【手続補正書】
【提出日】平成27年4月16日(2015.4.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】５−ヒドロキシメチルフルフラールの製造方法
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘキソースまたはその誘導体の脱水による５−ヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）の製造（preparation）、ないしヘキソースまたはヘキソース誘導体を含む生成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＨＭＦ、およびその本質的（principle）誘導体、フランジカルボン酸（ＦＤＣＡ）は、通常使用されるモノマーたるテレフタル酸に対する、それらの構造的な類似性のため、特にポリマー類（特に、ポリアミド類またはポリエステル類）の製造の点から、非常に大きな潜在的可能性を有する分子である。
【０００３】
水性媒体中の、炭水化物、特にフルクトース、グルコースまたはセルロース材料の脱水によって、ＨＭＦを得ることができる。しかしながら、特に純粋な水性（purely aqueous）媒体において、その収率および選択性は低い。
【０００４】
炭水化物の脱水反応におけるＨＭＦ選択性の欠如は、純粋な水性媒体中における、反応中間体またはＨＭＦの第２次（secondary）重合反応の迅速性（例えば、フミンの形成）によって説明される。
【０００５】
炭水化物の転化率（conversion）、およびＨＭＦ選択性を改良するために、異なる方法が開発された。
【０００６】
ＦＲ２６７０２０９公報から、水性媒体中の酸触媒および抽出溶媒の存在下におけるフルクトースの脱水により、その分解を制限するために、形成されたＨＭＦが該水性媒体から抽出されことを可能とするＨＭＦの製造は知られている。得られる最高の収率は３２％であり、且つ、ＨＭＦ選択性は低い。極端に酸性の反応媒体（より一般的には、極端に厳しい反応条件）の場合において、レブリン酸は、ＨＭＦの分解により形成されるフルクトースの脱水の重要な副産物であり得る。
【０００７】
アンタル（Antal）ら（Carbohydrates Research、１９９０、１９９、９１−１０９）から、低い有機酸の濃度（５重量％未満の触媒量）を含む水性媒体中で、ＨＭＦを製造する方法も知られている。ＨＭＦ収率は、しかしながら、非常に低い。
【０００８】
フルクトースまたはグルコースからのＨＭＦの製造のために、水と、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）と、酸触媒と；メチルイソブチルケトン（ＭＩＢＫ）と、ブタノールまたはジクロロメタンに基づく抽出相（その分解を制限するために、形成されたＨＭＦが、水性媒体から抽出されることを可能にする）を含む反応水相からなる二相（biphasic）媒体の使用も、実行されている（ＷＯ  ２００７／１４６６３６；Dumesicら、Green Chem., ２００７、９、３４２−３５０）。Ｎ−メチルピロリジン（ＮＭＰ）等の高い沸点を有する溶媒と、酸触媒（ＵＳ２００６／０１４２５９９公報）の使用も提案されている。これらの方法においては、フルクトースとグルコースの転化率、およびＨＭＦ選択性は、高い。しかしながら、これらの方法は、有毒であり得る溶媒の使用を必要とし、したがって、得られるＨＭＦの精製を必要として、それらの沸点が高いため、これらの方法が複雑且つ高コストになる。
【０００９】
ホウ酸等の弱酸と、これに伴う塩の添加の使用、およびメチルイソブチルケトン等の抽出溶媒の使用も、知られている。フルクトースからのＨＭＦ収率は、６０％である（トーマス．Ｓ．ハンセンら、Green Chem., ２０１０、１３（１）、１０９〜１１４）。
【００１０】
イオン液体の使用は、ランタニド・ベースの触媒とともに提案されている（Staehlbergら、Green Chem., ２０１０、１２（２）、３２１−３２５）。
【００１１】
最後に、アンバーリスト（Amberlyst）型の樹脂を含むカラム中、酢酸の存在下における、フルクトースから得られる、そのエステルの加水分解によるＨＭＦの製造も、ＷＯ  ２００９／０７６６２７公報から知られている。しかしながら、フルクトースから直接にＨＭＦを得ることを可能にする方法は、記述されていない。
【００１２】
よって、炭水化物の転化率とＨＭＦ選択性を増大させるために、ますます複雑な技術が開発されている。
