(57)【要約】  ヒドロキシ芳香族化合物を臭素化してブロモフェノールのような生成物を製造する方法が開示される。この方法は、臭素化剤として元素態臭素を使用すると共に、金属触媒の存在下でヒドロキシ芳香族化合物を臭素及び酸素と接触させることを含んでなる。好適な触媒には、元素態銅、銅化合物、及び第ＩＶ族〜第ＶＩＩＩ族遷移金属の化合物がある。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
臭素化ヒドロキシ芳香族化合物の製造方法であって、金属触媒の存在下でヒドロキシ芳香族化合物を酸素及び元素態臭素と接触させることを含んでなる方法。
【請求項２】
１モル当量の元素態臭素を２モル当量以上のヒドロキシ芳香族化合物に添加し、次いで金属触媒及び酸素を添加する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記金属触媒の存在下で１モル当量の元素態臭素を２モル当量以上のヒドロキシ芳香族化合物に添加し、次いで酸素を添加する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記金属触媒及び酸素の存在下で１モル当量の元素態臭素を２モル当量以上のヒドロキシ芳香族化合物に添加する、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記ヒドロキシ芳香族化合物が次式を有する、請求項１記載の方法。
【化１】
2007504130.tif 000004
式中、各Ｒは独立に水素又はＣ１−４アルキルである。
【請求項６】
前記ヒドロキシ芳香族化合物が、フェノール、ｏ−クレゾール及びｍ−クレゾールからなる群から選択される、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記ヒドロキシ芳香族化合物がフェノールである、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記金属触媒が、元素態銅、銅化合物、及び元素周期表の第ＩＶ族〜第ＶＩＩＩ族遷移金属の化合物又は錯体の１種以上からなる群から選択される、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記金属触媒が、臭化第二銅、硫酸第二銅、塩化第二銅、塩化第一銅及び臭化第一銅からなる群から選択される銅触媒である、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記金属触媒が臭化第二銅である、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
使用されるヒドロキシ芳香族化合物と銅触媒とのモル比が約１０：１〜約２００：１の範囲内にある、請求項９記載の方法。
【請求項１２】
前記触媒が、バナジウム、チタン、モリブデン、タングステン、鉄及びこれらの混合物の化合物からなる群から選択される、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
使用されるヒドロキシ芳香族化合物と触媒とのモル比が約１：１〜約５００：１の範囲内にある、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記触媒が、メタバナジン酸ナトリウム、ビス（アセチルアセトナト）オキソバナジウム、ビス（アセチルアセトナト）オキソチタン、酸化ナトリウムモリブデン二水和物、臭化鉄（ＦｅＢｒ２）、タングステン酸（Ｈ２ＷＯ４・ｘＨ２Ｏ）及びこれらの混合物からなる群から選択される、請求項１記載の方法。
【請求項１５】
前記接触が無水である、請求項１記載の方法。
【請求項１６】
極性有機溶媒も存在する、請求項１記載の方法。
【請求項１７】
