JP2919907B2 - メチルノルボルネンジカルボン酸無水物の製造方法 - Google Patents

メチルノルボルネンジカルボン酸無水物の製造方法

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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/54Preparation of carboxylic acid anhydrides
    • C07C51/567Preparation of carboxylic acid anhydrides by reactions not involving carboxylic acid anhydride groups

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、メチルノルボルネンジカルボン酸無水物の
製造方法に関し、さらに詳しくは、ナフサなどをスチー
ムクラッキングして得られる炭素数6〜7の留分であっ
て、かつメチルシクロペンタジエンなどのジオレフィン
成分を含む炭化水素留分と無水マレイン酸とを特定の触
媒の存在下および特定の反応温度にてディールス・アン
ダー反応させることによるメチルノルボルネンジカルボ
ン酸無水物の製造方法に関する。
従来の技術 脂環式ジカルボン酸無水物をエポキシ樹脂の硬化剤と
して使用することは、従来から知られている。また、室
温にて液状であるメチルノルボルネンジカルボン酸無水
物は、耐熱性を要するエポキシ樹脂の硬化剤として一般
に使用されており、その製造方法もたとえば、特公昭57
−28504号公報などに記載されている。
発明が解決しようとする課題 しかしながら、上記のメチルノルボルネンジカルボン
酸無水物は、通常、高価なメチルシクロペンタジエンダ
イマーを熱分解してメチルシクロペンタジエン(以下、
MCPDと略す。)とした後、無水マレイン酸とディールス
・アルダー反応させることにより製造されるため、製造
コストが高いという問題点を有していた。
一方、ナフサなどの炭化水素混合物をスチールクラッ
キングして得られる炭素数6〜7の留分であって、かつ
MCPDなどのジオレフィン成分を含む留分と無水マレイン
酸とをディールス・アルダー反応させることによりメチ
ルノルボルネンジカルボン酸無水物を製造できうればそ
の製造コストは低減するが、以下のような問題点を有し
ていた。
すなわち、上記のスチームクラッキングにより得られ
る留分に含有されるMCPDは、通常、下式に示す1−メチ
ルシクロペンタジエン(以下、1−MCPDと略す。)、2
−メチルシクロペンタジエン(以下、2−MCPDと略
す。)および5−メチルシクロペンタジエン(以下、5
−MCPDと略す。)の三種類の構造異性体の混合物からな
る。従って、1−MCPDおよび 2−MCPDが無水マレイン酸と容易に反応し、かつ重質物
の生成の少ない20〜35℃の反応温度にて無水マレイン酸
とのディールス・アルダー反応を行うと5−MCPDはその
立体障害のため無水マレイン酸と反応しないため、メチ
ルノルボルネンジカルボン酸無水物の収率が含有MCPD量
に対して大巾に低下するという問題点があった。
一方、5−MCPDが無水マレイン酸と反応する75〜85℃
の反応温度にてディールス・アルダー反応を行うと重質
物が生成し、収率が低下するとともに上記留分中に含有
されるMCPD以外のジオレフィン類が無水マレイン酸と反
応するため、生成するメチルノルボルネンジカルボン酸
無水物の純度が低下してしまうという問題点があった。
本発明は、上記の従来技術に伴う問題点を解決しよう
とするものであり、メチルノルボルネンジカルボン酸無
水物を安価にかつ高純度および高収率にて製造しうる方
法を提供することを目的としている。
課題を解決するための手段 発明の要旨 本発明者らは、メチルノルボルネンジカルボン酸無水
物の安価な製造方法を検討する中で、ナフサなどの炭化
水素混合物をスチームクラッキングして得られる炭素数
6〜7の留分中にはMCPDが3.0〜8.0重量%含有されてい
ることに着目し、その留分を精製することなく、無水マ
レイン酸と、特定の触媒の存在下および特定の温度にて
ディールス・アルダー反応を行うことにより、高純度か
