JP2016060711A - フルフリルメタクリレートの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
発原料とし、エステル交換反応によりフルフリルメタクリレートを製造する方法に関する
。
の化学を利用したユニークな利用法が挙げられる(特許文献1,非特許文献1)。しかし
がながら、商業的にリーズナブルな価格での入手は難しく、工業的な利用が遅れている。
類の合成に最も用いられている、酸触媒を用いるアルコールとアクリル酸との脱水縮合に
よるエステル化反応、あるいは酸触媒を用いるアルコールとアクリル酸エステルとのエス
テル交換反応などの、安価に製造可能な方法を、フルフリルメタクリレートの合成に適応
することができないからである。なぜなら、フルフリルアルコールは酸の作用により、自
己縮合反応を引き起こしてしまうためであり、それはエステル交換反応よりも優先するた
め、目的物を得ることができないためである(非特許文献2)。
されている(特許文献2、非特許文献2)。いずれの場合においても、塩基触媒としてナ
トリウムメトキシドを使用しており、他の塩基触媒を用いた報告はほとんどない。ナトリ
ウムメトキシドは非常に活性な試薬であり、窒素や水分が厳密に管理された条件下で使用
しないと触媒失活(反応停止)が起きてしまう。失活が起きた場合、さらに触媒を追加す
ることで対応は可能であるが、高温状態での添加は非常に危険であり、一度室温以下に下
げる必要がある。冷却時間・再加熱時間の観点から、フラスコサイズが上がるほど操作面
に問題がでてくる。さらにこのような活性な試薬を加熱条件下で長時間反応させることは
、安全面においても不安がある。また、ナトリウムメトキシドを使用した場合、反応停止
後に水などを用いてクエンチする必要があり、さらに回収率向上を考えた場合に溶剤によ
る抽出操作などが必要になってくる。しかしながら、塩基由来の残渣が不溶物となり、こ
うした分液操作の妨害を引き起こす問題がある。さらに溶剤を使用した場合、最終製品形
態によっては除去する必要があるが、その場合には、相応の機器設備(実験室レベルでは
エバポレーターなど)が必要である。ゆえに、ナトリウムメトキシドを用いるフルフリル
メタクリレートを用いる方法は、安全性、安定性や簡便性の観点で問題がある。
は、特許文献3にまとめられているような数々の触媒が知られているが、これらをフルフ
リルメタクリレートの合成に使用した報告例がほとんどない。これは本発明実施例でも証
明されているように、これらの触媒では、フルフリルアルコールをアクリル酸エステルと
反応させるには不十分であるためである。すなわち、フルフリルアルコールはエステル交
換反応に対する活性が非常に低いことも、合成法の制限を招いており、安価な入手を妨げ
ている要因である。
ステル交換反応が、アクリル酸エステルの合成方法としてわずかに報告されている(特許
文献4、実施例 表2)。しかし、イミダゾール環という特殊な骨格を有するアルコール
を出発原料とするエステル交換反応についての合成例しかなく、さらにその反応率は悪い
ことから、他のアルコールを用いた場合のアクリル酸エステルの合成に有効であるとは言
えない(基質一般性がない)。さらにフルフリルメタクリレートの製造においては、上記
一般触媒と同様に、環状アミジン化合物をエステル交換触媒として使用した報告例がない
。
求められている。
クリレートを安全、安定、安価、簡便に製造する方法を提供することである。
った。すなわち、本発明は、エステル交換触媒(B)と、電子不足オレフィン化合物(下
記メタクリル酸エステル(A)を除く)(C)との存在下で、フルフリルアルコールと、
メタクリル酸エステル(A)とを反応させることを特徴とするフルフリルメタクリレート
の製造方法に関する。
クリル酸エステル(A)とを反応させることを特徴とするフルフリルメタクリレートの製
造方法であって、エステル交換触媒(B)が環状アミジン化合物であることを特徴とする
フルフリルメタクリレートの製造方法に関する。
レートの製造方法に関する。
メタクリレートの製造方法に関する。
タクリレートの製造方法に関する。
混合物を流出させる際に、蒸留塔設備を使用し、さらにその登頂温度を60℃〜80℃の
範囲で実施することを特徴とする上記フルフリルメタクリレートの製造方法に関する。
る上記フルフリルメタクリレートの製造方法に関する。
酸エステルを出発原料とするエステル交換反応において、エステル交換触媒と併用して、
電子吸引性化合物を用いることを特徴としており、反応性が飛躍的に向上した結果、従来
できなかった、安全、安定、安価、簡便にフルフリルメタクリレートを製造することを可
能とする。また、さらにエステル交換触媒として環状アミジン化合物を使用することも特
徴としており、2つの組み合わせの相乗効果により、さらに安全、安定、安価、簡便に優
れた製造を可能とする。また本発明のフルフリルメタクリレートを使用することにより、
成形樹脂、注型樹脂、光造形用樹脂、封止剤、歯科用重合レジン、印刷インキ、印刷ニス
、インクジェットインキ、塗料、印刷版用感光性樹脂、印刷用カラープルーフ、カラーフ
ィルター用レジスト、ブラックマトリクス用レジスト、液晶用フォトスペーサー、リアプ
ロジェクション用スクリーン材料、光ファイバー、プラズマディスプレー用リブ材、ドラ
イフィルムレジスト、プリント基板用レジスト、ソルダーレジスト、半導体用フォトレジ
スト、マイクロエレクトロニクス用レジスト、マイクロマシン用部品製造用レジスト、エ
ッチングレジスト、マイクロレンズアレー、絶縁材、ホログラム材料、光学スイッチ、導
