JP2814941B2 - N−ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド類の製法 - Google Patents

N−ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド類の製法

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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、塗料用樹脂等の原料と
して有用なN−ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド
類の製法に関する。
【0002】
【従来の技術】N−アルコキシメチル(メタ)アクリル
アミド類は、通常(メタ)アクリルアミドとホルムアル
デヒドとをアルカリ性条件下で反応させて、N−メチロ
ール(メタ)アクリルアミドとした後、さらに酸触媒の
存在下でモノアルコール類との脱水縮合反応を行うこと
により得ることができる(特開昭63−44555号公
報、特公昭47−28765号公報)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のN−メチロール
(メタ)アクリルアミドとモノアルコール類との脱水縮
合反応においては、副反応によって、例えばメチレンビ
ス(メタ)アクリルアミド、ジ(メタ)アクリルアミド
ジメチルエーテル等の副生成物が生成する。これらの副
生成物の生成は、例えば塗料用樹脂等の原料として用い
た場合、得られる塗料の耐水性の低下や粘度増加をもた
らす要因となるため、好ましくない。
【0004】特に、N−メチロール(メタ)アクリルア
ミドとの脱水縮合反応において、アルコールとしてブタ
ノール類を用いてN−ブトキシメチル(メタ)アクリル
アミドを得ようとする場合、ブタノール類は比較的水の
溶解度が高いために、共沸蒸留等によって完全に生成水
を反応系外に分離除去するためには多大の時間を要す
る。すなわち、反応が完結するまでに長時間を必要とす
るため、その結果上記で述べた副生成物の生成量が増加
し、目的のN−ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド
類を純度良く得ることが困難であった。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、N−メチロール
(メタ)アクリルアミドとブタノール類とを、酸触媒の
存在下に、生成する水を反応系外に分離しつつ脱水縮合
反応させることによりN−ブトキシメチル(メタ)アク
リルアミド類を得る方法において、ブタノール類を分割
または連続的に反応系に添加することによって、反応完
結に要する時間が短縮されて、上記の副生成物の生成量
が大幅に減少し、高純度のN−ブトキシメチル(メタ)
アクリルアミド類が容易に得られることを見い出し、本
発明を完成するに至った。
【0006】すなわち、本発明は、N−メチロール(メ
タ)アクリルアミドとブタノール類とを、酸触媒の存在
下に、生成する水を分離しつつ脱水縮合反応させるN−
ブトキシ(メタ)アクリルアミド類の製法であって、脱
水縮合反応を開始させた後、新たなブタノール類を分割
または連続的に添加することを特徴とするN−ブトキシ
メチル(メタ)アクリルアミド類の製法を提供するもの
である。
【0007】本発明で用いるN−メチロール(メタ)ア
クリルアミドとしては、例えば(メタ)アクリルアミド
とホルムアルデヒドとを、水酸化ナトリウム等の塩基触
媒と、水、アルコール等の溶媒の存在下に加熱すること
によって得られる。その具体例としては、下記一般式
(1)
【0008】
【化1】 CH2=C(R1)−CONHCH2OH - - - (1) (式中、R1は水素原子またはメチル基を示す)で表さ
れる化合物が挙げられる。尚、上記の方法では、水を溶
媒として用いるのが通常であるが、N−メチロール(メ
タ)アクリルアミドを含む反応液を、そのまま本発明の
原料として使用できる点でブタノール類を溶媒として用
いることが好ましい。
【0009】本発明では、ブタノール類との脱水縮合反
応を実施するに際して、あらかじめ上記の方法のように
(メタ)アクリルアミドとホルムアルデヒドとを反応さ
せて得たN−メチロール(メタ)アクリルアミドを含む
反応液をそのまま用いても、また市販のN−メチロール
(メタ)アクリルアミドを用いても良い。
【0010】本発明で用いるブタノール類としては、n
−ブタノール、i−ブタノール、sec−ブタノールお
よびt−ブタノールを挙げることができる。これらの化
合物の中でも、i−ブタノールを用いて得られるN−i
−ブトキシメチル(メタ)アクリルアミドが、樹脂原料
としての有用性に優れることから特に好ましい。
【0011】N−メチロール(メタ)アクリルアミドと
ブタノール類との反応は、酸触媒の存在下に実施され
る。触媒として用いられる酸としては、例えば硫酸、燐
酸等の鉱酸類、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン
酸、p−トルエンスルホン酸等のスルホン酸類、蓚酸、
蟻酸、安息香酸等のカルボン酸類が挙げられ、これらは
単独で用いても、複数を組み合わせてもよい。触媒とし
て用いる酸の量は、適度な反応速度を得、かつ副生成物
の生成量を抑制する量を適宜選択すればよく、特に限定
されないが、通常はpHが1〜7、好ましくは2〜4と
なる範囲である。
【0012】本発明で用いるN−メチロール(メタ)ア
クリルアミドとブタノール類とのモル比は、生成水の分
離速度や1バッチ当たりのN−ブトキシメチル(メタ)
アクリルアミド類の生成量の低下を防止できる点で、N
−メチロール(メタ)アクリルアミド1モルに対して、
