JP2022066806A - Production method of 1,4-dihydroxybenzene dimer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高い精製度で1,4-ジヒドロキシベンゼン二量体を製造するための方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a 1,4-dihydroxybenzene dimer with a high degree of purification.
下式(1): The following formula (1):
従来の製造方法により得られたDHDEの粗生成物には、目的物質であるDHDE以外に、未反応のDHB、DHBの三量体、およびタール分が含まれている。
DHBは水溶性であり、三量体およびタール分は油溶性である。一方、目的物質であるDHDEは水溶性および油溶性の中間の溶解特性を有している。そのため、DHDEを精製する際、まず、粗生成物に水を添加してDHBを除去し、次に、沈殿物から有機溶媒(トルエン、キシレンなど)で三量体を除去し、さらに活性炭などの吸着剤を用いてタール分を除去して、目的の二量体を得る。
得られた精製物におけるDHDEの純度は、95~98%であるが、タール分が残留するため、褐色に着色している。着色したDHDEは、特に液晶材料として不適当であり、着色の許容値以下にするためには、吸着剤による精製を複数回繰り返さなければならず、最終的なDHDEの収率は10%以下とかなり低くなってしまう。
The crude product of DHDE obtained by the conventional production method contains unreacted DHB, a trimer of DHB, and a tar content in addition to the target substance DHDE.
DHB is water soluble and trimers and tars are oil soluble. On the other hand, the target substance, DHDE, has an intermediate dissolution property between water-soluble and oil-soluble. Therefore, when purifying DHDE, first, water is added to the crude product to remove DHB, then the trimer is removed from the precipitate with an organic solvent (toluene, xylene, etc.), and then activated carbon or the like is used. The tar content is removed using an adsorbent to obtain the desired dimer.
The purity of DHDE in the obtained purified product is 95 to 98%, but it is colored brown because tar content remains. Colored DHDE is particularly unsuitable as a liquid crystal material, and purification with an adsorbent must be repeated multiple times in order to keep it below the allowable coloring value, and the final DHDE yield is 10% or less. It will be quite low.
本発明者らは、着色の原因となるタール分を効率的に除去し、かつ、目的物質であるDHDEを高収率で得ることができる、製造方法を提供することを課題とした。 The present inventors have made it an object to provide a production method capable of efficiently removing the tar component that causes coloring and obtaining DHDE as a target substance in a high yield.
目的物質であるDHDEは、例えば、特許文献1または2に開示される方法によって生成することができる。本発明は、このようにして得られたDHDEの粗生成物を、水と、メタノール、アセトン、イソプロパノール、ブタノールおよびメチルエチルケトンからなる群から選択される1種または数種の有機溶媒との混合溶媒に添加して、タール分を沈殿させて、4,4'-ジヒドロキシジフェニルエーテルを精製する。 The target substance, DHDE, can be produced, for example, by the method disclosed in Patent Document 1 or 2. The present invention uses the crude product of DHDE thus obtained as a mixed solvent of water and one or several organic solvents selected from the group consisting of methanol, acetone, isopropanol, butanol and methyl ethyl ketone. Addition to precipitate tar and purify 4,4'-dihydroxydiphenyl ether.
本発明の方法によれば、4,4'-ジヒドロキシジフェニルエーテルの粗生成物から、一度の沈殿操作で、タール分を高度に除去することができるので、色相が良好な4,4'-ジヒドロキシジフェニルエーテルを得ることができる。 According to the method of the present invention, tar content can be highly removed from the crude product of 4,4'-dihydroxydiphenyl ether by a single precipitation operation, so that 4,4'-dihydroxydiphenyl ether having a good hue can be obtained. Can be obtained.
