JP2862962B2 - トランス―メチルヘキサヒドロ無水フタル酸の製造方法 - Google Patents

トランス―メチルヘキサヒドロ無水フタル酸の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野] 本発明は、トランス−メチルヘキサヒドロ無水フタル
酸の製造方法に関する。
[従来の技術] メチルヘキサヒドロ無水フタル酸(以下「Me−HHPA」
と略記する。)はエポキシ樹脂硬化剤、ポリエステル原
料その他二塩基酸又はその酸無水物を応用する分野にお
いて広く用いられている有用な化合物であり、そのメチ
ル基の結合方向に従ってシス異性体とトランス異性体と
が存在する。ところで、ある種の分野においてはシス異
性体よりもトランス異性体の方が好ましい場合がある。
例えば、トランス−3−Me−HHPAをエポキシ樹脂硬化剤
として使用した場合、得られたエポキシ樹脂硬化物の熱
変形温度が高くなって、耐熱性が改良される。
Me−HHPAは、メチルテトラヒドロ無水フタル酸(以下
「Me−THPA」と略記する。)の核水素化によって製造さ
れるが、通常の反応条件下で生成するMe−HHPAの大部分
(70〜95重量%程度)は、シス異性体である。
本発明者らは、これまでトランス異性体の含有量を増
加せしめる一方法として、シス異性体が主体である、3
−Me−THPA及び/又は3−Me−HHPAを特定の金属触媒及
びアミン化合物の存在下に水素化と同時に異性化する技
術を提案した(特公昭59−10671号)。しかしながら、
この方法によれば、工業的に充分満足できる収率で目的
物を得ることができるものの、当該反応に際して添加し
たアミン化合物は蒸留等の簡易な精製処理で完全に除去
することが困難であり、残存する微量のアミン化合物に
起因すると思われる好ましくない製品特性の経時的変
化、例えば、製品の保存中に炭酸ガスが発生したり着色
するという現象が認められるとともに、このものを配合
してなるエポキシ樹脂組成物のポットライフが低下する
等の欠点があり、用途によってはこれらの現象を避ける
ことが必要であった。
[発明が解決しようとする課題] 本発明者らは、斯かる問題点を解消し、簡便に、経時
安定性の改良された製品を収率良く製造する汎用的な技
術を確立すべく鋭意検討の結果、Me−HHPAを異性化する
に際し、アミン化合物に代えて特定の化合物を異性化触
媒として適用することにより所定の効果が得られること
を見い出し、斯かる知見に基づいて本発明を完成するに
至った。
[課題を解決するための手段] 本発明に係るトランス−Me−HHPAの製造方法は、シス
−Me−HHPAをシリカ−アルミナ系触媒の存在下で立体異
性化することを特徴とする。
原料となるシス−Me−HHPAとして、より具体的には、
メチル基の置換位置によってシス−3−Me−HHPAやシス
−4−Me−HHPAが例示され、特にシス−3−Me−HHPAを
原料とした場合には本発明所定の効果を容易に得ること
ができる。又、これらのシス−Me−HHPAには、トランス
−Me−HHPA、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ
無水フタル酸、エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル
酸、エンドメチレンヘキサヒドロ無水フタル酸、無水フ
タル酸等の各種のジカルボン酸無水物又はそれらの遊離
酸が混在していても何ら差支えなく異性化することがで
きる。
本発明に係るシリカ−アルミナ系触媒とは、シリカと
アルミナを含む組成を有するものであって、当該異性化
反応に関与して所定の目的を達成し得るものであれば足
り、具体的には、ベントナイト、パーライト、ケイソウ
土、カオリン、ゼオライト、活性白土等の天然鉱物ある
いはそれらから誘導された類似の性質を有する他の固体
ケイ素系物質及び人為的に合成された前記の天然鉱物類
と類似の性質を有する固体ケイ酸系物質等が例示され
る。
上記のシリカ−アルミナ系触媒の中でもゼオライト系
触媒が好ましい。このゼオライト系触媒としては、天然
物、合成物のいずれも使用可能ではあるが、品質の安定
性に優れている観点から合成ゼオライトが好ましく、具
体的にはアルカリ及びアルカリ土類金属を含む結晶性の
含水アルミノケイ酸塩であって、下記の一般式で示され
る。
(M1・M2)O・Al2O3・nSiO2・**mH2O [式中、M1、M2は同一又は異なって、1価又は2価の金
属イオンを示す。] シリカ−アルミナ系触媒の適用量は、シス−Me−HHPA
