JP2015137234A - Method for producing carboxylic acid anhydride - Google Patents

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Ayumi Komata
歩 古俣
実希 藤原
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実希 藤原
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Shinichi Komatsu
伸一 小松
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a carboxylic acid anhydride, which enables a carboxylic acid anhydride to be produced efficiently while sufficiently reducing a used amount of a carboxylic acid having 1 to 5 carbons.SOLUTION: Provided is a method for producing a carboxylic acid anhydride by heating a mixture of a raw material compound represented by the formula (1) and a carboxylic acid having 1 to 5 carbons and removing distillate components, comprising before removing the distillate components the steps of: separating the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms from a vapor generated from the mixture by the heating; and supplying the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms obtained by the separation step to the mixture.

Description

本発明は、カルボン酸無水物の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a carboxylic acid anhydride.

カルボン酸無水物は、ポリイミド、ポリエステル、ポリアミド等の原料や熱硬化性樹脂の硬化剤等として利用されている。このようなカルボン酸無水物を製造する方法としては様々な方法が知られており、例えば、特開平5−140141号公報(特許文献1)においては、下記一般式(A):   Carboxylic anhydride is used as a raw material for polyimide, polyester, polyamide and the like, a curing agent for thermosetting resin, and the like. Various methods are known as a method for producing such a carboxylic acid anhydride. For example, in JP-A-5-140141 (Patent Document 1), the following general formula (A):

Figure 2015137234
Figure 2015137234

[一般式(A)中、Rは2〜4価の有機基であり、Zは水素原子、炭素数1〜6のアルキル基又は−COOR基であり、Zは水素原子、炭素数1〜6のアルキル基又は−COOR基であり、ここでR〜Rは同一又は異なっていてもよく、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基を示す。]
で表される化合物(カルボン酸又はカルボン酸エステル)を低級カルボン酸中で加熱し、蒸気を留去して、カルボン酸無水物を得るカルボン酸無水物の製造方法が開示されている。このような特許文献1においては、前記カルボン酸無水物の製造方法により、原料化合物として特にカルボン酸エステルを用いた場合には、そのカルボン酸エステル中のエステル基のカルボン酸分解反応及びそれに続く酸無水物化反応といった二つの反応を一工程で併せて実施することができる旨が開示されている。しかしながら、特許文献1に記載のような従来のカルボン酸無水物の製造方法を利用した場合には、カルボン酸無水物の調製時に多量の低級カルボン酸を使用する必要があった。
[In General Formula (A), R a is a divalent to tetravalent organic group, Z 1 is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a —COOR d group, and Z 2 is a hydrogen atom, carbon An alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or a —COOR e group, wherein R b to R e may be the same or different and each represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms; ]
A method for producing a carboxylic acid anhydride is disclosed in which a compound represented by the formula (carboxylic acid or carboxylic acid ester) is heated in a lower carboxylic acid and the vapor is distilled off to obtain a carboxylic acid anhydride. In such Patent Document 1, when a carboxylic acid ester is used as a raw material compound by the method for producing a carboxylic acid anhydride, a carboxylic acid decomposition reaction of an ester group in the carboxylic acid ester and a subsequent acid It is disclosed that two reactions such as an anhydration reaction can be performed together in one step. However, when the conventional method for producing a carboxylic acid anhydride as described in Patent Document 1 is used, it is necessary to use a large amount of a lower carboxylic acid when preparing the carboxylic acid anhydride.

特開平5−140141号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-140141

本発明は、前記従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、炭素数1〜5のカルボン酸の使用量を十分に低減させてカルボン酸無水物を効率よく製造することを可能とするカルボン酸無水物の製造方法を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the subject which the said prior art has, and makes it possible to reduce the usage-amount of C1-C5 carboxylic acid sufficiently, and to manufacture a carboxylic anhydride efficiently. It aims at providing the manufacturing method of a carboxylic anhydride.

本発明者らは、前記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、下記一般式(1)で表わされる原料化合物と、炭素数1〜5のカルボン酸とを含む混合液を加熱し、留出成分を除去することにより、カルボン酸無水物を得るカルボン酸無水物の製造方法において、前記留出成分を除去する前に、前記加熱により前記混合液から生じた蒸気の中から炭素数1〜5のカルボン酸を分離する工程と、前記分離工程により得られる炭素数1〜5のカルボン酸を前記混合液に供給する工程とを含むことにより、炭素数1〜5のカルボン酸の使用量を十分に低減させてカルボン酸無水物を効率よく製造することが可能となることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors heated a mixed liquid containing a raw material compound represented by the following general formula (1) and a carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms, In the method for producing a carboxylic acid anhydride, the carboxylic acid anhydride is obtained by removing the distillate component, and before removing the distillate component, carbon atoms having 1 to The amount of the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms is reduced by including the step of separating the carboxylic acid having 5 and the step of supplying the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms obtained by the separating step to the mixed solution. It has been found that the carboxylic acid anhydride can be efficiently produced with a sufficient reduction, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明のカルボン酸無水物の製造方法は、下記一般式(1):   That is, the method for producing a carboxylic acid anhydride of the present invention has the following general formula (1):

Figure 2015137234
Figure 2015137234

[式(1)中、Rは、少なくとも隣接する2つの炭素原子を有する4価の有機基であり、該隣接する2つの炭素原子に式:−COOR及び−COORで表わされる基がそれぞれ結合されており、
、Rは同一であっても異なっていてもよく、それぞれ水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数3〜10のシクロアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数6〜20のアリール基及び炭素数7〜20のアラルキル基よりなる群から選択される1種を示し、
Xは、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基及び式:−COOR(Rは前記Rと同義であり、Rと同一であっても異なっていてもよい。)で表わされる基よりなる群から選択される1種を示し、
Yは、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基及び式:−COOR(Rは前記Rと同義であり、Rと同一であっても異なっていてもよい。)で表わされる基よりなる群から選択される1種を示す。]
で表わされる原料化合物と、炭素数1〜5のカルボン酸とを含む混合液を加熱し、留出成分を除去することにより、カルボン酸無水物を得るカルボン酸無水物の製造方法であって、
前記留出成分を除去する前に、前記加熱により前記混合液から生じた蒸気の中から炭素数1〜5のカルボン酸を分離する工程と、
前記分離工程により得られる炭素数1〜5のカルボン酸を前記混合液に供給する工程とを含むことを特徴とする方法である。
[In Formula (1), R 1 is a tetravalent organic group having at least two adjacent carbon atoms, and the groups represented by the formulas: —COOR 2 and —COOR 3 are present on the two adjacent carbon atoms. Each is connected,
R 2 and R 3 may be the same or different and are each a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, or carbon. 1 type selected from the group consisting of an aryl group having 6 to 20 carbon atoms and an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms,
X is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms and the formula: -COOR 4 (R 4 has the same meaning as the R 2, be the same or different and R 2 1 type selected from the group consisting of groups represented by:
Y represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms and the formula: -COOR 5 (R 5 has the same meaning as the R 2, be the same or different and R 2 1 type selected from the group consisting of groups represented by: ]
A method for producing a carboxylic acid anhydride by heating a mixed solution containing a raw material compound represented by the formula (1) and a carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms and removing a distillate component,
Separating the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms from the vapor generated from the mixed solution by the heating before removing the distillate component;
And a step of supplying the mixed liquid with a carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms obtained by the separation step.

上記本発明のカルボン酸無水物の製造方法においては、前記炭素数1〜5のカルボン酸の分離工程が、分別蒸留することにより前記炭素数1〜5のカルボン酸を分離する工程であることが好ましい。   In the method for producing a carboxylic acid anhydride of the present invention, the step of separating the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms may be a step of separating the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms by fractional distillation. preferable.

上記本発明のカルボン酸無水物の製造方法においては、前記炭素数1〜5のカルボン酸の分離工程に精留塔を利用することが好ましい。   In the method for producing a carboxylic acid anhydride of the present invention, it is preferable to use a rectifying column in the separation step of the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms.

また、上記本発明のカルボン酸無水物の製造方法においては、前記混合液を加熱する際の圧力条件が0.001〜1.0MPaであることが好ましい。   Moreover, in the manufacturing method of the carboxylic acid anhydride of the said invention, it is preferable that the pressure conditions at the time of heating the said liquid mixture are 0.001-1.0 Mpa.

また、上記本発明のカルボン酸無水物の製造方法においては、前記混合液を加熱する際の温度条件が30〜300℃であることが好ましい。   Moreover, in the manufacturing method of the said carboxylic acid anhydride of this invention, it is preferable that the temperature conditions at the time of heating the said liquid mixture are 30-300 degreeC.

さらに、上記本発明のカルボン酸無水物の製造方法においては、前記原料化合物が下記一般式(2):   Furthermore, in the method for producing a carboxylic acid anhydride of the present invention, the raw material compound is represented by the following general formula (2):

Figure 2015137234
Figure 2015137234

[式(2)中、R、R、R、Rは上記一般式(1)において説明したR、R、R、Rと同義であり、R、R、Rは同一であっても異なっていてもよく、それぞれ水素原子、炭素数1〜10のアルキル基及びフッ素原子よりなる群から選択される1種を示し、nは0〜12の整数を示す。]
で表わされるスピロ化合物であることが好ましい。
Wherein (2), R 2, R 3, R 4, R 5 has the same meaning as R 2, R 3, R 4 , R 5 described in the above general formula (1), R 6, R 7, R 8 may be the same or different and each represents one selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms and a fluorine atom, and n represents an integer of 0 to 12 . ]
It is preferable that it is a spiro compound represented by these.

なお、本発明のカルボン酸無水物の製造方法によって上記目的が達成される理由は必ずしも定かではないが、本発明者らは以下のように推察する。ここで、先ず、テトラカルボン酸のテトラメチルエステルを用いてカルボン酸無水物を製造する場合を参考にして、上記特許文献1に記載のような従来のカルボン酸無水物の製造方法について説明する。従来のカルボン酸無水物の製造方法において、テトラカルボン酸のテトラメチルエステルを低級カルボン酸中で加熱すると、カルボン酸無水物が生成されるとともに、低級カルボン酸のメチルエステルと水とが副生される(例えば、前記低級カルボン酸が酢酸である場合には、かかる低級カルボン酸のメチルエステルは酢酸メチルとなる。)。ここにおいて、前記原料化合物と低級カルボン酸とから、カルボン酸無水物と低級カルボン酸のメチルエステルと水とが生成される反応(A)、及び、カルボン酸無水物と低級カルボン酸のメチルエステルと水とから、原料化合物と低級カルボン酸とが生成される反応(B)は、平衡反応であることが知られている。そのため、前記混合液の加熱により副生される低級カルボン酸のメチルエステルと水とが反応系に残っていればいるほど、反応を効率よく進行させることは困難となる。このような観点から、反応(A)を効率よく進行せしめるために、従来より、カルボン酸無水物を生成する際に、副生される水や低級カルボン酸のメチルエステルなどの副生成物を留去する工程(留出成分を除去する工程)が実施されている(なお、本発明者らは、留出成分の除去(例えば留去)が反応の律速段階になっているか或いは律速段階に深く関わっているものと推察している。)。なお、このような水や低級カルボン酸のエステルなどを含む留出成分の除去は、一般に加熱時に生じる蒸気を留去することで行なわれている。そして、このようにして留出成分を除去すると、上記副生成物とともに、上記反応(A)において反応成分及び溶媒として利用される低級カルボン酸が同時に多量除去されてしまう。そのため、従来は、留出成分を除去するとともに、新たな低級カルボン酸を混合液に多量に添加して反応(A)を進行させていた(上記特許文献1の段落[0054]〜[0055]参照)。このような状況に鑑み、本発明者らは、鋭意研究を重ねたところ、上記特許文献1に記載のような従来のカルボン酸無水物の製造方法においては、十分に上記反応(A)を進行させるために、新たな低級カルボン酸を混合液に多量添加していたため、コストが増大し、これにより工業的に応用することが困難であることを見出した。そして、このような知見に基づいて、更に鋭意研究を重ねた結果、上述のような本発明にかかる混合液を利用して、該混合物を加熱し、留出成分を除去する前に、かかる加熱により前記混合液から生じた蒸気の中から炭素数1〜5のカルボン酸を分離し、そのような分離工程により得られる炭素数1〜5のカルボン酸を前記混合液に供給して再度含有せしめることにより、反応系から留出成分(副生成物等)を除去することを可能としつつも、炭素数1〜5のカルボン酸が、他の成分とともに留出成分としてそのまま除去されてしまうことを十分に抑制でき、反応全体を通して、炭素数1〜5のカルボン酸の使用量を十分に低減させることが可能となり、より効率よくカルボン酸無水物を製造することが可能となることを見出した。このように、本発明においては、加熱により前記混合液から生じた蒸気の中から炭素数1〜5のカルボン酸を分離して取り出し、これを再利用するため、炭素数1〜5のカルボン酸の反応系外への流出量が十分に低減されて、新たに使用する炭素数1〜5のカルボン酸の量を十分に低減させることが可能となることから、安価にカルボン酸無水物を効率よく製造することが可能となるものと本発明者らは推察する。このように、本発明のカルボン酸無水物の製造方法は、コスト面で有利な方法であるため、工業的なカルボン酸無水物の製造に特に有用である。   The reason why the above-described object is achieved by the method for producing a carboxylic acid anhydride of the present invention is not necessarily clear, but the present inventors speculate as follows. Here, first, a conventional method for producing a carboxylic acid anhydride as described in Patent Document 1 will be described with reference to the case of producing a carboxylic acid anhydride using a tetramethyl ester of tetracarboxylic acid. In the conventional method for producing a carboxylic acid anhydride, when the tetramethyl ester of tetracarboxylic acid is heated in a lower carboxylic acid, a carboxylic acid anhydride is produced and a methyl ester of the lower carboxylic acid and water are by-produced. (For example, when the lower carboxylic acid is acetic acid, the methyl ester of the lower carboxylic acid is methyl acetate). Here, a reaction (A) in which a carboxylic acid anhydride, a methyl ester of a lower carboxylic acid and water are produced from the raw material compound and a lower carboxylic acid, and a methyl ester of the carboxylic acid anhydride and a lower carboxylic acid; It is known that the reaction (B) in which the raw material compound and the lower carboxylic acid are produced from water is an equilibrium reaction. Therefore, the more the methyl ester of lower carboxylic acid by-produced by heating the mixed solution and water remain in the reaction system, the more difficult it is to advance the reaction efficiently. From this point of view, in order to allow the reaction (A) to proceed efficiently, conventionally, when the carboxylic acid anhydride is produced, by-products such as water and methyl esters of lower carboxylic acids are not distilled. The step of removing (the step of removing the distillate component) has been carried out (note that the present inventors have found that the removal of the distillate component (for example, distillation) is the rate-limiting step of the reaction or deeply in the rate-limiting step). I guess it is involved.) The removal of the distillate component containing water, esters of lower carboxylic acids, etc. is generally performed by distilling off the vapor generated during heating. When the distillate component is removed in this manner, a large amount of the lower carboxylic acid used as the reaction component and the solvent in the reaction (A) is removed together with the by-product. Therefore, conventionally, while removing the distillate component, a large amount of new lower carboxylic acid was added to the mixed solution to advance the reaction (A) (paragraphs [0054] to [0055] of Patent Document 1 above). reference). In view of such a situation, the present inventors have made extensive studies, and in the conventional method for producing a carboxylic acid anhydride described in Patent Document 1, the reaction (A) sufficiently proceeds. Therefore, since a large amount of new lower carboxylic acid was added to the mixed solution, the cost increased, and it was found difficult to apply industrially. As a result of further earnest research based on such knowledge, the mixture is heated using the above-described mixed solution according to the present invention, and the mixture is heated before the distillate component is removed. The carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms is separated from the vapor generated from the mixed solution, and the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms obtained by such a separation step is supplied to the mixed solution and is contained again. This makes it possible to remove distillate components (by-products, etc.) from the reaction system, while the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms is directly removed as a distillate component together with other components. It was found that the amount of carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms can be sufficiently reduced throughout the reaction, and the carboxylic acid anhydride can be produced more efficiently. As described above, in the present invention, the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms is separated and extracted from the vapor generated from the mixed solution by heating, and the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms is reused. The amount of slag out of the reaction system is sufficiently reduced and the amount of carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms to be newly used can be sufficiently reduced. The present inventors infer that the product can be manufactured well. Thus, since the manufacturing method of the carboxylic acid anhydride of this invention is a method advantageous in terms of cost, it is especially useful for manufacture of industrial carboxylic acid anhydride.

本発明によれば、炭素数1〜5のカルボン酸の使用量を十分に低減させてカルボン酸無水物を効率よく製造することを可能とするカルボン酸無水物の製造方法を提供することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is possible to provide the manufacturing method of carboxylic acid anhydride which makes it possible to manufacture carboxylic acid anhydride efficiently, fully reducing the usage-amount of C1-C5 carboxylic acid. It becomes.

以下、本発明をその好適な実施形態に即して詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments thereof.

