JP2021534082A - 脂環式ジエステルの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
Aは、各々独立して、好ましくは1〜10個の炭素原子を有する脂肪族又は芳香族基であり、特に好ましくは、置換されていてもよい芳香族基であり、非常に特に好ましくは、置換若しくは非置換フェニル基であり、
nは、0〜3の数であり、好ましくは0又は1である。]
の脂環式ジエステルの製造方法であって、
(i)塩基性触媒の存在下、少なくとも1つの脂環式ジカルボン酸と少なくとも1つの脂肪族及び/又は芳香族カーボネートとを含有する混合物を反応させて、式(Ia)又は(Ib)の脂環式ジエステルを得る工程と、
(ii)蒸留によって、方法工程(i)の混合物から式(Ia)又は(Ib)の脂環式ジエステルを分離する工程と
を含む方法が提供される。
(ia)少なくとも1つの脂環式ジカルボン酸と脂肪族及び/又は芳香族カーボネートとを溶融させる工程。保護ガス雰囲気下、好ましくは窒素及び/又はアルゴン下で、これを行うことが好ましい。別の方法として、真空下で上記溶融を行ってもよい。
式中、nは、0〜3の数である。式(Ia)及び(Ib)に関するnについて記載されている設定が適用される。
LiOH、NaOH、KOH、CsOH、Li2CO3、Na2CO3、K2CO3、Cs2CO3、LiOAc、NaOAc、KOAc、CsOAcなどのアルカリ金属化合物、Ca(OH)2、Ba(OH)2、Mg(OH)2、Sr(OH)2、CaCO3、BaCO3、MgCO3、SrCO3、Ca(OAc)2、Ba(OAc)2、Mg(OAc)2、Sr(OAc)2などのアルカリ土類金属化合物、無機若しくは有機塩基性化合物、例えば、ハロゲン化物、フェノレート(Naフェノレートなど)、ジフェノレート、フッ化物、ホスフェート、リン酸水素、及びリチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、カルシウム、バリウム及びマグネシウムの水素化ホウ素塩、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム、酢酸テトラメチルアンモニウム、フッ化テトラメチルアンモニウム、テトラフェニル水素化ホウ素テトラメチルアンモニウム、フッ化テトラフェニルホスホニウム、テトラフェニル水素化ホウ素テトラフェニルホスホニウム、水酸化ジメチルジフェニルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウムなどの窒素塩基及びリン塩基、DBU、DBN、若しくは、例えば、1,5,7−トリアザビシクロ[4.4.0]デカ−5−エン、7−フェニル−1,5,7−トリアザビシクロ[4.4.0]デカ−5−エン、7−メチル−1,5,7−トリアザビシクロ[4.4.0]デカ−5−エン、7,7’−ヘキシリデンジ−1,5,7−トリアザビシクロ[4.4.0]デカ−5−エン、7,7’−デシリデンジ−1,5,7−トリアザビシクロ[4.4.0]デカ−5−エン、7,7’−ドデシリデンジ−1,5,7−トリアザビシクロ[4.4.0]デカ−5−エンなどのグアニジン系、又は、例えば、ホスファゼン塩基P1−t−oct=tert−オクチルイミノトリス(ジメチルアミノ)ホスホラン、ホスファゼン塩基P1−t−butyl=tert−ブチルイミノトリス(ジメチルアミノ)ホスホラン、BEMP=2−tert−ブチルイミノ−2−ジエチルアミノ−1,3−ジメチルペルヒドロ−1,3,2−ジアザ−2−ホスホランなどのホスファゼン類。加えて、水酸化テトラメチルアンモニウム、酢酸テトラメチルアンモニウム、フッ化テトラメチルアンモニウム、テトラフェニル水素化ホウ素テトラメチルアンモニウム、水酸化ジメチルジフェニルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、テトラフェニル水素化ホウ素セチルトリメチルアンモニウム及びセチルトリメチルアンモニウムフェノレート。式(8):
