JP2010001250A - ｐ−フェニレンビス（トリメリット酸モノエステル酸無水物）の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より経済的に効率よく、高純度のＴＭＨＱを製造する方法を提供する。
【解決手段】無水トリメリット酸クロリドを塩基の存在下、ヒドロキノンと反応させてｐ−フェニレンビス（トリメリット酸モノエステル酸無水物）を製造する方法において、反応溶媒にアセトニトリルを使用する。このため、副生する塩酸塩を除去するための水洗操作が不要となり、加水分解物を元に戻すための処理操作も不要となる。したがって、高純度化を阻害する不純物が生成しない。
【選択図】なし

Description

本発明は、無水トリメリット酸を酸クロリド化反応して得られる無水トリメリット酸クロリドをヒドロキノンと反応させて、ポリイミド樹脂等の原料として有用なｐ−フェニレンビス（トリメリット酸モノエステル酸無水物）を効率よく製造する方法に関する。

従来、ｐ−フェニレンビス（トリメリット酸モノエステル酸無水物）の製造方法として、ヒドロキノンを無水酢酸でジアセチル化したのちこれを無水トリメリット酸と２５０〜３００℃で反応しエステル交換してｐ−フェニレンビス（トリメリット酸モノエステル酸無水物）（以下、「ＴＭＨＱ」と略称することがある。）を製造する方法が提案されている（非特許文献１、特許文献１）。また、無水トリメリット酸および脂肪族ジオール類を２１０〜２３０℃で脱水エステル化して無水トリメリット酸エステル類を製造する方法も提案されている（特許文献２）。しかし熱的に安定でないジオール類をこのような高温にさらすのは得策ではなく、高純度のＴＭＨＱを製造する方法として工業的に採用するのは難しい。

一方、上記のような高温にさらすことなくトリメリット酸エステル無水物を製造する方法として、無水トリメリット酸クロリドとジオール類とを原料として脱塩酸する方法が提案されている。

例えば特許文献３には、無水トリメリット酸クロリドおよびビスフェノールＡを原料として２，２−ビス（トリメリットキシフェニル）プロパンを製造する方法が開示されている。この方法では、溶媒としてテトラヒドロフラン（以下、「ＴＨＦ」と略称する。）を用い、塩酸捕捉剤としてピリジンを添加して脱塩酸することで２，２−ビス（トリメリットキシフェニル）プロパンを合成し、反応後副生するピリジン塩酸塩を濾過して除去後、ＴＨＦを留去して得られた生成物を無水酢酸で再結晶してＴＭＨＱを製造している。しかしながら、この方法で無水トリメリット酸クロリドとヒドロキノンを反応させてＴＭＨＱを製造すると、溶液中にはＴＭＨＱのみならず、ピリジンを含む物質も残留してしまう。このため、当該文献の実施例に記載されるように無水酢酸で再結晶する必要があるが、この方法では副生物は適切に除去されず、製品純度は高まらない。

また、特許文献４では無水トリメリット酸クロリドおよびヒドロキノンを原料としてＴＭＨＱを製造している。この方法では、溶媒としてトルエンを用い、塩酸捕捉剤としてピリジンを使用し還流下で反応後、濾過して固形物を分離し、水洗したのち乾燥して粗製物を得ている。ついでこの粗製物を無水酢酸で加熱処理した後、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（以下、「ＤＭＦ」と略称する。）で再結晶してＴＭＨＱを製造している。しかしながら、この製造方法では、反応において副生するピリジン塩酸塩はＴＭＨＱとともに反応液中に析出するため、固形物を水洗してピリジン塩酸塩のみを除去する必要がある。このため、生成したＴＭＨＱの一部が加水分解してしまう。この加水分解物を元に戻すためには無水酢酸による加熱処理が必要となり、合理的な方法とは言いがたい。

特許文献５には、アセトニトリルを溶媒として、ピリジンを添加し、３，５，６−トリクロロ−４−クロロホルミルフタル酸無水物をヒドロキノンと反応させて３，５，６−トリクロロ−４−クロロホルミルフタル酸無水物ヒドロキノンを製造する方法が提案されている。この方法では、−１８℃で反応を行わせ、生成物を濾過して分離し、クロロホルムで数回洗浄後乾燥して、光通信用モノマーとしての３，５，６−トリクロロ−４−クロロホルミルフタル酸無水物ヒドロキノンを製造している。しかし、当該文献は、この方法による生成物の純度が記載されていないため、生産性に優れた方法であるか否かは不明である。また、洗浄に環境負荷の大きなクロロホルムを使用すること、反応温度が−１８℃であること等、実用的ではなく工業的に満足できる製法ではない。

