JP7366382B2 - エステル化合物の製造方法 - Google Patents
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Description
本願は、2020年5月21日に、日本に出願された特願2020-088891号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
特許文献2には、周期律表第8族金属化合物、リン配位子及び高分子スルホン酸化合物の存在下に、置換ビニル化合物と、アルコール化合物及び一酸化炭素を反応させるプロピオン酸エステル誘導体の製造方法が開示されている。
特許文献3には、オレフィン性不飽和化合物と、アルコール類及び一酸化炭素とを、10族金属化合物、中性助触媒の少なくとも一種の存在下に反応させるプロピオン酸エステル誘導体の製造方法が開示されている。
特許文献6には、2つの炭素原子の間に不飽和共有結合を有する化合物を、ヒドロキシキル基の供給源および触媒系の存在下において、一酸化炭素と反応させる工程を含む方法が記載されている。特許文献6には、2つの炭素原子の間に不飽和共有結合を有する化合物として酢酸ビニルが記載されている。
非特許文献2には、パラジウム触媒とトリフェニルホスフィンのような単座配位子を用いた酢酸ビニルのメトキシカルボニル化反応が開示されている。
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、乳酸エステルおよび酢酸エステルを効率よく製造できるエステル化合物の製造方法を提供することを目的の一つとする。
また、本発明は、エステル化合物を高収率で製造できるエステル化合物の製造方法を提供することを目的の一つとする。
その結果、酢酸ビニルと特定のアルコールと一酸化炭素とを反応させて特定のエステル化合物を生成させ、これをアルコールと反応させればよいことを見出し、本発明を想到した。
すなわち、本発明は以下の事項に関する。
前記第1エステル化合物と、アルコールとを、第2触媒の存在下で反応させることにより、一般式(3)で表される乳酸エステルと一般式(4)で表される酢酸エステルとを生成させる第2工程と、を含むエステル化合物の製造方法。
(式(1)~式(4)において、R1は、炭素原子数1~10の炭化水素基であり、一部または全部に脂環または芳香環を有していてもよい炭化水素基である。式(1)および式(2)におけるR1は同じである。式(3)および式(4)におけるR1は同じである。)
[3] 前記中間工程において、前記第1工程後の反応溶液中に含まれるアセトアルデヒドを水素化して、エタノールに変換し、
前記第2工程において、前記中間工程後の反応溶液中の前記第1エステル化合物と、前記エタノールとを、前記第2触媒の存在下で反応させる、[2]に記載のエステル化合物の製造方法。
[5] 前記第1触媒が、周期律表第10族元素から選ばれる少なくとも1種の元素を有する化合物と、有機ホスフィン配位子と、を含む、[1]~[4]のいずれかに記載のエステル化合物の製造方法。
[6] 前記周期律表第10族元素がPdである、[5]に記載のエステル化合物の製造方法。
[7] 前記有機ホスフィン配位子が、単座有機ホスフィン配位子である、[5]に記載のエステル化合物の製造方法。
(式(5)において、R3、R4は、炭素原子数1~6のアルキル基、炭素原子数6~9のシクロアルキル基、炭素原子数6~9のアリール基であり、同一であってもよいし、異なっていてもよい。R5~R9は、水素原子、炭素原子数1~4のアルキル基、炭素原子数1~4のアルコキシ基、炭素原子数2~8のジアルキルアミノ基であり、全て同一であってもよいし、一部または全部が異なっていてもよい。)
[10] 前記酸性化合物が、アルキルスルホン酸、アルキルスルホン酸のアンモニウム塩、アルキルスルホン酸のピリジニウム塩、アリールスルホン酸、アリールスルホン酸のアンモニウム塩、アリールスルホン酸のピリジニウム塩から選ばれる少なくとも1種である、[9]に記載のエステル化合物の製造方法。
[11] 前記第1触媒が、窒素原子含有複素環化合物を含む、[1]~[10]のいずれかに記載のエステル化合物の製造方法。
[12] 前記窒素原子含有複素環化合物が、ピリジンとピコリンから選ばれる少なくとも1種である、[11]に記載のエステル化合物の製造方法。