前記溶媒が、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、クロロホルム、ｏ−ジクロロベンゼン、水、フェノール、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、プロピオン酸及び酢酸からなる群から選択される、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
前記溶媒がアセトニトリル又は酢酸である、請求項１６記載の方法。
【請求項１９】
酸素が空気によって供給される、請求項１記載の方法。
【請求項２０】
流動酸素が使用される、請求項１記載の方法。
【請求項２１】
加圧下の酸素が使用される、請求項１記載の方法。
【請求項２２】
約２０〜１５０℃の範囲内の温度が使用される、請求項１記載の方法。
【請求項２３】
使用される元素態臭素とヒドロキシ芳香族化合物とのモル比が１：２未満である、請求項１記載の方法。
【請求項２４】
４−ブロモフェノール、４−ブロモ−２−メチルフェノール又は４−ブロモ−３−メチルフェノールの製造方法であって、臭化第二銅の存在下で各々フェノール、ｏ−クレゾール又はｍ−クレゾールを空気及び元素態臭素と接触させることを含んでなる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヒドロキシ芳香族化合物の接触臭素化に関し、さらに詳しくは、かかる反応での臭素化剤として元素態臭素を使用することに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒドロキノンのような単環式ジヒドロキシ芳香族化合物及び４，４’−ジヒドロキシビフェニル（「ビフェノール」）のようなジヒドロキシビフェニル類は、化学工業で多数の用途を有している。例えば、いずれの化合物も、ポリマーの製造、特にポリカーボネート、ポリスルホン及びポリイミド（とりわけポリエーテルイミド）の製造で使用できる。
【０００３】
ヒドロキノン及びビフェノールの製造のためには、各種の方法が存在している。かかる方法の例としては、各化合物はｐ−ブロモフェノールから製造できる。即ち、ヒドロキノンは加水分解で製造でき、ビフェノールは貴金属触媒、塩基及び還元剤の存在下での反応カップリングで製造できる。
【０００４】
ｐ−ブロモフェノールで例示される臭素化ヒドロキシ芳香族化合物は、通例、様々な溶媒中でヒドロキシ芳香族化合物前駆体を臭素化剤としての元素態臭素と反応させることで製造される。しかし、このプロセスは臭素の利用の点で効率が悪い。その理由は、製造される臭素化芳香族化合物１モルごとに１モルのＨＢｒが生成する結果、元素態臭素から臭素化生成物への転化率は５０％にすぎないからである。したがって、臭素から臭素化生成物への転化率の向上が望ましく、追求されてきた。
【０００５】
元素態臭素に対する臭素化生成物の収率を増大させるためにいくつかの方法が開発された。例えば、典型的な臭素化反応中に生じるＨＢｒと共に過酸化水素が使用された。過酸化物の使用はＨＢｒからＢｒ２への酸化を容易にし、したがって反応に仕込んだ臭素の初期量に対する臭素化生成物の収率を増大させる。他の方法には、各種触媒の組合せを過酸化物と共に用いてＨＢｒから臭素への酸化を容易にするものがある。
【０００６】
これらのアプローチは他の公知方法に比べて追加の効率を与えるものの、改良方法の探求は今なお続いている。特に、ＨＢｒを生じることなく、臭素化剤として元素態臭素を用いる臭素化反応を実施することはいくつかの理由で有利であろう。第一に、一定量の臭素から一層高率の高価な臭素化生成物（例えば、ｐ−ブロモフェノール）を得ることができる。さらに、ＨＢｒを生成せずにかかる反応を実施できれば、ＨＢｒ除去ユニットの必要性が排除されると共に、下流側設備の大部分について構造材料の融通性が増大するなど、下流側処理作業の簡略化が可能となる。
