JP4505792B2

JP4505792B2 - ビス（メトキシメチル）ビフェニルの製造方法

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Publication number: JP4505792B2
Application number: JP2004066309A
Authority: JP
Inventors: 伸雄竹藤; 宏治小西; 真也渥美; 啓祐五十棲
Original assignee: Ihara Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Ihara Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 2003-03-10
Filing date: 2004-03-09
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2024-03-09
Also published as: JP2004292441A

Description

本発明はビス（メトキシメチル）ビフェニルの製造方法に関するものである。

ビス（メトキシメチル）ビフェニルの製造方法として、従来、ビフェニルをクロルメチル化し、水酸化カリウムの存在下でメタノールと反応させる方法が知られていた（特許文献１参照）。しかし、ビフェニルに１個のクロルメチル基を導入するのは比較的容易ではあるが、２個のクロルメチル基を導入するのは困難であり、反応に長時間を要し、収率も低いという問題点を有していた。また、クロルメチル化する段階において、４，４’−体が主成績体として生成するため、４，４’−体以外のビス（メトキシメチル）ビフェニルを合成することが極めて困難であるという点も解決されぬままであった。

また、メトキシメチルハロゲン化ベンゼンをビピリジルニッケルジクロリド水和物、亜鉛粉末の存在下、ピリジンとジメチルイミダゾリノン（ＤＭＩ）の混合溶媒中で脱ハロゲン化カップリング反応させる方法が知られていた（特許文献２参照）。しかし、この方法は、亜鉛等の使用量の関係から、実験室的な実施はともかくとして、工業的な大規模で実施することは、環境に影響を与える有害な金属廃棄物が大量に発生する事態が避けられず環境負荷が大となる点で工業的規模での実施に好適とはいえなかった。さらに、この金属廃棄物を処理するために多大な労力と費用を要する点で、やはり工業的規模での実施に好適とはいえなかった。

特開昭５２−５７２４８公報特開平８−２９１０９９号公報

上記従来の技術の持つ欠点を解決した新しいビス（メトキシメチル）ビフェニルの製造方法が望まれていた。

上記のような状況に鑑み、本発明者が種々のビス（メトキシメチル）ビフェニルの合成に適用でき、経済的であり、操作法が簡便で、さらに環境への負荷が小さい、工業生産において実用的な、ビス（メトキシメチル）ビフェニルの製造方法について鋭意研究を重ねた結果、意外にも、メトキシメチル塩化ベンゼンを、パラジウム系触媒、ギ酸の塩、塩基、及びテトラブチルアンモニウムブロミドの存在下に脱塩素化カップリング反応させることにより、上記課題を解決できることを見出し、この知見に基づき本発明を完成するに至った。

本発明方法により、ビス（メトキシメチル）ビフェニルの新規な製造法が提供される。本発明方法によれば、メトキシメチル基の置換位置が異なる種々のビス（メトキシメチル）ビフェニルを、或いは例えばビス（メトキシメチル）ビフェニルが液状であるほうが好ましいというような要請がある場合には、必要に応じて種々のビス（メトキシメチル）ビフェニルの混合物を液状物として製造することも可能となる。したがって本発明方法は、ビス（メトキシメチル）ビフェニルの工業的生産に適用でき、しかも経済的であり、操作も容易／簡便な上、有害な金属廃棄物の発生も少ないため環境負荷が小さく廃棄物処理も廉価／簡便となるなど、工業的な規模での実施に適している。

以下、本発明について詳細に説明する。

本発明は、下記〔１〕乃至〔９〕項に記載の発明を提供する事により前記課題を解決したものである。

〔１〕一般式（１）

で表されるメトキシメチル塩化ベンゼンを、パラジウム系触媒、ギ酸の塩、塩基、及びテトラブチルアンモニウムブロミドの存在下に脱塩素化カップリング反応させることよりなる、一般式（２）

