JP2015107923A - 環状脂肪族アクリレート類の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明者らは、アルキルリチウムが共存するアクリレート類の合成では、一般にアルキル化に用いる過剰のアルキルリチウムが存在するため、反応系内にある(メタ)アクリル酸誘導体は、副反応のアニオン重合が進み、結果的にオリゴマーが大量に発生することにつながることを見出し、本発明に至った。
本発明によれば、以下の環状脂肪族アクリレート類の製造方法等が提供される。
1.金属リチウム、式(a)で表されるハロゲン化アルキル、式(b)で表される環状脂肪族エステル及び式(c)で表される(メタ)アクリル酸無水物から、下記反応式に示す反応により、中間体である式(a’)で表されるアルキルリチウム及び式(b’)で表されるリチウムアルコキシドを経由して、式(d)で表される環状脂肪族アクリレート類を得る方法であって、
前記ハロゲン化アルキルに対し、前記金属リチウムのモル比が、1.5以上2.0以下である環状脂肪族アクリレート類の製造方法。
2.前記式(b)の環状脂肪族エステルに対し、前記式(a’)のアルキルリチウムのモル比が、1.0以上2.2以下である1記載の環状脂肪族アクリレート類の製造方法。
3.前記式(b’)のリチウムアルコキシドに対し、前記式(c)の(メタ)アクリル酸無水物のモル比が、1.8以上3.0以下である1記載の環状脂肪族アクリレート類の製造方法。
4.R1が、エチル基、iso−プロピル基又はsec−ブチル基である1〜3のいずれか記載の環状脂肪族アクリレート類の製造方法。
5.R2が、アダマンチル基又はシクロヘキシル基である1〜4のいずれか記載の環状脂肪族アクリレート類の製造方法。
6.R3がメチル基である1〜5のいずれか記載の環状脂肪族アクリレート類の製造方法。
7.R4がメチル基である1〜6のいずれか記載の環状脂肪族アクリレート類の製造方法。
上記のモル比とすることにより、アルキルリチウムを消費する仕込み条件を選択し、大幅にオリゴマー量を低減することができる。その結果、高純度かつ高収率で、環状脂肪族アクリレート類を得ることができる。
以下、これらの成分について説明する。
金属リチウムは、削り状,粒状,塊状のいずれの形状でもよい。
金属リチウムの粒径は、特に限定されないが、粒径が小さすぎると、空気中で多くの表面が失活することにより、反応が進まないおそれがある。一方、粒径が大きすぎると、表面積が少ないため反応が遅くなることが考えられる。
式(a)のハロゲン化アルキルのR1として、炭素数1〜4の直鎖又は分岐のアルキル基が挙げられる。
式(b)の環状脂肪族エステルのR2としては、炭素数5〜15の環状脂肪族炭化水素基であり、単環式でも、多環式でもよい。
R2としては、具体的に、シクロペンチル基,シクロヘキシル基,シクロヘプチル基,シクロオクチル基,シクロノニル基,シクロデシル基,シクロウンデシル基,シクロドデシル基,シクロトリデシル基,シクロテトラデシル基,アダマンチル基,ビシクロ[2.2.1]ヘプチル基,ビシクロ[3.3.0]オクチル基,トリシクロ[5.2.1.02,6]デシル基,テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデシル基,ペンタシクロ[6.5.1.02,6.08,13.19,12]ペンタデシル基が挙げられる。中でも、シクロヘキシル基,アダマンチル基,シクロペンチル基,シクロオクチル基,トリシクロ[5.2.1.02,6]デシル基が好ましく、シクロヘキシル基,1−アダマンチル基がより好ましい。
式(c)の(メタ)アクリル酸無水物のR4としては、水素原子,メチル基,トリフルオロメチル基等が挙げられ、メチル基が好ましい。
式(a’)のアルキルリチウムは、金属リチウムと式(a)のハロゲン化アルキルから得られる。
