(57)【要約】  本発明は、アルコキシメチルフルフラールエーテルまたはアシルオキシメチルフルフラールエステルからのフラン誘導体の触媒的合成に関する。より詳細には、本発明は、多機能触媒系を使用して、単一反応でフラン出発材料の水素化および還元されたフラン誘導体の加水分解の両方を実施することによって得られるフラン誘導体に関係する。このプロセスは、反応生成物からアルコールまたは酸を回収および再利用することを可能にする。
2016522184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルコキシメチルフルフラールエステルおよび／またはアルコキシメチルフルフラールエーテルの少なくとも１種を含む出発材料を、最大で約１５０℃の操作温度および／または最大で約１，２３０ｐｓｉ（約８５バール）の圧力の少なくとも１つを含む穏やかな条件下で、多機能触媒系の存在下で水素と反応させる工程を含み、
還元されたアルキルフラン誘導体が形成される、フラン誘導体の合成方法。
【請求項２】
前記出発材料の水素化が、前記アルコキシメチルフルフラールエステルまたはエーテルからそれぞれエステルまたはエーテル結合を加水分解することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
反応生成物として酸またはアルコールの少なくとも１種を回収する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記操作温度が、約１８℃〜約１３０℃の範囲内である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記圧力が、２９０ｐｓｉ（約２０バール）〜約１，０１５ｐｓｉ（約７０バール）の範囲内である、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
水素化により、制御された様式で前記出発材料が還元されて、部分的または完全に還元されたフラン誘導体を選択的に生じる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記還元されたアルキルフラン誘導体が、２，５−ジメチル−テトラヒドロフラン（ＤＭＴＨＦ）、（５−（ブトキシメチル）フラン−２−イル）メタノール、５−メチル−２−ブトキシメチルフラン、５−メチル−２−ブトキシメチルテトラヒドロフラン、２，５−ジメチルフラン、（５−（ブトキシメチル）テトラヒドロフラン−２−イル）メタノール、２−（ブトキシメチル）−５−（エトキシメチル）フラン、２−（ブトキシメチル）−５−（エトキシメチル）テトラヒドロフラン、（５−メチルフラン−２−イル）メタノール、（５−メチルテトラヒドロフラン−２−イル）メタノール、２−（ブトキシメチル）フラン、２−（ブトキシメチル）テトラヒドロフラン、２−メチルフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、（５−ホルミルフラン−２−イル）メチルアセテート、（５−メチルテトラヒドロフラン−２−イル）メチルアセテート、（５−（ヒドロキシメチル）テトラヒドロフラン−２−イル）メチルアセテート、（テトラヒドロフラン−２−イル）メチルアセテート、（５−（ヒドロキシメチル）フラン−２−イル）メチルアセテートの少なくとも１種を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
アルコキシメチルフルフラールエーテルまたはアシルオキシメチルフルフラールエステルの少なくとも１種を形成するように操作可能な第２の反応で、回収された酸および回収されたアルコールの少なくとも１種を再利用する工程をさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項９】
前記多機能触媒系が、二元機能触媒；アルカリ性および水素化の機能性を有する多機能触媒系；酸、塩基、水素化、脱水および開環機能性からなる群から選択される複数の機能性を有する多機能触媒系の少なくとも１種を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
多機能触媒系が不均一系触媒を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記多機能触媒系が、アルコキシメチルフルフラールエステルおよび／またはアルコキシメチルフルフラールエーテルの少なくとも１種についての選択度の少なくとも１つを呈する触媒を含み：
ａ）アルコキシメチルフルフラールエステルおよび／またはアルコキシメチルフルフラールエーテルの少なくとも１種を含む出発材料が、少なくとも約３０％の生成物選択性の２，５−ジメチル−テトラヒドロフランを形成するのに使用され；
ｂ）出発材料５−ブトキシメチルフルフラールが、少なくとも約８０％の生成物選択性の（５−（ブトキシメチル）テトラヒドロフラン−２−イル）メタノールを形成するのに使用され；
ｃ）出発材料５−ブトキシメチルフルフラールが、少なくとも約３０％の生成物選択性の（５−（ブトキシメチル）フラン−２−イル）メタノールを形成するのに使用され；
ｄ）出発材料５−ブトキシメチルフルフラールが、少なくとも約３０％の生成物選択性の２−（ブトキシメチル）−５−メチルテトラヒドロフランを形成するのに使用され；
ｅ）出発材料５−アセトキシメチルフルフラールが、少なくとも約８５％の生成物選択性の（５−（ヒドロキシメチル）テトラヒドロフラン−２−イル）メチルアセテートを形成するのに使用され；
ｆ）アルコキシメチルフルフラールエステルおよび／またはアルコキシメチルフルフラールエーテルの少なくとも１種を含む出発材料が、少なくとも約２５％の生成物選択性の５−メチルテトラヒドロフランを形成するのに使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記多機能触媒系が、基材担体上にＶＩＩＩ〜ＸＩ族の遷移金属を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
多機能触媒系が、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、イリジウム、ニッケル、コバルト、鉄、銅、銀および金からなる群から選択される少なくとも１種のメンバーである遷移金属を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記多機能触媒系が、０．３〜１０％のＰｄ装填量を有するＰｄ／Ｃ触媒である、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記多機能触媒系が、トリエチルアミンおよび／または無修飾４−ビニルピリジン残基およびジビニルベンゼン残基のポリマーであるイオン交換樹脂の少なくとも１種である、アルカリ性促進剤を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記多機能触媒系が、均一酸、不均一酸、鉱酸および／または有機酸の少なくとも１種である酸性促進剤を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
アルコキシメチルフルフラールエステルまたはアルコキシメチルフルフラールエーテルの少なくとも１種を含む出発材料を、前記アルコキシメチルフルフラールエステルまたはアルコキシメチルフルフラールエステルからそれぞれ少なくとも１つのエステルまたはエーテル結合の１つを加水分解する多機能触媒系の存在下で水素と反応させる工程と、
