JP7501778B2 - 多価アルコール類の製造方法 - Google Patents
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Description
具体的には、アルケン類としてジシクロペンタジエンを用いて、これをヒドロホルミル化することにより、多価アルデヒド類としてトリシクロデカンジカルバルデヒドを得た後、これを水素化(水添)することによって、多価アルコール類としてトリシクロデカンジメタノールを合成する方法が挙げられる(特許文献1)。
さらに、前記添加物を使用するには、該添加剤の供給設備や、場合によっては添加剤の除去設備等が必要となり、製造工程の複雑化や製造コストの増加が課題となる。
前記粗反応液中の金属元素の含有量を30質量ppm以下とした後に前記蒸留精製を行う、多価アルコール類の製造方法。
該トリシクロデカンジカルバルデヒドを、水素化触媒と水素の存在下に還元反応して、トリシクロ[5.2.1.0(2,6)]デカンジメタノールを含む粗反応液を得る工程を含む、[1]~[12]のいずれかに記載の多価アルコール類の製造方法。
さらに、本発明によれば、特許文献1~3に開示された、硫黄化合物、アルカリ土類金属、酸等の添加剤を用いることなく蒸留精製することが可能であるため、製品多価アルコール類への前記添加剤の混入、製造設備の腐食、及び製造コストの増加を抑制できる。
本発明において多価アルデヒド類とは、分子中に2以上のアルデヒド基を有するアルデヒド類のことをいう。
これらのうち、特に、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、ニッケルを含む水素化触媒が、水素化触媒活性、触媒コスト及び触媒分離性の観点から好ましく、とりわけルテニウム触媒が好ましい。
本発明者は、この水素化触媒に由来する金属元素が、蒸留精製工程における加熱で多価アルコール類を分解し、多価アルコール類の収率及び純度を低下させる原因となることを知見した。
本発明では、蒸留精製に先立ち、粗反応液中の金属元素を除去することで、蒸留精製工程における金属元素に起因する多価アルコール類の熱分解を抑制する。
この蒸留精製に供する粗反応液の金属元素含有量は、低いほど、多価アルコール類の熱分解抑制の観点から好ましい。蒸留精製に供する粗反応液の金属元素含有量は、特に5質量ppm以下、とりわけ1質量ppm以下とすることが好ましい。
本発明によるトリシクロ[5.2.1.0(2,6)]デカンジメタノールの製造方法は、出発原料としての多価アルデヒド類として、ジシクロペンタジエンをヒドロホルミル化してトリシクロデカンジカルバルデヒドを得る工程、及び、該トリシクロデカンジカルバルデヒドを水素化触媒と水素の存在下に還元反応して、トリシクロ[5.2.1.0(2,6)]デカンジメタノールを含む粗反応液を得る工程を有する。前述の通り、この粗反応液中の金属元素の含有量を30質量ppm以下、好ましくは10質量ppm以下とした後、前述の通り蒸留精製する。
ジシクロペンタジエンのヒドロホルミル化の方法には特に制限はなく、常法に従って行うことができる。
Rh(acac)(CO)2,Rh2O3,Rh4(CO)12,Rh6(CO)16,Rh(NO3)3などの触媒前駆体物質を有機リン化合物と共に反応混合物中に導入し反応容器内で触媒活性を持つロジウム金属ヒドリドカルボニルリン錯体を形成させてもよいし、あらかじめロジウム金属ヒドリドカルボニルリン錯体触媒を調製してそれを反応容器内に導入してもよい。
このうち、ホスファイトとしては、ジシクロペンタジエンのヒドロホルミル化反応に有効であることから、一般式P(-OR1)(-OR2)(-OR3)(式中、R1,R2およびR3はそれぞれ置換されていてもよいアリール基又はアルキル基を表す。)で示される化合物が好ましい。R1,R2およびR3の具体例としては、メチル基、エチル基、イソプロピル基、n-ブチル基、t-ブチル基、メトキシ基などで置換されていてもよいフェニル基およびナフチル基などのアリール基;メチル基、エチル基、イソプロピル基、n-ブチル基、t-ブチル基などの脂肪族アルキル基;メチル基、エチル基、イソプロピル基、n-ブチル基、t-ブチル基などの低級アルキル基で置換されていてもよいシクロペンチル基、シクロヘキシル基などの脂環式アルキル基等が挙げられる。
