JP4432228B2 - Method for aromatic alkylation of phenols - Google Patents

Description

………（１）
【０００８】
［式中、Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄及びＲ₅は，それぞれ独立に、水素原子、又は炭素数１〜１０の直鎖若しくは分岐のアルキル基を表す。］
で示されるフェノール類と、一価又は二価のアルコールとを混合して、触媒として金属の水酸化物および/または金属のアルコキシドの存在下、該アルコールが超臨界状態になる条件下で反応させることを特徴とするフェノール類の芳香核をアルキル化する方法［以下、本発明製法（１）と記す。］に係るものである。
【０００９】
また、本発明は、上記一般式（１）で示されるフェノール類と一価又は二価のアルコールとを混合して、上記の触媒及び二酸化炭素の存在下、該アルコール及び二酸化炭素の混合物が超臨界状態になる条件下で反応させることを特徴とするフェノール類の芳香核をアルキル化する方法［以下、本発明製法（２）と記す。］に係わるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明において出発原料として用いる一般式（１）で示されるフェノール類のＲ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄又はＲ₅で表される炭素数１〜１０の直鎖若しくは分岐のアルキル基としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｔ−ブチル基等が挙げられ、また、一般式（１）で示されるフェノール類の具体例としては、フェノール、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール、２，３−キシレノール、２，４−キシレノール、２，５−キシレノール、２，６−キシレノール、３，４−キシレノール、３，５−キシレノール、アニソール、ｔ−ブチルフェノール等が挙げられる。
【００１１】
本発明において、もう１つの出発原料であるアルコールは、一価又は二価のアルコールであれば特に限定されないが、一般式（２）
【００１２】
【化４】
Ｒ₆−ＯＨ ……（２）
【００１３】
［Ｒ₆は炭素数１〜１０の直鎖又は分岐のアルキル基を表す。］
で示される一価のアルコールであることが好ましい。ここで、Ｒ₆としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｔ−ブチル基などが挙げられる。
【００１４】
一般式（２）で示される一価のアルコールとして、具体的には、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、イソプロパノール、ｎ−ブタノール、イソブタノール、ｔ−ブタノール、ペンタノール、へキサノール、ヘプタノール、ｎ−オクタノール、ｎ−ノナノール、ｎ−デカノール等が挙げられ、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール又はｎ−ブタノールが好ましく、メタノール又はエタノールがより好ましく、メタノールがさらに好ましい。
また、二価のアルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール等が挙げられる。
【００１５】
本発明において、一般式（１）で示されるフェノール類に対する一価又は二価のアルコールのモル比は、使用する化合物により適宜決定されるが、一般に１から１０００であり、１から２００が好ましく使用できる。
【００１６】
本発明製法（１）においては、一価又は二価のアルコールが超臨界状態になる条件下で反応させることを特徴とする。また、本発明製法（２）においては、一価又は二価のアルコール、及び二酸化炭素の混合物が超臨界状態になる条件下で反応させることを特徴とする。
ここに本発明でいう超臨界状態とは次の状態をいう。
物質には、固有の気体、液体、固体の３態があり、さらに、臨界温度および臨界圧力以上になると、圧力をかけても凝縮しない流体相がある。この状態を超臨界状態という。
超臨界状態にある流体は、液体や気体の通常の性質と異なる性質を示す。超臨界状態の流体の密度は、液体に近く、粘度は、気体に近く、熱伝導率と拡散係数は、気体と液体の中間的性質を示す、“液体ではない溶媒”であり、低粘性、高拡散性のために物質移動が有利となり、また高伝導性のために高い熱移動性を得ることができる。
【００１７】
超臨界流体を反応場として用いると、反応場が上述のように高密度、高拡散性の状態になっているため、通常の気相、液相反応よりも高い反応性が得られる。また、超臨界状態は、液相に近い密度を持つため、気相反応と比較して反応装置を小さくできる。
【００１８】
本発明においては、反応温度の上限は、限定的ではないが、一般式（１）で示されるフェノール類が分解しないように、４５０℃以下であることが好ましい。反応圧力の上限も限定的ではないが、反応装置の耐圧を増すためにコストがかかるので、２５ＭＰａ以下であることが好ましい。
【００１９】
