JP5207677B2 - Process for producing 2,5-furandicarboxylic acid - Google Patents

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Description

本発明は、2,5−フランジカルボン酸の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for producing 2,5-furandicarboxylic acid.

5−ヒドロキシメチルフルフラール(以下、5−HMFと略す)は、フルクトースやグルコースなどの六炭糖を脱水して得ることができ、界面活性剤、プラスチック及び樹脂類等の中間体として利用することのできる有用な化合物である。5−HMFは種々の酸化剤や触媒により酸化され、2,5−ジホルミルフラン(以下、DFFと略す)や、2−カルボキシ−5−ホルミルフラン(以下、CFFと略す)、2,5−フランジカルボン酸(以下、FDCAと略す)が製造されている。例えば、触媒を用いた方法として、特許文献1では、白金担持カーボン触媒を用いて5−HMFを空気酸化することにより、CFF及びFDCAを合成している。特許文献2では、Co/Mn/Zr/Br触媒と共に、高温高圧下で5−HMFを空気酸化することにより、DFFえ、CFF、及びFDCAを製造している。特許文献3では、5−HMFをジメチルスルホキシド(以下、DMSOと略す)溶液中において、塩化第一銅及び2,2,6,6−テトラメチルピペリジノオキシ(以下、TEMPOと略す)とともに空気酸化することにより、DFFを製造している。   5-Hydroxymethylfurfural (hereinafter abbreviated as 5-HMF) can be obtained by dehydrating hexoses such as fructose and glucose, and can be used as an intermediate for surfactants, plastics and resins. It is a useful compound that can be used. 5-HMF is oxidized by various oxidizing agents and catalysts, and 2,5-diformylfuran (hereinafter abbreviated as DFF), 2-carboxy-5-formylfuran (hereinafter abbreviated as CFF), 2,5- Flange carboxylic acid (hereinafter abbreviated as FDCA) is manufactured. For example, as a method using a catalyst, in Patent Document 1, CFF and FDCA are synthesized by air-oxidizing 5-HMF using a platinum-supported carbon catalyst. In Patent Document 2, DFF, CFF, and FDCA are produced by air-oxidizing 5-HMF together with a Co / Mn / Zr / Br catalyst under high temperature and high pressure. In Patent Document 3, 5-HMF is mixed with air in a dimethyl sulfoxide (hereinafter abbreviated as DMSO) together with cuprous chloride and 2,2,6,6-tetramethylpiperidinooxy (hereinafter abbreviated as TEMPO). DFF is manufactured by oxidation.

また、酸化剤を用いる方法では、非特許文献1において、5−HMFを100℃の高温下で16時間から64時間硝酸と共存させる方法や、室温で5−HMF水溶液に対して過マンガン酸カリウムのピリジン溶液を滴下することで5−HMFを酸化する方法により、FDCAを合成している。非特許文献1では、さらにDFFの製造方法についても提供しており、有機溶媒中において過マンガン酸バリウムを80度で添加することにより5−HMFからDFFを製造している。
特開平2−88569号公報 特表2003−528868号公報 特開平3−101672 TONI EL HAJJ,ANTOINE MASROUA,JEAN−CLAUDE MARTIN,GERARD D▲E▼SCOTES, BULLETIN DE LA SOCI▲E▼T▲E▼ CHIMIQUE DE FRANCE.1987,No.5,p.855−860
In addition, in the method using an oxidizing agent, in Non-Patent Document 1, 5-HMF is allowed to coexist with nitric acid at a high temperature of 100 ° C. for 16 hours to 64 hours, or potassium permanganate with respect to an aqueous 5-HMF solution at room temperature. FDCA is synthesized by a method of oxidizing 5-HMF by dropwise addition of a pyridine solution. Non-Patent Document 1 further provides a method for producing DFF, and DFF is produced from 5-HMF by adding barium permanganate at 80 degrees in an organic solvent.
JP-A-2-88569 Special table 2003-528868 gazette JP-A-3-101672 TONI EL HAJJ, ANTOINE MASROUA, JEAN-CLAUDE MARTIN, GERARD D ▲ E ▼ SCOTES, BULLETIN DE LA SOCI ▲ E ▼ T ▲ E ▼ CHIMIQUE DE FRANCE. 1987, no. 5, p. 855-860

特許文献1における白金触媒で5−HMFを酸化してFDCAを製造する方法では、高収率でFDCAを得ることができるが、貴金属触媒を多量に用いるために生産単価が高くなることから、工業的生産への適用には問題がある。また、特許文献2における5−HMFを触媒と共に高温高圧下で酸化してFDCAを製造する方法では、加熱、加圧に伴うエネルギーを必要とし、かつ装置が複雑なものとなるため、工業的な生産への適用は困難である。特許文献3における5−HMFをDMSO溶液中において触媒を用いて空気酸化してFDCAを製造する方法では、高沸点の有機溶媒であるDMSOを溶媒として用いているため、環境負荷が大きい等の問題がある。特許文献3はDFFの製造に関して開示しているが、FDCAの製造に関しては何ら開示していない。   In the method of producing FDCA by oxidizing 5-HMF with a platinum catalyst in Patent Document 1, FDCA can be obtained in a high yield, but since the production unit price is high because a large amount of noble metal catalyst is used, There is a problem in application to industrial production. Further, in the method of producing FDCA by oxidizing 5-HMF with a catalyst under high temperature and high pressure in Patent Document 2, energy required for heating and pressurization is required, and the apparatus becomes complicated. Application to production is difficult. In the method of producing FDCA by oxidizing air with 5-HMF in a DMSO solution using a catalyst in Patent Document 3, DMSO, which is a high-boiling organic solvent, is used as a solvent, and thus there is a problem such as a large environmental load. There is. Patent Document 3 discloses DFF production, but does not disclose any FDCA production.

また、非特許文献1における硝酸を用いて5−HMFを酸化してFDCAを製造する方法では、FDCAの収率が24%と低く、さらに、高温での反応条件が必要となるため、加熱に必要なエネルギーを余分に必要とする。過マンガン酸カリウムのピリジン溶液を滴下して5−HMFを酸化する方法では、水に比べて環境負荷が大きくかつ高価な有機溶媒を用いることや、FDCAの収率が70%程度であり、非効率的であるといった問題がある。   Further, in the method of producing FDCA by oxidizing 5-HMF using nitric acid in Non-Patent Document 1, the yield of FDCA is as low as 24%, and further, reaction conditions at high temperatures are required. You need extra energy. In the method of oxidizing 5-HMF by dropwise addition of a pyridine solution of potassium permanganate, an organic solvent having a larger environmental load than water is used, and the yield of FDCA is about 70%. There is a problem that it is efficient.

したがって、高価な触媒や溶媒を必要とせず、温和な反応条件下で、安価かつ効率的にFDCAを製造できる方法の構築が望まれていた。   Therefore, it has been desired to construct a method that can produce FDCA inexpensively and efficiently under mild reaction conditions without requiring an expensive catalyst or solvent.

そこで、本発明者らは上記課題を解決するため鋭意検討した結果、水溶液中、アルカリ性環境下において、CFFに対するカニッツァーロ反応と、その反応の副生成物である5−ヒドロキシメチル−2−フランカルボン酸(以下、HMFAと略す)の触媒存在下における酸化反応とを組み合わせることにより、FDCAを安価に効率的に製造できることを見出した。   Accordingly, as a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that, in an aqueous solution and in an alkaline environment, the Cannizzaro reaction for CFF and 5-hydroxymethyl-2-furancarboxylic acid which is a by-product of the reaction. It was found that FDCA can be efficiently produced at low cost by combining with an oxidation reaction in the presence of a catalyst (hereinafter abbreviated as HMFA).

