JP6522599B2 - フランおよびその誘導体を製造するための方法 - Google Patents

フランおよびその誘導体を製造するための方法 Download PDF

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Description

本明細書には、特に本発明および本発明が行われるべき方法を記載する。
本発明は、効率的で、水素ガスを使用せず、取扱いが安全な、フランおよびその誘導体をフルフラールから高収率かつ高選択率で製造するための改善された方法に関する。
フランは、特殊な化学物質の合成に用いられるプラットフォームの化学物質である。これは、燃料添加剤としても知られる。
従来より、フランは、フルフラールの気相脱カルボニルにより合成され、この脱カルボニルは、スチームおよびZn−FeまたはZn−Mnクロマイト触媒の存在下で、400℃、スチームとフルフラールのモル比が1:5〜1:10、およびガス空間速度(GHSV:gas hourly space velocity)500〜1000h−1の条件下で行われる。フルフラールについては、フラン収率が85〜90%のものが特許請求された(US2,374,149およびUS2,776,981)。水素および二酸化炭素が、副生成物として製造される。従来方法での高温の運転は、フランを重量のある生成物へと化学変化させ、触媒を短期間で失活させる。さらに、方法が高温で運転される場合、対応する熱エネルギーの要求があるので、出口の生成蒸気はより多量の冷却を必要とする。言い換えれば、これらの方法は高価となる。
US4,764,627によると、フランおよび誘導体は、フルフラールの蒸気がゼオライト触媒を通過することによっても製造できる。これは、フルフラールを脱カルボニルするための効果的な温度(350〜550℃)および滞留時間で行われる。フルフラールの蒸気はキャリアガスで希釈され、このキャリアガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、ヘリウム、アルゴン、窒素およびスチームからなる群から選択されるガスである。フランの選択率は、他の生成物の形成によって低いものであった。
US4,780,552は、フルフラールの脱カルボニルによるフランの調製のための方法を教示している。この方法は、高温(250〜400℃)の気相中で、圧力0.1〜10barにて水素および触媒の存在下で行われる。この触媒は、Pt、Rhまたはこれらの混合物とアルカリ金属(セシウム)を含有するものである。フルフラールの転換率が90%であり、フランの選択率が91〜95%であるものが得られた。しかし、500時間の触媒使用後の転換率の低下が、この方法の欠点である。
US3,257,417およびUS3,223,714によると、フルフラールは、200℃にて、担持されたPdの表面上でフランおよび一酸化炭素へと分解する。この反応は、アルカリ金属炭酸塩またはアルカリ金属酢酸塩助触媒の存在下でなされる。US8,404,871、US2011/0201832およびUS2012/0157698は、Al上のPd上でのフルフラールの反応を開示しており、この反応は、共供給された水および水素の存在下で、約300℃で、フルフラール対水素のモル比1:1で、かつフルフラールの重量空間速度(WHSV:Weight hourly space velocity)230h−1の条件下で行われ、フランを95%の収率で生じさせる。水素は、フルフラールの揮発を助け、触媒寿命を延ばすために共供給される。共供給物(co-feed)の水は、フルフラールの転換率を90%からほぼ100%に向上させる。
2−メチルフランは、フルフラールの水素化脱酸素(hydrodeoxygenation)/C=O水素化分解により製造されるものである。これは、燃料添加剤として使用するための全ての特徴を有する。メチルフランは、水素の外部供給を通じて製造され、この水素が方法を高価にする要因である。
US8710251は、フランおよび関連する化合物の合成方法を開示しており、この合成は、パラジウム/金属アルミネート触媒を使用して、フルフラールおよび誘導体の気相脱カルボニルにより行われる。また、この方法は、気相中のフルフラールおよび共供給物としての水素ガスの接触により影響を受け、この接触は、温度約270℃〜約330℃の範囲で、周囲気圧で行われる。
