JP2004307400A - 芳香族カーボネート類の連続的製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】触媒の存在下、ジアルキルカーボネートと芳香族ヒドロキシ化合物から効率良くアルキルアリールカーボネート、ジアリールカーボネート叉はこれらの混合物からなる芳香族カーボネート類を製造し、且つ蒸留塔が閉塞することなく安定した連続運転が可能な芳香族カーボネート類の連続的製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】触媒の存在下、炭素数３〜６のジアルキルカーボネートと芳香族ヒドロキシ化合物とを反応させて、アルキルアリールカーボネート、叉はアルキルアリールカーボネートとジアリールカーボネートとの混合物からなる芳香族カーボネート類を製造するに当たり、原料化合物であるジアルキルカーボネート及び芳香族ヒドロキシ化合物を塔底部より上段の蒸留塔内に連続的に供給すると共に、触媒を塔底部へ連続的に供給し、副生する脂肪族アルコールを蒸留塔の塔頂部より連続的に抜き出す芳香族カーボネート類の連続的製造方法。
【選択図】 なし
【解決手段】触媒の存在下、炭素数３〜６のジアルキルカーボネートと芳香族ヒドロキシ化合物とを反応させて、アルキルアリールカーボネート、叉はアルキルアリールカーボネートとジアリールカーボネートとの混合物からなる芳香族カーボネート類を製造するに当たり、原料化合物であるジアルキルカーボネート及び芳香族ヒドロキシ化合物を塔底部より上段の蒸留塔内に連続的に供給すると共に、触媒を塔底部へ連続的に供給し、副生する脂肪族アルコールを蒸留塔の塔頂部より連続的に抜き出す芳香族カーボネート類の連続的製造方法。
【選択図】 なし
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は芳香族カーボネート類の連続的製造方法に関する。更に詳細には本発明は炭素数３〜６のジアルキルカーボネートを原料とし、芳香族ヒドロキシ化合物との反応によりアルキルアリールカーボネート、ジアリールカーボネート又はこれらの混物から成る芳香族カーボネート類を連続的に製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ジアルキルカーボネートと芳香族ヒドロキシ化合物とを反応させてアルキルアリールカーボネート、ジアリールカーボネート又はこれらの混合物から成る芳香族カーボネート類が製造されることはよく知られている。ジアルキルカーボネートと芳香族ヒドロキシ化合物を用い、エステル交換によりアルキルアリールカーボネートが得られる反応は化１式で表される。
【化１】
（式中、Ｒはアルキル基を、Ａｒはアリール基を示す。）
【０００３】
アルキルアリールカーボネートは化２式で表される不均化反応（同一種分子間のエステル交換反応）によりジアリールカーボネートを生成する。
【化２】
（式中、Ｒはアルキル基を、Ａｒはアリール基を示す。）
【０００４】
また、アルキルアリールカーボネートは化３式で表される芳香族ヒドロキシ化合物とのエステル交換反応によりジアリールカーボネートを生成する。
【化３】
（式中、Ｒはアルキル基を、Ａｒはアリール基を示す。）
【０００５】
しかしながら、上記の３反応は全て平衡反応であり、平衡が著しく原系側に偏っているためジアリールカーボネートの生成速度が遅く、工業的に有利な方法とは言い難い。
【０００６】
ジアリールカーボネートの生成速度を高める研究については触媒開発に関するものが多く、ルイス酸及びルイス酸を形成しうる遷移金属化合物を触媒とする方法（特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４参照）、ルイス酸とプロトン酸混和物を触媒とする方法（特許文献５参照）、スズ化合物を触媒とする方法（特許文献６、特許文献７、特許文献８及び特許文献９参照）などが数多く提案されている。しかしながら、ジアリールカーボネートの生成速度が遅い要因は平衡が著しく原系側に偏っていることにあり、触媒開発による反応速度の向上はあまり有効ではなかった。
【０００７】
また、副成するアルコールを反応系外に除き、平衡をずらすことによって反応を進行させる方法として、蒸留塔を設置した反応器を用いたバッチ反応が知られている（特許文献４、特許文献５、特許文献６及び特許文献７参照）。しかしながら、この方法は反応に時間がかかるうえ、目的物の収量に対して相対的に大きな装置を必要とするなど、工業的に有利な方法とは言い難い。
【０００８】
これに対し、ジアルキルカーボネートと芳香族ヒドロキシ化合物及び触媒を多段蒸留塔内へ連続的に供給し、蒸留塔中で反応を行う方法（特許文献１０、特許文献１１および特許文献１２参照）が提案されている。しかしながら、この方法では長時間の運転により触媒が塔内に析出し、蒸留塔を閉塞させてしまう。この場合は反応を中断して蒸留塔の分解、清掃が必要となるが、この作業には多大な労力と時間を要し、経済的に不利である。また、製造装置の停止、運転再開の際は非定常作業となるため、安全上も好ましくない。
