JPS6341372B2 - - Google Patents

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JPS6341372B2
JPS6341372B2 JP57108339A JP10833982A JPS6341372B2 JP S6341372 B2 JPS6341372 B2 JP S6341372B2 JP 57108339 A JP57108339 A JP 57108339A JP 10833982 A JP10833982 A JP 10833982A JP S6341372 B2 JPS6341372 B2 JP S6341372B2
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JP
Japan
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ruthenium
compound
reaction
catalyst
oxygen
Prior art date
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Application number
JP57108339A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS58225031A (en
Inventor
Yoshihisa Kiso
Kenji Saeki
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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Publication of JPS58225031A publication Critical patent/JPS58225031A/en
Publication of JPS6341372B2 publication Critical patent/JPS6341372B2/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳现な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、゚チレングリコヌル、メタノヌル、
゚タノヌル等の含酞玠有機化合物を、䞀酞化炭玠
ず氎玠から盎接補造する方法に関する。 䞀酞化炭玠ず氎玠から盎接゚チレングリコヌ
ル、メタノヌル、゚タノヌル等の含酞玠有機化合
物を補造する方法ずしお、ロゞりム系觊媒はじめ
ずする呚期埋衚第族の金属を含む觊媒系が知ら
れおいる。これら埓来知られおいる方法のうち、
ロゞりム系觊媒を䜿甚する方法は、觊媒掻性がか
なり高いが、ロゞりム系觊媒の䟡栌が著しく高䟡
であるこずの他に、いずれの方法においおも反応
終了埌に、ロゞりム系觊媒がロゞりム金属ずしお
䞍掻性化し、容易に回収しお再䜿甚できないずい
う欠点がある。 埓぀おロゞりム系觊媒を䜿甚する方法は、觊媒
掻性がかなり高いにもかかわらず、゚チレングリ
コヌル等の含酞玠有機化合物を工業的芏暡で経枈
的に補造する方法ずしお採甚し難いものずな぀お
いる。 たた、前蚘ロゞりム系觊媒以倖の他の貎金属系
觊媒ずしおは、特開昭55−115834号、USP第
4170605号、J.Am.Chem.Soc.102、6855
1980、Erdol košhle Erdgas Petrochem32
3131979、Int.High Pressure Conf.USA
6th1977、〔〕733〜7381979、特開昭57−
82327号、特開昭57−82328号などに、ルテニりム
系觊媒を䜿甚する方法が提案されおいる。これら
のルテニりム系觊媒を䜿甚する方法では、觊媒そ
のものの䟡栌が安䟡で経枈的に優れおいるが、ロ
ゞりム系觊媒に比べ、䟋えば、゚チレングリコヌ
ル生成掻性が劣぀おいる。前蚘USP 4170605な
らびにInt.High Pressure Conf.USA6th
1977〔〕733〜7381979には、特定のル
テニりム化合物ずピリゞン類塩基配䜍子ずから圢
成されたルテニりム錯䜓觊媒を䜿甚する方法が提
案されおおり、前蚘特開昭55−115834号、特開昭
57−82328号等には可溶化したルテニりムカルボ
ニル錯䜓を觊媒ずしお䜿甚する方法が提案されお
いる。さらにこれら公開公報には該ルテニりムカ
ルボニル錯䜓ず共に、アミン類、ピリゞン類、プ
リン、ピリミゞン、ピペラゞンなどの環状アミン
類等のルむス塩基を助觊媒ずするこずが開瀺され
おいる。 さらに特開昭56−123925号には、ルテニりム化
合物ず共に、ロゞりム等の他の第族金属の化合
物を䜵甚する方法が開瀺されおいる。たたこの公
開公報には、助觊媒ずしお、アルカリ金属、アル
カリ土類金属の化合物、䟋えばハロゲン化物、カ
ルボン酞塩や窒玠含有カチオン、たたは塩基、䟋
えばアンモニりム塩、むミニりム塩、ピリゞン類
などの化合物が開瀺されおいる。 しかしこれらのいずれのルテニりム系觊媒を利
甚しおも掻性、ずくに䜎圧条件における掻性が良
奜ずいえず、高い収率で゚チレングリコヌル等の
含酞玠有機化合物を補造するこずができない。 本発明は、前述のようなルテニりム系觊媒の掻
性を著しく改善する方法に関するものである。た
た本発明は、ルテニりム化合物ず共に、ベンズむ
ミダゟヌル系化合物を䜵甚しおなる觊媒系を利甚
しお、゚チレングリコヌルをはじめずする含酞玠
