JP5515114B2 - Method for producing lactic acid using indium compound - Google Patents
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Description
本発明は、炭水化物含有原料からインジウム化合物を触媒として用いて乳酸類を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing lactic acids from a carbohydrate-containing raw material using an indium compound as a catalyst.
現在、工業的に実施されている乳酸の製造法は糖類の乳酸発酵によるものである(特許文献1参照)。しかしながらこの方法でセルロースを乳酸発酵の原料とするには、酸又は酵素などを用いた糖化工程を経る必要がある。また一般に発酵による乳酸製造法は反応速度が遅く、巨大な発酵槽が必要となるほか、生成する乳酸の濃度が低いため、精製のためのエネルギー消費量が大きくなる問題がある。加えて、乳酸発酵は発酵の進行とともに溶液のpHが低下することにより、乳酸菌の発酵効率が低下してしまうため、塩基で中和させながら発酵が行われる。従って、この乳酸発酵法により生成するのは乳酸塩であり、乳酸塩より乳酸を遊離させるために酸で処理することが行われ、そこから生じる中和塩の処理もプロセス上大きな問題となっている。 At present, a method for producing lactic acid that is industrially used is based on lactic acid fermentation of saccharides (see Patent Document 1). However, in order to use cellulose as a raw material for lactic acid fermentation by this method, it is necessary to go through a saccharification step using an acid or an enzyme. In general, a method for producing lactic acid by fermentation has a slow reaction rate and requires a large fermenter, and also has a problem that energy consumption for purification is increased because the concentration of lactic acid produced is low. In addition, lactic acid fermentation is performed while neutralizing with a base because the fermentation efficiency of lactic acid bacteria decreases as the pH of the solution decreases as the fermentation progresses. Accordingly, lactate is produced by this lactic acid fermentation method, and treatment with acid is performed to liberate lactic acid from lactate, and treatment of neutralized salt resulting therefrom is a major problem in the process. Yes.
生物学的な方法によらない乳酸の製造法としては、炭水化物をアルカリ存在下で水熱処理する化学的な方法が知られている。例えば糖類(非特許文献1、2参照)、セルロース(特許文献2、非特許文献3参照)、又は有機性廃棄物(非特許文献4参照)をこの方法で処理すると、高温高圧の反応条件下で分解した炭水化物の一部が異性化して乳酸が生成する。しかし、この方法では乳酸は触媒として加えられたアルカリと反応し、乳酸塩となっているため、乳酸を酸として分離するためには反応液になんらかの無機酸を添加して酸性にしなければならず、アルカリと無機酸が量論的に消費されるという問題がある。 As a method for producing lactic acid that does not depend on a biological method, a chemical method in which a carbohydrate is hydrothermally treated in the presence of an alkali is known. For example, when saccharides (see Non-Patent Documents 1 and 2), cellulose (see Patent Documents 2 and 3), or organic waste (see Non-Patent Document 4) are treated by this method, reaction conditions of high temperature and high pressure are performed. Lactic acid is produced by isomerization of some of the carbohydrates decomposed in However, in this method, lactic acid reacts with the alkali added as a catalyst to form a lactate, so that in order to separate lactic acid as an acid, it is necessary to add some inorganic acid to the reaction solution to make it acidic. There is a problem that the alkali and the inorganic acid are consumed stoichiometrically.
アルカリを使わない乳酸の化学的製造法としては、金属ハロゲン化物を触媒として、デンプン、オリゴ糖又は単糖を、アルコールと反応させることにより、乳酸エステルに変換する方法が報告されている(特許文献3参照)。しかし、本発明者らが検討したところ、この方法は200℃未満ではセルロース系の原料を分解できず、乳酸や乳酸エステルの生成が認められなかった。 As a chemical production method of lactic acid without using an alkali, there has been reported a method of converting starch, oligosaccharide or monosaccharide into a lactic acid ester by reacting with alcohol using a metal halide as a catalyst (Patent Literature). 3). However, as a result of investigations by the present inventors, the cellulose-based raw material could not be decomposed at a temperature lower than 200 ° C., and formation of lactic acid or lactic acid ester was not recognized.
