JP2014009206A - Alkylene oxide adduct of n-oxyl compound which prevents radical from inactivating - Google Patents

Alkylene oxide adduct of n-oxyl compound which prevents radical from inactivating Download PDF

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哲夫 井波谷
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an alkylene oxide adduct of an N-oxyl compound which prevents radical from inactivating and is obtained in a simple and efficient producing method.SOLUTION: An alkylene oxide adduct of an N-oxyl compound is produced by a method in which ethylene oxide and/or propylene oxide are added to an N-oxyl compound in the absence of a solvent by using an alkaline catalyst to carry out an addition reaction and therefor solvent removing process and the like are not necessary and a reaction product is obtained at high yield while being easily produced.

Description

本発明は、ラジカルの失活を抑制し、簡易で効率的な製造方法によって得られるアルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物に関するものであり、アルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物は、ラジカル重合禁止剤、有機高分子材料用の光安定剤、及びレドックス触媒として有用である。   The present invention relates to an alkylene oxide-added N-oxyl compound obtained by suppressing radical deactivation and obtained by a simple and efficient production method. The alkylene oxide-added N-oxyl compound contains a radical polymerization inhibitor, an organic polymer It is useful as a light stabilizer for molecular materials and as a redox catalyst.

常圧条件下において、触媒として塩化鉄(III)と、有機溶媒、対応するN−オキシル化合物とを系に仕込み、−10〜40℃でリフラックスしない程度の速度でアルキレンオキサイドを系内に導入して20〜50℃で反応させ、粗生成物を得た後、水洗により触媒を除去する製造方法によって得られるアルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物が提案されている(特許文献1)。   Under normal pressure conditions, iron (III) chloride, an organic solvent, and the corresponding N-oxyl compound are charged into the system as a catalyst, and alkylene oxide is introduced into the system at a rate that does not reflux at −10 to 40 ° C. Then, after reacting at 20 to 50 ° C. to obtain a crude product, an alkylene oxide-added N-oxyl compound obtained by a production method in which the catalyst is removed by washing with water has been proposed (Patent Document 1).

しかしながら、有機溶媒にN−オキシル化合物を溶解させると、アルキレンオキサイド付加反応の反応性は低下し、反応の完結に長時間を要するため、N−オキシル化合物のラジカルが失活し、生成したアルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物のラジカル重合禁止剤、有機高分子材料用の光安定剤、及びレドックス触媒としての効果が低下するという問題があった。また、溶媒を用いると、反応生成物から溶媒を除去する工程が必要となり、更に溶媒が製品に残留すると異臭がするため、乾燥工程も必要となる。また、触媒の水洗除去工程と反応生成物の乾燥工程も必要であり、その結果、製造工程が複雑になり製造経費も高騰するという問題がある。   However, when the N-oxyl compound is dissolved in an organic solvent, the reactivity of the alkylene oxide addition reaction is reduced, and it takes a long time to complete the reaction. Therefore, the radical of the N-oxyl compound is deactivated and the generated alkylene oxide is produced. There existed a problem that the effect as a radical polymerization inhibitor of an addition N- oxyl compound, the light stabilizer for organic polymer materials, and a redox catalyst fell. In addition, when a solvent is used, a step for removing the solvent from the reaction product is required, and further, when the solvent remains in the product, a strange odor is generated, so that a drying step is also required. In addition, a catalyst washing step and a reaction product drying step are also required. As a result, there is a problem that the manufacturing process becomes complicated and the manufacturing cost increases.

特許第3422987号公報Japanese Patent No. 3422987

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、ラジカルを失活することなく、簡易で効率的な製造方法によって得られるアルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物を提供することを課題としている。   The present invention has been made in view of the above-described conventional situation, and an object thereof is to provide an alkylene oxide-added N-oxyl compound obtained by a simple and efficient production method without deactivating radicals. Yes.

本発明者らは上記課題を解決するために、アルキレンオキサイドとしてエチレンオキサイド及びプロピレンオキサイドを用いて鋭意研究を行った結果、無溶媒下にアルカリ触媒を用いて、アルキレンオキサイドをN−オキシル化合物に添加して付加反応を行うことにより、ラジカルを失活することなく、簡易な方法でアルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物、例えばアルキレンオキサイドがエチレンオキサイドやプロピレンオキサイドの場合はエチレンオキサイド及び/又はプロピレンオキサイド付加N−オキシル化合物、を高収率で得られる事を見出し、本発明を完成するに至った。   In order to solve the above problems, the present inventors conducted extensive research using ethylene oxide and propylene oxide as the alkylene oxide, and as a result, added the alkylene oxide to the N-oxyl compound using an alkali catalyst in the absence of a solvent. Then, by performing an addition reaction, an alkylene oxide-added N-oxyl compound, for example, when alkylene oxide is ethylene oxide or propylene oxide is used in a simple manner without deactivating radicals, ethylene oxide and / or propylene oxide added N The inventors have found that an oxyl compound can be obtained in high yield, and have completed the present invention.