で表されるビス（メトキシメチル）ビフェニルの製造方法。

〔２〕メトキシメチル塩化ベンゼンが位置異性体の混合物である、〔１〕記載のビス（メトキシメチル）ビフェニルの製造方法。

〔３〕メトキシメチル塩化ベンゼンの位置異性体の混合物が、予めメトキシメチル塩化ベンゼンの位置異性体の混合物として製造したものである、〔１〕又は〔２〕記載のビス（メトキシメチル）ビフェニルの製造方法。

〔４〕パラジウム系触媒としてパラジウムカーボンを用いて行うものである、〔１〕、〔２〕又は〔３〕記載のビス（メトキシメチル）ビフェニルの製造方法。

〔５〕ギ酸アルカリ金属塩を用いて行うものである、〔１〕乃至〔４〕のいずれかに記載のビス（メトキシメチル）ビフェニルの製造方法。

〔６〕ギ酸ナトリウムを用いて行うものである、〔１〕乃至〔４〕のいずれかに記載のビス（メトキシメチル）ビフェニルの製造方法。

〔７〕塩基が、アルカリ金属水酸化物である、〔１〕乃至〔６〕のいずれかに記載のビス（メトキシメチル）ビフェニルの製造方法。

〔８〕塩基が、水酸化ナトリウムである、〔１〕乃至〔６〕のいずれかに記載のビス（メトキシメチル）ビフェニルの製造方法。

〔９〕ギ酸ナトリウム、パラジウム触媒、テトラブチルアンモニウムブロミド、アルカリ金属水酸化物の存在下で脱塩素化カップリング反応を行うものである、〔１〕、〔２〕又は〔３〕記載のビス（メトキシメチル）ビフェニルの製造方法。

以下、本発明について詳細に説明する。

本発明方法は、一般式（１）で表されるメトキシメチル塩化ベンゼンを、パラジウム系触媒、ギ酸の塩、テトラブチルアンモニウムブロミド、及び塩基の存在下に脱塩素化カップリング反応させることよりなる、一般式（２）で表されるビス（メトキシメチル）ビフェニルの製造方法である。

まず、本発明方法の原料として用いる一般式（１）で表されるメトキシメチル塩化ベンゼンについて説明する。

当反応に使用できる一般式（１）で表されるメトキシメチル塩化ベンゼンとしては、下記式（１ａ）〜（１ｃ）で表される化合物を挙げることができる。

従って、一般式（１）で表されるメトキシメチル塩化ベンゼンとしては、具体的には２−クロロメトキシメチルベンゼン、３−クロロメトキシメチルベンゼン又は４−クロロメトキシメチルベンゼンを例示することができる。一般式（１）で表されるメトキシメチル塩化ベンゼンは公知の化合物である。

本発明方法における生成物である一般式（２）で表されるビス（メトキシメチル）ビフェニルは、下記式（２ａ）〜（２ｆ）に示す６種類のビス（メトキシメチル）ビフェニルのいずれか、或いは混合物である。本発明方法においては一般式（１）で表されるメトキシメチル塩化ベンゼンは、目的に応じ、単一の位置異性体を使用することも、任意の位置異性体の混合物を使用することもできる。生成物のメトキシメチル基の置換位置については、使用する一般式（１）で表されるメトキシメチル塩化ベンゼンのメトキシメチル基の置換位置に依存するので、所望の構造の目的物を得られるように、適宜、原料を単一の位置異性体の化合物としたり、異なる位置異性体の混合物とすることができるのである。メトキシメチル基の置換位置が異なる位置異性体の混合物を原料として用いる場合においては、その原料の位置異性体の組成（原料中のモル比）を制御する事により、生成物の位置異性体の組成を変化させることも可能である。そして、例えば（2ｆ）単一であれば、融点を持つ固体として得られるが、メトキシメチル基の置換位置が異なるものの混合物を原料として用いることによって、生成物を位置異性体の混合物（例えば（２ｆ）とそれ以外のビス（メトキシメチル）ビフェニルの混合物）とすることにより、生成物（混合物）を液状物質として取り出すことが可能となる。従って、ビス（メトキシメチル）ビフェニルの使用時の操作／作業の都合で、ビス（メトキシメチル）ビフェニルを液状で扱える方が好ましい場合には、必要に応じてその様な液状の混合物としてビス（メトキシメチル）ビフェニルを製造することも本発明方法によれば可能である。本発明方法において原料として異なる位置異性体の混合物を用いる場合には、各々の単一の位置異性体を適宜混合しても良いし、或いは、例えば２−クロロベンジルクロリドと４−クロロベンジルクロリド等の任意のクロロベンジルハライドの混合物をメタノールと反応させてメトキシメチル化する等の方法によって、原料を、予めメトキシメチル塩化ベンゼンの位置異性体の混合物として製造したものを用いることもできる。

