JP7085474B2 - 少なくとも1種の非プロトン性極性溶媒の存在下の均一系スルホン酸の系統の触媒の存在下での5-ヒドロキシメチルフルフラールの製造方法 - Google Patents

少なくとも1種の非プロトン性極性溶媒の存在下の均一系スルホン酸の系統の触媒の存在下での5-ヒドロキシメチルフルフラールの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、少なくとも1種の非プロトン性極性溶媒の存在下の均一系スルホン酸の系統の触媒の存在下での糖、特に、ヘキソースの5-ヒドロキシメチルフルフラールへの転化方法に関する。
5-ヒドロキシメチルフルフラール(5-hydroxymethylfurfural:5-HMF)は、バイオマスに由来する化合物であり、多くの分野において、薬学、農芸化学または専門家の化学製品における活性成分の前駆体として再使用され得る。ここ数年の間に、フランジカルボン酸(furandicarboxylic acid:FDCA)の前駆体として有利に用いられており、これは、ポリエステルファイバまたは消費者向けプラスチックの製造のためのモノマーとしてテレフタル酸の代わりとして用いられる。
ヘキソースの脱水による5-HMFの製造が多年にわたり知られており、かなりの多数の調査研究の主題になった。一方で、グルコースまたはフルクトースの5-HMFへの脱水は、非プロトン性極性溶媒、例えば、ジメチルスルホキシド(dimethyl sulphoxide:DMSO)またはN-メチル-ピロリドン(N-methyl-pyrrolidone:NMP)中で、不均一系酸触媒、すなわち、反応媒体中に溶解しない担持型触媒、例えば、非特許文献1に記載されたスルホン酸性シリカ(sulphonic silica)の存在下で記載されている。このスルホン酸性シリカの性能は、5-HMFの収率:約70%に相当する。他方、グルコースまたはフルクトースの5-HMFへの脱水は、例えば特許文献1~3において、プロトン性極性溶媒、例えば水またはエタノール中、不均一系または均一系の酸触媒の存在下で記載されている。すなわち、均一系酸触媒は、反応媒体中に可溶であり、カルボン酸、エステルおよびエーテルの系統の副生物、例えば、レブリン酸およびそのエステル、ギ酸およびそのエステル並びに5-HMFのアルコキシ化誘導体、例えば、5-エトキシメチルフルフラールの生成が伴う。これらの生成物を得るには、費用のかかるさらなる分離および精製の工程が必要とされ、方法の財政上の利益に強い影響を与える。
米国特許出願公開第2014/0235881号明細書 米国特許出願公開第2014/0357878号明細書 米国特許出願公開第2015/0045576号明細書
Baoら著、「Catal. Commun.」、2008年、第9巻、p.1383
それ故に、改善された収率を得ることを可能にする一方で、不要な副生物の生成を制限する、糖の5-HMFへの選択的転化のための新しい方法を開発する必要性がある。
驚くべきことに、本出願人は、糖を、均一系スルホン酸の系統の1種または複数種の触媒と、少なくとも1種の非プロトン性極性溶媒の存在下に接触させることは、5-HMFの収率を有意に増加させることを可能にする一方で、不要な副生物の生成を制限することを立証した。
それ故に、本発明は、少なくとも1種の非プロトン性極性溶媒の存在下に均一系スルホン酸の系統の触媒を用いて糖から5-ヒドロキシメチルフルフラールを製造するための方法に関する。
(発明の主題)
本発明の主題は、したがって、少なくとも1種の糖を含む供給原料を、5-ヒドロキシメチルフルフラールに転化させるための新規な方法であって、前記供給原料を、均一系スルホン酸の系統の1種または複数種の触媒と、単独または混合物で用いられる少なくとも1種の非プロトン性極性溶媒の存在下、30℃~200℃の温度、0.1MPa~10MPaの圧力で接触させ、前記触媒は、一般式:
Figure 0007085474000001
の化合物から選択され、
式中、Rは、
・ ハロゲン基
・ アルキル基であって、線状または分枝状であり、環式または非環式であり、1~20個の炭素原子を含み、少なくとも1つの置換基により置換されてもされてなくてもよく、該置換基は、
‐ オキソ基
‐ ハロゲン基、および