波路用材料、オーバーコート剤、粉末コーティング、接着剤、粘着剤、離型剤、光記録媒
体、粘接着剤、剥離コート剤等の分野において実用的なオリゴマーやポリマーを工業的に
提供し、良好な特性を持った硬化物を得るための重合性組成物を提供することができる。
)と、電子不足オレフィン化合物(下記メタクリル酸エステル(A)を除く)(C)との
存在下で、フルフリルアルコールと、メタクリル酸エステル(A)とを反応させることを
特徴とする。
リレートに悪影響を及ぼさない限り、特に制限はされないが、一般的な観点から、純度と
して80%以上が好ましく、より好ましくは90%であり、さらにより好ましくは95%
以上である。
、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸イソ
プロピル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ペンチル、メタクリル酸イソブチル、メタ
クリル酸ヘキシルなどが挙げられるが、これらに限定されるものでない。
(多くはメタクリル酸エステルと混合物を形成する)の観点からは、低級アルコールを副
生する脂肪族のメタクリル酸(低級アルコール)エステルが好ましい。具体的には、メタ
クリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピルなどが挙げられるが、これ
らに限定されるものではない。
性(温度による重合リスク)などの観点からメタクリル酸メチルが最も好ましい。
使用も兼ねることが可能である。
対してやや過剰に用いることが、反応促進やコストの観点から望ましい。その使用量とし
ては、フルフリルアルコール100重量部に対して1〜3000重量部が好ましく、より
好ましくはフルフリルアルコール100重量部に対して50〜1000重量部であり、さ
らに好ましくはフルフリルアルコール100重量部に対して100〜500重量部である
。
、より具体的には、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化鉛、酸化亜鉛、酸化ジルコニウ
ム等の酸化物;水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カルシウム
、水酸化タリウム、水酸化スズ、水酸化鉛、水酸化ニッケル等の水酸化物;塩化リチウム
、塩化カルシウム、塩化スズ、塩化鉛、塩化ジルコニウム、塩化ニッケル等のハロゲン化
物;炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸ルビジウム、炭酸セシウム、炭
酸鉛、炭酸亜鉛、炭酸ニッケル等の炭酸塩;炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭
酸水素ルビジウム、炭酸水素セシウム等の炭酸水素塩;リン酸ナトリウム、リン酸カリウ
ム、リン酸ルビジウム、リン酸鉛、リン酸亜鉛、リン酸ニッケル等のリン酸塩;硝酸リチ
ウム、硝酸カルシウム、硝酸鉛、硝酸亜鉛、硝酸ニッケル等の硝酸塩;酢酸ナトリウム、
酢酸リチウム、酢酸カルシウム、酢酸鉛、酢酸亜鉛、酢酸ニッケル等のカルボン酸塩;ナ
トリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムメトキシド、カリウムエトキシド
、カリウムt−ブトキシド、カルシウムメトキシド、カルシウムエトキシド、バリウムメ
トキシド、バリウムエトキシド、アルミニウムメトキシド、スズメトキシド、テトラメト
キシチタン、テトラエトキシチタン、テトラプロポキシチタン、テトライソプロポキシチ
タン、テトラブトキシチタン、テトラ(2−エチルヘキサノキシ)チタン等のアルコキシ
化合物;リチウムアセチルアセトナート、ジルコニアアセチルアセトナート、亜鉛アセチ
ルアセトナート、ジブトキシスズアセチルアセトナート、ジブトキシチタンアセチルアセ
トナート等のアセチルアセトナート錯体;テトラメチルアンモニウムメトキシド、テトラ
メチルアンモニウムt−ブトキシド、トリメチルベンジルアンモニウムエトキシド等の4
級アンモニウムアルコキシド;ジメチルスズオキサイド、メチルブチルスズオキサイド、
ジイソプロピルスズオキサイド、ジブチルスズオキサイド、ジオクチルスズオキサイド等
のジアルキルスズ化合物;ビス(ジブチルスズアセテート)オキサイド、ビス(ジブチル
スズラウレート)オキサイド等のジスタノキサン;ジブチルスズジアセテート、ジブチル
スズジラウレート等のジアルキルスズジカルボン酸塩が挙げられる。
18、特開昭56−77242、特開昭57−93930、特開昭62−185051、
特開昭63−5054、特開昭63−5055、特開平2−104559、特開平2−1
93944、特開平6−293702、特開2001−163831、特開2001−3
21675、Ger Offene 2319688、USP 3686268,特開平1
−258642、特開昭53−141213、特開昭53−105417、USP 42
02990、特開昭52−111512 記載のエステル交換触媒も使用可能である。
により、フルフリルメタクリレートを合成するのに十分な反応活性を示す。
は単独で十分な反応活性を示す。環状アミジン化合物としては、アミジン構造をその構造
中に含む1〜6環性の化合物であるが、原料入手の観点から、好ましくは2環性の環状ア
ミジン化合物であり、より具体的には、下記一般式(1)で表される化合物であるが、本
発明に限定されるものではない。