[4,4'-ジヒドロキシジフェニルエーテル(DHDE)の製造工程]
<反応工程>
下記の従来の方法を用いて、下式(2):
[Manufacturing process of 4,4'-dihydroxydiphenyl ether (DHDE)]
<Reaction process>
Using the following conventional method, the following equation (2):
<精製工程>
従来の精製方法は、DHDEの粗生成物を水に添加して、水溶性のDHBを溶解し、その他の成分を沈殿させる。次に、沈殿物を水または有機溶媒(メタノール、アセトン、イソプロパノール、ブタノール、メチルエチルケトンなど)またはそれらの混合溶媒に添加し、さらに活性炭による吸着処理精製を行う。しかしながら、この精製方法により得られたDHDEは、タール分が残留して褐色に着色している。
一方、本発明によるDHDEの精製方法は、DHDEの回収率の向上に注力するのではなく、沈降分離によってタール分の除去量を最大化する方針により構成されている。この方針により、結果として、精製DHDEの脱色のための残留タール分の除去を最大限にし、その結果、タール分に起因する着色の脱色操作を削減する方針により構成されている。
驚くべきことに、DHDEの良溶媒とされる有機溶媒、例えば、メタノール、アセトン、イソプロパノール、ブタノールおよびメチルエチルケトンからなる群から選択される1種または数種の有機溶媒と、水とを適正な比率で含有する混合溶媒を用いることにより、タール分による着色がない精製DHDEを高い収率で得ることができた。本発明において、水の質量に対して添加する有機溶媒の質量比は、0.1~50w/w%、好ましくは10~25w/w%である。
<Refining process>
Conventional purification methods add crude DHDE products to water to dissolve water-soluble DHB and precipitate other components. Next, the precipitate is added to water or an organic solvent (methanol, acetone, isopropanol, butanol, methyl ethyl ketone, etc.) or a mixed solvent thereof, and further adsorbed and purified with activated carbon. However, the DHDE obtained by this purification method is colored brown with residual tar.
On the other hand, the method for purifying DHDE according to the present invention is not focused on improving the recovery rate of DHDE, but is configured by a policy of maximizing the amount of tar removed by sedimentation separation. As a result, this policy constitutes a policy of maximizing the removal of residual tar for decolorization of purified DHDE and, as a result, reducing the decolorization operation of coloring due to tar.
Surprisingly, in the proper proportions of organic solvents that are considered good solvents for DHDE, for example, one or several organic solvents selected from the group consisting of methanol, acetone, isopropanol, butanol and methyl ethyl ketone, and water. By using the mixed solvent contained in it, purified DHDE without coloring due to tar content could be obtained in high yield. In the present invention, the mass ratio of the organic solvent added to the mass of water is 0.1 to 50 w / w%, preferably 10 to 25 w / w%.
より詳しくは、本発明によるDHDEの製造方法は、DHB、DHBの二量体(DHDE)、DHBの三量体、タール分を含有する粗生成物を、水と、メタノール、アセトン、イソプロパノール、ブタノールおよびメチルエチルケトンからなる群から選択される1種または数種の有機溶媒との混合溶媒に添加し、85~90℃に加熱して溶解し、その後、加熱溶解した状態で、DHBの三量体およびタール分を沈殿させる工程を含むことを特徴とする。より好ましい有機溶媒は、メタノール、アセトン、イソプロパノールであり、メタノールが最も好ましい。
上記のタール分の沈殿工程で得られた上清は、目的物質であるDHDE以外に未反応のDHBを含有する。次に、上清を5~10℃に冷却し、精製されたDHDEを沈殿物として得る。
More specifically, the method for producing DHDE according to the present invention comprises DHB, a DHB dimer (DHDE), a DHB trimer, a crude product containing a tar content, water, methanol, acetone, isopropanol, butanol. And is added to a mixed solvent with one or several organic solvents selected from the group consisting of methyl ethyl ketone and heated to 85-90 ° C. to dissolve, and then in the heat-dissolved state, the trimer of DHB and It is characterized by including a step of precipitating a tar component. More preferred organic solvents are methanol, acetone and isopropanol, most preferably methanol.
The supernatant obtained in the above tar precipitation step contains unreacted DHB in addition to the target substance DHDE. The supernatant is then cooled to 5-10 ° C. to give the purified DHDE as a precipitate.
本発明により、1,4-ジヒドロキシベンゼン(DHB)から4,4'-ジヒドロキシジフェニルエーテル(DHDE)を製造する方法は、
DHBを2量化させて、粗DHDEを得る反応工程;
タール分離・晶析により粗DHDEから着色成分(タール)および不純物(未反応原料)を除去する精製工程1;および
精製工程1の水溶液系での晶析で除去されなかった不純物を、有機溶剤系での晶析で除去する精製工程2
を含む。
According to the present invention, a method for producing 4,4'-dihydroxydiphenyl ether (DHDE) from 1,4-dihydroxybenzene (DHB) is described.
