(57)【要約】【課題】ヒドロキシメチル基を有する化合物を効率的に酸化反応させて、対応するカルボニル化合物を高収率で得る方法を提供する。【解決手段】金、銀、および銅を含む三元系触媒の存在下で、下記式（１Ａ）で表されるヒドロキシメチル基を有するヒドロキシ化合物を酸化反応させて、下記式（１Ｂ）で表されるカルボニル化合物を製造するカルボニル化合物の製造方法。2019142842.tif 000017（式（１Ａ）、式（１Ｂ）中、Ａは置換基を有していても良く、またヘテロ原子を有していても良い炭化水素基を表し、ＲはＨもしくはＯＨを表す。）【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
金、銀、および銅を含む三元系触媒の存在下で、下記式（１Ａ）で表されるヒドロキシメチル基を有するヒドロキシ化合物を酸化反応させて、下記式（１Ｂ）で表されるカルボニル化合物を製造するカルボニル化合物の製造方法。
【化１】
2019142842.tif 000014
（式（１Ａ）、式（１Ｂ）中、Ａは置換基を有していても良く、またヘテロ原子を有していても良い炭化水素基を表し、ＲはＨもしくはＯＨを表す。）
【請求項２】
金および銅を含む二元系触媒の存在下で、下記式（１Ａ）で表されるヒドロキシメチル基を有するヒドロキシ化合物を酸化反応させて、下記式（１Ｂ）で表されるカルボニル化合物を製造するカルボニル化合物の製造方法であって、前記二元系触媒における金と銅の原子比が金：銅＝１：７〜３０であるカルボニル化合物の製造方法。
【化２】
2019142842.tif 000015
（式（１Ａ）、式（１Ｂ）中、Ａは置換基を有していても良く、またヘテロ原子を有していても良い炭化水素基を表し、ＲはＨもしくはＯＨを表す。）
【請求項３】
前記式（１Ａ）で表されるヒドロキシ化合物が下記式（２Ａ）で表されるヒドロキシ化合物であり、前記式（１Ｂ）で表されるカルボニル化合物が下記式（２Ｂ）で表されるカルボニル化合物であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のカルボニル化合物の製造方法。
【化３】
2019142842.tif 000016
（式（２Ａ）、式（２Ｂ）中、Ａｒは置換基を有していても良い単環もしくは縮合多環の芳香環基もしくは複素芳香環基を表し、ＲはＨもしくはＯＨを表す。）
【請求項４】
前記三元系触媒における金と銀の原子比が金：銀＝１：０．１〜３０であり、金と銅の原子比が、金：銅＝１：０．１〜３０であることを特徴とする、請求項１又は３に記載のカルボニル化合物の製造方法。
【請求項５】
前記酸化反応を、反応液中にて酸素の存在下に行うことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のカルボニル化合物の製造方法。
【請求項６】
前記反応液中に塩基が存在することを特徴とする、請求項５に記載のカルボニル化合物の製造方法。
【請求項７】
前記式（１Ａ）で表されるヒドロキシ化合物が５−ヒドロキシメチルフルフラールであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のカルボニル化合物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒドロキシメチル基を有する化合物を酸化反応させてカルボニル化合物を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カルボン酸は、石油由来原料だけでなく、糖類からも合成可能である。ジカルボン酸のうち、テレフタル酸はＰＥＴなどプラスチックの原料物質として有用である。また、その誘導体は医薬品や農薬としても有用である。特にポリエステルの製造原料モノマーとしてジカルボン酸は有用であり、テレフタル酸に加えて、２，５−フランジカルボン酸（ＦＤＣＡ）はバイオ由来の芳香族ジカルボン酸として使用されている。ＦＤＣＡは、５−ヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）の酸化により製造でき、原料のＨＭＦは糖類から合成可能であることから、自然界で広く入手し得る化合物でもある。
【０００３】
有機合成において、酸化反応触媒としては、貴金属が広く用いられており、中には酸化鉛や重クロム酸塩のように有害性が高いものもある。一方で、代表的な貴金属である金について、近年、その触媒活性が注目されており、特に空気中の酸素を用いる酸化反応に、金触媒を用いる研究が広く行われている。その中でも、高い酸化効率を達成するために、金と他の金属とを組み合わせた触媒を用いた例が報告されている。
【０００４】