有機化合物を高収率で補造する方法に関する。 すなわち本発明は、觊媒の存圚䞋ならびに加熱
加圧条件䞋に、䞀酞化炭玠及び氎玠を反応させる
こずにより含酞玠有機化合物を補造する方法にお
いお、ルテニりム化合物(a)およびベンズむミダゟ
ヌル系化合物(b)からなり、(a)䞭のルテニりム金属
グラム原子に察する(b)のモル数を40モル以䞊の
割合ずした觊媒を甚いお該反応を行うこずを特城
ずする含酞玠有機化合物の補造方法に関する。 本発明の方法においお䜿甚される觊媒はルテニ
りム化合物(a)およびベンズむミダゟヌル系化合物
(b)からなる觊媒である。ここで、ルテニりム化合
物ずしお具䜓的には、たずえばルテニりムのハロ
ゲン化物、カルボン酞塩、無機酞塩、酞化物、
皮々の有機配䜍子ず錯結合した化合物、皮々の無
機配䜍子ず錯結合した化合物などを䟋瀺するこず
ができる。さらに具䜓的には、塩化ルテニりム、
臭化ルテニりム、ペり化ルテニりム、ギ酞ルテニ
りム、酢酞ルテニりム、硝酞ルテニりム、二酞化
ルテニりム、四酞化ルテニりム、Ruacac3、
C5H5CH3RuCO2、C5H52Ru、Ru3
CO12、RuCO4 2-、Ru6CO18 2-、H2Ru4
CO13、H6Ru4CO12、〔RuCO3Cl2〕2などを
䟋瀺するこずができる。たた、埮粉末のルテニり
ム金属も反応系においおカルボニル錯䜓を圢成し
お溶解するので䜿甚するこずができる。 ルテニりム化合物(a)の䜿甚割合は、ずくに限定
されるものではないが、通垞は、反応系内のルテ
ニりム原子の濃床ずしおないし10-6グラム原
子、ずくに奜たしくは×10-1〜10-4グラム
原子の範囲である。 本発明で䜿甚されるベンズむミダゟヌル系化合
物は䞋蚘䞀般匏で瀺される化合物でる。 匏䞭、R1ないしR6は、氎玠又は任意の眮換
基から遞ばれる基である。このうち、R1および
R2、R2およびR3、R3およびR4、R4およびR5の各
組は、互いに連結され、䟡の炭化氎玠基たたは
極性基眮換の炭化氎玠基を圢成しおいおもよい。 このようなベンズむミダゟヌル系化合物には䞋
蚘のものが䟋瀺される。 ベンズむミダゟヌル、−メチルベンズむミダ
ゟヌル、−゚チルベンズむミダゟヌル、−
−プロピルベンズむミダゟヌル、−iso−プロ
ピルベンズむミダゟヌル、−tert−ブチルベン
ズむミダゟヌル、−−ブチルベンズむミダゟ
ヌル、−プニルベンズむミダゟヌル、−ベ
ンゞルベンズむミダゟヌル、−シクロヘキシル
ベンズむミダゟヌル、−オクチルベンズむミダ
ゟヌル、−ドデシルベンズむミダゟヌル、−
ヘキサドデシルベンズむミダゟヌル、−メチル
ベンズむミダゟヌル、−ゞメチルベンズむ
ミダゟヌル、−トリメチルベンズむミ
ダゟヌル、−メチル−−ゞメチルベンズ
むミダゟヌル、−゚チル−−ゞメチルベ
ンズむミダゟヌル、−iso−プロピル−
−ゞメチルベンズむミダゟヌル、−ゞメト
キシベンズむミダゟヌル、−トリメチレン
ベンズむミダゟヌル、ナフト〔−〕むミ
ダゟヌル、ナフト〔−〕むミダゟヌル、
−メチル−−メトキシベンズむミダゟヌル、
−メチル−−メトキシベンズむミダゟヌル、
−メチル−−ゞメトキシベンズむミダゟ
ヌルなどがある。 その他のものずしお、−アザベンズむミダゟ
ヌル、−メチル−−アザベンズむミダゟヌル
も䟋瀺されるこずを远蚘する。 本発明ではベンズむミダゟヌル系化合物(b)から
遞ばれる皮類以䞊の化合物を所定量反応系内
で、ルテニりム化合物(a)ず䜵甚するこずを特城ず
しおいる。 本発明ではベンズむミダゟヌル系化合物(b)の䜿
甚量は反応系内のルテニりムグラム原子に察し
お40モル以䞊の範囲で䜿甚される。該䜿甚量が40
モルよりも少ない堎合にぱチレングリコヌル、
メタノヌル、゚タノヌル等の含酞玠有機化合物の
生成量が䜎䞋するので奜たしくない。又該䜿甚量
をあたり倚くし過ぎおも含酞玠有機化合物の生成
量が増倧する効果は頭打ちずなるのでベンズむミ
ダゟヌル系化合物の䜿甚量はルテニりムグラム
原子に察しお40〜107モルの範囲で䜿甚される。
たた反応液に察しお、ベンズむミダゟヌル系
化合物(b)は10-3モルないし10モルの濃床範囲で䜿
甚するこずが望たしい。 本発明では、䞊蚘ルテニりム化合物(a)及びベン
ズむミダゟヌル系化合物(b)ず共に、他の觊媒成分
を䜵甚するこずができる。そのような化合物ずし
お呚期埋衚の第族、第族およびルテニりム以
倖の第族の金属から遞ばれる少なくずも皮類
以䞊の金属の化合物があり、これらの金属のハロ
ゲン化物、カルボン酞塩、無機酞塩、酞化物、
皮々の配䜍子、䟋えば䞀酞化炭玠ず錯結合した化
合物などを䟋瀺するこずができる。 たた䜵甚するこずのできる他の觊媒成分ずしお
ハロゲン化合物がある。 ハロゲン化合物ずしおは、ペり玠、臭玠、塩玠
などのハロゲン単䜓、ペり化氎玠、臭化氎玠、塩
化氎玠、フツ化氎玠などのハロゲン化氎玠、アル
カリ金属、アルカリ土類金属、アルミニりム、リ
ン等のハロゲン化物、第玚アンモニりムハラむ
ド、第玚ホスホニりムハラむド、むミニりムハ
ラむド、アルキルハラむド、アリヌルハラむドな
どが䟋瀺される。 これらの化合物ずしおさらに具䜓的には、䟋え
ばアルカリ金属ハラむドずしお、北化リチりム、
塩化リチりム、臭化リチりム、沃化リチりム、北
化ナトリりム、塩化ナトリりム、臭化ナトリり
ム、沃化ナトリりム、北化カリりム、塩化カリり
ム、臭化カリりム、沃化カリりム、塩化ルビゞり
ム、臭化ルビゞりム、沃化ルビゞりム、北化セシ
りム、塩化セシりム、臭化セシりム、沃化セシり
ムなどがあり、䞉塩化アルミニりム、䞉塩化リ
