JP2003113143A - ビフェニル類の製造方法 - Google Patents
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Abstract
カップリング反応させて、ビフェニル類を製造する新規
な方法、特に、フタル酸ジエステルのような置換基を有
する芳香族化合物を酸化カップリング反応して、2,
3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸テトラエ
ステルのような非対称置換基ビフェニル類を選択的に製
造することができる改良されたビフェニル類の製造方法
を提供する。 【解決手段】 ベンゼン系の芳香族化合物、特に
フタル酸ジエステルのような置換基を有する芳香族化合
物を、パラジウム塩と、銅塩と、窒素原子と酸素原子と
によりパラジウム塩と錯体形成をする二座配位子化合物
との存在下に、且つ、分子状酸素の存在する雰囲気中
で、酸化カップリングさせる。
Description
ウム塩と、銅塩と、分子内に窒素原子と酸素原子とを有
しパラジウム塩と錯体形成をする二座配位子化合物との
存在下に、且つ、分子状酸素の存在する雰囲気中高温で
酸化カップリングさせて、ビフェニル類を製造する方法
に関する。特に、フタル酸ジエステルのような置換基を
有する芳香族化合物を、パラジウム塩と、銅塩と、分子
内に窒素原子と酸素原子とを有しパラジウム塩と錯体形
成をする二座配位子化合物との存在下に、且つ、分子状
酸素の存在する雰囲気中高温で酸化カップリングさせ、
2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸テト
ラエステル(以下、a−BPTTと略記することもあ
る。)のような非対称置換ビフェニル類を選択的に製造
する方法に関する。
反応液中に有機パラジウム塩と有機銅塩とを存在させ
て、分子状酸素雰囲気中で、ベンゼン系の芳香族化合物
を酸化カップリング反応させて、ビフェニル類を製造す
る方法が提案されている。この方法でフタル酸ジエステ
ルを酸化カップリングすると、3,3’,4,4’−ビ
フェニルテトラカルボン酸テトラエステル(以下、s−
BPTTと略記することもある。)とa−BPTTとを
生成し、その生成比はs−BPTTが高かった。特開昭
61−106541号公報には、フタル酸ジエステルの
ような置換基を有する芳香族化合物を酸化カップリング
反応して、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカル
ボン酸テトラエステルのような非対称置換ビフェニル類
の選択性を向上させる方法が提案されている。しかし、
この方法では、反応開始後の経過に従って、反応液中に
βージケトン類を連続もしくは断続的に補給することが
必要であった。
の芳香族化合物を酸化カップリング反応させて、ビフェ
ニル類を製造する新規な方法を提供することである。特
に、フタル酸ジエステルのような置換基を有する芳香族
化合物を酸化カップリング反応して、2,3,3’,
4’−ビフェニルテトラカルボン酸テトラエステルのよ
うな非対称置換ビフェニル類を選択的に製造することが
できる改良されたビフェニル類の製造方法を提供するこ
とである。
で示される芳香族化合物を、パラジウム塩と、銅塩と、
窒素原子と酸素原子とによりパラジウム塩と錯体形成を
する二座配位子化合物との存在下に、且つ、分子状酸素
の存在する雰囲気中で、酸化カップリングさせることを
特徴とするビフェニル類の製造方法に関する。
を列挙する。 1)化学式(1)で示される芳香族化合物を、パラジウ
ム塩と、銅塩と、窒素原子と酸素原子とによりパラジウ
ム塩と錯体形成をする二座配位子化合物との存在下に、
且つ、分子状酸素の存在する雰囲気中で、酸化カップリ
ングさせることを特徴とするビフェニル類の製造方法。 2)化学式(2)で示される置換基を有する芳香族化合
物を、パラジウム塩と、銅塩と、窒素原子と酸素原子と
によりパラジウム塩と錯体形成をする二座配位子化合物
