JP5574509B2 - 芳香族アルデヒドの芳香族アシルハライドへの変換方法 - Google Patents

Description

本発明は、芳香族アルデヒドまたは芳香族アルデヒド混合物を芳香族アシルハライドまたは芳香族アシルハライド混合物へ変換する方法に関する。

芳香族アルデヒドを芳香族アシルハライドへ変換する方法は当該技術分野で知られている。例えば特許文献１には、芳香族アルデヒドの気相塩素化による芳香族アシルクロライドの製造が２２５℃以上の温度で記載されている。この方法は高い温度を用いる必要があり、この方法を高価にすると共にテレフタルアルデヒドについては低収率が得られるだけであるという欠点を有している。
特許文献２には、ニート塩素置換芳香族アルデヒドが温和な温度で塩素ガスと接触せしめられる方法が開示されている。この方法は塩素置換芳香族アルデヒドについてのみ適用されそして約８０％の収率を与えた。

特許文献３には、ニート液体ベンツアルデヒドを、ＵＶ光および／または触媒として過酸化物を用いて塩素化することによってベンゾイルクロライドへ転換することが記載されている。この方法はベンツアルデヒドのベンゾイルクロライドへの転換について請求されている。
特許文献４では、酸化触媒の存在下キシレンを酸化し、次いで酸化生成物を塩素化することでフタロイルクロライドが製造された。芳香族ジカルボン酸クロライドを含む不活性溶媒を用いてもよい。反応混合物は、トルエン酸類、フタル酸類、メチルおよびカルボキシベンツアルデヒド類並びにメチルベンジルトルエート類を含有する。この製造法は幾つかの欠点を有している。生成物の一部が酸化触媒の存在のために環塩素化される。混合物中のメチル基と酸基の等モルを正確に制御することが必須である。これらの官能基の存在下での不均衡はいかなるものであっても反応混合物から取り除くことが困難である副生成物を可成りの量で生成することになる。さらに、塩素化工程で副生成物を形成するのを避けるために、酸化で生成される水を除去することも必要である。最後に、酸化工程、塩素化工程および融解工程を含む複雑な方法もまた不利である。

芳香族アルデヒドからテレフタル酸ジクロライドを製造する最良の方法は特許文献５に開示されており、そこには芳香族ジアシルクロライドの製造が芳香族アルデヒドを四塩化炭素または他の完全ハロゲン化脂肪族炭化水素の如き不活性溶媒中で塩素化されることにより記載されている。
テレフタルアルデヒドは溶媒としての四塩化炭素（ＣＴＣ）中で塩素と温和な温度で反応して高収率で変換された。この方法によれば、ＴＰＡＬは約３５℃の温度でＣＴＣ中に緩やかに溶解されそしてその溶液やスラリーを塩素ガスにさらすことによって高変換率且つ高選択率で塩素化される。反応の反応速度、変換率および選択率は光の存在によって影響されない。反応は完全な暗闇中で完璧に良く進行する。
しかしながら、四塩化炭素および他のハロゲン化脂肪族炭化水素の使用は、一層厳しい環境要望のために、もはや許容されず、この溶媒を用いる工業的方法はオゾン層への有害な影響のために政府認可は見込めない。それ故、反応時間と反応温度に関する反応条件が同様に望ましい同様の高収率と選択率を持つ新規方法のための研究が求められた。

米国特許第３，２７４，２４２号明細書 ベルギー特許公開第６４７０３７号 米国特許第３，８９４，９２３号明細書 米国特許第２，７９１，６０８号明細書 米国特許第３，９５０，４１４号明細書

本発明によれば、ＴＰＡＬが、有毒なハロゲン化溶媒を用いることなしに、同様の収率と選択率を与える同様の反応条件下でＴＤＣに変換されることが明らかとされた。本発明の方法は他の芳香族アルデヒドに対しても同様に有利に用いることができる。

この目的のために、本発明は芳香族アルデヒドまたは芳香族アルデヒド混合物をキシレンを含まない反応媒体中で芳香族アシルハライドまたは芳香族アシルハライド混合物である反応生成物に変換する方法であって、芳香族アルデヒドまたは芳香族アルデヒド混合物をハロゲンと接触せしめて反応生成物を得、その際、反応媒体は、場合により芳香族アシルハライドまたはその混合物よりなる群から選ばれる共溶媒を含有する、上記方法に関する。