本発明製法（１）においては、一価又は二価のアルコールが超臨界状態になる条件下で反応させることが必要である。アルコールとしてメタノールを用いる場合には、メタノールは、臨界温度が２４０℃、臨界圧力が８ＭＰａなので、２４０℃以上および８ＭＰａ以上の条件で反応を行う。エタノールを用いる場合には、エタノールは、臨界温度が２４３℃、臨界圧力が６．３ＭＰａなので、２４３℃以上および６．３ＭＰａ以上の条件で反応を行う。ｎ−プロパノールを用いる場合には、ｎ−プロパノールの臨界温度は２６４℃、臨界圧力は４．８ＭＰａなので、２６４℃および５ＭＰａ以上の条件で行う。イソプロパノールを用いる場合には、イソプロパノールの臨界温度は２３５℃、臨界圧力は４．８ＭＰａなので、２３５℃および５ＭＰａ以上の条件で行う。ｎ−ブタノールを用いる場合には、ｎ−ブタノールの臨界温度は２８７℃、臨界圧力は４．８ＭＰａなので、２８７℃以上および４．８ＭＰａ以上の条件で反応を行う。
【００２０】
次に、本発明製法（２）について説明する。
本発明製法（２）においては、触媒及び二酸化炭素の存在下、一価又は二価のアルコール及び二酸化炭素の混合物が超臨界状態になる条件下で反応させることが必要である。
【００２１】
該アルコールと二酸化炭素の混合比に特に制限はないが、反応に用いるフェノール類の該アルコールへの溶解度を考慮して決定される。該アルコールと二酸化炭素の混合比は、１０：９０から９９：１が好ましい。
【００２２】
該アルコールとしてメタノールを、該フェノール類としてフェノールを用いる場合について具体的に説明する。例えば、メタノールと二酸化炭素のモル比が、７５：２５の混合物の場合、文献［ジャーナル オブ ケミカル サーモダイナミックス（Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ）、第２３巻、第９７０頁（１９９１年）］によれば、当該混合物の臨界温度は２０４℃、臨界圧力は、１２．７５ＭＰａである。
メタノールと二酸化炭素の混合物が超臨界状態になる温度圧力条件下でフェノール類の芳香核メチル化を行う場合には、該混合物が超臨界状態となる温度・圧力条件下である必要がある。例えば、上記のメタノールと二酸化炭素のモル比が、７５：２５の混合物の場合は、温度２０４℃以上、圧力１２．７５ＭＰａ以上で行うことが必要であり、温度２４０℃以上、圧力１２．７５ＭＰａ以上で行うことがより好ましい。
【００２３】
本発明製法（１）及び本発明製法（２）における反応時間は、それぞれ、該フェノール類および該アルコールの種類等により適宜決定されるが、通常、１分〜２４時間の範囲である。
【００２４】
また、それぞれの製法においては、触媒、すなわち、金属の水酸化物および／または金属のアルコキシドの存在下で反応させることが必要であり、比較的少量添加するだけで芳香核アルキル化の反応性が高めることができる。
【００２５】
金属の水酸化物としては、代表的なものとして、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化バリウム、水酸化ストロンチウム、水酸化ゲルマニウムなどがあげられるがこれらには限定されない。
また、金属のアルコキシドと組み合わせて使用してもよい。
【００２６】
金属のアルコキシドしては、リチウムメチラート、ナトリウムメチラート、カリウムメチラート、ジメトキシマグネシウム、ジメトキシカルシウム、ジメトキシバリウム、ジメトキシストロンチウム、テトラメトキシゲルマニウムなどがあげられるがこれらには限定されない。
また、金属の水酸化物と組み合わせて使用してもよい。
【００２７】
本発明は種々の反応態様で実施できる。例えば、回分方式で行っても良いし、流通方式で行っても良いが、回分式で行うことが好ましい。
【００２８】
本発明製法（１）及び本発明製法（２）のそれぞれの反応終了後の反応混合物から、各種の用途に必要な純度まで、一般式（１）で示されるフェノール類の芳香核アルキル置換体を分離する。該反応混合物には、該フェノール類の芳香核アルキル置換体混合物のほかに、未反応の原料又はその他の不純物が含まれることもある。
分離の方法は、特に限定されず、該置換体の性質に応じて、蒸留、抽出等の一般的な方法が適用できる。
【００２９】
すなわち、本発明の方法によれば、一般式（１）で示されるフェノール類と、一価又は二価のアルコールから比較的小さな反応器で、高反応性で、特に回分式において触媒量を少量で該フェノール類を芳香核アルキル化する方法が提供できる。
本発明において、触媒の添加量は反応に用いた一般式（１）で示されるフェノール類に対して、０．０１〜２０質量％の範囲であることが好ましく、０．０５〜２質量％の範囲であることがさらに好ましい。
【００３０】
【実施例】
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらに限定されるものではない。
実施例における反応物および生成物は、ガスクロマトグラフィー質量分析装置ＨＰ−６８９０（ＧＣ；横河電機製）−ＨＰ５９７３（ＭＳ：横河電機製）を用いて同定し、ＦＩＤ（水素炎イオン化検出器）が付属しているガスクロマトグラフィー装置ＧＣ−３５３Ｂ（ジーエルサイエンス製）を用いて定量分析を行った。実施例中の転化率および選択率は下記の手法によって計算した。転化率は
【００３１】
【数１】
（転化率）＝｛１-（反応液中に未反応で残存した反応基質のクロマトグラフの面積）/（残存した反応基質および全反応生成物のクロマトグラフの面積の和）｝×１００（％）
【００３２】
の式を用いて計算した。また、選択率は各反応生成物のモル当りのガスクロマトグラフの面積が等しいと仮定し、
【００３３】
【数２】
（選択率）＝｛（計算する反応生成物のガスクロマトグラフの面積）/（全反応生成物のガスクロマトグラフの面積の和）｝×１００（％）
【００３４】
の式を用いて計算した。
【００３５】
実施例１