との存在下に、且つ、分子状酸素の存在する雰囲気中
で、酸化カップリングさせて、非対称置換ビフェニル類
を選択的に製造することを特徴とする前記ビフェニル類
の製造方法。 3)フタル酸ジエステルを、パラジウム塩と、銅塩と、
窒素原子と酸素原子とによりパラジウム塩と錯体形成を
する二座配位子化合物との存在下に、且つ、分子状酸素
の存在する雰囲気中で、酸化カップリングさせ、a−B
PTTを選択的に製造することを特徴とする前記ビフェ
ニル類の製造方法。 4)生成物中の非対称置換ビフェニル類の生成比、即
ち、(非対称置換ビフェニル類)/(対称置換ビフェニ
ル類+非対称置換ビフェニル類)が0.6〜0.99で
あることを特徴とする前記ビフェニル類の製造方法。 5)反応温度が50〜300℃であることを特徴とする
前記ビフェニル類の製造方法。 6)前記窒素原子と酸素原子とによりパラジウム塩と錯
体形成をする二座配位子化合物が化学式(3)で示され
る化合物であることを特徴とする前記ビフェニル類の製
造方法。 6)前記窒素原子と酸素原子とによりパラジウム塩と錯
体形成をする二座配位子化合物が化学式(4)で示され
る化合物であることを特徴とする前記ビフェニル類の製
造方法。 7)前記窒素原子と酸素原子とによりパラジウム塩と錯
体形成をする二座配位子化合物が化学式(5)で示され
る化合物であることを特徴とする前記ビフェニル類の製
造方法。 8)実質的に無溶媒反応であることを特徴とする前記ビ
フェニル類の製造方法。
(1)で示されるベンゼン系の芳香族化合物である。化
学式(1)のRで示された置換基としては、炭素数1〜
5のアルキル基、炭素数1〜5のアルコキシ基、炭素数
1〜5のアルコキシカルボニル基、炭素数1〜5のアル
カノイルオキシ基、炭素数1〜5のアルカノイルオキシ
アルキル基、水素がアセチル基またはハロゲン基で置換
された炭素数1〜5のアルキル基、ニトロ基、ハロゲン
などを挙げることができる。化学式(1)で示されるベ
ンゼン系の芳香族化合物の具体例としては、例えば、ベ
ンゼン、トルエン、エチルベンゼン、1,2,4−トリ
メチルベンゼン、オルトキシレン、メタキシレン、パラ
キシレン、アニソール、安息香酸メチル、安息香酸ブチ
ル、トルイル酸メチル、アセチルベンゼン、2,6−ジ
メチルベンジルアセテート、キシリレンジアセテート、
ニトロベンゼン、オルトクロルメチルベンゼン、クロル
ベンゼン、フッ化ベンゼン、オルトクロルトルエン、ト
リフルオロトルエン、フタル酸ジエステル、イソフタル
酸ジエステル、テレフタル酸ジエステルなどを挙げるこ
とができる。尚、前記のフタル酸ジエステル、イソフタ
ル酸ジエステル、及び、テレフタル酸ジエステルは、そ
れらの酸、酸無水物、酸ハロゲン化物と、末端に水酸基
を有する化合物、例えば、低級脂肪族アルコールや芳香
族アルコールなどとを反応して得られたジエステル化合
物である。また、本発明において、化学式(2)で示さ
れる芳香族化合物は、前記化学式(1)で示される芳香
族化合物のうちベンゼン環に1〜3個の置換基を有する
ものである。
例えば、塩化パラジウム、臭化パラジウム、ヨウ化パラ
ジウム、水酸化パラジウム、硝酸パラジウム、硫酸パラ
ジウムのような無機パラジウム塩や、酢酸パラジウム、
トリフルオロ酢酸パラジウム、トリフルオロメタンスル
ホン酸パラジウム、ビス(アセチルアセトナト)パラジ
ウム、ビス(ヘキサフルオロアセチルアセトナト)パラ
ジウムなどの有機パラジウム塩を挙げることができる。
特に、酢酸パラジウム、トリフルオロ酢酸パラジウム、
硝酸パラジウム、ビス(アセチルアセトナト)パラジウ
ム、水酸化パラジウムが好適である。パラジウム塩は、
出発物質の前記ベンゼン系の芳香族化合物に対して5×
10−5倍モル以上、より好ましくは2×10−4倍モ
ル以上であり、0.01倍モル以下、より好ましくは
0.005倍モル以下であることが好適である。5×1
0−5倍モル未満では反応が効率的でなくなり、0.0
1倍モルを越えると高価なパラジウムを多量に使用する
ことになって経済的でなくなる。