酸またはアルコール、および還元されたアルキルフラン誘導体反応生成物の少なくとも１種を回収する工程と
を含む、フラン誘導体の調製方法。
【請求項１８】
前記アルコキシメチルフルフラールエステルまたはアルコキシメチルフルフラールエーテルが、制御された様式で還元されて、部分的または完全に還元されたフラン誘導体を形成する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記出発材料を水素と反応させる工程が、１００℃未満の操作温度および９５０ｐｓｉ未満の圧力の少なくとも１つで実施される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記多機能触媒系が、アルコキシメチルフルフラールエステルおよび／またはアルコキシメチルフルフラールエーテルの少なくとも１種についての選択度の少なくとも１つを呈する触媒を含み：
ａ）アルコキシメチルフルフラールエステルおよび／またはアルコキシメチルフルフラールエーテルの少なくとも１種を含む出発材料が、少なくとも約３０％の生成物選択性の２，５−ジメチル−テトラヒドロフランを形成するのに使用され；
ｂ）出発材料５−ブトキシメチルフルフラールが、少なくとも約８０％の生成物選択性の（５−（ブトキシメチル）テトラヒドロフラン−２−イル）メタノールを形成するのに使用され；
ｃ）出発材料５−ブトキシメチルフルフラールが、少なくとも約３０％の生成物選択性の（５−（ブトキシメチル）フラン−２−イル）メタノールを形成するのに使用され；
ｄ）出発材料５−ブトキシメチルフルフラールが、少なくとも約３０％の生成物選択性の２−（ブトキシメチル）−５−メチルテトラヒドロフランを形成するのに使用され；
ｅ）出発材料５−アセトキシメチルフルフラールが、少なくとも約８５％の生成物選択性の（５−（ヒドロキシメチル）テトラヒドロフラン−２−イル）メチルアセテートを形成するのに使用され；
ｆ）アルコキシメチルフルフラールエステルおよび／またはアルコキシメチルフルフラールエーテルの少なくとも１種を含む出発材料が、少なくとも約２５％の生成物選択性の５−メチルテトラヒドロフランを形成するのに使用される、請求項１５に記載の方法。
【請求項２１】
アルコキシメチルフルフラールエステルまたはアルコキシメチルフルフラールエーテルを、最大で約１５０℃の温度および最大で約８５バールの圧力で、前記アルコキシメチルフルフラールエステルまたはアルコキシメチルフルフラールエーテルの部分的に還元された誘導体および完全に還元された誘導体の少なくとも１種を形成するのに十分な時間にわたって水素と反応させる工程を含む、フラン誘導体の合成方法。
【請求項２２】
前記アルコキシメチルフルフラールエステルまたはアルコキシメチルフルフラールエステルからそれぞれエステルまたはエーテル結合の少なくとも１つを加水分解する工程を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記フラン誘導体が、（５−（ブトキシメチル）テトラヒドロフラン−２−イル）メタノール、（５−（ブトキシメチル）フラン−２−イル）メタノール、２−（ブトキシメチル）−５−メチルテトラヒドロフラン、（５−（ヒドロキシメチル）テトラヒドロフラン−２−イル）メチルアセテート、５−メチルテトラヒドロフラン、または２，５−ジメチル−テトラヒドロフラン（DMTHF）の少なくとも１種を含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  本発明は、フラン誘導体の触媒的合成に関する。より詳細には、本発明は、フラン誘導体を生成するためのアルコキシメチルフルフラールエーテルまたはアシルオキシメチルフルフラールエステルの制御された水素化において多機能触媒系を使用することによって得られるフラン誘導体に関係する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]  バイオマスは、再生可能な炭化水素源から工業化学物質に変換され得る炭水化物（ヘキソースおよびペントース）を含有する。バイオマス糖からフラン誘導体を生成すると、持続可能なエネルギー供給および化学物質の生成の実現が促進される。
【０００３】
[0003]  農業原料、例えば、デンプン、セルロース、スクロースまたはイヌリンなどは、ヘキソース、例えば、グルコースおよびフルクトースなどを製造するための安価な出発材料である。フルクトースを脱水すると、ＨＭＦと省略されるヒドロキシメチルフルフラールとしても知られる２−ヒドロキシメチル−５−フルフルアルデヒドが生成される。ＨＭＦの構造を以下に示す。
【化１】
2016522184.tif 000003
【０００４】
[0004]  ＨＭＦは、再生可能な炭水化物から容易に得られる１つの重要な中間体物質の代表である。ＨＭＦについての懸念の１つは、これが誘導体を作製するための源として以外に化学物質自体としての用途が限られていることである。さらに、ＨＭＦは、幾分不安定であり、長く貯蔵すると重合および／または酸化する傾向がある。
【０００５】
[0005]  ＨＭＦの不安定性および重合する傾向に対処する取り組みによって、より安定で容易に分離されるＨＭＦ誘導体、例えばＨＭＦエステルおよびエーテルを形成することが模索されてきた。ヒドロキシメチルフルフラールのエステルおよびエーテルは、水素化によって様々なフラン誘導体に変換され得る。
【発明の概要】
【０００６】
[0006]  以下のことは、本発明の態様のいくつかの基本的な理解をもたらすための本発明の簡単な概要を提示するものである。この概要は、本発明の広範な全体像ではなく、本発明の重要なまたは決定的な要素を特定することも、その射程を描写することも意図していない。この概要の唯一の目的は、後に提示されるより詳細な説明の前置きとして簡略化した形式で本発明のいくつかの概念を提示することである。
【０００７】
[0007]  本発明は、制御された様式でアルコキシメチルフルフラールのエステルまたはエーテルを様々なフラン誘導体に変換するための多機能触媒系および方法を提供する。本方法では、穏やかな条件下、触媒系の存在下で、アルコキシメチルフルフラールエーテルまたはエステルの少なくとも１種を含有する出発材料を水素で水素化して、還元されたフラン誘導体を生成する。本明細書において、穏やかな条件は、１５０℃未満もしくはより典型的には１００℃未満の操作温度、および／または１２５０ｐｓｉ（８６バール）未満の圧力を意味する。本方法ではさらに、アルコキシメチルフルフラールエーテルまたはアシルオキシメチルフルフラールエステルからそれぞれエーテルまたはエステル結合の少なくとも１つを加水分解し、酸またはアルコールおよび還元されたフラン誘導体の少なくとも１種を回収する。
【０００８】
[0008]  図１は、アルコキシメチルフルフラールエステルまたはエーテルを変換してこれらから様々なフラン誘導体を生成するための一連の相互関連水素化反応（inter-related hydrogenation reaction）経路の一般的な概略図を表す。ＨＭＦエーテルの１つの望ましい誘導体は、ＨＭＦのアルデヒド部分がアルコールに変換された、部分的に還元されたフラン誘導体である。エーテルまたはエステル結合の少なくとも１つを加水分解した後に生成されるフラン誘導体はその後、残っている官能基に応じて化学物質または燃料として使用することができる。
【０００９】