すなわち、本発明に係るFDCAの製造方法は、
水溶液中、アルカリ性環境下におけるCFFに対するカニッツァーロ反応によりFDCAを製造する方法であって、
前記カニッツァーロ反応が実施される水溶液中に、触媒及び酸化剤を添加し、前記反応で副生するHMFAを酸化してCFFに戻し、前記カニッツァーロ反応に供し、
前記アルカリ性環境は、前記CFFに対して、5.0当量以上25当量以下のアルカリを添加されてなることを特徴とする。
That is, the manufacturing method of FDCA according to the present invention is:
A method for producing FDCA by a Cannizzaro reaction for CFF in an aqueous solution in an alkaline environment,
Wherein the aqueous solution Cannizzaro reaction is carried out by adding the catalyst and oxidizing agent, back to the CFF by oxidizing HMFA by-produced in the reaction, and subjected to the Cannizzaro reaction,
The alkaline environment is characterized by adding 5.0 equivalents or more and 25 equivalents or less of alkali to the CFF .

また、本発明では、5−HMFを原料として反応系内でCFFを生成しながら実施することが可能である。したがって、本発明に係る第2のFDCAの製造方法は、
水溶液中、アルカリ性環境下における2−カルボキシ−5−ホルミルフラン(以下、CFFと略す)に対するカニッツァーロ反応により2,5−フランジカルボン酸(以下、FDCAと略す)を製造する方法であって、前記カニッツァーロ反応が実施される水溶液中に、触媒及び酸化剤を添加し、前記反応で副生する5−ヒドロキシメチル−2−フランカルボン酸(以下、HMFAと略す)を酸化してCFFに戻し、前記カニッツァーロ反応に供し、
前記CFFが、5−HMFを出発物質として前記水溶液中で生成され
前記アルカリ性環境は、前記5−HMFに対して、5.0当量以上20当量以下のアルカリを添加されてなることを特徴とする。
Moreover, in this invention, it is possible to implement, producing | generating CFF within a reaction system from 5-HMF as a raw material. Therefore, the second FDCA manufacturing method according to the present invention is:
A process for producing 2,5-furandicarboxylic acid (hereinafter abbreviated as FDCA) by a Cannizzaro reaction with 2-carboxy-5-formylfuran (hereinafter abbreviated as CFF) in an aqueous solution in an alkaline environment, A catalyst and an oxidizing agent are added to an aqueous solution in which the reaction is performed, and 5-hydroxymethyl-2-furancarboxylic acid (hereinafter abbreviated as HMFA) by-produced in the reaction is oxidized and returned to CFF, and the cannizzaro Subjected to reaction,
The CFF is produced in the aqueous solution starting from 5-HMF ;
The alkaline environment is characterized by adding 5.0 equivalents or more and 20 equivalents or less of alkali to the 5-HMF .

本発明によれば、高価な貴金属触媒や溶媒を用いることなく、常温常圧下という温和な条件にて効率よくFDCAを製造することができる。   According to the present invention, FDCA can be efficiently produced under mild conditions such as normal temperature and pressure without using an expensive noble metal catalyst or solvent.

本発明に係るFDCAの製造方法によれば、カニッツァーロ反応及び触媒存在下における酸化剤による酸化反応を組み合わせて用いることにより、温和な条件下で、CFF又は5−HMF等からFDCAを安価に製造することができる。   According to the method for producing FDCA according to the present invention, FDCA can be produced at low cost from CFF or 5-HMF under mild conditions by using a combination of a Cannizzaro reaction and an oxidation reaction with an oxidizing agent in the presence of a catalyst. be able to.

本発明は、溶液中、アルカリ性環境下、CFFに対するカニッツァーロ反応と、その反応の副生成物である5−ヒドロキシメチル−2−フランカルボン酸(HMFA)の触媒存在下における酸化剤による酸化反応との組み合わせにより、CFFを原料としてFDCAを製造する方法である。   The present invention relates to a Cannizzaro reaction to CFF in an alkaline environment in solution and an oxidation reaction by an oxidizing agent in the presence of a catalyst of 5-hydroxymethyl-2-furancarboxylic acid (HMFA) which is a byproduct of the reaction. This is a method for producing FDCA using CFF as a raw material by combination.

すなわち、本発明に係るFDCAの製造方法では、
(i)CFFに対するカニッツァーロ反応によりFDCA及びHMFAを生成する反応と、
(ii)前記HMFAを触媒存在下で酸化剤により酸化してCFFを生成する反応
とが同時並行的に進行している。
That is, in the FDCA manufacturing method according to the present invention,
(I) a reaction for producing FDCA and HMFA by a Cannizzaro reaction for CFF;
(Ii) A reaction in which the HMFA is oxidized with an oxidizing agent in the presence of a catalyst to produce CFF proceeds in parallel.

Figure 0005207677
Figure 0005207677

(上記反応式中、CRはカニッツァーロ反応、ORは酸化反応を示す。)
この結果、本発明に係るFDCAの製造方法では、副生成物であるHMFAを触媒により酸化してCFFへと戻すことにより、HMFAの蓄積を抑え、目的生成物であるFDCAの生成量を増加させることができる。
(In the above reaction formula, CR represents the Cannizzaro reaction, and OR represents the oxidation reaction.)
As a result, in the method for producing FDCA according to the present invention, HMFA, which is a by-product, is oxidized by a catalyst and returned to CFF, thereby suppressing accumulation of HMFA and increasing the amount of FDCA, which is a target product, to be produced be able to.

なお、カニッツァーロ反応とは、アルデヒドがアルカリによって相当するカルボン酸とアルコールになる反応であり、アルデヒドの隣接炭素に水素を有しないときに起こる。特に2分子のアルデヒドによるカルボン酸とアルコールへの不均化反応である。   The Cannizzaro reaction is a reaction in which an aldehyde is converted to a corresponding carboxylic acid and alcohol by an alkali, and occurs when there is no hydrogen in the adjacent carbon of the aldehyde. In particular, it is a disproportionation reaction to carboxylic acid and alcohol by two molecules of aldehyde.

酸化反応に用いる触媒としては、前記カニッツァーロ反応を阻害しない条件で酸化反応を行うことのできる触媒であればよい。本発明では、好ましい形態として臭化第二銅、2,2’−ビピリジン、TEMPOからなる触媒を使用した例について記載しているが、その他にも、例えば、MnFe1.5Ru0.35Cu0.154触媒、Ru−Co(OH)2−CeO2、CuCl/TEMPO、Pd(OAc)2等を挙げることができる。上記触媒はアルコールからアルデヒドを合成するための触媒である。また、有機溶媒を用いることなく水溶液中で反応をおこなうことができるため、カニッツァーロ反応と組み合わせることでカルボン酸まで合成できる特徴をもつ。したがって、これらの触媒により、副生成物であるHMFAを酸化してCFFに戻すことができる。また、触媒の形態は特に限定されるものでない。さらに、触媒の使用量としては、特に限定されるものではないが、原料となるCFFに対して、0.1当量以上用いることがFDCAの収率の観点から好ましい。 The catalyst used for the oxidation reaction may be any catalyst that can perform the oxidation reaction under conditions that do not inhibit the Cannizzaro reaction. In the present invention, cupric bromide as the preferred form, 2,2'-bipyridine, has been described an example of using a catalyst comprising TEMPO, Besides, for example, MnFe 1.5 Ru 0.35 Cu 0.15 O 4 catalyst , Ru—Co (OH) 2 —CeO 2 , CuCl / TEMPO, Pd (OAc) 2 and the like. The catalyst is a catalyst for synthesizing aldehyde from alcohol. Moreover, since it can react in aqueous solution, without using an organic solvent, it has the characteristics which can synthesize | combine to a carboxylic acid by combining with a cannizzaro reaction. Therefore, by these catalysts, HMFA which is a by-product can be oxidized and returned to CFF. The form of the catalyst is not particularly limited. Furthermore, the amount of the catalyst used is not particularly limited, but it is preferably used in an amount of 0.1 equivalent or more with respect to CFF as a raw material from the viewpoint of the yield of FDCA.

