JP2022126075A - Method for producing 3-hydroxy sulfolane, and ester production method - Google Patents

Method for producing 3-hydroxy sulfolane, and ester production method Download PDF

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Hikaru Hoshi
隆幸 斎藤
Takayuki Saito
尚 照田
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Abstract

To provide a method for producing 3-hydroxy sulfolane that can remove a neutralized salt and water from a neutralized liquid while ensuring a fluid volume in a reactor.SOLUTION: A method for producing 3-hydroxy sulfolane includes the steps of: treating sulfolane represented by formula 1 with an aqueous alkali solution to obtain an aqueous solution containing 3-hydroxy sulfolane represented by formula 2; neutralizing the aqueous solution with acid to obtain a neutralized liquid; and using an organic solvent that dissolves the 3-hydroxy sulfolane and forms an azeotrope with water to azeotropic-substitute the solvent in the neutralized liquid.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、3-ヒドロキシスルフォランの製造方法、及び3-ヒドロキシスルフォランのカルボン酸エステルの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing 3-hydroxysulfolane and a method for producing a carboxylic acid ester of 3-hydroxysulfolane.

3-ヒドロキシスルフォランの不飽和カルボン酸エステル類は、含硫黄モノマーとして各種ポリマーの重合に用いられる。
特許文献1には、3-ヒドロキシスルフォランとメタクリル酸メチルとのエステル交換工程を経て、3-ヒドロキシスルフォランのメタクリル酸エステルを製造した例が記載されている。また、3-ヒドロキシスルフォランの製造方法として、スルフォレンをアルカリ水溶液で処理し、中和して3-ヒドロキシスルフォランを含む中和液を得て、前記中和液からほとんどの水を留去し、アセトンを加えて3-ヒドロキシスルフォランを溶解して抽出し、中和塩を析出させて濾別する方法が記載されている。
Unsaturated carboxylic acid esters of 3-hydroxysulfolane are used as sulfur-containing monomers for polymerization of various polymers.
Patent Document 1 describes an example of producing a methacrylic acid ester of 3-hydroxysulfolane through a transesterification step between 3-hydroxysulfolane and methyl methacrylate. Also, as a method for producing 3-hydroxysulfolane, sulfolene is treated with an alkaline aqueous solution and neutralized to obtain a neutralized liquid containing 3-hydroxysulfolane, and most of the water is distilled off from the neutralized liquid. , acetone is added to dissolve and extract 3-hydroxysulfolane, and a neutralized salt is precipitated and filtered.

特開2007-153763号公報JP 2007-153763 A

本発明者等の知見によれば、特許文献1に記載の方法で3-ヒドロキシスルフォランを工業的に生産しようとすると、撹拌翼を備えた反応器内で前記中和液からほとんどの水を留去して濃縮物とする際に、撹拌翼で濃縮物を撹拌し難い、又は濃縮物に含まれる中和塩によって反応器の内面が傷つくおそれがある等の不都合がある。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、反応器内の液量を確保しつつ中和液から中和塩及び水を除去できる、3-ヒドロキシスルフォランの製造方法、及びこれを用いた3-ヒドロキシスルフォランのカルボン酸エステルの製造方法を提供する。
According to the findings of the present inventors, when attempting to industrially produce 3-hydroxysulfolane by the method described in Patent Document 1, most of the water is removed from the neutralized liquid in a reactor equipped with a stirring blade. When distilling off to obtain a concentrate, there are problems such as difficulty in stirring the concentrate with a stirring blade, and the possibility that the inner surface of the reactor may be damaged by the neutralized salt contained in the concentrate.
The present invention has been made in view of such circumstances, and a method for producing 3-hydroxysulfolane, which can remove neutralized salts and water from the neutralized solution while ensuring the liquid volume in the reactor, and a method for producing 3-hydroxysulfolane using the same A method for producing a carboxylic acid ester of 3-hydroxysulfolane is provided.

本発明は以下の態様を有する。
[1] 下記式1で表されるスルフォレンをアルカリ水溶液で処理し、下記式2で表される3-ヒドロキシスルフォランを含む水溶液を得る工程、
前記水溶液を酸で中和して中和液を得る工程、及び
前記3-ヒドロキシスルフォランを溶解し、かつ水と共沸する有機溶媒を用いて、前記中和液の溶媒を共沸置換する工程を有する、3-ヒドロキシスルフォランの製造方法。
The present invention has the following aspects.
[1] A step of treating sulfolene represented by the following formula 1 with an alkaline aqueous solution to obtain an aqueous solution containing 3-hydroxysulfolane represented by the following formula 2;
a step of neutralizing the aqueous solution with an acid to obtain a neutralized solution; and dissolving the 3-hydroxysulfolane and subjecting the solvent of the neutralized solution to azeotropic substitution using an organic solvent that is azeotropic with water. A method for producing 3-hydroxysulfolane, comprising steps.

Figure 2022126075000001
Figure 2022126075000001

[2] 前記[1]の方法を用いて3-ヒドロキシスルフォランを製造し、
得られた3-ヒドロキシスルフォランと下記式3で表されるカルボン酸エステルをエステル交換反応させて、下記式4で表される3-ヒドロキシスルフォランのカルボン酸エステルを得る、エステル製造方法。
[2] Producing 3-hydroxysulfolane using the method of [1] above,
A method for producing an ester, wherein the obtained 3-hydroxysulfolane and a carboxylic acid ester represented by the following formula 3 are transesterified to obtain a 3-hydroxysulfolane carboxylic acid ester represented by the following formula 4.

Figure 2022126075000002
Figure 2022126075000002

[式3及び式4において、Rは水素原子、又は直鎖状もしくは分岐状の炭素数1~10のアルキル基を示し、Rは直鎖状又は分岐状の炭素数1~10のアルキル基を示す。]
[3] 前記有機溶媒の標準気圧における沸点が100℃以下である、[2]のエステル製造方法。
[In formulas 3 and 4, R 1 represents a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and R 2 represents a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. indicates a group. ]
[3] The method for producing an ester according to [2], wherein the organic solvent has a boiling point of 100°C or less at standard atmospheric pressure.

本発明の3-ヒドロキシスルフォランの製造方法及びエステル製造方法は、3-ヒドロキシスルフォランを製造する際に、反応器内の液量を確保しつつ中和液から中和塩及び水を除去できるため、製造効率を向上できる。 The method for producing 3-hydroxysulfolane and the method for producing ester of the present invention can remove neutralized salt and water from the neutralized solution while ensuring the liquid volume in the reactor when producing 3-hydroxysulfolane. Therefore, manufacturing efficiency can be improved.

以下の定義は、本明細書および特許請求の範囲にわたって適用される。
数値範囲を示す「~」は、その前後に記載された数値を下限値および上限値として含むことを意味する。
室温は、特に断りがない限り、20~30℃を意味する。
pHは、特に断りがない限り、室温における値である。
水分含有量は、試料をカールフィッシャー試薬に送り、カールフィッシャー電量滴定によって水分の含有量を測定した値である。
The following definitions apply throughout the specification and claims.
"-" indicating a numerical range means that the numerical values before and after it are included as lower and upper limits.
Room temperature means 20-30° C. unless otherwise specified.
pH values are at room temperature unless otherwise specified.
The water content is a value obtained by sending a sample to a Karl Fischer reagent and measuring the water content by Karl Fischer coulometric titration.

