JP2606633B2 - シス−エポキシこはく酸アルカリ金属塩の製造方法 - Google Patents

シス−エポキシこはく酸アルカリ金属塩の製造方法

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JP2606633B2 JP3076923A JP7692391A JP2606633B2 JP 2606633 B2 JP2606633 B2 JP 2606633B2 JP 3076923 A JP3076923 A JP 3076923A JP 7692391 A JP7692391 A JP 7692391A JP 2606633 B2 JP2606633 B2 JP 2606633B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はシス−エポキシこはく酸
塩の製造方法に関し、詳しくはマレイン酸塩と過酸化水
素水とを、エポキシ化触媒の存在下で反応させてシス−
エポキシこはく酸塩を得る方法の改良に関するものであ
る。本発明によって得られるシス−エポキシこはく酸塩
は、洗剤用ビルダー、架橋性高分子、ポリ塩化ビニルの
安定剤等として工業的に重要な原料である。
【0002】
【従来の技術】マレイン酸塩類と過酸化水素水をタング
ステン酸(塩)あるいはモリブデン酸(塩)等の水溶性
のエポキシ化触媒の存在下で反応させるとシス−エポキ
シこはく酸塩が生成することは既によく知られている。
しかし、従来の反応条件でシス−エポキシこはく酸塩を
収率よく得るには、エポキシ化触媒を比較的多量に使用
する必要があり、これらの触媒はかなり高価なものであ
るので、経済的見地からその回収方法や再使用のための
循環システムの研究も進められている。
【0003】例えば、特公昭57−26597号公報に
おいては強塩基性陰イオン交換樹脂を用いてエポキシ化
反応液から触媒を吸着分離し、次いで吸着された触媒を
水酸化アルカリ金属水溶液で分離回収し再使用する方法
が開示されている。また、特公昭58−48557号公
報には、エポキシ化反応液のpHを4.5 以下に保持する
ことにより、反応液から酸性シス−エポキシこはく酸塩
の結晶を析出させて分離回収する一方、副生する酒石酸
をエポキシ化触媒を含む反応母液から分離した後、反応
系に循環し再使用する方法が開示されている。しかし、
これらの方法は触媒の分離回収操作が煩雑で高コストが
かかるため経済的であるとは言えない。
【0004】また、別の手法として触媒使用量を減少さ
せるという試みもなされてきたが、マレイン酸モノナト
リウム塩に対して0.4 重量%(0.17 mol%)以下の触媒
量では反応生成物の収率が激減する(特公昭46−41
287号公報)ので、現在では触媒量をマレイン酸に対
して1〜2 mol%程度以下に低減することには成功して
いない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、極め
て少量のエポキシ化触媒により、シス−エポキシこはく
酸塩を収率よく製造する方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、マレイン
酸と過酸化水素水との反応について鋭意検討を進めた結
果、反応温度条件をうまくコントロールすることによっ
て、極めて少量のエポキシ化触媒の存在下でも収率よく
シス−エポキシこはく酸塩を製造する方法を見出し、本
発明を完成させるに至ったものである。すなわち、本発
明はマレイン酸もしくは無水マレイン酸を、アルカリ金
属イオンの存在している水性媒体中で過酸化水素水と反
応させてシス−エポキシこはく酸アルカリ金属塩を製造
するに当たり、マレイン酸もしくは無水マレイン酸に対
して0.02〜0.15 mol%のタングステン酸(塩)及び/ま
たはモリブデン酸(塩)をエポキシ化触媒として用い、
反応温度を60〜80℃、次いで少なくとも5℃以上昇
温して2段階反応を行なうところに要旨を有するもので
ある。
【0007】
【作用】従来から実施されているシス−エポキシこはく
酸塩の製造法で多量の触媒を用いなければならないの
は、エポキシ化反応により生成したシス−エポキシこは
く酸塩の一部が加水分解されてできた酒石酸によって触
媒の活性低下が起こり、実質的に有効に働く触媒が減少
してしまうためである。その結果、触媒量が少ない場合
にはエポキシ化反応速度が十分に上がらず、完結までに
長時間を必要とする。このため、生成したシス−エポキ
シこはく酸塩が加水分解される率も大きくなり、結果と
して反応系中に酒石酸の量も多くなってエポキシ化触媒
の失活がさらに加速され低い収率しか得られなくなる。
【0008】ところが全く意外なことに、反応原料の転
化率に合わせて反応温度を2段階に変化させると酒石酸
の副生が効果的に抑制されることが明らかとなった。そ
の結果、極めて少ない触媒量でも活性低下を起こさずに
シス−エポキシこはく酸塩を高収率で得ることが可能と
なったわけである。以下、さらに詳しく説明する。
【0009】本発明における転化率とは、マレイン酸も
しくは無水マレイン酸がアルカリ金属イオン存在下の水
性媒体中で、シス−エポキシこはく酸塩へエポキシ化さ
れる百分率( mol%)である。本発明では、後で詳述す
るようにエポキシ化触媒をマレイン酸に対して0.02〜0.
