(57)【要約】  本発明は、５−ヒドロキシメチル−２−フルフラール（ＨＭＦ）の酸化を介して２，５−フランジカルボン酸（ＦＤＣＡ）を製造する方法であって、前記ＨＭＦが、高沸点極性溶媒および水の溶液中に存在する方法に関する。この方法は、−ＨＭＦを、少なくとも部分的に前記溶液中で酸化して、５−ヒドロキシメチルフラン−２−カルボン酸（ＨＭＦＡ）および５−ホルミルフラン−２−カルボン酸（ＦＦＣＡ）からなる群から選択される、少なくとも１つの一酸、および任意選択でＦＤＣＡを含む、第１の反応混合物を産生する第１の酸化工程と、−前記高沸点極性溶媒を抽出溶媒によって前記第１の反応混合物から抽出し、前記少なくとも１つの一酸が水相に残存する、第１の酸化工程後の抽出工程と、−前記少なくとも１つの一酸を酸化して、ＦＤＣＡを生成する、第２の酸化工程との組み合わせを特徴とする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
高沸点極性溶媒および水の溶液中に存在する５−ヒドロキシメチル−２−フルフラール（ＨＭＦ）の酸化を介して２，５−フランジカルボン酸（ＦＤＣＡ）を製造する方法であって、
−  前記ＨＭＦを、少なくとも部分的に前記溶液中で酸化して、５−ヒドロキシメチルフラン−２−カルボン酸（ＨＭＦＡ）および５−ホルミルフラン−２−カルボン酸（ＦＦＣＡ）からなる群から選択される、少なくとも１つの一酸、および任意選択でＦＤＣＡを含む、第１の反応混合物を産生する第１の酸化工程と、
−  前記高沸点極性溶媒を抽出溶媒によって前記第１の反応混合物から抽出し、前記少なくとも１つの一酸が水相に残存する、第１の酸化工程後の抽出工程と、
−  前記少なくとも１つの一酸を酸化して、ＦＤＣＡを生成する、第２の酸化工程
との組み合わせを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記高沸点極性溶媒が、極性非プロトン性溶媒およびそれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記高沸点極性溶媒が、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）またはＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）およびそれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
第１の酸化工程において、好ましくはリン酸塩、炭酸塩およびそれらの混合物からなる群から選択される、最も好ましくはＮａ３ＰＯ４、Ｎａ２ＨＰＯ４およびそれらの混合物からなる群から選択される、７．５〜１３．０のｐＫａ値を有する塩基を使用することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の酸化工程の前の前記溶液の含水量が、１％〜８０％、好ましくは３０％〜５０％であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記抽出工程のための前記抽出溶媒が、酢酸エチル、トリクロロメタンおよびそれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の酸化工程または前記第２の酸化工程のための、または両方の酸化工程のための酸化剤が、酸素または空気の群から選択されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の酸化工程において、ＨＭＦの一部が未反応のままであり、および／または２，５−ジホルミルフラン（ＤＦＦ）に酸化され、前記抽出工程において、前記未反応ＨＭＦおよび／または前記ＤＦＦが、前記第１の反応混合物から抽出されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記抽出された未反応ＨＭＦおよび／または前記抽出されたＤＦＦが、前記第１の酸化工程の前の前記溶液にリサイクルされることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記抽出工程の後、前記抽出溶媒と前記高沸点極性溶媒とが互いに分離されることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶媒または少なくとも１種の高沸点極性溶媒（ｈｂＳ）を含有する溶媒混合物中で利用可能な５−ヒドロキシメチルフルフラールを酸化して、２，５−フランジカルボン酸を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２，５−フランジカルボン酸（以下、ＦＤＣＡと称する）は、再生可能な資源から入手することができ、農薬、薬物、殺虫剤、薬理学または抗菌剤などの種々の用途における分子のための興味深い中間体である。ＦＤＣＡ転換の最も重要な群は、重合反応により生成されるポリアミド、ポリエステルまたはポリヒドラジンである。（Ｌｅｗｋｏｗｓｋｉ、２００１）
