WO2014157403A1 - ビス(6-メチル-3-スルホフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィンおよびそのアンモニウム塩並びにそれらの製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to bis (6-methyl-3-sulfophenyl) (2-methylphenyl) phosphine and its ammonium salt and methods for producing them.
- a palladium catalyst comprising a phosphorus compound and a palladium compound is useful as a catalyst for the telomerization reaction between two conjugated alkadiene molecules and a nucleophilic reactant. Specifically, it is useful as a catalyst for producing 2,7-octadien-1-ol by telomerization reaction of two molecules of butadiene and one molecule of water in the presence of carbon dioxide and a tertiary amine.
- the 2,7-octadien-1-ol thus obtained can be derived to 7-octenal by an isomerization reaction, and 7-octenal can be derived to 1,9-nonanedial by a hydroformylation reaction.
- 1,9-nonanediol can be derived into 1,9-nonanediamine useful as a polymer monomer raw material by a reductive amination reaction
- 2,7-octadien-1-ol has high industrial value. It is also important to develop advantageous catalysts.
- Patent Documents 1 to 3 A process for producing 2,7-octadien-1-ol, wherein at least a part of the mixture is used for the reaction (see Patent Documents 1 to 3); (B) In a two-phase system in which a palladium catalyst composed of a palladium compound and a water-soluble phosphorus-containing compound is dissolved in water and a butadiene as an organic phase, a low reaction rate due to low solubility of butadiene in water.
- Patent Document 4 and Non-Patent Document 1). reference A method for producing 2,7-octadien-1-ol in which a tertiary amine having a function as a surfactant is coexisted to compensate for telomerization reaction of butadiene and water.
- 2,7-octadien-1-ol is extracted by adding saturated aliphatic hydrocarbons to the telomerization reaction solution, and a distillation recovery facility for the saturated aliphatic hydrocarbons themselves. Therefore, the equipment-related cost burden increases.
- sulfolane is more expensive than general hydrocarbon solvents such as hexane, it is necessary to recover sulfolane by washing the 2,7-octadien-1-ol phase obtained by extraction with water. .
- sulfolane is a substance containing sulfur atoms, an incinerator having a desulfurization facility is required when incinerated and discarded.
- dimethyldodecylamine is used as the tertiary amine. Since dimethyldodecylamine has a function as a surfactant, a complicated operation such as multiple extraction / recovery or distillation separation is required to increase the recovery rate of the tertiary amine. Further, according to the examples, it can be said that the selectivity to 2,7-octadien-1-ol is low. Therefore, a method capable of using a tertiary amine that can be easily recovered and having high selectivity to 2,7-octadien-1-ol is required.
- the following method is known as a manufacturing method of the water-soluble triarylphosphine which can be used for telomerization reaction.
- a process for producing bis (3-sulfonatophenyl) phenylphosphine disodium salt by dissolving triphenylphosphine in sulfuric acid and then reacting with sulfur trioxide in fuming sulfuric acid (Non-patent Documents 2 and 3) reference).
- an alkali metal salt of a triarylphosphine having a sulfonate group obtained by these methods is used for a telomerization reaction
- an inorganic salt such as an alkali metal hydrogen carbonate accumulates in the reaction system and blocks the piping.
- an ammonium salt obtained by reacting a triarylphosphine having a sulfonate group with a tertiary amine is preferably used as a catalyst for the telomerization reaction (Patent Literature). 6).
- triphenylphosphine having a benzene ring as an aromatic ring equivalent to one phosphorus atom is sulfonated with sulfur trioxide and neutralized with sodium hydroxide.
- the production method (2) of the water-soluble triarylphosphine is a method using orthoboric acid instead of sulfur trioxide in the sulfonation reaction.
- Bis (3-sulfonatophenyl) phenylphosphine disodium salt was obtained in 94% yield, but in order to completely remove boric acid, toluene and triisooctylamine were once added to the sulfonation reaction solution.
- the target amine salt is present in the organic phase, the organic phase is washed thoroughly with water, the aqueous phase obtained by adding an aqueous sodium hydroxide solution to the washed organic phase is neutralized with sulfuric acid, and concentrated.
- the method (3) for producing a water-soluble triarylphosphine is a method in which a triarylphosphine in which an electron donating group such as a methyl group or a methoxy group is previously introduced into an aromatic ring is reacted with sulfur trioxide in the presence of sulfuric acid.
- the method for producing ammonium salt of triarylphosphine having sulfonate group is to convert alkali metal salt of triarylphosphine having sulfonate group to desired ammonium salt by ion exchange method as follows. How to do is known. After adding sulfuric acid to an aqueous solution of diphenyl (3-sulfonatophenyl) phosphine sodium salt, 4-methyl-2-pentanone is added, and triethylamine is added to the resulting organic phase to obtain solid diphenyl (3 -Sulphonatophenyl) phosphine triethylammonium salt precipitation method (see Patent Document 6).
- an object of the present invention is to provide a water-soluble triarylphosphine for a palladium catalyst that has high selectivity in a telomerization reaction and is easily recovered efficiently, and an efficient production method thereof.
- the present inventors have used alkadienes such as butadiene by using a palladium catalyst comprising a specific ammonium salt of bis (6-methyl-3-sulfophenyl) (2-methylphenyl) phosphine and a palladium compound.
- a palladium catalyst comprising a specific ammonium salt of bis (6-methyl-3-sulfophenyl) (2-methylphenyl) phosphine and a palladium compound.
- a palladium catalyst comprising a specific ammonium salt of bis (6-methyl-3-sulfophenyl) (2-methylphenyl) phosphine and a palladium compound.
- the palladium catalyst when used in the telomerization reaction, an organic solvent having a specific dielectric constant is added to the obtained telomerization reaction solution to extract a product from the organic phase, while The inventors have found that the recovery of the palladium catalyst can be carried out with high efficiency, and completed the present invention.
- the present invention relates to the following [1] to [7].
- [1] Bis (6-methyl-3-sulfophenyl) (2-methylphenyl) phosphine.
- [2] A bis (6-methyl-3-sulfophenyl) (2-methylphenyl) phosphine of [1] above and a tertiary amine having 3 to 27 total carbon atoms in the group bonded to one nitrogen atom.
- Bis (6-methyl-3-sulfonatophenyl) (2-methylphenyl) phosphine diammonium salt obtained by reaction.
- the tertiary amine is trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, triisopropylamine, tributylamine, triisobutylamine, tri-s-butylamine, tri-t-butylamine, tripentylamine, triisopentylamine, Trineopentylamine, trihexylamine, triheptylamine, trioctylamine, triphenylamine, tribenzylamine, N, N-dimethylethylamine, N, N-dimethylpropylamine, N, N-dimethylisopropylamine, N, N-dimethylbutylamine, N, N-dimethylisobutylamine, N, N-dimethyl-s-butylamine, N, N-dimethyl-t-butylamine, N, N-dimethylpentylamine, N, N-dimethylisopentylamine, N N-dimethylne
- 3-sulfonatophenyl) (2-methylphenyl) phosphine diammonium salt [4] Bis (2-methylphenyl) (6-methyl-3-sulfophenyl) phosphine 5 mol% or less, bis (6-methyl-3-sulfophenyl) (2-methylphenyl) phosphine 80 mol% or more, A mixture comprising 15 mol% or less of tris (6-methyl-3-sulfophenyl) phosphine.
- a sulfonation reaction solution is obtained by reacting 2.5 to 4.5 mol of sulfur trioxide with 1 mol of tris (2-methylphenyl) phosphine in the presence of concentrated sulfuric acid, and the resulting sulfonation A step of diluting the reaction solution with water to obtain a diluted solution, Neutralizing the diluted solution with an alkali metal hydroxide, Contacting the aqueous solution obtained in the neutralization step with a strongly acidic cation exchange resin; A process for producing bis (6-methyl-3-sulfophenyl) (2-methylphenyl) phosphine having [7] By reacting bis (6-methyl-3-sulfophenyl) (2-methylphenyl) phosphine with a tertiary amine having 3 to 27 total carbon atoms in the group bonded to one nitrogen atom, A process for producing bis (6-methyl-3-sulfonatophenyl) (2-methylphenyl) phosphine diam
- the water-soluble triarylphosphine for the palladium catalyst of the present invention By using the water-soluble triarylphosphine for the palladium catalyst of the present invention, high selectivity can be achieved in the telomerization reaction, and the used palladium catalyst can be efficiently recovered. Furthermore, according to the production method of the present invention, a water-soluble triarylphosphine as a raw material for the palladium catalyst can be selectively produced.
- the present invention provides bis (6-methyl-3-sulfophenyl) (2-methylphenyl) phosphine and its ammonium salt. More specifically, the ammonium salt is bis (6-methyl-3-sulfonatophenyl) (2-methylphenyl) phosphine diammonium salt.
- These can be efficiently produced by the following steps, but are not particularly limited to the following steps. [1. Sulfonation process] In the presence of concentrated sulfuric acid, 1 to 3 mol of tris (2-methylphenyl) phosphine is reacted with 2.5 to 4.5 mol of sulfur trioxide to obtain a sulfonation reaction solution. And a step of diluting to obtain a diluted solution. [2.
- Neutralization process A step of neutralizing the diluted solution with an alkali metal hydroxide to obtain an aqueous solution containing bis (6-methyl-3-sulfonatophenyl) (2-methylphenyl) phosphine dialkali metal salt.
- Ion exchange process A step of contacting the aqueous solution obtained in the neutralization step with a strongly acidic cation exchange resin to form bis (6-methyl-3-sulfophenyl) (2-methylphenyl) phosphine.
- Bis (6-methyl-3-sulfophenyl) (2-methylphenyl) phosphine can be produced by the previous steps.
- Tris (2-methylphenyl) phosphine can be sulfonated by reacting with sulfur trioxide.
- it can also sulfonate by making it react with orthoboric acid instead of sulfur trioxide.
- orthoboric acid it is preferable to use sulfur trioxide because it is complicated to remove orthoboric acid from the sulfonation reaction solution, and it consists of sulfur trioxide and sulfuric acid. It is more preferable to use fuming sulfuric acid.
- the sulfonation process can be carried out using a jacketed fully mixed reactor.
- the complete mixing type reactor referred to here is a reactor designed so that the raw materials fed into the reactor are mixed into a substantially uniform dispersed state without taking a moment of time.
- As the material for the reactor stainless steel, Hastelloy C, titanium and the like are preferable, and as the material for the inner wall of the reactor, a glass-lined material can be used. From the viewpoint of avoiding mixing of metal ions due to the reactor into the target product, it is preferable to use a glass-lined material as the material of the inner wall.
- Glass lining is a method for modifying the surface of a metal by fusing two materials of metal and glass.
- the sulfonation step can be carried out in any of a batch type (including a semi-continuous type) and a continuous flow type. In some cases, 2 to 3 fully mixed reactors can be connected in series, and the flow can be carried out continuously. It is preferable to carry out a batch method (including a semi-continuous method) because the water dilution of the sulfonation reaction liquid described below and the neutralization step of the next step lead to simplification of equipment. .
- Concentrated sulfuric acid serves to dissolve tris (2-methylphenyl) phosphine.
- the concentrated sulfuric acid one having a high sulfuric acid content is preferable, and one having a concentration of 96% by mass or more is more preferable from the viewpoint of industrial availability.
- a higher sulfuric acid content in the concentrated sulfuric acid is preferable because hydrolysis of sulfur trioxide contained in the fuming sulfuric acid can be suppressed. Since fuming sulfuric acid is more expensive than sulfuric acid, it is economically preferable to suppress the hydrolysis of sulfur trioxide.
