JP2015048325A

JP2015048325A - 新規なヒドロキシメチル置換又はアルコキシメチル置換トリスフェノール化合物

Info

Publication number: JP2015048325A
Application number: JP2013180376A
Authority: JP
Inventors: 一仁芦田; Kazuhito Ashida; 祐樹橋本; Yuki Hashimoto; 智也山本; Tomoya Yamamoto
Original assignee: Honshu Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Honshu Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2015-03-16

Abstract

【課題】反応性、耐熱性、溶液状態での安定性に優れたヒドロキシメチル基又はアルコキシメチル基を核置換基として有する多核フェノール類の提供。
【解決手段】下記式で表されるトリスフェノール化合物。

（Ｒ_１はＣＨ_２ＯＸ、Ｒ_２は各々独立してＣＨ_２ＯＸ、炭素原子数１〜４のアルキル基又はフェニル基、Ｘは各々独立してＨ又は炭素原子数１〜４のアルキル基）
【選択図】なし

Description

本発明は、新規なトリスフェノール化合物に関し、詳しくは、アルコキシメチル基又はヒドロキシメチル基を有する４−ヒドロキシフェニル基が、シクロヘキサン環の１位に２つ、３位に１つ結合しているトリスフェノール化合物に関する。

近年、電子部品用エポキシ樹脂や感光性レジスト等の原料に用いられる多核フェノールは、反応性、耐熱性、溶液状態での安定性等、更なる改良が求められている。
このような多核フェノールのうち、ヒドロキシメチル基またはメトキシメチル基を核置換基として有する多核フェノール類において、中心位置にシクロヘキサン環を持つ化合物としては、例えば、２，２−ビス［４，４−シクロヘキシリデンビス（４−ヒドロキシ−３，５−ジヒドロキシメチルフェニル）］プロパン（特許文献１）、４−｛４，４−ビス［３，５−ビス（ヒドロキシメチル）−４−ヒドロキシフェニル］シクロヘキシル｝−２，６−ビス（ヒドロキシメチル）フェノール（特許文献２）等が知られているが、これらの化合物は、反応性、耐熱性に優れているものの、その構造が対称であるために、溶剤への溶解性や樹脂との相溶性が十分ではなく、この点においてより高性能な化合物が求められている。

特開２００３−３００９２３号公報特開２００２−９９０８５号公報

本発明は、反応性、耐熱性、溶液状態での安定性に優れたヒドロキシメチル基またはアルコキシメチル基を核置換基として有する多核フェノール類を提供することを目的とする。

本発明者らはヒドロキシメチル基又はアルコキシメチル基を核置換基として有する多核フェノール類の上記したような問題点を鋭意検討した結果、ヒドロキシメチル基又はアルコキシメチル基を有する４−ヒドロキシフェニル基が、シクロヘキサン環骨格の１位に２つ、３位に１つ結合しているトリスフェノール化合物が、反応性、耐熱性、溶液状態での安定性に優れていることを見出し、本発明を完成した。

即ち、本発明によれば、
１．式（１）
（式中、Ｒ_１はＣＨ_２ＯＸを示し、Ｒ_２は各々独立してＣＨ_２ＯＸ、炭素原子数１〜４のアルキル基又はフェニル基を示し、Ｘは各々独立して水素原子又は炭素原子数１〜４のアルキル基を示す。）で表されるトリスフェノール化合物。
２．１，１，３−トリス[３，５−ジ(ヒドロキシメチル)−４−ヒドロキシフェニル]シクロヘキサン。
３．１，１，３−トリス[３，５−ジ(メトキシメチル)−４−ヒドロキシフェニル]シクロヘキサン。

本発明のヒドロキシメチル置換又はアルコキシメチル置換トリスフェノール化合物は、非対称構造である１，１，３−トリス（４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキサン骨格を有しており、樹脂との相溶性や溶剤への溶解性が高く、溶液状態で安定である。
また、溶解性が高いため、感光性レジストの架橋剤に用いる場合、溶解濃度の制限を受けにくく架橋密度を上げることができ、耐熱性の向上が期待できる。このようなトリスフェノール化合物はエポキシ樹脂や感光性レジスト等の原料や架橋剤として有用である。

本発明によるヒドロキシメチル置換又はアルコキシメチル置換トリスフェノール化合物は、上記式（１）で表され、上記式（１）において、式中、Ｒ_１はＣＨ_２ＯＸを示し、Ｒ_２は各々独立してＣＨ_２ＯＸ、炭素原子数１〜４のアルキル基又はフェニル基を示し、Ｘは各々独立して水素原子又は炭素原子数１〜４のアルキル基を示す。
ＸまたはＲ_２において、炭素原子数１〜４のアルキル基としては、具体的にはメチル基、エチル基、プロピル基又はブチル基であり、炭素原子数３以上のアルキル基は直鎖状でも分岐鎖状でもよい。好ましくは１級又は２級アルキル基であり、特に、メチル基が好ましい。
好ましいＲ_１としては、具体的には例えば、ヒドロキシメチル基、メトキシメチル基、エトキシメチル基、２−プロポキシメチル基等が挙げられる。また、好ましいＲ₂としては、具体的には例えば、メチル基、フェニル基、ヒドロキシメチル基、メトキシメチル基、エトキシメチル基、２−プロポキシメチル基等が挙げられる。