つ高収率にてメチルノルボルネンジカルボン酸無水物を
製造しうることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、ナフサなどの炭化水素混合物を
水蒸気の存在下に熱分解して得られる炭素数6〜7の留
分であって、かつMCPDを含む炭化水素留分と無水マレイ
ン酸とを反応させてメチルノルボルネンジカルボン酸無
水物を製造するに際して、該反応をプロトン酸の存在下
に0〜50℃の温度にて行うことを特徴とするメチルノル
ボルネンジカルボン酸無水物の製造方法に関する。
本発明に係るメチルノルボルネンジカルボン酸無水物
の製造方法について、以下に具体的に説明する。
製造原料 本発明のメチルノルボルネンジカルボン酸無水物の製
造方法において、製造原料として用いられる、ナフサな
どの炭化水素混合物をスチームクラッキングして得られ
る炭素数6〜7の留分であって、かつMCPDを含む炭化水
素留分は、通常、以下に示す組成である。
1−MCPD 0.7〜2.0重量% 2−MCPD 0.8〜2.0重量% 5−MCPD 1.5〜4.0重量% 1,3−シクロヘキジエン 0.5〜1.0重量% 1,3−ヘキサジエン 0.2〜1.0重量% 2−エチル−1,3−ブタジエン 0.3〜1.0重量% C6〜C7オレフィンまたはパラフィン4.5〜8.5重量% ベンゼン 40〜60重量% トルエン 20〜40重量% 本発明のメチルノルボルネンジカルボン酸無水物の製
造方法においては、上記の組成を有する炭化水素留分の
精製を行うことなく、直接無水マレイン酸とのディール
ス・アルダー反応を行う。すなわち、上記の組成の炭化
水素留分に含有されるMCPD成分の合計1モルに対し、無
水マレイン酸0.7〜1.0モルを加え、プロトン酸触媒の存
在下に0〜50℃の反応温度にて10分〜10時間ディールス
・アルダー反応を行うことによりメチルノルボルネンジ
カルボン酸無水物の製造する。
プロトン酸触媒 本発明の方法では、メチルノルボルネンジカルボン酸
無水物の製造時にプロトン酸を存在させるが、このプロ
トン酸は5−MCPDの異性化触媒として作用する。すなわ
ち、本発明で製造原料として用いられる炭化水素留分中
には、5−MCPDが含有され、かつ5−MCPDは前記のよう
に、その立体障害のゆえ低温下では無水マレイン酸と反
応しないため、5−MCPDをプロト酸の存在下に、1−MC
PDおよび/または2−MCPDへ異性化すると同時に無水マ
レイン酸とのディールスアーアルダー反応を行わしめ
る。従って、本発明の方法では、低温下の反応において
も、炭化水素留分中の5−MCPDの全量を、生成物である
メチルノルボルネンジカルボン酸無水物に変換すること
が可能である。
上記のプロトン酸としては、具体的には、ベンゼンス
ルホン酸、パラ−トルエンスルホン酸、パラ−キシレン
−2−スルホン酸などの芳香族スルホン酸類、硫酸、リ
ン酸、塩酸などの鉱酸類、リンモリブデン酸、リンタン
グステン酸、ケイモリブデン酸、ケイタングステン酸な
どのヘテロポリ酸類などから選ぶことができるが、この
うちベンゼンスルホン酸、パラ−トルエンスルホン酸、
パラ−キシレン−2−スルホン酸などの芳香環の置換ア
ルキル基が炭素数0〜2である芳香族スルホン酸類の使
用が好適である。
プロトン酸触媒の使用量は、5−MCPDに対して0.01〜
5重量%であり、好ましくは、0.05〜3重量%である。
製造条件 本発明のメチルノルボルネンジカルボン酸無水物の製
造の反応形式は、回分式または連続式のいずれでもよ
い。反応温度は0〜50℃であるが、好ましくは20〜40℃
である。反応温度が0未満であると5−MCPDの異性化反
応速度が遅く、一方、50℃を超えるとMCPD以外のジオレ
フィン成分が反応したり、重質物の生成量が増加したり
するのでいずれも好ましくない。反応時間は回分式の場
合で10分〜10時間、好ましくは30分〜3時間程度であ
る。
また、炭化水素留分中の5−MCPDをプロトン酸触媒の
存在下で異性化した後、無水マレイン酸とのディールス
・アルダー反応を行うと、5−MCPDの反応速度が遅い、
あるいは生成または共存する1−MCPDおよび2−MCPDが
二量化反応によって損われるという問題が生ずるので、
プロトン酸触媒の存在下にて、異性化反応とディールス
