JP2022512827A

JP2022512827A - エポキシ樹脂のキー中間体の調製方法

Info

Publication number: JP2022512827A
Application number: JP2021523035A
Authority: JP
Inventors: 誠孫; 林徐; 克鴻丁; 怡明王; 傑軍黄; 明李; 慶炎馬; 麗呂
Original assignee: Jiangsu Ruiheng New Materialtechnology Co ltd; Jiangsu Ruixiang Chemical Co Ltd; Jiangsu Yangnong Chemical Group Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Ruiheng New Materialtechnology Co ltd; Jiangsu Ruixiang Chemical Co Ltd; Jiangsu Yangnong Chemical Group Co Ltd
Priority date: 2018-10-23
Filing date: 2019-08-19
Publication date: 2022-02-07
Anticipated expiration: 2039-08-19
Also published as: CN109232478A; JP7248790B2; WO2020082863A1; CN109232478B

Abstract

【要約】エポキシ樹脂のキー中間体の調製方法であって、前記調製方法は、３－クロロプロペン、ヘテロポリ酸触媒及び含窒素複素環化合物をオートクレーブに入れ、撹拌しながら６０℃～６５℃に昇温し、系圧が０．２ＭＰａ～０．２４ＭＰａであり、さらに前記オートクレーブ内に過酸化水素を等速で注入し、反応させた後、エポキシ樹脂のキー中間体が得られる。この方法によれば、反応中のジクロロプロパノールの生成が抑制されるとともに、エピクロロヒドリンの加水分解の確率も減少し、反応選択性を９９．５％まで向上させることができる。【選択図】なし

Description

本発明は、有機化学の分野に属し、具体的には、エポキシ樹脂のキー中間体の調製方法に関し、より具体的には、エピクロロヒドリンの合成工程における塩素化副反応を抑制する方法に関する。

エピクロロヒドリンは、主にエポキシ樹脂の生産に使用される重要な石油化学製品であり、エポキシ樹脂のキー中間体である。現在、エピクロロヒドリンの生産工程は、主にクロロヒドリン法とグリセロール法の２つがある。国内のエピクロロヒドリンの７０％は、クロロヒドリン法によるものであり、その最大の欠点は５０トン／トンのエピクロロヒドリンの塩分含有廃水が発生し、環境汚染が深刻であることである。現在、国内の新規生産能力はすべてグリセロール法によるものであるが、当該工程はグリセロールの供給に制限されており、生産能力を増やし続けることが難しく、日々増加する需要を満たすことができない。

これに鑑み、研究者は過酸化水素法に注目するようになった。グリーンケミストリーの観点から、過酸化水素は、より環境に優しく、よりクリーンな酸素源である。ヘテロポリ酸を触媒とする反応系は、その特殊な反応相転移特性、すなわち反応中に溶解し、反応終了後に析出し、触媒が回収しやすく安定性に優れることから、工業的応用が期待されている。

しかしヘテロポリ酸触媒の強酸性により、反応過程でクロロプロペン、エピクロロヒドリン、３－クロロ－１，２－プロパンジオールなどの塩素化副反応が促進され、最終的にはジクロロプロパノールが生成し、これにより反応の選択性が低下する。同時に、ジクロロプロパノールは沸点が高く、最終的には精留残渣中に存在し、残渣の処理量を増加させる。

クロロプロペンのエポキシ化反応におけるジクロロプロパノールの生成が反応に与える影響に着目した既存の文献資料は少なく、中国特許ＣＮ２０１４１０７４０４１０．Ｘには副生成物としてジクロロプロパノールが生成され、その後の精留によりエピクロロヒドリンとジクロロプロパノールとを分離することが言及されているが、反応中にジクロロプロパノールの生成を抑制する方法について言及されておらず、ジクロロプロパノールの生成問題を発生源から解決することはできない。

したがって、上記の問題を解決するために、エポキシ樹脂のキー中間体の改良された調製方法を提供する必要がある。

本発明の主な目的は、エポキシ樹脂のキー中間体の合成工程における塩素化副反応を抑制し、それにより反応選択性をさらに向上させることが可能なエポキシ樹脂のキー中間体の調製方法を提供することにある。

本発明に係るエポキシ樹脂のキー中間体の調製方法は、
３－クロロプロペン、ヘテロポリ酸触媒及び特定の含窒素複素環化合物をオートクレーブ（１Ｌステンレス鋼）に入れ、撹拌しながら６０℃～６５℃に昇温し、系圧が０．２ＭＰａ～０．２４Ｍｐａであり、さらにオートクレーブ内に過酸化水素を注入し、反応させた後、エポキシ樹脂のキー中間体が得られることである。

