CN116234791A

CN116234791A - 具有联苯骨架的四酚化合物的制造方法

Info

Publication number: CN116234791A
Application number: CN202180063308.9A
Authority: CN
Inventors: 木村僚; 山根健太郎
Original assignee: Honshu Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Honshu Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2020-10-07
Filing date: 2021-09-28
Publication date: 2023-06-06
Also published as: JPWO2022075120A1; KR20230074728A; WO2022075120A1; TW202227385A

Abstract

本发明的课题在于提供一种在酚类与4,4’‑二酰基联苯类的反应中，四酚化合物的反应选择率优异的新型制造方法。作为解决方法，提供一种式(3)所表示的四酚化合物的制造方法，其特征在于，使式(1)所表示的酚类与式(2)所表示的4,4’‑二酰基联苯类，在特定的烷烃磺酸的存在下进行反应。

Description

具有联苯骨架的四酚化合物的制造方法

技术领域

本发明涉及一种使酚类与4,4’-二酰基联苯类进行反应而制造四酚化合物的新型制造方法。

背景技术

四酚化合物可作为用于集成电路的封装材料、层压材料、电绝缘材料等的环氧树脂的原料、环氧树脂的固化剂、用于热敏记录的显色剂或防褪色剂、电子材料或感光性材料的原料等而使用，此外，其也作为抗氧化剂、杀菌剂、防菌防霉剂等添加剂、包合物被广泛应用。

作为本发明涉及的具有联苯骨架的四酚化合物的制造方法，例如专利文献1中详细说明有，在氯化氢气体存在下，使用3-巯基丙酸作为助催化剂，进行酚类与4,4’-二酰基联苯类的反应而使其脱水缩合的方法。

该专利文献1中也记载有，作为酸性催化剂，优选盐酸、硫酸、对甲苯磺酸、草酸、三氟化硼、无水氯化铝、氯化锌等，特别优选对甲苯磺酸、硫酸、盐酸等。

以往的制造方法中使用的氯化氢气体等酸性催化剂存在如下问题。氯化氢气体的使用需要导入专用的设备，从而操作较困难。(浓)盐酸与氯化氢气体相比虽然操作比较容易，但容积率降低，除此之外也需要回收盐酸的设备，因此工业上并不适合。此外，由于硫酸的脱水作用强，因此会大量生成副产物，从而会导致目标化合物的选择率降低。

进一步，本发明者们确认得到的结果表明，如后述比较例所示，在酚类与4,4’-二酰基联苯类的反应中，如果使用氯化氢气体或对甲苯磺酸作为酸性催化剂，则反应选择率也较低。

专利文献

专利文献1：日本特开平08-027052号公报

发明内容

本发明以上述情况为背景而完成，其课题在于提供一种在酚类与4,4’-二酰基联苯类的反应中，四酚化合物的反应选择率优异的新型制造方法。

本发明者们对酚类与4,4’-二酰基联苯类的反应进行了研究，结果发现，通过在特定的烷烃磺酸的存在下进行反应，四酚化合物的反应选择率极其优异，从而完成了本发明。

本发明如下所示。

1.一种下述式(3)所表示的四酚化合物的制造方法，其特征在于，使下述式(1)所表示的酚类与下述式(2)所表示的4,4’-二酰基联苯类，在碳原子数1～4的烷烃磺酸的存在下进行反应，

[化1]

式中，R各自独立地表示链状或支链状的碳原子数1～6的烷基、环状的碳原子数5～6的烷基或碳数6～12的芳基，n各自独立地表示0或1～4的整数，

[化2]

式中，R₁及R₂各自独立地表示链状或支链状的碳原子数1～6的烷基，m各自独立地表示0、1或2，

[化3]

式中，R、R₁、R₂、m、n与式(1)、(2)的定义相同。

2.根据1.所述的制造方法，其特征在于，进一步在硫醇化合物的存在下进行反应。

3.根据1.或2.所述的制造方法，其特征在于，一边向包含所述式(1)所表示的酚类的溶液中，添加包含所述式(2)所表示的4,4’-二酰基联苯类的溶液，一边进行反应。

本发明的酚类与4,4’-二酰基联苯类的反应，与以往使用氯化氢气体或对甲苯磺酸等酸性催化剂的情况相比，作为目标生成物的四酚化合物的反应选择率极其优异，因此可有效得到四酚化合物，其作为工业上的制造方法非常有用。

