JP6458473B2 - Process for producing lactones - Google Patents
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Description
本発明はジカルボン酸、ジカルボン酸無水物及びジカルボン酸エステルから選ばれるいずれか1以上の化合物(以下、これらをまとめて「ジカルボン酸類」と記すことがあり、また「ジカルボン酸無水物及びジカルボン酸エステル」をまとめて「ジカルボン酸誘導体」と記すことがある。)の水素化反応によるラクトン類の製造方法に関する。詳しくはバイオマス資源を原料とし、水素化反応時の反応混合物中の糖類濃度を所定範囲に制御したジカルボン酸類の水素化反応による対応するラクトン類の製造方法に関するものである。
ラクトン類は工業用溶剤や洗浄剤、高分子化学品の反応中間体として有用である。
In the present invention, one or more compounds selected from dicarboxylic acid, dicarboxylic acid anhydride and dicarboxylic acid ester (hereinafter, these may be collectively referred to as “dicarboxylic acids”, and “dicarboxylic acid anhydride and dicarboxylic acid ester” Are collectively referred to as “dicarboxylic acid derivatives”.). Specifically, the present invention relates to a method for producing a corresponding lactone by hydrogenation reaction of dicarboxylic acids using biomass resources as raw materials and controlling the saccharide concentration in the reaction mixture during the hydrogenation reaction within a predetermined range.
Lactones are useful as industrial solvents, cleaning agents, and reaction intermediates for polymer chemicals.
ラクトン類の製造方法としては、上記の通りジカルボン酸類を水素化反応して対応するラクトン類を得る方法が知られている。例えば、特開昭64−25771号公報には、原料として無水コハク酸を使用し、ルテニウム系触媒を用いて水素化反応することにより、γ−ブチロラクトン(以下「GBL」と称することがある)を製造することが記載されている(特許文献1)。 As a method for producing lactones, a method is known in which a dicarboxylic acid is hydrogenated to obtain a corresponding lactone as described above. For example, JP-A No. 64-25771 discloses γ-butyrolactone (hereinafter sometimes referred to as “GBL”) by using succinic anhydride as a raw material and performing a hydrogenation reaction using a ruthenium-based catalyst. Manufacturing is described (Patent Document 1).
ここで原料として使用されるジカルボン酸類の工業的製造方法としては、石油資源を原料とする接触酸化法が一般的である。しかしながら、近年の石油資源価格の高騰や環境への配慮等の観点から、石油資源に代わる原料としてバイオマスの使用が注目され、例えば特開2010−100617号公報には、糖類の発酵によってジカルボン酸及びその誘導体を製造する方法が開示され(特許文献2)、また、例えば特表2013−523736号公報には、発酵法で得たジカルボン酸及びその誘導体の水素化反応によってGBLを製造する方法が開示されている(特許文献3)。 Here, as an industrial production method of dicarboxylic acids used as a raw material, a catalytic oxidation method using a petroleum resource as a raw material is common. However, from the viewpoint of the recent rise in the price of petroleum resources and consideration for the environment, the use of biomass has attracted attention as a raw material that can replace petroleum resources. For example, JP 2010-1007007 discloses dicarboxylic acids and carboxylic acids by fermentation of sugars. A method for producing the derivative is disclosed (Patent Document 2). For example, JP-T-2013-523736 discloses a method for producing GBL by hydrogenation reaction of a dicarboxylic acid obtained by fermentation and a derivative thereof. (Patent Document 3).
発酵法によるジカルボン酸類の製造においては、糖類を原料として用いるのが一般的であり、通常グルコース、スクロース又はセルロース等が用いられる。しかし、これらのジカルボン酸類の製造方法においては、生成するジカルボン酸類中に多糖類が不純物として含まれる場合や、未反応の糖類が混入することがあった。 In the production of dicarboxylic acids by fermentation, saccharides are generally used as a raw material, and usually glucose, sucrose, cellulose, or the like is used. However, in the production methods of these dicarboxylic acids, there are cases where polysaccharides are contained as impurities in the dicarboxylic acids to be produced, or unreacted saccharides are mixed.
本発明は、上記のようなバイオマス資源由来の原料を用いたラクトン類の製造プロセスにおいて、反応活性が低下することがあり、生成物であるラクトン類の収率が不安定となるという問題点を解決するためになされたものであり、これによって、安定して高い収率でラクトン類を得ることができる工業的に有利なプロセスを提供することを目的としている。 The present invention has a problem that, in the process for producing lactones using raw materials derived from biomass resources as described above, the reaction activity may decrease, and the yield of lactones as products becomes unstable. The object of the present invention is to provide an industrially advantageous process capable of stably obtaining lactones with a high yield.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、原料中の糖類、特に単糖類及び二糖類、中でも単糖類がジカルボン酸類のラクトン化反応を促進し、一方でその含有量が特定のレベルを超えると、反応阻害を引き起こすことを見出した。
即ち、水素化反応における反応混合物中の前記糖類濃度を所定の範囲内とすることで、高い収率でラクトンが得られることを見出し、本発明を完成した。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the inventors of the present invention have promoted the lactonization reaction of dicarboxylic acids while the saccharides in the raw materials, particularly monosaccharides and disaccharides, especially monosaccharides, on the other hand, the content thereof Has been found to cause reaction inhibition when above a certain level.
That is, the inventors have found that a lactone can be obtained in a high yield by setting the saccharide concentration in the reaction mixture in the hydrogenation reaction within a predetermined range, thereby completing the present invention.
本発明の要旨は以下の[1]〜[8]に存する。
[1] バイオマス資源由来の原料から得られた、ジカルボン酸及び/又はその誘導体(以下まとめて「ジカルボン酸類」と記す)の水素化反応により対応するラクトン類を製造する方法において、前記水素化反応時の反応混合物中における単糖類と二糖類との合計濃度を10質量ppm以上、3000質量ppm未満とするラクトン類の製造方法。
[2] 単糖類と二糖類との合計濃度が20質量ppm以上、1000質量ppm以下である上記1のラクトン類の製造方法。
[3] 前記水素化反応を周期表の第8〜11族に属する金属を含む不均一触媒及び/又は均一触媒を用いて行うこと上記1または2のラクトン類の製造方法
[4] 前記触媒中の周期表の第8〜11族に属する金属がルテニウム及び/又は銅である上記3のラクトン類の製造方法。
[5] 前記触媒が有機リン系化合物を配位子として有するルテニウム錯体である前記4のラクトン類の製造方法。
[6] ジカルボン酸類がコハク酸及び/又はその誘導体である前記1〜5のいずれかのラクトン類の製造方法。
[7] バイオマス資源由来の原料から得られた、ジカルボン酸類の水素化反応により対応するラクトン類を製造する方法が、反応工程、精製工程及び精製工程から反応工程への触媒循環工程を有し、反応工程における反応混合物中の単糖類と二糖類の合計濃度を20質量ppm以上、1000質量ppm以下の範囲とするラクトン類の製造方法。
[8] 前記触媒循環工程において、溶媒の留去処理と触媒の抽出処理とを順次行い、かつ抽出処理時に反応工程に循環する単糖類と二糖類との合計量を調整する上記7のラクトン類の製造方法。
The gist of the present invention resides in the following [1] to [8].
[1] In the method for producing a corresponding lactone by hydrogenation reaction of a dicarboxylic acid and / or a derivative thereof (hereinafter collectively referred to as “dicarboxylic acids”) obtained from a raw material derived from biomass resources, the hydrogenation reaction The manufacturing method of lactone which makes the sum total density | concentration of the monosaccharide and disaccharide in the reaction mixture of time to 10 mass ppm or more and less than 3000 mass ppm.
[2] The process for producing lactones according to 1 above, wherein the total concentration of monosaccharides and disaccharides is 20 mass ppm or more and 1000 mass ppm or less.
[3] The hydrogenation reaction is carried out using a heterogeneous catalyst and / or a homogeneous catalyst containing a metal belonging to Groups 8 to 11 of the periodic table. [4] The process for producing lactones according to 1 or 2 above [4] The method for producing lactones according to 3 above, wherein the metal belonging to Groups 8 to 11 of the periodic table is ruthenium and / or copper.
[5] The method for producing lactones according to 4 above, wherein the catalyst is a ruthenium complex having an organophosphorus compound as a ligand.
[6] The process for producing a lactone according to any one of 1 to 5 above, wherein the dicarboxylic acid is succinic acid and / or a derivative thereof.
[7] A method for producing a corresponding lactone obtained from a raw material derived from biomass resources by a hydrogenation reaction of dicarboxylic acids has a reaction step, a purification step, and a catalyst circulation step from the purification step to the reaction step, A method for producing lactones, wherein the total concentration of monosaccharides and disaccharides in the reaction mixture in the reaction step is in the range of 20 mass ppm to 1000 mass ppm.
[8] The lactone according to 7 above, wherein in the catalyst circulation step, solvent distillation treatment and catalyst extraction treatment are sequentially performed, and the total amount of monosaccharides and disaccharides circulated to the reaction step during the extraction treatment is adjusted. Manufacturing method.
本発明によれば、ジカルボン酸類の水素化によって対応するラクトン類を製造する際に、水素化反応時の反応混合物中の単糖類と二糖類との合計濃度を制御することにより、高い収率で安定してラクトン類を得ることができ、長期安定的にラクトン類が製造可能な工業的に有利なプロセスが構成される。 According to the present invention, when producing the corresponding lactones by hydrogenation of dicarboxylic acids, by controlling the total concentration of monosaccharides and disaccharides in the reaction mixture during the hydrogenation reaction, high yields are achieved. Lactones can be stably obtained, and an industrially advantageous process capable of producing lactones stably for a long period is constituted.
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明するが、以下の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はこれらの内容に限定されない。なお本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。また、本明細書における下限値又は上限値は、それぞれその下限値又は上限値の値を含む範囲を意味する。 Embodiments of the present invention will be described in detail below, but the following description is an example (representative example) of an embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to these contents. In the present specification, a numerical range represented by using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value. Moreover, the lower limit value or the upper limit value in this specification means a range including the value of the lower limit value or the upper limit value, respectively.
