JP2003171326A - p−イソプロペニルフェノールの環状二量体の製造方法 - Google Patents

p−イソプロペニルフェノールの環状二量体の製造方法

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JP2003171326A
JP2003171326A JP2001367105A JP2001367105A JP2003171326A JP 2003171326 A JP2003171326 A JP 2003171326A JP 2001367105 A JP2001367105 A JP 2001367105A JP 2001367105 A JP2001367105 A JP 2001367105A JP 2003171326 A JP2003171326 A JP 2003171326A
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reaction
phenol
cyclic dimer
isopropenylphenol
bpa
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Noboru Daito
昇 大東
Katsuhiko Sakura
克彦 佐倉
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Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
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Nippon Steel Chemical Co Ltd
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 p−イソプロペニルフェノールの環状二量体
を、ビスフェノールAを原料として高収率、高純度で製
造する方法を提供する。 【解決手段】 ビスフェノールAを原料とし、固体酸触
媒の存在下、反応温度100〜190℃で、反応圧力4
〜14KPaの減圧下で、副生フェノールを除去しなが
ら反応させてp−イソプロペニルフェノール環状二量体
を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はエポキシ樹脂やポリ
カーボネート樹脂の原料等として有用なp−イソプロペ
ニルフェノールの環状二量体の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】p−イソプロペニルフェノールの環状二
量体の製造方法としては、まず塩基性触媒の存在下にビ
スフェノールAを分解してp−イソプロペニルフェノー
ルを得た上で、更にこれを原料として固体酸触媒の存在
下に環状二量体を得ることが知られているが(特開昭5
0−35150号公報)、工程が複雑であり、特に塩基
性触媒を使った後に酸触媒を使用するので第一の工程で
の触媒分離を慎重に行わねばならず、経済的な製造方法
とは言いがたい。なお、p−イソプロペニルフェノール
環状二量体の化学名は1,3,3−トリメチル−1−p
−ヒドロキシフェニル−インダン−6−オールであり、
この構造式は前記特開昭50−35150号公報等に記
載されているとおりである(以下、環状二量体と略称す
る)。
【0003】これに対し、特開平5−294879号公
報やUSP5994596号では、ビスフェノールAを
原料に、活性白土やモンモリロナイトといった固体酸触
媒を用い、直接環状二量体を得る方法が示されている。
これらの方法は、ビスフェノールAの分解反応とその結
果生成したイソプロペニルフェノールの二量化反応を分
けることなく、1つの工程で環状二量体が得られる簡便
な方法である。しかし、転化率が低く、反応生成物には
多量の未反応ビスフェノールAを含むため、高純度の環
状二量体を得るには、精製工程に大きな負荷が係り、例
えば、有機溶剤を用いた再結晶を複数回繰り返さねばな
らず、決して、工業的に十分な製造方法とは言えない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的はビスフ
ェノールAからp−イソプロペニルフェノールの環状二
量体を製造するにあたり、転化率、収率が高い製造方法
を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は上記のような
問題点を解決するために、工業的に容易に入手可能なビ
スフェノールAから直接該環状二量体を簡便に製造する
方法について鋭意研究し、副生フェノールを除去しなが
ら反応させることで、高いビスフェノールA転化率が得
られること、その結果、特定条件で再結晶を行うことで
高純度のp−イソプロペニルフェノール環状二量体が得
られることを見出し、本発明を完成した。
【0006】すなわち、本発明は、ビスフェノールAを
原料とし、固体酸触媒存在下、p−イソプロペニルフェ
ノール環状二量体を製造するにあたり、副生フェノール