附图说明

图1是表示实施例1、比较例1、2的4,4’-二乙酰联苯的残存率(％)的变化的图表。

图2是表示实施例1、比较例1、2的下述式(4)所表示的目标化合物的反应选择率(％)的变化的图表。

图3是表示实施例2、比较例3～5的4,4’-二乙酰联苯的残存率(％)的变化的图表。

图4是表示实施例2、比较例3、5的4,4’-二乙酰联苯的残存率(％)的变化而将图3的一部分放大的图表。

图5是表示实施例2、比较例3～5的下述式(4)所表示的目标化合物的反应选择率(％)的变化的图表。

具体实施方式

以下，详细说明本发明。

如下述反应式所示，本发明的制造方法是通过4当量的式(1)所表示的酚类，与1当量的式(2)所表示的4,4’-二酰基联苯类进行脱水缩合反应，而生成1当量的式(3)所表示的四酚化合物和2当量的水的制造方法。

[化4]

(式中，R、R₁、R₂、m、n与式(1)、(2)的定义相同。)

上述式(1)、(3)中的R，各自独立地表示链状或支链状的碳原子数1～6的烷基、环状的碳原子数5～6的烷基或碳数6～12的芳基。R为链状或支链状的碳原子数1～6的烷基的情况下，优选链状或支链状的碳原子数1～4的烷基，特别优选碳原子数1的烷基即甲基。R为环状的碳原子数5～6的烷基的情况下，特别优选环状的碳原子数6的烷基即环己基。R为碳数6～12的芳基的情况下，优选碳原子数6或8的芳基，特别优选碳原子数6的芳基即苯基。作为R在苯环上的键合位置，优选相对于羟基为邻位。

上述式(1)、(3)中的n优选为0或1～3的整数，更优选0、1或2，特别优选0或1。

上述式(2)、(3)中的R₁、R₂，各自独立地表示链状或支链状的碳原子数1～6的烷基。R₁、R₂优选链状或支链状的碳原子数1～4的烷基，更优选碳原子数1～2的烷基，特别优选碳原子数1的烷基即甲基。

上述式(2)、(3)中的m优选为0或1，特别优选0。

作为由本发明的制造方法而得的上述式(3)所表示的四酚化合物的优选例，例如可列举下述化合物(4)和化合物(5)。

[化5]

＜烷烃磺酸＞

就本发明的制造方法而言，作为酸性催化剂，使用碳原子数1～4的烷烃磺酸。作为碳原子数1～4的烷烃磺酸，具体而言可列举：甲磺酸、乙烷磺酸、正丙烷磺酸、异丙烷磺酸、正丁烷磺酸、异丁烷磺酸、仲丁烷磺酸、叔丁烷磺酸。其中，特别优选碳原子数1或2的烷烃磺酸，即优选甲磺酸及乙烷磺酸，特别优选甲磺酸。作为该烷烃磺酸的使用量，相对于上述式(2)所表示的4,4’-二酰基联苯类1摩尔，优选0.1～5.0摩尔的范围，更优选0.5～2.0摩尔的范围。

＜硫醇化合物＞

本发明的制造方法可使用硫醇化合物作为助催化剂，而将其与由特定的烷烃磺酸构成的酸性催化剂并用。作为本发明的硫醇化合物，是具有巯基的化合物，只要不给反应选择率带来不良影响，则无特别限定。作为这种化合物，例如可列举：3-巯基丙酸、巯基乙酸等具有巯基的羧酸类，甲硫醇、1-辛硫醇(辛基硫醇)、1-十二烷基硫醇(月桂基硫醇)等碳数1～12的烷基硫醇类，巯基乙醇、巯基丁醇等巯基醇类。其中，优选1-辛硫醇等碳数1～12的烷基硫醇类。此外，使用硫醇化合物时，也可以预先将该硫醇化合物作为钠盐而以水溶液的状态使用。

作为使用这种硫醇化合物时的使用量，相对于上述式(2)所表示的4,4’-二酰基联苯类，优选1～10重量％的范围。如果小于1重量％，则作为助催化剂无法充分发挥功能，即使超过10重量％，也无法发挥更进一步地作为助催化剂的功能，选择率也几乎相同。

＜反应条件＞

针对本发明的制造方法中的反应条件，做以下说明。

上述式(1)所表示的酚类的使用量，相对于上述式(2)所表示的4,4’-二酰基联苯类1摩尔，优选4～20摩尔的范围，更优选5～15摩尔的范围，特别优选8～12摩尔的范围。上述式(1)所表示的酚类的使用量如果小于4摩尔，则反应率变慢，而且除了作为目标的上述式(3)表示的四酚化合物之外，酚类被进一步取代的三核体等副产物也会变多，因此并不优选。此外，如果使用超过20摩尔，则反应速度虽然得到提升，但未反应的酚类的回收量增加，生产性降低，因此并不实用。