本発明のカルボン酸無水物の製造方法は、上記記一般式(1)で表わされる原料化合物と、炭素数1〜5のカルボン酸とを含む混合液を加熱し、留出成分を除去することにより、カルボン酸無水物を得るカルボン酸無水物の製造方法であって、
前記留出成分を除去する前に、前記加熱により前記混合液から生じた蒸気の中から炭素数1〜5のカルボン酸を分離する工程と、
前記分離工程により得られる炭素数1〜5のカルボン酸を前記混合液に供給する工程とを含むことを特徴とする方法である。
The method for producing a carboxylic acid anhydride of the present invention comprises heating a mixed liquid containing the raw material compound represented by the above general formula (1) and a carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms to remove a distillate component. A method for producing a carboxylic acid anhydride to obtain a carboxylic acid anhydride, comprising:
Separating the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms from the vapor generated from the mixed solution by the heating before removing the distillate component;
And a step of supplying the mixed liquid with a carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms obtained by the separation step.

ここで、先ず、このようなカルボン酸無水物の製造方法に用いる、前記原料化合物、前記炭素数1〜5のカルボン酸、前記混合液について説明する。   Here, first, the raw material compound, the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms, and the mixed solution used in such a method for producing a carboxylic acid anhydride will be described.

(原料化合物)
本発明にかかる原料化合物は、下記一般式(1):
(Raw compound)
The raw material compound according to the present invention has the following general formula (1):

Figure 2015137234
Figure 2015137234

で表わされる化合物(カルボン酸化合物又はカルボン酸エステル化合物)である。 (A carboxylic acid compound or a carboxylic acid ester compound).

このような一般式(1)中のRは、少なくとも隣接する2つの炭素原子を有する4価の有機基であり、該隣接する2つの炭素原子に式:−COOR及び−COORで表わされる基がそれぞれ結合されているものである。このように、Rは、少なくとも隣接する2つの炭素原子を有する4価の有機基である。すなわち、前記Rは少なくとも隣接する2つの炭素原子を有し且つ式:X、Y、COOR、COORで表わされる基と結合するための4つの結合手を有する4価の有機基であればよく、特に制限されるものではなく、例えば、ヘテロ原子を有していてもよい4価の鎖状の飽和炭化水素基、ヘテロ原子を有していてもよい4価の環状の飽和炭化水素基、ヘテロ原子を有していてもよい4価の鎖状の不飽和炭化水素基、ヘテロ原子を有していてもよい4価の環状の不飽和炭化水素基等が挙げられる。また、このようなRとしては、例えば、下記一般式(101)〜(115): R 1 in the general formula (1) is a tetravalent organic group having at least two adjacent carbon atoms, and the two adjacent carbon atoms are represented by the formulas: —COOR 2 and —COOR 3 . Groups to which each group is attached. Thus, R 1 is a tetravalent organic group having at least two adjacent carbon atoms. That is, R 1 is a tetravalent organic group having at least two adjacent carbon atoms and having four bonds for bonding to a group represented by the formula: X, Y, COOR 2 , COOR 3. For example, a tetravalent chain saturated hydrocarbon group which may have a hetero atom, or a tetravalent cyclic saturated hydrocarbon which may have a hetero atom. Group, a tetravalent unsaturated hydrocarbon group which may have a hetero atom, a tetravalent unsaturated hydrocarbon group which may have a hetero atom, and the like. Examples of such R 1 include the following general formulas (101) to (115):

Figure 2015137234
Figure 2015137234

Figure 2015137234
Figure 2015137234

[式(101)〜(115)中、*1は式(1)中のCOORに結合する結合手を示し、*2は式(1)中のCOORに結合する結合手を示し、*3は式(1)中のXに結合する結合手を示し、*4は式(1)中のYに結合する結合手を示し、R、R、Rは、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基及びフッ素原子よりなる群から選択される1種を示し、nは0〜12の整数を示し、mは0〜5の整数を示す。]
で表わされる有機基を好適に利用してもよい。
[In formulas (101) to (115), * 1 represents a bond that binds to COOR 2 in formula (1), * 2 represents a bond that binds to COOR 3 in formula (1), and * 3 represents a bond bonded to X in Formula (1), * 4 represents a bond bonded to Y in Formula (1), and R 6 , R 7 , and R 8 are each independently hydrogen 1 type selected from the group which consists of an atom, a C1-C10 alkyl group, and a fluorine atom is shown, n shows the integer of 0-12, m shows the integer of 0-5. ]
An organic group represented by may be suitably used.

このような一般式(101)〜(115)中のRとして選択され得るアルキル基の炭素数は1〜10である。このようなアルキル基の炭素数が前記上限を超えると、製造および精製が困難となる傾向にある。また、このようなRとして選択され得るアルキル基の炭素数としては、製造および精製の容易さという観点から、1〜5であることが好ましく、1〜3であることがより好ましい。また、このようなRとして選択され得るアルキル基は直鎖状であっても分岐鎖状であってもよい。また、前記一般式(101)〜(115)中のRとしては、製造および精製の容易さという観点から、それぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜10のアルキル基であることがより好ましく、中でも、原料の入手が容易であることや精製がより容易であるという観点から、それぞれ独立に、水素原子、メチル基、エチル基、n−プロピル基又はイソプロピル基であることがより好ましく、水素原子又はメチル基であることが特に好ましい。また、このような式中の複数のRは製造および精製の容易さ等の観点から、同一のものであることが特に好ましい。 Carbon number of the alkyl group which can be selected as R < 6 > in such general formula (101)-(115) is 1-10. When the carbon number of such an alkyl group exceeds the upper limit, production and purification tend to be difficult. Moreover, as carbon number of the alkyl group which can be selected as such R < 6 >, it is preferable that it is 1-5 from a viewpoint of the ease of manufacture and refinement | purification, and it is more preferable that it is 1-3. Such an alkyl group that can be selected as R 6 may be linear or branched. In addition, R 6 in the general formulas (101) to (115) is more preferably independently a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms from the viewpoint of ease of production and purification. Among these, from the viewpoint of easy availability of raw materials and easier purification, each independently is more preferably a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, or an isopropyl group. Particularly preferred is an atom or a methyl group. Moreover, it is especially preferable that several R < 6 > in such a formula is the same from viewpoints, such as ease of manufacture and refinement | purification.

また、このような一般式(101)〜(115)中のR、Rとして選択され得る炭素数1〜10のアルキル基は、Rとして選択され得る炭素数1〜10のアルキル基と同様のものである。このようなR、Rとして選択され得る置換基としては、原料化合物の製造および精製の容易さの観点から、上記置換基の中でも、水素原子、炭素数1〜10(より好ましくは1〜5、更に好ましくは1〜3)のアルキル基が好ましく、水素原子又はメチル基であることが特に好ましい。 Moreover, the C1-C10 alkyl group which can be selected as R < 7 >, R < 8 > in such general formula (101)-(115) is the C1-C10 alkyl group which can be selected as R < 6 >. It is the same thing. As such substituents that can be selected as R 7 and R 8 , from the viewpoint of ease of production and purification of the raw material compound, among the above substituents, a hydrogen atom, a carbon number of 1 to 10 (more preferably 1 to 5, more preferably 1 to 3) of an alkyl group, and particularly preferably a hydrogen atom or a methyl group.

また、前記一般式(101)〜(115)中のnは0〜12の整数を示す。このようなnの値が前記上限を超えると、前記一般式(101)〜(115)で表される原料化合物の精製が困難になる。また、このような一般式(101)〜(115)中のnの数値範囲の上限値は、原料化合物の精製がより容易となるといった観点から、5であることがより好ましく、3であることが特に好ましい。また、このような一般式(101)〜(115)中のnの数値範囲の下限値は、原料の安定性の観点から、1であることがより好ましく、2であることが特に好ましい。このように、一般式(101)〜(115)中のnとしては、2〜3の整数であることが特に好ましい。   Moreover, n in said general formula (101)-(115) shows the integer of 0-12. When the value of n exceeds the upper limit, it is difficult to purify the raw material compounds represented by the general formulas (101) to (115). In addition, the upper limit of the numerical value range of n in the general formulas (101) to (115) is more preferably 5 from the viewpoint that the purification of the raw material compound becomes easier. Is particularly preferred. Further, the lower limit of the numerical value range of n in the general formulas (101) to (115) is more preferably 1 and particularly preferably 2 from the viewpoint of the stability of the raw material. Thus, as n in the general formulas (101) to (115), an integer of 2 to 3 is particularly preferable.

さらに、前記一般式(106)〜(111)中のmは0〜5の整数を示す。このようなmの値が前記上限を超えると、前記一般式(106)〜(111)で表される化合物の製造および精製が困難になる。また、このような一般式(106)〜(111)中のmの数値範囲の上限値は、製造および精製の容易さの観点から、3であることがより好ましく、1であることが特に好ましい。また、このような一般式(106)〜(111)中のmの数値範囲の下限値は、製造および精製の容易さの観点から、0であることが特に好ましい。このように、一般式(106)〜(111)中のmとしては、0〜1の整数であることが特に好ましい。   Furthermore, m in the general formulas (106) to (111) represents an integer of 0 to 5. When the value of m exceeds the upper limit, it becomes difficult to produce and purify the compounds represented by the general formulas (106) to (111). Further, the upper limit of the numerical value range of m in the general formulas (106) to (111) is more preferably 3 and particularly preferably 1 from the viewpoint of ease of production and purification. . In addition, the lower limit of the numerical range of m in the general formulas (106) to (111) is particularly preferably 0 from the viewpoint of ease of production and purification. Thus, m in the general formulas (106) to (111) is particularly preferably an integer of 0 to 1.

また、前記一般式(1)で表される化合物において、R、Rは同一であっても異なっていてもよく、それぞれ水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数3〜10のシクロアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数6〜20のアリール基及び炭素数7〜20のアラルキル基よりなる群から選択される1種を示す。 In the compound represented by the general formula (1), R 2 and R 3 may be the same or different, and each is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or 3 to 10 carbon atoms. 1 type selected from the group consisting of a cycloalkyl group, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms and an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms.

このような一般式(1)中のR、Rとして選択され得るアルキル基は炭素数が1〜10のアルキル基である。このようなアルキル基の炭素数が10を超えると、精製が困難となる。また、このようなR、Rとして選択され得るアルキル基の炭素数としては、精製がより容易となるという観点から、1〜5であることがより好ましく、1〜3であることが更に好ましい。また、このようなR、Rとして選択され得るアルキル基は直鎖状であっても分岐鎖状であってもよい。 The alkyl group that can be selected as R 2 and R 3 in the general formula (1) is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. When the carbon number of such an alkyl group exceeds 10, purification becomes difficult. Moreover, as carbon number of the alkyl group which can be selected as such R < 2 >, R < 3 >, from a viewpoint that refinement | purification becomes easier, it is more preferable that it is 1-5, and it is further 1-3. preferable. Further, such an alkyl group that can be selected as R 2 and R 3 may be linear or branched.

また、前記一般式(1)中のR、Rとして選択され得るシクロアルキル基は、炭素数が3〜10のシクロアルキル基である。このようなシクロアルキル基の炭素数が10を超えると精製が困難となる。また、このようなR、Rとして選択され得るシクロアルキル基の炭素数としては、精製がより容易となるという観点から、3〜8であることがより好ましく、5〜6であることが更に好ましい。 Further, a cycloalkyl group which may be selected as R 2, R 3 in the general formula (1) is a cycloalkyl group having a carbon number of 3-10. If the number of carbon atoms in such a cycloalkyl group exceeds 10, purification becomes difficult. Furthermore, it as the number of carbon atoms in such R 2, R 3 cycloalkyl group which may be selected as, from the viewpoint of purification becomes easier, more preferably from 3 to 8, 5 to 6 Further preferred.

さらに、前記一般式(1)中のR、Rとして選択され得るアルケニル基は、炭素数が2〜10のアルケニル基である。このようなアルケニル基の炭素数が10を超えると、精製が困難となる。また、このようなR、Rとして選択され得るアルケニル基の炭素数としては、精製がより容易となるという観点から、2〜5であることがより好ましく、2〜3であることが更に好ましい。 Furthermore, the alkenyl group that can be selected as R 2 or R 3 in the general formula (1) is an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms. When the carbon number of such an alkenyl group exceeds 10, purification becomes difficult. The number of carbon atoms of the alkenyl group that can be selected as R 2 or R 3 is more preferably 2 to 5 and further preferably 2 to 3 from the viewpoint of easier purification. preferable.

また、前記一般式(1)中のR、Rとして選択され得るアリール基は、炭素数が6〜20のアリール基である。このようなアリール基の炭素数が20を超えると精製が困難となる。また、このようなR、Rとして選択され得るアリール基の炭素数としては、精製がより容易となるという観点から、6〜10であることがより好ましく、6〜8であることが更に好ましい。 Also, an aryl group which may be selected as R 2, R 3 in the general formula (1) is an aryl group having 6 to 20 carbon atoms. If the number of carbon atoms in such an aryl group exceeds 20, purification becomes difficult. Moreover, as carbon number of the aryl group which can be selected as such R < 2 >, R < 3 >, from a viewpoint that refinement | purification becomes easier, it is more preferable that it is 6-10, and it is further 6-8. preferable.

また、前記一般式(1)中のR、Rとして選択され得るアラルキル基は、炭素数が7〜20のアラルキル基である。このようなアラルキル基の炭素数が20を超えると精製が困難となる。また、このようなR、Rとして選択され得るアラルキル基の炭素数としては、精製がより容易となるという観点から、7〜10であることがより好ましく、7〜9であることが更に好ましい。 The aralkyl group that can be selected as R 2 or R 3 in the general formula (1) is an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms. If the number of carbon atoms in such an aralkyl group exceeds 20, purification becomes difficult. In addition, the number of carbon atoms of the aralkyl group that can be selected as R 2 or R 3 is more preferably 7 to 10 and further preferably 7 to 9 from the viewpoint of easier purification. preferable.

さらに、前記一般式(1)中のR、Rとしては、精製がより容易となるという観点から、それぞれ独立に、水素原子、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、2−エチルヘキシル基、シクロヘキシル基、アリル基、フェニル基又はベンジル基であることが好ましく、メチル基であることが特に好ましい。なお、前記一般式(1)中のR、Rは同一のものであっても異なっていてもよいが、合成上の観点からは、同一のものであることがより好ましい。 Furthermore, R 2 and R 3 in the general formula (1) are each independently a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, n, from the viewpoint of easier purification. A butyl group, an isobutyl group, a sec-butyl group, a t-butyl group, a 2-ethylhexyl group, a cyclohexyl group, an allyl group, a phenyl group, or a benzyl group is preferable, and a methyl group is particularly preferable. In addition, although R < 2 >, R < 3 > in the said General formula (1) may be the same or different, it is more preferable that it is the same from a synthetic viewpoint.

また、前記一般式(1)で表わされる化合物において、式:−COOR及び−COORで表わされる基は、前記4価の有機基中の隣接する2つの炭素原子にそれぞれ結合されている必要がある。すなわち、Rが前記一般式(101)〜(115)で表わされる有機基である場合を例にして説明すると、前記原料化合物は、各有機基中の隣接する炭素に結合する各結合手(例えば*1及び*2)に、それぞれ式:COORで表わされる基及び式:COORで表わされる基が結合したものとなる。このように、前記原料化合物としては、隣接する2つの炭素原子に式:−COOR及び−COORで表わされる基がそれぞれ導入されているものを用いる必要があり、これにより、酸無水物を形成することが可能となる。 In the compound represented by the general formula (1), the groups represented by the formulas: —COOR 2 and —COOR 3 must be bonded to two adjacent carbon atoms in the tetravalent organic group, respectively. There is. That is, when the case where R 1 is an organic group represented by the general formulas (101) to (115) is described as an example, the raw material compound has each bond (B) bonded to adjacent carbon in each organic group ( For example, a group represented by the formula: COOR 2 and a group represented by the formula: COOR 3 are bonded to * 1 and * 2), respectively. Thus, as the raw material compound, it is necessary to use a compound in which groups represented by the formulas: —COOR 2 and —COOR 3 are introduced into two adjacent carbon atoms, respectively. It becomes possible to form.

また、前記一般式(1)中のXは、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基及び式:−COOR(Rは前記Rと同義であり、Rと同一であっても異なっていてもよい。)で表わされる基よりなる群から選択される1種を示す。 Further, X in the general formula (1) is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms and the formula: -COOR 4 (R 4 has the same meaning as the R 2 , R 2 may be the same as or different from R 2 )).

このような一般式(1)中のXとして選択され得るアルキル基の炭素数が前記上限を超えると、製造および精製が困難となる傾向にある。また、このようなXとして選択され得るアルキル基の炭素数としては、製造および精製の容易さという観点から、1〜6であることが好ましく、1〜4であることがより好ましい。また、このようなXとして選択され得るアルキル基は直鎖状であっても分岐鎖状であってもよい。   When the carbon number of the alkyl group that can be selected as X in the general formula (1) exceeds the above upper limit, production and purification tend to be difficult. Moreover, as carbon number of the alkyl group which can be selected as such X, it is preferable that it is 1-6 from a viewpoint of the ease of manufacture and refinement | purification, and it is more preferable that it is 1-4. Further, such an alkyl group that can be selected as X may be linear or branched.