15 mol%の範囲で使用することを必須とするが、この様
に触媒量を定めた場合でも、反応温度を当初から80℃
を超える温度にすると酒石酸の副生率が多くなり、また
同様の触媒量で初期温度を低めの60〜80℃に設定
し、この温度を保持したままで反応を継続したのでは反
応の完結に長時間を要し、前述のようにやはり目的物の
収率が低下することがわかった。
【0010】ところが、反応温度を初めは60〜80℃
とし、次いで少なくとも5℃以上昇温して好ましくは7
0〜90℃に維持する2段階反応を採用すると、高収率
でシス−エポキシこはく酸塩が得られ、これらの結果か
ら、触媒を効率よく使うためには、この2段階反応が非
常に有効であることが確認された。
【0011】本発明を実施するに当たっては、マレイン
酸もしくは無水マレイン酸と過酸化水素水をほぼ化学量
論的割合、もしくは過酸化水素水が若干過剰の割合で使
用することが好ましい。またアルカリ金属イオンが存在
している水性媒体は、水酸化ナトリウムや水酸化カリウ
ム等を水に溶解することによって調製することができ、
該イオンの好ましい量はマレイン酸もしくは無水マレイ
ン酸に対して50〜80当量%の範囲である。反応液中
のおけるマレイン酸もしくは無水マレイン酸としての好
ましい濃度は10〜25重量%、より好ましくは15〜
20重量%であるが、その全量が反応開始時に溶解して
いる必要はない。
【0012】また、過酸化水素水は高濃度から低濃度の
ものまで使用することができるが、35、50、60%
程度の過酸化水素水を使用するのが好ましい。反応はp
H4〜6の範囲で行われることが好ましく、反応の進行
と共にpHが低下するので、上記好適pHが保たれるよ
うに適時各々の水酸化アルカリ金属を加えていけばよ
い。
【0013】エポキシ化触媒としてはタングステン酸、
モリブデン酸あるいはそれらのナトリウム塩が用いられ
る。該触媒の使用量は、マレイン酸もしくは無水マレイ
ン酸に対して0.02〜0.15 mol%、より好ましくは0.05〜
0.10 mol%の範囲から選定すべきであり、触媒量が不足
する場合は反応率が十分上がらず、また上限濃度以上に
触媒量を増やすことは、触媒量の低減を目的とする本発
明の意図に反することとなる。
【0014】2段階反応の具体的条件であるが、反応開
始時からマレイン酸もしくは無水マレイン酸の転化率が
少なくとも40 mol%以上、好ましくは50〜70 mol
%に達するまで、反応温度は60〜80℃、好ましくは
60〜75℃で行ない、次いで少なくとも5℃以上昇温
して70〜90℃、好ましくは75〜90℃に維持する
ことが必要である。その理由は前に述べたとおりであ
る。初期温度および昇温後の反応温度は、エポキシ化反
応が発熱反応であるので、反応液中の反応物の濃度、触
媒使用量等によって適宜選択される。反応系の気相の雰
囲気は特に制限されない。
【0015】
【発明の効果】触媒含有量の少ない目的物が高収率で
得られる。従って、反応後に触媒を回収する工程が省略
できる。高価な触媒が少量で済むので経済的である。
反応後各用途にそのまま用いることができる。
【0016】
【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説
明するが、本発明はこれに限定されるものではない。な
お、反応終了後のシス−エポキシこはく酸塩及び他の有
機酸塩の収量はすべて高速液体クロマトグラフィーの分
析結果から求めた。表示した mol%は仕込みマレイン酸
に対する mol%である。
【0017】実施例1 無水マレイン酸 196g(2 mol)を水 746gに溶解し、
48%水酸化ナトリウム水溶液 233g( 2.8 mol)、お
よびタングステン酸ナトリウム2水和物0.66g(0.002
mol ;0.10 mol%)を加えた後、攪拌しながら70℃に
加温した。内容物は70℃になった時にほぼ均一な溶液
となり、pHは5.5 であった。ここに60%過酸化水素
水 119g( 2.1 mol)を滴下し、反応を開始させた。マ
レイン酸の仕込み換算濃度は18重量%である。反応の
進行に伴いpHが下がるので、48%水酸化ナトリウム
水溶液を加えることによってpHを4〜6にコントロー
ルしながら70℃で30分保った。この時点でのマレイ
ン酸の転化率は46%であった。次いで80℃に昇温
し、反応開始から3時間経過したところで反応を終了さ
せ、生成物の分析を行なった。反応後の水溶液には、シ
ス−エポキシこはく酸塩92.7 mol%、D. L−酒石酸塩
4.2mol%、マレイン酸塩2.3mol%が含まれていた。
【0018】比較例1 反応温度を70℃一定に保持した以外は実施例1と同様
の条件で反応を行なった。反応後の水溶液には、シス−
