JP2013142073A

JP2013142073A - 含硫エポキシ化合物及びその製造方法

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Publication number: JP2013142073A
Application number: JP2012003185A
Authority: JP
Inventors: Mineki Kubo; 峰樹久寳; Yutaka Horikoshi; 裕堀越
Original assignee: Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Current assignee: Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Priority date: 2012-01-11
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2013-07-22
Also published as: CN103204831B; CN103204831A; KR20130082456A; KR101957528B1

Abstract

【課題】室温での保管時に白濁の発生しない安定した含硫エポキシ化合物、およびその製造方法の提供。
【解決手段】窒素雰囲気下、２５℃でガラス瓶に３０日間保管した後の３０質量％メタノール溶液とした際の濁度値が１０ｐｐｍ以下である下式で表わされる含硫エポキシ化合物、および原料として３０質量％メタノール溶液とした際の濁度値が１．０ｐｐｍ以下であるエピクロロヒドリンと、硫化水素もしくはポリチオール化合物とを用いる含硫エポキシ化合物の製造方法。

（式中、ｍは０〜４の整数、ｎは０または１の整数を表す。）
【選択図】なし

Description

本発明は、含硫エポキシ化合物及びその製造方法に関わる。中でもプラスチックレンズ、プリズム、光ファイバー、情報記録基盤、フィルター等の光学材料、中でもプラスチックレンズに好適に使用されるエピスルフィドの化合物の原料となる含硫エポキシ化合物及びその製造方法に関わる。

プラスチック材料は軽量かつ靭性に富み、また染色が容易であることから、各種光学材料、特に眼鏡レンズに近年多用されている。光学材料、中でも眼鏡レンズに特に要求される性能は、物理的性質としては、低比重、高透明性及び低黄色度、高耐熱性、高強度等であり、光学性能としては高屈折率と高アッベ数である。高屈折率はレンズの薄肉化を可能とし、高アッベ数はレンズの色収差を低減するが、屈折率が上昇するほどアッベ数は低くなるため、両者を同時に向上させる検討が実施されている。これらの検討の中で最も代表的な方法は、特許文献１〜３に示されるエピスルフィド化合物を使用する方法である。
これらのエピスルフィド化合物は、エピチオ部分の硫黄原子が酸素原子である含硫エポキシ化合物を製造したのち、チア化して得られる。含硫エポキシ化合物の製造方法については、特許文献４、５に示される製法が提案されており、収率向上やチア化して得られるエピスルフィド化合物を硬化して得られる樹脂の透明性の改善がされている。
含硫エポキシ化合物にチア化剤を反応させてエピスルフィド化合物を得る手法としては、特許文献６に示されるチオシアン酸塩を用いる手法や、特許文献７に示されるチオ尿素を用いる手法が提案されている。
一方、エピスルフィド化合物は自己重合性の化合物のため、保存については特許文献８に示される方法が提案されているが、その場合でも２０℃以下にすることが必要であった。より好ましい保存温度は１０℃以下であることから、保管のためには冷蔵設備が必要であり、コストがかかる問題があった。前段の含硫エポキシ化合物の状態で室温保管が可能となれば、低コストで効率的な生産が可能である。
しかしながら、従来の含硫エポキシ化合物は室温での長期保管時に白濁が発生した。白濁の発生はチア化して得られるエピスルフィド化合物を硬化して得られる樹脂の透明性の低下となる。したがって、室温での長期保管時に白濁の発生しない安定した含硫エポキシ化合物及びその製造方法の開発が望まれていた。

特開平９−７１５８０号公報特開平９−１１０９７９号公報特開平９−２５５７８１号公報特開２０００−１４３６５１号公報特開２００３−４８８８３号公報特開２０００−１８６０８６号公報特開２０００−１８６０８７号公報特開２０００−３２７６７７号公報