【０００３】
ヘキソースの脱水から誘導される５−ヒドロキシメチルフルフラール（以下、ＨＭＦと称する）の触媒酸化は、再生可能な資源からＦＤＣＡを合成するための、潜在的に最も重要な方法である。主生成物としてＦＤＣＡを産生するＨＭＦの酸化のための、多くの異なるアプローチが文献において公知である。しかし、ＨＭＦ形成と酸化との容易なカップリングを可能にする方法は記載されていない。これは主に、これらの工程に使用する溶媒の種類が異なるためである。
【０００４】
ＨＭＦの酸化によるＦＤＣＡの生成においては、第一工程で、ジホルミルフラン（以下、ＤＦＦと称する）またはヒドロキシメチルフランカルボン酸（ＨＭＦＣＡ）を生成し、次の工程で、ホルミルフランカルボン酸（ＦＦＣＡ）を生成する。主要スキームを以下に示す。
【０００５】
【化１】
2019504001.tif 000002
【０００６】
最も一般的には、酸化は水、アルコールまたはカルボン酸中で実施する。
米国特許第３，３２６，９４４号には、水酸化ナトリウムおよび白金系触媒（以下、ＰＴＣと称する）を用いて、水中においてＨＭＦを酸化してＦＤＣＡを生成することが記載されている。
【０００７】
ＥＰ０３５６７０３には、ＰＴＣを用いて、最大８のｐＨ値で、水性環境中でＨＭＦを酸化することが記載されている。この値は、塩基の連続的添加によって、プロセス中に制御する。
【０００８】
米国特許第８，１９３，３８２号には、水または酢酸中での同じ酸化が記載されている。この場合、炭酸塩やリン酸塩のような弱塩基を、塩基として使用している。このプロセスに使用する触媒もＰＴＣである。
【０００９】
米国特許第８，８６５，９２１号には、テレフタル酸合成、ＨＭＦおよびＨＭＦエステル、５−（クロロメチル）フルフラールおよび他の関連化合物の酸化のためにも使用する、Ｃｏ／Ｍｎ／Ｂｒ触媒系が記載されている。これらのプロセスもまた、酢酸または酢酸と水との混合物中で実施する。異なった技術的アプローチを用いる同じ化学系および溶媒が、米国特許第８，２４２，２９２号、およびＷＯ２０１３／０３３０５８に記載され、米国特許第８，２４２，２９２号には、水の連続的除去による改良が記載され、ＷＯ２０１３／０３３０５８では反応をスプレー反応器中で実施する。両方のプロセスは、酢酸または酢酸／水混合物中で行う。
【００１０】
非プロトン性媒体中のＨＭＦの酸化は、ジホルミルフラン生成のための選択的酸化の目的のためにのみ記載されている。米国特許第７，７００，７８８号には、塩化メチレン中でのＨＭＦの酸化によるＤＦＦの生成が記載されている。
【００１１】
ここで問題となる酸化工程の出発原料であるＨＭＦは、ヘキソース（グルコース、フルクトース）の脱水により達成される重要な中間体である。酸化とは反対に、この合成は、通常、収率が低いために水中では実施しない。水中で達成される最大ＨＭＦ収率は、５０％〜６０％の範囲にある。
【００１２】
Ｔｕｅｒｃｋｅら（２００９）は、５４％のＨＭＦを産生する、水中での連続式ＨＣｌ触媒マイクロリアクタープロセスを記載している。
【００１３】
フルクトースまたはグルコースの脱水のための高い選択性は、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）またはＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）などの高沸点極性非プロトン性溶媒中でのみ達成される。
【００１４】
現在では、米国特許第４，５９０，２８３号（Ｒｏｑｕｅｔｔｅ  Ｆｒｅｒｅｓ）に記載されているように、主にＤＭＳＯを溶媒として使用している。しかし、ＤＭＦ、ＤＭＡまたはＮＭＰも、同じ特許文献、またはＥＰ２７０３３９５または米国特許第７，３１７，１１６（Ｂ２）号などの、より最近の特許文献に記載されているように、高い選択性および優れた収率を示す。
【００１５】
これらのプロセスにおいて、酸化工程に入るためには、高沸点溶媒の除去または少なくともそのかなりの量の除去が必要である。
【００１６】
別のアプローチでは、溶媒として水を使用し、再水和を避けるために、二相系を使用してＨＭＦを有機相に抽出する。このようなアプローチは、最高９０％のＨＭＦ収率で優れた結果を示す。しかし、このような良好な結果を得るためには、なお、ＤＭＳＯまたはＮＭＰを水相に添加する必要がある。この溶媒も、有機相に抽出され、ＨＭＦから分離する必要があり、したがってこのプロセスは経済的に不利である。除去する必要がある高沸点溶媒を少量化した場合にのみ、このアプローチの改良が行われる。（Ｃｈｈｅｄａら、２００７）参照のこと。
【００１７】
水性媒体および極性非プロトン性溶媒に対して分離してヘキソースからＨＭＦを形成する科学文献の総説は、（Ｔｅｏｎｇら，２０１４）によって与えている。
【００１８】
ＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＥＰ２０１５／０６３５７８（出願公開されていない）は、ＨＭＦから出発する酸化されたフラン誘導体の選択的製造を開示しているが、この酸化プロセスはフロー中で連続的に実施され、反応パラメータを変化させるための手段が与えられ、酸化プロセスのための溶媒は、水および双極性非プロトン性溶媒である。特に、ＮＭＰが共溶媒として存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】米国特許第３，３２６，９４４号
【特許文献２】ＥＰ０３５６７０３
【特許文献３】米国特許第８，１９３，３８２号
【特許文献４】米国特許第８，８６５，９２１号
【特許文献５】米国特許第８，２４２，２９２号
【特許文献６】ＷＯ２０１３／０３３０５８
【特許文献７】米国特許第７，７００，７８８号
【特許文献８】米国特許第４，５９０，２８３号
【特許文献９】ＥＰ２７０３３９５
【特許文献１０】米国特許第７，３１７，１１６号
【特許文献１１】ＰＣＴ／ＥＰ２０１５／０６３５７８
【非特許文献】
【００２０】
【非特許文献１】Ｌｅｗｋｏｗｓｋｉ、２００１、Ａｒｋｉｖｏｃ  Ｉ，１７−５４．
【非特許文献２】Ｔｕｅｒｃｋｅら（２００９）Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  ＆  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ３２，１８１５−１８２２．
【非特許文献３】Ｔｅｏｎｇら，２０１４、Ｇｒｅｅｎ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  １６，２０１５−２０２６．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
実際の現況技術では、両方の工程において高収率を達成するべきであるならば、ＨＭＦ酸化工程は、先行するＨＭＦ形成とは異なる溶媒中で行わなければならない。通常、ＨＭＦは、脱水後、酸化工程に送られる前に単離するが、これは高沸点溶媒を分離するために多大な労力を要し、ＨＭＦ収率の低下を招く。
【００２２】
溶媒の除去は、蒸発によって行うことができる。しかし、ＨＭＦの分解を避けるために、温度を５０℃未満に保つことが必要であることが分かった。したがって、高沸点溶媒を除去するためには非常に低い圧力が必要である。これは、大規模な工業プロセスではほとんど不可能であり、非常に高価である。
【００２３】
代替的アプローチは、高沸点溶媒の抽出である。しかし、極性の高沸点溶媒を抽出することができる有機溶媒中でのＨＭＦの溶解性は良好であり、したがって、大量のＨＭＦが有機相へと失われる。
【００２４】
高沸点極性溶媒からのＨＭＦの分離に伴う明らかな問題を回避するために、いくつかの異なるアプローチが採られた。
【００２５】
Ｂｉｃｋｅｒ（Ｂｉｃｋｅｒら、２００５）は、様々なアセトン／水混合物のような超臨界流体中での脱水において、完全転換および７７％の収率を達成したことを記載した。
【００２６】
ＥＰ１４２７７１５Ｂ２には、炭水化物からのＤＦＦのワンポット合成が記載されている。第１の工程では、脱水によりＨＭＦを生成し、第２の工程では、触媒としてバナジウム化合物を用いて、酸化によりＤＦＦを生成する。
【００２７】
ＤＭＳＯ中でＨＭＦを酸化してＤＦＦを生成することについても、文献に見出すことができ、Ｇｒａｓｓｅｔら（２０１３）が記載しているように、触媒としてインターカレートされたバナジウムリン酸酸化物（ｖａｎａｄｉｕｍ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ  ｏｘｉｄｅｓ）を使用するか、またはＡｍａｒａｓｅｋａｒａら（２００８）が記載しているように、Ｍｎ（ＩＩＩ）−サレン触媒を使用する。これらの系におけるＨＭＦの酸化によるＦＤＣＡの生成は、記載されていない。
【００２８】
経済的なプロセスを達成するために、追加の後処理なしに、脱水工程から酸化工程に直接進むことが有利であろう。
【００２９】
Ｒｉｂｅｉｒｏら（２００３）は、触媒としてゾル−ゲルシリカ中のコバルトアセチルアセトネートを用いて、フルクトースからＦＤＣＡへの実験室規模でのワンポット反応を提案した。彼らは、両工程で、７２％の優れた収率を達成した。それでも、大規模でのこの反応系の実行可能性は疑わしい。
【００３０】
本発明者が知る限り、ＨＭＦの合成と後のＨＭＦの酸化とを、その間の高価な後処理なしに組み合わせる技術的に実現可能な方法は、今まで記載されていなかった。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
この問題は、請求項１に記載の方法によって解決される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項に開示されている。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施形態を例示するプロセス図である。
