JP3959444B2 - イソフタル酸ジエステルスルホン酸誘導体の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリアニリン用ドーパントとして有用な5−スルホイソフタル酸ジエステルおよびイソフタル酸ジエステルスルホン酸塩の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
特開平8−120167号には、5−スルホナトリウムイソフタル酸ジメチルとジエチレングリコール−モノ−n−ブチルエーテルとから、エステル交換反応により5−スルホナトリウムイソフタル酸ビス(ジエチレングリコール−モノ−n−ブチル)を製造する方法が記載されている。
【0003】
この方法では反応温度として200℃以上の高温度を要し、しかも、満足できる反応率が得られないという欠点がある。また、エステル交換反応においてジエチレングリコール−モノ−n−ブチルエーテルを大過剰に使用するため、コスト的な問題から、反応終了後にジエチレングリコール−モノ−n−ブチルエーテルを回収して再使用することが必須である。しかしながら、ジエチレングリコール−モノ−n−ブチルエーテルの沸点が高いため、回収に際しては200℃以上の高温と高真空が必要となる。さらに、ジエチレングリコール−モノ−n−ブチルエーテルを回収した後に残存する反応器の内容物が、高粘性で取り扱いが極めて困難であるという欠点がある。
【0004】
本発明の課題は、反応温度として高温度を要さず、反応率も高く、反応溶媒の回収も容易な、イソフタル酸ジエステルスルホン酸誘導体の製造方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下記に示すとおりのイソフタル酸ジエステルスルホン酸誘導体の製造方法を提供するものである。
【0006】
1.式(1)で表される5−スルホイソフタル酸と一般式(2)で表されるアルコール化合物とを、水非混和性有機溶媒の存在下で共沸脱水によりエステル化反応させることを特徴とする一般式(3)で表される5−スルホイソフタル酸ジエステルの製造方法。
【0007】
【化3】
【0008】
(式中、Rは、R1OCH2CH2OCH2CH2−を示す。R1は、水素、炭素数が1〜15のアルキル基、アルケニル基、アルキルチオアルキル基、アリール基、アルキルアリール基、アリールアルキル基、アルコキシアルキル基またはアリールオキシアルキル基を示す。一般式(3)において、2つのRは同じであっても異なっていてもよい。)
2.エステル化反応を70〜100℃の温度で行うことを特徴とする上記項1に記載の製造方法。
【0009】
3.一般式(2)で表されるアルコール化合物を、5−スルホイソフタル酸に対して1.9〜3.0倍モル反応させることを特徴とする上記項1または2に記載の製造方法。
【0010】
4.式(1)で表される5−スルホイソフタル酸と一般式(2)で表されるアルコール化合物とを、水非混和性有機溶媒の存在下で共沸脱水によりエステル化反応させて一般式(3)で表される5−スルホイソフタル酸ジエステルを得た後、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の炭酸塩もしくは炭酸水素塩またはアンモニアで中和することを特徴とする一般式(4)で表されるイソフタル酸ジエステルスルホン酸塩の製造方法。
【0011】
【化4】
【0012】
(式中、Rは、R1OCH2CH2OCH2CH2−を示す。R1は、水素、炭素数が1〜15のアルキル基、アルケニル基、アルキルチオアルキル基、アリール基、アルキルアリール基、アリールアルキル基、アルコキシアルキル基またはアリールオキシアルキル基を示す。一般式(3)および一般式(4)において、それぞれ2つのRは同じであっても異なっていてもよい。Mは、アルカリ金属、アルカリ土類金属またはNH4を示す。mは、1または2を示す。)
5.エステル化反応を70〜100℃の温度で行うことを特徴とする上記項4に記載の製造方法。
【0013】
6.一般式(2)で表されるアルコール化合物を、5−スルホイソフタル酸に対して1.9〜3.0倍モル反応させることを特徴とする上記項4または5に記載の製造方法。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明においては、エステル化反応の原料として5−スルホイソフタル酸を用いており、この5−スルホイソフタル酸のスルホン酸基が酸触媒として働くため、エステル化反応の反応速度を高め、低い温度でも反応が進行するという利点がある。
【0015】
