JP7312463B2 - Meta-phenolsulfonic acid resin and its use as a catalyst - Google Patents

Meta-phenolsulfonic acid resin and its use as a catalyst Download PDF

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Description

本発明は、メタ-フェノールスルホン酸系樹脂、同樹脂の製造方法、同樹脂を含む触媒組成物、及び同触媒組成物を用いたカルボン酸エステルの製造方法に関する。 The present invention relates to a meta-phenolsulfonic acid-based resin, a method for producing the resin, a catalyst composition containing the resin, and a method for producing a carboxylic acid ester using the catalyst composition.

従来、フェノール樹脂は、加工品のフィラー、バインダーとして、利用されている。本発明者等は、スルホン酸基を有するフェノール樹脂が、アルコールとカルボン酸とのエステル化反応において、高い触媒活性を有することを見出した(非特許文献1~3)。この触媒を用いることにより、アルコールとカルボン酸とから高効率でエステルを生成することができる。 Conventionally, phenolic resins have been used as fillers and binders for processed products. The present inventors have found that a phenol resin having a sulfonic acid group has high catalytic activity in the esterification reaction between alcohol and carboxylic acid (Non-Patent Documents 1 to 3). By using this catalyst, an ester can be produced from an alcohol and a carboxylic acid with high efficiency.

M. Minakawa, H. Baek, Y. M. A. Yamada, J. Han and Y. Uozumi Direct Dehydrative Esterification of Alcohols and Carboxylic Acids with a Macroporous Polymeric Acid Catalyst Org. Lett. 15, 5798-5801 (2013)M. Minakawa, H. Baek, Y. M. A. Yamada, J. Han and Y. Uozumi Direct Dehydrative Esterification of Alcohols and Carboxylic Acids with a Macroporous Polymeric Acid Catalyst Org. Lett. 15, 5798-5801 (2013) Y. -H. Kim, J. Han, B. Y. Jung, H. Baek, Y. M. A. Yamada, Y. Uozumi, and Y. -S. Lee Production of Valuable Esters from Oleic Acid with a Porous Polymeric Acid Catalyst without Water Removal Synlett 27, 29-32 (2016).Y. -H. Kim, J. Han, B. Y. Jung, H. Baek, Y. M. A. Yamada, Y. Uozumi, and Y. -S. Lee Production of Valuable Esters from Oleic Acid with a Porous Polymeric Acid Catalyst without Water Removal Synlett 27, 29-32 (2016). H. Baek, M. Minakawa, Y. M. A. Yamada, J. Han and Y. Uozumi In-Water and Neat Batch and Continuous-Flow Direct Esterification and Transesterification by a Porous Polymeric Acid CatalystSci. Rep. 6, 25925 (2016)H. Baek, M. Minakawa, Y. M. A. Yamada, J. Han and Y. Uozumi In-Water and Neat Batch and Continuous-Flow Direct Esterification and Transesterification by a Porous Polymeric Acid CatalystSci. Rep. 6, 25925 (2016)

ところで、工業的に利用される触媒に対しては、高い触媒活性を有するとともに、当該活性が長く持続し、繰り返し使用しても活性が顕著に低下しないことが要求される(以下、繰り返し利用可能である触媒の性質を「再利用性」という。)。本発明は、触媒活性及び再利用性のいずれも良好な新規な触媒組成物を提供することを課題とする。また、本発明は、前記触媒組成物に利用可能な新規なフェノールスルホン酸系樹脂、並びに前記触媒組成物を触媒として利用した新規な方法、及び反応装置を提供することを課題とする。 By the way, catalysts for industrial use are required to have high catalytic activity, to maintain the activity for a long time, and not to significantly decrease the activity even after repeated use (hereinafter, the property of a catalyst that can be used repeatedly is referred to as "reusability"). An object of the present invention is to provide a novel catalyst composition having good catalytic activity and good reusability. Another object of the present invention is to provide a novel phenolsulfonic acid-based resin that can be used in the catalyst composition, and a novel method and reactor using the catalyst composition as a catalyst.

従前、非特許文献1~3に記載の前記触媒の活性の低下については、スルホン酸基の脱離が一因であると考えられていたものの、スルホン酸基脱離の具体的機構については明らかになっていなかった。本発明者らは、種々検討した結果、下記式に示す機構によって、触媒としての使用の過程でスルホン酸基が脱離するとの知見を得た。 Previously, the decrease in the activity of the catalyst described in Non-Patent Documents 1 to 3 was thought to be due to elimination of the sulfonic acid group, but the specific mechanism of elimination of the sulfonic acid group was not clarified. As a result of various investigations, the present inventors have found that the sulfonic acid group is eliminated during the course of use as a catalyst by the mechanism shown by the following formula.

Figure 0007312463000001
Figure 0007312463000001

この知見に基づき、さらに検討した結果、フェノールスルホン酸系樹脂中に、フェノールの-OH基に対してメタ位にスルホン酸基が存在する構造単位を組み込むことにより、良好な触媒活性を維持しつつ、上記の作用機構によるスルホン酸基の脱離を軽減できることを見出し、本件発明を完成した。 As a result of further investigation based on this finding, the inventors found that by incorporating a structural unit in which a sulfonic acid group exists in the meta-position with respect to the —OH group of phenol into a phenolsulfonic acid-based resin, it is possible to reduce the detachment of the sulfonic acid group due to the above mechanism while maintaining good catalytic activity, and completed the present invention.

すなわち、本発明の要旨は以下のとおりである。
[1] 一般式(I)で表される構造単位を含むメタ-フェノールスルホン酸系樹脂。
That is, the gist of the present invention is as follows.
[1] A meta-phenolsulfonic acid-based resin containing a structural unit represented by general formula (I).

Figure 0007312463000002
Figure 0007312463000002

(式中、Rは電子吸引基であり、m1は0~2の整数である。)
[2] さらに、式(II)で表される構造単位を含む[1]に記載のメタ-フェノールスルホン酸系樹脂。
(Wherein, R 1 is an electron-withdrawing group and m1 is an integer of 0 to 2.)
[2] The meta-phenolsulfonic acid-based resin according to [1], further comprising a structural unit represented by formula (II).

Figure 0007312463000003
Figure 0007312463000003

(式中、Rは電子吸引基であり、m2は0~2の整数である。)
[3] さらに、式(III)で表される構造単位を含む[1]又は[2]に記載のメタ-フェノールスルホン酸系樹脂。
(Wherein, R 2 is an electron-withdrawing group and m2 is an integer of 0 to 2.)
[3] The meta-phenolsulfonic acid-based resin according to [1] or [2], further comprising a structural unit represented by formula (III).

Figure 0007312463000004
Figure 0007312463000004

(式中、Rは重合反応に不活性な置換基であり、m3は0~3の整数である。)
[4] 前記電子吸引基は、ハロゲン、炭素数1~4のハロゲン化アルキル、炭素数1~30のエステル、炭素数1~30のアシル、シアノ、アミド、及びニトロからなる群から選ばれる、[1]~[3]のいずれかに記載のメタ-フェノールスルホン酸系樹脂。
[5] [1]~[4]のいずれかに記載のメタ-フェノールスルホン酸系樹脂を含む触媒組成物。
(In the formula, R 3 is a substituent inert to the polymerization reaction, and m3 is an integer of 0 to 3.)
[4] The meta-phenolsulfonic acid-based resin according to any one of [1] to [3], wherein the electron withdrawing group is selected from the group consisting of halogen, halogenated alkyl having 1 to 4 carbon atoms, ester having 1 to 30 carbon atoms, acyl having 1 to 30 carbon atoms, cyano, amide and nitro.
[5] A catalyst composition containing the meta-phenolsulfonic acid resin according to any one of [1] to [4].

[6] エステル化反応又はエステル交換反応に用いられる、[5]に記載の触媒組成物。
[7] カルボン酸とアルコールを、[6]に記載の触媒組成物の存在下で反応させ、エステル化反応させる工程、
を含む、カルボン酸エステルの製造方法。
[8] カルボン酸エステルとアルコールを、[6]に記載の触媒組成物の存在下で反応させ、エステル交換反応させる工程、
を含む、カルボン酸エステルの製造方法。
[9](i)メタ-フェノールスルホン酸又はその誘導体の金属塩を陽イオン交換し、メタ-フェノールスルホン酸又はその誘導体を調製する工程、及び、
(ii)メタ-フェノールスルホン酸又はその誘導体とホルムアルデヒド類を反応させる工程、
を含む、[1]~[4]のいずれかに記載のメタ-フェノールスルホン酸系樹脂の製造方法。
[10] メタ-フェノールスルホン酸又はその誘導体の金属塩とホルムアルデヒド類を、酸触媒存在下で反応させる工程、
を含む、[1]~[4]のいずれかに記載のメタ-フェノールスルホン酸系樹脂の製造方法。
[11](i)メタ-フェノールスルホン酸又はその誘導体の金属塩とホルムアルデヒド類を、塩基性触媒存在下で反応させる工程、及び、
(ii)メタ-フェノールスルホン酸又はその誘導体の金属塩とホルムアルデヒドとの重合体を陽イオン交換し、メタ-フェノールスルホン酸又はその誘導体とホルムアルデヒドとの重合体を調製する工程、
を含む、[1]~[4]のいずれかに記載のメタ-フェノールスルホン酸系樹脂の製造方法。
[12] フェノールスルホン酸類と、ホルムアルデヒド類とを少なくとも重合してなる少なくとも一種のフェノールスルホン酸系樹脂を含有する触媒組成物であって、前記フェノールスルホン酸類の少なくとも一種が、メタ位にスルホン酸基を有するフェノールスルホン酸類である触媒組成物。
[13] 前記少なくとも一種のフェノールスルホン酸系樹脂が、n1モルの前記フェノールスルホン酸類と、n2モル(但し、n1<n2)の前記ホルムアルデヒド類とを重合してなるフェノール樹脂である[12]に記載の触媒組成物。
[14] [5]、「6」、[12]又は[13]のいずれかに記載の触媒組成物が充填された反応容器と、前記反応容器に反応原料を供給するための1以上の供給口と、前記反応容器から反応生成物を取り出す1以上の排出口とを少なくとも備える反応装置。
[6] The catalyst composition according to [5], which is used for an esterification reaction or a transesterification reaction.
[7] A step of reacting a carboxylic acid and an alcohol in the presence of the catalyst composition according to [6] to effect an esterification reaction;
A method for producing a carboxylic acid ester, comprising:
[8] A step of reacting a carboxylic acid ester and an alcohol in the presence of the catalyst composition according to [6] to effect an ester exchange reaction;
A method for producing a carboxylic acid ester, comprising:
[9] (i) a step of cation-exchanging a metal salt of meta-phenolsulfonic acid or a derivative thereof to prepare meta-phenolsulfonic acid or a derivative thereof;
(ii) reacting meta-phenolsulfonic acid or a derivative thereof with formaldehyde;
A method for producing a meta-phenolsulfonic acid-based resin according to any one of [1] to [4].
[10] a step of reacting a metal salt of meta-phenolsulfonic acid or a derivative thereof with formaldehyde in the presence of an acid catalyst;
A method for producing a meta-phenolsulfonic acid-based resin according to any one of [1] to [4].
[11] (i) a step of reacting a metal salt of meta-phenolsulfonic acid or a derivative thereof with formaldehyde in the presence of a basic catalyst;
(ii) cation exchange of a polymer of a metal salt of meta-phenolsulfonic acid or a derivative thereof and formaldehyde to prepare a polymer of meta-phenolsulfonic acid or a derivative thereof and formaldehyde;
A method for producing a meta-phenolsulfonic acid-based resin according to any one of [1] to [4].
[12] A catalyst composition containing at least one phenolsulfonic acid-based resin obtained by polymerizing at least phenolsulfonic acids and formaldehydes, wherein at least one of the phenolsulfonic acids is a phenolsulfonic acid having a sulfonic acid group at the meta position.
[13] The catalyst composition according to [12], wherein the at least one phenolsulfonic acid-based resin is a phenolic resin obtained by polymerizing n1 mol of the phenolsulfonic acid and n2 mol (where n1<n2) of the formaldehyde.
[14] A reaction apparatus comprising at least a reaction vessel filled with the catalyst composition according to any one of [5], "6", [12] or [13], one or more supply ports for supplying reaction raw materials to the reaction vessel, and one or more outlets for taking out reaction products from the reaction vessel.

本発明によれば、新規な触媒組成物、特に触媒活性及び再利用性のいずれも良好な、新規な触媒組成物、並びにそれに用いられる新規なメタ-フェノールスルホン酸系樹脂を提供することができる。また、本発明によれば、前記触媒組成物を触媒として利用した新規な方法及び反応装置を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a novel catalyst composition, particularly a novel catalyst composition having good both catalytic activity and reusability, and a novel meta-phenolsulfonic acid resin used therefor. Further, according to the present invention, it is possible to provide a novel method and reactor using the catalyst composition as a catalyst.

図1は、実施例1で製造したメタ-フェノールスルホン酸樹脂の表面のSEM/EDS観察の結果を示す図である。上段左はSEM写真を示す。上段右はEDSスペクトルであり、S,O,Cの存在及び含有量を示す。下段左はEDSイメージであり、Sの分布を示す。中央はEDSイメージであり、Oの分布を示す。右はEDSイメージであり、Cの分布を示す。FIG. 1 shows the results of SEM/EDS observation of the surface of the meta-phenolsulfonic acid resin produced in Example 1. FIG. The upper left shows SEM photographs. The upper right is the EDS spectrum, showing the presence and content of S, O, C. The lower left is an EDS image showing the distribution of S. The center is an EDS image showing the distribution of O. The right is an EDS image showing the distribution of C. 図2は、実施例2で製造したメタ-フェノールスルホン酸樹脂の表面のSEM/EDS観察の結果を示す図である。上段左はSEM写真を示す。上段右はEDS EDSスペクトルであり、S,O,Cの存在及び含有量を示す。下段左はEDSイメージであり、Sの分布を示す。中央はEDSイメージであり、Oの分布を示す。右はEDSイメージであり、Cの分布を示す。2 is a diagram showing the results of SEM/EDS observation of the surface of the meta-phenolsulfonic acid resin produced in Example 2. FIG. The upper left shows SEM photographs. The upper right is the EDS EDS spectrum, showing the presence and content of S, O, C. The lower left is an EDS image showing the distribution of S. The center is an EDS image showing the distribution of O. The right is an EDS image showing the distribution of C. 図3は、実施例3で製造したメタ-フェノールスルホン酸樹脂の表面のSEM/EDS観察の結果を示す図である。上段左はSEM写真を示す。上段右はEDS EDSスペクトルであり、S,O,Cの存在及び含有量を示す。下段左はEDSイメージであり、Cの分布を示す。中央はEDSイメージであり、Oの分布を示す。右はEDSイメージであり、Sの分布を示す。3 is a diagram showing the results of SEM/EDS observation of the surface of the meta-phenolsulfonic acid resin produced in Example 3. FIG. The upper left shows SEM photographs. The upper right is the EDS EDS spectrum, showing the presence and content of S, O, C. The lower left is an EDS image showing the distribution of C. The center is an EDS image showing the distribution of O. The right is an EDS image showing the distribution of S. 図4は、実施例4で製造したメタ-フェノールスルホン酸-パラ-フェノールスルホン酸樹脂の表面のSEM/EDS観察の結果を示す図である。上段左はSEM写真を示す。上段右はEDS EDSスペクトルであり、S,O,Cの存在及び含有量を示す。下段左はEDSイメージであり、Cの分布を示す。中央はEDSイメージであり、Oの分布を示す。右はEDSイメージであり、Sの分布を示す。4 is a diagram showing the results of SEM/EDS observation of the surface of the meta-phenolsulfonic acid-para-phenolsulfonic acid resin produced in Example 4. FIG. The upper left shows SEM photographs. The upper right is the EDS EDS spectrum, showing the presence and content of S, O, C. The lower left is an EDS image showing the distribution of C. The center is an EDS image showing the distribution of O. The right is an EDS image showing the distribution of S. 図5は、実施例5で製造したメタ-フェノールスルホン酸-フェノール樹脂の表面のSEM/EDS観察の結果を示す図である。上段左はSEM写真を示す。上段右はEDS EDSスペクトルであり、S,O,Cの存在及び含有量を示す。下段左はEDSイメージであり、Cの分布を示す。中央はEDSイメージであり、Oの分布を示す。右はEDSイメージであり、Sの分布を示す。5 is a diagram showing the results of SEM/EDS observation of the surface of the meta-phenolsulfonic acid-phenol resin produced in Example 5. FIG. The upper left shows SEM photographs. The upper right is the EDS EDS spectrum, showing the presence and content of S, O, C. The lower left is an EDS image showing the distribution of C. The center is an EDS image showing the distribution of O. The right is an EDS image showing the distribution of S. 図6は、実施例1~5で製造した各樹脂の光学顕微鏡観察の結果を示す図(写真)である。倍率は×75、スケールバーは0.5 mmである。a)は実施例1により製造したメタ-フェノールスルホン酸樹脂、b)は実施例2のメタ-フェノールスルホン酸樹脂、c)は実施例3により製造したメタ-フェノールスルホン酸樹脂、d)は実施例4により製造したメタ-パラ-フェノールスルホン酸樹脂、e)は実施例5により製造したメタ-フェノールスルホン酸-フェノール樹脂である。FIG. 6 is a diagram (photograph) showing the results of optical microscope observation of each resin produced in Examples 1 to 5. FIG. Magnification is ×75, scale bar is 0.5 mm. a) is the meta-phenolsulfonic acid resin produced according to Example 1, b) is the meta-phenolsulfonic acid resin produced according to Example 2, c) is the meta-phenolsulfonic acid resin produced according to Example 3, d) is the meta-para-phenolsulfonic acid resin produced according to Example 4, and e) is the meta-phenolsulfonic acid-phenolic resin produced according to Example 5. 図7は、実施例1~5で製造した各樹脂の元素分析の結果を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the results of elemental analysis of each resin produced in Examples 1-5. 図8は、実施例1により製造したメタ-フェノールスルホン酸樹脂のFT-IR分析結果を示す図である。8 is a diagram showing the FT-IR analysis results of the meta-phenolsulfonic acid resin produced in Example 1. FIG. 図9は、実施例2により製造したメタ-フェノールスルホン酸樹脂の表面のFT-IR分析結果を示す図である。9 is a diagram showing the results of FT-IR analysis of the surface of the meta-phenolsulfonic acid resin produced in Example 2. FIG. 図10は、実施例3により製造したメタ-フェノールスルホン酸樹脂のFT-IR分析結果を示す図である。10 is a diagram showing the FT-IR analysis results of the meta-phenolsulfonic acid resin produced in Example 3. FIG. 図11は、実施例4により製造したメタ-フェノールスルホン酸-パラ-フェノールスルホン酸樹脂のFT-IR分析結果を示す図である。11 is a diagram showing the FT-IR analysis results of the meta-phenolsulfonic acid-para-phenolsulfonic acid resin produced in Example 4. FIG. 図12は、実施例5により製造したメタ-フェノールスルホン酸-フェノール樹脂触媒のFT-IR分析結果を示す図である。12 is a diagram showing the FT-IR analysis results of the meta-phenolsulfonic acid-phenolic resin catalyst produced in Example 5. FIG. 図13は、実施例1により製造したメタ-フェノールスルホン酸樹脂を含む触媒の再利用実験の結果を示す図である。13 is a diagram showing the results of a reuse experiment of a catalyst containing meta-phenolsulfonic acid resin produced according to Example 1. FIG. 図14は、実施例2により製造したメタ-フェノールスルホン酸樹脂を含む触媒の再利用実験の結果を示す図である。14 is a diagram showing the results of a reuse experiment of a catalyst containing meta-phenolsulfonic acid resin produced according to Example 2. FIG. 図15は、実施例3により製造したメタ-フェノールスルホン酸樹脂を含む触媒の再利用実験の結果を示す図である。15 is a diagram showing the results of a reuse experiment of a catalyst containing meta-phenolsulfonic acid resin produced according to Example 3. FIG. 図16は、比較例のパラ-フェノールスルホン酸樹脂を含む触媒の再利用実験の結果を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing the results of a reuse experiment of a catalyst containing para-phenolsulfonic acid resin as a comparative example. 図17は、連続フロー合成装置の一実施形態を示す図(写真)である。FIG. 17 is a diagram (photograph) showing one embodiment of a continuous-flow synthesis apparatus.