【図２】図２は、ＮＭＰの抽出に関する抽出試験の結果を示す。
【図３】図３は、ＤＭＳＯの抽出に関する抽出試験の結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
驚くべきことに、本発明者らは、酸化工程の前にＨＭＦを単離または濃縮する必要なく、高沸点極性溶媒中でＨＭＦを酸化してＦＤＣＡを生成することができる、改良された経済的方法を見出した。
【００３４】
したがって、一態様では、本発明は、５−ヒドロキシメチル−２−フルフラール（ＨＭＦ）の酸化を介して２，５−フランジカルボン酸（ＦＤＣＡ）を製造する方法であって、前記ＨＭＦが、高沸点極性溶媒および水の溶液中に存在する方法に関し、前記方法は、
−  ＨＭＦを、少なくとも部分的に前記溶媒中で酸化して、５−ヒドロキシメチルフラン−２−カルボン酸（ＨＭＦＡ）および５−ホルミルフラン−２−カルボン酸（ＦＦＣＡ）からなる群から選択される、少なくとも１つの一酸(monoacid)、および任意選択でＦＤＣＡを含む、第１の反応混合物を産生する、第１の酸化工程と、
−  前記高沸点極性溶媒を抽出溶媒によって前記第１の反応混合物から抽出し、前記少なくとも１つの一酸が水相に残存する、第１の酸化工程後の抽出工程と、
−  前記少なくとも１つの一酸を酸化して、ＦＤＣＡを生成する、第２の酸化工程
との組み合わせを特徴とする。
【００３５】
本発明のために、「高沸点極性溶媒」（以下、「ｈｂｓ」と略記する）とは、水よりも沸点が高く、水と混和する溶媒を意味する。
【００３６】
好ましくは、高沸点極性溶媒は、極性非プロトン性溶媒およびそれらの混合物からなる群から選択される。当業者であれば、誘電率が５以上、特に１５以上の溶媒は極性であると見なされ、水素結合に供与できる水素原子を含まない溶媒は非プロトン性であると見なされることを理解する。特に好ましいのは、（もしあれば）その水素原子がすべて炭素原子に共有結合している、非極性非プロトン性溶媒である。
【００３７】
より好ましくは、高沸点極性溶媒は、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）またはＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡ）およびそれらの混合物からなる群から選択される。最も好ましい溶媒はＮＭＰである。
【００３８】
驚くべきことに、ＨＭＦを得るための先行する工程である、高沸点極性溶媒の事前の除去を必要とせずに、３段階プロセスによりＨＭＦを酸化してＦＤＣＡを得ることが可能であることが見出された、すなわち、
【００３９】
第１の工程では、ＨＭＦを、高沸点極性溶媒と水との混合物中でできるだけ完全に酸化させ、ＨＭＦの一酸酸化生成物（ＦＦＣＡ、ＨＭＦＣＡ）のうちの少なくとも１つを生成し、最終的には既に部分的にＦＤＣＡを生成する。特に、第１の工程において、ＦＦＣＡ、ＨＭＦＣＡおよびＦＤＣＡの混合物を得ることができる。
【００４０】
第２の工程では、アルカリ性溶液から高沸点極性溶媒を抽出して、一酸およびＦＤＣＡの塩を水相中に完全に残す。第１の工程からの未反応のＨＭＦおよび第１の工程の副生成物であるＤＦＦは、この抽出の有機相に移す。
【００４１】
第３の工程では、一酸の酸化によるＦＤＣＡの生成が、水中で完了する。３工程はすべて、バッチ式処理および連続式処理にて実施する。
【００４２】
第１の酸化工程では、ＨＭＦの部分的酸化を、温和な条件で行う。ＦＤＣＡへの完全な転換を目ざしていないため、高圧、高温、高塩基性または高塩基濃度を回避することができる。この工程における条件は、ＤＦＦ形成を回避し、一酸およびＦＤＣＡの形成を最大化するように選択する。
【００４３】
強塩基を使用することにより、１工程でＨＭＦを酸化してＦＤＣＡを生成することは主として可能であろうが、一定量のＨＭＦが反応中に分解し、固体不純物が生じて反応器をブロックすることがあり、したがって、この選択肢は、特に連続式反応設計の場合には不適当であることが特に見出された。
【００４４】
したがって、第１の酸化工程においてｐＫａ値が７．５〜１３のような弱塩基を使用することが有利であることが見出された。塩基は、好ましくは、炭酸塩およびリン酸塩、特に無機炭酸塩および無機リン酸塩からなる群から選択される。最も好ましくは、Ｎａ３ＰＯ４および／またはＮａ２ＨＰＯ４が塩基として使用される。
【００４５】
第１の酸化工程のｐＨ値は、特に１０〜１２の間であってもよい。使用する塩基のモル量は、酸性基の脱プロトン化を確実にするために、ＨＭＦのモル量の少なくとも２倍であってもよい。
【００４６】
このように、酸化工程で形成された酸性基ができるだけ完全に塩形態に変化し、その塩のみが水溶液に可溶になるように条件を選択する。
【００４７】
さらに、一定量の水の使用が有利であることが見出された。
【００４８】
