JP2005289851A - Preparation method of polycarboxylic ester - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a preparation method of a polycarboxylic ester wherein no ammonium sulfate is produced as a by product, by removing ammonia from a reaction system, wherein the ammonia is produced as a by product from a polyvalent nitrile compound having at least two nitrile groups within a molecule. <P>SOLUTION: In the preparation method of the polycarboxylic ester, the polycarboxylic ester is obtained by reacting the polyvalent nitrile compound having at least two nitrile groups within a molecule, water and a lower alcohol in the presence of a catalyst and removing the resulting ammonia from the reaction system. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&amp;NCIPI

Description

本発明は、多価カルボン酸エステル製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、少なくとも2個以上のニトリル基を分子内に有する多価ニトリル化合物、水、低級アルコールとを、触媒の存在下にて、反応させ、生成するアンモニアを反応系外に除去することにより、多価カルボン酸エステルを得ることを特徴とする多価カルボン酸エステル製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a polyvalent carboxylic acid ester. More specifically, in the present invention, a polyvalent nitrile compound having at least two nitrile groups in the molecule, water, and a lower alcohol are reacted in the presence of a catalyst, and the produced ammonia is removed from the reaction system. It is related with the manufacturing method of polyhydric carboxylic acid ester characterized by obtaining polyhydric carboxylic acid ester by removing.

多価ニトリル化合物から多価エステル化合物を得る製造方法として、従来、強酸又は強塩基化合物を用いて加水分解を行い、多価カルボン酸を製造して後、アルコールと反応させて多価エステル化合物に変換する方法が行われているが、多段の工程を必要とする問題がある。
ニトリル化合物とアルコールとを触媒を用いて反応させ、イミノエーテル中間体を単離した後に、塩基性触媒又は酸性触媒にて加水分解を行ってエステルを得る方法が知られているが、この場合も多段の工程を必要とする問題がある。
As a production method for obtaining a polyvalent ester compound from a polyvalent nitrile compound, conventionally, hydrolysis is performed using a strong acid or a strong base compound to produce a polyvalent carboxylic acid, which is then reacted with an alcohol to form a polyvalent ester compound. Although the method of converting is performed, there exists a problem which requires a multistep process.
A method of reacting a nitrile compound and an alcohol using a catalyst and isolating an imino ether intermediate, followed by hydrolysis with a basic catalyst or an acidic catalyst to obtain an ester is known. There is a problem that requires a multi-step process.

多価カルボン酸エステルの製造方法として、ニトリル基を水、低級アルコールと共に硫酸を当量以上用いてエステルに変化する方法が開示されている。例えば、特許文献1では、1,2,4−ブタントリカルボニトリルを用いてアルコールと水の共存下で当量以上の硫酸を反応させて1,2,4−ブタントリカルボン酸トリエステルを得ている。ニトリル基の反応性を高めるために硫酸という強酸を用いる必要があり、そのため、副生するアンモニアと硫酸とが反応して、安定な硫酸系アンモニウム塩を形成する。当量の硫酸系アンモニウム塩が副生するためにその廃棄物処理に窮するという問題、硫酸系アンモニウム塩からアンモニアを回収再利用することは多量のエネルギーが必要なために産業上不可であるという問題、濃硫酸による腐食に耐える反応器設備が必要であるという問題があった。   As a method for producing a polyvalent carboxylic acid ester, a method in which a nitrile group is changed to an ester using sulfuric acid in an equivalent amount or more together with water and a lower alcohol is disclosed. For example, in Patent Document 1, 1,2,4-butanetricarboxylic acid triester is obtained by reacting 1,2,4-butanetricarbonitrile with an equivalent amount or more of sulfuric acid in the presence of alcohol and water. . In order to increase the reactivity of the nitrile group, it is necessary to use a strong acid called sulfuric acid. For this reason, by-product ammonia and sulfuric acid react to form a stable sulfuric acid ammonium salt. The problem is that the equivalent amount of sulfuric acid ammonium salt is by-produced, and that it is a waste process. The problem is that it is impossible to recover and reuse ammonia from sulfuric acid ammonium salt because a large amount of energy is required. However, there is a problem that a reactor equipment that can resist corrosion by concentrated sulfuric acid is necessary.

アンモニウム塩の副生を回避し、アンモニアとして系外に遊離させることを可能にしうるエステル化方法として、特許文献2には、硫酸を用いないで、ホウ酸亜鉛等の触媒の存在下、β−エトキシプロピオニトリルを、水及びエタノールと共に、水で飽和した窒素を導入することで副生するアンモニアを系外に除去しながら、35気圧、200℃で3時間反応させて、β−エトキシプロピオン酸エチルエステルに変換する方法が開示されている。しかしながら、多価ニトリル化合物を用いることや、反応溶媒として用いる溶剤を反応液中に導入しながら気相部より蒸気を抜き出すことによって生成するアンモニアを系外に効率よく除去することが可能となり、エステルの収率が向上することについては記載されていない。
特開平11−116528号公報 特公昭47−12337号公報
As an esterification method capable of avoiding by-product formation of ammonium salt and allowing it to be liberated out of the system as ammonia, Patent Document 2 discloses that β-- without using sulfuric acid and in the presence of a catalyst such as zinc borate. While removing ammonia produced as a by-product by introducing nitrogen saturated with water together with water and ethanol, ethoxypropionitrile was reacted at 35 atm and 200 ° C. for 3 hours to obtain β-ethoxypropionic acid. A method for conversion to the ethyl ester is disclosed. However, it is possible to efficiently remove ammonia generated from the system by using a polyvalent nitrile compound or by extracting a vapor from the gas phase while introducing a solvent used as a reaction solvent into the reaction solution. It is not described that the yield of is improved.
JP-A-11-116528 Japanese Patent Publication No. 47-12337