本発明が解決しようとする課題は、室温での長期保管時に白濁の発生しない安定した含硫エポキシ化合物及びその製造方法を提供することにある。

本発明者らは、このような状況に鑑み、鋭意研究を重ねた結果、原料として３０質量％メタノール溶液とした際の濁度値が１．０ｐｐｍ以下であるエピクロロヒドリンと、硫化水素もしくはポリチオール化合物を用いて製造した含硫エポキシ化合物が、室温での長期保管時に白濁の発生しない安定した含硫エポキシ化合物となることを見出した。すなわち、本願発明は下記のとおりである。
１．窒素雰囲気下、２５℃でガラス瓶に３０日間保管した後の３０質量％メタノール溶液とした際の濁度値が１０ｐｐｍ以下である下記一般式（１）で表わされる含硫エポキシ化合物。
（１）
（ただし、ｍは０〜４の整数、ｎは０または１の整数を表す）
２．一般式（１）で表わされる含硫エポキシ化合物が、式（２）で表わされる化合物である１．記載の含硫エポキシ化合物。
（２）
３．一般式（１）で表わされる含硫エポキシ化合物が、式（３）で表わされる化合物である１．記載の含硫エポキシ化合物。
（３）
４．１．記載の含硫エポキシ化合物の製造方法であって、原料として３０質量％メタノール溶液とした際の濁度値が１．０ｐｐｍ以下であるエピクロロヒドリンと、硫化水素もしくはポリチオール化合物を用いることを特徴とする含硫エポキシ化合物の製造方法。
５．エピクロロヒドリンと、硫化水素もしくはポリチオール化合物を反応させてクロロ基、アルコール性水酸基およびスルフィド結合を有する化合物を得た後、塩基性化合物を反応させることによりエポキシ基を形成する４．記載の含硫エポキシ化合物の製造方法。
６．エピクロロヒドリンと、硫化水素もしくはポリチオール化合物を反応させてクロロ基、アルコール性水酸基およびチオール基を有する化合物を得た後、チオール基同士をハロゲンおよび塩基性化合物を用いて分子間反応でジスルフィド結合とし、その後塩基性化合物を反応させることによりエポキシ基を形成する４．記載の含硫エポキシ化合物の製造方法。
７．原料として硫化水素を用いることを特徴とする４〜６．のいずれかに記載の含硫エポキシ化合物の製造方法。
８．２．記載の含硫エポキシ化合物の製造方法である５．記載の含硫エポキシ化合物の製造方法。
９．３．記載の含硫エポキシ化合物の製造方法である６．記載の含硫エポキシ化合物の製造方法。

本発明の製造方法により、従来技術の製造方法では得られなかった室温での長期保管時に白濁の発生しない安定した含硫エポキシ化合物を得ることが可能となった。本発明の含硫エポキシ化合物から得られる光学材料として有用なエピスルフィド化合物は自己重合性で長期保存が困難であるので、含硫エポキシ化合物の段階で室温で長期保管可能となることは非常に有意義である。

本願発明は、前記一般式（１）で表わされる含硫エポキシ化合物であり、窒素雰囲気下、２５℃でガラス瓶に３０日間保管した後の３０質量％メタノール溶液とした際の濁度値が１０ｐｐｍ以下であることを特徴とする。
前記一般式（１）で表わされる含硫エポキシ化合物の具体例としては、ビス（β−エポキシプロピル）スルフィド、ビス（β−エポキシプロピル）ジスルフィド、ビス（β−エポキシプロピルチオ）メタン、１，２−ビス（β−エポキシプロピルチオ）エタン、１，３−ビス（β−エポキシプロピルチオ）プロパン、１，４−ビス（β−エポキシプロピルチオ）ブタン、ビス（β−エポキシプロピルチオエチル）スルフィドが挙げられる。特に好ましい化合物は、ビス（β−エポキシプロピル）スルフィド（前記式（２）で表わされる化合物、（１）式でｎ＝０）、ビス（β−エポキシプロピル）ジスルフィド（前記式（３）で表わされる化合物、（１）式でｍ＝０、ｎ＝１）であり、最も好ましい化合物は、ビス（β−エポキシプロピル）スルフィド（前記式（２）で表わされる化合物、（１）式でｎ＝０）である。