反应温度优选0～80℃的范围，更优选30～60℃的范围。

反应压力，通常在常压下进行，也可以根据可使用的有机溶剂的沸点，在加压或减压下进行，以使反应温度在前述范围内。

反应时间根据催化剂量、反应温度而不同，通常为1～20小时的范围，优选在1～10小时的范围内结束。

反应时，原料等的添加方法无特别限定，从反应选择率的角度出发，优选下述方法：向存在有由上述式(1)所表示的酚类的一部分和作为酸性催化剂的烷烃磺酸、根据需要的助催化剂的溶液中，混合上述式(2)所表示的4,4’-二乙酰联苯类和上述式(1)所表示的酚类的剩余量的混合液。采用混合方法的情况下，以混合的所需时间为0.5～5小时的范围的方式进行。以混合后的液体达到上述原料的使用量的方式进行反应。

在本发明的制造方法的实施过程中，只要操作性没有问题，则不需要使用反应溶剂。然而，也可以因为工业生产时的操作性或提升反应速度等理由而使用反应溶剂。所使用的反应溶剂，只要在反应温度下不会从反应容器中馏出，且对于反应为非活性的溶剂，则无特别限制。例如可列举：甲苯、二甲苯、苯等芳香族烃类，氯苯、二氯苯等卤代芳香族烃类，戊烷、正己烷、环己烷、庚烷等脂肪族烃类，甲醇、正丁醇、叔丁醇、环己醇等脂肪族醇类，二乙醚、二异丙基醚、甲基叔丁基醚、二苯醚、四氢呋喃、二恶烷等脂肪族或环状醚类等。反应溶剂中，优选芳香族烃类、卤代芳香族烃类，更优选芳香族烃类。其使用量无特别限定，但从经济性的方面出发，通常相对于上述式(1)所表示的酚类为0.1～10重量倍的范围，优选为0.1～2重量倍的范围，更优选为0.1～1重量倍的范围。

本发明的制造方法是通过上述式(1)所表示的酚类和上述式(2)所表示的4,4’-二酰基联苯类进行脱水缩合反应而生成水。通过在将该反应生成水或含有催化剂的水等反应系统内的水分去除的脱水条件下进行反应，与未脱水的情况相比，反应进行更迅速，副产物的生成得到抑制，可以更高的收率得到目标物，因此优选。作为脱水方法无特别限定，例如可列举：添加脱水剂所进行的脱水、以减压所进行的脱水、在常压或减压下与溶剂共沸所进行的脱水等。作为可根据需要添加的脱水剂，无特别限定，可列举：原甲酸三甲酯、原甲酸三乙酯、原乙酸三甲酯、原丙酸三乙酯、原丁酸三甲酯、原异丁酸三甲酯、1,1,1-三甲氧基辛烷等具有原酸酯骨架的有机类脱水剂、分子筛(3A)、分子筛(4A)等的沸石类、氯化钙(无水)、硫酸钙(无水)、氯化镁(无水)、硫酸镁(无水)、碳酸钾(无水)、硫化钾(无水)、亚硫化钾(无水)、硫酸钠(无水)、亚硫酸钠(无水)、硫酸铜(无水)等的分子内可含有结晶水的无机无水盐类等。

＜后处理＞

以下，对本发明的制造方法中的后处理方法做以下说明。

反应的终点可通过液相色谱或气相色谱分析来确认。优选将未反应的上述式(2)所表示的4,4’-二酰基联苯类消失的时间点，或是已无法确认到作为目标物的上述式(3)所表示的四酚化合物增加的时间点，作为反应的终点。

从所得的反应结束混合物中对目标物进行精制时，可适当使用公知的方法。例如，向反应结束混合物中加入氢氧化钠水溶液等碱水进行中和。中和后，将包含中和盐的水层分离去除。也可根据需要，加入甲苯、二甲苯等可与水分离的溶剂。

然后，通过使晶析物或沉淀物析出并进行过滤，可以结晶体、或非结晶体(amorphous)的形式得到作为目标物的上述式(3)所表示的四酚化合物。在使晶析物或沉淀物析出的操作之前，也可根据需要，进行将其所得的油层水洗，将溶剂或上述式(1)所表示的酚类馏除，添加适当的晶析溶剂等操作。

