JP6561506B2 - Method for producing gamma-butyrolactone - Google Patents

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本発明はコハク酸、無水コハク酸及びコハク酸エステルから選ばれるいずれか1以上の化合物(以下、これらをまとめて「コハク酸類」と記すことがある。)の水素化反応によるガンマブチロラクトン(以下「GBL」と記すことがある)の製造方法に関する。 詳しくは水素化反応時の反応混合物中の金属配位性ジカルボン酸濃度を所定範囲に制御したコハク酸類の水素化反応による対応するGBLの製造方法に関するものである。   In the present invention, gamma-butyrolactone (hereinafter referred to as “succinic acid”) by hydrogenation reaction of any one or more compounds selected from succinic acid, succinic anhydride and succinic acid ester (hereinafter may be collectively referred to as “succinic acids”). GBL ”may be described). Specifically, the present invention relates to a method for producing a corresponding GBL by a hydrogenation reaction of succinic acids in which the concentration of the metal coordinating dicarboxylic acid in the reaction mixture during the hydrogenation reaction is controlled within a predetermined range.

GBLは工業用溶剤や洗浄剤、高分子化学品の反応中間体として有用である。また、GBLは、電子材料製造時の溶剤や電解液として有用であるN−メチルピロリドン、または水溶性高分子として用途の広いポリビニルピロリドンの原料としても用いられる。   GBL is useful as a reaction intermediate for industrial solvents, cleaning agents, and polymer chemicals. GBL is also used as a raw material for N-methylpyrrolidone, which is useful as a solvent and an electrolytic solution in the production of electronic materials, or polyvinylpyrrolidone, which is widely used as a water-soluble polymer.

GBLの製造方法としては、ルテニウム系触媒存在下、無水コハク酸等のコハク酸類を水素化してGBLを得る方法が知られている(例えば特許文献1)。
このような反応に用いる原料のコハク酸類の工業的製造方法としては、石油等の化石燃料から製造される、マレイン酸、無水マレイン酸及びマレイン酸エステルから選ばれるいずれか1以上の化合物(以下「マレイン酸類」と記すことがある。)の水素化による方法(以下、このような化石燃料を原料としてコハク酸類を製造する方法を「石化法」と略記する)が一般的であるため、コハク酸類には微量のマレイン酸類が残留していることがある。
As a method for producing GBL, a method for obtaining GBL by hydrogenating succinic acid such as succinic anhydride in the presence of a ruthenium-based catalyst is known (for example, Patent Document 1).
As an industrial production method of the raw material succinic acid used in such a reaction, any one or more compounds selected from maleic acid, maleic anhydride and maleic acid esters produced from fossil fuels such as petroleum (hereinafter referred to as “ The method using hydrogenation (hereinafter referred to as “maleic acid”) (hereinafter, a method for producing succinic acid from such a fossil fuel as a raw material is abbreviated as “the fossilization method”) is generally used. May contain trace amounts of maleic acid.

また、近年の石油資源価格の高騰や環境への配慮等の観点から、石油資源に代わる原料としてバイオマスの使用が注目され、これに含まれる糖類の発酵によってジカルボン酸及びその誘導体を製造する方法(以下、このようなバイオマスを原料として発酵法によりコハク酸類を製造する方法を「バイオ法」と略記する)が検討されている(例えば特許文献2)。バイオ法では、その反応の性格上、多種多様な生成物が同時に産生されることが多いため、得られるコハク酸にもフマル酸、リンゴ酸等の目的生成物とは異なるジカルボン酸類が含まれる場合がある(例えば特許文献3)。   In addition, in view of the recent rise in the price of petroleum resources and consideration for the environment, the use of biomass has attracted attention as a raw material to replace petroleum resources, and a method for producing dicarboxylic acids and derivatives thereof by fermentation of saccharides contained therein ( Hereinafter, a method of producing succinic acids by fermentation using such biomass as a raw material is abbreviated as “bio-method”) (for example, Patent Document 2). In bio-methods, due to the nature of the reaction, a wide variety of products are often produced at the same time, so the resulting succinic acid contains fumaric acid, malic acid and other dicarboxylic acids that are different from the target product. (For example, Patent Document 3).

コハク酸類を原料とするGBL製造プロセスでは、上記のような製造法に由来する原料中の不純物により反応活性が低下することがあり、目的生成物であるGBLの収率が不安定となるという問題点がある。   In the GBL production process using succinic acid as a raw material, the reaction activity may decrease due to impurities in the raw material derived from the above production method, and the yield of the target product GBL becomes unstable. There is a point.

特開昭64−25771号公報Japanese Patent Laid-Open No. 64-25771 特開2010−100617号公報JP 2010-1007007 A 米国特許出願公開第2012/0238722号明細書US Patent Application Publication No. 2012/0238722

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされた。即ち本発明の課題は、コハク酸類の水素化によるGBLの製造方法において、触媒活性の低下を防止し、生成物であるGBLの収率の変動(低下)を防止することである。本発明方法を用いることにより、GBLを高い収率で安定して得ることができる工業的に有利なプロセスが提供される。   The present invention has been made to solve the above problems. That is, the subject of this invention is preventing the fall of a catalyst activity in the manufacturing method of GBL by hydrogenation of succinic acid, and preventing the fluctuation | variation (decrease) of the yield of GBL which is a product. By using the method of the present invention, an industrially advantageous process capable of stably obtaining GBL with a high yield is provided.

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、原料中のコハク酸以外のジカルボン酸類、特に金属配位性官能基を有するジカルボン酸(以下、「金属配位性ジカルボン酸」と略記することがある)が、水素化触媒の活性及び安定性に大きく影響を及ぼすことを見出し、ひいてはGBLの収率に大きく影響することを見出した。
即ち、水素化反応における反応混合物中の前記金属配位性官能基を有するジカルボン酸の濃度を所定の範囲内とすることで、高い収率でGBLが得られることを見出し、しかも上記所定量の金属配位性ジカルボン酸が存在することで、GBL収率を維持しつつ、水素化触媒である金属触媒の劣化を防止できることも確認し、これらの知見に基づいて本発明を完成するに至った。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that dicarboxylic acids other than succinic acid in the raw material, particularly dicarboxylic acids having a metal-coordinating functional group (hereinafter referred to as “metal-coordinating dicarboxylic acid”). However, it has been found that it greatly affects the activity and stability of the hydrogenation catalyst, and thus greatly affects the yield of GBL.
That is, it has been found that by setting the concentration of the dicarboxylic acid having a metal-coordinating functional group in the reaction mixture in the hydrogenation reaction within a predetermined range, GBL can be obtained in a high yield, It was confirmed that the presence of the metal-coordinating dicarboxylic acid can prevent the deterioration of the metal catalyst as the hydrogenation catalyst while maintaining the GBL yield, and the present invention has been completed based on these findings. .

即ち、本発明の要旨は、以下の[1]〜[7]に存する。
[1] コハク酸類を水素化してガンマブチロラクトンを製造する方法において、前記水素化反応時の反応混合物中の金属配位性官能基を有するジカルボン酸の濃度を10質量ppm以上、10000質量ppm未満とすることを特徴とするガンマブチロラクトンの製造方法。
[2] 前記水素化反応時の反応混合物中の金属配位性官能基を持つジカルボン酸の濃度が30質量ppm以上、5000質量ppm以下である上記1に記載のガンマブチロラクトンの製造方法。
[3] 前記水素化反応時の反応混合物中の金属配位性官能基を持つジカルボン酸がフマル酸及びリンゴ酸からなる群から選ばれる少なくとも1種である上記1又は2に記載のガンマブチロラクトンの製造方法。
[4] 前記水素化反応に用いる触媒がルテニウム又は銅を含む上記1〜3のいずれかに記載のガンマブチロラクトンの製造方法。
[5] 前記水素化反応に用いる触媒が第3級有機リン系化合物を配位子として有するルテニウム錯体である上記1〜4のいずれかに記載のガンマブチロラクトンの製造方法。
[6] 前記コハク酸類がコハク酸及び/又は無水コハク酸であり、前記金属配位性官能基を持つジカルボン酸がフマル酸及び/又はリンゴ酸であり、かつ前記水素化反応に使用する触媒が第3級有機リン系化合物を配位子として有するルテニウム錯体である上記1〜5のいずれかに記載のガンマブチロラクトンの製造方法。
[7] 前記コハク酸類が化石燃料を原料として石油化学法で得られた無水マレイン酸を水素化して製造されたもの又はバイオマス原料を用いて発酵法により製造されたものである上記1〜6のいずれか1項に記載のガンマブチロラクトンの製造方法。
That is, the gist of the present invention resides in the following [1] to [7].
[1] In the method for producing gamma-butyrolactone by hydrogenating succinic acid, the concentration of the dicarboxylic acid having a metal-coordinating functional group in the reaction mixture during the hydrogenation reaction is 10 mass ppm or more and less than 10000 mass ppm. A process for producing gamma-butyrolactone.
[2] The method for producing gamma-butyrolactone according to the above 1, wherein the concentration of the dicarboxylic acid having a metal coordinating functional group in the reaction mixture during the hydrogenation reaction is 30 mass ppm or more and 5000 mass ppm or less.
[3] The gamma-butyrolactone according to 1 or 2 above, wherein the dicarboxylic acid having a metal-coordinating functional group in the reaction mixture during the hydrogenation reaction is at least one selected from the group consisting of fumaric acid and malic acid. Production method.
[4] The method for producing gamma-butyrolactone according to any one of the above items 1 to 3, wherein the catalyst used in the hydrogenation reaction contains ruthenium or copper.
[5] The method for producing gamma-butyrolactone according to any one of the above 1 to 4, wherein the catalyst used in the hydrogenation reaction is a ruthenium complex having a tertiary organophosphorus compound as a ligand.
[6] The succinic acid is succinic acid and / or succinic anhydride, the dicarboxylic acid having the metal coordinating functional group is fumaric acid and / or malic acid, and a catalyst used for the hydrogenation reaction is provided. 6. The method for producing gamma-butyrolactone according to any one of 1 to 5 above, which is a ruthenium complex having a tertiary organic phosphorus compound as a ligand.
[7] The above 1-6, wherein the succinic acid is produced by hydrogenating maleic anhydride obtained by a petrochemical method using a fossil fuel as a raw material, or produced by a fermentation method using a biomass raw material. A method for producing gamma-butyrolactone according to any one of the above.

本発明によれば、コハク酸類の水素化によってGBLを製造する際に、反応混合物中における、コハク酸類以外の金属配位性官能基を有するジカルボン酸濃度を所定の範囲内とすることにより、長期間の安定運転が可能で、かつ高い収率でGBLを製造することができ、また水素化触媒として用いられる金属触媒の劣化も防止できる、工業的に有利なプロセスが提供される。   According to the present invention, when GBL is produced by hydrogenation of succinic acid, the concentration of the dicarboxylic acid having a metal coordinating functional group other than succinic acid in the reaction mixture is set within a predetermined range. Provided is an industrially advantageous process that enables stable operation over a period of time, can produce GBL with a high yield, and can prevent deterioration of a metal catalyst used as a hydrogenation catalyst.