よりパラジウム塩と錯体形成をする二座配位子化合物と
しては、分子内に窒素原子と酸素原子とからなる二座配
位能を有しパラジウム塩と錯体形成をする化合物であっ
て、化学式(3)、化学式(4)で示されるような置換
基に酸素原子を持つ含窒素ヘテロ環化合物、および、化
学式(5)で示されるような置換基に酸素原子を持つ脂
肪鎖アミン類を挙げることができる。具体的には、ピリ
ジンカルボン酸、ピリジンカルボン酸メチルエステル、
ピリジンカルボン酸エチルエステル、ピラジンカルボン
酸、ピラジンカルボン酸メチルエステル、ピラジンカル
ボン酸エチルエステル、キノリンカルボン酸、イソキノ
リンカルボン酸、ヒドロキシキノリン、2−ベンゾイル
ピリジン、2−ピリジルアミド、N,N−ジメチルグリ
シン、N,N−ジメチルアセトアミドなどを挙げること
ができる。特に、2−ピリジンカルボン酸、2−ピラジ
ンカルボン酸が好適である。窒素原子と酸素原子とによ
りパラジウム塩と錯体形成をする二座配位子化合物は、
そのまま反応系に加えても構わないし、予めパラジウム
塩と処理して窒素原子と酸素原子の二座配位子パラジウ
ム錯体として使用することもできる。窒素原子と酸素原
子とによりパラジウム塩と錯体形成をする二座配位子化
合物は、パラジウム塩に対して0.5〜4倍モル、好ま
しくは1〜2倍モルの量で好適に用いられる。
〜10の脂肪族カルボン酸の銅塩、例えば、ギ酸、酢
酸、プロピオン酸、吉草酸などの銅塩、または、芳香族
カルボン酸の銅塩、例えば、安息香酸、フタル酸などの
銅塩、または、βジケトン類の銅塩、例えば、アセチル
アセトン、ベンゾイルアセトン、トリフルオロアセチル
アセトンなどの銅塩を挙げることができる。また、例え
ば塩化銅、臭化銅、ヨウ化銅などのハロゲン化銅や、硝
酸銅、硫酸銅、水酸化銅などの無機銅塩を挙げることが
できる。本発明において,銅塩の使用量は、前述の窒素
原子と酸素原子とによりパラジウム塩と錯体形成をする
二座配位子化合物の使用量に対して、0.01〜10倍
モル、好ましくは0.05〜3倍モルである。銅塩の使
用量が0.01倍モル未満では十分な反応速度が得られ
ないし、10倍モルを越えると反応が抑制されるため適
当ではない。
上、より好ましくは100℃以上であり、且つ、300
℃以下、より好ましくは250℃以下であることが好適
である。反応温度が50℃未満では酸化カップリング反
応が起りにくいので好ましくなく、又、反応温度が30
0℃を越えると目的とするビフェニル類の生成が少なく
なるので好ましくない。
で供給してもよいが、爆発の危険性があるので、窒素ガ
スや炭酸ガスなどの不活性ガスで希釈した酸素含有ガス
又は空気を使用するのが安全上好適である。本発明にお
いて、反応圧は酸素分圧(封じ込めの場合は封入時の初
圧)として、0.01気圧以上、好ましくは0.05気
圧以上、より好ましくは0.1気圧以上であり、且つ、
200気圧以下、好ましくは50気圧以下、より好まし
くは30気圧以下であることが好適である。従来公知の
酸化カップリング反応においては、酸素分圧が0.05
気圧未満になると、触媒のパラジウム成分がパラジウム
黒となって析出して触媒能がなくなるが、本発明におい
ては、酸素分圧が0.05気圧未満でもパラジウム黒の
析出は起らず効果的な触媒作用を保持できる。反応系へ
の酸素ガス又は酸素含有ガスの供給は、封じ込めでも流
通でも良い。流通させる場合は、不活性ガスで希釈され
た酸素含有ガス(特に酸素含有量が約10〜40体積%
が好ましい。)又は空気を、気体反応液100ミリリッ
トル当たり約1〜2000ミリリットル/分、特に10
〜1000ミリリットル/分の流量で反応液中にバブリ
ングさせて供給することが好ましい。
なくても構わない。工業的には実質的に反応溶媒を用い
ないで反応させることが好ましい。反応溶媒を用いる場
合は、例えば、エチレングリコールジアセテート、アジ
ピン酸ジメチルなどの有機酸エステル、n−ブチルメチ
ルケトン、メチルエチルケトン、イソプロピルエチルケ
トンなどのケトン化合物などを挙げることができる。そ