エステル化反応の他方の原料であるアルコール化合物は、R1OCH2CH2OCH2CH2OHで表される。ここで、R1は、水素、炭素数が1〜15(好ましくは2〜12)のアルキル基、アルケニル基、アルキルチオアルキル基、アリール基、アルキルアリール基、アリールアルキル基、アルコキシアルキル基またはアリールオキシアルキル基を示す。このアルコール化合物としては、具体的には、ジエチレングリコール−モノメチルエーテル、ジエチレングリコール−モノエチルエーテル、ジエチレングリコール−モノ−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコール−モノ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコール−モノドデシルエーテル、ジエチレングリコール−モノビニルエーテル、ジエチレングリコール−モノメチルチオエチルエーテル、ジエチレングリコール−モノフェニルエーテル、ジエチレングリコール−モノ−p−トリルエーテル、ジエチレングリコール−モノベンジルエーテル、トリエチレングリコール−モノブチルエーテル、トリエチレングリコール−モノフェニルエーテル等が挙げられる。
【0016】
本発明のエステル化反応においては、一般式(2)で表されるアルコール化合物を、5−スルホイソフタル酸に対して1.9〜3.0倍モル仕込む。好ましくは、5−スルホイソフタル酸に対して2.0〜2.5倍モルのアルコール化合物を仕込む。アルコール化合物が1.9倍モル未満だと、生成収率が低下する傾向がある。アルコール化合物が3.0倍モルを超えると、未反応アルコール化合物が残存し、品質低下とコストアップの傾向がある。
【0017】
本発明においては、水と混和せず共沸混合物を形成する有機溶媒をエステル化反応系に存在させ、副生する水を共沸脱水により系外に除去し、エステル化反応を進行させる。留出した水/有機溶媒混合物は凝縮させて分液し、有機溶媒相を反応系に戻して再使用することができる。
【0018】
このような水非混和性有機溶媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族系溶媒、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン等のハロゲン化芳香族系溶媒、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン等の脂肪族系溶媒、ジクロロメタン、ジクロロエタン等のハロゲン化脂肪族系溶媒等が挙げられる。これらは、1種単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
【0019】
水非混和性有機溶媒の使用量は、一般式(2)で表されるアルコール化合物に対して0.5〜5.0重量倍であり、好ましくは1.0〜3.0重量倍である。水非混和性有機溶媒の使用量がこの範囲を外れると、生成収率が低下する傾向がある。
【0020】
エステル化反応の反応温度は、70〜100℃であり、好ましくは75〜90℃である。エステル化反応の反応時間は、2〜20時間であり、好ましくは4〜10時間である。反応温度、反応時間がこの範囲を外れると、生成収率が低下する傾向がある。また、エステル化反応は、通常は減圧下で行われる。
【0021】
エステル化反応により、一般式(3)で表される5−スルホイソフタル酸ジエステルが生成する。この5−スルホイソフタル酸ジエステルとしては、5−スルホイソフタル酸ビス(ジエチレングリコール−モノメチル)、5−スルホイソフタル酸ビス(ジエチレングリコール−モノエチル)、5−スルホイソフタル酸ビス(ジエチレングリコール−モノ−n−プロピル)、5−スルホイソフタル酸ビス(ジエチレングリコール−モノ−n−ブチル)、5−スルホイソフタル酸ビス(ジエチレングリコール−モノフェニル)等が挙げられる。
【0022】
この5−スルホイソフタル酸ジエステルは、ポリアニリン用のドーパントとして利用でき、ポリアニリンと混合することによりドープされたポリアニリンを得ることができる。
【0023】
上記のエステル化反応が終了した後に、反応系を50℃以下に冷却し、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の炭酸塩もしくは炭酸水素塩またはアンモニアで中和することにより、一般式(4)で表されるイソフタル酸ジエステルスルホン酸塩が生成する。
【0024】
アルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属炭酸水素塩としては、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等が挙げられる。アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸水素塩としては、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸水素マグネシウム、炭酸水素カルシウム、炭酸水素バリウム等が挙げられる。これらのアルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属炭酸水素塩、アルカリ土類金属炭酸塩、アルカリ土類金属炭酸水素塩は、濃度5〜30重量%の水溶液または懸濁液の状態で使用するのが好ましい。