- the concentrated sulfuric acid used for sulfonation is generally disposed of as an alkali metal sulfate salt by neutralizing with an alkali metal hydroxide, etc., so that the production conditions are such that the amount of sulfuric acid used is reduced. It is preferable. From this point of view, the amount of sulfuric acid used is preferably about the amount in which tris (2-methylphenyl) phosphine is dissolved, and the amount of tris (2-methylphenyl) phosphine is preferably adjusted to 20 to 70% by mass. preferable. Within this range, the amount of sulfuric acid to be discarded can be reduced, and the viscosity of the prepared mixed solution is low, so that it can be reacted with sulfur trioxide in a sufficiently mixed state.
- the rate is improved.
- the temperature when preparing a concentrated sulfuric acid solution of tris (2-methylphenyl) phosphine is preferably 0 to 100 ° C., more preferably 20 to 40 ° C. Within this range, the oxidation reaction of tris (2-methylphenyl) phosphine does not proceed, and since the viscosity of the mixed solution is low, it can be reacted with sulfur trioxide in a sufficiently mixed state. As a result, the yield of the target product is improved.
- Sulfur trioxide is preferably used for the reaction in the form of fuming sulfuric acid in which sulfur trioxide is dissolved in sulfuric acid.
- concentration of sulfur trioxide in the fuming sulfuric acid is preferably 10 to 60% by mass, more preferably 20 to 50% by mass. Within this range, the substantial amount of sulfuric acid used can be reduced, and furthermore, the time required for the sulfonation step can be shortened due to the fact that the sulfur trioxide concentration in the reaction system can be maintained above a certain level.
- the amount of sulfur trioxide used is preferably 2.5 to 4.5 moles, more preferably 3.0 to 4.0 moles per mole of phosphorus atoms of tris (2-methylphenyl) phosphine.
- this numerical range is a numerical range which does not consider the consumption by hydrolysis. When consumption by hydrolysis can be considered, it is better to increase the amount of sulfur trioxide used according to the amount.
- the reaction temperature in the sulfonation step is preferably 0 to 100 ° C, more preferably 10 to 50 ° C, and further preferably 20 to 50 ° C. Within this range, the reaction time remains short and the yield of the target product is high. It is preferable to slowly add fuming sulfuric acid to a concentrated sulfuric acid solution of tris (2-methylphenyl) phosphine, and the time required for the addition is preferably 0.25 to 5 hours, and 0.5 to 3 hours. More preferred.
- reaction time is not too long and the yield of a target object is high.
- the reaction time after completion of the addition of fuming sulfuric acid is preferably 2 to 20 hours, and more preferably 2 to 8 hours. In this range, the yield of the target product is high.
- the water used for dilution serves to remove the heat of dilution of concentrated sulfuric acid and the heat of hydrolysis reaction of sulfur trioxide, and also serves as a solvent in the neutralization step of the next step.
- the temperature of the water used for dilution may be such that it does not freeze, and is preferably 1 to 40 ° C, more preferably 2 to 25 ° C. Among the temperatures in this range, the lower the temperature, the more efficiently heat removal is preferable.
- the amount of water used is not limited as long as it can hydrolyze unreacted sulfur trioxide, but from the viewpoint of temperature control in the neutralization step described later, it is 1 to 20 times the mass of the sulfonation reaction solution. Preferably there is. If it is this range, heat removal will be easy and the amount of waste water in the neutralization process mentioned later can be reduced.
- the liquid temperature upon dilution with water is preferably 0 to 100 ° C, more preferably 1 to 40 ° C. If it is this range, operations, such as lowering
- the neutralization step it is preferable from the viewpoint of simplification of equipment that the reactor used in the sulfonation step is used as it is, and that the subsequent step is carried out in a batch manner (including a semi-continuous manner).
- the alkali metal hydroxide used in the neutralization step include lithium hydroxide, sodium hydroxide, and potassium hydroxide. Of these, potassium hydroxide and sodium hydroxide are preferable, and sodium hydroxide is more preferable.
- bis (6-methyl-3-phosphine) from bis (6-methyl-3-sulfonatophenyl) (2-methylphenyl) phosphine dialkali metal salt by a strongly acidic cation exchange resin is used. High ion exchange rate to sulfophenyl) (2-methylphenyl) phosphine can be achieved.
- the alkali metal hydroxide may be used as a solid or as an aqueous solution, but it is used as an aqueous solution from the viewpoint of avoiding local heat generation during neutralization and improving heat removal efficiency. It is preferable.
- the concentration of the aqueous alkali metal hydroxide solution is not particularly limited, but is preferably 10 to 50% by mass, and preferably 20 to 40% by mass. Within this range, the amount of liquid after neutralization is small and the amount of drainage can be reduced.
- the aqueous alkali metal hydroxide solution is preferably added slowly to the sulfonation reaction solution obtained in the sulfonation step, and may be added in several portions depending on circumstances.
- an alkali metal hydroxide aqueous solution having a different concentration for example, an alkali metal hydroxide aqueous solution in a concentration outside the above range (usually a low concentration alkali metal water solution).
- an alkali metal hydroxide aqueous solution having a different concentration for example, an alkali metal hydroxide aqueous solution in a concentration outside the above range (usually a low concentration alkali metal water solution).
- the amount of the alkali metal hydroxide used is not particularly limited as long as it is an amount capable of neutralizing sulfuric acid and bis (6-methyl-3-sulfophenyl) (2-methylphenyl) phosphine.
- the pH of the aqueous solution at ° C is preferably 7.0 to 9.5, and more preferably 7.5 to 8.5. Within this range, most of the sulfuric acid can be derived into an alkali metal sulfate. Excess alkali metal hydroxide can be converted to water in an ion exchange step
- the neutralization temperature is not particularly limited, but usually 0 to 40 ° C. is preferable and 1 to 25 ° C. is more preferable in order to promote the precipitation of a good alkali metal sulfate. If it is 0 degreeC or more, the energy consumption regarding cooling can be suppressed and it is preferable. Moreover, if it is 40 degrees C or less, it can suppress that an alkali metal sulfate precipitates at the time of a liquid transfer, and there is no possibility of blockage
- the time required for neutralization may be in a range commensurate with the heat removal capability of the reactor used. Specifically, 0.5 to 20 hours is preferable, and 2 to 5 hours is more preferable.
- the heat of neutralization can be efficiently removed, so there is no need to use a complete mixing and stirring tank with high heat removal efficiency, which is economically preferable. If it is 20 hours or less, an increase in energy consumption for maintaining the set temperature can be suppressed, which is preferable.
- the aqueous solution neutralized in this step (hereinafter referred to as neutralizing solution) is composed of bis (6-methyl-3-sulfonatophenyl) (2-methylphenyl) phosphine dialkali metal salt and alkali metal sulfate.
- the main component The solubility in methanol, ethanol, 1-propanol and other alcohols is higher for bis (6-methyl-3-sulfonatophenyl) (2-methylphenyl) phosphine dialkali metal salts than for alkali metal sulfates. The difference can be used to separate the alkali metal sulfate.
- the alkali metal sulfate Although it is possible to precipitate the alkali metal sulfate by directly adding the alcohol to the neutralized solution, it reduces the amount of alcohol used and suppresses the alkali metal sulfate from being mixed into the target product. From the viewpoint, it is preferable to distill water from the neutralization solution as much as possible, and it is more preferable to distill 90 to 98% by mass of water in the neutralization solution. Thus, the method of adding the said alcohol with respect to the concentrate obtained by distilling water off and isolate
- the alcohol include methanol, ethanol, 1-propanol, and the like. From the viewpoint of reducing the amount of alcohol, it is preferable to use methanol.
- the amount of alcohol used for the separation of the alkali metal sulfate is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 80 times the mass, more preferably 5 to 20 times the mass of the concentrate. Within this range, the amount of alcohol distilled off can be reduced and the alkali metal salt can be sufficiently precipitated during the isolation of the target product.
- the insoluble matter in the alcohol solution is alkali metal sulfate, which may be separated and removed by filtration or decantation.
- the temperature of filtration or decantation is preferably 0 to 50 ° C, more preferably 1 to 25 ° C. Within this range, only alkali metal sulfate can be selectively deposited, and the yield of the target product is high.
- bis (2-methylphenyl) (6-methyl-3-sulfonatophenyl) phosphine alkali metal salt is contained in an amount of 5 mol% or less as a solid, and bis (6-methyl-3- It is possible to obtain a mixture in which the sulfonatophenyl) (2-methylphenyl) phosphine dialkali metal salt is 80 mol% or more and the tris (6-methyl-3-sulfonatophenyl) phosphine trialkali metal salt is 15 mol% or less.
- this mixture is abbreviated as an alkali metal salt mixture.
- the solubility of the alkali metal salt mixture in alcohol is lower than the solubility in water.
- the salt mixture is preferably made into an aqueous solution and then contacted with a strongly acidic cation exchange resin for reaction.
- a strongly acidic cation exchange resin as the cation exchange resin, alkali metal ions can be sufficiently converted into protons with a small amount of ion exchange resin.
- strongly acidic cation exchange resin those obtained by introducing a sulfo group into a styrene / divinylbenzene copolymer, a copolymer of perfluorosulfonic acid and tetrafluoroethylene, and the like can be preferably used.
- Strongly acidic cation exchange resins include non-aqueous and aqueous ones, and either one may be used. Depending on the type of substrate, there are a macroporous type and a gel type, and either type may be used.
- strong acid cation exchange resins those having a sulfo group counter ion of proton and sodium ion are generally known.
- the counter ion is a sodium ion
- the sodium ion is converted into a proton by pretreatment with a protonic acid such as hydrochloric acid or sulfuric acid.
- a protonic acid such as hydrochloric acid or sulfuric acid.
- the counter ion is a proton resin, it can be used without pretreatment.
- the strongly acidic cation exchange resin may be powdery or granular, but it is preferable to use a granular one from the viewpoint of avoiding breakage due to friction in use.
- the average particle diameter is not particularly limited, but is preferably 0.3 to 3 mm, more preferably 0.5 to 1.5 mm.
- strongly acidic cation exchange resins obtained by introducing sulfo groups into styrene and divinylbenzene copolymers that satisfy these requirements include Amberlist 15, Amberlist 16, Amberlist 31, and Amberlist 32 manufactured by Rohm and Haas. Amber list 35 [above, Amberlyst is a registered trademark.
- the ion exchange step can be carried out by either a flow type or a batch type.
- the strong acidic cation exchange resin can be prevented from being destroyed by friction and also has the effect of biasing the equilibrium reaction. Can be reduced.
- the reactor preferably has a tubular structure.
- the tube diameter is not particularly limited, but is preferably 50 to 500 mm in order to simplify the exchange operation of the strongly acidic cation exchange resin.
- the laminar flow may be a down flow system in which an aqueous solution is supplied to the fixed bed reactor from the upper part of the reactor, or an up flow system in which the aqueous solution is supplied from the lower part of the reactor.
- the concentration of the alkali metal salt mixture in the aqueous solution of the alkali metal salt mixture is preferably 1 to 30% by mass, and more preferably 5 to 20% by mass. Within this range, 99 mol% or more of the alkali metal ions can be converted to protons with a small amount of water used.
- the temperature of the aqueous solution of the alkali metal salt mixture is preferably 10 to 120 ° C, more preferably 15 to 40 ° C. If it is 10 degreeC or more, there will be no fall of an ion exchange rate and it can avoid that the usage-amount of strong acidic cation exchange resin increases.
- the amount of the strongly acidic cation exchange resin used is preferably 1.5 times or more the theoretical amount capable of ion exchange calculated from the amount of alkali metal ions to be exchanged in advance.
- 99 mol% or more of the alkali metal ions contained in an alkali metal salt mixture can be exchanged for protons.
- a strongly acidic cation exchange resin when a high ion exchange rate is desired, it may be repeatedly reacted with a strongly acidic cation exchange resin.
- liquid as the aqueous feed solution volume rate (m 3 / hr), divided by the volume of the resin layer made of a strongly acidic cation exchange resin (m 3) value it is preferably space-time velocity (LHSV) is 5 ⁇ 30 hr -1, and more preferably 10 ⁇ 20 hr -1. Within this range, the ion exchange efficiency is high.
