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JP6313315B2 - カルボン酸の対応するアルコールへの改良水素化のための促進ルテニウム触媒 - Google Patents

カルボン酸の対応するアルコールへの改良水素化のための促進ルテニウム触媒 Download PDF

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Description

発明の分野
本発明は、カルボン酸の対応するアルコールへの還元のための触媒、及び、カルボン酸の対応するアルコールへの還元方法に関する。より詳細には、本発明は、カルボン酸の対応するアルコールへの還元のためのルテニウム及びレニウム、又は、ルテニウム、レニウム及びスズを含む不均一系触媒に関する。
発明の背景
カルボン酸は、不均一系水素化触媒を用いて対応するアルコールへ直接水素化するのに困難なことで有名な基質である。水素化触媒中に使用される標準的な金属(例えば、Pt、Pd、Ni)はカルボン酸の水素化に対して比較的に不活性であるか、又は、さもなければ、非常に高い温度及び圧力を必要とする。ルテニウムはカルボン酸の対応するアルコールへの水素化のための合理的な活性を有することが以前から知られている。しかしながら、観測される水素化速度は、特に、ケトン及びアルデヒドなどの他のカルボニル含有種と比較して、なおも非常に遅い。カルボン酸を穏やかな条件下で水素化し、対応するアルコールを生成するために、ルテニウム単独よりも速くかつ効果的である新規の触媒を開発することに関心がある。
発明の簡単な要旨
1つの態様において、本発明は、カルボン酸からアルコールを製造するための無水液相法であって、
不均一系触媒及び溶媒の存在下に、100℃〜200℃の範囲の温度、及び、400〜4000psiの範囲の圧力において、カルボン酸を水素と接触させ、アルコールを生成することを含み、
前記触媒は
(a)不活性担体、
(b)0.5〜2.0質量%のルテニウム、
(c)0.5〜3.0質量%のレニウム、及び、
(d)0.01〜0.03質量%のスズ、
を含み、スズの質量%/レニウムの質量%の比は0.01〜0.50の範囲にあり、そして
質量%は触媒の合計質量を基準とする、方法を提供する。
1つの態様において、本発明は、カルボン酸からアルコールを製造するための無水液相法であって、
不均一系触媒及び溶媒の存在下に、100℃〜200℃の範囲の温度、及び、400〜4000psiの範囲の圧力において、カルボン酸を水素と接触させ、アルコールを生成することを含み、
前記触媒は
(a)不活性担体、
(b)0.5〜2.0質量%のルテニウム、
(c)0.5〜3.0質量%のレニウム、及び、
(d)0.01〜0.03質量%のスズ、
を含み、スズの質量%/レニウムの質量%の比は0.05〜0.10の範囲にあり、そして
質量%は触媒の合計質量を基準とする、方法を提供する。
1つの態様において、本発明は、カルボン酸からアルコールを製造するための無水液相法であって、
不均一系触媒及び溶媒の存在下に、100℃〜200℃の範囲の温度、及び、400〜4000psiの範囲の圧力において、カルボン酸を水素と接触させ、アルコールを生成することを含み、
前記触媒は
(a)不活性担体、
(b)0.5〜2.0質量%のルテニウム、及び、
(c)0.5〜3.0質量%のレニウム、
を含み、そして
質量%は触媒の合計質量を基準とする、方法を提供する。
1つの態様において、本発明は、カルボン酸からアルコールを製造するための無水液相法であって、
不均一系触媒及び溶媒の存在下に、100℃〜200℃の範囲の温度、及び、400〜4000psiの範囲の圧力において、カルボン酸を水素と接触させ、アルコールを生成することを含み、
前記触媒は
(a)不活性担体、
(b)0.5〜2.0質量%のルテニウム、
(c)0.5〜3.0質量%のレニウム、及び、
(d)0.01〜0.03質量%のスズ、
から本質的になり、スズの質量%/レニウムの質量%の比は0.01〜0.50の範囲にあり、そして
質量%は触媒の合計質量を基準とする、方法を提供する。
1つの態様において、本発明は、カルボン酸からアルコールを製造するための無水液相法であって、
不均一系触媒及び溶媒の存在下に、100℃〜200℃の範囲の温度、及び、400〜4000psiの範囲の圧力において、カルボン酸を水素と接触させ、アルコールを生成することを含み、
前記触媒は
(a)不活性担体、
(b)0.5〜2.0質量%のルテニウム、
(c)0.5〜3.0質量%のレニウム、及び、
(d)0.01〜0.03質量%のスズ、
から本質的になり、スズの質量%/レニウムの質量%の比は0.05〜0.10の範囲にあり、そして
質量%は触媒の合計質量を基準とする、方法を提供する。
1つの態様において、本発明は、カルボン酸からアルコールを製造するための無水液相法であって、
不均一系触媒及び溶媒の存在下に、100℃〜200℃の範囲の温度、及び、400〜4000psiの範囲の圧力において、カルボン酸を水素と接触させ、アルコールを生成することを含み、
前記触媒は
(a)不活性担体、
(b)0.5〜2.0質量%のルテニウム、及び、
(c)0.5〜3.0質量%のレニウム、
から本質的なり、そして
質量%は触媒の合計質量を基準とする、方法を提供する。
1つの態様において、本発明は、ケトン、エステル、炭化水素、アルコール又はそれらの混合物からなる群より選ばれる溶媒を含む方法を提供する。
1つの態様において、本発明は、水素化に対して不活性である溶媒を含む方法を提供する。
1つの態様において、本発明は、ヒドロキシル含有化合物を生成する溶媒を含む方法を提供する。
1つの態様において、本発明は、炭素、シリカ、アルミナ又はそれらの混合物の不活性担体を含む方法を提供する。
1つの態様において、本発明は、アルコールの一部分を水素化プロセスにリサイクルする方法を提供する。
