(57)【要約】  効率的に２，５−ビス（アミノメチル）フランを製造できる製造方法を提供すること。  ５−（ハロゲン化メチル）フルフラールに対して水素化触媒を用いて水素及びアミン化合物を反応させ、２，５−ビス（アミノメチル）フランを得る工程を含む、２，５−ビス（アミノメチル）フランの製造方法。【特許請求の範囲】
【請求項１】
２，５−ビス（アミノメチル）フランの製造方法であって、
５−（ハロゲン化メチル）フルフラールに対して水素化触媒を用いて水素及びアミン化合物を反応させ、２，５−ビス（アミノメチル）フランを得る工程を含む、製造方法。
【請求項２】
前記５−（ハロゲン化メチル）フルフラールが、５−（クロロメチル）フルフラールである、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記５−（ハロゲン化メチル）フルフラールが、木質バイオマス、セルロース、及び炭素原子６個から構成される糖であるＣ６糖からなる群より選択される少なくとも一種に由来する、請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記アミン化合物が、アンモニア、又はＲＣＯＮＨ2で表されるアミド（Ｒは、水素原子、又は、−ＣnＨ2n+1（ｎは、１以上の整数である。）を表す。）である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項５】
前記水素化触媒が、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｅ、Ｏｓからなる群より選択される少なくとも一種を含む触媒である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項６】
前記反応が、水素圧０超過２５ＭＰａＧ以下で行なわれる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項７】
前記反応が、水素圧０超過９ＭＰａＧ未満で行なわれる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項８】
さらに、２，５−ビス（アミノメチル）フランと触媒を分離する工程を含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２，５−ビス（アミノメチル）フランの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フラン環を含む化合物であるフラン誘導体は、樹脂、医薬品、及び香料等の原材料や中間体として有用である。例えば、フラン誘導体の一つである、２，５−（ヒドロキシメチル）フルフラール（以下、ＨＭＦとも称す。）は、特許文献１に開示されるように、糖であるフルクトースから得ることができ、天然に存在する炭水化物等のバイオマス原料から調製できる、汎用性の高い中間体である。
バイオマス原料は、安価に入手可能であり、環境保護の観点から化石燃料よりも優れるため、樹脂等の原材料として注目されている。【０００３】
ＨＭＦに対しさらに官能基の変換反応を行うことによって、汎用性の高いフラン誘導体を得ることが検討されており、２，５−ビス（アミノメチル）フラン（以下、ＢＡＦとも称す。）の製造方法が、例えば、特許文献２や非特許文献１に開示されている。
非特許文献１には、具体的には、ＨＭＦを酸化して２，５−ジホルミルフランを得た後、過酸化水素で処理したラネーニッケルを触媒として、還元的アミノ化を行うことによって、ＢＡＦを合成できることが開示されている。
特許文献２にもまた、２，５−ジホルミルフランに対し、ラネーニッケル、Ｍｏ−ラネーニッケル、ラネーコバルト、銅、銅−ニッケル、ルテニウム等の触媒を用いて、ＢＡＦを合成できることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００３−０２４９４７号パンフレット
