JP2002338658A - 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】 【課題】 炭素−炭素不飽和結合及びエポキシ基を有す
る化合物の炭素−炭素不飽和結合を選択的に水素化して
エポキシ化合物を製造する方法を提供する。 【解決手段】 貴金属を活性炭に担持した触媒を用い、
反応を90℃以上の温度で行うことを特徴とするエポキ
シ化合物の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、エポキシ化合物の
製造法に関する。詳しくは、エポキシ基と炭素ー炭素不
飽和結合を有する化合物の不飽和結合を特定の触媒を用
いて選択的に水素化する方法に関する。本発明により得
られたエポキシ樹脂は、塗料、コーティング材料、バイ
ンダー樹脂等への用途が期待される。
【0002】
【従来の技術】エピクロロヒドリンとビスフェノールA
とを反応させて得られるビスフェノールA型エポキシ樹
脂は、汎用型エポキシ樹脂としてコーティング材料、電
気絶縁材料、積層物、構造材料等に従来より広く使用さ
れている。しかしながら、ビスフェノール型エポキシ樹
脂は芳香環を有するために耐候性に難点があり、特に耐
候性が必要な用途には、シクロヘキセン系の脂環状オレ
フィンを過酢酸によりエポキシ化したものが耐候性エポ
キシ樹脂として市販されている。
【0003】一方、過酸によるエポキシ樹脂の代わり
に、ビスフェノール型エポキシ樹脂の芳香環を水素化し
て対応する脂環状エポキシ樹脂を製造する試みが従来か
らいろいろと提案されている。この場合、核水素化の際
に、エポキシ基の分解をできるだけ押さえることが必要
である。従来技術としては、例えば、米国特許第333
6241号明細書にはロジウムまたはルテニウムを不活
性な担体に担持した触媒を用いる方法、特開平8−48
676号公報及び特開平8−53370号公報には均質
ルテニウム触媒を用いる方法、特開平10−20400
2号公報には活性炭にルテニウムとナトリウムを担持し
た触媒を用いる方法、本発明者の提案に係る特開平11
−217379号公報にはロジウムまたはルテニウムを
比表面積が5〜600m2/gの範囲にある炭素質担体
に担持した触媒を用いる方法及び特開2000−226
380号公報にはルテニウム担持触媒を用いてエーテル
溶媒中、脂肪酸エステルの存在下に反応を行う方法が開
示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来法
におけるルテニウムを用いる触媒はロジウムに比べてメ
タルあたりの活性が非常に低いため、十分な活性を得る
には触媒量を増やしたり、反応圧を上げる必要があっ
た。また、ロジウム担持触媒についてはルテニウム触媒
に比べて活性は高いものの、そのレベルは満足できるも
のでなかった。また、いずれの触媒でも反応温度を上げ
ると水素化活性は向上するものの、エポキシ基の分解が
増加し、生成物の品質が低下するという問題が生じるの
で、文献中には反応温度については150℃以下という
記載はあるものの実施例ではいずれも80℃以下の温度
が採用されており、90℃以上で行った例は見当らな
い。また、反応温度が90℃以上になると担体として活
性炭を用いた場合には、エポキシ基の重合物が多量に生
成し、濾過による触媒分離が困難となるという問題点が
あった。
【0005】本発明はエポキシ基含有化合物の炭素−炭
素不飽和結合を選択的に水素化する反応において、90
℃以上の反応温度でもエポキシ基の分解が少なく、かつ
触媒の濾過分離が容易な水素化触媒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】本発明者らは、上記課題
を解決するため鋭意検討した結果、公知の貴金属、とり
わけロジウムを活性炭に担持した触媒は90℃以下で触
媒リサイクル反応を行うとグラファイトに担持した触媒
に比べ活性低下が大きいが、90℃以上で反応するとグ
ラファイトに担持した触媒と同等の高活性及び選択性を
示し、かつグラファイトに担持した触媒に比べて非常に
良好な触媒濾過性を示すことを見出し、本発明を完成す
るに至った。
【0007】即ち本発明は少なくとも1個の炭素−炭素
不飽和結合及び少なくとも1個のエポキシ基を有する化
合物の炭素−炭素不飽和結合を選択的に水素化してエポ
キシ化合物を製造する方法において、反応温度が90℃
以上であり、貴金属を活性炭に担持した触媒を用いるこ
とを特徴とするエポキシ化合物の製造方法を要旨とする
ものである。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明に用いられる出発原料は、少なくとも一個の炭素
−炭素不飽和結合及び少なくとも一個のエポキシ基を有
する化合物である。これは、モノマー、オリゴマー又は
ポリマーのいずれでもよい。具体的には、エポキシ基を
有する芳香環化合物、不飽和脂肪族化合物、不飽和環状
脂肪族化合物、不飽和復素環化合物等が挙げられる。中
でも、炭素−炭素不飽和結合が芳香環を形成している化
合物であるのが好ましい。
【0009】この芳香環化合物の具体例としては、例え
ば、スチレンオキサイド、フェニルグリシジルエーテ
ル、ハイドロキノンのジグリシジルエーテル、レゾルシ
ンのジグリシジルエーテル、一般式(I)で表されるビ
スフェノールA又はビスフェノールFとエピクロルヒド
リンとを原料とするエポキシ樹脂、一般式(II)で表さ
れるフェノールノボラック樹脂又はクレゾールノボラッ
ク樹脂のポリグリシジルエーテル等が挙げられる。
