(57)【要約】【課題】酸性がより低く腐食性がより小さい触媒系を用いた、糖類からの５−ヒドロキシメチルフルフラールの新規な製造方法の提供。【解決手段】本発明は、少なくとも１種の糖を含む供給原料の５−ヒドロキシメチルフルフラールへの変換のための方法であって、前記供給原料を、少なくとも１種の溶媒であって単独又は混合物としての水又は有機溶媒である溶媒の存在下で、３０℃〜２００℃の範囲の温度及び０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａの範囲の圧力で、１種以上の有機触媒と接触させる方法に関し、前記有機触媒は一般式Ｒ１ＮＨ−Ｃ（＝Ｓ）−ＮＨＲ２（式中、前記Ｒ１及びＲ２基は、ヘテロ原子を含むか又は含まない芳香族基、環状であってもなくてもよい直鎖状又は分枝状アルキル基、及び直鎖状又は分枝状であってよく環状であってもなくてもよい少なくとも１種のヘテロ原子を含むアルキル基から選択され、前記Ｒ１及びＲ２基は置換されていてもされていなくてもよく同一であっても異なっていてもよい）を有するチオウレア群からの化合物から選択される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１種の糖を含む供給原料の５−ヒドロキシメチルフルフラールへの変換のための方法であって、前記供給原料を、少なくとも１種の溶媒であって、水又は有機溶媒の単独又は混合物である溶媒の存在下で、３０℃〜２００℃の範囲の温度及び０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａの範囲の圧力で、１種以上の有機触媒と接触させ、前記有機触媒は一般式Ｒ１ＮＨ−Ｃ（＝Ｓ）−ＮＨＲ２を有するチオウレア群からの化合物から選択され、式中、Ｒ１及びＲ２基は、ヘテロ原子を含むか又は含まない芳香族基、環状であってもなくてもよい直鎖状又は分枝状アルキル基、及び、直鎖状又は分枝状であってよく環状であってもなくてもよく少なくとも１種のヘテロ原子を含むアルキル基から選択され、前記Ｒ１及びＲ２基は置換されていても非置換であってもよく同一であっても異なっていてもよい、方法。
【請求項２】
前記糖は、オリゴ糖及び単糖から単独で又は混合物として選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記単糖は、グルコース、マンノース、及びフルクトースから選択され、これらは単独で又は混合物として使用される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記オリゴ糖は、サッカロース、ラクトース、マルトース、イソマルトース、イヌロビオース、メリビオース、ゲンチオビオース、トレハロース、セロビオース、セロトリオース、セロテトラオース、及び、デンプン、イヌリン、セルロース又はヘミセルロースの加水分解から得られる前記多糖の加水分解から得られるオリゴ糖から選択され、これらは単独又は混合物として使用される、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記Ｒ１及びＲ２基はヘテロ原子を含む芳香族基から選択され、前記ヘテロ原子は窒素、リン、及び酸素から選択される、請求項１〜４の１項に記載の方法。
【請求項６】
前記Ｒ１及びＲ２基はピリジン基、ホスホール基、及びフラン基から選択される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記Ｒ１及びＲ２基は縮合していてもしていなくてもよい６〜１４個の炭素原子を含有しヘテロ原子を含まない芳香族基から選択される、請求項１〜４に記載の方法。
【請求項８】
６〜１４個の炭素原子を含有する前記芳香族基は、フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、及びアントラシル基から選択される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記Ｒ１及びＲ２基は、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ペンチル基、及びヘキシル基から選択される、直鎖状又は分枝状であってよい１〜１２個の炭素原子を含有する非環状アルキル基から選択される、請求項１〜４に記載の方法。
