JP2001172235A - ジメチルアミノエチルアクリレートの製造方法 - Google Patents
ジメチルアミノエチルアクリレートの製造方法Info
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Abstract
が少ないジメチルアミノエチルアクリレートの製造方法
を提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明は、エステル交換反応触媒の存在
下で、アルキルアクリレートとジメチルアミノエチルア
ルコールをx:1{但し、x(モル%)、80≦x≦2
80}の割合で含む原料を、少なくとも1槽以上の連続
反応槽を用いた反応器に供給し、ジメチルアミノエチル
アルコールの反応率y(%)が、次の(式1) 49+0.1x<y<71+0.1x (式1) を満足するように反応させてジメチルアミノエチルアク
リレートを製造する。
Description
チルアクリレートの製造方法に関し、更に詳しくは、ア
ルキルアクリレートとジメチルアミノエチルアルコール
とのエステル交換反応により、ジメチルアミノエチルア
クリレートを連続的に、高い生産性で製造する方法に関
するものである。
分子内にアミノ基を有しているため、繊維の染色性改質
剤、プラスチックの静電防止剤などとして、またこれら
のモノマーを重合・共重合させたポリマーは、トナーバ
インダー、紫外線硬化印刷用材料、塗料用樹脂、高分子
凝集剤およびイオン交換樹脂などとして有用である。
方法として、アルキルアクリレートとジメチルアミノエ
チルアルコールをエステル交換反応触媒の存在下で加熱
し、エステル交換反応する方法が用いられている。この
反応は平衡反応であるため、反応を有利に進めるため
に、副生したアルキルアルコールを蒸留などにより分離
除去しながら行われる。その後、反応液から未反応の原
料や不純物等を蒸留などにより除去し、精製して製品を
得る。
ルシウムを用いる方法(特開昭57−24336号公
報)、有機スズを用いる方法(特開昭58−46048
号公報)、ニッケル化合物を用いる方法(特開昭63−
101350号公報)、特定金属のアセチルアセトン錯
体を用いる方法(特開平1−180861号公報)、有
機スズ化合物を用いる方法(特開平1−299263号
公報)、β−ジケトンコバルト化合物を用いる方法(特
開平2−59546号公報)など、従来より種々検討さ
れている。
せるためには、上述のような触媒開発により反応時間を
短縮する方法の他に、一般的には製造条件等の製造方法
そのものを変更することも考えられる。例えば、高反応
率まで反応させる方法、反応温度の高温化、適切な原料
組成の選択等が考えられる。
るので高反応率では反応速度が遅くなるため、反応率が
高くなると逆に生産性が悪化する。また、温度が高くな
るとアルキルアクリレートおよびジメチルアミノエチル
アクリレートの重合が起こったり、マイケル付加物等の
副生物の生成が起こるなど、製品の品質上の問題が生じ
る。さらに、平衡反応であるエステル交換反応の特徴と
して、アルキルアクリレートの量がジメチルアミノエチ
ルアクリレートに対して過剰モル存在する状態では反応
速度が速くなることが知られているが、大過剰であると
単位容積当たりの生産量が小さくなる。また、反応液か
ら、未反応のアルキルアクリレートおよびジメチルアミ
ノエチルアルコールを除去する場合にも、ジメチルアミ
ノエチルアクリレートの重合や、マイケル付加物等の副
生成物の生成等の品質上の問題が生じる。
関する提案がほとんどで、このように現象が複雑である
エステル交換反応に対して、適切な製造条件等を設定し
製造方法そのものを改善して、生産効率を向上させる方
法は全く明らかにされていなかった。
なされたものであり、非常に生産性が高くかつ副生成物
が少ないジメチルアミノエチルアクリレートの製造方法
を提供することを目的とする。
反応触媒の存在下で、アルキルアクリレートとジメチル
アミノエチルアルコールのエステル交換反応によりジメ
チルアミノエチルアクリレートを製造する方法におい
て、ジメチルアミノエチルアルコールと、このジメチル
アミノエチルアルコールに対して、x(モル%)(但
し、80≦x≦280)の割合でアルキルアクリレート
を含む原料を、少なくとも1槽以上の連続反応槽を用い
た反応器に供給し、ジメチルアミノエチルアルコールの
反応率y(%)が、次の(式1) 49+0.1x<y<71+0.1x (式1) を満足するように反応させることを特徴とするジメチル
アミノエチルアクリレートの製造方法に関する。
0℃以上110℃以下の反応温度で行うことが好まし
い。このような条件により、エステル交換反応後の反応
液中のメチル−3−メトキシプロピオネート濃度を0.
