JPH11315076A - 大環状エステルの製造法 - Google Patents
大環状エステルの製造法Info
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Abstract
の環化による一般式I: 【化1】 で示される大環状エステルの製造法。 【解決手段】 大環状エステルIは、ジカルボン酸−ビ
ス(グリコール)エステルII(a)、エステル(b)
並びに一般式VI:HO-(CH2)n-OHで示されるグリ
コール(c)及び不活性の高沸点反応媒体(d)を、触
媒(e)の存在下で、大きな表面積を有する蒸発器中で
加熱し、これによって、グリコールの分離下に、グリコ
ールIVと一緒に留去し、かつ凝縮によって取得され
る。 【効果】 大環状エステルIが理論値の>90%の収率
で得られる。
Description
ジカルボン酸−ビス(グリコール)エステルの環化によ
って一般式I:
し、nは、2〜6の整数を表す〕で示される有利に12
〜20員の大環状エステルを製造するための方法に関す
るものである。
モノマー成分のブラシル酸及びエチレングリコールから
形成された環状エチレンブラシレートは、香料工業にお
いて、アンバーノート又はムスクノートを有する匂い成
分としてか又は匂い物質混合物中での保留剤として特に
重要である。
テルに相応するジカルボン酸の環化解重合によって大環
状エステルを取得することは公知である。通常、解重合
は、高い温度及び減圧下で実施されるので、この場合に
形成された目的生成物は留去され、かつ凝縮によって取
得することができる。環化解重合は、例えば、J. Am.Ch
em. Soc. 57(1935)、924〜34頁及び米国
特許第4175321号中に記載されている。
製造の際に、不活性の高沸点反応媒体を一緒に使用する
ことが有利であることは、米国特許第4709058
号、特公昭55−120581号公報及びドイツ連邦共
和国特許第3225341号から公知である。それぞれ
の環化解重合の際の本質的な問題は、反応条件下で、末
端カルボキシル基を有するオリゴマー又はポリマーが、
末端ヒドロキシル基を有する別のオリゴマー又はポリマ
ーと、水の分離下に重縮合するか又は末端ヒドロキシア
ルキル基を有するオリゴマー又はポリマーが、グリコー
ル分離下に重縮合することによって、高分子量のエステ
ルも形成されることがあるということである。従って、
大環状モノマーの目的生成物の望ましい分子内構造は、
反応の不活発な高分子量エステルの望ましくない分子内
構造を伴っている。これはしかし、目的生成物の収量を
少なくするばかりでなく、著しい処理技術的問題を提起
する。
は、一般に、バッチ法によるか又は半連続的に実施され
る。これは、小さな規模での合成の際、例えば実験室規
模又は工業学校規模では全く問題ない。しかしながら、
工業的規模でこの方法を転用するには問題があり、この
場合、殊に攪拌釜中でのバッチ法又は連続的な反応の実
施には著しい欠点がある。つまり、形成された高分子量
の生成物によって、反応混合物の熱伝導性が低下し、他
方では同時に粘度が増大してしまう。これによって、モ
ノマーの目的生成物の留去が困難になるし、このこと
が、高分子量の生成物の形成を更に助長してしまう。従
って、その量が増大し、これによって、廃棄物処理しな
ければならないサンプ生成物が大量に発生する。反応が
適切な時期に打ち切られない場合には、更に、反応釜の
全内容物の凝固もあり得る。
れるエネルギー料を反応釜の中に導入し、同時に、目的
生成物並びに強制的に目的生成物と一緒に留去するべ
き、形成されかつ付加的に導入されてもよいグリコール
にできるだけ大きな蒸発面積を提供することは技術的に
簡単ではない。
