JPH0272137A - グルコン酸またはそのアルカリ金属塩の製造方法 - Google Patents

グルコン酸またはそのアルカリ金属塩の製造方法

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JPH0272137A
JPH0272137A JP1175766A JP17576689A JPH0272137A JP H0272137 A JPH0272137 A JP H0272137A JP 1175766 A JP1175766 A JP 1175766A JP 17576689 A JP17576689 A JP 17576689A JP H0272137 A JPH0272137 A JP H0272137A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明に、アルカリ性水溶液中で白金族金属およびビス
マスを含有する担体触媒の存在下に、酸素または酸素含
有ガス【用いてグルコースを酸化することによりグルコ
ン酸またはそのアルカリ金M塩を製造する方法に関する
〇 〔従来の技術〕 グルコン酸素製造するためには、人規楔工業的に行なわ
れる酵素法のほか艮、触媒法も記載されており、この触
媒法はグルコースから出発し、これをアルカリ注水溶液
中で、不均一触媒の存在下に酸素含有ガスを用い″′C
酸化している。
欧州特許出願公開第0 142 725号明細書には、
このような触媒法が記載されており、この場合、担体と
しての活性炭上のパラジウム・ビスマス触媒を使用して
いる。この方法では99.8%のグルコース反応率か得
られ、99.5%のグルコン酸ナトリウム塩の収率か示
されている。グルコン酸ナトリウム塩に対する選択率は
99.7%であり、異性化生成物であるフラクトースの
割合は0.1%に減少されているということである。し
かし、触媒活性度は、1450g(得られた生成物)7
g(使用したPa)/h(反応時間)以下である。使用
し7’j HPLO法もしくはイオンクロットゲラフィ
ー法の±2重量%の測定精度に基づいても、上記の選択
率および異性化生成物の7ラクトースの量についての記
載は疑わしい。
西ドイツ国特許出願公開第28 36327号明細書に
は、水性アルカリ性媒質中で活性炭担体上の白金・ビス
マス触媒金使用して、酸素含有ガスを用いてアリールグ
リコール11:酸化し相応するα−ケトカルボン酸にす
ることが記載されている。
欧州特許第0 005 779号明細書には、水性アル
カリ性媒質中で、白金触媒と同時に鉛お工び/17’c
Uビスマスもしくはこれらの化合物の存在下で、酸素t
Wガス?用いてα−ヒドロキシアリール酢酸を酸化して
アリールグリオキシ酸にすることが記載されている。類
偏の方法か特開昭56−158733公報に記載されて
いる。
欧州特許出願公開第0 151 498号明細書にに、
活性炭上の白金・ビスマス触媒を用いてグルコースがら
α−ケトグルコン酸を〜造すること全開示しているが、
この場合触媒対グルコースの重量比は1.17 : 1
である。
活性炭上の白金・ビスマス触媒を用いる全ての公知の反
応系において、α−ヒげロキシ基はアルコール基、アル
デヒド基taはカルボニル基と一緒に酸化される。
〔発明を達成する友めの手段〕
担体として活性炭を用い几白金、パラジウム、ビスマス
を含有する担体触媒を、欧州特許出願公開第0 151
 498号明細書で提案されたものと比べて、触媒対グ
ルコースの11比が0.2 : 1以下にすぎないよう
に下げられている触媒量で用いて反応を実施すると、グ
ルコースは、アルカリ性媒質中で選択的にかつ欧州特許
出願公開第0 142 725号明細書による反応と比
べて著しく高い反応速度で、酸素と反応しグルコン酸に
なりえることが見出された。
従って、本発明の対象は、アルカリ性水溶液中で、白金