フェノール（和光純薬製）０．０５１ｇとメタノール（和光純薬製）１．３８５ｇ、水酸化リチウム一水和物（和光純薬製）０．０７５ｍｇ（フェノールに対して０．１５質量％）をオートクレーブ（ＳＵＳ３１６製、内容積４．５ｍｌ、圧力計なし）に仕込み、サンドバスにて４００℃まで昇温し反応を開始した。３０分後オートクレーブを急冷し、室温に戻った後に反応液をオートクレーブから取り出した。上記の方法により定量したところフェノールの転化率は、３６モル％で、ｏ−クレゾールの選択率は、５１モル％、ｐ−クレゾールの選択率は、１０モル％、２，６−キシレノールの選択率は、３モル％、２，４−キシレノールの選択率は２モル％であった。反応液は液体クロマトグラフィーを用いて各成分を分離し、その中からｏ−クレゾール、ｐ−クレゾール、２，６−キシレノールおよび２，４−キシレノールを分取をした。なお、分取液をガスクロマトグラフィー質量分析装置を用いて分析し、生成物からｏ−クレゾール、ｐ−クレゾール、２，６−キシレノールおよび２，４−キシレノールを分離できていることを確認した。なお、本オートクレーブには、圧力計が付属しないため、反応中の圧力を推定するため、次の実験を行った。すなわち、同一のオートクレーブに圧力計を付け、同量のフェノールとメタノールを仕込、サンドバスにて４００℃まで昇温して、圧力を測定した。反応中の圧力の推定値は１４．７ＭＰａであった。
【００３６】
比較例１
フェノール０．０５１ｇとメタノール１．３５２ｇ、酸化ジルコニウム（高純度化学製）１．０ｍｇ（フェノールに対して２．０質量％）をオートクレーブ（ＳＵＳ３１６製、内容積４．５ｍｌ、圧力計なし）に仕込み、サンドバスにて４００℃まで昇温し反応を開始した。３０分後オートクレーブを急冷し、室温に戻った後に反応液をオートクレーブから取り出した。上記の方法により定量したところフェノールの転化率は、２０モル％で、ｏ−クレゾールの選択率は、５０モル％、ｐ−クレゾールの選択率は、３モル％、２，６−キシレノールの選択率は、２モル％、２，４−キシレノールの選択率は１モル％であった。なお、本オートクレーブには、圧力計が付属しないため、反応中の圧力を推定するため、次の実験を行った。すなわち、同一のオートクレーブに圧力計を付け、同量のフェノールとメタノールを仕込、サンドバスにて４００℃まで昇温して、圧力を測定した。反応中の圧力の推定値は１４．７ＭＰａであった。
【００３７】
比較例２
フェノール０．０５２ｇとメタノール１．３５８ｇ、酸化亜鉛（和光純薬製）１．１ｍｇ（フェノールに対して２．１質量％）をオートクレーブ（ＳＵＳ３１６製、内容積４．５ｍｌ、圧力計なし）に仕込み、サンドバスにて４００℃まで昇温し反応を開始した。３０分後オートクレーブを急冷し、室温に戻った後に反応液をオートクレーブから取り出した。上記の方法により定量したところフェノールの転化率は、１１モル％で、ｏ−クレゾールの選択率は、７８モル％、ｐ−クレゾールの選択率は、２モル％、２，６−キシレノールの選択率は、３モル％、２，４−キシレノールは生成しなかった。なお、本オートクレーブには、圧力計が付属しないため、反応中の圧力を推定するため、次の実験を行った。すなわち、同一のオートクレーブに圧力計を付け、同量のフェノールとメタノールを仕込、サンドバスにて４００℃まで昇温して、圧力を測定した。反応中の圧力の推定値は１４．７ＭＰａであった。
【００３８】
実施例２
ｐ−クレゾール（和光純薬製）０．０４５ｇとメタノール１．４８５ｇ、水酸化リチウム一水和物０．２５ｍｇ（ｐ−クレゾールに対して０．５６質量％）をオートクレーブ（ＳＵＳ３１６製、内容積４．５ｍｌ、圧力計なし）に仕込み、サンドバスにて４００℃まで昇温し反応を開始した。３０分後オートクレーブを急冷し、室温に戻った後に反応液をオートクレーブから取り出した。上記の方法により定量したところｐ−クレゾールの転化率は、９７モル％で、２，４−キシレノールの選択率は、２３モル％、２，４，６−トリメチルフェノールの選択率は、６１モル％であった。反応液は液体クロマトグラフィーを用いて各成分を分離し、その中から２，４−キシレノールおよび２，４，６−トリメチルフェノールを分取をした。なお、分取液をガスクロマトグラフィー質量分析装置を用いて分析し、生成物から２，４−キシレノールおよび２，４，６−トリメチルフェノールを分離できていることを確認した。なお、本オートクレーブには、圧力計が付属しないため、反応中の圧力を推定するため、次の実験を行った。すなわち、同一のオートクレーブに圧力計を付け、同量のｐ-クレゾールとメタノールを仕込、サンドバスにて４００℃まで昇温して、圧力を測定した。反応中の圧力の推定値は１５．４ＭＰａであった。
【００３９】
比較例３
ｐ−クレゾール０．０５１ｇとメタノール１．３５０ｇ、酸化ジルコニウム１．２ｍｇ（ｐ−クレゾールに対して２．４質量％）をオートクレーブ（ＳＵＳ３１６製、内容積４．５ｍｌ、圧力計なし）に仕込み、サンドバスにて４００℃まで昇温し反応を開始した。３０分後オートクレーブを急冷し、室温に戻った後に反応液をオートクレーブから取り出した。上記の方法により定量したところｐ−クレゾールの転化率は、８モル％で、２，４−キシレノールの選択率は、３０モル％、２，４，６−トリメチルフェノールは生成しなかった。なお、本オートクレーブには、圧力計が付属しないため、反応中の圧力を推定するため、次の実験を行った。すなわち、同一のオートクレーブに圧力計を付け、同量のｐ-クレゾールとメタノールを仕込、サンドバスにて４００℃まで昇温して、圧力を測定した。反応中の圧力の推定値は１４．７ＭＰａであった。
【００４０】
比較例４