ＴＰＡＬと塩素についての反応は下記反応式によって表わされる。

本方法は、場合により共溶媒の存在下、溶媒として反応生成物を用いる。ここでは、本発明の記載を通して、以下において、用語“化合物”、“反応生成物”、“芳香族アルデヒド”および“芳香族アシルハライド”は、それぞれ、“化合物または化合物類”、“反応生成物または反応生成物類”、“芳香族アルデヒドまたは芳香族アルデヒド混合物”および“芳香族アシルハライドまたは芳香族アシルハライド混合物”という意味を持つ。

好ましくは、反応生成物と同じ化合物は共溶媒として選択される。これは反応生成物の単離を非常に簡単にし且つ他の溶媒を単離したり、再生しなくてもよいことを可能とする。他の実施態様において反応生成物以外のものが反応温度をより低くするために共溶媒として選択される。この実施態様では、反応生成物の単離を容易にするために反応生成物と異なる結晶化挙動を持つ化合物を共溶媒として用いることが好ましい。如何なる共溶媒も用いずに、ニート芳香族アルデヒドから開始することも可能である。それによって生成された反応生成物は溶媒として働く。芳香族アルデヒドと任意の共溶媒の反応媒体において、共溶媒の量は０〜９５重量％、好ましくは４０〜９０重量％である。共溶媒は、専らまたは実質的に専ら（すなわち約９８〜１００％）反応生成物を含有するかまたは結晶化によって容易に分離され得る反応生成物と他の芳香族アシルハライドの混合物であることが好ましい。共溶媒が用いられる場合、これは反応前にまたは反応中に混合物に加えることができる。ＴＰＡＬの塩素による変換について、ＴＤＣは、場合により、共溶媒としてのＴＤＣおよび／またはＩＤＣの存在下の、反応生成物である。混合物中のＴＤＣ（共溶媒として）の好適な量はＴＰＡＬに関し約９０重量％である。他の芳香族アルデヒドの変換についても好ましくは同様の量の共溶媒が用いられる。共溶媒として同じ化合物を用いることが好ましいが、芳香族アルデヒドを変換することによって同じ生成物が得られるので、他の芳香族アシルハライドまたは芳香族アシルハライド混合物も共溶媒として用いられる。

本方法は、パラ−、メタ−またはオルソ−キシレンの如きキシレン類または他のアルキールアーレン類を用いることはなく且つ重合金属触媒も用いない。
必要なことではないが、反応媒体を活性光線で照射することによって反応速度を上げることは有利である。照射は、芳香族アルデヒドがハロゲンと接触せしめられている全反応期間または一部の反応期間中することができる。

“共溶媒”という用語は、反応が開始される前に反応媒体中に存在するおよび／または反応中に添加される、反応の反応剤ではない芳香族アシルハライドに関する。反応の終わりにおいて、混合物は、溶媒ではない反応生成物と、場合により共溶媒を含有する。反応生成物は共溶媒と同じ化合物か異なる化合物であることができ、且つしかして芳香族アルデヒド反応剤のための溶媒として作用する。しかしながら、反応生成物は、共溶媒と同じかまたは異なる化合物のどちらでも、用語“共溶媒”の定義には包含されない。
“芳香族アシルハライド”という用語は芳香族アルデヒドから得られる反応生成物を表わしている。“如何なる芳香族アシルハライド”という用語は反応生成物または如何なる他の芳香族アシルハライドを表わしている。ＩＤＣ（イソフタロイルジクロライド）とＴＤＣは反応生成物として製造されるかまたは共溶媒として用いられる最も慣用の芳香族アシルハライドであるが、それらの相当する臭化物と添加物および置換された類縁化合物、例えばナフトタロイルジクロライドの如き堅固な化合物、も同様に用いられる。

