JP2006160646A - 脂環式第３級（メタ）アクリレート類の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】工業的に実施の容易な条件の下に、脂環式第３級（メタ）アクリレート類の高純度品を収率よく得ることができる方法を提供する。
【解決手段】アミンの存在下に脂環式ケトンと有機マグネシウムハライドと一般式（Ｉ）

（式中、Ｒ₁ は水素原子又はメチル基を示し、Ｒ₂ はアリール基又はビニル基を示す。）で表される（メタ）アクリル酸エステルとを反応させる。
【選択図】なし

Description

本発明は、脂環式第３級（メタ）アクリレート類の製造方法に関する。

脂環式炭化水素基の第３級炭素原子に（メタ）アクリロイルオキシ基が結合している脂環式第３級（メタ）アクリレート類は、放射線硬化レジスト用原料や高機能性樹脂原料のほか、種々の機能化学品の原料として有用である。このような脂環式第３級（メタ）アクリレート類の製造方法については、例えば、第３級アルコールと（メタ）アクリル酸クロライドを反応させて得られることが知られている（非特許文献１参照）。しかし、一般に、（メタ）アクリル酸クロライドを用いる方法は、非常に高価であるうえに、化学的に不安定であるので、特に、工業的には採用し難い。

そこで、例えば、１−エチル−１−シクロへキサノールに無水酢酸中、トリエチルアミンの存在下にアクリル酸を反応させて、１−エチル−１−シクロへキシルアクリレートを得る方法が提案されている（特許文献１参照）。また、脂環式ケトンである２−アダマンタノンを原料として、これにアルキル金属化合物とアクリル酸アルキルエステル又は無水アクリル酸を反応させて、脂環式第３級アルキルエステルとして２−アルキル−２−アダマンチルメタアクリレートを得る方法も提案されている（特許文献２参照）。

しかし、嵩高い脂環式第３級炭化水素基を有する（メタ）アクリレート類の製造において、上述したような方法によるときは、高価な原料を必要とする問題、反応条件が工業的に煩雑であり、若しくは厳しいという問題、反応収率が低いという問題のほか、副生物の生成や残留金属分によって高純度品を得るための精製が困難である等、種々の問題がある。
特開２０００−３１９２２６号公報 特開２００２−２４１３４２号公報 第４版実験化学講座２２「有機合成ＩＶ」−酸・アミノ酸・ペプチド−、第５０〜５１頁、平成０４年１１月３０日丸善（株）発行）

本発明者らは、嵩高い脂環式第３級炭化水素基を有する（メタ）アクリル酸エステル類の製造における上述した問題を解決するために鋭意研究した結果、脂環式ケトンに有機マグネシウムハライドと（メタ）アクリル酸エステルを反応させて、脂環式第３級（メタ）アクリレート類を製造する方法において、アミン類の存在下に特に選択した（メタ）アクリル酸エステルのエステル交換反応を行うことによって、工業的に実施の容易な条件の下に、目的とする脂環式第３級（メタ）アクリレート類の高純度品を収率よく得ることができることを見出して、本発明に至ったものである。

即ち、本発明によれば、アミンの存在下に脂環式ケトンと有機マグネシウムハライドと一般式（Ｉ）

（式中、Ｒ₁ は水素原子又はメチル基を示し、Ｒ₂ はアリール基又はビニル基を示す。）で表される（メタ）アクリル酸エステルとを反応させることを特徴とする脂環式第３級（メタ）アクリレート類の製造方法が提供される。ここに、（メタ）アクリレートは、アクリレート又はメタクリレートを意味するものとし、（メタ）アクリル酸エステルは、アクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルを意味するものとする。

本発明の方法によれば、脂環式ケトン、有機マグネシウムハライド及び所定の（メタ）アクリル酸エステルを原料として用いて、工業的に実施が容易な反応条件と操作によって、脂環式第３級（メタ）アクリレート類の高純度品を収率よく製造することができる。

本発明による脂環式第３級（メタ）アクリレート類の製造方法は、アミンの存在下に脂環式ケトンと有機マグネシウムハライドと所定の（メタ）アクリル酸エステルとを反応させることからなるものである。

本発明において、脂環式ケトンは、脂環式モノケトン、脂環式ジケトン及びビス脂環式ジケトンを含むものとし、具体的には、脂環式モノケトンとしては、例えば、置換基を有していてもよいシクロペンタノン、９−フルオレノン、シクロヘキサノン、シクロオクタノン、アダマンタノン等を挙げることができる。特に、置換基を有するシクロヘキサノンとしては、一般式（II）

