JP7033686B1 - ペンタシクロペンタデカンジメタノール製品 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、光学製品材料として、ペンタシクロペンタデカンジメタノールを用いたポリカーボネート樹脂等が知られている(特許文献1)。
光学製品材料には高透明性が求められ、透明性の高いペンタシクロペンタデカンジメタノールを得る方法として、ペンタシクロペンタデカンジカルバルデヒドを活性炭共存下で金属触媒を用いて水素化還元をする方法が提案されている(特許文献2)。
また、ペンタシクロペンタデカンジメタノールの製造方法を改良することにより該副生物の含有量を低減し、無色透明であり、さらに加熱による着色が生じにくい高純度のペンタシクロペンタデカンジメタノール製品が得られることを見出した。
[1] 下記条件の液体クロマトグラフィー分析において、ペンタシクロペンタデカンジメタノールのピークの相対保持時間を1.0としたとき、相対保持時間が0.70~0.95の範囲に現れるピーク群の合計の面積の全ピーク面積に対する面積率が、20.0%以下であるペンタシクロペンタデカンジメタノール製品。
(液体クロマトグラフィー分析の条件)
分析カラム:基材がスチレンジビニルベンゼンであるカラム(平均粒子径3μm、平均細孔径1.5nm、長さ15cm×内径6.0mm)2本、基材がスチレンジビニルベンゼンであるカラム(平均粒子径3μm、平均細孔径2.0nm、長さ15cm×内径6.0mm)1本を結合して使用
試料濃度:5質量%(希釈溶媒テトラヒドロフラン)
カラムオーブン温度:40℃
キャリア:テトラヒドロフラン
カラムの液流量:0.35ml/分
検出器:RID(セル部温度:40℃)
[2] ペンタシクロペンタデカンジメタノールのピークの相対保持時間を1.0としたとき、相対保持時間が0.89~0.95の範囲に現れるピーク群の合計の面積の全ピーク面積に対する面積率が、10.0%以下である[1]に記載のペンタシクロペンタデカンジメタノール製品。
前記ペンタシクロペンタデカンジカルバルデヒドを還元反応に付し、一般式(V)及び一般式(VI)で表されるペンタシクロペンタデカンジメタノールから選ばれる少なくとも1種のペンタシクロペンタデカンジメタノールを得る還元工程とを含む、ペンタシクロペンタデカンジメタノール製品の製造方法。
[5] 前記第2工程の反応時間が、前記第1工程の反応時間より長い、[3]又は[4]に記載のペンタシクロペンタデカンジメタノール製品の製造方法。
[7] 前記還元反応が、水素添加反応である、[3]~[6]のいずれか1項に記載のペンタシクロペンタデカンジメタノール製品の製造方法。
前記ペンタシクロペンタデカンジメタノール製品は、ペンタシクロペンタデカンジメタノールを含むが、後記する液体クロマトグラフィー分析の条件において、相対保持時間が0.70~0.95の範囲に現れるピーク群の合計の面積の全ピーク面積に対する面積率が、20.0%以下であることを要する。この面積率は検出器としてRIDを用いたものであるため、この面積率は、そのピークに該当する化合物のモル比や質量比とは必ずしも一致するものではない。
ここで「全ピーク面積」とは、相対保持時間0.50~1.35の溶媒を除いた各ピークの合計の面積(図1の3に該当する時間のピーク面積の合計)を意味する。相対保持時間が0.70~0.95の範囲に現れるピーク群の合計の面積は、相対保持時間が0.70~0.95の範囲に現れる各ピークの合計(対象ピーク面積)を意味する。
相対保持時間が0.70~0.95の範囲に現れるピーク群合計の面積(図1の1に該当する時間のピーク面積の合計)の、全ピーク面積に対する面積率は加熱による着色を低減する観点から上限値としては、10.0%以下が好ましく、5.0%以下がより好ましく、3.0%以下が更に好ましく、2.0%以下がより更に好ましく、1.0%以下がより優れて好ましく、0.8%以下がより更に優れて好ましく、0.5%以下が一層好ましい。
