JP2006280260A

JP2006280260A - ポリフェニレンの製造方法

Info

Publication number: JP2006280260A
Application number: JP2005103650A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Wariishi; 博之割石; Daisuke Nonaka; 大輔野中; Hideji Nishibashi; 秀治西橋; Tomohiro Hirabashi; 智裕平橋; Kayoko Ito; 佳代子伊藤
Original assignee: Kyushu University NUC; Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp; Kyushu University NUC
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】フェノール誘導体を原料として酵素触媒を用いた反応により、目的物であるポリフェニレンを簡便にかつ高い純度で製造できる方法を提供する。
【解決手段】下記一般式（１）で表される化合物を、酵素触媒の存在下で重合反応して反応生成物を得る第一工程と、第一工程で得られた反応生成物から、アセトンによる抽出でアセトン可溶成分を除去した後、テトラヒドロフランにより抽出する第二工程とを有することを特徴とする下記一般式（２）で表されるポリフェニレンの製造方法。
【化１】

（１）
（式中、Ｒは炭素数１〜３のアルキル基を表す。）
【化２】

（２）
（式中、Ｒは炭素数１〜３のアルキル基を表し、ｎは１または２を表す。）
【選択図】なし

Description

本発明は、酵素触媒を用いたポリフェニレンの製造方法に関する。

ポリフェニレンは、エンジニアリングプラスチックとして有用であり、他のポリマー、添加剤等と混合することで、さらに機械的強度、耐熱性、電気的特性及び化学的特性に優れた樹脂とすることができる。このようにして得た樹脂は、成形加工が容易なため、家電製品、事務機、電気・電子部品、自動車部品など広範な範囲に用いられる。

一方、ポリフェニレンの化学合成による製造法としては、１，４−ジハロベンゼンあるいは１，３−ジハロベンゼンを原料に用いて、還元性金属または金属化合物の共存下、脱ハロゲン化重縮合する方法が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。しかしこのような製造方法は、無水条件下で行う必要がある上、反応時に大きな発熱を伴い、副生成物も多く生じ、製造時に多量のエネルギーを必要とするなど、多くの問題点を抱えている。

これに対して、生体触媒である酵素を利用した反応は、酵素の高い基質特異性を利用した反応であることから目的物を効率よく製造でき、コスト低減に有利である。また、温和な条件下での反応であるため、消費するエネルギーが少なく、環境負荷を低くすることができるなど優れた方法である。
このような方法として、例えば、芳香環同士がエーテル結合を介して結合したポリフェニレンオキシドを製造する方法が提案されており（特許文献３参照）、この方法では、フェノール誘導体を、酸化酵素などの酵素触媒の存在下、有機溶媒対水の体積比が１対１０以上の有機溶媒−水混合溶媒中で反応させることで、ポリフェニレンオキシドが生成するが、この時同時に、副生成物としてポリフェニレンも生成するものである。
特開昭５２−１５４９００号公報特開２００１−１８１３７７号公報特開平９−１０７９８４号公報

しかし、特許文献３に記載の方法は、反応終了後に反応溶媒を濃縮除去した後、大量の貧溶媒を加えて沈殿物を取り出しているため、不純物除去効果が低い。したがって、得られるポリマー試料は、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンおよびその他多くの不純物の混合物となる。
このように、フェノール誘導体を原料とする、酵素触媒を用いた反応により得られる生成物には、ポリフェニレンオキシドとポリフェニレンが含まれるが、両者を分離して有効に用いる方法は知られていなかった。特に、ポリフェニレンを選択的に分離して得る方法は知られていなかった。

したがって、本発明の目的は、フェノール誘導体を原料として酵素触媒を用いた反応により、目的物であるポリフェニレンを簡便にかつ高い純度で製造できる方法を提供することにある。

本発明者らは、フェノール誘導体を原料として酵素触媒を用いた反応でポリフェニレンを得るにあたり、大量の貧溶媒を用いることなく目的物を選択的に分離する方法について鋭意検討した結果、反応終了後に反応液から、アセトン抽出によりアセトン可溶成分を除いた後、テトラヒドロフランを用いて抽出することにより、構造単位の繰返し数が２および３からなるポリフェニレンが、高い純度で得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、下記一般式（１）で表される化合物を、酵素触媒の存在下で重合反応して反応生成物を得る第一工程と、第一工程で得られた反応生成物から、アセトンによる抽出でアセトン可溶成分を除去した後、テトラヒドロフランにより抽出する第二工程とを有することを特徴とする下記一般式（２）で表されるポリフェニレンの製造方法である。

