JP6900801B2 - Method for producing carboxylic acid ester or carboxylic acid - Google Patents

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Description

本発明は、バイオマス原料から誘導されるフラン骨格を有するカルボン酸エステル又はカルボン酸を製造する方法に関するものであり、詳しくは、バイオマス原料から誘導されるフラン骨格を有するカルボン酸エステル又はカルボン酸を製造する際に、環状アセタール中間体を経由することを特徴とする、高収率で且つ長期操業安定性にも優れたカルボン酸エステル又はカルボン酸の製造方法、ならびに、著しく熱安定性に優れたフラン骨格を有する環状アセタールに関する。 The present invention relates to a method for producing a carboxylic acid ester or carboxylic acid having a furan skeleton derived from a biomass raw material, and more specifically, producing a carboxylic acid ester or carboxylic acid having a furan skeleton derived from a biomass raw material. A method for producing a carboxylic acid ester or carboxylic acid having a high yield and excellent long-term operational stability, which is characterized by passing through a cyclic acetal intermediate, and a furan having extremely excellent thermal stability. Regarding cyclic acetals having a skeleton.

近年、化石燃料枯渇問題、大気中の二酸化炭素増加という地球規模での環境負荷の問題に対する対策が必要となっている。このような社会的要請から現在の大気圏の地球環境下で植生したバイオマス原料から各種有用化学品を製造するプロセスの開発が着目され、精力的に取り進められている。バイオマス原料を化学原料の出発物質として活用する手法は、例えば、植物原料生産が各地に分散して多様化できるので、原料供給が非常に安定していること、および大気圏の地球環境下において為されるために、二酸化炭素の吸収および放出の物質収支の較差が比較的均衡する為に、化石資源原料には全く期待できない、リサイクルを含めた循環型社会の実現性を潜在的に保有する利点を有し、産業上の利用価値は極めて大きい。 In recent years, it has become necessary to take measures against the problem of fossil fuel depletion and the problem of global environmental load such as the increase of carbon dioxide in the atmosphere. Due to such social demands, the development of a process for producing various useful chemicals from biomass raw materials vegetated in the current global environment of the atmosphere has been attracting attention and is being energetically promoted. The method of utilizing biomass raw materials as starting materials for chemical raw materials is, for example, because the production of plant raw materials can be dispersed and diversified in various places, so that the raw material supply is very stable and that it is done in the global environment of the atmosphere. Therefore, since the difference in the material balance between absorption and release of carbon dioxide is relatively balanced, it has the advantage of potentially possessing the feasibility of a recycling-oriented society including recycling, which cannot be expected from fossil resource raw materials at all. It has extremely high industrial utility value.

これまで、化学品原料をバイオマス原料に求める技術としては、CO排出量削減に大きく貢献する技術として、バイオマス原料そのものを汎用樹脂の原料として用いる手法や該樹脂の原料となるモノマーへバイオマス原料を誘導する手法が種々提案されている。また、バイオマス原料の構造を活用してバイオマス原料から高機能化学品へ誘導する手法の開発も盛んである(非特許文献1)。 Until now, as a technology for seeking a raw material for chemicals from a biomass raw material, as a technology that greatly contributes to the reduction of CO 2 emissions, a method of using the biomass raw material itself as a raw material for a general-purpose resin or a biomass raw material for a monomer that is a raw material for the resin has been used. Various methods for inducing have been proposed. In addition, the development of a method for inducing a high-performance chemical product from a biomass raw material by utilizing the structure of the biomass raw material is also active (Non-Patent Document 1).

バイオマス原料から有用化学品へ誘導する反応としては、バイオマス原料の発酵法による生物学的変換方法、触媒反応を代表とする化学的変換方法、電気化学手法を用いた変換方法等が開発されている。しかしながら、これらのバイオマス原料から誘導される化学品を、化石資源から誘導される化学品と代替したり汎用材に適用したりする技術の多くは、汎用化ないし普及にまで至っていないのが実情である。その最大の理由は、化石資源から誘導される原料に比べて、バイオマス原料並びにそこから誘導される原料は、一般に、バイオマス原料特有の窒素含有化合物、硫黄含有化合物、金属塩等の不純物を多く含み、また、ヒドロキシル基やカルボニル基等の反応性官能基を多く有するために、製造時に副反応を引き起こしやすい特徴があることに起因する。すなわち、バイオマス原料を出発物質として適用したプロセスにおいては、これらの不純物や副生物の除去工程が必須となり、製造プロセスが煩雑化し、製造コストが高騰するばかりでなく、製造時の消費エネルギーも高騰するといった経済性ならびに環境負荷の観点で多くの課題を有する。 As reactions for inducing useful chemicals from biomass raw materials, biological conversion methods by fermentation methods for biomass raw materials, chemical conversion methods typified by catalytic reactions, conversion methods using electrochemical methods, etc. have been developed. .. However, in reality, many of the technologies for substituting chemicals derived from these biomass raw materials for chemicals derived from fossil resources or applying them to general-purpose materials have not yet been generalized or popularized. is there. The main reason for this is that, compared to raw materials derived from fossil resources, biomass raw materials and raw materials derived from them generally contain a large amount of impurities such as nitrogen-containing compounds, sulfur-containing compounds, and metal salts peculiar to biomass raw materials. In addition, since it has many reactive functional groups such as a hydroxyl group and a carbonyl group, it is likely to cause a side reaction during production. That is, in the process of applying the biomass raw material as a starting material, the process of removing these impurities and by-products is indispensable, the manufacturing process becomes complicated, the manufacturing cost rises, and the energy consumption during manufacturing also rises. It has many problems from the viewpoint of economic efficiency and environmental load.

従って、本発明で対象とするバイオマス原料からの誘導化反応においては、如何に効率的な変換反応プロセスを設計できるかが求められ、上記の変換反応の中では、特に触媒反応を用いた化学変換方法が注目されている。例えば、このような効率的な変換技術としては、触媒反応を用いたセルロースからの単糖類や糖アルコール変換技術が、特許文献1〜3等に提案されている。 Therefore, in the derivatization reaction from the biomass raw material targeted in the present invention, how an efficient conversion reaction process can be designed is required, and among the above conversion reactions, a chemical conversion using a catalytic reaction is particularly required. The method is attracting attention. For example, as such an efficient conversion technique, a monosaccharide or sugar alcohol conversion technique from cellulose using a catalytic reaction has been proposed in Patent Documents 1 to 3 and the like.

一方、バイオマス原料から有用化学品を誘導する一連の触媒反応の中では、フラン環を有する化合物を経由するプロセスが、その機能性、用途の多様性、環境負荷ならびに経済性の観点から特に重要なプロセスとして提案されている。例えば、本発明の製造対象の一つであるフランジカルボン酸やそのエステルは、一般的に以下の反応で製造されている。 On the other hand, in a series of catalytic reactions for deriving useful chemicals from biomass raw materials, the process via a compound having a furan ring is particularly important from the viewpoint of its functionality, versatility of use, environmental load and economy. Proposed as a process. For example, the flange carboxylic acid and its ester, which are one of the production targets of the present invention, are generally produced by the following reaction.

Figure 0006900801
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具体的な製造方法としては、例えば、グルコースやフルクトース等の単糖類から含水ニオブ酸の存在下にヒドロキシメチルフルフラール(HMF)を製造する方法が特許文献4に提案されている。また、HMFの酸化反応によりフランジカルボン酸又はそのエステルを製造する方法については、特許文献5,6及び非特許文献2に提案がなされている。 As a specific production method, for example, a method for producing hydroxymethylfurfural (HMF) from monosaccharides such as glucose and fructose in the presence of hydrous niobium has been proposed in Patent Document 4. Further, Patent Documents 5 and 6 and Non-Patent Document 2 have proposed a method for producing a flange carboxylic acid or an ester thereof by an oxidation reaction of HMF.

しかしながら、上記のバイオマス資源からHMFを経由してフランジカルボン酸又はそのエステルを製造する反応においては、アルデヒド基ならびにヒドロキシル基といった反応性官能基を有するHMFが中間体となり、この反応性中間体の熱安定性が悪いことに起因して、HMFの重合や開環反応等が進行し、フミン等のオリゴマーならびにポリマーやレブリン酸等の形成により反応収率が低下するばかりでなく、副生するオリゴマーやポリマーが反応器や配管内に付着することにより、反応器の熱伝導効率の低下や配管内閉塞を引き起こし、安定した長期操業が困難になるといった課題がある。また、これらの副生物は一般に着色物であることが多く、製品中に混入して製品の着色を引き起こし、更には、これらの副生物の製品への混入により製品の耐久安定性を損ね、製品中の異物生成の要因にも繋がるといった課題もある。これらは、特に、HMFの濃度を高めてフランジカルボン酸やそのエステルを製造する際に顕著となり、製造時の経済性が求められる工業プロセスにおいては大きな課題となっている。すなわち、工業製造プロセスにおいては、如何に、高濃度条件下で製造プロセスの長期安定操業を図るかが、経済性のあるプロセス設計上の重要な課題となるが、この本質的な課題はバイオマス原料を活用する本化学品の製造プロセスにおいては未だ解決されていないのが実情である。従って、原料をバイオマス原料に求める製造プロセスにおいては、反応収率を向上させた効率的な変換反応プロセスの設計のみならず、反応中間体の熱安定性ならびに反応安定性を向上させる反応プロセスの設計が課題となっている。 However, in the reaction for producing a flange carboxylic acid or an ester thereof from the above-mentioned biomass resource via HMF, HMF having a reactive functional group such as an aldehyde group and a hydroxyl group serves as an intermediate, and the heat of this reactive intermediate is used. Due to the poor stability, polymerization of HMF, ring-opening reaction, etc. proceed, and not only the reaction yield decreases due to the formation of oligomers such as fumin, polymers, levulinic acid, etc., but also oligomers produced as by-products When the polymer adheres to the inside of the reactor or the pipe, there is a problem that the heat conduction efficiency of the reactor is lowered and the inside of the pipe is blocked, which makes stable long-term operation difficult. In addition, these by-products are generally colored substances, and are mixed in the product to cause coloring of the product. Furthermore, the mixing of these by-products into the product impairs the durability and stability of the product, and the product There is also a problem that it leads to the factor of foreign matter generation inside. These are particularly remarkable when the concentration of HMF is increased to produce a flange carboxylic acid or an ester thereof, which is a big problem in an industrial process in which economic efficiency at the time of production is required. In other words, in the industrial manufacturing process, how to achieve long-term stable operation of the manufacturing process under high concentration conditions is an important issue in economical process design, but this essential issue is the biomass raw material. The fact is that the manufacturing process of this chemical product has not yet been resolved. Therefore, in the manufacturing process in which the raw material is a biomass raw material, not only the design of an efficient conversion reaction process with improved reaction yield, but also the design of a reaction process that improves the thermal stability and reaction stability of the reaction intermediate. Is an issue.

国際公開WO2011/036955International release WO2011 / 036955 特許第5894387号公報Japanese Patent No. 5894387 特許第5823756号公報Japanese Patent No. 5823756 特開2009−215172号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-215172 特許第5217142号公報Japanese Patent No. 5217142 国際公開WO2015/155784International release WO2015 / 155784

Green Chemistry 15 (2013) 1740−1763Green Chemistry 15 (2013) 1740-1763 Journal of Catalysis 265 (2009) 109−116Journal of Catalysis 265 (2009) 109-116

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、バイオマス原料から誘導されるフラン骨格を有するカルボン酸エステル又はカルボン酸を製造するに当たり、高濃度条件下での製造であっても上記の副反応を抑制して目的とするカルボン酸エステル又はカルボン酸を高収率で得ることが可能となるばかりか、長期操業安定性にも優れたカルボン酸エステル又はカルボン酸の製造方法及びそれらの中間体となる著しく熱安定性が向上した環状アセタールを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and in producing a carboxylic acid ester or carboxylic acid having a furan skeleton derived from a biomass raw material, even if it is produced under high concentration conditions, the above-mentioned invention is made. A method for producing a carboxylic acid ester or carboxylic acid, which not only makes it possible to suppress side reactions to obtain the desired carboxylic acid ester or carboxylic acid in a high yield, but also has excellent long-term operational stability, and intermediates thereof. It is an object of the present invention to provide a cyclic acetal which becomes a body and has significantly improved thermal stability.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、バイオマス原料から誘導されるフラン骨格を有するカルボン酸エステル又はカルボン酸を製造する際に、環状アセタール中間体を経由することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明の要旨は、以下の[1]〜[9]に存する。
As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors have made the above-mentioned by passing through a cyclic acetal intermediate when producing a carboxylic acid ester or carboxylic acid having a furan skeleton derived from a biomass raw material. We have found that the problem can be solved and have completed the present invention.
That is, the gist of the present invention lies in the following [1] to [9].

[1] バイオマス原料から誘導されるフラン骨格を有するカルボン酸エステル又はカルボン酸を製造する方法において、環状アセタール中間体を経由することを特徴とするカルボン酸エステル又はカルボン酸の製造方法。 [1] A method for producing a carboxylic acid ester or carboxylic acid, which comprises passing through a cyclic acetal intermediate in a method for producing a carboxylic acid ester or carboxylic acid having a furan skeleton derived from a biomass raw material.

[2] 前記環状アセタール中間体の酸化反応により前記フラン骨格を有するカルボン酸エステル又はカルボン酸を製造することを特徴とする[1]に記載のカルボン酸エステル又はカルボン酸の製造方法。 [2] The method for producing a carboxylic acid ester or carboxylic acid according to [1], which comprises producing the carboxylic acid ester or carboxylic acid having the furan skeleton by the oxidation reaction of the cyclic acetal intermediate.

[3] 前記フラン骨格を有するカルボン酸エステル又はカルボン酸が、フランジカルボン酸エステル又はフランジカルボン酸であることを特徴とする[1]又は[2]に記載のカルボン酸エステル又はカルボン酸の製造方法。 [3] The method for producing a carboxylic acid ester or carboxylic acid according to [1] or [2], wherein the carboxylic acid ester or carboxylic acid having a furan skeleton is a flange carboxylic acid ester or a flange carboxylic acid. ..

[4] 前記環状アセタール中間体を水と有機溶媒との混合溶媒を用いて製造することを特徴とする[1]ないし[3]のいずれかに記載のカルボン酸エステル又はカルボン酸の製造方法。 [4] The method for producing a carboxylic acid ester or carboxylic acid according to any one of [1] to [3], wherein the cyclic acetal intermediate is produced using a mixed solvent of water and an organic solvent.

[5] 前記バイオマス原料が糖類原料であることを特徴とする[1]ないし[4]のいずれかに記載のカルボン酸エステル又はカルボン酸の製造方法。 [5] The method for producing a carboxylic acid ester or carboxylic acid according to any one of [1] to [4], wherein the biomass raw material is a saccharide raw material.

[6] 反応系にジオールを添加する工程を含むことを特徴とする[1]ないし[5]のいずれかに記載のカルボン酸エステル又はカルボン酸の製造方法。 [6] The method for producing a carboxylic acid ester or carboxylic acid according to any one of [1] to [5], which comprises a step of adding a diol to the reaction system.

[7] フラン骨格を有するアルデヒド体と前記ジオールとの反応で前記環状アセタール中間体を生成させることを特徴とする[6]に記載のカルボン酸エステル又はカルボン酸の製造方法。 [7] The method for producing a carboxylic acid ester or carboxylic acid according to [6], wherein the cyclic acetal intermediate is produced by the reaction of an aldehyde having a furan skeleton with the diol.

[8] 下記式(1)で表される環状アセタール。 [8] A cyclic acetal represented by the following formula (1).

Figure 0006900801
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(式中、Rは水素原子、−CHOH、−CHOR又は−CHO(C=O)Rで表される基であり、Rは炭素数1〜6のアルキル基、又は、アルキル置換基を有していてもよい炭素数6〜12のアリール基を表す。) (In the formula, R 1 is a hydrogen atom, a group represented by -CH 2 OH, -CH 2 OR 2 or -CH 2 O (C = O) R 2 , and R 2 is an alkyl having 1 to 6 carbon atoms. Represents an aryl group having 6 to 12 carbon atoms which may have a group or an alkyl substituent.)

[9] [8]に記載の環状アセタールからフランジカルボン酸エステル又はカルボン酸を製造することを特徴とするカルボン酸エステル又はカルボン酸の製造方法。 [9] A method for producing a carboxylic acid ester or carboxylic acid, which comprises producing a flange carboxylic acid ester or carboxylic acid from the cyclic acetal according to [8].

本発明の製造方法によれば、バイオマス原料から誘導されるフラン骨格を有するカルボン酸エステル又はカルボン酸を製造する際に、環状アセタール中間体を経由することで、反応中間体の熱安定性を向上させて、反応中間体の重合や開環反応といった副反応を抑制し、目的とするカルボン酸エステル又はカルボン酸の収率を向上させることができる。また、副反応を抑制することによって副生成物の混入による製品品質の低下や、副生重合物による配管閉塞、伝熱効率の低下といった操業トラブルを防止して、カルボン酸エステル又はカルボン酸の連続生産を安定かつ効率的に行うことができる。更には、これらのカルボン酸エステルやカルボン酸を原料として誘導される製品の着色や異物の発生をも抑制することができる。 According to the production method of the present invention, when producing a carboxylic acid ester or carboxylic acid having a furan skeleton derived from a biomass raw material, the thermal stability of the reaction intermediate is improved by passing through a cyclic acetal intermediate. Therefore, side reactions such as polymerization of the reaction intermediate and ring-opening reaction can be suppressed, and the yield of the target carboxylic acid ester or carboxylic acid can be improved. In addition, by suppressing side reactions, it is possible to prevent operational troubles such as deterioration of product quality due to contamination of by-products, blockage of pipes due to by-product polymers, and reduction of heat transfer efficiency, and continuous production of carboxylic acid esters or carboxylic acids. Can be performed stably and efficiently. Furthermore, it is possible to suppress the coloring of products derived from these carboxylic acid esters and carboxylic acids as raw materials and the generation of foreign substances.

実験例1の結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of Experimental Example 1.

以下に本発明の実施の形態について詳細に説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited to the following embodiments, and can be variously modified and implemented within the scope of the gist thereof.