本発明の目的は、少なくとも2個以上のニトリル基を分子内に有する多価ニトリル化合物から、生成するアンモニアを反応系外に除去することにより、硫酸系アンモニウム塩の副生を伴わない、多価カルボン酸エステル製造方法を提供することである。   The object of the present invention is to remove the produced ammonia from a polyvalent nitrile compound having at least two or more nitrile groups in the molecule outside the reaction system, thereby avoiding the production of sulfate ammonium salt as a by-product. It is to provide a method for producing a carboxylic acid ester.

本発明者らは、少なくとも2個以上のニトリル基を分子内に有する多価ニトリル化合物、水、低級アルコールとを、触媒の存在下にて反応させ、生成するアンモニアを反応系外に除去することにより、多価カルボン酸エステルを得ることを特徴とする多価カルボン酸エステルが製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の通りである。
(1)少なくとも2個以上のニトリル基を分子内に有する多価ニトリル化合物、水、低級アルコールとを、触媒の存在下にて反応させ、生成するアンモニアを反応系外に除去することにより、多価カルボン酸エステルを得ることを特徴とする多価カルボン酸エステル製造方法。
(2)多価ニトリル化合物が1,3,6−ヘキサントリカルボニトリルを主成分として含んでいることを特徴とする前記(1)記載の多価カルボン酸エステル製造方法。
(3)触媒が銅、亜鉛から選ばれた金属、及びその塩の中から選ばれる化合物の一種または二種以上であることを特徴とする前記(1)又は(2)記載の多価カルボン酸エステル製造方法。
(4)アンモニアを系外に除去することが、反応溶媒として用いる溶剤を反応液中に導入しながら気相部より蒸気を抜き出すことであることを特徴とする前記(1)乃至(3)記載の多価カルボン酸エステル製造方法、である。
The present inventors react a polyvalent nitrile compound having at least two or more nitrile groups in the molecule, water, and a lower alcohol in the presence of a catalyst, and remove generated ammonia from the reaction system. Thus, it was found that a polyvalent carboxylic acid ester characterized by obtaining a polyvalent carboxylic acid ester can be produced, and the present invention has been completed.
That is, the present invention is as follows.
(1) A polyvalent nitrile compound having at least two nitrile groups in the molecule, water, and a lower alcohol are reacted in the presence of a catalyst, and the produced ammonia is removed from the reaction system to A method for producing a polyvalent carboxylic acid ester, comprising obtaining a polyvalent carboxylic acid ester.
(2) The method for producing a polyvalent carboxylic acid ester according to the above (1), wherein the polyvalent nitrile compound contains 1,3,6-hexanetricarbonitrile as a main component.
(3) The polyvalent carboxylic acid according to (1) or (2), wherein the catalyst is one or more compounds selected from a metal selected from copper and zinc, and a salt thereof. Ester production method.
(4) The above description (1) to (3), wherein the removal of ammonia from the system is to extract vapor from the gas phase while introducing a solvent used as a reaction solvent into the reaction solution. This is a method for producing a polyvalent carboxylic acid ester.

少なくとも2個以上のニトリル基を分子内に有する多価ニトリル化合物、水、低級アルコールとを、触媒の存在下にて反応させ、生成するアンモニアを反応系外に除去することにより、硫酸系アンモニウム塩の副生を伴わない、多価カルボン酸エステル製造方法を提供することができる。   By reacting a polyvalent nitrile compound having at least two or more nitrile groups in the molecule, water, and a lower alcohol in the presence of a catalyst, and removing formed ammonia out of the reaction system, a sulfate ammonium salt It is possible to provide a method for producing a polyvalent carboxylic acid ester without accompanying by-product.

