JP2024016425A - Cyclic dialcohol compound and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、環式ジアルコール化合物およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a cyclic dialcohol compound and a method for producing the same.
ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂およびポリエステルカーボネート樹脂の原料として各種の環式ジアルコールが使用されており、工業的に入手できる化合物としては、1,4-シクロヘキサンジメタノール(CHDMと略記されることがある)、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカンジメタノール(TCDDMと略記されることがある)、2,2-ビス(4-ヒドロキシシクロヘキシル)プロパン(水素化ビスフェノールAと呼ばれることがある)、3,9-ビス(2-ヒドロキシ-1,1-ジメチルエチル)-2,4,8,10-テトラオキサスピロ(5,5)ウンデカン(スピログリコールと呼ばれることがある)などが挙げられる。これ以外の化合物も樹脂の用途に応じた様々な環式ジアルコール化合物が開発されている。 Various cyclic dialcohols are used as raw materials for polyester resin, polycarbonate resin, and polyester carbonate resin, and the industrially available compound is 1,4-cyclohexanedimethanol (sometimes abbreviated as CHDM). , tricyclo[5.2.1.0 2,6 ]decane dimethanol (sometimes abbreviated as TCDDM), 2,2-bis(4-hydroxycyclohexyl)propane (sometimes called hydrogenated bisphenol A) ), 3,9-bis(2-hydroxy-1,1-dimethylethyl)-2,4,8,10-tetraoxaspiro(5,5)undecane (sometimes called spiroglycol), etc. . In addition to these compounds, various cyclic dialcohol compounds have been developed depending on the use of the resin.
例えば、光学レンズに用いられるポリカーボネート樹脂は、透明性、耐熱性、屈折率など樹脂の光学特性の改良を目的として、フルオレン環構造をもつ芳香族ジアルコール化合物を含むジアルコールを用いて製造する方法が報告されており(特許文献1)、それ以外の環式ジアルコールを一定の割合で用い製造する方法も報告されている(特許文献2および特許文献3)。 For example, polycarbonate resin used in optical lenses is manufactured using a dialcohol containing an aromatic dialcohol compound with a fluorene ring structure, with the aim of improving the optical properties of the resin such as transparency, heat resistance, and refractive index. has been reported (Patent Document 1), and a method for manufacturing using other cyclic dialcohols in a fixed ratio has also been reported (Patent Documents 2 and 3).
ところが、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂およびポリエステルカーボネート樹脂はその用途に応じ多岐にわたって使用されており、その用途に応じた樹脂の物性を満足できる環式ジアルコール化合物の開発が求められている。特に、光学レンズに用いられる場合、近年は光学特性を向上させるために前述した環式ジアルコール以外の新規な環式ジアルコール化合物が必要とされている。近年、ジケトン類とトリメチロール化合物とを酸性触媒下で反応(アセタール化反応)させて得られる環式ジオール化合物が積極的に開発されているものの、光学特性が満足できなかったり、アセタール化反応時の反応温度が高いために反応中、加水分解を起こし環式ジオール化合物の熱安定性が低くなったりすることがある(特許文献4および特許文献5)。そうすると、特許文献4や特許文献5に記載の製法により得られた環式ジオール化合物を用いてポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂またはポリエステルカーボネート樹脂などの熱可塑性樹脂を重合しようとすると重合中に分解が起き重合ができないか、あるいは環式ジオール化合物の分解点を起点に架橋して満足のいくポリマーが得られない場合があるため、その製造方法にも未だ改善の余地があった。 However, polyester resins, polycarbonate resins, and polyester carbonate resins are used in a wide variety of ways depending on their uses, and there is a need for the development of cyclic dialcohol compounds that can satisfy the physical properties of the resins depending on their uses. In particular, when used in optical lenses, new cyclic dialcohol compounds other than the above-mentioned cyclic dialcohols are required in recent years to improve optical properties. In recent years, cyclic diol compounds obtained by reacting diketones and trimethylol compounds under acidic catalysts (acetalization reaction) have been actively developed. Because the reaction temperature is high, hydrolysis may occur during the reaction and the thermal stability of the cyclic diol compound may decrease (Patent Document 4 and Patent Document 5). Then, when trying to polymerize a thermoplastic resin such as a polyester resin, polycarbonate resin, or polyester carbonate resin using the cyclic diol compound obtained by the manufacturing method described in Patent Document 4 or Patent Document 5, decomposition occurs during polymerization, resulting in polymerization. However, there is still room for improvement in the production method, as there are cases where it is not possible to obtain a satisfactory polymer by crosslinking starting from the decomposition point of the cyclic diol compound.
本発明の目的は、光学特性に加えて高純度で熱安定性が改善された新規環式ジアルコール化合物およびその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a novel cyclic dialcohol compound having high purity and improved thermal stability in addition to optical properties, and a method for producing the same.
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するために検討した結果達成されたものであって、一定の品質を有し、ポリマー原料として優れた環式ジアルコール化合物とその製造方法を提供することである。具体的には、本発明は、以下に示す環式ジアルコール化合物およびその製造方法に関する。 The present invention was achieved as a result of studies to solve the problems of the prior art described above, and provides a cyclic dialcohol compound that has a certain quality and is excellent as a polymer raw material, and a method for producing the same. That's true. Specifically, the present invention relates to the following cyclic dialcohol compound and its manufacturing method.
[1]下記式(1)で示される環式ジアルコール化合物。
[2]前記式(1)中のR1およびR2がエチル基である上記[1]記載の環式ジアルコール化合物。
[3]前記式(1)で示される環式ジアルコール化合物の5%重量減少温度が265℃以上である上記[1]または[2]に記載の環式ジアルコール化合物。
[4]前記式(1)で示される環式ジアルコール化合物に含まれる硫黄元素の含有量(S)が下記式(2)を満たす上記[1]~[3]のいずれかに記載の環式ジアルコール化合物。
0ppm ≦ S ≦ 50ppm (2)
[5]前記式(1)で示される環式ジアルコール化合物のガスクロマトグラフィー純度が90面積%以上である上記[1]~[4]のいずれかに記載の環式ジアルコール化合物。
[2] The cyclic dialcohol compound according to the above [1], wherein R 1 and R 2 in the formula (1) are ethyl groups.
