pyrazoline, 2-imidazoline, 3- Imidazolines 4-imidazolines, 4,4-dimethylimidazolines, and the like, amines having two or more nitrogen atoms in an optionally substituted non-aromatic bicyclic ring structure, indole, pyrrole, pyrazole, 3-amino -5-methylpyrazole, 5-amino-3-methyl-1-p-tolylpyrazole, pyridine, 2-aminopyridine, 3-aminopyridine, 4-aminopyridine, 2- Dimethylaminopyridine, 4-dimethylaminopyridine, 2-diethylaminopyridine, 2- (aminomethyl) pyridine, 2-amino-3-methylpyridine, 2-amino-4-methylpyridine, 2-amino-5-methylpyridine, 2-amino-6-methylpyridine, 3-aminoethylpyridine, 4-aminoethylpyridine, quinoline and the like, amines having one nitrogen atom in an aromatic monocyclic ring structure which may be substituted, imidazole 2,4,5-triphenylimidazole, pyrimidine, 2,4-diaminopyrimidine, 4,6-dihydroxypyrimidine, pyrazine, 2- (aminomethyl) -5-methylpyrazine, pyridazine, pyrazole, triazole, etc. Amine having two or more nitrogen atoms in an aromatic monocyclic ring structure Guanidine, 1,1-dimethylguanidine, 1,1,3,3-tetramethylguanidine, guanidine-based amines, bis (1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl) sebagate, etc. And hindered amines described in JP-A No. 11-52575, such as quinine and cinchonidine, which are selected from one or more of these amines, but are not limited thereto. .
In addition, when the above-exemplified amines have an asymmetric structure, they may be racemic, meso, or optically active.
Among the amines exemplified above, 4-dimethylaminopyridine, 1,8-diazabicyclo [5,4,0] undec-7-ene, triethylamine, and pyridine are particularly preferable. 4-dimethylaminopyridine is particularly preferable.

また、本発明において使用する当該塩基性助剤の好ましい添加量は、エポキシ化合物1モルに対して0.00001〜0.2モルであってよいが、好ましくは0.00005〜0.1モル、更に好ましくは0.0001〜0.1モルの範囲が適当である。
また、触媒中の亜鉛1グラム原子当たりに対する当該塩基性助剤の好ましい添加量は、0.1〜500モル、好ましくは0.5モル〜300モル、更に好ましくは1〜100モルの範囲である。
Moreover, although the preferable addition amount of the said basic auxiliary agent used in this invention may be 0.00001-0.2 mol with respect to 1 mol of epoxy compounds, Preferably it is 0.00005-0.1 mol, The range of 0.0001 to 0.1 mol is more preferable.
Moreover, the preferable addition amount of the basic auxiliary agent per 1 gram atom of zinc in the catalyst is in the range of 0.1 to 500 mol, preferably 0.5 mol to 300 mol, more preferably 1 to 100 mol. .

本発明である環状カーボネートの製造法を実行するにあたり、好ましい二酸化炭素および触媒の添加量、その他の好ましい条件は次の通りである。
即ち、使用する二酸化炭素の分圧は特に限定されないが、1〜200kg/cm2が好ましく、更に好ましくは1〜100kg/cm2、最も好ましくは1〜50kg/cm2が適当である。
この場合、触媒の使用量は、原料のエポキシ化合物のモル数に対して0.0001〜5モル%であってよいが、好ましくは0.0005〜2モル%、更に好ましくは0.001〜1モル%の範囲が適当である。
また、反応温度は20〜200℃であってよく、好ましくは40〜150℃の範囲が適当であり、反応時間は原料エポキシ化合物や二酸化炭素の分圧にも依存するが、通常10分〜60時間であってよいが、好ましくは1〜40時間、更に好ましくは3〜30時間でよい。
In carrying out the method for producing a cyclic carbonate according to the present invention, preferred addition amounts of carbon dioxide and catalyst, and other preferred conditions are as follows.
That is, the partial pressure of carbon dioxide to be used is not particularly limited, but is preferably 1~200kg / cm 2, more preferably 1 to 100 kg / cm 2, and most preferably is suitable 1 to 50 kg / cm 2.
In this case, the amount of the catalyst used may be 0.0001 to 5 mol%, preferably 0.0005 to 2 mol%, more preferably 0.001 to 1 mol, based on the number of moles of the raw material epoxy compound. A range of mol% is suitable.
The reaction temperature may be 20 to 200 ° C., preferably 40 to 150 ° C., and the reaction time depends on the partial pressure of the raw material epoxy compound and carbon dioxide, but usually 10 minutes to 60 ° C. The time may be 1 to 40 hours, and more preferably 3 to 30 hours.