Reaction process to dimerize DHB to obtain crude DHDE;
Purification step 1 to remove colored components (tar) and impurities (unreacted raw materials) from crude DHDE by tar separation and crystallization; and impurities not removed by crystallization in the aqueous solution system of purification step 1 are organic solvent-based. Purification step 2 to remove by crystallization in
including.
調査1
[比較製造例]
従来の方法により、下式(1):
Survey 1
[Comparative manufacturing example]
By the conventional method, the following formula (1):
<反応工程>
1,4-ジヒドロキシベンゼン(DHB)1200 kg(10.9 kmol)、p-トルエンスルホン酸・1水和物 30 kg(1.16 kmol)を1,2,4-トリメチルベンゼン913Lに懸濁させ、反応により生成した水を共沸により除去しながらハイドロキノンの2量化反応を行った。反応終了後、5%炭酸ナトリウム水溶液で中和し、水1668Lで希釈後に有機層を除去した。活性炭による吸着精製後、水層を徐々に冷却し結晶を析出させた。析出物をろ過し、分離した析出物を水800Lで洗浄した。同様の洗浄操作を2回繰り返し、粗DHDEの湿結晶を得た。粗DHDE湿結晶の色相は茶~黒色であった。
粗DHDE湿結晶の純度は、HQ:1.6%、DHDE:94.3%、3量体:3.8% (GCarea%)であった。
<Reaction process>
1200 kg (10.9 kmol) of 1,4-dihydroxybenzene (DHB) and 30 kg (1.16 kmol) of p-toluenesulfonic acid monohydrate were suspended in 1,2,4-trimethylbenzene 913L. The hydroquinone dimerization reaction was carried out while removing the water produced by the reaction by azeotropic boiling. After completion of the reaction, the mixture was neutralized with a 5% aqueous sodium carbonate solution, diluted with 1668 L of water, and then the organic layer was removed. After adsorption and purification with activated carbon, the aqueous layer was gradually cooled to precipitate crystals. The precipitate was filtered and the separated precipitate was washed with 800 L of water. The same washing operation was repeated twice to obtain wet crystals of crude DHDE. The hue of the crude DHDE wet crystals was brown to black.
The purity of the crude DHDE wet crystals was HQ: 1.6%, DHDE: 94.3%, and trimer: 3.8% (GCarea%).
<精製工程1>
次に、粗DHDE湿結晶597kg、水2200kgおよびメタノール814kg仕込み、85℃で加熱溶解させた。活性炭による吸着精製後、徐々に冷却し結晶を析出させた。析出物をろ過後、分離した析出物を水300Lで洗浄し、DHDEの湿結晶を得た。タール成分を除去しないDHDEの湿結晶の色相は茶色であった。
得られたDHDE湿結晶の純度は、HQ:0.8%、DHDE:96.5%、3量体:2.5% (GCarea%)であった。
<Purification process 1>
Next, 597 kg of crude DHDE wet crystals, 2200 kg of water and 814 kg of methanol were charged and dissolved by heating at 85 ° C. After adsorption and purification with activated carbon, it was gradually cooled to precipitate crystals. After filtering the precipitate, the separated precipitate was washed with 300 L of water to obtain wet crystals of DHDE. The hue of the wet crystals of DHDE without removing the tar component was brown.
The purity of the obtained DHDE wet crystals was HQ: 0.8%, DHDE: 96.5%, and trimer: 2.5% (GCarea%).
<精製工程2>
精製工程1で得られたDHDE湿結晶416kgをIPA/キシレンの混合溶媒に加熱溶解後、徐々に冷却し結晶を析出させた。析出物をろ過後、分離した析出物をキシレン114Lで洗浄した。析出物を減圧乾燥し、精製DHDE 114kgを得た。
精製工程2で得られた精製DHDEの色相は茶色であった。
タール除去しない精製DHDEの純度は、HQ:0.5%、DHDE:98.4%、3量体:1.0% (GCarea%)であった。
<Purification process 2>
416 kg of DHDE wet crystals obtained in the purification step 1 was heated and dissolved in a mixed solvent of IPA / xylene, and then gradually cooled to precipitate crystals. After filtering the precipitate, the separated precipitate was washed with 114L of xylene. The precipitate was dried under reduced pressure to obtain 114 kg of purified DHDE.