族金属お工びビスマス全含仔する担体触媒の存在下に、
酸素またt工酸素含有ガス?用いて、グルコース反応率
することによりグルコン酸もしくはそのアルカリ金属塩
に:A造する方法において、前記反応を中間分析により
確認可能な担体触媒の最適な反応率ケ達成するため、2
0〜80℃の温度でかつアルカリ金属水酸化物全継続し
て添加することにより18.0〜11の両値を維持して
、冥施し、その際グルコースに対する担体触媒の量は0
.2以下の重は比にあり、祁体触媒は担体として活性炭
上に設けられ九白金、パラジウム、ビスマスからなる活
性層を有し、活性層は白金対パラジウム1:99〜70
:30、有利に15:85〜50:50、特に15:8
5〜25ニア5の重量比で白金お工びパラジウムを含有
する貴金属成分0.1〜10λ量%と、ビスマスD、0
1〜201量%と全含有し、触媒を分離した後に生じた
アルカリ金属グルコン酸塩を場合口より遊*eに変える
ことを特徴とするグルコン(9)まtはそのアルカリ金
属塩の製造方法である。
触媒は、担体に前記白金族金属の塩、酸化物または水酸
化物を含浸させるがまたは被曖し力・つ還元することに
:り得られる。
白金族金属金触媒中に哩め込むため、白金化合物たとえ
ばH2ptcl、、H2PtCga、硝酸白金゛fたは
パラジウム化合物、paclz、H2PdCA!、ま7
ζは硝酸パラ2ウムを溶液の形でもしくは酸化物化合物
九とえば酸化白金水素化物、pao−iたはPct(O
H)2七任意な懸濁剤中の懸濶液の形で使用される。
ビスマスを触媒中へ導入するため、可溶性お工び不溶性
ビスマス化合物、たとえば塩化ビスマス(璽)、オキシ
塩化ぎスマス、ヒドロキシ塩化ビスマスお=び酸化ビス
マス(f)が用いられる。
触媒を製造するため、可溶性白金族金属化合物と、ビス
マス化合物と【担体中へ同時に導入するのが好ましい。
この点において、最初に必ずビスマスで含浸し、引き続
き長い反応時間の後、二うやく貴金属で含浸しfければ
ならないような、前記の欧州特許出願公開第0 142
 725号による活性炭上の公知のPd−B1触媒と異
なっている。
含浸または析出により担体中へ導入した白金族金稿化合
物およびビスマス化合物を還元するための還元剤として
、ホルムアルデヒv1  ヒドラゾン、水素およびその
他の常用還元剤か使用される。ホルムアルデヒドが有利
である。
この方法に、欧州特許出願公開第0142727号FJ
AaiFKよる、活性炭上のpa・B1糎左上用いて作
業する方法と比べて著しく速い反応速度を示す。活性値
に、達成可能な最適条件にて、4000.9(得られた
グルコン酸生成物)/9(使用した全ての貴金属)/h
(反応時間)tl″通える値にある。
この反応は、本来、常圧から10バール1でのガス状駿
化剤の圧力で実施することができる。
常圧ま几は軽度な過圧3.0バール下での作業が好まし
い。
グルコースは、5〜50、有利に10〜20M竜%の水
溶液として便用する。
60〜60°Cの反応温度を維持するのが好ましい。生
じたグルコン酸を中和するため九必袈rx P)((1
に、有利に9〜11である。このP)1値に、水# g
K NaOH倉遅続して温加することに工9滴節される
担体として、顆粒材料の使用tユ除外しているわけでは
ないが、粉末状の活性炭が好フしい。
久の特性:D工N66131によるIT−表面積> 5
00 m”/ 9、全孔容3Jk>0.5tl/N、灰
分含量<531kii%を有する活性炭は触媒?こ高い
活性度を与え、それによりわずかなグルコース異性化お
Lび高いグルコース収率が可能となる。
高い活性度および選択率を通成する1ζめ、たとえば活
性炭上でPti、(J蔦鷺%、B44.0重量%、B1
5重量%を有する触媒を便用する場合、同様に触媒と純
粋グルコースとの、0.1:1?I−下廻る重量比を使
用するのが好ましい。
