JP4019670B2

JP4019670B2 - ケタール及び／又はアセタールの製造方法

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Publication number: JP4019670B2
Application number: JP2001271257A
Authority: JP
Inventors: ハンスランパース; 亨瀬戸山; 隆彦武脇
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2001-09-07
Filing date: 2001-09-07
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2021-09-07
Also published as: JP2003081901A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はオレフィン類を分子状酸素によって酸化し、ケタール及び／又はアセタールを製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
オレフィン類を分子状酸素により酸化して得られる対応するアルデヒド類又はケトン類は、工業的にも有用な化合物であり、触媒反応によりこれらを合成することが古くから行われてきた。中でも有用な方法は、一般にWacker反応として知られている反応である。即ち、PdCl2及びCuCl2を含む水溶液を触媒として、分子状酸素により、エチレンからアセトアルデヒド、プロピレンからアセトンを製造する方法が工業的にも採用された。しかしながら、この従来のWacker反応においては、水溶液が強酸性条件下にあり、且つ腐食性の高い塩酸が存在する為、反応器及び周辺機器に高級材質を必要とする点や、反応性のある基質がエチレン、プロピレン等の低級炭化水素類に限定されている点等、工業的に必ずしも有利なプロセスではなかった。
【０００３】
このような従来のWacker反応と類似の反応として、Pdのヒドロペルオキシド錯体(Pd-OOH種)によるオレフィンのケトン化反応も検討されてきた（特開昭５７―１５６４２８（対応ＵＳＰ４４００５４４）、特開昭６０―９２２３６、特開昭６１―６０６２１）。この反応では、反応の媒体として、従来のWacker反応で使用される水の代わりにメタノール、エタノール等の一価のアルコールを用い、PdとCu及び／又はFeの金属塩が触媒として用いられている。
【０００４】
また、J. Org. Chem . Vol..34 , 3949 (1969)には、PdCl2とCuCl2を触媒として用い、エチレングリコールやグリセロール等の多価アルコールを反応溶媒とすることにより、シクロヘキセンから1,4-ジオキソスピロ［4,5］デカンが高収率で得られることが開示されているが、具体的な収率等の詳細についての記載はない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、オレフィンから対応するアルデヒド類またはケトン類を合成する為の工業的に有効な方法が種々検討されているが、従来法においては、酸化反応系中でケタール及び／又はアセタールの逐次酸化により生成する水により、ケタール及び／又はアセタールの選択性が低下しやすく、且つ、触媒成分が析出しやすい傾向にあるという問題点があることを本発明者らは見出した。特に、反応後の触媒含有液を再度酸化反応系に再利用する場合には、通常反応系中に水が約３０ｗｔ％以上溜まり込むと予想され、選択性の低下や触媒成分の析出が顕著である点に本発明者らは着目した。
【０００６】
特に、カプロラクタムの前駆体として有用なシクロヘキサノンは、シクロヘキサンを必要に応じ触媒の存在下で酸化し、得られるシクロヘキサノン-シクロヘキサノールの混合物を脱水素する方法や、シクロヘキセンを水和して得られるシクロヘキサノールの脱水素反応する方法等によって製造されている。しかし、前者の方法は、シクロヘキサンの酸化の際、反応生成物が逐次酸化を受けやすい為、転化率をかなり低いレベルに抑えておく必要があり、大過剰の未反応シクロヘキサンを循環させることが要求され、その結果エネルギー効率の高くないプロセスとなっている。また、後者の方法では、水和反応の収率が十分でない点や、シクロヘキセンを沸点の極めて近いベンゼン、シクロヘキサンの混合物と抽出分離する際や、沸点の高いシクロヘキサノン-シクロヘキサノールの等モル程度の混合物からシクロヘキサノンのみを分離する際に、大量のエネルギーを消費するという問題点があった。