‐ アリール基であって、縮合型または非縮合型であり、ハロゲン基および/または線状または分枝状の、環式または非環式のアルキル基であって、1~20個の炭素原子を含むものにより置換されてもされてなくてもよい、アリール基
から選択される、アルキル基、
・ アリール基であって、6~14個の炭素原子を含み、少なくとも1つの置換基により置換されてもされてなくてもよく、該置換基は、
‐ アルキル基であって、線状または分枝状の、環式または非環式の、1~20個の炭素原子を含み、少なくとも1つのハロゲン化基または少なくとも1つのニトロ基により置換されてもされてなくてもよい、アルキル基
‐ ハロゲン化基、および
‐ ニトロ基
から選択される、アリール基
から選択される、方法を提供することにある。
スルホン酸の系統の触媒とは、SOHの酸官能基を有するスルホン酸の系統の分子を意味する。
均一系スルホン酸とは、反応媒体に可溶であるスルホン酸を意味する。
非プロトン性溶媒とは、溶媒として作用する分子であって、その水素の全てが炭素原子によって保持されているものを意味する。
極性溶媒とは、溶媒として作用する分子であって、デバイで表されるその双極子モーメントμが、25℃で測定されて2.00以上の数値を有するものを意味する。
それ故に、非プロトン性極性溶媒とは、溶媒として作用する分子であって、その全ての水素が、炭素原子によって保持され、かつ、デバイで表されるその双極子モーメントμが、25℃で測定されて2.00以上の数値を有するものを意味する。
本発明の利点は、不要な副生物、例えば、カルボン酸、エステル、エーテルおよびフミンの系統の生成物の生成を制限しつつ、非プロトン性極性溶媒中の均一系スルホン酸の系統の1種または複数種の触媒を用いて糖を5-ヒドロキシメチルフルフラールに転化させるための方法を提供することにある。フミンは、酸媒体中の糖の分解に由来する二次的な縮合生成物、例えば、ポリフランである。
(発明の詳細な説明)
(供給原料)
本発明による方法において処理される供給原料は、少なくとも1種の糖、好ましくは、オリゴ糖および単糖から単独または混合物で選択されるものを含む供給原料である。
糖とは、本発明によって想定される反応条件下で可溶な任意のオリゴ糖または単糖を意味する。
単糖とは、より特定的には、一般式C(HO)またはC12の炭水化物を意味する。本発明において供給原料として用いられる好ましい単糖は、グルコース、マンノースおよびフルクトースから選択され、これらは、単独または混合物で用いられる。
オリゴ糖とは、より特定的には、実験式C6n10n+25n+1(式中、nは、1より大きい整数であり、前記オリゴ糖を構成する単糖ユニットは、同一であるかまたは異なっている)を有する炭水化物、および/または、実験式(C6m10m+25m+1)(C5n8n+24n+1)(式中、mおよびnは、1以上の整数であり、前記オリゴ糖を構成する単糖ユニットは同一であるかまたは異なっている)を有する炭水化物を意味する。
オリゴ糖は、好ましくは、ヘキソースのオリゴマーまたはペントースおよびヘキソースのオリゴマーから、好ましくは、ヘキソースのオリゴマーから選択され、好ましくは、本発明によって想定される反応条件下に可溶であることをそれらに可能にするポリマー化度を有する。それらは、再生可能資源、例えば、デンプン、イヌリン、セルロースまたはヘミセルロースに由来する多糖、場合によっては、リグノセルロースバイオマスに由来する多糖の部分加水分解によって得られ得る。例えば、リグノセルロースバイオマスの水蒸気爆発は、オリゴ糖および単糖の流れを生じさせるリグノセルロースバイオマス中に含有されるセルロースおよびヘミセルロースの部分加水分解の方法である。
本発明において供給原料として用いられる好ましいオリゴ糖は、好ましくは、サッカロース、ラクトース、マルトース、イソマルトース、イヌロビオース、メリビオース、ゲンチオビオース、トレハロース、セロビオース、セロトリオース、セロテトラオース、およびデンプン、イヌリン、セルロースまたはヘミセルロースの加水分解に由来する前記多糖の加水分解に由来するオリゴ糖から選択され、これらは、単独または混合物で用いられる。
好ましくは、本発明による方法において用いられる少なくとも1種の糖を含む供給原料は、セロビオース、フルクトースおよびグルコースから選択され、これらは、単独または混合物で用いられる。
非常に好ましくは、前記供給原料は、フルクトースおよびグルコースから選択され、これらは、単独または混合物で用いられる。
