JPH10504553A - 精製アクリル酸エステルの調製方法 - Google Patents

精製アクリル酸エステルの調製方法

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JPH10504553A JP8507767A JP50776796A JPH10504553A JP H10504553 A JPH10504553 A JP H10504553A JP 8507767 A JP8507767 A JP 8507767A JP 50776796 A JP50776796 A JP 50776796A JP H10504553 A JPH10504553 A JP H10504553A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、フェノール系禁止剤と酸素の存在下にアクリル酸エステル含有流を蒸留することにより、精製アクリル酸エステルを調製する方法に関する。本発明は、特にプロピンから調製された精製メタクリル酸メチルに関する。

Description

【発明の詳細な説明】 精製アクリル酸エステルの調製方法 本発明は、フェノール系禁止剤の存在下にアクリル酸エステル含有流を蒸留す ることにより、精製アクリル酸エステルを調製する方法に関する。アクリル酸エ ステルは、一般式CH2=CR1COOR2(式中、R1は水素原子または任意に置 換されたヒドロカルビル基、好ましくは水素原子またはメチル基を表し、R2は 任意に置換されたヒドロカルビル基、通常はメチル基等のアルキル基を表す)で 表される。本発明は、特に、精製アクリル酸メチル、より特定的には精製メタク リル酸メチル(以下、「MMA」と略す)に関する。 アクリル酸エステルは有用な化合物であり、容易に重合し、また、他の広範な モノマーと共重合する。しかしながら、純度の高い(例えば、対応するアクリル 酸、アルコールまたは水を含まない)アクリル酸エステルを、アクリル酸エステ ルの一部をオリゴマー、ポリマーまたは望ましくない他の生成物に変換させるこ となく調製するのは困難である。 カーク−オスマー「化学技術事典」第4版、第1巻(287〜314頁、特に 296頁の図1)には、アクリル酸エステルを調製する様々な方法が詳述されて いる。同文献301〜302頁の図4には、エステル化によるアクリル酸エステ ルの典型的な調製方法が記載されており、前記方法は、アクリル酸、アルコール 及び触媒をエステル化反応器へ供給し、エステル化物、アクリル酸、過剰のアル コール及びエステル化の際に生成した水を蒸留カラムの頂部から除去するもので ある。この方法ではさらに洗浄を行い、蒸留カラムを通して精製アクリル酸エス テルを得ている。アクリル酸エステルのオリゴマーやポリマーの形成を最小限に 抑えるため、分離工程を穏やかな条件下にて滞留時間を短縮して行い、さらに、 従来慣用のフリーラジカル重合禁止剤を各蒸留カラムに添加している。仕上げに は、重合禁止剤としてヒドロキノンのモノメチルエーテル(10〜100ppmw、 以下「MEHQ」と略す)を最終生成物に添加している。エステルはこの状態で 工業規模の重合全般に使用されるのである。前記文献はアセチレン等に基づく アクリル酸エステルの別の調製方法にも触れており、該方法は、精製アクリル酸 エステルを分離するのに(一連の)最終蒸留カラムを必要とするものである。実 際に、この方法では副生成物の分離がより困難となるため、精製アクリル酸エス テルを分離する蒸留工程は必須である。 プロセスエコノミックスプログラムレポートNo.11D、表題「メタクリル酸及び エステル」(SRIインターナショナル、1993年1月)には、MMA並びに メタクリル酸の製造ルートのレビューが記載されている。MMAの精製に関して は、処理方法として蒸留、抽出、イオン交換樹脂または炭素床による処理等が挙 げられている。精製時の重合を防ぐためには、MMAに高温をかけてはならず、 蒸留も通常重合禁止剤の存在下に減圧して行う(5−4〜5−5頁)。上記レポ ートの第9節にはプロピンからのMMA調製が記載されており、減圧条件下にて 蒸留を行って温度を低く維持し、分解または重合を最小限に抑えることが提案さ れている。