以下、本発明を反応原料、金属配位性官能基を有するジカルボン酸類、水素化反応、工業プロセスへの適用について、詳細に説明する。
1.反応原料(但し、金属配位性官能基を有するジカルボン酸類を除く)
1−1.原料コハク酸類
本発明においてはGBLの製造用原料としてコハク酸及び/又はコハク酸誘導体(コハク酸類)を用いる。ここで、原料として、コハク酸類に含まれる個々の化合物を単独で用いてもよく、それらの複数を任意に組み合わせて用いてもよい。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with respect to reaction raw materials, dicarboxylic acids having a metal coordinating functional group, hydrogenation reaction, and application to industrial processes.
1. Reaction raw materials (excluding dicarboxylic acids having metal-coordinating functional groups)
1-1. Raw Succinic Acids In the present invention, succinic acid and / or succinic acid derivatives (succinic acids) are used as raw materials for producing GBL. Here, as the raw material, individual compounds included in the succinic acid may be used alone, or a plurality of them may be used in any combination.

本発明で使用するコハク酸類としては、前述の石油などの化石燃料を原料とする方法(
石化法)や、バイオマス資源から発酵工程を経て製造する方法(バイオ法)のいずれの方法で製造されたものも、特に限定することなく用いることができる。
コハク酸類の中で、コハク酸エステルを原料として用いる場合、炭素数1〜4の直鎖ジアルキルエステルが好ましく、特にジメチルエステルやジエチルエステルが好ましい。
また、例えばアンモニウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、カルシウム塩等のコハク酸の塩(酸性エステル塩を含む)も原料として使用することができ、中でもアンモニウム塩が好ましい。
As the succinic acid used in the present invention, a method using the above-mentioned fossil fuel such as petroleum as a raw material (
A method produced by any method of a petrochemical method) or a method of producing a biomass resource through a fermentation process (bio method) can be used without particular limitation.
Among succinic acids, when a succinic acid ester is used as a raw material, a linear dialkyl ester having 1 to 4 carbon atoms is preferable, and dimethyl ester or diethyl ester is particularly preferable.
In addition, succinic acid salts (including acidic ester salts) such as ammonium salts, sodium salts, potassium salts, and calcium salts can also be used as raw materials, and among them, ammonium salts are preferable.

1−2.石化法コハク酸類
石化法によるコハク酸の製造方法としては、例えば、石油を蒸留及び/又は抽出によって分留したものや、接触分解(例えば流動接触分解など)、熱分解あるいは水素化分解などによって得られた石油由来の炭化水素留分を原料とする方法が多く用いられる。工業的なコハク酸原料としてはC4、C5、C6留分が好ましい。これらのコハク酸原料は、直接コハク酸類へと変換しても、例えばベンゼンやブタンを酸化して無水マレイン酸やマレイン酸エステルを製造した後、これらに水素化してコハク酸類を製造してもよい。
1-2. Petrochemical succinic acid The succinic acid production method by the petrochemical method includes, for example, petroleum fractionation by distillation and / or extraction, catalytic cracking (eg fluid catalytic cracking), thermal cracking or hydrocracking. A method using the obtained petroleum-derived hydrocarbon fraction as a raw material is often used. As an industrial succinic acid raw material, C4, C5 and C6 fractions are preferred. These succinic acid raw materials may be directly converted to succinic acid, or, for example, benzene or butane may be oxidized to produce maleic anhydride or maleic acid ester and then hydrogenated to produce succinic acid. .

1−3.バイオ法コハク酸類
バイオ法によるコハク酸製造方法において、好適に用いることができるバイオマス資源としては、例えば、木材、稲わら、籾殻、米ぬか、古米、とうもろこし、サトウキビ、キャッサバ、サゴヤシ、おから、コーンコブ、タピオカカス、バガス、植物油カス、芋、そば、大豆、油脂、古紙、製紙残渣等の植物由来の資源、水産物残渣、家畜排泄物等の動物由来の資源、下水汚泥、食品廃棄物等の混合資源が挙げられ、中でも植物資源が好ましい。また植物資源の中でも、木材、稲わら、籾殻、古米、とうもろこし、サトウキビ、キャッサバ、サゴヤシ、芋、油脂、古紙、製紙残渣が好ましく、とうもろこし、サトウキビ、キャッサバ、サゴヤシが特に好ましい。
1-3. Bio-method succinic acid In the bio-method succinic acid production method, examples of biomass resources that can be suitably used include wood, rice straw, rice husk, rice bran, old rice, corn, sugar cane, cassava, sago palm, okara, corn cob, There are plant-derived resources such as tapiocacass, bagasse, vegetable oil residue, rice cake, buckwheat, soybeans, fats and oils, waste paper, papermaking residues, animal-derived resources such as marine product residues, livestock excrement, mixed resources such as sewage sludge and food waste Among them, plant resources are preferable. Among plant resources, wood, rice straw, rice husk, old rice, corn, sugar cane, cassava, sago palm, straw, oil and fat, waste paper, and papermaking residue are preferable, and corn, sugar cane, cassava, and sago palm are particularly preferable.

上記のようなバイオマス資源から誘導される炭素源としては、グルコース、マンノース、ガラクトース、フルクトース、ソルボース、タガトース等のヘキソース;アラビノース、キシロース、リボース、キシルロース、リブロース等のペントース;マルトース、スクロース、ラクトース、トレハロース、澱粉、セルロース等の2糖・多糖類;酪酸、カプロン酸、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、パルミトレイン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、モノクチン酸、アラキジン酸、エイコセン酸、アラキドン酸、ベヘニン酸、エルカ酸、ドコサペンタエン酸、ドコサヘキサエン酸、リグノセリン酸、セラコレン酸等の脂肪酸;グリセリン、マンニトール、キシリトール、リビトール等のポリアルコール類等の発酵性糖質が挙げられ、これらの中でも、グルコース、マンノース、ガラクトース、フルクトース、ソルボース、タガトース等のヘキソース;アラビノース、キシロース、リボース、キシルロース、リブロース等のペントース;マルトース、スクロース、ラクトース、トレハロース、澱粉、セルロース等の2糖・多糖類が好ましく、これらのうちグルコース、マルトース、フルクトース、スクロース、ラクトース、トレハロース、セルロースが好ましい。   Examples of carbon sources derived from biomass resources as described above include hexoses such as glucose, mannose, galactose, fructose, sorbose and tagatose; pentoses such as arabinose, xylose, ribose, xylulose and ribulose; maltose, sucrose, lactose and trehalose Disaccharides and polysaccharides such as starch and cellulose; butyric acid, caproic acid, caprylic acid, capric acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, palmitoleic acid, stearic acid, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, monoctinic acid, Fatty acids such as arachidic acid, eicosenoic acid, arachidonic acid, behenic acid, erucic acid, docosapentaenoic acid, docosahexaenoic acid, lignoceric acid, ceracolic acid; glycerin, mannitol, xylitol, ribitol, etc. Examples include fermentable sugars such as polyalcohols, among which hexoses such as glucose, mannose, galactose, fructose, sorbose, tagatose; pentoses such as arabinose, xylose, ribose, xylulose, ribulose; maltose, sucrose, lactose Disaccharides and polysaccharides such as trehalose, starch, and cellulose are preferable. Among these, glucose, maltose, fructose, sucrose, lactose, trehalose, and cellulose are preferable.

上記の各種炭素源から、例えばコリネ型細菌、バチルス属細菌、リゾビウム属細菌、マイコバクテリウム属細菌、等を用いた微生物変換による発酵法でコハク酸類を得ることができる。このような微生物としては、コリネ型細菌が好ましい。
発酵法による微生物変換の際の反応温度や圧力その他の反応条件は、選択される菌体、カビなど微生物の活性に依存し、目的に応じて適宜選択すればよい。
Succinic acids can be obtained from the above-mentioned various carbon sources by fermentation using microbial conversion using, for example, coryneform bacteria, Bacillus bacteria, Rhizobium bacteria, Mycobacterium bacteria, and the like. As such a microorganism, coryneform bacteria are preferable.
The reaction temperature, pressure, and other reaction conditions during microbial conversion by the fermentation method depend on the activity of microorganisms such as selected cells and molds, and may be appropriately selected according to the purpose.

2.金属配位性官能基を有するジカルボン酸類(金属配位性ジカルボン酸類)
2−1.金属配位性官能基を有するジカルボン酸の種類
前記の化石燃料から製造される石化法のコハク酸中には原料中に存在していたり、反応
副生物として生成し、コハク酸精製工程で除去できなかったりしたジカルボン酸が含まれることがある。例えば無水マレイン酸を水素化して無水コハク酸を製造するプロセスの場合、未反応の無水マレイン酸が無水コハク酸中に混入することがある。
2. Dicarboxylic acids having metal-coordinating functional groups (metal-coordinating dicarboxylic acids)
2-1. Types of dicarboxylic acids having metal-coordinating functional groups The succinic acid produced from the fossil fuel is present in the succinic acid as a reaction by-product, and can be removed in the succinic acid purification process. Missing dicarboxylic acids may be included. For example, in the process of producing succinic anhydride by hydrogenating maleic anhydride, unreacted maleic anhydride may be mixed in succinic anhydride.

一方、バイオマス資源から製造されるバイオ法コハク酸類には発酵の副産物として生成したり、コハク酸を生成する代謝経路においてコハク酸の前後の化合物として生成したりするα−ケトグルタル酸、フマル酸、リンゴ酸等のジカルボン酸類が、やはりコハク酸精製工程で除去されずに含まれることがある。
このようなジカルボン酸化合物の多くが、金属配位性官能基を有するジカルボン酸として挙動する。
On the other hand, bio-processed succinic acid produced from biomass resources is produced as a by-product of fermentation, or is produced as a compound before or after succinic acid in the metabolic pathway for producing succinic acid, α-ketoglutaric acid, fumaric acid, apple Dicarboxylic acids such as acids may be included without being removed in the succinic acid purification step.
Many of such dicarboxylic acid compounds behave as dicarboxylic acids having a metal coordinating functional group.