【特許文献１】米国特許出願第１０／３４２，４７５号明細書
【非特許文献１】Ｎ．Ｎａｒｅｎｄｅｒ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｌｉｑｕｉｄ  ｐｈａｓｅ  ｂｒｏｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｈｅｎｏｌｓ  ｕｓｉｎｇ  ｐｏｔａｓｓｉｕｍ  ｂｒｏｍｉｄｅ  ａｎｄ  ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｐｅｒｏｘｉｄｅ  ｏｖｅｒ  ｚｅｏｌｉｔｅｓ”；Ｍｏｌｅｃ．Ｃａｔａｌｙｓｉｓ  Ａ：Ｃｈｅｍ．１９２，７３−７７（２００３）
【発明の開示】
【０００７】
本発明は、臭素化剤としての元素態臭素、金属触媒及び酸素含有ガスを用いてヒドロキシ芳香族化合物を臭素化するための新規で効率的な方法を提供する。従前の技術と異なり、本方法は意外にも両当量のＢｒを元素態臭素（Ｂｒ２）からヒドロキシ芳香族基質に転移させることを可能にする。このような能力は、ＨＢｒの生成を排除し、元素態臭素から臭素化生成物（例えば、ｐ−ブロモフェノール）への転化を顕著に増加させるので有利である。
【０００８】
したがって、一態様では、本発明は臭素化ヒドロキシ芳香族化合物の製造方法に関する。この方法は、金属触媒の存在下でヒドロキシ芳香族化合物を酸素及び元素態臭素と接触させることを含んでなる。
【０００９】
別の態様では、本発明は、４−ブロモフェノール、４−ブロモ−２−メチルフェノール又は４−ブロモ−３−メチルフェノールの製造方法であって、臭化第二銅の存在下でフェノール、ｏ−クレゾール又はｍ−クレゾールを空気及び元素態臭素と接触させることを含んでなる方法に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の方法は、元素態臭素を用いてヒドロキシ芳香族化合物を臭素化する。しかし意外にも、臭素化反応から生じたＨＢｒは、金属触媒の存在下で酸素を使用すれば、続いてヒドロキシ芳香族化合物により消費される。従前の方法と異なり、Ｂｒ２からブロモ化合物への転化の効率は５０％超、通例は７０％超であり、９０％もの効率も認められる。このように本方法は、酸化体としての安価な酸素（例えば、空気中の酸素）及び金属触媒を用いることで、臭素化反応で使用する臭素の大部分の消費を可能にする。
【００１１】
本発明の方法に従って得られるすべての生成物に関して共通の初期反応体はヒドロキシ芳香族化合物であり、これはフェノールのような非置換ヒドロキシ芳香族化合物であり得るか、或いは４位が非置換であり、したがって臭素化のために利用できることを条件にした置換化合物であり得る。当業者には公知の通り、ヒドロキシ基に結合した炭素に対する２位、３位及び４位はそれぞれオルト位、メタ位及びパラ位としても知られており、本明細書中でもそのようにいう。さらに、ｏ−はオルト位をいい、ｍ−はメタ位をいい、ｐ−はパラ位をいう。アリール環の１−炭素又は４−炭素以外の任意の位置にも置換基は存在し得ることに注意されたい。典型的な（１以上の）置換基は、アルキル基、特にＣ１−４アルキルである。例示的な化合物は、次式を有するものである。
【００１２】
【化１】
2007504130.tif 000002
式中、各Ｒは独立に水素又は置換基（好ましくはＣ１−４アルキル）である。大抵の例で特に好ましいのはフェノールであり、以後は具体的な記載はフェノールについて行うことが多い。しかし、所望に応じ、ｏ−及びｍ−クレゾールのような同族化合物をフェノールの代わりに使用することもできる。
【００１３】
