JP2017197458A - アリル型不飽和アルコールの脱水による共役ジエン化合物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]
脱水触媒の存在下、一般式(1)又は一般式(2)で示されるアリル型不飽和アルコールの少なくとも一種を原料とし、脱水反応によって一般式(3)で示される共役ジエン化合物を製造する方法であって、前記脱水触媒がケイ素の酸化物とアルミニウムの酸化物とが原子レベル又は微粒子レベルで混ざり合った複合型触媒であり、NH3−TPD法により測定された酸量(mol/g)をアルミニウムの含有量(mol/g)で割った値で定義されるアルミニウム分散度が0.10〜0.30であることを特徴とする共役ジエン化合物の製造方法。
脱水触媒の存在下、一般式(1)又は一般式(2)で示されるアリル型不飽和アルコールの少なくとも一種を原料とし、脱水反応によって一般式(3)で示される共役ジエン化合物を製造する方法であって、前記脱水触媒が二酸化ケイ素担体上にアルミニウムの酸化物が担持された担持型触媒であり、NH3−TPD法により測定された酸量(mol/g)をアルミニウムの含有量(mol/g)で割った値で定義されるアルミニウム分散度が0.20〜0.45であることを特徴とする共役ジエン化合物の製造方法。
前記脱水触媒のアルミニウムとケイ素の原子比(Al/Si)が0.03〜0.13である[1]に記載の共役ジエン化合物の製造方法。
[4]
前記脱水触媒のアルミニウムとケイ素の原子比(Al/Si)が0.005〜0.025である[2]に記載の共役ジエン化合物の製造方法。
[5]
前記脱水触媒がシリカアルミナである[1]又は[3]のいずれかに記載の共役ジエン化合物の製造方法。
[6]
前記脱水触媒の窒素ガス吸着法により測定された平均細孔径が6.0〜70.0nmである[1]〜[5]のいずれかに記載の共役ジエン化合物の製造方法。
[7]
一般式(1)及び一般式(2)のR1〜R6がすべて水素原子である[1]〜[6]のいずれかに記載の共役ジエン化合物の製造方法。
(1)前記脱水触媒がケイ素の酸化物とアルミニウムの酸化物とが原子レベル又は微粒子レベルで混ざり合った複合型触媒である場合:
アルミニウム分散度 0.10〜0.30
(2)前記脱水触媒が二酸化ケイ素担体上にアルミニウムの酸化物が担持された担持型触媒である場合:
アルミニウム分散度 0.20〜0.45
酸量はNH3−TPD法により測定する。具体的には、日本ベル株式会社製自動昇温脱離装置TPD−1−ATを用いて以下の手順で測定する。乳鉢で粉砕した触媒100mgを測定用セルに充填する。Heガスを50sccmで流通させながら、400℃で2時間触媒の前処理を行う。100℃まで冷却したら、NH3を100Torrの定圧で吸着させる。続いて、50sccmのHeガス流通下、100℃、160Torrの減圧条件で50分間処理を行う。その後、160〜200Torrの間の減圧条件で、700℃まで10℃/分の速度で昇温し、700℃で50分間保持する。分析終了後、0.193体積%のNH3ガス(Heバランス)と0.97体積%のNH3ガス(Heバランス)を用いて検量線を作成する。各温度で脱離するNH3と水の合計量と検量線作成時のNH3の量を質量分析計(Mass=16)で測定し、脱離するNH3と水の合計量を算出する。続いて、100℃、100TorrでのNH3定圧吸着を行わない他は同一の条件でブランク測定を行い、触媒から脱離する水由来の測定値を算出する。本測定の測定値からブランク測定の測定値を減算し、脱離NH3量とする。脱離NH3量(mol数)が触媒の酸点のmol数と等しいとして、触媒1g当たりの酸量(mol/g)を計算する。