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の少なくとも2個以上のニトリル基を分子内に有する多価ニトリル化合物とは、脂肪族ニトリル、芳香族ニトリル、複素環式ニトリル等、いずれの化合物も好ましく、具体的には、例えば、アジポニトリル、スベロニトリル、セバコニトリル、ドデカンジニトリル、ブタントリカルボニトリル、ヘキサントリカルボニトリル、フタロニトリル、イソフタロニトリル、テレフタロニトリル等が挙げられ、アジポニトリル、1,2,4−ブタントリカルボニトリル、1,3,6−ヘキサントリカルボニトリル、3−シアノメチル−1,5−ペンタンジカルボニトリル等がより好ましい。これらは2種以上の混合物であっても良い。特に好ましいものは、1,3,6−ヘキサントリカルボニトリルである。また、本発明では、多価ニトリル化合物をエステル化合物に変換した後に蒸留による精製が容易であるために、これらの多価ニトリル化合物を少なくとも30質量%以上含有する混合物、好ましくは、少なくとも50質量%以上、より好ましくは、少なくとも70質量%以上含有する混合物である場合も好んで使用することができる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The polyvalent nitrile compound having at least two or more nitrile groups in the molecule of the present invention is preferably any compound such as an aliphatic nitrile, an aromatic nitrile, a heterocyclic nitrile, and specifically, for example, adiponitrile. , Suberonitrile, sebacononitrile, dodecanedinitrile, butanetricarbonitrile, hexanetricarbonitrile, phthalonitrile, isophthalonitrile, terephthalonitrile, and the like. Adiponitrile, 1,2,4-butanetricarbonitrile, 1,3 , 6-hexanetricarbonitrile, 3-cyanomethyl-1,5-pentanedicarbonitrile and the like are more preferable. These may be a mixture of two or more. Particularly preferred is 1,3,6-hexanetricarbonitrile. Further, in the present invention, since the purification by distillation after converting the polyvalent nitrile compound to the ester compound is easy, a mixture containing at least 30% by mass of these polyvalent nitrile compounds, preferably at least 50% by mass As mentioned above, More preferably, it can also be used preferably also when it is a mixture containing at least 70 mass% or more.

なお、本発明で使用する1,3,6−ヘキサントリカルボニトリルの構造は、式(1)で表される。
[化1]
NC−CHCHCH−CHCHCH−CN (1)

CN
The structure of 1,3,6-hexanetricarbonitrile used in the present invention is represented by the formula (1).
[Chemical 1]
NC-CH 2 CH 2 CH- CH 2 CH 2 CH 2 -CN (1)

CN

本発明で使用する低級アルコールは、直鎖もしくは分岐した炭素数1から8の低級脂肪族アルコール、例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、ブタノールなどの脂肪族アルコールが好ましい。これらの混合物を用いても良い。
アルコールの添加量はニトリル基に対して少なくとも1当量、好ましくは5〜20当量である。また水の添加量はニトリル基に対して少なくとも1当量、好ましくは1.5〜5当量である。
このようなアルコール及び水の添加量において、必要な反応速度を得、且つ、エステル化反応後のエステル化合物の蒸留における未反応のアルコールや水の回収エネルギーを低減することができる。
アルコール、水以外に反応を阻害しない限りにおいて、他の溶剤を添加することも好ましい。
The lower alcohol used in the present invention is preferably a linear or branched lower aliphatic alcohol having 1 to 8 carbon atoms, for example, an aliphatic alcohol such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, or butanol. A mixture of these may be used.
The amount of alcohol added is at least 1 equivalent, preferably 5 to 20 equivalents, relative to the nitrile group. The amount of water added is at least 1 equivalent, preferably 1.5 to 5 equivalents relative to the nitrile group.
With such addition amounts of alcohol and water, the required reaction rate can be obtained, and the recovery energy of unreacted alcohol and water in distillation of the ester compound after the esterification reaction can be reduced.
It is also preferable to add other solvents other than alcohol and water as long as they do not inhibit the reaction.

本発明の触媒は、銅、亜鉛の金属やその塩であり、好ましくは銅、亜鉛の金属粉、ハロゲン化物(例えば、塩化物、臭化物、沃化物、弗化物)、硝酸塩、水酸化物、酢酸塩等である。触媒の添加量はニトリル基に対して0.01モル%以上、好ましくは0.1〜100モル%、より好ましくは1〜30モル%である。
このような触媒の添加量において、必要な反応速度を得、且つ、エステル化反応後のエステル化合物を蒸留精製する際に、エステル化合物の蒸留釜中への残存量を減らすことが可能となり、効率よく、蒸留塔頂に留出させることができる。
反応後の触媒は、エステルを反応溶液から蒸留分離した後に、次の反応へ再利用することも好ましい。
The catalyst of the present invention is copper, zinc metal or a salt thereof, preferably copper, zinc metal powder, halide (eg, chloride, bromide, iodide, fluoride), nitrate, hydroxide, acetic acid. Such as salt. The addition amount of the catalyst is 0.01 mol% or more, preferably 0.1 to 100 mol%, more preferably 1 to 30 mol% with respect to the nitrile group.
With such an added amount of catalyst, it is possible to obtain a required reaction rate and reduce the amount of ester compound remaining in the distillation kettle when the ester compound after the esterification reaction is purified by distillation. Well, it can be distilled off at the top of the distillation column.
The catalyst after the reaction is preferably reused for the next reaction after the ester is distilled off from the reaction solution.