さらに本願発明は、窒素雰囲気下、２５℃でガラス瓶に３０日間保管した後の３０質量％メタノール溶液とした際の濁度値が１０ｐｐｍ以下である前記一般式（１）で表わされる含硫エポキシ化合物の製造方法である。
本願発明の含硫エポキシ化合物の製造方法は、原料として３０質量％メタノール溶液とした際の濁度値が１．０ｐｐｍ以下であるエピクロロヒドリンと、硫化水素もしくはポリチオール化合物を用いることを特徴とする。

本発明に用いるエピクロロヒドリンは、含硫エポキシ化合物を製造する際の主原料となる。本発明の製造方法においては、濁度値が低いエピクロヒドリンを用いる。濁度はカオリン標準液を標準とし濁度計を用いて測定する。これら測定を行い、濁度値が１．０ｐｐｍ以下であるエピクロロヒドリンが用いられる。好ましくは濁度値が０．５ｐｐｍ以下、より好ましくは濁度値が０．３ｐｐｍ以下、最も好ましくは濁度値が０．１ｐｐｍ以下である。
濁度値が１．０ｐｐｍを超えた場合、得られた含硫エポキシ化合物の安定性が低下し、白濁が短期間で発生する。そのため、室温での長期保管が困難となり、効率的な生産が困難となる。

本発明では、硫化水素またはポリチオール化合物を用いる。ポリチオール化合物は前記一般式（１）で表わされる含硫エポキシ化合物を得ることができるすべての化合物を包含するが、具体的にはメタンジチオール、１，２−ジメルカプトエタン、１，３−ジメルカプトプロパン、１，４−ジメルカプトブタンを挙げることができる。

以上の中で好ましい化合物の具体例としては、硫化水素、１，２−ジメルカプトエタンが挙げられる。最も好ましい化合物は硫化水素である。

エピクロロヒドリンと、硫化水素もしくはポリチオール化合物を反応させる際、好ましくは触媒を使用する。触媒は無機酸、有機酸、ルイス酸、ケイ酸、ホウ酸、第４級アンモニウム塩、無機塩基、有機塩基が挙げられる。好ましくは有機酸、第４級アンモニウム塩、無機塩基、であり、より好ましくは第４級アンモニウム塩、無機塩基である。具体例としては、テトラメチルアンモニウムクロライド、テトラメチルアンモニウムブロマイド、テトラメチルアンモニウムアセテート、テトラエチルアンモニウムクロライド、テトラエチルアンモニウムブロマイド、テトラエチルアンモニウムアセテート、テトラブチルアンモニウムクロライド、テトラブチルアンモニウムブロマイド、テトラブチルアンモニウムアセテート、テトラヘキシルアンモニウムクロライド、テトラヘキシルアンモニウムブロマイド、テトラヘキシルアンモニウムアセテート、テトラオクチルアンモニウムクロライド、テトラオクチルアンモニウムブロマイド、テトラオクチルアンモニウムアセテート、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムが挙げられる。中でも好ましくは水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムである。