また、前記一般式(1)中のXとして選択され得るアルケニル基の炭素数が前記上限を超えると、製造および精製が困難となる傾向にある。また、このようなXとして選択され得るアルケニル基の炭素数としては、製造および精製の容易さという観点から、2〜6であることが好ましく、2〜4であることがより好ましい。また、このようなXとして選択され得るアルケニル基は直鎖状であっても分岐鎖状であってもよい。   Moreover, when the carbon number of the alkenyl group that can be selected as X in the general formula (1) exceeds the upper limit, production and purification tend to be difficult. Moreover, as carbon number of the alkenyl group which can be selected as such X, it is preferable that it is 2-6 from a viewpoint of the ease of manufacture and refinement | purification, and it is more preferable that it is 2-4. Further, such an alkenyl group that can be selected as X may be linear or branched.

また、前記一般式(1)中のXとして選択され得る式:−COORで表わされる基において、前記Rは前記Rと同様のもの(水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数3〜10のシクロアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数6〜20のアリール基及び炭素数7〜20のアラルキル基よりなる群から選択される1種)であり、その好適なものも前記Rと同様のものである。 In the group represented by the formula: —COOR 4 that can be selected as X in the general formula (1), R 4 is the same as R 2 (hydrogen atom, alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, A cycloalkyl group having 3 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, and an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms). The preferred one is the same as R 2 described above.

このようなXとしては、式:−COOMe、−COOEtで表わされる基であることがより好ましい。   Such X is more preferably a group represented by the formula: -COOMe or -COOEt.

また、前記一般式(1)中のYは、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基及び式:−COOR(Rは前記Rと同義であり、Rと同一であっても異なっていてもよい。)で表わされる基よりなる群から選択される1種を示す。このような式(1)中のYとして選択され得る炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基は、前記Xにおいて説明したものと同様のものである。また、前記一般式(1)中のYとして選択され得る式:−COORで表わされる基において、前記Rは前記Rと同様のものであり、その好適なものも前記Rと同様のものである。このようなYとしては、式:−COOMe、−COOEtで表わされる基であることがより好ましい。 Further, Y in the general formula (1) is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms and the formula: -COOR 5 (R 5 has the same meaning as the R 2 , R 2 may be the same as or different from R 2 )). Such an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms and an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms that can be selected as Y in the formula (1) are the same as those described above for X. In the group represented by the formula: —COOR 5 that can be selected as Y in the general formula (1), the R 5 is the same as the R 2, and the preferred one is the same as the R 2. belongs to. Such Y is more preferably a group represented by the formula: -COOMe or -COOEt.

また、上記一般式(1)で表わされる原料化合物において、式:−COOR及び/又は−COORで表わされる基を含む場合において、R、R、R、Rはそれぞれ同一のものであっても異なっていてもよいが、その原料化合物の合成上の観点からは、同一のものであることがより好ましい。 Moreover, in the raw material compound represented by the general formula (1), when the group represented by the formula: —COOR 4 and / or —COOR 5 is included, R 2 , R 3 , R 4 , and R 5 are the same. Although they may be different from each other, they are preferably the same from the viewpoint of synthesis of the raw material compounds.

また、前記一般式(1)で表わされる原料化合物においては、製造および精製の容易さの観点から、X及びYはそれぞれ式:−COORで表わされる基及び−COORで表わされる基であることが好ましい。このように、前記一般式(1)で表わされる原料化合物としてはテトラカルボン酸化合物又はテトラカルボン酸エステル化合物であることが好ましい。このように、前記一般式(1)で表わされる原料化合物がテトラカルボン酸化合物又はテトラカルボン酸エステル化合物である場合、そのような化合物としては、例えば、下記一般式(1−20)〜(1−26): In the raw material compound represented by the general formula (1), X and Y are groups represented by the formulas: —COOR 4 and —COOR 5 from the viewpoint of ease of production and purification, respectively. It is preferable. Thus, the raw material compound represented by the general formula (1) is preferably a tetracarboxylic acid compound or a tetracarboxylic acid ester compound. Thus, when the raw material compound represented by the general formula (1) is a tetracarboxylic acid compound or a tetracarboxylic acid ester compound, examples of such a compound include the following general formulas (1-20) to (1 -26):

Figure 2015137234
Figure 2015137234

[式中、R、R、R、Rは上記一般式(1)において説明したR、R、R、Rと同義である。]
で表わされる化合物(式(1)中のXが式:−COORで表わされる基であり且つYが式:−COOR表わされる基である場合の化合物)等が挙げられる。
Wherein, R 2, R 3, R 4, R 5 has the same meaning as R 2, R 3, R 4 , R 5 described in the above general formula (1). ]
And the like (a compound in which X in the formula (1) is a group represented by the formula: -COOR 4 and Y is a group represented by the formula: -COOR 5 ), and the like.

また、このような一般式(1)で表わされる原料化合物としては、耐熱性に優れ且つ線膨張係数が十分に低いポリイミドを形成するための材料(モノマー)として好適に利用可能なカルボン酸無水物を製造できるという観点からは、下記一般式(2):   Moreover, as such a raw material compound represented by the general formula (1), a carboxylic acid anhydride that can be suitably used as a material (monomer) for forming a polyimide having excellent heat resistance and a sufficiently low linear expansion coefficient From the viewpoint that can be produced, the following general formula (2):

Figure 2015137234
Figure 2015137234

[式(2)中、R、R、R、Rは上記一般式(1)において説明したR、R、R、Rと同義であり(その好適なものも同様である。)、R、R、Rは同一であっても異なっていてもよく、それぞれ水素原子、炭素数1〜10のアルキル基及びフッ素原子よりなる群から選択される1種を示し、nは0〜12の整数を示す。]
で表わされるスピロ化合物が好ましい。なお、上記一般式(2)中のR、R、Rは上記一般式(101)〜(115)中のR、R、Rと同様のものであり、その好適なものも同様である。また、上記一般式(2)中のnも、上記一般式(101)〜(115)中のnと同義であり、その好適なものも同様である。
Wherein (2), R 2, R 3, R 4, R 5 has the same meaning as R 2, R 3, R 4 , R 5 described in the above general formula (1) (same as the preferred R 6 , R 7 and R 8 may be the same or different, and each is selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms and a fluorine atom. N represents an integer of 0 to 12. ]
A spiro compound represented by the formula is preferred. Incidentally, R 6, R 7, R 8 in the general formula (2) is the same as the R 6, R 7, R 8 in the general formula (101) to (115), those that suitable Is the same. Moreover, n in the said General formula (2) is synonymous with n in the said General formula (101)-(115), The suitable thing is also the same.

また、このような原料化合物を調製するための方法としては特に制限されず、公知の方法を適宜利用することができ、例えば、前記原料化合物として前記一般式(2)で表される化合物(スピロ化合物)を利用する場合には、国際公開2011/099518号に開示されているスピロ化合物を調製するための方法を適宜利用してもよい。   In addition, the method for preparing such a raw material compound is not particularly limited, and a known method can be appropriately used. For example, as the raw material compound, a compound represented by the general formula (2) (spiro In the case of using a compound), a method for preparing a spiro compound disclosed in International Publication No. 2011/099518 may be appropriately used.

(炭素数1〜5のカルボン酸)
本発明に用いるカルボン酸は、炭素数1〜5のカルボン酸(以下、場合により単に「低級カルボン酸」という。)である。このような低級カルボン酸の炭素数が前記上限を超えると、製造および精製が困難となる。このような低級カルボン酸は、溶媒として機能し得るばかりか、上記原料化合物がカルボン酸エステル化合物である場合に反応成分としても機能し得る。
(C1-C5 carboxylic acid)
The carboxylic acid used in the present invention is a carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms (hereinafter sometimes simply referred to as “lower carboxylic acid”). When the carbon number of such a lower carboxylic acid exceeds the upper limit, production and purification become difficult. Such a lower carboxylic acid can function not only as a solvent but also as a reaction component when the raw material compound is a carboxylic acid ester compound.

このような低級カルボン酸としては、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸等が挙げられる。このような低級カルボン酸の中でも、製造および精製の容易さの観点から、ギ酸、酢酸、プロピオン酸が好ましく、ギ酸、酢酸がより好ましく、酢酸が特に好ましい。また、このような低級カルボン酸は1種を単独で或は2種以上を組み合わせて利用してもよい。   Examples of such lower carboxylic acids include formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, and the like. Among these lower carboxylic acids, formic acid, acetic acid and propionic acid are preferable, formic acid and acetic acid are more preferable, and acetic acid is particularly preferable from the viewpoint of ease of production and purification. Such lower carboxylic acids may be used singly or in combination of two or more.

(混合液)
本発明にかかる混合液は、前記原料化合物と、前記炭素数1〜5のカルボン酸(低級カルボン酸)とを含むものである。
(Mixture)
The liquid mixture concerning this invention contains the said raw material compound and the said C1-C5 carboxylic acid (lower carboxylic acid).

このような混合液において、一般式(1)で表される原料化合物の含有量は、前記低級カルボン酸中に1〜40質量%であることが好ましく、2〜30質量%であることがより好ましい。このような原料化合物の含有量が前記下限未満では収量が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると反応速度が低下する傾向にある。   In such a mixed solution, the content of the raw material compound represented by the general formula (1) is preferably 1 to 40% by mass and more preferably 2 to 30% by mass in the lower carboxylic acid. preferable. If the content of the raw material compound is less than the lower limit, the yield tends to decrease. On the other hand, if the content exceeds the upper limit, the reaction rate tends to decrease.

また、このような低級カルボン酸(例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸)の含有量としては特に制限されないが、前記一般式(1)で表される原料化合物に対して2〜500倍モルとすることが好ましく、4〜200倍モルであることがより好ましい。このような低級カルボン酸(ギ酸、酢酸、プロピオン酸等)の含有量が前記下限未満では反応速度が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると収量が低下する傾向にある。   In addition, the content of such a lower carboxylic acid (for example, formic acid, acetic acid, propionic acid) is not particularly limited, but it is 2 to 500 times mol with respect to the raw material compound represented by the general formula (1). It is preferably 4 to 200 times mol. When the content of such a lower carboxylic acid (formic acid, acetic acid, propionic acid, etc.) is less than the lower limit, the reaction rate tends to decrease. On the other hand, when the content exceeds the upper limit, the yield tends to decrease.

また、前記カルボン酸類と前記低級カルボン酸とを反応させる場合には、採用する反応条件(温度条件等)等によっては触媒を利用せずに反応を進めることが可能であるため、触媒の使用の有無は特に制限されるものではないが、反応速度をより向上させて反応に要する時間を短縮し、より効率よく生成物を得ることができるため、触媒を用いることがより好ましい。このような観点から、前記混合液には、触媒を含有することが好ましい。   In addition, when the carboxylic acid and the lower carboxylic acid are reacted, the reaction can be carried out without using a catalyst depending on the reaction conditions (temperature conditions, etc.) employed. The presence or absence is not particularly limited, but it is more preferable to use a catalyst because the reaction rate can be further improved to reduce the time required for the reaction and the product can be obtained more efficiently. From such a viewpoint, the mixed solution preferably contains a catalyst.

このような触媒としては、均一系触媒、不均一系触媒のいずれの触媒であっても利用することができ、特に制限されず、中でも、酸性の触媒(より好ましくは比較的強い酸強度を有する触媒)が好ましく、例えば、硫酸、塩酸、フッ化水素酸、フルオロ硫酸等の鉱酸;リンモリブデン酸、リンタングステン酸、ケイモリブデン酸、ケイタングステン酸等のヘテロポリ酸;メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸、ナフタリンスルホン酸等の有機スルホン酸;クロル酢酸、トリクロル酢酸、フルオロ酢酸、トリフルオロ酢酸等のハロゲン化酢酸;イオン交換樹脂、金属酸化物、ゼオライト、金属錯体等の固体酸触媒;等を適宜利用することができる。このような触媒の使用量は、触媒の種類に応じて異なるものであり、一概には言えないが、低級カルボン酸に対する質量比([触媒]/[低級カルボン酸])を0.0001〜1.0とすることが好ましく、0.001〜0.5とすることがより好ましい。   As such a catalyst, any of a homogeneous catalyst and a heterogeneous catalyst can be used, and is not particularly limited. Among them, an acidic catalyst (more preferably has a relatively strong acid strength). Catalyst), for example, mineral acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, hydrofluoric acid and fluorosulfuric acid; heteropolyacids such as phosphomolybdic acid, phosphotungstic acid, silicomolybdic acid and silicotungstic acid; methanesulfonic acid and benzenesulfonic acid Organic sulfonic acids such as toluenesulfonic acid and naphthalenesulfonic acid; halogenated acetic acid such as chloroacetic acid, trichloroacetic acid, fluoroacetic acid and trifluoroacetic acid; solid acid catalyst such as ion exchange resin, metal oxide, zeolite and metal complex; Etc. can be used as appropriate. The amount of such a catalyst used varies depending on the type of the catalyst and cannot be generally specified, but the mass ratio to the lower carboxylic acid ([catalyst] / [lower carboxylic acid]) is 0.0001 to 1. 0.0 is preferable, and 0.001 to 0.5 is more preferable.

また、このような触媒の中でも、カルボン酸無水物の製造後に、触媒とカルボン酸無水物の結晶との分離を効率よく行うことができることから、不均一系触媒を利用することが好ましい。このような不均一系触媒としては特に制限されないが、前述の固体酸触媒(イオン交換樹脂、金属酸化物、ゼオライト、金属錯体等)を好適に利用でき、中でも、酸強度の観点から、イオン交換樹脂(アンバーリスト、アンバーライト等)がより好ましい。このような不均一系触媒は1種を単独で或は2種以上を組み合わせて利用してもよい。また、このような不均一系触媒は、市販品(例えばオルガノ社製のイオン交換樹脂:商品名「アンバーリスト15」、「アンバーリスト35」、「アンバーライト200C」、「アンバーライト200CT」等)を適宜利用してもよい。   Among these catalysts, it is preferable to use a heterogeneous catalyst because the catalyst and the carboxylic acid anhydride crystals can be efficiently separated after the production of the carboxylic acid anhydride. The heterogeneous catalyst is not particularly limited, but the above-described solid acid catalyst (ion exchange resin, metal oxide, zeolite, metal complex, etc.) can be suitably used, and in particular, from the viewpoint of acid strength, ion exchange Resins (amberlist, amberlite, etc.) are more preferred. Such heterogeneous catalysts may be used singly or in combination of two or more. Such heterogeneous catalysts are commercially available products (for example, ion exchange resins manufactured by Organo Corporation: trade names “Amberlist 15”, “Amberlist 35”, “Amberlite 200C”, “Amberlite 200CT”, etc.) May be used as appropriate.

また、このような不均一系触媒としては、原料化合物に対する接触性をより向上させることが可能となることから、粒子状のものを利用することが好ましい。このような粒子状の不均一系触媒としては、平均粒子径が0.3〜1.0mmのものを利用することが好ましく、平均粒子径が0.6〜0.8mmのものを利用することがより好ましい。このような平均粒子径が前記下限未満では、触媒を後述のような容器(例えば袋)に収容した場合に、容器から反応溶液中へ流出してしまい、容器を利用することにより得られる効果が不十分なものとなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると触媒の比表面積が小さくなり、反応時間が長時間化する傾向にある。   Moreover, as such a heterogeneous catalyst, it is possible to improve the contact property with respect to the raw material compound, and therefore it is preferable to use a particulate catalyst. As such a particulate heterogeneous catalyst, those having an average particle diameter of 0.3 to 1.0 mm are preferably used, and those having an average particle diameter of 0.6 to 0.8 mm should be used. Is more preferable. When the average particle size is less than the lower limit, when the catalyst is contained in a container (for example, a bag) as described later, the catalyst flows out into the reaction solution, and the effect obtained by using the container is obtained. On the other hand, if the upper limit is exceeded, the specific surface area of the catalyst tends to be small, and the reaction time tends to be long.