【００１３】
ＨＭＦの選択的な製造は複雑であり、そして、その精製は、この分子の不安定性のために難しい。低コストでＨＭＦを得ることも難しい。これらの理由から、産業的なスケールにおけるＨＭＦの製造は、未だ知られていない。
【００１４】
したがって、先行技術のプロセスの不利益に対して、ＨＭＦの製造方法を提供することに関する利益がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】ＦＲ２６７０２０９公報
【特許文献２】ＷＯ  ２００７／１４６６３６
【特許文献３】ＵＳ２００６／０１４２５９９公報
【特許文献４】ＷＯ  ２００９／０７６６２７公報
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】アンタル（Antal）ら（Carbohydrates Research、１９９０、１９９、９１−１０９）
【非特許文献２】Dumesicら、Green Chem., ２００７、９、３４２−３５０）
【非特許文献３】トーマス．Ｓ．ハンセンら、Green Chem., ２０１０、１３（１）、１０９〜１１４
【非特許文献４】Staehlbergら、Green Chem., ２０１０、１２（２）、３２１−３２５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の目的は、産業的な展望から有利な、ＨＭＦの製造方法を提供することにある。
【００１８】
本発明の他の目的は、高い転化率および選択性でＨＭＦを有するＨＭＦの製造方法を提供することにある。
【００１９】
本発明の他の目的は、副生物（特にフミン・タイプのもの）の形成を低減するか、ないしは除去さえ可能とするＨＭＦの製造方法を提供することにある。
【００２０】
本発明の他の目的は、触媒有り、または触媒なしで、無毒性であり簡単に除去可能で、および／又はリサイクル可能な溶媒を使用する方法を提供することにある。
【００２１】
他の目的は、本発明の以下の説明において記載されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
これらの目的の全ては、水中で、且つカルボン酸の存在下で、ヘキソースを反応させることにより５−ヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）を製造する本発明により満たされる。
【００２３】
本発明において、「ヘキソース」とは、グルコースまたはフルクトース、およびそれらの混合物等に加えて、化学式Ｃ６Ｈ１２Ｏ６の環状化合物、またはヘキソースまたはその誘導体を含む、ヘキソース誘導体および生成物を言う。ヘキソースを含む組成物も、本発明の方法によりカバーされる。
【００２４】
本発明は、例えば、以下の態様を含むことができる。
【００２５】
［１］  水中、カルボン酸の存在下でヘキソースを反応させることにより、５−ヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）を製造する方法であって；該カルボン酸が、（水＋カルボン酸）の全（total）重量に対して、５〜７０重量％の量で存在する方法。
【００２６】
［２］  前記酸が以下から選ばれる［１］に記載の方法：
−式Ｒ−ＣＯＯＨの酸であって、Ｒが水素原子、または１以上のＯＨ基により置換されていてもよい、Ｃ１〜Ｃ５、好ましくはＣ１〜Ｃ３の線状（linear）または分枝のアルキル鎖；
−それらの混合物。
【００２７】
［３］  前記ヘキソースが、フルクトース、グルコース；セルロース、ヘミセルロースまたは澱粉等のヘキソース誘導体；またはリグノセルロース性のバイオマス、紙等のこれらの誘導体を含む化合物である［１］または［２］に記載の方法。
【００２８】
［４］  前記ヘキソースがフルクトースである［１］〜［３］のいずれか１項に記載の方法。
【００２９】
［５］  前記酸が、ギ酸、酢酸、乳酸、プロピオン酸またはそれらの混合物である［１］〜［４］のいずれか１項に記載の方法。
【００３０】
［６］  前記酸が、ギ酸、酢酸またはそれらの混合物である［１］〜［５］のいずれか１項に記載の方法。
【００３１】
［７］  前記カルボン酸がが、（水＋カルボン酸）の全重量に対して、１０〜５０重量％、例えば２０重量％の量で存在する、［１］〜［６］のいずれか１項に記載の方法。
【００３２】
［８］  前記水が、水＋カルボン酸の全体重量に対して、３０〜９５重量％、例えば５０〜９０％、例えば８０または９０重量％の量で存在する［１］〜［７］のいずれか１項に記載の方法。
【００３３】