このように、フランの産業上の重要性ならびに先行技術の方法の欠点、例えば高価な水素共供給物の要求、アルカリ金属助触媒の必要性および高温の運転などの欠点によって、取扱いが安全で、商業上経済的なグリーン方法が望まれている。
本発明は、先行技術の方法の上記の欠点を克服するものであり、フランおよびその誘導体をフルフラールから製造するための改善方法であって、中程度の温度で、供給ストリーム中に水素ガスを使用しない方法を開示する。
原料のフルフラールは従来、石油供給原料から得られているが、リグノセルロースバイオマスのペントサン糖からも、当技術分野で公知の方法により誘導することができる(ChemSusChem,Year 2012, Vol.5, pp. 751-761およびSugar Technology, Year 2011, Vol. 13, issue 2, pp. 166-169)。バイオマス由来のフルフラールの使用は、フランの製造のための持続可能な方法をもたらす。
本発明の主な目的は、水素ガスを使用せずに、高収率で、取扱いが安全な改善された方法を提供することであり、この方法は、中程度の温度で運転されて、フルフラールから高収率で下記式Iの化合物を製造する方法であって、当該式中、R1は独立して水素またはCHから選択されるものである。
本発明のさらに別の目的は、アルカリ金属を使用せずに、フルフラールからフランおよびメチルフランを製造するための方法を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、水素を使用せずに、フルフラールからフランを製造するための触媒方法であって、数回のリサイクルの後でも触媒が安定した触媒活性を示す方法を提供することである。
したがって、本発明は、フルフラールから下記式Iの化合物を調製するための改善された方法であって、この改善が、フルフラールの高転換率および高収率をもたらす、水−イソプロパノール混合物をフルフラールに添加することからなり、
ここで、前記式中、R1は独立して水素またはCHから選択され、
前記方法が、式Iの化合物を得るために、供給物としての不活性ガスの存在下で、温度200〜250℃の範囲で、不活性ガス圧力1〜10barの範囲で、フルフラールおよび水−イソプロパノール混合物を、反応器に入れた(taken)金属担持触媒(supported metal catalyst)と接触させることを含む、方法を提供する。
本発明の一実施形態では、フルフラール対水−イソプロパノールの重量比が、1:5〜1:25の間の範囲である。
本発明の一実施形態では、触媒対フルフラールの比率が、2〜5重量%の間の範囲である。
本発明の別の実施形態では、使用される金属担持触媒が、PdまたはPtを担持した触媒からなる群から選択され、担体上のPdまたはPt含有率が、2〜10重量%の範囲である。
本発明の別の実施形態では、金属担持触媒の担体が、アルミナ、セリア、ジルコニア、セリア−ジルコニア、硫酸化ジルコニア、シリカ、炭素、粘土、ハイドロタルサイト、MgO−Alまたはこれらの混合物からなる群から選択される。
さらに本発明の別の実施形態では、反応が、セミバッチ、連続撹拌タンクまたは固定床の反応器で実施される。
さらに本発明の別の実施形態では、不活性ガスが、窒素、アルゴン、ヘリウムまたはこれらの混合物である。
さらに本発明の別の実施形態では、水−イソ−プロパノール混合物の重量比が、1:1〜1:5の間の範囲である。
さらに本発明の別の実施形態では、触媒がリサイクル可能である。
さらに本発明の別の実施形態では、フルフラールの転換率が、29〜99.7重量%の範囲である。
さらに本発明の別の実施形態では、式Iの化合物の収率が、68〜90重量%の範囲である。
さらに本発明の別の実施形態では、方法で使用されるフルフラールは、従来の原料またはリグノセルロースバイオマスのペントサン糖のいずれかから、当技術分野で公知の方法により得られる(ChemSusChem,Year 2012,Vol.5,pp.751−761およびSugar Technology,Year 2011,Vol.13,issue 2,pp.166−169)。
さらに本発明の別の実施形態では、バイオマス由来フルフラールが、いずれの前処理または後精製なしで使用される。
さらに本発明の別の実施形態では、反応が、水素ガスを使用せずに実施される。
