JP5730897B2

JP5730897B2 - 炭酸ジアリールの調製方法

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Publication number: JP5730897B2
Application number: JP2012541468A
Authority: JP
Inventors: ニスベツト，テイモシー・マイケル; バポーシヤン，ガロ・ガービス; フロウウエンフエルダー，コルネリス・レオナルドウス・マリア
Original assignee: シエル・インターナシヨナル・リサーチ・マートスハツペイ・ベー・ヴエー
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2010-11-30
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2030-11-30
Also published as: EP2507201B1; TWI535698B; US20120245319A1; EP2507201A1; US8530606B2; CN102639484B; TW201130795A; ES2678121T3; JP2013512875A; CN102639484A; WO2011067263A1

Description

本発明は、炭酸ジアルキルおよびアリールアルコールから炭酸ジアリールを調製する方法に関する。

このような方法において、炭酸ジアルキルは、以下のステップを介して炭酸ジアリールに転換される。第１のステップにおいて、炭酸ジアルキルとアリールアルコールとのエステル転移反応が起こり、炭酸アルキルアリールおよびアルキルアルコールが生じる。第２のステップにおいて、炭酸アルキルアリールの不均化が起こり、炭酸ジアリールおよび炭酸ジアルキルが生じる。さらに、炭酸ジアリールとアルキルアルコールとを生じる、炭酸アルキルアリールとアリールアルコールとのエステル転移反応もまた、起こり得る。

ＷＯ２００１４２１８７は、炭酸ジアルキルおよびフェノールから炭酸ジフェニルを調製する方法を開示している。前記方法において、連続した３つの反応蒸留塔が使用される：ＷＯ２００１４２１８７の図２の塔Ａ、Ｂ１およびＣを参照されたい。前記方法は、第３の反応蒸留塔Ｃからの上流が、第１の反応蒸留塔Ａに再利用されることを特徴とする。

国際公開第２００１／４２１８７号

本発明の目的は、炭酸ジアルキルおよびアリールアルコールから炭酸ジアリールを調製する方法であり、この炭酸ジアリールの作製に必要とされるエネルギーが削減された方法を提供することである。

驚くべきことに、このようなエネルギー効率の良い炭酸ジアリールの調製が、３つの反応蒸留塔を連続して使用する方法によって達成でき、この方法において、第３の反応蒸留塔からの上流が、第２の反応蒸留塔に再利用されることが見出された。

従って、本発明は、炭酸ジアルキルおよびアリールアルコールから炭酸ジアリールを調製する方法であって、
（ａ）炭酸ジアルキルおよびアリールアルコールを第１の反応蒸留塔に導入するステップ、
（ｂ）炭酸ジアルキルおよびアルキルアルコールを含む上流ならびに炭酸アルキルアリール、アリールアルコールおよび炭酸ジアルキルを含む底流を、第１の反応蒸留塔から回収するステップ、
ｏｋ（ｃ）第１の反応蒸留塔からの底流を、第２の反応蒸留塔に導入するステップ、
（ｄ）炭酸ジアルキルを含む上流ならびに炭酸アルキルアリール、炭酸ジアリールおよびアリールアルコールを含む底流を、第２の反応蒸留塔から回収するステップ、
（ｅ）第２の反応蒸留塔からの底流を第３の反応蒸留塔に導入するステップ、ならびに
（ｆ）アリールアルコールを含む上流および炭酸ジアリールを含む底流を、第３の反応蒸留塔から回収するステップ
を含み、
第３の反応蒸留塔からの上流を第２の反応蒸留塔に再利用する方法に関する。

以下の実施例に示すように、本発明は、炭酸ジアルキルおよびアリールアルコールから炭酸ジアリールを調製するためのエネルギー必要量が、有利にもあまり厳しくない。

本明細書において「反応蒸留塔」は、蒸留塔において化学反応をもたらす触媒を含有する蒸留塔として定義される。

好ましくは、第１の反応蒸留塔からの上流は、アルキルアルコールを含む上流および炭酸ジアルキルを含む底流が回収される第１の蒸留塔に導入され、第１の蒸留塔からの底流が第１の反応蒸留塔に再利用される。

