JPS596291B2 - ジオ−ルおよびそのモノエ−テルの製造法 - Google Patents

ジオ−ルおよびそのモノエ−テルの製造法

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JPS596291B2
JPS596291B2 JP52038780A JP3878077A JPS596291B2 JP S596291 B2 JPS596291 B2 JP S596291B2 JP 52038780 A JP52038780 A JP 52038780A JP 3878077 A JP3878077 A JP 3878077A JP S596291 B2 JPS596291 B2 JP S596291B2
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diol
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砂男 姜
英嗣 田中
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    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
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    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

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  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は六員環状アセタール化合物である4・4−ジメ
チルー1 ・ 3−ジオキサンをメタノール中で加溶媒
分解することにより3−メチルプタソー1・ 3−ジオ
ールおよび3−メチルー3−メトキシブタノールを製造
する方法に関する。
さらに詳述するならば4 ・4−ジメチルー1 ・3−
ジオキサン(以下DMDと略称する)の環状アセタール
結合をメタノール中で開裂せしめて対応するジオールお
よび鎖状アセタールすなわち、3−メチルプタソー1・
3−ジオールおよびメチラールを生成させると同時に
該3−メチルプタソー1 ・ 3−ジオール(以下MB
Dと略称する)の3位の水酸基がメチルエーテル化した
、3−メチルー3−メトキシブタノール(以下MMBと
略称する)を併産せしめる方法に関するもので反応式で
示すならば下記の如くである。
六員環状アセタール化合物である1・3−ジオキサン類
が平衡的に加溶媒分解されて対応する1・3−ジオール
とカルボニル化合物もしくはその誘導体を生成すること
は=般によく知られている(Chem.Rev.5l5
2O〜523(1952)また、アメリカ特許第242
1862号には種々な1・3−ジオキサンの硫酸触媒に
よる加メタノール分解生成物が対応する1・3−グリコ
ールであること及びそれらの収率が該1・3−ジオキサ
ン類の構造によつて異なり、一般に4・4−ジ置換体の
反応収率が4−モノ置換体のそれより著しく低いことが
記載されている。
本発明者らは、塗料その他の溶剤としてすぐれた性能を
有するMMBがMBDのモノメチルエーテル体であるこ
とに着目し、MBDの環状ホルマールで、4・4−ジ置
換1・3−ジオキサン化合物であるDMDから前記MM
Bを製造する方法について鋭意検討した結果本発明に至
つた。
すなわちDMDをメタノール中、ジビニルベンゼン成分
が5重量%以下のスチレンージビニルベンゼン系共重合
体を基体とするスルホン酸系強酸性イオン〕 交換樹脂
の存在下に加溶媒分解した場合、前記式で示した反応が
効果的に進行して上述のアメリカ特許に於けるよりも高
い選択率でMBDとMMBが併産されることを見出し、
本発明を完成した。本発明の反応の詳細は必らずしも明
確ではないが、DMDの硫酸触媒による加メタノール分
解が次式の如く進行するというDOkl.Akad.N
aulcSSSR優?、1347〜50(1976)の
記載事実から考えてDMDの加メタノール分解の一次生
成物であるMBDの二個の水酸基のうち、三位の水酸基
のみがメタノールとの間で脱水縮合してエーテル化した
ものと推測される。すなわちMMBはMBDの同一反応
系での逐次反応生成物と考えられる。本発明の方法にお
いて触媒として用いるスルホン酸系強酸性イオン交換樹
脂はスチレン、ジビニルベンゼンおよび場合により他の
共重合成分を含むスチレンージビニルベンゼン系共重合
体を基体としたイオン交換樹脂である。