ン、五塩化リンなどもある。第玚アンモニりム
ハラむドには、各皮アミン類ずアルキルハラむ
ド、アリヌルハラむドなどずの反応で生成する化
合物を䜿甚するこずができ、具䜓的には、塩化テ
トラメチルアンモニりム、臭化テトラメチルアン
モニりム、沃化テトラメチルアンモニりム、北化
テトラメチルアンモニりム、塩化テトラ゚チルア
ンモニりム、臭化テトラ゚チルアンモニりム、テ
トラ−プロピルアンモニりムハラむド、テトラ
−ブチルアンモニりムハラむド、トリメチルベ
ンゞルアンモニりムハラむド、トリ゚チルベンゞ
ルアンモニりムハラむド、トリむ゜プロピルベン
ゞルアンモニりムハラむド、さらに−メチルピ
リゞニりムハラむド、−メチル−−ヒドロキ
シピリゞニりムハラむド、メチル−−ゞメチル
アミノピリゞニりムハラむドなどのピリゞニりム
ハラむド、メチル−−メチルむミダゟリりムハ
ラむド、゚チル−−メチルむミダゟリりムハラ
むドなどのむミダゟリりムハラむドなどがある。
第玚ホスホニりムハラむドずしおは、塩化テト
ラメチルホスホニりム、沃化テトラメチルホスホ
ニりム、臭化テトラメチルホスホニりム、塩化テ
トラメチルホスホニりム、北化テトラメチルホス
ホニりム、沃化テトラ゚チルホスホニりム、臭化
テトラ゚チルホスホニりム、塩化テトラ゚チルホ
スホニりム、北化テトラ゚チルホスホニりム、テ
トラ−プロピルホスホニりムハラむド、テトラ
−ブチルホスホニりムハラむド、テトラプニ
ルホスホニりムハラむド、トリプニルメチルホ
スホニりムハラむド、トリプニル゚チルホスホ
ニりムハラむドなどがある。むミニりムハラむド
には、沃化ビストリプニルホスフむンむミ
ニりム、臭化ビストリプニルホスフむンむ
ミニりム、塩化ビストリプニルホスフむン
むミニりムなどがある。アルキルハラむド、アリ
ヌルハラむドには、炭玠数〜20皋床のアルキル
基、アリヌル基のハラむドがあり、具䜓的には、
沃化メチル、沃化゚チル、臭化゚チル、塩化゚チ
ル、沃化む゜プロピル、臭化む゜プロピル、塩化
む゜プロピル、沃化−ブチル、臭化−ブチ
ル、北化−ブチルなどのアルキルハラむド、沃
化プニル、臭玠プニル、沃化ベンゞル、臭化
ベンゞルなどのアリヌルハラむドなどがある。 以䞊に䟋瀺した助觊媒は、ルテニりム化合物(a)
およびベンズむミダゟヌル系化合物(b)にさらに䜵
甚しお甚いられるこずがある助觊媒であり、必芁
に応じお皮類たたは皮類以䞊が䜵甚される。 䜵甚割合は、呚期埋衚第族、第族およびル
テニりム以倖の第族の金属の化合物を䜿甚する
堎合、反応系内のルテニりムグラム原子に察す
るこれら金属の化合物のグラム原子数の比ずし
お、通垞、玄10-2〜玄102、ずくに玄10-1〜玄10
が奜適である。 たたハロゲン化合物を䜵甚する堎合は、ルテニ
りム化合物(a)䜿甚量䞭のルテニりムのグラム原子
数に察するハロゲン化合物のモル数の比ずしお玄
10-2ないし103、ずくに玄10-1ないし102ずするこ
ずが望たしい。 本発明の方法においお䜿甚される觊媒の調敎法
ずしおは、ルテニりム化合物(a)およびベンズむミ
ダゟヌル系化合物(b)、さらには必芁に応じ他の助
觊媒をそれぞれ別々に反応系内に添加し、系内に
おいお觊媒掻性皮を圢成させる方法を採甚するこ
ずもできるし、ルテニりム化合物およびベンズむ
ミダゟヌル系化合物(b)さらには必芁に応じお他の
助觊媒から圢成された錯䜓あるいは混合物を反応
系内に添加するこずもできる。 ルテニりム化合物(a)は、䜿甚に際し、有機垌釈
剀ず予備混合しおおいおもよい。 たたベンズむミダゟヌル系化合物(b)を他の觊媒
成分の有機垌釈剀に䜿甚しおもよい。 さらにはベンズむミダゟヌル系化合物(b)を、反
応系内で圢成させる態様も䟋瀺され、䟋えば
Advances in Heterocyclic Chemistry 12
P.103〜1831970に開瀺された方法を採甚する
こずもある。 本発明の反応は、通垞溶媒の存圚䞋に実斜され
る。溶媒ずしおは、反応に䞍掻性な有機溶媒であ
ればいずれも䜿甚でき、䞊蚘の有機垌釈剀もその
たた䜿甚するこずができる。溶媒ずしお具䜓的に
は、テトラヒドロフラン、ゞ゚チレングリコヌル
のゞメチル゚ヌテル、テトラ゚チレングリコヌル
のゞメチル゚ヌテルテトラグラむム、ゞ゚チ
ル゚ヌテル、ゞむ゜プロピル゚ヌテル、ゞオキサ
ン、−ゞメトキシベンれン、18−クラりン
−などの゚ヌテル類酢酞メチル、酢酞゚チ
ル、酢酞ブチル、゚チレングリコヌルゞアセテヌ
ト、ゞ゚チレングリコヌルゞアセテヌト、γ−ブ
チロラクトン、ゞメチル−γ−ブチロラクトン、
Ύ−バレロラクトンなどの゚ステル類スルホラ
ン、ゞメチルスルホンなどのスルホン類ゞメチ
ルスルホキシド、ゞ゚チルスルホキシドなどのス
ルホキシド類−ゞメチルホルムアミド、
−ゞ゚チルホルムアミド、−ゞメチ
ルアセトアミド、−メチルピロリドン、−゚
チルピロリドン、−む゜プロピルピロリドン、
−プロピルピロリドン、−ブチルピロリド
ン、−オクチルピロリドン、−シクロヘキシ
ルピロリドン、−ベンゞルピリドン、ポリビニ
ルピロリドン、−メチル−−ピリドンなどの
アミド類ヘキサメチルリン酞トリアミド、ヘキ
サ゚チルリン酞トリアミドなどのリン酢酞トリア
ミド類N′N′−テトラメチル尿玠、
−ゞメチル−−むミダゟリドンなどの眮
換尿玠類メタノヌル、゚タノヌル、−メトキ
シ゚タノヌル、゚チレングリコヌル、ゞ゚チレン
グリコヌル、トリ゚チレングリコヌルなどのアル
コヌル類酢酞、プロピオン酞、安息銙酞等のカ
ルボン酞類プノヌル、レゟルシン等のプノ
ヌル類トリメチルアミン、トリ゚チルアミン等
