(57)【要約】アルミナの存在下にシス−２−ブテン−１，４−ジオールを液相にて脱水環化反応させる際、反応系内に存在するカルボニル化合物およびアセタール化合物の反応混合液中における濃度（但し、アセタール化合物の濃度は、アセタール基換算での濃度とする。）の合計を０．１〜２ｍｏｌ／Ｌの範囲内に制御することにより、医農薬原料、ポリマー原料などの原料・中間体などとして有用な２，５−ジヒドロフランを連続的に製造する方法であり、γ−アルミナの失活を抑制でき、長期的な工業的生産に有利な製造方法である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミナの存在下にシス−２−ブテン−１，４−ジオールを液相にて脱水環化反応させる際、反応系内に存在するカルボニル化合物およびアセタール化合物の反応混合液中における濃度（但し、アセタール化合物の濃度は、アセタール基換算での濃度とする。）の合計を０．１〜２ｍｏｌ／Ｌの範囲内に制御することを特徴とする、２，５−ジヒドロフランの連続的な製造方法。
【請求項２】
反応系内に存在するカルボニル化合物およびアセタール化合物の反応混合液中における濃度の合計を０．５〜１．５ｍｏｌ／Ｌの範囲内に制御する、請求項１に記載の２，５−ジヒドロフランの連続的な製造方法。
【請求項３】
シス−２−ブテン−１，４−ジオールを連続的または断続的に反応器に供給しながら、且つ生成した２，５−ジヒドロフラン、水および副生成物の一部を留去しながら反応を行なう、請求項１または２に記載の２，５−ジヒドロフランの連続的な製造方法。
【請求項４】
反応を８０時間以上継続して実施する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の２，５−ジヒドロフランの連続的な製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２，５−ジヒドロフランの連続的な製造方法に関する。本発明より得られる２，５−ジヒドロフランは、医農薬原料、ポリマー原料などの原料・中間体などとして有用である。
【背景技術】
【０００２】
従来の環状エーテルの製造方法としては、硫酸水素塩類の存在下または硫酸および塩基の共存下にシス−２−ブテン−１，４−ジオールを脱水環化させることによる２，５−ジヒドロフランの製造方法（特許文献１参照）、気化したシス−２−ブテン−１，４−ジオールをヘリウムガスおよび水素ガスと共にアルミナ触媒充填管へ流通させることによる２，５−ジヒドロフランの製造方法（非特許文献１参照）、酸化アルミニウム触媒の存在下、反応器へシス−２−ブテン−１，４−ジオールを供給しながら、常圧下、１７０〜２２０℃にて脱水環化反応させることによる２，５−ジヒドロフランの連続的な製造方法（特許文献２参照）、特定の処理を施した酸化アルミニウムの存在下に飽和α，ω−ジオールを脱水環化反応させることによる環状エーテルの製造方法（特許文献３参照）などが挙げられる。【０００３】
【非特許文献１】インダストリアル  イングリッシュ  ケミカル  プロダクト  リサーチ  アンド  ディベロップメント（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｅｎｇ．  Ｃｈｅｍ．  Ｐｒｏｄｕｃｔ．  Ｒｅｓ．＆  Ｄｅｖ．）、１９７３年、第１２巻、第３号、ｐ．１８４−１８９
【特許文献１】特開平９−１１０８５０号公報
【特許文献２】独国特許発明第１２１１２１９号明細書
【特許文献３】特開昭５６−７３０８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の方法では、通常使用する鉄製またはステンレス製の装置を用いて反応を行なうと装置が腐食するため、ハステロイ（登録商標）などの高価な材質の装置を用いなければならないという問題がある。また、本発明者らが、特許文献１に記載の方法を追試したところ、長期間にわたる連続的な製造を行なうと、シス−２−ブテン−１，４−ジオール由来の副反応生成物が蓄積して触媒活性が著しく低下したため、長期間連続的に製造するのは困難であることがわかった。非特許文献１に記載の方法では、高価なヘリウムガスを用いる必要があり、製造コストが高くなるため、工業的な製造方法としては好ましくない。また、非特許文献１には、反応に伴って副生するカルボニル化合物やアセタール化合物による影響について何ら記載されていない。特許文献２に記載の方法では、選択率が９５％以上となっており、比較的良い反応成績を得られる。しかし、およそ１０時間後までの反応成績しか記載されていない。そこで、本発明者らが該特許文献２の実施例に準じて追試をしたところ、確かに短時間では良好な反応成績を得られるが、８０時間以上の連続的な製造を実施すると、触媒活性が低下することが判明した（本願明細書の比較例１など参照）。また、特許文献３には、不飽和α，ω−ジオールを原料として用いた場合に副生成物が生じ、長時間連続的に反応を行なった場合には、その副生成物による悪影響が出てくること、さらにはその解決方法について、何ら記載されていない。