The hue of the purified DHDE obtained in the purification step 2 was brown.
The purity of the purified DHDE without removing tar was HQ: 0.5%, DHDE: 98.4%, and trimer: 1.0% (GCarea%).
[製造例1]
<反応工程>
比較製造例と同様に、従来の方法により、4,4'-ジヒドロキシジフェニルエーテル(DHDE)を含む粗DHDE湿結晶を得た。
[Manufacturing Example 1]
<Reaction process>
As in the comparative production example, crude DHDE wet crystals containing 4,4'-dihydroxydiphenyl ether (DHDE) were obtained by the conventional method.
<精製工程1>
次に、粗DHDE湿結晶505kg、水2200kgおよびメタノール220kgを仕込み、85℃で加熱溶解後、溶液を静置しタール分を沈降させた。沈降タール分は100kgであった。タール抜き取り後の溶液にメタノール751Lを加えた後、活性炭による吸着精製後、徐々に冷却し結晶を析出させた。析出物をろ過後、分離した析出物を水300Lで洗浄し、DHDEの湿結晶を得た。タール成分が除去されたDHDEの湿結晶の色相は赤味を帯びた白色であった。
タール除去後のDHDE湿結晶の純度は、HQ:0.2%、DHDE:98.3%、3量体:1.5% (GCarea%)であった。
<Purification process 1>
Next, 505 kg of crude DHDE wet crystals, 2200 kg of water and 220 kg of methanol were charged and dissolved by heating at 85 ° C., and then the solution was allowed to stand to settle the tar content. The settled tar content was 100 kg. After adding 751 L of methanol to the solution after removing the tar, the mixture was adsorbed and purified with activated carbon, and then gradually cooled to precipitate crystals. After filtering the precipitate, the separated precipitate was washed with 300 L of water to obtain wet crystals of DHDE. The hue of the wet crystals of DHDE from which the tar component was removed was reddish white.
The purity of the DHDE wet crystals after tar removal was HQ: 0.2%, DHDE: 98.3%, and trimer: 1.5% (GCarea%).
<精製工程2>
精製工程1で得られたDHDE湿結晶259kgをIPA/キシレンの混合溶媒に加熱溶解後、徐々に冷却し結晶を析出させた。析出物をろ過後、分離した析出物をキシレン114Lで洗浄した。析出物を減圧乾燥し、精製DHDE 119kgを得た。
精製工程2で得られた精製DHDEの色相は白色であった。
精製DHDEの純度は、HQ:N.D.、DHDE:99.9%、3量体:0.1%(GCarea%)であった。
<Purification process 2>
259 kg of DHDE wet crystals obtained in the purification step 1 was heated and dissolved in a mixed solvent of IPA / xylene, and then gradually cooled to precipitate crystals. After filtering the precipitate, the separated precipitate was washed with 114 L of xylene. The precipitate was dried under reduced pressure to obtain 119 kg of purified DHDE.
The hue of the purified DHDE obtained in the purification step 2 was white.
The purity of the purified DHDE was HQ: ND, DHDE: 99.9%, trimer: 0.1% (GCarea%).
[製造例2]
<反応工程>
比較製造例と同様に、従来の方法により、4,4'-ジヒドロキシジフェニルエーテル(DHDE)を含む粗DHDE湿結晶を得た。
[Manufacturing Example 2]
<Reaction process>
As in the comparative production example, crude DHDE wet crystals containing 4,4'-dihydroxydiphenyl ether (DHDE) were obtained by the conventional method.