≪3-ヒドロキシスルフォランの製造方法≫
本実施形態の3-ヒドロキシスルフォランの製造方法は、下記式1で表されるスルフォレンをアルカリ水溶液で処理し、下記式2で表される3-ヒドロキシスルフォランを含む水溶液を得る工程(水和工程)、前記水溶液を酸で中和して中和液を得る工程(中和工程)、及び前記3-ヒドロキシスルフォランを溶解し、かつ水と共沸する有機溶媒を用いて、前記中和液の溶媒を共沸置換する工程(溶媒置換工程)を有する。
<<Method for producing 3-hydroxysulfolane>>
The method for producing 3-hydroxysulfolane of the present embodiment includes the step of treating sulfolene represented by the following formula 1 with an alkaline aqueous solution to obtain an aqueous solution containing 3-hydroxysulfolane represented by the following formula 2 (hydration step), the step of neutralizing the aqueous solution with an acid to obtain a neutralized solution (neutralization step), and the neutralization using an organic solvent that dissolves the 3-hydroxysulfolane and is azeotropic with water A step of azeotropically replacing the solvent of the liquid (solvent replacement step) is included.

工業的な合成には一般的に撹拌槽が用いられる。撹拌槽は、円筒形の有底中空の容器(反応器)と、容器の中心軸を回転軸とする撹拌翼と、撹拌翼の軸に連結されたモーターとを備える。撹拌効率向上のためにバッフルを設けてもよい。多目的な撹拌槽ではモーターの能力やバッフルの存在から、撹拌できる内容物は低粘度であることが好ましい。容器の底部から撹拌翼までの距離は容器高さの1/3程度に設定されることが多く、撹拌できる内容物量に下限がある。 Stirred tanks are generally used for industrial syntheses. The stirring tank includes a hollow cylindrical container (reactor) with a bottom, stirring blades having a central axis of the container as a rotation axis, and a motor connected to the shaft of the stirring blades. A baffle may be provided to improve stirring efficiency. In multi-purpose agitation tanks, it is preferable that the contents to be agitated have a low viscosity due to the capacity of the motor and the presence of baffles. The distance from the bottom of the container to the stirring blades is often set to about 1/3 of the height of the container, and there is a lower limit to the amount of content that can be stirred.

Figure 2022126075000003
Figure 2022126075000003

<水和工程>
水和工程では、原料のスルフォレンをアルカリ水溶液で処理し、水和反応により3-ヒドロキシスルフォランを生成する。これにより3-ヒドロキシスルフォランを含む水溶液が得られる。
具体的には、アルカリ水溶液にスルフォレンを溶解し、室温から80℃の範囲内の温度で1~100時間撹拌して水和反応を実施する。
<Hydration process>
In the hydration step, the raw material sulfolene is treated with an alkaline aqueous solution to produce 3-hydroxysulfolane through a hydration reaction. This gives an aqueous solution containing 3-hydroxysulfolane.
Specifically, sulfolene is dissolved in an alkaline aqueous solution, and the mixture is stirred at a temperature within the range of room temperature to 80° C. for 1 to 100 hours to carry out a hydration reaction.

アルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム等が挙げられる。コスト、実用性、反応効率の点から、水酸化ナトリウムが好ましい。
アルカリ水溶液の濃度は、1~10規定が好ましい。取り扱い性、副反応の抑制、着色の抑制等の点から1~8規定がより好ましく、1~4規定がさらに好ましい。
Alkali include sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide and the like. Sodium hydroxide is preferred from the viewpoint of cost, practicality and reaction efficiency.
The concentration of the alkaline aqueous solution is preferably 1 to 10N. 1 to 8 normality is more preferable, and 1 to 4 normality is even more preferable from the viewpoints of handleability, suppression of side reactions, suppression of coloration, and the like.

アルカリの使用量は、スルフォレンに対して0.5倍モルから10倍モルの範囲内が好ましい。反応の効率、コストの点からは、スルフォレンに対して1倍モルから5倍モルの範囲内がより好ましい。副反応の抑制、反応時間の短縮化の点からは、1倍モルから3倍モルの範囲内がさらに好ましい。 The amount of alkali to be used is preferably in the range of 0.5 to 10 times the molar amount of sulfolene. From the viewpoint of reaction efficiency and cost, it is more preferably in the range of 1 to 5 times the molar amount of sulfolene. From the viewpoint of suppressing side reactions and shortening the reaction time, it is more preferably in the range of 1 to 3 molar times.

水和反応の反応温度が、室温以上であると良好な反応速度が得られやすく、80℃以下であると、原料の分解が生じ難く、副生物の生成を抑制しやすい。具体的には、スルフォレンがブタジエンと亜硫酸ガスに分解すると、ブタジエンのオリゴマーまたはポリマー等の副生物が生成し、重合を促進するので好ましくない。より実用的な反応温度は、室温から60℃の範囲内が好ましく、反応による着色を抑制しやすい点では、室温から40℃の範囲内がより好ましい。 When the reaction temperature of the hydration reaction is room temperature or higher, a favorable reaction rate is likely to be obtained, and when it is 80° C. or lower, decomposition of the starting material is difficult to occur, and formation of by-products is easily suppressed. Specifically, when sulfolene decomposes into butadiene and sulfurous acid gas, by-products such as butadiene oligomers or polymers are produced, which promotes polymerization, which is not preferable. A more practical reaction temperature is preferably in the range of room temperature to 60°C, and more preferably in the range of room temperature to 40°C from the viewpoint of easily suppressing coloration due to the reaction.

水和反応の反応時間は、1~100時間が好ましく、反応の効率、経済性の点では5~72時間がより好ましく、8~24時間がさらに好ましいが、着色の抑制、純度の観点からは、24時間以上かけて反応するのが好ましい。 The reaction time of the hydration reaction is preferably 1 to 100 hours, more preferably 5 to 72 hours in terms of reaction efficiency and economy, and still more preferably 8 to 24 hours, but from the viewpoint of suppression of coloration and purity. , preferably over 24 hours.

水和反応が完全に進行している場合には、原料スルフォランの除去を考える必要は無いが、水和反応で未反応の原料が残っている場合には、原料スルフォランを熱分解やシリカゲルクロマトや蒸留等の方法で除去することが好ましい。コストが低い点で、原料スルフォレンが分解する80~100℃の温度で減圧しながら熱分解することが好ましい。原料スルフォレンの熱分解を行う時期に制限はないが、熱分解させて生成したブタジエンが重合する可能性が低い点で、後述の水濃縮工程時に、減圧しながら熱分解することが好ましい。 If the hydration reaction has progressed completely, there is no need to consider removing the raw material sulfolane, but if unreacted raw materials remain after the hydration reaction, thermal decomposition, silica gel chromatography, Removal by a method such as distillation is preferred. From the point of view of low cost, it is preferable to thermally decompose while reducing the pressure at a temperature of 80 to 100° C. at which the raw material sulfolene is decomposed. Although there is no restriction on the timing of the thermal decomposition of the starting material sulfolene, it is preferable to thermally decompose the sulfolene while reducing the pressure during the water concentration step, which will be described later, because the possibility of polymerizing the butadiene produced by the thermal decomposition is low.