本発明は、フランおよびその誘導体をフルフラールから調製するための改善方法を提供する。本発明は、改善され、水素ガスを使用せず、高収率で、中程度の温度で、かつ取扱いが安全な、フランおよびその誘導体をフルフラールから製造するためのグリーン方法であって、不活性ガス共供給物の存在下で、フルフラールおよび水−イソ−プロパノール混合物を、PdまたはPtを担持した触媒と接触させることを含む、方法を提供する。
この方法で使用されるフルフラールは、従来の原料またはリグノセルロースバイオマスのペントサン糖のいずれかから、当技術分野で公知の方法によって得ることができる(ChemSusChem, Year 2012, Vol. 5, pp. 751-761およびSugar Technology, Year 2011, Vol. 13, issue 2, pp. 166-169)。
その上、水素を使用せず、中程度の温度の、高収率かつ取扱いが安全な本発明の方法は、フランおよびその誘導体を、原料製造自体の現場で製造することができるため、バイオマスに価値を付加し、農村部門の雇用/経済的な機会を可能とする。
本発明の方法は、PdまたはPtを担持した触媒を使用する。方法で水素を使用しなくても、本発明のPdまたはPtを担持した触媒が、高い活性およびフラン選択率を呈することは、驚異的な発見である。副反応は観測されない。特に、触媒は再使用可能である。本発明につながる実験では、本発明に係るPdまたはPtを担持した触媒は高活性であり、フルフラール転換率100mol%およびフラン選択率75〜90mol%の範囲をもたらすことが見出だされた。活性金属部位へのフルフラールの容易な吸着は、本発明の触媒の高い触媒活性に対する大きな要因である。イソ−プロパノールが安定性を改善すると共に、水が触媒の活性および選択性を向上させる。また、これらの溶媒両方の組み合わせ、すなわち、水およびイソ−プロパノールの組み合わせは、高い活性および長時間の触媒安定性に必須なものである。そして、適切な水とイソ−プロパノールとの比率は、高い転換率およびフラン収率を得るために重要なものである。この方法は、穏やかな条件で運転されるため、廃液のストリームが生成されることもない。したがって、本発明の方法は安全であり、商業上簡単に採用可能である。
本発明は、安全で効率的な、水素を使用しない、式Iの化合物をフルフラールから高収率で調製するための方法であって、
式中、R1は独立して水素またはCHから選択され、
a)フルフラールおよび水−イソプロパノール混合物を、反応器に入れたPdまたはPtを担持した触媒と接触させる工程であって、接触が、共供給物としての不活性ガスの存在下で、温度200〜250℃の範囲で行われ、フルフラール対水−イソプロパノール混合物の重量比が、1:5および1:25の範囲であり、不活性ガスが、圧力1〜10barの範囲であり、触媒対フルフラールの比率が、2〜5重量%の間の範囲であり、担体上のPdまたはPt含有率が、2〜10重量%の範囲である、工程と
b)反応を前記温度および圧力条件で行い、リサイクルのために不活性ガスを抜き、濾過および続く蒸留により、液体生成物を触媒から分離して、式(I)の化合物を得る工程とを含む、方法を開示する。
水対イソプロパノール混合物(water to isopropanol mixture)の比率は、1:1〜1:5の間の範囲である。
本発明に係る触媒は、担体にPdまたはPtを含浸したものであり、この担体は、アルミナ、セリア、ジルコニア、セリア−ジルコニア、硫酸化ジルコニア、シリカ、炭素、粘土、ハイドロタルサイト、MgO−Alまたはこれらの酸化物を含有する組成物およびこれらの混合物の群から選択される。
本発明の一特徴は、反応が、セミバッチまたは連続バッチ/固定床運転のいずれかで実施されることである。
本発明の別の特徴は、本発明に係る方法が、アルカリ金属の存在しない状態で実施されることである。
本発明のさらに別の特徴は、不活性ガスが、窒素、アルゴン、ヘリウムまたはこれらの混合物であることである。
本発明の別の一特徴は、フルフラールの転換率は100mol%であり、フラン選択率が75〜90mol%の間であることである。
本発明の別の特徴は、触媒は、リサイクル可能および再使用可能であることである。
本発明のさらに別の特定は、廃液のストリームが生成されないことである。
PdまたはPtを担持した触媒は、当技術分野で公知の湿式含浸法により調製される(Catalysis Letters, Year 2010, Vol. 140, pp. 55-64およびJournal of Catalysis, Year 2012, Vol. 285, pp. 31-40)。