先行するＨＭＦ製造による反応混合物中に既に水が存在しない場合には、この酸化工程のために水を添加しなければならない。これは単純に、塩基の添加とともに行うことができる。溶液中の含水量は、１〜８０％の範囲であってもよい。より好ましくは４０〜６０％の含水率である。
【００４９】
第１の酸化工程のためのさらに好ましい条件は、
−  酸化剤は空気または酸素であること、
−  ＨＭＦに対する酸素のモル過剰量は、０．５〜１．５倍、好ましくは０．９〜１．４倍、最も好ましくは１．２５倍であること、
−  反応圧力は、１バール〜１００バール、好ましくは５バール〜４０バールの範囲、最も好ましくは２０バールであること、
−  温度は、５０℃〜１３０℃、好ましくは６０℃〜１００℃の範囲、最も好ましくは９０℃であること、
−  反応中の滞留時間は３０分以下、好ましくは１５分以下であること、である。
【００５０】
上記のパラメータの一部のみを上記のように設定してもよい。好ましくは、上記条件のうちのいくつかの組み合わせ、または最も好ましくは上記条件のすべての組み合わせを適用してもよい。
【００５１】
第１の酸化工程に使用する触媒は、白金系触媒（ＰＴＣ）、ＣｕＯ／ＡｇＯ、ＣｕＯまたはＣｏＯなどの任意の好適な酸化触媒であってもよい。好ましくは、酸化銅／酸化銀混合触媒が使用される。
【００５２】
第１の酸化工程で得られた反応媒体（ＲＭ１）は、主にＨＭＦＣＡ、ＦＦＣＡおよびＦＤＣＡを含む。
【００５３】
第２の工程では、高沸点極性溶媒を、好適な低沸点有機溶媒で抽出する（抽出）。未反応ＨＭＦおよびＤＦＦは有機相に入り、一方、一酸（ＨＭＦＣＡ、ＦＦＣＡ）の塩および目的生成物ＦＤＣＡの塩は、水相に残存する。
【００５４】
抽出工程のための抽出溶媒は、好ましくは低沸点溶媒であり、より好ましくは酢酸エチル、トリクロロメタンおよびそれらの混合物から選択される。これらの溶媒は、反応混合物から高沸点極性溶媒を抽出するのに必要な溶媒量および抽出工程数に関して優れた結果を示した。バッチ式抽出および連続式抽出が実行可能である。
【００５５】
抽出工程で得られた水相は、完全に酸化してＦＤＣＡを得るために、第２の酸化工程を受ける。第２の酸化工程は、一酸を完全に酸化させるために、第１の酸化工程と比較してより過酷な条件を使用して実施することができる。この方法において最も不安定な化合物であるＨＭＦおよびＤＦＦは、この工程ではもはや反応混合物中に存在しない。さらに、この工程においては、溶媒としての水の存在により、高濃度な酸化剤で自然に溶媒の酸化が生じるおそれがあるという問題、およびそれに関連する安全性の問題が回避される。さらに、脱プロトン化により、高沸点極性溶媒の強塩基との分解反応が始まり、これにより沈殿物が生じ、高価な溶媒の損失を招くおそれを回避することができる。
【００５６】
したがって、第２の酸化工程においては、任意の塩基を使用して、７．０〜１４．０の間、より好ましくは１０．０〜１２．０の間の塩基性領域のｐＨ値を維持することができる。より好ましくは、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムを使用する。
【００５７】
第２の酸化工程のためのさらに好ましい条件は、
−  酸化剤は空気または酸素であること、
−  ＨＭＦに対する酸素のモル過剰量は、０．５〜５倍、好ましくは１．０〜３．０倍、最も好ましくは２．０倍であること、
−  反応圧力は、１バール〜１００バール、好ましくは５バール〜４０バールの範囲、最も好ましくは２０バールであること、
−  温度は、８０℃〜１８０℃、好ましくは９０℃〜１３０℃の範囲、最も好ましくは１１０℃であること、
−  １３より大きいｐＫａ値を有する塩基、最も好ましくはＮａＯＨを使用すること、
−  反応中の滞留時間は３０分以下、好ましくは１５分以下であること、である。
【００５８】
ここでも、上記のパラメータの一部のみを上記のように設定してもよい。好ましくは、上記条件のうちのいくつかの組み合わせ、または最も好ましくは上記条件のすべての組み合わせを適用する。
【００５９】
ここでも、第２の酸化工程のための触媒は、任意の好適な酸化触媒であってよい。好ましくは、白金系触媒を使用する。
【００６０】
第２の酸化工程で得られたＦＤＣＡは、酸性水溶液を用いて遊離酸に転換してもよい。反応混合物から沈殿する遊離酸は、濾過によって単離することができる。
【００６１】
前述のように、本発明の好ましい実施形態によれば、前記第１の酸化工程において、ＨＭＦの一部は未反応のままであり、および／または酸化されて２，５−ジホルミルフラン（ＤＦＦ）を生成し、前記抽出工程において、前記未反応ＨＭＦおよび／またはＤＦＦを、前記第１の反応混合物から抽出する。
【００６２】
前記抽出された未反応ＨＭＦおよび／または前記抽出されたＤＦＦは、好ましくは、第１の酸化工程の前の溶液にリサイクルする。
【００６３】
本発明のさらに好ましい態様は、抽出工程の後、抽出溶媒と高沸点極性溶媒とを互いに分離することを特徴とする。
【００６４】