[3] The cyclic dialcohol compound according to the above [1] or [2], wherein the cyclic dialcohol compound represented by the formula (1) has a 5% weight loss temperature of 265°C or higher.
[4] The ring according to any one of [1] to [3] above, in which the content (S) of the sulfur element contained in the cyclic dialcohol compound represented by the formula (1) satisfies the following formula (2). Formula dialcohol compound.
0ppm≦S≦50ppm (2)
[5] The cyclic dialcohol compound according to any one of [1] to [4] above, wherein the cyclic dialcohol compound represented by formula (1) has a gas chromatography purity of 90 area % or more.
[6]上記[1]記載の式(1)で示される環式ジアルコール化合物の製造方法において、少なくとも工程1および工程2を含んでなることを特徴とする環式ジアルコール化合物の製造方法。
工程1:下記式(3)で示される4,4’-ビシクロヘキサノンと下記式(4)で示されるトリメチロール化合物とを反応溶媒中、酸の存在下で反応させる工程
工程2:工程1終了後の反応液から式(1)で示される環式ジアルコール化合物を濾別後に得られた反応液を濃縮したのち、再度、反応溶媒と酸を加えて反応させる工程
Step 1: A step of reacting 4,4'-bicyclohexanone represented by the following formula (3) with a trimethylol compound represented by the following formula (4) in a reaction solvent in the presence of an acid. Step 2: Step 1 completed. A step of concentrating the reaction solution obtained after filtering off the cyclic dialcohol compound represented by formula (1) from the subsequent reaction solution, and then adding a reaction solvent and an acid again to react.
[7]式(4)で表される化合物がトリメチロールプロパンである上記[6]記載の環式ジアルコール化合物の製造方法。
[8]工程1および工程2で使用される反応溶媒として2-プロパノールを用いる上記[6]または[7]に記載の環式ジアルコール化合物の製造方法。
[9]工程1および工程2で使用される酸がパラトルエンスルホン酸、リン酸またはケイ酸と、バナジウム、モリブデンおよびタングステンから選ばれる少なくとも一つの元素の酸素酸イオンとから構成されるヘテロポリ酸である上記[6]~[8]のいずれかに記載の環式ジアルコール化合物の製造方法。
[10]光学部材のための熱可塑性樹脂の原料として用いられる上記[1]~[5]のいずれかに記載の環式ジアルコール化合物。
[7] The method for producing a cyclic dialcohol compound according to [6] above, wherein the compound represented by formula (4) is trimethylolpropane.
[8] The method for producing a cyclic dialcohol compound according to [6] or [7] above, wherein 2-propanol is used as the reaction solvent used in Steps 1 and 2.
[9] The acid used in Steps 1 and 2 is a heteropolyacid composed of para-toluenesulfonic acid, phosphoric acid or silicic acid and an oxygen acid ion of at least one element selected from vanadium, molybdenum and tungsten. A method for producing a cyclic dialcohol compound according to any one of [6] to [8] above.
[10] The cyclic dialcohol compound according to any one of [1] to [5] above, which is used as a raw material for a thermoplastic resin for optical members.
本発明によれば、熱安定性に優れた高純度の環式ジアルコール化合物を高収率で合成でき、該化合物を使用した熱可塑性樹脂の光学特性を向上させることができる。 According to the present invention, a highly purified cyclic dialcohol compound with excellent thermal stability can be synthesized in high yield, and the optical properties of a thermoplastic resin using the compound can be improved.
本発明を詳細に説明するが、以下に記載する構成要素の説明は、本発明の実施態様の代表例であり、これらの内容に限定されるものではない。 Although the present invention will be described in detail, the explanation of the constituent elements described below is a representative example of the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to these contents.
[環式ジアルコール化合物]
本発明の環式ジアルコール化合物は、下記式(1)で表される環式ジアルコール化合物である。
The cyclic dialcohol compound of the present invention is a cyclic dialcohol compound represented by the following formula (1).
上記式(1)において、R1およびR2で表される炭化水素基としては、アルキル基、シクロアルキル基などが例示できる。なかでもアルキル基が特に好ましい。アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、t-ブチル基などの炭素原子数1-6のアルキル基が好ましく、炭素原子数1-4のアルキル基がより好ましく、炭素原子数1-3のアルキル基がさらに好ましく、エチル基が特に好ましい。 In the above formula (1), examples of the hydrocarbon groups represented by R 1 and R 2 include an alkyl group and a cycloalkyl group. Among these, alkyl groups are particularly preferred. Specific examples of the alkyl group include alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms, such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, and t-butyl; is more preferred, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms is even more preferred, and an ethyl group is particularly preferred.
以下に前記式(1)で表される環式ジアルコール化合物の代表例を示すが、本発明の前記式(1)に用いられる原料としては、それらによって限定されるものではない。 Representative examples of the cyclic dialcohol compound represented by the above formula (1) are shown below, but the raw materials used in the above formula (1) of the present invention are not limited thereto.
