説明

単−及び二官能性の芳香族アミンから成るウレタンを製造する方法

本発明の目的は、芳香族アミンをジアルキルカーボネートと反応させることにより、ウレタンを製造する方法であって、有機ジアルキルカーボネートのアルキル基が2〜18個の炭素原子を含み、及び反応が塩基の存在下に行われることを特徴とする方法を提供することにある。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、単官能性及び二官能性芳香族アミンとジアルキルカーボネートを高い収率と選択率で反応させることにより、ウレタンを製造する方法を提供する。このようにして製造(調製)されたウレタンは、次に工業的に関連するイソシアネートに変換することができる。
【背景技術】
【0002】
ウレタンを製造するために、一連の方法が公知である。
【0003】
反応には、例えば、ルイス酸、例えば、ウラン塩(特許文献1:US3,763,217)、ヨウ素とHgプロモーターを有するアルミニウム片、亜鉛塩、鉄塩、アンチモニ塩及びスズ塩(特許文献2〜4:US4,268,683、4,268,684、EP391473)が、触媒として使用される。これらの方法を工業的に使用することの不利な点は、しばしば転換率が低くなるか、選択率が低くなるか、又はその両方であることでる。
【0004】
例えば、ジアルキルカーボネートが過剰(アミン:カーボネート1:20)に使用された場合、ルイス酸で触媒作用を及ぼされた方法(触媒としてPb)で、高い選択性と収率が得られる(特許文献5:WO98/55451、特許文献6:WO98/56758)。過剰のジアルキルカーボネートは、大量の再循環流をもたらす。
【0005】
他の場合では、ウレタン化で形成されたウレアが、追加的な反応で対応するウレタンに熱的に再度分離される場合、ウレタンの高い収率が達成される(特許文献7:EP048371(触媒:鉛塩、チタン塩、亜鉛塩、及びジルコニウム塩)、特許文献8:EP391473(触媒:亜鉛塩))。再度の分離(redissociation)には、追加的なエネルギー−消費工程が必要とされる。
【0006】
均質な触媒としてルイス酸を使用する場合、更なる不利な点は、生成物中に残る触媒残留物の除去が完全には行えないことである。
【0007】
特許文献9(WO2007/015852)には、芳香族アミンのウレタン化用のルイス酸不均一触媒の使用が記載されている。これには、均質な触媒の複雑な除去がない。達成される変換率は、工業的規模の用途のためには非常に低く、そして不均一触媒の持続時間が長くなる程、選択率が低くなる。
【0008】
ウレタンが、塩基性化合物、例えばアルカリ金属、又はアルカリ土類金属アルコキシドを使用して製造可能であることが公知である。
【0009】
特許文献10(DE3202690)には、アニリン及びジアルカリカーボネートを、触媒としての少量の金属アルコキシドの存在下に反応させることにより、芳香族ウレタンを製造する方法が記載されている。実施例に記載されている変換(conversion)は、不完全であり、そして得られる選択率は、工業的な使用には不十分である。
【0010】
非特許文献1:Juurnal of Organic Chemistry,2005,70,2219−2224には、アニリンと過剰のジメチルカーボネート(40倍過剰)を、過剰の塩基、例えばナトリウムメトキシド(NaOMe)又はカリウムtert−ブトキシド(KOtBu)の存在下に反応させることが記載されている。NaOMeを使用して、210分の反応の後に、67%の選択率が得られている。KOtBuの使用下に、1分の反応の後、100%の選択率が記載されてるが、しかしながら、反応時間が経過するに従い、N−メチルカルバニレート副生成物が形成され、この結果、選択率は60%まで低下する。変換と分離された収率については記載がされていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】US3,763,217
【特許文献2】US4,268,683
【特許文献3】US4,268,684
【特許文献4】EP391473
【特許文献5】WO98/55451
【特許文献6】WO98/56758
【特許文献7】EP048371
【特許文献8】EP391473
【特許文献9】WO2007/015852
【特許文献10】DE3202690
【非特許文献】
【0012】
【非特許文献1】Juurnal of Organic Chemistry,2005,70,2219−2224
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
本発明の目的は、高い時空収率と選択率で、及びジアルキルカーボネートの(アミノ基に対する)モル過剰を低くして、単−又は二官能性芳香族アミンからウレタンを製造する方法を発展させることである。製造されたウレタンは、次に処理されて工業的な価値を有する芳香族イソシアネートが得られるべきである。
【課題を解決するための手段】
【0014】