特許文献１には、重金属クロム触媒による酸化物製造法が記載されており、特許文献２〜３では金カルボニル触媒や金パラジウム触媒による酸化物製造法が記載されている。また、非特許文献１には、金と銅の混合触媒による酸化物製造法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００６／００２９５６号
【特許文献２】特開平１０−５９８９３号公報
【特許文献３】中国出願公開第１０３６２６７２６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｃａｔａｌｙｓｉｓ．Ｔｏｄａｙ．２０１２，１９５，１２０−１２６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
工業的な化合物製造法の実用化のためには、環境負荷の低減、生成物収率の向上や触媒リサイクルによる低コスト化が求められる。しかしながら、従来酸化触媒として用いられてきた酸化鉛や重クロム酸塩は、有害性が高く、環境負荷の面で好ましくない。また、従来の酸化触媒は、必ずしも生成物の収率において十分に満足し得るものではなかった。
このように、特許文献１〜３及び非特許文献１に記載される従来法では、触媒の毒性が高いという課題、或いは酸化反応生成物の収率が低いという課題があった。
【０００８】
本発明は上記従来技術の課題を解決するものであって、ヒドロキシメチル基を有する化合物を効率的に酸化反応させて、対応するカルボニル化合物を高収率で得る方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、金−銀−銅複合系の金属触媒、または金と銅を特定の原子比で複合した金属触媒を用いることで、上記課題を解決できることを見出し、本発明を達成するに至った。
即ち、本発明は以下を要旨とする。
【００１０】
［１］  金、銀、および銅を含む三元系触媒の存在下で、下記式（１Ａ）で表されるヒドロキシメチル基を有するヒドロキシ化合物を酸化反応させて、下記式（１Ｂ）で表されるカルボニル化合物を製造するカルボニル化合物の製造方法。
【００１１】
【化１】
2019142842.tif 000002
【００１２】
（式（１Ａ）、式（１Ｂ）中、Ａは置換基を有していても良く、またヘテロ原子を有していても良い炭化水素基を表し、ＲはＨもしくはＯＨを表す。）
【００１３】
［２］  金および銅を含む二元系触媒の存在下で、下記式（１Ａ）で表されるヒドロキシメチル基を有するヒドロキシ化合物を酸化反応させて、下記式（１Ｂ）で表されるカルボニル化合物を製造するカルボニル化合物の製造方法であって、前記二元系触媒における金と銅の原子比が金：銅＝１：７〜３０であるカルボニル化合物の製造方法。
【００１４】
【化２】
2019142842.tif 000003
【００１５】
（式（１Ａ）、式（１Ｂ）中、Ａは置換基を有していても良く、またヘテロ原子を有していても良い炭化水素基を表し、ＲはＨもしくはＯＨを表す。）
【００１６】
［３］  前記式（１Ａ）で表されるヒドロキシ化合物が下記式（２Ａ）で表されるヒドロキシ化合物であり、前記式（１Ｂ）で表されるカルボニル化合物が下記式（２Ｂ）で表されるカルボニル化合物であることを特徴とする、［１］又は［２］に記載のカルボニル化合物の製造方法。
【００１７】
【化３】
2019142842.tif 000004
【００１８】
（式（２Ａ）、式（２Ｂ）中、Ａｒは置換基を有していても良い単環もしくは縮合多環の芳香環基もしくは複素芳香環基を表し、ＲはＨもしくはＯＨを表す。）
【００１９】
［４］  前記三元系触媒における金と銀の原子比が金：銀＝１：０．１〜３０であり、金と銅の原子比が、金：銅＝１：０．１〜３０であることを特徴とする、［１］又は［３］に記載のカルボニル化合物の製造方法。
【００２０】
［５］  前記酸化反応を、反応液中にて酸素の存在下に行うことを特徴とする、［１］〜［４］のいずれかに記載のカルボニル化合物の製造方法。
【００２１】
［６］  前記反応液中に塩基が存在することを特徴とする、［５］に記載のカルボニル化合物の製造方法。
【００２２】
［７］  前記式（１Ａ）で表されるヒドロキシ化合物が５−ヒドロキシメチルフルフラールであることを特徴とする、［１］〜［６］のいずれかに記載のカルボニル化合物の製造方法。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ヒドロキシメチル基の酸化でカルボン酸およびその誘導体への高効率な変換を行うことができ、各種の医薬品や農薬、ポリマーの製造原料モノマーとして有用なカルボニル化合物を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形態】
【００２４】
以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施形態の一例（代表例）であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に特定はされない。
