TW202130611A - 聯萘羧酸類之製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本發明係有關聯萘羧酸類之製造方法。
近年來,以具有聯萘骨架的二羧酸成分作為聚合成分之聚酯樹脂或聚酯碳酸酯樹脂由於高折射率及低雙折射等光學特性優異且具備高度的耐熱性,因此被期待作為光碟、透明導電性基盤、光學過濾器等光學構件的原料。其中,以具有下述化學式所示之化學結構的2,2’-雙(羧基甲氧基)-1,1’-聯萘作為聚合成分所製造之樹脂,尤其以光學特性優異而受到注目(例如專利文獻1至3等)。
就上述化學式所示之2,2’-雙(羧基甲氧基)-1,1’-聯萘的製造方法而言,如下述反應式所示,已知有使1,1’-聯萘-2,2’-二醇與鹵化乙酸酯類反應之方法、使藉由前述方法所得之二酯物進行水解之方法。
本發明人首次注意到,在上述水解反應後使反應液成為酸性時,若反應液中含有醇,則2,2’-雙(羧基甲氧基)-1,1’-聯萘的羧酸會與該醇反應而生成酯物,而2,2’-雙(羧基甲氧基)-1,1’-聯萘的產率或純度降低。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2018-002893號公報
[專利文獻2]日本特開2018-002894號公報
[專利文獻3]日本特開2018-002895號公報
本發明之課題係提供一種可得到高純度之2,2’-雙(羧基甲氧基)-1,1’-聯萘之製造方法。
本發明人為了解決上述課題而進行深入探討,結果發現藉由在水解反應後將源自酯的醇從反應系中餾除,然後使反應液成為酸性,在有機溶劑存在下使2,2’-雙(羧基甲氧基)-1,1’-聯萘析出,可得到高純度的2,2’-雙(羧基甲氧基)-1,1’-聯萘,遂完成本發明。
本發明如下所述。
1.一種2,2’-雙(羧基甲氧基)-1,1’-聯萘之製造方法,其中,該2,2’-雙(羧基甲氧基)-1,1’-聯萘為下述式(2)所示者,該製造方法係以下述式(1)所示之2,2’-雙(烷氧基羰基甲氧基)-1,1’-聯萘類作為起始物質,並依序進行下述(i)至(iv)的步驟:
(i)水解反應步驟;
(ii)將所生成的下述式(3)所示之醇類從反應系中餾除之步驟;
(iii)使反應液成為酸性之步驟;以及
(iv)在有機溶劑存在下使2,2’-雙(羧基甲氧基)-1,1’-聯萘析出之步驟。
ROH (3)
(式(3)中,R各自獨立地表示碳原子數1至8的烷基)
2.如1.所述之2,2’-雙(羧基甲氧基)-1,1’-聯萘之製造方法,其具有反應步驟,該反應步驟係使1,1’-聯萘-2,2’-二醇與下述式(4)所示之鹵化乙酸酯類反應,而得到前述式(1)所示之2,2’-雙(烷氧基羰基甲氧基)-1,1’-聯萘類。
XCH2COOR (4)(式(4)中,X表示鹵原子,R表示碳原子數1至8的烷基)
藉由本發明,可消除在以往的水解反應中來自酯的醇與2,2’-雙(羧基甲氧基)-1,1’-聯萘進行反應而生成酯物並使純度降低之問題,而得到高純度的2,2’-雙(羧基甲氧基)-1,1’-聯萘。
就可得到高純度的2,2’-雙(羧基甲氧基)-1,1’-聯萘之觀點而言,本發明之製造方法的提供在樹脂原料等的工業上的製造為非常有用。
以下詳細說明本發明。