【請求項１０】
前記Ｒ１及びＲ２基は、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロへプチル基、及びビシクロ［２．２．２］オクチル基から選択される３〜８個の炭素原子を含有するシクロアルキル基から選択される、請求項１〜４に記載の方法。
【請求項１１】
前記Ｒ１及びＲ２基は、少なくとも１種の三級アミン官能を含むアルキル基及び／又はシクロアルキル基から選択される、請求項１〜４に記載の方法。
【請求項１２】
前記Ｒ１及びＲ２基は、Ｎ，Ｎ−ジメチルエチルアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルシクロヘキシルアミン、Ｎ−メチルピペリジン、及びアザ−ビシクロ［２．２．２］オクチルから選択される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記有機触媒は１−（３，５−ビス−トリフルオロメチルフェニル）−３−シクロヘキシルチオウレアである、請求項１〜４に記載の方法。
【請求項１４】
前記有機触媒は１−（４−メトキシフェニル）−３−フェニルチオウレアである、請求項１〜４に記載の方法。
【請求項１５】
前記溶媒は、アルコール、エーテル、エステル、ラクトン、環状カーボネート、ニトリル、アミド、スルホン、スルホキシド、及びアンモニウム塩から、単独で又は混合物として選択される有機溶媒である、請求項１〜７の１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記アルコールはメタノール、エタノール、プロパノール類、及びブタノール類から選択され、前記エーテルはジエチルエーテル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、及びジオキサンから選択され、前記エステルはギ酸エチル及び酢酸エチルから選択され、前記ラクトンはγ−バレロラクトン及びγ−ブチロラクトンから選択され、前記環状カーボネートはエチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートから選択され、前記ニトリルはアセトニトリル及びベンゾニトリルから選択され、前記アミドはジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、及びＮ−メチルピロリドンから選択され、前記スルホンはジメチルスルホン及びスルホランから選択され、前記スルホキシドはＤＭＳＯであり、前記アンモニウム塩はコリンクロリドであり、それぞれ単独又は混合物である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記温度は５０℃〜２００℃の範囲であり、前記圧力は０．１ＭＰａ〜８ＭＰａの範囲である、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記供給原料は、０．１〜２００の範囲の溶媒／供給原料の重量比で導入される、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
チオウレア群からの前記有機触媒は、１〜１０００の範囲の供給原料／有機触媒（類）の重量比で導入される、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チオウレア群からの、酸度が低く非腐食性の新規な有機触媒の存在下での、糖類の、詳細にはヘキソースの５−ヒドロキシメチルフルフラールへの変換のための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
５−ヒドロキシメチルフルフラール（５−ＨＭＦ）は、医薬品、農薬、又は特殊化学薬品の有効成分の前駆体として様々な分野においてその価値を高めることができるバイオマス由来の化合物である。近年におけるその重要性は、テレフタル酸の代替品として、ポリエステル繊維又は利便性プラスチック(convenience plastics)製造用のモノマーとして使用されるフランジカルボン酸（ＦＤＣＡ）の前駆体としてのその使用にある。