【０００９】
蒸留塔の閉塞を避けるため、反応器へジアルキルカーボネートと芳香族ヒドロキシ化合物及び触媒を連続的に供給して、付設した蒸留塔より副生するアルコールを連続的に抜き出し、反応器よりアルキルアリールカーボネート、ジアリールカーボネート又はこれらの混合物から成る芳香族カーボネート類を連続的に抜き出す方法も提案されている（特許文献１３参照）。しかしながら、この方法では蒸留塔の閉塞は避けられるものの、芳香族カーボネート類の生成効率は高くない。
【００１０】
また、蒸留塔下部にアルキルアルコールを含むジアルキルアルコールを、塔底部に触媒液をそれぞれ供給し、アルコールの分離を促すために蒸留塔上部より芳香族ヒドロキシ化合物を供給して加圧下で反応を行う芳香族カーボネート類の連続的な製造方法も提案されている（特許文献１４参照）。この方法はメタノールとジメチルカーボネート等のように沸点が近く、共沸混合物をつくる場合には有効であるが、アルコールの分離効率を高めるためにアルキルアルコールを含むジアルキルアルコールの供給口と芳香族ヒドロキシ化合物の供給口を離して設置する必要があるため、装置が複雑となる。更に、加圧での反応が必須であるため、装置のコストが増大してしまう。
【００１１】
副生するアルコールと原料であるジアルキルカーボネートの分離を容易にする方法として、炭素数３〜６のジアルキルカーボネートと芳香族ヒドロキシ化合物を用い、バッチ反応で芳香族カーボネート類を製造する方法が提案されている（特許文献１５参照）。この方法では副生するアルコールとジアルキルカーボネートが適度な沸点差を持っているため、アルコールが容易に分離される。しかしながら、バッチ反応のため目的物の収量に対して相対的に大きな装置を必要とする等の欠点を有している。
【００１２】
【特許文献１】
特開昭５１−７５０４４
【特許文献２】
特開昭５６−４２５７７
【特許文献３】
特開昭５８−４８５３７
【特許文献４】
特開昭５６−１２３９４８
【特許文献５】
特開昭６０−１７３０１６
【特許文献６】
特開昭６０−１６９４４５
【特許文献７】
特開昭６０−１６９４４４
【特許文献８】
特開昭５４−４８７３３
【特許文献９】
特開平１−２６５０６３
【特許文献１０】
特公平７−９１２３６
【特許文献１１】
特公平７−６８１８２
【特許文献１２】
特公平７−９１２３４
【特許文献１３】
特開平６−１５７４１０
【特許文献１４】
特開２００１−６４２３５
【特許文献１５】
特開平１０−１５２４５５
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、触媒の存在下ジアルキルカーボネートと芳香族ヒドロキシ化合物から効率良くアルキルアリールカーボネート、ジアリールカーボネート又はこれらの混合物からなる芳香族カーボネート類を製造し、且つ蒸留塔が閉塞することなく安定した連続運転が可能な芳香族カーボネート類の連続的製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、連続蒸留塔を用いた高効率な芳香族カーボネート類の製造方法について検討を重ねた結果、原料化合物に炭素数３〜６のジアルキルカーボネートを用い、ジアルキルカーボネート及び芳香族ヒドロキシ化合物の供給位置と触媒の供給位置を分離して、触媒を塔底部、ジアルキルカーボネート及び芳香族ヒドロキシ化合物を塔底部より上段の蒸留塔内にそれぞれ供給することにより、効率良くアルキルアリールカーボネート、ジアリールカーボネート又はこれらの混合物からなる芳香族カーボネート類を製造出来ることを見出した。尚、ここでいう塔底部とは蒸留塔の最下段のことであり、リボイラー段を指す。更に、この方法では、融点及び粘度が高く蒸留塔閉塞の原因となる触媒が塔底部にしか存在しないため、蒸留塔が閉塞することなく安定した連続運転が可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１５】
すなわち、本発明は、触媒の存在下、炭素数３〜６のジアルキルカーボネートと芳香族ヒドロキシ化合物とを反応させてアルキルアリールカーボネート、又はアルキルアリールカーボネートとジアリールカーボネートとの混合物から成る芳香族カーボネート類を製造するに当たり、原料化合物であるジアルキルカーボネート及び芳香族ヒドロキシ化合物を塔底部より上段の蒸留塔内に連続的に供給すると共に、触媒を塔底部へ連続的に供給し、副生する脂肪族アルコールを蒸留塔の塔頂部より連続的に抜き出し、生成した芳香族カーボネート類と触媒を塔底部より連続的に抜き出す芳香族カーボネート類の連続的製造方法である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明で用いられる連続蒸留塔は、コンデンサー段とリボイラー段を含む段数が３段以上を有する蒸留塔であって、連続蒸留が可能なものであればどのようなものでもよい。例えば、泡鐘トレイ、シーブトレイ、バルブトレイ等を用いた棚段塔、スルザーラボパッキング、スルザーパッキング、メラパック、ディクソンパッキング、ラシヒリング等の充填物が充填された充填塔等いずれも用いることができる。この中でも棚段塔を用いることが好ましい。尚、ここでいう段数は、棚段塔の場合は実段数、充填塔の場合は理論段数を意味するものとする。
