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JP7652373B2 - Carbonate ester manufacturing method - Google Patents
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Description

本発明は、炭酸エステルの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing carbonate esters.

炭酸エステルは、ポリカーボネートやポリウレタンなどの原料であり、また、溶媒、燃料添加剤、各種洗浄剤及びリチウムイオン電池の電解液等の広範な用途を有する有用な化合物である。
炭酸エステルの製造方法として、均一系触媒存在下で二酸化炭素とカルボン酸オルトエステルとの反応による製造方法が知られている(例えば、特許文献1、2参照。)。
また、固体触媒とベンゾニトリルなどの存在下で二酸化炭素とアルコールとの反応で炭酸エステルを製造する方法も提案されている(例えば、特許文献3、4参照。)。
Carbonate esters are useful compounds that are used as raw materials for polycarbonates and polyurethanes, and also have a wide range of applications, such as solvents, fuel additives, various cleaning agents, and electrolytes for lithium-ion batteries.
As a method for producing a carbonate ester, a production method involving reacting carbon dioxide with a carboxylic acid orthoester in the presence of a homogeneous catalyst is known (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
Also, a method for producing a carbonate ester by reacting carbon dioxide with an alcohol in the presence of a solid catalyst and benzonitrile or the like has been proposed (see, for example, Patent Documents 3 and 4).

特開平11-35521号公報Japanese Patent Application Publication No. 11-35521 特開平7-224010号公報Japanese Patent Application Publication No. 7-224010 特開2016-216363号公報JP 2016-216363 A WO2019/138993WO2019/138993

均一系触媒又はベンゾニトリル等を用いる従来の炭酸エステルの製造方法では、炭酸エステル生成後の分離精製が複雑であるという問題がある。本発明は、二酸化炭素とカルボン酸オルトエステルとの反応により簡便に炭酸エステルを製造する方法の提供を課題とする。 Conventional methods for producing carbonate esters using homogeneous catalysts or benzonitrile, etc., have the problem that separation and purification after the production of carbonate esters is complicated. The objective of the present invention is to provide a method for easily producing carbonate esters by reacting carbon dioxide with a carboxylic acid orthoester.

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、酸化セリウムの存在下で、二酸化炭素とカルボン酸オルトエステルとの反応により炭酸エステルが生成することを見出し、本発明を完成させた。
本発明は、以下の具体的態様等を提供する。
[1]
酸化セリウムの存在下、二酸化炭素とカルボン酸オルトエステルとを反応させ炭酸エステルを生成する反応工程を含むことを特徴とする炭酸エステルの製造方法。
[2]
前記カルボン酸オルトエステルが式(A)で表される化合物であり、前記炭酸エステルが式(B)で表される化合物である、[1]に記載の炭酸エステルの製造方法。

Figure 0007652373000001
上記式中、Rは、それぞれ独立して、置換基を有していてもよいアルキル基であり;Rは、水素原子又は置換基を有していてもよい炭化水素基である。
[3]
前記式(A)において、Rの全てが炭素数1~6のアルキル基であり;Rが水素原子、ハロゲノ基を有していてもよい炭素数1~20のアルキル基又は炭素数6~20のアリール基である、[2]に記載の炭酸エステルの製造方法。
[4]
前記反応工程をアルコールの存在下で行う、[1]~[3]のいずれかに記載の炭酸エステルの製造方法。 Means for Solving the Problems The present inventors have conducted extensive research to solve the above problems and have discovered that a carbonate ester is produced by reaction of carbon dioxide with a carboxylic acid orthoester in the presence of cerium oxide, thereby completing the present invention.
The present invention provides the following specific embodiments.
[1]
A method for producing a carbonate ester, comprising a reaction step of reacting carbon dioxide with a carboxylic acid orthoester in the presence of cerium oxide to produce a carbonate ester.
[2]
The method for producing a carbonate ester according to [1], wherein the carboxylic acid orthoester is a compound represented by formula (A), and the carbonate ester is a compound represented by formula (B).
Figure 0007652373000001
In the above formula, R 1 's each independently represent an alkyl group which may have a substituent; R 2 's each independently represent a hydrogen atom or a hydrocarbon group which may have a substituent.
[3]
The method for producing a carbonate ester according to [2], wherein, in the formula (A), all of R 1 's are alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms; and R 2 's are hydrogen atoms, alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms which may have a halogeno group, or aryl groups having 6 to 20 carbon atoms.
[4]
The method for producing a carbonate ester according to any one of [1] to [3], wherein the reaction step is carried out in the presence of an alcohol.

本発明によれば、二酸化炭素とカルボン酸オルトエステルとの反応により簡便に炭酸エステルを製造することができる。反応後にろ過等により容易に触媒と炭酸エステルを分離可能であり、触媒は繰り返し利用できる。また副生成物は対応するカルボン酸エステルであり、これも蒸留により目的物である炭酸エステルと容易に分離できる。特に、アルコールの存在下で反応を行うと、カルボン酸オルトエステルは原料としてだけでなくアルコールと二酸化炭素の反応で炭酸エステルが生成する脱水剤としての役割も兼ね、高収率で炭酸エステルが得られる。 According to the present invention, a carbonate ester can be easily produced by reacting carbon dioxide with a carboxylic acid orthoester. After the reaction, the catalyst and the carbonate ester can be easily separated by filtration or the like, and the catalyst can be reused. The by-product is the corresponding carboxylic acid ester, which can also be easily separated from the target carbonate ester by distillation. In particular, when the reaction is carried out in the presence of alcohol, the carboxylic acid orthoester serves not only as a raw material but also as a dehydrating agent to generate a carbonate ester by the reaction of alcohol with carbon dioxide, and the carbonate ester can be obtained in high yield.

本発明の詳細を説明するに当たり、具体例を挙げて説明するが、本発明の趣旨を逸脱しない限り以下の内容に限定されるものではなく、適宜変更して実施することができる。 Specific examples will be given to explain the details of the present invention, but the invention is not limited to the following content and can be modified as appropriate without departing from the spirit of the invention.

炭酸エステルの製造方法
本発明の一実施形態に係る炭酸エステルの製造方法は、酸化セリウムの存在下、二酸化炭素とカルボン酸オルトエステルとを反応させ炭酸エステルを生成する反応工程を含むことを特徴とする。
Method for Producing Carbonate Ester A method for producing a carbonate ester according to one embodiment of the present invention is characterized by including a reaction step of reacting carbon dioxide with a carboxylic acid orthoester in the presence of cerium oxide to produce a carbonate ester.