このレポートには、約600ppmwのMEHQを重合禁止剤として添加 することが示唆されている(9−5頁)。 米国特許発明明細書第4,518,462号には、n−ヘキサン連行剤を用い て水、メタノール及びイソ酪酸メチルをMMAから除去する2カラム蒸留方法が 開示されている。実施例では、重合禁止剤として、第一蒸留カラムに0.02% のヒドロキノンと0.03%のフェノチアジンを使用し、第二蒸留カラムに5% のヒドロキノンを使用している。 特開平2−17151号公報には、200ppmwの4−ベンゾキノンと800pp mwのフェノチアジンの存在下で、不純物を含んだMMAの蒸留を行うことが記載 されている。 上記明細書はいずれも、フェノール系禁止剤の効率を向上させる方法を教示す るものでもなければ、アクリル酸エステル含有流がさらにアクリル酸エステルの 調製に使用された触媒系(の残分)を含有する場合に、前記禁止剤が最も有効で あることを示唆するものでもない。 本発明は、アクリル酸エステルの蒸留に対し、アクリル酸エステルの収量を減 ずることなく、高温にて蒸留することにより高流量を可能にする最適条件を求め ることを目的とする。特に、(i)アクリル酸エステルの調製に使用された均一触 媒系(の残分)と(ii)任意にアクリル酸エステルのアルコール残渣に対応するア ルコールをさらに含むカルボニル化反応の生成物流の蒸留を可能にする方法の開 発を目的とする。より特定的には、(a)第VIII族金属(好ましくはPd)、(b)配 位子(好ましくはホスフィン一座または二座配位子)及び(c)アニオン源(レッ ペ反応、J.ファルベ、第3章「一酸化炭素による新規合成」、ISBN3−5 40−09674−4参照)に基づく触媒系にて触媒されたカルボニル化反応の 生成物流の蒸留を可能にする方法の開発を目的とする。前述の触媒成分は望まし くないオリゴマーやポリマー等の形成を誘起するため、前記触媒成分の存在はこ の種の蒸留を複雑なものにしているのである。 驚くべきことに、本発明者らは、フェノール系禁止剤の存在下にてアクリル酸 エステル含有流を蒸留することにより精製アクリル酸エステルを調製する方法に て上記目的が達成されることを見出した。該蒸留は、酸素の存在下にて行うこと を特徴とする。 酸素が蒸気相に対して0.001〜1.0体積%の量で存在すると、アクリル 酸エステルのオリゴマーやポリマー等の形成は最小限に抑えられることが判明し た。酸素が好適量よりも少ない場合には、オリゴマー化または重合がいくらか起 こり、高濃度の酸素を使用するのは安全面及び経済面から望ましくない。 適切なフェノール系禁止剤は当該技術分野では公知であり、例えば、ヒドロキ ノン(以下、「HQ」と略す)または2,4,6−トリメチルフェノール、2, 5−ジ−t−ブチルヒドロキノン、2,5−ジメチルヒドロキノン、2−メチル ヒドロキノン等の置換ヒドロキノン、あるいは前記(置換)ヒドロキノンのアル キルエーテル(好ましくは、メチルエーテル)等が挙げられる。他の例は、特開 平5−320095号公報に挙げられており、該明細書には、重合禁止剤として ベンゼン環1個当たり少なくとも1個のアルキル基と少なくとも2個の水酸基を 有する芳香族化合物を用い、酸性触媒と溶剤の存在下に(メタ)アクリル酸をア ルコールと反応させて(メタ)アクリル酸エステルを調製する方法が記載されて いる。しかしながら、フェノール系禁止剤と酸素の存在下にアクリル酸エステル 含有流を蒸留することからなる精製アクリル酸エステルの調製の適性を開示する ものではない。 公知の禁止剤であるベンゾキノンまたは類似の(カルボニル)化合物は、本発 明の定義するフェノール系禁止剤とは認められない。米国特許発明明細書第3, 794,567号には、不飽和酸(アクリル酸及びメタクリル酸)の蒸留におい て、空気(または酸素)の存在下、重合禁止剤であるベンゾキノンとヒドロキノ ンモノメチルエーテルをそのままあるいは混合して用いることが記載されている 。しかしながら、本発明者らは、特に酸素の存在下ではベンゾキノンがアクリル 酸エステルの蒸留に対する禁止剤としては適切でないことを見出したのである( 第1表参照)。