本發明之製造方法為下述反應式所示之方法,該製造方法係在相同的反應容器中,依序進行上述(i)至(iv)的步驟。以下,將下述式(1)所示之2,2’-雙(烷氧基羰基甲氧基)-1,1’-聯萘類稱為「二酯類(1)」,將下述式(2)所示之2,2’-雙(羧基甲氧基)-1,1’-聯萘稱為「目標物A」,將下述式(3)所示之醇類稱為「醇」。
<得到二酯類(1)之反應步驟>
如下述反應式所示,本發明之「二酯類(1)」可藉由使1,1’-聯萘-2,2’-二醇與下述式(4)所示之鹵化乙酸酯類(以下亦稱為「酯類(4)」)進行反應之方法而得到。
(酯類(4))
在二酯類(1)的合成時所使用之酯類(4)的式中之「R」為碳原子數1至8的烷基,具體上可列舉例如甲基、乙基、正丙基等直鏈狀烷基,異丙基、異丁基等與氧原子鍵結之碳為1級或2級碳之分支鏈狀烷基。其中,較佳為碳原子數1至3的烷基,更佳為直鏈狀烷基。同樣地,式中之「X」為鹵原子,較佳為氯原子、溴原子、碘原子。
二酯類(1)的合成時,可併用烷基酯部分為相異之2種以上的酯類(4),但為了使精製簡便,較佳係使用1種酯類(4)。
關於該酯類(4)的使用量,以相對於1,1’-聯萘-2,2’-二醇而言的添加莫耳比計,若為理論值(2.0)以上就無特別限定,但通常使用2莫耳以上,較佳係使用2.1至3.0莫耳,更佳係使用2.2至2.8莫耳。
(反應溶劑)
二酯類(1)的合成可不使用反應溶劑,但從工業上生產時的操作性或反應速度之提升等的理由來看,較佳係使用反應溶劑。反應溶劑若為在反應溫度時不會從反應容器餾出且對反應為非活性者,就無特別限制,可列舉例如二乙基酮、甲基異丁基酮、甲基戊基酮、2-辛酮、環戊酮、環己酮等碳數5至8的鏈狀或環狀酮溶劑,或乙腈、丙腈等碳數2至6的鏈狀腈溶劑。此等反應溶劑可分別單獨使用,
此外,為了調整極性,亦可適當地併用2種以上。其中,較佳為甲基異丁基酮、乙腈。
相對於1,1’-聯萘-2,2’-二醇100重量份,反應溶劑的使用量較佳係以150至500重量份的範圍使用,更佳係以200至300重量份的範圍使用。
(鹼)
二酯類(1)的合成較佳係藉由鹼而使1,1’-聯萘-2,2’-二醇進行成鹽後,與酯類(4)進行反應。如此之鹼並無特別限定,但可以適合使用例如碳酸鋰、碳酸鈉、碳酸鉀等鹼金屬碳酸鹽,碳酸氫鈉、碳酸氫鉀等鹼金屬碳酸氫鹽,氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧化鉀等鹼金屬氫氧化物,除此以外,還可適合使用三乙胺、吡啶等有機鹼等。此等可單獨使用,亦可混合2種以上而使用。其中,較佳為碳酸鈉或碳酸鉀。
相對於1,1’-聯萘-2,2’-二醇1莫耳,此等鹼的使用量較佳為2.0至2.5莫耳,更佳為2.05至2.15莫耳。
(鹼金屬碘化物)
二酯類(1)的合成可在鹼金屬碘化物存在下進行反應。鹼金屬碘化物具體上可列舉例如碘化鉀、碘化鈉、碘化銫、碘化鋰等。此等可單獨使用,亦可混合2種以上而使用。
相對於1,1’-聯萘-2,2’-二醇1莫耳,鹼金屬碘化物的使用量較佳為1至25莫耳%的範圍,更佳為2至15莫耳%的範圍,又更佳為2.5至10莫耳%的範圍,特佳為3至5莫耳%的範圍。
(反應溫度、壓力)
反應溫度通常為50至150℃,較佳為70至130℃的範圍,更佳為90至110℃的範圍。反應溫度高時,會因所生成的二酯類(1)的水解等而使產率降低,而反應溫度低時,反應速度會變慢,因而不佳。反應壓力通常係在常壓下進行,但依據所使用的有機溶劑的沸點而定,亦能以使反應溫度成為前述範圍內的方式在加壓或減壓下進行。
(反應終點)