特に、抽出溶媒と高沸点溶媒の両方をリサイクルしてもよい。リサイクル率は、４０〜９９％の範囲であってもよい。
【００６５】
分離は、低沸点抽出溶媒を留去することによって実施してもよい。抽出溶媒は抽出工程にリサイクルすることができる。
【００６６】
高沸点極性溶媒は、先行するＨＭＦ合成工程にリサイクルしてもよい。特に、高沸点極性溶媒が、抽出工程の後に未反応のＨＭＦおよび／またはＤＦＦをかなりの量で含有する場合、高沸点極性溶媒を第１の酸化工程にリサイクルしてもよい。リサイクルする前に、高沸点極性溶媒を精製してもよい。この段階で高沸点極性溶媒を抽出するために、任意の水不混和性有機溶媒を使用することができる。
【００６７】
本発明の方法は、バッチ式で又は連続式で実施することができる。本発明の方法は、連続式プロセス設計との関係においては、特に有利である。この関連で、本発明の方法は、特に、ＨＭＦを得るための先行する工程も連続式で実施する場合、この先行するプロセスと有利に組み合わせることができる。
【００６８】
図１は、本発明の好ましい実施形態を例示するプロセス図を示す。
【００６９】
フルクトースと高沸点溶媒との混合物（１）およびＨＣｌと水との混合物（２）を、脱水工程（Ａ）に供給する。脱水工程（Ａ）では、水と高沸点溶媒との混合物中でＨＭＦを得る。
【００７０】
この混合物は、塩基水溶液および酸化剤（３）としての空気または酸素を使用する、第１の酸化工程（Ｂ）を受ける。
【００７１】
ＨＭＦＣＡおよび／またはＦＦＣＡ、任意選択でＦＤＣＡ、ならびに残留ＨＭＦおよびＤＦＦを含有する第１の酸化（Ｂ）から得られた混合物は、抽出溶媒４を使用する抽出工程（Ｃ）を受ける。
【００７２】
ＨＭＦ、ＤＦＦ、高沸点溶媒、ならびに抽出溶媒を含む抽出後に得られた有機相は、蒸留工程（ｇ）を受けてもよい。任意選択でＨＭＦおよびＤＦＦを含む高沸点溶媒は、大部分を出発溶液（１）にリサイクルする。
【００７３】
抽出溶媒は、抽出工程（４）にリサイクルする。
【００７４】
ＨＭＦＣＡおよび／またはＦＦＣＡ、および任意選択でＦＤＣＡを含有する水相は、強塩基の水溶液、および酸化剤（５）としての空気または酸素を利用する第２の酸化（Ｄ）工程を受ける。
【００７５】
酸化の完了時に、反応混合物を酸性水溶液（６）で中和または酸性化し（Ｅ）、ＦＤＣＡ塩を遊離酸に変換し、これを水相から沈殿させる。
【００７６】
濾過工程（Ｆ）において、固体ＦＤＣＡを反応混合物から得る。
【実施例】
【００７７】
１．）ＮＭＰ／ＮａＯＨ／Ｐｔ−Ｃ／空気／２２バール／９０℃
ｉ）酸化１−  ＮＭＰ中、Ｐｔ−Ｃ、１７バールおよび８０℃、ＮａＯＨ
出発溶液Ａは、９５ｇのＮＭＰ（９９．５％、Ｓｉｇｍａ  Ａｌｄｒｉｃｈ）および５ｇの脱イオン水に５−ヒドロキシメチルフルフラール（９９％）を溶解して調製する。出発溶液Ｂは、１５０．４１ｇのＮａＯＨおよび８５０．１８ｇの脱イオン水で調製した１５％ＮａＯＨ溶液である。
【００７８】
連続フロープラントでは、溶液Ａと溶液Ｂとを、１／１６”Ｔ字形継手において接触させる。溶液Ａの流速は０．０８ｍｌ／分であり、溶液Ｂの流速は０．０６ｍｌ／分である。得られた混合物が実際の反応器に入る前に、この混合物を流量１２５ｍｌ／分の空気と直接接触させる。この場合、反応器は、触媒として活性炭上の白金を使用するトリクルベッド反応器であった。二重ジャケット付き反応器を８０℃に加熱し、所定の流速で３０分間の滞留時間を与える。システム全体は、圧力維持バルブを用いて２２バールで加圧する。
【００７９】
この工程で得られた反応混合物はＨＭＦを含まない。酸化生成物混合物は、ＨＰＬＣ分析によれば、ＦＤＣＡ：７３．６７％、ＨＭＦＣＡ：１８．１０％、ＦＦＣＡ：７．６７％、ＤＦＦ：０．４１％および０．１５％の未知の酸化生成物を含有する。その上、この手順を使用すると少量の暗色固体物質が産生し、これにより、触媒固定床の寿命サイクルが短縮する。
【００８０】
ｉｉ．）酢酸エチルによる抽出
第１の酸化工程から収集した反応混合物（２０．４ｍｌ）を、１サイクルにつき２０ｍｌの酢酸エチルを使用して６回抽出して、ＮＭＰを除去した。ＨＰＬＣクロマトグラムは、この手順後の、水相中の酸の損失を示さなかった。ＤＦＦは完全に有機相に移された。
【００８１】
ｉｉｉ．）酸化２−  Ｈ２Ｏ中、Ｐｔ−Ｃ、１７バールおよび８０℃、ＮａＯＨ
抽出から得られた酸（ＦＣＤＡ、ＨＭＦＣＡおよびＦＦＣＡ）の水溶液を、０．０８ｍｌ／分の流速で、Ｔ字形継手ミキサーにポンプ移送し、流速０．０６ｍｌ／分の１５％苛性溶液と、Ｔ字形継手ミキサーにて混合する。この塩基性混合物を、Ｔ字形継手にて空気と接触させる（空気流速は１２５ｍｌｎ／分である）。この混合物を、触媒として活性炭上の白金を充填したトリクルベッド反応器に導入する。反応器内の保持時間は、１００℃で３０分である。プラント装置全体を、２５バールの圧力に保持する。
サンプリングは室温で連続的に行った。得られた反応混合物は、ＨＰＬＣスペクトルによると、１００．０％のＦＤＣＡを含有していた。ＨＰＬＣ定量分析によると、全プロセスの収率は、８２％であった。