この事実は、本発明とは対照をなすものである。明らかに、アク リル酸エステルは、蒸留時に重合禁止剤に対してアクリル酸とは異なる挙動をと っているのである。 好ましくは、アクリル酸エステルに対して200〜5000ppmw、さらに好ま しくは500〜1500ppmwのフェノール系禁止剤を用いる。好適範囲外のフェ ノール系禁止剤を用いると、望ましくない生成物の形成を増加させるか、あるい はコストが増えることになる。 本発明の方法は、精製MMAの調製に特に適している。MMAと他のアクリル 酸エステルを、均一触媒系を用いてアセトシアノヒドリン、エテン、プロピオン 酸、プロピオンアルデヒド、プロピオン酸メチルまたはプロピンから有利に調製 することができる。(上述のSRIレポート参照) ヒドロキノンと置換ヒドロキノンは、触媒系が(a)第VIII族金属(好ましくは Pd)、(b)配位子(好ましくは一座または二座ホスフィン配位子)及び(c)アニ オン源に基づく場合には、好適なフェノール系禁止剤である(この種のアクリル 酸エステルの調製に適した触媒系及び方法ついては、例えば、欧州特許出願公開 明細書第0,186,228号、同第0,190,473号、同第0,194, 707号、同第0,218,283号、同第0,218,284号、同第0,3 86,833号、同第0,386,834号、同第0,392,601号、同第 0,441,446号、同第0,441,447号、同第0,489,472号 、同第0,495,547号、同第0,499,329号、同第0,521,5 78号、同第0,565,199号及び同第0,571,044号参照)。 フェノール系禁止剤の最適濃度は存在する酸素の量に依存し、酸素の量はフェ ノール系禁止剤の濃度に依存する。フェノール系禁止剤が高濃度の場合には酸素 要求量は少なく、フェノール系禁止剤が低濃度の場合には酸素要求量は多くなる 。 蒸留は、適切には、蒸留カラムを用いて減圧または(超)大気圧にて60〜1 40℃、好ましくは80〜110℃の底部温度で操作することにより行うことが できる。 好ましくは、フェノール系禁止剤をアクリル酸エステル含有流と共に蒸留カラ ムに導入する。さらに、あるいはその代わりに、該禁止剤を蒸留カラムの頂部ま たは頂部付近へ導入してもよい。酸素は、有利には蒸留カラムの底部または底部 付近へ、別の注入口よりまたは減圧蒸留カラムの場合にはリーク部を介して導入 する。 アクリル酸エステル含有流がさらに(i)均一触媒系及び(ii)アクリル酸エステ ルのアルコール残渣に対応するアルコールを含む場合には、方法を2段階で行う のが有利である。例えば、第一段階で、アルコール(メタノール)とアクリル酸 エステルの共沸混合物を第一蒸留カラムの頂部より除去する(該方法がアクリル 酸エステルを製造する反応器をさらに備える統括的なプロセスの一部である場合 は、該除去物をリサイクルする)。第一段階の残渣物を第二段階の第二蒸留カラ ムへ導入し、重質生成物(オリゴマー及びポリマー)と触媒系(の残分)を該蒸 留カラムの底部を介して精製アクリル酸エステルから除去し、精製エステルを該 蒸留カラムの頂部より回収する。共沸混合物や重質生成物を除去する順序を変え た他の態様は、当業者には明らかなものと思料する。 単一蒸留カラムの代わりに蒸留カラムのカスケード(直列及び/または並列) を用いることも本発明の範囲内に含まれる。共沸混合物を除去するのに特に適し た方法は、欧州特許出願公開明細書第0,571,044号及びSRIレポート の図9.1(E−25頁)に全工程の一部として開示されている。 本発明は、さらに、(a)第VIII族金属(好ましくはPd)、(b)配位子(好まし くは一座または二座ホスフィン配位子、及び(c)アニオン源に基づく触媒系の存 在下にてアセチレン系不飽和化合物(好ましくはエチンまたはプロピン)を一酸 化炭素及び対応するアルコール(好ましくはメタノール)とカルボニル化させ ることによる精製アクリル酸エステルの調製方法にも関する。前記方法は、カル ボニル化反応の生成物流を上述のように処理することを特徴とするものである。 好ましくは、2段階蒸留工程の第一段階で回収した共沸混合物流を再使用できる よう、両方法を統合する。