JPH10211433A - イオン交換樹脂及びこれを用いるビスフェノールの製造方法 - Google Patents
イオン交換樹脂及びこれを用いるビスフェノールの製造方法Info
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Abstract
フェノールを製造する際の触媒として有用な、メルカプ
ト化合物が結合している変性強酸性スルホン酸型イオン
交換樹脂を提供する。 【解決手段】 アルキル鎖上にメチル基又はエチル基が
結合していてもよいC2〜C5 のメルカプトアルキル基
が1−位及び4−位に結合している1,4−ジメルカプ
トアルキルピペリジンを、強酸性スルホン酸型イオン交
換樹脂にイオン結合させる。
Description
酸型イオン交換樹脂に関する。このイオン交換樹脂は、
ビスフェノール、例えばフェノールとアセトンとの縮合
反応によってビスフェノールAを製造する際の触媒とし
て有用である。ビスフェノールAは、エポキシ樹脂やポ
リカーボネート樹脂の原料となる有用な化合物である。
ってビスフェノールAを製造する際の触媒として、強酸
性スルホン酸型イオン交換樹脂とメルカプト基を有する
化合物を併用する方法が種々提案されている。例えば強
酸性スルホン酸型イオン交換樹脂を触媒とし、さらに反
応系内にメルカプト基を有する化合物を共存させる方法
(特公昭45−10337号公報、フランス国特許13
73796号明細書等)、メルカプト基を有する化合物
を強酸性スルホン酸型イオン交換樹脂に共有結合させる
方法(特公昭37−14721号、特開昭56−216
50号、特開昭57−87846号、特開昭59−10
9503号公報等)、メルカプト基を有するアミンを強
酸性スルホン酸型イオン交換樹脂にイオン結合させる方
法等が知られている。これらの中で、メルカプト基を有
するアミンをイオン結合させた変性強酸性スルホン酸型
イオン交換樹脂を使用する方法は、触媒調製が容易であ
り、かつメルカプト基を有するアミンは生成物中に混入
しないので、メルカプト基を有する化合物を共有結合さ
せる方法や、単に、反応系内にメルカプト基を有する化
合物を共存させる方法よりも優れた方法である。
させた変性強酸性スルホン酸型イオン交換樹脂を使用す
る方法としては、2−メルカプトエチルアミン(特公昭
46−19953号、特許2528469号公報)、N
−プロピルメルカプトアルキルアミン(特公平3−36
576号公報)、N,N−ジアルキルメルカプトアルキ
ルアミン等(チェコスロバキア国特許219432号公
報)をイオン結合させた変性強酸性スルホン酸型イオン
交換樹脂を用いる方法が知られている。また、四級アン
モニウム塩をイオン結合させた変性強酸性スルホン酸型
イオン交換樹脂を使用する方法としては、N,N,N−
トリメチル−2−メルカプトエチルアンモニウム、N−
(2−ヒドロキシル−3−メルカプトプロピル)ピリジ
ニウム、N−メチル−N−(2−ヒドロキシル−3−メ
ルカプトプロピル)モルフォリウム及びN−ベンジル−
N,N−ジメチル−2−メルカプトエチルアンモニウム
(チェコスロバキア国特許184988号公報)をイオ
ン結合させた変性強酸性スルホン酸型イオン交換樹脂を
用いる方法が知られている。しかしながら、いずれの方
法も、アセトン転化率は50〜75%程度という低い反
応成績しか与えないという欠点があった。
とケトン類とからのビスフェノールの製造に好適な触媒
として有用な、特にアセトンとフェノールの縮合反応に
よりビスフェノールAを製造するに際し、高いアセトン
転化率と良好な選択性を示し、かつ長期安定性を有す
る、変性強酸性スルホン酸型イオン交換樹脂を提供する
ことを目的とする。
スルホン酸型イオン交換樹脂は、強酸性スルホン酸型イ
オン交換樹脂のスルホン酸基の一部に、下記の一般式
(1)で示される1,4−ジメルカプトアルキルピペリ
ジンがイオン結合したものである。
水素原子、メチル基またはエチル基を表わし、a及びb
は、それぞれ独立して、1〜4の整数を表わす。但し、
a及び/又はbが2〜4の場合には、複数のa及び/又
はbのそれぞれは別のものを表わしてもよい)
と、本発明に係る変性強酸性スルホン酸型イオン交換樹
脂の調製に使用される1,4−ジメルカプトアルキルピ
ペリジンは、例えば4−ピペリジンアルカノールにクロ
ロアルカノールを反応させ、得られたジオールをハロゲ
ン化し、チオ酢酸と反応させたのち還元する等の方法に