ここで、ＴＭＨＱ等の酸二無水物は、空気中の水分によって加水分解する場合があるため、加水分解を抑制すべく、あるいは加水分解物を元に戻すべく、無水酢酸で再結晶する方法や無水酢酸と酢酸等の混合液で再結晶する方法が提案されている（特許文献３、非特許文献２）。これらは、より合理的な方法ではあるが製造工程は煩雑で、且つ高純度品を製造することは難しい。
特開平１１−１９９５７８号公報 特公昭５２−４６９４０号公報 特許第２６０５４５３号公報 特開平１０−７０１５７号公報 特許第３４９００１０号公報 Journal of Polymer Science :Part A:Polymer Chemistry,Vol.37(1999)211-218 Pure Appl.Chem.,A39(8)(2002)815-824

本発明の目的は、より経済的に効率よく、高純度のＴＭＨＱを製造する方法を提供することにある。

本発明者らは、無水トリメリット酸クロリドをヒドロキノンと反応させてｐ−フェニレンビス（トリメリット酸モノエステル酸無水物）を製造する方法において、これまでに多く提案されている製造方法における煩雑な操作、すなわち副生するピリジン塩酸塩を水洗して除去する操作、および水洗のために生成する加水分解物の処理操作を必要としない簡便な方法を鋭意検討した。

また、ＴＭＨＱは加水分解しやすいため、これを防止するための精製法として合理的と考えられる無水酢酸による再結晶方法や無水酢酸と酢酸等との混合液による再結晶方法では高純度化できない原因を調査した。

その結果、ＴＭＨＱは無水酢酸中で容易に加溶媒分解して、溶媒洗浄や再結晶等の精製法で除去できない不純物として、以下の式（１）で示される構造のアセトキシフェニルトリメリット酸エステルを生成することを見出した。すなわち、従来合理的と考えられていた無水酢酸を主体とする溶媒を用いた再結晶方法では当該エステルが生成するため、高純度化を実現することは本質的に不可能であるとの新たな知見を得た。

なお、この不純物はＬＣＭＳ分析結果に基づき同定した。
上記の不純物であるエステルを生成させないためには、無水酢酸を主体とする溶媒を反応後使用してはならないのであり、そうすると、反応により得られた濾過物を水洗してピリジン塩酸塩を溶解させる操作を避ける必要がある。したがって、反応溶媒には、ＴＭＨＱを溶解させにくく、かつピリジン塩酸塩を溶解しやすいものが求められることになる。

この観点で検討したところ、無水トリメリット酸クロリドをヒドロキノンと反応させる際の溶媒にアセトニトリルを使用することで、上記課題を解決することができ、特別な精製操作（水洗、無水酢酸を主体とする溶媒による加熱）をすることなく、高純度ＴＭＨＱが製造できることを見出した。

以上の知見に基づき完成された本発明は、無水トリメリット酸クロリドを塩基の存在下、ヒドロキノンと反応させてｐ−フェニレンビス（トリメリット酸モノエステル酸無水物）を製造する方法において、反応溶媒にアセトニトリルを使用することを特徴とするｐ−フェニレンビス（トリメリット酸モノエステル酸無水物）の製造方法である。

上記の製造方法における好ましい態様は次のとおりである。
塩基がピリジンである。
無水トリメリット酸クロリドとヒドロキノンとの反応は、反応容器中の無水トリメリット酸クロリドのアセトニトリル溶液中に、系内温度を１０〜４０℃に維持しつつヒドロキノンのアセトニトリル溶液を滴下し、この滴下終了後、系内温度を１５〜４０℃に保持することで行われる。

本発明によれば、水洗操作を行うことなく副生する塩酸塩は除去されるため、加水分解物を元に戻すための処理操作（例えば無水酢酸を主成分とする溶媒中での加熱操作）を必要としない。このため、上記式（１）に示す精製で除去しにくい不純物が生成せず、工業的に有利にＴＭＨＱを製造することが実現される。

以下、本発明に係るｐ−フェニレンビス（トリメリット酸モノエステル酸無水物）（ＴＭＨＱ）の製造方法について詳細に説明する。
本発明においては、無水トリメリット酸クロリドをヒドロキノンと反応させてＴＭＨＱを製造する方法において、反応溶媒としてアセトニトリルを使用する。

アセトニトリルの使用量は、無水トリメリット酸クロリドおよびヒドロキノンを溶解し得る量で有れば良い。無水トリメリット酸クロリドを溶解するのに使用するアセトニトリル量は、通常、無水トリメリット酸クロリド仕込み重量の１．０〜３．０倍、好ましくは１．５〜２．０倍である。また、ヒドロキノンを溶解するのに使用するアセトニトリル量は、通常、ヒドロキノン仕込み重量の７．０〜１２．０倍、好ましくは９．０〜１０．０倍である。