任意に、2段階蒸留工程の第二蒸留カラムの底部流か ら回収した触媒系を再使用する。 以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に記載する。実施例1 MMAに対し500ppmwの禁止剤を添加したMMAを、窒素ガス流または空気 流中にて80℃に維持した(蒸留条件のモデル)。MMAをPMMA濃度(ppmw )について分析した(メタノールに溶解させた2重量%のMMAを用いて曇り度 (haziness)を観察した場合、目視による検出限界は500ppmwPMMAである 。PMMAを検出できるまでに要した日数を求めた)。結果を第1表に示す。こ の結果から、酸素の存在下では、フェノール系禁止剤が優れた性能を示すのに対 し、p−ベンゾキノンの性能は低下することが判明した。「イオノールK」及び 「イオノールCP」(それぞれ、4−メチル−2,6−ジ−t−ブチルフェノー ル及び2,4−ジメチル−6−t−ブチルフェノールの商標である)も酸素の存 在下で充分に作用したものの、性能の向上が最も顕著だったのは、2,4,6− トリメチルフェノール、HQ及びMEHQであった。実施例2 MMA、100または1000ppmwの禁止剤、及び40ppmwのPdを含みかつ モル比1:10:5または1:10:20のPd/PN/MeSA(PNは2− ピリジル−ジフェニルホスフィン、MeSAはメタンスルホン酸を表す)からな る触媒系を含む合成原料(プロピンの製造から得られたMMAの粗生成物のモデ ル)を、0.1体積%のO2/N2流中にて80℃に維持した(蒸留条件のモデル )。原料をPMMA濃度(ppmw)について分析した(GPC分析による検出限界 は10ppmwPMMAである)。結果を第2表に示す。この結果から、触媒系が含 まれない場合には、「イオノールCP」及び「イオノールK」はHQと同様の 性能を示し、MEHQよりも実質的に優れた性能を示すことが判明した。しかし ながら、触媒系の存在下では、HQが他のフェノール系禁止剤よりも実質的に優 れた性能を示した。 実施例3 MMA、100ppmwのHQ、及び40ppmwのPdを含みかつモル比1:10: 5のPd/PN/MeSAからなる触媒系を含む合成原料を、0.1体積%のO2 /N2流中にて80℃に維持した。原料をPMMA濃度(ppmw)について同様に 分析した。結果を第3表に示す。この結果から、PMMA形成に関する問題は、 触媒系の成分が全て含まれる場合に特に顕著になることが判明した。実施例4 MMA、HQ、及び40ppmwのPdを含みかつモル比1:30:35のPd/ PN/MeSAからなる触媒系を含む合成原料を、0.1体積%または20体積 %のO2流中にて80℃に維持した。HQの量を変え、原料をPMMA濃度(ppm w)について分析した(GPC分析による検出限界は10ppmwPMMAである) 。結果を第4表に示す。この結果から、O2とHQの両者が存在する必要があり 、PMMAの低減に対して同一の効果をあげるためには、O2を(相対的に)多 量に使用するかあるいはHQを(相対的に)多量に使用すればよいことが判明し た。実施例5 83.8重量%のMMA、15.1重量%のメタノール、1.0重量%のクロ トン酸メチル、10ppmwのPd(酢酸パラジウム(II)として添加)を含みかつモ ル比1:30:35のPd/PN/MeSAからなる触媒、及び500または1 000ppmwのHQを含有する合成原料を使用した。 原料を、2個の蒸留カラムを直列に配置した2段階蒸留工程にかけた。操作条 件は、底部温度を80〜100℃、両蒸留カラムの底部に流す空気流の流速を約 0.3NL/時(NLは1バールかつ20℃におけるリットル数を表す。蒸気相 中のO2含有量は0.05〜0.1体積%)、原料供給速度を105ml/時(該 原料は、共沸混合物25、MMA70、重質生成物10を含む)、底部における 滞留時間を第一蒸留カラムで3〜4時間、第二蒸留カラムで25〜50時間とし た。 第5表の結果から、PMMA形成は蒸留を連続して行うことにより許容レベル まで低減することが判明した。PMMAレベルが高かったのは第二残渣であるが 、これは濃縮されたためである。