JP2003508377A - 促進剤としてアミドを用いる炭酸ジアリール製造のための触媒組成物及び方法 - Google Patents

促進剤としてアミドを用いる炭酸ジアリール製造のための触媒組成物及び方法

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Abstract

(57)【要約】 原子番号44以上の第VIII族金属、好ましくはパラジウム、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のハロゲン化物、好ましくは臭化ナトリウム、1種以上のカルボン酸アミド、例えばN−メチルピロリドン又はジメチルアセトアミド、及び銅、チタン、亜鉛、鉛、セリウム及びマンガンを始めとする1種以上の金属の化合物である助触媒からなる触媒系の存在下でフェノールのようなヒドロキシ芳香族化合物を酸素及び一酸化炭素でカルボニル化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の技術的背景】
本発明は、酸化カルボニル化による炭酸ジアリールの製造に関し、特に、カル
ボニル化反応における炭酸ジアリールの収率の向上に関する。
【0002】 炭酸ジアリールは、メルト中でビスフェノールとのエステル交換によりポリカ
ーボネートを製造する際に価値のある中間体である。このポリカーボネートの製
造方法は、試薬として有毒ガスであるホスゲンを用い、また溶媒として塩化メチ
レンのような環境上有害な塩素化脂肪族炭化水素を用いる方法と比べて環境上有
利である。
【0003】 一酸化炭素と酸素を用いてヒドロキシ芳香族化合物の酸化カルボニル化(以後
簡単にするために単に「カルボニル化」ということがある)反応によって炭酸ジ
アリールを製造する各種方法が既に開示されている。一般に、このカルボニル化
反応にはかなり複雑な触媒が必要である。例えば、触媒として第VIII族重金属、
すなわち原子番号が少なくとも44の第VIII族金属であるルテニウム、ロジウム
、パラジウム、オスミウム、イリジウムもしくは白金、又はこれらの錯体を使用
する米国特許第4187242号を参照されたい。
【0004】 鉛やセリウムのような他の金属の化合物を助触媒として使用することを含めて
カルボニル化反応のさらなる発展が米国特許第5498789号を始めとする様
々な特許に開示されている。この特許によると、臭化テトラ−n−ブチルアンモ
ニウムに代表される第四級のアンモニウムハロゲン化物又はホスホニウムハロゲ
ン化物を触媒パッケージの一部として使用することも必要である。
【0005】 第四級のアンモニウム又はホスホニウムのハロゲン化物に代えてより安価な化
合物を使用することができればカルボニル化反応の工業的有用性が大幅に増大す
るであろう。しかし、臭化ナトリウムのような化合物で置き換えると、通常、所
望の炭酸ジアリールの単離収率が低いか又は非常に低くなることが発見された。
【0006】 カーボネートの生産は、第VIII族重金属触媒と共に金属を主材とする助触媒を
含ませることによって改良することができる。適切な金属を主材とする助触媒の
種類は反応体の種類や触媒パッケージの他の成分を始めとする個々の反応条件に
依存するが、ある程度一般的な目安は米国特許第4187242号及び同第42
01721号に見出すことができる。
【0007】 米国特許第5543547号及び同第5726340号には、パラジウム又は
類似の金属、セリウム、鉛又はコバルトとすることができる各種助触媒金属、及
びアルカリ金属又は第四級アンモニウムのハロゲン化物を含むカルボニル化触媒
系を使用することが開示されている。特開平10−316627号公報には、助
触媒がマンガン又は鉛の化合物であり、カルボン酸アミド又はアルキル尿素も存
在する類似の方法が開示されている。
【0008】 コバルト助触媒と、有機助触媒としてテルピリジンなどを使用する系で特定の
アミド、すなわちN−メチルピロリドン(以後「NMP」ということがある)を
用いることが、米国特許第5760272号に開示されている。開示されている
