JPS6316376B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はブテンジオールのカルボン酸エステル
（以下不飽和エステルと略称する）より、水素化
によつてブテンジオールのカルボン酸エステル
（以下飽和エステルと略称する）を製造する方法
に関し、さらに詳しくは不飽和エステルをパラジ
ウムを主成分とする触媒の存在下、液相において
水素化し、飽和エステルを得る方法に関する。

飽和エステル、特に１，４−ジアセトキシブタ
ンはウレタン、ポリエステル等の原料として工業
的に有用な１，４−ブタンジオール、テトラヒド
ロフランなどの中間原料である。不飽和エステル
は例えばブタジエンを固体触媒の存在下、カルボ
ン酸、酸素と反応させることによつて得られ、さ
らにこの不飽和エステルを水素化させることによ
つて飽和エステルが得られる。

従来この不飽和エステルを水素化するには、パ
ラジウム、ニツケル等を主成分とする触媒を用
い、液相において反応する方法がとられている
が、これらの方法では飽和エステルを生成する主
反応の他、主にカルボン酸ブチルエステルを生成
する副反応も同時に進行するため、工業的に有利
に飽和エステルを製造するには、高い反応速度を
維持したままで、この副反応をいかにして抑制
し、選択性良く反応を行なわしめるかが極めて重
要な課題であつた。また本反応の場合、反応の選
択性は温度依存性が大きく、良好な選択性を示す
温度領域が限られるため、発生する反応熱を効率
よく除去し、この温度領域を維持することも重要
な課題であつた。

本発明者らは前記の課題に留意しつつ、パラジ
ウムを主成分とする触媒を用い、不飽和エステル
の液相水素化反応について鋭意研究を重ねた結
果、反応の選択性は反応温度のみならず、触媒の
濃度、反応物である水素ガスと不飽和エステルを
含む反応液の気液接触の方法にも大きく依存し、
従つてこれらの特定条牛を組み合わせることによ
り高い反応速度を維持したまま、高選択率で飽和
エステルが得られることを見出し、これらの知見
に基いて本発明に到達した。即ち本発明はパラジ
ウムを主成分とする触媒の存在下、不飽和エステ
ルを液相において水素化するにあたり、(a)パラジ
ウム金属が不飽和エステルに対し１×10^-6〜１×
10^-1重量％となる触媒濃度とし、(b)反応循環方式
を用い且つ(c)反応液量Ｌ（m³）および取り込みガ
ス量Ｇ（m³／hr）の間の関係が100≦Ｇ／Ｌとなる噴 流ポンプで反応液を撹拌することを特徴とする不
飽和エステルの水素化方法である。

次に本発明を詳細に説明する。

本発明方法で使用される不飽和エステルはブテ
ンジオールの少なくとも１つの水酸基がカルボン
酸とエステル結合を形成した化合物であり、ブテ
ンジオールのカルボン酸ジエステルの場合はエス
テルを形成するためのカルボン酸が同一でも異な
つていてもよい。エステルを形成するためのカル
ボン酸としてはアシル基がC₁〜C₄のものが好ま
しく、例えばギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸な
どを例示できる。特に好ましい不飽和エステルと
してはジアセトキシブテン又はヒドロキシアセト
キシブテンである。また、ブテンジオールには２
重結合や水酸基の位置の相違により数種の異性体
が存在する。例えば１−ブテン−１，２−ジオー
ル、１−ブテン−１，４−ジオール、１−ブテン
−３，４−ジオール、２−ブテン−１，４−ジオ
ールなどである。本発明において水素化の原料と
される不飽和エステルは１，４−ブタンジオー
ル、THFの原料となる２−ブテン−１，４−ジ
オールのカルボン酸エステルが主であるが、前記
のような各種不飽和エステルも使用することがで
きる。

さらに不飽和エステルは純粋な不飽和エステル
あるいはこれを溶剤で稀釈したものでもよい。従
つてブタジエンのアシルオキシ化反応によつて得
られた生成物より不飽和エステルを分離濃縮した
もの、あるいはアシルオキシ化反応における反応
物および副生物を含むものでもよく、ブタジエ
ン、水、カルボン酸、不飽和エステルの各種異性
体、さらに高分子量の高沸物、クロトンアルデヒ
ド等のアルデヒド類などを含むものでもよい。ま
た反応生成物である飽和エステルやカルボン酸ブ
チルエステルを含むものでもよいことは勿論であ
る。

もう一方の反応原料である水素は必ずしも純粋
なものである必要はなく、不活性ガス、飽和炭化
水素ガス等で稀釈されたものを用いることもでき
る。その場合、水素含有量は特に限定されない
が、10容量％以上、特に50容量％以上が好まし
い。

本発明に使用される触媒はパラジウムそのもの
でもよいが、通常は担体に担持させたものが用い
られ、これに他の元素を添加したものでもよい。
担体に対するパラジウムの含有量は特に限定され
るものではないが、反応速度の面から0.1〜15重
量％が好ましい。