本発明においては、以下特段の記載がない限り、「酸化エステル化」とは環状アセタールからカルボン酸エステルが生成する反応を、「酸化」とは環状アセタールからカルボン酸が生成する反応を意味し、これらの「酸化エステル化」及び「酸化」を併せて「酸化反応」と記す。
また、本発明において、「当量」とは、モル当量を意味する。
In the present invention, unless otherwise specified below, "oxidation esterification" means a reaction in which a carboxylic acid ester is produced from a cyclic acetal, and "oxidation" means a reaction in which a carboxylic acid is produced from a cyclic acetal. These "oxidation esterification" and "oxidation" are collectively referred to as "oxidation reaction".
Further, in the present invention, "equivalent" means a molar equivalent.

本発明の製造方法は、バイオマス原料から誘導されるフラン骨格を有するカルボン酸エステル又はカルボン酸を製造する方法において、環状アセタール中間体を経由することを特徴とする。 The production method of the present invention is characterized in that a cyclic acetal intermediate is used in a method for producing a carboxylic acid ester or carboxylic acid having a furan skeleton derived from a biomass raw material.

なお、以下においては、本発明に従ってフラン骨格を有するカルボン酸エステル又はカルボン酸としてフランジカルボン酸エステル又はフランジカルボン酸を製造する場合を主として例示して本発明を説明するが、本発明の製造方法は、フランジカルボン酸エステル又はフランジカルボン酸の製造方法に何ら限定されず、例えば、フランモノカルボン酸エステル又はフランモノカルボン酸の製造にも有効に適用することができる。例えば、フランモノカルボン酸エステル又はフランモノカルボン酸を製造する場合は、以下に説明するフランジカルボン酸エステル又はフランジカルボン酸の製造において、炭素数が6の糖類単位を主成分として含むバイオマス原料、又はバイオマス原料から糖化工程を経て製造される炭素数が6の糖類を含む原料(以下、「糖類を含む原料」を「糖類原料」と称す。)を、炭素数が5の糖類単位を含むバイオマス原料又は糖類原料に変更することによりフランモノカルボン酸エステル又はフランモノカルボン酸を製造することができる。また、フランモノカルボン酸エステル又はフランモノカルボン酸は、用いる触媒及び/又は溶媒を適宜変更することにより炭素数が6の糖類からも製造することもできる。 In the following, the present invention will be described mainly by exemplifying the case where a carboxylic acid ester or carboxylic acid having a furan skeleton is produced as a carboxylic acid ester or carboxylic acid according to the present invention. , The method for producing a flange carboxylic acid ester or a flange carboxylic acid is not limited, and for example, it can be effectively applied to the production of a furanmonocarboxylic acid ester or a furanmonocarboxylic acid. For example, in the case of producing a furanmonocarboxylic acid ester or a furanmonocarboxylic acid, a biomass raw material containing a saccharide unit having 6 carbon atoms as a main component or a biomass raw material in the production of the furanmonocarboxylic acid ester or the furanmonocarboxylic acid described below. A raw material containing a saccharide having 6 carbon atoms produced from a biomass raw material through a saccharification process (hereinafter, "raw material containing saccharide" is referred to as "sugar raw material") is a biomass raw material containing a saccharide unit having 5 carbon atoms. Alternatively, a furanmonocarboxylic acid ester or a furanmonocarboxylic acid can be produced by changing to a sugar raw material. Further, the furanmonocarboxylic acid ester or furanmonocarboxylic acid can also be produced from a saccharide having 6 carbon atoms by appropriately changing the catalyst and / or solvent used.

[メカニズム]
本発明者らは、バイオマス原料および/又はバイオマス原料から誘導される糖類原料から脱水反応により生成するフラン骨格を有するアルデヒド中間体を経由してフラン骨格を有するカルボン酸を製造する従来法においては、該アルデヒド中間体の熱安定性の悪さに起因して上記の種々の問題が生じることを見出した。そこで、本発明者らは、これらの問題を解決すべく検討を重ね、脱水反応で生成するフルフラール(以下「FRL」と略記する。)やヒドロキシメチルフルフラール(以下「HMF」と略記する。)等のアルデヒド中間体を、ジオールとの反応により直ちに環状アセタール化、好ましくは脱水反応によるフラン骨格の形成と同時にアセタール化することにより、熱安定性が高い環状アセタール中間体を得、引き続き該中間体の酸化反応によりカルボン酸エステルまたはカルボン酸を製造することで、上記の種々の問題を解決することができることを見出した。また、本発明における目的とするカルボン酸は、前記工程を経て製造されるカルボン酸エステルを加水分解することによっても製造することができる。
[mechanism]
In the conventional method, the present inventors produce a carboxylic acid having a furan skeleton via an aldehyde intermediate having a furan skeleton produced by a dehydration reaction from a biomass raw material and / or a saccharide raw material derived from the biomass raw material. It has been found that the various problems described above occur due to the poor thermal stability of the aldehyde intermediate. Therefore, the present inventors have repeatedly studied to solve these problems, such as furfural (hereinafter abbreviated as "FRL") and hydroxymethylfurfural (hereinafter abbreviated as "HMF") produced by a dehydration reaction. The aldehyde intermediate of No. 1 is immediately converted to cyclic acetal by reaction with diol, preferably at the same time as the formation of a furan skeleton by dehydration reaction to obtain a cyclic acetal intermediate having high thermal stability. It has been found that the above-mentioned various problems can be solved by producing a carboxylic acid ester or a carboxylic acid by an oxidation reaction. The carboxylic acid of interest in the present invention can also be produced by hydrolyzing the carboxylic acid ester produced through the above steps.

Figure 0006900801
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以下、フラン骨格を有するアルデヒドがHMFである場合(上記反応式(A))を例に説明すると、バイオマス原料および/又はバイオマス原料から誘導される糖類原料からの脱水反応により生成したHMFを環状アセタール化するには、反応系にジオールを存在させればよい。使用するジオールは、好ましいジオールとして、1,3−プロパンジオール(1,3−PD)又はエチレングリコール(EG)が選ばれ、形成されるアセタールの熱安定性が顕著に向上する理由から1,3−プロパンジオール(1,3−PD)が特に好ましい。 Hereinafter, the case where the aldehyde having a furan skeleton is HMF (reaction formula (A) above) will be described as an example. HMF produced by a dehydration reaction from a biomass raw material and / or a saccharide raw material derived from the biomass raw material is a cyclic acetal. To make it, the diol may be present in the reaction system. As the diol to be used, 1,3-propanediol (1,3-PD) or ethylene glycol (EG) is selected as a preferable diol, and 1,3 for the reason that the thermal stability of the acetal formed is remarkably improved. -Propanediol (1,3-PD) is particularly preferred.

具体的には、脱水反応系内に1,3−プロパンジオール(1,3−PD)又はエチレングリコール(EG)を存在させることで、下記反応式に示すように、脱水反応で生成したHMFは、直ちに1,3−プロパンジオール(1,3−PD)又はエチレングリコール(EG)と反応して、HMFの1,3−プロパンジオールアセタール化物(以下「PD−HMF」と略記する。)又はHMFのエチレングリコールアセタール化物(以下「EG−HMF」と略記する。)に変換される。 Specifically, by allowing 1,3-propanediol (1,3-PD) or ethylene glycol (EG) to be present in the dehydration reaction system, the HMF produced by the dehydration reaction can be obtained as shown in the reaction formula below. , Immediately react with 1,3-propanediol (1,3-PD) or ethylene glycol (EG) to produce HMF 1,3-propanediol acetal (hereinafter abbreviated as "PD-HMF") or HMF. Is converted to ethylene glycol acetal compound (hereinafter abbreviated as "EG-HMF").

Figure 0006900801
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後述の実験例1に示されるように、これらの環状アセタールは、HMFに比べて熱安定性に優れるため、このような環状アセタール中間体を経由することで、
(1) HMFの重合によるオリゴマーやポリマーの形成が抑制される。
(2) 上記(1)より、反応収率を高く維持することができる。
(3) 上記(1)より、反応器や配管内に副生成物に起因する汚れが付着し難く、熱伝導率の低下や配管内閉塞といったトラブルを防止して安定生産を行える。更には、副生物に起因する着色や異物の発生を防止して高品質の製品を得ることができる。
といった効果が奏される。
As shown in Experimental Example 1 described later, these cyclic acetals are superior in thermal stability as compared with HMF. Therefore, by passing through such a cyclic acetal intermediate, these cyclic acetals can be used.
(1) The formation of oligomers and polymers due to the polymerization of HMF is suppressed.
(2) The reaction yield can be maintained higher than that of (1) above.
(3) From (1) above, it is difficult for dirt caused by by-products to adhere to the reactor and piping, and stable production can be achieved by preventing problems such as a decrease in thermal conductivity and blockage in the piping. Furthermore, it is possible to obtain a high-quality product by preventing the generation of coloring and foreign substances caused by by-products.
The effect is played.

なお、HMFを環状アセタール化する場合には、上記の通り、反応系にジオールを添加すればよい。更に、反応系に添加されたジオールとHMFとの反応で生成した環状アセタールは、アルコール共存下で直ちに酸素ガス等を含む酸化性反応雰囲気で酸化的エステル化反応を行うことにより、以下の通り、フランジカルボン酸のジエステルに変換される。 When the HMF is formed into a cyclic acetal, a diol may be added to the reaction system as described above. Further, the cyclic acetal produced by the reaction of the diol added to the reaction system with the HMF is immediately subjected to an oxidative esterification reaction in an oxidizing reaction atmosphere containing oxygen gas or the like in the presence of alcohol, as described below. It is converted to a diester of frangylcarboxylic acid.

Figure 0006900801
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また、本発明の環状アセタールは、水中でも塩基条件下では安定である為、別の態様として、塩基存在下、水中で酸素ガス等を含む酸化性反応雰囲気で酸化を行うことにより、以下の通り、フランジカルボン酸に変換される。 Further, since the cyclic acetal of the present invention is stable in water under basic conditions, as another embodiment, the cyclic acetal of the present invention is oxidized in water in an oxidizing reaction atmosphere containing oxygen gas or the like in the presence of a base as follows. , Converted to frangylcarboxylic acid.

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即ち、本発明では、バイオマス原料および/又は糖類原料からの脱水・環状アセタール化工程を経て、カルボン酸エステルを製造する際には酸化的エステル化を、カルボン酸を製造する際には酸化を連続して行う。この手法によれば、一連の反応を同一の反応系内で行うことも可能となり、効率的なカルボン酸エステル又はカルボン酸の製造を行うことができる。 That is, in the present invention, oxidative esterification is continuously performed when producing a carboxylic acid ester, and oxidation is continuously performed when producing a carboxylic acid through a dehydration / cyclic acetalization step from a biomass raw material and / or a saccharide raw material. And do it. According to this method, a series of reactions can be carried out in the same reaction system, and an efficient carboxylic acid ester or carboxylic acid can be produced.

なお、前述の非特許文献2には、フランジカルボン酸ジメチルエステルの製造において、副生成物としてHMFのメタノールアセタール化物(以下「Me−HMF」と略記する。)が生成し、このものは直ちに目的のカルボン酸エステルに変換されることが示されているが、後述の実験例1に示されるように、HMFのアセタール化物であっても、環状アセタールではないものは、熱安定性に劣り、本発明の目的を達成し得ない。 In addition, in the above-mentioned non-patent document 2, in the production of dimethylesterfurfuralcarboxylic acid, a methanol acetal product of HMF (hereinafter abbreviated as “Me-HMF”) is produced as a by-product, and this product is immediately intended. Although it has been shown that it is converted to the carboxylic acid ester of HMF, as shown in Experimental Example 1 described later, even if it is an acetal product of HMF, that is not a cyclic acetal is inferior in thermal stability, and the present invention. The object of the invention cannot be achieved.

以下、本発明の好ましい形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.

[バイオマス原料]
本発明におけるバイオマス原料とは、植物の光合成作用で太陽の光エネルギーがデンプンやセルロース、ヘミセルロースなどの形に変換されて蓄えられたもの、植物体を食べて成育する動物の体や、植物体や動物体を加工してできる製品等が含まれる。バイオマス原料としては、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、カルドン、スイッチグラス、松材、ポプラ材、カエデ材、おから、コーンコブ、コーンストーバー、コーンファイバー、タピオカ、バガス、植物油カス、芋、そば、大豆、油脂、古紙、製紙残渣、水産物残渣、家畜排泄物、下水汚泥、食品廃棄物等が挙げられる。この中でも木材、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、カルドン、スイッチグラス、松材、ポプラ材、カエデ材、おから、コーンコブ、コーンストーバー、コーンファイバー、タピオカ、バガス、植物油カス、芋、そば、大豆、古紙、製紙残渣等の植物資源が好ましく、より好ましくは、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、カルドン、スイッチグラス、松材、ポプラ材、カエデ材、コーンコブ、コーンストーバー、コーンファイバー、バガス、芋、古紙、製紙残渣であり、最も好ましくはとうもろこし、サトウキビ、キャッサバ、サゴヤシ、バガス、カルドン、スイッチグラス、松材、ポプラ材、カエデ材、コーンコブ、コーンストーバー、コーンファイバーである。
[Biomass raw material]
The biomass raw material in the present invention is stored by converting the solar energy into starch, cellulose, hemicellulose, etc. by the photosynthetic action of plants, the body of an animal that grows by eating a plant, the body of a plant, or the like. Includes products made by processing animal bodies. Biomass raw materials include, for example, wood, rice straw, rice husk, rice bran, old rice, corn, sugar cane, cassava, sago palm, cardon, switchgrass, pine wood, poplar wood, maple wood, okara, corn cob, corn stove, corn fiber. , Tapioca, bagasse, vegetable oil residue, potato, buckwheat, soybean, fat, waste paper, papermaking residue, marine product residue, livestock excrement, sewage sludge, food waste and the like. Among them, wood, rice straw, rice husks, rice bran, old rice, corn, sugar cane, cassaba, sago palm, cardon, switch glass, pine wood, poplar wood, maple wood, okara, corn cob, corn stover, corn fiber, tapioca, bagasse, Plant resources such as vegetable oil residue, potatoes, buckwheat, soybeans, used paper, and papermaking residues are preferable, and more preferably wood, rice straw, rice husks, old rice, corn, sugar cane, cassava, sago palm, cardon, switchgrass, pine, poplar. Wood, maple wood, corn cob, corn stober, corn fiber, bagasse, potatoes, waste paper, paper residue, most preferably corn, sugar cane, cassaba, sago palm, bagasse, cardon, switchgrass, pine wood, poplar wood, maple wood , Corn Cobb, Corn Stover, Corn Fiber.

本発明においては、例えば、Green Chemisry 16 (2014) 4816−4838、ならびにその引用文献に記載の文献等の公知手法を用いて、これらのバイオマス原料から直接FRLやHMFへ誘導し、その後、該FRLや該HMFとジオールとの反応により環状アセタールへ誘導する手法は、バイオマス原料からの糖化工程を経る必要がなく、最終目的物までの反応ステップ数が少なくなる理由から、好ましい態様である。また、バイオマス原料とジオールとを共存させ、該手法を用いて直接FRLやHMFの環状アセタール体へ誘導しても良い。反応ステップ数が少なく、反応プロセスが効率的であるという点では、後者のバイオマス原料とジオールとを共存させ、直接環状アセタールを得る手法が好ましい。 In the present invention, for example, using known methods such as Green Chemisry 16 (2014) 4816-4838 and the documents described in the cited references thereof, direct induction from these biomass raw materials to FRL or HMF is performed, and then the FRL is derived. The method of inducing the cyclic acetal by the reaction of the HMF with the diol is preferable because it does not need to go through the saccharification step from the biomass raw material and the number of reaction steps to the final target is reduced. Further, the biomass raw material and the diol may coexist and be directly induced into the cyclic acetal form of FRL or HMF by using the method. In terms of a small number of reaction steps and an efficient reaction process, the latter method of coexisting a biomass raw material and a diol to directly obtain a cyclic acetal is preferable.

[糖化]
本発明においては、上記のバイオマス原料からFRLやHMFならびにそれらの環状アセタール体へ直接誘導する手法以外にも、特に限定はされないが、例えばバイオマス原料を酸やアルカリ等の化学処理、微生物を用いた生物学的処理、物理的処理等の公知の前処理・糖化の工程を経て、バイオマス原料に含まれる多糖類をその構成単位である糖類まで分解(糖化)してオリゴ糖、2糖や単糖を含む糖液を得、その糖液からFRLやHMFを得て、上述の通り、ジオールと反応させることにより、それらの環状アセタール体へ誘導する手法も、好適に使用できる。この手法を用いることにより、バイオマス原料に含まれる異物や不純物によるアセタール化反応の反応収率や生成アセタール体の純度の低下を回避することが可能となる。
[Saccharification]
In the present invention, there is no particular limitation other than the method of directly inducing FRL, HMF and their cyclic acetals from the above-mentioned biomass raw material, but for example, the biomass raw material is chemically treated with an acid or alkali, or a microorganism is used. Through known pretreatment and saccharification steps such as biological treatment and physical treatment, polysaccharides contained in biomass raw materials are decomposed (saccharified) into saccharides, which are the constituent units of the polysaccharides, and oligosaccharides, disaccharides and monosaccharides. A method of obtaining a sugar solution containing the above-mentioned substances, obtaining FRL or HMF from the sugar solution, and reacting the sugar solution with a diol to induce them into a cyclic acetal form can also be preferably used. By using this method, it is possible to avoid a decrease in the reaction yield of the acetalization reaction and the purity of the produced acetal compound due to foreign substances and impurities contained in the biomass raw material.

バイオマス原料の糖化方法については、特に限定されず、例えば、Green Chemisry 16 (2014) 4816−4838、ならびにその引用文献に記載の文献等の、公知手法を用いることができる。 The method for saccharifying the biomass raw material is not particularly limited, and for example, known methods such as Green Chemisry 16 (2014) 4816-4838 and the documents described in the cited references can be used.