1つの態様において、本発明は、高表面積グラファイト化炭素を除く担体を含む方法を提供する。
1つの態様において、本発明は、ルイス酸を用いることにより活性化された炭素を除く担体を含む方法を提供する。
1つの態様において、本発明は、不活性担体、0.5〜2.0質量%のルテニウム、0.5〜3.0質量%のレニウム、及び、0.01〜0.03質量%のスズを含む水素化触媒であって、ここで、質量%は触媒の合計質量を基準とし、スズの質量%/レニウムの質量%の比は0.01〜0.50の範囲にある、水素化触媒を提供する。
1つの態様において、本発明は、不活性担体、0.5〜2.0質量%のルテニウム、0.5〜3.0質量%のレニウム、及び、0.01〜0.03質量%のスズを含む水素化触媒であって、ここで、質量%は触媒の合計質量を基準とし、スズの質量%/レニウムの質量%の比は0.05〜0.10の範囲にある、水素化触媒を提供する。
1つの態様において、本発明は、不活性担体、0.5〜2.0質量%のルテニウム、及び、0.5〜3.0質量%のレニウムを含む水素化触媒であって、ここで、質量%は触媒の合計質量を基準とする、水素化触媒を提供する。
図面の簡単な説明
図1はカルボン酸水素化速度に対するRe及びSnのRu促進剤としての効果を示すグラフである。 図2はRu、Ru−Sn及びRu−Re触媒についてのカルボン酸水素化速度を示すグラフである。 図3はRu及びRu−Re及びRu−Re−Sn触媒についてのカルボン酸水素化速度を示すグラフである。 図4はカルボン酸水素化速度及びアルコール生成速度を示すグラフである。
詳細な説明
特に指示がないかぎり、本明細書及び特許請求の範囲に使用される成分の量、分子量、反応条件などの特性を表現するすべての数値はすべての場合に用語「約」により修飾されているものと理解されるべきである。したがって、逆の指示がないかぎり、以下の明細書及び添付の特許請求の範囲に示される数値パラメータはおおよそであり、本発明により得ようとする所望の特性により変化されうる。なんであれ、少なくとも、各数値パラメータは報告される有意な桁を考慮しそして通常の端数処理技術を適用することにより解釈されるべきである。さらに、本開示及び特許請求の範囲において記載される範囲は具体的に全範囲を含み、端点のみを含むものではないことが意図される。例えば、0〜10であると記載された範囲は、1、2、3、4などの0〜10のすべての整数、例えば、1.5、2.3、4.57、6.1113などの0〜10のすべての分数、及び、端点0及び10を開示していることが意図される。また、化学置換基に関連する範囲、例えば、「C1〜C5炭化水素」はC1及びC5炭化水素ならびにC2、C3及びC4炭化水素を具体的に含み、そして開示していることが意図される。
本発明の広い範囲を示す数値範囲及びパラメータはおおよそであるけれども、具体的な実施例に示される数値は可能なかぎり正確に報告される。しかしながら、いかなる数値も、生来的に、それぞれの試験測定において見られる標準偏差から必然的に生じる特定の誤差を含む。
明細書及び特許請求の範囲において使用されるときに、単数形「a」、「an」及び「the」は内容が明らかに決める場合を除いて、複数の言及を含む。例えば、「担体(a support)」又は「反応器(a reactor)」との言及は1つ又はそれより多くの担体及び反応器を含むことが意図される。成分(an ingredient)又は工程(a step)を含む組成物又は方法との言及は、記載の1つのもの加えて、それぞれ他の成分又は他の工程を含むことが意図される。
用語「含む(containing)」又は「含む(including)」は「含む(comprising)」と同義であり、少なくとも記載した化合物、要素、粒子又は方法工程などが組成物又は物品又は方法に存在しているが、特許請求の範囲において明確に排除しないかぎり、他の化合物、触媒、材料、粒子、方法工程などが、記載したものとの同一の機能を有するとしても、そのような他の化合物、触媒、材料、粒子、方法工程などの存在を排除しないことを意味することが意図される。用語「無水」は20質量%未満の水又は10質量%未満の水又は5質量%未満の水又は1質量%未満の水を意味する。
また、1つ以上の方法工程の言及は、組み合わせで列挙された工程の前又は後の追加の工程、又は、明確に特定された工程の間に介入する方法工程の存在を排除しないことも理解されるべきである。さらに、プロセス工程又は成分の文字入れは別々の活動又は成分を特定するための便利な手段であり、そして列挙された文字入れは、特に指示がないかぎり、いかなる順序で配置されてもよい。
本発明の特定の実施形態において、水素化は、不活性担体、0.5〜2.0質量%のルテニウム、0.5〜3.0質量%のレニウム及び0.01〜3.0質量%のスズを含む触媒であって、スズの質量%/レニウムの質量%の比は0.01〜0.50の範囲にあり、質量%は触媒の合計質量を基準とする触媒によって触媒される。又は、水素化は、不活性担体、0.5〜2.0質量%のルテニウム、0.5〜3.0質量%のレニウム及び0.01〜3.0質量%のスズから本質的になる触媒であって、スズの質量%/レニウムの質量%の比は0.01〜0.50の範囲にあり、質量%は触媒の合計質量を基準とする触媒によって触媒される。
本発明の特定の実施形態において、水素化は、不活性担体、0.5〜2.0質量%のルテニウム、0.5〜3.0質量%のレニウム及び0.01〜3.0質量%のスズを含む触媒であって、スズの質量%/レニウムの質量%の比は0.05〜0.10の範囲にあり、質量%は触媒の合計質量を基準とする触媒によって触媒される。又は、水素化は、不活性担体、0.5〜2.0質量%のルテニウム、0.5〜3.0質量%のレニウム及び0.01〜3.0質量%のスズから本質的になる触媒であって、スズの質量%/レニウムの質量%の比は0.05〜0.10の範囲にあり、質量%は触媒の合計質量を基準とする触媒によって触媒される。