NMPの唯一の機能は、ビスフェノールのような副生物ではなく炭酸ジアリール
を形成する選択性の改善である。この系をさらに研究した結果、「ターンオーバ
ー数」、すなわち存在する第VIII族触媒金属の1グラム原子に付き生成する炭酸
ジアリールのモル数、で定義される炭酸ジアリールの収率は向上しないことが分
かった。これは、明らかに収率の向上を教示している前記特許公開公報の示唆と
逆である。
【0009】 したがって、安価なハロゲン化合物を含み、しかも効率よく炭酸ジアリールを
生成することができる触媒系を開発することは重要である。
【0010】
【発明の概要】 本発明は、比較的安価なハロゲン化物、このハロゲン化物の効力を最大にする
促進剤化合物、及び金属を含有する助触媒を含む炭酸ジアリールの製造方法を提
供する。また、かかる方法で有用な触媒組成物も提供する。
【0011】 本発明は、その一態様では、カルボニル化に有効な量の1種以上の触媒組成物
の存在下で、1種以上のヒドロキシ芳香族化合物を酸素及び一酸化炭素と接触さ
せることからなる炭酸ジアリールの製造方法を提供する。ここで、本発明の触媒
物質は、 (A)原子番号44以上の第VIII族金属又はその化合物、 (B)1種以上のアルカリ金属ハロゲン化物又はアルカリ土類金属ハロゲン化物
、 (C)1種以上のカルボン酸アミド、及び (D)銅の化合物、亜鉛もしくは銅もしくは鉛の化合物とチタンの化合物、又は
鉛もしくはマンガンの化合物とセリウムの化合物である1種以上の助触媒 を含んでいる。
【0012】 本発明の別の態様は、上記成分A、B、C及びD又はこれらの反応生成物を含
む触媒組成物である。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明ではいかなるヒドロキシ芳香族化合物でも使用できる。フェノール、ク
レゾール、キシレノール及びp−クミルフェノールのようなモノヒドロキシ芳香
族化合物が一般に好ましく、フェノールが最も好ましい。しかし、本発明では、
レゾルシノール、ヒドロキノン及び2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プ
ロパンすなわち「ビスフェノールA」のようなジヒドロキシ芳香族化合物も使用
することができ、この場合生成物はポリカーボネートオリゴマーになる。
【0014】 本発明の方法で使用するその他の試薬は酸素と一酸化炭素であり、これらはフ
ェノールと反応して所望の炭酸ジアリールを形成する。これらは高純度形態で使
用してもよいし、或いは反応にマイナスの影響を及ぼすことのない窒素、アルゴ
ン、二酸化炭素又は水素のような別のガスで希釈して使用してもよい。
【0015】 簡単にするために、触媒系の構成成分を、カルボニル化反応の前又はその間に
これら構成成分の間で反応が起こるか否かにかかわらず「成分」と定義する。し
たがって、触媒系はこれら成分及びそのあらゆる反応生成物を含み得る。
【0016】 触媒系の成分Aは第VIII族重金属の1種、好ましくはパラジウム、又はその化
合物である。したがって、有用なパラジウム材料としては、パラジウム黒、パラ
ジウム/炭素、パラジウム/アルミナ及びパラジウム/シリカのような元素態パ
ラジウムを含有するもの、塩化パラジウム、臭化パラジウム、ヨウ化パラジウム
、硫酸パラジウム、硝酸パラジウム、酢酸パラジウム及びパラジウム2,4−ペ
ンタンジオナトのようなパラジウム化合物、並びに一酸化炭素、アミン、ニトリ
ル、ホスフィン及びオレフィンのような化合物を含むパラジウム含有錯体がある
。多くの場合に好ましいのは、有機酸、最も普通にはC2-6脂肪族カルボン酸の
パラジウム(II)塩、及びβ−ジケトンのパラジウム(II)塩である。酢酸パラ
ジウム(II)とパラジウム(II)2,4−ペンタンジオナトが一般に最も好まし
い。上記パラジウム材料の混合物も考えられる。
【0017】 成分Bは1種以上のアルカリ金属又はアルカリ土類金属のハロゲン化物、好ま