【００１７】
原料であるジアルキルカーボネートと芳香族ヒドロキシ化合物は、導管３から予熱器４を経て塔底部より上段の蒸留塔に供給される（図１参照）。供給位置は段を効率よく使用できることから、塔の中央部が好ましい。これらの供給原料中には、生成物である脂肪族アルコール、アルキルアリールアルコール及びジアリールアルコールが含まれていてもかまわない。しかしながら、本反応は可逆反応のため、これら生成物の濃度があまり高いと原料の反応率が低下するので好ましくない。
【００１８】
蒸留塔の閉塞を避けるため、触媒は導管５を通して塔底部のみに供給する（図１参照）。触媒はそのまま供給しても良いし、操作性を向上させる目的で不活性溶媒（例えば、脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、エーテル類、ハロゲン化脂肪族炭化水素類、ハロゲン化芳香族炭化水素類等）に溶解又は分散させて供給しても良い。また、本反応の原料あるいは生成物であるアルキルアリールカーボネート、ジアリールカーボネート、ジアルキルカーボネート、脂肪族アルコールあるいはこれらの混合物に溶解あるいは分散させて加えてもよい。
【００１９】
本発明では反応を進行させるため、導管６からコンデンサ−７、導管９を通して副生する脂肪族アルコールを蒸留塔より連続的に抜き出す（図１参照）。抜き出し物は脂肪族アルコール単独でも良いし、原料化合物との混合物でも良いし、アルキルアリールカーボネート、ジアリールカーボネート等の高沸点生成物を少量含んでいても良い。この際、脂肪族アルコール等の低沸点生成物の蒸留効率を高めるため、抜き出し物の一部を導管８を通して蒸留塔の上部に戻す還流操作を行っても良い。還流比は通常０．０１〜１００、好ましくは０．０５〜５０が用いられる。また、通常は必要ないが、窒素等の不活性ガスを流しながら反応を行っても良い。
【００２０】
本発明の方法で生成する芳香族カーボネート類は、導管１０を通して塔底部より連続的に抜き出される（図１参照）。抜き出し物には芳香族カーボネート類の他、触媒が含まれる。また、原料であるジアルキルカーボネートや芳香族ヒドロキシ化合物、副生する脂肪族アルコール等が含まれていても良い。
【００２１】
ジアルキルカーボネート、芳香族ヒドロキシ化合物及び触媒を含む原料液を用いる場合には、予め触媒を分離することが必要となる。この分離法としては、例えばフラッシュ蒸留を挙げることができる。
【００２２】
本発明の原料である炭素数３〜６のジアルキルカーボネートとは、化４式で表されるものである。
【００２３】
【化４】
（式中、Ｒ１、Ｒ２は炭素数が３〜６のアルキル基を表し、Ｒ１とＲ２はそれぞれ同じものであってもよいし、異なっていてもよい。）
【００２４】
具体例としては、ジプロピルカーボネート（各異性体）、ジブチルカーボネート（各異性体）、ジペンチルカーボネート（各異性体）、ジヘキシルカーボネート（各異性体）が挙げられる。
【００２５】
炭素数が２以下のジアルキルカーボネートではアルコールとジアルキルカーボネートの沸点差が小さく、共沸化合物もつくる。そのため、アルコールの分離を促すためにもう一つの原料である芳香族ヒドロキシ化合物を蒸留塔に供給するが、分離効率を高めるためにジアルキルカーボネートの供給口と芳香族ヒドロキシ化合物の供給口を離さなければならず、装置が複雑となる。更に、加圧での反応が必須であるため、装置のコストが増大してしまう。
【００２６】
一方、炭素数が７以上のジアルキルカーボネートの場合は、副生するアルコールともう１つの原料である芳香族ヒドロキシ化合物の沸点が近くなって分離が困難となる、あるいはアルコールの沸点が芳香族ヒドロキシ化合物の沸点より高くなって反応が行えなくなるので好ましくない。
【００２７】
炭素数３〜６のジアルキルカーボネートは一般に入手しにくいが、尿素あるいは相当するアルキルカーバメート、およびアルキルアルコールを原料として良好な収率で合成することができる。アルキルカーバメートとアルキルカーボネートの分離方法としては、カーバメートを結晶化させて除去する方法、温水で洗浄する方法、操作圧力の異なる２つの蒸留塔を用いる方法等が挙げられるが、中でも簡便で効率の良い方法として、特開２０００−１４６１に提案されている、芳香族ヒドロキシ化合物との共存下で蒸留する方法が挙げられる。この方法では塔頂よりジアルキルカーボネートと芳香族ヒドロキシ化合物の混合物が得られるが、本発明ではこれらを分離することなく、そのまま原料として蒸留塔に供給することができる。
【００２８】
本発明のもう一方の原料である芳香族ヒドロキシ化合物とは、化５式で表されるものである。
【００２９】
【化５】
（式中、Ａｒ１はフェノールおよびアルキル基、アルコキシ基、ハロゲン等に置換されたフェノールを表す。）
具体的には、フェノール、クレゾール（各異性体）、キシレノール（各異性体）、エチルフェノール（各異性体）、メトキシフェノール（各異性体）、フルオロフェノール（各異性体）、クロルフェノール（各異性体）などが挙げられる。製造されるジアリールカーボネートの有用性を考えるとフェノールが好ましい。