ルオキシ基、アシル基を表す。
nまたはmはそれぞれ独立に1〜5の整数である。
換触媒としての反応性の観点から望ましい。
合物として、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデ−7−セン(略称:DBU)、
または1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノ−7−ネン(略称:DBN)が特に好まし
い。
ない。
用いた場合、単独でも十分に反応が進行するが、後述する電子不足オレフィン化合物(C
)を併用することにより、さらに反応を促進することができる。したがって、エステル交
換触媒(B)において、環状アミジン化合物を使用することがより好ましい
その使用量は、フルフリルアルコール100重量部に対して、0.1〜50重量部であり
、より好ましくは1〜30重量部である。
化合物(C)を使用することは本発明の中でも大きな特徴である。
アルケン構造を、分子内に少なくとも一つ以上有する化合物示す。求電子性の置換基とし
ては、ハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、カルボニル基などが挙げられるがこれらに限
定されるものではない。
るが、これらに限定されるわけではない。
マレイミド化合物がより好ましい。
フルフリルアルコールが有する水酸基は、エステル交換反応に対する活性が低く、エステ
ル交換触媒(B)を用いただけでは、十分に反応が進行しない。
化合物類とディールスアルダー反応することを利用し、水酸基の反応性を向上させている
。
]付加環化反応して6員環化合物を形成する反応であり、形式的には下記に示すような反
応である。
子豊富な共役ジエン化合物と電子不足オレフィン化合物との組み合わせが、反応が進行し
やすい組み合わせとされる。本発明においては、フルフリルアルコールのフランは、共役
ジエン化合物に相当する。
併用することにより、反応活性の低いフルフリルアルコールが、反応系中でディールスア
ルダー反応することにより、反応活性の高いアルコール化合物へと変換されるため、エス
テル交換反応が速やかに進行する。さらにディールスアルダー反応は可逆性があるため、
逆ディールスアルダー反応することにより、フルフリルメタクリレートが生成するととも
に、電子不足オレフィン化合物(C)が再生される。電子不足オレフィン化合物(C)は
、未反応のフルフリルアルコールと再度ディールスアルダー反応することにより、本発明
の反応活性サイクルが継続される。
いが、前述したように触媒的に作用するため、過剰量は必要としない。その使用量は、フ
ルフリルアルコール100重量部に対して、0.1〜50重量部であり、より好ましくは
0.4〜30重量部である。
化(高分子量成分)反応や着色の抑制効果が挙げられる。
には、副生するアルコールを除去する必要がある。多くの場合において、副生するアルコ
ールと原料であるメタクリル酸エステルの相対揮発度が小さく、共沸点を持つ。そのため
反応系中から選択的に副生アルコールを除くことは技術的難易度が存在する。メタクリル
酸エステルは反応原料であるため、留出により反応に必要な量がまかなえない場合、当然
反応が進行しない要因となりうる。
3つの方法が挙げられる。
る)を取り付け、発生する混合物蒸気をすべて凝縮しながら液体混合物として副生アルコ
ールを除去する方法。
付け、混合物の凝縮液が、副生するアルコールを吸着できる吸着剤を通過して、反応容器
に返還されることより、メタクリル酸エステルの留出を抑えながら、副生アルコールを除
去する方法。
ールすることにより、留出液中の副生アルコール比率を高めることにより、メタクリル酸
エステルの留出を極力抑えながら、副生アルコールを除去する方法。
能であるが、課題としては、混合物としてのメタクリル酸エステルの留出量が非常に大き
いことである。前述した通り、反応に必要な分まで系外に排出された場合、反応が進行し
なくなってしまうため、メタクリル酸エステルを追加する必要がある。このような方法は
コスト面から望ましくない。回収された混合物より、水洗や吸着などの方法を用いてメタ
クリル酸エステルを回収・再利用することも考えられるが、非常に手間を要する。
上ほとんどない。しかしながら、副生するアルコールを吸着する吸着剤の選択が必要であ
る。例えばメタクリル酸メチルやメタクリル酸エチルなどをメタクリル酸エステルに用い
た場合に、副生するメタノールやエタノールなどの低級アルコールであれば、モレキュラ
ーシーブスなどの吸着剤が有効である。しかしながら、吸着量は決して大きくなく、必要
に応じて吸着剤の取り換えが必要であり、吸着剤自体のコストが嵩む場合がある。また、
低級アルコール以外のアルコールを効率的に吸着できる吸着剤は少なく、手法として幅が
狭い。さらに、ソックススレー抽出器内の液体の循環のために過剰のメタクリル酸エステ
ルを使用しなければならない。第3成分として他の溶媒を用いることも考えらえるが、溶
媒自体のコストがかかることや後述するように、本発明の反応において他の溶媒効果はほ
とんどなく、むしろ反応促進を阻害する傾向にある。したがってアクリル酸エステルの留
出は抑制できても使用量自体は下げられないため、第1の方法よりもデメリットが大きい
。
ながら、副生するアルコールを確実に除去していく現実的な方法であり、本発明において
も、この方法を選択することが好ましい。また同様の手法としては、特開平11−106
369、特開2001−172234、特開2001−172235、特開2004−1