- bis (2-methylphenyl) (6-methyl-3-sulfophenyl) phosphine is contained in an amount of 5 mol% or less and bis (6 A mixture in which -methyl-3-sulfophenyl) (2-methylphenyl) phosphine is 80 mol% or more and tris (6-methyl-3-sulfophenyl) phosphine is 15 mol% or less can be obtained.
- this mixture is abbreviated as an ion exchange mixture.
- Ammonium chloride step It can be derived into the corresponding ammonium salt by allowing a tertiary amine having the same mole number or more as the sulfo group contained in the ion exchange mixture obtained in the ion exchange step to act.
- the ion exchange mixture is preferably dissolved in water. From the viewpoint of reducing the amount of the solvent to be distilled off, the ion exchange mixture is preferably used as an aqueous solution containing 3 to 25% by mass of the ion exchange mixture.
- the appropriate amount of tertiary amine can be confirmed by potentiometric titration. When excess tertiary amine is added, excess tertiary amine may be distilled off.
- the amount of the tertiary amine used is preferably 1 to 3 moles, more preferably 1.1 to 2 moles, and 1.1 to 1.5 moles based on the sulfo group contained in the ion exchange mixture. Further preferred.
- the solution obtained by reacting the ion-exchange mixture with the tertiary amine can be isolated by concentrating to dryness, or the solid target can be isolated, or a concentrated aqueous solution can be obtained by distilling off part of the water. It can also be left as it is. By adding the tertiary amine directly to the aqueous solution of the ion exchange mixture and thoroughly mixing at 10-30 ° C. for 0.5-3 hours, the reaction to the corresponding ammonium salt can be sufficiently advanced.
- a tertiary amine in which the total number of carbon atoms of the alkyl group bonded to one nitrogen atom is 3 to 27 is used.
- the tertiary amine include trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, triisopropylamine, tributylamine, triisobutylamine, tri-s-butylamine, tri-t-butylamine, tripentylamine, triisopentylamine, Neopentylamine, trihexylamine, triheptylamine, trioctylamine, triphenylamine, tribenzylamine, N, N-dimethylethylamine, N, N-dimethylpropylamine, N, N-dimethylisopropylamine, N, N -Dimethylbutylamine, N, N-dimethylisobutylamine, N, N-dimethyl-s-butylamine, N,
- the total number of carbon atoms of the group bonded to one nitrogen atom is preferably 3 to 24, more preferably 5 to 24, still more preferably 5 to 10, and particularly preferably 5 to 7.
- bonded with 1 nitrogen atom an alkyl group, an aryl group, and an aryl substituted alkyl group are preferable, and an alkyl group is more preferable.
- triethylamine, N, N-dimethylisopropylamine and trioctylamine are preferable, and triethylamine and N, N-dimethylisopropylamine are more preferable in consideration of availability and production cost.
- a mixed solvent consisting of water and tetrahydrofuran is used as a moving layer, and silica gel is added.
- Column chromatography such as passing through a packed column can be used.
- a method in which an aqueous solution of an alkali metal salt mixture is prepared and washed with an organic solvent such as 2-butanone can be used.
- a palladium catalyst comprising bis (6-methyl-3-sulfonatophenyl) (2-methylphenyl) phosphine diammonium salt obtained as described above or a mixture containing the same and a palladium compound is used for telomerization reaction. It is excellent as a catalyst.
- the telomerization reaction include a reaction in which 2,7-octadien-1-ol is obtained by reacting butadiene with water in the presence of a palladium catalyst, a tertiary amine and carbon dioxide. In the telomerization reaction, the selectivity of 2,7-octadien-1-ol is improved and the recovery rate of the palladium catalyst is also increased, so that the industrial utility is very high.
- Examples of the palladium compound include bis (t-butylisonitrile) palladium (0), bis (t-amylisonitrile) palladium (0), bis (cyclohexyl isonitrile) palladium (0), and bis (phenylisonitrile) palladium.
- the telomerization reaction liquid obtained in the telomerization reaction step is mixed with an organic solvent having a dielectric constant of 2 to 18 at 25 ° C., and then in the presence of carbon dioxide.
- the step of phase separation to obtain 2,7-octadien-1-ol from the organic phase (product separation step) and the step of highly efficiently recovering the aqueous phase containing the palladium catalyst (catalyst recovery step) are preferably performed.
- the bis (6-methyl-3-sulfonatophenyl) (2-methylphenyl) phosphine diammonium salt of the present invention or the mixture containing the same is used as a raw material of the palladium catalyst, Since the selectivity and the recovery rate of the palladium catalyst are higher than those of other palladium catalysts, the production cost is preferably reduced.
- the dielectric constant of the organic solvent is preferably 3 to 10.
- the water-soluble triarylphosphine obtained by sulfonating triarylphosphine is a mixture having 1 to 3 sulfo groups introduced therein, and may further include an oxide obtained by oxidizing these phosphorus.
- the composition ratio (mass ratio) contained in the water-soluble triarylphosphine is such that dimethylsulfoxide-d 6 (hereinafter referred to as DMSO-d 6) prepared so that the produced water-soluble triarylphosphine is 0.05 mol / L.
- DMSO-d 6 dimethylsulfoxide-d 6
- the solution was quantified from a 31 P peak area measured using a nuclear magnetic resonance apparatus “AVANCE III 400 US Plus” (Bruker BioSpin Corporation).
- the 31 P chemical shift in this case is a value at 305 K when the chemical shift of the DMSO-d 6 solution prepared so that phosphoric acid is 0.05 mol / L is 0 ppm.
- the structure of the water-soluble triarylphosphine is 31 P obtained by measuring a heavy aqueous solution prepared to be 10 mmol / L using a nuclear magnetic resonance apparatus “AVANCE III 600 US Plus” (manufactured by Bruker BioSpin Corporation) and The structure was determined from the 1 H chemical shift and peak area.
- the chemical shift of 31 P is a value at 300 K when the chemical shift of a heavy aqueous solution prepared so that phosphoric acid is 10 mmol / L is 0 ppm.
- the chemical shift of 1 H is a value at 300 K when the chemical shift of a heavy aqueous solution prepared so that trimethylsilylpropanoic acid-d 4 (hereinafter abbreviated as TSP) is 5 mmol / L is 0 ppm.
- Sodium ions were quantified using an atomic absorption spectrophotometer “AA-7000F” (manufactured by Shimadzu Corporation).
- a high performance liquid chromatograph system manufactured by Nippon Waters Co., Ltd., Delta 600 multisolvent system, 2998 photodiode array detector, column heater, chromatography power software Empower 1 was used for purification of the target product.
- As a reverse phase chromatography column “TSKgel ODS-80Ts” (particle diameter 5 ⁇ m, inner diameter 20 mm, length 250 mm) manufactured by Tosoh Corporation was used.
- the flow path of the sulfonation reaction liquid was washed with 10 kg of ion exchange water and added to the previous diluted liquid.
- the liquid temperature was controlled to be in the range of 20 to 40 ° C. As a result, 137.80 kg of diluted sulfonation reaction liquid was obtained.
- the methanol solution was passed through a pressure filter made of SUS304 containing 5 kg of “Cell Pure (registered trademark) S1000” manufactured by Advanced Minerals Corporation as a high-purity diatomaceous earth filter aid to obtain a filtrate. Further, the filter aid was washed with 30 kg of methanol, and the filtrate was combined with the previous filtrate.
- a glass-lined 100 L reactor equipped with a thermometer, a stirrer, and a jacket is charged with the entire amount of the previously obtained methanol solution, allowed to exist in the range of 40 to 55 ° C. and 4 to 55 kPa, and concentrated to dryness over 18 hours. Thus, 3.56 kg of white solid (hereinafter abbreviated as “acquired product 1”) was obtained.
- Acquired product 1 was 0.13 kg (0.33 mol) of bis (2-methylphenyl) (6-methyl-3-sulfonatophenyl) phosphine sodium salt as a mono isomer, bis (6-methyl-3- Sulfonatophenyl) (2-methylphenyl) phosphine disodium salt 2.91 kg (5.72 mol), tris (6-methyl-3-sulfonatophenyl) phosphine trisodium salt 0.53 kg (0.85 mol) ).
- Obtained product 2 was bis (2-methylphenyl) (6-methyl-3-sulfophenyl) phosphine 35.3 g (91.9 mmol, 4.73 mol%), bis (6-methyl-3-sulfophenyl) (2- The mixture was composed of 749.4 g (methylphenyl) phosphine (1613.4 mmol, 83.01 mol%) and 129.8 g (238.3 mmol, 12.26 mol%) of tris (6-methyl-3-sulfophenyl) phosphine.
- the sodium content in the acquisition 2 was 23 ppm or less as sodium atoms. Since the number of sulfo groups contained in 1.0 kg of Acquisition 2 was 4410.6 mmol and the content as sodium atoms was 1.0 mmol, 99.98 mol% or more of the sulfonate groups could be converted to sulfo groups.
- Example 2 Purification of bis (6-methyl-3-sulfophenyl) (2-methylphenyl) phosphine Using a high performance liquid chromatograph system equipped with a reverse phase chromatography column, with the column oven temperature controlled at 40 ° C., water 70 A mixed solution consisting of 30% by mass of acetonitrile and 30% by mass of acetonitrile was passed as a mobile phase at 5.0 mL / min. 1 g of an aqueous solution containing 1% by mass of the material 2 obtained in Example 1 was prepared and injected. A photodiode array detector was set at 275 nm, and a distillate having a retention time of 17.5 to 20.0 minutes was collected. This operation was repeated 10 times.
- the collected distillate was concentrated to dryness in the range of 35 to 70 ° C. and 4 to 56 kPa to obtain 55.5 mg of bis (6-methyl-3-sulfophenyl) (2-methylphenyl) phosphine as a white solid. .
- Example 3 Production of bis (6-methyl-3-sulfonatophenyl) (2-methylphenyl) phosphine ditriethylammonium salt 500 g of an aqueous solution containing 10% by mass of the material 2 obtained in Example 1 was prepared. This aqueous solution contains 50.0 g of the obtained product 2, 106.3 mmol as a phosphorus atom, and 221.4 mmol of a sulfo group.
- aqueous solution 2 was made to exist in a 1 L three-necked flask equipped with a thermometer, a stirrer, a dropping funnel and a nitrogen gas line, and 24.6 g (243.5 mmol) of triethylamine was added from the dropping funnel.
- the reaction was stirred for 1 hour in the range of -30 ° C. Thereafter, the reaction solution was concentrated to dryness in the range of 35 to 70 ° C. and 4 to 56 kPa, thereby obtaining 68.2 g of a white solid (hereinafter abbreviated as “acquired product 3”).
- Obtained product 3 was 2.3 g (4.7 mmol, 4.73 mol%) of bis (2-methylphenyl) (6-methyl-3-sulfonatophenyl) phosphine triethylammonium salt, bis (6-methyl-3-sulfonate).
- Phenyl) (2-methylphenyl) phosphine ditriethylammonium salt 55.5 g (83.2 mmol, 82.99 mol%), tris (6-methyl-3-sulfonatophenyl) phosphine tritriethylammonium salt 10.4 g (12. 3 mmol, 12.28 mol%).
- Example 4 Purification of bis (6-methyl-3-sulfonatophenyl) (2-methylphenyl) phosphine ditriethylammonium salt 100 g of an aqueous solution containing 50% by mass of the product 3 of Example 3 was prepared. This aqueous solution contains 50.0 g of the acquired product 3 and 73.5 mmol as phosphorus atoms. The aqueous solution of the acquired product 3 was allowed to exist in a 300 L three-necked flask equipped with a thermometer, a stirrer, a dropping funnel and a nitrogen gas line.