ＩＰＡＬ（イソフタルアルデヒド）またはＴＰＡＬはイソフタロイルジクロライド（ＩＤＣ）またはＴＤＣまたはそれらの混合物中に容易に溶解されそしてその混合物を塩素ガスにさらすことによってＩＤＣの融点（４２〜４３℃）またはＴＤＣの融点（７９〜８１℃）よりも高い温度で塩素化されることが見い出された。溶媒と共溶媒の混合物を用いる場合には、共融点混合物が好ましい。本発明の意図する共融混合物は、融点が、できるだけ低いかあるいは少なくとも最低融点よりも１０℃以下で高い、好ましくは５℃以下で高い、ような割合の混合物である。
一般に、芳香族アルデヒドが低温で、好ましくは９０℃未満で、最も好ましくは室温で溶解する共溶媒が選ばれる。共溶媒はＴＤＣ、ＩＤＣ、ベンゾイルクロライド等およびそれらの混合物の如き如何なる芳香族アシルクロライドであってもよい。
温和な温度（９０℃）では、反応速度は低くそして選択率は高いが商業的に許容される反応時間で限られた変換率が得られる（３０〜５０％）。中間生成物３−または４−ホルミルベンゾイルクロライド（３−ＦＢＣまたは４−ＦＢＣ）と異なる副生成物は検出されなかった。活性光線による照射は反応速度を可成り促進し、９０％以上のＴＰＡＬ変換を与えることが判った。ハロゲン光は副生成物としてのＣｌ−ＴＤＣ（クロロテレフタロイルジクロライド）の生成を抑制する点で最も良い結果を与えることも明らかになった。

ＩＰＡＬは共溶媒としてのＴＤＣ中でＩＤＣに容易に変換される。それで、反応の終点において混合物は反応生成物としてのＩＤＣと共溶媒としてのＴＤＣを含有する。ＩＤＣは結晶化によってＴＤＣから容易に分離される。他の実施態様において、ＩＰＡＬは共溶媒としてのＩＤＣ中でＩＤＣに変換され、如何なる結晶化も必要としない。最も低い、可能な、変換温度が重要である場合、ＩＤＣとＴＤＣの共融混合物が有利に用いられ、そして反応生成物は結晶化によりＴＤＣから分離される。
ＴＤＣを製造する実際の方法はＩＤＣとＴＤＣの共融混合物中にＴＰＡＬを溶解し、塩素を加え、そしてＴＰＡＬのＴＤＣへの変換が終了した後に共溶媒ＩＤＣから結晶化によってＴＤＣを分離する。
反応開始時の反応媒体の量に関して芳香族アルデヒドの好適な量は、反応媒体の重量に基づいて５〜１００重量％、好ましくは１０〜６０重量％である。１０重量％より少ない量は経済的に魅力がなく、６０重量％より多い量は高い反応温度を必要とする。
明らかに、ＴＰＡＬからＴＤＣを製造する本方法は公知方法を凌賀する主な利点を有する。その理由はそれが簡単な一段法でありそして塩素必要量と塩酸生成とはＵＳ２，７９１，６０８の方法よりも３３％少ない、ためである。

本発明は以下の非限定的実施例により説明される。

概要
温度センサーとガス入口スパージャーとを備えた、１ｌのショット瓶が反応容器として用いられた。混合はマグネティックスターラーで行った。金属フレームに固定された反応器が所望の反応温度を達成するために用いられた、温水を満たした容器皿中に懸垂された。
塩素が小さいサイズのＣｌ_２シリダーから反応容器へ供給された。ガス流は予め校正された質量流れ制御器により制御されそして湿気を除去するためにフィルターを通して導かれた。Ｃｌ_２の供給前後において、反応器内容物が窒素ガスで排気された。この反応混合物はＮ_２（ｇ）とＣｌ_２（ｇ）の混合物にさらされた。

実験の排気は、Ｎ_２、Ｃｌ_２およびＨＣｌの混合物であり、これは水／苛性ソーダ（ボトル１）、水（ボトル２）および水／苛性ソーダ（ボトル３）で充填された直列の３つの吸収瓶の排気“通り”を通して導かれた。この排気はボトル１と２の内を越えてボトル３の内を通して導かれた。Ｃｌ_２は好ましくは苛性ソーダに吸収され、ＨＣｌは苛性ソーダと水の両方に吸収される。
実験前後の吸収ボトルの重量を測ることによって、排気中のＣｌ_２とＨＣｌの全量の表示が得られる。ＨＣｌとＣｌ_２間の区別はボトル１が水で満たされるときになされる。
照射実験のために２０Ｗまたは５０Ｗハロゲン光源のいずれかまたは１５０Ｗ高圧水銀光源（主として光スペクトルのＵＶ域を放射する）が用いられた。
ＩＤＣ（イソフタロイルジクロライド）、ＩＰＡＬおよびＴＰＡＬは、シグマ アルドリッチ社から購入した（純度＞９９％）；Ｃｌ_２は小さいサイズのシリンダー（１２．５ｋｇ）から純度２．８（＞９９．８ｖｏｌ％に等しい）で得られた。
ＴＤＣはオランダ国デルフザイルのテイジン アラミド社のＴＤＣプラントから得た。