【０００３】
ヘキソースの脱水による５−ＨＭＦの製造は何年も前から知られており、多くの研究の的となってきた。強いブレンステッド酸又はルイス酸を用いたグルコース又はフルクトースの５−ＨＭＦへの脱水については広く記述されている。Horvathらによる論文（ＡＣＳ  Ｃａｔａｌ．２０１４年、第４巻、１４７０−１４７７頁、非特許文献１）には、例えば、γ−バレロラクトン中、硫酸の存在下での糖類の変換が記載されている。Schuthらによる論文（ＡＣＳ  Ｃａｔａｌ．２０１３年、第３巻、１２３−１２７頁、非特許文献２）に詳細に記載されているように、アンバーリスト(Amberlyst)樹脂等の不均質なスルホン酸もまたフルクトースの５−ＨＭＦへの変換において広く使用されている。
【０００４】
これらの化合物は全て強酸であり、これらのほとんどが腐食性かつ毒性を有し、それらを除去し再循環することは困難であり環境上の問題を引き起こすおそれがある。
【０００５】
これらの触媒の各々の強い酸度の特性は溶媒中におけるそのｐｋａの数値によって示され得る。一例として、ＤＭＳＯ中において、硫酸及びスルホン酸のｐｋａは０〜３の範囲にある。また一例として、水中において、硫酸及びスルホン酸のｐｋａは−１４〜−２の範囲である。酸度の等級化のためのこれらのデータは文献から得られ当業者には周知である。例えば、F.G.Bordwellらによる文献（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１９９１年、第１１３巻、８３９８−８４０１頁、非特許文献３）を参照のこと。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ACS Catal. 2014, 4, 1470-1477
【非特許文献２】ACS Catal. 2013, 3, 123-127
【非特許文献３】J. Am. Chem. Soc., 1991, 113, 8398-8401
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、酸性及び腐食性のより低い触媒系を用いた新規な方法の開発が必要とされている。したがって、本発明は、酸性がより低くかつ腐食性を示さないチオウレア群からの化合物を主体とする有機触媒を用いた、糖類からの５−ヒドロキシメチルフルフラールの製造方法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
したがって、一態様において本発明は、少なくとも１種の糖を含む供給原料の５−ヒドロキシメチルフルフラールへの変換のための新規な方法であって、前記供給原料を、少なくとも１種の溶媒であって、水又は有機溶媒の単独又は混合物である溶媒の存在下で、３０℃〜２００℃の範囲の温度及び０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａの範囲の圧力で、１種以上の有機触媒と接触させる方法を提供する。前記有機触媒は、一般式Ｒ１ＮＨ−Ｃ（＝Ｓ）−ＮＨＲ２（式中、Ｒ１及びＲ２基は、ヘテロ原子を含むか又は含まない芳香族基、環状であってもなくてもよい直鎖状又は分枝状アルキル基、及び直鎖状又は分枝状であってよく環状であってもなくてもよい少なくとも１種のヘテロ原子を含むアルキル基から選択され、前記Ｒ１及びＲ２基は置換されても又は非置換であってよく同一であっても異なっていてもよい）をもつチオウレア群からの化合物から選択される。
【０００９】
用語「有機触媒」は、触媒として作用し、例えば炭素、水素、酸素、窒素、リン、硫黄、ケイ素、フッ素、臭素、塩素、及びヨウ素から選択される、非金属原子のみを含有する分子を意味する。
【００１０】