【０００７】
従って、シクロヘキセン等のオレフィンから対応するアルデヒド又はケトン、特にシクロヘキサノン等を選択性の低下を抑制しつつ、触媒成分の析出を抑制して効率的に合成する手法が可能であればその意義は極めて大きい。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、オレフィン類の酸化反応におけるかかる問題点を解決すべく鋭意検討を加えた結果、オレフィン類と酸素及びアルコールとを反応させてケタール及び／又はアセタールを製造する際に、酸化反応液中の水分量を特定量以下に維持しつつ酸化反応を行うことにより、選択性の低下を抑制しつつ、高収率で、且つ、触媒成分の析出を抑制してケタール及び／又はアセタールを製造できることを見出し、本発明に到達するに至った。
【０００９】
即ち、本発明の要旨は、少なくとも１個のエチレン性二重結合を有するオレフィン類と、酸素及びアルコールとをパラジウムを含む触媒の存在下で酸化反応させてケタール及び／又はアセタールを製造する方法において、酸化反応後の反応生成液から目的反応生成物を回収した後の触媒を含むアルコール溶液を酸化反応系に再利用し、且つ、酸化反応液中の水分量を２０ｗｔ％以下に維持しつつ酸化反応を行うことを特徴とするケタール及び／又はアセタールの製造方法、に存する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の詳細について述べる。
本発明は、オレフィン類の酸化反応によりケタール及び／又はアセタールを製造する際に、酸化反応後に反応生成液から得られた触媒を含むアルコール溶液を酸化反応系に再利用し、且つ、酸化反応系中の水分量を２０ｗｔ％以下に維持することにより、触媒成分の析出を抑制しつつ、ケタール及び／又はアセタールを高選択的に製造することを特徴とするものである。
（水分量）
本発明においては、酸化反応系中の水分量を常に２０ｗｔ％以下に維持しつつ反応を行うが、目的物の選択性を更に向上させ、触媒成分の析出を抑制するためには、好ましくは１８ｗｔ％以下、より好ましくは１５ｗｔ％以下、更には、１２ｗｔ％以下、更に好ましくは１０ｗｔ％以下、特には８ｗｔ％以下、最も好ましくは５ｗｔ％以下とするのがよい。水分量の特定法としては、回分反応の場合には、通常反応終了時での水分量が最大となるため、反応終了時での水分量を基準とすることができる。また、連続反応の場合には、定常状態での反応液中の水分量を上記特定範囲量とする必要がある。水分量の特定は、カールフィッシャー法により測定することが可能である
水分量を本発明の特定量に維持する方法としては、下記のような方法がある。
１）反応原料や触媒中の水含有量を予め除去する方法
２）反応系中で溜まり込む水を共沸により逐次除去する方法
３）水の吸着物として、無水硫酸マグネシウム等の無水金属塩やゼオライト等のモレキュラーシーブを反応液やリサイクル触媒液中に共存させて吸着除去する方法
４）ケイ酸エチル等の有機珪素化合物を反応液やリサイクル触媒液中に添加し、その加水分解により水を除去する方法
５）リサイクル触媒液から水を蒸留除去する方法
６）リサイクル触媒液に酸素を含む、あるいは含まないガスを吹き込み、そのガスとともに水を同伴留去させる方法
７）反応系で溜まり込んだ水が含まれているリサイクル触媒液の一部を系外へパージし、反応系中の水含有量を低下させる方法であり、必要に応じてパージで除去した見合いの溶媒、触媒を補給する方法
上述した方法の中でも、系内にできるだけ不必要な成分を加えないという観点から特に６）の方法が好ましい。
【００１１】
上述の４）の方法についての具体例を実施例に記載した。
（触媒）
本発明の触媒は、パラジウムを含む触媒であれば特に制限はないが、好ましくは（ａ）パラジウム、（ｂ）周期律表８，９，１０，１４族の中の少なくとも１種のパラジウム以外の金属、及び（ｃ）ハロゲンを含む成分により構成される触媒を使用するのがよい。ここで、（ａ）〜（ｃ）の成分は、反応系中において、解離したイオン、塩又は分子等どのような形態で存在していてもよい。
【００１２】
