JP7375752B2 - 多官能含硫エポキシ化合物の製造方法 - Google Patents
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Description
これらの多官能エピスルフィド化合物は、エピチオ部分の硫黄原子が酸素原子である含硫エポキシ化合物を製造したのち、チア化して得られる。多官能含硫エポキシ化合物の製造方法については、特許文献4~6に示される製法が提案されており、収率向上やチア化して得られる多官能エピスルフィド化合物を硬化して得られる樹脂の透明性の改善、及びスカム状の不溶物が発生しない製造方法が開示されている。
しかしながら、これらの製造方法では、多官能含硫エポキシ化合物の色調、特に黄変が十分に改善されず、その後のチア化で得られるエピスルフィド化合物の色調にも影響を及ぼしていた。したがって、良色調、特に黄変が抑制された多官能含硫エポキシ化合物の製造方法の開発が望まれていた。
<1> 多官能チオールを還元剤の存在下、エピハロヒドリンと反応させ多官能含硫ハロヒドリンとした後、塩基性化合物と反応させることを特徴とする、多官能含硫エポキシ化合物の製造方法である。
<2> 前記多官能チオールが、ビス(2-メルカプトエチル)スルフィド、4-メルカプトメチル-1,8-ジメルカプト-3,6-ジチアオクタン、4,8-ジメルカプトメチル-1,11-ジメルカプト-3,6,9-トリチアウンデカン、4,7-ジメルカプトメチル-1,11-ジメルカプト-3,6,9-トリチアウンデカン、5,7-ジメルカプトメチル-1,11-ジメルカプト-3,6,9-トリチアウンデカン、1,2,6,7-テトラメルカプト-4-チアヘプタン及びペンタエリスリチオールからなる群より選択される少なくとも1種である、上記<1>に記載の製造方法である。
<3> 前記還元剤が、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素リチウム、水素化リチウムアルミニウム、水素化ジイソブチルアルミニウム、及びヒドラジン中からなる群より選択される少なくとも1種である、上記<1>または<2>に記載の製造方法である。
<4> 前記塩基性化合物が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及び水酸化カルシウムからなる群より選択される少なくとも1種である、上記<1>から<3>のいずれかに記載の製造方法である。
<5> 反応温度が-5℃~30℃である、上記<1>から<4>のいずれかに記載の製造方法である。
本発明で用いられる多官能チオール化合物は、チオール基を2個以上有する化合物でありすべての多官能チオール化合物を包括するが、具体例として以下を列挙する。
メタンジチオール、メタントリチオール、1,2-ジメルカプトエタン、1,2-ジメルカプトプロパン、1,3-ジメルカプトプロパン、2,2-ジメルカプトプロパン、1,4-ジメルカプトブタン、1,6-ジメルカプトヘキサン、ビス(2-メルカプトエチル)エーテル、ビス(2-メルカプトエチル)スルフィド、1,2-ビス(2-メルカプトエチルオキシ)エタン、1,2-ビス(2-メルカプトエチルチオ)エタン、2,3-ジメルカプト-1-プロパノール、1,3-ジメルカプト-2-プロパノール、1,2,3-トリメルカプトプロパン、2-メルカプトメチル-1,3-ジメルカプトプロパン、2-メルカプトメチル-1,4-ジメルカプトブタン、2-(2-メルカプトエチルチオ)-1,3-ジメルカプトプロパン、4-メルカプトメチル-1,8-ジメルカプト-3,6-ジチアオクタン、2,4-ジメルカプトメチル-1,5-ジメルカプト-3-チアペンタン、4,8-ジメルカプトメチル-1,11-ジメルカプト-3,6,9-トリチアウンデカン、4,7-ジメルカプトメチル-1,11-ジメルカプト-3,6,9-トリチアウンデカン、5,7-ジメルカプトメチル-1,11-ジメルカプト-3,6,9-トリチアウンデカン、1,1,1-トリス(メルカプトメチル)プロパン、テトラキス(メルカプトメチル)メタン、エチレングリコールビス(2-メルカプトアセテート)、エチレングリコールビス(3-メルカプトプロピオネート)、ジエチレングリコールビス(2-メルカプトアセテート)、ジエチレングリコールビス(3-メルカプトプロピオネート)、1,4-ブタンジオールビス(2-メルカプトアセテート)、1,4-ブタンジオールビス(3-メルカプトプロピオネート)、トリメチロールプロパントリスチオグリコレート、トリメチロールプロパントリスメルカプトプロピオネート、 