酸化反応に用いる酸化剤としては、特に制限されるものではないが、酸素ガス及び空気などの分子状酸素を含んだ気体を用いることができる。また、他の酸化剤としては、過マンガン酸塩、過酸化水素、亜塩素酸塩、次亜塩素酸塩等を用いることができる。   The oxidant used for the oxidation reaction is not particularly limited, but a gas containing molecular oxygen such as oxygen gas and air can be used. Moreover, as another oxidizing agent, permanganate, hydrogen peroxide, chlorite, hypochlorite, or the like can be used.

水溶液中のCFFの濃度は、特に限定されるものではないが、生産効率の観点から、0.1重量%以上20重量%以下が好ましく、1.0重量%以上10重量%以下がより好ましい。   The concentration of CFF in the aqueous solution is not particularly limited, but is preferably 0.1% by weight or more and 20% by weight or less, and more preferably 1.0% by weight or more and 10% by weight or less from the viewpoint of production efficiency.

上記添加するアルカリとしては、例えば、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物、アンモニウムイオン、その他有機塩基等いずれでもよいが、アルカリ金属水酸化物及びアルカリ土類金属水酸化物のいずれか1種又は2種以上を用いることが好ましい。例えば、アルカリ金属水酸化物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等を挙げることができ、アルカリ土類金属水酸化物としては水酸化バリウム、水酸化カルシウム等を挙げることができる。これらのうち、特に、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムのいずれか1種又はこれらを組み合わせて使用することが好ましい。これらのアルカリは取り扱いの観点から水溶液として用いることが好ましい。   As the alkali to be added, for example, any of alkali metal compounds, alkaline earth metal compounds, ammonium ions, other organic bases, etc. may be used, either one of alkali metal hydroxides and alkaline earth metal hydroxides or Two or more are preferably used. For example, examples of the alkali metal hydroxide include sodium hydroxide and potassium hydroxide, and examples of the alkaline earth metal hydroxide include barium hydroxide and calcium hydroxide. Among these, it is particularly preferable to use any one of sodium hydroxide and potassium hydroxide or a combination thereof. These alkalis are preferably used as an aqueous solution from the viewpoint of handling.

添加するアルカリの量は、CFFのカニッツァーロ反応を行うことができ、かつ、副生成物のHMFAを酸化してCFFの生成を阻害しない条件となるように調整することができ、特に限定されるものではない。例えば、アルカリの量は、上記カニッツァーロ反応及び酸化反応の実施条件の観点から、CFFに対して、1.0当量以上30当量以下であることが好ましく、5.0当量以上25当量以下であることがより好ましく、10当量以上20当量以下であることが特に好ましい。   The amount of alkali to be added can be adjusted so that CFF cannizzaro reaction can be performed and HMFA as a by-product is oxidized to prevent the formation of CFF. is not. For example, the amount of alkali is preferably 1.0 equivalent or more and 30 equivalents or less, and 5.0 equivalents or more and 25 equivalents or less with respect to CFF, from the viewpoint of the implementation conditions of the Cannizzaro reaction and oxidation reaction. Is more preferably 10 equivalents or more and 20 equivalents or less.

反応温度としては、CFFのカニッツァーロ反応を行うことができ、かつ、副生成物のHMFAを酸化してCFFを生成することのできる温度条件であれば特に限定されない。これらの反応は、例えば10℃から80℃で行うことができ、必要に応じて加熱することができるが、室温(25℃前後)によることがエネルギー消費量の低減のため好ましい。   The reaction temperature is not particularly limited as long as it is a temperature condition in which the CFF cannizzaro reaction can be performed and the by-product HMFA can be oxidized to produce CFF. These reactions can be carried out, for example, at 10 ° C. to 80 ° C., and can be heated as necessary. However, room temperature (around 25 ° C.) is preferable for reducing energy consumption.

また、本発明では、CFF以外にも、出発物質として5−HMF、DFF、2,5−ジヒドロキシメチルフラン(以下、DHMFと略す)又はHMFAを用いることが可能である。これらの化合物からは、触媒存在下における酸化剤による酸化反応とカニッツァーロ反応との組み合わせにより、CFFを生成することができる。上述したように、CFFからは、カニッツァーロ反応と触媒存在下における酸化剤による酸化反応との組み合わせにより、FDCAを製造することができる。したがって、出発物質として5−HMF等を使用し、FDCAを製造することが可能となる。   In the present invention, in addition to CFF, 5-HMF, DFF, 2,5-dihydroxymethylfuran (hereinafter abbreviated as DHMF) or HMFA can be used as a starting material. From these compounds, CFF can be produced by a combination of an oxidation reaction with an oxidizing agent and a Cannizzaro reaction in the presence of a catalyst. As described above, FDCA can be produced from CFF by a combination of a Cannizzaro reaction and an oxidation reaction with an oxidizing agent in the presence of a catalyst. Therefore, FDCA can be produced using 5-HMF or the like as a starting material.

以下に、5−HMFを出発物質としたFDCAへの生成経路について例に挙げて説明する。   Hereinafter, the production route to FDCA using 5-HMF as a starting material will be described as an example.

5−HMFをカニッツァーロ反応及び触媒存在下における酸化剤による酸化反応が起きる条件下におくと、5−HMFの酸化(反応経路(1))によりDFFが生成する反応と、5−HMFのカニッツァーロ反応によりHMFA(反応経路(2))及びDHMF(反応経路(3))が生成する反応が起こる。   When 5-HMF is subjected to a Cannizzaro reaction and an oxidation reaction by an oxidizing agent in the presence of a catalyst, a reaction in which DFF is generated by oxidation of 5-HMF (reaction route (1)) and a Cannizzaro reaction of 5-HMF Causes a reaction to generate HMFA (reaction route (2)) and DHMF (reaction route (3)).

生成したDFFはさらにカニッツァーロ反応を起こし、CFF(反応経路(4))及び5−HMF(反応経路(5))が生成する。生成したCFFからは、上述したように、カニッツァーロ反応によりFDCA(反応経路(6))とHMFA(反応経路(7))が生成し、この時、触媒存在下における酸化剤によるHMFAの酸化反応(反応経路(8))が起きる条件下にて、FDCAの生成量が増加する。DFFのカニッツァーロ反応により生成された5−HMFは再び酸化(反応経路(1))され、DFFが生成される。   The produced DFF further undergoes a Cannizzaro reaction, and CFF (reaction route (4)) and 5-HMF (reaction route (5)) are produced. From the produced CFF, as described above, FDCA (reaction route (6)) and HMFA (reaction route (7)) are produced by the Cannizzaro reaction, and at this time, the oxidation reaction of HMFA by the oxidizing agent in the presence of the catalyst ( The amount of FDCA produced increases under conditions where reaction pathway (8) occurs. 5-HMF generated by the Cannizzaro reaction of DFF is oxidized again (reaction path (1)) to generate DFF.