【0025】
アンモニアとしては、アンモニア水の状態で使用するのが好ましい。
【0026】
なお、水酸化ナトリウム等の強塩基を用いて中和すると、エステルの加水分解が著しく、品質が低下する。
【0027】
中和する際の温度は、50℃以下が好ましい。中和後の反応系のpHは、2〜8であり、好ましくは4〜7である。pHがこの範囲を外れると、分解が著しく、品質が低下する。
【0028】
中和終了後、水を添加しながら水非混和性有機溶媒を蒸留回収することにより、目的のイソフタル酸ジエステルスルホン酸塩の水溶液を高純度、高収率で得ることができる。水非混和性有機溶媒の蒸留回収温度は、70〜100℃であり、好ましくは75〜90℃である。水非混和性有機溶媒の蒸留回収は、通常は減圧下で行われる。
【0029】
水非混和性有機溶媒を共沸により比較的低温で回収できるので、目的物の分解を防止することができる。また、留出した水/有機溶媒混合物は相分離するために回収が容易で、有機溶媒相を分液処理して再使用することができる。
【0030】
【実施例】
以下、本発明を、実施例によりさらに具体的に説明する。
【0031】
実施例1
反応器に、ブチルジグリコール(ジエチレングリコール−モノ−n−ブチルエーテル:以下BDGと略すことがある)133g(820mmol)と5−スルホイソフタル酸100g(純度86.8%、353mmol)を加えて溶解させ、さらにクロロベンゼン266gを加えた。この溶液を、80〜86℃の温度で減圧下(210〜130mmHg)で蒸留し、留分を水とクロロベンゼンに分液させ、クロロベンゼン相を反応系に戻す操作を8時間行った。この間、留出した水量は22mlで、理論量の97%であった。この反応物をHPLC(高速液体クロマトグラフィー)で分析したところ、面積百分率で、目的のジエステル体[5−スルホイソフタル酸ビス(ジエチレングリコール−モノ−n−ブチル)]が93%、モノエステル体が2%、不明成分が5%であった。
【0032】
反応終了後、反応物を30℃に冷却し、同温度以下で炭酸ナトリウム水溶液(15重量%)を加えてpH6まで中和した。この中和液を70〜75℃の温度で減圧下(280〜180mmHg)で水を加えながら蒸留し、クロロベンゼンを完全に回収し、最終的に水を加えてスルホン酸塩濃度を50重量%に調整した。得られた水溶液をHPLCで分析したところ、面積百分率で、ジエステル体[5−スルホナトリウムイソフタル酸ビス(ジエチレングリコール−モノ−n−ブチル)]が87%、モノエステル体が6%、不明成分が7%であった。水溶液中に残存するBDGは4重量%であり、クロロベンゼンは検出されなかった。
【0033】
なお、留分を分液処理し、クロロベンゼンを回収率99%で回収した。
【0034】
比較例1[エステル交換法]
反応器に、ブチルジグリコール207.8g(1250mmol)、5−スルホナトリウムイソフタル酸ジメチル27.8g(100mmol)および酢酸亜鉛0.067gを加え、210℃で8時間保温、撹拌した。留出したメタノールは6.1mlで、理論量の81%であった。この反応物をHPLCで分析したところ、面積百分率で、目的のジエステル体[5−スルホナトリウムイソフタル酸ビス(ジエチレングリコール−モノ−n−ブチル)]が71%、モノエステル体が20%、不明成分が7%、未反応物が2%であった。
【0035】
さらに、220℃、10mmHgで残存ブチルジグリコールを回収した。2時間で内容物が粘稠性の固体となって撹拌不能となり、回収を終了した。ブチルジグリコールの回収量は166gで、理論量の93%であった。ブチルジグリコール回収後の反応物は粘着性の飴状固体であり、取り扱いが極めて困難であった。この固体を水に溶解し、最終的にスルホン酸塩濃度を50重量%に調整した。この水溶液をHPLCで分析したところ、面積百分率で、ジエステル体[5−スルホナトリウムイソフタル酸ビス(ジエチレングリコール−モノ−n−ブチル)]が76%、モノエステル体が15%、不明成分が8%、未反応物が1%であった。水溶液中に残存するBDGは10重量%であった。
【0036】
実施例2
エステル化反応を110〜115℃の温度で行った以外は実施例1と同様の操作を行った。この間、留出した水量は22mlで、理論量の97%であった。この反応物をHPLCで分析したところ、面積百分率で、目的のジエステル体[5−スルホイソフタル酸ビス(ジエチレングリコール−モノ−n−ブチル)]が85%、モノエステル体が4%、不明成分が11%であった。