【特許文献２】韓国公開特許第２０１６００３４０８４号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Green and Sustainable Chemistry, 2015, 5, 115-127.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１や特許文献２の製造方法においては、ＨＭＦを出発物とすると、ヒドロキシ基を酸化する工程と、アルデヒドの還元的アミノ化の工程とを含み、ＨＭＦからＢＡＦへの反応に２段階を要する。そのため、効率的なＢＡＦの製造方法が求められている。【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、効率的にＢＡＦを製造できる製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らがＢＡＦの製造方法について鋭意検討した結果、５−（ハロゲン化メチル）フルフラールを還元的アミノ化反応に供することによって、１段階でＢＡＦを得ることができ、効率的にＢＡＦを製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。【０００９】
すなわち、本発明は以下のとおりである。
［１］  ２，５−ビス（アミノメチル）フランの製造方法であって、５−（ハロゲン化メチル）フルフラールに対して水素化触媒を用いて水素及びアミン化合物を反応させ、２，５−ビス（アミノメチル）フランを得る工程を含む、製造方法。
［２］  前記５−（ハロゲン化メチル）フルフラールが、５−（クロロメチル）フルフラールである、［１］に記載の製造方法。
［３］  前記５−（ハロゲン化メチル）フルフラールが、木質バイオマス、セルロース、及び炭素原子６個から構成される糖であるＣ６糖からなる群より選択される少なくとも一種に由来する、［１］又は［２］に記載の製造方法。
［４］  前記アミン化合物が、アンモニア、又はＲＣＯＮＨ2で表されるアミド（Ｒは、水素原子、又は、−ＣnＨ2n+1（ｎは、１以上の整数である。）を表す。）である、［１］〜［３］のいずれかに記載の製造方法。
［５］  前記水素化触媒が、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｅ、Ｏｓからなる群より選択される少なくとも一種を含む触媒である、［１］〜［４］のいずれかに記載の製造方法。
［６］  前記反応が、水素圧０ＭＰａＧ超過２５ＭＰａＧ以下で行なわれる、［１］〜［５］のいずれかに記載の製造方法。
［７］  前記反応が、水素圧０超過９ＭＰａＧ未満で行なわれる、［１］〜［５］のいずれかに記載の製造方法。
［８］さらに、２，５−ビス（アミノメチル）フランと触媒を分離する工程を含む、［１］〜［７］のいずれかに記載の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の製造方法は、効率的にＢＡＦを得ることができ、工業的に有利な製造方法である。また、５−（ハロゲン化メチル）フルフラールはバイオマス原料といった生物由来の天然物を原材料とすることができるため、本発明の製造方法は環境への負荷が小さい。さらにまた、本発明の製造方法によって得られるＢＡＦは、樹脂、医薬品、及び香料の原材料や中間体として有用である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明を実施するための形態（以下、「本実施形態」という。）について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００１２】
本実施形態の製造方法は、２，５−ビス（アミノメチル）フランの製造方法であって、５−（ハロゲン化メチル）フルフラールに対して水素化触媒を用いて水素及びアミン化合物を反応させ、２，５−ビス（アミノメチル）フランを得る工程を含む、製造方法である。
本実施形態の製造方法によって、一つの反応系内にて、５−（ハロゲン化メチル）フルフラールから２，５−ビス（アミノメチル）フランを製造することができる。
【００１３】
（２，５−ビス（アミノメチル）フラン）
本実施形態における２，５−ビス（アミノメチル）フランは、式（１）で表すことができる。
【００１４】
【化１】
2019017468.tif 000002
【００１５】
（５−（ハロゲン化メチル）フルフラール）
本実施形態における５−（ハロゲン化メチル）フルフラールは、式（２）で表すことができる。
【００１６】
【化２】
2019017468.tif 000003
【００１７】
式（２）中、Ｘは、塩素、臭素、ヨウ素からなる群より選択されるハロゲン原子である。
本実施形態における５−（ハロゲン化メチル）フルフラールは、好ましくは、式（２）中のＸが塩素、すなわち、５−（クロロメチル）フルフラールである。