温度がPMMA形成に対してごくわずかしか作 用しないことも判明した。実施例6 合成原料の代わりに、プロピンの製造において生成したMMA由来の粗生成物 を用いた以外は、実施例5を繰り返した。この原料は、72.7重量%のMMA 、25.5重量%のメタノール、0.8重量%のクロトン酸メチル、及び10pp mwのPdを含みかつモル比1:30:30のPd/PN/MeSAからなる触媒 系を含有した。該原料に対し500ppmwのHQを添加した。 共沸混合物55、MMA75、重質生成物10を含む原料流を140ml/時の 量にて供給した。第6表の結果から、本発明の方法の適性が明らかとなった。
【手続補正書】特許法第184条の8 【提出日】1996年8月21日 【補正内容】 補正請求の範囲 1.フェノール系禁止剤と酸素の存在下にアクリル酸エステル含有流を蒸留す ることにより、精製アクリル酸エステルを調製する方法であって、 (1) アクリル酸エステル含有流が、さらに(i)(a)第VIII族金属(好ましくはP d)、(b)配位子(好ましくは一座または二座ホスフィン配位子)及び(c)アニオ ン源に基づく均一触媒系と(ii)任意にアクリル酸エステルのアルコール残渣に対 応するアルコールとを含み、 (2) フェノール系禁止剤がヒドロキノンである ことを特徴とする上記方法。 2.酸素が蒸気相に対して0.001〜1.0体積%の量で存在する請求の範 囲1記載の方法。 3.フェノール系禁止剤を、アクリル酸エステルに対して200〜5000pp mw、好ましくは500〜1500ppmwの濃度で使用する請求の範囲1または2記 載の方法。 4.蒸留を、蒸留カラムを用いて60〜140℃、好ましくは80〜110℃ の操作温度にて行う請求の範囲1〜3のいずれか一項に記載の方法。 5.フェノール系禁止剤を、アクリル酸エステル含有流と共に蒸留カラムへ導 入する請求の範囲4記載の方法。 6.フェノール系禁止剤を、蒸留カラムの頂部または頂部付近へ導入する請求 の範囲4または5記載の方法。 7.酸素を、蒸留カラムの底部または底部付近へ導入する請求の範囲4〜6の いずれか一項に記載の方法。 8.アクリル酸エステル含有流が、さらに(i)アセトシアノヒドリン、エテン 、プロピオン酸、プロピオンアルデヒド、プロピオン酸メチルまたはプロピンか らメタクリル酸メチルを調製するための均一触媒系と(ii)任意にアクリル酸エス テルのアルコール残渣に対応するアルコールを含み、蒸留を2段階で行う請求の 範囲1〜7のいずれか一項に記載の方法であって、第一段階でアルコールとアク リル酸エステルの共沸混合物を第一蒸留カラムの頂部より除去し、第一段階の残 渣物を第二蒸留カラムへ導入して重質生成物と触媒系(の残分)を該蒸留カラム の底部を介して精製アクリル酸エステルから除去し、精製アクリル酸エステルを 該蒸留カラムの頂部より回収する上記方法。 9.蒸留または2段階蒸留工程の各段階を、蒸留カラムをカスケード状にして 行う請求の範囲1〜8のいずれか一項に記載の方法。 10.アクリル酸エステルが、メタクリル酸メチルまたはアクリル酸メチル、 好ましくはメタクリル酸メチルである請求の範囲1〜9のいずれか一項に記載の 方法。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG ,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN, TD,TG),AP(KE,MW,SD,SZ,UG), AM,AT,AU,BB,BG,BR,BY,CA,C H,CN,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB ,GE,HU,IS,JP,KE,KG,KP,KR, KZ,LK,LR,LT,LU,LV,MD,MG,M K,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO ,RU,SD,SE,SG,SI,SK,TJ,TM, TT,UA,UG,UZ,VN (72)発明者 クレメルス,アントーン・ポール・ミカエ ル オランダ国エヌエル−1031 シー・エム アムステルダム、バトホイスウエヒ 3

