JP5626871B2 - ヒドロピラン類の製造方法 - Google Patents
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Description
1.固体酸化物担体に酸化銅(II)又はロジウムが担持された触媒の存在下、THFA及び水素ガスを、気相にて供給することを特徴とする、3,4−ジヒドロ−2H−ピランの製造方法。
2.気相にて供給するTHFAと水素ガスの体積比率が、70〜10:30〜90であることを特徴とする、前記1記載の製造方法。
3.気相にて供給するTHFAと水素ガスの体積比率が、70〜20:30〜80であることを特徴とする、前記1記載の製造方法。
4.触媒重量に対して、酸化銅(II)が5〜20wt%担持された触媒を用いることを特徴とする、前記1〜3記載の製造方法。
5.触媒重量に対して、ロジウムが0.1〜1.0wt%担持された触媒を用いることを特徴とする、前記1〜3記載の製造方法。
6.固体酸化物担体が、アルミナであることを特徴とする、前記1〜5のいずれか1項に記載の製造方法。
本発明の方法によるDHPの製造は、固体酸化物担体に酸化銅(II)又はロジウムが担持された触媒を充填した反応器に、THFA及び水素ガスを気相にて供給して反応させることにより実施される。
すなわち、気相にて供給するTHFAと水素ガスの体積比率は、通常70〜10:30〜90、好ましくは70〜20:30〜80である。
[触媒調製]
市販品のアルミナ3.0gをるつぼに取り分けた。ビーカーに硝酸銅三水和物を1.58g量り取り、蒸留水10mlで溶解して硝酸銅水溶液を調製した。アルミナを加えたるつぼを白熱ランプ照射下に置き、加熱して乾燥させながら硝酸銅水溶液を滴下することでアルミナにCuOを担持させた(Incipent wetness法)。すべての硝酸銅水溶液の滴下が完了したら、110℃で一晩乾燥後、500℃で3時間焼成した。焼成の際は100℃/minで昇温した。焼成後の銅が、すべてCuOの状態で存在すると仮定すると、触媒の全質量に対しCuOの質量は、15wt%に相当する。
内径1.7cm、全長50.5cmの石英製反応管に前記触媒を0.5g充填した。触媒充填層の高さは、0.5cmであり、容積は、1.1mLであった。熱電対保護管を触媒に接触するように挿入した後、反応管に電気炉を取り付けた。電気炉の、反応管に沿った方向における、有効加熱部分の長さは26cmであり、触媒充填層の上端は、この有効加熱部分の上端から下向きに9cmのところに位置していた。水素ガスを20mL/minの流量で反応管内に流通させ、1時間保持して反応管内の雰囲気を置換した。次に、水素ガスを流通させたまま、前記の熱電対保護管に熱電対を挿入し、この熱電対による制御温度を500℃に設定して反応系を加熱した。500℃にて1時間保持することにより触媒の前処理を行った後、設定温度を300℃に変更した。
この温度で系内が安定したところで、水素ガスの流量を20mL/minに調整するとともにTHFAを室温での液流量1.5mL/hで反応管上部に供給し、ガス状のTHFA及び水素ガスとを混合した後、触媒と接触させ反応を実施した。この条件における供給ガス中のTHFA及び水素ガスの濃度は、それぞれ22及び78vol%であった。また、触媒充填層の単位体積当たりのTHFA供給速度は、1.4kg_THFA/L_触媒/hであった。
触媒充填層を通過した混合ガスは、氷冷トラップにより回収した。このトラップを1時間毎に交換して、回収液のGC分析を行った。反応を開始してから1時間目の回収液を分析したところ、THFA転化率は、99.0%であり、DHP選択率は、72.5%であり、触媒充填層の単位体積当たりのDHP生産速度は、1.0kg_DHP/L_触媒/hに達した。回収液には、副生物としてテトラヒドロピラン(以下、THP)とδ−バレロラクトン(DVL)が、それぞれ選択率2.0及び0.3%で検出された。次に、5時間目の回収液を分析したところ、THFA転化率は、96.2%であり、DHP、THP、DVLの選択率は、それぞれ77.1、0.7、0.3%であり、触媒充填層の単位体積当たりのDHP生産速度は、1.1kg_DHP/L_触媒/hであって、ほぼ一定であった。
