JP6522599B2 - フランおよびその誘導体を製造するための方法 - Google Patents
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Description
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。
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。
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−Al2O3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。
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−Al2O3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。
本例は、Pd(5重量%)/Al2O3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%)/Al2O3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。
本例は、Pt(5重量%)/Al2O3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%)/Al2O3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。
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%)/Al2O3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%)/Al2O3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。
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%)/Al2O3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%)/Al2O3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。
本例は、Pt(5重量%)/Al2O3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%)/Al2O3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。
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%)/Al2O3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%)/Al2O3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。
本例は、Pt(5重量%)/SO4−ZrO2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%)/Al2O3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。
本例は、不活性ガスを何も使用しないPd(5重量%)/Al2O3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%)/Al2O3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。
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%)/Al2O3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%)/Al2O3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。
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%)/Al2O3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。
本例は、Pd(5重量%)/Al2O3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%)/Al2O3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)
- 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、1:1〜1:5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。 - 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。
- 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。
- 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−Al2O3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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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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