本発明の特定の実施形態において、水素化は、不活性担体、0.5〜2.0質量%のルテニウム、0.5〜3.0質量%のレニウム及び0.01〜0.03質量%のスズを含む触媒であって、スズの質量%/レニウムの質量%の比は0.01〜0.50の範囲にあり、質量%は触媒の合計質量を基準とする触媒によって触媒される。又は、水素化は、不活性担体、0.5〜2.0質量%のルテニウム、0.5〜3.0質量%のレニウム及び0.01〜0.03質量%のスズから本質的になる触媒であって、スズの質量%/レニウムの質量%の比は0.01〜0.50の範囲にあり、質量%は触媒の合計質量を基準とする触媒によって触媒される。
本発明の特定の実施形態において、水素化は、不活性担体、0.5〜2.0質量%のルテニウム、0.5〜3.0質量%のレニウム及び0.01〜0.03質量%のスズを含む触媒であって、スズの質量%/レニウムの質量%の比は0.05〜0.10の範囲にあり、質量%は触媒の合計質量を基準とする触媒によって触媒される。又は、水素化は、不活性担体、0.5〜2.0質量%のルテニウム、0.5〜3.0質量%のレニウム及び0.01〜0.03質量%のスズから本質的になる触媒であって、スズの質量%/レニウムの質量%の比は0.05〜0.10の範囲にあり、質量%は触媒の合計質量を基準とする触媒によって触媒される。
本発明の特定の実施形態において、水素化は、不活性担体、0.5〜2.0質量%のルテニウム、0.5〜2.0質量%のレニウム及び0.01〜0.03質量%のスズを含む触媒であって、スズの質量%/レニウムの質量%の比は0.01〜0.50の範囲にあり、質量%は触媒の合計質量を基準とする触媒によって触媒される。又は、水素化は、不活性担体、0.5〜2.0質量%のルテニウム、0.5〜2.0質量%のレニウム及び0.01〜0.03質量%のスズから本質的になる触媒であって、スズの質量%/レニウムの質量%の比は0.01〜0.50の範囲にあり、質量%は触媒の合計質量を基準とする触媒によって触媒される。
本発明の特定の実施形態において、水素化は、不活性担体、0.5〜2.0質量%のルテニウム、0.5〜2.0質量%のレニウム及び0.01〜0.03質量%のスズを含む触媒であって、スズの質量%/レニウムの質量%の比は0.05〜0.10の範囲にあり、質量%は触媒の合計質量を基準とする触媒によって触媒される。又は、水素化は、不活性担体、0.5〜2.0質量%のルテニウム、0.5〜2.0質量%のレニウム及び0.01〜0.03質量%のスズから本質的になる触媒であって、スズの質量%/レニウムの質量%の比は0.05〜0.10の範囲にあり、質量%は触媒の合計質量を基準とする触媒によって触媒される。
上記のルテニウムの上記の質量%のいずれか及びレニウムの上記の質量%のいずれかを下記の0.01〜2.0質量%、又は、0.01〜1.0質量%、又は、0.01〜0.5質量%、又は、0.01〜0.1質量%、又は、0.01〜0.05質量%の範囲のスズの量のいずれかと組み合わせて使用してよいが、ただし、スズの質量%/レニウムの質量%の比は0.01〜0.50の範囲にある。又は、上記のルテニウムの上記の質量%のいずれか及びレニウムの上記の質量%のいずれかを下記の0.01〜2.0質量%、又は、0.01〜1.0質量%、又は、0.01〜0.5質量%、又は、0.01〜0.1質量%、又は、0.01〜0.05質量%の範囲のスズの量のいずれかと組み合わせて使用してよいが、ただし、スズの質量%/レニウムの質量%の比は0.05〜0.10の範囲にある。
本発明の特定の実施形態において、水素化は、不活性担体、0.5〜2.0質量%のルテニウム及び0.5〜3.0質量%のレニウムを含む触媒であって、質量%は触媒の合計質量を基準とする触媒によって触媒される。又は、水素化は、不活性担体、0.5〜2.0質量%のルテニウム及び0.5〜3.0質量%のレニウムから本質的になる触媒であって、質量%は触媒の合計質量を基準とする触媒によって触媒される。
本発明の特定の実施形態において、水素化は、不活性担体、0.5〜2.0質量%のルテニウム及び0.5〜2.0質量%のレニウムを含む触媒であって、質量%は触媒の合計質量を基準とする触媒によって触媒される。又は、水素化は、不活性担体、0.5〜2.0質量%のルテニウム及び0.5〜2.0質量%のレニウムから本質的になる触媒であって、質量%は触媒の合計質量を基準とする触媒によって触媒される。
本発明の方法は飽和又は不飽和であることができるカルボン酸に適用可能である。モノ−、ジ−又は多塩基酸を用いることができる。好適には、カルボン酸は2〜20又は2〜12又は2〜10又は2〜8個の炭素原子を含むことができる。本発明の方法において使用される出発カルボン酸は、関連する還元を防止又は妨害する原子又は基が分子中に存在しないかぎり、少なくとも1個のカルボキシル基を有する任意の有機化合物であることができる。このようなカルボン酸は、通常、約500以下の分子量を有する。
適切な一塩基酸としては、式R−COOH(式中、Rは置換又は非置換の脂肪族、脂環式、芳香族又は芳香脂肪族基である)を有する酸であって、式RCHOHのアルコールへと水素化される、酸が挙げられる。好適には、RはC〜C20アルキル基又はC〜C12アルキル基又はC〜C10アルキル基又はC〜Cアルキル基であることができる。R基は直鎖状又は枝分かれ状であってよい。
適切なカルボン酸の例としては、限定するわけではないが、脂肪族カルボン酸(例えば、酢酸、プロピオン酸、酪酸、ヘキサン酸、オクタン酸、デカン酸、ラウリン酸、ステアリン酸、イソ酪酸、シュウ酸、マロン酸、マレイン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、グリコール酸、乳酸、リンゴ酸、オキシカプロン酸、ピバル酸、2−エチルヘプタン酸、モノフルオロ酢酸、モノクロロ酢酸)、芳香族カルボン酸(例えば、安息香酸、トルイル酸、フタル酸、ナフトエ酸、フェノキシ安息香酸)、脂環式カルボン酸(例えば、シクロヘキサンカルボン酸)、芳香脂肪族カルボン酸(例えば、フェニル酢酸、4’−メチルフェニル酢酸)などが挙げられる。適切な二塩基酸の例としては、1,4−シクロヘキサンジカルボキシレート(CHDA)、コハク酸、グルタル酸及びマレイン酸が挙げられる。