89650、特開2005−239564、特開2006−315960、特開2008
−120698、特開2009−167107、特開2011−063531、特開20
14−043414などにも記載されている。
置としては、反応上部に蒸留塔(精留部位)があり、その上にさらに還流比制御部位およ
び冷却部位(コンデンサー)が取り付けられたものである。これらすべてを含めて蒸留塔
とも言う。
ても、構造上蒸気と凝縮液の気液接触が十分に行われることにより、混合物成分の分離を
高めることが可能である。したがって、理論的に同様の作用機構で分離が可能であれば、
上記2方式に限定されることなく選択することが可能であるが、その理論段数は少なくと
も3以上のものが好ましい。
段には、棚段に細かい多数の穴が存在している多孔板(トレイ)塔と、さらにその穴にキ
ャップを取り付けられた泡鐘(トレイ)塔などが主に挙げれれる。その他にもバルブトレ
イ、ジェットトレイ、ターボグリッドトレイ、リップルトレイ、デュアルフロートレイ、
キッテルトレイ、パッフルトレイ等さまざまな棚段塔が挙げられる(河東準,岡田功、「
新版 蒸留の理論と計算」、第2版第4刷、工学図書株式会社、1981年、p410−
489参照)が、これらに限定されるものではない。
である。
ーロックサドル、テラレットパッキング、ディクソンパッキン、マクマホンパッキング、
カスケードミニリング、キャノン、ポールリング、ボールリング、スルザーパッキング、
メラパック、ジェムパック、テクノパック、モンツパック、グリッチグリッド、フレキシ
グリッド、スナップグリッド、パーフォームグリッドなどさまざまな充填物が挙げられる
(河東準,岡田功、「新版 蒸留の理論と計算」、第2版第4刷、工学図書株式会社、1
981年、p410−489参照)が、これらに限定されるものではない。
ュナイダー(管)、ヘンペル(管)、あるいはオールダーショウ装置(棚段塔に分類され
る)などを用いても良いが、これらに限定されるものではない。
を適切な比率で留出および還流させることにより、還流比を制御する役割を担う。ここで
還流比(R)とは、留出量をD[mol]とし、留出されず還流として塔頂へ戻される液
量(還流量)をL[mol]とするとき、R=L/Dで定義される。還流比制御方法とし
て、パーシャルコンデンサー等を用いて、塔頂到達蒸気の一部を凝縮(液化)することで
凝縮液を還流し、パーシャルコンデンサーにて液化されなかった蒸気を別ライン上のコン
デンサーにより液化させ留出させる方法も工業的にはよく用いられる。
と凝縮させることである。コンデンサーの最も簡便な構造は、リービッヒ冷却器のように
筒が2重になった構造で、外側の筒に適当な冷媒(空気、水(不凍液)、オイルなど)を
流すことにより、筒内部に存在する蒸気を凝縮する。逆に冷却液の入った冷却効率を高め
るため、その形状は様々な工夫がなされる。例えば、ジムロート冷却器のように、筒の内
部に、冷却液の通る細管を巡らせることにより冷却効率を高めることが可能である。
実験室レベルでは、その他に、ジムロート冷却器、アリーン冷却器、グラハム冷却器な
どを使用することができるがこれらに限定されるものではない。
度とは、蒸留塔上部における蒸気温度を示す。この温度は、本発明においては、混合物蒸
気(副生アルコールとメタクリル酸エステル)の組成によって決まった値を示す。よって
還流比を制御することにより、塔頂温度をコントロールが可能であり、これを利用してあ
る一定の組成の留出液(凝縮液)として系外へ取り除くことが可能である。
する必要がある。この温度は用いるメタクリル酸エステルによって決まるが、傾向として
は、副生するアルコールの沸点が高い程、塔頂温度も上がる。
存在する。温度が高い程重合のリスクが高まるため、脂肪族のメタクリル酸エステルが好
ましく、最も好ましくはメタクリル酸メチルである。
(沸点64.7℃)である。前述した組成比の観点から、好ましい塔頂温度は50℃〜9
0℃であり、より好ましくは60℃〜80℃、さらにより好ましくは65℃〜75℃であ
る。この温度以下ではそもそも蒸気が十分に蒸留塔まで上がってこない、またこの温度以
上ではメタクリル酸メチルが主成分の留出液(凝縮液)が得られてしまうため不利である
。
われる。(理論段数3以上の)蒸留塔設備を有する反応容器に、フルフリルアルコール、
メタクリル酸エステル(A)、エステル交換触媒(B)、電子不足オレフィン化合物(C
)、重合禁止剤を仕込み、加熱する。副生するアルコールを蒸留塔を用いて効率的に除去
することにより反応が進行する。反応完結後、適切な精製操作により、フルフリルメタク
リレートを得る。
は必要に応じて適宜追加することも可能である。しかし、操作面において最初に全てを仕
込み反応完結まで実施することが好ましい。また、適切な条件下で実施している限りにお
いて、触媒やアクリル酸エステルの追加が必要な場合はほとんどない。
レフィン化合物(C)についての詳細は、前述した通りである。
ゾキノン、p−tert−ブチルカテコール等のキノン系重合禁止剤や4−メトキシフェ
ノール、4−エトキシフェノール、4−tert−ブチルフェノール、2,6−ジ−te
rt−ブチルフェノール、2,4−ジ−tert−ブチルフェノール、2−tert−ブ
チル−4,6−ジメチルフェノール、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノ
ール、2,6−ジ−tert−ブチル−4−エチルフェノール、2,4,6−トリ−te
rt−ブチルフェノール等のアルキルフェノール系重合禁止剤やアルキル化ジフェニルア
