(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
珪素−炭素−珪素結合、珪素−酸素−珪素結合及び珪素−酸素−チタン結合を有するチタン含有珪素酸化物触媒の製造方法であって、下記式（１）で表される珪素化合物（珪素化合物（１））及びチタンアルコキサイド類化合物を水及び／又はアルコール溶媒中でゲル化させ、得られたゲル中の溶媒を超臨界流体で抽出除去するチタン含有珪素酸化物触媒の製造方法。
0004325045.tif 000006
（Ｒ1〜Ｒ7は、独立して、炭素数１〜２０の炭化水素基を表す。）
【請求項２】
請求項１記載の製造方法により得られ、オレフィンとハイドロパーオキサイド類を反応させてオキシラン化合物を製造する用途に用いられるチタン含有珪素酸化物触媒。
【請求項３】
請求項２記載の触媒の存在下、オレフィンとハイドロパーオキサイド類を反応させるオキシラン化合物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チタン含有珪素酸化物触媒の製造方法、該触媒及び該触媒を用いたオキシラン化合物の製造方法に関するものである。更に詳しくは、本発明は、触媒の存在下、オレフィンとハイドロパーオキサイド類を反応させ、高い選択率と収率の下にオキシラン化合物を得ることができるチタン含有珪素酸化物触媒の製造方法、該触媒及び該触媒を用いたオキシラン化合物の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
触媒の存在下、オレフィンとハイドロパーオキサイド類を反応させることによりオキシラン化合物を得る方法は公知である。たとえば、ＵＳＰ４３６７３４２号公報には、チタン担持シリカ触媒を用いる方法が記載されている。しかしながら、従来の方法は、目的物であるオキシラン化合物への選択率とその収率の観点から不十分であった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
かかる現状において、本発明が解決しようとする課題は、触媒の存在下、オレフィンとハイドロパーオキサイド類を反応させ、高い選択率と収率の下にオキシラン化合物を得ることができるチタン含有珪素酸化物触媒の製造方法、該触媒及び該触媒を用いたオキシラン化合物の製造方法を提供する点に存するものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明のうち第一の発明は、珪素−炭素−珪素結合、珪素−酸素−珪素結合及び珪素−酸素−チタン結合を有するチタン含有珪素酸化物触媒の製造方法であって、下記式（１）で表される珪素化合物（珪素化合物（１））及びチタンアルコキサイド類化合物を水及び／又はアルコール溶媒中でゲル化させ、得られたゲル中の溶媒を超臨界流体で抽出除去するチタン含有珪素酸化物触媒の製造方法に係るものである。
0004325045.tif 000002
（Ｒ1〜Ｒ7は、独立して、炭素数１〜２０の炭化水素基を表す。）
また、本発明のうち第二の発明は、上記の製造方法により得られ、オレフィンとハイドロパーオキサイド類を反応させてオキシラン化合物を製造する用途に用いられるチタン含有珪素酸化物触媒に係るものである。
更に、本発明のうち第三の発明は、上記の触媒の存在下、オレフィンとハイドロパーオキサイド類を反応させるオキシラン化合物の製造方法に係るものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明においては、下記式（１）で表される珪素化合物（珪素化合物（１））及びチタンアルコキサイド類化合物を水及び／又はアルコール溶媒中でゲル化させ、得られたゲル中の溶媒を超臨界流体で抽出除去することによりチタン含有珪素酸化物触媒の製造される。
0004325045.tif 000003
（Ｒ1〜Ｒ7は、独立して、炭素数１〜２０の炭化水素基を表す。）
【０００６】
Ｒ1〜Ｒ6は、通常アルキル基であり、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、イソプロピル基、イソブチル基等を例示することができ、好ましくは工業的に入手の容易なメチル基、エチル基である。
【０００７】
Ｒ7は、通常アルキレン基であり、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等の脂肪族炭化水素基やフェニル基、ベンジル基等の芳香族炭化水素基、さらにこれらの組み合わさった炭化水素基等を例示することができ、またこれらの炭化水素基の一部がヘテロ原子に置換されていてもかまわない。