脂環式炭化水素化合物としては、シクロヘキサン、シクロオクタン、シクロドデカン、デカリン、メチルシクロヘキサンなどが好適に使用される。
ヒドロホルミル化反応終了後、反応生成液をそのまま、又は、ヒドロホルミル化反応溶媒として反応で使用した炭化水素化合物もしくは他の炭化水素化合物で希釈した後、アルコールと接触させて、触媒成分をヒドロホルミル化反応溶媒層に残したまま、生成物であるトリシクロデカンジカルバルデヒドをアルコールに抽出し、層分離を行う。
炭素数1~3の第1級アルコールとしてはメタノール、エタノール、プロパノールが挙げられる。
炭素数2~6の多価アルコールとしてはエチレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,2-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、ペンタンジオールの各異性体、ネオペンチルグリコール、ヘキサンジオール、グリセリン、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパンなどが使用される。
この中で、メタノールやエチレングリコール、プロパンジオール、ブタンジオールが比較的沸点が低く、価格も安く、液体として取扱もしやすいので好適に使用される。
これらの抽出溶媒は単独で使用してもよいし、2種以上を組合わせて使用しても良い。
また、アルコールに水を共存させて抽出を行ってもよい。水の添加によりアルデヒドや触媒成分が各層へ分配し易くなる。
生成物の濃度が高いほど、反応生成液からトリシクロデカンジカルバルデヒドを抽出するための体積比率(抽出溶媒/反応生成液)は高くなる。トリシクロデカンジカルバルデヒドが抽出溶液に比較的低い溶解度を示す場合は、体積比率は10:1~1:10の範囲で変動し得る。
少ない抽出溶媒使用量でトリシクロデカンジカルバルデヒドの抽出量を多くするため、抽出溶媒を分け、数回の抽出操作を行うことが有効である。
この場合、最終段階の抽出操作では、メチルシクロヘキサン等のヒドロホルミル化反応溶媒を反応生成液に対して5~20質量%程度添加してもよい。ヒドロホルミル化反応溶媒の添加で触媒の除去率を向上させることができる。
抽出溶媒のアルコールは、ヒドロホルミル化生成物であるトリシクロデカンジカルバルデヒドの一部と反応してトリシクロデカンジカルバルデヒドをアセタール化したアセタール化合物を生成する。
トリシクロデカンジカルバルデヒド中のアセタール化合物の含有率は、通常0.1~50質量%程度であり、更に1~25質量%程度である。
上記の抽出操作により得られたトリシクロデカンジカルバルデヒドを含む抽出液(トリシクロデカンジカルバルデヒド含有溶液)は、次いで、前述の水素化触媒、好ましくは、ルテニウム(Ru)触媒の存在下に水素化還元を行い、下記反応式(II)の通り、トリシクロデカンジメタノールを製造する。
・アセチルアセトナートジカルボニルロジウム(商品名:Rh(acac)(CO)2
、エヌ・イー ケムキャット株式会社製)
・ルテニウム担持炭素(ドライベースRu含有率5%、含水率56%)(商品名:Ru/C、エヌ・イーケムキャット株式会社製)
・トリス(2,4-ジ-tert-ブチルフェニル)ホスファイト(商品名:DBPO、東京化成工業株式会社製)
・メチルシクロヘキサン(商品名:メチルシクロヘキサン、富士フィルム和光純薬株式会社製)
・ジシクロペンタジエン(富士フィルム和光純薬株式会社製)
・粉末活性炭A(商品名:白鷺ANO-2、大阪ガスケミカル株式会社製)
・粉末活性炭B(商品名:特性白鷺、大阪ガスケミカル株式会社製)