ミン、N,N’−ジフェニル−p−フェニレンジアミン、フェノチアジン、4−ヒドロキ
シ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−ベンゾイルオキシ−2,2,6,6
−テトラメチルピペリジン、1,4−ジヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペ
リジン、1−ヒドロキシ−4−ベンゾイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリ
ジン等のアミン系重合禁止剤や2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル
、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル、4−ベン
ゾイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル等のN−オキシ
ル系重合禁止剤や、ジエチルヒドロキシルサミン、ジプロピルヒドロキシルアミン、ジブ
チルヒドロキシルアミンなどのヒドロキシルアミン系重合禁止剤を用いることが好ましく
、これらは反応中におけるアクリル酸エステルの重合を防止する目的で使用される。
チルジチオカルバミン酸銅などのジアルキルジチオカルバミン酸銅類、銅、鉄、クロム、
亜鉛、鉛。水銀などの金属類、特開昭51−98211号公報、特開昭54−14904
号公報、特開平5−320095号公報、特開平5−320095号公報、特開昭52−
62219号公報、特開昭54−14903号公報、特開平1−230543号公報、特
開平2−248402号公報、WO96/7631号公報、特開平7−228548号公
報、特公昭45−1054号公報、特公昭45−1054号公報、特開昭52−5709
号公報、特公昭58−46496号公報、特開昭61−126050号公報、特公昭59
−18378号公報、特開昭60−89447号公報、特開平8−40979号公報、特
開平8−157795号公報、特公平4−26639号公報、特開2003−12861
1号公報、特公昭50−6449号公報、特公昭50−6450号公報、特開2005−
336082号公報、平9−316022号公報、特表2010−510316号公報、
特開2006−199893号公報、特開2008−239599号公報、特開2003
−96013号公報、特開2003−96014号公報、特開2012−111741号
公報、特開2008−239600号公報記載の重合禁止剤なども用いることが可能であ
る。
使用するアクリル酸エステル100重量部に対して、0.01〜30重量部が好ましく、
0.1〜10重量部が好ましい。前記重合禁止剤添加量の範囲が、収率の点、重合抑制の
点および経済性の点で好ましい。
バブリングしたり、あるいは反応系中にフローすることによって、重合禁止剤の効果を高
める工夫を実施することが可能である。
するアルコールの除去をより効率的にしうるような溶媒であれば、使用することが可能で
ある。このような溶媒としては、具体的にはベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベン
ゼン、トリメチルベンゼン、クロロベンゼンなどの芳香族系有機溶媒や、ペンタン、ヘキ
サン、ヘプタン、オクタン、ノナン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンなどの炭化
水素系有機溶媒などが挙げられる。
ルフリルアルコールとアクリル酸エステルの合計使用量100重両部に対して、50〜2
00重量部が好ましく、特に好ましくは80〜150重量部である。
は80℃〜150℃であり、さらに好ましくは100℃〜140℃である。反応温度が低
い場合、エステル交換反応が遅くなったり、効率的に混合物蒸気が排出されず、結果とし
て反応時間が著しく長くなる。反応時間の長時間化はまた、アクリル酸エステルの重合な
どの望ましくない副反応を引き起こす要因となる。また反応温度が高い場合においても、
アクリル酸エステルの重合が起きるリスクが高まるため上記の適切な温度領域で反応を実
施することが重要である。
標反応率まで到達した時点、あるいは反応速度が著しく低下した時点(現実的な時間で反
応がこれ以上進行しない)を持って、反応完結と見なす。反応の進行の判定は、古フリル
アルコールの有するフラン基の消失をモニタリングすることにより可能であり、モニタリ
ング方法としては、種々の汎用の解析機器を用いることが可能であるが、より具体的には
、反応液のガスクロマトグラフィー(GC)やNMRを測定することにより判定可能であ
る。
応原料の量関係や微妙な温度条件差、あるいは用いる容器のサイズ・形状などの影響を受
けて、ズレうるものであるが、通常反応完結までの時間は、3〜16時間である。3時間
以下では、反応が完結していない場合が多く、16時間を超えると、アクリル酸エステル
やフルフリルメタクリレートの重合などの望まない副反応が起きる可能性が高まるため、
好ましくない。一般的な観点からも、できる限り短時間で実施するのが好ましい。
、着色や不純物の除去の観点から、適切な後処理や精製を実施することが好ましい。
何でも構わない。その中でも、有効とされる方法は、水洗処理(反応クエンチ)、吸着剤
処理、蒸留などである。これらの方法は、必要に応じて自由に組み合わせて実施すること
が可能である。
一定量の水を加え、適切な有機溶媒により抽出した後、抽出液を脱水乾燥後、抽出溶媒を