以下の実施例及び比較例の脱水反応には、固定床の常圧気相流通反応装置を使用した。反応管(ステンレス製)は内径13mm、全長300mmで、上部に原料を蒸発させるための気化器、及び希釈剤(窒素ガス)の導入口が接続され、下部には冷却器、及び気液分離器が設置されている。反応によって生じたガス及び液はそれぞれ別々に回収し、ガスクロマトグラフィー装置にて測定し、検量線補正後、目的物の収量及び原料残量を求め、これらより転化率及び選択率を求めた。
以下、脱水触媒の調製に関する実施例及び比較例を示す。
500mLの3口フラスコに、メカニカルスターラーに接続したテフロン(登録商標)半月板撹拌翼、滴下ロート、及びジムロート冷却管を装着した。このフラスコに、窒素ガス雰囲気中で、テトラエチルオルトシリケート(シグマアルドリッチ社製、>99%)60.0g、アルミニウムイソプロポキシド(東京化成工業株式会社製)2.9g、超脱水イソプロパノール(和光純薬工業株式会社製)173gを加え、液温が79〜80℃になるように油浴中、250rpmで撹拌した。滴下ロートにイソプロパノール(特級、和光純薬工業株式会社製)9gと蒸留水(和光純薬工業株式会社製)10.9gの混合溶液を入れ、上記フラスコに30分間かけて滴下した。滴下終了後も撹拌を続け、合計9時間、79〜80℃で反応させた。得られた白色粉末を濾過後、イソプロパノールで洗浄した。70℃のオーブンで12時間乾燥したのち、マッフル炉(ADVANTEC製KM−280)で500℃、5時間焼成した。得られた粉末を、ポリ塩化ビニル製のセル(30mmφ)に入れ、80MPaの圧力で1分間プレスした。得られたディスク状のセル(厚さ5mm)を破砕し、1.4〜2.8mmのふるい間に残るものを回収した。得られた成形体を、同じマッフル炉で500℃、2時間焼成し、複合型触媒Aを得た。XRF分析で測定されたAlとSiの原子比(Al/Si)は0.09(mol/mol)であった。
1Lの3口フラスコに、メカニカルスターラーに接続したテフロン(登録商標)半月板撹拌翼、滴下ロート、及びジムロート冷却管を装着した。このフラスコに、窒素ガス雰囲気中で、テトラエチルオルトシリケート(シグマアルドリッチ社製、>99%)120.0g、アルミニウムイソプロポキシド(東京化成工業株式会社製)5.9g、超脱水イソプロパノール(和光純薬工業株式会社製)320gを加え、液温が69〜70℃になるように油浴中、250rpmで撹拌した。滴下ロートにイソプロパノール(特級、和光純薬工業株式会社製)44gと蒸留水(和光純薬工業株式会社製)21.8gの混合溶液を入れ、上記フラスコに30分間かけて滴下した。滴下終了後も撹拌を続け、合計24時間、69〜70℃で反応させた。得られた白色粉末を濾過後、イソプロパノールで洗浄した。70℃のオーブンで12時間乾燥したのち、マッフル炉(ADVANTEC製KM−280)で500℃、5時間焼成した。得られた粉末を実施例1と同様の方法で成形及び焼成し、複合型触媒Bを得た。XRF分析で測定されたAlとSiの原子比(Al/Si)は0.10(mol/mol)であった。
500mLの3口フラスコに、メカニカルスターラーに接続したテフロン(登録商標)半月板撹拌翼、滴下ロート、及びジムロート冷却管を装着した。このフラスコに、窒素ガス雰囲気中で、テトラエチルオルトシリケート(シグマアルドリッチ社製、>99%)90.0g、アルミニウムイソプロポキシド(東京化成工業株式会社製)4.4g、超脱水イソプロパノール(和光純薬工業株式会社製)260gを加え、液温が71〜72℃になるように油浴中、100rpmで撹拌した。滴下ロートにイソプロパノール(特級、和光純薬工業株式会社製)13gと蒸留水(和光純薬工業株式会社製)16.3gの混合溶液を入れ、上記フラスコに30分間かけて滴下した。滴下終了後も撹拌を続け、合計24時間、71〜72℃で反応させた。得られた白色粉末を濾過後、イソプロパノールで洗浄した。70℃のオーブンで12時間乾燥したのち、マッフル炉(ADVANTEC製KM−280)で500℃、5時間焼成した。得られた粉末を実施例1と同様の方法で成形及び焼成し、複合型触媒Cを得た。XRF分析で測定されたAlとSiの原子比(Al/Si)は0.10(mol/mol)であった。
