JP5197439B2 - ビス（３−ニトロ−４−ヒドロキシフェニル）類の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、下記の化学式（１）で表されるビス（３−ニトロ−４−ヒドロキシフェニル）類のうち、Ｘ=CH2、CHCH3の化合物の製造法に関する。更に詳しくは、化学式（１）で表されるビス（３−ニトロ−４−ヒドロキシフェニル）類のうち、Ｘ=CH2、CHCH3の化合物を高純度で製造する方法に関する。
ビス（３−アミノ−４−ヒドロキシフェニル）類は耐熱性ポリマー等の原料として重要な化合物であり、対応するビス（３−ニトロ−４−ヒドロキシフェニル）化合物を還元することで得られる。
ビス（３−ニトロ−４−ヒドロキシフェニル）類の製造方法としては、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン（ビスフェノールＡＦ）を原料として、クロロホルム溶媒中で硝酸によりニトロ化反応を行う方法（特許文献１）、酢酸溶媒中で硝酸によりニトロ化反応を行う方法（特許文献２）、硫酸水溶媒中で硫酸と硝酸より調製した混酸によりニトロ化反応を行う方法（特許文献３）等が知られている。
また、ビス（３−ニトロ−４−ヒドロキシフェニル）類の製造する他の方法として、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン（ビスフェノールＡ）を原料として、酢酸溶媒中で硝酸によりニトロ化反応を行う方法（特許文献４）、塩化メチレン溶媒中で硝酸によりニトロ化反応を行う方法（特許文献５）等が知られている。
しかしながら、従来公知のビス（３−ニトロ−４−ヒドロキシフェニル）類の製造方法には、化学式（１）で示される化合物のうちＸ＝CH2、CHCH3の化合物を原料として反応した例はなく、実際に前記記載の溶媒で反応してみたところ、ビス（３−ニトロ−４−ヒドロキシフェニル）の収率及び品質は、著しく低いものであった。２つの芳香環に挟まれたメチレン基、または２つの芳香環のベンジル位に水素を有することから、反応性に富み、容易に分解しやすいためと思われる。
本発明の目的は、化学式（１）で表わされるビス（３−ニトロ−４−ヒドロキシフェニル）類でＸ＝CH2、CHCH3の化合物について、高収率及び高純度で得る手段を提供することにある。
本発明者は、上記にあげた課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、化学式（２）で表わされるビス（４−ヒドロキシフェニル）類でＸ=CH2の化合物であるビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン、或いはＸ=CHCH3の化合物であるビス（４−ヒドロキシフェニル）エタンをアセトニトリル溶媒中、硝酸でニトロ化することによりビス（３−ニトロ−４−ヒドロキシフェニル）メタン、ビス（３−ニトロ−４−ヒドロキシフェニル）エタンが高収率、高純度で得られることを見出し、本発明に到達したものである。
すなわち、本発明は、ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタンまたはビス（４−ヒドロキシフェニル）エタンをアセトニトリル溶媒中、硝酸でニトロ化することを特徴とするビス（３−ニトロ−４−ヒドロキシフェニル）メタン、ビス（３−ニトロ−４−ヒドロキシフェニル）エタンの製造方法に関する。
本発明によれば、化学式（１）で表わされるビス（３−ニトロ−４−ヒドロキシフェニル）類で従来使用されていた溶媒である酢酸に比べて純度および収率が高くなる。すなわち、本発明に係る製造方法を採用することで初めて工業的レベルでの生産が可能となる。
以下、本発明の製造方法、すなわち、ビス（４−ヒドロキシフェニル）類を硝酸によりニトロ化してビス（３−ニトロ−４−ヒドロキシフェニル）類を製造する方法において、溶媒としてアセトニトリルを用いる方法を詳細に説明する。
使用する溶媒としてはアセトニトリルを用いる。溶媒使用量は特に限定されず、経済性も考慮しつつニトロ化の反応が適切に進行するように適宜決定すればよい。通常、ビス（４−ヒドロキシフェニル）類に対して０．１〜５０倍（重量比）であり、好ましくは１〜１０倍である。