本発明の１つの利点は、チオウレア群からの１種以上の有機触媒を用いた、糖類の５−ヒドロキシメチルフルフラールへの変換のための方法の提供であり、前記触媒は低い酸度を有し、非腐食性であり、容易に再循環可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、異なる触媒条件下での、糖供給原料から出発した５−ＨＭＦの生成反応の収率の変化を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
供給原料
本発明によると、本発明による方法において処理される供給原料は、好ましくはオリゴ糖及び単糖から単独で又は混合物として選択される、少なくとも１種の糖を含む供給原料である。
【００１３】
用語「糖」とは本発明のために想定される反応条件下で可溶であるいずれかのオリゴ糖又は単糖を意味する。
【００１４】
用語「単糖」はより詳細には一般式Ｃ６（Ｈ２Ｏ）６又はＣ６Ｈ１２Ｏ６を有する炭水化物を意味する。本発明において供給原料として使用される好ましい単糖は、グルコース、マンノース、及びフルクトースから選択され、単独で又は混合物として使用される。
【００１５】
用語「オリゴ糖」はより詳細には実験式Ｃ６ｎＨ１０ｎ＋２Ｏ５ｎ＋１を有する炭水化物（式中、ｎは１よりも大きい整数であり、前記オリゴ糖を構成する単糖単位は同一であるか又は同一でない）、及び／又は、実験式（Ｃ６ｍＨ１０ｍ＋２Ｏ５ｍ＋１）（Ｃ５ｎＨ８ｎ＋２Ｏ４ｎ＋１）を有する炭水化物（式中、ｍ及びｎは１以上の整数であり、前記オリゴ糖を構成する単糖単位は同一であるか又は同一でない）を意味する。
【００１６】
オリゴ糖は好ましくは、ヘキソースの、又はペントース及びヘキソースのオリゴマー、好ましくはヘキソースのオリゴマーであって、好ましくは本発明によって想定される反応条件下で可溶となるような重合度のオリゴマーから選択される。それらは、デンプン、イヌリン、セルロース、又はヘミセルロース等の再生可能資源から得られる多糖の部分加水分解によって得られてよく、場合によってはリグノセルロースバイオマスから得られることもある。一例として、リグノセルロースバイオマスの蒸気爆発は、リグノセルロースバイオマスに含有されるセルロース及びヘミセルロースの部分加水分解のための方法であり、オリゴ糖及び単糖の流れ(stream)を生成する。
【００１７】
本発明において供給原料として使用される好ましいオリゴ糖は好ましくは、サッカロース、ラクトース、マルトース、イソマルトース、イヌロビオース、メリビオース、ゲンチオビオース、トレハロース、セロビオース、セロトリオース、セロテトラオース、及び、デンプン、イヌリン、セルロース又はヘミセルロースの加水分解から得られる前記多糖の加水分解から得られるオリゴ糖から選択され、単独で又は混合物として使用される。
【００１８】
好ましくは、本発明による方法において使用される少なくとも１種の糖を含む供給原料は、セロビオース、フルクトース、及びグルコースから選択され、単独で又は混合物として使用される。
【００１９】
より好ましくは、本発明による方法において使用される少なくとも１種の糖を含む前記供給原料は、フルクトース及びグルコースから選択され、単独で又は混合物として使用される。
触媒
本発明によると、本発明の方法において、前記供給原料を、少なくとも１種の溶媒であって、単独で又は混合物として使用される水又は有機溶媒である溶媒の存在下で、３０℃〜２００℃の範囲の温度及び０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａの範囲の圧力で、チオウレア群からの少なくとも１種の有機触媒と接触させる。
【００２０】
本発明によると、触媒は一般式Ｒ１ＮＨ−Ｃ（＝Ｓ）−ＮＨＲ２（式中、Ｒ１及びＲ２基はヘテロ原子を含むか又は含まない芳香族基、環状であってもなくてもよい直鎖状又は分枝状アルキル基、及び直鎖状又は分枝状であってよく環状であってもなくてもよい少なくとも１種のヘテロ原子を含むアルキル基から選択され、前記Ｒ１及びＲ２基は置換又は非置換であってよく同一であっても異なっていてもよい）を有するチオウレア群からの化合物から選択される。
【００２１】
Ｒ１及びＲ２基は前記基の群から独立に選択されてよい。一例として、Ｒ１が芳香族基から選択され、Ｒ２がシクロアルキル基から選択されてもよい。