ブタノール類が総量で通常1.0〜8.0モル、なかで
も2.0〜4.0モルとなる範囲が好ましい。
【0013】また、本発明では、反応の開始時にN−メ
チロール(メタ)アクリルアミド1モルに対して、ブタ
ノール類を通常0.3〜5.0モル、好ましくは0.5
〜3.0モルの範囲で加えて反応を開始し、その後、ブ
タノール類を分割または連続的に添加する。反応開始後
のブタノール類の添加量は、反応開始時に加えられたブ
タノール類の量にも影響されるが、メチロール(メタ)
アクリルアミド1モルに対して、通常0.3〜5.0モ
ル、好ましくは0.5〜3.0モルの範囲から選ばれ
る。
【0014】反応開始後にブタノール類を分割添加する
場合、添加回数には特に制限はなく、通常1〜5回で等
時間の間隔で等量ずつ添加するが、更に回数を増加させ
てもよく、また複数回の添加で添加量を変化させてもよ
く、特に制限はない。
【0015】反応開始後、ブタノールを連続添加する場
合、反応開始直後から反応終了時まで継続的に添加して
もよいし、反応開始後一定時間後から供給を開始しても
よく、特に制限はない。
【0016】ただし、上記反応開始後のブタノール類の
添加は、何れの場合でも反応終了の15〜60分前にブ
タノール類の添加を終了させておくことが好ましい。本
発明での脱水縮合反応は、通常溶媒を用いることなく、
反応物質のブタノール類を過剰に用いて実施されるが、
必要に応じて別途溶媒を用いることもできる。用いる溶
媒としては、反応において不活性で、かつ生成する水と
共沸するものであれば特に制限されないが、具体的には
トルエン、ベンゼン等の芳香族炭化水素類、n−ヘキサ
ン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素類が挙げられ
る。
【0017】反応温度は、通常反応系の還流温度であ
り、なかでも副生成物の生成量と反応完結までの時間の
増大を防止できる点で70〜120℃の範囲が好まし
い。反応は、生成水を分離しつつ行う方法であれば常圧
で行ってもよく、また減圧下に実施してもよいが、上記
の温度範囲内となるように調節することが必要である。
生成水の分離方法は、特に限定されないが、共沸蒸留に
より分離するのが通常である。反応時間は特に限定され
ないが、通常60〜180分間である。
【0018】反応終了後、反応液を濃縮することによ
り、目的物のN−ブトキシメチル(メタ)アクリルアミ
ド類を得ることができ、同時に未反応のブタノール類や
溶媒を用いた場合は溶媒を回収することができる。
【0019】反応液の濃縮操作は、生成物の分解を避け
るために減圧下90℃以下の温度で実施することが望ま
しい。また、濃縮時のpHは、特に調整せずに濃縮操作
を行ってもよいが、副生成物の生成を抑制するため、p
Hを4〜9.5の範囲、好ましくは7.5〜9.5の範
囲に保ちながら濃縮操作を実施することが好ましい。
【0020】このようにして得たN−ブトキシメチル
(メタ)アクリルアミド類は、高純度を有し、特別な精
製操作を実施しなくとも使用可能であり、さらに高純度
品が必要であれば、蒸留等の操作によって得ることがで
きる。
【0021】
【実施例】以下に実施例および比較例を挙げて本発明を
具体的に説明するが、本発明の内容は実施例のみに限定
されるものではない。尚、例中の収率(%)は用いたN
−メチロール(メタ)アクリルアミドに対するモル%
を、純度(%)は反応終了後に濃縮して得られた濃縮物
に対するN−ブトキシメチル(メタ)アクリルアミドの
重量%を、また、その他の%は重量%をそれぞれ表す。
【0022】参考例1(N−メチロールアクリルアミド
の製造) 還流冷却器、温度計および攪拌機を付けた3lガラス製
四つ口フラスコに、91.6%ホルムアルデヒド水溶液
131g(4.00モル)、アクリルアミド274g
(3.81モル)、i−ブタノール148g(2.00
モル)および水酸化ナトリウム1gをそれぞれ仕込み、
内容物を90℃で2時間加熱して反応させ、N−メチロ
ールアクリルアミド364g(3.60モル)を含む反
応液を得た。N−メチロールアクリルアミドの収率は、
94.8%であった。
【0023】参考例2(同上) アクリルアミド274g(3.81モル)の代わりに、
メタアクリルアミド316g(3.81モル)を用いた
以外は参考例1と同様にして、N−メチロールメタアク
リルアミド416g(3.68モル)を含む反応液を得
た。N−メチロールメタアクリルアミドの収率は、9
6.6%であった。
【0024】実施例1 還流冷却器、水分離器、温度計および攪拌機を付けた3
lガラス製四つ口フラスコに、参考例1で製造したN−
メチロールアクリルアミド364g(3.60モル)を
含む混合液を入れ、i−ブタノール400g(5.40
モル)を加え、さらに酸触媒として蓚酸2gを添加し
て、pHを3.0に調整した。
【0025】次に、内容物を攪拌しながら113℃で加
熱環流して反応させ、生成する水をi−ブタノールと共
沸させて分離した。還流開始1時間後に新たにi−ブタ
ノール200g(2.70モル)を添加して、さらに1
時間加熱環流した。
【0026】反応終了後、pH調節剤として水酸化カリ
ウム4gを加え、pHを9に調整した後、減圧下内温を
90℃以下に保ちながら未反応のi−ブタノールを回収
・濃縮し、N−i−ブトキシメチルアクリルアミド54
1g(3.44モル)を含む生成物576gを得た。N
−i−ブトキシメチルアクリルアミドの収率は90%、
純度は94%であった。
【0027】実施例2〜4 還流開始後添加するi−ブタノールの添加を表1に示し
た方法で行った以外は実施例1と同様にして、N−i−
ブトキシメチルアクリルアミドを得た。結果を表1に示
す。
【0028】実施例5 参考例1で得たN−メチロールアクリルアミド364g
(3.60モル)を含む混合液の代わりに、参考例2で
得たN−メチロールメタアクリルアミド416g(3.