式(a’)のアルキルリチウムのR1は、式(a)のハロゲン化アルキルに由来するため、式(a)のハロゲン化アルキルのR1と同様のものが挙げられる。
式(b’)で表されるリチウムアルコキシドは、金属リチウム、ハロゲン化アルキル及び環状脂肪族エステルから得られる。
式(b’)のリチウムアルコキシドのR1は、式(a)のハロゲン化アルキルに、R2は、式(b)の環状脂肪族エステルに由来するため、それぞれ式(a)のハロゲン化アルキルのR1及び式(b)の環状脂肪族エステルのR2と同様のものが挙げられる。
本発明の方法により、式(d)の環状脂肪族アクリレート類は得られる。
式(d)の環状脂肪族アクリレート類のR1、R2及びR4は、それぞれ、上記と同様である。
上記モル比が2.0以下の場合、金属リチウムを完全消費させることができる。一方、上記モル比が1.5以上の場合、上記ハロゲン化アルキルが十分に消費され、経済性を向上できる。
式(a’)のアルキルリチウムの消費の観点から、式(b)の環状脂肪族エステルの割合を上げることが好ましい。式(a’)のアルキルリチウムが残存すると、式(c)の(メタ)アクリル酸無水物とアニオン重合してしまい、オリゴマーやポリマーが多く発生するおそれがある。
一方、環状脂肪族エステルの割合を上げすぎた場合、環状脂肪族エステルが大きく余剰となり、理論転化率が低下し、経済性が低下するおそれがある。
上記モル比が2.2以下の場合、式(a’)のアルキルリチウムを完全消費させることができる。一方、上記モル比が1.0以上の場合、式(b)の環状脂肪族エステルが十分に消費され、経済性を向上できる。
式(b’)のリチウムアルコキシド生成の際に、同時に、R3OLiで表されるリチウムアルコシキド(b”)が副生している。上記モル比が1.8以上の場合、リチウムアルコシキド(b”)との反応に消費される分を考慮しても、式(b’)のリチウムアルコキシドの理論転化率を高く保つことができる。一方、上記モル比が3.0以下の場合、式(c)の(メタ)アクリル酸無水物が十分に消費され、経済性を向上できる。
溶媒は、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
重合禁止剤を添加する場合、その使用量は、式(c)の(メタ)アクリル酸無水物1質量部に対して、好ましくは10〜10,000質量ppmであり、より好ましくは50〜1,000質量ppmである。
反応温度が40℃以下である場合、反応熱を除熱し、副反応を抑制することができる。反応温度が−20℃以上である場合、反応を適切な速度で進めることができる。
生成物の純度、反応の進行状況を、ガスクロマトグラフィー(GC)によりを測定した。GC分析には、Agillent製、型番「6850」を使用し、分析条件は以下の通りである。
キャピラリーカラム[J&W社製DB−1:コーティング剤(ジメチルポリシロキサン);膜厚:0.25μm]内径:0.25mm、長さ:30m
昇温条件 :100℃から10℃/minで250℃まで昇温
インジェクション温度:250℃
検出器 :FID
検出器温度 :250℃
キャリアガス :He
オリゴマー含有量は、ゲルパーミッションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。GPC分析には東ソー製、型番「HLC−8220 GPC」を使用し、分析条件は以下の通りである。
カラム:[東ソー製]TSGgel G−4000HXL+G−2000HX
カラム温度:40℃
溶離液:THF,1.0mL/min
サンプル濃度:10wt%/THF
打込量:100μL
上記反応器中に、シクロヘキサンカルボン酸メチル285.0g(0.26eq.)と、ブロモエタン500.1g(0.60eq.)を800mLのTHFに溶かした溶液を、約2.5時間で滴下した。滴下終了後、15〜20℃で、さらに2時間撹拌し、GC分析でシクロヘキサンカルボン酸メチルの転化率が95%程度になっていることを確認した。