（ａ）パラジウムは、二価〜四価の形態であればよく、公知のもの、市販のもの等から任意に選定出来る。例えば、塩化パラジウム、臭化パラジウム等のハロゲン化パラジウム、硝酸パラジウム、硫酸パラジウム、酢酸パラジウム、トリフロロ酢酸パラジウム、パラジウムアセチルアセトナート等の無機酸又は有機酸のパラジウム塩、酸化パラジウム、水酸化パラジウム等の無機パラジウムが挙げられる。また、これらの金属塩から誘導される塩基の配位した化合物、例えば、[Pd(en)2]Cl2,Pd(phen)2]Cl2,[Pd(CH3CN)2]Cl2,[Pd(C6H5CN)2]Cl2,[Pd(C2O4)2]2,[PdCl2(NH3)2],[Pd(NO2)2(NH3)2]等があるが、これらに限定される訳ではない（ここでen：エチレンジアミン、phen：１，１０−フェナントロリンを表す）。これらのパラジウ源の中でも、二価のパラジウム源を反応に供するのがよく、塩化物又はニトリル化合物が配位した化合物として反応に供するのが好ましい。
【００１３】
触媒系におけるパラジウムの役割は、鉄イオンや多価アルコールとの相互作用によって発現し、その作用状態は必ずしも明らかでない。パラジウムが他の触媒成分と活性種を構成することによって活性を発現することに本質があり、その本質を誘導するに足りるパラジウム源が系中に存在していれば十分である。
（ｂ）周期律表８，９，１０，１４族（ＩＵＰＡＣ無機化学命名法１９９０年規則）の中の少なくとも１種のパラジウム以外の金属としては、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、スズがあげられ、好ましくは鉄である。
【００１４】
鉄源となる触媒化合物は、二価又は三価の形態であれば良い。例えば、塩化鉄（II）、塩化鉄(III)等の塩化物、臭化鉄（II）、臭化鉄（III）等の臭化物、硫酸鉄（II）、硫酸鉄（III）、硝酸鉄（II）、硝酸鉄（III）等の無機酸塩、酢酸鉄（II）、酢酸鉄（III）、シュウ酸鉄（II）、シュウ酸鉄（III）、ギ酸鉄、アセチルアセトン鉄等の各種の塩又は配位化合物の形態で反応に供することができる。パラジウムと同様に、鉄が他の成分と活性種を構成することによって活性を発現することに本質があり、その本質を誘導するに足りる鉄源が系中に存在していれば十分である。
【００１５】
コバルト、ニッケル、ルテニウム、スズ源となる触媒化合物は、二価、三価、又は四価の形態であればよい。具体的には、これらの塩化物、臭化物等のハロゲン化物、硫酸塩、硝酸塩等の無機酸塩、酢酸塩、蓚酸塩、ギ酸塩、アセチルアセトナト塩などの各種の塩、配位化合物が利用でき、特には塩化物であるのがよい。（ｂ）成分が、コバルト、ニッケル、ルテニウム、スズの場合には、更に銅と組み合わせるのが好ましい。
【００１６】
このような（ｂ）成分の添加によりPd析出を著しく抑制することが可能であるが、これに更にCuClやCuCl2等の銅化合物を添加すると、反応速度が向上し、ハロゲン化物等の副生成物が減少するという工業プロセスとして更に有利な結果を得ることができる。
（ｃ）ハロゲンはクロル（Ｃｌ）及び／又はブロム（Ｂｒ）であるが、特にクロル（Ｃｌ）が好ましい。ハロゲンはPd及び／又はFeの対アニオンとして反応系中に存在してもよい。また、他の触媒成分のハロゲン化物として反応系に供給する方法や、あるいはHCl、HBr等の形態で反応系に供給する方法も可能であるが、いずれの場合でも反応系中にイオンの形で存在することが必要である。中でも（ｃ）ハロゲンとしてのクロルは、(a)又は（ｂ）の塩化物として使用するのが好ましい。
【００１７】
本発明では上述した触媒が溶存する液相中で、オレフィン類と、酸素及び多価アルコールとを反応させてケタール及び／又はアセタールを製造する。
（オレフィン類）
本発明の対象となるオレフィン類とは、少なくともエチレン性の二重結合を１個以上含む脂肪族又は脂環式の有機化合物である。鎖状のオレフィン類としては、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、オクテン等の、通常、炭素数２以上、好ましくは炭素数２〜２５、更に好ましくは炭素数３〜１０のオレフィン類が挙げられ、この場合２重結合の位置は末端である場合、内部である場合のどちらでも良く、末端オレフィンの場合は、アセタールまたはメチルケトン類のケタールが主として生成し、内部オレフィンであれば、対応するケタールが主として得られる。
【００１８】
環状オレフィン類としては、炭素数４〜１０、好ましくは炭素数５〜８のエチレン性二重結合を一個以上もつ化合物であり、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロヘキサジエン、シクロヘプテン、シクロオクテン等があるが、特にシクロペンテン、シクロヘキセンは工業的に有用な化合物である。オレフィン類としてシクロヘキセンを用いた場合には、生成物としては、1,4-ジオキソスピロ［4,5］デカン（以下、シクロヘキサノンケタールとする）が生成する。
