JP4238606B2 - 芳香族エステル化合物の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は芳香族エステル化合物の製造方法に関するものであり、詳しくはフェノール類と脂肪族カルボン酸とのエステル化により、芳香族エステル化合物を高収率で製造するための製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
芳香族エステル化合物は高屈折率、低吸水性、高耐熱性といった特性があり、これらの特性を生かし、塗料、プラスチック、光学材料等多岐にわたる用途がある。一般に、エステル化合物の製造法としては、カルボン酸とアルコールとを酸触媒の存在下反応させる方法がよく知られている。しかしながら、フェノール類とカルボン酸との脱水エステル化反応は、フェノール類の酸性度の高さ及び平衡の問題から高収率で得ることが困難であることも知られている。
【0003】
芳香族エステル化合物を得る方法として下記のようなものが知られている。
カルボン酸より反応性の高い酸ハロゲン化物を使用した例として、酸ハライドとフェノール類とを有機塩基存在下で反応させる方法が提案されている(例えば特許文献1参照)。しかしながら、酸ハライドは高価かつ取り扱いが困難であり、また多量の塩が副生する。同じく活性の高い酸無水物とフェノール類との反応も提案されているが(例えば特許文献2参照)、酸無水物も取り扱いが困難であり、多量の廃棄物を生じる。
【0004】
また、硫酸または硫酸とホウ酸とを触媒として用いたフェノール類と(メタ)アクリル酸とから芳香族エステル化合物を得る反応も提案されているが(例えば特許文献3参照)、反応率が低く、且つフェノール類のスルホン化等の副反応が起こりやすい反応である。イオン交換樹脂を触媒とする芳香族エステル化合物を得る方法も提案されているが(例えば特許文献4参照)、この触媒が高価である上に、反応時間が長く、反応率も十分とは言えない。スズ化合物(例えば特許文献5参照)、鉛化合物(例えば特許文献6参照)、金属スズおよび/または金属鉛(例えば特許文献7参照)を触媒とする芳香族エステル化合物を得る方法も開示されているが、いずれも反応率が低い上、触媒の除去等の分離精製が困難である。
【0005】
ノボラック型フェノール樹脂と安息香酸等の芳香族カルボン酸とのエステル化に関しp−トルエンスルホン酸のような有機スルホン酸を触媒とする方法も提案されているが(例えば特許文献8参照)、反応率が十分でなく、また、脂肪族カルボン酸とフェノール類との反応については何の言及もされていない。
【0006】
一方、超強酸を触媒としたエステル化合物の製造方法としては、ジルコニウムを含む固体超強酸を用いたアルコールと不飽和カルボン酸との反応による、不飽和カルボン酸エステルの製造法が提案されている(例えば特許文献9参照)。しかしながら、かかるアルコールとは脂肪族アルコールのことであり、フェノール類と脂肪族カルボン酸との反応に関しては、何の言及も示唆もされていない。
【0007】
【特許文献1】
特公昭50−23019号公報(特許請求の範囲)
【特許文献2】
特開2000−191590号公報(特許請求の範囲)
【特許文献3】
特開昭60−258144号公報(特許請求の範囲、2ページ右下)
【特許文献4】
特開昭62−132840号公報(特許請求の範囲)
【特許文献5】
特開平2−115141号公報(特許請求の範囲)
【特許文献6】
特開平2−117645号公報(特許請求の範囲)
【特許文献7】
特開平2−124849号公報(特許請求の範囲)
【特許文献8】
特開平9−221531号公報(特許請求の範囲)
【特許文献9】
特開平11−152249号公報(特許請求の範囲)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来の脂肪族カルボン酸の芳香族エステル類の製造方法が有する低収率や副反応などの欠点を克服し、フェノール類と脂肪族カルボン酸とから対応する芳香族エステル化合物を高純度で効率良く製造する方法を提供することを課題とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、フェノール類と脂肪族カルボン酸とから芳香族エステル化合物を製造するに際して、触媒として超強酸を用いることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。即ち、触媒として超強酸を用いることを特徴とする芳香族エステル化合物の製造方法を提供するものである。
【0010】
以下、本発明について詳述する。
【0011】
「超強酸」