[15] 前記エタノールが、植物に由来するバイオエタノールである、[4]に記載のエステル化合物の製造方法。
前記第1触媒が、周期律表第10族元素から選ばれる少なくとも1種の元素を有する化合物と、下記一般式(5)で示される有機ホスフィン配位子とを含む、エステル化合物の製造方法。
(式(1)および式(2)において、R1は、炭素原子数1~10の炭化水素基であり、一部または全部に脂環または芳香環を有していてもよい炭化水素基である。式(1)および式(2)におけるR1は同じである。)
(式(5)において、R3、R4は、炭素原子数1~6のアルキル基、炭素原子数6~9のシクロアルキル基、炭素原子数6~9のアリール基であり、同一であってもよいし、異なっていてもよい。R5~R9は、水素原子、炭素原子数1~4のアルキル基、炭素原子数1~4のアルコキシ基、炭素原子数2~8のジアルキルアミノ基であり、全て同一であってもよいし、一部または全部が異なっていてもよい。)
[18] 前記周期律表第10族元素がPdである、[16]または[17]に記載のエステル化合物の製造方法。
[19] 一般式(5)において、R3およびR4がシクロヘキシル基であり、R5およびR9がメトキシ基であり、R6~R8が水素原子である、[16]~[18]のいずれかに記載のエステル化合物の製造方法。
[21] 前記酸性化合物が、アルキルスルホン酸、アルキルスルホン酸のアンモニウム塩、アルキルスルホン酸のピリジニウム塩、アリールスルホン酸、アリールスルホン酸のアンモニウム塩、アリールスルホン酸のピリジニウム塩から選ばれる少なくとも1種である、[20]に記載のエステル化合物の製造方法。
[23] 前記窒素原子含有複素環化合物が、ピリジンとピコリンから選ばれる少なくとも1種である、[22]に記載のエステル化合物の製造方法。
本実施形態のエステル化合物の製造方法は、酢酸ビニルと、1級または2級アルコールと、一酸化炭素とを、第1触媒の存在下で反応させることにより、第1エステル化合物を生成させる第1工程と、第1エステル化合物と、アルコールとを、第2触媒の存在下で反応させることにより、乳酸エステルと酢酸エステルとを生成させる第2工程と、を含む。
本実施形態のエステル化合物の製造方法は、第2工程の前に、第1工程後の反応溶液中に含まれる未反応の酢酸ビニルを還元して、酢酸エステルに変換する中間工程を含んでいてもよい。
第1工程では、酢酸ビニルと、一般式(1)で示される1級または2級アルコールと、一酸化炭素とを、第1触媒の存在下で反応させることにより、一般式(2)で示される第1エステル化合物を生成させる。
第1工程は、酢酸ビニルと、一般式(1)で示される1級または2級アルコールと、第1触媒と、溶媒とを仕込んで、一酸化炭素ガス雰囲気とされた反応容器内で、第1工程における反応(アルコキシカルボニル化反応)を行うことが好ましい。
一般式(1)で示される1級または2級アルコールにおけるR1は、炭素原子数1~10の炭化水素基であり、一部または全部に脂環または芳香環を有していてもよい炭化水素基である。具体的には、一般式(1)で示される1級または2級アルコールとして、メタノール、エタノール、1-プロパノール、イソプロパノール、1-ブタノール、イソブチルアルコール、sec-ブチルアルコール、1-ヘキサノール、1-オクタノール、2-エチルヘキサノール、シクロヘキサンメタノール、ベンジルアルコールなどが挙げられる。
R1がエチル基である一般式(2)で示される第1エステル化合物を製造する場合、一般式(1)で示される1級または2級アルコールとして、R1がエチル基であるエタノールを用いる。
R1がn-ブチル基である一般式(2)で示される第1エステル化合物を製造する場合、一般式(1)で示される1級または2級アルコールとして、R1がn-ブチル基である1-ブタノールを用いる。
メタノール、エタノールまたは1-ブタノールは、酢酸ビニルとの反応性が高いため、好ましい。
一般式(1)で示される1級または2級アルコールとしては、メタノールまたはエタノールを用いることが好ましく、エタノールを用いることが最も好ましい。
植物に由来するバイオエタノールとしては、例えば、とうもろこし、砂糖などの可食原料を用いて製造したものが挙げられる。とうもろこしは主に家畜の飼料であり、砂糖は人間の食料である。
