JP2001511170A - エポキシ化合物の製造方法 - Google Patents

エポキシ化合物の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 触媒量の有機酸の存在下に気体ハロゲン化水素と反応させることにより、化合物(III)(式中、R2は1個以上の式(VI)の付加基を含む残基を表す)から式(A)(式中、Halは塩素、臭素又はヨウ素、好ましくは塩素を表し、Raは1個以上の式(A’)の付加基を含む残基を表す)の化合物を製造する方法;反応(I)から出発してエポキシ化合物を製造する方法;及びこの方法により得られ、混入ハロゲン含量が非常に低いエポキシ樹脂。

Description

【発明の詳細な説明】 エポキシ化合物の製造方法 本発明はエポキシ化合物の製造方法と、その中間体の製造方法に関する。より 詳細には、本発明はハロゲン、特に塩素ガス含量が非常に低いエポキシ化合物の 製造方法に関する。 エポキシ化合物は世界中で種々多様の産業で大規模に製造されており、造形品 (例えば半導体やチップ等の埋封小型電子コンポーネント及び電子産業で印刷回 路の製造に転用されるプレプレグ)、塗料(例えば有機溶剤系塗料や、より新型 の水性エポキシ樹脂分散塗料、特に缶・ドラム塗料)、高い柔軟性を示す複合材 料及びラミネート等の製造をはじめとする広範な最終用途に使用されている。 前記原料エポキシ化合物はこれまでエピハロヒドリン、特にエピクロロヒドリ ンを出発反応体として製造されており、エピクロロヒドリンはプロペンと塩素ガ スから製造される塩化アリルを介して製造されていた。 周知の通り、化学産業に対する政府又は地方自治体の規制及び規則は塩素発生 を著しく低減するか又は塩素を全く使用しないようにするために、過去10年間 、特に過去5年間でますます厳しくなっているが、現行製造方法では気相中でプ ロペンを塩素化するために効率を更に改善すると共に高い汚染傾向を緩和するこ とも依然として必要とされている。 更に、エピハロヒドリンをフェノール化合物と反応させてエポキシ樹脂を形成 する過程でエピハロヒドリンからのハロゲンがエポキシ樹脂自体にハロゲン原子 を化学的に結合した形態の生成物として樹脂に混入するのを完全に避けることは 不可能である。 エポキシ樹脂の主用途の1つはマイクロエレクトロニクス材料の封入であるの で、この混入したハロゲンは最終製品を長期間使用する間に水分により酸として 遊離し、この酸は金属材料の腐食を誘発すると考えられる。 従って、本発明の1つの目的は現行及び近い将来に施行されると予想される環 境法の要件を満たし、廉価で一般に入手可能な基礎化学物質を出発原料とする方 法を提供することである。 本発明以前に提案されているエポキシ樹脂製造経路の1例は下記概略反応スキ ームに従うものであった。 (式中、R1は1個以上の付加フェノール基を含む残基を表し、R2は1個以上の 式:の付加基を含む残基を表し、R3は1個以上の式: の付加基を含む残基を表し、R4は1個以上の式: の付加基を含む残基を表す。) 触媒としてアルカリ金属ハロゲン化物とアルカリ金属のリン酸二水素塩を併用 して炭酸塩化合物を脱炭酸することによりエポキシ化合物を製造することは例え ば特開昭61−33180号から既に公知であり、それ以前にも同様の方法が例 えば特開昭57−77682号及び米国特許第2,856,413号から公知で あったが、この経路をエポキシ化合物の経済的な製造に使用するには至っていな い。 特に特開昭61−33180号では、最終的に得られるモノエポキシ化合物の 分子構造が単純であったため、元の粗反応混合物から蒸留により回収できたと思 われる。 しかし、このような蒸留は目的とする商用標準二官能性及び多官能性エポキシ 化合物には不可能であることが判明した。 従って、工業規模でエポキシ化合物を製造できるようにこの経路を改善するこ とが依然として切望されていた。 綿密な調査と実験の結果、式:(式中、Halは塩素、臭素又はヨウ素、好ましくは塩素を表し、Raは水素又 は1個以上の式: の付加基を含む残基を表す)の化合物は、触媒量の式: R5−COOH (IX) (式中、R5は水素、場合により1〜3個のハロゲン原子により置換された炭素 原子数1〜10のアルキル基又は炭素原子数5もしくは6のシクロアルキル基を 表す)の酸の存在下に気体ハロゲン化水素(即ち塩化水素、臭化水素又はヨウ化 水素)、より好ましくは塩化水素と反応させることにより、化合物: (式中、R2は水素又は1個以上の式: の付加基を含む残基を表す)から非常に効率的に製造できることが今般意外にも 判明した。 