実施例1で調製した触媒を使用し、水素ガスの代わりに窒素をキャリアガスとして20mL/分の流量で反応管内に流通させたほかは、実施例1と同様の操作で反応を実施した。
反応を開始してから1時間目の回収液を分析したところ、THFA転化率は、90.5%であり、DHP選択率は、56.3%であり、触媒充填層の単位体積当たりのDHP生産速度は、0.7kg_DHP/L_触媒/hであった。回収液には、副生物としてTHPとDVLが、それぞれ選択率0.1及び0.5%で検出された。次に、5時間目の回収液を分析したところ、THFA転化率は、73.0%であり、DHP、THP、DVLの選択率は、47.4、0.1、0.3%であり、触媒充填層の単位体積当たりのDHP生産速度は、0.5kg_DHP/L_触媒/hと急速に低下した。
実施例1で調製した触媒を使用し、DHP合成の段階において、反応管内に流通させる水素ガスの流量を10mL/分に変更したほかは、実施例1と同様の操作で反応を実施した。この条件における供給ガス中のTHFA及び水素ガスの濃度は、それぞれ37及び63vol%であった。
反応を開始してから1時間目の回収液を分析したところ、THFA転化率は、97.0%であり、DHP選択率は、72.6%であり、触媒充填層の単位体積当たりのDHP生産速度は、1.0kg_DHP/L_触媒/hに達した。回収液には、副生物としてTHPとDVLが、それぞれ選択率2.2及び0.5%で検出された。次に、5時間目の回収液を分析したところ、THFA転化率は、79.8%であり、DHP、THP、DVLの選択率は、それぞれ77.4、0.3、0.3%であり、触媒充填層の単位体積当たりのDHP生産速度は、0.9kg_DHP/L_触媒/hであって、ほぼ一定であった。
実施例1で調製した触媒を使用し、DHP合成の段階において、反応管内に流通させる水素ガスの流量を5mL/分に変更したほかは、実施例1と同様の操作で反応を実施した。この条件における供給ガス中のTHFA及び水素ガスの濃度は、それぞれ54及び46vol%であった。
反応を開始してから1時間目の回収液を分析したところ、THFA転化率は、97.8%であり、DHP選択率は、79.4%であり、触媒充填層の単位体積当たりのDHP生産速度は、1.1kg_DHP/L_触媒/hに達した。回収液には、副生物としてTHPとDVLが、それぞれ選択率2.8及び0.5%で検出された。次に、5時間目の回収液を分析したところ、THFA転化率は、91.9%であり、DHP、THP、DVLの選択率は、それぞれ93.1、0.8、0.4%であり、触媒充填層の単位体積当たりのDHP生産速度は、1.2kg_DHP/L_触媒/hであって、ほぼ一定であった。
[触媒調製]
市販品のアルミナ及び硝酸銅三水和物の使用量をそれぞれ1.6、1.21gとした他は、実施例1と同様の方法により触媒を調製した。焼成後の銅が、すべてCuOの状態で存在すると仮定すると、触媒の全質量に対しCuOの質量は、20wt%に相当する。
本例で調製した触媒を使用し、DHP合成の段階において、供給するTHFAの室温での液流量を2.1mL/hに変更したほかは、実施例1と同様の操作で反応を実施した。この条件における供給ガス中のTHFA及び水素ガスの濃度は、それぞれ29及び71vol%であった。また、触媒充填層の単位体積当たりのTHFA供給速度は、2.0kg_THFA/L_触媒/hであった。
反応を開始してから1時間目の回収液を分析したところ、THFA転化率は、97.8%であり、DHP選択率は、87.7%であり、触媒充填層の単位体積当たりのDHP生産速度は、1.7kg_DHP/L_触媒/hに達した。回収液には、副生物としてTHPとDVLが、それぞれ選択率2.1及び0.5%で検出された。次に、4時間目の回収液を分析したところ、THFA転化率は、84.4%であり、DHP、THP、DVLの選択率は、それぞれ93.4、0.4、0.2%であり、触媒充填層の単位体積当たりのDHP生産速度は、1.6kg_DHP/L_触媒/hであって、ほぼ一定であった。
実施例4で調製した触媒を使用し、DHP合成における反応温度を275℃に変更したほかは、実施例4と同様の操作で反応を実施した。