【００２５】
本発明のカルボニル化合物の製造方法は、金、銀、および銅を含む三元系触媒、または金および銅を特定の原子比で含む二元系触媒の存在下で、下記式（１Ａ）で表されるヒドロキシメチル基を有するヒドロキシ化合物（以下、「化合物（１Ａ）」と称す場合がある。）を酸化反応させて、下記式（１Ｂ）で表されるカルボニル化合物（以下、「化合物（１Ｂ）」と称す場合がある。）を製造することを特徴とする。以下、本発明で用いる三元系触媒および二元系触媒をまとめて「触媒」と称する。
【００２６】
【化４】
2019142842.tif 000005
【００２７】
（式（１Ａ）、式（１Ｂ）中、Ａは置換基を有していても良く、またヘテロ原子を有していても良い炭化水素基を表し、ＲはＨもしくはＯＨを表す。）
【００２８】
＜ヒドロキシ化合物＞
本発明で酸化反応に供するヒドロキシ化合物（化合物（１Ａ））は、上記式（１Ａ）で表されるヒドロキシメチル基を有する化合物であり、化合物（１Ａ）は、ヒドロキシメチル基を少なくとも一つ有するものであればよく、ヒドロキシメチル基を２以上有するものであってもよい。化合物（１Ａ）がヒドロキシメチル基を２以上有する場合、１つのヒドロキシメチル基のみが−Ｃ（＝Ｏ）−Ｒに酸化された化合物（１Ｂ）と２以上のヒドロキシメチル基が−Ｃ（＝Ｏ）−Ｒに酸化された化合物（１Ｂ）とが生成する場合がある。
【００２９】
上記式（１Ａ）において、Ａは、置換基を有していても良く、またヘテロ原子を有していても良い炭化水素基を表し、その炭化水素基や、この炭化水素基が有する置換基、炭化水素基のうちの炭素原子の一部がヘテロ原子とされている場合のヘテロ原子の種類等は特に制限はない。化合物（１Ａ）は、特に本発明で用いる触媒による反応効率の向上効果が高く、また、酸化反応により得られる化合物（１Ｂ）の工業的有用性が高いことから、下記式（２Ａ）で表されるヒドロキシ化合物（以下、「化合物（２Ａ）」と称す場合がある。）であることが好ましく、本発明のカルボニル化合物の製造方法は、特に、化合物（２Ａ）の酸化反応で、化合物（１Ｂ）として下記式（２Ｂ）で表される化合物（以下、「化合物（２Ｂ）」と称す場合がある。）を製造する場合に効果的である。
【００３０】
【化５】
2019142842.tif 000006
【００３１】
（式（２Ａ）、式（２Ｂ）中、Ａｒは置換基を有していても良い単環もしくは縮合多環基の芳香環基もしくは複素芳香環基を表し、ＲはＨもしくはＯＨを表す。）
【００３２】
上記式（２Ａ），式（２Ｂ）において、Ａｒは置換基を有していても良い単環もしくは縮合多環基の芳香環基（芳香族炭化水素基）もしくは複素芳香環基（芳香族複素環基）を表し、Ａｒが縮合多環基である場合、その縮合多環を構成する環は、芳香環のみであってもよく、複素芳香環のみであってもよく、芳香環と複素芳香環とを含むものであってもよい。また、縮合多環を構成する環の数は２以上であり、好ましくは２〜４程度である。また、Ａｒは、置換基としてこれらの環状基を有することによって、芳香環基及び／又は複素環芳香環基が２以上連結した基であってもよい。
【００３３】
Ａｒが芳香環基の場合、Ａｒの芳香環基としては炭素数６〜１６のものが好ましく、具体例としてはフェニル基等の単環基、ナフチル基、フェナントリル基、アントリル基、フルオレニル基等の縮合多環式芳香環基、ビフェニル基等の芳香環連結基等が挙げられる。
【００３４】
複素芳香環基としては、好ましくは、炭素数５〜２０で、ヘテロ原子として窒素原子、酸素原子、イオウ原子、ケイ素原子の１種又は２種以上を含むものが挙げられ、具体例としてはフラニル基、ピリジル基、チエニル基、オキサゾール基、オキサジアゾール基、ベンゾチエニル基、ジベンゾフリル基、ジベンゾチエニル基、ピラジル基、ピリミジル基、ピラゾイル基、イミダゾイル基、フェニルカルバゾイル基等が挙げられる。
【００３５】
これらの芳香環基、複素芳香環基が置換基を有する場合、その置換基としては、炭素数１〜２４のアルキル基、炭素数１〜２４のアルコキシ基、炭素数２〜２４のアルケニル基、炭素数２〜２４のアルキニル基、炭素数３〜２４のアルカジエニル基、炭素数６〜２４のアリールオキシ基、水酸基、カルボキシル基、ホルミル基、ハロゲン基、ハロゲン化アルキル基、リン酸基、ホスホン酸基、ホスフィン酸基、置換基を有していても良いアミノ基、置換基を有していても良いシリル基などが挙げられ、置換基を有していても良いアミノ基、置換基を有していても良いシリル基が置換基を有する場合、その置換基としては、上述の置換基が挙げられる。また、Ａｒは置換基としてヒドロキシメチル基を有するものであってもよい。
【００３６】