Juurnal of Organic Chemistry,2005,70,2219(15行目、2頁)とは対照的に、芳香族アミンを、2〜18個の炭素原子、好ましくは2〜7個の炭素原子を有するジアルキルカーボネートと、化学量論的な量の塩基の存在下に反応させることにより、所望のウレタンが、ジアルキルカーボネートの過剰量を低くしても、短い反応時間の後、卓越した収率(98%まで)で分離可能であることが見出されたことは驚くべきことであった。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明は、芳香族アミンをジアルキルカーボネートと反応させることにより、ウレタンを製造する方法であって、有機ジアルキルカーボネートのアルキル基が2〜18個の炭素原子、好ましくは2〜7個の炭素原子を含み、及び反応が塩基の存在下に行われることを特徴とする方法を提供する。
【0016】
芳香族アミンとジアルキルカーボネートの反応生成物は、プロトン性化合物と一緒に反応されることが好ましい。
【0017】
プロトン性化合物は、プロトンを運ぶ化合物を意味すると理解される。
【0018】
プロトン性化合物は、アルコール、水、及びこれら2種の混合物を含む群から選ばれることが好ましい。水を使用することが特に好ましい。塩基は、アミノ基に対して、0.8〜1.2の割合で使用されることが好ましい。
【0019】
ジアルキルカーボネートは、ジアルキルカーボネートのアミノ基に対する割合が、好ましくは1:1〜10:1、より好ましくは2:1〜3:1のモル割合(モル比又はモル比率)で使用される。
【0020】
芳香族アミンとジアルキルカーボネートの、塩基の存在下での反応は、反応温度が、好ましくは60〜150℃、より好ましくは100〜140℃で行われる。この温度では、芳香族アミンの対応するウレタンへの量的な変換が、5〜60分以内に行われる。反応は、代表例では、標準圧力下に行なわれる。
【0021】
本発明に従う方法では、芳香族基内にヘテロ原子を有していないことが好ましい単−及び/又は二官能性芳香族アミンが使用される。この群の代表的なものは、例えば、アニリン、o−、m−、p−トルイジン、o−、m−、p−クロロアニリン及び異性体混合物、o−、m−、p−ブロモアニリン、及び異性体混合物、o−、m−、p−トリフルオロメチルアニリン及び異性体混合物、2,4−、2,6−、3,4−及び3,5−ジメチル−、−ジクロロ−、−ジブロモ−及び−ジエチルアニリン及び異性体混合物、p−t−ブチルアニリン、トリレンジアニリン(TDA)、特に、2,4−及び2,6−トリレンジアニリン及びこれらの異性体混合物、ジアミノフェニルメタン(MDA)、特に2,4’−ジアミノフェニルメタン、4,4’−ジアミノフェニルメタン、2,2’−ジアミノフェニルメタン及び高級同族体(ポリアミノポリフェニルメタン)及びこれらの異性体混合物、及びm−フェニレンジアミンである。
【0022】
トリレンジアミンの異性体及び/又はジアミノフェニルメタンの異性体を使用することが好ましい。
【0023】
ジアルキルカーボネートのアルキル鎖は、枝分かれしていなくても良く、枝分かれしていても良く、又環状であっても良い。アルキル鎖は、枝分かれしているか、枝分かれしていないことが好ましい。
【0024】
本発明の一実施の形態では、ジアルキルカーボネートのアルキル鎖は、ヘテロ原子で変性(変更)される。ヘテロ原子は、ハロゲン原子であっても良く、好ましくはフッ素原子及び/又は塩素原子、より好ましくはフッ素原子であって良い。他の実施の形態では、ヘテロ原子は、酸素原子である。これらは、エーテル基の状態で存在することが好ましい。
【0025】
本発明の好ましい実施の形態では、ジアルキルカーボネートは、ジエチルカーボネート、ジ−n−プロピルカーボネート、ジ−n−ブチルカーボネート、ジ−2−メチルプロピルカーボネート、ジ−3−メチルブチルカーボネート、ジ−n−ブチルカーボネート、ビス−2−メトキシエチルカーボネート、ビス−2−エトキシエチルカーボネート、ビス−2,2,2−トリフルオロエチルカーボネート、ジイソブチルカーボネートから選ばれ、好ましくはジイソブチルカーボネート、及びジ−n−ブチルカーボネートから選ばれ、より好ましくはジイソブチルカーボネートから選ばれる。
【0026】
ジアルキルカーボネートは、エチレンカーボネートをアルコールと反応させることにより製造されることが好ましい。
【0027】
塩基は、塩基性有機金属化合物、特に、アルカリ金属を含むことが好ましい。これらは、例えば、窒素原子を含む化合物、例えばアミド、例えば、ナトリウムアミドであっても良く、又、シリコン原子と窒素原子を含む化合物、例えばリチウムヘキサメチルジシラザイドであっても良い。
【0028】
塩基は、アルカリ金属のアルコキシドを含むことがより好ましい。
【0029】
金属アルコキシドのアルコールは、2〜18個、より好ましくは2〜7個の炭素原子をアルキル鎖内に有する。アルキル鎖は、枝分かれしていなくても良く、枝分かれしていても良く、又環状であっても良い。
【0030】