さらに、このような不均一系触媒は、カルボン酸無水物の製造後に、不均一系触媒とカルボン酸無水物の結晶との分離を、より効率よく行うことができることから、多孔性の布からなる触媒を収容するための容器に収容して用いることが好ましい。このような多孔性の布は、その布の成分が、前記低級カルボン酸により加熱時に反応系に溶出したり、熱により反応系に溶融して容器形状が変形することがないように、十分な耐熱性及び耐酸性を有する材料からなるものが好ましい。十分な耐熱性を有さない材料を用いた場合には、カルボン酸無水物を得る工程において加熱により容易に容器が変形あるいは劣化してしまい、結果として不均一系触媒が容器の外部に流出し、触媒と生成物との分離を、より効率よく行うことができなくなったり、容器を形成する材料の溶融した成分と原料化合物とが反応して副生成物が形成されたりして、目的とするカルボン酸無水物を却って効率よく製造することができなくなる傾向にある。また、十分な耐酸性を有さない材料を用いた場合には、カルボン酸無水物を得る工程において容器の成分が溶解してしまい、結果として不均一系触媒が容器の外部に流出して、容器を用いても、触媒と生成物との分離を効率よく行うことができなくなり、更には、溶出した成分と原料化合物とが反応するなどして副生成物が形成され、目的とするカルボン酸無水物を効率よく製造することができなくなる傾向にある。   Furthermore, such a heterogeneous catalyst is made of a porous cloth because it can more efficiently separate the heterogeneous catalyst and the carboxylic acid anhydride crystals after the production of the carboxylic acid anhydride. It is preferable to accommodate and use in a container for accommodating the catalyst. Such a porous cloth is sufficient so that the component of the cloth is not dissolved into the reaction system when heated by the lower carboxylic acid or melted into the reaction system by heat and the container shape is not deformed. What consists of material which has heat resistance and acid resistance is preferable. When a material that does not have sufficient heat resistance is used, the container is easily deformed or deteriorated by heating in the process of obtaining the carboxylic anhydride, and as a result, the heterogeneous catalyst flows out of the container. The separation of the catalyst and the product cannot be performed more efficiently, or the by-product is formed by the reaction between the molten component of the material forming the container and the raw material compound. It tends to be impossible to produce carboxylic acid anhydrides efficiently. In addition, when using a material that does not have sufficient acid resistance, the components of the container are dissolved in the step of obtaining the carboxylic anhydride, and as a result, the heterogeneous catalyst flows out of the container, Even if a container is used, it becomes impossible to efficiently separate the catalyst and the product, and further, a by-product is formed by the reaction between the eluted component and the raw material compound, and the target carboxylic acid is formed. There is a tendency that the anhydride cannot be produced efficiently.

また、このような多孔性の布を形成する具体的な材料としては、特に制限されず、樹脂材料であっても無機材料(例えばガラス繊維、シリカ繊維等)であってもよい。このような多孔性の布を形成する材料としては、容器に加工する際の設計自由度等の観点から、樹脂材料であることが好ましく、ポリフェニレンスルファイド、ポリテトラフルオロエチレンであることが更に好ましく、ポリフェニレンスルファイドが特に好ましい。また、このような多孔性の布に形成されている孔は、不均一系触媒が容器から流出しないような大きさを有していればよく、用いる不均一系触媒の大きさに応じて、その孔の大きさを適宜変更することができる。また、このような多孔性の布としては、特に制限されず、糸状の材料を織って形成した織布、繊維状の材料からなる不織布、不織布や樹脂シートにニードルパンチなどにより孔を形成した布であってもよく、酢酸中において不均一系触媒と反応物質との接触が可能となるような孔が形成されている布を適宜利用することができる。   In addition, a specific material for forming such a porous cloth is not particularly limited, and may be a resin material or an inorganic material (for example, glass fiber, silica fiber, etc.). The material for forming such a porous cloth is preferably a resin material, more preferably polyphenylene sulfide or polytetrafluoroethylene, from the viewpoint of the degree of freedom in design when processing into a container. Polyphenylene sulfide is particularly preferred. Moreover, the hole formed in such a porous cloth should just have a magnitude | size which a heterogeneous catalyst does not flow out of a container, and according to the magnitude | size of the heterogeneous catalyst to be used, The size of the hole can be changed as appropriate. Such a porous cloth is not particularly limited, and is a woven cloth formed by weaving a thread-like material, a non-woven cloth made of a fibrous material, or a cloth in which holes are formed by a needle punch or the like in a non-woven cloth or a resin sheet. It is also possible to appropriately use a cloth in which holes are formed so that the heterogeneous catalyst and the reactant can be contacted in acetic acid.

このような多孔性の布としては、公知の方法により製造した布を適宜利用してもよい。また、このような多孔性の布としては、市販品を利用してもよく、例えば、市販の濾布(例えば、中尾フィルター工業株式会社製の商品名「PS9A」や「PS10DN2」)や、市販のメッシュクロス(例えば、NBCメッシュテック社製の商品名「PPSP50」や「PPSP60」、グンゼ社製の商品名「NET」等)等を適宜利用してもよい。   As such a porous cloth, a cloth manufactured by a known method may be appropriately used. Moreover, as such a porous cloth, a commercially available product may be used. For example, a commercially available filter cloth (for example, trade names “PS9A” or “PS10DN2” manufactured by Nakao Filter Industry Co., Ltd.) or a commercially available filter cloth may be used. A mesh cloth (for example, trade names “PPSP50” and “PPSP60” manufactured by NBC Meshtec, trade name “NET”, etc., manufactured by Gunze Co., Ltd.) may be used as appropriate.

また、このような多孔性の布からなる触媒を収容するための容器の形状としては、前記不均一系触媒を収容することが可能な形状であればよく、特に制限されず、例えば、袋状のものであっても箱状のものであってもよく、中でも、袋状のものを用いることが好ましい。また、このような容器の具体的な形状としては、例えば、球状、楕円球状、封筒形状、正八面体形状(ティーバッグ型)等の袋の形状等としてもよい。また、このような触媒を収容するための容器は、容器内で触媒が互いに凝集することを防止するために、その容器内に前記多孔性の布により小部屋を設けてもよい。なお、前記触媒を収容するための容器は、反応に用いる反応器の形状、大きさ等に応じて、1つのみ用いてもよく、あるいは、複数用いてもよい。   In addition, the shape of the container for accommodating the catalyst made of such a porous cloth is not particularly limited as long as it is a shape capable of accommodating the heterogeneous catalyst. It may be a box or a box, and it is preferable to use a bag. In addition, the specific shape of such a container may be, for example, a bag shape such as a spherical shape, an elliptical spherical shape, an envelope shape, and a regular octahedron shape (tea bag type). Further, a container for containing such a catalyst may be provided with a small chamber by the porous cloth in the container in order to prevent the catalysts from aggregating with each other in the container. In addition, according to the shape, size, etc. of the reactor used for the reaction, only one container for accommodating the catalyst may be used, or a plurality of containers may be used.

また、前記不均一系触媒を利用する場合において、前記不均一系触媒の含有量は特に制限されないが、前記一般式(1)で表される原料化合物の含有量(モル量)に対して、不均一系触媒(例えば、固体酸触媒)のモル量が30〜70モル%(0.3〜0.7倍モル)となるような量とすることが好ましく、40〜60モル%(0.4〜0.6倍モル)となるような量とすることがより好ましい。このような不均一系触媒の含有量が前記下限未満では、反応速度が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えても、触媒を利用することにより得られる効果をそれ以上向上させることが困難となり、却って経済性が低下する傾向にある。なお、ここにいう不均一系触媒のモル量は、前記不均一系触媒がイオン交換樹脂である場合にはイオン交換樹脂中の官能基(例えばスルホン酸基(スルホ基)等)換算によるモル量であり、また、前記不均一系触媒が金属酸化物又は金属錯体からなる酸触媒である場合には該触媒中のプロトン換算によるモル量である。なお、前記混合液において、不均一系触媒は前記原料化合物に接触可能なように、前記原料化合物及び低級カルボン酸を含む液体(例えば溶液)中に含有させることにより、混合液中に含有させてもよく、例えば、不均一系触媒を容器(上述の触媒を収容するための容器)に収容して利用する場合、該容器中の不均一系触媒の少なくとも一部が前記原料化合物及び低級カルボン酸を含む溶液に接触するように、前記容器を前記溶液中に浸して、前記溶液中に不均一系触媒の少なくとも一部を含有せしめることにより、不均一系触媒を混合液に含有させてもよい。   In the case of using the heterogeneous catalyst, the content of the heterogeneous catalyst is not particularly limited, but with respect to the content (molar amount) of the raw material compound represented by the general formula (1), The amount of the heterogeneous catalyst (for example, solid acid catalyst) is preferably 30 to 70 mol% (0.3 to 0.7 times mol), preferably 40 to 60 mol% (0. More preferably, the amount is 4 to 0.6 times mole). If the content of such a heterogeneous catalyst is less than the lower limit, the reaction rate tends to decrease. On the other hand, even if the upper limit is exceeded, the effect obtained by using the catalyst can be further improved. On the other hand, the economy tends to decline. Here, the molar amount of the heterogeneous catalyst is a molar amount in terms of a functional group (for example, sulfonic acid group (sulfo group), etc.) in the ion exchange resin when the heterogeneous catalyst is an ion exchange resin. In addition, when the heterogeneous catalyst is an acid catalyst made of a metal oxide or a metal complex, it is a molar amount in terms of protons in the catalyst. In the mixed solution, the heterogeneous catalyst is contained in a liquid (for example, a solution) containing the raw material compound and a lower carboxylic acid so that the heterogeneous catalyst can be brought into contact with the raw material compound. For example, when a heterogeneous catalyst is accommodated in a container (a container for accommodating the above catalyst) and used, at least a part of the heterogeneous catalyst in the container is composed of the raw material compound and the lower carboxylic acid. The heterogeneous catalyst may be contained in the mixed solution by immersing the container in the solution so as to come into contact with the solution containing the heterogeneous catalyst so that at least a part of the heterogeneous catalyst is contained in the solution. .

さらに、前記混合液は、前記低級カルボン酸に他の溶剤を添加して利用してもよい。このような溶剤(他の溶媒)としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン等の芳香族系溶媒;エーテル、THF、ジオキサン等のエーテル系溶媒;酢酸エチル等のエステル系溶媒;ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、ペンタン等の炭化水素系溶媒;アセトニトリルやベンゾニトリル等のニトリル系溶媒;塩化メチレン、クロロホルムなどのハロゲン系溶媒;アセトンやMEKなどのケトン系溶媒;DMF、NMP、DMI、DMAc等のアミド系溶媒が挙げられる。   Further, the mixed solution may be used by adding another solvent to the lower carboxylic acid. Examples of such solvents (other solvents) include aromatic solvents such as benzene, toluene, xylene and chlorobenzene; ether solvents such as ether, THF and dioxane; ester solvents such as ethyl acetate; hexane and cyclohexane , Hydrocarbon solvents such as heptane and pentane; nitrile solvents such as acetonitrile and benzonitrile; halogen solvents such as methylene chloride and chloroform; ketone solvents such as acetone and MEK; amides such as DMF, NMP, DMI and DMAc And system solvents.

また、前記混合液には、前記低級カルボン酸とともに無水酢酸を含有させてもよい。このように無水酢酸を利用することにより、反応時に生成された水と無水酢酸を反応させて酢酸を形成させることが可能となり、反応時に生成される水の除去を、より効率よく行うことが可能となる。また、このような無水酢酸を利用する場合において、該無水酢酸の使用量は特に制限されないが、前記一般式(1)で表される原料化合物に対して4〜100倍モルとすることが好ましい。このような無水酢酸の使用量が前記下限未満では、反応速度が低下する傾向にあり、他方、前記上限を超えると、収量が低下する傾向にある。   Further, the mixed solution may contain acetic anhydride together with the lower carboxylic acid. By using acetic anhydride in this way, water generated during the reaction can be reacted with acetic anhydride to form acetic acid, and the water generated during the reaction can be removed more efficiently. It becomes. In addition, when such acetic anhydride is used, the amount of acetic anhydride used is not particularly limited, but is preferably 4 to 100 times mol with respect to the raw material compound represented by the general formula (1). . When the amount of acetic anhydride used is less than the lower limit, the reaction rate tends to decrease, and when it exceeds the upper limit, the yield tends to decrease.

さらに、前記混合液としては、カルボン酸無水物の製造時に生じる副生成物(例えば、低級カルボン酸のエステル化合物や水)を混合液中から効率よく蒸発除去するために、前記副生成物と共沸現象を生ずる化合物(共沸剤)を添加してもよい。このような共沸剤としては、前記原料化合物及び前記低級カルボン酸と反応しないものであればよく、特に限定されず、公知の共沸剤を適宜利用することができる。このような共沸剤としては、例えば、ベンゼン、トルエン、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン等の炭化水素類;ジエチルエーテル、プロピルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類;メチレンクロライド、クロロホルム、トリクロルエタン等のハロゲン化炭化水素類;を好適に利用することができる。また、前記共沸剤の使用量は特に制限されず、前記原料化合物、前記低級カルボン酸の種類や用いる共沸剤の種類に応じて適宜調整すればよい。   Further, the mixed solution includes a by-product (for example, an ester compound of lower carboxylic acid and water) generated during the production of the carboxylic acid anhydride from the mixed solution in order to efficiently evaporate and remove the by-product. You may add the compound (azeotropic agent) which produces a boiling phenomenon. The azeotropic agent is not particularly limited as long as it does not react with the raw material compound and the lower carboxylic acid, and a known azeotropic agent can be appropriately used. Examples of such an azeotropic agent include hydrocarbons such as benzene, toluene, pentane, hexane, cyclohexane, heptane, and octane; ethers such as diethyl ether, propyl ether, and tetrahydrofuran; methylene chloride, chloroform, trichloroethane, and the like. Of halogenated hydrocarbons can be preferably used. Moreover, the usage-amount of the said azeotropic agent is not restrict | limited in particular, What is necessary is just to adjust suitably according to the kind of said raw material compound, the said lower carboxylic acid, and the kind of azeotropic agent to be used.

以上、本発明のカルボン酸無水物の製造方法に用いる原料化合物、炭素数1〜5のカルボン酸、混合液について説明したが、以下において、カルボン酸無水物を製造するための各工程について説明する。   As mentioned above, although the raw material compound used for the manufacturing method of the carboxylic acid anhydride of this invention, C1-C5 carboxylic acid, and a liquid mixture were demonstrated, each process for manufacturing a carboxylic acid anhydride is demonstrated below. .

(カルボン酸無水物を製造するための各工程について)
本発明のカルボン酸無水物の製造方法は、前記混合液を加熱し、留出成分を除去することにより、カルボン酸無水物を得るカルボン酸無水物の製造方法であって、
前記留出成分を除去する前に、前記加熱により前記混合液から生じた蒸気の中から炭素数1〜5のカルボン酸を分離する工程(低級カルボン酸の分離工程)と、
前記分離工程により得られる炭素数1〜5のカルボン酸を前記混合液に供給する工程(分離後の低級カルボン酸の供給工程)とを含むことを特徴とする方法である。
(About each process for manufacturing a carboxylic acid anhydride)
The method for producing a carboxylic acid anhydride of the present invention is a method for producing a carboxylic acid anhydride, in which the mixed liquid is heated to remove a distillate component to obtain a carboxylic acid anhydride,
Before removing the distillate component, a step of separating the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms from the vapor generated from the mixed solution by the heating (a step of separating the lower carboxylic acid);
And a step of supplying a carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms obtained by the separation step to the mixed solution (a step of supplying a lower carboxylic acid after separation).

本発明においては、上述のように、カルボン酸無水物を得るために前記混合液を加熱する(混合液の加熱工程)。このような混合液の加熱工程における温度条件(加熱する際の温度条件)としては特に制限されないが、30〜300℃とすることが好ましく、50〜250℃とすることがより好ましく、80〜200℃とすることが更に好ましい。また、本発明に好適に利用しうる不均一系触媒を前記混合液中に含有させた場合には、前記加熱工程における温度条件(加熱する際の温度条件)は、80〜180℃とすることが好ましく、100〜140℃とすることがより好ましい。このような温度条件が前記下限未満では、反応が十分に進行せず、目的とするカルボン酸無水物を十分に効率よく製造することができなくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、反応設備などの腐蝕が著しくなり、工業的に不利となる傾向にある。   In the present invention, as described above, the mixed solution is heated to obtain a carboxylic anhydride (mixed solution heating step). Although it does not restrict | limit especially as temperature conditions (temperature conditions at the time of heating) in the heating process of such a liquid mixture, It is preferable to set it as 30-300 degreeC, It is more preferable to set it as 50-250 degreeC, 80-200 More preferably, it is set to ° C. Moreover, when the heterogeneous catalyst which can be used suitably for this invention is contained in the said liquid mixture, the temperature conditions (temperature conditions at the time of a heating) in the said heating process shall be 80-180 degreeC. Is preferable, and it is more preferable to set it as 100-140 degreeC. If such a temperature condition is less than the lower limit, the reaction does not proceed sufficiently, and the target carboxylic anhydride tends to be unable to be produced sufficiently efficiently. On the other hand, if the upper limit is exceeded, the reaction Corrosion of equipment and the like becomes remarkable, and tends to be industrially disadvantageous.