エポキシこはく酸塩82.7 mol%、D. L−酒石酸塩4.8m
ol%、マレイン酸塩12.1 mol%が含まれていた。
【0019】比較例2 反応開始温度を85℃とした以外は実施例1と同様の条
件で反応を行なった。ただし、反応初期には急激な発熱
のため冷却が追いつかず、内温を一定に保つことが困難
で一時的に90℃まで上がった。反応後の水溶液には、
シス−エポキシこはく酸塩78.8 mol%、D. L−酒石酸
塩10.3 mol%、マレイン酸塩10.1 mol%が含まれてい
た。
【0020】実施例2 無水マレイン酸 196gを水 746gに溶解し、48%水酸
化ナトリウム水溶液 233gおよびタングステン酸ナトリ
ウム2水和物0.66gを加えた後、攪拌しながら70℃に
加温した。ここに60%過酸化水素水 119gを滴下し、
反応を開始させた。マレイン酸の仕込み換算濃度は18
重量%である。48%水酸化ナトリウム水溶液を加える
ことによってpHを4〜6にコントロールしながら70
℃で70分保った。この時点でのマレイン酸の転化率は
77%であった。その後85℃に昇温し、反応開始から
2時間30分経過したところで反応を終了させた。反応
後の水溶液には、シス−エポキシこはく酸塩91.5 mol
%、D. L−酒石酸塩5.1mol%、マレイン酸塩3.0mol%
が含まれていた。
【0021】実施例3 無水マレイン酸 196g(2mol )を水1391gに溶解し、
48%水酸化ナトリウム水溶液 233gおよびタングステ
ン酸ナトリウム2水和物0.99g( 0.003 mol;0.15 mol
%)を加えた後、攪拌しながら65℃に加温した。ここ
に60%過酸化水素水 119gを滴下し、反応を開始させ
た。マレイン酸の仕込み換算濃度は12重量%である。
48%水酸化ナトリウム水溶液を加えることによりpH
を4〜6にコントロールしながら65℃で50分保っ
た。この時点でのマレイン酸の転化率は55%であっ
た。その後80℃に昇温し、反応開始から3時間経過し
たところで反応を終了させた。反応後の水溶液には、シ
ス−エポキシこはく酸塩92.2mol %、D. L−酒石酸塩
4.8mol%、マレイン酸塩2.8mol%が含まれていた。
【0022】実施例4 無水マレイン酸 196g(2mol )を水 746gに溶解し、
48%水酸化ナトリウム水溶液 233gおよびタングステ
ン酸ナトリウム2水和物 0.33 g( 0.001mol;0.05mol
%)を加えた後、攪拌しながら75℃に加温した。こ
こに60%過酸化水素水 119gを滴下し、反応を開始さ
せた。マレイン酸の仕込み換算濃度は18重量%であ
る。48%水酸化ナトリウム水溶液を加えることにより
pHを4〜6にコントロールしながら75℃で50分保
った。この時点でのマレイン酸の転化率は50%であっ
た。85℃に昇温した後、3時間経過したところで反応
を終了させた。反応後の水溶液には、シス−エポキシこ
はく酸塩86.3mol %、D. L−酒石酸塩4.5mol%、マレ
イン酸塩8.6mol%が含まれていた。
【0023】比較例3 反応温度を75℃一定に保持した以外は実施例4と同様
の条件で反応を行なった。反応後の水溶液には、シス−
エポキシこはく酸塩 73.7mol%、D. L−酒石酸塩7.8m
ol%、マレイン酸塩 18.2mol%が含まれていた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉川 勝也 兵庫県姫路市網干区興浜字西沖992番地 の1 日本触媒化学工業株式会社 姫路 研究所内 (72)発明者 宇田 公男 兵庫県姫路市網干区興浜字西沖992番地 の1 日本触媒化学工業株式会社 姫路 研究所内 (72)発明者 喜多 裕一 兵庫県姫路市網干区興浜字西沖992番地 の1 日本触媒化学工業株式会社 姫路 研究所内

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】マレイン酸もしくは無水マレイン酸を、ア
    ルカリ金属イオンの存在している水性媒体中で過酸化水
    素水と反応させてシス−エポキシこはく酸アルカリ金属
    塩を製造するに当たり、マレイン酸もしくは無水マレイ
    ン酸に対して0.02〜0.15 mol%のタングステン酸(塩)
    及び/またはモリブデン酸(塩)をエポキシ化触媒とし
    て用い、反応温度を60〜80℃、次いで少なくとも5
    ℃以上昇温して2段階反応を行なうことを特徴とするシ
    ス−エポキシこはく酸アルカリ金属塩の製造方法
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