最初に、ヒドロキシ芳香族化合物をＢｒ２と接触させる。生成する臭素化化合物１モルごとに、１モルのＨＢｒも生成する。このＨＢｒが酸素と共に金属触媒の存在下で追加のヒドロキシ芳香族化合物と接触すると、もう１モルの臭素化化合物を生成する。各反応は約２０〜１５０℃の範囲内の温度で実施できるが、一般には約６０〜１００℃の範囲内の温度が好ましい。本発明の方法は、ヒドロキシ芳香族化合物としてフェノールを用い、金属触媒として臭化第二銅を用いる下記の図式で例示される。
【００１４】
【化２】
2007504130.tif 000003
上記の臭素化反応は、最初に反応（Ｉ）を行い、次いで反応器に金属触媒を添加し、反応（II）に示すように反応器の内容物を酸素と接触させることで順次に実施できる。別法として、酸素を添加することなく、最初に金属触媒を反応（Ｉ）の反応体に添加できる（図示せず）。次に、反応（Ｉ）からの混合物を酸素と接触させ、反応（Ｉ）中に生成したＨＢｒを消費することで反応（II）が実施される。別の実施形態では、複合系（III）に示されるように、１つの容器内ですべての成分を最初から混合できる。
【００１５】
臭素化反応（Ｉ）では、ヒドロキシ芳香族化合物を元素態臭素（Ｂｒ２）と接触させる。Ｂｒ２とヒドロキシ芳香族化合物とのモル比は、ジブロモ化合物及びそれ以上の高度臭素化化合物の副生物への転化を最小限に抑えるため、好ましくは１：２未満であり、通例は約０．２〜０．９：２の範囲内にある。
【００１６】
臭素はそのままの状態で反応容器に添加でき、或いは極性有機溶媒中での臭素溶液として添加できる。その例には、アセトニトリル、ジメチルスルホキシド、クロロホルム、酢酸エチル及びｏ−ジクロロベンゼンのような極性非プロトン性溶媒、並びに水、酢酸、プロピオン酸及び過剰のヒドロキシ芳香族化合物のようなプロトン性溶媒がある。酢酸及びアセトニトリルが多くの場合に好ましい。上述の溶媒の混合物も使用できる。Ｂｒ２による初期臭素化（Ｉ）で溶媒を使用する場合には、続くＨＢｒ臭素化反応（II）でも同じ溶媒が通例使用される。しかし、各反応は無水条件下で実施されることが多い。
【００１７】
反応（ＩＩ）に示すように、反応（Ｉ）から生じたＨＢｒを用いて追加のヒドロキシ芳香族化合物が臭素化される。この反応は、金属触媒の存在下でヒドロキシ芳香族化合物を（Ｉ）からのＨＢｒ及び酸素と接触させることで実施される。さらに、前述の通り、臭素化反応（ＩＩ）で１種以上の極性有機溶媒が存在していてもよい。
【００１８】
ＨＢｒとヒドロキシ芳香族化合物とのモル比は、やはり多臭素化化合物への転化を最小限に抑えるために好ましくは１：１未満である。約０．２〜０．９：１の範囲内の比が典型的である。前述の通り、臭素化剤としてＨＢｒを用いる臭素化反応は、約２０〜約１５０℃、好ましくは約６０〜８０℃の範囲内の温度で実施される。
【００１９】
酸素は化学量論的に過剰に使用され、純酸素であり得るか、或いは空気又は酸素富化空気の形態で使用できる。通常の空気が多くの場合に好ましい。接触は、流動する酸素又は空気、或いは加圧下（通例は約１００気圧まで）の酸素又は空気を用いて行うことができる。オキシ臭素化反応（ＩＩ）は、代理人事件番号第１３４８６０号の下で本願と同時に提供した、「ヒドロキシ芳香族化合物の選択的接触オキシ臭素化」と称する米国特許出願中に記載の通り、元素態銅、銅化合物、或いは元素周期表の第ＩＶ族〜第ＶＩＩＩ族遷移金属の化合物又は錯体の１種以上のような金属触媒の存在下で起こる。
【００２０】
銅を用いて反応を触媒する場合には、一般に銅化合物が好ましい。その例は、硫酸第二銅、塩化第二銅、臭化第二銅、塩化第一銅及び臭化第一銅である。これらのうちでは、臭化水素酸との接触が通常は他の第二銅塩も臭化物に転化させるので、比較的安価であると共に特に好適であるという理由から臭化第二銅（ＣｕＢｒ２）がしばしば好ましい。ヒドロキシ芳香族化合物と銅触媒とのモル比としては、約１０：１〜約２００：１の範囲内のモル比が反応を触媒するために十分である。３０：１の比が典型的である。