より合成することができる。(1)式で表わされる化合
物のいくつかを例示すると、1,4−ビス(2−メルカ
プトエチル)ピペリジン、1−(3−メルカプトプロピ
ル)−4−(2−メルカプトエチル)ピペリジン、1−
(4−メルカプトブチル)−4−(2−メルカプトエチ
ル)ピペリジン、1−(5−メルカプトペンチル)−4
−(2−メルカプトエチル)ピペリジン、1−(1−メ
チル−2−メルカプトエチル)−4−(2−メルカプト
エチル)ピペリジン、1−(1−エチル−2−メルカプ
トエチル)−4−(2−メルカプトエチル)ピペリジ
ン、1−(2−メルカプトエチル)−4−(4−メルカ
プトブチル)ピペリジン、1−(1−メチル−2−メル
カプトエチル)−4−(4−メルカプトブチル)ピペリ
ジンなどが挙げられる。
をイオン結合させるイオン交換樹脂としては、スチレン
−ジビニルベンゼン共重合体からなる骨格とこれに結合
したスルホン酸基を有する強酸性スルホン酸型イオン交
換樹脂が好ましく、共重合体中のジビニルベンゼン単位
の含有量は2〜40%が好ましい。またイオン交換樹脂
の交換容量は、含水状態で0.5〜2.5meq/ml
のものが好ましい。イオン交換樹脂の粒径分布は、20
0〜1500μmの粒径のものが95%以上を占めるの
が好ましい。市販品としては例えば、ダイヤイオンSK
1B、SK102、SK104、PK208、PK21
2、RCP160H、RCP170H(三菱化学社製
品、ダイヤイオンは三菱化学社の登録商標)、アンバー
リスト15、31(ローム&ハース社製品)、ダウエッ
クス50w、88(ダウケミカル社製品)などがある。
1,4−ジアルキルメルカプトピペリジンとの結合に供
する。市販品は通常はナトリウム型なので、塩酸等の酸
で処理し酸型にして用いる。これらのイオン交換樹脂は
含水状態で市販されているが、脱水等の特別な処理をす
ることなくそのまま使用することができる。強酸性スル
ホン酸型イオン交換樹脂のスルホン酸基に1,4−ジメ
ルカプトアルキルピペリジンを結合するには、適当な溶
媒、例えば、水、アルコール類、ケトン類、エーテル類
等にこのメルカプトピペリジンを溶解させ、この溶液を
同じ溶媒に分散させた強酸性スルホン酸型イオン交換樹
脂に加え、0.1〜10時間攪拌すればよい。例えば水
溶媒中で結合するには、このメルカプトピペリジンをス
ルホン酸よりpka が大きい酸、例えば酢酸の水溶液に
加え、酢酸塩として用いることも可能である。
る、1,4−ジメルカプトアルキルピペリジンの結合量
は、通常、強酸性スルホン酸型イオン交換樹脂の全スル
ホン酸基に対し、2〜30モル%、好ましくは3〜20
モル%である。結合量が2モル%未満では1,4−ジメ
ルカプトアルキルピペリジンによる触媒効果が十分発揮
されず、また30モル%を超えると遊離のスルホン酸基
の減少によって触媒活性が低下するためいずれも好まし
くない。本発明に係る1,4−ジメルカプトアルキルピ
ペリジンがイオン結合した変性強酸性スルホン酸型イオ
ン交換樹脂は、他のものに比べ非常に高いアセトン転化
率、及び4,4’−ビスフェノールA選択性を示す。
カプトアルキルピペリジンがイオン結合した変性強酸性
スルホン酸型イオン交換樹脂は、調製の際の溶媒を含ん
でいるので、アセトンとフェノールの縮合反応に使用す
る場合には、前処理として、まず樹脂の体積の5〜20
0倍のイオン交換水を20〜80℃の温度で液時空間速
度(LHSV)0.5〜50hr-1で樹脂に通液し、引
続いて樹脂の体積の5〜200倍のフェノールを40〜
110℃の温度で、LHSV0.5〜50hr -1で通液
する。この処理により変性強酸性スルホン酸型イオン交
換樹脂の溶媒はフェノールに置換され、反応に使用する
ことができるようになる。アセトンとフェノールの縮合
反応は、通常、上述の処理を経た樹脂を充填した反応器
に、フェノールとアセトンを含有する原料混合物を連続
的に供給する固定床流通反応方式で行われる。原料混合
物の供給は、LHSV0.1〜20hr-1、好ましくは
0.5〜10hr-1の範囲で行われる。反応温度は40
〜120℃、好ましくは60〜100℃の範囲である。
反応温度が40℃以下では反応速度が遅く、また120
℃以上の温度では樹脂の劣化が著しく副生物も増加する
ので、いずれも好ましくない。
比は、アセトン1モルに対してフェノールが5〜20モ
ル、好ましくは7〜15モルの範囲である。フェノール