反応を開始してから1時間目の回収液を分析したところ、THFA転化率は、79.5%であり、DHP選択率は、66.4%であり、触媒充填層の単位体積当たりのDHP生産速度は、1.1kg_DHP/L_触媒/hに達した。回収液には、副生物としてTHPとDVLが、それぞれ選択率2.3及び0.6%で検出された。次に、5時間目の回収液を分析したところ、THFA転化率は、70.5%であり、DHP、THP、DVLの選択率はそれぞれ66.4、0.7、0.4%であり、触媒充填層の単位体積当たりのDHP生産速度は、0.9kg_DHP/L_触媒/hであって、ほぼ一定であった。
[触媒調製]
市販品のアルミナ及び硝酸銅三水和物の使用量をそれぞれ1.9、0.30gとした他は、実施例1と同様の方法により触媒を調製した。焼成後の銅が、すべてCuOの状態で存在すると仮定し、触媒の全質量に対しCuOの質量は、5wt%に相当する。
本例で調製した触媒を使用し、DHP合成における反応温度を325℃に変更したほかは、実施例1と同様の操作で反応を実施した。
反応を開始してから1時間目の回収液を分析したところ、THFA転化率は、99.8%であり、DHP選択率は、52.9%であり、触媒充填層の単位体積当たりのDHP生産速度は、0.8kg_DHP/L_触媒/hに達した。回収液には、副生物としてTHPとDVLが、それぞれ選択率1.1及び0.2%で検出された。次に、5時間目の回収液を分析したところ、THFA転化率は、93.5%であり、DHP、THP、DVLの選択率は、それぞれ76.5、0.3、0.2%であり、触媒充填層の単位体積当たりのDHP生産速度は、1.0kg_DHP/L_触媒/hであって、ほぼ一定であった。
[触媒調製]
市販されている、日本エンゲルハルド(現エヌ・イー ケムキャット株式会社)製の、アルミナにRhを0.5wt%担持させた触媒を使用した。
市販の、アルミナにRhを0.5wt%担持させた触媒を使用し、石英製反応管への触媒充填量を1.0gに変更したほかは実施例1と同様の操作で触媒の前処理及びDHP合成を行った。触媒充填層の容積は、1.2mLであった。また、触媒充填層の単位体積当たりのTHFA供給速度は、1.3kg_THFA/L_触媒/hであった。
反応を開始してから1時間目の回収液を分析したところ、THFA転化率は、93.3%であり、DHP選択率は、56.3%であり、触媒充填層の単位体積当たりのDHP生産速度は、0.7kg_DHP/L_触媒/hに達した。回収液には、副生物としてTHPとDVLが、それぞれ選択率3.6及び0.2%で検出された。次に、5時間目の回収液を分析したところ、THFA転化率は、84.5%であり、DHP、THP、DVLの選択率は、それぞれ64.7、0.8、0.1%であり、触媒充填層の単位体積当たりのDHP生産速度は、0.7kg_DHP/L_触媒/hであって、一定であった。
実施例7と同じ触媒を使用し、水素ガスの代わりに窒素をキャリアガスとして20mL/分の流量で反応管内に流通させたほかは、実施例7と同様の操作で反応を実施した。反応を開始してから1時間目の回収液を分析したところ、THFA転化率83.0%であり、DHP選択率は、62.4%であり、触媒充填層の単位体積当たりのDHP生産速度は、0.7kg_DHP/L_触媒/hであった。回収液には副生物としてTHPとDVLが、それぞれ選択率3.0及び0.4%で検出された。次に、5時間目の回収液を分析したところ、THFA転化率は、42.6%であり、DHP、THP、DVLの選択率は、48.9、0.0、0.3%であり、触媒充填層の単位体積当たりのDHP生産速度は、0.3kg_DHP/L_触媒/hと急速に低下した。
実施例7で調製した触媒を使用し、DHP合成の段階において、反応管内に流通させる水素ガスの流量を10mL/分に変更したほかは、実施例7と同様の操作で反応を実施した。この条件における供給ガス中のTHFA及び水素ガスの濃度は、それぞれ37及び63vol%であった。