5質量%以下とすることができる。
て得られた反応液を蒸留塔に導き、その際の蒸留塔の塔
底温度が100℃以下、塔頂温度が−20℃以上、20
℃以下、塔頂の圧力が13kPa以下の条件にて、未反
応のアルキルアクリレートおよびジメチルアミノエチル
アルコールを留去させて精製を行う精製工程をさらに有
することが好ましい。
媒の存在下で、アルキルアクリレートとジメチルアミノ
エチルアルコールとをエステル交換反応させる。その際
に用いられるエステル交換触媒は、従来からエステル交
換反応に用いられている触媒であれば特に制限はなく、
例えばアルカリ金属アルコラート、チタンアルコラート
およびアルミニウムアルコラートなどのアルコラート
類、有機スズ化合物、鉛化合物、並びにタリウム化合物
などを用いることができる。エステル交換触媒の使用量
は、生産性が悪化しない程度に必要な量を用いることが
好ましく、一般的にはジメチルアミノエチルアルコール
の0.001モル%以上が好ましい。さらに好ましく
は、0.005モル%以上である。また、エステル交換
触媒の量を多く添加すればそれだけ反応速度は向上する
が、多すぎても添加した触媒のコストに見合うだけの反
応速度の向上の効果が認められなくなるので、通常はジ
メチルアミノエチルアルコールの0.1モル%以下で用
いれることが好ましい。
レートとしては、炭素数1〜6(特に好ましくは炭素数
1〜4)の直鎖状または分岐状アルキルのアクリル酸エ
ステルが好ましく、例えばメチルアクリレート、エチル
アクリレート、プロピルアクリレート、ブチルアクリレ
ート、イソプロピルアクリレート、イソブチルアクリレ
ート等を挙げることができる。この中でも、一般的には
最も安価なメチルアクリレートが最も好ましい。
アミノエチルアルコール1モルに対して80〜280モ
ル%である。即ち、ジメチルアミノエチルアルコールを
あまりに過剰にした条件では、反応終了後に残存するジ
メチルアミノエチルアルコールの量が増大し、これがメ
チルアミノエチルアクリレートの沸点と比較的近いため
に精製工程への負荷が大きくなるので、通常は80モル
%以上が好ましい。また、原料中のジメチルアミノエチ
ルアルコールの割合が小さくなり過ぎると、反応液中の
ジメチルアミノエチルアクリレートの割合が小さくなっ
て生産性が悪化する傾向にあるので、一般的には280
モル%以下が好ましい。
クリレートとジメチルアミノエチルアルコールとを含む
原料を、少なくとも1槽以上の連続反応槽を用いた反応
器に供給する。これらの実際に反応に関与する原料のほ
かに、適当な溶媒を用いてもよい。特にエステル交換反
応によって副生するアルキルアルコールを共沸によって
除去できるような溶媒が好ましく、例えば、n−ヘキサ
ン、n−ヘプタン、n−オクタン、2,3−ジメチルブ
タン、2,5−ジメチルヘキサン、2,2,4−トリメ
チルペンタン等を用いることができる。
ールに対するアルキルアクリレートの割合をxモル%
(但し、上述のように80≦x≦280である。)で表
したとき(即ち、ジメチルアミノエチルアルコールのモ
ル数:アルキルアクリレートのモル数=1:(x/10
0))、反応率(%)が(49+0.1x)より大き
く、(71+0.1x)未満となるように製造条件を設
定して反応を制御する。反応率がこの範囲に入ると、高
い生産性が得られかつ精製時の熱負荷も小さくなり、プ
ロセス全体として有利な条件となることがわかった。
尚、反応率とは、供給ジメチルアミノエチルアルコール
全量に対して、反応してジメチルアミノエチルアクリレ
ートに転換したジメチルアミノエチルアルコールの割合
である。
リレートを得るためには、多量の原料を供給し低反応率
の反応液を多量得る方法から、少量の原料を供給し高反
応率の反応液を少量得る方法まで考えられる。前者では
反応槽を小さくすることができるが、精製工程への熱負
荷が大きく、後者では反応槽が大きくなるが、精製工程
への熱負荷が小さくなる。
49+0.1xより大きくすることにより、精製工程へ
の熱負荷の負担も小さくなり、また、反応率を71+
0.1xより小さくすることにより、反応工程で十分な
生産効率が得られる。本発明では、さらに、反応率y
(%)が次の式を満たすようにすることが好ましい。
力、原料組成、触媒量等を制御することで、任意に選択