アセトニトリルが好ましい理由は必ずしも明らかではないが、実施例において後述するように、１回の再結晶で９９％以上の純度とすることができたことから、アセトニトリルを溶媒として使用することで、ジニトロ化の転化率のみならずジニトロ化の選択率も従来技術に係る溶媒に比べて高まっているものと推測される。
ニトロ化剤として使用する硝酸は濃度が１０〜９８％（％は質量％を意味する。以下特に断らない限り同じ）水溶液であり、市販の工業用硝酸をそのまま、または水で希釈して使用する。収率を高めつつジニトロ化の選択性を高める観点から好ましい硝酸濃度は４０〜８０％である。硝酸の使用量は通常、ビス（４−ヒドロキシフェニル）類１モルに対して１．８〜３モルであり、使用量が過度に少ない場合には反応が進行しにくくなり、過度に多い場合にはニトロ化が進みすぎるばかりでなく、分解反応も起こりやすくなる。好ましくは１．９〜２．５モルである。
反応温度は通常、−２０〜５０℃であり、過度に低い場合には反応が進行せず、過度に高い場合には副反応の影響が多くなり純度、収率が低下してしまう。純度および収率を高度に両立する観点から好ましい反応温度は−１０〜３０℃である。
反応の操作方法としては、ビス（４−ヒドロキシフェニル）類を溶媒中に分散させたまま撹拌し、所定の温度にしてから所定量の硝酸水溶液を滴下して加える。または、溶媒中にまず所定量の硝酸水溶液を添加後、所定の温度にしてからビス（４−ヒドロキシフェニル）類を添加する。硝酸水溶液の滴下やビス（４−ヒドロキシフェニル）類の添加によって温度が上昇するため、上記の温度範囲になるように滴下／添加速度を調整したり、適宜冷却手段を動作させたりすることが好ましい。
反応混合物を所定の温度で原料がほぼなくなるまで撹拌する。なお、反応中の反応混合物における原料濃度は高速液体クロマトグラフィー（ＨＰＬＣ）など公知の方法により確認すればよい。攪拌時間は典型的には３０分〜２時間である。反応終了後、反応液に含まれる混合物をろ過する。ろ過ケーキを水で洗浄後、乾燥することで目的物を得る。
また、得られた目的物を適当な溶媒（例えばＮ−メチル−２−ピロリジノン）を用いて溶解し、これを再結晶することにより、容易に高純度にすることができる。
次に実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明がこれらの具体例にのみ限定されるものではない。
なお、純度分析はＨＰＬＣを用いて実施し、純度は面積比率（単位：面積％）により求めた（以下、「ＨＰＬＣ純度」という。）。また、ＨＰＬＣの測定条件は以下に示す：
カラム：Ｌ−Ｃｏｌｕｍｎ ＯＤＳ（（財）化学物質評価研究機構製、４．６×１５０ｍｍ）、
カラム温度：４０℃、
注入量：１０μＬ、
流 量：１．０ｍＬ／分、
検出器：ＵＶ＝２５４ｎｍ、
移動相：Ａ／Ｂ＝６０／４０（０分）→９０／１０（２０〜３０分）、
Ａ：メタノール、
Ｂ：２０ｍＭリン酸二水素カリウム（ｐＨ＝３．６）、
サンプル調製：
メタン：固体１０ｍｇをＤＭＦ５０ｍＬに溶解、
エタン：固体１０ｍｇをメタノール５０ｍＬに溶解。
なお、純度分析はＨＰＬＣを用いて実施し、純度は面積比率（単位：面積％）により求めた（以下、「ＨＰＬＣ純度」という。）。また、ＨＰＬＣの測定条件は以下に示す：
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Ａ：メタノール、
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サンプル調製：
メタン：固体１０ｍｇをＤＭＦ５０ｍＬに溶解、
エタン：固体１０ｍｇをメタノール５０ｍＬに溶解。
実施例１
温度計、ジムロート冷却器及び攪拌機を備えた３００ｍＬ四つ口フラスコに、ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン１０ｇ（０．０５０モル）、アセトニトリル１００ｇを加えて撹拌し、１５〜２０℃で温度を保持しながら６９％硝酸１０．０ｇ（理論モル比：２．２）を１時間かけて滴下した。温度を保持しながら１時間撹拌後にろ過し、アセトニトリル１０ｇ、さらに水１０ｇで洗浄してウェットケーキ１０．１ｇを得た。真空乾燥機で乾燥し、乾燥品８．１ｇを黄橙色結晶として得た。ＨＰＬＣ純度９２．８％、収率５４．７％（対理論）。