500mLの3口フラスコに、メカニカルスターラーに接続したテフロン(登録商標)半月板撹拌翼、滴下ロート、及びジムロート冷却管を装着した。このフラスコに、窒素ガス雰囲気中で、アセチルアセトン(特級、和光純薬工業株式会社製)2.2gと超脱水イソプロパノール(和光純薬工業株式会社製)100gを入れたのち、アルミニウムイソプロポキシド(東京化成工業株式会社製)4.4g、テトラエチルオルトシリケート(シグマアルドリッチ社製、>99%)60.0g、超脱水イソプロパノール(和光純薬工業株式会社製)60gの順に加え、液温が69〜70℃になるように油浴中、250rpmで撹拌した。滴下ロートに25質量%のアンモニア水2.0gと蒸留水(和光純薬工業株式会社製)23.2gの混合溶液を入れ、上記フラスコに30分間かけて滴下した。滴下終了後も撹拌を続け、合計24時間、69〜70℃で反応させた。得られたゲルを70℃のオーブンで12時間乾燥したのち、1Mアンモニア水で10質量%のスラリーとして50℃で24時間熟成させた。得られた白色粉末を濾過及び水洗後、70℃のオーブンで12時間乾燥し、次いでマッフル炉(ADVANTEC製KM−280)で500℃、5時間焼成した。得られた粉末を実施例1と同様の方法で成形及び焼成し、複合型触媒Dを得た。XRF分析で測定されたAlとSiの原子比(Al/Si)は0.08(mol/mol)であった。
500mLナスフラスコに硝酸アルミニウム・九水和物(和光純薬工業株式会社製、特級)16.2g、エタノール(特級、和光純薬工業株式会社製)34mL、蒸留水(和光純薬工業株式会社製)66mLを加え、メカニカルスターラーに接続したテフロン(登録商標)半月板撹拌翼で撹拌した。テトラエチルオルトシリケート(シグマアルドリッチ社製、>99%)91.0g、エタノール100mLの混合溶液を上記フラスコに加え入れた。室温で3時間撹拌を継続した後、25%アンモニア水91.0gを投入した。内容物をナスフラスコに移し、ロータリーエバポレーターを用いて60℃の湯浴中で4時間かけて溶媒を留去し、粉末を得た。得られた粉末は120℃のオーブンで12時間乾燥し、次いでマッフル炉(ADVANTEC製KM−280)で500℃、4時間焼成した。得られた粉末を実施例1と同様の方法で成形及び焼成し、複合型触媒Eを得た。XRF分析で測定されたAlとSiの原子比(Al/Si)は0.11(mol/mol)であった。
硝酸アルミニウム・九水和物(和光純薬工業株式会社製、特級)20.3gと硝酸(和光純薬工業株式会社製、特級、60%)51.3gと酢酸(和光純薬工業株式会社製、特級)3.3gとポリビニルアルコール(和光純薬工業株式会社製、完全鹸化型、平均重合度400〜600)16.0gと蒸留水(和光純薬工業株式会社製)326mLの混合液をメカニカルスターラーに接続したテフロン(登録商標)製撹拌翼で撹拌した。ケイ酸ナトリウム溶液(和光純薬工業株式会社製、濃度55質量%、SiO2/Na2O=2.2)93.1gと蒸留水(和光純薬工業株式会社製)334mLの混合溶液を、上記硝酸アルミニウム水溶液に滴下した。30分間熟成したのち、アンモニア水溶液でpHを8にして沈殿を析出させ、さらに3時間撹拌を継続した。析出物に対し、ろ過、水洗浄、1%酢酸アンモニウム(和光純薬工業株式会社製)水溶液洗浄、水洗浄の順に処置を行った後、得られた析出物を50℃に加温したpH9のアンモニア水溶液中で48時間熟成させた。イオン交換水で2回洗浄後、70℃で12時間乾燥したのち、マッフル炉(ADVANTEC製KM−280)で500℃、2時間焼成した。得られた粉末を実施例1と同様の方法で成形及び焼成し、複合型触媒Fを得た。XRF分析で測定されたAlとSiの原子比(Al/Si)は0.11(mol/mol)であった。