植物に由来するバイオエタノールとしては、木材、とうもろこしの茎などのリグノセルロースを含むバイオマスを原料として製造したものを使用してもよい。リグノセルロースは、豊富な資源である。リグノセルロースは、そのままでは大変分解しにくい。このため、リグノセルロースをバイオエタノールの原料として使用する場合、まず、高温・高圧処理、または濃硫酸、濃リン酸などを用いた酸処理を行うことにより、リグノセルロースに含まれるセルロースとリグニンを分離する。その後、分離したセルロースを、セルラーゼと言う特殊な酵素を用いて糖に分解する。分解した糖は、通常の発酵プロセスにより、エタノールの原料として使用できる(例えば、非特許文献3参照)。また、リグノセルロースをバイオエタノールの原料として用いる別の方法として、薬品を使用しない方法がある。例えば、木材などのバイオマスを、亜臨界あるいは超臨界の状態の水に接触させることにより加水分解を行い、糖類を得る方法がある(例えば、特許文献7参照。)。
本実施形態では、エタノールとして、これらの方法を用いて製造された植物に由来するバイオエタノールを用いることが好ましい。
本実施形態では、一酸化炭素として、一酸化炭素を含むガスを用いることが好ましい。
一酸化炭素を含むガスは、一酸化炭素のみを含むガスであってもよいし、一酸化炭素の他に、窒素、アルゴンなどの不活性ガス、水素ガスなど含むガスであってもよい。一酸化炭素を含むガスは、空気、酸素などの酸化性ガスを含まないことが好ましい。
プラスチックとしては、廃プラスチックを用いることが好ましい。廃プラスチックとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ABS(アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン)樹脂、塩化ビニル樹脂、PET(ポリエチレンテレフタレート)樹脂等のエンジニアリングプラスチック、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂などからなるものが挙げられる。
プラスチックを熱分解して一酸化炭素を生成させる方法としては、部分酸化法による廃プラスチックガス化プロセス(例えば、非特許文献4参照)を用いることができる。
バイオ原料を熱分解して一酸化炭素を生成させる方法としては、例えば、特許文献8および特許文献9に記載された方法を用いることができる。
特許文献9に記載された方法では、ごみを加熱することによりチャーを製造し、ごみ焼却設備における廃熱を利用して蒸気を製造する。チャーをシャフト炉に充填して通電加熱する。それと共に、蒸気をシャフト炉に供給して、水性ガス化反応により一酸化炭素と水素からなる改質ガスを製造する。この方法では、CO2を含有せず、化石燃料の代替燃料として用いることができ、高カロリーでクリーンな改質ガスが得られる。
一般式(2)で示される第1エステル化合物におけるR1は、一般式(1)で示される1級または2級アルコールにおけるR1と同じである。第1エステル化合物におけるR1は、第1工程を行うことによって高収率および高選択率で第1エステル化合物が生成されるため、メチル基、エチル基、n-ブチル基から選ばれるいずれかであることが好ましく、メチル基またはエチル基であることがより好ましい。
第1触媒は、周期律表第10族元素から選ばれる少なくとも1種の元素を有する化合物と、有機ホスフィン配位子と、を含むものであることが好ましい。
第1触媒は、酸性化合物を含むことがより好ましい。本明細書において「酸性化合物」とは、ブレンステッド酸、ブレンステッド酸の塩、またはルイス酸を意味する。酸性化合物は、好ましくは、ブレンステッド酸またはブレンステッド酸の塩である。
また、第1触媒は、窒素原子含有複素環化合物を含むことがより好ましい。
本実施形態において、第1触媒として使用する酸性化合物が、窒素原子含有複素環を有する化合物である場合には、酸性化合物が、窒素原子含有複素環化合物を兼ねることができる。窒素原子含有複素環化合物を兼ねる酸性化合物としては、例えば、ピコリン酸が挙げられる。
ニッケル(Ni)を含む化合物としては、例えば、塩化ニッケル(II)、硝酸ニッケル(II)、硫酸ニッケル(II)、酢酸ニッケル(II)、から選ばれる少なくとも1種類の0価または2価のニッケル化合物が挙げられる。