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.フェノール系禁止剤の存在下にアクリル酸エステル含有流を蒸留すること により、精製アクリル酸エステルを調製する方法であって、該蒸留を酸素の存在 下に行うことを特徴とする上記方法。 2.酸素が蒸気相に対して0.001〜1.0体積%の量で存在する請求の範 囲1記載の方法。 3.フェノール系禁止剤を、アクリル酸エステルに対して200〜5000pp mw、好ましくは500〜1500ppmwの濃度で使用する請求の範囲1または2記 載の方法。 4.フェノール系禁止剤がヒドロキノンまたは任意に置換されたヒドロキノン である請求の範囲1〜3のいずれか一項に記載の方法。 5.アクリル酸エステル含有流が、さらに(i)アセトシアノヒドリン、エテン 、プロピオン酸、プロピオンアルデヒド、プロピオン酸メチルまたはプロピンか らメタクリル酸メチルを調製するための均一触媒系と(ii)任意にアクリル酸エス テルのアルコール残渣に対応するアルコールを含む、請求の範囲1〜4のいずれ か一項に記載の方法。 6.触媒系が、(a)第VIII族金属(好ましくはPd)、(b)配位子(好ましくは 一座または二座ホスフィン配位子)及び(c)アニオン源に基づくものである、請 求の範囲5記載の方法。 7.蒸留を、蒸留カラムを用いて60〜140℃、好ましくは80〜110℃ の操作温度にて行う請求の範囲1〜6のいずれか一項に記載の方法。 8.フェノール系禁止剤を、アクリル酸エステル含有流と共に蒸留カラムへ導 入する請求の範囲7記載の方法。 9.フェノール系禁止剤を、蒸留カラムの頂部または頂部付近へ導入する請求 の範囲7または8記載の方法。 10.酸素を、蒸留カラムの底部または底部付近へ導入する請求の範囲7〜9 のいずれか一項に記載の方法。 11.アクリル酸エステル含有流が、さらに(i)アセトシアノヒドリン、エテ ン、プロピオン酸、プロピオンアルデヒド、プロピオン酸メチルまたはプロピン からメタクリル酸メチルを調製するための均一触媒系と(ii)任意にアクリル酸エ ステルのアルコール残渣に対応するアルコールを含み、蒸留を2段階で行う請求 の範囲1〜10のいずれか一項に記載の方法であって、第一段階でアルコールと アクリル酸エステルの共沸混合物を第一蒸留カラムの頂部より除去し、第一段階 の残渣物を第二蒸留カラムへ導入して重質生成物と触媒系(の残分)を該蒸留カ ラムの底部を介して精製アクリル酸エステルから除去し、精製アクリル酸エステ ルを該蒸留カラムの頂部より回収する上記方法。 12.蒸留または2段階蒸留工程の各段階を、蒸留カラムをカスケード状にし て行う請求の範囲1〜11のいずれか一項に記載の方法。 13.アクリル酸エステルが、メタクリル酸メチルまたはアクリル酸メチル、 好ましくはメタクリル酸メチルである請求の範囲1〜12のいずれか一項に記載 の方法。 14.(a)第VIII族金属(好ましくはPd)、(b)配位子(好ましくは一座また は二座ホスフィン配位子)及び(c)アニオン源に基づく触媒系の存在下における アセチレン系不飽和化合物(好ましくはエチンまたはプロピン)と一酸化炭素及 びアルコール(好ましくはメタノール)とのカルボニル化により精製アクリル酸 エステルを調製する方法であって、カルボニル化反応の生成物流を請求の範囲1 〜13のいずれか一項に記載の方法で処理することを特徴とする上記方法。
JP8507767A 1994-08-18 1995-08-15 精製アクリル酸エステルの調製方法 Pending JPH10504553A (ja)

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EP94202354 1994-08-18
GB94202354.0 1994-08-18
PCT/EP1995/003246 WO1996006066A1 (en) 1994-08-18 1995-08-15 Process for preparing refined acrylic esters

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