即ち、請求項1に係る発明は、無溶媒下にアルカリ触媒を用いて、エチレンオキサイド及び/又はプロピレンオキサイドをN−オキシル化合物に添加して付加反応を行うことを特徴とする製造方法によって得られる、下記一般式(1)で表されるエチレンオキサイド及び/又はプロピレンオキサイド付加N−オキシル化合物である。

Figure 2014009206
(R1、R2、R3およびR4は直鎖状または分岐状のアルキル基であり、EOはオキシエチレン基、POはオキシプロピレン基を示す。また、mとnは、平均付加モル数であり、0≦m≦20、0≦n≦20であり、mとnは同時に0にならない。なお、(EO)m(PO)nの付加形式は、ブロック状でもランダム状でもよく、EOとPOは順不同である。) That is, the invention according to claim 1 is obtained by a production method characterized in that an addition reaction is carried out by adding ethylene oxide and / or propylene oxide to an N-oxyl compound using an alkali catalyst in the absence of a solvent. These are ethylene oxide and / or propylene oxide addition N-oxyl compounds represented by the following general formula (1).

Figure 2014009206
(R1, R2, R3 and R4 are linear or branched alkyl groups, EO represents an oxyethylene group, PO represents an oxypropylene group, and m and n are average added mole numbers, 0 ≦ m ≦ 20, 0 ≦ n ≦ 20, and m and n are not simultaneously 0. The addition form of (EO) m (PO) n may be block or random, and EO and PO are in no particular order. .)

請求項2に係る発明は、前記アルカリ触媒が、水酸化カリウム及び/又は水酸化ナトリウムである請求項1記載のエチレンオキサイド及び/又はプロピレンオキサイド付加N−オキシル化合物である。   The invention according to claim 2 is the ethylene oxide and / or propylene oxide addition N-oxyl compound according to claim 1, wherein the alkali catalyst is potassium hydroxide and / or sodium hydroxide.

請求項3に係る発明は、前記N−オキシル化合物が、4−ヒドロキシル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシルである、請求項1又は2記載のエチレンオキサイド及び/又はプロピレンオキサイド付加N−オキシル化合物である。
The invention according to claim 3 is the ethylene oxide and / or propylene according to claim 1 or 2, wherein the N-oxyl compound is 4-hydroxyl-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl. It is an oxide-added N-oxyl compound.

本発明は、ラジカルを失活することなく、簡易で効率的な製造方法によって得られるエチレンオキサイド及び/又はプロピレンオキサイド付加N−オキシル化合物を提供する。   The present invention provides an ethylene oxide and / or propylene oxide-added N-oxyl compound obtained by a simple and efficient production method without deactivating radicals.

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

本発明では、ラジカルを失活することなく、下記一般式(1)で表されるエチレンオキサイド及び/又はプロピレンオキサイド付加N−オキシル化合物を得ることができる。

Figure 2014009206
(R1、R2、R3およびR4は直鎖状または分岐状のアルキル基であり、EOはオキシエチレン基、POはオキシプロピレン基を示す。また、mとnは、平均付加モル数であり、0≦m≦20、0≦n≦20であり、mとnは同時に0にならない。なお、(EO)m(PO)nの付加形式は、ブロック状でもランダム状でもよく、EOとPOは順不同である。) In the present invention, an ethylene oxide and / or propylene oxide-added N-oxyl compound represented by the following general formula (1) can be obtained without deactivating radicals.
Figure 2014009206
(R1, R2, R3 and R4 are linear or branched alkyl groups, EO represents an oxyethylene group, PO represents an oxypropylene group, and m and n are average added mole numbers, 0 ≦ m ≦ 20, 0 ≦ n ≦ 20, and m and n are not simultaneously 0. The addition form of (EO) m (PO) n may be block or random, and EO and PO are in no particular order. .)

前記の一般式(1)中、EOはオキシエチレン基、POはオキシプロピレン基を示し、オキシエチレン基とオキシプロピレン基の付加形式は、ブロック状でもランダム状でもよい。さらに、mとnは、平均付加モル数であり、0≦m≦20、0≦n≦20であり、mとnは同時に0にならない。mとnの値は、アルキレンオキサイド付加反応におけるエチレンオキサイド及び/又はプロピレンオキサイドの添加量を調整することにより、制御が可能である。   In the general formula (1), EO represents an oxyethylene group, PO represents an oxypropylene group, and the addition form of the oxyethylene group and the oxypropylene group may be block or random. Further, m and n are average added mole numbers, and 0 ≦ m ≦ 20 and 0 ≦ n ≦ 20, and m and n are not 0 at the same time. The values of m and n can be controlled by adjusting the addition amount of ethylene oxide and / or propylene oxide in the alkylene oxide addition reaction.

