JP4073048B2 - Method for producing diaryl carbonate - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、芳香族複素環式窒素化合物を触媒として、芳香族モノヒドロキシ化合物とホスゲンまたはアリールクロロフォーメートとを反応させて、アリールクロロフォーメートを含まない高純度のジアリールカーボネートを製造すると共に、触媒である芳香族複素環式窒素化合物を、容易に、かつ、効率良く回収し、再利用するジアリールカーボネートの製造方法に関するものである。
本発明で得られたジアリールカーボネートは溶融エステル交換法による芳香族ポリカーボネートの原料として有用である。
【0002】
【従来の技術】
ジアリールカーボネートの製造方法として、アルカリ水溶液中での芳香族モノヒドロキシ化合物の相界面ホスゲン化法(Schotten−Baumann反応)は知られている。
この場合、アルカリ水溶液によりホスゲンの部分ケン化が起こると共に、副生成物として大量の塩化ナトリウムを生じるので、ホスゲンおよびアルカリの有効利用率が低いと共に、副生した塩を触媒として再利用することは困難である。
かかる問題を解決する手段として、芳香族モノヒドロキシ化合物とホスゲンとの反応を、触媒量の芳香族複素環式塩基性窒素化合物またはその塩の存在において行う方法が提案されている(特公昭58−50977号公報参照)。反応混合物中に含有される触媒を再利用する方法として該公報は、反応混合物蒸留時の釜残物質として易融解性付加物として単離する方法と、反応溶融物の底に沈降した第2の液相から触媒を単離する方法が記載されている。しかし、前者の蒸留釜残として易融解性付加物の状態で分離できる触媒は、塩酸付加物の熱安定性や沸点の上から限られており、後者の反応溶融物からの液液分離の場合には、ジアリールカーボネート中へかなりの触媒の塩が溶解され、これを原料としてビスフェノールAとエステル交換法により製造された芳香族ポリカーボネートの色相が悪かったり、金型への腐食の原因となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、触媒を容易に効率良く回収して再利用すると共に、アリールクロロフォーメートを実質的に含まないジアリールカーボネートの製造方法を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は、芳香族モノヒドロキシ化合物とホスゲンまたはアリールクロロフォーメートとを、触媒として芳香族複素環式含窒素塩基性化合物またはその塩の存在下に反応させてジアリールカーボネートを製造する方法において、生成した反応混合物をアルカリ水溶液と接触させた後に、有機相と水相を分離し、有機相から、真空度20〜40torrで50〜80℃で蒸留によって遊離型の芳香族複素環式含窒素塩基性化合物及び未反応芳香族モノヒドロキシ化合物を回収し、回収された遊離型の芳香族複素環式含窒素塩基性化合物及び未反応芳香族モノヒドロキシ化合物をそのまま反応系へリサイクルすると共に、引き続いてジアリールカーボネートを蒸留して回収することを特徴とするジアリールカーボネートの製造方法を提供するものである。
【0005】
【作用】
生成した反応混合物をアルカリ水溶液で中和してから有機相と水相に分離し、有機相を蒸留することにより遊離型の塩基性触媒をほぼ定量的に回収することができる。又、反応混合物の中和工程でアルカリを添加することにより、反応段階で微量に残存したアリールクロロフォーメートをジアリールカーボネートとフェノールに転換して、完全に消失させることができる。
【0006】
【発明の実施の形態】
芳香族モノヒドロキシ化合物:
芳香族モノヒドロキシ化合物としては、芳香環に直接ヒドロキシ基が結合しているものであり、フェノール、クレゾールやブチルフェノール等のアルキルフェノール類、アリールフェノール類、ハロゲン化フェノール類及びヘテロ原子を介してアルキルまたはアリール基の結合したフェノール類が使用できる。
アリールクロロフォーメート:
アリールクロロフォーメートとしては、前記芳香族モノヒドロキシ化合物のクロロフォーメートが使用できる。
【0007】
ホスゲン:
ホスゲンは、塩化メチレンや四塩化炭素等の不純物を含有しない純粋のものが好ましい。ホスゲンは、芳香族モノヒドロキシ化合物1.0モルに対し、1.0モル以下使用される。
芳香族複素環式含窒素塩基性化合物またはその塩:
触媒として用いられる芳香族複素環式含窒素塩基性化合物としては、窒素原子が芳香族の5または6員環中に存在しており、かつ、反応条件下にホスゲンまたは炭酸エステルと強固な結合を生じやすい官能基(例えば、アミノ基またはヒドロキシ基)を有していない塩基性窒素化合物であり、環には、窒素原子の他に酸素、硫黄等の他のヘテロ原子を有していても良い。かかる触媒の具体例としては、ピリジン、キノリン、ピコリン、イミダゾール類、ベンズイミダゾール類、ピラゾール類、トリアゾール類及びベンゾトリアゾール類である。
【0008】
芳香族複素環式含窒素塩基性化合物触媒は、反応混合物中で直ちに相当する塩酸塩に変化する。この塩酸塩は遊離型の塩基性触媒と解離平衡の状態にあるため、遊離型の塩基性触媒の代わりに、塩基性触媒の塩、例えば、塩酸塩や硫酸塩等の無機酸塩、蟻酸塩や酢酸塩等の有機酸塩を使用することができる。
これらの触媒は、芳香族モノヒドロキシ化合物1.0モルに対して、0.001〜0.20モルの量で使用することが好ましく、0.01〜0.10モルの使用がさらに好ましい。
アルカリ:
アルカリとしては、ナトリウム、カリウム、カルシウム及びバリウムの水酸化物、炭酸及びリン酸のナトリウム塩及びアンモニウム塩が使用できる。
【0009】
反応:
本発明を芳香族モノヒドロキシ化合物とホスゲンとの反応を例として、図1を用いて詳細に説明する。
反応は、芳香族モノヒドロキシ化合物(1)と芳香族複素環式含窒素塩基性化合物またはその塩(2)の混合物を反応器(4)内に充填し、これを昇温し、溶融させ、充分な撹拌を行いながらガス状のホスゲン(3)を混合物中に導入することにより行う。反応温度としては、120〜190℃が好ましい。ホスゲン導入量としては、芳香族モノヒドロキシ化合物1.0モルに対して1.0モル以下が好ましく、0.4〜0.5モルがさらに好ましい。化学量論量は0.5モルであるが、ホスゲンの導入量を化学量論量以下に抑制することにより、未反応の芳香族モノヒドロキシ化合物が必然的に残存し、反応中間体であるアリールクロロフォーメートと芳香族モノヒドロキシ化合物のジアリールカーボネート生成反応が促進されて、工業用グレードの着色のないポリカーボネート製造時に悪影響を及ぼすアリールクロロフォーメートをほとんど含まない反応混合物を得ることができる。その際、必要により、ホスゲン導入後に窒素ガス(5)を反応混合物中に吹き込んで、反応によって生成した塩酸(6)を系外へ除去することにより、アリールクロロフォーメートと芳香族モノヒドロキシ化合物の平衡反応をさらに促進することができる。