式中、Ra、Rb、Rc及びRdは、同一であっても異なっていてもよいC1〜C10アルキル、C6〜C14アリール、C7〜C15アリールアルキル又はC5〜C6シクロアルキルであり、好ましくはメチル又はC6〜C14アリールであり、特に好ましくはメチル又はフェニルであり、Xは、水酸化物、硫酸塩、硫酸水素塩、炭酸水素塩、炭酸塩若しくはハロゲン化物、好ましくは塩化物などのアニオン、又は、式−ORのアルキレート若しくはアリーレートであり得る。式中、RはC6〜C14アリール、C7〜C15アリールアルキル若しくはC5〜C6シクロアルキル、好ましくはフェニルであり得る。加えて、テトラブトキシチタンなどのチタンアルコキシド、トリエチルアミンなどの第三級アミン、DMF、ジメチルアセトアミド、メチルピロリドン、テトラメチルウレア、ジメチルイミダゾリドン、ハロゲン化ヘキサアルキルグアニジウムなどのエステル交換触媒。加えて、AlCl3、FeCl3、BiCl3、GaCl3、SbCl5、BF3、Bi(OTf)3、TiCl4、ZrCl4、TiB4又はZrBr4。好ましい触媒は、塩化テトラフェニルホスホニウム、水酸化テトラフェニルホスホニウム、テトラフェニルホスホニウムフェノレート、ナトリウムフェノレート及び4−ジメチルアミノピリジンであり;これらの中でも、テトラフェニルホスホニウムフェノレートが特に好ましい。触媒を、(2つ以上の)互いに任意に所望の組合せで使用してもよい。加えて、特に、エステル交換率を増大するために、共触媒を使用してもよい。これらとしては、例えば、アルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属の上記アルカリ塩が挙げられる。
の脂環式ジエステルが提供され、上記した全ての構成及び設定の本発明の方法によって、脂環式ジエステルが得られることを特徴とする。本発明における実施例は、本発明の方法によって製造された脂環式ジエステルを用いて得られる他のポリマーが、精製されていない脂環式ジエステルを用いたものより、改良された特性を有することを証明している。比較例では、沈殿後でさえ、より本質的に不良な色を有するポリマーが得られる。これは、対応するジエステルは、本発明のジエステルとは副生成物による異なるスペクトルを有することを意味する。比較ジエステルのこれらの副生成物のいくつかは、ポリマー鎖に組み込まれる。対照的に、本発明によれば、本発明のジエステルを使用すれば、たとえジエステルを蒸留によるより長い熱応力に暴露しても、改良された色値を有するポリマーを得ることができる。脂環式二酸を可能な限り小さい熱応力に暴露することが、そうでければ分解及び副生物反応が予想されるという理由で、知られた慣行であるので、蒸留という精製方法は一般的に使用されず、現在の技術分野では通例でもないということから、これは特に驚くべきことである。
(a)上記した全ての構成及び設定の本発明の方法によって式(Ia)又は(Ib)の脂環式ジエステルを準備する工程と、
(b)方法工程(a)からの式(Ia)又は(Ib)の脂環式ジエステル、少なくとも1つのジヒドロキシ化合物及び少なくとも1つのジアリールカーボネートを、溶融エステル交換法で反応させる工程と
を含む方法が、提供される。
の化合物を使用することが好ましい。式(2)に関して既に記載されている設定が同様に適用される。すなわち方法工程(b)においてポリマーを製造するためにも使用されるカーボネート(一例として、DPC)を用いて本発明の脂環式ジエステルを製造することが有利であることが証明された。この場合、微量の例示的DPCは、続いて方法工程(b)においていずれにしてもDPCを添加するので、方法工程(b)において干渉する。したがって、DPCを使用するこの製造方法は非常に有利である。さもなければ、全ての試薬及び副生成物を、重合前に非常に精密に除去しなければならない。
の脂環式ジエステルの使用であって、
式(Ia)又は(Ib)の脂環式ジエステルが、塩基性触媒の存在下、少なくとも1つの脂環式ジカルボン酸と少なくとも1つの脂肪族及び/又は芳香族カーボネートとの反応により得られることを特徴とする、
脂環式ジエステルの使用も提供される。本発明の方法に関して記載されている構成及び設定が全組合せにおいて適用される。
シクロヘキサンジカルボン酸:シクロヘキサン−1,4−ジカルボン酸;CAS1076−97−7、99%;Sigma−Aldrich、独国ミュンヘン
ジフェニルカーボネート:ジフェニルカーボネート、99.5%、CAS102−09−0;Acros Organics、ベルギー国ヘール
ナトリウムフェノレート:ナトリウムフェノレート三水和物、98%、CAS652−67−5;Merck、独国ダルムシュタット
テトラフェニルホスホニウムフェノレート:テトラフェニルホスホニウムフェノレート、66.5%、CAS15464−47−8;Rheinchemie
水酸化テトラメチルアンモニウム:水酸化テトラメチルアンモニウム五水和物;≧97%(CAS:10424−65−4);Sigma−Aldrich、独国ミュンヘン
4−ジメチルアミノピリジン:4−ジメチルアミノピリジン;≧98.0%;purum;CAS1122−58−3;Sigma−Aldrich、独国ミュンヘン