<ヒドロホルミル化反応>
内容量20Lのオートクレーブ反応器に、窒素雰囲気下で、ヒドロホルミル化反応触媒の原料化合物として、Rh(acac)(CO)2 2.51g(9.73mmol)、トリス(2,4-ジ-t-ブチルフェニル)ホスファイト188.6g(0.291mol)を量り取り、有機溶媒としてメチルシクロヘキサン3.9kgを仕込んだ。その後、120rpmで攪拌しつつ、反応器内の反応液の温度を70℃まで昇温した。次いで、ガス導入バルブより速やかに水素と一酸化炭素の混合ガス(水素:一酸化炭素=1:1(モル比))を反応器内の圧力が5MPaGとなるように圧入し、この圧力を維持したまま、反応液の温度を100℃まで昇温した。その後、さらに原料化合物としてジシクロペンタジエン4.9kgを5時間かけてフィードし、さらに3時間反応させた。反応中は反応で消費された量の混合ガスを、反応器内の圧力を5MPaGに維持しながら、反応器内に導入し続けた。
得られたヒドロホルミル化反応生成液12.5kgに対し、メタノール3.77kg、水2kgを加え、窒素雰囲気下で30分間攪拌した。その後、30分間静置し2相に分離させ抽出操作を行った。得られた下相(a1)にメチルシクロヘキサンを0.4kg加え30分間攪拌した。その後、30分間静置し2相に分離させ抽出操作を行い、13.8kgの下相(a2)を得た。
得られた下相(a2)の組成をガスクロマトグラフィーにより分析したところ、トリシクロデカンジカルバルデヒド47質量%、メタノール27質量%、水14質量%、メチルシクロヘキサン7質量%、その他成分5質量%であった。
内容量20Lのオートクレーブ反応器に、上述した抽出操作により得られた下相(a2)13.8kg、ルテニウム担持炭素0.14kgを仕込んだ後、120rpmで攪拌しつつ、反応器内の反応液の温度を160℃まで昇温した。次いで、ガス導入バルブより水素ガスを反応器内の圧力が5MPaGとなるとなるように圧入し、この圧力と反応液の温度を維持したまま、8時間反応させた。反応中は反応で消費された量の水素ガスを、反応器内の圧力を5MPaGに維持しながら、反応器内に導入し続けた。
反応前の反応液に含まれる原料化合物のトリシクロデカンジカルバルデヒドの量と、反応後の反応生成液中の生成物であるトリシクロ[5.2.1.0(2,6)]デカンジメタノール(以下、「TCDDM」という。)の生成量をガスクロマトグラフィーにて分析した結果、TCDDMの収率は94%であった。
蛍光X線分析により分析した反応生成液のRu濃度は36質量ppmであり、pH試験紙により測定したpHは7であった。この反応生成液を「粗反応生成液」という。
参考例1で得られた粗反応生成液100gに、粉末活性炭Aを含有濃度が1質量%となるように添加し、室温で3時間攪拌した。次いで、攪拌後の反応生成液をろ過して、前記粉末活性炭Aを除去し、活性炭処理液95gを得た。
ガスクロマトグラフィーにて分析した結果、この活性炭処理液の組成はTCDDM52質量%、メタノール25質量%、水14質量%、メチルシクロヘキサン4質量%、その他成分5質量%であった。
蛍光X線分析により分析した活性炭処理液のRu濃度は3.5質量ppmであり、pH試験紙により測定したpHは7であった。
参考例1で得られた粗反応生成液100gに、粉末活性炭Bを含有濃度が1質量%となるように添加し、室温で3時間攪拌した。次いで、攪拌後の反応生成液をろ過して、前記粉末活性炭Bを除去し、活性炭処理液95gを得た。
実施例1におけると同様に分析したこの活性炭処理液の組成はTCDDM52質量%、メタノール25質量%、水14質量%、メチルシクロヘキサン4質量%、その他成分5質量%であった。活性炭処理液のRu濃度は0.7質量ppmであり、pHは7であった。
参考例1で得られたRu濃度36ppmの粗反応生成液100gを活性炭処理することなしに、実施例1と同様に、蒸留のモデル実験として溶媒を減圧留去した後加熱して加熱後のTCDDMの残存率を分析したところ、TCDDMの残存率は56質量%であった。