従って、本発明によるヒドロキシメチル置換又はアルコキシメチル置換トリスフェノール化合物の好ましい具体例としては例えば、ヒドロキシメチル置換トリスフェノールとしては、１，１，３−トリス[３，５−ジ(ヒドロキシメチル)−４−ヒドロキシフェニル]シクロヘキサン［式（Ａ）］、
１，１，３−トリス[３−(ヒドロキシメチル)−４−ヒドロキシ−５−メチルフェニル]シクロヘキサン、
１，１，３−トリス[３−（ヒドロキシメチル）−４−ヒドロキシ−５−フェニルフェニル]シクロヘキサン等が挙げられる。

また、アルコキシメチル置換トリスフェノールとしては、１，１，３−トリス[３，５−ジ(メトキシメチル)−４−ヒドロキシフェニル]シクロヘキサン［式（Ｂ）］、
１，１，３−トリス[３−（メトキシメチル）−４−ヒドロキシ−５−メチルフェニル]シクロヘキサン、
１，１，３−トリス[３−（メトキシメチル）−４−ヒドロキシ−５−フェニルフェニル]シクロヘキサン等が挙げられる。

本発明によれば、前記式（１）で表されるヒドロキシメチル置換又はアルコキシメチル置換トリスフェノール化合物は、その製造方法は特に制限されず、公知の方法を用いて製造することができる。例えば、ヒドロキシメチル置換ビスフェノール化合物の製造方法としては、反応収率が高く、高純度品が得られる等の点から、好ましくは、対応するトリスフェノールである下記式（２）で示される１，１，３−トリス（４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキサン類、または下記式（３）で示される１，１，３−トリス（４−ヒドロキシ−３―置換フェニル）シクロヘキサン類を溶媒中、塩基性触媒の存在下にホルムアルデヒドと反応させることにより得ることができる。
式（２）
式（３）

（式中、Ｒ_３は各々独立して炭素原子数１〜４のアルキル基又はフェニル基を示す。）
Ｒ_３は、具体的には、式（１）のＲ₂の炭素原子数１〜４のアルキル基又はフェニル基と同じである。

また、アルコキシメチル置換トリスフェノール化合物の製造方法は特に制限されず、公知の方法を用いて製造する事ができる。例えば、好ましい方法としては、上記反応において得られた、対応するヒドロキシメチル置換トリスフェノール化合物を原料とし、これを、導入するアルコキシ基に対応する炭素原子数１〜４の飽和脂肪族アルコールと酸触媒の存在下に反応させることにより得ることができる。
例えば、１，１，３−トリス（４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキサンを出発原料とし、これに塩基性触媒の存在下に溶媒中、ホルムアルデヒドと反応させて本発明の目的化合物である１，１，３−トリス[３，５−ジ（ヒドロキシメチル）−４−ヒドロキシフェニル]シクロヘキサンを得、次いで得られた１，１，３−トリス[３，５−ジ（ヒドロキシメチル）−４−ヒドロキシフェニル]シクロヘキサンを原料として、酸触媒の存在下に炭素原子数１〜４の飽和脂肪族アルコール、例えばメタノールと反応させて、本発明の今一つの目的物である１，１，３―トリス[３，５−ジ（メトキシメチル）−４−ヒドロキシフェニル]シクロヘキサンを製造する場合の反応式を下記に示す。
反応式（１）

本発明で得られるヒドロキシメチル置換トリスフェノール化合物の場合、純度９０％以上（高速液体クロマトグラフィー法）の結晶化物が好ましいが、さらに純度９０〜９５％の結晶化物であることが好ましい。また、これをアルコキシメチル置換トリスフェノール化合物の原料に使用した場合には、アルコキシメチル置換化合物を高純度で得られるので好ましい。
また、アルコキシメチル置換トリスフェノール化合物の場合、純度９０％以上（高速液体クロマトグラフィー法）であることが好ましい。さらに純度９８％以上であることが好ましい。