イソソルビド:イソソルビド(CAS:652−67−5)、98%、Sigma−Aldrich、独国ミュンヘン;イソソルビドは、使用前にイソプロパノールから再結晶する。
Irganox(登録商標)B900(製造者:BASF)
ガラス転移温度の決定:
標準DIN EN ISO11357−1:2009−10及びISO11357−2:2013−05に従って、窒素雰囲気下10K/分の加熱速度で示差走査熱量測定(DSC)によってガラス転移温度を測定し、ガラス転移温度(Tg)の決定は2回目の昇温測定における変曲点として測定した。
1H NMR:600MHz;Bruker AV III HD600分光計;溶媒:CDCl3
ポリマーサンプルの分子量(Mn)を、(フェニル末端基含有率により)NMRスペクトルにより推定する。
黄色度指数を測定するため、対応するポリマー又は反応物の溶液をジクロロメタン(ジクロロメタン;MerckからのUvasol)で調製した。この目的を達成するために、0.02g−ポリマー又は反応物/mlの濃度を使用した。各溶液を、ガラス製セル(cuvette)(光路長1cm)に満たした。島津UV1800においてセルの透過率を測定し、光源D65及び標準観測者10°における黄色度指数(YI)を、色座標(CIE)測定により決定し、ASTM E313−10に従って算出した。それぞれのサンプルの測定結果から純粋な溶媒の測定値を引き算する。
3.44g(0.0199モル)のシクロヘキサン−1,4−ジカルボン酸及び8.99g(0.0419モル)のジフェニルカーボネート、更に0.0031g(0.0000182モル)のナトリウムフェノレート三水和物を、先ず、短経路分液漏斗(short-path separator)を備えたフラスコ中に投入した。排気及び窒素パージを4回することにより、混合物から酸素を脱気した。混合物を溶融させ、撹拌しながら280℃まで加熱した。圧力は、標準圧力のままにした。混合物を5時間撹拌し、その過程で、フェノールを連続的に留去した。
3.44g(0.0199モル)のシクロヘキサン−1,4−ジカルボン酸及び8.99g(0.0419モル)のジフェニルカーボネートを、先ず、短経路分液漏斗を備えたフラスコ中に投入した。排気及び窒素パージを4回することにより、混合物から酸素を脱気した。混合物を溶融させ、撹拌しながら160℃まで加熱した。圧力を、環境気圧に調整した。混合物を30分間撹拌し;その後、10mbarまで減圧する。混合物を30分間連続的に留去し、この時間中に、0.5mbarまで減圧した。
底部生成物:3.9g
蒸留レシーバ:6.4g
TLC分析は、底部生成物は、もっぱらジフェニルカーボネート及びシクロヘキサンジカルボン酸であることを示した。蒸留生成物は、もっぱらジフェニルカーボネートであった。したがって、選択された条件下、所望の生成物を得ることができないことが分かった。
20g(0.116モル)のシクロヘキサン−1,4−ジカルボン酸及び52.18g(0.243モル)のジフェニルカーボネート、更に0.018g(1.06×10-4モル)のナトリウムフェノレート三水和物及び0.0072g(DPC及び脂肪族二酸の合計に対して0.01重量%)のIrganox B900を、先ず、短経路分液漏斗及び真空バルブアダプターを備えたフラスコ中に投入した。排気及び窒素パージを4回することにより、混合物から酸素を脱気した。混合物を溶融させ、撹拌しながら220℃まで加熱して、分留した。圧力を、600mbarに調整した。混合物を60分間撹拌し;その後、約4mbarまで減圧した(留分1及び2を除去した)。
底部残渣:5.9g
留分1:15.3g
留分2:7.1g
留分3:6.0g
留分4:23.5g(理論収率の62%);留分3+4(理論収率の78%)
TLCは、もっぱらフェノールが留分1及び2と共に留去されたことを示した。
留分3は、反応生成物並びに微量のDPC及びフェノールの両方を含んでいた。
所望の生成物を、留分4において高純度で得ることができた。白色透明な固体を得た。
3.44g(0.0199モル)のシクロヘキサン−1,4−ジカルボン酸及び8.99g(0.0419モル)のジフェニルカーボネートを、先ず、短経路分液漏斗を備えたフラスコ中に投入した。排気及び窒素パージを4回することにより、混合物から酸素を脱気した。混合物を溶融させ、撹拌しながら180℃まで加熱した。圧力を、600mbarに調整した。混合物を60分間撹拌し;その後、10mbarまで減圧した。DPCを連続して30分間留去し、この時間中に5mbarまで減圧した。
底部残渣:4.67g
蒸留レシーバ:8.0g