本発明のアルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物の製造に用いるN−オキシル化合物は、下記一般式(2)で表される。

Figure 2014009206
(R5、R6、R7およびR8は直鎖状または分岐状のアルキル基である。) The N-oxyl compound used in the production of the alkylene oxide-added N-oxyl compound of the present invention is represented by the following general formula (2).
Figure 2014009206
(R5, R6, R7 and R8 are linear or branched alkyl groups.)

前記の一般式(2)で表される化合物の式中、R5、R6、R7およびR8は炭素数1〜4の直鎖アルキル基であることが好ましく、中でも4−ヒドロキシル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル(以下、H−TEMPOと表記する)が好ましい。   In the formula of the compound represented by the general formula (2), R5, R6, R7 and R8 are preferably linear alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms, and 4-hydroxyl-2,2,6 among them. , 6-tetramethylpiperidine-1-oxyl (hereinafter referred to as H-TEMPO) is preferable.

本発明の特徴の一つは無溶媒下でのアルキレンオキサイド付加反応である。そのため、アルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物生成工程の後に溶媒を除去する工程を省略でき、また、生成した該化合物に微量残留した溶媒の異臭対策のための乾燥工程も不要となり、製造工程が簡略化され製造経費も低減できる。本発明のアルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物を得るための製造方法の概要は次の通りである。
(1)反応容器にN−オキシル化合物とアルカリ触媒を仕込み、N−オキシル化合物の融点以上に加温する。
(2)アルキレンオキサイドを添加し、付加反応を行う。
(3)アルキレンオキサイド添加終了後、反応溶液中に未反応のアルキレンオキサイドが検出されなくなるまで反応を継続する(熟成反応)。
(4)付加反応終了後、吸着剤を投入し、残留している触媒を吸着する。
(5)触媒を吸着した吸着剤をろ過によって除去し、目的のアルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物を得る。
One of the features of the present invention is an alkylene oxide addition reaction in the absence of a solvent. Therefore, the process of removing the solvent after the alkylene oxide-added N-oxyl compound generation process can be omitted, and the drying process is not required for countermeasures against the bad smell of the solvent remaining in the generated compound, thereby simplifying the manufacturing process. In addition, manufacturing costs can be reduced. The outline of the production method for obtaining the alkylene oxide-added N-oxyl compound of the present invention is as follows.
(1) A reaction vessel is charged with an N-oxyl compound and an alkali catalyst, and heated to the melting point of the N-oxyl compound or higher.
(2) An alkylene oxide is added and an addition reaction is performed.
(3) After the addition of alkylene oxide, the reaction is continued until no unreacted alkylene oxide is detected in the reaction solution (aging reaction).
(4) After completion of the addition reaction, an adsorbent is added to adsorb the remaining catalyst.
(5) The adsorbent that has adsorbed the catalyst is removed by filtration to obtain the desired alkylene oxide-added N-oxyl compound.

従来の、溶媒を用いるアルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物の製造方法では、触媒として塩化鉄(III)を用いていた。一方、本発明者らは、溶媒を用いない製造方法において、塩化鉄(III)を触媒とした場合はN−オキシル化合物に対するアルキレンオキサイド付加反応が殆ど進行しないが、アルカリ触媒を用いた場合は該アルキレンオキサイド付加反応が迅速に進行し、その結果、全体の製造時間が短時間で終了し、ラジカルの失活の少ないアルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物が得られることを見出し、本発明を完成させた。   In the conventional method for producing an alkylene oxide-added N-oxyl compound using a solvent, iron (III) chloride is used as a catalyst. On the other hand, in the production method using no solvent, the present inventors hardly proceed the alkylene oxide addition reaction to the N-oxyl compound when iron (III) chloride is used as a catalyst, but when an alkali catalyst is used, It was found that the alkylene oxide addition reaction proceeded rapidly, and as a result, the entire production time was completed in a short time, and an alkylene oxide addition N-oxyl compound with little radical deactivation was obtained, and the present invention was completed. .

本発明のアルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物の製造で用いるアルカリ触媒としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムが挙げられ、その添加量はN−オキシル化合物とアルキレンオキサイドの合計仕込み量に対して0.1重量%〜1.5重量%の範囲が好ましい。   Examples of the alkali catalyst used in the production of the alkylene oxide-added N-oxyl compound of the present invention include potassium hydroxide and sodium hydroxide, and the addition amount thereof is set to 0. 0 with respect to the total charged amount of the N-oxyl compound and the alkylene oxide. A range of 1% to 1.5% by weight is preferred.