これらは単独で使用してもよく、または二種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも下記式(1-a)、下記式(1-b)がより好ましく、特に、下記式(1-b)がさらに好ましい。
本発明の環式ジアルコール化合物の5%重量減少温度は、窒素雰囲気下で昇温速度20℃/分での5%重量減少温度であり、265℃以上が好ましく、275℃以上であるとより好ましく、285℃以上であるとさらに好ましく、295℃以上であると特に好ましく、300℃以上であるともっとも好ましい。5%重量減少温度が上記下限以上であると熱可塑性樹脂を重合する段階で本発明の環式ジアルコール化合物が分解することなく重合することができる。一方で5%重量減少温度が上記下限よりも低いと熱可塑性樹脂を重合する段階で本発明の環式ジアルコール化合物が分解して重合できないか、あるいはその分解物を起点に架橋しゲル化してしまう可能性がある。 The 5% weight loss temperature of the cyclic dialcohol compound of the present invention is the 5% weight loss temperature at a heating rate of 20°C/min in a nitrogen atmosphere, preferably 265°C or higher, and more preferably 275°C or higher. The temperature is preferably 285°C or higher, more preferably 295°C or higher, and most preferably 300°C or higher. When the 5% weight loss temperature is equal to or higher than the above lower limit, the cyclic dialcohol compound of the present invention can be polymerized without being decomposed at the stage of polymerizing the thermoplastic resin. On the other hand, if the 5% weight loss temperature is lower than the above lower limit, the cyclic dialcohol compound of the present invention will decompose and cannot be polymerized at the stage of polymerizing the thermoplastic resin, or the decomposed product will be crosslinked and gelled. There is a possibility that it will be stored away.
本発明の環式ジアルコール化合物は、硫黄元素の含有量(S)が下記式(2)を満足することが好ましい。
0ppm ≦ S ≦ 50ppm(2)
より好ましくは、下記式(2-1)を満足する。
0ppm ≦ S ≦ 40ppm(2-1)
さらに好ましくは、下記式(2-2)を満足する。
0ppm ≦ S ≦ 30ppm(2-2)
さらにより好ましくは、下記式(2-3)を満足する。
0ppm ≦ S ≦ 20ppm(2-3)
特に好ましくは、下記式(2-4)を満足する。
0ppm ≦ S ≦ 10ppm(2-4)
もっとも好ましくは、下記式(2-5)を満足する。
0ppm ≦ S ≦ 5ppm(2-5)
In the cyclic dialcohol compound of the present invention, the content (S) of sulfur element preferably satisfies the following formula (2).
0ppm ≦ S ≦ 50ppm (2)
More preferably, the following formula (2-1) is satisfied.
0ppm ≦ S ≦ 40ppm (2-1)
More preferably, the following formula (2-2) is satisfied.
0ppm ≦ S ≦ 30ppm (2-2)
Even more preferably, the following formula (2-3) is satisfied.
0ppm ≦ S ≦ 20ppm (2-3)
Particularly preferably, the following formula (2-4) is satisfied.
0ppm ≦ S ≦ 10ppm (2-4)
Most preferably, the following formula (2-5) is satisfied.
0ppm ≦ S ≦ 5ppm (2-5)
上記範囲の上限を超えると、前記式(1)で表される環式ジアルコール化合物が加水分解しやすく5%重量減少温度が下がることがある。硫黄元素の含有量の下限は、0.01ppm以上、0.05ppm以上、または0.10ppm以上であってもよい。 When the upper limit of the above range is exceeded, the cyclic dialcohol compound represented by the formula (1) is likely to be hydrolyzed and the 5% weight loss temperature may decrease. The lower limit of the content of the sulfur element may be 0.01 ppm or more, 0.05 ppm or more, or 0.10 ppm or more.
本発明の環式ジアルコール化合物は、ガスクロマトグラフィーで測定した純度が90面積%以上であることが好ましく、95面積%以上であることがより好ましく、98面積%以上であることがさらに好ましく、99面積%以上であることが特に好ましい。 The cyclic dialcohol compound of the present invention preferably has a purity measured by gas chromatography of 90 area % or more, more preferably 95 area % or more, even more preferably 98 area % or more, It is particularly preferable that the area is 99% by area or more.
[環式ジアルコール化合物の製造方法]
本発明の上記式(1)で表される環式ジアルコール化合物の製造方法としては、ビシクロヘキサノンとトリメチロール化合物とをアセタール化して得ることができる。
具体的に、本発明の上記式(1)で表される環式ジアルコール化合物の製造方法としては、少なくとも下記の工程1および工程2を含んでなる製造方法が好ましく挙げられる。
[Method for producing cyclic dialcohol compound]
As a method for producing the cyclic dialcohol compound represented by the above formula (1) of the present invention, it can be obtained by acetalizing bicyclohexanone and a trimethylol compound.
Specifically, as a method for producing the cyclic dialcohol compound represented by the above formula (1) of the present invention, a production method comprising at least the following steps 1 and 2 is preferably mentioned.
すなわち、下記式(3)で表される4,4’-ビシクロヘキサノンと下記式(4)で表されるトリメチロール化合物とを反応させる工程1と工程1で発生した反応液から上記式(1)で示される環式ジアルコール化合物を濾別後に得られた反応液を濃縮したのち、もう一度未反応の4,4’-ビシクロヘキサノンとトリメチロール化合物とを反応させる工程2により製造できる。本発明の製造方法では、両工程とも反応温度が低いため反応中に加水分解が起きないこと、酸を容易に分離できること、工程2は工程1で発生した反応液を使い同じ操作を繰り返すのみであること、さらには両工程とも再結晶などの精製工程が不要のため、非常に簡便に効率よく本発明の環式ジアルコール化合物を製造できる。
上記式(3)で表される4,4’-ビシクロヘキサノンの純度は特に限定されないが、通常、90%以上が好ましく、より好ましくは98%以上である。なお、前記式(3)で示すような4,4’-ビシクロヘキサノンは、市販品を用いてもよく、あるいは、あらかじめ合成したものを使用してもよい。例えば、4,4’-ビシクロヘキサノンを製造する方法としては、非特許文献(Angewandte Chemie,International Edition,2012,Vol.51,12790-12794)に記載の方法を参考にし、4,4’-ビシクロヘキサノールとイリジウム触媒とを反応溶媒還流下で反応させる方法などが挙げられる。 The purity of 4,4'-bicyclohexanone represented by the above formula (3) is not particularly limited, but is usually preferably 90% or more, more preferably 98% or more. Note that 4,4'-bicyclohexanone as shown in the above formula (3) may be a commercially available product, or may be synthesized in advance. For example, as a method for producing 4,4'-bicyclohexanone, referring to the method described in a non-patent document (Angewandte Chemie, International Edition, 2012, Vol. 51, 12790-12794), 4,4'-bicyclohexanone is Examples include a method in which hexanol and an iridium catalyst are reacted under reflux of the reaction solvent.