さらに、好ましくは、第２の反応蒸留塔からの、炭酸ジアルキルを含む上流はアリールアルコールをさらに含み、炭酸ジアルキルを含む上流およびアリールアルコールを含む底流が回収される第２の蒸留塔に導入され、第２の蒸留塔からの上流が第１の蒸留塔に再利用される。

その上さらに好ましくは、第１の反応蒸留塔からの底流、第２の反応蒸留塔からの上流および第２の蒸留塔からのアリールアルコールを含む底流が、アルキルアリールエーテルをさらに含み、第２の蒸留塔からのアリールアルコールおよびアルキルアリールエーテルを含む底流が、アルキルアリールエーテルを含む上流およびアリールアルコールを含む底流が回収される第３の蒸留塔に導入され、第３の蒸留塔からの底流が、第１の反応蒸留塔に再利用される。

第３の反応蒸留塔からの底流は、所望の炭酸ジアリールを含む。前記流れをさらなる蒸留に供し、純粋な炭酸ジアリールを得ることができる。第３の反応蒸留塔からの炭酸ジアリールを含む流れが、触媒をさらに含む場合、前記流れは、炭酸ジアリールを含む上流ならびに触媒および炭酸ジアリールを含む底流が回収される第４の蒸留塔に導入される。第４の蒸留塔からの底流は、第１、第２または第３の反応蒸留塔に、部分的または完全に再利用できる。

本発明に使用される炭酸ジアルキルは、炭酸ジ（Ｃ_１−Ｃ_５）アルキルであってよく、アルキル基（直鎖、分枝型および／または環状）は、メチル、エチルおよびプロピルなどのように同一であっても、または異なっていてもよい。適切な炭酸ジアルキルは、炭酸ジメチルおよび炭酸ジエチルである。好ましくは、炭酸ジアルキルは炭酸ジエチルである。

本発明に使用されるアリールアルコールは、非置換フェノールまたはモノ−、ジ−もしくはトリ−置換フェノールから選択される。フェノール部分の置換基は、広範囲な有機基から選択できる。適切な置換基は、Ｃ_１−Ｃ_４のアルキル基、Ｃ_１−Ｃ_４のアルコキシ基およびハロゲン化物を含む。例としては、メチル、エチル、メトキシおよびエトキシの各基である。置換基は、環の任意の場所に存在してよい。従って、適切な置換フェノール化合物は、ｏ−、ｍ−またはｐ−クレゾール、ｏ−、ｍ−またはｐ−エチルフェノール、ｏ−、ｍ−またはｐ−クロロフェノール、ｏ−、ｍ−またはｐ−メトキシフェノール、２，３−、２，４−または３，４−ジメチルフェノールを含む。好ましくは、アリールアルコールは非置換フェノールである。

上記のように、第１、第２および第３の反応蒸留塔は、蒸留塔において化学反応をもたらす触媒を含有する。前記触媒は、均一であっても、または不均一であってもよい。

本方法の第１、第２および第３の反応蒸留塔において使用される触媒の選択は重要ではない。第１、第２および第３の反応蒸留塔において使用される触媒が同じである必要はない。炭酸ジアリール、おそらく炭酸アルキルアリールと、アリールアルコールとのエステル転移反応ならびに炭酸アルキルアリールの不均化のための多数の触媒が、先行技術において公知である。適切な触媒は、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の酸化物、水酸化物、アルコラート、アミドおよび水酸化物を含む。アルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩は、アルカリ金属のカルボン酸塩、炭酸塩および重炭酸塩を含む。該金属は、好ましくは、ナトリウム、カリウム、マグネシウムおよびカルシウムから選択され、ナトリウムおよびカリウムが特に好ましい。好ましい触媒は、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムなどのアルカリ金属の水酸化物およびナトリウムメタノラートまたはカリウムメタノラートまたはカリウムエタノラートなどのアルコラートである。