反応終了後の混合物中には、ジアリールカーボネート、未反応芳香族モノヒドロキシ化合物、微量不純物及び触媒である芳香族複素環式含窒素塩基性化合物の塩酸塩が含まれている。
【0010】
触媒回収は、反応混合物(7)を80〜95℃のアルカリ水溶液(8)と接触させて中和し、pH7〜13の範囲で有機相と水相を分離(9)し、有機相を蒸留(10)によって、遊離型の塩基性触媒(11)及び未反応芳香族モノヒドロキシ化合物(12)とジアリールカーボネート(13)に分離することにより行う。
蒸留温度は、遊離型の塩基性触媒が20〜40トールで50〜80℃、未反応の芳香族モノヒドロキシ化合物がフェノール等の場合は20〜40トールで50〜100℃、ジアリールカーボネートがジフェニルカーボネート等の場合5〜10トールで140〜160℃である。
中和に要するアルカリ量は、触媒塩酸塩と等モルまたは若干過剰(1.1モル倍)程度で充分であり、大過剰に使用した場合はジアリールカーボネートの加水分解が著しくなり好ましくない。回収された遊離型の触媒及び未反応芳香族モノヒドロキシ化合物は、そのまま再使用することができる。
【0011】
本発明において、反応終了後の混合物(7)中にはアリールクロロフォーメートをほとんど含まないが、数千ppm程度のアリールクロロフォーメートを含む場合でも、アルカリ水溶液8の添加による触媒塩酸塩中和工程を経ることにより、アリールクロロフォーメートをジアリールカーボネートとフェノールに転換して、完全に消失させることができる。
ジアリールカーボネート(13)の精製は、前記の操作によって触媒、未反応芳香族モノヒドロキシ化合物及びアリールクロロフォーメートを除去した後の反応混合物を、再度、真空下で蒸留精製することにより行う。
本発明のジアリールカーボネートの製造は、連続式でも、バッチ式(回分式)でもよい。
【0012】
【実施例】
以下、本発明を実施例を挙げてさらに詳細に説明する。
実施例1
オイル循環方式の外部加熱装置に接続されたジャケット付きガラス製反応容器(内容積1L、実液700mlの位置にオーバーフロー管を設置)を3個連続で接続した。第2と3の反応容器には、生成した塩酸ガスを系外へ除くためのコンデンサー付き排気管を接続した。
あらかじめピリジンを5モル%添加して撹拌しておいた溶融フェノールを、約700ml/hr(フェノール716g/hr、ピリジン30g/hrに相当)で第1反応容器へ連続供給しながら、150℃へ昇温した。充分に撹拌を行いながら、供給されるフェノールの0.48モル比のホスゲン(361g/hr)を第1反応容器へ連続供給した。
【0013】
第1反応容器から流出した反応混合物は、オーバーフロー管を介して第2反応器へ供給し、第2反応器から流出した反応混合物は同様に第3反応器へ供給した。第3反応器から流出した反応混合物は、ポリプロピレン製の受器に抜き出した。第3反応器には、窒素ガスの吹き込み管を設置し、反応混合物中へ70Nリットル/hrの窒素ガスを連続供給した。組成が充分に安定した後に抜き出した反応混合物(組成 ジフェニルカーボネート89重量%、フェノール6重量%、ピリジン塩酸塩5重量%、フェニルクロロフォーメート未検出)1kgを、オイル循環方式の外部加熱装置に接続されたジャケット付きガラス製反応容器に入れ、85℃へ昇温した。濃度が15重量%の水酸化ナトリウム水溶液124gを添加して20分間撹拌後、30分間静置してから水相と有機相を別々に抜き出した。水酸化ナトリウム水溶液添加後のpHは8であった。
【0014】
スルザーパッキング(住友重機工業製)10個を充填した真空蒸留塔にて、分離した有機相を蒸留精製した。詳細には、真空度20〜40torr、オイルバス温度約220℃、トップ温度50〜80℃で、遊離型のピリジンとフェノールを留去した後、真空度10torr、オイルバス温度約230℃、トップ温度150℃で、遊離型のピリジンとアリールクロロフォーメートを全く含まない(0ppm)精製ジフェニルカーボネート750gを得た。
【0015】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、芳香族モノヒドロキシ化合物とホスゲンまたはアリールクロロフォーメートを反応させて、ジアリールカーボネートを製造する際に、工業用ポリカーボネートの着色原因となるアリールクロロフォーメートを含まない高純度のジアリールカーボネートを得ると共に、触媒である芳香族複素環式含窒素塩基性化合物及び芳香族モノヒドロキシ化合物を容易に効率良く回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のジアリールカーボネートの製造方法を示すフローシート図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention uses an aromatic heterocyclic nitrogen compound as a catalyst to react an aromatic monohydroxy compound with phosgene or arylchloroformate to produce a high-purity diarylcarbonate that does not contain arylchloroformate. The present invention relates to a method for producing a diaryl carbonate in which an aromatic heterocyclic nitrogen compound as a catalyst is easily and efficiently recovered and reused.
The diaryl carbonate obtained in the present invention is useful as a raw material for aromatic polycarbonate by the melt transesterification method.
