JP3044830B2 - ヘキサブロモシクロドデカンの製造方法 - Google Patents

ヘキサブロモシクロドデカンの製造方法

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JP3044830B2 JP3137079A JP13707991A JP3044830B2 JP 3044830 B2 JP3044830 B2 JP 3044830B2 JP 3137079 A JP3137079 A JP 3137079A JP 13707991 A JP13707991 A JP 13707991A JP 3044830 B2 JP3044830 B2 JP 3044830B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、耐熱性に優れた1,
2,5,6,9,10−ヘキサブロモシクロドデカンの
製造法に関する。本発明で得られる1,2,5,6,
9,10−ヘキサブロモシクロドデカンは、高分子化合
物の難燃剤として有用な化合物である。
【0002】
【従来の技術】1,2,5,6,9,10−ヘキサブロ
モシクロドデカン(以下HBCDと略記する)はポリス
チレン樹脂等に使用されている難燃剤である。この難燃
剤は、臭素を1,5,9−シス,トランス,トランス−
シクロドデカトリエン(以下CDTと略記する)に付加
させる反応によって合成される。
【0003】ODS逆相カラムを装着した高速液体クロ
マトグラフィーを用いて分析すると、HBCDには3種
類の異性体が存在することが知られている。それらはカ
ラムから溶出する順番にα−HBCD,β−HBCD,
γ−HBCDと命名されている[E.R.Larsen
and E.L.Ecker, J.Fire Sc
i.,4,261(1986)]。
【0004】本発明者らが、各異性体を単離し、物性値
を測定した結果では、α−,β−,γ−体のそれぞれの
融点は184〜186℃,168〜171℃,196〜
198℃である。また熱重量分析(空気中、昇温速度1
0℃/min)では、5%加熱重量減温度はそれぞれ2
42℃,217℃,245℃で、50%加熱重量減温度
はそれぞれ255℃,232℃,258℃である。従っ
てγ−HBCD,α−HBCD,β−HBCDの順に熱
安定性は高い。難燃剤として用いられるHBCDはγ−
体が主体のものであるが、これらの異性体の存在比の違
いにより、HBCDの品質が大きく左右される。例え
ば、融点が低く、熱安定性が低いβ−HBCDの存在比
が高くなると、HBCDの融点と耐熱性は低くなる。そ
のため、HBCDの熱分解が比較的低温で起こり始める
ために、成型加工機の腐蝕が起こったり、樹脂が着色を
起こす等の問題があった。
【0005】臭素をCDTに付加させる反応によってH
BCDは合成されているが、現在までに以下のようなさ
まざまな反応方法が開示されている。
【0006】ドイツ特許第1147574号明細書に
は、CDTのエチルアルコール溶液へ臭素を滴下して、
臭素付加反応を行うことが記載されてる。しかしこの方
法では、反応途中に不溶の樹脂状物が析出するため、攪
拌が困難になり、スケールアップが困難であった。さら
にこのとき生成するHBCDは融点が低く、耐熱性が劣
るといった欠点があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】反応途中に不溶の樹脂
状物が析出する欠点を解決するために、同様の反応方法
でいくつかの混合溶媒系が開示されている。例えば特公
昭49−24474号ではアルコールとベンゼンの混合
溶媒系そして特公昭49−24475号ではアルコール
とエステルの混合溶媒系、USP3833675号では
t−ブチルアルコ−ルとベンゼンの混合溶媒系、特公昭
50−5187号ではアルコ−ルとハロゲン系炭化水素
の混合溶媒系、EP181414号ではアルコ−ルとジ
オキサンの混合溶媒系等である。これらの溶媒で反応を