ペンタエリスリトールテトラキスチオグリコレート、ペンタエリスリトールテトラキスメルカプトプロピオネート、1,2-ジメルカプトシクロヘキサン、1,3-ジメルカプトシクロヘキサン、1,4-ジメルカプトシクロヘキサン、1,3-ビス(メルカプトメチル)シクロヘキサン、1,4-ビス(メルカプトメチル)シクロヘキサン、2,5-ジメルカプトメチル-1,4-ジチアン、2,5-ジメルカプトメチル-1,4-ジチアン、2,5-ビス(2-メルカプトエチルチオメチル)-1,4-ジチアン、2,5-ジメルカプトメチル-1-チアン、2,5-ジメルカプトエチル-1-チアン、2,5-ジメルカプトメチルチオフェン、1,2-ジメルカプトベンゼン、1,3-ジメルカプトベンゼン、1,4-ジメルカプトベンゼン、1,3-ビス(メルカプトメチル)ベンゼン、1,4-ビス(メルカプトメチル)ベンゼン、2,2’-ジメルカプトビフェニル、4,4’-ジメルカプトビフェニル、ビス(4-メルカプトフェニル)メタン、2,2-ビス(4-メルカプトフェニル)プロパン、ビス(4-メルカプトフェニル)エーテル、ビス(4-メルカプトフェニル)スルフィド、ビス(4-メルカプトフェニル)スルホン、ビス(4-メルカプトメチルフェニル)メタン、2,2-ビス(4-メルカプトメチルフェニル)プロパン、ビス(4-メルカプトメチルフェニル)エーテル、ビス(4-メルカプトメチルフェニル)スルフィド、2,5-ジメルカプト-1,3,4-チアジアゾール、3,4-チオフェンジチオール、1,1,3,3-テトラキス(メルカプトメチルチオ)プロパン、1,2,6,7-テトラメルカプト-4-チアヘプタン、ペンタエリスリチオールを挙げることができる。
これらのなかで好ましい具体例は、ビス(2-メルカプトエチル)スルフィド、4-メルカプトメチル-1,8-ジメルカプト-3,6-ジチアオクタン、4,8-ジメルカプトメチル-1,11-ジメルカプト-3,6,9-トリチアウンデカン、4,7-ジメルカプトメチル-1,11-ジメルカプト-3,6,9-トリチアウンデカン、5,7-ジメルカプトメチル-1,11-ジメルカプト-3,6,9-トリチアウンデカン、1,2,6,7-テトラメルカプト-4-チアヘプタン、ペンタエリスリチオールであり、最も好ましい化合物は、ペンタエリスリチオールである。
これらは1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してよい。
水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素リチウム、水素化シアノホウ素ナトリウム、水素化リチウムアルミニウム、水素化ジイソブチルアルミニウム、ヒドラジン、亜鉛、スズ、鉄、白金、パラジウム、ニッケルであり、中でも好ましい化合物は、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素リチウム、水素化リチウムアルミニウム、水素化ジイソブチルアルミニウム、ヒドラジンであり、最も好ましい化合物は水素化ホウ素ナトリウムである。
還元剤の添加量は反応を進行させるためであれば特に制限はないが、好ましくは多官能チオール化合物のチオール基(SH基)1モルに対し、0.0001~5.0モル、より好ましくは0.01~1.0モル、最も好ましくは0.05~0.5モル使用する。0.0001モル未満では十分に黄変が抑制できないため好ましくなく、5.0モルを超えると過剰量投入することになり経済的に好ましくない。
なお、還元剤は1種のみでも、複数を組み合わせて使用してもよい。
多官能含硫ハロヒドリン化合物は、還元剤の存在下、エピハロヒドリンと多官能チオール化合物を反応させて得られる。エピハロヒドリンの具体例としてはエピクロロヒドリン、エピブロモヒドリン等があるが、好ましくはエピクロロヒドリンである。
エピハロヒドリンと、多官能チオール化合物を反応させる際、好ましくは触媒を使用する。触媒は無機酸、有機酸、ルイス酸、ケイ酸、ホウ酸、第4級アンモニウム塩、無機塩基、有機塩基が挙げられる。好ましくは有機酸、第4級アンモニウム塩、無機塩基であり、より好ましくは第4級アンモニウム塩、無機塩基である。具体例としては、テトラメチルアンモニウムクロライド、テトラメチルアンモニウムブロマイド、テトラメチルアンモニウムアセテート、テトラエチルアンモニウムクロライド、テトラエチルアンモニウムブロマイド、テトラエチルアンモニウムアセテート、テトラブチルアンモニウムクロライド、テトラブチルアンモニウムブロマイド、テトラブチルアンモニウムアセテート、テトラヘキシルアンモニウムクロライド、テトラヘキシルアンモニウムブロマイド、テトラヘキシルアンモニウムアセテート、テトラオクチルアンモニウムクロライド、テトラオクチルアンモニウムブロマイド、テトラオクチルアンモニウムアセテート、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムが挙げられる。中でも好ましくは水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムである。