のアミン類、ピリゞン、−ヒドロキシピリゞン
等のピリゞン類アセトニトリル、ベンゟニトリ
ル等のニトリル類アセトン、ゞプニルケトン
等のケトン類ヘキサン、ヘプタン、ヘキセン、
シクロヘキサン、ナフサ、灯油などの炭化氎玠
ベンれン、トル゚ン、キシレンなどの芳銙族炭化
氎玠などを䟋瀺するこずができる。これらの溶媒
のうちでぱステル類、ポリ゚ヌテル類、スルホ
ン類、アミド類などの非プロトン性双極性溶媒を
䜿甚するず、反応速床が向䞊するので奜たしい。
たたベンズむミダゟヌル系化合物を溶媒ずしお䜿
甚するこずもできる。 本発明の方法においお、反応系に䟛絊される䞀
酞化炭玠および氎玠ガスの䟛絊割合は、氎玠ガス
にたいする䞀酞化炭玠のモル比ずしお通垞20ない
し0.05、奜たしくはないし0.2の範囲である。 本発明の方法においお、反応は加熱加圧条件䞋
に実斜される。反応の際の圧力は通垞2000ないし
Kgcm2−、奜たしくは1000ないし50Kgcm2−
の範囲である。䞀般に反応の際の圧力が高くな
るほど反応速床は向䞊するので奜たしいが、本発
明の方法ではずくに比范的䜎圧領域においおもア
ルカンポリオヌルをはじめずする含酞玠有機化合
物が生成するずいう特城がある。たた、生成の際
の枩床は通垞50ないし350℃、奜たしくは150ない
し300℃の範囲である。反応に芁する時間は通垞
0.1ないし20時間、奜たしくは0.5ないし10時間の
範囲である。通垞、反応は撹拌条件䞋に実斜され
る。 本発明の方法においお、反応終了埌の反応混合
物を蒞留、抜出など垞法によ぀お凊理するこずに
よりメタノヌル、゚タノヌル、゚チレングリコヌ
ル、−プロパンゞオヌル、酢酞、酢酞メチ
ル、ギ酞メチル等の含酞玠有機化合物を単離する
こずができる。 次に本発明の方法を実斜䟋によ぀お具䜓的に説
明する。 比范䟋  内容量60mlのハステロむ補オヌトクレヌブの
内郚をアルゎンで眮換した埌、このオヌトクレヌ
ブにRu3CO120.4ミリグラム原子、むミダゟヌ
ル40ミリモル、及び−メチルピロリドン
NMP10mlを入れおオヌトクレヌブを閉じた。
この堎合のRu1グラム原子に察するむミダゟヌル
のモル数の割合は100モルである。次にこのオヌ
トクレヌブにガス導入管から䞀酞化炭玠氎玠の
モル比がの混合ガスを反応系内に導入し
お、圧力500〜550Kgcm2、枩床240℃で時間反
応させた。 反応終了埌、混合物を宀枩たで冷华し、過剰の
ガスを排出した埌、反応混合物を取り出した。 これをガスクロマトグラフむヌにより定量した
結果を第衚に瀺す。 比范䟋〜及び実斜䟋〜38 比范䟋においお第衚に瀺す条件ずする以倖
は同様に行぀た。結果を第衚に瀺す。
The present invention provides ethylene glycol, methanol,
This invention relates to a method for directly producing oxygen-containing organic compounds such as ethanol from carbon monoxide and hydrogen. As a method for directly producing oxygen-containing organic compounds such as ethylene glycol, methanol, and ethanol from carbon monoxide and hydrogen, a catalyst system containing a group metal of the periodic table, such as a rhodium-based catalyst, is known. Among these conventionally known methods,
Methods using rhodium-based catalysts have considerably high catalytic activity, but in addition to the extremely high cost of rhodium-based catalysts, in both methods, the rhodium-based catalyst becomes inactive as rhodium metal after the reaction is completed. However, it has the disadvantage that it cannot be easily recovered and reused. Therefore, although the method using rhodium-based catalysts has a considerably high catalytic activity, it has become difficult to adopt it as a method for economically producing oxygen-containing organic compounds such as ethylene glycol on an industrial scale. In addition, other noble metal catalysts other than the above-mentioned rhodium catalysts include JP-A-55-115834 and USP No.