【００３０】
原料として用いるジアルキルカーボネートと芳香族ヒドロキシ化合物の比率は、単位加熱量あたりの芳香族カーボネート類の生成量を増やすという観点から、ジアルキルカーボネート：芳香族ヒドロキシ化合物がモル比で２：１〜１：１０、さらに好ましくは、１：１〜１：４の間であることが好ましい。
【００３１】
本発明に用いることができる触媒は、通常エステル交換触媒として知られるものであればどのようなものでも構わないが、特に、チタン、アルミニウム、ガリウム、スズ、イットリウムから選ばれる金属の、アルコキシド、アリールオキシド、アルキル置換オキシド、アセチルアセトナートのいずれか、またはそれらの化合物と他の化合物とのアダクトが好ましい。
【００３２】
上記触媒の中でも、特に、Ｔｉ（ＯＸ）４（但し、Ｘは炭素数３から６のアルキル基、またはアリール基を示す。）で示されるチタン化合物、またはＴｉ（ＯＸ）４・ＸＯＨ（但し、Ｘは炭素数３から６のアルキル基、またはアリール基を示す。）で示されるチタン化合物のアダクトを使用することが好ましい。
【００３３】
上記式で表される触媒の例としては、例えば、チタニウムテトラプロポキシド（各異性体）、チタニウムテトラブトキシド（各異性体）、チタニウムテトラアミルオキシド（各異性体）、チタニウムテトラヘキシルオキシド（各異性体）、チタニウムテトラフェノキシド、チタニウムテトラ（４−メチルフェノキシド）等が挙げられる。
【００３４】
また、Ｒ’２ＳｎＯ、Ｒ’２Ｓｎ（ＯＲ”）２、Ｓｎ（ＯＲ）４で表されるスズ化合物を用いることも好ましい。（但し、Ｒ’は炭素数１〜１０のアルキル基を示し、Ｒ”は炭素数３〜６のアルキル基を示す。）
【００３５】
上記式で表される触媒の例としては、ジエチルスズオキシド、ジプロピルスズオキシド（各異性体）、ジブチルスズオキシド（各異性体）、ジアミルスズオキシド（各異性体）、ジオクチルスズオキシド（各異性体）、ジブチルジブトキシスズ（各異性体）、ジエチルジアミルオキシスズ（各異性体）、テトラブトキシスズ（各異性体）、テトライソアミルオキシスズ（各異性体）等が挙げられる。又、反応条件下でこれらの化合物に変化する化合物も適当であるし、トリアルキルモノアルコキシドやモノアルキルトリアルコキシドも適当である。
【００３６】
触媒の量は、原料に用いるジアルキルカーボネートに対して０．０１〜１０モル％が適当である。
【００３７】
反応温度は原料であるジアルキルカーボネート及び芳香族ヒドロキシ化合物の種類、操作条件によって異なるが、通常１００〜３５０℃、好ましくは１２０〜３００℃で行われる。圧力は大気圧あるいは減圧下で行われる。
【００３８】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３９】
実施例１
実験には柴田科学株式会社製の真空ジャケット付きガラス製オルダーショウ型蒸留塔（内径２５ｍｍφ、実段数２０段、リボイラー及びコンデンサー含まず）を用いた。蒸留塔の上から１０段目の位置へジブチルカーボネート（以下ＤＢＣ）、フェノール（以下ＰｈＯＨ）から主として成り、ブタノール（以下ＢｕＯＨ）、ブチルフェニルカーボネート（以下ＢＰＣ）及びジフェニルカーボネート（以下ＤＰＣ）を含む混合物を、予熱器を通して２４３ｇ／ｈの速度で連続的に供給し、塔底部には触媒としてチタニウムテトラフェノキシド（以下Ｔｉ（ＯＰｈ）４）を２ｇ／ｈで導入しながら常圧下で反応を行った。還流比は３６とした。塔底部より反応生成物であるＢＰＣ及びＤＰＣを含む液を２３２ｇ／ｈで抜き出し、塔頂部からはコンデンサーによって凝縮された、主にＢｕＯＨを含む液を１３ｇ／ｈで留出させた。原料組成、反応条件および結果を表１に示す。ＤＢＣの転化率は２８．９％であった。８時間運転した後、オルダーショウ型蒸留塔を調べたところ、目皿の閉塞は確認されなかった。
【００４０】
比較例１
塔底部への触媒の供給は行わず、ＤＢＣ、ＰｈＯＨ、ＢｕＯＨ、ＢＰＣ及びＤＰＣから成る混合物にＴｉ（ＯＰｈ）４を加熱溶解後、蒸留塔の上から１０段目の位置へ連続的に供給した以外は、実施例１と同様に反応を行った。反応条件および結果を表１に示す。ＤＢＣの転化率は２９．５％であった。８時間運転した後、オルダーショウ型蒸留塔を調べたところ、供給段以下の段で目皿の一部が閉塞していることが確認された。
【００４１】
比較例２
蒸留塔への原料の供給は行わず、ＤＢＣ、ＰｈＯＨ、ＢｕＯＨ、ＢＰＣ及びＤＰＣから成る混合物にＴｉ（ＯＰｈ）４を加熱溶解後、塔底部へ連続的に供給した以外は、実施例１と同様に反応を行った。反応条件および結果を表１に示す。ＤＢＣの転化率は２２．４％であった。８時間運転した後、オルダーショウ型蒸留塔を調べたところ、目皿の閉塞は確認されなかった。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、ジアルキルカーボネートとして炭素数３〜６のジアルキルカーボネート使用することにより、触媒の存在下、ジアルキルカーボネートと芳香族ヒドロキシ化合物から効率良くアルキルアリールカーボネート、ジアリールカーボネート又はこれらの混合物からなる芳香族カーボネート類を製造し、且つ蒸留塔が閉塞することなく安定した運転で芳香族カーボネート類を連続的に製造することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いる連続蒸留装置の概念図を示す。