また、前記混合液の加熱工程における圧力条件(加熱する際の圧力条件)としては特に制限されないが、0.001〜1.0MPaであることが好ましく、0.05〜0.5MPaであることがより好ましく、0.01〜0.1MPaであることが更に好ましい。このような圧力条件が前記下限未満では低級カルボン酸の留出速度が速くなってしまい、低級カルボン酸の使用量が多くなりコスト的に不利となる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、低級カルボン酸よりも低沸点の物質が副生成物(水等)として存在する場合に、その副生成物の留出速度を十分に向上させることが困難となり、反応時間を必ずしも十分に短縮することができなくなる傾向にある。すなわち、前記圧力範囲内で加熱工程を施した場合には、前記混合液中に生じる副生成物をより効率よく除去でき、反応時間をより十分に短縮できる傾向にある。   Moreover, it does not restrict | limit especially as pressure conditions (pressure conditions at the time of heating) in the heating process of the said liquid mixture, However, It is preferable that it is 0.001-1.0 MPa, and it is 0.05-0.5 MPa. More preferably, it is still more preferably 0.01 to 0.1 MPa. When the pressure condition is less than the lower limit, the distillation rate of the lower carboxylic acid is increased, and the amount of the lower carboxylic acid tends to be increased, which tends to be disadvantageous in cost. When a substance having a boiling point lower than that of the lower carboxylic acid is present as a by-product (such as water), it is difficult to sufficiently improve the distillation rate of the by-product, and the reaction time is necessarily shortened sufficiently. Tend to become impossible. That is, when the heating step is performed within the pressure range, the by-product generated in the mixed solution can be more efficiently removed, and the reaction time tends to be sufficiently shortened.

また、前記混合液の加熱工程における加熱時間としては、特に制限されないが、0.5〜100時間とすることが好ましく、1〜50時間とすることがより好ましい。このような加熱時間が前記下限未満では反応が十分に進行せず、十分な量のカルボン酸無水物を製造することができなくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、反応がそれ以上進行せず、生産効率が低下して経済性等が低下する傾向にある。また、前記混合液の加熱工程における雰囲気ガスとしては特に制限されず、例えば、空気であっても不活性ガス(窒素、アルゴン等)であってもよい。   In addition, the heating time in the heating step of the mixed solution is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 100 hours, and more preferably 1 to 50 hours. If the heating time is less than the lower limit, the reaction does not proceed sufficiently, and a sufficient amount of carboxylic anhydride tends to be unable to be produced. On the other hand, if the upper limit is exceeded, the reaction proceeds further. However, there is a tendency that the production efficiency is lowered and the economy is lowered. The atmosphere gas in the heating step of the mixed solution is not particularly limited, and may be air or an inert gas (nitrogen, argon, etc.), for example.

また、前記混合液の加熱工程においては、均一に反応を進行せしめるという観点から、前記混合液を撹拌しながら加熱して反応を進行せしめてもよい。なお、本発明に好適に用いることが可能な不均一系触媒を、不均一系触媒を収容するための容器(以下、場合により単に「収容容器」)に収容して用いる場合において、前記撹拌工程を施す場合には、前記収容容器が前記低級カルボン酸中において流動して、反応容器の壁や、撹拌羽等に接触(衝突)して、前記収容容器が変形したりして前記不均一系触媒が前記収容容器の外に出てしまうといった問題が生じ得るため、撹拌工程に際して、前記反応容器内に固定すること(例えば、収容容器を撹拌羽自体に結び付けて壁や撹拌羽に衝突しないように固定すること、反応容器の壁に固定すること等)が好ましい。   In addition, in the heating step of the mixed solution, the reaction may be performed by heating the mixed solution while stirring from the viewpoint of allowing the reaction to proceed uniformly. In the case where the heterogeneous catalyst that can be suitably used in the present invention is accommodated in a container for accommodating the heterogeneous catalyst (hereinafter simply referred to as “accommodating container” in some cases), the stirring step is performed. When the container is flowed in the lower carboxylic acid, it contacts (impacts) the walls of the reaction container, stirring blades, etc., and the container is deformed to cause the heterogeneous system. Since the problem that the catalyst comes out of the container may occur, the catalyst is fixed in the reaction container in the stirring process (for example, the container is tied to the stirring blade itself so as not to collide with the wall or the stirring blade. Are preferably fixed to the wall of the reaction vessel.

また、前記混合液の加熱工程においては、少なくとも、前記原料化合物中の式:−COOR及び−COORで表わされる基から(X及びYが−COOR及び−COORで表わされる基の場合には、場合によりそれらの基からも)、下記一般式(3):
*5−CO−O−OC−*6 (3)
[式(3)中、*5及び*6はそれぞれ原料化合物中の式:−COOR及び−COORで表わされる基(X及びYが−COOR及び−COORで表わされる基の場合には、場合により−COOR及び−COORで表わされる基並びに−COOR及び−COORで表わされる基)がそれぞれ結合していた炭素原子に結合する結合手を示す。]
で表わされる酸無水物基が形成されて、カルボン酸無水物が生成される。このようなカルボン酸無水物が生成される反応を、上記一般式(2)で表わされるスピロ化合物を利用した場合を例にして簡単に説明すると、その反応は、下記反応式(I):
In the heating step of the mixed solution, at least from the group represented by the formula: —COOR 2 and —COOR 3 in the raw material compound (when X and Y are groups represented by —COOR 4 and —COOR 5) In some cases, also from those groups), the following general formula (3):
* 5 -CO-O-OC- * 6 (3)
[In the formula (3), * 5 and * 6 are groups represented by the formula: —COOR 2 and —COOR 3 in the raw material compound (in the case where X and Y are groups represented by —COOR 4 and —COOR 5) , respectively. Represents a bond bonded to a carbon atom to which a group represented by —COOR 2 and —COOR 3 and a group represented by —COOR 4 and —COOR 5 , respectively, was bonded. ]
To form a carboxylic acid anhydride. The reaction in which such a carboxylic acid anhydride is generated will be briefly described by taking the case of using the spiro compound represented by the general formula (2) as an example. The reaction is represented by the following reaction formula (I):

Figure 2015137234
Figure 2015137234

[反応式(I)中、R、R、R、R、R、R、R、nは上記一般式(2)において説明したR、R、R、R、R、R、R、nと同義である(その好適なものも同様である。)。]
で表わされるような反応となる。このように、原料化合物として、上記一般式(2)で表わされるスピロ化合物を用いた場合には、上記一般式(4)で表わされるようなテトラカルボン酸無水物が得られることとなる。なお、このような加熱工程により、最終的な生成物として得られるカルボン酸無水物は、前記低級カルボン酸に対して溶解度が極めて低いものであるため、前記低級カルボン酸中において沈澱物として得ることが可能である。
[In Reaction Formula (I), R 2 , R 3 , R 4 , R 5 , R 6 , R 7 , R 8 , n are R 2 , R 3 , R 4 , R described in General Formula (2) above] 5 , R 6 , R 7 , R 8 , and n are the same (preferred examples are also the same). ]
The reaction is represented by Thus, when a spiro compound represented by the above general formula (2) is used as the raw material compound, a tetracarboxylic acid anhydride represented by the above general formula (4) is obtained. In addition, since the carboxylic acid anhydride obtained as a final product by such a heating step has extremely low solubility in the lower carboxylic acid, it can be obtained as a precipitate in the lower carboxylic acid. Is possible.

また、このような混合液の加熱工程により生じる反応は必ずしも明らかではないが、前記原料化合物として上記一般式(1)中のXが式:−COORで表わされる基であり、Yが式:−COORで表わされる基であり、XとYとが化合物中の隣接する炭素原子にそれぞれ接続されており且つR、R、R、Rがいずれも水素原子以外の基である化合物を利用し、更に、前記低級カルボン酸として酢酸を利用した場合(好適な実施形態)を例に挙げて説明すると、下記反応式(II)及び(III): In addition, although the reaction that occurs in the heating step of such a mixed solution is not necessarily clear, X in the general formula (1) as the raw material compound is a group represented by the formula: —COOR 4 , and Y is the formula: A group represented by —COOR 5 , wherein X and Y are each connected to adjacent carbon atoms in the compound, and R 2 , R 3 , R 4 and R 5 are all groups other than hydrogen atoms; The case of using a compound and further using acetic acid as the lower carboxylic acid (preferred embodiment) will be described as an example. The following reaction formulas (II) and (III):

Figure 2015137234
Figure 2015137234

[反応式(II)中、Rは上記一般式(1)中のRと同義であり、R、R、R、Rは水素原子以外のものである以外は上記一般式(1)において説明したR、R、R、Rと同様のものであり、Rは、前記原料化合物中のR、R、R及びRのいずれかの基であることを示す。] [In the reaction formula (II), R 1 has the same meaning as R 1 in the general formula (1), and R 2 , R 3 , R 4 , and R 5 are the same as those in the general formula except that they are other than hydrogen atoms. It is the same as R 2 , R 3 , R 4 and R 5 described in (1), and R is any group of R 2 , R 3 , R 4 and R 5 in the raw material compound. It shows that. ]

Figure 2015137234
Figure 2015137234

[反応式(III)中、Rは上記一般式(1)において説明したRと同様のものである。]
で表わされるような反応となるものと推察される。なお、このような反応式(II)は原料化合物中のエステル基をカルボン酸分解する反応を示し、反応式(III)は、それに続く酸無水物化反応を示すものである。このような反応式(II)で表されるエステル基をカルボン酸分解する反応と、それに引き続く反応式(III)で表される酸無水物化反応は、連続的に起こるものと推察される。また、原料化合物中のR、R、R、Rがいずれも水素原子である場合には、前記混合液の加熱工程により、上記反応式(III)で表わされる反応がそのまま進行することとなる。すなわち、本発明においては、原料化合物がエステル化合物(例えば、少なくとも一般式(1)中のR及び/又はRが水素原子以外のものである原料化合物等)である場合には、前記混合液を加熱することにより、上記反応式(II)及び(III)で表される反応のように、前記エステル化合物中のエステル基を効率よくカルボン酸基(−COOH)にすることが可能となり、そのようにして得られたカルボン酸化合物をそのまま加熱し続けることより、効率よく脱水縮合でき、エステル基を含む原料化合物を利用しても一連の工程によりカルボン酸無水物基が形成できることとなる。
[In Reaction formula (III), R 1 is the same as the R 1 described in the above general formula (1). ]
It is inferred that the reaction will be expressed as In addition, such reaction formula (II) shows the reaction which decomposes | disassembles the ester group in a raw material compound, and reaction formula (III) shows the subsequent acid-anhydride reaction. It is presumed that the reaction for decomposing the ester group represented by the reaction formula (II) with carboxylic acid and the subsequent acid anhydride reaction represented by the reaction formula (III) occur continuously. Further, when R 2 , R 3 , R 4 , and R 5 in the raw material compound are all hydrogen atoms, the reaction represented by the above reaction formula (III) proceeds as it is by the heating step of the mixed solution. It will be. That is, in the present invention, when the raw material compound is an ester compound (for example, a raw material compound in which at least R 2 and / or R 3 in the general formula (1) is other than a hydrogen atom), the mixture By heating the liquid, it becomes possible to efficiently convert the ester group in the ester compound to a carboxylic acid group (—COOH) as in the reactions represented by the above reaction formulas (II) and (III). By continuing to heat the carboxylic acid compound thus obtained as it is, dehydration condensation can be performed efficiently, and a carboxylic acid anhydride group can be formed by a series of steps even if a raw material compound containing an ester group is used.

また、上記反応式(II)及び(III)に例示されるようなカルボン酸無水物を生成するための反応はどちらも平衡反応である。そのため、上記反応式(II)で表されるような反応及び上記反応式(III)で表わされるような反応は、各反応において副生される酢酸のエステル(式:CHCOORで表される酢酸エステル)及び水が反応系に残っていればいるほど、反応の進行が遅くなってしまう。そこで、目的とするカルボン酸無水物を効率よく製造するといった観点からは、前記原料化合物がエステル化合物(例えば、少なくとも一般式(1)中のR及び/又はRが水素原子以外のものである原料化合物等)である場合、前記原料化合物中のエステル基をカルボン酸分解する反応(例えば、上記反応式(II)で表されるような反応)において副生される低級カルボン酸のエステル(上記反応式(II)で表されるような反応においては式:CHCOORで表される酢酸エステル)の少なくとも一部を反応系外へ除去する必要があり、また、前記酸無水物化反応(例えば、反応式(III)で表わされるような反応)においては反応中に副生される水の少なくとも一部を反応系外へ除去する必要がある。ここで、前記カルボン酸無水物は、前記低級カルボン酸に対して溶解度が極めて低く、反応途上で容易に沈澱物として析出する傾向にある。そのため、上記平衡反応は、基本的に、酸無水物の生成に有利な反応となる。また、このような平衡反応において副生成物(水等)を留去すると、反応はより酸無水物の生成に有利な反応となる。そのため、カルボン酸無水物の製造においては、副生成物を留去して留出成分の除去を行うことで、カルボン酸無水物の生成反応をより効率よく進行させることが可能となる。 The reactions for producing carboxylic acid anhydrides exemplified in the above reaction formulas (II) and (III) are both equilibrium reactions. Therefore, the reaction represented by the reaction formula (II) and the reaction represented by the reaction formula (III) are represented by an ester of acetic acid (formula: CH 3 COOR) by-produced in each reaction. The more acetate and water remain in the reaction system, the slower the reaction proceeds. Therefore, from the viewpoint of efficiently producing the target carboxylic acid anhydride, the raw material compound is an ester compound (for example, at least R 2 and / or R 3 in the general formula (1) is other than a hydrogen atom). In the case of a raw material compound or the like, an ester of a lower carboxylic acid by-produced in a reaction (for example, a reaction represented by the above reaction formula (II)) that decomposes an ester group in the raw material compound with a carboxylic acid ( In the reaction represented by the above reaction formula (II), it is necessary to remove at least a part of the formula: acetate represented by CH 3 COOR) from the reaction system, and the acid anhydride reaction ( For example, in the reaction represented by the reaction formula (III), it is necessary to remove at least a part of water by-produced during the reaction out of the reaction system. Here, the carboxylic acid anhydride has a very low solubility in the lower carboxylic acid, and tends to easily precipitate as a precipitate during the reaction. Therefore, the above equilibrium reaction is basically a reaction advantageous for the production of an acid anhydride. Moreover, when a by-product (water or the like) is distilled off in such an equilibrium reaction, the reaction becomes a reaction more advantageous for the production of an acid anhydride. Therefore, in the production of carboxylic acid anhydrides, the by-product is distilled off and the distillate component is removed, thereby allowing the carboxylic acid anhydride production reaction to proceed more efficiently.

このような観点から、本発明のカルボン酸無水物の製造方法においては、カルボン酸無水物を効率よく得るために、前記混合液を加熱し、前記加熱により前記混合液から生じた蒸気の中から炭素数1〜5のカルボン酸を分離した後に、留出成分を除去する。このように、前記加熱により前記混合液から生じた蒸気の中から炭素数1〜5のカルボン酸を分離した後に、留出成分を除去する工程(留出成分の除去工程)を施すことで、副生成物を反応系から除去しながら効率よくカルボン酸無水物を製造することが可能となる。   From such a point of view, in the method for producing a carboxylic acid anhydride of the present invention, in order to efficiently obtain the carboxylic acid anhydride, the mixed solution is heated, and from the vapor generated from the mixed solution by the heating. After separating the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms, the distillate component is removed. Thus, after separating the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms from the vapor generated from the mixed solution by the heating, by performing a step of removing the distillate component (distillation component removal step), Carboxylic anhydride can be efficiently produced while removing by-products from the reaction system.

なお、前記混合液を加熱して、その加熱により生じる蒸気には、炭素数1〜5のカルボン酸、水、低級カルボン酸のエステル(原料化合物がエステル化合物である場合)、他の溶媒(前記混合液が他の溶媒を利用するものである場合)等が含まれ得る。そのため、従来のように、前記混合液を加熱して、その加熱により生じた蒸気をそのまま除去(留去)して、留出成分を除去するような場合には、かかる蒸気中に多量の低級カルボン酸も含まれること等から、反応系中の低級カルボン酸の量が減少して、カルボン酸無水物の生成反応を十分に効率よく進行せしめることができなくなる。したがって、従来においては、蒸気として留去されて減少した分の低級カルボン酸、及び、反応に利用されて消費された低級カルボン酸(低級カルボン酸のエステルとして除去された低級カルボン酸)を、連続的に反応系に供給して加熱を行う方法が採用されていた。しかしながら、このように、単に留出成分を除去しつつ新たな低級カルボン酸を連続的に供給した場合には、低級カルボン酸の使用量が増大し、コストが増大してしまう。そこで、本発明においては、低級カルボン酸の使用量を十分に低減させるために、前記留出成分の除去工程により、前記留出成分を除去する前に、前記加熱により前記混合液から生じた蒸気の中から炭素数1〜5のカルボン酸を分離する。そして、このような分離工程により得られる炭素数1〜5のカルボン酸を前記混合液に供給する。すなわち、前記原料化合物と前記低級カルボン酸を加熱してカルボン酸無水物を得る場合において、そのまま留出成分を除去した場合(例えば、そのまま反応系外に蒸気を留去した場合)には、その留出成分に低級カルボン酸のエステル化合物(副生成物)や水(副生成物)が含まれるとともに、加熱により蒸発してしまう低級カルボン酸も多量に含まれるため、本発明においては、留出成分を除去する前に、前記加熱により前記混合液から生じた蒸気の中から低級カルボン酸を分離し、その分離後に得られる低級カルボン酸を前記混合液に供給し、これにより、本来は留去されてしまう低級カルボン酸を再利用することを可能とし、低級カルボン酸の総使用量を十分に低減させることを可能とする。   In addition, the said liquid mixture is heated, The vapor | steam which arises by the heating contains C1-C5 carboxylic acid, water, ester of a lower carboxylic acid (when a raw material compound is an ester compound), other solvent (said said In the case where the mixed solution uses another solvent). Therefore, as in the conventional case, when the mixture is heated and the vapor generated by the heating is removed (distilled) as it is to remove the distillate component, Since the carboxylic acid is also included, the amount of the lower carboxylic acid in the reaction system decreases, and the carboxylic acid anhydride formation reaction cannot proceed sufficiently efficiently. Therefore, conventionally, the lower carboxylic acid reduced by evaporation as a vapor and the lower carboxylic acid consumed by the reaction (lower carboxylic acid removed as an ester of the lower carboxylic acid) are continuously added. In other words, a method of heating by supplying to the reaction system has been adopted. However, when new lower carboxylic acid is continuously supplied while simply removing the distillate component in this way, the amount of the lower carboxylic acid used increases and the cost increases. Therefore, in the present invention, in order to sufficiently reduce the amount of lower carboxylic acid used, the steam generated from the mixed solution by the heating before the distillate component is removed by the distillate component removal step. The carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms is separated from the inside. And the C1-C5 carboxylic acid obtained by such a separation process is supplied to the said liquid mixture. That is, when the raw material compound and the lower carboxylic acid are heated to obtain a carboxylic acid anhydride, when the distillate component is removed as it is (for example, when the vapor is distilled off from the reaction system as it is), The distillate component contains a lower carboxylic acid ester compound (by-product) and water (by-product), and also contains a large amount of lower carboxylic acid that evaporates by heating. Prior to removing the components, the lower carboxylic acid is separated from the vapor generated from the mixed solution by the heating, and the lower carboxylic acid obtained after the separation is supplied to the mixed solution. It is possible to reuse the lower carboxylic acid that has been produced, and to sufficiently reduce the total amount of the lower carboxylic acid used.