またアルカリを使用せず、セルロース系の原料を化学的な反応により直接、乳酸へ変換した例も報告されているが、これは非常に高温高圧(温度350℃以上400℃未満、圧力20MPa以上35MPa)の反応条件を必要としておりエネルギー消費量が大きい上、乳酸の収率も不十分である(特許文献4参照)。 In addition, an example in which a cellulose-based raw material is directly converted to lactic acid by a chemical reaction without using an alkali has been reported, but this is very high temperature and high pressure (temperature 350 ° C. or more and less than 400 ° C., pressure 20 MPa or more and 35 MPa). ), The energy consumption is large, and the yield of lactic acid is insufficient (see Patent Document 4).
またセルロース系の原料より一段階で乳酸を製造した報告として、第3族金属塩を触媒として用いた例(特許文献5、6参照)及び希土類金属酸化物を触媒として用いた例(特許文献7参照)が報告されている。これらは比較的高価な第3族金属や希土類金属を使用するため、乳酸製造時のコスト増加につながると考えられる。 In addition, as a report of producing lactic acid from cellulose-based raw materials in one step, examples using Group 3 metal salts as catalysts (see Patent Documents 5 and 6) and examples using rare earth metal oxides as catalysts (Patent Document 7). Have been reported). Since these use relatively expensive Group 3 metals or rare earth metals, it is thought that this leads to an increase in costs during the production of lactic acid.
本発明は、炭水化物含有原料から乳酸類を効率的に製造するための代替法を提供することを課題とする。 An object of the present invention is to provide an alternative method for efficiently producing lactic acids from a carbohydrate-containing raw material.
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、インジウム化合物を触媒として用いることにより、炭水化物含有原料から乳酸類(乳酸及び/又は乳酸エステル)を効率的に製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that lactic acid (lactic acid and / or lactic acid ester) can be efficiently produced from a carbohydrate-containing raw material by using an indium compound as a catalyst. The present invention has been completed.
すなわち、本発明は以下を包含する。
インジウムアルコキシド及びインジウムアセチルアセトナートからなる群より選択される少なくとも1種を含む、水及び/又はアルコールを含有する溶媒中で、炭水化物含有原料を加熱処理することを特徴とする、乳酸及び/又は乳酸エステルの製造方法。
That is, the present invention includes the following.
Lactic acid and / or lactic acid characterized by heat-treating a carbohydrate-containing raw material in a solvent containing water and / or alcohol containing at least one selected from the group consisting of indium alkoxide and indium acetylacetonate Ester production method.
この方法では、水及び/又はアルコールを含有する溶媒がフェノール性化合物をさらに含むことも好ましい。 In this method, it is also preferable that the solvent containing water and / or alcohol further contains a phenolic compound.
この方法では、加熱処理が、100℃〜300℃で加熱することによるものであることも好ましい。 In this method, the heat treatment is also preferably performed by heating at 100 ° C to 300 ° C.
本発明の方法では、炭水化物含有原料から乳酸類を効率的に製造することができる。 In the method of the present invention, lactic acids can be efficiently produced from carbohydrate-containing raw materials.
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明では、触媒として機能する、インジウムアルコキシド及びインジウムアセチルアセトナートからなる群より選択される少なくとも1種を含む、水及び/又はアルコールを含有する溶媒中で、炭水化物含有原料を加熱処理することにより、乳酸及び/又は乳酸エステルを含む反応生成物を取得することができる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
In the present invention, by subjecting a carbohydrate-containing raw material to heat treatment in a solvent containing water and / or alcohol containing at least one selected from the group consisting of indium alkoxide and indium acetylacetonate, which functions as a catalyst. A reaction product containing lactic acid and / or lactic acid ester can be obtained.
本発明の方法を用いれば、炭水化物含有原料中の炭水化物から、乳酸及び/又は乳酸エステルを簡便かつ非常に高効率に製造することができる。 If the method of this invention is used, lactic acid and / or a lactic acid ester can be manufactured simply and very highly efficiently from the carbohydrate in a carbohydrate containing raw material.