7653.7号によれば、特殊な水平薄層蒸発器の使用
によって顧慮されているが、しかしこれは、>300℃
の極めて高い温度及び実際には希薄にされていない高分
子量の使用生成物で運転されなければならないし、高分
子量の生成物の形成による問題が特に重大であることが
ある。
前記の問題を解決するという課題が課されている。
法によって、簡単で、有利にかつ技術的に容易に実現可
能な方法で解決される。本発明の対象は、一般式II: HO-(CH2)n-O-CO-(CH2)m-CO-O-(CH2)n-OH 〔式中、m及びnは、上記の意味を有する〕で示される
ジカルボン酸−ビス(グリコール)エステルの環化によ
って、この場合、ジカルボン酸−ビス(グリコール)エ
ステルII(a)、場合により、エステルIIに対して
100重量%までの、成分の点でエステルIIに相応す
る一般式III: H[O-(CH2)n-O-CO-(CH2)m-CO]x-O-(CH2)n-OH、 式IV:H[O-(CH2)n-O-CO-(CH2)m-CO]x-OH及び/又は 式V:HO-CO-(CH2)m-CO-[O-(CH2)n-O-CO-(CH2)m-CO]x-OH 〔上記式中、m及びnは、式IにIIの意味を有し、x
は、>1の整数、有利に2〜10を表す〕で示されるエ
ステル(b)並びにエステルII及びエステルIII〜
Vのジカルボン酸成分に対して1〜50倍、有利に2〜
20倍のモル量での一般式VI:HO-(CH2)n-OH
〔式中、nは、式I〜Vの場合と同じ数値である〕で示
されるグリコール(c)及びエステルII〜Vの重量の
合計に対して0.1〜20倍、有利に1〜15倍、殊に
2〜10倍の重量での不活性の高沸点反応媒体(d)
を、触媒(e)の存在下で、大きな表面積を有する蒸発
器中で、約0.1〜約500ミリバール、有利に0.5
〜100ミリバールの減圧で150〜350℃、有利に
180〜300℃、殊に200〜280℃の温度にまで
加熱し、これによって、グリコールの分離下に、グリコ
ールIVと一緒に留去し、かつ凝縮によって取得される
大環状エステルIを生じさせる、一般式I:
し、nは、2〜6の整数を表す〕で示される有利に12
〜20員の大環状エステルの製造法である。
合、エステル交換平衡をジカルボン酸ビス−(グリコー
ル)エステルIIに向かって移動させ、即ち、環化反応
を防ぐ過剰量のグリコールIVの存在にもかかわらず、
理論値の>90%の大環状エステルIの収率が得られ
る。
されるが、この場合、まず、触媒及び未反応のエステル
II〜Vを含有する不活性の高沸点媒体を循環させてい
る。有利に、この連続的方法は、触媒及び場合によりエ
ステルIII〜Vを含有する、相応するグリコール中で
のジカルボン酸−ビス(グリコール)エステルIIの溶
液を、返送した不活性の高沸点媒体中に入れ、かつ生じ
た混合物を、反応帯域でもある蒸発帯域中に導入し、そ
こから、形成された大環状エステルI及びグリコールV
Iを留去するように実施される。エダクト、即ち、エス
テルII〜Vを、1回だけの通過で十分に反応させてい
る。従って、最適の方法の場合、通常、不活性の高沸点
媒体に対してエダクト1〜10重量%のみが残留し、蒸
発せずに返送され、かつ富化後に新鮮なエダクト及びグ
リコールと一緒に蒸発帯域の中に返送される。大きな表
面積を有する蒸発器中での滞留時間は、1回の通過当た
り、有利に0.5〜10分間である。該滞留時間は、循
環させるポンプの性能によって調節される。静止状態の
達成後に、100%までのエダクトが目的生成物Iに変
換されている。従って、開始段階及び静止状態を含むよ
り長い生産活動時間の過程で、活動時間の長さに応じ
て、95%を遙かに上回る使用生成物が目的生成物Iに
変えられる。
リコール(又はジオール)に由来するものである。適当
