JP2008031112A - アルコキシ−ｎ−イソプロピル−プロピオンアミド及びそれを用いた溶剤又は洗浄剤 - Google Patents

Abstract

【課題】温度により溶解する物質を変えることができるアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミド、さらに使用後に回収及び精製が容易な溶剤及び洗浄剤を提供する。
【解決手段】疎水性を示す温度範囲及び親水性を示す温度範囲を有し、前記親水性を示す温度範囲が前記疎水性を示す温度範囲より低温である下記式で表されるアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミド。
Ｒ^１−Ｏ−ＣＨ_２ＣＨ_２Ｃ（＝Ｏ）ＮＨ−ＣＨ（ＣＨ_３）_２
（式中、Ｒ^１は炭素数１〜４のアルキル基である。）
【選択図】なし

Description

本発明は、アルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミド及びそれを用いた溶剤又は洗浄剤、並びにそれを用いた分離方法及びその分離方法を用いたアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミドの精製方法に関する。

一般に、アミド系溶剤は、優れた溶解力と水に容易に溶解する性質を有する。従って、アミド系溶剤は水によるリンスが可能であり、溶剤又は洗浄剤として望ましい性質を有している。また、最近では、オゾン層を破壊する等の環境汚染をもたらすおそれがあることから、従来のハロゲン系溶剤はアミド系溶剤に代替される傾向にある。このようなアミド系溶剤としては、例えば、ホルムアミド、モノメチルホルムアミド、ジメチルホルムアミド、モノエチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等が知られている。

アミド系溶剤を始めとする溶剤や洗浄剤は、使用後、再生するために蒸留等を行っており、多大なエネルギーと多段階の精製工程を必要とする。省エネルギーや精製工程の簡易化の観点から、使用後の溶剤の精製や溶液中の溶質の単離が容易に行える親水性、疎水性が温度により変えることができる溶剤や洗浄剤が切望されている。しかし、従来から溶剤や洗浄剤として知られているものにおいて、温度の変化により親水性から疎水性に変化する、又は疎水性から親水性に変化するものは無かった。

特許文献１には、温度を下げることにより半固状、固状から液状に変化する洗浄剤組成物が開示されている。しかし、温度に対応した親水性から疎水性への変化、又はこの逆の変化は生じていない。

特許文献２には、溶剤や洗浄剤として適用可能であるアクリル酸アミド類と炭素数１〜４の脂肪族一価アルコールを反応させるβ−アルコキシプロピオンアミド類の製造方法が開示されている。また、特許文献３には、新規なβ−アルコキシプロピオンアミド類及び該アミド類を含有する溶剤、洗浄剤が開示されている。
しかし、いずれも温度に対応した親水性から疎水性への変化、又はこの逆の変化については開示されていない。
特開平９−５９６９２号公報 特開２００４−２５０３５３号公報 特開２００５−４７８８８５号公報

本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、温度により溶解する物質を変えることができるアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミド、さらに使用後に回収及び精製が容易な溶剤及び洗浄剤を提供することを目的とする。

本発明によれば、以下の溶剤及び洗浄剤等が提供される。
１．疎水性を示す温度範囲及び親水性を示す温度範囲を有し、前記親水性を示す温度範囲が前記疎水性を示す温度範囲より低温である下記式で表されるアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミド。
Ｒ^１−Ｏ−ＣＨ_２ＣＨ_２Ｃ（＝Ｏ）ＮＨ−ＣＨ（ＣＨ_３）_２
（式中、Ｒ^１は炭素数１〜４のアルキル基である。）
２．１に記載のアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミドを含む溶剤又は洗浄剤。
３．１に記載のアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミド及び水を含む溶剤又は洗浄剤。
４．１に記載のアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミドに、疎水性を示す温度において疎水性の物質を溶解させ、その後親水性を示す温度に冷却して疎水性の物質を析出させて分離する分離方法。
５．１に記載のアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミドに、親水性を示す温度において親水性の物質を溶解させ、その後疎水性を示す温度に昇温して親水性の物質を析出させて分離する分離方法。
６．前記アルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミドに水を添加して使用する４又は５記載の分離方法。
７．４〜６のいずれかに記載の分離方法を用いて不純物である疎水性の物質又は親水性の物質を分離するアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミドの精製方法。

本発明によれば、温度により溶解する物質を変えることができるアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミド、さらに使用後に回収及び精製が容易な溶剤及び洗浄剤を提供することができる。