ｐ−クレゾール０．０５２ｇとメタノール１．３５５ｇ、酸化亜鉛１．２ｍｇ（ｐ−クレゾールに対して２．３質量％）をオートクレーブ（ＳＵＳ３１６製、内容積４．５ｍｌ、圧力計なし）に仕込み、サンドバスにて４００℃まで昇温し反応を開始した。３０分後オートクレーブを急冷し、室温に戻った後に反応液をオートクレーブから取り出した。上記の方法により定量したところｐ−クレゾールの転化率は、１２モル％で、２，４−キシレノールの選択率は、８１モル％、２，４，６−トリメチルフェノールの選択率は、４モル％であった。なお、本オートクレーブには、圧力計が付属しないため、反応中の圧力を推定するため、次の実験を行った。すなわち、同一のオートクレーブに圧力計を付け、同量のｐ-クレゾールとメタノールを仕込、サンドバスにて４００℃まで昇温して、圧力を測定した。反応中の圧力の推定値は１４．７ＭＰａであった。
【００４１】
実施例３
ｍ−クレゾール０．４１２ｇとイソプロパノール１．５００ｇ、水酸化リチウム１．９ｍｇ（ｍ−クレゾールに対して０．４６質量％）をオートクレーブ（ＳＵＳ３１６製、内容積４．５ｍｌ、圧力計なし）に仕込み、サンドバスにて４００℃まで昇温し反応を開始した。３０分後オートクレーブを急冷し、室温に戻った後に反応液をオートクレーブから取り出した。上記の方法により定量したところｍ−クレゾールの転化率は、２２モル％で、チモールの選択率は、６２モル％であった。なお、本オートクレーブには、圧力計が付属しないため、反応中の圧力を推定するため、次の実験を行った。すなわち、同一のオートクレーブに圧力計を付け、同量のｍ−クレゾールとイソプロパノールを仕込、サンドバスにて４００℃まで昇温して、圧力を測定した。反応中の圧力の推定値は１０ＭＰａであった。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、フェノール類とアルコールから、比較的小さな反応器を用い、高反応性で、少量の触媒量でフェノール類を芳香核アルキルする方法を提供できる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for aromatic nucleus alkylation of phenols.
[0002]
[Prior art]
Aromatic nucleus alkyl substitution products of phenols are industrially used as raw materials and intermediates for medicines and agricultural chemicals, resins, various additives, polymerization inhibitors, antioxidants, disinfectants, preservatives, industrial chemicals and the like. Among them, thymol having a structure in which an isopropyl group is bonded to the 2-position of phenol and a methyl group is bonded to the 5-position is in great demand as an antiparasitic agent.
[0003]
Conventionally, orthoalkyl-substituted products of phenols are known to undergo vapor phase reaction in which phenols and alcohol are vaporized and passed through a catalyst phase for reaction, liquid phase reaction utilizing Friedel-Crafts reaction, and the like. For example, JP-A-6-25041 describes a method for producing an aromatic nucleus alkylated derivative of a phenol by reacting a phenol with an alcohol in a gas phase using a manganese oxide as a catalyst. However, this method has a problem that the reaction apparatus is complicated and has a large capacity.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-38363 introduces a technique of alkylating phenols and alcohols using zirconium oxide as a catalyst and heating to 400 ° C. in a supercritical region. However, this method requires a large amount of catalyst, and there are problems in terms of cost and size of the apparatus.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The known methods described above have a problem that a large and complicated reaction apparatus is required and a large amount of catalyst is required.