特に本発明で用いる触媒による反応効率の向上効果が高く、目的物を高収率、高選択率で得ることができ、また、酸化反応により得られる化合物（１Ｂ）の工業的有用性も高いことから、化合物（１Ａ）は、Ａがヒドロキシメチル基またはホルミル基を有するフェニル基、もしくはヒドロキシメチル基またはホルミル基を有するフラニル基である化合物であることが好ましく、５−ヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）であることがより好ましい。本発明は５−ヒドロキシメチルフルフラール（ＨＭＦ）から２，５−フランジカルボン酸（ＦＤＣＡ）を製造する方法において、特に有効である。
【００３７】
なお、２，５−フランジカルボン酸等の化合物（１Ｂ）の製造原料として用いる５−ヒドロキシメチルフルフラール等の化合物（１Ａ）の純度は、通常５０〜１００％、好ましくは８０〜９９．９％、より好ましくは９０〜９９．９％、更に好ましくは９５〜９９．９９％である。５−ヒドロキシメチルフルフラール等の化合物（１Ａ）の純度が上記下限以上であることにより、目的物の収率が高く不純物の混入が抑制され、その後のポリマー化の際に分子量が高く、着色の少ないポリマーが得られる。また、純度が９９．９％以下であることにより低コストで精製でき、また貯蔵のハンドリングや貯蔵コストの面で有利である。
【００３８】
＜触媒＞
本発明では、上記の化合物（１Ａ）の酸化反応に触媒として、金、銀、および銅を含む三元系触媒、または金および銅を特定の原子比で含む二元系触媒を用いる。触媒として用いる金、銀、銅は、各々の金属単体であってもよく、これら３種の金属のうちの２種以上を含む合金であってもよく、金属化合物であってもよく、これら３種の金属の２種以上を含む複合金属化合物であってもよい。金属化合物としては、金、銀、銅の酸化物、アルコキシ化合物、アルキル化合物、有機酸塩等が挙げられる。具体的には、金化合物としては、酸化金、シアン化金、フッ化金、塩化金、臭化金、ヨウ化金、亜硫酸金ナトリウム、硫酸金、硝酸金、酢酸金等が挙げられ、これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。また、銀化合物としては、酸化銀、シアン化銀、硫酸銀、硝酸銀、酢酸銀、シアン化銀カリウム、フッ化銀、塩化銀、臭化銀、ヨウ化銀等が挙げられ、これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。また、銅化合物としては、酸化銅、フッ化銅、塩化銅、臭化銅、ヨウ化銅、硫酸銅、硝酸銅、酢酸銅等が挙げられ、これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。触媒の回収、再利用の観点から、好ましくは金属単体又は金属酸化物を用いるのが有利である。
【００３９】
本発明で用いる触媒は、金、銀および銅或いは金および銅の触媒活性成分を各種担体に担持した形態で用いてもよい。担体としては、活性炭、シリカ、アルミナ、珪藻土、層状ケイ酸塩等の天然鉱物等が挙げられ、これらは１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。この中でも活性炭、シリカが触媒の調製しやすさ及び活性の点で好ましい。
金、銀および銅或いは金および銅の触媒活性成分を担体に担持して用いる場合、担持する金属は、これらの触媒活性成分のうち一種の単独でもよく、２種以上でもよい。担体に対する触媒活性成分の金属換算の担持量は０．１〜２０質量％となるように担持することが好ましい。
【００４０】
本発明で用いる金、銀および銅を含む三元系触媒に含まれる各金属の原子比は、触媒活性、生成物の収率の観点から、好ましくは金：銀：銅＝１：（０．１〜３０）：（０．１〜３０）、より好ましくは１：（４〜１７）：（４〜１７）、さらに好ましくは１：（４〜１２）：（４〜１２）、特に好ましくは１：（４〜９）：（４〜９）である。
【００４１】
また、本発明で用いる金および銅を含む二元系触媒に含まれる各金属の原子比は、金：銅＝１：（７〜３０）である。各金属の原子比は、触媒活性、生成物の収率の観点から、好ましくは金：銅＝１：（８〜２０）、より好ましくは１：（１０〜２０）、さらに好ましくは１：（１５〜２０）である。
【００４２】
また、触媒の金属換算の使用量は、三元系触媒の場合は金、銀および銅の合計量として、二元系触媒の場合は金および銅の合計量として、原料である化合物（１Ａ）に対するｍｏｌ比で０．０１〜２．０、特に０．８〜１．２であることが好ましい。触媒使用量が０．０１以上であることにより、反応に要する時間が短く効率的に反応を行うことができる。また触媒使用量が２．０以下であることにより、触媒にかかるコストが低く経済的に有利である上に、後処理の負荷が小さく、さらには生成物の着色が低減される。
【００４３】