実施例１
１４．９ｇのＴＰＡＬ（１１１ミリモル）が６００ｍｌのＴＤＣ中に溶解された。化学量論的必要量の約２倍の量の塩素が混合物を通して泡立てられた。その間の混合物は９０℃の一定温度に維持された。最初の５３分間の間に３４６ミリモルのＣｌ_２が混合物に添加され（６．５ミリモル／分の一定速度）次いで２時間１７分の間に余分の６６ミリモルのＣｌ_２が添加された（０．５ミリモル／分）。最終反応混合物のサンプルのガスクロマトグラフィー分析は、ＴＰＡＬの５０％変換を可成りの量の４−ホルミルベンゾイルクロライド（４−ＦＢＣ）を得ながら示していた。

実施例２
実験１が反応器の外部に位置する高圧水銀ＵＶ光源（１５０Ｗ）で反応混合物に照射しながら、つづけられた。５６分間の間に３６２ミリモルのＣｌ_２が供給され（６．５ミリモル／分の一定速度で）次いで２時間１８分間でさらに６６．５ミリモルのＣｌ_２が供給された（０．５ミリモル／分）。
ＴＰＡＬは、少量の還塩素化ＴＤＣの生成を伴いつつも、ほぼ完全にＴＤＣに変換された。

実施例３
１２．６ｇのＴＰＡＬ（９４ミリモル）が５６０ｍｌのＴＤＣ中に溶解された。化学量論的必要量の約２倍量の塩素が９０℃の一定温度で混合物を通して泡立てられた。混合物は５０Ｗハロゲン光源で照射された。最初の５９分間の間に３８２ミリモルのＣｌ_２が混合物に添加され（６．５ミリモル／分の一定速度で）次いで２時間２８分間で余分の７１ミリモルのＣｌ_２が供給された（０．５ミリモル／分）。最終反応混合物のサンプルのガスクロマトグラフィー分析は、実験２と比較して遥かに良好な選択率を得つつ、ＴＰＡＬのほぼ完全な変換を示していた。

実施例４
１０ｇのＴＰＡＬと１０ｇのＩＰＡＬ（イソフタルアルデヒド）（両方７４．５ミリモル）が１５０ｍｌのＴＤＣに溶解された。この混合物を２０Ｗハロゲン光源で照射し、実験中９０℃に維持した。最初の５０分間の間に３２３．５ミリモルのＣｌ_２が混合物に添加され（６．５ミリモル／分の一定速度で）次いで２時間４５分間で余分の７９．５ミリモルのＣｌ_２が添加された（０．５ミリモル／分）。
ＴＰＡＬとＩＰＡＬは完全に且つ高選択的にそれぞれ、ＴＤＣとＩＤＣ（イソフタロイル ジクロライド）に変換された。

実施例５
１０ｇのＴＰＡＬと１０ｇのＩＰＡＬ（両方７４．５ミリモル）がＴＤＣ含量が３０質量％のＴＤＣ／ＩＤＣ混合物５００ｍｌ中に溶解された。この混合物は２０Ｗハロゲン光源で照射され、実験中５０〜５５℃に維持された。最初の４５分間の間に２９１ミリモルのＣｌ_２が混合物に添加され（６．５ミリモル／分の一定速度で）次いで２時間３５分間で余分の７５ミリモルのＣｌ_２が添加された（０．５ミリモル／分）。
ＴＰＡＬとＩＰＡＬは完全に且つ高選択的に、それぞれ、ＴＤＣとＩＤＣに変換された。最初の４５分後既に、ＴＰＡＬとＩＰＡＬは、完全に消失した。しかし、中間生成物４−ＦＢＣと３−ＦＢＣを表わすピークは同定することができた。

