JP3061859B2 - 3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸の製造方法 - Google Patents

3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸の製造方法

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JP3061859B2 JP3515676A JP51567691A JP3061859B2 JP 3061859 B2 JP3061859 B2 JP 3061859B2 JP 3515676 A JP3515676 A JP 3515676A JP 51567691 A JP51567691 A JP 51567691A JP 3061859 B2 JP3061859 B2 JP 3061859B2
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C51/00Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides
    • C07C51/347Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by reactions not involving formation of carboxyl groups
    • C07C51/353Preparation of carboxylic acids or their salts, halides or anhydrides by reactions not involving formation of carboxyl groups by isomerisation; by change of size of the carbon skeleton

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 この発明は、4−ハロフタル酸塩から3,3′,4,4′−
ビフェニルテトラカルボン酸を製造するための方法に関
する。より具体的には、この発明は、還元剤としてヒド
ロキシルアミンを用い、貴金属触媒の存在下に、4−ハ
ロフタル酸塩を縮合することにより3,3′,4,4′−ビフ
ェニルテトラカルボン酸を製造するための方法に関す
る。
発明の背景 耐熱性ポリイミド樹脂の製造のための重要な出発物質
である3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸塩(B
PTA)を製造するためのいくつかの方法が知られてい
る。ビフェニル化合物は芳香族ハロゲン化物の還元的カ
ップリングにより生成し得ることが知られている。例え
ば、米国特許第4,727,185号には、貴金属触媒、ギ酸塩
および少量のアルコールの存在下に4−ハロフタル酸を
縮合させる方法が開示されている。しかしながら、良好
な収率と品質を得るためには比較的多量の高価な貴金属
触媒と長い反応時間が必要である。米国特許第4,720,57
6号には、担持パラジウム触媒の存在下に、一酸化炭素
を用いて4−クロロフタル酸から出発するBPTAの製造方
法が記載されている。この反応は、20〜70psigの圧力、
多量の触媒、および比較的長い反応時間を要する。他の
文献では、ホルムアルデヒドまたはメタノールのような
還元剤を用いているが、最終生成物の収率は、商業的プ
ロセスとしては実際的でない。
米国特許第4,292,435号、および米国特許第4,338,456
号から、貴金属触媒の存在下に分子酸素を溶融化合物中
に通じることによるオルソフタル酸エステルの酸化的カ
ップリングによってビフェニルテトラカルボン酸エステ
ルを製造できることが知られる。この方法は、高温(10
0〜300℃)を必要とし、低い転化率でしか操作できず、
多量の再循環流の取扱いが必要である。また、出発物質
としてジエステルを用いることを要する。
発明の概要 本発明の主目的は、4−ハロフタル酸から3,3′,4,
4′−ビフェニルテトラカルボン酸塩を製造するための
経済的で商業的に有用な方法であって、反応が最小量の
高価な貴金属触媒を用いて短時間かつ良好な収率で生じ
るところの方法を提供することである。上記目的は、還
元剤としてヒドロキシルアミンを用い、これを、貴金属
触媒の存在下に、4−ハロフタル酸の塩の水溶液に加え
ることによって達成できる。この方法に従い、BPTAは、
従来の方法に要求される触媒の1/10以下を用いて、高い
収率で、しかもより短い反応時間をもって得られる。
発明の詳細な説明 本発明で使用できる4−ハロフタル酸として、4−ク
ロロフタル酸、4−ブロモフタル酸、または4−ヨード
フタル酸を挙げることができる。ナトリウム塩、カリウ
ム塩またはリチウム塩のようなこれら酸のアルカリ金属
塩も使用できる。4−ハロフタル酸無水物またはエステ
ルのような、水系塩基によって容易に4−ハロフタル酸
塩へ加水分解される誘導体も使用できる。4−ブロモ誘
導体、4−ブロモフタル酸、4−ブロモフタル酸のナト
リウム塩およびカリウム塩、および4−ブロモフタル酸
無水物が特に好ましい。4−クロロフタル酸を用いる
と、もっと長い反応時間が必要であり、生成物の収率が
より低い。4−ヨードフタル酸は、経済的に競合的でな
い。
4−ハロフタル酸またはその塩は、ある量の3−ハロ
フタル酸、4,5−ジハロフタル酸およびフタル酸をしば
しば含んでいる。これら不純物は、得られるいずれの副