[0005]
An object of the present invention is to provide a method for aromatic alkylation of phenols from phenols and alcohols using a relatively small reactor with high reactivity and a small amount of catalyst.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above situation, the present inventors have continued intensive research on a method for producing an aromatic nucleus alkyl-substituted product of phenols from phenols and alcohols, bringing the alcohols into a supercritical state, and adding metal hydroxides or alkoxides. The present inventors have found that the above problems can be solved by reacting using the catalyst as a catalyst, and have completed the present invention.
[0007]
That is, the present invention relates to the general formula (1)
[Chemical 3]

……… (1)
[0008]
[Wherein, R ₁ , R ₂ , R ₃ , R ₄ and R ₅ each independently represents a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. ]
And a monohydric or dihydric alcohol are mixed and reacted in the presence of a metal hydroxide and / or a metal alkoxide as a catalyst under a condition where the alcohol becomes a supercritical state. A method for alkylating aromatic nuclei of phenols, which is characterized by the following [hereinafter referred to as the production method (1) of the present invention. ].
[0009]
In the present invention, the phenol represented by the general formula (1) is mixed with a mono- or dihydric alcohol, and the mixture of the alcohol and carbon dioxide is super in the presence of the catalyst and carbon dioxide. A method of alkylating aromatic nuclei of phenols, characterized in that the reaction is carried out under a critical condition [hereinafter referred to as the production method (2) of the present invention. ].
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
As a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms represented by R ₁ , R ₂ , R ₃ , R ₄ or R ₅ of the phenol represented by the general formula (1) used as a starting material in the present invention. Include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, a t-butyl group, and specific examples of the phenols represented by the general formula (1). , Phenol, o-cresol, m-cresol, p-cresol, 2,3-xylenol, 2,4-xylenol, 2,5-xylenol, 2,6-xylenol, 3,4-xylenol, 3,5-xylenol , Anisole, t-butylphenol and the like.
[0011]
In the present invention, the alcohol that is another starting material is not particularly limited as long as it is a monovalent or divalent alcohol, but the general formula (2)
[0012]
[Formula 4]
R ₆ —OH (2)
[0013]
[R ₆ represents a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. ]
It is preferable that it is monohydric alcohol shown by these. Here, examples of R ₆ include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an isobutyl group, and a t-butyl group.
[0014]
Specific examples of the monohydric alcohol represented by the general formula (2) include methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol, isobutanol, t-butanol, pentanol, hexanol, heptanol, n- Examples include octanol, n-nonanol, n-decanol, etc., preferably methanol, ethanol, n-propanol, or n-butanol, more preferably methanol or ethanol, and even more preferably methanol.
Examples of the divalent alcohol include ethylene glycol and propylene glycol.
[0015]
In the present invention, the molar ratio of the monohydric or dihydric alcohol to the phenol represented by the general formula (1) is appropriately determined depending on the compound to be used, but is generally 1 to 1000, preferably 1 to 200. it can.
[0016]
The production method (1) of the present invention is characterized in that the reaction is carried out under conditions in which a monovalent or divalent alcohol becomes a supercritical state. In addition, the production method (2) of the present invention is characterized in that the reaction is performed under a condition in which a mixture of a monovalent or divalent alcohol and carbon dioxide is in a supercritical state.
Here, the supercritical state in the present invention refers to the following state.
There are three states of substances: inherent gas, liquid, and solid. Furthermore, there is a fluid phase that does not condense even when pressure is applied when the temperature exceeds the critical temperature and pressure. This state is called a supercritical state.
A fluid in a supercritical state exhibits different properties from the normal properties of liquids and gases. Supercritical fluid density is close to liquid, viscosity is close to gas, thermal conductivity and diffusivity are “non-liquid solvent”, low viscosity, indicating intermediate properties of gas and liquid, Mass transfer is advantageous due to high diffusivity, and high heat mobility can be obtained due to high conductivity.
[0017]
When a supercritical fluid is used as a reaction field, the reaction field is in a high-density and high-diffusibility state as described above, and thus higher reactivity than a normal gas phase or liquid phase reaction can be obtained. In addition, since the supercritical state has a density close to the liquid phase, the reactor can be made smaller than in the gas phase reaction.
[0018]
In the present invention, the upper limit of the reaction temperature is not limited, but is preferably 450 ° C. or lower so that the phenols represented by the general formula (1) are not decomposed. Although the upper limit of the reaction pressure is not limited, it is expensive to increase the pressure resistance of the reaction apparatus, and is preferably 25 MPa or less.