No. 4170605, J.Am.Chem.Soc., 102 , 6855
(1980), Erdol košhle Erdgas Petrochem, 32 ,
313 (1979), Int. High Pressure Conf. (USA),
6th (1977), [1], 733-738 (1979), JP-A-1987-
Methods using ruthenium-based catalysts have been proposed in JP-A-82327 and JP-A-57-82328. In methods using these ruthenium-based catalysts, the catalyst itself is inexpensive and economically superior, but compared to rhodium-based catalysts, for example, the ethylene glycol production activity is inferior. Said USP 4170605 and Int.High Pressure Conf. (USA), 6th
(1977), [1], 733-738 (1979) proposes a method using a ruthenium complex catalyst formed from a specific ruthenium compound and a pyridine base ligand; No. 55-115834, JP-A-Sho
No. 57-82328 and others propose a method using a solubilized ruthenium carbonyl complex as a catalyst. Furthermore, these publications disclose the use of a Lewis base such as amines, pyridines, cyclic amines such as purine, pyrimidine, and piperazine as a promoter in addition to the ruthenium carbonyl complex. Further, JP-A-56-123925 discloses a method in which a compound of another group metal such as rhodium is used in combination with a ruthenium compound. This publication also discloses compounds of alkali metals and alkaline earth metals, such as halides, carboxylates, and nitrogen-containing cations, or bases, such as ammonium salts, iminium salts, and pyridines, as cocatalysts. has been done. However, no matter which of these ruthenium-based catalysts is used, the activity, especially under low pressure conditions, is not good, and oxygen-containing organic compounds such as ethylene glycol cannot be produced in high yield. The present invention relates to a method for significantly improving the activity of a ruthenium-based catalyst as described above. The present invention also relates to a method for producing oxygen-containing organic compounds such as ethylene glycol in high yield using a catalyst system comprising a benzimidazole compound in combination with a ruthenium compound. That is, the present invention provides a method for producing an oxygen-containing organic compound by reacting carbon monoxide and hydrogen in the presence of a catalyst and under heating and pressurizing conditions. The present invention relates to a method for producing an oxygen-containing organic compound, characterized in that the reaction is carried out using a catalyst in which the number of moles of (b) is 40 moles or more per gram atom of ruthenium metal in (a). The catalyst used in the method of the present invention is a ruthenium compound (a) and a benzimidazole compound.
It is a catalyst consisting of (b). Here, specific examples of the ruthenium compound include ruthenium halides, carboxylates, inorganic acid salts, oxides,
Examples include compounds having complex bonds with various organic ligands and compounds having complex bonds with various inorganic ligands. More specifically, ruthenium chloride,
Ruthenium bromide, ruthenium iodide, ruthenium formate, ruthenium acetate, ruthenium nitrate, ruthenium dioxide, ruthenium tetroxide, Ru(acac) 3 ,
( C5H5 )( CH3 ) Ru (CO) 2 , ( C5H5 ) 2Ru , Ru3
(CO) 12 , Ru (CO) 4 2- , Ru 6 (CO) 18 2- , H 2 Ru 4
Examples include (CO) 13 , H 6 Ru 4 (CO) 12 , [Ru(CO) 3 Cl 2 ] 2 and the like. Further, finely powdered ruthenium metal can also be used because it forms a carbonyl complex in the reaction system and dissolves. The proportion of the ruthenium compound (a) to be used is not particularly limited, but the concentration of ruthenium atoms in the reaction system is usually 1 to 10 -6 gram atom/, particularly preferably 2 x 10 -1 to 10 -4 gram atom/range. The benzimidazole compound used in the present invention is a compound represented by the following general formula. (In the formula, R 1 to R 6 are hydrogen or a group selected from arbitrary substituents. Among these, R 1 and
Each set of R 2 , R 2 and R 3 , R 3 and R 4 , and R 4 and R 5 may be connected to each other to form a divalent hydrocarbon group or a polar group-substituted hydrocarbon group. . ) Examples of such benzimidazole compounds include the following. Benzimidazole, N-methylbenzimidazole, N-ethylbenzimidazole, N-n
-Propylbenzimidazole, N-iso-propylbenzimidazole, N-tert-butylbenzimidazole, N-n-butylbenzimidazole, N-phenylbenzimidazole, N-benzylbenzimidazole, N-cyclohexylbenzimidazole, N- Octylbenzimidazole, N-dodecylbenzimidazole, N-
Hexadodecylbenzimidazole, 4-methylbenzimidazole, 5,6-dimethylbenzimidazole, 4,5,6-trimethylbenzimidazole, N-methyl-5,6-dimethylbenzimidazole, N-ethyl-5,6-dimethyl Benzimidazole, N-iso-propyl-5,6
-dimethylbenzimidazole, 5,6-dimethoxybenzimidazole, 4,5-trimethylenebenzimidazole, naphtho[1,2-d]imidazole, naphtho[2,3-d]imidazole,
1-methyl-4-methoxybenzimidazole,
1-methyl-5-methoxybenzimidazole,
Examples include 1-methyl-4,5-dimethoxybenzimidazole. It should be added that 4-azabenzimidazole and 1-methyl-4-azabenzimidazole are also exemplified as other examples. The present invention is characterized in that a predetermined amount of one or more compounds selected from benzimidazole compounds (b) is used in combination with the ruthenium compound (a) in the reaction system. In the present invention, the benzimidazole compound (b) is used in an amount of 40 moles or more per gram atom of ruthenium in the reaction system. The usage amount is 40
Ethylene glycol if less than molar,
This is not preferable because the amount of oxygen-containing organic compounds such as methanol and ethanol produced decreases. In addition, if the amount used is too large, the effect of increasing the amount of oxygen-containing organic compounds produced will reach a plateau, so the amount of benzimidazole compound used is within the range of 40 to 107 mol per 1 gram atom of ruthenium. used.
