JPH0480916B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、構造式〔〕で表わされる ビシクロ〔３，３，０〕オクタン−２，３：
６，８−ジ無水カルボン酸（以下ジ無水物と略称
する）に関するものである。 本発明の化合物は新規化合物であり、一般にこ
の系統のテトラカルボン酸類は、耐熱性を目的と
したポリイミド樹脂やポリ塩化ビニールの可塑
剤、又エポキシ樹脂の硬化剤さらに水溶性ポリエ
ステル等の原料として広汎な分野に利用されてい
る。 しかし、現在汎用されているピロメリツト酸や
ベンゾフエノンテトラカルボン酸等の芳香族系テ
トラカルボン酸類は融点が高く、溶媒への溶解性
も悪く、さらに反応性が高すぎる等の点で作業性
に問題があつた。又、コスト的にも高価であつ
て、これらを改善した新しいタイプのテトラカル
ボン酸が待望されていた。 本発明の化合物は、次のスキームで示される様
に２つのルートで製造される脂環式テトラカルボ
ン酸である。

【表】 又、安価なジシクロペンタジエン（DCPD）を
出発原料とした短い工程数で製造される経済的な
テトラカルボン酸である。さらに、脂環式化合物
の特性から融点の低下、溶媒への溶解性の向上、
反応性の緩和化等の改善した性能が期待される。 本化合物の出発原料であるジエステルの製造法
（特願昭57−190429号）は、本発明者らが見出し
たジシクロペンタジエンのジエステル化反応によ
つて合成する。（Ｒはアルキル、シクロアルキル、
ベンゼン置換アルキルで内部にＯ，Ｎ原子を含ん
でいても良い。） このジエステル化法は、塩化パラジウム−塩化
銅及び又は酸素の触媒系によるワツカー型反応で
常温常圧の温和な条件でも容易に進行し、収率も
極めて高い方法である。 このジエステルからのテトラカルボン酸製造法
には二つの方法がある。 一つは、ジエステルの炭素−炭素二重結合を酸
化開裂させて構造式〔〕で示される３，５，６
−トリカルボキシノルボルナン−２−酢酸−５，
６−ジエステル−６，８−ジカルボン酸（以下
DEDCと略称する） を得、続いてエステル基の加水分解を行い、構造
式〔〕で示される３，５，６−トリカルボキシ
ノルボルナン−２−酢酸（以下テトラカルボン酸
と略称する） を得、これを脱水して構造式〔〕で示される ３，５，６−トリカルボキシノルボルナン−２−
酢酸−５，６−無水物（以下モノ無水物と略称す
る）を経て、又はテトラカルボン酸から直接ジ無
水物を得るルートである。 もう一つは、ジエステルのエステル基の加水分解
を行いジカルボン酸を得、続いて炭素−炭素二重
結合を酸化開裂させてテトラカルボン酸を得、こ
れを脱水してモノ無水物を経て、又はテトラカル
ボン酸から直接ジ無水物を得るルートである。 これらの２つのルートにおけるエステル基の加
水分解はいずれも通常の酸又はアルカリの存在下
において容易に進行する。 酸を用いる場合は、塩酸、硫酸等の水溶液アル
カリを用いる場合は水酸化ナトリウム、水酸化カ
リウム等の水−アルコール溶液で行なうことが好
ましい。 次に炭素−炭素二重結合の酸化開裂法としては
一般に硝酸による方法〔工業化学雑誌第74巻397
頁（1971年）〕、過マンガン酸塩による方法〔ジヤ
ーナル・オブ・アメリカン・ケミカル・ソサイヤ
テイ（J.Am.Chem.Soc.）第82巻6342頁（1960
年）〕、金属触媒を用いた液相接触共酸化方法〔特
開昭55−162737〕、さらにオゾン酸化方法〔ジヤ
ーナル・オブ・ジ・アメリカン・ケミカル・ソサ
イヤテイ（J.Am.Chem.Soc.）第81巻4273頁
（1959年）〕等が知られている。 しかし、本発明者らはジエステル及びジカルボ
ン酸について、これらの酸化開裂反応を種々検討
の結果硝酸や過マンガン酸塩による方法では目的
生成物が得られにくいが、共酸化方法又はオゾン
酸化法では、高収率を与え、特にオゾン酸化法が
優れた結果を与えることを見出した。 先ずオゾン酸化法について述べると、オゾン発
生法は通常のオゾン発生機を用いて、ボンベ入り
酸素によつて行うのが好ましく、空気を用いる場