本発明のアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミドは下記式で表される。
Ｒ^１−Ｏ−ＣＨ_２ＣＨ_２Ｃ（＝Ｏ）ＮＨ−ＣＨ（ＣＨ_３）_２
式において、Ｒ^１は炭素数１〜４のアルキル基である。

上記アルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミドは、疎水性を示す温度範囲及び親水性を示す温度範囲を有し、親水性を示す温度範囲が疎水性を示す温度範囲より低温である。

尚、本発明において、親水性とは水に配合した場合に均一溶液を形成する性質であり、疎水性とは、水に配合した場合に交じり合わず、二層に分離する性質である。

本発明のアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミドは、Ｒ^１が炭素数４より大きいアルキル基の場合は、低温にしても親水性にならない。
Ｒ^１の具体例としては、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、ｓｅｃブチル基、ｔｅｒｔブチル基等が挙げられる。このうち、溶媒や洗浄剤として使用する場合に適する温度範囲（例えば、０℃〜１００℃の範囲）に親水性及び疎水性の両方を示すことから、好ましくはエチル基、ｎプロピル基、イソプロピル基、ｎブチル基であり、より好ましくは、イソプロピル基及びｎブチル基である。

また、−ＮＨＣＨ（ＣＨ_３）_２のように、１個の水素が窒素と結合している必要がある。−ＮＨ_２のように２個の水素が窒素と結合している場合、又は水素と窒素の結合がない場合には、疎水性を示す温度範囲と親水性を示す温度範囲を有し、かつ親水性を示す温度範囲の方が低温であるという特性を示さない。

上記の理由としては、低温領域においては水分子の動きが不活発であるため、下記式に示すように、本発明のアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミドを構成する基のうち、水と水素結合する能力を有する部分と水素結合を形成し、親水性となる。一方、高温領域では、水分子の動きが活発化し、水素結合が切断して、疎水性となるからと推測される。

本発明のアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミドは、例えば、塩基性触媒存在下、イソプロピルアクリルアミドと炭素数１〜４のアルコールを反応させることにより得られる。
尚、イソプロピルアクリルアミドは市販されているものも使用できる。

イソプロピルアクリルアミドと炭素数１〜４のアルコールの仕込み比率は、通常、イソプロピルアクリルアミド１モルに対して、炭素数１〜４のアルコールがほぼ１〜３モルであればよく、好ましくは１〜２モル、より好ましくは１〜１．５モルである。

炭素数１〜４のアルコールとしては、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、各種ブタノールが使用できる。これらアルコールのうち、得られるアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミドの親水性と疎水性のバランスの点から、好ましくはイソプロパノール又はｎブタノールである。

塩基性触媒の具体例としては、ナトリウムメトキシド、カリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムエトキシド、ｔｅｒｔブトキシナトリウム、ｔｅｒｔブトキシカリウム等が挙げられる。この中では、副生物が生成せず、長時間の反応を必要としない点から、好ましくはｔｅｒｔブトキシナトリウム又はｔｅｒｔブトキシカリウムである。また、これら触媒は１種単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

塩基性触媒の使用量は、特に制限は無く、原料の種類等に応じて適宜選択される。通常、アクリルアミドに対して塩基性触媒が０．５〜２０モル％、好ましくは１〜１５モル％である。

上記反応に用いる溶媒は、例えば、アセトン、エーテル及びアミド系溶媒を使用することができるが、経済性の観点から、好ましくは使用しない。

反応温度は、好ましくは３０〜６０℃であり、より好ましくは３５℃〜５０℃である。反応温度が３０℃未満の場合反応速度が非常に小さく、６０℃を超える場合、着色や重質化が起こり収量が低下する恐れがある。また、反応時間は、使用する原料や触媒の種類、反応温度等に左右され、一概に決めることはできないが、通常３０分から１０時間程度であり、好ましくは２〜５時間である。

生成したアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミドは、反応終了後に酢酸等の酸で中和した後、蒸留等の手段により目的物である生成物を分離することにより得ることができる。

本発明のアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミドは、好ましくは溶剤又は洗浄剤に用いられる。また、本発明のアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミドは、水と混合して溶剤又は洗浄剤として用いると、分離操作や精製操作の面で、操作性能が向上し好ましい。尚、水の配合割合は適宜選択でき、溶剤又は洗浄剤としての使用に都合のよい割合とすればよい。ただし、水の配合割合を過大にすると、溶剤や洗浄剤として使用した後のアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミドと水との分離操作や、後述する親水性物質の分離操作等において、操作の容易性が損なわれる恐れがある。アルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミドに対する水の比率は、体積比として１０，０００倍程度以下とするのが、操作性の点で好ましい。