以下に示す例は、本発明をさらに詳細に説明するための例であり、本発明の範囲を限定すると解釈されるべきでない。
[例1]
本例は、アルミナ上に担持された5重量%Pdの触媒の調製を示す。1.484gの10重量%のテトラアンミンパラジウム(II)ニトレート水溶液に、10mlの蒸留水を添加した。その後、これをガラス丸底フラスコに入れた1gのγ−Alに添加した。懸濁液を十分に混合し、ロータリーエバポレータを使用して、80℃で乾燥した。得られた固体を回収し、オーブン中100℃で6時間乾燥した。その後、材料を400℃で2時間か焼(calcined)した。反応前に、触媒を水素の流れ(30ml/分)下で、250℃で2時間還元した。大気にさらさずに、触媒を反応で使用した。
2重量%および10重量%のPdを担持したAlの触媒を、同じ方法で、それぞれ0.5749g(2重量%のPd/Alのため)および2.817g(10重量%のPd/Alのため)の10重量%のテトラアンミンパラジウム(II)ニトレート(tetraamineplatinum (II) nitrate)水溶液を取って(taking)調製した。
[例2]
本例は、アルミナ上に担持された5重量%Ptの調製を示す。0.1052gのテトラアンミン白金(II)ニトレートを、10mlの蒸留水に溶解した。その後、これをガラス丸底フラスコに入れた1gのγ−Alに添加した。これを十分に混合し、ロータリーエバポレータを使用して、80℃で乾燥した。得られた固体を回収し、電気オーブン中100℃で6時間乾燥した。その後、材料を400℃で2時間か焼した。反応前に、触媒を水素の流れ(30ml/分)下で、350℃で2.5時間還元した。大気にさらさずに、触媒を反応で使用した。
2重量%および10重量%のPtを担持したAlの触媒を、同じ方法で、それぞれ0.0816gおよび0.222gのテトラアミン白金(II)ニトレートを取って調製した。
他のPtを担持した触媒を同じ方法で、適切な担体酸化物およびPt前駆体を取って調製した。Ptの堆積前に、商用の硫酸化−ZrO、MgOおよびSiOを120℃で2時間活性化させると共に、γ−Alを150℃で活性化させた。
[例3]
本例は、Pd(5重量%)/Al触媒上でのフルフラールからフランへの転換を示す。1gのフルフラール(Aldrich Co.)、20gの水を、100mlのステンレススチール反応器(Parr 4875電力制御装置および4871方法制御装置)に入れた。これに、0.05gの還元されたPd(5重量%)/Al触媒を添加した。反応器を窒素ガスで加圧した(5bar)。反応器の温度を240℃に上げ、反応を2時間行った。その後、反応器を25℃まで冷却し、リサイクルのためにガスを抜いて、濾過により液体生成物を触媒から分離した。その後、これをガスクロマトグラフィ(GC、Varian 3400、CP−SIL5CBカラム、長さ60mおよび内径0.25mm)により分析した。生成物を、GC−MS(Shimadzu GCMS−QP5050A、HP−5カラム、長さ30m×内径0.25mm×厚さ0.25μm)により同定した。フルフラール転換率=35.1重量%およびフラン選択率=100重量%であった。最後に、蒸留によりフランを液体生成物から分離した。
[例4]
本例は、Pt(5重量%)/Al触媒上でのフルフラールからフランおよび2−メチルフランへの転換を示す。1gのフルフラール、20gの脱イオン水を、100mlのステンレススチール反応器(Parr 4875電力制御装置および4871方法制御装置)に入れた。これに、0.05gの還元されたPt(5重量%)/Al触媒を添加した。反応器を窒素ガスで、圧力5barまで加圧した。反応器の温度を240℃に上げ、反応を2時間行った。その後、反応器を25℃まで冷却し、更なるリサイクルのために、ガス状生成物を抜いた。濾過により液体生成物を触媒から分離した後、ガスクロマトグラフィ(GC、Varian 3400、CP−SIL5CBカラム、長さ60mおよび内径0.25mm)により分析した。生成物を、GC−MS(Shimadzu GCMS−QP5050A、HP−5カラム、長さ30m×内径0.25mm×厚さ0.25μm)により同定した。フルフラール転換率=29.2%、フラン選択率=43.1%および2−メチルフランを含む他の選択率=56.8%であった。蒸留によりフランおよび2−メチルフランを液体生成物から分離した。