触媒の添加量は、反応を進行させるためであれば特に制限はないが、好ましくはエピクロロヒドリン１モルに対し、０．００００１〜０．５モル、より好ましくは０．００１〜０．１モル使用する。０．００００１モル未満では反応が進行しないか遅くなりすぎで好ましくなく、０．５モルを超えると反応が進行しすぎて制御が困難となり好ましくない。
エピクロロヒドリンと、硫化水素もしくはポリチオール化合物の割合は、反応が進行するのであれば特に制限はないが、好ましくはポリチオール化合物のチオール基（ＳＨ基）または硫化水素のＨに対するエピクロロヒドリンのモル比は０．３〜４、より好ましくは０．４〜３、更に好ましくは０．５〜２である。０．３未満もしくは４を超えた場合では未反応の原材料の余剰が多くなり、経済的に好ましくない。
反応温度は、反応を進行させるためであれば特に制限はないが、好ましくは−１０℃〜１００℃、より好ましくは０℃〜８０℃、更に好ましくは０℃〜６０℃、最も好ましくは０℃〜４０℃である。反応時間は特に制限はないが、通常は１０分以上２０時間以下である。−１０℃未満では反応が進行しないか遅くなりすぎで好ましくなく、１００℃を超えるとオリゴマー化して高分子量となり好ましくない。
溶媒は使用してもしなくてもよいが、使用する場合は水、アルコール類、エーテル類、ケトン類、芳香族炭化水素類、ハロゲン化炭化水素類が用いられる。具体例としては、水、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、ブチルセルソルブ、メチルエチルケトン、アセトン、ベンゼン、トルエン、キシレン、ジクロロエタン、クロロホルム、クロロベンゼン等が挙げられる。中でも好ましくは水、メタノール、トルエンであり、最も好ましくは水、メタノールである。

以上のようにエピクロロヒドリンと硫化水素もしくはポリチオール化合物を反応させてクロロ基、アルコール性水酸基およびスルフィド結合を有する化合物、もしくはクロロ基、アルコール性水酸基およびチオール基を有する化合物が得られる。
クロロ基、アルコール性水酸基およびスルフィド結合を有する化合物は、塩基性化合物と反応させることで含硫エポキシ化合物となる。
クロロ基、アルコール性水酸基およびスルフィド結合を有する化合物を塩基性化合物と反応させる際は、ハロヒドリン構造１モルに対し、塩基性化合物を０．５〜１０モル使用する。好ましくは０．７〜５モル、より好ましくは０．８〜２モルである。０．５未満もしくは１０を超えた場合では未反応の原材料の余剰が多くなり、経済的に好ましくない。塩基性化合物の好ましい例としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムが挙げられる。中でも好ましくは水酸化ナトリウム、水酸化カリウムである。
反応温度は、反応を進行させるためであれば特に制限はないが、好ましくは−１０℃〜８０℃、より好ましくは０℃〜５０℃、更に好ましくは０℃〜３０℃である。反応時間は特に制限はないが、通常は２０時間以下である。−１０℃未満では反応が進行しないか遅くなりすぎで好ましくなく、８０℃を超えるとオリゴマー化して高分子量となり好ましくない。
溶媒は使用してもしなくてもよいが、使用する場合は水、アルコール類、エーテル類、ケトン類、芳香族炭化水素類、ハロゲン化炭化水素類が用いられる。具体例としては、水、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、ブチルセルソルブ、メチルエチルケトン、アセトン、ベンゼン、トルエン、キシレン、ジクロロエタン、クロロホルム、クロロベンゼン等が挙げられる。中でも好ましくはメタノール、トルエンである。

クロロ基、アルコール性水酸基およびチオール基を有する化合物は、ＳＨ基同士をハロゲンと塩基性化合物を用い分子間反応でジスルフィド化してクロロ基、アルコール性水酸基およびジスルフィド結合を有する化合物を得た後、塩基性化合物と反応させることで含硫エポキシ化合物となる。
ジスルフィド化で用いるハロゲン化合物の具体例は、塩素、臭素、ヨウ素であるが、好ましくは臭素、ヨウ素である。ハロゲン化合物は、ＳＨ基１モルに対し０．１〜５モル使用する。好ましくは０．２〜３モル、より好ましくは０．３〜１モルである。０．１未満もしくは５モルを超えた場合では未反応の原材料の余剰が多くなり、経済的に好ましくない。
塩基性化合物の具体例は、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムである。好ましくは炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウムである。
塩基性化合物は、ＳＨ基１モルに対し０．１〜１０モル使用する。好ましくは０．２〜５モル、より好ましくは０．３〜３モルである。０．１未満もしくは１０モルを超えた場合では未反応の原材料の余剰が多くなり、経済的に好ましくない。