【符号の説明】
１：蒸留塔
２：リボイラー
４：予熱器
７：蒸留塔塔頂コンデンサー
３、５、６、８、９、１０：導管
【発明が属する技術分野】
本発明は芳香族カーボネート類の連続的製造方法に関する。更に詳細には本発明は炭素数３〜６のジアルキルカーボネートを原料とし、芳香族ヒドロキシ化合物との反応によりアルキルアリールカーボネート、ジアリールカーボネート又はこれらの混物から成る芳香族カーボネート類を連続的に製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ジアルキルカーボネートと芳香族ヒドロキシ化合物とを反応させてアルキルアリールカーボネート、ジアリールカーボネート又はこれらの混合物から成る芳香族カーボネート類が製造されることはよく知られている。ジアルキルカーボネートと芳香族ヒドロキシ化合物を用い、エステル交換によりアルキルアリールカーボネートが得られる反応は化１式で表される。
【化１】
【０００３】
アルキルアリールカーボネートは化２式で表される不均化反応（同一種分子間のエステル交換反応）によりジアリールカーボネートを生成する。
【化２】
【０００４】
また、アルキルアリールカーボネートは化３式で表される芳香族ヒドロキシ化合物とのエステル交換反応によりジアリールカーボネートを生成する。
【化３】
【０００５】
しかしながら、上記の３反応は全て平衡反応であり、平衡が著しく原系側に偏っているためジアリールカーボネートの生成速度が遅く、工業的に有利な方法とは言い難い。
【０００６】
ジアリールカーボネートの生成速度を高める研究については触媒開発に関するものが多く、ルイス酸及びルイス酸を形成しうる遷移金属化合物を触媒とする方法（特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４参照）、ルイス酸とプロトン酸混和物を触媒とする方法（特許文献５参照）、スズ化合物を触媒とする方法（特許文献６、特許文献７、特許文献８及び特許文献９参照）などが数多く提案されている。しかしながら、ジアリールカーボネートの生成速度が遅い要因は平衡が著しく原系側に偏っていることにあり、触媒開発による反応速度の向上はあまり有効ではなかった。
【０００７】
また、副成するアルコールを反応系外に除き、平衡をずらすことによって反応を進行させる方法として、蒸留塔を設置した反応器を用いたバッチ反応が知られている（特許文献４、特許文献５、特許文献６及び特許文献７参照）。しかしながら、この方法は反応に時間がかかるうえ、目的物の収量に対して相対的に大きな装置を必要とするなど、工業的に有利な方法とは言い難い。
【０００８】
これに対し、ジアルキルカーボネートと芳香族ヒドロキシ化合物及び触媒を多段蒸留塔内へ連続的に供給し、蒸留塔中で反応を行う方法（特許文献１０、特許文献１１および特許文献１２参照）が提案されている。しかしながら、この方法では長時間の運転により触媒が塔内に析出し、蒸留塔を閉塞させてしまう。この場合は反応を中断して蒸留塔の分解、清掃が必要となるが、この作業には多大な労力と時間を要し、経済的に不利である。また、製造装置の停止、運転再開の際は非定常作業となるため、安全上も好ましくない。
【０００９】
蒸留塔の閉塞を避けるため、反応器へジアルキルカーボネートと芳香族ヒドロキシ化合物及び触媒を連続的に供給して、付設した蒸留塔より副生するアルコールを連続的に抜き出し、反応器よりアルキルアリールカーボネート、ジアリールカーボネート又はこれらの混合物から成る芳香族カーボネート類を連続的に抜き出す方法も提案されている（特許文献１３参照）。しかしながら、この方法では蒸留塔の閉塞は避けられるものの、芳香族カーボネート類の生成効率は高くない。
【００１０】
また、蒸留塔下部にアルキルアルコールを含むジアルキルアルコールを、塔底部に触媒液をそれぞれ供給し、アルコールの分離を促すために蒸留塔上部より芳香族ヒドロキシ化合物を供給して加圧下で反応を行う芳香族カーボネート類の連続的な製造方法も提案されている（特許文献１４参照）。この方法はメタノールとジメチルカーボネート等のように沸点が近く、共沸混合物をつくる場合には有効であるが、アルコールの分離効率を高めるためにアルキルアルコールを含むジアルキルアルコールの供給口と芳香族ヒドロキシ化合物の供給口を離して設置する必要があるため、装置が複雑となる。更に、加圧での反応が必須であるため、装置のコストが増大してしまう。
【００１１】
副生するアルコールと原料であるジアルキルカーボネートの分離を容易にする方法として、炭素数３〜６のジアルキルカーボネートと芳香族ヒドロキシ化合物を用い、バッチ反応で芳香族カーボネート類を製造する方法が提案されている（特許文献１５参照）。この方法では副生するアルコールとジアルキルカーボネートが適度な沸点差を持っているため、アルコールが容易に分離される。しかしながら、バッチ反応のため目的物の収量に対して相対的に大きな装置を必要とする等の欠点を有している。