本発明の方法は、クロロプロペンのエポキシ化反応中に生成されるジクロロプロパノールの量を制御することができる。当該技術案の原理は、特定の含窒素複素環化合物を加圧反応系に添加することにより、一方で系の酸度及びアルカリ度を調整し、他方で含窒素複素環化合物が触媒と錯体を形成することで、加圧反応中のクロロプロペンが脱塩素化又は脱塩化水素化し、さらにエピクロロヒドリン又は３－クロロ－１，２－プロパンジオールと塩素化反応してジクロロプロパノールを合成してしまう確率を低減することである。脂肪族アミンなどの他の錯化剤を選択すると、形成される錯体の結合力が強すぎ、反応結果に影響を及ぼす。

より好ましくは、エポキシ樹脂のキー中間体の調製方法は、
３－クロロプロペン、ヘテロポリ酸触媒及び特定の含窒素複素環化合物をオートクレーブ（１Ｌステンレス鋼）に入れ、撹拌しながら６０℃～６５℃に昇温し、系圧が０．２ＭＰａ～０．２４Ｍｐａであり、さらにオートクレーブ内に（蠕動ポンプ、計量ポンプを用いて）過酸化水素を等速で注入し、過酸化水素の滴下時間を１ｈとし、保温時間を１ｈとすることである。

反応終了後、触媒を分離し、反応液を分液漏斗に注いで成層化し、サンプリングして分析したところ、油層中のジクロロプロパノールの含有量は０．５％から０．０５％以下に低下し、反応選択性は９９．５％に達した。

本技術案では、前記含窒素複素環化合物は、ピリジン、ピロール、ピペリジン、イミダゾール、ピラゾール、ピリミジンなどであり、その添加量は、ヘテロポリ酸触媒の重量の０．１ｗｔ％～１０ｗｔ％であり、好ましくは０．５ｗｔ％～６ｗｔ％であり、最も好ましくは０．５ｗｔ％～２ｗｔ％である。

前記ヘテロポリ酸触媒の構造は［（Ｃ_nＨ_2n+1）Ｎ（ＣＨ₃）₃］₃ＰＷ₄Ｏ₁₆であり、ここでｎ＝１～１８である。当該ヘテロポリ酸触媒は市販のものでも自家製のものでもよく、合成方法は以下のとおりである。ｎ＝１６を例にすると、９９．５％のＮａ₂ＷＯ₄３．３２ｇ（１０ｍｍｏｌ）と脱イオン水２０ｍＬをビーカー１００ｍｌに添加し、Ｎａ₂ＷＯ₄をすべて溶解させた後、その中に３６％～３８％の濃ＨＣｌ１．９７ｇ（２０ｍｍｏｌ）を添加し、直ちに淡黄色の沈殿物を生じさせ、その後２７．５％のＨ₂Ｏ₂８．６５ｇ（７０ｍｍｏｌ）を添加し、淡黄色の沈殿物が速やかに消失して淡黄色の溶液となり、さらにその中に８５％のＨ₃Ｐ０₄０．２８８ｇ（２．５ｍｍｏｌ）を添加した。得られた溶液を三口フラスコに移し、さらに室温で２０ｍｉｎ撹拌した後、７．５ｍｍｏｌの［Ｃ₁₆Ｈ₃₃（ＣＨ₃）₃］ＮＣｌを含むＣ₂Ｈ₄Ｃｌ₂溶液（６０ｍＬ）を激しく撹拌しながら滴下した。滴下完了後、１ｈ撹拌を続けた。触媒を遠心分離し、洗浄液ｐＨ＝５になるまで触媒を脱イオン水で洗浄し、最後に赤外線ランプで乾燥させて触媒を得た。前記３－クロロプロペンと過酸化水素とのモル比は、１～６：１であってもよく、好ましくは１～４：１であり、ヘテロポリ酸触媒の重量は３－クロロプロペンの重量の０．１～１０％であり、好ましくは２～８％である。

本発明の方法は３－クロロプロペンとヘテロポリ酸触媒を用いてエピクロロヒドリンを合成する際に、特定の含窒素複素環化合物の添加により、加圧反応系の酸度及びアルカリ度が調整され、一方でジクロロプロパノールの生成が抑制されるとともに、エピクロロヒドリンの加水分解の確率も減少し、反応選択性を９９．５％まで向上させることができる。