(減圧)溜去する方法である。抽出溶媒を除去する必要がない場合は乾燥後そのまま使用
することも可能である。
合十分な洗浄効果を得られない場合が多いため、反応液100重量部に対して、好ましく
は50〜2000重量部であり、より好ましくは100〜1000重量部である。
、トルエン、キシレンエチルベンゼン、クロロベンゼンなどの芳香族系有機溶媒や、メチ
ルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのケトン系有機
溶媒、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタンなどの炭化水素系有機溶媒や、ジエチル
エーテル、シクロペンチルメチルエーテルなどのエーテル系有機溶媒、ジクロロメタン、
ジクロロエタン、クロロホルムなどのハロゲン系有機溶媒などが挙げられるが、これらに
限定されるものではない。
もよい。具体的には、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウム、炭酸水素ナ
トリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどが挙げられるがこれ
らに限定されるものではない。
乾燥剤を用いる方法が好ましい。
ム、活性無水硫酸カルシウム、酸化マグネシウム、過塩素酸マグネシウム、酸化リン(V
)、硫酸マグネシウム、硫酸ナトリウム、無水炭酸カリウム、塩化亜鉛、シリカゲル、ゼ
オライト(モレキュラーシーブス類)などが挙げられるが、こられに限定されるものでは
ない。
を透過させてもよい。前者の場合、別途ろ過などを実施し、乾燥剤を取り除く必要がある
。
常圧〜減圧下で、取り除く。
わせた場合は抽出液、または蒸留と組み合わせた場合は蒸留液に対して直接添加するか、
カラムなどへ吸着剤を充填したものに、上記液を透過させてることにより、着色や不純物
を除去する方法である。前者の場合、処理後のろ過が必要である。
のが好ましく、具体的には、シリカゲル類、アルミナ類、ハイドロタルサイト類、ゼオラ
イト類、活性炭類、活性白土、フラードなどの粘土類、モレキュラーシーブスなどのゼオ
ライト類、イオン交換樹脂類などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
けるため、常温〜60℃程度が好ましい。多少加温した方が吸着能が上昇したり、あるい
は吸着が並行に達するまでの時間が短縮される場合がある。
要最低限の量を用いることが望ましい。
述した抽出に用いる有機用溶媒と同じものを使用することが可能であるが、目的用途によ
っては、エバポレーターなどの装置を用いて希釈溶媒を取り除く必要があるため、除去容
易なもの(沸点が低い)が選択されることが好ましい。
されうるものである。本発明においては、フルフリルメタクリレートを得ることが目的の
ため、フルフリルメタクリレートの沸点の都合上、減圧することが望ましい。減圧しない
場合、高温にする必要があるが、フルフリルメタクリレートのゲル化(重合)のリスクが
高まるため好ましくない。
留塔を用いても構わない。蒸留塔は本発明の反応で説明したものと同じものを使用するこ
とが可能である。
に抑えられる。さらに、5mmHg以下で、沸点温度100℃以下で実施することがより
好ましい。
蒸留設備に、重合禁止剤や酸素などを吹き込みする工夫を用いることが可能である。
も空気が少なくより重合リスクが高い状況であるため、使用量を増やしたり、複数の組み
合わせなどを実施することが重要である。
の不具合、さらに濃縮による内容物中のゲル化リスクなどを避ける目的で、溶媒を共存し
て実施することも可能である。そのような溶媒としては、フルフリルメタクリレートより
も高沸点で、なおかつフルフリルメタクリレートと化学的に反応(して分解)しないもの
であれば特に制限はされない。より具体的には、ジエチレングリコールジブチルエーテル
、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル、ポリエチレングリコールジメチルエー
テル、テトラエチレングリコールジメチルエーテルなどのグリコールジエーテル類などが
挙げられるがこれらに限定されるものではない。
い。
なく、反応液から直接蒸留精製を実施する方法が好ましい。
よる副反応などを引き起こすリスクや、蒸留物への混入リスクなどが発生する場合がある
。そのため、使用する触媒を十分に選定する必要があるが、本発明の環状アミジン化合物
を使用することにより、上記2点のリスクを解決することが可能である。
状アミジンが、本発明のエステル交換触媒(B)として特に好ましい。
・安価・簡便に合成できることが、本発明の大きな特徴である。
限定されるものではない。尚、以下の実施例における表中の数字は重量%を表す。
した。さらに反応率や純度測定の具体的な条件としては、カラムは、島津ジーエルシー社
製Rxi−5ms(長さ15.0m、内径0.53mm)を、キャリアガスはHeを使用
し、温度条件は、50℃で1分間保持した後、10℃/分の昇温速度で200℃まで加熱
した後、200℃で2分間保持することにより測定を実施した。
撹拌器、温度計、ガス導入管、冷却器及び分留塔をつけた理論段数10段の精留塔を備
えた4つ口フラスコに、フルフリルメタクリレート650g(6.6モル)、メタクリル
酸メチル(以下、MMA)995g(9.9モル)、エステル交換触媒(B)として酢酸
亜鉛g(0.6モル)、電子不足オレフィン化合物(C)として化合物(C)−1 5.