しくは臭化物、例えば臭化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウム、臭化カル
シウム又は臭化マグネシウムである。アルカリ金属臭化物が特に好ましく、臭化
ナトリウムが特に適しており比較的コストが低いので最も好ましいことが多い。
【0018】 成分Cは1種以上のカルボン酸アミド、好ましくは完全に置換したアミド、す
なわちアミド窒素を含めてNH基を含有しないものである。これは脂肪族、芳香
族又は複素環式のアミドでよい。アミドの例は、ジメチルホルムアミド、ジメチ
ルアセトアミド(以後「DMA」ということがある)、ジメチルベンズアミド及
びNMPである。NMPとDMAが特に好ましい。
【0019】 成分Dは銅の化合物、又はチタン−亜鉛混合物、チタン−銅混合物もしくはチ
タン−鉛混合物の化合物、又はセリウム−鉛混合物もしくはセリウム−マンガン
混合物の化合物である1種以上の助触媒である。
【0020】 使用できる鉛化合物の例はPbOやPb34のような酸化鉛、硝酸鉛(II)の
ような無機鉛塩、酢酸鉛(II)やプロピオン酸鉛(II)のようなカルボン酸鉛、
鉛(II)メトキシドや鉛(II)フェノキシドのような鉛のアルコキシド及びアリ
ールオキシド、並びに鉛(II)2,4−ペンタンジオナトのようなβ−ジケトン
の鉛塩である。上記鉛化合物の混合物も使用できる。好ましい鉛化合物は酸化鉛
(II)、鉛(II)アリールオキシド及び鉛(II)2,4−ペンタンジオナトであ
る。
【0021】 セリウム化合物の例は酢酸セリウム(II)のようなカルボン酸セリウム、及び
セリウム(III)2,4−ペンタンジオナトのようなβ−ジケトンのセリウム塩
である。上記セリウム化合物の混合物も使用できる。好ましいセリウム化合物は
セリウム2,4−ペンタンジオナトである。
【0022】 チタン化合物の例は臭化チタン(IV)のような無機チタン塩、チタン(IV)ブ
トキシドやチタン(IV)フェノキシドのようなチタンのアルコキシド及びアリー
ルオキシド、並びにチタン(IV)オキシドビス(2,4−ペンタンジオナト)の
ようなβ−ジケトンのチタン塩である。上記チタン化合物の混合物も使用できる
。好ましいチタン化合物はチタン(IV)のアルコキシド、アリールオキシド及び
2,4−ペンタンジオナトである。
【0023】 他の金属の好ましい化合物は、ほとんどの場合、β−ジケトンの塩、特に2,
4−ペンタンジオナトである。
【0024】 上記の反応体及び触媒系に加えて、乾燥剤が反応系に存在することがある。好
ましい乾燥剤は3−オングストローム(以下「3A」とする)モレキュラーシー
ブにより例示されるモレキュラーシーブのような非反応性物質である。これらは
普通、攪拌機シャフトに装着したバスケット中に入れるなどにより、他の反応体
から隔離される。しかし、しばしば遭遇する本発明の利点は、乾燥剤が必要ない
ということである。
【0025】 成分Aはヒドロキシ芳香族化合物と成分Cの合計量を基準にして適当な第VIII
族金属(通常パラジウム)が約0.1〜10000重量ppmの量で存在するこ
とが最も多く、成分Bは成分Aの第VIII族金属1当量当たり約1〜2000ミリ
モルの量で存在することが最も多い。成分Dは通常、成分Aの第VIII族金属1当
量当たり金属全体で約1〜200グラム原子の量で存在する。
【0026】 本発明の組成物及び方法で成分Cの役割は、成分Bのハロゲン化物アニオンの
解離とイオン化の程度を、恐らくはこの成分のカチオン部分と錯体を形成するこ
とによって、増大することであると考えられるが、本発明はいかなる意味でもこ
の作用理論又は他の作用理論に依存することはない。成分Cの使用量は、通常例
えば前記定義のターンオーバー数の増大により示されるように所望の炭酸ジアリ
ールの収率を増大することによって、炭酸ジアリールの生成を最適化するのに有
効な量である。この量は、ヒドロキシ芳香族化合物と成分Cの合計量を基準にし
て約1〜60体積%であることが最も多い。
【0027】 本発明の方法は、一酸化炭素と酸素による加圧下でヒドロキシ芳香族化合物と