(触媒)
本発明によると、前記供給原料は、本発明による方法において、均一系スルホン酸の系統の少なくとも1種の触媒と、単独または混合物で用いられる少なくとも1種の非プロトン性極性溶媒の存在下に、30℃~200℃の温度、0.1MPa~10MPaの圧力で接触させられる。
本発明によると、触媒は、一般式:
Figure 0007085474000002
の均一系スルホン酸化合物から選択される。
式中、Rは、
・ ハロゲン基、
・ アルキル基であって、線状または分枝状であり、環式または非環式であり、1~20個の炭素原子を含み、少なくとも1つの置換基により置換されてもされてなくてもよく、該置換基は、
‐ オキソ基、
‐ ハロゲン基、および
‐ アリール基であって、縮合型または非縮合型であり、ハロゲン基および/または線状または分枝状の、環式または非環式のアルキル基であって1~20個の炭素原子を含むものにより置換されてもされてなくてもよい、アリール基
から選択される、アルキル基
・ アリール基であって、6~14個の炭素原子を含み、少なくとも1つの置換基により置換されてもされてなくてもよく、該置換基は、
‐ アルキル基であって、線状または分枝状であり、環式または非環式であり、1~20個の炭素原子を含み、少なくとも1つのハロゲン化基または少なくとも1つのニトロ基により置換されてもされてなくてもよい、アルキル基、
‐ ハロゲン化基、および
‐ ニトロ基
から選択される、アリール基
から選択される。
Rがハロゲン基である場合、前記ハロゲン基は、好ましくは、フッ素、塩素、臭素およびヨウ素から選択される。
好ましくは、Rがハロゲン基である場合、前記ハロゲン基はフッ素である。
Rが線状アルキル基である場合、前記線状アルキル基は、1~20個の炭素原子、好ましくは1~10個の炭素原子、より好ましくは1~6個の炭素原子を含有する。
一層より好ましくは、Rが線状アルキル基である場合、前記線状アルキル基は、メチル、エチルおよびプロピルの基から選択される。
非常に有利には、Rが線状アルキル基である場合、前記線状アルキル基は、メチルであり、スルホン酸の系統の触媒は、メタンスルホン酸である。
Rが分枝状アルキル基である場合、前記分枝状アルキル基は、3~20個の炭素原子、好ましくは3~10個の炭素原子、より好ましくは3~6個の炭素原子を含有する。
一層より好ましくは、Rが分枝状アルキル基である場合、前記分枝状アルキル基は、イソプロピル、イソブチルおよびtert-ブチルの基から選択される。
Rが環式アルキル基である場合、前記環式アルキル基は、3~20個の炭素原子、好ましくは5~8個の炭素原子を含有する。
好ましくは、Rが環式アルキル基である場合、前記環式アルキル基は、シクロペンチルおよびシクロヘキシルの基から選択される。
Rが少なくとも1つのオキソ(=O)基により置換されたアルキル基である場合、前記オキソ基は、末端炭素上に配置されてもされなくてもよい。前記オキソ基は、それ故に、ケトン、アルデヒドまたはカルボン酸の官能基の部分を形成し得る。
好ましくは、Rが少なくとも1つのオキソ(=O)基により置換されたアルキル基である場合、前記オキソ基は、ケトンまたはアルデヒドの官能基の部分を形成する。
Rが少なくとも1つのハロゲン基により置換されたアルキル基である場合、前記ハロゲン基は、好ましくは、フッ素、塩素、臭素およびヨウ素から選択されるが、好ましくはフッ素である。
非常に好ましくは、Rが少なくとも1つのハロゲン基により置換されたアルキル基である場合、Rは、トリフルオロメチルであり、スルホン酸の系統の触媒は、トリフルオロメタンスルホン酸である。
Rが少なくとも1つのアリール基により置換されたアルキル基である場合、前記アリール基は、有利には、フェニル、トリルおよびナフチルから選択される。
好ましくは、Rが少なくとも1つのアリール基により置換されたアルキル基である場合、前記アリール基は、フェニルであり、Rは、ベンジル基である。
Rが少なくとも1つのアリール基により置換されたアルキル基である場合、前記アルキル基は、有利には、フッ素、塩素、臭素およびヨウ素から選択される少なくとも1つのハロゲン基によって置換されるが、好ましくはフッ素である。
Rがアリール基である場合、前記アリール基は、6~14個の炭素原子、好ましくは6~10個の炭素原子を含有する。