Furthermore, it is desirable to use the benzimidazole compound (b) in a concentration range of 10 -3 mol to 10 mol with respect to the reaction solution 1. In the present invention, other catalyst components can be used in combination with the ruthenium compound (a) and benzimidazole compound (b). Such compounds include compounds of at least one metal selected from metals in groups of the periodic table, groups other than ruthenium, and halides, carboxylates, and inorganic acid salts of these metals. , oxide,
Examples include various ligands, such as compounds complexly bound to carbon monoxide. Other catalyst components that can be used in combination include halogen compounds. Examples of halogen compounds include simple halogens such as iodine, bromine, and chlorine, hydrogen halides such as hydrogen iodide, hydrogen bromide, hydrogen chloride, and hydrogen fluoride, and halides such as alkali metals, alkaline earth metals, aluminum, and phosphorus. , quaternary ammonium halide, quaternary phosphonium halide, iminium halide, alkyl halide, aryl halide and the like. More specifically, these compounds include, for example, alkali metal halides such as lithium fluoride,
Lithium chloride, lithium bromide, lithium iodide, sodium fluoride, sodium chloride, sodium bromide, sodium iodide, potassium fluoride, potassium chloride, potassium bromide, potassium iodide, rubidium chloride, rubidium bromide, iodide These include rubidium, cesium fluoride, cesium chloride, cesium bromide, and cesium iodide, as well as aluminum trichloride, phosphorus trichloride, and phosphorus pentachloride. As quaternary ammonium halides, compounds produced by the reaction of various amines with alkyl halides, aryl halides, etc. can be used. Specifically, tetramethylammonium chloride, tetramethylammonium bromide, iodide Tetramethylammonium, tetramethylammonium fluoride, tetraethylammonium chloride, tetraethylammonium bromide, tetra n-propylammonium halide, tetra n-butylammonium halide, trimethylbenzylammonium halide, triethylbenzylammonium halide, triisopropylbenzylammonium halide, and more Pyridinium halides such as N-methylpyridinium halide, 1-methyl-2-hydroxypyridinium halide, and methyl-4-dimethylaminopyridinium halide; imidazolium such as methyl-1-methylimidazolium halide and ethyl-1-methylimidazolium halide; There are halides, etc.
Examples of the quaternary phosphonium halide include tetramethylphosphonium chloride, tetramethylphosphonium iodide, tetramethylphosphonium bromide, tetramethylphosphonium chloride, tetramethylphosphonium fluoride, tetraethylphosphonium iodide, tetraethylphosphonium bromide, tetraethylphosphonium chloride, Examples include tetraethylphosphonium fluoride, tetra n-propylphosphonium halide, tetra n-butylphosphonium halide, tetraphenylphosphonium halide, triphenylmethylphosphonium halide, and triphenylethylphosphonium halide. Iminium halides include bis(triphenylphosphine)iminium iodide, bis(triphenylphosphine)iminium bromide, and bis(triphenylphosphine) chloride.
There are also iminiums. Alkyl halides and aryl halides include halides of alkyl groups and aryl groups having about 1 to 20 carbon atoms, and specifically,
Alkyl halides such as methyl iodide, ethyl iodide, ethyl bromide, ethyl chloride, isopropyl iodide, isopropyl bromide, isopropyl chloride, n-butyl iodide, n-butyl bromide, n-butyl fluoride, iodide Examples include aryl halides such as phenyl, brominated phenyl, benzyl iodide, and benzyl bromide. The co-catalyst exemplified above is a ruthenium compound (a)
and a co-catalyst that may be further used in combination with the benzimidazole compound (b), and one type or two or more types may be used in combination as necessary. When using compounds of metals of Groups 1 and 3 of the Periodic Table and groups other than ruthenium, the proportion of combination is usually expressed as the ratio of the number of gram atoms of the compound of these metals to 1 gram atom of ruthenium in the reaction system. About 10 -2 to about 10 2 , especially about 10 -1 to about 10
is suitable. In addition, when a halogen compound is used in combination, the ratio of the number of moles of the halogen compound to the number of grams of ruthenium in the amount of ruthenium compound (a) used is approximately
10 -2 to 10 3 , preferably about 10 -1 to 10 2 . To prepare the catalyst used in the method of the present invention, the ruthenium compound (a) and the benzimidazole compound (b), as well as other co-catalysts as necessary, are separately added to the reaction system. It is also possible to adopt a method in which catalytically active species are formed within the reaction system, or a complex or mixture formed from a ruthenium compound and a benzimidazole compound (b), as well as other co-catalysts as necessary, may be added to the reaction system. You can also. The ruthenium compound (a) may be premixed with an organic diluent before use. Furthermore, the benzimidazole compound (b) may be used as an organic diluent for other catalyst components. Furthermore, embodiments in which the benzimidazole compound (b) is formed within the reaction system are also exemplified, such as
Advances in Heterocyclic Chemistry 12,