溶媒は使用してもしなくてもよいが、使用する場合は水、アルコール類、エーテル類、ケトン類、芳香族炭化水素類、ハロゲン化炭化水素類が用いられる。具体例としては、水、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、ブチルセルソルブ、メチルエチルケトン、アセトン、ベンゼン、トルエン、キシレン、ジクロロエタン、クロロホルム、クロロベンゼン等が挙げられる。中でも好ましくは水、メタノール、トルエンであり、最も好ましくは水、メタノールである。
反応温度は、反応を進行させるためであれば特に制限はないが、好ましくは−１０℃〜８０℃、より好ましくは０℃〜５０℃、更に好ましくは０℃〜４０℃である。反応時間は特に制限はないが、通常は２０時間以下である。−１０℃未満では反応が進行しないか遅くなりすぎで好ましくなく、８０℃を超えるとオリゴマー化して高分子量となり好ましくない。
このようにして得られるクロロ基、アルコール性水酸基およびジスルフィド結合を有する化合物から、前記クロロ基、アルコール性水酸基およびスルフィド結合を有する化合物から含硫エポキシ化合物を得る方法と同様の方法により含硫エポキシ化合物を得る。

含硫エポキシ化合物の安定性については、窒素雰囲気下、２５℃でガラス瓶に保管した後、３０質量％メタノール溶液とした際の濁度値を測定することで評価する。１０ｐｐｍ以下であれば問題なく、好ましくは１ｐｐｍ以下である。保存期間は長ければ長い方が良いが、通常は３日後、好ましくは７日後、更に好ましくは１４日後、最も好ましくは３０日後の濁度値が１０ｐｐｍ以下であれば問題なく、好ましくは１ｐｐｍ以下である。３日未満で１０ｐｐｍを超える場合は、低コストで効率的な生産を実現出来ない。
本願発明の含硫エポキシ化合物は公知の製造方法によりチア化されてエピスルフィド化合物とすることができる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、評価は以下の方法で行った。
濁度：カオリン標準液を標準とし濁度計（東京電色社製Ｔ−２６００ＤＡ）を用いて測定した。
エピクロロヒドリンの濁度：３０質量％メタノール溶液とし、濁度を測定した。
含硫エポキシ化合物の濁度：３０質量％メタノール溶液とし、濁度を測定した。濁度が１ｐｐｍ以下のものを○、１〜１０ｐｐｍのものを△、１０ｐｐｍを超えるものを×とした。△以上が使用可能なレベルである。

実施例１
３０質量％メタノール溶液の濁度が０．０５ｐｐｍであるエピクロロヒドリン１７０ｇ、水３０ｇ、メタノール５ｇ、３２％水酸化ナトリウム水溶液０．１５ｇを入れ、攪拌しながら硫化水素３５ｇを液温５〜１５℃に保ちつつ吹き込み、ビス（３−クロロ−２−ヒドロキシプロピル）スルフィドを得た。次いで、トルエン４１０ｇ、３２％水酸化ナトリウム水溶液２３０ｇを入れた反応槽に、上記のビス（３−クロロ−２−ヒドロキシプロピル）スルフィドを液温０〜１０℃に保ちながら滴下した。終了後、有機層を抽出し、水１８０ｇで３回洗浄後、溶媒を留去してビス（β−エポキシプロピル）スルフィド１２０ｇを得た。
得られたビス（β−エポキシプロピル）スルフィドについて、窒素雰囲気下、２５℃でガラス瓶に保管し、０、３、７、１４、３０日後の濁度を測定した。結果を表１に示す。

実施例２〜４
表１に示す濁度のエピクロロヒドリンを用い、実施例１と同様にしてビス（β−エポキシプロピル）スルフィドを得た。実施例１と同様に窒素雰囲気下、２５℃でガラス瓶に保管し、０、３、７、１４、３０日後の濁度を測定した。結果を表１に示す。