1.ラクトン原料としてのジカルボン酸類
本発明においてはラクトン類(以下単に「ラクトン」と称することがある)の製造用原料としてジカルボン酸及び又はジカルボン酸誘導体(「ジカルボン酸類」)を用いる。ここで、ジカルボン酸誘導体はジカルボン酸無水物及び/又はジカルボン酸エステルを意味するものである。これらの原料は単独で用いてもよく、混合物でもよい。
1. Dicarboxylic acids as lactone raw materials In the present invention, dicarboxylic acids and / or dicarboxylic acid derivatives (“dicarboxylic acids”) are used as raw materials for the production of lactones (hereinafter sometimes simply referred to as “lactones”). Here, the dicarboxylic acid derivative means a dicarboxylic acid anhydride and / or a dicarboxylic acid ester. These raw materials may be used alone or in a mixture.
本発明のジカルボン酸類のジカルボン酸としては特に限定されないが、芳香族ジカルボン酸又は脂肪族ジカルボン酸が挙げられる。
具体的には、芳香族ジカルボン酸としては、例えば、フタル酸、2,3−ナフタレンジカルボン酸、1,2−ナフタレンジカルボン酸、4−メチルフタル酸、3−メチルフタル酸、トリメリット酸などが挙げられ、中でも、フタル酸、4−メチルフタル酸、3−メチルフタル酸が好ましく用いられる。
Although it does not specifically limit as dicarboxylic acid of the dicarboxylic acid of this invention, Aromatic dicarboxylic acid or aliphatic dicarboxylic acid is mentioned.
Specifically, examples of the aromatic dicarboxylic acid include phthalic acid, 2,3-naphthalenedicarboxylic acid, 1,2-naphthalenedicarboxylic acid, 4-methylphthalic acid, 3-methylphthalic acid, trimellitic acid, and the like. Of these, phthalic acid, 4-methylphthalic acid, and 3-methylphthalic acid are preferably used.
また、脂肪族ジカルボン酸としては、主鎖の炭素数が1〜17、好ましくは2〜7の直鎖状又は分岐鎖状の飽和又は不飽和ジカルボン酸が好適である。具体的には、シュウ酸、コハク酸、マレイン酸、フマル酸、グルタル酸、リンゴ酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、2−オキソグルタル酸、シス−アコニット酸、ドデカン二酸等が挙げられ、中でも、マレイン酸、フマル酸、コハク酸が好ましく、特にコハク酸が好ましい。 As the aliphatic dicarboxylic acid, a linear or branched saturated or unsaturated dicarboxylic acid having 1 to 17, preferably 2 to 7 carbon atoms in the main chain is suitable. Specifically, oxalic acid, succinic acid, maleic acid, fumaric acid, glutaric acid, malic acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, 2-oxoglutaric acid, cis-aconitic acid, dodecanediate Examples thereof include maleic acid, fumaric acid, and succinic acid, and succinic acid is particularly preferable.
なお、ラクトン類製造の原料としては、これらのジカルボン酸の塩も使用することができ、例えばアンモニウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、カルシウム塩等が挙げられ、中でもアンモニウム塩が好ましい。」
また、前記の通り、本発明においては上記各種のジカルボン酸に加えて、対応する酸無水物やエステル類も用いることができる。エステルとしては、炭素数1〜4の直鎖状アルキルエステルが好ましく、特にジカルボン酸ジメチルエステルやジカルボン酸ジエチルエステルが好ましい。
In addition, as a raw material for the production of lactones, salts of these dicarboxylic acids can also be used, and examples thereof include ammonium salts, sodium salts, potassium salts, calcium salts and the like, and among them, ammonium salts are preferable. "
Moreover, as above-mentioned, in addition to the said various dicarboxylic acid, corresponding acid anhydride and ester can also be used in this invention. As the ester, a linear alkyl ester having 1 to 4 carbon atoms is preferable, and dicarboxylic acid dimethyl ester and dicarboxylic acid diethyl ester are particularly preferable.
2.バイオマス法によるジカルボン酸類の製造
本発明で使用するジカルボン酸類は、バイオマス資源から発酵工程を経て製造する方法(以下、「バイオ法」と称することがある)製造されたものを用いる。バイオ法で製造されたものは単糖類及び二糖類を含み、これらの合計濃度を制御することでジカルボン酸類の水素化反応を促進させることができ、高い収率でラクトン類を得ることができるからである。
2. Production of Dicarboxylic Acids by Biomass Method The dicarboxylic acids used in the present invention are produced by a method of producing biomass resources through a fermentation process (hereinafter sometimes referred to as “bio-method”). The bio-processed product contains monosaccharides and disaccharides, and by controlling the total concentration of these, the hydrogenation reaction of dicarboxylic acids can be promoted, and lactones can be obtained in high yield. It is.
本発明に用いるのに好適なバイオマス資源としては、例えば、木材、稲わら、籾殻、米ぬか、古米、とうもろこし、サトウキビ、キャッサバ、サゴヤシ、おから、コーンコブ、タピオカカス、バガス、植物油カス、芋、そば、大豆、油脂、古紙、製紙残渣等の植物由来の資源、水産物残渣、家畜排泄物等の動物由来の資源、下水汚泥、食品廃棄物等の混合資源が挙げられ、中でも植物資源が好ましい。また植物資源の中でも、木材、稲わら、籾殻、古米、とうもろこし、サトウキビ、キャッサバ、サゴヤシ、芋、油脂、古紙、製紙残渣が好ましく、とうもろこし、サトウキビ、キャッサバ、サゴヤシが特に好ましい。 Suitable biomass resources for use in the present invention include, for example, wood, rice straw, rice husk, rice bran, old rice, corn, sugar cane, cassava, sago palm, okara, corn cob, tapioca cass, bagasse, vegetable oil scum, cocoon, buckwheat, Examples include plant-derived resources such as soybeans, fats and oils, waste paper, and papermaking residues, animal-derived resources such as marine product residues and livestock excrement, and mixed resources such as sewage sludge and food waste, among which plant resources are preferred. Among plant resources, wood, rice straw, rice husk, old rice, corn, sugar cane, cassava, sago palm, straw, oil and fat, waste paper, and papermaking residue are preferable, and corn, sugar cane, cassava, and sago palm are particularly preferable.
上記のようなバイオマス資源から誘導される炭素源としては、グルコース、マンノース、ガラクトース、フルクトース、ソルボース、タガトース等のヘキソース;アラビノース、キシロース、リボース、キシルロース、リブロース等のペントース;マルトース、スクロース、ラクトース、トレハロース、澱粉、セルロース等の2糖・多糖類;酪酸、カプロン酸、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、パルミトレイン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、リノレン酸、モノクチン酸、アラキジン酸、エイコセン酸、アラキドン酸、ベヘニン酸、エルカ酸、ドコサペンタエン酸、ドコサヘキサエン酸、リグノセリン酸、セラコレン酸等の脂肪酸;グリセリン、マンニトール、キシリトール、リビトール等のポリアルコール類等の発酵性糖質が挙げられ、これらの中でも、グルコース、マンノース、ガラクトース、フルクトース、ソルボース、タガトース等のヘキソース;アラビノース、キシロース、リボース、キシルロース、リブロース等のペントース;マルトース、スクロース、ラクトース、トレハロース、澱粉、セルロース等の2糖・多糖類が好ましく、これらのうちグルコース、マルトース、フルクトース、スクロース、ラクトース、トレハロース、セルロースが好ましい。 Carbon sources derived from the above biomass resources include hexoses such as glucose, mannose, galactose, fructose, sorbose, tagatose; pentoses such as arabinose, xylose, ribose, xylulose, ribulose; maltose, sucrose, lactose, trehalose Disaccharides and polysaccharides such as starch and cellulose; butyric acid, caproic acid, caprylic acid, capric acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, palmitoleic acid, stearic acid, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, monoctinic acid, Fatty acids such as arachidic acid, eicosenoic acid, arachidonic acid, behenic acid, erucic acid, docosapentaenoic acid, docosahexaenoic acid, lignoceric acid, ceracolic acid; glycerin, mannitol, xylitol, ribitol, etc. Examples include fermentable sugars such as polyalcohols. Among these, hexoses such as glucose, mannose, galactose, fructose, sorbose, tagatose; pentoses such as arabinose, xylose, ribose, xylulose, ribulose; maltose, sucrose, lactose Disaccharides and polysaccharides such as trehalose, starch, and cellulose are preferable. Among these, glucose, maltose, fructose, sucrose, lactose, trehalose, and cellulose are preferable.
上記の各種炭素源から微生物変換による発酵法でジカルボン酸類を得ることができる。この目的で用いることができる微生物としては、コリネ型細菌、バチルス属細菌、リゾビウム属細菌、マイコバクテリウム属細菌、等が挙げられ、コリネ型細菌が好ましい。
発酵法による微生物変換の際の反応温度や圧力その他の反応条件は、選択される菌体、カビなど微生物の活性に依存し、目的に応じて適宜選択すればよい。
Dicarboxylic acids can be obtained from the above various carbon sources by fermentation using microbial conversion. Examples of microorganisms that can be used for this purpose include coryneform bacteria, Bacillus bacteria, Rhizobium bacteria, and Mycobacterium bacteria, with coryneform bacteria being preferred.
The reaction temperature, pressure, and other reaction conditions during microbial conversion by the fermentation method depend on the activity of microorganisms such as selected cells and molds, and may be appropriately selected according to the purpose.
3.バイオ法ジカルボン酸類に含まれる不純物(糖分)
前記のバイオマス資源から製造されるジカルボン酸類中には微生物により利用(資化)されずに残った糖類が含まれることがある。また、本発明のラクトン類の製造方法において、原料ジカルボン酸類中に、微生物に資化されずに残った多糖類が単糖類や二糖類に分解されて含まれることがある。
3. Impurities (sugar content) in biodicarboxylic acids
The dicarboxylic acids produced from the biomass resources may contain saccharides remaining without being utilized (utilized) by microorganisms. In the method for producing lactones of the present invention, polysaccharides remaining without being assimilated by microorganisms may be decomposed into monosaccharides or disaccharides in the raw material dicarboxylic acids.