好ましくは、Rがアリール基である場合、前記アリール基は、フェニルまたはナフチルである。
Rが少なくとも1つのハロゲン基により置換されたアリール基である場合、前記ハロゲン基は、好ましくは、フッ素、塩素、臭素およびヨウ素から選択されるが、好ましくはフッ素である。
Rが少なくとも1つのアルキル基により置換されたアリール基である場合、前記アルキル基は、有利には、線状または分枝状のアルキル基であって、1~6個の炭素原子を含有するものから選択される。
好ましくは、Rが少なくとも1つのアルキル基により置換されたアリール基である場合、前記アルキル基は、メチル、エチル、プロピルおよびイソプロピルから選択される。
一層より好ましくは、Rが少なくとも1つのアルキル基により置換されたアリール基である場合、前記アルキル基はメチルであり、スルホン酸の系統の触媒は、パラトルエンスルホン酸である。
Rがアルキル基により置換されたアリール基である場合、前記アルキル基は、有利には、フッ素、塩素、臭素およびヨウ素から選択される少なくとも1つのハロゲン基、好ましくはフッ素により置換される。
(転化方法)
本発明によると、少なくとも1種の糖を含む供給原料の転化のための方法は、反応チャンバにおいて、少なくとも1種の溶媒の存在下に実施され、前記溶媒は、1種の非プロトン性極性溶媒または非プロトン性極性溶媒の混合物であり、その際の温度は、30℃~200℃であり、その際の圧力は、0.1MPa~10MPaである。
本方法は、それ故に、少なくとも1種の非プロトン性極性溶媒を含む反応チャンバにおいて実施され、この反応チャンバにおいて、前記供給原料は、本発明によるスルホン酸の系統の少なくとも1種の触媒の存在下に置かれる。
本発明によると、本方法は、少なくとも1種の溶媒の存在下に行われ、前記溶媒は、1種の非プロトン性極性溶媒または非プロトン性極性溶媒の混合物である。
非プロトン性極性溶媒は、有利には、デバイ(D)で表されるその双極子モーメントが2.00以上である全ての非プロトン性極性溶媒から選択される。好ましくは、非プロトン性極性溶媒は、ピリジン(2.37)、ブタン-2-オン(5.22)、アセトン(2.86)、無水酢酸(2.82)、N,N,N’,N’-テトラメチル尿素(3.48)、ベンゾニトリル(4.05)、アセトニトリル(3.45)、メチルエチルケトン(2.76)、プロピオニトリル(3.57)、ヘキサメチルホスホラミド(5.55)、ニトロベンゼン(4.02)、ニトロメタン(3.57)、N,N-ジメチルホルムアミド(3.87)、N,N-ジメチルアセトアミド(3.72)、スルホラン(4.80)、N-メチルピロリドン(4.09)、ジメチルスルホキシド(3.90)、炭酸プロピレン(4.94)およびγ-バレロラクトン(4.71)から単独または混合物で選択される。
好ましくは、非プロトン性極性溶媒は、有利には、アセトン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、スルホラン、N-メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、炭酸プロピレンおよびγ-バレロラクトンから単独または混合物で選択される。
好ましくは、非プロトン性極性溶媒は、有利には、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、ジメチルスルホキシドおよびγ-バレロラクトンから単独または混合物で選択される。
好ましくは、本発明による前記方法が行われる際の温度は、50℃~200℃、好ましくは50℃~175℃であり、その際の圧力は、0.1MPa~8MPa、好ましくは0.1~5MPaである。
一般的に、本方法は、種々の実施形態に従って行われ得る。それ故に、本方法は、有利には、バッチ様式または連続的に行われ得る。それは、閉鎖反応器チャンバまたは半開放反応器において行われ得る。
均一系スルホン酸の系統の1種または複数種の触媒は、反応器チャンバに、供給原料/触媒(1種または複数種)の質量比:1~1000、好ましくは1~500、好ましくは1~200、好ましくは1~150に相当する量の割合で導入される。
供給原料は、溶媒/供給原料の質量比:0.1~200、好ましくは0.3~100、一層より好ましくは1~50に相当する量の割合で本方法に導入される。