使用する有機溶媒は特に制限は無くいかなる有機溶媒を使用してもよいが、好ましくはアルコール類、エーテル類、ケトン類、脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、ハロゲン化炭化水素類が用いられる。これらは単独でも混合して用いても構わない。アルコール類の具体例としては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノールなどが挙げられ、エーテル類の具体例としては、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどが挙げられ、ケトン類の具体例としては、メチルセルソルブ、エチルセルソルブ、ブチルセルソルブ、メチルエチルケトン、アセトンなどが挙げられ、脂肪族炭化水素類の具体例としては、ヘキサン、ヘプタン、オクタンなどが挙げられ、芳香族炭化水素類の具体例としては、ベンゼン、トルエン、キシレンなどが挙げられ、ハロゲン化炭化水素類の具体例としては、ジクロロエタン、クロロホルム、クロロベンゼンなどが挙げられる。より好ましくはアルコール類、脂肪族炭化水素類、芳香族炭化水素類、ハロゲン化炭化水素類であり、その具体例は、メタノール、プロパノール、イソプロパノール、ヘキサン、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、クロロホルムである。中でも好ましくはアルコール類、芳香族炭化水素類、ハロゲン化炭化水素類であり、その具体例は、メタノール、プロパノール、イソプロパノール、ベンゼン、トルエン、クロロホルムである。さらに好ましくはアルコール類、芳香族炭化水素類であり、その具体例は、メタノール、イソプロパノール、ベンゼン、トルエンである。最も好ましくは、メタノール、トルエンである。
有機溶媒の量は特に制限はないが、通常は多官能含硫ハロヒドリン化合物100重量%に対し、5~5000重量%、好ましくは50~3000重量%、より好ましくは100~1000重量%である。
具体例としては、4級アンモニウム塩類、4級ホスホニウム塩類などが挙げられる。
4級アンモニウム塩類としては、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム、水酸化トリメチルベンジルアンモニウム、臭化テトラメチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラブチルアンモニウム、臭化トリメチルベンジルアンモニウム、臭化トリメチルフェニルアンモニウム、塩化テトラメチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラブチルアンモニウム、塩化トリメチルベンジルアンモニウム、塩化トリメチルフェニルアンモニウム、塩化トリオクチルメチルアンモニウム、塩化トリブチルベンジルアンモニウム、塩化N-ラウリルピリジニウム、塩化N─ベンジルピコリニウム、塩化N-ラウリル4-ピコリニウム、塩化N-ラウリルピコリニウム、塩化トリカプリルメチルアンモニウム、ヨウ化テトラメチルアンモニウム、ヨウ化テトラ-n-ブチルアンモニウム、及びテトラブチルアンモニウムハイドロゲンサルフェートなどが挙げられる。
4級ホスホニウム塩類としては、塩化テトラエチルホスホニウム、臭化テトラエチルホスホニウム、ヨウ化テトラエチルホスホニウム、臭化テトラブチルホスホニウム、臭化トリフェニルベンジルホスホニウム、及び臭化テトラフェニルホスホニウムなどが挙げられる。
酸を加える際には、発泡を抑制する観点から滴下することは好ましい。滴下して反応させる際に、酸の滴下方法に特に制限はない。
本発明で使用する塩基性化合物は、特に制限は無くいかなる塩基性化合物を使用してもよいが、好ましくはアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属塩である。その好ましい具体例は、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムである。中でも、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムが好ましく、さらに好ましくは水酸化ナトリウム、水酸化カリウムである。
これらは1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
塩基性化合物は、多官能含硫ハロヒドリン化合物1当量に対し、0.5~10当量使用することが好ましい。より好ましくは0.7~5当量、特に好ましくは0.8~2当量である。0.5当量未満もしくは10当量を超えた場合では未反応の原材料の余剰が多くなり、経済的に好ましくない。
上記塩基性化合物は、通常は水溶液若しくはアルコール溶液、水・アルコール混合溶液にして使用する。溶媒の量は塩基性化合物が溶解するのであれば特に制限はない。
<純度>:製造したエポキシ化合物をアセトニトリルで0.1%に希釈し、HPLCにより分析を行った。送液ポンプは島津製作所LC-10AD、カラムはVP-ODS、検出器はRID-10Aを用い、カラムオーブンで40℃に保持しつつ、アセトニトリル:水=1:1の溶液を0.7mL/分で流して分析を行った。