【００２２】
Ｒ１及びＲ２が同じ基の群から選択される場合には、Ｒ１及びＲ２は同一であっても異なっていてもよい。
【００２３】
好ましくは、前記Ｒ１及びＲ２基はヘテロ原子を含むか又は含まない芳香族基、及び環状であってもなくてもよいアルキル基から選択され、前記Ｒ１及びＲ２基は任意で置換又は非置換であり同一であっても異なっていてもよく、好ましくは、前記Ｒ１及びＲ２基はヘテロ原子を含まない芳香族基から選択される。
【００２４】
前記Ｒ１及びＲ２基がヘテロ原子を含む芳香族基から選択される場合、前記ヘテロ原子は好ましくは窒素、リン、及び酸素から選択される。この場合、前記Ｒ１及びＲ２基は好ましくはピリジン基、ホスホール基、及びフラン基から選択される。
【００２５】
前記Ｒ１及びＲ２基がヘテロ原子を含まない芳香族基から選択される場合には、それらは有利には６〜１４個の炭素原子を含有する縮合されていてもされていなくてもよい芳香族基から選択される。
【００２６】
好ましくは、６〜１４個の炭素原子を含有する前記芳香族基は、フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、及びアントリル基から選択され、より好ましくは、前記基はフェニルである。
【００２７】
前記Ｒ１及びＲ２基が直鎖状又は分枝状であってよく環状であってもなくてもよいアルキル基から選択される場合、それらは有利には１〜１２個の炭素原子を含有する、好ましくは１〜６個の炭素原子を含有するアルキル基、及び３〜８個の炭素原子を含有する、好ましくは５〜８個の炭素原子を含有するシクロアルキル基から選択される。
【００２８】
好ましくは、１〜１２個の炭素原子を含有する、好ましくは１〜６個の炭素原子を含有する直鎖状又は分枝状であってよい前記非シクロアルキル基はメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ペンチル基、及びヘキシル基から選択される。
【００２９】
好ましくは、３〜８個の炭素原子を含有する、好ましくは５〜８個の炭素原子を含有する前記シクロアルキル基は、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロへプチル基、及びビシクロ［２．２．２］オクチル基から選択される。
【００３０】
前記Ｒ１及びＲ２基が環状であってもなくてもよい少なくとも１種のヘテロ原子を含むアルキル基から選択される場合、前記ヘテロ原子は好ましくは窒素から選択される。
【００３１】
したがって前記基は有利には、少なくとも１種の三級アミン官能を含んでいてもよいアルキル基及び／又はシクロアルキル基から選択される。この場合、それらは有利にはＮ，Ｎ−ジメチルエチルアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルシクロヘキシルアミン、Ｎ−メチルピペリジン、及びアザ−ビシクロ［２．２．２］オクチルから選択される。
【００３２】
前記Ｒ１及びＲ２基が置換されている場合、それらは好ましくは、ハロゲン、−ＣＸ３基（式中Ｘはハロゲン、好ましくはフッ素である）、ニトロ基−ＮＯ２、−ＮＨＣＯＣＨ３基、アルコキシ基（好ましくはメトキシ基及びエトキシ基から選択される）、及び１〜１２個の炭素原子を含有する直鎖状又は分枝状であってよいアルキル基（好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、及びヘキシル基から選択される）から選択される、少なくとも１種の基で置換されている。
【００３３】
好ましくは、前記Ｒ１及びＲ２基は、ハロゲン、−ＣＸ３基（式中Ｘはハロゲン、好ましくはフッ素である）、及びアルコキシ基、好ましくはメトキシ基から選択される少なくとも１種の基で置換されている。前記Ｒ１及びＲ２基は有利にはモノ−又はジ置換体であってよい。
【００３４】
好ましい有機触媒は有利には、以下の有機触媒から選択される。１−（３，５−ビス−トリフルオロメチル−フェニル）−３−シクロヘキシルチオウレア（チオウレア１と記した一般式に相当し、ＤＭＳＯ中でｐＫａ＝１０である）、及び１−（４−メトキシフェニル）−３−フェニルチオウレア（チオウレア２と記した一般式に相当しＤＭＳＯ中でｐＫａ＝１４である）。用語「チオウレア１」及び「チオウレア２」は、本文書中に限ってチオウレア群からのこれらの有機触媒を簡易に記述する目的で使用される。その式を以下に示す。
