JP2009143867A - Method for producing ditrimethylolpropane - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ジトリメチロールプロパン(以下、di−TMPと称す)を効率よく製造する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for efficiently producing ditrimethylolpropane (hereinafter referred to as di-TMP).
塩基下、ノルマルブチルアルデヒド(以下、NBDと称す)とホルムアルデヒドとのアルドール縮合(塩基は縮合触媒として作用する)及び交叉カニッツアロ反応(塩基は反応物質として消費される)によってトリメチロールプロパン(以下、TMPと略す)を工業的に製造する際、副生物としてより高沸点であるdi−TMPが生成し、高沸点混合物(蒸留釜残)中から回収することによりdi−TMPが得られる(特許文献1参照)。すなわち、NBDとホルムアルデヒドとの反応生成液を濃縮後、または濃縮せずに、溶媒を用いて抽出することで、実質的に蟻酸ナトリウムを含まないTMP抽出液(粗TMP)が得られる。この粗TMPを高真空下の蒸留で精製すると、蒸留釜残中にはTMPが1〜20%、di−TMPが20〜50%含まれている。この釜残中からdi−TMPを回収する方法としては、酢酸エチルにより晶析する方法(特許文献2参照)、蟻酸ソーダの存在下、水溶媒により晶析する方法(特許文献3参照)、1,4−ジオキサン溶媒により晶析する方法(特許文献4参照)、条件を厳密に規定してアセトン溶媒により晶析する方法(特許文献5参照)等が提案されている。また、TMPを製造する際のdi−TMPの副生物の量を増加させる方法としては、反応条件をある特定の条件に設定する方法(特許文献6、7参照)が提案されている。また、反応系に水に混和しない有機溶剤を添加する方法(特許文献8参照)も提案されている。 Under a base, trimethylolpropane (hereinafter referred to as TMP) is obtained by aldol condensation between normal butyraldehyde (hereinafter referred to as NBD) and formaldehyde (base acts as a condensation catalyst) and cross Canitz allo reaction (base is consumed as a reactant). When di-TMP is produced industrially, di-TMP having a higher boiling point is produced as a by-product, and di-TMP is obtained by recovering from the high-boiling mixture (residue in the still). reference). That is, a TMP extract (crude TMP) substantially free of sodium formate can be obtained by extracting the reaction product solution of NBD and formaldehyde using a solvent after or without concentration. When this crude TMP is purified by distillation under high vacuum, 1 to 20% of TMP and 20 to 50% of di-TMP are contained in the residue of the distillation kettle. As a method for recovering di-TMP from the residue in the kettle, a method of crystallization with ethyl acetate (see Patent Document 2), a method of crystallization with an aqueous solvent in the presence of sodium formate (see Patent Document 3), 1 , 4-dioxane solvent (see Patent Document 4), a method of strictly defining the conditions and crystallizing with an acetone solvent (see Patent Document 5), and the like have been proposed. In addition, as a method for increasing the amount of di-TMP by-products in producing TMP, a method of setting reaction conditions to a specific condition (see Patent Documents 6 and 7) has been proposed. A method of adding an organic solvent immiscible with water to the reaction system (see Patent Document 8) has also been proposed.
一方、di−TMP自体を合成で得る方法としては、TMPの2分子の脱水縮合によるエーテル結合生成により、di−TMPを得る方法、またその方法を一部改良した方法(特許文献9参照。)が知られている。更に、2−エチル−2−プロペナール(以下、ECRと称す)とTMPを反応させることにより、di−TMPを合成する方法(特許文献10参照)も知られている。
di−TMPをTMP製造の際の副生物として得る上記の方法には、次のような問題点がある。
現在一般的に行われている製造方法は、主目的物であるTMPの蒸留釜残からの回収方法である。この方法では、TMP製造原料であるホルムアルデヒドもしくはNBD等のTMP反応混合物、あるいはTMP蒸留回収中に生じた変性物、またTMPとホルムアルデヒドのアセタール等のdi−TMP以外の副生成物から、di−TMPのみを分離回収する必要があり、di−TMPの含有率も低いことから、工業的に満足できる収率でdi−TMPを回収することは困難である。
特に、TMP製造の蒸留釜残中に含まれているTMPの2分子とホルムアルデヒドとの直鎖状ホルマールであるビストリメチロールプロパン(以下bis−TMPと称す)とdi−TMPとの分離が困難であり、bis−TMPの副生量を大幅に削減することがdi−TMPの効率的生産については必須である。
また、TMP製造の際に、反応条件をある特定条件に設定することによりdi−TMPの副生量を増加させる試みが行われているが、それでもdi−TMPの生成量は、NBDを基準とした収率で10モル%程度であり、従来のdi−TMP副生量に比べ2〜3倍の副生量にすぎない。特許文献8に記載されている反応系に水に混和しない有機溶剤を添加して抽出する方法では、抽出後の水層、有機層の双方に目的化合物が含まれるので反応後の後処理が極めて煩雑になるだけでなく、使用した有機溶剤を回収する必要もあるため、工業的に極めて不利である。従って、di−TMPはTMP製造の副生物であるため、必然的にその生産量はTMPの生産量に制約され、di−TMPの需要増加に対応できない問題がある。
The above-described method for obtaining di-TMP as a by-product in the production of TMP has the following problems.