なお、本願における実施例及び実施例における特徴は、衝突することなく相互に組み合わせることができる。以下、実施例と併せて本発明を詳細に説明する。

以下、具体的な実施例を参照して本願をさらに詳細に説明するが、これらの実施例は、本願の特許請求の範囲を限定するものと理解されるべきではない。

実施例１
３－クロロプロペン３０７．５ｇ、［（Ｃ₁₆Ｈ₃₃）Ｎ（ＣＨ₃）₃］₃ＰＷ₄Ｏ₁₆２０ｇ及びピリジン０．３ｇを１Ｌオートクレーブに投入し、撹拌しながら６５℃に昇温し、系圧が０．２４ＭＰａであり、計量ポンプによりオートクレーブに５０％の過酸化水素６８ｇを添加し、過酸化水素の添加時間を１ｈとし、過酸化水素の添加完了後、１ｈ保温反応させた。終了後、材料を注ぎ出して成層化し、油層中のジクロロプロパノールの含有量が０．０２％であり、エピクロロヒドリンの選択性が９９．６％であった。

実施例２（比較例で、実施例１と比較してピリジンを添加しなかった。）
３－クロロプロペン３０７．５ｇ、［（Ｃ₁₆Ｈ₃₃）Ｎ（ＣＨ₃）₃］₃ＰＷ₄Ｏ₁₆２０ｇを１Ｌオートクレーブに投入し、撹拌しながら６３℃に昇温し、系圧が０．２２ＭＰａであり、計量ポンプによりオートクレーブに５０％の過酸化水素６８ｇを添加し、過酸化水素の添加時間を１ｈとし、過酸化水素の添加完了後、１ｈ保温反応させた。終了後、材料を注ぎ出して成層化し、油層中のジクロロプロパノールの含有量が０．５２％であり、エピクロロヒドリンの選択性が９７．８％であった。

実施例３（比較例で、実施例１と比較してピリジンを添加することを、脂肪族アミンであるｎ－ブチルアミンを添加することに変更した。）
３－クロロプロペン３０７．５ｇ、［（Ｃ₁₆Ｈ₃₃）Ｎ（ＣＨ₃）₃］₃ＰＷ₄Ｏ₁₆２０ｇ及びｎ－ブチルアミン０．３ｇを１Ｌオートクレーブに投入し、撹拌しながら６５℃に昇温し、系圧が０．２４ＭＰａであり、計量ポンプによりオートクレーブに５０％の過酸化水素６８ｇを添加し、過酸化水素の添加時間を１ｈとし、過酸化水素の添加完了後、１ｈ保温反応させた。終了後、材料を注ぎ出して成層化し、油層中のジクロロプロパノールの含有量が０．５９％であり、エピクロロヒドリンの選択性が９７．６２％であった。

実施例４
３－クロロプロペン２８０ｇ、［（Ｃ₄Ｈ₉）Ｎ（ＣＨ₃）₃］₃ＰＷ₄Ｏ₁₆１８ｇ及びピロール２ｇを１Ｌオートクレーブに投入し、撹拌しながら６２℃に昇温し、系圧が０．２２ＭＰａであり、計量ポンプによりオートクレーブに５０％の過酸化水素６８ｇを添加し、過酸化水素の添加時間を１ｈとし、過酸化水素の添加完了後、１ｈ保温反応させた。終了後、材料を注ぎ出して成層化し、油層中のジクロロプロパノールの含有量が０．０４％であり、エピクロロヒドリンの選択性が９９．５１％であった。

実施例５
３－クロロプロペン３２０ｇ、［（Ｃ₁₈Ｈ₃₇）Ｎ（ＣＨ₃）₃］₃ＰＷ₄Ｏ₁₆１５ｇ及びピペリジン０．１２ｇを１Ｌオートクレーブに投入し、撹拌しながら６２℃に昇温し、系圧が０．２１ＭＰａであり、計量ポンプによりオートクレーブに５０％の過酸化水素６８ｇを添加し、過酸化水素の添加時間を１ｈとし、過酸化水素の添加完了後、１ｈ保温反応させた。終了後、材料を注ぎ出して成層化し、油層中のジクロロプロパノールの含有量が０．０６％であり、エピクロロヒドリンの選択性が９９．４９％であった。