二酸化炭素とカルボン酸オルトエステルとを反応させて炭酸エステルが生成する反応は、例えば、以下の反応式で表される。

Figure 0007652373000002
(上記式中、Rは、それぞれ独立して、置換基を有していてもよいアルキル基であり;Rは、水素原子又は置換基を有していてもよい炭化水素基である。)
具体的には、例えば、二酸化炭素にオルト酢酸トリエチルを反応させて、ジエチルカーボネートと酢酸メチルを生成する反応が挙げられる。
本発明者らは、二酸化炭素とカルボン酸オルトエステルからの炭酸エステルの直接合成について検討し、酸化セリウムの存在下で、簡便に炭酸エステルを製造できることを見出した。この直接合成の反応メカニズムは以下のように推定される。まず、酸化セリウムとカルボン酸オルトエステルとが反応し、Ce-O-Rというアルコキシ基部位を有する化学種が酸化セリウム表面に生成する。このアルコキシ基部位のCe-O結合に対して二酸化炭素分子が挿入し、Ce-O-(C=O)-O-Rというカルボニル基(C=O)を持つ化学種となる。このカルボニル基(C=O)に対して、カルボン酸オルトエステル由来のもう一つのRO基が求核的に反応して、生成物である炭酸エステル(B)と、副生成物であるカルボン酸エステルを生成し、酸化セリウムが再生する。本実施形態に係る製造方法は、二酸化炭素を有効活用でき、また、ホスゲンを用いる合成法の代替となり得る、低環境負荷の炭酸エステルの製造方法である。
以下、「カルボン酸オルトエステル」、反応条件等について説明する。本明細書では、
酸化セリウムの存在下、二酸化炭素とカルボン酸オルトエステルとを反応させ炭酸エステルを生成する反応工程を、単に「反応工程」ともいう。 The reaction of carbon dioxide with a carboxylic acid orthoester to produce a carbonate ester is represented, for example, by the following reaction formula.
Figure 0007652373000002
(In the above formula, each R1 is independently an alkyl group which may have a substituent; and each R2 is a hydrogen atom or a hydrocarbon group which may have a substituent.)
Specifically, for example, a reaction in which carbon dioxide is reacted with triethyl orthoacetate to produce diethyl carbonate and methyl acetate can be mentioned.
The present inventors have investigated the direct synthesis of a carbonate ester from carbon dioxide and a carboxylic acid orthoester, and have found that a carbonate ester can be easily produced in the presence of cerium oxide. The reaction mechanism of this direct synthesis is presumed to be as follows. First, cerium oxide reacts with a carboxylic acid orthoester to generate a chemical species having an alkoxy group moiety, Ce-O-R 1, on the surface of the cerium oxide. A carbon dioxide molecule is inserted into the Ce-O bond of this alkoxy group moiety, resulting in a chemical species having a carbonyl group (C=O), Ce-O-(C=O)-O-R 1. Another R 1 O group derived from the carboxylic acid orthoester nucleophilically reacts with this carbonyl group (C=O), producing a product carbonate ester (B) and a by-product carboxylic acid ester, and regenerating cerium oxide. The production method according to this embodiment is a method for producing a carbonate ester with low environmental impact, which can effectively utilize carbon dioxide and can be an alternative to a synthesis method using phosgene.
The "carboxylic acid orthoester" and reaction conditions will be described below.
The reaction process in which carbon dioxide and a carboxylic acid orthoester are reacted with each other in the presence of cerium oxide to produce a carbonate ester is also simply referred to as the "reaction process".

<カルボン酸オルトエステル>
本発明で用いられるカルボン酸オルトエステルは、同一の炭素上に3個のアルコキシ基を持つ化合物であれば特に限定されない。3個のアルコキシ基は同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、アルコキシ基のアルキル基は、直鎖状であってもよいし分岐鎖状であってもよいし、置換されていてもよいし無置換でもよい。
<Carboxylic acid orthoester>
The carboxylic acid orthoester used in the present invention is not particularly limited as long as it is a compound having three alkoxy groups on the same carbon. The three alkoxy groups may be the same or different. The alkyl group of the alkoxy group may be linear or branched, and may be substituted or unsubstituted.

カルボン酸オルトエステルとしては、好ましくは式(A)で表される化合物が挙げられる。

Figure 0007652373000003
(式(A)中、Rは、それぞれ独立して、置換基を有していてもよいアルキル基であり;Rは、水素原子又は置換基を有していてもよい炭化水素基である。) The carboxylic acid orthoester is preferably a compound represented by the formula (A).
Figure 0007652373000003
(In formula (A), each R 1 is independently an alkyl group which may have a substituent; and each R 2 is a hydrogen atom or a hydrocarbon group which may have a substituent.)

(R
は、それぞれ独立して、置換基を有していてもよいアルキル基である。
のアルキル基の炭素数は特に限定されないが、通常1以上であり、また、通常30以下、好ましくは24以下、より好ましくは20以下、さらに好ましくは12以下、特に好ましくは6以下である。アルキル基は、直鎖状であってもよいし、分岐鎖状であってもよい。
で表される無置換のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、iso-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、iso-ペンチル基、ネオペンチル基、n-ヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、n-ノニル基、n-デシル基、n-ウンデシル基、n-ドデシル基、n-トリデシル基、n-テトラデシル基、n-ペンタデシル基、n-ヘキサデシル基、n-ヘプタデシル基、n-オクタデシル基、n-ノナデシル基、n-ドコシル基等が挙げられる。
が有していてもよい置換基としては、例えば、ハロゲノ基、アルキルチオ基、アミノ基、イミノ基、アミジノ基、ピロリル基、トリアジン環、トリアゾール環、ベンゾトリアゾリル基、イミダゾリル基、ベンズイミダゾリル基、キノリル基、ピリジル基、ピリミジン基、ピラジニル基、キナゾリニル基、キノキサリニル基、プリニル基、ピペリジニル基、ピペラジニル基、ピロリジニル基、ピラゾリル基、アニリン基、アゾ基、ジアゾ基、アジド基、シアノ基、アミド基、イミド基、ウレア基、イソシアヌル構造を含む基、ニトロ基、ニトロソ基、シアネート基、イソシアネート基、モルホリノ基、ラクタム環等が挙げられる。
生成物の汎用性と、入手容易性の観点から、Rは無置換のアルキル基であることが好ましく、Rの全てが炭素数1~6のアルキル基であることが特に好ましい。
(R 1 )
Each R 1 is independently an alkyl group which may have a substituent.
The number of carbon atoms in the alkyl group of R1 is not particularly limited, but is usually 1 or more, and is usually 30 or less, preferably 24 or less, more preferably 20 or less, even more preferably 12 or less, and particularly preferably 6 or less. The alkyl group may be linear or branched.
Examples of the unsubstituted alkyl group represented by R1 include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, a sec-butyl group, an isobutyl group, a tert-butyl group, an n-pentyl group, an isopentyl group, a neopentyl group, an n-hexyl group, an n-heptyl group, an n-octyl group, an n-nonyl group, an n-decyl group, an n-undecyl group, an n-dodecyl group, an n-tridecyl group, an n-tetradecyl group, an n-pentadecyl group, an n-hexadecyl group, an n-heptadecyl group, an n-octadecyl group, an n-nonadecyl group, and an n-docosyl group.
Examples of the substituent that R 1 may have include a halogeno group, an alkylthio group, an amino group, an imino group, an amidino group, a pyrrolyl group, a triazine ring, a triazole ring, a benzotriazolyl group, an imidazolyl group, a benzimidazolyl group, a quinolyl group, a pyridyl group, a pyrimidine group, a pyrazinyl group, a quinazolinyl group, a quinoxalinyl group, a purinyl group, a piperidinyl group, a piperazinyl group, a pyrrolidinyl group, a pyrazolyl group, an aniline group, an azo group, a diazo group, an azide group, a cyano group, an amide group, an imide group, a urea group, a group containing an isocyanuric structure, a nitro group, a nitroso group, a cyanate group, an isocyanate group, a morpholino group, and a lactam ring.
From the viewpoints of versatility of the product and easy availability, R 1 is preferably an unsubstituted alkyl group, and it is particularly preferable that all R 1 are alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms.