カルボン酸の水素化は約400(2.76MPa)〜4400psi(30.3MPa)の圧力範囲内で行うことができる。別の例では、水素化の圧力は約500(3.45MPa)〜約1000psi(6.89MPa)の範囲であってよい。
プロセスで使用される水素ガスは、新鮮なガス、又は、新鮮なガスとリサイクルガスとの混合物を含むことができる。水素ガスは、水素、場合により少量のCO又はCOなどの成分、及び、アルゴン、窒素又はメタンなどの不活性ガスの混合物であってよく、少なくとも約70モル%の水素を含む。例えば、水素ガスは、少なくとも90モル%、又は、別の例では、少なくとも97モル%の水素を含むことができる。水素ガスは当該技術分野でよく知られている一般的な源のいずれかから得ることができ、例えば、天然ガスの部分酸化又はスチーム改質により得ることができる。高純度水素ガスを所望する場合には、圧力スイング吸着を使用することができる。ガスリサイクルをプロセスで利用する場合には、リサイクルガスは、通常、水素化ゾーンの下流の生成物回収段階で完全に凝縮されていない水素化反応の1種以上の生成物を少量で含むであろう。このように、本発明の方法においてガスリサイクルを使用するときに、ガスリサイクル流は、典型的には、少量のアルカノールを含むであろう。水素は、典型的には、化学量論量過剰で反応器に供給され、通常、系からパージされる。水素パージ率は、プロセスが操作されている温度及び圧力に依存する。
カルボン酸の水素化は、約75℃〜250℃の温度範囲で実施することができる。エステル化生成物混合物の水素化のための温度の他の例としては、約100〜約200℃、約110〜約150℃、及び、約120〜約150℃が挙げられる。
水素化反応は、カルボン酸を溶解することができる溶媒を用いて行うことができる。溶媒は単一溶媒であるか、又は、2種以上の溶媒の混合物であることができる。溶媒は不活性であることができ、水素化反応条件下に、溶媒が実質的に反応しない、すなわち、約20wt%未満又は約10wt%未満の溶媒が反応することを意味する。又は、溶媒は還元生成物、典型的には、アルコールを提供するように水素化反応条件下で反応性であることができる。それぞれヘプタン又はエタノールなどの炭化水素及びアルコールは、典型的には、不活性溶媒である。ケトン及びエステルは、特定の水素化条件下で不活性であることができる。しかしながら、ケトン及びエステルはまた、特定の水素化条件下で、対応するアルコールに還元される反応性溶媒であることができる。溶媒は2個以上の官能基を含むことができる。例えば、用語「エステル」は、ジエステル又はトリエステル又はポリエステルを包含することができる。2個以上の官能基は同一であっても又は異なっていてもよい。
カルボン酸が、反応温度で、典型的には100〜200℃の範囲の温度で液体であるときに、カルボン酸の水素化は溶媒なしで起こりうる。あるいは、カルボン酸の水素化は、溶媒の存在下で起こる。カルボン酸は0.1wt%〜99wt%の範囲であることができ、そして溶媒は1wt%〜99.9wt%の範囲であることができる。あるいは、カルボン酸は0.1wt%〜50wt%の範囲であることができ、そして溶媒は50wt%〜99.9wt%の範囲であることができる。あるいは、カルボン酸は0.1wt%〜25wt%の範囲であることができ、そして溶媒は75wt%〜99.9wt%の範囲であることができる。あるいは、カルボン酸は0.1wt%〜10wt%の範囲であることができ、そして溶媒は90wt%〜99.9wt%の範囲であることができる。あるいは、カルボン酸は0.1wt%〜95wt%の範囲であることができ、そして溶媒は95wt%〜99.9wt%の範囲であることができる。溶媒及びカルボン酸の混合物の質量%は溶媒及びカルボン酸の合計質量を基準とする。
本発明の全ての実施形態において適切な担体材料としては、例えば、安定な金属酸化物系担体又はセラミック系担体を挙げることができる。適切な担体材料の例としては、限定するわけではないが、シリカ、シリカ/アルミナ、メタケイ酸カルシウム、焼成シリカ、高純度シリカ、ルイス酸で処理することにより活性化された炭素を除く炭素、酸化鉄、アルミナ、α-アルミナ、γ-アルミナ、θ−アルミナ、チタン化アルミナ、シリカ/アルミナ、チタニア、ジルコニア、珪藻土、グラファイト、リン酸アルミニウム及びそれらの混合物からなる群から選択される材料が挙げられる。好ましい担体材料としては、炭素、シリカ、アルミナ及びそれらの混合物が挙げられる。
本発明の方法は、従来の化学的処理技術を使用して、バッチ、半連続又は連続モードで行うことができる。本発明の別の実施形態において、方法は、バッチ、半連続又は連続モードのうちの2つ以上の組み合わせを含む。特定の実施形態では、操作モードは、カルボン酸及び溶媒混合物が「トリクルベッド」方式で1つ以上の触媒固定床上にそしてそれを通して通過され、カルボン酸のすべて又は一部分が対応するアルコールへと転化される連続プロセスであることができる。アルコールの一部分を反応器のフィードポートにリサイクルさせることができ、ここで、それは水素化フィード材料のための溶媒として機能する。
本発明は、下記の項目1〜25に示されている以下の実施形態をも含む。
1.カルボン酸からアルコールを製造するための無水液相法であって、
不均一系触媒及び溶媒の存在下に、100℃〜200℃の範囲の温度、及び、400〜4000psiの範囲の圧力において、カルボン酸を水素と接触させ、アルコールを生成することを含み、
前記触媒は
(a)不活性担体、
(b)0.5〜2.0質量%のルテニウム、
(c)0.5〜3.0質量%のレニウム、及び、
(d)0.01〜3.0質量%のスズ、
を含み、スズの質量%/レニウムの質量%の比は0.01〜0.50の範囲にあり、そして、
質量%は触媒の合計質量を基準とする、方法。