最適反応率の達成および反応の中断の後、無色ないし最
高でも軽度に黄色味を帯びfc浴液から濾別し九触媒は
数回のバッチにおいて繰り返し使用することができる。
本発明による方法の要旨は、パイロット試験でいくつか
の試料を裸地することん工f)最適な反応it確認し′
fc後に反応を中断すること艮ある。最適r、(反応率
に、グルコースが99%以上グルコン酸に変わった際艮
達成舌几る。この時点を越えて、生成物溶液が触媒と接
触しつづけると、純粋なグルコン酸塩の溶液をしたいに
汚染する、望1しくない副住成物もしくはニス生成物、
九とえはグルカル酸、酒石酸、タルトロン酸お工びシュ
ク識が増加するのが確認できた。
従って、パイロットバッチV?−エク、クロマトグラフ
ィー分析法、九とえはHPLO(Hlgh Press
ureLiqul ohromatography )
 ’! 7cuイオンクoマドグラフイーの画定精度の
範囲内で最適な反応率を測定し、次のバッチで、測定ざ
nた最的反応待間を敞守することができる。
従来の技術と比較して不発明の利点はグルコ−スi= 
ラN粋グルコンiを、極めて速い速度で、高い選択率で
達成することでちる。活性値に、400Cl(得られた
グルコン酸)/9(使用した全ての貴会、[4)/h 
(反応時間)エフも著しく高い。意想外なのは、生じた
グルコン酸の酸化反応ならびにグルコースの異性化を阻
止するため、前記した方法金実施することにより、グル
コ/酸塩の、迅速でかつその際高傷択率の製造方法が開
発されたことであった。
同様に意想外なのは、ビスマスのほかに、白金または白
金とパランラムを使用することにL9、反応浴液中でわ
ずかな量の2−ケトグルコン酸も生じないことであった
さらに意想外なのに、白金お工びビスマスのほかにパラ
クラムを使用することにLρ相乗作用か得ら几ることで
あった。
〔実施例J 久に実施例につき本発明を詳説する。
例1 触媒の調製 20μmの平均粒径1kNする、マクロ細孔(< 5 
nm ) k有する粉末状活性炭901を、蒸留水0.
81 K懸濁した。濃Hal 10 atに溶かしたB
t2or55.57 & (以下1ビスマス溶液″と記
載する)L−,25−量%のへキサクロロ白金酸水溶g
4F(Pt 1 gに相当〕お工び20重量%のテトラ
クロロパランラム酸γ解液CI’d 4 、?に相当ノ
と混合し、活性炭冶餉液に添加した。
引き続き80℃に加熱した。NaOH13g k 10
重i%の水溶液として添加した後に、懸濁液をアルカリ
性(p1410.0)に調節した。80°0で20分間
攪拌し1c後、ホルムアルデヒド水溶液(37J![量
%)klli加することにLり白金化合物、パラクラム
化合物、ビスマス化合物を還元した。伎拌しなから1υ
濁液を80℃に15分間保ち、その後濾別し、洗浄した
。pを、1+ft%。
pa4m1%、B15N量を有するPt/Pd/Ei活
性炭触媒が得られた。
グルコースの酸化 グルコース16g(9931!量%) (8,80×1
0−2モルに相当)前記触媒0.24 & (グルコー
スに対して触媒1.B1量%)上方するグルコース水溶
液1ooyt、ガス処理攪拌機、温度針、アルカリ供給
装置、−電極、酸素供給管を有する250jI7攪拌反
応機に入れた。56℃の反応温度で、酸素をガス処理攪
拌機に工って溶液中へ分配した。反応を常圧で行った。
生じた反応生成物のグルコン酸を10重量の苛性ソーダ
液を滴加することにより継続して中和し7coその際懸
濁液の両値は10.0であった。
久表に記載された反応時間の後に試料を取り出し、この
試料から触媒を濾別した。植液をイオンクロマトグラフ
ィーお工びHPOL Kエク分析した。これにより次の
値が得られた。