さらなる触媒は、ＡｌＸ_３、ＴｉＸ_３、ＴｉＸ_４、ＶＸ_５、ＺｎＸ_２、ＦｅＸ_３およびＳｎＸ_４などの、ルイス酸の金属化合物であり得る。前述の式の１つを有する特定の化合物に関して、Ｘは同一であっても、または異なっていてもよい。さらに、前記Ｘは、水素、アセトキシ、アルコキシ、アリールアルコキシおよびアリールオキシの各基からなる群から選択され得る。好ましくは、触媒は、式ＴｉＸ_４の均一触媒であり、Ｘは同一であっても、または異なっていてもよく、アルコキシ基、好ましくは１個から６個の炭素原子を含有するアルコキシ基、より好ましくはエトキシ基およびアリールオキシ基、好ましくはフェノキシ基から選択される。他の適切な例は、テトラメトキシチタン、ジメトキシチタン、ジエトキシチタン、テトラプロポキシチタンおよびテトラブトキシチタンである。アルコキシド基は、直鎖であっても、または分岐型であってもよいが、直鎖アルコキシド基が好ましい。

従って、具体的には、エステル転移反応触媒は、触媒を含有するチタンである。好ましくは、前記触媒を含有するチタンにおけるチタンは、ＩＶの酸化状態を有する。さらに、前記チタンは、１つまたは複数の、好ましくは４つの、エトキシド基などのアルコキシド基および／またはフェノキシド基などのアリールオキシド基と結合できる。

さらに、上述の触媒を含有するチタンは、２個または複数個のチタン原子を含有する二量体またはポリマーであってよく、チタン原子は、式−Ｏ（Ｃ＝Ｏ）Ｏ−の炭酸塩橋を介して、または式−Ｏ−の酸素橋を介して相互に結合され得る。その上さらに、前記触媒を含有するチタンは、１個または複数個のケイ素原子をさらに含有でき、チタンおよびケイ素原子は、式−Ｏ−の酸素橋を介して相互に結合される。

別の型の適切な触媒は、炭酸塩、カルボン酸塩、水酸化物およびホスフィンの各基を含む、鉛化合物を含む。例としては、酢酸鉛および炭酸鉛である。

上記の型の触媒の組み合わせもまた可能である。不均一触媒もまた適切である。適切な不均一触媒の例は、ケイ素およびチタンの混合型酸化物および二酸化チタンを含む。好ましい不均一触媒は、チタンがケイ素に固定化された不均一触媒である。

さらにその上、不均一触媒および均一触媒の組み合わせも、第１、第２および第３の蒸留塔の任意の１つに使用できる。

触媒は、１種または複数種の反応物質と一緒に第１の蒸留塔に導入できる。このような方法においてアリールアルコール（好ましくはフェノール）が下方に動き、炭酸ジアルキル（好ましくは炭酸ジメチルまたは炭酸ジエチル）が上方に動く対向流が生じ、その結果反応効率が上がるので、好ましくは、アリールアルコールは、炭酸ジアルキルの導入位置より高い位置で第１の反応蒸留塔に導入される。このような場合、触媒は、アリールアルコールと一緒に第１の反応蒸留塔に導入されることが好ましい。代わりに、またはこれに加えて、第１の反応蒸留塔は、塔の内部、例えば、アリールアルコールの導入位置および炭酸ジアルキルの導入位置の間に留まる不均一触媒を備え得る。

さらに、第１の反応蒸留塔からの底流が触媒、例えば均一触媒を含む場合、追加の触媒が、第２および／または第３の反応蒸留塔に導入される必要はない。

本発明において、少量の触媒を使用することができる。一般に、触媒、例えば均一触媒の濃度は、触媒を含有する混合物の合計重量に基づき０．００１から２ｗｔ％の間で変動してよい。好ましい濃度は０．００５から１ｗｔ％を含み、より好ましい濃度は０．０１から０．５ｗｔ％である。