従つて反応液と触媒との分離が容易であり、かつ分離さ
れた樹脂触媒はそのままくり返し、長期間にわたつて使
用することができる。そのうえ、硫酸の如き鉱酸を触媒
とする場合に比較して触媒の中和、中和により生成した
塩の除去及び溶存する該塩の器壁への付着の防止等の種
々な操作が不要になるので、単に反応成績の面ばかりで
なく、経済上、操作上極めて有利である。しかし、反応
が不均一系の触媒反応となるので高い反応成績を期待す
るためには該イオン交換樹脂の性状が本発明の反応系に
適していなければならない。特に反応物質及び生成物質
の該樹脂内外への拡散・移動に影響する性状が重要であ
る。このような性状としては、イオン交換樹脂基体のジ
ビニルベンゼン架橋度、及びポロシティが重要であり、
さらにイオン交換容量が重要であるが本発明の反応系で
はジビニルベンゼン架橋度が特に重要な因子である。本
発明の方法におけるイオン交換樹脂基体の前記架橋度は
、スチレン、ジビニルベンゼンおよび場合により少量の
他の共重合成分を含むスチレンージビニルベンゼン系共
重合体のジビニルベンゼン成分が5重量%(以下この重
量%であられされる値を単に架橋度と略称する)以下の
ものである。
この架橋度が5重量%を越える場合には反応成績の面で
十分な効果を期待できない。また、触媒のイオン交換樹
脂基体のポロシテイは、ミクロボア一のみを有するゲル
型樹脂、及び該ゲル型樹脂に物理的マクロボア一を形成
せしめたポーラス型樹脂の何れであつても本発明に用い
ることができるが後者の方がより好ましい。反応は大気
圧下または加圧下において前記樹脂触媒を充填した反応
塔に原料液体を下降流形式もしくは上昇流形式で通過さ
せることにより、あるいは撹拌槽形式で生成メチラール
を反応系外に除去しつつ連続的にまたはバツチ形式によ
り行われる。
上記いずれの反応方法においてもイオン交換樹脂を触媒
としているので反応液と触媒との分離は極めて容易で、
触媒を繰返し使用できる。反応が固定床流通形式で行わ
れる場合には、前記反応式から明らかなように反応で生
成したメチラールが常に反応生成物と共存するのでDM
Dの転化率は平衡値以上には高めることはできず、また
生成MBD及びMMBも下式の如く、メチラールとの間
でそれらのメチルホルマールを平衡的に形成することに
なる。しかし、これらのMBDFおよびMMBFは本発
明の方法と同様な操作により、容易にMBD、MMBに
変えることができる。
一方反応を攪拌槽形式で生成メチラールを反応系外に除
去しつつ連続的にまたはバツチ形式によつて行う場合は
、反応の転化率を高め、上記MBDF.MMBFの生成
を抑制するうえで有利であるが触媒樹脂の若干の粉化を
まぬがれ得ない。
従つて反応形式の選択にあたつてはこれらの要素を考慮
しつつ、経済的に有利な方法を採用すればよい。本発明
において適用できるメタノールのDMDに対する使用割
合には特に限定はないが、工業的、経済的見地からモル
比で3〜15倍量が好ましい。
純反応的には該モル比は大きいほどDMD転化率が上が
ることになるが、過度のメタノール使用は反応器単位容
積当りの生産量を減少させること、および未反応メタノ
ールを蒸留回収するに要する熱量の増大を招くなどの点
において経済的不利を生じる。DMDに対するメタノー
ルのモル比を5〜10倍の範囲とすることにより、MB
DおよびMMBをとくに経済的に収率良く得ることがで
きる〜 反応温度は40〜110℃間が好ましい。
反応温度がこの範囲外の場合でも反応を行うことはでき
るが、経済的見地から上記範囲が推奨される。すなわち
反応温度が40℃より低い場合は反応速度が遅く実用的
でなく、110℃より高い場合には副反応が顕著になる
ばかりでなく、触媒樹脂の寿命も低下する。上記範囲の
うち55〜80℃の範囲をとることにより、MBDおよ
びMMBをとくに収率良く得ることができる。本発明を
実施する場合の原料混合物中の水分率は10重量%以下
が好ましい。
含水率が高くなるとDMDの転化率が適端に低下する。
一般に硫酸などの鉱酸を触媒として用いた場合、水の存
在はDMDの転化率に対して顕著には影響を及ぼさない
。この事実より考えると本発明方法における水の影響は
極めて特異的現象と言えよう。イオン交換樹脂を固定床
として用いることは、反応を容易に実施しうる点および
触媒寿命の点で好ましい。
この場合空間速度(単位触媒充填容積あたり1時間に通
過する液の容積)は0.3〜2.0hr−1に保つこと
が好ましい。空間速度を0.5〜1.5hr−1の範囲
内に保つとMBDおよびMMBをとくに高選択率で得る
ことができる。本発明方法により得られる反応生成物は
主としてMMBおよびMBDであるが、MMB/MBD
