JP5194542B2 - アルコールの製造方法 - Google Patents
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しかしながら、原料アルコールが炭素数4以下の場合に適用された例はない。例えば、原料アルコールが炭素数2のエタノールであって、その二量化アルコールであるn−ブタノールの製造に適用された例はない。これは、得られるn−ブタノールの収率や選択性が低く、工業的に有利な反応ではないからであり、より少量の触媒で、高収率で選択性が高いn−ブタノールの製造方法が希求されていた。
J. Mol. Catal. A: Chem., 2004, 212, p65 J. Org. Chem., 2006, 71, p8306
[1] 遷移金属を一種以上含む錯体および塩基の存在下で、炭素数4以下の原料アルコールを2量化するアルコールの製造方法であって、該錯体が、窒素を配位原子とするものであることを特徴とするアルコールの製造方法
[2] 前記錯体が、アミン化合物又はピリジン化合物由来の配位子を有することを特徴とする[1]に記載の製造方法。
[3] 前記ピリジン化合物が多座のピリジン化合物であることを特徴とする[2]に記載の製造方法。
[4] 多座のピリジン化合物が、2,2’-ビピリジルもしくはその誘導体であることを特徴とする[3]に記載の製造方法。
[5] 前記炭素数4以下の原料アルコールがエタノールであることを特徴とする[1]〜[4]のいずれかに記載の製造方法。
[6] 前記遷移金属が第8族〜第10族の遷移金属であることを特徴とする[1]〜[5]のいずれかに記載の製造方法。
[7] 第8族〜第10族の遷移金属が、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、及び白金からなる群より選ばれることを特徴とする[6]に記載の製造方法。
本発明の例として、第8〜第10族遷移金属を一種類以上含む錯体と塩基を用いて、原料エタノールの二量化反応により、n−ブタノールを製造するに際し、アミン化合物及び/又はピリジン化合物由来の配位子からなる錯体を用いる態様について説明する。
具体的に、鉄化合物としては、Fe(OAc)2、Fe(acac)3、FeCl2、FeCl3、Fe(NO3)3等が挙げられる。ルテニウム化合物としては、RuCl3、Ru3(CO)12、Ru(OAc)3、Ru(acac)3、[Ru(CO)2(OAc)]n、[RuCl2(cod)]n、[CpRuCl2]n、[Cp*RuCl]4、RuHCl(PPh3)3、RuH(CO)(PPh3)3、RuCl2(PPh3)3、RuH2(PPh3)4等が挙げられる。オスミウム化合物としては、OsCl3、OsH2Cl6、Os3(CO)12、Os(OAc)3等が挙げられる。コバルト化合物としては、Co(OAc)2、Co(acac)2、CoBr2、Co(NO3)2等が挙げられる。ロジウム化合物としては、RhCl3、Rh(OAc)3、[Rh(OAc)2]2、Rh(acac)(CO)2、[Rh(OAc)(cod)]2、[RhCl(cod)]2、RhCl(PPh3)3、[Cp*RhCl2]2、RhH(CO)(PPh3)3、Rh4(CO)12等が挙げられる。イリジウム化合物としては、IrCl3、Ir(OAc)3、Ir(acac)3、Ir(cod)(acac)、IrH(CO)(PPh3)3、[Cp*IrCl2]2、[IrCl(cod)]2、Ir4(CO)12等が挙げられる。ニッケル化合物としては、NiCl2、NiBr2、Ni(NO3)2、NiSO4、Ni(cod)2、Ni(acac)2、Ni(OAc)2・4H2O、NiCl2(Ph2PCH2CH2PPh2)、NiCl2(PPh3)3等が挙げられる。パラジウム化合物としては、Pd(0)、PdCl2、PdBr2、PdCl2(cod)、PdCl2(PPh3)2、Pd(PPh3)4、Pd2(dba)3、K2PdCl4、PdCl2(CH3CN)2、Pd(dba)2、Pd(NO3)2、Pd(OAc)2、PdSO4、Pd(acac)2等が挙げられる。 白金化合物としては、PtBr2、PtCl4、Pt(acac)2、PtH2(OH)6、PtH2Cl6、PtCl2(PPh3)2、PtCl2(cod)、PtCl2(CH3CN)2、PtCl2(PhCN)2、Pt(PPh3)4、K2PtCl4、Na2PtCl6、H2PtCl6等が挙げられる。(ここで、cod:1,5-シクロオクタジエン、dba:ジベンジリデンアセトン、Ph:フェニル基、acac:アセチルアセトナト基、Ac:アセチル基、Cp:シクロペンタジエニル基、Cp*:ペンタメチルシクロペンタジエニル基を表す。)