本発明の方法において原料として使用できる炭水化物含有原料は、炭水化物を含有する任意の原料であってよい。限定するものではないが、炭水化物含有原料は、単糖、オリゴ糖(単糖が2〜9個結合したもの)、若しくは多糖(単糖が10個以上結合したもの)などの任意の炭水化物、又はそれを含む生物由来材料であってよい。単糖としては、グルコース、フルクトース、ガラクトース、マンノース等でありうる。多糖としては、限定するものではないが、セルロースが好ましい。炭水化物含有原料は、例えば、セルロース、ホロセルロース、セロビオース、デンプン(例えば、可溶性デンプン)、マルトース、グルコース、マンノース、フルクトース、ガラクトース、グロース等の六炭糖を含む炭水化物、ヘミセルロース、キシロース、アラビノース等の五炭糖を含むヘミセルロース系物質、又はそれらの少なくとも1つを含有する、例えばリグノセルロース系の原料であってもよい。炭水化物含有原料は、特に限定されないが、例えば、上記のような炭水化物(例えば、グルコース、フルクトース、セルロース等)を含むバイオマス材料であってもよい。炭水化物含有原料は、単糖を含むことが特に好ましい。炭水化物含有原料の例としては、古紙、製材残材、麦藁、コーンストーバー、コーンコブ、トウモロコシの穂などの農産廃棄物をはじめとするリグノセルロース系バイオマス材料、デンプンやグルコース等の糖類を含む食品廃棄物等が挙げられる。本発明の方法において使用する炭水化物含有原料はセルロース等の炭水化物に加えて水を含んでいることも好ましい。 The carbohydrate-containing raw material that can be used as the raw material in the method of the present invention may be any raw material containing carbohydrate. Without limitation, the carbohydrate-containing material can be any carbohydrate such as a monosaccharide, oligosaccharide (2-9 linked monosaccharides), or polysaccharide (10 or more monosaccharides bonded), or It may be a biological material containing it. The monosaccharide can be glucose, fructose, galactose, mannose and the like. Although it does not limit as a polysaccharide, A cellulose is preferable. Carbohydrate-containing raw materials include, for example, carbohydrates containing hexoses such as cellulose, holocellulose, cellobiose, starch (for example, soluble starch), maltose, glucose, mannose, fructose, galactose, and growth, hemicellulose, xylose, arabinose, etc. It may be a hemicellulose-based material containing carbon sugar, or at least one of them, for example, a lignocellulosic material. Although a carbohydrate containing raw material is not specifically limited, For example, the biomass material containing the above carbohydrates (for example, glucose, fructose, cellulose, etc.) may be sufficient. The carbohydrate-containing raw material particularly preferably contains a monosaccharide. Examples of carbohydrate-containing raw materials include lignocellulosic biomass materials including agricultural waste such as waste paper, sawn timber, wheat straw, corn stover, corn cob, and corn ears, and food waste containing sugars such as starch and glucose Etc. The carbohydrate-containing raw material used in the method of the present invention preferably contains water in addition to a carbohydrate such as cellulose.
本発明の方法では、インジウムアルコキシド又はインジウムアセチルアセトナートを、炭水化物化合物に対する分解反応及び異性化反応、さらに中間体として生成する三炭糖の乳酸及び/又は乳酸エステルへの異性化反応のための触媒として用いる。この方法の好適な一実施形態では、インジウムアルコキシドを用いることが好ましい。この方法の別の実施形態では、インジウムアセチルアセトナートを用いることが好ましい。この方法のさらに別の実施形態では、インジウムアセチルアセトナートとインジウムアルコキシドの両方を用いてもよい。本発明で使用され得るインジウムアルコキシドとしては、例えば、インジウムメトキシド、インジウムエトキシド、インジウムイソプロポキシド、インジウム−n−ブトキシド、及びインジウム−t−ブトキシドなどが挙げられる。本発明で使用され得るインジウムアセチルアセトナートとしては、例えば、アセチルアセトンインジウム、トリス(2,2,6,6−テトラメチル−3,5−ヘプタンジオナト)インジウム、及びインジウムトリフルオロアセチルアセトナートなどが挙げられる。1つの反応系で、インジウムアルコキシド及びインジウムアセチルアセトナートのうち1種類を使用してもよいし、2種類以上を使用してもよい。 In the method of the present invention, a catalyst for decomposition reaction and isomerization reaction of indium alkoxide or indium acetylacetonate to a carbohydrate compound and further isomerization reaction of a tricarbon sugar produced as an intermediate to lactic acid and / or lactic acid ester Used as In a preferred embodiment of this method, indium alkoxide is preferably used. In another embodiment of this method, it is preferred to use indium acetylacetonate. In yet another embodiment of this method, both indium acetylacetonate and indium alkoxide may be used. Examples of the indium alkoxide that can be used in the present invention include indium methoxide, indium ethoxide, indium isopropoxide, indium-n-butoxide, and indium-t-butoxide. Examples of indium acetylacetonate that can be used in the present invention include indium acetylacetone, tris (2,2,6,6-tetramethyl-3,5-heptanedionato) indium, indium trifluoroacetylacetonate, and the like. . One type of indium alkoxide and indium acetylacetonate may be used in one reaction system, or two or more types may be used.