本発明の環状カーボネートの製造法では、溶媒の存在下又は非存在下のいずれも採用でき、工程の効率化の観点から通常は溶媒の非存在下で行なうことが好ましいが、反応熱の制御等の目的で、あるいはエポキシ化合物が固体である場合への対応として溶媒の存在下で行なうことも出来、適宜いずれかの方法が採用される。溶剤としては、特に制限はないが、非塩基性の溶剤が好ましい。
例としてペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン等の非環状又環状の脂肪族系溶剤、ベンゼン、トルエン、クロロベンゼン等の芳香族系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶剤、メタノール、エタノール等のアルコール系溶剤、クロロホルム、メチレンクロライド等のハロゲン化炭化水素、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等の窒素及び/又は硫黄原子から構成される非プロトン性極性溶媒、更には、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等、対応する生成物の環状カーボネート溶媒など挙げられ、1種または2種以上が選択される。
In the method for producing a cyclic carbonate of the present invention, it can be employed in the presence or absence of a solvent, and it is usually preferable to carry out in the absence of a solvent from the viewpoint of improving the efficiency of the process. For this purpose, or as a countermeasure to the case where the epoxy compound is a solid, it can be carried out in the presence of a solvent, and any method is appropriately adopted. Although there is no restriction | limiting in particular as a solvent, A nonbasic solvent is preferable.
Examples include acyclic or cyclic aliphatic solvents such as pentane, hexane and cyclohexane, aromatic solvents such as benzene, toluene and chlorobenzene, ketone solvents such as acetone and methyl ethyl ketone, alcohol solvents such as methanol and ethanol, chloroform Aprotic polar solvents composed of nitrogen and / or sulfur atoms, such as halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, dimethylformamide, and dimethylsulfoxide, and cyclic carbonates of the corresponding products such as ethylene carbonate and propylene carbonate A solvent etc. are mentioned and 1 type (s) or 2 or more types are selected.

ところで、本発明で使用する触媒は、環状カーボネート化反応で使用された後、ろ過等の方法によって容易に固液分離できる。分離された使用済みの触媒はそのまま、あるいは上記反応溶媒として例示した溶剤で洗浄後、そのまま、あるいは乾燥等の方法で除去後、再度2回目以上の反応に繰り返し使用することができる。回収された触媒の再使用の際、必要に応じて20〜200℃の範囲で熱処理を施してもよい。   By the way, the catalyst used in the present invention can be easily solid-liquid separated by a method such as filtration after being used in the cyclic carbonation reaction. The separated spent catalyst can be used again in the second or more reactions as it is or after washing with the solvent exemplified as the reaction solvent, as it is, or after removal by a method such as drying. When the recovered catalyst is reused, heat treatment may be performed in the range of 20 to 200 ° C. as necessary.

[実施例1]
(触媒の調製)
Zn(NO32(0.3mmol)を水(100g)に溶かした水溶液にヒドロキシアパタイト(和光純薬;品番032−10855)(1.0g)を加え、室温で24時間攪拌しその後ろ過、110℃で約10時間乾燥して触媒を得た。
得られた触媒のZn−K殻EXAFSのフーリエ変換結果を図1(A)に示す。比較として酸化亜鉛でのスペクトルを図1(B)に示す。酸化亜鉛(B)の3Å付近のピークはZn−O−Zn結合に由来するものであるところ、得られた触媒(A)ではこれが確認されず、1.7Å付近のピークに由来するZn−Oの単核から構成された構造のみが確認された。
[Example 1]
(Preparation of catalyst)
Hydroxyapatite (Wako Pure Chemicals; product number 032-10855) (1.0 g) was added to an aqueous solution in which Zn (NO 3 ) 2 (0.3 mmol) was dissolved in water (100 g), stirred at room temperature for 24 hours, and then filtered. The catalyst was obtained by drying at 110 ° C. for about 10 hours.
FIG. 1A shows the result of Fourier transform of Zn—K shell EXAFS of the obtained catalyst. For comparison, a spectrum with zinc oxide is shown in FIG. The peak near 3Å of zinc oxide (B) is derived from the Zn-O-Zn bond, but this is not confirmed in the obtained catalyst (A), and Zn-O derived from the peak near 1.7Å. Only a structure composed of mononuclears was confirmed.