(R
は、水素原子又は置換基を有していてもよい炭化水素基である。本明細書において、「炭化水素基」とは、直鎖状の飽和炭化水素基に限られず、炭素-炭素不飽和結合を有していてもよいし、分岐構造を有していてもよいし、環状構造を有していてもよい。
の炭化水素基の炭素数は特に限定されないが、通常1以上であり、また、通常30
以下、好ましくは20以下、より好ましくは12以下である。
で表される無置換の炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、iso-プロピル基、n-ブチル基、sec-ブチル基、iso-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、iso-ペンチル基、ネオペンチル基、n-ヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、n-ノニル基、n-デシル基、n-ウンデシル基、n-ドデシル基、n-トリデシル基、n-テトラデシル基、n-ペンタデシル基、n-ヘキサデシル基、n-ヘプタデシル基、n-オクタデシル基、n-ノナデシル基、n-ドコシル基等のアルキル基;シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;フェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、1-フェナントリル基、2-フェナントリル基、3-フェナントリル基、4-フェナントリル基、9-フェナントリル基、1-アントリル基、2-アントリル基、9-アントリル基、1-ピレニル基、2-ピレニル基、4-ピレニル基、1-トリフェニレニル基、2-トリフェニレニル基等のアリール基等が挙げられる。
が有していてもよい置換基としては、Rが有していてもよい置換基として例示したものが挙げられる。
入手容易性の観点からの観点から、Rは、水素原子、ハロゲノ基を有していてもよい炭素数1~20のアルキル基又は炭素数6~20のアリール基であることが特に好ましい。
( R2 )
R2 is a hydrogen atom or a hydrocarbon group which may have a substituent. In this specification, the term "hydrocarbon group" is not limited to a linear saturated hydrocarbon group, and may have a carbon-carbon unsaturated bond, a branched structure, or a cyclic structure.
The number of carbon atoms in the hydrocarbon group of R2 is not particularly limited, but is usually 1 or more, and is usually 30 or less.
It is preferably 20 or less, and more preferably 12 or less.
Examples of the unsubstituted hydrocarbon group represented by R2 include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, a sec-butyl group, an isobutyl group, a tert-butyl group, an n-pentyl group, an isopentyl group, a neopentyl group, an n-hexyl group, an n-heptyl group, an n-octyl group, an n-nonyl group, an n-decyl group, an n-undecyl group, an n-dodecyl group, an n-tridecyl group, an n-tetradecyl group, an n-pentadecyl group, an n-hexadecyl group, an n-heptadecyl group, an n-octadecyl group, an n-nonyl group, an n-butyl ... Examples of such groups include alkyl groups such as a decyl group and an n-docosyl group; cycloalkyl groups such as a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group and a cyclohexyl group; and aryl groups such as a phenyl group, a 1-naphthyl group, a 2-naphthyl group, a 1-phenanthryl group, a 2-phenanthryl group, a 3-phenanthryl group, a 4-phenanthryl group, a 9-phenanthryl group, a 1-anthryl group, a 2-anthryl group, a 9-anthryl group, a 1-pyrenyl group, a 2-pyrenyl group, a 4-pyrenyl group, a 1-triphenylenyl group and a 2-triphenylenyl group.
Examples of the substituent that R2 may have include those exemplified as the substituent that R1 may have.
From the viewpoint of availability, R 2 is particularly preferably a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms which may have a halogeno group, or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms.

カルボン酸オルトエステルの具体例としては、例えば、オルトぎ酸トリメチル、オルトぎ酸トリエチル、オルトぎ酸トリプロピル、オルトぎ酸トリイソプロピル、オルトぎ酸トリブチル、オルトぎ酸ジエチルフェニル等のオルトぎ酸エステル;オルト酢酸トリメチル、オルト酢酸トリエチル、オルト酢酸トリプロピル、オルト酢酸トリブチル、オルトクロロ酢酸トリエチル、オルトジクロロ酢酸トリエチル等のオルト酢酸エステル;オルトプロピオン酸トリメチル、オルトプロピオン酸トリエチル等のオルトプロピオン酸エステル;オルト酪酸トリメチル、オルトイソ酪酸トリメチル等のオルト酪酸エステル;オルト吉草酸トリメチル、オルト吉草酸トリエチル等のオルト吉草酸エステル;オルト安息香酸トリメチル、オルト安息香酸トリエチル等のオルト安息香酸エステル等が挙げられる。
カルボン酸オルトエステルの使用量(仕込み量)は特に限定されず、反応容器の大きさに応じて適宜決定すればよい。また、カルボン酸オルトエステルは市販品を用いてもよいし、合成して用いてもよい。
Specific examples of carboxylic acid orthoesters include orthoformic acid esters such as trimethyl orthoformate, triethyl orthoformate, tripropyl orthoformate, triisopropyl orthoformate, tributyl orthoformate, and diethylphenyl orthoformate; orthoacetate esters such as trimethyl orthoacetate, triethyl orthoacetate, tripropyl orthoacetate, tributyl orthoacetate, triethyl orthochloroacetate, and triethyl orthodichloroacetate; orthopropionic acid esters such as trimethyl orthopropionate and triethyl orthopropionate; orthobutyric acid esters such as trimethyl orthobutyrate and trimethyl orthoisobutyrate; orthovaleric acid esters such as trimethyl orthovalerate and triethyl orthovalerate; and orthobenzoic acid esters such as trimethyl orthobenzoate and triethyl orthobenzoate.
The amount of the carboxylic acid orthoester used (charged amount) is not particularly limited and may be appropriately determined depending on the size of the reaction vessel. In addition, the carboxylic acid orthoester may be a commercially available product or may be synthesized.

