JP4048689B2 - ３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パラジウム塩および塩基性二座配位子から得られる触媒の存在下、反応槽に該触媒成分のうち少なくとも１種を逐次添加して、ｏ−フタル酸ジエステルの二量化を行い、得られた３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸テトラエステルを加水分解して３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸とし、得られた３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸を乾燥・無水化して３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を得る工程からなる３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の製造方法は公知である。
【０００３】
上記の３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の製造方法における(a)工程で、反応槽への触媒成分の逐次補充を行うと、ｏ−フタル酸ジエステルの二量化転化率および３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸テトラエステルの選択率が高くなり、従って３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の収率が高くなり有利である。
例えば、特公平５−７３７３３号公報には、ｏ−フタル酸ジエステルの二量化転化率が２３％で、中間体である３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸テトラエステルの選択率が７９％の実施例が記載されている。
【０００４】
しかし、上記公報に記載の方法によればこの触媒成分の逐次補充法によっても、触媒収率（Ｐｄ収率）が約１００倍モル程度と低く、さらに反応槽へのＰｄ金属の析出・付着が生じ、このＰｄ金属の析出・付着量が多くなると副反応の増加と中間体である３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸テトラエステルの収率低下、従って長時間の二量化反応を困難としている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明者らは、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の製造方法における上記の二量化反応の工程における問題点について検討した結果、反応系に供給される粉末状の触媒成分のうちパラジウム塩に着目し、特定のパラジウム塩と逐次添加とを組み合わせることによって解決することができるのではないかと考えた。
従って、この発明の目的は、触媒収率（Ｐｄ収率）が高く、しかも二量化反応における反応槽へのＰｄの付着量を少なくすることが可能である、触媒成分を逐次補充してｏ−フタル酸ジエステルの二量化を行うことを含む、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、この発明は、(a)比表面積０．５ｍ²／ｇ以上の粉末状パラジウム塩および塩基性二座配位子化合物を必須成分として得られた触媒の存在下、該成分のうち少なくとも１種を逐次添加しながら、ｏ−フタル酸ジエステルの二量化を行った後、反応系から３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸テトラエステルを分離取得する工程、(b)得られた３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸テトラエステルを加水分解し、得られた３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸を乾燥・無水化する工程からなる３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の製造方法に関する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の好ましい態様を列記する。
１）二量化が、反応槽への少なくとも１種の触媒成分の逐次添加を、反応槽に付設した循環ラインに反応液を循環させながら、該循環ライン中に補充する触媒成分を投入し、触媒成分と循環反応液との混合物を該循環ラインより反応槽に導入することにより行われる上記の３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の製造方法。
２）二量化の触媒が、粉末状パラジウム塩、塩基性二座配位子化合物および銅塩から得られた触媒である上記の３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の製造方法。
３）粉末状パラジウム塩が、粉末状酢酸パラジウムである上記の３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の製造方法。