【０００８】
珪素化合物（１）の好ましい具体例としては、ビス（トリエトキシシリル）エタン、ビス（トリエトキシシリル）メタン、ビス（トリメトキシシリル）エタン、ビス（トリメトキシシリル）メタン、ビス（トリメトキシシリル）ヘキサン、１、４−ビス（トリメトキシシリルエチル）ベンゼン等を例示することができる。
【０００９】
本発明においては、珪素化合物（１）に加えて、下記式（２）で表される珪素化合物（珪素化合物（２））及び下記式（３）で表される珪素化合物（珪素化合物（３））を用いることが、骨格強度及び疎水性を任意の程度に調整できるの観点から、好ましい。
Ｓｉ（ＯＲ8）4               （２）
（Ｒ9）mＳｉ（ＯＲ10）4-m        （３）
【００１０】
Ｒ8、Ｒ9及びＲ10は、独立して、炭素数１〜２０の炭化水素基を表す。ｍは整数１又は２を表す。そして、珪素化合物（２）又は珪素化合物（３）の各々の化合物における複数のＲは、同一でもよく、異なってもよい。炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、フェニル基、ベンジル基等を例示することができ、また、これらの炭化水素基の一部がヘテロ原子に置換されていてもかまわない。工業的入手の容易なメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、フェニル基が好ましい。
【００１１】
珪素化合物（２）の好ましい具体例としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラブトキシシラン等をあげることができる。珪素化合物（３）の好ましい具体例としては、トリメトキシメチルシラン、トリメトキシフェニルシラン、ジメトキシジメチルシラン、トリエトキシメチルシラン、トリエトキシフェニルシラン等をあげることができる。
【００１２】
珪素化合物（１）、珪素化合物（２）及び珪素化合物（３）の合計の珪素のモル数に対する炭化水素基のモル数の割合は、５〜１５０％であることが好ましく、更に好ましくは２０〜８０％である。該割合が過少であると触媒性能が低下する場合があり、一方該割合が過多であると触媒合成においてゲル化が進行しない場合がある。
【００１３】
チタンアルコキサイド類化合物としては、テトラメトキシチタン、テトラエトキシチタン、テトラプロポキシチタン、テトライソプロポキシチタン、テトラブトキシチタン、ジイソプロポキシビスアセチルアセトナトチタン等を例示することができる。
【００１４】
チタンアルコキサイド類化合物の使用量（モル数）は、全ての珪素化合物の合計モル数に対して、０．０００１〜１が好ましい。チタンアルコキサイド類化合物の使用量が過少であると活性点の低減により低活性となる場合があり、一方該使用量が過多であるとチタニアの生成により低活性となる場合がある。
【００１５】
溶媒であるアルコールとしては、メタノール、エタノール、ｎ−プロパール、イソプロパノール、ブタノール、シクロヘキサノール、エチレングリコール等を例示することができる。
【００１６】
本発明においては、珪素化合物及びチタンアルコキサイド類化合物を水及び／又はアルコール溶媒中でゲル化させる。ゲル化の方法としは、次の方法をあげることができる。すなわち、珪素化合物及びチタン化合物を溶解した水及び／又はアルコール溶液中に、通常は促進剤としての酸又はアルカリを添加することにより、珪素化合物及びチタン化合物の加水分解・縮合反応を進行させ、珪素−炭素−珪素結合、珪素−酸素−珪素結合及び珪素−酸素−チタン結合を有する高分子縮合体であるゲルを得る。ゲル化反応は通常−３０〜１００℃で行われる。ゲル化固体を成長させるために熟成してもよい。熟成は通常０〜２００℃、１８０時間以内である。上記加水分解縮合反応の促進剤としては酸又はアルカリが用いられるが、得られる触媒性能の観点から酸の使用が好ましい。酸の例としては硝酸、塩酸、硫酸等の無機酸やぎ酸、酢酸等の有機酸があげられ、アルカリの例としては水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア等があげられる。この酸又はアルカリの添加量は原料化合物の種類やゲル化条件に依存するため限定できないが、一般に珪素化合物１モルに対し、０．０００１〜１００モルの範囲である。
【００１７】