比較例１
表１に示す濁度のエピクロロヒドリンを用い、実施例１と同様にしてビス（β−エポキシプロピル）スルフィドを得た。実施例１と同様に窒素雰囲気下、２５℃でガラス瓶に保管し、０、３、７、１４、３０日後の濁度を測定した。結果を表１に示す。

実施例５
３０質量％メタノール溶液の濁度が０．０５ｐｐｍであるエピクロロヒドリン１９０ｇ、メタノール５００ｍｌ、水酸化カルシウム１．０ｇを入れ、攪拌しながら硫化水素７５ｇを液温を０〜５℃に保ちつつ吹き込み、クロロメルカプトプロパノールを得た。次いで水１０００ｍｌ、炭酸水素ナトリウム１６８ｇを投入し、液温を５〜１０℃に保ちつつヨウ素２５４ｇを投入した。１０℃で１２時間反応後、ろ過、乾燥を行いジスルフィド体を得た。次いで、メタノール２５０ｍｌ、トルエン５００ｍｌを投入し、液温０〜１０℃で４７％水酸化ナトリウム水溶液２４０ｇを投入し、トルエン１００ｍｌを追加後水で３回洗浄、溶媒を留去してビス（β−エポキシプロピル）ジスルフィド１７１ｇを得た。
得られたビス（β−エポキシプロピル）ジスルフィドについて、窒素雰囲気下、２５℃でガラス瓶に保管し、０、３、７、１４、３０日後の濁度を測定した。結果を表２に示す。

実施例６〜８
表２に示す濁度のエピクロロヒドリンを用い、実施例５と同様にしてビス（β−エポキシプロピル）ジスルフィドを得た。実施例５と同様に窒素雰囲気下、２５℃でガラス瓶に保管し、０、３、７、１４、３０日後の濁度を測定した。結果を表２に示す。

比較例２
表２に示す濁度のエピクロロヒドリンを用い、実施例５と同様にしてビス（β−エポキシプロピル）ジスルフィドを得た。実施例５と同様に窒素雰囲気下、２５℃でガラス瓶に保管し、０、３、７、１４、３０日後の濁度を測定した。結果を表２に示す。

Claims

窒素雰囲気下、２５℃でガラス瓶に３０日間保管した後の３０質量％メタノール溶液とした際の濁度値が１０ｐｐｍ以下である下記一般式（１）で表わされる含硫エポキシ化合物。
（１）
（ただし、ｍは０〜４の整数、ｎは０または１の整数を表す）
一般式（１）で表わされる含硫エポキシ化合物が、式（２）で表わされる化合物である請求項１記載の含硫エポキシ化合物。
（２）
一般式（１）で表わされる含硫エポキシ化合物が、式（３）で表わされる化合物である請求項１記載の含硫エポキシ化合物。
（３）
請求項１記載の含硫エポキシ化合物の製造方法であって、原料として３０質量％メタノール溶液とした際の濁度値が１．０ｐｐｍ以下であるエピクロロヒドリンと、硫化水素もしくはポリチオール化合物を用いることを特徴とする含硫エポキシ化合物の製造方法。
エピクロロヒドリンと、硫化水素もしくはポリチオール化合物を反応させてクロロ基、アルコール性水酸基およびスルフィド結合を有する化合物を得た後、塩基性化合物を反応させることによりエポキシ基を形成する請求項４記載の含硫エポキシ化合物の製造方法。
エピクロロヒドリンと、硫化水素もしくはポリチオール化合物を反応させてクロロ基、アルコール性水酸基およびチオール基を有する化合物を得た後、チオール基同士をハロゲンおよび塩基性化合物を用いて分子間反応でジスルフィド結合とし、その後塩基性化合物を反応させることによりエポキシ基を形成する請求項４記載の含硫エポキシ化合物の製造方法。
原料として硫化水素を用いることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の含硫エポキシ化合物の製造方法。
請求項２記載の含硫エポキシ化合物の製造方法である請求項５記載の含硫エポキシ化合物の製造方法。
請求項３記載の含硫エポキシ化合物の製造方法である請求項６記載の含硫エポキシ化合物の製造方法。