JP4156701B2 - ジ−tert−ブチルスクシネートの製造方法 - Google Patents

ジ−tert−ブチルスクシネートの製造方法 Download PDF

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Description

【0001】
本発明はコハク酸をイソブテンでプロトン触媒エステル化して式
【化2】
Figure 0004156701
のジ−tert−ブチルスクシネートを製造するための改良された方法に関する。
【0002】
濃硫酸の存在で、非プロトン有機共溶剤たとえばジエチルエーテルまたはジオキサンを添加しまたは添加しないで、アルケンを使用してカルボン酸のtert−アルキルエステルを製造することは公知である(A.L. McCloskeyとG.S.Fonkenの論文、Org. Synth. Coll. Vol. 4, 261(1966) )。
【0003】
さらにまた、濃硫酸およびプロトン共溶剤としてのtert−ブタノールの存在でコハク酸をイソブテンでエステル化することも H.Pielartzik, B.Irmisch-Piellartzik、 T. EicherによってHouben-Weyl, Vol. E5/1, 662頁とそれ以降の頁(1985) に記載されている。
【0004】
この公知方法を工業的に適用する場合の難点は濃硫酸の添加の間に高い熱の発生があることである。この熱の発生は、特に大規模生産の場合にはコントロール不能であって、その結果安全性のリスクが高くなると共に収率と品質に相当なバラツキが生じてしまう。たとえば、イソブテンの重合生成物が生じ、これをジ−tert−ブチルスクシネートから分離することは困難であり、したがって経済的に不利となる。さらに、仕上げ操作に時間、労力、エネルギーがかかる。発生される熱を抑制するための予防手段として複雑な装置を含む冷却システムが必要となりそして硫酸の供給速度も相応的に低下させねばならない。このようなコストのかかインフラストラクチャー、長い反応時間、プロセスの再現性の悪さなども経済的に不利である。
【0005】
したがって、本発明の目的は上記の欠点を克服して、経済的に魅力のある安定な確固たる方法を提供することである。
【0006】
しかして、本発明によれば、コハク酸をイソブテンでプロトン触媒エステル化して式
【化3】
Figure 0004156701
のジ−tert−ブチルスクシネートを製造する方法において、硫酸を95重量%以下の濃度で使用することを条件として、水を含む酸エステル化触媒の存在でコハク酸またはコハク酸無水物またはそれらの混合物をイソブテンと反応させることを特徴とする方法が提案される。
【0007】
コハク酸またはコハク酸無水物またはそれらの混合物とイソブテンとのモル比は通常1:2乃至1:50の範囲、好ましくは1:6乃至1:13の範囲で選択される。
【0008】
混合物中のコハク酸とコハク酸無水物とのモル比は通常1:100乃至100:1の範囲、好ましくは8:2乃至2:8の範囲で選択され、特に好ましくは、1:1である。
【0009】
本発明によれば、硫酸が95重量%を上回らない濃度で使用されるという条件で、水を含む酸エステル化触媒が使用される。通常、40乃至90重量%、好ましくは40乃至80重量%、特に好ましくは50乃至75重量%水性鉱酸たとえば硫酸、リン酸または有機スルホン酸たとえばメタンスルホン酸が使用される。
【0010】
コハク酸が使用される場合には65乃至75重量%水性硫酸を使用するのが好ましく、そしてコハク酸無水物が使用される場合は55乃至65重量%水性硫酸を使用するのが好ましい。
【0011】
通常、コハク酸またはコハク酸無水物またはそれらの混合物1モルにつき0.1乃至1.3モルのエステル化触媒が使用される。
【0012】
コハク酸またはコハク酸無水物1モルにつき0.5乃至0.8モルの硫酸を使用するのが特に好ましい。
【0013】
エステル化は通常263乃至333Kの温度、かつ(1x105)乃至(25x105)Paの圧力で実施される。反応温度は、特に好ましくは、(2x105)乃至(8x105)Paの圧力で283乃至313Kの範囲である。後者の場合には反応混合物を(3x105)乃至(6x105)Paの圧力下に保持するのが好ましい。
【0014】
反応は有機共溶剤(補助溶剤)または有機溶剤なしで実施するのが好ましい。しかし、有機溶剤を加えて反応を実施することも可能である。