具体的には、金属配位性官能基を有するジカルボン酸とは一般式(1)で表されるジカルボン酸を言い、これをまとめて「金属配位性官能基を有するジカルボン酸類」と記す。
HOOC−R−COOH 式(1)
式中、Rは炭素原子数が1〜17の直鎖状もしくは分岐鎖状のアルキレン基、アルケニレン基、またはアルキニレン基、又は二価の芳香族基であり、好ましくはアルケニル基である。
Specifically, the dicarboxylic acid having a metal coordinating functional group refers to a dicarboxylic acid represented by the general formula (1), and this is collectively referred to as “dicarboxylic acids having a metal coordinating functional group”.
HOOC-R 1 -COOH formula (1)
In the formula, R 1 is a linear or branched alkylene group having 1 to 17 carbon atoms, an alkenylene group, an alkynylene group, or a divalent aromatic group, preferably an alkenyl group.

また、Rは置換基Rを1個以上有していてもよく、置換基Rとしてはアルケニル基、アルキニル基、塩素、臭素等のハロゲン原子、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等のアルコキシ基、水酸基、エポキシ基、カルボニル基、カルボキシル基等の酸素を含む官能基、フェニル基、(α−/β−)ナフチル基、フェノキシ基、オキシフェニル基等の芳香環含有基、アミド基、アミノ基、イソシアネート基、ピリジル基、ピロリドン基等の含窒素基、リン酸基、ホスホン酸基、ホスフィン酸基、ホスフィン基等のリンを含む官能基、硫酸基、スルホン酸基、スルフィン酸基、メルカプト基等の硫黄を含む官能基であり、好ましくはアルコキシ基、水酸基、カルボニル基、カルボキシル基、アミノ基、スルホン基が好ましく、さらに好ましくは水酸基、カルボニル基、カルボキシル基である。これらの置換基RはR上に複数種の置換基がそれぞれ1以上あってもよく、またその一部又は全部がアニオン化していても構わない。 Also, R 1 may have a substituent R 2 1 or more, the alkenyl group as a substituent R 2, an alkynyl group, a chlorine, a halogen atom such as bromine, methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, a butoxy Functional groups containing oxygen such as alkoxy groups such as groups, hydroxyl groups, epoxy groups, carbonyl groups, carboxyl groups, aromatic ring-containing groups such as phenyl groups, (α- / β-) naphthyl groups, phenoxy groups, oxyphenyl groups, Functional groups containing phosphorus such as amide groups, amino groups, isocyanate groups, pyridyl groups, pyrrolidone groups, etc., phosphoric acid groups, phosphonic acid groups, phosphinic acid groups, phosphine groups, sulfuric acid groups, sulfonic acid groups, sulfines A functional group containing sulfur such as an acid group or a mercapto group, preferably an alkoxy group, a hydroxyl group, a carbonyl group, a carboxyl group, an amino group, or a sulfone group More preferred are a hydroxyl group, a carbonyl group, and a carboxyl group. These substituents R 2 may each have one or more of a plurality of substituents on R 1 , or a part or all of them may be anionized.

なお、Rが不飽和炭素−炭素結合を有する基である場合は、Rには水素又は炭素数1〜17のアルキル基である場合が含まれる。
上記一般式(1)で表される脂肪族ジカルボン酸の具体例としては、マレイン酸、リンゴ酸、フマル酸、イタコン酸、エポキシコハク酸、オキサロ酢酸、アスパラギン酸、3−ヒドロキシアスパラギン酸、酒石酸、メルカプトコハク酸、テトラフルオロコハク酸、2−オキソグルタル酸、アセトンジカルボン酸、グルタミン酸、N−メチルグルタミン酸、イソクエン酸−γラクトン、プロパントリカルボン酸、ホモフタル酸、3−ブテントリカルボン酸、ペンタントリカルボン酸、シクロヘキサントリカルボン酸、シクロブタンテトラカルボン酸、2−アミノアジピン酸、1、2−フェニレン二酢酸、ナフタレンジカルボン酸、ガラクタル酸、ピリジンジカルボン酸、ピラジンジカルボン酸、アコニット酸、トリカルバリル酸、フェニルマロン酸、ベンジルマロン酸、フェニルコハク酸、メチルフタル酸、ヒドロキシフタル酸、フルオロフタル酸、フタル酸、2,3−ナフタレンジカルボン酸、1,2−ナフタレンジカルボン酸、4−メチルフタル酸、3−メチルフタル酸、トリメリット酸が挙げられる、中でもマレイン酸、リンゴ酸、フマル酸、アスパラギン酸、エポキシ酢酸、酒石酸、フタル酸が好ましく、リンゴ酸、フマル酸が特に好ましい。
Incidentally, R 1 is unsaturated carbon - is a group having a carbon bond includes the case in R 2 is hydrogen or an alkyl group having 1 to 17 carbon atoms.
Specific examples of the aliphatic dicarboxylic acid represented by the general formula (1) include maleic acid, malic acid, fumaric acid, itaconic acid, epoxy succinic acid, oxaloacetic acid, aspartic acid, 3-hydroxyaspartic acid, tartaric acid, Mercaptosuccinic acid, tetrafluorosuccinic acid, 2-oxoglutaric acid, acetone dicarboxylic acid, glutamic acid, N-methylglutamic acid, isocitric acid-γ lactone, propanetricarboxylic acid, homophthalic acid, 3-butenetricarboxylic acid, pentanetricarboxylic acid, cyclohexanetricarboxylic acid Acid, cyclobutanetetracarboxylic acid, 2-aminoadipic acid, 1,2-phenylenediacetic acid, naphthalenedicarboxylic acid, galactaric acid, pyridinedicarboxylic acid, pyrazinedicarboxylic acid, aconitic acid, tricarballylic acid, phenylmalo Acid, benzylmalonic acid, phenylsuccinic acid, methylphthalic acid, hydroxyphthalic acid, fluorophthalic acid, phthalic acid, 2,3-naphthalenedicarboxylic acid, 1,2-naphthalenedicarboxylic acid, 4-methylphthalic acid, 3-methylphthalic acid, Trimellitic acid is exemplified, among which maleic acid, malic acid, fumaric acid, aspartic acid, epoxyacetic acid, tartaric acid, and phthalic acid are preferred, and malic acid and fumaric acid are particularly preferred.

また、上記の金属配位性官能基を有するジカルボン酸類は、式(1)の2つのカルボキシル基が脱水環化した酸無水物となっていたり、あるいはカルボキシル基の少なくとも一方がエステルを形成したりしていても構わない。(上記の「金属配位性ジカルボン酸類」
にはこのようなものも含む。)
これらの金属配位性官能基を有するジカルボン酸は、その1種を単独で用いてもよく、また2種以上を混合して用いてもよい。
In addition, the dicarboxylic acids having the metal-coordinating functional group described above are acid anhydrides in which the two carboxyl groups of the formula (1) are dehydration-cyclized, or at least one of the carboxyl groups forms an ester. It does not matter. ("Metal-coordinating dicarboxylic acids" above
Includes such things. )
These dicarboxylic acids having a metal-coordinating functional group may be used alone or in combination of two or more.

2−2.金属配位性官能基を持つジカルボン酸類の反応への影響
本発明によりGBLを高い収率で安定して得ることができる理由は明らかではないが、次のように推定される。
金属配位性官能基を持つジカルボン酸類は、コハク酸類よりも強固に水素化触媒に配位し、水素化触媒上でのコハク酸類の水素化が抑制される。
2-2. Effect on Reaction of Dicarboxylic Acids Having Metal Coordinating Functional Group The reason why GBL can be stably obtained at a high yield according to the present invention is not clear, but is estimated as follows.
Dicarboxylic acids having a metal coordinating functional group coordinate to a hydrogenation catalyst more strongly than succinic acids, and hydrogenation of succinic acids on the hydrogenation catalyst is suppressed.

同時に、水素化条件下で金属配位性官能基を有するジカルボン酸の一部が水素化分解されて一酸化炭素が生成すると、これもコハク酸類よりも強く触媒に配位すると考えられる。
金属配位性官能基を持つジカルボン酸類が多すぎると、水素化触媒の配位座の多くがこれらによって占有されてコハク酸類の水素化触媒への配位が困難となるものと考えられる。
At the same time, when a portion of the dicarboxylic acid having a metal-coordinating functional group is hydrogenolyzed under hydrogenation conditions to produce carbon monoxide, it is considered that this also coordinates with the catalyst more strongly than succinic acids.
If there are too many dicarboxylic acids having a metal-coordinating functional group, it is considered that many of the coordination sites of the hydrogenation catalyst are occupied by these, making it difficult to coordinate the succinic acid to the hydrogenation catalyst.

一方、金属配位性官能基を持つジカルボン酸類の濃度が過度に低いと、触媒金属の配位座の多くが空になり、活性点が露出して触媒が劣化しやすくなり、また、金属配位性官能基を持つジカルボン酸類の濃度を低くするためには、例えば活性炭処理や水素化処理等の精製工程を要し、経済的にも有利ではない。
本発明における金属配位性官能基を持つジカルボン酸類の好適な濃度は、配位するジカルボン酸が有する金属配位性官能基と触媒金属の配位結合力に依存すると考えられる。例えば、リンゴ酸は金属配位性官能基として金属との結合力の強いヒドロキシル基を有しているため、反応混合物中のリンゴ酸を3000質量ppm未満にしないとGBL収率が低下する。またマレイン酸は反応混合物中で金属配位力の強い無水マレイン酸に変換されるため、反応混合物中のマレイン酸及び/又は無水マレイン酸濃度を同様に低く維持する必要がある。一方、フマル酸は金属配位性官能基として金属との結合力の弱い炭素−炭素2重結合しか有しておらず、GBL収率が低下しない反応混合物中のフマル酸濃度の上限は10000質量ppm未満程度である。
On the other hand, if the concentration of the dicarboxylic acid having a metal-coordinating functional group is excessively low, many of the coordination sites of the catalyst metal are emptied, the active sites are exposed, and the catalyst is liable to deteriorate. In order to reduce the concentration of dicarboxylic acids having a coordinated functional group, a purification step such as activated carbon treatment or hydrogenation treatment is required, which is not economically advantageous.
The suitable concentration of the dicarboxylic acids having a metal coordinating functional group in the present invention is considered to depend on the coordinating bond strength between the metal coordinating functional group and the catalytic metal of the coordinating dicarboxylic acid. For example, malic acid has a hydroxyl group having a strong bonding force with a metal as a metal-coordinating functional group, so that the GBL yield is reduced unless malic acid in the reaction mixture is less than 3000 ppm by mass. Further, since maleic acid is converted into maleic anhydride having a strong metal coordinating power in the reaction mixture, the concentration of maleic acid and / or maleic anhydride in the reaction mixture must be kept low as well. On the other hand, fumaric acid has only a carbon-carbon double bond having a weak bonding force with a metal as a metal coordinating functional group, and the upper limit of the fumaric acid concentration in the reaction mixture in which the GBL yield does not decrease is 10,000 masses. Less than about ppm.