また、5−HMFのカニッツァーロ反応(反応経路(3))により生成されたHMFAからは、酸化によりCFFが生成され、上述のようにCFFからはFDCAが生成される。   Moreover, CFF is produced | generated by oxidation from HMFA produced | generated by the Cannizzaro reaction (reaction path | route (3)) of 5-HMF, and FDCA is produced | generated from CFF as mentioned above.

また、5−HMFのカニッツァーロ反応により生成されたDHMFからは、酸化(反応経路(9))により再び5−HMFが生成される。5−HMFのカニッツァーロ反応により生成されたHMFAは、反応経路(8)に示すように酸化されてCFFが生成される。   Moreover, 5-HMF is produced again from DHMF produced by the Cannizzaro reaction of 5-HMF by oxidation (reaction route (9)). HMFA produced by the 5-HMF Cannizzaro reaction is oxidized to produce CFF as shown in the reaction route (8).

以上の反応をまとめて下記反応式に示す。   The above reactions are collectively shown in the following reaction formula.

Figure 0005207677
Figure 0005207677

(上記反応式中、CRはカニッツァーロ反応、ORは酸化反応を示す。)
以上の反応が、5−HMFをカニッツァーロ反応及び触媒存在下における酸化剤による酸化反応が起きる条件下での主な反応である。したがって、5−HMFを所定の条件下におけば、CFFが生成される方向、つまり、FDCAが生成される方向に反応が進み、FDCAを高収率で製造することができる。
(In the above reaction formula, CR represents the Cannizzaro reaction, and OR represents the oxidation reaction.)
The above reaction is the main reaction under conditions where 5-HMF undergoes a Cannizzaro reaction and an oxidation reaction with an oxidizing agent in the presence of a catalyst. Therefore, when 5-HMF is placed under predetermined conditions, the reaction proceeds in the direction in which CFF is generated, that is, in the direction in which FDCA is generated, and FDCA can be produced in high yield.

また、5−HMFがカニッツァーロ反応を起こすと、CFFの生成方向には進まないDHMFが生成されてしまう。したがって、予め5−HMFの酸化反応を進めてDFFやCFFを生成しておき、その後、反応途中で、アルカリを添加してカニッツァーロ反応を起こさせることにより、FDCAを効率的に製造することが好ましい。予め5−HMFの酸化反応を進める際には、酸性又はアルカリ性条件下のどちらでも行うことができるが、とくに、カニッツァーロ反応よりも酸化反応が優先的に起こる程度のアルカリ性条件下で行うことが好ましい。また、5−HMFが全て酸化された後、アルカリを添加してカニッツァーロ反応を起こすことが好ましい。   In addition, when 5-HMF causes a Cannizzaro reaction, DHMF that does not proceed in the CFF generation direction is generated. Accordingly, it is preferable to efficiently produce FDCA by proceeding with the oxidation reaction of 5-HMF in advance to produce DFF and CFF, and then adding an alkali to cause the Cannizzaro reaction during the reaction. . When the 5-HMF oxidation reaction proceeds in advance, it can be carried out under either acidic or alkaline conditions, but it is particularly preferred to carry out under alkaline conditions such that the oxidation reaction takes place preferentially over the Canizzaro reaction. . Moreover, it is preferable that after all 5-HMF is oxidized, an alkali is added to cause the Cannizzaro reaction.

以下に、本発明に係る5−HMFを出発物質としたFDCAの製造方法について、詳細に説明する。以下の説明では、臭化第二銅、2,2’−ビピリジン、TEMPOの順に触媒を添加しているが、本発明はこれに限ることなく、他にも上述した触媒を使用することができる。また、触媒の添加方法、順序はどのような方法、順序であっても良い。さらに、アルカリは水溶液として添加しているが、本発明はこれに限ることなく、溶液で添加しても固体で添加してもよい。触媒、アルカリ、原料の添加方法、順序についても同様に、以下に記載の方法、順序に限ることなく、どのような順序、方法であっても良い。   Below, the manufacturing method of FDCA which uses 5-HMF as a starting material which concerns on this invention is demonstrated in detail. In the following description, the catalyst is added in the order of cupric bromide, 2,2′-bipyridine, and TEMPO. However, the present invention is not limited to this, and other catalysts described above can be used. . Further, the addition method and order of the catalyst may be any method and order. Furthermore, although the alkali is added as an aqueous solution, the present invention is not limited to this, and it may be added as a solution or as a solid. Similarly, the addition method and order of the catalyst, alkali, and raw material are not limited to the method and order described below, and any order and method may be used.

まず、反応容器に触媒として臭化第二銅、2,2’−ビピリジン、TEMPOを加え、水を加えて5分間攪拌し触媒を懸濁させる。   First, cupric bromide, 2,2'-bipyridine, and TEMPO are added as catalysts to the reaction vessel, and water is added and stirred for 5 minutes to suspend the catalyst.

このとき、臭化第二銅、2,2’−ビピリジン、TEMPOの割合はどのような割合であってもよいが、臭化第二銅に対する2,2’−ビピリジンのモル比が、0.5以上3以下であることが好ましく、1以上2以下であることが特に好ましい。臭化第二銅に対して2,2’−ビピリジンが配位するため、臭化第二銅に対する2,2’−ビピリジンのモル比を1以上とすることにより、2,2’−ビピリジンを配位に充分な量とすることができるためである。   At this time, the ratio of cupric bromide, 2,2′-bipyridine, and TEMPO may be any ratio, but the molar ratio of 2,2′-bipyridine to cupric bromide is 0.00. It is preferably 5 or more and 3 or less, particularly preferably 1 or more and 2 or less. Since 2,2′-bipyridine is coordinated to cupric bromide, the molar ratio of 2,2′-bipyridine to cupric bromide is set to 1 or more, whereby 2,2′-bipyridine is converted to This is because the amount can be sufficient for coordination.

次に、触媒が懸濁された溶液にアルカリを加え、溶液をアルカリ性にする。このとき、アルカリは水溶液として加えることが好ましい。   Next, an alkali is added to the solution in which the catalyst is suspended to make the solution alkaline. At this time, the alkali is preferably added as an aqueous solution.

また、添加するアルカリの量は5−HMFに対して、カニッツァーロ反応及び触媒存在下における酸化反応の実施条件の観点から、1.0当量以上30当量以下であることが好ましく、2.0当量以上25当量以下であることがより好ましく、5.0当量以上20当量以下であることが特に好ましい。アルカリの量が少なすぎると、系が酸化に必要な程度のアルカリ性環境にならず、5−HMFの酸化が充分に進行しない場合がある。よって、1.0当量以上でおこなうことが望ましい。アルカリ量が多すぎるとカニッツァーロ反応が支配的となり、CFFの生成量が減少する。   The amount of alkali to be added is preferably 1.0 equivalent or more and 30 equivalents or less, and 2.0 equivalents or more from the viewpoint of the conditions of the Cannizzaro reaction and the oxidation reaction in the presence of a catalyst with respect to 5-HMF. It is more preferably 25 equivalents or less, and particularly preferably 5.0 equivalents or more and 20 equivalents or less. If the amount of alkali is too small, the system will not be in an alkaline environment necessary for oxidation, and oxidation of 5-HMF may not proceed sufficiently. Therefore, it is desirable to carry out at 1.0 equivalent or more. If the amount of alkali is too large, the Cannizzaro reaction becomes dominant and the amount of CFF produced decreases.