反應的終點可藉由液相層析或氣相層析分析得到確認。較佳係將未反應之1,1’-聯萘-2,2’-二醇消失,而變得無法確認到二酯類(1)增加之時間點作為反應的終點。反應時間會依反應溫度等反應條件而異,但通常在1至30小時左右結束。
反應結束後,將「於反應液中添加水進行攪拌後,予以靜置而分離水層之水洗操作」實施2次以上的複數次,藉此可將反應液中之無機鹽除去。相對於所使用的1,1’-聯萘-2,2’-二醇100重量份,水洗操作1次之水的使用量較佳係以150至600重量份的範圍使用,更佳係以200至400重量份的範圍使用,溫度較佳為60至100℃的範圍,更佳為70至90℃的範圍。關於攪拌,若使油層與水層充分接觸即可,所需要的時間會依裝置而異,但通常若為30分鐘左右即足夠。
<(i)水解反應步驟>
(反應溶劑)
本發明之「(i)水解反應步驟」例如可使用上述二酯類(1)的合成反應結束後、水洗操作完成後的溶液而進行。又,使用精製過的二酯類(1)來進行本發明之「(i)水解反應步驟」時,反應溶劑較佳係使用有機溶劑與水的混合溶劑。所使用的有機溶劑具體上可列舉例如二乙基酮、甲基異丁基酮、甲基戊基酮、2-辛酮、環戊酮、環己酮等碳數5至8的鏈狀或環狀酮溶劑,或乙腈、丙腈等碳數2至6的鏈狀腈
溶劑。相對於上述二酯類(1)100重量份,所使用的有機溶劑的使用量較佳為100至600重量份,更佳為130至400重量份。又,相對於上述二酯類(1)100重量份,所使用之水的使用量較佳為10至200重量份,更佳為20至150重量份。
(鹼)
為了使二酯類(1)水解,而使用鹼。所使用的鹼具體上可列舉例如氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧化鉀等鹼金屬氫氧化物,藉由使用此等,可得到鹼金屬鹽作為金屬鹽(2)。所使用的鹼可直接使用固體,亦可在水溶液的狀態下使用。將鹼作為水溶液來使用時的濃度較佳為10至60重量%,更佳為20至50重量%。
相對於上述二酯類(1)1莫耳,此等鹼的使用量較佳為2.0至6.0莫耳,更佳為2.5至4.0莫耳。
(反應溫度)
反應溫度通常為30至100℃,較佳為50至90℃的範圍,更佳為60至80℃的範圍,較佳係在維持此溫度的情況下,添加或滴入上述鹼或其水溶液。
反應通常在1至10小時左右結束。
<(ii)將所生成的式(3)所示之醇類從反應系中餾除之步驟>
本發明之製造方法具有在上述(i)水解反應步驟後,將藉由水解反應而生成的「醇」從反應系中餾除之步驟。
(溫度)
將「醇」從反應系中餾除之溫度較佳為40至130℃的範圍,更佳為60至100℃的範圍,又更佳為70至90℃的範圍。
(壓力)
將「醇」從反應系中餾除之壓力可為常壓或減壓下,但在工業上實施時,減壓下實施可更有效率地使溶劑餾出,因而較佳。
(溶劑)
將「醇」從反應系中餾除時,可視需要而於反應系中追加有機溶劑。追加的溶劑可列舉例如總碳數在5至8個的範圍之鏈狀酮溶劑,例如二乙基酮、甲基異丁基酮、甲基戊基酮、甲基己基酮、2-辛酮等。
(餾除分量)
將「醇」從反應系中餾除時,相對於上述二酯類(1)100重量份,包含要餾除的「醇」、及視需要而追加於反應系中之有機溶劑的餾除分量較佳係餾除150至450重量份的範圍之量,更佳為200至300重量份。
<(iii)使反應液成為酸性之步驟>
