JP2015227289A - ジアルキルフェノールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的低い温度・圧力の条件下で反応が進行し、安全かつ高収率でジアルキルフェノールを製造する方法の提供。
【解決手段】ゼオライト系触、特にβ−型ゼオライトの触媒の存在下で、ｍ−クレゾールと酢酸イソプロピル等の有機酸イソプロピルエステルとを組み合わせて用いることにより、０〜１．０ＭＰａ程度の反応圧力、１８０〜２００℃程度の反応温度で、４−イソプロピル−３−メチルフェノール、チモール等のジアルキルフェノールを製造する方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、触媒の存在下、ｍ−クレゾールと有機酸のイソプロピルエステルとを反応させる、ジアルキルフェノールの製造方法に関する。

ジアルキルフェノール、とりわけ４−イソプロピル−３−メチルフェノール（以下、ＩＰＭＰと称する場合もある）、２−イソプロピル−５−メチルフェノール（以下、チモールと称する場合もある）は、医薬品原料として有用である。ＩＰＭＰは、殺菌性や抗酸化性に優れ、且つ低刺激性で安全性が高いことから、化粧品、口内洗浄液、シャンプー等において抗菌成分として使用されている。また、チモールは、防腐剤、香料、駆虫剤などに使用されている。

チモールの製造方法としては、ｍ−クレゾールをイソプロピル化する方法が従来知られている。ｍ−クレゾールをイソプロピル化する方法として、例えば、固体リン酸触媒の存在下でｍ−クレゾールとプロピレンガスとを反応させる方法が提案されている（特許文献１）。

この方法は、極めて可燃性の高いプロピレンガスを、高温高圧条件下で使用するため非常に危険であり、特殊な設備が必要となる。また、触媒の使用量が比較的多いにもかかわらず、転化率および収率が低く経済的に効率の悪い方法である。

また、ｍ−クレゾールのイソプロピル化に際し、モルデナイト型ゼオライト触媒を用いる方法も提案されている（特許文献２）。しかし、この方法も高温高圧条件下のプロピレンガスを使用する必要があるため、工業的に有利な方法とは言えず、やはり収率および選択率の低いものであった。

危険性の高いプロピレンガスを使用しない方法として、金属酸化物触媒の存在下で、ｍ−クレゾールとイソプロピルアルコールとを反応させることによりチモールを製造する方法も提案されている（特許文献３）。

しかしながら、この方法も４００℃という高温条件下で反応させる必要があると共に、イソプロピルアルコールおよび副生する水の影響によって高圧状態になるため、やはり危険性が高く、工業的に有利な方法ではない。さらに、副生する水によって反応を阻害されることから、転化率および収率が著しく低下し、実用的な製法とは言えないものであった。

特公昭６１−５２１３０号公報 特開平２−７８６４０号公報 特開２００２−３００１１号公報

本発明の目的は、安全で穏やかな条件下で反応が進行する、ジアルキルフェノールを製造する方法を提供することにある。また、本発明の別の目的は、高収率でジアルキルフェノールを製造する方法を提供することにある。

本発明者らは、ｍ−クレゾールのイソプロピル化について鋭意検討した結果、触媒の存在下で、ｍ−クレゾールと有機酸のイソプロピルエステルとを組み合わせて用いることにより、比較的穏やかな条件下でも反応が進行し、高収率でジアルキルフェノールが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、触媒の存在下、ｍ−クレゾールと有機酸のイソプロピルエステルとを反応させる、ジアルキルフェノールの製造方法を提供する。

本発明によれば、低温・低圧の反応条件下であるにもかかわらず、ジアルキルフェノールを製造することができる。さらに、本発明によれば、高収率でジアルキルフェノールが得られることとなる。

本発明の方法においては、触媒の存在下、ｍ−クレゾールと有機酸のイソプロピルエステルとを反応させる。

本発明において使用される触媒としては、ゼオライト触媒、ＡｌＣｌ_３、ＢＦ_３等のルイス酸、硫酸、イオン交換樹脂が挙げられ、これらの中でも、ゼオライト触媒が好ましい。ゼオライト触媒としては、Ａ型、フェリエライト型、ＭＣＭ−２２型、ＺＳＭ−５型、モルデナイト型、Ｌ型、Ｘ型、Ｙ型およびβ型のゼオライト触媒からなる群から選択される少なくとも１種が好適に使用でき、この中でも反応性に優れる点からβ型のゼオライト触媒が好ましく使用される。