The production method generally used at present is a method for recovering TMP, which is the main object, from the residue in the distillation still. In this method, a TMP reaction mixture such as formaldehyde or NBD which is a raw material for TMP, a modified product generated during TMP distillation recovery, or a by-product other than di-TMP such as acetal of TMP and formaldehyde is used. It is difficult to recover di-TMP in an industrially satisfactory yield since only the content of di-TMP is required to be separated and recovered.
In particular, it is difficult to separate di-TMP from bistrimethylolpropane (hereinafter referred to as bis-TMP), which is a linear formal of two molecules of TMP and formaldehyde contained in the residue of the TMP-manufactured distillation pot. In order to efficiently produce di-TMP, it is essential to significantly reduce the amount of by-product of bis-TMP.
At the time of TMP production, attempts have been made to increase the amount of di-TMP by-product by setting the reaction conditions to a specific condition, but the amount of di-TMP produced is still based on NBD. The yield is about 10 mol%, which is only 2 to 3 times the amount of by-product compared with the amount of conventional di-TMP by-product. In the method of extraction by adding an organic solvent immiscible with water to the reaction system described in Patent Document 8, the target compound is contained in both the aqueous layer and the organic layer after extraction, so post-treatment after the reaction is extremely difficult. Not only is it complicated, but it is necessary to recover the used organic solvent, which is extremely disadvantageous industrially. Therefore, since di-TMP is a by-product of TMP production, the production amount is inevitably limited by the production amount of TMP, and there is a problem that it cannot cope with the increase in demand for di-TMP.
一方、TMPの2分子の脱水縮合によるエーテル結合生成で、di−TMPを合成する方法は、前記のdi−TMPの需給増加の問題については解決することが出来る。
しかし、1分子内に反応に関与しうるアルコール性水酸基を3個有する構造のTMPの場合、TMP分子間の反応であるため、必然的に起こる3分子以上のエーテル縮合体の副生が避けられない。これを抑えるためには、TMPの脱水縮合反応の反応率を低く設定しなければならず、それに伴い未反応TMPの回収が大きな経済的負担となり工業的に不利である。
On the other hand, the method of synthesizing di-TMP by producing an ether bond by dehydration condensation of two molecules of TMP can solve the above-described problem of increase in the supply and demand of di-TMP.
However, in the case of TMP having a structure having three alcoholic hydroxyl groups that can participate in the reaction in one molecule, since it is a reaction between TMP molecules, the by-product of three or more molecules of the ether condensate that is inevitably generated can be avoided. Absent. In order to suppress this, the reaction rate of the dehydration condensation reaction of TMP must be set low, and accordingly, the recovery of unreacted TMP becomes a large economic burden and is industrially disadvantageous.
この点を改良するために、3個あるアルコール性水酸基の一部を低級脂肪酸のエステルとして予め反応させたTMPを原料として用いる方法が特許文献9に記載されている。しかし、この方法においても、選択的にTMPの1分子中のアルコール性水酸基2個のみを低級脂肪酸のエステルとして反応させうるわけではないので、3分子以上のエーテル縮合体の生成問題が本質的に解決されたとは言いがたい。また、この方法では、1個ないし2個のアルコール性水酸基がエステル化されたTMPから生成した、エステル化されたアルコール性水酸基を有するdi−TMPから、加水分解によりdi−TMPを再生する工程が新たに必要となり、経済的負担が増加し工業的に不利である。
また、過剰のTMPとECRからdi−TMPを得る方法が特許文献10に記載されているが、この方法においてはECRに対しTMPを大過剰に用いた場合でも、ECR基準のdi−TMPの収率は70%未満であり、更に、過剰に使用したTMPは回収する必要があり、経済的に不利である。本発明の目的は、di−TMPを効率良く、工業的に有利に製造する方法を提供することにある。
In order to improve this point, Patent Document 9 describes a method using TMP obtained by reacting a part of three alcoholic hydroxyl groups in advance as an ester of a lower fatty acid as a raw material. However, even in this method, it is not possible to selectively react only two alcoholic hydroxyl groups in one molecule of TMP as an ester of a lower fatty acid. It is hard to say that it has been resolved. In this method, the step of regenerating di-TMP by hydrolysis from di-TMP having esterified alcoholic hydroxyl groups produced from TMP esterified with one or two alcoholic hydroxyl groups. Newly required, the economic burden increases and it is industrially disadvantageous.
Further, Patent Document 10 describes a method for obtaining di-TMP from excess TMP and ECR. In this method, even when TMP is used in a large excess with respect to ECR, the yield of di-TMP based on ECR is obtained. The rate is less than 70%, and moreover, the TMP used excessively needs to be recovered, which is economically disadvantageous. An object of the present invention is to provide a method for producing di-TMP efficiently and industrially advantageously.