その工程は、特に限定はされないが、通常、バイオマス原料をチップ化する、削る、擦り潰す等の前処理による微細化工程が含まれる。必要に応じて、更にグラインダーやミルによる粉砕工程が含まれる。こうして微細化されたバイオマス原料は、更に前処理・糖化の工程を経て糖液が製造されるが、その具体的な方法としては、硫酸、硝酸、塩酸、燐酸等の強酸による酸処理、アルカリ処理、アンモニア凍結蒸煮爆砕法、溶媒抽出、亜臨界流体処理、超臨界流体処理、酸化剤処理等の化学的方法や、微粉砕、蒸煮爆砕法、マイクロ波処理、電子線照射等の物理的方法、微生物や酵素処理による加水分解といった生物学的処理、或いはこれらの組み合わせが挙げられる。 The step is not particularly limited, but usually includes a miniaturization step by pretreatment such as chipping, shaving, and grinding the biomass raw material. If necessary, a grinding step using a grinder or a mill is further included. The biomass raw material refined in this way is further subjected to a pretreatment / saccharification step to produce a sugar solution. Specific methods thereof include acid treatment with a strong acid such as sulfuric acid, nitric acid, hydrochloric acid, and phosphoric acid, and alkali treatment. , Chemical methods such as ammonia freeze-steaming and blasting, solvent extraction, subcritical fluid treatment, supercritical fluid treatment, oxidant treatment, and physical methods such as fine pulverization, steaming and blasting, microwave treatment, electron beam irradiation, etc. Biological treatments such as hydrolysis by microbial or enzymatic treatments, or combinations thereof can be mentioned.

上記のバイオマス原料から誘導される糖類としては、通常、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、ペントサン、キシラン、サッカロース、澱粉、セルロース等の2糖・オリゴ糖・多糖類、が用いられ、このうちグルコース、フルクトース、キシロースが好ましい。その中でも、反応収率が高い理由から、フルクトース、キシロースが特に好ましい。一方、より広義の植物資源由来の糖類としてはセルロースやヘミセルロースが好ましい。 Examples of the saccharides derived from the above biomass raw materials include hexoses such as glucose, mannose, galactose, fructose, sorbose and tagatose, pentoses such as arabinose, xylose, ribose, xylose and ribulose, pentose, xylose, saccharose and starch. Disaccharides such as cellulose, oligosaccharides, and polysaccharides are used, of which glucose, fructose, and xylose are preferable. Among them, fructose and xylose are particularly preferable because of the high reaction yield. On the other hand, cellulose and hemicellulose are preferable as sugars derived from plant resources in a broader sense.

バイオマス原料の糖化で得られる糖液は通常、糖類の水溶液であり、水と糖類以外に他の成分を含んでいてもよい。他の成分は、特に限定されないが、例えばバイオマス原料から糖類を得た際に生じる糖類以外の副生成物や糖原料に含まれる不純物を含んでいてもよい。このような不純物としては、具体的には、糖類以外のカルボニル化合物、脂肪族共役アルコール等のアルコール化合物、リグニン由来のフェノール化合物や、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物、窒素化合物、硫黄化合物、ハロゲン化合物、硫酸イオン等の無機化合物等が挙げられる。 The sugar solution obtained by saccharification of the biomass raw material is usually an aqueous solution of saccharides, and may contain other components in addition to water and saccharides. The other components are not particularly limited, but may contain, for example, by-products other than saccharides produced when saccharides are obtained from the biomass raw material and impurities contained in the saccharide raw material. Specific examples of such impurities include carbonyl compounds other than saccharides, alcohol compounds such as aliphatic conjugated alcohols, lignin-derived phenol compounds, alkali metal compounds, alkaline earth metal compounds, nitrogen compounds, and sulfur compounds. Examples thereof include halogen compounds and inorganic compounds such as sulfate ions.

本発明における糖液中に含まれる糖類の合計濃度(以下「糖濃度」という)は、糖液
の由来や、含有する糖の種類等によって大きく変動し、特に限定されないが、その下限は、通常1質量%以上、好ましくは3質量%以上、より好ましくは5質量%以上、一方、その上限は通常60質量%以下が好ましく、より好ましくは50質量%以下である。この糖液は、そのまま次工程に供してもよく、必要に応じて、減圧下で水を留去する方法、加熱して水を留去する方法、又は、国際公開WO2010/067785に記載のナノ濾過膜および/または逆浸透膜に通じて濾過する方法等を用いて、糖成分が濃縮された濃縮糖液を得、次工程に供しても良い。特に、糖液を濃縮する手法は、その後の脱水反応ならびにアセタール化反応において、プロセス全体の生産性が向上する点で好ましい。
The total concentration of sugars contained in the sugar solution in the present invention (hereinafter referred to as "sugar concentration") varies greatly depending on the origin of the sugar solution, the type of sugar contained, and the like, and is not particularly limited, but the lower limit thereof is usually set. It is 1% by mass or more, preferably 3% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, while the upper limit thereof is usually 60% by mass or less, more preferably 50% by mass or less. This sugar solution may be used as it is in the next step, and if necessary, a method of distilling water under reduced pressure, a method of heating and distilling water, or the nano described in International Publication WO2010 / 067785. A concentrated sugar solution in which a sugar component is concentrated may be obtained by using a method of filtering through a filtration membrane and / or a reverse osmosis membrane and used in the next step. In particular, the method of concentrating the sugar solution is preferable in that the productivity of the entire process is improved in the subsequent dehydration reaction and acetalization reaction.

また、その他の手段として、公知の手法を用いて、糖液からグルコース、フルクトース、キシロース等の単糖類を分離し、分離した単糖類を次工程に供する方法は、原料中の不純物量を低減させることが可能となり、その後の反応工程の反応収率が向上すると共に、ロット間のその変動量を低減させることが可能となる為、安定した長期操業が可能である点で最も好ましい態様である。これらの単糖類は、現在工業スケールで入手が可能である。本発明では、糖成分の含有量が多い糖液を得る為に、単離された単糖類を追添加しても良い。 Further, as another means, a method of separating monosaccharides such as glucose, fructose, and xylose from the sugar solution using a known method and subjecting the separated monosaccharides to the next step reduces the amount of impurities in the raw material. This is the most preferable embodiment in that stable long-term operation is possible because the reaction yield of the subsequent reaction step can be improved and the amount of fluctuation between lots can be reduced. These monosaccharides are currently available on an industrial scale. In the present invention, isolated monosaccharides may be additionally added in order to obtain a sugar solution having a high content of sugar components.

[脱水・環状アセタール化]
本発明における環状アセタール中間体を経由するカルボン酸エステル又はカルボン酸の製造においては、バイオマス原料から直接環状アセタール中間体を製造する方法、或いはバイオマス原料から糖化工程を経て糖類原料へ一旦誘導し、該糖類原料から環状アセタール中間体を製造する方法が用いられる。
[Dehydration / cyclic acetalization]
In the production of the carboxylic acid ester or carboxylic acid via the cyclic acetal intermediate in the present invention, a method for directly producing the cyclic acetal intermediate from the biomass raw material, or a method of once inducing the cyclic acetal intermediate from the biomass raw material to the saccharide raw material through a saccharification step is performed. A method for producing a cyclic acetal intermediate from a saccharide raw material is used.

また、これらの手法において、バイオマス原料及び/又は糖類原料から環状アセタール中間体を製造する為には、バイオマス原料及び/又は糖類原料からFRL及び/又はHMFを製造する工程と、FRL及び/又はHMFから環状アセタール体を製造する工程との2工程を経て行ってもよく(以下、この方法を「2段法」と称す。)、バイオマス原料及び/又は糖類原料から生成したFRL及び/又はHMFを直ちに環状アセタール体に変換するように1工程で行ってもよい(以下、この方法を「1段法」と称す。)。即ち、後述の環状アセタール化用ジオールの存在下では、熱安定性が低いFRL及び/又はHMFは直ちにFRL及び/又はHMFの環状アセタール体に変換されるため、バイオマス原料や糖類原料から脱水反応により生成するFRL及び/又はHMFの製造反応系に環状アセタール化用ジオールを存在させておくことにより、同一の反応系内で熱安定性が高い環状アセタール中間体を形成させることができる。これにより、中間体の反応収率が向上するばかりでなく、副生する着色物や重合物の生成を低減することが可能になり、これらの製品への混入が抑制された工業的に有利な製造プロセスとなる。特に、本発明の効果は、HMFアセタール中間体を経由する製造プロセスを採用することにより顕著となる。 Further, in these methods, in order to produce a cyclic acetal intermediate from a biomass raw material and / or a saccharide raw material, a step of producing FRL and / or HMF from a biomass raw material and / or a saccharide raw material, and FRL and / or HMF The FRL and / or HMF produced from a biomass raw material and / or a saccharide raw material may be subjected to two steps, that is, a step of producing a cyclic acetal compound from the raw material (hereinafter, this method is referred to as a “two-step method”). It may be carried out in one step so as to be immediately converted into a cyclic acetal body (hereinafter, this method is referred to as a "one-step method"). That is, in the presence of the cyclic acetalization diol described later, FRL and / or HMF having low thermal stability is immediately converted into a cyclic acetal form of FRL and / or HMF, so that the biomass raw material or saccharide raw material is dehydrated. By allowing the cyclic acetalization diol to be present in the production reaction system of the produced FRL and / or HMF, a cyclic acetal intermediate having high thermal stability can be formed in the same reaction system. This not only improves the reaction yield of the intermediate, but also makes it possible to reduce the formation of colored substances and polymers produced as by-products, which is industrially advantageous in that contamination of these products is suppressed. It becomes a manufacturing process. In particular, the effect of the present invention becomes remarkable by adopting a manufacturing process via an HMF acetal intermediate.

なお、2段法で環状アセタール中間体を製造する場合、一旦製造したFRL及び/又はHMFを単離及び/又は精製(以下「単離/精製」と記載する。)して別の反応容器で環状アセタール化を行ってもよく、FRL及び/又はHMFを単離/精製することなく同一の反応容器で環状アセタール化を行ってもよい。 When the cyclic acetal intermediate is produced by the two-step method, the once produced FRL and / or HMF is isolated and / or purified (hereinafter referred to as "isolation / purification") in another reaction vessel. Cyclic acetalization may be performed or cyclic acetalization may be performed in the same reaction vessel without isolating / purifying FRL and / or HMF.

バイオマス原料及び/又は糖類原料からのFRL又はHMF、更にはその環状アセタール体の製造は、触媒の存在下に、溶媒中で行うことが好ましい。触媒としては、バイオマス原料又は糖類原料からFRL又はHMF、更にはその環状アセタール体を製造することができるものであればよく、特に制限はないが、通常、塩酸、硫酸、リン酸、硝酸、ホウ酸等の無機酸およびそれらのアルカリ金属又はアルカリ土類金属等の金属塩、p−トルエンスルホン酸等のスルホン酸およびそれらのアルカリ金属又はアルカリ土類金属等の金属塩、アンバーリスト、アンバーライト、ダイヤイオン等の酸性陽イオン交換樹脂、ゼオライト、Al、TiO、ZrO、SiO−Al、SiO−MgO、SiO−TiO、Nb、YNbO、SnO、In、Ga、WO、MoO、Ta、CeO、Nb−WO、Nb−MoO、TiO−WO、TiO−MoO、SiO−Nb、SiO−Ta、SiO−ZrO等の金属酸化物や金属複合酸化物、粘土、硫酸化ZrO等の硫酸固定化触媒、リン酸で処理したチタニアやニオビア等のリン酸固定化触媒、ヘテロポリ酸等が挙げられる。 The production of FRL or HMF from a biomass raw material and / or a saccharide raw material, and further its cyclic acetal form is preferably carried out in a solvent in the presence of a catalyst. The catalyst may be any as long as it can produce FRL or HMF from a biomass raw material or a sugar raw material, and further a cyclic acetal form thereof, and is not particularly limited, but is usually hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, nitrate, ore. Inorganic acids such as acids and their alkali metals or metal salts such as alkaline earth metals, sulfonic acids such as p-toluene sulfonic acid and their alkali metals or metal salts such as alkaline earth metals, amber list, amber light, Acidic cation exchange resin such as diamond, zeolite, Al 2 O 3 , TIO 2 , ZrO 2 , SiO 2- Al 2 O 3 , SiO 2- MgO, SiO 2- TIO 2 , Nb 2 O 5 , YNbO 4 , SnO 2, In 2 O 3, Ga 2 O 3, WO 3, MoO 3, Ta 2 O 5, CeO 2, Nb 2 O 5 -WO 3, Nb 2 O 5 -MoO 3, TiO 2 -WO 3, TiO 2 -MoO 3, SiO 2 -Nb 2 O 5, SiO 2 -Ta 2 O 5, SiO 2 -ZrO metal oxides and metal composite oxides such as 2, clays, sulfated fixed catalyst such as sulfated ZrO 2, Examples thereof include phosphoric acid immobilization catalysts such as titania and niobia treated with phosphoric acid, and heteropolyacids.

また、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、カプロン酸等の脂肪族モノカルボン酸、シュウ酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、アコニット酸、イタコン酸、オキサロ酢酸、フマル酸、マレイン酸、シクロペンタンジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸等の脂肪族ジカルボン酸、シクロヘキサントリカルボン酸等の脂肪族トリカルボン酸、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメシン酸、トリメリット酸、ヘミメリット酸、メロファン酸、プレニト酸、ピロメリト酸、ベンゼンペンタカルボン酸、メリト酸等の芳香族カルボン酸、乳酸、リンゴ酸、クエン酸、酒石酸等のヒドロキシカルボン酸等の有機酸およびこれらの有機酸の少なくとも一部を中和したアルカリ金属やアルカリ土類金属等の塩も触媒として用いることができる。 In addition, aliphatic monocarboxylic acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid and caproic acid, oxalic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimeric acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, aconitic acid and itaconic acid. , Oxaloacetic acid, fumaric acid, maleic acid, cyclopentanedicarboxylic acid, cyclohexanedicarboxylic acid and other aliphatic dicarboxylic acids, cyclohexanetricarboxylic acid and other aliphatic tricarboxylic acids, benzoic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, trimesic acid, Aromatic carboxylic acids such as trimellitic acid, hemmellitic acid, merophanic acid, prenitoic acid, pyromeritic acid, benzenepentacarboxylic acid and melitonic acid, organic acids such as hydroxycarboxylic acid such as lactic acid, malic acid, citric acid and tartrate acid and Salts such as alkali metals and alkaline earth metals in which at least a part of these organic acids are neutralized can also be used as a catalyst.

本発明においては、上記触媒の中では、反応溶媒に不溶の固体触媒を用いて不均一系で反応を行うことが、連続流通反応が容易であり且つ反応選択性が高い点で好ましい。具体的には、上記触媒の中では、アンバーリスト、アンバーライト、ダイヤイオン等の酸性陽イオン交換樹脂、ゼオライト、Nb、YNbO、Ta、Nb−WO、Nb−MoO、TiO−WO、TiO−MoO、SiO−Nb、SiO−Ta等の金属酸化物や金属複合酸化物、粘土、硫酸化ZrO等の硫酸固定化触媒、リン酸で処理したチタニアやニオビア等のリン酸固定化触媒等が好ましい。中でも、HMFのアセタール化反応のみを選択的に進行させるという点で、ゼオライト、Nb、Nb−WO、Nb−MoOがより好ましく、特にゼオライト、Nbが好ましい。 In the present invention, among the above catalysts, it is preferable to carry out the reaction in a non-uniform system using a solid catalyst insoluble in the reaction solvent because the continuous flow reaction is easy and the reaction selectivity is high. Specifically, among the above catalysts, acidic cation exchange resins such as amber list, amber light, and diamond ion, zeolite, Nb 2 O 5 , YNbO 4 , Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5- WO 3 , and so on. Metal oxides and metal composite oxides such as Nb 2 O 5- MoO 3 , TiO 2- WO 3 , TiO 2- MoO 3 , SiO 2- Nb 2 O 5 , SiO 2- Ta 2 O 5, clay, sulfated Sulfate immobilization catalysts such as ZrO 2 and phosphoric acid immobilization catalysts such as titania and niobia treated with phosphoric acid are preferable. Of these, zeolite, Nb 2 O 5 , Nb 2 O 5- WO 3 , Nb 2 O 5- MoO 3, are more preferable, and zeolite, Nb 2 O, in particular, are particularly preferable in that only the acetalization reaction of HMF proceeds selectively. 5 is preferable.

これらの触媒は、単独で用いても、2種類以上組み合わせて用いてもよい。触媒を2種類以上用いるときは、その組み合わせは特に限定されず、それぞれの金属が触媒活性を有するもの(共触媒)でも、1種類以上の金属の触媒活性を向上させるもの(助触媒)であってもよい。 These catalysts may be used alone or in combination of two or more. When two or more types of catalysts are used, the combination thereof is not particularly limited, and even those in which each metal has catalytic activity (cocatalyst) can improve the catalytic activity of one or more types of metals (auxiliary catalyst). You may.

これらの触媒は、触媒が溶媒に可溶な場合は、バイオマス原料又は糖類原料に対して、通常、その下限は、0.001質量%以上、好ましくは0.005質量%以上、より好ましくは0.01質量%以上、更に好ましくは0.05質量%以上であり、一方その上限は、50質量%以下、好ましくは30質量%以下、より好ましくは20質量%以下、更に好ましくは10質量%以下である。一方、反応溶媒に不溶の固体触媒を用いて、例えば、固定床反応器や懸濁床反応器で連続式反応を行う場合はこの限りではない。 When the catalyst is soluble in a solvent, these catalysts usually have a lower limit of 0.001% by mass or more, preferably 0.005% by mass or more, more preferably 0, based on the biomass raw material or the saccharide raw material. 0.01% by mass or more, more preferably 0.05% by mass or more, while the upper limit thereof is 50% by mass or less, preferably 30% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, still more preferably 10% by mass or less. Is. On the other hand, this does not apply to the case where a solid catalyst insoluble in the reaction solvent is used and a continuous reaction is carried out in a fixed bed reactor or a suspension bed reactor, for example.