合は、オゾン化後窒素酸化物をアルカリ洗浄など
による除去後乾燥して用いる必要がある。 溶媒としては、炭化水素、ハロゲン化炭化水
素、エーテル、エステル等の不活性溶媒も用い得
るが、異常反応を起す恐れがある処からアルコー
ル、カルボン酸等のプロトン性の活性溶媒を用い
るのが好ましい。 特にアルコール類が低温での反応が可能である
処から好ましく、具体的にはメタノール、エタノ
ール、プロパノール、ブタノール等がなかでも好
結果を与える。 オゾン付加温度は、異常反応を抑制するために
低温で行うことが好ましく、特に−78℃付近が高
選択性を与える。得られたオゾニドの酸化分解
は、主に酸素によつて行われるが過酢酸、過ギ
酸、過酸化水素などで行うこともできる。 次に液相接触酸化法は触媒および共酸化剤の存
在下分子状酸素含有ガスと接触させて行うもので
あるが純酸素の他に窒素、アルゴン等の不活性ガ
スで稀釈した酸素混合ガスや空気を用いることも
できる。ガスの供給は常圧流通系でバブルして行
う方法とオートクレーブを用いて加圧下で行う方
法との両法が使用できる。 触媒としてはルテニウム、オスミウム等の金属又
はそれらの化合物が使用できる。しかしオスミウ
ムは毒性の点で実用的ではない。 ルデニウムとしては、金属ルテニウム、酸化ルテ
ニウム、ハロゲン化ルテニウム、水酸化ルテニウ
ム、ルテニウム錯体等を用いることができ具体的
には三二酸化ルテニウム、二酸化ルテニウム、四
酸化ルテニウム、塩化ルテニウム、臭化ルテニウ
ム、沃化ルテニウム等が好ましい。 その使用量は、原料ジエステル又はジカルボン
酸１モルに対しルテニウム金属換算0.0001から
0.01グラム原子程度で十分である。 共酸化剤としてのアルデヒド又はケトンは脂肪族
系、芳香族系のいずれであつても差しつかえな
い。具体的には、ホルムアルデヒド、パラホルム
アルデヒド、アセトアルデヒド、パラアルデヒ
ド、グリオキザール、ブロピオンアルデヒド、ベ
ンズアルデヒド、トルアルデヒド、メチルエチル
ケトン、メチルイソブチルケトン、ビアセチル、
シクロヘキサノン、メチルベンジルケトンなどを
挙げることができる。これらの中で、脂肪族アル
デヒドが好ましく、特にアセトアルデヒドが経済
的であり優れている。 これらのアルデヒド又はケトンの使用量は、原
料ジエステル又はジカルボン酸１モルに対し0.5
から100モル程度が好ましい。 本反応では溶媒を用いなくとも可能であるが通
常は溶媒の存在下が行うのが好ましい。溶媒とし
ては反応に不活性な溶媒であれば広く使用するこ
とができ、ハロゲン化炭化水素、脂肪族系並びに
芳香族系炭化水素、エステル、カルボン酸、エー
テル、アルコール、ケトン類等を挙げることがで
きる。 これらの溶媒の中ではアセトン、酢酸エチル、酢
酸、メタノール等を使用することが特に好まし
い。 さらに反応温度は０℃から200℃が好ましい。 オゾン酸化法、液相共酸化法によつて得られた酸
化開裂生成物は、原料がジエステルからの場合は
前述した様なエステル基の加水分解によつて又、
原料がジカルボン酸の場合は、そのままテトラカ
ルボン酸が得られる。 続いて、テトラカルボン酸は減圧下、加熱脱水
することによつて、モノ無水物に変換することが
できる。 このモノ無水物の粗結晶は、酢酸エチルで再結
晶することにより精製することができる。 さらに、このモノ無水物は脱水剤を用いて処理
することにより容易に目的とするジ無水物が得ら
れる。脱水剤としては、無水脂肪酸、塩化アセチ
ル、オキシ塩化燐などが使用でき、特に無水脂肪
酸中の無水酢酸、無水プロピオン酸等が経済的で
ある。脱水反応は、モノ無水物に対し２〜３重量
倍の脱水剤を加えて、30分程度還流させることに
より終了する。 反応液を濃縮すると粗ジ無水物の結晶が得られ
る。この粗結晶を脱水アセトンで再結晶すると純
白のジ無水物の結晶が得られた。 なお、テトラカルボン酸を脱水剤で処理して直
接ジ無水物を得ることもできる。 以下、実施例によつて本発明を更に詳細に説明
するが、本発明はこれらによつて何ら制限される
ものではない。 参考例１ ジメチルエステル（加圧下）の合成 内容積100mlのハステロイ製オートクレーブに