本発明者らは上記の如き問題点を有するdi−TMPの製造方法について鋭意検討を行った結果、di−TMPを効率よく製造できることを見出し、本発明を完成させるに至った。すなわち、本発明は下記(A)〜(H)記載のdi−TMPの製造方法に関するものである。
(A)
NBDとホルムアルデヒド(1)および塩基(I)を反応させて、TMPおよびdi−TMP含有の反応混合液を得る第1段階と、ECRとホルムアルデヒド(2)および/または塩基(II)を、前記反応混合液に添加し、反応を進行させる第2段階からなるdi−TMPの製造方法。
(B)
ECRの量が、NBD1.0モルに対して、0.1〜10.0モルである(A)に記載の製造方法。
(C)
ホルムアルデヒド(1)の量が、NBD1.0モルに対して、2.5〜10.0モルである(A)又は(B)に記載のdi−TMPの製造方法。
(D)
ホルムアルデヒド(2)の量が、ECR1.0モルに対して、2.0〜10.0モルである(A)〜(C)のいずれか1項に記載のdi−TMPの製造方法。
(E)
ホルムアルデヒド(1)および(2)の合計量が、NBDとECRの合計1.0モルに対して、2.0〜10.0モルである(A)〜(D)のいずれか1項に記載のdi−TMPの製造方法。
(F)
ホルムアルデヒド(1)の量が、ホルムアルデヒド(1)および(2)のモル合計量に対して、9〜100%である(A)〜(E)のいずれか1項に記載のdi−TMPの製造方法。
(G)
塩基(I)と(II)の当量が、NBDとECRの合計1.0モルに対して、0.9〜2.5当量である(A)〜(F)のいずれか1項に記載のdi−TMPの製造方法。
(H)
塩基(I)の当量が、塩基(I)および(II)の当量の合計に対して、13〜100%である(A)〜(G)のいずれか1項に記載のdi−TMPの製造方法。
As a result of intensive studies on a method for producing di-TMP having the above-mentioned problems, the present inventors have found that di-TMP can be efficiently produced, and have completed the present invention. That is, this invention relates to the manufacturing method of di-TMP of the following (A)-(H) description.
(A)
First step of reacting NBD with formaldehyde (1) and base (I) to obtain a reaction mixture containing TMP and di-TMP, and the reaction of ECR with formaldehyde (2) and / or base (II) A method for producing di-TMP comprising the second stage of adding to a mixed solution and allowing the reaction to proceed.
(B)
The production method according to (A), wherein the amount of ECR is 0.1 to 10.0 mol with respect to 1.0 mol of NBD.
(C)
The manufacturing method of di-TMP as described in (A) or (B) whose amount of formaldehyde (1) is 2.5-10.0 mol with respect to 1.0 mol of NBD.
(D)
The method for producing di-TMP according to any one of (A) to (C), wherein the amount of formaldehyde (2) is 2.0 to 10.0 mol with respect to 1.0 mol of ECR.
(E)
The total amount of formaldehyde (1) and (2) is 2.0-10.0 mol with respect to the sum total 1.0 mol of NBD and ECR, It is any one of (A)-(D) Of manufacturing di-TMP.
(F)
The production of di-TMP according to any one of (A) to (E), wherein the amount of formaldehyde (1) is 9 to 100% based on the total molar amount of formaldehyde (1) and (2). Method.
(G)
The equivalent of base (I) and (II) is 0.9-2.5 equivalent with respect to a total of 1.0 mol of NBD and ECR, (A)-(F) Production method of di-TMP.
(H)
The production of di-TMP according to any one of (A) to (G), wherein the equivalent of the base (I) is 13 to 100% with respect to the sum of the equivalents of the bases (I) and (II) Method.
本発明によれば、ECRの途中添加、ホルムアルデヒドの分割添加および塩基の分割添加によりNBDから、di−TMPを効率よく製造できる。また、目的とするdi−TMPの生成量を増加させbis−TMPの副生量を大幅に削減する事ができる。本発明の方法ではdi−TMPより低沸点の未反応原料(ホルムアルデヒド)を蒸留により回収して循環使用することができるので、本発明は工業的に極めて優れた有利な方法である。 According to the present invention, di-TMP can be efficiently produced from NBD by intermediate addition of ECR, divided addition of formaldehyde and divided addition of base. In addition, the amount of di-TMP produced can be increased, and the amount of by-product bis-TMP can be greatly reduced. In the method of the present invention, an unreacted raw material (formaldehyde) having a boiling point lower than that of di-TMP can be recovered by distillation and recycled, so that the present invention is an industrially extremely advantageous method.
本発明は、NBDとホルムアルデヒド(1)および塩基(I)を反応させてTMPおよびdi−TMP含有の反応混合液を得る第1段階と、ECRとホルムアルデヒド(2)および/または塩基(II)を、前記反応混合液に添加し、反応を進行させる第2段階により、di−TMPを効率よく製造できる。本発明の第1と第2段階で起きている反応は、塩基がアルカリ金属水酸化物(MOH)の場合、以下の3つの反応式に整理できる。HCHOはホルムアルデヒドを表す。
1.NBD+3HCHO+MOH→TMP+HCOOM
2.NBD+HCHO→ECR+H2O
3.TMP+ECR+2HCHO+MOH→di-TMP+HCOOM(TMP+ECR+2HCHO+H2O→di-TMP+HCOOH)
3つの反応を1つにまとめると、
2NBD+6HCHO+2MOH→di-TMP+2HCOOM+H2O
2モルのNBDから1モルのdi−TMPが生成するとして収率計算をする。本発明を更に詳細に説明する。
The present invention comprises a first step of reacting NBD with formaldehyde (1) and base (I) to obtain a reaction mixture containing TMP and di-TMP, and ECR, formaldehyde (2) and / or base (II). In the second step of adding to the reaction mixture and allowing the reaction to proceed, di-TMP can be produced efficiently. The reactions occurring in the first and second stages of the present invention can be organized into the following three reaction formulas when the base is an alkali metal hydroxide (MOH). HCHO represents formaldehyde.