パラジウム(Pd)を含む化合物としては、例えば、塩化パラジウム(II)、硝酸パラジウム(II)、硫酸パラジウム(II)、酢酸パラジウム(II)、ビス(アセチルアセトナト)パラジウム(II)(Pd(acac)2)、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)(Pd2(dba)3)、及び、ジパラジウム(0)トリス(ジベンジリデンアセトン)クロロホルム(Pd2(dba)3・CHCl3)から選ばれる少なくとも1種類の0価または2価のパラジウム化合物が挙げられる。
白金(Pt)を含む化合物としては、例えば、テトラクロロ白金(II)酸、ヘキサクロリド白金(IV)酸、酢酸白金(II)、硫酸白金(IV)などが挙げられる。
これらの周期律表第10族元素から選ばれる少なくとも1種の元素を有する化合物の中でも特に、パラジウムを含む化合物を用いることが好ましい。それは、一般式(2)で示される第1エステル化合物を生成させるメトキシカルボニル化反応を効果的に促進させることができるため、第1工程の反応条件を温和な条件とすることが可能であるからである。
第1触媒中に含まれる周期律表第10族元素から選ばれる少なくとも1種の元素を有する化合物は、1種のみであってもよいし2種以上であってもよい。
第1触媒中に含まれる有機ホスフィン配位子は、1種のみであってもよいし2種以上であってもよい。
第1触媒中に含まれる酸性化合物は、1種のみであってもよいし2種以上であってもよい。
第1触媒中に含まれる窒素原子含有複素環化合物は、1種のみであってもよいし2種以上であってもよい。
第1工程においては、必要に応じて溶媒を用いてもよい。第1工程において使用する溶媒としては、カルボン酸ビニルと、1級または2級アルコールと、一酸化炭素との反応に関与しない化学種を用いることが好ましい。このような溶媒としては、例えば、テトラヒドロフラン、ジオキサン、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸エチル、酢酸-n-プロピル、酢酸-n-ブチル、n-へプタン、アセトニトリル、トルエン、キシレン、N-メチルピロリドン、γ-ブチロラクトン、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミドなどが挙げられる。また、反応基質である1級または2級アルコールそのものを溶媒として兼用することも可能である。
反応条件は、例えば、以下に示す(a)反応圧力、(b)反応温度、(c)反応時間のうち、いずれか1つ以上の条件を満たすことが好ましい。
第1工程は、例えば、反応容器内の一酸化炭素の分圧を0.05~50MPaとして行うことが好ましく、0.1~30MPaとして行うことがより好ましく、1~6MPaとして行うことがさらに好ましい。反応容器内の一酸化炭素の分圧を0.05~50MPaとすることにより、第1エステル化合物をより高収率およびより高選択率で製造できる。
(b)反応温度
第1工程は、例えば、反応容器内の温度を60~140℃として行うことが好ましく、80~120℃とすることがより好ましい。反応容器内の温度が60℃以上であると、第1エステル化合物を生成させるアルコキシカルボニル化反応がより一層促進される。反応容器内の温度が140℃以下であると、アルコキシカルボニル化反応における副反応を抑制できるため、好ましい。
第1工程は、例えば、1~40時間行うことが好ましく、10~20時間行うことがより好ましい。第1工程における反応時間が1時間以上であると、第1エステル化合物をより高収率およびより高選択率で製造できる。第1工程における反応時間が40時間以下であると、第1エステル化合物の生成に伴う副反応を抑制できる。
次に、中間工程について説明する。中間工程は、必要に応じて第1工程の後、第2工程の前に行う工程である。中間工程は、行わなくてもよい。
中間工程では、第1工程後の反応溶液中に含まれる未反応の酢酸ビニルを還元して、酢酸エステルに変換する。
中間工程における酢酸ビニルの還元反応は、第1工程後の反応溶液中に含まれる未反応の酢酸ビニルを含む溶液を仕込んで、水素ガス雰囲気とされた反応容器内で行うことが好ましい。
第1工程後の反応溶液から酢酸ビニルを単離する方法としては、例えば、蒸留、抽出、カラムクロマト精製など、公知の方法を1種または2種以上組み合わせて用いることができる。
未反応の酢酸ビニルを含む溶液として、第1工程後の反応溶液をそのまま用いる場合、または第1工程後の反応溶液に溶媒を添加したものを用いる場合、第1工程で用いた第1触媒を、酢酸ビニルを還元するための触媒として用いてもよいし、第1触媒とともに炭素-炭素二重結合の水素還元反応活性が高い触媒を用いてもよい。