式(IX)の酸はできるだけ濃厚又は氷状形態で使用することが好ましい。氷 酢酸を使用すると、より好ましい。 本発明の方法に使用する気体ハロゲン化水素又は好ましくは塩化水素は、5重 量%までの微量の水を含んでいてもよいが、HClガスはできるだけ水分を含ま ないことが好ましい。 本発明の方法は塩化水素、臭化水素又はヨウ化水素の水溶液でなく、気体ハロ ゲン化水素、好ましくはHClを使用することによってのみ効率的且つ経済的に 実施できることが判明した。 「触媒量の酸」なる用語は、式IIIの原料ジ−α−グリコールの重量に対し て0.01〜5重量%の量の氷酸又は濃酸を意味する。 好ましくは0.02〜3重量%、より好ましくは0.02〜2重量%の氷酢酸 を使用する。 この方法段階により得られる(式Aの)生成物は、公知方法段階により上記ス キーム中の式Vの対応するエポキシ化合物に実際にほぼ定量的に変換できると考 えられる。この方法段階は極性溶剤、好ましくはMIBK(メチルイソブチルケ トン)等のケトン又はトルエン中で10〜120℃、好ましくは40〜70℃の 温度と、NaOH等の塩基性化合物を使用し、エポキシ基含量(EGC)500 0mmol/kg以上のエポキシ樹脂を提供する。従って、本発明の方法は、数 段階の面倒な反応段階を要するために非常に不利な製造方法である従来の上記経 路に代わり、式I及びIIの化合物から出発して最終目的とする式Vのエポキシ 化合物を製造する経済的に有利で効率的な製造経路を提供する。 原料ジ−α−グリコールの製造に関する上記スキームにおける式Iの出発原料 としては、式: の化合物(ジフェニルプロパン即ちDPP)等の比較的単純な化合物だけでなく 、式(VIII)の基に変換可能なものであれば多数のフェノール基を含むオリ ゴマー又はポリマー化合物も使用できると考えられる。 即ち、本発明の方法によると、式:の単純な標準エポキシ化合物のみならず、著しく複雑な構造をもつ多官能性エポ キシ化合物も製造できる。 但し、出発原料としてはジフェニロールプロパン(DPP)を使用することが 好ましい。 例えば、この点では多種多様のフェノールホルムアルデヒド樹脂を出発原料I として使用することができる(ノボラック樹脂)。 ケトンとフェノールから出発して化合物Iを工業規模で製造し、廉価な製品を 提供することは古くから知られていた。 比較的単純な構造をもつ化合物Iの主要な例はDPP(ジフェニロールプロパ ン)である。 反応体II(グリシドール)もプロペンから製造される比較的廉価な製品とみ なすことができる。 Organic Synthesis,Collective Volume II,p.292,1943に記載されているように、触媒量の氷酢酸の存在 下にHClを用いてグリセロールを1,3−ジクロロ−2−プロパノールに変換 することは古くから知られていた。しかし、記載範囲内でのこの単純な分子反応 の効率と選択性を動機にして当業者が前記従来技術反応段階をエポキシ樹脂の効 率的製造のための工業的製造方法に応用するに至ったか否かは確証されていない 。 本発明は最終目的エポキシ樹脂の完全連続製造方法として、標準商用エポキシ 樹脂に用いられるDPP等のポリフェノール化合物(I)とグリシドール(II )を出発原料とする上記改善方法段階を含む方法にも関する。 従って、本発明は、 (a)極性化合物と塩基の存在下に化合物:を化合物: と反応させ、式: の化合物を形成する段階と、 (b)段階(a)で得られた式(III)の化合物を、好ましくはできるだけ濃 厚又は氷状形態の触媒量の式: R5−COOH (式中、R5は場合により1〜3個のハロゲンにより置換された炭素原子数1〜 10のアルキル基又は炭素原子数5もしくは6のシクロアルキル基を表す)の酸 の存在下に気体ハロゲン化水素と反応させることにより、式: の化合物に変換する段階と、 (c)10〜120℃の温度で極性溶剤中でアルカリ化合物を使用して式Aの化 合物を式: のエポキシ化合物に変換する段階を含むエポキシ化合物の製造方法に関する。 段階(a)では、30〜110℃の温度でトルエン、ケトン又はケトンと炭素 原子数1〜6のアルカノールの混合物と、NaOH等のアルカリ化合物を使用す ることが好ましい。 段階(a)では、NaOHの水溶液(40〜70重量%)と60〜100℃の 温度を使用すると、より好ましい。 