本発明でエステル化触媒として使用される超強酸とは100%硫酸よりも強い酸、すなわちハメットの酸度関数H0で表した時に、H0=−11.93より小さな値を示す酸である。
本発明において使用できる超強酸には、固体超強酸と液体超強酸がある。
当該固体超強酸としては、例えば、パーフルオロアルキルスルホン酸樹脂またはパーフルオロアルキルスルホン酸樹脂をシリカに担持したもの等が挙げられる。
当該液体超強酸としては、例えば、クロロスルホン酸およびフッ化スルホン酸等のハロゲン化スルホン酸、並びにトリフルオロメタンスルホン酸、パーフルオロエタンスルホン酸、パーフルオロブタンスルホン酸およびパーフルオロヘキサンスルホン酸等のハロゲン化アルキルスルホン酸などが挙げられる。
超強酸のエステル化の活性等を考慮すると、パーフルオロアルキルスルホン酸樹脂をシリカに担持したもの、ハロゲン化スルホン酸、およびハロゲン化アルキルスルホン酸などが好ましい。また、芳香族エステル化合物の製造を考慮すると、固体超強酸より液体超強酸の方を用いるのが好ましい。
【0012】
「フェノール類」
本発明におけるフェノール類としては、例えばフェノール、p−クロロフェノール、2,3,5−トリクロロフェノール、ペンタクロロフェノール、ペンタブロモフェノール、p−ブロモフェノール、o−メトキシフェノール、p−メトキシフェノール、p−ベンジルフェノール、p−フェノキシフェノール、o−フェニルフェノール、p−フェニルフェノール、p−エトキシフェノール、o−ブトキシフェノール、p−エチルフェノール、m−エチルフェノール、o−エチルフェノール、p−ブチルフェノール、p−ノニルフェノール、p−シクロヘキシルフェノール、デシルフェノール、p−ニトロフェノール、p−シアノフェノール、p−クレゾール、o−クレゾール、キシレノール、ジエチルフェノール、トリメチルフェノール、カテコール、ジヒドロキシビフェニル、レゾルシノール、ハイドロキノン、フロログルシノール、α−ナフトール、β−ナフトール、ジヒドロキシナフタレン等である。
【0013】
「脂肪族カルボン酸」
本発明における脂肪族カルボン酸としては、例えば酢酸、プロピオン酸、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、カプリル酸、カプリン酸、ラウリル酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、オレイン酸、およびステアリン酸等のモノカルボン酸類、マレイン酸、フマル酸、アジピン酸、セバシン酸、およびアゼライン酸等のジカルボン酸類、並びにアクリル酸、メタクリル酸、およびクロトン酸等の不飽和カルボン酸類等が例示できる。
工業的有用性を考慮すると、アクリル酸、メタクリル酸、およびクロトン酸等の重合活性を有する不飽和カルボン酸が好ましく、より好ましくはアクリル酸、またはメタクリル酸である。
【0014】
本発明におけるフェノール類と脂肪族カルボン酸との使用割合は、そのモル比が1/10〜10/1(フェノール性水酸基/カルボキシル基)の範囲内にあるのが好ましく、より好ましくは1/5〜5/1であり、特に好ましくは1/3〜3/1である。なお、過剰に用いたフェノール類や脂肪族カルボン酸は、反応後に生成した芳香族エステル化合物と分離した後、再利用することが可能である。
【0015】
触媒である超強酸の使用量は、通常のエステル化反応に使用される量であれば良くい。液体超強酸を用いた液相反応の場合には、通常、フェノール類および脂肪族カルボン酸をあわせた総質量に対し、0.001〜20質量%が好ましく、更に0.01〜10質量%が好ましい。また、固体超強酸を用いた場合には、5〜200質量%が好ましく、更に10〜100質量%が好ましく、特に好ましくは20〜100質量%が使用される。
【0016】
本発明の触媒を利用した芳香族エステル化合物の製造は、従来のエステル化反応と同様の方法で行うことができ、触媒の形態、原料の性状、溶媒の有無等に応じて、気相または液相反応の好ましい様式を選択できる。すなわち、目的とする芳香族エステル化合物の種類等によって異なるが、温度としては、20℃〜200℃が好ましく、更に50℃〜180℃が好ましく、反応時間としては0.1〜50時間が好ましく、更に1〜30時間とするのが好適である。
【0017】
芳香族エステル化合物製造のときに用いる溶媒としては、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、およびトルエン、キシレンやクメン等の芳香族溶媒類が使用できる。水分の除去のために反応系を減圧にしてもよく、また、トルエン、キシレンやクメン等の水と共沸する溶媒の存在下に行っても良い。
【0018】