【００８２】
２．）ＤＭＳＯ／Ｎａ２ＨＰＯ４／Ｐｔ−Ｃ／空気／１７バール／８０℃
ｉ）酸化１−  ＤＭＳＯ中、Ｐｔ−Ｃ、１７バールおよび８０℃、Ｎａ２ＨＰＯ４
このプロセスは、実施例１と同様な連続式実験室用プラント装置で実施した。出発溶液Ａは、３２．８ｇのＨＭＦと２００．３ｇのＤＭＳＯとを混合して調製した。溶液Ｂは、飽和混合物（３８．１５ｇのＮａ２ＨＰＯ４および４５ｇの脱イオン水）を、１：１の容積比で脱イオン水により２回希釈して調製した、１１．５％リン酸水素二ナトリウム溶液であった。
【００８３】
処理パラメータは、８０℃および１８バールで３０分間の滞留時間であった。使用した触媒は、活性炭上の白金であった。
【００８４】
酸化生成物混合物は、ＨＰＬＣ分析によれば、ＦＤＣＡ：９．３３％、ＨＭＦＣＡ：４．１１％、ＦＦＣＡ：２７．６７％、ＤＦＦ：１６．２３％およびＨＭＦの４１．７０％を含有する。約１％は未同定の副生成物である。
【００８５】
ｉｉ．）トリクロロメタンによる抽出
トリクロロメタンを用いてＤＭＳＯ抽出を実施した。２１．１ｍｌの反応混合物を、各サイクルにおいて２０ｍｌのトリクロロメタンを用いて６回抽出した。
【００８６】
ＤＦＦは、有機相に完全に抽出された。酸は完全に水相に残存し、若干の未反応ＨＭＦ（ＨＰＬＣによれば４．７％）も同様に水相に残存した。
【００８７】
ｉｉｉ．）酸化２−  Ｈ２Ｏ中、Ｐｔ−Ｃ、１７バールおよび８０℃、ＮａＯＨ
抽出工程からの水相を、第２の酸化工程で処理した。この工程における流速は、抽出からの反応混合物が０．０８であり、１１．５％のＮａ２ＨＰＯ４水溶液が０．０６であり、空気が１２５ｍｌｎ／分であった。使用した触媒は活性炭上の白金であり、処理パラメータは１００℃および２２バールであった。
【００８８】
達成された反応混合物は、５７．８０％のＦＤＣＡ、１３．６４％のＨＭＦＣＡおよび２３．１４％のＦＦＣＡを含有していた。全プロセスの収率は、ＨＰＬＣ定量によって３７％であると決定された。
【００８９】
３．）ＮＭＰ／Ｎａ２ＨＰＯ４／ＣｕＯ／Ａｌ２Ｏ３／空気／１７バール／８０℃
ｉ）酸化１−  ＮＭＰ中、Ｐｔ−Ｃ、１７バールおよび８０℃、Ｎａ２ＨＰＯ４
このプロセスは、上記実施例で使用したものと比較可能であり、スケールアップした連続式実験室用プラント装置で実施した。出発溶液Ａは、６５．６ｇのＨＭＦと４００．０ｇのＮＭＰとを混合して調製した。溶液Ｂは、１５０．０ｇのＮａ２ＨＰＯ４と８５０．０ｇの脱イオン水とを混合して調製した、１５％リン酸ナトリウム溶液であった。
【００９０】
この試験で使用した流速は、溶液Ａが２．８６ｍｌ／分、溶液Ｂが２．１４ｍｌ／分、空気が２５０．０ｎｍｌ／分であった。さらなる処理パラメータは、９０℃および１８バールで１０分間の滞留時間であった。使用した触媒は、酸化アルミニウム上の酸化銅であった。
【００９１】
この試験から得られた酸化生成物混合物は、ＨＰＬＣ分析によれば、ＦＤＣＡ：９．２０％、ＨＭＦＣＡ：８６．３９％、ＦＦＣＡ：０．１３％、ＤＦＦ：０．３６％およびＨＭＦの２．８２％を含有する。約１％は未同定の副生成物である。
【００９２】
ｉｉ．）酢酸エチルによる抽出
酢酸エチルを用いてＮＭＰ抽出を実施した。５０ｍｌの反応混合物を、各サイクルにおいて４０ｍｌの酢酸エチルを用いて、６回抽出した。
【００９３】
ＦＤＣＡ、ＨＭＦＣＡおよびＦＦＣＡは完全に水相に残存した。また、少量のＨＭＦが水相に見出された（ＨＰＬＣによれば０．５％）。ＤＦＦは、完全に有機相に移っており、廃棄した。
【００９４】
ｉｉｉ．）酸化２−  Ｈ２Ｏ中、Ｐｔ−Ｃ、１７バールおよび９０℃、ＮａＯＨ
抽出工程の水相を、第２の酸化工程で、実施例１および２においても使用したより小さい実験室規模の装置にて処理した。この工程における流速は、ここでも、抽出からの反応混合物が０．０８ｍｌ／分、１５％ＮａＯＨ水溶液が０．０６ｍｌ／分、および空気が１２５ｍｌｎ／分であった。使用した触媒は活性炭上の白金であり、処理パラメータは１００℃および２２バールであった。
【００９５】
ＨＰＬＣ分析によれば、達成された反応混合物は、９９．５１％のＦＤＣＡ、０．３４％のＨＭＦＣＡおよび約０．１％の未知の副生成物を含有していた。全プロセスの収率は、ＨＰＬＣ定量によって８５％であると決定された。
【００９６】
４．）ＮＭＰ／ＮａＯＨ／ＣｕＯ−ＡｇＯ／空気／２２バール／９０℃
ｉ）酸化１−  ＮＭＰ中、ＣｕＯ−ＡｇＯ、１７バールおよび９０℃、ＮａＯＨ
この実験には、実施例１および２と同じ連続式実験室用プラント装置を使用した。溶液Ａを１６．４ｇのＨＭＦおよび１００ｇのＮＭＰから調製した。溶液Ｂは、１５％水酸化ナトリウム水溶液であった。
【００９７】
流速は、溶液Ａが０．０８／分、溶液Ｂが０．０６ｍｌ／分であり、空気流量が１２５ｍｌ／分であった。混合はＴ字形継手ミキサーで行い、反応はトリクルベッド反応器で行った。９０℃および２２バールをこの反応器に採用し、保持時間は１５分であった。