【0010】
【化1】
【0011】(式中、R1は水素原子又はメチル基を示
し、nは0ないし40である) この中、式(I)で示されるビスフェノールA型エポキ
シ樹脂、及び式(II)で表されるオルソクレゾールノボ
ラックのポリグリシジルエーテルが好ましく、この中、
ビスフェノールAのジグリシジルエーテル(式(I)の
n=1)及びそのオリゴマーが特に好ましい。
【0012】なお、ビスフェノールAのジグリシジルエ
ーテルは例えばエピコート827、828として、又そ
のオリゴマーはエピコート834として、また、式(I
I)のものはエピコート152、154、180S65
としてジャパンエポキシレジン株式会社より市販されて
いる。本発明に用いられる水素化触媒は、貴金属、とり
わけロジウムを活性炭に担持した触媒であり、貴金属化
合物、とりわけロジウム化合物を活性炭に担持させ、ア
ルカリ性水溶液で処理し、次いで還元して得られる。
【0013】本発明において使用するロジウム化合物と
しては加熱分解可能なものであれば特に制限はなく、塩
化ロジウム、硝酸ロジウム、硫酸ロジウム等の無機塩、
ロジウムアセチルアセトナート等の有機金属化合物、テ
トラロジウムドデカカルボニル等の配位化合物が挙げら
れるが、対アニオンのヘテロ元素が残存すると活性が低
下したり、また、有機ロジウム化合物は高価であること
から塩化ロジウムを用いることが好ましい。
【0014】貴金属を活性炭に担持させる方法に特に制
限はないが、通常の場合、浸漬法が用いられる。例えば
上記触媒成分の金属化合物を溶解可能な溶媒、例えば、
水に溶解して溶液とし、この溶液中に活性炭を浸漬して
含浸担持させる。その後減圧下溶媒を留去し、必要に応
じて還元処理を行う。還元処理としては気相還元法、あ
るいは液相還元法のいずれの方法でも行うことができる
が、液相還元法で調製した方が低温で処理するためメタ
ルを高分散に担持でき、より好ましい。
【0015】例えば水素ガスを用いて気相で還元する場
合、100〜600℃、好ましくは150〜500℃、
より好ましくは200〜400℃の温度で行われる。こ
こで用いられる還元剤としては、水素以外に一酸化炭素
が挙げられる。また、窒素、アルゴン等の不活性ガスで
希釈した状態で用いてもよい。また、液相で還元する場
合は、まず、貴金属化合物を担持した後、アルカリ性水
溶液で処理して該貴金属化合物を水酸化物として不溶
化、固定化しておき、これを還元処理するのが好まし
い。不溶、固定化に用いるアルカリ性水溶液のアルカリ
の種類としてはアンモニア水や、水酸化ナトリウム、炭
酸ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属水酸化
物の水溶液が好ましく使用できるが、不溶、固定化後の
水洗の容易さや、アルカリ金属カチオンの残存等の影響
を考慮するとアンモニア水を用いるのが最も好ましい。
【0016】使用するアルカリの量は貴金属に対して3
〜100当量が好ましく、更には6〜50当量がより好
ましい。アルカリ性水溶液による処理温度は20℃から
90℃が好ましく、特にアンモニア水を用いる場合に
は、50℃より高温であるとアンモニアの脱離が著しく
なるので20〜50℃がより好ましい。アルカリ性水溶
液で不溶、固定化した触媒はイオン交換水等で充分洗浄
する。特にアルカリ金属水酸化物の水溶液を用いる場
合、Na+、K+等のアルカリ金属カチオンが残存すると
水素化活性が低下するので充分洗浄することが必要であ
る。
【0017】不溶、固定化した触媒はホルマリン、ギ酸
あるいはメタノール等を用いて液相で還元することが好
ましい。還元剤の使用量は貴金属に対して3〜100モ
ル当量、好ましくは6〜50モル当量である。還元温度
は20〜120℃、好ましくは50〜100℃である。
液相で還元した触媒は濾過し、イオン交換水等で充分洗
浄した後、乾燥して水素化反応に用いることができる。
【0018】液相還元を用いると、イオン交換水等で洗
浄して充分過剰の塩素を取り除くことができるのでより
好ましい。水素化反応に使用する触媒量は、反応原料1
00重量部に対して0.05〜100重量部、好ましく
は0.1〜50重量部であるが、反応温度、又は反応圧
力等の諸条件に応じ、実用的な反応速度が得られる範囲
内において任意に選択できる。
【0019】本発明の水素化反応での反応温度は、90
〜150℃、好ましくは100〜120℃である。活性
炭に担持した触媒が高温でグラファイトに担持した触媒
に比べて活性が高く、重合物が付着しても濾過性が良い
理由としては、活性炭は比表面積が大きく、吸着点が多
いためにメタルへの有機物の付着が抑制され、劣化が低
減されるためと考えられる。また、反応圧力は通常1〜
30MPa、好ましくは3〜10MPaである。
【0020】反応方式としては液相懸濁反応或いは固定
床反応のいずれも採用することができる。また、反応溶
媒としては出発原料の溶解性からTHF、ジオキサンの
ようなエーテル類や酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオ
ン酸メチルのようなエステル類が好ましく用いられる。
【0021】本発明の方法に従って水素化反応を行った
後、触媒を濾別し、その後蒸留により揮発成分を除去
し、目的生成物を得ることが出来る。
【0022】
【実施例】以下実施例により本発明を更に詳細に説明す
るが、本発明は、その要旨を超えない限り、これら実施
例に限定されるものでない。 実施例1 40.0重量%Rhメタル含有塩化ロジウム水和物62
5mgを水6gに溶解させた中に市販の粉末活性炭4.