[実施例2]
(カーボネートの製造)
ステンレスオートクレーブ(容量200ml)にエピクロロヒドリン(100mmol)、実施例1で調製した触媒(0.01g、Zn基準で0.003mmol)、4−ジメチルアミノピリジン(0.02mmol)を加えた後、CO2ガスを導入し、10kg/cm2とした。攪拌しながら100℃で24時間反応させた。反応後、オートクレーブから反応液を取り出し、ガスクロマトグラフィーにて成分を定量し、生成した3−クロロプロピレンカーボネートの収率を原料エポキシド基準で求め、表1の結果を得た。
[Example 2]
(Production of carbonate)
After adding epichlorohydrin (100 mmol), catalyst prepared in Example 1 (0.01 g, 0.003 mmol based on Zn), 4-dimethylaminopyridine (0.02 mmol) to a stainless steel autoclave (capacity 200 ml), CO 2 gas was introduced to 10 kg / cm 2 . The reaction was carried out at 100 ° C. for 24 hours with stirring. After the reaction, the reaction solution was taken out from the autoclave, components were quantified by gas chromatography, the yield of the produced 3-chloropropylene carbonate was determined on the basis of the raw material epoxide, and the results shown in Table 1 were obtained.

[実施例3−14]
表1に示した条件で実施例1同様にエポキシドから対応するアルキレンカーボネートへの反応をそれぞれ行い、表1に示した結果を得た。
[Example 3-14]
The reaction from epoxide to the corresponding alkylene carbonate was conducted in the same manner as in Example 1 under the conditions shown in Table 1, and the results shown in Table 1 were obtained.

[実施例15]
(触媒の再使用)
実施例13の反応後に得られた反応液を減圧ろ過することで反応液と触媒を容易に分離できた。ろ過残渣として得られた固形分をアセトンで洗浄後、15分、減圧乾燥させ再使用のための触媒(C)を得た。触媒(C)のZn−K殻EXAFSのフーリエ変換結果を図1(C)に示す。使用前の触媒のスペクトル(A)と実質的に変化していないことが確認された。触媒(C)を用いた以外は実施例13と同様に反応を行い、収率96%で対応するカーボネートを得た。
更にここで得られた反応混合物を上記と同様にろ過し、得られた固形分残渣をアセトンで洗浄後、15分、減圧乾燥させもう一度触媒(D)として使用した。触媒Dを用いた反応は実施例13と同様に行い、収率95%で対応するカーボネートを得た。
[Example 15]
(Reuse of catalyst)
The reaction solution obtained after the reaction in Example 13 was filtered under reduced pressure, whereby the reaction solution and the catalyst could be easily separated. The solid content obtained as a filtration residue was washed with acetone and then dried under reduced pressure for 15 minutes to obtain a catalyst (C) for reuse. FIG. 1C shows a Fourier transform result of Zn-K shell EXAFS of the catalyst (C). It was confirmed that there was no substantial change from the spectrum (A) of the catalyst before use. The reaction was conducted in the same manner as in Example 13 except that the catalyst (C) was used, and the corresponding carbonate was obtained with a yield of 96%.
Further, the reaction mixture obtained here was filtered in the same manner as described above, and the resulting solid residue was washed with acetone, dried under reduced pressure for 15 minutes, and used again as a catalyst (D). The reaction using the catalyst D was carried out in the same manner as in Example 13, and the corresponding carbonate was obtained with a yield of 95%.