2.前記溶媒はケトン、エステル、炭化水素、アルコール又はそれらの混合物からなる群より選ばれる、項目1記載の方法。
3.前記溶媒は水素化に対して不活性である、項目1記載の方法。
4.前記溶媒は水素化プロセスの間にヒドロキシル含有化合物を生成する、項目1記載の方法。
5.前記溶媒はケトン、エステル又はそれらの混合物を含む、項目4記載の方法。
6.圧力は500〜1000psiの範囲にある、項目1記載の方法。
7.スズは0.01〜0.03wt%の範囲にあり、質量%は触媒の合計質量を基準とする、項目1記載の方法。
8.レニウムは0.5〜2.0wt%の範囲にあり、質量%は触媒の合計質量を基準とする、項目1記載の方法。
9.スズは0.01〜0.03wt%の範囲にあり、レニウムは0.5〜2.0質量%の範囲にあり、そして質量%は触媒の合計質量を基準とする、項目1記載の方法。
10.前記溶媒は約90〜99.9wt%の範囲にあり、そしてカルボン酸は約0.1〜約10wt%の範囲にあり、質量%は溶媒及びカルボン酸の合計質量を基準とする、項目1記載の方法。
11.カルボン酸からアルコールを製造するための無水液相法であって、
不均一系触媒及び溶媒の存在下に、100℃〜200℃の範囲の温度、及び、400〜4000psiの範囲の圧力において、カルボン酸を水素と接触させ、アルコールを生成することを含み、
前記触媒は
(a)不活性担体、
(b)0.5〜2.0質量%のルテニウム、及び、
(c)0.5〜3.0質量%のレニウム、
を含み、質量%は触媒の合計質量を基準とする、方法。
12.前記溶媒はケトン、エステル、炭化水素、アルコール又はそれらの混合物からなる群より選ばれる、項目11記載の方法。
13.前記溶媒は水素化に対して不活性である、項目11記載の方法。
14.前記溶媒は水素化プロセスの間にヒドロキシル含有化合物を生成する、項目11記載の方法。
15.前記溶媒はケトン、エステル又はそれらの混合物を含む、項目14記載の方法。
16.圧力は500〜1000psiの範囲にある、項目11記載の方法。
17.レニウムは0.5〜2.0wt%の範囲にあり、質量%は触媒の合計質量を基準とする、項目11記載の方法。
18.レニウムは0.5〜2.0質量%の範囲にあり、そして質量%は触媒の合計質量を基準とする、項目11記載の方法。
19.前記溶媒は約90〜99.9wt%の範囲にあり、そしてカルボン酸は約0.1〜約10wt%の範囲にあり、質量%は溶媒及びカルボン酸の合計質量を基準とする、項目11記載の方法。
20.スズの質量%/レニウムの質量%の比は0.05〜0.10の範囲にある、項目1記載の方法。
図面及び明細書において、本発明の典型的な好ましい実施形態が開示されており、そして、特定の用語が使用されているが、それらは一般的かつ説明的な意味のみで使用され、限定を目的とせず、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲に示されている。

例1−バイメタルRu−Re及びRu−Sn触媒
1a.Re促進ルテニウム触媒の調製
Re促進ルテニウム触媒の調製は初期湿潤含浸法(incipient wetness impregnation method)を用いた。過レニウム酸溶液(水中65〜70wt%)をAldrichから購入し、そしてレニウム出発材料として使用した。蒸留した脱イオン水を用いて、過レニウム酸含浸溶液を調製した。
アルミナ担持Ru触媒サンプル(15g, 1/16”球、2%Ru装填、BASFから購入、SE09079)を100mlガラス瓶に装填した。その後、10gの過レニウム酸水溶液(0.05gの上記の過レニウム酸溶液及び9.5gの蒸留した脱イオン水)を滴下してガラス瓶に添加し、その間、球をスパチュラでゆっくりと撹拌した。含浸された球を周囲温度で4時間乾燥し、その後、120℃にて炉内で一晩乾燥した。最終的に、乾燥した球を、100標準立方センチメートル/分(SCCM)の、ヘリウム中10%水素で、200℃にて2時間処理した。公称Re装填量は0.15%であった。
1b. Sn促進ルテニウム触媒の調製
Sn促進ルテニウム触媒の調製は初期湿潤含浸法(incipient wetness impregnation method)を用いた。塩化スズ二水和物をAldrichから購入し、そしてスズ出発材料として使用した。蒸留した脱イオン水を用いて、塩化スズ二水和物含浸溶液を調製した。
アルミナ担持Ru触媒サンプル(15g, 1/16”球、2%Ru装填、BASFから購入、SE09079)を100mlガラス瓶に装填した。その後、10.15gの塩化スズ水溶液 (0.03gのSnClが10.12gの蒸留した脱イオン水中に溶解したもの)を滴下してガラス瓶に添加し、その間、球をスパチュラでゆっくりと撹拌した。次いで、含浸された球を周囲温度で4時間乾燥し、その後、120℃にて炉内で一晩乾燥した。最終的に、乾燥した球を、100標準立方センチメートル/分(SCCM)の、ヘリウム中10%水素で、200℃にて2時間処理した。公称Sn装填量は0.15%であった。
同様の手順を用いて、Ru−Re及びRu−Sn触媒を、500(例1 b.1)、1000(例1 b.2)及び1500(例1 b.3) ppmのレニウム及びスズのそれぞれの装填量で調製した。
ヘプタン中3wt%のイソ酪酸を4時間、800psi及び123℃で、3.4mL(約2.5g)の触媒を用いて水素化することにより、Ru−Re及びRu−Sn触媒をバッチオートクレーブ中で試験した。酸水素化の速度を1時間当たりのイソブタノール生成の速度として測定した。イソブタノール及びイソ酪酸をwt%検量GC法により定量化した。GC法はAgilentモデル68890 GC又はその同等物であって、DM(商標)1701ヒューズドシリカキャピラリーカラム、30メートル×0.25mmID×100ミクロン厚さを備えたものを用いた。カラム温度条件は60℃で4分間の恒温、その後、120℃まで12℃/分の速度で加熱し、その後、30℃/分の速度で最終温度の240℃までプログラムし、その後、最終温度240℃を3分間維持した。GCは250℃のFIDディテクタ及びスプリット比50:1で250℃の温度に設定したスプリットインジェクタを備えていた。キャリアガスは一定圧モードにおける10psi背圧のヘリウムであった。ニートサンプルインジェクションサイズは0.2マイクロリットルであった。