溶媒としては、通常水や有機溶媒が使用されるが、水と有機溶媒との混合溶媒を用いることが好ましい場合がある。コスト優位性の観点からは、反応溶媒として単一の溶媒を用いることが好ましく、環状アセタール中間体の収率向上の観点からは、反応溶媒として水と有機溶媒との混合溶媒を用いることが好ましい場合がある。有機溶媒の選択によっては、均一混合溶媒で反応を行うことができるが、生成するFRLやHMF又はそれらの環状アセタール体の重合や分解反応を抑制し、環状アセタール体の収率が向上するため、水層と有機層の2層系となる有機溶媒を用いることが好ましい場合がある。即ち、この手法を用いることにより、生成したFRLやHMF又はその環状アセタール体を有機溶媒中に抽出する連続抽出反応を行うことができ、反応後、反応液を2層分離することで、生成物を有機溶媒層から効率的に分離することができる。 As the solvent, water or an organic solvent is usually used, but it may be preferable to use a mixed solvent of water and an organic solvent. From the viewpoint of cost advantage, it is preferable to use a single solvent as the reaction solvent, and from the viewpoint of improving the yield of the cyclic acetal intermediate, it is preferable to use a mixed solvent of water and an organic solvent as the reaction solvent. In some cases. Depending on the selection of the organic solvent, the reaction can be carried out with a homogeneous mixed solvent, but since the polymerization and decomposition reactions of the produced FRL and HMF or their cyclic acetals are suppressed and the yield of the cyclic acetals is improved, the yield of the cyclic acetals is improved. It may be preferable to use an organic solvent having a two-layer system consisting of an aqueous layer and an organic layer. That is, by using this method, a continuous extraction reaction for extracting the produced FRL or HMF or its cyclic acetal form in an organic solvent can be carried out, and after the reaction, the reaction solution is separated into two layers to produce a product. Can be efficiently separated from the organic solvent layer.

用いる有機溶媒としては、生成するFRL、HMF、並びにそれらのアセタール化反応を阻害するものでなければ、特に限定されるものではないが、例えば、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)、テトラヒドロピラン、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、メチル−tert−ブチルエーテル、ブチルエーテル、ペンチルエーテル、ヘキシルエーテル、オクチルエーテル、ノニルエーテル、デシルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル等の炭素数4〜20のエーテル類;2−ブタノン、2−ペンタノン、3−ペンタノン、2−ヘキサノン、3−ヘキサノン、シクロヘキサノン、4−メチル−2−ペンタノン、2−ヘプタノン、5−メチル−2−ヘキサノン、2,4−ジメチルペンタノン、5−ノナノン、4−デカノン、5−デカノン、2−ウンデカノン、4−ウンデカノン、3−ドデカノン、2−トリデカノン、2−テトラデカノン、4−テトラデカノン、2−ペンタデカノン、3−ペンタデカノン、7−ペンタデカノン、2−ヘキサデカノン、3−ヘキサデカノン、4−ヘキサデカノン、6−ヘキサデカノン、2−ヘプタデカノン、4−ヘプタデカノン、9−ヘプタデカノン、3−オクタデカノン、アセトフェノン等の炭素数4〜20のケトン類;酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル等のエステル類;メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、2−メチル−1−プロパノール、2−メチル−2−プロパノール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、3−メチル−1−ブタノール、2,2−ジメチル−1−プロパノール、1−ヘキサノール、2−ヘキサノール、3−ヘキサノール、2−メチル−1−ペンタノール、1−ヘプタノール、2−ヘプタノール、1−オクタノール、2−オクタノール、3−オクタノール、2−エチル−1−ヘキサノール、1−ノナノール、1−デカノール、1−ウンデシルアルコール、1−ラウリルアルコール、1−トリデシルアルコール、1−テトラデカノール、1−ペンタデシルアルコール、1−ヘキサデカノール、シス−9−ヘキサデセン−1−オール、1−ヘプタデカノール、1−オクタデカノール、16−メチルヘプタデセン−1−オール、ノナデシルアルコール、アラキジルアルコール等の炭素数1〜20のモノアルコール類;フェノール、メチルフェノール、エチルフェノール、プロピルフェノール、ブチルフェノール等の炭素数6〜12のフェノール類;ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ドデカン、イソドデカンなどの炭素数3〜12の飽和脂肪族炭化水素化合物;トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン、1−メチルナフタレンなどの芳香族炭化水素;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等のラクトン類;ジクロロメタン、クロロホルム、ジクロロエタン、テトラクロロエタン、ヘキサクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類;その他、ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルモルホリン、N−メチル−2−ピロリジノン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、ヘキサメチルリン酸トリアミド、テトラメチルウレア、ジメチルスルホキシド、スルホラン、イソソルビド、イソソルビドジメチルエーテル、プロピレンカーボネート、ならびにこれらの混合物等が挙げられる。その他、例えば、1−ブチル−1−メチルピロリジニウムブロミド等のピロリジニウム塩;1−ブチル−1−メチルピペリジニウムトリフラート等のピペリジニウム塩;1−ブチルピリジニウムテトラフルオロボレート等のピリジニウム塩;1−エチル−3−メチルイミダゾリウムクロリド等のイミダゾリウム塩;テトラブチルアンモニウムクロリド等のアンモニウム塩;テトラブチルホスホニウムブロミド等のホスホニウム塩;トリエチルスルホニウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド等のスルホニウム塩、等のイオン性液体を用いても良い。 The organic solvent used is not particularly limited as long as it does not inhibit the produced FRL, HMF, and their acetalization reaction, but is not particularly limited, and is, for example, diethyl ether, tetrahydrofuran (THF), tetrahydropyran, dipropyl. 4 carbon atoms such as ether, diisopropyl ether, methyl-tert-butyl ether, butyl ether, pentyl ether, hexyl ether, octyl ether, nonyl ether, decyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, etc. ~ 20 ethers; 2-butanone, 2-pentanone, 3-pentanone, 2-hexanone, 3-hexanone, cyclohexanone, 4-methyl-2-pentanone, 2-heptanone, 5-methyl-2-hexanone, 2, 4-Dimethylpentanone, 5-Nonanone, 4-Decanone, 5-Decanone, 2-Undecanone, 4-Undecanone, 3-Dodecanone, 2-Tridecanone, 2-Tetradecanone, 4-Tetradecanone, 2-Pentadecanone, 3-Pentadecanone, 7-Pentadecanone, 2-hexadecanone, 3-hexadecanone, 4-hexadecanone, 6-hexadecanone, 2-heptadecanone, 4-heptadecanone, 9-heptadecanone, 3-octadecanone, acetophenone and other ketones having 4 to 20 carbon atoms; ethyl acetate , Ethers such as propyl acetate, butyl acetate; methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol, 2-methyl-2-propanol, 1-pen Tanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 3-methyl-1-butanol, 2,2-dimethyl-1-propanol, 1-hexanol, 2-hexanol, 3-hexanol, 2-methyl-1-pentanol , 1-heptanol, 2-heptanol, 1-octanol, 2-octanol, 3-octanol, 2-ethyl-1-hexanol, 1-nonanol, 1-decanol, 1-undecyl alcohol, 1-lauryl alcohol, 1- Tridecyl alcohol, 1-tetradecanol, 1-pentadecyl alcohol, 1-hexadecanol, cis-9-hexadecene-1-ol, 1-heptadecanol, 1-octadecanol, 16-methylheptadecene- 1-o Monoalcohols having 1 to 20 carbon atoms such as ru, nonadesyl alcohols and arachidyl alcohols; phenols having 6 to 12 carbon atoms such as phenols, methylphenols, ethylphenols, propylphenols and butylphenols; pentane, hexanes and cyclohexanes. , Heptane, octane, nonane, decane, dodecane, isododecane and other saturated aliphatic hydrocarbon compounds having 3 to 12 carbon atoms; toluene, xylene, trimethylbenzene, 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene, 1-methylnaphthalene and the like. Aromatic hydrocarbons; lactones such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone; halogenated hydrocarbons such as dichloromethane, chloroform, dichloroethane, tetrachloroethane, hexachloroethane; others, dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, N-Methylmorpholin, N-methyl-2-pyrrolidinone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, hexamethylphosphate triamide, tetramethylurea, dimethylsulfoxide, sulfolane, isosorbide, isosorbidodimethylether, propylene carbonate, and these. Examples thereof include a mixture of. Others, for example, pyrrolidinium salts such as 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bromide; piperidinium salts such as 1-butyl-1-methylpiperidinium triflate; pyridinium salts such as 1-butylpyridinium tetrafluoroborate; 1- Imidazolium salts such as ethyl-3-methylimidazolium chloride; ammonium salts such as tetrabutylammonium chloride; phosphonium salts such as tetrabutylphosphonium bromide; sulfonium salts such as triethylsulfonium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, etc. A liquid may be used.

これらの中では、前記有機溶媒が、エーテル、ケトン、エステル、アルコール、フェノール、ラクトン、芳香族炭化水素、ハロゲン化炭化水素および飽和脂肪族炭化水素よりなる群の少なくとも1つから選ばれることが好ましい。これらの中では、環境負荷が少ないという理由からは、エーテル、ケトン、エステル、アルコール、フェノール、ラクトン、芳香族炭化水素、および飽和脂肪族炭化水素よりなる群の少なくとも1つから選ばれることが好ましい。 Among these, it is preferable that the organic solvent is selected from at least one of the group consisting of ethers, ketones, esters, alcohols, phenols, lactones, aromatic hydrocarbons, halogenated hydrocarbons and saturated aliphatic hydrocarbons. .. Among these, it is preferable to be selected from at least one of the group consisting of ethers, ketones, esters, alcohols, phenols, lactones, aromatic hydrocarbons, and saturated aliphatic hydrocarbons because of their low environmental impact. ..

また、2層系で反応を行う場合は、環状アセタール体の抽出効率が高く、また、有機溶媒の水への溶解量が少ない点で、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、アセトフェノン、シクロヘキサノン、1−ブタノール、2−ブタノール、1−ペンタノール、1−ヘキサノール、プロピルフェノール、ブチルフェノール、ブチルフェノール、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、1,2,3,4−テトラヒドロナフタレン、1−メチルナフタレン、シクロヘキサン、イソドデカンが好ましく、これらの中では特に、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ブチルフェノール、シクロヘキサノン、トルエンが好ましい。これらの有機溶媒は溶媒の回収・再利用を考慮すると1種のみを用いるのが好ましいが、2種以上を用いてもよい。 Further, when the reaction is carried out in a two-layer system, the extraction efficiency of the cyclic acetal compound is high, and the amount of the organic solvent dissolved in water is small, so that methylethylketone, methylisobutylketone, acetophenone, cyclohexanone, 1-butanol, 2-butanol, 1-pentanol, 1-hexanone, propylphenol, butylphenol, butylphenol, toluene, xylene, trimethylbenzene, 1,2,3,4-tetrahydronaphthalene, 1-methylnaphthalene, cyclohexane, isododecane are preferable. Of these, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, butyl phenol, cyclohexanone, and toluene are particularly preferable. It is preferable to use only one of these organic solvents in consideration of recovery and reuse of the solvent, but two or more of these organic solvents may be used.

本発明において、水と有機溶媒の混合溶媒を用いる際の有機溶媒の使用量は、本発明の趣旨を損ねない限り、特に限定されないが、水に対して10〜5000質量%であることが好ましく、特に10〜1000質量%であることが好ましい。上記範囲よりも有機溶媒の使用量が少な過ぎると、生成するFRLやHMF又はそれらの環状アセタール体の重合や分解反応が起こりやすく、それに伴いアセタール中間体の収率が低下する傾向があり、一方、多過ぎると、生成する環状アセタール中間体を回収する際に多量の有機溶媒を除去する必要が生じ、回収効率が低下し、プロセスが煩雑化するばかりでなく、反応設備が大きくなり経済的に不利になる傾向がある。 In the present invention, the amount of the organic solvent used when using a mixed solvent of water and an organic solvent is not particularly limited as long as the gist of the present invention is not impaired, but is preferably 10 to 5000% by mass with respect to water. In particular, it is preferably 10 to 1000% by mass. If the amount of the organic solvent used is too small than the above range, the resulting FRL, HMF or their cyclic acetals are likely to undergo polymerization or decomposition reactions, and the yield of the acetal intermediates tends to decrease accordingly. If the amount is too large, it becomes necessary to remove a large amount of organic solvent when recovering the generated cyclic acetal intermediate, which not only reduces the recovery efficiency and complicates the process, but also increases the reaction equipment and is economical. It tends to be disadvantageous.

従って、糖類原料として、糖液を用いる場合は、糖液中の水に対して、上記範囲となるように有機溶媒或いは水と有機溶媒を添加することが好ましい。 Therefore, when a sugar solution is used as the sugar raw material, it is preferable to add an organic solvent or water and an organic solvent to the water in the sugar solution so as to fall within the above range.

HMFの環状アセタール化のために添加するジオール(以下「環状アセタール化用ジオール」と称す場合がある。)は、生成させる環状アセタール中間体の種類に応じて適宜決定され、PD−HMFの製造には6員環骨格のアセタールを形成可能なジオールが、EG−HMFの製造には5員環骨格のアセタールを形成可能なジオールが使用される。具体的には、PD−HMFの製造には1,3−プロパンジオールが、EG−HMFの製造にはエチレングリコールが代表的な例として例示されるが、何らこれらに限定されるものではなく、炭素数1〜6のアルキル基やアルキル置換基を有していてもよい炭素数6〜12のアリール基を置換基として有する2−メチル−1,3−プロパンジオール、ネオペンチルグリコール、1,3−ブタンジオール、1,3−ペンタンジオール、1−フェニル−1,3−プロパンジオール、2−フェニル−1,3−プロパンジオール、1,2−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,2−ペンタンジオール、1−フェニル−エチレングリコールなどであっても良い。また、カテコールも好適に用いられる。これらの環状アセタール化用ジオールは2種以上を用いることも可能であるが、通常1種類が用いられる。尚、本発明においては、環状アセタール化剤として上記のジオールを反応試剤として使用するが、該ジオールを上記の有機溶媒として使用することもでき、その後の反応溶媒の回収、精製工程での煩雑さが回避できる理由から、ジオールを溶媒兼アセタール化剤として使用する手法は、好ましい態様の一つである。 The diol added for cyclic acetalization of HMF (hereinafter, may be referred to as “cyclic acetalization diol”) is appropriately determined according to the type of cyclic acetal intermediate to be produced, and is used in the production of PD-HMF. Is a diol capable of forming a 6-membered ring skeleton acetal, and a diol capable of forming a 5-membered ring skeleton acetal is used for the production of EG-HMF. Specifically, 1,3-propanediol is exemplified for the production of PD-HMF, and ethylene glycol is exemplified for the production of EG-HMF, but the production is not limited to these. 2-Methyl-1,3-propanediol, neopentyl glycol, 1,3 having an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or an aryl group having 6 to 12 carbon atoms as a substituent. -Butanediol, 1,3-pentanediol, 1-phenyl-1,3-propanediol, 2-phenyl-1,3-propanediol, 1,2-propanediol, 1,2-butanediol, 1,2 -Pentanediol, 1-phenyl-ethylene glycol and the like may be used. Catechol is also preferably used. Although it is possible to use two or more of these cyclic acetalization diols, one type is usually used. In the present invention, the above diol is used as a reaction reagent as the cyclic acetalizing agent, but the diol can also be used as the above organic solvent, which complicates the subsequent recovery and purification steps of the reaction solvent. The method of using the diol as a solvent and acetalizing agent is one of the preferred embodiments because the above can be avoided.

反応溶媒に対するバイオマス原料及び/又は糖類原料の使用量は、特に反応を不均一系で実施する際は特に制限はない。 The amount of the biomass raw material and / or the saccharide raw material used with respect to the reaction solvent is not particularly limited when the reaction is carried out in a heterogeneous system.

反応溶媒に原料を溶かして均一系で行う場合、反応溶媒に対する原料の濃度として、通常、その下限は、0.1質量%以上であり、好ましくは1質量%以上、より好まくは5質量%以上、更に好ましくは10質量%以上、特に好ましくは15質量%以上である。一方、その上限は、50質量%以下であり、好ましくは30質量%以下、より好まくは25質量%以下である。原料濃度が上記下限値以上であると、環状アセタール中間体と溶媒との分離効率が高くなる傾向があり、原料濃度が上記上限値以下であると副反応を抑制でき環状アセタール体の収率が高くなる傾向があり、好ましい。なお、反応を均一系で行う際の反応液中の原料の濃度とは、2段法の場合は、反応に用いられる溶媒(糖液を用いる場合、糖液中の水を含む)と触媒と原料との合計に対する原料の割合であり、1段法の場合は、更に上記の環状アセタール化用ジオールを加えた合計に対する原料の割合である。 When the raw material is dissolved in the reaction solvent and carried out in a uniform system, the lower limit of the concentration of the raw material with respect to the reaction solvent is usually 0.1% by mass or more, preferably 1% by mass or more, and more preferably 5% by mass. As mentioned above, it is more preferably 10% by mass or more, and particularly preferably 15% by mass or more. On the other hand, the upper limit is 50% by mass or less, preferably 30% by mass or less, and more preferably 25% by mass or less. When the raw material concentration is at least the above lower limit, the separation efficiency between the cyclic acetal intermediate and the solvent tends to be high, and when the raw material concentration is at least the above upper limit, side reactions can be suppressed and the yield of the cyclic acetal is increased. It tends to be high and is preferable. In the case of the two-step method, the concentration of the raw material in the reaction solution when the reaction is carried out in a uniform system is the solvent used for the reaction (when a sugar solution is used, water in the sugar solution is included) and the catalyst. It is the ratio of the raw material to the total with the raw material, and in the case of the one-step method, it is the ratio of the raw material to the total to which the above-mentioned cyclic acetalizing diol is further added.

2段法の場合、HMFを得る脱水反応の反応温度は、100℃以上であることが好ましく、より好ましくは120℃以上であって、250℃以下であることが好ましく、より好ましくは230℃以下である。反応温度が上記下限値以上であると、反応の進行が速くなる傾向があり、生成物の生産性が向上する。反応温度が上記上限値以下であると、生成物及び反応中間体の分解や重合を抑制し、生成物の収率を向上させる傾向があるため好ましい。また、2段法の場合、脱水反応でFRLやHMFを生成させた後、生成FRLやHMFを単離/精製して、或いは単離/精製せずに上記の環状アセタール化用ジオールを添加して更に脱水・環状アセタール化を行って、FRL又はHMFの環状アセタール体を得てもよい。環状アセタール化に用いる前述の環状アセタール化用ジオールは、想定されるFRL又はHMFの生成当量以上であればよく、通常想定されるFRL又はHMFの生成量に対して1〜10当量倍用いられるが、環状アセタール化用ジオールを溶媒として使用する際には特に制限されない。環状アセタール化の際の反応は温度10〜150℃で行うことが好ましい。 In the case of the two-step method, the reaction temperature of the dehydration reaction for obtaining HMF is preferably 100 ° C. or higher, more preferably 120 ° C. or higher, preferably 250 ° C. or lower, and more preferably 230 ° C. or lower. Is. When the reaction temperature is equal to or higher than the above lower limit, the reaction tends to proceed faster, and the productivity of the product is improved. When the reaction temperature is not more than the above upper limit value, decomposition and polymerization of the product and the reaction intermediate tend to be suppressed, and the yield of the product tends to be improved, which is preferable. Further, in the case of the two-step method, after FRL and HMF are produced by a dehydration reaction, the produced FRL and HMF are isolated / purified, or the above-mentioned cyclic acetalization diol is added without isolation / purification. Further dehydration and cyclic acetalization may be carried out to obtain a cyclic acetal compound of FRL or HMF. The above-mentioned diol for cyclic acetalization used for cyclic acetalization may be equal to or greater than the expected production equivalent of FRL or HMF, and is usually used 1 to 10 times the expected production equivalent of FRL or HMF. , The case where the cyclic acetalization diol is used as a solvent is not particularly limited. The reaction during cyclic acetalization is preferably carried out at a temperature of 10 to 150 ° C.