2−3.ジカルボン酸の濃度・制御方法
本発明の製造方法における反応混合物中の金属配位性ジカルボン酸類の含有量は10質量ppm以上、10000質量ppm未満である。前記金属配位性ジカルボン酸類の濃度は好ましくは30質量ppm以上、5000質量ppm未満、より好ましくは50質量ppm以上、3000質量ppm未満、特に好ましくは100質量ppm以上、1500質量ppm未満である。
2-3. Dicarboxylic Acid Concentration / Control Method The content of the metal coordinating dicarboxylic acids in the reaction mixture in the production method of the present invention is 10 mass ppm or more and less than 10,000 mass ppm. The concentration of the metal-coordinating dicarboxylic acids is preferably 30 ppm to less than 5000 ppm, more preferably 50 ppm to less than 3000 ppm, and particularly preferably 100 ppm to less than 1500 ppm.

反応混合物中の金属配位性ジカルボン酸濃度を上記範囲内とすることで、水素化触媒の劣化を抑制しつつ、高い収率でGBLを製造することができる。この濃度が高すぎると、水素化触媒が劣化しやすくなり、GBLの収率が低下することがある。一方濃度が低すぎると、やはり水素化触媒の活性・安定性が低下することがある。
更に、上記の金属配位性ジカルボン酸が所定量存在することで、GBL収率を維持しつつ、水素化触媒である金属触媒の劣化を防止できるので、金属触媒を用いるGBLの製造方法において安定した連続運転が可能となる。また、本発明の製造方法において一酸化炭素の生成量が少ない方が触媒の安定性が向上し安定的にGBLを製造することが可能となる。
By setting the metal coordinating dicarboxylic acid concentration in the reaction mixture within the above range, it is possible to produce GBL with high yield while suppressing deterioration of the hydrogenation catalyst. If this concentration is too high, the hydrogenation catalyst tends to deteriorate, and the yield of GBL may decrease. On the other hand, if the concentration is too low, the activity and stability of the hydrogenation catalyst may also be lowered.
Furthermore, the presence of a predetermined amount of the above-mentioned metal coordinating dicarboxylic acid can prevent deterioration of the metal catalyst that is a hydrogenation catalyst while maintaining the GBL yield, so that it is stable in the GBL production method using a metal catalyst. Continuous operation is possible. In addition, in the production method of the present invention, the smaller the amount of carbon monoxide produced, the more stable the catalyst is and the GBL can be produced stably.

この金属配位性ジカルボン酸類濃度は、ガスクロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー質量分析計、あるいは高速液体クロマトグラフィー等の分析法を用いて測定することができる。
反応混合物中の金属配位性ジカルボン酸類の濃度が上記範囲を超える場合は、例えば、後述(4.)する連続プロセスを例にとれば、
i)循環工程で高沸点成分を系外へ多く排出する、
ii)当該工程で金属配位性ジカルボン酸類を加熱分解する、
iii)循環液中の金属配位性ジカルボン酸類を晶析や抽出により分離する、
iv)より低濃度の金属配位性ジカルボン酸類を含むコハク酸類を原料として使用する、
iv)精製済みのラクトン類や溶媒を加えて反応系を希釈する、
等の方法を用いて本願の所定濃度範囲内に復帰させることができる。
The concentration of the metal coordinating dicarboxylic acid can be measured using an analytical method such as gas chromatography, gas chromatography mass spectrometer, or high performance liquid chromatography.
When the concentration of the metal coordinating dicarboxylic acids in the reaction mixture exceeds the above range, for example, taking the continuous process described later (4.) as an example,
i) A large amount of high boiling point components are discharged out of the system in the circulation process.
ii) thermally decomposing metal-coordinating dicarboxylic acids in the process,
iii) separating metal coordinating dicarboxylic acids in the circulating liquid by crystallization or extraction;
iv) using succinic acids containing lower concentrations of metal coordinating dicarboxylic acids as raw materials,
iv) dilute the reaction system by adding purified lactones or solvent,
Etc. can be used to return to the predetermined concentration range of the present application.

一方、上記濃度が本発明で規定する濃度範囲を下回った場合は、上記と同様4.で記載する連続プロセスを例とすれば、
i)循環工程における高沸点成分の系外への排出量を少なくする、
ii)反応系に金属配位性ジカルボン酸類を添加する、
iii)より高濃度の金属配位性ジカルボン酸類を含むコハク酸類を原料として使用する、
iv)溶媒を留去して反応系を濃縮する、
等の方法を用いればよい。
On the other hand, when the concentration falls below the concentration range defined in the present invention, the same as described above. For example, the continuous process described in
i) Reduce the amount of high boiling point components discharged outside the system in the circulation process.
ii) adding metal coordinating dicarboxylic acids to the reaction system,
iii) using succinic acid containing a higher concentration of metal coordinating dicarboxylic acid as a raw material,
iv) Concentrate the reaction system by distilling off the solvent,
Or the like.

3.水素化反応の反応条件
3−1.触媒
コハク酸の水素化に用いることができる水素化触媒としては、周期律表の第8〜11族に属する遷移金属から選ばれる少なくとも1種の金属を含むものが好ましい。第8〜11族遷移金属としては、鉄、ルテニウム、オスミウム、コバルト、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、白金、銅、銀、金などが挙げられ、触媒活性の面でルテニウム、銅、パラジウムが好ましく、特に触媒活性が高い銅、ルテニウムが好ましい。触媒の形態としては、固体触媒でも錯体触媒でもよいが、より高品質のGBLを得るためには錯体触媒の方が好ましい。
3. 3. Reaction conditions for hydrogenation reaction 3-1. Catalyst As a hydrogenation catalyst that can be used for hydrogenation of succinic acid, a catalyst containing at least one metal selected from transition metals belonging to Groups 8 to 11 of the periodic table is preferable. Examples of the Group 8-11 transition metals include iron, ruthenium, osmium, cobalt, rhodium, iridium, nickel, palladium, platinum, copper, silver, and gold. Ruthenium, copper, and palladium are preferable in terms of catalytic activity. In particular, copper and ruthenium having high catalytic activity are preferable. The catalyst may be a solid catalyst or a complex catalyst, but a complex catalyst is preferred in order to obtain a higher quality GBL.

3−2.固体触媒
固体触媒としては、上記の金属を含む化合物をそのまま使用してもよく、また金属を担体に担持させて用いてもよい。
担体を使用する場合、担体としては、炭素、アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、シリカ−チタニア、チタニア、チタニア−アルミナ、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウムが好ましく、これらを組み合わせたものでもよい。担体の形状は、粉末、顆粒、ペレットなど、特に限定されない。担体を使用することで、原料コハク酸類中の臭気成分・着色成分や有機不純物を同時に吸着除去できて効率的であり好ましい。金属の担持量は、通常、担体の0.1〜10重量%である。
3-2. Solid catalyst As the solid catalyst, a compound containing the above metal may be used as it is, or the metal may be supported on a carrier.
When a carrier is used, the carrier is preferably carbon, alumina, silica, silica-alumina, silica-titania, titania, titania-alumina, barium sulfate, calcium carbonate, or strontium carbonate, or a combination thereof. The shape of the carrier is not particularly limited, such as powder, granule, pellet and the like. Use of a carrier is preferable because it is effective in that it can simultaneously adsorb and remove odor components, coloring components and organic impurities in the raw succinic acid. The amount of metal supported is usually 0.1 to 10% by weight of the support.

このような担持触媒は、金属成分として酸化銅、パラジウム、プラチナ、イリジウム、ロジウム、ニッケル、レニウム、ルテニウムの少なくとも1種を使用し、担体としてアルミナ、シリカ、炭素、チタニアを、各金属成分と任意に組み合わせたものを、使用条件や強度を考慮して選定すればよい。
好ましい担持触媒としては、例えば、アルミナ担持酸化銅、シリカ担持酸化銅、炭素担持ルテニウム、アルミナ担持ルテニウム、炭素担持パラジウム、アルミナ担持パラジウム、チタニア担持パラジウム、炭素担持プラチナ、アルミナ担持プラチナ、炭素担持ロジウム、及びアルミナ担持ロジウム等が挙げられる。
Such a supported catalyst uses at least one of copper oxide, palladium, platinum, iridium, rhodium, nickel, rhenium, and ruthenium as a metal component, and alumina, silica, carbon, titania as a carrier, and any metal component. What is necessary is just to select the thing combined with (1) in consideration of use conditions and strength.
Preferred supported catalysts include, for example, alumina supported copper oxide, silica supported copper oxide, carbon supported ruthenium, alumina supported ruthenium, carbon supported palladium, alumina supported palladium, titania supported palladium, carbon supported platinum, alumina supported platinum, carbon supported rhodium, And alumina-supported rhodium.

3−3.錯体触媒
錯体触媒は、触媒金属とこれに配位する配位子から形成される。
以下、錯体触媒として金属成分としてルテニウムを用いた錯体触媒を例として説明する。
金属成分の原料としては、金属ルテニウム及びルテニウム化合物のいずれもが使用できる。
3-3. Complex catalyst A complex catalyst is formed from a catalytic metal and a ligand coordinated thereto.
Hereinafter, a complex catalyst using ruthenium as a metal component as a complex catalyst will be described as an example.
As a raw material for the metal component, both metal ruthenium and ruthenium compounds can be used.

ルテニウム化合物としては酸化物、水酸化物、無機酸塩、有機酸塩あるいは錯化合物等を用いることができ、例えば二酸化ルテニウム、四酸化ルテニウム、二水酸化ルテニウム、塩化ルテニウム、臭化ルテニウム、沃化ルテニウム、硝酸ルテニウム、酢酸ルテニウム等のルテニウム酸化物、ルテニウム水酸化物やルテニウム塩類、ヘキサクロロルテニウム酸ナトリウム、テトラカルボニルルテニウム酸ジカリウム、オクタデカカルボニルヘキサルテニウム酸ジセシウム、ウンデカカルボニルヒドリドトリルテニウム酸テトラフェニルホスフォニウム等のルテニウム酸の塩類、ペンタカルボニルルテニウム、トリス(アセチルアセトナト)ルテニウム、シクロペンタジエニルジカルボニルルテニウム、ジブロモトリカルボニルルテニウム、クロロトリス(トリフェニルホスフィン)ヒドリドルテニウム、テトラ(トリフェニルホスフィン) ジヒドリドルテニウム、テトラ(トリメチルホス
フィン) ジヒドリドルテニウム、ビス(トリ−n −ブチルホスフィン) トリカルボニ
ルルテニウム、テトラヒドリドドデカカルボニルテトラルテニウム、ドデカカルボニルトリルテニウム等のルテニウム錯体、等が挙げられ、中でも純度が高いものを容易に入手できる塩化ルテニウム、トリス(アセチルアセトナト)ルテニウム、酢酸ルテニウムが好ましく用いられる。
As the ruthenium compound, oxide, hydroxide, inorganic acid salt, organic acid salt or complex compound can be used, for example, ruthenium dioxide, ruthenium tetroxide, ruthenium dihydroxide, ruthenium chloride, ruthenium bromide, iodide. Ruthenium, ruthenium nitrate, ruthenium acetate, etc. Ruthenium acid salts such as phonium, pentacarbonylruthenium, tris (acetylacetonato) ruthenium, cyclopentadienyldicarbonylruthenium, dibromotricarbonylruthenium, chromium Tris (triphenylphosphine) hydridoruthenium, tetra (triphenylphosphine) dihydridoruthenium, tetra (trimethylphosphine) dihydridolthenium, bis (tri-n-butylphosphine) tricarbonylruthenium, tetrahydridododecacarbonyltetraruthenium, dodecacarbonyl Examples include ruthenium complexes such as triruthenium. Among them, ruthenium chloride, tris (acetylacetonato) ruthenium, and ruthenium acetate, which are easily available in high purity, are preferably used.