上記式(4)で表される化合物は、前記式(1)においてジアルコールに対応する化合物であり、R3は前記式(1)で表されるR1、R2に対応している。ただし、R3の炭化水素基にはエーテル結合を含まない。 The compound represented by the above formula (4) is a compound corresponding to the dialcohol in the above formula (1), and R 3 corresponds to R 1 and R 2 represented by the above formula (1). However, the hydrocarbon group of R 3 does not contain an ether bond.
以下に式(4)で表されるトリメチロール化合物の代表例を示すが、本発明の前記式(1)に用いられる原料としては、それらによって限定されるものではない。
具体的には、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、トリメチロールブタン、トリメチロール-(2,2’-ジメチル)-プロパン、トリメチロールペンタン、トリメチロールイソペンタン、トリメチロールヘキサン、トリメチロールヘプタン、トリメチロールオクタン等が好ましく挙げられる。なかでも、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパンがより好ましく、トリメチロールプロパンがさらに好ましい。
Representative examples of the trimethylol compound represented by formula (4) are shown below, but the raw materials used in formula (1) of the present invention are not limited thereto.
Specifically, trimethylol ethane, trimethylol propane, trimethylol butane, trimethylol-(2,2'-dimethyl)-propane, trimethylol pentane, trimethylol isopentane, trimethylol hexane, trimethylol heptane, trimethylol octane. etc. are preferably mentioned. Among these, trimethylolethane and trimethylolpropane are more preferred, and trimethylolpropane is even more preferred.
使用する前記式(4)で表されるトリメチロール化合物の純度は特に限定されないが、通常、95%以上が好ましく、より好ましくは98%以上である。 The purity of the trimethylol compound represented by the formula (4) used is not particularly limited, but is usually preferably 95% or more, more preferably 98% or more.
原料として用いる前記式(4)で表されるトリメチル化合物の使用比率は、前記式(3)で表される化合物(4,4’-ビシクロヘキサノン)1モルに対して好ましくは1.5~5モル、より好ましくは2.0~3.0モル、さらに好ましくは2.1~2.5モルの範囲であってもよい。該アルコール類が上記下限未満であると前記式(1)で表される生成物の収率が低くなることがある。また、上記上限を超えると、反応速度は速く収率が高くなるものの該環式ジアルコール化合物の製造コストが上がることがある。 The usage ratio of the trimethyl compound represented by the formula (4) used as a raw material is preferably 1.5 to 5 to 1 mole of the compound (4,4'-bicyclohexanone) represented by the formula (3). It may be in the range of moles, more preferably 2.0 to 3.0 moles, even more preferably 2.1 to 2.5 moles. If the alcohol content is less than the above lower limit, the yield of the product represented by the formula (1) may be low. Moreover, when the above upper limit is exceeded, although the reaction rate is fast and the yield is high, the manufacturing cost of the cyclic dialcohol compound may increase.
工程1および工程2の前記式(3)で表される4,4’-ビシクロヘキサノンと前記式(4)で表されるトリメチロール化合物との反応(アセタール化)は、反応溶媒中、酸の存在下で行うことができる。 The reaction (acetalization) between 4,4'-bicyclohexanone represented by the above formula (3) and the trimethylol compound represented by the above formula (4) in Steps 1 and 2 is performed using an acid in the reaction solvent. It can be done in the presence of
工程1および工程2の反応で使用する酸としては、塩酸、硫酸、硝酸およびリン酸等の鉱酸、パラトルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、トリフルオロ酢酸、トリフルオロメタンスルホン酸などの有機酸、陽イオン交換樹脂、ゼオライト、ヘテロポリ酸(例えばリンタングステン酸、リンモリブデン酸など)などの固体酸、その他各種ルイス酸等が挙げられる。その中でも有機酸や固体酸が好ましく、パラトルエンスルホン酸、リン酸またはケイ酸と、バナジウム、モリブデンおよびタングステンから選ばれる少なくとも一つの元素の酸素酸イオンとから構成されるヘテロポリ酸がより好ましく、パラトルエンスルホン酸(有機酸)やリンタングステン酸(固体酸)が特に好ましい。これらはそれぞれ単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。 The acids used in the reactions in Steps 1 and 2 include mineral acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, and phosphoric acid, paratoluenesulfonic acid, methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, trifluoroacetic acid, and trifluoromethanesulfonic acid. Examples include organic acids, cation exchange resins, zeolites, solid acids such as heteropolyacids (for example, phosphotungstic acid, phosphomolybdic acid, etc.), and other various Lewis acids. Among these, organic acids and solid acids are preferred, and heteropolyacids composed of para-toluenesulfonic acid, phosphoric acid, or silicic acid and an oxyacid ion of at least one element selected from vanadium, molybdenum, and tungsten are more preferred; Toluenesulfonic acid (organic acid) and phosphotungstic acid (solid acid) are particularly preferred. These may be used alone or in combination of two or more.
酸の使用量は、通常、前記式(4)のトリメチロール化合物に対して、好ましくは0.001~20重量%、より好ましくは0.05~15重量%、さらに好ましくは0.5~10重量%の範囲である。 The amount of acid used is usually preferably 0.001 to 20% by weight, more preferably 0.05 to 15% by weight, even more preferably 0.5 to 10% by weight, based on the trimethylol compound of formula (4). % by weight.