【００１２】
【特許文献１】
特開昭５１−７５０４４
【特許文献２】
特開昭５６−４２５７７
【特許文献３】
特開昭５８−４８５３７
【特許文献４】
特開昭５６−１２３９４８
【特許文献５】
特開昭６０−１７３０１６
【特許文献６】
特開昭６０−１６９４４５
【特許文献７】
特開昭６０−１６９４４４
【特許文献８】
特開昭５４−４８７３３
【特許文献９】
特開平１−２６５０６３
【特許文献１０】
特公平７−９１２３６
【特許文献１１】
特公平７−６８１８２
【特許文献１２】
特公平７−９１２３４
【特許文献１３】
特開平６−１５７４１０
【特許文献１４】
特開２００１−６４２３５
【特許文献１５】
特開平１０−１５２４５５
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、触媒の存在下ジアルキルカーボネートと芳香族ヒドロキシ化合物から効率良くアルキルアリールカーボネート、ジアリールカーボネート又はこれらの混合物からなる芳香族カーボネート類を製造し、且つ蒸留塔が閉塞することなく安定した連続運転が可能な芳香族カーボネート類の連続的製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、連続蒸留塔を用いた高効率な芳香族カーボネート類の製造方法について検討を重ねた結果、原料化合物に炭素数３〜６のジアルキルカーボネートを用い、ジアルキルカーボネート及び芳香族ヒドロキシ化合物の供給位置と触媒の供給位置を分離して、触媒を塔底部、ジアルキルカーボネート及び芳香族ヒドロキシ化合物を塔底部より上段の蒸留塔内にそれぞれ供給することにより、効率良くアルキルアリールカーボネート、ジアリールカーボネート又はこれらの混合物からなる芳香族カーボネート類を製造出来ることを見出した。尚、ここでいう塔底部とは蒸留塔の最下段のことであり、リボイラー段を指す。更に、この方法では、融点及び粘度が高く蒸留塔閉塞の原因となる触媒が塔底部にしか存在しないため、蒸留塔が閉塞することなく安定した連続運転が可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１５】
すなわち、本発明は、触媒の存在下、炭素数３〜６のジアルキルカーボネートと芳香族ヒドロキシ化合物とを反応させてアルキルアリールカーボネート、又はアルキルアリールカーボネートとジアリールカーボネートとの混合物から成る芳香族カーボネート類を製造するに当たり、原料化合物であるジアルキルカーボネート及び芳香族ヒドロキシ化合物を塔底部より上段の蒸留塔内に連続的に供給すると共に、触媒を塔底部へ連続的に供給し、副生する脂肪族アルコールを蒸留塔の塔頂部より連続的に抜き出し、生成した芳香族カーボネート類と触媒を塔底部より連続的に抜き出す芳香族カーボネート類の連続的製造方法である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明で用いられる連続蒸留塔は、コンデンサー段とリボイラー段を含む段数が３段以上を有する蒸留塔であって、連続蒸留が可能なものであればどのようなものでもよい。例えば、泡鐘トレイ、シーブトレイ、バルブトレイ等を用いた棚段塔、スルザーラボパッキング、スルザーパッキング、メラパック、ディクソンパッキング、ラシヒリング等の充填物が充填された充填塔等いずれも用いることができる。この中でも棚段塔を用いることが好ましい。尚、ここでいう段数は、棚段塔の場合は実段数、充填塔の場合は理論段数を意味するものとする。
【００１７】
原料であるジアルキルカーボネートと芳香族ヒドロキシ化合物は、導管３から予熱器４を経て塔底部より上段の蒸留塔に供給される（図１参照）。供給位置は段を効率よく使用できることから、塔の中央部が好ましい。これらの供給原料中には、生成物である脂肪族アルコール、アルキルアリールアルコール及びジアリールアルコールが含まれていてもかまわない。しかしながら、本反応は可逆反応のため、これら生成物の濃度があまり高いと原料の反応率が低下するので好ましくない。
【００１８】
蒸留塔の閉塞を避けるため、触媒は導管５を通して塔底部のみに供給する（図１参照）。触媒はそのまま供給しても良いし、操作性を向上させる目的で不活性溶媒（例えば、脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、エーテル類、ハロゲン化脂肪族炭化水素類、ハロゲン化芳香族炭化水素類等）に溶解又は分散させて供給しても良い。また、本反応の原料あるいは生成物であるアルキルアリールカーボネート、ジアリールカーボネート、ジアルキルカーボネート、脂肪族アルコールあるいはこれらの混合物に溶解あるいは分散させて加えてもよい。
【００１９】