本発明において「単糖類及び二糖類」とは、上記のバイオマス資源由来の糖類とその誘導体を言い、具体的にはポリヒドロキシケトン又はポリヒドロキシアルデヒド骨格を持つ化合物のことである。
即ち、本願に言う単糖類及び二糖類は、2つ以上のヒドロキシ基と1つ以上のアルデヒド基又はケトン基を有している。
In the present invention, “monosaccharides and disaccharides” refer to the above-mentioned saccharides derived from biomass resources and derivatives thereof, specifically, compounds having a polyhydroxyketone or a polyhydroxyaldehyde skeleton.
That is, the monosaccharide and disaccharide referred to in the present application have two or more hydroxy groups and one or more aldehyde groups or ketone groups.
これらの単糖類及び二糖類の具体例としては、グルコース、マンノース、ガラクトース、フルクトース、ソルボース、タガトース等のヘキソース;アラビノース、キシロース、リボース、キシルロース、リブロース等のペントース;マルトース、スクロース、ラクトース、トレハロース等が挙げられる。好ましくはグルコース、キシロース、マルトース、フルクトース、スクロース、ラクトース、トレハロース等が挙げられる。 Specific examples of these monosaccharides and disaccharides include hexoses such as glucose, mannose, galactose, fructose, sorbose and tagatose; pentoses such as arabinose, xylose, ribose, xylulose and ribulose; maltose, sucrose, lactose and trehalose. Can be mentioned. Glucose, xylose, maltose, fructose, sucrose, lactose, trehalose and the like are preferable.
また、糖誘導体としては、上記の糖から誘導される化合物であれば、特に限定されないが、例えば、デオキシリボース、フコース、フクロース、ラムノース、キノボース、パラトース等のデオキシ糖;ソルビトール、マンニトール、キシリトール等の糖アルコール類;グルコノラクトン等の糖脱水素体;レボグルコサン、4−デオキシ−3−ヘキソスロース等の1分子脱水体;又は上記の糖とカルボン酸との反応生成物等が挙げられる。
このような糖誘導体は、糖類の発酵の際に副生することがある。
4.ラクトン類の生成反応
In addition, the sugar derivative is not particularly limited as long as it is a compound derived from the above-mentioned sugar, but for example, deoxy sugars such as deoxyribose, fucose, fucose, rhamnose, quinobose, and paratose; sorbitol, mannitol, xylitol, etc. Sugar alcohols; sugar dehydrogenates such as gluconolactone; single-molecule dehydrates such as levoglucosan and 4-deoxy-3-hexosulose; or the reaction product of the above sugar and carboxylic acid.
Such sugar derivatives may be by-produced during sugar fermentation.
4). Formation reaction of lactones
(1)単糖類、二糖類の反応への影響
本発明のラクトン類の製造方法によれば、反応系内に単糖類も二糖類も含まない、例えば石油化学法により合成されたジカルボン酸類を用いたラクトン類の製造方法よりも高い収率でラクトン類を得ることができる。
(1) Effect of monosaccharides and disaccharides on the reaction According to the method for producing lactones of the present invention, dicarboxylic acids synthesized by a petrochemical method, for example, containing neither monosaccharides nor disaccharides are used in the reaction system. The lactones can be obtained in a higher yield than the conventional lactone production method.
その理由は明らかではないが、糖が遊離水に作用することで、反応系内の水濃度を制御し、また触媒に作用してその安定化をもたらす効果があると考えられる。その作用機構は次のように推定される。
単糖類及び二糖類は、疎水性の炭化水素基の割合に対して親水性のヒドロキシル基の割合が大きいため、反応混合物中の水分との親和性が高い。従って、反応混合物中の遊離水分を単糖類及び二糖類が捕捉することにより、系内の遊離水分の濃度を制御する機能があるものと考えられる。遊離水分が多すぎる場合、反応混合物中のジカルボン酸とジカルボン酸無水物の平衡が、「酸」側へ移動し、反応性の高いジカルボン酸無水物の濃度が低下するため反応速度が低下する。一方、遊離水分が過度に少なくなると、反応混合物中の求核性配位子であるジカルボン酸濃度が著しく低下して、水素化触媒の活性が低下することとなる。
The reason is not clear, but it is considered that sugar acts on free water, thereby controlling the water concentration in the reaction system and acting on the catalyst to bring about stabilization. The action mechanism is estimated as follows.
Monosaccharides and disaccharides have a high affinity for moisture in the reaction mixture because the proportion of hydrophilic hydroxyl groups is large relative to the proportion of hydrophobic hydrocarbon groups. Therefore, it is considered that the monosaccharide and disaccharide capture the free water in the reaction mixture, thereby having a function of controlling the concentration of free water in the system. If there is too much free water, the equilibrium between the dicarboxylic acid and the dicarboxylic anhydride in the reaction mixture moves to the “acid” side, and the concentration of the highly reactive dicarboxylic anhydride decreases, so the reaction rate decreases. On the other hand, if the free moisture is excessively reduced, the concentration of the dicarboxylic acid that is a nucleophilic ligand in the reaction mixture is remarkably lowered, and the activity of the hydrogenation catalyst is lowered.
また微量の糖は水素化触媒に配位して安定化させる効果があるが、糖の量が多すぎると
水素化触媒の配位場が占有されてしまい、触媒活性が低下することが考えられる。
即ち、反応混合物中の単糖類及び二糖類の合計濃度を本発明に規定する範囲内とすることで、遊離水分の濃度を水素化反応に適した濃度に制御すると同時に、水素化触媒の活性を安定化することができ、ラクトン化反応が促進され、高い収率でラクトンを得ることができるものと考えられる。
A small amount of sugar is coordinated to the hydrogenation catalyst and stabilized, but if the amount of sugar is too large, the coordination field of the hydrogenation catalyst is occupied and the catalytic activity may be reduced. .
That is, by controlling the total concentration of monosaccharides and disaccharides in the reaction mixture within the range specified in the present invention, the concentration of free water is controlled to a concentration suitable for the hydrogenation reaction, and at the same time, the activity of the hydrogenation catalyst is increased. It is considered that the lactone can be stabilized, the lactonization reaction is accelerated, and the lactone can be obtained in a high yield.
なお三糖類以上の多糖類については、単糖類や二糖類よりも水との親和性が低く反応混合物中の遊離水分濃度に与える影響が小さいこと、及び立体障害が大きいため水素化触媒に配位しにくいことなどのため、ラクトン化反応にあまり影響しない。
以下、本発明の水素化に用いる糖濃度、触媒、及び水素化の反応条件に関して詳述する。
Polysaccharides of trisaccharides and higher are coordinated to hydrogenation catalysts because they have a lower affinity with water than monosaccharides and disaccharides, and have a smaller effect on the free water concentration in the reaction mixture, and the greater steric hindrance. Because it is difficult to do so, it does not affect the lactonization reaction so much.
Hereinafter, the sugar concentration used in the hydrogenation of the present invention, the catalyst, and the reaction conditions for the hydrogenation will be described in detail.
(2)反応混合物中の糖分濃度
本発明の製造方法における反応混合物中には、単糖類及び/又は二糖類が合計濃度として10質量ppm以上、3000質量ppm未満含まれる。両者の合計濃度の下限値は、好ましくは20質量ppm以上であり、上限値は、好ましくは1000質量ppm以下、より好ましくは100質量ppm以下である。
(2) Sugar concentration in reaction mixture In the reaction mixture in the production method of the present invention, monosaccharides and / or disaccharides are contained in a total concentration of 10 mass ppm or more and less than 3000 mass ppm. The lower limit of the total concentration of both is preferably 20 ppm by mass or more, and the upper limit is preferably 1000 ppm by mass or less, more preferably 100 ppm by mass or less.
単糖類及び二糖類の合計濃度が上記下限値未満では、ラクトン化反応の速度が遅くなって収率が低下する傾向となる。一方、単糖類及び二糖類の合計濃度が高すぎると、反応阻害を引き起こし、反応活性が低下する傾向にある。
この反応混合物中の単糖類及び二糖類の濃度は、高速液体クロマトグラフィー分析のような方法により測定することができる。またその濃度を本願所定の範囲に保つ方法としては、下限値を下回った場合には、循環工程における高沸点成分の系外への排出量を少なくしたり、あるいは反応系へ単糖類や二糖類を直接添加したり、循環液中の多糖類を加水分解して単糖類や二糖類を生成させたり、より高濃度の糖類を含む原料コハク酸を使用したりする方法を、一方その濃度が上限値を上回る場合には、循環工程における高沸点成分の系外への排出量を多くしたり、循環液中の糖類を晶析や抽出によって分離したり、糖を加熱分解させたり、より糖類含有量の低い原料コハク酸を使用したり、あるいは精製済みのラクトン類により反応系を希釈したりする方法を、それぞれ例示することができる。
When the total concentration of monosaccharides and disaccharides is less than the above lower limit, the rate of lactonization reaction becomes slow and the yield tends to decrease. On the other hand, when the total concentration of monosaccharides and disaccharides is too high, reaction inhibition is caused and reaction activity tends to decrease.
The concentration of monosaccharides and disaccharides in the reaction mixture can be measured by a method such as high performance liquid chromatography analysis. As a method for maintaining the concentration within the predetermined range of the present application, if the concentration falls below the lower limit, the amount of high-boiling components discharged from the system in the circulation process is reduced or the monosaccharide or disaccharide is added to the reaction system. Can be added directly, hydrolyzing polysaccharides in the circulating fluid to produce monosaccharides and disaccharides, or using raw material succinic acid containing higher concentrations of saccharides, while the concentration is limited to the upper limit. If the value exceeds the value, the amount of high boiling point components released from the system in the circulation process is increased, the saccharides in the circulating fluid are separated by crystallization or extraction, the saccharides are decomposed by heating, and the saccharide content is increased. Examples of the method include using a raw material succinic acid with a low amount or diluting the reaction system with purified lactones.