本発明の方法に用いる、水及び/又はアルコールを含有する溶媒は、水若しくはアルコール、又はその両方を含む溶液である。この溶媒は、水又はアルコール単独であってもよいし、水とアルコールの混合液であってもよいし、それらに他の成分、例えば他の有機溶媒が混合された溶液であってもよい。水としては、蒸留水、イオン交換水、工業用水等を使用することができる。アルコールとしては、特に限定されないが、炭素数1から8までの脂肪族アルコールが好ましい。例えばメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、エチレングリコールなどを挙げることができる。含水アルコールも本発明において溶媒として好適に使用できる。1種又は2種以上のアルコールが溶媒に含まれていてもよい。本発明の方法では、炭水化物原料が単糖やオリゴ糖を含む場合は、水を含有する溶媒(特に好ましくは水)を用いれば乳酸を製造でき、アルコールを含有する溶媒を用いれば乳酸エステルを製造できる。 炭水化物含有原料に対する、水及び/又はアルコールを含有する溶媒の使用量は、当業者が適宜選択することができ、特に限定されるものではないが、通常、重量比で原料:溶媒=1:1〜1:1000であり、好ましくは1:5〜1:100である。 The solvent containing water and / or alcohol used in the method of the present invention is a solution containing water or alcohol, or both. This solvent may be water or alcohol alone, a mixed solution of water and alcohol, or a solution in which other components such as other organic solvents are mixed. As water, distilled water, ion exchange water, industrial water, or the like can be used. Although it does not specifically limit as alcohol, A C1-C8 aliphatic alcohol is preferable. For example, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, 1-butanol, 2-butanol, ethylene glycol and the like can be mentioned. Hydrous alcohol can also be suitably used as a solvent in the present invention. One or two or more alcohols may be contained in the solvent. In the method of the present invention, when the carbohydrate raw material contains monosaccharide or oligosaccharide, lactic acid can be produced by using a solvent containing water (particularly preferably water), and lactic acid ester is produced by using a solvent containing alcohol. it can. The amount of water and / or alcohol-containing solvent used for the carbohydrate-containing raw material can be appropriately selected by those skilled in the art and is not particularly limited, but is usually raw material: solvent = 1: 1 in weight ratio. ˜1: 1000, preferably 1: 5 to 1: 100.
水及び/又はアルコールを含有する溶媒に含有させる、インジウムアルコキシド及び/又はインジウムアセチルアセトナートの合計量(使用量)としては、限定するものではないが、炭水化物含有原料中のグルコース残基1mmolに対して、質量比で0.00001〜1.0mol、好ましくは0.005mol〜0.1mol、例えば0.01〜0.05molに相当する量を使用できる。 The total amount (use amount) of indium alkoxide and / or indium acetylacetonate to be contained in a solvent containing water and / or alcohol is not limited, but relative to 1 mmol of glucose residue in the carbohydrate-containing raw material. Thus, an amount corresponding to 0.00001 to 1.0 mol, preferably 0.005 mol to 0.1 mol, for example, 0.01 to 0.05 mol in terms of mass ratio can be used.
インジウムアルコキシド及び/又はインジウムアセチルアセトナートを用いた乳酸類の製造方法は単糖からの乳酸類の生成に特に適しており、従って炭水化物含有原料が単糖を含む場合に特に好適である。 The method for producing lactic acids using indium alkoxide and / or indium acetylacetonate is particularly suitable for the production of lactic acids from monosaccharides, and is therefore particularly suitable when the carbohydrate-containing raw material contains monosaccharides.
本発明の方法では、インジウムアルコキシド及び/又はインジウムアセチルアセトナートに加えて、さらにフェノール性化合物を溶媒に添加して使用することも好ましい。フェノール性化合物としては、特に限定するものではないが、例としてフェノール、クレゾール、アルキルフェノール、カテコール、ピロガロール、アルコキシフェノール、サリチル酸、サリチル酸エステル、2,2’−ビフェノール、及びキノリノールなどが挙げられる。フェノール性化合物の使用量は、当業者であれば適宜調節することができるが、インジウムアルコキシド及び/又はインジウムアセチルアセトナートの合計量(使用量)1.0molに対して0.1〜10.0molであることが好ましく、1.0molから4.0molの範囲であることがさらに好ましい。フェノール性化合物の添加により、乳酸類の収率を大幅に向上させることができる。 In the method of the present invention, in addition to indium alkoxide and / or indium acetylacetonate, it is also preferable to add a phenolic compound to the solvent. Examples of the phenolic compound include, but are not limited to, phenol, cresol, alkylphenol, catechol, pyrogallol, alkoxyphenol, salicylic acid, salicylic acid ester, 2,2'-biphenol, quinolinol, and the like. The amount of the phenolic compound used can be appropriately adjusted by those skilled in the art, but it is 0.1 to 10.0 mol with respect to 1.0 mol of indium alkoxide and / or indium acetylacetonate. It is preferable that it is in the range of 1.0 mol to 4.0 mol. By adding a phenolic compound, the yield of lactic acids can be greatly improved.