３つの反応蒸留塔中の圧力は広範囲で変動してよい。第１の反応蒸留塔の上部の圧力は２から７ｂａｒ、好ましくは２．５から５ｂａｒであってよい。第２の反応蒸留塔の上部の圧力は０．１から３ｂａｒ、好ましくは０．３から１．５ｂａｒであってよい。第３の反応蒸留塔の上部の圧力は１０から４００ｍｂａｒ、好ましくは２０から２００ｍｂａｒであってよい。好ましくは、第１の反応蒸留塔の上部の圧力は、第２の反応蒸留塔の上部の圧力より高く、第２の反応蒸留塔の上部の圧力は第３の反応蒸留塔の上部の圧力より高い。

３つの反応蒸留塔中の温度は広範囲で変動してよい。第１、第２および第３の反応蒸留塔の底部の温度は、５０から３５０℃、好ましくは１２０から２８０℃、より好ましくは１５０から２５０℃、最も好ましくは１６０から２４０℃であってよい。

本発明の方法で生産される炭酸ジアリールは、ジヒドロキシ芳香族化合物、好ましくは４，４’−（プロパン−２−イリデン）ジフェノールであるビスフェノールＡと重合することによる、ポリカーボネートの調製に適切に使用される。従って、本発明は、ジヒドロキシ芳香族化合物と、上記の方法に従って調製された炭酸ジアリールとを反応させるステップを含む、ポリカーボネートの作製方法にも関する。さらに本発明は、上記の方法に従って炭酸ジアリールを調製するステップ、およびジヒドロキシ芳香族化合物と、このようにして得られた炭酸ジアリールとを反応させるステップを含む、ポリカーボネートの作製方法にも関する。

例えば上述のＷＯ２００１４２１８７に記載の先行技術の方法を例示する配置を示す図であり、この配置は３つの反応蒸留塔３、９および１８においてＤＥＣおよびフェノールからＤＰＣを生産するために使用でき、第３の反応蒸留塔１８からの上流が第１の反応蒸留塔３に再利用される。本発明を例示する配置を示す図であり、この配置は３つの反応蒸留塔３、９および１８において炭酸ジエチル（ＤＥＣ）およびフェノールから炭酸ジフェニル（ＤＰＣ）を生産するために使用でき、第３の反応蒸留塔１８からの上流が第２の反応蒸留塔９に再利用される。

図２に示す配置は本発明を例示し、３つの反応蒸留塔３、９および１８において炭酸ジエチル（ＤＥＣ）およびフェノールから炭酸ジフェニル（ＤＰＣ）を生産するために使用でき、以下にさらに記載するように、第３の反応蒸留塔１８からの上流が第２の反応蒸留塔９に再利用される。

図１に示す配置は、例えば上述のＷＯ２００１４２１８７に記載の先行技術の方法を例示し、３つの反応蒸留塔３、９および１８においてＤＥＣおよびフェノールからＤＰＣを生産するために使用でき、以下にさらに記載するように、第３の反応蒸留塔１８からの上流が第１の反応蒸留塔３に再利用される。

図１および２の配置において、炭酸ジエチルは、ライン１を介して第１の反応蒸留塔３へと連続して通過する。ライン２を介して、フェノールもまた、第１の反応蒸留塔３に連続して送り込まれる。

ＤＥＣ、エタノールおよびフェノールを含む混合物は、第１の反応蒸留塔３からライン４を介して取り出される。前記混合物は蒸留塔５を通過し、蒸留塔５において、前記混合物がライン６を介して取り出される、エタノールおよびＤＥＣを含む上部分画ならびにライン７を介して第１の反応蒸留塔３に再利用される、ＤＥＣおよびフェノールを含む底部分画に分離される。

フェノール、ＤＥＣ、炭酸エチルフェニル（ＥＰＣ）、エチルフェニルエーテル（ＥＰＥ）およびＤＰＣを含む混合物は、ライン８を介して第１の反応蒸留塔３から取り出される。その後、前記混合物は第２の反応蒸留塔９を通過し、第２の反応蒸留塔９において、前記混合物が上部分画および底部分画に分離される。上部分画は、ＤＥＣ、フェノール、ＥＰＣ、ＥＰＥおよびエタノールを含み、ライン１１を介して蒸留塔１２に送られる。底部分画はＤＰＣ、ＥＰＣ、フェノール、ＤＥＣおよびＥＰＥを含み、ライン１０を介して第３の反応蒸留塔１８に送られる。