100重量部当たり、0.05〜5重量部程度、好ましくは0.1
〜1重量部程度である。0.05重量部未満では所定の効果
が得られにくく、5重量部を越えて添加しても効果上、
顕著な差異は認められず、経済的にも不利である。
本発明を更に詳述すれば、所定の反応器にシス−Me−
HHPA及び所定量のシリカ−アルミナ系触媒を仕込み、好
ましくは窒素等の不活性ガスで系内を置換後、100〜230
℃程度、好ましくは150〜200℃の加熱撹拌下で0.5〜10
時間程度異性化する。反応終了後、シリカ−アルミナ系
不媒を濾過や遠心分離法等によって分離し、反応生成物
は必要に応じて蒸留して精製する。異性化反応を行うに
際し、ジオキサン、テトラヒドロフラン等の環状エーテ
ル類を溶媒として使用してもよい。
本発明に係るシリカ−アルミナ系触媒は、Me−THPAを
金属触媒(ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウ
ム、白金等)の存在下で水素化してMe−HHPAを製造する
工程においても何等の悪影響も及ぼさない。従って、当
該異性化触媒を上記水素化反応前に添加し、所定の条件
下で撹拌しながら、シス異性体が大部分(例えば、70重
量%以上)であるMe−THPAの水素化と同時に異性化を行
うことも可能である。この方法によれば、製造中におい
て、シス異性体が大部分であるMe−HHPAを別途回収する
必要がなく、連続して目的物を製造することができる点
で合理的であり、工程を簡略化することができるために
工業的にも好ましい方法である。この場合、(1)シス
−Me−THPAの核水素化反応によるシス−Me−HHPAの生成
反応が、(2)シス−Me−THPAの異性化反応によるトラ
ンス−Me−THPAの生成反応に先行して生じているものと
考えられる。
当該製造条件を以下に示す。即ち、当該金属触媒の添
加量は、原料のMe−THPA100重量部当たり金属純分換算
で0.002〜0.5重量部程度、反応圧力は、水素圧で2〜30
0kg/cm2G程度、反応温度は100〜200℃程度、反応時間は
2〜10時間程度である。反応後の処理については前記と
同様である。
[実施例] 以下、実施例を掲げ、本発明を詳しく説明する。
実施例1 温度計、撹拌機、冷却器を備えた500ml4ツ口フラスコ
に3−Me−HHPA(1)[シス異性体:トランス異性体
(重量%、以下同様)=95:5]100gを仕込み、これに異
性化触媒としてA−3型ゼオライト(細孔の有効直径=
3Å)0.2gを加え、窒素雰囲気下、180℃で1時間異性
化し、反応終了後ゼオライトを濾別し、3−Me−HHPAの
異性体混合物99g(収率99%)を得た。ガスクロマトグ
ラフィーにより測定(以下同様)した結果、この異性体
混合物中におけるトランス異性体の含量は80重量%であ
った。尚、得られた異性体混合物を室温で1カ月間放置
しても変色は認められなかった。
実施例2 異性体含量の異なる3−Me−HHPA(2)[シス異性
体:トランス異性体=90:10]100gを原料とし、反応温
度を190℃とし、反応時間を4時間とした以外は実施例
1に準じて異性化し、3−Me−HHPAの異性体混合物を99
%の収率で得た。測定の結果、この異性体混合物中にお
けるトランス異性体の含量は83%であった。尚、得られ
た異性体混合物を室温で1カ月間放置しても変色は認め
られなかった。
実施例3 異性化触媒としてA−5型ゼオライト(細孔の有効直
径=5Å)を0.1g使用し、160℃で6時間反応する以外
は実施例2に準じて異性化し、3−Me−HHPAの異性体混
合物を98%の収率で得た。測定の結果、この異性体混合
物中におけるトランス異性体の含量は80%であった。
尚、得られた異性体混合物を室温で1カ月間放置しても
変色は認められなかった。
実施例4 異性化触媒としてパーライトを2g使用し、180℃で3
時間反応する以外は実施例1に準じて異性化し、3−Me
−HHPAの異性体混合物を98%の収率で得た。測定の結
果、この異性体混合物中におけるトランス異性体の含量
は80%であった。尚、得られた異性体混合物を室温で1
カ月間放置しても変色は認められなかった。
実施例5 異性化原料として3−Me−HHPA[シス異性体:トラン
ス異性体=95:5]を用いた他は実施例1に準じて異性化
し、4−Me−HHPAの異性体混合物を98%の収率で得た。
測定の結果、この異性体混合物中におけるトランス異性
体の含量は70%であった。尚、得られた異性体混合物を
室温で1カ月間放置しても変色は認められかなかった。
実施例6 内容積500mlのステンレススチール製電磁撹拌式オー