連続的な方法が選ばれるならば、質量毎時空間速度(供給原料の質量流量/触媒(1種または複数種)の重量)は、0.01h-1~5h-1、好ましくは0.02h-1~2h-1である。
反応の終わりに、触媒は、沈殿、蒸留、抽出または洗浄によって容易に回収され得る。それは、イオン交換樹脂、例えば、Amberlyst 31中にそれを通過させることによっても回収され、この樹脂の洗浄の後に再利用され得る。
(得られる生成物およびその分析の方法)
本発明による転化方法の反応の生成物は、5-ヒドロキシメチルフルフラール(5-HMF)である。
反応の終わりに、反応媒体は、内部標準の存在下のガスクロマトグラフィー(gas chromatography:GC)によって分析されて、5-HMF含有率が決定され、外部標準の存在下のイオンクロマトグラフィーによって供給原料の転化率が決定され、不要な生成物、例えば、レブリン酸、ギ酸、アルコキシメチルフルフラールおよびフミンが定量される。
(実施例)
以下の実施例において、供給原料として用いられるグルコースおよびフルクトースは工業用であり、さらなる精製なしで用いられる。
実施例におけるAmberlyst 15およびMSAで表記されるメタンスルホン酸は、工業用であり、さらなる精製なしで用いられる。
非プロトン性極性溶媒として用いられる、実施例においてDMSOで表記されるジメチルスルホキシドおよび実施例においてNMPで表記されるN-メチルピロリドンは、工業用であり、さらなる精製なしで用いられる。
プロトン性極性溶媒として用いられるエタノールは、工業用であり、さらなる精製なしで用いられる。
糖の5-HMFへの転化の実施例1~8について、5-HMFのモル収率は、得られた5-HMFのモル数と用いられた糖供給原料のモル数との間の比を用いて計算される。
(実施例1:NMP中のメタンスルホン酸を利用したフルクトースの転化(本発明に合致する))
メタンスルホン酸(0.018g,0.19mmol)が、NMP(20g)中のフルクトース(2.0g,11.10mmol)の溶液に加えられる。供給原料/触媒の質量比は111である。溶媒/供給原料の質量比は10である。反応媒体は、次いで、120℃で6時間にわたって撹拌される。フルクトースの5-HMFへの転化は、一定分量の溶液の定期的なサンプリングによってモニタリングされる。この一定分量の溶液は、直ちに0℃に冷却され、水に再溶解させられ、イオンクロマトグラフィーによって試験される。6時間後の5-HMFのモル収率は、78%である。不要なフミンの収率は、22%である。
(実施例2:NMP中のメタンスルホン酸を利用したグルコースおよびフルクトースの混合物の転化(本発明に合致する))
メタンスルホン酸(0.018g,0.19mmol)が、NMP(20g)中のフルクトースおよびグルコースの50重量%/50重量%の混合物(2.0g,11.10mmol)に加えられる。供給原料/触媒の質量比は、111である。溶媒/供給原料の質量比は、10である。反応媒体は、次いで、120℃で6時間にわたって撹拌される。フルクトースおよびグルコースの混合物の5-HMFへの転化は、一定分量の溶液の定期的なサンプリングによってモニタリングされる。この一定分量の溶液は、直ちに0℃に冷却され、水に再溶解させられ、イオンクロマトグラフィーによって試験される。6時間後の5-HMFのモル収率は70%である。不要なフミンの収率は、30%である。
(実施例3:DMSO中のメタンスルホン酸を利用したフルクトースの転化(本発明に合致する))
メタンスルホン酸(0.018g,0.19mmol)が、DMSO(20g)中のフルクトース(2.0g,11.10mmol)の溶液に加えられる。供給原料/触媒の質量比は、111である。溶媒/供給原料の質量比は、10である。反応媒体は、次いで、120℃で6時間にわたって撹拌される。フルクトースの5-HMFへの転化は、一定分量の溶液の定期的なサンプリングによってモニタリングされる。この一定分量の溶液は、直ちに0℃に冷却され、水に再溶解させられ、イオンクロマトグラフィーによって試験される。6時間後の5-HMFのモル収率は、82%である。不要なフミンの収率は、18%である。
(実施例4:DMSO中のメタンスルホン酸を利用したグルコースおよびフルクトースの混合物の転化(本発明に合致する))