を除去しながら反応させることを特徴とする、p−イソ
プロペニルフェノール環状二量体の製造方法である。こ
こで、反応温度は100〜190℃、反応圧力は0.0
04〜0.014MPaであることが好ましい。
【0007】ビスフェノールAの化学名は2,2−ビス
(p−ヒドロキシフェニル)プロパンであり(以下、BP
Aと略称する)、エポキシ樹脂及びポリカーボネート樹
脂の原料として大量に製造されている(例えば、新日鐵
化学(株)製ビスフェノールA:純度99.5%以上)。
原料として使用するBPAはかかる市販のBPAを使用
することができるが、場合によっては低純度のBPAで
あってもよい。
【0008】本発明で触媒として使用する固体酸として
は、活性白土、シリカ−アルミナ、ゼオライト等が挙げ
られるが、特に活性白土を使用した場合に高い収率で目
的化合物を得ることができる。触媒の使用量はBPAに
対して1〜7wt%が好ましい。1wt%より触媒が少
ないと十分な反応速度が得られず、また7wt%より多
いと反応は迅速に進むものの、目的生成物への選択率が
低下する。
【0009】反応温度は100〜190℃、好ましくは
120〜160℃である。100℃より低い温度では実
質的に反応は進まず、また190℃より高いと副生物の
割合が上昇し、選択率を低下させる。
【0010】BPAと触媒の固相混合物を100℃以上
に加熱すると、反応の進行によってフェノールが生成
し、反応混合物は徐々に液状となるので溶媒を使用する
必要はないが、昇温を迅速に行うために溶媒を使用して
もよい。溶媒としては反応温度より高い沸点を有する芳
香族炭化水素が好ましい。例えば、トルエン、キシレ
ン、エチルベンゼン、キュメン等の芳香族炭化水素、フ
ェノール、クレゾール、レゾルシノール、キシレノール
等のフェノール類が挙げられるが、特に好ましい溶媒と
してフェノールがある。理由は明らかではないが、フェ
ノールを溶媒に用いた場合、目的生成物への選択率が向
上することが判明した。また、フェノールの場合、反応
により副生するフェノールを除去回収し、その1部を溶
媒としてリサイクル利用できるが、他の溶媒を用いた場
合は副生フェノールとの分離が必要となり、回収が困難
な上、経済的にも不利である。使用する溶媒量は、溶媒
の種類によっても異なるが、基本的には反応温度におい
てBPAが速やかに融解するに足る量であり、フェノー
ルの場合は原料BPAに対し、5〜50wt%、好まし
くは10〜20wt%である。5%未満ではBPAの融
解に時間が掛かり溶媒としての効果が得られず、また5
0%以上では反応中に除去するフェノール量が増え、生
産性が悪化し、経済的にも好ましくない。
【0011】反応時間は反応温度、触媒量、溶媒の有無
等によって異なるが、およそ3〜12時間で反応を終了
させることができる。具体的には、溶媒を使用する場合
は、原料BPAとフェノール等の溶媒を反応温度にて加
熱し、攪拌が可能となるまで融解した時点で触媒である
固体酸を添加、混合する。その後の反応時間がおよそ3
〜12時間である。固体攪拌用の特殊な反応器(例え
ば、ホソカワミクロン社製ナウターミキサー)を用いた
場合は、溶媒を加えることなく、原料BPAと固体酸触
媒とを直接混合し、反応を行うことも可能であるが、こ
の場合でも反応原料が融解、液状化するには1〜3時間
が必要である。反応原料が融解、液状化する際も触媒が
存在する場合は反応が生じるが、本格的な反応は融解、
液状化が完了し、所定の反応温度になってから生じる。
反応は、窒素雰囲気下で行い、固体酸触媒と液状BPA
が十分に接触するよう、攪拌を行う。
【0012】反応の過程、好ましくは上記本格的な反応
が開始後で、ある程度の副生フェノールが生成したら、
副生フェノールを除去することにより転化率を高めるこ
とができる。反応の進行に伴い、BPA転化量と当モル
の大量のフェノールが副生するが、反応初期の融解を助
けるための溶媒として加えた場合は、初めから反応混合
物に含まれている。これらフェノールを除くことで、本
反応における平衡を移すとともに、濃縮することにより
触媒との接触効率も好転するため、BPAの転化が促進
するものと思われる。反応過程においてフェノールを除
去する方法としてはフェノールを系外に留出させる方法
が好ましい。この場合は常圧、減圧のいずれでも構わな
いが、反応温度は100〜190℃が好ましいため、必
然、圧力も4〜14KPaの範囲が好ましい。反応中、
所定の圧力まで徐々に減圧すると、高純度のフェノール
が留出してくる。他の副生物の留出も少なく、初留の水
分を除くと、98%以上のフェノールが回収され、原料
BPAの融解にリサイクル利用できる。また、分留器を
用いることでさらに高純度のフェノールを回収すること
も可能である。フェノールは反応初期から除去すること
も可能だが、フェノールが除かれると反応内容物の粘度
が高まるため、早い時期からフェノールを除くことは、
触媒である固体酸との接触が阻害され反応の進行が抑制
される。好ましくは、反応開始後1〜3時間後に除去を
始めるのがよい。フェノールの留出が無くなったら、圧