また、1段法の場合、反応液中の単糖類濃度及び反応溶媒中の有機溶媒量が前述の範囲となるように、単糖類又は糖液に溶媒を加え、更に前述の環状アセタール化用ジオールを想定されるFRL又はHMFの生成量に対して1〜10当量倍添加して、反応温度は、その下限は、通常100℃以上、好ましくは120℃以上であって、一方、その上限は、通常250℃以下、好ましくは230℃以下で、脱水及び環状アセタール化反応を行うことが好ましい。 Further, in the case of the one-step method, a solvent is added to the monosaccharide or the sugar solution so that the concentration of the monosaccharide in the reaction solution and the amount of the organic solvent in the reaction solvent are within the above-mentioned ranges, and the above-mentioned diol for cyclic acetalization is further added. Is added 1 to 10 times as much as the expected amount of FRL or HMF produced, and the lower limit of the reaction temperature is usually 100 ° C. or higher, preferably 120 ° C. or higher, while the upper limit thereof is. It is preferable to carry out the dehydration and cyclic acetalization reaction at 250 ° C. or lower, preferably 230 ° C. or lower.

このようにして2段法又は1段法で環状アセタール中間体を生成させた反応液は、そのまま、以下の目的生成物に応じてアルコール存在下での酸化的エステル化工程や水存在下での酸化工程に供してもよく、生成した環状アセタール中間体を単離/精製した後、該酸化的エステル化工程や該酸化工程に供してもよい。 The reaction solution in which the cyclic acetal intermediate is produced by the two-step method or the one-step method in this manner is used as it is in an oxidative esterification step in the presence of alcohol or in the presence of water according to the following target products. It may be subjected to an oxidation step, or the produced cyclic acetal intermediate may be isolated / purified and then subjected to the oxidative esterification step or the oxidation step.

[酸化的エステル化及び酸化]
本発明では、バイオマス原料および/又は糖類原料からの脱水・環状アセタール化工程を経て、酸化的エステル化または酸化により、それぞれ、カルボン酸エステルまたはカルボン酸を製造する。
環状アセタール中間体の酸化的エステル化または酸化は、触媒の存在下に行うことが好ましく、酸化的エステル化触媒および酸化触媒としては、酸化能を有する金属或いは金属化合物であれば限定されないが、例えば白金、パラジウム、ニッケル、鉄、ルテニウム、コバルト等の周期表第8〜10族金属及びその化合物、銅、銀、金等の周期表第11族金属及びその化合物、亜鉛等の周期表第12族金属及びその化合物、インジウム等の周期表第13族金属及びその化合物、錫、鉛等の周期表第14族金属及びその化合物、マンガン、レニウム等の周期表第7族金属及びその化合物、クロム、モリブデンなどの周期表第6族金属及びその化合物、ニオブ、タンタル等の周期表第5族金属及びその化合物、ジルコニウム等の周期表第4族金属及びその化合物、スカンジウムなどの周期表第3族金属及びその化合物、マグネシウム、カルシウム等の周期表第2族金属及びその化合物、セシウム等の周期表第1族金属及びその化合物、ならびにこれらの金属の混合物(合金を含む)などが挙げられる。特に周期表第6〜12族の金属及びその化合物ならびにこれらの混合物(合金を含む)が好ましく、更に周期表第7〜11族の金属及びその化合物がより好ましく、特にその中でも白金、パラジウム、レニウム、マグネシウム、銅、銀、金、亜鉛、マンガン、コバルト及びその化合物が好ましく、白金、パラジウム、レニウム、銅、銀、金、コバルト、マンガン及びその化合物などが最も好適に用いられる。化合物としてはこれら金属の酸化物、アルコキシ化合物、アルキル化合物、有機酸塩等が挙げられるが、好ましくは金属元素及び金属の酸化物である。また、これら金属触媒は各種担体に担持した金属担持触媒として用いられるのが好ましい。担体としては、炭素、シリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、ニオビア、セリア、酸化タングステン、シリコン−カーバイド、ボロン−カーバイド、チタン−カーバイド、珪藻土、層状ケイ酸塩等の天然鉱物等が挙げられる。この中でも炭素、チタニア、セリアが触媒の調製のしやすさ及び活性の点で好ましい。これらの触媒は単独でも2種以上を同時に用いても、後から追加して用いても良い。
[Oxidative esterification and oxidation]
In the present invention, a carboxylic acid ester or a carboxylic acid is produced by oxidative esterification or oxidation through a dehydration / cyclic acetalization step from a biomass raw material and / or a saccharide raw material, respectively.
The oxidative esterification or oxidation of the cyclic acetal intermediate is preferably carried out in the presence of a catalyst, and the oxidative esterification catalyst and the oxidation catalyst are not limited as long as they are a metal or a metal compound having an oxidizing ability, for example. Periodic Table of Platinum, Palladium, Nickel, Iron, Luthenium, Cobalt, etc. Group 8-10 Metals and their compounds, Periodic Table of Copper, Silver, Gold, etc. Group 11 Metals and their compounds, Periodic Table Group 12 of zinc, etc. Metals and their compounds, Periodic Table Group 13 metals and their compounds such as indium, Periodic Table Group 14 metals and their compounds such as tin and lead, Periodic Table Group 7 metals and their compounds such as manganese and renium, Chromium, Periodic Table Group 6 metals and their compounds such as molybdenum, Periodic Table Group 5 metals and their compounds such as niobium and tantalum, Periodic Table Group 4 metals and their compounds such as zirconium, Periodic Table Group 3 metals such as scandium And their compounds, Group 2 metals of the Periodic Table such as magnesium and calcium and their compounds, Group 1 metals of the Periodic Table such as cesium and their compounds, and mixtures (including alloys) of these metals. In particular, metals of Groups 6 to 12 of the Periodic Table and their compounds and mixtures thereof (including alloys) are preferable, and metals of Groups 7 to 11 of the Periodic Table and their compounds are more preferable, and among them, platinum, palladium and renium are particularly preferable. , Magnesium, copper, silver, gold, zinc, manganese, cobalt and compounds thereof are preferred, and platinum, palladium, renium, copper, silver, gold, cobalt, manganese and compounds thereof are most preferably used. Examples of the compound include oxides of these metals, alkoxy compounds, alkyl compounds, organic acid salts and the like, but metal elements and oxides of metals are preferable. Further, these metal catalysts are preferably used as metal-supporting catalysts supported on various carriers. Examples of the carrier include natural minerals such as carbon, silica, alumina, titania, zirconia, niobia, ceria, tungsten oxide, silicon-carbide, boron-carbide, titanium-carbide, diatomaceous earth, and layered silicate. Of these, carbon, titania, and ceria are preferable in terms of ease of catalyst preparation and activity. These catalysts may be used alone, in combination of two or more, or may be additionally used later.

金属担持触媒としては、金/炭素、金/チタニア、金/ジルコニア、金/セリア、白金/炭素、白金/チタニア、白金/セリア、パラジウム/炭素、パラジウム/シリカ、パラジウム/アルミナ、レニウム/炭素、レニウム/シリカ、レニウム/アルミナ、コバルト/炭素、コバルト/チタニア、コバルト/セリアが好ましく、金/炭素、金/チタニア、金/ジルコニア、金/セリア、白金/炭素、パラジウム/炭素、パラジウム/シリカ、レニウム/炭素、レニウム/シリカ、コバルト/炭素、コバルト/チタニア、コバルト/セリアがより好ましく、中でも金/チタニア、金/ジルコニア、金/セリア、コバルト/炭素が、反応活性が高く、使用後の金属の回収が容易であるという点で特に好ましい。 Metal-bearing catalysts include gold / carbon, gold / titania, gold / zirconia, gold / ceria, platinum / carbon, platinum / titania, platinum / ceria, palladium / carbon, palladium / silica, palladium / alumina, renium / carbon, Renium / silica, renium / alumina, cobalt / carbon, cobalt / titania, cobalt / ceria are preferred, gold / carbon, gold / titania, gold / zirconia, gold / ceria, platinum / carbon, palladium / carbon, palladium / silica, Renium / carbon, renium / silica, cobalt / carbon, cobalt / titania, and cobalt / ceria are more preferable, among which gold / titania, gold / zirconia, gold / ceria, and cobalt / carbon have high reactive activity and are used metals. Is particularly preferable in that it is easy to recover.

上記の酸化エステル化触媒または酸化触媒の使用量は原料に対する金属換算量として0.002質量ppm以上100000質量ppm以下であることが好ましい。酸化エステル化触媒または酸化触媒の使用量の下限は原料に対する金属換算量として0.02質量ppmであることがさらに好ましく、0.2質量ppmであることがより好ましく、2質量ppmであることが最も好ましい。酸化エステル化触媒または酸化触媒の使用量の上限は原料に対する金属換算量で50000質量ppmであることがさらに好ましく、20000質量ppmであることがより好ましく、10000質量ppmであることが最も好ましい。上記触媒の使用量が0.002質量ppmより少ないと反応時間がかかり過ぎて非効率的であり、100000質量ppmより多いと触媒にかかるコストが高くなり不経済であると共に、後処理の負荷が大きくなり、さらには生成物が着色しやすくなる等の点で不利である。 The amount of the oxidation esterification catalyst or the oxidation catalyst used is preferably 0.002 mass ppm or more and 100,000 mass ppm or less as a metal equivalent amount with respect to the raw material. The lower limit of the amount of the oxidation esterification catalyst or the oxidation catalyst used is more preferably 0.02 mass ppm, more preferably 0.2 mass ppm, and 2 mass ppm as the metal equivalent amount with respect to the raw material. Most preferred. The upper limit of the amount of the oxidation esterification catalyst or the oxidation catalyst used is more preferably 50,000 mass ppm in terms of metal with respect to the raw material, more preferably 20,000 mass ppm, and most preferably 10,000 mass ppm. If the amount of the catalyst used is less than 0.002 mass ppm, the reaction time will be too long and inefficient, and if it is more than 100,000 mass ppm, the cost of the catalyst will be high, which is uneconomical and the post-treatment load will be high. It is disadvantageous in that it becomes large and the product is easily colored.

HMFやFRLの環状アセタールの酸化反応においては、塩基を存在させると、環状アセタールの安定性が向上して反応中間体の重合や開環反応といった副反応を抑制することができると共に、目的とするカルボン酸エステルやカルボン酸の収率を向上させることができる場合があるため、酸化反応は塩基存在下で反応を行っても良い。このような塩基としては、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム等の無機塩基、トリエチルアミン等の有機塩基が挙げられるが、生成物からの除去効率が良い理由から、これらの中では無機塩基が好ましい。 In the oxidation reaction of cyclic acetals of HMF and FRL, the presence of a base improves the stability of the cyclic acetals and suppresses side reactions such as polymerization of reaction intermediates and ring-opening reactions. Since the yield of the carboxylic acid ester or the carboxylic acid may be improved, the oxidation reaction may be carried out in the presence of a base. Examples of such bases include inorganic bases such as sodium hydroxide, sodium carbonate, sodium hydrogencarbonate, potassium hydroxide, potassium carbonate and potassium hydrogencarbonate, and organic bases such as triethylamine, but the removal efficiency from the product is high. Of these, inorganic bases are preferred for good reasons.

塩基を存在させて酸化反応を行う際の塩基の使用量は、特に限定されないが、HMFやFRLの環状アセタールに対して、その下限は、0.01当量以上、好ましくは0.1当量以上であり、その上限は、10当量以下、好ましくは、5当量以下、より好ましくは、3当量以下である。このような使用量を採用することにより、環状アセタールの安定性が向上して反応中間体の重合や開環反応といった副反応を抑制することができると共に、目的とするカルボン酸エステルやカルボン酸の収率を向上させることができる。 The amount of the base used when carrying out the oxidation reaction in the presence of the base is not particularly limited, but the lower limit thereof is 0.01 equivalent or more, preferably 0.1 equivalent or more with respect to the cyclic acetal of HMF or FRL. Yes, the upper limit is 10 equivalents or less, preferably 5 equivalents or less, more preferably 3 equivalents or less. By adopting such an amount, the stability of the cyclic acetal can be improved and side reactions such as polymerization of reaction intermediates and ring-opening reaction can be suppressed, and at the same time, the target carboxylic acid ester or carboxylic acid can be used. The yield can be improved.

HMFやFRLの環状アセタールの酸化反応において、金属触媒存在下で反応を行う際に、反応器内に気体を流通させながら反応を行う。好ましくは、その気体中に酸素が含有されているのが好ましい。 In the oxidation reaction of cyclic acetals of HMF and FRL, when the reaction is carried out in the presence of a metal catalyst, the reaction is carried out while passing a gas through the reactor. Preferably, oxygen is contained in the gas.

酸化反応に用いる酸素源としては、酸素含有有機化合物、無機過酸化物、酸素含有気体など特に限定はされないが、反応終了後に分離精製の必要がない気体の酸素或いは空気等の酸素含有ガスを用い、酸素含有ガスを反応器内に流通させながら行うことが好ましい。 The oxygen source used in the oxidation reaction is not particularly limited, such as an oxygen-containing organic compound, an inorganic peroxide, and an oxygen-containing gas, but an oxygen-containing gas such as oxygen or air, which is a gas that does not need to be separated and purified after the reaction is completed, is used. , It is preferable to carry out the operation while circulating the oxygen-containing gas in the reactor.

酸素含有ガスを用いる場合、酸素含有ガス中の酸素含有量は20体積%以上が好ましく、50体積%以上がより好ましく、更に純酸素(99%以上)を用いることは、特に好ましい。酸素は気相に導入しても、反応液に吹き込んでも良いが反応層に吹き込む方がより好ましい。 When an oxygen-containing gas is used, the oxygen content in the oxygen-containing gas is preferably 20% by volume or more, more preferably 50% by volume or more, and it is particularly preferable to use pure oxygen (99% or more). Oxygen may be introduced into the gas phase or blown into the reaction solution, but it is more preferable to blow oxygen into the reaction layer.

環状アセタールの酸化反応を行う際の反応温度は、室温以上200℃以下が好ましいが、反応温度の下限は30℃がより好ましく、さらに40℃が好ましく、60℃が最も好ましい。上限は180℃がより好ましく、150℃が更に好ましく、130℃が最も好ましい。反応温度が低すぎると反応時間が長時間必要となり、反応温度が高すぎると反応が激しすぎて制御困難になったり、着色の原因となり好ましくない。 The reaction temperature when carrying out the oxidation reaction of the cyclic acetal is preferably room temperature or higher and 200 ° C. or lower, but the lower limit of the reaction temperature is more preferably 30 ° C., further preferably 40 ° C., and most preferably 60 ° C. The upper limit is more preferably 180 ° C, even more preferably 150 ° C, and most preferably 130 ° C. If the reaction temperature is too low, a long reaction time is required, and if the reaction temperature is too high, the reaction becomes too vigorous, which makes control difficult or causes coloring, which is not preferable.

酸素含有ガスを流通させる時間は、流通させる酸素含有ガスが反応器内にはじめに導入された時間を開始点とし、通常10分〜30時間、好ましくは30分〜20時間、より好ましくは1時間〜10時間、更に好ましくは1時間〜5時間である。この時間が短すぎると、反応が激しすぎて反応温度の制御が困難であり、また、長すぎると製造コストが高くなり好ましくない。尚、連続で酸化反応を行う場合には、反応時間はこの限りではない。 The time for circulating the oxygen-containing gas starts from the time when the oxygen-containing gas to be circulated is first introduced into the reactor, and is usually 10 minutes to 30 hours, preferably 30 minutes to 20 hours, more preferably 1 hour to. It is 10 hours, more preferably 1 to 5 hours. If this time is too short, the reaction will be too violent and it will be difficult to control the reaction temperature, and if it is too long, the manufacturing cost will be high, which is not preferable. When the oxidation reaction is continuously carried out, the reaction time is not limited to this.

酸素含有ガスを反応器に流通させる速度としては、通常1mL/分〜100L/分、好ましくは10mL/分〜10L/分、より好ましくは100mL/分〜5L/分、更に好ましくは500mL/分〜1L/分である。この時間が遅すぎると、反応速度が遅くなり生産効率が悪く製造コストが高くなり好ましくない。また、速すぎると酸素の消費効率が悪く酸素使用量が増え、コストが高くなり好ましくない。 The rate at which the oxygen-containing gas is circulated through the reactor is usually 1 mL / min to 100 L / min, preferably 10 mL / min to 10 L / min, more preferably 100 mL / min to 5 L / min, and even more preferably 500 mL / min to 500 mL / min. It is 1 L / min. If this time is too slow, the reaction rate will be slow, the production efficiency will be poor, and the production cost will be high, which is not preferable. Further, if it is too fast, the oxygen consumption efficiency is poor and the amount of oxygen used increases, which increases the cost and is not preferable.