また触媒は、使用済みのものを繰り返し用いて反応を実施することができる。触媒を繰り返し用いる回数に特段の制限はなく、使用済み触媒を用いて、２回以上繰り返し反応を実施することは、反応１回当たりの触媒コストが低くなるという観点から、経済的に有利である。繰り返し用いる触媒は、触媒の回収と再利用のしやすさという観点から、金属酸化物や金属担持体が好ましい。
【００４４】
＜反応溶媒＞
本発明に係る酸化反応は、原料である化合物（１Ａ）を反応溶媒に溶解させた反応液中で行うことが、反応速度の面で好ましい。反応に用いる溶媒としては、化合物（１Ａ）を溶解させることができるものであればよい。特に制限はないが、具体的には、水、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、アセトフェノン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、酢酸エチル、酢酸ブチル、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、乳酸、オレイン酸、リノール酸が挙げられ、水が最も好ましい。これらの溶媒は１種単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００４５】
反応溶媒は、反応液中の化合物（１Ａ）の濃度が１〜４０質量％、特に５〜２０質量％となるように用いることが好ましい。反応溶媒の使用量が、反応液中の化合物（１Ａ）の濃度として１質量％以上であることにより、過大な反応容器を用いる必要がなく、高い生産効率で反応を行うことができる。また反応溶媒の使用量が、反応液中の化合物（１Ａ）の濃度として４０質量％以下であることにより、反応速度が高く短時間で反応を行うことができる。
【００４６】
＜塩基＞
上記反応液には塩基を存在させることが、化合物（１Ａ）の溶解性の面で好ましい。この場合、用いる塩基として、アルカリ性の無機塩基が好ましく、無機塩基としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カルシウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、炭酸カルシウムなどが挙げられる。これらのうち、入手のしやすさから水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウムが好ましく、価格の点で水酸化ナトリウムがより好ましい。また、収率の観点から、ｐＨは１２から１４が好ましく、副生物抑制の点で１２から１３が更に好ましい。
これらの塩基は１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００４７】
これらの塩基は、原料である化合物（１Ａ）に対して、１００〜４００ｍｏｌ％の割合で用いることが好ましい。塩基の使用量が１００ｍｏｌ％以上であることにより、化合物（１Ａ）を溶解させるための水量が少なく、過大な反応液量とならないため、単位反応液あたりの収量が高く、効率良く製造できる。また塩基の使用量が４００ｍｏｌ％以下であることにより、反応後処理の中和作業において中和剤量と作業時間が低減するため、製造コストの面で有利である。
【００４８】
＜酸素＞
本発明における酸化反応は酸素の存在下で行うことが好ましい。この場合、酸素源は酸素含有有機化合物、無機酸化物、酸素含有気体など特に限定されないが、空気或いは酸素含有量の多いガスが好ましく用いられる。特に酸素含有ガスを用いる場合の酸素濃度は２０体積％以上が好ましく、５０体積％以上がより好ましく、更に純酸素（９９％以上）を用いることが最も好ましい。爆発の危険性を低下させ、反応安全性の点では、約２１体積％の酸素を含む空気（大気とほぼ同一組成）を用いるのが好ましい。酸素は、反応液を入れた反応容器の気相に導入しても、反応液に吹き込んでも良いが、反応液に吹き込む方が反応効率の面で好ましい。
【００４９】
酸素含有ガスを反応容器の気相に供給する場合、その酸素ガス圧は０．０１ＭＰａ以上、例えば０．１〜１．０ＭＰａの加圧条件とすることが好ましい。
【００５０】
＜反応器＞
本発明に係る酸化反応の反応器は、ガラス製、ステンレス（ＳＵＳ）製、鉄製、その他金属製など、反応器の素材に特に限定されないが、腐食耐性を有し、エネルギー伝達効率が高いガラス製あるいはステンレス（ＳＵＳ）製のものが好ましく用いられる。また、工業的な製造装置コストという観点からステンレス（ＳＵＳ）製のものを用いるのが好ましい。反応器の金属成分によって触媒反応に影響が出ないという観点からガラス製のものを用いるのが好ましい。
【００５１】
＜反応温度・反応時間＞
本発明に係る酸化反応の反応温度は、１０℃以上１００℃以下が好ましいが、反応温度の下限は３０℃以上がより好ましく、４０℃以上がさらに好ましい。反応温度の上限は９０℃以下がより好ましく、８０℃以下がさらに好ましい。反応温度が１０℃以上であることにより、短い反応時間で目的物を製造できる。また反応温度が１００℃以下であることにより、副生物量を低減して収率を向上させ、更に生成物の着色を低減することができる。