以下、本明細書で使用する用語について、説明する。
本明細書において、「フェノールスルホン酸系樹脂」とは、特別に記載しない限り、「フェノールスルホン酸類‐ホルムアルデヒド重縮合物を含む樹脂」を意味する。
本明細書において、「メターフェノールスルホン酸系樹脂」とは、特別に記載しない限り、「メターフェノールスルホン酸類‐ホルムアルデヒド重縮合物を含む樹脂」を意味する。
本明細書において、「フェノールスルホン酸類」とは、特別に記載しない限り、フェノールスルホン酸、フェノールスルホン酸誘導体(スルホン酸基とともに他の置換基を有するフェノール類を意味する)及びそれらの金属塩(スルホン酸基が金属イオンと塩を形成している化合物群を意味する)の総称を意味する。
本明細書において、「ホルムアルデヒド類」は、ホルムアルデヒドの他、その水溶液(例えばホルマリン)、及び重合物(無水のトリオキサン及びパラホルムアルデヒドを含む)の総称を意味する。
本明細書において、「樹脂」とは、特別に記載しない限り、モノマーが重合した(コ)ポリマー((共)重合体)を含む。
The terms used in this specification are explained below.
As used herein, "phenolsulfonic acid-based resin" means "resin containing phenolsulfonic acids-formaldehyde polycondensate" unless otherwise specified.
As used herein, "metaphenolsulfonic acid-based resin" means "resin containing metaphenolsulfonic acids-formaldehyde polycondensate" unless otherwise specified.
As used herein, the term "phenolsulfonic acids" is a general term for phenolsulfonic acid, phenolsulfonic acid derivatives (meaning phenols having other substituents together with a sulfonic acid group) and their metal salts (meaning a group of compounds in which a sulfonic acid group forms a salt with a metal ion), unless otherwise specified.
In the present specification, "formaldehyde" means a generic term for formaldehyde, its aqueous solution (for example, formalin), and polymer (including anhydrous trioxane and paraformaldehyde).
As used herein, the term "resin" includes (co)polymers ((co)polymers) obtained by polymerizing monomers, unless otherwise specified.

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
本発明は、フェノールスルホン酸類と、ホルムアルデヒド類とを少なくとも重合してなる少なくとも一種のフェノールスルホン酸系樹脂を含有する触媒組成物に関する。ここで、フェノールスルホン酸類、及びホルムアルデヒド類としてはそれぞれ、1種を使用してもよいし、2種以上を併用してもよいが、本発明は、前記フェノールスルホン酸類の少なくとも一種が、メタ位にスルホン酸を有するフェノールスルホン酸類であることを特徴とする。本発明では、フェノールスルホン酸系樹脂中に、スルホン酸基が-OH基に対してメタ位に存在する構造単位を組み込むことにより、良好な触媒活性及び再利用性を達成している。例えば、スルホン酸基が-OH基に対してパラ位に存在する構造単位のみが組み込まれたフェノールスルホン酸系樹脂と比較して、触媒活性は同等以上であり、且つ再利用性が改善されている。本発明では、メタ-フェノールスルホン酸類とともに、パラ-フェノールスルホン酸類を共重合させた、及び/又はスルホン酸基を有しないフェノール類を共重合させたフェノールスルホン酸系樹脂を用いてもよい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a catalyst composition containing at least one phenolsulfonic acid-based resin obtained by polymerizing at least phenolsulfonic acids and formaldehydes. Here, each of the phenolsulfonic acids and formaldehydes may be used alone or in combination of two or more. In the present invention, at least one of the phenolsulfonic acids is a phenolsulfonic acid having a sulfonic acid at the meta position. In the present invention, good catalytic activity and reusability are achieved by incorporating a structural unit in which the sulfonic acid group is present in the meta position with respect to the --OH group into the phenolsulfonic acid-based resin. For example, as compared with a phenolsulfonic acid-based resin in which only a structural unit in which a sulfonic acid group exists at the para-position with respect to an —OH group is incorporated, the catalyst activity is equal to or higher than that of the resin, and the reusability is improved. In the present invention, a phenolsulfonic acid resin obtained by copolymerizing para-phenolsulfonic acids together with meta-phenolsulfonic acids and/or copolymerizing phenols having no sulfonic acid group may be used.

[樹脂]
本発明に利用可能なフェノールスルホン酸系樹脂の一形態は、一般式(I)で表される構造単位を有する樹脂(以下、「本発明の樹脂」とも言う)である。一般式(I)で表される構造単位は、後記のとおり、メタ-フェノールスルホン酸類(即ち、メタ-フェノールスルホン酸、その誘導体又はそれらの金属塩)とホルムアルデヒド類に由来する構造単位である。
[resin]
One form of the phenolsulfonic acid-based resin that can be used in the present invention is a resin having a structural unit represented by general formula (I) (hereinafter also referred to as "the resin of the present invention"). The structural unit represented by general formula (I) is a structural unit derived from meta-phenolsulfonic acids (ie, meta-phenolsulfonic acid, derivatives thereof, or metal salts thereof) and formaldehydes, as described below.

Figure 0007312463000005
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式中、Rは電子吸引基であり、m1は0~2の整数である。In the formula, R 1 is an electron withdrawing group and m1 is an integer of 0-2.

電子吸引基は、置換した原子団から、電子を吸引する基である。本発明において、電子吸引基は、フェノールスルホン酸より電子を吸引し、フェノールスルホン酸の酸性度を上げ、反応性を向上させ得る。電子吸引基は、このような作用を有するものであれば限定されない。 Electron withdrawing groups are groups that withdraw electrons from a substituted group of atoms. In the present invention, the electron withdrawing group can withdraw electrons from phenolsulfonic acid to increase the acidity of phenolsulfonic acid and improve its reactivity. The electron-withdrawing group is not limited as long as it has such action.

電子吸引基Rの例として、限定されないが、それぞれ独立に、例えば、フッ素(-F)、塩素(-Cl)、臭素(-Br)、ヨウ素(-I)等のハロゲン(X)、炭素数1~4のハロゲン化アルキル、炭素数1~30のエステル、炭素数1~30のアシル、シアノ(-CN)、アミド(-CO-NH)、ニトロ(-NO2)等が挙げられる。電子吸引基Rは、好ましくは、ハロゲン(X)、-C2p+1で示されるハロゲン化アルキル、-CO2aで示されるカルボン酸エステル、-CORaで示されるアシル、シアノ、アミド、ニトロ(式中、Raは、それぞれ独立に、水素原子、置換若しくは無置換の環形成炭素数6~30の芳香族炭化水素基、置換若しくは無置換の環形成原子数5~30の複素環基、又は置換若しくは無置換の炭素数1~30のアルキル基を表し、pは1~4の整数である。)等が挙げられる。Raは、炭素数1~8のアルキル基又は炭素数6~10のアリール基がより好ましく、炭素原子数1~4のアルキル基又はフェニル基がより好ましい。ここで、アルキル基は、直鎖、分岐及び環状のいずれのアルキル基でもよいが、直鎖又は分岐のアルキル基であることが好ましく、直鎖のアルキル基であることがより好ましい。具体的には、炭素数1~8のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基等が好ましく、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基等がより好ましい。Examples of electron-withdrawing groups R 1 include, but are not limited to, halogens (X) such as fluorine (-F), chlorine (-Cl), bromine (-Br) and iodine (-I), alkyl halides having 1 to 4 carbon atoms, esters having 1 to 30 carbon atoms, acyl having 1 to 30 carbon atoms, cyano (-CN), amide (-CO-NH 2 ), nitro (-NO 2 ), and the like. Electron-withdrawing group R 1 is preferably halogen (X), halogenated alkyl represented by -C p X 2p+1 , carboxylic acid ester represented by -CO 2 R a , acyl represented by -COR a , cyano, amide, nitro (wherein R a is each independently a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group having 6 to 30 ring-forming carbon atoms, a substituted or unsubstituted heterocyclic group having 5 to 30 ring-forming atoms, or a substituted or unsubstituted represents an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms, and p is an integer of 1 to 4.) and the like. R a is more preferably an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, and more preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or a phenyl group. Here, the alkyl group may be a linear, branched or cyclic alkyl group, preferably a linear or branched alkyl group, more preferably a linear alkyl group. Specifically, the alkyl group having 1 to 8 carbon atoms is preferably a methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, n-heptyl group, n-octyl group or the like, and more preferably methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group or tert-butyl group.

芳香環における電子吸引基Rの置換位置としては、限定されないが、通常p位(4位)、又はm位(5位)であり、好ましくはm位(5位)である。The substitution position of the electron-withdrawing group R 1 on the aromatic ring is not limited, but is usually p-position (4-position) or m-position (5-position), preferably m-position (5-position).

m1は電子吸引基Rの置換数であり、0~2の整数であり、好ましくは0又は1である。m1 is the number of substitutions of the electron-withdrawing group R 1 and is an integer of 0 to 2, preferably 0 or 1;

一般式(I)で表される構造単位と、他の一般式(I)で表される構造単位との重合位置としては、限定されないが、通常o位(2位)、又はp位(4位)であり、好ましくはo位(2位)である。 The position at which the structural unit represented by general formula (I) is polymerized with another structural unit represented by general formula (I) is not limited, but is usually o-position (2-position) or p-position (4-position), preferably o-position (2-position).

一般式(I)で表される構造単位を有する樹脂は、他の構造単位と架橋されていてもよく、架橋位置としては、通常m位(5位)である。構造単位の架橋構造を有することにより、本発明の樹脂は三次元編目構造を有する。 A resin having a structural unit represented by general formula (I) may be crosslinked with another structural unit, and the crosslinked position is usually m-position (5-position). By having a crosslinked structure of structural units, the resin of the present invention has a three-dimensional mesh structure.

一般式(I)で表される構造単位を有する樹脂の全構造単位の合計100モル%における、一般式(I)で表される構造単位の割合は、通常10モル%以上、20モル%以上、30モル%以上、40モル%以上、50モル%以上、60モル%以上、70モル%以上、80モル%以上、90モル%以上、95モル%以上、99モル%以上、100モル%である。また、通常99モル%以下、95モル%以下、90モル%以下、80モル%以下、70モル%以下、60モル%以下、50モル%以下である。 The ratio of the structural unit represented by general formula (I) to the total 100 mol% of all structural units of the resin having the structural unit represented by general formula (I) is usually 10 mol% or more, 20 mol% or more, 30 mol% or more, 40 mol% or more, 50 mol% or more, 60 mol% or more, 70 mol% or more, 80 mol% or more, 90 mol% or more, 95 mol% or more, 99 mol% or more, and 100 mol%. Moreover, it is usually 99 mol% or less, 95 mol% or less, 90 mol% or less, 80 mol% or less, 70 mol% or less, 60 mol% or less, and 50 mol% or less.

上記樹脂に含まれる一般式(I)で表される構造単位は、一種のみでもよく、構造が異なる二種以上であってもよい。二種以上含まれる場合、上記割合は二種以上の合計についていうものとする。この点は、本発明及び本明細書における各種含有量及び割合についても、同様である。 The structural unit represented by general formula (I) contained in the resin may be of one type, or may be of two or more types having different structures. When two or more types are included, the above ratio refers to the total of two or more types. This point also applies to various contents and ratios in the present invention and this specification.

本発明の更なる一形態は、一般式(I)で表される構造単位と、さらに、式(II)で表される構造単位とを有する樹脂である。 Another aspect of the present invention is a resin having a structural unit represented by general formula (I) and a structural unit represented by formula (II).

Figure 0007312463000006
Figure 0007312463000006

式中、Rは電子吸引基であり、m2は0~2の整数である。In the formula, R 2 is an electron withdrawing group and m2 is an integer of 0-2.

電子吸引基Rの具体例、芳香環における置換位置、置換数としては、一般式(I)において説明された電子吸引基Rと同様である。Specific examples of the electron-withdrawing group R 2 , the substitution position on the aromatic ring, and the number of substitutions are the same as those of the electron-withdrawing group R 1 described in general formula (I).

一般式(I)で表される構造単位と、式(II)で表される構造単位とを有する樹脂の全構造単位の合計100モル%における比率は、目的とする樹脂性能等に応じて適宜変更でき、限定されないが、例えば、通常、0.1:99.9~99.9:0.1(モル%)、好ましくは50:50~99:1(モル%)、より好ましくは60:40~90:10(モル%)である。 The ratio of all the structural units of the resin having the structural unit represented by the general formula (I) and the structural unit represented by the formula (II) in the total 100 mol% can be appropriately changed depending on the desired resin performance and the like, and is not limited.

上記樹脂に含まれる一般式(II)で表される構造単位は、一種のみでもよく、構造が異なる二種以上であってもよい。 The structural unit represented by general formula (II) contained in the resin may be of one type, or may be of two or more types having different structures.

本発明の更なる一形態は、一般式(I)で表される構造単位と、さらに、式(III)で表される構造単位とを有する樹脂である。また、本発明の更なる一形態は、一般式(I)で表される構造単位と、一般式(II)で表される構造単位と、さらに、式(III)で表される構造単位とを有する樹脂である。 Another aspect of the present invention is a resin having a structural unit represented by general formula (I) and a structural unit represented by formula (III). Further, another aspect of the present invention is a resin having a structural unit represented by general formula (I), a structural unit represented by general formula (II), and a structural unit represented by formula (III).

Figure 0007312463000007
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式中、Rは重合反応に不活性な置換基であり、m3は0~3の整数である。In the formula, R3 is a substituent inert to the polymerization reaction, and m3 is an integer of 0-3.

重合反応に不活性な置換基Rは、反応に不活性な置換基であれば特に限定されないが、それぞれ独立に、例えば、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素等のハロゲン、炭素数1~30の炭化水素、炭素数1~30のアシル、シアノ等が挙げられる。Rは、炭素数1~8のアルキル基又は炭素数6~10のアリール基がより好ましく、炭素原子数1~4のアルキル基又はフェニル基がより好ましい。ここで、アルキル基は、直鎖、分岐及び環状のいずれのアルキル基でもよいが、直鎖又は分岐のアルキル基であることが好ましく、直鎖のアルキル基であることがより好ましい。具体的には、炭素数1~8のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基等が好ましく、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基等がより好ましい。なお、芳香環上の置換基Rの数は1~3であってよく、好ましくは1である。芳香環上の置換基Rの置換位置は特に限定されない。The substituent R 3 that is inert to the polymerization reaction is not particularly limited as long as it is a substituent that is inert to the reaction, and examples thereof independently include halogens such as fluorine, chlorine, bromine, and iodine, hydrocarbons having 1 to 30 carbon atoms, acyl having 1 to 30 carbon atoms, cyano, and the like. R 3 is more preferably an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms or a phenyl group. Here, the alkyl group may be a linear, branched or cyclic alkyl group, preferably a linear or branched alkyl group, more preferably a linear alkyl group. Specifically, the alkyl group having 1 to 8 carbon atoms is preferably a methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, n-heptyl group, n-octyl group or the like, and more preferably methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group or tert-butyl group. The number of substituents R 3 on the aromatic ring may be 1 to 3, preferably 1. The substitution position of the substituent R3 on the aromatic ring is not particularly limited.