温度計、ジムロート冷却器及び攪拌機を備えた３００ｍＬ四つ口フラスコに、ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン１０ｇ（０．０５０モル）、アセトニトリル１００ｇを加えて撹拌し、１５〜２０℃で温度を保持しながら６９％硝酸１０．０ｇ（理論モル比：２．２）を１時間かけて滴下した。温度を保持しながら１時間撹拌後にろ過し、アセトニトリル１０ｇ、さらに水１０ｇで洗浄してウェットケーキ１０．１ｇを得た。真空乾燥機で乾燥し、乾燥品８．１ｇを黄橙色結晶として得た。ＨＰＬＣ純度９２．８％、収率５４．７％（対理論）。
実施例２
温度計、ジムロート冷却器及び攪拌機を備えた３００ｍＬ四つ口フラスコに、アセトニトリル１００ｇ、６９％硝酸１０．０ｇ（理論モル比：２．２）を加えて撹拌し、１５〜２０℃で温度を保持しながらビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン１０ｇ（０．０５０モル）を１時間かけて添加した。温度を保持しながら１時間撹拌後にろ過し、アセトニトリル１０ｇ、さらに水１０ｇで洗浄してウェットケーキ１１．５ｇを得た。真空乾燥機で乾燥し、乾燥品９．１ｇを黄色結晶として得た。ＨＰＬＣ純度９５．４％、収率６０．３％（対理論）。
温度計、ジムロート冷却器及び攪拌機を備えた３００ｍＬ四つ口フラスコに、アセトニトリル１００ｇ、６９％硝酸１０．０ｇ（理論モル比：２．２）を加えて撹拌し、１５〜２０℃で温度を保持しながらビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン１０ｇ（０．０５０モル）を１時間かけて添加した。温度を保持しながら１時間撹拌後にろ過し、アセトニトリル１０ｇ、さらに水１０ｇで洗浄してウェットケーキ１１．５ｇを得た。真空乾燥機で乾燥し、乾燥品９．１ｇを黄色結晶として得た。ＨＰＬＣ純度９５．４％、収率６０．３％（対理論）。
実施例３
温度計、ジムロート冷却器及び攪拌機を備えた５Ｌ四つ口フラスコに、アセトニトリル１０００ｇ、６９％硝酸２００．９ｇ（理論モル比：２．２）を加えて撹拌し、０〜５℃に冷却後、温度を保持しながらビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン２００．３ｇ（１．００モル）を４時間かけて滴下した。温度を保持しながら１時間撹拌後にろ過し、アセトニトリル２００ｇ、さらに水２００ｇで洗浄してウェットケーキ２２６．０ｇを得た。真空乾燥機で乾燥し、乾燥品１７８．５ｇを黄色結晶として得た。ＨＰＬＣ純度９３．４％、収率５４．２％（対理論）。
温度計、ジムロート冷却器及び攪拌機を備えた５Ｌ四つ口フラスコに、アセトニトリル１０００ｇ、６９％硝酸２００．９ｇ（理論モル比：２．２）を加えて撹拌し、０〜５℃に冷却後、温度を保持しながらビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン２００．３ｇ（１．００モル）を４時間かけて滴下した。温度を保持しながら１時間撹拌後にろ過し、アセトニトリル２００ｇ、さらに水２００ｇで洗浄してウェットケーキ２２６．０ｇを得た。真空乾燥機で乾燥し、乾燥品１７８．５ｇを黄色結晶として得た。ＨＰＬＣ純度９３．４％、収率５４．２％（対理論）。
これにN−メチル−２−ピロリジノン１０００ｇを加え、加熱溶解後、水１６７ｇを加えてから１５〜２０℃に冷却した。温度を保持しながら１時間撹拌後にろ過し、水１６７ｇで洗浄してウェットケーキ１５７．８ｇを得た。真空乾燥機で乾燥し、乾燥品１４２．０ｇを黄色結晶として得た。ＨＰＬＣ純度９９．１重量％、収率４５．７モル％（対理論）であった。
実施例４
温度計、ジムロート冷却器及び攪拌機を備えた１００ｍＬ四つ口フラスコに、ビス（４−ヒドロキシフェニル）エタン５ｇ（０．０２３モル）、アセトニトリル１０ｇを加えて撹拌し、０〜５℃に冷却後、温度を保持しながら６１％硝酸５．３ｇ（理論モル比：２．２）を１時間かけて滴下した。温度を保持しながら１時間撹拌後、さらに６１％硝酸１．２ｇ（理論モル比：０．５）を滴下し、温度を保持しながら１時間撹拌後、室温まで徐々に昇温した。温度を保持したまま１時間撹拌後にろ過し、アセトニトリル５ｇ、さらに水５ｇで洗浄してウェットケーキ６．１ｇを得た。真空乾燥機で乾燥し、乾燥品４．５ｇを黄色結晶として得た。ＨＰＬＣ純度９０．９％、収率５９．６％（対理論）。