することが可能である。
連続槽型反応槽を用いことが可能である。反応率yに関
する(式1)を満足するように設定される限り、連続反
応槽の段数、各槽の形状、各槽の大きさ、各槽の並べ方
等には特に制限はなく、必要により適宜変更することが
できる。即ち、多槽の反応槽を用いるときは、全体の反
応率が、(式1)を満たすように、各反応槽での反応率
を適宜変更すればよい。
好ましいが、これに限定されるものではない。反応槽に
付属する蒸留塔の形式についても特に制限はなく、例え
ば、トレイ型や充填塔型等が利用できる。
考慮すると90℃以上が好ましく、反応温度が90℃未
満になる場合は、例えば加圧して反応温度を高くするこ
とが望ましい。沸点の高い溶媒を用いて温度を高くする
ことも可能である。また、反応温度を高くしすぎると副
生成物が増えたり、原料および生成物のアクリレート化
合物の重合が起こりやすくなるので、反応温度は110
℃以下が好ましい。例えば原料として、メチルアクリレ
ートを用いた場合は、反応温度が110℃を越えると、
副生成物、特に原料のメチルアクリレートと副生成物で
あるメタノールとのマイケル付加物であるメチル−3−
メトキシプロピオネートの発生が多くなり、メチルアク
リレートまたはジメチルアミノエチルアクリレートの重
合が生じやすくなる。メチル−3−メトキシプロピオネ
ートの生成は、目的生成物であるジメチルアミノエチル
アクリレートの収率が低くなるので好ましくないが、本
発明では反応温度を抑えることによって、反応液中のメ
チル−3−メトキシプロピオネートの濃度を0.5質量
%以下と低く抑えることが可能である。
ば減圧して温度を110℃以下保つことが好ましい。沸
点の低い溶媒を用いて温度を低くすることも可能であ
る。本発明の反応温度として、さらに好ましくは105
℃以下である。
には、未反応のアルキルアルキレートおよびジメチルア
ミノエチルアルコールが含まれるので、蒸留によりこれ
らを留去して精製を行う。この精製工程で用いられる蒸
留塔の形式については特に限定されず、例えば、トレイ
型や充填塔型等を利用することができる。
びジメチルアミノエチルアクリレートの重合、およびマ
イケル付加物等の副生成物の生成量の増加による収率の
低下を抑制するために、蒸留塔の塔底の温度を100℃
以下(一般的には50℃以上)に保って操作することが
望ましく、さらに好ましくは、70〜90℃である。こ
のときさらに、蒸留塔の塔頂圧力を13kPa以下、か
つ、蒸留塔の塔頂の温度を−20℃〜20℃の範囲に保
つことが好ましい。このようにすると、重合およびマイ
ケル付加物等の副生成物の生成を抑制しながら、1本の
蒸留塔を用いて、未反応のアルキルアクリレートおよび
ジメチルアミノエチルアルコールを留去することが可能
である。尚、塔頂の温度が−20℃未満になると、凝縮
器での冷却装置への負荷が大きくなる傾向がある。塔頂
の温度としては、好ましくは−15〜10℃である。蒸
留塔の塔頂圧力としては、一般的には1kPa以上であ
り、好ましくは2kPa〜10kPaである。
て、アルキルアクリレートおよびジメチルアミノエチル
アクリレートの重合を防止するため、蒸留塔に重合防止
剤を添加すること、例えば、蒸留塔塔頂や凝縮器から重
合防止剤を添加することができる。通常用いられる重合
防止剤としては、例えば、フェノチアジン、ハイドロキ
ノンモノメチルエーテル等を挙げることができる。重合
防止剤の添加量は、重合抑制の効果が充分に現れるだけ
の量で、かつ、多すぎるときの影響、例えば重合防止剤
の目的生成物であるジメチルアミノエチルアクリレート
からの分離の問題や、得られたジメチルアミノエチルア
クリレートを重合体の原料単量体として使用する際の重
合阻害等の悪影響がない範囲で選ぶことが好ましく、例
えば蒸留液質量の0.001〜2質量%の範囲で用いる
ことが好ましい。
物、例えば、空気、酸素とアルゴンの混合気体等を蒸留
塔下部などから導入してもよく、アルキルアクリレート
やジメチルアミノエチルアクリレートの重合抑制効果を
さらに向上させることができる。
さらに具体的に説明する。
反応率は、反応工程後の反応液を分析した結果から次式
により算出した。
ートのモル数、Bは未反応のジメチルアミノエチルアル
コールのモル数である。