しかして本発明の目的は、上記の問題を解決し、長期間、且つ工業的に有利に２，５−ジヒドロフランを製造し得る方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、上記の目的は、
［１］アルミナの存在下にシス−２−ブテン−１，４−ジオールを液相にて脱水環化反応させる際、反応系内に存在するカルボニル化合物およびアセタール化合物の反応混合液中における濃度（但し、アセタール化合物の濃度は、アセタール基換算での濃度とする。）の合計を０．１〜２ｍｏｌ／Ｌの範囲内に制御することを特徴とする２，５−ジヒドロフランの連続的な製造方法、
［２］反応系内に存在するカルボニル化合物およびアセタール化合物の反応混合液中における濃度の合計を０．５〜１．５ｍｏｌ／Ｌの範囲内に制御する、上記［１］に記載の２，５−ジヒドロフランの連続的な製造方法、
［３］シス−２−ブテン−１，４−ジオールを連続的または断続的に反応器に供給しながら、且つ生成した２，５−ジヒドロフラン、水および副生成物の一部を留去しながら反応を行なう、上記［１］または［２］に記載の２，５−ジヒドロフランの連続的な製造方法、
［４］反応を８０時間以上継続して実施する、上記［１］〜［３］のいずれか１つに記載の２，５−ジヒドロフランの連続的な製造方法、
を提供することにより達成される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明により、医農薬原料、ポリマー原料などの原料・中間体などとして有用な２，５−ジヒドロフランを、長期間安定して、工業的に有利に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明は、アルミナの存在下にシス−２−ブテン−１，４−ジオールを脱水環化反応させる際、反応系内に存在するカルボニル化合物およびアセタール化合物の反応混合液中における濃度（但し、本明細書において、アセタール化合物の濃度はアセタール基換算での濃度とする。）の合計を０．１〜２ｍｏｌ／Ｌの範囲内に制御することを特徴としている。本明細書および特許請求の範囲において、「反応混合液」とは、シス−２−ブテン−１，４−ジオール、反応の進行に伴って生成する副生成物全て、必要に応じて添加する溶媒を含有する混合液（つまり反応器内の混合液全て）を指し、特に断わりの無い限り、目的生成物である２，５−ジヒドロフランも含む。また、「連続的な」とは、同一のアルミナを使用し続けて、反応をバッチ方式にて１回で終わらせることなく何度も継続的に行なうか、または連続方式にて実施することを示す。【０００８】
反応系内に存在するカルボニル化合物としては、例えばクロトンアルデヒド、４−ヒドロキシブタナールなどが挙げられる。
また、反応系内に存在するアセタール化合物としては、例えばクロトンアルデヒドのシス−２−ブテン−１，４−ジオールアセタール化合物、４−ヒドロキシテトラヒドロフランなどが挙げられ、さらに、クロトンアルデヒド、４−ヒドロキシブタナールがさらに反応することによって得られる以下の構造式【０００９】
【化１】
2008111446.tif 000002
【００１０】
で示される化合物なども挙げられる。
これらのカルボニル化合物およびアセタール化合物は、反応の進行に伴って副生する化合物でもある。【００１１】
本発明では、上記カルボニル化合物とアセタール化合物以外に、エーテル化合物も副生する。かかるエーテル化合物としては、例えばビス（４−ヒドロキシ−２−ブテン）エーテルなどが挙げられる。しかし、驚くべきことに、本発明ではエーテル化合物の濃度は問題とならず、カルボニル化合物およびアセタール化合物の反応混合液中における濃度の合計を０．１〜２ｍｏｌ／Ｌの範囲内にさえすればよいことがわかった。