【００１９】
これらオレフィン類の主鎖のいずれかの位置にアルキル基、アルコキシ基、アリール基、フェニル基、カルボキシル基、ハロゲン基、ニトロ基等の置換基が１つ以上存在しても構わない。例えばアクリロニトリル、アクロレイン、アクリル酸、塩化ビニルといった官能基を２位に保有したオレフィン類、あるいは、スチレン、メチルスチレン類も良好に反応する。更には、3,4-ジヒドロナフタレン等の縮合環を有する化合物であっても、エチレン性二重結合を有する化合物であれば使用することができる。
（アルコール）
本発明で使用するアルコールは、一価又は多価アルコールが使用できるが、中でも多価アルコールが好ましい。一価のアルコールとしては、メタノール、エタノール、プロパノール等が挙げられる。多価アルコールは、通常２価〜４価であり、中でもジオール類が好ましい。ジオールの場合には、通常、炭素数が２以上であり、価格、安定性、アセタールやケタールの生成しやすさを考慮すれば、好ましくは炭素数２〜１０、好ましくは炭素数２〜８のジオール類であり、具体的にはエチレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,2-ジヒドロキシブタン、1,2-ジヒドロキシプロパン、１，４−ブタンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、１，２−シクロヘキサンジメタノール、ジエチレングリコール、１，２−トランスシクロペンタンジオール、２，４−ペンタンジオール、スチレングリコール、１，５−ジヒドロキシシクロオクタン、１，４−ジヒドロキシシクロオクタン、２，５−ジヒドロキシノルボルナン、２，６−ジヒドロキシノルボルナン、１，４−ジヒドロキシ−２，３−ジメチルブタン、１，５−ジヒドロキシ−２，４−ジメチルペンタン、シクロブタン−１，２−ジメタノール、シクロヘキサン−１，３−ジメタノール、１，４−ジヒドロキシ−２，３−ジクロロブタン、２，５−ジヒドロキシヘキサンが好ましい。さらに好ましくは、エチレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，２−ジヒドロキシブタン、１，２−ジヒドロキシプロパン、１，４−ブタンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、１，２−シクロヘキサンジメタノール、ジエチレングリコール、１，２−トランスシクロペンタンジオール、２，４−ペンタンジオール、スチレングリコールである。もちろんこれらを組み合わせて用いてもかまわない。
【００２０】
本発明においてアルコールの中でも多価アルコールが好ましい理由は必ずしも明らかでないが、パラジウムが塩化物等の二価の形態から出発し、活性成分である二価のペルオキシ錯体を形成すると考えているが、これらの活性成分にアルコールが関与して有効な活性種が導出されると考えている。この役割に加え、生成したアルデヒド又はケトンと反応して対応するアセタール又はケタールを生成することにより、遊離のアルデヒドやケトンに比較して、酸素酸化に対する極めて高い安定性が確保される。これによって目的生成物の選択率は極めて高いレベルで維持することが可能となる。
（反応条件）
本発明において反応は触媒が溶存する液相中で行うのが好ましい。
【００２１】
本発明において、酸素を含むガスを使用することが必要条件であるが、酸素と有機化合物はある温度、ある圧力領域、組成領域において、爆発性混合物を作る可能性があるのでその危険性を回避することが必要である。酸素の分圧は0.001Mpa以上であれば反応は進行するが、酸素分圧が低いと反応速度が遅くなり、触媒が失活する傾向がある。本発明においては、0.01〜10MPaが好ましいく、更に0.05〜5Mpaが好ましいが、安全性、経済性の観点からより好ましい圧力が選択される。
【００２２】
反応温度は、０度以上であれば反応が進行するが、本発明では反応の温度依存性は大きいので、より高温が好ましい。反応温度は、爆発性混合物の形成条件や、ラジカル自動酸化による副生物の増大を考慮して選択するが、一般的には２０度〜２００度、好ましくは４０度〜１８０度の温度において、経済的にも有為な反応速度を得ることが出来る。反応の全圧は、酸素濃度により異るが液相保持圧力以上であればよいが、通常０．１〜２０ＭＰａ、好ましくは０．１〜１５ＭＰａである。また、反応時間（滞留時間）は、通常５秒〜２０時間であり、好ましくは１０秒〜１０時間である。