−3−メトキシプロピオネートの濃度は、反応液の質量
に対するメチル−3−メトキシプロピオネートの質量で
表される質量%で示す。この化合物も反応液をガスクロ
マトグラフィーで分析することにより求めた。
アクリレートとジメチルアミノエチルアルコールの流出
速度は、全反応槽体積当たりの各成分の流出モル速度を
表す。ジメチルアミノエチルアクリレートの流出速度
を、反応工程の生産効率を表す指標として、一方、ジメ
チルアミノエチルアルコールの流出速度を、精製工程の
負荷を表す指標として用いることができる。従って、ジ
メチルアミノエチルアルコールの流出量が小さく、ジメ
チルアミノエチルアクリレートの流出量が大きいと、生
産性が高いと評価できる。
ように、反応装置ユニットPと反応装置ユニットQの2
槽連続槽型反応器と、蒸留装置ユニットRを用いて行っ
た。槽体積はオーバーフローしている状態での槽内反応
液の実容積である。原料供給量は調合した原料液の体積
流量である。
供給用導管(1)、オーバーフロー管(8)、攪拌翼
(3)、温度計を備えたガラス製3Lフラスコからなる
反応器(2)に、蒸留塔(4)、凝縮器(5)を備えた
蒸留装置を取り付けた。蒸留塔は内径32mmのガラス
製30段オールダーショウ蒸留塔を用いた。この反応装
置ユニットPのオーバーフロー管(8)を同様の構成か
らなる反応装置ユニットQの反応器(2)に接続した。
それぞれの反応装置ユニットには真空発生器(図示せ
ず)が装着されている。
管(8)から得られる反応液を蒸留装置ユニットRに供
給し、製品であるジメチルアミノエチルアクリレート
(ADAMと略す)と未反応のジメチルアミノエチルア
ルコール(DOHと略す。)とアルキルアクリレートを
分離した。蒸留装置ユニットRには凝縮器(5)、液分
配器(9)、加熱器(10)、真空発生器(図示せず)
が装着されている。本装置を用いて以下の実験を行っ
た。
チルアクリレート(MAと略す。)2モル、触媒として
ジブチルスズオキサイド0.01モル、重合禁止剤とし
てフェノチアジン0.0015モル)と、共沸溶媒とし
てn−ヘキサン30gを反応装置ユニットPの反応器
(2)に投入し、オイルバスにより、フラスコを加熱し
反応を開始した。系内で生成するメタノールはn−ヘキ
サンと共沸させ、塔頂より留出させた。留出液をデカン
ター(7)に導き、デカンターには100g/hで水供
給導管(6)から水を供給し、主としてヘキサンからな
る上層と主として水とメタノールからなる下層とに分離
し、下層を反応系外に取り出し、上層を蒸留塔下部から
10段目に戻した。蒸留塔は下部から15段目の温度が
塔頂の温度よりも0〜10K高くなるように還流比を1
〜10で調節した。
(1)より共沸溶媒含まない以外は最初の仕込み組成と
同じ組成の原料を一定流量で反応装置ユニットPの反応
器(2)に連続的に供給しはじめ、反応液をオーバーフ
ローさせた。反応装置ユニットPからオバーフローした
反応液を反応装置ユニットQへ導き、反応器が反応液で
満たされた後に加熱を開始して、反応装置ユニットPと
同様の方法で反応させた。反応装置ユニットP,Qとも
に、連続供給を開始してからも、その前と同じように、
メタノールとn−ヘキサンとを含む留出液に、100g
/hで水供給導管(6)から水を供給し、デカンター
(7)で分離し、主としてヘキサンを含む上層を蒸留塔
下部から10段目に戻し、主として水とメタノールから
なる下層とに分離し、下層を反応系外に取り出した。反
応装置ユニットPと反応装置ユニットQの蒸留塔は、連
続供給する前と同様に下部から15段目の温度が塔頂の
温度よりも0〜10K高くなるように還流比を1〜10
で調節した。
トQにおける反応温度は表1、2に示した通りである。
それぞれのユニットの反応温度が所定の温度を超える場
合は、真空発生器により減圧を開始し、所定の温度を保
持した。連続供給開始から20時間後の反応装置ユニッ
トQからオーバーフローしてくる反応液の組成を分析し
た。
フローしてくる反応液を連続的に蒸留装置ユニットRに
導いて蒸留を行った。蒸留塔は内径32mmのガラス製
10段オールダーショウを用いた。蒸留塔下部から6段
目に反応液を供給し、缶出液中に触媒とADAM以外の
成分が0.1質量%以下になるように還流比を1〜10