なお、本明細書において、以上のカルボニル化合物、アセタール化合物、エーテル化合物、さらにそれ以外の副生した化合物を、「副生成物」と総称することがある。また、それらの中で沸点の低いもの（例えば、クロトンアルデヒド、４−ヒドロキシブタナール、フラン、２，３−ジヒドロフラン、テトラヒドロフラン、クロトンアルデヒド、４−ヒドロキシブタナールなど）に関し、「低沸点の副生成物」または「副生成物の一部」と称することがある。【００１２】
反応混合液中のシス−２−ブテン−１，４−ジオールの濃度は、反応混合液全体に対して２０〜１００質量％の範囲であるのが好ましく、５０〜９９質量％の範囲であるのがより好ましい。２０質量％以上であれば、２，５−ジヒドロフランの単位時間あたりの生成量が十分となり好ましい。反応混合液中のシス−２−ブテン−１，４−ジオールの濃度の測定方法に特に制限は無く、例えば、ガスクロマトグラフィーにより測定できる（測定条件は実施例参照）。なお、反応中、２，５−ジヒドロフランの留出速度を調査する場合は、その間の反応混合液中のシス−２−ブテン−１，４−ジオールの濃度の変動を好ましくは３０質量％以内に維持することで、２，５−ジヒドロフランの生成速度からアルミナの活性度を調べやすくなる。一方、シス−２−ブテン−１，４−ジオールの濃度が大幅に変動すると２，５−ジヒドロフランの生成速度に影響を及ぼすため、アルミナの活性度を調べ難くなるので好ましくない。【００１３】
アルミナとしては、例えばγ−アルミナ、δ−アルミナ、χ−アルミナ、η−アルミナ、ρ−アルミナなどが挙げられるが、これらの中でも、γ−アルミナを使用するのが好ましい。アルミナ中には、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属、マグネシウム、カルシウムなどのアルカリ土類金属、ケイ素、硫黄、銅、鉄、クロム、マンガンなどの不純物が含まれていてもよい。２，５−ジヒドロフランの選択率の観点から、これらの不純物の量は、アルミナに対して０〜５質量％の範囲であるのが好ましい。【００１４】
アルミナの形状に特に制限はなく、例えば粉末状、ペレット状、円筒状などの形状から選択できる。【００１５】
アルミナの使用量は、例えば、後述する液相懸濁反応で実施する場合は、アルミナの活性および反応混合液の流動性の観点から、通常、反応混合液に対して０．１〜２０質量％の範囲であるのが好ましい。また、後述する液相固定床反応で実施する場合は、アルミナの使用量は触媒槽の大きさに合せて適宜設定できる。【００１６】
本発明は溶媒の存在下または不存在下のいずれでも実施できる。溶媒としては、反応に悪影響を与えなければ特に制限は無く、例えばドデカンなどの飽和炭化水素；クメンなどの芳香族炭化水素などが挙げられる。溶媒の存在下に実施する場合、溶媒の使用量は、反応混合液に対して１〜５０質量％の範囲であるのが好ましい。【００１７】
反応温度に特に制限は無いが、通常、１００〜３００℃の範囲で実施し、生産性の観点および原料であるシス−２−ブテン−１，４−ジオールの異性化による副反応抑制の観点から、１６０〜２４０℃の範囲であるのが好ましく、１７０〜２３０℃の範囲であるのがより好ましい。反応圧力は、上記反応温度にてシス−２−ブテン−１，４−ジオールが液体である限り特に制限は無いが、通常、８０〜１２０ｋＰａの範囲で実施し、常圧で実施するのが好ましい。また、本発明は、窒素やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気下に実施してもよい。【００１８】
本発明は、液相懸濁反応または液相固定床反応にて実施する。
液相懸濁反応は、例えば、反応器に粉末状のアルミナ、シス−２−ブテン−１，４−ジオールおよび必要に応じて溶媒を仕込み、窒素またはアルゴンなどの不活性ガス雰囲気下、所定温度および所定圧力で反応させることにより実施できる。
また、液相固定床反応は、例えば、ペレット状または円筒状のアルミナを槽型反応器に固定して反応混合液と接触させるか、または多管式反応器に充填し、かかる反応器へ反応混合液を流通させることにより実施できる。
これらのうち、液相固定床反応の形式が、攪拌されたアルミナの反応器への衝突による反応器の磨耗を考慮する必要が無いことから好ましい。【００１９】