本発明の反応は、好ましくは150〜250℃の温度及び0.5〜10MPaの圧力下で行われる。
このような条件において、必要な反応速度を得、且つ、脱炭酸等の副反応が抑制された高い選択性を達成することができる。
反応の進行に伴いアンモニアが副生するが、このアンモニアを連続的に又は間欠的に系外へ除去することが反応の収率及び選択率を高めるために必要である。
生成するアンモニアの除去方法としては、アンモニアの沸点は低いために、不活性ガスを使用することで反応溶液中から反応系外に抜き出すことは可能であり、反応に関与しない不活性ガス、例えば窒素や空気、二酸化炭素等をキャリアーガスとして反応系へ導入して生成アンモニア反応系外へ除去する方法が好ましいが、反応溶媒として用いる溶剤を反応液中に導入しながら気相部より溶媒蒸気を抜き出すことによって生成するアンモニアを系外に除去することがより好ましい方法である。
The reaction of the present invention is preferably carried out at a temperature of 150 to 250 ° C. and a pressure of 0.5 to 10 MPa.
Under such conditions, it is possible to obtain a required reaction rate and to achieve high selectivity in which side reactions such as decarboxylation are suppressed.
Ammonia is by-produced as the reaction proceeds, and it is necessary to remove this ammonia from the system continuously or intermittently in order to increase the yield and selectivity of the reaction.
As a method for removing generated ammonia, since the boiling point of ammonia is low, it is possible to extract the reaction solution from the reaction system by using an inert gas, and an inert gas that does not participate in the reaction, such as nitrogen. Although it is preferable to introduce the reaction gas into the reaction system by removing air, air, carbon dioxide, etc. from the reaction system, the solvent vapor is extracted from the gas phase while introducing the solvent used as the reaction solvent into the reaction solution. It is a more preferable method to remove the ammonia produced by this process out of the system.

これは、不活性ガスに比べて、反応溶媒と副生アンモニアの親和性が高く、反応系中から副生アンモニアを効率よく抜き出すことが可能となり、そのため、トリエステルの生成速度が、不活性ガス導入の場合でのアンモニア抜き出し律速の傾向から、溶媒蒸気抜き出しの場合には、反応律速の傾向に近づけることができるためであると考えられる。
また、副生アンモニアを反応溶液から除去するために反応溶媒の蒸気を系外に抜き出す際に反応溶媒として用いる溶剤を反応液中に導入しないで実施すると、蒸気の抜き出し量が多くなると、1)最初に仕込みのトリニトリルに対して多量の反応溶媒を仕込むことが必要になり、そのため反応器を大きなサイズのものを使用しなければならないという点や2)溶媒量が減少することで、反応液中のトリニトリル基質濃度や触媒濃度が向上してそれらの析出等の懸念が生じる点、等のために、抜き出し蒸気量の反応溶媒を補う必要があり、反応溶媒として用いる溶剤を反応液中に導入する。
This is because the affinity of the reaction solvent and by-product ammonia is higher than that of the inert gas, and by-product ammonia can be efficiently extracted from the reaction system. It is considered that the tendency of rate-determining ammonia extraction in the case of introduction can be close to that of reaction-determination in the case of solvent vapor extraction.
In addition, if the solvent used as a reaction solvent is not introduced into the reaction solution when removing the reaction solvent vapor out of the system in order to remove by-product ammonia from the reaction solution, the amount of vapor extraction increases. First, it is necessary to charge a large amount of reaction solvent to the charged trinitrile, so that a reactor with a large size must be used, and 2) the amount of solvent is reduced, thereby reducing the amount of solvent in the reaction solution. In order to improve the concentration of the trinitrile substrate and the catalyst and raise concerns about their precipitation, etc., it is necessary to supplement the reaction solvent with the amount of extracted steam, and the solvent used as the reaction solvent is introduced into the reaction solution. .

溶媒を蒸気として抜き出すわけであるが、本発明の反応温度条件において、反応溶媒である低級脂肪族アルコール、又は、水を含有した低級アルコールの常圧での沸点温度以上に加熱されており、そのため、反応溶媒である低級脂肪族アルコール、又は、水を含有した低級アルコールは抜き出しに十分な蒸気圧を有しており、蒸気として留出させることが容易である。
抜き出し反応溶媒蒸気は、蒸留塔を備えてアンモニア濃度を濃縮した上で溶媒蒸気を抜き出すことも好ましい。また、これらの方法を組み合わせることも好ましい。
留出したアンモニアは、公知の方法による濃縮精製等の処理を経て産業上、資源として有効利用することができる。
Although the solvent is withdrawn as a vapor, in the reaction temperature condition of the present invention, the lower aliphatic alcohol that is the reaction solvent or the lower alcohol containing water is heated to a temperature higher than the boiling point at normal pressure. The lower aliphatic alcohol which is a reaction solvent or the lower alcohol containing water has a vapor pressure sufficient for extraction and can be easily distilled as a vapor.
It is also preferable that the extracted reaction solvent vapor is provided with a distillation column and the solvent vapor is extracted after concentrating the ammonia concentration. It is also preferable to combine these methods.
Distilled ammonia can be effectively used as a resource in industry through treatments such as concentration and purification by known methods.