本発明方法に用いるルテニウム錯体触媒の配位子としては、リン配位子が好ましい。リン配位子としては、トリフェニルホスフィン、ジフェニルメチルホスフィン、ジメチルフェニルホスフィン等のアリール基を有するものも使用することができるが、トリアルキルホスフィン、中でもリン原子が1級アルキル基と結合したトリアルキルホスフィン又はその分解物が好ましい。このアルキル基は他の置換基を有していてもよい。   The ligand of the ruthenium complex catalyst used in the method of the present invention is preferably a phosphorus ligand. As the phosphorus ligand, those having an aryl group such as triphenylphosphine, diphenylmethylphosphine and dimethylphenylphosphine can be used, but trialkylphosphine, particularly trialkyl having a phosphorus atom bonded to a primary alkyl group. Phosphine or a decomposition product thereof is preferable. This alkyl group may have other substituents.

このようなトリアルキルホスフィンのアルキル基の炭素数は、1〜12程度が好ましく、また3つのアルキル置換基は全て同一である必要はなく、その全てが同じでも異なっていてもよく、またその2つが同じで1つが異なっていても構わない。
配位子を形成するホスフィンの例としては、トリデカニルホスフィン、トリノニルホスフィン、トリオクチルホスフィン、トリヘプチルホスフィン、トリヘキシルホスフィン、トリペンチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリプロピルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリメチルホスフィン、ジメチルオクチルホスフィン、ジオクチルメチルホスフィン、ジメチルヘプチルホスフィン、ジヘプチルメチルホスフィン、ジメチルヘキシルホスフィン、ジヘキシルメチルホスフィン、ジメチルシクロヘキシルホスフィン、ジシクロヘキシルメチルホスフィン、ジメチルペンチルホスフィン、ジペンチルメチルホスフィン、ジメチルブチルホスフィン、ジブチルメチルホスフィン、トリヘプチルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリヘキシルホスフィン、トリペンチルホスフィン、トリベンジルホスフィン、1、1、2、2−ジメチルホスフィノエタン、1、1、2、2−ジメチルホスフィノプロパン、1、1、2、2−ジメチルホスフィノブタン、1、1、2、2−ジオクチルホスフィノエタン、1、1、2、2−ジオクチルホスフィノプロパン、1、1、2、2−ジオクチルホスフィノブタン、1、1、2、2−ジヘキシルホスフィノエタン、1、1、2、2−ジヘキシルホスフィノプロパン、1、1、2、2−ジヘキシルホスフィノブタン、1、1、2、2−ジブチルホスフィノエタン、1、1、2、2−ジブチルホスフィノプロパン、1、1、2、2−ジブチルホスフィノブタン、1、1−ジホスフィナン、1、4−ジメチル−1、4−ジホスファン、1、3−ジメチルホスフォリナン、1、4− ジメチルホスフォリナン、8−メチル−8−ホスフィノビシクロオクタン
、4−メチル−4−ホスファテトラシクロオクタン、1−メチルホスフォラン、1−メチルホスフォナン等のホスフィン類が挙げられ、その形状も、単座配位子、複座配位子、環状配位子のいずれも用いられる。
The carbon number of the alkyl group of such a trialkylphosphine is preferably about 1 to 12, and all three alkyl substituents need not be the same, all of which may be the same or different. One may be the same and one may be different.
Examples of phosphines that form ligands include tridecanylphosphine, trinonylphosphine, trioctylphosphine, triheptylphosphine, trihexylphosphine, tripentylphosphine, tributylphosphine, tripropylphosphine, triethylphosphine, trimethylphosphine, Dimethyloctylphosphine, dioctylmethylphosphine, dimethylheptylphosphine, diheptylmethylphosphine, dimethylhexylphosphine, dihexylmethylphosphine, dimethylcyclohexylphosphine, dicyclohexylmethylphosphine, dimethylpentylphosphine, dipentylmethylphosphine, dimethylbutylphosphine, dibutylmethylphosphine, tri Heptylphosphine, tricyclohexylphosphite , Trihexylphosphine, tripentylphosphine, tribenzylphosphine, 1,1,2,2-dimethylphosphinoethane, 1,1,2,2-dimethylphosphinopropane, 1,1,2,2-dimethylphosphino Butane, 1,1,2,2-dioctylphosphinoethane, 1,1,2,2-dioctylphosphinopropane, 1,1,2,2-dioctylphosphinobutane, 1,1,2,2-dihexyl Phosphinoethane, 1,1,2,2-dihexylphosphinopropane, 1,1,2,2-dihexylphosphinobutane, 1,1,2,2-dibutylphosphinoethane, 1,1,2,2 -Dibutylphosphinopropane, 1,1,2,2-dibutylphosphinobutane, 1,1-diphosphinane, 1,4-dimethyl-1,4-diphosphane, 3-dimethylphosphorinane, 1,4-dimethylphosphorinane, 8-methyl-8-phosphinobicyclooctane, 4-methyl-4-phosphatetracyclooctane, 1-methylphosphorane, 1-methylphosphonan Examples of the shape include monodentate ligands, bidentate ligands, and cyclic ligands.

また、リン配位子としては前記のホスフィンのみならず、例えば、ホスファイト、ホスフィネート、ホスフィンオキシド、アミノホスフィン、ホスフィン酸なども使用できる。
これらリン配位子の使用量は、ルテニウム金属1モルに対して、0. 1〜1000モ
ル、好ましくは1〜100モルの範囲である。
また、上記コハク酸水素化用のルテニウム錯体触媒はpKaが2より小さい酸の共役塩基を用いて、カチオン性錯体の形で反応に用いることが、活性の向上、触媒の安定化など幾つかの点において好ましい。このようなpKaが2よりも小さい酸の共役塩基としては触媒調整時または反応系中においてこのような共役塩基を形成するものであればよく、例えばpKaが2より小さいブレンステッド酸あるいはその各種の塩などが用いられる。
このような目的で用いることができる酸やその塩としては、硝酸、過塩素酸、ホウフッ化水素酸、ヘキサフルオロリン酸、フルオロスルホン酸等の無機酸類、トリクロロ酢酸、ジクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸、ドデシルスルホン酸、オクタデシルスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、テトラ(ペンタフルオロフェニル)ホウ素酸、スルホン化スチレン−ジビニルベンゼン共重合体等の有機酸等のブレンステッド酸もしくはこれらの酸のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、銀塩等が挙げられる。
As the phosphorus ligand, not only the above phosphine but also phosphite, phosphinate, phosphine oxide, aminophosphine, phosphinic acid and the like can be used.
These phosphorus ligands are used in an amount of 0. 1 mole per 1 mole of ruthenium metal. It is 1-1000 mol, Preferably it is the range of 1-100 mol.
In addition, the ruthenium complex catalyst for hydrogenation of succinic acid may be used in the reaction in the form of a cationic complex using a conjugate base of an acid having a pKa of less than 2, which may improve the activity and stabilize the catalyst. It is preferable in terms. Such a conjugate base of an acid having a pKa smaller than 2 may be any acid as long as it forms such a conjugate base during catalyst preparation or in the reaction system. Salt or the like is used.
Acids and salts thereof that can be used for such purposes include inorganic acids such as nitric acid, perchloric acid, borofluoric acid, hexafluorophosphoric acid, fluorosulfonic acid, trichloroacetic acid, dichloroacetic acid, trifluoroacetic acid, Bronsted acid such as organic acid such as dodecyl sulfonic acid, octadecyl sulfonic acid, trifluoromethane sulfonic acid, benzene sulfonic acid, paratoluene sulfonic acid, tetra (pentafluorophenyl) boronic acid, sulfonated styrene-divinylbenzene copolymer, or These include alkali metal salts, alkaline earth metal salts, ammonium salts, silver salts, and the like of these acids.

また、上記の酸の共役塩基が反応系で生成すると考えられる酸誘導体の形で添加しても構わない。例えば酸ハロゲン化物、酸無水物、エステル、酸アミド等の形で反応系に添加しても同様の効果が期待される。
これらの酸あるいはその塩の使用量は、ルテニウム金属に対して1000モル以下、好ましくは100モル以下である。10モル以下が特に好ましい。
Moreover, you may add in the form of the acid derivative considered that the conjugate base of said acid produces | generates in a reaction system. For example, the same effect can be expected even if it is added to the reaction system in the form of acid halide, acid anhydride, ester, acid amide or the like.
The amount of these acids or salts thereof used is 1000 mol or less, preferably 100 mol or less, based on the ruthenium metal. 10 mol or less is particularly preferable.