<二酸化炭素>
反応工程は、炭酸エステルの原料として二酸化炭素(ガス)を用いる。二酸化炭素ガスの充填圧力は特に限定されないが、高い方が収率が高い傾向があり、通常0.1MPa以上、好ましくは1.0MPa以上、また、通常10MPa以下、好ましくは5.0MPa以下である。充填圧力がこの範囲であると、炭酸エステルを効率良く製造できる。なお、本明細書において、「充填圧力」とは、反応開始時点での反応器内の二酸化炭素の圧力(25℃)を意味する。二酸化炭素は、反応時の圧力が、好ましくは1MPa以上、より好ましくは2MPa以上、また、好ましくは20MPa以下、より好ましくは15MPa以下である。反応工程で用いる二酸化炭素は、工業ガスとして調製されたものだけでなく、工場や発電所等からの排出ガスから分離回収したものも用いることができる。なお、反応系においては、本発明の効果を著しく損なわない範囲で、二酸化炭素以外のガス、例えば、N、Ar等の不活性ガスが含まれていてもよい。
<Carbon dioxide>
In the reaction step, carbon dioxide (gas) is used as a raw material for the carbonate ester. The filling pressure of the carbon dioxide gas is not particularly limited, but the higher the pressure, the higher the yield tends to be. It is usually 0.1 MPa or more, preferably 1.0 MPa or more, and usually 10 MPa or less, preferably 5.0 MPa or less. When the filling pressure is within this range, the carbonate ester can be produced efficiently. In this specification, the "filling pressure" means the pressure (25°C) of carbon dioxide in the reactor at the start of the reaction. The pressure of carbon dioxide during the reaction is preferably 1 MPa or more, more preferably 2 MPa or more, and preferably 20 MPa or less, more preferably 15 MPa or less. The carbon dioxide used in the reaction step can be not only that prepared as an industrial gas, but also that separated and recovered from exhaust gas from a factory, a power plant, or the like. In addition, the reaction system may contain gases other than carbon dioxide, such as inert gases such as N 2 and Ar, within a range that does not significantly impair the effects of the present invention.

<酸化セリウム>
反応工程は、酸化セリウム(CeO)の存在下で行う。酸化セリウムは触媒として機能する。
酸化セリウムの使用量(仕込み量)は、オルトカルボン酸エステル1当量に対し、通常0.01当量以上であり、好ましくは0.1当量以上であり、通常1当量以下であり、好ま
しくは0.5当量以下であり、より好ましくは0.3当量以下である。
酸化セリウムは市販品を用いてもよいし、合成して用いてもよい。酸化セリウムは、反応工程に使用した後、回収して触媒として再利用することができる利点がある。例えば、反応工程の終了後、酸化セリウムをろ過で反応生成混合物の溶液から分離し、エタノールで数回洗浄後、110℃で1時間乾燥させて回収して再利用することができる。
<Cerium oxide>
The reaction step is carried out in the presence of cerium oxide (CeO 2 ), which acts as a catalyst.
The amount of cerium oxide used (charged amount) is usually 0.01 equivalents or more, preferably 0.1 equivalents or more, and usually 1 equivalent or less, preferably 0.5 equivalents or less, more preferably 0.3 equivalents or less, relative to 1 equivalent of the orthocarboxylate ester.
The cerium oxide may be a commercially available product or may be synthesized. Cerium oxide has the advantage that it can be recovered and reused as a catalyst after use in the reaction process. For example, after the reaction process is completed, cerium oxide can be separated from the solution of the reaction product mixture by filtration, washed several times with ethanol, and then dried at 110° C. for 1 hour, recovered, and reused.

<溶媒>
反応工程は溶媒を使用してもよいし、使用しなくてもよいが、反応溶媒を使用することが好ましい。反応溶媒を使用することで、反応混合物中への二酸化炭素の溶解量が増加して、反応系中の二酸化炭素の濃度が高くなり、反応が進行しやすくなって炭酸エステルの収率が向上すると考えられる。
反応溶媒の種類は特に限定されないが、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、イソブタノール、t-ブタノール、アリルアルコール、エチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、グリセリン等のアルコール;ブタン、ヘキサン、オクタン、シクロヘキサンなどの脂肪族炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;ピリジン等の複素環式芳香族化合物;酢酸エチル、N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、N-メチルピロリドン(NMP)等の非プロトン性極性溶媒;ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、1,2-ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン(THF)、ジオキサン等のエーテル;アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、ベンゾニトリル、2-シアノピリジン等のニトリル;アセトン、イソプロピルケトン等のケトン等を挙げることができる。溶媒は1種を用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。
<Solvent>
The reaction step may or may not use a solvent, but it is preferable to use a reaction solvent. It is considered that the use of a reaction solvent increases the amount of carbon dioxide dissolved in the reaction mixture, increases the concentration of carbon dioxide in the reaction system, facilitates the reaction, and improves the yield of the carbonate ester.
The type of reaction solvent is not particularly limited, and examples thereof include alcohols such as ethanol, propanol, isopropanol, 1-butanol, 2-butanol, isobutanol, t-butanol, allyl alcohol, ethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,2-butanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, and glycerin; aliphatic hydrocarbons such as butane, hexane, octane, and cyclohexane; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, and xylene; and heterocyclic aromatic hydrocarbons such as pyridine. Examples of the solvent include compounds such as aprotic polar solvents, such as ethyl acetate, N,N-dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, and N-methylpyrrolidone (NMP); ethers, such as diethyl ether, diisopropyl ether, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran (THF), and dioxane; nitriles, such as acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, benzonitrile, and 2-cyanopyridine; and ketones, such as acetone and isopropyl ketone. One or more of the solvents may be used.

中でも、反応効率向上の観点から、反応工程はアルコールの存在下で行うことが好ましい。反応工程において、カルボン酸オルトエステルは反応剤として機能する(式(1))。二酸化炭素とアルコールは酸化セリウムの存在下で反応して炭酸エステルと水を生成する(式(2))。この水がカルボン酸オルトエステルと反応して、炭酸エステルとエタノールを生成する(式(3))。このように、反応工程をアルコールの存在下で行うことにより、カルボン酸オルトエステルは反応剤としも脱水剤としても機能し、より効率良く反応を行うことができる。特に、カルボン酸オルトエステルのアルコキシ基のアルキル鎖が長い程、アルコールの存在下で反応を行うことが好ましく、その効果が顕著に発現する。

Figure 0007652373000004
In particular, from the viewpoint of improving the reaction efficiency, it is preferable to carry out the reaction step in the presence of alcohol. In the reaction step, the carboxylic acid orthoester functions as a reactant (formula (1)). Carbon dioxide and alcohol react in the presence of cerium oxide to produce a carbonate ester and water (formula (2)). This water reacts with the carboxylic acid orthoester to produce a carbonate ester and ethanol (formula (3)). In this way, by carrying out the reaction step in the presence of alcohol, the carboxylic acid orthoester functions as both a reactant and a dehydrating agent, and the reaction can be carried out more efficiently. In particular, the longer the alkyl chain of the alkoxy group of the carboxylic acid orthoester, the more preferable it is to carry out the reaction in the presence of alcohol, and the effect thereof is more pronounced.
Figure 0007652373000004

溶媒の使用量は、特に限定されないが、例えば、カルボン酸オルトエステル1当量に対して、通常1当量以上、より好ましくは1.5当量以上、さらに好ましくは2.5当量以上、特に好ましくは4当量以上であり、通常20当量以下、好ましくは、15当量以下、より好ましくは10当量以下で用いることができる。 The amount of the solvent used is not particularly limited, but is, for example, usually 1 equivalent or more, more preferably 1.5 equivalents or more, even more preferably 2.5 equivalents or more, and particularly preferably 4 equivalents or more, relative to 1 equivalent of the carboxylic acid orthoester, and is usually 20 equivalents or less, preferably 15 equivalents or less, and more preferably 10 equivalents or less.