担体としては通常用いられるアルミナ、シリ
カ、ケイソウ土、軽石、カーボンなどを用い得る
が、反応活性の面からカーボンが好適であり、特
に活性炭が好ましい。触媒を反応液に懸濁させて
使用するため、担体は粉末であることが好まし
く、通常50メツシユ以下の微細粒子径のものを用
いる。

本発明の特徴の１つは、パラジウムの不飽和エ
ステルに対する濃度と反応の選択性の間には特定
の関係が存在することである。すなわち触媒濃度
が高くなるにつれて不飽和エステルから飽和エス
テルへの反応の選択性が減少し、特にパラジウム
金属が不飽和エステルに対し１×10^-1重量％を越
える濃度においては、選択性の減少が顕著にな
る。パラジウム金属の濃度が１×10^-1重量％以下
の場合においては高選択率で反応を行なわしめる
ことが可能であり、飽和エステルを選択的に製造
することに関して極めて重要である。一方パラジ
ウム金属の濃度が不飽和エステルに対し１×10^-6
重量％未満の極めて低濃度の領域においては反応
速度が低く、工業的に実施することは不可能に近
い。不飽和エステルを水素化し、飽和エステルを
製造するにあたり不飽和エステルに対するパラジ
ウム金属の濃度が１×10^-6〜１×10^-1重量％、好
ましくは５×10^-4〜５×10^-2重量％となるよう触
媒を添加し、触媒を反応液中に懸濁させて反応を
行なわしめば、選択率よく飽和エステルを得るこ
とができる。

反応の選択性に関する今１つの特徴は気液の接
触方法、接触条件である。本発明方法においては
反応液循環方式によつて反応させることが必要で
ある。ここに言う反応液循環方式とは反応液を連
続的に抜き出して再び反応容器内に吐出させる、
いわゆる強制循環により反応液を循環させると同
時に反応液の上部空間に滞留する水素ガスを反応
液中に吸引して水素化反応を進行せしめるもの
で、反応容器の上部に噴流ポンプを取り付け、反
応液を反応容器底部より抜き出し、ノズルより噴
出させ、それを駆動力として水素ガスを吸引して
反応液と共に排出させる方法が採られる。噴流ポ
ンプは反応液中への水素の取り込みと反応液自体
の撹拌の２面の効果を持つものであり、この方式
を用いることによつて反応速度を著しく高めるこ
とが可能となる。

前記噴流ポンプとは例えば機械工学便覧（日本
機械学会編、昭和52年７月15日発行）に記載され
ている、エネルギーを付与された流体（駆動流
体）によつて他の低エネルギー流体（被駆動流
体）をくみあげるポンプであり、噴射ポンプ、ジ
エツトポンプ、エジエクターとも呼称されるもの
である。従つてこの方式を用いれば触媒使用量の
低減が図れ、高選択率を得るために有利な触媒濃
度領域、すなわち不飽和エステルに対するパラジ
ウム金属濃度が１×10^-6〜１×10^-1重量％の触媒
濃度領域においても、反応液量の多少にかかわら
ず工業的に本反応を実施するに十分な反応速度を
得ることができる。

さらに反応選択性に関与する気液の接触条件、
すなわち噴流ポンプの作動条件としては、反応器
内の反応液量をＬ（m³）および噴流ポンプによる
取り込みガス量をＧ（m³／hr、標準状態換算値）
とした場合、 100≦Ｇ／Ｌ なる条件下において反応を行なうことによつて、
特に高選択率、高反応速度で反応せしめることが
できる。Ｇ／Ｌが100未満の条件下では、いずれ
の触媒濃度においても工業的に実施するに足る反
応速度を得ることができないばかりか、反応選択
率の低下をも惹き起し好ましくない。しかしＧ／
Ｌが30000を越える条件にすることは、反応装置
の規模、噴流ポンプの容量が相当に大きくなり、
必ずしも経済的に有利ではない。従つて好ましく
は噴流ポンプを100≦Ｇ／Ｌ≦30000、特に好ましく は250≦Ｇ／Ｌ5000の条件になるような反応液循環 方式を採用すれば、特定の触媒濃度と相俟つて反
応液量の多少にかかわらず反応選択性の向上を顕
著ならしめ、且つ該当触媒濃度において工業的に
必要とされる反応速度を達成することができ工業
的に有利に飽和エステルを得ることができる。な
お本発明におけるＧ／Ｌは気液接触効率及び反応
液の撹拌強度を代表するもので、Ｇ／Ｌが大なる
条件においては気液接触効率及び反応液の撹拌強
度が大であることを示すものである。

本発明方法における好適な反応温度は０〜180
℃であり、さらに好ましくは40〜150℃の範囲で
ある。この範囲を越えて高温に過ぎれば酢酸ブチ
ル等の副生が促進され、反応選択率が大幅に低下
し、工業的に有利に実施する上で好ましくない。
また低温に過ぎれば反応速度の低下を来たし、触
媒使用量の増大をも招来するので好ましくない。

本反応は発熱反応であるため、発生する反応熱
を効率よく除去して好適温度範囲に保つことが必
要であり、そのため冷却器、熱交換器などの設置
が好ましい。特に本発明方法は反応液循環方式を
用いるために、反応液循環ラインの途中に熱交換
器を設置することによつて、反応液の温度を容易
に好適な範囲に制御することができる。