４）塩基性二座配位子化合物が、１，１０−フェナントロリンである上記の３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の製造方法。
【０００８】
５）粉末状パラジウム塩が、比表面積０．７ｍ²／ｇ以上、特に１．０ｍ²／ｇ以上で２０ｍ²／ｇ以下のものである上記の３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の製造方法。
６）銅塩が、アセチルアセトン銅である上記の３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の製造方法。
７）無水化が、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸の結晶に付着している付着水および結晶水を予備乾燥して除去し終わった後、高温で加熱処理して無水化する上記の３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の製造方法。
【０００９】
この発明の(a)二量化工程は、好適には、攪拌機と原料導入用導管と生成物排出用導管と空気供給用導管とを備えた反応槽に、循環ポンプと触媒投入装置とを備えた反応液の循環ラインが備えられた二量化反応装置を利用して実施することができる。
【００１０】
この発明においては、比表面積０．５ｍ²／ｇ以上、好ましくは０．７ｍ²／ｇ以上、特に１．０ｍ²／ｇ以上で２０ｍ²／ｇ以下、その中でも特に１．０〜１０ｍ²／ｇ、そして特に好ましくは金属中のＰｔ、ＦｅおよびＣｕの合計含有量が０．０１重量％以下（その中でも特に０．００００１〜０．０１重量％）の粉末状パラジウム塩および塩基性二座配位子化合物から得られた触媒、好適にはさらに銅塩を加えて得られた触媒の存在下、該成分のうち少なくとも１種、好適には粉末状パラジウム塩および塩基性二座配位子化合物を逐次添加しながら、ｏ−フタル酸ジエステルの二量化を行うことが必要である。
前記粉末状パラジウム塩は、有機溶媒(例えば、アセトン)への溶解性が高いものが好ましい。また、水分含有率（測定温度：常温〜１２０℃）が０．４％（重量％）以下であるものが好ましい。
【００１１】
この発明の３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸テトラエステルの製造方法においては、ｏ−フタル酸ジエステルに対して好適には０．００００１〜０．００５倍モルのパラジウム塩と、このパラジウム塩に対して通常０．５〜４倍モルの塩基性二座配位子化合物と、好適にはさらにこのパラジウム塩に対して通常０．０１〜５倍モルの銅塩とからなる触媒を、ｏ−フタル酸ジエステルとともに二量化反応槽に導入し、導入した触媒とｏ−フタル酸ジエステルとを攪拌しながら、分子状酸素を含む気体（例えば、空気）を供給し、約１４０〜２６０℃に加熱しながら、ｏ−フタル酸ジエステルを二量化反応させて、選択的に３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸テトラエステルを一部生成させる。
【００１２】
上記の最初の触媒成分の添加は、約１００℃以下の温度で各触媒成分をｏ−フタル酸ジエステルに添加しておいて、その後反応液を反応温度まで加熱する方法などによって実施することが好ましい。
また、この発明の方法においては、供給する粉末状パラジウムの比表面積が前記の範囲内であれば、粉末状パラジウム塩と塩基性二座配位子化合物とが一部キレ−ト化合物となっていてもよい。
【００１３】
前記のｏ−フタル酸ジエステル、パラジウム塩と、塩基性二座配位子化合物および銅塩の各触媒成分、及び分子状酸素を含む気体については、特公昭６２−３３２２１号公報に詳細に記載されている。
例えば、ｏ−フタル酸ジエステルとしてはｏ−フタル酸ジメチルエステル、ｏ−フタル酸ジプロピルエステル等のo−フタル酸低級（ｎ＝１〜５）ジアルキルエステルなどが挙げられる。塩基性二座配位子化合物としては１，１０−フェナントロリン、α，α’−ジピリジルなどが挙げられる。また、銅塩としてはジカルボン酸の銅塩や銅キレ−ト塩などが挙げられ、特にアセチルアセトン銅が好ましい。
【００１４】
この二量化反応の進行中あるいは進行後に、好適には、パラジウム塩の使用量が、ｏ−フタル酸ジエステルの全使用量に対して０．０００１〜０．１倍モル程度の範囲内となり、しかも、触媒成分の塩基性二座配位子化合物の全使用量に対して０．０１〜５倍モル程度の範囲内、及びさらに触媒成分（使用する場合）の銅塩の全使用量がパラジウム塩の全使用量に対して０．０１〜５倍モル程度の範囲内となるように反応系内の触媒濃度を維持しつつ、上記の触媒成分(触媒の１あるいは２成分、または全成分)を、上記反応系に、例えば、１〜１０回逐次添加し、それぞれの逐次添加毎に、増量された触媒の存在下に上記の最初の二量化反応と同様の反応条件で反応を行わせ、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸テトラエステルを生成させることが好ましい。
【００１５】
この発明の方法において、例えば、上記の２回目以降の触媒成分の逐次添加を、二量化反応槽に付設した反応液の循環ラインに、反応液を循環させながら触媒投入装置より触媒成分を投入して行う。