その後、5−HMFを加え、カニッツァーロ反応及び酸化反応を行い、CFFを経由してFDCAを生成する。酸化反応に用いる酸化剤としては、特に制限されるものではないが、酸素及び空気などの酸素を含んだ気体であることが好ましく、この場合はバブリングによって酸化反応を進めることができる。   Thereafter, 5-HMF is added to perform a Cannizzaro reaction and an oxidation reaction to generate FDCA via CFF. The oxidizing agent used in the oxidation reaction is not particularly limited, but is preferably a gas containing oxygen such as oxygen and air. In this case, the oxidation reaction can be advanced by bubbling.

このとき、水溶液中の5−HMF濃度は、特に制限されるものではないが、効率化の観点から、0.1重量%以上10重量%以下が好ましく、1.0重量%以上5.0重量%以下がより好ましい。   At this time, the concentration of 5-HMF in the aqueous solution is not particularly limited, but is preferably 0.1% by weight or more and 10% by weight or less from the viewpoint of efficiency, and is 1.0% by weight or more and 5.0% by weight. % Or less is more preferable.

また、本発明では、5−HMFからFDCAを製造する方法において、アルカリを反応途中で追加する方法についても提供している。例えば、反応の初期段階では、5−HMFのカニッツァーロ反応が起きない又は起こりにくいような条件下で酸化反応を進めておく。そして、ある程度の又は全ての5−HMFをDFFに酸化し、CFF及びFDCAの生成方向に反応を進ませた後、アルカリを添加することで、FDCAの収率を向上させることができる。このとき、予め反応に用いる溶液に加えるアルカリの量に対する追加するアルカリの量の比が2以上であることが好ましい。   The present invention also provides a method for adding alkali during the reaction in the method for producing FDCA from 5-HMF. For example, in the initial stage of the reaction, the oxidation reaction is allowed to proceed under conditions such that the 5-HMF Cannizzaro reaction does not occur or hardly occurs. And the yield of FDCA can be improved by adding an alkali after oxidizing a certain amount or all 5-HMF to DFF, making reaction progress to the production | generation direction of CFF and FDCA. At this time, the ratio of the amount of alkali added to the amount of alkali added to the solution used for the reaction in advance is preferably 2 or more.

以下に、本発明を実施例と参考例によりさらに詳細に説明する。ただし、実施例、参考例は本発明を限定するものではない。すなわち、本発明は下記の実施例と参考例で用いた実験条件に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Reference Examples. However, Examples and Reference Examples do not limit the present invention. That is, the present invention is not limited to the experimental conditions used in the following examples and reference examples.

まず、参考例として酸化反応のための触媒を添加せず、カニッツァーロ反応のみでCFFからFDCAを生成した例を示す。   First, as a reference example, an example in which FDCA is generated from CFF only by the Cannizzaro reaction without adding a catalyst for the oxidation reaction is shown.

(参考例1)
CFF0.2gを濃度が1.0重量%となるように水酸化ナトリウム0.57g及び水を加え、CFF水溶液を調製する。このとき、CFFに対して水酸化ナトリウムは10当量分となる。調製したCFF水溶液を常温常圧下で攪拌し、反応をおこなった。46時間反応後、高速液体クロマトグラフィー(以下、HPLCと略す)によりえ、FDCA及び副生成物(HMFA)の生成率ならびにCFFの残存率を算出したところ、FDCAの生成率は18.6%、HMFAの生成率は14.8%、CFFの残存率は62.6%であった。
(Reference Example 1)
Sodium hydroxide (0.57 g) and water are added so that the concentration of CFF (0.2 g) is 1.0 wt% to prepare a CFF aqueous solution. At this time, sodium hydroxide is equivalent to 10 equivalents relative to CFF. The prepared CFF aqueous solution was stirred at room temperature and normal pressure to carry out the reaction. After the reaction for 46 hours, the production rate of FDCA and by-products (HMFA) and the residual rate of CFF were calculated by high performance liquid chromatography (hereinafter abbreviated as HPLC). The production rate of FDCA was 18.6%, The production rate of HMFA was 14.8%, and the residual rate of CFF was 62.6%.

(参考例2)
水酸化ナトリウムの添加量をCFFに対して20当量とし、他の条件は参考例1と同様の条件にて反応をおこなった。結果として、FDCAの生成率は38.1%、HMFAの生成率は34.2%、CFFの残存率は31.0%であった。
(Reference Example 2)
The amount of sodium hydroxide added was 20 equivalents relative to CFF, and the reaction was carried out under the same conditions as in Reference Example 1 under other conditions. As a result, the production rate of FDCA was 38.1%, the production rate of HMFA was 34.2%, and the residual rate of CFF was 31.0%.

参考例1及び2の結果を表1にまとめた。   The results of Reference Examples 1 and 2 are summarized in Table 1.

Figure 0005207677
Figure 0005207677

次に、CFFに対し、カニッツァーロ反応及び酸化反応とを組み合わせたFDCAの製造についての実施例を示す。   Next, the Example about manufacture of FDCA which combined the Cannizzaro reaction and the oxidation reaction with respect to CFF is shown.

参考例A
臭化第二銅、2,2'−ビピリジン、TEMPOのモル比を1/1/1の割合とし、それぞれ0.25g、0.17g、0.17gずつ量り取り(CFFに対してそれぞれ約0.3当量)、5分間触媒を懸濁させた後、10M水酸化ナトリウム水溶液を0.07ml添加し、溶液をアルカリ性にした。このとき、水酸化ナトリウムはCFFに対して0.2当量となる。この水溶液に対し、CFFを0.5g添加し、CFF濃度が1.0重量%となるよう水を加えて調製した。この溶液をバブリングすることにより酸化反応をおこなった。反応温度は25℃でおこなった。
( Reference Example A )
The molar ratio of cupric bromide, 2,2′-bipyridine, and TEMPO was set to 1/1/1, and weighed 0.25 g, 0.17 g, and 0.17 g respectively (about 0 to CFF each). .3 equivalents) After suspending the catalyst for 5 minutes, 0.07 ml of 10M aqueous sodium hydroxide was added to make the solution alkaline. At this time, sodium hydroxide is 0.2 equivalent to CFF. To this aqueous solution, 0.5 g of CFF was added, and water was added so that the CFF concentration was 1.0% by weight. The solution was bubbled to cause an oxidation reaction. The reaction temperature was 25 ° C.

14時間のバブリング後、HPLCにより生成物の同定及び定量をおこなったところ、FDCAの生成率は12.3%であり、CFFの残存率は86.5%であった。   After bubbling for 14 hours, the product was identified and quantified by HPLC. As a result, the production rate of FDCA was 12.3% and the residual rate of CFF was 86.5%.

(実施例2)
臭化第二銅、2,2'−ビピリジン、TEMPOを0.41g、0.28g、0.28gずつ量り取り(CFFに対してそれぞれ約0.5当量)、10M水酸化ナトリウム水溶液を3.5ml(CFFに対し10当量)とし、他の条件(反応時間を除く)は参考例Aと同条件にして反応を行った。10時間のバブリング後、FDCAの生成率は71.7%、CFFの残存率は6.7%であった。
(Example 2)
2. Weigh cupric bromide, 2,2′-bipyridine, and TEMPO in 0.41 g, 0.28 g, and 0.28 g each (about 0.5 equivalent to CFF), and add 10M aqueous sodium hydroxide solution. The reaction was carried out under the same conditions as in Reference Example A except for 5 ml (10 equivalents to CFF) and other conditions (excluding the reaction time). After 10 hours of bubbling, the production rate of FDCA was 71.7% and the residual rate of CFF was 6.7%.