温度計、ジムロート冷却器及び攪拌機を備えた１００ｍＬ四つ口フラスコに、ビス（４−ヒドロキシフェニル）エタン５ｇ（０．０２３モル）、アセトニトリル１０ｇを加えて撹拌し、０〜５℃に冷却後、温度を保持しながら６１％硝酸５．３ｇ（理論モル比：２．２）を１時間かけて滴下した。温度を保持しながら１時間撹拌後、さらに６１％硝酸１．２ｇ（理論モル比：０．５）を滴下し、温度を保持しながら１時間撹拌後、室温まで徐々に昇温した。温度を保持したまま１時間撹拌後にろ過し、アセトニトリル５ｇ、さらに水５ｇで洗浄してウェットケーキ６．１ｇを得た。真空乾燥機で乾燥し、乾燥品４．５ｇを黄色結晶として得た。ＨＰＬＣ純度９０．９％、収率５９．６％（対理論）。
比較例１
温度計、ジムロート冷却器及び攪拌機を備えた５００ｍＬ四つ口フラスコに、ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン３０ｇ（０．１５モル）、酢酸１５０ｇを加えて撹拌し、１５〜２０℃で温度を保持しながら６９％硝酸２７．４ｇ（理論モル比：２．０）を１時間かけて滴下した。温度を保持したまま１時間撹拌後にろ過し、水９０ｇで洗浄してウェットケーキ３６．１ｇを得た。真空乾燥機で乾燥し、乾燥品３０．３ｇを赤橙色結晶として得た。ＨＰＬＣ純度７８．４％、収率４７．２％（対理論）。
温度計、ジムロート冷却器及び攪拌機を備えた５００ｍＬ四つ口フラスコに、ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン３０ｇ（０．１５モル）、酢酸１５０ｇを加えて撹拌し、１５〜２０℃で温度を保持しながら６９％硝酸２７．４ｇ（理論モル比：２．０）を１時間かけて滴下した。温度を保持したまま１時間撹拌後にろ過し、水９０ｇで洗浄してウェットケーキ３６．１ｇを得た。真空乾燥機で乾燥し、乾燥品３０．３ｇを赤橙色結晶として得た。ＨＰＬＣ純度７８．４％、収率４７．２％（対理論）。
比較例２
温度計、ジムロート冷却器及び攪拌機を備えた１００ｍＬ四つ口フラスコに、ビス（４−ヒドロキシフェニル）エタン５ｇ（０．０２３モル）、酢酸１０ｇを加えて撹拌し、５〜１０℃に冷却後、温度を保持しながら６１％硝酸５．３ｇ（理論モル比：２．２）を１時間かけて滴下した。温度を保持したまま１時間撹拌後、さらに６１％硝酸１．２ｇ（理論モル比：０．５）を滴下し、温度を保持しながら１時間撹拌後、室温まで徐々に昇温した。温度を保持したまま１時間撹拌後にろ過し、水５ｇで洗浄してウェットケーキ７．２ｇを得た。真空乾燥機で乾燥し、乾燥品４．９ｇを黄茶色結晶として得た。ＨＰＬＣ純度７５．６％、収率４９．４％（対理論）。
温度計、ジムロート冷却器及び攪拌機を備えた１００ｍＬ四つ口フラスコに、ビス（４−ヒドロキシフェニル）エタン５ｇ（０．０２３モル）、酢酸１０ｇを加えて撹拌し、５〜１０℃に冷却後、温度を保持しながら６１％硝酸５．３ｇ（理論モル比：２．２）を１時間かけて滴下した。温度を保持したまま１時間撹拌後、さらに６１％硝酸１．２ｇ（理論モル比：０．５）を滴下し、温度を保持しながら１時間撹拌後、室温まで徐々に昇温した。温度を保持したまま１時間撹拌後にろ過し、水５ｇで洗浄してウェットケーキ７．２ｇを得た。真空乾燥機で乾燥し、乾燥品４．９ｇを黄茶色結晶として得た。ＨＰＬＣ純度７５．６％、収率４９．４％（対理論）。
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- ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタンまたはビス（４−ヒドロキシフェニル）エタンをニトロ化してビス（３−ニトロ−４−ヒドロキシフェニル）メタンまたはビス（３−ニトロ−４−ヒドロキシフェニル）エタンを製造する方法において、溶媒としてアセトニトリルを用いることを特徴とするビス（３−ニトロ−４−ヒドロキシフェニル）メタンまたはビス（３−ニトロ−４−ヒドロキシフェニル）エタンの製造方法。
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