JPH10211434A - イオン交換樹脂及びこれを用いるビスフェノールの製法 - Google Patents
イオン交換樹脂及びこれを用いるビスフェノールの製法Info
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- JPH10211434A JPH10211434A JP9015213A JP1521397A JPH10211434A JP H10211434 A JPH10211434 A JP H10211434A JP 9015213 A JP9015213 A JP 9015213A JP 1521397 A JP1521397 A JP 1521397A JP H10211434 A JPH10211434 A JP H10211434A
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Abstract
フェノールを製造する際の触媒として有用な、メルカプ
ト化合物が結合している変性強酸性スルホン酸型イオン
交換樹脂を提供する。 【解決手段】 アルキル鎖上にアルキル基、シクロアル
キル基、アリール基などの置換基を有していてもよいC
2 〜C4 のアルキルメルカプト基がベンゼン環に結合し
ているアニリン類を、強酸性スルホン酸型イオン交換樹
脂にイオン結合させる。
Description
酸型イオン交換樹脂に関する。このイオン交換樹脂は、
ビスフェノール、例えばフェノールとアセトンとの縮合
反応によってビスフェノールAを製造する際の触媒とし
て有用である。ビスフェノールAは、エポキシ樹脂やポ
リカーボネート樹脂の原料となる有用な化合物である。
ってビスフェノールAを製造する際の触媒として、強酸
性スルホン酸型イオン交換樹脂とメルカプト基を有する
化合物を併用する方法が種々提案されている。例えば強
酸性スルホン酸型イオン交換樹脂を触媒とし、さらに反
応系内にメルカプト基を有する化合物を共存させる方法
(特公昭45−10337号公報、フランス国特許13
73796号明細書等)、メルカプト基を有する化合物
を強酸性スルホン酸型イオン交換樹脂に共有結合させる
方法(特公昭37−14721号、特開昭56−216
50号、特開昭57−87846号、特開昭59−10
9503号公報等)、メルカプト基を有するアミンを強
酸性スルホン酸型イオン交換樹脂にイオン結合させる方
法等が知られている。これらの中で、メルカプト基を有
するアミンをイオン結合させた変性強酸性スルホン酸型
イオン交換樹脂を使用する方法は、触媒調製が容易であ
り、かつメルカプト基を有するアミンは生成物中に混入
しないので、メルカプト基を有する化合物を共有結合さ
せる方法や、単に、反応系内にメルカプト基を有する化
合物を共存させる方法よりも優れた方法である。
させた変性強酸性スルホン酸型イオン交換樹脂を使用す
る方法としては、2−メルカプトエチルアミン(特公昭
46−19953号、特許2528469号公報)、N
−プロピルメルカプトアルキルアミン(特公平3−36
576号公報)、N,N−ジアルキルメルカプトアルキ
ルアミン等(チェコスロバキア国特許219432号公
報)をイオン結合させた変性強酸性スルホン酸型イオン
交換樹脂を用いる方法が知られている。また、四級アン
モニウム塩をイオン結合させた変性強酸性スルホン酸型
イオン交換樹脂を使用する方法としては、N,N,N−
トリメチル−2−メルカプトエチルアンモニウム、N−
(2−ヒドロキシル−3−メルカプトプロピル)ピリジ
ニウム、N−メチル−N−(2−ヒドロキシル−3−メ
ルカプトプロピル)モルフォリウム及びN−ベンジル−
N,N−ジメチル−2−メルカプトエチルアンモニウム
(チェコスロバキア国特許184988号公報)をイオ
ン結合させた変性強酸性スルホン酸型イオン交換樹脂を
用いる方法が知られている。しかしながら、いずれの方
法も、アセトン転化率は50〜75%程度という低い反
応成績しか与えないという欠点があった。
とケトン類とからのビスフェノールの製造に好適な触媒
として有用な、特にアセトンとフェノールの縮合反応に