一般式(I)で表される構造単位と、式(III)で表される構造単位とを有する樹脂の全構造単位の合計100モル%における比率は、目的とする樹脂の性能等に応じて適宜変更でき、限定されないが、例えば、通常、0.1:99.9~99.9:0.1(モル%)、好ましくは50:50~99:1(モル%)、より好ましくは60:40~90:10(モル%)である。 The ratio of total 100 mol % of the total structural units of the resin with a structural unit represented by the general formula (I) and the structural unit represented by the formula (III) can be changed appropriately according to the performance of the resin, but it is usually 0.1: 99.9 to 99: 0.1 (molar. %), 50: 50-99: 1 (mol %), more preferably 60: 40-90: 10 (mol %).

上記樹脂に含まれる一般式(III)で表される構造単位は、一種のみでもよく、構造が異なる二種以上であってもよい。 The structural unit represented by general formula (III) contained in the resin may be of one type, or may be of two or more types having different structures.

樹脂中に一般式(I)、式(II)、(III)等の各種構造単位が占める割合は、NMR等の公知の同定方法によって求めることができる。また、樹脂の重合に用いた化合物の組成から求めることができる。 The ratio of various structural units represented by general formula (I), formula (II), (III), etc. in the resin can be determined by a known identification method such as NMR. Also, it can be determined from the composition of the compound used in the polymerization of the resin.

前記フェノールスルホン酸系樹脂の分子量は、用途に応じて、好ましい範囲が変動する。また、三次元網目構造を有し、有機溶媒に不溶であることから、その分子量の決定は困難である場合がある。一般的には、重量平均分子量は、200~200万、200~1万、又は200~5000程度である。 The preferred range of the molecular weight of the phenolsulfonic acid-based resin varies depending on the application. Moreover, since it has a three-dimensional network structure and is insoluble in organic solvents, it may be difficult to determine its molecular weight. Generally, the weight average molecular weight is about 2-2 million, 2-10,000, or 200-5,000.

[樹脂の製造方法]
前記樹脂は、少なくとも、フェノールスルホン酸類をモノマーとして、ホルムアルデヒド類とを重合して合成することができる。本発明では、前記フェノールスルホン酸類の少なくとも一種として、メタ位にスルホン酸を有するフェノールスルホン酸類を用いる。
[Resin manufacturing method]
The resin can be synthesized by polymerizing at least phenolsulfonic acids as monomers with formaldehydes. In the present invention, phenolsulfonic acids having a sulfonic acid at the meta position are used as at least one of the phenolsulfonic acids.

<モノマー>
メタ-フェノールスルホン酸は、例えば、3-アミノベンゼンスルホン酸(3-Aminobenzenesulfonic acid)から、文献(Russian Journal of General Chemistry, 2003, 73, 1095-1099)を参照し、合成することができる。具体的には、後記実施例を参照することができる。すなわち、3-アミノベンゼンスルホン酸のアミノ基を水酸基に置換することにより、メタ-フェノールスルホン酸金属塩を合成することができる。また、得られたメタ-フェノールスルホン酸又はその金属塩から、公知の合成方法により、メタ-フェノールスルホン酸誘導体を合成することができる。
メタ-フェノールスルホン酸類以外のフェノールスルホン酸類(パラ-フェノールスルホン酸、パラ-フェノールスルホン酸誘導体等を含む)、及び他のモノマー(フェノール、フェノール誘導体等を含む)は、公知の合成方法により合成したもの、及び市販のものを使用することができる。
<Monomer>
Meta-phenolsulfonic acid can be synthesized, for example, from 3-Aminobenzenesulfonic acid, referring to the literature (Russian Journal of General Chemistry, 2003, 73, 1095-1099). Specifically, the examples described later can be referred to. That is, a meta-phenolsulfonic acid metal salt can be synthesized by substituting a hydroxyl group for the amino group of 3-aminobenzenesulfonic acid. Further, a meta-phenolsulfonic acid derivative can be synthesized from the obtained meta-phenolsulfonic acid or its metal salt by a known synthesis method.
Phenolsulfonic acids (including para-phenolsulfonic acid, para-phenolsulfonic acid derivatives, etc.) other than meta-phenolsulfonic acids, and other monomers (including phenol, phenol derivatives, etc.) are synthesized by known synthesis methods, and commercially available ones can be used.

モノマーとして用いられるフェノールスルホン酸類は、金属塩(スルホン酸基が金属と塩を形成している金属塩)であってもよいし、フリーのスルホン酸基を有するものであってもよい。後者のモノマーは、例えば、金属塩を、イオン交換等によりフリーのスルホン酸に変換して調製することができる。 Phenolsulfonic acids used as monomers may be metal salts (metal salts in which a sulfonic acid group forms a salt with a metal), or may have free sulfonic acid groups. The latter monomer can be prepared, for example, by converting a metal salt into a free sulfonic acid by ion exchange or the like.

具体的には、水素型陽イオン交換樹脂を充填したカラムに、フェノールスルホン酸又はその誘導体の金属塩溶液を通過させる方法等が採用できる。陽イオン交換樹脂は、強酸性陽イオン交換樹脂であっても、弱酸性陽イオン交換樹脂であってもよいが、スルホン酸基の生成率の向上の観点から、強酸性陽イオン交換樹脂が好ましい。強酸性陽イオン交換樹脂としては、重合系のスチレンに少量のジビニルベンゼンを共重合させて三次元網目構造をつくり、これにスルホン酸基(-SO3H)等の強酸性基を導入した多孔質タイプ(MR形)の陽イオン交換樹脂が挙げられる。強酸性陽イオン交換樹脂として、限定されないが、例えば、アンバーリスト(登録商標)16wet(SIGMA-ALDRICH)、ダイヤイオン(登録商標)PKシリーズ(三菱ケミカル)等が挙げられる。Specifically, a method of passing a metal salt solution of phenolsulfonic acid or a derivative thereof through a column packed with a hydrogen-type cation exchange resin can be employed. The cation exchange resin may be either a strongly acidic cation exchange resin or a weakly acidic cation exchange resin, but a strongly acidic cation exchange resin is preferred from the viewpoint of improving the generation rate of sulfonic acid groups. Strongly acidic cation exchange resins include porous type (MR type) cation exchange resins in which a small amount of divinylbenzene is copolymerized with polymerized styrene to form a three-dimensional network structure into which strongly acidic groups such as sulfonic acid groups (—SO 3 H) are introduced. Examples of strongly acidic cation exchange resins include, but are not limited to, Amberlyst (registered trademark) 16wet (SIGMA-ALDRICH), Diaion (registered trademark) PK series (Mitsubishi Chemical), and the like.

フェノールスルホン酸又はその誘導体、及びその金属塩の構造は、公知の分析方法、例えば、NMR等によって確認することができる。 The structures of phenolsulfonic acid or derivatives thereof and metal salts thereof can be confirmed by known analytical methods such as NMR.

モノマーとして用いられる金属塩の例には、ナトリウム、リチウム、カリウム、ルビジウム、セシウム等のアルカリ金属の塩、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等のアルカリ土類金属の塩が含まれる。これらの内、アルカリ金属塩が好ましく、ナトリウム塩がより好ましい。 Examples of metal salts used as monomers include salts of alkali metals such as sodium, lithium, potassium, rubidium and cesium, and salts of alkaline earth metals such as beryllium, magnesium, calcium, strontium and barium. Among these, alkali metal salts are preferred, and sodium salts are more preferred.

前記ホルムアルデヒド類は、フェノールスルホン酸類と重合し、フェノールスルホン酸類-ホルムアルデヒド共重合体を生成するためのホルムアルデヒド供給源となるものであれば限定されない。
ホルムアルデヒド類の例には、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、ホルムアルデヒド水溶液(ホルマリン)等が挙げられる。ホルムアルデヒド類は、公知の合成方法により合成したもの、及び市販のものを使用することができる。
The formaldehyde is not limited as long as it is a source of formaldehyde for polymerizing with phenolsulfonic acids to produce a phenolsulfonic acids-formaldehyde copolymer.
Examples of formaldehydes include formaldehyde, paraformaldehyde, formaldehyde aqueous solution (formalin), and the like. As formaldehydes, those synthesized by known synthesis methods and commercially available ones can be used.

<重合方法>
フェノールスルホン酸類と、ホルムアルデヒド類とを重合させて、本発明の樹脂を調製する方法として、1)酸触媒を用いる酸触媒法(Acidic method)、及び2)塩基性触媒を用いる塩基触媒法(Basic method)のいずれも利用することができる。
各方法について、以下に説明する。
<Polymerization method>
As a method for preparing the resin of the present invention by polymerizing phenolsulfonic acids and formaldehydes, 1) an acid catalyst method using an acid catalyst (Acidic method) and 2) a base catalyst method using a basic catalyst (Basic method) can be used.
Each method is described below.

前記1)酸触媒法に用いられる酸触媒は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記酸触媒としては、例えば、通常のフェノール樹脂の合成に用いられる、硫酸、塩酸、リン酸等の無機酸類、シュウ酸、酢酸、クエン酸、酒石酸、安息香酸、パラトルエンスルホン酸等の有機酸類、酢酸亜鉛、ホウ酸亜鉛等の有機酸塩類等が挙げられる。なお、これらの酸触媒は1種を使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの内、硫酸は、安価に入手できる観点で好ましく使用できる。また、モノマーとして利用されるフェノールスルホン酸類が、酸触媒として作用する態様では、別途、酸触媒を添加することなく重合反応を進行させることができる。 The acid catalyst used in the 1) acid catalyst method is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. Examples of the acid catalyst include inorganic acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, and phosphoric acid, organic acids such as oxalic acid, acetic acid, citric acid, tartaric acid, benzoic acid, and p-toluenesulfonic acid, and organic acid salts such as zinc acetate and zinc borate, which are commonly used in the synthesis of phenolic resins. In addition, these acid catalysts may use 1 type, and may use 2 or more types together. Among these, sulfuric acid can be preferably used from the viewpoint of being available at low cost. In addition, in a mode in which the phenolsulfonic acids used as monomers act as an acid catalyst, the polymerization reaction can proceed without adding an acid catalyst separately.

上記酸触媒の使用量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、フェノールスルホン酸又はその誘導体の金属塩と酸触媒のモル比として、通常1:0.001~1:1、好ましくは1:0.01~1:0.1の範囲である。反応を十分に行うことができる観点から1:0.001以上が好ましく、酸分解やゲル化を回避する観点から1:1以下が好ましい。 The amount of the acid catalyst to be used is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the intended purpose. The molar ratio of the metal salt of phenolsulfonic acid or its derivative to the acid catalyst is usually in the range of 1:0.001 to 1:1, preferably 1:0.01 to 1:0.1. The ratio is preferably 1:0.001 or more from the viewpoint of allowing the reaction to proceed sufficiently, and preferably 1:1 or less from the viewpoint of avoiding acid decomposition and gelation.

前記2)塩基触媒法に利用可能な塩基性触媒は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。前記塩基性触媒としては、例えば、アルカリ金属の水酸化物、アルカリ土類金属の水酸化物、第1級アミン、第2級アミン及び第3級アミン等を用いることができる。前記アルカリ金属の水酸化物としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。前記アルカリ土類金属の水酸化物としては、例えば、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム等が挙げられる。前記第1級アミンとしては、例えば、アンモニア、モノエタノールアミン等が挙げられる。前記第2級アミンとしては、例えば、ジエタノールアミン等が挙げられる。前記第3級アミンとしては、例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリエタノールアミン、ジアザビシクロウンデセン等が挙げられる。なお、これら塩基性触媒は1種を使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの内、水酸化ナトリウムは、安価に入手できる観点で好ましく使用できる。 The basic catalyst that can be used in the above 2) base catalyst method is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. Examples of the basic catalyst that can be used include alkali metal hydroxides, alkaline earth metal hydroxides, primary amines, secondary amines and tertiary amines. Examples of the alkali metal hydroxide include lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, and the like. Examples of the alkaline earth metal hydroxides include magnesium hydroxide, calcium hydroxide, barium hydroxide and the like. Examples of the primary amine include ammonia and monoethanolamine. Examples of the secondary amine include diethanolamine. Examples of the tertiary amine include trimethylamine, triethylamine, triethanolamine, diazabicycloundecene, and the like. In addition, these basic catalysts may use 1 type, and may use 2 or more types together. Among these, sodium hydroxide can be preferably used from the viewpoint of being available at low cost.

上記塩基性触媒の使用量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、フェノールスルホン酸又はその誘導体の金属塩と塩基性触媒のモル比として、通常1:0.01~1:1、好ましくは1:0.1~1:0.5の範囲である。反応を十分に行うことができる観点から1:0.01以上が好ましく、加水分解を抑制する観点から1:1以下が好ましい。 The amount of the basic catalyst to be used is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the intended purpose. The molar ratio of the metal salt of phenolsulfonic acid or its derivative to the basic catalyst is usually in the range of 1:0.01 to 1:1, preferably 1:0.1 to 1:0.5. The ratio is preferably 1:0.01 or more from the viewpoint that the reaction can be sufficiently carried out, and preferably 1:1 or less from the viewpoint of suppressing hydrolysis.

重合は、従来のフェノール樹脂の合成方法(例えば、非特許文献1~3等に記載のパラ-フェノールスルホン酸とホルムアルデヒドの重合)を参照して行うことができる。
具体的には、フェノールスルホン酸類、ホルムアルデヒド類、並びに所望により、他のモノマー類(例えば、フェノール又はフェノール誘導体(スルホン酸基以外の置換基を有するフェノール類を意味する)、及び/又は前記酸触媒もしくは塩基性触媒を混合した重合反応系を調製し、所望により加熱して重合反応を進行させる。重合反応は、反応効率の向上のため、攪拌翼、スターラー、ホモミキサー等による攪拌下行うことが好ましい。
Polymerization can be carried out by referring to conventional methods for synthesizing phenolic resins (for example, polymerization of para-phenolsulfonic acid and formaldehyde described in Non-Patent Documents 1 to 3, etc.).
Specifically, a polymerization reaction system is prepared by mixing phenolsulfonic acids, formaldehydes, and optionally other monomers (for example, phenol or a phenol derivative (meaning a phenol having a substituent other than a sulfonic acid group) and/or the acid catalyst or basic catalyst), and if desired, the polymerization reaction is allowed to proceed by heating. In order to improve the reaction efficiency, the polymerization reaction is preferably carried out under stirring with a stirring blade, stirrer, homomixer, or the like.

重合反応系の溶媒としては、重合反応を妨げない溶媒であれば、特に限定されず、例えば、水、メタノール、エタノール、n-ブタノール、t-ブタノール等炭素数が1~4のアルコールが挙げられ、このうち、水が好ましい。また、これらの混合液を用いることもできる。 The solvent for the polymerization reaction system is not particularly limited as long as it does not interfere with the polymerization reaction. Examples thereof include alcohols having 1 to 4 carbon atoms such as water, methanol, ethanol, n-butanol and t-butanol, among which water is preferred. A mixture of these can also be used.

高い収率で樹脂を得る観点から、フェノールスルホン酸類(スルホン酸を有しないフェノール類も共重合する態様では、当該フェノール類のモル比も合算する)と、ホルムアルデヒド類との反応割合(モル比)は、通常1:0.3~1:10、好ましくは1:1~1:5の範囲である。本発明に係る樹脂の一態様は、フェノールスルホン酸類(スルホン酸を有しないフェノール類も共重合する態様では、当該フェノール類のモル比も合算する)、及びホルムアルデヒド類のそれぞれのモル仕込み量n1及びn2が、n1≦n2の態様である。より好ましい態様は、n1<n2である。また、他の態様は、0.5<n2/n1<5、1<n2/n1<3、又は1.5<n2/n1<3である。 From the viewpoint of obtaining a resin at a high yield, the reaction ratio (molar ratio) between phenolsulfonic acids (in an embodiment in which phenols having no sulfonic acid are also copolymerized, the molar ratio of the phenols is also added) and formaldehydes is usually in the range of 1:0.3 to 1:10, preferably 1:1 to 1:5. One aspect of the resin according to the present invention is an aspect in which the molar amounts n1 and n2 of phenolsulfonic acids (in an aspect in which phenols having no sulfonic acid are also copolymerized, the molar ratio of the phenols is also added) and formaldehydes are n1 ≤ n2. A more preferable aspect is n1<n2. Other aspects are 0.5<n2/n1<5, 1<n2/n1<3, or 1.5<n2/n1<3.

上記重合工程の反応温度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、50~200℃が好ましく、100~150℃がより好ましい。反応を効率よく行う観点から、反応温度は50℃以上が好ましく、樹脂の分解を回避する観点から200℃以下が好ましい。 The reaction temperature in the polymerization step is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the intended purpose. The reaction temperature is preferably 50° C. or higher from the viewpoint of efficient reaction, and preferably 200° C. or lower from the viewpoint of avoiding decomposition of the resin.