本発明のアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミドは、低温領域では親水性を示すため、水と均一溶液を形成する物質、例えば、グリセリン、エチレングリコール等の親水性基を有する化合物を溶解する溶剤又は洗浄する洗浄剤として機能できる。また、高温領域では疎水性を示すため、水と均一溶液を形成しない物質、例えば、アダマンタン、ワックス等の炭化水素系化合物を溶解する溶剤又は洗浄する洗浄剤として機能できる。

本発明の分離方法は、疎水性を示す温度範囲と親水性を示す温度範囲を有し、親水性を示す温度範囲が疎水性を示す温度範囲より低温であるアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミドを使用することで、疎水性を示す温度において疎水性の物質を溶解させ、その後親水性を示す温度に冷却して疎水性の物質を析出させる、又は親水性を示す温度において親水性の物質を溶解させ、その後疎水性を示す温度に昇温して親水性の物質を析出させて分離する。また、上記分離方法を実施して親水性又は疎水性の物質（不純物）を除くことによりアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミドを精製することができる。

以下、本発明の分離方法を図を用いて説明する。
図１及び２に示すアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミド１は温度Ｔ_１以上の時に疎水性を示し、Ｔ_２以下の時に親水性を示す物質である（Ｔ_１＜Ｔ_２）。

図１は本発明の一実施形態に係る疎水性物質を分離する方法を示す図である。
まず、アルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミド１（以下、ＡＰＡＭ１と言う）の溶液の温度をＴ_１以上に昇温し、疎水性物質５を溶解させる。このとき、疎水性物質５は、ＡＰＡＭ１が疎水性を示すことから、ＡＰＡＭ１に溶解している。疎水性物質５が溶解しているＡＰＡＭ１をＴ_２以下に冷却すると、ＡＰＡＭ１が親水性を示すことから、疎水性物質５はＡＰＡＭ１に溶解できず、その密度によってＡＰＡＭ１の上部又は底部に析出する。この状態の液を、ろ過等することによって疎水性物質５を分離することができる。また、同時にろ液であるＡＰＡＭ１は疎水性物質５が分離されることから、精製され、再度利用することが可能となる。

図２は本発明の一実施形態に係る親水性物質を分離する方法を示す図である。
アルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミド水溶液２（以下、ＡＰＡＭ水溶液２と言う）は、アルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミド１と水で構成される均一溶液である。
まず、ＡＰＡＭ水溶液２を温度Ｔ_２以下に冷却し、親水性物質７を溶解させる。このとき、親水性物質７は、ＡＰＡＭ水溶液２が親水性を示すことから、ＡＰＡＭ１に溶解している。親水性物質７が溶解しているＡＰＡＭ水溶液２をＴ_１以上に昇温すると、ＡＰＡＭ１は疎水性を示し水相３とＡＰＡＭ１（油相）の２相に分離し、親水性物質７は、水相部３に溶解した状態になる。この２相に分かれた溶液を分液ロート等で水相部３を除去することで、親水性物質７を分離することができる。また、同時に油相であるＡＰＡＭ１は親水性物質７と水が分離されることから、精製され、再度利用することが可能となる。
本発明の分離方法は、図１に示すように水なしでも分離できるし、図２に示すように水を添加して分離することもできる。
尚、本発明の分離方法は上記図１及び図２を使って説明した方法に限定されない。

本発明の分離方法は、例えば洗浄方法に用いることができる。
図３は本発明の一実施形態に係る疎水性（親油性）汚れの洗浄方法を示す図である。
まず、ＡＰＡＭ１の温度をＴ_１以上に昇温し、疎水性汚れ１１が付着した洗浄対象物９をＡＰＡＭ１に投入する。このとき、疎水性汚れ１１は、ＡＰＡＭ１が疎水性を示すことから、ＡＰＡＭ１に溶解し、洗浄対象物９から分離する。疎水性汚れ１１が除かれた洗浄対象物９をＡＰＡＭ１から取り出す。

次に、分離した疎水性汚れ１１が溶解しているＡＰＡＭ１をＴ_２以下に冷却すると、ＡＰＡＭ１が親水性を示すことから、疎水性汚れ１１はＡＰＡＭ１に溶解できず、その密度によってＡＰＡＭ１の上部又は底部に析出する。この状態の溶液を、ろ過等することによって疎水性汚れ１１を分離することで、ＡＰＡＭ１は精製され、再利用することができる。