得られたゲルは、その中の溶媒を超臨界流体で抽出除去される。流体としては、二酸化炭素、メタノール、エタノール、プロパノール等が例示されるが、後処理が容易であること及び高い触媒性能が得られることから二酸化炭素の使用が好ましい。抽出除去の方法としては、次の方法をあげることができる。すなわち、ゲルを仕込んだオートクレーブ内を超臨界二酸化炭素が形成される条件、すなわち、約３１℃以上の温度と約７．３ＭＰａ以上の圧力下において超臨界二酸化炭素を流通させることにより実施できる。たとえば、温度３１〜１００℃、圧力１０〜３０ＭＰａの超臨界二酸化炭素流体が使用できる。この操作により、ゲル中に取込まれた水及び／又はアルコール溶媒を抽出除去することができる。抽出除去に際しては、超臨界流体を用いる必要がある。このことにより、触媒として好ましい多孔性を得ることができる。
【００１８】
本発明においては、抽出除去操作後、乾燥し、更にシリル化処理を施すことができる。乾燥は、減圧条件下又は空気、窒素等のガス流通下に０〜２００℃にて実施できる。シリル化処理は、前工程で得た乾燥触媒をシリル化剤と溶媒中又は気相中で２０〜３００℃の温度にて接触させ、触媒の表面に存在する水酸基をシリル基に変換することにより行われる。このシリル化処理を施すことにより、触媒性能を向上させることができる。シリル化剤の例としては、クロロトリメチルシラン、ジクロロジメチルシラン、クロロトリエチルシラン等の有機シラン類、Ｎ−トリメチルシリルイミダゾール、Ｎ−ｔ−ブチルジメチルシリルイミダゾール、Ｎ−トリメチルシリルジメチルアミン等の有機シリルアミン類、Ｎ，Ｏ−ビストリメチルシリルアセトアミド、Ｎ−トリメチルシリルアセトアミド等の有機シリルアミド類、ヘキサメチルジシラザン、ヘプタメチルジシラザン等の有機シラザン類などがあげられる。好ましいシリル化剤はヘキサメチルジシラザンである。
【００１９】
本発明の触媒は、珪素−炭素−珪素結合、珪素−酸素−珪素結合及び珪素−酸素−チタン結合を有するチタン含有珪素酸化物触媒である。触媒中の珪素−炭素−珪素結合は、主に29Ｓｉ−ＮＭＲ、13Ｃ−ＮＭＲで確認することができる。たとえば、二つのＳｉ原子がフェニル基によって架橋されている場合、13Ｃ−ＮＭＲでは１４５ｐｐｍ付近の二つのピークによってＳｉに結合しているフェニル基の炭素数を確認することができ、29Ｓｉ−ＮＭＲでは−６０から−８０ｐｐｍ付近に現れる三つのピークによってＳｉとＣと結合したＳｉ原子の存在を確認することができる。詳細はDouglas A. LoyやKenneth J. Sheaらの文献（J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 6700、J. of Non-Crystalline Solids 1993, 160, 234）等に記載されている。また、触媒中に存在するチタンの状態はＵＶ等で確認することができる。２００〜２３０ｎｍ付近の吸収帯の存在は、シリカ中に高分散な状態で存在するチタン原子を示している。一方、チタン化合物同士が縮合して分散状態が悪くなった状態では３００ｎｍ以上の領域に吸収帯が特徴的に現れる。
【００２０】
本発明の触媒は、高い表面積と高度に分散したチタン活性点を有することから、選択的酸化反応、たとえばオレフィンのエポキシ化反応の他、有機化合物の各種酸化反応に用いることが可能である。また所望により、アルミナ等の第三成分の添加で触媒の酸点をより強化することも可能であり、アルキル化反応や接触改質反応等にも使用することが可能である。
【００２１】
本発明の触媒は、オレフィンとハイドロパーオキサイド類を反応させるオキシラン化合物の製造方法に使用される。
【００２２】
反応に供せられるオレフィンとしては、エチレン、プロピレン、ブテンー１、ブテンー２、イソブチレン、ブタジエン、ペンテンー１、イソプレン、ヘキセンー１、オクテンー１、デセンー１、シクロペンテン、シクロヘキセン、スチレン、アリルクロライド、アリルアルコール等を例示することができる。
【００２３】
反応に供せられるとハイドロパーオキサイド類としては、有機ハイドロパーオキサイド及び無機ハイドロパーオキサイドのいずれをも使用できる。有機ハイドロパーオキサイドとしては、エチルベンゼンハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、ｔ―ブチルハイドロパーオキサイド等を例示することができる。無機ハイドロパーオキサイドとしては、過酸化水素等を例示することができる。
【００２４】