【００５２】
反応時間は、触媒の使用量や反応温度、酸素の供給条件等によっても異なり特に制限されるものではないが、通常１０分〜４０時間、好ましくは３０分〜３５時間、より好ましくは４時間〜１８時間である。反応時間が１０分以上であることにより、十分な収率を得ることができる。また反応時間が４０時間以下であることにより、製造コストの面で有利である。
【００５３】
なお、反応液は、原料と触媒及び酸素との接触効率を上げるために、酸素をバブリングする、もしくは攪拌することが好ましい。攪拌はマグネチックスターラー、メカニカルスターラー、攪拌翼を供えた攪拌モーター等、通常の反応に用いられる攪拌装置であれば用いることが可能である。スケールが大きくなった場合には動力の点で攪拌翼を備えた攪拌モーターが使用される。攪拌は反応を行う前から開始し、反応中は連続的に攪拌を行い、反応終了後の反応液を冷却している間も攪拌を行うことが好ましい。
【００５４】
＜生成物の回収＞
本発明による酸化反応で得られる生成物である化合物（１Ｂ）を反応液から回収するには、まず、所定時間の反応終了後、反応液温を２０〜３０℃程度に下げた後、触媒を濾過等により分離除去する。触媒を分離除去した後の均一な反応液中には未反応の化合物（１Ａ）が不純物として少量含まれ、大部分は生成した化合物（１Ｂ）がアルカリ塩として溶媒（水）に溶解している。この均一溶液をアルカリ性から中性または酸性にすることにより、生成した化合物（１Ｂ）のアルカリ塩がカルボン酸となり、水溶液から析出させることができるので、析出した固体を濾過することにより比較的高純度の化合物（１Ｂ）を得ることができる。反応終了後の反応液をアルカリ性から中性または酸性にするためには、通常酸性物質を反応液に添加する。酸性物質としては除去しやすさから無機酸を用いることが好ましい。無機酸としては硫酸、硝酸、塩酸等が用いられ、その中でも無機酸の除去しやすさと安価であることから塩酸が好ましく用いられ、腐食防止の観点からは硫酸が好ましく用いられる。
【００５５】
酸性物質により反応液を酸性にした場合に析出した生成物を反応液から分離後、生成物に残存している溶媒が酸性であると生成物が不安定になったり、着色やその後の誘導体化反応や、ポリマー化反応に悪影響を及ぼす可能性があり好ましくない。そのため生成物を反応液から分離後、付着水が酸性である場合には、付着水を純水等で十分に置換し付着水のｐＨが通常４以上７以下、好ましくは５以上７以下、より好ましくは６以上７以下、最も好ましくは７となるように水洗する。
【００５６】
＜生成物の用途＞
本発明のカルボニル化合物の製造方法で得られる化合物（１Ｂ）、例えば２，５−フランジカルボン酸（ＦＤＣＡ）、或いは、これを更にアルキルエステル化反応するなどして得られる化合物（１Ｂ）の誘導体は、ポリエステル、ポリアミド等のポリマー原料や、各種工業薬品原料、各種化成品原料、食品原料、香料原料、化粧品原料、医薬品原料等に利用される。
【実施例】
【００５７】
以下に、実施例により本発明の実施形態をより具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【００５８】
なお、以下の実施例及び比較例における２，５−フランジカルボン酸（ＦＤＣＡ）収率の測定方法は次の通りである。
【００５９】
［ＦＤＣＡ収率の測定方法］
ＦＤＣＡ収率は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）装置により、反応生成物について以下の条件で測定して求めた。具体的には、反応生成物に内部標準物質トリオキサンを添加し、トリオキサンの６Ｈに相当するシグナル（５．１５ｐｐｍ）とＦＤＣＡの２Ｈに相当するシグナル（７．２８ｐｐｍ）を比較することで、収率を算出した。
分析機器：核磁気共鳴ＪＯＥＬ−ＪＮＭ−ＥＣＳ４００（ＪＯＥＬ日本電子社製）
測定周波数：４００ＭＨｚ
測定溶媒：重ＤＭＳＯ
【００６０】
［ＦＤＣＡ純度の測定方法］
ＦＤＣＡ純度は、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰLＣ）により、反応生成物について以下の条件で測定し、ＦＤＣＡに該当するピークの面積百分率を算出することで決定した。
分析機器：高速液体クロマトグラフィー（島津製作所社製）
カラム：Ｉｎｅｒｔｓｉｌ  Ｃ８−３（ＧＬサイエンス社製、内径４．６ｍｍ，長さ１００ｍｍ、５μｍ)
検出器：ＵＶ−ｖｉｓ検出器（島津製作所社製）
検出波長：２５４ｎｍ
移動相：アセトニトリル／０．５ｖ／ｖ％りん酸水溶液
流速：１．０ｍＬ／ｍｉｎ
温度：４０℃
解析：ＬＣ−Ｓｏｌｕｔｉｏｎ（島津製作所社製）
【００６１】
＜実施例１＞
【化６】
2019142842.tif 000007