の使用量は、例えば、出発物質のベンゼン系の芳香族化
合物に対して、10000容量倍以下、好ましくは10
00容量倍以下である。
化学式(6)で示されるビフェニル類である。
る。] 例えば、ベンゼンを出発物質とすればビフェニルが得ら
れ、トルエンを出発物質とすればビトリルが得られ、キ
シレンを出発物質とすればテトラメチルビフェニルが得
られ、フタル酸ジエステルを出発物質とすれば、ビフェ
ニルテトラカルボン酸テトラエステルが得られる。
香族化合物を酸化カップリングすると、対称置換ビフェ
ニル類(2つのベンゼン環上の対称の位置に置換基を有
するビフェニル類を意味する。以下、s−体と記載する
こともある。)と非対称置換ビフェニル類(2つのベン
ゼン環上の非対称の位置に置換基を有するビフェニル類
を意味する。以下、a−体と記載することもある。)か
らなる異性体が得られる。本発明の方法は、非対称置換
ビフェニル体(a−体)を選択的に製造できることを特
徴としている。例えば、出発物質がフタル酸ジエステル
の場合には、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカ
ルボン酸テトラエステルはほとんど生成せず、2,3,
3’,4−ビフェニルテトラカルボン酸テトラエステル
(a−BPTT)と3,3’,4,4’−ビフェニルテ
トラカルボン酸テトラエステル(s−BPTT)とが生
成する。本発明の方法では、2,3,3’,4’−ビフ
ェニルテトラカルボン酸テトラエステルを主成分として
選択的に得ることができる。また、出発物質がオルトキ
シレンの場合には、2,2’,3,3’−テトラメチル
ビフェニルはほとんど生成せず、2,3,3’,4’−
テトラメチルビフェニルと3,3’,4,4’−テトラ
メチルビフェニルとが生成する。本発明の方法では、
2,3,3’,4’−テトラメチルビフェニルを主成分
として選択的に得ることができる。このような非対称置
換ビフェニル類の選択性は、反応条件を選択することに
よって60〜99モル%、特に70〜95モル%と高く
することができる。前記選択性とは、生成物中の非対称
置換ビフェニル類の生成比、即ち、(非対称置換ビフェ
ニル類)/(対称置換ビフェニル類+非対称置換ビフェ
ニル類)を百分率で表したものである。
などの周知の手段によって分離・精製することができ
る。生成したビフェニル類がa−BPTTの場合には、
従来公知の方法、例えば高温、高圧で加水分解する方
法、又は、酸、アルカリを添加して加水分解する方法に
よって加水分解して2,3,3’,4’−ビフェニルテ
トラカルボン酸とすることができる。更に、これを高温
に加熱することによって無水化して、2,3,3’,
4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を得ること
ができる。この二無水物は芳香族ポリイミド製造におけ
るモノマー原料のひとつとして有用なものである。
明する。尚、本発明は以下の実施例に限定されるもので
はない。
ン系芳香族化合物を基準とする。又、カップリング収率
は仕込みのベンゼン系芳香族化合物基準で算出した。仕
込みのベンゼン系芳香族化合物の転化率、カップリング
収率、及び、s−体/a−体生成比は、次の計算式に従
ってモル基準で算出した。 転化率(%)=(芳香族化合物消費量)/(芳香族化
合物仕込量)×100 カップリング収率(%)=2×(カップリング生成物
量)/(芳香族化合物仕込量)×100 s−体/a−体生成比=(s−体生成量)/(a−体
生成量)(但し、(s−体生成量)+(a−体生成量)
=100として表示する。)
フタル酸ジメチルエステル1.27g(6.5ミリモ
ル)を秤取り、触媒として、トリフルオロ酢酸パラジウ
ム(以下、Pd(OCOCF3)2と示すこともあ
る。)0.05ミリモル、酢酸銅一水和物(以下、Cu
(OAc)2・H2Oと示すこともある。)0.015
ミリモル、2−ピリジンカルボン酸(化学式(7)で示
される。以下、pycaと略記することもある。)0.
