JPH11511175A - α−トコフェロールの製造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 特定のパラジウム／アルミナ触媒媒を用いる、β−、γ−、及びδ−トコフェロールを含む非−α−トコフェロールのヒドロキシメチル化、それに続く水素化による、α−トコフェロールの改良製造方法であって、（１）パラジウム金属付着物の分散及び深さがある範囲内であり、（２）アルミナが特定の結晶相のものである方法。

Description

【発明の詳細な説明】 α−トコフェロールの製造 本発明は、β−、γ−、及びδ−トコフェロールを含む非−α−トコフェロー ルのヒドロキシメチル化、それに続く水素化による、αトコフェロールの改良製 造方法に関する。更に詳細には、本発明は、混合トコフェロールのヒドロキシメ チル化、それに続く水素化を、ある種のパラジウム担持触媒の存在下で行う改良 方法であって、前記製造方法における水素化活性を有意に改良することができる 方法に関する。 ビタミンＥは、一般式： （前記式中、 α＝Ｒ¹＝Ｒ²＝Ｒ³−ＣＨ₃； β＝Ｒ¹＝Ｒ³＝ＣＨ₃、Ｒ²＝Ｈ； γ＝Ｒ¹＝Ｈ、Ｒ²＝Ｒ³＝ＣＨ₃；そして δ＝Ｒ¹＝Ｒ²＝Ｈ、Ｒ³＝ＣＨ₃） を有するα−、β−、γ−、及びδ−トコフェロールの混合物からなる。 非−α−トコフェロールを、各種方法によりα−トコフェロール（ビタミンＥ の最も強力な形）に転化できることが知られている。例えば、ヨーロッパ特許第 ３３８ ４２９ Ａ２号（Ｃ．Ａ１１２：１３９６２２）には、パラジウム／炭 素触媒（ｐａｌｌａｄｉｕ ｍ ｏｎ ｃａｒｂｏｎ ｃａｔａｌｙｓｔ）及びトリメチルホスフェートを含 有するメタノール中のパラホルムアルデヒドを水素下で用いて、混合トコフェロ ールをα−トコフェロールへ転化することが開示されている。特開昭６０−２３ ７，０８５号（Ｃ．Ａ．１０６：５０５１１）は、混合トコフェロールを、パラ ホルムアルデヒド、アルカリ金属重硫酸塩又は芳香族スルホン酸、パラジウム／ 炭素触媒及び水素で処理することによるα−トコフェロールの製造方法を開示し ている。ヨーロッパ特許第１ ７８４ ０００Ａ１号（Ｃ．Ａ．１０５：１９１ ４４２）は、パラホルムアルデヒド、亜鉛微粉末、塩化亜鉛、プロピオン酸、パ ラジウム／炭素触媒及び水素を用いる、非−α−トコフェロールのα−形への転 化を開示している。米国特許第４，２３９，６９１号は、パラホルムアルデヒド 、メタノール、酸性イオン交換樹脂、パラジウム／炭素触媒及び水素を用いる、 非−α−トコフェロールからのα−形の製造を開示している。米国特許第３，８ ２９，６５７号は、オルト燐酸の存在下でのホルムアルデヒド及び接触水素転化 を用いる、非−α−トコフェロールのα−トコフェロールへの転化を開示してい る。 本発明は、非−α−トコフェロールのα−トコフェロールへの転化方法であっ て、α−、β−、γ−、及びδ−トコフェロールの混合物を高温、高圧下で、非 反応性（不活性）溶媒及び特定のパラジウム触媒の存在下で、ホルムアルデヒド 及び水素と接触させる方法を提供する。前記方法では、第一にヒドロキシメチル 化が起こり、次にベンジル残基の水添分解（ｈｙｄｒｏｇｅｎｏｌｙｓｉｓ）を 迅速に行って非−α−トコフェロールの芳香族環をメチル化する。ヒドロキシメ チル化反応は、反応条件下で迅速に起こり、そして十分に迅速に水素化されない とベンジルアルコールが副生成物を進行させる。水素化速度を高めることができ れば、ヒドロキシメチル化 速度を、副生成物形成を増加させることなく、高めることができる。水添速度を 高めると、またヒドロキシメチル化非−α−トコフェロールの水添分解を低温で 十分に起こすことが可能になる。 パラジウム／アルミナ触媒（ｐａｌｌａｄｉｕｍ ｏｎ ａｌｕｍｉｎａ ｃ ａｔａｌｙｓｔｓ）であって、（１）パラジウム金属の分散及び付着深さが一定 範囲内であり、（２）前記アルミナが特定の結晶相のものである触媒を使用する ことにより、優れた高速度が達成されるとの知見が得られた。