よりビスフェノールAを製造するに際し、高いアセトン
転化率と良好な選択性を示し、かつ長期安定性を有す
る、変性強酸性スルホン酸型イオン交換樹脂を提供する
ことを目的とする。
スルホン酸型イオン交換樹脂は、強酸性スルホン酸型イ
オン交換樹脂のスルホン酸基の一部に、下記の一般式
(1)で示されるメルカプト基を有するアニリン類がイ
オン結合したものである。
て、水素原子、炭素数が1から4のアルキル基又はアリ
ール基を示し、X及びYは、それぞれ独立して、水素原
子、炭素数が1から6のアルキル基、炭素数が5から1
0のシクロアルキル基又はアリール基を示し、nは1か
ら3の整数を示す。但し、nが2又は3の場合には、複
数のX及びYのそれぞれは別のものを示してもよい。)
に、本発明に係る変性強酸性スルホン酸型イオン交換樹
脂の製造に使用される(1)式のメルカプト基を有する
アニリン類は、例えば、ヒドロキシアルキル基を有する
アニリン類をハロゲン化し、これにチオ酢酸カリウムを
反応させてチオ酢酸エステルとし、次いでケン化又は還
元処理することにより合成することができる。(1)式
のメルカプト基を有するアニリン類の各置換基のうち、
R1 及びR2 としては水素原子及び/又は炭素数1〜4
のアルキル基が好ましい。またメルカプトアルキル基と
しては、鎖上にメチル基及びエチル基から選ばれたアル
キル基を有していてもよい炭素数1〜4のメルカプトア
ルキル基が好ましい。(1)式のメルカプト基を有する
アニリン類のいくつかを例示すると、2−メルカプトエ
チルアニリン、N,N−ジメチル−2−メルカプトエチ
ルアニリン、N,N−ジエチル−2−メルカプトエチル
アニリン、N,N−ジ−n−ブチル−2−メルカプトエ
チルアニリン、3−メルカプトプロピルアニリン、N,
N−ジエチル−1−メチル−3−メルカプトプロピルア
ニリン、N,N−ジエチル−1,1−ジメチル−3−メ
ルカプトプロピルアニリン、N,N−ジメチル−1−メ
チル−4−メルカプトブチルアニリン、N,N−ジメチ
ル−1,2−ジメチル−3−メルカプトプロピルアニリ
ン、N,N−ジ−n−プロピル−1−メチル−1−エチ
ル−4−メルカプトブチルアニリンなどが挙げられる。
をイオン結合させるイオン交換樹脂としては、スチレン
−ジビニルベンゼン共重合体からなる骨格とこれに結合
したスルホン酸基を有する強酸性スルホン酸型イオン交
換樹脂が好ましく、共重合体中のジビニルベンゼン単位
の含有量は、2〜40%が好ましい。またイオン交換樹
脂の交換容量は、含水状態で0.5〜2.5meq/m
l、乾燥状態では3.0〜7.0meq/gのものが好
ましい。イオン交換樹脂の粒径分布は、200〜150
0μmの粒径のものが95%以上を占めるのが好まし
い。市販品としては例えば、ダイヤイオンSK1B、S
K102、SK104、PK208、PK212、RC
P160H、RCP170H(三菱化学社製品、ダイヤ
イオンは三菱化学社の登録商標)、アンバーリスト1
5、31、32(ローム&ハース社製品)、ダウエック
ス50w、88(ダウ・ケミカル社製品)などがある。
これらのイオン交換樹脂は酸型で上述のメルカプト基を
有するアニリン類との結合に供する。市販品は通常はナ
トリウム型なので、塩酸等の酸で処理し酸型にして用い
る。これらのイオン交換樹脂は含水状態で市販されてい
るが、脱水等の特別な処理をすることなくそのまま使用
することができる。
ホン酸基にメルカプト基を有するアニリン類を結合させ
るには、まず適当な溶媒、例えば、水、アルコール類、
エーテル類等にこのアニリン類を溶解させ、この溶液を
同じ溶媒に分散させた強酸性スルホン酸型イオン交換樹
脂に加え、適当な時間、例えば0.1〜10時間攪拌す
ればよい。例えば水溶媒中で結合するには、アニリン類
をスルホン酸よりpk a が大きい酸、例えば酢酸、トリ
フルオロ酢酸、モノクロロ酢酸等の水溶液に加えて溶解
させ、この溶液を予め水に分散させた強酸性スルホン酸
型イオン交換樹脂中に加え、0.1〜10時間攪拌すれ
ばよい。強酸性スルホン酸型イオン交換樹脂に対するメ