行うと、反応溶媒の溶解度が高いため反応途中の樹脂状
物の析出はなくなる。しかし生成するHBCDの融点と
耐熱性が低いため、問題が残っていた。
【0008】また、特公昭53−12510号には、反
応器に溶媒を仕込んでおき、CDTと臭素を同時に滴下
して反応する方法が示されている。しかし、生成するH
BCDの耐熱性および融点が低いという問題が残ってい
た。
【0009】上述の反応方法では、耐熱性の高いγ−H
BCDの選択率が低いばかりではなく、臭素付加反応以
外に、アリル位の臭素化、脱臭化水素、または溶媒の臭
素化等のような副反応が起こりやすいため、収率が低下
したり、不純物がHBCDの結晶中に混入するなどの問
題があった。これらの不純物も、成型加工機の腐蝕や、
樹脂の着色の原因になることがわかっている。
【0010】そこで、本発明者らは、熱安定性が高いγ
−HBCDの高選択的な製造法について検討した。その
結果本発明者らは、有機溶媒の存在下臭素とCDTを反
応させ、HBCDを製造する方法において、臭素を炭素
数1〜4のアルコールまたはそれを含有する有機溶媒に
溶解させた中に、CDTを滴下して反応させる方法を見
出だし、すでに特許出願している(特願平2−2884
52号)。この反応方法をとると、γ−HBCDの選択
率が著しく向上し耐熱性の高いHBCDを製造できる。
しかし反応条件によっても若干異なるが、臭素と溶媒が
反応する副反応が若干おこるため、理論量以上の臭素が
必要となっていた。
【0011】さらに特願平2−288453号では、炭
素数1〜4のアルコールまたはそれを含有する有機溶媒
の存在下、臭素とCDTを反応させHBCDを製造する
方法において、溶媒に対するCDTの基質濃度を0.1
〜20wt/vol%とする方法を開示している。この
反応方法をとると、γ−HBCDの選択率が著しく向上
し耐熱性の高いHBCDが製造できる。しかし、反応基
質濃度が比較的低いため、一回の反応で製造出来るHB
CDの量はかなり低く、反応プロセスの上からはあまり
好ましい方法ではなかった。
【0012】そこで、過剰臭素の使用量を低減し、熱安
定性の高いHBCDが得られるような反応プロセスが求
められていた。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、過剰臭素
の使用量を低減し、熱安定性の高いHBCDが得られる
ような反応プロセスについて鋭意検討した結果、炭素数
1〜4のアルコールまたはそれを含有する有機溶媒中で
臭素とCDTを反応させて、HBCDを製造する方法に
おいて、臭素とCDTを交互に反応溶媒中に仕込み反応
させた後に、まとめて結晶を単離する反応方法をとるこ
とで、臭素の使用量が理論量程度ですむこと、各回の反
応で結晶を単離する反応方法に比べて反応プロセス的に
も非常に有効であること、各回の反応におけるγ−HB
CDの選択率は、交互に仕込む回数を増加させても選択
率の低下や不明物の増加が認められないことを見出し本
発明に到達した。
【0014】すなわち本発明は、炭素数1〜4のアルコ
ールまたはそれを含有する有機溶媒中で、臭素とCDT
を反応させて、HBCDを製造する方法において、臭素
とCDTを交互に反応溶媒中に仕込み反応させることを
特徴とする、HBCDを製造するための方法に関する。
【0015】以下本発明を詳細に説明する。
【0016】本発明の方法で用いられる溶媒は、炭素数
1〜4のアルコールまたはそれを含有する有機溶媒であ
る。炭素数1〜4のアルコールとしては、メタノール、
エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n
−ブタノール、sec−ブタノール、イソブタノール、
tert−ブタノール、エチレングリコール、ジエチレ
ングリコール、プロピレングリコール等があげられる。
これらのアルコ−ルの中ではエタノール、n−プロパノ
ール、tert−ブタノールなどが特に好ましい。アル
コールと混合する溶媒としては、エーテル系の溶媒、ハ