の生成比は反応条件に依存して変化する。
MMB/MBDの生成比を規制する因子としては、原料
液中の水分率、反応温度、メタノール/DMD仕込み比
、イオン交換樹脂触媒の架橋度およびイオン交換樹脂を
固定床として用いる場合には空間速度、他の場合にはそ
れに対応する条件があげられる。一般には水分率が低い
程、反応温度が高い程、メタノール/DMD比が大きい
程、架橋度が高い程または空間速度が低い程MMB/M
BD比は大きくなる傾向がある。従つて所望のMMB/
MBD比を達成するためには、これらの因子を適宜変化
させることにより行われる。しかし通常MMB/MBD
比の増大はMBDおよびMMBへの選択率の低下を招く
のでMMB/MBD比が1.5(重量比)以下となる条
件を選ぶのが好ましい。MMVMBD比が0.1(重量
比)より小さい場合にはDMDの転化率が著しく低くな
り、リサイクルDMD量およびメタノール量が増大する
ため経済的には不利である。触媒を固定床として用いた
場合、DMDに対しメタノールを5〜10倍モル、メタ
ノールおよびDMDに含まれている水をこれら両者の合
計量に対し10重量%以下、反応温度を50〜80℃、
空間速度を0.5〜1.5に保ち、その結果MMB/M
BD比を0.1〜1.5(重量比)の範囲とすることに
より、さらに架橋度が5%以下のスルホン酸系強酸性イ
オン交換樹脂を触媒として用いることにより、MBDお
よびMMBを選択率よく、かつ経済的に有利に製造する
ことができる。DMDとメタノールとの反応により得ら
れた反応液は、目的とするMBDおよびMMBのほかに
、未反応物であるDMDおよびメタノールをはじめ、反
応形式によつては前述の如く、MBDFおよびMMBF
、ならびにメチラールおよび水、さらにその他の副生物
を含んでいる。
これらは複数個の蒸留塔を用いることにより容易に分離
することができる。分離されたメタノールおよび未反応
DMDはそのまま循環再使用される。MBDFおよびM
MBFは他の副生物とは異なり、酸触媒の存在下にメタ
ノールと反応させることによりそれぞれMBDまたはM
MBに変えることができる。このMMBF.MBDFと
メタノールの反応は、たとえば反応生成物より分離され
たMBDFおよび/またはMMBFをDMD加メタノー
ル分解反応器に循環することにより、あるいは別の反応
器にメタノール、場合により未反応DMDの1部または
全部などと共に供給することにより、容易にMBDおよ
び/またはMMBに変換し得る。またメチラールは、メ
タノールの酸化によるホルムアルデヒドの製造方法と同
様な方法により、容易にホルムアルデヒドに変換するこ
とができ、また酸性イオン交換樹脂、シリカなどの固体
酸または硫酸、スルホン酸等のプロトン酸を触媒として
メタノールとホルムアルデヒドに変換することもできる
。この様にして得られたメタノールはDMDの加メタノ
ール分解反応に循環再使用され、一方ホルムアルデヒド
はイソブテンとのプリンス反応によりDMDを合成する
際の原料として用いることができる。さらに反応生成物
より分離された副生物も大半がMBDの炭素骨格を有す
るエーテル類、具体的には3−メチル−2−ブテン−1
−オールメチルエーテル、2−メチル−3−ブテン−2
−オールメチルエーテル、3−メチル−1・3−ジメト
キシブタン、3−メチル−3−ブテン−1−オールメチ
ルエーテル等であり、これらは化学原料として活用でき
る。本発明方法により得られる目的物の一つであるMM
Bは塗料その他の溶剤としてすぐれた性質を有しており
、目的物の他の一つであるMBDもイソプレン、テルペ
ノイド、界面活性剤その他の合成原料として有用であり
、またポリエステル、ポリウレタンなどの高分子化合物
の原料として、あるいはそれ自体が極めて毒性の低い(
LD,O経口21.47/Kg、経皮26.5V/Kg
)多価アルコールであり、かつ黴の生育を抑える性質を
有すので湿潤剤その他の添加剤として有用である。
次に実施例により本発明を具体的に説明する。
実施例 1攪拌器、冷却器、温度計を装備した500m
1三つロフラスコにメタノール/DMFが5.41(モ
る比)となる組成の液145yを仕込み、かつ架橋度3
%のポーラス型スルホン酸系強酸性イオン交換樹脂50
Tf1eを加えて攪拌しながら全環流下に06時間保つ
た後、直ちに冷却した。
得られた反応液組成を分析した結果、DMD転化率73
%であり、MBD,.MBDF,.MMB,.MMBF
のそれぞれの選択率は49%、7%、33%、3%であ
り、これらの合計選択率は92%であつた。なお、5イ
オン交換樹脂体積は、乾燥したイオン交換樹脂を無水メ
タノール中で膨潤させた時の値である。実施例2および