［９］  不均一系酸触媒の存在下で行われる、［１］〜［７］のいずれか１項に記載の方法。
【００３４】
［１０］  前記酸触媒が、リンタングステン酸、好ましくは水酸化ニオブ上に分散された（dispersed）もの；水酸化ニオブ；硫酸化ジルコニア；リンタングステン酸の酸性セシウム塩；二酸化チタン；スルホン化カーボン；官能基化カーボン、例えばカルボキシル基により、例えば酸化後の、例えばジャベル水による酸化後のもの；およびこれらの混合物から選ばれる［９］に記載の方法。
【００３５】
［１１］  前記触媒の量が、ヘキソースの重量に対して、２〜１００重量％の間、好ましくはヘキソースの重量に対して２〜１０重量％の間、例えば５重量％である［９］または［１０］のいずれか１項に記載の方法。
【００３６】
［１２］  前記ヘキソースの量が、（水＋カルボン酸）の全重量に対して、０．５％］〜［３０％の間、好ましくは１％〜１５％の間、例えば１重量％である［１］〜［１１］のいずれか１項に記載の方法。
【００３７】
［１３］  前記反応開始時のｐＨが、１〜３の間、好ましくは１．５〜２．５の間（例えば１．７）である［１］〜［１０］のいずれか１項に記載の方法。
【００３８】
［１４］  １００〜２００℃の間、好ましくは１２０〜１８０℃の間、例えば１５０〜１８０℃の間の温度において行われる、［１］〜［１１］のいずれか１項に記載の方法。
【００３９】
［１５］  有機溶媒の不存在下で行われる［１］〜［１４］のいずれか１項に記載の方法。
【００４０】
［１６］  連続的に（continuously）行われる［１］〜［１５］のいずれか１項に記載の方法。
【００４１】
［１７］  ［１］〜［１６］のいずれか１項に記載の方法により得ることができるＨＭＦ、好ましくは０．１〜１５重量％のＨＭＦを含むカルボン酸溶液。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は１５０℃におけるフルクトース転化率に関して、水性媒体に加えられたカルボン酸の性質の影響を示す（Ａｃ＝酸性；ＡｃＡｃ＝酢酸）。
【図２】図２は、１５０℃におけるフルクトース転化率およびＨＭＦ収率に関して、水性酢酸溶液に加えられた不均一系触媒の性質の影響を示す。
【図３】図３は、１５０℃において、不均一系触媒添加の不存在下、フルクトースのＨＭＦへの転化率に関して、水性反応媒体中の酢酸含有量の影響を示す（Yield＝収率；Cata＝触媒）。
【図４】図４は、１５０℃において、不均一系触媒添加の不存在下、フルクトースのＨＭＦへの転化率に関して、水性反応媒体中のギ酸含有量の影響を示す。
【図５】図５は、１５０℃において、５％水酸化ニオブの存在下、フルクトースのＨＭＦへの転化率に関して、水性反応媒体中の酢酸含有量の影響を示す。
【図６】図６は、ＨＣｌを水性媒体に加えることにより、酸性ｐＨ範囲内に精細に調節された１５０℃において、フルクトースのＨＭＦへの転化率に関するｐＨの影響を示す。
【図７】図７は、純水（ｐＨ＝６．７）；水中の２０％酢酸；水中２０％酢酸（ｐＨ＝１．７１）にｐＨが等価な媒体に、ＨＣｌを加えることにより酸性化された水中の媒体中における、ＨＭＦ転化率の影響を示す。
【図８】図８は、１５０℃において、フルクトースのＨＭＦへの転化率に関して、２０％の酢酸を含む水性反応媒体中のフルクトース含有量の影響を示す。
【図９】図９は、フルクトース転化率およびＨＭＦ収率に関する温度の影響を示す。
【図１０】図１０は、水−ギ酸反応媒体において、フルクトース転化率およびＨＭＦ収率に関する温度の影響を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
「ヘキソース誘導体」は、それらの構造において、少なくとも１つのヘキソース単位を含む化合物を言い、そして、それらは特にヘキソースの重合により得ることが可能である。本発明に従うヘキソース誘導体は、特にグルコースのポリマーであり、特に澱粉、セルロース、または、少なくとも１つのヘキソース単位含むヘミセルロース）である。
【００４４】
本発明によれば、ヘキソースまたはその誘導体を含む生成物は、セルロース、ヘミセルロースおよびリグニンのブレンド；または、セルロースを含む紙（特にリサイクル紙）に対応する、リグノセルロース性のバイオマスにより代表することができる。
【００４５】
本発明中におけるように、セルロース、ヘミセルロース、リグノセルロース性のバイオマス、および紙を使用することができる。それらは、本発明のカルボン酸の存在下のステップに供される前に、（特に、幾分（more or less）広範囲な加水分解により）前処理されていてもよい。