また、従来のアルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物の製造方法では、該化合物生成工程完了後に残留した塩化鉄(III)触媒を水洗して除去するが、水相の分離除去工程と生成した該化合物に残留した水分の乾燥工程が必要であった。本発明のアルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物の製造で用いるアルカリ触媒も該化合物生成工程完了後に残留した触媒を水洗して除去できるが、その塩基性に基づき、塩基吸着剤による吸着除去も可能であり、吸着除去法であれば水相の分離除去工程と水分の乾燥工程を省略できる上、該化合物の水相への分配による収率低下も抑えることができるという二次的な効果も得られる。   Further, in the conventional method for producing an alkylene oxide-added N-oxyl compound, the iron (III) chloride catalyst remaining after the completion of the compound production step is removed by washing with water. A drying process for residual moisture was required. Although the alkali catalyst used in the production of the alkylene oxide-added N-oxyl compound of the present invention can be removed by washing the remaining catalyst after completion of the compound production step, adsorption removal with a base adsorbent is also possible based on its basicity. If the adsorption removal method is used, the secondary phase effect that the separation and removal step of the aqueous phase and the drying step of the water can be omitted and the yield reduction due to the distribution of the compound to the aqueous phase can be suppressed.

前記の吸着剤としては、一般に塩基吸着剤として公知のものを用いることができ、例えば、ケイ酸マグネシウムを主成分とする商品のキョーワード600(協和化学(株)製)などの無機合成吸着剤、活性白土、酸性白土、活性炭、シリカゲル、活性アルミナ、及びイオン交換樹脂等が挙げられる。   As the adsorbent, those known as base adsorbents can be used. For example, inorganic synthetic adsorbents such as Kyoward 600 (manufactured by Kyowa Chemical Co., Ltd.), a product mainly composed of magnesium silicate. , Activated clay, acidic clay, activated carbon, silica gel, activated alumina, and ion exchange resin.

本発明のアルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物の製造に用いる、前記の吸着剤は、アルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物生成工程終了後に生成した該化合物中に添加混合された後、ろ過によって除去されるが、添加量、混合時間、温度などの適用条件は残留する触媒量と使用する吸着剤の特性に合わせて適宜選択する。必要に応じて事前に予備試験を行って適用条件を決定し、また、ろ過助剤を併用してもよい。   The adsorbent used in the production of the alkylene oxide-added N-oxyl compound of the present invention is added to and mixed with the compound produced after completion of the alkylene oxide-added N-oxyl compound production step, and then removed by filtration. The application conditions such as the addition amount, mixing time, and temperature are appropriately selected according to the amount of catalyst remaining and the characteristics of the adsorbent used. If necessary, a preliminary test is performed in advance to determine application conditions, and a filter aid may be used in combination.

本発明のアルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物の製造におけるアルキレンオキサイド付加反応の反応温度は、90℃以上160℃以下であることが好ましい。より好ましいのは、130℃以上150℃以下である。このアルキレンオキサイド付加反応は発熱を伴うので、アルキレンオキサイドの滴下速度の調整と外部からの温度調節により上記温度範囲を維持する。   The reaction temperature of the alkylene oxide addition reaction in the production of the alkylene oxide addition N-oxyl compound of the present invention is preferably 90 ° C. or higher and 160 ° C. or lower. More preferably, the temperature is 130 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. Since this alkylene oxide addition reaction is exothermic, the above temperature range is maintained by adjusting the dropping rate of the alkylene oxide and adjusting the temperature from the outside.

前記の付加反応の進行は、ガスクロマトグラフィー等の分析機器を用い、生成物であるエチレンオキサイド及び/又はプロピレンオキサイド付加N−オキシル化合物と、原料であるアルキレンオキサイド及び一般式(2)のN−オキシル化合物を追跡することで知ることができる。付加反応が進行し、未反応のアルキレンオキサイドが検出されなくなったことを確認したうえで、化合物生成工程を終了する。   The progress of the addition reaction is carried out using an analytical instrument such as gas chromatography, and the product is ethylene oxide and / or propylene oxide addition N-oxyl compound, the raw material is alkylene oxide, and N- You can know by tracking oxyl compounds. After confirming that the addition reaction has progressed and no unreacted alkylene oxide has been detected, the compound production step is completed.

本発明では、アルキレンオキサイドの全量を添加後、化合物生成工程終了までの熟成時間は、一般に0.5時間から6時間である。   In the present invention, the aging time from the addition of the total amount of alkylene oxide to the end of the compound production step is generally 0.5 to 6 hours.

以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。また、特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited only to a following example. In addition, various modifications may be included in the present invention as long as those skilled in the art can easily conceive without departing from the scope of the claims.