TLCは、もっぱらDPCが留去され、所望の生成物は得ることができなかったことを示した。
34.4g(0.199モル)のシクロヘキサン−1,4−ジカルボン酸及び89.9g(0.419モル)のジフェニルカーボネート、更に0.031g(0.00027モル)のナトリウムフェノレート三水和物を、先ず、短経路分液漏斗を備えたフラスコ中に投入した。排気及び窒素パージを4回することにより、混合物から酸素を脱気した。混合物を溶融させ、撹拌しながら230℃まで加熱した。混合物を230℃で3時間、標準圧力下で撹拌し;その過程でフェノールを留去した。その後、反応溶融物の温度を200℃まで低下させて、500mbarまで減圧した。その過程で、フェノールを留去し続けた。混合物を1時間撹拌し、同時に5mbarまで連続的に減圧した。揮発性成分を連続的に除去した。210℃まで昇温し、真空度を1mbarまで低下させた。揮発性成分がもはや取り除かれなくなり、塔頂留出物温度(overhead temperature)がかなり低下するまで蒸留を行った。蒸留レシーバを交換し、220℃まで昇温し、真空度を0.5mbarまで低下させた。その過程で、生成物を蒸留した。混合物を30分間蒸留し;塔頂留出物温度は180〜190℃まで上昇した。これにより、明白色の生成物を得た。収量:59.7g(理論の91.5%)。
特開平07−126213の実施例2に従った試験
16.6g(0.096モル)のシクロヘキサン−1,4−ジカルボン酸及び45.0g(0.21モル)のジフェニルカーボネート、更に0.09gの4−ジメチルアミノピリジンを、先ず、短経路分液漏斗を備えた三ツ口フラスコ中に投入した。排気及び窒素パージを4回することにより、装置から酸素を脱気した。混合物を180℃で溶融させ、撹拌しながら220℃まで加熱した。45分以内に700mbarまで減圧し、次いで、更に45分以内に2mbarまで減圧した。その過程で、フェノールを連続的に除去した。
生成物を取り出した。これにより、灰白色粉末を得た。NMR分析は、所望の生成物を示した。収量:17.5g。生成物は、精製しないで更に使用した。
国際公開第0210111号の実施例4に従った試験
4.65g(0.027モル)のシクロヘキサン−1,4−ジカルボン酸、17.6g(0.082モル)のジフェニルカーボネート、更に0.3gの水酸化テトラメチルアンモニウム24%水溶液(約0.0008モル)を、先ず、短経路分液漏斗を備えた三ツ口フラスコ中に投入した。排気及び窒素パージを4回することにより、装置から酸素を脱気した。混合物を180℃で溶融させ、撹拌しながら210℃まで加熱した。反応混合物をこの温度において4.5時間撹拌した。次いで、150℃まで降温し、2mbarまで減圧した。1時間撹拌を行い、フェノールを連続的に除去した。
生成物を取り出した。これにより、灰ベージュ色粉末を得た。NMR(1H NMR)により、所望の生成物を確認した。収量:20.3g。
32.2g(0.187モル)のシクロヘキサン−1,4−ジカルボン酸、210.0g(0.980モル)のジフェニルカーボネート、更に0.18gの4−ジメチルアミノピリジンを、先ず、短経路分液漏斗を備えた三ツ口フラスコ中に投入した。排気及び窒素パージを4回することにより、装置から酸素を脱気した。混合物を180℃で溶融させ、撹拌しながら220℃まで加熱した。約60分以内に700mbarまで減圧し、次いで、更に4時間以内に10mbarまで減圧した。その過程で、フェノールを連続的に除去した。50分以内に15mbarまで減圧し;その過程で、揮発性成分を除去した。30分以内に1.5mbarまで減圧した。
8.00g(0.0246モル)の例5のシクロヘキサン−1,4−ジカルボン酸ジフェニル、及び8.98g(0.0616モル)のイソソルビド、さらに8.30g(0.0387モル)のジフェニルカーボネートを、先ず、短経路分液漏斗を備えたフラスコ中に投入した。50ppmの炭酸セシウム及び50ppmの水酸化ナトリウム(水酸化ナトリウム水溶液;6.5%)を添加した。排気及び窒素パージを4回することにより、フラスコから酸素を脱気した。反応混合物を190℃で溶融させ、約15分以内に200mbarまで慎重に減圧した。反応混合物を20分間撹拌した。100mbarまで減圧し、210℃まで昇温した。混合物をこれらの条件下で30分間撹拌し、フェノールを反応混合物から連続的に除去した。10mbarまで減圧し、更に10分後、2mbarまで減圧した。反応混合物を、2mbarにおいて更に15分間撹拌した。その後、生成物を取り出し、ジクロロメタンに溶解させ(生成物はジクロロメタンに完全に可溶であった)、メタノール中で沈殿させた。これにより、白色粉末を得た。