【００１８】
５−（ハロゲン化メチル）フルフラールは、木質バイオマス、セルロース、及び炭素原子６個から構成される糖であるＣ６糖からなる群より選択される少なくとも一種に由来し、これらを誘導化することによって、得ることができる。
【００１９】
具体的には、５−（ハロゲン化メチル）フルフラールは、炭素原子６個から構成される糖であるＣ６糖から得ることができ、炭素原子６個から構成される糖であるＣ６糖は木質バイオマスの構成主要素であるセルロースから容易に得ることができる。
木質バイオマスとは「木材からなる生物資源」を意味し、世界中に広く大量に賦存する資源である。
【００２０】
５−（ハロゲン化メチル）フルフラールは、例えば、セルロースを加水分解することによって一段反応で得ることができる。５−（ハロゲン化メチル）フルフラールをセルロースの加水分解によって得るとき、具体的には、かかる５−（ハロゲン化メチル）フルフラールは、セルロースに対し、水溶媒中で塩化水素、臭化水素、ヨウ化水素等のハロゲン化水素を作用させることによって得ることができる。５−（ハロゲン化メチル）フルフラールは、市販品を使用してもよい。
５−（ハロゲン化メチル）フルフラールは、木質バイオマスに対し、塩化水素、臭化水素、ヨウ化水素等のハロゲン化水素を作用させ、加水分解することによって一段反応で得ることもできる。
【００２１】
また、５−（ハロゲン化メチル）フルフラールは、炭素原子６個から構成される糖であるＣ６糖から誘導化することによって得ることもできる。上記Ｃ６糖としては、グルコース、フルクトース等が挙げられる。５−（ハロゲン化メチル）フルフラールは、例えば、これらのＣ６糖を国際公開第２００３−０２４９４７号パンフレットに記載されるようにＨＭＦとし、かかるＨＭＦ中のヒドロキシ基に対しアッペル反応等のハロゲン化反応を行う二段反応によって、得ることができる。また、セルロースから５−（ハロゲン化メチル）フルフラールを得る方法と同様に、Ｃ６糖に対し、水溶媒中で塩化水素、臭化水素、ヨウ化水素等のハロゲン化水素を作用させることによって、５−（ハロゲン化メチル）フルフラールを一段反応で得ることもできる。
【００２２】
（アミン化合物）
本実施形態におけるアミン化合物は、アンモニア（ＮＨ3）、及び／又はＲＣＯＮＨ2で表されるアミド（Ｒは、水素原子、又は、−ＣnＨ2n+1（ｎは、１以上の整数である。）を表す。）であることが好ましく、アンモニアがより好ましい。
−ＣnＨ2n+1中のｎは、好ましくは１〜２０であり、より好ましくは１〜１０である。
【００２３】
（水素化触媒）
本実施形態における水素化触媒は、接触水素化反応に触媒として通常使用されるものであれば特に制限されない。水素化触媒は、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ｒｅ、Ｏｓ等の金属を含むことが好ましい。これらの金属は、一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
【００２４】
上述した金属は、担体に担持されていてもよい。担体としては、触媒の担体として通常使用される担体であれば特に制限されず、例えば、無機酸化物、活性炭素、イオン交換樹脂等が挙げられる。無機酸化物としては、具体的には、シリカ（ＳｉＯ2）、チタニア（ＴｉＯ2）、ジルコニア（ＺｒＯ2）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、これら無機酸化物の二種以上の複合体（例えば、ゼオライト等）等が挙げられる。
【００２５】
水素化触媒としては、具体的には、還元鉄等の鉄（Ｆｅ）触媒；還元コバルト及びラネーコバルト等のコバルト（Ｃｏ）触媒；還元ニッケル、酸化ニッケル及びラネーニッケル（以下、Ｒａｎｅｙ−Ｎｉとも記載する。）等のニッケル（Ｎｉ）触媒；塩化銅（II）、塩化銅（Ｉ）、銅（０）、亜酸化銅（Ｉ）、酸化銅（II）等の銅（Ｃｕ）触媒；ルテニウム／炭素及びルテニウム／アルミナ等のルテニウム（Ｒｕ）触媒；ロジウム／炭素及びロジウム／アルミナ等のロジウム（Ｒｈ）触媒；スポンジ状パラジウム、パラジウム黒、酸化パラジウム、パラジウム／炭素、水酸化パラジウム、パラジウム／硫酸バリウム及びパラジウム／炭酸バリウム等のパラジウム（Ｐｄ）触媒；クロロ（シクロオクタジエニル）イリジウムダイマー等のイリジウム（Ｉｒ）触媒；白金プレート、スポンジ状白金、白金黒、コロイド白金、酸化白金及び白金線等の白金（Ｐｔ）触媒；白金担持過レニウム酸等のレニウム（Ｒｅ）触媒；オスミウム／炭素等のオスミウム（Ｏｓ）触媒；等が挙げられ、ニッケル（Ｎｉ）触媒であることが好ましく、Ｒａｎｅｙ−Ｎｉであることがより好ましい。