【００３５】
【化１】
2018526342.tif 000002
【００３６】
ＤＭＳＯ中、チオウレア群からの有機触媒のｐＫａは８〜２２の範囲である。したがってそれらは、ＤＭＳＯ中のｐＫａが０〜３の範囲である硫酸又はスルホン酸類等の従来から糖類の脱水に使用されている強酸よりもはるかに低い酸性を有する。酸度の等級化のためのこれらのデータは文献から得られ、当業者には周知である。これについては例えば、F.G.Bordwellらによる論文（Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．、１９９１年、第１１３巻、８３９８−８４０１頁）を参照してよい。
変換方法
本発明によると、少なくとも１種の糖を含む供給原料の変換方法は、反応容器中で、少なくとも１種の溶媒であって、水又は有機溶媒の単独又は混合物である溶媒の存在下で、３０℃〜２００℃の範囲の温度及び０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａの範囲の圧力で行われる。
【００３７】
本方法はこのように、少なくとも１種の溶媒を含む反応容器中で行われ、前記供給原料は本発明によるチオウレア群からの少なくとも１種の有機触媒の存在下に供される。
【００３８】
本発明によると、本方法は少なくとも１種の溶媒の存在下で操作され、前記溶媒は水又は有機溶媒の単独又は混合物である。
【００３９】
有機溶媒は有利には、メタノール、エタノール、プロパノール類、ブタノール類等のアルコール、ジエチルエーテル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル、ギ酸エチル、酢酸エチル等のエステル、γ−バレロラクトン、γ−ブチロラクトン等のラクトン、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等の環状カーボネート、アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドン等のアミド、ジメチルスルホン、スルホラン等のスルホン、ＤＭＳＯ等のスルホキシド、又はコリンクロリド等のアンモニウム塩から選択される単独又は混合物である。
【００４０】
別の実施形態によると、本発明の方法は、有機溶媒の存在下でのみ実行される。
【００４１】
好ましくは、本発明による前記方法は５０℃〜２００℃の範囲、より好ましくは５０℃〜１７５℃の範囲の温度、及び０．１ＭＰａ〜８ＭＰａの範囲、好ましくは０．１〜５ＭＰａの範囲の圧力で実行される。
【００４２】
一般に本方法は様々な実装(implementations)に従って行われてよい。したがって、本方法はバッチ式でも連続式でも有利に行われ得る。閉鎖反応容器又は半開反応器を使用してよい。
【００４３】
チオウレア群からの有機触媒（類）は、１〜１０００の範囲、好ましくは１〜５００の範囲、好ましくは１〜１００の範囲、より好ましくは１〜５０の範囲の供給原料／有機触媒（類）の重量比に相当する量で反応容器中に導入される。
【００４４】
供給原料は、０．１〜２００の範囲、好ましくは０．３〜１００の範囲、より好ましくは１〜５０の範囲の溶媒／供給原料の重量比に相当する量で本方法中に導入される。
【００４５】
連続方法が選択される場合、単位時間当りの重量流量（供給原料の質量流量／有機触媒（類）の質量）は０．０１ｈ−１〜５ｈ−１の範囲、好ましくは０．０２ｈ−１〜２ｈ−１の範囲である。
【００４６】
反応の終了時、触媒は沈殿、蒸留、抽出、又は洗浄によって容易に回収され得る。触媒はアンバーリスト(Amberlyst)１５又はアンバーリスト３１等のイオン交換樹脂上を通過させることによって回収され、この樹脂を洗浄した後、再循環されてもよい。
得られる生成物及びそれらの分析方法
本発明による変換方法における反応からの生成物は５−ヒドロキシメチルフルフラールである。