8g(0.03モル)、および重合禁止剤として、メチルヒドロキノン(以下MEHQ)
5.8g(0.05モル)を、順次投入した後、マントルヒーターにより加熱を実施し、
反応内温120℃〜140℃、蒸留塔の登頂温度が65℃となるように、還流比をコント
ロールしながら、反応を実施した。加熱開始から12時間後に達したところで、反応を停
止し、反応液をサンプリングし、GC測定を実施し、原料と生成物の存在比から反応率を
算出した。また反応外観についても観察を実施した結果を表3に示す。
実施例1の化合物(C)−1(0.03モル)を、化合物(C)−5(0.03モル)
に変更した以外は、実施例1と同様に反応を実施した。
実施例1の化合物(C)−1(0.03モル)を使用しない以外は、実施例1と同様に
反応を実施した。
実施例1の酢酸亜鉛(0.6モル)を、水酸化リチウム(0.6モル)に変更した以外
は、実施例1と同様に反応を実施した。反応率および外観について表3に示す。
実施例3の化合物(C)−1(0.03モル)を、化合物(C)−6(0.03モル)
に変更した以外は、実施例3と同様に反応を実施した。
実施例3の化合物(C)−1(0.03モル)を使用しない以外は、実施例1と同様に
反応を実施した。
実施例1に対するエステル交換触媒(B)と電子不足オレフィン化合物(C)の変更方
法を、表3に示すように適応した以外は、同様に実施した。
ィン化合物(C)を使用しない場合、商業化においては不利なレベルで反応率が悪かった
が、本発明の電子不足オレフィン化合物(C)を併用することにより飛躍的に反応率が改
善された。
ィン化合物(C)を併用しなくても、他の公知のエステル交換触媒と比較した場合に十分
な反応率を示した。さらに電子不足オレフィン化合物(C)を使用することにより、非常
に高い反応率を示し、なおかつゲル化が完全に抑制された。
ずかであるがより反応率が向上した。
撹拌器、温度計、ガス導入管、冷却器及び分留塔をつけた理論段数10段の精留塔を備
えた4つ口フラスコに、フルフリルメタクリレート650g(6.6モル)、MMA13
27g(13.2モル)、エステル交換触媒(B)として化合物(B)−1 78.6g
(0.99モル)、電子不足オレフィン化合物(C)として表4記載の化合物、および重
合禁止剤として、MEHQ 5.8g(0.05モル)を、順次投入した後、マントルヒ
ーターにより加熱を実施し、反応内温120℃〜140℃、蒸留塔の登頂温度が65℃と
なるように、還流比をコントロールしながら、反応を実施した。加熱開始から8時間後に
達したところで、反応を停止し、反応液をサンプリングし、GC測定を実施し、原料と生
成物の存在比から反応率を算出した。また反応外観についても観察を実施した結果を表4
に示す。
十分であるが、少なすぎた場合に反応率の低下が見られるため、上述した好ましい使用量
の範囲内で使用することが好ましい。
、反応率が著しく向上するが、特にマレイミド化合物を電子不足オレフィン化合物(C)
として使用することにより、非常に高い反応率を示した(実施例31〜37)。
実施例17のメタクリル酸メチル(MMA)を、表5に示すアクリル酸エステルおよび
反応条件(内温、塔頂温度)に変更した以外は、実施例17と同様に実施した。反応率お
よび観察結果について表5にまとめる。
に反応が進行することが明らかとなった(実施例39、40)。しかしながら、メタクリ
ル酸メチルを用いた場合よりも、高い温度を必要とし、若干ゲル化の発生が確認された。
実施例38に示すように反応温度を抑えることによりゲル化リスクは低減できるが、反応
速度が遅くなった。
長くなると反応性の低下が見られ、立体障害の影響と考えられる。またアルキル鎖が長く
なると副生するアルコールの沸点が高くなるため、蒸発させるため内温を高くする必要が
ある。そのため二つの理由から反応温度を高くせざるおえない。
とにより、反応温度を抑えて進行させることは可能である。
点から、メタクリル酸メチルが最も好ましいことが明らかとなった。
実施例17の蒸留塔をディーンスターク管に置き換えた(以下図2)。反応釜にフルフ
リルメタクリレート650g(6.6モル)、メタクリル酸メチル(以下、MMA)99
5g(9.9モル)、エステル交換触媒(B)として化合物(B)−1 52g(0.6
モル)、化合物(C)として電子不足オレフィン化合物(C)−1 5.8g(0.03
モル)、および重合禁止剤として、メチルヒドロキノン(以下MEHQ)5.8g(0.
05モル)を、順次投入した後、マントルヒーターにより加熱を実施し、反応内温120
℃〜140℃に保つことによりリフラックスした。MMAとメタノールの混合物蒸気は、
コンデンサーで冷却されることにより凝縮され、留出液溜めを通して排出した。流出分と
同じ重量のMMAを適宜追加を実施した結果、最終的に3000gのMMAを追加した。
加熱開始から12時間後に達したところで、反応を停止し、反応液をサンプリングし、G
C測定を実施し、原料と生成物の存在比から反応率を算出した結果、反応率は75%であ
った。
実施例17の蒸留塔をソックスレー抽出管に置き換え、ソックスレー管内に、吸着剤と
してモレキュラーシーブス4A 200gを入れた(以下図3)。反応釜にフルフリルメ
タクリレート650g(6.6モル)、メタクリル酸メチル(以下、MMA)3649g
(36モル)、エステル交換触媒(B)として化合物(B)−1 52g(0.6モル)
、化合物(C)として電子不足オレフィン化合物(C)−1 5.8g(0.03モル)
、および重合禁止剤として、メチルヒドロキノン(以下MEHQ)5.8g(0.05モ
ル)を、順次投入した後、マントルヒーターにより加熱を実施し、反応内温100℃〜1
20℃に保つことによりリフラックスした。(ソックスレー循環のため過剰のMMAを入