実施例１
[イソプロポキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミドの合成]
還流冷却器、撹拌装置、温度計を備えた２リットルの三口フラスコにイソプロパノール４５０ｍｌ（５．９９ｍｏｌ）及びＮ−イソプロピルアクリルアミド５００ｇを入れ４０℃に加熱して溶解させた。これに、４０℃の加熱と撹拌を続けながらｔ−ブトキシナトリウム１２．７ｇを４回に分けて３０分毎に添加した。全てのｔ−ブトキシナトリウムを添加後、さらに２時間加熱撹拌を続けた。反応終了後、酢酸７．０ｇを添加して析出物を濾過により除去し、減圧蒸留により精製し（８１−８５℃、０．７ｋＰａ）、イソプロポキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミドを６３８．９ｇ（収率８４％）得た。
得られた生成物の^１Ｈ−ＮＭＲチャート（ＣＤＣｌ_３、４００ＭＨｚ）を図４に示す。

実施例２
[ｎブトキシ−Ｎ−イソプロピルプロピオンアミドの合成]
還流冷却器、撹拌装置、温度計を備えた２リットルの三口フラスコにｎブタノール４２５ｍｌ（４．５９ｍｏｌ）及びＮ−イソプロピルアクリルアミド５００ｇを入れ４０℃に加熱して溶解させた。これに、４０℃の加熱と撹拌を続けながらｔ−ブトキシナトリウム８．５ｇを４回に分けて３０分毎に添加した。全てのｔ−ブトキシナトリウムを添加後、さらに２時間加熱撹拌を続けた。反応終了後、酢酸６．０ｇを添加して析出物を濾過により除去し、減圧蒸留により精製し（９８−１１０℃、０．６ｋＰａ）、ｎブトキシ−Ｎ−イソプロピルプロピオンアミドを６０３ｇ（収率７３％）得た。
得られた生成物の^１Ｈ−ＮＭＲチャート（ＣＤＣｌ_３、４００ＭＨｚ）を図５に示す。

実施例３
室温（２５℃）にて、ビーカーに実施例１で得たイソプロポキシ−Ｎ−イソプロピルプロピオンアミド（以下、ＰＰＡＭ）５０ｍｌと水５０ｍｌを入れて攪拌したところ、目視観察にては均一に白濁した液状物が得られた。これを徐々に降温したところ、１６℃にて無色透明で均一な溶液となった。これをさらに０℃付近まで降温しても、無色透明で均一な溶液のままであった。一方、前記の乳濁した液状物を徐々に昇温したところ、４０℃にて両層とも無色透明な二層（ＰＰＡＭ層と水層）の溶液となった。これをさらに８０℃付近まで昇温しても、無色透明な二層の溶液のままであった。無色透明で均一な溶液が得られたことから、ＰＰＡＭは１６℃付近以下の温度範囲で親水性を示すことが確認された。また、無色透明な二層の溶液が得られたことから、ＰＰＡＭは４０℃付近以上の温度範囲で疎水性を示すことが確認された。

実施例４
室温（２５℃）にて、ビーカーに実施例２で得たｎブトキシ−Ｎ−イソプロピルプロピオンアミド（以下、ＢＰＡＭ）５０ｍｌと水５０ｍｌを入れて攪拌したところ、目視観察にては均一に白濁した液状物が得られた。これを徐々に降温したところ、８℃にて無色透明で均一な溶液となった。これをさらに０℃付近まで降温しても、無色透明で均一な溶液のままであった。一方、前記の乳濁した液状物を徐々に昇温したところ、３５℃にて両層とも無色透明な二層（ＢＰＡＭ層と水層）の溶液となった。これをさらに８０℃付近まで昇温しても、無色透明な二層の溶液のままであった。無色透明で均一な溶液が得られたことから、ＢＰＡＭは８℃付近以下の温度範囲で親水性を示すことが確認された。また、無色透明な二層の溶液が得られたことから、ＢＰＡＭは３５℃付近以上の温度範囲で疎水性を示すことが確認された。

比較例１
実施例３において、ＰＰＡＭに代えてＮ−メチルピロリドンを用い、実施例１と同様に観察したところ、室温（２５℃）では無色透明な均一溶液が得られた。これを０℃まで降温しても無色透明な均一溶液なままであった。一方、１００℃付近まで昇温しても、均一な溶液のままであった。即ち、Ｎ−メチルピロリドンが疎水性を示す温度範囲は観察されなかった。