本発明の方法では、インジウムアルコキシド及び/又はインジウムアセチルアセトナートを含む、水及び/又はアルコールを含有する溶媒中で、炭水化物含有原料を加熱処理する。本発明の方法では、加熱処理前に、水及び/又はアルコールを含有する溶媒中に、インジウムアルコキシド及び/又はインジウムアセチルアセトナート、及び炭水化物含有原料を添加することが好ましい。フェノール性化合物も、インジウムアルコキシド及び/又はインジウムアセチルアセトナートと共に、水及び/又はアルコールを含有する溶媒中に加えればよい。加熱処理の条件は、原料に含まれる糖類やアルコールの種類などによって当業者であれば適宜調節することができるが、100℃〜300℃が好ましく、100℃〜250℃がより好ましく、例えば140℃〜195℃を好適に使用できる。本発明の方法ではこのように比較的低めの加熱温度で実施できる。 In the method of the present invention, a carbohydrate-containing raw material is heat-treated in a solvent containing water and / or alcohol containing indium alkoxide and / or indium acetylacetonate. In the method of the present invention, it is preferable to add indium alkoxide and / or indium acetylacetonate and a carbohydrate-containing raw material into a solvent containing water and / or alcohol before the heat treatment. A phenolic compound may be added to a solvent containing water and / or alcohol together with indium alkoxide and / or indium acetylacetonate. The conditions for the heat treatment can be appropriately adjusted by those skilled in the art depending on the type of saccharide or alcohol contained in the raw material, but are preferably 100 ° C to 300 ° C, more preferably 100 ° C to 250 ° C, for example, 140 ° C. -195 degreeC can be used conveniently. Thus, the method of the present invention can be carried out at a relatively low heating temperature.
本発明の方法では、加熱処理を、酸素の非存在下で行うことも好ましい。酸素の非存在条件にするためには、加熱処理前に不活性ガスを反応容器に充填して、空気をパージ(排除)することが好適である。不活性ガスの種類は特に限定されるものではないが、例えば、窒素ガス、アルゴンガス、炭酸ガスなどが例として挙げられる。 In the method of the present invention, the heat treatment is preferably performed in the absence of oxygen. In order to make the oxygen non-existing condition, it is preferable to fill the reaction vessel with an inert gas before the heat treatment and purge (exclude) the air. Although the kind of inert gas is not specifically limited, For example, nitrogen gas, argon gas, carbon dioxide gas etc. are mentioned as an example.
本発明の加熱処理は、加圧下で行うことも好ましい。反応圧力は大気圧以上であることが好ましく、0.2MPa〜20MPaが好ましく、0.4MPa〜10MPaがさらに好ましい。 The heat treatment of the present invention is also preferably performed under pressure. The reaction pressure is preferably at least atmospheric pressure, preferably 0.2 MPa to 20 MPa, and more preferably 0.4 MPa to 10 MPa.
本発明方法における水及び/又はアルコールを含有する溶媒中での反応は、限定するものではないが、例えばオートクレーブ等の加圧反応装置中で行うことが好ましい。また他の好ましい反応形態として、連続流通系反応方法(連続法)が挙げられる。原料・溶媒・触媒を混合した反応液を、所定温度、圧力に制御された反応器に連続的に供給して、所定時間反応器内に滞留させて反応させることができる。 Although the reaction in the solvent containing water and / or alcohol in the method of the present invention is not limited, it is preferably carried out in a pressure reaction apparatus such as an autoclave. Another preferred reaction form is a continuous flow reaction method (continuous method). The reaction liquid in which the raw material / solvent / catalyst is mixed can be continuously supplied to a reactor controlled at a predetermined temperature and pressure, and allowed to stay in the reactor for a predetermined time for reaction.