上記担体に貴金属を担持させた触媒における貴金属の担持量としては、担体100質量部に対して0.1~15質量部であることが好ましく、0.5~12質量部であることがより好ましく、1~10質量部であることがさらに好ましい。
炭素-炭素二重結合の水素還元反応活性が高い触媒として、活性炭またはシリカからなる担体にパラジウムを担持させた触媒を用いる場合、還元反応後の反応溶液を濾過することにより容易に触媒を回収できる。また、回収した活性炭またはシリカからなる担体にパラジウムを担持させた触媒は、再び、酢酸ビニルを還元する還元反応における触媒として使用できる。したがって、活性炭またはシリカからなる担体にパラジウムを担持させた触媒は、酢酸ビニルの還元反応を促進するために、酢酸ビニルに対して過剰に使用して、反応時間を短縮することが好ましい場合がある。
第2工程では、一般式(2)で示される第1エステル化合物と、アルコールとを、第2触媒の存在下で反応させることにより、一般式(3)で表される乳酸エステルと一般式(4)で表される酢酸エステルとを生成させる。
第2工程においては、反応に用いるアルコールが溶媒を兼ねることができる。したがって、第2工程においては、溶媒を用いなくてもよい。第2工程において、第1エステル化合物を含む溶液として、第1工程後の反応溶液または中間工程後の反応溶液を用いる場合、または第1工程後の反応溶液または中間工程後の反応溶液に溶媒を添加したものを用いる場合、第1工程後の反応溶液または中間工程後の反応溶液中に含まれている溶媒を、そのまま第2工程において溶媒として用いてもよい。
第2工程において用いるアルコールが、一般式(1)で示される1級または2級アルコールと同じものである場合、第2工程における第1エステル化合物とアルコールとの反応は、以下の式により表される。
なお、第1工程後の反応溶液中に未反応の酢酸ビニルが含まれる場合、酢酸ビニルの沸点が、酢酸エチルの沸点と近い(酢酸ビニルの沸点72℃、酢酸エチルの沸点77℃)ため、第1工程後の反応溶液から酢酸ビニルを分離するには煩雑な精製プロセスが必要となり、好ましくない。
第2工程において使用する第2触媒としては、酸触媒、塩基触媒、金属化合物などが挙げられる。酸触媒としては、硫酸、p-トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸などが挙げられる。塩基触媒としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、酢酸カリウム、アルカリ金属のアルコキサイドなどが挙げられる。金属化合物としては、チタン、錫、亜鉛、鉛、マンガン、コバルトなどの金属を含む化合物などが挙げられる。
本実施形態のエステル化合物の製造方法を用いて工業的にエステル化合物を製造する場合、第2触媒の使用量は、式(2)で示される第1エステル化合物100質量部に対して0.01~10質量部であることが好ましく、0.1~5質量部であることがより好ましく、0.5~2質量部であることがさらに好ましい。
反応条件は、例えば、以下に示す(d)反応圧力、(e)反応温度、(f)反応時間のうち、いずれか1つ以上の条件を満たすことが好ましい。
第2工程は、例えば、反応容器内の圧力を常圧(0.1MPa)~0.5MPaとして行うことが好ましく、0.1~0.3MPaとして行うことがより好ましい。反応容器内の圧力を0.1~0.5MPaとすることにより、第2工程において生成する一般式(4)で表される酢酸エステルの留去が容易となる。また、反応容器内の圧力が0.1~0.5MPaであると、反応温度の制御が容易となり、第2触媒が高温で失活することを防止できる。
第2工程は、例えば、反応容器内の温度を20~200℃として行うことが好ましく、60~180℃とすることがより好ましく、80~150℃とすることがさらに好ましい。反応容器内の温度が20℃以上であると、一般式(2)で示される第1エステル化合物とアルコールとのエステル交換反応がより一層促進される。反応容器内の温度が200℃以下であると、第2工程における副反応を抑制できるため、好ましい。
第2工程は、例えば、0.5~48時間行うことが好ましく、1~24時間行うことがより好ましく、2~12時間行うことがさらに好ましい。第2工程における反応時間が0.5時間以上であると、一般式(2)で示される第1エステル化合物とアルコールとのエステル交換反応を十分に進行させることができる。反応工程における反応時間が48時間以下であると、一般式(3)で表される乳酸エステルおよび一般式(4)で表される酢酸エステルの生成に伴う副反応を抑制できる。