- Example 5 Preparation of bis (6-methyl-3-sulfonatophenyl) (2-methylphenyl) phosphine ditri-n-octylammonium salt
- 86.1 g (243.5 mmol) of tri-n-octylamine was used instead of triethylamine.
- 86.1 g (243.5 mmol) of tri-n-octylamine was used.
- 86.1 g (243.5 mmol) of tri-n-octylamine was used in the same manner to obtain 123.0 g of a pale orange highly viscous liquid.
- Example 6 Preparation of bis (6-methyl-3-sulfonatophenyl) (2-methylphenyl) phosphine didimethylisopropylammonium salt
- 21.2 g (243.5 mmol) of N, N-dimethylisopropylamine was used instead of triethylamine.
- the same operation was carried out except that it was used to obtain 67.5 g of a white solid.
- the concentration of palladium and phosphorus compounds contained in the aqueous phase obtained by the extraction operation is determined by analyzing these wet decomposition products with a polarized Zeeman atomic absorption spectrophotometer “Z-5300 type” (manufactured by Hitachi, Ltd.). did.
- organic substances such as tertiary amine and 2,7-octadien-1-ol contained in the telomerization reaction solution or the aqueous phase containing the palladium catalyst were analyzed and quantified by gas chromatography under the following measurement conditions.
- the telomerization reaction was carried out batchwise.
- a 96 mL glass pressure vessel for pumping palladium catalyst a 96 mL glass pressure vessel for solvent pumping, and a 3 L autoclave with a SUS316 electromagnetic induction stirrer equipped with a sampling port were used as the reactor.
- the reaction was carried out at a stirring rotation speed of 500 rpm, and the reaction performance at this time was not different from that of 1,000 rpm, so that a sufficient stirring state could be achieved.
- the ratio of trivalent phosphorus atom and palladium atom at the time of catalyst preparation was 5.01, and in the telomerization reaction, the palladium atom to 1 mol of butadiene was 0.198 mmol, and the mass ratio of triethylamine to water was 1.55. The mass ratio of butadiene and 2,7-octadien-1-ol to water was 4.12. About the telomerization reaction liquid after reaction for a predetermined time, the product was quantified by gas chromatography analysis.
- the conversion rate of butadiene was calculated by the following formula 1.
- the unit of each amount in the formula is mol.
- 2,7-octadien-1-ol, 1,7-octadien-3-ol, 1,3,6-octatriene, 1,3,7-octatriene, 2,4,6-octa Examples include triene and 4-vinylcyclohexene.
- 1,3,6-octatriene, 1,3,7-octatriene and 2,4,6-octatriene are collectively referred to as octatrienes.
- the selectivity of each product was calculated by the following formula 2. The unit of each amount in the formula is mol.
- the selectivity to a high-boiling product that cannot be quantified sufficiently by gas chromatography was calculated by the following mathematical formula 3.
- the unit of each amount in the formula is mol.
- the autoclave was cooled to 25 ° C., and water equivalent to the reaction consumption and 330.23 g of diethyl ether (volume 463.2 mL at 25 ° C.) were pumped with carbon dioxide using a 96 mL glass pressure vessel for solvent pumping.
- the mixture was stirred for 1 hour in a state where the total pressure was increased to 3 MPa (gauge pressure) with carbon dioxide.
- This mixed solution was transferred to a pressure vessel with a glass window pressurized with 3 MPa of carbon dioxide (gauge pressure) using a pump, and phase-separated.
- the aqueous phase was appropriately recovered in a glass pressure vessel pressurized to 1 MPa (gauge pressure) of carbon dioxide bonded to a pressure vessel with a glass window.
- the pressure vessel made of glass was taken out, separated and opened under normal pressure, the weight of the aqueous phase was measured, and the obtained aqueous phase was used for various analyses.
- the mass ratio of diethyl ether to the telomerization reaction solution was 0.84.
- the palladium content contained in the aqueous phase was calculated from the palladium concentration determined from the analysis of the wet decomposition product of the aqueous phase using a polarized Zeeman atomic absorption spectrophotometer and the weight of the recovered aqueous phase.
- the recovery rate of palladium atoms was calculated by the following formula 4. The unit of each amount in the formula is mol.
- the phosphorus content contained in the aqueous phase was calculated from the phosphorus concentration determined from the analysis of the wet decomposition product of the aqueous phase using a polarized Zeeman atomic absorption spectrophotometer and the weight of the recovered aqueous phase.
- the recovery rate of the water-soluble triarylphosphine was calculated by the following formula 5. The unit of each amount in the formula is mol.
- the tertiary amine contained in the aqueous phase was quantified by gas chromatography analysis of the aqueous phase.
- the recovery rate of the tertiary amine was calculated by the following formula 6. The unit of each amount in the formula is mol.
- the recovery rate of palladium atoms in the aqueous phase was 87.6%
- the recovery rate of phosphorus atoms was 80.7%
- the recovery rate of triethylamine was 70.1%.
- mixing of diethyl ether into the aqueous phase was 0.1% by mass or less.
- Reference Example 2 In Reference Example 1, the same operation was performed except that 1.457 g of the phosphorus compound obtained in Example 4 (2.115 mmol as a trivalent phosphorus atom) was used instead of the phosphorus compound obtained in Example 3.
- the ratio of trivalent phosphorus atom and palladium atom at the time of catalyst preparation was 5.01.
- the conversion of butadiene is 80.2%
- the selectivity to 2,7-octadien-1-ol is 92.7%
- the selectivity to 1,7-octadien-3-ol Was 3.1%
- the selectivity to octatrienes was 2.5%
- the selectivity to high-boiling products was 1.7%.
- the selectivity to 4-vinylcyclohexene was 0.01% or less.
- the recovery rate of palladium atoms in the aqueous phase was 88.9%, the recovery rate of phosphorus atoms was 84.6%, and the recovery rate of triethylamine was 70.8%.
- mixing of diethyl ether into the aqueous phase was 0.1% by mass or less.
- Reference Example 3 In Reference Example 1, the same operation was carried out except that 2.545 g of the phosphorus compound obtained in Example 5 (2.113 mmol as a trivalent phosphorus atom) was used instead of the phosphorus compound obtained in Example 3.
- the ratio of trivalent phosphorus atom and palladium atom at the time of catalyst preparation was 5.01.