反応に供するゼオライト触媒は十分に脱水されている必要があり、脱水が不十分であると転化率が低下する。ゼオライト触媒の脱水は、例えばマイクロウェーブを用いて加熱することにより行われ、水分量が５重量％以下、好ましくは１重量％以下、より好ましくは０．１重量％以下となるまで脱水するのが良い。

本発明において、ゼオライト触媒の添加量は反応条件により適宜決定されるが、ｍ−クレゾール１００重量部当たり、１０〜５０００重量部、好ましくは１０００〜２０００重量部存在させることが好ましい。

ゼオライト触媒の添加量が１０重量部を下回ると、ｍ−クレゾールと有機酸のイソプロピルエステルとの反応が十分に進行せず、５０００重量部を上回ると、反応器の攪拌装置に負荷がかかると共にコスト的にも不利となる。

反応終了後、ゼオライト触媒は濾過等の常套手段にて容易に除去できるため、蒸留等の特別な操作を行う必要がなく、操作性に優れ、コスト的にも有利である。

本発明において使用される有機酸のイソプロピルエステルとしては、飽和カルボン酸イソプロピルエステル（ギ酸イソプロピル、酢酸イソプロピル、プロピオン酸イソプロピル、酪酸イソプロピル等）、不飽和カルボン酸イソプロピル（アクリル酸イソプロピル、メタクリル酸イソプロピル等）、芳香族カルボン酸イソプロピル（安息香酸イソプロピル、サリチル酸イソプロピル等）ジカルボン酸モノイソプロピル・ジイソプロピル（シュウ酸モノイソプロピル、シュウ酸ジイソプロピル、マロン酸モノイソプロピル、マロン酸ジイソプロピル等）、ハロゲン化カルボン酸イソプロピル（クロロ酢酸イソプロピル、フルオロ酢酸イソプロピルおよびトリフルオロ酢酸イソプロピル等）からなる群から選択される少なくとも１種が好適に使用できる。この中でも、入手容易性の点から、ギ酸イソプロピル、酢酸イソプロピル、プロピオン酸イソプロピル、酪酸イソプロピルおよびトリフルオロ酢酸イソプロピルが好ましく、反応性に優れる点から酢酸イソプロピルが特に好ましい。

本発明において、有機酸のイソプロピルエステルの添加量は反応条件により適宜決定されるが、ｍ−クレゾール１．０モルに対して、好ましくは０．１〜３０当量、より好ましくは０．５〜１０当量、さらに好ましくは０．７〜１．５当量である。

有機酸のイソプロピルエステルの添加量が０．１当量を下回ると、ｍ−クレゾールと有機酸のイソプロピルエステルとの反応が十分に進行せず、３０当量を上回ると、ジイソプロピル化又はトリイソプロピル化された副生成物の生成が増加する傾向がある。本発明において、ｍ−クレゾールと有機酸のイソプロピルエステルとの反応は、好ましくは１００〜２００℃、より好ましくは１６０〜２００℃、さらに好ましくは１８０〜２００℃の温度で行うのがよい。反応圧力は０〜１．０ＭＰａの範囲内であるのがよい。

反応温度が１００℃を下回ると反応が十分に進行せず、反応温度が２００℃を上回ると反応圧力が１．０ＭＰａ以上となるため高圧に耐える装置が必要になるなど工業的に不利となる。

反応時間は特に限定されないが、３分〜２０時間、好ましくは１０分〜１０時間、より好ましくは３０分〜５時間の範囲で適宜選択することができる。

本発明の方法によって、２−イソプロピル−５−メチルフェノールおよび／または４−イソプロピル−３−メチルフェノールなどのジアルキルフェノールを高収率で製造することができる。

本発明において使用される反応装置としては、通常の耐圧反応容器であればよく、例えば攪拌機を備え、高圧反応に対応可能なオートクレーブが好適に使用される。さらに温度制御装置を有し、温度計支持管、圧力計および排気管等を有する装置が好ましい。