前記重合工程の反応時間としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、0.5~100時間が好ましく、1~72時間がより好ましい。高い収率で樹脂を得る観点から、反応時間は0.5時間以上が好ましく、十分な収率で樹脂を得る観点から100時間以下が好ましい。 The reaction time of the polymerization step is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but is preferably 0.5 to 100 hours, more preferably 1 to 72 hours. The reaction time is preferably 0.5 hours or more from the viewpoint of obtaining a resin with a high yield, and preferably 100 hours or less from the viewpoint of obtaining a resin with a sufficient yield.

前記重合反応の工程では、フェノールスルホン酸類へのホルムアルデヒド類の付加反応及び縮合反応により、高分子量化・三次元架橋構造化が進行する。付加反応及び縮合反応は、用いる触媒種等によって、協奏的に同時進行する場合があり、また主位的・副位的、ないし先行的・後行的に進行する場合がある。例えば、反応温度を変化させて(具体的には前半は比較的低温100℃未満、後半は比較的高温100℃以上に変化させて)、いずれかの反応が支配的になるように重合反応を調整してもよい。 In the polymerization reaction step, addition reaction and condensation reaction of formaldehydes to phenolsulfonic acids proceed to increase the molecular weight and form a three-dimensional crosslinked structure. Depending on the type of catalyst used, the addition reaction and condensation reaction may proceed in concert at the same time, or may proceed predominantly or subordinately, or precedently or trailingly. For example, by changing the reaction temperature (specifically, changing the reaction temperature to a relatively low temperature of less than 100° C. in the first half and a relatively high temperature of 100° C. or higher in the second half), the polymerization reaction may be adjusted so that either reaction becomes dominant.

重合反応後、所望により、公知の単離・精製方法、例えば、沈殿、中和、濾過、抽出等の一般的な操作によって単離・精製することができる。例えば、上記重合によって得られた樹脂が、構造中のスルホン酸基が金属イオンと塩を形成した金属塩として得られる場合は、スルホン酸基をフリーの酸とするための処理を施すのが好ましい。当該処理の例には、イオン交換が挙げられる。イオン交換は従前公知の方法を参照して実施することができる。また、所望により、粉砕処理等を行った後に、触媒として利用してもよい。 After the polymerization reaction, if desired, isolation and purification can be carried out by known isolation and purification methods, for example, general operations such as precipitation, neutralization, filtration and extraction. For example, when the resin obtained by the above polymerization is obtained as a metal salt in which the sulfonic acid group in the structure forms a salt with a metal ion, it is preferable to perform a treatment to convert the sulfonic acid group into a free acid. Examples of such treatments include ion exchange. Ion exchange can be carried out with reference to a conventionally known method. If desired, it may be used as a catalyst after being subjected to a pulverization treatment or the like.

[触媒組成物の用途]
本発明の触媒組成物は、種々の反応に利用可能である。本発明の触媒組成物の一実施形態は、利用される前記樹脂が、三次元架橋構造を有する固体触媒であり、耐薬品性、耐熱性、難燃性、機械的特性(高強度・高高度)に優れ、種々の反応の触媒として利用可能である。前記樹脂はスルホン酸基を有するので、酸触媒が作用する反応に適する。また、前記樹脂は、親水性のスルホン酸基を有するので、副生成物として水、及び親水性物質(アルコール等)が生じる反応に利用すると、副生成物を除去しなくても、反応の進行が停滞しないので好ましい。
[Use of catalyst composition]
The catalyst composition of the present invention can be used for various reactions. In one embodiment of the catalyst composition of the present invention, the resin used is a solid catalyst having a three-dimensional crosslinked structure, and has excellent chemical resistance, heat resistance, flame retardancy, and mechanical properties (high strength and high degree), and can be used as a catalyst for various reactions. Since the resin has sulfonic acid groups, it is suitable for acid-catalyzed reactions. In addition, since the resin has a hydrophilic sulfonic acid group, it is preferable to use it in a reaction in which water and a hydrophilic substance (such as alcohol) are produced as by-products, because the progress of the reaction does not stagnate even if the by-products are not removed.

本発明の触媒組成物の一実施形態は、エステル化反応に利用される形態である。具体的には、前記実施形態は、本発明の触媒組成物を、アルコールとカルボン酸とからカルボン酸エステルを生成する反応に用いる形態である。カルボン酸エステルは、各種用途に用いられる重要な化合物である。カルボン酸エステルは、乳化剤、燃料、滑沢剤、可塑剤等に用いられ、また、アルキル樹脂の産業的生産にも用いられる。したがって、カルボン酸とアルコールとのエステル化反応は、化学合成及び工業化学の両方において最も重要な化学変換の内の一つである。このエステル化反応は、平衡脱水反応であり、副産物として当量の水の生成を伴う。従来のエステル化方法は、水の除去工程に高いエネルギー投入を必要としていた。本発明の触媒組成物を用いることにより、水の除去作業に費やしていたエネルギーを軽減することかでき、生産性を改善することができる。 One embodiment of the catalyst composition of the present invention is the form utilized in the esterification reaction. Specifically, the above embodiment is a mode in which the catalyst composition of the present invention is used in a reaction for producing a carboxylic acid ester from an alcohol and a carboxylic acid. Carboxylic acid esters are important compounds used in a variety of applications. Carboxylic acid esters are used as emulsifiers, fuels, lubricants, plasticizers, etc., and are also used in the industrial production of alkyl resins. The esterification reaction of carboxylic acids with alcohols is therefore one of the most important chemical transformations in both chemical synthesis and industrial chemistry. This esterification reaction is an equilibrium dehydration reaction with the formation of an equivalent amount of water as a by-product. Conventional esterification methods have required high energy input for the water removal step. By using the catalyst composition of the present invention, it is possible to reduce the energy consumed for water removal work, and to improve productivity.

本発明の触媒組成物の他の実施形態は、アルコールとカルボン酸エステルのエステル交換(トランスエステル化)反応に利用される態様である。この態様によっても、上記と同様の効果が得られる。 Another embodiment of the catalyst composition of the present invention is one that is utilized in the transesterification reaction between an alcohol and a carboxylic acid ester. This aspect also provides the same effects as described above.

本発明の触媒組成物は、前記樹脂以外に、必要に応じて、増粘剤、補強材、添加剤等を含んでいてもよい。 The catalyst composition of the present invention may contain thickeners, reinforcing materials, additives and the like, if necessary, in addition to the above resins.

本発明のさらなる一形態は、カルボン酸とアルコールを、本発明の触媒組成物の存在下で反応させ、エステル化反応させる工程、を含む、カルボン酸エステルの製造方法に関する。また、本発明のさらなる一形態は、カルボン酸エステルとアルコールを、本発明の触媒組成物の存在下で反応させ、エステル交換反応させる工程、を含む、カルボン酸エステルの製造方法に関する(以下、これらの方法を「本発明のカルボン酸エステルの製造方法」とも言う)。 A further aspect of the present invention relates to a method for producing a carboxylic acid ester, comprising reacting a carboxylic acid and an alcohol in the presence of the catalyst composition of the present invention to effect an esterification reaction. In addition, a further aspect of the present invention relates to a method for producing a carboxylic acid ester, comprising a step of reacting a carboxylic acid ester and an alcohol in the presence of the catalyst composition of the present invention to effect an ester exchange reaction (hereinafter, these methods are also referred to as the "method for producing a carboxylic acid ester of the present invention").

上記エステル化反応又はエステル交換反応工程においては、本発明の触媒組成物と、カルボン酸及びカルボン酸エステルの溶液又は懸濁液、及びアルコールとの接触を可能にする形態で、本発明の触媒組成物を使用することができる。例えば、本発明の触媒組成物はベッド又はカラムの形としてもよい。 In the above esterification reaction or transesterification reaction step, the catalyst composition of the present invention can be used in a form that allows contact with the catalyst composition of the present invention, a solution or suspension of a carboxylic acid and a carboxylic acid ester, and an alcohol. For example, the catalyst composition of the invention may be in bed or column form.

本発明のカルボン酸エステルの製造方法に用いられるカルボン酸としては、特に限定されないが、1以上のカルボキシ基を有する炭素数1~30、好ましくは1~18の直鎖又は分岐鎖の脂肪族鎖(例えば、C2~C4の低級、C5~C12の中級及びC13以上の高級脂肪族鎖のいずれも含む)又は芳香環を有する脂肪族カルボン酸又は芳香族カルボン酸が挙げられる。具体的には、例えば、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、ステアリン酸等の飽和脂肪酸、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、チグリン酸、オレイン酸、リノール酸、エイコサジエン酸、リノレン酸等の不飽和脂肪酸等の脂肪族モノカルボン酸;安息香酸、サリチル酸等の芳香族モノカルボン酸;シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸等の脂肪族ジカルボン酸、フマル酸、マレイン酸、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸等の芳香族ジカルボン酸等が挙げられる。これらのカルボン酸は適宜、アルキル、アルケニル、シクロアルキル、アリール、アルコキシ、ニトロ、シアノ、ハロゲン等の置換基を有していてもよい。なお、これらカルボン酸は1種を使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 The carboxylic acid used in the method for producing a carboxylic acid ester of the present invention is not particularly limited, but includes a straight or branched aliphatic chain having 1 to 30 carbon atoms and preferably 1 to 18 carbon atoms having one or more carboxy groups (for example, C2 to C4 lower, C5 to C12 intermediate, and C13 or higher higher aliphatic chains) or aliphatic carboxylic acids or aromatic carboxylic acids having an aromatic ring. Specifically, for example, saturated fatty acids such as acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, caproic acid, enanthic acid, caprylic acid, pelargonic acid, capric acid, lauric acid, myristic acid, stearic acid; Acids; aliphatic dicarboxylic acids such as oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid and dodecanedioic acid; and aromatic dicarboxylic acids such as fumaric acid, maleic acid, phthalic acid, terephthalic acid and isophthalic acid. These carboxylic acids may optionally have substituents such as alkyl, alkenyl, cycloalkyl, aryl, alkoxy, nitro, cyano, and halogen. In addition, these carboxylic acids may use 1 type, and may use 2 or more types together.

本発明のカルボン酸エステルの製造方法に用いられるアルコールとしては、特に限定されないが、例えば、炭素数1~22、好ましくは炭素数1~12の直鎖又は分岐鎖を有する1価アルコール又は多価アルコールを用いることができる。アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、デカノール、ウンデカノール、ドデカノール等の直鎖又は分岐鎖の脂肪族一価アルコール;シクロヘキサノール、シクロドデカノール、2-エチル-1-ヘキサノール等の脂環式一価アルコール;ベンジルアルコール等の芳香族一価アルコール;グリセリン、エチレングリコール、プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン等の多価アルコール;が挙げられる。これらのアルコールは1級アルコール、2級アルコール又は3級アルコールであってよい。これらのアルコールは適宜、アルキル、アルケニル、シクロアルキル、アリール、アルコキシ、ニトロ、シアノ、ハロゲン等の置換基を有していてもよい。なお、これらアルコールは1種を使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 The alcohol used in the method for producing a carboxylic acid ester of the present invention is not particularly limited. For example, a linear or branched monohydric alcohol or polyhydric alcohol having 1 to 22 carbon atoms, preferably 1 to 12 carbon atoms can be used. Examples of alcohols include linear or branched aliphatic monohydric alcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol, heptanol, octanol, decanol, undecanol, and dodecanol; alicyclic monohydric alcohols such as cyclohexanol, cyclododecanol, and 2-ethyl-1-hexanol; aromatic monohydric alcohols such as benzyl alcohol; polyhydric alcohol; These alcohols may be primary, secondary or tertiary alcohols. These alcohols may optionally have substituents such as alkyl, alkenyl, cycloalkyl, aryl, alkoxy, nitro, cyano, and halogen. In addition, these alcohols may use 1 type, and may use 2 or more types together.

本発明のカルボン酸エステルの製造方法に用いられるカルボン酸エステルとしては、特に限定されないが、例えば、上記で例示した炭素数1~30、好ましくは炭素数1~18の直鎖又は分岐鎖の脂肪族鎖又は芳香環を有する脂肪族カルボン酸又は芳香族カルボン酸と、上記で例示した炭素数1~22、好ましくは炭素数1~12の直鎖又は分岐鎖を有する1価アルコール又は多価アルコールとのエステル又は部分エステルを用いることができる。なお、これらカルボン酸エステルは1種を使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。 The carboxylic acid ester used in the method for producing a carboxylic acid ester of the present invention is not particularly limited, but for example, an aliphatic carboxylic acid or aromatic carboxylic acid having a linear or branched aliphatic chain or aromatic ring having 1 to 30 carbon atoms, preferably 1 to 18 carbon atoms, and an ester or partial ester of a monohydric alcohol or polyhydric alcohol having a linear or branched chain having 1 to 22 carbon atoms, preferably 1 to 12 carbon atoms, as exemplified above can be used. One of these carboxylic acid esters may be used, or two or more thereof may be used in combination.

上記製造方法に使用されるカルボン酸、アルコール、及びカルボン酸エステルは、公知の合成方法により合成したもの、及び市販のものを使用することができる。 Carboxylic acids, alcohols, and carboxylic acid esters used in the above production method may be those synthesized by known synthesis methods or commercially available ones.

エステル化反応及びエステル交換反応は、従来のパラ-フェノールスルホン酸とホルムアルデヒドの重合体からなる樹脂によるエステル化反応及びエステル交換反応(例えば、非特許文献1~3等に記載のパラ-フェノールスルホン酸樹脂によるエステル化反応及びエステル交換反応)を参照して行うことができる。
高い収率で樹脂を得る観点から、カルボン酸又はカルボン酸エステルとアルコールとの反応割合(モル比)は、通常1:10~10:1、好ましくは1:1~1:3の範囲である。
The esterification reaction and the transesterification reaction can be performed with reference to conventional esterification reactions and transesterification reactions using resins composed of polymers of para-phenolsulfonic acid and formaldehyde (for example, para-phenolsulfonic acid resins described in Non-Patent Documents 1 to 3, etc.).
From the viewpoint of obtaining a resin in high yield, the reaction ratio (molar ratio) of carboxylic acid or carboxylic acid ester and alcohol is usually in the range of 1:10 to 10:1, preferably 1:1 to 1:3.

上記触媒組成物の使用量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、カルボン酸又はカルボン酸エステルと触媒のモル比として、通常1:0.001~1:1、好ましくは1:0.01~1:0.1の範囲である。反応を十分に行うことができる観点から1:0.001以上、1:1以下が好ましい。 The amount of the catalyst composition to be used is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the intended purpose. The molar ratio of the carboxylic acid or carboxylic acid ester to the catalyst is usually 1:0.001 to 1:1, preferably 1:0.01 to 1:0.1. The ratio is preferably 1:0.001 or more and 1:1 or less from the viewpoint of sufficient reaction.

反応温度は、反応液の組成や触媒の耐熱温度等を考慮して適宜選定することができるが、通常50~130℃である。反応温度は高いほど反応速度が速く効率的に反応が実施でき、低いほど樹脂の劣化速度が遅くなり、反応を長時間連続的に実施できる。 The reaction temperature can be appropriately selected in consideration of the composition of the reaction solution, the heat resistance temperature of the catalyst, etc., but is usually 50 to 130°C. The higher the reaction temperature, the faster the reaction rate and the more efficient reaction can be carried out.

上記エステル化反応及びエステル交換反応は、溶媒を特に使用する必要はないが、必要に応じ使用することもできる。使用可能な溶媒は、反応基質と均一相をなすものが適しており、例えば、炭化水素、エーテル、エステル、アルコール等を用いることができる。 The above esterification reaction and transesterification reaction do not particularly require the use of a solvent, but may be used as necessary. Solvents that can be used are suitable for forming a homogeneous phase with the reaction substrate, and for example, hydrocarbons, ethers, esters, alcohols and the like can be used.

エステル化反応後、所望により、公知の単離・精製方法、例えば、濾過、濃縮、抽出、蒸留、昇華、再結晶、カラムクロマトグラフィー等の一般的な操作によって単離・精製することができる。 After the esterification reaction, if desired, it can be isolated and purified by a known isolation and purification method, for example, general operations such as filtration, concentration, extraction, distillation, sublimation, recrystallization, and column chromatography.

上記のとおり、本発明の触媒組成物は触媒活性が高い触媒である。ここで、触媒活性が高いとは、限定されないが、例えば、収率が70%以上、80%以上、85%以上である。収率は、公知の方法、例えば後記実施例に記載の方法で求めることができる。 As described above, the catalyst composition of the present invention is a catalyst with high catalytic activity. Here, high catalytic activity is not limited, but is, for example, a yield of 70% or more, 80% or more, or 85% or more. Yield can be determined by a known method, for example, the method described in Examples below.

また、上記触媒組成物は、濾過及び洗浄等の公知の方法によって反応混合物から容易に分離され、再利用することができる。本発明の触媒は再利用性が高い触媒である。ここで、再利用性が高いとは、限定されないが、例えば、3回再利用の活性が初回利用の活性に対して、85%以上、90%以上、95%以上、99%以上、95%以上である。再利用性は、公知の方法、例えば後記実施例に記載の方法で求めることができる。 Also, the catalyst composition can be easily separated from the reaction mixture by known methods such as filtration and washing and reused. The catalyst of the present invention is highly reusable. Here, high reusability is not limited, but for example, the activity of three times reuse is 85% or more, 90% or more, 95% or more, 99% or more, 95% or more of the activity of the first use. Reusability can be determined by a known method, for example, the method described in Examples below.