本発明方法においては、反応期間(運転開始から運転停止まで)の全域において反応混合物中の単糖類及び二糖類の合計濃度は常に上記範囲内に維持されることが好ましいが、少なくともその50%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは80%以上、更に好ましくは90%以上、特に好ましくは95%以上の期間において上記単糖類及び二糖類の合計濃度が所定の範囲内に維持されることが望ましい。
これは運転開始当初は、反応系内への糖類の蓄積がないため、単純に原料混合物中の糖類濃度となって、本発明の単糖類及び二糖類の合計濃度に達しない場合があることを考慮したものである。
In the method of the present invention, it is preferable that the total concentration of monosaccharides and disaccharides in the reaction mixture is always maintained within the above range throughout the reaction period (from the start of operation to the stop of operation), but at least 50% or more thereof The total concentration of the monosaccharide and the disaccharide is maintained within a predetermined range in a period of preferably 70% or more, more preferably 80% or more, further preferably 90% or more, and particularly preferably 95% or more. desirable.
Since there is no accumulation of saccharides in the reaction system at the beginning of the operation, it is simply the saccharide concentration in the raw material mixture, and it may not reach the total concentration of monosaccharides and disaccharides of the present invention. It is taken into consideration.
(3)触媒
本発明に用いられる水素化触媒としては、周期律表の第8〜11族に属する金属から選ばれる少なくとも1種の金属を含むものが好ましい。第8〜11族遷移金属としては、鉄、ルテニウム、オスミウム、コバルト、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、白金、銅、銀、金などが挙げられ、中でも触媒活性の面でルテニウム、銅が好ましく、触媒活性が高いルテニウムが特に好ましい。
(3) Catalyst The hydrogenation catalyst used in the present invention preferably contains at least one metal selected from metals belonging to Groups 8 to 11 of the periodic table. Examples of the Group 8-11 transition metal include iron, ruthenium, osmium, cobalt, rhodium, iridium, nickel, palladium, platinum, copper, silver, and gold, among which ruthenium and copper are preferable in terms of catalytic activity. Ruthenium having a high catalytic activity is particularly preferable.
触媒の形態は、固体触媒でも錯体触媒でもよいが、より高品質のラクトン類を得るためには錯体触媒の方が好ましい。
以下ルテニウム錯体触媒を例として説明する。触媒の原料としては、金属ルテニウム及
びルテニウム化合物のいずれもが使用可能である。
ルテニウム化合物としては酸化物、水酸化物、無機酸塩、有機酸塩あるいは錯化合物等が使用される。具体的には二酸化ルテニウム、四酸化ルテニウム、二水酸化ルテニウム、塩化ルテニウム、臭化ルテニウム、沃化ルテニウム、硝酸ルテニウム、酢酸ルテニウム、トリス(アセチルアセトナト)ルテニウム、ヘキサクロロルテニウム酸ナトリウム、テトラカルボニルルテニウム酸ジカリウム、ペンタカルボニルルテニウム、シクロペンタジエニルジカルボニルルテニウム、ジブロモトリカルボニルルテニウム、クロロトリス(トリフェニルホスフィン)ヒドリドルテニウム、テトラ(トリフェニルホスフィン) ジヒド
リドルテニウム、テトラ(トリメチルホスフィン) ジヒドリドルテニウム、ビス(トリ
−n −ブチルホスフィン) トリカルボニルルテニウム、ドデカカルボニルテトラヒドリドテトラルテニウム、ドデカカルボニルトリルテニウム、オクタデカカルボニルヘキサルテニウム酸ジセシウム、ウンデカカルボニルヒドリドトリルテニウム酸テトラフェニルホスフォニウム等が挙げられ、好ましくは塩化ルテニウム、トリス(アセチルアセトナト)ルテニウム、酢酸ルテニウムである。
The catalyst may be in the form of a solid catalyst or a complex catalyst, but a complex catalyst is preferred in order to obtain higher quality lactones.
Hereinafter, a ruthenium complex catalyst will be described as an example. As the raw material of the catalyst, both metal ruthenium and ruthenium compounds can be used.
As the ruthenium compound, an oxide, a hydroxide, an inorganic acid salt, an organic acid salt, a complex compound, or the like is used. Specifically, ruthenium dioxide, ruthenium tetroxide, ruthenium dihydroxide, ruthenium chloride, ruthenium bromide, ruthenium iodide, ruthenium nitrate, ruthenium acetate, tris (acetylacetonato) ruthenium, sodium hexachlororuthenate, tetracarbonylruthenate Dipotassium, pentacarbonylruthenium, cyclopentadienyldicarbonylruthenium, dibromotricarbonylruthenium, chlorotris (triphenylphosphine) hydridoruthenium, tetra (triphenylphosphine) dihydridolthenium, tetra (trimethylphosphine) dihydrodorenium, bis (tri -N-butylphosphine) tricarbonylruthenium, dodecacarbonyltetrahydridotetraruthenium, dodecacarbonyltrilute Examples thereof include cesium, octadecacarbonyl hexaruthenate dicesium, undecacarbonyl hydridotriruthenate tetraphenylphosphonium, and the like, preferably ruthenium chloride, tris (acetylacetonato) ruthenium, and ruthenium acetate.
本発明に用いるルテニウム錯体触媒の配位子としては、リン配位子が好ましい。リン配位子としては、トリフェニルホスフィン、ジフェニルメチルホスフィン、ジメチルフェニルホスフィン等のアリール基を有するものも使用することができるが、トリアルキルホスフィン、中でもリン原子が1級炭素に結合した1級アルキル基により構成されるトリアルキルホスフィン又はその分解物が好ましい。 As a ligand of the ruthenium complex catalyst used in the present invention, a phosphorus ligand is preferable. As the phosphorus ligand, those having an aryl group such as triphenylphosphine, diphenylmethylphosphine and dimethylphenylphosphine can be used, but trialkylphosphine, particularly primary alkyl having a phosphorus atom bonded to a primary carbon. A trialkylphosphine constituted by a group or a decomposition product thereof is preferred.
このようなトリアルキルホスフィンのアルキル基の炭素数は、1〜12程度が好ましい。なお、3つのアルキル基は全て同一である必要はなく、その全てが異なっていても、その2つが同じで1つが異なっていても、全て同じでも構わない。
このようなホスフィンの例としては、トリデカニルホスフィン、トリノニルホスフィン、トリオクチルホスフィン、トリヘプチルホスフィン、トリヘキシルホスフィン、トリペンチルホスフィン、トリブチルホスフィン、トリプロピルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリメチルホスフィン、ジメチルオクチルホスフィン、ジオクチルメチルホスフィン、ジメチルヘプチルホスフィン、ジヘプチルメチルホスフィン、ジメチルヘキシルホスフィン、ジヘキシルメチルホスフィン、ジメチルヘプチルホスフィン、ジヘプチルメチルホスフィン、ジメチルヘキシルホスフィン、ジヘキシルメチルホスフィン、ジメチルブチルホスフィン、ジブチルメチルホスフィン、トリペンチルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリヘプチルホスフィン、トリベンジルホスフィン、ジメチルシクロヘキシルホスフィン、ジシクロヘキシルメチルホスフィン、1、1、2、2−ジメチルホスフィノエタン、1、1、2、2−ジメチルホスフィノプロパン、1、1、2、2−ジメチルホスフィノブタン、1、1、2、2−ジオクチルホスフィノエタン、1、1、2、2−ジオクチルホスフィノプロパン、1、1、2、2−ジオクチルホスフィノプロパン、1、1、2、2−ジオクチルホスフィノブタン、1、1、2、2−ジヘキシルホスフィノエタン、1、1、2、2−ジヘキシルホスフィノプロパン、1、1、2、2−ジヘキシルホスフィノブタン、1、1、2、2−ジブチルホスフィノエタン、1、1、2、2−ジブチルホスフィノプロパン、1、1、2、2−ジブチルホスフィノブタン、1、1−ジホスフィナン、1,4−ジメチル−1,4−ジホスファン、1、3−ジメチルホスフォリナン、1、4− ジメチルホスフォリナン、8−メチル−8−ホスフィノビシクロオクタン、4−メ
チル−4−ホスファテトラシクロオクタン、1−メチルホスフォラン、1−メチルホスフォナン等の単座、複座、環状、及びアルキル基に置換基を持つアルキルホスフィン類が挙げられる。
As for carbon number of the alkyl group of such a trialkyl phosphine, about 1-12 are preferable. The three alkyl groups need not all be the same, and they may all be different, or the two may be the same and one may be different, or all may be the same.
Examples of such phosphines include tridecanylphosphine, trinonylphosphine, trioctylphosphine, triheptylphosphine, trihexylphosphine, tripentylphosphine, tributylphosphine, tripropylphosphine, triethylphosphine, trimethylphosphine, dimethyloctylphosphine Dioctylmethylphosphine, dimethylheptylphosphine, diheptylmethylphosphine, dimethylhexylphosphine, dihexylmethylphosphine, dimethylheptylphosphine, diheptylmethylphosphine, dimethylhexylphosphine, dihexylmethylphosphine, dimethylbutylphosphine, dibutylmethylphosphine, tripentylphosphine , Tricyclohexylphosphine, triheptylphos Fin, tribenzylphosphine, dimethylcyclohexylphosphine, dicyclohexylmethylphosphine, 1,1,2,2-dimethylphosphinoethane, 1,1,2,2-dimethylphosphinopropane, 1,1,2,2-dimethylphosphine Finobutane, 1,1,2,2-dioctylphosphinoethane, 1,1,2,2-dioctylphosphinopropane, 1,1,2,2-dioctylphosphinopropane, 1,1,2,2- Dioctylphosphinobutane, 1,1,2,2-dihexylphosphinoethane, 1,1,2,2-dihexylphosphinopropane, 1,1,2,2-dihexylphosphinobutane, 1,1,2, 2-dibutylphosphinoethane, 1,1,2,2-dibutylphosphinopropane, 1,1,2,2-dibutylphosphinobu 1,1-diphosphinane, 1,4-dimethyl-1,4-diphosphane, 1,3-dimethylphosphorinane, 1,4-dimethylphosphorinane, 8-methyl-8-phosphinobicyclooctane, 4, Examples thereof include monophosphites such as -methyl-4-phosphatetracyclooctane, 1-methylphosphorane, and 1-methylphosphonan, bidentate, cyclic, and alkylphosphines having a substituent on the alkyl group.