ルカプト基を有するアニリン類の結合量は、通常、強酸
性スルホン酸型イオン交換樹脂の全スルホン酸基に対
し、2〜30モル%、好ましくは、5〜20モル%であ
る。結合量が2モル%未満ではメルカプト基を有するア
ニリン類による触媒効果が十分発揮されず、また30モ
ル%を超えると遊離のスルホン酸基の減少によって触媒
活性が低下する。
ン類がイオン結合した変性強酸性スルホン酸型イオン交
換樹脂は、他のものに比べ非常に高いアセトン転化率、
及び4,4’−ビスフェノールA選択性を示す。上記の
ようにして得られた、メルカプト基を有するアニリン類
がイオン結合した変性強酸性スルホン酸型イオン交換樹
脂を用いてアセトンとフェノールの縮合反応を行うに
は、先ず樹脂を充填した容器に樹脂の体積の5〜200
倍のイオン交換水を20〜80℃の温度で、液時空間速
度(LHSV)0.5〜50hr-1で通液し、次いで樹
脂の体積の5〜200倍のフェノールを40〜110℃
の温度で、LHSV0.5〜50hr-1で通液して、樹
脂に含まれている水をフェノールに置換してから反応に
供する。
常、上述の処理を経た樹脂を充填した反応器に、フェノ
ールとアセトンを含有する原料混合物を連続的に供給す
る固定床流通反応方式で行われる。原料混合物の供給
は、LHSV0.1〜20hr-1、好ましくは0.5〜
10hr-1の範囲で行われる。反応温度は40〜120
℃、好ましくは60〜100℃の範囲である。反応温度
が40℃以下では反応速度が遅く、また120℃以上の
温度では樹脂の劣化が著しく副生物も増加するので、い
ずれも好ましくない。反応に供するフェノールとアセト
ンのモル比は、アセトン1モルに対してフェノールが3
〜30モル、好ましくは5〜20モルの範囲である。フ
ェノールの使用量が3モル倍未満では、副生成物が増加
する。また、30モル倍を超えて使用しても反応成績に
は殆ど影響せず、むしろ反応混合物からのフェノールの
回収量がいたずらに増大するため経済的ではない。反応
混合物から目的物質であるビスフェノールAを分離精製
するには、例えば、反応混合物から未反応フェノールを
回収してビスフェノールAとフェノールの付加体を結晶
として分離し、次いで蒸留等の操作で付加体からフェノ
ールを回収するという公知の方法で行うことができる。
に具体的に説明する。なお、実施例、比較例中における
アセトン転化率、4,4’−ビスフェノールA(4,
4’−BPAと略記)選択率、変性率及びスルホン酸基
残存率は次式により算出した(単位はいずれも%)。
−未反応アセトン量)/(供給したアセトン量)〕×1
00 4,4’−BPA選択率=〔(生成した4,4’−BP
Aのモル数)/(反応で消費されたアセトンのモル
数)〕×100 変性率=〔(イオン交換樹脂と結合したメルカプト化合
物のモル数)/(メルカプト化合物との反応に供したイ
オン交換樹脂のスルホン酸基のモル数)〕×100 スルホン酸基残存率=〔(反応後のイオン交換樹脂の遊
離のスルホン酸基のモル数)/(メルカプト化合物との
反応に供したイオン交換樹脂のスルホン酸基のモル
数)〕×100
リンがイオン結合した強酸性スルホン酸型イオン交換樹
脂を触媒とするビスフェノールAの製造 N,N−ジメチル−4−(2−メルカプトエチル)アニ
リンの合成;200ml三ツ口フラスコに塩化チオニル
9.64g、クロロホルム40mlを仕込み、室温かつ
窒素気流下、これにN,N−ジメチル−4−(2−ヒド
ロキシエチル)アニリン9.91gとクロロホルム40
mlの混合溶液を滴下した。室温で4時間攪拌したの
ち、クロロホルムと未反応の塩化チオニルを減圧留去し
て、粗N,N−ジメチル−4−(2−クロロエチル)ア
ニリン塩酸塩13.2gを得た。
中でエタノール150mlに溶解し、これにチオ酢酸カ
リウム10.3gを加え、4時間加熱還流した。エタノ
ールを留去後、氷冷下でこれに25重量%水酸化ナトリ
ウム水溶液9.76gを加え、次いでジエチルエーテル
150mlで3回抽出した。エーテル層を無水炭酸カリ
ウムで乾燥したのち、エーテルを留去して粗4−(2−
アセルチオエチル)−N,N−ジメチルアニリン13.