Figure 0006313315
図1はRu/アルミナに対して単一の促進剤を添加することの効果がSnに比較してReで非常に異なることを示す。レニウムは酸水素化速度を向上させる効果を有する。対照的に、スズをRu/アルミナに添加すると、酸水素化速度が若干低減する。1500ppmのReの添加により、500ppmのみのReを含む同様の触媒と比較して、酸水素化速度が3倍増加する。
例2:バイメタルRu−Sn及びRu−Re触媒 vs.Ru触媒
Ru−Re及びRu−Snバイメタル促進触媒を、促進されていない2wt%Ru/アルミナ系の性能と比較した。触媒性能をバッチオートクレーブ中の反応により評価した。ヘプタン中3wt%の酸の混合物を800psi及び123℃で3.4mL(約2.5g)の触媒上で水素化した。サンプルを1時間毎に回収し、そしてwt%検量GC法により酸及びイソブタノールに関して分析した。速度をイソブタノール製造の速度として計算した。
3つの触媒の酸水素化速度を比較する: 2.1)促進されていないRu/アルミナ、2.2)Ru−Sn/アルミナ及び2.3)Ru−Re/アルミナ。図2に示すように、0.5wt%のSnを2wt%のRu/アルミナ触媒に添加すると、酸水素化速度に対する効果は無視でき、そして触媒性能は促進されてない触媒と同等である。対照的に、0.5wt%のReを添加すると、3倍以上酸水素化速度を増加する。
Figure 0006313315
例3:三元金属Ru−Re−Sn触媒
同一の触媒中でRu、Re及びSnを組み合わせることにより追加の利益が達成された。評価される触媒を表3に示す。促進されていない2wt%のRu/アルミナ触媒を比較の基準として用いる。促進されていない触媒は酸水素化速度が遅いので、酸水素化速度を改良するために化学促進剤(Re及びSn)を触媒に添加することを調査した。これらの触媒のすべては同一担体上で調製され、その担体は1/16”α−アルミナ球で、10m/gの表面積である。
Figure 0006313315
評価の結果を図3に示し、それはy−軸上に速度(又は速度定数)をプロットしている。(イソ酪酸の液相水素化はほぼ0次であり、それゆえ、速度及び速度定数は数値的に同一である)。Snの質量%/Reの質量%の比はx−軸に沿って増加している。標準の促進されていない触媒で観測される速度(菱形)は非常に低い(<0.05)。0.5wt%又は2wt%のReを触媒に添加すると、酸水素化速度を0.06及び0.12にそれぞれ増加する。SnをRe−触媒に更に添加すると、酸水素化速度をさらに0.25〜0.30(促進されていない触媒ルテニウム触媒の10〜15倍の速度)まで増加する。Sn/Re=0.1を超えるSnの添加で、効果が低減するようである。
Figure 0006313315
Sn/Re比はスズ促進剤の質量%をレニウムの質量%で割ることにより決定し、ここで、質量%は触媒の合計質量を基準とする。
組み合わせで使用されるRe及びSnは一桁を超えて酸水素化活性を増加させることができる。少量のReの装填(0.5wt%)であっても、Snの少量添加により、観測される酸水素化速度の有意な増加が可能となる。好ましい触媒組成物は約2wt%のRu、約0.5〜2.0wt%のRe及び約0.01〜0.03wt%のSnを含む。
例4: MHCD酸を水素化するために使用されるRu−Re−Sn触媒
Ru−Re−Sn触媒は、一般に、イソ酪酸以外の酸の水素化に有用である。1つの例は図4に示すとおり、酸−エステル(MHCD)の対応するアルコール−エステルへの水素化である。組成が2wt% Ru−0.5wt% Re−250 ppm(wt)Sn/アルミナである触媒を用いた。
本例におけるすべての実験をバッチオートクレーブ中で、110〜190℃の温度及び400〜4400 psi(2.76〜30.3 MPa)の圧力で行った。酸転化率をすべてのこれらの条件で観測したが、選択率はより高温で低かった。主要副生成物はさらにアルコールのメチル基へのさらなる水素分解で得られた。
Figure 0006313315
式1 Ru−Re−Sn触媒によるアルコール−エステルを生成するための酸−エステルMHCDの水素化分解
3wt%のカルボン酸から始めるすべての実験の結果を表2に示す。各実験で、速度は滴定により決定される酸消失の速度である。1つの実験4.7の代表的な結果を図4に示し、ここで、時間に対する酸−エステル及びアルコール−エステルの濃度が示されている。
Figure 0006313315
Figure 0006313315
例5〜10:連続装置でカルボン酸を水素化するために使用されるRu−Re−Sn触媒
イソ酪酸イソブチル中の幾つかのカルボン酸をトリクルベッド反応器中で連続流条件下に水素化した。初期酸濃度はこれらの実験において0.34〜0.40Mであった。反応器はスケジュール40 304Lステンレス鋼パイプ(75インチ長さ、1.5インチ直径)のセクションであった。反応器に490mLの5mmソーダライムガラスビーズ、405mLの触媒及び反応器の頂部に1200mLの追加のガラスビーズを装填した。温度を触媒床の頂部及び底部で測定した。反応器のエフルエントの一部分(16L)をフィードと混合し、そして反応器に戻した。結果はRu/Re/Sn触媒が様々なカルボン酸を連続流条件下に水素化するのに有効であることを示す。
例5
イソ酪酸イソブチル中の4.22wt%のピバル酸の混合物を、20mL/分の速度で、アルミナ上2wt% Ru−0.5wt% Re−0.025wt% Snの触媒を含む反応器系に添加した。反応器の頂部の圧力を500psig(3.45MPa)に維持し、そして触媒床の頂部の温度は128℃であった。これらの条件を24時間維持した。ピバル酸(2,2−ジメチルプロパン酸)の平均転化率は45.0%(0.562mmol/g−hr)であった。