[実施例16]
(光学活性体)
(R)−フェニルグリシジルエーテル(10mmol)、触媒(0.15mol%)、DMAP(0.1mmol)、無溶媒、CO2(5kg/cm2)、反応温度(100℃)、反応時間(24Hr)を適用し、実施例1と同様にカーボネート化反応を行い、対応するカーボネート化生成物を得た。得られた(R)−カーボネートの収率は82%であり、光学純度は99%ee以上であった。
光学純度の測定は、光学分割カラム(ダイセル化学 Chiralcel OF)を用いて液体クロマトグラフィーで行った(溶媒:ヘキサン/エタノール=9/1(v/v)、流量:1.0ml/min、検出波長256nm)。
また、(S)−フェニルグリシジルエーテル(10mmol)を原料として同様の反応と測定を行い、対応する(S)−3−フェノキシプロピレンカーボネートを収率84%、光学純度99%以上の結果を得た。
[Example 16]
(Optically active substance)
(R) -phenylglycidyl ether (10 mmol), catalyst (0.15 mol%), DMAP (0.1 mmol), solventless, CO 2 (5 kg / cm 2 ), reaction temperature (100 ° C.), reaction time (24 Hr) And the carbonated reaction was carried out in the same manner as in Example 1 to obtain the corresponding carbonated product. The yield of (R) -carbonate obtained was 82%, and the optical purity was 99% ee or higher.
The optical purity was measured by liquid chromatography using an optical resolution column (Daicel Chemical Chiralcel OF) (solvent: hexane / ethanol = 9/1 (v / v), flow rate: 1.0 ml / min, detection wavelength. 256 nm).
The same reaction and measurement were performed using (S) -phenylglycidyl ether (10 mmol) as a raw material, and the corresponding (S) -3-phenoxypropylene carbonate was obtained in a yield of 84% and an optical purity of 99% or more. .

[比較例]
Na2CO3(0.943モル)とNaOH(3.5モル)を脱イオン水(100ml)に溶解させた水溶液に、室温で攪拌下、Mg(NO32・6H2O(1モル)とAl(NO33・9H2O(0.2モル)を脱イオン水(100ml)に溶解させた水溶液を滴下した。滴下終了後混合液を65℃で18時間攪拌し、生成するスラリー物を吸引ろ過し、110℃で一夜乾燥して白色粉末を得た。
上記で得た白色粉末を酸化性雰囲気下400℃で1時間焼成して比較触媒を得た。
メチルグリシジルエーテル(4mmol)、上記比較触媒(0.3g)、DMF溶媒(3ml)を使用し、塩基を使用しない以外は実施例14と同様に反応させ、反応生成物の分析を行なったところ、対応する3−フェノキシプロピレンカーボネートが収率60%で生成していた。
なお、実施例14で使用の触媒量(0.006mol%)は触媒量(0.003mol、0.01g)に相当する。
[Comparative example]
To an aqueous solution in which Na 2 CO 3 (0.943 mol) and NaOH (3.5 mol) are dissolved in deionized water (100 ml), Mg (NO 3 ) 2 .6H 2 O (1 mol) is stirred at room temperature. ) And Al (NO 3 ) 3 .9H 2 O (0.2 mol) dissolved in deionized water (100 ml) was added dropwise. After completion of the dropwise addition, the mixture was stirred at 65 ° C. for 18 hours, and the resulting slurry was suction filtered and dried at 110 ° C. overnight to obtain a white powder.
The white powder obtained above was calcined at 400 ° C. for 1 hour in an oxidizing atmosphere to obtain a comparative catalyst.
When methyl glycidyl ether (4 mmol), the above comparative catalyst (0.3 g), DMF solvent (3 ml) was used, and the reaction was carried out in the same manner as in Example 14 except that no base was used, the reaction product was analyzed. The corresponding 3-phenoxypropylene carbonate was produced with a yield of 60%.
In addition, the catalyst amount (0.006 mol%) used in Example 14 corresponds to the catalyst amount (0.003 mol, 0.01 g).