また、リン配位子としては前記のホスフィンのみならず、例えば、ホスファイト、ホスフィネート、ホスフィンオキシド、アミノホスフィン、ホスフィン酸なども使用可能である。これらリン配位子の使用量は、ルテニウム金属1モルに対して、0. 1〜1000
モル、好ましくは1〜100モルの範囲である。
また、本発明に用いるルテニウム錯体触媒はpKaが2より小さい酸の共役塩基を用いて、カチオン性錯体の形で反応に用いることも可能であり、活性の向上、触媒の安定化など幾つかの点において共役塩基の使用が有効である。pKaが2よりも小さい酸の共役塩基としては触媒調整時または反応系中においてこのような共役塩基を形成するものであればよく、その供給形態としてはpKaが2より小さいブレンステッド酸あるいはその各種の塩などが用いられる。
As the phosphorus ligand, not only the above phosphine but also phosphite, phosphinate, phosphine oxide, aminophosphine, phosphinic acid and the like can be used. These phosphorus ligands are used in an amount of 0. 1 mole per 1 mole of ruthenium metal. 1-1000
The molar range is preferably 1 to 100 mol.
In addition, the ruthenium complex catalyst used in the present invention can be used for the reaction in the form of a cationic complex using a conjugate base of an acid having a pKa of less than 2. Use of a conjugated base is effective in this respect. As the conjugate base of an acid having a pKa of less than 2, any conjugate base may be used as long as it forms such a conjugate base during catalyst preparation or in the reaction system. Or the like.
具体的には硝酸、過塩素酸、ホウフッ化水素酸、ヘキサフルオロリン酸、フルオロスルホン酸等の無機酸類、トリクロロ酢酸、ジクロロ酢酸、トリフルオロ酢酸、ドデシルスルホン酸、オクタデシルスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、テトラ(ペンタフルオロフェニル)ホウ素酸、スルホン化スチレン−ジビニルベンゼン共重合体等の有機酸等のブレンステッド酸もしくはこれらの酸のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、アンモニウム塩、銀塩等があげられる。 Specifically, inorganic acids such as nitric acid, perchloric acid, borohydrofluoric acid, hexafluorophosphoric acid, fluorosulfonic acid, trichloroacetic acid, dichloroacetic acid, trifluoroacetic acid, dodecylsulfonic acid, octadecylsulfonic acid, trifluoromethanesulfonic acid Bronsted acids such as benzene sulfonic acid, paratoluene sulfonic acid, tetra (pentafluorophenyl) boronic acid, organic acid such as sulfonated styrene-divinylbenzene copolymer, alkali metal salts of these acids, alkaline earth metals Examples thereof include salts, ammonium salts, and silver salts.
また、上記の酸の共役塩基が反応系で生成すると考えられる酸誘導体の形で添加しても差し支えない。例えば酸ハロゲン化物、酸無水物、エステル、酸アミド等の形で反応系に添加しても同様の効果が期待される。
これら酸あるいはその塩の使用量は、ルテニウム金属に対して1000モル以下、好ましくは100モル以下である。10モル以下が特に好ましい。
Further, the above acid conjugate base may be added in the form of an acid derivative that is considered to be produced in the reaction system. For example, the same effect can be expected even if it is added to the reaction system in the form of acid halide, acid anhydride, ester, acid amide or the like.
The amount of these acids or salts thereof used is 1000 mol or less, preferably 100 mol or less, based on the ruthenium metal. 10 mol or less is particularly preferable.
(4)溶媒
本発明方法によるラクトン類の製造は、反応原料及び反応生成混合物を溶媒として実施することも、これら以外の溶媒等を、本発明方法が適用される反応の目的や進行を阻害しない限り、使用することもできる。
このような溶媒としては、例えば、ジエチルエーテル、アニソール、テトラヒドロフラン、エチレングリコールジメチルエーテル、ジオキサン等のエーテル類;メタノール、エタノール、n−ブタノール、ベンジルアルコール、フェノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール等のアルコール類;ギ酸、酢酸、プロピオン酸、トルイル酸などのカルボン酸類;酢酸メチル、酢酸ブチル、安息香酸ベンジルなどのエステル類;ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、テトラリン等の芳香族炭化水素;n−ヘキサン、n−オクタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素;ジクロロメタン、トリクロロエタン、クロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素;ニトロメタン、ニトロベンゼン等のニトロ化合物;N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等のカルボン酸アミド;ヘキサメチルリン酸トリアミドその他のアミド類;N ,N−ジメチ
ルイミダゾリジノン等の尿素類;ジメチルスルホン等のスルホン類;ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類;カプロラクトン等のラクトン類;テトラグライム、トリグライム等のポリエーテル類;ジメチルカーボネート、エチレンカーボネート等の炭酸エステル類等が挙げられ、好ましくはエーテル類、ポリエーテル類、およびラクトン類である。
(4) Solvent Production of lactones by the method of the present invention can be carried out using the reaction raw material and reaction product mixture as a solvent, and other solvents and the like do not inhibit the purpose and progress of the reaction to which the method of the present invention is applied. As long as it can be used.
Examples of such solvents include ethers such as diethyl ether, anisole, tetrahydrofuran, ethylene glycol dimethyl ether, and dioxane; alcohols such as methanol, ethanol, n-butanol, benzyl alcohol, phenol, ethylene glycol, and diethylene glycol; formic acid, Carboxylic acids such as acetic acid, propionic acid and toluic acid; esters such as methyl acetate, butyl acetate and benzyl benzoate; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, ethylbenzene and tetralin; n-hexane, n-octane and cyclohexane Aliphatic hydrocarbons; halogenated hydrocarbons such as dichloromethane, trichloroethane and chlorobenzene; nitro compounds such as nitromethane and nitrobenzene; N, N-dimethylformamide, N Carboxylic acid amides such as N-dimethylacetamide and N-methylpyrrolidone; Hexamethylphosphoric triamide and other amides; Ureas such as N, N-dimethylimidazolidinone; Sulfones such as dimethylsulfone; Sulfoxides such as dimethylsulfoxide Lactones such as caprolactone; polyethers such as tetraglyme and triglyme; carbonates such as dimethyl carbonate and ethylene carbonate, and the like. Preferred are ethers, polyethers, and lactones.
(5)反応条件
本発明方法で実施される水素化反応は連続、回分いずれの方式も用いることができる。反応温度は、通常50〜250℃、好ましくは100〜250℃、さらに好ましくは150〜220℃である。反応系内の水素分圧は特に限られないが、工業的な実施においては通常0.01〜10MPa・G(ゲージ圧、以下同じ。)であり、好ましくは0.03〜5MPa・Gである。反応生成液からは、蒸留、抽出等の通常の分離手段により目的生成物であるラクトン類を分離する。
(5) Reaction conditions The hydrogenation reaction carried out by the method of the present invention can be carried out either continuously or batchwise. The reaction temperature is usually 50 to 250 ° C, preferably 100 to 250 ° C, more preferably 150 to 220 ° C. The hydrogen partial pressure in the reaction system is not particularly limited, but is usually 0.01 to 10 MPa · G (gauge pressure, the same shall apply hereinafter) in industrial implementation, and preferably 0.03 to 5 MPa · G. . From the reaction product liquid, lactones which are target products are separated by ordinary separation means such as distillation and extraction.
反応系内の水分は0.01〜5質量%であることが好ましく、より好ましくは0.1〜
1質量% である。水分が多すぎるとジカルボン酸とその無水物との平衡がジカルボン酸
側に移るため、ジカルボン酸無水物濃度が低くなってラクトンの生成速度が低下する。水分が少なすぎるとルテニウム触媒の対アニオンとなるジカルボン酸濃度が低下し、触媒のカチオン性が低下するため、触媒の水素化反応活性が低下する。
The water content in the reaction system is preferably 0.01 to 5% by mass, more preferably 0.1 to 5% by mass.
1% by mass. If there is too much water, the equilibrium between the dicarboxylic acid and its anhydride moves to the dicarboxylic acid side, so the dicarboxylic acid anhydride concentration decreases and the lactone production rate decreases. If the water content is too low, the concentration of the dicarboxylic acid serving as the counter anion of the ruthenium catalyst is lowered, and the cationicity of the catalyst is lowered. Therefore, the hydrogenation activity of the catalyst is lowered.
反応系から水分を除去する操作はガスストリッピングなどを用いることができ、反応プロセスによっては蒸留による水分の留去を行ったり、脱水剤を添加したりしてもよい。ガスストリッピングに水素を用いると、反応液中の水分の除去と同時にジカルボン酸成分のラクトン化も行うことができて効率的である。 For removing water from the reaction system, gas stripping or the like can be used. Depending on the reaction process, water may be removed by distillation or a dehydrating agent may be added. When hydrogen is used for gas stripping, the dicarboxylic acid component can be lactonized simultaneously with the removal of water in the reaction solution, which is efficient.
(6)生成するラクトン類
本発明方法では、前記のような手順でラクトン類を製造することができる。
本発明方法が適用できるラクトン類の具体例としては、前記の原料ジカルボン酸類に対応する化合物であり、最も好ましい例としては、コハク酸、コハク酸無水物若しくはコハク酸エステル又はそれらの混合物を原料としたγ−ブチロラクトン(GBL)である。
(6) Lactones to be produced In the method of the present invention, lactones can be produced by the procedure as described above.