本発明による新規なヒドロキシメチル置換トリスフェノール化合物の、前記好ましい製造方法をさらに具体的に述べると、前記式（２）又は式（３）で表されるトリスフェノールを出発原料とし、これを、塩基性触媒の存在下、水溶媒、又は水と有機溶媒との混合溶媒中において、原料トリスフェノールが式（２）で表される場合は、原料トリスフェノールの１モル部に対しホルムアルデヒド理論量は６モル部であり、ホルムアルデヒドの反応仕込み量として好ましくは６〜６０モル部、更に好ましくは６．６〜３０モル部を、原料トリスフェノールが式（３）で表される場合は、原料トリスフェノールの１モル部に対し、ホルムアルデヒド理論量は３モル部であり、ホルムアルデヒドの反応仕込み量として好ましくは３〜３０モル部、更に好ましくは３．３〜１５モル部を反応させ、その後、得られた反応生成物を中和することによって得ることができる。
上記製造方法において、ホルムアルデヒドとしては、市販の例えば３５％ホルマリン水溶液をそのまま利用できるほか、水存在下において、ホルムアルデヒドと同様に作用するパラホルムアルデヒドやトリオキサンも用いることができるが、これらのなかでも、ホルマリン水溶液を用いることが好ましい。

上記塩基性触媒としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等のアルカリ金属の水酸化物や酢酸塩、水酸化カルシウム、水酸化亜鉛、水酸化マグネシウム等のアルカリ土類金属の水酸化物や酢酸塩等が挙げられるが、好ましくは、水酸化ナトリウムや水酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸化物が好ましく、中でも、このような強塩基の１０〜４０ｗｔ％の水溶液が好ましく用いられる。本発明においては、塩基性触媒は、原料トリスフェノールの水酸基に対して、好ましくは０．１〜５倍当量、より好ましくは、０．１〜２倍当量の範囲で用いられる。

前記塩基性触媒の存在下、式（２）又は式（３）で表される原料トリスフェノールとホルムアルデヒドとの反応は、通常、水溶媒か、又は水と有機溶媒との混合溶媒中で行なわれる。溶媒は、塩基性触媒としてアルカリ水溶液を用いた場合、その水溶液が溶媒を兼ねるため、原料トリスフェノールを部分的に、乃至完全溶解して後、反応混合物が攪拌可能であればこれらの溶媒を更に追加する必要はない。通常、原料である原料トリスフェノールに対して、重量比で１〜５倍、好ましくは、２〜３倍程度の範囲で用いられる。

上記有機溶媒としては、前記塩基性触媒と原料であるトリスフェノールとの反応を阻害しない範囲において使用でき、例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブタノール、エチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコール、カルビトール等のアルコール類、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン等の水溶性有機溶剤が挙げられる。
反応は、通常０〜６０℃、好ましくは３０〜５０℃の範囲の温度において、１〜７２時間、好ましくは４〜１６時間程度行なわれる。

塩基性触媒の存在下、原料トリスフェノールとホルムアルデヒドとの反応終了後、得られた反応混合物から目的とする反応生成物を分離回収する方法は公知の方法が適用できる。例えば、反応終了後、反応終了混合物に蟻酸、酢酸、プロピオン酸、蓚酸等の有機酸、または、硫酸、リン酸、亜リン酸、次亜リン酸、塩酸等の無機酸等の酸を加えて目的物のアルカリ塩及びアルカリ触媒を中和する。次いで水層を分離除去するために、必要に応じてトルエン、キシレン、メチルイソブチルケトン又はエーテル等の水と分離可能な溶媒を加え、その後、水層を分離する。得られた油層を水洗した後、水層を分離して、得られた油層から溶媒やホルムアルデヒド等の低沸点化合物を留去した後、これに晶析溶媒、例えばメタノール水等を添加し、冷却、晶析次いで濾過することによって、目的物の結晶を収率良く高純度で得ることができる。又、目的物の結晶は、溶剤等とのアダクト結晶として得られる場合もある。
しかしながら、更に精製が必要であれば、その必要に応じて、再結晶を１回〜複数回行ってもよいし、また前記水層を分離して得られた油層から溶媒等を留去、濃縮した残液をカラムクロマトグラフィーで分離、精製してもよい。

次に、アルコキシメチル置換トリスフェノール化合物の、前記好ましい製造方法をさらに具体的に述べると、上記のヒドロキシメチル置換トリスフェノール化合物を原料として、これに、酸触媒の存在下に炭素原子数１〜４の飽和脂肪族アルコールを反応させることにより得ることができる。この低級脂肪族アルコールは、反応溶剤を兼ねた反応原料である。

上記酸触媒としては、濃硫酸、塩酸、硝酸、ｐ−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、陽イオン交換樹脂（酸型）、シュウ酸等が好ましく用いられる。より好ましくは、濃硫酸等の無機の強酸である。また、酸触媒は、ヒドロキシメチル置換トリスフェノール化合物１００重量部に対して、通常、０．１〜１００重量部の範囲、好ましくは、０．５〜４０重量部の範囲で用いられる。