例えば、本発明のエステル化合物の製造方法では、第1工程において、副生物としてアセトアルデヒドが生成する場合がある。この場合、上記中間工程を行うことにより、第1工程後の反応溶液中に含まれるアセトアルデヒドを水素化し、エタノールに変換することが好ましい。さらに、第2工程において、中間工程後の反応溶液中の第1エステル化合物と、中間工程において生成させたエタノールとを、第2触媒の存在下で反応させることが好ましい。第2工程において乳酸エチルを製造する場合、中間工程において、アセトアルデヒドから生成したエタノールを、原料として使用できる。このことにより、第2工程において原料として用いるアルコール(エタノール)の使用量を少なくできる。
〔第1工程〕
ステンレス鋼からなる容量40mLの反応容器内に、撹拌子と、第1触媒である周期律表第10族元素から選ばれる少なくとも1種の元素を有する化合物としてのPdCl2(塩化パラジウム;添川理化学株式会社製;3.0mg、17.01μmol)と、第1触媒である有機ホスフィン配位子としてのトリフェニルホスフィン(東京化成工業株式会社製;8.92mg、34.00μmol)と、第1触媒である酸性化合物としてのPTSA(p-トルエンスルホン酸・1水和物:東京化成工業株式会社製;1.3mg、6.723μmol)とを入れた。
また、トルエンの使用量は、エタノール1モル部に対して0.83リットル(反応液中の酢酸ビニルの濃度が1.2モル/リットルとなる量)である。
第1工程後の反応溶液に触媒として、活性炭からなる担体にパラジウムを、担体100質量部に対して5質量部担持させた触媒(エヌ・イー ケムキャット株式会社製)10mgを加え、窒素ガスを用いて、大気圧から1MPaの間で反応容器内の加圧-脱圧を3回繰り返し、反応容器内の気体を窒素ガスで置換した。その後、反応容器内を0.8MPaの水素ガス雰囲気とし、室温(20℃)で15時間反応させ、反応溶液中に含まれる未反応の酢酸ビニルを還元した。
その結果、実施例1における中間工程を行うことにより、酢酸ビニルが消失し、酢酸エチルが生成したことが確認できた。中間工程後の第一工程で使用した酢酸ビニル基準の第1エステル化合物の収率は26%であり、第一工程で使用した酢酸ビニル基準の酢酸エチルの収率は71%であった。
中間工程後の反応溶液からエバポレーターを用いて、エタノール、酢酸エチル、トルエンなどの低沸点化合物(沸点120℃以下)を回収し、除去した。そして、低沸点化合物を除去した中間工程後の反応溶液から、酢酸エチルを溶出液としてシリカカラム(富士フイルム和光純薬株式会社製)を用いて、第1エステル化合物を単離した。
ナス型フラスコに、単離した第1エステル化合物(41.6mg、0.26mmol)と、予めモレキュラーシーブ3A(ユニオン昭和株式会社製)で乾燥したエタノール(3ml、0.051mol)と、触媒としての炭酸カリウム(400mg、2.9mmol)とを加え、室温(20℃)、常圧で一時間攪拌することにより、反応させた。
〔第1工程〕
第1触媒である有機ホスフィン配位子として、式(5-1)で示される2-ジシクロヘキシルホスフィノ-2',6'-ジメトキシビフェニル(SPhos:シグマアルドリッチジャパン合同会社製;14.0mg、0.034mmol)を用いたことと、1級または2級アルコールとしてメタノール(富士フイルム和光純薬株式会社製;0.81mL;20mmol)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして第1工程を行った。
その結果、実施例2における第1工程では、一般式(2)におけるR1がメチル基である第1エステル化合物が生成したことが確認できた。酢酸ビニルの転化率は95%、第一工程で使用した酢酸ビニル基準の第1エステル化合物の収率は79%であり、第一工程で使用した酢酸ビニル基準の酢酸メチルの収率は9%であった。
第1工程後の反応溶液からエバポレーターを用いて、メタノール、酢酸メチル、トルエンなどの低沸点化合物(沸点120℃以下)を回収し、除去した。そして、低沸点化合物を除去した第一工程後の反応溶液から、酢酸エチルを溶出液としてシリカカラム(富士フイルム和光純薬株式会社製)を用いて、第1エステル化合物を単離した。