ジシクロペンタジエン（DCPD）3.95ｇ
（30mmol）、塩化パラジウム0.267ｇ（1.5mmol）、
無水塩化第二銅（純度95％）10.4ｇ（73mmol）、
メタノール24ｇを仕込み、一酸化炭素で35Kg／
cm²・Ｇまで加圧した後、室温（25℃）で撹拌を開
始した。一酸化炭素の吸収がただちに始まり15分
後に５Kg／cm²・Ｇで吸収が停止した。反応は発熱
反応でオートクレーブは最高温度48℃にまで達し
た。反応を開始してから30分で撹拌を停止し、室
温に戻してから一酸化炭素を除き、反応物をとり
出した。 反応物より溶媒を除去した後、ｎ−ヘキサンに
より抽出を行つた。このｎ−ヘキサン溶液をガス
クロマトグラフで分析した結果、原料のジシクロ
ペンタジエンは残余せず、生成物としてほぼモノ
ピークが検出された。 そこで本反応を全く同様に５回繰り返し、反応５
回分のｎ−ヘキサン溶液を濃縮し、さらに減圧蒸
留によつて140〜145℃／0.7mmHgでジメチルエス
テル33ｇ（純度98％）を得た。 参考例２ ジメチルエステル（常圧下）の合成 ２のガラス製四口フラスコに、ジシクロペン
タジエン（DCPD）212ｇ（1.6mol）、塩化パラジ
ウム4.0ｇ（0.023mol）、無水塩化第二銅（無水
物）（純度95％）465ｇ（3.5mol）、メタノール
800ｇを仕込み、50℃にしてから一酸化炭素を常
圧下２／minの流速で撹拌しながら２時間反応
吹込んだ。 反応後、反応物を冷却し、濃縮操作により溶媒
を除去してからｎ−ヘキサンにより抽出を行つ
た。このヘキサン溶液を濃縮後減圧蒸留によつて
135〜143℃／0.5mmHgでジメチルエステル284ｇ
（純度98％）を得た。 参考例３ ジカルボン酸の合成 水酸化ナトリウム64ｇ（1.6mol）を水150mlに
溶かした水溶液と、ジメチルエステル102ｇ（純
度98％）（0.4mol）をエタノール400ｇに溶かし
た溶液を混合し78℃で３時間還流を続けた後メタ
ノールを除去し、残査に濃塩酸165ｇを加えた後
再び濃縮した水を除去した。得られた濃縮物をア
セトン抽出し、アセトン溶液を濃縮することによ
り粗ジカルボン酸85ｇを得た。 これをアセトニトリル溶媒で再結晶することによ
り目的とするジカルボン酸の白色結晶が得られ
た。 融点167〜168℃。 実施例１ ジメチルエステルからジ無水物の合成 500mlのガラス製円筒ガス吸収管に、ジメチル
エステル51ｇ（純度98％）（0.2mol）とメタノー
ル300ｇを仕込み、−78℃に冷却する。オゾン発生
機（日本オゾン(株)社製０−１−２型、100V）よ
りのオゾン含有酸素45／hrを吹込み12時間反応
させた。 この反応液を50℃以下で減圧濃縮し、水アメ状オ
ゾニドを得た。続いてこのオゾニドをギ酸306ｇ
に溶解させ、50℃付近で60％過酸化水素25ｇを加
えると間もなくして還流がはじまる。還流が止ま
つた時点でさらに60％過酸化水素を20ｇ加え、
徐々に浴温を120℃に上げて２時間還流を続けた。
終了後、減圧下溶媒を除去しDEDCを得た。 このDEDCにエタノール200ｇと水酸化ナトリ
ウム32ｇを水100ｇに溶かした水溶液を加え、浴
温120℃で撹拌しながら３時間還流を続けた。 次にエタノールを除去し濃塩酸（35％HCl）83
ｇを加えて中和した後水を除去する。この残査を
アセトン抽出しアセトン溶液を濃縮するとテトラ
カルボン酸の粗結晶52ｇが得られた。 続いて、この粗結晶を減圧下100℃付近で２時
間加熱した。この反応物をアセトン−酢酸エチル
溶媒で再結晶することによりモノ無水物の純品
（純度100％）39ｇが得られた。 さらにこのモノ無水物39ｇを無水酢酸160ｇに
混合して、浴温120℃で40分還流させた。反応液
を濃縮し、脱水アセトン500ｇと乾燥活性炭２ｇ
を混ぜ２時間還流後過する。この過、アセト
ン溶液から晶析操作により純白の結晶が31ｇ（純
度100％）得られた。この結晶について以下の分
析を行つた。 IR（KBr）：1810，1775，1765，1220，1085，
