JP4960886B2 - ２−ブテン−１，４−ジオールの調製方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ビタミンＢ６、医薬品、および殺虫剤の調製における重要な工業用中間体である２−ブテン−２，４−ジオールの調製に関する。
２−ブテン−１，４−ジオールは、通常、２−ブチン−１，４−ジオールを溶媒、例えば水溶液中で接触水素化することによって調製される。２−ブチン−１，４−ジオール水溶液の水素化においては、触媒の回収を促進することを目的として、繊維織布を触媒担体として使用することが提案されてきた。Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｃｉｅｎｃｅ、第５７巻（２００２年）、３４５３〜３４６０頁を参照されたい。
本発明により、２−ブチン−１，４−ジオールを溶媒の非存在下に構造化触媒上で接触水素化することによって２−ブテン−１，４−ジオールが高い収率および選択性で調製できることがここに見出された。水素は水等の溶媒への溶解性に乏しいので、この種の溶媒を存在させないと、結果として単位時間当たりのターンオーバーが増加するという点で、この水素化方法の経済性が向上する。さらに、本発明の方法によって溶媒の分離および再使用が回避されることから、環境保護という面で好ましい。
したがって本発明は、２−ブチン−１，４−ジオールを構造化触媒の存在下かつ溶媒の非存在下に水素化することを含む、２−ブテン−１，４−ジオールの調製方法に関する。
本明細書において使用される「構造化触媒」という用語は、触媒の空間的な位置が制御されている触媒を指す。構造化触媒は当該技術分野において周知である。例えば、Ｃｈｉｍｉａ、第５６巻、第４号、２００２年、１５９〜１６３頁を参照されたい。構造化触媒としては、例えば、セラミックを担体とする構造体および繊維性構造体、特に繊維織布が挙げられる。あらゆる種類の繊維織布を本発明における使用に用いることができる。繊維は有機または無機物質由来のものであってもよい。例えば、アクリロニトリル（ａｃｒｙｌｏｎｉｔｌｉｌ）繊維等の活性炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維、および活性炭素繊維のフリース複合体の酸化物（ｆｌｅｅｃｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｏｘｉｄｅｓ ｏｆ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒｓ）製の織物である。ポリアクリロニトリル織物が好ましい。繊維織布の個々の繊維は、好ましくは直径が約２μｍ〜約１００μｍであり、特に直径が約２０μｍ以下である。この織物は、好適には、個々の繊維の束から構成される糸から織られたものであり、織布の間隙の寸法（ｐｏｒｏｕｓ ｓｉｚｅ）は約１ｍｍ未満である。これらは、比表面積を修正するために例えば硝酸で化学処理されていてもよいし、選択性を改善するために例えばＡｌ、Ｔｉ、Ｐｂ等の金属で被覆されていてもよい。
触媒としては、２−ブチン−２，４−ジオールから２−ブテン−２，４−ジオールへの選択的水素化を触媒するあらゆる水素化触媒を使用することができる。この種の触媒としては、例えば、パラジウム、白金、イリジウム、ロジウム、ルテニウム、またはこれらの組合せ等の貴金属が挙げられる。触媒は、担体織物上に、約１０質量％まで、好適には１〜１０質量％の量で存在してもよい。担体織物への担持は、触媒の前駆体、例えば触媒金属の塩の溶液で処理した後、水素雰囲気中で乾燥および加熱することによって達成され、担持液中の触媒前駆体の濃度によって調整することが可能である。
本発明による水素化は、２−ブチン−２，４−ジオール（２−ｂｕｔｉｎ−２，４−ｄｉｏｌ）を水素化して２−ブテン−２，４−ジオールを生成させるために従来用いられている条件下で実施することができる。好適には、この水素化は、約０．１〜約６ＭＰａの圧力および約３５０Ｋ〜約５００Ｋの温度で実施される。この水素化は、回分式または連続式で実施することができる。
以下の実施例は本発明をさらに限定することなく例示するものである。
実施例
触媒の調製
平織布の形態のポリアクリロニトリル由来の活性炭素繊維（タイワン・カーボン・テクノロジー・コーポレーション（Ｔａｉｗａｎ Ｃａｒｂｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ））を触媒調製用の担体として使用した。この織物は直径約０．５ｍｍの長い糸から織られたものである。この糸は、３〜５μｍの単繊維（ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｆｉｌａｍｅｎｔ）の束から構成されている。織物上へのパラジウムの付着は、Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．Ｓｃｉ．、２００２年、第５７巻、３４５３〜３４６０頁に記載されているように、Ｎａ２ＰｄＣｌ４水溶液からイオン交換することによって実施した。原子吸光分析によって測定されたパラジウム担持量は４質量％であり、また、この触媒について、ＢＥＴ法による比表面積および孔径分布に関する特性を決定した。Ｐｄ分散度の測定には、パルス法による一酸化炭素の化学吸着を用いた。上記Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．Ｓｃｉ．を参照されたい。