なジカルボン酸は、例えばカルボキシル基の間に炭素原
子2〜20個、有利に4〜12個を有している。これに
ついての例は、就中、コハク酸、アジピン酸、コルク
酸、セバシン酸(1,10−デカンジ酸)、1,12−
ドデカンジ酸及びブラシル酸(1,3−トリデカンジ
酸)である。例えばヒドロキシル基の間に炭素原子2〜
12個を有していてもよい適当なジオールのなかでは、
例えばエチレングリコール、エチレンジグリコール、
1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、
1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール
及び1,12−ドデカンジオールがあげられる。
る方法の実施に適するグリコール溶液は、例えば通常の
エステル化触媒もしくはエステル交換触媒の使用下に、
グリコールVIを用いるジカルボン酸の直接エステル化
によって、低分子量脂肪アルコールに分離下でのグリコ
ールVIを用いる炭素原子1〜6個を有する低分子量脂
肪アルコールのジカルボン酸ジアルキルエステルのエス
テル交換によって又は過剰量のグリコールVIを用い
る、xが例えば>10である式III〜Vの高分子量エ
ステルの解重合によって製造することができる。従っ
て、最後の解重合の場合には、高分子量のエステル(X
>10)が、モノマーのエステルIIと高分子量のエス
テルIII(X=2〜10)とからなる混合物に分解す
る(遊離カルボキシル基を有する高分子量のエステルI
V及びVの発生は、グリコール過剰量のために有利では
ない)。全ての場合に、増大していく過剰量のグリコー
ルVIを用いるジカルボン酸−ビス(グリコール)エス
テルIIの形成は有利である。実際にはエステルIII
を含有していないエステルIIのグリコール溶液は、例
えばジカルボン酸1モル当たり200モルを上回る極め
て大きなモル過剰量のグリコールVIを用いてのみ製造
することができる。実際には、常にエステルII及びエ
ステルIIIが並存している。例えばエステルII並び
にIII〜Vの溶液を良好な結果を伴って使用すること
ができるが、その際、エステルIIは、エステルII及
びIII〜Vの合計に対して70〜95重量%の量で存
在している。かかる溶液は、エステルII及びIII〜
V中でジカルボン酸成分1モル当たりジグリコール5〜
20モルを用いて作業する場合に生じる。
溶液を前記のようにして製造する場合、この溶液は、通
常、必要とされる量のグリコールVIを含有している。
これが、該当しないか又は最適化のためにそれ自体十分
な量を更に増大させなければならない場合には、更にグ
リコールが添加される。最適化は、例えば、エステルI
I及びIII〜Vのグリコール溶液の製造の際に、高い
空時収量のために、環化反応にとって好ましいよりも少
ない量のグリコールを使用した場合に行うことができ
る。有利に、グリコールは、エステルII及びIII〜
Vのジカルボン酸に対して2〜20倍のモル量で存在し
ている。
溶液の製造並びに本発明による環化反応のために使用可
能な触媒としては、通常の酸性もしくは塩基性のエステ
ル化触媒を使用することができるが、これは、周知のよ
うに同時にエステル交換触媒でもある。適当な触媒は、
例えば処理条件下で十分に安定性の酸、例えば硫酸、硫
酸水素ナトリウム、燐酸及びスルホン酸;更にアルカリ
金属及びアルカリアルコラート;並びにマグネシウム化
合物、マンガン化合物、カドミウム化合物、鉄化合物、
コバルト化合物、錫化合物、鉛化合物、アルミニウム化
合物及びチタン化合物である。有利に、ルイス酸のタイ
プの均一に溶解した触媒が使用される。また、同時に係
属するドイツ連邦共和国特許明細書19808845.