の使用量が5モル倍未満では、副生成物の増加が顕著で
ある。また、20モル倍を超えて使用しても反応成績に
は殆ど影響せず、むしろ反応混合物からのフェノールの
回収量がいたずらに増大するため経済的ではない。反応
混合物から目的物質であるビスフェノールAを分離精製
するには、例えば、反応混合物から未反応フェノールを
回収してビスフェノールAとフェノールの付加体を結晶
として分離し、次いで蒸留等の操作で付加体からフェノ
ールを回収するという公知の方法で行うことができる。
に具体的に説明する。なお実施例におけるアセトン転化
率、4,4’−ビスフェノールA(4,4’−BPAと
略記)選択率、変性率及びスルホン酸基残存率は次式に
より算出した(単位はいずれも%)。
−未反応アセトン量)/(供給したアセトン量)〕×1
00 4,4’−BPA選択率=〔(生成した4,4’−BP
Aのモル数)/(反応で消費されたアセトンのモル
数)〕×100 変性率=〔(イオン交換樹脂と結合したメルカプト化合
物のモル数)/(メルカプト化合物との反応に供したイ
オン交換樹脂のスルホン酸基のモル数)〕×100 スルホン酸基残存率=〔(反応後のイオン交換樹脂の遊
離のスルホン酸基のモル数)/(メルカプト化合物との
反応に供したイオン交換樹脂のスルホン酸基のモル
数)〕×100
トエチル)ピペリジンがイオン結合した強酸性スルホン
酸型イオン交換樹脂を触媒とするビスフェノールAの製
造 1−(5−メルカプトペンチル)−4−(2−メルカプ
トエチル)ピペリジンの合成;500mlナス型フラス
コに、4−(2−ヒドロキシエチル)ピペリジン(広栄
化学社製)20g(155ミリモル)と2−プロパノー
ル100mlを仕込んだ。80℃、窒素気流下に攪拌し
ながら、これに15mlの2−プロパノールに溶解させ
た5−クロロペンタノール(Lancaster社製)
8.6g(70ミリモル)を滴下した。80℃で2時間
反応させたのち、2−プロパノールを留去し、得られた
残液に25%水酸化ナトリウム水溶液11.3g(70
ミリモル)を加え、酢酸エチルで数回抽出した。酢酸エ
チルを留去し、さらに減圧蒸留して1−(5−ヒドロキ
シペンチル)−4−(2−ヒドロキシエチル)ピペリジ
ン(b.p.167〜175℃/0.7mmHg)7.
0gを得た。
ロキシペンチル)−4−(2−ヒドロキシエチル)ピペ
リジン3.2g(15ミリモル)と、4.8g(41ミ
リモル)の塩化チオニル(和光純薬社製)を添加し、室
温で一昼夜反応させた。クロロホルムを留去し、粗1−
(5−クロロペンチル)−4−(2−クロロエチル)ピ
ペリジン5.3gを得た。この粗クロロ化物5.1gを
水65mlに溶解し、チオ酢酸カリウム(和光純薬社
製)4.6g(40ミリモル)を加え、加熱還流下で1
時間反応させた。反応液を氷冷し、酢酸エチルで数回抽
出した。次いで酢酸エチルを留去して、1−(5−アセ
チルチオペンチル)−4−(2−アセチルチオエチル)
ピペリジン4.9gを得た。
製)1.3g(36ミリモル)と乾燥エチルエーテルを
乾燥した200ml3口フラスコに窒素気流下で仕込
み、室温で攪拌しながら、これに上記で得たチオアセチ
ル体4.9gをエチルエーテル15mlに溶解した溶液
を滴下した。加熱還流下で1時間反応させたのち、水
0.7g(39ミリモル)と酢酸2.4g(39ミリモ
ル)を加え、過剰の水素化リチウムアルミニウムを分解
したのち、濾過した。得られたエーテル溶液を脱水後、
エーテルを留去し、続いて減圧蒸留して、1−(5−メ
ルカプトペンチル)−4−(2−メルカプトエチル)ピ
ペリジン(b.p.144℃/0.5mmHg)1.0
g(ガスクロマトグラフィー純度96%)を得た。
調製;水切りをしたダイヤイオンSK104(H型)1
4.6gをイオン交換水20mlに懸濁させ、上記で得
られた1−(5−メルカプトペンチル)−4−(2−メ
ルカプトエチル)ピペリジン950mg(3.8ミリモ
ル)と酢酸0.25g(4.2ミリモル)をイオン交換
水10mlに溶解させた水溶液と混合し、室温で10時
間攪拌した。濾過してイオン交換樹脂を分離し、イオン
交換水で洗浄して、1−(5−メルカプトペンチル)−
4−(2−メルカプトエチル)ピペリジンが結合した変
性強酸性スルホン酸型イオン交換樹脂を得た。メルカプ
ト基及びスルホン酸基の残存量の分析をしたところ、変
性率は16.7%、スルホン酸基残存率は84.2%で
あった。
酸性スルホン酸型イオン交換樹脂14mlを、内径7.