アセトニトリルの使用量がこの範囲よりも少ないと反応で副生する塩酸塩が溶解しにくくなるため製品品質が低下することが懸念される。逆にその使用量がこの範囲よりも多ければ経済的に不利となる。塩酸捕捉剤として使用する塩基は従来公知の塩基であって塩酸塩がアセトニトリルに溶解するものであれば良く、ピリジンが特に好ましい。塩基はヒドロキノンのアセトニトリル溶液中に混合すればよい。

なお、無水トリメリット酸クロリドのヒドロキノンに対する比率は、モル比として、２．０〜２．４とすることが好ましい。また、塩基の無水トリメリット酸クロリドに対する比率は、モル比として、１．０〜１．２とすることが好ましい。

溶解した無水トリメリット酸クロリドのアセトニトリル溶液中にヒドロキノンのアセトニトリル溶液を滴下することで反応を開始させるが、滴下時は系内の温度を１０〜４０℃、好ましくは１５〜２５℃にすることが好ましい。滴下時間に制約はなく、所定温度を保時できる滴下速度でよい。

滴下終了後は、系内の温度を１５〜４０℃、好ましくは２０〜３０℃で１〜１０時間反応させる。
反応終了後、生成したＴＭＨＱの固形物を濾過して回収する。副生した塩酸塩、好ましい態様ではピリジン塩酸塩はアセトニトリルに溶解するため、反応液を濾過するのみでＴＭＨＱから除去される。

次に、この固形物を有機溶媒に加温して溶解する。有機溶媒としてはＴＭＨＱを可溶媒分解させないものであれば特に制限されず、ＤＭＦもしくはＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミドまたはそれらの任意の混合液を用いることが好ましい。使用する有機溶媒量はＴＭＨＱ固形物の２．５〜５．０重量倍、好ましくは３．０〜４．０重量倍である。

ここで、一般的に、これらの有機溶媒は、工業レベルで入手可能なものの場合には、少量の水分を含有していることが多く、この水分によって少量の加水分解物が生成する可能性がある。しかしながら、少量の加水分解物であれば再結晶時に濾液に移って除去できるため製品品質には影響しない。むしろ、収率を高める観点のみから脱水品を使用すると、経済的に不利となる場合もある。したがって、工業レベルで入手される有機溶媒を使用しつつ、これらの有機溶媒中に脱水剤として無水酢酸を１重量％程度添加したものを使用することが好ましい。この程度であれば、上記式（１）に示される副生成物が生成しても、純度に与える影響は軽微であり、収率と純度とを高いレベルで両立することが実現される。

有機溶媒によるＴＭＨＱの溶解温度は６０〜１１０℃、好ましくは７０〜８５℃である。温度が高い場合には着色が懸念される。一方、温度が低いと溶解しにくくなるため、良好な精製効果を得ることが困難となる。

有機溶媒にＴＭＨＱを溶解させたら、その溶液を冷却してＴＭＨＱを晶析させる。冷却する温度は−１０〜３０℃、好ましくは５〜２５℃である。温度が低すぎると結晶の移送が困難となりハンドリング上好ましくない。温度が高すぎると製品収率が低下して経済的に不利である。

析出した固形物を濾過してＴＭＨＱを分離する。分離したＴＭＨＱの固形物は有機溶媒で洗浄する。この洗浄のための有機溶媒としては、脂肪族ケトン類、エーテル類、芳香族炭化水素類が使用される。例えば、脂肪族ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等、エーテル類としては、テトラヒドロフラン、メチルイソブチルエーテル、メチルイソプロピルエーテル等、芳香族炭化水素類としてはベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等が挙げられる。

この洗浄したＴＭＨＱを８０℃で２４時間程度減圧乾燥することで、高純度ＴＭＨＱが製造される。

以下に実施例、比較例等によって本発明をより具体的に説明をするが、これらの例により本発明は何ら制限されるものではない。

なお、以下の実施例等において濃度は面積％を示し、収率はモル％を示す。また、分析は試料を無水メタノールに加温溶解し、高速液体クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）によって下記条件で行った。
カラム：ジーエルサイエンス（株）製 Ｉｎｔｅｒｔｓｉｌ ＯＤＳ−８０Ａ
長さ２５０ｍｍ、内径４．２ｍｍ
移動相：アセトニトリル／０．１％リン酸水
（混合容積比１：１を開始から２０分経過時に０：１とするグラジェント）
検出器：ＵＶ（２５４ｎｍ）

（参考例）
還流冷却器、温度測定管および電磁攪拌機を備えた２Ｌのガラス製反応容器に、窒素雰囲気下、無水トリメリット酸３００ｇ（１．５６ｍｏｌ）、トルエン５５０ｇおよびＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド０．５ｇを仕込んだ。内温を８０℃に昇温したのち、塩化チオニル２０４．３ｇ（１．７１ｍｏｌ）を３０分間かけて添加した。その後、この温度で９時間反応させた。反応後、残存する塩化チオニルおよび溶媒のトルエンをエバポレーターで留去し、純度９５％の無水トリメリット酸クロライドを３７５ｇ得た。