- the butadiene conversion was 74.4%
- the selectivity to 2,7-octadien-1-ol was 93.1%
- the selectivity to 1,7-octadien-3-ol. was 3.1%
- the selectivity to octatrienes was 2.7%
- the selectivity to high-boiling products was 1.1%.
- the selectivity to 4-vinylcyclohexene was 0.01% or less.
- the recovery rate of palladium atoms in the aqueous phase was 86.9%, the recovery rate of phosphorus atoms was 76.8%, and the recovery rate of triethylamine was 76.9%.
- mixing of diethyl ether into the aqueous phase was 0.1% by mass or less.
- Example 1 5 mol% or less of bis (2-methylphenyl) (6-methyl-3-sulfophenyl) phosphine and 80 mol of bis (6-methyl-3-sulfophenyl) (2-methylphenyl) phosphine It is clear that a mixture having a tris (6-methyl-3-sulfophenyl) phosphine content of 15 mol% or less in a high yield can be obtained in a high yield. Further, according to Example 2, it is clear that bis (6-methyl-3-sulfophenyl) (2-methylphenyl) phosphine can be isolated and purified by column chromatography.
- a tertiary amine having a total carbon number of 3 to 27 of bis (6-methyl-3-sulfophenyl) (2-methylphenyl) phosphine and a group bonded to one nitrogen atom It is clear that bis (6-methyl-3-sulfonatophenyl) (2-methylphenyl) phosphine diammonium salt can be obtained in a high yield by reacting with. According to Example 4, it is clear that the purity of bis (6-methyl-3-sulfonatophenyl) (2-methylphenyl) phosphine diammonium salt can be improved by washing with a ketone solvent or the like.
- the bis (6-methyl-3-sulfonatophenyl) (2-methylphenyl) phosphine diammonium salt obtained using the bis (6-methyl-3-sulfophenyl) (2-methylphenyl) phosphine of the present invention is: It is useful for telomerization reaction between two alkadiene molecules such as butadiene and a nucleophilic reactant such as water.
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Abstract
Description
(A)第3級アミンの炭酸塩および重炭酸塩を含むスルホラン水溶液中、パラジウム化合物および水溶性ホスフィンからなるパラジウム触媒の存在下でブタジエンと水とをテロメリ化反応させることによって2,7-オクタジエン-1-オールを生じさせ、反応混合液の少なくとも一部を飽和脂肪族炭化水素などで抽出することによって2,7-オクタジエン-1-オールを抽出分離し、パラジウム触媒を含むスルホラン抽残液の少なくとも一部を循環して反応に使用する、2,7-オクタジエン-1-オールの製造方法(特許文献1~3参照)、
(B)パラジウム化合物および水溶性リン含有化合物からなるパラジウム触媒を水に溶解せしめた水相と、ブタジエンを有機相とする2相系において、ブタジエンの水への低い溶解度に起因する低い反応速度を補うべく界面活性剤としての機能を有する第3級アミンを共存させて、ブタジエンと水とをテロメリ化反応させる、2,7-オクタジエン-1-オールの製造方法(特許文献4および非特許文献1参照)。
上記方法(B)では、第3級アミンとして、例えばジメチルドデシルアミンを用いる。ジメチルドデシルアミンは界面活性剤としての機能を有することから、第3級アミンの回収率を高めるためには複数回の抽出回収もしくは蒸留分離などの煩雑な操作を必要とする。また、実施例によれば、2,7-オクタジエン-1-オールへの選択性が低い方法と言える。よって、回収の容易な第3級アミンを用いることができる方法であって、かつ、2,7-オクタジエン-1-オールへの選択性の高い方法が求められる。
(1)トリフェニルホスフィンを硫酸に溶解させた後、発煙硫酸中の三酸化硫黄と反応させることによる、ビス(3-スルホナトフェニル)フェニルホスフィン二ナトリウム塩の製造方法(非特許文献2および3参照)。
(2)硫酸とオルトホウ酸との無水混合物を用いてトリフェニルホスフィンをスルホン化することによる、ビス(3-スルホナトフェニル)フェニルホスフィン二ナトリウム塩の製造方法(特許文献5参照)。
(3)メチル基またはメトキシ基などの電子供与基を芳香環に有するトリアリールホスフィンと三酸化硫黄とを、硫酸の存在下で反応させる方法(非特許文献4参照)。
(4)3つの芳香環それぞれにメチル基またはメトキシ基などの電子供与基を有するトリアリールホスフィンと三酸化硫黄とを、硫酸の存在下で反応させる方法。(非特許文献5参照)。
これらの方法によって得られるスルホナト基を有するトリアリールホスフィンのアルカリ金属塩をテロメリ化反応に使用する場合には、アルカリ金属の炭酸水素塩などの無機塩が反応系内に蓄積し、配管を閉塞するという問題がある。この問題を回避する方法として、テロメリ化反応の触媒として、スルホナト基を有するトリアリールホスフィンと第3級アミンとを反応させて得られるアンモニウム塩を用いることが好ましいことが知られている(特許文献6参照)。
水溶性トリアリールホスフィンの製造方法(2)は、スルホン化反応の際、三酸化硫黄の代わりにオルトホウ酸を用いる方法である。ビス(3-スルホナトフェニル)フェニルホスフィン二ナトリウム塩が収率94%で取得できているが、ホウ酸を完全に除去するために、スルホン化反応液にトルエンおよびトリイソオクチルアミンを一旦加えることによって目的物のアミン塩を有機相に存在せしめ、有機相を十分に水洗し、洗浄後の有機相に水酸化ナトリウム水溶液を加えて得られる水相を硫酸で中和したのち濃縮し、メタノールを加えて得られる上澄み液からメタノールを除去することによってビス(3-スルホナトフェニル)フェニルホスフィン二ナトリウム塩を取得するというものである。収率は高いものの、ホウ酸除去のために洗浄を繰り返す必要があり工業的な実施は困難である。
水溶性トリアリールホスフィンの製造方法(3)は、芳香環に予めメチル基またはメトキシ基などの電子供与基を導入したトリアリールホスフィンと三酸化硫黄を硫酸存在下で反応させる方法である。非等価な芳香環を有するビス(4-メトキシフェニル)フェニルホスフィンなどを原料とする場合にのみ、ビス(4-メトキシ-3-スルホナトフェニル)フェニルホスフィン二ナトリウム塩などのスルホ基導入数を制御できることを示しているにすぎず、等価な芳香環を有するトリス(2-メチルフェニル)ホスフィンにおいてスルホ基導入数を制御できることを示していない。
水溶性トリアリールホスフィンの製造方法(4)には、ビス(6-メチル-3-スルホナトフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィン二ナトリウム塩が取得できたことが示されているものの、具体的な製造方法および収率は開示されておらず、本化合物が単離できる可能性を示しているにすぎない。
ジフェニル(3-スルホナトフェニル)ホスフィンナトリウム塩の水溶液に対して硫酸を加えた後、4-メチル-2-ペンタノンを加え、得られる有機相に対してトリエチルアミンを加えることによって固体状のジフェニル(3-スルホナトフェニル)ホスフィントリエチルアンモニウム塩を析出させる方法(特許文献6参照)。
ジフェニル(3-スルホナトフェニル)ホスフィンナトリウム塩を、トリエチルアミン、エタノールおよび2-プロパノールの存在下、二酸化炭素で加圧し、その反応液の濾液から目的物を取得する方法(特許文献7参照)。
特許文献7に記載のイオン交換方法では、本発明者らの検討によれば、ビス(6-メチル-3-スルホナトフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィン二ナトリウム塩を用いて同様の操作を施すと、対陽イオンの交換率が20%以下と低かった。
しかして、本発明の課題は、テロメリ化反応において選択性が高く、かつ効率的に回収し易いパラジウム触媒用の水溶性トリアリールホスフィンおよびその効率的な製造方法を提供することにある。
[1]ビス(6-メチル-3-スルホフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィン。
[2]上記[1]のビス(6-メチル-3-スルホフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィンと、窒素1原子に結合する基の総炭素数が3~27の第3級アミンとを反応して得られる、ビス(6-メチル-3-スルホナトフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィン二アンモニウム塩。
[3]前記第3級アミンが、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリイソプロピルアミン、トリブチルアミン、トリイソブチルアミン、トリ-s-ブチルアミン、トリ-t-ブチルアミン、トリペンチルアミン、トリイソペンチルアミン、トリネオペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、トリオクチルアミン、トリフェニルアミン、トリベンジルアミン、N,N-ジメチルエチルアミン、N,N-ジメチルプロピルアミン、N,N-ジメチルイソプロピルアミン、N,N-ジメチルブチルアミン、N,N-ジメチルイソブチルアミン、N,N-ジメチル-s-ブチルアミン、N,N-ジメチル-t-ブチルアミン、N,N-ジメチルペンチルアミン、N,N-ジメチルイソペンチルアミン、N,N-ジメチルネオペンチルアミン、N,N-ジメチルヘキシルアミン、N,N-ジメチルヘプチルアミン、N,N-ジメチルオクチルアミン、N,N-ジメチルノニルアミン、N,N-ジメチルデシルアミン、N,N-ジメチルウンデシルアミン、N,N-ジメチルドデシルアミン、N,N-ジメチルフェニルアミン、N,N-ジメチルベンジルアミン、N,N-ジエチルモノメチルアミン、N,N-ジプロピルモノメチルアミン、N,N-ジイソプロピルモノメチルアミン、N,N-ジブチルモノメチルアミン、N,N-ジイソブチルモノメチルアミン、N,N-ジ-s-ブチルモノメチルアミン、N,N-ジ-t-ブチルモノメチルアミン、N,N-ジペンチルモノメチルアミン、N,N-ジイソペンチルモノメチルアミン、N,N-ジネオペンチルモノメチルアミン、N,N-ジヘキシルモノメチルアミン、N,N-ジヘプチルモノメチルアミン、N,N-ジオクチルモノメチルアミン、N,N-ジノニルモノメチルアミン、N,N-ジデシルモノメチルアミン、N,N-ジウンデシルモノメチルアミン、N,N-ジドデシルモノメチルアミン、N,N-ジフェニルモノメチルアミン、N,N-ジベンジルモノメチルアミン、N,N-ジプロピルモノメチルアミン、N,N-ジイソプロピルモノエチルアミン、N,N-ジブチルモノエチルアミン、N,N-ジイソブチルモノエチルアミン、N,N-ジ-s-ブチルモノエチルアミン、N,N-ジ-t-ブチルモノエチルアミン、N,N-ジペンチルモノエチルアミン、N,N-ジイソペンチルモノエチルアミン、N,N-ジネオペンチルモノエチルアミン、N,N-ジヘキシルモノエチルアミン、N,N-ジヘプチルモノエチルアミン、N,N-ジオクチルモノエチルアミン、N,N-ジノニルモノエチルアミン、N,N-ジデシルモノエチルアミン、N,N-ジウンデシルモノエチルアミン、N,N-ジドデシルモノエチルアミン、N,N-ジフェニルモノエチルアミン、N,N-ジベンジルモノエチルアミンまたはトリノニルアミンである、上記[2]のビス(6-メチル-3-スルホナトフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィン二アンモニウム塩。
[4]ビス(2-メチルフェニル)(6-メチル-3-スルホフェニル)ホスフィン5モル%以下、ビス(6-メチル-3-スルホフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィンが80モル%以上、トリス(6-メチル-3-スルホフェニル)ホスフィン15モル%以下からなる混合物。
[5]上記[4]の混合物と、窒素1原子に結合する基の総炭素数が3~27の第3級アミンを反応させてなる、ビス(6-メチル-3-スルホナトフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィン二アンモニウム塩を80モル%以上含有する混合物。
[6]濃硫酸の存在下、トリス(2-メチルフェニル)ホスフィン1モルに対して三酸化硫黄2.5~4.5モルを反応させてなるスルホン化反応液を得、得られたスルホン化反応液を水で希釈して希釈液を得る工程、
該希釈液をアルカリ金属水酸化物で中和する工程、
前記中和工程にて得られた水溶液を強酸性陽イオン交換樹脂と接触させる工程、