[0009]  本方法の特徴は、これにより、多機能触媒系を使用してアルコキシメチルフルフラールエステルまたはエーテルから、還元されたフラン誘導体を直接合成することが可能になることである。多機能触媒系は、複数の機能性を有する１種または複数種の触媒を含み、促進剤を含む場合がある。本発明の特定の利点は、生成されるアルコールまたは酸が回収および再利用され得ることである。回収されたアルコールまたは酸を再利用することは、アルコキシメチルフルフラールエーテルを形成するように操作可能な第２の反応でアルコールを使用すること、またはアシルオキシメチルフルフラールエステルを形成するように操作可能な第２の反応で酸を使用することを含む。
【００１０】
[0010]  単一反応でフラン出発材料の水素化および還元されたフラン誘導体の加水分解の両方を実施するために多機能触媒系を使用することは、これまで報告されていない。さらに、反応生成物からのアルコールまたは酸の回収および再利用は、これまで選択肢でなかった。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】[0011]アシルオキシメチルフルフラールおよびアルコキシメチルフルフラール誘導体の様々な水素化経路を例示する一般的な概略プロセスである。
【図２】[0012]アルコールまたは酸の生成を伴った、アシルオキシメチルフルフラールまたはアルコキシメチルフルフラールエーテルの２，５−ジメチルテトラヒドロフランへの経路の図である。
【図３】[0013]３つの異なる反応時間における５−ブトキシメチルフルフラールの水素化からのモル収率の差異を表す図である。
【図４】[0014]本方法の一実施形態によるフラン誘導体のモル収率に対する触媒系濃度の効果を示す図である。
【図５】[0015]６５℃、１時間および６０バールにおいて酢酸エチル中で得られる生成物のパーセント（％）面積に対する促進剤の効果を示す、５−ブトキシメチルフルフラールを使用した本発明の実施例の結果を表す図である。
【図６】[0016]３つの異なる反応時間における、２つの異なる溶媒を用いた処理の効果を示す、５−ブトキシメチルフルフラールの水素化の本発明の実施例の結果を示す棒グラフを表す図である。ＥｔＯＨ＝エタノール、ＥｔＯＡｃ＝酢酸エチル。
【図７】[0017]４つの異なる触媒系を用いた５−アセトキシメチルフルフラールの水素化から生じる生成物分布の差異を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
[0018]  したがって不明確さはまったくなく、用語「ヒドロキシメチルフルフラールエーテル」、「アルコキシメチルフルフラールエーテル」、および「ＨＭＦエーテル」は、本明細書で互換的に使用され、より技術的に明示すると、一般構造：
【００１３】
【化２】
2016522184.tif 000004
を有するＲ−５’アルコキシメチルフルフラールエーテルである分子を指す。用語「ＨＭＦエステル」、「アシルオキシメチルフルフラールエステル」、「アルコキシメチルフルフラールエステル」、および「ヒドロキシメチルフルフラールエステル」は、本明細書で互換的に使用され、より技術的に明示すると、一般構造：
【００１４】
【化３】
2016522184.tif 000005
を有するＲ−５’アシルメチルフルフラールエステルである分子を指す。各場合において、Ｒは、１〜２４個の炭素原子を有する直鎖状、環式または分岐状の少なくとも１つであり得、酸素、窒素または硫黄も含有し得るアルキル基である。いくつかの好適なアルキル基は、Ｃ１〜Ｃ５アルキル部分、例えば、メチル、エチル、ｎ−プロピル、ｉ−プロピル、ｉ−ブチル、ｎ−ブチル、ｉ−アミルおよびｎ−アミルなどである。これらのアルキル置換ＨＭＦ化合物は、天然のバイオベース源に由来し得る。例えば、メチル置換ＨＭＦエーテルは、バイオマスガス化から得られるメタノールから合成され得る。あるいは、Ｃ１〜Ｃ５アルキル基は、エタノールおよびフーゼル油アルコールから得ることができる。フーゼル油は、エタノールを作製するための発酵の蒸留副生成物であり、その主成分は、イソペンチルアルコールおよび２−メチル−１−ブタノールであり、より少ない程度で、イソブチルアルコール、ｎ−プロピルアルコールならびに少量の他のアルコール、エステルおよびアルデヒドを含有する。さらに、ｎ−ブタノールは、アセトン／エタノールを作製するための発酵、またはエタノールの触媒縮合に由来し得る。
【００１５】
[0019]  バイオマス由来の糖が酸触媒脱水に付されるとき、複雑な生成物混合物が得られる。酸触媒脱水がアルコールを含む溶媒の存在下で実施されると、アルコキシメチルフルフラールエーテルが、炭水化物、レブリン酸アルキル、フミン、および他の特徴のあまりない生成物と一緒に、生成物混合物中で得られる。アルコキシメチルフルフラールエーテルを含有するこの複雑な生成物混合物は、本明細書の方法による水素化のためのフラン出発材料であり得る。酸触媒脱水が有機酸を含む溶媒の存在下で実施されると、アシルオキシメチルフルフラールエステルが、炭水化物、レブリン酸アルキル、フミン、および他の特徴のあまりない生成物と一緒に、生成物混合物中で得られる。アシルオキシメチルフルフラールエステルを含有するこの複雑な生成物混合物は、本明細書の方法による水素化のためのフラン出発材料であり得る。本開示では、本発明者らは、アルコキシメチルフルフラールエーテルまたはアシルオキシメチルフルフラールエステルの少なくとも１種を含有する複雑な生成物混合物から、操作中にフラン誘導体を選択的に生じることができる多機能触媒系を開示する。
【００１６】
[0020]  本開示についてのアルコキシメチルフルフラールエーテルを含有する適当なフラン出発材料は、様々なレベルのアルコキシメチルフルフラールエーテルを含有し得る。フラン出発材料が本開示の多機能触媒系を使用して水素化に付されると、フラン出発材料中に炭水化物、レブリン酸アルキル、フミン、および他の特徴のあまりない生成物の存在下でさえ、所望のフラン誘導体が得られる。一実施形態では、ブトキシメチルフルフラールの形態で、溶解固形分ベースでわずか５％のアルコキシメチルフルフラールエーテルを含有するフラン出発材料が、高収率で、還元されたフラン誘導体に変換され得る。
【００１７】
[0021]  本開示についてのアシルオキシメチルフルフラールエステルを含有する適当なフラン出発材料は、様々なレベルのアシルオキシメチルフルフラールエステルを含有し得る。フラン出発材料が本開示の触媒系を使用して水素化に付されると、フラン出発材料中に炭水化物、レブリン酸アルキル、フミン、および他の特徴のあまりない生成物の存在下でさえ、所望のフラン誘導体が得られる。一実施形態では、アセトキシメチルフルフラールの形態で、溶解固形分ベースでわずか５％のアシルオキシメチルフルフラールエステルを含有するフラン出発材料が、高収率で、還元されたフラン誘導体に変換され得る。
【００１８】