触媒系を装填して加熱する反応器で行うのが好ましい。反応圧力は約1〜500
気圧の範囲内であることが最も多く、約1〜150気圧の範囲であるのが好まし
い。ガスは通常酸素が約1〜50モル%で残りが一酸化炭素である割合で供給し
、いかなる場合も安全上の理由から爆発範囲外で供給する。これらのガスは別々
に導入しても混合物として導入してもよい。反応温度は約60〜150℃の範囲
が典型的である。反応をできるだけ速くするためには、例えば米国特許第539
9734号に記載されているように、ヒドロキシ芳香族化合物の変換が完了する
まで、一酸化炭素と酸素の全ガス圧と分圧を実質的に維持するのが好ましい。
【0028】 本発明の方法で生成した炭酸ジアリールは慣用の技術によって単離することが
できる。米国特許第5239106号及び同第5312955号に記載されてい
るように、炭酸ジアリールとヒドロキシ芳香族化合物とのアダクトを形成し熱分
解するのが好ましいことが多い。
【0029】
【実施例】
以下の実施例で本発明の方法を例示する。実施例間で試薬の量に多少の違いが
あっても収率の観点からは重要でないと思われる。
【0030】 実施例1〜5 パラジウム(II)2,4−ペンタンジオナト、臭化ナトリウム及びNMPを、
パラジウム21ppm、パラジウム1当量当たり臭化ナトリウム240当量、及
びフェノール1.86部当たりNMP1重量部のレベルで用いて小さいバイアル
でカルボニル化実験を行った。酸化鉛(II)、チタン(IV)オキシドビス(2,
4−ペンタンジオナト)、セリウム(III)2,4−ペンタンジオナト、マンガ
ン(II)2,4−ペンタンジオナト、亜鉛2,4−ペンタンジオナト及び銅(II
)2,4−ペンタンジオナトの単独又は組合せを含めて様々な助触媒化合物を成
分Dとして使用した。各バイアルにポリテトラフルオロエチレン隔膜付きのスリ
ットを有するスナップキャップで蓋をし、これらのバイアルを91.7モル%の
一酸化炭素と8.3モル%の酸素の混合物で81.6気圧に加圧したオートクレ
ーブに入れ、3時間100℃に加熱した。バイアルの中の炭酸ジフェニルを気相
クロマトグラフィーで分析した。
【0031】 結果を次の表に示す。助触媒の割合はパラジウム1グラム原子当たりの金属の
モル数である。対照はNMPを含んでいないが、その他は同様の内容である。
【0032】 触媒金属 ターンオーバー 対照のターン 実施例 (グラム原子) 数 オーバー数 1 Cu(10) 387 263 2 Cu(10) 452 364 Ti(10) 3 Zn(20) 542 423 TiO(10) 4 Ce(10) 651 351 Mn(10) 5 Ce(10) 1339 540 Pb(24)
【0033】 これらの助触媒を臭化ナトリウムと共に使用した炭酸ジフェニルの製造はNM
Pの添加によって大きく改善されたことが分かる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,MZ,SD,SL,SZ,TZ,UG ,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD, RU,TJ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ, BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,C U,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,GD ,GE,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN, IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,L K,LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK ,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO, RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,T M,TR,TT,UA,UG,UZ,VN,YU,ZW (72)発明者 プレスマン,エリック・ジェームズ アメリカ合衆国、12061、ニューヨーク州、 イースト・グリーンブッシュ、ミラー・ロ ード、451番 (72)発明者 シャリエフ,キリル・ブラディミロヴィッ チ アメリカ合衆国、12065、ニューヨーク州、 クリフトン・パーク、ホランデール・レー ン、164番 Fターム(参考) 4G069 BA21A BA21B BB04A BB04B BB08A BB08B BC01A BC02A BC02B BC08A BC21A BC21B BC31A BC31B BC35A BC35B BC43A BC43B BC50A BC50B BC62A BC62B BC65A BC69A BC72A BC72B BD13A BD13B BE06A BE06B BE08A BE08B BE19A BE19B CB07 CB72 FC08 4H006 AA02 AC48 BA02 BA05 BA06 BA07 BA08 BA11 BA16 BA25 BA45 BA51 BC10 BC11 BC32 BC37 BE30 BE40 BJ50 BT40 KA60 4H039 CA66 CL00

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (A)原子番号44以上の第VIII族金属又はその化合物、 (B)1種以上のアルカリ金属ハロゲン化物又はアルカリ土類金属ハロゲン化
    物、 (C)1種以上のカルボン酸アミド、及び (D)銅の化合物、亜鉛もしくは銅もしくは鉛の化合物とチタンの化合物、又
    は鉛もしくはマンガンの化合物とセリウムの化合物である1種以上の助触媒 を含んでなる、カルボニル化に有効な量の1種以上の触媒組成物の存在下で、1
    種以上のヒドロキシ芳香族化合物を酸素及び一酸化炭素と接触させることを含ん
    でなる、炭酸ジアリールの製造方法。
  2. 【請求項2】 ヒドロキシ芳香族化合物がフェノールである、請求項1記載
    の方法。
  3. 【請求項3】 成分Aの第VIII族金属がパラジウムである、請求項1記載の
    方法。
  4. 【請求項4】 成分Aが酢酸パラジウム(II)又はパラジウム(II)2,4
    −ペンタンジオネートである、請求項3記載の方法。
  5. 【請求項5】 成分Dが銅(II)2,4−ペンタンジオナトである、請求項
    1記載の方法。
  6. 【請求項6】 成分Dが亜鉛2,4−ペンタンジオナトとチタン(IV)のア
    ルコキシド、アリールオキシド又は2,4−ペンタンジオナトとの組合せである
    、請求項1記載の方法。
  7. 【請求項7】 成分Dが銅(II)2,4−ペンタンジオナトとチタン(IV)
    のアルコキシド、アリールオキシド又は2,4−ペンタンジオナトとの組合せで
    ある、請求項1記載の方法。
  8. 【請求項8】 成分Dが酸化鉛(II)、鉛(II)アリールオキシド又は鉛(
    II)2,4−ペンタンジオナトとセリウム2,4−ペンタンジオナトとの組合せ
    であるである、請求項1記載の方法。
  9. 【請求項9】 成分Dがチタン(IV)のアルコキシド、アリールオキシド又
    は2,4−ペンタンジオナトとセリウム2,4−ペンタンジオナトとの組合せで
    あるである、請求項1記載の方法。
  10. 【請求項10】 成分Bがアルカリ金属臭化物である、請求項1記載の方法
  11. 【請求項11】 成分Bが臭化ナトリウムである、請求項10記載の方法。
  12. 【請求項12】 成分CがN−メチルピロリドン又はジメチルアセトアミド
    である、請求項1記載の方法。
  13. 【請求項13】 乾燥剤も存在する、請求項1記載の方法。
  14. 【請求項14】 成分Aが成分Aの第VIII族金属約0.1〜10000重量
