JP2002030033A - シス‐ジシクロヘキシル‐3,3’4,4’‐テトラカルボン酸、ジ無水物およびその製法 - Google Patents

シス‐ジシクロヘキシル‐3,3’4,4’‐テトラカルボン酸、ジ無水物およびその製法

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JP2002030033A
JP2002030033A JP2000209478A JP2000209478A JP2002030033A JP 2002030033 A JP2002030033 A JP 2002030033A JP 2000209478 A JP2000209478 A JP 2000209478A JP 2000209478 A JP2000209478 A JP 2000209478A JP 2002030033 A JP2002030033 A JP 2002030033A
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cis
dicyclohexyl
tetracarboxylic acid
acid
tetracarboxylic
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Akinori Shiotani
陽則 塩谷
Makoto Matsuo
信 松尾
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Ube Corp
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Ube Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポリイミド樹脂の新規な出発原料であるci
s−ジシクロヘキシル‐3,3’4,4’‐テトラカル
ボン酸およびジ無水物を提供する。 【解決手段】 (1R,1’S,3R,3’S,4S,
4’R)‐ジシクロヘキシル‐3,3’4,4’‐テト
ラカルボン酸、および(1R,1’S,3R,3’S,
4S,4’R)‐ジシクロヘキシル‐3,3’4,4’
‐テトラカルボン酸ジ無水物を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、新規物質である
(1R,1’S,3R,3’S,4S,4’R)‐ジシ
クロヘキシル‐3,3’4,4’‐テトラカルボン酸
(以下、cis‐DCTA‐xと略記することもある)
および(1R,1’S,3R,3’S,4S,4’R)
‐ジシクロヘキシル‐3,3’4,4’‐テトラカルボ
ン酸ジ無水物(以下、cis‐DCDA‐xと略記する
こともある)に関する。
【0002】
【従来の技術】テトラカルボン酸類は耐熱性に優れたポ
リイミド樹脂の原料であるテトラカルボン酸ジ無水物の
前駆体として有用な化合物である。ベンゼン環を水素還
元して対応のシクロヘキサン環へ変換することは、よく
知られており、例えば、synthetic comm
unication,25,2079(1995)、特
開平10‐36320号、特開平11‐189568
号、特開平11‐349535号、特開平10‐204
002号、特公平8‐30045号などが報告されてい
る。
【0003】ビフェニル‐3,3’4,4’‐テトラカ
ルボン酸テトラメチル(BPTMと略記)を水素還元す
ると、生成物には6個の不斉炭素が存在し、従って、2
6個の異性体が可能である。BPTMの水素還元につい
ても、特開平7‐215912号、特開平8‐3251
96号、特開平8‐325201号などが報告されてい
るが、これらの報告では、この異性体について一切ふれ
ておらず、混合物のみについて言及している。
【0004】BPTMの水素還元により異性体が生成す
る反応式を次に示す。(式中Meはメチル基を示す。)
【化1】
【0005】
【発明が解決しようとする課題】これらの報告では、こ
の混合物を分離することなく、加水分解してテトラカル
ボン酸の混合物、さらには、無水化してテトラカルボン
酸ジ無水物の混合物を合成している。多数の異性体混合
物から特定の異性体を単離することは価値があるが、未
だ知られていない。従って、この発明は特定の異性体か
らなるテトラカルボン酸、そのジ無水物およびその製法
を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明は、(1R,