本発明は、本発明の触媒組成物が充填された反応容器と、前記反応容器に反応原料を供給するための1以上の供給口と、反応容器から反応生成物を取り出す1以上の排出口とを少なくとも備える反応装置にも関する。本発明の反応装置をエステル合成に利用する態様では、同一又は異なる供給口からカルボン酸又はカルボン酸エステル及びアルコールを反応容器中に供給し、排出口から生成したカルボン酸エステルを排出して、収集する。別途、副生成物を排出するための排出口を設けてもよい。反応容器の形状については特に制限はなく、円筒形のカラム形状等があげられる。前記反応装置は、さらに反応容器を所定の温度に加熱する加熱装置等を備えていてもよい。 The present invention also relates to a reactor comprising at least a reaction vessel filled with the catalyst composition of the present invention, one or more inlets for supplying reactants to said reaction vessel, and one or more outlets for removing reaction products from the reaction vessel. In an embodiment in which the reactor of the present invention is used for ester synthesis, carboxylic acid or carboxylic acid ester and alcohol are supplied into the reaction vessel from the same or different supply ports, and the produced carboxylic acid ester is discharged from the outlet and collected. Separately, an outlet for discharging the by-product may be provided. The shape of the reaction vessel is not particularly limited, and examples thereof include a cylindrical column shape. The reaction device may further include a heating device or the like for heating the reaction vessel to a predetermined temperature.

本発明の触媒組成物、製造方法、及び反応装置のそれぞれは、バッチ方式の反応系に用いることもできるし、フロー方式の反応系に用いることもできる。収率又は反応効率の観点では、後者の態様が好ましい。 Each of the catalyst composition, production method, and reaction apparatus of the present invention can be used in a batch-type reaction system or in a flow-type reaction system. The latter aspect is preferable from the viewpoint of yield or reaction efficiency.

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例の態様に限定されない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to Examples. However, the present invention is not limited to the aspects of the following examples.

<SEM/EDS分析>
SEM(Scanning Electron Microscope)分析はTM 3030 Plus(株式会社日立ハイテクノロジーズ)を用いて行い、SEMに装着した分析装置によりEDS(Energy Dispersive X-ray Spectrometer)分析を行った。
<SEM/EDS analysis>
SEM (Scanning Electron Microscope) analysis was performed using TM 3030 Plus (Hitachi High-Technologies Corporation), and EDS (Energy Dispersive X-ray Spectrometer) analysis was performed using an analyzer attached to the SEM.

<元素分析>
元素の確認は、CHNコーダーMT-6(ヤナコ分析工業株式会社)及び、イオンクロマトグラフィーICS-1500(サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社)を用いて行った。
<Elemental analysis>
Elements were confirmed using CHN coder MT-6 (Yanako Analysis Industry Co., Ltd.) and ion chromatography ICS-1500 (Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.).

<光学顕微鏡観察>
光学顕微鏡観察はSM2 1000(株式会社ニコン)を用いて行った。
<Observation with an optical microscope>
Optical microscope observation was performed using SM2 1000 (Nikon Corporation).

<FT-IR>
FT-IR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy)分析はFT-IR-6200(日本分光株式会社)を用いて行った。
<FT-IR>
FT-IR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) analysis was performed using FT-IR-6200 (JASCO Corporation).

<p-フェノールスルホン酸樹脂>
比較例の触媒に用いたp-フェノールスルホン酸樹脂は、非特許文献1~3に記載の方法により合成した。
<p-phenolsulfonic acid resin>
The p-phenolsulfonic acid resins used as catalysts in Comparative Examples were synthesized by the methods described in Non-Patent Documents 1-3.

<m-フェノールスルホン酸類の準備>
1. m-フェノールスルホン酸ナトリウムの合成
m-フェノールスルホン酸ナトリウムを、文献(Russian Journal of General Chemistry, 2003, 73, 1095-1099)に基づき、合成した。具体的には以下のようにして行った。
<Preparation of m-phenolsulfonic acids>
1. Synthesis of sodium m-phenolsulfonate
Sodium m-phenolsulfonate was synthesized based on the literature (Russian Journal of General Chemistry, 2003, 73, 1095-1099). Specifically, it was carried out as follows.

1-1 試薬
下記表に示す試薬を用いた。
1-1 Reagents The reagents shown in the table below were used.

Figure 0007312463000008
Figure 0007312463000008

1-2 実験方法
100mL なす型フラスコに3-Aminobenzenesulfonic acid 1.733 g (10 mmol)、超純水20 mLを加え、撹拌子とスターラーを用いて撹拌した(500 rpm)。 続いて40 wt%の水酸化ナトリウム水溶液を加え、反応溶液pHを7.5~8.5とした。その後反応溶液を5~10 ℃まで冷却した後に30 wt%亜硝酸ナトリウム水溶液1.61 mL(10.15 mmol)を加えた。次に反応溶液を15~18 ℃まで昇温し、反応溶液がpH<3になるまで30 wt%硫酸水溶液を加えた。30分間室温で撹拌した後、アミド硫酸48.5mg(0.5 mmol)を加えオイルバスを用いて65 ℃まで昇温し18時間反応させた。反応後溶液を室温で30分間放冷した。続いて反応溶液のpHが7になるまで炭酸バリウムを用いて中和した。その後桐山ロート、保留粒子1ミクロンのろ紙(No.4)を用いて吸引ろ過を行い、ろ液を200 mLなす型フラスコで受けた。この溶液を凍結乾燥機で乾燥させ、オレンジ色の固体を得た。
1-2 Experimental method
1.733 g (10 mmol) of 3-Aminobenzenesulfonic acid and 20 mL of ultrapure water were added to a 100 mL eggplant-shaped flask and stirred using a stirrer and a stirrer (500 rpm). Subsequently, a 40 wt% sodium hydroxide aqueous solution was added to adjust the pH of the reaction solution to 7.5 to 8.5. After that, the reaction solution was cooled to 5 to 10° C., and 1.61 mL (10.15 mmol) of 30 wt % sodium nitrite aqueous solution was added. Next, the temperature of the reaction solution was raised to 15 to 18° C., and a 30 wt % sulfuric acid aqueous solution was added until the reaction solution reached pH<3. After stirring for 30 minutes at room temperature, 48.5 mg (0.5 mmol) of amidosulfuric acid was added, and the mixture was heated to 65° C. using an oil bath and reacted for 18 hours. After the reaction, the solution was allowed to cool at room temperature for 30 minutes. Subsequently, the reaction solution was neutralized with barium carbonate until the pH reached 7. Then, suction filtration was performed using a Kiriyama funnel and filter paper (No. 4) having retained particles of 1 micron, and the filtrate was collected in a 200 mL eggplant-shaped flask. The solution was dried in a lyophilizer to give an orange solid.

1-3 後処理
200 mLなす型フラスコ内で得られた固体にエタノール150 mLを加え、60分間超音波機を用いて目的物を溶解させた。その後吸引ろ過でろ液を得た。このろ液をロータリーエバポレーターを用いて溶媒を取り除いた後、一昼夜真空乾燥させ、オレンジ色の目的生成物を得た。収率は66.9%(理論収率:1.96 g, 実験収率:1.31 g)であった。得られた生成物について、FT-IR及びNMRにより構造を分析した。その結果、m-フェノールスルホン酸ナトリウムの構造が確認された。
1-3 Post-processing
150 mL of ethanol was added to the solid obtained in a 200 mL eggplant-shaped flask, and the desired product was dissolved using an ultrasonicator for 60 minutes. After that, a filtrate was obtained by suction filtration. After the solvent was removed from the filtrate using a rotary evaporator, the residue was vacuum-dried overnight to obtain an orange desired product. The yield was 66.9% (theoretical yield: 1.96 g, experimental yield: 1.31 g). The structure of the resulting product was analyzed by FT-IR and NMR. As a result, the structure of sodium m-phenolsulfonate was confirmed.

2. m-フェノールスルホン酸の調製
上記で得られたm-フェノールスルホン酸金属塩を陽イオン交換し、m-フェノールスルホン酸を調製した。具体的に以下の方法により、m-フェノールスルホン酸を調製した。
2. Preparation of m-phenolsulfonic acid The metal salt of m-phenolsulfonic acid obtained above was subjected to cation exchange to prepare m-phenolsulfonic acid. Specifically, m-phenolsulfonic acid was prepared by the following method.

Amberlyst@16wet(イオン交換樹脂ビーズ)16.4 gを100 mLビーカーに入れ、超純水50 mLを加えた後、約20時間室温に置いた。その後一度超純水で洗浄した後、クロマト管に移しさらに10 mLの超純水で洗浄し、樹脂ビーズ上部が浸るところまで超純水で満たした。一方m-フェノールスルホン酸ナトリウム400 mg(2.03 mmol)は超音波機を用いて0.5 mL超純水に溶解させられた。溶解したm-フェノールスルホン酸ナトリウムを樹脂塔へゆっくりと滴下した。続いて超純水を加えながらクロマト管のコックを開け、溶液のpHが中性になるまで試験管で溶液を受けた。得られた溶液約30 mLを50 mLなす型フラスコに移し、15時間凍結乾燥した後、濃いオレンジ色の粘性液体を生成物として得た。収率は97.06 %(理論収率:353.6 mg, 実験収率:343.2 mg)であった。 16.4 g of Amberlyst@16wet (ion exchange resin beads) was placed in a 100 mL beaker, added with 50 mL of ultrapure water, and left at room temperature for about 20 hours. After washing once with ultrapure water, the tube was transferred to a chromatographic tube, washed with 10 mL of ultrapure water, and filled with ultrapure water until the top of the resin beads was immersed. On the other hand, 400 mg (2.03 mmol) of sodium m-phenolsulfonate was dissolved in 0.5 mL ultrapure water using an ultrasonicator. The dissolved sodium m-phenolsulfonate was slowly added dropwise to the resin tower. Subsequently, while adding ultrapure water, the cock of the chromatography tube was opened, and the solution was received in the test tube until the pH of the solution became neutral. About 30 mL of the resulting solution was transferred to a 50 mL eggplant flask and freeze-dried for 15 hours to give a dark orange viscous liquid as the product. The yield was 97.06% (theoretical yield: 353.6 mg, experimental yield: 343.2 mg).

<実施例1>
フェノールスルホン酸類としてm-フェノールスルホン酸、及びホルムアルデヒド類としてホルムアルデヒド液を用いてm-フェノールスルホン酸樹脂を得た。なお、モノマーであるm-フェノールスルホン酸自体を酸触媒として作用させたので、触媒は別途添加しなかった。
<Example 1>
An m-phenolsulfonic acid resin was obtained using m-phenolsulfonic acid as phenolsulfonic acids and formaldehyde solution as formaldehydes. Since the monomer m-phenolsulfonic acid itself was allowed to act as an acid catalyst, no additional catalyst was added.

Figure 0007312463000009
Figure 0007312463000009

上記で得られたm-フェノールスルホン酸100 mg(0.578 mmol)を試験管に加え、続いて超純水0.28 mL、上記表2に記載のホルムアルデヒド液95.9 mg(1.1 mmol)をそれぞれ加え、試験管上部にコットンを詰めた。この溶液をchemistation(EYELA社製)を用いて120 ℃、1000 rpmの条件下で72時間反応させた。反応後黒色の固体が生成物として得られた。 100 mg (0.578 mmol) of the m-phenolsulfonic acid obtained above was added to the test tube, followed by 0.28 mL of ultrapure water and 95.9 mg (1.1 mmol) of the formaldehyde solution described in Table 2 above, respectively, and the upper part of the test tube was filled with cotton. This solution was reacted for 72 hours under conditions of 120° C. and 1000 rpm using chemistation (manufactured by EYELA). A black solid was obtained as a product after the reaction.

上記で得られた試験管中の固体に4 mLのメタノールを加え、その後桐山ロート、保留粒子1ミクロンのろ紙(No,4)を用いて吸引ろ過を行った。その際、生成物を超純水、メタノール及びアセトンで洗浄した。最後に生成物を24時間真空乾燥させ、乳鉢で粉砕し目的物(実施例1の樹脂)を得た。収量は100.1 mgであった。得られた実施例1の樹脂について分析した。実施例1の樹脂のSEM/EDS分析結果を図1に、光学顕微鏡観察結果を図6に、元素分析結果を図7に、FT-IR分析結果を図8に示す。 4 mL of methanol was added to the solid in the test tube obtained above, and suction filtration was then performed using a Kiriyama funnel and a filter paper (No, 4) having retained particles of 1 micron. At that time, the product was washed with ultrapure water, methanol and acetone. Finally, the product was vacuum-dried for 24 hours and pulverized in a mortar to obtain the desired product (resin of Example 1). Yield was 100.1 mg. The obtained resin of Example 1 was analyzed. The results of SEM/EDS analysis of the resin of Example 1 are shown in FIG. 1, the results of optical microscope observation in FIG. 6, the results of elemental analysis in FIG. 7, and the results of FT-IR analysis in FIG.

<実施例2>
m-フェノールスルホン酸金属塩をフェノールスルホン酸類として、下記表3に記載の硫酸を酸触媒に用いて、ホルムアルデヒド類としてパラホルムアルデヒドと重合させ、m-フェノールスルホン酸樹脂を得た。具体的には以下のようにして行った。
<Example 2>
Using m-phenolsulfonic acid metal salts as phenolsulfonic acids and sulfuric acid shown in Table 3 below as an acid catalyst, formaldehydes were polymerized with paraformaldehyde to obtain m-phenolsulfonic acid resins. Specifically, it was carried out as follows.

Figure 0007312463000010
Figure 0007312463000010

キャップ付き試験管に、上記で合成したm-フェノールスルホン酸ナトリウム98.25 mg(0.5 mmol)、上記表3に記載のパラホルムアルデヒド30.0 mgを加えた。続いて2 M 硫酸水溶液を0.25 mL加え、chemistationとスターラーを用いて120 ℃、500 rpmの条件下で24時間反応を行った。24時間後、黒色の目的物を得た。 98.25 mg (0.5 mmol) of sodium m-phenolsulfonate synthesized above and 30.0 mg of paraformaldehyde described in Table 3 above were added to a capped test tube. Subsequently, 0.25 mL of a 2 M sulfuric acid aqueous solution was added, and the reaction was carried out for 24 hours under the conditions of 120° C. and 500 rpm using a chemistration and a stirrer. After 24 hours, a black target was obtained.

上記反応後の試験管中の固体に4 mLのメタノールを加え、その後桐山ロート、保留粒子1ミクロンのろ紙(No.4)を用いて吸引ろ過を行った。その際、生成物を超純水、5 wt%塩酸水溶液(上記表3に記載)、メタノール及びアセトンで洗浄した。最後に生成物を24時間真空乾燥させ、乳鉢で粉砕し目的物(実施例2の樹脂)を得た。収量は96.5 mgであった。得られた実施例2の樹脂について分析した。実施例2の樹脂のSEM/EDS分析結果を図2に、光学顕微鏡観察結果を図6に、元素分析結果を図7に、FT-IR分析結果を図9に示す。 After the above reaction, 4 mL of methanol was added to the solid in the test tube, and suction filtration was then performed using a Kiriyama funnel and filter paper (No. 4) having retained particles of 1 micron. At that time, the product was washed with ultrapure water, 5 wt% hydrochloric acid aqueous solution (listed in Table 3 above), methanol and acetone. Finally, the product was vacuum-dried for 24 hours and pulverized in a mortar to obtain the desired product (resin of Example 2). Yield was 96.5 mg. The obtained resin of Example 2 was analyzed. The results of SEM/EDS analysis of the resin of Example 2 are shown in FIG. 2, the results of optical microscope observation in FIG. 6, the results of elemental analysis in FIG. 7, and the results of FT-IR analysis in FIG.

<実施例3>
m-フェノールスルホン酸金属塩をフェノールスルホン酸類として、塩基性触媒として水酸化ナトリウムを用いて、ホルムアルデヒド類としてパラホルムアルデヒドと重合させ、m-フェノールスルホン酸樹脂を得た。具体的には以下のようにして行った。
<Example 3>
A m-phenolsulfonic acid metal salt was polymerized with paraformaldehyde as a formaldehyde using sodium hydroxide as a basic catalyst using phenolsulfonic acids as a basic catalyst to obtain an m-phenolsulfonic acid resin. Specifically, it was carried out as follows.