工程1および工程2で用いる反応溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒やメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール(以後、2-プロパノールと記載する)、n-ブタノール等のアルコール類を用いることができる。なかでも、前記式(1)で表される環式ジアルコール化合物の熱安定性の観点からアルコール類が好ましく、2-プロパノールが特に好ましい。トルエン等の芳香族炭化水素溶媒を用いた場合、反応温度が高く設定でき、副生する水を効率よく除去できるものの、反応中、加水分解反応も同時に起き結果として得られた目的物の5%重量減少温度が下がってしまうことがある。 Examples of the reaction solvent used in Steps 1 and 2 include aromatic hydrocarbon solvents such as toluene and xylene, and alcohols such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol (hereinafter referred to as 2-propanol), and n-butanol. can be used. Among these, alcohols are preferred from the viewpoint of thermal stability of the cyclic dialcohol compound represented by formula (1), and 2-propanol is particularly preferred. When an aromatic hydrocarbon solvent such as toluene is used, the reaction temperature can be set high and by-product water can be efficiently removed, but hydrolysis reaction also occurs simultaneously during the reaction, resulting in a loss of 5% of the target product. The weight loss temperature may drop.
工程1および工程2で使用する前記反応溶媒の使用量は、特に限定されないが、前記式(1)で示される環式ジアルコール化合物(目的物)の理論収量に対して好ましくは3重量倍以上、より好ましくは4~9重量倍であり、さらに好ましくは5~10重量倍である。反応溶媒の使用量が上記下限未満の場合、反応中に目的物が析出した際に撹拌が困難になる可能性がある。また、反応は溶媒の使用量が10重量倍以上を超える場合、反応速度が遅くかつ使用量に見合う効果がなく容積効率も悪化し該環式ジアルコール化合物の製造コストが上がることもある。 The amount of the reaction solvent used in Steps 1 and 2 is not particularly limited, but is preferably at least 3 times the theoretical yield of the cyclic dialcohol compound (target product) represented by the formula (1). , more preferably 4 to 9 times by weight, still more preferably 5 to 10 times by weight. If the amount of the reaction solvent used is less than the above lower limit, stirring may become difficult when the target product precipitates during the reaction. In addition, when the amount of solvent used in the reaction exceeds 10 times by weight, the reaction rate is slow and there is no effect commensurate with the amount used, and the volumetric efficiency deteriorates, which may increase the manufacturing cost of the cyclic dialcohol compound.
工程1および工程2の反応温度は使用する原料、溶媒の種類により異なるが、好ましくは20~80℃、より好ましくは20~60℃、さらに好ましくは20~40℃である。反応温温度が上記下限よりも低いと反応速度が遅く収率が下がることがある。また、上記上限を超えると反応速度は速くなるものの、副生する水によって前記式(1)で示される環式ジアルコール化合物が反応中に加水分解を引き起こし、5%重量減少温度も低下してしまうことがある。反応はガスクロマトグラフィーなどの分析手段で追跡することができる。 The reaction temperature in Steps 1 and 2 varies depending on the type of raw materials and solvent used, but is preferably 20 to 80°C, more preferably 20 to 60°C, and still more preferably 20 to 40°C. Reaction temperature If the temperature is lower than the above lower limit, the reaction rate may be slow and the yield may be reduced. In addition, if the above upper limit is exceeded, the reaction rate becomes faster, but the cyclic dialcohol compound represented by the formula (1) is hydrolyzed during the reaction by the water produced as a by-product, and the 5% weight loss temperature also decreases. Sometimes I put it away. The reaction can be followed by analytical means such as gas chromatography.
工程1および工程2の反応終了後の反応混合物には、通常、生成した前記式(1)で表される環式ジアルコール化合物以外に、未反応の4,4’-ジシクロヘキサノンやトリメチロール化合物、酸、副反応生成物、副生水などが含まれている。そのため、慣用の方法、例えば、中和、ろ過、濃縮、晶析、再結晶、再沈殿、カラムクロマトグラフィーなどの分離手段や、これらを組み合わせた分離手段により分離精製できる。例えば、慣用の方法(水酸化ナトリウムや炭酸水素ナトリウムなどのアルカリ水溶液を加えて中和する方法)により酸を中和し、晶析によりトリメチロール化合物や副反応生成物を除去して目的物である前記式(1)の環式ジアルコール化合物を析出させ、次いで濾過分離することにより精製してもよい。 The reaction mixture after completion of the reactions in Steps 1 and 2 usually contains unreacted 4,4'-dicyclohexanone and trimethylol compounds in addition to the generated cyclic dialcohol compound represented by formula (1). , acids, side reaction products, by-product water, etc. Therefore, it can be separated and purified by conventional methods, such as separation means such as neutralization, filtration, concentration, crystallization, recrystallization, reprecipitation, column chromatography, or a combination of these methods. For example, by neutralizing the acid using a conventional method (method of neutralizing by adding an alkaline aqueous solution such as sodium hydroxide or sodium bicarbonate), and removing trimethylol compounds and side reaction products by crystallization, the desired product can be obtained. The cyclic dialcohol compound of formula (1) may be precipitated and then purified by filtration.
本発明の製造方法により得られる環式ジアルコール化合物のガスクロマトグラフィー純度は、60~100面積%の広い範囲から選択でき、好ましくは80面積%以上、90面積%以上、95%面積以上、98面積%以上、99面積%以上である。 The gas chromatography purity of the cyclic dialcohol compound obtained by the production method of the present invention can be selected from a wide range of 60 to 100 area%, preferably 80 area% or more, 90 area% or more, 95% area or more, 98% area% or more. area% or more, and 99 area% or more.
[環式ジアルコール化合物の特徴および用途]
本発明の環式ジアルコール化合物は、種々の樹脂の原料(モノマー)として利用できる。例えば、熱可塑性樹脂(例えば、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステルカーボネート樹脂、ポリウレタン樹脂など)のモノマー、及び熱硬化性樹脂(例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、熱硬化性ポリウレタン樹脂、(メタ)アクリレート((メタ)アクリル酸エステル)など)のポリオール成分として用いることができる。特に、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステルカーボネート樹脂が典型的である。
[Characteristics and uses of cyclic dialcohol compounds]
The cyclic dialcohol compound of the present invention can be used as a raw material (monomer) for various resins. For example, monomers of thermoplastic resins (e.g., polyester resins, polycarbonate resins, polyester carbonate resins, polyurethane resins, etc.), and thermosetting resins (e.g., epoxy resins, phenolic resins, thermosetting polyurethane resins, (meth)acrylates ( (meth)acrylic acid ester), etc.). In particular, polyester resins, polycarbonate resins, and polyester carbonate resins are typical.