当反応はパラジウム系触媒を用いて行う。当反応に用いうるパラジウム系触媒は、パラジウム金属単体自体でも良いし、例えば活性炭、シリカ、アルミナ、シリカ−アルミナ、珪藻土、ゼオライト、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、硫酸バリウム等の担体に担持させたものや、配位子と錯体を形成しているものでも良い。担体に担持しているものを使用する場合のパラジウム金属の量は、触媒中のパラジウム金属が０．１〜３０重量％、好ましくは０．５〜２０重量％の範囲であればよい。このような、触媒としては、例えば、パラジウム、パラジウムカーボン（Ｐｄ／Ｃ）に代表されるパラジウム系触媒を例示することができるが、入手の容易性や費用の点からパラジウムカーボン（Ｐｄ／Ｃ）を用いて行うのが好ましい。

当反応におけるパラジウム系触媒の使用量は、一般式（１）で表されるメトキシメチル塩化ベンゼン１モルに対してパラジウム金属原子換算で０．００１〜１００モル％、好ましくは０．０１〜１０．０モル％の範囲であれば良い。なお、本発明においては、少量の助触媒を併用することもできる。例えば、パラジウムカーボン（Ｐｄ／Ｃ）は、リチウム（Ｌｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）等を助触媒として含んでいても差し支えない。

当反応はギ酸の塩を用いて行う。当反応に用いうるギ酸の塩としては、例えば、ギ酸ナトリウム、ギ酸カリウム等のギ酸アルカリ金属塩；ギ酸マグネシウム、ギ酸カルシウム等のギ酸アルカリ土類金属塩；ギ酸アンモニウム、ギ酸ヒドラジン等を例示することができるが、好ましくは、ギ酸アルカリ金属塩、特にギ酸ナトリウムを用いて行うのが好ましい。当反応におけるギ酸の塩の使用量は、一般式（１）で表されるメトキシメチル塩化ベンゼン１モルに対して１．０〜１０モル、好ましくは１．２〜２．５モルの範囲であれば良い。

当反応においては、テトラブチルアンモニウムブロミド（ＴＢＡＢ）を加えて反応を行う。目的物選択率を高くすることができるので、テトラブチルアンモニウムブロミドを使用する。安価で入手の容易なテトラブチルアンモニウムブロミドを用いて行う。当反応におけるテトラブチルアンモニウムブロミドの使用量は、一般式（１）で表されるメトキシメチル塩化ベンゼン１モルに対して０．１〜２０モル％、好ましくは０．５〜１０モル％の範囲であれば良い。

当反応は塩基を用いて行う。塩基としては、例えば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）に代表されるアルカリ金属水酸化物；例えば炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等に代表されるアルカリ金属炭酸塩；例えば炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウムに代表されるアルカリ金属炭酸水素塩等のアルカリ金属化合物；もしくは例えば、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）_２）に代表されるアルカリ土類金属水酸化物；例えば炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム等に代表されるアルカリ土類金属炭酸塩等のアルカリ土類金属化合物；トリエチルアミン、ジイソプロピルエチルアミン、ピリジン等の三級アミンに代表される有機塩基を例示できる。当反応に用いる塩基としては、好ましくはアルカリ金属化合物であり、中でもアルカリ金属水酸化物が好ましく、特に水酸化ナトリウムを用いて行うのが好ましい。当反応における塩基の使用量は、一般式（１）で表されるメトキシメチル塩化ベンゼン１モルに対して０．５〜２０モル、好ましくは１．２〜４．０モルの範囲であれば良い。