【００２１】
元素周期表の第ＩＶ族〜第ＶＩＩＩ族の遷移金属の化合物／錯体を触媒として使用する場合、好適な遷移金属には、例えばバナジウム、チタン、モリブデン、タングステン及び鉄がある。化学式ＮａＶＯ３を有するメタバナジン酸ナトリウムのようなバナジウム塩が優先的に使用される。他の好適な遷移金属触媒には、例えば、ビス（アセチルアセトナト）オキソバナジウム（ＶＯ(ａｃａｃ)２）、ビス（アセチルアセトナト）オキソチタン（ＴｉＯ(ａｃａｃ)２）、酸化ナトリウムモリブデン二水和物（ＮａＭｏＯ４・２Ｈ２Ｏ）、臭化鉄（ＦｅＢｒ２）及びタングステン酸（Ｈ２ＷＯ４・ｘＨ２Ｏ）がある。ビス（アセチルアセトナト）オキソバナジウムは化学式ＶＯ(ＣＨ３ＣＯＣＨＣＯＣＨ３)２を有し、ビス（アセチルアセトナト）オキソチタンは化学式ＴｉＯ(ＣＨ３ＣＯＣＨＣＯＣＨ３)２を有する。その上、第ＩＶ族〜第ＶＩＩＩ族遷移金属触媒化合物は単独で又は組み合わせて（例えば、混合物として）使用できる。しかし、本発明はこれらの遷移金属触媒の使用に限定されず、他の金属、リガンド及び塩は当業者にとって自明であろう。
【００２２】
ヒドロキシ芳香族化合物と遷移金属触媒とのモル比が約１：１〜約５００：１の範囲内にあれば、生成物からジブロモ化合物及びそれ以上の高度臭素化化合物への転化が最小限に抑えられる。通例、２００：１のモル比が使用される。
【００２３】
各臭素化反応（Ｉ）及び（ＩＩ）並びに複合系（ＩＩI）の生成物は、通常は主としてｐ−ブロモ化合物であり、少量のｏ−ブロモ化合物並びにジブロモ化合物及びそれ以上の高度臭素化化合物も存在する。臭素の初期仕込量から臭素化生成物への転化に関する効率は、通常は７０％を超え、大抵は９０％にも達する。
【００２４】
本明細書中で使用する、フェノールからブロモフェノールへの「転化率」は、消費された総フェノール量（重量単位又はモルで表示）を最初に存在したフェノールに対する百分率として表した値と定義される。４−ブロモフェノールに対する選択率は通常６０％以上であるが、「選択率」とは生成した特定の生成物のモル数を消費されたフェノールのモル数に対する百分率として表した値を意味する。さらに、本明細書中で「モノブロモフェノール選択率」は、生成したパラ−臭素化生成物及びオルト−臭素化生成物のモル数を、生成したパラ−臭素化生成物、オルト−臭素化生成物、二臭素化生成物及びそれ以上の高度臭素化生成物に対する百分率として表した値と定義される。一般に、７６％以上のモノブロモフェノール選択率が認められる。
【００２５】
本発明に従って製造されたブロモフェノール化合物の分離は、当技術分野で公知の方法で実施できる。２−ブロモフェノールの沸点（１９４．５℃）と４−ブロモフェノールの沸点（２３８℃）との間には４０℃以上の差が存在し、ジブロモフェノールはさらに一段と高い沸点を有するので、蒸留が一般に好ましい。蒸留は、熱分解を最小限に抑えるために減圧下で実施できる。
【実施例】
【００２６】
以下の実施例は例示のために示すものであり、本発明を限定するためのものではない。本明細書中に記載した臭素化反応で使用する試薬、反応体及び触媒は、容易に入手できる物質である。
【００２７】
実施例１は、反応（Ｉ）に示すように触媒の不存在下でフェノールをＢｒ２で臭素化し、次いで反応（ＩＩ）に示すようにＣｕＢｒ２を添加してから空気の存在下で次の反応を実施する場合を例示している。この実施例では、２モル当量以上のヒドロキシ芳香族化合物に１モル当量の元素態臭素を添加し、次いで金属触媒及び酸素を添加した。
【００２８】
実施例２は、過剰の空気圧を使用することなく、ＣｕＢｒ２の存在下でフェノールをＢｒ２で臭素化した場合を例示している。続いて、混合物を空気で加圧することで、第一段階で生じたＨＢｒを消費した。実施例２では、金属触媒の存在下で２モル当量以上のヒドロキシ芳香族化合物に１モル当量の元素態臭素を添加し、次いで酸素を添加した。