[0022]  用語「フラン誘導体」は、限定されるものではないが、２，５−ジメチル−テトラヒドロフラン（ＤＭＴＨＦ）、（５−（ブトキシメチル）フラン−２−イル）メタノール、５−メチル−２−ブトキシメチルフラン、５−メチル−２−ブトキシメチルテトラヒドロフラン、２，５−ジメチルフラン、（５−（ブトキシメチル）テトラヒドロフラン−２−イル）メタノール、２−（ブトキシメチル）−５−（エトキシメチル）フラン、２−（ブトキシメチル）−５−（エトキシメチル）テトラヒドロフラン、（５−メチルフラン−２−イル）メタノール、（５−メチルテトラヒドロフラン−２−イル）メタノール、２−（ブトキシメチル）フラン、２−（ブトキシメチル）テトラヒドロフラン、２−メチルフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、（５−ホルミルフラン−２−イル）メチルアセテート、（５−メチルテトラヒドロフラン−２−イル）メチルアセテート、（５−（ヒドロキシメチル）テトラヒドロフラン−２−イル）メチルアセテート、（テトラヒドロフラン−２−イル）メチルアセテート、（５−（ヒドロキシメチル）フラン−２−イル）メチルアセテートを含めた部分的または完全に還元されたアルキルフランを指す場合がある。
【００１９】
[0023]  （５−ホルミルフラン−２−イル）メチルアセテート（Ａ）などのアシルオキシメチルフルフラールエステルから出発して、以下のものは、本方法によって作製され得るフラン誘導体のいくつかの例である：それぞれ部分的および完全に還元された（５−（ヒドロキシメチル）フラン−２−イル）メチルアセテート（Ｂ）および（５−（ヒドロキシメチル）テトラヒドロフラン−２−イル）メチルアセテート（Ｃ）。副生成物は、（５−メチルテトラヒドロフラン−２−イル）メチルアセテート（Ｄ）および（テトラヒドロフラン−２−イル）メチルアセテート（Ｅ）である。
【００２０】
【化４】
2016522184.tif 000006
[0024]  本方法の特徴は、これが多機能触媒系を使用してＨＭＦエステルまたはエーテルからのフラン誘導体の直接合成を可能にすることである。本明細書において、「多機能触媒系」は、異なる機能性の触媒の組合せであり、促進剤を含み得る。例えば、多機能触媒系は、還元されたフラン誘導体を生成するのに適用されるフラン出発材料および条件とともに、限定されるものではないが、酸、塩基、水素化、脱水、開環およびこれらの組合せを含めたいくつかの機能性を有する、触媒、促進剤またはこれらの組合せの使用を含み得る。
【００２１】
[0025]  本発明の別の射程は、ＨＭＦエステルまたはエーテルからフラン誘導体を合成するために、二元機能触媒、または酸性もしくはアルカリ性および水素化機能性を有する単一触媒の組合せを含む、多機能触媒系を使用する能力である。二機能化または多機能化触媒は、本明細書において、２つ以上の異なる機能性を有し、したがって２つ以上の異なる反応、好ましくは、中間体の水素化および後続の加水分解を加速することができる触媒を指す。このプロセスは、限定されるものではないが、酸、塩基、水素化、脱水、開環を組み合わせるものを含めたいくつかの機能性を有する多機能触媒系の使用を含み得、促進剤、またはこれらの組合せを含み得る。
【００２２】
[0026]  多機能触媒系は、二元機能触媒；アルカリ性および水素化機能性を有する単一触媒の組合せ；酸、塩基、水素化、脱水、開環を含めたいくつかの機能性を有する触媒の少なくとも１つを含み、促進剤、またはこれらの組合せを含み得る。多機能触媒系は、少なくとも不均一系触媒または均一系触媒を含み得る。多機能触媒系は、所望のフラン誘導体についての選択度を呈し、例えば：ａ）少なくとも約３０％の２，５−ジメチル−テトラヒドロフラン；ｂ）少なくとも約８０％の（５−（ブトキシメチル）テトラヒドロフラン−２−イル）メタノール；ｃ）少なくとも約３０％の（５−（ブトキシメチル）フラン−２−イル）メタノール；ｄ）少なくとも約３０％の２−（ブトキシメチル）−５−メチルテトラヒドロフラン；ｅ）少なくとも約８５％の（５−（ヒドロキシメチル）テトラヒドロフラン−２−イル）メチルアセテート；ｆ）少なくとも約２５％の５−メチルテトラヒドロフランなどである。
【００２３】
[0027]  本明細書で使用するＨＭＦエステルまたはエーテルからの還元されたフラン誘導体の直接合成のための触媒は、ＶＩＩＩ〜ＸＩ族の遷移金属を含み得る。本プロセスで使用され得るいくつかの多機能触媒系は、例えば、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、もしくはＮｉ、Ｃｕ−Ｃｒ、またはこのような金属の異なる組合せを含み得る。白金、パラジウム、ロジウムおよびルテニウムは、より低い温度およびより低いＨ２の圧力で作動する高度に活性な触媒を形成する。非貴金属触媒、特にニッケルに基づくもの（ラネーニッケルおよび漆原ニッケルなど）が経済的な代替案として開発されているが、これは、より遅い場合が多く、より高い温度を必要とする。一例示的な触媒は、約０．５〜１０％のパラジウムが装填された炭素担体上のパラジウム（Ｐｄ／Ｃ）触媒を含む。多機能触媒系は、限定されるものではないが、トリエチルアミン、または無修飾４−ビニルピリジン残基およびジビニルベンゼン残基のポリマーであるイオン交換樹脂を含めた、アルカリ性促進剤を含む。
【００２４】
[0028]  促進剤は、本明細書において、触媒の活性および／または選択性を増強する物質を指す。一部の実施形態では、促進剤は不均一系酸触媒であり得、これは、酸性基が自己に結合した固体材料を含む、基材である。固体材料は、酸性粘土、シリカ、硫酸化ジルコニア、分子篩、ゼオライト、イオン交換樹脂、ヘテロポリ酸、炭素、酸化スズ、ニオビア、チタニア、およびこれらの組合せから選択される材料から構成され得る。一実施形態では、基材は、ポリスチレンなどのポリマー樹脂材料である。イオン交換樹脂は、スルホン化ジビニルベンゼン／スチレンコポリマー樹脂であってもよい。これらの樹脂系触媒のいくつかは、通常、陽イオン交換クロマトグラフィーに使用される。おそらく、陽イオン交換樹脂および他の不均一系酸触媒の最も一般的な酸性基は、スルホン酸基である。スルホン酸基を含有する適当な不均一系酸触媒は、Ａｍｂｅｒｌｙｓｔ（商標）およびＡｍｂｅｒｌｉｔｅ（商標）、Ｄｉａｎｉｏｎ（商標）、ならびにＬｅｗａｔｉｔ（商標）である。例としては、Ａｍｂｅｒｌｙｓｔ（商標）３５、Ａｍｂｅｒｌｙｓｔ（商標）１５、Ａｍｂｅｒｌｙｓｔ（商標）３６、Ａｍｂｅｒｌｙｓｔ（商標）７０、ＸＮ１０１０、ＩＲＣ７６、およびＸＥ５８６（Ｒｏｈｍ  ＆  Ｈａａｓ）、ＲＣＰ２１Ｈ（Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｒｐ．）、Ｄｏｗｅｘ（商標）５０ＷＸ４（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．）、ＡＧ５０Ｗ−Ｘ１２（Ｂｉｏ−Ｒａｄ）、およびＬｅｗａｔｉｔ（商標）Ｓ２３２８、Ｌｅｗａｔｉｔ（商標）Ｋ２４３１、Ｌｅｗａｔｉｔ（商標）Ｓ２５６８、Ｌｅｗａｔｉｔ（商標）Ｋ２６２９（Ｂａｙｅｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）、ＨＰＫ２５（Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ）、Ｎａｆｉｏｎ−５０（ＤｕＰｏｎｔ）などが含まれる。基材に結合した他の酸性基も促進剤として使用され得る。他の促進剤の適当な例には、ＣＲＰ−２００ホスホン酸／ポリスチレン（Ｒｏｈｍ  ＆  Ｈａａｓ）が含まれる。
【００２５】
[0029]  一部の実施形態では、多機能触媒系は、均一酸、不均一酸、鉱酸、および／または有機酸の少なくとも１種である酸性促進剤を含む。酸性促進剤は、鉱酸などの均一系触媒を含み得る。適当な鉱酸触媒としては、硫酸、硝酸、塩酸、リン酸などがある。酸性促進剤は、限定されるものではないが、ｐ−トルエンスルホン酸、トリフルオロ酢酸、レブリン酸およびｐ−メタンスルホン酸を含めた有機酸も含み得る。