本発明において、「連続的」にて反応を行なう方法としては、（Ａ）バッチ方式で反応を行ない、好ましくは転化率が１０％、より好ましくは５０％を超えてから反応混合液を抜き取り、抜き取った反応混合液から２，５−ジヒドロフラン、水および副生成物を除去し、シス−２−ブテン−１，４−ジオールおよびアルミナを回収して本反応に再利用（シス−２−ブテン−１，４−ジオールは新しいものを添加してもよい。）することで、反応を継続的に実施する方法、および（Ｂ）例えば、アルミナ及び反応混合液の存在する反応器に、シス−２−ブテン−１，４−ジオールを連続的または断続的に供給しながら、生成した２，５−ジヒドロフラン、水および副生成物を好ましくは連続的に除去していく連続方式による方法が挙げられる。
この方法においては、後述のとおり、反応混合液中におけるカルボニル化合物およびアセタール化合物の濃度の合計が０．１〜２ｍｏｌ／Ｌの範囲内になるように該反応混合液を抜き取る方法が好ましく採用される。【００２０】
本発明では、前述した通り、反応の進行に伴って副生するなどして反応系内に存在する上記カルボニル化合物およびアセタール化合物の反応混合液中における濃度の合計を０．１〜２ｍｏｌ／Ｌ、好ましくは０．３〜２ｍｏｌ／Ｌ、より好ましくは０．３〜１．７ｍｏｌ／Ｌ、さらに好ましくは０．５〜１．７、特に好ましくは０．５〜１．５ｍｏｌ／Ｌの範囲内に制御する。カルボニル化合物およびアセタール化合物の反応混合液中における濃度の合計が０．１ｍｏｌ／Ｌ未満であると、反応時間を極めて短くする必要が生じるという問題、または長時間実施するにおいてはカルボニル化合物およびアセタール化合物を反応系から分離する操作負荷が増大するという問題があるため、工業的実施という観点から不利である。また、濃度の合計が２ｍｏｌ／Ｌを超えたカルボニル化合物および／またはアセタール化合物がアルミナと接触すると、アルミナの活性が低下するため、長期間の運転が不可能となる。
カルボニル化合物やアセタール化合物の定量方法に特に制限は無く、ガスクロマトグラフィー、液体クロマトグラフィーなどの分析機器を用いてもよいし、ヒドロキシルアミン塩酸塩法（実施例および新実験化学講座、第１３巻、第３版、有機構造［Ｉ］、ｐ．５７−５８参照）などを用いてもよい。これらの中でも、種々のカルボニル化合物およびアセタール化合物を一括して定量できる点で、ヒドロキシルアミン塩酸塩法が好ましい。【００２１】
カルボニル化合物およびアセタール化合物の反応混合液中における濃度の合計を０．１〜２ｍｏｌ／Ｌの範囲内に保つ具体的な方法としては、例えば（１）槽型反応器中の反応混合液を蒸留することにより、カルボニル化合物およびアセタール化合物を反応器から留去する方法（蒸留分離法）、（２）反応器から反応混合液の一部を抜き取り、抜き取った反応混合液にアルミナが混入している場合には適宜アルミナを分離して分離したアルミナを反応器へ戻し、反応器にはシス−２−ブテン−１，４−ジオールなどを添加することによりカルボニル化合物およびアセタール化合物の濃度の合計を低減する方法（液更新法）；ここで好ましくはアルミナを除去した反応混合液を蒸留することなどによりカルボニル化合物およびアセタール化合物を分離除去するとともにシス−２−ブテン−１，４−ジオールを分離し、分離したシス−２−ブテン−１，４−ジオールを反応器に戻してもよい、（３）反応混合液を、カルボニル吸着能のある吸着剤（陰イオン交換樹脂など）と反応器の間で循環させる方法（カルボニル吸着法）、（４）反応混合液を、ポリビニルピリジンまたはポリビニルピリジンをハロゲン化物で架橋した分離膜と反応器間で循環させる方法（膜分離法）などが挙げられる。
特に、（１）の蒸留分離法と（２）の液更新法を組み合わせた方法が効率的であり好ましい。例えば、槽型反応器中にアルミナを固定し、２，５−ジヒドロフランおよび水と共に低沸点のカルボニル化合物（クロトンアルデヒド、４−ヒドロキシブタナールなど）およびアセタール化合物を蒸留分離（留出温度９０〜１００℃／常圧）しながら反応を行なう。同時に、反応混合液の一部を抜き取り、反応器にはシス−２−ブテン−１，４−ジオールなどを添加することによりカルボニル化合物およびアセタール化合物の反応混合液中の濃度の合計を０．１〜２ｍｏｌ／Ｌの範囲内に保つことができる。ここで、抜き取った反応混合液を蒸留することによりカルボニル化合物、アセタール化合物およびシス−２−ブテン−１，４−ジオールを分離し、該シス−２−ブテン−１，４−ジオールは反応器に戻すことができる。【００２２】
このようにして得られた反応混合液を蒸留することにより、２，５−ジヒドロフランを分離・精製することができる。また、２，５−ジヒドロフランを蒸留により分離した後のシス−２−ブテン−１，４−ジオールを含む残液は、本発明の原料として再使用することができる。【００２３】