0中に記載された鉄(III)錯体を、有利に、本発明
のための触媒として使用することもできる。
の製造のために使用した触媒は、前記のように本発明に
よる環化反応も同時に使用可能な触媒であるので、一般
に、同様に溶液中に残留している。これは、特に触媒が
均一に溶解している場合に当てはまる。勿論、付加的に
か又は前記触媒の代わりに不活性の高沸点反応媒体を入
れることもできる。本発明による方法を連続的に実施す
る場合には、すでに触媒を含有している返送された不活
性の高沸点媒体に、更に触媒を添加してもよい。
ール)エステルIIもしくはエステルIII〜V中のジ
カルボン酸成分1モル当たり、触媒0.01〜10重量
%が存在している場合に、好ましいことが判明した。こ
の方法を連続的に実施する場合には、蒸発帯域中の望ま
しい触媒濃度を不活性の高沸点媒体の循環速度によって
調節することができる。高速の循環速度の場合、蒸発帯
域中に高濃度の触媒を準備することができるが、相応す
る大量の触媒をエダクトII及びIII〜Vのグリコー
ル溶液と一緒に供給する必要はない。これは、連続的な
実施態様における本発明による1つの利点である。
に>400℃で沸騰する媒体は、例えばポリアルキレン
グリコールジアルキルエーテルである。詳細には、例え
ば以下のものがあげられる:ポリエチレングリコールジ
メチルエーテル(PEG DME)1000、2000又は5
000;ポリエチレングリコールジエチルエーテル(PE
G DEE)1000、2000、5000;相応する又は
類似のポリプロピレングリコールジメチルエーテル又は
ポリプロピレングリコールジエチルエーテル並びにブロ
ック構造又はランダムな分布を有する混合したポリエチ
レンプロピレングリコールのジメチルエーテル又はジエ
チルエーテル。数字は、分子量を表す。
ジカルボン酸成分II対する特定のモル量のグリコール
の存在とともに、エステルII及びIII〜Vの重量の
合計に対する不活性の高沸点媒体の重量も本発明の本質
的な特徴である。前記方法の結果として、1回だけの通
過で、エステルII及びIII〜Vの大環状エステルI
への十分な変換が達成されるので、この方法の連続的な
実施の場合には、循環させられた反応媒体中に、非揮発
性で高分子又は高分子量の生成物の富化はほとんど起こ
らない。この場合、不活性の高沸点媒体の必要量は、単
位時間で供給されたエステルII及びIII〜V並びに
グリコールVIの量だけでなく、蒸発帯域中の最適な滞
留時間に左右されるが、これは、就中、装置的挙動、殊
に蒸発器の種類及びポンプの回転効率並びに蒸発帯域中
の温度に依存している。いずれにせよ、重要なパラメー
タは、蒸発帯域中で、エステルII及びIII〜Vの重
量の合計に対して、不活性の高沸点媒体が、0.1〜2
0倍、有利に1〜15倍、殊に2〜10倍の重量で存在
しているように互いに調整しなければならない。より大
きな希釈度、即ち、20倍を上回る量の不活性の高沸点
媒体は、経済的な利点をもたらすものではないが、しか
し、反応過程にとっては欠点でもない。
積を有する全ての通常の蒸発器、例えば薄層蒸発器、流
下薄膜型蒸発器、細流薄膜型蒸発器、短管型蒸発器が適
している。必要な熱量は、前記の場合には、有利に蒸発
器を介して直接もたらされる。不活性の高沸点媒体の循
環流が熱交換器を介して導かれる場合には、反応は、細
流床反応器中で行うこともできる。別の適当な変法は、
固定床触媒を有する攪拌反応器であるが、これは、大き
な面積を有する通常の蒸発器と循環管を介して接続して
いる。最終的に、予熱されたエダクトII〜V及びグリ
コールVI並びに触媒を含有する高沸点反応媒体を、加
熱された不活性担体ガスが流れ、大環状エステルI並び
に過剰量のグリコールVIを搬出しており、他方で、高
沸点反応媒体が蒸発器から液状になり流出する蒸発器の
中に噴霧することもできる。適当な蒸発器中には、エダ
クトII〜V、グリコールVI、触媒及び反応の進行後
には大環状エステルIも含有している高沸点反応媒体
が、厚さ2cm未満、有利に厚さ0.5cm未満の薄層
中又は液滴形で存在しており、従って、蒸発を促進する
大きな比表面積を提供している。これに応じて、生成物