一方、触媒として、貴金属触媒（特に、ロジウム（Ｒｈ）触媒）を用いると、反応時の圧力や反応温度を低くすることができる。
【００２６】
（反応条件）
本実施形態の製造方法は、具体的には、５−（ハロゲン化メチル）フルフラール、アミン化合物、水素化触媒、及び水素を混合して、反応させる方法を挙げることができる。
５−（ハロゲン化メチル）フルフラール、アミン化合物、水素化触媒及び水素を混合する順番は任意である。作業効率の観点から、本実施形態の製造方法では、あらかじめ５−（ハロゲン化メチル）フルフラールと水素化触媒を混合し、次にアミン化合物を添加した後、水素を導入することが好ましい。
【００２７】
本実施形態の製造方法において、水素化触媒を添加するときは、使用する水素化触媒に応じ、適宜、発火することを防ぐため、窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行ってもよく、水素化触媒を水に懸濁させ、懸濁液として添加してもよい。
【００２８】
本実施形態の製造方法は、反応を水素圧０ＭＰａＧ超過２５ＭＰａＧ以下で行うことが好ましい。水素圧は、より好ましくは０．５ＭＰａＧ以上であり、さらに好ましくは１．０ＭＰａＧ以上である。水素圧は、また、より好ましくは１５ＭＰａＧ以下であり、さらに好ましくは１０ＭＰａＧ以下であり、一層好ましくは９ＭＰａＧ未満、より一層好ましくは８ＭＰａＧ以下である。圧力を１５ＭＰａＧ以下、さらには９ＭＰａＧ未満、特には８ＭＰａＧ以下とすることにより、５−（ハロゲン化メチル）フルフラールの環の水素化を緩やかにでき、より容易にビス（アミノメチル）フランが得られる。
また、本実施形態の製造方法は、触媒として、貴金属触媒（特に、ロジウム（Ｒｈ）触媒）を用いた場合、反応を水素圧３ＭＰａＧ以下、さらには、１．０ＭＰａＧ以下で行っても反応を効果的に進行させることができる。
【００２９】
５−（ハロゲン化メチル）フルフラールに対するアミン化合物の比は、モル比（５−（ハロゲン化メチル）フルフラール／アミン化合物）で、好ましくは１〜１０００の範囲であり、より好ましくは１〜５００の範囲であり、さらに好ましくは１〜１００の範囲であり、一層好ましくは１〜５０の範囲であり、さらに一層好ましくは１〜２０の範囲である。このような範囲とすることにより、アミン化をより効果的に進行させることができる。
【００３０】
５−（ハロゲン化メチル）フルフラールに対する触媒の量は、反応させる基質の種類等に応じて適宜調整すればよく、一般的には、５−（ハロゲン化メチル）フルフラールの質量に対して、１〜２００質量％である。触媒の量は、５−（ハロゲン化メチル）フルフラールの質量に対して、好ましくは１〜１５０質量％であり、より好ましくは１〜１００質量％である。
【００３１】
反応温度は、反応させる基質の種類等に応じて適宜調整すればよく、一般的には４０〜２００℃、好ましくは５０〜１２０℃、より好ましくは５０〜１１０℃の範囲である。
また、本実施形態の製造方法は、触媒として、貴金属触媒（特に、ロジウム（Ｒｈ）触媒）を用いた場合、反応温度を、例えば、１０℃以上４０℃未満、さらには、１５〜３５℃としても、反応を効果的に進行させることができる。
反応時間は、ＧＣ−ＭＳ等を用い反応の進行状況をモニタリングすることによって適宜調整すればよく、一般的には１分〜２４時間、好ましくは０．５〜３時間、より好ましくは０．５〜２時間である。
【００３２】
本実施形態の反応は、溶媒の存在下で行ってもよい。溶媒は、特に限定されず、反応温度や反応物等によって適宜選択される。溶媒としては、例えば、水；ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素系溶媒；アセトニトリル、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等のアミド系溶媒；テトラヒドロフラン（以下、ＴＨＦとも記載する。）、ジエチルエーテル等のエーテル系溶媒；メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール系溶媒；ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム等のハロゲン系溶媒；等が挙げられる。これらの中でも、エーテル系溶媒が好ましい。エーテル系溶媒を用いることにより、水素ガスの溶媒への溶解度がより良好になる。