1’S,3R,3’S,4S,4’R)‐ジシクロヘキ
シル‐3,3’4,4’‐テトラカルボン酸、および
(1R,1’S,3R,3’S,4S,4’R)‐ジシ
クロヘキシル‐3,3’4,4’‐テトラカルボン酸ジ
無水物に関する。
【0007】また、この発明は、(1R,1’S,3
R,3’S,4S,4’R)‐ジシクロヘキシル‐3,
3’4,4’‐テトラカルボン酸テトラメチルを加水分
解する(1R,1’S,3R,3’S,4S,4’R)
‐ジシクロヘキシル‐3,3’4,4’‐テトラカルボ
ン酸の製法に関する。さらに、この発明は、(1R,
1’S,3R,3’S,4S,4’R)‐ジシクロヘキ
シル‐3,3’4,4’‐テトラカルボン酸テトラメチ
ルを加水分解してテトラカルボン酸に変換し、これを無
水化する(1R,1’S,3R,3’S,4S,4’
R)‐ジシクロヘキシル‐3,3’4,4’‐テトラカ
ルボン酸ジ無水物の製法に関する。
【0008】この発明における(1R,1’S,3R,
3’S,4S,4’R)‐ジシクロヘキシル‐3,3’
4,4’‐テトラメチル(cis‐DCTM‐xと略
記)の単離、確認については、すでに特願2000−1
91050号として特許出願している。
【0009】このテトラメチルエステルを加水分解する
には、加熱水によってあるいはアルカリや酸触媒の存在
下に行い、テトラメチルを溶媒に溶解させた上で加熱
し、水を添加しながら脱離するメタノ−ルおよび水を除
去する。アルカリ触媒の存在下の加水分解では、使用す
る溶媒はたとえば、n‐ブタノ−ル、プロパノ−ルなど
テトラメチルエステルを溶解させるものであれば良い。
【0010】前記溶媒の使用量はcis‐DCTM‐x
を溶解させるに十分な量を必要とし、たとえば、cis
‐DCTM‐x10g当たり40〜100mLである。
過剰の溶媒の使用は特に必要ではないが、使用量が少な
すぎると反応が進行しないか、または加水分解が不完全
となる。アルカリ触媒はカセイソ−ダ、カセイカリなど
が使用でき、その使用量はcis‐DCTM‐x1モル
当たり4当量〜8当量が良い。4当量以下では加水分解
が不完全になることがある。通常、過剰量を用いて、加
水分解を完結することが好ましい。
【0011】反応時間は0.5〜10時間、好ましくは
1〜4時間行い、その後水を添加しながら脱離するメタ
ノ−ルおよび水を除去する。反応終了後はアルカリ塩と
して水に溶解しているが、水の量が少ないとアルカリ塩
が析出することがある。通常10g当たり水100mL
あれば均一の溶液である。この溶液に濃塩酸などの酸を
添加して酸性にすると、テトラカルボン酸が析出する。
これを水洗して目的物を得る。
【0012】酸触媒の存在下の加水分解では、使用する
溶媒はたとえば、酢酸、プロピオン酸などテトラメチル
エステルを溶解させるものでエステル交換できるもので
あれば良い。その使用量はcis‐DCTM‐xを溶解
させるに十分な量を必要し、たとえばcis‐DCTM
‐x10g当たり20〜100mLである。過剰の溶媒
の使用は特に必要ではないが、使用量が少なすぎると反
応が進行しないか、または加水分解が不完全となる。酸
触媒は塩酸、硫酸、p‐トルエンスルホン酸などが使用
できる。反応時間は0.5〜10時間、好ましくは3〜
6時間行い、その後水を添加しながら脱離するカルボン
酸メチルおよび水を除去する。反応の進行につれて、テ
トラカルボン酸が析出する。これを水洗して目的物の
(1R,1’S,3R,3’S,4S,4’R)‐ジシ
クロヘキシル‐3,3’4,4’‐テトラカルボン酸を
得る。
【0013】前記のテトラカルボン酸を無水化するに
は、無水酢酸、無水プロピオン酸、アセチルクロリドな
どを用いて脱水、環化する。これらの脱水剤の使用量は
cis‐DCTA‐x1モル当たり、2当量〜100当
量、特に30〜80当量が好ましい。2当量以下では無
水化が不完全になることがある。通常、過剰量を用いて
無水化を完結することが好ましい。反応温度は50〜1
50℃、反応時間は0.5〜10時間、特に3〜7時間
行うことが好ましい。
【0014】この発明の(1R,1’S,3R,3’
S,4S,4’R)‐ジシクロヘキシル‐3,3’4,
4’‐テトラカルボン酸(cis‐DCTA‐x)の化
学式を次に示す。
【0015】
【化2】
【0016】さらに、この発明における(1R,1’
S,3R,3’S,4S,4’R)‐ジシクロヘキシル
‐3,3’4,4’‐テトラカルボン酸ジ無水物(ci
s‐DCDA‐x)の化学式を次に示す。