本発明の製造方法により、少なくとも2個以上のニトリル基を分子内に有する多価ニトリル化合物、水、低級アルコールとを、触媒の存在下にて反応させ、生成するアンモニアを反応系外に除去することにより、硫酸系アンモニウム塩の副生を伴わないで、多価カルボン酸エステルを得ることが可能となり、工業的に有用である。また、本発明の製造法により得られる1,3,6−ヘキサントリカルボン酸のエステルは有機合成中間体、アルキッド樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル樹脂および可塑剤原料等、粉体塗料やポリエステル繊維および繊維改良剤等の分野で利用され、工業的に有用である。   By the production method of the present invention, a polyvalent nitrile compound having at least two or more nitrile groups in the molecule, water, and a lower alcohol are reacted in the presence of a catalyst, and the produced ammonia is removed from the reaction system. This makes it possible to obtain a polyvalent carboxylic acid ester without the by-product of a sulfuric ammonium salt, which is industrially useful. The esters of 1,3,6-hexanetricarboxylic acid obtained by the production method of the present invention are organic synthetic intermediates, alkyd resins, polyamides, polyimides, polyester resins, plasticizer raw materials, etc., powder paints, polyester fibers and fibers It is used in the field of improving agents and is industrially useful.

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
本発明で使用する測定法は、以下のとおりである。
[トリニトリルの測定法]
トリニトリル混合物の純度は、ガスクロマトグラフィーの測定(FID)及びゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、GPC、という)による測定により求める。ト
リニトリル混合物に含有されるアクリロニトリルの4量体以上の高分子量体の含有率は、GPCにより求める。色相は、透過法によるUV測定から求める。各測定は以下の装置及び条件で行う。
Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples.
The measuring method used in the present invention is as follows.
[Measurement method of trinitrile]
The purity of the trinitrile mixture is determined by measurement by gas chromatography (FID) and gel permeation chromatography (hereinafter referred to as GPC). The content of the high molecular weight polymer of tetramer or higher of acrylonitrile contained in the trinitrile mixture is determined by GPC. The hue is obtained from UV measurement by a transmission method. Each measurement is performed with the following apparatus and conditions.

<ガスクロマトグラフィー測定法>
装置:(株)島津製作所製GC−14B
カラム:GL Science Inc.製 キャピラリーカラム
TC−1(0.25mmI.D.、長さ30m)
キャリアガス:He
検出:FID
カラム温度条件:120℃から20℃/minで200℃まで昇温し、
5分間保持した後、10℃/minで250℃まで昇温させ10分間保持。
試料溶解溶媒:アセトン
<Gas chromatography measurement method>
Equipment: GC-14B manufactured by Shimadzu Corporation
Column: GL Science Inc. Capillary column
TC-1 (0.25 mm ID, length 30 m)
Carrier gas: He
Detection: FID
Column temperature condition: 120 ° C. to 200 ° C. at 20 ° C./min,
After holding for 5 minutes, the temperature was raised to 250 ° C. at 10 ° C./min and held for 10 minutes.
Sample dissolution solvent: acetone

<GPC測定法>
各化合物2.0mgをテトラヒドロフラン2.0gで溶解し、0.5μmフィルターで濾過を行い、下記の条件で展開、検出することにより分析を行う。
測定装置:東ソー(株)製HLC−8120GPC
検出器:RI
展開液:テトラヒドロフラン
展開液流速:1.0mL/min
カラム:東ソー社(株)製TSKgel(商標)GMHHR−Nを1本、及びG1000HXLを2本、直列に設置
カラム温度:40℃
<GPC measurement method>
Analysis is performed by dissolving 2.0 mg of each compound with 2.0 g of tetrahydrofuran, filtering through a 0.5 μm filter, and developing and detecting under the following conditions.
Measuring device: HLC-8120GPC manufactured by Tosoh Corporation
Detector: RI
Developing solution: Tetrahydrofuran Developing solution flow rate: 1.0 mL / min
Column: One TSKgel (trademark) GMH HR- N manufactured by Tosoh Corporation and two G1000H XL installed in series Column temperature: 40 ° C.

[トリエステルの測定法]
上記の<ガスクロマトグラフィー測定法>と同様に測定を行った。
[Measurement method of triester]
Measurement was performed in the same manner as in the above <Gas chromatography measurement method>.

「製造例1」
単一電解槽は、1cm×90cmの通電面を有する鉛合金を陰極とし、同じ通電面を有する炭素鋼を陽極として用い、陽極と陰極を2mmの間隔で保った。電解液は、10質量部の油相及び90質量部の水相でエマルジョンをなしており、水相の組成は、アクリロニトリル2.0質量%、KHPO10質量%、K3質量%、エチルトリブチルアンモニウムエチル硫酸塩0.3質量%、及び若干のアジポニトリル、プロピオニトリル及び1,3,6−ヘキサンカルボニトリルを含んだ水溶液であり、リン酸でpHを8に調整した。油相は水相と溶解平衡をなしており、その組成はアクリロニトリル28質量%、アジポニトリル62質量%である。
"Production Example 1"
In the single electrolytic cell, a lead alloy having an energization surface of 1 cm × 90 cm was used as a cathode, carbon steel having the same energization surface was used as an anode, and the anode and the cathode were kept at an interval of 2 mm. The electrolytic solution forms an emulsion with 10 parts by mass of an oil phase and 90 parts by mass of an aqueous phase. The composition of the aqueous phase is 2.0% by mass of acrylonitrile, 10% by mass of K 2 HPO 4 , and K 2 B 4 O. 7 An aqueous solution containing 3% by mass, 0.3% by mass of ethyltributylammonium ethyl sulfate, and some adiponitrile, propionitrile, and 1,3,6-hexanecarbonitrile. The pH was adjusted to 8 with phosphoric acid. did. The oil phase is in equilibrium with the aqueous phase, and its composition is 28% by mass of acrylonitrile and 62% by mass of adiponitrile.