メタンスルホン酸(0.018g,0.19mmol)が、DMSO(20g)中のフルクトースおよびグルコースの50重量%/50重量%の混合物(2.0g,11.10mmol)に加えられる。供給原料/触媒の質量比は、111である。溶媒/供給原料の質量比は、10である。反応媒体は、次いで、120℃で6時間にわたって撹拌される。フルクトースおよびグルコースの混合物の5-HMFへの転化は、一定分量の溶液の定期的なサンプリングによってモニタリングされる。この一定分量の溶液は、直ちに0℃に冷却され、水に再溶解させられ、イオンクロマトグラフィーによって試験される。6時間後の5-HMFのモル収率は、76%である。不要なフミンの収率は、24%である。
(比較例5:NMP中の触媒なしのフルクトースの転化(本発明に合致しない))
フルクトース(2.0g,11.10mmol)が、NMP(20g)に溶解させられる。溶媒/供給原料の質量比は、10である。反応媒体は、次いで、120℃で6時間にわたって撹拌される。フルクトースの5-HMFへの転化は、一定分量の溶液の定期的なサンプリングによってモニタリングされる。この一定分量の溶液は、直ちに0℃に冷却され、水に再溶解させられ、イオンクロマトグラフィーによって試験される。6時間後の5-HMFのモル収率は1%未満である。不要なフミンの収率は40%である。
(比較例6:DMSO中の触媒なしのフルクトースの転化(本発明に合致しない))
フルクトース(2.0g,11.10mmol)が、DMSO(20g)に溶解させられる。溶媒/供給原料の質量比は、10である。反応媒体は、次いで、120℃で6時間にわたって撹拌される。フルクトースの5-HMFへの転化は、一定分量の溶液の定期的なサンプリングによってモニタリングされる。この一定分量の溶液は、直ちに0℃に冷却され、水に再溶解させられ、イオンクロマトグラフィーによって試験される。6時間後の5-HMFのモル収率は、65%である。不要なフミンの収率は、35%である。
(比較例7:NMP中の不均一系スルホン酸触媒であるAmberlyst 15を利用したフルクトースの転化(本発明に合致しない))
Amberlyst 15(0.040g,0.19mmol)が、NMP(20g)中のフルクトース(2.0g,11.10mmol)の溶液に加えられる。供給原料/触媒の質量比は、50である。溶媒/供給原料の質量比は、10である。反応媒体は、次いで、120℃で6時間にわたって撹拌される。フルクトースの5-HMFへの転化は、一定分量の溶液の定期的なサンプリングによってモニタリングされる。この一定分量の溶液は、直ちに0℃に冷却され、水に再溶解させられ、イオンクロマトグラフィーによって試験される。6時間後の5-HMFのモル収率は、45%である。不要なフミンの収率は、55%である。
(比較例8:エタノール(プロトン性極性溶媒)中のメタンスルホン酸を利用したフルクトースの転化(本発明に合致しない))
メタンスルホン酸(0.018g,0.19mmol)が、エタノール(20g)中のフルクトース(2.0g,11.10mmol)の溶液に加えられる。供給原料/触媒の質量比は、111である。溶媒/供給原料の質量比は、10である。反応媒体は、次いで、120℃で6時間にわたって撹拌される。フルクトースの5-HMFへの転化は、一定分量の溶液の定期的なサンプリングによってモニタリングされる。この一定分量の溶液は、直ちに0℃に冷却され、水に再溶解させられ、イオンクロマトグラフィーによって試験される。6時間後の5-HMFのモル収率は、17%である。不要なレブリン酸エチル、5-エトキシメチルフルフラールおよびフミンの収率は、それぞれ、7%、5%および37%である。
6時間にわたる反応後に行われたサンプリングの間の5-HMFの収率を示す結果は、表1に要約されている。
Figure 0007085474000003
本発明による非プロトン性極性溶媒中の均一系スルホン酸の系統の触媒、例えばメタンスルホン酸を用いた場合には、非プロトン性極性溶媒中の触媒がない場合と比較しておよび非プロトン性極性溶媒中の不均一系スルホン酸の系統の触媒、例えば、Amberlyst 15を使用した場合と比較して、およびプロトン性極性溶媒、例えばエタノール中の均一系スルホン酸の系統の触媒、例えば、メタンスルホン酸を使用した場合と比較して反応速度論はより迅速であり、5-HMFの収率はより高い。