このように、本発明においては、前記留出成分を除去する前に、前記加熱により前記混合液から生じた蒸気の中から炭素数1〜5のカルボン酸を分離する(低級カルボン酸の分離工程)。このような留出成分の除去前の前記蒸気の中から低級カルボン酸を分離するための方法(低級カルボン酸の分離工程)としては、特に制限されず、例えば、留出成分を除去する前に、前記混合液から生じた前記蒸気の中に含まれる各成分の沸点の差を利用して低級カルボン酸を分別蒸留する方法等、公知の方法を適宜利用できる。また、前記炭素数1〜5のカルボン酸の分離工程(低級カルボン酸の分離工程)としては、分別蒸留することにより前記炭素数1〜5のカルボン酸を分離する工程であることが好ましく、工業的な観点から、設備がより簡便である精留塔を利用する工程であることがより好ましい。このように精留塔を利用することにより、低級カルボン酸を分別蒸留して、より効率よく分離することが可能となる。なお、前記蒸気の中から炭素数1〜5のカルボン酸を分離する工程は、蒸気から低級カルボン酸を直接分別蒸留する工程(例えば、蒸気をそのまま精留塔に導入する等して蒸気を直接分別蒸留する方法)であってもよく、あるいは、前記蒸気を一度液化せしめて留出液を得た後に、その留出液を利用して炭素数1〜5のカルボン酸を分離する工程(蒸気を一度液化して取り出して炭素数1〜5のカルボン酸を分離する方法)であってもよい。   Thus, in the present invention, before removing the distillate component, the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms is separated from the vapor generated from the mixed solution by the heating (lower carboxylic acid separation step). ). The method for separating the lower carboxylic acid from the vapor before the removal of the distillate component (the step of separating the lower carboxylic acid) is not particularly limited. For example, before removing the distillate component, A known method such as a method of fractionally distilling a lower carboxylic acid using a difference in boiling point of each component contained in the vapor generated from the mixed solution can be appropriately used. Moreover, the separation step of the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms (separation step of the lower carboxylic acid) is preferably a step of separating the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms by fractional distillation. From a general viewpoint, it is more preferable to use a rectification column with simpler equipment. Thus, by using a rectification column, it becomes possible to fractionate and distill lower carboxylic acid more efficiently. The step of separating the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms from the steam is a step of fractionally distilling the lower carboxylic acid directly from the steam (for example, the steam is directly introduced into the rectification column, etc.). Or a step of separating the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms using the distillate after the vapor is liquefied once to obtain a distillate (vapor). Or a method of separating a carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms).

このような精留塔の構成は特に制限されず、目的物である低級カルボン酸を、前記加熱により前記混合液から生じた蒸気の中から分別蒸留して分離できるように適宜設計すればよく、公知の構成のものを適宜採用でき、例えば、充填塔方式、棚段塔方式、プレートフィン方式等としてもよい。このように、前記精留塔としては、例えば、泡鐘塔、多孔板塔、充填塔(例えば、ラシヒリング、レッシングリング、ディクソンパッキン等を充填材とするもの)等を適宜使用できる。また、このような精留塔の理論段数としては、特に制限されないが、0.1〜50段であることが好ましく、1〜30段であることがより好ましい。なお、精留塔内での分別蒸留工程は、精留塔の構成や分離する低級カルボン酸の種類などに応じて、蒸留温度や圧力などの条件を公知の条件の中から、より適した条件となるように適宜変更しながら実施すればよい。そのため、このような精留塔内での分別蒸留工程は、例えば、0.001〜1.0MPaの圧力で30〜300℃の蒸留温度の条件で施してもよい。なお、このように精留塔を利用する低級カルボン酸の分離工程は、非常に簡便な方法でありながら、効率よく低級カルボン酸を分離することが可能な工程である。   The configuration of such a rectifying column is not particularly limited, and may be appropriately designed so that the target lower carboxylic acid can be separated and separated by fractional distillation from the vapor generated from the mixed solution by the heating, A well-known structure can be employed as appropriate, and for example, a packed tower system, a plate tower system, a plate fin system, or the like may be used. Thus, as the rectifying tower, for example, a bubble bell tower, a perforated plate tower, a packed tower (for example, those using Raschig rings, Lessing rings, Dixon packing, etc.) can be used as appropriate. The number of theoretical plates in such a rectifying column is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 50, more preferably 1 to 30. The fractional distillation step in the rectifying column is more suitable for the conditions such as distillation temperature and pressure among the known conditions depending on the configuration of the rectifying column and the type of lower carboxylic acid to be separated. What is necessary is just to implement, changing suitably so that it may become. Therefore, you may perform the fractional distillation process in such a rectification column, for example on the conditions of the distillation temperature of 30-300 degreeC by the pressure of 0.001-1.0 MPa. In addition, the separation process of the lower carboxylic acid using the rectifying column in this way is a process capable of efficiently separating the lower carboxylic acid while being a very simple method.

また、このように留出成分の除去前に、加熱により前記混合液から生じた蒸気の中から低級カルボン酸を分離する工程において、分離される低級カルボン酸の量は、該蒸気中に含まれる低級カルボン酸を全て留出させた場合の総量に対して5〜98質量%であることが好ましく、10〜95質量%であることがより好ましい。前記加熱により前記混合液から生じた蒸気の中から分離される低級カルボン酸の量(割合)が前記下限未満では分離に資する設備を導入するコストを考慮すると低級カルボン酸の使用量を低減する十分なメリットが得られず、他方、前記上限を超えるためには煩雑な設備が必要となる傾向にある。なお、分離できる低級カルボン酸の量は、例えば、上述のように精留塔を利用する方法等により、容易に上記範囲内(質量%)とすることができる。   Further, in the step of separating the lower carboxylic acid from the vapor generated from the mixed solution by heating before the removal of the distillate component, the amount of the lower carboxylic acid separated is contained in the vapor. It is preferably 5 to 98% by mass, more preferably 10 to 95% by mass, based on the total amount when all of the lower carboxylic acid is distilled. If the amount (ratio) of the lower carboxylic acid separated from the vapor generated from the mixed solution by the heating is less than the lower limit, it is sufficient to reduce the amount of the lower carboxylic acid used in consideration of the cost of introducing equipment that contributes to the separation. On the other hand, in order to exceed the upper limit, complicated equipment tends to be required. The amount of the lower carboxylic acid that can be separated can be easily within the above range (mass%) by, for example, a method using a rectifying column as described above.

このように、本発明においては、留出成分の除去の前に、前記加熱により前記混合液から生じた蒸気の中から炭素数1〜5のカルボン酸を分離する工程を施す。そのため、前記留出成分の除去工程においては、前記蒸気の中から炭素数1〜5のカルボン酸を分離した後の残りの成分を、留出成分(炭素数1〜5のカルボン酸を分離後に得られる成分:場合により「第二の留出物」と称する。)として除去することとなる。このように、本発明においては、除去される留出成分は、前記加熱により前記混合液から生じた蒸気から炭素数1〜5のカルボン酸を分離後(低級カルボン酸の分離工程後)に得られる成分(留出成分:第二の留出物)となる。このように、低級カルボン酸の分離工程後に得られる留出成分(第二の留出物)を除去する方法としては特に制限されず、公知の方法を適宜利用することができ、例えば、リービッヒコンデンサーを用いて、炭素数1〜5のカルボン酸を分離した後の蒸気を留去することにより、炭素数1〜5のカルボン酸を分離後の留出成分(第二の留出物)を除去する方法などを適宜採用してもよい。このように、前記蒸気から炭素数1〜5のカルボン酸を分離した後の成分を除去することにより、副生成物として製造される水等を留出成分(蒸気を留去して得られる成分)として容易に除去でき、カルボン酸無水物をより効率よく製造することが可能となる。すなわち、このような方法によれば、低級カルボン酸のエステル化合物や水などの副生成物を含む留出成分を効率よく系外へ除去しつつ、反応系に必要な炭素数1〜5のカルボン酸が系外へ除去されることを十分に抑制することが可能となる。なお、前記留出成分(第二の留出物)の除去工程において、より効率よく副生成物(例えば、低級カルボン酸エステルや水)を除去するという観点から、前記混合液中に、副生成物と共沸現象を生ずる化合物(共沸剤)を添加してもよい。また、前記低級カルボン酸の分離工程と、前記留出成分(第二の留出物)の除去工程は、例えば、前記加熱により前記混合液から生じた蒸気を精留塔に導入し、その精留塔を通過した後の蒸気をそのまま留去する等して、連続的に実施してもよい。   Thus, in the present invention, before removing the distillate component, a step of separating the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms from the vapor generated from the mixed solution by the heating is performed. Therefore, in the step of removing the distillate component, the remaining component after separating the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms from the vapor is removed from the distillate component (after separating the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms). The resulting component is sometimes removed as “second distillate”). Thus, in the present invention, the distillate component to be removed is obtained after separating the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms from the vapor generated from the mixed solution by the heating (after the separation step of the lower carboxylic acid). Component (distilled component: second distillate). Thus, the method for removing the distillate component (second distillate) obtained after the separation step of the lower carboxylic acid is not particularly limited, and a known method can be used as appropriate, for example, a Liebig condenser. Is used to remove the distillate component (second distillate) after separating the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms by distilling off the vapor after separating the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms. The method of performing etc. may be employ | adopted suitably. Thus, by removing the components after separating the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms from the steam, water produced as a by-product is distilled components (components obtained by distilling off the steam) ) Can be easily removed, and the carboxylic acid anhydride can be produced more efficiently. That is, according to such a method, a C1-C5 carboxylic acid required for the reaction system is efficiently removed while removing distillate components including by-products such as an ester compound of lower carboxylic acid and water. It is possible to sufficiently suppress the removal of the acid out of the system. In the step of removing the distillate component (second distillate), from the viewpoint of more efficiently removing by-products (for example, lower carboxylic acid esters and water), by-products are formed in the mixture. You may add the compound (azeotropic agent) which produces an azeotropic phenomenon with a thing. The lower carboxylic acid separation step and the distillate component (second distillate) removal step include, for example, introducing steam generated from the mixed solution by the heating into a rectification column, It may be carried out continuously, for example, by distilling off the steam after passing through the distillation column.

また、本発明においては、前記分離工程により得られる炭素数1〜5のカルボン酸を前記混合液に供給する(分離後の低級カルボン酸の供給工程)。このように、前記加熱工程により前記混合液から生じた蒸気の中から炭素数1〜5のカルボン酸を分離した後、前記分離工程により得られる炭素数1〜5のカルボン酸(分離後の炭素数1〜5のカルボン酸)を、前記混合液に供給する方法としては、特に制限されず、前記分離工程により得られた炭素数1〜5のカルボン酸を前記混合液に供給することが可能な公知の方法を適宜採用することができる。このような混合液に供給する方法としては、例えば、分離後の炭素数1〜5のカルボン酸を滴下ロートを用いて混合液に滴下することにより供給する方法や、精留塔を利用して炭素数1〜5のカルボン酸を分離する場合であって、精留塔を反応容器に接続する場合においては、分離後の炭素数1〜5のカルボン酸が加熱中の混合液に対して精留塔から供給(例えば滴下等により添加して供給)されるように反応容器と精留塔とを設計して、分離後の炭素数1〜5のカルボン酸を精留塔から前記混合液に供給することによって、分離後の炭素数1〜5のカルボン酸を前記混合液に供給する方法等を適宜採用してもよい。なお、このような反応容器としては、カルボン酸無水物の製造方法に利用可能な公知の反応容器を適宜利用することができる。また、分離後の低級カルボン酸を供給する際の供給速度等の条件は、特に制限されず、用いる低級カルボン酸の種類や反応容器の大きさ等に応じて、反応が効率よく進行するように適宜設定すればよい。   Moreover, in this invention, the C1-C5 carboxylic acid obtained by the said isolation | separation process is supplied to the said liquid mixture (supply process of the lower carboxylic acid after isolation | separation). Thus, after separating the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms from the vapor generated from the mixed solution by the heating step, the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms (carbon after separation) obtained by the separation step. The method for supplying the carboxylic acid having a number of 1 to 5 to the mixed solution is not particularly limited, and the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms obtained by the separation step can be supplied to the mixed solution. Such known methods can be adopted as appropriate. As a method of supplying such a mixed solution, for example, a method of supplying the separated carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms by dropping it into the mixed solution using a dropping funnel, or using a rectifying column When the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms is separated and the rectifying column is connected to the reaction vessel, the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms after the separation is purified with respect to the mixture being heated. The reaction vessel and the rectifying column are designed so that they are supplied from the distillation column (for example, added by dropping or the like), and the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms after separation is supplied from the rectifying column to the mixed solution. By supplying, a method of supplying the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms after the separation to the mixed solution may be appropriately employed. In addition, as such a reaction container, the well-known reaction container which can be utilized for the manufacturing method of carboxylic anhydride can be utilized suitably. The conditions such as the supply rate when supplying the lower carboxylic acid after separation are not particularly limited, and the reaction proceeds efficiently according to the type of lower carboxylic acid used, the size of the reaction vessel, and the like. What is necessary is just to set suitably.

なお、このようにして低級カルボン酸を分離して、分離した後に得られる低級カルボン酸を前記混合液に供給し、分離して得られた低級カルボン酸を再度利用する場合においても、蒸留の精度等によっては一部の低級カルボン酸が副生成物とともに留出成分として除去され得ること、また、前記原料化合物がエステル化合物である場合には、少なくとも一部の低級カルボン酸が反応に使用され、副生成物(低級カルボン酸のエステル化合物)となって反応系から除去されること、等から、反応をより効率よく進行せしめるといった観点から、前述のような分離後の低級カルボン酸の供給工程を施すとともに、別途、新たな低級カルボン酸を前記混合液に供給する工程を施すことが好ましい。このように、本発明においても、前記混合液の加熱工程及び前記留出成分の除去工程において減少した分の低級カルボン酸を、新たに外部から前記混合液に供給することが好ましい。なお、このように減少した分の低級カルボン酸を新たに外部から供給する場合においても、本発明においては、前記留出成分の除去工程において、留出成分の除去前に、前記加熱(前記混合液の加熱工程)により前記混合液から生じた蒸気の中から低級カルボン酸を分離していることから、そもそも低級カルボン酸の減少分が少なく、従来のカルボン酸無水物の製造方法と比較して、その供給量を十分に少量に抑えることができる。そのため、本発明においては、カルボン酸無水物の製造工程を通して使用する炭素数1〜5のカルボン酸の量(総量)を、従来のカルボン酸無水物の製造方法と比較して十分に抑制することができる。   Even when the lower carboxylic acid obtained in this manner is separated and the lower carboxylic acid obtained after the separation is supplied to the mixed solution and the lower carboxylic acid obtained by the separation is reused, the accuracy of distillation is reduced. In some cases, a part of the lower carboxylic acid can be removed as a distillate component together with the by-product, and when the raw material compound is an ester compound, at least a part of the lower carboxylic acid is used in the reaction, From the viewpoint of allowing the reaction to proceed more efficiently from the fact that it becomes a byproduct (an ester compound of a lower carboxylic acid) and is removed from the reaction system, the lower carboxylic acid supply step after the separation as described above is performed. In addition, it is preferable to separately provide a step of supplying a new lower carboxylic acid to the mixed solution. Thus, also in the present invention, it is preferable that the lower carboxylic acid reduced in the heating step of the mixed solution and the distilling component removing step is newly supplied to the mixed solution from the outside. Even when the reduced amount of the lower carboxylic acid is newly supplied from the outside, in the present invention, the heating (the mixing) is performed before the distillate component is removed in the distillate component removal step. Since the lower carboxylic acid is separated from the vapor generated from the mixed solution by the liquid heating step), the amount of decrease in the lower carboxylic acid is small in the first place, compared with the conventional method for producing a carboxylic acid anhydride. The supply amount can be suppressed to a sufficiently small amount. Therefore, in the present invention, the amount (total amount) of the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms used throughout the carboxylic acid anhydride production process is sufficiently suppressed as compared with the conventional method for producing carboxylic acid anhydride. Can do.