本発明では反応を進行させるため、導管６からコンデンサ−７、導管９を通して副生する脂肪族アルコールを蒸留塔より連続的に抜き出す（図１参照）。抜き出し物は脂肪族アルコール単独でも良いし、原料化合物との混合物でも良いし、アルキルアリールカーボネート、ジアリールカーボネート等の高沸点生成物を少量含んでいても良い。この際、脂肪族アルコール等の低沸点生成物の蒸留効率を高めるため、抜き出し物の一部を導管８を通して蒸留塔の上部に戻す還流操作を行っても良い。還流比は通常０．０１〜１００、好ましくは０．０５〜５０が用いられる。また、通常は必要ないが、窒素等の不活性ガスを流しながら反応を行っても良い。
【００２０】
本発明の方法で生成する芳香族カーボネート類は、導管１０を通して塔底部より連続的に抜き出される（図１参照）。抜き出し物には芳香族カーボネート類の他、触媒が含まれる。また、原料であるジアルキルカーボネートや芳香族ヒドロキシ化合物、副生する脂肪族アルコール等が含まれていても良い。
【００２１】
ジアルキルカーボネート、芳香族ヒドロキシ化合物及び触媒を含む原料液を用いる場合には、予め触媒を分離することが必要となる。この分離法としては、例えばフラッシュ蒸留を挙げることができる。
【００２２】
本発明の原料である炭素数３〜６のジアルキルカーボネートとは、化４式で表されるものである。
【００２３】
【化４】
【００２４】
具体例としては、ジプロピルカーボネート（各異性体）、ジブチルカーボネート（各異性体）、ジペンチルカーボネート（各異性体）、ジヘキシルカーボネート（各異性体）が挙げられる。
【００２５】
炭素数が２以下のジアルキルカーボネートではアルコールとジアルキルカーボネートの沸点差が小さく、共沸化合物もつくる。そのため、アルコールの分離を促すためにもう一つの原料である芳香族ヒドロキシ化合物を蒸留塔に供給するが、分離効率を高めるためにジアルキルカーボネートの供給口と芳香族ヒドロキシ化合物の供給口を離さなければならず、装置が複雑となる。更に、加圧での反応が必須であるため、装置のコストが増大してしまう。
【００２６】
一方、炭素数が７以上のジアルキルカーボネートの場合は、副生するアルコールともう１つの原料である芳香族ヒドロキシ化合物の沸点が近くなって分離が困難となる、あるいはアルコールの沸点が芳香族ヒドロキシ化合物の沸点より高くなって反応が行えなくなるので好ましくない。
【００２７】
炭素数３〜６のジアルキルカーボネートは一般に入手しにくいが、尿素あるいは相当するアルキルカーバメート、およびアルキルアルコールを原料として良好な収率で合成することができる。アルキルカーバメートとアルキルカーボネートの分離方法としては、カーバメートを結晶化させて除去する方法、温水で洗浄する方法、操作圧力の異なる２つの蒸留塔を用いる方法等が挙げられるが、中でも簡便で効率の良い方法として、特開２０００−１４６１に提案されている、芳香族ヒドロキシ化合物との共存下で蒸留する方法が挙げられる。この方法では塔頂よりジアルキルカーボネートと芳香族ヒドロキシ化合物の混合物が得られるが、本発明ではこれらを分離することなく、そのまま原料として蒸留塔に供給することができる。
【００２８】
本発明のもう一方の原料である芳香族ヒドロキシ化合物とは、化５式で表されるものである。
【００２９】
【化５】
具体的には、フェノール、クレゾール（各異性体）、キシレノール（各異性体）、エチルフェノール（各異性体）、メトキシフェノール（各異性体）、フルオロフェノール（各異性体）、クロルフェノール（各異性体）などが挙げられる。製造されるジアリールカーボネートの有用性を考えるとフェノールが好ましい。
【００３０】
原料として用いるジアルキルカーボネートと芳香族ヒドロキシ化合物の比率は、単位加熱量あたりの芳香族カーボネート類の生成量を増やすという観点から、ジアルキルカーボネート：芳香族ヒドロキシ化合物がモル比で２：１〜１：１０、さらに好ましくは、１：１〜１：４の間であることが好ましい。
【００３１】
本発明に用いることができる触媒は、通常エステル交換触媒として知られるものであればどのようなものでも構わないが、特に、チタン、アルミニウム、ガリウム、スズ、イットリウムから選ばれる金属の、アルコキシド、アリールオキシド、アルキル置換オキシド、アセチルアセトナートのいずれか、またはそれらの化合物と他の化合物とのアダクトが好ましい。
【００３２】
上記触媒の中でも、特に、Ｔｉ（ＯＸ）４（但し、Ｘは炭素数３から６のアルキル基、またはアリール基を示す。）で示されるチタン化合物、またはＴｉ（ＯＸ）４・ＸＯＨ（但し、Ｘは炭素数３から６のアルキル基、またはアリール基を示す。）で示されるチタン化合物のアダクトを使用することが好ましい。
【００３３】
上記式で表される触媒の例としては、例えば、チタニウムテトラプロポキシド（各異性体）、チタニウムテトラブトキシド（各異性体）、チタニウムテトラアミルオキシド（各異性体）、チタニウムテトラヘキシルオキシド（各異性体）、チタニウムテトラフェノキシド、チタニウムテトラ（４−メチルフェノキシド）等が挙げられる。
【００３４】
また、Ｒ’２ＳｎＯ、Ｒ’２Ｓｎ（ＯＲ”）２、Ｓｎ（ＯＲ）４で表されるスズ化合物を用いることも好ましい。（但し、Ｒ’は炭素数１〜１０のアルキル基を示し、Ｒ”は炭素数３〜６のアルキル基を示す。）