[0019]
In the production method (1) of the present invention, it is necessary to carry out the reaction under the condition that the monovalent or divalent alcohol is in a supercritical state. In the case of using methanol as the alcohol, since methanol has a critical temperature of 240 ° C. and a critical pressure of 8 MPa, the reaction is performed at 240 ° C. or higher and 8 MPa or higher. When ethanol is used, since ethanol has a critical temperature of 243 ° C. and a critical pressure of 6.3 MPa, the reaction is performed under conditions of 243 ° C. or higher and 6.3 MPa or higher. When n-propanol is used, since the critical temperature of n-propanol is 264 ° C. and the critical pressure is 4.8 MPa, the conditions are 264 ° C. and 5 MPa or more. When isopropanol is used, since the critical temperature of isopropanol is 235 ° C. and the critical pressure is 4.8 MPa, the conditions are 235 ° C. and 5 MPa or more. When n-butanol is used, since the critical temperature of n-butanol is 287 ° C. and the critical pressure is 4.8 MPa, the reaction is carried out under conditions of 287 ° C. or higher and 4.8 MPa or higher.
[0020]
Next, the production method (2) of the present invention will be described.
In the production method (2) of the present invention, it is necessary to carry out the reaction in the presence of a catalyst and carbon dioxide under a condition in which a mixture of a monovalent or divalent alcohol and carbon dioxide is in a supercritical state.
[0021]
The mixing ratio of the alcohol and carbon dioxide is not particularly limited, but is determined in consideration of the solubility of the phenols used in the reaction in the alcohol. The mixing ratio of the alcohol and carbon dioxide is preferably 10:90 to 99: 1.
[0022]
The case where methanol is used as the alcohol and phenol is used as the phenol will be specifically described. For example, if the molar ratio of methanol to carbon dioxide is a mixture of 75:25, according to the literature [J. Chem. Thermodynamics, Vol. 23, p. 970 (1991)]. The critical temperature of the mixture is 204 ° C., and the critical pressure is 12.75 MPa.
When aromatic nucleus methylation of phenols is performed under a temperature and pressure condition in which a mixture of methanol and carbon dioxide is in a supercritical state, the mixture must be in a temperature and pressure condition in which the mixture is in a supercritical state. For example, when the molar ratio of methanol to carbon dioxide is a mixture of 75:25, it is necessary to carry out at a temperature of 204 ° C. or higher and a pressure of 12.75 MPa or higher, and a temperature of 240 ° C. or higher and a pressure of 12.75 MPa or higher. It is more preferable to carry out with.
[0023]
Although the reaction time in this invention manufacturing method (1) and this invention manufacturing method (2) is each determined suitably by the kind of this phenols and this alcohol, etc., it is the range of normally 1 minute-24 hours.
[0024]
Further, in each production method, it is necessary to carry out the reaction in the presence of a catalyst, that is, a metal hydroxide and / or a metal alkoxide. Can be increased.
[0025]
Typical examples of the metal hydroxide include lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, barium hydroxide, strontium hydroxide, and germanium hydroxide. It is not limited to these.
Moreover, you may use it in combination with a metal alkoxide.
[0026]
Examples of the metal alkoxide include, but are not limited to, lithium methylate, sodium methylate, potassium methylate, dimethoxymagnesium, dimethoxycalcium, dimethoxybarium, dimethoxystrontium, and tetramethoxygermanium.
Moreover, you may use it in combination with a metal hydroxide.
[0027]
The present invention can be carried out in various reaction modes. For example, it may be carried out by a batch method or a distribution method, but it is preferably carried out by a batch method.
[0028]
From the reaction mixture after completion of each reaction of the production method (1) and the production method (2) of the present invention to the purity required for various uses, the aromatic nucleus alkyl-substituted phenols represented by the general formula (1) To separate. The reaction mixture may contain unreacted raw materials or other impurities in addition to the aromatic nucleus alkyl substitution mixture of the phenols.
The method of separation is not particularly limited, and general methods such as distillation and extraction can be applied depending on the properties of the substitution product.
[0029]
That is, according to the method of the present invention, a phenolic compound represented by the general formula (1) and a mono- or dihydric alcohol are used in a relatively small reactor, which is highly reactive, and in particular, a small amount of catalyst in a batch system. Can provide a method for alkylating aromatic phenols of the phenols.
In this invention, it is preferable that the addition amount of a catalyst is the range of 0.01-20 mass% with respect to the phenols shown by General formula (1) used for reaction, 0.05-2 mass% More preferably, it is in the range.
[0030]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these.
The reactants and products in the examples were identified using a gas chromatography mass spectrometer HP-6890 (GC; manufactured by Yokogawa Electric) -HP5973 (MS: manufactured by Yokogawa Electric), and FID (hydrogen flame ionization detector). ) Was used for quantitative analysis using a gas chromatography device GC-353B (manufactured by GL Sciences). The conversion and selectivity in the examples were calculated by the following methods. Conversion rate is [0031]
[Expression 1]
(Conversion rate) = {1- (chromatographic area of reaction substrate remaining unreacted in reaction solution) / (sum of remaining reaction substrate and chromatographic area of all reaction products)} × 100 (% )
[0032]
This was calculated using the following formula. Also, the selectivity assumes that the area of the gas chromatograph per mole of each reaction product is equal,
[0033]
[Expression 2]
(Selectivity) = {(area of gas chromatograph of reaction product to be calculated) / (sum of areas of gas chromatograph of all reaction products)} × 100 (%)
[0034]
This was calculated using the following formula.