実施例６
３－クロロプロペン２９２ｇ、［（Ｃ₁₂Ｈ₂₅）Ｎ（ＣＨ₃）₃］₃ＰＷ₄Ｏ₁₆１５ｇ及びピラゾール０．１ｇを１Ｌオートクレーブに投入し、撹拌しながら６１℃に昇温し、系圧が０．２１ＭＰａであり、計量ポンプによりオートクレーブに５０％の過酸化水素６８ｇを添加し、過酸化水素の添加時間を１ｈとし、過酸化水素の添加完了後、１ｈ保温反応させた。終了後、材料を注ぎ出して成層化し、油層中のジクロロプロパノールの含有量が０．０４５％であり、エピクロロヒドリンの選択性が９９．５６％であった。

実施例７
３－クロロプロペン３００ｇ、［（Ｃ₁₈Ｈ₃₇）Ｎ（ＣＨ₃）₃］₃ＰＷ₄Ｏ₁₆１８ｇ及びピリミジン０．４ｇを１Ｌのオートクレーブに投入し、撹拌しながら６５℃に昇温し、系圧が０．２４ＭＰａであり、計量ポンプによりオートクレーブに５０％の過酸化水素６８ｇを添加し、過酸化水素の添加時間を１ｈとし、過酸化水素の添加完了後、１ｈ保温反応させた。終了後、材料を注ぎ出して成層化し、油層中のジクロロプロパノールの含有量が０．０２４％であり、エピクロロヒドリンの選択性が９９．６１％であった。

実施例８～１３（実施例１と同様の実験方法を採用する。）

上記に記載されたものは、本発明の好ましい実施例にすぎず、本発明を限定することを意図するものではなく、当業者にとって、本発明に対して様々な修正及び変形を行うことができる。本発明の精神及び原理の範囲内でなされたいかなる修正、等価な置換、改良なども、本発明の保護範囲に含まれるものとする。

Claims

３－クロロプロペン、ヘテロポリ酸触媒及び含窒素複素環化合物をオートクレーブに入れ、撹拌しながら６０℃～６５℃に昇温し、系圧が０．２ＭＰａ～０．２４ＭＰａであり、さらに前記オートクレーブ内に過酸化水素を注入し、反応させた後、エポキシ樹脂のキー中間体が得られる、ことを特徴とするエポキシ樹脂のキー中間体の調製方法。
３－クロロプロペン、ヘテロポリ酸触媒及び含窒素複素環化合物をオートクレーブに入れ、撹拌しながら６０℃～６５℃に昇温し、系圧が０．２ＭＰａ～０．２４ＭＰａであり、さらに前記オートクレーブ内に過酸化水素を等速で注入し、過酸化水素の滴下時間を１時間とし、過酸化水素の添加完了後に１時間保温する、ことを特徴とする請求項１に記載のエポキシ樹脂のキー中間体の調製方法。
前記ヘテロポリ酸触媒の構造は［（Ｃ_nＨ_2n+1）Ｎ（ＣＨ₃）₃］₃ＰＷ₄Ｏ₁₆であり、ここでｎ＝１～１８である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のエポキシ樹脂のキー中間体の調製方法。
前記含窒素複素環化合物はピリジン、ピロール、ピペリジン、イミダゾール、ピラゾール又はピリミジンである、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のエポキシ樹脂のキー中間体の調製方法。
前記含窒素複素環化合物の重量は前記ヘテロポリ酸触媒の重量の０．１％～１０％である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のエポキシ樹脂のキー中間体の調製方法。
前記含窒素複素環化合物の重量は前記ヘテロポリ酸触媒の重量の０．５％～６％である、ことを特徴とする請求項５に記載のエポキシ樹脂のキー中間体の調製方法。
前記含窒素複素環化合物の重量は前記ヘテロポリ酸触媒の重量の０．５％～２％である、ことを特徴とする請求項６に記載のエポキシ樹脂のキー中間体の調製方法。
前記３－クロロプロペンと前記過酸化水素とのモル比は１～６：１である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のエポキシ樹脂のキー中間体の調製方法。
前記３－クロロプロペンと前記過酸化水素とのモル比は１～４：１である、ことを特徴とする請求項８に記載のエポキシ樹脂のキー中間体の調製方法。
前記ヘテロポリ酸触媒の重量は前記３－クロロプロペンの重量の０．１％～１０％である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のエポキシ樹脂のキー中間体の調製方法。
前記ヘテロポリ酸触媒の重量は前記３－クロロプロペンの重量の２％～８％である、ことを特徴とする請求項１０に記載のエポキシ樹脂のキー中間体の調製方法。