その後、さらに、メタクリル酸無水物570mL(0.50eq.)を、約1時間で滴下した。滴下終了後、15〜20℃でさらに1時間撹拌した。
反応液は、ヘプタン抽出し、飽和食塩水400mLで洗浄した。
有機層を減圧濃縮して反応粗体を得た[収量:420.49g,収率88.2%,GC:87.6%,オリゴマー含有量:1.9重量%]。
得られた反応粗体は、減圧蒸留[留出温度:92〜97℃,オイルバス温度:130℃,減圧度:0.2kPa]することにより、目的物の精製品を得た[収量:287.8g,収率:60.4%,GC純度:97.3%,オリゴマー含有量:0.0重量%]。
得られた有機層を減圧濃縮して反応粗体を得た[収量:504.78g,収率86.9%,GC:92.7%,オリゴマー含有量:9.0重量%]。
上記の反応粗体は、メタノール−水系で冷却晶析することにより、目的物の精製品を得た[収量:371.76g,収率:64.0%,GC純度:99.2%,オリゴマー含有量:0.1重量%]。
実施例1において、ブロモエタンの代わりに、ヨウ化メタン651.5g(0.60eq.)を使用したこと以外は、実施例1と同様に合成、精製を行い、目的物の精製品を得た[収量:251.4g,収率:62.5%,GC純度:97.8%,オリゴマー含有量:0.0重量%]。
実施例2において、ブロモエタンの代わりに、ヨウ化メタン651.5g(0.60eq.)を使用したこと以外は、実施例2と同様に合成、精製を行い、目的物の精製品を得た[収量:344.8g,収率:68.7%,GC純度:99.7%,オリゴマー含有量:0.1重量%]。
各試薬の仕込みを表1の通りに変更したこと以外は、実施例1と同様に、合成、精製を行った。
このとき、反応粗体を得る際に多量のオリゴマーが発生したため、抽出,洗浄操作が非常に困難となり、一旦オリゴマーを取り出して、精製処理を継続した。
表1中、*)は、抽出,洗浄過程で濾別したオリゴマー及び得られた反応粗体オリゴマーの総和であることを示す。
各試薬の仕込みを表1の通りに変更したこと以外は、実施例2と同様に、合成、精製を行った。
このとき、反応粗体を得る際に多量のオリゴマーが発生したため、抽出,洗浄操作が非常に困難となり、一旦オリゴマーを取り出して、精製処理を継続した。
実施例1において、各試薬の仕込みを表1の通りに変更したこと以外は、実施例1と同様に、反応粗体の回収までを行った。
Claims (7)
- 金属リチウム、式(a)で表されるハロゲン化アルキル、式(b)で表される環状脂肪族エステル及び式(c)で表される(メタ)アクリル酸無水物から、下記反応式に示す反応により、中間体である式(a’)で表されるアルキルリチウム及び式(b’)で表されるリチウムアルコキシドを経由して、式(d)で表される環状脂肪族アクリレート類を得る方法であって、
前記ハロゲン化アルキルに対し、前記金属リチウムのモル比が、1.5以上2.0以下である環状脂肪族アクリレート類の製造方法。
- 前記式(b)の環状脂肪族エステルに対し、前記式(a’)のアルキルリチウムのモル比が、1.0以上2.2以下である請求項1記載の環状脂肪族アクリレート類の製造方法。
- 前記式(b’)のリチウムアルコキシドに対し、前記式(c)の(メタ)アクリル酸無水物のモル比が、1.8以上3.0以下である請求項1記載の環状脂肪族アクリレート類の製造方法。
- R1が、エチル基、iso−プロピル基又はsec−ブチル基である請求項1〜3のいずれか記載の環状脂肪族アクリレート類の製造方法。
- R2が、アダマンチル基又はシクロヘキシル基である請求項1〜4のいずれか記載の環状脂肪族アクリレート類の製造方法。
- R3がメチル基である請求項1〜5のいずれか記載の環状脂肪族アクリレート類の製造方法。
- R4がメチル基である請求項1〜6のいずれか記載の環状脂肪族アクリレート類の製造方法。
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