本発明の別の側面は、上記のような完全製造方法により獲得可能であり、ハロ ゲン、特に塩素の混入量が非常に低く(最大1500ppm)、連鎖生成物(慣 用方法によりビスフェノールとエピハロヒドリンから製造される式: (式中、R6及びR7は低級アルキル、好ましくはメチル、又は水素を表すことが でき、n=1、n=2等である)のエポキシ樹脂中に通常存在する化合物)を実 質的に含まない最終エポキシ樹脂にある。 前記エポキシ樹脂はHPLC分析により特性決定される。例えばビスフェノー ルAとエピクロロヒドリンから製造される従来のエポキシ樹脂には60.7と7 6.8のピークに関連する所謂連鎖生成物(n=1、n=2等)が通常存在する が、クロマトグラムはこのような連鎖生成物の不在を明示しており、実施例Kに 記載するような条件下で得た図1及び2のクロマトグラムから明らかなように、 クロマトグラムにはいくつかの別のピークも検出される。 この経路は完全にハロゲンフリー、特に塩素フリーなエポキシ樹脂製造方法で はないが、ハロゲンの使用量が実質的に減っており、慣用工業製造方法ではエポ キシ樹脂1トン当たり理論当量0.84トンの塩素を使用しているが、本発明の 方法ではエポキシ樹脂1トン当たり0.21トンの塩素しか必要としない。 更に、本発明は元素塩素もエピクロロヒドリンも使用せず、副生物を含む有機 塩素の生成量が低減する。 以下、実施例と比較例により本発明を更に説明するが、本発明の範囲はこれら の特定態様に限定されない。実施例A DPPのビスクロロヒドリンエーテルの製造 熱電対と、ガス導入管と、還流冷却器を取り付けた100ml容三頚丸底フラ スコにDPPのジ−α−グリコールエーテル67mmolを仕込んだ。氷酢酸0 .08g(2モル%)を加え、混合物を100℃まで加熱した。この温度で無水 HClガスの連続流をフラスコに約4時間通した。変換率は100%であり、D PPのビスクロロヒドリンエーテルに対する選択率は約95%であった。実施例B (比較例)DPPのビスクロロヒドリンエーテルの製造 水性HClとの反応によりDPPのビスクロロヒドリンエーテルを製造しよう と数種の試みを行った。反応は種々の温度で水中で実施した。2相系(水と有機 溶剤)で反応を実施する試みも行った。しかし、全試みは失敗に終わった。いず れの場合も実質的にクロロヒドリンエーテルは得られなかった。実施例C (比較例)DPPのビスクロロヒドリンエーテルの製造 酢酸を加えなかった以外は、実施例Aと同一手順を使用した。この場合には、 クロロヒドリンエーテルは得られなかった。実施例D DPPのビスブロモヒドリンエーテルの製造 実施例Aと同一手順を使用してDPPのジ−α−グリコールエーテルを対応す るDPPのビスブロモヒドリンエーテルに変換しようと試みた。変換率は100 %であったが、選択性はかなり低く、約45%であった。主な副反応はDPP部 分の開裂であったため、単官能性化合物を形成した。48%HBr水溶液を使用 した場合にも同一の副反応が生じた。実施例E 実施例Aと同一手順を使用してDPPのジ−α−グリコールエーテル(1)を 対応するDPPのビスヨードヒドリンエーテルに変換しようと試みた。この場合 も変換率は100%であったが、選択性はかなり低く、約40%であった。主な 副反応はDPP部分の開裂であったため、単官能性化合物を形成した。HI水溶 液を使用した場合にも同一の副反応が生じた。実施例F 実施例Aと同一手順を使用してDPPのジ−α−グリコールエーテル(1)を 対応するDPPのビスフルオロヒドリンエーテルに変換しようと試みた。この反 応は不可能と思われる。フルオロヒドリン化合物は検出できなかった。その代わ りにDPP部分の開裂が生じた。この結果、錯混合物を形成した。同じ理由でH F水溶液も使用することができなかった。実施例G (比較例)DPPのビス炭酸エステルからDPPのジグリシジルエーテルへの直接変換 特開昭61−33180号に記載されている手順を使用してDPPのビス炭酸 エステルをDPPのジグリシジルエーテルに直接変換する試みを行った。反応は 250℃で減圧下に実施した。反応の初期(最初から25分間)はCO2形成に より最低4mbarまでしか減圧できなかった。その後、減圧を1mbarにし た。温度を270℃まで上げた。原料の約50%が留出した。留出物をNMR分 析すると、エポキシ末端基でなくケトン末端基の存在が判明した。残渣もケトン 末端基とオリゴマー構造を含んでいたが、エポキシ末端基は含んでいなかった。実施例H DPPのジグリシジルエーテルの製造 DPPのビスクロロヒドリンエーテルからエポキシ樹脂への変換は適当な溶剤 中で慣用塩基処理により実施することができ、特に次のように実施することがで きる。 