1.NBD + 3HCHO + MOH → TMP + HCOOM
2.NBD + HCHO → ECR + H 2 O
3. TMP + ECR + 2HCHO + MOH → di-TMP + HCOOM (TMP + ECR + 2HCHO + H2O → di-TMP + HCOOH)
Combining the three reactions into one,
2NBD + 6HCHO + 2MOH → di-TMP + 2HCOOM + H 2 O
The yield is calculated assuming that 1 mol of di-TMP is produced from 2 mol of NBD. The present invention will be described in further detail.
本発明で使用されるNBDとECRは、一般的に市販されているものをそのまま使用するか、この市販品を蒸留等にて更に精製したものを使用する。もちろんこれ等を一般的に知られている方法にて合成して使用する事も可能である。ECRはTMP製造工程で副生するECR、例えば、水やメタノール等の有機成分を含む回収ECRを使用する事も可能である。 As NBD and ECR used in the present invention, those which are generally commercially available are used as they are, or those which are further purified by distillation or the like. Of course, these can be synthesized and used by a generally known method. As ECR, it is also possible to use ECR produced as a by-product in the TMP production process, for example, recovered ECR containing organic components such as water and methanol.
本発明で使用されるECRは、NBD1.0モルに対して、0.1〜10.0モルが好ましく、より好ましくは、0.3〜7.0モルである。この範囲から外れるとdi-TMPの生成量が減少する。 The ECR used in the present invention is preferably 0.1 to 10.0 mol, more preferably 0.3 to 7.0 mol, relative to 1.0 mol of NBD. Outside this range, the amount of di-TMP produced decreases.
本発明で使用されるホルムアルデヒドは、ホルムアルデヒド水溶液でも固形のパラホルムアルデヒドでも良い。ホルムアルデヒド水溶液は通常、安定剤としてメタノールを数%含有するが、必要であれば蒸留等によって分離した後、反応に使用する事も可能である。 The formaldehyde used in the present invention may be an aqueous formaldehyde solution or solid paraformaldehyde. The aqueous formaldehyde solution usually contains several percent of methanol as a stabilizer, but can be used in the reaction after separation by distillation or the like if necessary.
本発明に用いられるホルムアルデヒド(1)および(2)の合計量は、使用するNBDとECRの合計量から所定のモル比で求められたホルムアルデヒド使用量を基準とする。ホルムアルデヒド(1)および(2)の合計量は、NBDとECRの合計1.0モルに対し2.0〜10.0モルが好ましく、より好ましくは、2.5〜5.0モル、更に好ましくは、3.0〜4.0モルである。 The total amount of formaldehyde (1) and (2) used in the present invention is based on the amount of formaldehyde used determined in a predetermined molar ratio from the total amount of NBD and ECR used. The total amount of formaldehyde (1) and (2) is preferably 2.0 to 10.0 moles, more preferably 2.5 to 5.0 moles, and still more preferably, relative to the total 1.0 moles of NBD and ECR. Is 3.0-4.0 mol.
ホルムアルデヒド(1)の量が、NBD1.0モルに対して、2.5〜10.0モルが好ましく、ホルムアルデヒド(2)の使用量が、ECR1.0モルに対して、2.0〜10.0モルである事が更に好ましい。これらの範囲よりモル比が小さいとdi−TMP生成量が減少し、副生成物も増加する。この範囲よりモル比が大きいと、TMPに対するdi−TMPの生成量が減少する。 The amount of formaldehyde (1) is preferably 2.5 to 10.0 mol with respect to 1.0 mol of NBD, and the amount of formaldehyde (2) used is 2.0 to 10 with respect to 1.0 mol of ECR. More preferably, it is 0 mol. If the molar ratio is smaller than these ranges, the amount of di-TMP produced decreases and the by-products also increase. When the molar ratio is larger than this range, the amount of di-TMP produced relative to TMP decreases.
本発明における塩基(I)および(II)は、無機塩基と有機塩基の両方が使用できる。無機塩基は、例えば、アルカリ金属若しくはアルカリ土類金属の水酸化物の水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化リチウム、炭酸化物として、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、炭酸リチウム等が挙げられる。工業的に実施するにはナトリウムの無機塩基が一般的である。 As the bases (I) and (II) in the present invention, both inorganic bases and organic bases can be used. Examples of inorganic bases include sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, lithium hydroxide, and carbonates of alkali metal or alkaline earth metal hydroxides such as sodium carbonate, potassium carbonate, calcium carbonate, and lithium carbonate. Is mentioned. For industrial implementation, an inorganic base of sodium is common.