本発明の環式ジアルコール化合物をポリオール成分に用いると、環式骨格を有しているためか、得られる樹脂は高い熱安定性と光学特性とを高いレベルで両立できるという利点を備える。特に本発明の環式ジアルコール化合物は光学部材のための熱可塑性樹脂の原料として好ましく用いられる。 When the cyclic dialcohol compound of the present invention is used as a polyol component, the resulting resin has the advantage of having both high thermal stability and optical properties at a high level, probably because it has a cyclic skeleton. In particular, the cyclic dialcohol compound of the present invention is preferably used as a raw material for thermoplastic resins for optical members.
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
なお、実施例において、各種測定は以下のように行った。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist thereof.
In addition, in the examples, various measurements were performed as follows.
(1)1H NMR測定
実施例で得られた化合物を下記の装置、溶媒にて測定した。
装置:日本電子社製 JNM-AL400(400MHz)
溶媒:CDCl3
(1) 1 H NMR measurement The compounds obtained in the examples were measured using the following equipment and solvent.
Equipment: JNM-AL400 (400MHz) manufactured by JEOL Ltd.
Solvent: CDCl3
(2)ガスクロマトグラフィー測定(GC/MS)
アジレント・テクノロジー製シングル四重極GC/MS 5977Bを用い、下記測定条件で測定した。実施例中、特に断らない限り純度(%)はGC/MSにおける溶媒を除いて補正した面積百分率値である。
(GC)
カラム:DB-1(内径0.25mm、長さ30m、膜厚0.25μm)
注入量:1μl
注入法:スプリット比40:1
注入口温度:280℃
オーブン:60℃-10℃/分-280℃(28分)
キャリアガス:He、線速度 36.6cm/s
(MS)
イオン源温度:230℃
イオン化モード:EI 70eV
測定範囲:m/z 33-700
(2) Gas chromatography measurement (GC/MS)
Measurement was performed using a single quadrupole GC/MS 5977B manufactured by Agilent Technologies under the following measurement conditions. In the examples, unless otherwise specified, purity (%) is an area percentage value corrected by excluding the solvent in GC/MS.
(GC)
Column: DB-1 (inner diameter 0.25 mm, length 30 m, film thickness 0.25 μm)
Injection volume: 1μl
Injection method: split ratio 40:1
Inlet temperature: 280℃
Oven: 60℃ - 10℃/min - 280℃ (28 minutes)
Carrier gas: He, linear velocity 36.6 cm/s
(MS)
Ion source temperature: 230℃
Ionization mode: EI 70eV
Measurement range: m/z 33-700
(3)燃焼イオンクロマトグラフィー測定
三菱ケミカル製自動試料燃焼装置AQF-2100およびサーモフィッシャー製イオンクロマトグラフィーシステムDIONEX AQUIONを用い、下記測定条件で、硫黄元素の含有量(S量)の測定を行った。尚、検量線作成は、富士フイルム和光純薬製硫酸イオン標準液(SO4(2-):1000)を用い行った。
測定温度:900℃→1000℃
吸収液:過酸化水素入り超純水
カラム:AS-17/AG-17
流速:1ml/min
セル温度:40℃、カラム温度:35℃
(3) Combustion ion chromatography measurement The content of sulfur element (S amount) was measured using the automatic sample combustion device AQF-2100 manufactured by Mitsubishi Chemical and the ion chromatography system DIONEX AQUION manufactured by Thermo Fisher under the following measurement conditions. . The calibration curve was created using a sulfate ion standard solution (SO4(2-):1000) manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries.
Measurement temperature: 900℃→1000℃
Absorption liquid: Ultrapure water containing hydrogen peroxide Column: AS-17/AG-17
Flow rate: 1ml/min
Cell temperature: 40℃, column temperature: 35℃
(4)5%重量減少温度
得られた樹脂をTAインスツルメント製の示差熱・熱重量同時測定装置Discovery SDT650により、窒素雰囲気下で、昇温速度20℃/minで測定し、5%重量減少温度を測定した。試料は5mg程度で測定した。
(4) 5% Weight Loss Temperature The obtained resin was measured at a heating rate of 20°C/min in a nitrogen atmosphere using a differential thermal/thermogravimetric simultaneous measurement device Discovery SDT650 manufactured by TA Instruments. The decreasing temperature was measured. The sample was measured at approximately 5 mg.
(5)屈折率(nD)
実施例で得られた樹脂を下記の装置、手法にて測定した。
装置:島津製作所社製 KRP-2000
手法:重合終了後に得られた樹脂の3mm厚試験片を作製し研磨したものを用いた。
(5) Refractive index (nD)
The resin obtained in the example was measured using the following apparatus and method.
Equipment: KRP-2000 manufactured by Shimadzu Corporation
Method: A 3 mm thick test piece of the resin obtained after completion of polymerization was prepared and polished.
(6)アッベ数測定
アッベ数は、波長:486.13nm、587.56nm、656.27nmにおける屈折率から下記式を用いて算出した。
ν=(nD-1)/(nF-nC)
なお、本発明においては
nD:波長587.56nmでの屈折率、
nC:波長656.27nmでの屈折率、
nF:波長486.13nmでの屈折率を意味する。
(6) Abbe number measurement The Abbe number was calculated from the refractive index at wavelengths of 486.13 nm, 587.56 nm, and 656.27 nm using the following formula.
ν=(nD-1)/(nF-nC)
In the present invention, nD: refractive index at a wavelength of 587.56 nm;
nC: refractive index at a wavelength of 656.27 nm,
nF: means the refractive index at a wavelength of 486.13 nm.
(7)ガラス転移温度(Tg)
得られた樹脂をTAインスツルメント製の示差熱・熱重量同時測定装置Discovery SDT650により、昇温速度20℃/minで測定した。試料は5mg程度で測定した。
(7) Glass transition temperature (Tg)
The obtained resin was measured at a heating rate of 20° C./min using a differential thermal/thermogravimetric simultaneous measuring device Discovery SDT650 manufactured by TA Instruments. The sample was measured at approximately 5 mg.