（式中、Ｒ₃ は炭化水素基を示し、ｎは１〜３の整数である。）
で表されるものが好ましい。上記基Ｒ₃ は、好ましくは、それぞれ独立にアルキル基であり、より好ましくは、それぞれ独立に炭素原子１〜４のアルキル基であり、最も好ましくはすべてメチル基である。従って、上記置換基を有するシクロヘキサノンの好ましい具体例としては、例えば、３−メチルシクロヘキサノン、２，５−ジメチルシクロヘキサノン、３，３，５−トリメチルシクロヘキサノン、２，３，５−トリメチルシクロヘキサノン等を挙げることができる。脂環式ジケトンとしては、例えば、シクロヘキサン−１，４−ジオン等を挙げることができる。

ビス脂環式ジケトンとしては、一般式（III)

（式中、Ｘは単結合、アルキレン基又はシクロアルキレン基を示し、Ｒ₄ とＲ₅ は炭化水素基を示し、ｍ及びｎはそれぞれ０〜３の整数である。）
で表されるものを挙げることができる。

上記基Ｒ₄ とＲ₅ は、好ましくは、それぞれ独立にアルキル基であり、より好ましくは、それぞれ独立に炭素原子１〜４のアルキル基であり、最も好ましくは、それぞれ独立にメチル基又はエチル基である。また、上記アルキレン基は、好ましくは、炭素原子数１〜１０のアルキレン基であり、好ましい具体例として、例えば、メチレン基、エチレン基、エチリデン基、プロピレン基、プロピリデン基等を挙げることができる。シクロアルキレン基は、好ましくは、炭素原子数５又は６のシクロアルキレン基であり、好ましい具体例として、例えば、１，４−シクロヘキシレン基やシクロヘキシリデン基等を挙げることができる。

従って、上記ビス脂環式ジケトンの好ましい具体例としては、例えば、ビ（４−オキソシクロヘキシル）、ビ（３−メチル−４−オキソシクロヘキシル）、ビ（３，５−ジメチル−４−オキソシクロヘキシル）、ビス（４−オキソシクロヘキシル）メタン、ビス（２−オキソシクロヘキシル）メタン、ビス（２−エチル−４−オキソシクロヘキシル）メタン、（２−オキソシクロヘキシル）−（４−オキソシクロヘキシル）メタン、２，２−ビス（４−オキソシクロヘキシル）プロパン等を挙げることができる。

有機マグネシウムハライドは、一般式（IV）

（式中、Ｒ₆ は炭化水素基を示し、Ｘはハロゲン原子を示す。）
で表されるものが用いられる。

上記一般式（IV）で表される有機マグネシウムハライドにおいて、基Ｒ₆ は炭化水素基であり、具体的には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等のアルキル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基、フェニル基等のアリール基であり、好ましくは、アルキル基又はアリール基であり、より好ましくは、炭素原子数１〜４のアルキル基又はフェニル基である。また、ハロゲン原子は、例えば、塩素又は臭素が好ましい。

従って、上記有機マグネシウムハライドとしては、具体的には、例えば、メチルマグネシウムクロライド、メチルマグネシウムブロマイド、エチルマグネシウムクロライド、ｎ−プロピルマグネシウムクロライド、イソブチルマグネシウムクロライド、フェニルマグネシウムブロマイド等が好ましく用いられる。

有機マグネシウムハライドは、通常、溶媒に溶解させてなる溶液として用いられる。上記溶媒としては、例えば、テトラヒドロフランやジエチルエーテル等のエーテル類、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン等の炭化水素類、四塩化炭素、ジクロロメタン等のハロゲン化合物を挙げることができるが、反応に不活性な溶媒であれば上記に限定されるものではない。このような有機マグネシウムハライド溶液は、脂環式ケトンに対して、１〜１０当量、好ましくは１〜２当量の範囲で用いられる。

本発明の方法によれば、上述した脂環式ケトンと有機マグネシウムハライドと一般式（Ｉ）

（式中、Ｒ₁ は水素原子又はメチル基を示し、Ｒ₂ はアリール基又はビニル基を示す。）で表される（メタ）アクリル酸エステルとを反応させることによって、目的とする脂環式第３級（メタ）アクリレート類を得るものである。

ここに、上記一般式（Ｉ）で表される（メタ）アクリル酸エステルにおいて、基Ｒ₁ は水素原子又はメチル基を示し、Ｒ₂ はアリール基又はビニル基を示し、ここに、アリール基としては、具体的には、例えば、置換基を有していてもよいフェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基等の単核又は多核芳香族基を挙げることができる。更に、本発明においては、上記アリール基は、ヘテロ原子含有芳香族基を含むものとし、そのようなヘテロ原子含有芳香族基として、例えば、１，３−イミダゾリル基やフリル基等を挙げることができる。