6mm、全長320mmのステンレスカラムに充填し、
イオン交換水200mlをLHSV2hr-1で流し、引
続いて70℃でフェノールをLHSV2hr-1で24時
間流した。次にフェノール/アセトン=10/1(モル
比)の混合液を70℃、LHSV1hr-1で通液し反応
を行った。40時間後のアセトン転化率は98.3%、
4,4’−BPA選択率は95.5%であり、150時
間後のアセトン転化率は98.3%、4,4’−BPA
選択率は95.0%であった。
トエチル)ピペリジンがイオン結合した強酸性スルホン
酸型イオン交換樹脂を触媒とするビスフェノールAの製
造 1−(3−メルカプトプロピル)−4−(2−メルカプ
トエチル)ピペリジンの合成;実施例1において、5−
クロロペンタノールの代わりに3−クロロプロパノール
(Aldrich社製)を70ミリモル用いた他は、実
施例1と同様に反応を行い1−(3−ヒドロキシプロピ
ル)−4−(2−ヒドロキシエチル)ピペリジン(b
p.145〜150℃/1mmHg)を6.1g得た。
このものについて、実施例1と同様にして塩化チオニル
によるクロル化、チオ酢酸カリウムによるチオアセチル
化及び水素化リチウムアルミニウムによる還元を行い、
減圧蒸留により1−(3−メルカプトプロピル)−4−
(2−メルカプトエチル)ピペリジン1.2g(bp.
129〜135℃/1mmHg)を得た。ガスクロマト
グラフィーによる分析の結果、純度は96.5%であっ
た。
調製;水切りをしたダイヤイオンSK104(H型)1
4.6gをイオン交換水に懸濁させ、上記で得られた1
−(3−メルカプトプロピル)−4−(2−メルカプト
エチル)ピペリジン840mg(3.8ミリモル)と酢
酸0.25g(4.2ミリモル)をイオン交換水10m
lに溶解させた水溶液と混合し、室温で10時間攪拌し
た。濾過してイオン交換樹脂を分離し、イオン交換水で
洗浄して、1−(3−メルカプトプロピル)−4−(2
−メルカプトエチル)ピペリジンが結合した変性強酸性
スルホン酸型イオン交換樹脂を得た。メルカプト基及び
スルホン酸基の残存量の分析をしたところ、変性率は1
5.9%、スルホン酸基残存率は83.9%であった。
強酸性スルホン酸型イオン交換樹脂14mlを用いた以
外は、実施例1と同様にして溶媒置換及びフェノールと
アセトンの縮合反応を行った。その結果、40時間後の
アセトン転化率は97.0%、4,4’−BPA選択率
は95.2%であり、150時間後のアセトン転化率は
97.1%、4,4’−BPA選択率は95.2%であ
った。
がイオン結合した強酸性スルホン酸型イオン交換樹脂を
触媒とするビスフェノールAの製造 1−エチル−4−(2−メルカプトエチル)ピペリジン
の合成;300ml4口フラスコに、塩化チオニル1
3.4g(113ミリモル)とクロロホルム50mlを
仕込んだ。室温で攪拌しながら、これに4−(2−ヒド
ロキシエチル)ピペリジン10g(77ミリモル)をク
ロロホルム40mlに溶解させた溶液を滴下した。滴下
終了後室温でさらに2.5時間反応させた。減圧にして
過剰の塩化チオニル及びクロロホルムを留去し、粗4−
(2−クロロエチル)ピペリジン塩酸塩13.7gを得
た。
ウム4.0g(71ミリモル)と水48mlを仕込ん
だ。攪拌しながら、これにチオ酢酸4.6g(60ミリ
モル)を加え、さらに10分間室温で攪拌した。この溶
液に上記で得られたクロル化物10gを水30mlに溶
解させた水溶液を約30分間で滴下した。滴下終了後加
熱還流下で1時間反応させた。反応液を100mlのエ
ーテルで抽出することを3回繰り返した。脱水後エーテ
ルを留去し、1−アセチル−4−(2−アセチルチオエ
チル)ピペリジン7.8gを得た。300ml4口フラ
スコに、水素化リチウムアルミニウム3.7g(96ミ
リモル)及び乾燥エーテル100mlを仕込み、室温で
攪拌しながら、これに窒素気流下、上記のチオアセチル