Figure 0007312463000011
Figure 0007312463000011

キャップ付き試験管に、上記で合成したm-フェノールスルホン酸ナトリウム225.9 mg(1.15 mmol)、上記表4に記載のパラホルムアルデヒド76.6 mgを加えた。次に超純水0.112 mL加え完全に溶解させた。その後、上記表4に記載の40 wt%に調製した水酸化ナトリウム水溶液を20.3 mg加え試験管にキャップをした。この溶液をChemistationを用いて65 ℃、800 rpmで撹拌しながら1時間反応を行った。反応後にさらに、上記表4に記載の40 wt%水酸化ナトリウム水溶液を11μL、上記表4に記載のアンモニア水を7μL加え、Chemistationを用いて100 ℃、800 rpmで撹拌しながら20時間反応を行った。反応後、生成物を超純水、イソプロパノールで洗浄した。最後に生成物を24時間真空乾燥させ、乳鉢で粉砕し目的物を得た。 225.9 mg (1.15 mmol) of sodium m-phenolsulfonate synthesized above and 76.6 mg of paraformaldehyde described in Table 4 above were added to a capped test tube. Next, 0.112 mL of ultrapure water was added and completely dissolved. After that, 20.3 mg of an aqueous sodium hydroxide solution adjusted to 40 wt % shown in Table 4 above was added and the test tube was capped. This solution was reacted for 1 hour with stirring at 65° C. and 800 rpm using Chemistation. After the reaction, 11 μL of 40 wt % sodium hydroxide aqueous solution shown in Table 4 above and 7 μL of ammonia water shown in Table 4 above were added, and the mixture was reacted for 20 hours with stirring at 100° C. and 800 rpm using Chemistry. After the reaction, the product was washed with ultrapure water and isopropanol. Finally, the product was vacuum-dried for 24 hours and pulverized in a mortar to obtain the desired product.

上記で得られた固体を円筒状のろ過装置に充填し、その上から、上記表4に記載の7.5 wt%塩酸水溶液を注ぎイオン交換を行った。その後触媒は超純水で洗浄後の溶液のpHが7になるまで洗浄された。 The solid obtained above was filled in a cylindrical filtering device, and a 7.5 wt % hydrochloric acid aqueous solution shown in Table 4 was poured over the solid to perform ion exchange. After that, the catalyst was washed with ultrapure water until the pH of the washed solution became 7.

上記で得られた固体はイソプロパノールで洗浄したのち24時間真空乾燥させ、乳鉢で粉砕し目的物(実施例3の樹脂)を得た。収量は248.3 mgであった。実施例3の樹脂について分析した。実施例3の樹脂のSEM/EDS分析結果を図3に、光学顕微鏡観察結果を図6に、元素分析結果を図7に、FT-IR分析結果を図10に示す。 The solid obtained above was washed with isopropanol, vacuum-dried for 24 hours, and pulverized in a mortar to obtain the desired product (resin of Example 3). Yield was 248.3 mg. The resin of Example 3 was analyzed. The results of SEM/EDS analysis of the resin of Example 3 are shown in FIG. 3, the results of optical microscope observation in FIG. 6, the results of elemental analysis in FIG. 7, and the results of FT-IR analysis in FIG.

<実施例4>
m-フェノールスルホン酸ナトリウム塩と、p-フェノールスルホン酸との混合物をフェノールスルホン酸類として、塩基性触媒として水酸化ナトリウム及びアンモニア水を用いて、ホルムアルデヒド類として、パラホルムアルデヒドと重合させ、m-フェノールスルホン酸-p-フェノールスルホン酸樹脂を得た。具体的には以下のようにして行った。
<Example 4>
A mixture of m-phenolsulfonic acid sodium salt and p-phenolsulfonic acid was polymerized as phenolsulfonic acids, using sodium hydroxide and aqueous ammonia as basic catalysts, and paraformaldehyde as formaldehydes to obtain m-phenolsulfonic acid-p-phenolsulfonic acid resin. Specifically, it was carried out as follows.

Figure 0007312463000012
Figure 0007312463000012

キャップ付き試験管に、上記で合成したm-フェノールスルホン酸ナトリウム180.8 mg(0.92 mmol)、上記表5に記載のp-フェノールスルホン酸47.1 mg(0.23 mmol)、上記表5に記載のパラホルムアルデヒド76.6 mgを加えた。次に超純水0.112 mL加え完全に溶解させた。その後、上記表5に記載の40 wt%に調製した水酸化ナトリウム水溶液を20.3 mg加え試験管にキャップをした。この溶液をChemistationを用いて65 ℃、800 rpmで撹拌しながら1時間反応を行った。反応後にさらに、上記表5に記載の40 wt%水酸化ナトリウム水溶液を11μL、上記表5に記載のアンモニア水を7μL加え、Chemistationを用いて100℃、800 rpmで撹拌しながら20時間反応を行った。反応後、生成物を超純水、イソプロパノールで洗浄した。
実施例3の樹脂と同様にして、イオン交換し、イソプロパノールで洗浄したのち、最後に生成物を24時間真空乾燥させ、乳鉢で粉砕し目的物(実施例4の樹脂)を得た。収量は251.0 mgであった。得られた実施例4の樹脂について分析した。実施例4の樹脂のSEM/EDS分析結果を図4に、光学顕微鏡観察結果を図6に、元素分析結果を図7に、FT-IR分析結果を図11に示す。
To a capped test tube was added 180.8 mg (0.92 mmol) of sodium m-phenolsulfonate synthesized above, 47.1 mg (0.23 mmol) of p-phenolsulfonic acid listed in Table 5 above, and 76.6 mg of paraformaldehyde listed in Table 5 above. Next, 0.112 mL of ultrapure water was added and completely dissolved. After that, 20.3 mg of an aqueous sodium hydroxide solution adjusted to 40 wt % shown in Table 5 above was added and the test tube was capped. This solution was reacted for 1 hour with stirring at 65° C. and 800 rpm using Chemistation. After the reaction, 11 μL of 40 wt % sodium hydroxide aqueous solution shown in Table 5 above and 7 μL of ammonia water shown in Table 5 above were added, and the mixture was reacted for 20 hours with stirring at 100° C. and 800 rpm using Chemistry. After the reaction, the product was washed with ultrapure water and isopropanol.
After ion exchange and washing with isopropanol in the same manner as the resin of Example 3, the product was finally vacuum-dried for 24 hours and ground in a mortar to obtain the desired product (resin of Example 4). Yield was 251.0 mg. The obtained resin of Example 4 was analyzed. The results of SEM/EDS analysis of the resin of Example 4 are shown in FIG. 4, the results of optical microscope observation are shown in FIG. 6, the results of elemental analysis are shown in FIG. 7, and the results of FT-IR analysis are shown in FIG.

<実施例5>
上記で合成したm-フェノールスルホン酸ナトリウム塩とフェノールとの混合物をフェノールスルホン酸類として、塩基性触媒として水酸化ナトリウム及びアンモニア水を用いて、ホルムアルデヒド類としてパラホルムアルデヒドと重合させ、m-フェノールスルホン酸-フェノール樹脂を得た。具体的には以下のようにして行った。
<Example 5>
A mixture of sodium m-phenolsulfonic acid synthesized above and phenol was polymerized with paraformaldehyde as formaldehyde using sodium hydroxide and aqueous ammonia as basic catalysts as phenolsulfonic acids to obtain m-phenolsulfonic acid-phenol resin. Specifically, it was carried out as follows.

キャップ付き試験管に、上記で合成したm-フェノールスルホン酸ナトリウム180.8 mg(0.92 mmol)、フェノール21.6 mg(0.23 mmol)、上記表5に記載のパラホルムアルデヒド76.6 mgを加えた。次に超純水0.112 mL加え完全に溶解させた。その後、上記表5に記載の40 wt%に調製した水酸化ナトリウム水溶液を20.3 mg加え試験管にキャップをした。この溶液をChemistationを用いて65 ℃、800 rpmで撹拌しながら1時間反応を行った。反応後にさらに、上記表5に記載の40 wt%水酸化ナトリウム水溶液を11μL、上記表5に記載のアンモニア水を7μL加え、Chemistationを用いて100 ℃、800 rpmで撹拌しながら20時間反応を行った。反応後、生成物を超純水、イソプロパノールで洗浄した。
実施例3の樹脂と同様にして、イオン交換し、イソプロパノールで洗浄したのち最後に生成物を24時間真空乾燥させ、乳鉢で粉砕し目的物(実施例5の樹脂)を得た。収量は224.8 mgであった。得られた実施例5の樹脂について分析した。実施例5の樹脂のSEM/EDS分析結果を図5に、光学顕微鏡観察結果を図6に、元素分析結果を図7に、FT-IR分析結果を図12に示す。
To a capped test tube was added 180.8 mg (0.92 mmol) of sodium m-phenolsulfonate synthesized above, 21.6 mg (0.23 mmol) of phenol, and 76.6 mg of paraformaldehyde described in Table 5 above. Next, 0.112 mL of ultrapure water was added and completely dissolved. After that, 20.3 mg of an aqueous sodium hydroxide solution adjusted to 40 wt % shown in Table 5 above was added and the test tube was capped. This solution was reacted for 1 hour with stirring at 65° C. and 800 rpm using Chemistation. After the reaction, 11 μL of 40 wt % sodium hydroxide aqueous solution shown in Table 5 above and 7 μL of ammonia water shown in Table 5 above were added, and the mixture was reacted for 20 hours with stirring at 100° C. and 800 rpm using Chemistry. After the reaction, the product was washed with ultrapure water and isopropanol.
After ion exchange and washing with isopropanol in the same manner as the resin of Example 3, the product was finally vacuum dried for 24 hours and ground in a mortar to obtain the target product (resin of Example 5). Yield was 224.8 mg. The obtained resin of Example 5 was analyzed. The results of SEM/EDS analysis of the resin of Example 5 are shown in FIG. 5, the results of optical microscope observation in FIG. 6, the results of elemental analysis in FIG. 7, and the results of FT-IR analysis in FIG.

<実施例6>
6. 固体酸触媒を用いたアクリル酸メチルの合成
固体酸触媒(m-フェノールスルホン酸樹脂(実施例1~3の樹脂)、meta-para-フェノールスルホン酸樹脂(実施例4の樹脂)、m-フェノールスルホン酸-フェノール樹脂(実施例5の樹脂)を用いて、アクリル酸メチルを合成した。具体的には以下のようにして行った。
<Example 6>
6. Synthesis of methyl acrylate using a solid acid catalyst Methyl acrylate was synthesized using a solid acid catalyst (m-phenolsulfonic acid resin (resins of Examples 1 to 3), meta-para-phenolsulfonic acid resin (resin of Example 4), and m-phenolsulfonic acid-phenol resin (resin of Example 5). Specifically, it was carried out as follows.

6-1 試薬
下記表に示す試薬を用いた。
6-1 Reagents The reagents shown in the table below were used.

Figure 0007312463000013
Figure 0007312463000013

6-2 実験方法
キャップ付き試験管に固体酸触媒を加え、続いてアクリル酸216.2 mg(3.0 mmol)、脱水メタノール192.2 mg(6.0 mmol)を加えキャップとシールテープを装着した。この溶液をchemistationを用いて90 ℃、300 rpmの条件下で15時間反応を行った(6-4-6のみオイルバスを用いて実験を行った)。触媒の導入量は触媒の活性点である硫黄原子がアクリル酸に対して0.5 mol%になるようにした。
6-2 Experimental Method A solid acid catalyst was added to a test tube with a cap, followed by 216.2 mg (3.0 mmol) of acrylic acid and 192.2 mg (6.0 mmol) of dehydrated methanol, and a cap and sealing tape were attached. This solution was subjected to reaction using chemistation under conditions of 90° C. and 300 rpm for 15 hours (only 6-4-6 was experimented using an oil bath). The amount of the catalyst introduced was such that the sulfur atom, which is the active site of the catalyst, was 0.5 mol % with respect to acrylic acid.

6-3 アクリル酸の定量方法
6-2の反応後、試験管を室温で30分間放冷した。その後内部標準物質ジエチレングリコールジエチルエーテルを加えジエチルエーテル4 mLで希釈した後よく撹拌した。この溶液を0.1 mL取り出し、0.4 mLのジエチルエーテルで希釈した。続いてシリンジで溶液を1μL取り出し、GC-FID(Agilent社製 6850シリーズ)を用いて測定を行った。測定カラムはDB-624UI(Agilent社製)を用いた。
6-3 Determination method for acrylic acid
After the reaction of 6-2, the test tube was allowed to cool at room temperature for 30 minutes. After that, the internal standard substance diethylene glycol diethyl ether was added, and the mixture was diluted with 4 mL of diethyl ether and stirred well. 0.1 mL of this solution was taken and diluted with 0.4 mL of diethyl ether. Subsequently, 1 μL of the solution was taken out with a syringe and measured using GC-FID (6850 series manufactured by Agilent). DB-624UI (manufactured by Agilent) was used as a measurement column.

6-4 実験結果
6-4-1 酸触媒を用いたm-フェノールスルホン酸樹脂(実施例1の樹脂)による実験結果
アクリル酸メチルの収率は、次のようにして算出した。
アクリル酸メチル収率(%)=(生成したアクリル酸メチルのモル数)/(供給したアクリル酸のモル数)×100
アクリル酸メチルGC収率:87.9%
アクリル酸回収率:14.4%
(アクリル酸メチルGC収率) : (アクリル酸回収率)= 85.9 : 14.1
6-4 Experimental results
6-4-1 Experimental results with m-phenolsulfonic acid resin (resin of Example 1) using acid catalyst The yield of methyl acrylate was calculated as follows.
Methyl acrylate yield (%) = (number of moles of methyl acrylate produced) / (number of moles of supplied acrylic acid) x 100
Methyl acrylate GC yield: 87.9%
Acrylic acid recovery rate: 14.4%
(Methyl acrylate GC yield) : (Acrylic acid recovery rate) = 85.9 : 14.1

6-4-2酸触媒を用いたm-フェノールスルホン酸樹脂(実施例2の樹脂)による実験結果
アクリル酸メチルGC収率:84.1%
アクリル酸回収率:14.2%
(アクリル酸メチルGC収率) : (アクリル酸回収率)= 85.6 : 14.4
Experimental results with m-phenolsulfonic acid resin (resin of Example 2) with 6-4-2 acid catalyst Methyl acrylate GC yield: 84.1%
Acrylic acid recovery rate: 14.2%
(Methyl acrylate GC yield) : (Acrylic acid recovery rate) = 85.6 : 14.4

6-4-3塩基性触媒を用いたm-フェノールスルホン酸樹脂の合成(実施例3の樹脂)
アクリル酸メチルGC収率:89.2%
アクリル酸回収率:14.9%
(アクリル酸メチルGC収率) : (アクリル酸回収率)= 85.7 : 14.3
6-4-3 Synthesis of m-phenolsulfonic acid resin using basic catalyst (resin of Example 3)
Methyl acrylate GC yield: 89.2%
Acrylic acid recovery rate: 14.9%
(Methyl acrylate GC yield) : (Acrylic acid recovery rate) = 85.7 : 14.3

6-4-4 m-para copolymer(実施例4の樹脂)による実験結果
アクリル酸メチルGC収率:89.1%
アクリル酸回収率:14.9%
(アクリル酸メチルGC収率) : (アクリル酸回収率)= 85.7 : 14.3
Experimental results with 6-4-4 m-para copolymer (resin of Example 4) Methyl acrylate GC yield: 89.1%
Acrylic acid recovery rate: 14.9%
(Methyl acrylate GC yield) : (Acrylic acid recovery rate) = 85.7 : 14.3

6-4-5 m-phenol copolymer(実施例5の樹脂)による実験結果
アクリル酸メチルGC収率:87.6%
アクリル酸回収率:17.4%
(アクリル酸メチルGC収率) : (アクリル酸回収率)= 83.4 : 16.6
Experimental results with 6-4-5 m-phenol copolymer (resin of Example 5) Methyl acrylate GC yield: 87.6%
Acrylic acid recovery rate: 17.4%
(Methyl acrylate GC yield) : (Acrylic acid recovery rate) = 83.4 : 16.6

6-4-6 p-フェノールスルホン酸樹脂による実験結果(比較例)
アクリル酸メチルGC収率:77.1%
アクリル酸回収率:16.2%
(アクリル酸メチルGC収率) : (アクリル酸回収率)= 82.6 : 17.4
6-4-6 Experimental results with p-phenolsulfonic acid resin (comparative example)
Methyl acrylate GC yield: 77.1%
Acrylic acid recovery rate: 16.2%
(Methyl acrylate GC yield) : (Acrylic acid recovery rate) = 82.6 : 17.4

本発明の触媒は、従来(比較例)の触媒(p-フェノールスルホン酸樹脂)と比較しても高い活性を示した。 The catalyst of the present invention showed higher activity than the conventional (comparative) catalyst (p-phenolsulfonic acid resin).

<実施例7>
7. 再利用実験
実施例1~3及び比較例の触媒を用いて、6-2で行った実験の繰り返し実験が行われた。
<Example 7>
7. Reuse Experiment Using the catalysts of Examples 1 to 3 and Comparative Example, the experiment conducted in 6-2 was repeated.

7-1 実験方法
6-2の実験後試験管内に4 mLメタノールを加え、穴径0.2μmのメンブレンフィルター(メルク社製)で回収した。回収した固体酸触媒はメタノールとアセトンで洗浄し、24時間真空乾燥を行ったのち、次の実験へ利用した。
7-2. 実験結果
結果を図13~16に示す。
図13~図15に示す通り、本発明の実施例の触媒は、10回再利用後においても、高い活性を維持していた。これに対し、図16に示す通り、比較例の触媒(p-フェノールスルホン酸樹脂)は3回再利用後において活性が顕著に低下した。
7-1 Experimental method
After the experiment of 6-2, 4 mL of methanol was added to the test tube and collected with a membrane filter (manufactured by Merck) with a hole diameter of 0.2 μm. The recovered solid acid catalyst was washed with methanol and acetone, vacuum-dried for 24 hours, and used in the next experiment.
7-2. Experimental Results The results are shown in Figures 13-16.
As shown in FIGS. 13 to 15, the catalysts of the examples of the present invention maintained high activity even after being reused 10 times. In contrast, as shown in FIG. 16, the activity of the comparative example catalyst (p-phenolsulfonic acid resin) significantly decreased after being reused three times.