特に、本発明によれば、上記（メタ）アクリル酸エステルは、（メタ）アクリル酸ビニル又は（メタ）アクリル酸フェニルが好ましく用いられる。このような（メタ）アクリル酸エステルは、脂環式ケトンに対して、通常、１〜１００当量、好ましくは、１〜２０当量、最も好ましくは、１〜５当量の範囲で用いられる。

本発明においては、上述した脂環式ケトンと有機マグネシウムハライドと（メタ）アクリル酸エステル類とをアミンの存在下に反応させる。このアミンは、脂環式ケトン類と有機マグネシウムハライドとの反応によって生成する脂環式第３級ハロゲン化マグネシウムアルコキシドを活性化して、上記（メタ）アクリル酸エステルのエステル交換反応を促進する役割を有するものであって、アミンとしては、種々の第１級アミン、第２級アミン及び第3 級アミンが用いられる。

具体例として、第１級アミンとして、例えば、メチルアミン、エチルアミン、ｎ−プロピルアミン、エチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、アリルアミン、シクロヘキシルアミン、ベンジルアミン等を挙げることができ、第２級アミンとして、例えば、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジフェニルアミン、Ｎ−メチルアニリン、２，２，６，６，−テトラメチルピペリジン等を挙げることができ、また、第３級アミンとして、例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、Ｎ, Ｎ, Ｎ, ’Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン、トリベンジルアミン、４−（Ｎ，Ｎ−ジメチル）アミノピリジン等を挙げることができる。これらのなかでは、第３級アミンが好ましく、特に、Ｎ, Ｎ, Ｎ, ’Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミンのような脂肪族第３級ジアミンが最も好ましく用いられる。

本発明においては、上記アミンと共に、ナトリウムメトキシド等の金属アルコキシド類、水酸化テトラメチルアンモニウム等の水酸化第４アンモニウム類等の他の塩基類を併用してもよい。

本発明において、上記アミンは、脂環式ケトンに対して、通常、１〜４０当量、好ましくは、２〜９当量の範囲で用いられる。

本発明において、アミンの存在下に脂環式ケトンと有機マグネシウムハライドと（メタ）アクリル酸エステルとを反応させる手順は、特に限定されるものではないが、本発明の好ましい態様によれば、反応容器に有機マグネシウムハライド溶液を仕込み、これに脂環式ケトンを加えて、脂環式ケトン類と有機マグネシウムハライドを反応させて、脂環式第３級ハロゲン化マグネシウムアルコキシドを生成させ、次いで、（メタ）アクリル酸エステルを加えるか、又は（メタ）アクリル酸エステルと前記アミンとを加えて、このアミンの存在下に上記脂環式第３級ハロゲン化マグネシウムアルコキシドと（メタ）アクリル酸エステル類とを反応させ、かくして、目的とする脂環式第３級（メタ）アクリレート類を得る。上記方法において、（メタ）アクリル酸エステルの前にアミンを反応混合物に加えてもよい。

しかし、脂環式ケトン類と有機マグネシウムハライドを反応させる手順は、上記例示に限られるものではなく、反応容器に最初に脂環式ケトンの溶液を仕込み、これに有機マグネシウムハライド溶液を加えて、脂環式ケトン類と有機マグネシウムハライドを反応させて、脂環式第３級ハロゲン化マグネシウムアルコキシドを生成させ、次いで、（メタ）アクリル酸エステルを加えるか、又は（メタ）アクリル酸エステルと前記アミンとを加えてもよい。この場合にも、（メタ）アクリル酸エステルの前にアミンを反応混合物に加えてもよい。

脂環式ケトンとして、３，３，５−トリメチルシクロヘキサノンを例にとって、上記反応を下記スキームに示す。即ち、３，３，５−トリメチルシクロヘキサノンにアルキルマグネシウムクロライドを反応させて、上記アルキルマグネシウムクロライドに由来するアルキル基Ｒ₆ を置換基として有する脂環式第３級ハロゲン化マグネシウムアルコキシド（２）を得、次いで、これにアミンの存在下に前記（メタ）アクリル酸エステルを反応させることによって、目的とする脂環式第３級（メタ）アクリレート（３）を得る。

このように、脂環式モノケトン類からはモノ（メタ）アクリレートを得ることができ、同様に、脂環式ジケトン類やビス脂環式ジケトン類からはこれよに対応するジ（メタ）アクリレート類を得ることができる。