体6.0g(32ミリモル)をエーテル20mlに溶解
させた溶液を滴下した。滴下終了後、加熱還流下で1時
間反応させた。反応終了後氷冷し、水1.7g(96ミ
リモル)及び酢酸6.3g(105ミリモル)を加え、
過剰の水素化リチウムアルミニウムを分解したのち濾過
した。得られたエーテル溶液からエーテルを留去し、1
−エチル−4−(2−メルカプトエチル)ピペリジン
1.1gを得た。
調製;水切りをしたダイヤイオンSK104(H型)1
4gをイオン交換水20mlに懸濁させ、上記で得られ
た1−エチル−4−(2−メルカプトエチル)ピペリジ
ン654mg(3.8ミリモル)及び酢酸0.27g
(4.5ミリモル)を、水20mlとメタノール5ml
の混合液に溶解させた溶液を加え、室温で2時間攪拌し
た。濾過してイオン交換樹脂を分離し、イオン交換水で
洗浄して、1−エチル−4−(2−メルカプトエチル)
ピペリジンが結合した変性強酸性スルホン酸型イオン交
換樹脂を得た。メルカプト基及びスルホン酸基の残存量
の分析をしたところ、変性率は15.0%、スルホン酸
基残存率は86.8%であった。
強酸性スルホン酸型イオン交換樹脂14mlを用いた以
外は、実施例1と同様にして溶媒置換及びフェノールと
アセトンの縮合反応を行った。40時間後及び150時
間後の反応結果を表1に示した。
用いた以外は、実施例1と同様にして変性強酸性スルホ
ン酸型イオン交換樹脂を調製した。変性率は15.2%
であった。この変性強酸性スルホン酸型イオン交換樹脂
を用いた以外は、実施例1と同様にしてビスフェノール
Aの製造を行い、結果を表1に示した。
トエチル)アミンを用いた以外は、実施例1と同様にし
て変性強酸性スルホン酸型イオン交換樹脂を調製した。
変性率は9.1%であった。この変性強酸性スルホン酸
型イオン交換樹脂を用いた以外は、実施例1と同様にし
てビスフェノールAの製造を行い、結果を表1に示し
た。
キルピペリジンが結合した変性強酸性スルホン酸型イオ
ン交換樹脂を使用すれば、フェノールとアセトンとの縮
合反応により、高いアセトン転化率および高い4,4’
−ビスフェノールA選択率で、かつその性能を長時間持
続しながら、効率的にビスフェノールAを製造すること
ができる。
Claims (6)
- 【請求項1】 下記の一般式(1)で示される1,4−
ジメルカプトアルキルピペリジンが、強酸性スルホン酸
型イオン交換樹脂にイオン結合している変性強酸性スル
ホン酸型イオン交換樹脂。 【化1】 (式中、X及びYは、それぞれ独立して、水素原子、メ
チル基又はエチル基を表わし、a及びbは、それぞれ独
立して、1〜4の整数を表わす。但し、a及び/又はb
が2〜4の場合には、複数のa及び/又はbのそれぞれ
は別のものを表わしてもよい) - 【請求項2】 スルホン酸基の2〜30モル%に1,4
−ジメルカプトアルキルピペリジンが結合していること
を特徴とする請求項1記載の変性強酸性スルホン酸型イ
オン交換樹脂。 - 【請求項3】 スチレン−ジビニルベンゼン共重合体か
らなる骨格を有することを特徴とする請求項1又は2に
記載の変性強酸性スルホン酸型イオン交換樹脂。 - 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載の変
性強酸性スルホン酸型イオン交換樹脂の存在下に、フェ
ノール類とケトン類とを反応させることを特徴とするビ
スフェノールの製造方法。 - 【請求項5】 フェノール類がフェノールであり、ケト
ン類がアセトンであることを特徴とする請求項4記載の
ビスフェノールの製造方法。 - 【請求項6】 反応に供するアセトンとフェノールとの
モル比が、アセトン1モルに対しフェノール5〜20モ
ルであることを特徴とする請求項5記載のビスフェノー
ルの製造方法。
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