3−4.溶媒
本発明方法によるガンマブチロラクトンの製造は、反応原料及び反応生成混合物を溶媒として実施できるが、種々の溶媒を、反応の目的や進行を阻害しない範囲で使用することもできる。
このような溶媒としては、例えば、ジエチルエーテル、アニソール、テトラヒドロフラン、エチレングリコールジメチルエーテル、ジオキサン等のエーテル類;メタノール、エタノール、n−ブタノール、ベンジルアルコール、フェノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール等のアルコール類;ギ酸、酢酸、プロピオン酸、トルイル酸などのカルボン酸類;酢酸メチル、酢酸ブチル、安息香酸ベンジルなどのエステル類;ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、テトラリン等の芳香族炭化水素類;n−ヘキサン、n−オクタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素類;ジクロロメタン、トリクロロエタン、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類;ニトロメタン、ニトロベンゼン等のニトロ化合物類;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等のカルボン酸アミド類;ヘキサメチルリン酸トリアミドその他のアミド類;N ,
N−ジメチルイミダゾリジノン等の尿素類;ジメチルスルホン等のスルホン類;ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類;カプロラクトン等のラクトン類;テトラグライム、トリグライム等のポリエーテル類;ジメチルカーボネート、エチレンカーボネート等の炭酸エステル類等が挙げられ、好ましくはエーテル類、ポリエーテル類、及びラクトン類である。
3-4. Solvent The production of gamma-butyrolactone by the method of the present invention can be carried out using the reaction raw material and the reaction product mixture as a solvent, but various solvents can also be used as long as the purpose and progress of the reaction are not inhibited.
Examples of such solvents include ethers such as diethyl ether, anisole, tetrahydrofuran, ethylene glycol dimethyl ether, and dioxane; alcohols such as methanol, ethanol, n-butanol, benzyl alcohol, phenol, ethylene glycol, and diethylene glycol; formic acid, Carboxylic acids such as acetic acid, propionic acid and toluic acid; esters such as methyl acetate, butyl acetate and benzyl benzoate; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, ethylbenzene and tetralin; n-hexane, n-octane and cyclohexane Aliphatic hydrocarbons such as dichloromethane, halogenated hydrocarbons such as dichloromethane, trichloroethane and chlorobenzene; nitro compounds such as nitromethane and nitrobenzene; N, N-dimethylformua De, N, N- dimethylacetamide, N- carboxylic acid amides such as methylpyrrolidone; hexamethylphosphoric triamide other amides; N,
Ureas such as N-dimethylimidazolidinone; sulfones such as dimethylsulfone; sulfoxides such as dimethylsulfoxide; lactones such as caprolactone; polyethers such as tetraglyme and triglyme; carbonates such as dimethyl carbonate and ethylene carbonate Etc., preferably ethers, polyethers, and lactones.

3−5.反応条件
本発明方法で実施される水素化反応は連続、回分いずれの方式も用いることができる。反応温度は、通常50〜250℃、好ましくは100〜250℃、さらに好ましくは150〜220℃である。反応系内の水素分圧は特に限られないが、工業的には通常0.01〜10MPa・G(ゲージ圧)であり、好ましくは0.03〜5MPa・Gである。
3-5. Reaction conditions The hydrogenation reaction carried out by the method of the present invention can be carried out either continuously or batchwise. The reaction temperature is usually 50 to 250 ° C, preferably 100 to 250 ° C, more preferably 150 to 220 ° C. The hydrogen partial pressure in the reaction system is not particularly limited, but is industrially usually 0.01 to 10 MPa · G (gauge pressure), preferably 0.03 to 5 MPa · G.

反応生成液からは、蒸留、抽出等の通常の分離手段により目的生成物であるGBLが分
離できる。
反応系内の水分含量は0.01〜5質量%であることが好ましく、より好ましくは0.1〜 1質量%である。水分が多すぎるとコハク酸とその無水物との平衡がコハク酸側に
移るため、コハク酸無水物濃度が低くなってGBLの生成速度が低下する傾向となる。一方、水分が少なすぎるとルテニウム触媒の対アニオンとなるコハク酸濃度が低下し、触媒のカチオン性が低下するため、触媒の水素化反応活性が低下する傾向となる。
反応系から水分を除去する方法としては、ガスストリッピング法などを用いることができ、反応プロセスによっては蒸留による水分留去や、脱水剤を添加してもよい。ガスストリッピング用のガスとして水素を用いると、反応液中の水分の除去と同時にコハク酸類のGBL化も行うことができて効率的である。
The target product GBL can be separated from the reaction product solution by ordinary separation means such as distillation and extraction.
The water content in the reaction system is preferably 0.01 to 5% by mass, more preferably 0.1 to 1% by mass. If there is too much moisture, the equilibrium between succinic acid and its anhydride shifts to the succinic acid side, so that the succinic anhydride concentration decreases and the GBL production rate tends to decrease. On the other hand, if the water content is too small, the concentration of succinic acid that is the counter anion of the ruthenium catalyst is lowered, and the cationicity of the catalyst is lowered, so that the hydrogenation reaction activity of the catalyst tends to be lowered.
As a method for removing water from the reaction system, a gas stripping method or the like can be used. Depending on the reaction process, water may be distilled off by distillation or a dehydrating agent may be added. When hydrogen is used as the gas for gas stripping, it is efficient because the succinic acid can be converted to GBL simultaneously with the removal of water in the reaction solution.

4.本発明方法を適用した工業的プロセスの例
本発明は、水素化工程、精製工程、循環工程からなる連続反応プロセスに好適に適用しうる。この場合、本発明方法で規定される好適範囲を安定に維持するために、金属配位性ジカルボン酸類を含む循環液の一部を系外へ排出し、その少なくとも一部を反応系に循環することにより、反応混合物中の金属配位性ジカルボン酸類の濃度を制御することができる。
4). Example of industrial process to which the method of the present invention is applied The present invention can be suitably applied to a continuous reaction process comprising a hydrogenation step, a purification step, and a circulation step. In this case, in order to stably maintain the preferred range defined by the method of the present invention, a part of the circulating liquid containing the metal coordinating dicarboxylic acids is discharged out of the system and at least a part thereof is circulated to the reaction system. Thus, the concentration of the metal coordinating dicarboxylic acids in the reaction mixture can be controlled.

本発明の反応方法で得られたGBLは、反応終了後に抽出、蒸留、晶析などの一般的な精製方法により高純度の精製GBLを得ることができる。
本発明方法においては、上記の循環工程によって、製品GBLを分離した後の水素化触媒を含む残液(以下「触媒液」と呼ぶことがある。)を反応工程に循環することが好ましい。
GBL obtained by the reaction method of the present invention can be purified GBL with high purity by a general purification method such as extraction, distillation, crystallization and the like after completion of the reaction.
In the method of the present invention, it is preferable to circulate the residual liquid (hereinafter sometimes referred to as “catalyst liquid”) containing the hydrogenation catalyst after separation of the product GBL to the reaction process by the above-described circulation process.

循環させる成分としては、触媒、未反応コハク酸類媒等の有効成分以外に、反応工程に悪影響を及ぼさない限り、溶媒その他の成分を含んでいてもよいが、目的生成物よりも高沸点の成分を循環させることが好ましい。
例えば、水素化反応工程後に蒸留塔でGBLと分離された、触媒を含む高沸点成分の少なくとも一部を、反応工程へ循環する場合、反応原料中に含まれていた金属配位性ジカルボン酸類も高沸点成分として触媒に随伴して循環し、プロセス内に蓄積することとなる。このため、反応混合物中の金属配位性ジカルボン酸類の濃度を本発明で規定する濃度範囲内とするためには、通常、前記金属配位性ジカルボン酸類を含む高沸点成分の一部を系外へ排出(パージ)することが必要となる。
As the components to be circulated, in addition to the active components such as the catalyst and the unreacted succinic acid medium, a solvent and other components may be included as long as they do not adversely affect the reaction process, but components having a higher boiling point than the target product. Is preferably circulated.
For example, when at least a part of the high-boiling component containing the catalyst separated from the GBL in the distillation column after the hydrogenation reaction step is circulated to the reaction step, the metal coordinating dicarboxylic acids contained in the reaction raw material are also It circulates with the catalyst as a high boiling point component and accumulates in the process. For this reason, in order to make the concentration of the metal coordinating dicarboxylic acids in the reaction mixture within the concentration range defined in the present invention, usually, a part of the high-boiling components containing the metal coordinating dicarboxylic acids are excluded from the system. It is necessary to discharge (purge).

こうした高沸点成分の系外へのパージ方法は特に制限はなく、例えば、高沸点成分が蓄積した上記触媒液を、精製工程における高沸点成分含有液として、その一部を系外にパージする方法が例示できる。   There is no particular limitation on the method for purging such a high-boiling component to the outside of the system. For example, a method of purging a part of the catalyst liquid in which the high-boiling component is accumulated as a high-boiling-component-containing liquid in the purification process. Can be illustrated.

以下、実施例を用いて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例により限定されるものではない。
1.原料
コハク酸:試薬特級(和光純薬工業(株)製)
無水コハク酸:試薬特級(和光純薬工業(株)製)
リンゴ酸:試薬特級(和光純薬工業(株)製)
フマル酸:試薬特級(和光純薬工業(株)製)
マレイン酸:試薬特級(和光純薬工業(株)製)
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail using an Example, this invention is not limited by a following example, unless the summary is exceeded.
1. Raw material Succinic acid: Special grade reagent (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Succinic anhydride: reagent grade (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Malic acid: reagent grade (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Fumaric acid: Special grade for reagent (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
Maleic acid: Special reagent grade (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)

2.分析
[ガスクロマトグラフィー分析]
ガスクロマトグラフィー分析装置((株)島津製作所製GC−17A型)にて、Agilent社製DB−1カラム(無極性)を用い、GBLを分析した。
[誘導結合プラズマ発光分析(ICP−OES)]
ICP発光分光計(サーモフィッシャーサイエンティフィック(株)製iCAP6500Duo、ペルチェ冷却有機溶媒導入システム)にて、有機溶媒直接導入法によりRu分析を行った。
[吸光度分析]
試料を10mm石英セルに入れ、分光光度計(株式会社日立ハイテクノロジーズ製UV−2000型)にて波長500nmの吸光度を測定した。
2. Analysis [Gas chromatography analysis]
GBL was analyzed using a DB-1 column (nonpolar) manufactured by Agilent with a gas chromatography analyzer (GC-17A model manufactured by Shimadzu Corporation).
[Inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES)]
Ru analysis was carried out by an organic solvent direct introduction method using an ICP emission spectrometer (iCAP6500Duo manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd., Peltier cooled organic solvent introduction system).
[Absorbance analysis]
The sample was put into a 10 mm quartz cell, and the absorbance at a wavelength of 500 nm was measured with a spectrophotometer (UV-2000 type manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation).

3.実施例、比較例
<参考例1>
100mlのオートクレーブ(材質:SUS316)中に、コハク酸を5.9g(11.8質量%)、トリオクチルホスフィンを配位子として有するルテニウム錯体をトリグライムに溶解したものを5.0g(Ru:400質量ppm)、及び溶媒としてトリグライムを39.1g仕込んだ。反応混合物中の金属配位性官能基を有するジカルボン酸(リンゴ酸、マレイン酸、フマル酸)の合計濃度は1質量ppm未満であった。
3. Examples and Comparative Examples <Reference Example 1>
In a 100 ml autoclave (material: SUS316), 5.9 g (11.8% by mass) of succinic acid and 5.0 g (Ru: 400) of a ruthenium complex having trioctylphosphine as a ligand dissolved in triglyme. Mass ppm) and 39.1 g of triglyme as a solvent were charged. The total concentration of dicarboxylic acids (malic acid, maleic acid, fumaric acid) having a metal coordinating functional group in the reaction mixture was less than 1 ppm by mass.