反応圧力は特に限定されないが、常圧〜100
Kg／cm²がよく、さらに好ましくは10〜60Kg／cm²で
ある。この範囲より低圧の場合は、反応選択性、
反応速度の低下を生じ好ましくなく、また高圧に
過ぎれば反応装置が耐高圧のものとなつて極めて
高価になり、経済的に不利である。

また本発明方法を実施するにあたつては、回分
式、流通式の相違及び反応器の形状等には特に制
限はない。

次に本発明方法の実施の一態様を図に示し、反
応液循環方式について詳細に説明する。

図中は反応器、は噴流ポンプ、は反応液
循環用ポンプ、は熱交換器である。導管１を通
り反応器中に反応液が導入される。このとき所
定量の触媒が８より反応液に添加される。反応器
中の反応液は導管６を通つて強制循環させら
れ、噴流ポンプより吐出させられる。吐出の際
噴流ポンプ上部から反応液上部の空間に存在する
水素ガスが取り込まれ、反応液と共に噴流ポンプ
出口より吐出される。水素ガスは導管２によつて
供給され、反応の終了した後の反応液は導管７を
通り排出される。水素化反応によつて生じる反応
熱は熱交換器によつて除かれる。反応器内の温
度はこの熱交換器を用い反応器に循環する反応液
の温度を反応温度より０〜120℃低くすることに
よつて容易に高選択率を得るに好適な反応温度に
保持される。

以上述べた如く本発明方法に従えば極めて高選
択率で飽和エステルを得ることが可能となり、不
要な副生物の生成を抑制し、飽和エステルの収率
を向上せしめることができる。また反応液循環方
式を用いることによつて反応速度が増大する結
果、触媒として用いる高価なパラジウムの使用量
を少なくすることが可能となり、製造コストの低
廉が図れ、飽和エステルの収率向上と共に大きな
工業的利点が得られる。

次に本発明を実施例によつて具体的に説明す
る。

実施例 図に従つて実施した。98重量％の１，４−ジア
セトキシブテン−２を含む反応原料1400ｇに5.0
重量％のパラジウムを担持させたパラジウム−カ
ーボン粉末触媒（日本エンゲルハルド社製）1.12
ｇを加え、反応器に供給した。パラジウム金属
濃度は１，４−ジアセトキシブテン−２に対し４
×10^-3重量％である。反応器は内径70mm、長さ50
cmの円筒型であり、反応器上部には噴流ポンプが
装着してある。反応器全体を70℃に保ち、99容量
％の純度を持つ水素を導管２を通じて導入して加
圧し全圧を20Kg／cm²とした。反応器底部より導管
３を通じて反応液を抜き出し、スラリーポンプ
によつて強制循環させた。反応液は導管４，５，
６を通り、噴流ポンプの先端より吐出する。こ
の時循環液量は70／hrであり、噴流ポンプによ
つて吸引される水素ガスは220／hr（常圧に換算
して4400／hr）であつた。従つてＧ／Ｌ≒3400
となる。反応液は反応熱によつて温度上昇を来た
すが、これは二重管式熱交換器によつて熱除去
することによつて反応器内の温度を一定に保つ
た。反応開始10分後、20分後、30分後の転化率は
それぞれ、38％、77％、98％であり、１，４−ジ
アセトキシブテン−２より１，４−ジアセトキシ
ブタン−２の反応の選択率はいずれも98.8％であ
つた。

比較例 １ 触媒量を35ｇとした以外は実施例と同様に実施
した。このときのパラジウム金属濃度は１，４−
ジアセトキシブテン−２に対し1.3×10^-1重量％
であつた。この結果、反応開始20分後の転化率は
99.5％であり、選択率は80.0％であつた。

比較例 ２ 循環流量を20／hrとした以外は実施例と同様
に実施した。このときの噴流ポンプによる吸引ガ
ス量は５／hrであり、Ｇ／Ｌ≒77であつた。反
応開始60分後の転化率は12.0％であり、選択率は
94％であつた。

【図面の簡単な説明】

図は本発明方法の実施態様の一例を示すフロー
シートである。 ……反応器、……噴流ポンプ、……反応
液循環ポンプ、……熱交換器、１……反応液導
入ライン、２……水素ガス供給ライン、３……反
応液抜出ライン、４，５，６……反応液循環ライ
ン、７……反応液排出ライン、８……触媒供給ラ
イン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ パラジウムを主成分とする触媒の存在下、ブ
   テンジオールのカルボン酸エステルを該触媒を反
   応液中に懸濁させた液相において水素化するにあ
   たり、 (a) パラジウム金属がブテンジオールのカルボン
   酸エステルに対し１×10^-6〜１×10^-1重量％と
   なる触媒濃度とし、 (b) 反応液循環方式を用い且つ (c) 反応液量Ｌ（m³）および取り込みガス量Ｇ
   （m³／hr、標準状態換算値）の間の関係が 100≦Ｇ／Ｌ となる噴流ポンプで反応液を撹拌することを特
   徴とするブテンジオールのカルボン酸エステル
   の水素化方法。