また、前記混合液の加熱工程においては、より効率よくカルボン酸無水物を生成するといった観点から、前記混合液を加熱還流する工程を含んでいてもよい。このように、前記混合液の加熱工程に還流工程を含むことにより、より効率よくカルボン酸無水物を製造することが可能となる。すなわち、前記混合液の加熱工程において、加熱の初期段階においては反応が十分に進行していないため、水等の副生成物がほとんど生成されていない。そのため、加熱の初期段階の蒸気には、ほとんど副生成物が含まれていないこととなる。したがって、反応がある程度進むまでの間(加熱の初期段階)は、留出成分を除去しなくても、副生成物(水等)の影響をそれほど受けることなくカルボン酸無水物を製造できる。そして、このような段階においては還流することで、低級カルボン酸を効率よく利用して反応を進めることが可能となり、これによりカルボン酸無水物をより効率よく生成することが可能となる。なお、反応の進行の程度は蒸気中に含まれる低級カルボン酸のエステル化合物の量等を確認することにより判断することができる。そのため、還流工程を施す場合には、蒸気中の低級カルボン酸のエステル化合物の量等を確認しながら、効率よく反応が進行するように還流時間を適宜設定し、その後、加熱しながら留出成分の除去工程を施してもよい。また、このような還流の条件としては特に制限されず、公知の条件を適宜採用でき、用いる原料化合物の種類等に応じて好適な条件に適宜変更することができる。   In addition, the heating step of the mixed solution may include a step of heating and refluxing the mixed solution from the viewpoint of more efficiently generating a carboxylic acid anhydride. Thus, it becomes possible to manufacture a carboxylic anhydride more efficiently by including a refluxing step in the heating step of the mixed solution. That is, in the heating process of the mixed solution, since the reaction does not sufficiently proceed in the initial stage of heating, almost no by-products such as water are generated. Therefore, the by-product is hardly contained in the steam at the initial stage of heating. Therefore, until the reaction proceeds to some extent (the initial stage of heating), the carboxylic acid anhydride can be produced without much influence of by-products (such as water) without removing the distillate component. And by refluxing in such a stage, it becomes possible to advance a reaction efficiently using lower carboxylic acid, and, thereby, it becomes possible to produce | generate a carboxylic acid anhydride more efficiently. The degree of progress of the reaction can be determined by confirming the amount of the ester compound of the lower carboxylic acid contained in the steam. Therefore, when the reflux step is performed, the reflux time is appropriately set so that the reaction proceeds efficiently while confirming the amount of the ester compound of the lower carboxylic acid in the steam, and then the distillate component is heated while heating. You may perform the removal process. Further, such reflux conditions are not particularly limited, and known conditions can be appropriately employed, and can be appropriately changed to suitable conditions according to the type of the raw material compound used.

また、本発明においては、原料化合物中のエステル基のカルボン酸分解反応及びそれに続く無水物化反応を効率よく行うという観点からは、例えば、前記混合液を加熱還流する工程(A)と、前記混合液中の液体の一部を減圧留去することにより留出成分を除去して前記混合液を濃縮し、得られた濃縮液に再度、前記低級カルボン酸を供給して加熱還流した後、その得られた混合液中の液体の一部を再度減圧留去することにより、留出成分を再度除去して濃縮することにより濃縮液を得る工程(B)と、前記濃縮液に前記低級カルボン酸を供給して、得られた混合液を加熱することによりカルボン酸無水物を得る工程(C)とを含む方法を利用してもよい。なお、このような工程(A)〜(C)においては、前記減圧留去により留出成分を除去する際に、前記低級カルボン酸の分離工程を施し、前記混合液の濃縮液に低級カルボン酸を供給する際に、前記分離後の低級カルボン酸の供給工程を施してもよく、工程(C)の加熱工程において、蒸気を留去する場合に、前記低級カルボン酸の分離工程及び前記分離後の低級カルボン酸の供給工程を施してもよい。また、工程(C)においては、低級カルボン酸の供給に際して、無水酢酸を併せて供給してもよい。なお、このような工程(A)及び(B)においては、主に原料化合物中のエステル基のカルボン酸分解反応が進行し、工程(C)においては主に無水物化反応が進行することとなる。   In the present invention, from the viewpoint of efficiently carrying out the carboxylic acid decomposition reaction of the ester group in the raw material compound and the subsequent anhydride reaction, for example, the step (A) of heating and refluxing the mixed solution and the mixing A portion of the liquid in the liquid was distilled off under reduced pressure to remove the distillate component, and the mixture was concentrated, and the resulting concentrated liquid was again supplied with the lower carboxylic acid and heated to reflux. A part of the liquid in the obtained mixed liquid is again distilled off under reduced pressure, thereby removing again the distillate component and concentrating to obtain a concentrated liquid; and the lower carboxylic acid is added to the concentrated liquid And a step (C) of obtaining a carboxylic acid anhydride by heating the obtained mixed solution may be used. In such steps (A) to (C), when the distillate component is removed by distillation under reduced pressure, a separation step of the lower carboxylic acid is applied, and the concentrated liquid of the mixed solution is subjected to lower carboxylic acid. In the heating step of the step (C), when the vapor is distilled off, the lower carboxylic acid separation step and the post-separation step may be performed. The lower carboxylic acid supply step may be performed. In step (C), acetic anhydride may be supplied together with the lower carboxylic acid. In these steps (A) and (B), the carboxylic acid decomposition reaction of the ester group in the raw material compound proceeds mainly, and in the step (C), the anhydride reaction proceeds mainly. .

また、本発明のカルボン酸無水物の製造方法においては、前述のようにして前記混合液を加熱してカルボン酸無水物を得る。このようにしてカルボン酸無水物を生成した後においては、その生成に触媒を利用している場合、生成物と触媒との分離工程を適宜施してもよい。また、前述のようにして前記混合液を加熱して、前記一般式(1)で表される原料化合物からカルボン酸無水物の粗生成物を得た後には、その粗生成物に対して再結晶、昇華等の精製工程を適宜実施してもよい。このような精製工程により、より高純度のカルボン酸無水物を得ることが可能となる。なお、このような精製の方法としては、特に制限されず、公知の方法を適宜採用することができる。   Moreover, in the manufacturing method of the carboxylic acid anhydride of this invention, the said liquid mixture is heated as mentioned above, and a carboxylic acid anhydride is obtained. After the carboxylic acid anhydride is thus produced, when a catalyst is used for the production, a separation step between the product and the catalyst may be appropriately performed. In addition, after heating the mixed solution as described above to obtain a crude product of carboxylic acid anhydride from the raw material compound represented by the general formula (1), the crude product is reused. Purification steps such as crystallization and sublimation may be appropriately performed. Such a purification step makes it possible to obtain a carboxylic acid anhydride with higher purity. In addition, it does not restrict | limit especially as such a purification method, A well-known method is employable suitably.

このように、本発明においては、前記混合液を加熱し、留出成分を除去することにより、カルボン酸無水物を得るカルボン酸無水物の製造方法において、留出成分を除去する前に、前記加熱により前記混合液から生じた蒸気の中から炭素数1〜5のカルボン酸を分離し、該分離後の炭素数1〜5のカルボン酸を前記混合液に供給する。そのため、本発明においては、カルボン酸無水物の製造工程を通して、反応系外に留去されてしまう炭素数1〜5のカルボン酸の量を十分に低減することが可能となり、これにより使用する炭素数1〜5のカルボン酸の量(総量)を十分に低減させることが可能となる。このように、本発明によれば、安価な製品作りの支障となる炭素数1〜5のカルボン酸の使用量の増加を十分に抑制し、使用する炭素数1〜5のカルボン酸の量(総量)を十分に低減させてカルボン酸無水物を効率よく製造することが可能となる。そのため、本発明のカルボン酸無水物の製造方法は、より安価にカルボン酸無水物を製造することができ、工業的にカルボン酸無水物を製造するための方法として特に有用である。   As described above, in the present invention, in the method for producing a carboxylic acid anhydride in which the mixed liquid is heated and the distillate component is removed to obtain the carboxylic acid anhydride, before the distillate component is removed, C1-C5 carboxylic acid is isolate | separated from the vapor | steam produced from the said liquid mixture by heating, and the C1-C5 carboxylic acid after this isolation | separation is supplied to the said liquid mixture. Therefore, in the present invention, it is possible to sufficiently reduce the amount of the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms that is distilled out of the reaction system through the production process of the carboxylic acid anhydride, and thus the carbon used. It becomes possible to sufficiently reduce the amount (total amount) of the carboxylic acids of several 1-5. As described above, according to the present invention, an increase in the amount of the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms that hinders the production of an inexpensive product is sufficiently suppressed, and the amount of the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms to be used ( The total amount) can be sufficiently reduced, and the carboxylic acid anhydride can be produced efficiently. Therefore, the method for producing a carboxylic acid anhydride of the present invention can produce a carboxylic acid anhydride at a lower cost, and is particularly useful as a method for industrially producing a carboxylic acid anhydride.

以下、実施例及び比較例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated more concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to a following example.

(実施例1)
先ず、触媒として酸型のイオン交換樹脂(オルガノ社製の商品名「アンバーライト200C」、平均粒子径:0.60〜0.85mm)を5g準備した。次いで、ポリフェニレンサルファイド(PPS)のメッシュクロス(NBCメッシュテック株式会社製の商品名「PPSP60」、1インチあたりのメッシュ数:60メッシュ)からなる封筒型の袋(かかる袋は、縦:20mm、横:46mmの大きさを有し、マチがなく、短辺側が開口部となっている。)を準備し、前記封筒型の袋に前記触媒2.5gを入れ、前記袋の両端の開口部を前記メッシュクロスと同様の材料(PPS)からなるマルチフィラメント糸により縫製することにより、前記袋中にイオン交換樹脂からなる触媒2.5gを収容し、これを2袋準備した。
Example 1
First, 5 g of an acid ion exchange resin (trade name “Amberlite 200C” manufactured by Organo Corporation, average particle size: 0.60 to 0.85 mm) was prepared as a catalyst. Next, an envelope-type bag made of polyphenylene sulfide (PPS) mesh cloth (trade name “PPSP60” manufactured by NBC Meshtec Co., Ltd., number of meshes per inch: 60 mesh). : Having a size of 46 mm, no gusset, and an opening on the short side.), 2.5 g of the catalyst is put into the envelope-type bag, and openings at both ends of the bag are formed. By sewing with multifilament yarn made of the same material (PPS) as the mesh cloth, 2.5 g of the catalyst made of ion exchange resin was accommodated in the bag, and two bags were prepared.

次いで、理論段数が1.8段である充填塔方式の精留塔(旭製作所社製のガラス充填剤、商品名「マルチプルターン」を用い、内径30mmのガラス管に高さ100mm程度まで充填した構成とした。)と、リービッヒコンデンサーとに接続した、内容量が500ミリリットルのフラスコを反応用の容器として準備した。なお、前記精留塔及び前記リービッヒコンデンサーは、該フラスコ内において液体を加熱して蒸気が生じた場合に、該蒸気が精留塔を通過した後にリービッヒコンデンサー内を通過するように、それぞれフラスコに接続(設置)した。すなわち、前記精留塔の蒸気の入り口となる部分(前記内径30mmのガラス管の一方の開口部)をフラスコの開口部に接続し、前記精留塔からの蒸気の出口部分(前記内径30mmのガラス管のもう一方の開口部)にリービッヒコンデンサーを接続した。なお、前記精留塔は、精留塔内で分別蒸留された酢酸がそのままフラスコ内に再度導入されるように(戻されるように)設置した。   Next, a packed tower type rectification tower having a theoretical plate number of 1.8 (a glass filler manufactured by Asahi Seisakusho Co., Ltd., trade name “multiple turn”) was used to fill a glass tube with an inner diameter of 30 mm to a height of about 100 mm. And a flask having an internal volume of 500 ml connected to a Liebig condenser was prepared as a reaction vessel. The rectifying column and the Liebig condenser are each placed in the flask so that when the liquid is heated in the flask and vapor is generated, the vapor passes through the Liebig condenser after passing through the rectifying column. Connected (installed). That is, a portion (one opening portion of the glass tube having an inner diameter of 30 mm) serving as the vapor inlet of the rectifying column is connected to an opening portion of the flask, and an outlet portion of the vapor from the rectifying column (the inner diameter of 30 mm). A Liebig condenser was connected to the other opening of the glass tube. The rectification column was installed so that the acetic acid fractionally distilled in the rectification column was again introduced into the flask as it was (returned).

次に、下記一般式(5):   Next, the following general formula (5):

Figure 2015137234
Figure 2015137234

で表わされる原料化合物(ノルボルナン−2−スピロ−α−シクロペンタノン−α’−スピロ−2’’−ノルボルナン−5,5’’,6,6’’−テトラカルボン酸テトラメチルエステル)20gを酢酸330ml中に溶解させた溶液(混合液)を準備し、前記溶液を前記フラスコ(反応用の容器)内に添加した。なお、前記原料化合物は、国際公開2011/099518号に記載の実施例1に開示されている方法に準じて作成した。 20 g of a raw material compound (norbornane-2-spiro-α-cyclopentanone-α′-spiro-2 ″ -norbornane-5,5 ″, 6,6 ″ -tetracarboxylic acid tetramethyl ester) A solution (mixed solution) dissolved in 330 ml of acetic acid was prepared, and the solution was added to the flask (reaction vessel). The raw material compound was prepared according to the method disclosed in Example 1 described in International Publication 2011/099518.

次に、前記フラスコ内に添加された溶液(混合液)に対して、前述のようにして準備した前記イオン交換樹脂からなる触媒2.5gが収容された袋(2つ)を、完全に浸すようにして、前記溶液中にイオン交換樹脂(総量:5g)を添加し、溶液中に前記イオン交換樹脂を含有せしめた。なお、各袋はそれぞれ紐で吊るすことにより、マグネチックスターラでの撹拌した時に触媒充填袋がフラスコの壁や撹拌棒に接触しないように固定した。このようにして、フラスコ内に、前記イオン交換樹脂と前記原料化合物と前記酢酸とを含む混合液を得た。なお、前記混合液中の前記原料化合物と前記不均一系触媒の含有比([原料化合物(モル量)]:[触媒(官能基換算によるモル量)])は1:0.3(原料化合物の含有量(モル量)に対して不均一系触媒のモル量が0.3倍モル)であり、前記酢酸中の前記原料化合物の含有量は5.7質量%であり、かつ、前記酢酸の含有量は前記原料化合物のモル量に対して131倍モルであった。   Next, the bag (two) containing 2.5 g of the ion exchange resin prepared as described above is completely immersed in the solution (mixed solution) added to the flask. Thus, an ion exchange resin (total amount: 5 g) was added to the solution, and the ion exchange resin was contained in the solution. Each bag was hung with a string so that the catalyst-filled bag was fixed so as not to come into contact with the wall of the flask or the stirring rod when stirring with a magnetic stirrer. Thus, the liquid mixture which contains the said ion exchange resin, the said raw material compound, and the said acetic acid in the flask was obtained. The content ratio of the raw material compound and the heterogeneous catalyst in the mixed solution ([raw material compound (molar amount)]: [catalyst (molar amount in terms of functional group)]) is 1: 0.3 (raw material compound) Of the heterogeneous catalyst with respect to the content (molar amount) of 0.3 mol), the content of the raw material compound in the acetic acid is 5.7% by mass, and the acetic acid The content of was 131 times mol with respect to the molar amount of the raw material compound.