Pluronic123(シグマアルドリッチ社製)8.0gを蒸留水(和光純薬工業株式会社製)72gに溶解させた。この溶液にコロイダルシリカ(スノーテックス(登録商標)O、シリカ20.4質量%、日産化学工業化学株式会社)47.4g、ムライトゾル(AS−L10、固形分10質量%、多木化学製)11.8g、蒸留水(和光純薬工業株式会社製)49.3gを加えた。得られた白濁液を磁製皿に薄く広げて130℃のオーブンで乾燥させ、さらにマッフル炉(ADVANTEC製KM−280)で500℃、5時間焼成した。得られた粉末を実施例1と同様の方法で成形及び焼成し、複合型触媒Gを得た。XRF分析で測定されたAlとSiの原子比(Al/Si)は0.15(mol/mol)であった。
1Lビーカーに硝酸アルミニウム・九水和物(和光純薬工業株式会社製、特級)0.88gとイオン交換水300gを入れ、メカニカルスターラーに接続したテフロン(登録商標)半月板撹拌翼で撹拌して硝酸アルミニウムを溶解させた。このビーカーにシリカ粉であるキャリアクト(登録商標)G−10(粒径5μm、富士シリシア化学株式会社)13.2gを加え、20分間撹拌を継続した。この時点でのスラリー液のpHは約3であった。続いて1Mアンモニア水28gを30分かけて滴下した。この時点でのスラリー液のpHは約9であった。さらに24時間室温で撹拌を継続したのち、ろ過及び水洗を3回繰り返した。最後にろ過した粉末を80℃のオーブン中で12時間風乾した。得られた粉末を、ポリ塩化ビニル製のセル(30mmφ)に入れ、80MPaの圧力で1分間プレスした。得られたディスク状のセル(厚さ5mm)を破砕し、1.4〜2.8mmのふるい間に残るものを回収し、その後、マッフル炉(ADVANTEC製KM−280)で600℃、5時間焼成し、担持型触媒Aを得た。
硝酸アルミニウム・九水和物(和光純薬工業株式会社製、特級)を0.59g使用したほかは、実施例6と同様にして担持型触媒Bを調製した。
硝酸アルミニウム・九水和物(和光純薬工業株式会社製、特級)を1.76g使用したほかは、実施例6と同様にして担持型触媒Cを調製した。
300mLナスフラスコに硝酸アルミニウム・九水和物(和光純薬工業株式会社製、特級)0.54gとイオン交換水180gを入れ、メカニカルスターラーに接続したテフロン(登録商標)半月板撹拌翼で撹拌して硝酸アルミニウムを溶解させた。このフラスコにシリカ粉であるキャリアクト(登録商標)G−10(粒径5μm、富士シリシア化学株式会社)8.2gと尿素4.7gを加えた。このスラリー液を80℃に加温し、6時間撹拌を継続した。この時点でのスラリー液のpHは約8であった。さらに18時間室温で撹拌を継続したのち、ろ過・水洗を3回繰り返した。最後にろ過した粉末を80℃のオーブン中で12時間風乾を行った。得られた粉末を実施例6と同様に成形及び焼成して担持型触媒Dを得た。
300mLナスフラスコに15%塩酸(和光純薬工業株式会社製、特級)100gとシリカ粉であるキャリアクト(登録商標)G−10(粒径5μm、富士シリシア化学株式会社)15gを入れ、メカニカルスターラーに接続したテフロン(登録商標)半月板撹拌翼で撹拌した。このスラリー液を70℃に加温して6時間撹拌を継続したのち、ろ過及び水洗をろ液が中性になるまで繰り返した。最後にろ過した粉末を80℃のオーブン中で12時間風乾を行った。得られたシリカ粉末を担体に用いて、実施例6と同様にして担持型触媒Eを得た。