<実施例8>
m-フェノールスルホン酸金属塩と、フェノールとの混合物をフェノールスルホン酸類として、下記表7に記載の硫酸を酸触媒に用いて、ホルムアルデヒド類としてパラホルムアルデヒドと重合させ、m-フェノールスルホン酸-フェノール樹脂を得た。具体的には以下のようにして行った。
<Example 8>
A mixture of a metal salt of m-phenolsulfonic acid and phenol was used as phenolsulfonic acids, and sulfuric acid shown in Table 7 below was used as an acid catalyst, and formaldehydes were polymerized with paraformaldehyde to obtain an m-phenolsulfonic acid-phenol resin. Specifically, it was carried out as follows.

Figure 0007312463000014
Figure 0007312463000014

キャップ付き試験管に、上記で合成したm-フェノールスルホン酸ナトリウム88.3 mg(0.45 mmol)、フェノール4.7 mg(0.05 mmol)、上記表7に記載のパラホルムアルデヒド50.6 mgを加えた。次に、4 M 硫酸水溶液を0.25 mLを加え試験管にキャップをした。この溶液をChemistationを用いて120 ℃、300 rpmで撹拌しながら7日間反応を行った。 To a capped test tube was added 88.3 mg (0.45 mmol) of sodium m-phenolsulfonate synthesized above, 4.7 mg (0.05 mmol) of phenol, and 50.6 mg of paraformaldehyde described in Table 7 above. Next, 0.25 mL of 4 M sulfuric acid aqueous solution was added and the test tube was capped. This solution was reacted for 7 days with stirring at 120° C. and 300 rpm using Chemistation.

上記反応で得られた試験管中の固体に4 mLのメタノールを加え、保留粒子0.2 μmのメンブレンフィルターを用いて吸引ろ過を行った。その際、生成物を超純水、7.5 wt% 塩酸水溶液、メタノール及びイソプロパノールで洗浄した。最後に生成物を24時間真空乾燥させ、乳鉢で粉砕し目的物(実施例8の樹脂)を得た。収量は88.9 mgであった。実施例1等と同様に、FT-IR及び元素分析により、m-フェノールスルホン酸-フェノール樹脂が得られたことを確認した。また、上記と同様に表面分析したところ、実施例1等の樹脂と同様に硫黄原子が樹脂表面に均一に分散した表面性状であった。 4 mL of methanol was added to the solid in the test tube obtained by the above reaction, and suction filtration was performed using a membrane filter with retained particles of 0.2 μm. At that time, the product was washed with ultrapure water, 7.5 wt% hydrochloric acid aqueous solution, methanol and isopropanol. Finally, the product was vacuum-dried for 24 hours and pulverized in a mortar to obtain the desired product (resin of Example 8). Yield was 88.9 mg. As in Example 1, it was confirmed by FT-IR and elemental analysis that m-phenolsulfonic acid-phenol resin was obtained. Further, when the surface was analyzed in the same manner as above, the surface property was such that sulfur atoms were uniformly dispersed on the resin surface as in the case of the resin of Example 1 and the like.

<実施例9>
m-フェノールスルホン酸金属塩と、p-クレゾールとの混合物をフェノールスルホン酸類として、下記表8に記載の硫酸を酸触媒に用いて、ホルムアルデヒド類としてパラホルムアルデヒドと重合させ、m-フェノールスルホン酸-p-クレゾール樹脂を得た。具体的には以下のようにして行った。
<Example 9>
A mixture of m-phenolsulfonic acid metal salt and p-cresol was polymerized as phenolsulfonic acids with paraformaldehyde as formaldehyde using sulfuric acid shown in Table 8 below as an acid catalyst to obtain m-phenolsulfonic acid-p-cresol resin. Specifically, it was carried out as follows.

Figure 0007312463000015
Figure 0007312463000015

キャップ付き試験管に、上記で合成したm-フェノールスルホン酸ナトリウム98.3 mg(0.5 mmol)、p-クレゾール54.0 mg(0.5 mmol)、パラホルムアルデヒド69.0 mgを加えた。次に、2 M 硫酸水溶液を0.5 mLを加え試験管にキャップをした。この溶液をChemistationを用いて120 ℃、300 rpmで撹拌しながら24時間反応を行なった。 98.3 mg (0.5 mmol) of sodium m-phenolsulfonate synthesized above, 54.0 mg (0.5 mmol) of p-cresol, and 69.0 mg of paraformaldehyde were added to a capped test tube. Next, 0.5 mL of 2 M sulfuric acid aqueous solution was added and the test tube was capped. This solution was reacted for 24 hours with stirring at 120° C. and 300 rpm using Chemistation.

上記で得られた試験管中の固体8 mLのメタノールを加え、保留粒子0.2 μmのメンブレンフィルターを用いて吸引ろ過を行った。その際、生成物を超純水、7.5 wt% 塩酸水溶液、メタノール及びイソプロパノールで洗浄した。最後に生成物を24時間真空乾燥させ、乳鉢で粉砕し目的物(実施例9の樹脂)を得た。収量は121.6 mgであった。実施例1等と同様に、FT-IR及び元素分析により、m-フェノールスルホン酸-p-クレゾール樹脂が得られたことを確認した。また、上記と同様に表面分析したところ、実施例1等の樹脂と同様に硫黄原子が樹脂表面に均一に分散した表面性状であった。 8 mL of the solid in the test tube obtained above was added to methanol, and suction filtration was performed using a membrane filter with retained particles of 0.2 μm. At that time, the product was washed with ultrapure water, 7.5 wt% hydrochloric acid aqueous solution, methanol and isopropanol. Finally, the product was vacuum-dried for 24 hours and pulverized in a mortar to obtain the desired product (resin of Example 9). Yield was 121.6 mg. As in Example 1, it was confirmed by FT-IR and elemental analysis that an m-phenolsulfonic acid-p-cresol resin was obtained. Further, when the surface was analyzed in the same manner as above, the surface property was such that sulfur atoms were uniformly dispersed on the resin surface as in the case of the resin of Example 1 and the like.

<実施例10>
m-フェノールスルホン酸金属塩と、4-ドデシルフェノールとの混合物をフェノールスルホン酸類として、下記表9に記載の硫酸を酸触媒に用いて、ホルムアルデヒド類としてパラホルムアルデヒドと重合させ、m-フェノールスルホン酸-4-ドデシルフェノール樹脂を得た。具体的には以下のようにして行った。
<Example 10>
Using a mixture of m-phenolsulfonic acid metal salt and 4-dodecylphenol as phenolsulfonic acids, sulfuric acid shown in Table 9 below was used as an acid catalyst, and formaldehydes were polymerized with paraformaldehyde to obtain m-phenolsulfonic acid-4-dodecylphenol resin. Specifically, it was carried out as follows.

Figure 0007312463000016
Figure 0007312463000016

キャップ付き試験管に、上記で合成したm-フェノールスルホン酸ナトリウム98.3 mg(0.5 mmol)、4-ドデシルフェノール131.2 mg(0.5 mmol)、パラホルムアルデヒド68.9 mgを加えた。次に、2 M 硫酸水溶液を0.5 mLを加え試験管にキャップをした。この溶液をChemistationを用いて120 ℃、300 rpmで撹拌しながら24時間反応を行った。 98.3 mg (0.5 mmol) of sodium m-phenolsulfonate synthesized above, 131.2 mg (0.5 mmol) of 4-dodecylphenol, and 68.9 mg of paraformaldehyde were added to a capped test tube. Next, 0.5 mL of 2 M sulfuric acid aqueous solution was added and the test tube was capped. This solution was reacted for 24 hours with stirring at 120° C. and 300 rpm using Chemistation.

上記で得られた試験管中の固体に8 mLのメタノールを加え、保留粒子0.2 μmのメンブレンフィルターを用いて吸引ろ過を行った。その際、生成物を超純水、7.5 wt% 塩酸水溶液、メタノール及びイソプロパノールで洗浄した。最後に生成物を24時間真空乾燥させ、乳鉢で粉砕し目的物(実施例10の樹脂)を得た。収量は124.5 mgであった。実施例1等と同様に、FT-IR及び元素分析により、m-フェノールスルホン酸-4-ドデシルフェノール樹脂が得られたことを確認した。また、上記と同様に表面分析したところ、実施例1等の樹脂と同様に硫黄原子が樹脂表面に均一に分散した表面性状であった。 8 mL of methanol was added to the solid in the test tube obtained above, and suction filtration was performed using a membrane filter with retained particles of 0.2 μm. At that time, the product was washed with ultrapure water, 7.5 wt% hydrochloric acid aqueous solution, methanol and isopropanol. Finally, the product was vacuum dried for 24 hours and pulverized in a mortar to obtain the desired product (resin of Example 10). Yield was 124.5 mg. As in Example 1, it was confirmed by FT-IR and elemental analysis that m-phenolsulfonic acid-4-dodecylphenol resin was obtained. Further, when the surface was analyzed in the same manner as above, the surface property was such that sulfur atoms were uniformly dispersed on the resin surface as in the case of the resin of Example 1 and the like.

<実施例11>
11. 固体酸触媒を用いたアクリル酸メチルの合成
固体酸触媒(m-フェノールスルホン酸-フェノール樹脂(実施例8の樹脂)、m-フェノールスルホン酸-p-クレゾール樹脂(実施例9の樹脂)、m-フェノールスルホン酸-4-ドデシルフェノール樹脂(実施例10の樹脂)を用いて、アクリル酸メチルを合成した。具体的には以下のようにして行った。
<Example 11>
11. Synthesis of methyl acrylate using a solid acid catalyst Solid acid catalysts (m-phenolsulfonic acid-phenol resin (resin of Example 8), m-phenolsulfonic acid-p-cresol resin (resin of Example 9), and m-phenolsulfonic acid-4-dodecylphenol resin (resin of Example 10) were used to synthesize methyl acrylate. Specifically, it was carried out as follows.

11-1 試薬
下記表に示す試薬を用いた。
11-1 Reagents The reagents shown in the table below were used.

Figure 0007312463000017
Figure 0007312463000017

11-2 実験方法
キャップ付き試験管に各固体酸触媒を加え、続いてアクリル酸216.2 mg(3.0 mmol)、脱水メタノール192.2 mg(6.0 mmol)を加えキャップとシールテープを装着した。この溶液をchemistationを用いて90 ℃、300 rpmの条件下で15時間反応を行った。触媒の導入量は触媒の活性点である硫黄原子がアクリル酸に対して0.5 mol%になるようにした。
11-2 Experimental method Each solid acid catalyst was added to a capped test tube, followed by 216.2 mg (3.0 mmol) of acrylic acid and 192.2 mg (6.0 mmol) of dehydrated methanol, and the cap and seal tape were attached. This solution was reacted for 15 hours under conditions of 90° C. and 300 rpm using chemistation. The amount of the catalyst introduced was such that the sulfur atom, which is the active site of the catalyst, was 0.5 mol % with respect to acrylic acid.

11-3 アクリル酸及びアクリル酸メチルの定量方法
11-2の反応後、試験管を室温で30分間放冷した。その後内部標準物質ジエチレングリコールジエチルエーテルを加えジエチルエーテル4 mLで希釈した後よく撹拌した。この溶液を0.1 mL取り出し、0.4 mLのジエチルエーテルで希釈した。続いてシリンジで溶液を1 μL取り出し、GC-FID(Agilent社製 6850シリーズ)を用いて測定を行なった。測定カラムはDB-624UI(Agilent社製)を用いた。
11-3 Determination method for acrylic acid and methyl acrylate
After the reaction of 11-2, the test tube was allowed to cool at room temperature for 30 minutes. After that, the internal standard substance diethylene glycol diethyl ether was added, and the mixture was diluted with 4 mL of diethyl ether and stirred well. 0.1 mL of this solution was taken and diluted with 0.4 mL of diethyl ether. Subsequently, 1 μL of the solution was taken out with a syringe and measured using GC-FID (6850 series manufactured by Agilent). DB-624UI (manufactured by Agilent) was used as a measurement column.

11-4 実験結果
11-4-1 酸触媒を用いたm-フェノールスルホン酸ナトリウムとフェノールとのcopolymer(実施例8の樹脂)による実験結果
アクリル酸メチルの収量の算出は、実施例6と同様とした。
アクリル酸メチルGC収率:77.4 %
アクリル酸回収率:13.4 %
(アクリル酸メチルGC収率) : (アクリル酸回収率)= 85.2 : 14.8
11-4 Experimental results
11-4-1 Results of experiment with copolymer of sodium m-phenolsulfonate and phenol using acid catalyst (resin of Example 8) The yield of methyl acrylate was calculated in the same manner as in Example 6.
Methyl acrylate GC yield: 77.4%
Acrylic acid recovery rate: 13.4%
(Methyl acrylate GC yield) : (Acrylic acid recovery rate) = 85.2 : 14.8

11-4-2酸触媒を用いたm-フェノールスルホン酸ナトリウムとp-クレゾールとのcopolymer(実施例9の樹脂)による実験結果
アクリル酸メチルGC収率:81.4%
アクリル酸回収率:12.3%
(アクリル酸メチルGC収率) : (アクリル酸回収率)= 86.8 : 13.2
Experimental results with copolymer of sodium m-phenolsulfonate and p-cresol (resin of Example 9) using 11-4-2 acid catalyst Methyl acrylate GC yield: 81.4%
Acrylic acid recovery rate: 12.3%
(Methyl acrylate GC yield) : (Acrylic acid recovery rate) = 86.8 : 13.2

11-4-3酸触媒を用いたm-フェノールスルホン酸ナトリウムと4-ドデシルフェノールとのcopolymer(実施例10の樹脂)による実験結果
アクリル酸メチルGC収率:82.6%
アクリル酸回収率:13.6%
(アクリル酸メチルGC収率) : (アクリル酸回収率)= 85.8 : 14.2
Experimental results with copolymer of sodium m-phenolsulfonate and 4-dodecylphenol (resin of Example 10) using 11-4-3 acid catalyst Methyl acrylate GC yield: 82.6%
Acrylic acid recovery rate: 13.6%
(Methyl acrylate GC yield) : (Acrylic acid recovery rate) = 85.8 : 14.2

本発明の触媒は、高い活性を示した。 The catalyst of the invention showed high activity.

<実施例12>
12. 酸触媒を用いて製造したm-フェノールスルホン酸ポリマーによるアクリル酸メチルの連続フロー合成
実施例2で合成したm-フェノールスルホン酸樹脂を固体酸触媒として、アクリル酸メチルを連続フロー合成した。具体的には以下のようにして行った。
図17及び下記に示す装置を用いた。
<Example 12>
12. Continuous Flow Synthesis of Methyl Acrylate Using m-Phenolsulfonic Acid Polymer Produced Using Acid Catalyst Methyl acrylate was synthesized in a continuous flow using the m-phenolsulfonic acid resin synthesized in Example 2 as a solid acid catalyst. Specifically, it was carried out as follows.
The apparatus shown in FIG. 17 and below was used.

12-1実験装置
シリンジポンプ(YMC社製)
PTFEチューブ(1/16’’×1.00 mm)
触媒充填用カラム(Omnifit column 長さ10 cm、内径6.6 mm)
ヒーター及び温度調整ユニット(YMC社製)
背圧弁 (DFC社製)
12-1 Experimental equipment Syringe pump (manufactured by YMC)
PTFE tube (1/16'' x 1.00mm)
Column for catalyst packing (Omnifit column length 10 cm, inner diameter 6.6 mm)
Heater and temperature control unit (manufactured by YMC)
Back pressure valve (manufactured by DFC)

12-2 試薬
下記表に示す試薬を用いた。
12-2 Reagents The reagents shown in the table below were used.

Figure 0007312463000018
Figure 0007312463000018

12-3 固体酸の充填とコンディショニング
触媒充填用カラム(Omnifit column)に、実施例2の方法で調製した固体酸触媒を硫黄元素が1.1 mmolまたは2.2 mmolになるようにそれぞれ327 mg及び653 mg充填した。その後シリンジポンプとヒーターを用いてカラム内が90 ℃になるようにした上で、100 μL/minの流速でカラム内にメタノールを10 mL流した。
12-3 Packing and Conditioning of Solid Acid 327 mg and 653 mg of the solid acid catalyst prepared by the method of Example 2 were packed in a catalyst packing column (omnifit column) so that elemental sulfur was 1.1 mmol or 2.2 mmol, respectively. After that, the inside of the column was heated to 90° C. using a syringe pump and a heater, and 10 mL of methanol was flowed through the column at a flow rate of 100 μL/min.

12-4 実験方法
アクリル酸とメタノールのモル比が1:2になるように溶液を調製した。その後この溶液をシリンジに充填した。次に図17に示した装置図のように装置及びカラムを接続し、カラム内部温度が90 ℃になるように調整した。前処理として反応溶液を100 μL/minで5 mL流した後に実験を開始した。
カラム内を通過した溶液は背圧弁を通った後、チューブの出口から氷浴で冷やされたバイアル瓶内に集められた。
12-4 Experimental method A solution was prepared so that the molar ratio of acrylic acid and methanol was 1:2. This solution was then filled into a syringe. Next, the apparatus and the column were connected as shown in the diagram of FIG. 17, and the internal temperature of the column was adjusted to 90.degree. As a pretreatment, the experiment was started after flowing 5 mL of the reaction solution at 100 μL/min.
After passing through the column, the solution passed through a back pressure valve and was collected from the outlet of the tube into a vial chilled in an ice bath.