3gを得た。
ルエーテル30mlと水素化アルミニウムリチウム0.
76gを窒素気流下で仕込み、室温攪拌下、これに上記
で得たチオアセテート4.46gの無水ジエチルエーテ
ル溶液20mlを滴下した。1時間加熱還流したのち、
氷冷し、蒸留水0.4g、酢酸1.32gを加えた。無
機塩を濾別したのち、エーテル溶液を無水硫酸マグネシ
ウムで乾燥した。エーテルを留去し、続いて減圧蒸留す
ることにより、N,N−ジメチル−4−(2−メルカプ
トエチル)アニリン2.72gを得た。(ガスクロマト
グラフィーによる純度98.6%)
N−ジメチル−4−(2−メルカプトエチル)アニリン
との反応;上記で得たN,N−ジメチル−4−(2−メ
ルカプトエチル)アニリン1.24gと酢酸0.42g
とをメタノール30mlに溶解し、これをメタノール3
0mlに懸濁させたダイヤイオンSK104(H型)3
0.0g(三菱化学社製品、交換容量1.63meq/
g)に加え、室温で10時間攪拌した。濾過してイオン
交換樹脂を分離し、イオン交換水で洗浄し、N,N−ジ
メチル−4−(2−メルカプトエチル)アニリンがイオ
ン結合した変性強酸性スルホン酸型イオン交換樹脂を得
た。メルカプト基及びスルホン酸基の残存量を分析した
ところ、変性率は13.6%であり、スルホン酸基残存
率は86.2%であった。
N−ジメチル−4−(2−メルカプトエチル)アニリン
が結合した変性強酸性スルホン酸型イオン交換樹脂14
mlを、内径7.6mm、全長320mmのステンレス
カラムに充填し、イオン交換水200mlをLHSV2
hr-1で流し、次いで70℃のフェノールをLHSV2
hr-1で24時間流した。次に、フェノール/アセトン
=10/1(モル比)の混合液を70℃、LHSV1.
0hr-1で通液し連続反応を行った。40時間後のアセ
トンの転化率は95.7%、4,4’−BPAの選択率
は95.0%であり、300時間後のアセトンの転化率
は95.8%、4,4’−BPAの選択率は95.0%
であった。
ホン酸型イオン交換樹脂を触媒とするビスフェノールA
の製造 触媒の調製;市販の2−アミノエタンチオール0.58
gと酢酸0.46gをイオン交換水20mlに溶解し
た。この溶液を、イオン交換水30mlにダイヤイオン
SK104(H型)30.0gを懸濁させたものに加
え、室温で1時間攪拌した。濾過してイオン交換樹脂を
分離し、イオン交換水で洗浄し、2−アミノエタンチオ
ールが結合した変性強酸性スルホン酸型イオン交換樹脂
を得た。メルカプト基及びスルホン酸基の残存量を分析
したところ、変性率は15.2%であり、スルホン酸基
残存率は84.1%であった。
交換樹脂を用い、実施例1と同一条件で反応を行った。
反応開始後40時間と300時間の反応結果を表に示し
た。
合した強酸性スルホン酸型イオン交換樹脂を触媒とする
ビスフェノールAの製造 N,N−ジメチル−6−メルカプトヘキシルアミンの合
成;室温下、300ml三ツ口フラスコに、蒸留水50
ml、メタノール60ml及び40重量%ジメチルアミ
ン水溶液49.5gを仕込んだ。室温で攪拌下、これに
6−クロロ−1−ヘキサノール25.0gを滴下し、さ
らに2時間加熱還流した。メタノールを留去し、25重
量%水酸化ナトリウム水溶液29.3gを加え、ジエチ
ルエーテル100mlで3回抽出した。エーテル層を無
水炭酸カリウムで乾燥したのち、エーテルを留去し、さ
らに減圧蒸留することにより、6−(N,N−ジメチル
アミノ)−1−ヘキサノール16.0gを得た。(ガス
クロマトグラフィーによる純度99.8%)
ル9.64g及びクロロホルム50mlを仕込み、これ
に室温かつ窒素気流下、上記で得た6−(N,N−ジメ
チルアミノ)−1−ヘキサノール8.71gとクロロホ
ルム20mlの混合溶液を滴下した。室温で2時間攪拌
したのち、クロロホルムと未反応の塩化チオニルを減圧
留去して、粗6−クロロ−N,N−ジメチルヘキシルア
ミン塩酸塩12.0gを得た。この塩酸塩を300ml
ナス型フラスコ中で蒸留水150mlに溶解し、チオ酢
酸カリウム10.3gを加え、2時間加熱還流した。氷
冷したのち25重量%水酸化ナトリウム水溶液9.76
gを加え、ジエチルエーテル100mlで3回抽出し
た。エーテル層を無水炭酸カリウムで乾燥したのち、エ
ーテルを留去することにより粗6−アセチルチオ−N,
N−ジメチルヘキシルアミン11.9gを得た。
ルエーテル30mlと水素化アルミニウムリチウム0.