[0002]
[Prior art]
As a method for producing diaryl carbonate, a phase interface phosgenation method (Schotten-Baumann reaction) of an aromatic monohydroxy compound in an aqueous alkali solution is known.
In this case, partial saponification of phosgene occurs with an aqueous alkali solution, and a large amount of sodium chloride is generated as a by-product. Therefore, the effective utilization rate of phosgene and alkali is low, and the by-product salt is not reused as a catalyst. Have difficulty.
As a means for solving this problem, a method has been proposed in which the reaction between an aromatic monohydroxy compound and phosgene is carried out in the presence of a catalytic amount of an aromatic heterocyclic basic nitrogen compound or a salt thereof (Japanese Patent Publication Sho 58- 50977). As a method of reusing the catalyst contained in the reaction mixture, the publication discloses a method of isolating as a readily meltable adduct as a residue material during distillation of the reaction mixture, and a second method that settles at the bottom of the reaction melt. A method for isolating the catalyst from the liquid phase is described. However, the catalyst that can be separated in the form of a readily meltable adduct as the residue of the former still is limited due to the thermal stability and boiling point of the hydrochloric acid adduct. In the case of liquid-liquid separation from the latter reaction melt In this case, a considerable amount of catalyst salt is dissolved in diaryl carbonate, and the hue of aromatic polycarbonate produced by the transesterification method with bisphenol A as a raw material is deteriorated or causes corrosion of the mold.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a method for producing a diaryl carbonate which is easily and efficiently recovered and reused, and which is substantially free of aryl chloroformate.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a process for producing a diaryl carbonate by reacting an aromatic monohydroxy compound with phosgene or an aryl chloroformate in the presence of an aromatic heterocyclic nitrogen-containing basic compound or a salt thereof as a catalyst. the reaction mixture was allowed to contact with an alkaline aqueous solution, the organic phase and the aqueous phase was separated from the organic phase, the aromatic heterocyclic free Yu release by distillation at 50 to 80 ° C. in vacuum 20~40torr The nitrogen basic compound and the unreacted aromatic monohydroxy compound are recovered, and the recovered free aromatic heterocyclic nitrogen-containing basic compound and the unreacted aromatic monohydroxy compound are recycled to the reaction system as they are, followed by Providing a method for producing diaryl carbonate, wherein diaryl carbonate is recovered by distillation A.