DPPのビスクロロヒドリンエーテル20.63g(47.9mmol)をM IBK64gに溶かし、85℃まで加熱する。その後、水34g中NaOH6g (0.15mol)の溶液を一度に加え、混合物を1時間激しく撹拌する。相分 離後、MIBK層を水20gで2回洗浄する。MIBKを減圧蒸発させると、エ ポキシ基含量(EGC)5020mmol/KgのEPIKOTE828型樹脂 13.3g(83%)が得られる。 図2は得られた生成物のHPLC分析を示し、HP1090液体クロマトグラ フを使用し、樹脂2.0gをアセトニトリル20gに溶かし、アニソールを内部 標準として使用している。分析は15cm×3.9cmのNOVOPACK C 18カラムを使用し、流速1ml/min、注入容量1μl及び水75重量%と アセトニトリル25重量%から構成される初期溶剤組成を使用して実施した。溶 剤勾配を使用した。 110分間で組成を水6.5%とアセトニトリル93.5%まで線形変化させ た。115分後で水0%とアセトニトリル100%、125分後で水75%とし た。 分析は50℃で275nmのUV検出により実施した。 同一条件下で標準EPIKOTE828樹脂からクロマトグラムを得た(図1 )。 あるいは、金属水酸化物(例えばKOH、LiOH、Ca(OH)2又はMg(O H)2)、金属炭酸塩(Na2CO3、K2CO3)、第3級アミン類、NH4OH等の 他の塩基を使用してもよい。同様に、例えばトルエン、キシレン、MEK、CH2 Cl2、ジエチルエーテル等の他の溶剤を使用してもよい。実施例I フェノールのクロロヒドリンエーテルの製造 熱電対と、ガス導入管と、還流冷却器を取り付けた100ml容三頚丸底フラ スコにフェノールのα−グリコールエーテル15.0g(159mmol)を仕 込んだ。酢酸0.08g(2モル%)を加え、混合物を100℃まで加熱した。 この温度で無水HClガスの連続流をフラスコに約4時間通した。変換率は10 0%であり、フェノールのクロロヒドリンエーテルに対する選択率は約95%で あった。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】平成11年2月23日(1999.2.23) 【補正内容】 補正請求の範囲 1.式: (式中、Halは塩素、臭素又はヨウ素、好ましくは塩素を表し、Raは水素又 は1個以上の式: の付加基を含む残基を表す)の化合物の製造方法であって、式: (式中、R2は水素又は1個以上の式: の付加基を含む残基を表す)の化合物を触媒量の式: R5−COOH (IX) (式中、R5は水素、場合により1〜3個のハロゲンにより置換された炭素原子 数1〜10のアルキル基又は炭素原子数5もしくは6のシクロアルキル基を表す )の酸の存在下に、場合により最大5重量%の量の水分を含む気体ハロゲン化水 素と反応させることを特徴とする前記方法。 2.式IXのカルボン酸をできるだけ濃厚又は氷状形態で使用することを特徴と する請求項1に記載の方法。 3.無水塩化水素を使用することを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。 4.式Bの原料ジ−α−グリコールの重量に対して0.01〜5重量%の量の氷 酸又は濃酸を使用することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の 方法。 5.触媒として氷酢酸を使用することを特徴とする請求項1から4のいずれか一 項に記載の方法。 6.出発原料として式: の化合物を使用することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の方 法。 7.(a)30〜110℃の温度でケトン又はケトンと炭素原子数1〜6のアル カノールの混合物等の極性化合物と、NaOH等のアルカリ化合物等の塩基の存 在下に化合物: (式中、R1は1個以上の付加フェノール基を含む残基を表す)を化合物: と反応させ、式: (式中、R2は1個以上の式: の付加基を含む残基を表す)の化合物を形成する段階と、 (b)段階(a)で得られた式(III)の化合物をできるだけ濃厚又は氷状形 態の触媒量の式: R5−COOH (式中、R5は水素、場合により1〜3個のハロゲンにより置換された炭素原子 数1〜10のアルキル基又は炭素原子数5もしくは6のシクロアルキル基を表す )の酸の存在下に気体ハロゲン化水素と反応させることにより、式: の化合物に変換する段階と、 (c)10〜120℃の温度で極性溶剤中で塩基性化合物の存在下に式Aの化合 物を式: (式中、R4は1個以上の式: の付加基を含む残基を表す)のエポキシ化合物に変換する段階を含むエポキシ化 合物の製造方法。 