また、流通方法としては、反応器の液層に吹き込む方法、又は反応器の気層部分に吹き込む方法等が挙げられるが、好ましくは、反応器の液層に吹き込む方法である。
酸素含有ガスは、連続的に流通させても間欠的に流通させてもよいが、好ましくは連続的に流通させる方法である。間欠的に流通させる際は、酸素が不足しないように間欠流通の間隔をあまり長くなりすぎないように調製することが好ましい。
また酸素含有ガスは、反応容器内に加圧になる様に供給して酸化反応を行っても良い。その際の反応圧力は、通常0.1MPa以上、好ましくは0.3MPa以上、より好ましくは0.4MPa以上で、通常15MPa以下、好ましくは10MPa以下、より好ましくは5MPa以下、更に好ましくは3MPa以下、特に好ましくは1MPa以下である。一般的には、反応圧力を上昇させると反応速度が向上する為好ましい態様である一方、高い反応圧力で実施するには特別に耐圧性を高めた反応器等の設備が必要となるほか、酸化能力が上るため副反応が顕著になる可能性がある。
In addition, examples of the distribution method include a method of blowing into the liquid layer of the reactor, a method of blowing into the air layer portion of the reactor, and the like, and a method of blowing into the liquid layer of the reactor is preferable.
The oxygen-containing gas may be continuously or intermittently distributed, but it is preferably a method of continuously distributing the gas. In the case of intermittent distribution, it is preferable to prepare so that the interval of intermittent distribution is not too long so as not to run out of oxygen.
Further, the oxygen-containing gas may be supplied into the reaction vessel so as to be pressurized to carry out the oxidation reaction. The reaction pressure at that time is usually 0.1 MPa or more, preferably 0.3 MPa or more, more preferably 0.4 MPa or more, usually 15 MPa or less, preferably 10 MPa or less, more preferably 5 MPa or less, still more preferably 3 MPa or less. Especially preferably, it is 1 MPa or less. In general, increasing the reaction pressure improves the reaction rate, which is a preferable embodiment. On the other hand, in order to carry out at a high reaction pressure, equipment such as a reactor with specially increased pressure resistance is required, and oxidation Vaccine reactions can be prominent due to increased capacity.

酸化的エステル化における反応溶媒としては、原料の環状アセタールを溶解する溶媒であれば特に限定されず、前述の脱水・環状アセタール化における反応溶媒と同様のものそのままや前述のジオールを用いることができる。環状アセタール中間体を単離した後酸化的エステル化を行う場合は、溶媒は必ずしも混合溶媒である必要はなく、モノアルコールやジオール等のアルコールの単一溶媒を用いてもよい。
酸化における反応溶媒としては、原料の環状アセタールを溶解する水が含有された溶媒であれば特に限定されず、前述の脱水・環状アセタール化における反応溶媒と水の混合溶媒や前述のジオールと水との混合溶媒、或いは水溶媒を用いることができる。環状アセタール中間体を単離した後に酸化を行う場合は、溶媒は必ずしも混合溶媒である必要はなく、水溶媒を用いてもよい。ここで、水との混合溶媒を使用する際の水の含有量は、環状アセタール中間体に対して1当量以上であれば特に限定されないが、通常、体積比として、下限は1体積%以上、好ましくは、10体積%以上、より好ましくは50体積%以上であり、上限には制限が無い。
The reaction solvent in the oxidative esterification is not particularly limited as long as it is a solvent that dissolves the cyclic acetal as a raw material, and the same solvent as the reaction solvent in the dehydration / cyclic acetalization described above or the diol described above can be used. .. When the cyclic acetal intermediate is isolated and then oxidatively esterified, the solvent does not necessarily have to be a mixed solvent, and a single solvent of an alcohol such as monoalcohol or diol may be used.
The reaction solvent in the oxidation is not particularly limited as long as it is a solvent containing water that dissolves the cyclic acetal as a raw material, and the above-mentioned mixed solvent of the reaction solvent and water in the dehydration / cyclic acetalization and the above-mentioned diol and water A mixed solvent of the above or an aqueous solvent can be used. When the cyclic acetal intermediate is isolated and then oxidized, the solvent does not necessarily have to be a mixed solvent, and an aqueous solvent may be used. Here, the content of water when a mixed solvent with water is used is not particularly limited as long as it is 1 equivalent or more with respect to the cyclic acetal intermediate, but usually, as a volume ratio, the lower limit is 1 volume% or more. It is preferably 10% by volume or more, more preferably 50% by volume or more, and there is no upper limit.

反応溶媒の使用量は、特に限定されないが、原料の環状アセタールに対して、質量比で、下限は、通常1倍以上、好ましくは2倍以上、より好ましくは3倍以上、更に好ましくは4倍以上、最も好ましくは5倍以上であり、一方、上限は、通常100倍以下、好ましくは50倍以下、より好ましくは30倍以下、更に好ましくは20倍以下、最も好ましくは8倍以下である。溶媒の使用量が多すぎると、反応容器が大きくなりすぎ、生産効率が低下して経済性が求められる工業プロセスとして好ましくない。また、少なすぎると、反応速度が低下して反応時間が長くなる傾向があり好ましくない場合がある。しかしながら、本発明のアセタール中間体は、熱安定性ならびに重合安定性に優れ、酸化反応において、高濃度条件下でもフミン等のオリゴマーならびにポリマーやレブリン酸等の副生が起こりにくい特徴があるため、溶媒の使用量をより低減させた、すなわち、より高濃度条件下でのカルボン酸エステルおよびカルボン酸の生産が可能となる。 The amount of the reaction solvent used is not particularly limited, but the lower limit of the mass ratio with respect to the cyclic acetal of the raw material is usually 1 time or more, preferably 2 times or more, more preferably 3 times or more, still more preferably 4 times. As mentioned above, it is most preferably 5 times or more, while the upper limit is usually 100 times or less, preferably 50 times or less, more preferably 30 times or less, still more preferably 20 times or less, and most preferably 8 times or less. If the amount of the solvent used is too large, the reaction vessel becomes too large, the production efficiency is lowered, and it is not preferable as an industrial process in which economic efficiency is required. On the other hand, if the amount is too small, the reaction rate tends to decrease and the reaction time tends to be long, which may be unfavorable. However, the acetal intermediate of the present invention is excellent in thermal stability and polymerization stability, and has a characteristic that oligomers such as fumin and by-products such as polymers and levulinic acid are less likely to occur in the oxidation reaction even under high concentration conditions. It is possible to produce carboxylic acid esters and carboxylic acids under higher concentration conditions, that is, the amount of solvent used is further reduced.

本発明では、環状アセタール中間体の酸化的エステル化を行う際には、反応系にアルコールが共存することで、フランジカルボン酸のアルコールエステルが生成する。ここで共存するアルコールが前工程の脱水・環状アセタール化工程で添加した環状アセタール化用ジオールであれば、前述の通り、フランジカルボン酸のヒドロキシアルキルエステルが生成するが、ジオールではなく、モノオールが共存すれば、フランジカルボン酸のアルキルエステルを製造することができる。また、ジオール又はモノオールが、環状アセタール中間体に対して2当量以上存在すれば、フランジカルボン酸のジエステルが生成し、2当量未満の場合は、モノエステルが生成する場合がある。 In the present invention, when the cyclic acetal intermediate is oxidatively esterified, an alcohol coexists in the reaction system to produce an alcohol ester of a flange carboxylic acid. If the alcohol coexisting here is a cyclic acetalizing diol added in the dehydration / cyclic acetalization step of the previous step, a hydroxyalkyl ester of the flange carboxylic acid is produced as described above, but monool is produced instead of the diol. When coexisting, an alkyl ester of a flange carboxylic acid can be produced. Further, if the diol or monool is present in an amount of 2 equivalents or more with respect to the cyclic acetal intermediate, a diester of a flange carboxylic acid may be formed, and if it is less than 2 equivalents, a monoester may be formed.

本発明のカルボン酸エステルの製造方法では、好ましくは前述の脱水・環状アセタール化工程に引き続いて酸化的エステル化工程が行われるため、この酸化的エステル化反応系内に存在するアルコールは、脱水・環状アセタール化反応のために添加した環状アセタール化用ジオールの未反応残留分である場合が多く、その場合には、フランジカルボン酸のヒドロキシアルキルエステルが生成する。 In the method for producing a carboxylic acid ester of the present invention, an oxidative esterification step is preferably carried out following the above-mentioned dehydration / cyclic acetalization step, so that the alcohol existing in this oxidative esterification reaction system is dehydrated. In many cases, it is an unreacted residue of the cyclic acetalification diol added for the cyclic acetalization reaction, in which case a hydroxyalkyl ester of the flange carboxylic acid is produced.

なお、脱水・環状アセタール化工程後、環状アセタール中間体を単離/精製し、この環状アセタール中間体に対して新たにアルコールの存在下に酸化的エステル化を行う場合、添加するアルコールとしては、前述の環状アセタール化用ジオールに限定されず、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、2−メチル−1−プロパノール、2−メチル−2−プロパノール、1−ペンタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、3−メチル−1−ブタノール、2,2−ジメチル−1−プロパノール、1−ヘキサノール、2−ヘキサノール、3−ヘキサノール、2−メチル−1−ペンタノール、1−ヘプタノール、2−ヘプタノール、1−オクタノール、2−オクタノール、3−オクタノール、2−エチル−1−ヘキサノール、1−ノナノール、1−デカノール、1−ウンデシルアルコール、1−ラウリルアルコール、1−トリデシルアルコール、1−テトラデカノール、1−ペンタデシルアルコール、1−ヘキサデカノール、シス−9−ヘキサデセン−1−オール、1−ヘプタデカノール、1−オクタデカノール、16−メチルヘプタデセン−1−オール、ノナデシルアルコール、アラキジルアルコール等の炭素数1〜20の脂肪族モノアルコールや1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール等の炭素数4〜8の脂肪族ジオールであってもよい。 When the cyclic acetal intermediate is isolated / purified after the dehydration / cyclic acetalization step and the cyclic acetal intermediate is newly oxidatively esterified in the presence of alcohol, the alcohol to be added is Not limited to the above-mentioned diols for cyclic acetalization, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, 2-methyl-1-propanol, 2-methyl-2-propanol, 1- Pentanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 3-methyl-1-butanol, 2,2-dimethyl-1-propanol, 1-hexanol, 2-hexanol, 3-hexanol, 2-methyl-1-pen Tanol, 1-heptanol, 2-heptanol, 1-octanol, 2-octanol, 3-octanol, 2-ethyl-1-hexanol, 1-nonanol, 1-decanol, 1-undecyl alcohol, 1-lauryl alcohol, 1 -Tridecyl alcohol, 1-tetradecanol, 1-pentadecyl alcohol, 1-hexadecanol, cis-9-hexadecene-1-ol, 1-heptadecanol, 1-octadecanol, 16-methylheptadecene Aliphatic monoalcohols having 1 to 20 carbon atoms such as -1-ol, nonadecil alcohol, and araxyl alcohol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, 1,4- It may be an aliphatic diol having 4 to 8 carbon atoms such as cyclohexanedimethanol.

酸化的エステル化や酸化において、反応溶液は、原料と触媒及び酸素との接触効率を上げるために攪拌することが好ましい。攪拌はマグネチックスターラー、メカニカルスターラー、攪拌翼を供えた攪拌モーター等通常の反応に用いられる攪拌装置であれば用いることが可能である。スケールが大きくなった場合には動力の点で攪拌翼を備えた攪拌モーターが使用される。攪拌は反応を行う前から開始し、反応中は連続的に攪拌を行い、反応終了後の反応液を冷却している間も攪拌を行うことが好ましい。 In oxidative esterification and oxidation, the reaction solution is preferably agitated to increase the contact efficiency of the raw material with the catalyst and oxygen. The stirring can be performed by any stirring device used for a normal reaction such as a magnetic stirrer, a mechanical stirrer, and a stirring motor equipped with a stirring blade. When the scale becomes large, a stirring motor equipped with a stirring blade is used in terms of power. It is preferable that the stirring is started before the reaction is carried out, the stirring is continuously carried out during the reaction, and the stirring is carried out while the reaction solution is cooled after the reaction is completed.

本発明においては、上記のようにして誘導されたフラン骨格を有するカルボン酸エステルは、酸触媒の存在下に加水分解することにより、以下の通り、フランモノカルボン酸ならびにフランジカルボン酸に誘導することもできる。 In the present invention, the carboxylic acid ester having the furan skeleton derived as described above is hydrolyzed in the presence of an acid catalyst to induce the furanmonocarboxylic acid and the furancarboxylic acid as follows. You can also.

Figure 0006900801
Figure 0006900801

[生成物の回収方法]
前述の各工程で得られた生成物は、反応終了後、単離及び/又は精製して回収してもよいし、単離及び/又は精製工程を経ずに次の工程の原料として使用してもよい。
[Product recovery method]
The product obtained in each of the above steps may be isolated and / or purified and recovered after the reaction is completed, or used as a raw material for the next step without going through the isolation and / or purification step. You may.

単離/精製を経ずに次工程の原料と使用する際には、反応をバッチ式反応で行い、反応終了後の反応液をそのまま次工程の反応器に導入してもよく、或いは反応終了後の反応液から異なる有機溶媒を用いて該生成物を抽出して、該抽出液を次工程の反応器に導入してもよい。また、反応を流通反応で実施する場合には、流通反応プロセス下、反応液をそのまま次工程の反応器に流通させてもよく、該反応液を異なる有機溶媒と接触させて該生成物を抽出した後、該抽出液を次工程の反応器に導入してもよい。 When used as a raw material for the next step without isolation / purification, the reaction may be carried out by a batch reaction, and the reaction solution after completion of the reaction may be directly introduced into the reactor of the next step, or the reaction may be completed. The product may be extracted from the subsequent reaction solution using a different organic solvent and the extract solution may be introduced into the reactor in the next step. When the reaction is carried out by a flow reaction, the reaction solution may be directly flowed to the reactor in the next step under the flow reaction process, and the reaction solution is brought into contact with a different organic solvent to extract the product. After that, the extract may be introduced into the reactor in the next step.

一方、各工程で得られた生成物を単離/精製する際には、生成物の物性に依存するが、通常、溶媒留去手法、溶媒留去後有機溶媒で抽出する手法、蒸留手法、昇華手法、晶析手法、クロマト手法により生成物を回収することができる。ここで、例えば塩基存在下で環状アセタール体の酸化によりカルボン酸を得る場合には、生成物となるカルボン酸塩を塩酸、硫酸等の鉱酸で処理してカルボン酸に誘導後、前記回収法を用いてカルボン酸を単離/精製することができる。
これらの中では、特に、取り扱い温度条件下で生成物が液体の場合は、蒸留手法により生成物を精製しながら回収する方法が好ましく、取り扱い温度条件下で生成物が固体の場合は、晶析手法により生成物の精製を行いながら回収する方法が好ましい。またその際、得られた固体生成物は、洗浄により精製する手法は好ましい態様である。
On the other hand, when the product obtained in each step is isolated / purified, it depends on the physical properties of the product, but usually, a solvent distillation method, a solvent distillation and then extraction with an organic solvent, a distillation method, etc. The product can be recovered by a sublimation method, a crystallization method, or a chromatographic method. Here, for example, when a carboxylic acid is obtained by oxidizing a cyclic acetal compound in the presence of a base, the carboxylic acid salt as a product is treated with a mineral acid such as hydrochloric acid or sulfuric acid to induce the carboxylic acid, and then the recovery method is performed. Carboxylic acid can be isolated / purified using.
Among these, particularly when the product is a liquid under the handling temperature condition, a method of recovering the product while purifying it by a distillation method is preferable, and when the product is a solid under the handling temperature condition, crystallization is performed. A method of recovering the product while purifying the product by a method is preferable. At that time, a method of purifying the obtained solid product by washing is a preferable embodiment.

[環状アセタール]
本発明において特に好ましい環状アセタールは、下記式(2)で表されるFRL又はHMFの1,3−プロパンジオールアセタール化物(以下「環状アセタール(2)」と称す場合がある。)であり、前述の脱水・環状アセタール化において、環状アセタール化用ジオールとして1,3−プロパンジオールを用いることにより製造される。
[Circular acetal]
A particularly preferable cyclic acetal in the present invention is a 1,3-propanediol acetal product of FRL or HMF represented by the following formula (2) (hereinafter, may be referred to as “cyclic acetal (2)”), which is described above. Is produced by using 1,3-propanediol as the diol for cyclic acetalization in the dehydration and cyclic acetalization of the above.

Figure 0006900801
Figure 0006900801

(式中、Aは水素原子、又は−CHOHを表す。) (In the formula, A represents a hydrogen atom or -CH 2 OH.)

この環状アセタールは、後述の実験例1に示されるように、熱安定性に優れ、前述の酸化的エステル化の原料として用いて、本発明に従って、カルボン酸エステル又はカルボン酸を工業的に有利に製造することができる。 As shown in Experimental Example 1 described later, this cyclic acetal has excellent thermal stability, and can be used as a raw material for the above-mentioned oxidative esterification to industrially advantageous carboxylic acid ester or carboxylic acid according to the present invention. Can be manufactured.

更に、この環状アセタール(2)は、Aが−CHOH基の場合に、ヒドロキシル基をカルボン酸無水物((RCO)O(Rは、炭素数1〜6のアルキル基、又は、アルキル置換基を有していてもよい炭素数6〜12のアリール基を表す。))との反応によりエステル基に、或いはアルコール(ROH(Rは、炭素数1〜6のアルキル基、又は、アルキル置換基を有していてもよい炭素数6〜12のアリール基を表す。))との反応によりエーテル基に変換することにより、下記式(3)で表されるさらに熱安定性に優れたアセタール中間体に誘導できる。下記式(3)で表されるアセタール中間体は、HMFのヒドロキシル基をカルボン酸無水物((RCO)O(Rは、炭素数1〜6のアルキル基、又は、アルキル置換基を有していてもよい炭素数6〜12のアリール基を表す。))との反応によりエステル基に、或いはアルコール(ROH(Rは、炭素数1〜6のアルキル基、又は、アルキル置換基を有していてもよい炭素数6〜12のアリール基を表す。))との反応によりエーテル基に変換した後に、プロパンジオールとの反応により誘導されたものであっても良い。 Further, this cyclic acetal (2) has a hydroxyl group of carboxylic acid anhydride ((R 2 CO) 2 O (R 2 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms ) when A is a −CH 2 OH group. Alternatively, it can be converted into an ester group by reaction with an aryl group having 6 to 12 carbon atoms which may have an alkyl substituent, or an alcohol (R 2 OH (R 2 has 1 to 6 carbon atoms). It represents an aryl group having 6 to 12 carbon atoms which may have an alkyl group or an alkyl substituent.)) By converting to an ether group by reaction, it is further represented by the following formula (3). It can be induced to an acetal intermediate with excellent thermal stability. The acetal intermediate represented by the following formula (3) uses an HMF hydroxyl group as a carboxylic acid anhydride ((R 2 CO) 2 O (R 2 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or an alkyl substituent). Represents an aryl group having 6 to 12 carbon atoms which may have an ester group, or an alcohol (R 2 OH (R 2 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms) or It represents an aryl group having 6 to 12 carbon atoms which may have an alkyl substituent.)) It may be derived by a reaction with a propanediol after being converted into an ether group by a reaction with)).