【0015】
有機溶剤の種類と量は上記した温度と圧力の好ましい範囲に依る。通常、有機溶剤または共溶剤はイソブテンを基準にして0.01乃至50重量%の範囲、好ましくは0.01乃至20重量%、特に好ましくは0.01乃至10重量%の範囲の量で使用される。
【0016】
適当な有機溶剤または共溶剤の例は非プロトン有機溶剤たとえばオルトジクロロベンゼン、脂肪族炭化水素たとえばヘキサン、オクタンまたはリグロイン、エーテルたとえばジオキサン、テトラヒドロフランまたはジエチルエーテル、あるいはプロトン溶剤たとえばtert−アルコール、好ましくはtert−ブタノールまたはtert−アミルアルコールなどである。
【0017】
本発明の方法の利点はエステル化がきわめて少ない熱の発生を伴って進行しそして同時に不純物が極めて少ない粗生成物を高収率で与えることことである。したがって、ジ−tert−ブチルスクシネートが1、4−ジケトピロロ[3,4−c]ピロール顔料の製造のための出発物質として使用される場合に従来必要とされていたような精巧な精製工程が不必要となる。
以下、本発明を実施例によって説明する。
【0018】
実施例1 (水性硫酸/導入原料:コハク酸):
オートクレーブにコハク酸212.5g(1.80モル)を装填し、次いで、ジャケット温度263Kでイソブテン935g(16.65モル)を送り込む。添加終了後、72.3重量%硫酸146.4g(1.08モル)を容器内に温度268乃至275Kで45分間かけて供給する。この反応混合物を容器内で温度275乃至278Kで30分間撹拌する。次に、温度を293乃至295Kまで上げた後、この温度かつ(4x105)乃至(5x105)Paの圧力でさらに14時間撹拌を続ける。この反応混合物を氷1000gと30重量%水酸化ナトリウム溶液300ml(3モル)からなる撹拌混合物中に入れる。そのあと、オートクレーブを石油エーテル200乃至300mlでフラシュ洗滌し、その洗滌液を同じく氷/水酸化ナトリウム溶液の混合物に加える。この混合物を室温まで暖めそして有機相を分離する。水性相を各回100乃至150mlの石油エーテルで三回抽出しそして有機相を1つに集める。この有機相を浴温度323K、圧力(3x103)Pa(最終値)で回転蒸発器にかけて濃縮する。精製のため、得られた粗生成物を、酸化マグネシウム約0.5gを加え、真空下30cm充填塔(ラーシッヒリング5x5mm)を通してオーバーヘッド蒸留する。しかして、ガスクロマトグラフィーによって測定して純度99.0%(単位面積あたりのパーセント)のジ−tert−ブチルスクシネート(沸点:0.8乃至0.9Paで321乃至324K)が358.2g(理論値の86.4%)[これは純度100%に換算して理論値の85.6%に相当する]が得られた。
硫酸添加時の熱の発生:−26KJ/モル、
全反応熱:−108KJ/コハク酸1モル。
【0019】
実施例2(濃硫酸とtert−ブタノールをコハク酸のイソブテンによるエステル化のための共溶剤として使用する、H.Pielartzik, B.Irmisch-Piellartzik、 T. Eicher によってHouben-Weyl, Vol. E5/1, 662 頁とそれ以降の頁(1985) に記載された従来技術との比較)
オートクレーブにコハク酸212.5g(1.80モル)とtert−ブタノール166.8g(2.25モル)とを装填し、次に、ジャケット温度263Kでイソブテン808g(14.40モル)を送り込む。添加終了後、98%硫酸108.1g(1.08モル)を容器内に温度268乃至275Kで70分間かけて供給する。この反応混合物を容器内で温度275乃至278Kで30分間撹拌する。次に、温度を293乃至295Kまで上げた後、この温度かつ(4x105)乃至(5x105)Paの圧力でさらに14時間撹拌を続ける。このあと、反応混合物を氷1000gと30%水酸化ナトリウム溶液300ml(3モル)からなる撹拌混合物中に入れる。そのあと、オートクレーブを石油エーテル200乃至300mlでフラシュ洗滌し、それを同じく氷/水酸化ナトリウム溶液の混合物に加える。この混合物を室温まで暖めそして有機相を分離する。水性相を各回100乃至150mlの石油エーテルで三回抽出しそして有機相を1つに集める。この有機相を浴温度323K、圧力(3x103)Pa(最終値)で回転蒸発器にかけて濃縮する。精製のため、得られた粗生成物を、酸化マグネシウム約0.5gを加えて真空下30cm充填塔(ラーシッヒリング5x5mm)を通して分別蒸留する。各留分のエステル含量をガスクロマトグラフィーによって測定する。エステル分が<97重量%の留分を再蒸留する。全部で3回蒸留後、ガスクロマトグラフィーによって純度97.2%(単位面積あたりのパーセント)のジ−tert−ブチルスクシネートが329.3g(理論値の79.4%)[これは純度100%に換算して理論値の7.2%に相当する]が得られた。