時間〔分〕 グルコース グルコン酸 フラクトース グルカル酸 酒石酸 タルトロン酸 シュウ駿 反応率( 選択率( 活性度( 0,15 8,50 0,08 0,03 <0.01 <0.01 <0.01 20分): 20分): 20分): <0.01 8.50 0.16 <0.01 <0.01 0.01 100% 98% 4200、!i’(グルコン酸) 7g(全貴金属)X時間 <o、oi 8.13 0.13 0.62 0.07 0.17 0.14 <0.01 8.44 0.16 0.0? 0.05 0.09 0.06 触媒全反応溶液から分離し、生じt反応生成物のグルコ
ン酸ナトリウム金イオン交換体により遊離酸の形に変え
友。濾増され友触媒を新たに使用し、同じ結果が得られ
友。
比較例1 欧州特許出願公開第0 142 725号明細書の例1
に応じて、Pd5重量%、B151食%を有するPd−
B1活性炭触媒を製造し、次の条件下でグルコースの酸
化1&:実験し九。
温度:50℃ pH:9.5 試薬ニゲルコース(99X量%)169(8,8B ×
10−”モルに相当ン 触媒0.249 (グルコースに対して1.5mm%に
相当) 10重量%のNaOH(pJ(gli節のため)試験評
価に例1に記載したと同様に行った。
矢の値が得られた。
ここでは反応率および選択率は十分でおるが、活性度に
不十分でおった。
比較例2 触媒の調製は例1に記載したと同様に行うか、201量
%のテトラクロロパラ7ウム酸水溶液と、ビスマス溶液
とからなる混合物を添加した。
Pd 5重食%お工びB1.m食%1けるPd/Bi活
性炭融媒が得られた。グルコースの酸化お工び評価は例
1一記載し九と同様に行った。次の値が得らnた。
時間〔分〕25  32 35  40グルコース グルコン酸 7ラクトース グルカル酸 酒石酸 タルトロン酸 シュウ酸 2.47  0,20 3.12  8.23 0.16  0.30 0.01  0.03 <0.01  0.01 <0.01  0.01 <0.01  0.01 0.01    <0.01 8.40    8.38 0.26    0.25 0.05    0.07 0.01    0.01 0.01    0.02 0.03   0.03 反応率(35分):100% 選択率(35分):96% 活性度(65分):2400g[グルコン酸〕/ g[
:pa〕X時間 ここでは反応率および選択率は十分であるが、活性度が
同様に不十分であった。
比較例6 ゑ媒の調製は例1に記載し友と同様に行うが、25重量
%のへキサクロロ白金酸だけ全添加した。Pt 51素
%金有するPt/活性炭−触媒が得られ几。グルコース
の酸化および評価は例1に記載したように行った。次の
値が測定された:時間〔分]  10 25 40 6
0 120グルコン酸 グルカル酸 酒石酸 タルトロン酸 シュウ酸 1.37  2.74 0.01  0.04 <0.01  0.01 <0.01  0.02 <0.01  0.02 3.32  4,16  4,96 0.10  0.12  0.22 0.03  0.03  0.11 0.03  0.05  0.16 0.03  0.03  0.05 反応率(120分):62% 選択率(120分):90% 活性率(120分):4009Cグルコン酸コ/ 9 
[Ptl X時間 ここでは反応率、選択率、活性率に不十分であった〇 例2 触媒の調製は例1に記載したと同様に行なうか、活性炭
懸濁液にヘキサクロロ白金酸、テトラクロロパラジウム
酸、ビスマス溶液からの混合物kq Pt O,1羞!
に%、Pct 4.91量%、B15亀量%を有するP
 t/PυB1活性炭釉媒か得られる工うな量で添加し
た。グルコースの酸化および評価は例1と同様に行った
。次の値が得らnた。
時間〔分〕 グルコース グルコン酸 フラクトース グルカル酸 酒石酸 タルトロン酸 シュウ酸 反応率(2 選択率(2 活性度(2 0,920,210,01<0.01 7.68   833   8.51   8A70.