本發明之製造方法具有在上述(ii)將所生成的式(3)所示之醇類從反應系中餾除之步驟後,使反應液成為酸性之步驟。在該使反應液成為酸性之步驟中所使用的酸具體上可列舉例如氯化氫、溴化氫、硫酸等無機酸,或對甲苯磺酸、甲磺酸、三氟甲磺酸等有機酸。相對於上述二酯類(1)1莫耳,此等酸的使用量較佳為2.2至4.0莫耳,更佳為2.5至3.0莫耳。
相對於二酯類(1)1莫耳,使用濃鹽酸作為酸時的使用量以氯化氫換算較佳為2.2至4.0莫耳,更佳為2.5至3.0莫耳。
該使反應液成為酸性之步驟中之反應溶劑具體上可列舉例如二乙基酮、甲基異丁基酮、甲基戊基酮、2-辛酮、環戊酮、環己酮等碳數5至8的鏈狀或環狀酮溶劑。相對於二酯類(1)100重量份,反應溶劑的使用量較佳為250至1050重量份,更佳為350至900重量份。
<(iv)在有機溶劑存在下使2,2’-雙(羧基甲氧基)-1,1’-聯萘析出之步驟>
本發明之製造方法具有在上述(iii)使反應液成為酸性之步驟後,在有機溶劑存在下使目標物A析出之步驟。在上述(iii)使反應液成為酸性之步驟後,在(iv)使目標物A析出之步驟進行前,較佳係將反應溶液進行水洗,更佳係以使水洗操作後的水層成為中性至弱酸性左右的程度進行水洗1次至複數次。又,在本發明之製造方法中,(iv)步驟係以在有機溶劑存在下使2,2’-雙(羧基甲氧基)-1,1’-聯萘晶析之態樣為較佳。
(溶劑)
使目標物A析出之步驟係至少在有機溶劑存在下進行。不只在有機溶劑存在下,亦可在有機溶劑與水的混合物存在下進行,其中,以在「(a)由總碳數在5至8個的範圍之鏈狀酮溶劑選出之1種以上、(b)由總碳數在5至8個的範圍之環狀酮溶劑選出之1種以上、(c)由總碳數在4至8個的範圍之環狀醚溶劑選出之1種以上、(d)由總碳數在4至8個的範圍之環狀酯溶劑選出之1種以上、或(e)由總碳數在3至8個的範圍之鏈狀酮溶劑選出之1種以上」與水的混合溶劑、此等溶劑(a)至(e)之任一者存在下,使目標物A析出為較佳。此等之中,以水的溶解度低的甲基異丁基酮、甲基戊基酮、2-辛酮為合適,相對於所使用的結晶或溶液中所含之目標物A 100重量份,使目標物A溶解之鏈狀酮溶劑的使用量較佳為250至1000重量份,更佳為300至800重量份,又更佳為400至600重量份。相對於所使用的結晶或溶液中所含之目標物A 100重量份,使目標物A溶解的環狀酮溶劑、環狀醚溶劑、環狀酯溶劑的使用量較佳為50至600重量份,更佳為50至400重量份,又更佳為100至200重量份。
(溫度)
就使目標物A析出的溫度而言,例如使用甲基異丁基酮、甲基戊基酮、2-辛酮等時,較佳為90至130℃,更佳為95至105℃。
雖然可對將目標物A溶解於有機溶劑中而得之溶液直接進行冷卻,而使目標物A析出,但亦可一邊藉由蒸餾從該溶液使有機溶劑餾出,一邊使結晶析出。溶劑餾出所耗費之時間較佳為2至15小時,更佳為4至10小時,又更佳為6至8小時。
在使目標物A析出之步驟中,較佳係在使結晶析出後進行冷卻,或一邊使結晶析出一邊進行冷卻,其冷卻速度較佳為每1小時5至15℃,更佳為7至12℃。又,使結晶析出時,可不使用種晶,但以使用種晶為較佳,只要將在無種晶的情況下析出的結晶作為種晶使用即可。最終的冷卻溫度較佳為20至60℃,更佳為25至35℃。冷卻至上述溫度後,將析出的結晶藉由過濾操作予以分離。
<乾燥>
本發明之製造方法較佳係在上述(iv)使目標物A析出之步驟後,對所得的結晶進行乾燥。藉由進行乾燥,可將在上述(iv)使目標物A析出之步驟中所使用的溶劑除去。可將藉由晶析所得之結晶在減壓下較佳為60至120℃實施該乾燥,更佳為在減壓下70至110℃實施該乾燥。乾燥時可為常壓或減壓下,但在工業上實施時,以在減壓下實施者更有效率,從可將在上述(iv)使目標物A析出之步驟中所使用的溶劑除去來看,亦為合適。