【0037】
エステル化反応終了後、反応物に実施例1と同様の操作を行い、スルホン酸塩濃度が約50重量%の水溶液を得た。得られた水溶液をHPLCで分析したところ、面積百分率で、ジエステル体[5−スルホナトリウムイソフタル酸ビス(ジエチレングリコール−モノ−n−ブチル)]が80%、モノエステル体が7%、不明成分が13%であった。
【0038】
比較例2[中和剤:NaOH]
実施例1と全く同様にエステル化反応を行い、同様の反応物を得た。この反応物をHPLCで分析したところ、面積百分率で、目的のジエステル体[5−スルホイソフタル酸ビス(ジエチレングリコール−モノ−n−ブチル)]が93%、モノエステル体が2%、不明成分が5%であった。
【0039】
この反応物を、水酸化ナトリウム水溶液(20重量%)を使用して中和した以外は実施例1と同様の操作を行った。得られた水溶液をHPLCで分析したところ、面積百分率で、ジエステル体[5−スルホナトリウムイソフタル酸ビス(ジエチレングリコール−モノ−n−ブチル)]が73%、モノエステル体が12%、不明成分が15%であった。水溶液中に残存するBDGは4重量%であり、クロロベンゼンは検出されなかった。
【0040】
なお、留分を分液処理し、クロロベンゼンを回収率99%で回収した。
【0041】
比較例3[共沸溶媒なし、BDG過剰法]
反応器に、ブチルジグリコール291g(1.79mol)と5−スルホイソフタル酸100g(純度86.8%、353mmol)を加えて溶解させ、この溶液を、120℃の温度で減圧下(最終20mmHg)に水を留出させながら2時間反応させた。留分は40gで、BDGを約26%、BDG分解生成物を12%含有していた。この反応物をHPLCで分析したところ、面積百分率で、目的のジエステル体[5−スルホイソフタル酸ビス(ジエチレングリコール−モノ−n−ブチル)]が84%、モノエステル体が8%、不明成分が8%であった。
【0042】
反応終了後、反応物を30℃に冷却し、同温度以下で炭酸ナトリウム水溶液(15重量%)を加えてpH6まで中和した。この中和液から、140℃の温度で減圧下(最終20mmHg)で水と過剰のBDGを蒸留回収し、最終的に水を加えてスルホン酸塩濃度を50重量%に調整した。得られた水溶液をHPLCで分析したところ、面積百分率で、ジエステル体[5−スルホナトリウムイソフタル酸ビス(ジエチレングリコール−モノ−n−ブチル)]が80%、モノエステル体が8%、不明成分が12%であった。水溶液中に残存するBDGは3重量%であった。蒸留回収した留分は、前留分が122gで、水分が94%、BDGが3%、BDG分解生成物が3%であった。後留分は138gで、水分が1.5%、BDGが89%、BDG分解生成物が9.5%であった。
【0043】
本比較例においては、BDGを過剰に用いているため、BDGの回収・再使用が必要であるが、回収したBDG(後留分)中にBDG分解生成物が多いために再使用が不可能であった。
【0044】
実施例3〜7
BDG使用量、溶媒種類等を表1の通り変更した以外は実施例1と同様に行った。結果を表1に併記した。なお、混合キシレンの組成(重量比)は、p−キシレン:m−キシレン:o−キシレン:エチルベンゼン=19:43:18:20である。
【0045】
【表1】
【0046】
【発明の効果】
本発明は、反応温度として高温度を要さず、反応率も高く、反応溶媒の回収も容易な、イソフタル酸ジエステルスルホン酸誘導体の製造方法を提供する。
Claims (6)
- エステル化反応を70〜100℃の温度で行うことを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
- 一般式(2)で表されるアルコール化合物を、5−スルホイソフタル酸に対して1.9〜3.0倍モル反応させることを特徴とする請求項1または2に記載の製造方法。
- 式(1)で表される5−スルホイソフタル酸と一般式(2)で表されるアルコール化合物とを、水非混和性有機溶媒の存在下で共沸脱水によりエステル化反応させて一般式(3)で表される5−スルホイソフタル酸ジエステルを得た後、アルカリ金属もしくはアルカリ土類金属の炭酸塩もしくは炭酸水素塩またはアンモニアで中和することを特徴とする一般式(4)で表されるイソフタル酸ジエステルスルホン酸塩の製造方法。
- エステル化反応を70〜100℃の温度で行うことを特徴とする請求項4に記載の製造方法。
- 一般式(2)で表されるアルコール化合物を、5−スルホイソフタル酸に対して1.9〜3.0倍モル反応させることを特徴とする請求項4または5に記載の製造方法。
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