<反応温度>
反応温度は特に限定されないが、高いほうが収率が高い傾向があり、通常100℃以上、好ましくは120℃以上、より好ましくは140℃以上である。また、反応温度の上限は、反応器内の圧力にもよるが、生成する炭酸エステルの熱分解を回避して高収率を実現する観点から、通常250℃以下、好ましくは230℃以下である。反応温度がこの範囲であると、炭酸エステルを効率良く製造できる。
<Reaction temperature>
The reaction temperature is not particularly limited, but a higher temperature tends to result in a higher yield, and is usually 100° C. or higher, preferably 120° C. or higher, and more preferably 140° C. or higher. The upper limit of the reaction temperature, which depends on the pressure inside the reactor, is usually 250° C. or lower, preferably 230° C. or lower, from the viewpoint of avoiding thermal decomposition of the carbonate ester produced and achieving a high yield. When the reaction temperature is in this range, the carbonate ester can be produced efficiently.

<反応時間>
反応時間は特に限定されず、反応温度、触媒量、反応スケール等によって適宜調整すればよい。通常、30分以上、好ましくは1時間以上、より好ましくは3時間以上であり、また、通常120時間以下、好ましくは100時間以下、より好ましくは80時間以下である。本明細書において、「反応時間」は、反応器内の温度が所定の反応温度に到達してから、当該所定の反応温度で維持する時間とする。
<Reaction time>
The reaction time is not particularly limited and may be appropriately adjusted depending on the reaction temperature, the amount of catalyst, the reaction scale, etc. It is usually 30 minutes or more, preferably 1 hour or more, more preferably 3 hours or more, and usually 120 hours or less, preferably 100 hours or less, more preferably 80 hours or less. In this specification, the "reaction time" refers to the time during which the temperature in the reactor is maintained at a predetermined reaction temperature after it has reached the predetermined reaction temperature.

<反応容器>
反応容器は、カルボン酸オルトエステルに対して安定な材質から形成されていれば特に限定されず、連続プロセス又はバッチプロセスに応じて適宜選択される。本発明の一実施形態においては、連続プロセスとしてもよいし、バッチプロセスとしてもよい。バッチプロセスの場合、好ましくは密閉型の反応容器(密閉反応容器)であり、より好ましくはカルボン酸オルトエステル及び酸化セリウム、必要に応じて溶媒の混合物の体積に対し10倍~100倍の体積を有する密閉型の耐圧性容器であり、より好ましくはステンレス製のオートクレーブである。
<Reaction vessel>
The reaction vessel is not particularly limited as long as it is made of a material that is stable to the carboxylic acid orthoester, and may be appropriately selected depending on whether the process is a continuous process or a batch process. In one embodiment of the present invention, the process may be a continuous process or a batch process. In the case of a batch process, the reaction vessel is preferably a sealed reaction vessel (sealed reaction vessel), more preferably a sealed pressure-resistant vessel having a volume 10 to 100 times the volume of the mixture of the carboxylic acid orthoester, cerium oxide, and optionally a solvent, and more preferably a stainless steel autoclave.

<操作手順>
まず、原料のカルボン酸オルトエステルと触媒の酸化セリウムを反応容器に加える。この際、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。反応容器にカルボン酸オルトエステル及びと酸化セリウムを加えた後、反応器内を原料の二酸化炭素で満たし、二酸化炭素雰囲気とする。溶媒を用いる場合は、二酸化炭素を反応器に導入する前に、反応容器に加えればよく、カルボン酸オルトエステルと同時に反応器に加えてもよい。反応中、反応容器内には本発明の効果を著しく損なわない範囲において、窒素、アルゴン等の不活性ガス等が含まれていてもよい。また、反応中、攪拌することが好ましく、例えば、磁気撹拌子を用いることができる。反応後は、冷却し、残存するガスを排出してから、反応生成物を回収する。
<Operation Procedure>
First, the raw material carboxylic acid orthoester and the catalyst cerium oxide are added to a reaction vessel. At this time, it is preferable to carry out the reaction under an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon. After the carboxylic acid orthoester and cerium oxide are added to the reaction vessel, the inside of the reaction vessel is filled with the raw material carbon dioxide to create a carbon dioxide atmosphere. When a solvent is used, it may be added to the reaction vessel before carbon dioxide is introduced into the reaction vessel, or it may be added to the reaction vessel simultaneously with the carboxylic acid orthoester. During the reaction, the reaction vessel may contain an inert gas such as nitrogen or argon within a range that does not significantly impair the effects of the present invention. In addition, it is preferable to stir the mixture during the reaction, and for example, a magnetic stirrer may be used. After the reaction, the mixture is cooled, the remaining gas is discharged, and the reaction product is recovered.

<その他工程>
本実施形態に係る炭酸エステルの製造方法においては、上記反応工程の他、任意の工程を含んでいてもよい。任意の工程としては、炭酸エステルの純度を高めるための精製工程が挙げられる。精製工程においては、ろ過、吸着、カラムクロマトグラフィー、蒸留等の有機合成分野で通常行われる精製方法を採用することができる。具体的には、目的とする炭酸エステルが液体の場合、精製は、例えば、蒸留、晶析、吸着などにより行うことができる。
また、酸化セリウムを回収する工程を設けてもよい。
<Other processes>
The method for producing a carbonate ester according to the present embodiment may include any other step in addition to the reaction step. An example of the optional step is a purification step for increasing the purity of the carbonate ester. In the purification step, a purification method usually performed in the field of organic synthesis, such as filtration, adsorption, column chromatography, distillation, etc., can be used. Specifically, when the target carbonate ester is liquid, purification can be performed by, for example, distillation, crystallization, adsorption, etc.
In addition, a step of recovering cerium oxide may be provided.

<炭酸エステル>
本発明により製造される炭酸エステルは特に限定されず、目的に応じて決定すればよい。
本発明の一実施形態に係る製造方法において式(A)で表される化合物をカルボン酸オルトエステルとして用いた場合、下記式(B)で表される化合物を好適に製造できる。

Figure 0007652373000005
(式(B)中、Rは、それぞれ独立して、置換基を有していてもよいアルキル基である。) <Carbonate ester>
The carbonate ester produced by the present invention is not particularly limited and may be determined depending on the purpose.
When the compound represented by formula (A) is used as a carboxylic acid orthoester in the production method according to one embodiment of the present invention, the compound represented by the following formula (B) can be suitably produced.
Figure 0007652373000005
(In formula (B), each R 1 is independently an alkyl group which may have a substituent.)