・アルダー反応を同時に行わせることが好ましい。
発明の効果 本発明のメチルノルボルネンジカルボン酸無水物の製
造方法は、原料として高価なメチルシクロペンタジエン
ダイマーを使用することなく、スチームクラッカーより
得られるジオレフィン成分含有の炭素数6〜7の炭化水
素留分を使用するので、メチルノルボルネンジカルボン
酸無水物を安価に製造することができる。
また、本発明のメチルノルボルネンジカルボン酸無水
物の製造方法は、プロトン酸の存在下にて低温下にて反
応を行うため、高純度かつ高収率にてメチルノルボルネ
ンジカルボン酸無水物を製造することができる。
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこ
れら実施例に限定されるものではない。
なお、実施例中の%はとくに断りのない限り重量基準
である。
実施例1 還流冷却器および撹拌機を備えた容量3の四つ口フ
ラスコに下記に示した原料(1)1,500g中のMCPDと等モ
ルの無水マレイン酸119.4gと5−MCPDに対して0.5%の
パラ−トルエンスルホン酸(東京化成製)を導入し、内
部温度を35℃に保ちながら、下記に示した原料(1)1,
500gを30分に亘り滴下した。その後、同温度1時間保ち
ディールス・アルダー反応を行った。
反応生成物をガスクロマトグラフにより分析したとこ
ろ、MCPDの転化率は100%であった。反応生成物から蒸
留により未反応成分を留去し、さらにジカルボン酸無水
物留分と留出させたところ、淡黄色の液体214.4gと残渣
9.0gを得た。留出分はMCPD基準で98.9モル%に相当す
る。またこの留出分をガスクロマトグラフで分析したと
ころ、メチルノルボルネンジカルボン酸無水物の含有量
は97.8%であった。
原料(1)の組成( %) 1−MCPD 1.4 2−MCPD 2.0 5−MCPD 3.1 1,3−シクロヘキサジエン 1.0 1,3−ヘキサジエン 0.2 2−エチル−1,3−ブタジエン 0.5 ベンゼン 60.0 トルエン 25.0 C6〜C7オレフィン、パラフィン 6.8 実施例2 パラ−トルエンスルホン酸に代えてベンゼンスルホン
酸(東京化成製)を使用したこと以外は、実施例1と同
様にしてディールス・アルダー反応を行った。反応後、
反応液をガスクロマトグラフにより分析したところ、MC
PDの転化率は100%であった。反応生成物から蒸留によ
り未反応成分を留去し、さらにジカルボン酸無水物留分
を留出させたところ、淡黄色の液体216.3gと残渣9.2gを
得た。留出分はMCPD基準で99.7モル%に相当する。ま
た、この留分をガスクロマトグラフで分析したところ、
メチルノルボルネンジカルボン酸無水物の含有量は97.1
%であった。
実施例3 パラ−トルンエンスルホン酸に代えてパラ−キシレン
−2−スルホン酸(東京化成製)を使用したこと以外
は、実施例1と同様にしてディールス・アルダー反応を
行った。反応後、反応液をガスクロマトグラフにより分
析したところ、MCPDの転化率は98.1%であった。反応生
成物から蒸留により未反応成分を留去し、さらにジカル
ボン酸無水物留分を留出させたところ、淡黄色の液体20
8.5gと残渣8.5gを得た。留出分はMCPD基準で96.1モル%
に相当する。また、この留分をガスクロマトグラフで分
析したところ、メチルノルボルネンジカルボン酸無水物
の含有量は97.9%であった。
実施例4 パラ−トルエンスルホンに代えて85%リン酸水溶液
(小宗化学製)をリン酸として5−MCPDに対して0.1%
使用し、反応温度を20℃にて行ったこと以外は、実施例
1と同様にしてディールス・アルダー反応を行った。反
応後、反応液をガスクロマトグラフにより分析したとこ
ろ、MCPDの転化率は100%であった。反応生成物から蒸
留により未反応成分を留去し、さらにジカルボン酸無水
物留分を留出させたところ、淡黄色の液体215.0gと残渣
12.7gを得た。留出分はMCPD基準で99.1モル%に相当す
る。また、この留分をガスクロマトグラフで分析したと
ころ、メチルノルボルネンジカルボン酸無水物の含有量
は95.3%であった。
比較例1 パラ−トルエンスルホン酸に代えて三フッ化ホウ素エ
チルエーテル錯体(小宗化学製)を5−MCPDに対して0.