The method disclosed in P.103-183 (1970) may also be adopted. The reaction of the present invention is usually carried out in the presence of a solvent. As the solvent, any organic solvent that is inert to the reaction can be used, and the above-mentioned organic diluents can also be used as they are. Specific examples of solvents include ethers such as tetrahydrofuran, dimethyl ether of diethylene glycol, dimethyl ether of tetraethylene glycol (tetraglyme), diethyl ether, diisopropyl ether, dioxane, 1,2-dimethoxybenzene, and 18-crown-6; methyl acetate. , ethyl acetate, butyl acetate, ethylene glycol diacetate, diethylene glycol diacetate, γ-butyrolactone, dimethyl-γ-butyrolactone,
Esters such as ÎŽ-valerolactone; Sulfones such as sulfolane and dimethylsulfone; Sulfoxides such as dimethylsulfoxide and diethylsulfoxide; N,N-dimethylformamide,
N,N-diethylformamide, N,N-dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone, N-ethylpyrrolidone, N-isopropylpyrrolidone,
Amides such as N-propylpyrrolidone, N-butylpyrrolidone, N-octylpyrrolidone, N-cyclohexylpyrrolidone, N-benzylpyridone, polyvinylpyrrolidone, N-methyl-2-pyridone; hexamethylphosphoric acid triamide, hexaethylphosphoric acid Phosphoracetic triamides such as triamide; N,N,N',N'-tetramethylurea,
Substituted ureas such as 1,3-dimethyl-2-imidazolidone; Alcohols such as methanol, ethanol, 2-methoxyethanol, ethylene glycol, diethylene glycol, and triethylene glycol; Carboxylic acids such as acetic acid, propionic acid, and benzoic acid; Phenols , phenols such as resorcin; amines such as trimethylamine and triethylamine; pyridines such as pyridine and 2-hydroxypyridine; nitriles such as acetonitrile and benzonitrile; ketones such as acetone and diphenyl ketone; hexane, heptane, hexene,
Hydrocarbons such as cyclohexane, naphtha, and kerosene;
Examples include aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, and xylene. Among these solvents, it is preferable to use aprotic dipolar solvents such as esters, polyethers, sulfones, and amides because they improve the reaction rate.
Furthermore, benzimidazole compounds can also be used as a solvent. In the method of the present invention, the ratio of carbon monoxide and hydrogen gas supplied to the reaction system is usually in the range of 20 to 0.05, preferably 5 to 0.2 as a molar ratio of carbon monoxide to hydrogen gas. In the method of the invention, the reaction is carried out under heated and pressurized conditions. The pressure during the reaction is usually 2000 to 1 Kg/cm 2 -G, preferably 1000 to 50 Kg/cm 2 -
It is in the range of G. Generally, the higher the pressure during the reaction, the better the reaction rate will be, and the method of the present invention is particularly characterized in that oxygen-containing organic compounds such as alkane polyols are produced even in a relatively low pressure region. Further, the temperature during production is usually in the range of 50 to 350°C, preferably 150 to 300°C. The time required for the reaction is usually
It ranges from 0.1 to 20 hours, preferably from 0.5 to 10 hours. Usually the reaction is carried out under stirring conditions. In the method of the present invention, the reaction mixture after completion of the reaction is treated by a conventional method such as distillation or extraction to contain methanol, ethanol, ethylene glycol, 1,2-propanediol, acetic acid, methyl acetate, methyl formate, etc. Oxygen organic compounds can be isolated. Next, the method of the present invention will be specifically explained using examples. Comparative Example 1 After replacing the inside of a Hastelloy C autoclave with a capacity of 60 ml with argon, 0.4 milligram atoms of Ru 3 (CO) 12 , 40 mmol of imidazole, and 10 ml of n-methylpyrrolidone (NMP) were placed in the autoclave, and the autoclave was placed in the autoclave. closed.
In this case, the ratio of the number of moles of imidazole to Ru1 gram atom is 100 moles. Next, a mixed gas with a carbon monoxide/hydrogen molar ratio of 1/1 was introduced into the autoclave from the gas introduction pipe into the reaction system, and the reaction was carried out at a pressure of 500 to 550 Kg/cm 2 and a temperature of 240°C for 2 hours. . After the reaction was completed, the mixture was cooled to room temperature, excess gas was discharged, and the reaction mixture was taken out. Table 1 shows the results of quantifying this by gas chromatography. Comparative Examples 2 to 4 and Examples 1 to 38 The same procedures as in Comparative Example 1 were carried out except that the conditions shown in Table 1 were used. The results are shown in Table 1.

【衚】【table】

【衚】【table】

【衚】 実斜䟋 39〜41 実斜䟋においおRu化合物ずしお第衚に瀺
す化合物を甚いる以倖は同様に行぀た。結果を第
衚に瀺す。
[Table] Examples 39 to 41 The same procedures as in Example 1 were carried out except that the compounds shown in Table 2 were used as the Ru compounds. The results are shown in Table 2.

【衚】 実斜䟋 42〜43 オヌトクレヌブにRu3CO12およびむミダゟヌ
ル化合物を第衚に瀺す量入れ、䞀酞化炭玠氎
玠のモル比がの混合ガスを反応系内に導入
し第衚に瀺す条件で反応した。結果を第衚に
瀺す。
[Table] Examples 42 to 43 Put Ru 3 (CO) 12 and imidazole compound in the amounts shown in Table 3 into an autoclave, and introduce a mixed gas with a carbon monoxide/hydrogen molar ratio of 1/1 into the reaction system. The reaction was carried out under the conditions shown in Table 3. The results are shown in Table 3.