<中和工程>
中和工程では、水和工程で得られた3-ヒドロキシスルフォランを含む水溶液に、酸を加えて中和し、中和液を得る。
酸としては、塩酸、硫酸、燐酸、酢酸、硝酸等が挙げられる。目的物である3-ヒドロキシスルフォランと中和塩との分離性、作業性等の点から、塩酸、硫酸が好ましい。
中和工程で得られる中和液には、3-ヒドロキシスルフォラン、水、中和塩が含まれる。
<Neutralization process>
In the neutralization step, the aqueous solution containing 3-hydroxysulfolane obtained in the hydration step is neutralized by adding an acid to obtain a neutralized solution.
Acids include hydrochloric acid, sulfuric acid, phosphoric acid, acetic acid, nitric acid and the like. Hydrochloric acid and sulfuric acid are preferred from the standpoints of separability between the target 3-hydroxysulfolane and the neutralized salt, workability, and the like.
The neutralized liquid obtained in the neutralization step contains 3-hydroxysulfolane, water and neutralized salt.

中和の終点は、pH5~8が好ましく、pH6~7がより好ましい。pHが8以下であると中和液の着色が生じ難い。pHが5以上であると、3-ヒドロキシスルフォランの脱水反応が生じ難い。3-ヒドロキシスルフォランの脱水反応が生じるとスルフォレンの異性体である2-スルフォレンが副生するため好ましくない。 The end point of neutralization is preferably pH 5-8, more preferably pH 6-7. If the pH is 8 or less, coloring of the neutralized solution is unlikely to occur. When the pH is 5 or higher, the dehydration reaction of 3-hydroxysulfolane is less likely to occur. A dehydration reaction of 3-hydroxysulfolane is not preferable because 2-sulfolene, which is an isomer of sulfolene, is produced as a by-product.

<溶媒置換工程>
溶媒置換工程では、水と共沸する有機溶媒(以下、共沸溶媒ともいう。)を用いて、中和液の溶媒を共沸置換する。共沸溶媒は3-ヒドロキシスルフォランを溶解するものを使用する。
共沸置換は多段階共沸により実施することが好ましい。具体的には、中和液に共沸溶媒を添加し、共沸溶媒及び水を含む混合物(以下、共沸混合物という。)を留去し、再び共沸溶媒を添加し、共沸混合物を留去する、という操作を繰り返すことによって、中和液中の水を共沸溶媒に置換する。多段階共沸については後述する。
共沸置換により、3-ヒドロキシスルフォラン、中和塩、及び共沸溶媒を含み、水が除去された溶液が得られる。得られた溶液を濾過して中和塩を除去する。
中和塩を除去した溶液(以下、SFOH溶液ともいう。)は、そのまま、又は共沸溶媒を除去して、後述のエステル交換反応に使用できる。
<Solvent replacement step>
In the solvent replacement step, the solvent of the neutralization liquid is azeotropically replaced using an organic solvent that is azeotropic with water (hereinafter also referred to as an azeotropic solvent). An azeotropic solvent that dissolves 3-hydroxysulfolane is used.
Azeotropic substitution is preferably carried out by multistage azeotropy. Specifically, an azeotropic solvent is added to the neutralization liquid, a mixture containing the azeotropic solvent and water (hereinafter referred to as an azeotropic mixture) is distilled off, the azeotropic solvent is added again, and the azeotropic mixture is By repeating the operation of distilling off, the water in the neutralized liquid is replaced with the azeotropic solvent. The multistage azeotrope will be described later.
Azeotropic substitution results in a solution containing 3-hydroxysulfolane, neutralizing salt, and azeotropic solvent with water removed. The resulting solution is filtered to remove neutralizing salts.
The solution from which the neutralization salt has been removed (hereinafter, also referred to as an SFOH solution) can be used as it is or after removing the azeotropic solvent for the transesterification reaction described below.

共沸溶媒の例を表1に挙げる。表には、標準気圧(101.3kPa)における、各溶媒の沸点、各溶媒と水の2成分からなる混合物の共沸点及び共沸時の各溶媒の含有量(共沸組成)を示す。 Examples of azeotropic solvents are listed in Table 1. The table shows the boiling point of each solvent at standard atmospheric pressure (101.3 kPa), the azeotropic point of the two-component mixture of each solvent and water, and the content (azeotropic composition) of each solvent at the time of azeotropy.

Figure 2022126075000004
Figure 2022126075000004

本実施形態で得られた3-ヒドロキシスルフォランを、後述するカルボン酸エステルとのエステル交換反応に用いる場合、共沸溶媒の沸点が、エステル交換反応で使用するカルボン酸エステルの沸点よりも低いと、SFOH溶液とカルボン酸エステルを混合した後に共沸溶媒を容易に留去できる点で好ましい。例えば、共沸溶媒の標準気圧における沸点は100℃以下が好ましく、さらに分離の効率性から90℃以下がより好ましい。
共沸溶媒がアルコールである場合は、後述のエステル交換反応において副反応を生じやすいため、エステル交換反応の前に、SFOH溶液中の共沸溶媒を除去することが好ましい。
溶媒置換工程で得られたSFOH溶液を、そのままエステル交換反応に使用しやすい点で、共沸溶媒は、アセトニトリル、又はエチルメチルケトンがより好ましい。
When the 3-hydroxysulfolane obtained in the present embodiment is used for a transesterification reaction with a carboxylic acid ester, which will be described later, the boiling point of the azeotropic solvent is lower than the boiling point of the carboxylic acid ester used in the transesterification reaction. , the azeotropic solvent can be easily distilled off after mixing the SFOH solution and the carboxylic acid ester. For example, the boiling point of the azeotropic solvent at standard pressure is preferably 100° C. or lower, and more preferably 90° C. or lower from the viewpoint of separation efficiency.
When the azeotropic solvent is alcohol, it is preferable to remove the azeotropic solvent from the SFOH solution before the transesterification reaction, because side reactions tend to occur in the transesterification reaction described below.
The azeotropic solvent is more preferably acetonitrile or ethyl methyl ketone, since the SFOH solution obtained in the solvent replacement step can be used as it is for the transesterification reaction.