トクレーブに3−Me−THPA[シス異性体:トランス異性
体=95:5、以下同様]150g、水素化触媒として安定化ニ
ッケル(ニッケル50重量%、ケイソウ土50重量%)0.1g
及び異性化触媒としてA−3型ゼオライト0.1gを添加
し、水素圧9kg/cm2Gの条件下、160℃で5時間、次いで1
80℃で2時間処理する。その後、反応物中の触媒を遠心
分離して3−Me−HHPAの異性体混合物を99%の収率で得
た。測定の結果、この異性体混合物中におけるトランス
異性体の含量は79%であった。尚、得られた異性体混合
物を室温で1カ月間放置しても変色は認められなかっ
た。
実施例7 実施例6で用いた反応器に3−Me−THPA100gを仕込
み、水素化触媒として2%ルビジウム/カーボン0.3g及
びA−4型ゼオライト(細孔の有効直径=4Å)0.2gを
添加し、水素圧を10kg/cm2Gとし、150℃で4時間その後
180℃で2時間反応した。触媒を遠心分離して3−Me−H
HPAの異性体混合物を98%の収率で得た。この異性体混
合物中におけるトランス異性体の含量は79%であった。
尚、得られた異性体混合物を室温で1カ月間放置しても
変色は認められなかった。
実施例8 実施例6で用いた反応器に3−Me−THPA100gを仕込
み、水素化触媒として2%ルテニウム/カーボン0.5g及
びパーライト0.3gを添加し、水素圧を5kg/cm2Gとして、
140℃で3時間、その後200℃で1時間反応した。触媒を
遠心分離して3−Me−HHPAの異性体混合物を99%の収率
で得た。この異性体混合物中におけるトランス異性体の
含量は85%であった。尚、得られた異性体混合物を室温
で1カ月間放置しても変色は認められなかった。
実施例9 実施例6で用いた反応器に3−Me−THPA100gを仕込
み、これに水素化触媒として5%パラジウム/アルミナ
0.5gを添加して、水素圧10kg/cm2G、温度170℃で4時間
反応し、次いで、A−4型ゼオライト0.2gを添加し、再
度水素圧10kg/cm2G、200℃で1.5時間反応した。触媒を
遠心分離して3−Me−HHPAの異性体混合物を98%の収率
で得た。この異性体混合物中におけるトランス異性体の
含量は85%であった。尚、得られた異性体混合物を室温
で1カ月間放置しても変色は認められなかった。
実施例10 実施例6で用いた反応器に3−Me−HHPA(2)50g及
び3−Me−THPA50gを仕込み、これに水素化触媒として
2%白金/カーボン0.2g及びA−4型ゼオライト0.2gを
添加して、水素圧15kg/cm2G、温度150℃で撹拌しながら
5時間反応した。触媒を遠心分離して3−Me−HHPAの異
性体混合物を99%の収率で得た。この異性体混合物中に
おけるトランス異性体の含量は81%であった。尚、得ら
れた異性体混合物を室温で1カ月間放置しても変色は認
められなかった。
比較例1 実施例6で用いた反応器に3−Me−HHPA(1)100gを
仕込み、これに実施例6で用いた安定化ニッケル0.1g及
びピペリジン0.05gを仕込み、水素圧9kg/cm2G、温度160
℃で5時間処理する。次いで、触媒を遠心分離した後、
減圧下に単蒸留し、トランス異性体含量85%の3−Me−
HHPAの異性体混合物を92%の収率で得た。このものを室
温で1カ月間放置したところ茶褐色に変色した。
[発明の効果] 本発明に係る異性化処理を施すことにより、トランス
異性体に富む−Me−HHPAを高収率で工業的に得ることが
できる。しかも従来技術と異なり当該異性化触媒は容易
に分離することができるため、製品中に残留することも
なく、経時的に安定な品質特性をもつ製品を得ることが
できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C07D 307/89 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シス−メチルヘキサヒドロ無水フタル酸を
    シリカ−アルミナ系触媒の存在下で立体異性化すること
    を特徴とするトランス−メチルヘキサヒドロ無水フタル
    酸の製造方法。
  2. 【請求項2】シス体が主成分であるメチルテトラヒドロ
    無水フタル酸を金属触媒の存在下で水素化するに際し、
    同時にシリカ−アルミナ系触媒の存在下で立体異性化す
    ることを特徴とするトランス−メチルヘキサヒドロ無水
    フタル酸の製造方法。
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