ロゲン系炭化水素溶媒、エステル系の溶媒があげられ
る。アルコールと混合するそれぞれの溶媒の混合比率は
特に規定されない。それぞれの溶媒の具体例としては、
エーテル系の溶媒としてはジプロピルエーテル、ジイソ
プロピルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)、ジ
オキサン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジ
エチレングリコールジエチルエーテル等が、ハロゲン系
炭化水素溶媒としては、四塩化炭素、クロロホルム、塩
化メチレン、エチレンジクロライド(EDC)等が、エ
ステル系の溶媒としては酢酸エチル、酢酸メチル、2−
メトキシエチルアセタート等があげられる。混合溶媒と
してはエタノール−酢酸エチル、エタノール−THF、
エタノール−ジオキサン、エタノール−EDC、エタノ
ール−塩化メチレン等が反応成績の面から特に好ましい
ものである。
【0017】本発明の方法を実施しうる反応基質濃度
(CDT/反応溶媒=wt/vol%)は、仕込んだC
DTの総量と反応溶媒の量より計算して10〜40%程
度、好ましくは20〜30%程度が好ましい。10%よ
り低い基質濃度で反応を行うと単位体積当りに得られる
結晶の量は少なく、本発明を実施する利点は少ない。4
0%以上になるような基質濃度で反応を行うとスラリー
濃度が高すぎるため撹拌が困難になり、プロセス上好ま
しくない。
【0018】交互に仕込み反応させる回数は、各回の反
応基質濃度によって変化するので一概に規定できない。
しかし、特願平2−288453号にも開示したよう
に、各回の反応基質濃度は0.1〜20wt/vol
%、好ましくは0.5〜10wt/vol%の範囲で行
った方が、耐熱性の高いγ−HBCDの選択率は向上す
るため、0.1〜20wt/vol%、好ましくは0.
5〜10wt/vol%の範囲が選ばれる。0.1%よ
り低い濃度で反応を行っても、0.1wt/vol%の
時のγ−HBCDの選択率に比較して、期待されるほど
γ−HBCDの選択率は向上しない。また20wt/v
ol%を越えて反応を行うと、γ−HBCDの選択率が
著しく低下するため選ばれない。つまり、各回の反応基
質濃度と交互に仕込む回数は、0.1〜20wt/vo
l%程度の基質濃度で400回〜2回、好ましくは0.
5〜10wt/vol%程度の基質濃度で80回〜4回
程度繰返すことで、本発明は実施できる。
【0019】本発明の方法を実施するにあたっての反応
温度は格別の限定はないが、高温で反応をおこなうと、
臭素付加反応以外の置換反応が起こりやすくなるため不
純物が増加したり、反応溶媒と臭素の反応が起こりやす
くなるため、あまり好ましくない。また極端な低温で反
応を行った場合には、反応速度がおそくなるため反応が
完結せず、反応中間体で止まるため好ましくない。反応
温度は通常約−20℃〜約50℃の範囲である。
【0020】本発明を実施するにあたっての反応方法
は、反応溶媒にCDTを溶解後臭素を滴下して反応さ
せ、あらたにCDTを反応液に溶解させ臭素を滴下して
反応させる方法を繰り返す反応方法、または、反応溶媒
に臭素を溶解後CDTを滴下して反応させ、あらたに臭
素を反応液に溶解させCDTを滴下して反応させる方法
を繰り返す反応方法のいずれでも成し遂げることができ
る。
【0021】本発明を実施するにあたり、各回の反応時
間や熟成時間、溶解時間は反応温度や仕込み量等により
変わりうるが、CDTを滴下して反応させる場合も臭素
を滴下して反応させる場合も、反応時間は通常約10分
ないし10時間程度である。反応が終了してから次のC
DTまたは臭素を反応溶媒に溶解させるまでの熟成時間
は、通常0ないし5時間程度である。またCDTおよび
臭素を反応溶媒に溶解する溶解時間は、通常約10分な
いし5時間程度である。さらに所定回数の反応を繰返し
た後の熟成時間は、通常約0ないし5時間程度反応させ
ることでなしとげられる。