また、本明細書に 記載されていることは、ホルムアルデヒドの水素化に対する選択性が少ないので 、したがって等価の転化を得るのに、より少ないホルムアルデヒドを用いること ができる。本発明方法は、したがって、α−トコフェロールの製造手段を提供す るが、前記手段は、α−、β−、γ−、及びδ−トコフェロールの混合物を高温 、高圧下で、非反応性（不活性）希釈剤及びパラジウム／アルミナ触媒媒の存在 下で、ホルムアルデヒド及び水素と接触させることを含み、 （１）パラジウムは、触媒の０．１〜５．０重量％であり； （２）パラジウム分散は少なくとも２５％であり； （３）少なくとも９０重量％のパラジウムがアルミナ上、アルミナ表面から２ ５０ミクロン未満の深さに位置しており；そして （４）アルミナの結晶相はγ、η又はそれらの混合物である。 本発明によれば、前記方法は、１５０〜４００℃、好ましくは１７５〜３００ ℃の温度で行う。これは、トコフェロールの分解が３００℃より高い温度で分解 することが有るからである。前記方法を実施する高圧範囲は７０〜２７７絶対バ ール（ｂａｒｓ ａｂｓｏｌｕｔｅ）（絶対平方インチ当たり、ｐｓｉａ，１０ １６〜４０１９ポンド）であり、８７〜１７３絶対バール（１２６２〜２５１０ ｐｓｉａ）の範囲が好ましい。 本発明の操作において、α−、β−、γ−、及びδ−トコフェロールの混合物 をホルムアルデヒド又はホルムアルデヒド源と、好ましくは、第一低級アルコー ル、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、及びブタノールの非反応 性又は不活性の希釈剤又は希釈剤混合物の存在下で接触させる。本発明方法に用 いる混合トコフェロールは、典型的に２０〜６０重量％のトコフェロール及び８ ０〜４０重量％の他の有機植物性油脂構成物を含むトコフェロール濃縮物の状態 で存在する。非−α−トコフェロールは、典型的にトコフェロール濃縮物の総ト コフェロール含有量の６０〜８０重量％である。 パラホルムアルデヒドを、バッジ操作法においてはホルムアルデヒド源として 使用できるが、連続操作の場合は、低級アルカノール、例えば、メタノール及び ブタノールのような溶媒中のホルムアルデヒド溶液を使用することが好ましい。 或いは、ホルムアルデヒド源、例えば、ジメトキシメタン又はトリオキサンを用 いることができる。溶液中のホルムアルデヒド重量％は、１０〜５５％の範囲で あることができ、２０〜４０％の範囲が好ましい。ホルムアルデヒドのトコフェ ロール濃縮物に対する容量供給比は、１：１〜２５：１であってよく、好ましく は２：１〜１４：１である。ホルムアルデヒド：非−α−トコフェロールのモル 比は、通常、少なくとも１０：１、典型的に１５：１〜７０：１の範囲に維持さ れる。 本発明に用いる触媒はアルミナ支持体上に付着したパラジウムであって、パラ ジウムが、触媒総重量に基づいて０．１〜５．０、好ましくは０．５〜２．０重 量％をなすものである。アルミナ支持体上及びアルミナ支持体中のパラジウムの 分散は、触媒表面を一酸化炭素ガスで滴定し、次いでパラジウム表面上に吸着し た一酸化炭素の量を測定するすることにより測定する。通常は、各表面金属原子 が１個の一酸化炭素分子を吸着すると推定され、したがって露出した金属の％を 測定できる。この％は分散（分散度、ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）として知られてい る。Ｍｙａｓａｋｉ、Ｊ．Ｃａｔａｌ．，６５，８４（１９８０）及び”Ｓｔｒ ｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｍｅｔａｌｌｉｃ Ｃａｔａｌｙｓｔｓ”、Ｊ．Ｒ．Ａｎ ｄｅｒｓｏｎ，Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ，１９７５，３６０頁を参照され たい。