これら溶媒は、一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
溶媒の使用の有無及びその使用量は、その他の反応条件を考慮して適宜設定すればよく、特に限定されないが、生産性及びエネルギー効率の観点から、５−（ハロゲン化メチル）フルフラールに対して、好ましくは０．５〜１００質量倍であり、より好ましくは１．０〜５０質量倍であり、さらに好ましくは１．０〜２０質量倍である。
【００３３】
反応後における反応混合物と触媒との分離は、沈降、遠心分離、濾過等の一般的な方法により行うことができる。触媒の分離は、使用する触媒に応じ、適宜、発火することを防ぐため、窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。本発明では、反応に使用した５−（ハロゲン化メチル）フルフラールが定量的にＢＡＦに変換された場合の質量を１００としたとき、収率を５０％以上とすることができ、６２％以上とすることもできる。
また、反応混合物は、上記反応で溶媒を用いる場合、得られた反応溶液を必要に応じて濃縮した後、残渣をそのまま原材料や中間体として使用してもよく、反応混合物を適宜後処理して精製してもよい。後処理の具体的な方法としては、抽出、蒸留、クロマトグラフィー等の公知の精製方法を挙げることができる。これらの精製方法は、二種以上を組み合わせて行ってもよい。
【実施例】
【００３４】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。【００３５】
（実施例１）
耐圧オートクレーブに５−（クロロメチル）フルフラール０．５ｇ、ＴＨＦ３ｍＬ、触媒としてＲａｎｅｙ−Ｎｉ０．３ｇを投入後、液体アンモニア３ｇを充填し、水素圧力４ＭＰａＧまで昇圧した。なお、Ｒａｎｅｙ−Ｎｉは、水３ｇに懸濁させたものを使用した。
その後温度を９０℃で１時間保持したまま反応し、耐圧オートクレーブを氷水で冷却して反応を停止した。
アルゴンガス流通下、触媒と反応液をろ過することによって触媒を除去し、ろ液のＧＣ−ＭＳ測定を行った。なお、ＧＣ−ＭＳ測定は、ＧＣ−ＭＳスペクトル装置Ａｇｉｌｅｎｔ７８９０ＢＧＣ／５９７７ＭＳＤ（Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ,Ｉｎｃ.製）を用いて実施した。【００３６】
＜生成物の収率の算出方法と収率＞
ＧＣ−ＦＩＤ検出強度（面積値）とＢＡＦ濃度との関係を示す検量線を作成し、反応液のＢＡＦ面積値と比較した。
具体的には、反応液のＧＣ−ＭＳ測定により得られたＧＣ−ＦＩＤ検出強度（面積値）から、上記検量線を用いてＢＡＦ濃度を算出し、反応液質量よりＢＡＦ質量を求めた。反応に使用した５−（クロロメチル）フルフラールが定量的にＢＡＦに変換された場合の質量を１００とし、収率を算出したところ、収率は、６２％であった。【００３７】
＜生成物の同定方法（ＧＣ−ＭＳの測定結果）＞
ＧＣ−ＭＳ測定において、実施例１のろ液を測定して得られたリテンションタイムが、ＢＡＦ標準サンプルのリテンションタイムと一致し、ＭＳ分析からＢＡＦと同じ分子量（１２６）の分子イオンピークが観測された。また、フラグメントイオンピークも、ＢＡＦの片側メチルアミンが外れた化合物の分子量（９６）と一致した。以上の結果から、実施例１においてＢＡＦが得られたことを確認した。【００３８】
（実施例２）
実施例１において、触媒（Ｒａｎｅｙ−Ｎｉ）をＲｈ／Ｃ触媒（炭素担体質量に対してＲｈ金属含有量が５質量％）に変更し、水素圧力０．３ＭＰａＧ、反応温度３０℃とし、他は同様に行った。ＢＡＦが合成されていることを確認した。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の製造方法は、樹脂の原材料であるモノマーあるいはエポキシ樹脂硬化剤、化合物の中間原料等として有用な２，５−ビス（アミノメチル）フランを提供することができ、樹脂、医薬品、香料等の製造において産業上の利用可能性を有する。
【国際調査報告】
2019017468.tif 000004
2019017468.tif 000005
2019017468.tif 000006