蒸留塔１２において、ＤＥＣおよびエタノールを含む上部分画ならびにフェノール、ＥＰＥおよびＥＰＣを含む底部分画への分離が起こる。上部分画はライン１３を介して蒸留塔５に送られる。底部分画はライン１４を介して蒸留塔１５へ送られ、フェノールおよびＥＰＥを含み、ライン１６を介して取り出される上部分画ならびにフェノール、ＥＰＥおよびＥＰＣを含み、ライン１７および２を介して、第１の反応蒸留塔３に連続して再利用される底部分画に分離される。

第３の反応蒸留塔１８において、フェノール、ＤＥＣおよびＥＰＣを含み、ライン２０を介して取り出される上部分画ならびにＤＰＣを含み、ライン１９を介して取り出される底部分画への分離が起こる。

図１の配置（先行技術）において、ライン２０中の第３の反応蒸留塔１８からの上流はライン２を介して第１の反応蒸留塔３に再利用され、一方、図２の配置（本発明）において前記流れは、ライン８を介して第２の反応蒸留塔９に再利用される。

本発明を、以下の実施例によってさらに例示する。

実施例および比較実施例
本発明を例示する実施例において、図２に示す配置は、炭酸ジエチル（ＤＥＣ）およびフェノールから炭酸ジフェニル（ＤＰＣ）を生産するために使用される。例えばＷＯ２００１４２１８７に記載されるような、先行技術の方法を例示する比較実施例において、図１に示す配置もまた、ＤＥＣおよびフェノールからＤＰＣを生産するために使用される。

実施例および比較実施例において、ＤＥＣはライン１を介して第１の反応蒸留塔３へと、連続して通過する。ライン２を介して、フェノールもまた、第１の反応蒸留塔３へ連続して送り込まれる。

上部分画はライン４を介して第１の反応蒸留塔３から取り出される。前記上部分画は蒸留塔５を通過し、蒸留塔５において、前記上部分画がライン６を介して取り出される上部分画およびライン７を介して第１の反応蒸留塔３に再利用される底部分画に分離される。

底部分画は、ライン８を介して第１の反応蒸留塔３から取り出される。前記底部分画はその後、第２の反応蒸留塔９を通過し、第２の反応蒸留塔９において、前記底部分画が上部分画および底部分画に分離される。上部分画はライン１１を介して蒸留塔１２に送られる。底部分画は、ライン１０を介して第３の反応蒸留塔１８に送られる。

蒸留塔１２において、上部分画および底部分画への分離が起こる。上部分画はライン１３を介して蒸留塔５に送られる。底部分画はライン１４を介して蒸留塔１５へ送られ、ライン１６を介して取り出される上部分画ならびにライン１７および２を介して、第１の反応蒸留塔３に連続して再利用される底部分画に分離される。

第３の反応蒸留塔１８において、ライン２０を介して取り出される上部分画およびライン１９を介して取り出される底部分画への分離が起こる。

比較実施例において、ライン２０中の第３の反応蒸留塔１８からの上流は、ライン２を介して第１の反応蒸留塔３に再利用され、一方、実施例において、前記流れは、ライン８を介して第２の反応蒸留塔９に再利用される。

以下の表１において、実施例および比較実施例に使用された塔３、５、９、１２、１５および１８に関する幾つかの特徴を述べる。

以下の表２および３において、図１および図２において示された、ライン１、２、４、６、７、８、１０、１１、１３、１４、１６、１７、１９および２０に存在する、比較実施例（表２）および実施例（表３）からの流れに関して、以下のパラメーターをそれぞれ提供する：流れの成分、合計質量流量および流れの成分当たりの質量流量。すべての流れは液体である。流れは、最も近いｋｇ／ｈで示す。

表２および３に示すように、実施例および比較実施例の両方において（ライン１９を参照されたい。）、ＤＰＣの生産速度は６０ｋｇ／ｈである。上記のように、実施例および比較実施例において使用される配置の間の唯一の差は、比較実施例において、ライン２０中の流れは第１の反応蒸留塔３に再利用され、一方、実施例において、前記同じ流れが第２の反応蒸留塔９に再利用されることである。比較実施例における合計の加熱負荷は１９３ｋＷであり、一方実施例における合計加熱負荷は、有利にはわずか１７８ｋＷであると考えられる。