[実施例1]
<工程1>
撹拌機、冷却器、さらには温度計を備え付けたフラスコに4,4’-ビシクロヘキサノン25g(129ミリモル)、トリメチロールプロパン36g(270ミリモル)、2-プロパノール200mLを加えたのち、2-プロパノール250mLに溶解させたパラトルエンスルホン酸1.47g(8ミリモル)をゆっくりと滴下しながら加えた。そのまま室温で一晩撹拌し反応を終了させた。白色固体が析出していたが、そのまま水酸化ナトリウムを加えて中和し析出した白色結晶を濾取し、目的物である4,4’-ジオキソヒドロキシル-ビス(トリメチロールプロパン)アセタール(以下、BCHPAと略記することがある)の白色固体を34g、収率62%で得た。得られたBCHPAを1H NMRにより分析し、目的物であることを確認した(図1)。また、ガスクロマトグラフィーを測定したところ、純度は99.7%であり、イオンクロマトグラフィーにより残存硫黄量を測定したところ0.4ppmであった。さらに、5%重量減少温度を測定したところ、305℃であった。
[Example 1]
<Step 1>
After adding 25 g (129 mmol) of 4,4'-bicyclohexanone, 36 g (270 mmol) of trimethylolpropane, and 200 mL of 2-propanol to a flask equipped with a stirrer, a condenser, and a thermometer, 250 mL of 2-propanol was added. 1.47 g (8 mmol) of para-toluenesulfonic acid dissolved in water was added slowly dropwise. The mixture was stirred overnight at room temperature to complete the reaction. A white solid was precipitated, but it was neutralized by adding sodium hydroxide, and the precipitated white crystals were collected by filtration to obtain the target product, 4,4'-dioxohydroxyl-bis(trimethylolpropane) acetal (hereinafter referred to as , sometimes abbreviated as BCHPA) was obtained in a yield of 62% in an amount of 34 g. The obtained BCHPA was analyzed by 1 H NMR and confirmed to be the target product (FIG. 1). Moreover, when gas chromatography was measured, the purity was 99.7%, and when the amount of residual sulfur was measured by ion chromatography, it was 0.4 ppm. Furthermore, when the 5% weight loss temperature was measured, it was 305°C.
<工程2>
工程1で発生した濾液を濃縮したのち、2-プロパノールとパラトルエンスルホン酸を加えそのまま室温で一晩撹拌し反応を終了させた。白色固体が析出していたが、そのまま水酸化ナトリウムを加えて中和し析出した白色結晶を濾取し、目的物であるBCHPAの白色固体を11g、収率20%で得た。ガスクロマトグラフィーを測定したところ、純度は99.7%であり、イオンクロマトグラフィーにより残存硫黄量を測定したところ3.1ppmであった。さらに、5%重量減少温度を測定したところ、309℃であった。
<Step 2>
After concentrating the filtrate generated in Step 1, 2-propanol and para-toluenesulfonic acid were added and the mixture was stirred at room temperature overnight to complete the reaction. A white solid was precipitated, but sodium hydroxide was added thereto to neutralize it, and the precipitated white crystals were collected by filtration to obtain 11 g of a white solid of BCHPA, the target product, in a yield of 20%. When measured by gas chromatography, the purity was 99.7%, and when the amount of residual sulfur was measured by ion chromatography, it was 3.1 ppm. Furthermore, when the 5% weight loss temperature was measured, it was 309°C.
<工程3>
工程1および工程2で得たBCHPAを4.3質量部(20mоl%)、9,9-ビス[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]フルオレン(以下、BPEFと省略することがある)17.54質量部(80mоl%)、ジフェニルカーボネート(以下、DPCと省略することがある)10.82質量部(101mоl%)、及び触媒として濃度60mmol/Lの濃度で炭酸水素ナトリウムを2.10×10-4質量部(5.00×10-3mоl%)、濃度274mmol/Lの濃度でテトラメチルアンモニウムヒドロキシド1.37×10-3質量部(3.01×10-2mоl%)を加え、窒素雰囲気下180℃に加熱し溶融させた。その後、5分間かけて減圧度を20kPaに調整した。40℃/hrの昇温速度で240℃まで昇温を行い、フェノールの流出量が70%になった後で減圧度を1kPaまで減圧し、所定の電力に到達するまで重合反応を行い、反応終了後フラスコから樹脂を取り出した。得られたポリカ―ボネート樹脂を、1HNMRにより分析し、BCHPA成分が全モノマーに対して20mоl%、BPEF成分が全モノマー成分に対して80mоl%導入されていることを確認した。得られたポリカーボネート樹脂の屈折率は1.613、アッベ数は26.3、Tgは145℃、5%重量減少温度は378℃であった。
<Step 3>
4.3 parts by mass (20 mol%) of BCHPA obtained in Step 1 and Step 2, 9,9-bis[4-(2-hydroxyethoxy)phenyl]fluorene (hereinafter sometimes abbreviated as BPEF) 17. 54 parts by mass (80 mol%), 10.82 parts by mass (101 mol%) of diphenyl carbonate (hereinafter sometimes abbreviated as DPC), and 2.10×10 sodium hydrogen carbonate at a concentration of 60 mmol/L as a catalyst. -4 parts by mass (5.00 × 10 -3 mol%) and 1.37 × 10 -3 parts by mass (3.01 × 10 -2 mol%) of tetramethylammonium hydroxide were added at a concentration of 274 mmol/L. , and was heated to 180° C. in a nitrogen atmosphere to melt it. Thereafter, the degree of pressure reduction was adjusted to 20 kPa over a period of 5 minutes. The temperature was raised to 240 °C at a temperature increase rate of 40 °C/hr, and after the outflow amount of phenol reached 70%, the degree of vacuum was reduced to 1 kPa, and the polymerization reaction was carried out until the predetermined power was reached. After completion, the resin was taken out from the flask. The obtained polycarbonate resin was analyzed by 1H NMR, and it was confirmed that the BCHPA component was introduced in an amount of 20 mol% based on the total monomer components, and the BPEF component was introduced in an amount of 80 mol% based on the total monomer components. The obtained polycarbonate resin had a refractive index of 1.613, an Abbe number of 26.3, a Tg of 145°C, and a 5% weight loss temperature of 378°C.