本発明の方法では、例えば、電磁撹拌式オートクレーブにインジウムアルコキシド及び/又はインジウムアセチルアセトナート(触媒)、炭水化物含有原料、必要に応じてフェノール性化合物、並びに水及び/又はアルコールを含有する溶媒を仕込み、不活性ガスで空気をパージした後、上記加熱温度まで加熱して所定時間反応させればよい。加熱時間は、当業者であれば適宜調節でき、特に限定するものではないが、加熱温度に達してから3時間〜24時間とすればよく、5時間〜12時間が好ましい。所定の加熱時間経過後は、加熱を停止し、室温まで放冷させればよい。室温まで冷却した後、オートクレーブから反応生成物を取り出す。 In the method of the present invention, for example, a magnetic stir autoclave is charged with a solvent containing indium alkoxide and / or indium acetylacetonate (catalyst), a carbohydrate-containing raw material, a phenolic compound as necessary, and water and / or alcohol. Then, after purging air with an inert gas, heating to the above heating temperature may be performed for a predetermined time. The heating time can be appropriately adjusted by those skilled in the art and is not particularly limited, but may be 3 to 24 hours after reaching the heating temperature, and preferably 5 to 12 hours. After a predetermined heating time has elapsed, heating may be stopped and allowed to cool to room temperature. After cooling to room temperature, the reaction product is removed from the autoclave.
また連続流通系反応方法を用いる本発明の方法では、炭水化物含有原料、水及び/又はアルコールを含有する溶媒、インジウムアルコキシド及び/又はインジウムアセチルアセトナート(触媒)、並びに必要に応じてフェノール性化合物を混合した反応液を、所定の加熱温度及び圧力に制御された反応器に連続的に供給し、所定の加熱時間にわたり反応器内に滞留させて反応させればよい。加熱時間経過後は、加熱を停止し、室温まで放冷させればよい。室温まで冷却した後、反応器から反応生成物を取り出す。 In the method of the present invention using a continuous flow system reaction method, a carbohydrate-containing raw material, a solvent containing water and / or alcohol, indium alkoxide and / or indium acetylacetonate (catalyst), and optionally a phenolic compound are added. The mixed reaction solution may be continuously supplied to a reactor controlled at a predetermined heating temperature and pressure, and allowed to stay in the reactor for a predetermined heating time for reaction. After the heating time has elapsed, heating may be stopped and allowed to cool to room temperature. After cooling to room temperature, the reaction product is removed from the reactor.
以上のような方法により、乳酸及び/又は乳酸エステルを高収率で生成させることができる。炭水化物含有材料が単糖又はオリゴ糖を含む場合、インジウムアルコキシド及び/又はインジウムアセチルアセトナートを触媒として使用した場合、それらの糖から乳酸又は乳酸エステルを効率よく製造できる。例えばこの方法により、乳酸及び/又は乳酸エステルを、炭水化物含有原料中の1グルコース残基当たりに生成されたモル数の基準で、5%〜60%、例えば30〜50%の収率で得ることができる。インジウムアルコキシド及び/又はインジウムアセチルアセトナートに加えて、フェノール性化合物を組み合わせて使用した場合には、インジウムアルコキシド及び/又はインジウムアセチルアセトナート単独で使用した場合と比較して、乳酸及び/又は乳酸エステルの収率を例えば5〜15%増加させることもできる。インジウムアルコキシド及び/又はインジウムアセチルアセトナートに加えて、フェノール性化合物を組み合わせて使用した場合には、インジウムアルコキシド及び/又はインジウムアセチルアセトナート単独で使用した場合と比較して、乳酸及び/又は乳酸エステルの収率を例えば5〜15%増加させることもできる。 By the above method, lactic acid and / or lactic acid ester can be produced in high yield. When the carbohydrate-containing material contains monosaccharides or oligosaccharides, when indium alkoxide and / or indium acetylacetonate is used as a catalyst, lactic acid or lactic acid ester can be efficiently produced from those sugars. For example, by this method, lactic acid and / or lactic acid ester is obtained in a yield of 5% to 60%, for example 30 to 50%, based on the number of moles produced per glucose residue in the carbohydrate-containing raw material. Can do. In addition to indium alkoxide and / or indium acetylacetonate, when a phenolic compound is used in combination, lactic acid and / or lactate ester is used compared to when indium alkoxide and / or indium acetylacetonate is used alone. The yield of can be increased, for example, by 5 to 15%. In addition to indium alkoxide and / or indium acetylacetonate, when a phenolic compound is used in combination, lactic acid and / or lactate ester is used compared to when indium alkoxide and / or indium acetylacetonate is used alone. The yield of can be increased, for example, by 5 to 15%.