硫酸添加時の熱の発生:−77KJ/モル、
全反応熱:−120KJ/コハク酸1モル。
【0020】
実施例3 (導入原料:コハク酸無水物):
オートクレーブにコハク酸無水物190.2g(1.90モル)を装填し、次いで、ジャケット温度263Kでイソブテン986g(17.58モル)を送り込む。添加終了後、60.0重量%硫酸186.4g(1.14モル)を容器内に温度266乃至273Kで45分間かけて供給する。この反応混合物を容器内で温度273乃至278Kで30分間撹拌する。次に、温度を293乃至295Kまで上げた後、この温度で、かつ(4x105)乃至(5x105)Paの圧力でさらに14時間撹拌を続ける。この反応混合物を氷1000gと30重量%水酸化ナトリウム溶液315ml(3.15モル)からなる撹拌混合物中に入れる。そのあと、オートクレーブを石油エーテル200乃至300mlでフラシュ洗滌し、それを同じく氷/水酸化ナトリウム溶液の混合物に加える。この混合物を室温まで暖めそして有機相を分離する。水性相を各回100乃至150mlの石油エーテルで三回抽出しそして有機相を1つに集める。この有機相を浴温度323Kかつ圧力(3x103)Pa(最終値)で回転蒸発器にかけて濃縮する。精製のため、得られた粗生成物を、酸化マグネシウム約0.5gを加え、真空下30cm充填塔(ラーシッヒリング5x5mm)を通してオーバーヘッド蒸留する。しかして、ガスクロマトグラフィーによって測定して純度99.6%(単位面積あたりのパーセント)のジ−tert−ブチルスクシネート(沸点:0.4乃至0.6Paで320乃至323K)が385.0g(理論値の88.0%)[これは純度100%に換算して理論値の87.6%に相当する]が得られた。
硫酸添加時の熱の発生:−23KJ/モル、
全反応熱:−145KJ/コハク酸無水物1モル。
【0021】
実施例4 (高めた反応温度+短縮した反応時間)
オートクレーブにコハク酸212.5g(1.80モル)を装填し、次いで、ジャケット温度273Kでイソブテン943g(16.81モル)を送り込む。添加終了後、71.0重量%硫酸149.2g(1.08モル)を容器内に温度275乃至283Kで45分かけて供給する。このあとジャケット温度を約298Kまで上げてこの反応混合物を容器内で温度298±0.5Kかつ圧力(3x105)乃至(5x105)Paで7時間撹拌する。この反応混合物を氷500g、水500g及び30重量%水酸化ナトリウム溶液300ml(3モル)からなる撹拌混合物中に入れる。そのあと、オートクレーブを石油エーテル200乃至300mlでフラシュ洗滌してこの洗滌液を同じく氷/水/水酸化ナトリウム溶液の混合物に加える。この混合物を室温まで暖めそして有機相を分離する。水性相を各回100乃至150mlの石油エーテルで三回抽出しそして有機相を1つに集める。この有機相を浴温度323Kかつ圧力(3x103)Pa(最終値)で回転蒸発器にかけて濃縮する。精製のため、得られた粗生成物を、酸化マグネシウム約0.5gを加え、真空下30cmの充填塔(ラーシッヒリング5x5mm)を通してオーバーヘッド蒸留する。しかして、ガスクロマトグラフィーによって測定して純度が99.4%(単位面積あたりのパーセント)のジ−tert−ブチルスクシネート(沸点:0.8乃至0.9Paで321乃至324K)が360.7g(理論値の87.0%)[これは純度100%に換算して理論値の86.5%に相当する]が得られた。

Claims (1)

  1. コハク酸をイソブテンで触媒エステル化して式
    Figure 0004156701
    のジ−tert−ブチルスクシネートを製造する方法において、95重量%以下の濃度の硫酸存在下でコハク酸またはコハク酸無水物またはそれらの混合物をイソブテンと反応させることを特徴とする方法。
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