工業的観点からは、プロピレンと有機ハイドロパーオキサイドからプロピレンオキサイドを製造する方法が重要であり、本発明の触媒は該反応に好適に使用できる。
【００２５】
反応は適当な溶媒の存在下又は非存在下に液相で実施される。溶媒としては反応に不活性であり、オレフィン及び／又はハイドロパーオキサイド類の溶解性に富む化合物が使用できる。有機ハイドロパーオキサイドを使用する場合の溶媒の具体例としてはブタン、オクタン、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、クメン等の炭化水素類があげられる。一方、無機ハイドロパーオキサイドを使用する場合の溶媒の具体例としてはメタノール、エタノール、イソプロパノール、ｔ−ブタノール、水等があげられる。
【００２６】
エポキシ化反応は一般に０〜２００℃の温度で行える。圧力は反応混合物を液体の状態に保つ圧力でよく、一般に０．１〜１０ＭＰａである。また、エポキシ化反応は粉体触媒又は成形触媒を用い、スラリー又は固定床にて、回分法、半連続法又は連続法によって実施できる。
【００２７】
【実施例】
次に、実施例により本発明を説明する。
実施例１
３００ｍｌフラスコ中に１，４−ビス（トリメトキシシリルエチル）ベンゼン３２．１ｇ、テトラｎーブトキシチタン２．３１ｇ及びｎ−プロパノール６５ｍｌを仕込んだ。この溶液を２５℃で攪拌しながら滴下ロートから７０％硝酸２３ｍｌとｎ−プロパノール  ３５ｍｌ  の混合液を約１時間かけて加えた。この溶液を２５℃で２０日間放置することによりゲルを得た。得られたゲルをオートクレーブに移し、４５℃、２４ＭＰａの超臨界二酸化炭素を８ｇ／分の速度で約１２時間流通させることによりゲル中の溶媒を抽出・除去した。引き続いて２５℃、約１００Ｐａにて１０時間減圧乾燥させることによりシリル化処理を行い触媒約１２ｇを得た。得られた触媒の表面積は、３８４ｍ2／ｇ、細孔容量１．４ｍｌ／ｇであった。
エポキシ反応テストは以下の条件で行った。オートクレーブに触媒１ｇ、プロピレン  １７ｇ、３５％エチルベンゼンハイドロパーオキサイドのエチルベンゼン溶液  ２４ｇ  を仕込み、攪拌下８０℃、１．５時間反応させた。反応液を分析し、反応成績を求めた。結果を表１に示す。
【００２８】
実施例２
実施例１において珪素化合物として１，４−ビス（トリメトキシシリルエチル）ベンゼン２１．６ｇとジメトキシジメチルシラン５．９ｇを、更に７０％硝酸２１ｍｌを用いて同様の操作を行った。結果を表１に示す。
【００２９】
実施例３
実施例１において珪素化合物として１、２−ビス（トリメトキシシリル）エタン１６．２ｇとジメトキシジメチルシラン６．２ｇを、更に７０％硝酸２１ｍｌを用いて同様の操作を行った。結果を表１に示す。
【００３０】
実施例４
実施例１において珪素化合物として１、６−ビス（トリメトキシシリル）ヘキサン２８．０ｇを、更に７０％硝酸５．７ｍｌを用いて同様の操作を行った。結果を表１に示す。
【００３１】
比較例１
実施例１において珪素化合物としてテトラメトキシシラン２６．１ｇを、更に７０％硝酸３０ｍｌを用いて同様の操作を行った。結果を表２に示す。
【００３２】
比較例２
実施例１において珪素化合物としてテトラメトキシシラン１０．４ｇとトリメトキシメチルシラン１４ｇを、更に７０％硝酸２６ｍｌを用いて同様の操作を行った。結果を表２に示す。
【００３３】
結果から次のことがわかる。本発明の条件を満足する全ての実施例は、満足すべき反応成績を示している。一方、本発明の珪素化合物（１）を用いなかった比較例１及び比較例２は反応成績に劣る。
【００３４】
【表１】
0004325045.tif 000004
【００３５】
【表２】
0004325045.tif 000005
【００３６】
表の説明
Ｒの割合  ％：Ｓｉの合計モル数に対する炭化水素基Ｒの合計モル数の割合
ＥＢＨＰ転化率：［反応したＥＢＨＰ（エチルベンゼンハイドロパーオキサイド）／供給したＥＢＨＰ］×１００（％）
ＰＯ／Ｃ３’収率：［生成したＰＯ（プロピレンオキサイド）（モル）／反応したプロピレン（モル）］×１００（％）
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明により、触媒の存在下、オレフィンとハイドロパーオキサイド類を反応させ、高い選択率と収率の下にオキシラン化合物を得ることができるチタン含有珪素酸化物触媒の製造方法、該触媒及び該触媒を用いたオキシラン化合物の製造方法を提供することができた。