上記低級脂肪族アルコールとしては、炭素原子数１〜４の飽和脂肪族アルコールであり、好ましくは、１級又は２級アルコールであり、特に好ましくは１級アルコールである。具体的には、メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ−ブチルアルコール等が挙げられる。このような低級脂肪族アルコールは、通常、反応溶媒を兼ねて、原料のヒドロキシメチル置換トリスフェノール化合物に対して過剰に用いられる。用いられる量は、特に限定されるものではないが、通常、原料ヒドロキシメチル置換トリスフェノール化合物１００重量部に対して、２００〜４０００重量部の範囲、好ましくは５００〜１５００重量部の範囲で用いられる。
また、反応温度は、通常、０〜８０℃の範囲、好ましくは４０〜６０℃の範囲である。

反応終了後、常法に従って、得られた反応混合物から目的とするアルコキシメチル置換トリスフェノール化合物を単離することができる。例えば、反応終了後、得られた反応混合物を水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリを用いて中和した後、反応溶剤を兼ねた過剰の低級脂肪族アルコールを、必要に応じて、蒸留等によって除去し、水と分離する溶剤に溶解させた後、水洗、濃縮することにより目的物を得ることができる。
高純度の目的物が必要であれば、晶析等を行って目的物を結晶として取得してもよく、カラムクロマトグラフィーで分離、精製してもよい。
目的物の結晶は溶媒等とのアダクト結晶として得られる場合もある。

実施例１
１，１，３−トリス[３，５−ジ(ヒドロキシメチル)−４−ヒドロキシフェニル]シクロヘキサンの合成
攪拌機、温度計、還流冷却器、滴下ロートを備えた４つ口フラスコに１５％水酸化カリウム水溶液１５６．８ｇ、１，１，３−トリス( ４−ヒドロキシフェニル) シクロヘキサン５０．５ｇを仕込み、３０分間撹拌した。次いで、撹拌下に３５％ホルムアルデヒド水溶液１０８．０ｇを２８〜３１℃を保ちながら添加した。その後、３８〜４１℃で１１時間撹拌下にて反応を行った。
反応終了後、２０％リン酸水溶液を加えて中和し、メチルイソブチルケトンを添加して水層を分離した。得られた油層を複数回水洗した後、水洗した油層を３０℃で減圧濃縮し、濃縮液１２３．０ｇを得た。得られた濃縮液１００．０ｇに３０％メタノール水を加えて、結晶を析出させた。析出した結晶を濾別し、得られた結晶を減圧乾燥して１，１，３−トリス（３，５−ジ（ヒドロキシメチル）−４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキサンの白色粉末２３．５ｇ（高速液体クロマトグラフィー法による純度９１．０％）を得た。
さらに高速液体カラムクロマトグラフィーにて分離、精製を行ない、純度９３．６％（高速液体クロマトグラフィー法）の１，１，３−トリス[３，５−ジ(ヒドロキシメチル)−４−ヒドロキシフェニル]シクロヘキサンを得た。
分子量（M−H）⁻ ５３９（液体クロマトグラフィー質量分析法）
^１Ｈ−ＮＭＲ測定（４００ＭＨｚ）（溶媒：重メタノール）：表１参照

実施例２
１，１，３−トリス[３，５−ジ(メトキシメチル)−４−ヒドロキシフェニル]シクロヘキサンの合成
攪拌機、温度計、還流冷却器を備えた１００ｍｌ容器にメタノール１８ｇ、硫酸０．６ｇを仕込み、均一溶液とした後、実施例１で得られた１，１，３−トリス[３，５−ジ(ヒドロキシメチル)−４−ヒドロキシフェニル]シクロヘキサン２．０ｇを添加し、５５℃で７時間反応を行った。
反応終了後、反応液を冷却し、水酸化ナトリウム水溶液により中和した後、減圧下で溶媒を留去した。この得られた濃縮液を高速液体カラムクロマトグラフィーで分離、精製を行ない、４５℃で減圧乾燥して、目的物の薄淡黄色固体(高速液体クロマトグラフィーによる純度９９．５％)を得た。
分子量（M−H）⁻ ６２３（液体クロマトグラフィー質量分析法）
融点６８．４℃（示差走査熱量分析）
^１Ｈ−ＮＭＲ測定（４００ＭＨｚ）（溶媒：重クロロホルム）：表２参照

Claims

式（１）
（式中、Ｒ_１はＣＨ_２ＯＸを示し、Ｒ_２は各々独立してＣＨ_２ＯＸ、炭素原子数１〜４のアルキル基又はフェニル基を示し、Ｘは各々独立して水素原子又は炭素原子数１〜４のアルキル基を示す。）で表されるトリスフェノール化合物。
１，１，３−トリス[３，５−ジ(ヒドロキシメチル)−４−ヒドロキシフェニル]シクロヘキサン。
１，１，３−トリス[３，５−ジ(メトキシメチル)−４−ヒドロキシフェニル]シクロヘキサン。