本発明においては、上述した金属化合物の形態には特に制限されず、単量体、二量体及び/又は多量体であっても構わない。また、これらの金属化合物の使用に際しては、ある一種類の特定の金属化合物を用いても、同一金属種であって複数の化合物を併用しても、また、異なる二種以上の金属種の化合物を共存させて用いても構わない。
本発明の反応に用いることのできるアミンまたはピリジン化合物としては、単座のアミン、二座または多座(三座以上を言う。以下、同じ)のアミン、単座のピリジン、二座または多座のピリジンのいずれであってもよく、それぞれ置換基を有していてもよい。また、2つ以上の置換基を有する場合は、置換基同士が互いに結合を結んで環構造を形成していてもよい。
本発明において、使用できる塩基としては、無機系の塩基、有機系の塩基、ルイス塩基等の塩基を挙げることができる。具体的には、無機系の塩基としては、LiOH、NaOH、KOH、CsOH等のアルカリ金属の水酸化物、Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、Cs2CO3等のアルカリ金属の炭酸塩、LiHCO3、NaHCO3、KHCO3、CsHCO3等のアルカリ金属の炭酸水素塩、Mg(OH)2、Ca(OH)2、Ba(OH)2等のアルカリ土類金属の水酸化物、MgCO3、CaCO3、BaCO3等のアルカリ土類金属の炭酸塩等が挙げられる。また、有機系の塩基としては、メトキシナトリウム、エトキシナトリウム、t-ブトキシナトリウム、メトキシカリウム、エトキシカリウム、t-ブトキシカリウム等のアルカリ金属のアルコシキド化合物、酢酸ナトリウム、酪酸ナトリウム、酢酸カリウム、酪酸カリウム等のアルカリ金属のカルボン酸塩、ピリジン、4-メチルピリジン等のピリジン類、トリエチルアミン、トリイソプロピルアミン、トリ-n-オクチルアミン、1,5-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン等の第3級アミン類、ピペリジン、N-メチルピペリジン、モルホリン等のその他のアミン類、1,8‐ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデセン‐7(略称:DBU)、1,5‐ジアザビシクロ[4.3.0]ノネン‐5(略称:DBN)等の環状アミジン誘導体、t-ブチルイミノトリス(ジメチルアミノホスホラン)(略称:P1-t-Bu)、1-t-ブチル-4,4,4-トリス(ジメチルアミノ)-2,2-ビス[トリス(ジメチルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]-2Λ5,4Λ5-カテナジ(ホスファゼン)(略称:P4-t-Bu)等のホスファゼン塩基、2,8,9-トリイソプロピル-2,5,8,9-テトラアザ-1-ホスファビシクロ[3.3.3]ウンデカン、2,8,9-トリメチル-2,5,8,9-テトラアザ-1-ホスファビシクロ[3.3.3]ウンデカン等のプロアザホスファトラン塩基等が挙げられる。
本発明における反応は、通常、液相中で反応をおこなう。液相状態としては均一系であっても多相分離していてもスラリー状であっても構わない。
溶媒を使用する場合、好ましい溶媒としては、触媒、塩基性化合物及び原料化合物を少なくとも一部溶解させるものであって、反応活性や反応の選択性に悪影響を及ぼさないものであれば使用可能であり、特に限定されないが、本発明は塩基の存在下で反応を行うため、通常、塩基の効果を保持するために中性またはアルカリ性を示す溶媒を使用する。溶媒の具体例としては、水の他、例えば、ジグライム(ジエチレングリコールジメチルエーテル)、トリグライム(トリエチレングリコールジメチルエーテル)、ジフェニルエーテル、ジベンジルエーテル、ジアリルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)、ジオキサン等のエーテル類、N-メチル-2-ピロリドン、ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド等のアミド類、酢酸エチル、酢酸ブチル、酪酸エチル、酪酸ブチル、γ-ブチロラクトン、ジ(n-オクチル)フタレイト等のエステル類、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ドデシルベンゼン等の芳香族炭化水素類、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、ドデカン等の脂肪族炭化水素類、クロロホルム、ジクロロメタン、四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素、アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル類等が挙げられる。この他、本反応の副生物として生成するエタノールやn-ブタノールよりも高い沸点を有する高沸点化合物が挙げられる。