Specific examples of lactones to which the method of the present invention can be applied are compounds corresponding to the above-mentioned raw material dicarboxylic acids, and most preferred examples include succinic acid, succinic anhydride or succinic acid ester or a mixture thereof as a raw material. Γ-butyrolactone (GBL).
5.ラクトン類の精製
本発明の反応方法で得られたラクトン類は、反応終了後に抽出、蒸留、晶析などの一般的な操作によって精製して、高純度の精製ラクトンを得ることができる。
また、これらの精製操作によりラクトン類を分離した後の、残渣中には未反応の原料ジカルボン酸以外にも、原料中に含有されている単糖類、二糖類その他の糖類などが含まれている。これらを上記精製工程において一部を系外へ排出し、一部を反応系に循環することにより、反応混合物中の単糖類及び二糖類の濃度を制御することができる。
5. Purification of lactones The lactones obtained by the reaction method of the present invention can be purified by general operations such as extraction, distillation, and crystallization after completion of the reaction to obtain highly purified lactones.
In addition to the unreacted raw dicarboxylic acid, the residue after separation of lactones by these purification operations contains monosaccharides, disaccharides and other saccharides contained in the raw materials. . The concentration of monosaccharides and disaccharides in the reaction mixture can be controlled by discharging some of them out of the system and circulating some of them in the reaction system.
以下、γ−ブチロラクトン(GBL)を例としてラクトン類の精製方法を、蒸留−抽出−触媒循環の各工程に従って説明するが、特に記載がない限り、その対象物はGBLに限定されるものではなく、また上記工程の順序、回分式/連続式等の方式、あるいは個別の処理設備の形式等についても、その趣旨を逸脱しない限り、以下の説明の記載に限定されるものではない。 Hereinafter, γ-butyrolactone (GBL) is used as an example to explain the method for purifying lactones according to the steps of distillation-extraction-catalyst circulation, but unless otherwise specified, the object is not limited to GBL. Further, the order of the above processes, the batch / continuous system, the type of individual processing equipment, and the like are not limited to those described below unless they depart from the gist thereof.
(1)蒸留工程
反応液又は反応混合物からの目的生成物の分離・精製は、蒸留法を用いて常法により行うことができ、反応に用いた溶媒の種類によっては、減圧蒸留法を採用してもよい。
反応混合物中には、目的生成物であるラクトン類以外に、未反応のジカルボン酸成分、触媒、溶媒、糖類等の高沸点成分や、原料中の不純物や反応中に精製した副生成物などの低沸点成分が含まれているので、これらを蒸留により分離する。
上記の蒸留は、蒸留塔1基を用いて、ラクトン類を蒸留塔中段から抜き出す方法も可能であるが、通常は運転操作の安定性や蒸留塔の塔高その他の理由から、複数段、好ましくは2段の蒸留塔で行うことが好ましい。以下、2段の蒸留塔を用いる場合を例として、ラクトン類の蒸留精製について説明する。
(1) Distillation step Separation and purification of the target product from the reaction solution or reaction mixture can be carried out by a conventional method using a distillation method. Depending on the type of solvent used in the reaction, a vacuum distillation method is employed. May be.
In the reaction mixture, in addition to the target product lactones, unreacted dicarboxylic acid components, catalysts, solvents, high-boiling components such as sugars, impurities in raw materials, and by-products purified during the reaction Since low-boiling components are contained, these are separated by distillation.
The above distillation can be performed by using a single distillation column to extract lactones from the middle column of the distillation column. Usually, however, a plurality of stages are preferred for reasons such as stability of operation, column height of the distillation column, and other reasons. Is preferably carried out in a two-stage distillation column. Hereinafter, distillation purification of lactones will be described by taking as an example the case of using a two-stage distillation column.
(第1蒸留塔)
本発明方法において用いることができる精製工程の一例を図1に示す。
図1の反応器から取り出された反応混合物は、第1蒸留塔において、ラクトンよりも高沸点の成分である、未反応のジカルボン酸類、触媒、溶媒、糖類等が除去される。
蒸留塔の塔頂部から取り出されたラクトン類は第2蒸留塔に供給され、塔底部から高沸点成分が排出される。この高沸点成分は抽出器に供給される。
ラクトン類の留出に使用する第1蒸留塔としては、好ましくは理論段数として3段以上、100段以下の蒸留塔を用いることが好ましく、より好ましくは5段以上、50段以下である。理論段数が少なすぎると目的生成物であるラクトン類の純度が低下する傾向にあり、理論段数が多すぎると、蒸留に必要な熱量が増大し、経済的でなくなる。
(First distillation column)
An example of a purification step that can be used in the method of the present invention is shown in FIG.
From the reaction mixture taken out from the reactor of FIG. 1, unreacted dicarboxylic acids, catalysts, solvents, saccharides, and the like, which are components having a higher boiling point than the lactone, are removed in the first distillation column.
Lactones taken out from the top of the distillation column are supplied to the second distillation column, and high-boiling components are discharged from the bottom of the column. This high boiling point component is supplied to the extractor.
The first distillation column used for distilling the lactone is preferably a distillation column having a theoretical plate number of 3 or more and 100 or less, more preferably 5 or more and 50 or less. If the number of theoretical plates is too small, the purity of the target product lactone tends to decrease. If the number of theoretical plates is too large, the amount of heat required for distillation increases, which is not economical.
還流比は目的とする精製ラクトン純度に応じて調整できるが、通常0.01以上、100以下が好ましく、更に好ましくは0.1以上、50以下である。塔頂圧もラクトンの種類によって調整されるが、例えばGBLの場合は、絶対圧として1kPa・A以上、200kPa・A以下が好ましく、より好ましくは2kPa・A以上、100kPa・A以下、更に好ましくは5kPa・A以上、50kPa・A以下である。また、塔底の温度は50℃以上、300℃以下が好ましく、より好ましくは100℃以上、250℃以下、特に好ましくは120℃以上、230℃以下である。 The reflux ratio can be adjusted according to the desired purified lactone purity, but is usually preferably 0.01 or more and 100 or less, more preferably 0.1 or more and 50 or less. The pressure at the top of the column is also adjusted according to the type of lactone. For example, in the case of GBL, the absolute pressure is preferably 1 kPa · A or more and 200 kPa · A or less, more preferably 2 kPa · A or more, 100 kPa · A or less, still more preferably 5 kPa · A or more and 50 kPa · A or less. The temperature at the bottom of the column is preferably 50 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, more preferably 100 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, and particularly preferably 120 ° C. or higher and 230 ° C. or lower.
塔頂圧が高すぎたり、塔底の温度が低すぎたりすると目的生成物であるラクトンの留出が不十分となる傾向があり収率が低下することとなり、逆に塔頂圧が低すぎたり、塔底の温度が高すぎたりすると、得られる精製ラクトンの純度が低下するばかりでなく、水素化触媒の変性や糖類の発熱・分解が起こる可能性があり、プロセスの安定運転が困難となる場合がある。 If the pressure at the top of the column is too high or the temperature at the bottom of the column is too low, the yield of the lactone, which is the target product, tends to be insufficient and the yield decreases. If the temperature at the bottom of the column is too high, not only will the purity of the purified lactone to be obtained be reduced, but also the hydrogenation catalyst may be modified and saccharides may be exothermic and decomposed, making it difficult to operate stably. There is a case.
(第2蒸留塔)
上記の第1蒸留塔で得られた留出液はそのまま精製ラクトンとして製品化しても差し支えないが、図1に示すようにラクトンよりも低沸点の成分を除去する第2蒸留塔にて、更に精製することが好ましい。
第2蒸留塔からのラクトンを回収する部位に特に制限はないが、通常はここに供給される原料は、第1蒸留塔で高沸点成分を除去したラクトンであるので、塔底からラクトンを回収することが一般的である。
(Second distillation tower)
The distillate obtained in the first distillation column may be commercialized as a purified lactone as it is, but as shown in FIG. 1, in the second distillation column that removes components having a lower boiling point than the lactone, It is preferable to purify.
There is no particular restriction on the site for recovering the lactone from the second distillation column, but usually the raw material supplied here is the lactone from which the high-boiling components have been removed in the first distillation column, so the lactone is recovered from the bottom of the column. It is common to do.
第2蒸留塔としては、好ましくは理論段数として3段以上、100段以下の蒸留塔の使用が好ましく、さらに好ましくは5段以上、50段以下である。理論段数が少なすぎるとラクトン類の純度が低下して第2蒸留塔を用いる意義が低くなり、理論段数が多すぎると、蒸留に必要な熱量が増大し、経済的でなくなる。
還流比は第1蒸留塔同様、目的とする精製ラクトン純度に応じて調整でき、例えば0.01以上、100以下、好ましくは0.1以上、50以下である。塔頂圧もラクトンの種類によって調整されるが、例えばGBLの場合は、絶対圧として1kPa・A以上、200kPa・A以下程度が好ましく、2kPa・A以上、100kPa・A以下がより好ましい。特に好ましいのは5kPa・A以上、50kPa・A以下である。また、塔底の温度は20℃以上、250℃以下が好ましく、より好ましくは50℃以上、230℃以下、特に好ましくは80℃以上、200℃以下である。
The second distillation column is preferably a distillation column having a theoretical plate number of 3 or more and 100 or less, more preferably 5 or more and 50 or less. If the number of theoretical plates is too small, the purity of the lactones decreases and the significance of using the second distillation column is reduced. If the number of theoretical plates is too large, the amount of heat required for distillation increases, which is not economical.
Similar to the first distillation column, the reflux ratio can be adjusted according to the desired purified lactone purity, for example, 0.01 or more and 100 or less, preferably 0.1 or more and 50 or less. Although the tower top pressure is also adjusted depending on the type of lactone, for example, in the case of GBL, the absolute pressure is preferably about 1 kPa · A to 200 kPa · A, more preferably 2 kPa · A to 100 kPa · A. Particularly preferred is 5 kPa · A or more and 50 kPa · A or less. The temperature at the bottom of the column is preferably 20 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, more preferably 50 ° C. or higher and 230 ° C. or lower, and particularly preferably 80 ° C. or higher and 200 ° C. or lower.