    ppmの量で存在し、成分Bが成分Aの第VIII族金属1当量当たり約1〜200
    0ミリモルの量で存在し、成分Cがヒドロキシ芳香族化合物と成分Cの合計量を
    基準にして約1〜60体積%の量で存在し、成分Dが金属合計として成分Aの第
    VIII族金属1当量当たり約1〜200グラム原子の量で存在する、請求項1記載
    の方法。
  15. 【請求項15】 酸素の割合が酸素と一酸化炭素の合計量を基準にして約1
    〜50モル%である、請求項1記載の方法。
  16. 【請求項16】 約1〜500気圧の範囲の圧力と約60〜150℃の範囲
    の温度を維持する、請求項1記載の方法。
  17. 【請求項17】 (A)パラジウム又はその化合物、 (B)臭化ナトリウム、 (C)N−メチルピロリドン、及び (D)銅の化合物、亜鉛もしくは銅もしくは鉛の化合物とチタンの化合物、又
    は鉛もしくはマンガンの化合物とセリウムの化合物である1種以上の助触媒 を含んでなる、カルボニル化に有効な量の1種以上の触媒組成物の存在下で、フ
    ェノールを酸素及び一酸化炭素と接触させることを含んでなる、炭酸ジフェニル
    の製造方法。
  18. 【請求項18】 下記成分又はそれらの反応生成物を含んでなる触媒組成物
    。 (A)原子番号44以上の第VIII族金属又はその化合物、 (B)1種以上のアルカリ金属ハロゲン化物又はアルカリ土類金属ハロゲン化
    物、 (C)1種以上のカルボン酸アミド、及び (D)銅の化合物、亜鉛もしくは銅もしくは鉛の化合物とチタンの化合物、又
    は鉛もしくはマンガンの化合物とセリウムの化合物である1種以上の助触媒。
  19. 【請求項19】 成分Aの第VIII族金属がパラジウムである、請求項18記
    載の組成物。
  20. 【請求項20】 成分Aが酢酸パラジウム(II)又はパラジウム(II)2,
    4−ペンタンジオナトである、請求項19記載の組成物。
  21. 【請求項21】 成分Dが第VIII族金属以外の金属の化合物である、請求項
    18記載の組成物。
  22. 【請求項22】 成分Dが銅(II)2,4−ペンタンジオナトである、請求
    項18記載の組成物。
  23. 【請求項23】 成分Dが亜鉛2,4−ペンタンジオナトとチタン(IV)の
    アルコキシド、アリールオキシド又は2,4−ペンタンジオナトとの組合せであ
    る、請求項18記載の組成物。
  24. 【請求項24】 成分Dが銅(II)2,4−ペンタンジオナトとチタン(IV
    )のアルコキシド、アリールオキシド又は2,4−ペンタンジオナトとの組合せ
    である、請求項18記載の組成物。
  25. 【請求項25】 成分Dが酸化鉛(II)、鉛(II)アリールオキシド又は鉛
    (II)2,4−ペンタンジオナトとセリウム2,4−ペンタンジオナトとの組合
    せであるである、請求項18記載の組成物。
  26. 【請求項26】 成分Dがチタン(IV)のアルコキシド、アリールオキシド
    又は2,4−ペンタンジオナトとセリウム2,4−ペンタンジオナトとの組合せ
    であるである、請求項18記載の組成物。
  27. 【請求項27】 成分Bがアルカリ金属臭化物である、請求項18記載の組
    成物。
  28. 【請求項28】 成分Bが臭化ナトリウムである、請求項27記載の組成物
  29. 【請求項29】 成分CがN−メチルピロリドン又はジメチルアセトアミド
    である、請求項18記載の組成物。
  30. 【請求項30】 下記成分又はそれらの反応生成物を含んでなる触媒組成物
    。 (A)パラジウム又はその化合物、 (B)臭化ナトリウム、 (C)N−メチルピロリドン、及び (D)銅の化合物、亜鉛もしくは銅もしくは鉛の化合物とチタンの化合物、又
    は鉛もしくはマンガンの化合物とセリウムの化合物である1種以上の助触媒。
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