一般式(I)~(VI)は、それぞれいかなる立体構造を有していてもよく、単一の立体構造を有するものであってもよく、またそれらの混合物であってもよい。
以下、ペンタシクロペンタデカンジメタノール製品の製造方法について説明する。ただし、これらの製造方法に限定されるものではない。本製造方法ではトリシクロペンタジエンをロジウム系触媒存在下でヒドロホルミル化反応に付すことにより(ヒドロホルミル化工程)、ペンタシクロペンタデカンジカルバルデヒドを得た後、これを還元反応に付すことにより(還元工程)、ペンタシクロペンタデカンジメタノール製品を得ることが好ましい。
本工程におけるヒドロホルミル化反応は、前記一般式(I)及び前記一般式(II)で表されるトリシクロペンタジエンから選ばれる少なくとも1種を、水素ガス、一酸化炭素ガス及びロジウム系触媒とともにT1℃で反応させる第1工程と、更にT2℃で反応させる第2工程とを含むことが好ましい。前記第2工程での反応により、第1工程の反応を更に進行させることで、一般式(III)及び一般式(IV)で表されるペンタシクロペンタデカンジカルバルデヒドから選ばれる少なくとも1種を製造することができ、更に後記する還元工程により、加熱による着色が生じにくい、前記一般式(V)及び(VI)で表されるペンタシクロペンタデカンジメタノールを製造することができるため好ましい。
前記ロジウム化合物及び前記有機リン化合物を組み合わせて用いる場合、前記ロジウム化合物は、前記有機リン化合物と錯体を形成し、ヒドロホルミル化の触媒活性を示すものであれば特に限定されない。具体例としては、Rh4(CO)12、Rh6(CO)16、Rh2(OAc)4(式中、Acはアセチル基を表す。) 、Rh(acac)3 (式中、acacはアセチルアセトナート基を表す。以下同様である。)、Rh(acac)(CO)2、Rh(acac)(cod)(式中、codは1,5-シクロオクタジエニル基を表す。)、RhCl3、RhCl(PPh3)3、(式中、Phはフェニル基を表す。以下同様である。)、RhH(CO)(PPh3)3等が挙げられる。
第2工程の反応時間は第1工程の反応時間の2倍以上とすることが好ましく、3倍以上とすることがより好ましい。
本実施形態において、前記ペンタシクロペンタデカンジメタノールは前記ペンタシクロペンタデカンジカルバルデヒドを還元反応に付すことにより製造することが好ましい。還元反応は、水素化ホウ素ナトリウム等のヒドリドを発生する還元試薬とペンタシクロペンタデカンジカルバルデヒドとを反応させる(ヒドリド還元反応)ことによって行ってもよいが、工業的には、金属触媒存在下、水素ガスとペンタシクロペンタデカンジカルバルデヒドとを反応させる(水素添加反応)ことが有利である。
水素添加反応の温度は、使用する触媒の種類や使用量等により反応速度、収率等を考慮して適宜設定できるが、80~250℃が好ましく、90~200℃がより好ましく、100~170℃がさらに好ましい。80℃以上の温度では反応効率が上がるため好ましい。また、250℃以下の温度では副生物が低減するため好ましい。
水素添加反応では、反応器として槽型反応器、管型反応器、ループリアクター等、多様な反応器を使用することができ、それらは単独であっても複数を連結して使用しても良く、反応方式としては回分式;反応条件下の反応器に基質、触媒、溶媒等を供給する半回分式;反応条件下で反応器に基質、触媒、溶媒等を流通させる連続流通式;等、多様な反応方式を採用することができる。
[液体クロマトグラフィー分析値(%)]
<測定条件>
装置:島津製作所社製 高速液体クロマトグラフLC-2030C 3D
装置:島津製作所社製 示差屈折率検出器RID-20A
分析カラム:東ソー社製 TSKgel SuperHZ1000(平均粒子径3μm、平均細孔径1.5nm、長さ15cm×内径6.0mm)2本、TSKgel SuperHZ2000(平均粒子径3μm、平均細孔径2.0nm、長さ15cm×内径6.0mm)1本を結合して使用。
カラムオーブン温度:40℃