【００２３】
触媒としての（ａ）パラジウムの濃度は、全反応液重量に対して、[Pd2+]として0.00１wt%以上、10wt%以下の範囲であり、好ましくは0.01wt%以上５ｗｔ％以下である。高濃度条件下では、反応速度の濃度依存性が、低濃度条件下とは異なる挙動を示し、触媒効率が悪くなる傾向にある為、経済的な観点から効率的な濃度が選択される。
【００２４】
（ｂ）周期律表８，９，１０，１４族の中の少なくとも１種のパラジウム以外の金属Ｍの濃度は（ａ）パラジウムに対する相対濃度で記述することができる。即ち通常、0.1＜[Ｍ]/[Pd]＜100(モル比)であり、好ましくは0.1＜[Ｍ]/[Pd]＜10(モル比)の範囲で選ぶことができる。これよりも低い濃度では、反応速度が低下する傾向にあり、（ｂ）金属の主たる効果であるPd析出の抑制効果が小さくなる傾向にある。また多く添加すると反応そのものは阻害しないが、反応系への溶解量に制限の出る傾向がある。
【００２５】
触媒成分として銅を使用する場合には、（ｂ）周期律表８，９，１０，１４族の中の少なくとも１種のパラジウム以外の金属に対して、０．１〜１００モル比の量使用するのが好ましい。
（ｃ）ハロゲンのＰdに対する相対濃度は、通常1＜[Cl and/or Br]/[Pd]＜100（モル比）の範囲であり、好ましくは0.3＜[Cl and/or Br]/[Pd]＜50である。ハロゲン濃度が高い状況においては、反応器中の水により反応器材質の腐食の懸念があるので、ハロゲン濃度は、なるべく低い領域で触媒系が機能する様に選択するのがよい。また副生成物の一部には、触媒系由来のハロゲンを含む成分が生成する場合があり、その場合には、連続的或いは定期的に消費されたハロゲンを、例えば金属塩の形で補給する方が良い。
【００２６】
反応系中のアルコール類の存在量は、オレフィンに対して理論量（１モル）であればよいが、本発明においては、反応溶媒をかねて使用するのが好ましい。通常反応容積全体に対して、１vol%以上99vol%以下であり、好ましくは５vol%以上99vol%以下の範囲内である。また、アルコールはオレフィンに対して、通常１〜１００モルであり、好ましくは２〜５０モルである。反応系中のオレフィン類の存在量は、１vol%以上99vol％以下、好ましくは１vol%以上50vol%以下の範囲で選ぶことができる。
【００２７】
アルコール類の濃度が相対的に低い、即ち、オレフィン類の相対濃度が高すぎると、触媒成分の一部がオレフィン相に分配し、パラジウムの析出が起こりやすくなる傾向がある。逆にアルコール濃度が高いと、供給されるオレフィン濃度が相対的に低くなり、生産性及び反応後の相分離しにくくなる傾向がある。また反応系に酸化反応に不活性な第３成分を添加して、アルコール類及びオレフィン類の相対濃度を調整し、更には相分離特性を向上させることも可能である。
【００２８】
本発明においては、更に別の成分を加えて活性及び反応性を上げることも可能である。例えば、酸化反応の促進効果のある添加剤、例えば、銅化合物、アルカリ、アルカリ土類及び希土類等を添加してもよい。また、ラジカルトラップ剤を添加して副反応の抑制する方法を採用してもよい。
本発明の反応の中でも、特にシクロヘキセンからシクロヘキサノンを製造する方法の様に大量に生産される工業プロセスにおいては、微量の不純物であっても、プロセス全体の物質収支を考慮すると、効率的な分離が要求されるものがある。例えば、シクロヘキセノン、シクロヘキセノール、クロルシクロヘキサノン、シクロヘキセノンケタール等の特に分離しにくく、また生成物に悪影響を与える可能性のある不純物は極力生成を抑制すべきである。
【００２９】
本発明の反応形式は一般的な酸化反応に従って行うことができる。触媒の各成分が溶液状態で存在する場合は、回分反応器により特定の反応時間、オレフィン類を酸素を含むガスと接触させて酸化反応を進行させることもでき、連続相反応器により、酸素を含むガス及びオレフィン類を連続的に供給して酸化反応を進行させることもできる。一方、本発明の触媒成分が、固定化されている場合においては、前述の液相反応を使用することも出来るし、固定床に触媒を充填し、液相状態として対応するオレフィン類及び酸素を供給するいわゆるトリクルベッド方式を採用することができる。本発明は特に連続流通系により反応を行うのが、発明の効果が顕著であるという点で好ましい。
【００３０】