(実施例3)
臭化第二銅、2,2'−ビピリジン、TEMPOを0.57g、0.40g、0.40gずつ量り取り(CFFに対してそれぞれ約0.7当量)、10M水酸化ナトリウム水溶液を3.5ml(CFFに対し10当量)とし、他の条件(反応時間を除く)は参考例Aと同条件にして反応を行った。10時間のバブリング後、FDCAの生成率は88.3%、CFFの残存率は0.8%であった。
(Example 3)
2. Weigh cupric bromide, 2,2′-bipyridine, and TEMPO at 0.57 g, 0.40 g, and 0.40 g each (about 0.7 equivalents relative to CFF), and add 10M aqueous sodium hydroxide solution. The reaction was carried out under the same conditions as in Reference Example A except for 5 ml (10 equivalents to CFF) and other conditions (excluding the reaction time). After 10 hours of bubbling, the production rate of FDCA was 88.3% and the residual rate of CFF was 0.8%.

参考例A、実施例2及び3の結果を表2にまとめた。 The results of Reference Example A and Examples 2 and 3 are summarized in Table 2.

Figure 0005207677
Figure 0005207677

次に5−HMFからのCFF製造についての実施例を示す。   Next, the Example about CFF manufacture from 5-HMF is shown.

(参考例3)
臭化第二銅、2,2’−ビピリジン、TEMPOのモル比を1/1/1の割合で、それぞれ0.10g、0.07g、0.07gずつ量り取り(5−HMFに対してそれぞれ約0.1当量)、5分間触媒を懸濁させた後、10M水酸化ナトリウム水溶液を1.5ml添加して溶液をアルカリ性にした。このとき、水酸化ナトリウムは5−HMFに対して2.0当量となる。この水溶液に対し、5−HMFを0.5g添加し、5−HMFの濃度が1.0重量%となるよう水を加えて調製した。この溶液を反応温度25℃でエアーバブリングすることにより酸化をおこなった。
(Reference Example 3)
The molar ratio of cupric bromide, 2,2'-bipyridine, and TEMPO was measured at a ratio of 1/1/1 by 0.10 g, 0.07 g, and 0.07 g, respectively (for 5-HMF, respectively). (About 0.1 equivalent) After suspending the catalyst for 5 minutes, 1.5 ml of 10M aqueous sodium hydroxide solution was added to make the solution alkaline. At this time, sodium hydroxide becomes 2.0 equivalent with respect to 5-HMF. To this aqueous solution, 0.5 g of 5-HMF was added, and water was added so that the concentration of 5-HMF was 1.0% by weight. The solution was oxidized by air bubbling at a reaction temperature of 25 ° C.

25時間後、HPLCにより生成物の同定及び定量をおこなったところ、CFFの生成率は53.1%であり、5−HMFの残存率は4.1%であった。また、このとき副生成物としてDFFが28.5%生成していた。   After 25 hours, the product was identified and quantified by HPLC. As a result, the production rate of CFF was 53.1% and the residual rate of 5-HMF was 4.1%. At this time, 28.5% of DFF was produced as a by-product.

(参考例4)
臭化第二銅、2,2’−ビピリジン、TEMPOを0.27g、0.19g、0.19gずつ量り取り(5−HMFに対してそれぞれ約0.3当量)、10M水酸化ナトリウム水溶液を1.5mlえ(5−HMFに対して2.0当量)とし、他の条件(反応時間を除く)は参考例3と同条件にして5−HMFの酸化をおこなった。
(Reference Example 4)
Weigh cupric bromide, 2,2'-bipyridine, and TEMPO 0.27g, 0.19g, and 0.19g each (approximately 0.3 equivalents to 5-HMF), and add 10M aqueous sodium hydroxide solution. The amount was 1.5 ml (2.0 equivalents relative to 5-HMF), and other conditions (excluding the reaction time) were the same as in Reference Example 3 to oxidize 5-HMF.

13時間後のCFFの生成率は78.3%であり、5−HMFの残存はなく、副生成物であるDFFの生成率は2.1%であった。   The production rate of CFF after 13 hours was 78.3%, 5-HMF did not remain, and the production rate of DFF as a by-product was 2.1%.

(参考例5)
臭化第二銅、2,2’−ビピリジン、TEMPOを0.45g、0.31g、0.31gずつ量り取り(5−HMFに対してそれぞれ約0.5当量)、10M水酸化ナトリウム水溶液を0.8ml(5−HMFに対して1.0当量)とし、他の条件(反応時間を除く)は参考例3と同条件にして5−HMFの酸化をおこなった。
(Reference Example 5)
Cupric bromide, 2,2′-bipyridine, and TEMPO were weighed out in amounts of 0.45 g, 0.31 g, and 0.31 g, respectively (about 0.5 equivalent to 5-HMF), and 10M aqueous sodium hydroxide solution was added. Oxidation of 5-HMF was performed under the same conditions as in Reference Example 3 except for 0.8 ml (1.0 equivalent to 5-HMF) and other conditions (excluding the reaction time).

10時間後のCFFの生成率は87.5%であり、5−HMFの残存はなく、副生成物であるDFFの生成率は3.4%であった。   The production rate of CFF after 10 hours was 87.5%, there was no remaining 5-HMF, and the production rate of DFF as a by-product was 3.4%.

参考例3乃至5の結果を表3にまとめた。   The results of Reference Examples 3 to 5 are summarized in Table 3.

Figure 0005207677
Figure 0005207677

次に、反応途中でアルカリを追加することを特徴としたFDCAの製造についての実施例を示す。   Next, the Example about manufacture of FDCA characterized by adding an alkali in the middle of reaction is shown.

(実施例4)
臭化第二銅、2,2’−ビピリジン、TEMPOのモル比を1/1/1の割合で、それぞれ0.45g、0.32g、0.32gずつ量り取り(5−HMFに対してそれぞれ約0.5当量)、5分間触媒を懸濁させた後、10M水酸化ナトリウム水溶液を4.0ml添加して溶液をアルカリ性にした。このとき、水酸化ナトリウムは5−HMFに対して5.0当量となる。この水溶液に対し、5−HMFを0.5g添加し、5−HMFの濃度が1.0重量%となるよう水を加えて調製した。この溶液をエアーバブリングすることにより酸化をおこなった。
Example 4
The molar ratio of cupric bromide, 2,2′-bipyridine, and TEMPO was measured at a ratio of 1/1/1 by 0.45 g, 0.32 g, and 0.32 g, respectively (with respect to 5-HMF. After suspending the catalyst for 5 minutes, 4.0 ml of 10M aqueous sodium hydroxide solution was added to make the solution alkaline. At this time, sodium hydroxide becomes 5.0 equivalent with respect to 5-HMF. To this aqueous solution, 0.5 g of 5-HMF was added, and water was added so that the concentration of 5-HMF was 1.0% by weight. The solution was oxidized by air bubbling.

20時間後、HPLCにより生成物の同定及び定量をおこなったところ、FDCAの生成率は49.8%であり、5−HMFの残存はなかった。また、このとき、副生成物としてCFFが13.4%、HMFAが3.1%生成していた。   After 20 hours, the product was identified and quantified by HPLC. As a result, the production rate of FDCA was 49.8%, and 5-HMF did not remain. At this time, 13.4% of CFF and 3.1% of HMFA were produced as by-products.

