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発明の名称 2,2−ジアルキル−1,3−ジオキソラン化合物の製造法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−199977(P2001−199977A)
公開日 平成13年7月24日(2001.7.24)
出願番号 特願2000−12361(P2000−12361)
出願日 平成12年1月21日(2000.1.21)
代理人
発明者 山下 雅由 / 田中 秀二
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 トリオール化合物とジアルキルケトン蒸気を酸触媒の存在下で接触させると共に、生成する水をジアルキルケトン蒸気に同伴させて抜き出しながら、トリオール化合物とジアルキルケトンを反応させることを特徴とする2,2−ジアルキル−1,3−ジオキソラン化合物の製造法。
【請求項2】 トリオール化合物がグリセリン又はトリメチロールアルカンである、請求項1記載の2,2−ジアルキル−1,3−ジオキソラン化合物の製造法。
【請求項3】 ジアルキルケトンがアルキル基の炭素数が1〜6のジアルキルケトンである、請求項1記載の2,2−ジアルキル−1,3−ジオキソラン化合物の製造法。
【請求項4】 蒸留塔で、トリオール化合物と酸触媒を塔上部から流下させ、ジアルキルケトン蒸気を塔下部から上昇させて、トリオール化合物とジアルキルケトン蒸気を酸触媒の存在下で向流接触させる、請求項1記載の2,2−ジアルキル−1,3−ジオキソラン化合物の製造法。
【請求項5】 ジアルキルケトン蒸気から水を除去し、そのジアルキルケトンをリサイクルして再使用する、請求項1記載の2,2−ジアルキル−1,3−ジオキソラン化合物の製造法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アセトン等のジアルキルケトンとグリセリン等のトリオール化合物を酸触媒の存在下で反応させて2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラン−4−メタノール等の2,2−ジアルキル−1,3−ジオキソラン化合物を製造する方法に関する。2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラン等は、塗料や接着剤の原料となる各種オリゴマーの改質剤として有用な化合物である。
【0002】
【従来の技術】ジアルキルケトンとトリオール化合物を酸触媒の存在下で反応させて2,2−ジアルキル−1,3−ジオキソラン化合物を製造する方法としては、例えば、アセトンとグリセリンを、p−トルエンスルホン酸の存在下、反応で生成する水を低沸点の石油エーテルを用いて除去しながら反応させて、2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラン−4−メタノールを製造する方法が知られている(Organic Synthesis,Collective Volume 3,p.502)。
【0003】しかしながら、この方法は87〜90%の高い収率を与えるものの、21〜36時間という極めて長い反応時間を必要とし、更に石油エーテルのような反応に直接関与しない成分を用いなければならないことから、工業的に満足できるものではない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、ジアルキルケトンとトリオール化合物を酸触媒の存在下で反応させて2,2−ジアルキル−1,3−ジオキソラン化合物を製造する方法において、反応に直接関与しない成分を用いることなく、反応時間を短縮して、2,2−ジアルキル−1,3−ジオキソラン化合物を高収率で製造できる方法を提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の課題は、トリオール化合物とジアルキルケトン蒸気を酸触媒の存在下で接触させると共に、生成する水をジアルキルケトン蒸気に同伴させて抜き出しながら、トリオール化合物とジアルキルケトンを反応させることを特徴とする2,2−ジアルキル−1,3−ジオキソラン化合物の製造法により解決される。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明で用いられるトリオール化合物としては、グリセリン、トリメチロールアルカン(特に1,1,1−トリメチロールアルカン)などの脂肪族トリオール化合物が好ましく挙げられる。トリメチロールアルカンとしては、アルカン部分の炭素数が1〜4(特に2〜4)のトリメチロールアルカンが好ましく、中でも、1,1,1−トリメチロールエタン、1,1,1−トリメチロールプロパン等のアルカン部分の炭素数が1〜4(特に2〜4)の1,1,1−トリメチロールアルカンが好ましく挙げられる。
【0007】本発明で用いられるジアルキルケトンとしては、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン等のアルキル基の炭素数が1〜6(特に1〜3)のジアルキルケトンが好ましく挙げられる。その中では、アセトン、メチルエチルケトン等のアルキル基の炭素数が1〜2のジアルキルケトンが更に好ましいが、中でもアセトンが最も好ましい。
【0008】本発明で用いられる酸触媒としては、硫酸、リン酸等の鉱酸、p−トルエンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸等のスルホン酸が挙げられる。これらの中では、硫酸、p−トルエンスルホン酸が好ましい。酸触媒は単独でも複数でも差し支えない。
【0009】本発明では、トリオール化合物とジアルキルケトン蒸気を酸触媒の存在下で接触させると共に、反応で生成する水をジアルキルケトン蒸気に同伴させて塔頂部から反応系外へ抜き出しながら、トリオール化合物とジアルキルケトンを反応させることによって、2,2−ジアルキル−1,3−ジオキソラン化合物を高収率で製造することができる。