【００２９】
実施例３は、上記の反応（ＩＩI）に示したように、Ｂｒ２を除くすべての成分を加圧反応器内に仕込み、次いでＢｒ２を送入する系を示している。この実施例では、金属触媒及び酸素の存在下で２モル当量以上のヒドロキシ芳香族化合物に１モル当量の元素態臭素を添加した。基本的には、これは実施例１及び２に記載した２つの段階を合わせて１つの反応にしたものである。
【００３０】
実施例１
磁気攪拌棒及び還流冷却器を備えた丸底フラスコに、５５．４ｇ（０．５８モル）のフェノール及び４３．６ｍＬの水を仕込んだ。次いで、１９．８ｇ（０．１２モル）のＢｒ２を含む添加漏斗を取り付けた。混合しながらＢｒ２を室温で滴下した。ＧＣ分析によれば、１６％のフェノールが臭素化フェノール化合物の混合物に転化した。この混合物に３．５７ｇ（０．０２モル）のＣｕＢｒ２を添加し、得られた混合物を機械的攪拌機構を備えたオートクレーブ反応器に移し、６５℃で３４．０気圧の空気に１時間暴露した。得られた混合物をＧＣで分析したところ、さらに９％のフェノールが臭素化フェノール化合物に添加したことがわかった。初期混合物に関しては、２５％のフェノール転化率と共に、６２％の４−ブロモフェノール選択率及び７８％のモノブロモフェノール選択率が認められた。初期仕込量の臭素に対する効率は７２％であった。
【００３１】
実施例２
磁気攪拌棒及び還流冷却器を備えた丸底フラスコに、５５．４ｇ（０．５８モル）のフェノール、３．５７ｇ（０．０２モル）のＣｕＢｒ２、及び４３．６ｍＬの水を仕込んだ。次いで、１９．８ｇ（０．１２モル）のＢｒ２を含む添加漏斗を取り付けた。混合しながらＢｒ２を室温で滴下した。得られた混合物は、混合物のＧＣ分析で測定したところ、１．４４ｗｔ％の２−ブロモフェノール、８．１７ｗｔ％の４−ブロモフェノール、及び６．６７ｗｔ％の２，４−ジブロモフェノールを含んでいた。この混合物を機械的攪拌機構を備えたオートクレーブ反応器に移し、６５℃で３４．０気圧の空気に１時間暴露した。得られた混合物をＧＣで分析したところ、さらに１０％のフェノールが臭素化フェノール化合物に添加したことがわかった。初期混合物に関しては、２７％のフェノール転化率と共に、６３％の４−ブロモフェノール選択率及び７７％のモノブロモフェノール選択率が認められた。初期仕込量の臭素に対する効率は７５％であった。
【００３２】
実施例３
機械的攪拌機及びガラスライナーを備えたオートクレーブ反応器に、５５．４ｇ（０．５８モル）のフェノール、３．５７ｇ（０．０２モル）のＣｕＢｒ２、及び４３．６ｍＬの水を仕込んだ。Ｅｌｄｅｘ計量ポンプに取り付けた独立の貯留器に、８２．５ｇの酢酸中に２２．３ｇのＢｒ２を含む溶液を入れた。反応器を３４．０気圧の空気で加圧し、６５℃に加熱した。次いで、Ｂｒ２含有溶液を０．０９ｇ  Ｂｒ２／分に相当する速度で反応器に送入し、３３．９ｇの混合物（０．０６モルのＢｒ２）が添加されるまで続けた。Ｂｒ２の添加を停止した後、反応を２０分間進行させた。得られた混合物をＧＣで分析したところ、１５％のフェノール転化率と共に、６３％の４−ブロモフェノール選択率及び７６％のモノブロモフェノール選択率が示された。初期仕込量の臭素に対する効率は９０％であった。
【００３３】
以上、例示目的のために典型的な実施形態を記載してきたが、上記の説明及び実施例は本発明の技術的範囲を限定するものと解すべきでない。したがって、当業者には、本発明の技術思想及び技術的範囲から逸脱せずに様々な修正例、適応例及び代替例が想起できるであろう。
【国際調査報告】
2007504130.tif 000005
2007504130.tif 000006
2007504130.tif 000007