[0005]
[Action]
The resulting reaction mixture is neutralized with an aqueous alkali solution, separated into an organic phase and an aqueous phase, and the organic phase is distilled, whereby the free basic catalyst can be recovered almost quantitatively. In addition, by adding an alkali in the neutralization step of the reaction mixture, the aryl chloroformate remaining in a trace amount in the reaction step can be converted into diaryl carbonate and phenol and completely disappeared.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Aromatic monohydroxy compounds:
Aromatic monohydroxy compounds are those in which a hydroxy group is bonded directly to an aromatic ring, and alkyl or aryl via phenol, alkylphenols such as cresol and butylphenol, arylphenols, halogenated phenols and heteroatoms. Group-bound phenols can be used.
Aryl chloroformate:
As the aryl chloroformate, the aromatic monohydroxy compound chloroformate can be used.
[0007]
phosgene:
The phosgene is preferably pure without containing impurities such as methylene chloride and carbon tetrachloride. Phosgene is used in an amount of 1.0 mol or less per 1.0 mol of the aromatic monohydroxy compound.
Aromatic heterocyclic nitrogen-containing basic compound or salt thereof:
As an aromatic heterocyclic nitrogen-containing basic compound used as a catalyst, a nitrogen atom is present in an aromatic 5- or 6-membered ring, and a strong bond with phosgene or a carbonate ester is caused under the reaction conditions. It is a basic nitrogen compound that does not have a functional group (for example, an amino group or a hydroxy group) that easily occurs, and the ring may have other heteroatoms such as oxygen and sulfur in addition to the nitrogen atom . Specific examples of such catalysts are pyridine, quinoline, picoline, imidazoles, benzimidazoles, pyrazoles, triazoles and benzotriazoles.
[0008]
The aromatic heterocyclic nitrogen-containing basic compound catalyst immediately changes to the corresponding hydrochloride salt in the reaction mixture. Since this hydrochloride is in a dissociation equilibrium with the free basic catalyst, instead of the free basic catalyst, a salt of the basic catalyst, for example, an inorganic acid salt such as hydrochloride or sulfate, formate, etc. And organic acid salts such as acetate can be used.
These catalysts are preferably used in an amount of 0.001 to 0.20 mol, more preferably 0.01 to 0.10 mol, relative to 1.0 mol of the aromatic monohydroxy compound.
alkali:
As the alkali, sodium, potassium, calcium and barium hydroxide, carbonic acid and phosphoric acid sodium salt and ammonium salt can be used.
[0009]
reaction:
The present invention will be described in detail with reference to FIG. 1, taking the reaction of an aromatic monohydroxy compound and phosgene as an example.
In the reaction, a mixture of an aromatic monohydroxy compound (1) and an aromatic heterocyclic nitrogen-containing basic compound or a salt thereof (2) is charged into the reactor (4), and this is heated and melted. This is done by introducing gaseous phosgene (3) into the mixture with sufficient stirring. As reaction temperature, 120-190 degreeC is preferable. The amount of phosgene introduced is preferably 1.0 mol or less, more preferably 0.4 to 0.5 mol, relative to 1.0 mol of the aromatic monohydroxy compound. Although the stoichiometric amount is 0.5 mol, the unreacted aromatic monohydroxy compound is inevitably left by suppressing the introduction amount of phosgene below the stoichiometric amount, and the reaction intermediate aryl The reaction of forming a diaryl carbonate between a chloroformate and an aromatic monohydroxy compound is promoted to obtain a reaction mixture that is substantially free of aryl chloroformate that adversely affects the production of industrial grade uncolored polycarbonate. At that time, if necessary, nitrogen gas (5) is blown into the reaction mixture after introducing phosgene, and hydrochloric acid (6) produced by the reaction is removed out of the system, whereby the arylchloroformate and the aromatic monohydroxy compound are removed. The equilibrium reaction can be further promoted.