所得到的目标生成物无法以结晶体或固体状(非结晶体)的形式获得时，可对所得的反应混合物进行蒸馏等而将作为原料的上述式(1)所表示的酚类去除，由此来获得目标物，也可以通过柱层析法等来获得高纯度品。

由本发明的制造方法而得的上述式(3)所表示的四酚化合物为高纯度，因此其除了作为感光性抗蚀剂材料、感光性聚酰亚胺材料、感光性透明树脂绝缘膜材料、酚醛树脂、环氧树脂的原料或固化剂等而有用之外，也可期待其作为抗氧化剂、杀菌剂、防菌防霉剂等添加剂、包合物的应用。

实施例

以下通过实施例和比较例对本发明进行详细说明，但本发明不受这些实施例或比较例所限定。

另外，实施例和比较例中的上述式(2)所表示的4,4’-二酰基联苯类的残存率、上述式(3)所表示的四酚化合物的纯度、选择率可通过以下方法进行测定。

[分析方法]

装置：株式会社岛津制作所制Prominence UFLC(液相色谱仪)

泵：LC-20AD

色谱柱：CTO-20A

检测器：SPD-20A

色谱柱：HALO C18(内径3mm、长度75mm)

温箱温度：50℃

流量：0.7mL/min

流动相：(A)0.2体积％乙酸水溶液、(B)甲醇

梯度条件：(B)体积％(从分析开始经过的时间)

50％(0min)→100％(7.5min)→100％(15min)

样本注入量：5μL

检测波长：280nm

计算各成分的面积相对于由上述分析方法检测出的全成分的总面积的百分率。使用所计算的数值，将通过下述式(I)、式(II)所计算的值，分别定义为上述式(2)所表示的4,4’-二酰基联苯类的残存率(以下有时称为“残存率”。)、上述式(3)所表示的四酚化合物的反应选择率(以下有时称为“反应选择率”。)。

式(I)、式(II)中的(A)～(D)指下述内容。

(A)：上述式(2)所表示的4,4’-二酰基联苯类的面积百分率

(B)：上述式(1)所表示的酚类的面积百分率

(C)：用于反应的甲苯等溶剂的面积百分率

(D)：上述式(3)所表示的四酚化合物的面积百分率

＜式(I)＞

“残存率％”＝(A)÷(100-(B)-(C))×100

＜式(II)＞

“反应选择率％”＝(D)÷(100-(B)-(C))×100

＜化合物(4)的合成＞

[化6]

＜实施例1＞

向100mL试管中加入苯酚(4.0g、42.5mmol)、甲磺酸(1.5g、15.6mmol)，以50℃加热并搅拌。加入4,4’-二乙酰联苯(1.0g、4.20mmol)，搅拌26小时。搅拌后的上述式(4)所表示的目标化合物的反应选择率为75％。

＜比较例1＞

向100mL试管中加入苯酚(4.0g、42.5mmol)、对甲苯磺酸(2.9g、16.8mmol)，以50℃加热并搅拌。加入4,4’-二乙酰联苯(1.0g、4.20mmol)，搅拌26小时。搅拌后的上述式(4)所表示的目标化合物的反应选择率为36％。

＜比较例2＞

向100mL四口烧瓶中加入苯酚(12.0g、127.1mmol)、甲醇(5.0g)，用盐酸气体对系统内进行置换。升温至50℃为止后，加入4,4’-二乙酰联苯(3.0g、12.6mmol)，搅拌26小时。搅拌后的上述式(4)所表示的目标化合物的反应选择率为39％。

上述实施例1、比较例1、2中，从反应开始至24小时后的4,4’-二乙酰联苯的残存率(％)和上述式(4)所表示的目标化合物的反应选择率(％)的变化分别如图1、2所示。

如图1所示，在甲磺酸的存在下进行反应的本发明的具体例即实施例1，作为原料的之一的4,4’-二乙酰联苯被迅速消耗。详细而言，从反应开始到1小时内残存率被消耗至30％左右，4小时内为7％左右、10小时内为1％左右，与对甲苯磺酸或盐酸气体的存在下进行反应的比较例1、2相比，确认到反应的进行极为迅速。

如图2所示，在甲磺酸的存在下进行反应的本发明的具体例即实施例1，上述式(4)所表示的目标化合物的反应选择率高。详细而言，从反应开始到4小时内反应选择率已超过40％，相对于此，在对甲苯磺酸或盐酸气体的存在下进行反应的比较例1、2，从反应开始到经过26小时后反应选择率也未超过40％，可确认到本发明的制造方法，使上述式(4)所表示的目标化合物的反应选择率极高。