表2は、多段階共沸を説明するための一例であり、共沸溶媒としてアセトニトリル(表には「ATN」と記す。)を用い、多段階共沸を行う場合の理論値を示したものである。表中の「部」は「質量部」を示す。
表2の例において、中和液の液量は100質量部であり、3-ヒドロキシスルフォラン及び中和塩を含む溶質21.1質量部と、溶媒である水78.9質量部とからなる。
まず、中和液から水の一部(50質量部)を留去して(水濃縮工程)、水分含有量58質量%の濃縮液(液量50質量部)とする。
次いで、アセトニトリルの31.8質量部を添加し(添加1)、アセトニトリルと水を共沸させて共沸混合物31.8質量部を留去する(留去1)。留去される共沸混合物におけるアセトニトリルの含有量が84.2質量%であるとすると、共沸混合物31.8質量部は水5質量部とアセトニトリル26.8質量部とからなる。これにより、水分含有量が48質量%に低下した溶液(液量50.0質量部)が得られる。
次いで、アセトニトリルの31.8質量部を添加し(添加2)、アセトニトリルと水を共沸させて共沸混合物31.8質量部を留去する(留去2)。これにより、水分含有量が38質量%に低下した溶液(液量50.0質量部)が得られる。
このようにして、アセトニトリルの31.8質量部を添加し(添加3~6)、アセトニトリルと水を共沸させて共沸混合物31.8質量部を留去する(留去3~6)を繰り返すと水分含有量が漸次低下し、溶質21.1質量部と、水-1.2質量部と、アセトニトリル30.1質量部とからなる溶液50.0質量部が得られる。得られた溶液を濾過して中和塩を除去してSFOH溶液を得る。
Table 2 is an example for explaining multi-stage azeotropy, and shows the theoretical values when performing multi-stage azeotropy using acetonitrile (referred to as "ATN" in the table) as an azeotropic solvent. is. "Part" in the table indicates "mass part".
In the example of Table 2, the amount of the neutralization liquid is 100 parts by mass, and consists of 21.1 parts by mass of solute containing 3-hydroxysulfolane and neutralized salt and 78.9 parts by mass of water as a solvent. .
First, part of the water (50 parts by mass) is distilled off from the neutralized liquid (water concentration step) to obtain a concentrated liquid (liquid volume: 50 parts by mass) with a water content of 58% by mass.
Next, 31.8 parts by mass of acetonitrile is added (addition 1), acetonitrile and water are azeotroped, and 31.8 parts by mass of the azeotropic mixture is distilled off (distillation 1). Assuming that the content of acetonitrile in the azeotrope to be distilled off is 84.2% by weight, 31.8 parts by weight of the azeotrope consists of 5 parts by weight of water and 26.8 parts by weight of acetonitrile. As a result, a solution (liquid volume: 50.0 parts by mass) with a reduced water content of 48% by mass is obtained.
Then, 31.8 parts by mass of acetonitrile is added (addition 2), acetonitrile and water are azeotroped, and 31.8 parts by mass of the azeotropic mixture is distilled off (distillation 2). As a result, a solution (liquid volume: 50.0 parts by mass) with a reduced water content of 38% by mass is obtained.
Thus, 31.8 parts by mass of acetonitrile are added (additions 3 to 6), and acetonitrile and water are azeotroped to distill off 31.8 parts by mass of the azeotrope (distillation 3 to 6). By repeating this process, the water content gradually decreases, and 50.0 parts by weight of a solution consisting of 21.1 parts by weight of solute, -1.2 parts by weight of water, and 30.1 parts by weight of acetonitrile is obtained. The resulting solution is filtered to remove neutralizing salts to obtain an SFOH solution.

Figure 2022126075000005
Figure 2022126075000005

このように、共沸溶媒を用いて中和液の溶媒を共沸置換することにより、反応器内の液量を確保しつつ中和液から水を除去できる。
溶媒置換工程では、水分含有量が1質量%以下、好ましくは0.1質量%以下の溶液が得られるまで、共沸置換することが好ましい。
Thus, by azeotropically replacing the solvent of the neutralized liquid with the azeotropic solvent, water can be removed from the neutralized liquid while ensuring the liquid volume in the reactor.
In the solvent replacement step, azeotropic replacement is preferably performed until a solution having a water content of 1% by mass or less, preferably 0.1% by mass or less is obtained.

溶媒置換工程において、最初に共沸溶媒を添加する前の水留去(水濃縮工程)は必須ではないが、共沸置換に先立って中和液に含まれる水の一部を留去することで、中和液に含まれる水を効率良く除去することができる。その結果、共沸溶媒を添加して共沸混合物を留去する操作を繰り返す回数(段数)を低減できる。
共沸溶媒を添加する前に水のみを留去(濃縮)する場合、水の留去量が多すぎると反応器内の液を撹拌翼で撹拌し難くなるため、かかる不都合が生じないように留去量を設定する。
多段階共沸における段数は特に限定されないが、例えば1~10段が好ましく、コストおよび熱による重合抑制の観点から、1~4段がより好ましい。
In the solvent replacement step, water distillation (water concentration step) before adding the azeotropic solvent first is not essential, but prior to the azeotropic replacement, part of the water contained in the neutralization solution should be distilled off. , the water contained in the neutralization solution can be efficiently removed. As a result, the number of times (the number of stages) of repeating the operation of adding the azeotropic solvent and distilling off the azeotropic mixture can be reduced.
When only water is distilled off (condensed) before adding the azeotropic solvent, if too much water is distilled off, it becomes difficult to stir the liquid in the reactor with the stirring blades. Set the distillation volume.
The number of stages in the multistage azeotrope is not particularly limited, but is preferably 1 to 10 stages, and more preferably 1 to 4 stages from the viewpoint of cost and thermal polymerization suppression.

多段階共沸において、共沸溶媒の添加量と、その直後の留去量とは同じであってもよく、異なってもよい。各段の共沸溶媒の添加量は、互いに同じであってもよく、異なってもよい。また、各段の留去量は、互いに同じであってもよく、異なってもよい。
溶媒置換工程における液量の増減は、反応器に収容可能な液量以下、かつ撹拌翼で撹拌できる液量以上の範囲内であればよい。溶媒置換工程に供する中和液の液量を100質量%とすると、反応器の構造にもよるが、留去後の液量は、例えば50質量%以上が好ましく、30質量%以上が効率の点でより好ましい。
In multistage azeotropy, the amount of the azeotropic solvent added and the amount distilled off immediately after that may be the same or different. The amount of the azeotropic solvent added in each stage may be the same or different. Also, the distillation amount in each stage may be the same or different.
The amount of liquid in the solvent replacement step may be increased or decreased as long as it is not more than the amount of liquid that can be accommodated in the reactor and is not less than the amount of liquid that can be stirred with a stirring blade. Assuming that the amount of the neutralized liquid to be subjected to the solvent replacement step is 100% by mass, the amount of the liquid after distillation is preferably 50% by mass or more, and 30% by mass or more is efficient, depending on the structure of the reactor. more preferable in terms of

共沸置換は減圧下で行ってもよい。減圧すると共沸点が低下するため、共沸混合物を留去させるための加熱温度を低くできる点で好ましい。
溶媒置換工程において、内温を処理温度とすると、処理温度は室温~80℃が好ましく、40℃~60℃がより好ましい。
溶媒置換工程において、内圧を処理圧力とすると、処理圧力は30hPa~500hPaが好ましく、30hPa~400hPaがより好ましく、30hPa~300hPaがさらに好ましい。
1回(1段)の留去工程において、処理温度及び処理圧力は、それぞれ一定でもよく経時的に変化してもよい。
Azeotropic substitution may be performed under reduced pressure. Since the azeotropic point is lowered when the pressure is reduced, the heating temperature for distilling off the azeotropic mixture can be lowered, which is preferable.
In the solvent replacement step, the treatment temperature is preferably from room temperature to 80°C, more preferably from 40°C to 60°C, when the internal temperature is the treatment temperature.
In the solvent replacement step, the treatment pressure is preferably 30 hPa to 500 hPa, more preferably 30 hPa to 400 hPa, and even more preferably 30 hPa to 300 hPa, when the internal pressure is the treatment pressure.
In the one-time (one-stage) distillation step, the treatment temperature and the treatment pressure may be constant or may change over time.