一方、比較例1では、粗反応生成液に含まれる金属元素(Ru)の含有量が30質量ppmを超えるため、TCDDMを蒸留する際の蒸留温度である230℃で5時間加熱した後のTCDDM残存率は低位となった。
また、実施例1及び実施例2並びに比較例1の結果から、金属元素(Ru)の含有量が低いほど、TCDDM残存率は高くなる傾向が確認された。
参考例1で得られた粗反応生成液14.5kgに対し、粉末活性炭Bを0.15kg添加し3.5時間攪拌した後、攪拌を停止し、ろ過して第1の活性炭処理液13kgを得た。この第1の活性炭処理液に再度0.13kgの粉末活性炭Bを添加し3時間攪拌した後、ろ過して第2の活性炭処理液12kgを得た。実施例1におけると同様に分析した第2の活性炭処理液のRu濃度は0.4質量ppm、pHは7であった。
ガスクロマトグラフィーにて分析したところ、第2の活性炭処理液の組成はトリシクロデカンジメタノール45質量%、メタノール29質量%、水14質量%、メチルシクロヘキサン7質量%、その他成分5質量%であった。
一連の蒸留において、加熱前の蒸留原料液(第2の活性炭処理液)および加熱後の留出液と塔底液に含まれるTCDDMの量をガスクロマトグラフィーにて分析した結果、TCDDMの残存率は99質量%であった。
本出願は、2022年1月20日付で出願された日本特許出願2022-007310に基づいており、その全体が引用により援用される。
Claims (13)
- 脂環式構造を有する多価アルデヒド類を出発原料として、還元反応を行うことにより得られた粗反応液を蒸留精製することを含む多価アルコール類の製造方法であって、
前記粗反応液中の金属元素の含有量を30質量ppm以下とした後に前記蒸留精製を行う、多価アルコール類の製造方法。 - 前記粗反応液中の金属元素の含有量を10質量ppm以下とした後に前記蒸留精製を行う、請求項1に記載の多価アルコール類の製造方法。
- 前記還元反応を、水素化触媒と水素の存在下で行う、請求項1に記載の多価アルコール類の製造方法。
- 前記多価アルコール類が、常圧下における沸点が300℃以上である、請求項1に記載の多価アルコール類の製造方法。
- 前記金属元素が、前記水素化触媒に由来する金属である、請求項3に記載の多価アルコール類の製造方法。
- 前記金属元素が、長周期型周期表第4及び/又は第5周期に属する遷移金属元素である、請求項1に記載の多価アルコール類の製造方法。
- 前記金属元素が、ルテニウム、ロジウム、パラジウム及びニッケルからなる群より選択される少なくとも1種である、請求項6に記載の多価アルコール類の製造方法。
- 前記粗反応液のpHを6~8の範囲内とした後に、前記蒸留精製を行う、請求項1に記載の多価アルコール類の製造方法。
- 前記粗反応液を、吸着剤を用いて処理することで、該粗反応液中の金属元素の含有量を10質量ppm以下とする、請求項1に記載のアルコール類の製造方法。
- 前記粗反応液を活性炭処理することで、該粗反応液中の金属元素の含有量を10質量ppm以下とする、請求項9に記載の多価アルコール類の製造方法。
- 前記粗反応液中の金属元素の含有量を1質量ppm以下とした後、前記蒸留精製を行う、請求項1~10のいずれか一項に記載の多価アルコール類の製造方法。
- 前記多価アルコール類がトリシクロ[5.2.1.0(2,6)]デカンジメタノールである、請求項1~10のいずれか一項に記載の多価アルコール類の製造方法。
- ジシクロペンタジエンをヒドロホルミル化して、前記多価アルデヒド類としてのトリシクロデカンジカルバルデヒドを得る工程、及び
該トリシクロデカンジカルバルデヒドを、水素化触媒と水素の存在下に還元反応して、トリシクロ[5.2.1.0(2,6)]デカンジメタノールを含む粗反応液を得る工程を含む、請求項1~10のいずれか一項に記載の多価アルコール類の製造方法。
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