(実施例1)
撹拌装置、温度制御装置、自動導入装置を備えたオートクレーブに、4−ヒドロキシル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル(H−TEMPO)172gと、触媒として水酸化カリウムを0.35g(=0.1%対(N−オキシル化合物+アルキレンオキサイド)合計仕込み量)仕込み、系内を窒素置換し、400rpmで撹拌しながら130℃に昇温した。続いて系内に、アルキレンオキサイドとして、プロピレンオキサイド(以下、POと表記する)174gを1時間かけて添加した。このとき、POの添加速度を調整し、130℃から140℃を維持した。POの全量を添加後、130℃で反応を継続しガスクロマトグラフィーにて未反応のPOが検出されないことを確認し、反応を終了した。このときの熟成時間は約2時間であった。続いて、合成吸着剤キョーワード 600S(商品名、協和化学工業(株)製)1.5gを反応生成物に添加して残留している触媒を吸着し、更にろ過助剤セライト(商品名、Johns‐Manville Sales Corp.製)5.0gを加えた上でNo.1ろ紙で反応生成物をろ過して触媒を吸着した吸着剤を除去し、実施例1の、POの平均付加モル数が3モルであるアルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物を得た。
Example 1
In an autoclave equipped with a stirrer, a temperature controller, and an automatic introduction device, 172 g of 4-hydroxyl-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl (H-TEMPO) and 0 potassium hydroxide as a catalyst were added. .35 g (= 0.1% vs. (N-oxyl compound + alkylene oxide) total charge) was charged, the system was purged with nitrogen, and the temperature was raised to 130 ° C. while stirring at 400 rpm. Subsequently, 174 g of propylene oxide (hereinafter referred to as PO) was added to the system over 1 hour as alkylene oxide. At this time, the PO addition rate was adjusted to maintain 130 ° C to 140 ° C. After adding the total amount of PO, the reaction was continued at 130 ° C., and it was confirmed that no unreacted PO was detected by gas chromatography, and the reaction was completed. The aging time at this time was about 2 hours. Subsequently, 1.5 g of synthetic adsorbent KYOWARD 600S (trade name, manufactured by Kyowa Chemical Industry Co., Ltd.) was added to the reaction product to adsorb the remaining catalyst, and the filter aid Celite (trade name, (Johns-Manville Sales Corp.) The reaction product was filtered through 1 filter paper to remove the adsorbent adsorbing the catalyst, and the alkylene oxide-added N-oxyl compound having an average PO addition mole number of 3 in Example 1 was obtained.

(評価)
実施例1について、アルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物の収率、生成物中のH−TEMPOの残存率、及びラジカル残存率を評価し、その結果を表1に示した。アルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物の収率は、(H−TEMPO+アルキレンオキサイド)の仕込み量に対する反応生成物の回収量を重量比で求めた。また、H−TEMPO残存率は、H−TEMPOの仕込み量に対する、ガスクロマトグラフィー(GC)にて定量した反応終了時のH−TEMPO量の割合である。また、ラジカル残存率は、以下の方法で求めた。
(ラジカル残存率)
得られた実施例1のアルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物をキシレンに適量溶解し、ESR測定器(商品名「ES−10W」型、日機装(株)製)にて、ESRスピン強度を測定し、実施例1のアルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物1モル当たりのラジカル濃度を求めた。ついで、H−TEMPOを同様に測定し、H−TEMPOの1モル当たりのラジカル濃度を求めた。そして、下記の式に従い、ラジカル残存率を算出した。この値が高いほど、ラジカルの失活が少ない。

Figure 2014009206
(Evaluation)
About Example 1, the yield of the alkylene oxide addition N-oxyl compound, the residual rate of H-TEMPO in a product, and a radical residual rate were evaluated, and the result was shown in Table 1. For the yield of the alkylene oxide-added N-oxyl compound, the recovered amount of the reaction product with respect to the charged amount of (H-TEMPO + alkylene oxide) was determined by weight ratio. Moreover, H-TEMPO residual rate is the ratio of the amount of H-TEMPO at the time of completion | finish of reaction quantified with the gas chromatography (GC) with respect to the preparation amount of H-TEMPO. Moreover, the radical residual rate was calculated | required with the following method.
(Radical residual rate)
An appropriate amount of the obtained alkylene oxide-added N-oxyl compound of Example 1 was dissolved in xylene, and the ESR spin strength was measured with an ESR measuring instrument (trade name “ES-10W” type, manufactured by Nikkiso Co., Ltd.) The radical concentration per mole of the alkylene oxide-added N-oxyl compound of Example 1 was determined. Next, H-TEMPO was measured in the same manner, and the radical concentration per mole of H-TEMPO was determined. And the radical residual rate was computed according to the following formula. The higher this value, the less radical deactivation.
Figure 2014009206