磁気回転撹拌子をオートクレーブ内に投入後、系内を水素で十分置換した。マグネチックスターラーを用いて撹拌しながら昇温し、オートクレーブ内温が205℃となったところで内圧が0.9MPa・G(ゲージ圧)となるよう水素を圧入した。このときを反応開始時とし、その後2時間水素化反応を行った。
反応終了後、得られた反応生成液と反応生成ガスを採取し、ガスクロマトグラフィーにより分析した結果、ガンマブチロラクトンの収率は29.6%、一酸化炭素の生成量は18体積ppmであった。反応結果を表1に示す。
After putting the magnetic rotating stirrer into the autoclave, the system was sufficiently replaced with hydrogen. The temperature was raised while stirring using a magnetic stirrer, and hydrogen was injected so that the internal pressure became 0.9 MPa · G (gauge pressure) when the internal temperature of the autoclave reached 205 ° C. This time was set as the reaction start time, and hydrogenation reaction was performed for 2 hours after that.
After completion of the reaction, the obtained reaction product liquid and reaction product gas were collected and analyzed by gas chromatography. As a result, the yield of gamma butyrolactone was 29.6%, and the amount of carbon monoxide produced was 18 ppm by volume. . The reaction results are shown in Table 1.

参考例5
上記参考例1の原料に加えて、オートクレーブ中に、フマル酸0.025g(500質量ppm)を仕込んだこと以外は参考例1と同様にして水素化反応を実施し、得られた反応生成液と反応生成ガスの分析を行った。
ガンマブチロラクトン収率は30.0%、一酸化炭素の生成量は7体積ppmであった。反応結果を表1に示す。
< Reference Example 5 >
In addition to the raw material of Reference Example 1, a hydrogenation reaction was carried out in the same manner as Reference Example 1 except that 0.025 g (500 ppm by mass) of fumaric acid was charged into the autoclave, and the resulting reaction product liquid And the reaction product gas was analyzed.
The yield of gamma butyrolactone was 30.0%, and the amount of carbon monoxide produced was 7 ppm by volume. The reaction results are shown in Table 1.

実施例3、参考例6〜9
上記参考例1の原料に加えて、オートクレーブ中に、それぞれフマル酸0.05g(参考例6)、0.15g(参考例8)、0.499g(参考例9)リンゴ酸0.05g(実施例3)、マレイン酸0.05g(参考例7)を仕込んだこと以外は参考例5と同様にして水素化反応を実施し、得られた反応生成液と反応生成ガスを採取してガスクロマトグラフィーで分析した。反応結果を表1にまとめて示す。
< Example 3, Reference Examples 6-9 >
In addition to the raw material of Reference Example 1 above, 0.05 g of fumaric acid ( Reference Example 6 ), 0.15 g ( Reference Example 8 ), 0.499 g ( Reference Example 9 ) and 0.05 g of malic acid (implemented) were added to the autoclave. Example 3) A hydrogenation reaction was carried out in the same manner as in Reference Example 5 except that 0.05 g of maleic acid ( Reference Example 7 ) was charged. The resulting reaction product solution and reaction product gas were collected and gas chromatographed. Analyzed graphically. The reaction results are summarized in Table 1.

<比較例1>
リンゴ酸の添加量を0.5g(10000質量ppm)としたこと以外は参考例5と同様にして、水素化反応を実施し、反応生成液と反応生成ガスの分析を行った。その結果、ガンマブチロラクトンの収率は0.9%、一酸化炭素の生成量は18013体積ppmであった。反応結果を表1に示す。
<Comparative Example 1>
A hydrogenation reaction was carried out in the same manner as in Reference Example 5 except that the amount of malic acid added was 0.5 g (10000 mass ppm), and the reaction product solution and the reaction product gas were analyzed. As a result, the yield of gamma butyrolactone was 0.9%, and the amount of carbon monoxide produced was 18013 volume ppm. The reaction results are shown in Table 1.

<比較例2>
マレイン酸の添加量を0.5g(10000質量ppm)としたこと以外は参考例6と同様にして、水素化反応を実施し、反応生成液と反応生成ガスの分析を行った。その結果、ガンマブチロラクトンの収率は4.0%、一酸化炭素の生成量は14904質量ppmであった。反応結果を表1に示す。
<Comparative example 2>
A hydrogenation reaction was carried out in the same manner as in Reference Example 6 except that the amount of maleic acid added was changed to 0.5 g (10000 mass ppm), and the reaction product solution and the reaction product gas were analyzed. As a result, the yield of gamma butyrolactone was 4.0%, and the amount of carbon monoxide produced was 14904 ppm by mass. The reaction results are shown in Table 1.

Figure 0006561506
Figure 0006561506

<参考例2>
反応原料をコハク酸5.9g(11.8質量%)に代えて、無水コハク酸5.0g(10.0質量%)としたこと以外は、参考例1と同様にして水素化反応を行った。反応混合物中の無水マレイン酸濃度は1質量ppm未満であった。
反応終了後、得られた反応生成液の分析を行った。その結果、ガンマブチロラクトンの収率は60.7%であった。反応結果を表2に示す。
<Reference Example 2>
The hydrogenation reaction was carried out in the same manner as in Reference Example 1 except that the reaction raw material was changed to 5.9 g (11.8% by mass) of succinic acid and 5.0 g (10.0% by mass) of succinic anhydride. It was. The maleic anhydride concentration in the reaction mixture was less than 1 ppm by mass.
After completion of the reaction, the obtained reaction product solution was analyzed. As a result, the yield of gamma butyrolactone was 60.7%. The reaction results are shown in Table 2.

参考例10
上記参考例2の原料に加えて、オートクレーブ中に無水マレイン酸0.005g(100質量ppm)を仕込んだこと以外は参考例2と同様にして水素化反応を実施した。
反応終了後、得られた反応生成液を採取し、ガスクロマトグラフィーで分析した結果、ガンマブチロラクトン収率は59.0%であった。反応結果を表2に示す。
< Reference Example 10 >
A hydrogenation reaction was carried out in the same manner as in Reference Example 2 except that 0.005 g (100 ppm by mass) of maleic anhydride was charged into the autoclave in addition to the raw material of Reference Example 2 above.
After completion of the reaction, the resulting reaction product solution was collected and analyzed by gas chromatography. As a result, the yield of gamma butyrolactone was 59.0%. The reaction results are shown in Table 2.

<比較例3>
無水マレイン酸の添加量を0.5g(10000質量ppm)としたこと以外は参考例2と同様にして水素化反応を実施し、反応終了後、反応生成液の分析を行った。その結果、ガンマブチロラクトンの収率は17.9%であった。反応結果を表2に示す。
<Comparative Example 3>
A hydrogenation reaction was carried out in the same manner as in Reference Example 2 except that the amount of maleic anhydride added was changed to 0.5 g (10000 mass ppm), and after completion of the reaction, the reaction product solution was analyzed. As a result, the yield of gamma butyrolactone was 17.9%. The reaction results are shown in Table 2.

Figure 0006561506
Figure 0006561506

<参考例3>
触媒としてトリオクチルホスフィンを配位子として有するルテニウム錯体のトリグライム溶液5.0g(Ru400質量ppm)に代えて、ルテニウム−白金−スズ担持活性炭触媒(Ru6質量%、Pt3質量%、Sn7質量%)を0.4g(Ru500質量ppm)、と溶媒のトリグライムを44.1g仕込んだ。反応混合物中の金属配位性官能基を有するジカルボン酸濃度は1質量ppm未満であった。
上記以外は参考例1と同様にして水素化反応を4時間実施し、反応終了後、得られた反応生成液を参考例1と同様に分析した結果、ガンマブチロラクトンの収率は12.2%であった。反応結果を表3に示す。
<Reference Example 3>
Instead of 5.0 g (Ru400 mass ppm) of a ruthenium complex having trioctylphosphine as a ligand as a catalyst, a ruthenium-platinum-tin supported activated carbon catalyst (Ru6 mass%, Pt3 mass%, Sn7 mass%) 0.4 g (Ru500 mass ppm) and 44.1 g of the solvent triglyme were charged. The concentration of the dicarboxylic acid having a metal coordinating functional group in the reaction mixture was less than 1 ppm by mass.
Except for the above, the hydrogenation reaction was carried out for 4 hours in the same manner as in Reference Example 1, and after completion of the reaction, the resulting reaction product solution was analyzed in the same manner as in Reference Example 1. As a result, the yield of gamma butyrolactone was 12.2%. Met. The reaction results are shown in Table 3.

<実施例8>
上記参考例3の原料に加えて、オートクレーブ中にリンゴ酸0.05g(1000質量ppm)を仕込んだこと以外は参考例3と同様にして水素化反応を実施した。
反応終了後、得られた反応生成液を採取し、ガスクロマトグラフィーで分析した結果、ガンマブチロラクトン収率は10.3%であった。反応結果を表3に示す。
<Example 8>
A hydrogenation reaction was carried out in the same manner as in Reference Example 3 except that 0.05 g (1000 ppm by mass) of malic acid was charged into the autoclave in addition to the raw material of Reference Example 3 above.
After completion of the reaction, the obtained reaction product solution was collected and analyzed by gas chromatography. As a result, the yield of gamma butyrolactone was 10.3%. The reaction results are shown in Table 3.

<比較例4>
上記参考例3の原料に加えて、オートクレーブ中にリンゴ酸0.5g(10000質量ppm)を仕込んだこと以外は参考例3と同様に水素化反応を実施した。
反応終了後、得られた反応生成液を分析した結果、ガンマブチロラクトン収率は6.1%であった。反応結果を表3に示す。
<Comparative Example 4>
A hydrogenation reaction was carried out in the same manner as in Reference Example 3 except that 0.5 g (10000 ppm by mass) of malic acid was charged into the autoclave in addition to the raw material of Reference Example 3 above.
As a result of analyzing the resulting reaction product after completion of the reaction, the yield of gamma butyrolactone was 6.1%. The reaction results are shown in Table 3.

Figure 0006561506
Figure 0006561506

<実施例9>
触媒として酸化銅−酸化亜鉛担持アルミナ触媒を1g(Cu0.33質量%。Zn0.38質量%)、コハク酸5.9g(5.9質量%)、リンゴ酸0.05g(1000質量ppm)と溶媒のトリグライムを94.1g仕込んだ。
磁気回転撹拌子をオートクレーブ内に投入後、系内を水素で十分置換した。マグネチックスターラーを用いて撹拌しながら昇温し、オートクレーブ内温が270℃となったところで内圧が7.5MPa・G(ゲージ圧)となるよう水素を圧入した。このときを反応開始時とし、その後0.5時間水素化反応を行った。反応終了後、得られた反応生成液を参考例1と同様に分析した結果、ガンマブチロラクトンの収率は18.0%であった。反応結果を表4に示す。
<Example 9>
As a catalyst, 1 g of copper oxide-zinc oxide supported alumina catalyst (Cu 0.33 mass%. Zn 0.38 mass%), 5.9 g (5.9 mass%) of succinic acid, 0.05 g (1000 mass ppm) of malic acid, 94.1 g of solvent triglyme was charged.
After putting the magnetic rotating stirrer into the autoclave, the system was sufficiently replaced with hydrogen. The temperature was increased while stirring using a magnetic stirrer, and hydrogen was injected so that the internal pressure became 7.5 MPa · G (gauge pressure) when the internal temperature of the autoclave reached 270 ° C. This time was set as the reaction start time, and hydrogenation reaction was performed for 0.5 hour after that. After completion of the reaction, the obtained reaction product solution was analyzed in the same manner as in Reference Example 1. As a result, the yield of gamma butyrolactone was 18.0%. The reaction results are shown in Table 4.