68モル)を含む混合液を用いた以外は実施例1と同様
にして、N−i−ブトキシメチルメタアクリルアミドを
得た。結果を表1に示す。
【0029】実施例6 i−ブタノールの代わりに、n−ブタノールを用いた以
外は実施例1と同様にして、N−n−ブトキシメチルア
クリルアミドを得た。結果を表1に示す。
【0030】実施例7 還流開始後添加したi−ブタノールの量を400g
(5.40モル)に変更した以外は実施例1と同様にし
て、N−i−ブトキシメチルアクリルアミドを得た。結
果を表1に示す。
【0031】比較例1 還流冷却器、水分離器、温度計および攪拌機を付けた3
lガラス製四つ口フラスコに、参考例1で製造したN−
メチロールアクリルアミド364g(3.60モル)を
含む混合液を入れ、i−ブタノール600g(8.1モ
ル)を加え、さらに酸触媒として蓚酸2gを添加して、
pHを3.0に調整した。
【0032】次いで、内容物を攪拌しながら113℃で
加熱環流して反応させ、生成する水をi−ブタノールと
共沸させて分離した。還流開始後、8時間後に反応が終
了した。
【0033】反応終了後、pH調節剤としての水酸化カ
リウムを添加することなく、濃縮を実施した以外は実施
例1と同様にして、N−i−ブトキシメチルアクリルア
ミドを得た。結果を表1に示す。
【0034】尚、反応終了後、実施例1と同様に水酸化
カリウムを添加してpH調整した後、未反応のi−ブタ
ノールを回収・濃縮した場合のN−メトキシ−i−ブチ
ルアクリルアミドの収率は84%、純度は82%であっ
た。
【0035】
【表1】
【0036】
【発明の効果】本発明の製法によれば、反応完結に要す
る時間が短縮され、しかもメチレンビス(メタ)アクリ
ルアミド、ジ(メタ)アクリルアミドジメチルエーテル
等の望ましくない副生成物が大幅に減少した高純度のN
−ブトキシメチル(メタ)アクリルアミド類が得られ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C07C 231/14 C07C 231/14 // C07B 61/00 300 C07B 61/00 300 (56)参考文献 特開 昭62−281849(JP,A) 特開 昭61−68453(JP,A) 特開 平7−138216(JP,A) 特開 昭63−44555(JP,A) 特開 平8−176082(JP,A) 特開 平8−176081(JP,A) 特開 平8−198831(JP,A) 特公 昭47−28765(JP,B1) 特公 昭37−15610(JP,B1) 特公 昭38−17659(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C07C 235/28 C07C 231/14

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 N−メチロール(メタ)アクリルアミド
    とブタノール類とを、酸触媒の存在下に、生成する水を
    分離しつつ脱水縮合反応させるN−ブトキシメチル(メ
    タ)アクリルアミドの製法であって、脱水縮合反応を開
    始させた後、新たなブタノール類を分割または連続的に
    添加することを特徴とするN−ブトキシメチル(メタ)
    アクリルアミドの製法。
  2. 【請求項2】 N−メチロール(メタ)アクリルアミド
    1モルに対してブタノール類1〜3モルを用い、生成す
    る水を分離しつつ脱水縮合反応を開始させた後、0.3
    〜5モルの新たなブタノール類を追加する請求項1記載
    の製法。
  3. 【請求項3】 ブタノール類が、i−ブタノールである
    請求項1または2記載の製法。
  4. 【請求項4】 反応終了後、反応液のpHを7.5〜
    9,5の範囲内に保ちつつ反応液の濃縮を行う請求項
    1、2または3記載の製法。
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