【００４６】
前記ヘキソースは、好ましくはフルクトースである。
【００４７】
前記カルボン酸は、一酸塩基、二塩基酸または三酸基酸でありえる。それらは、特に以下から選ぶことができる：
【００４８】
式Ｒ−ＣＯＯＨの酸（式中、Ｒは水素原子；または１以上のＯＨ基により置換されていてもよい、線状または分枝したＣ１〜Ｃ５（好ましくはＣ１〜Ｃ３）のアルキル鎖を表す）；
【００４９】
式ＨＯＯＣ−Ｌ−℃ＯＯＨの酸（式中、Ｌは結合；または１以上のＯＨおよび／又はＣＯＯＨ基により置換されていてもよい、線状または分枝したＣ１〜Ｃ５（好ましくはＣ１〜Ｃ３）のアルキル鎖を表す）；またはそれらの混合物。
【００５０】
前記カルボン酸は、好ましくは、ギ酸、酢酸、リンゴ酸、クエン酸、シュウ酸、乳酸、プロピオン酸またはそれらの混合物である。
【００５１】
特に好ましくは、前記酸は、式Ｒ−ＣＯＯＨの酸（式中、Ｒは水素；または１以上のＯＨ基により置換されていてもよい、線状または分枝したＣ１〜Ｃ５（好ましくはＣ１〜Ｃ３）のアルキル鎖を表す）；およびそれらの混合物である。好ましくは、該カルボン酸は、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、乳酸またはそれらの混合物である。より好ましくは、該カルボン酸は、ギ酸、酢酸、乳酸またはそれらの混合物である。
【００５２】
より好ましくは、カルボン酸は、ギ酸、酢酸またはその混合物である。これらの２つの酸は、反応媒体中において安定なこと、および、簡単に除去できる（特に真空蒸発により）という長所がある。
【００５３】
好ましくは、カルボン酸がギ酸であるとき、出発物質たる（starting）ヘキソース（例えばフルクトース）の転化率は、完全（complete）である場合がある。従って、ポリマー（例えばポリアミド類またはポリエステル類）の製造のために、特に、直接に使用可能な、ＨＭＦが豊富なギ酸組成物を得ることが可能である。
【００５４】
好ましくは、カルボン酸が酢酸であるとき、出発物質たるヘキソース（例えばフルクトース）の転化率、および得られるＨＭＦの精製は、酢酸の揮発性のため、容易化される。従って、ポリマー（例えばポリアミド類またはポリエステル類）の製造のために、特に、直接に使用可能な、ＨＭＦが豊富な酢酸組成物を得ること；またはＨＭＦを得るためにこの溶液を精製することが可能である。
【００５５】
本発明に従う酸の存在は、水の存在下のみで行われる同じ方法と比較すると、ヘキソース（例えばフルクトース）の転化率、およびＨＭＦ選択性を、顕著に増大ができる。
【００５６】
当業者は、ヘキソース（例えばフルクトース）、またはＨＭＦ選択性の転化率を促進するか、またはこれらの２つの特徴の間の良好な折衷（compromise）をすることが好ましいかどうかに従って、反応媒体と統合されるように、酸の割合および性質を決定することができる。副生物、特にフミンの産生を増大させるリスクのために、酸の量は、あまりに大きくすべきではない。
【００５７】
酸の濃度の制御が、特に有利に且つ驚くべき方法で、高いＨＭＦ収率および選択性を得ることを可能にすることを、本発明者は示した。低い酸の濃度において、ＨＭＦ収率は非常に低く、存在しない場合さえあり、そして、高い酸の濃度において、ＨＭＦ収率は低く、そして、レブリン酸が大量の副生物として得られる。
【００５８】
よって、トータルの水＋カルボン酸重量に対して、酸の量は好ましくは５〜８０重量％の間であり、特に５〜７０重量％の間であり、より好ましくは１０〜５０重量％の間であり、例えば２０または１０重量％である。
【００５９】
驚くべきことに、カルボン酸（特にギ酸および酢酸、特に酢酸）が、水性媒体において形成されたＨＭＦを安定させることを可能とすることも、本発明者によりも示された。
【００６０】
よって、水性酢酸媒体において１５０℃、３ｈの後に得られるＨＭＦは、最高で２５％しか分解せず、他方、ＨＣｌを加えることにより同じｐＨ（１．７１）に酸性化された媒体においては、６０％のＨＭＦが分解する。
【００６１】
本発明に従う方法において、トータルの水＋カルボン酸重量に対して、水は、好ましくは２０〜９５重量％の間であり、例えば５０〜９０重量％の間であり、好ましくは３０〜９５重量％の間であり、例えば８０または９０重量％の量で存在する。
【００６２】
本発明の方法において、ヘキソース（例えばフルクトース）の量は、水とカルボン酸との混合物における、その溶解性に依存している。それは、トータルの水＋カルボン酸重量に対して、通常、０．５〜３５％の間にあり、好ましくは１％〜３０％の間にあり、好ましくは１〜１５％にあり、特に０．５〜２５％の間（例えば１％）にある。