Figure 0004155212
Figure 0004155212

(表1の説明)
1.表中、「エポキシド」の欄の番号(1)乃至(6)は次の化合物を意味する。
(1):エピクロロヒドリン、(2):メチルグリシジルエーテル、(3):スチレンオキシド、
(4):1−ヘキセンオキシド、(5):1−オクテンオキシド、(6):フェニルグリシジルエーテル
2.表中、「塩基」の欄の略記号は次の化合物を意味する。
DMAP;4−ジメチルアミノピリジン、DBU;1,8−ジアザビシクロ〔5,4,0〕ウンデカ−7−エン、TEA;トリエチルアミン
3.表中、「触媒量」の算出には次の関係を用いた。ここで、触媒の「mol%」は基質のエポキシドに対するモル%を表す。
触媒量:0.01g=0.003mmol(Zn基準)
4.表中、その他、1)〜4)の注意点を次に示す。
1)対応するアルキレンカーボネートの収率
2)タンーンオーバー数(TON)=[(生成したカーボネート(mmol)/反応に使用した触媒量(mmol:Zn基準))
3)溶媒としてジメチルフォルムアミド(5ml)を用いた。
4)反応容器は、実施例1、6では200ml、それ以外は100mlのオートクレーブを使用した。
(Explanation of Table 1)
1. In the table, the numbers (1) to (6) in the column of “epoxide” mean the following compounds.
(1): epichlorohydrin, (2): methyl glycidyl ether, (3): styrene oxide,
(4): 1-hexene oxide, (5): 1-octene oxide, (6): phenylglycidyl ether In the table, the abbreviations in the “base” column mean the following compounds.
DMAP; 4-dimethylaminopyridine, DBU; 1,8-diazabicyclo [5,4,0] undec-7-ene, TEA; triethylamine In the table, the following relationship was used to calculate the “catalyst amount”. Here, “mol%” of the catalyst represents mol% of the substrate with respect to epoxide.
Catalyst amount: 0.01 g = 0.003 mmol (Zn basis)
4). Other points to note in 1) to 4) are as follows.
1) Yield of corresponding alkylene carbonate 2) Tanne over number (TON) = [(generated carbonate (mmol) / amount of catalyst used in reaction (mmol: Zn standard))
3) Dimethylformamide (5 ml) was used as a solvent.
4) As the reaction vessel, an autoclave of 200 ml was used in Examples 1 and 6 and the other was 100 ml.

本発明は、固体触媒の使用による、エポキシ化合物を主原料とした環状カーボネートの製造に利用することができる。さらに、本発明は、医薬品や医薬品中間体の有用な原料となる立体配置が高度に保持された光学活性環状カーボネートの製造に利用することができる。
非光学活性の環状カーボネートは、環境調和型有機溶剤、アクリル繊維加工剤、電池の電解液、ヒドロキシアルキル化剤、等として工業的に有用な物質である。また、光学活性エポキシ化合物は医薬あるいは農薬等の中間体として有用である。
The present invention can be used for the production of a cyclic carbonate using an epoxy compound as a main raw material by using a solid catalyst. Furthermore, the present invention can be used for the production of optically active cyclic carbonates having a highly maintained steric configuration that is a useful raw material for pharmaceuticals and pharmaceutical intermediates.
Non-optically active cyclic carbonates are industrially useful substances such as environmentally conscious organic solvents, acrylic fiber processing agents, battery electrolytes, hydroxyalkylating agents, and the like. The optically active epoxy compound is useful as an intermediate for pharmaceuticals or agricultural chemicals.

亜鉛(Zn)のK殻EXAFSのフーリエ変換を示す図である。(実施例1)It is a figure which shows the Fourier transform of K shell EXAFS of zinc (Zn). Example 1

符号の説明Explanation of symbols

A:本発明の実施例1で得られた触媒
B:酸化亜鉛
C:本発明の実施例1で得られた触媒を一回再生したもの
A: Catalyst B obtained in Example 1 of the present invention B: Zinc oxide C: Regenerated catalyst obtained in Example 1 of the present invention once

Claims (10)