当反応は、無溶媒で充分行うことが出来るが、溶媒を用いて行うこともできる。当反応に用いうる溶媒としては、反応を阻害しないものであれば良く、例えば、トルエン、キシレンに代表される芳香族炭化水素類；ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、Ｎ−メチルピロリドン、テトラメチル尿素、ヘキサメチルホスホリックトリアミド（ＨＭＰＡ）等に代表される非プロトン性極性溶媒類；ジエチルエ−テル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等に代表されるエ−テル系溶媒類；メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、イソプタノール、ｔ−ブタノール、ｎ−ペンタノール、ｎ−ヘキサノール、シクロペンチルアルコール、シクロヘキシルアルコール等に代表される、炭素数１乃至６の、直鎖、分岐鎖又は脂環式のアルコール類；ペンタン、ｎ−ヘキサン等に代表される脂肪族炭化水素類；酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等に代表される酢酸エステル類等が挙げられる。好ましくはトルエン等の芳香族炭化水素類が良い。溶媒は単独で、又は任意の混合割合の混合溶媒として用いることが出来る。溶媒量としては、反応系の攪拌が充分に出来る量であれば良いが、一般式（１）で表されるメトキシメチル塩化ベンゼン１モルに対して通常０〜１０Ｌ（リットル）、好ましくは０〜１Ｌの範囲であれば良い。

当反応の反応温度は４０℃〜１２０℃の範囲を例示できるが、好ましくは６０℃〜９０℃の範囲が良い。

当反応の反応時間は特に制限されないが、副生物抑制の観点等から、好ましくは５時間〜２４時間がよい。

当反応で得られる一般式（２）で表されるビス（メトキシメチル）ビフェニル或いはそれらの６種の異性体からなる混合物は、フェノールノボラック樹脂およびエポキシ樹脂の改質剤の原料として有用であることが知られている化合物である。

次に、実施例を挙げて本発明化合物の製造方法を具体的に説明するが、本発明は、これら実施例によって何ら限定されるものではない。
実施例１：４，４’−ビス（メトキシメチル）ビフェニル（２ｆ）の製造
１００ｍＬの四径フラスコに、４−メトキシメチルクロルベンゼン１５．７ｇ（０．１０ｍｏｌ）、２％パラジウムカーボン（Ｐｄ／Ｃ）粉末（含水率５３．３％）１．０ｇ（０．０９ｍｏｌ％）、ギ酸ナトリウム１３．８ｇ（０．２０ｍｏｌ）、５０％テトラブチルアンモニウムブロミド３．２ｇ（５．００ｍｏｌ％）、２５％水酸化ナトリウム２８．８ｇ（０．１８ｍｏｌ）を入れ、７０℃で２３時間撹拌した。反応液にトルエン１０ｇと水１０ｇを加えて撹拌下室温まで冷却後、濾過して固形物を除去した後、分液した。得られた有機層を水で洗浄した後、溶媒を留去してから、減圧蒸留することにより、４，４’−ビス（メトキシメチル）ビフェニル１６．６ｇ（６８．４ｍｍｏｌ）を得た。収率６８．４％、純度９８．１％（ガスクロマトグラフィー面積比）。