本発明の方法による反応後、従来から知られている分離操作、例えばろ過、蒸留、再結晶、抽出等を行うことにより反応生成物を精製し、ＩＰＭＰおよびチモールを得ることができる。

以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

実施例１
撹拌機、圧力計および温度センサーを備えた１２０ｍＬのステンレス製オートクレーブに、ｍ−クレゾール２０．０ｇ、酢酸イソプロピル２２．７ｇおよびβ型ゼオライト（東ソー社製、ＨＳＺ９３０ＨＯＡ）２．０ｇを加えて密閉し、攪拌しながら窒素置換した後１８０℃に昇温し、同温度で３時間反応させた。室温まで冷却した後、内容物を濾過により濾液とゼオライトに分別した。次いで、ゼオライトをアセトンで洗浄し、アセトン洗液を得た。更にゼオライトをアセトン中で超音波洗浄し、これを濾過して抽出液を得た。

このアセトン洗液とアセトン洗浄後の抽出液、および上記で得られた濾液とを、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）にて定量分析を行った結果、仕込んだｍ−クレゾールからの転化率は、４-イソプロピル-３-メチルフェノール（ＩＰＭＰ）１５．１ｍｏｌ％、２−イソプロピル−５−メチルフェノール（チモール）３４．９ｍｏｌ％であり、未反応のｍ−クレゾールは３２．１ｍｏｌ％であった。
尚、反応中における最大圧力は０．９ＭＰａであった。結果を表1に示す。

比較例１（触媒を用いない以外は実施例１と同様の方法による）
β型ゼオライトを加えない以外は実施例１と同様にして反応を行った後、内容物を濾過分別せずにそのまま高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）にて定量分析を行った。仕込んだｍ−クレゾールからの転化率は、４-イソプロピル-３-メチルフェノール（ＩＰＭＰ）０ｍｏｌ％、２−イソプロピル−５−メチルフェノール（チモール）０ｍｏｌ％であり、未反応のｍ−クレゾールは９７．６ｍｏｌ％であった。結果を表1に示す。

比較例２（固体リン酸触媒の存在下でｍ−クレゾールとプロピレンガスとを反応させる方法による）
撹拌機、圧力計および温度センサーを備えた１２０ｍＬのステンレス製オートクレーブに、ｍ−クレゾール２０．０ｇ、シリカ/チタニアを担体にリン酸処理を行った固体リン酸触媒３．０ｇを加えて、プロピレンを導入し加圧した状態で攪拌しながら２５０℃に昇温し、同温度で１時間反応させた。反応中は圧力が１.２〜１.８ＭＰａの範囲になるように逐次プロピレンの減少分を補充した。反応終了後室温まで冷却した後、内容物を濾過により濾液と固体リン酸触媒に分別した。次いで、固体リン酸触媒をアセトンで洗浄し、アセトン洗液を得た。更に固体リン酸触媒をアセトン中で超音波洗浄し、これを濾過して抽出液を得た。このアセトン洗液とアセトン洗浄後の抽出液、および上記で得られた濾液とを、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）にて定量分析を行った結果、仕込んだｍ−クレゾールからの転化率は、４-イソプロピル-３-メチルフェノール (ＩＰＭＰ)５．２ｍｏｌ％、２−イソプロピル−５−メチルフェノール（チモール）１３．４ｍｏｌ％であり、未反応のｍ−クレゾールは７８．６ｍｏｌ％であった。結果を表1に示す。

比較例３（金属酸化物触媒の存在下で、ｍ−クレゾールとイソプロピルアルコールとを反応させる方法による）
撹拌機、圧力計および温度センサーを備えた１２０ｍＬのステンレス製オートクレーブに、ｍ−クレゾール１０．０ｇ、イソプロピルアルコール３７．３ｇ、酸化錫（和光純薬社製）０．８ｇを加えて密閉し、攪拌しながら窒素置換した後４００℃に昇温し、同温度で０．５時間反応させた。室温まで冷却した後、内容物を濾過により濾液と酸化錫に分別した。次いで、酸化錫をアセトンで洗浄し、アセトン洗液を得た。更に酸化錫をアセトン中で超音波洗浄し、これを濾過して抽出液を得た。このアセトン洗液と、アセトン洗浄後の抽出液と上記で得られた濾液を、高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）にて定量分析を行った結果、仕込んだｍ−クレゾールからの転化率は、４-イソプロピル-３-メチルフェノール (ＩＰＭＰ)０．1ｍｏｌ％、２−イソプロピル−５−メチルフェノール（チモール）５．６ｍｏｌ％、ｍ−クレゾール９０．７ｍｏｌ％であった。結果を表1に示す。