<精製工程1>
粗DHDE湿結晶554kg、水2200kgおよびメタノール550kgを仕込み、75℃で加熱溶解後、溶液を静置しタール分を沈降させた。沈降タール分は27kgであった。タール抜き取り後の溶液にメタノール334Lを加えた後、活性炭を仕込み吸着精製した後、徐々に冷却し結晶を析出させた。析出物をろ過後、分離した析出物を水300Lで洗浄し、DHDEの湿結晶を得た。
タール成分が十分除去できていないDHDEの湿結晶の色相は茶色であった。
タール除去しないDHDE湿結晶の純度は、HQ:0.4%、DHDE:96.0%、3量体:3.5% (GCarea%)であった。
<Purification process 1>
554 kg of crude DHDE wet crystals, 2200 kg of water and 550 kg of methanol were charged and dissolved by heating at 75 ° C., and then the solution was allowed to stand to settle the tar content. The settled tar content was 27 kg. After adding 334 L of methanol to the solution after removing tar, activated carbon was charged and adsorbed and purified, and then gradually cooled to precipitate crystals. After filtering the precipitate, the separated precipitate was washed with 300 L of water to obtain wet crystals of DHDE.
The hue of the wet crystals of DHDE from which the tar component was not sufficiently removed was brown.
The purity of the DHDE wet crystals without tar removal was HQ: 0.4%, DHDE: 96.0%, and trimer: 3.5% (GCarea%).
<精製工程2>
精製工程1で得られたDHDE湿結晶265kgをIPA/キシレンの混合溶媒に加熱溶解後、徐々に冷却し結晶を析出させた。析出物をろ過後、分離した析出物をキシレン114Lで洗浄した。析出物を減圧乾燥し、精製DHDE 119kgを得た。
精製工程2で得られた精製DHDEの色相は茶色であった。
タール除去が不十分な精製DHDEの純度は、HQ:0.4%、DHDE:98.5%、3量体:1.0% (GCarea%)であった。
<Purification process 2>
265 kg of DHDE wet crystals obtained in the purification step 1 was heated and dissolved in a mixed solvent of IPA / xylene, and then gradually cooled to precipitate crystals. After filtering the precipitate, the separated precipitate was washed with 114L of xylene. The precipitate was dried under reduced pressure to obtain 119 kg of purified DHDE.
The hue of the purified DHDE obtained in the purification step 2 was brown.
The purity of purified DHDE with insufficient tar removal was HQ: 0.4%, DHDE: 98.5%, and trimer: 1.0% (GCarea%).
各工程で得られた結晶混合物中の未反応DHB、目的とする二量体のDHDE、三量体および、タール分を含むその他の成分の含有率ならびに結晶混合物の色相を表1にまとめた。また、各工程で得られた結晶混合物中のDHDE含有率を比較するグラフを図1に示す。 Table 1 summarizes the unreacted DHB in the crystal mixture obtained in each step, the content of the target dimer DHDE, the trimer, and other components including tar, and the hue of the crystal mixture. In addition, a graph comparing the DHDE content in the crystal mixture obtained in each step is shown in FIG.
精製工程1において溶媒として水/MeOH(MeOH 37 w/w%)を使用した比較製造例では、タール分を十分に除去できず、精製工程2後でも、最終精製物は茶色に着色し、目的物質のDHDEの純度も98.4%であった。
精製工程1において溶媒として水/MeOH(MeOH 10 w/w%)を使用した製造例1では、タール分を除去することができ、精製工程2後の最終精製物は白色であり目的物質のDHDEの純度は99.9%にまで向上した。
精製工程1において溶媒として水/MeOH(MeOH 25 w/w%)を使用した製造例2では、再びタール分を十分に除去できず、精製工程2後でも、最終精製物は茶色に着色し、目的物質のDHDEの純度も98.5%であった。
上記の結果から、溶媒として水にMeOH 10 w/w%程度添加した混合溶媒を精製工程1に用いると、高い収率で良好な色相のDHDE結晶を得られることが分かった。
In the comparative production example using water / MeOH (MeOH 37 w / w%) as the solvent in the purification step 1, the tar content could not be sufficiently removed, and even after the purification step 2, the final purified product was colored brown, which was the purpose. The purity of DHDE of the substance was also 98.4%.
In Production Example 1 using water / MeOH (MeOH 10 w / w%) as a solvent in the purification step 1, the tar content can be removed, and the final purified product after the purification step 2 is white and the target substance is DHDE. The purity of the product was improved to 99.9%.
In Production Example 2 using water / MeOH (MeOH 25 w / w%) as a solvent in the purification step 1, the tar content could not be sufficiently removed again, and even after the purification step 2, the final purified product was colored brown. The purity of DHDE as the target substance was also 98.5%.