76gを窒素気流下で仕込み、室温攪拌下、上記のチオ
アセテート4.06gの無水ジエチルエーテル20ml
溶液を滴下した。1時間加熱還流したのち、氷冷し、蒸
留水0.4g、酢酸1.32gを加えた。濾過して無機
塩を除き、エーテル溶液を無水硫酸マグネシウムで乾燥
したのち、エーテルを留去し、続いて減圧蒸留すること
により、N,N−ジメチル−6−メルカプトヘキシルア
ミン2.58gを得た。(ガスクロマトグラフィーによ
る純度98.8%)
−6−メルカプトヘキシルアミン1.13gと酢酸0.
41gとをイオン交換水30mlに溶解し、これをイオ
ン交換水30mlにダイヤイオンSK104(H型)3
0.0gを懸濁させたものに加え、室温で10時間攪拌
した。濾過してイオン交換樹脂を分離し、イオン交換水
で洗浄して、N,N−ジメチル−6−メルカプトヘキシ
ルアミンが結合した変性強酸性スルホン酸型イオン交換
樹脂を得た。メルカプト基及びスルホン酸基の残存量を
分析したところ、変性率は14.0%であり、スルホン
酸基残存率は85.5%であった。
交換樹脂を用い、実施例1と同一条件で反応を行った。
反応開始後40時間と300時間の反応結果を表に示し
た。
リン類が結合した変性強酸性スルホン酸型イオン交換樹
脂を使用すれば、フェノールとアセトンとの縮合反応に
より、高いアセトン転化率及び高い4,4’−ビスフェ
ノールA選択率で、かつその性能を長時間持続しなが
ら、効率的にビスフェノールAを製造することができ
る。
Claims (5)
- 【請求項1】 下記の一般式(1)で示されるメルカプ
ト基を有するアニリン類が強酸性スルホン酸型イオン交
換樹脂にイオン結合している変性強酸性スルホン酸型イ
オン交換樹脂。 【化1】 〔式中、R1 及びR2 は、それぞれ独立して、水素原
子、炭素数が1から4のアルキル基又はアリール基を示
し、X及びYは、それぞれ独立して、水素原子、炭素数
が1から6のアルキル基、炭素数が5から10のシクロ
アルキル基又はアリール基を示し、nは1から3の整数
を示す。但し、nが2又は3の場合には、複数のX及び
Yのそれぞれは別のものを示してもよい。〕 - 【請求項2】 スルホン酸基の2〜30モル%にメルカ
プト基を有するアニリン類が結合していることを特徴と
する請求項1記載の変性強酸性スルホン酸型イオン交換
樹脂。 - 【請求項3】 スチレン−ジビニルベンゼン共重合体か
らなる骨格を有することを特徴とする請求項1又は2に
記載の変性強酸性スルホン酸型イオン交換樹脂。 - 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載の変
性強酸性スルホン酸型イオン交換樹脂の存在下に、フェ
ノール類とケトン類とを反応させることを特徴とするビ
スフェノールの製造方法。 - 【請求項5】 フェノール類がフェノールであり、ケト
ン類がアセトンであることを特徴とする請求項4記載の
ビスフェノールの製造方法。
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---|---|---|---|
JP01521397A JP3757517B2 (ja) | 1997-01-29 | 1997-01-29 | イオン交換樹脂及びこれを用いるビスフェノールの製法 |
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1997
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