このエマルジョンを、電解面で線速1m/secになるように単一電解槽に循環供給し、電流密度20A/dm、50℃で電解を行った。電解を始めると同時に、電解液タンクから油水分離器に送られたエマルジョンの水相を、50℃に保温したイミノジ酢酸タイプのキレート樹脂(バイエル(株)製、Lewatit TP207、商標)K型200CCで、6CC/AHの割合で処理を始め、電解液タンクに循環した。
同時に油相を連続的に抜き出し、前記電解液組成を保つようにアクリロニトリル及び水を連続的に添加し、油相に溶解して抜き出されたエチルトリブチルアンモニウムエチル硫酸を随時添加した。
This emulsion was circulated and supplied to a single electrolytic cell so that the linear velocity was 1 m / sec on the electrolysis surface, and electrolysis was performed at a current density of 20 A / dm 2 and 50 ° C. Simultaneously with the start of electrolysis, the iminodiacetic acid type chelate resin (Lewatit TP207, Trademark) K + type 200CC in which the aqueous phase of the emulsion sent from the electrolyte tank to the oil / water separator was kept at 50 ° C. Then, the treatment was started at a rate of 6 CC / AH and circulated to the electrolyte tank.
At the same time, the oil phase was continuously extracted, acrylonitrile and water were continuously added so as to maintain the electrolyte solution composition, and ethyltributylammonium ethylsulfuric acid extracted after being dissolved in the oil phase was added as needed.

このようにして2000時間電解を行った結果、初期電解電圧は3.9Vで安定に推移し、発生ガスに含まれる水素は電解終了時で0.16vol%であり、陰極の消耗速度は0.21mg/AH、陽極の消耗速度は0.23mg/AHであり、不均一の陽極腐食物はまったくなかった。消費アクリロニトリルに対するアジポニトリルの収率は90%、1,3,6−ヘキサントリカルボニトリルの収率は7.5%であった。
次に、上記電解で得られた油相を集め、水抽出処理を行い、アクリロニトリル、プロピオニトリル及び水を蒸留除去し、次いで、減圧蒸留によりアジポニトリルを除去した。この残渣中のアジポニトリルは11.5質量%であった。
As a result of conducting electrolysis for 2000 hours in this way, the initial electrolysis voltage was stable at 3.9 V, the hydrogen contained in the generated gas was 0.16 vol% at the end of electrolysis, and the consumption rate of the cathode was 0.8. The anode consumption rate was 21 mg / AH, 0.23 mg / AH, and there was no uneven anode corrosion. The yield of adiponitrile relative to the consumed acrylonitrile was 90%, and the yield of 1,3,6-hexanetricarbonitrile was 7.5%.
Next, the oil phase obtained by the above electrolysis was collected, subjected to water extraction treatment, acrylonitrile, propionitrile and water were distilled off, and then adiponitrile was removed by vacuum distillation. The adiponitrile in this residue was 11.5% by mass.

この残渣液からのアジポニトリルの除去は、径32mmφ、実段数5段の真空外套付蒸留塔を用いて、アジポニトリルを主成分として含む留分をバッチ蒸留し、真空度2.0mmHgで塔頂温度120〜210℃までの留分を初留カットすることによって蒸留残渣を得た。
この蒸留残渣は、アジポニトリル4.0質量%、1,3,6−ヘキサントリカルボニトリル84.5質量%、3−シアノメチル−1,5−ジシアノペンタン5.0質量%、及び高分子量体6.5質量%からなるトリニトリル化合物を主成分とする褐色に着色したニトリル混合物であった。
The removal of adiponitrile from this residual liquid was carried out by batch distillation of a fraction containing adiponitrile as a main component using a vacuum-coated distillation column having a diameter of 32 mmφ and 5 actual stages, and a top temperature of 120 mm at a vacuum of 2.0 mmHg. A distillation residue was obtained by first-cutting a fraction up to ˜210 ° C.
This distillation residue was 4.0% by mass of adiponitrile, 84.5% by mass of 1,3,6-hexanetricarbonitrile, 5.0% by mass of 3-cyanomethyl-1,5-dicyanopentane, and high molecular weight product 6. It was a brown colored nitrile mixture mainly composed of 5% by mass of a trinitrile compound.

