JP3103628B2 - 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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  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【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・アル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。
【0002】
【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。
【0003】
【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。
【0004】一方、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。
【0005】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−MC
PD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。
【化1】
【0006】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MCP
D量に対して大巾に低下するという問題点があった。
【0007】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。
【0008】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。
【0009】
【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。
【0010】すなわち、本発明は、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を含む混合物と無水
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、該反応をシリカ・アル
ミナ、シリカ・マグネシア、アルミナ・ボリア、活性白
土、固体リン酸、陽イオン交換樹脂およびH 型ゼオラ
イトから選ばれる固体酸触媒の存在下に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。
【0011】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。
【0012】 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などのジオ
レフィン成分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−シクロヘキサジエン 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% C〜C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%
【0013】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、固体酸触媒の存在下に0〜50℃の反応温度にて1
0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を製造す
る。
【0014】固体酸触媒 本発明の方法では、メチルノルボルネンジカルボン酸無
水物の製造時に固体酸触媒を存在させるが、この固体酸
触媒は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を固体酸触媒の
存在下に、1−MCPD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
ルダー反応が行わしめる。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−MCP
D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。
【0015】上記の固体酸触媒は、シリカ・アルミナ、
シリカ・マグネシア、アルミナ・ボリア、活性白土、固
体リン酸、陽イオン交換樹脂およびH型ゼオライトか
ら選ばれる。 型ゼオライトとしては、X型、Y型、
L型ゼオライト、モルデナイト、ZSM−5などが挙げ
られる。このうちシリカ・アルミナ、活性白土およびS
iO/Alモル比が10以上のモルデナイトの
使用が好適である。
【0016】固体酸触媒の使用量は、5−MCPDに対
して0.5〜50重量%であり、好ましくは、2〜20
重量%である。
【0017】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MCP
D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。
【0018】また、炭化水素留分中の5−MCPDを固
体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−MCP
D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、固体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。
【0019】
【実施例】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 還流冷却器および攪拌機を備えた容量2リットルの四つ
口フラスコに下記に示した原料(1)1,200g中の
MCPDと等モルの無水マレイン酸76.4gと5−M
CPDに対して10.0%の粉末状シリカ−アルミナC
S−200M(東洋CCI製、SiO2 /Al2 3
モル比11.1)を200℃、2時間乾燥して導入し、
内部温度を35℃に保ちながら、下記に示した原料
(1)1,200gを30分に亘り滴下した。その後、
同温度で1時間保ちディールス・アルダー反応を行っ
た。原料(1)の組成は下記表1に示す通りである。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
水物留分を留出させたところ、淡黄色の液体134.7
gと残渣7.8gを得た。留出分はMCPD基準で9
7.0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93.8%であった。
【0020】
【表1】原料(1)の組成( %) 1−MCPD 1.5 2−MCPD 2.0 5−MCPD 1.7 1,3−シクロヘキサジエン 0.8 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 57.5 トルエン 28.4 C6 〜C7 オレフィンパラフィン 7.4
【0021】実施例2 シリカ・アルミナに代えて粉末活性白土(日本活性白土
製)を200℃、2時間乾燥して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
134.4gと残渣14.4gを得た。留出分はMCP
D基準で96.8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90.7%であっ
た。
【0022】実施例3 シリカ・アルミナに代えて粉末ゼオライトHSZ−69
0(東ソー製、モルデナイト、SiO2 /Al2 3
モル比110)を200℃、2時間乾燥して使用したこ
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を留出させたところ、淡黄色の
液体134.4gと残渣8.1gを得た。留出分はMC
PD基準で96.8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92.9%であっ
た。
【0023】比較例1 触媒を使用しなか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転
化率は69.1%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を留出
させたところ、淡黄色の液体95.0gと残渣3.7g
を得た。留出分はMCPD基準で68.4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88.1%であった。
【0024】実施例4〜7および比較例2 用いた固体酸触媒の使用量および反応温度を表2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、固体酸触媒は20
0℃、2時間乾燥してから使用した。また使用量は5−
MCPDを基準とした重量%である。反応後のガスクロ
マトグラフによる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表2に示す。
【0025】
【表2】
【0026】
【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、固体酸触媒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。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI // C07B 61/00 300 C07B 61/00 300 C08G 59/42 C08G 59/42 (72)発明者 上野 廣 埼玉県入間郡大井町西鶴ケ岡一丁目3番 1号 東燃株式会社 総合研究所内 (56)参考文献 特開 昭56−59835(JP,A) 特開 昭50−84511(JP,A) 特開 昭49−69640(JP,A) 特許2775513(JP,B2) 特許2919907(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C07D 307/93 B01J 21/12 - 21/16 B01J 31/10 C07B 61/00 300 C08G 59/42 CA(STN) REGISTRY(STN)

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を含む混合物と無水
    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、該反応をシリカ・アル
    ミナ、シリカ・マグネシア、アルミナ・ボリア、活性白
    土、固体リン酸、陽イオン交換樹脂及びH 型ゼオライ
    トから選ばれる固体酸触媒の存在下に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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