本発明において有利に用いられる触媒は、少なくとも２５％の、好ましく は少なくとも３０％（前記のように、一酸化炭素吸着により測定するものとして ）の分散％を有する。最高分散値は一般に６０％である。 本発明に用いられるパラジウム触媒の別の特徴は、大部分のパラジウムがアル ミナ支持体表面の上又は近傍に位置することである。したがって、パラジウムの 少なくとも９０重量％が、アルミナ支持体の外表面から５００ミクロンより深く ない位置、好ましくは２５０ミクロン未満の位置にある。当該技術分野において よく知られているように、含浸の深さは、光学顕微鏡を用いて目視により、又は パラジウム感受性検出器を備えた走査電子顕微鏡を用いる線走査技法により測定 できる。例えば、前記の”Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｍｅｔａｌｌｉｃ Ｃａ ｔａｌｙｓｔｓ”を参照されたい。 前記触媒のさらに別の重要な特徴は、α、θ、δ、γもしくはη相、又はその ような結晶相の混合物から選ばれるアルミナ支持体の結晶相である。γもしくは η結晶相、又はそのような結晶相の混合物のアルミナが好ましく、γアルミナが 特に好ましい。 本発明方法に用いられるパラジウム／アルミナ触媒の窒素ＢＥＴ表面積は、１ ｇ当たり１００〜３００平方メートル（m²/g）の範囲内であり、１５０〜２５０ m²/gの範囲が好ましい。ＢＥＴ表面積は、結晶相及びか焼（ｃａｌｃｉｎａｔｉ ｏｎ）暦の関数であり、適 切な酸化物相を維持しながら出来るだけ高くすべきであることが当該技術分野に おいて知られている。前記のような特徴を有する触媒は、当業者に周知の操作法 を用いて従来の含浸法又は付着法より製造することができる。触媒は、ペレット 状、球状、円筒状、非円筒状押出物等の形状で水素化工程に用いることができる 。触媒の形状が、（ｉ）例えば、反応体が通過する触媒定着床を用いる連続操作 の場合、反応器を通過する液体供給物を過剰に流通させることがなく；（ii）触 媒系に優れた液体停滞物（ｈｏｌｄ ｕｐ）を提供し；そして(iii)従来のパラ ジウム担持アルミナ触媒と比較して、表面積の体積に対する比を増加させるもの である限り、特定の形状に限定されない。触媒の表面積：体積の比は１立方メー トル当たり少なくとも１０００平方メートル(m²/m³)、好ましくは１５００m²/m³ より高く、最も好ましくは２０００m²/m³より高い。表面積：体積の比の上限は ４０００m²/m³である。 本発明方法は、従来の化学処理技法を用いて、バッチ、半−連続又は連続法で 実施することができる。好ましくは操作方法は連続操作であり、混合トコフェロ ールを、”トリクル（ｔｒｉｃｋｌｅ）床”法で、１個以上の触媒固定床上を、 そして触媒固定床中を通過させる。典型的に、トコフェロールが豊富なトコフェ ロール濃縮物を含んでなる反応生成物の大部分を、未反応供給材料、すなわち、 朱反応トコフェロール濃縮物と共に、反応器の供給口に再循環させる。前記方法 は、断熱的に又は恒温で作動させることができる。”トリクル床”操作法では、 トコフェロール濃縮物供給の液空間速度（ｌｉｑｕｉｄ ｈｏｕｒｌｙ ｓｐａ ｃｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ，ＬＨＳＶ，単位体積の触媒当たり１時間あたり供給さ れる単位体積反応体）は、２５〜６００ｍＬ／Ｌ−時間の範囲であり、好ましく は５０〜３００ｍＬ／Ｌ−時間の範囲であり；ホルムアルデヒド／ 溶媒、好ましくはホルムアルデヒド／メタノールの液体毎時間スペース速度は、 １００〜２５００ｍＬ／Ｌ−時間の範囲であり、好ましくは２００〜１３００ｍ Ｌ／Ｌ−時間の範囲である。総液状流体（反応体と溶媒と再循環物の合計）につ いてのＬＨＳＶは１〜３０Ｌ／Ｌ−時間の範囲であってよい。水素を反応器に化 学量論量より過剰に供給し、ついで通常は装置からパージする。水素パージの速 度は、前記工程が実施される温度及び圧力に依存する。 