【0010】前記反応は、反応器として蒸留塔を用いて、その蒸留塔で、トリオール化合物と酸触媒を塔上部から流下させ、ジアルキルケトン蒸気を塔下部から上昇させて、トリオール化合物とジアルキルケトン蒸気を酸触媒の存在下で向流接触させて行うことが好ましい。本発明では、このようにして、反応で生成する水をジアルキルケトン蒸気に同伴させて効率よく反応系外に抜き出しながら、反応を短時間で進行させることができる。
【0011】このとき、ジアルキルケトンはその蒸気を塔下部に直接供給して蒸気として上昇させてもよく、その溶液を塔底部に供給し炊き上げることによって蒸気として上昇させてもよい。ジアルキルケトン蒸気は加熱器で過熱蒸気とすることなどにより得られる。また、酸触媒はそれ単独で供給してもよいが、トリオール化合物に溶解させて供給して流下させることが好ましい。
【0012】前記反応において、ジアルキルケトン蒸気は、トリオール化合物に対して2〜50倍モル、更には3〜20倍モル用いることが好ましく、塔下部へのジアルキルケトン蒸気の供給量又は塔底部でのジアルキルケトンの炊き上げ量がこの範囲で調節される。また、酸触媒の使用量は、トリオール化合物に対して0.01〜10モル%、更には0.05〜5モル%であることが好ましい。
【0013】前記反応において、反応圧力は広い範囲で設定することができるが、常圧付近に設定することが好ましい。これに伴って、塔内温度(反応温度)が55〜150℃(特に55〜70℃)で、塔底温度がトリオール化合物にもよるが80〜200℃であることが好ましい。また、塔内の滞留時間は3分〜2時間程度とすることが好ましい。
【0014】反応器として用いる蒸留塔は、トリオール化合物とジアルキルケトン蒸気を酸触媒の存在下で接触させると共に生成する水をジアルキルケトン蒸気に同伴させて抜き出しながら、トリオール化合物とジアルキルケトンを反応させることができるに充分な段数を有するものであれば、特別のものである必要はないが、前記反応をより有利に行うためには、このような段数を有する棚段式の蒸留塔を用いることが更に好ましい。蒸留塔としては、例えば、シーブトレイ、バルブトレイ、泡鐘段等を前記程度に有する棚段式の蒸留塔が好ましく挙げられる。
【0015】このようにして、ジアルキルケトンとトリオール化合物から対応する2,2−ジアルキル−1,3−ジオキソラン化合物を(例えば、アセトンとグリセロールから2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラン−4−メタノールを)短時間でしかも高収率で製造することができる。
【0016】2,2−ジアルキル−1,3−ジオキソラン化合物は、反応器として用いる蒸留塔の底部より抜き出される反応液から、例えば、ある程度の段数を有する精製用の蒸留塔(充填塔など)でバッチ式又は連続式で蒸留精製することによって分離することができる。このとき、反応液から分離される未反応のトリオール化合物及び触媒はリサイクルして再使用できる。
【0017】また、反応系外に抜き出されるジアルキルケトン蒸気は、同伴している水を種々の手段で除去した後、リサイクルして再使用することが好ましい。水は、例えば、該ジアルキルケトン蒸気を凝縮して又は凝縮することなく別の蒸留塔に供給して、ジアルキルケトンと水分を蒸留分離することにより除去される。得られるジアルキルケトンはそのまま又は加熱器で過熱蒸気となしてリサイクルされる。
【0018】
【実施例】次に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。なお、分析はガスクロマトグラフィーにより、精製品の純度はその面積百分率によった。
【0019】実施例1底部に1L(リットル)のフラスコを備えた内径32mmの50段オールダーショーの底部フラスコにグリセリン400gを仕込み、マントルヒーターで100℃に加熱してその温度に維持した。その後、内径3mmのコイル状ステンレスパイプを110℃のオイルバスに漬け、片方のパイプ端は底部フラスコの気相部につなぎ、もう一方のパイプ端はポンプにつないだ。
【0020】次いで、ポンプでアセトンを300g/hrの流量で供給し、コイル部でアセトンを気化させて底部フラスコの気相部に送り込んだ。塔頂から出る蒸気はコンデンサーで凝縮させて全量抜き出した。底部から塔頂までの温度が安定した時点で、オールダーショーの上から10段目に、p−トルエンスルホン酸を1.0モル%溶解させたグリセリンを50g/hrの流量で供給した。そして、底部液は液面が一定になるように抜き出した。
【0021】反応を続けて10時間後に底部液の組成を分析したところ、2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラン−4−メタノールが約76重量%、グリセリンが約23重量%で、アセトンが微量検出された。
【0022】この底部液1kgを、内径30mm、高さ50cmの充填塔(充填物:ヘリパック;5×5mm)を用いて1.2kPaの真空下で蒸留し、純度98.6%の2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラン−4−メタノールの精製品747gを得た。なお、充填塔缶液の組成は、グリセリンが88.2重量%、2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラン−4−メタノールが3.9重量%であった。
【0023】
【発明の効果】本発明により、ジアルキルケトンとトリオール化合物を酸触媒の存在下で反応させて2,2−ジアルキル−1,3−ジオキソラン化合物を製造する方法において、反応に直接関与しない成分を用いることなく、反応時間を短縮して、2,2−ジアルキル−1,3−ジオキソラン化合物を高収率で製造できる。




 

 


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