生成物も所望の3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボ
ン酸から容易に分離できるので、本方法に悪影響を及ぼ
さない。
本発明における水系塩基として、水酸化ナトリウム、
水酸化カリウムおよび水酸化リチウムのようなアルカリ
金属水酸化物、炭酸ナトリウムおよび炭酸カリウムのよ
うなアルカリ金属炭酸塩、並びに水酸化カルシウムおよ
び炭酸カルシウムのようなアルカリ土類金属水酸化物お
よび炭酸塩を挙げることができる。水酸化テトラメチル
アンモニウムのような水酸化テトラアルキルアンモニウ
ムも使用できる。経済性および取扱いの容易さから、水
酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムが特に好ましい。
4−ハロフタル酸またはその誘導体を含む反応混合物に
おいて、溶液のpHを反応中で10以上に維持するために充
分な塩基を用いることが好ましい。この必要な塩基の量
は、反応の初めに全量を一度に添加することもできる
し、必要に応じて反応中に添加することもできる。10未
満のpH値では、減少した収率の3,3′,4,4′−ビフェニ
ルテトラカルボン酸が得られる。かくして、4−ハロフ
タル酸またはその誘導体を4−ハロフタル酸の二塩基性
塩に転化し、かつ反応中のいずれの酸をも中和するため
に充分な塩基を用いるべきである。より具体的には、1
当量の4−ブロモフタル酸または4−ブロモフタル酸無
水物で出発し、0.5当量の還元剤の酸塩で還元する場
合、好ましい塩基量は、3.5当量以上である。
本発明で使用する触媒として、パラジウム黒、または
炭素担持パラジウム(Pd)、アルミナ担持Pd、炭酸カル
シウム担持Pd、シリカ担持Pdおよび硫酸バリウム担持Pd
のような担体に担持されたパラジウムを挙げることがで
きる。炭素担持パラジウム触媒が特に好ましい。担持触
媒中の好ましいパラジウム含有率は、1〜10重量%であ
る。
使用する触媒の量は、本方法の経済的価値にとって重
要である。多量でも反応に不利益ではないが、使用量は
少ないほどよい。触媒の量は、その活性度と、反応を行
うために望まれる時間によって決定される。本発明にお
いて、金属触媒の量は、生成した最終生成物に対し0.00
1ないし0.5重量%Pdに渡り得、好ましい範囲は0.01ない
し0.1%である。0.001%よりも少量用いると収率が低
く、また0.1%よりも多量であると本方法がより経済的
でなくなる。
本発明における還元剤であるヒドロキシルアミンは、
水溶液として直接添加することもできるし、その酸塩の
一つの形態で使用することもできる。この種の塩は、塩
酸塩、臭化水素酸塩、酢酸塩、硫酸塩、または他の可溶
性塩を含む。反応条件の下で、ヒドロキシルアミンは、
ほとんど添加した瞬間に反応して所望の生成物または非
生産的な自己分解、すなわち不均化を与える。非常に高
い触媒仕込みの存在下では、ヒドロキシルアミンは、ガ
ス発生速度を制御できる限り迅速に添加できる。より低
い、より経済的な触媒仕込では、より遅い添加速度が、
不均化を最小限にしてヒドロキシルアミンの利用を最大
限にする。かくして、本方法の最適化に利用できる種々
の条件が存在する:使用する触媒の量、ヒドロキシルア
ミンの添加速度、加えるヒドロキシルアミンの量、およ
び反応温度においてである。最適条件の下で反応を完結
させるために最低0.5当量のヒドロキシルアミンが必要
である。実際は、幾分かのヒドロキシルアミンが不均化
へ失われるので、0.75当量以上の使用が好ましい。
BPTAを生成する脱ハロ二量化反応は、水溶液中、50℃
ないし150℃の温度で行われ、70℃ないし110℃が好まし
い。4−ハロフタル酸は水系塩基に溶解し、反応温度ま
で熱し、触媒を添加し、そして所望の時間をかけてヒド
ロキシルアミン塩溶液を添加する。入手できる装置に適
合させるために広範なフレキシビリティーをもって最適
の条件、すなわち触媒仕込み量および添加速度を選定す
ることができる。反応の終了時に触媒を除去し、強鉱酸
による処理のような当業者に知られた方法により生成物
を単離する。
発明の実施例 実施例 1 4−ブロモフタル酸無水物の100g試料(0.440モル)
を、水酸化ナトリウム75g(1.9モル)を含有する水275m
lに溶かした。この溶液を炭素担持5%パラジウム触媒
(50%水湿潤、5%Pd乾燥基準、Pd0.013g)0.5gで処理
した。ついで、この混合物を95℃に熱した。水75ml中の
ヒドロキシルアミン硫酸塩27g(0.16モル)の水溶液を
3時間かけて滴下した。この添加中、ガスの発生が観察
された。添加完結後、混合物をろ過して触媒を除去し
た。ついで、ろ液を、95℃で、水250mlで希釈した濃塩
酸125ml(1.39モル)へ添加した。析出した生成物をろ
過により集めた。白色の結晶性粉末を、85℃で、1%塩
酸200mlを用いて3回洗浄した。湿潤ケーキを、窒素パ
ージを行いながら真空下110〜120℃で16時間乾燥した。
3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸の収量は、6
5.0g(89%)であった。これは、生成物重量当り0.019
重量%Pdの触媒仕込みに相当する。
実施例 2 ヒドロキシルアミン硫酸塩36g(0.22モル)を用いた
以外は、実施例1を繰り返した。3,3′,4,4′−ビフェ
ニルテトラカルボン酸の収量は、63.0g(87%)であっ
た。
実施例 3 ヒドロキシルアミン硫酸塩18g(0.11モル)を用いた
以外は、実施例1を繰り返した。3,3′,4,4′−ビフェ