上記のようにして得られる反応液から、乳酸又は乳酸エステルを分離することも好ましい。この分離は、例えば液体クロマトグラフィー等の当業者に公知の有機酸分離方法によって行うことができる。 It is also preferable to separate lactic acid or lactic acid ester from the reaction solution obtained as described above. This separation can be performed by an organic acid separation method known to those skilled in the art, such as liquid chromatography.
以下の実施例は、本発明を例証するが、その範囲を限定するものではない。
(実施例1)インジウム化合物を用いたフルクトースからの乳酸エステル合成
内容積50mlのステンレス製加圧反応装置(日東高圧製)に、インジウム化合物としてインジウムイソプロポキシド15mg(0.05mmol)、原料炭水化物としてフルクトース 0.450g(2.5mmol)、溶媒としてメタノール10mLを室温で加えた後、該装置の反応器中に窒素ガス0.5MPaを圧入し、マントルヒーターを用いて反応器内部が150℃になるまで加熱した。150℃で10時間保持した後、加熱を停止して放冷した。反応装置を室温まで冷却した後、放圧して残存有機相を抜き取り、得られた溶液を液体クロマトグラフィーにて定量分析した。その結果、乳酸メチルが2.4mmol生成していた。この乳酸メチルの収率は、フルクトース基準、すなわち原料のフルクトース1モル当たりの生成モル数の百分率(%)で表すと、収率48%であった。
The following examples illustrate the invention but do not limit its scope.
(Example 1) Lactic acid ester synthesis from fructose using indium compound In a 50-ml stainless steel pressure reactor (manufactured by Nitto Koatsu), 15 mg (0.05 mmol) of indium isopropoxide as an indium compound and raw material carbohydrate After adding 0.450 g (2.5 mmol) of fructose and 10 mL of methanol as a solvent at room temperature, 0.5 MPa of nitrogen gas was injected into the reactor of the apparatus, and the inside of the reactor became 150 ° C. using a mantle heater. Until heated. After holding at 150 ° C. for 10 hours, heating was stopped and the mixture was allowed to cool. After cooling the reaction apparatus to room temperature, the pressure was released and the remaining organic phase was extracted, and the resulting solution was quantitatively analyzed by liquid chromatography. As a result, 2.4 mmol of methyl lactate was produced. The yield of methyl lactate was 48% when expressed in terms of fructose, that is, as a percentage (%) of the number of moles produced per mole of fructose of the raw material.
(実施例2)インジウム化合物を用いたフルクトースからの乳酸合成
内容積50mlのステンレス製加圧反応装置(日東高圧製)に、インジウム化合物としてインジウムイソプロポキシドを15mg(0.05mmol)、原料炭水化物としてフルクトースを0.450g(2.5mmol)、溶媒として純水10mLを室温で加えた後、該装置の反応器中に窒素ガス0.5MPaを圧入し、マントルヒーターを用いて反応器内部が160℃になるまで加熱した。160℃で5時間保持した後、加熱を停止して放冷した。反応装置を室温まで冷却した後、放圧して残存有機相を抜き取り、得られた溶液を液体クロマトグラフィーにて定量分析した。その結果、乳酸が0.24mmol生成していた。この乳酸の収率は、フルクトース基準、すなわち原料のフルクトース1モル当たりの生成モル数の百分率(%)で表すと、収率5%であった。
(Example 2) Lactic acid synthesis from fructose using an indium compound In a 50-mL stainless steel pressure reactor (manufactured by Nitto Koatsu), 15 mg (0.05 mmol) of indium isopropoxide as an indium compound and a raw material carbohydrate After 0.450 g (2.5 mmol) of fructose and 10 mL of pure water as a solvent were added at room temperature, 0.5 MPa of nitrogen gas was injected into the reactor of the apparatus, and the inside of the reactor was 160 ° C. using a mantle heater. Heated until. After holding at 160 ° C. for 5 hours, heating was stopped and the mixture was allowed to cool. After cooling the reaction apparatus to room temperature, the pressure was released and the remaining organic phase was extracted, and the resulting solution was quantitatively analyzed by liquid chromatography. As a result, 0.24 mmol of lactic acid was produced. The yield of this lactic acid was 5% when expressed in terms of fructose, that is, as a percentage (%) of the number of moles produced per mole of fructose of the raw material.