シリカ粉であるキャリアクト(登録商標)G−10(粒径5μm、富士シリシア化学株式会社)20gに対し、硝酸アルミニウム・九水和物(和光純薬工業株式会社製、特級)1.34gを含む水溶液を含浸担持させ、エバポレーターで大部分の水を除いたのちに80℃のオーブン中で12時間風乾を行った。得られた粉末を実施例6と同様に成形及び焼成して担持型触媒Fを得た。
以下、反応実施例を示す。触媒寿命は、原料のアリル型不飽和アルコール(式(1)及び式(2)の合計)の転化率と反応時間とのグラフから、転化率が約100%から低下して、98.5%となるまでの時間を読み取り、その値とした。平均コーク付着速度は、反応後に抜き出した触媒を用いて以下のように算出する。TG−DTAを用いて、反応後の抜出触媒の室温から650℃の区間の質量減少を、乾燥空気流通下、10℃/分の速度で昇温しながら測定する。室温から300℃までの質量減少をx%、300℃から650℃までの質量減少をy%とした場合に、下式に当てはめて平均コーク付着速度を算出する。
複合型触媒Aに対して3−ブテン−2−オール/2−ブテン−1−オール混合溶液を基質とし、窒素ガス及び水蒸気を希釈剤として反応を行った。触媒は5mL使用した。基質の3−ブテン−2−オール及び2−ブテン−1−オールのモル比率は6:4であり、合計導入量は触媒1mLあたり毎時1.35gであった。水蒸気の導入量は触媒1mLあたり毎時0.84L、窒素ガス導入量は触媒1mLあたり毎時0.42Lで反応温度は300℃に設定した(SV=1680[/h])。結果を表1に示す。
表1又は表2に示す触媒を使用し、反応実施例1と同様にして脱水反応を行った。結果を表1又は表2に示す。
Claims (7)
- 脱水触媒の存在下、一般式(1)又は一般式(2)で示されるアリル型不飽和アルコールの少なくとも一種を原料とし、脱水反応によって一般式(3)で示される共役ジエン化合物を製造する方法であって、前記脱水触媒がケイ素の酸化物とアルミニウムの酸化物とが原子レベル又は微粒子レベルで混ざり合った複合型触媒であり、NH3−TPD法により測定された酸量(mol/g)をアルミニウムの含有量(mol/g)で割った値で定義されるアルミニウム分散度が0.10〜0.30であることを特徴とする共役ジエン化合物の製造方法。
- 脱水触媒の存在下、一般式(1)又は一般式(2)で示されるアリル型不飽和アルコールの少なくとも一種を原料とし、脱水反応によって一般式(3)で示される共役ジエン化合物を製造する方法であって、前記脱水触媒が二酸化ケイ素担体上にアルミニウムの酸化物が担持された担持型触媒であり、NH3−TPD法により測定された酸量(mol/g)をアルミニウムの含有量(mol/g)で割った値で定義されるアルミニウム分散度が0.20〜0.45であることを特徴とする共役ジエン化合物の製造方法。
- 前記脱水触媒のアルミニウムとケイ素の原子比(Al/Si)が0.03〜0.13である請求項1に記載の共役ジエン化合物の製造方法。
- 前記脱水触媒のアルミニウムとケイ素の原子比(Al/Si)が0.005〜0.025である請求項2に記載の共役ジエン化合物の製造方法。
- 前記脱水触媒がシリカアルミナである請求項1又は3に記載の共役ジエン化合物の製造方法。
- 前記脱水触媒の窒素ガス吸着法により測定された平均細孔径が6.0〜70.0nmである請求項1〜5のいずれか一項に記載の共役ジエン化合物の製造方法。
- 一般式(1)及び一般式(2)のR1〜R6がすべて水素原子である請求項1〜6のいずれか一項に記載の共役ジエン化合物の製造方法。
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