塔頂圧が高すぎたり、塔底の温度が低すぎたりすると目的生成物であるラクトンの純度が不十分となる傾向があり、塔頂圧が低すぎたり、塔底の温度が高すぎたりすると蒸留に必要な熱量が増大し、経済的でなくなるだけでなく、精製ラクトンの収率が低くなることになる。
なお、図1には示されていないが、第2蒸留塔から回収したラクトンをさらに蒸留しても構わない。
If the pressure at the top of the column is too high or the temperature at the bottom of the column is too low, the purity of the target lactone tends to be insufficient, and the pressure at the top of the column is too low or the temperature at the bottom of the column is too high. This increases the amount of heat required for distillation, which not only is not economical, but also reduces the yield of purified lactone.
Although not shown in FIG. 1, the lactone recovered from the second distillation column may be further distilled.
前述の通り、これらの蒸留塔における蒸留操作は回分式、連続式のいずれでもよいが、生産性の観点から連続蒸留が好ましい。蒸留の方式も、単蒸留でも多段蒸留でも構わないが、分離性能の観点から多段蒸留が好ましく、蒸留塔の形式としても、棚段塔あるいは規則及び/又は不規則充填物を充填した充填塔のいずれもが使用可能である。 As described above, the distillation operation in these distillation towers may be either batch type or continuous type, but continuous distillation is preferable from the viewpoint of productivity. The distillation method may be simple distillation or multi-stage distillation, but from the viewpoint of separation performance, multi-stage distillation is preferable, and the form of the distillation tower may be a plate tower or a packed tower packed with regular and / or irregular packing. Either can be used.
(2)抽出工程
上記の蒸留工程において、反応液又は反応混合物から目的生成物であるラクトン類を留出させた後の液(以下「触媒液」と呼ぶことがある)に含まれる触媒、未反応のジカルボ
ン酸類、溶媒、糖類等は、そのまま反応工程へ循環させても構わないが、触媒液の少なくとも一部を抽出処理によって分離し、反応系に循環する成分と、系外へ排出する成分とに分離することが好ましい。触媒液の抽出に用いる溶媒としては、極性溶媒と非極性有機溶媒とを用いることが好ましい。
(2) Extraction step In the above distillation step, the catalyst contained in the liquid (hereinafter sometimes referred to as “catalyst liquid”) obtained by distilling the lactones as the target product from the reaction liquid or reaction mixture, The reaction dicarboxylic acid, solvent, saccharide and the like may be circulated as they are to the reaction step, but at least a part of the catalyst solution is separated by extraction treatment, and the component circulated to the reaction system and the component discharged outside the system It is preferable to separate them into As the solvent used for the extraction of the catalyst solution, it is preferable to use a polar solvent and a nonpolar organic solvent.
図1に示す抽出器を用いる抽出工程の例では、触媒液中の触媒を非極性溶媒で抽出した後、溶媒を留去して残留する触媒を循環させている。抽出残液(極性溶媒相)には糖類、未反応ジカルボン酸、あるいは反応の副生物が含まれる。抽出残液は系外に排出してもよいが、ここに含まれるジカルボン酸類などを蒸留等の分離操作によって取り出した上で循環使用してもよい。また、抽出工程では、非極性溶媒相及び極性溶媒相以外の第3の相が存在していても構わない。この場合、上記第3の相は系外に排出してもよいが、非極性溶媒相と併せて循環させたり、あるいは触媒存在下で加熱や加水分解してジカルボン酸類等の成分を取り出したりした後、循環させることもできる。 In the example of the extraction process using the extractor shown in FIG. 1, after extracting the catalyst in the catalyst solution with a nonpolar solvent, the solvent is distilled off and the remaining catalyst is circulated. The extraction residual liquid (polar solvent phase) contains saccharides, unreacted dicarboxylic acid, or reaction by-products. The extraction residual liquid may be discharged out of the system, but the dicarboxylic acids and the like contained therein may be recycled after being removed by a separation operation such as distillation. In the extraction step, a third phase other than the nonpolar solvent phase and the polar solvent phase may exist. In this case, the third phase may be discharged out of the system, but it is circulated together with the nonpolar solvent phase, or a component such as dicarboxylic acids is extracted by heating or hydrolysis in the presence of a catalyst. Later, it can also be circulated.
また抽出操作に先立って、上記触媒液から溶媒を留去しておくと、分液性が良好となることが多いので好ましい。触媒液から溶媒を留去する場合、留去後の液中に残存する有機溶媒の量を20質量%以下とすることが好ましく、より好ましくは10質量%以下、さらに好ましくは5質量%以下である。残留溶媒量は1質量%以下、特に0質量%とすることが最も好ましい。 Prior to the extraction operation, it is preferable to distill away the solvent from the catalyst solution because the liquid separation property is often improved. When the solvent is distilled off from the catalyst solution, the amount of the organic solvent remaining in the solution after the distillation is preferably 20% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, and further preferably 5% by mass or less. is there. The residual solvent amount is most preferably 1% by mass or less, and particularly preferably 0% by mass.
上記の極性溶媒としては、20℃における誘電率(ε)が15以上、好ましくは20以上で、沸点が50〜150℃の溶媒を用いるのがよく、例えば水、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等の低級アルコール類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類等が挙げられるが、経済性及び安全性から水又は低級アルコールを用いることが好ましい。 As the polar solvent, a solvent having a dielectric constant (ε) at 20 ° C. of 15 or more, preferably 20 or more and a boiling point of 50 to 150 ° C. is used. For example, water, methanol, ethanol, propanol, butanol, etc. Lower alcohols; ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, and the like. Water or lower alcohols are preferably used from the viewpoint of economy and safety.
また、非極性有機溶媒としては、20℃における誘電率(ε)が6以下、好ましくは4以下で、沸点が50〜200℃、好ましくは50〜150℃の溶媒を用いるのがよく、具体的には、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン等の脂肪族炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレン、ジエチルベンゼン、イソプロピルベンゼン(クメン)などの芳香族炭化水素、ジエチルエーテル、プロピルエーテル、ブチルエーテル、エチルフェニルエーテル、メチルフェニルエーテル(アニソール)などのエーテル類、1,4−ジオキサン、1,3,5−トリオキサンなどのオキサン類、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンなどの脂環族炭化水素、ジクロロメタン、トリクロロエタン、クロロベンゼンなどのハロゲン化炭化水素などが挙げられる。 As the nonpolar organic solvent, a solvent having a dielectric constant (ε) at 20 ° C. of 6 or less, preferably 4 or less, and a boiling point of 50 to 200 ° C., preferably 50 to 150 ° C. may be used. , Aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, decane, aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, diethylbenzene, isopropylbenzene (cumene), diethyl ether, propyl ether, butyl ether, ethyl phenyl ether, methyl Ethers such as phenyl ether (anisole), oxanes such as 1,4-dioxane and 1,3,5-trioxane, alicyclic hydrocarbons such as cyclohexane and methylcyclohexane, halogenated carbonization such as dichloromethane, trichloroethane and chlorobenzene Examples include hydrogen.
抽出操作時の温度は、通常0〜150℃、好ましくは20〜100℃の範囲から選ばれる。温度が低すぎると、溶解度の低下や液粘度の増加などにより抽出の効率が落ちる傾向にあり、温度が高すぎると溶媒が蒸発しやすくなる。
抽出効率を高くするため、抽出工程では撹拌を行うことが好ましい。撹拌時間は、分配平衡に達するまで行うのが好ましいが、途中で打ち切ってもよい。通常は10分〜5時間の範囲から適宜選定される。
触媒液中の成分のうち、糖類は極性溶媒相に分配される。この時、極性溶媒中の単糖類及び二糖類を、必要に応じて、その一部又は大部分を廃棄した上でプロセス内に循環させることによってプロセス内の単糖類及び二糖類の濃度を制御することができる。
The temperature during the extraction operation is usually selected from the range of 0 to 150 ° C, preferably 20 to 100 ° C. If the temperature is too low, the extraction efficiency tends to decrease due to a decrease in solubility or an increase in liquid viscosity. If the temperature is too high, the solvent tends to evaporate.
In order to increase the extraction efficiency, stirring is preferably performed in the extraction step. The stirring time is preferably performed until distribution equilibrium is reached, but may be interrupted halfway. Usually, it is appropriately selected from the range of 10 minutes to 5 hours.
Among the components in the catalyst solution, the saccharide is distributed to the polar solvent phase. At this time, the monosaccharides and disaccharides in the polar solvent are controlled if necessary, by discarding a part or most of them and circulating them in the process. be able to.
(3)触媒循環工程
図1に示すように、本発明方法においては、抽出工程で得られた触媒や未反応ジカルボン酸類と、単糖類及び/又は二糖類を含む触媒液を反応工程に循環することが好ましい。
循環する成分としては、上記有効成分以外に、反応工程に悪影響を及ぼさない限り、溶
媒その他の成分を含んでいてもよいが、目的生成物よりも高沸点の成分を循環させることが好ましい。
(3) Catalyst Circulation Step As shown in FIG. 1, in the method of the present invention, the catalyst or unreacted dicarboxylic acid obtained in the extraction step and a catalyst solution containing monosaccharides and / or disaccharides are circulated in the reaction step. It is preferable.
As the components to be circulated, a solvent and other components may be included in addition to the above active components as long as they do not adversely affect the reaction process, but it is preferable to circulate components having a higher boiling point than the target product.