を有する、ビス(6-メチル-3-スルホフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィンの製造方法。
[7]ビス(6-メチル-3-スルホフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィンと、窒素1原子に結合する基の総炭素数が3~27の第3級アミンとを反応させることによる、ビス(6-メチル-3-スルホナトフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィン二アンモニウム塩の製造方法。
これらは、下記工程によって効率的に製造できるが、特に下記工程に限定されるものではない。
[1.スルホン化工程]
濃硫酸の存在下、トリス(2-メチルフェニル)ホスフィン1モルに対して三酸化硫黄2.5~4.5モルを反応させてスルホン化反応液を得、得られたスルホン化反応液を水で希釈して希釈液を得る工程を有する。
[2.中和工程]
上記希釈液をアルカリ金属水酸化物で中和し、ビス(6-メチル-3-スルホナトフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィン二アルカリ金属塩を含む水溶液を得る工程。
[3.イオン交換工程]
中和工程で得た水溶液を強酸性陽イオン交換樹脂と接触させ、ビス(6-メチル-3-スルホフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィンを形成する工程。
ビス(6-メチル-3-スルホフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィンは、これまでの工程によって製造できる。なお、ビス(6-メチル-3-スルホナトフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィン二アンモニウム塩の製造には、さらに下記工程も必要となる。
[4.アンモニウム塩化工程]
ビス(6-メチル-3-スルホフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィンと、窒素1原子に結合する基の総炭素数が3~27の第3級アミンとを反応させ、ビス(6-メチル-3-スルホナトフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィン二アンモニウム塩を形成する工程。
トリス(2-メチルフェニル)ホスフィンの製造方法に特に制限はなく、公知の方法によって製造できる。例えば、三塩化リンと2-ブロモトルエンから得られるグリニャール試薬との反応(ジャーナル オブ オーガニック ケミストリー(Journal of Organic Chemistry)、1978年、第43巻、2941~2956頁参照)などが知られている。
また、トリス(2-メチルフェニル)ホスフィンとしては、商業的に流通しているものを用いることもでき、例えば、北興化学工業株式会社製の「TOTP」(登録商標)などを入手して使用できる。
なお、三酸化硫黄の代わりにオルトホウ酸と反応させることによってスルホン化することもできる。本発明者らの知見によれば、オルトホウ酸を用いる場合にはスルホン化反応液からのオルトホウ酸の除去が煩雑であることから、三酸化硫黄を用いることが好ましく、三酸化硫黄と硫酸からなる発煙硫酸を用いることがより好ましい。
反応器の材質としては、ステンレス鋼、ハステロイC、チタンなどが好ましく、また、反応器の内壁の材料としてはグラスライニングされたものも使用できる。反応器に起因する金属イオンの目的物への混入を回避する観点から、内壁の材料としては、グラスライニングされたものを用いることが好ましい。なお、グラスライニングとは、金属とガラスの2材料を融合させ、金属の表面改質を行う方法のことである。
スルホン化工程は、回分式(半連続式を含む)および流通連続式のいずれの形態でも実施できる。場合によっては、完全混合型反応器を2~3基直列に接続して、流通連続式で実施することもできる。後述のスルホン化反応液の水希釈および次工程の中和工程を1つの反応槽で実施することが設備の簡素化に繋がることから、回分式(半連続式を含む)で実施することが好ましい。
スルホン化に用いた濃硫酸は、アルカリ金属水酸化物などで中和することによって硫酸アルカリ金属塩などとして廃棄処理することが一般的であるため、硫酸使用量を低減するような製造条件であることが好ましい。この観点から、硫酸使用量はトリス(2-メチルフェニル)ホスフィンが溶解する量程度とするのが好ましく、トリス(2-メチルフェニル)ホスフィンが20~70質量%となる量に調整することがより好ましい。この範囲であれば、廃棄すべき硫酸の量を低減できるうえ、調製した混合液の粘度が低いために十分な混合状態のままで三酸化硫黄と反応させることが可能となり、ひいては目的物の収率が向上する。
トリス(2-メチルフェニル)ホスフィンの濃硫酸溶液を調製するときの温度は、0~100℃が好ましく、20~40℃がより好ましい。この範囲であれば、トリス(2-メチルフェニル)ホスフィンの酸化反応が進行することもないうえ、混合液の粘度が低いために十分な混合状態のままで三酸化硫黄と反応させることが可能となり、ひいては目的物の収率が向上する。
三酸化硫黄の使用量は、トリス(2-メチルフェニル)ホスフィンが有するリン原子1モルに対して2.5~4.5モルが好ましく、3.0~4.0モルがより好ましい。この範囲において目的物の収率が高い。なお、該数値範囲は、加水分解による消費を考慮しない数値範囲である。加水分解による消費が考え得る場合には、その量に応じて、三酸化硫黄の使用量を増加するのがよい。
スルホン化工程の反応温度は、0~100℃が好ましく、10~50℃がより好ましく、20~50℃がさらに好ましい。この範囲であれば反応時間が短いままで、目的物の収率が高い。
トリス(2-メチルフェニル)ホスフィンの濃硫酸溶液に対しての発煙硫酸の添加はゆっくり行うことが好ましく、該添加に要する時間は、0.25~5時間が好ましく、0.5~3時間がより好ましい。この範囲であれば、反応時間が長過ぎず、かつ目的物の収率が高い。なお、発煙硫酸の添加後は、発煙硫酸の流路を濃硫酸で洗浄し、こうして得られる洗浄液を反応溶液と混合することが好ましい。
発煙硫酸の添加終了後からの反応時間は、2~20時間が好ましく、2~8時間がより好ましい。この範囲である場合に、目的物の収率が高い。
上記の操作により得られるスルホン化反応液を水で希釈することによって、未反応の三酸化硫黄を加水分解でき、それによってスルホン化反応を停止できる。
そしてまた、希釈に用いる水は、濃硫酸の希釈熱および三酸化硫黄の加水分解反応熱を除く役割も果たすと共に、次工程の中和工程での溶媒としての役割も果たす。
希釈に用いる水の温度としては、凍結しない程度であればよく、1~40℃が好ましく、2~25℃がより好ましい。この範囲の温度の中でも、低温であるほど、効率よく除熱できて好ましい。
水の使用量は、未反応の三酸化硫黄を加水分解できる量以上であればよいが、後述の中和工程での温度制御の観点から、スルホン化反応液に対して1~20倍質量であることが好ましい。この範囲であれば、除熱が容易であるうえ、後述する中和工程における排水量を低減できる。
水による希釈時の液温は、0~100℃が好ましく、1~40℃がより好ましい。この範囲であれば、中和工程に着手するに際して液温を低下させるなどの作業が不要となり、生産性を向上できる。
中和工程では、スルホン化工程に用いた反応器をそのまま用い、かつ回分式(半連続式を含む)で引き続き実施することが設備の簡素化の点で好ましい。
中和工程で使用するアルカリ金属水酸化物としては、例えば水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどが挙げられる。中でも、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムが好ましく、水酸化ナトリウムがより好ましい。
アルカリ金属水酸化物を使用することで、強酸性陽イオン交換樹脂によるビス(6-メチル-3-スルホナトフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィン二アルカリ金属塩からビス(6-メチル-3-スルホフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィンへの高いイオン交換率を達成できる。
アルカリ金属水酸化物の使用量は、硫酸およびビス(6-メチル-3-スルホフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィンを中和する量であれば特に制限はないが、中和終了後の25℃における水溶液のpHが7.0~9.5となることが好ましく、7.5~8.5となることがより好ましい。この範囲であれば、硫酸の大部分を硫酸アルカリ金属塩に誘導できる。なお、過剰のアルカリ金属水酸化物は、後述するイオン交換工程において水に変換できる。
中和に要する時間は、用いる反応器の除熱能力に見合った範囲であればよい。具体的には、0.5~20時間が好ましく、2~5時間がより好ましい。0.5時間以上であれば、効率的に中和熱を除去できるため、除熱効率の高い完全混合攪拌槽を用いるなどの必要がなく、経済的に好ましい。20時間以下であれば、設定温度を維持するためのエネルギー消費量の増大を抑制できて好ましい。
メタノール、エタノール、1-プロパノールなどのアルコールへの溶解度は、アルカリ金属硫酸塩に比べてビス(6-メチル-3-スルホナトフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィン二アルカリ金属塩が高く、この溶解度差を利用して、アルカリ金属硫酸塩を分離できる。中和液に直接アルコールを加えることによってアルカリ金属硫酸塩を析出させることも可能であるが、使用するアルコールの量を低減すること、および、目的物へのアルカリ金属硫酸塩の混入を抑制するという観点から、事前に、中和液から水を可能な限り留去しておくことが好ましく、中和液中の水の90~98質量%を留去しておくことがより好ましい。このように、水を留去して得られる濃縮物に対して、前記アルコールを添加し、アルカリ金属硫酸塩を分離する手法が好ましい。
アルコールとしてメタノール、エタノール、1-プロパノールなどが挙げられるが、アルコール量を低減する観点から、メタノールを使用することが好ましい。
アルカリ金属硫酸塩の分離に用いるアルコールの使用量に特に制限はないが、前記濃縮物に対して、0.5~80倍質量が好ましく、5~20倍質量がより好ましい。この範囲であれば、目的物の単離に際して、留去するアルコール量を低減でき、かつ、アルカリ金属塩を十分に析出できる。
アルコール溶液の不溶物がアルカリ金属硫酸塩であり、これを濾過またはデカンテーションによって分離除去すればよい。濾過またはデカンテーションの温度は、0~50℃が好ましく、1~25℃がより好ましい。この範囲であれば、アルカリ金属硫酸塩のみを選択的に析出でき、目的物の収率が高い。
以上のようにして得られたアルコール溶液にアルカリ金属硫酸塩が混入している場合には、得られたアルコール溶液を濃縮し、再びアルコールに溶解させ、前記のアルカリ金属硫酸塩の分離除去操作を繰り返してもよい。
前記中和工程にて得られたアルカリ金属塩混合物を強酸性陽イオン交換樹脂と反応させることにより、ビス(6-メチル-3-スルホナトフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィン二アルカリ金属塩をビス(6-メチル-3-スルホフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィンに誘導できる。
本発明者らの検討によれば、スルホ基の対陽イオンがアルカリ金属であるトリアリールホスフィンを第3級アミンと二酸化炭素をアルコール溶媒の存在下に反応させるという公知の方法、および、スルホ基の対陽イオンがアルカリ金属であるトリアリールホスフィンを非環式ケトンなどの溶媒中でプロトン酸と反応させるという公知の方法では、いずれの場合も目的物の収率が低くなる。ゆえに、強酸性イオン交換樹脂を用いることが重要であり、当該方法によって目的物の収率が高くなる。
アルカリ金属塩混合物のアルコール溶液をそのまま強酸性陽イオン交換樹脂と接触させることも可能であるが、アルカリ金属塩混合物のアルコールへの溶解性は水への溶解性に比べて低いことから、アルカリ金属塩混合物を水溶液としてから強酸性陽イオン交換樹脂と接触させて反応させることが好ましい。
陽イオン交換樹脂として強酸性陽イオン交換樹脂を使用することによって、少ないイオン交換樹脂量でアルカリ金属イオンをプロトンに十分に変換できる。
強酸性陽イオン交換樹脂には非水系のものおよび水系のものがあるが、どちらを使用してもよい。基体の種類によって、マクロポーラス型、ゲル型などがあるが、どちらを使用してもよい。強酸性陽イオン交換樹脂としては、該樹脂が有するスルホ基の対イオンがプロトンのものとナトリウムイオンのものが一般的に知られている。対イオンがナトリウムイオンのものを用いる場合には、塩酸、硫酸などのプロトン酸で前処理することにより、該ナトリウムイオンをプロトンに変換して用いる。対イオンがプロトンの樹脂の場合は、前処理なく使用できる。
強酸性陽イオン交換樹脂は、粉状であっても粒状であってもよいが、使用状態での摩擦による破壊を回避する観点から、粒状のものを用いることが、好ましい。粒状のものを用いる場合、平均粒子径に特に制限はないが、0.3~3mmが好ましく、0.5~1.5mmがより好ましい。0.3mm以上であれば、製品への混入が起こり難く、また、3mm以下であれば、アルカリ金属塩混合物の水溶液との接触面積を高く維持できるため、強酸性陽イオン交換樹脂の使用量を抑えることができる。
これらを満たすスチレンとジビニルベンゼン共重合体にスルホ基を導入してなる強酸性陽イオン交換樹脂としては、例えば、ローム アンド ハース社製のアンバーリスト15、アンバーリスト16、アンバーリスト31、アンバーリスト32、アンバーリスト35[以上、アンバーリスト(Amberlyst)は登録商標である。]、ダウ・ケミカル社製のダウエックス50W、ダウエックス88、ダウエックスG-26[以上、ダウエックス(Dowex)は登録商標である。]、三菱化学株式会社製のダイヤイオンSK104、ダイヤイオンSK1B、ダイヤイオンPK212、ダイヤイオンPK216、ダイヤイオンPK228[以上、ダイヤイオンは登録商標である。]などが挙げられる。
パーフルオロスルホン酸とテトラフルオロエチレンの共重合体としての強酸性陽イオン交換樹脂としては、例えば、デュポン社製のナフィオンSAC-13、ナフィオンNR-50[以上、ナフィオン(Nafion)は登録商標である。]などが挙げられる。