(実施例2)
撹拌装置、温度制御装置、自動導入装置を備えたオートクレーブに、H−TEMPO172gと、触媒として水酸化カリウムを1.0g(=0.2%対(N−オキシル化合物+アルキレンオキサイド)合計仕込み量)仕込み、系内を窒素置換し、400rpmで撹拌しながら130℃に昇温した。続いて系内に、アルキレンオキサイドとして、エチレンオキサイド(以下、EOと表記する)132gとPO174gの混合液を1時間かけて添加した。このとき、該混合液の添加速度を調整し、130℃から140℃を維持した。該混合液の全量を添加後、130℃で反応を継続しガスクロマトグラフィーにて未反応のEOとPOが検出されないことを確認し、反応を終了した。このときの熟成時間は約2時間であった。続いて、合成吸着剤キョーワード 600S(商品名、協和化学工業(株)製)1.5gを反応生成物に添加して残留している触媒を吸着し、更にろ過助剤セライト(商品名、Johns‐Manville Sales Corp.製)5.0gを加えた上でNo.1ろ紙で反応生成物をろ過して触媒を吸着した吸着剤を除去し、実施例2の、EOの平均付加モル数が3モル且つPOの平均付加モル数が3モルであって、EOとPOがランダムに付加したアルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物を得た。実施例2について、実施例1と同様に、アルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物の収率、生成物中のH−TEMPOの残存率、及びラジカル残存率を評価し、その結果を表1に示した。
(Example 2)
172 g of H-TEMPO and 1.0 g of potassium hydroxide as a catalyst (= 0.2% vs. (N-oxyl compound + alkylene oxide) total charge) in an autoclave equipped with a stirrer, temperature controller and automatic introduction device The system was charged and the inside of the system was replaced with nitrogen, and the temperature was raised to 130 ° C. while stirring at 400 rpm. Subsequently, a mixed liquid of 132 g of ethylene oxide (hereinafter referred to as EO) and 174 g of PO was added as alkylene oxide over 1 hour. At this time, the addition rate of the mixed solution was adjusted and maintained at 130 to 140 ° C. After adding the total amount of the mixture, the reaction was continued at 130 ° C., and it was confirmed that unreacted EO and PO were not detected by gas chromatography, and the reaction was completed. The aging time at this time was about 2 hours. Subsequently, 1.5 g of synthetic adsorbent KYOWARD 600S (trade name, manufactured by Kyowa Chemical Industry Co., Ltd.) was added to the reaction product to adsorb the remaining catalyst, and the filter aid Celite (trade name, (Johns-Manville Sales Corp.) The reaction product was filtered through 1 filter paper to remove the adsorbent adsorbing the catalyst, and the average addition mole number of EO and the average addition mole number of PO of Example 2 was 3 moles. An alkylene oxide-added N-oxyl compound to which PO was randomly added was obtained. About Example 2, the yield of the alkylene oxide addition N-oxyl compound, the residual rate of H-TEMPO in a product, and the radical residual rate were evaluated similarly to Example 1, and the result was shown in Table 1. .

(実施例3)
撹拌装置、温度制御装置、自動導入装置を備えたオートクレーブに、H−TEMPO172gと、触媒として水酸化カリウムを1.0g(=0.2%対(N−オキシル化合物+アルキレンオキサイド)合計仕込み量)仕込み、系内を窒素置換し、400rpmで撹拌しながら130℃に昇温した。続いて系内に、アルキレンオキサイドとして、EO132gを1時間かけて添加し、EOの全量を添加後、130℃で1時間反応させた。次に、PO174gを1時間かけて添加し、POの全量を添加後、130℃で反応を継続しガスクロマトグラフィーにて未反応のEOとPOが検出されないことを確認し、反応を終了した。このときの熟成時間は約2時間であった。続いて、合成吸着剤キョーワード 600S(商品名、協和化学工業(株)製)1.5gを反応生成物に添加して残留している触媒を吸着し、更にろ過助剤セライト(商品名、Johns‐Manville Sales Corp.製)5.0gを加えた上でNo.1ろ紙で反応生成物をろ過して触媒を吸着した吸着剤を除去し、実施例3の、EOの平均付加モル数が3モル且つPOの平均付加モル数が3モルであって、EOとPOがブロックに付加したアルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物を得た。実施例3について、実施例1と同様に、アルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物の収率、生成物中のH−TEMPOの残存率、及びラジカル残存率を評価し、その結果を表1に示した。
(Example 3)
172 g of H-TEMPO and 1.0 g of potassium hydroxide as a catalyst (= 0.2% vs. (N-oxyl compound + alkylene oxide) total charge) in an autoclave equipped with a stirrer, temperature controller and automatic introduction device The system was charged and the inside of the system was replaced with nitrogen, and the temperature was raised to 130 ° C. while stirring at 400 rpm. Subsequently, 132 g of EO was added to the system as an alkylene oxide over 1 hour, and after the total amount of EO was added, the mixture was reacted at 130 ° C. for 1 hour. Next, 174 g of PO was added over 1 hour, and after adding the total amount of PO, the reaction was continued at 130 ° C., and it was confirmed that unreacted EO and PO were not detected by gas chromatography, and the reaction was completed. The aging time at this time was about 2 hours. Subsequently, 1.5 g of synthetic adsorbent KYOWARD 600S (trade name, manufactured by Kyowa Chemical Industry Co., Ltd.) was added to the reaction product to adsorb the remaining catalyst, and the filter aid Celite (trade name, (Johns-Manville Sales Corp.) The reaction product was filtered through 1 filter paper to remove the adsorbent that adsorbed the catalyst, and the average added mole number of EO and the average added mole number of PO in Example 3 was 3 moles. An alkylene oxide-added N-oxyl compound in which PO was added to the block was obtained. About Example 3, the yield of alkylene oxide addition N-oxyl compound, the residual rate of H-TEMPO in a product, and the radical residual rate were evaluated similarly to Example 1, and the result was shown in Table 1. .