本発明の新規方法を、以下の実施例により更に具体的に説明する。実施例で用 いるパラジウム／アルミナ触媒を第Ｉ表に示す。表中、Ｐｄ％は触媒上に存在す るパラジウムの公称重量％であり、ＢＥＴ ＳＡは、触媒のＢＥＴ表面積（m²/g ）であり、Ｐｄ分散は露出したパラジウムの％であり、含浸深さは、少なくとも ９０重量％のパラジウムが、支持体上に、および支持体中に含浸する最高深さ（ ミクロン）であり、相は、アルミナ支持体の結晶相である。 実施例１〜３及び比較例１〜５ 各ヒドロキシメチル化／水素化実験を、触媒バスケット、攪拌フィン、サーモ カップル、圧力ゲージ、気体導入口、排出管、及び液体サンプリング管並びにオ ートクレーブの加熱及び冷却のための手 段を備えた１リットルのオートクレーブ中で行った。各実施例において、１２％ のα−、３％のβ−、２０％のγ−、及び８％のδ−トコフェロールを含むトコ フェロール濃縮物（５０ｇ）、メタノール（２５０ｇ），及び第Ｉ表記載の一つ の触媒（１０ｇ）、オートクレーブ中に投入した。触媒は、反応混合物中に含浸 したバスケット内に保持した。オートクレーブを、第一に室温で水素を用いて１ ４．８絶対バール（２１５ｐｓｉａ）まで加圧した。攪拌を開始し、次いでオー トクレーブを２３５℃まで加熱した。ホルムアルデヒド／メタノール（６０：４ ０重量部）溶液（５０ｇ）を次にポンプを用いて２時間でオートクレブに加えた 。オートクレーブを、２３５℃で水素を用いて１５９．６絶対バール（２３１５ ｐｓｉａ）まで加圧し、この時点を各実験に用いた２０時間の反応時間の開始点 とした。２０時間の反応時間後、オートクレーブを冷却、次いで内容物の損失を 最少にするように、注意深くガス抜きした。液状生成物をガスクロマトグラフィ 及び高圧液体クロマトグラフィの両者により分析した。結果を第ＩＩ表に要約す る。Ｃ−１〜Ｃ−６は比較例であり、転化率は、α−トコフェロールに転化した 、反応体中の非−α−トコフェロールのモル％である。実施例４〜５及び比較例６ 実施例１〜３及び比較例１〜５において用いた操作により、１２％のα−、３ ％のβ−、２０％のγ−、及び８％のδ−トコフェロールを含むトコフェロール 濃縮物（６０ｇ）、メタノール（８４０ｇ），及び第Ｉ表記載の一つの触媒（３ ０〜３５ｇ）を、先の実施例において用いたオートクレーブと同様に装備された １．８リットルのオートクレーブ中に投入した。触媒は、反応混合物中に含浸し たバスケット内に保持した。オートクレーブを、第一に室温で水素を用いて５６ ．２絶対バール（８１５ｐｓｉａ）まで加圧した。攪 拌を開始し、次いでオートクレーブを２３５℃まで加熱した。ホルムアルデヒド ／メタノール（６０：４０重量部）溶液（１６０ｇ）を次にポンプを用いて１時 間でオートクレーブに加えた。オートクレーブを、２３５℃で水素を用いて２４ ２．３絶対バール（３５１５ｐｓｉａ）まで加圧し、この時点を各実験に用いた ４０時間の反応時間の開始点とした。反応完了点で、オートクレーブを冷却し、 次いで内容物の損失を最少にするように、注意深くガス抜きした。液状生成物を ガスクロマトグラフィ及び高圧液体クロマトグラフィの両者により分析した。結 果を第ＩＩ表に要約する。 第II表に報告した転化率は、前記特徴の特異な組み合わせを有する触媒Ａ，Ｂ ，又はＣを利用する本発明による利点を立証するものである。実施例６〜１４及び比較例７〜１１ 内径２．５ｃｍ（１インチ）の３１６ステンレススチールパイプ の１．８３メートル（６フィート）のセクションを有し、且つ液体再循環手段を 備えたトリクル床反応系で、すべての実験を行った。触媒（６００〜８００ｍＬ ）を、触媒床の上側及び下側に配備された６ｍｍのボロシリケートガラスビーズ １００ｍＬにより反応器中の適切な位置に保持した。触媒床中内の各種位置での 温度を、反応器壁及び触媒中に略３．２ｍｍ延びている１０個のサーモカップル により測定した。各実験において報告された温度は、これら１０個の読み取りの 平均である。