【００６３】
本発明者は、ｐＨも、反応に対する影響がある可能性があることを示した。よってに、ｐＨがあまりに酸性であるならば、大量の副生物（特にフミン）が形成されるかもしれない。
【００６４】
好ましくは、反応の開始における反応媒体のｐＨは、１〜３の間であり、好ましくは１．５〜２．５の間である。それは、例えば、１．７である。
【００６５】
本発明に従う方法は、１００〜２００℃の間で、好ましくは１２０〜１８０の間で、例えば１５０〜１８０℃の間の温度において実行することができる。
【００６６】
本発明に従う方法は、大気圧で、または３．５ＭＰａ（すなわち３５バール）の圧力までの不活性ガス（例えばヘリウム）の圧力下で、実行することができる。
【００６７】
本発明の方法は、不均一系酸触媒の存在下で、好ましくは実行することができる。好ましくは、該触媒はリンタングステン酸（tungstophosphoric）酸（好ましくは水酸化（ＮｂＯＨ）ニオブ上に分散された）；水酸化ニオブ；硫酸化された（sulfated）ジルコニア；リンタングステン酸（℃ｓ２ＨＰＷ１２Ｏ４０）の酸性セシウム塩類；二酸化チタン；スルホン化されたカーボン；官能基化（例えばカルボキシル基により）されたカーボン、例えば酸化（例えばジャベル（Javel）水による酸化）の後；またはそれらの混合物から選ばれる。
【００６８】
これらの触媒の添加は、ヘキソース（例えばフルクトース）の転化率、およびＨＭＦ選択性を好適に増大させることを、特に可能にする。
【００６９】
特に好ましくは、前記触媒は、スルホン化されたカーボンまたは官能基化されたカーボンである。
【００７０】
それが存在する場合には、触媒の量は、ヘキソース（例えばフルクトース）の重量に対して、好ましくは２〜１００重量％の間、好ましくは２〜１０重量％の間（例えば５重量％）である。
【００７１】
好ましくは、本発明の方法は、水以外の溶媒の使用を必要としない。よて、そして、好ましくは、本発明の方法は、有機溶媒の不存在下で行われる。
【００７２】
本発明に従う方法は、バッチで、または、連続的に実行することができる。それは、好ましくは連続的に行われる。不均一系酸触媒が使用されるならば、該方法は固定床触媒上で連続的に好ましく行われる。
【００７３】
好ましくは、本発明の方法は、５０％より大きい、より好ましく９０％より大きい転化率で、ヘキソース（特にフルクトース）を得ることができる。
【００７４】
好ましくは、本発明の方法は、５０％より大きい、好ましくは７５％より大きいＨＭＦ選択性を得ることができる。
【００７５】
本発明は、好ましくは０．１〜１０重量％のＨＭＦ、例えば０．３〜６重量％のＨＭＦを含み、且つ、例えば０〜５重量％のヘキソース（例えばフルクトース）、例えば０〜０．５重量％のヘキソース（例えばフルクトース）を含むことができる水性カルボン酸溶液にも関する。これらの溶液は、本発明の方法により、および、本発明の方法に基づき（owing to）得ることができる。
【００７６】
より詳しくは、本発明は、好ましくは０．１〜１５％のＨＭＦ、より好ましくは０．１〜１０重量％のＨＭＦを含み、且つ、好ましくは０〜５重量％のヘキソース（例えばフルクトース）を含むことができる、水性ギ酸または酢酸溶液に関する。好ましくは、該溶液はキソース（例えばフルクトース）を含まず、特に好ましくはポリマー（例えばポリアミド類とポリエステル類）の製造のために、この溶液を直接使用することができる。
【００７７】
ここに非限定的な例を用いて、本発明を記述する。
【実施例】
【００７８】
例１：カルボン酸の影響
ＨＭＦの合成を、１００ｍｌのオートクレーブ中で行う。以下の量を、反応器内に導入する：
６０ｇの水溶液、０．６ｇのフルクトース。
【００７９】
使用する水溶液は、純粋なもの（pure）、またはカルボン酸を含むものである。カルボン酸水溶液は、以下の組成を有している：
−４８ｇの蒸留水に加えた１２ｇの乳酸；または
−４８ｇの蒸留水に加えた１２ｇの酢酸；または
−４８ｇの蒸留水に加えた１２ｇのギ酸。
【００８０】
２ＭＰａ（２０バール（bar））のヘリウムを、オートクレーブ内に導入する。反応媒体を、磁気スターラで攪拌する。１５０℃にセットされた電気抵抗により、反応媒体を反応温度に至らせる。１５０℃、２時間の反応の後、オートクレーブを氷浴により冷却する。フルクトース転化率およびＨＭＦ選択性を、ＨＰＬＣＲＩＤ分析により測定する（カラム：コレゲル（COREGEL）８７Ｃ）。
【００８１】