【衚】 実斜䟋 44〜48 オヌトクレヌブにRu3CO12、むミダゟヌル化
合物、添加剀および溶媒100mlを第衚に瀺
す劂く入れ、䞀酞化炭玠氎玠のモル比が
の混合ガスを反応系内に導入し第衚に瀺す条件
で反応した。結果を第衚に瀺す。
[Table] Examples 44 to 48 Ru 3 (CO) 12 , imidazole compound, additives and solvent (100 ml) were placed in an autoclave as shown in Table 4, and the molar ratio of carbon monoxide/hydrogen was 1/1.
A mixed gas of was introduced into the reaction system, and the reaction was carried out under the conditions shown in Table 4. The results are shown in Table 4.

【衚】 比范䟋〜及び実斜䟋49〜50 内容量60mlのステンレス補オヌトクレヌブの内
郚をアルゎンで眮換した埌、このオヌトクレヌブ
にRu3CO12ず−メチルベンズむミダゟヌル及
び溶媒のテトラグラむムTGMを第衚に瀺
した量を入れおオヌトクレヌブを閉じた。この堎
合のRu1グラム原子に察する−メチルベンズむ
ミダゟヌルのモル数の割合を第衚に瀺した。次
にこのオヌトクレヌブにガス導入管から䞀酞化炭
玠氎玠のモル比がの混合ガスを反応系内
の圧力が200Kgcm2になるたで加圧した埌、240℃
に加熱した。反応系の圧力は玄550Kgcm2に達し
た。これを時間、240℃に加熱し反応した。 反応終了埌、混合物を宀枩たで冷华し、過剰の
ガスを排出した埌、反応混合物を取り出した。 これをガスクロマトグラフむヌによ぀お定量し
た結果を第衚に瀺した。たた、この堎合の觊媒
のRu1グラム原子に察する−メチルベンズむミ
ダゟヌルのモル数の割合ず゚チレングリコヌル
EG及びメタノヌルの生成量ずの関係を第図
に瀺した。
[Table] Comparative Examples 5 to 7 and Examples 49 to 50 After replacing the inside of a stainless steel autoclave with a capacity of 60 ml with argon, Ru 3 (CO) 12 , 1-methylbenzimidazole, and the solvent tetraglyme were added to the autoclave. (TGM) was added in the amount shown in Table 5, and the autoclave was closed. Table 5 shows the ratio of the number of moles of 1-methylbenzimidazole to Ru1 gram atom in this case. Next, a mixed gas with a carbon monoxide/hydrogen molar ratio of 1/1 was pressurized into the autoclave from the gas inlet pipe until the pressure inside the reaction system reached 200 kg/ cm2 , and then the temperature was increased to 240°C.
heated to. The pressure in the reaction system reached approximately 550 Kg/cm 2 . This was heated to 240°C for 2 hours to react. After the reaction was completed, the mixture was cooled to room temperature, excess gas was discharged, and the reaction mixture was taken out. Table 5 shows the results of quantifying this by gas chromatography. Further, FIG. 1 shows the relationship between the ratio of the number of moles of 1-methylbenzimidazole to Ru1 gram atom of the catalyst and the amount of ethylene glycol (EG) and methanol produced in this case.

【衚】【table】 【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第図は觊媒におけるRu1グラム原子に察する
−メチルベンズむミダゟヌルのモル数の割合
ず、反応生成物である゚チレングリコヌルEG
ずメタノヌルの生成量ずの関係を瀺したグラフで
ある。
Figure 1 shows the ratio of moles of 1-methylbenzimidazole to Ru1 gram atom in the catalyst and the reaction product ethylene glycol (EG).
It is a graph showing the relationship between the amount of methanol produced and the amount of methanol produced.

Claims (1)

【特蚱請求の範囲】  觊媒の存圚䞋ならびに加熱加圧条件䞋に、䞀
酞化炭玠および氎玠を反応させるこずにより含酞
玠有機化合物を補造する方法においお、ルテニり
ム化合物(a)およびベンズむミダゟヌル系化合物(b)
からなり、(a)䞭のルテニりム金属グラム原子に
察する(b)のモル数を40モル以䞊の割合ずした觊媒
を甚いお該反応を行うこずを特城ずする含酞玠有
機化合物の補造方法。  含酞玠有機化合物が、メタノヌル、゚タノヌ
ル、゚チレングリコヌル、−プロパンゞオ
ヌル、酢酞、酢酞メチル、ギ酞メチルから遞ばれ
る皮類以䞊の化合物であるこずを特城ずする特
蚱請求の範囲第項に蚘茉の補造方法。  含酞玠有機化合物が゚チレングリコヌルであ
るこずを特城ずする特蚱請求の範囲第項たたは
第項に蚘茉の補造方法。
[Scope of Claims] 1. A method for producing an oxygen-containing organic compound by reacting carbon monoxide and hydrogen in the presence of a catalyst and under heating and pressurizing conditions, wherein a ruthenium compound (a) and a benzimidazole compound ( b)
A method for producing an oxygen-containing organic compound, characterized in that the reaction is carried out using a catalyst in which the number of moles of (b) is 40 moles or more per gram atom of ruthenium metal in (a). 2. Claim 1, wherein the oxygen-containing organic compound is one or more compounds selected from methanol, ethanol, ethylene glycol, 1,2-propanediol, acetic acid, methyl acetate, and methyl formate. The manufacturing method described in. 3. The manufacturing method according to claim 1 or 2, wherein the oxygen-containing organic compound is ethylene glycol.
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