[実施例2]
<工程1>
パラトルエンスルホン酸をリンタングステン酸(事前に脱水したもの)に変更した以外は実施例1<工程1>と同様にしてBCHPAの白色固体を得た(収率60%、純度99.1%)。イオンクロマトグラフィーにより残存硫黄量を測定したところ0ppmであった。さらに、5%重量減少温度を測定したところ、305℃であった。
[Example 2]
<Step 1>
A white solid of BCHPA was obtained in the same manner as in Example 1 <Step 1> except that para-toluenesulfonic acid was changed to phosphotungstic acid (dehydrated in advance) (yield 60%, purity 99.1%). . The amount of residual sulfur was measured by ion chromatography and was found to be 0 ppm. Furthermore, when the 5% weight loss temperature was measured, it was 305°C.
<工程2>
パラトルエンスルホン酸をリンタングステン酸(事前脱水したのも)に変更した以外は実施例1<工程2>と同様にしてBCHPAの白色固体を得た(収率20%、純度99.2%)。イオンクロマトグラフィーにより残存硫黄量を測定したところ0ppmであった。さらに、5%重量減少温度を測定したところ、306℃であった。
<Step 2>
A white solid of BCHPA was obtained in the same manner as in Example 1 <Step 2> except that para-toluenesulfonic acid was changed to phosphotungstic acid (pre-dehydrated) (yield 20%, purity 99.2%). . The amount of residual sulfur was measured by ion chromatography and was found to be 0 ppm. Furthermore, when the 5% weight loss temperature was measured, it was 306°C.
[参考例1]
<工程1>
撹拌機、冷却器付き水分離器さらには温度計を備え付けた1Lのフラスコにビシクロヘキサノン40g(206ミリモル)、トリメチロールプロパン58g(432ミリモル)、パラトルエンスルホン酸1.17g(6ミリモル)にトルエン415mLを加えたのち、窒素気流下、115℃でトルエンを還流し共沸脱水させながら6時間撹拌し反応を終了させた。反応終了後、反応液を室温まで冷却したところ結晶が析出したが、そのまま反応液を水酸化ナトリウムで中和した。析出していた白色結晶を濾取し、目的物であるBCHPAの白色固体を83g、収率94%で得た。GCを測定したところ、純度は99.0%であり、イオンクロマトグラフィーにより残存硫黄量を測定したところ54.3ppmであった。さらに、5%重量減少温度を測定したところ、236℃であった。
[Reference example 1]
<Step 1>
In a 1 L flask equipped with a stirrer, a water separator with a condenser, and a thermometer, add 40 g (206 mmol) of bicyclohexanone, 58 g (432 mmol) of trimethylolpropane, 1.17 g (6 mmol) of paratoluenesulfonic acid, and toluene. After adding 415 mL, the reaction was completed by stirring for 6 hours while refluxing toluene at 115° C. to perform azeotropic dehydration under a nitrogen stream. After the reaction was completed, the reaction solution was cooled to room temperature and crystals precipitated, but the reaction solution was then neutralized with sodium hydroxide. The precipitated white crystals were collected by filtration to obtain 83 g of a white solid of BCHPA, the target product, in a yield of 94%. When measured by GC, the purity was 99.0%, and when the amount of residual sulfur was measured by ion chromatography, it was 54.3 ppm. Furthermore, when the 5% weight loss temperature was measured, it was 236°C.
<工程2>
参考例1の<工程1>で得られたBCHPAを用いた以外は実施例1の<工程3>と同様にしてポリカーボネート樹脂を重合しようとしたが、重合途中でBCHPAが分解しポリマー化することはできなかった。
<Step 2>
An attempt was made to polymerize a polycarbonate resin in the same manner as in <Step 3> of Example 1 except that the BCHPA obtained in <Step 1> of Reference Example 1 was used, but BCHPA decomposed and polymerized during the polymerization. I couldn't.
本発明の環式ジアルコール化合物を原料(モノマー)とする樹脂は、例えば、フイルム、レンズ、プリズム、光ディスク、透明導電性基板、光カード、シート、光ファイバー、光学膜、光学フィルター、ハードコート膜等の光学部材に用いることができ、特にレンズに極めて有用である。 Examples of the resin using the cyclic dialcohol compound of the present invention as a raw material (monomer) include films, lenses, prisms, optical disks, transparent conductive substrates, optical cards, sheets, optical fibers, optical films, optical filters, hard coat films, etc. It can be used for optical members, and is particularly useful for lenses.
Claims (10)
0ppm ≦ S ≦ 50ppm (2) The cyclic dialcohol compound according to claim 1, wherein the content (S) of sulfur element contained in the cyclic dialcohol compound represented by the formula (1) satisfies the following formula (2).
0ppm≦S≦50ppm (2)
工程1:下記式(3)で示される4,4’-ビシクロヘキサノンと下記式(4)で示されるトリメチロール化合物とを反応溶媒中、酸の存在下で反応させる工程
工程2:工程1終了後の反応液から式(1)で示される環式ジアルコール化合物を濾別後に得られた反応液を濃縮したのち、再度、反応溶媒と酸を加えて反応させる工程
Step 1: A step of reacting 4,4'-bicyclohexanone represented by the following formula (3) with a trimethylol compound represented by the following formula (4) in a reaction solvent in the presence of an acid. Step 2: Step 1 completed. A step of concentrating the reaction solution obtained after filtering off the cyclic dialcohol compound represented by formula (1) from the subsequent reaction solution, and then adding a reaction solvent and an acid again to react.
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