この発明において、好適には、逐次添加の２回目以降に添加する触媒成分は、各触媒成分である粉末をｏ−フタル酸ジエステルに懸濁させた状態で使用することが好ましい。
上記の循環ラインは、循環ポンプで反応液の一部を反応槽から抜き出して再び反応槽に戻すための導管である。
【００１６】
この発明において、逐次添加の２回目以降に添加する触媒成分の量は、反応系全体の触媒濃度を上記の範囲に維持することができれば特に限定されないが、大略、逐次添加する各触媒成分の使用量が、最初に使用した各触媒成分の使用量に対して、０．０５〜５倍モル程度であることが好ましい。
【００１７】
この発明の製造方法によって二量化反応を行った後、反応混合物を系外に取り出して、反応混合物から目的とする３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸テトラエステルおよびパラジウムなどを回収（精製）する。
そして、この反応−回収を繰り返す。この発明の製造方法においては、前記の二量化反応と生成物および触媒：パラジウムの回収を多数回繰り返しても、金属Ｐｄの析出・付着が少なく、目的とする３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸テトラエステルの触媒収率低下が少ない。
【００１８】
この発明の方法において、好適には３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸テトラエステルを選択的に生成させ、次いで、好適には特公平６−４３３７２号公報、特公平６−６２５０８号公報、特公平６−２７１５号公報などに記載の方法によって、触媒を還元除去し未反応のｏ−フタル酸ジエステルを回収した後、蒸留または晶析により反応液から３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸テトラエステルを分離精製して回収する。
【００１９】
得られた３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸テトラエステル（以下、テトラメチルエステルの場合単にｓ−ＤＭと略記することもある。）は、例えば、水を添加し２〜３００ｋｇｆ／ｃｍ²の加圧下に１５０〜５００℃に加熱する高温高圧での加水分解法、または水とともに酸あるいはアルカリを添加して加水分解する方法により加水分解して、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸とする。
【００２０】
この発明の方法においては、好適には３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸を３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸の結晶に付着している付着水および結晶水を予備乾燥して除去し終わった後、高温で加熱処理して無水化する。前記の加熱処理において、好適には２５０〜４００℃、特に２５０〜３００℃で不活性ガスの存在下および／または減圧下に加熱して無水化し３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を得ることができる。前記の無水化の後、減圧下に３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物を加熱して揮発させ、揮発分を冷却して回収してもよい。
【００２１】
この発明の方法によれば、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物のＰｄ収率（Ｐｄ１モル当たりの生成物である３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物のモル倍量で表示される。）が高く、しかも二量化反応槽への金属Ｐｄ付着量を低下させることが可能となる。
【００２２】
【実施例】
以下、この発明を実施例によって説明する。
実施例１
攪拌機と原料導入用導管と生成物排出用導管と空気供給用導管とを備えた内容積１０立方米の反応槽に、循環ポンプと触媒投入装置（手動添加）とを備えた反応液の循環ラインが備えられた二量化反応装置を使用して、次の各成分を反応槽に加えて二量化反応を行った。
ｏ−フタル酸ジメチルエステル（以下、単にＤＭＰと略記することもある。）６．４立方米（７６１６Ｋｇ、３９．２６モル）を加え、液温を８０℃まで昇温後、ｏ−フェナントロリン：８４５ｇ（４．６９モル）、粉末状の酢酸パラジウム［比表面積：１．３４ｍ²／ｇ、水分含有率（測定温度：常温〜１２０℃、以下同じ）が０．１１％］９６０ｇ（４．２９モル）、アセチルアセトン銅１００６ｇ（３．８５モル）を加え、２３７±３℃に昇温し2時間攪拌下に反応させた後、触媒２段目（ｏ−フェナントロリン：８４５ｇおよび前記と同じ酢酸パラジウム：９６０ｇ）を添加して2時間攪拌下に反応させた後、触媒３段目（ｏ−フェナントロリン：８４５ｇおよび前記と同じ酢酸パラジウム：９６０ｇ）を添加し、さらに６時間攪拌下に反応させて、二量化反応を終了した。
【００２３】
反応終了後、反応溶液についてガスクロマトグラフィ−分析し、次の結果が得られた。
ＤＭＰ転化率：１６．９％
ｓ−ＤＭ選択率：８０．５％
ｓ−ＤＭのＰｄ収率：２０８モル倍
反応液中のｓ−ＤＭ濃度：１３．６％