へのエダクトの変換を実行する高沸点反応媒体の滞留時
間は短い。従って、大面積の蒸発器は、それぞれの大環
状エステルに適した反応温度で、5分未満、有利に2分
未満の滞留時間内で、エダクトの少なくとも80%、有
利に少なくとも90%の変換率が可能である。その上更
に多くの場合、滞留時間は、秒単位である。蒸留液は、
全ての場合に2つの相に分離するが、この場合、大環状
エステルIは、上側の相であり、グリコールVIは下側
の相である。
る蒸発器中で、前記の条件下で、モル過剰量でのグリコ
ールの存在が本発明による方法の重要な特徴であるが、
グリコールが、反応混合物中に存在する全ての成分のも
っとも低い沸点を有する物質として、特に迅速に反応混
合物から分離されるので、極めて良好に達成されること
は驚異的なことである。
本発明による方法は、それ自体驚異的なことに、モノマ
ーのエステルIIとともに、著量の高分子量のエステル
III〜Vが存在している場合に、なおも高くほとんど
定量的な収量を生じている。しかし、より長い時間の後
に、循環させられた不活性の高沸点媒体中に、高分子量
のエステルが集まることになる場合に、これらを、グリ
コール供給量の短時間の増大によって大環状エステルI
に変換することができる。また、高分子又は高分子量の
エステルを添加した不活性の高沸点媒体の一部分量を、
エステルII及びIIIのグリコール溶液の製造の際に
使用するかまたは併用することもできる。この場合に
も、エステルII及びIII〜Vへの分解が行われてい
る。
モノ−Na−塩0.12重量%を含有するm=11及び
n=2の一般式IIのジカルボン酸ビスグリコールエス
テル(ブラシル酸−ビス−ヒドロキシエチルエステル)
Xkg/hを、エチレングリコールYkg/hと一緒
に、ポリエチレングリコール(2000)ジメチルエー
テルが高沸点媒体として存在している反応器中に導入す
る。この反応器は、約1.5m2の表面積を有する加熱
された薄層蒸発器及び熱循環路中に接続された50lの
容量を有するサンプ装置並びに流下薄膜型蒸発器の塔頂
部への返送管からなるものであり、入口側に熱交換器を
備えている。この薄層蒸発器は、圧力pで運転する。蒸
発器の入口での流入物温度は、Tmaxであり、蒸発器の
温度は、出口で測定し、Tvとする。薄層蒸発器のロー
タを回転数Uで運転する。
デンサへ導かれている。凝縮物は、分離容器が後接続さ
れている装置の中に達する。分離容器から、上側相とし
て、エチレンブラシレートが約7重量%のエチレングリ
コールと一緒に取出される。これから、簡単な蒸留によ
って純粋なエチレンブラシレートが取得される。下側相
は、エチレンブラシレートの痕跡量を含有しているエチ
レングリコールからなる。これは、新鮮なエチレングリ
コールと一緒にこの方法に返送される。
下の表から明らかである。
Claims (18)
- 【請求項1】 一般式I: 【化1】 〔式中、mは、6〜14の整数の意味を有し、nは、2
〜6の整数を表す〕で示される大環状エステルを一般式
II: HO-(CH2)n-O-CO-(CH2)m-CO-O-(CH2)n-OH 〔式中、m及びnは、上記の意味を有する〕で示される
ジカルボン酸−ビス(グリコール)エステルの環化によ
って製造するための方法において、ジカルボン酸−ビス
(グリコール)エステルII(a)、場合により、エス
テルIIに対して100重量%までの、成分の点でエス
テルIIに相応する一般式III: H[O-(CH2)n-O-CO-(CH2)m-CO]x-O-(CH2)n-OH、 式IV:H[O-(CH2)n-O-CO-(CH2)m-CO]x-OH及び/又は 式V:HO-CO-(CH2)m-CO-[O-(CH2)n-O-CO-(CH2)m-CO]x-OH 〔上記式中、m及びnは、前記の意味を有し、xは、>
1の整数を表す〕で示されるエステル(b)並びにエス
テルII及びエステルIII〜Vのジカルボン酸成分に
対して1〜50倍のモル量での一般式VI:HO-(CH
2)n-OH〔式中、nは、式I〜Vの場合と同じ数値であ
る〕で示されるグリコール(c)及びエステルII及び
III〜Vの重量の合計に対して0.1〜20倍の重量