ニルテトラカルボン酸の収量は、56.6g(78%)であっ
た。
実施例 4 ヒドロキシルアミン硫酸塩の代わりに、ヒドロキシル
アミンクロリド23g(0.33モル)を用いた以外は、実施
例1を繰り返した。3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカ
ルボン酸の収量は、63.7g(88%)であった。
実施例 5 水酸化ナトリウムの代わりに、水酸化カリウム110g
(2.0モル)を用いた以外は、実施例1を繰り返した。
3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸の収量は、6
1.0g(84%)であった。
実施例 6 反応温度を75℃とした以外は、実施例1を繰り返し
た。3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸の収量
は、52.5g(72%)であった。
実施例 7 反応混合物を還流させた(〜108℃)以外は、実施例
1を繰り返した。3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカル
ボン酸の収量は、55.5g(76%)であった。
実施例 8 ヒドロキシルアミン硫酸塩溶液を20分間かけて添加し
た以外は、実施例1を繰り返した。3,3′,4,4′−ビフ
ェニルテトラカルボン酸の収量は、45.7g(63%)であ
った。
実施例 9 ヒドロキシルアミン硫酸塩溶液を20分間かけて添加
し、かつ触媒仕込み量を2.5g(50%湿潤、5%Pd乾燥基
準、Pd0.063g)に増加させた以外は、実施例1を繰り返
した。3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸の収
量は、64.2g(88%)であった。これは、生成物の重量
当り0.098重量%の触媒仕込みに相当する。
実施例 10 炭素担持パラジウムの代わりに、微破砕パラジウム金
属を用いた以外は、実施例1を繰り返した。パラジウム
金属は、20%パラジウム溶液(PdCl2として溶液1リッ
トル当りPd200g、Pd0.016g)0.080mlを反応混合物に加
えることによってその場で生成させた。ヒドロキシルア
ミン硫酸塩を加えるとすぐに深黒のパラジウム金属が生
成した。3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸の
収量は、57.3g(79%)であった。これは、生成物の重
量当り0.028重量%Pdの触媒仕込みに相当する。
比較例 上記実施例1と同じ触媒仕込み量および反応時間を用
いて還元剤としてのギ酸ナトリウムの使用を繰り返し
た。反応体類の濃度は、米国特許第4,727,185号に報告
されたものと同じである。収率は、13%であった。
4−ブロモフタル酸無水物の100g試料(0.44モル)を
水酸化カリウム74g(1.3モル)を含有する水275mlに溶
かした。この溶液をギ酸ナトリウム30g(0.44モル)、
メタノール18ml(0.44モル)、および炭素担持5%パラ
ジウム触媒(50%水湿潤、5%Pd乾燥基準、Pd0.013g)
0.50gで処理した。この混合物を3時間95℃に熱した。
ついで、反応混合物をろ過して触媒を除去した。ろ液
を、95℃で、水250mlで希釈した濃塩酸175ml(1.95モ
ル)へ添加した。析出した生成物を実施例1と同様に単
離し、洗浄し、乾燥した。3,3′,4,4′−ビフェニルテ
トラカルボン酸の収量は、9.2g(13%)であった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−250328(JP,A) 特開 昭62−72629(JP,A) 特開 昭61−167642(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C07C 63/331 B01J 23/44 C07C 51/377 C07B 61/00 300

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ヒドロキシルアミンまたはその塩の1つの
    水溶液を、パラジウム触媒の存在下に、50ないし150℃
    の温度で、4−ハロフタル酸塩のアルカリ性溶液に添加
    することを包含する、4−ハロフタル酸の脱ハロ二量化
    による3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸塩の
    製造方法。
  2. 【請求項2】反応をpH10以上で行う請求項1記載の方
    法。
  3. 【請求項3】4−ハロフタル酸塩が、4−ブロモフタル
    酸塩である請求項2記載の方法。
  4. 【請求項4】4−ハロフタル酸塩が、リチウム塩、カリ
    ウム塩、ナトリウム塩またはテトラアルキルアンモニウ
    ム塩である請求項3記載の方法。
  5. 【請求項5】パラジウム触媒の量が、生成した3,3′,4,
    4′−ビフェニルテトラカルボン酸塩を基準として0.001
    ないし0.5重量%パラジウムである請求項4記載の方
    法。
  6. 【請求項6】4−ブロモフタル酸塩を基準として最低0.
    5当量のヒドロキシルアミンを使用する請求項5記載の
    方法。
  7. 【請求項7】反応を70ないし110℃で行う請求項6記載
    の方法。
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