強酸性陽イオン交換樹脂としては、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
水溶液の流れを均一にする観点から、反応器は管状構造のものが好ましい。管径は特に制限されるわけではないが、強酸性陽イオン交換樹脂の交換作業を簡便にすることから、50~500mmであることが好ましい。反応器、つまり反応管の長さおよび数には特に制限はないが、反応器の製造費用および所望生産能力を達成するために必要な強酸性陽イオン交換樹脂などから適宜設定することが好ましい。
なお、層流は、固定床反応器に対して水溶液を反応器上部から供給するダウンフロー方式であってもよいし、反応器下部から供給するアップフロー方式であってもよい。
アルカリ金属塩混合物の水溶液の温度としては、10~120℃が好ましく、15~40℃がより好ましい。10℃以上であれば、イオン交換速度の低下がなく、強酸性陽イオン交換樹脂の使用量が増大するのを避けられる。また、120℃以下であれば、イオン交換樹脂の変形によって樹脂の細孔が閉塞されるのを抑制でき、ひいてはイオン交換率の低下を抑制できる。
強酸性陽イオン交換樹脂の使用量は、予め交換すべきアルカリ金属イオンの量から計算したイオン交換可能な理論量の1.5倍以上であることが好ましい。こうすることで、アルカリ金属塩混合物に含まれるアルカリ金属イオンの99モル%以上をプロトンに交換できる。さらに、高いイオン交換率を所望する場合には、繰り返し強酸性陽イオン交換樹脂と作用させてもよい。
アルカリ金属塩混合物の水溶液の流量に特に制限はないが、供給水溶液体積速度(m3/hr)を、強酸性陽イオン交換樹脂からなる樹脂層の体積(m3)で割った値としての液体時空間速度(LHSV)が5~30hr-1であるのが好ましく、10~20hr-1であるのがより好ましい。この範囲であれば、イオン交換効率が高い。
前記イオン交換工程で得たイオン交換混合物に含まれるスルホ基と同モル数以上の第3級アミンを作用させることによって対応するアンモニウム塩に誘導できる。
イオン交換混合物は水に溶解することが好ましく、留去する溶媒量を低減する観点から、イオン交換混合物を3~25質量%含む水溶液として用いることが好ましい。
第3級アミンの適量は、電位差滴定によって確認できる。過剰の第3級アミンを加えた場合には、過剰の第3級アミンを留去してもよい。
第3級アミンの使用量としては、イオン交換混合物に含まれるスルホ基に対して1~3倍モルが好ましく、1.1~2倍モルがより好ましく、1.1~1.5倍モルがさらに好ましい。
イオン交換混合物と第3級アミンを反応させて得られる溶液は、濃縮乾固することで固体の目的物を単離することもできれば、水の一部を留去することによって濃縮水溶液を取得することもできるし、そのままの状態であってもよい。
イオン交換混合物の水溶液に第3級アミンを直接加え、10~30℃で、0.5~3時間、十分に混合することによって、対応するアンモニウム塩への反応を十分に進められる。
第3級アミンとしては、例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリイソプロピルアミン、トリブチルアミン、トリイソブチルアミン、トリ-s-ブチルアミン、トリ-t-ブチルアミン、トリペンチルアミン、トリイソペンチルアミン、トリネオペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、トリオクチルアミン、トリフェニルアミン、トリベンジルアミン、N,N-ジメチルエチルアミン、N,N-ジメチルプロピルアミン、N,N-ジメチルイソプロピルアミン、N,N-ジメチルブチルアミン、N,N-ジメチルイソブチルアミン、N,N-ジメチル-s-ブチルアミン、N,N-ジメチル-t-ブチルアミン、N,N-ジメチルペンチルアミン、N,N-ジメチルイソペンチルアミン、N,N-ジメチルネオペンチルアミン、N,N-ジメチルヘキシルアミン、N,N-ジメチルヘプチルアミン、N,N-ジメチルオクチルアミン、N,N-ジメチルノニルアミン、N,N-ジメチルデシルアミン、N,N-ジメチルウンデシルアミン、N,N-ジメチルドデシルアミン、N,N-ジメチルフェニルアミン、N,N-ジメチルベンジルアミン、N,N-ジエチルモノメチルアミン、N,N-ジプロピルモノメチルアミン、N,N-ジイソプロピルモノメチルアミン、N,N-ジブチルモノメチルアミン、N,N-ジイソブチルモノメチルアミン、N,N-ジ-s-ブチルモノメチルアミン、N,N-ジ-t-ブチルモノメチルアミン、N,N-ジペンチルモノメチルアミン、N,N-ジイソペンチルモノメチルアミン、N,N-ジネオペンチルモノメチルアミン、N,N-ジヘキシルモノメチルアミン、N,N-ジヘプチルモノメチルアミン、N,N-ジオクチルモノメチルアミン、N,N-ジノニルモノメチルアミン、N,N-ジデシルモノメチルアミン、N,N-ジウンデシルモノメチルアミン、N,N-ジドデシルモノメチルアミン、N,N-ジフェニルモノメチルアミン、N,N-ジベンジルモノメチルアミン、N,N-ジプロピルモノメチルアミン、N,N-ジイソプロピルモノエチルアミン、N,N-ジブチルモノエチルアミン、N,N-ジイソブチルモノエチルアミン、N,N-ジ-s-ブチルモノエチルアミン、N,N-ジ-t-ブチルモノエチルアミン、N,N-ジペンチルモノエチルアミン、N,N-ジイソペンチルモノエチルアミン、N,N-ジネオペンチルモノエチルアミン、N,N-ジヘキシルモノエチルアミン、N,N-ジヘプチルモノエチルアミン、N,N-ジオクチルモノエチルアミン、N,N-ジノニルモノエチルアミン、N,N-ジデシルモノエチルアミン、N,N-ジウンデシルモノエチルアミン、N,N-ジドデシルモノエチルアミン、N,N-ジフェニルモノエチルアミン、N,N-ジベンジルモノエチルアミンまたはトリノニルアミンが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。
窒素1原子に結合する基の総炭素数は、好ましくは3~24、より好ましくは5~24、さらに好ましくは5~10、特に好ましくは5~7である。また、窒素1原子に結合する基としては、アルキル基、アリール基、アリール置換アルキル基が好ましく、アルキル基がより好ましい。
中でも、第3級アミンとしては、トリエチルアミン、N,N-ジメチルイソプロピルアミン、トリオクチルアミンが好ましく、入手容易性および製造コストも考慮すると、トリエチルアミン、N,N-ジメチルイソプロピルアミンがより好ましい。
なお、上記パラジウム化合物としては、例えば、ビス(t-ブチルイソニトリル)パラジウム(0)、ビス(t-アミルイソニトリル)パラジウム(0)、ビス(シクロヘキシルイソニトリル)パラジウム(0)、ビス(フェニルイソニトリル)パラジウム(0)、ビス(p-トリルイソニトリル)パラジウム(0)、ビス(2,6-ジメチルフェニルイソニトリル)パラジウム(0)、トリス(ジベンジリデンアセトン)二パラジウム(0)、(1,5-シクロオクタジエン)(無水マレイン酸)パラジウム(0)、ビス(ノルボルネン)(無水マレイン酸)パラジウム(0)、ビス(無水マレイン酸)(ノルボルネン)パラジウム(0)、(ジベンジリデンアセトン)(ビピリジル)パラジウム(0)、(p-ベンゾキノン)(o-フェナントロリン)パラジウム(0)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)、トリス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)、ビス(トリトリルホスフィン)パラジウム(0)、ビス(トリキシリルホスフィン)パラジウム(0)、ビス(トリメシチルホスフィン)パラジウム(0)、ビス(トリテトラメチルフェニル)パラジウム(0)、ビス(トリメチルメトキシフェニルホスフィン)パラジウム(0)などの0価パラジウム化合物;塩化パラジウム(II)、硝酸パラジウム(II)、テトラアンミンジクロロパラジウム(II)、ジナトリウムテトラクロロパラジウム(II)、酢酸パラジウム(II)、安息香酸パラジウム(II)、α-ピコリン酸パラジウム(II)、ビス(アセチルアセトン)パラジウム(II)、ビス(8-オキシキノリン)パラジウム(II)、ビス(アリル)パラジウム(II)、(η-アリル)(η-シクロペンタジエニル)パラジウム(II)、(η-シクロペンタジエニル)(1,5-シクロオクタジエン)パラジウム(II)テトラフルオロホウ酸塩、ビス(ベンゾニトリル)パラジウム(II)酢酸塩、ジ-μ-クロロ-ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)二パラジウム(II)、ビス(トリ-n-ブチルホスフィン)パラジウム(II)酢酸塩、2,2’-ビピリジルパラジウム(II)酢酸塩などの2価パラジウム化合物が好ましく挙げられる。
なお、上記25℃における誘電率が2~18の有機溶媒としては、例えば、n-ドデカン、シクロヘキサン、1,4-ジオキサン、ベンゼン、p-キシレン、m-キシレン、トルエン、ジブチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、プロパンニトリル、エチルフェニルエーテル、ジエチルエーテル、メチル-t-ブチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル、フルオロベンゼン、2-メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロフラン、2-ヘプタノン、4-メチル-2-ペンタノン、シクロペンタノン、2-ヘキサノン、2-ペンタノン、シクロヘキサノン、3-ペンタノン、アセトフェノンなどが挙げられる。なお、該有機溶媒の誘電率は、好ましくは3~10である。
水溶性トリアリールホスフィンに含まれるこれらの組成比(質量比)は、製造した水溶性トリアリールホスフィンが0.05mol/Lとなるように調製したジメチルスルホキシド-d6(以下、DMSO-d6と略する)溶液を核磁気共鳴装置「AVANCEIII 400USPlus」(ブルカー・バイオスピン株式会社製)を用いて測定してなる31Pのピーク面積から定量した。この場合の31Pのケミカルシフトは、リン酸が0.05mol/Lとなるように調製したDMSO-d6溶液のケミカルシフトを0ppmとした場合での305Kにおける値である。
また、水溶性トリアリールホスフィンの構造は、10mmol/Lとなるように調製した重水溶液を核磁気共鳴装置「AVANCEIII 600USPlus」(ブルカー・バイオスピン株式会社製)を用いて測定してなる31Pおよび1Hのケミカルシフトおよびピーク面積から構造を決定した。31Pのケミカルシフトは、リン酸が10mmol/Lとなるように調製した重水溶液のケミカルシフトを0ppmとした場合での300Kにおける値である。1Hのケミカルシフトは、トリメチルシリルプロパン酸-d4(以下、TSPと略する)が5mmol/Lとなるように調製した重水溶液のケミカルシフトを0ppmとした場合での300Kにおける値である。
ナトリウムイオンは、原子吸光分光光度計「AA-7000F」(株式会社島津製作所製)を用いて定量した。
目的物の精製操作には、高速液体クロマトグラフシステム(日本ウォーターズ株式会社製、デルタ600マルチソルベントシステム、2998フォトダイオードアレイ検出器、カラムヒーター、クロマトグラフィーデータソフトウェアEmpower1)を用いた。なお、逆相クロマトグラフィーカラムとして東ソー株式会社製の「TSKgel ODS-80Ts」(粒子径5μm、内径20mm、長さ250mm)を用いた。
[実施例1]
ビス(6-メチル-3-スルホフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィンの製造
スルホン化反応は回分式で実施した。温度計、攪拌装置およびジャケットを備えたグラスライニングした50L反応器を用いた。濃度97.4質量%の濃硫酸9.84kgを反応器に内在させ攪拌しながら16℃に冷却した。続けて、30℃以下を維持するようにトリス(2-メチルフェニル)ホスフィン(以下、TOTPと略する)10.91kg(35.84mol)を1時間かけて投入した。その後、液温が30~40℃の範囲となるように制御しつつ三酸化硫黄28質量%を含む発煙硫酸37.60kg(三酸化硫黄として131.50mol)を3時間かけて加えた。続けて、濃度97.4質量%の濃硫酸1kgで発煙硫酸の流路を洗浄した。液温20~30℃において4時間反応した。
一方、温度計、攪拌装置およびジャケットを備えたグラスライニングした200L反応器にイオン交換水70kgを内在させ、先のスルホン化反応液全量を1時間かけて移送した。さらに、スルホン化反応液の流路をイオン交換水10kgで洗浄して先の希釈液に加えた。なお、液温が20~40℃の範囲となるように制御した。これにより、希釈スルホン化反応液137.80kgを取得した。
中和液を35~65℃、80~100kPaの範囲に存在せしめ、4.5時間かけて濃縮し、水37kgを留去した。濃縮物に対してメタノール45kgを加え40℃で1時間攪拌した。さらに、40~55℃、4~55kPaの範囲に存在せしめ、2.4時間かけて濃縮し、メタノール45kgを留去した。濃縮物に対してメタノール147kgを加え40~60℃で1時間攪拌した。その後、30℃以下になるまで冷却した。
当該メタノール溶液を、高純度珪藻土濾過助剤としてのアドヴァンスト ミネラルズ コーポレーション社製「セルピュア(登録商標)S1000」を5kg内在するSUS304製加圧濾過器に通じ、濾液を取得した。さらに、濾過助剤をメタノール30kgで洗浄し、その濾液を先の濾液に合わせた。
温度計、攪拌装置、およびジャケットを備えたグラスライニングした100L反応器に先に取得したメタノール溶液を全量仕込み、40~55℃、4~55kPaの範囲に存在せしめ、18時間かけて濃縮乾固することで、白色固体(以下、取得物1と略する)を3.56kg取得した。
ビス(6-メチル-3-スルホフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィンの精製
逆相クロマトグラフィーカラムを備えた高速液体クロマトグラフシステムを用い、カラムオーブン温度を40℃に制御した状態で、水70質量%とアセトニトリル30質量%からなる混合液を移動相として5.0mL/分で通じた。
実施例1の取得物2を1質量%含む水溶液1gを調製し、これを注入した。フォトダイオードアレイ検出器を275nmに設定し、保持時間17.5~20.0分の留出液を回収した。この作業を10回繰り返した。集めた留出液を35~70℃、4~56kPaの範囲で濃縮乾固することにより白色固体としてビス(6-メチル-3-スルホフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィンを55.5mg取得した。