床中の典型的な温度勾配は５℃未満である。 各実験において用いられた一般操作は、系を水素でパージし、次いで実施例１ 〜５の組成と同様の組成を有するトコフェロール濃縮物（３０〜２００ｍＬ／時 間）をポンプを用いて、１５Ｌ／時間液体再循環で、７５〜１００℃及び１０４ ．４絶対バール（１５１５ｐｓｉａ）で反応系中に加えた。温度を徐々に所望反 応温度まで上昇させた。ホルムアルデヒド／メタノール供給溶液（３０：７０重 量部、１５０〜９００ｍＬ／時間）をポンプを用いて反応器に加えた時点で反応 が開始した。水素を、反応系から約８〜１０Ｌ／分の速度でパージした。作業デ ータを、作業の定常状態が達成された時点、典型的に、反応開始から２〜３時間 の時点で作業データを記録した。液状生成物を、高圧液体クロマトグラフィによ り分析した。結果を第ＩＩＩ表に要約した。表中、温度は平均反応温度（℃）、 トコＬＨＳＶは、１Ｌの触媒−時間当たりのトコフェロール濃縮物（ｍＬ）であ り、アルデＬＨＳＶは、１Ｌの触媒−時間当たりのホルムアルデヒド／メタノー ル溶液（ｍＬ）であり、そして転化率はα−トコフェロールに転化した反応体中 の非−α−トコフェロール（モル％）である。 第III表に報告した転化率は、再び、前記特徴の特異な組み合わせを有する触 媒Ｂ及びＣを利用する本発明による利点を立証するものであり、そして触媒Ｅに より得られるものと比較して、有意に優れた結果をもたらすものである。第III 表に報告したデータはまた、触媒Ｂは、より少ないホルムアルデヒドを使用して 、より高い転化率を得ることを可能にしたことをも示している（実施例１４及び Ｃ−１１を参照されたい）。実施例６及びＣ−１１は、触媒Ｂを用いることによ り、低温及びホルムアルデヒドの低使用量で、より高い転化率が得られることを 具体的に示している。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ガスタフソン，ブルース，リロイ アメリカ合衆国，テネシー 37663，キン グスポート，メドゥー レーン 936 (72)発明者 アレン，デビッド，ジョン アメリカ合衆国，テネシー 37663，キン グスポート，レイクビュー サークル 287

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．α−、β−、γ−及びδ−トコフェロールの混合物を、高温、高圧下で、 非反応性希釈剤及びパラジウム／アルミナ触媒の存在下で、ホルムアルデヒド及 び水素と接触させることを含んでなる、α−トコフェロールの製造方法であって 、 （１）パラジウムが、前記触媒の０．１〜５．０重量％であり； （２）パラジウム分散は少なくとも２５％であり； （３）少なくとも９０重量％のパラジウムが、アルミナ上、アルミナ表面から ２５０ミクロン未満の深さに位置しており；そして （４）前記アルミナの結晶相はγ、η又はそれらの混合物である、 方法。 ２．前記の高温及び高圧が１７５〜３００℃及び８７〜１７３絶対バールであ る請求項１記載の方法。 ３．前記触媒が、１５０〜２５０m²/gの窒素ＢＥＴ表面積を有し、そして表面 積：体積が１５００m²/m³より大きい請求項２記載の方法。 ４．α−、β−、γ−及びδ−トコフェロールの混合物を、１７５〜３００℃ の温度及び８７〜１７３絶対バールの圧力下で、ホルムアルデヒド及び水素と、 第一低級アルカノール希釈剤及びパラジウム／アルミナ触媒の存在下で接触させ 、 （１）パラジウムが、前記触媒の０．５〜２．０重量％であり； （２）パラジウム分散は少なくとも３０％であり； （３）少なくとも９０重量％のパラジウムが、アルミナ上、アルミナ表面から ２５０ミクロン未満の深さに位置しており；そして （４）前記アルミナの結晶相がγである、 請求項１記載の方法。 ５．前記触媒のＢＥＴ表面積が１５０〜２５０m²/gの範囲であり、そして触媒 の表面積：体積の比が２０００m²/m³より大きい請求項４記載の方法。