【0022】仕込んだCDTと臭素の総量より計算した
CDTに対する臭素の使用量は、Br/CDT(モル
比)で3.0以上、好ましくは3.0〜5.0である。
3.0未満では、CDTに対して臭素が不足しているた
め、反応が完結しない。5.0を越える場合では、反応
系中に残存する過剰臭素による副反応が起りやすくなる
ことと、経済的な見地からも好ましくない。
【0023】反応終了後生成したHBCDは公知の手段
で粉体として単離できる。例えば、析出した結晶をその
まま濾過する方法や反応終了時の反応液を貧溶媒に投入
することで結晶を取り上げる方法、反応終了時の反応液
に貧溶媒を投入する方法などが考えられる。さらにろ液
として回収された溶媒は、新しい溶媒を補充することで
繰返し反応溶媒として使用することができる。
【0024】
【発明の効果】本発明の方法を実施することにより、理
論量程度の臭素量で色相、熱安定性に優れたHBCDの
γ−体を高選択率、高収率で製造できるようになった。
また、反応プロセス的にも非常に有効である。
【0025】
【実施例】以下実施例に従って本発明を更に詳しく説明
するが、本発明はこれらにより限定されるものではな
い。
【0026】実施例1〜6 還流冷却器、撹拌羽根を装備した丸底フラスコに、表1
に示す組成の反応溶媒を仕込んだ。その中に表1に示す
量のCDTと臭素を表1に示す回数に分割して交互に仕
込んだ。各回の反応温度は15℃とし反応時間は2時間
かけて滴下することで反応させた。滴下終了後、さらに
2時間熟成した。
【0027】反応終了後の反応スラリー液を高速液体ク
ロマトグラフィー(カラム TSKゲル−ODS80T
M、溶離液 アセトニトリル/水=80/20vol
%、検出器 UV215nm)で分析しその結果をまと
めて表1に示した。なお同定できない成分については不
明分とした。表1中のDBCD(ジブロモシクロドデカ
ジエン)、TBCD(テトラブロモシクロドデセン)
は、HBCDの反応中間体である。なおTBCDには異
性体が存在するので、高速液体クロマトグラフィーでO
DS逆相カラムを用いて分析し、カラムから溶出する順
番にα−TBCD、β−TBCDと命名した。
【0028】γ−HBCDの選択率は、γ−HBCDの
生成量をHBCD異性体の合計量で割った値で示した
[γ−HBCD/(α−TBCD+β−TBCD+γ−
HBCD)]。
【0029】反応終了時の反応液をろ過し、得られた結
晶を乾燥させ融点を測定し、その結果をまとめて表1に
示した。
【0030】
【表1】 比較例1、2 還流冷却器、撹拌羽根を装備した丸底フラスコに、表2
に示す組成の反応溶媒を仕込んだ。その中に表2に示す
量のCDTと臭素を表2に示す回数に分割して仕込ん
だ。各回の反応温度は15℃とし反応時間は2時間かけ
て滴下することで反応させた。滴下終了後、さらに2時
間熟成した。その後実施例と同様な方法で後処理と分析
をおこない結果をまとめて表2にしめした。
【0031】
【表2】

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炭素数1〜4のアルコールまたはそれを含
    有する有機溶媒中で、臭素と1,5,9−シス,トラン
    ス,トランス−シクロドデカトリエンを反応させて、
    1,2,5,6,9,10−ヘキサブロモシクロドデカ
    ンを製造する方法において、臭素と1,5,9−シス,
    トランス,トランス−シクロドデカトリエンを交互に反
    応溶媒中に仕込み反応させることを特徴とする1,2,
    5,6,9,10−ヘキサブロモシクロドデカンの製造
    方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100849523B1 (ko) * 2006-05-15 2008-07-31 최성열 찜질 매트

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