なお、本発明で原料として使用するシス−２−ブテン−１，４−ジオールは、アセチレンをホルムアルデヒドと反応（レッペ反応）させることで得られる２−ブチン−１，４−ジオールを、パラジウム触媒の存在下に選択的水素添加反応させることで製造できる。該水素添加反応は、例えば特表平１０−５０２３６３号公報に記載の方法に従えばよい。具体的には、オートクレーブ中、レッペ反応で得られたブチンジオール溶液（５０質量％水溶液）とパラジウム触媒１５０ｍｇを、１００℃および水素圧１．８ＭＰａにて反応させることで、シス−２−ブテン−１，４−ジオールを得ることができる。
副生成物として、ブタンジオール１．６％、アセタール化合物０．３％、ブチンジオール０．８％が生成するが、アセタール化合物は精製分離により除去しておくことが可能である。なお、工業的に入手できるシス−２−ブテン−１，４−ジオールのカルボニル化合物は、後述するヒドロキシアミン塩酸塩法にて検出限界値（０．０２ｍｏｌ／Ｌ）以下であることを確認している。
【実施例】
【００２４】
以下、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よって何ら限定されるものではない。なお、以下の実施例において、反応混合液中のシス−２−ブテン−１，４−ジオールの濃度および留出液中の２，５−ジヒドロフランの濃度は、ガスクロマトグラフィーにより測定した。またカルボニル化合物およびアセタール化合物の反応混合液中における濃度の合計は、ヒドロキシルアミン塩酸塩法により分析した。
なお、以下の実施例におけるガスクロマトグラフィー測定、ヒドロキシルアミン塩酸塩法は、以下の様にして行なった。また、以下の様にしてγ−アルミナが充填されたテフロン（登録商標）製の袋を作成し、以下の実施例等で使用した。【００２５】
［ガスクロマトグラフィー測定］
装置      ：ＧＣ−９Ａ（島津製作所製）
使用カラム：ＣＢＰ−１（５０ｍ）（島津製作所製）
分析条件  ：注入口温度５０℃、検出器温度２５０℃
検出器    ：水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）
昇温条件  ：５０℃で１０分保持→１５℃／分で昇温→２５０℃で１０分保持【００２６】
［ヒドロキシルアミン塩酸塩法］
サンプル約４ｇを０．５ｍｏｌ／Ｌのヒドロキシルアミン塩酸塩溶液［水：エタノール＝１：４（体積比）の混合液］５０ｍｌ中に加えて３０分攪拌した。生成した酸を、カロメル電極およびガラス電極を備えたｐＨメーターを用いて０．５ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウム水溶液で滴定した。その結果を用い、以下の式より、カルボニル化合物およびアセタール化合物の濃度の合計を算出した。
カルボニル化合物およびアセタール化合物の濃度の合計（ｍｏｌ／Ｌ）
＝本滴定量（ｍｌ）×０．５（ｍｏｌ／Ｌ）／（サンプル量（ｇ）／比重（ｇ／ｍｌ））【００２７】
［テフロン（登録商標）製の袋へのγ−アルミナの充填］
各実施例および比較例においては、ＰＦＡメッシュ（商品名、テフロン（登録商標）メッシュ）（３０メッシュ、線径２６０μｍ、オープニング５９０μｍ）から「６ｃｍ×４ｃｍ」のシートを切り取り、半分に折りたたんで長方形（３ｃｍ×４ｃｍ）にすると同時にγ−アルミナを包み、３辺を熱溶融して閉じることにより、γ−アルミナを含有するテフロン（登録商標）製の袋を作成した。【００２８】
＜実施例１＞液相固定床反応
Ｅ３０Ｎ４［商品名、γ−アルミナ（内径２ｍｍ、外径５ｍｍ、高さ３．８ｍｍのリング状ペレット）、日揮化学株式会社製］１４ｇを含有するテフロン（登録商標）製の袋を、電磁攪拌装置および留出口を備えた内容積１０００ｍｌの三口フラスコに固定した。該フラスコに蒸留塔（内径２５ｍｍ×長さ４００ｍｍ、充填物なし、理論段数２段）を、そして該蒸留塔の上に水冷式還流装置を設けた。
上記フラスコにシス−２−ブテン−１，４−ジオール５００ｍｌ（５４０ｇ、６．１ｍｏｌ）を仕込み、窒素雰囲気下、攪拌しながら常圧にて１９５℃まで昇温させた。２，５−ジヒドロフラン、水および低沸点の副生成物（例えばクロトンアルデヒド、４−ヒドロキシブタナールなど）を留出（９３〜９７℃／常圧）させながら、フラスコ内の反応混合液の量が５００ｍｌを維持するよう、シス−２−ブテン−１，４−ジオールを連続的に供給した。反応開始直後の反応混合液中のシス−２−ブテン−１，４−ジオールの濃度は９９質量％であった。