【００２６】
[0030]  一実施形態では、触媒は、Ｐｔ、ＰｄまたはＮｉである金属を含有し得るが、促進剤の有無にかかわらず、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｅ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｆｅ、および／またはこれらの組合せも使用され得る。一部の実施形態では、金属は、不均一粒子粉末としてフラン誘導体を生成するために反応混合物に添加され得る。より典型的な実施形態では、金属は、基材に結合しており、不均一金属触媒基材を形成する。典型的な基材としては、限定されるものではないが、キーゼルグール（ｋｉｅｓｅｌｇｕｈｒ）、珪藻土（ｄｉａｔｏｍａｃｅｏｕｓ  ｅａｒｔｈ）、シリカ、およびポリマー樹脂材料がある。金属触媒の一例は、Ｓｕｄ−Ｃｈｅｍｉｅ（Ｌｏｕｉｓｖｉｌｌｅ、ＫＹ）から入手可能なＧ−６９Ｂ（商標）が代表であり、これは、Ｚｒ促進剤とともに、珪藻土上に名目上６２％のニッケルを含有する、平均粒径が１０〜１４ミクロンである粉末触媒である。Ｎｉを含有する他の適当な触媒としては、限定されるものではないが、やはりＳｕｄ−Ｃｈｅｍｉｅ  Ｃｏｒｐから入手可能なスポンジニッケルおよびＧ−９６Ｂ（商標）がある。Ｇ−９６Ｂ（商標）は、シリカ／アルミナ上のニッケル、６６重量％のニッケル、６〜８ミクロンのサイズの粒子である。別の好適なニッケル触媒は、Ｓｕｄ−Ｃｈｅｍｉｅ  Ｃｏｒｐから入手可能なＧ−４９Ｂ（商標）である。粒径は、７〜１１ミクロンであり、５５重量％のニッケルである。別の好適な触媒は、触媒Ｐｄ／Ｃによって例示される炭素上のパラジウムである。別の好適な触媒は、やはりＳｕｄ−Ｃｈｅｍｉｅ  Ｃｏｒｐから入手可能なＧ２２／２（商標）である。Ｇ２２／２（商標）は、バリウム促進型銅クロマイト触媒、３９％のＣｕおよび２４％のＣｒである。Ｃｕを含有する他の適当な触媒としては、限定されるものではないが、Ｊｏｈｎｓｏｎ  Ｍａｔｔｈｅｙから入手可能なスポンジ銅がある。さらに別の実施形態では、触媒は、触媒Ｐｔ／Ｃによって例示される白金触媒であり得る。炭素担持、ジルコニア担持またはゼオライト担持金属触媒も、本方法で使用可能な多機能触媒系として想定される。
【００２７】
[0031]  好適な実施形態では、促進剤および水素化触媒が同じ基材上に提供され、不均一系二元機能触媒を形成する。この性質の例示的な触媒としては、それぞれＲｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｍｉｄｌａｎｄ、ＭＩ）から入手可能なＡｍｂｅｒｌｙｓｔ（商標）ＣＨ１０およびＣＨ２８がある。Ａｍｂｅｒｌｙｓｔ（商標）ＣＨ１０は、酸性促進剤成分としてスルホン酸を含有するマクロレティキュラーパラジウム金属水素化樹脂である。Ａｍｂｅｒｌｙｓｔ（商標）ＣＨ２８は、やはり酸性促進剤成分としてスルホン酸を含有するマクロレティキュラースチレンＤＶＢコポリマーパラジウムドープ水素化樹脂である。Ｌａｎｘｅｓｓ（ドイツ）から入手可能なＬｅｗａｔｉｔ（商標）Ｋ７３３３触媒は、ＯＨ形態でトリアルキルアンモニウム基を含有するパラジウムドープポリマー系樹脂である。本発明は、複数のフラン誘導体を生成するために、穏やかな条件下でのフラン出発材料の効率的なワンポット変換のための多機能触媒系としてこれらの例示的な樹脂を利用する。
【００２８】
[0032]  一般に、本方法の水素化反応は、広範囲の温度および圧力にわたる相対的に穏やかな条件下で実施することができる。本明細書において、「穏やかな条件」は、操作温度が約１５０℃を超えず、および／または圧力が約１，２３０ｐｓｉ（約８５バール）を超えない反応器内での、ある特定の操作パラメータを指す。好適な実行では、温度は、通常１５０℃であり、圧力は、１２３０ｐｓｉ未満である。圧力に対する唯一の上限は、反応器が耐え得るものであり、したがってより高い圧力が必要に応じて使用され得る。典型的には、反応は、例えば、約１８℃〜２０℃の周囲室温から最大約１３０℃までの範囲内の操作温度で、かつ約８５ｐｓｉ（約５．８バール）の最小圧力から最大約１，０１５ｐｓｉ（約７０バール）までで、またはこれらの間の温度と圧力の任意の組合せで行われ得る。望ましくは、反応は、９５０ｐｓｉ（約６５．５バール）以下の圧力で、１００℃以下の操作温度を有する。本発明者らは、１００℃未満の温度下で水素化を実施することによって、より高い選択性のフラン誘導体を得ることができることを発見した。それにもかかわらず、製造者の所望の生成混合物に応じて、温度および圧力の様々な並べ替えが適用され得る。例えば、一部の実施形態では、反応の操作温度は、２５℃〜９５℃の範囲内であり、操作圧力は、約９０ｐｓｉ〜９５０ｐｓｉである（例えば、約８８℃、および約９４０ｐｓｉ（約６５バール））。ある特定の例では、フラン誘導体を得るために、約６０℃〜約９８℃の範囲内の温度および約２９０ｐｓｉ（約２０バール）〜約８９５ｐｓｉ（約６２バール）の範囲内の圧力でアルコキシメチルフルフラールエーテルまたはエステルを水素化および加水分解することができる。
【００２９】
[0033]  代わりに、水素化反応は、約２０℃〜８８℃の範囲内の操作温度またはその中の任意の組合せで実行され得る。特定の例は、約４０℃〜約８５℃（例えば、約５０℃または５５℃から、約７５℃または８０℃まで）の範囲内の温度で操作することができる。
【００３０】
[0034]  反応器内の操作圧力は、約１００ｐｓｉ〜約９４０ｐｓｉの範囲内である。特定の例は、約２０バール〜約８９５ｐｓｉ（約６２バール）の間で、典型的には、約３００ｐｓｉ（約２０．７バール）または３２０ｐｓｉ（約２２．１バール）から、約８７５ｐｓｉ（約６０．３バール）または約８８０ｐｓｉ（約６０．７バール）までの範囲内で操作することができる。一部の実施形態は、約５００ｐｓｉ（約３４．５バール）または７２５ｐｓｉ（約５０バール）から、約８８５ｐｓｉ（約６１バール）の間の圧力で操作することができる。
【００３１】
[0035]  他の温度は、例えば、約３５℃〜９２℃の範囲内であり得、他の操作圧力は、例えば、約１３０ｐｓｉ〜９００ｐｓｉの範囲内であり得る。時間は、反応条件、反応のスケール、多機能触媒系などを考慮に入れることによって適切に決定することができる。水素化反応は、所定時間、例えば、約１時間、最大で約５もしくは６時間またはそれ超などにわたって実行され得る。
【００３２】
[0036]  本方法によれば、反応は、出発材料を高温（すなわち、１５０℃超）に加熱する必要なく、分子の還元のある程度の制御を可能にする条件で実施される。これまで、水素化反応は、過剰の生成物の形成をもたらす高い温度および圧力でのストリンジェントな条件下で実施されていた。十分な活性および選択性を有する触媒を使用する選択的な水素化のための効率的な実行可能なプロセスが当技術分野への相当な寄与となることは明らかである。
【００３３】
[0037]  還元されたフラン誘導体の触媒的合成では、選択性は、制御された様式で変更され得る。本明細書において、「制御された様式」は、アルコキシメチルフルフラールエーテルおよびアシルオキシメチルフルフラールエステルの少なくとも１種を含有するフラン出発材料からの還元されたフラン誘導体の高い選択性を実現し、相互関連水素化反応経路を同時に抑制するための温度、圧力、時間、および／または多機能触媒系などの反応条件の調整を意味する。
【００３４】