（実施例１）
参考例で得た無水トリメリット酸クロライド１２５ｇとアセトニトリル１９３ｇ（無水トリメリット酸クロライドの１．５重量倍）とを還流冷却器、温度測定管および電磁攪拌機を備えた１Ｌのガラス製反応容器に、窒素雰囲気下仕込み、溶解して内温を１５℃に冷却した。ついで、ヒドロキノン２９．９ｇ（０．２７ｍｏｌ）をアセトニトリル２９０ｇ（ヒドロキノンの９.７重量倍）に溶解し、さらにピリジン４５ｇ（０．５７ｍｏｌ）を添加した溶液を、滴下ロートにより内温を１５℃に保ちながら、１時間かけて反応容器内のアセトニトリル溶液に滴下した。滴下終了後、内温１５℃〜２５℃で５時間攪拌して得られた反応液中の固体生成物を濾取し、この固形物を３０ｇのアセトニトリルで洗浄して白色固体を得た。この白色固体をＨＰＬＣで分析した結果、ｐ−フェニレンビス（トリメリット酸モノエステル酸無水物）（ＴＭＨＱ）は９６．２％、ピリジン２．４％であった。

この白色固体を、無水酢酸３．１ｇを含有するＤＭＦ５５６ｇに加熱溶解（８０℃）したのち再結晶し、析出した結晶を濾過して、アセトン２００ｇで洗浄した。洗浄した結晶を５ｍｍＨｇの減圧下、８０℃で２４時間乾燥し、純度９９．８％、ピリジン０％、上記式（１）で示す不純物がＨＰＬＣレベルでは検出されない白色のＴＭＨＱ７９ｇを得た。無水トリメリット酸基準の収率は６６％であった。

（比較例１）
参考例で得た無水トリメリット酸クロライド１２５ｇとトルエン２１４ｇとを還流冷却器、温度測定管および電磁攪拌機を備えた１Ｌのガラス製反応容器に、窒素雰囲気下仕込み、溶解して内温を８０℃に昇温した。ついで、ヒドロキノン３１．８ｇ（０．２９ｍｏｌ）をトルエン２５５ｇに溶解し、さらにピリジン４５ｇを添加した溶液を、滴下ロートにより内温８０℃を保ちながら２．５時間かけて反応容器内のトルエン溶液に滴下した。滴下終了後、内温１１０℃で２時間攪拌した。反応液は室温まで冷却して、析出した固形物を濾取した。この固形物は、ＴＭＨＱを５３．２％、ピリジンを３８．７％含有していた。この固形物を水７３５ｇの中に入れ、０．５時間攪拌したのち濾別した。得られた固形物を再度水７３５ｇの中に入れ、同様に０．５時間攪拌したのち濾別した。この二度の水洗により得られた固形物を５ｍｍＨｇの減圧下、８０℃で１６時間乾燥して、１３５ｇを得た。

２Ｌ反応容器にこの固形物および無水酢酸２９５ｇを入れ、還流下で２時間攪拌して溶解後、室温まで冷却して析出した結晶を濾取した。その後、得られた結晶をＤＭＦ４６０ｇで加熱溶解（８０℃）し、室温まで冷却して再結晶を行った。析出した結晶を濾別し、得られた結晶をトルエン２００ｇで洗浄して８０℃で２４時間乾燥した。こうして、純度９９．４％、ピリジン０％、上記式（１）で示す不純物０．４％を含有する、淡黄色味のある白色ＴＭＨＱ５７ｇを得た。無水トリメリット酸基準の収率は４８％であった。

特許文献４を追試した比較例では、副生したピリジン塩酸塩を含有する固形物（ピリジン濃度で３８．７％）を水洗して該塩酸塩を除いたため、この過程で生成した加水分解物を元に戻すために無水酢酸による加熱処理を行った。このため上記式（１）で示す不純物が生成し、精製後のＴＭＨＱにも残存した。

Claims (3)

1. 無水トリメリット酸クロリドを塩基の存在下、ヒドロキノンと反応させてｐ−フェニレンビス（トリメリット酸モノエステル酸無水物）を製造する方法において、反応溶媒にアセトニトリルを使用することを特徴とするｐ−フェニレンビス（トリメリット酸モノエステル酸無水物）の製造方法。
2. 前記塩基がピリジンである請求項１記載の製造方法。
3. 無水トリメリット酸クロリドとヒドロキノンとの反応は、反応容器中の無水トリメリット酸クロリドのアセトニトリル溶液中に、系内温度を１０〜４０℃に維持しつつヒドロキノンのアセトニトリル溶液を滴下し、当該滴下終了後、系内温度を１５〜４０℃に保持することで行われる請求項１または２に記載の製造方法。