(実施例4〜19)
実施例1の条件を表1のように変更して、実施例4〜19のアルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物を得た。得られた実施例4〜19は、実施例1と同様に、アルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物の収率、生成物中のH−TEMPOの残存率、及びラジカル残存率を評価し、その結果を表1に示した。
(Examples 4 to 19)
The conditions of Example 1 were changed as shown in Table 1, and alkylene oxide-added N-oxyl compounds of Examples 4 to 19 were obtained. The obtained Examples 4 to 19 evaluated the yield of the alkylene oxide-added N-oxyl compound, the residual rate of H-TEMPO in the product, and the radical residual rate in the same manner as in Example 1. It is shown in Table 1.

(比較例1)
触媒を酸化鉄(III)1.0g(0.3%対(N−オキシル化合物+アルキレンオキサイド)合計仕込み量)に代えた以外は実施例1と同じ条件でアルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物の生成反応を試みたが、その反応は殆ど進行せず、その収率も極めて低かったため、ラジカル残存率は測定しなかった。
(Comparative Example 1)
Production of alkylene oxide-added N-oxyl compound under the same conditions as in Example 1 except that the catalyst was changed to 1.0 g of iron (III) oxide (0.3% vs. (N-oxyl compound + alkylene oxide) total charge). Although the reaction was attempted, the reaction hardly proceeded and the yield was extremely low, so the radical residual ratio was not measured.

(比較例2)
触媒を酸化鉄(III)0.9g(0.3%対(N−オキシル化合物+アルキレンオキサイド)合計仕込み量)に代えた以外は実施例4と同じ条件でアルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物の生成反応を試みたが、その反応は殆ど進行せず、その収率も極めて低かったため、ラジカル残存率は測定しなかった。
(Comparative Example 2)
Production of alkylene oxide-added N-oxyl compound under the same conditions as in Example 4 except that the catalyst was changed to 0.9 g of iron (III) oxide (0.3% vs. (N-oxyl compound + alkylene oxide) total charge). Although the reaction was attempted, the reaction hardly proceeded and the yield was extremely low, so the radical residual ratio was not measured.

(比較例3)
比較例3では、先行技術文献の特許文献1記載の製造方法(従来方法)に準じた方法を用いた。すなわち、撹拌機、温度計、コンデンサーを備えた4つ口フラスコに、H−TEMPO、トルエン、塩化鉄(III)を仕込み、15℃で撹拌しながらPOを6時間かけて吹き込んだ。POの吹き込み速度は、リフラックスしない程度の速度とした。POの全量を圧入添加後、2時間熟成させた。その後、水洗により触媒を除去し、続いて溶媒を減圧除去することにより、比較例3を得た。得られた比較例3は、実施例1と同様に、アルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物の収率、生成物中のH−TEMPOの残存率、及びラジカル残存率を評価し、その結果を表1に示した。
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 3, a method according to the manufacturing method (conventional method) described in Patent Document 1 of the prior art document was used. That is, H-TEMPO, toluene, and iron (III) chloride were charged into a four-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer, and a condenser, and PO was blown in over 6 hours while stirring at 15 ° C. The blowing speed of PO was set so as not to be refluxed. The whole amount of PO was press-added and aged for 2 hours. Thereafter, the catalyst was removed by washing with water, and then the solvent was removed under reduced pressure to obtain Comparative Example 3. In Comparative Example 3 obtained, the yield of the alkylene oxide-added N-oxyl compound, the residual rate of H-TEMPO in the product, and the radical residual rate were evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1. It was shown to.

(比較例4〜6)
比較例3の条件を表1のように変更して、比較例4〜6のアルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物を得た。得られた比較例4〜6は、実施例1と同様に、アルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物の収率、生成物中のH−TEMPOの残存率、及びラジカル残存率を評価し、その結果を表1に示した。
(Comparative Examples 4-6)
The conditions of Comparative Example 3 were changed as shown in Table 1 to obtain alkylene oxide-added N-oxyl compounds of Comparative Examples 4-6. The obtained Comparative Examples 4 to 6 evaluated the yield of the alkylene oxide-added N-oxyl compound, the residual ratio of H-TEMPO in the product, and the radical residual ratio in the same manner as in Example 1. It is shown in Table 1.