≪エステル製造方法≫
本実施形態のエステル製造方法では、上記実施形態の方法を用いて3-ヒドロキシスルフォランを製造し、得られた3-ヒドロキシスルフォランと下記式3で表されるカルボン酸エステル(以下、原料エステルともいう。)をエステル交換反応させ(エステル交換工程)、下記式4で表される3-ヒドロキシスルフォランのカルボン酸エステル(以下、生成エステルともいう。)を得る。
≪Ester manufacturing method≫
In the ester production method of the present embodiment, 3-hydroxysulfolane is produced using the method of the above embodiment, and the resulting 3-hydroxysulfolane and a carboxylic acid ester represented by the following formula 3 (hereinafter referred to as a raw material ester ) is subjected to an ester exchange reaction (ester exchange step) to obtain a carboxylic acid ester of 3-hydroxysulfolane represented by the following formula 4 (hereinafter also referred to as a product ester).

Figure 2022126075000006
Figure 2022126075000006

式3及び式4において、Rは、水素原子、又は直鎖状炭素数1~10又は分岐状の炭素数3~10アルキル基を表し、Rは直鎖状炭素数1~10又は分岐状の炭素数3~10のアルキル基を表す。
又はRとしての前記アルキル基は、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等が例示できる。実用性が高い点で、Rは水素原子又は炭素数1~3のアルキル基が好ましい。Rは炭素数1~4のアルキル基が好ましい。分離性の観点から、R及びRの両方がメチル基であることがより好ましい。
In formulas 3 and 4, R 1 represents a hydrogen atom or a linear C 1-10 or branched C 3-10 alkyl group, and R 2 represents a linear C 1-10 or branched represents an alkyl group having 3 to 10 carbon atoms.
Examples of the alkyl group for R 1 or R 2 include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, pentyl group, isopentyl group, hexyl group, octyl group, nonyl group, and decyl group. can. R 1 is preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms from the viewpoint of high practicality. R 2 is preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. From the standpoint of separability, both R 1 and R 2 are more preferably methyl groups.

本実施形態のエステル製造方法は、例えば、下記態様1又は態様2が好ましい。
(態様1)溶媒置換工程で得られたSFOH溶液を、そのままエステル交換工程に用いる態様。本態様において、SFOH溶液に含まれる共沸溶媒はアルコールを含まないことが好ましい。本態様において、SFOH溶液に含まれる共沸溶媒の沸点(標準気圧)は100℃以下が好ましい。
(態様2)溶媒置換工程で得られたSFOH溶液に含まれる共沸溶媒を除去して、エステル交換工程に用いる態様。例えば、共沸溶媒がアルコールの場合、後述するよう減圧濃縮し、さらにディーンスターク装置を用いてアルコールが除去されるまで還流してもよい。
The method for producing an ester of the present embodiment preferably has, for example, aspect 1 or aspect 2 below.
(Mode 1) A mode in which the SFOH solution obtained in the solvent replacement step is directly used in the transesterification step. In this aspect, the azeotropic solvent contained in the SFOH solution preferably does not contain alcohol. In this aspect, the boiling point (standard atmospheric pressure) of the azeotropic solvent contained in the SFOH solution is preferably 100° C. or lower.
(Aspect 2) An aspect in which the azeotropic solvent contained in the SFOH solution obtained in the solvent replacement step is removed and used in the transesterification step. For example, when the azeotropic solvent is alcohol, it may be concentrated under reduced pressure as described below, and refluxed until the alcohol is removed using a Dean-Stark apparatus.

<エステル交換工程>
態様1では、溶媒置換工程で得られたSFOH溶液と原料エステルとを混合し、エステル交換触媒を加えて加熱し、エステル交換反応を行う。
態様2では、SFOH溶液から共沸溶媒を除去した後、原料エステルに溶解し、エステル交換触媒を加えて加熱し、エステル交換反応を行う。
エステル交換反応は、例えば特開2007-153763号公報等に記載されている公知の方法を用いて実施できる。
<Transesterification step>
In mode 1, the SFOH solution obtained in the solvent replacement step and the raw material ester are mixed, a transesterification catalyst is added, and the mixture is heated to carry out a transesterification reaction.
In mode 2, after the azeotropic solvent is removed from the SFOH solution, the SFOH solution is dissolved in the raw material ester, a transesterification catalyst is added, and the mixture is heated to carry out a transesterification reaction.
The transesterification reaction can be carried out using a known method described, for example, in JP-A-2007-153763.

態様1及び態様2において、エステル交換反応の進行に伴って原料エステル由来のアルコールが副生するが、この副生アルコールを除去しながらエステル交換反応を進めることが好ましい。反応率が所定の値に達したら反応液を冷却し、反応を停止する。その後、未反応3-ヒドロキシスルフォランの除去およびエステル交換触媒の除去・失活を行い、反応液から原料エステルを留去し、濃縮して目的の生成エステルを得る。
態様1の場合、エステル交換反応の反応液から、原料エステルを留去して濃縮する際に、SFOH溶液由来の共沸溶媒も同時に留去することが好ましい。
In aspects 1 and 2, as the transesterification reaction progresses, an alcohol derived from the raw material ester is by-produced, and it is preferable to proceed with the transesterification reaction while removing the by-product alcohol. When the reaction rate reaches a predetermined value, the reaction solution is cooled to stop the reaction. Thereafter, unreacted 3-hydroxysulfolane is removed and the transesterification catalyst is removed/inactivated, and the raw material ester is distilled off from the reaction solution and concentrated to obtain the desired product ester.
In the case of mode 1, when the raw material ester is distilled off from the reaction solution of the transesterification reaction and concentrated, it is preferable to simultaneously distill off the azeotropic solvent derived from the SFOH solution.