[例5]
本例は、水−イソプロパノール(1:4)媒体の存在下でのPd(5重量%)/Al触媒上でのフルフラールからフランへの転換を示す。1gのフルフラール、20gのイソプロパノールおよび5gの水を、100mlのステンレススチール反応器(Parr 4875電力制御装置および4871方法制御装置)に入れた。これに、0.05gの還元されたPd(5重量%)/Al触媒を添加した。反応器を窒素ガスで加圧した(5bar)。反応器の温度を240℃に上げ、反応を2時間行った。その後、反応器を25℃まで冷却し、リサイクルのためにガスを抜いて、濾過により液体生成物を触媒から分離した。その後、これをガスクロマトグラフィ(GC、Varian 3400、CP−SIL5CBカラム、長さ60mおよび内径0.25mm)により分析した。生成物を、GC−MS(Shimadzu GCMS−QP5050A、HP−5カラム、長さ30m×内径0.25mm×厚さ0.25μm)により同定した。フルフラール転換率=99.7重量%およびフラン選択率=82.5重量%であった。最後に、蒸留によりフランを液体生成物から分離した。
[例6]
本例は、水−イソプロパノール(1:1)媒体の存在下でのPd(5重量%)/Al触媒上でのフルフラールからフランおよび2−メチルフランへの転換を示す。1gのフルフラール、10gのイソプロパノールおよび10gの水を、100mlのステンレススチール反応器(Parr 4875電力制御装置および4871方法制御装置)に入れた。これに、0.05gの還元されたPd(5重量%)/Al触媒を添加した。反応器を窒素ガスで加圧した(5bar)。反応器の温度を240℃に上げ、反応を2時間行った。その後、反応器を25℃まで冷却し、リサイクルのためにガスを抜いて、濾過により液体生成物を触媒から分離した。その後、これをガスクロマトグラフィ(GC、Varian 3400、CP−SIL5CBカラム、長さ60mおよび内径0.25mm)により分析した。生成物を、GC−MS(Shimadzu GCMS−QP5050A、HP−5カラム、長さ30m×内径0.25mm×厚さ0.25μm)により同定した。フルフラール転換率=30.0重量%、フラン選択率=83.3重量%および2−メチルフランを含む他の選択率=13.2重量%であった。最後に、蒸留によりフランおよび2−メチルフランを液体生成物から分離した。
[例7]
本例は、Pt(5重量%)/Al触媒上でのフルフラールからフランおよび2−メチルフランへの転換を示す。1gのフルフラール、20gのイソ−プロパノールおよび5gの脱イオン水を、100mlのステンレススチール反応器(Parr 4875電力制御装置および4871方法制御装置)に入れた。これに、0.05gの還元されたPt(5重量%)/Al触媒を添加した。反応器を窒素ガスで、圧力5barまで加圧した。反応器の温度を240℃に上げ、反応を2時間行った。その後、反応器を25℃まで冷却し、濾過により液体生成物を触媒から分離した後、ガスクロマトグラフィ(GC、Varian 3400、CP−SIL5CBカラム、長さ60mおよび内径0.25mm)により分析した。生成物を、GC−MS(Shimadzu GCMS−QP5050A、HP−5カラム、長さ30m×内径0.25mm×厚さ0.25μm)により同定した。フルフラール転換率=93.5%、フラン選択率=76.5%および2−メチルフランを含む他の選択率=23.5重量%であった。最後に、蒸留によりフランおよび2−メチルフランを液体生成物から分離した。
[例8]
本例は、水素および水−イソプロパノール(1:4)溶媒媒体の存在下でのPt(5重量%)/Al触媒上でのフルフラールからフランおよび2−メチルフランへの転換を示す。1gのフルフラール、20gのイソ−プロパノールおよび5gの脱イオン水を、100mlのステンレススチール反応器(Parr 4875電力制御装置および4871方法制御装置)に入れた。これに、0.05gの還元されたPt(5重量%)/Al触媒を添加した。反応器を水素ガスで、圧力20barまで加圧した。反応器の温度を240℃に上げ、反応を2時間行った。その後、反応器を25℃まで冷却し、濾過により液体生成物を触媒から分離した後、ガスクロマトグラフィ(GC、Varian 3400、CP−SIL5CBカラム、長さ60mおよび内径0.25mm)により分析した。生成物を、GC−MS(Shimadzu GCMS−QP5050A、HP−5カラム、長さ30m×内径0.25mm×厚さ0.25μm)により同定した。フルフラール転換率=100重量%、フラン選択率=53.0重量%および2−メチルフラン選択率=15.6重量%であった。最後に、蒸留によりフランおよび2−メチルフランを液体生成物から分離した。