酸素の供給は、酸素を含むガスを攪拌翼によって細かい気泡とする手法、更には反応器の内側に邪魔板を設け、酸素ガスを細かい気泡とする手法、ノズルより高線速で系中に噴霧する手法等により、反応溶液系への酸素の溶解に有効な手法を採用することができる。
（酸化反応後の処理）
酸化反応後の反応生成液中には、原料オレフィン、生成物であるケタール及び／又はアセタール、触媒成分及びアルコールが含まれている。反応生成液が加圧状態にある場合には、圧力をある程度解放し、低圧化させてもよい。本発明においては、酸化反応後の反応生成液から得られた触媒成分を含むアルコール溶液を酸化反応系に再循環する。
【００３１】
反応生成液中のオレフィンとケタール及び／又はアセタールの沸点がアルコール溶媒と大きく異なり低沸点である場合は、反応生成液から直接それらの低沸点成分（オレフィンとケタール及び／又はアセタール）を蒸留により分離することができる。この場合、蒸留の缶出液として得られる触媒成分を含むアルコール溶液は、酸化反応工程に再循環する。
また、オレフィンとケタール及び／又はアセタールの沸点がアルコール溶媒よりも高沸点側にある場合は、触媒を含むアルコール相と反応生成物及び未反応オレフィンを含む有機相とにそのまま相分離することができる。或いは、アルコールと二相を形成する有機溶媒等の抽出溶媒を添加して、抽出によりニ相分離を行い、オレフィンとケタール及び／又はアセタールを含む抽出溶媒相と触媒成分を含む多価アルコール相とに分離することができる。
【００３２】
抽出溶媒としては、水素結合を作れない化合物、活性水素原子をもつが電子供与体をもたない化合物が使用できる。具体的には、ベンゼン、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン、１−ヘキセン、１，３−ブタジエン、スチレンなどの炭化水素、クロロホルム、塩化メチレン、１，２−ジクロロエタンなどのハロゲン化炭化水素、硫化物、メルカプタンなどがあげられ、好ましくは炭化水素化合物である。本発明の酸化反応プロセスをベンゼンの部分水素化反応プロセスと組み合わせる場合には、未反応のベンゼンや副生するシクロヘキサンが抽出溶剤としても機能するため本発明に好都合である。
【００３３】
抽出溶媒の量としては、オレフィンやアルコールの種類によって異なるが、通常、アルコールも含めた酸化反応後の混合物全量に対して、容積比で、０から１００倍、好ましくは０から５０倍、さらに好ましくは０から１０倍である。抽出は、回分操作で行うのが簡単であるが、場合によっては並流あるいは向流の多段抽出で行ってもよい。また、連続的に抽出を行っても良い。本発明では連続的に抽出を行うのが好ましい。
【００３４】
本発明では相分離又は蒸留分離後の触媒成分含有アルコール相は、酸化反応系へ循環して再利用するが、場合によってはＰｄイオンの還元を防止するために酸素含有ガス（例えば空気）の存在下にリサイクルさせるのが好ましい。また反応によって一部還元状態になっている触媒を酸素含有ガス（例えば空気）により酸化状態にもどしてから反応系へ循環させても良い。この場合の条件は０から１５０℃、０．０１から１０ＭＰａの酸素分圧である。このリサイクル液中のシクロヘキセンの量はＰｄの還元を促進するためできるだけ少ないのが好ましい。シクロヘキセンの濃度としては、３wt%以下、好ましくは２wt%以下、さらに好ましくは１wt%以下である。
【００３５】
ニ相分離の際、オレフィンとケタール及び／又はアセタールを含む抽出溶媒側に微量の触媒成分が混入した場合には、抽出溶媒相を更にアルコール溶媒で二回以上の抽出操作を行うことによって、抽出溶媒相中の触媒成分の残存量を無視できるレベルまで低減させることもできる。また、一回目のニ相分離の後、抽出溶媒相からオレフィンとケタール及び／又はアセタールを蒸留により分離し、抽出溶媒相中の残存触媒濃度をある程度高めてから、再度抽出操作を行うといった手法も可能である。
【００３６】
生成物を含む抽出溶媒相又は有機相からは通常オレフィンとケタール及び／又はアセタールを抽剤と分離して回収し、次いでケタール及び／又はアセタール類を蒸留分離により取り出すことができる。
上述したように反応器内においては、ケタール類の生成時に、微量ながら起こる逐次酸化により水が生成する。生成した水は本発明の特定量以下に維持することが好ましいが、それでもごく微量の水と共に、系中にCl等のハロゲン成分が存在していると、その反応器腐食に関わる懸念は大きい。従って、塩化水素等の腐食性の酸に対して、耐性の大きな材質を必要な箇所に使用することが必要である。
【００３７】