Claims

炭酸ジアルキルおよびアリールアルコールから炭酸ジアリールを調製する方法であって、
（ａ）炭酸ジアルキルおよびアリールアルコールを第１の反応蒸留塔に導入するステップ、
（ｂ）炭酸ジアルキルおよびアルキルアルコールを含む上流ならびに炭酸アルキルアリール、アリールアルコールおよび炭酸ジアルキルを含む底流を、第１の反応蒸留塔から回収するステップ、
（ｃ）第１の反応蒸留塔からの底流を、第２の反応蒸留塔に導入するステップ、
（ｄ）炭酸ジアルキルを含む上流ならびに炭酸アルキルアリール、炭酸ジアリールおよびアリールアルコールを含む底流を、第２の反応蒸留塔から回収するステップ、
（ｅ）第２の反応蒸留塔からの底流を第３の反応蒸留塔に導入するステップ、ならびに
（ｆ）アリールアルコールを含む上流および炭酸ジアリールを含む底流を、第３の反応蒸留塔から回収するステップ
を含み、
第３の反応蒸留塔からの上流を、第２の反応蒸留塔に再利用し、
第１、第２および第３反応蒸留塔は触媒を含み、第３反応蒸留塔からの炭酸ジアリールを含む底流は触媒をさらに含み、当該底流を第４の蒸留塔に導入し、炭酸ジアリールを含む上流ならびに触媒および炭酸ジアリールを含む底流を、第４の蒸留塔から回収する、方法。
第１の反応蒸留塔の上部の圧力が、第２の反応蒸留塔の上部の圧力より高く、第２の反応蒸留塔の上部の圧力が、第３の反応蒸留塔の上部の圧力より高い、請求項１に記載の方法。
第１の反応蒸留塔の上部の圧力が、２から７ｂａｒ、第２の反応蒸留塔の上部の圧力が、０．１から３ｂａｒおよび第３の反応蒸留塔の上部の圧力が、１０から４００ｍｂａｒである、請求項１から２のいずれか一項に記載の方法。
第１の反応蒸留塔からの上流が、アルキルアルコールを含む上流および炭酸ジアルキルを含む底流が回収される第１の蒸留塔に導入され、第１の蒸留塔からの底流が、第１の反応蒸留塔に再利用される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
第２の反応蒸留塔からの、炭酸ジアルキルを含む上流が、アリールアルコールをさらに含み、炭酸ジアルキルを含む上流およびアリールアルコールを含む底流が回収される第２の蒸留塔に導入され、第２の蒸留塔からの上流が第１の蒸留塔に再利用される、請求項４に記載の方法。
第１の反応蒸留塔からの底流、第２の反応蒸留塔からの上流および第２の蒸留塔からの、アリールアルコールを含む底流が、アルキルアリールエーテルをさらに含み、第２の蒸留塔からのアリールアルコールおよびアルキルアリールエーテルを含む底流が、アルキルアリールエーテルを含む上流およびアリールアルコールを含む底流が回収される第３の蒸留塔に導入され、第３の蒸留塔からの底流が、第１の反応蒸留塔に再利用される、請求項５に記載の方法。
炭酸ジアルキルが、炭酸ジメチルまたは炭酸ジエチルなどの炭酸ジ（Ｃ_１−Ｃ_５）アルキルである、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
アリールアルコールが、フェノールである、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
ジヒドロキシ芳香族化合物と、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法に従って調製された炭酸ジアリールとを反応させるステップを含む、ポリカーボネートの作製方法。
請求項１から８のいずれか一項に記載の方法に従って炭酸ジアリールを調製するステップ、およびジヒドロキシ芳香族化合物と、このようにして得られた炭酸ジアリールとを反応させるステップを含む、ポリカーボネートの作製方法。
ジヒドロキシ芳香族化合物が、ビスフェノールＡである、請求項９または１０に記載の方法。