75gを加え含浸担持した。その後エバポレーターで溶
媒を除去した。これを28重量%アンモニア水0.78
gを水 6mlに溶かした水溶液に加え、室温で固定化
処理を行った。濾別後イオン交換水で洗浄した。この固
定化した触媒をギ酸2gと水20mlの混合液に加え、
加熱還流して5時間還元処理を行った。濾別後、得られ
た触媒をイオン交換水で洗浄した後、50℃で乾燥し、
5重量%ロジウム/活性炭触媒を得た。
【0023】この触媒0.16gを用いて200ml容
量の誘導撹拌式オートクレーブにテトラヒドロフラン2
0g、2,2−ジ−(p−グリシドキシ−フェニル)―
プロパン80g(ジャパンエポキシレジン社製 エピコ
ート828 エポキシ当量186)を加え、水素を2M
Pa圧入した後、110℃まで昇温した。110℃で水
素を8MPaに昇圧し、115℃に昇温して5.5時間
反応した。反応後触媒を濾別し、減圧下揮発分を留去し
た。
【0024】1H-NMRスペクトルの積分値より芳香環の水
素化率を、過塩素酸滴定法(JIS K7236)によりエポキシ
当量を求めた。ここでエポキシ当量とはエポキシ基1モ
ルを含むエポキシ樹脂のグラム数を表す。反応液の濾過
条件は濾過温度20℃、濾紙No.5B、濾過面積12.5c
m2, 真空度20mmHgであり、濾過時間をもって濾
過性能を評価した。結果を表1に示す。 比較例1 グラファイト(TIMCAL社製 TIMREX HSAG100, 表面積130
m2/g)を用いた以外実施例1と同様の方法で触媒を調製
した。これを用いて反応時間を6時間にした以外実施例
1と同様の方法で反応を行った。結果を表1に示す。
【0025】
【表1】
【0026】
【発明の効果】本発明に従って、炭素−炭素不飽和結合
及びエポキシ基を有する化合物を、活性炭に担持した貴
金属触媒を用いて90℃以上で水素化反応を行えば、エ
ポキシ基の分解が少なく、炭素−炭素不飽和結合を選択
的に水素化でき、しかも容易に触媒を濾過することがで
き、有利にエポキシ化合物を製造することができる。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // C07B 61/00 300 C07B 61/00 300 Fターム(参考) 4C048 AA01 BB02 BB09 CC01 CC02 UU05 XX02 XX05 4G069 AA03 AA08 BA08A BA08B BC71A BC71B CB02 CB73 DA05 FA02 FB14 FB46 4H039 CA40 CB10 4J036 BA09 CC05 JA01 JA06

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも1個の炭素−炭素不飽和結合
    及び少なくとも1個のエポキシ基を有する化合物の炭素
    −炭素不飽和結合を選択的に水素化してエポキシ化合物
    を製造する方法において、反応温度が90℃以上であ
    り、貴金属を活性炭に担持した触媒を用いることを特徴
    とするエポキシ化合物の製造方法。
  2. 【請求項2】 貴金属がロジウムである請求項1に記載
    のエポキシ化合物の製造方法。
  3. 【請求項3】 貴金属化合物を活性炭に担持した後、ア
    ルカリ性水溶液で処理し、次いで液相で還元して得られ
    る触媒を用いる請求項1又は2に記載のエポキシ化合物
    の製造方法。
  4. 【請求項4】 少なくとも1個の炭素−炭素不飽和結合
    が芳香環を形成しているものである請求項1〜3のいず
    れかに記載のエポキシ化合物の製造方法。
  5. 【請求項5】 反応溶媒としてエーテル類又はエステル
    類を用いる請求項1〜5のいずれかに記載のエポキシ化
    合物の製造方法。
  6. 【請求項6】 水素化反応を反応温度90〜150℃、
    かつ水素圧1〜30MPaで行う請求項1〜5のいずれ
    かに記載のエポキシ化合物の製造方法。
  7. 【請求項7】 化合物がエピクロロヒドリンと多価フェ
    ノールとを反応させて得られた化合物である請求項1〜
    6のいずれかに記載のエポキシ化合物の製造方法。
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