1%使用し、反応温度を20℃で行ったこと以外は、実施
例1と同様にしてディールス・アルダー反応を行った。
反応後、反応液をガスクロマトグラフにより分析したと
ころ、MCPDの転化率は100%であった。反応生成物から
蒸留により未反応成分を留去し、さらにジカルボン酸無
水物留分を留出させたところ、淡黄色の液体210.3gと残
渣23.9gを得た。留出分はMCPD基準で89.8モル%に相当
する。また、この留分をガスクロマトグラフで分析した
ところ、メチルノルボルネンジカルボン酸無水物の含有
量は82.5%であった。
実施例5〜10および比較例2〜3 用いたプロトン酸触媒の種類および使用量並びに反応
温度を第1表に示すように代えたこと以外は、実施例1
と同様にしてディールス・アルダー反応を行った。な
お、プロトン酸触媒の使用量は5−MCPDを基準とした重
量%である。
反応後のガスクロマトグラフによりMCPDの転化率、蒸
留によるジカルボン酸無水物および蒸留残渣の収量並び
に留出物中のガスクロマトグラフによるメチルノルボル
ネンジカルボン酸無水物の含有量を第1表に示す。
実施例11 下記に示した原料(2)1500gと含有される5−MCPD
に対して等モルである無水マレイン酸58.9gを用いたこ
と以外は、実施例1と同様にしてディールス・アルダー
反応を行った。反応後、反応液をガスクロマトグラフに
より分析したところ、5−MCPDの転化率は100%であっ
た。反応生成物から蒸留により未反応成分を留去し、さ
らにジカルボン酸無水物留分を留出させたところ、淡黄
色の液体104.5gと残渣3.2gを得た。留出分は5−MCPD基
準で97.7モルに相当する。また、この留分をガスクロマ
トグラフで分析したところ、メチルノルボルネンジカル
ボン酸無水物の含有量は96.9%であった。
原料(2)の組成(%) 5−MCPD 3.2 1,3−シクロヘキサジエン 1.1 1,3−ヘキサジエン 0.2 2−エチル−1,3−ブタジエン 0.5 ベンゼン 61.0 トルエン 26.0 C6〜C7オレフィン・パラフィン 8.0
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上野 廣 埼玉県入間郡大井町西鶴ケ岡1丁目3番 1号 東燃株式会社総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭50−84511(JP,A) 特開 昭49−69640(JP,A) 特許2775513(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C07D 307/93

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ナフサなどの炭化水素混合物を水蒸気の存
    在下に熱分解して得られる炭素数6〜7の留分であっ
    て、かつメチルシクロペンタジエンを含む炭化水素留分
    と無水マレイン酸とを反応させてメチルノルボルネンジ
    カルボン酸無水物を製造するに際して、該反応をプロト
    ン酸の存在下に0〜50℃の温度にて行うことを特徴とす
    るメチルノルボルネンジカルボン酸無水物の製造方法。
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