反応開始から６０時間後、反応器内の反応混合液中のシス−２−ブテン−１，４−ジオールの濃度は５０質量％となっていた。この時点で、ヒドロキシルアミン塩酸塩法によりカルボニル化合物およびアセタール化合物の濃度の合計を測定したところ、１．４ｍｏｌ／Ｌであった。８０時間後、カルボニル化合物およびアセタール化合物の濃度の合計を０．１〜２ｍｏｌ／Ｌに維持するため、フラスコから反応混合液１００ｍｌを抜き取って捨て（ここで抜き取って捨てた反応混合液には２，５−ジヒドロフランは含まれていない。）、別途、新たに反応器にシス−２−ブテン−１，４−ジオール１００ｍｌを添加した。この時、反応器内の反応混合液中のシス−２−ブテン−１，４−ジオールの濃度は６０質量％となった。これ以降も、適宜、反応混合液中のシス−２−ブテン−１，４−ジオールの濃度とカルボニル化合物およびアセタール化合物の濃度の合計を測定し、カルボニル化合物およびアセタール化合物の濃度の合計が増加している場合には、適宜、フラスコから反応混合液を抜き取って捨て（ここで抜き取って捨てた反応混合液には２，５−ジヒドロフランは含まれていない。）、別途、新たに反応器にシス−２−ブテン−１，４−ジオールを添加することにより、カルボニル化合物およびアセタール化合物の濃度の合計を０．１〜２ｍｏｌ／Ｌに維持した。また、反応開始６０時間後以降は、反応混合液中のシス−２−ブテン−１，４−ジオールの濃度は４９〜６０質量％を維持した。結果を表１に示す。【００２９】
【表１】
2008111446.tif 000003
【００３０】
＜比較例１＞液相固定床反応
Ｅ３０Ｎ４［商品名、γ−アルミナ（内径２ｍｍ、外径５ｍｍ、高さ３．８ｍｍのリング状ペレット）、日揮化学株式会社製］１４ｇを含有するテフロン（登録商標）製の袋を、電磁攪拌装置および留出口を備えた内容積１０００ｍｌの三口フラスコに固定した。該フラスコに蒸留塔（内径２５ｍｍ×長さ４００ｍｍ、充填物なし、理論段数２段）を、そして該蒸留塔の上に水冷式還流装置を設けた。
上記フラスコにシス−２−ブテン−１，４−ジオール５００ｍｌ（５４０ｇ、６．１ｍｏｌ）を仕込み、窒素雰囲気下、攪拌しながら常圧にて１９５℃まで昇温させた。２，５−ジヒドロフラン、水および低沸点の副生成物（例えばクロトンアルデヒド、４−ヒドロキシブタナールなど）を留出（９３〜９７℃／常圧）させながら、フラスコ内の反応混合液の量が５００ｍｌを維持するよう、シス−２−ブテン−１，４−ジオールを連続的に供給した。反応開始直後の反応混合液中のシス−２−ブテン−１，４−ジオールの濃度は９９質量％であった。
反応開始から１００時間後までは反応混合液中のカルボニル化合物およびアセタール化合物の濃度の調整をしなかった。１００時間後、反応混合液中のカルボニル化合物およびアセタール化合物の濃度の合計は２．３ｍｏｌ／Ｌであった。また、反応混合液中のシス−２−ブテン−１，４−ジオールの濃度は３０質量％であった。そこで、反応混合液２００ｍｌを抜き取って捨て（ここで抜き取って捨てた反応混合液には２，５−ジヒドロフランは含まれていない。）、別途、新たに反応器にシス−２−ブテン−１，４−ジオール２００ｍｌを添加することにより、シス−２−ブテン−１，４−ジオールの濃度を５５質量％にした。それ以降は、適宜、シス−２−ブテン−１，４−ジオールの濃度とカルボニル化合物およびアセタール化合物の濃度の合計を測定し、カルボニル化合物およびアセタール化合物の濃度の合計が増加している場合には、フラスコから反応混合液を抜き取って捨て（ここで抜き取って捨てた反応混合液には２，５−ジヒドロフランは含まれていない。）、別途、新たに反応器にシス−２−ブテン−１，４−ジオールを添加する操作を行ない、カルボニル化合物およびアセタール化合物の濃度の合計が２ｍｏｌ／Ｌを超えないようにした。また、反応開始１００時間後以降は、反応混合液中のシス−２−ブテン−１，４−ジオールの濃度は３０〜５５質量％を維持した。結果を表２に示す。【００３１】
【表２】
2008111446.tif 000004
【００３２】
＜比較例２＞液相固定床反応
Ｅ３０Ｎ４［商品名、γ−アルミナ（内径２ｍｍ、外径５ｍｍ、高さ３．８ｍｍのリング状ペレット）、日揮化学株式会社製］１４ｇを含有するテフロン（登録商標）製の袋を、電磁攪拌装置および留出口を備えた内容積１０００ｍｌの三口フラスコに固定した。該フラスコに蒸留塔（内径２５ｍｍ×長さ４００ｍｍ、充填物なし、理論段数２段）を、そして該蒸留塔の上に水冷式還流装置を設けた。