ナス型フラスコに、単離した第1エステル化合物(43.8mg、0.30mmol)と、予めモレキュラーシーブ3A(ユニオン昭和株式会社製)で乾燥したメタノール(3ml、0.074mol)と、触媒としての炭酸カリウム(400mg、2.9mmol)とを加え、室温(20℃)、常圧で一時間攪拌することにより、反応させた。
その結果、実施例2における第2工程を行うことにより、一般式(3)で表されるR1がメチル基である乳酸エステルおよび一般式(4)で表されるR1がメチル基である酢酸エステルが生成したことが確認できた。第2工程で用いた第1エステル化合物基準の乳酸エステルの収率は75%であり、第2工程で用いた第1エステル化合物基準の酢酸エステルの収率は76%であった。
[第一工程]
第1触媒である有機ホスフィン配位子として、式(5-1)で示される2-ジシクロヘキシルホスフィノ-2',6'-ジメトキシビフェニル(SPhos:シグマアルドリッチジャパン合同会社製;14.0mg、0.034mmol)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして第一工程を行った。
その結果、実施例3における第1工程では、一般式(2)におけるR1がエチル基である第1エステル化合物が生成したことが確認できた。酢酸ビニルの転化率は96%、第一工程で使用した酢酸ビニル基準の第1エステル化合物の収率は85%であり、第一工程で使用した酢酸ビニル基準の酢酸エチルの収率は7%であった。
第1工程後の反応溶液に触媒として、活性炭からなる担体にパラジウムを、担体100質量部に対して10質量部担持させた触媒(エヌ・イー ケムキャット株式会社製)50mgを加え、実施例1と同様にして中間工程を行った。
その結果、実施例3における中間工程を行うことにより、酢酸ビニルが消失し、酢酸エチルが生成したことが確認できた。中間工程後の第一工程で使用した酢酸ビニル基準の第1エステル化合物の収率は84%であり、第一工程で使用した酢酸ビニル基準の酢酸エチルの収率は12%であった。
ナス型フラスコに、中間工程後の反応溶液(7.0g、第1エステル化合物を1090mg含有)と、予めモレキュラーシーブ3A(ユニオン昭和株式会社製)で乾燥したエタノール(2.0ml、34mmol)と、触媒としての炭酸カリウム(1000mg、7.2mmol)とを加え、室温(20℃)、常圧で一時間攪拌することにより、反応させた。
反応後の反応溶液を、実施例1の第2工程後の反応溶液と同様にして、ガスクロマトグラフィー(装置名:6850GC、アジレント・テクノロジー株式会社製)を用いて分析した。
Claims (20)
- 酢酸ビニルと、一般式(1)で示される1級または2級アルコールと、一酸化炭素とを、周期律表第10族元素から選ばれる少なくとも1種の元素を有する化合物と、一般式(5)で示される有機ホスフィン配位子と含む第1触媒の存在下で反応させることにより、一般式(2)で示される第1エステル化合物を生成させる第1工程と、
前記第1エステル化合物と、アルコールとを、第2触媒の存在下で反応させることにより、一般式(3)で表される乳酸エステルと一般式(4)で表される酢酸エステルとを生成させる第2工程と、を含むエステル化合物の製造方法。
(式(1)~式(4)において、R1は、炭素原子数1~10の炭化水素基であり、一部または全部に脂環または芳香環を有していてもよい炭化水素基である。式(1)および式(2)におけるR1は同じである。式(3)および式(4)におけるR1は同じである。)
(式(5)において、R 3 、R 4 は、炭素原子数1~6のアルキル基、炭素原子数6~9のシクロアルキル基、炭素原子数6~9のアリール基であり、同一であってもよいし、異なっていてもよい。R 5 ~R 9 は、水素原子、炭素原子数1~4のアルキル基、炭素原子数1~4のアルコキシ基、炭素原子数2~8のジアルキルアミノ基であり、全て同一であってもよいし、一部または全部が異なっていてもよい。) - 前記第2工程の前に、前記第1工程後の反応溶液中に含まれる未反応の酢酸ビニルを還元して、酢酸エステルに変換する中間工程を含む、請求項1に記載のエステル化合物の製造方法。
- 前記中間工程において、前記第1工程後の反応溶液中に含まれるアセトアルデヒドを水素化して、エタノールに変換し、