(實施例)
以下藉由實施例來具體地說明本發明,但本發明並不限定於此等實施例。
分析方法如下所述。
<分析方法>
1.反應液中之目標物A之濃度、反應產率及反應終點的確認
依下述條件測定後,使用目標化合物的液相層析校準曲線,計算出實施例、比較例所得之目標物A的純度(%)。
測定裝置:高效液相層析分析裝置(島津製作所股份有限公司製)
泵:LC-20AD
管柱烘箱:CTO-20A
檢測器:SPD-20A
管柱:HALO-C18
烘箱溫度:50℃
流量:0.7ml/min
移動相:(A)乙腈、(B)0.1vol%磷酸水
梯度條件:(A)體積%(自分析開始起的時間)
30%(0min)→100%(12min)→100%(15min)
檢測波長:280nm
<實施例1>
‧本發明之製造方法
將1,1’-聯萘-2,2’-二醇300g、甲基異丁基酮750g、碳酸鉀304.1g、碘化鉀6.0g添加於四頸燒瓶中並升溫至100℃,在相同溫度攪拌2小時。攪拌後,在減壓下使甲基異丁基酮300g餾出後,調製出氯乙酸乙酯282.5g、N-甲基吡咯啶酮2.5g的混合溶液後,在將反應液的溫度保持於90至100℃的情況下將該混合溶液滴入。攪
拌10小時後,添加水2400g並升溫至80℃後,予以靜置而除去水層。於所得之油層中添加甲基異丁基酮900g後,在將反應液的溫度保持於80至85℃的情況下將48%氫氧化鈉水溶液261.9g滴入(步驟(i))。
攪拌2小時後,於反應液中添加甲基異丁基酮1200g,在將反應液的溫度保持於70至85℃的情況下,在減壓下(最終的減壓度:65kPa)將甲基異丁基酮、乙醇及水餾出1200g(步驟(ii))。
添加水900g與甲基異丁基酮1590g,將濃鹽酸327.8g在保持於80至85℃的情況下滴入,在相同溫度攪拌30分鐘(步驟(iii))。予以靜置後將水層移除,進行「於所得之油層中添加水並進行攪拌,將水層分離除去之水洗操作」複數次直到水層的pH成為4為止。
接著在常壓下,從所得之油層中藉由蒸餾將水及甲基異丁基酮1954g餾出。在餾出途中,於95℃添加藉由以往公知的製造方法所得之種晶,確認到結晶的析出(步驟(iv))。以每1小時10℃的冷卻速度冷卻至30℃為止並進行過濾,接著進行乾燥,取得目標物A之第一次晶析結晶體385.3g(產率:91.4%、純度:99.7%、單乙基酯物(目標物A的1個羧酸與醇反應而成者):0.2%)。
(目標物A的晶析)
將取得的目標物A之結晶體30.0g、甲基異丁基酮183.9g、水9.8g添加於四頸燒瓶中並升溫至85℃為止而使其溶解。接著在常壓下,藉由蒸餾將水及甲基異丁基酮119.6g餾出。在餾出途中,於95℃添加藉由以往公知的製造方法所得之種晶,確認到結晶的析出。然後將晶析液以每1小時10℃的冷卻速度冷卻至25℃為止並進行過濾,接著在減壓下進行乾燥,取得目標物A的第二次晶析結晶體24.8g(產率:86.7%、純度:99.9%、單乙基酯物:0.08%)。
<比較例1>
‧與本發明之製造方法相異之製造方法1:無步驟(ii)