【００３５】
上記式で表される触媒の例としては、ジエチルスズオキシド、ジプロピルスズオキシド（各異性体）、ジブチルスズオキシド（各異性体）、ジアミルスズオキシド（各異性体）、ジオクチルスズオキシド（各異性体）、ジブチルジブトキシスズ（各異性体）、ジエチルジアミルオキシスズ（各異性体）、テトラブトキシスズ（各異性体）、テトライソアミルオキシスズ（各異性体）等が挙げられる。又、反応条件下でこれらの化合物に変化する化合物も適当であるし、トリアルキルモノアルコキシドやモノアルキルトリアルコキシドも適当である。
【００３６】
触媒の量は、原料に用いるジアルキルカーボネートに対して０．０１〜１０モル％が適当である。
【００３７】
反応温度は原料であるジアルキルカーボネート及び芳香族ヒドロキシ化合物の種類、操作条件によって異なるが、通常１００〜３５０℃、好ましくは１２０〜３００℃で行われる。圧力は大気圧あるいは減圧下で行われる。
【００３８】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３９】
実施例１
実験には柴田科学株式会社製の真空ジャケット付きガラス製オルダーショウ型蒸留塔（内径２５ｍｍφ、実段数２０段、リボイラー及びコンデンサー含まず）を用いた。蒸留塔の上から１０段目の位置へジブチルカーボネート（以下ＤＢＣ）、フェノール（以下ＰｈＯＨ）から主として成り、ブタノール（以下ＢｕＯＨ）、ブチルフェニルカーボネート（以下ＢＰＣ）及びジフェニルカーボネート（以下ＤＰＣ）を含む混合物を、予熱器を通して２４３ｇ／ｈの速度で連続的に供給し、塔底部には触媒としてチタニウムテトラフェノキシド（以下Ｔｉ（ＯＰｈ）４）を２ｇ／ｈで導入しながら常圧下で反応を行った。還流比は３６とした。塔底部より反応生成物であるＢＰＣ及びＤＰＣを含む液を２３２ｇ／ｈで抜き出し、塔頂部からはコンデンサーによって凝縮された、主にＢｕＯＨを含む液を１３ｇ／ｈで留出させた。原料組成、反応条件および結果を表１に示す。ＤＢＣの転化率は２８．９％であった。８時間運転した後、オルダーショウ型蒸留塔を調べたところ、目皿の閉塞は確認されなかった。
【００４０】
比較例１
塔底部への触媒の供給は行わず、ＤＢＣ、ＰｈＯＨ、ＢｕＯＨ、ＢＰＣ及びＤＰＣから成る混合物にＴｉ（ＯＰｈ）４を加熱溶解後、蒸留塔の上から１０段目の位置へ連続的に供給した以外は、実施例１と同様に反応を行った。反応条件および結果を表１に示す。ＤＢＣの転化率は２９．５％であった。８時間運転した後、オルダーショウ型蒸留塔を調べたところ、供給段以下の段で目皿の一部が閉塞していることが確認された。
【００４１】
比較例２
蒸留塔への原料の供給は行わず、ＤＢＣ、ＰｈＯＨ、ＢｕＯＨ、ＢＰＣ及びＤＰＣから成る混合物にＴｉ（ＯＰｈ）４を加熱溶解後、塔底部へ連続的に供給した以外は、実施例１と同様に反応を行った。反応条件および結果を表１に示す。ＤＢＣの転化率は２２．４％であった。８時間運転した後、オルダーショウ型蒸留塔を調べたところ、目皿の閉塞は確認されなかった。
【００４２】
【表１】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、ジアルキルカーボネートとして炭素数３〜６のジアルキルカーボネート使用することにより、触媒の存在下、ジアルキルカーボネートと芳香族ヒドロキシ化合物から効率良くアルキルアリールカーボネート、ジアリールカーボネート又はこれらの混合物からなる芳香族カーボネート類を製造し、且つ蒸留塔が閉塞することなく安定した運転で芳香族カーボネート類を連続的に製造することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いる連続蒸留装置の概念図を示す。
【符号の説明】
１：蒸留塔
２：リボイラー
４：予熱器
７：蒸留塔塔頂コンデンサー
３、５、６、８、９、１０：導管
Claims (3)
- 触媒の存在下、炭素数３〜６のジアルキルカーボネートと芳香族ヒドロキシ化合物とを反応させて、アルキルアリールカーボネート、又はアルキルアリールカーボネートとジアリールカーボネートとの混合物からなる芳香族カーボネート類を製造するに当たり、原料化合物であるジアルキルカーボネート及び芳香族ヒドロキシ化合物を塔底部より上段の蒸留塔内に連続的に供給すると共に、触媒を塔底部へ連続的に供給し、副生する脂肪族アルコールを蒸留塔の塔頂部より連続的に抜き出し、生成した芳香族カーボネート類と触媒を塔底部より連続的に抜き出すことを特徴とする芳香族カーボネート類の連続的製造方法。
- 反応を大気圧下あるいは減圧下で行う、請求項１に記載の芳香族カーボネート類の連続的製造方法。
- アルキルカーバメート及びジアルキルカーボネートの混合物を芳香族ヒドロキシ化合物共存下で蒸留分離して得られるジアルキルカーボネート及び芳香族ヒドロキシ化合物の混合物である塔頂液を請求項１の原料とする、請求項１に記載の芳香族カーボネート類の連続的製造方法。
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