キャリア:テトラヒドロフラン
カラムの液流量:0.35ml/分
試料濃度:5質量%(希釈溶媒テトラヒドロフラン)
検出器:RID(セル部温度:40℃)
相対保持時間は、ペンタシクロペンタデカンジメタノールに相当するピークのうち最もピーク面積が大きいピークの保持時間を1.0(ペンタシクロペンタデカンジメタノールのピークの相対保持時間)とし、各ピークの保持時間を規格化して求めた。
ペンタシクロペンタデカンジメタノール(保持時間:21.6分)の全ピーク面積に対する濃度をペンタシクロペンタデカンジメタノール(表1中のPCDMの項目)として記載した。
本測定において、検出することができる前記面積率の最小値は0.1ppmであった。
下記測定条件により、ガスクロマトグラフィーによるペンタシクロペンタデカンジメタノール(PCDM)の純度(%)を決定した。
<測定条件>
装置:島津製作所社製 ガスクロマトグラフGC-2025
分析カラム:アジレント・テクノロジー社製DB-1(カラム長30m、内径0.25mm、膜厚0.25μm)
インジェクション温度:320℃
キャリアガス:窒素ガス
パージ流量:15ml/分
カラム流量:1.0ml/分
スプリット比:50
オーブン温度:50~320℃、50℃5分間保持、昇温速度10℃/分、320℃で18分保持
試料濃度:10質量%(希釈溶媒アセトン)
検出器:FID、330℃
装置:日本電色工業社製 SE 7700
APHAの測定には光路長50mmの角型セルを使用し、サンプルを10質量%メタノール溶液に調整して測定した(加熱着色試験前)。本願において無色透明とはバーゼン色数が20以下であることを意味する。
なお、測定の仕様上、500以上の値は信頼性が低くなるため、500以上の測定値については、500以上とした。
対象となるペンタシクロペンタデカンジメタノール製品を試験管に入れ、窒素雰囲気下において260℃で3時間保持した。ハーゼン色数(APHA)分析に記載の条件で、保持後のペンタシクロペンタデカンジメタノール製品のAPHAを測定した(加熱着色試験後)。
容積1000mlのオートクレーブにトリシクロペンタジエン200g(1.01mol)、2-プロパノール(富士フイルム和光純薬社製)200g、トリス(2,4-ジ-tert-ブチルフェニル)ホスファイト(シグマアルドリッチ社製)0.65g(1.01mmol)、及びRh(acac)(CO)2(エヌ・イーケムキャット社製)0.026g(0.101mmol)を室温で入れ、系内を窒素置換した。系内を50℃に昇温し、この温度を保持しながら10分間撹拌した。その後系内を合成ガス(CO/H2のモル比=0.9)で置換してから7.0MPaに昇圧した後、系内の温度を70℃、内圧を8.0MPaに調節した。この温度と圧力を保持して1時間撹拌した(第1工程)。
その後に昇温を行い、系内の温度を120℃、内圧を8.0MPaに調節した。この温度と圧力を保持して4時間撹拌(第2工程)した後に、内圧を大気圧に戻して反応を停止し、ペンタシクロペンタデカンジカルバルデヒドを含む反応液を得た。
相対保持時間が0.70~0.95の範囲に現れるピーク群の面積率は4.1%であり、相対保持時間が0.89~0.95の範囲に現れるピークの面積率は3.6%であった。
容積500mlのオートクレーブにメチルシクロヘキサン(富士フイルム和光純薬社製)50g、トリス(2,4-ジ-tert-ブチルフェニル)ホスファイト(シグマアルドリッチ社製)0.25g(0.38mmol)、及びRh(acac)(CO)2(エヌ・イーケムキャット社製)0.0098g(0.0038mmol)を室温で入れ、系内を窒素置換した。系内を50℃に昇温し、この温度を保持しながら10分間撹拌した。その後系内を合成ガス(CO/H2のモル比=0.9)で置換してから16.0MPaに昇圧した後、系内の温度を70℃、内圧を20.0MPaに調節した。その後、1時間かけてトリシクロペンタジエン40g(0.20mol)とメチルシクロヘキサン40gの混合液を系内にフィードした。その後、系内の温度を70℃、内圧を20.0MPaで保持して0.5時間撹拌した(第1工程)。