本発明の一実施の形態では、アルコキシドの対応するアルコールのアルキル鎖が、ヘテロ原子で変性される。ヘテロ原子は、ハロゲン原子であって良く、好ましくはフッ素原子及び/又は塩素原子であって良く、より好ましくは、フッ素原子であって良い。他の実施の形態では、ヘテロ原子は、酸素原子である。これらは、エーテル基の状態で存在することが好ましい。
【0031】
本発明に従う方法の好ましい一実施の形態では、ジアルキルカーボネート及び金属アルコキシドは、所定のアルコールに基づいている。これは、本発明に従う方法で、存在する化合物がより少量になるという有利な点を有している。これは、工程の複雑性を軽減する。
【0032】
芳香族アミンのジアルキルカーボネートとの塩基の存在下における反応は、好ましくは60〜150℃、より好ましくは100〜140℃の反応温度で行われる。この温度では、芳香族アミンの量的な変換が、5〜60分以内に得られる。反応は、典型的には、標準圧力下で行なわれる。
【0033】
水がプロトン性化合物として使用される、ウレタンを製造するための、本発明に従う方法の好ましい一実施の形態では、以下の工程、
a)芳香族アミンを塩基の存在下にジアルキルカーボネートと反応させる工程、
b)工程a)からの反応生成物を水と反応させる工程、
c)工程b)で形成された生成物と水性塩基を分離する工程、
d)工程c)からの水性塩基を、対応する非水の塩基に変換し、そして該非水の塩基を工程a)に再循環させる工程、
e)工程c)で除去されたウレタンを分離する工程、
を含む。
【0034】
この方法では、ウレタンは、工程b)で形成される。
【0035】
この実施の形態は、プロトン性化合物として水を使用し、及び塩基としてアルコキシドを使用して、図1に示されている。
【0036】
この場合、ウレタンは、有機溶媒中の溶液として、又は溶融物又は固体の状態の純粋な物質として分離されて良い。
【0037】
工程b)で形成された生成物は、ウレタン及び、塩基としてアルコキシドを使用する場合には、アルコキシドである。
【0038】
工程段階a)は、図1の段階1、段階2の工程段階b)で行われる。バッチモードの場合、段階1及び2は、同一の反応容器内で行うことができ、そして連続モードの場合、異なる反応容器内で行われることが好ましい。
【0039】
段階1)からの生成物は、更なる後処理(workup)を行うことなく、段階2)に移すことができる。
【0040】
段階3)で、段階2で得られた水性塩基が非水の塩基に変換され、そして金属アルコキシドを使用する場合には、ヒドロキシドが金属アルコキシドに変換される。これは段階1に再循環される。従って、段階2で得られた過剰のアルコールは、ここで排出されるか。又は工程の他の個所に再循環される。
【0041】
段階2)からの生成物は、この状態で既に存在していなければ、水性相と非水の相に分離される。この相は、ウレタンを含む有機相から除去され、そして固体又は溶融物として分離されるか、又はこの状態で、更なる反応段階(例えば、対応するイソシアネートが得られる熱分解(thermal cleavage))に直接的に使用される。除去されたウレタンは、必要であれば、例えば洗浄により精製される。
【0042】
本発明に従う方法の好ましい一実施の形態では、工程a)の前に、エチレンカーボネートとアルコールを反応させることによって、ジアルキルカーボネートが製造される。
【0043】
本発明に従う方法の更なる好ましい一実施の形態では、工程e)の次に、工程f)として、ウレタンのイソシアネートとアルコールへの分解(分裂)が行われる。工程f)で形成されたアルコールは、工程に再循環させることができる。再循環は、例えば、工程d)に、又は工程a)の前に行われるジアルキルカーボネートの製造に行うことができる。
【0044】
本発明では、芳香族アミンと過剰分が少量のカーボネートの本発明の反応が、高い選択率と高い時空収率で可能であることが示された。ウレタンは、高い純度で形成され、そして従って、次の複雑な精製が必要とされない。
【0045】
以下に実施例を使用して、本発明を詳細に説明する。
【0046】
実施例1
224.0g(1.3mol)のジブチルカーボネート、39.2g(0.32mol)の2,4−TDA及び64.8g(0.64mol)のナトリウムイソブトキシドを引き続いて、攪拌器(攪拌速度200min−1)、内部温度計を供え、及びアルゴンが供給され、120℃に予熱されたオイルバスに漬けられた2lの4首フラスコに計量導入した。30分後の薄膜クロマトグラフィーによる分析は、TDAの量的な変換を示した。フラスコ内容物を、1lのトルエンで薄め、そして500mlの水を25℃で計量導入した。相分離の後、有機相を500mlの水で3回洗浄し、次に有機相をNaSO上で乾燥させ、そして、トルエンを回転蒸発(rotary evaporation)によって濃縮した。僅かに黄色い結晶(100.1g)の純粋なウレタンが、97%の収率で得られた。
【0047】
実施例2