例Aと同様にして上記方法を行った。例8の生成物を反応物として使用した。
例Aと同様にして上記方法を行った。例7の生成物を反応物として使用した。
例Aと同様にして上記方法を行った。例6の生成物を反応物として使用した。
Claims (15)
- 方法工程(ii)における前記蒸留を、10mbar以下の圧力で行うことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 方法工程(i)において、芳香族カーボネートとして、ジフェニルカーボネートを使用することを特徴とする、請求項3に記載の方法。
- 方法工程(i)及び(ii)を、追加の有機溶媒の非存在下で行うことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 方法工程(i)において、P含有安定剤及び/又はフェノール性フリーラジカル捕捉剤から成る群から選択される少なくとも1つの安定剤を添加することを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 方法工程(i)の前記反応を、180〜280℃の温度で行うことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 方法工程(i)の前記反応中、式(Ia)又は(Ib)の前記脂環式ジエステルより低く、かつ、前記脂肪族及び/又は芳香族カーボネートより低い沸点を有する揮発性成分を、必要に応じて段階的に、蒸留によって除去することを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 溶融エステル交換によるポリエステルカーボネートの製造方法であって、
(a)請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法によって式(Ia)又は(Ib)の脂環式ジエステルを準備する工程と、
(b)方法工程(a)からの式(Ia)又は(Ib)の前記脂環式ジエステル、少なくとも1つのジヒドロキシ化合物及び少なくとも1つのジアリールカーボネートを、溶融エステル交換法で反応させる工程と
を含む、方法。 - 方法工程(a)の直後に方法工程(b)を行うことを特徴とする、請求項10に記載の方法。
- 方法工程(b)における前記ジヒドロキシ化合物が、シクロヘキサン−1,2−ジオール、シクロヘキサン−1,3−ジオール、シクロヘキサン−1,4−ジオール、シクロヘキサン−1,2−ジメタノール、シクロヘキサン−1,3−ジメタノール、シクロヘキサン−1,4−ジメタノール、トリシクロデカンジメタノール、3,9−ビス(1,1−ジメチル−2−ヒドロキシエチル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン、2,2−ビス(4−ヒドロキシシクロヘキシル)プロパン、テトラヒドロ−2,5−フランジメタノール、ビスフェノールA、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、4,4’−ジヒドロキシビフェニル(DOD)、4,4’−ジヒドロキシビフェニルエーテル(DODエーテル)、ビスフェノールB、ビスフェノールM、ビスフェノール類(I)〜(III):
ブタンジオール、コハク酸、アジピン酸、エチレングリコール、乳酸、ヘキサンジオール、並びにイソマンニド、イソイジド及びイソソルビドなどの1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール
から成る群から選択されることを特徴とする、請求項10又は11に記載の方法。 - 脂環式ジエステルと、生物原料の(bio-based)ジヒドロキシ化合物(好ましくは、イソマンニド、イソイジド及びイソソルビドなどの1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトール)及びジアリールカーボネートとの反応による溶融エステル交換によってポリエステルカーボネートを製造するための、式(Ia)又は(Ib):
の脂環式ジエステルの使用であって、
式(Ia)又は(Ib)の前記脂環式ジエステルが、塩基性触媒の存在下、少なくとも1つの脂環式ジカルボン酸と少なくとも1つの脂肪族及び/又は芳香族カーボネートとの反応により得られることを特徴とする、使用。 - 請求項10〜13のいずれか一項に記載の方法によって得られる、ポリエステルカーボネート。
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