例6
イソ酪酸イソブチル中の5.91wt%の2−エチルヘキサン酸の混合物を、20mL/分の速度で、405 mLの、アルミナ上2wt% Ru−0.5wt%Re−0.025wt% Snを含む反応器系に添加した。反応器の頂部の圧力を500psig(3.45MPa)に維持し、そして触媒床の頂部の温度は128℃であった。これらの条件を24時間維持した。2−エチルヘキサン酸の平均転化率は19.9%(0.246mmol/g−hr)であった。
例7
イソ酪酸イソブチル中の3.23wt%のプロピオン酸の混合物を、20mL/分の速度で、405 mLの、アルミナ上2wt% Ru−0.5wt%Re−0.025wt% Snを含む反応器系に添加した。反応器の頂部の圧力を500psig(3.45MPa)に維持し、そして触媒床の頂部の温度は128℃であった。これらの条件を24時間維持した。プロピオン酸の平均転化率は58.9%(0.787mmol/g−hr)であった。
例8
イソ酪酸イソブチル中の4.08wt%のイソ酪酸の混合物を、20mL/分の速度で、405 mLの、アルミナ上2wt% Ru−0.5wt%Re−0.025wt% Snを含む反応器系に添加した。反応器の頂部の圧力を500psig(3.45MPa)に維持し、そして触媒床の頂部の温度は128℃であった。これらの条件を24時間維持した。イソ酪酸の平均転化率は52.8%(0.738mmol/g−hr)であった。
例9
18.0wt%の2,2,4,4−テトラメチルシクロブタン−1,3−ジオン及び3.90wt%のイソ酪酸のイソ酪酸イソブチル中の溶液を、20mL/分の速度で、405 mLの、アルミナ上2wt% Ru−0.5wt%Re−0.025wt% Snの触媒を含む反応器系に添加した。反応器の頂部の圧力を500psigに維持し、そして触媒床の頂部の温度は128℃であった。これらの条件を24時間維持した。ジオンの平均転化率は98.4%であった。2,2,4,4−テトラメチルシクロブタン−1,3−ジオール(16.5wt%)は24.8 lb/ft触媒/hr(3.50mmol/g/hr)で得られた。イソ酪酸の平均転化率は44.4%(0.592 mmol/g―hr)であった。
例10
イソ酪酸イソブチル中の4.17wt%のイソ酪酸の混合物を、20mL/分の速度で、405 mLの、2wt% Ru−0.25wt%Re−0.0125wt% Snの触媒を含む反応器系に添加した。反応器の頂部の圧力を500psig(3.45MPa)に維持し、そして触媒床の頂部の温度は128℃であった。これらの条件を24時間維持した。イソ酪酸の平均転化率は40.2%(0.573mmol/g−hr)であった。
例10.1
イソ酪酸イソブチル中の4.00wt%のイソ酪酸の混合物を、20mL/分の速度で、405 mLの、アルミナ上2wt% Ru−0.5wt%Reの触媒を含む反応器系に添加した。反応器の頂部の圧力を500psig(3.45MPa)に維持し、そして触媒床の頂部の温度は128℃であった。これらの条件を24時間維持した。イソ酪酸の平均転化率は31.6%(0.429mmol/g−hr)であった。
比較例1
イソ酪酸イソブチル中の4.00wt%のイソ酪酸の混合物を、20mL/分の速度で、405 mLの、アルミナ上2wt% Ruの触媒を含む反応器系に添加した。反応器の頂部の圧力を500psig(3.45MPa)に維持し、そして触媒床の頂部の温度は128℃であった。これらの条件を24時間維持した。イソ酪酸の平均転化率は7.6%(0.104mmol/g−hr)であった。
比較例2〜7、例11〜31
多くのオートクレーブ試験を、2wt% Ru、2wt% Ru―0.5wt% Re、2wt% Ru―1wt% Re、2wt% Ru―2wt% Re及び2wt% Ru―0.5wt%Re―250 ppm(wt)Snを用いて行った。これらのすべての触媒は同一の担体上で調製し、その担体は1/16”α−アルミナ球であり、10m/gの表面積を有するものである。各触媒は4つの異なる反応で評価し、ここで、イソ酪酸(HOiBu)又は酢酸(HOAc)のいずれかの転化率を130℃及び500psig(3.45MPa)水素で3時間後に測定した。4つの反応は、イソ酪酸イソブチル(IBIB)中のイソ酪酸の水素化、5%イソ酪酸の存在下でのメチルイソプロピルケトン(MIPK)の水素化、5%酢酸の存在下でのMIPKの水素化、及び、酢酸エチル中での酢酸の水素化であった。他の例は、5%のカルボン酸がケトンなどの反応性溶媒、又は、非反応性溶媒の存在下に水素化されるものを含む。一般的な手順は下記のとおりである:300mLオートクレーブに、バスケット中の10gの触媒、7gのカルボン酸、及び、133gの非反応性溶媒又はケトンを装填した。オートクレーブを閉止し、水素で3回パージし、その後、圧力を500 psig(3.45MPa)へと水素を用いて増加し、そして130℃で3時間保持した。酸及びケトンの転化率をGC分析により測定した。結果を表7に要約する。
Figure 0006313315
a.イソ酪酸イソブチル(IBIB)中のイソ酪酸の水素化(比較例2、例11、例15、例19、例23)
イソ酪酸転化率は、促進されていない触媒を用いた5%から、Re促進ルテニウム触媒を用いた30〜44%、及び、Re/Sn促進ルテニウム触媒を用いた67%へと増加した。
b.5%イソ酪酸の存在下でのMIPK(メチルイソプロピルケトン)の水素化(比較例3、例12、例16、例20、例24)
MIPK転化率はすべての例で>99%であった。イソ酪酸転化率は、ルテニウム触媒に対してRe促進量を増加させるとともに増加した。Ru−Re−Sn系は、ここでも、酸水素化に最も活性であった。
c.5%酢酸の存在下でのMIPKの水素化(比較例4、例13、例17、例21、例25)