ｓ−ＤＭ／ａ−ＤＭ（モル比、以下同じ）：１０．１
反応槽へのＰｄ付着量：０．１Ｋｇ／１バッチ（以下同じ）
【００２４】
この二量化反応液混合物を水素で触媒還元処理してＰｄ^２＋をＰｄ^０とした後、加圧濾過器を通して還元Ｐｄの回収を行った。次いで、薄膜蒸発器により未反応のＤＭＰを回収するとともに、ｓ−ＤＭおよびａ−ＤＭを晶析によって回収した。得られたｓ−ＤＭ全量を約２００℃で水による加水分解を行い、放置冷却した後、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸を分離取得した。次いで、得られた３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸全量を窒素気流中、１６０℃、常圧で乾燥し、引き続いて窒素気流中、２６５〜２７０℃、常圧で約２０時間加熱して無水化して、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（ｓ−ＢＰＤＡ）を得た。
ｓ−ＢＰＤＡのＰｄ収率：２００モル倍
比較例１
二量化を、粉末状の酢酸パラジウム（比表面積：１．３４ｍ^２／ｇ）に代えて、粉末状の酢酸パラジウム（比表面積：０．７０ｍ^２／ｇ）を使用した他は実施例１と同様に実施した。結果を次に示す。
ＤＭＰ転化率：１６．９％
ｓ−ＤＭ選択率：７１．６％
ｓ−ＤＭのＰｄ収率：１８５モル倍
反応液中のｓ−ＤＭ濃度：１２．１％
ｓ−ＤＭ／ａ−ＤＭ：９．７
反応槽へのＰｄ付着量：０．３Ｋｇ
ｓ−ＢＰＤＡのＰｄ収率：１７８モル倍
【００２５】
実施例２
二量化を、粉末状の酢酸パラジウム（比表面積：１．３４ｍ^２／ｇ）に代えて、粉末状の酢酸パラジウム（比表面積：２．０４ｍ^２／ｇ、水分含有率０．２９％）を使用し、自動添加の触媒投入装置に変え、連続して５バッチ行った他は実施例１と同様に実施した。結果を次に示す。
ＤＭＰ転化率：１５．８％
ｓ−ＤＭ選択率：７５．９％
ｓ−ＤＭのＰｄ収率：１８３モル倍
反応液中のｓ−ＤＭ濃度：１２．０％
ｓ−ＤＭ／ａ−ＤＭ：１１．２
反応槽へのＰｄ付着量：０．１Ｋｇ
ｓ−ＢＰＤＡのＰｄ収率：１７６モル倍
実施例１〜２で得られたｓ−ＢＰＤＡは高純度品であり、不純物のトリカルボン酸成分含量が０．０６％以下（０．００１〜０．１％が好ましい。）であり、ＤＭＡｃ中でパラ−フェニレンジアミンと重合して高対数粘度（約４）のポリアミック酸を得ることができた。
【００２６】
【発明の効果】
この発明によれば、触媒収率（Ｐｄ収率）を高くすることができ、さらに二量化反応槽へのＰｄ金属の析出・付着を抑制することができ、長時間の二量化反応が可能になる。

Claims (6)

1. (a)比表面積１．０ｍ^２／ｇ以上で２．０４ｍ^２／ｇ以下の粉末状酢酸パラジウムである粉末状パラジウム塩、および１，１０−フェナントロリン或いはα、α’−ジピリジルのいずれかである塩基性二座配位子化合物を必須成分として得られた触媒の存在下、該成分のうち少なくとも１種を逐次添加しながら、ｏ−フタル酸ジエステルの二量化を行った後、反応系から３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸テトラエステルを分離取得する工程、(b)得られた３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸テトラエステルを加水分解し、得られた３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸を乾燥・無水化する工程からなる３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の製造方法。
2. 二量化が、反応槽への少なくとも１種の触媒成分の逐次添加を、反応槽に付設した循環ラインに反応液を循環させながら、該循環ライン中に補充する触媒成分を投入し、触媒成分と循環反応液との混合物を該循環ラインより反応槽に導入することにより行われる請求項１に記載の３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の製造方法。
3. 二量化の触媒が、粉末状パラジウム塩、塩基性二座配位子化合物、およびジカルボン酸の銅塩あるいは銅キレートのいずれかである銅塩から得られた触媒である請求項１に記載の３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の製造方法。
4. 塩基性二座配位子化合物が、１，１０−フェナントロリンである請求項１に記載の３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の製造方法。
5. 銅塩が、アセチルアセトン銅である請求項３に記載の３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の製造方法。
6. 無水化が、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸の結晶に付着している付着水および結晶水を予備乾燥して除去し終わった後、加熱処理して無水化する請求項１に記載の３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物の製造方法。