（１）
（式中、Ｒは炭素数１〜３のアルキル基を表す。）

（２）
（式中、Ｒは炭素数１〜３のアルキル基を表し、ｎは１または２を表す。）

本発明によれば、ポリフェニレンを簡便にかつ高い純度で製造することができる。

以下、本発明について詳しく説明する。
前記一般式（１）および（２）においてＲは、炭素数１〜３のアルキル基であり、直鎖状、分岐状、環状のいずれでも良い。具体的には、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基を挙げることができる。中でも、メチル基が特に好ましい。
また、前記一般式（２）において、ｎは１または２を表す。

◎第一工程
本発明において、酵素触媒を用いた重合反応は、常法に従って行うことができる。
反応溶媒としては、水、緩衝液、水あるいは緩衝液と有機溶媒との混合溶媒等を用いることができるが、緩衝液と有機溶媒との混合溶媒を用いることが好ましい。
緩衝液としては、例えば、クエン酸緩衝液、リン酸緩衝液、マロン酸緩衝液、シュウ酸緩衝液、酒石酸緩衝液、酢酸緩衝液、コハク酸緩衝液等が挙げられるが、中でも、クエン酸緩衝液、リン酸緩衝液が好ましい。
また、有機溶媒としては、種々のものを用いることができるが、アセトン、イソプロパノールが好ましい。
緩衝液に対する有機溶媒の割合は、５体積％以下が好ましく、３体積％以下が特に好ましい。

本発明で用いる酵素は、酸化重合能を有する酸化酵素であり、オキシダーゼ又はペルオキシダーゼが好ましい。
オキシダーゼとしては、例えば、ラッカーゼ、カテコールオキシダーゼ、アスコルビン酸オキシダーゼ、ビリルビンオキシダーゼ、チロシナーゼ、ポリフェノールオキシダーゼ等を挙げることができ、これらの中でも、特にラッカーゼが好ましい。本発明において、用いるオキシダーゼは１種で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。

ラッカーゼは、植物、動物、微生物に広く存在することが知られており、種々の起源のものを用いることができるが、植物由来、微生物由来のラッカーゼが好ましい。
植物由来では漆の木由来のラッカーゼが好ましい。また、微生物由来のラッカーゼとしては、例えば細菌、真菌（糸状菌及び酵母を含む）に由来するものが挙げられるが、真菌のうち白色腐朽菌などの担子菌類や子のう菌類に由来するラッカーゼが、特に好ましいものとして挙げられる。

このような、特に好ましいラッカーゼとしては、アスペルギルス（Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ）属；ニューロスポラ（Ｎｅｕｒｏｓｐｏｒａ）属；ピリキュラリア・オリザエ（Ｐ．ｏｒｙｚａｅ）などのピリキュラリア（Ｐｙｒｉｃｕｌａｒｉａ）属；トラメテス・ビローサ（Ｔ．ｖｉｌｌｏｓａ）、トラメテス・バーシカラー（Ｔ．ｖｅｒｓｉｃｏｌｏｒ）等のホウロクタケ（Ｔｒａｍｅｔｅｓ）属；リゾクトニア・ソラニ（Ｒ．ｓｏｌａｎｉ）等のリゾクトニア（Ｒｈｉｚｏｃｔｏｎｉａ）属；コプリヌス・シネレウス（Ｃ．ｃｉｎｅｒｅｕｓ）等のコプリヌス（Ｃｏｐｒｉｎｕｓ）属；コリオルス・ヒルスツス（Ｃ．ｈｉｒｓｕｔｕｓ）、コリオルス・バーシカラー（Ｃ．ｖｅｒｓｉｃｏｌｏｒ）等のコリオルス（Ｃｏｒｉｏｌｕｓ）属に由来するものが例示できる。
また、市販されているラッカーゼとして、「ラッカーゼダイワＥＣ−Ｙ１２０」（商品名；大和化成（株）製）等が例示される。
本発明において、これらのラッカーゼは、単独で用いても、２種以上を併用してもよい。