15   0,17   0.11   0.100.
0T    O,020,090,12<0.01  
 <0.01   0.01   0.02<0.01
   <0.01   0.01    0.02<0
.01   0.03   0.03   0.042
分):100% 2分)−97% 2分):3800.!i’[ゲルコメ酸〕/I〔全貴金
属〕x待時 間3 触媒の調製は例1に記載したと同様に行うが、活性炭懸
濁液に、ヘキサクロロ白金酸と、テトラクロロパランラ
ム酸と、ビスマス溶液とからなる混合物を、pt 2,
5重量%、pa 2,5重食%、Bi 5重量%全有す
るPl;/Pd/Bi活性炭融媒が得られるような蛍で
添加した。グルコースの酸化および評価は例1と同様に
行った。
時間〔分〕25 グルコース グルコン酸 フラクトース グルカル酸 酒石酸 タルトロン酸 シュウ酸 反応率( 選択率( 活性度( < 0.01 8.56 0.15 0.08 < o、oi 0.01 0.01 25分):100% 25分)=97% 25分): ろ40Cl[グルコン酸〕/I〔全貴金属
〕x待時 間じ条件下でパッチ金繰り返丁が、しがしPH9でグル
コースの酸化金行うと比較可能な結果が得られた。
例4 触媒の組成お工び調羨は例1に一致すが、グルコース酸
化の際に反応温度を60°Cに下げた。
試験の実施および評価は例1に記載したと同様に行った
。次の値が得られた。
時間 〔分]     15    20    25
グルコース グルコン酸 フラクトース グルカル酸 酒石酸 タルトロン酸 シュウ酸 反応率( 選択率( 活性度( 1,80 6,83 0,10 0,01 <0.01 <0 、01 <0.01 25分):1 25分):9 25分)=3 0.48    < 0.01 8.13     8.55 0.14     0.19 0.01     0.02 < 0.01   < 0.01 < 0.01   < 0.01 < 0.01   < 0.01 00% 7% 400g[グルコン酸〕 S〔全貴金属〕x時間 例5 触媒の組成および調製は例1と同様に行うが、グルコー
スの酸化の際にPH値全7.5に保持した。
試験の実施および評価は例1と同様に行つ友。
次の値が得られた。
時間〔分]   25  30  45グルコース グルコン酸 フラクトース グルカル酸 酒石酸 タルトロン酸 シュウ酸 反応率(4 選択率(4 活性度(4 1,00 7,58 0,18 0,02 < 0.01 < 0.01 < 0.01 5分):9 5分)=9 5分)=1 0.76    0.45 7.75    8.10 0.22     0.21 0.03     0.05 < 0.01  < 0.01 < 0.01  < 0.01 < 0.01   < 0.01 5% 7% 800gCグルコン酸〕/ 〔全貴金属〕X時間 比較例4 触媒の調製は例1に記載し九と同様に行うが、活性炭f
fi?E液にヘキサクロロ白金酸と、ビスマス溶液とか
らなる混合物’k、pt5n!および315重企1?有
するP t/B i活性炭触媒が得られるエフな身で添
加した。グルコースの酸化お工び評価は例1と同様に行
った。仄の値が得らnた〇 時間り分〕20 23  25  30グルコース グルコン酸 7ラクトース グルカル酸 酒石酸 タルトロン酸 シュウ酸 反応率(6 選択率(6 0,640,59 7,907,91 0,220,24 <0.01  0.02 <0.01  <0.01 <0.01  <0.01 <0.01  <0.01 0 分〕:  9 8 % 0分ノ : 96% 0゜38   0.15 8.10   8.33 0.22   0.17 0.06   0.09 <0.01   0.01 <0.01   0.01 <0.01   0.03 活性度(20分): 390CIIニゲルコン酸〕/ 
、9 CPt]XPt l性度(60分):2700g[グルコン酸〕/9 [
Ptl x時間 触媒は高い初期活性度?示した。しかしグルコースは6
0分の反応時間の後に完全に反応しなかった。
比較例5 触媒の調製は比較例4に記載したと同様に行うが、白金
1ならびにビスマス量を半分にした。