反応圧力が余り高くない領域においては、ガラス、セラミック、テフロン等の材質を使用することができるし、反応圧力が高い場合においては、一般に耐腐食性反応容器とされるもの、即ち、各種のステンレス合金、特に通称ハステロイと呼ばれているもの、チタンを含む合金、ジルコニウムを含む合金等の容器、あるいはこれらの合金を表面に塗布、圧着した容器を使用することが好ましい。特に反応器は、腐食の可能性の高いところであるが、更に静置槽、分離槽を設ける場合には、この部位が腐食の可能性が高い。更に、生成物を含む油相の蒸留等では、触媒成分が残存している場合においては、ハロゲン成分が濃縮される可能性があり腐食の可能性が高い。これらの主たる容器、それに付属する配管は腐食の可能性の高さに応じて、経済的に許される範囲において耐腐食性の材質を使用することが好ましい。
【００３８】
反応系中に必須の成分として存在するアルコール類は、酸化反応に対して全く不活性ではない。また極微量ではあるが、オレフィン類の逐次酸化による生成物で極性がアルコール類に近いものもある。従って、長時間回分反応を繰り返す場合や、連続反応においては、触媒成分を含むアルコール相には、アルコール類やオレフィン類由来の本反応には必ずしも好ましくない成分が蓄積していく。プロセスを安定に運転する為には、全体の物質収支をきちんと制御することが必要である。従って、これらの不純物の生成速度及び、逐次酸化成分の生成速度見合いで、触媒を含むアルコール相の一部を系外に除去し、新しく触媒原料液を補給することが必要になる。この際、系外に除去された触媒成分は、除去率が大きく、経済的負担が大きい場合には、触媒成分を回収することが必要である。その方法に制限はないが、有機物の除去、洗浄、金属成分の回収といった手法が有効である。
【００３９】
また、ニ相分離した生成物（ケタール及び／又はアセタール）を含む抽出溶媒相から有機溶媒などの抽出溶媒を蒸留により回収する場合にも、同様に不純物の蓄積が起こる場合があり、この場合にも、抽出溶媒の一部を系外に除去し、新しい抽出溶媒を補給することができる。
本発明において得られたケタール及び／又はアセタール類は、水及び酸の存在下に加水分解反応させることにより対応するケトン類及び／又はアルデヒド類に変換される。この場合用いる酸としては、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸等の鉱酸、ヘテロポリ酸等のポリ酸、イオン交換樹脂、ゼオライト、粘土等の固体酸を使用することができる。得られたアルデヒド類及び／又はケトン類に富む反応生成液から、水及び多価アルコール類を回収し、目的物であるアルデヒド類やケトン類を分離、精製することによって、目的とするアルデヒド類、ケトン類を効率的に得ることができる。
【００４０】
また、本発明において得られたケタール及び／又はアセタール類は、水、水素源及び水素化触媒の存在下において水素化反応させることにより、対応するアルコール類に効率的に変換することができる。水素源としては、水素、ホルマリン、ソジウムボロハイドライド（NaBH4）等が挙げられ、水素化触媒としては、ラネーNi、ラネーCo、Cu-Crを含む酸化物、Pd,Pt,Ru等の第８族金属を各種担体に担持した触媒、Ru、Pt、Pd等の第８族金属を中心金属とする錯体触媒等が挙げられる。水素化反応により得られたアルコール類に富む反応生成液から、水やアセタール及び／又はケタールを形成していたアルコールを回収し、目的物であるアルコールを分離、精製することによって、目的とするアルコール類を効率的に得ることができる。
【００４１】
【実施例】
以下に実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例1）
マグネチック攪拌子を備えた、内径40mm、高さ15mmの円筒型テフロンビーカーを、これが丁度はまる耐圧100kGのSUS-316製オートクレーブに装置し、これに、0.1ミリモルのPd(CH3CN)2Cl2、0.1ミリモルのCuCl2、0.1ミリモルのFeCl3、エチレングリコール10ｇ、シクロヘキセン20mmolを仕込み、反応温度80度、酸素圧力７kGで１時間反応を行った。反応後、反応生成液にヘキサン１０ｍｌを添加したところ、未反応のシクロヘキセンと生成物（シクロヘキサノンケタール及びシクロヘキサノン）を含むヘキセン相（有機相）と、触媒とエチレングリコールを含むアルコール相に完全に相分離した。ヘキセン相をＧＣにより分析したところ、シクロヘキセンの転化率３０％、シクロヘキサノンとシクロヘキサノンケタールの選択率９６％であり、（シクロヘキサノンケタール選択率が９２．３％、シクロヘキサノン選択率が２．７％）副生成物としては、シクロヘキセノンが主であった。なお反応終了時の水の含有量は2wt%以下であった。