反応を開始してから1時間目の回収液を分析したところ、THFA転化率は、93.7%であり、DHP選択率は、43.7%であり、触媒充填層の単位体積当たりのDHP生産速度は、0.5kg_DHP/L_触媒/hに達した。回収液には、副生物としてTHPとDVLが、それぞれ選択率4.4及び0.0%で検出された。次に、5時間目の回収液を分析したところ、THFA転化率は、76.1%であり、DHP、THP、DVLの選択率は、それぞれ55.6、0.5、0.0%であり、触媒充填層の単位体積当たりのDHP生産速度は、0.6kg_DHP/L_触媒/hであって、ほぼ一定であった。
[触媒調製]
実施例1と同様の方法によりアルミナにNiOを15wt%担持させた触媒を調製した。硝酸銅三水和物の代わりに硝酸ニッケル六水和物を使用し、アルミナと硝酸ニッケル六水和物をそれぞれ、1.42、2.07g使用したほかは、実施例1と同様の方法によって触媒を調製した。焼成後のニッケルが、すべてNiOの状態で存在すると仮定すると、触媒の全質量に対しNiOの質量は、15wt%に相当する。
前記で調製した、アルミナにNiOを15wt%担持させた触媒を用いたほかは実施例1と同様の操作で触媒の前処理及びDHP合成を行った。
反応を開始してから1時間目の回収液を分析したところ、THFA転化率は、98.0%であったが、DHPの選択率は19.6%と低く、触媒充填層の単位体積当たりのDHP生産速度は、0.3kg_DHP/L_触媒/hであった。回収液には副生物としてTHPとDVLが、それぞれ選択率8.8及び0.2%で検出された。次に、5時間目の回収液を分析したところ、THFA転化率は、93.0%であり、DHP、THP、DVLの選択率は、それぞれ48.4、4.5、0.2%であり、触媒充填層の単位体積当たりのDHP生産速度は、0.5kg_DHP/L_触媒/hであった。
[触媒調製]
実施例1と同様の方法によりアルミナにCo2O3を15wt%担持させた触媒を調製した。硝酸銅三水和物の代わりに硝酸コバルト六水和物を使用し、アルミナと硝酸コバルト六水和物をそれぞれ、0.70、1.10g使用したほかは、実施例1と同様の方法によって触媒を調製した。焼成後のコバルトが、すべてCo2O3の状態で存在すると仮定すると、触媒の全質量に対しCo2O3の質量は、15wt%に相当する。
前記で調製した、アルミナにCo2O3を15wt%担持させた触媒を用いたほかは実施例1と同様の操作で触媒の前処理及びDHP合成を行った。反応を開始してから1時間目の回収液を分析したところ、THFA転化率は91.1%であったが、DHPの選択率は34.4%と低く、触媒充填層の単位体積当たりのDHP生産速度は、0.5kg_DHP/L_触媒/hであった。回収液には副生物としてTHPとDVLが、それぞれ選択率2.8及び1.0%で検出された。次に、5時間目の回収液を分析したところ、THFA転化率は、75.7%であり、DHP、THP、DVLの選択率は、それぞれ39.0、1.4、0.9%であった。触媒充填層の単位体積当たりのDHP生産速度は、0.4kg_DHP/L_触媒/hであった。
Claims (6)
- 固体酸化物担体に酸化銅(II)又はロジウムが担持された触媒の存在下、テトラヒドロフルフリルアルコール及び水素ガスを、気相にて供給することを特徴とする、3,4−ジヒドロ−2H−ピランの製造方法。
- 気相にて供給するテトラヒドロフルフリルアルコールと水素ガスの体積比率が、70〜10:30〜90であることを特徴とする、請求項1記載の製造方法。
- 気相にて供給するテトラヒドロフルフリルアルコールと水素ガスの体積比率が、70〜20:30〜80であることを特徴とする、請求項1記載の製造方法。
- 触媒重量に対して、酸化銅(II)が5〜20wt%担持された触媒を用いることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造方法。
- 触媒重量に対して、ロジウムが0.1〜1.0wt%担持された触媒を用いることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造方法。
- 固体酸化物担体が、アルミナであることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法。
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