[0038]  様々な実施形態では、フラン出発材料は、少なくともブトキシメチルフルフラールを含み、出発材料の一部が、還元されたフラン誘導体に変換される。
【００３５】
[0039]  ここで図１に戻ると、この反応中、ＢＭＦは、部分的に還元されて（５−（ブトキシメチル）フラン−２−イル）メタノール（２）を形成し、および／または完全に還元されて（５−（ブトキシメチル）テトラヒドロフラン−２−イル）メタノール（７）を形成すると考えられる。理論によって束縛されるものではないが、複数の還元されたフラン誘導体は、以下の経路の１つまたは複数を介して発生すると考えられる。第１の経路では、部分的に還元されたフラン誘導体２がさらなる水素化を受けて完全に還元されたフラン誘導体７を形成する。第２の経路では、部分的に還元されたフラン誘導体２が脱水し、５−メチル−２−ブトキシメチルフラン（３）を形成し、フラン環のさらなる水素化により、５−メチル−２−ブトキシメチルテトラヒドロフラン（４）が形成され、またはエーテル結合の加水分解および／または水素化分解により、ブタノールおよび２，５−ジメチルフラン（５）が生成され、２，５−ジメチルフランは２，５−ジメチルテトラヒドロフラン（６）へのさらなる水素化に利用可能である。第３の経路では、アルコール溶媒の存在下での部分的に還元されたＢＭＦ誘導体２が、カルボカチオン中間体を介して１のアセタールを形成し、これは、還元を受けて８を生成し、フラン環がさらに還元されて９を形成する。２からの８の形成も、酸触媒経路を介して起こり得る。第４の経路では、酸の存在下での部分的に還元されたフラン誘導体２が、加水分解を受けてブタノールおよび（５−メチルフラン−２−イル）メタノール（１０）を生成する。１０のさらなる水素化により、（５−メチルテトラヒドロフラン−２−イル）メタノール（１１）が形成される。第５の経路では、２および／または７の脱カルボニルにより、２−ブトキシメチルフラン（１２）および／または２−ブトキシメチルテトラヒドロフラン（１３）がもたらされ、これらは、ブタノールならびに２−メチルフラン（１４）および／または２−メチルテトラヒドロフラン（１５）を生成するさらなる反応に利用可能である。上述した経路に準じた反応を行うことにより、生成物としてブタノールが生成され、これは、ブトキシメチルフルフラールエーテルの少なくとも１種を形成するのに操作可能である第２に反応における再利用に利用可能である。上述した相互関連水素化反応経路の１つまたは複数は、同時に起こり得る。
【００３６】
[0040]  本発明による促進剤の添加などの制御された反応条件によって、還元されたフラン誘導体の選択性の著しい改善が得ることができるということが、今般見出された。意外にも、フラン誘導体の高い選択性は、混合触媒、促進剤、またはこれらの組合せを含む多機能触媒系を使用して得られた。したがって、本発明者らは、相互関連水素化反応経路を抑制し、望まれない生成物の形成を減少させることができた。
【００３７】
[0041]  完全に還元されたフラン誘導体（７）および還元されたフラン誘導体６の少なくとも１種を得るための条件の差異は、多機能触媒系である。アルカリ性促進剤およびパラジウム含有水素化触媒を含む多機能触媒系の存在下での、フラン出発原料としてアルコキシメチルフルフラールエーテルまたはアシルオキシメチルフルフラールエステルの少なくとも１種を用いた、２５〜６０℃、６〜１０バールのＨ２での例示的な反応下で、支配的な生成物は、３０分〜２時間の反応時間で完全に還元されたフラン誘導体７である。
【００３８】
[0042]  促進剤の有無にかかわらず各水素化触媒の金属装填量の選択も、還元されたフラン誘導体の選択性を制御することができる。一般に、金属は、様々な形態（例えば、元素、金属酸化物、金属水酸化物、金属イオンなど）で存在し得る。典型的には、担体の表面における金属は、触媒重量の約０．２５％〜約１０％を構成し得る。
【００３９】
[0043]  少なくとも３０％の選択性の還元および加水分解されたフラン誘導体ＤＭＴＨＦ（６）を作製するために、アルコキシメチルフルフラールエーテルまたはアシルオキシメチルフルフラールエステルの少なくとも１種を含有するフラン出発材料を、Ｈ２ならびに均一酸性促進剤および水素化触媒を含む多機能触媒系と接触させる。１〜２時間の間の時間にわたる、２５〜１００℃の間の温度および約６〜６０バールの間の圧力での、二元機能触媒および／または不均一系酸触媒促進剤の水素化触媒との組合せを含む多機能触媒系は、少なくとも約７０％の選択性でＤＭＴＨＦを生成する。例示的な実施形態では、温度は６０℃であり、圧力は６０バールであり、時間は１時間である。
【００４０】
[0044]  反応の選択性は、多機能触媒系の装填量によって制御され得るが、より長い反応時間も、さらなる加水分解および／または還元を増強する。二元機能触媒を含む多機能触媒系および０．４当量の装填量を使用すると、主な生成物は、完全に還元されたフラン誘導体７である。より高い当量の二機能性樹脂触媒系を添加すると、ＢＭＦの定量的な変換が得られ、ブタノールおよびＤＭＴＨＦの収率がより高くなった。同様に、反応時間を延ばすと、より高い収率のブタノールおよびＤＭＴＨＦを生成することができる。
【００４１】
[0045]  本発明者らは、温度、触媒および促進剤を変更することによって、水素化の選択性のかなりの制御を実証することができる。水素化プロセスでは、本発明者らは、アルコキシメチルフルフラールエーテルまたはアシルオキシメチルフルフラールエステルの少なくとも１種から、それぞれアルコールまたは酸の少なくとも１種を回収することができ、それにより、１００℃未満および９５０ｐｓｉ未満という相対的に穏やかな条件下で部分的または完全に還元されたフラン誘導体の少なくとも１種を選択的に生成することが可能になる。例えば、本方法は、ＨＭＦエーテルを選択的に還元して、限定されるものではないが、置換フラン、置換テトラヒドロフランまたはテトラヒドロフラン化合物を含めた、フラン誘導体を生成することを可能にする。ヘキサンジオールを含めた開環生成物も形成され得る。
【００４２】
[0046]  生成物の還元および収集を一工程に単純化することができることにより、合成効率を増大させ、回収コストを節約することができる。本プロセスの別の利点は、触媒系を単純な様式で反応混合物から分離し、任意選択により再び使用されるように再利用することができることである。例えば、イオン交換樹脂に固定されたパラジウム触媒は、パラジウム金属がイオン交換樹脂のマトリックスに固定されているのでほとんど不活化されず、このような触媒の回収および再使用における取り扱いは、触媒の相対的な粒径が非常に大きいので極めて容易である。
【００４３】
[0047]  別の態様では、本発明者らは、ＨＭＦエーテルまたはエステルを含有する出発材料をフラン誘導体に変換する能力を、本発明の実施形態による連続フローシステム、セミバッチ反応、またはバッチ反応などの方法によって処理されるように採用することができることを想定する。例えば、この反応は、流動床、管型反応器、カラムまたはパイプ内で、バッチ式でまたは連続的に実施することができる。本プロセスにより、反応のスケール、反応条件、使用される触媒系などを単に変更することによって、開示したいくつかの誘導体を選択的に合成することができる。いくつかの反応器は、インラインにあり得、生成物の選択性は、バルブの切り換えまたは温度、時間もしくは圧力の変化によって制御され得る。簡潔に言えば、本明細書に記載の方法は、バッチ反応に限定されず、連続プロセスとして実施され得る。