下記一般式(1)で示されるヒドロキシアパタイトを構成するカルシウムイオンの一部が亜鉛イオンとイオン交換されたものであることを特徴とする環状カーボネート製造用触媒であって、該イオン交換反応によりカルシウムイオンが亜鉛イオンと置換される割合が、ヒドロキシアパタイト(1)を構成するカルシウム1ミリグラム原子当り0.0001〜0.5ミリグラム原子であり、かつ、製造されるべき該環状カーボネートが下記一般式(3)で示されるものであることを特徴とする環状カーボネート製造用触媒。
Figure 0004155212
Figure 0004155212
(上式中、R1、R2、R3およびR4は、水素または置換基を有してもよい炭素数20以下のアルキル基、アリール基、アルケニル基、シクロアルキル基、アリールアルキル基、エポキシ基を表し、それぞれ互いに同一の基でも異なる基でもよく、互いに結合して環状構造を形成してもよい。またここで言う置換基とはハロゲン原子、カルボキシル基、アルコキシ基、アリーロキシ基、カルボニル基、水酸基、エポキシ基を意味する。)
A catalyst for producing a cyclic carbonate, characterized in that a part of calcium ions constituting the hydroxyapatite represented by the following general formula (1) is ion-exchanged with zinc ions, and the calcium is produced by the ion exchange reaction. The ratio in which ions are substituted with zinc ions is 0.0001 to 0.5 milligram atom per milligram atom of calcium constituting hydroxyapatite (1), and the cyclic carbonate to be produced is represented by the following general formula ( A catalyst for producing a cyclic carbonate, which is represented by 3).
Figure 0004155212
Figure 0004155212
(In the above formula, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are hydrogen or an optionally substituted alkyl group having 20 or less carbon atoms, aryl group, alkenyl group, cycloalkyl group, arylalkyl group, Represents an epoxy group, which may be the same or different from each other, and may be bonded to each other to form a cyclic structure, and the substituents mentioned here are halogen atoms, carboxyl groups, alkoxy groups, aryloxy groups, carbonyls Group, hydroxyl group, and epoxy group.)
ヒドロキシアパタイト(1)と亜鉛塩水溶液を混合、イオン交換反応させ、スラリーを分離・乾燥させてなることを特徴とする請求項記載の環状カーボネート製造用触媒。 Mixing hydroxyapatite (1) and the zinc salt solution, by an ion exchange reaction of claim 1, wherein the cyclic carbonate catalyst for producing slurry by separation and drying, characterized by comprising. 亜鉛のK殻EXAFSスペクトルにおいて、結合長3Åにおける亜鉛−酸素−亜鉛の単位構造が観測されないものであることを特徴とする請求項1または2記載の環状カーボネート製造用触媒。 The catalyst for producing a cyclic carbonate according to claim 1 or 2, wherein a unit structure of zinc-oxygen-zinc at a bond length of 3− is not observed in a K-shell EXAFS spectrum of zinc. ヒドロキシアパタイト(1)と亜鉛塩水溶液を混合、イオン交換反応させ、固相を分離、乾燥させることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の環状カーボネート製造用触媒の製法。 The method for producing a catalyst for producing cyclic carbonate according to any one of claims 1 to 3 , wherein the hydroxyapatite (1) and an aqueous zinc salt solution are mixed and subjected to an ion exchange reaction, and the solid phase is separated and dried. 上記請求項1〜3のいずれかに記載の触媒を使用し、塩基性助剤の存在下、エポキシ化合物と二酸化炭素の反応を行うことを特徴とする下記一般式(3)で示される環状カーボネートの製造法。
Figure 0004155212
(上式中、R1、R2、R3 および R4 はそれぞれ上記と同じである。)
A cyclic carbonate represented by the following general formula (3), wherein the catalyst according to any one of claims 1 to 3 is used, and an epoxy compound and carbon dioxide are reacted in the presence of a basic auxiliary agent. Manufacturing method.
Figure 0004155212
(In the above formula, R 1 , R 2 , R 3 and R 4 are the same as above.)
触媒の添加量が、使用するエポキシ化合物のモル数に対して0.0001〜5モル%の範囲であることを特徴とする請求項記載の環状カーボネートの製造法。 6. The method for producing a cyclic carbonate according to claim 5 , wherein the addition amount of the catalyst is in the range of 0.0001 to 5 mol% with respect to the number of moles of the epoxy compound to be used. 二酸化炭素分圧が1〜200kg/cmであり、かつ、反応温度が20〜200℃の範囲であることを特徴とする請求項5または6記載の環状カーボネートの製造法。 The method for producing a cyclic carbonate according to claim 5 or 6 , wherein the partial pressure of carbon dioxide is 1 to 200 kg / cm 2 and the reaction temperature is in the range of 20 to 200 ° C. 塩基性助剤の添加量が、触媒を構成する亜鉛1グラム原子当り0.1〜500モルであることを特徴とする請求項5〜7のいずれかに記載の環状カーボネートの製造法。 The method for producing a cyclic carbonate according to any one of claims 5 to 7, wherein the addition amount of the basic auxiliary agent is 0.1 to 500 mol per gram atom of zinc constituting the catalyst. 塩基性助剤が有機窒素化合物であることを特徴とする請求項記載の環状カーボネートの製造法。 The method for producing a cyclic carbonate according to claim 8, wherein the basic auxiliary agent is an organic nitrogen compound. エポキシ化合物が光学活性体である請求項5〜9のいずれかに記載の光学活性な環状カーボネートの製造法。
The method for producing an optically active cyclic carbonate according to any one of claims 5 to 9, wherein the epoxy compound is an optically active substance.
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