【0017】
【化3】
【0018】
【実施例】以下、この発明の実施例を示す。高速液体ク
ロマトグラフィ−は島津SCL−10A、カラム:Ch
iralcel OD(ダイセル化学工業)0.46c
mφ、25cm、20℃、EtOH/n−hexane
(10/90)、0.5mL/minにて測定した。1
HNMRスペクトル(400MHz)は日本電子 JE
OL 400X、DMSO−d6溶液、25℃にて測定し
た。13CNMRスペクトル(100MHz)は日本電子
JEOL 400X、DMSO−d6溶液、25℃にて測
定した。FTIRスペクトルは日本電子JIR−550
0KBr錠剤法にて測定した。
【0019】合成例1 500mL回転式オ−トクレ−ブに100gのBPT
M、2.5gの5%Rh/C、およびテトラヒドロフラ
ン200mLを仕込み、水素30kg/cm2の定圧下
に100℃で、300rpmにて5.5時間加熱した
(約5時間で水素の吸収が終了)。反応液をNo5cの
ろ紙を用いて濾過した後、テトラヒドロフランを留去し
て101.8g(収率99%)の粘凋な生成物を得た。
これを400mLのメタノ−ルに溶解させて晶析させ
て、72gのcis‐DCTMを得た。100gのci
s‐DCTM(x/(y+z)=51/49)を200
mLのテトラヒドロフランに溶解させ、ゆっくりと晶析
させた。結晶を分離して、テトラヒドロフラン(1:2
比)から、晶析を三回繰り返して100%純度のcis
‐DCTM‐x(8.5g)を得た。
【0020】合成例2 晶析途中の50gのcis‐DCTM(x/(y+z)
=60/40)を100mLのテトラヒドロフランに溶
解させ、ゆっくりと晶析させた。結晶を分離して、再度
テトラヒドロフラン(1:2比)から晶析を繰り返して
100%純度のcis‐DCTM‐x(11.6g)を
得た。
【0021】実施例1 300mL三つ口フラスコに攪拌機,還流冷却器を取り
付け、これに10gのcis‐DCTM‐x(25.1
mM)、n‐ブタノ−ル50mLをとり加熱溶解させ
た。10%NaOH水溶液64g(161mM)を添加
して、3時間還流した。その後、リ−ビッヒ冷却器にと
り換えて、水150mLを添加しながらn‐ブタノ−
ル、脱離したメタノ−ルおよび水を留去した(計160
mL)。一旦ろ過し、濾液は100mLであった。この
水溶液に濃塩酸14mLを添加して、pH1とすると白
色沈殿が析出した。ろ過、水洗、Clイオンを検出しな
くなるまで洗浄した。100℃で真空乾燥して、7.3
5gの生成物を得た(収率86%)。元素分析値を次に
示す。 C16228(342.35):計算値、C 56.1,
H 6.5、実測値、C 55.9、H 6.4 、 m
p:248‐250℃、 IR,ν(CO):1705
cm-1 図1に1HNMRおよび図2に13CNMRを示す。
【0022】実施例2 300mL三つ口フラスコに攪拌機、還流冷却器を取り
付け、これに10gのcis‐DCTM‐x(25.1
mM)、酢酸25mLをとり加熱溶解させた。水25m
L、濃塩酸10mLを添加して4時間還流した。2時間
後には一部白色沈殿の析出を見た。その後、リ−ビッヒ
冷却器にとり換えて、水350mLを添加しながら酢酸
メチルおよび水を留去した(計370mL)。ろ過、水
洗、100℃で真空乾燥して、6.67gの生成物を得
た(収率78%)。
【0023】実施例3 実施例1で得たcis‐DCTA‐x10gを丸底フラ
スコにとり、無水酢酸300mLとともに3時間還流し
た(均一な溶液)。冷蔵庫で冷却して析出した結晶をろ
過、100℃で真空乾燥して、6.82gの生成物を得
た(収率75%)。ろ液を一部濃縮すればさらに目的物
が回収できる。元素分析値を次に示す。 C16186(306.32):計算値、C 62.7、
H 5.9、実験値、C62.7、 H 5.9 、 m
p:246‐248℃、 IR, ν(CO):186
1、1780cm-1 図3に1HNMRおよび図4に13CNMRを示す。
【0024】実施例4実施例1で得たcis‐DCTA
‐x3.0gを丸底フラスコにとり、無水酢酸45mL
とともに3時間還流した(不均一)。冷蔵庫で冷却して
結晶をろ過、100℃で真空乾燥して、2.29gの生
成物を得た(収率85%)。
【0025】[cis‐DCTA‐xのNMRによる構
造確認]cis‐DCTA‐xの1HNMR(図1)の
3,4および3’,4’位のプロトンに注目すると、
3.00ppmのピ−クは分裂が小さく、これはエカト