沸点：２００℃／１３３３Ｐａ
融点：５６℃

実施例２：２，２’−ビス（メトキシメチル）ビフェニル（２ａ）、２，４’−ビス（メトキシメチル）ビフェニル（２ｃ）、４，４’−ビス（メトキシメチル）ビフェニル（２ｆ）の混合物の製造
３００ｍｌの四径フラスコに、２−メトキシメチルクロルベンゼン３１．３ｇ（０．２ｍｏｌ）、４−メトキシメチルクロルベンゼン１５．７ｇ（０．１ｍｏｌ）、２％パラジウムカーボン（Ｐｄ／Ｃ）粉末（含水率５３．３％）１０．８ｇ（０．３４ｍｏｌ％）、ギ酸ナトリウム４０．８ｇ（０．２ｍｏｌ）、５０％テトラブチルアンモニウムブロミド９．７ｇ（５．００ｍｏｌ％）、２５％水酸化ナトリウム８６．４ｇ（０．１８ｍｏｌ）を入れ、８０℃で２１時間攪拌した。反応液にトルエン３０ｇと水３０ｇを加え、攪拌下、５０℃まで冷却後、濾過して固形物を除去した後、分液した。得られた有機層を水で洗浄した後、溶媒を留去してから、減圧蒸留（１５５℃〜１６０℃／２６７〜４００Ｐａ）することにより、２，２’−ビス（メトキシメチル）ビフェニル（２ａ）、２，４’−ビス（メトキシメチル）ビフェニル（２ｃ）、４，４’−ビス（メトキシメチル）ビフェニル（２ｆ）の混合物７２．７ｇ（６０．０ｍｍｏｌ）を液体として得た。収率６０．０％。
ビス（メトキシメチル）ビフェニルとしての純度９８％（ガスクロマトグラフィー面積比）。
混合物の組成比（２ａ）：（２ｃ）：（２ｆ）＝１．４１：１．８５：１（ガスクロマトグラフィー面積比）

実験例３：３，３’−ビス（メトキシメチル）ビフェニル（２ｄ）、３，４’−ビス（メトキシメチル）ビフェニル（２ｅ）、４，４’−ビス（メトキシメチル）ビフェニル（２ｆ）の混合物の製造
３００ｍｌの四径フラスコに３−メトキシメチルクロルベンゼン（２５重量％）、４−メトキシメチルクロルベンゼン（７５重量％）の混合物を総量で３１．４ｇ（０．２ｍｏｌ）、２％パラジウムカーボン（Ｐｄ／Ｃ）粉末（含水率５７．２％）２．４ｇ（０．２３ｍｏｌ％）、ギ酸ナトリウム２７．２ｇ（０．２ｍｏｌ）、５０％テトラブチルアンモニウムブロミド６．４５ｇ（５．００ｍｏｌ％）、２５％水酸化ナトリウム５７．６ｇ（０．１８ｍｏｌ）を入れ、８０℃で２１時間攪拌した。反応液にトルエン２０ｇと水２０ｇを加え、攪拌下、５０℃まで冷却後、濾過して固形物を除去した後、分液した。得られた有機層を水で洗浄した後、溶媒を留去してから、減圧蒸留（１５１℃〜１６２℃／２６７〜４００Ｐａ）することにより、３，３’−ビス（メトキシメチル）ビフェニル、３，４’−ビス（メトキシメチル）ビフェニル、４，４’−ビス（メトキシメチル）ビフェニルの混合物１５．８ｇ（６５．０ｍｍｏｌ）を液体として得た。収率６５．０％。
ビス（メトキシメチル）ビフェニルとしての純度９８％（ガスクロマトグラフィー面積比）。
混合物の組成比（２ｄ）：（２ｅ）：（２ｆ）＝１：４．４３：７．５７（ガスクロマトグラフィー面積比）

実験例４：２，２’−ビス（メトキシメチル）ビフェニル（２ａ）の製造
３００ｍｌの四径フラスコに２−メトキシメチルクロルベンゼン３０．３ｇ（０．２ｍｏｌ）、２％パラジウムカーボン（Ｐｄ／Ｃ）粉末（含水率５３．３％）６．３９ｇ（０．３４ｍｏｌ％）、ギ酸ナトリウム２７．２ｇ（０．２ｍｏｌ）、５０％テトラブチルアンモニウムブロミド６．４５ｇ（５．００ｍｏｌ％）、２５％水酸化ナトリウム５７．６ｇ（０．１８ｍｏｌ）を入れ、８０℃で１９時間攪拌した。反応液にトルエン２０ｇと水２０ｇを加え、攪拌下、５０℃まで冷却後、濾過して固形物を除去した後、分液した。得られた有機層を水で洗浄した後、溶媒を留去してから、減圧蒸留（１５３℃〜１６１℃／２６７〜４００Ｐａ）することにより、２，２’−ビス（メトキシメチル）ビフェニル１３．０ｇ（５３．６ｍｍｏｌ）を得た。収率５３．６％、純度９８％（ガスクロマトグラフィー面積比）。