は式(A)で表される化合物に由来する置換基を有していてもよいアルキル基であり、式(A)で表される化合物での説明が適用される。
式(B)で表される化合物の具体的な例として、例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、ジブチルカーボネート、エチルメチルカーボネートなどが挙げられる。
R 1 is an alkyl group which may have a substituent derived from the compound represented by formula (A), and the explanation for the compound represented by formula (A) is applied.
Specific examples of the compound represented by formula (B) include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate, and ethyl methyl carbonate.

以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。 The present invention will be explained in more detail below with reference to examples, but these can be modified as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be interpreted as being limited to the specific examples shown below.

<実施例1>
磁気撹拌子を入れた10mL容積のSUS製オートクレーブ(耐圧硝子工業株式会社製)に、窒素雰囲気下でカルボン酸オルトエステルとしてオルト酢酸トリエチル(CHC(OEt))1.73g(10.7mmol)、触媒として酸化セリウムを0.368g(2.14mmol)、溶媒としてエタノール1.97g(42.8mmol)を加え、25℃の温度下でボンベから二酸化炭素ガスを、圧力計(スウェージロックFST社製
PGI-50M-MG10)が示す圧力でオートクレーブ内を充填圧力5.0MPaになるよう充填して10分間撹拌しながら保持し、密封した。その後、オートクレーブ内を1200rpmに攪拌しつつ、反応温度が160℃となるよう加熱し、20時間反応させて、炭酸エステル(ジエチルカーボネート)を得た。反応温度に到達した時のオートクレーブ内の圧力は、8.8MPaであった。冷却後、残存するガスを放出し、反応生成混合物を4-tert-ブチルトルエンを内部標準物質としてガスクロマトグラフィー(株式会社島津製作所製 GC-2014ATF/SPL)により分析した。原料であるオルト酢酸トリエチルを基準とするジエチルカーボネートの収率は53%であった。結果を表1に示す。なお、表中、反応温度に到達した時のオートクレーブ内の圧力を「反応圧力」とする。
Example 1
In a 10 mL SUS autoclave (manufactured by Taiatsu Glass Industry Co., Ltd.) containing a magnetic stirrer, 1.73 g (10.7 mmol) of triethyl orthoacetate (CH 3 C(OEt) 3 ) as a carboxylic acid orthoester, 0.368 g (2.14 mmol) of cerium oxide as a catalyst, and 1.97 g (42.8 mmol) of ethanol as a solvent were added under a nitrogen atmosphere, and carbon dioxide gas was charged from a cylinder at a temperature of 25° C. at a pressure indicated by a pressure gauge (PGI-50M-MG10 manufactured by Swagelok FST) to a charging pressure of 5.0 MPa, and the mixture was stirred for 10 minutes and sealed. Thereafter, the inside of the autoclave was heated to a reaction temperature of 160° C. while stirring at 1200 rpm, and reacted for 20 hours to obtain a carbonate ester (diethyl carbonate). The pressure inside the autoclave when the reaction temperature was reached was 8.8 MPa. After cooling, the remaining gas was released, and the reaction product mixture was analyzed by gas chromatography (GC-2014ATF/SPL, manufactured by Shimadzu Corporation) using 4-tert-butyltoluene as an internal standard. The yield of diethyl carbonate based on the raw material triethyl orthoacetate was 53%. The results are shown in Table 1. In the table, the pressure inside the autoclave when the reaction temperature was reached is referred to as the "reaction pressure".

<実施例2>
実施例1の反応条件に対し、反応温度を100℃とした以外は、実施例1と同様の操作によりジエチルカーボネートの製造を行った。結果を表1に示す。
Example 2
Diethyl carbonate was produced in the same manner as in Example 1, except that the reaction temperature was 100° C. The results are shown in Table 1.

<実施例3>
実施例1の反応条件に対し、反応温度を120℃とした以外は、実施例1と同様の操作によりジエチルカーボネートの製造を行った。結果を表1に示す。
Example 3
Diethyl carbonate was produced in the same manner as in Example 1, except that the reaction temperature was 120° C. The results are shown in Table 1.

<実施例4>
実施例1の反応条件に対し、反応温度を140℃とした以外は、実施例1と同様の操作によりジエチルカーボネートの製造を行った。結果を表1に示す。
Example 4
Diethyl carbonate was produced in the same manner as in Example 1, except that the reaction temperature was 140° C. The results are shown in Table 1.

<実施例5>
実施例1の反応条件に対し、反応温度を180℃とした以外は、実施例1と同様の操作によりジエチルカーボネートの製造を行った。結果を表1に示す。
Example 5
Diethyl carbonate was produced in the same manner as in Example 1, except that the reaction temperature was 180° C. The results are shown in Table 1.

<実施例6>
実施例1の反応条件に対し、反応温度を200℃とした以外は、実施例1と同様の操作によりジエチルカーボネートの製造を行った。結果を表1に示す。
Example 6
Diethyl carbonate was produced in the same manner as in Example 1, except that the reaction temperature was 200° C. The results are shown in Table 1.

<実施例7>
実施例1の反応条件に対し、反応温度を220℃とした以外は、実施例1と同様の操作によりジエチルカーボネートの製造を行った。結果を表1に示す。
Example 7
Diethyl carbonate was produced in the same manner as in Example 1, except that the reaction temperature was 220° C. The results are shown in Table 1.

<実施例8>
実施例1の反応条件に対し、充填圧力を1.0MPaとした以外は、実施例1と同様の操作によりジエチルカーボネートの製造を行った。結果を表1に示す。
Example 8
Diethyl carbonate was produced in the same manner as in Example 1, except that the charging pressure was 1.0 MPa under the reaction conditions of Example 1. The results are shown in Table 1.

<実施例9>
実施例1の反応条件に対し、充填圧力を3.0MPaとした以外は、実施例1と同様の操作によりジエチルカーボネートの製造を行った。結果を表1に示す。
<Example 9>
Diethyl carbonate was produced in the same manner as in Example 1, except that the charging pressure was 3.0 MPa, in contrast to the reaction conditions in Example 1. The results are shown in Table 1.

<実施例10>
実施例1の反応条件に対し、反応時間を3時間とした以外は、実施例1と同様の操作によりジエチルカーボネートの製造を行った。結果を表1に示す。
Example 10
Diethyl carbonate was produced in the same manner as in Example 1, except that the reaction time was changed to 3 hours under the same reaction conditions as in Example 1. The results are shown in Table 1.

<実施例11>
実施例1の反応条件に対し、反応時間を6時間とした以外は、実施例1と同様の操作によりジエチルカーボネートの製造を行った。結果を表1に示す。
Example 11
Diethyl carbonate was produced in the same manner as in Example 1, except that the reaction time was changed to 6 hours under the reaction conditions of Example 1. The results are shown in Table 1.