22.4g(0.13mol)のジイソブチルカーボネート、3.92g(0.032mol)の2,6−TDA及び6.5g(0.064mol)のナトリウムイソブトキシドを引き続いて、攪拌器、内部温度計を供え、及びアルゴンが供給され、120℃に予熱されたオイルバスに漬けられた250mlの4首フラスコに計量導入した。30分後の薄膜クロマトグラフィーによる分析は、TDAの量的な変換を示した。フラスコ内容物を、0.1lのトルエンで薄め、そして50mlの水を25℃で計量導入した。相分離の後、有機相を50mlの水で3回洗浄し、次に有機相をNaSO上で乾燥させ、そして、トルエンを回転蒸発によって濃縮した。僅かに黄色い結晶(9.4g)の純粋なウレタンが、92%の収率で得られた。
【0048】
実施例3
224g(1.30mol)のジイソブチルカーボネート、39.2g(0.32mol)の工業銘柄TDA(2,4/2,6−TDA=80/20の混合物)及び64.8g(0.64mol)のナトリウムイソブトキシドを引き続いて、攪拌器、内部温度計を供え、及びアルゴンが供給され、120℃に予熱されたオイルバスに漬けられた250mlの4首フラスコに計量導入した。30分後の薄膜クロマトグラフィーによる分析は、TDAの量的な変換を示した。フラスコ内容物を、1lのトルエンで薄め、そして500mlの水を25℃で計量導入した。相分離の後、有機相を500mlの水で3回洗浄し、次に有機相をNaSO上で乾燥させ、そして、トルエンを回転蒸発によって濃縮した。僅かに黄色い結晶(102g)の純粋なウレタンが、98%の収率で得られた。
【0049】
実施例4
224.0g(1.3mol)のジ−n−ブチルカーボネート、39.2g(0.32mol)の2,4−TDA及び64.8g(0.64mol)のナトリウムn−ブトキシドを引き続いて、攪拌器(攪拌速度200min−1)、内部温度計を供え、及びアルゴンが供給され、120℃に予熱されたオイルバスに漬けられた2lの4首フラスコに計量導入した。30分後の薄膜クロマトグラフィーによる分析は、2,4−TDAの量的な変換を示した。フラスコ内容物を、1lのトルエンで薄め、そして500mlの水を25℃で計量導入した。相分離の後、有機相を500mlの水で3回洗浄し、次に有機相をNaSO上で乾燥させ、そして、トルエンを回転蒸発によって濃縮した。僅かに黄色い結晶(103.1g)の純粋なウレタンが、99%の収率で得られた。
【0050】
実施例5
284.1g(1.3mol)のジイソアミルカーボネート、39.2g(0.32mol)の2,4−TDA及び74.4g(0.65mol)のナトリウムイソアミレートを引き続いて、攪拌器(攪拌速度200min−1)、内部温度計を供え、及びアルゴンが供給され、120℃に予熱されたオイルバスに漬けられた2lの4首フラスコに計量導入した。30分後の薄膜クロマトグラフィーによる分析は、TDAの量的な変換を示した。フラスコ内容物を、1lのトルエンで薄め、そして100mlの水を25℃で計量導入した。相分離の後、有機相を100mlの水で3回洗浄し、次に有機相をNaSO上で乾燥させ、そして、トルエンを回転蒸発によって濃縮した。僅かに黄色い結晶(106.2g)の純粋なウレタンが、94%の収率で得られた。
【0051】
実施例6
125.4g(0.72mol)のジイソブチルカーボネート、34.8g(0.18mol)の4,4’−MDA及び36.4g(0.38mol)のナトリウムイソブトキシドを引き続いて、攪拌器(攪拌速度300min−1)、内部温度計を供え、及びアルゴンが供給され、120℃に予熱されたオイルバスに漬けられた500mlの4首フラスコに計量導入した。30分後の薄膜クロマトグラフィーによる分析は、4,4’−MDAの量的な変換を示した。フラスコ内容物を、200mlのトルエンで薄め、そして34.2gの水を計量導入した。更に100分間攪拌した後、混合物を1000mlの分離じょうごに移し、そして相を分離した。有機相を濃縮した。次に、得られた固体を120℃及び0.25mbarで完全に乾燥させた。僅かに黄色い結晶(61g)の純粋なウレタンが、97%の収率で得られた。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
芳香族アミンをジアルキルカーボネートと反応させることにより、ウレタンを製造する方法であって、有機ジアルキルカーボネートのアルキル基が2〜18個の炭素原子を含み、及び反応が塩基の存在下に行われることを特徴とする方法。
【請求項2】
前記塩基が、アミノ基に対して0.8〜1.2のモル割合で使用されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記塩基が金属アルコキシドであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項4】
アルコキシドのアルコールが、鎖内に、2〜18個の炭素原子を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項5】
アルコールが、アルキル鎖内にヘテロ原子を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項6】