ペルオキシダーゼとしては、前記と同様種々の起源のものが知られているが、植物由来、細菌由来或いは担子菌由来のものが好ましく、西洋ワサビ由来、あるいは担子菌由来のものが特に好ましい。このようなペルオキシダーゼとして、マンガンペルオキシダーゼ、西洋ワサビペルオキシダーゼ、大豆ペルオキシダーゼ、リグニンペルオキシダーゼが好ましく、マンガンペルオキシダーゼ、西洋ワサビペルオキシダーゼが特に好ましい。
また、本発明において、これらのペルオキシダーゼは、単独で用いても、２種以上を併用してもよい。

これら酵素の使用量は、用いる酵素の酵素活性により適宜加減すればよいが、原料であるフェノール誘導体に対して、過剰量使用することが、アセトン可溶分が多くなるため好ましい。酵素の反応液中での濃度は２μｍｏｌ／ｌ以上が好ましく、２０μｍｏｌ／ｌ以上が特に好ましい。
また、反応条件は、基質濃度、オキシダーゼ及びペルオキシダ−ゼの種類、酵素濃度に応じて調製されうるが、比較的低温に設定することができ、５〜７０℃とすることが好ましく、２０〜６０℃とすることが特に好ましい。ｐHはオキシダーゼ及びペルオキシダーゼの種類に応じて適宜調製されうるが、pＨ３．０〜８．０が好ましく、pＨ３．５〜７．０が特に好ましい。また反応時間は３０分〜２４時間が好ましく、１時間〜２０時間が特に好ましい。本工程は、前記の条件を満たし、且つ攪拌している状態では、水浴中もしくは気流中のいずれでおこなってもよい。

◎第二工程
第一工程で得られた重合反応生成物は、目的物であるポリフェニレン、ポリフェニレンオキシドおよびその他の不純物との混合物である。この生成物にアセトンを加えて攪拌し、アセトン可溶成分を除去する。この時のアセトン溶液の攪拌条件としては、アセトン使用量は、得られた重合反応生成物に対して５倍量〜５０倍量が好ましく、５倍量〜２０倍量が特に好ましい。また、その際の温度は、室温とすることが最も好ましい。さらに、その際の攪拌方法は、振盪、回転子もしくは攪拌翼を用いた攪拌のいずれでもよい。
このようにして得られたアセトン抽出液には、重量平均分子量が２０００〜５０００のポリフェニレンオキシドが多く含まれている。

アセトン抽出物を除去した後、テトラヒドロフラン（以下、ＴＨＦと略記）により抽出を行う。このときのＴＨＦ溶液の攪拌条件としては、ＴＨＦ使用量は、得られた重合反応生成物に対して５倍量〜１００倍量が好ましく、１０倍量〜６０倍量が特に好ましい。また、その際の温度は、室温とすることが特に好ましい。さらに、その際の攪拌方法は、振盪、回転子もしくは攪拌翼を用いた攪拌のいずれでもよい。

以下に、本発明の具体的な実施例を挙げるが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。
（分析方法）
^１Ｈ−および^１３Ｃ−核磁気共鳴（ＮＭＲ）スペクトルは、日本電子株式会社製ＪＮＭ−ＬＡ３００により測定した。また、赤外線スペクトルは日本分光株式会社製ＦＴ／ＩＲ−５５０により測定した。さらに、分子量は東ソー株式会社製ＧＰＣ−８０２０により測定した。

[実施例]
◎第一工程
（ラッカーゼを用いたｏ−クレゾールの重合反応）
５００ｍｌ三角フラスコを用いて、５０ｍＭのクエン酸（和光純薬株式会社製特級試薬）緩衝液２９４ｍｌをあらかじめ５０℃に保温しておいた恒温槽中で攪拌し、この緩衝液の液温が５０℃になってから、酵素触媒としてラッカーゼ粉末（大和化成株式会社製「ラッカーゼダイワ」）６．０ｇを加えて溶解させた。この溶液に、ｏ−クレゾール（和光純薬株式会社製「ｏ−クレゾール」）６４９ｍｇをアセトン６ｍｌに溶解した溶解液を添加して、５０℃で２０時間攪拌して、重合反応を行った。反応終了後、反応溶液から沈殿物を遠心分離にて回収し、さらに水で数回洗浄後、沈殿を回収し、これを凍結乾燥して、重合反応物６４６．７ｍｇを得た。