前記第2工程において、前記中間工程後の反応溶液中の前記第1エステル化合物と、前記エタノールとを、前記第2触媒の存在下で反応させる、請求項2に記載のエステル化合物の製造方法。 - 一般式(1)で表される1級または2級アルコールがエタノールである、請求項1~請求項3のいずれか一項に記載のエステル化合物の製造方法。
- 前記周期律表第10族元素がPdである、請求項1~請求項4のいずれか一項に記載のエステル化合物の製造方法。
- 前記第1触媒が、酸性化合物を含む、請求項1~請求項5のいずれか一項に記載のエステル化合物の製造方法。
- 前記酸性化合物が、アルキルスルホン酸、アルキルスルホン酸のアンモニウム塩、アルキルスルホン酸のピリジニウム塩、アリールスルホン酸、アリールスルホン酸のアンモニウム塩、アリールスルホン酸のピリジニウム塩から選ばれる少なくとも1種である、請求項6に記載のエステル化合物の製造方法。
- 前記第1触媒が、窒素原子含有複素環化合物を含む、請求項1~請求項7のいずれか一項に記載のエステル化合物の製造方法。
- 前記窒素原子含有複素環化合物が、ピリジンとピコリンから選ばれる少なくとも1種である、請求項8に記載のエステル化合物の製造方法。
- 前記第2触媒が、炭酸カリウム、ナトリウムメトキサイド、ナトリウムエトキサイド、ナトリウム-t-ブトキサイド、カリウムエトキサイド、テトラエトキシチタン、テトライソプロポキシチタン、テトラ-n-ブトキシチタン、モノ-n-ブチル錫オキサイド、ジ-n-ブチル錫オキサイド、ジ-n-ブチル錫ラウレート、ジ-n-オクチル錫オキサイドから選ばれる少なくとも1種である、請求項1~請求項9のいずれか一項に記載のエステル化合物の製造方法。
- 前記第1工程の前に、プラスチックまたはバイオ原料を熱分解することにより、一酸化炭素を生成する一酸化炭素生成工程を有する、請求項1~請求項10のいずれか一項に記載のエステル化合物の製造方法。
- 前記エタノールが、植物に由来するバイオエタノールである、請求項4に記載のエステル化合物の製造方法。
- 酢酸ビニルと、一般式(1)で示される1級または2級アルコールと、一酸化炭素とを、第1触媒の存在下で反応させることにより、一般式(2)で示される第1エステル化合物を生成させる第1工程を有し、
前記第1触媒が、周期律表第10族元素から選ばれる少なくとも1種の元素を有する化合物と、下記一般式(5)で示される有機ホスフィン配位子とを含む、エステル化合物の製造方法。
(式(1)および式(2)において、R1は、炭素原子数1~10の炭化水素基であり、一部または全部に脂環または芳香環を有していてもよい炭化水素基である。式(1)および式(2)におけるR1は同じである。)
(式(5)において、R3、R4は、炭素原子数1~6のアルキル基、炭素原子数6~9のシクロアルキル基、炭素原子数6~9のアリール基であり、同一であってもよいし、異なっていてもよい。R5~R9は、水素原子、炭素原子数1~4のアルキル基、炭素原子数1~4のアルコキシ基、炭素原子数2~8のジアルキルアミノ基であり、全て同一であってもよいし、一部または全部が異なっていてもよい。) - 一般式(1)で表される1級または2級アルコールがエタノールである、請求項13に記載のエステル化合物の製造方法。
- 前記周期律表第10族元素がPdである、請求項13または請求項14に記載のエステル化合物の製造方法。
- 一般式(5)において、R3およびR4がシクロヘキシル基であり、R5およびR9がメトキシ基であり、R6~R8が水素原子である、請求項13~請求項15のいずれか一項に記載のエステル化合物の製造方法。
- 前記第1触媒が、酸性化合物を含む、請求項13~請求項16のいずれか一項に記載のエステル化合物の製造方法。
- 前記酸性化合物が、アルキルスルホン酸、アルキルスルホン酸のアンモニウム塩、アルキルスルホン酸のピリジニウム塩、アリールスルホン酸、アリールスルホン酸のアンモニウム塩、アリールスルホン酸のピリジニウム塩から選ばれる少なくとも1種である、請求項17に記載のエステル化合物の製造方法。
- 前記第1触媒が、窒素原子含有複素環化合物を含む、請求項13~請求項18のいずれか一項に記載のエステル化合物の製造方法。
- 前記窒素原子含有複素環化合物が、ピリジンとピコリンから選ばれる少なくとも1種である、請求項19に記載のエステル化合物の製造方法。
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