將1,1’-聯萘-2,2’-二醇35g、甲基異丁基酮52.5g、碳酸鉀35.5g、碘化鉀0.7g添加於四頸燒瓶中並升溫至100℃為止,在相同溫度攪拌2小時。調製出氯乙酸乙酯33.0g、N-甲基吡咯啶酮0.3g的混合溶液後,在將反應液的溫度保持於90至100℃的情況下將該混合溶液滴入。攪拌10小時後,添加水140g並升溫至80℃為止後,將水層除去。接著添加甲基異丁基酮105.0g,在反應液溫度保持於80至85℃的情況下將48%氫氧化鈉水溶液30.6g滴入(步驟(i))。
在2小時後,於反應液中添加甲基異丁基酮185.5g、水105.0g後,將濃鹽酸38.2g在保持於80至85℃的情況下滴入,在相同溫度攪拌30分鐘(步驟(iii))。
予以靜置後將水層移除,進行「於所得之油層中添加水並進行攪拌,將水層分離除去之水洗操作」複數次直到水層的pH成為4為止。接著在常壓下,從所得之油層中藉由蒸餾將水及甲基異丁基酮231.6g餾出。在餾出途中,於95℃添加藉由以往公知的製造方法所得之種晶,確認到結晶的析出(步驟(iv))。然後將析出了結晶的溶液以每1小時10℃的冷卻速度冷卻至25℃為止並進行過濾,取得目標物A的第一次晶析結晶體51.5g(純度:98.3%、單乙基酯物:1.6%)。
(目標物A的晶析)
將取得的目標物A之結晶體30.0g、甲基異丁基酮183.9g、水9.8g添加於四頸燒瓶中並升溫至85℃為止而使其溶解。接著在常壓下,藉由蒸餾將水及甲基異丁基酮119.6g餾出。在餾出途中,於95℃添加藉由以往公知的製造方法所得之種晶,確認到結晶的析出。然後將晶析液以每1小時10℃的冷卻速度冷卻至25℃為止並
進行過濾,接著在減壓下進行乾燥,取得目標物A的第二次晶析結晶體24.8g(產率:86.4%、純度:99.2%、單乙基酯物:0.7%)。
上述實施例1的第一次晶析結晶體之純度為99.7%,單乙基酯物含量為0.2%。相對於此,上述比較例1之第一次晶析結晶體之純度為98.3%,單乙基酯物含量為1.6%,即使在第二次晶析結晶體的情況,純度為99.2%,單乙基酯物含量為0.7%。由此結果可確認到,包含步驟(ii)的本發明之製造方法為可得到高純度的2,2’-雙(羧基甲氧基)-1,1’-聯萘之優異的製造方法。
<比較例2>
‧與本發明之製造方法相異之製造方法2:無步驟(iv)
使2,2’-雙(乙氧基羰基甲氧基)-1,1’-聯萘1.0g溶解於20%氫氧化鈉乙醇水溶液(乙醇:水=80:20,容量比)30mL中,進行回流2小時(步驟(i))。
從反應液中將乙醇餾出並進行冷卻(步驟(ii))。
於所得之油層中添加水,藉由濃鹽酸設為pH1(步驟(iii))。
將沉澱後的結晶過濾,成為乙酸乙酯溶液後藉由硫酸鈉進行乾燥後,將溶劑餾除而得到目標物A。關於所得之目標物A,若藉由依據液相層析的尖峰面積的計算方法,其係純度為99.6%,且含有單乙基酯物0.2%者。此外,關於實施例1所得之目標物A的第一次晶析結晶體,若藉由依據液相層析的尖峰面積的計算方法,其係純度為99.95%,且含有單乙基酯物0.02%者。
Claims (2)
- 如請求項1所述之2,2’-雙(羧基甲氧基)-1,1’-聯萘之製造方法,其具有反應步驟,該反應步驟係使1,1’-聯萘-2,2’-二醇與下述式(4)所示之鹵化乙酸酯類反應而得到前述式(1)所示之2,2’-雙(烷氧基羰基甲氧基)-1,1’-聯萘類;XCH2COOR (4)式(4)中,X表示鹵原子,R表示碳原子數1至8的烷基。
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