また、有機塩基として、脂肪族アミン化合物、特に第3級アミン、例えばトリメチルアミン、トリエチルアミン、ジエチルメチルアミン、ジメチルエチルアミン、トリイソプロピルアミン、トリブチルアミン等を用いることも可能である。 As the organic base, aliphatic amine compounds, particularly tertiary amines such as trimethylamine, triethylamine, diethylmethylamine, dimethylethylamine, triisopropylamine, tributylamine and the like can also be used.
これ等の無機塩基と有機塩基は単独に使用するだけでなく、複数の塩基、例えば、塩基(I)にトリエチルアミン、塩基(II)に水酸化ナトリウムを組み合わせたり、連続的に複数使用するなども可能である。炭酸塩を主成分とする塩基の場合、反応で消費されるのは炭酸塩であり、反応で生成した炭酸水素塩は加熱等により炭酸塩に変わり反応に消費される。この塩基は、一般的に工業薬品として出廻っている炭酸塩、もしくは炭酸水素塩との混合物でも良い。また、ギ酸塩を酸化または加水分解して生成する炭酸水素塩を原料として製造される炭酸塩もしくは炭酸水素塩との混合物でも良い。 These inorganic bases and organic bases are not only used alone, but also a plurality of bases, for example, triethylamine in combination with base (I), sodium hydroxide in base (II), or the use of a plurality in succession. Is possible. In the case of a base mainly composed of carbonate, carbonate is consumed in the reaction, and the hydrogen carbonate generated by the reaction is converted to carbonate by heating or the like and consumed in the reaction. This base may be a carbonate or a mixture with bicarbonate generally used as an industrial chemical. Further, a carbonate produced by oxidizing or hydrolyzing a formate salt as a raw material or a mixture with a bicarbonate may be used.
塩基(I)および(II)の合計量は、NBDとECRの使用量の合計1.0モルに対して、0.9〜2.5当量が好ましく、より好ましくは、1.0〜1.5当量である。例えば、2当量の塩基である炭酸ナトリウムの使用量は、NBDとECRの使用量の合計1.0モルに対し、0.9〜2.5当量(0.45〜1.25モル)が好ましい。この範囲よりも少ないと未反応の原料が多く残るだけでなく、未反応原料からの副反応が起こるなど好ましくない。また、この範囲よりも多いと過剰な塩基を中和する場合に多量の酸が必要となるため好ましくない。 The total amount of the bases (I) and (II) is preferably 0.9 to 2.5 equivalents, more preferably 1.0 to 1.1, based on 1.0 mol of the total amount of NBD and ECR used. 5 equivalents. For example, the amount of sodium carbonate that is 2 equivalents of base is preferably 0.9 to 2.5 equivalents (0.45 to 1.25 mol) with respect to a total of 1.0 mol of NBD and ECR. . If it is less than this range, not only a large amount of unreacted raw material remains, but also a side reaction from the unreacted raw material occurs. On the other hand, when the amount is larger than this range, a large amount of acid is required when neutralizing the excess base, which is not preferable.
<第1段階>
本発明の第1段階の反応方法としては、例えば、NBDと塩基(I)を、ホルムアルデヒド(1)水溶液中に並行して添加する方法や、先ずホルムアルデヒド(1)水溶液と炭酸塩を主成分とするような塩基(I)の水溶液とを混合し、この中にNBDを一定の速度で滴下する方法、NBD、塩基(I)およびホルムアルデヒド(1)を同時に添加する方法等が用いられる。NBD、塩基(I)、ホルムアルデヒド(1)の添加方法は、それぞれを順番に、または、同時並行で、各々1〜300分かけて連続的に添加して反応させるが、同時並行の場合は何れかが先に添加終了となっても良い。
<First stage>
Examples of the first stage reaction method of the present invention include a method of adding NBD and a base (I) in parallel to an aqueous formaldehyde (1) solution, or an aqueous formaldehyde (1) solution and a carbonate first as main components. Such a method of mixing an aqueous solution of base (I) and adding NBD dropwise thereto at a constant rate, a method of simultaneously adding NBD, base (I) and formaldehyde (1) are used. NBD, base (I), and formaldehyde (1) are added in order or in parallel, each of which is added continuously over 1 to 300 minutes. The addition may be finished first.
ホルムアルデヒド(1)の量が、ホルムアルデヒド(1)および(2)のモル合計に対して、9〜100%が好ましく、より好ましくは、23〜95%として使用する。この範囲よりも少ないとTMP生成反応がほとんど進行しないだけでなく、原料のNBD同士、ECR同士での副反応等が起こりやすくなる。 The amount of formaldehyde (1) is preferably 9 to 100%, more preferably 23 to 95%, based on the molar sum of formaldehyde (1) and (2). If it is less than this range, the TMP production reaction hardly proceeds, and side reactions between raw material NBDs and ECRs easily occur.
塩基(I)の当量は、塩基(I)および(II)の合計当量に対して、13〜100%が好ましく、より好ましくは、23〜95%として使用する。この範囲よりも少ないとTMP生成反応がほとんど進行しないだけでなく、原料のNBD同士間、ECR同士間での副反応等が起こりやすくなる。 The equivalent of the base (I) is preferably 13 to 100%, more preferably 23 to 95%, based on the total equivalent of the bases (I) and (II). If it is less than this range, not only the TMP production reaction will proceed but also side reactions between raw NBDs and between ECRs will easily occur.