8.30〜110℃の温度でトルエン、ケトン又はケトンと炭素原子数1〜6の アルカノールの混合物から選択される極性化合物とNaOH等のアルカリ化合物 の存在下に段階(a)を実施することを特徴とする請求項7に記載の方法。 9.段階(c)で40〜70℃の温度を使用し、メチルイソブチルケトン又はト ルエンを極性溶剤として使用することを特徴とする請求項7に記載の方法。 10.請求項2から6のいずれか一項に記載の方法により段階(b)を実施する ことを特徴とする請求項7から9のいずれか一項に記載の方法。 11.請求項7から10のいずれか一項に記載の方法により獲得可能であり、慣 用方法で製造されるエポキシ樹脂中に上記条件で測定した場合に60.7及び7 6.8のHPLC分析ピークに検出される連鎖生成物を実質的に含まず、混入ハ ロゲン含量が最大1500ppmであるエポキシ樹脂。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.式: (式中、Halは塩素、臭素又はヨウ素、好ましくは塩素を表し、Raは水素又 は1個以上の式: の付加基を含む残基を表す)の化合物の製造方法であって、式: (式中、R2は水素又は1個以上の式: の付加基を含む残基を表す)の化合物を触媒量の式: R5−COOH (IX) (式中、R5は水素、場合により1〜3個のハロゲンにより置換された炭素原子 数1〜10のアルキル基又は炭素原子数5もしくは6のシクロアルキル基を表す )の酸の存在下に気体ハロゲン化水素と反応させることを特徴とする前記方法。 2.式IXのカルボン酸をできるだけ濃厚又は氷状形態で使用することを特徴と する請求項1に記載の方法。 3.無水塩化水素を使用することを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。 4.式Bの原料ジ−α−グリコールの重量に対して0.01〜5重量%の量の氷 酸又は濃酸を使用することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の 方法。 5.触媒として氷酢酸を使用することを特徴とする請求項1から4のいずれか一 項に記載の方法。 6.出発原料として式: の化合物を使用することを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の方 法。 7.(a)30〜110℃の温度で極性化合物と、ケトン又はケトンと炭素原子 数1〜6のアルカノールの混合物等の塩基と、NaOH等のアルカリ化合物の存 在下に化合物: (式中、R1は1個以上の付加フェノール基を含む残基を表す)を化合物: と反応させ、式: (式中、R2は1個以上の式:の付加基を含む残基を表す)の化合物を形成する段階と、 (b)段階(a)で得られた式(III)の化合物をできるだけ濃厚又は氷状形 態の触媒量の式: R5−COOH (式中、R5は水素、場合により1〜3個のハロゲンにより置換された炭素原子 数1〜10のアルキル基又は炭素原子数5もしくは6のシクロアルキル基を表す )の酸の存在下に気体ハロゲン化水素と反応させることにより、式: の化合物に変換する段階と、 (c)10〜120℃の温度で極性溶剤中で塩基性化合物の存在下に式Aの化合 物を式: (式中、R4は1個以上の式: の付加基を含む残基を表す)のエポキシ化合物に変換する段階を含むエポキシ化 合物の製造方法。 8.30〜110℃の温度でトルエン、ケトン又はケトンと炭素原子数1〜6の アルカノールの混合物から選択される極性化合物とNaOH等のアルカリ化合物 の存在下に段階(a)を実施することを特徴とする請求項7に記載の方法。 9.段階(c)で40〜70℃の温度を使用し、メチルイソブチルケトン又はト ルエンを極性溶剤として使用することを特徴とする請求項7に記載の方法。 10.請求項2から6のいずれか一項に記載の方法により段階(b)を実施する ことを特徴とする請求項7から9のいずれか一項に記載の方法。 11.請求項7から10のいずれか一項に記載の方法により獲得可能であり、慣 用方法で製造されるエポキシ樹脂中に通常存在するような連鎖生成物を実質的に 含まず、混入ハロゲン含量が最大1500ppmであるエポキシ樹脂。
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