Ru−Re−Snは酸水素化に最も活性であった。Re変性ルテニウム触媒はRu触媒よりも活性であった。しかしながら、2wt%Ru触媒及び2wt%Ru−0.5%Re系の間に極小の差異しかなかった (25% vs. 27%の酸転化率)。MIPK転化率は、ここでも、>99%であった。
d.酢酸エチル中の酢酸の水素化(比較例5、例14、例18、例22、例26)
Ru−Re−Sn触媒は最も高い酸の転化率を示した。Re変性ルテニウム触媒は未変性ルテニウム触媒よりも高い活性を示した。
e.n−ブチル酪酸n−ブチル(NBNB)中の酪酸の水素化(比較例6及び例30)
Ru−Re−Sn触媒は酸の製品への転化率に関してRu触媒よりも10倍を超えて活性であった。
f.2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールジイソブチレート(TXIB)中での安息香酸の水素化(比較例7及び例31)
Ru触媒及びRu−Re−Sn触媒は、両方とも、99%を超える転化率で安息香酸をシクロヘキサンカルボン酸へと転化した。しかしながら、Ru−Re−Sn触媒はシクロヘキサンカルボン酸をアルコールに転化するのに3倍活性であった。
(態様)
(態様1)
カルボン酸からアルコールを製造するための無水液相法であって、
不均一系触媒及び溶媒の存在下に、100℃〜200℃の範囲の温度、及び、400〜4000psiの範囲の圧力において、カルボン酸を水素と接触させ、アルコールを生成することを含み、
前記触媒は
(a)不活性担体、
(b)0.5〜2.0質量%のルテニウム、及び、
(c)0.5〜3.0質量%のレニウム、
を含み、質量%は触媒の合計質量を基準とする、方法。
(態様2)
前記触媒は0.01〜3.0質量%のスズをさらに含み、質量%は触媒の合計質量を基準とする、態様1記載の方法。
(態様3)
前記溶媒はケトン、エステル、炭化水素、アルコール又はそれらの混合物からなる群より選ばれる、態様1及び2のいずれか1項記載の方法。
(態様4)
前記溶媒は水素化に対して不活性である、態様1及び2のいずれか1項記載の方法。
(態様5)
前記溶媒は水素化プロセスの間にヒドロキシル含有化合物を生成する、態様1及び2のいずれか1項記載の方法。
(態様6)
前記溶媒はケトン、エステル又はそれらの混合物を含む、態様1及び2のいずれか1項記載の方法。
(態様7)
圧力は500〜1000psiの範囲にある、態様1及び2のいずれか1項記載の方法。
(態様8)
スズは0.01〜0.03wt%の範囲にあり、質量%は触媒の合計質量を基準とする、態様2記載の方法。
(態様9)
レニウムは0.5〜2.0wt%の範囲にあり、質量%は触媒の合計質量を基準とする、態様1及び2のいずれか1項記載の方法。
(態様10)
スズは0.01〜0.03wt%の範囲にあり、レニウムは0.5〜2.0質量%の範囲にあり、そして質量%は触媒の合計質量を基準とする、態様2記載の方法。
(態様11)
前記溶媒は約90〜99.9wt%の範囲にあり、そしてカルボン酸は約0.1〜約10wt%の範囲にあり、質量%は溶媒及びカルボン酸の合計質量を基準とする、態様1及び2のいずれか1項記載の方法。
(態様12)
レニウムは0.5〜2.0質量%の範囲にあり、質量%は触媒の合計質量を基準とする、態様1及び2のいずれか1項記載の方法。
(態様13)
スズの質量%/レニウムの質量%の比は0.05〜0.10の範囲にある、態様2記載の方法。

Claims (13)

  1. カルボン酸からアルコールを製造するための無水液相法であって、
    不均一系触媒及び溶媒の存在下に、100℃〜200℃の範囲の温度、及び、2.76MPa(40027.6MPa(4000psiの範囲の圧力において、カルボン酸を水素と接触させ、アルコールを生成することを含み、
    前記触媒は
    (a)不活性担体、
    (b)0.5〜2.0質量%のルテニウム
    c)0.5〜3.0質量%のレニウム、及び、
    (d)0.01〜3.0質量%のスズ、
    を含み、質量%は触媒の合計質量を基準とする、方法。
  2. 前記溶媒はケトン、エステル、炭化水素、アルコール又はそれらの混合物からなる群より選ばれる、請求項1記載の方法。
  3. 前記溶媒は水素化に対して不活性である、請求項1記載の方法。
  4. 前記溶媒は水素化プロセスの間にヒドロキシル含有化合物を生成する、請求項1記載の方法。
  5. 前記溶媒はケトン、エステル又はそれらの混合物を含む、請求項1記載の方法。
  6. 圧力は3.45MPa(5006.89MPa(1000psiの範囲にある、請求項1記載の方法。
  7. スズは0.01〜0.03wt%の範囲にあり、質量%は触媒の合計質量を基準とする、請求項記載の方法。
  8. レニウムは0.5〜2.0wt%の範囲にあり、質量%は触媒の合計質量を基準とする、請求項1記載の方法。
  9. スズは0.01〜0.03wt%の範囲にあり、レニウムは0.5〜2.0質量%の範囲にあり、そして質量%は触媒の合計質量を基準とする、請求項記載の方法。
  10. 前記溶媒は90〜99.9wt%の範囲にあり、そしてカルボン酸は0.1〜10wt%の範囲にあり、質量%は溶媒及びカルボン酸の合計質量を基準とする、請求項1記載の方法。
  11. レニウムは0.5〜2.0質量%の範囲にあり、質量%は触媒の合計質量を基準とする、請求項1記載の方法。
  12. スズの質量%/レニウムの質量%の比は0.05〜0.10の範囲にある、請求項記載の方法。
  13. 前記触媒は
    (a)不活性担体、
    (b)0.5〜2.0質量%のルテニウム、
    (c)0.5〜3.0質量%のレニウム、及び、
    (d)0.01〜3.0質量%のスズ
    から本質的になり、スズの質量%/レニウムの質量%の比は0.05〜0.10の範囲にあり、そして質量%は触媒の合計質量を基準とする、請求項1に記載の無水液相法。
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