実験例５：２，２’−ビス（メトキシメチル）ビフェニル（２ａ）、２，４’−ビス（メトキシメチル）ビフェニル（２ｃ）、４，４’−ビス（メトキシメチル）ビフェニル（２ｆ）の混合物の製造
２０００ｍｌの四径フラスコに、４−クロロベンジルクロリド２３０ｇ（１．４３ｍｏｌ）、２−クロロベンジルクロリド４１４ｇ（２．５７ｍｏｌ）、メタノール１９２ｇ（６ｍｏｌ）、５０％−テトラブチルアンモニウムブロミド水溶液２０．６ｇ（０．０３２ｍｏｌ）を仕込み、ここに、４８％水酸化ナトリウム水溶液４３３ｇ（５．２ｍｏｌ）を水冷却下、４０〜４２℃の温度を維持しながら１時間３０分かけて滴下した。滴下終了後
５５℃まで加温したのち、５５℃で１２時間攪拌した。過剰のメタノールを減圧留去した後、水７００ｍｌを加え、漸次攪拌した後、分液し、有機層を水３００ｍｌで洗浄した後、減圧蒸留（９４℃〜１００℃／２４００Ｐａ）して、２−メトキシメチルクロルベンゼンと４−メトキシメチルクロルベンゼンの混合物５７９．７ｇ（組成比：２−メトキシメチルクロルベンゼン／４−メトキシメチルクロルベンゼン＝１．８／１（ガスクロマトグラフィー面積値））を得た（収率９２．５％）。

次いで、上記で得られた２−メトキシメチルクロルベンゼンと４−メトキシメチルクロルベンゼンの混合物４６９．８ｇを原料として用いて、実施例２と同様に反応と後処理をした後、減圧蒸留（１２８℃〜１５８℃／１３３．３Ｐａ）して、２，２’−ビス（メトキシメチル）ビフェニル（２ａ）、２，４’−ビス（メトキシメチル）ビフェニル（２ｃ）、４，４’−ビス（メトキシメチル）ビフェニル（２ｆ）の混合物を２２２．２ｇを液体として得た。収率６１．２％。
混合物の組成比（２ａ）：（２ｃ）：（２ｆ）＝１．７２：２．７２：１（ガスクロマトグラフィー面積比）

比較例：４，４’−ビス（メトキシメチル）ビフェニル（２ｆ）の製造
１００ｍｌの四径フラスコに４−メトキシメチルクロルベンゼン１５．７ｇ（０．1ｍｏｌ）、５％−白金カーボン（Ｐｔ／Ｃ）粉末（含水率６３．５％）１０．７ｇ（１ｍｏｌ％）、１０％水酸化ナトリウム水溶液７６．８ｇ（０．２ｍｏｌ）、メタノール５０ｍｌを入れ、３８時間、攪拌下、加熱還流した。反応液にトルエン２０ｇと水２０ｇを加え、攪拌下、室温まで冷却後、濾過して固形物を除去した後、メタノールを減圧留去し、残液を分液した。得られた有機層を水で洗浄した後、ガスクロマトグラフィー分析したところ、原料は１３％消費されていたが、目的の４，４’−ビス（メトキシメチル）ビフェニルは０．３％しか生成していなかった。

Claims

一般式（１）

で表されるメトキシメチル塩化ベンゼンを、パラジウム系触媒、ギ酸の塩、塩基、及びテトラブチルアンモニウムブロミドの存在下に脱塩素化カップリング反応させることよりなる、一般式（２）

で表されるビス（メトキシメチル）ビフェニルの製造方法。
メトキシメチル塩化ベンゼンが位置異性体の混合物である、請求項１記載のビス（メトキシメチル）ビフェニルの製造方法。
メトキシメチル塩化ベンゼンの位置異性体の混合物が、予めメトキシメチル塩化ベンゼンの位置異性体の混合物として製造したものである、請求項１又は２に記載のビス（メトキシメチル）ビフェニルの製造方法。