力を常圧に戻し、反応を終了する。
【0013】反応生成物の精製は、公知の方法で可能で
ある。例えば、再結晶では、得られた反応生成物に適
宜、溶媒を添加し、加熱ろ過して触媒を除いた後に冷却
して結晶を析出させ、これをろ過回収して精製品を得る
ことができる。溶媒としてはトルエン、キシレン、エチ
ルベンゼン、キュメン等の芳香族炭化水素が好適に使用
できる。アルコール類、ケトン類のような極性溶媒は得
られる結晶が着色するために好ましくない。用いる溶媒
の量は、溶媒の種類によっても異なるが、得られた反応
生成物に対して0.5倍〜5倍、好ましくは等倍〜3倍
である。また、加熱ろ過の際に活性白土等のろ過助剤を
追加してもよい。反応終了後に活性白土を追加してろ過
すると、その脱色効果によって得られる精製物の色相が
改善される。加熱ろ過時の温度は80℃以上であること
が好ましい。
【0014】結晶を析出させる温度は50℃以上、好ま
しくは60℃以上である。これ以上低い温度では未反応
BPAも環状二量体とともに析出し、純度が上がらない
場合がある。析出した結晶はろ過した後、洗浄すること
で、色相、純度ともに改善される。これに用いる溶媒
は、メタノール、エタノールなどのアルコール類、ヘプ
タン、ヘキサンなどの脂肪族炭化水素、ベンゼン、トル
エンなどの芳香族炭化水素、クロロホルム、四塩化炭素
などのハロゲン化炭化水素等が使用可能であるが、再結
晶溶媒を用いるのが最も好ましい。また、この時、洗浄
に用いる溶媒を、再結晶における結晶析出温度以上に、
予め加熱しておくことが望ましい。常温のままの溶媒を
用いると結晶の純度、色相ともに悪化する恐れがある。
洗浄に用いる溶媒の量は、結晶の量、純度によっても異
なるが、通常、結晶に対して0.5〜5重量倍を用いて
繰り返される。
【0015】
【実施例】以下、実施例をあげて本発明を具体的に説明
する。なお、実施例に示した百分率は重量百分率であ
る。分析は、液体クロマトグラフィーを用いた内部標準
法にて行った。
【0016】実施例1 分留管、コンデンサー、受器を備えた内容積500cc
の3ツ口フラスコにBPA200gと活性白土(日本活
性白土製K−500)6gを入れ、オイルバスで130
℃に加熱した。加熱開始後1時間で反応混合物は完全な
液状となり、その後攪拌しながら2時間反応を続けた。
加熱開始から3時間後にフラスコ内を14KPaまで減
圧してフェノールの留去を始め、その後、3時間掛けて
4KPaまで徐々に圧力を下げ、最終的に78gのフェ
ノールを留去した。常圧に戻した後、内容物を分析した
結果、BPA濃度は7.0%、環状二量体濃度は47%
であった。この結果から、BPA転化率は95.7%、
二量体収率は28.7%、二量体選択率は30.0%と
算出された。100℃のオイルバスに移替え、200g
のトルエンを添加した後、触媒をろ別した。ろ液を60
℃まで冷却して結晶を析出させ、結晶をろ過回収し、予
め60℃に加熱しておいたトルエン70gでの洗浄を2
回繰り返した。回収した結晶を100℃、3KPaで3
時間減圧乾燥して重量を測定したところ、収率は22.
5%、環状二量体純度は99.9%以上であった。
【0017】実施例2 温度を140℃に変えた以外は、実施例1と同様に反
応、フェノール留去を行った。最終的に80gのフェノ
ールを留去し、反応内容物中のBPA濃度は5.2%、
環状二量体濃度は46%であった。この結果から、BP
A転化率は96.8%、二量体収率は27.6%、二量
体選択率は28.5%と算出された。その後、実施例1
と同様の再結晶、ろ過、洗浄、乾燥を行い、回収した結
晶重量を測定したところ収率は21.0%、環状二量体
純度は99.9%以上であった。
【0018】比較例1 分留管、コンデンサー、受器を備えた内容積500cc
の3ツ口フラスコにBPA200gと活性白土(日本活
性白土製K−500)6gを入れ、オイルバスで130
℃に加熱した。加熱開始後1時間で反応混合物は完全な
液状となり、その後攪拌しながら5時間反応を続けた。
なお、減圧にしてフェノール留去することは行わなかっ
た。加熱開始から6時間後に内容物を分析した結果、B
PA濃度は11.9%、環状二量体濃度は27%であっ
た。この結果から、BPA転化率は88.1%、二量体
収率は27.0%、二量体選択率は30.6%と算出さ
れた。その後、実施例1と同様の再結晶、ろ過、洗浄、
乾燥を行い、回収した結晶重量を測定したところ収率は
16%、環状二量体純度は88.9%であった。
【0019】実施例3 分留管、コンデンサー、受器を備えた内容積500cc
の3ツ口フラスコにBPA200g、フェノール50
g、活性白土(日本活性白土製K−500)7.5gを
入れ、オイルバスで130℃に加熱した。加熱開始後1
0分で反応混合物は完全な液状となり、その後攪拌しな
がら約2時間反応を続けた。加熱開始から2時間後にフ
ラスコ内を14KPaまで減圧してフェノールの留去を
始め、その後、3時間掛けて4KPaまで徐々に圧力を
下げ、最終的に123gのフェノールを留去した。常圧
に戻した後、内容物を分析した結果、BPA濃度は7.