05ミリモルとを秤取り、フタル酸ジメチルエステルに
加えた。前記フラスコにリービッヒ冷却管を取り付け、
常圧で露点が−80℃以下のAグレード空気で系内を置
換したあと、前記空気風船下封じ込めた。リービッヒ冷
却管には温度5℃の冷却水を循環させた。予め温度20
0℃に加熱したシリコンオイルバス中に前記フラスコを
浸けて反応時間6時間保持した。攪拌はマグネチックス
ターラーを用いて回転速度600rpmでおこなった。
反応後フラスコ部分を水冷し、封じ込めたガスをパージ
した後、内容物をアセトンで洗い出し、フタル酸ジメチ
ルエステルの転化率とカップリング生成物をガスクロマ
トグラフィーによって分析した。その結果は表1のとお
りであった。
ル数の1,10−フェナントロリン(化学式(8)で示
される。以下、1,10−phenと略記することもあ
る。)を用いたほかは、実施例1と同様の操作をおこな
った。その結果は表1のとおりであった。
わりに、同じモル数の酢酸パラジウム(以下、Pd(O
Ac)2と示すこともある。)を用いたほかは、実施例
1と同様の操作をおこなった。その結果は表1のとおり
であった。
ル数の1,10−phenを用いたほかは、実施例1と
同様の操作をおこなった。その結果は表1のとおりであ
った。
パラジウム(以下、Pd(acac)2と示すこともあ
る。ここで、acacはアセチルアセトナト基を示
す。)0.20ミリモルをアセトン10mlに溶解させ
た後、室温でpyca0.20ミリモルを加えた。反応
液から溶媒をエバポレーターで除去し、粗錯体を得た。
これを10mlのヘキサンで3回洗浄して残留するアセ
チルアセトンを洗浄・除去したあとで減圧下室温で乾燥
した。このようにして得た錯体Pd(pyca)(ac
ac)の0.05ミリモルを、Pd(OCOCF3)2
とpycaの代わりに用いたほかは実施例1と同様の操
作をおこなった。その結果は表1のとおりであった。
じモル数の化学式(9)〜(14)で示される二座配位
子化合物(9)〜(14)を用いたほかは、実施例1と
同様の操作をおこなった。その結果は表1のとおりであ
った。
に、フタル酸ジメチルエステル25.0g(129ミリ
モル)、Pd(OCOCF3)20.135ミリモル、
pyac0.135ミリモル、及び、Cu(OAc)2
・H2O0.041ミリモルとを秤取った。前記フラス
コにリービッヒ冷却管、ガス供給管、及び、温度計とを
取り付けた。リービッヒ冷却管には温度5℃の冷却水を
循環させた。ガス供給管から、常圧で露点が−80℃以
下のAグレード空気を50ml/minの流速で供給し
た。この反応器を、予め温度80℃に加熱したシリコン
オイルバス中に浸けて、触媒を溶解させた。触媒の溶解
後、反応層の温度が200℃となるように温度設定し、
反応時間1時間反応をおこなった。その後、実施例と同
様に生成物を分析した。その結果は表1のとおりであっ
た。
ートクレーブ内に備えたガラス製内挿管に、オルトキシ
レン9.70g(91.51ミリモル)、Pd(OCO
CF3)20.09ミリモル、Cu(OAc)2・H2
O0.03ミリモル、pyca0.10ミリモルとを秤
取った。オートクレーブに蓋をし、オートクレーブ内に
酸素と窒素の混合ガス(O2/N2=50/50体積
%)を50kg/cm2(ゲージ圧)で圧入した。この
オートクレーブを予め150℃に設定したオイルバス中
に浸け反応を開始した。5時間後に、オートクレーブを
取り出して室温まで冷却後、圧入ガスを排気し、得られ
た反応液をガスクロマトグラフィーを用いて分析した。
その結果は表2のとおりであった。
ycaの代わりに、同じモル数のPd(OAc) 2と
1,10phenとを用いたほかは、実施例11と同様