第1段階のNBDとホルムアルデヒド(1)の反応温度は、0〜120℃が好ましく、より好ましくは20〜110℃である。NBDを添加終了後、0〜120℃で1〜300分間ほど加熱し、反応を更に進行させる事も可能である。また、この場合、系内を所定の反応温度に保つため、窒素ガス等の不活性ガスで加圧してもよい。 The reaction temperature of the first stage NBD and formaldehyde (1) is preferably 0 to 120 ° C, more preferably 20 to 110 ° C. After completion of the addition of NBD, the reaction can be further advanced by heating at 0 to 120 ° C. for 1 to 300 minutes. In this case, in order to keep the inside of the system at a predetermined reaction temperature, pressurization may be performed with an inert gas such as nitrogen gas.
<第2段階>
本発明の第2段階の反応混合液中のTMP、ECR、未反応残存ホルムアルデヒド(1)或いはホルムアルデヒド(2)、および塩基(II)の反応式は式(1)のように示される。式(1)で生成する蟻酸は塩基との蟻酸塩となる。
The reaction formula of TMP, ECR, unreacted residual formaldehyde (1) or formaldehyde (2), and base (II) in the reaction mixture of the second stage of the present invention is represented by the formula (1). The formic acid produced by the formula (1) becomes a formate with a base.
第1段階の反応によりTMPおよびdi-TMPの反応混合液を得た後、ECRとホルムアルデヒド(2)および/または塩基(II)を、前記反応混合液に添加し第2段階の反応を行う。 After obtaining a reaction mixture of TMP and di-TMP by the first stage reaction, ECR and formaldehyde (2) and / or base (II) are added to the reaction mixture to perform the second stage reaction.
第2段階に使用するホルムアルデヒド(2)および/または塩基(II)の使用量としては、使用するNBDとECRの合計量から、それぞれ所定の比率で求められた塩基(I)と(II)の合計量、およびホルムアルデヒド(1)と(2)の合計量を基準とし、第1段階の反応の時に添加した残りのホルムアルデヒド(2)および塩基(II)を使用する。ECRとホルムアルデヒド(2)および/または塩基(II)の添加方法は、それぞれを順番に、または、同時並行で、各々1〜300分かけて連続的に添加して反応させるが、同時並行の場合は何れかが先に添加終了となっても良い。 The amount of formaldehyde (2) and / or base (II) used in the second stage is the amount of base (I) and (II) determined at a predetermined ratio from the total amount of NBD and ECR used. Based on the total amount and the total amount of formaldehyde (1) and (2), the remaining formaldehyde (2) and base (II) added during the first stage reaction are used. As for the method of adding ECR and formaldehyde (2) and / or base (II), each of them is added in order or simultaneously in parallel, and continuously added over 1 to 300 minutes. Any of the above may be terminated first.
第2段階の反応温度は使用する塩基の種類にもよるが、0〜120℃が好ましく、より好ましくは、20〜120℃である。特に炭酸塩を塩基(II)に用いた場合は、反応にて生成した炭酸水素塩から炭酸塩への反応が十分に進行する温度を保つ必要があり、この温度は、60〜120℃が好ましく、より好ましくは80〜120℃である。この反応に於いても系内を所定の反応温度に保つため、窒素ガス等の不活性ガスで加圧する事が可能である。 The reaction temperature in the second stage depends on the type of base used, but is preferably 0 to 120 ° C, more preferably 20 to 120 ° C. In particular, when carbonate is used as the base (II), it is necessary to maintain a temperature at which the reaction from the hydrogen carbonate generated in the reaction to the carbonate sufficiently proceeds, and this temperature is preferably 60 to 120 ° C. More preferably, it is 80-120 degreeC. Even in this reaction, in order to keep the inside of the system at a predetermined reaction temperature, it is possible to pressurize with an inert gas such as nitrogen gas.
第2段階のECRとホルムアルデヒド(2)および/または塩基(II)の添加が終了した時点で、反応が不十分である場合には、更に加熱して反応を完結させる。この場合の反応温度は使用する塩基の種類にもよるが、0〜120℃が好ましく、より好ましくは、20〜120℃である。特に炭酸塩を塩基(II)に用いた場合は、反応にて生成した炭酸水素塩から炭酸塩への反応が十分に進行する温度を保つ必要があり、この温度は、60〜120℃が好ましく、より好ましくは80〜120℃である。この反応に於いても系内を所定の反応温度に保つため、窒素ガス等の不活性ガスで加圧する事が可能である If the reaction is insufficient when the addition of the second stage ECR and formaldehyde (2) and / or base (II) is completed, the reaction is completed by heating further. The reaction temperature in this case is preferably 0 to 120 ° C, more preferably 20 to 120 ° C, although it depends on the type of base used. In particular, when carbonate is used as the base (II), it is necessary to maintain a temperature at which the reaction from the hydrogen carbonate generated in the reaction to the carbonate sufficiently proceeds, and this temperature is preferably 60 to 120 ° C. More preferably, it is 80-120 degreeC. Even in this reaction, it is possible to pressurize with an inert gas such as nitrogen gas in order to keep the inside of the system at a predetermined reaction temperature.