The mixture after completion of the reaction contains diaryl carbonate, unreacted aromatic monohydroxy compound, trace impurities and hydrochloride of aromatic heterocyclic nitrogen-containing basic compound which is a catalyst.
[0010]
For catalyst recovery, the reaction mixture (7) is neutralized by contacting with an alkaline aqueous solution (8) at 80 to 95 ° C., and the organic phase and the aqueous phase are separated (9) in the pH range of 7 to 13, and the organic phase is distilled. According to (10), the free basic catalyst (11), the unreacted aromatic monohydroxy compound (12) and the diaryl carbonate (13) are separated.
The distillation temperature is 50 to 80 ° C. when the free basic catalyst is 20 to 40 torr, and 20 to 40 torr when the unreacted aromatic monohydroxy compound is phenol or the like, and the diaryl carbonate is diphenyl carbonate. In the case of 5 to 10 Torr and 140 to 160 ° C.
The alkali amount required for neutralization is sufficient to be equal to or slightly excess (1.1 mole times) that of the catalyst hydrochloride, and when used in a large excess, hydrolysis of the diaryl carbonate is not preferable. The recovered free catalyst and unreacted aromatic monohydroxy compound can be reused as they are.
[0011]
In the present invention, the mixture (7) after completion of the reaction contains almost no arylchloroformate, but even when it contains about several thousand ppm of arylchloroformate, neutralization of the catalyst hydrochloride by addition of the alkaline
Purification of the diaryl carbonate (13) is carried out by distillation-purifying the reaction mixture after removing the catalyst, the unreacted aromatic monohydroxy compound and the arylchloroformate again under vacuum.
The production of the diaryl carbonate of the present invention may be a continuous type or a batch type (batch type).
[0012]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
Example 1
Three jacketed glass reaction vessels (with an internal volume of 1 L and an overflow pipe installed at a position of 700 ml of actual liquid) connected to an oil circulation external heating device were connected in series. An exhaust pipe with a condenser for removing the generated hydrochloric acid gas out of the system was connected to the second and third reaction vessels.
Molten phenol previously added with 5 mol% of pyridine and stirred was heated to 150 ° C. while being continuously fed to the first reaction vessel at about 700 ml / hr (phenol 716 g / hr, corresponding to pyridine 30 g / hr). Warm up. While sufficiently stirring, phosgene (361 g / hr) of 0.48 molar ratio of supplied phenol was continuously supplied to the first reaction vessel.
[0013]
The reaction mixture flowing out from the first reaction vessel was supplied to the second reactor via the overflow pipe, and the reaction mixture flowing out from the second reactor was similarly supplied to the third reactor. The reaction mixture flowing out of the third reactor was extracted into a polypropylene receiver. A nitrogen gas blowing tube was installed in the third reactor, and 70 N liter / hr of nitrogen gas was continuously supplied into the reaction mixture. 1 kg of the reaction mixture (89% by weight of diphenyl carbonate, 6% by weight of phenol, 5% by weight of pyridine hydrochloride, phenyl chloroformate not detected) extracted after the composition was sufficiently stabilized was connected to an oil circulation external heating device. The temperature was raised to 85 ° C. in a jacketed glass reaction vessel. After adding 124 g of 15% by weight sodium hydroxide aqueous solution and stirring for 20 minutes, the mixture was allowed to stand for 30 minutes, and then the aqueous phase and the organic phase were extracted separately. The pH after addition of the aqueous sodium hydroxide solution was 8.
[0014]
The separated organic phase was purified by distillation in a vacuum distillation column packed with 10 Sulzer Packing (manufactured by Sumitomo Heavy Industries). Specifically, after free form pyridine and phenol are distilled off at a vacuum of 20 to 40 torr, an oil bath temperature of about 220 ° C., a top temperature of 50 to 80 ° C., a vacuum of 10 torr, an oil bath temperature of about 230 ° C., and a top temperature At 150 ° C., 750 g of purified diphenyl carbonate containing no free pyridine and aryl chloroformate (0 ppm) was obtained.
[0015]
【The invention's effect】
According to the method of the present invention, when a diaryl carbonate is produced by reacting an aromatic monohydroxy compound with phosgene or an aryl chloroformate, it has a high purity that does not contain an aryl chloroformate that causes coloring of an industrial polycarbonate. And the aromatic heterocyclic nitrogen-containing basic compound and aromatic monohydroxy compound, which are catalysts, can be easily and efficiently recovered.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flow sheet diagram showing a method for producing a diaryl carbonate of the present invention.
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