Figure 0006900801
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(式中、Bは、−CHOR又は−CHO(C=O)R(Rは、炭素数1〜6のアルキル基、又は、アルキル置換基を有していてもよい炭素数6〜12のアリール基を表す。)を表す。)
なお、上記Rがアルキル置換基を有していてもよい炭素数6〜12のアリール基の場合、アルキル置換基としては炭素数1〜6のアルキル基が挙げられる。
(In the formula, B may have -CH 2 OR 2 or -CH 2 O (C = O) R 2 (R 2 may have an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or an alkyl substituent. Represents an aryl group having 6 to 12 carbon atoms.) Represents.)
In the case where R 2 is an aryl group having 6 to 12 carbon atoms which may have an alkyl substituent, examples of the alkyl substituent include an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.

すなわち、上記式(2)及び(3)を考慮して、本発明において、下記式(1)で表される環状アセタールが好ましい環状アセタール中間体として挙げられる。 That is, in consideration of the above formulas (2) and (3), in the present invention, the cyclic acetal represented by the following formula (1) is mentioned as a preferable cyclic acetal intermediate.

Figure 0006900801
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式(1)中、Rは水素原子、−CHOH、−CHOR又は−CHO(C=O)Rで表される基であり、Rは炭素数1〜6のアルキル基、又は、アルキル置換基を有していてもよい炭素数6〜12のアリール基を表す。なお、Rがアルキル置換基を有する場合の好ましい置換基としては、炭素数1〜6のアルキル基が挙げられる。 In formula (1), R 1 is a hydrogen atom, a group represented by -CH 2 OH, -CH 2 OR 2 or -CH 2 O (C = O) R 2 , and R 2 has 1 to 6 carbon atoms. Represents an aryl group having 6 to 12 carbon atoms which may have an alkyl group or an alkyl substituent. When R 2 has an alkyl substituent, a preferable substituent includes an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.

以下、実験例及び実施例により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限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Experimental Examples and Examples, but the present invention is not limited to the following Examples as long as the gist of the present invention is not exceeded.

[実験例1−1:HMFとHMFアセタールの熱安定性評価]

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[Experimental Example 1-1: Evaluation of thermal stability of HMF and HMF acetal]
Figure 0006900801

HMF(シグマアルドッチ社製)と、後述の実験例7の方法により得られた3種類のHMFアセタール(PD−HMF、EG−HMF、Me−HMF)について、下記の通り、熱的安定性の評価を行った。
耐圧NMRチューブに3〜4mgの試料を導入し、室温にて真空排気下で2時間処理することにより、試料に含有されている水分を除去した。その後、チューブをオーブンに入れて10℃/minにて室温から200℃まで昇温して200℃で2時間保持した。加熱後の試料に1mLのCDClと内部標準(安息香酸、1mg)を加え、H NMRで試料の残存率を分析して熱安定性を評価した。残存率が多い程熱安定性に優れる。結果を図1に示す。
The thermal stability of HMF (manufactured by Sigma Aldoch) and three types of HMF acetals (PD-HMF, EG-HMF, Me-HMF) obtained by the method of Experimental Example 7 described later are as follows. Evaluation was performed.
A 3 to 4 mg sample was introduced into a pressure-resistant NMR tube and treated at room temperature under vacuum exhaust for 2 hours to remove water contained in the sample. Then, the tube was placed in an oven, the temperature was raised from room temperature to 200 ° C. at 10 ° C./min, and the temperature was maintained at 200 ° C. for 2 hours. 1 mL of CDCl 3 and an internal standard (benzoic acid, 1 mg) were added to the heated sample, and the residual rate of the sample was analyzed by 1 H NMR to evaluate the thermal stability. The higher the residual rate, the better the thermal stability. The results are shown in FIG.

図1より、EG−HMF、PD−HMFといったHMFの環状アセタールは、HMFに比べて熱安定性に優れるが、アセタール体であっても、非環状のMe−HMFはHMFよりも熱安定性が悪いことが分かる。 From FIG. 1, HMF cyclic acetals such as EG-HMF and PD-HMF are superior in thermal stability to HMF, but even in acetal form, acyclic Me-HMF is more thermally stable than HMF. It turns out to be bad.

[実験例1−2:FRLとFRLアセタールの熱安定性評価]

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[Experimental Example 1-2: Evaluation of thermal stability of FRL and FRL acetal]
Figure 0006900801

FRL(シグマアルドリッチ社製)と、後述する実験例7の方法により得られたFRLアセタール(PD−FRL)について、実験例1−1と同様の方法により、熱的安定性の評価を行った結果、2時間後の残存率として、FRLの場合は12%であったのに対して、PD−FRLの場合は80%と著しく向上し、環状アセタールの熱安定性が高いことが分かった。 Results of evaluation of thermal stability of FRL (manufactured by Sigma-Aldrich) and FRL acetal (PD-FRL) obtained by the method of Experimental Example 7 described later by the same method as in Experimental Example 1-1. The residual rate after 2 hours was 12% in the case of FRL, whereas it was remarkably improved to 80% in the case of PD-FRL, and it was found that the thermal stability of the cyclic acetal was high.

[実験例1−3:PD−HMFのエステル体とエーテル体の熱安定性評価]

Figure 0006900801
[Experimental Example 1-3: Evaluation of thermal stability of ester and ether of PD-HMF]
Figure 0006900801

後述の実験例7の方法により得られたHMFアセタール(PD−HMF)のエステル体(PD−HMF−アセテート)とエーテル体(PD−HMF−エーテル)について、実験例1−1と同様の方法により、熱安定性の評価を行った結果、2時間後の残存率として、それぞれ76%、74%となり、HMFに比べて熱安定性に優れることが分かった。 The ester (PD-HMF-acetate) and ether (PD-HMF-ether) of HMF acetal (PD-HMF) obtained by the method of Experimental Example 7 described later were subjected to the same method as in Experimental Example 1-1. As a result of evaluating the thermal stability, the residual rates after 2 hours were 76% and 74%, respectively, and it was found that the thermal stability was superior to that of HMF.

[実験例2:HMFアセタールの熱分解の温度依存性]
実験例1において、PD−HMFを150℃又は180℃で2時間保持した以外は、実験例1と同様の方法で、加熱後の試料についてH NMRにより残存率を分析し、結果を実験例1における200℃加熱の結果と共に、下記表1に示した。
[Experimental example 2: Temperature dependence of thermal decomposition of HMF acetal]
In Experimental Example 1, the residual ratio of the heated sample was analyzed by 1 H NMR in the same manner as in Experimental Example 1 except that PD-HMF was held at 150 ° C. or 180 ° C. for 2 hours, and the results were obtained in Experimental Example. It is shown in Table 1 below together with the result of heating at 200 ° C. in 1.

Figure 0006900801
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表1より、加熱温度と残存率には相関はないことが分かる。なお、PD−HMFの分解生成物のうち、約50%程度は溶媒持込みの水分によるアセタール体の加水分解物であるHMFであった。 From Table 1, it can be seen that there is no correlation between the heating temperature and the residual rate. Of the decomposition products of PD-HMF, about 50% was HMF, which is a hydrolyzate of acetal form due to the moisture brought into the solvent.

[実験例3−1〜3−8:HMFからのPD−HMFの収率評価]
HMF(シグマアルドリッチ社製、50mg)と、1,3−プロパンジオール(75μL)と、触媒とを2.5mLの各種溶媒に加えて、攪拌することで、反応を行い、PD−HMFを得た。なお、使用した触媒及び溶媒、反応温度、並びに反応時間は、表2に示す通りである。なお、実験例3−4〜3−7で使用したβ型ゼオライトは、使用前に大気中にて550℃で8時間焼成を行った。反応後の溶液に内部標準としてクロロベンゼンを加え、生成したPD−HMFを、カラムガスクロマトグラフィー(島津製作所製:GC2025)にて定量し、PD−HMFの収率を求めた。なお、カラムは、DB−FFAP(アジレント・テクノロジー株式会社製)を用いた。得られた結果を表2に示す。
[Experimental Examples 3-1 to 3-8: Evaluation of yield of PD-HMF from HMF]
HMF (manufactured by Sigma-Aldrich, 50 mg), 1,3-propanediol (75 μL), and a catalyst were added to 2.5 mL of various solvents and stirred to carry out a reaction to obtain PD-HMF. .. The catalyst and solvent used, the reaction temperature, and the reaction time are as shown in Table 2. The β-zeolites used in Experimental Examples 3-4 to 3-7 were calcined in the air at 550 ° C. for 8 hours before use. Chlorobenzene was added to the solution after the reaction as an internal standard, and the produced PD-HMF was quantified by column gas chromatography (manufactured by Shimadzu Corporation: GC2025) to determine the yield of PD-HMF. As the column, DB-FFAP (manufactured by Agilent Technologies Co., Ltd.) was used. The results obtained are shown in Table 2.

Figure 0006900801
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[実験例4:バイオマス原料から誘導された単糖類からのHMFアセタールの合成I]
含水ニオブ酸(CBMM社製「HY−340」)を400℃で4時間焼成して得られたNbを触媒として用い、触媒量を変えてグルコースからHMFアセタールを合成する実験を行った。
[Experimental Example 4: Synthesis of HMF acetal from monosaccharides derived from biomass raw material I]
An experiment was conducted in which HMF acetal was synthesized from glucose by changing the amount of catalyst using Nb 2 O 5 obtained by calcining hydrous niobate (“HY-340” manufactured by CBMM) at 400 ° C. for 4 hours. ..

100mg又は200mgのNbと、20mgのグルコースを耐圧ガラス容器に入れ、そこにTHF1.8mL、水0.2mL、1,3−プロパンジオール0.2mLを加えて密閉した。ガラス容器を125℃に予熱してあるオイルバスに入れ、撹拌しながら1時間加熱した。1時間の加熱撹拌の後、容器をすぐに冷水に導入して反応を停止させ、内部標準として25μLのクロロベンゼンを加え、生成したHMFおよびPD−HMFをガスクロマトグラフィー(島津製作所社製:GC−2025、カラム:DB−FFAP)にて定量し、グルコースに対する収率を求め、結果を表3に示した。 100 mg or 200 mg of Nb 2 O 5 and 20 mg of glucose were placed in a pressure-resistant glass container, and 1.8 mL of THF, 0.2 mL of water and 0.2 mL of 1,3-propanediol were added thereto and sealed. The glass container was placed in an oil bath preheated to 125 ° C. and heated for 1 hour with stirring. After 1 hour of heating and stirring, the container was immediately introduced into cold water to stop the reaction, 25 μL of chlorobenzene was added as an internal standard, and the produced HMF and PD-HMF were gas chromatographed (manufactured by Shimadzu Corporation: GC-). 2025, column: DB-FFAP), the yield was determined with respect to glucose, and the results are shown in Table 3.

Figure 0006900801
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表3より、触媒量を100mgとしたNo.1よりも200mgとしたNo.2の方が、PD−HMFの収率が高いことが分かる。 From Table 3, No. 1 with a catalyst amount of 100 mg. No. 1 was 200 mg rather than 1. It can be seen that the yield of PD-HMF is higher in No. 2.

[実験例5:単糖類からのHMFアセタールの合成II]
触媒として以下のものを用い、触媒を変えてグルコースからHMFアセタールを合成する実験を行った。
[Experimental Example 5: Synthesis of HMF acetal from monosaccharide II]
An experiment was conducted in which the following catalysts were used and the catalyst was changed to synthesize HMF acetal from glucose.

Nb:含水ニオブ酸(CBMM社製「HY−340」)を400℃で4時間焼成して得られたNb
H−BEA−25:クラリアント触媒社製 酸型β−ゼオライト触媒「H−BEA−25」
Amberlyst−15:シグマアルドリッチ社製 強カチオン交換樹脂「Amberlyst−15」
TiO:昭和タイタニウム(株)社製 酸化チタン「JRC−TIO−11(触媒学会,参照触媒)」
Nb 2 O 5: Nb obtained hydrous niobate (CBMM Co. "HY-340") was calcined for 4 hours at 400 ° C. 2 O 5
H-BEA-25: Acid-type β-zeolite catalyst "H-BEA-25" manufactured by Clariant Catalysts, Inc.
Amberlyst-15: Strong cation exchange resin "Amberlyst-15" manufactured by Sigma-Aldrich.
TiO 2 : Titanium oxide "JRC-TIO-11 (Catalyst Society, reference catalyst)" manufactured by Showa Titanium Co., Ltd.

表4に示す触媒200mgと、20mgのグルコースを耐圧ガラス容器に入れ、そこにTHF1.4mL、水0.6mL、1,3−プロパンジオール0.2mLを加えて密閉した。ガラス容器を125℃に予熱してあるオイルバスに入れ、撹拌しながら1時間加熱した。1時間の加熱撹拌の後、容器をすぐに冷水に導入して反応を停止させ、実験例4と同様に、生成したHMFおよびPD−HMFをガスクロマトグラフィーにて定量し、グルコースに対する収率を求め、結果を表4に示した。 200 mg of the catalyst shown in Table 4 and 20 mg of glucose were placed in a pressure-resistant glass container, and 1.4 mL of THF, 0.6 mL of water, and 0.2 mL of 1,3-propanediol were added thereto and sealed. The glass container was placed in an oil bath preheated to 125 ° C. and heated for 1 hour with stirring. After heating and stirring for 1 hour, the container was immediately introduced into cold water to stop the reaction, and the produced HMF and PD-HMF were quantified by gas chromatography in the same manner as in Experimental Example 4, and the yield with respect to glucose was determined. The results were obtained and the results are shown in Table 4.

Figure 0006900801
Figure 0006900801

表4より、触媒としてはNbが特に好ましいことが分かる。 From Table 4, it can be seen that Nb 2 O 5 is particularly preferable as the catalyst.

[実験例6:単糖類からのHMFアセタールの合成III]
含水ニオブ酸(CBMM社製「HY−340」)を400℃で4時間焼成して得られたNbを触媒として用い、原料の単糖類を変えてHMFアセタールを合成する実験を行った。
[Experimental Example 6: Synthesis of HMF acetal from monosaccharide III]
An experiment was conducted in which HMF acetal was synthesized by changing the monosaccharides of the raw material using Nb 2 O 5 obtained by calcining hydrous niobate (“HY-340” manufactured by CBMM) at 400 ° C. for 4 hours as a catalyst. ..

200mgのNbと、20mgのグルコース又はフルクトースを耐圧ガラス容器に入れ、そこにTHF1.8mL、水0.2mL、1,3−プロパンジオール0.2mLを加えて密閉した。ガラス容器を125℃に予熱してあるオイルバスに入れ、撹拌しながら2時間加熱した。2時間の加熱撹拌の後、容器をすぐに冷水に導入して反応を停止させ、実験例4と同様に、生成したHMFおよびPD−HMFをガスクロマトグラフィーにて定量し、グルコース又はフルクトースに対する収率を求め、結果を表5に示した。 200 mg of Nb 2 O 5 and 20 mg of glucose or fructose were placed in a pressure-resistant glass container, and 1.8 mL of THF, 0.2 mL of water and 0.2 mL of 1,3-propanediol were added thereto and sealed. The glass container was placed in an oil bath preheated to 125 ° C. and heated for 2 hours with stirring. After heating and stirring for 2 hours, the container was immediately introduced into cold water to stop the reaction, and the produced HMF and PD-HMF were quantified by gas chromatography in the same manner as in Experimental Example 4, and the yield with respect to glucose or fructose was obtained. The rates were calculated and the results are shown in Table 5.

Figure 0006900801
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[実験例7:その他の試料の合成]
<Me−HMFの合成>
メタノールにHMF(シグマアルドリッチ社製)およびパラトルエンスルホン酸を加え、60℃で加熱撹拌した。反応後の溶液から触媒を分離し、カラムクロマトグラフィーにて精製することによって78%の収率でMe−HMFを得た。
[Experimental Example 7: Synthesis of other samples]
<Synthesis of Me-HMF>
HMF (manufactured by Sigma-Aldrich) and paratoluenesulfonic acid were added to methanol, and the mixture was heated and stirred at 60 ° C. The catalyst was separated from the solution after the reaction and purified by column chromatography to obtain Me-HMF in a yield of 78%.

<HMFアセテート体の合成>
HMF(シグマアルドリッチ社製)が溶解しているアセトニトリル溶液(0.1mol/L)に対して、1.5モル当量の無水酢酸と2モル当量のトリエチルアミンを加え、室温で1時間撹拌することによってHMFの水酸基をアセテートへと変換した。得られた生成物をカラムクロマトグラフィーにて精製することにより、HMFアセテート体を得た。
<Synthesis of HMF acetate body>
To an acetonitrile solution (0.1 mol / L) in which HMF (manufactured by Sigma Aldrich) is dissolved, 1.5 molar equivalents of anhydrous acetic acid and 2 molar equivalents of triethylamine are added, and the mixture is stirred at room temperature for 1 hour. The hydroxyl group of HMF was converted to acetonitrile. The obtained product was purified by column chromatography to obtain an HMF acetate compound.

<EG−HMFの合成>
上述の方法により得られたHMFアセテートをジクロロメタン溶液に溶解し(HMFアセテート濃度:0.1mol/L)、そこに触媒量(0.01当量)のインジウムトリフルオロメタンスルホネート(In(OTf))と過剰量のオルトギ酸トリメチルおよびエチレングリコールを加え、室温にて撹拌することによってフラン環に結合しているアルデヒド部位を環状アセタールへと変換した。最後にメタノール溶液中にて生成物と炭酸ナトリウムとを反応させてアセテート部位を分解することによって、目的のエチレングリコール−HMFアセタール(EG−HMF)を得た。
<Synthesis of EG-HMF>
The HMF acetate obtained by the above method was dissolved in a dichloromethane solution (HMF acetate concentration: 0.1 mol / L), and a catalytic amount (0.01 equivalent) of indium trifluoromethanesulfonate (In (OTf) 3 ) was added thereto. Excess amounts of trimethyl orthoformate and ethylene glycol were added, and the mixture was stirred at room temperature to convert the aldehyde moiety bound to the furan ring into a cyclic acetal. Finally, the product was reacted with sodium carbonate in a methanol solution to decompose the acetate moiety to obtain the desired ethylene glycol-HMF acetal (EG-HMF).