【００４７】
反応終了時に、内部較正の存在下で５−ヒドロキシメチルフルフラールの含有量を決定するためのガス相クロマトグラフィー（ＧＣ）によって、また外部標準の存在下で供給原料の転化率を決定するためのイオンクロマトグラフィーによって、反応媒体を分析する。
【実施例】
【００４８】
以下の実施例において、供給原料として使用されるグルコース及びフルクトースは商業的に入手可能であり、補足的な精製を行うことなく使用される。
【００４９】
本発明による触媒の前駆体として使用される３，５−トリフルオロメチルフェニルイソチオシアネート、フェニルイソチオシアネート、シクロヘキシルアミン、及びｐ−アニシジンは商業的に入手可能であり、補足的な精製を行うことなく使用される。
【００５０】
アンバーリスト１５は商業的に入手可能であり、補足的な精製を行うことなく使用される。
【００５１】
溶媒として使用される、実施例においてＮＭＰと記されるＮ−メチルピロリドンは商業的に入手可能であり、補足的な精製を行うことなく使用される。
【００５２】
チオウレア群からの触媒の調製のための実施例１及び２について、チオウレアのモル収率は得られたチオウレアのモル数と使用されたイソチオシアネートのモル数との比から算出した。
【００５３】
糖類の５−ＨＭＦへの変換のための実施例３〜８について、５−ＨＭＦのモル収率は得られた５−ＨＭＦのモル数と使用した糖供給原料のモル数との比によって算出した。
実施例１：有機触媒チオウレア１の調製
３，５−トリフルオロメチルフェニルイソチオシアネート（１．４８５ｇ、５．５ｍｍｏｌ）及びシクロヘキスアミン（０．５９５ｇ、６ｍｍｏｌ）を無水ジクロロメタンに溶解し、反応媒体を周囲温度で一晩攪拌した。次いで溶媒を減圧下で留去し、得られた粗生成物をシリカカラム上でのクロマトグラフィーにより移動相をＣＨ２Ｃｌ２／ＭｅＯＨグラジエントとして精製した。得られたチオウレア１の質量は０．８３ｇであった。チオウレア１に相当するモル収率は精製後４１％であった。
【００５４】
実験式：Ｃ１５Ｈ１６Ｆ６Ｎ２Ｓ；分子量：３７０．０９ｇ．ｍｏｌ−１
1H NMR (δ(ppm), (CD3)2CO, 300 MHz) 8.29 (s, 2H), 7.67 (s, 1H), 4.35-4.15 (m, 1H), 1.81-1.54 (m, 4H), 1.45-1.08 (m, 6H)
実施例２：有機触媒チオウレア２の調製
フェニルイソチオシアネート（０．５６４ｇ、４．１７ｍｍｏｌ）及びｐ−アニシジン（０．５１０ｇ、４．１４ｍｍｏｌ）を無水ジクロロメタン中に溶解し、反応媒体を周囲温度で一晩攪拌した。次いで溶媒を減圧下で留去し、得られた粗生成物をＥｔＯＨ／アセトン混合物からの再結晶によって精製した。得られたチオウレア２の質量は０．４８ｇであった。チオウレア２に相当するモル収率は精製後４５％であった。
【００５５】
実験式：Ｃ１４Ｈ１４Ｎ２ＯＳ；分子量：２５８．０５ｇ．ｍｏｌ−１
1H NMR (δ(ppm), (CD3)2CO, 300 MHz) 8.86 (br.s, 1H), 7.54-7.52 (m, 1H), 7.40-7.30 (m, 4H), 7.17-7.13 (m, 1H), 6.94-6.89 (m, 2H), 3.80 (s, 3H)
実施例３：有機触媒チオウレア１を用いたフルクトースの変換（本発明による）
実施例１からの触媒（０．０４６ｇ、０．１２ｍｍｏｌ）をフルクトース（２．０ｇ、１１．１０ｍｍｏｌ）のＮＭＰ（２０ｇ）中溶液に加えた。供給原料／触媒の重量比は４３．５であった。溶媒／供給原料の重量比は１０であった。反応媒体を１２０℃にて６時間攪拌した。フルクトースの５−ＨＭＦへの転化率を溶液の一部を定期的に取り出すことにより追跡し、取り出した溶液を０℃に急冷し、水中に再溶解してイオンクロマトグラフィーによって検査した。６時間後の５−ＨＭＦの収率は５５％であった。
実施例４：有機触媒チオウレア２を用いたフルクトースの変換（本発明による）