参考例B
10M水酸化ナトリウム水溶液を0.8ml(水酸化ナトリウムは5−HMFに対して1.0当量となる)とし、他の条件は実施例4と同じようにして反応を開始した。
( Reference Example B )
The reaction was started in the same manner as in Example 4 except that the amount of 10M sodium hydroxide aqueous solution was 0.8 ml (sodium hydroxide was 1.0 equivalent with respect to 5-HMF).

3時間後、5−HMFが全て消費されたことをHPLCより確認し、この溶液に10M水酸化ナトリウム水溶液0.8ml(水酸化ナトリウムは使用した5−HMFに対して1.0当量)を滴下することにより追加し、さらにエアーバブリングをおこなった。   After 3 hours, it was confirmed by HPLC that all of 5-HMF had been consumed, and 0.8 ml of 10M aqueous sodium hydroxide solution (1.0 equivalent of sodium hydroxide relative to 5-HMF used) was added dropwise to this solution. Added, and air bubbling was performed.

18時間後、HPLCにより生成物の同定及び定量をおこなったところ、FDCAの生成率は56.8%、CFFの生成率は8.2%、HMFAの生成率は14.3%であった。なお、5−HMFの残存はなかった。   After 18 hours, the product was identified and quantified by HPLC. As a result, the production rate of FDCA was 56.8%, the production rate of CFF was 8.2%, and the production rate of HMFA was 14.3%. There was no remaining 5-HMF.

(実施例6)
参考例Bにおいて追加して添加する10M水酸化ナトリウム水溶液の量を3.2mL(水酸化ナトリウムは使用した5−HMFに対して4.0当量)一度に添加することとし、他の条件(10M水酸化ナトリウム水溶液の追加後の反応時間は除く)は参考例Bと同条件にして反応を行った。
(Example 6)
In Reference Example B , the amount of 10 M aqueous sodium hydroxide solution added in an additional amount was 3.2 mL (sodium hydroxide was 4.0 equivalents relative to 5-HMF used) all at once, and other conditions (10 M The reaction was conducted under the same conditions as in Reference Example B except for the reaction time after addition of the aqueous sodium hydroxide solution.

20時間後、HPLCにより生成物の同定及び定量をおこなったところ、FDCAの生成率は69.5%、CFFの生成率は1.5%、HMFAの生成率は17.0%であった。なお、5−HMFの残存はなかった。   After 20 hours, the product was identified and quantified by HPLC. As a result, the production rate of FDCA was 69.5%, the production rate of CFF was 1.5%, and the production rate of HMFA was 17.0%. There was no remaining 5-HMF.

(実施例7)
実施例6において追加して添加する10M水酸化ナトリウム3.2mlを毎時0.8mlの速度で4時間かけて少量ずつ添加しながらバブリングすることとし、他の条件(10M水酸化ナトリウム水溶液の追加後の反応時間は除く)は実施例6と同条件にして反応をおこなった。
(Example 7)
Bubbling was carried out while adding 3.2 ml of 10 M sodium hydroxide added in Example 6 in small portions over 4 hours at a rate of 0.8 ml per hour, and other conditions (after addition of 10 M aqueous sodium hydroxide solution) The reaction was carried out under the same conditions as in Example 6.

9時間後、FDCAの生成率は80.9%、CFFの生成率は0.6%、HMFAの生成率は7.2%であった。なお、5−HMFの残存はなかった。   After 9 hours, the production rate of FDCA was 80.9%, the production rate of CFF was 0.6%, and the production rate of HMFA was 7.2%. There was no remaining 5-HMF.

(実施例8)
5−HMF濃度を5.0重量%に調製し、他の条件(10M水酸化ナトリウム水溶液の追加後の反応時間は除く)は実施例6と同条件にして反応をおこなった。
(Example 8)
The 5-HMF concentration was adjusted to 5.0% by weight, and the reaction was carried out under the same conditions as in Example 6 except for other conditions (excluding the reaction time after addition of a 10M aqueous sodium hydroxide solution).

11時間後、FDCAの生成率は67.2%、CFFの生成率は0.7%、HMFAの生成率は27.1%であった。なお、5−HMFの残存はなかった。   After 11 hours, the production rate of FDCA was 67.2%, the production rate of CFF was 0.7%, and the production rate of HMFA was 27.1%. There was no remaining 5-HMF.

参考例B、実施例4、6、7及び8の結果を表4にまとめた。 The results of Reference Example B and Examples 4 , 6, 7, and 8 are summarized in Table 4.

Figure 0005207677
Figure 0005207677

なお、実施例4及至7では5−HMFの濃度は1.0重量%であり、実施例8では5.0重量%である。また、実施例6及び8においては、バブリング開始から3時間後に水酸化ナトリウム水溶液を一度に添加し、実施例7はバブリング開始から3時間後に水酸化ナトリウムを毎時0.8mlで4時間かけて少量ずつ添加した。   In Examples 4 to 7, the concentration of 5-HMF is 1.0% by weight, and in Example 8 it is 5.0% by weight. In Examples 6 and 8, a sodium hydroxide aqueous solution was added all at once 3 hours after the start of bubbling, and Example 7 was a small amount of sodium hydroxide at 0.8 ml per hour for 4 hours 3 hours after the start of bubbling. Added in increments.

(参考例6)
臭化第二銅、2,2’−ビピリジン、TEMPOのモル比を1/1/1の割合で、それぞれ0.45g、0.31g、0.31gずつ量り取り(5−HMFに対してそれぞれ約0.5当量)、5分間触媒を懸濁させた。その後、10M水酸化ナトリウム水溶液を添加せずに、5−HMFを0.5g添加し、5−HMF濃度が1.0重量パーセントとなるよう水を加えて水溶液を調製した。この溶液を反応温度25℃でエアーバブリングすることにより酸化をおこなった。
(Reference Example 6)
The molar ratio of cupric bromide, 2,2'-bipyridine, and TEMPO was measured at a ratio of 1/1/1 by 0.45 g, 0.31 g, and 0.31 g, respectively (with respect to 5-HMF, respectively) The catalyst was suspended for about 5 minutes. Thereafter, 0.5 g of 5-HMF was added without adding 10 M aqueous sodium hydroxide solution, and water was added so that the 5-HMF concentration was 1.0 weight percent to prepare an aqueous solution. The solution was oxidized by air bubbling at a reaction temperature of 25 ° C.

15時間後、HPLCにより生成物の同定および定量をおこなったところ、FDCAの生成率は0%、CFFの生成率は12.8%、HMFAの生成率は1.5%、DFFの生成率は31.5%であった。また、5−HMFの残存率は43.4%であった。   After 15 hours, when the product was identified and quantified by HPLC, the production rate of FDCA was 0%, the production rate of CFF was 12.8%, the production rate of HMFA was 1.5%, and the production rate of DFF was It was 31.5%. The residual ratio of 5-HMF was 43.4%.