芳香族エステル化合物製造で脂肪族カルボン酸として不飽和カルボン酸を用いる場合には、本発明の目的、効果を損なわない範囲で、重合禁止剤を併用することができる。本発明の芳香族エステル化合物製造で使用可能な重合禁止剤としては、ハイドロキノン、メトキシハイドロキノン、またはフェノチアジン等が挙げられる。また、空気を吹き込むことによっても、重合を抑止できる。
【0019】
エステル化反応終了後の芳香族エステル化合物の精製方法は、生成物の物性、原料、触媒の種類及び量、溶媒の有無や量等を考慮して、濾過、アルカリ水洗、水洗、蒸留、晶析等の公知の精製方法を適宜組み合わせて行うことができる。
【0020】
【実施例】
以下、本発明を実施例および比較例によって具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り実施例に限定されるものではない。
【0021】
<実施例1>
攪拌装置、冷却管、水分定量器(ディーンスタークトラップ)および温度計を備えた200mlの3つ口フラスコに、トリフルオロメタンスルホン酸 0.15g(1.0mmol)、フェノール 9.41g(0.10mol)、メタクリル酸 12.92g(0.15mol)、およびキシレン 80mlを仕込み、キシレン還流下、副成する水を共沸脱水しながら5時間加熱攪拌した。反応終了後、生成物をガスクロマトグラフィーにより分析し、メタクリル酸フェニルエステルの収率を求めた。結果を表1に示す。
○表1中の略号について
TfOH:トリフルオロメタンスルホン酸。
H+:触媒の水素イオン含有量を示す。
Nafion SAC−13:シリカ担持型パーフルオロアルキルスルホン酸樹脂(エヌ・イー ケムキャット株式会社製)
【0022】
○ガスクロマトグラフィーの分析条件
カラム:GLサイエンス社製 TC−1
長さ:15m、内径:0.25mm、膜厚:0.25μm
昇温プログラム:50℃から10℃/minの昇温で、250℃まで。
キャリアーガス:窒素ガス
検出器:FID
【0023】
<合成例1>
水酸化ジルコニウムに8質量倍の0.5モル濃度の硫酸を添加して、充分に混合した。そして約120℃で2時間乾燥した後、約570℃で3時間焼成して、固体超強酸を得た(この固体超強酸を「SO4 2-/ZrO2」と表す)。
【0024】
<実施例2〜8>
実施例1と同様の装置を用い、表1に示した触媒とその添加量、フェノール類(0.10mol)、脂肪族カルボン酸類(0.15mol)、および溶媒として80ml(キシレンまたはトルエン)を仕込み、還流下副成する水を共沸脱水しながら5時間加熱撹拌した。反応終了後、生成物をガスクロマトグラフィーにより分析し、対応する芳香族エステル化合物の収率を求めた。結果を表1に示す。
【0025】
<比較例1〜5>
実施例1と同様の装置を用い、超強酸の代わりとして硫酸を用るか、またはSO 4 2- /ZrO 2 を用い、フェノール、脂肪族カルボン酸、および溶媒として80ml(キシレンまたはトルエン)を仕込み、還流下副成する水を共沸脱水しながら5時間加熱撹拌した。反応終了後、生成物をガスクロマトグラフィーにより分析し、対応する芳香族エステル化合物の収率を求めた。結果を表1に示す。
【0026】
【表1】
【0027】
<実施例10>
実施例1と比較例1との生成物のガスクロマトグラフィー分析から、生成物に対する不純物の割合を算出した。この結果、生成物100に対する不純物の割合は、実施例1では0.53であり、比較例1では2.42であった。また、エステル化触媒として硫酸を用いている比較例では、黄色に着色している不溶物が析出した。
【0028】
表1および実施例10から分かるように、触媒として硫酸を用いた比較例に比べ、超強酸を用いたものは高純度な芳香族エステル化合物を高収率で得ることができる。また、反応温度も高いほうが高収率であるが、高くなりすぎると不純物量および重合物が増加するため芳しいものではない。
【0029】
【発明の効果】
本発明によれば、少量の触媒かつ短時間の反応で、収率よくフェノール類と脂肪族カルボン酸とから芳香族エステル化合物を得ることができる。また、不純物が少ない高純度の芳香族エステル化合物を得ることができる。更に、芳香族エステル化合物製造時の廃棄物も少ないことから環境問題もに配慮した製造方法である。
Claims (2)
- 触媒として超強酸であるパーフルオロアルキルスルホン酸樹脂をシリカに担持したもの、ハロゲン化スルホン酸および/またはハロゲン化アルキルスルホン酸を用いてフェノール類と脂肪族カルボン酸とを反応させる芳香族エステル化合物の製造方法。
- 脂肪族カルボン酸が不飽和カルボン酸である請求項1記載の芳香族エステル化合物の製造方法。
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