【００６２】
１０ｍＬのガラス製二口ナスフラスコに、化合物（１Ａ）として５−ヒドロキシメチルフルフラール（１００．０ｍｇ，０．７９０ｍｍｏｌ）と、触媒として酸化金Ａｕ２Ｏ３（１１．５ｍｇ，０．０２６ｍｍｏｌ）、酸化銀Ａｇ２Ｏ（５１．０ｍｇ，０．２２０ｍｍｏｌ）、及び酸化銅ＣｕＯ（３５．０ｍｇ，０．４４０ｍｍｏｌ）と、水酸化ナトリウム（１００．０ｍｇ，２．５００ｍｍｏｌ）と、脱塩水（０．７５ｍＬ）を入れ、酸素（０．１ＭＰａ）を導入し、４２℃で１６時間攪拌した。その後、反応液を室温まで冷却し、反応容器の脱圧を実施した。続いて、濾過によって触媒を分離し、得られた濾液に塩酸を注ぎ、析出した沈殿を濾取した。得られた固体を水洗浄し、目的とする２，５−フランジカルボン酸（ＦＤＣＡ）を収率９０％で得た。
【００６３】
＜実施例２〜９、比較例１〜４＞
化合物（１Ａ）の種類と使用量、触媒の種類と各金属酸化物の使用量を表１に示す通り変更したこと以外は、実施例１と同様に反応を行った。ただし、実施例５では反応温度を８０℃、実施例７〜９では反応温度を４０℃とした。各例における目的物であるカルボニル体の収率を表１に示す。
【００６４】
＜実施例１０＞
反応容器を１０ｍＬガラス製二口ナスフラスコから７０ｍＬＳＵＳ製ミクロオートクレーブに、導入するガスを酸素（０．１ＭＰａ）から空気（０．９ＭＰａ）に変更した以外は実施例１と同様に反応を行った。目的とする２，５−フランジカルボン酸（ＦＤＣＡ）を収率８７％で得た。結果を表２Ａに示す。
【００６５】
＜比較例５＞
各金属酸化物の使用量を表２に示す通り変更したこと以外は、実施例１０と同様に反応を行った。２，５−フランジカルボン酸（ＦＤＣＡ）の収率を表２Ａに示す。
【００６６】
＜実施例１１、比較例６＞
１％金担持炭素（Ａｕ／Ｃ）を用いたこと、各金属酸化物の使用量を表２に示す通り変更したこと以外は、実施例１０と同様に反応を行った。２，５−フランジカルボン酸（ＦＤＣＡ）の収率を表２Ｂに示す。
なお、表２Ｂ中、Ａｕ／Ｃの使用量はＡｕの物質量で示す。
【００６７】
＜実施例１２〜１７＞
銅触媒の種類と銀触媒の使用量を表３に示す通り変更したこと以外は、実施例１と同様に反応を行った。各例における２，５−フランジカルボン酸（ＦＤＣＡ）の収率を表３に示す。
【００６８】
＜実施例１８＞
触媒の種類と各金属酸化物の使用量を表４に示す通り変更したこと以外は、実施例１と同様に反応を行った。目的物である２，５−フランジカルボン酸（ＦＤＣＡ）の収率を表４に示す。
【００６９】
＜実施例１９＞
１０ｍＬのガラス製二口ナスフラスコに、化合物（１Ａ）として５−ヒドロキシメチルフルフラール（１００．０ｍｇ，０．７９０ｍｍｏｌ）と、触媒として酸化金Ａｕ２Ｏ３（５．８ｍｇ，０．０１３ｍｍｏｌ）、酸化銀Ａｇ２Ｏ（５１．０ｍｇ，０．２２０ｍｍｏｌ）、及び酸化銅ＣｕＯ（１７．５ｍｇ，０．２２０ｍｍｏｌ）と、水酸化ナトリウム（１００．０ｍｇ，２．５００ｍｍｏｌ）と、脱塩水（０．７５ｍＬ）を入れ、酸素（０．１ＭＰａ）を導入し、４２℃で１６時間攪拌した。その後、２回目の反応として、５−ヒドロキシメチルフルフラール（１００．０ｍｇ，０．７９０ｍｍｏｌ）と、水酸化ナトリウム（１００．０ｍｇ，２．５００ｍｍｏｌ）と、脱塩水（０．６０ｍＬ）を入れ、酸素（０．１ＭＰａ）を導入し、４２℃で１６時間攪拌した。その後、反応液を室温まで冷却し、反応容器の脱圧を実施した。続いて、濾過によって触媒を分離し、得られた濾液に塩酸を注ぎ、析出した沈殿を濾取した。得られた固体を水洗浄し、目的とする２，５−フランジカルボン酸（ＦＤＣＡ）を収率９３％で得た。２，５−フランジカルボン酸（ＦＤＣＡ）の収率を表５に示す。
【００７０】
＜実施例２０＞
１０ｍＬのガラス製二口ナスフラスコに、化合物（１Ａ）として５−ヒドロキシメチルフルフラール（１００．０ｍｇ，０．７９０ｍｍｏｌ）と、触媒として酸化金Ａｕ２Ｏ３（５．８ｍｇ，０．０１３ｍｍｏｌ）、酸化銅ＣｕＯ（１７．５ｍｇ，０．２２０ｍｍｏｌ）と、水酸化ナトリウム（１００．０ｍｇ，２．５００ｍｍｏｌ）と、脱塩水（０．７５ｍＬ）を入れ、酸素（０．１ＭＰａ）を導入し、４２℃で３２時間攪拌した。その後、２回目の反応として、５−ヒドロキシメチルフルフラール（１００．０ｍｇ，０．７９０ｍｍｏｌ）と、水酸化ナトリウム（１００．０ｍｇ，２．５００ｍｍｏｌ）と、脱塩水（０．６０ｍＬ）を入れ、酸素（０．１ＭＰａ）を導入し、４２℃で３２時間攪拌した。その後、３回目の反応として、５−ヒドロキシメチルフルフラール（１００．０ｍｇ，０．７９０ｍｍｏｌ）と、水酸化ナトリウム（１００．０ｍｇ，２．５００ｍｍｏｌ）と、脱塩水（０．６０ｍＬ）を入れ、酸素（０．１ＭＰａ）を導入し、４２℃で３２時間攪拌した。その後、反応液を室温まで冷却し、反応容器の脱圧を実施した。続いて、濾過によって触媒を分離し、得られた濾液に塩酸を注ぎ、析出した沈殿を濾取した。得られた固体を水洗浄し、目的とする２，５−フランジカルボン酸（ＦＤＣＡ）を収率４６％で得た。２，５−フランジカルボン酸（ＦＤＣＡ）の収率を表５に示す。