【００４２】
抽出により回収された触媒を含むエチレングリコール相に、ケタールとして消費された量に等しいエチレングリコールと新たにシクロヘキセン２０ｍｍｏｌ加えた。次いで同じ条件で２回目の反応を行ったところ、シクロヘキセンの転化率２９％、シクロヘキサノンとシクロヘキサノンケタールの選択率９５％であり、１回目の反応成績が維持されていた。２回目の反応により水分は最大１ｗｔ％増加すると考えられる。
【００４３】
また、上記と同じく、マグネチック攪拌子を備えた、内径40mm、高さ15mmの円筒型テフロンビーカーを、これが丁度はまる耐圧100kGのSUS-316製オートクレーブに装置し、これに、0.1ミリモルのPd(CH3CN)2Cl2、0.1ミリモルのCuCl2、0.1ミリモルのFeCl3、エチレングリコール10ｇ、シクロヘキセン20mmolを仕込み、これへケイ酸エチルを１０ｍｍｏｌ添加して、反応温度80度、酸素圧力７kGで１時間反応を行った。その結果、シクロヘキセンの転化率３０％、シクロヘキサノンケタール選択率が１００％であり、シクロヘキサノンケタールが選択的に生成した。
（実施例２、３及び比較例１）
実施例１と同様にして、１回目の酸化反応を行った後に相分離した触媒を含むアルコール相を再利用して繰り返し反応を行い、水が蓄積した場合を想定した実験を行った。下記表−１に示した水分量（２回目の酸化反応液中の最大量）となるように水を添加したこと以外は、実施例１と同様に２回目の酸化反応を行った。その結果を表−１に示す。それぞれ反応により増加する水は１ｗｔ％以下になる。
【００４４】
【表１】

【００４５】
このように、反応系中の水分量が２０ｗｔ％以下であれば、Ｐｄブラックの生成も無く、顕著な反応成績の低下は見られない。２０ｗｔ％以上になると、Ｐｄの析出が見られ、選択率も大きく低下する。また、水分量が２０ｗｔ％以下であっても、水分量の増加にともない、少しずつ活性、選択率は低下してくる。しかし、実施例１に示したように、例えば、ケイ酸エチルを添加し、生成してくる水を除去する事によりシクロヘキサノンケタールの選択率が上昇する。シクロヘキサノンは追酸化を受け、シクロヘキセノン等に酸化されるおそれがあるため、シクロヘキサノンケタール選択率が高いのが好ましい。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、Pd成分の析出を抑制しつつ、高転化率且つ高選択率で、オレフィン類からケタール及び／又はアセタールを製造することが可能となり、工業的な利用価値が高い。

Claims

少なくとも１個のエチレン性二重結合を有するオレフィン類と、酸素及びアルコールとをパラジウムを含む触媒の存在下で酸化反応させてケタール及び／又はアセタールを製造する方法において、酸化反応後の反応生成液から目的反応生成物を回収した後の触媒を含むアルコール溶液を酸化反応系に再利用し、且つ、酸化反応液中の水分量を２０ｗｔ％以下に維持しつつ酸化反応を行うことを特徴とするケタール及び／又はアセタールの製造方法。
酸化反応液中の水分量を１５ｗｔ％以下に維持しつつ酸化反応を行う請求項１に記載のケタール及び／又はアセタールの製造方法。
酸化反応後に、ケタール及び／又はアセタールと未反応オレフィン類を含む有機相と、触媒及びアルコールを含むアルコール相とに相分離し、次いで分離したアルコール相を酸化反応系に再循環する請求項１又は２に記載のケタール及び／又はアセタールの製造方法。
触媒として、（ａ）パラジウム、（ｂ）周期律表８，９，１０，１４族の中の少なくとも１種のパラジウム以外の金属、及び（ｃ）ハロゲンの存在下反応を行う請求項１〜３のいずれかに記載のケタール及び／又はアセタールの製造方法。
触媒として更に銅を含有する請求項４に記載のケタール及び／又はアセタールの製造方法。
オレフィン類が炭素数４〜１０の環状オレフィンである請求項１〜５のいずれかに記載のケタール及び／又はアセタールの製造方法。
オレフィン類が炭素数２〜２５の末端オレフィンである請求項１〜５のいずれかに記載のケタール及び／又はアセタールの製造方法。
オレフィン類が炭素数４〜２５の内部オレフィンである請求項１〜５のいずれかに記載のケタール及び／又はアセタールの製造方法。
多価アルコール類が脂肪族又は脂環式のジオール類である請求項1〜８のいずれかに記載のケタール及び／又はアセタールの製造方法。