pt2.5重量%とBi 2.5重量%と′ft有する
Pt/Bi触媒が得られた。グルコースの酸化および評
価は例1と同様に行った。次の値が得られた。
時間〔分]  10  20 30 40 60グルコ
ース   4.45 2,60 1.80 1.00 
0.95グルコン酸   4.10  5゜89  6
,64  7.40 7.40フラクトース  0.2
0 0.21  0,21  0.23 0.22グル
カル酸   0.01  0.03 0.06 0.0
7 0.10酒石酸    <0.01  <0.01
  0.01  0.01  0.05タルトロン駿 
<0.01  <0.01  0.02  0.03 
 0.07シユウ駿     <0.01  <0.0
1  <0.01  0.03  0.01反応率(6
0分):89% 選択率(60分):94% 活性度(40分):  3600FCグルコン酸〕/、
9CPtlX時間 活性度(60分):  2400ICグルコン酸〕/、
ycpt〕x時間 触媒は高い初期活性度を示した。しかしグルコースは完
全に反応しなかった。
比較例6 触媒の調製は比較例4に記載したと同様に行うが、活性
炭懸濁液にヘキサクロロ白金醒と、ビスマズ溶液とから
なる混合物i、pt5重食%およびBi 101景%?
有するP t/B i活性炭触媒が得られるような量で
添加した。グルコースの酸化および評価は例1と同様に
行った。次の値が測定された。
時間〔分]   20  25  35  40反応率
は不十分であり、グルコースは完全に反応しなかった。
グルコース グルコン酸 フラクトース グルカル酸 酒石酸 タルトロン酸 /ユウ酸 反応率(2 選択率(2 活性度(2 1,55 6,96 0,18 0,06 0,01 0,06 0,06 5分): 5分): 5分): 0.73   0.58   0.417.65   
7.64   7.600.21   0.19   
0.220.13   0,28   0,420.0
2    0.0ろ    C1,050,030,0
60,09 0,030,060,08 2% 5% 000.1mグルコン酸〕/ [Pt〕X時間

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、アルカリ性水溶液中で、白金族金属およびビスマス
    を含有する担体触媒の存在下に、酸素または酸素含有ガ
    スを用いてグルコースを酸化することによりグルコン酸
    もしくはそのアルカリ金属塩を製造する方法において、
    前記反応を、中間分析により確認可能な担体触媒の最適
    な反応率を達成するため、20〜80℃の温度でかつア
    ルカリ金属水酸化物を継続して添加することにより8.
    0〜11のpH値を維持して実施し、その際グルコース
    に対する担体触媒の量は0.2以下の重量比にあり、担
    体触媒は担体としての活性炭上に設けられた白金、パラ
    ジウム、ビスマスからなる活性層を有し、活性層は白金
    対パラジウム1: 99〜70:30の重量比で白金およびパラジウムを含
    有する貴金属成分0.1〜10重量5と、ビスマス0.
    01〜20重量%とを含有し、かつ触媒を分離した後に
    、生じたアルカリ金属グルコン酸塩を場合により遊離酸
    に変えることを特徴とするグルコン酸またはそのアルカ
    リ金属塩の製造方法。 2、反応を、常圧〜3.0バールのガス状酸化剤の圧力
    で実施する請求項1記載の方法。3、グルコースを10
    〜20重量%の水溶液として使用する請求項1または2
    記載の方法。 4、30〜60℃の反応温度を厳守する請求項1から3
    までのいずれか1項記載の方法。5、9〜11のpH値
    で作業する請求項1から4までのいずれか1項記載の方
    法。 6、触媒として粉末状活性炭を使用する請求項1から5
    までのいずれか1項記載の方法。7、0.1を下廻る触
    媒とグルコースとの重量比を用いる請求項1から6まで
    のいずれか1項記載の方法。
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