原料エステルとしては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル等のアクリル酸エステル類;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル等のメタクリル酸エステル類;α-エチルアクリル酸メチル、α-エチルアクリル酸エチル、α-エチルアクリル酸プロピル等のα-エチルアクリル酸エステル類;が例示できる。 Raw material esters include acrylic acid esters such as methyl acrylate, ethyl acrylate and butyl acrylate; methacrylic acid esters such as methyl methacrylate, ethyl methacrylate and butyl methacrylate; α-ethyl acrylates such as ethyl ethyl acrylate and α-ethyl propyl acrylate;

原料エステルの使用量については、副生するアルコールの除去が共沸によらず容易に除去できるのであれば、原料エステルの量が少なくてもエステル交換反応は十分進むが、アクリル酸エチルとエタノール、メタクリル酸メチルとメタノールのように、副生アルコールを原料エステルとの共沸により除去する場合には、原料エステルの量が少なすぎると副生するアルコールを十分除くことができないため反応率が低下しやすい。
一方、原料エステルの量が多すぎると、エステル交換反応の釜効率が悪くなり、コスト的に好ましくない。
原料エステルの使用量は、これらの不都合が生じない範囲が好ましい。例えば、3-ヒドロキシスルフォランに対して2倍モルから20倍モルの範囲内が好ましく、3倍モルから10倍モルの範囲内がより好ましい。
As for the amount of the raw material ester used, if the by-product alcohol can be easily removed without azeotropy, the transesterification reaction will proceed sufficiently even if the amount of the raw material ester is small. When the by-product alcohol is removed by azeotropy with the raw material ester, such as methyl methacrylate and methanol, if the amount of the raw material ester is too small, the by-product alcohol cannot be sufficiently removed, resulting in a decrease in reaction rate. Cheap.
On the other hand, if the amount of the raw material ester is too large, the tank efficiency of the transesterification reaction will deteriorate, which is not preferable in terms of cost.
The amount of raw material ester used is preferably within a range that does not cause these problems. For example, it is preferably in the range of 2-fold to 20-fold mol, more preferably in the range of 3-fold to 10-fold mol, relative to 3-hydroxysulfolane.

エステル交換反応の触媒としては、ジn-ブチルスズオキシド、ジn-オクチルスズオキシド、ジn-ブチルスズジメトキシド、ジn-ブチルスズジアクリレート、ジn-ブチルスズジメタクリレート、ジn-ブチルスズジラウレート等の有機錫化合物;ナトリウムメトキシド、リチウムエトキシド、チタンテトラブトキシド、チタンテトラメトキシド、チタンテトライソプロポキシド、チタンテトラエトキシド、テトラキス(2-エチルヘキシルオキシ)チタン、チタンテトラステアリルオキシド等の金属アルコキシド類;が例示できる。反応操作上の優位性、入手しやすさの点からは、ジブチルスズオキシド、チタンテトラメトキシド、チタンテトラブトキシドが好ましい。 Examples of the transesterification catalyst include organic compounds such as di-n-butyltin oxide, di-n-octyltin oxide, di-n-butyltin dimethoxide, di-n-butyltin diacrylate, di-n-butyltin dimethacrylate, and di-n-butyltin dilaurate. Tin compounds; metal alkoxides such as sodium methoxide, lithium ethoxide, titanium tetrabutoxide, titanium tetramethoxide, titanium tetraisopropoxide, titanium tetraethoxide, tetrakis(2-ethylhexyloxy)titanium, titanium tetrastearyl oxide; can be exemplified. Dibutyltin oxide, titanium tetramethoxide, and titanium tetrabutoxide are preferred from the viewpoint of superiority in reaction operation and availability.

触媒の使用量は、3-ヒドロキシスルフォランに対して0.01~5モル%が好ましく、コスト、触媒の処理のし易さ等の点からは、0.1~2モル%がより好ましい。
反応し難い2級アルコールを有する3-ヒドロキシスルフォランのエステル交換反応であることを考慮して、エステル交換反応を1日から2日という実用的な時間で終了するためには、触媒の使用量は、0.5~3モル%がより好ましい。
The amount of the catalyst to be used is preferably 0.01 to 5 mol % relative to 3-hydroxysulfolane, and more preferably 0.1 to 2 mol % from the viewpoints of cost and ease of catalyst treatment.
Considering that it is a transesterification reaction of 3-hydroxysulfolane having a hard-to-react secondary alcohol, in order to complete the transesterification reaction in a practical time of 1 to 2 days, the amount of catalyst used is more preferably 0.5 to 3 mol %.

原料エステルや生成エステルの重合を防止するために、反応系内に重合防止剤を添加することが好ましい。重合防止剤の種類は、特に限定されない。重合防止剤は1種を用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 A polymerization inhibitor is preferably added to the reaction system in order to prevent polymerization of the raw material ester and the produced ester. The type of polymerization inhibitor is not particularly limited. One type of polymerization inhibitor may be used, or two or more types may be used in combination.

重合防止剤としては、ハイドロキノン、p-メトキシフェノール、2,4-ジメチル-6-tert-ブチルフェノール、2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール、tert-ブチル-カテコール、2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール、ペンタエリスリトールテトラキス(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシヒドロシンナメイト)、2-sec-ブチル-4,6-ジニトロフェノール等のフェノール系化合物;N,N-ジイソプロピルパラフェニレンジアミン、N,N-ジ-2-ナフチルパラフェニレンジアミン、N-フェニレン-N-(1,3-ジメチルブチル)パラフェニレンジアミン、N,N’-ビス(1,4-ジメチルフェニル)-パラフェニレンジアミン、N-(1,4-ジメチルフェニル)-N’-フェニル-パラフェニレンジアミン等のアミン系化合物;4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-N-オキシル、4-ベンゾイルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-N-オキシル、ビス(1-オキシル-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-4-イル)セバケイト等のN-オキシル系化合物;銅、塩化銅(II)、塩化鉄(III)等の金属化合物;等が例示できる。 Polymerization inhibitors include hydroquinone, p-methoxyphenol, 2,4-dimethyl-6-tert-butylphenol, 2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol, tert-butyl-catechol, 2,6- Phenolic compounds such as di-tert-butyl-4-methylphenol, pentaerythritol tetrakis (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyhydrocinnamate), 2-sec-butyl-4,6-dinitrophenol ; N,N-diisopropyl paraphenylenediamine, N,N-di-2-naphthyl paraphenylenediamine, N-phenylene-N-(1,3-dimethylbutyl) paraphenylenediamine, N,N'-bis(1, Amine compounds such as 4-dimethylphenyl)-paraphenylenediamine, N-(1,4-dimethylphenyl)-N'-phenyl-paraphenylenediamine; 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine -N-oxyl, 4-benzoyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-N-oxyl, bis(1-oxyl-2,2,6,6-tetramethylpiperidin-4-yl) sebacate, etc. metal compounds such as copper, copper (II) chloride, and iron (III) chloride; and the like.