Figure 2014009206
Figure 2014009206

表1の比較例1、2の結果から、溶媒を用いない製造方法において、塩化鉄(III)を触媒とした場合は、N−オキシル化合物に対するアルキレンオキサイド付加反応が殆ど進行しないことが示された。また、表1の比較例3〜6の結果に示されたように、溶媒を用いる従来方法では、熟成時間を長くしても、アルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物の収率は80%以下と低く、更に熟成時間を長くすることによってラジカル残存率は低下した。   From the results of Comparative Examples 1 and 2 in Table 1, it was shown that the alkylene oxide addition reaction with respect to the N-oxyl compound hardly progressed when iron (III) chloride was used as the catalyst in the production method not using a solvent. . Further, as shown in the results of Comparative Examples 3 to 6 in Table 1, in the conventional method using a solvent, the yield of the alkylene oxide-added N-oxyl compound is as low as 80% or less even when the aging time is increased. Furthermore, the radical residual rate was lowered by further increasing the aging time.

一方、表1に示されたように、実施例1〜19のアルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物はすべて90%以上の高い収率で得ることができ、短時間の熟成時間で反応が完結するためラジカルの失活も少なく、ラジカル残存率も、すべて95%以上であった。   On the other hand, as shown in Table 1, all of the alkylene oxide-added N-oxyl compounds of Examples 1 to 19 can be obtained in a high yield of 90% or more, and the reaction is completed in a short aging time. There was little radical deactivation, and the radical residual ratios were all 95% or more.

前記の実施例と比較例の結果比較から、無溶媒下にアルカリ触媒を組み合わせることによって、アルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物生成反応は迅速に進行し、この特定の組み合わせを特徴とする製造方法によって得られる本発明のアルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物は、従来方法によって製造されたアルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物に比べて、短時間で簡易な製造方法でありながら、収率も高く、またラジカル残存率も高いことが明らかになった。   From the comparison of the results of the above Examples and Comparative Examples, by combining an alkali catalyst in the absence of a solvent, the alkylene oxide addition N-oxyl compound formation reaction proceeds rapidly, and is obtained by a production method characterized by this specific combination. The alkylene oxide-added N-oxyl compound of the present invention, which is a simple production method in a short time compared with the alkylene oxide-added N-oxyl compound produced by the conventional method, has a high yield and a radical residual rate. It became clear that it was also expensive.

本発明のアルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物は、ラジカルの失活が少ないアルキレンオキサイド付加N−オキシル化合物として、ラジカル重合禁止剤、有機高分子材料用の光安定剤、及びレドックス触媒などの技術分野に利用可能である。
The alkylene oxide-added N-oxyl compound of the present invention is used in technical fields such as radical polymerization inhibitors, light stabilizers for organic polymer materials, and redox catalysts as alkylene oxide-added N-oxyl compounds with little radical deactivation. Is available.

Claims (3)

無溶媒下にアルカリ触媒を用いて、エチレンオキサイド及び/又はプロピレンオキサイドをN−オキシル化合物に添加して付加反応を行うことを特徴とする製造方法によって得られる、下記一般式(1)で表されるエチレンオキサイド及び/又はプロピレンオキサイド付加N−オキシル化合物。
Figure 2014009206
(R1、R2、R3およびR4は直鎖状または分岐状のアルキル基であり、EOはオキシエチレン基、POはオキシプロピレン基を示す。また、mとnは、平均付加モル数であり、0≦m≦20、0≦n≦20であり、mとnは同時に0にならない。なお、(EO)m(PO)nの付加形式は、ブロック状でもランダム状でもよく、EOとPOは順不同である。)
It is represented by the following general formula (1), which is obtained by a production method characterized in that an addition reaction is carried out by adding ethylene oxide and / or propylene oxide to an N-oxyl compound using an alkali catalyst in the absence of a solvent. Ethylene oxide and / or propylene oxide addition N-oxyl compound.
Figure 2014009206
(R1, R2, R3 and R4 are linear or branched alkyl groups, EO represents an oxyethylene group, PO represents an oxypropylene group, and m and n are average added mole numbers, 0 ≦ m ≦ 20, 0 ≦ n ≦ 20, and m and n are not simultaneously 0. The addition form of (EO) m (PO) n may be block or random, and EO and PO are in no particular order. .)
前記アルカリ触媒が、水酸化カリウム及び/又は水酸化ナトリウムである請求項1記載のエチレンオキサイド及び/又はプロピレンオキサイド付加N−オキシル化合物。   The ethylene oxide and / or propylene oxide-added N-oxyl compound according to claim 1, wherein the alkali catalyst is potassium hydroxide and / or sodium hydroxide. 前記N−オキシル化合物が、4−ヒドロキシル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシルである、請求項1又は2記載のエチレンオキサイド及び/又はプロピレンオキサイド付加N−オキシル化合物。
The ethylene oxide and / or propylene oxide addition N-oxyl compound according to claim 1 or 2, wherein the N-oxyl compound is 4-hydroxyl-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117019233A (en) * 2023-08-10 2023-11-10 宿迁时代储能科技有限公司 Preparation method and application of metal-containing nano-sheet porous silica-alumina gel catalyst

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