前記の条件にて液体クロマトグラフィー分析を行った結果、相対保持時間が0.70~0.95の範囲に現れるピーク群の面積率は0.5%であり、相対保持時間が0.89~0.95の範囲に現れるピークの面積率は0.4%であった。
特許文献2に記載の参考例1と同文献の実施例1に従い、ペンタシクロペンタデカンジメタノールを含む組成物を得た。前記の条件にて液体クロマトグラフィー分析を行った結果、相対保持時間が0.70~0.95の範囲に現れるピーク群の面積率は28.9%であり、相対保持時間が0.89~0.95の範囲に現れるピークの面積率は19.2%であった。
実施例1~2及び比較例1で得られたペンタシクロペンタデカンジメタノール製品を用い、前記の条件で加熱着色試験を行い、ハーゼン色数(APHA)分析に記載の方法で加熱着色試験前後の着色を評価した。結果を表1に示す。
表1に示すように実施例1~2のペンタシクロペンタデカンジメタノール製品は比較1のペンタシクロペンタデカンジメタノール製品に比べて、より加熱着色試験後の着色が生じにくい製品であることがわかる。
Claims (6)
- 下記条件の液体クロマトグラフィー分析において、ペンタシクロペンタデカンジメタノールのピークの相対保持時間を1.0としたとき、相対保持時間が0.70~0.95の範囲に現れるピーク群の合計の面積の全ピーク面積に対する面積率が、1.0%以下であるペンタシクロペンタデカンジメタノール製品。
(液体クロマトグラフィー分析の条件)
分析カラム:基材がスチレンジビニルベンゼンであるカラム(平均粒子径3μm、平均細孔径1.5nm、長さ15cm×内径6.0mm)2本、基材がスチレンジビニルベンゼンであるカラム(平均粒子径3μm、平均細孔径2.0nm、長さ15cm×内径6.0mm)1本を結合して使用
試料濃度:5質量%(希釈溶媒テトラヒドロフラン)
カラムオーブン温度:40℃
キャリア:テトラヒドロフラン
カラムの液流量:0.35ml/分
検出器:RID(セル部温度:40℃) - ペンタシクロペンタデカンジメタノールのピークの相対保持時間を1.0としたとき、相対保持時間が0.89~0.95の範囲に現れるピーク群の合計の面積の全ピーク面積に対する面積率が、1.0%以下である請求項1に記載のペンタシクロペンタデカンジメタノール製品。
- 一般式(I)及び一般式(II)で表されるトリシクロペンタジエンから選ばれる少なくとも1種のトリシクロペンタジエンを、水素ガス、一酸化炭素ガス及びロジウム系触媒とともにT1℃で反応させる第1工程と、更にT1℃からT2℃に昇温し、T2℃で反応させる第2工程とを含むヒドロホルミル化反応に付し、一般式(III)及び一般式(IV)で表されるペンタシクロペンタデカンジカルバルデヒドから選ばれる少なくとも1種であるペンタシクロペンタデカンジカルバルデヒドを得るヒドロホルミル化工程と、
前記ペンタシクロペンタデカンジカルバルデヒドを還元反応に付し、一般式(V)及び一般式(VI)で表されるペンタシクロペンタデカンジメタノールから選ばれる少なくとも1種のペンタシクロペンタデカンジメタノールを得る還元工程とを含み、
前記T 1 ℃が、50℃以上であり、前記T 1 及び前記T 2 が、T 2 >T 1 +20の関係を満たす、ペンタシクロペンタデカンジメタノール製品の製造方法。
- 前記第2工程の反応時間が、前記第1工程の反応時間より長い、請求項3に記載のペンタシクロペンタデカンジメタノール製品の製造方法。
- 前記ロジウム系触媒として、ロジウム化合物及び有機リン化合物を用いる、請求項3又は4に記載のペンタシクロペンタデカンジメタノール製品の製造方法。
- 前記還元反応が、水素添加反応である、請求項3~5のいずれか1項に記載のペンタシクロペンタデカンジメタノール製品の製造方法。
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