From the above results, it was found that when a mixed solvent obtained by adding about 10 w / w% of MeOH to water as a solvent was used in the purification step 1, DHDE crystals having a good hue could be obtained in a high yield.
調査2
調査1にて、高い収率で白色のDHDE結晶を生じる水/メタノールの混合溶媒につき、水とメタノールの適正比率があることを確認した。適正比率の範囲を定めるために、さらなる調査を行った。
水44gに対して、4.4g、6.6g、8.8gおよび11gのメタノールを混合して、メタノール比が10~25w/w%の水/メタノール混合溶媒を調製した。
各比率の混合溶媒を用いて、実施例1と同様にして、DHDEの結晶を得た。
得られた結晶につき、色相を目視で確認し、収率を計算した。結晶の大きさによる色差の影響をなくすために、各結晶の10%メタノール溶液を作成し、溶液色を確認した結果を表2に示す。
Survey 2
In Investigation 1, it was confirmed that there is an appropriate ratio of water and methanol for the mixed solvent of water / methanol that produces white DHDE crystals in high yield. Further investigation was conducted to determine the range of appropriate ratios.
4.4 g, 6.6 g, 8.8 g and 11 g of methanol were mixed with 44 g of water to prepare a water / methanol mixed solvent having a methanol ratio of 10 to 25 w / w%.
Crystals of DHDE were obtained in the same manner as in Example 1 using the mixed solvent of each ratio.
The hue of the obtained crystals was visually confirmed, and the yield was calculated. Table 2 shows the results of preparing a 10% methanol solution of each crystal and confirming the solution color in order to eliminate the influence of the color difference due to the crystal size.
メタノール比が10~15w/w%の時に、多くのタール分が析出し、結晶の色相は白色~淡黄色であり、溶液色が良好であった。 When the methanol ratio was 10 to 15 w / w%, a large amount of tar was precipitated, the hue of the crystals was white to pale yellow, and the solution color was good.
調査3
精製工程1において、水に混合して用いることができる有機溶媒種について検討した。この検討では、いずれの有機溶媒種も水に対する比率を10w/w%とした。調査2と同様に検討した結果を表3にまとめた。
Survey 3
In the purification step 1, an organic solvent species that can be mixed with water and used was examined. In this study, the ratio of all organic solvent species to water was 10 w / w%. Table 3 summarizes the results of the same study as in Survey 2.
この調査で用いた有機溶媒(メタノール、アセトン、イソプロパノール、ブタノールまたはメチルエチルケトン)はいずれも、白色のDHDE結晶を生じた。ブタノールおよびメチルエチルケトンの収率は低かった。
表3から分かるように、特に、メタノールが、良好な溶液色を示し、すなわち良好な色相のDHDE結晶を高い収率で生じることが分かった。
All of the organic solvents used in this study (methanol, acetone, isopropanol, butanol or methyl ethyl ketone) produced white DHDE crystals. The yields of butanol and methyl ethyl ketone were low.
As can be seen from Table 3, in particular, methanol was found to give good solution color, i.e. produce DHDE crystals with good hue in high yield.
[溶液色]
上記調査において、溶液色の判断基準は以下で規定する。
○:対象とする結晶の10%MeOH溶液の色が、無色から淡黄色である場合。
△:対象とする結晶の10%MeOH溶液の色が、黄色から淡褐色である場合。
×:対象とする結晶の10%MeOH溶液の色が、褐色から黒褐色である場合。
[Solution color]
In the above survey, the criteria for determining the solution color are specified below.
◯: When the color of the 10% MeOH solution of the target crystal is colorless to pale yellow.
Δ: When the color of the 10% MeOH solution of the target crystal is yellow to light brown.
X: When the color of the 10% MeOH solution of the target crystal is brown to dark brown.
本発明の製造方法によれば、エポキシ樹脂、ポリカーボネート、ポリイミドなどの原料として、液晶材料としても非常に有用な化合物である4,4'-ジヒドロキシジフェニルエーテル(DHDE)を高い収率で、優れた色相で得ることができる。 According to the production method of the present invention, 4,4'-dihydroxydiphenyl ether (DHDE), which is a very useful compound as a liquid crystal material as a raw material for epoxy resins, polycarbonates, polyimides, etc., is produced in a high yield and has an excellent hue. Can be obtained at.
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