に調節し、塔頂の圧力が4.3kPaになるように減圧
度を調整しながら蒸留を行った。また、蒸留塔塔頂から
フェノチアジン10質量%を溶解させたADAM溶液を
1g/hで凝縮器上部から投入した。そのとき蒸留塔缶
出液の温度は80.0℃〜80.5℃であった。
率{(MAのモル数/DOHモル数)×100=x}、
反応装置ユニットP、Qの反応圧力を変更して4回の実
験(実施例1〜4)を行った。各実験において反応装置
ユニットQからオバーフローしてくる反応液中のDOH
とADAM、メチル−3−メトキシプロピオネートの分
析、蒸留ユニットRの蒸留塔塔頂温度の測定を行った。
結果を表1、2に纏めて示した。
原料供給量、反応装置ユニットP、Qの反応圧力を変更
して5回の実験(比較例1−5)を行った。結果を表
1、2に纏めて示した。反応液を用いた蒸留装置ユニッ
トRでの蒸留では、蒸留塔缶出液の温度は、80.0℃
〜80.5℃であった。
く、反応率y(%)が、式(1)の上限を越えており、
その結果、未反応のジメチルアミノエチルアルコールの
流出速度が小さいので、未反応物を留去する精製工程の
熱負荷は小さくて済むが、製品であるジメチルアミノエ
チルアクリレートの流出速度も小さいために、生産効率
が悪い。
く、反応率y(%)が、式(1)の下限を下回ってお
り、その結果、製品であるジメチルアミノエチルアクリ
レートの流出速度が大きく、生産効率は良いが、未反応
のジメチルアミノエチルアルコールの流出速度が大きい
ために、未反応物を留去する精製工程の熱負荷が非常に
大きいことがわかる。
(%)が、式(1)の上限を越えており、その結果、副
生成物であるメチル−3−メトキシプロピオネートが多
く生成している。
することで非常に生産性が高くかつ副生成物の生成が少
ないジメチルアミノエチルアクリレートを得ることがで
きる。
置を示す図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 エステル交換反応触媒の存在下で、アル
キルアクリレートとジメチルアミノエチルアルコールの
エステル交換反応によりジメチルアミノエチルアクリレ
ートを製造する方法において、 ジメチルアミノエチルアルコールと、このジメチルアミ
ノエチルアルコールに対して、x(モル%)(但し、8
0≦x≦280)の割合でアルキルアクリレートを含む
原料を、少なくとも1槽以上の連続反応槽を用いた反応
器に供給し、ジメチルアミノエチルアルコールの反応率
y(%)が、次の(式1) 49+0.1x<y<71+0.1x (式1) を満足するように反応させることを特徴とするジメチル
アミノエチルアクリレートの製造方法。 - 【請求項2】 前記アルキルアクリレートがメチルアク
リレートであることを特徴とする請求項1記載のジメチ
ルアミノエチルアクリレートの製造方法。 - 【請求項3】 前記エステル交換反応を、90℃以上1
10℃以下の反応温度で行うことを特徴とする請求項1
または2記載のジメチルアミノエチルアクリレートの製
造方法。 - 【請求項4】 前記エステル交換反応によって得られた
反応液を蒸留塔に導き、その際の蒸留塔の塔底温度が1
00℃以下、塔頂温度が−20℃以上、20℃以下、塔
頂の圧力が13kPa以下の条件にて、未反応のアルキ
ルアクリレートおよびジメチルアミノエチルアルコール
を留去させて精製を行う精製工程をさらに有する請求項
1〜3のいずれかに記載のジメチルアミノエチルアクリ
レートの製造方法。 - 【請求項5】 前記エステル交換反応によって得られた
反応液中のメチル−3−メトキシプロピオネート濃度が
0.5質量%以下であることを特徴とする請求項1〜4
のいずれかに記載のジメチルアミノエチルアクリレート
の製造方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP36272899A JP4519969B2 (ja) | 1999-12-21 | 1999-12-21 | ジメチルアミノエチルアクリレートの製造方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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