得られた結果を、図１に示す。該結果は、カルボン酸の添加がフルクトース転化率およびＨＭＦ選択性を増大できることを示す。該結果は、ギ酸によりフルクトース転化率が完全（complete）であり、そして、酢酸により、転化率およびＨＭＦ選択性の間における最高の折衷（compromise）が得られることを示す。
【００８２】
例２：不均一系酸触媒の添加の影響
ＨＭＦの合成を、１００ｍｌのオートクレーブ中で行う。以下の量を、反応器に導入する：
４８ｇの蒸留水、１２ｇの酢酸、０．６ｇのフルクトース、３０ｍｇの触媒。
ヘリウムの２ＭＰａ（２０バール）を、反応媒体に導入する。反応媒体は、磁気スターラにより攪拌する。１５０℃にセットされた電気抵抗により、反応媒体を反応温度に至らせる。２時間の反応の後、オートクレーブを氷浴により冷却する。触媒を、濾過により分離する。フルクトース転化率およびＨＭＦ選択性を、ＨＰＬＣ−ＲＩＤ分析により測定する（カラム：コレゲル  ８７Ｃ）。
【００８３】
上記方法を、触媒の不存在下において、異なる触媒、すなわちタングステン酸（tungstated）ジルコニア（ＺｒＷ）、リンタングステン酸の酸性セシウム塩（Ｃｓ２Ｈ：Ｃｓ２ＨＰＷ１２Ｏ４０）、二酸化チタン（ＴｉＯ２）、スルホン化されたカーボン（Ｃ／Sulfonated）、ニオブ水酸化物（ＮｂＯＨ）、およびジャベル（Javel）水で酸化した後、カルボキシル基により官能基化したカーボンの存在下で行う。
【００８４】
得られた結果を、図２に示す。該結果は、触媒の添加がフルクトース転化率を増大できることを示す。該結果は、転化率およびＨＭＦ選択性の間で最高の折衷が、特にスルホン化されたカーボンまたは官能基化されたカーボンにより得られることを示す。
【００８５】
例３：カルボン酸含有量の影響
ＨＭＦの合成を、１００ｍｌのオートクレーブ中で行う。以下の量を、反応器に導入する：
６０ｇの蒸留水、または５％、１０％、２０％、３０％〜５０重量％のカルボン酸を含むことができる６０ｇの水溶液、または６０ｇの純粋なカルボン酸、および０．６ｇのフルクトース。
ヘリウムの２ＭＰａ（２０バール）を、オートクレーブ内に導入する。反応媒体を、磁気スターラにより攪拌する。１５０℃にセットされた電気抵抗により、反応媒体を反応温度に至らせる。１５０℃、２時間の反応の後、オートクレーブを氷浴により冷却する。フルクトース転化率およびＨＭＦ選択性を、ＨＰＬＣ−ＲＩＤ分析により測定する（カラム：コレゲル  ８７Ｃ）。
【００８６】
上記方法を、カルボン酸を異なる割合（proportions）で含むもの、すなわち、フルクトースを含み、５％、１０％、２０％、３０％および５０重量％のカルボン酸を含む水性反応媒体、およびカルボン酸を含まないものにより行った。該方法を、カルボン酸およびフルクトースのみを含むだけ反応媒体によっても行った。
【００８７】
得られた結果を、酢酸およびギ酸含有量の影響を示すために、それぞれ図３と図４に示す。これらの結果は、大量のカルボン酸に対して、フルクトース転化率が増加するが、ＨＭＦ選択性が減少することを示す。このように、反応を１００％のカルボン酸により行うとき、ＨＭＦの非常に少ない量しか得られない。
【００８８】
フルクトース転化率およびＨＭＦ選択性の間の最高の折衷は、２０％のカルボン酸、酢酸および１０％ギ酸に対して得られる。
【００８９】
同じ方法を、フルクトースの量に関して、５％の水酸化ニオブで行った。得られた結果を、図５で表す。これらの結果は、大量のカルボン酸に対して、フルクトース転化率が増加するが、ＨＭＦ選択性が減少することを示す。このように、反応が８０％を超えるカルボン酸により行うとき、少量のＨＭＦしか得られない。
【００９０】
フルクトース転化率およびＨＭＦ選択性の間の最高の折衷は、２０％の酢酸に対して得られる。
【００９１】
例４：開始時（starting）反応媒体のｐＨの影響
ＨＭＦの合成を、１００ｍｌのオートクレーブ中で行う。以下の量を、反応器に導入する：
ｐＨを３と１の間で精細に調節するためのＨＣｌと０．６ｇのフルクトースを加えた６０ｇの蒸留水。ヘリウムの２ＭＰａ（２０バール）を、オートクレーブ内に導入する。反応媒体を、磁気スターラにより攪拌する。１５０℃にセットされた電気抵抗により、反応媒体を反応温度に至らせる。５０℃、２時間の反応の後、オートクレーブを氷浴により冷却する。フルクトース転化率およびＨＭＦ選択性を、ＨＰＬＣ−ＲＩＤ分析により測定する（カラム：コレゲル  ８７Ｃ）。
【００９２】
反応開始時のｐＨの影響を検討した。このために、開始時のｐＨを、ＨＣｌを加えることにより調節した。
【００９３】