例えば、図1では第1蒸留塔でラクトン及びその他の軽沸点化合物と分離された、未反応のジカルボン酸類を含む高沸点成分は上記抽出工程を経て、その少なくとも一部が反応工程へ循環される。
本発明においては、上記方法を用いることにより反応原料中に混在する糖類が高沸点成分として触媒に随伴して循環しプロセス内に蓄積する。このため、反応工程における単糖類及び二糖類の合計濃度を本発明の範囲内とするためには、例えば、前記糖類を含む高沸点成分の一部を系外へ排出(パージ)することが好ましい。
For example, in FIG. 1, the high-boiling components containing unreacted dicarboxylic acids separated from the lactone and other light-boiling compounds in the first distillation column are circulated to the reaction step through the extraction step. .
In the present invention, by using the above-described method, sugars mixed in the reaction raw material are circulated as a high boiling point component accompanying the catalyst and accumulated in the process. For this reason, in order to make the total concentration of monosaccharides and disaccharides in the reaction step within the scope of the present invention, for example, it is preferable to discharge (purge) a part of the high-boiling components containing the saccharides out of the system. .
高沸点成分の系外へのパージ方法は特に制限はなく、例えば、高沸点成分が蓄積した上記触媒液を、蒸留塔の塔底からパージしても、抽出工程の高沸点成分含有液の一部を系外にパージしてもよい。
例えば図1の抽出器で、触媒を非極性溶媒層に抽出し、これと分離した糖類を含む極性溶媒層をパージすることで、同時に高沸点成分もパージできるので、経済的に有利である。
The method for purging the high boiling point component out of the system is not particularly limited. For example, even if the catalyst solution in which the high boiling point component is accumulated is purged from the bottom of the distillation column, The part may be purged out of the system.
For example, by extracting the catalyst into a non-polar solvent layer with the extractor shown in FIG. 1 and purging the polar solvent layer containing saccharide separated therefrom, it is possible to purge high boiling components at the same time, which is economically advantageous.
以下、実施例を用いて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例により限定されるものではない。
1.原料
コハク酸及びグルコース:試薬特級(和光純薬工業(株)製)
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail using an Example, this invention is not limited by a following example, unless the summary is exceeded.
1. Raw material Succinic acid and glucose: Special grade of reagent (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)
2.分析
[ガスクロマトグラフィー分析]
ガスクロマトグラフィー分析装置((株)島津製作所製GC−17A型)にて、Agilent社製DB−1カラム(無極性)を用い、GBLを分析した。
[液体クロマトグラフィー分析]
高速液体クロマトグラフィー分析装置((株)島津製作所製LC−10Ai)にて、三菱化学(株)製MCI GEL CK08EHカラムを用い、糖分析を行った。溶離液は0.02%蟻酸水溶液を使用した。
[誘導結合プラズマ発光分析(ICP−OES)]
ICP発光分光計(サーモサイエンティフィック社製iCAP6500Duo、ペルチェ冷却有機溶媒導入システム)にて、有機溶媒直接導入法によりRu分析を行った。
2. Analysis [Gas chromatography analysis]
GBL was analyzed using a DB-1 column (nonpolar) manufactured by Agilent with a gas chromatography analyzer (GC-17A model manufactured by Shimadzu Corporation).
[Liquid chromatography analysis]
Sugar analysis was performed using a MCI GEL CK08EH column manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation with a high performance liquid chromatography analyzer (LC-10Ai manufactured by Shimadzu Corporation). The eluent was a 0.02% formic acid aqueous solution.
[Inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES)]
Ru analysis was performed by an organic solvent direct introduction method using an ICP emission spectrometer (iCAP6500Duo, manufactured by Thermo Scientific, Peltier cooled organic solvent introduction system).
3.実施例、比較例
<実施例1>
100mlのオートクレーブ(材質:SUS316)に、コハク酸5.9g(11.8質量%)、トリオクチルホスフィンを配位子として有するルテニウム錯体をトリグライムに溶解したもの5.0g(Ru:400質量ppm)、グルコースを0.001g(グルコース:20質量ppm)、及び溶媒としてトリグライムを33.1g仕込み、磁気回転撹拌子をオートクレーブ内に投入後、系内を水素で十分置換した。マグネチックスターラーを用いて撹拌しながら昇温し、オートクレーブ内温が205℃となったところで内圧が0.9MPa・G(Gはゲージ圧を示す)となるよう水素を圧入した。このときを反応開始時とし、引き続き2時間水素化反応を行った。反応終了後、得られた反応液を採取し、ガスクロマトグラフィーにより分析した結果、γ―ブチロラクトンの収率は27.3%であった。反応結果を表1に示す。
<実施例2〜4>
グルコース濃度を50、500、1000質量ppmとしたこと以外は実施例1と同様
に水素化反応を実施した。反応終了後、反応液を採取し、ガスクロマトグラフィーで分析した。反応結果を表1に示す。
3. Examples and Comparative Examples <Example 1>
In a 100 ml autoclave (material: SUS316), 5.9 g (11.8 mass%) of succinic acid and a ruthenium complex having trioctylphosphine as a ligand dissolved in triglyme 5.0 g (Ru: 400 mass ppm) Then, 0.001 g of glucose (glucose: 20 mass ppm) and 33.1 g of triglyme as a solvent were charged, and a magnetic rotary stirrer was put in the autoclave, and then the system was sufficiently replaced with hydrogen. The temperature was raised while stirring using a magnetic stirrer, and hydrogen was injected so that the internal pressure became 0.9 MPa · G (G represents the gauge pressure) when the internal temperature of the autoclave reached 205 ° C. This time was set as the start of the reaction, and the hydrogenation reaction was continued for 2 hours. After completion of the reaction, the resulting reaction solution was collected and analyzed by gas chromatography. As a result, the yield of γ-butyrolactone was 27.3%. The reaction results are shown in Table 1.
<Examples 2 to 4>
A hydrogenation reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the glucose concentration was 50, 500, and 1000 mass ppm. After completion of the reaction, the reaction solution was collected and analyzed by gas chromatography. The reaction results are shown in Table 1.
<比較例1>
グルコース濃度を3000質量ppmとしたこと以外は実施例1と同様に水素化反応を実施した。反応終了後、反応液を採取し、ガスクロマトグラフィーで分析した。反応結果を表1に示す。
<Comparative Example 1>
A hydrogenation reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that the glucose concentration was 3000 ppm by mass. After completion of the reaction, the reaction solution was collected and analyzed by gas chromatography. The reaction results are shown in Table 1.
<比較例2>
水素化反応原料にグルコースの添加を行わなかった(水素化反応原料中のグルコース濃度20質量ppm未満)以外は実施例1と同様に水素化反応を実施した。反応終了後、反応液を採取し、ガスクロマトグラフィーで分析した。反応結果を表1に示す。
<Comparative Example 2>
The hydrogenation reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that glucose was not added to the hydrogenation reaction raw material (the glucose concentration in the hydrogenation reaction raw material was less than 20 ppm by mass). After completion of the reaction, the reaction solution was collected and analyzed by gas chromatography. The reaction results are shown in Table 1.
4.結果の評価
実施例1〜4では水素化反応時のグルコース(単糖類)の濃度を本願規定の範囲内とすることで、GBL収率が安定して高くなっている。
比較例1、2ではこの濃度が本願範囲を超えており、収率が著しく低下している。上記の結果より、本発明の効果は明らかである。
4). Evaluation of results In Examples 1 to 4, the GBL yield was stably increased by keeping the concentration of glucose (monosaccharide) during the hydrogenation reaction within the range specified in the present application.
In Comparative Examples 1 and 2, this concentration exceeds the range of the present application, and the yield is significantly reduced. From the above results, the effects of the present invention are clear.
Claims (7)
とめて「ジカルボン酸類」と記す)の水素化反応により対応するラクトン類を製造する方
法において、前記水素化反応時の反応混合物中における単糖類と二糖類との合計濃度を2
0質量ppm以上、1000質量ppm以下とすることを特徴とするラクトン類の製造方
法。 In the method for producing a corresponding lactone by hydrogenation reaction of a dicarboxylic acid and / or a derivative thereof (hereinafter collectively referred to as “dicarboxylic acids”) obtained from a raw material derived from biomass resources, the reaction during the hydrogenation reaction The total concentration of monosaccharides and disaccharides in the mixture is 2
A method for producing a lactone, wherein the content is 0 mass ppm or more and 1000 mass ppm or less .
触媒を用いて行うことを特徴とする請求項1に記載のラクトン類の製造方法。 The method for producing a lactone according to claim 1 , wherein the hydrogenation reaction is performed using a heterogeneous catalyst and / or a homogeneous catalyst containing a metal belonging to Groups 8 to 11 of the periodic table.
項2に記載のラクトン類の製造方法。 The method for producing a lactone according to claim 2 , wherein the metal belonging to Groups 8 to 11 of the periodic table in the catalyst is ruthenium and / or copper.
載のラクトン類の製造方法。 The method for producing a lactone according to claim 3 , wherein the catalyst is a ruthenium complex having an organophosphorus compound as a ligand.
記載のラクトン類の製造方法。 The method for producing a lactone according to any one of claims 1 to 4 , wherein the dicarboxylic acid is succinic acid and / or a derivative thereof.
ラクトン類を製造する方法が、反応工程、精製工程及び精製工程から反応工程への触媒循
環工程を有し、反応工程における反応混合物中の単糖類と二糖類の合計濃度を20質量p
pm以上、1000質量ppm以下の範囲とすることを特徴とするラクトン類の製造方法
。 A method for producing a corresponding lactone obtained from a raw material derived from biomass resources by hydrogenation reaction of dicarboxylic acids has a reaction step, a purification step, and a catalyst circulation step from the purification step to the reaction step. The total concentration of monosaccharides and disaccharides in the reaction mixture is 20 mass p.
A method for producing a lactone, wherein the range is from pm to 1000 ppm by mass.
処理時に反応工程に循環する単糖類と二糖類との合計量を調整することを特徴とする請求
項6に記載のラクトン類の製造方法。 In the catalyst circulation process, according to claim 6, characterized in that to adjust the total amount of monosaccharides and disaccharides sequentially performs extraction processing of the solvent was distilled off process and catalyst, and recycled to the reaction step in the extraction process A process for producing the lactone according to 1.
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