<実施例12>
実施例1の反応条件に対し、反応時間を16時間とした以外は、実施例1と同様の操作によりジエチルカーボネートの製造を行った。結果を表1に示す。
Example 12
Diethyl carbonate was produced in the same manner as in Example 1, except that the reaction time was changed to 16 hours under the same reaction conditions as in Example 1. The results are shown in Table 1.

<実施例13>
実施例1の反応条件に対し、反応時間を24時間とした以外は、実施例1と同様の操作によりジエチルカーボネートの製造を行った。結果を表1に示す。
Example 13
Diethyl carbonate was produced in the same manner as in Example 1, except that the reaction time was changed to 24 hours under the same reaction conditions as in Example 1. The results are shown in Table 1.

<実施例14>
実施例1の反応条件に対し、反応時間を48時間とした以外は、実施例1と同様の操作によりジエチルカーボネートの製造を行った。結果を表1に示す。
<Example 14>
Diethyl carbonate was produced in the same manner as in Example 1, except that the reaction time was 48 hours under the same reaction conditions as in Example 1. The results are shown in Table 1.

<実施例15>
実施例1の反応条件に対し、反応時間を72時間とした以外は、実施例1と同様の操作によりジエチルカーボネートの製造を行った。結果を表1に示す。
Example 15
Diethyl carbonate was produced in the same manner as in Example 1, except that the reaction time was changed to 72 hours under the same reaction conditions as in Example 1. The results are shown in Table 1.

<実施例16>
実施例1の反応条件に対し、オルト酢酸トリエチル(CHC(OEt))をオルトぎ酸トリエチル(HC(OEt))とした以外は、実施例1と同様の操作によりジエチルカーボネートの製造を行った。結果を表1に示す。
<Example 16>
Diethyl carbonate was produced in the same manner as in Example 1, except that triethyl orthoacetate (CH 3 C(OEt) 3 ) was used as triethyl orthoformate (HC(OEt) 3 ) instead of triethyl orthoacetate (CH 3 C(OEt) 3 ). The results are shown in Table 1.

<実施例17>
実施例1の反応条件に対し、オルト酢酸トリエチル(CHC(OEt))をオルトプロピオン酸トリエチル(CHCHC(OEt))とした以外は、実施例1と同様の操作によりジエチルカーボネートの製造を行った。結果を表1に示す。
<Example 17>
Diethyl carbonate was produced in the same manner as in Example 1, except that triethyl orthoacetate (CH 3 C(OEt) 3 ) was used instead of triethyl orthopropionate (CH 3 CH 2 C(OEt) 3 ). The results are shown in Table 1.

<実施例18>
実施例1の反応条件に対し、オルト酢酸トリエチル(CHC(OEt))をオルト酪酸トリエチル(CHCHCHC(OEt))とした以外は、実施例1と同様の操作によりジエチルカーボネートの製造を行った。結果を表1に示す。
<Example 18>
Diethyl carbonate was produced in the same manner as in Example 1, except that triethyl orthoacetate (CH 3 C(OEt) 3 ) was used instead of triethyl orthobutyrate (CH 3 CH 2 CH 2 C(OEt) 3 ). The results are shown in Table 1.

<実施例19>
実施例1の反応条件に対し、オルト酢酸トリエチル(CHC(OEt))をオルト吉草酸トリエチル(CHCHCHCHC(OEt))とした以外は、実施例1と同様の操作によりジエチルカーボネートの製造を行った。結果を表1に示す。
<Example 19>
Diethyl carbonate was produced in the same manner as in Example 1, except that triethyl orthovalerate (CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 C(OEt) 3 ) was used instead of triethyl orthovalerate (CH 3 CH 2 CH 2 C(OEt) 3 ) under the reaction conditions of Example 1. The results are shown in Table 1.

<実施例20>
実施例1の反応条件に対し、オルト酢酸トリエチル(CHC(OEt))をオルト安息香酸トリエチル(CC(OEt))とした以外は、実施例1と同様の操作によりジエチルカーボネートの製造を行った。結果を表1に示す。
<Example 20>
Diethyl carbonate was produced in the same manner as in Example 1, except that triethyl orthobenzoate (C 6 H 5 C(OEt) 3 ) was used instead of triethyl orthoacetate (CH 3 C(OEt) 3 ) under the reaction conditions of Example 1. The results are shown in Table 1.

<実施例21>
実施例1の反応条件に対し、オルト酢酸トリエチル(CHC(OEt))をオルトクロロ酢酸トリエチル(ClCHC(OEt))とした以外は、実施例1と同様の操作によりジエチルカーボネートの製造を行った。結果を表1に示す。
<Example 21>
Diethyl carbonate was produced in the same manner as in Example 1, except that triethyl orthoacetate (CH 3 C(OEt) 3 ) was used instead of triethyl orthochloroacetate (ClCH 2 C(OEt) 3 ). The results are shown in Table 1.

<実施例22>
実施例1の反応条件に対し、オルト酢酸トリエチル(CHC(OEt))をオルトジクロロ酢酸トリエチル(ClCHC(OEt))とした以外は、実施例1と同様の操作によりジエチルカーボネートの製造を行った。結果を表1に示す。
<Example 22>
Diethyl carbonate was produced in the same manner as in Example 1, except that triethyl orthoacetate (CH 3 C(OEt) 3 ) was used instead of triethyl orthodichloroacetate (Cl 2 CHC(OEt) 3 ). The results are shown in Table 1.

<実施例23>
実施例1の反応条件に対し、溶媒としてエタノールを加えなかった以外は、実施例1と同様の操作によりジエチルカーボネートの製造を行った。結果を表1に示す。
<Example 23>
Diethyl carbonate was produced in the same manner as in Example 1, except that ethanol was not added as a solvent under the reaction conditions of Example 1. The results are shown in Table 1.

<実施例24>
実施例1の反応条件に対し、溶媒としてエタノールを加えず、オルト酢酸トリエチル(CHC(OEt))をオルトぎ酸トリエチル(HC(OEt))とした以外は、実施例1と同様の操作によりジエチルカーボネートの製造を行った。結果を表1に示す。
<Example 24>
Diethyl carbonate was produced in the same manner as in Example 1, except that ethanol was not added as a solvent and triethyl orthoacetate (CH 3 C(OEt) 3 ) was used as triethyl orthoformate (HC(OEt) 3 ). The results are shown in Table 1.

<実施例25>
実施例1の反応条件に対し、溶媒としてエタノールを加えず、オルト酢酸トリエチル(CHC(OEt))をオルトプロピオン酸トリエチル(CHCHC(OEt))とした以外は、実施例1と同様の操作によりジエチルカーボネートの製造を行った。結果を表1に示す。
<Example 25>
Diethyl carbonate was produced in the same manner as in Example 1, except that ethanol was not added as a solvent and triethyl orthopropionate (CH 3 CH 2 C(OEt) 3 ) was used instead of triethyl orthoacetate (CH 3 C(OEt) 3 ). The results are shown in Table 1.