の操作をおこなった。その結果は表2のとおりであっ
た。
物等の化学式を以下に示す。
から、以下のような効果を奏する。すなわち、本発明
は、ベンゼン系の芳香族化合物を酸化カップリング反応
させて、ビフェニル類を製造する新規な方法を提供す
る。特に、フタル酸ジエステルのような置換基を有する
芳香族化合物を酸化カップリング反応して、2,3,
3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸テトラエステ
ルのような非対称置換ビフェニル類を選択的に製造する
ことができる改良された製造方法を提供する。
Claims (7)
- 【請求項1】化学式(1)で示される芳香族化合物を、
パラジウム塩と、銅塩と、窒素原子と酸素原子とにより
パラジウム塩と錯体形成をする二座配位子化合物との存
在下に、且つ、分子状酸素の存在する雰囲気中で、酸化
カップリングさせることを特徴とするビフェニル類の製
造方法。 【化1】 [ここで、Rは置換基であり、lは0〜4の整数であ
る。] - 【請求項2】化学式(2)で示される芳香族化合物を、
パラジウム塩と、銅塩と、窒素原子と酸素原子とにより
パラジウム塩と錯体形成をする二座配位子化合物との存
在下に、且つ、分子状酸素の存在する雰囲気中で、酸化
カップリングさせて、非対称置換ビフェニル類を選択的
に製造することを特徴とする前記請求項1に記載のビフ
ェニル類の製造方法。 【化2】 [ここで、Rは置換基であり、mは1〜3の整数であ
る。] - 【請求項3】フタル酸ジエステルを、パラジウム塩と、
銅塩と、窒素原子と酸素原子とによりパラジウム塩と錯
体形成をする二座配位子化合物との存在下に、且つ、分
子状酸素の存在する雰囲気中で、酸化カップリングさ
せ、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸
テトラエステルを選択的に製造することを特徴とする前
記請求項1〜2のいずれかに記載のビフェニル類の製造
方法。 - 【請求項4】反応温度が50℃〜300℃であることを
特徴とする前記請求項1〜3のいずれかに記載のビフェ
ニル類の製造方法。 - 【請求項5】窒素原子と酸素原子とによりパラジウム塩
と錯体形成をする二座配位子化合物が、化学式(3)で
示される酸素原子を置換基に持つ含窒素ヘテロ環化合物
であることを特徴とする前記請求項1〜4のいずれかに
記載のビフェニル類の製造方法。 【化3】 [ここで、R1はアルキル基、アリール基、アルコキシ
基、アミノ基または水酸基のいずれかであり、LはCH
またはNのいずれかであり、nは0〜3の整数であ
る。] - 【請求項6】窒素原子と酸素原子とによりパラジウム塩
と錯体形成をする二座配位子化合物が、化学式(4)で
示される酸素原子を置換基に持つ含窒素ヘテロ環化合物
であることを特徴とする前記請求項1〜4のいずれかに
記載のビフェニル類の製造方法。 【化4】 [ここで、R2は水酸基またはCOR1基からなるキノ
リン誘導体(R1はアルキル基、アリール基、アルコキ
シ基、アミノ基または水酸基のいずれかである。)であ
る。] - 【請求項7】窒素原子と酸素原子とによりパラジウム塩
と錯体形成をする二座配位子化合物が、化学式(5)で
示される脂肪族アミノ化合物であることを特徴とする前
記請求項1〜4のいずれかに記載のビフェニル類の製造
方法。 【化5】 [ここで、R1はアルキル基、アリール基、アルコキシ
基、アミノ基または水酸基のいずれかであり、R3、R
4はそれぞれ独立に水素、アルキル基またはアリール基
のいずれかであり、nは0〜3の整数である。]
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