実施例２からの触媒（０．０４４ｇ、０．１７ｍｍｏｌ）をフルクトース（２．０ｇ、１１．１０ｍｍｏｌ）のＮＭＰ（２０ｇ）中溶液に加えた。供給原料／触媒の重量比は４５．５であった。溶媒／供給原料の重量比は１０であった。次いで反応媒体を１２０℃にて６時間攪拌した。フルクトースの５−ＨＭＦへの転化率を溶液の一部を定期的に取り出すことにより追跡し、取り出した溶液を０℃に急冷し、水中に再溶解してイオンクロマトグラフィーによって検査した。６時間後の５−ＨＭＦの収率は５９％であった。
実施例５：有機触媒チオウレア１を用いたグルコース及びフルクトースの混合物の変換（本発明による）
実施例１からの触媒（０．０４６ｇ、０．１２ｍｍｏｌ）をＮＭＰ（２０ｇ）中のフルクトース及びグルコースの５０重量％／５０重量％混合物（２．０ｇ、１１．１０ｍｍｏｌ）に加えた。供給原料／触媒の重量比は４３．５であった。溶媒／供給原料の重量比は１０であった。次いで反応媒体を１２０℃にて６時間攪拌した。フルクトースの５−ＨＭＦへの転化率を溶液の一部を定期的に取り出すことにより追跡し、取り出した溶液を０℃に急冷し、水中に再溶解してイオンクロマトグラフィーによって検査した。６時間後の５−ＨＭＦの収率は５８％であった。
実施例６：有機触媒チオウレア２を用いたグルコース及びフルクトースの混合物の変換（本発明による）
実施例２からの触媒（０．０４４ｇ、０．１７ｍｍｏｌ）をＮＭＰ（２０ｇ）中のフルクトース及びグルコースの５０重量％／５０重量％混合物（２．０ｇ、１１．１０ｍｍｏｌ）に加えた。供給原料／触媒の重量比は４５．５であった。溶媒／供給原料の重量比は１０であった。次いで反応媒体を１２０℃にて６時間攪拌した。フルクトースの５−ＨＭＦへの転化率を溶液の一部を定期的に取り出すことにより追跡し、取り出した溶液を０℃に急冷し、水中に再溶解してイオンクロマトグラフィーによって検査した。６時間後の５−ＨＭＦの収率は６０％であった。
実施例７、比較例：触媒を用いないフルクトースの変換（本発明によらない）
フルクトース（２．０ｇ、１１．１０ｍｍｏｌ）をＮＭＰ（２０ｇ）中に溶解した。溶媒／供給原料の重量比は１０であった。次いで反応媒体を１２０℃にて６時間攪拌した。フルクトースの５−ＨＭＦへの転化率を溶液の一部を定期的に取り出すことにより追跡し、取り出した溶液を０℃に急冷し、水中に再溶解してイオンクロマトグラフィーによって検査した。６時間後の５−ＨＭＦの収率は１％未満であった。
実施例８、比較例：腐食性の強酸樹脂（アンバーリスト１５）を用いたフルクトースの変換（本発明によらない）
アンバーリスト１５（０．０４０ｇ）をフルクトース（２．０ｇ、１１．１０ｍｍｏｌ）のＮＭＰ（２０ｇ）中溶液に加えた。供給原料／触媒の重量比は５０であった。溶媒／供給原料の重量比は１０であった。次いで反応媒体を１２０℃にて６時間攪拌した。フルクトースの５−ＨＭＦへの転化率を溶液の一部を定期的に取り出すことにより追跡し、取り出した溶液を０℃に急冷し、水中に再溶解してイオンクロマトグラフィーによって検査した。６時間後の５−ＨＭＦの収率は４５％であった。
【００５６】
反応６時間後に採取したサンプルからの５−ＨＭＦの収率を示す結果を表１にまとめる。全反応時間に渡る５−ＨＭＦの収率の変化を示す結果を図１に示した。
【００５７】
【表１】
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【００５８】
本発明によるチオウレア群からの酸度の低い有機触媒を使用した場合には、アンバーリスト１５等の強スルホン酸と比較して、反応速度はより速く５−ＨＭＦの収率はより高く、即ち、反応６時間後の５−ＨＭＦのモル収率は、強酸樹脂アンバーリスト１５の４５％に対して、チオウレア類の存在下では６０％程度であった。
【００５９】
このように、チオウレア類の低い酸度、非腐食性、及び非毒性の性質を考えると意外なことに、本発明による有機触媒の使用は従来から糖の５−ＨＭＦへの変換に用いられている強酸樹脂と比較して大いに有利であるということは明らかである。
【図１】
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【国際調査報告】
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