7%、環状二量体濃度は50%であった。その結果、B
PA転化率は95.1%、二量体収率は31.8%、二
量体選択率は33.4%と算出された。その後、実施例
1と同様の再結晶、ろ過、洗浄、乾燥を行い、回収した
結晶重量を測定したところ収率は24.5%、環状二量
体純度は99.9%以上であった。
【0020】実施例4 温度を120℃に変えた以外は、実施例1と同様に反
応、フェノール留去を行った。加熱開始後2時間で反応
混合物は完全な液状となり、その後攪拌しながら3時間
反応を続けた。加熱開始から5時間後にフラスコ内を1
4KPaまで減圧してフェノールの留去を始め、その
後、4時間掛けて4KPaまで徐々に圧力を下げ、最終
的に75gのフェノールを留去した。引き続き、実施例
1と同様の再結晶、ろ過、洗浄、乾燥を行い、結晶を回
収した。結果は表1に示した。
【0021】実施例5 蒸留時の圧力を8KPaに変えた以外は、実施例1と同
様に反応、フェノール留去を行った。加熱開始後1時間
で反応混合物は完全な液状となり、その後攪拌しながら
2時間反応を続けた。加熱開始から3時間後にフラスコ
内を14KPaまで減圧してフェノールの留去を始め、
その後、3時間掛けて8KPaまで徐々に圧力を下げ、
最終的に70gのフェノールを留去した。引き続き、実
施例1と同様の再結晶、ろ過、洗浄、乾燥を行い、結晶
を回収した。結果は表1に示した。
【0022】実施例6 触媒量を3gに変えた以外は、実施例1と同様に反応、
フェノール留去、再結晶、ろ過、洗浄、乾燥を行い、結
晶を回収した。結果は表1に示した。
【0023】比較例2 分留管、コンデンサー、受器を備えた内容積500cc
の3ツ口フラスコにBPA200g、フェノール50
g、活性白土(日本活性白土製K−500)7.5gを
入れ、オイルバスで130℃に加熱した。加熱開始後1
0分で反応混合物は完全な液状となり、その後攪拌しな
がら約5時間反応を続けた。なお、減圧にしてフェノー
ル留去することは行わなかった。引き続き、実施例1と
同様の再結晶、ろ過、洗浄、乾燥を行い、結晶を回収し
た。結果は表1に示した。
【0024】実施例7 触媒をY型ゼオライトに変えた以外は実施例1と同様に
反応、フェノール留去、再結晶、ろ過、洗浄、乾燥を行
い、結晶を回収した。結果は表1に示した。
【0025】実施例8 触媒を白土(モンモリロナイトK10)に変えた以外は
実施例1と同様に反応、フェノール留去を行った。ま
た、トルエンに変えてエチルベンゼンを用いて、実施例
1と同様の再結晶、ろ過、洗浄、乾燥を行い、結晶を回
収した。結果は表1に示した。
【0026】実施例9 触媒をシリカアルミナに変えた以外は実施例1と同様に
反応、フェノール留去、再結晶、ろ過、洗浄、乾燥を行
い、結晶を回収した。結果は表1に示した。
【0027】
【表1】
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、エポキシ樹脂及びポリ
カーボネート樹脂の原料として有用なp−イソプロペニ
ルフェノールの環状二量体を、工業的に安価、かつ大量
に入手可能なビスフェノールAを原料として高収率、高
純度で製造することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4H006 AA02 AC21 AC28 BA09 BA30 BA68 BA71 BC10 BC11 FC56 FE13 4H039 CA40 CF10 CH30

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ビスフェノールAを固体酸触媒の存在
    下、反応温度100〜190℃で、副生フェノールを除
    去しながら反応させることを特徴とするp−イソプロペ
    ニルフェノール環状二量体の製造方法。
  2. 【請求項2】 副生フェノールを除去しながら反応させ
    る際の反応圧力が4〜14KPaである請求項1に記載
    のp−イソプロペニルフェノール環状二量体の製造方
    法。
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