【００７１】
＜実施例２１＞
７０ｍＬＳＵＳ製ミクロオートクレーブに、化合物（１Ａ）として５−ヒドロキシメチルフルフラール（１００．０ｍｇ，０．７９０ｍｍｏｌ）と、触媒として１％金担持炭素（Ａｕ／Ｃ）（１０．０ｍｇ，０．０００５ｍｍｏｌ）、酸化銅ＣｕＯ（０．８７５ｍｇ，０．０１１ｍｍｏｌ）と、水酸化ナトリウム（１００．０ｍｇ，２．５００ｍｍｏｌ）と、脱塩水（０．７５ｍＬ）を入れ、酸素（０．１ＭＰａ）を導入し、４２℃で３２時間攪拌した。その後、２回目の反応として、５−ヒドロキシメチルフルフラール（１００．０ｍｇ，０．７９０ｍｍｏｌ）と、水酸化ナトリウム（１００．０ｍｇ，２．５００ｍｍｏｌ）と、脱塩水（０．６０ｍＬ）を入れ、酸素（０．１ＭＰａ）を導入し、４２℃で３２時間攪拌した。その後、３回目の反応として、５−ヒドロキシメチルフルフラール（１００．０ｍｇ，０．７９０ｍｍｏｌ）と、水酸化ナトリウム（１００．０ｍｇ，２．５００ｍｍｏｌ）と、脱塩水（０．６０ｍＬ）を入れ、酸素（０．１ＭＰａ）を導入し、４２℃で３２時間攪拌した。その後、反応液を室温まで冷却し、反応容器の脱圧を実施した。続いて、濾過によって触媒を分離し、得られた濾液に塩酸を注ぎ、析出した沈殿を濾取した。得られた固体を水洗浄し、目的とする２，５−フランジカルボン酸（ＦＤＣＡ）を収率１４％で得た。２，５−フランジカルボン酸（ＦＤＣＡ）の収率を表５に示す。
【００７２】
【表１】
2019142842.tif 000008
【００７３】
【表２Ａ】
2019142842.tif 000009
【００７４】
【表２Ｂ】
2019142842.tif 000010
【００７５】
【表３】
2019142842.tif 000011
【００７６】
【表４】
2019142842.tif 000012
【００７７】
【表５】
2019142842.tif 000013
【００７８】
表１および表４の結果から明らかなように、比較例１〜４では金触媒のみ、金銀の二元系触媒、または金と銅の原子比が本発明の規定範囲外である二元系触媒を用いており、ＦＤＣＡ収率は、それぞれ３％、２％、８％、２％と著しく低かった。
これに対して、実施例１では、金銀銅の三元系触媒（金属原子比Ａｕ：Ａｇ：Ｃｕ＝１：８．５：８．５）を用いることで、ＦＤＣＡ収率は、９０％となった。また、実施例１８では、金と銅の原子比が本発明の規定範囲内である二元系触媒を用いることで、ＦＤＣＡ収率は、８２％となった。この結果から、金銀銅の三元系触媒、もしくは金と銅の原子比が本発明の規定範囲内である二元系触媒を用いることで大幅に収率を向上させることができることが確認された。
【００７９】
また、実施例２〜６は、実施例１に対して、金に対する銀と銅のｍｏｌ比を変化させた例であるが、いずれも収率は５０％程度である。
これらの結果から、金銀銅の三元系触媒としての金属原子比の好ましい範囲は、Ａｕ：Ａｇ：Ｃｕ＝１：（０．１〜３０）：（０．１〜３０）で、より好ましくは、Ａｕ：Ａｇ：Ｃｕ＝１：（４〜１７）：（４〜１７）であることが分かる。
【００８０】
また、金銅の二元系触媒としての金属原子比の好ましい範囲は、Ａｕ：Ｃｕ＝１：（１０〜２０）であることが分かる。
また、実施例７〜９の結果から、化合物（１Ａ）としてベンジルアルコール類を用いた場合でも、目的とするカルボニル体である安息香酸類を高収率で得られる事が確認できた。
【００８１】
表２Ａの実施例１０の結果から、ステンレス（ＳＵＳ）製の反応容器を用いた場合でも、反応器の金属成分による影響を受けることなく、ＦＤＣＡを高収率で得られる事が確認できた。
また、表２Ｂの実施例１１の結果から、１％金担持炭素触媒である１％Ａｕ／Ｃを用いた場合でも、ＦＤＣＡを高収率で得られる事が確認できた。金属担持炭素触媒系を用いる事で、金属使用量を低減し、製造コストを抑えることが可能であり、触媒の回収と再利用という観点で有利である。
【００８２】
表３の実施例１２〜１７の結果から、金銀銅の三元系触媒中で、銅触媒を変更した場合でも、銅化合物の構造による影響はあるものの、ＦＤＣＡを高収率で得られる事が確認できた。
また、実施例１４と１６の結果から、銅触媒として酢酸銅や硝酸銅を用いた場合では、銀触媒量を低減してもＦＤＣＡを高収率で得られる事が確認できた。触媒量を低減可能となることで、製造コストも抑えられる。
【００８３】
表５の実施例１９〜２１の結果から、金銀銅の三元系触媒、または金と銅の原子比が本発明の規定範囲内である二元系触媒中で、繰り返し反応を実施すると、ＦＤＣＡを高収率で得られる事が確認できた。特に金銀銅の三元系触媒を用いた繰り返し反応では、ＦＤＣＡをより高収率で得られる事が確認できた。