れたため沸点低下により反応内温が下がった。)MMAとメタノールの混合物蒸気は、コ
ンデンサーで冷却されることにより凝縮され、ソックスレー抽出管内でモレキュラーシー
ブス4Aと接触した後、細管を通して系内へ還流された。およそ3時間毎にモレキュラー
シーブス200gを入れ替えた。加熱開始から12時間後に達したところで、反応を停止
し、反応液をサンプリングし、GC測定を実施し、原料と生成物の存在比から反応率を算
出した結果、反応率は65%であった。
レートを得ることは可能である。しかしながら、蒸留塔を使用した場合(実施例17)よ
りも、反応率は低下し、さらに過剰のMMAを必要とした。反応率の低下は副生するアル
コールを蒸留塔よりも効率的に除くことができなかったためである。故に、本発明におい
ては反応時に蒸留塔を用いる方法が望ましいことがわかった。
実施例17と同様に反応を実施した後、室温まで冷却した反応液に飽和食塩水1000
gを添加した。多量のエマルジョンが発生したため、12時間整置を実施した。分層した
後、有機層に硫酸マグネシウム200gを入れ、30分撹拌した後、ろ過を実施した。エ
バポレーターでMMAを除去することにより、濃赤色液体693gを得た。GCにより純
度を測定した結果、フルフリルメタクリレートの純度は93%であった。
実施例17と同様に反応を実施した後、室温まで冷却した反応液に、酢酸エチル100
0gを加え希釈した後、シリカゲルが充填された充填管に通すことにより精製を実施した
。エバポレーターで酢酸エチルおよびMMAを除去することにより、薄黄色液体430g
を得た。GCにより純度を測定した結果、フルフリルメタクリレートの純度は95%であ
った。
実施例17と同様に反応を実施した後、室温まで冷却した。重合禁止剤として、2,6
−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール 5gを加えた後、高圧真空ポンプを用
いて系内を4mmHgまで減圧を実施した後、徐々に昇温することにより蒸留を実施した
。塔頂温度と得られた組成について以下にまとめる。
た。GCにより純度を測定した結果、フルフリルメタクリレートの純度は98.5%であ
った。
ることが可能である。その中でも、蒸留による精製は、反応系から直接実施することが可
能であることや、回収率、着色、純度など点においても他の方法よりも良好である。
全・安価にフルフリルメタクリレートを製造することが証明された。
交換触媒および電子不足オレフィン化合物を使用し、フルフリルメタクリレートを製造す
る方法に関する。また、本発明は、メタクリル酸エステルとしてメタクリル酸メチルを、
エステル交換触媒として環状アミジン化合物を、電子不足オレフィン化合物としてマレイ
ミド化合物を用いて、さらに蒸留塔を使用することにより、従来法よりも、飛躍的に反応
率が向上し、さらに非常に簡便で、安全、安価に製造することが可能である。
樹脂、注型樹脂、光造形用樹脂、封止剤、歯科用重合レジン、印刷インキ、印刷ニス、塗
料、印刷版用感光性樹脂、印刷用カラープルーフ、カラーフィルター用レジスト、ブラッ
クマトリクス用レジスト、液晶用フォトスペーサー、リアプロジェクション用スクリーン
材料、光ファイバー、プラズマディスプレー用リブ材、ドライフィルムレジスト、プリン
ト基板用レジスト、ソルダーレジスト、半導体用フォトレジスト、マイクロエレクトロニ
クス用レジスト、マイクロマシン用部品製造用レジスト、エッチング用レジスト、マイク
ロレンズアレー、絶縁材、ホログラム材料、光学スイッチ、導波路用材料、オーバーコー
ト剤、粉末コーティング、接着剤、粘着剤、離型剤、光記録媒体、粘接着剤、剥離コート
剤、マイクロカプセルを用いた画像記録材料のための組成物、自己修復材料、各種デバイ
スなどにおいて、優れた特性を発揮されることが期待される。
(2)コンデンサー(冷却器)
(3)留出液(凝縮液)トラップ
(4)開閉コック(留出液排出弁)
(5)蒸留塔(精留塔)
(6)還流比制御弁(パーシャルコンデンサー)
(7)ソックスレー抽出管
Claims (8)
- エステル交換触媒(B)と、電子不足オレフィン化合物(下記メタクリル酸エステル(
A)を除く)(C)との存在下で、フルフリルアルコールと、メタクリル酸エステル(A
)とをエステル交換反応させることを特徴とするフルフリルメタクリレートの製造方法。 - エステル交換触媒(B)の存在下で、フルフリルアルコールと、メタクリル酸エステル
(A)とをエステル交換反応させることを特徴とするフルフリルメタクリレートの製造方
法であって、エステル交換触媒(B)が環状アミジン化合物であることを特徴とするフル
フリルメタクリレートの製造方法。 - エステル交換触媒(B)が環状アミジン化合物である請求項1記載のフルフリルメタク
リレートの製造方法。 - 電子不足オレフィン化合物(C)が、マレイミド化合物である請求項1または3記載の
フルフリルメタクリレートの製造方法。 - メタクリル酸エステル(A)が、メタクリル酸メチルである請求項1〜4いずれか記載
のフルフリルメタクリレートの製造方法。 - 前記エステル交換反応において副生するアルコールと、メタクリル酸エステルの混合物
を流出させる際に、蒸留塔設備を使用し、さらにその登頂温度を60℃〜80℃の範囲で
実施することを特徴とする請求項1〜5いずれか記載のフルフリルメタクリレートの製造
方法。 - さらにエステル交換反応完了後に、連続的に減圧蒸留することによる精製工程を有する
請求項1〜6いずれか記載のフルフリルメタクリレートの製造方法。 - 請求項1〜7いずれか記載の製造方法で得られたフルフリルメタクリレート。
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