(実施例3)インジウム化合物を用いたグルコースからの乳酸エステル合成
原料炭水化物としてフルクトースの代わりにグルコース0.450g(2.5mmol)を用い、反応温度を180℃にした他は、実施例1と同じ条件で反応を行った。その結果、乳酸メチルが2.0mmol(グルコース基準で収率40%)生成し、副生成物としてレブリン酸メチルが0.08mmol(グルコース基準で収率3%)生成した。グルコース基準とは、すなわち原料のグルコース1モル当たりの生成モル数の百分率(%)である。
(Example 3) Synthesis of lactate ester from glucose using indium compound Same as Example 1 except that 0.450 g (2.5 mmol) of glucose was used instead of fructose as a raw material carbohydrate and the reaction temperature was 180 ° C. The reaction was conducted under conditions. As a result, 2.0 mmol (40% yield based on glucose) of methyl lactate was produced, and 0.08 mmol of methyl levulinate (3% yield based on glucose) was produced as a by-product. The glucose standard is the percentage (%) of the number of moles produced per mole of glucose of the raw material.
(実施例4)インジウムアセチルアセトナートを用いたグルコースからの乳酸エステル合成
インジウム化合物としてアセチルアセトンインジウム(In(acac)3)20.8mg(0.05mmol)を用いた他は、実施例1と同じ条件で反応を行った。その結果、乳酸メチルが1.55mmol(フルクトース基準で収率31%)生成し、レブリン酸メチルは全く生成しなかった。
(Example 4) Lactate ester synthesis from glucose using indium acetylacetonate The same conditions as in Example 1 except that 20.8 mg (0.05 mmol) of acetylacetone indium (In (acac) 3 ) was used as the indium compound. The reaction was carried out. As a result, 1.55 mmol of methyl lactate (yield 31% based on fructose) was produced, and no methyl levulinate was produced.
(実施例5)フェノール性化合物の添加効果
インジウムイソプロポキシド、フルクトース及びメタノールに加えて、反応器にフェノール性化合物としてカテコールを0.1mmol加えた他は、実施例1と同じ条件で反応を行った。その結果、乳酸メチルが2.6mmol(フルクトース基準で収率52%)生成し、副生成物としてレブリン酸メチルが0.15mmol(グルコース基準で収率6%)生成した。
(Example 5) Effect of adding phenolic compound In addition to indium isopropoxide, fructose and methanol, the reaction was conducted under the same conditions as in Example 1 except that 0.1 mmol of catechol was added as a phenolic compound to the reactor. It was. As a result, 2.6 mmol of methyl lactate (52% yield based on fructose) was produced, and 0.15 mmol of methyl levulinate (6% yield based on glucose) was produced as a by-product.
(実施例6)フェノール性化合物の添加効果
インジウムイソプロポキシド、フルクトース及びメタノールに加えて、反応器にフェノール性化合物として2,2−ビフェノールを0.1mmol加えた他は、実施例1と同じ条件で反応を行った。その結果、乳酸メチルが2.5mmol(フルクトース基準で収率50%)生成した。
(Example 6) Effect of addition of phenolic compound The same conditions as in Example 1 except that 0.1 mmol of 2,2-biphenol was added to the reactor as a phenolic compound in addition to indium isopropoxide, fructose and methanol. The reaction was carried out. As a result, 2.5 mmol of methyl lactate (yield 50% based on fructose) was produced.
本発明の方法は、単糖、多糖類等の糖類を含むバイオマスを乳酸や乳酸エステルへ効率的に変換する新規な触媒反応系を提供する。本発明の方法を用いれば、炭水化物を含むバイオマスを利用した、乳酸及び/又は乳酸エステルの効率的な製造が可能となる。本発明の方法を用いることで、例えば、炭水化物含有原料中の糖類(例えば単糖)から化学反応により一段階で乳酸や乳酸エステルを効率よく製造することが可能になる。 The method of the present invention provides a novel catalytic reaction system that efficiently converts biomass containing saccharides such as monosaccharides and polysaccharides into lactic acid and lactic acid esters. By using the method of the present invention, it becomes possible to efficiently produce lactic acid and / or lactic acid ester using biomass containing carbohydrates. By using the method of the present invention, for example, lactic acid and lactic acid esters can be efficiently produced in one step by a chemical reaction from a saccharide (for example, a monosaccharide) in a carbohydrate-containing raw material.
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