重合防止剤の使用量は適宜設定できる。例えば、使用する原料エステルに対して100ppm以上が好ましく、充分な重合防止効果を得るには500ppm以上がより好ましい。一方、コスト面から考えると重合防止剤の使用量は、10000ppm以下が好ましく、製品の着色、使用場面での便宜性などを考えると、5000ppm以下がより好ましい。 The amount of the polymerization inhibitor to be used can be appropriately set. For example, it is preferably 100 ppm or more, more preferably 500 ppm or more to obtain a sufficient polymerization inhibitory effect, relative to the raw material ester used. On the other hand, the amount of the polymerization inhibitor used is preferably 10,000 ppm or less from the viewpoint of cost, and more preferably 5,000 ppm or less in consideration of coloring of the product, convenience in use, and the like.

また、重合を防止するためにエステル交換反応液中に空気等の酸素含有ガスをバブリングすることも好ましい。導入する酸素含有ガスの量は、所望の重合防止効果が得られるように適宜設定できる。例えば、酸素含有ガスとして空気を用いる場合、使用する原料エステル1モルに対して0.5~3.0mL/minでバブリングすることが好ましい。エステル交換反応液に重合防止剤を添加し、併せて反応液中に空気等の酸素含有ガスを導入しながら反応を行うことは、重合防止効果の増幅という観点から特に好ましい。 It is also preferable to bubble an oxygen-containing gas such as air into the transesterification reaction solution in order to prevent polymerization. The amount of the oxygen-containing gas to be introduced can be appropriately set so as to obtain the desired effect of preventing polymerization. For example, when air is used as the oxygen-containing gas, it is preferable to bubble 0.5 to 3.0 mL/min with respect to 1 mol of the raw material ester used. It is particularly preferable to add a polymerization inhibitor to the transesterification reaction solution and carry out the reaction while introducing an oxygen-containing gas such as air into the reaction solution, from the viewpoint of enhancing the effect of preventing polymerization.

エステル交換反応では、バッチ式反応器を用いてもよく、連続式反応器を用いてもよい。例えば、バッチ式反応器で触媒を含む反応液を撹拌しながら、反応を進行させるために、副生するアルコール(ROH)を系外に除去しながらエステル交換反応を実施できる。 In the transesterification reaction, a batch reactor or a continuous reactor may be used. For example, while stirring the reaction liquid containing the catalyst in a batch reactor, the transesterification reaction can be carried out while removing alcohol (R 2 OH) produced as a by-product out of the system in order to advance the reaction.

エステル交換反応を行う際の反応圧力は、特に限定されず、減圧、常圧、加圧のいずれでも実施できる。
エステル交換反応を行う際の反応温度は、反応圧力にもよるが、例えば、常温から150℃の範囲内が好ましい。副生するアルコール(ROH)を除去し、より高い反応速度を得るためには、60~150℃がより好ましい。
エステル交換の反応時間は、1~50時間が好ましく、実用性及び効率の点からは5~36時間がより好ましい。
The reaction pressure for the transesterification reaction is not particularly limited, and any of reduced pressure, normal pressure, and increased pressure can be used.
The reaction temperature for the transesterification reaction is preferably in the range of normal temperature to 150° C., although it depends on the reaction pressure. A temperature of 60 to 150° C. is more preferable in order to remove the by-produced alcohol (R 2 OH) and obtain a higher reaction rate.
The transesterification reaction time is preferably 1 to 50 hours, more preferably 5 to 36 hours from the viewpoint of practicality and efficiency.

エステル交換反応の終了後は、必要に応じて触媒を失活させ、未反応の3-ヒドロキシスルフォランを回収し、生成エステルを精製することが好ましい。
触媒の失活は公知の方法で実施できる。
生成エステルは、通常、常温で固体である。生成エステルの精製は、減圧蒸留、再結晶等の、公知の精製方法によって実施できる。
After completion of the transesterification reaction, it is preferable to deactivate the catalyst as necessary, recover unreacted 3-hydroxysulfolane, and purify the produced ester.
Deactivation of the catalyst can be carried out by a known method.
The product ester is generally solid at ambient temperature. The produced ester can be purified by known purification methods such as vacuum distillation and recrystallization.

以下に実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below using examples, but the present invention is not limited to these examples.

<例1>
本例は、共沸溶媒としてアセトニトリルを用いて中和液中の水を共沸置換した実施例である。
(水和工程・中和工程)
スルフォレン18g(0.15モル)を3.28規定の水酸化ナトリウム水溶液55mLに溶かして30℃で24時間静置した。ガスクロマトグラフで分析し、原料スルフォレンが殆ど消えていることを確認した。反応液を氷水で冷却し、硫酸を8g加え、pH6.5程度まで中和して中和液(100g)を得た。中和液の水分含有量は48質量%であった。
<Example 1>
This example is an example in which acetonitrile is used as an azeotropic solvent to azeotropically replace water in the neutralized liquid.
(Hydration process/neutralization process)
18 g (0.15 mol) of sulfolene was dissolved in 55 mL of a 3.28N sodium hydroxide aqueous solution and allowed to stand at 30° C. for 24 hours. Gas chromatograph analysis confirmed that most of the raw material sulfolene had disappeared. The reaction liquid was cooled with ice water, 8 g of sulfuric acid was added, and neutralized to about pH 6.5 to obtain a neutralized liquid (100 g). The water content of the neutralization liquid was 48% by mass.

(溶媒置換工程)
表3に示す条件で多段階共沸を行って、中和液に含まれる水をアセトニトリルに溶媒置換した。
共沸混合物の留去後に反応器内の液の水分含有量を測定した。留去量及び添加量に基づいて反応器内の液量を算出し、反応器内の液量に対する溶質の含有量を固形分として算出した。反応器内の最初の液量に対する液量の割合を釜残量として算出した。これらの結果を表に示す(以下、同様)。
多段階共沸終了後の溶液を、加圧ろ過器で濾過して中和塩を除去した。
さらに濾液を80℃にして減圧濃縮することで残存する原料を分解して除去した。
こうして、3-ヒドロキシスルフォランがアセトニトリルに溶解したSFOH溶液(41g)を得た。SFOH溶液における、3-ヒドロキシスルフォランのGC純度は97%、水分含有量は0.13質量%であった。
(Solvent replacement step)
Multistage azeotropy was performed under the conditions shown in Table 3, and water contained in the neutralized liquid was replaced with acetonitrile as a solvent.
After distilling off the azeotrope, the water content of the liquid in the reactor was measured. The amount of liquid in the reactor was calculated based on the amount of distillation and the amount of addition, and the content of the solute with respect to the amount of liquid in the reactor was calculated as the solid content. The ratio of the liquid volume to the initial liquid volume in the reactor was calculated as the residual volume of the kettle. These results are shown in the table (hereinafter the same).
After completion of the multistage azeotropic distillation, the solution was filtered through a pressure filter to remove neutralized salts.
Further, the filtrate was heated to 80° C. and concentrated under reduced pressure to decompose and remove the remaining raw materials.
An SFOH solution (41 g) of 3-hydroxysulfolane dissolved in acetonitrile was thus obtained. The GC purity of 3-hydroxysulfolane in the SFOH solution was 97%, and the water content was 0.13% by mass.