ビス(6-メチル-3-スルホナトフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィン二トリエチルアンモニウム塩の製造
実施例1の取得物2を10質量%含む水溶液500gを調製した。なお、本水溶液には、取得物2が50.0g、リン原子として106.3mmol、スルホ基が221.4mmol、含まれている。この取得物2の水溶液を温度計、攪拌装置、滴下ロートおよび窒素ガスラインを備えた内容量1Lの三つ口フラスコに存在せしめ、滴下ロートよりトリエチルアミン24.6g(243.5mmol)を加え、20~30℃の範囲で1時間かけて攪拌して反応した。
その後、反応液を35~70℃、4~56kPaの範囲で濃縮乾固することで、白色固体(以下、取得物3と略する)を68.2g取得した。
ビス(6-メチル-3-スルホナトフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィン二トリエチルアンモニウム塩の精製
実施例3の取得物3を50質量%含む水溶液100gを調製した。なお、本水溶液には、取得物3が50.0g、リン原子として73.5mmol含まれている。この取得物3の水溶液を温度計、攪拌装置、滴下ロートおよび窒素ガスラインを備えた内容量300Lの三つ口フラスコに存在せしめた。取得物3の水溶液に対し、2-ブタノン100gを加え30分攪拌後、30分間静置し、2-ブタノン相を除去するという操作を3回繰り返した。得られた水相を35~70℃、4~56kPaの範囲で濃縮乾固することで、白色固体を41.7g取得した。
ビス(6-メチル-3-スルホナトフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィン二トリ-n-オクチルアンモニウム塩の製造
実施例3においてトリエチルアミンの代わりにトリ-n-オクチルアミン86.1g(243.5mmol)を用いる以外は同様の操作をし、淡橙色高粘性液体123.0gを取得した。
ビス(6-メチル-3-スルホナトフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィン二ジメチルイソプロピルアンモニウム塩の製造
実施例3においてトリエチルアミンの代わりにN,N-ジメチルイソプロピルアミン21.2g(243.5mmol)を用いる以外は同様の操作をし、白色固体67.5gを取得した。
以下、参考例により、本発明の水溶性トリアリールホスフィンがテロメリ化反応に有用であることを示す。なお、本発明はかかる参考例により何ら限定されるものではない。
また、テロメリ化反応液またはパラジウム触媒を含む水相に含まれる第3級アミン、2,7-オクタジエン-1-オールなどの有機物は、下記測定条件におけるガスクロマトグラフィーにより分析し、定量した。
(ガスクロマトグラフィー分析条件)
装置 :GC-14A(株式会社島津製作所製)
使用カラム:G-300(内径1.2mm×長さ20m、膜厚2μm)、
(財)化学物質評価研究機構製
分析条件 :注入口温度220℃、検出器温度220℃
サンプル注入量:0.4μL
キャリアガス:ヘリウム(260kPa)を10mL/分で通じる
カラム温度:60℃で5分保持→10℃/分で昇温→220℃で9分保持
検出器 :水素炎イオン化検出器(FID)
テロメリ化反応は回分式で実施した。反応容器としては、パラジウム触媒圧送用96mLガラス製耐圧容器、溶媒圧送用96mLガラス製耐圧容器、およびサンプリング口を備えたSUS316製電磁誘導攪拌装置付き3Lオートクレーブを反応器として用いた。なお、反応は攪拌回転数500rpmで実施しており、この時の反応成績は1,000rpmのものと差異がなかったことから、十分な攪拌状態を達成できている。
なお、触媒調製時の3価リン原子とパラジウム原子の比は5.01であり、テロメリ化反応において、ブタジエン1molに対するパラジウム原子は0.198mmolであり、水に対するトリエチルアミンの質量比は1.55であり、水に対するブタジエンと2,7-オクタジエン-1-オールからなる質量比は4.12であった。
所定時間反応後のテロメリ化反応液について、ガスクロマトグラフィー分析によって、生成物の定量を行った。
なお、テロメリ化反応液に対するジエチルエーテルの質量比は0.84であった。
参考例1において、実施例3で得られたリン化合物の代わりに実施例4で得られたリン化合物1.457g(3価リン原子として2.115mmol)を用いる以外同様の操作をした。なお、触媒調製時の3価リン原子とパラジウム原子の比は5.01であった。
反応8時間後のブタジエン転化率は80.2%であり、2,7-オクタジエン-1-オールへの選択率は92.7%であり、1,7-オクタジエン-3-オールへの選択率は3.1%であり、オクタトリエン類への選択率は2.5%であり、高沸点生成物への選択率は1.7%であった。なお、4-ビニルシクロヘキセンへの選択率は0.01%以下であった。
水相へのパラジウム原子の回収率は88.9%であり、リン原子の回収率は84.6%であり、トリエチルアミンの回収率は70.8%であった。なお、水相へのジエチルエーテルの混入は0.1質量%以下であった。
参考例1において実施例3で得られたリン化合物の代わりに実施例5で得られたリン化合物2.545g(3価リン原子として2.113mmol)を用いる以外同様の操作をした。なお、触媒調製時の3価リン原子とパラジウム原子の比は5.01であった。
反応6時間後のブタジエン転化率は74.4%であり、2,7-オクタジエン-1-オールへの選択率は93.1%であり、1,7-オクタジエン-3-オールへの選択率は3.1%であり、オクタトリエン類への選択率は2.7%であり、高沸点生成物への選択率は1.1%であった。なお、4-ビニルシクロヘキセンへの選択率は0.01%以下であった。
水相へのパラジウム原子の回収率は86.9%であり、リン原子の回収率は76.8%であり、トリエチルアミンの回収率は76.9%であった。なお、水相へのジエチルエーテルの混入は0.1質量%以下であった。
参考例1において、実施例3で得られたリン化合物の代わりにジフェニル(3-スルホナトフェニル)ホスフィントリエチルアンモニウム塩(但し、酸化物を4.40mol%含有している。)2.120g(3価リン原子として2.120mmol)を用いる以外同様の操作をした。なお、触媒調製時の3価リン原子とパラジウム原子の比は5.02であった。
反応4時間後のブタジエン転化率は77.6%であり、2,7-オクタジエン-1-オールへの選択率は88.2%であり、1,7-オクタジエン-3-オールへの選択率は5.1%であり、オクタトリエン類への選択率は5.1%であり、高沸点生成物への選択率は1.6%であった。なお、4-ビニルシクロヘキセンへの選択率は0.01%以下であった。
水相へのパラジウム原子の回収率は28.2%であり、リン原子の回収率は48.8%であり、トリエチルアミンの回収率は65.5%であった。なお、水相へのジエチルエーテルの混入は0.1質量%以下であった。
参考例1において、実施例3で得られたリン化合物の代わりにジフェニル(6-メチル-3-スルホナトフェニル)ホスフィントリエチルアンモニウム塩(但し、酸化物を4.58mol%含有している。)1.015g(3価リン原子として2.113mmol)を用いる以外同様の操作をした。なお、触媒調製時の3価リン原子とパラジウム原子の比は5.01であった。
反応4時間後のブタジエン転化率は85.0%であり、2,7-オクタジエン-1-オールへの選択率は88.8%であり、1,7-オクタジエン-3-オールへの選択率は5.0%であり、オクタトリエン類への選択率は4.4%であり、高沸点生成物への選択率は1.8%であった。なお、4-ビニルシクロヘキセンへの選択率は0.01%以下であった。
水相へのパラジウム原子の回収率は12.0%であり、リン原子の回収率は28.3%であり、トリエチルアミンの回収率は76.5%であった。なお、水相へのジエチルエーテルの混入は0.1質量%以下であった。
また、実施例2によれば、カラムクロマトグラフィーによって、ビス(6-メチル-3-スルホフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィンを単離精製できることが明らかである。
実施例3、5および6によれば、ビス(6-メチル-3-スルホフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィンと窒素1原子に結合する基の総炭素数が3~27の第3級アミンを反応させることにより、ビス(6-メチル-3-スルホナトフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィン二アンモニウム塩を高い収率で取得できることが明らかである。
実施例4によれば、ビス(6-メチル-3-スルホナトフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィン二アンモニウム塩は、ケトン溶媒などでの洗浄によって、その純度を向上できることが明らかである。
参考例1~5から、本発明によって提供されるビス(6-メチル-3-スルホナトフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィン二アンモニウム塩が、その他の水溶性トリアリールホスフィンに比べて、テロメリ化反応において高選択率を得ることができ、かつパラジウム触媒の回収率も高いため、工業的なテロメリ化反応の実施に有用であることが明らかである。
Claims (7)
- ビス(6-メチル-3-スルホフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィン。
- 請求項1に記載のビス(6-メチル-3-スルホフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィンと、窒素1原子に結合する基の総炭素数が3~27の第3級アミンとを反応して得られる、ビス(6-メチル-3-スルホナトフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィン二アンモニウム塩。
- 前記第3級アミンが、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリイソプロピルアミン、トリブチルアミン、トリイソブチルアミン、トリ-s-ブチルアミン、トリ-t-ブチルアミン、トリペンチルアミン、トリイソペンチルアミン、トリネオペンチルアミン、トリヘキシルアミン、トリヘプチルアミン、トリオクチルアミン、トリフェニルアミン、トリベンジルアミン、N,N-ジメチルエチルアミン、N,N-ジメチルプロピルアミン、N,N-ジメチルイソプロピルアミン、N,N-ジメチルブチルアミン、N,N-ジメチルイソブチルアミン、N,N-ジメチル-s-ブチルアミン、N,N-ジメチル-t-ブチルアミン、N,N-ジメチルペンチルアミン、N,N-ジメチルイソペンチルアミン、N,N-ジメチルネオペンチルアミン、N,N-ジメチルヘキシルアミン、N,N-ジメチルヘプチルアミン、N,N-ジメチルオクチルアミン、N,N-ジメチルノニルアミン、N,N-ジメチルデシルアミン、N,N-ジメチルウンデシルアミン、N,N-ジメチルドデシルアミン、N,N-ジメチルフェニルアミン、N,N-ジメチルベンジルアミン、N,N-ジエチルモノメチルアミン、N,N-ジプロピルモノメチルアミン、N,N-ジイソプロピルモノメチルアミン、N,N-ジブチルモノメチルアミン、N,N-ジイソブチルモノメチルアミン、N,N-ジ-s-ブチルモノメチルアミン、N,N-ジ-t-ブチルモノメチルアミン、N,N-ジペンチルモノメチルアミン、N,N-ジイソペンチルモノメチルアミン、N,N-ジネオペンチルモノメチルアミン、N,N-ジヘキシルモノメチルアミン、N,N-ジヘプチルモノメチルアミン、N,N-ジオクチルモノメチルアミン、N,N-ジノニルモノメチルアミン、N,N-ジデシルモノメチルアミン、N,N-ジウンデシルモノメチルアミン、N,N-ジドデシルモノメチルアミン、N,N-ジフェニルモノメチルアミン、N,N-ジベンジルモノメチルアミン、N,N-ジプロピルモノメチルアミン、N,N-ジイソプロピルモノエチルアミン、N,N-ジブチルモノエチルアミン、N,N-ジイソブチルモノエチルアミン、N,N-ジ-s-ブチルモノエチルアミン、N,N-ジ-t-ブチルモノエチルアミン、N,N-ジペンチルモノエチルアミン、N,N-ジイソペンチルモノエチルアミン、N,N-ジネオペンチルモノエチルアミン、N,N-ジヘキシルモノエチルアミン、N,N-ジヘプチルモノエチルアミン、N,N-ジオクチルモノエチルアミン、N,N-ジノニルモノエチルアミン、N,N-ジデシルモノエチルアミン、N,N-ジウンデシルモノエチルアミン、N,N-ジドデシルモノエチルアミン、N,N-ジフェニルモノエチルアミン、N,N-ジベンジルモノエチルアミンまたはトリノニルアミンである、請求項2に記載のビス(6-メチル-3-スルホナトフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィン二アンモニウム塩。
- ビス(2-メチルフェニル)(6-メチル-3-スルホフェニル)ホスフィン5モル%以下、ビス(6-メチル-3-スルホフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィンが80モル%以上、トリス(6-メチル-3-スルホフェニル)ホスフィン15モル%以下からなる混合物。
- 請求項4に記載の混合物と、窒素1原子に結合する基の総炭素数が3~27の第3級アミンを反応させてなる、ビス(6-メチル-3-スルホナトフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィン二アンモニウム塩を80モル%以上含有する混合物。
- 濃硫酸の存在下、トリス(2-メチルフェニル)ホスフィン1モルに対して三酸化硫黄2.5~4.5モルを反応させてなるスルホン化反応液を得、得られたスルホン化反応液を水で希釈して希釈液を得る工程、
該希釈液をアルカリ金属水酸化物で中和する工程、
前記中和工程にて得られた水溶液を強酸性陽イオン交換樹脂と接触させる工程、
を有する、ビス(6-メチル-3-スルホフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィンの製造方法。 - ビス(6-メチル-3-スルホフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィンと、窒素1原子に結合する基の総炭素数が3~27の第3級アミンとを反応させることによる、ビス(6-メチル-3-スルホナトフェニル)(2-メチルフェニル)ホスフィン二アンモニウム塩の製造方法。
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