実施例２
β型ゼオライトの添加量を４．０ｇとする以外は、実施例１と同様にして反応を行い、定量分析した。結果を表１に示す。

実施例３および４
酢酸イソプロピルの添加量を表２に示す条件に変更した以外は、実施例１と同様にして反応を行った。結果を表２に示す。

実施例５
反応温度を１４０℃に変更した以外は、実施例１と同様にして反応を行った。０．３ＭＰａの極めて低い反応圧力にて、ＩＰＭＰおよびチオールを製造することができた。

実施例６
反応温度を１９０℃に変更した以外は、実施例１と同様にして反応を行った。１．０ＭＰａの低い反応圧力にて、ＩＰＭＰおよびチオールを製造することができた。結果を表３に示す。

実施例７および８
反応時間を表４に示す時間に変更した以外は、実施例１と同様にして反応を行った。結果を表４に示す。

触媒の存在下、ｍ−クレゾールと有機酸のイソプロピルエステルとを組み合わせて用いた実施例１乃至8では、低温・低圧の反応条件下であるにもかかわらず、良好な転化率でＩＰＭＰおよびチモールが得られた。また、実施例7および8から、本発明によるジアルキルフェノールの製造方法は、反応時間を適宜変更して行い得ることが分かる。
これに対し、触媒を用いない比較例１では、反応が進行せず、ＩＰＭＰおよびチモールを製造することはできなかった。
また、ｍ−クレゾールとプロピレンガスとを固体リン酸触媒の存在下で反応させた比較例２およびｍ−クレゾールとイソプロピルアルコールとを金属酸化物触媒の存在下で反応させた比較例３では、高温・高圧の反応条件下でしかＩＰＭＰおよびチモールが得られず、しかも、それらの転化率は低いものであった。

Claims (9)

1. 触媒の存在下、ｍ−クレゾールと、有機酸のイソプロピルエステルとを反応させる、ジアルキルフェノールの製造方法。
2. ｍ−クレゾール１００重量部当たり、触媒１０〜５０００重量部を存在させる、請求項１に記載のジアルキルフェノールの製造方法。
3. 触媒は、Ａ型、フェリエライト型、ＭＣＭ−２２型、ＺＳＭ−５型、モルデナイト型、Ｌ型、Ｘ型、Ｙ型およびβ型のゼオライト触媒からなる群から選択される１種類以上である、請求項１または２に記載のジアルキルフェノールの製造方法。
4. 触媒はβ型のゼオライト触媒である、請求項１〜３のいずれかに記載のジアルキルフェノールの製造方法。
5. ｍ−クレゾール１．０モルに対して、有機酸のイソプロピルエステル０．１〜３０当量を反応に供する、請求項１〜４のいずれかに記載のジアルキルフェノールの製造方法。
6. 有機酸のイソプロピルエステルは、ギ酸イソプロピル、酢酸イソプロピル、プロピオン酸イソプロピル、酪酸イソプロピルおよびトリフルオロ酢酸イソプロピルからなる群から選択される１種以上である、請求項１〜５のいずれかに記載のジアルキルフェノールの製造方法。
7. 有機酸のイソプロピルエステルが酢酸イソプロピルである、請求項１〜６のいずれかに記載のジアルキルフェノールの製造方法。
8. ジアルキルフェノールが２−イソプロピル−５−メチルフェノールおよび／または４−イソプロピル−３−メチルフェノールである、請求項１〜７のいずれかに記載のジアルキルフェノールの製造方法。
9. ｍ−クレゾールと有機酸のイソプロピルエステルとを、圧力０〜１．０ＭＰａ、温度１００〜２００℃の条件下で反応させる、請求項１〜８のいずれかに記載のジアルキルフェノールの製造方法。