実施例６
１０．２９ｇのＴＰＡＬ（７６．７ミリモル）と５．４２ｇのＩＰＡＬ（４０．４ミリモル）が、ＴＤＣ含量３０質量％のＴＤＣ／ＩＤＣ混合物５００ｍｌ中に溶解された。この混合物は照射されず且つ実験中４５〜５０℃に維持された。最初の４５分間の間に２９１ミリモルのＣｌ_２が混合物に添加され（６．５ミリモル／分の一定速度で）次いで３時間４５分で余分の１２８ミリモルのＣｌ_２が添加された（０．５６ミリモル／分）。
最終生成物は、ＴＰＡＬおよびＩＰＡＬのそれぞれＴＤＣおよびＩＤＣへの完全且つ高選択的変換を示していた。

実施例７
９．９ｇのＴＰＡＬ（７３．８ミリモル）と３．３２ｇのＩＰＡＬ（ともに２４．８ミリモル）がＴＤＣ含量３０質量％のＴＤＣ／ＩＤＣ混合物５００ｍｌ中に溶解された。この混合物は２０Ｗハロゲン光源で照射され、そして実験中４３℃に維持された。３０分間の間に１９４ミリモルのＣｌ_２が混合物に添加された（６．５ミリモル／分の一定速度で）。
最終生成物は、ＴＰＡＬおよびＩＰＡＬのそれぞれＴＤＣおよびＩＤＣへの完全且つ高選択的変換を示していた。

実施例８
１８９ｇのＴＰＡＬ（１４０９ミリモル）がＴＤＣ含量３０質量％のＴＤＣ／ＩＤＣ混合物３５５ｍｌ中に溶解された。この混合物は２０Ｗハロゲン光源で照射され、そして実験中７５℃で維持された。３時間６分の間に１５２２ミリモルのＣｌ_２が混合物に添加された（８．２ミリモル／分の一定速度で）。
ＴＰＡＬは４−ＦＢＣとＴＤＣに一部変換されただけであった。

実施例９
１０．３２ｇのＴＰＡＬ（７６．９ミリモル）が５００ｍｌのベンゾイルクロライド中に溶解された。この混合物は２０Ｗハロゲン光源で照射され、そして実験中室温（２２℃）で維持された。３０分間の間に１９４ミリモルのＣｌ_２が混合物に添加された（６．５ミリモル／分の一定速度で）。
最終生成物は、ＴＰＡＬのＴＤＣへの完全且つ高選択的変換を示していた。

実施例１０
３４．４ｇのＴＰＡＬ（２５７ミリモル）と４６．６ｇのＩＰＡＬ（３４８ミリモル）が溶解された。この粘性混合物（共溶媒なし）は２０Ｗハロゲン光源で照射され、そして実験中９０℃で維持された。４時間の間に、１４４０ミリモルのＣｌ_２が混合物に添加された（６ミリモル／分の一定速度で）。
高粘性のために、変換率は４３％にすぎず、選択率は４４％であった。

Claims (8)

1. 芳香族ジアルデヒドまたは芳香族ジアルデヒド混合物をキシレンを含まない反応媒体中で芳香族アシルハライドまたは芳香族アシルハライド混合物である反応生成物に変換する方法であって、芳香族ジアルデヒドまたは芳香族ジアルデヒド混合物をハロゲンと接触せしめて反応生成物を得、その際、反応媒体は、芳香族アシルハライドまたはその混合物よりなる群から選ばれる共溶媒を含有する、上記方法。
2. 共溶媒が反応生成物と同じ、一つまたは複数の化合物である請求項１による方法。
3. 共溶媒が反応生成物と同じ、一つまたは複数の化合物９８〜１００％を含む請求項２による方法。
4. 反応媒体がハロゲンと接触せしめられている期間の少なくとも一部期間、反応媒体が活性光線で照射されている請求項１〜３のいずれかによる方法。
5. 芳香族ジアルデヒドがテレフタルアルデヒドであり、共溶媒がテレフタロイルジクロライドでありそしてハロゲンが塩素である請求項１による方法。
6. 芳香族ジアルデヒドがイソフタルアルデヒドであり、共溶媒がイソフタロイルジクロライドでありそしてハロゲンが塩素である請求項１による方法。
7. 芳香族ジアルデヒドがテレフタルアルデヒドであり、共溶媒がイソフタロイルジクロライドとテレフタルジクロライドの混合物でありそしてハロゲンが塩素であり、しかもテレフタルアルデヒドのテレフタロイルジクロライドへの変換が終了した後テレフタロイルジクロライドが結晶化により共溶媒から分離される請求項１による方法。
8. イソフタロイルジクロライドとテレフタロイルジクロライドの混合物が共融混合物である請求項７による方法。