上記アミンのうち、第１級アミンと第２級アミンは、通常、有機マグネシウムハライドと反応するので、本発明によれば、脂環式ケトンと有機マグネシウムハライドとを反応させた後に反応系に加えるのが好ましい。他方、第３級アミンを用いる場合はそのような制限はなく、例えば、脂環式ケトンと有機マグネシウムハライドとを反応させる前でも、反応させた後でも、いずれの段階で反応系に加えてもよい。しかし、通常は、脂環式ケトンと有機マグネシウムハライドとの反応の後に反応系に加えるのが好ましい。

上述したように、一般に、脂環式ケトンと有機マグネシウムハライドとの反応によって、脂環式第３級ハロゲン化マグネシウムアルコキシドが生成するが、この脂環式第３級ハロゲン化マグネシウムアルコキシドは、そのエステル化の反応性が低いために、エステル化剤として、従来より用いられている（メタ）アクリル酸メチル等のアルキルエステルを用いる場合には、アミン等の反応促進剤の存在下に反応を行っても、エステル交換反応は殆ど進行しない。しかし、エステル化剤として、本発明に従って、前述した所定の（メタ）アクリル酸エステルを用いると共に、これをアミンの存在下に上記脂環式第３級ハロゲン化マグネシウムアルコキシドと反応させることによって、目的とする脂環式第３級（メタ）アクリレート類を収率よく得ることができる。

本発明において、脂環式ケトンと有機マグネシウムハライドとの反応温度は、通常、−７０℃から２００℃、好ましくは、−５０℃から１００℃の範囲である。また、この反応の後の脂環式第３級ハロゲン化マグネシウムアルコキシドと前記（メタ）アクリレートとの反応温度も上記範囲にあればよいが、しかし、上記反応温度と同じ温度である必要はない。

また、本発明において、脂環式ケトンと有機マグネシウムハライドとの反応時間は、通常、０．２〜５００時間の範囲である。また、この反応の後の脂環式第３級ハロゲン化マグネシウムアルコキシドと前記（メタ）アクリレートとの反応時間は、通常、０．５〜１００時間程度である。

本発明の方法によれば、反応終了後、得られた反応混合物を従来より知られている通常の方法にて後処理し、精製することによって、目的とする脂環式第３級（メタ）アクリレート類を精製品として得ることができる。この精製方法としては、例えば、得られた反応混合物を減圧濃縮し、得られた濃縮残渣を適宜の有機溶媒で洗浄又は抽出し、その後、水洗し、更に、必要に応じて、蒸留精製又はカラム精製、再結晶等の方法にて処理することによって、高純度の脂環式第３級（メタ）アクリレート類を得ることができる。

このような本発明の方法によれば、反応に用いる脂環式ケトン、（メタ）アクリレート及び有機マグネシウムハライドに応じて、種々の脂環式第３級（メタ）アクリレート類を得ることができる。具体的には、例えば、シクロヘキサノンとメタクリル酸エステルとイソプロピルマグネシウムハライドを用いることによって、１−エチルシクロへキシルメタクリレートを得ることができ、３，３，５−トリメチルシクロヘキサノンとメタクリル酸エステルとメチルマグネシウムハライドを用いることによって、１，３，３，５−テトラメチルシクロヘキシルメタクリレートを得ることができ、３，３，５−トリメチルシクロヘキサノンとアクリル酸エステルとメチルマグネシウムハライドを用いることによって、１，３，３，５−テトラメチルシクロヘキシルアクリレートを得ることができ、４，４’−オキシビシクロヘキサンとメタクリル酸エステルとメチルマグネシウムハライドを用いることによって、４，４’−ジ（メタクリロイルオキシ）−４，４’−ジメチルビシクロヘキシルを得ることができ、２，２−ビス（４−オキシシクロヘキシル）プロパンとメタクリル酸エステルとメチルマグネシウムハライドを用いることによって、２，２−ビス（４−メタクリロキシー４−メチルシクロヘキシル）プロパンを得ることができる。

以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。

実施例１
（１，３，３，５−テトラメチルシクロヘキシルメタクリレートの合成）
アルゴンガス雰囲気下において、無水テトラヒドロフラン３００ｍｌを入れた反応容器に攪拌下に、３．０モル／Ｌ濃度のメチルマグネシウムクロリドのテトラヒドロフラン溶液１１５ｍｌを加え、これに攪拌下に３，３，５−トリメチルシクロヘキサノン４０ｇを滴下した。このとき、反応容器中の混合物の温度を５０℃に保った。次いで、上記と同じ温度において、攪拌下に１時間反応させた。この後、反応容器中にビニルメタクリレート１２０ｇを滴下し、次いで、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン２２０ｇを滴下し、室温で１７時間、攪拌下に反応させた。