Claims (16)

水溶液中、アルカリ性環境下における2−カルボキシ−5−ホルミルフラン(以下、CFFと略す)に対するカニッツァーロ反応により2,5−フランジカルボン酸(以下、FDCAと略す)を製造する方法であって、前記カニッツァーロ反応が実施される水溶液中に、触媒及び酸化剤を添加し、前記反応で副生する5−ヒドロキシメチル−2−フランカルボン酸(以下、HMFAと略す)を酸化してCFFに戻し、前記カニッツァーロ反応に供し、
前記アルカリ性環境は、前記CFFに対して、5.0当量以上25当量以下のアルカリを添加されてなることを特徴とするFDCAの製造方法。
A process for producing 2,5-furandicarboxylic acid (hereinafter abbreviated as FDCA) by a Cannizzaro reaction with 2-carboxy-5-formylfuran (hereinafter abbreviated as CFF) in an aqueous solution in an alkaline environment, A catalyst and an oxidizing agent are added to an aqueous solution in which the reaction is performed, and 5-hydroxymethyl-2-furancarboxylic acid (hereinafter abbreviated as HMFA) by-produced in the reaction is oxidized and returned to CFF, and the cannizzaro subjected to the reaction,
The alkaline environment is obtained by adding 5.0 equivalents or more and 25 equivalents or less of alkali to the CFF .
前記アルカリ性環境は、前記CFFに対して、10.0当量のアルカリを添加されてなることを特徴とする請求項1に記載のFDCAの製造方法。  The method for producing FDCA according to claim 1, wherein the alkaline environment is obtained by adding 10.0 equivalents of alkali to the CFF. 水溶液中、アルカリ性環境下における2−カルボキシ−5−ホルミルフラン(以下、CFFと略す)に対するカニッツァーロ反応により2,5−フランジカルボン酸(以下、FDCAと略す)を製造する方法であって、前記カニッツァーロ反応が実施される水溶液中に、触媒及び酸化剤を添加し、前記反応で副生する5−ヒドロキシメチル−2−フランカルボン酸(以下、HMFAと略す)を酸化してCFFに戻し、前記カニッツァーロ反応に供し、
前記CFFが、5−ヒドロキシメチルフルフラール(以下、5−HMFと略す)を出発物質として前記溶液中で生成され、
前記アルカリ性環境は、前記5−HMFに対して、5.0当量以上20当量以下のアルカリを添加されてなることを特徴とするFDCAの製造方法。
A process for producing 2,5-furandicarboxylic acid (hereinafter abbreviated as FDCA) by a Cannizzaro reaction with 2-carboxy-5-formylfuran (hereinafter abbreviated as CFF) in an aqueous solution in an alkaline environment, A catalyst and an oxidizing agent are added to an aqueous solution in which the reaction is performed, and 5-hydroxymethyl-2-furancarboxylic acid (hereinafter abbreviated as HMFA) by-produced in the reaction is oxidized and returned to CFF, and the cannizzaro Subjected to reaction,
The CFF is produced in the solution starting from 5-hydroxymethylfurfural (hereinafter abbreviated as 5-HMF),
The alkaline environment, the relative 5-HMF, 5.0 manufacturing method of F DCA you characterized by comprising the addition of equivalent or more 20 equivalents or less of alkali.
前記アルカリ性環境は、前記5−HMFに対して、5.0当量のアルカリを添加されてなることを特徴とする請求項3に記載のFDCAの製造方法。  The method for producing FDCA according to claim 3, wherein the alkaline environment is obtained by adding 5.0 equivalents of alkali to the 5-HMF. 前記5−HMFから前記CFFを生成する過程において、2,5−ジホルミルフラン(以下、DFFと略す)及びHMFAを経由することを特徴とする請求項に記載のFDCAの製造方法。 5. The method for producing FDCA according to claim 4 , wherein 2,5-diformylfuran (hereinafter abbreviated as DFF) and HMFA are used in the process of generating the CFF from the 5-HMF. 前記5−HMFから前記CFFを生成する主な生成経路が、
前記5−HMFを触媒存在下で酸化剤により酸化してDFFを生成する経路と、
該DFFに対するカニッツァーロ反応によってCFF及び5−HMFを生成する経路とからなることを特徴とする請求項に記載のFDCAの製造方法。
The main generation path for generating the CFF from the 5-HMF is as follows:
A pathway for oxidizing the 5-HMF with an oxidizing agent in the presence of a catalyst to produce DFF;
The method for producing FDCA according to claim 5 , comprising a route for producing CFF and 5-HMF by a Cannizzaro reaction for the DFF.
前記DFFに対するカニッツァーロ反応により生成される前記5−HMFを、触媒存在下で酸化剤により酸化して再びDFFを生成することを特徴とする請求項に記載のFDCAの製造方法。 The method for producing FDCA according to claim 6 , wherein the 5-HMF produced by the Cannizzaro reaction on the DFF is oxidized with an oxidizing agent in the presence of a catalyst to produce DFF again. 前記5−HMFから前記CFFを生成する主な生成経路が、
前記5−HMFに対するカニッツァーロ反応によってHMFA及び2,5−ジヒドロキシメチルフラン(以下、DHMFと略す)を生成する経路と、
該HMFAを触媒存在下で酸化剤により酸化してCFFを生成する経路とからなることを特徴とする請求項に記載のFDCAの製造方法。
The main generation path for generating the CFF from the 5-HMF is as follows.
A pathway for producing HMFA and 2,5-dihydroxymethylfuran (hereinafter abbreviated as DHMF) by the Cannizzaro reaction for 5-HMF;
The method for producing FDCA according to claim 5 , comprising a pathway in which the HMFA is oxidized with an oxidizing agent in the presence of a catalyst to produce CFF.
前記5−HMFに対するカニッツァーロ反応により生成されるDHMFを、触媒存在下で酸化剤により酸化して再び5−HMFを生成することを特徴とする請求項に記載のFDCAの製造方法。 The method for producing FDCA according to claim 8 , wherein DHMF produced by the Cannizzaro reaction on 5-HMF is oxidized with an oxidizing agent in the presence of a catalyst to produce 5-HMF again. 前記5−HMFから前記CFFを生成する主な生成経路が、
請求項6乃至9のいずれかの請求項に記載のCFFを生成する経路の組み合わせからなることを特徴とするFDCAの製造方法。
The main generation path for generating the CFF from the 5-HMF is as follows.
A method for manufacturing FDCA, comprising a combination of paths for generating CFF according to any one of claims 6 to 9 .
前記触媒が、臭化第二銅、2,2'−ビピリジン、2,2,6,6−テトラメチルピペリジノオキシからなることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかの請求項に記載のFDCAの製造方法。 The said catalyst consists of cupric bromide, 2,2'-bipyridine, 2,2,6,6-tetramethylpiperidinooxy, The claim in any one of Claim 1 thru | or 10 characterized by the above-mentioned. The manufacturing method of FDCA of description. 前記酸化剤が、酸素又は酸素を含む空気であることを特徴とする請求項1乃至11のいずれかの請求項に記載のFDCAの製造方法。 The method for producing FDCA according to any one of claims 1 to 11 , wherein the oxidizing agent is oxygen or air containing oxygen. 前記アルカリを、反応途中で追加することを特徴とする請求項1乃至12のいずれかに記載のFDCAの製造方法。 The method for producing FDCA according to any one of claims 1 to 12 , wherein the alkali is added during the reaction. 前記アルカリを、前記5−HMFが全て消費された時点で追加することを特徴とする請求項13に記載のFDCAの製造方法。 The method for producing FDCA according to claim 13 , wherein the alkali is added when all of the 5-HMF is consumed. 予め反応に用いる溶液に加えるアルカリの量に対する追加するアルカリの量の比が2以上であることを特徴とする請求項13又は14に記載のFDCAの製造方法。   The method for producing FDCA according to claim 13 or 14, wherein the ratio of the amount of alkali added to the amount of alkali added to the solution used in the reaction in advance is 2 or more. 前記アルカリが、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムであることを特徴とする請求項乃至15のいずれかの請求項に記載のFDCAの製造方法。 The alkali, FDCA method according to any one of claims 1 to 15, characterized in that sodium hydroxide or potassium hydroxide.
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