【００９８】
この実験で使用した触媒は、アルミナ上のＣｕＯ／ＡｇＯ触媒であった。この触媒は文献（Ｔｉａｎら、２００８）に従って調製した。
【００９９】
実験中、不溶性の腐植物質による目詰まりのため、システム内でゆるやかな圧力上昇が観察され、６時間のプラント運転時間後に転化率が低下する。
【０１００】
酸化生成物混合物は、ＨＰＬＣ分析によると、ＦＤＣＡ：２７．６５％、ＨＭＦＣＡ：７１．３７％を含有する。ＨＰＬＣ検出可能な量のＦＦＣＡ、ＤＦＦおよびＨＭＦは見出されなかった。
【０１０１】
ｉｉ．）酢酸エチルによる抽出
２０．９ｍｌの反応混合物を、それぞれ２０ｍｌの酢酸エチルと６回接触させて、水相からＮＭＰを抽出した。
ＨＰＬＣ分析は、ＦＤＣＡおよびＨＭＦＣＡが、完全に水相に残存していることを示す。
【０１０２】
ｉｉｉ．）酸化２−  Ｈ２Ｏ中、Ｐｔ−Ｃ、１７バールおよび８０℃、ＮａＯＨ
第２の酸化工程は、第１の酸化工程と同様の装置で、同一パラメータを用いて行った。反応器内の触媒のみを変えて、活性炭上の白金に戻した。
達成された反応混合物は９３．６５％のＦＤＣＡ、５．２６％のＨＭＦＣＡ、および約１％の未同定の副生成物または中間体を含んでいた。全酸化プロセスの収率は、ＨＰＬＣ定量によって８８％であると決定された。しかし、この収率は、黒タール形成による第１の酸化工程で観察された目詰まりのために、より長いプロセス時間で確立することができなかった。
【０１０３】
５．）抽出試験
ｉ）異なる溶媒による水相からのＮＭＰ抽出
ＮＭＰを水から分離するための出発溶液として、２４．１２ｇのＮＭＰ（５３％（ｗ／ｗ）、図２の斜線バー）と２１．２ｇの脱イオン水との混合物を調製した。
【０１０４】
この溶液を、分液漏斗に移した。２１．２ｇの酢酸エチルをＮＭＰ溶液に加え、両方の相を激しく接触させ、次いで分離した。単一相の質量を記録し、少量の試料を水相から採取し、ＨＰＬＣクロマトグラフィー定量によりＮＭＰ含量を決定した。
【０１０５】
この手順を、各工程で同量の新しい溶媒を用いて水相に対して５回繰り返し、全体で６つの別個の抽出工程を達成した。水相中の残留ＮＭＰ含量は、ＨＰＬＣクロマトグラフィー定量によって決定した。
【０１０６】
酢酸エチルについての上記のようなＮＭＰ抽出を、ジブチルエーテル、トルエン、テトラヒドロフラン(tetrahyfrofuran)、トリクロロメタンおよびｎ−ブタノールでも同じ比率により実施した。
【０１０７】
酢酸エチル（図２のデータセット１）では、５．７％の残留ＮＭＰ濃度（図２の点線バー）に達した。これは、６回の抽出工程（図２の水平線バー）で、水相から８９．８％のＮＭＰを除去したことに相当する。この結果は、トリクロロメタン（データセット４）により破られた。トリクロロメタンでは、もはや検出できないほど水相からＮＭＰが除去された。ジブチルエーテル（データセット２、１１．５％）およびトルエン（データセット３、２１．９％）は有意に、より不良な結果を示した。テトラヒドロフラン（データセット５）およびｎ−ブタノール（データセット６）は単相系で終わった。
結果を図２に要約する。この図の斜線バーは、ＮＭＰ出発濃度に、点線バーは、６回の抽出工程後のＮＭＰ濃度に、水平線バーは、６回の工程で除去されたＮＭＰの相対量に対応する。
【０１０８】
ｉｉ）異なる溶媒による水相からのＤＭＳＯ抽出
１７．２８ｇのＤＭＳＯと１５．１３ｇの脱イオン水とを混合し、分液漏斗に移した。１５．２０ｇの酢酸エチルをこの溶液に添加した。二相系を１０分間激しく混合し、次いで相を分離した。
【０１０９】
両方の相の質量を記録し、水相からの試料を採取して、ＨＰＬＣ定量で分析した。
【０１１０】
水相からのＮＭＰの抽出を、各工程で１５．２ｇの酢酸エチルを用いて５回繰り返した。各単一工程の後、質量を記録し、ＨＰＬＣ定量測定を行った。
【０１１１】
ジブチルエーテル、トルエン、トリクロロメタン、テトラヒドロフランおよびｎ−ブタノールでも、酢酸エチルについて記載したのと同一の抽出手順を実施した。
【０１１２】
結果を図３に要約する。バーの割り当ては、上記の図２と同一である。
【０１１３】
酢酸エチルを用いて、１６．４％のＤＭＳＯを水相から除去した（図３のデータセット１）。トリクロロメタン（データセット４、２８．３％）およびテトラヒドロフラン（データセット５、２２．５％）を用いて、より良好な結果を得た。トルエン（データセット３、８．１％）およびジブチルエーテル（データセット２、６．７％）は、さらに低いＤＭＳＯ除去能力を示した。ｎ−ブタノール（データセット６）は相分離を示さなかった。
【０１１４】
非特許文献：
2019504001.tif 000003
【図１】
2019504001.tif 000004
【図２】
2019504001.tif 000005
【図３】
2019504001.tif 000006
【国際調査報告】
2019504001.tif 000007
2019504001.tif 000008
2019504001.tif 000009