不要な生成物の収率は、本発明による非プロトン性極性溶媒中の均一系スルホン酸の系統の触媒、例えば、メタンスルホン酸を使用した場合に、非プロトン性極性溶媒中の触媒を用いない場合と比較して、非プロトン性極性溶媒中の不均一系スルホン酸の系統の触媒、例えば、Amberlyst 15使用した場合と比較して、およびプロトン性極性溶媒、例えばエタノール中の均一系スルホン酸の系統の触媒、例えば、メタンスルホン酸を使用した場合と比較してより低い。
それ故に、予想外にも、糖の5-HMFへの転化のために本発明による非プロトン性極性溶媒中の均一系スルホン酸の系統の触媒を用いることが大いに有利であるようである。

Claims (12)

  1. 少なくとも1種の糖を含む供給原料の5-ヒドロキシメチルフルフラールへの転化方法
    であって、前記供給原料を、均一系スルホン酸の系統の1種または複数種の触媒と、単独
    または混合物で用いられる少なくとも1種の非プロトン性極性溶媒の存在下に、30℃~
    200℃の温度、0.1MPa~10MPaの圧力で接触させ、前記触媒は、一般式:
    Figure 0007085474000004
    の化合物から選択され、
    Rは、3~10個の炭素原子を含有する分枝状アルキル基であるか、または、
    Rは、p-トリル基であり、スルホン酸の系統の触媒は、p-トルエンスルホ
    ン酸である
    方法。
  2. 前記糖は、オリゴ糖および単糖から単独または混合物で選択される、請求項1に記載の
    方法。
  3. 単糖は、グルコース、マンノースおよびフルクトースから選択され、単独または混合物
    で用いられる、請求項2に記載の方法。
  4. オリゴ糖は、サッカロース、ラクトース、マルトース、イソマルトース、イヌロビオー
    ス、メリビオース、ゲンチオビオース、トレハロース、セロビオース、セロトリオース、
    セロテトラオース、およびデンプン、セルロースまたはヘミセルロースの加水分解に由来
    する多糖の加水分解に由来するオリゴ糖から選択され、これらは、単独または混合物で用
    いられる、請求項2に記載の方法。
  5. Rは、3~10個の炭素原子を含有する分枝状アルキル基である、請求項1~4のいずれか1つに記載の方法。
  6. Rは、p-トリル基であり、スルホン酸の系統の触媒は、p-トルエンスルホン酸である、請求項1~4のいずれか1つに記載の方法。
  7. 非プロトン性極性溶媒は、デバイ(D)で表されるその双極子モーメントが2.00超
    である非プロトン性極性溶媒から選択される、請求項1~6のいずれか1つに記載の方法。
  8. 非プロトン性極性溶媒は、ピリジン、ブタン-2-オン、アセトン、無水酢酸、N,N
    ,N’,N’-テトラメチル尿素、ベンゾニトリル、アセトニトリル、メチルエチルケト
    ン、プロピオニトリル、ヘキサメチルホスホラミド、ニトロベンゼン、ニトロメタン、N
    ,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、スルホラン、N-メチル
    ピロリドン、ジメチルスルホキシドおよび炭酸プロピレンから単独または混合物で選択さ
    れる、請求項1~7のいずれか1つに記載の方法。
  9. 非プロトン性極性溶媒は、アセトン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチ
    ルアセトアミド、スルホラン、N-メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、炭酸プロ
    ピレンおよびγ-バレロラクトンから単独または混合物で選択される、請求項8に記載の
    方法。
  10. 温度は、50℃~200℃であり、圧力は、0.1MPa~8MPaである、請求項1
    ~9のいずれか1つに記載の方法。
  11. 供給原料は、溶媒/供給原料の質量比:0.1~200で導入される、請求項1~10
    のいずれか1つに記載の方法。
  12. 均一系スルホン酸の系統の触媒は、供給原料/有機触媒(1種または複数種)の質量比
    :1~1000で導入される、請求項1~11のいずれか1つに記載の方法。
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