<PD−HMFの合成>
上述の方法により得られたHMFアセテートをジクロロメタン溶液に溶解し(HMFアセテート濃度:0.1mol/L)、そこに触媒量(0.01当量)のインジウムトリフルオロメタンスルホネート(In(OTf))と過剰量のオルトギ酸トリメチルおよび1,3−プロパンジオールを加え、室温にて撹拌することによってフラン環に結合しているアルデヒド部位を環状アセタールへと変換した。最後にメタノール溶液中にて生成物と炭酸ナトリウムとを反応させてアセテート部位を分解することによって、目的のプロパンジオール−HMFアセタール(PD−HMF)を得た。
<Synthesis of PD-HMF>
The HMF acetate obtained by the above method was dissolved in a dichloromethane solution (HMF acetate concentration: 0.1 mol / L), and a catalytic amount (0.01 equivalent) of indium trifluoromethanesulfonate (In (OTf) 3 ) was added thereto. Excess amounts of trimethyl orthoformate and 1,3-propanediol were added and stirred at room temperature to convert the aldehyde moiety bound to the furan ring into cyclic acetals. Finally, the desired propanediol-HMF acetal (PD-HMF) was obtained by reacting the product with sodium carbonate in a methanol solution to decompose the acetate moiety.

<PD−HMF−エーテルの合成>
HMF(シグマアルドリッチ社製、50mg)、メタノール(2mL)、および1,3−プロパンジオール(0.1mL)の混合溶液に、HMFに対して0.01モル当量のIn(OTf)と過剰量のオルトギ酸トリメチルを加えて室温にて3時間撹拌した。反応後の溶液から触媒を分離し、さらにカラムクロマトグラフィーにて精製することによって、目的のPD−HMF−エーテルを得た。
<Synthesis of PD-HMF-ether>
In a mixed solution of HMF (Sigma-Aldrich, 50 mg), methanol (2 mL), and 1,3-propanediol (0.1 mL), 0.01 molar equivalent of In (OTf) 3 and excess amount with respect to HMF. Trimethyl orthoformate was added, and the mixture was stirred at room temperature for 3 hours. The catalyst was separated from the solution after the reaction and further purified by column chromatography to obtain the desired PD-HMF-ether.

<PD−HMF−アセテートの合成>
上述の方法により得られたHMFアセテート体が溶解しているジクロロメタン溶液(HMFアセテート濃度:0.1mol/L)に、HMFアセテート体に対して0.01モル当量のIn(OTf)と過剰量のオルトギ酸トリメチルおよび1,3−プロパンジオールを加え、その溶液を室温にて3時間撹拌した。反応後の溶液から触媒を分離し、さらにカラムクロマトグラフィーにて精製することによって、目的のPD−HMF−アセテートを得た。
<Synthesis of PD-HMF-acetate>
In a dichloromethane solution (HMF acetate concentration: 0.1 mol / L) in which the HMF acetate compound obtained by the above method is dissolved, 0.01 molar equivalent of In (OTf) 3 and an excess amount with respect to the HMF acetate compound. Trimethyl orthostate and 1,3-propanediol were added, and the solution was stirred at room temperature for 3 hours. The catalyst was separated from the solution after the reaction and further purified by column chromatography to obtain the desired PD-HMF-acetate.

<PD−FRLの合成>
プロトン型ベータゼオライト(50mg)、フルフラール(0.1mmol)、および1,3−プロパンジオール(75μL)を2mLのジクロロメタンに加え、室温にて3時間撹拌した。濾過によって固体触媒を分離した後、カラムクロマトグラフィーにて精製することによって、目的のPD−FRLを得た。
<Synthesis of PD-FRL>
Proton beta zeolite (50 mg), furfural (0.1 mmol), and 1,3-propanediol (75 μL) were added to 2 mL of dichloromethane and stirred at room temperature for 3 hours. The solid catalyst was separated by filtration and then purified by column chromatography to obtain the desired PD-FRL.

[実施例1:バイオマス原料由来のPD−HMFからカルボン酸エステルの製造]
以下の通り、酸化セリウムに担持した金触媒(Au/CeO)を用いて、PD−HMFの酸化的エステル化を行い、フランジカルボン酸エステルを製造した。
酸化セリウム担体は液相沈殿法によって調製した。具体的には、硝酸セリウム六水和物が溶解した水溶液にpH=10になるまでアンモニア水を加えることで生成させた白色沈殿を濾過によって回収し、80℃のオーブンで約10時間の乾燥処理をしたものを酸化セリウム担体として使用した。次に、塩化金酸(和光純薬社製、350mg)が溶解した160mLの水溶液に0.2mol/LのNaOH水溶液を加えてpHを10に調整し、そこに4gの酸化セリウムが分散している50mLの水溶液を加え、再び0.2mol/LのNaOH水溶液を加えて水溶液のpHを10に調整した。その水溶液を室温にて24時間撹拌した後、濾過によって回収した固体を塩化物イオンが残存しなくなるまで蒸留水にて繰り返し洗浄した。塩化物イオンの残存は、AgNO水溶液による沈殿生成によって確認した。洗浄後の固体サンプルを80℃のオーブンで約10時間乾燥させ、それをAu/CeOとして使用した。触媒のAu担持量を高周波誘導結合プラズマ発行分光分析(ICP−AES)によって見積もったところ、2.1〜2.7質量%であった。
[Example 1: Production of carboxylic acid ester from PD-HMF derived from biomass raw material]
As described below, PD-HMF was oxidatively esterified using a gold catalyst (Au / CeO 2 ) supported on cerium oxide to produce a flange carboxylic acid ester.
The cerium oxide carrier was prepared by the liquid phase precipitation method. Specifically, the white precipitate formed by adding aqueous ammonia to pH = 10 in an aqueous solution in which cerium nitrate hexahydrate is dissolved is recovered by filtration and dried in an oven at 80 ° C. for about 10 hours. Was used as a cerium oxide carrier. Next, a 0.2 mol / L NaOH aqueous solution was added to a 160 mL aqueous solution in which gold chloride acid (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 350 mg) was dissolved to adjust the pH to 10, and 4 g of cerium oxide was dispersed therein. A 50 mL aqueous solution was added, and a 0.2 mol / L NaOH aqueous solution was added again to adjust the pH of the aqueous solution to 10. The aqueous solution was stirred at room temperature for 24 hours, and then the solid recovered by filtration was repeatedly washed with distilled water until no chloride ions remained. The residual chloride ion was confirmed by the formation of a precipitate with an aqueous AgNO 3 solution. The washed solid sample was dried in an oven at 80 ° C. for about 10 hours and used as Au / CeO 2. The amount of Au carried by the catalyst was estimated by high frequency inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP-AES) and found to be 2.1 to 2.7% by mass.

基質として100mgの実験例7の方法により得られたPD−HMF、2当量のNaCO、1mLのメタノール、上記のAu/CeO50mgを耐圧容器に加え、酸素ガスを5気圧まで充填した後、溶液を120℃で15時間の条件下にて加熱撹拌した。耐圧容器を速やかに室温まで冷却した後、基質および生成物をH NMRにて定性、定量した。その結果、フランジカルボン酸ジエステルが高収率で生成しており、その生成物収率は、85%であった。反応終了後の反応液には、固形の副生物は殆ど生成していないことを確認した。また、オートクレーブ内の汚れの付着物も確認されなかった。 As a substrate, 100 mg of PD-HMF obtained by the method of Experimental Example 7, 2 equivalents of Na 2 CO 3 , 1 mL of methanol, and 50 mg of Au / CeO 2 described above were added to a pressure-resistant container, and oxygen gas was filled up to 5 atm. Then, the solution was heated and stirred at 120 ° C. for 15 hours. After the pressure-resistant container was rapidly cooled to room temperature, the substrate and product were qualitatively and quantified by 1 1 H NMR. As a result, the flange carboxylic acid diester was produced in a high yield, and the product yield was 85%. It was confirmed that almost no solid by-products were produced in the reaction solution after the reaction was completed. In addition, no dirt deposits were found in the autoclave.

[実施例2−1〜2−7:バイオマス原料由来のPD−HMFからカルボン酸の製造]
基質として、実験例7の方法により得られたPD−HMF、塩基、蒸留水5mL、基質に対して1当量のAu/CeO触媒を耐圧容器に加え、酸素ガスを5気圧まで充填した後、溶液を130℃で15時間の条件下にて加熱撹拌することでフランジカルボン酸を製造した。実施例2−1〜2−7では、表6に示す通り、基質量、基質濃度、用いる塩基及びその添加量を変えて行った。反応後、耐圧容器を室温まで冷却した後、基質および生成物をH NMRにて定性、定量した。結果を表6に示した。いずれの系も、フランジカルボン酸(FDCA)が高収率で生成しており、反応終了後の反応液には固形の副生物は殆ど生成していないことを確認した。また、オートクレーブ内の汚れの付着物も確認されなかった。
[Examples 2-1 to 2-7: Production of carboxylic acid from PD-HMF derived from biomass raw material]
As a substrate, PD-HMF obtained by the method of Experimental Example 7, a base, 5 mL of distilled water, and 1 equivalent of Au / CeO 2 catalyst with respect to the substrate were added to a pressure resistant container, and oxygen gas was filled to 5 atm. Frangicarboxylic acid was produced by heating and stirring the solution at 130 ° C. for 15 hours. In Examples 2-1 to 2-7, as shown in Table 6, the base mass, the substrate concentration, the base used, and the amount of the base added thereof were changed. After the reaction, the pressure-resistant container was cooled to room temperature, and then the substrate and the product were qualitatively and quantified by 1 H NMR. The results are shown in Table 6. In each system, it was confirmed that flange carboxylic acid (FDCA) was produced in a high yield, and that almost no solid by-products were produced in the reaction solution after the reaction was completed. In addition, no dirt deposits were found in the autoclave.

Figure 0006900801
Figure 0006900801

[比較例1:バイオマス原料由来のHMFからカルボン酸エステルの製造]
PD−HMFの代わりにHMF(シグマアルドリッチ社製)を使用した以外は、実施例1に記載の条件で反応を実施した。反応後、耐圧容器を速やかに室温まで冷却した後、基質および生成物をH NMRにて定性、定量した。目的生成物であるフランジカルボン酸メチルエステルの収率は6%と低く、反応終了後の反応液には固形の副生物が多量に生成していた。
[Comparative Example 1: Production of Carboxylic Acid Ester from HMF Derived from Biomass Raw Material]
The reaction was carried out under the conditions described in Example 1 except that HMF (manufactured by Sigma-Aldrich) was used instead of PD-HMF. After the reaction, the pressure-resistant vessel was rapidly cooled to room temperature, and then the substrate and product were qualitatively and quantified by 1 1 H NMR. The yield of the target product, the frangylcarboxylic acid methyl ester, was as low as 6%, and a large amount of solid by-products were produced in the reaction solution after the reaction was completed.

[比較例2:バイオマス原料由来のHMFからカルボン酸の製造]
PD−HMFの代わりにHMFを使用し、HMFに対して2当量のNaCO存在下で反応を実施した以外は、実施例2−1に記載の条件で反応を実施した。耐圧容器を室温まで冷却した後、基質および生成物をH NMRにて定性、定量した。目的生成物であるフランジカルボン酸の収率は28%と低く、反応終了後の反応液には固形の副生物が多量に生成していた。
[Comparative Example 2: Production of Carboxylic Acid from HMF Derived from Biomass Raw Material]
The reaction was carried out under the conditions described in Example 2-1 except that HMF was used instead of PD-HMF and the reaction was carried out with respect to HMF in the presence of 2 equivalents of Na 2 CO 3. After cooling the pressure vessel to room temperature, the substrate and product were qualitatively and quantified by 1 1 H NMR. The yield of the target product, flange carboxylic acid, was as low as 28%, and a large amount of solid by-products were produced in the reaction solution after the reaction was completed.

本発明により得られるカルボン酸エステルならびにカルボン酸は、ポリエステル樹脂等の樹脂原料などとして工業的に有用であり、特にフランジカルボン酸エステルは、そのフラン骨格により、耐熱性に優れた樹脂を提供することができるため、その工業的価値は極めて高い。 The carboxylic acid ester and carboxylic acid obtained by the present invention are industrially useful as resin raw materials such as polyester resins, and in particular, the flange carboxylic acid ester provides a resin having excellent heat resistance due to its furan skeleton. Therefore, its industrial value is extremely high.

Claims (13)

バイオマス原料からカルボン酸エステル又はカルボン酸を製造する方法において、前記カルボン酸エステル又はカルボン酸が、フランカルボン酸エステル、フランジカルボン酸エステル、フランカルボン酸、又はフランジカルボン酸であり、フルフラールの環状アセタール、又はヒドロキシメチルフルフラールの環状アセタールを中間体として経由することを特徴とするカルボン酸エステル又はカルボン酸の製造方法。 A method for producing a biomass material or Raka carboxylic acid ester or carboxylic acid, the carboxylic acid ester or carboxylic acid, furan carboxylic acid esters, furandicarboxylic acid esters, furan carboxylic acid, or flange carboxylic acid, furfural annular A method for producing a carboxylic acid ester or carboxylic acid, which comprises passing through acetal or cyclic acetal of hydroxymethylfurfural as an intermediate. 前記フルフラールの環状アセタール、又はヒドロキシメチルフルフラールの環状アセタールが、フルフラールもしくはヒドロキシメチルフルフラールと、1,3−プロパンジオール、エチレングリコール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、ネオペンチルグリコール、1,3−ブタンジオール、1,3−ペンタンジオール、1−フェニル−1,3−プロパンジオール、2−フェニル−1,3−プロパンジオール、1,2−プロパンジオール、1,2−ブタンジオール、1,2−ペンタンジオール、1−フェニル−エチレングリコール、カテコールの群から選ばれるジオールとの反応により生成する環状アセタールであることを特徴とする請求項1に記載のカルボン酸エステル又はカルボン酸の製造方法。The cyclic acetal of furfural or the cyclic acetal of hydroxymethylfurfural is 1,3-propanediol, ethylene glycol, 2-methyl-1,3-propanediol, neopentyl glycol, 1,3, together with furfural or hydroxymethylfurfural. -Butanediol, 1,3-pentanediol, 1-phenyl-1,3-propanediol, 2-phenyl-1,3-propanediol, 1,2-propanediol, 1,2-butanediol, 1,2 The method for producing a carboxylic acid ester or carboxylic acid according to claim 1, wherein the cyclic acetal is produced by reacting with a diol selected from the group of -pentanediol, 1-phenyl-ethylene glycol, and catechol. 記中間体の酸化反応により前記カルボン酸エステル又はカルボン酸を製造することを特徴とする請求項1又は2に記載のカルボン酸エステル又はカルボン酸の製造方法。 Method for producing a carboxylic acid ester or carboxylic acid according to claim 1 or 2 by oxidation reactions of prior SL during body, characterized in that to produce the carboxylic acid ester or carboxylic acid. 記カルボン酸エステル又はカルボン酸が、フランジカルボン酸エステル又はフランジカルボン酸であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載のカルボン酸エステル又はカルボン酸の製造方法。 Before hear carboxylic acid esters or carboxylic acids, method for producing a carboxylic acid ester or carboxylic acid according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the flange-carboxylic acid ester or flange carboxylic acid. 記中間体を水と有機溶媒との混合溶媒を用いて製造することを特徴とする請求項1ないしのいずれか1項に記載のカルボン酸エステル又はカルボン酸の製造方法。 Method for producing a carboxylic acid ester or carboxylic acid according to any one of claims 1 to 4, wherein the produced using a mixed solvent of the previous SL during body water and an organic solvent. 前記バイオマス原料が糖類原料であることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1項に記載のカルボン酸エステル又はカルボン酸の製造方法。 The method for producing a carboxylic acid ester or carboxylic acid according to any one of claims 1 to 5 , wherein the biomass raw material is a saccharide raw material. 反応系にジオールを添加する工程を含むことを特徴とする請求項1ないしのいずれか1項に記載のカルボン酸エステル又はカルボン酸の製造方法。 The method for producing a carboxylic acid ester or carboxylic acid according to any one of claims 1 to 6 , which comprises a step of adding a diol to the reaction system. フルフラール、またはヒドロキシメチルフルフラールと前記ジオールとの反応で前記中間体を生成させることを特徴とする請求項に記載のカルボン酸エステル又はカルボン酸の製造方法。 Furfural or method for producing a carboxylic acid ester or carboxylic acid according to claim 7, characterized in that to produce a pre-SL during body reaction with hydroxymethylfurfural and the diol. 前記酸化反応を塩基存在下で行うことを特徴とする請求項3ないし8のいずれか1項に記載のカルボン酸エステル又はカルボン酸の製造方法。The method for producing a carboxylic acid ester or carboxylic acid according to any one of claims 3 to 8, wherein the oxidation reaction is carried out in the presence of a base. 前記酸化反応を水、または50体積%以上の水を含む溶媒存在下で行うことを特徴とする請求項3ないし9のいずれか1項に記載のカルボン酸エステル又はカルボン酸の製造方法。The method for producing a carboxylic acid ester or carboxylic acid according to any one of claims 3 to 9, wherein the oxidation reaction is carried out in the presence of water or a solvent containing 50% by volume or more of water. 前記酸化反応を溶媒存在下で行い、前記中間体に対する前記溶媒の質量比が、1以上50以下であることを特徴とする請求項3ないし10のいずれか1項に記載のカルボン酸エステル又はカルボン酸の製造方法。The carboxylic acid ester or carboxylic acid according to any one of claims 3 to 10, wherein the oxidation reaction is carried out in the presence of a solvent, and the mass ratio of the solvent to the intermediate is 1 or more and 50 or less. Method of producing acid. 下記式(1A)〜(1D)で表される環状アセタール。
Figure 0006900801
Circular acetals represented by the following formulas (1A) to (1D).
Figure 0006900801
請求項12に記載の環状アセタールを原料とするフラン骨格を有するカルボン酸エステル又はフラン骨格を有するカルボン酸の製造方法。 Method for producing a carboxylic acid having a carboxylic acid ester or furan skeleton having a furan skeleton cyclic acetals described as raw material in claim 12.
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