◎第二工程
このようにして得られた重合反応物１．２０ｇに、アセトン４０ｍｌを加えて、室温にて２時間振盪攪拌した。これを１５０００ｒｐｍで２０分間遠心分離を行い、アセトン抽出液からは、減圧濃縮によりアセトンを除去して、アセトン可溶成分０．４８ｇを得た。また、アセトン不溶分を更にアセトンにて洗浄したあと乾燥して、アセトン不溶成分０．８２ｇを得た。

（アセトン可溶成分の分析）
これらのうち、アセトン可溶成分の分子量を測定したところ、重量平均分子量は４３００であった。^１Ｈ−ＮＭＲにおける、８．２ｐｐｍ付近のフェノール性水酸基由来のピークおよび６〜８ｐｐｍ付近の芳香族由来のピークの面積比から求められる芳香族環対フェノール性水酸基の比は７であった。このことから、得られた重合反応物は、平均で繰り返し単位７中に１の割合で水酸基を有するベンゼン環が含まれるポリフェニレンオキシドであることがわかった。

（アセトンに不溶かつＴＨＦに可溶な成分の分析）
上記の遠心分離により分離されたアセトン不溶成分０．８２ｇに、ＴＨＦ４０ｍｌを加え、室温にて２時間振盪撹拌した。これを室温にて１５０００ｒｐｍで２０分間遠心分離を行い、ＴＨＦ抽出液からは、減圧濃縮によりＴＨＦを除去して、ＴＨＦ可溶成分０．０７ｇを得た。また、ＴＨＦ不溶分をＴＨＦにて洗浄したあと乾燥して、ＴＨＦ不溶成分０．７９ｇを得た。
これらのうち、ＴＨＦ可溶成分について、ＧＣ／ＭＳを測定したところ、質量数２１４および３２０のピークが観察された。それぞれのピークは、ｏ−クレゾールの２および３量体に帰属された。ここで、本成分をトリメチルシリル化試薬により水酸基を誘導体化したところ、それぞれトリメチルシリル基が２および３個導入されることが判明した。したがって、ＧＣ／ＭＳで観察されたｏ−クレゾールの２量体および３量体は、それぞれ水酸基を２個および３個持つポリフェニレン構造を持つことが確認された。

ＴＨＦ可溶成分およびＴＨＦ不溶成分について赤外線スペクトルを測定したところ、両者とも３３００ｃｍ^−１に水酸基、１６５０ｃｍ^−１および１４８０ｃｍ^−１に芳香族、１１９０ｃｍ^−１にＣ−Ｏ結合由来のピークを与えた。両者のスペクトルが似ていることから、ＴＨＦ不溶成分はＴＨＦ可溶成分に類似の構造であることがわかった。

以上述べたように、本発明のポリフェニレンの製造方法によれば、酵素触媒による重合反応後、反応生成物からアセトン抽出によりアセトン可溶成分を除いた後、ＴＨＦを用いて抽出することにより、目的物である、構造単位の繰返し数が２および３からなるポリフェニレンが、簡便にかつ高い純度で得られることが確認された。

本発明の製造方法により得られるポリフェニレンは、高純度であるため、エンジニアリングプラスチックの原料として有用である。また、温和な条件下で、高い基質特異性に基づき、省エネルギーで効率的にポリフェニレンを製造できるため、低コストでかつ環境負荷の小さい製造方法を提供できる。

Claims

下記一般式（１）で表される化合物を、酵素触媒の存在下で重合反応して反応生成物を得る第一工程と、
第一工程で得られた反応生成物から、アセトンによる抽出でアセトン可溶成分を除去した後、テトラヒドロフランにより抽出する第二工程と
を有することを特徴とする下記一般式（２）で表されるポリフェニレンの製造方法。

（１）
（式中、Ｒは炭素数１〜３のアルキル基を表す。）

（２）
（式中、Ｒは炭素数１〜３のアルキル基を表し、ｎは１または２を表す。）
前記一般式（１）で表される化合物のＲがメチル基である請求項１に記載のポリフェニレンの製造方法。
前記酵素が、オキシダーゼ及びペルオキシダーゼからなる群より選ばれる一種以上の酵素である請求項１または２に記載のポリフェニレンの製造方法。
前記酵素がラッカーゼである請求項１または２に記載のポリフェニレンの製造方法。