[例9]
本例は、Pt(5重量%)/SO−ZrO触媒上でのフルフラールからフランおよび2−メチルフランへの転換であって、水素およびイソプロパノール媒体の存在下での転換を示す。1gのフルフラール、20gのイソ−プロパノールおよび5gの水を、100mlのステンレススチール反応器(Parr 4875電力制御装置および4871方法制御装置)に入れた。これに、0.05gの還元されたPt(5重量%)/Al触媒を添加した。反応器を水素ガスで、圧力20barまで加圧した。反応器の温度を240℃に上げ、反応を8時間行った。その後、反応器を25℃まで冷却し、濾過により液体生成物を触媒から分離した後、ガスクロマトグラフィ(GC、Varian 3400、CP−SIL5CBカラム、長さ60mおよび内径0.25mm)により分析した。生成物を、GC−MS(Shimadzu GCMS−QP5050A、HP−5カラム、長さ30m×内径0.25mm×厚さ0.25μm)により同定した。フルフラール転換率=100重量%、フラン選択率=33.3重量%および2−メチルフラン選択率=47.2重量%であった。最後に、蒸留によりフランおよび2−メチルフランを液体生成物から分離した。
[例10]
本例は、不活性ガスを何も使用しないPd(5重量%)/Al触媒上でのフルフラールからフランへの転換を示す。1gのフルフラール、20gのイソ−プロパノールおよび5gの脱イオン水を、100mlのステンレススチール反応器(Parr 4875電力制御装置および4871方法制御装置)に入れた。これに、0.05gの還元されたPd(5重量%)/Al触媒を添加した。反応器の温度を225℃に上げ、反応を2時間行った。その後、反応器を25℃まで冷却し、濾過により液体生成物を触媒から分離した後、ガスクロマトグラフィ(GC、Varian 3400、CP−SIL5CBカラム、長さ60mおよび内径0.25mm)により分析した。生成物を、GC−MS(Shimadzu GCMS−QP5050A、HP−5カラム、長さ30m×内径0.25mm×厚さ0.25μm)により同定した。フルフラール転換率=92重量%およびフラン選択率=75重量%であった。
[例11]
本例は、水−イソプロパノール(4:1)媒体の存在下でのPd(5重量%)/Al触媒上で、リグノセルロースバイオマスのペントサン糖から導かれる、フルフラールからフランへの転換を示す。1gのバイオマス由来フルフラール、20gのイソプロパノールおよび5gの水を、100mlのステンレススチール反応器(Parr 4875電力制御装置および4871方法制御装置)に入れた。これに、0.05gの還元されたPd(5重量%)/Al触媒を添加した。反応器を窒素ガスで加圧した(5bar)。反応器の温度を240℃に上げ、反応を2時間行った。その後、反応器を25℃まで冷却し、リサイクルのためにガスを抜いて、濾過により液体生成物を触媒から分離した。その後、これをガスクロマトグラフィ(GC、Varian 3400、CP−SIL5CBカラム、長さ60mおよび内径0.25mm)により分析した。生成物を、GC−MS(Shimadzu GCMS−QP5050A、HP−5カラム、長さ30m×内径0.25mm×厚さ0.25μm)により同定した。フルフラール転換率=99重量%およびフラン選択率=84重量%であった。最後に、蒸留によりフランを液体生成物から分離した。
[例12]
本例は、固定床の反応器でのフルフラールからフランへの転換を示す。20gのPd(5重量%)/Al押出成形品(直径1/16インチ)を、固定床の反応器のプレヒータおよびポストヒータとして働く不活性アルミナ押出成形品の間に置いた。反応器を240℃に維持し、窒素ガスで5barまで、それらの条件で加圧した。重量比1:20でフルフラールおよびイソプロパノール:水(4:1)を含有する反応物の混合物を、重量空間速度0.8h−1で反応器に供給した。排出物を凝縮器および気液分離器に通した後の液体生成物を回収し、ガスクロマトグラフィ(GC、Varian 3400、CP−SIL5CBカラム、長さ60mおよび内径0.25mm)により分析した。生成物を、GC−MS(Shimadzu GCMS−QP5050A、HP−5カラム、長さ30m×内径0.25mm×厚さ0.25μm)により同定した。フルフラール転換率=98重量%およびフラン選択率=83重量%であった。