触媒の調製
平織布の形態のポリアクリロニトリル由来の活性炭素繊維（タイワン・カーボン・テクノロジー・コーポレーション（Ｔａｉｗａｎ Ｃａｒｂｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ））を触媒調製用の担体として使用した。この織物は直径約０．５ｍｍの長い糸から織られたものである。この糸は、３〜５μｍの単繊維（ｅｌｅｍｅｎｔａｒｙ ｆｉｌａｍｅｎｔ）の束から構成されている。織物上へのパラジウムの付着は、Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．Ｓｃｉ．、２００２年、第５７巻、３４５３〜３４６０頁に記載されているように、Ｎａ２ＰｄＣｌ４水溶液からイオン交換することによって実施した。原子吸光分析によって測定されたパラジウム担持量は４質量％であり、また、この触媒について、ＢＥＴ法による比表面積および孔径分布に関する特性を決定した。Ｐｄ分散度の測定には、パルス法による一酸化炭素の化学吸着を用いた。上記Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．Ｓｃｉ．を参照されたい。
実験の構成
実験の構成は上述したＣｈｅｍ．Ｅｎｇ．Ｓｃｉ．に詳述されている。
実験の構成は上述したＣｈｅｍ．Ｅｎｇ．Ｓｃｉ．に詳述されている。
回分式反応器（１５０ｍｌオートクレーブ、ボイヒグラス・ウスター（Ｂｕｅｃｈｉｇｌａｓ Ｕｓｔｅｒ）、スイス国（ＣＨ））内で、加熱ジャケットによって等温条件を維持しながら反応を実施した。オートクレーブには定量ガス供給システムを備えつけた。
撹拌機に固定された２枚の金網（２０×４０ｍｍ）の間に繊維性の触媒を配置した。反応器内に装入される触媒の量を１５０〜３５ｍｇの間で変化させた。物質移動律速にならないよう、撹拌速度を１５００ｒｐｍに維持した。効果的な気液接触を達成するために、自己ガス供給型（ｓｅｌｆ−ｇａｓｓｉｎｇ）中空軸撹拌機を使用した。オートクレーブに水素（＞９９．９９％）を等圧反応条件下で供給した。
純粋な２−ブチン−１，４−ジオールを固体（融点３３１Ｋ）として仕込み、反応体の分解を防ぐためにアルゴン中で溶融させた。所要の温度に到達した後、反応器を水素置換し、所望の水準に加圧した。反応中は水素を消費速度でタンクから供給することによって反応器内のＨ２圧を一定に維持した。Ｈ２タンクの圧力を連続的に監視し、水素の瞬間消費量をその場で測定した。
このループから液体試料を抜き取り、Ｈｅをキャリアガスとして用いたガスクロマトグラフィー（オートシステムＸＬ（Ａｕｔｏ Ｓｙｓｔｅｍ ＸＬ）、パーキンエルマー（ＰＥＲＫＩＮ ＥＬＭＥＲ））およびＦＩＤ検出器によって分析した。生成物の分離を、０．２５ミクロンの被覆を有する３０ｍのパーキン・エルマー・エリート・シリーズ（Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ Ｅｌｉｔｅ Ｓｅｒｉｅｓ）の０．２５ｍｍキャピラリーカラムを用いて、温度勾配を２０Ｋ／分として３７３から４９３Ｋまで実施した。定量ＧＣ分析の内部標準としてブタン−１，３−ジオールを使用した。
図１〜３から、様々な反応条件における実験結果を見ることができる。
図１は、反応温度３５２Ｋにおける典型的な濃度−時間プロファイルを示すものである。ブテンジオール（Ｂ２）に対する選択性の実測値および予測値は、図２に示すように、ブチンジオール（Ｂ３）の転化率が９０％のところで最大の約９８％となり、転化率９９％で９５％まで下降する。反応体の濃度を時間の関数として示した図３から、温度が反応速度に影響することがわかる。初期反応速度に基づき、ターンオーバー頻度の温度依存性を算出することができる。
Claims (11)
- ２−ブチン−１，４−ジオールを構造化触媒の存在下かつ溶媒の非存在下に水素化することを含む、２−ブテン−１，４−ジオールの調製方法であって、
前記構造化触媒は担体と該担体に担持された触媒金属とを含み、前記担体はセラミック担体または繊維担体であり、前記触媒金属は、パラジウム、白金、イリジウム、ロジウム、ルテニウムおよびそれらの組合せから選ばれる貴金属である、方法。 - 前記構造化触媒の担体が繊維織布である、請求項１に記載の方法。
- 繊維織布が活性炭素繊維から作製されている、請求項２に記載の方法。
- 前記活性炭素繊維がポリアクリロニトリル繊維から作製されている、請求項３に記載の方法。
- 前記繊維の直径が２μｍ〜１００μｍである、請求項２〜４のいずれか一項に記載の方法。
- 前記繊維の直径が２μｍ〜２０μｍである、請求項２〜５のいずれか一項に記載の方法。
- 前記織布の間隙の寸法が１ｍｍ未満である、請求項２〜６のいずれか一項に記載の方法。
- 触媒金属がパラジウムである、請求項２〜７のいずれか一項に記載の方法。
- 前記担体の触媒金属担持量が１〜１０質量％である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
- 前記水素化が０．１〜６ＭＰａの圧力で実施される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
- 前記水素化が３５０Ｋ〜５００Ｋの温度で実施される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
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