[0035]
Example 1
0.051 g of phenol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), 1.385 g of methanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), 0.075 mg of lithium hydroxide monohydrate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) (0.15% by mass with respect to phenol) An autoclave (manufactured by SUS316, internal volume 4.5 ml, no pressure gauge) was charged, and the reaction was started by raising the temperature to 400 ° C. in a sand bath. After 30 minutes, the autoclave was rapidly cooled, and after returning to room temperature, the reaction solution was taken out from the autoclave. When determined by the above method, the phenol conversion was 36 mol%, the o-cresol selectivity was 51 mol%, the p-cresol selectivity was 10 mol%, and 2,6-xylenol selectivity. The selectivity for 3 mol% and 2,4-xylenol was 2 mol%. Each component was separated from the reaction solution using liquid chromatography, and o-cresol, p-cresol, 2,6-xylenol and 2,4-xylenol were separated from the components. In addition, the fractionated liquid was analyzed using a gas chromatography mass spectrometer, and it was confirmed that o-cresol, p-cresol, 2,6-xylenol and 2,4-xylenol were separated from the product. In addition, since the pressure gauge was not attached to this autoclave, in order to estimate the pressure during reaction, the following experiment was conducted. That is, a pressure gauge was attached to the same autoclave, the same amounts of phenol and methanol were charged, the temperature was raised to 400 ° C. in a sand bath, and the pressure was measured. The estimated value of the pressure during the reaction was 14.7 MPa.
[0036]
Comparative Example 1
0.051 g of phenol, 1.352 g of methanol, and 1.0 mg of zirconium oxide (manufactured by High-Purity Chemical) (2.0 mass% with respect to phenol) were charged into an autoclave (SUS316, internal volume 4.5 ml, no pressure gauge). The reaction was started by raising the temperature to 400 ° C. in a sand bath. After 30 minutes, the autoclave was rapidly cooled, and after returning to room temperature, the reaction solution was taken out from the autoclave. As determined by the above method, the conversion of phenol was 20 mol%, the selectivity for o-cresol was 50 mol%, the selectivity for p-cresol was 3 mol%, and the selectivity for 2,6-xylenol. The selectivity for 2 mol% and 2,4-xylenol was 1 mol%. In addition, since the pressure gauge was not attached to this autoclave, in order to estimate the pressure during reaction, the following experiment was conducted. That is, a pressure gauge was attached to the same autoclave, the same amounts of phenol and methanol were charged, the temperature was raised to 400 ° C. in a sand bath, and the pressure was measured. The estimated value of the pressure during the reaction was 14.7 MPa.
[0037]
Comparative Example 2
0.052 g of phenol, 1.358 g of methanol, 1.1 mg of zinc oxide (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 1.1 mg (2.1% by mass with respect to phenol) were charged into an autoclave (manufactured by SUS316, internal volume 4.5 ml, no pressure gauge). The reaction was started by raising the temperature to 400 ° C. in a sand bath. After 30 minutes, the autoclave was rapidly cooled, and after returning to room temperature, the reaction solution was taken out from the autoclave. When determined by the above method, the phenol conversion was 11 mol%, o-cresol selectivity was 78 mol%, p-cresol selectivity was 2 mol%, and 2,6-xylenol selectivity. Produced 3 mol% of 2,4-xylenol. In addition, since the pressure gauge was not attached to this autoclave, in order to estimate the pressure during reaction, the following experiment was conducted. That is, a pressure gauge was attached to the same autoclave, the same amounts of phenol and methanol were charged, the temperature was raised to 400 ° C. in a sand bath, and the pressure was measured. The estimated value of the pressure during the reaction was 14.7 MPa.
[0038]
Example 2
0.045 g of p-cresol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), 1.485 g of methanol, 0.25 mg of lithium hydroxide monohydrate (0.56% by mass with respect to p-cresol) were added to an autoclave (made of SUS316, internal volume 4 0.5 ml, no pressure gauge), and the reaction was started by raising the temperature to 400 ° C. in a sand bath. After 30 minutes, the autoclave was rapidly cooled, and after returning to room temperature, the reaction solution was taken out from the autoclave. When determined by the above method, the conversion of p-cresol was 97 mol%, the selectivity of 2,4-xylenol was 23 mol%, and the selectivity of 2,4,6-trimethylphenol was 61 mol%. Met. Each component was separated from the reaction solution using liquid chromatography, and 2,4-xylenol and 2,4,6-trimethylphenol were separated from the components. In addition, the fractionated liquid was analyzed using a gas chromatography mass spectrometer, and it was confirmed that 2,4-xylenol and 2,4,6-trimethylphenol could be separated from the product. In addition, since the pressure gauge was not attached to this autoclave, in order to estimate the pressure during reaction, the following experiment was conducted. That is, a pressure gauge was attached to the same autoclave, the same amounts of p-cresol and methanol were charged, the temperature was raised to 400 ° C. in a sand bath, and the pressure was measured. The estimated value of the pressure during the reaction was 15.4 MPa.