Figure 2022126075000007
Figure 2022126075000007

<例2>
本例は、共沸溶媒としてメチルエチルケトン(表には「MEK」と記す。)を用いて中和液中の水を共沸置換した実施例である。多段階共沸の条件を表4に示す。
(水和工程・中和工程)
スルフォレン99.6g(0.84モル)を1.5規定の水酸化ナトリウム水溶液0.85リットルに溶かして室温で72時間静置した。ガスクロマトグラフで分析し、原料スルフォレンが殆ど消えていることを確認した。反応液を氷水で冷却し、硫酸を60g加え、pH7.2程度まで中和して中和液(1011g)を得た。中和液の水分含有量は81質量%であった。
<Example 2>
In this example, methyl ethyl ketone (denoted as "MEK" in the tables) was used as an azeotropic solvent to azeotropically replace water in the neutralization solution. Table 4 shows the multistage azeotropic conditions.
(Hydration process/neutralization process)
99.6 g (0.84 mol) of sulfolene was dissolved in 0.85 liter of 1.5N sodium hydroxide aqueous solution and allowed to stand at room temperature for 72 hours. Gas chromatograph analysis confirmed that most of the raw material sulfolene had disappeared. The reaction liquid was cooled with ice water, 60 g of sulfuric acid was added, and neutralized to about pH 7.2 to obtain a neutralized liquid (1011 g). The water content of the neutralization liquid was 81% by mass.

(溶媒置換工程)
得られた中和液の一部(249g)を用い、表4に示す条件で多段階共沸を行って、中和液に含まれる水をメチルエチルケトンに溶媒置換した。
多段階共沸終了後の溶液を、加圧ろ過器で濾過して中和塩を除去した。
さらに濾液を80℃にして減圧濃縮することで残存する原料を分解して除去した。
こうして、3-ヒドロキシスルフォランがメチルエチルケトンに溶解したSFOH溶液(81g)を得た。SFOH溶液における、3-ヒドロキシスルフォランの水分含有量は0.08質量%であった。
(Solvent replacement step)
A portion (249 g) of the obtained neutralized liquid was subjected to multistage azeotropic distillation under the conditions shown in Table 4 to replace the water contained in the neutralized liquid with methyl ethyl ketone.
After completion of the multistage azeotropic distillation, the solution was filtered through a pressure filter to remove neutralized salts.
Further, the filtrate was heated to 80° C. and concentrated under reduced pressure to decompose and remove the remaining raw materials.
An SFOH solution (81 g) of 3-hydroxysulfolane dissolved in methyl ethyl ketone was thus obtained. The water content of 3-hydroxysulfolane in the SFOH solution was 0.08 wt%.

例1、2で得られたSFOH溶液は、公知のエステル交換反応方法を用いて3-ヒドロキシスルフォランのカルボン酸エステルを製造する方法に使用できる。 The SFOH solutions obtained in Examples 1 and 2 can be used in a method for producing a carboxylic acid ester of 3-hydroxysulfolane using a known transesterification reaction method.

Figure 2022126075000008
Figure 2022126075000008

<例3>
本例は、中和液中の水を共沸置換せずに留去した比較例である。
(水和工程・中和工程)
例2と同様にして中和液(1011g)を得た。得られた中和液の一部(500g)をエバポレーションで乾固させ、102g(釜残量20質量%)のスラリーを得た。
<Example 3>
This example is a comparative example in which water in the neutralized solution was distilled off without azeotropic substitution.
(Hydration process/neutralization process)
A neutralized liquid (1011 g) was obtained in the same manner as in Example 2. A portion (500 g) of the obtained neutralized liquid was evaporated to dryness to obtain 102 g of slurry (remaining amount in kettle: 20% by mass).

例3の乾固後のスラリーは、固く、壁面にこびりついている状態であった。工業的に使用される装置で製造する場合、粘度が高く撹拌翼が回らない、かつ最低釜残量(釜残量の最小値)が20質量%と低いため撹拌翼が回らないといった点から、工業的な3-ヒドロキシスルフォランの製造は困難である。
一方、例1、2は最低釜残量がそれぞれ36質量%、29質量%であった。反応器内の残液量が確保され、スラリーは流動性がある状態のため、撹拌翼を回転させることができ、工業的に使用される装置を用いた3-ヒドロキシスルフォランの製造が可能である。
The dried slurry of Example 3 was hard and stuck to the walls. When manufacturing with an industrially used device, the viscosity is high and the stirring blades do not rotate, and the minimum remaining amount in the kettle (minimum value of the remaining amount in the kettle) is as low as 20% by mass, so the stirring blades do not rotate. Industrial production of 3-hydroxysulfolane is difficult.
On the other hand, in Examples 1 and 2, the minimum remaining amount in the pot was 36% by mass and 29% by mass, respectively. The amount of residual liquid in the reactor is secured, and the slurry is in a state of fluidity, so the stirring blades can be rotated, making it possible to produce 3-hydroxysulfolane using industrially used equipment. be.

Claims (3)

下記式1で表されるスルフォレンをアルカリ水溶液で処理し、下記式2で表される3-ヒドロキシスルフォランを含む水溶液を得る工程、
前記水溶液を酸で中和して中和液を得る工程、及び
前記3-ヒドロキシスルフォランを溶解し、かつ水と共沸する有機溶媒を用いて、前記中和液の溶媒を共沸置換する工程を有する、3-ヒドロキシスルフォランの製造方法。
Figure 2022126075000009
A step of treating sulfolene represented by the following formula 1 with an alkaline aqueous solution to obtain an aqueous solution containing 3-hydroxysulfolane represented by the following formula 2;
a step of neutralizing the aqueous solution with an acid to obtain a neutralized solution; and dissolving the 3-hydroxysulfolane and subjecting the solvent of the neutralized solution to azeotropic substitution using an organic solvent that is azeotropic with water. A method for producing 3-hydroxysulfolane, comprising steps.
Figure 2022126075000009
請求項1に記載の方法を用いて3-ヒドロキシスルフォランを製造し、
得られた3-ヒドロキシスルフォランと下記式3で表されるカルボン酸エステルをエステル交換反応させて、下記式4で表される3-ヒドロキシスルフォランのカルボン酸エステルを得る、エステル製造方法。
Figure 2022126075000010
[式3及び式4において、Rは水素原子、又は直鎖状もしくは分岐状の炭素数1~10のアルキル基を示し、Rは直鎖状又は分岐状の炭素数1~10のアルキル基を示す。]
Producing 3-hydroxysulfolane using the method of claim 1,
A method for producing an ester, wherein the obtained 3-hydroxysulfolane and a carboxylic acid ester represented by the following formula 3 are transesterified to obtain a 3-hydroxysulfolane carboxylic acid ester represented by the following formula 4.
Figure 2022126075000010
[In formulas 3 and 4, R 1 represents a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and R 2 represents a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. indicates a group. ]
前記有機溶媒の標準気圧における沸点が100℃以下である、請求項2に記載のエステル製造方法。 3. The method for producing an ester according to claim 2, wherein the organic solvent has a boiling point of 100[deg.] C. or less at standard atmospheric pressure.
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