「実施例1」
製造例1の褐色のニトリル混合物64.0g、硝酸亜鉛6水和物5.4g、メタノール384g及び水22gを攪拌機付オートクレーブに仕込み、反応温度200℃において8時間反応させた。室温で水飽和の窒素ガスを毎分1Lの割合で導入し、反応圧を6MPaに保ちながら、生成するアンモニアを保圧器から連続的に除去した。
室温まで冷却した後、反応液を濃縮してメタノール、水を留去した。得られた濃縮液を200mL反応フラスコに入れ、SUS製6mmφ×5mmのディクソンパッキングを5cm長充填したカラムを介して蒸留を行った。6mmHgの圧力下、留出温度160℃で1,3,6−ヘキサントリカルボン酸トリメチルエステルの留分12.2g(収率14%)を得た。ガスクロマトグラフィーで分析した結果、純度99.1%であった。
このように硫酸系アンモニウム塩の副生を伴わないで、多価カルボン酸エステルが得られた。
"Example 1"
64.0 g of the brown nitrile mixture of Production Example 1, 5.4 g of zinc nitrate hexahydrate, 384 g of methanol and 22 g of water were charged into an autoclave equipped with a stirrer and reacted at a reaction temperature of 200 ° C. for 8 hours. Nitrogen gas saturated with water at room temperature was introduced at a rate of 1 L / min, and ammonia produced was continuously removed from the pressure holding device while maintaining the reaction pressure at 6 MPa.
After cooling to room temperature, the reaction solution was concentrated to distill off methanol and water. The obtained concentrated liquid was put into a 200 mL reaction flask, and distilled through a column filled with SUS 6 mmφ × 5 mm Dixon packing 5 cm long. Under a pressure of 6 mmHg and a distillation temperature of 160 ° C., 12.3 g (yield 14%) of a fraction of 1,3,6-hexanetricarboxylic acid trimethyl ester was obtained. As a result of analysis by gas chromatography, the purity was 99.1%.
In this way, a polyvalent carboxylic acid ester was obtained without the by-product of a sulfuric ammonium salt.

「実施例2」
製造例1の褐色のニトリル混合物80.5g、硝酸亜鉛6水和物44.5g、水24.3g、メタノール405gを攪拌機付1.2L−オートクレーブに仕込み、窒素置換後、反応温度200℃まで昇温した。200℃で1時間反応させた後、95質量%メタノール−5質量%水の混合溶媒を加熱してオートクレーブの底部に200g/hrで導入し、気相部より蒸気を200g/hrで除去した。混合溶媒の導入開始から4時間後に反応を止め、冷却後、内容物を取り出し、反応液を濃縮してメタノール、水を留去した。得られた濃縮液を200mL反応フラスコに入れ、SUS製6mmφ×5mmのディクソンパッキングを5cm長充填したカラムを介して蒸留を行った。6mmHgの圧力下、留出温度160℃で1,3,6−ヘキサントリカルボン酸トリメチルエステルの留分46g(収率42%)を得た。ガスクロマトグラフィーで分析した結果、純度99.0%であった。
反応溶媒と共にアンモニアを系外に留出させることで、不活性ガス導入によるアンモニア留出に比べて、エステル体への転化率が向上できた。このように硫酸系アンモニウム塩の副生を伴わないで、多価カルボン酸エステルが得られた。
"Example 2"
80.5 g of the brown nitrile mixture of Production Example 1, 44.5 g of zinc nitrate hexahydrate, 24.3 g of water, and 405 g of methanol were charged into a 1.2 L-autoclave with a stirrer, and after nitrogen substitution, the reaction temperature was raised to 200 ° C. Warm up. After reacting at 200 ° C. for 1 hour, a mixed solvent of 95% by mass methanol-5% by mass water was heated and introduced at the bottom of the autoclave at 200 g / hr, and the vapor was removed from the gas phase at 200 g / hr. The reaction was stopped 4 hours after the start of the introduction of the mixed solvent, and after cooling, the contents were taken out, the reaction solution was concentrated, and methanol and water were distilled off. The obtained concentrated liquid was put into a 200 mL reaction flask, and distilled through a column filled with SUS 6 mmφ × 5 mm Dixon packing 5 cm long. 46 g (yield 42%) of 1,3,6-hexanetricarboxylic acid trimethyl ester was obtained at a distillation temperature of 160 ° C. under a pressure of 6 mmHg. As a result of analysis by gas chromatography, the purity was 99.0%.
By distilling ammonia out of the system together with the reaction solvent, the conversion rate to the ester can be improved as compared with ammonia distilling by introducing an inert gas. In this way, a polyvalent carboxylic acid ester was obtained without the by-product of a sulfuric ammonium salt.