12-5アクリル酸及びアクリル酸メチルの定量方法
12-3の反応溶液の重量を測定後、内部標準物質ジエチレングリコールジエチルエーテルを加えた。その溶液2μLをジエチルエーテル500μLで希釈した後よく撹拌した。次にこの溶液を1 μL取り出し、GC-FID(Agilent社製 6850シリーズ)を用いて測定を行なった。測定カラムはDB-624UI(Agilent社製)を用いた。
12-5 Determination method for acrylic acid and methyl acrylate
After measuring the weight of the reaction solution of 12-3, the internal standard substance diethylene glycol diethyl ether was added. 2 μL of the solution was diluted with 500 μL of diethyl ether and then stirred well. Next, 1 μL of this solution was taken out and measured using GC-FID (6850 series manufactured by Agilent). DB-624UI (manufactured by Agilent) was used as a measurement column.

12-6実験結果
本発明の固体酸触媒を用いて、アクリル酸メチルが連続フロー合成により、効率よく合成された。触媒充填量327 mgの結果を下記表に示す。
12-6 Experimental Results Using the solid acid catalyst of the present invention, methyl acrylate was efficiently synthesized by continuous flow synthesis. The results for a catalyst loading of 327 mg are shown in the table below.

Figure 0007312463000019
Figure 0007312463000019

<実施例13>
13. 連続フロー装置を用いた種々のアクリル酸系化合物とアルコールとのエステル化反応
実施例2で合成したm-フェノールスルホン酸樹脂を固体酸触媒として、種々のアクリル酸系化合物とアルコールとのエステルを連続フロー合成した。具体的には以下のようにして行った。
<Example 13>
13. Esterification reaction of various acrylic compounds and alcohols using a continuous-flow apparatus Esters of various acrylic compounds and alcohols were continuously synthesized using the m-phenolsulfonic acid resin synthesized in Example 2 as a solid acid catalyst. Specifically, it was carried out as follows.

13-1 試薬
下記表に示す試薬を用いた。
13-1 Reagents The reagents shown in the table below were used.

Figure 0007312463000020
Figure 0007312463000020

13-2実験装置
実験装置は12-1と同様の装置を用いた。また、触媒を充填したカラムも12-1と同様のものを用い、12-3の方法でコンディショニングを行った。
13-2 Experimental Apparatus The same experimental apparatus as in 12-1 was used. Also, the column packed with the catalyst was the same as in 12-1 and was conditioned by the method in 12-3.

13-3実験方法
カルボン酸(アクリル酸系化合物)とアルコールのモル比が1:2になるように溶液を調製した。その後この溶液をシリンジに充填した。次に図17に示した装置図のように装置及びカラムを接続し、カラム内部温度が90 ℃になるように調整した。前処理として反応溶液を100 μL/minで5 mL流した後に実験を開始した。
カラム内を通過した溶液は背圧弁を通った後、チューブの出口から氷浴で冷やされたバイアル瓶内に集められた。
13-3 Experimental method A solution was prepared so that the molar ratio of carboxylic acid (acrylic acid compound) and alcohol was 1:2. This solution was then filled into a syringe. Next, the apparatus and the column were connected as shown in the diagram of FIG. 17, and the internal temperature of the column was adjusted to 90.degree. As a pretreatment, the experiment was started after flowing 5 mL of the reaction solution at 100 μL/min.
After passing through the column, the solution passed through a back pressure valve and was collected from the outlet of the tube into a vial chilled in an ice bath.

13-4原料及び目的生成物の定量方法
13-3の反応溶液の重量を測定後、内部標準物質ジエチレングリコールジエチルエーテルを加えた。その溶液2μLをジエチルエーテル500μLで希釈した後よく撹拌した。次にこの溶液を1 μL取り出し、GC-FID(Agilent社製 6850シリーズ)を用いて測定を行なった。測定カラムはDB-624UI(Agilent社製)を用いた。
13-4 Quantitative methods for raw materials and target products
After measuring the weight of the reaction solution of 13-3, the internal standard substance diethylene glycol diethyl ether was added. 2 μL of the solution was diluted with 500 μL of diethyl ether and then stirred well. Next, 1 μL of this solution was taken out and measured using GC-FID (6850 series manufactured by Agilent). DB-624UI (manufactured by Agilent) was used as a measurement column.

13-5実験結果
13-5-1アクリル酸とエタノールのエステル化反応
触媒充填量:327 mg
反応溶液送液速度:25 μL/min
アクリル酸エチルGC収率:94.6%
アクリル酸回収率:1.0%
13-5 Experimental results
13-5-1 Esterification reaction of acrylic acid and ethanol Catalyst loading: 327 mg
Reaction solution delivery speed: 25 μL/min
Ethyl acrylate GC yield: 94.6%
Acrylic acid recovery rate: 1.0%

13-5-2アクリル酸とn-ブタノールのエステル化反応
触媒充填量:327 mg
反応溶液送液速度:10 μL/min
アクリル酸ブチルGC収率:76.6%
アクリル酸回収率:16.8%
13-5-2 Esterification reaction of acrylic acid and n-butanol Catalyst loading: 327 mg
Reaction solution feeding rate: 10 μL/min
Butyl acrylate GC yield: 76.6%
Acrylic acid recovery rate: 16.8%

13-5-3アクリル酸と2-エチル-1-ヘキサノールのエステル化反応
触媒充填量:653 mg
反応溶液送液速度:20 μL/min
アクリル酸2エチルヘキシルGC収率:74.4%
アクリル酸回収率:10.2%
13-5-3 Esterification reaction of acrylic acid and 2-ethyl-1-hexanol Catalyst loading: 653 mg
Reaction solution feeding speed: 20 μL/min
2-Ethylhexyl acrylate GC yield: 74.4%
Acrylic acid recovery rate: 10.2%

13-5-4アクリル酸とn-オクタノールのエステル化反応
触媒充填量:653 mg
反応溶液送液速度:50 μL/min
アクリル酸オクチルGC収率:53.2%
アクリル酸回収率:26.2%
13-5-4 Esterification reaction of acrylic acid and n-octanol Catalyst loading: 653 mg
Reaction solution delivery rate: 50 μL/min
Octyl acrylate GC yield: 53.2%
Acrylic acid recovery rate: 26.2%

13-5-5メタクリル酸とメタノールのエステル化反応
触媒充填量:327 mg
反応溶液送液速度:25 μL/min
メタクリル酸メチルGC収率:95.4%
メタクリル酸回収率:2.4%
13-5-5 Esterification reaction of methacrylic acid and methanol Catalyst loading: 327 mg
Reaction solution delivery speed: 25 μL/min
Methyl methacrylate GC yield: 95.4%
Methacrylic acid recovery rate: 2.4%

13-5-6クロトン酸とメタノールのエステル化反応
触媒充填量:653 mg
反応溶液送液速度:20 μL/min
クロトン酸メチルGC収率:87.2%
クロトン酸回収率:0.8%
13-5-6 Esterification reaction of crotonic acid and methanol Catalyst loading: 653 mg
Reaction solution feeding speed: 20 μL/min
Methyl crotonate GC yield: 87.2%
Crotonic acid recovery: 0.8%

13-5-7チグリン酸とメタノールのエステル化反応
触媒充填量:653 mg
反応溶液送液速度:20 μL/min
チグリン酸メチルGC収率:87.7%
チグリン酸回収率:12.3%
13-5-7 Esterification reaction of tiglic acid and methanol Catalyst loading: 653 mg
Reaction solution feeding speed: 20 μL/min
Methyl tiglate GC yield: 87.7%
Tiglic acid recovery rate: 12.3%

本発明の固体酸触媒を用いて、種々のアクリル酸系化合物とアルコールとのエステルが効率よく合成された。 Using the solid acid catalyst of the present invention, esters of various acrylic compounds and alcohols were efficiently synthesized.

<実施例14>
14. 連続フロー装置を用いた酢酸とn-オクタノールのエステル化反応
実施例2で合成したm-フェノールスルホン酸樹脂を固体酸触媒として、酢酸とn-オクタノールとのエステルを連続フロー合成した。具体的には以下のようにして行った。
<Example 14>
14. Esterification reaction of acetic acid and n-octanol using a continuous-flow apparatus Using the m-phenolsulfonic acid resin synthesized in Example 2 as a solid acid catalyst, an ester of acetic acid and n-octanol was synthesized in a continuous flow. Specifically, it was carried out as follows.

14-1 試薬
下記表に示す試薬を用いた。
14-1 Reagents The reagents shown in the table below were used.

Figure 0007312463000021
Figure 0007312463000021

14-2実験装置
実験装置は12-1と同様の装置を用いた。また、触媒を充填したカラムも12-1と同様のものを用い、12-3の方法でコンディショニングを行った。
14-2 Experimental Apparatus The same experimental apparatus as in 12-1 was used. Also, the column packed with the catalyst was the same as in 12-1 and was conditioned by the method in 12-3.

14-3実験方法
酢酸とn-オクタノールのモル比が2:1になるように溶液を調製した。その後この溶液をシリンジに充填した。次に図17に示した装置図のように装置及びカラムを接続し、カラム内部温度が90 ℃になるように調整した。前処理として反応溶液を100 μL/minで5 mL流した後に実験を開始した。
カラム内を通過した溶液は背圧弁を通った後、チューブの出口から氷浴で冷やされたバイアル瓶内に集められた。
14-3 Experimental method A solution was prepared so that the molar ratio of acetic acid and n-octanol was 2:1. This solution was then filled into a syringe. Next, the apparatus and the column were connected as shown in the diagram of FIG. 17, and the internal temperature of the column was adjusted to 90.degree. As a pretreatment, the experiment was started after flowing 5 mL of the reaction solution at 100 μL/min.
After passing through the column, the solution passed through a back pressure valve and was collected from the outlet of the tube into a vial chilled in an ice bath.

14-4原料及び目的生成物の定量方法
14-3の反応溶液の重量を測定後、内部標準物質ジエチレングリコールジエチルエーテルを加えた。その溶液2 μLをジエチルエーテル500 μLで希釈した後よく撹拌した。次にこの溶液を1 μL取り出し、GC-FID(Agilent社製 6850シリーズ)を用いて測定を行なった。測定カラムはDB-624UI(Agilent社製)を用いた。
14-4 Quantitative methods for raw materials and target products
After measuring the weight of the reaction solution of 14-3, the internal standard substance diethylene glycol diethyl ether was added. After diluting 2 μL of the solution with 500 μL of diethyl ether, the mixture was well stirred. Next, 1 μL of this solution was taken out and measured using GC-FID (6850 series manufactured by Agilent). DB-624UI (manufactured by Agilent) was used as a measurement column.

14-5実験結果
結果を下記表に示す。
14-5 Experimental Results The results are shown in the table below.

Figure 0007312463000022
Figure 0007312463000022

本発明の固体酸触媒を用いて、飽和脂肪族カルボン酸とアルコールとのエステルが合成された。 Esters of saturated aliphatic carboxylic acids and alcohols were synthesized using the solid acid catalysts of the present invention.

<実施例15>
15. 連続フロー装置を用いたオレイン酸とメタノールのエステル化反応(バイオディーゼル燃料合成)
実施例2と同様にしてm-フェノールスルホン酸樹脂を合成した。但し具体的な条件は、以下の通りである。
<Example 15>
15. Esterification reaction of oleic acid and methanol using a continuous flow device (biodiesel fuel synthesis)
An m-phenolsulfonic acid resin was synthesized in the same manner as in Example 2. However, the specific conditions are as follows.

得られたm-フェノールスルホン酸樹脂を固体酸触媒として、オレイン酸とメタノールとのエステルを連続フロー合成した。具体的には以下のようにして行った。 Using the obtained m-phenolsulfonic acid resin as a solid acid catalyst, an ester of oleic acid and methanol was synthesized in a continuous flow. Specifically, it was carried out as follows.

15-1 試薬
下記表に示す試薬を用いた。
15-1 Reagents The reagents shown in the table below were used.

Figure 0007312463000024
Figure 0007312463000024

15-2実験装置
実験装置は12-1と同様の装置を用いた。また、触媒を充填したカラムも12-1と同様のものを用い、12-3の方法でコンディショニングを行った。
15-2 Experimental Apparatus The same experimental apparatus as in 12-1 was used. Also, the column packed with the catalyst was the same as in 12-1 and was conditioned by the method in 12-3.

15-3実験方法
オレイン酸とメタノールのモル比が1:5になるように溶液を調製した。その後この溶液をシリンジに充填した。次に図17に示した装置図のように装置及びカラムを接続し、カラム内部温度が90 ℃になるように調整した。前処理として反応溶液を100 μL/minで5 mL流した後に実験を開始した。
カラム内を通過した溶液は背圧弁を通った後、チューブの出口から氷浴で冷やされたバイアル瓶内に集められた。
15-3 Experimental method A solution was prepared so that the molar ratio of oleic acid and methanol was 1:5. This solution was then filled into a syringe. Next, the apparatus and the column were connected as shown in the diagram of FIG. 17, and the internal temperature of the column was adjusted to 90.degree. As a pretreatment, the experiment was started after flowing 5 mL of the reaction solution at 100 μL/min.
After passing through the column, the solution passed through a back pressure valve and was collected from the outlet of the tube into a vial chilled in an ice bath.

15-4目的生成物の定量方法
フロー装置から流れてきた溶液を規定時間サンプリングした後、エーテルと水でメタノールと水を取り除いた。次にシリカカラムで目的物を単離し、収率を決定した。
15-4 Quantification Method of Target Product After sampling the solution flowing from the flow device for a specified time, methanol and water were removed with ether and water. The desired product was then isolated with a silica column and the yield was determined.

15-5実験結果
触媒充填量:653 mg
反応溶液送液速度:50 μL/min
オレイン酸メチル単離収率:92%
15-5 Experimental results Catalyst loading: 653 mg
Reaction solution delivery rate: 50 μL/min
Isolated yield of methyl oleate: 92%

本発明の固体酸触媒を用いて、バイオデーィーゼル燃料として有用なオレイン酸とメタノールとのエステルが合成された。 An ester of oleic acid and methanol useful as a biodiesel fuel was synthesized using the solid acid catalyst of the present invention.

本発明の触媒組成物及びメタ-フェノールスルホン酸系樹脂は、酸触媒として種々利用でき、例えば、エステル化反応触媒及びエステル交換反応触媒として好適に利用できる。 The catalyst composition and meta-phenolsulfonic acid resin of the present invention can be used variously as an acid catalyst, and can be suitably used as an esterification reaction catalyst and a transesterification reaction catalyst, for example.

Claims (7)

一般式(I)で表される構造単位を含む、ノボラック型メタ-フェノールスルホン酸系樹脂を含む、触媒組成物。
(式中、1は0ある。)
A catalyst composition comprising a novolak-type meta-phenolsulfonic acid resin containing a structural unit represented by general formula (I).
(where m1 is 0.)
さらに、式(II)で表される構造単位を含む、請求項1に記載のメタ-フェノールスルホン酸系樹脂を含む、触媒組成物。

(式中、2は0ある。)
Further, a catalyst composition comprising the meta-phenolsulfonic acid-based resin according to claim 1, which comprises a structural unit represented by formula (II).

(Where m2 is 0.)
さらに、式(III)で表される構造単位を含む、請求項1又は2に記載のメタ-フェノールスルホン酸系樹脂を含む、触媒組成物。

(式中、R、ハロゲン、炭素数1~30の炭化水素、炭素数1~30のアシル、及びシアノからなる群から選ばれる重合反応に不活性な置換基であり、m3は0~3の整数である。)
Further, a catalyst composition comprising the meta-phenolsulfonic acid-based resin according to claim 1 or 2, which comprises a structural unit represented by formula (III).

(In the formula, R 3 is a substituent inert to the polymerization reaction selected from the group consisting of halogen, hydrocarbon having 1 to 30 carbon atoms, acyl having 1 to 30 carbon atoms, and cyano, and m3 is an integer of 0 to 3.)
エステル化反応又はエステル交換反応に用いられる、請求項1~のいずれか一項に記載の触媒組成物。 4. The catalyst composition according to any one of claims 1 to 3 , which is used for an esterification reaction or a transesterification reaction. カルボン酸とアルコールを、請求項に記載の触媒組成物の存在下で反応させ、エステル化反応させる工程、
を含む、カルボン酸エステルの製造方法。
A step of reacting a carboxylic acid and an alcohol in the presence of the catalyst composition according to claim 4 to effect an esterification reaction;
A method for producing a carboxylic acid ester, comprising:
カルボン酸エステルとアルコールを、請求項に記載の触媒組成物の存在下で反応させ、エステル交換反応させる工程、
を含む、カルボン酸エステルの製造方法。
A step of reacting a carboxylic acid ester and an alcohol in the presence of the catalyst composition of claim 4 to effect a transesterification reaction;
A method for producing a carboxylic acid ester, comprising:
請求項1~のいずれか一項に記載の触媒組成物が充填された反応容器と、前記反応容器に反応原料を供給するための1以上の供給口と、前記反応容器から反応生成物を取り出す1以上の排出口とを少なくとも備える反応装置。 A reactor comprising a reaction vessel filled with the catalyst composition according to any one of claims 1 to 4 , one or more supply ports for supplying reaction raw materials to the reaction vessel, and one or more outlets for taking out the reaction product from the reaction vessel.
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