[例13]
本例は、Pd(5重量%)/Al触媒の長期研究における、再使用可能性および触媒安定性を示す。5gのフルフラール、100gのイソ−プロパノールおよび25gの脱イオン水を、300mlのステンレススチールParr反応器に入れた。これに、0.25gの還元されたPd(5重量%)/Al触媒を添加した。反応器を窒素ガスで、圧力5barまで加圧した。反応器の温度を240℃に上げ、反応を2時間行った。その後、反応器を25℃まで冷却し、リサイクルのためにガスを抜いて、濾過によって液体生成物を触媒から分離した後、ガスクロマトグラフィ(GC、Varian 3400、CP−SIL5CBカラム、長さ60mおよび内径0.25mm)により分析した。生成物を、GC−MS(Shimadzu GCMS−QP5050A、HP−5カラム、長さ30m×内径0.25mm×厚さ0.25μm)により同定した。分離した触媒を100〜110℃で30分乾燥させ、続くリサイクル実験で再使用した。このリサイクル実験は、本例の上記のものと同じように行われた。6回の当該触媒リサイクル実験を行った。全てのリサイクル実験でのフルフラール転換率=99.7%、フラン選択率=82.7%(0回目リサイクル)、82%(1回目リサイクル)、83(2回目リサイクル)、85%(3回目リサイクル)、88%(4回目リサイクル)、ならびに90%(5回目および6回目リサイクル)であった。
[本発明の効果]
本発明の効果は、下記の通りである。
i.水素を使用せずにフルフラールからフランを製造するための方法である。
ii.再使用可能な触媒プロセスである。
iii.フランおよび2−メチルフランを、再生可能な(renewable)バイオマス由来の供給原料から製造する持続可能な方法である。
iv.廃液ストリームの生成がゼロの環境に優しい方法である。
v.フルフラールの転換率が100mol%であり、フランの選択率が75〜90mol%である。

Claims (10)

  1. フルフラールから下記式Iの化合物を調製する改善された方法であって、該改善された点が、水−イソプロパノール混合物を前記フルフラールに添加することからなり、これによって、フルフラールの高転換率と高収率をもたらし、
    前記式I中、R は独立して水素またはCHから選択され、
    前記方法が、共供給物としての不活性ガスの存在下で、200〜250℃の温度および1〜10barの不活性ガスの圧力の範囲にて、反応器で金属担持触媒とフルフラールおよび水−イソプロパノール混合物を接触させることによって、前記式Iの化合物を得ることを含み、
    前記水−イソパノール混合物中の水とイソプロパノールの重量比が、1:1〜15の範囲であり、
    使用される金属担持触媒が、PdまたはPtを担持した触媒からなる群から選択されたものであり、触媒の担体上のPdまたはPt含有率が、2〜10重量%の範囲である、方法。
  2. フルフラールと水−イソプロパノール混合物の重量比が、1:5〜1:25の範囲である、請求項1に記載の方法。
  3. フルフラールに対する触媒の比率が、2〜5重量%の範囲である、請求項1に記載の方法。
  4. 金属担持触媒の担体が、アルミナ、セリア、ジルコニア、セリア−ジルコニア、硫酸化ジルコニア、シリカ、炭素、粘土、ハイドロタルサイト、MgO−Alまたはこれらの混合物からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
  5. 前記方法による反応が、セミバッチ、連続撹拌タンクまたは固定床の反応器で実施される、請求項1に記載の方法。
  6. 前記不活性ガスが、窒素、アルゴン、ヘリウムまたはこれらの混合物である、請求項1に記載の方法。
  7. 前記水−イソプロパノール混合物中の前記水とイソプロパノールの比が、1:4である、請求項1に記載の方法。
  8. 前記触媒がリサイクル可能である、請求項1に記載の方法。
  9. フルフラールの転換率が、29〜99.7重量%の範囲である、請求項1に記載の方法。
  10. 前記式Iの化合物の収率が、68〜90重量%の範囲である、請求項1に記載の方法。
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