第2段階のECRとホルムアルデヒド(2)および/または塩基(II)の添加が終了した後の加熱による反応完結に必要な時間は、1〜180分が好ましく、より好ましくは、30〜120分である。この範囲よりも長いと反応液が着色する可能性がある。 The time required for completion of the reaction by heating after the addition of ECR and formaldehyde (2) and / or base (II) in the second stage is preferably from 1 to 180 minutes, more preferably from 30 to 120 minutes. is there. If it is longer than this range, the reaction solution may be colored.
第2段階の反応終了後、未反応の原料ECRがある場合にはこれを回収する。この分離回収は、減圧、常圧または加圧条件での蒸留により容易に行える。ここで得られた留出液にはECRの他に水、メタノール等の成分を含むが、この留出液をそのまま、もしくは蒸留などで精製した後に次の反応に使用することも可能である。 After the completion of the second stage reaction, any unreacted raw material ECR is recovered. This separation and recovery can be easily performed by distillation under reduced pressure, normal pressure or pressurized conditions. The distillate obtained here contains components such as water and methanol in addition to ECR, but the distillate can be used in the next reaction as it is or after purification by distillation or the like.
<di-TMP単離>
第2段階の反応終了後の反応混合液からの目的のdi-TMPの単離精製は、TMP精製で一般的に行われている操作で精製でき、方法に特に制限は無いが、例えば、反応液を中和した後、原料のホルムアルデヒドを回収し、抽出を行った後、蒸留や晶析にて回収・精製する方法である。
<Di-TMP isolation>
Isolation and purification of the target di-TMP from the reaction mixture after completion of the second stage reaction can be carried out by operations generally performed in TMP purification, and the method is not particularly limited. After neutralizing the liquid, the raw material formaldehyde is recovered, extracted, and then recovered and purified by distillation or crystallization.
本発明の第1段階と第2段階およびdi-TMP単離の全ての反応や操作は、それぞれの反応や操作ごとに専用に設けられた装置にて行っても、またこれ等の反応、操作に対応できる一つまたは複数の装置にて行っても良い。 All the reactions and operations of the first and second steps and di-TMP isolation of the present invention may be carried out in a dedicated apparatus for each reaction or operation. It may be performed by one or a plurality of apparatuses that can cope with the above.
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、もちろん本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。本実施例で使用する原料は市販で購入できる試薬等を用いた。ホルムアルデヒド水溶液は三菱ガス化学(株)品、NBDはAldrich社製試薬特級品、炭酸ナトリウムは和光純薬(株)特級品、純度78%ECRはTMP製造で副生するECR回収品で、その組成は水が13%、メタノールが6%、メタノール以外の有機成分が3%、ECRが78%の回収品を使用した。また、分析はガスクロマトグラフィー(GC)を用い、サンプルおよび内部標準試料をアセトン溶媒で希釈して行った。
[ガスクロマトグラフィー分析条件]
装置: HP-5890(アジレント・テクノロジー株式会社製)
使用カラム: DB-1(アジレント・テクノロジー株式会社製)
分析条件: Injection Temp 250℃、
Detector Temp 250℃
カラム温度:60℃、6分保持→7℃/分で250℃まで昇温→250℃、20分保持
検出器: 水素炎イオン化検出器(FID)
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, of course, this invention is not limited by these Examples. The raw material used in this example was a commercially available reagent. Formaldehyde aqueous solution is a product of Mitsubishi Gas Chemical Co., Ltd., NBD is a special grade product of Aldrich, sodium carbonate is a special grade product of Wako Pure Chemical Industries, Ltd. Used a recovered product of 13% water, 6% methanol, 3% organic components other than methanol, and 78% ECR. The analysis was performed using gas chromatography (GC) by diluting the sample and the internal standard sample with an acetone solvent.
[Gas chromatography analysis conditions]
Equipment: HP-5890 (manufactured by Agilent Technologies)
Column used: DB-1 (manufactured by Agilent Technologies)
Analysis conditions: Injection Temp 250 ° C.