結果を図６に示す。これらの結果は、低いｐＨにおいて、フルクトース転化率が増加するが、ＨＭＦ選択性が減少することを示す。これらの結果は、１．５〜２．１５のｐＨ範囲で、特に２０％の酢酸を含む媒体に対応する１．７１のｐＨにおいて、フルクトース転化率およびＨＭＦ選択性の間の良好な折衷が得られることを示す。
【００９４】
例５：ＨＭＦの安定性
水性媒体の組成の関数（function）としての１５０℃におけるＨＭＦ安定性を、１００ｍｌのオートクレーブ中で行う。以下の量を、反応器に導入する：
６０ｇの蒸留水、またはＨＣｌを加えることによりｐＨ１．７１に調整した６０ｇの蒸留水、または１２ｇの酢酸を加えた４８ｇの蒸留水。
これらの溶液に対して、０．６ｇのフルクトースを加える。ヘリウムの２ＭＰａ（２０バール）を、オートクレーブ内に導入する。反応媒体を磁気スターラにより攪拌する。１５０℃にセットされた電気抵抗により、反応媒体を反応温度に至らせれ。反応媒体のサンプルを、反応の開始時、次いで毎時（for every hour）、分析のために採取する。フルクトースの転化率およびＨＭＦ選択性を、ＨＰＬＣ−ＲＩＤ分析により測定する（カラム：コレゲル  ８７Ｃ）。
【００９５】
水中、２０％酢酸を含む水性媒体中、水中２０％酢酸にｐＨが等価になるようにＨＣｌを加えることにより酸性化された水中で（すなわち、ｐＨ＝１．７１で）、ＨＭＦ安定性を検討した。
【００９６】
結果を図７に示し、時間の関数に換算した（converted）ＨＭＦパーセンテージを示す。
【００９７】
これらの結果は、ＨＣｌ無機酸により酸性化された水性媒体に対する、水性酢酸媒体におけるＨＭＦの安定化を示す。よって、これらの結果は、ＨＭＦの製造のためのカルボン酸の使用が、得られるＨＭＦを安定させる一方で、高いヘキソース転化率およびフルクトース収率が得られることを示す。
【００９８】
例６：開始時反応媒体中のフルクトース含有量の影響
ＨＭＦの合成を、１００ｍｌのオートクレーブ中で行う。以下の量を、反応器に導入する：
４８ｇの蒸留水および１２ｇの酢酸に、０．６ｇのフルクトース（１％）または３ｇのフルクトース（５％）または６ｇのフルクトース（１０％）または９ｇのフルクトース（１５％）または１８ｇのフルクトース（３０％）を加える。
該反応は、４８ｇの蒸留水および０．４８ｇの酢酸（１％）に、１８ｇのフルクトース（３０％）を加えたものでも行った。ヘリウムの２ＭＰａ（２０バール）を、オートクレーブ内に導入する。反応媒体を、磁気スターラにより攪拌する。１５０℃にセットされた電気抵抗により、反応媒体を反応温度に至らせる。１５０℃、２時間の反応の後、オートクレーブを氷浴により冷却する。フルクトース転化率およびＨＭＦ選択性を、ＨＰＬＣ−ＲＩＤ分析により測定する（カラム：コレゲル  ８７Ｃ）。
【００９９】
結果を、図８に示す。該結果は、フルクトース転化率およびＨＭＦ収率がフルクトース濃度には顕著に影響されないことを示す。該結果は、濃いフルクトース溶液（特に、１５％）、から得られるＨＭＦ収率が４０％（該収率に近い値が、１％のフルクトース溶液から得られる）に達することを示す。フルクトース濃度は、カルボン酸水溶液中のフルクトースの溶解性により制限される。
【０１００】
例７：水−酢酸媒体中のＨＭＦ製造に関する温度の影響
ＨＭＦの合成を、１００ｍｌのオートクレーブ中で行う。以下の量を、反応器に導入する：
４８ｇの蒸留水と、これに１２ｇの酢酸と０．６ｇのフルクトース（１％）を加えたもの。
ヘリウムの２ＭＰａ（２０バール）を、オートクレーブ内に導入する。反応媒体を、磁気スターラにより攪拌する。反応媒体を、制御された電気抵抗により反応温度に至らせる。以下の温度が検討される：１００℃、１２０℃、１５０℃、および１８０℃。２時間の反応の後、オートクレーブを氷浴により冷却する。フルクトース転化率およびＨＭＦ選択性を、ＨＰＬＣ−ＲＩＤ分析により測定する（カラム：コレゲル  ８７Ｃ）。
【０１０１】
結果を、図９に示す。該結果は、フルクトース転化率およびＨＭＦ収率が、１００℃および１２０℃の反応温度において低いことを示す．図９は、フルクトース転化率およびＨＭＦ収率が、温度の上昇により増加することを表す。フルクトース転化率およびＨＭＦ収率の間で最高の折衷は、１５０℃の温度において得られ。１８０℃の温度において、フルクトース転化率は完全であり、ＨＭＦ選択性も５４％に達することが観察された。
【０１０２】
例８：水−ギ酸媒体中のＨＭＦ製造に関する温度の影響
ＨＭＦの合成を、１００ｍｌのオートクレーブ中で行う。以下の量を、反応器に導入する：
４８ｇの蒸留水に、１２ｇのギ酸と０．６ｇのフルクトース（１％）を加えたもの。