<比較例5>
上記実施例9のリンゴ酸の仕込を0.5g(10000質量ppm)としたこと以外は実施例9と同様に水素化反応を実施した。
反応終了後、得られた反応生成液を分析した結果、ガンマブチロラクトン収率は15.5%であった。反応結果を表4に示す。
<Comparative Example 5>
A hydrogenation reaction was carried out in the same manner as in Example 9 except that the malic acid charge in Example 9 was changed to 0.5 g (10000 mass ppm).
As a result of analyzing the obtained reaction product after completion of the reaction, the yield of gamma butyrolactone was 15.5%. The reaction results are shown in Table 4.

Figure 0006561506
Figure 0006561506

<実施例10>
トリオクチルホスフィンを配位子として有するルテニウム錯体をトリグライムに溶解したものを0.25g(Ru2000質量ppm)に、リンゴ酸を0.1mg(10質量ppm)と溶媒トリグライムを9.75g混合した溶液を調製した。これらの溶液を大気中、100mLガラス製バイアルにて開放状態で72時間保管したところ、保管前は淡黄色だった溶液が、淡赤色に変色していた。得られた溶液の500nmでの吸光度の変化量は0.043であった。
<Example 10>
A solution prepared by dissolving a ruthenium complex having trioctylphosphine as a ligand in triglyme to 0.25 g (Ru 2000 mass ppm), malic acid 0.1 mg (10 mass ppm) and a solvent triglyme 9.75 g is mixed. Prepared. When these solutions were stored in an open state in a 100 mL glass vial for 72 hours in the atmosphere, the solution that had been pale yellow before storage had turned pale red. The amount of change in absorbance at 500 nm of the obtained solution was 0.043.

<実施例11>
リンゴ酸の使用量を1.0mg(100質量ppm)とした以外は、実施例10と同様にして大気中で保管したところ、淡赤色に変色していた。吸光度の測定結果を表5に示す。この変色した触媒45gとコハク酸5gを混合して水素化原料を調製した。上記以外は参考例1と同様にして水素化反応を2時間実施し、反応終了後、得られた反応生成液を参考例1と同様に分析した結果、ガンマブチロラクトンの収率は12.5%であった。反応結果を表5に示す。
<Example 11>
When stored in the air in the same manner as in Example 10 except that the amount of malic acid used was 1.0 mg (100 mass ppm), the color changed to light red. Table 5 shows the measurement results of absorbance. A hydrogenation raw material was prepared by mixing 45 g of the discolored catalyst and 5 g of succinic acid. Except for the above, the hydrogenation reaction was carried out for 2 hours in the same manner as in Reference Example 1. After the reaction was completed, the resulting reaction product solution was analyzed in the same manner as in Reference Example 1. As a result, the yield of gamma butyrolactone was 12.5%. Met. The reaction results are shown in Table 5.

<比較例6>
リンゴ酸を添加しなかったこと(金属配位性官能基を有するジカルボン酸含有量:1質量ppm未満)以外は、実施例10と同様にして大気中で保管したところ、赤色に変色していた。吸光度の測定結果を表5に示す。この変色した触媒45gとコハク酸5gを混合して水素化原料を調製した。上記以外は参考例1と同様にして水素化反応を2時間実施し、反応終了後、得られた反応生成液を参考例1と同様に分析した結果、ガンマブチロラクトンの収率は10.0%であった。反応結果を表5に示す。
<Comparative Example 6>
Except that malic acid was not added (dicarboxylic acid content having a metal coordinating functional group: less than 1 ppm by mass), it was stored in the air in the same manner as in Example 10 and changed to red. . Table 5 shows the measurement results of absorbance. A hydrogenation raw material was prepared by mixing 45 g of the discolored catalyst and 5 g of succinic acid. Except for the above, the hydrogenation reaction was carried out for 2 hours in the same manner as in Reference Example 1. After the reaction was completed, the resulting reaction product solution was analyzed in the same manner as in Reference Example 1. As a result, the yield of gamma butyrolactone was 10.0%. Met. The reaction results are shown in Table 5.

Figure 0006561506
Figure 0006561506

4.結果の評価
(1)表1、2に示された実施例3及び参考例5〜10と比較例1〜3を対比すると、水素化反応時の金属配位性官能基を有するジカルボン酸濃度を本願所定の範囲内とした実施例においては、GBL収率が参考例1及び2(金属配位性官能基を有するジカルボン酸を含まない原料)と同レベルの収率となっている一方、この濃度が本願範囲を超える比較例1〜3では収率が著しく低下していることが判る。また、同じ金属配位性官能基を有するジカルボン酸濃度では、フマル酸とリンゴ酸の方がマレイン酸より一酸化炭素生成量が少ない事が判る。
(2)表3、4に示される固体触媒を用いた例では、実施例8と参考例3、実施例9と参考例4ではGBL収率はほぼ同程度である一方、金属配位性官能基を有するジカルボン酸量が過剰になった比較例4、5と比べると、有意に高い収率となっている。
(3)表5の実施例11では、金属配位性官能基を有するジカルボン酸を添加することによって、波長500nmでの吸光度の変化の程度が小さくなり、高いGBL収率となっている。一方、比較例56ではこの濃度が本願で規定する範囲未満であるためか、触媒の安定性が低下して、波長500nmでの吸光度が大きく変化しており低いGBL収率であった。
(4)以上より、コハク酸類の水素化によるガンマブチロラクトンの製造方法において、水素化反応時の反応混合物中の金属配位性ジカルボン酸濃度を本発明で規定する範囲とすることにより、GBLの収率を向上でき、かつ金属触媒の劣化を防止できることが判る。
4). Evaluation of Results (1) When comparing Example 3 and Reference Examples 5-10 shown in Tables 1 and 2 with Comparative Examples 1 to 3, the concentration of the dicarboxylic acid having a metal coordinating functional group during the hydrogenation reaction was In the examples within the prescribed range of the present application, the GBL yield is the same level as Reference Examples 1 and 2 (raw materials not containing dicarboxylic acid having a metal coordinating functional group). It can be seen that in Comparative Examples 1 to 3 whose concentration exceeds the range of the present application, the yield is significantly reduced. It can also be seen that fumaric acid and malic acid produce less carbon monoxide than maleic acid at concentrations of dicarboxylic acids having the same metal coordinating functional group.
(2) In the examples using the solid catalysts shown in Tables 3 and 4, the GBL yield was almost the same in Example 8 and Reference Example 3, Example 9 and Reference Example 4, while the metal coordinating functional group Compared with Comparative Examples 4 and 5 in which the amount of the dicarboxylic acid having a group is excessive, the yield is significantly higher.
(3) In Example 11 of Table 5, by adding a dicarboxylic acid having a metal coordinating functional group, the degree of change in absorbance at a wavelength of 500 nm is reduced, resulting in a high GBL yield. On the other hand, in Comparative Example 56, this concentration was less than the range specified in this application, or the stability of the catalyst was lowered, and the absorbance at a wavelength of 500 nm was greatly changed, resulting in a low GBL yield.
(4) From the above, in the method for producing gamma-butyrolactone by hydrogenation of succinic acid, the concentration of metal coordinating dicarboxylic acid in the reaction mixture at the time of hydrogenation reaction is set within the range specified in the present invention, so that the yield of GBL can be reduced. It can be seen that the rate can be improved and the deterioration of the metal catalyst can be prevented.

Claims (6)

コハク酸及び/又はその誘導体(以下まとめて「コハク酸類」と記す)を水素化してガンマブチロラクトンを製造する方法において、前記水素化反応時の反応混合物中のリンゴ酸の濃度を10質量ppm以上、10000質量ppm未満とすることを特徴とするガンマブチロラクトンの製造方法。 In a method for producing gamma-butyrolactone by hydrogenating succinic acid and / or a derivative thereof (hereinafter collectively referred to as “succinic acid”), the concentration of malic acid in the reaction mixture during the hydrogenation reaction is 10 mass ppm or more, A method for producing gamma-butyrolactone, characterized by being less than 10,000 ppm by mass. 前記水素化反応時の反応混合物中のリンゴ酸の濃度が30質量ppm以上、5000質量ppm以下であることを特徴とする請求項1に記載のガンマブチロラクトンの製造方法。 The method for producing gamma-butyrolactone according to claim 1, wherein the concentration of malic acid in the reaction mixture during the hydrogenation reaction is 30 mass ppm or more and 5000 mass ppm or less. 前記水素化反応に用いる触媒がルテニウム又は銅を含むことを特徴とする請求項1または2に記載のガンマブチロラクトンの製造方法。 The method for producing gamma-butyrolactone according to claim 1 or 2 , wherein the catalyst used in the hydrogenation reaction contains ruthenium or copper. 前記水素化反応に用いる触媒が第3級有機リン系化合物を配位子として有するルテニウム錯体であることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のガンマブチロラクトンの製造方法。 The method for producing gamma-butyrolactone according to any one of claims 1 to 3 , wherein the catalyst used in the hydrogenation reaction is a ruthenium complex having a tertiary organophosphorus compound as a ligand. 前記コハク酸類がコハク酸及び/又は無水コハク酸であり、かつ前記水素化反応に使用する触媒が第3級有機リン系化合物を配位子として有するルテニウム錯体であることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のガンマブチロラクトンの製造方法。 Claim wherein the succinic acid is a succinic acid and / or succinic anhydride, the catalyst used in either One the hydrogenation reaction, characterized in that a ruthenium complex having a tertiary organic phosphorus compound as a ligand The manufacturing method of the gamma butyrolactone of any one of 1-4 . 前記コハク酸類が化石燃料を原料として石油化学法で得られた無水マレイン酸を水素化して製造されたもの又はバイオマス原料を用いて発酵法により製造されたものであることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載のガンマブチロラクトンの製造方法。 The succinic acid is one produced by hydrogenating maleic anhydride obtained by a petrochemical method using a fossil fuel as a raw material, or produced by a fermentation method using a biomass raw material. gamma butyrolactone production method of the lactone according to any one of 1-5.
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