比較例1〜5 イオン交換樹脂を第2表で示される物に変えたO以外は
すべて実施例1と同様の条件のもとに反応を行つた。
得られた結果を第1表に示す。実施例 3〜5 架橋度3%のポーラス型スルホン酸系強酸性イオン交換
樹脂を充填し、65℃に保たれた反応槽に第2表で示さ
れる種々のメタノール/DMD比の原液をフイードポン
プで空間速度0.86hr−1で通過させて反応を行つ
た。
6時間流通させた後の反応液を分析した結果第2表の通
りであつた。
実施例 6〜8架橋度3%のポーラス型スルホン酸系強
酸性イオン交換樹脂を充填し、65℃に保たれた反応槽
に第3表で示される量の水を含むメタノール/DMDモ
ル比5.4の原液をフイードポンプで空間速度0.81
hr−1で通過させて反応を行つた。
6時間流通させた後の反応液を分析した結果、第3表の
通りであつた。
なお、表中、原液中の含水率とはメタノールとDMD混
合量に対する水の重量%を意味する。実施例 9〜12 架橋度3%のポーラス型スルホン酸系強酸性イオン交換
樹脂を充填し、60℃に保たれた反応槽にメタノール/
DMDモル比5.4の原液をフイードポンプにより空間
速度を第4表に示される値に変えて通過させ反応を行つ
た。
6時間通過させた後の反応液を分析した結果第4表の通
りであつた。
実施例 13〜15架橋度3%のポーラス型スルホン酸
系強酸性イオン交換樹脂を充填し、第5表に示される温
度に保たれた反応槽にメタノール/DMDモル比5.4
の原料をフイードポンプにより空間速度0.81hr−
1で通過させて反応を行つた。
6時間流通させた後の反応液を分析した結果第5表の通
りであつた。
実施例15で得られた反応液からメチラール、メタノi
ル、低・沸点生成物および未反応DMDを除去した液に
メタノールを加え、メタノール66.0重量部、MBD
l7.O重量部、MBDF2.6重量部、MMBll.
3重量部、MMBFl.5重量部からなる原液を調製し
、架橋度3%のポーラス型スルホン酸系強酸性イオン交
換樹脂を充填した反応槽へ反応温度45℃、空間速度0
.9hr−1で通液させたところ、反応液組成はメチラ
ール1.5重量部、メタノール65.0重量部、MBD
l7.5重量部、MBDFO.2重量部、MMBl3.
3重量部、MMBFO.2重量部、DMDO.l重量部
となつた。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 4・4−ジメチル−1・3−ジオキサンとメタノー
    ルをジビニルベンゼン成分が5重量%以下のスチレン−
    ジビニルベンゼン系共重合体を基体とするスルホン酸系
    強酸性イオン交換樹脂の存在下に反応ざせることを特徴
    とする3−メチルブタン−1・3−ジオールおよび3−
    メチル−3−メトキシブタノールの製造法。 2 反応温度が40〜110℃である特許請求の範囲第
    1項記載の製造法。 3 4・4−ジメチル−1・3−ジオキサンに対しメタ
    ノールが3〜15倍モルである特許請求の範囲第1項記
    載の製造法。 4 4・4−ジメチル−1・3−ジオキサンに対しメタ
    ノールを5〜10倍モル、メタノールおよび4・4−ジ
    メチル−1・3−ジオキサンに含まれている水をこれら
    両者の合計量に対し10重量%以下、反応温度を55〜
    80℃に保つ特許請求の範囲第1項記載の方法。 5 4・4−ジメチル−1・3−ジオキサンとメタノー
    ルをジビニルベンゼン成分が5重量%以下のスチレン−
    ジビニルベンゼン系共重合体を基体とするスルホン酸系
    強酸性イオン交換樹脂の存在下に反応させることにより
    3−メチルブタン−1・3−ジオールおよび3−メチル
    −3−メトキシブタノールを製造するとともに、その際
    に副生した3−メチル−3−ヒドロキシブチルメチルホ
    ルマールおよび/または3−メチル−3−メトキシブチ
    ルメチルホルマールをジビニルベンゼン成分が5重量%
    以下のスチレン−ジビニルベンゼン系共重合体を基体と
    するスルホン酸系強酸性イオン交換樹脂の存在下にメタ
    ノールと反応させて追加の3−メチルブタン−1・3−
    ジオールおよび3−メチル−3−メトキシブタノールを
    生成させることを特徴とする3−メチルブタン−1・3
    −ジオールおよび3−メチル−3−メトキシブタン−ル
    の製造法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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