反応終了後、反応混合物が約半量になるまで減圧濃縮し、得られた濃縮液をヘキサンで抽出した。次いで、目的物を含む有機層を濾過、水洗した後、減圧濃縮した。得られた濃縮残渣を真空昇華精製して、目的物である１，３，３，５−テトラメチルシクロヘキシルメタクリレート１２．３ｇを無色油状物として得た。ガスクロマトグラフィー分析法による収率は１９．１モル％であった。

赤外線吸収スペクトル：
図１に示す。νＣ＝Ｏの吸収ピークが１７１０ｃｍ^-1にみられる。
プロトンＮＭＲスペクトル（溶媒ＣＤＣｌ₃、４００ＭＨｚ）：

実施例２
アルゴンガス雰囲気下において、無水テトラヒドロフラン１０ｍｌを入れた反応容器に攪拌下に、３．０モル／Ｌ濃度のメチルマグネシウムクロリドのテトラヒドロフラン溶液２．５ｍｌを加え、これに攪拌下に３，３，５−トリメチルシクロヘキサノン１．０ｇを滴下した。このとき、反応容器中の混合物の温度を５０℃以下に保った。次いで、上記と同じ温度において、攪拌下に１時間反応させた。この後、反応容器中にビニルメタクリレート２．８０ｇを滴下し、次いで、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン４．６４ｇを滴下し、室温において１７時間、攪拌下に反応させた。

反応終了後、得られた反応混合物に飽和塩化アンモニウム水溶液を加えた後、目的物を酢酸エチルで抽出し、得られた有機層をガスクロマトグラフィー分析に付した結果、目的物である１，３，３，５−テトラメチルシクロヘキシルメタクリレートの収率は３７．４モル％であった。

実施例３
アルゴンガス雰囲気下において、無水テトラヒドロフラン１０ｍｌを入れた反応容器に攪拌下に、３．０モル／Ｌ濃度のメチルマグネシウムクロリドのテトラヒドロフラン溶液２．５ｍｌを加え、これに攪拌下に３，３，５−トリメチルシクロヘキサノン１．０ｇを滴下した。このとき、反応容器中の混合物の温度を５０℃以下に保った。次いで、上記と同じ温度において、攪拌下に１時間反応させた。この後、反応容器中にフェニルメタクリレート１．２０ｇを滴下し、次いで、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン１．７４ｇを滴下し、温度６０℃において２４時間、攪拌下に反応させた。

反応終了後、得られた反応混合物に飽和塩化アンモニウム水溶液を加えた後、目的物を酢酸エチルで抽出し、得られた有機層をガスクロマトグラフィー分析に付した結果、目的物である１，３，３，５−テトラメチルシクロヘキシルメタクリレートの収率は１８．０モル％であった。

比較例１
実施例３において、フェニルメタクリレートに代えて、メチルメタクリレート０．７９ｇを滴下し、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン１．７４ｇを滴下した後、反応を１７時間行った以外は、実施例３と同様にして、得られた有機層をガスクロマトグラフィー分析に付した結果、目的物である１，３，３，５−テトラメチルシクロヘキシルメタクリレートの収率は１モル％以下であった。

比較例２
実施例３において、フェニルメタクリレートを滴下添加した後、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチルエチレンジアミン１．７４ｇを添加することなく、反応を行った以外は、同様にして得られた有機層をガスクロマトグラフィー分析に付した結果、目的物である１，３，３，５−テトラメチルシクロヘキシルメタクリレートの収率は１モル％以下であった。

１，３，３，５−テトラメチルシクロヘキシルメタクリレートの赤外線吸収スペクトルである。

Claims (3)

1. アミンの存在下に脂環式ケトンに有機マグネシウムハライドと一般式（Ｉ）
   （式中、Ｒ₁ は水素原子又はメチル基を示し、Ｒ₂ はアリール基又はビニル基を示す。）で表される（メタ）アクリル酸エステルとを反応させることを特徴とする脂環式第３級（メタ）アクリレート類の製造方法。
2. 有機マグネシウムハライドがアルキルマグネシウムハライド又はフェニルマグネシウムハライドである請求項１に記載の脂環式第３級（メタ）アクリレート類の製造方法。
3. アミンが脂肪族第３級ジアミンである請求項１に記載の脂環式第３級（メタ）アクリレート類の製造方法。