上記フラスコにシス−２−ブテン−１，４−ジオール５００ｍｌ（５４０ｇ、６．１ｍｏｌ）を仕込み、窒素雰囲気下、攪拌しながら常圧にて１９５℃まで昇温させた。２，５−ジヒドロフラン、水および低沸点の副生成物（例えばクロトンアルデヒド、４−ヒドロキシブタナールなど）を留出（９３〜９７℃／常圧）させながら、フラスコ内の反応混合液の量が５００ｍｌを維持するよう、シス−２−ブテン−１，４−ジオールを連続的に供給した。
反応開始から６０時間後、上記蒸留塔を、より分離能力の高い蒸留塔（内径２５ｍｍ×長さ６００ｍｍ、充填物：ヘリパックＮＯ．２、理論段数２０段）に付け替え、該蒸留塔の上に水冷式還流装置を設け、低沸点の副生成物（例えばクロトンアルデヒド、４−ヒドロキシブタナールなど）が蒸留塔から留出しないようにして（蒸留塔における留出温度：６５〜７５℃／常圧）、引き続き１９５〜１９８℃にて反応を行なった。適宜、フラスコ内の反応混合液の量が５００ｍｌを超えないように、フラスコから反応混合液を抜き取って捨てた（ここで抜き取って捨てた反応混合液には２，５−ジヒドロフランは含まれていない。）。カルボニル化合物およびアセタール化合物の反応混合液中における濃度の調整を行なっていないため、両者の濃度の合計が２ｍｏｌ／Ｌを超えていた。結果を表３に示す。【００３３】
【表３】
2008111446.tif 000005
【００３４】
表１では、反応中、２，５−ジヒドロフランの留出量、つまり２，５−ジヒドロフランの生成量に大きな変化は見られず安定している。一方、表２では、反応混合液中におけるカルボニル化合物およびアセタール化合物の濃度の合計が２．１ｍｏｌ／Ｌとなった時（８０時間後）には、２，５−ジヒドロフランの留出量が大幅に減少していることがわかる。この結果より、比較例１では、反応開始から８０時間後から１００時間後にカルボニル化合物およびアセタール化合物の濃度の合計が２．０ｍｏｌ／Ｌを超えた状態になっており、この時にγ−アルミナの活性が低下したことがわかる。
また表１および表３より、実施例１とは異なり、比較例２では２，５−ジヒドロフランの留出量（生成量）は次第に減少し、１４０時間後には実施例１の場合のおよそ半分まで減少していることがわかる。この結果より、反応混合液中におけるカルボニル化合物およびアセタール化合物の濃度の合計が２．１ｍｏｌ／Ｌ以上となった状態で長期間反応させることにより、γ−アルミナの活性が低下し続けていることがわかる。
このように、本発明の製造方法においては、反応が長時間に及ぶ場合、例えば８０時間以上、１００時間以上、さらには１２０時間以上の連続反応の際にも、安定的な触媒活性を維持することができた。また、同時に、かかる効果は、アルミナ１質量部に対し、例えば６０質量部以上、好ましくは８０質量部以上、より好ましくは１００質量部以上の２，５−ジヒドロフランを製造する際に明瞭になるといえる。【００３５】
前述した通り、反応混合液中の副生物としては、カルボニル化合物およびアセタール化合物以外にエーテル化合物が挙げられる。そこで、実施例１、比較例１および比較例２により示した本発明の効果が、反応混合液中のカルボニル化合物およびアセタール化合物の濃度のみに因るものか否かを明確にするため、以下の実験を行なった。【００３６】
＜参考例１＞副生成物の反応への影響の調査
以下の様にジブチレングリコールおよびシス−２−ブテン−１，４−ジオールの混合液を用いてγ−アルミナに前処理を施し、アルミナの活性の変化を調査した。
前処理：Ｅ３０Ｎ４［商品名、γ−アルミナ（内径２ｍｍ、外径５ｍｍ、高さ３．８ｍｍのリング状ペレット）、日揮化学株式会社製］２．５ｇを含有するテフロン（登録商標）製の袋を、内容積１００ｍｌの耐圧反応器内に固定した。窒素雰囲気下、シス−２−ブテン−１，４−ジオール３５ｍｌ（３７．８ｇ、０．４３ｍｏｌ）およびエーテル化合物としてジブチレングリコール３５ｍｌ（３５．４ｇ、０．２１ｍｏｌ、２．９ｍｏｌ／Ｌ相当）を前記耐圧反応器に添加してγ−アルミナを完全に浸し、１８０℃で１０時間加熱した。その後、一旦室温に冷却してからテフロン（登録商標）製の袋ごとγ−アルミナを抜き出し、電磁攪拌装置を備えた内容積５００ｍｌの三口フラスコ内に固定した。かかるフラスコの口の一方に蒸留塔（内径２５ｍｍ×長さ４００ｍｍ、充填物なし、理論段数２段）を、そして該蒸留塔の上に水冷式還流装置を設け、もう一方に温度計を備え、残りは導入口とした。