比較例２
実施例３において、ＰＰＡＭに代えてＮ，Ｎ−ジメチル−ブトキシプロピオンアミドを用い、実施例１と同様に観察したところ、室温（２５℃）では無色透明な均一溶液が得られた。これを０℃まで降温しても無色透明な均一溶液なままであった。一方、８０℃まで昇温しても、均一な溶液のままであった。さらに昇温したところ、白濁し疎水性を帯びるようになった。しかし、水の沸点付近まで昇温しても白濁のままであった。即ち、Ｎ，Ｎ−ジメチル−ブトキシプロピオンアミドが明確に疎水性を示す温度範囲は観察されなかった。このため、Ｎ，Ｎ−ジメチル−ブトキシプロピオンアミドを洗浄剤として用いても、使用後の精製・回収の簡便化は図れないと推定される。

実施例５
実施例１で製造したＰＰＡＭ５ｍｌ及び水３ｍｌにアダマンタン５００ｍｇを加えた混合物を７０℃に加熱したところ、無色透明な二層の液体が得られた。これを氷で１０℃に冷却するとすぐに白色固体が析出し、液体は一層となった。これを、吸引濾過により固液分離したところ、白色固体状のアダマンタン５００ｍｇが回収された。一方、ろ液として、ＰＰＡＭと水で構成される無色透明な一層の液体が回収された。このことから、ＰＰＡＭは、蒸留等の複雑で多くのエネルギーを必要とする手段を用いることなく、簡便に回収できることが確認された。

実施例６
実施例５において水を使用しない以外は同様にして、洗浄剤回収のモデル実験を実施した。ＰＰＡＭとアダマンタンの混合物は７０℃では無色透明な一層の液体となった。これを氷で１０℃に冷却すると、徐々に白色固体が析出した。これを、吸引濾過により固液分離したところ、白色固体状のアダマンタン５００ｍｇが回収された。一方、ろ液として、ＰＰＡＭが回収された。このことから、ＰＰＡＭは、蒸留等の複雑で多くのエネルギーを必要とする手段を用いることなく、簡便に回収及び精製できることが確認された。

本発明のアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミドを用いた溶剤及び洗浄剤は、親水性及び疎水性両方の物質を溶解できることから、幅広い物質を対象にできる。また、本発明の溶剤及び洗浄剤は、使用後の回収及び精製が簡便に行うことができることから再利用が容易であり、工業的にも有用である。

本発明の一実施形態に係る疎水性物質を分離する方法を示す図である。 本発明の一実施形態に係る親水性物質を分離する方法を示す図である。 本発明の一実施形態に係る洗浄方法を示す図である。 実施例１で生成したイソプロポキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミドの^１Ｈ−ＮＭＲチャートである。 実施例２で生成したｎブトキシ−Ｎ−イソプロピルプロピオンアミドの^１Ｈ−ＮＭＲチャートである。

符号の説明

１ アルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミド
２ アルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミド水溶液
３ 水相部
５ 疎水性物資
７ 親水性物質
９ 洗浄対象物
１１ 疎水性汚れ

Claims (7)

1. 疎水性を示す温度範囲及び親水性を示す温度範囲を有し、
   前記親水性を示す温度範囲が前記疎水性を示す温度範囲より低温である下記式で表されるアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミド。
   Ｒ^１−Ｏ−ＣＨ_２ＣＨ_２Ｃ（＝Ｏ）ＮＨ−ＣＨ（ＣＨ_３）_２
   （式中、Ｒ^１は炭素数１〜４のアルキル基である。）
2. 請求項１に記載のアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミドを含む溶剤又は洗浄剤。
3. 請求項１に記載のアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミド及び水を含む溶剤又は洗浄剤。
4. 請求項１に記載のアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミドに、
   疎水性を示す温度において疎水性の物質を溶解させ、その後親水性を示す温度に冷却して疎水性の物質を析出させて分離する分離方法。
5. 請求項１に記載のアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミドに、
   親水性を示す温度において親水性の物質を溶解させ、その後疎水性を示す温度に昇温して親水性の物質を析出させて分離する分離方法。
6. 前記アルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミドに水を添加して使用する請求項４又は５記載の分離方法。
7. 請求項４〜６のいずれかに記載の分離方法を用いて不純物である疎水性の物質又は親水性の物質を分離するアルコキシ−Ｎ−イソプロピル−プロピオンアミドの精製方法。
   
   

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