リアル位の二個のプロトン(A)に、また、2.34p
pmのピ−クは分裂が大きく、アキシャル位の二個のプ
ロトン(B)に帰属した。このプロトンBはダブルトリ
プレット(J(BF)=12.2Hz、J(BE)=J
(BA)=3.4Hz)を示した。なお、二次元H―H
COSYスペクトルおよびC‐H COSYスペクトル
より、シクロヘキサン環のプロトンおよび炭素の帰属を
行った。
【0026】[cis‐DCDA‐xのNMRによる構
造確認]cis‐DCDA‐xの1HNMR(図3)の
うち、3,4および3’,4’位のプロトンの拡大図を
図5に示した。3,4および3’,4’位のプロトンに
注目すると、3.50ppmのピ−クは今回はダブルト
リプレット(J(AB)=J(AD)=7.3Hz,J
(AC)=2.9Hz)に分裂した。無水環の影響と考
えられる。これはエカトリアル位の二個のプロトン
(A)に帰属した。また、3.13ppmのピ−クは分
裂が大きく、アキシャル位の二個のプロトン(B)に帰
属した。このプロトンBはダブルクアルテット(J(B
F)=11.6Hz、J(BA)=7.3Hz、J(B
E)=8.2Hz)を示した。なお、二次元H―H C
OSYスペクトルおよびC‐H COSYスペクトルよ
り,シクロヘキサン環のプロトンおよび炭素の帰属を行
った。これらの結果を表1(1HNMR)および表2(
13CNMR)にまとめた。
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】
【発明の効果】この発明は、ポリイミド樹脂などの原料
であるテトラカルボン酸ジ無水物である1R,1’S,
3R,3’S,4S,4’R)‐ジシクロヘキシル‐
3,3’4,4’‐テトラカルボン酸ジ無水物(cis
‐DCDA‐x)およびその前駆体として有用な1R,
1’S,3R,3’S,4S,4’R)‐ジシクロヘキ
シル‐3,3’4,4’‐テトラカルボン酸(cis‐
DCTA‐x)およびそれらの製法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、実施例1で得られた1R,1’S,3
R,3’S,4S,4’R)‐ジシクロヘキシル‐3,
3’4,4’‐テトラカルボン酸(cis‐DCTA‐
x)の1HNMRである。
【図2】図2は、実施例1で得られた1R,1’S,3
R,3’S,4S,4’R)‐ジシクロヘキシル‐3,
3’4,4’‐テトラカルボン酸(cis‐DCTA‐
x)の13CNMRである。
【図3】図3は、実施例3で得られた1R,1’S,3
R,3’S,4S,4’R)‐ジシクロヘキシル‐3,
3’4,4’‐テトラカルボン酸ジ無水物(cis‐D
CDA‐x)の1HNMRである。
【図4】図4は、実施例3で得られた1R,1’S,3
R,3’S,4S,4’R)‐ジシクロヘキシル‐3,
3’4,4’‐テトラカルボン酸ジ無水物(cis‐D
CDA‐x)の13CNMRである。
【図5】図5は、1R,1’S,3R,3’S,4S,
4’R)‐ジシクロヘキシル‐3,3’4,4’‐テト
ラカルボン酸ジ無水物(cis‐DCDA‐x)の1
NMRの3,4および3’,4’位のプロトンの拡大図
である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(1R,1’S,3R,3’S,4S,
    4’R)‐ジシクロヘキシル‐3,3’4,4’‐テト
    ラカルボン酸。
  2. 【請求項2】(1R,1’S,3R,3’S,4S,
    4’R)‐ジシクロヘキシル‐3,3’4,4’‐テト
    ラカルボン酸ジ無水物。
  3. 【請求項3】(1R,1’S,3R,3’S,4S,
    4’R)‐ジシクロヘキシル‐3,3’4,4’‐テト
    ラカルボン酸テトラメチルを加水分解する(1R,1’
    S,3R,3’S,4S,4’R)‐ジシクロヘキシル
    ‐3,3’4,4’‐テトラカルボン酸の製法。
  4. 【請求項4】(1R,1’S,3R,3’S,4S,
    4’R)‐ジシクロヘキシル‐3,3’4,4’‐テト
    ラカルボン酸テトラメチルを加水分解してテトラカルボ
    ン酸に変換し、これを無水化する(1R,1’S,3
    R,3’S,4S,4’R)‐ジシクロヘキシル‐3,
    3’4,4’‐テトラカルボン酸ジ無水物の製法。
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