【００４４】
[0048]  本発明の射程から逸脱することなく様々な変更を上記プロセスに行うことができ、以上の記載に含まれるすべての事項は、例示的なものとして解釈されるべきで、限定的な意味で解釈されるべきでないということが意図されている。
【実施例】
【００４５】
[0049]  表１は、図１に示した総称での様々なフラン出発材料およびフラン誘導体についての本明細書で使用する参照番号のリストを提供する。
【００４６】
【表１】
2016522184.tif 000007
【００４７】
[0050]  本開示の一般的原理を様々な異なるアシルまたはアルキルＲ置換基を有する出発材料に適用可能であるが、以下では、例示のためＲ＝（ａ）ｎ−ブチルまたは（ｂ）アセチル基を有する実施例に焦点をあてて議論する。脱水反応が１−ブタノール中で実施されるとき、アルコールが５−（ヒドロキシメチル）フルフラール（ＨＭＦ）と反応して、対応するエーテル、５−（ブトキシメチル）フルフラール（ＢＭＦ、１ａ）を生じることができる。同じ様式において、アシルエステル、５−アセトキシメチルフルフラール（ＡｃＭＦ、１ｂ）が、酢酸が脱水反応で使用されるとき形成され得る。
【００４８】
[0051]  図１を参照すると、例えば、５−（ブトキシメチル）フルフラール（BMF、１ａ）または５−アセトキシメチルフルフラール（ＡｃＭＦ、１ｂ）の水素化では、完全に還元されたフラン誘導体（７）種は、水素化がアルカリ性樹脂（例えば、Ｐｕｒｏｌｉｔｅ（商標）５１４９またはＲｅｉｌｌｙ（商標）４２５）の存在下で炭素担体上のパラジウム触媒（例えば、５％以下のＰｄ／Ｃ）を含む多機能触媒系を用いて行われるとき、９０％超の選択性で形成される。パラジウムドープ酸性樹脂（例えば、Ａｍｂｅｒｌｙｓｔ（商標）２８）の存在下で、水素化により、約６０％〜約７０％の選択性で主にジメチルテトラヒドロフラン（ＤＭＴＨＦ、６）が生じる。
【００４９】
[0052]  エーテルまたはエステル結合を加水分解した後、それぞれアルコキシメチルフルフラールエーテルまたはアシルオキシメチルフルフラールエステルの少なくとも１種を形成するように操作可能な第２の反応での再利用のために１−ブタノールおよび酢酸を回収することができる（例えば、そのぞれぞれの内容が参照により本明細書に組み込まれている米国特許第７，６７９，４９０号または米国特許出願公開第２０１１／０１３７０５２号を参照）。エーテルまたはエステル結合の少なくとも１つを加水分解した後に生成されるフラン誘導体は、残っている機能性に応じて化学物質または燃料として使用され得る。図２は、アルコールまたは酸の生成を伴った本発明による概略プロセスを提示する。
【００５０】
[0053]  以下の実施例は、本開示の発明の例示として提供されるものであり、例えば、温度、時間および試薬の量、ならびに特定の出発種および触媒ならびにこれらの量を変化させることによってパラメータおよび条件を変更することにより、提示した実施例の制限を超えて、本発明の十分な実行に影響を与え、拡張することができるという認識を伴っている。
【００５１】
５−ブトキシメチルフルフラール（ＢＭＦ）
[0054]  フラン誘導体を、触媒系を使用して代表的なアルコキシメチルフルフラールエーテル、５−ブトキシメチルフルフラール（ＢＭＦ、１ａ）から合成した。粗製ＢＭＦを真空下で蒸留して、８４％の（ＢＭＦ）および１６％のレブリン酸ブチルを含むフラン出発材料を得た。
【００５２】
標準条件
[0055]  反応混合物を以下に記載するように調製し、溶媒および多機能触媒系を添加した１００ｍＬ  ＭＣ  Ｓｅｒｉｅｓ  Ｓｔｉｒｒｅｄ  Ｒｅａｃｔｏｒ（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ、Ｗａｒｍｉｎｓｔｅｒ、ＰＡ）または多反応器システム（Ｐａｒｒ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ、Ｍｏｌｉｎｅ、ＩＬ）の少なくとも１つの中に導入した。容器を、撹拌しながら（６２５ｒｐｍ）水素でパージした（４×５００ｐｓｉ）。次いで容器を加圧し、連続的に撹拌しながら所望の温度に加熱した。設定時間後、反応物を室温に冷却させ、残っている水素ガスを除去し、容器を周囲圧力に戻し、容器を開け、真空濾過によって内容物を取り出し、触媒を収集した。
【００５３】
[0056]  初期のＢＭＦ変換をＧＣ／ＭＳおよび１Ｈ  ＮＭＲによって定量化した。Ｐｄ／ＣおよびＡｍｂｅｒｌｙｓｔ（商標）アルカリ性樹脂を含む触媒系を使用して得られる生成物の生成物選択性（％）を、公知の標準物質を使用するＧＣ−ＭＳ分析および内部正規化法によって判定した。各フラン誘導体生成物の生成物選択性（％）を、ＧＣ−ＭＳトレース中の面積％として報告する。各フラン誘導体のモル収率（％）を、（フラン誘導体のモル／出発材料中のアルコキシメチルフルフラールのモル）＊１００として計算する。
【００５４】
実施例１〜５
[0057]  水素化の選択性は、反応条件を変更することによって制御した。実施例１〜５については、初期の一連の反応を、５％Ｐｄ／Ｃ触媒（ＢＭＦ１ｇ当たり０．１ｇ）を使用してＥｔＯＡｃ溶媒中で、６バールの水素下で２５℃にて６０分間実施した。反応は、促進剤を用いないで実施した対照ランを並行して、アルカリ性樹脂促進剤を０．３ｇ装填して（ＢＭＦ１ｇに関して）行った。結果を以下の表２に示す。
【００５５】
[0058]  フラン出発材料ＢＭＦを、アルカリ性樹脂促進剤Ｒｅｉｌｌｙ（商標）４２５とともに５％Ｐｄ／Ｃを含む多機能触媒系によって、ＥｔＯＡｃ中で９８％の選択性で完全に還元されたフラン誘導体（７ａ）に直接変換した（表２、エントリー２）。促進剤の非存在下では（表２、エントリー１）、わずか６９％の選択性の完全に還元されたフラン誘導体が得られた。異なるアルカリ性樹脂促進剤Ｐｕｒｏｌｉｔｅ（商標）Ｄ５１４９を使用する同じ条件下で、完全に還元されたフラン誘導体に対する選択性は、５３％に減少し、ＢＭＦの部分的変換を伴った（表２、エントリー３）。次いで、溶媒１，４−ジオキサンを使用したことを除いて、エントリー３に記載したのと同じ条件下で実験を実施した。組成分析は、１，４−ジオキサンが、ＥｔＯＡｃ溶媒と比較して完全に還元されたフラン誘導体（７ａ）のより高い選択性をもたらしたことを示す（表２、エントリー４）。トリエチルアミン促進剤０．２ｇおよび５％Ｐｄ／Ｃ１．０ｇ（ＢＭＦ１ｇ当たり）の存在下で、ＢＭＦは、２０％の選択性で部分的に還元されたＢＭＦ（２ａ）に変換され、７８％の選択性で７ａに変換された（表２、エントリー５）。
【００５６】
【表２】
2016522184.tif 000008
【００５７】
実施例６〜８
[0059]  同じ６０℃の反応温度および６０バールの水素圧力でＡｍｂｅｒｌｙｓｔ（商標）ＣＨ２８二官能性樹脂（ＢＭＦ１ｇ当たり１ｇ）を含む触媒系を使用するＥｔＯＡｃ中のＢＭＦの水素化および加水分解に対する反応時間の効果の３つの試験を行った。結果は、％モル収率について図３中に示されており、より短い反応時間と比較して、より長い反応時間は、全体的により高いブタノール回収率およびジメチルテトラヒドロフラン形成をもたらすことを実証する。
【００５８】
実施例９〜１１