[0039]
Comparative Example 3
0.051 g of p-cresol, 1.350 g of methanol, and 1.2 mg of zirconium oxide (2.4% by mass based on p-cresol) were charged into an autoclave (made of SUS316, internal volume 4.5 ml, without pressure gauge), and sand The reaction was started by raising the temperature to 400 ° C. with a bath. After 30 minutes, the autoclave was rapidly cooled, and after returning to room temperature, the reaction solution was taken out from the autoclave. When determined by the above method, the conversion rate of p-cresol was 8 mol%, the selectivity of 2,4-xylenol was 30 mol%, and 2,4,6-trimethylphenol was not produced. In addition, since the pressure gauge was not attached to this autoclave, in order to estimate the pressure during reaction, the following experiment was conducted. That is, a pressure gauge was attached to the same autoclave, the same amounts of p-cresol and methanol were charged, the temperature was raised to 400 ° C. in a sand bath, and the pressure was measured. The estimated value of the pressure during the reaction was 14.7 MPa.
[0040]
Comparative Example 4
0.052 g of p-cresol, 1.355 g of methanol and 1.2 mg of zinc oxide (2.3% by mass with respect to p-cresol) were charged into an autoclave (made of SUS316, internal volume 4.5 ml, without pressure gauge), and sand The reaction was started by raising the temperature to 400 ° C. with a bath. After 30 minutes, the autoclave was rapidly cooled, and after returning to room temperature, the reaction solution was taken out from the autoclave. When determined by the above method, the conversion rate of p-cresol was 12 mol%, the selectivity of 2,4-xylenol was 81 mol%, and the selectivity of 2,4,6-trimethylphenol was 4 mol%. Met. In addition, since the pressure gauge was not attached to this autoclave, in order to estimate the pressure during reaction, the following experiment was conducted. That is, a pressure gauge was attached to the same autoclave, the same amounts of p-cresol and methanol were charged, the temperature was raised to 400 ° C. in a sand bath, and the pressure was measured. The estimated value of the pressure during the reaction was 14.7 MPa.
[0041]
Example 3
m-cresol 0.412 g, isopropanol 1.500 g, lithium hydroxide 1.9 mg (0.46% by mass with respect to m-cresol) was charged into an autoclave (manufactured by SUS316, internal volume 4.5 ml, no pressure gauge), The reaction was started by raising the temperature to 400 ° C. in a sand bath. After 30 minutes, the autoclave was rapidly cooled, and after returning to room temperature, the reaction solution was taken out from the autoclave. When determined by the above method, the conversion of m-cresol was 22 mol%, and the selectivity for thymol was 62 mol%. In addition, since the pressure gauge was not attached to this autoclave, in order to estimate the pressure during reaction, the following experiment was conducted. That is, a pressure gauge was attached to the same autoclave, the same amounts of m-cresol and isopropanol were charged, the temperature was raised to 400 ° C. in a sand bath, and the pressure was measured. The estimated value of the pressure during the reaction was 10 MPa.
[0042]
【The invention's effect】
According to the method of the present invention, it is possible to provide a method for aromatic nucleus alkylation of phenols from phenols and alcohols using a relatively small reactor with high reactivity and a small amount of catalyst.

Claims (7)

General formula (1)

……… (1)
[Wherein, R ₁ , R ₂ , R ₃ , R ₄ and R ₅ each independently represents a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. ]
And a monohydric or dihydric alcohol are mixed and reacted in the presence of a metal hydroxide and / or a metal alkoxide under a condition in which the alcohol becomes a supercritical state. A method for alkylating aromatic nuclei of characteristic phenols. A phenol represented by the general formula (1) is mixed with a mono- or dihydric alcohol, and the alcohol and carbon dioxide are mixed in the presence of a metal hydroxide and / or a metal alkoxide and carbon dioxide. The method for alkylating an aromatic nucleus of a phenol according to claim 1, wherein the reaction is carried out under a condition in which the mixture is in a supercritical state. The amount of the metal hydroxide and / or metal alkoxide added is in the range of 0.05 to 2% by mass with respect to the phenols represented by the general formula (1) used in the reaction. A method of alkylating the aromatic nucleus of phenols. Monohydric alcohol is represented by the general formula (2)
[Chemical formula 2]
R ₆ —OH (2)
[R ₆ represents a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. ]
The method of alkylating the aromatic nucleus of phenols in any one of Claims 1-3 which is alcohol shown by these. The method for alkylating an aromatic nucleus of a phenol according to claim 4 , wherein R _{6 in the} general formula (2) is a methyl group. The method for alkylating an aromatic nucleus of a phenol according to any one of claims 1 to 5 , wherein the metal hydroxide is lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide or calcium hydroxide. The method for alkylating an aromatic nucleus of a phenol according to any one of claims 1 to 5 , wherein the metal alkoxide is lithium methylate, sodium methylate, or potassium methylate.