<APHA値>:ハーゼンメーターHM-IV(株式会社エックス電子設計製)を用い測定した。
<色調評価>:APHA値が0-50未満をA評価、50以上-100未満をB評価、100以上をC評価とした。B以上が合格レベルである。
温度計、滴下ロートを装着した四つ口フラスコに特許第3222940号に基づき合成したペンタエリスリチオール10.0g(49.9mmol)を入れ、反応容器を窒素置換した。その後、48%水酸化ナトリウム水溶液0.42gをメタノール39.6gに溶かした溶液及びトルエン86.7gを先の反応容器に加え5℃まで冷却しながら攪拌した。続いて還元剤として水素化ホウ素ナトリウム0.94g(25.0mmol)を入れ2時間攪拌した。更に、攪拌しながらエピクロロヒドリン20.3g(219.6mmol)を液温5~15℃に保ちつつ滴下し、テトラキス(3-クロロ-2-ヒドロキシプロピルチオメチル)メタンを得た。
次いで、48%水酸化ナトリウム水溶液18.3gをメタノール15.8gに溶かした溶液を液温5~15℃に保ちつつ滴下した。滴下終了後、液温を15℃とし20h熟成させた。有機層を水100gで3回洗浄後、溶媒を留去してテトラキス(β-エポキシプロピルチオメチル)メタン20.9g(総収率99%)を得た。得られたテトラキス(β-エポキシプロピルチオメチル)メタンの純度は100%、APHA値は38であった。
還元剤を表1に示す量にした以外は、実施例1と同様に行った。
温度計、滴下ロートを装着した四つ口フラスコに特許第3222940号に基づき合成したペンタエリスリチオール10.0g(49.9mmol)を入れ、反応容器を窒素置換した。その後、トルエン86.7gを先の反応容器に加え5℃まで冷却しながら攪拌した。続いて、48%水酸化ナトリウム水溶液0.42gと、還元剤として水素化ホウ素ナトリウム0.94g(25.0mmol)とを水67gに溶かした溶液を加え攪拌した。その後、臭化テトラブチルアンモニウム1.61g(5.0mmol)を加え4時間攪拌した。更に攪拌しながらエピクロロヒドリン20.3g(219.6mmol)を液温5~15℃に保ちつつ滴下し、テトラキス(3-クロロ-2-ヒドロキシプロピルチオメチル)メタンを得た。
次いで、20%硫酸水溶液14.7gを発泡に注意しながら滴下し、30分攪拌した。更に48%水酸化ナトリウム水溶液31.6gを水15.8gに溶かした溶液を液温5~15℃に保ちつつ滴下した。滴下終了後、液温を15℃とし20h熟成させた。有機層を水100gで3回洗浄後、溶媒を留去してテトラキス(β-エポキシプロピルチオメチル)メタン20.9g(総収率99%)を得た。得られたテトラキス(β-エポキシプロピルチオメチル)メタンの純度は100%、APHA値は36であった。
チオールを表1に示す化合物にした以外は、実施例1と同様に行った。
還元剤を表1に示す化合物にした以外は、実施例1と同様に行った。
実施例1の手法で還元剤を使用しない以外は、実施例1と同様の手法でテトラキス(β-エポキシプロピルチオメチル)メタン20.8g(総収率99%)を得た。得られたテトラキス(β-エポキシプロピルチオメチル)メタンの純度は99%、APHA値は140であった。
比較例1では還元剤を使用しなかったため、色調が悪化した。
Claims (4)
- 多官能チオールを還元剤の存在下、エピハロヒドリンと反応させ多官能含硫ハロヒドリンとした後、塩基性化合物と反応させることを特徴とする、多官能含硫エポキシ化合物の製造方法であって、
前記多官能チオールが、ビス(2-メルカプトエチル)スルフィド、4-メルカプトメチル-1,8-ジメルカプト-3,6-ジチアオクタン、4,8-ジメルカプトメチル-1,11-ジメルカプト-3,6,9-トリチアウンデカン、4,7-ジメルカプトメチル-1,11-ジメルカプト-3,6,9-トリチアウンデカン、5,7-ジメルカプトメチル-1,11-ジメルカプト-3,6,9-トリチアウンデカン、1,2,6,7-テトラメルカプト-4-チアヘプタン及びペンタエリスリチオールからなる群より選択される少なくとも1種である、前記製造方法。 - 前記還元剤が、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素リチウム、水素化リチウムアルミニウム、水素化ジイソブチルアルミニウム、及びヒドラジン中からなる群より選択される少なくとも1種である、請求項1に記載の製造方法。
- 前記塩基性化合物が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、及び水酸化カルシウムからなる群より選択される少なくとも1種である、請求項1または2に記載の製造方法。
- 反応温度が-5℃~30℃である、請求項1から3のいずれかに記載の製造方法。
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