ヘリウムの２ＭＰａ（２０バール）を、オートクレーブ内に導入する。反応媒体を、磁気スターラにより攪拌する。反応媒体を、制御された電気抵抗により反応温度に至らせる。以下の温度を検討する：１００℃、１２０℃、１５０℃、および１８０℃２時間の反応の後、オートクレーブを氷浴により冷却する。フルクトース転化率およびＨＭＦ選択性を、ＨＰＬＣ−ＲＩＤ分析により測定する（カラム：コレゲル  ８７Ｃ）。
【０１０３】
結果を、図１０に示す。該結果は、フルクトース転化率およびＨＭＦ収率が１００の反応温度において低いことを示す。図１０は、１５０℃まで温度上昇により、フルクトース転化率およびＨＭＦ収率の増加を示し、該温度において、転化率が完全であることを示す。１８０℃の反応温度において、フルクトース転化率は完全であるが、ＨＭＦ選択性が低く１０％である。最高のＨＭＦ収率（５４％）が、１５０℃の反応温度において、完全なフルクトース転化率で得られる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中、カルボン酸の存在下でヘキソースを反応させることにより、５−ヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）を製造する方法であって；該カルボン酸が、（水＋カルボン酸）の全（total）重量に対して、５〜７０重量％の量で存在する方法。
【請求項２】
前記酸が以下から選ばれる請求項１に記載の方法：
−式Ｒ−ＣＯＯＨの酸であって、Ｒが水素原子、またはＣ１〜Ｃ５の線状（linear）または分枝のアルキル鎖であるもの；
−それらの混合物。
【請求項３】
前記ヘキソースが、フルクトース、グルコース、ヘキソース誘導体、またはこれらの誘導体を含む化合物である請求項１または２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４】
前記ヘキソースがフルクトースである請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記酸が、ギ酸、酢酸、乳酸、プロピオン酸またはそれらの混合物である請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記酸が、ギ酸、酢酸またはそれらの混合物である請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記カルボン酸が、（水＋カルボン酸）の全重量に対して、１０〜５０重量％の量で存在する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記水が、水＋カルボン酸の全重量に対して、３０〜９５重量％の量で存在する請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
不均一系酸触媒の存在下で行われる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記酸触媒が、リンタングステン酸；水酸化ニオブ；硫酸化ジルコニア；リンタングステン酸の酸性セシウム塩；二酸化チタン；スルホン化カーボン；官能基化カーボン、またはこれらの混合物から選ばれる請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記触媒の量が、ヘキソースの重量に対して、２〜１００重量％の間である請求項９または１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記ヘキソースの量が、（水＋カルボン酸）の全重量に対して、０．５％〜３０％の間である請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記反応開始時のｐＨが、１〜３の間である請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
１００〜２００℃の間の温度において行われる、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
有機溶媒の不存在下で行われる請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
連続的に（continuously）行われる請求項１〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
請求項１〜１６の方法により得られるＨＭＦを含むカルボン酸溶液。