「実施例3」
実施例1のエステル化工程の実施において、生成した1,3,6−ヘキサントリカルボン酸トリメチルエステルを留去して得られた蒸留残渣に、メタノール384g及び水22gを攪拌機付オートクレーブに仕込み、反応温度200℃において8時間反応させた。室温で水飽和の窒素ガスを毎分1Lの割合で導入し、反応圧を6MPaに保ちながら、生成するアンモニアを保圧器から連続的に除去した。
室温まで冷却した後、反応液を濃縮してメタノール、水を留去した。得られた濃縮液を200mL反応フラスコに入れ、SUS製6mmφ×5mmのディクソンパッキングを5cm長充填したカラムを介して蒸留を行った。6mmHgの圧力下、留出温度160℃で1,3,6−ヘキサントリカルボン酸トリメチルエステルの留分10.1g(収率12%)を得た。ガスクロマトグラフィーで分析した結果、純度98.7%であった。
このようにエステルを蒸留精製した際に残る蒸留残渣は、次のエステル化反応にリサイクル使用できる。
"Example 3"
In the implementation of the esterification step of Example 1, 384 g of methanol and 22 g of water were charged into an autoclave equipped with a stirrer to the distillation residue obtained by distilling off the generated 1,3,6-hexanetricarboxylic acid trimethyl ester. The reaction was carried out at 200 ° C. for 8 hours. Nitrogen gas saturated with water at room temperature was introduced at a rate of 1 L / min, and ammonia produced was continuously removed from the pressure holding device while maintaining the reaction pressure at 6 MPa.
After cooling to room temperature, the reaction solution was concentrated to distill off methanol and water. The obtained concentrated liquid was put into a 200 mL reaction flask, and distilled through a column filled with SUS 6 mmφ × 5 mm Dixon packing 5 cm long. A fraction of 10.3 g of 1,3,6-hexanetricarboxylic acid trimethyl ester was obtained at a distillation temperature of 160 ° C. under a pressure of 6 mmHg (yield 12%). As a result of analysis by gas chromatography, the purity was 98.7%.
Thus, the distillation residue remaining when the ester is purified by distillation can be recycled for the next esterification reaction.

「比較例1」
実施例2のエステル化工程において、200℃に昇温後、95質量%メタノール−5質量%水の混合溶媒の導入、及び、気相部からの蒸気の抜き出しを行わずに2時間反応させた。サンプリングラインより内溶液を一部抜き出し、ガスクロマトグラフィーで分析した結果、トリエステル体の生成は検出できなかった。
このようにトリエステルを得るには、アンモニアの抜き出しが必要であった。
"Comparative Example 1"
In the esterification step of Example 2, after raising the temperature to 200 ° C., the reaction was allowed to proceed for 2 hours without introducing a mixed solvent of 95% by mass methanol-5% by mass water and withdrawing vapor from the gas phase. . As a result of extracting a part of the inner solution from the sampling line and analyzing it by gas chromatography, it was not possible to detect the formation of triesters.
Thus, in order to obtain a triester, it was necessary to extract ammonia.

本発明の製造方法により、少なくとも2個以上のニトリル基を分子内に有する多価ニトリル化合物、水、低級アルコールとを、触媒の存在下にて、反応させ、生成するアンモニアを反応系外に除去することにより、硫酸系アンモニウム塩の副生を伴わないで、多価カルボン酸エステルを得ることが可能となり、工業的に有用である。また、本発明の製造法により得られる1,3,6−ヘキサントリカルボン酸のエステルは有機合成中間体、アルキッド樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル樹脂および可塑剤原料等、粉体塗料やポリエステル繊維および繊維改良剤等の分野で利用され、工業的に有用である。   By the production method of the present invention, a polyvalent nitrile compound having at least two nitrile groups in the molecule, water, and a lower alcohol are reacted in the presence of a catalyst, and the produced ammonia is removed from the reaction system. By doing so, it becomes possible to obtain a polyvalent carboxylic acid ester without the by-product of a sulfuric ammonium salt, which is industrially useful. The esters of 1,3,6-hexanetricarboxylic acid obtained by the production method of the present invention are organic synthetic intermediates, alkyd resins, polyamides, polyimides, polyester resins, plasticizer raw materials, etc., powder paints, polyester fibers and fibers It is used in the field of improving agents and is industrially useful.

Claims (4)

少なくとも2個以上のニトリル基を分子内に有する多価ニトリル化合物、水、低級アルコールとを、触媒の存在下にて反応させ、生成するアンモニアを反応系外に除去することにより、多価カルボン酸エステルを得ることを特徴とする多価カルボン酸エステル製造方法。 By reacting a polyvalent nitrile compound having at least two or more nitrile groups in the molecule, water, and a lower alcohol in the presence of a catalyst, and removing generated ammonia from the reaction system, a polyvalent carboxylic acid is obtained. A method for producing a polyvalent carboxylic acid ester, comprising obtaining an ester. 多価ニトリル化合物が1,3,6−ヘキサントリカルボニトリルを主成分として含んでいることを特徴とする請求項1記載の多価カルボン酸エステル製造方法。 2. The method for producing a polyvalent carboxylic acid ester according to claim 1, wherein the polyvalent nitrile compound contains 1,3,6-hexanetricarbonitrile as a main component. 触媒が銅、亜鉛から選ばれた金属、及びその塩の中から選ばれる化合物の一種または二種以上であることを特徴とする請求項1又は2記載の多価カルボン酸エステル製造方法。 The method for producing a polyvalent carboxylic acid ester according to claim 1 or 2, wherein the catalyst is one or two or more compounds selected from a metal selected from copper and zinc, and a salt thereof. アンモニアを系外に除去することが、反応溶媒として用いる溶剤を反応液中に導入しながら気相部より蒸気を抜き出すことであることを特徴とする請求項1乃至3記載の多価カルボン酸エステル製造方法。 The polyvalent carboxylic acid ester according to any one of claims 1 to 3, wherein the ammonia is removed from the system by removing vapor from the gas phase while introducing a solvent used as a reaction solvent into the reaction solution. Production method.
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