<実施例26>
実施例1の反応条件に対し、溶媒としてエタノールを加えず、オルト酢酸トリエチル(CHC(OEt))をオルト酪酸トリエチル(CHCHCHC(OEt))とした以外は、実施例1と同様の操作によりジエチルカーボネートの製造を行った。結果を表1に示す。
<Example 26>
Diethyl carbonate was produced in the same manner as in Example 1, except that ethanol was not added as a solvent and triethyl orthoacetate ( CH3C (OEt) 3 ) was used as triethyl orthobutyrate ( CH3CH2CH2C (OEt) 3 ). The results are shown in Table 1.

<実施例27>
実施例1の反応条件に対し、溶媒としてエタノールを加えず、オルト酢酸トリエチル(CHC(OEt))をオルト吉草酸トリエチル(CHCHCHCHC(OEt))とした以外は、実施例1と同様の操作によりジエチルカーボネートの製造を行った。結果を表1に示す。
<Example 27>
Diethyl carbonate was produced in the same manner as in Example 1, except that ethanol was not added as a solvent and triethyl orthovalerate ( CH3CH2CH2CH2C (OEt) 3 ) was used instead of triethyl orthovalerate ( CH3CH2CH2CH2C (OEt) 3 ). The results are shown in Table 1.

<実施例28>
実施例1の反応終了後、酸化セリウム(触媒)をろ過で溶液から分離し、エタノールで5回洗浄後、110℃で1時間乾燥させて回収した。この回収した酸化セリウム(触媒)を用いて、再び実施例1と同じ条件でジエチルカーボネートの製造を行った(触媒の再利用1回目)。同様の操作を繰り返し、再利用実験を4回目まで行った。結果を表2に示す。
<Example 28>
After the reaction in Example 1 was completed, the cerium oxide (catalyst) was separated from the solution by filtration, washed five times with ethanol, and then dried at 110° C. for 1 hour to recover it. Using this recovered cerium oxide (catalyst), diethyl carbonate was produced again under the same conditions as in Example 1 (first catalyst reuse). The same operation was repeated, and the reuse experiment was carried out four times. The results are shown in Table 2.

<実施例29>
実施例19の反応終了後、酸化セリウム(触媒)をろ過で溶液から分離し、エタノールで5回洗浄後、110℃で1時間乾燥させて回収した。この回収した酸化セリウム(触媒)を用いて、再び実施例19と同じ条件でジエチルカーボネートの製造を行った(触媒の再利用1回目)。同様の操作を繰り返し、再利用実験を4回目まで行った。結果を表3に示す。
<Example 29>
After the reaction in Example 19 was completed, the cerium oxide (catalyst) was separated from the solution by filtration, washed five times with ethanol, and then dried at 110° C. for 1 hour to recover. Using this recovered cerium oxide (catalyst), diethyl carbonate was produced again under the same conditions as in Example 19 (first catalyst reuse). The same operation was repeated, and the reuse experiment was carried out four times. The results are shown in Table 3.

Figure 0007652373000006
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Figure 0007652373000008
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上記の実施例から、酸化セリウムの存在下、二酸化炭素とカルボン酸オルトエステルとの反応により簡便に炭酸エステルを製造できることがわかった。
実施例1~7から、反応温度を高くすると炭酸エステルの収率が向上する傾向があり、160℃より高温で反応を行うと、収率の向上は緩やかになったことがわかった。反応温度を160℃より高温とすると、炭酸エステルの生成量は向上するものの、生成した炭酸エステルが一部熱分解し、収率の向上が緩やかになったものと考えられる。
実施例1、8、9より初期圧力を高くすることで炭酸エステルの収率が向上することがわかった。
実施例1、10~12から、反応時間を長くすると炭酸エステルの収率が向上する傾向があることがわかった。
実施例29、30に示される通り、使用した酸化セリウムは回収し、触媒として再利用することができる。
また、実施例1、14~28から、アルコールの存在下で反応を行うことにより炭酸エステルの収率が向上し、長鎖のカルボン酸オルトエステルほど高収率で炭酸エステルが得られる傾向があることがわかった。
From the above examples, it was found that a carbonate ester can be easily produced by reacting carbon dioxide with a carboxylic acid orthoester in the presence of cerium oxide.
From Examples 1 to 7, it was found that increasing the reaction temperature tends to improve the yield of carbonate ester, and the improvement in yield was slow when the reaction was carried out at a temperature higher than 160° C. It is considered that when the reaction temperature is higher than 160° C., the amount of carbonate ester produced increases, but the produced carbonate ester is partially thermally decomposed, and the improvement in yield becomes slow.
It was found from Examples 1, 8 and 9 that the yield of carbonate ester was improved by increasing the initial pressure.
It was found from Examples 1 and 10 to 12 that the yield of carbonate ester tends to improve as the reaction time increases.
As shown in Examples 29 and 30, the cerium oxide used can be recovered and reused as a catalyst.
Furthermore, it was found from Examples 1 and 14 to 28 that the yield of carbonate ester was improved by carrying out the reaction in the presence of alcohol, and that the longer the chain carboxylic acid orthoester, the higher the yield of carbonate ester tended to be.

本発明によれば、二酸化炭素とカルボン酸オルトエステルとの反応により簡便に炭酸エステルを製造することができる。また、本発明の製造方法で得られる炭酸エステルは、ポリカーボネートやポリウレタンなどの原料であり、また、溶媒、燃料添加剤、各種洗浄剤及びリチウムイオン電池の電解液等の広範な用途を有し、非常に有用である。 According to the present invention, carbonate esters can be easily produced by reacting carbon dioxide with carboxylic acid orthoesters. In addition, the carbonate esters obtained by the production method of the present invention are very useful as raw materials for polycarbonates and polyurethanes, and also have a wide range of applications, such as solvents, fuel additives, various cleaning agents, and electrolytes for lithium-ion batteries.

Claims (2)

酸化セリウムの存在下、二酸化炭素とカルボン酸オルトエステルとを反応させ炭酸エステルを生成する反応工程を含み、
前記カルボン酸オルトエステルが式(A)で表される化合物であり、
前記炭酸エステルが式(B)で表される化合物である、炭酸エステルの製造方法。
Figure 0007652373000009

上記式中、R は、それぞれ独立して、炭素数1~6のアルキル基であり;R は、水素原子、ハロゲノ基を有していてもよい炭素数1~20のアルキル基又は炭素数6~20のアリール基である。
The method includes a reaction step of reacting carbon dioxide with a carboxylic acid orthoester in the presence of cerium oxide to produce a carbonate ester,
The carboxylic acid orthoester is a compound represented by formula (A),
The method for producing a carbonate ester , wherein the carbonate ester is a compound represented by formula (B) .
Figure 0007652373000009

In the above formula, R 1 's are each independently an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms; R 2 's are a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms which may have a halogeno group, or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms.
前記反応工程をアルコールの存在下で行う、請求項に記載の炭酸エステルの製造方法。 The method for producing a carbonate ester according to claim 1 , wherein the reaction step is carried out in the presence of an alcohol.
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