での不活性の高沸点反応媒体(d)を、触媒(e)の存
在下で、大きな表面積を有する蒸発器中で、約0.1〜
約500ミリバールの減圧で150〜350℃の温度に
まで加熱し、これによって、グリコールの分離下に、グ
リコールIVと一緒に留去し、かつ凝縮によって取得さ
れる大環状エステルIを生じさせることを特徴とする、
大環状エステルの製造法。 - 【請求項2】 処理を連続的に実施するが、この場合、
触媒及び未反応のエステルII及びIIIを含有する不
活性の高沸点媒体を循環させ、かつ循環過程に、新鮮な
エステルII及び場合によりIII〜V並びにグリコー
ルVIを添加する、請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 グリコールを、エステルII〜Vのジカ
ルボン酸成分に対して2〜20倍のモル量で使用する、
請求項1又は2に記載の方法。 - 【請求項4】 温度が180〜300℃である、請求項
1から3までのいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項5】 温度が200〜280℃である、請求項
1から3までのいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項6】 圧力が0.5〜100ミリバールであ
る、請求項1から5までのいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項7】 不活性の高沸点媒体として、不活性の高
級グリコールジアルキルエーテル及びポリアルキレング
リコールジアルキルエーテルのグループからの1種以上
の溶剤を使用する、請求項1から6までのいずれか1項
に記載の方法。 - 【請求項8】 不活性の高沸点媒体が、反応帯域中で、
エステルII〜Vの重量の合計に対して1〜15倍の重
量で存在する、請求項1から7までのいずれか1項に記
載の方法。 - 【請求項9】 不活性の高沸点媒体が、反応帯域中で、
エステルII〜Vの重量の合計に対して2〜10倍の重
量で存在する、請求項1から7までのいずれか1項に記
載の方法。 - 【請求項10】 エステルII及びIII〜V並びにグ
リコールVIを、2種のエステルのグリコール溶液の形
で使用するが、これは、過剰量のグリコールによるジカ
ルボン酸のエステル化、過剰量のグリコールによる炭素
原子1〜6個を有するアルキル基を有するジカルボン酸
ジアルキルエステルのエステル交換又は過剰量のグリコ
ールによる高分子量のエステルIII〜V(x>10)
の解重合によって生じたものである、請求項1から9ま
でのいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項11】 触媒(e)として、通常の酸性又は塩
基性のエステル化触媒又はエステル交換触媒を使用す
る、請求項1から10までのいずれか1項に記載の方
法。 - 【請求項12】 触媒(e)として、硫酸、燐酸又はス
ルホン酸を使用する、請求項11に記載の方法。 - 【請求項13】 触媒(e)として、アルカリ金属又は
アルカリアルコラートを使用する、請求項11に記載の
方法。 - 【請求項14】 触媒(e)として、1種以上のマグネ
シウム化合物、マンガン化合物、カドミウム化合物、鉄
化合物、コバルト化合物、錫化合物、鉛化合物、アルミ
ニウム化合物又はチタン化合物を使用する、請求項11
に記載の方法。 - 【請求項15】 エステル化又はエステル交換のため
に、後に触媒(e)として使用するのと同じ触媒を使用
する、請求項10に記載の方法。 - 【請求項16】 循環させた不活性の高沸点媒体に触媒
(e)を添加する、請求項2から15までのいずれか1
項に記載の方法。 - 【請求項17】 大きな表面積を有する蒸発器として、
薄層蒸発器、流下薄膜型蒸発器、短管型蒸発器を使用す
る、請求項1から15までのいずれか1項に記載の方
法。 - 【請求項18】 大きな表面積を有する蒸発器として、
カラムの細流床を使用する、1から15までのいずれか
1項に記載の方法。
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