次に、前記フラスコ内の圧力を700mmHg(0.093MPa)まで減圧した後、前記混合液をマグネチックスターラで撹拌しながら、前記フラスコ内の温度が115℃になるように加熱して、還流を1時間行った後、115℃の加熱条件を維持して、前記混合液から生じた蒸気を、前記精留塔に導入した後、前記精留塔を通過後の蒸気を前記リービッヒコンデンサーに導入して通過させることにより、前記フラスコ内に発生している蒸気から酢酸を分別蒸留し、該分別蒸留後の蒸気を留去(留出成分を除去)すると同時に、フラスコ内の混合液の液量が一定になるように、フラスコ内に滴下ロートを用いて酢酸を加えた(以下、かかる工程を工程(i)という。)。なお、このような工程(i)においては、留出成分を除去する前の蒸気の中から精留塔により酢酸が分別蒸留されて、分別蒸留された酢酸が混合液に戻された。ここにおいて、精留塔からは、分別蒸留された酢酸を約90mL/hの速度で戻すことができた。また、このような工程(i)中の蒸気の留去工程において、前記リービッヒコンデンサーを通過後に得られる留出成分の留出速度は、毎時約10mLであった。また、このようにして留去した留出成分(留出液)を1時間毎に採取し、留出成分の質量を測定するとともに、ガスクロマトグラフにより分析を行った結果、留出成分(留出液)中には酢酸、酢酸メチル及び水の存在が確認された。また、上記工程(i)においては、留出成分の除去を開始して8時間経過後から、前記混合液中に白色の沈殿物が生成され始めた。また、留出成分の除去を開始してから10時間経過後に、加熱を終了し(工程(i)を終了し)、反応を止めた。その後、前記フラスコ内から触媒が収容された袋を全て取り出した。なお、触媒入りの袋を取り出す際に、各袋に付着していた固形分はそれぞれピンセットや薬さじで掻き取ることで袋から分離し、そのように分離して得られた固形分は再度混合液中に戻した。次いで、フラスコ内の混合液から、ろ紙を用いて減圧ろ過を行うことにより固形分を取り出し、白色の固体を得た。そして、得られた白色の固体をトルエンで洗浄し、乾燥することにより、11.5gの白色粉末を得た。   Next, after reducing the pressure in the flask to 700 mmHg (0.093 MPa), the mixture is heated with a magnetic stirrer so that the temperature in the flask becomes 115 ° C. After 1 hour, maintaining the heating condition at 115 ° C., introducing the steam generated from the mixed solution into the rectification column, and then introducing the steam after passing through the rectification column into the Liebig condenser. The acetic acid is fractionally distilled from the steam generated in the flask, and the steam after the fractional distillation is distilled off (distilled component is removed). At the same time, the amount of the liquid mixture in the flask is reduced. Acetic acid was added into the flask using a dropping funnel so as to be constant (hereinafter, this step is referred to as step (i)). In such step (i), acetic acid was fractionally distilled from the steam before removing the distillate component by the rectification column, and the fractionally distilled acetic acid was returned to the mixed solution. Here, the fractionally distilled acetic acid could be returned from the rectifying column at a rate of about 90 mL / h. Moreover, in the vapor | steam distillation process in such a process (i), the distillation speed | rate of the distillate component obtained after passing the said Liebig condenser was about 10 mL per hour. Further, the distillate component (distillate) distilled off in this way was collected every hour, and the mass of the distillate component was measured and analyzed by gas chromatography. The presence of acetic acid, methyl acetate and water was confirmed in the liquid). Moreover, in the said process (i), the white precipitate began to produce | generate in the said liquid mixture after 8 hours passed since the removal of the distillate component was started. Further, after 10 hours from the start of the removal of the distillate components, the heating was terminated (step (i) was terminated), and the reaction was stopped. Thereafter, all the bags containing the catalyst were taken out from the flask. In addition, when taking out the bag containing the catalyst, the solid content adhered to each bag is separated from the bag by scraping with tweezers or a spoon, and the solid content obtained by such separation is mixed again. Returned to liquid. Subsequently, solid content was taken out from the liquid mixture in a flask by performing filtration under reduced pressure using a filter paper, and white solid was obtained. The obtained white solid was washed with toluene and dried to obtain 11.5 g of white powder.

このようにして得られた粉末を一部採取して、液体クロマトグラフ分析を行った結果、得られた白色粉末は単一のピークを与えるものであること(単一の生成物が得られていること)が分かった。また、このようにして得られた粉末の化合物の種類を同定すべく、NMR測定、LC測定を行ったところ、得られた化合物は下記一般式(6):   A part of the powder thus obtained was collected and subjected to liquid chromatographic analysis. As a result, the obtained white powder gave a single peak (a single product was obtained). I understood. Further, when NMR measurement and LC measurement were performed in order to identify the kind of the powdered compound thus obtained, the obtained compound was represented by the following general formula (6):

Figure 2015137234
Figure 2015137234

表わされる化合物(カルボン酸無水物)であることが確認された。なお、使用した原料化合物の仕込み量から算出される生成物の理論量に対する収率を求めたところ、収率は71%であることが確認された。また、得られた化合物の結晶は本来の結晶の色(白色)を示し、得られた結晶には着色が無いことも分かった。また、留出開始後10時間経過した後の留出液の総量(留去の開始から10時間経過するまでに得られた留出液の総量)中の酢酸メチルの量は10.6gであり、水の量は約1.2mLであり、酢酸の量は約100mLであることが分かった。なお、後述のように、精留塔を接続せずに行った比較例1では留出した酢酸の量が約1000mLであることから、実施例1においては、工程(i)中の蒸気の留去工程において、分別蒸留前の蒸気中の酢酸の総量に対して、精留塔により約90質量%の酢酸を分離して再利用することができたことが分かった。 It was confirmed that it was the compound represented (carboxylic anhydride). In addition, when the yield with respect to the theoretical amount of the product computed from the preparation amount of the raw material compound used was calculated | required, it was confirmed that a yield is 71%. It was also found that the crystals of the obtained compound showed the original crystal color (white), and the obtained crystals were not colored. The amount of methyl acetate in the total amount of distillate after 10 hours from the start of distillation (total amount of distillate obtained until 10 hours after the start of distillation) was 10.6 g. The amount of water was found to be about 1.2 mL and the amount of acetic acid was about 100 mL. As will be described later, in Comparative Example 1 performed without connecting a rectifying column, the amount of acetic acid distilled out was about 1000 mL. Therefore, in Example 1, the distillation of steam during step (i) was performed. In the last step, it was found that about 90% by mass of acetic acid could be separated and reused by the rectification column with respect to the total amount of acetic acid in the steam before fractional distillation.

(比較例1)
精留塔を接続せず、リービッヒコンデンサーのみが接続された内容量が500ミリリットルのフラスコを反応用の容器として利用し、かつ、工程(i)において700mmHgに減圧せずに常圧(760mmHg、0.1MPa)の条件で加熱を開始した以外は、実施例1と同様にしてカルボン酸無水物を得た。なお、このようにして得られた白色粉末(カルボン酸無水物)は10.2gであった。また、実施例1と同様にして粉末の化合物の種類を同定したところ、上記一般式(6)で表わされる化合物(カルボン酸無水物)であることが確認された。また、使用した原料化合物の仕込み量から算出される生成物の理論量に対する収率を求めたところ、収率は63%であることが確認された。また、工程(i)中の蒸気の留去工程において、前記リービッヒコンデンサーを通過後に得られる留出成分の留出速度は毎時約100mLであった。更に、留出開始後10時間経過した後の留出液の総量(留去の開始から10時間経過するまでに得られた留出液の総量)中の酢酸メチルの量は9.4gであり、水の量は約1.1mLであり、酢酸の量は約1000mLであることが分かった。
(Comparative Example 1)
A flask having an internal volume of 500 ml, to which only a Liebig condenser was connected, without using a rectifying column, was used as a reaction vessel, and in step (i), the pressure was not reduced to 700 mmHg but normal pressure (760 mmHg, 0 Carboxylic anhydride was obtained in the same manner as in Example 1 except that heating was started under the condition of 0.1 MPa). The white powder (carboxylic acid anhydride) thus obtained was 10.2 g. Moreover, when the kind of powder compound was identified like Example 1, it was confirmed that it is a compound (carboxylic anhydride) represented by the said General formula (6). Moreover, when the yield with respect to the theoretical amount of the product computed from the preparation amount of the raw material compound used was calculated | required, it was confirmed that a yield is 63%. Moreover, in the vapor | steam distillation process in process (i), the distilling speed | rate of the distillate component obtained after passing the said Liebig condenser was about 100 mL / h. Furthermore, the amount of methyl acetate in the total amount of distillate after 10 hours from the start of distillation (total amount of distillate obtained until 10 hours after the start of distillation) was 9.4 g. It was found that the amount of water was about 1.1 mL and the amount of acetic acid was about 1000 mL.

実施例1及び比較例1の結果からも明らかなように、精留塔を利用して酢酸を分別蒸留することにより分離し、分離後の酢酸を再度、混合液に添加した場合(実施例1)においては、工程(i)中の留出成分の除去工程における留出成分の留出速度が約10mL/hであるのに対して、精留塔を利用せずに、単に留出成分を除去した場合(比較例1)においては、留出成分の留出速度が約100mL/hとなっていた。また、混合液の加熱中に新たに添加することが必要となった酢酸の量(外部から添加した酢酸の量)は、実施例1においては約100mLであるのに対して、比較例1においては約1000mLであった。また、上述のように、留出成分の除去の開始から10時間経過するまでに得られた酢酸メチルの量は、実施例1においては10.6gであるのに対して、比較例1では9.4gであった。このような結果から、精留塔付のフラスコを使用した場合(実施例1)においては、精留塔を備えていないフラスコを使用した場合(比較例1)よりも、酢酸の留出量を少量としつつも、酢酸メチル及び水を十分に留去することが可能となっていることが分かった。また、実施例1においてはカルボン酸無水物が11.5g得られているのに対して、比較例1においては得られたカルボン酸無水物の量は10.2gとなっていることを考慮すれば、実施例1で採用している条件においては、より効率よくカルボン酸無水物が得られることが分かった。なお、実施例1においては、加熱時に減圧しているが、減圧条件においては酢酸よりも低沸点物質である酢酸メチル・水の留出速度がより向上するものと本発明者らは推察しており、そのような点からも、実施例1においては反応が効率よく進行したのではないかと本発明者らは推察している。そのため、本発明のカルボン酸無水物の製造方法において、前記混合液を加熱する際に、減圧条件下において加熱することで反応時間をより短縮することも可能となるものと本発明者らは推察している。   As is clear from the results of Example 1 and Comparative Example 1, when acetic acid was separated by fractional distillation using a rectifying column and the separated acetic acid was added to the mixture again (Example 1). ), While the distillation rate of the distillate component in the distillate removal step in step (i) is about 10 mL / h, the distillate component is simply used without using a rectification column. When removed (Comparative Example 1), the distillation rate of the distillate component was about 100 mL / h. Further, the amount of acetic acid that had to be newly added during the heating of the mixed solution (the amount of acetic acid added from the outside) was about 100 mL in Example 1, whereas in Comparative Example 1, Was about 1000 mL. Further, as described above, the amount of methyl acetate obtained until 10 hours have passed since the start of the removal of the distillate component was 10.6 g in Example 1, whereas it was 9 in Comparative Example 1. .4 g. From these results, in the case of using a flask with a rectifying column (Example 1), the amount of acetic acid distilled out was lower than in the case of using a flask without a rectifying column (Comparative Example 1). It was found that methyl acetate and water can be sufficiently distilled off with a small amount. Further, in Example 1, 11.5 g of carboxylic acid anhydride was obtained, whereas in Comparative Example 1, the amount of carboxylic acid anhydride obtained was 10.2 g. For example, it was found that the carboxylic acid anhydride can be obtained more efficiently under the conditions employed in Example 1. In Example 1, although the pressure was reduced during heating, the inventors speculate that the distillation rate of methyl acetate / water, which is a low-boiling point substance, is higher than that of acetic acid under reduced pressure conditions. In view of this, the present inventors presume that the reaction proceeds efficiently in Example 1. Therefore, the present inventors speculate that in the method for producing a carboxylic acid anhydride of the present invention, when the mixed liquid is heated, the reaction time can be further shortened by heating under a reduced pressure condition. doing.

以上説明したように、本発明によれば、炭素数1〜5のカルボン酸の使用量を十分に低減させてカルボン酸無水物を効率よく製造することを可能とするカルボン酸無水物の製造方法を提供することが可能となる。このような本発明のカルボン酸無水物の製造方法は、炭素数1〜5のカルボン酸の使用量を十分に低減させることができるため、コストを十分に低減することが可能な方法であり、カルボン酸無水物を工業的に製造する際に利用する方法として特に有用である。   As described above, according to the present invention, a method for producing a carboxylic acid anhydride that can efficiently produce a carboxylic acid anhydride by sufficiently reducing the amount of carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms. Can be provided. Such a method for producing a carboxylic acid anhydride of the present invention can sufficiently reduce the amount of carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms, and thus is a method capable of sufficiently reducing the cost. It is particularly useful as a method used when industrially producing carboxylic acid anhydrides.

Claims (6)

下記一般式(1):
Figure 2015137234
[式(1)中、Rは、少なくとも隣接する2つの炭素原子を有する4価の有機基であり、該隣接する2つの炭素原子に式:−COOR及び−COORで表わされる基がそれぞれ結合されており、
、Rは同一であっても異なっていてもよく、それぞれ水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数3〜10のシクロアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基、炭素数6〜20のアリール基及び炭素数7〜20のアラルキル基よりなる群から選択される1種を示し、
Xは、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基及び式:−COOR(Rは前記Rと同義であり、Rと同一であっても異なっていてもよい。)で表わされる基よりなる群から選択される1種を示し、
Yは、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数2〜10のアルケニル基及び式:−COOR(Rは前記Rと同義であり、Rと同一であっても異なっていてもよい。)で表わされる基よりなる群から選択される1種を示す。]
で表わされる原料化合物と、炭素数1〜5のカルボン酸とを含む混合液を加熱し、留出成分を除去することにより、カルボン酸無水物を得るカルボン酸無水物の製造方法であって、
前記留出成分を除去する前に、前記加熱により前記混合液から生じた蒸気の中から炭素数1〜5のカルボン酸を分離する工程と、
前記分離工程により得られる炭素数1〜5のカルボン酸を前記混合液に供給する工程とを含むことを特徴とするカルボン酸無水物の製造方法。
The following general formula (1):
Figure 2015137234
[In Formula (1), R 1 is a tetravalent organic group having at least two adjacent carbon atoms, and the groups represented by the formulas: —COOR 2 and —COOR 3 are present on the two adjacent carbon atoms. Each is connected,
R 2 and R 3 may be the same or different and are each a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a cycloalkyl group having 3 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, or carbon. 1 type selected from the group consisting of an aryl group having 6 to 20 carbon atoms and an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms,
X is a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms and the formula: -COOR 4 (R 4 has the same meaning as the R 2, be the same or different and R 2 1 type selected from the group consisting of groups represented by:
Y represents a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms and the formula: -COOR 5 (R 5 has the same meaning as the R 2, be the same or different and R 2 1 type selected from the group consisting of groups represented by: ]
A method for producing a carboxylic acid anhydride by heating a mixed solution containing a raw material compound represented by the formula (1) and a carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms and removing a distillate component,
Separating the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms from the vapor generated from the mixed solution by the heating before removing the distillate component;
And a step of supplying a carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms obtained by the separation step to the mixed solution.
前記炭素数1〜5のカルボン酸の分離工程が、分別蒸留することにより前記炭素数1〜5のカルボン酸を分離する工程であることを特徴とする請求項1に記載のカルボン酸無水物の製造方法。   2. The carboxylic acid anhydride according to claim 1, wherein the step of separating the carboxylic acid having 1 to 5 carbons is a step of separating the carboxylic acid having 1 to 5 carbons by fractional distillation. Production method. 前記炭素数1〜5のカルボン酸の分離工程に精留塔を利用することを特徴とする請求項1又は2に記載のカルボン酸無水物の製造方法。   The method for producing a carboxylic acid anhydride according to claim 1 or 2, wherein a rectifying column is used in the step of separating the carboxylic acid having 1 to 5 carbon atoms. 前記混合液を加熱する際の圧力条件が0.001〜1.0MPaであることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載のカルボン酸無水物の製造方法。   The pressure condition at the time of heating the said liquid mixture is 0.001-1.0 Mpa, The manufacturing method of the carboxylic acid anhydride as described in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. 前記混合液を加熱する際の温度条件が30〜300℃であることを特徴とする請求項1〜4のうちのいずれか一項に記載のカルボン酸無水物の製造方法。   5. The method for producing a carboxylic acid anhydride according to claim 1, wherein a temperature condition for heating the mixed solution is 30 to 300 ° C. 5. 前記原料化合物が下記一般式(2):
Figure 2015137234
[式(2)中、R、R、R、Rは上記一般式(1)において説明したR、R、R、Rと同義であり、R、R、Rは同一であっても異なっていてもよく、それぞれ水素原子、炭素数1〜10のアルキル基及びフッ素原子よりなる群から選択される1種を示し、nは0〜12の整数を示す。]
で表わされるスピロ化合物である、請求項1〜5のうちのいずれか一項に記載のカルボン酸無水物の製造方法。
The raw material compound is represented by the following general formula (2):
Figure 2015137234
Wherein (2), R 2, R 3, R 4, R 5 has the same meaning as R 2, R 3, R 4 , R 5 described in the above general formula (1), R 6, R 7, R 8 may be the same or different and each represents one selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms and a fluorine atom, and n represents an integer of 0 to 12 . ]
The manufacturing method of the carboxylic acid anhydride as described in any one of Claims 1-5 which is a spiro compound represented by these.
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