[0060]  さらなる実験を、同じ７５ｍＬパーリアクター装置を使用して行って、ＢＭＦ変換、ブタノール回収率、およびジメチルテトラヒドロフラン形成に対するＢＭＦ０．５ｇ当たりの二元機能触媒Ａｍｂｅｒｌｙｓｔ（商標）ＣＨ２８樹脂の当量の効果を判定した。Ａｍｂｅｒｌｙｓｔ（商標）ＣＨ２８二官能性樹脂を含む様々な装填量の触媒系を使用して、ＥｔＯＡｃ中のＢＭＦの溶液を、６０バールの水素を用いて６０分間６０℃に加熱した。フラン誘導体およびブタノールのモル収率を図４に示す。ＢＭＦのほぼ定量的な変換が０．４当量の二官能性樹脂を使用して実現され、主要なフラン誘導体生成物としての完全に還元されたＢＭＦ誘導体および２５％のＢｕＯＨ回収率を伴った。より高い当量の二機能性樹脂触媒系を添加すると、ＢＭＦが定量的に変換され、ブタノールのより高い回収率およびジメチルＴＨＦの形成を伴った。
【００５９】
実施例１２〜１６
[0061]  ＥｔＯＡｃ中の１０％Ｐｄ／Ｃ（ＢＭＦ１ｇ当たり０．１ｇ）およびＢＭＦを使用して、促進剤を様々にして６０バールの水素下で６０℃にて６０分間加熱して、多反応器システムを一連の反応で使用した。フラン誘導体生成物混合物中に見つかる様々な材料の生成された生成物選択性は、図５に示した通りであった。還元および加水分解されたフラン誘導体、ＤＭＴＨＦは、促進剤の非存在下でのわずか約９％と比較して、ＢＭＦ１ｇ当たり硫酸促進剤０．０２ｇの存在下で３０％の選択性で生成された。意外にも、パラジウムドープ酸性樹脂触媒系、Ａｍｂｅｒｌｙｓｔ（商標）ＣＨ２８を使用するＢＭＦの水素化は、ジメチルＴＨＦについて７０％の生成物選択性を主にもたらした。フランの完全な水素化およびエーテル結合の加水分解が穏やかな反応条件下で得られた。
【００６０】
実施例１７〜２０
[0062]  ３０バールの水素、およびＨ２ＳＯ４促進剤（ＢＭＦ１ｇ当たり０．０８ｇ）の存在下でＢＭＦ１ｇ当たり０．５ｇの１０％Ｐｄ／Ｃ触媒装填量を含む多機能触媒系を用いて６０℃にて実験を行った。図６で観察され得るように、溶媒をＥｔＯＨからＥｔＯＡｃに変更することよって、フラン誘導体ＤＭＴＨＦ（６）の選択性が３３％から４１％に上昇し、ＭＴＨＦアルコールブチルエーテル（４ａ）の選択性が２９％から４５％に上昇した。ＥｔＯＡｃ溶媒中で反応時間を１２０分により長くすると、フラン誘導体ＤＭＴＨＦのさらにより高い５５％の生成物選択性がもたらされた。フラン誘導体ＭＴＨＦアルコールブチルエーテル（４）は、４３％の選択性で生成された。
【００６１】
実施例２１〜３２  −  溶媒再利用のためのブタノールの回収
[0063]  ブタノールを、再利用のためにフラン誘導体生成物混合物から回収した（表３）。回収されたブタノールの最高量は、二官能性樹脂Ａｍｂｅｒｌｙｓｔ（商標）２８を含む触媒系の存在下で実施した反応から得られた（表３、エントリー２２、２４および２９）。回収されたブタノールの最高モル収率は、５５％であった。
【００６２】
【表３】
2016522184.tif 000009
【００６３】
５−アセトキシメチルフルフラール（ＡｃＭＦ）
[0064]  フラン誘導体を、いくつかの条件下で多機能触媒系を使用して、代表的なアシルオキシメチルフルフラールエステルである５−アセトキシメチルフルフラール（ＡｃＭＦ、１ｂ）から合成した。ＡｃＭＦは、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈから得た市販の製品であった。
【００６４】
実施例３３〜３６
[0065]  実施例１〜３２で使用したのと同じ装置および標準条件を使用して、一連の実験を、溶媒中のＡｃＭＦフラン出発材料の溶液および触媒系を使用して実施した。これらの試験は、ＡｃＭＦ変換およびフラン誘導体選択性に対する様々な触媒系、反応時間および圧力の効果を判定するために行った。触媒系の存在下のＡｃＭＦのＥｔＯＡｃ溶液を６０バールの水素に加圧し、１時間加熱した。結果は、Ｐｄ／Ｃおよび酸性促進剤トリフルオロ酢酸の組合せを含む触媒系（表４、エントリー３３）により、４６％の完全に還元されたフラン誘導体（７ｂ）、２６％の４ｂ、１６％のＭＴＨＦ（１５）、および５％のＤＭＴＨＦ（６）の混合物が得られたことを示す。多機能触媒系、Ａｍｂｅｒｌｙｓｔ２８を使用する同じ条件下でのＤＭＴＨＦの選択性は、組み合わせた触媒系と比較して４８％より高い選択性を示した。反応時間を２時間に延ばすと、６３％でのＤＭＴＨＦのさらにより高い選択性がもたらされた。１時間にわたって６０℃に加熱した、１４バールの水素圧力でのＡｍｂｅｒｌｙｓｔ１０の多機能触媒系は、フラン誘導体ＭＴＨＦの２５％の選択性、およびＡｃＭＦの部分的な変換を与えた。結果は、フラン誘導体の選択性が触媒系、反応温度および反応時間の選択によって制御されたことを実証している。
【００６５】
【表４】
2016522184.tif 000010
【００６６】
実施例３７〜４０
[0066]  ＥｔＯＡｃまたは１，４−ジオキサン中の５％Ｐｄ／Ｃまたは１０％Ｐｄ／Ｃ（ＡｃＭＦ１ｇ当たり０．１ｇ）およびＡｃＭＦをＰｕｒｏｌｉｔｅ（商標）Ｄ−５１４９（ＡｃＭＦ１ｇ当たり０．３ｇ）とともに含む多機能触媒系、７バールの水素圧力、ならびに様々な温度を使用して、多反応器システムを一連の反応で使用した。生成物選択性は、多機能触媒系、反応時間および温度を変更することによって著しく影響された（表５）。ＡｃＭＦの完全に還元された誘導体（７ｂ）の最高の選択性は、６０℃に１時間加熱して５％Ｐｄ／Ｃを使用して９４％であった。反応を周囲温度で２時間実施した場合、完全に還元された誘導体の選択性は、８６％に減少し、２−メチルテトラヒドロフラン（１５）の選択性は、１０％に増大した。表５に示したように、エントリー３９および４０は、ＥｔＯＡｃまたは１，４−ジオキサン中で５％または１０％のＰｄ／Ｃ装填量を使用する同様の条件下で反応を行ったとき、完全に還元された誘導体（７ｂ）が一次生成物であった。これらの実験からの結果は、実施例１〜５の結果と組み合わせて、アルカリ性促進剤により、完全に還元された誘導体の選択性が増大したことを示す。
【００６７】
【表５】
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【００６８】
[0067]  本明細書に提示した実施例は、Ｐｄ触媒を使用する多機能触媒系を記載するものであるが、様々な他の触媒系、例えば、ニッケル、白金、ルテニウムまたは銅なども使用することができ、アルカリ性または酸性促進剤を含み得る。
【００６９】
略語
[0068]  上記明細書で論じた化学物質および誘導体の多くは、これらの化学名ではなく略語によって典型的には言及される。最も頻繁に使用される略語としては、以下のものが挙げられる：
ＡｃＭＦ＝５−アセトキシメチルフルフラール
ＢＭＦ＝５−ブトキシメチルフルフラール
ＤＭＴＨＦ＝２，５−ジメチルテトラヒドロフラン
ＥｔＯＡｃ＝酢酸エチル
ＥｔＯＨ＝エタノール
ＨＭＦ＝５−ヒドロキシメチルフルフラール
ＭＴＨＦ＝５−メチルテトラヒドロフラン
ＴＦＡ＝トリフルオロ酢酸
【００７０】
[0069]  本発明を一般に、かつ実施例として詳細に記載してきた。本発明は、必ずしも具体的に開示した実施形態に限定されず、本発明の射程内で使用され得る現在公知のまたは開発される他の均等な成分を含めて、以下の特許請求の範囲またはこれらの均等物によって定義される本発明の射程から逸脱することなく、改変およびバリエーションを行うことができることを当業者は理解する。したがって、変更が本発明の射程から別段に逸脱しない限り、これらの変更は、本明細書に含まれていると解釈されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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