1050，925，905（cm^-1） ２，３位カルボン酸無水物赤外吸収は1775cmで
あり、この結晶はさらに1765cm^-1の吸収が出現し
たことからこの結晶は５員環及び６員環酸無水物
をもつていることが分る。 12C−NMR（CD₃COCD₃）：173.8，173.1，168.9，
167.5，45.8，45.2，44.4，44.2，35.9，32.7，
32.3，31.7（ppm） マススペクトル〔ｍ／ｅ〕：251（Ｍ＋１） 元素分析：C₁₂H₁₀O₆＝250.20として

【表】 融点：201〜203℃ 以上より、本結晶はビシクロ〔33.0〕オクタン
−2.3：6.8−ジ無水カルボン酸であることが判明
した。 実施例２ ジカルボン酸からジ無水物の合成 500mlガラス製円筒ガス吸収管にジカルボン酸
22ｇ（純度100％）（0.1mol）とメタノール300ｇ
を仕込み78℃に冷却する。酸素ガスをオゾン発生
機よりのオゾン含有酸素45／hrを吹込み５時間
反応させた。 次にこの反応液を50℃以下で減圧濃縮し、水ア
メ状オゾニドを得た。 続いでこのオゾニドをギ酸150ｇに溶解し、50℃
付近で60％過酸化水素20ｇを加えると還流がはじ
まる。 還流が止まつた時点で浴温を120℃に上げて２時
間還流を続けた。 次に減圧下溶媒を留去すると白色のテトラカル
ボン酸粗結晶26ｇが得られた。 続いてこのテトラカルボン酸の加熱脱水、及び
無水酢酸による脱水操作さらにジ無水物の精製を
実施例１と同様に行い、純白のジ無水物（純度
100％）18ｇが得られた。 実施例３ ジメチルエステルからジ無水物の合成 300ml四口ガラス製反応フラスコにアセトアル
デヒド25ｇ、二酸化ルテニウム（RuO₂・2H₂Ｏ）
0.1ｇ、アセトン100ｇを仕込み40℃で、酸素ガス
を30／hrの速度で1.5時間吹込む。 続いてこの溶液にジメチルエステル5.0ｇ
（0.02mol）をアセトン20ｇに溶かした溶液を１
時間で滴下し、さらに２時間撹拌する。反応後ル
テニウム触媒を除去する。この液に水30mlを加
え浴温60℃で２時間撹拌させた。反応液を濃縮
し、得られたDEDCをエタノール20ｇに溶かし、
このエタノール溶液に水酸化ナトリウム3.2ｇを
水10ｇに溶かした水溶液を加え、浴温120℃で撹
拌しながら２時間還流を続けた。 終了後、エタノールを除去してから濃塩酸（35
％HCl）8.3ｇを加えて中和した後水を除去する。
この残査をアセトン抽出しアセトン溶液を濃縮す
るとテトラカルボン酸の粗結晶5.2ｇが得られた。 続いてこのテトラカルボン酸の加熱脱水及び無
水酢酸による脱水操作さらにジ無水物の精製を実
施例１と同様に行い、純白のジ無水物（純度100
％）3.5ｇが得られた。 実施例４ ジカルボン酸からジ無水物の合成 300ml四口ガラス製反応フラスコにアセトアル
デヒド25ｇ、二酸化ルテニウム（RuO₂・2H₂Ｏ）
0.1ｇ、アセトン100ｇを仕込み40℃で酸素ガスを
30／hrの速度で1.5時間吹込む。 続いてこの溶液にジカルボン酸4.5ｇ
（0.02mol）をアセトン20ｇに溶かした溶液を１
時間で滴下し、さらに２時間撹拌する。 反応後ルテニウム触媒を除去し液に水30mlを
加え浴温60℃で２時間撹拌する。この反応液を濃
縮するとテトラカルボン酸の粗結晶4.8ｇが得ら
れた。 続いてこの粗結晶の加熱脱水及び無水酢酸によ
る脱水操作さらにジ無水物の精製を実施例１と同
様に行い、純白のジ無水物（純度100％）3.3ｇが
得られた。 実施例５ ジカルボン酸からジ無水物の合成 実施例２における中間生成物の粗テトラカルボ
ン酸26ｇに直接無水酢酸160ｇを加えて反応させ
る他は、実施例２と同様に行つた。又、得られた
粗ジ無水物の精製も実施例２と同様に行つた。 こうして得られた純白のジ無水物（純度100％）
は11ｇであつた。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 構造式〔〕で示される ３，５，６−トリカルボキシ−２−カルボキシ
   メチルノルボルナン−２：３，５：６−ジ無水
   物。