接下来，实施并用助催化剂(巯基乙酸)的实施例2～4、比较例3～5。

＜实施例2＞

向100mL试管中加入苯酚(4.0g、42.5mmol)、甲磺酸(1.5g、15.6mmol)、巯基乙酸(0.15g、1.63mmol)，以50℃加热并搅拌。加入4,4’-二乙酰联苯(1.0g、4.20mmol)，搅拌24小时。搅拌后的上述式(4)所表示的目标化合物的反应选择率为72％。

＜实施例3＞

向100mL试管中加入苯酚(7.9g、83.9mmol)、甲磺酸(1.5g、15.6mmol)、巯基乙酸(0.16g、1.74mmol)，以50℃加热并搅拌。加入4,4’-二乙酰联苯(2.0g、8.93mmol)，搅拌24小时。搅拌后的上述式(4)所表示的目标化合物的反应选择率为77％。

＜实施例4＞

向100mL试管中加入苯酚(11.9g、126.4mmol)、甲磺酸(4.4g、45.8mmol)、巯基乙酸(0.47g、5.10mmol)，以50℃加热并搅拌。将4,4’-二乙酰联苯(3.0g、12.6mmol)分为10份，用3.5小时进行间歇性添加，搅拌24小时。搅拌后的上述式(4)所表示的目标化合物的反应选择率为85％。

＜比较例3＞

向100mL试管中加入苯酚(4.0g、42.5mmol)、对甲苯磺酸(2.9g、16.8mmol)、巯基乙酸(0.16g、1.74mmol)，以50℃加热并搅拌。加入4,4’-二乙酰联苯(1.0g、4.20mmol)，搅拌24小时。搅拌后的上述式(4)所表示的目标化合物的反应选择率为65％。

＜比较例4＞

向100mL试管中加入苯酚(4.1g、43.6mmol)、37％盐酸水溶液(1.5g)、巯基乙酸(0.16g、1.74mmol)，以50℃加热并搅拌。加入4,4’-二乙酰联苯(1.0g、4.20mmol)，搅拌24小时。搅拌后的上述式(4)所表示的目标化合物的反应选择率为7％。

＜比较例5＞

向100mL四口烧瓶中加入苯酚(12.0g、127.1mmol)、甲醇(5.0g)、巯基乙酸(0.5g、5.43mmol)，以氯化氢气体对系统内进行置换。升温至50℃为止后，加入4,4’-二乙酰联苯(3.0g、12.6mmol)，搅拌24小时。搅拌后的上述式(4)所表示的目标化合物的反应选择率为34％。

将并用上述甲磺酸和助催化剂的实施例2、比较例3～5中的，从反应开始到24小时后的，4,4’-二乙酰联苯的残存率(％)和上述式(4)所表示的目标化合物的反应选择率(％)的变化，分别示于图3～5。

如图3～5所示，可确认到在使用本发明的甲磺酸作为酸性催化剂的情况下，从反应开始4,4’-二乙酰联苯的残存率(％)立即变为0％，而上述式(4)所表示的目标化合物的反应选择率(％)，从反应开始到1小时内即超过50％，从反应开始到4小时的短时间内即超过70％，呈现出高选择率。

另一方面，酸性催化剂为对甲苯磺酸(比较例3)的情况下，4,4’-二乙酰联苯虽然被迅速消耗，但上述式(4)所表示的目标化合物的反应选择率(％)的缓慢上升，从反应开始到24小时后的反应选择率(％)为65％。此外，确认到在37％盐酸水溶液(比较例4)或氯化氢气体(比较例5)中，4,4’-二乙酰联苯的消耗缓慢，上述式(4)所表示的目标化合物的反应选择率(％)极低，分别为7％、34％。

由实施例3的结果可确认到，在将甲磺酸相对于4,4’-二酰基联苯的使用量减少至实施例2的50％左右时，上述式(4)所表示的目标化合物的反应选择率(％)仍与实施例2同样地展现出超过70％的高选择率。

此外，由实施例4的结果可明确，通过将4,4’-二酰基联苯逐次间歇性地添加至反应系统中，可提升上述式(4)所表示的目标化合物的反应选择率(％)。

Claims

[化1]

[化2]

[化3]

式中，R、R₁、R₂、m、n与式(1)、(2)的定义相同。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，进一步在硫醇化合物的存在下进行反应。

3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，一边向包含所述式(1)所表示的酚类的溶液中，添加包含所述式(2)所表示的4,4’-二酰基联苯类的溶液，一边进行反应。