反応器内の雰囲気としては、原料アルコールがエタノールの場合、エタノール原料、反応中間体、n-ブタノール、副生成物等の蒸気、溶媒使用時にはその溶媒の蒸気が存在するが、それ以外の成分として窒素やアルゴン等の不活性ガスが存在していてもよい。特に注意を払うべき点としては、空気の漏れ込み等による酸素の混入は、触媒の劣化、特にホスフィン化合物の酸化消失の原因となるので、酸素の存在量は極力低減させることが望ましい。
また、反応温度に関しては、触媒反応が進行する温度であれば特に限定されないが、30〜280℃の温度が好ましく、80〜230℃の温度が更に好ましく、110〜200℃の温度が最も好ましい。
また、反応により得られた二量化アルコールと金属触媒や塩基との分離には、慣用の液体触媒再循環プロセスで用いられるあらゆる分離操作を採用することができる。具体的には、単蒸留、減圧蒸留、薄膜蒸留、水蒸気蒸留等の蒸留操作のほか、気液分離、液液分離、蒸発(エバポレーション)、ガスストリッピング、ガス吸収及び抽出等の分離操作が挙げられる。各分離操作は、各々独立の工程で行ってもよく、2つ以上の成分の分離を同時に行ってもよい。また、一部のエタノール原料や反応中間体であるアセトアルデヒドやクロトンアルデヒド等が未反応で残っている場合には、同様の分離方法で回収し、再び反応器にリサイクルすると一層経済的である。更に分離された触媒や塩基性化合物もそのまま反応器にリサイクルもしくは回収して再活性化後、再利用する方が経済的で望ましい。特に、エタノールを原料とする本発明の反応を行った場合には、二量化アルコール生成物であるn-ブタノールが更に逐次的に同様の反応を受けることで三量化アルコール(ヘキサノール類)や四量化アルコール(オクタノール類)等が少量副生する。具体的には、三量化アルコールとして2-エチルブタノールおよびn-ヘキサノールが、四量化アルコールとして2-エチルヘキサノールおよびn-オクタノール等が副生成物として観測されるが、場合によってはそうした化合物も分離生成して有効に活用してもよい。
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り以下の実施例に限定されるものではない。
<実施例1〜6および比較例1、2>
内容積50mlのステンレス製オートクレーブに、0.258mmolの金属化合物、所定量のアミンまたはピリジン化合物、10.28mmolのt-ブトキシカリウム、53.08mmol(2.45g)のエタノール、溶媒として67.83mmol(7.20g)のo-キシレン、およびガスクロマトグラフィー(GC)分析用の内部標準として4.42mmol(0.75g)のn-ドデカンを窒素下で仕込み、密閉状態のまま180℃で2h加熱して反応を行い、室温まで冷却して、放圧後、反応液をGCにて分析した。金属化合物、アミンまたはピリジン化合物の種類や添加量を種々変えることで、実施例1〜6を得た。なお、実施例1〜6で実際に用いた金属化合物、アミンやピリジン化合物の種類や添加量、およびn-ブタノールの収率と選択率に関しては、下の表1に記載している。なお、収率と選択率とは、以下の式で求めることができる。
n−ブタノール選択率(%)=(n−ブタノール収率/エタノール転化率)×100
Claims (3)
- 遷移金属を一種以上含む錯体および塩基の存在下で、エタノールを2量化するアルコールの製造方法であって、該錯体が、アミン化合物又はピリジン化合物由来の配位子を有するものであり、且つ該遷移金属がルテニウム、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、及び白金からなる群より選ばれることを特徴とするアルコールの製造方法。
- 前記ピリジン化合物が多座のピリジン化合物であることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
- 多座のピリジン化合物が、2,2’-ビピリジルもしくはその誘導体であることを特徴とする請求項2に記載の製造方法。
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