Detector Temp 250 ° C
Column temperature: 60 ° C., hold for 6 minutes → heat up to 250 ° C. at 7 ° C./minute→250° C., hold for 20 minutes Detector: Hydrogen flame ionization detector (FID)
実施例(ECR添加、ホルムアルデヒドの分割添加、塩基一括添加での合成例)
第1段階:還流冷却器、温度計、滴下ロート2つを備えた1000mlの4つ口フラスコに、40質量%ホルムアルデヒド(1)水溶液181g(ホルムアルデヒドとして2.4モル、ホルムアルデヒドの全使用量の79%に相当)を仕込み、74℃まで加熱した。その後、徐々に94℃まで加熱しながら、純度99.9%のNBD54g(0.75モル)及び21質量%炭酸ナトリウム(I)水溶液263g(炭酸ナトリウムとして0.53モル=1.06当量、全使用塩基の100%に相当)全量を、滴下ロート2つを使用し、それぞれ、25分で添加し、94℃で60分間、加熱保持し反応混合物を得た。
第2段階:前記反応混合物に、純度78%ECR21g(ECRとして0.2モル)及び18質量%ホルムアルデヒド(2)水溶液103g(ホルムアルデヒドとして0.62モル、ホルムアルデヒドの全使用量の21%に相当)を、滴下ロート2つで、前記反応混合液の温度を98℃に保持しながら、それぞれ、48分、90分で前記反応混合液に添加した。滴下終了後、更に100℃で60分間、加熱保持し反応させた後、反応混合液のGC分析によって、TMPが74g、di−TMPが27g、bis−TMPが3gと算出された。原料のNBD基準での、それぞれの収率は、TMPが74.0%、di-TMPが28.8%、bis-TMPが2.9%であった。また、ECRとNBDの合計を基準としたそれぞれの収率は、TMPが58.4%、di-TMPが22.8%、bis-TMPが2.3%であった。
Example (Synthesis example with addition of ECR, split addition of formaldehyde, batch addition of base)
First stage: To a 1000 ml four-necked flask equipped with a reflux condenser, a thermometer, and two dropping funnels, 181 g of a 40% by weight aqueous formaldehyde (1) solution (2.4 mol as formaldehyde, 79 of the total amount of formaldehyde used) %) And heated to 74 ° C. Thereafter, while gradually heating to 94 ° C., 54 g (0.75 mol) of NBD having a purity of 99.9% and 263 g of a 21 mass% sodium carbonate (I) aqueous solution (0.53 mol = 1.06 equivalents as sodium carbonate, total The total amount (corresponding to 100% of the base used) was added in 25 minutes using two dropping funnels, and heated and held at 94 ° C. for 60 minutes to obtain a reaction mixture.
Second stage: In the reaction mixture, purity of 78% ECR 21 g (0.2 mol as ECR) and 103 g of 18 wt% formaldehyde (2) aqueous solution (0.62 mol as formaldehyde, corresponding to 21% of the total use amount of formaldehyde) Were added to the reaction mixture in 48 minutes and 90 minutes, respectively, while maintaining the temperature of the reaction mixture at 98 ° C. with two dropping funnels. After completion of the dropwise addition, the mixture was further heated and held at 100 ° C. for 60 minutes, and then the reaction mixture was analyzed by GC analysis to calculate TMP as 74 g, di-TMP as 27 g, and bis-TMP as 3 g. The yield of each raw material based on NBD was 74.0% for TMP, 28.8% for di-TMP, and 2.9% for bis-TMP. The yield based on the total of ECR and NBD was 58.4% for TMP, 22.8% for di-TMP, and 2.3% for bis-TMP.
比較例(従来の製造方法:ECR添加なし、ホルムアルデヒドと塩基を一括添加)
還流冷却器、温度計、滴下ロート2つを備えた1000mlの4つ口フラスコに、32質量%ホルムアルデヒド水溶液297g(ホルムアルデヒドとして3.2モル)全量を仕込み、73℃まで加熱した。その後、徐々に89℃まで加熱しながら、滴下ロートから純度99.9%のNBD72g(1.0モル)及び21質量%炭酸ナトリウム水溶液264g(炭酸ナトリウムとして0.53モル=1.06当量)の全量を、それぞれ、184分、25分で添加した。添加終了後、89℃で180分間、加熱保持し反応混合物を得た。得られた反応混合液のGC分析によって、TMPが90.8g、di−TMPが3.9g、bis−TMPが2.2gと算出された。原料のNBD基準での、それぞれの収率はTMPが67.7%、di-TMPが3.1%、bis−TMPが1.6%であった。
Comparative example (conventional production method: no ECR added, formaldehyde and base added together)
In a 1000 ml four-necked flask equipped with a reflux condenser, a thermometer, and two dropping funnels, a total amount of 297 g of a 32 mass% aqueous formaldehyde solution (3.2 mol as formaldehyde) was charged and heated to 73 ° C. Thereafter, while gradually heating to 89 ° C., 72 g (1.0 mol) of NBD having a purity of 99.9% and 264 g of 21 mass% sodium carbonate aqueous solution (0.53 mol = 1.06 equivalents as sodium carbonate) were added from the dropping funnel. All amounts were added at 184 minutes and 25 minutes, respectively. After completion of the addition, the mixture was heated at 89 ° C. for 180 minutes to obtain a reaction mixture. By GC analysis of the obtained reaction mixture, it was calculated that TMP was 90.8 g, di-TMP was 3.9 g, and bis-TMP was 2.2 g. The yield of each raw material based on NBD was 67.7% for TMP, 3.1% for di-TMP, and 1.6% for bis-TMP.
高純度のdi−TMPはポリアクリレート、ポリエーテルポリオール、ポリウレタン、アルキッド樹脂、合成潤滑油等の原料として有効に用いられる。本発明の方法により、di−TMPが効率よく得られる。 High-purity di-TMP is effectively used as a raw material for polyacrylates, polyether polyols, polyurethanes, alkyd resins, synthetic lubricating oils and the like. By the method of the present invention, di-TMP can be obtained efficiently.
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