アルコキシドのアルキル基が、直鎖状であるか又は枝分かれしていることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項7】
アルコキシドのアルコールが、ジアルキルカーボネートのアルコールと同一であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項8】
芳香族アミンとジアルキルカーボネートの反応の後、得られた反応生成物が、プロトン性化合物と反応されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項9】
プロトン性化合物が水であることを特徴とする請求項3に記載の方法。
【請求項10】
芳香族アミンが、1個のアミノ基を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項11】
芳香族アミンが2個のアミノ基を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項12】
芳香族アミンが、芳香族環にヘテロ原子を含まないことを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項13】
芳香族アミンが、アニリン、o−、m−、p−トルイジン、o−、m−、p−クロロアニリン及び異性体混合物、o−、m−、p−ブロモアニリン、及び異性体混合物、o−、m−、p−トリフルオロメチルアニリン及び異性体混合物、2,4−、2,6−、3,4−及び3,5−ジメチル−、−ジクロロ−、−ジブロモ−及び−ジエチルアニリン及び異性体混合物、p−t−ブチルアニリン、トリレンジアニリン、ジアミノフェニルメタン及び高級同族体(ポリアミノポリフェニルメタン)及びm−フェニレンジアミンを含む群から選ばれることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項14】
ジアルキルカーボネートが、アルキル鎖にヘテロ原子を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項15】
ジアルキルカーボネートが、ジエチルカーボネート、ジ−n−プロピルカーボネート、ジ−n−ブチルカーボネート、ジ−2−メチルプロピルカーボネート、ジ−3−メチルブチルカーボネート、ジ−n−ペンチルカーボネート、ビス−2−メトキシエチルカーボネート、ビス−2−エトキシエチルカーボネート、ビス−2,2,2−トリフルオロエチルカーボネートを含む群から選ばれることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項16】
ジルアルキルカーボネートのアミノ基に対するモル割合が1:1〜10:1で、ジアルキルカーボネートが使用されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項17】
a)芳香族アミンを塩基の存在下にジアルキルカーボネートと反応させる工程、
b)工程a)からの反応生成物を水と反応させる工程、
c)工程b)で形成された生成物と水性塩基を分離する工程、
d)工程c)からの水性塩基を、対応する非水の塩基に変換し、そして該非水の塩基を工程a)に再循環させる工程、
e)工程c)で除去されたウレタンを分離する工程、
を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項18】
工程a)で使用されたジアルキルカーボネートが、エチレンカーボネートをアルコールと反応させることによって製造されることを特徴とする請求項17に記載の方法。
【請求項19】
工程e)の後、ウレタンをイソシアネートとアルコールに分裂させる工程f)が行われることを特徴とする請求項17に記載の方法。
【請求項20】
工程b)で形成されたアルカリが、アルコールと反応して対応するアルコキシドが得られ、該アルコキシドが工程a)に再循環されることを特徴とする請求項17に記載の方法。
【請求項21】
アルコキシド処方物中に形成された水が、工程b)に再循環されることを特徴とする請求項17に記載の方法。

【公表番号】特表2011−517444(P2011−517444A)
【公表日】平成23年6月9日(2011.6.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−500208(P2011−500208)
【出願日】平成21年3月18日(2009.3.18)
【国際出願番号】PCT/EP2009/053169
【国際公開番号】WO2009/115538
【国際公開日】平成21年9月24日(2009.9.24)
【出願人】(508020155)ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア (2,842)
【氏名又は名称原語表記】BASF SE
【住所又は居所原語表記】D−67056 Ludwigshafen, Germany
【Fターム(参考)】