脱水環化反応：前記フラスコ内にシス−２−ブテン−１，４−ジオール２００ｍｌを添加し、窒素雰囲気下、常圧で２１０℃まで昇温した。２，５−ジヒドロフラン、水および低沸点の副生成物（例えばクロトンアルデヒド、４−ヒドロキシブタナールなど）を蒸留塔の頭頂部から留出（９７〜１０１℃／常圧）させ、２，５−ジヒドロフランの留出速度を分析した。結果を表４に示す。【００３７】
＜参考例２＞
参考例１の前処理で使用したシス−２−ブテン−１，４−ジオール３５ｍｌ（３７．８ｇ、０．４３ｍｏｌ）およびジブチレングリコール３５ｍｌ（３５．４ｇ、０．２１ｍｏｌ）の代わりに、ジブチレングリコール７０ｍｌ（７０．８ｇ、０．４３ｍｏｌ、６．１ｍｏｌ／Ｌ相当）を使用した以外は参考例１と同様に前処理を行ない、次いで参考例１と同様に実験および分析を行なった。結果を表４に示す。【００３８】
＜参考例３＞
参考例１の前処理で使用したシス−２−ブテン−１，４−ジオール３５ｍｌおよびジブチレングリコール３５ｍｌの代わりに、シス−２−ブテン−１，４−ジオール６３．０ｍｌ（６８．０ｇ、０．７７ｍｏｌ）およびクロトンアルデヒド７．０ｍｌ（６．０ｇ、０．０９ｍｏｌ、１．２ｍｏｌ／Ｌ相当）を使用した以外は参考例１と同様に前処理を行ない、次いで参考例１と同様に実験および分析を行なった。結果を表４に示す。【００３９】
＜比較例３＞
参考例１の前処理で使用したシス−２−ブテン−１，４−ジオール３５ｍｌおよびジブチレングリコール３５ｍｌの代わりに、シス−２−ブテン−１，４−ジオール５６ｍｌ（６０．５ｇ、０．６９ｍｏｌ）およびクロトンアルデヒド１４ｍｌ（１２ｇ、０．１７ｍｏｌ、２．４ｍｏｌ／Ｌ相当）を使用した以外は参考例１と同様に前処理を行ない、次いで参考例１と同様に実験および分析を行なった。結果を表４に示す。【００４０】
＜比較例４＞
参考例１の前処理で使用したシス−２−ブテン−１，４−ジオール３５ｍｌおよびジブチレングリコール３５ｍｌの代わりにクロトンアルデヒド７０ｍｌ（５９ｇ、０．８５ｍｏｌ、１２ｍｏｌ／Ｌ相当）を使用した以外は参考例１と同様に前処理を行ない、次いで参考例１と同様に実験および分析を行なった。結果を表４に示す。【００４１】
＜比較例５＞
参考例１の前処理で使用したシス−２−ブテン−１，４−ジオール３５ｍｌおよびジブチレングリコール３５ｍｌの代わりにアクロレインジエチルアセタール７０ｍｌ（６０ｇ、０．４６ｍｏｌ、６．６ｍｏｌ／Ｌ相当）を使用した以外は参考例１と同様に前処理を行ない、次いで参考例１と同様に実験および分析を行なった。結果を表４に示す。【００４２】
＜比較例６＞
参考例１の前処理で使用したシス−２−ブテン−１，４−ジオール３５ｍｌおよびジブチレングリコール３５ｍｌの代わりに、クロトンアルデヒド１４ｍｌ（１２ｇ、０．１７ｍｏｌ、２．４ｍｏｌ／Ｌ相当）およびアクロレインジエチルアセタール５６ｍｌ（４８ｇ、０．３５ｍｏｌ、７．４ｍｏｌ／Ｌ相当）を使用した以外は参考例１と同様に前処理を行ない、次いで参考例１と同様に実験および分析を行なった。結果を表４に示す。【００４３】
【表４】
2008111446.tif 000006
【００４４】
表４より、比較例３〜６の様に、反応混合液中のクロチルアルデヒドおよび／またはアクロレインジエチルアセタールが２ｍｏｌ／Ｌより高い条件下でγ−アルミナを加熱した触媒を反応に用いると、ＤＨＦの留出速度が低下した。この結果からγ−アルミナの活性が低下していることがわかる。一方、参考例１〜３の様に、反応混合液中のカルボニル化合物およびアセタール化合物の濃度の合計が０．１〜２ｍｏｌ／Ｌの範囲内という条件下であれば、エーテル化合物がどれだけ存在していても、γ−アルミナを加熱した際のγ−アルミナの活性の低下は見受けられなかった。
この結果より、反応の進行に伴って副生するエーテル化合物の反応混合液中における濃度の影響は無く、あくまでも反応混合液中におけるカルボニル化合物およびアセタール化合物の濃度の合計が２ｍｏｌ／Ｌを超えることに起因して、アルミナの活性が低下することが証明された。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明により、長期間安定して、工業的に有利に２，５−ジヒドロフランを製造することができる。得られる２，５−ジヒドロフランは、医農薬原料、ポリマー原料などの原料・中間体などとして利用可能である。
【国際調査報告】
2008111446.tif 000007
2008111446.tif 000008
2008111446.tif 000009
2008111446.tif 000010