JP3981186B2 - 1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン(以下DMIと略記する)の製造法に関するものである。
DMIは極性非プロトン溶媒として極めて有用な物質である。特にポリアミド類、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ポリウレタン、フェノール樹脂などの高分子化合物に優れた溶媒であり、無機塩類の多くのものと錯塩を形成して溶解し、多くの有機反応の溶媒としても用いられる有用な物質である。
【0002】
【従来の技術】
DMIの製造方法は多数提案されている。
例えば、エチレンジアミンと尿素から得られる2−イミダゾリジノンにホルムアルデヒドを反応させて得られるN−メチロールまたはN−メトキシ−2−イミダゾリジノンを水素化触媒の存在下に還元メチル化する方法が知られている(特開昭52−71419、特開昭53−98965、特開昭60−243071)。この方法は、2−イミダゾリジノンの製造工程、ホルムアルデヒドを用いるメチロール化工程、高価な貴金属触媒を用いる水素化工程を必要とするため、工業的に有利な方法とは言い難い。
また、エチレンジクロライドとモノメチルアミンから得られるN,N’−ジメチルエチレンジアミンを種々のカルボニル化剤と反応させてDMIを製造する方法も公知である。例えば、トリクロロメチルクロロホルメートと反応させる方法(特開昭53−73561)、二酸化炭素と反応させる方法(特開昭57−120570、特開昭57−175170)、ホスゲンと反応させる方法(特開昭61−109772、特開昭61−172862)、尿素と反応させる方法(特開昭61−229866、特開昭61−233674、特開昭61−236769)等が公知である。しかしこの方法は、エチレンジクロライドとモノメチルアミンからN,N’−ジメチルエチレンジアミンを製造する際に、不要な塩素イオンが副生するためその処理の問題点があるうえ、カルボニル化工程においても、収率が低い、あるいは、不要な塩素イオンやアンモニアガスの副生等の問題点を有している。
【0003】
また、エチレンオキサイドとモノメチルアミンから製造されるN−メチルアミノエタノールを原料とし、該化合物とモノメチルアミンおよび二酸化炭素からDMIを製造する方法も公知である(特開昭57−98268)。この方法では、原料として用いるN−メチルアミノエタノールをエチレンオキサイドとモノメチルアミンから製造する際に、N−メチルアミノエタノールのほかにN−メチルジエタノールアミンも同時に生成するという問題点を有する。このためN−メチルアミノエタノールの選択率が低くなり、エチレンオキサイドの利用効率が悪くなる上、DMI用の原料として用いるためには、蒸留などの方法によりN−メチルジエタノールアミンを分離する必要がある。
また、エチレングリコールを原料とし、モノメチルアミンおよび二酸化炭素からDMIを製造する方法も公知である(特開昭58−150565、特開昭59−155364)。この方法も、エチレングリコールはエチレンオキサイドと水から製造されるため、エチレンオキサイドを原料と考えると、未だ工程が多く、また反応収率も工業的に満足できるものとは言い難い。
【0004】
また、エチレンオキサイドと二酸化炭素からまずエチレンカーボネートを製造し、さらにエチレンカーボネートとモノメチルアミンからDMIを製造する方法も公知である(WO 96/02516)。この反応ではDMIの収率は比較的優れてはいるが、エチレンカーボネートをエチレンオキサイドと二酸化炭素から製造するために触媒が必要であり、エチレンカーボネート製造工程と、DMI製造工程の二段の工程が必要となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、従来技術の問題点を回避した経済的かつ工業的なDMIの製造方法を提供する事であり、具体的には、同一の反応器を用いた反応(ワンボットリアクション)でDMIを高収率で製造する方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題点を解決するため鋭意検討を行った結果、エチレンオキサイドとモノメチルアミンとをモノメチルアミンの炭酸塩類の存在下で反応させるとワンポットリアクションでDMIを高収率で製造出来る事を見いだし本発明に到達した。
本発明では、エチレンオキサイドとモノメチルアミンとを反応させる際に、モノメチルアミンの炭酸塩類の存在下で反応させることにより、反応中間体であるN−メチルアミノエタノールを選択的に製造できるという点、および、この反応に用いた過剰のモノメチルアミンとモノメチルアミンの炭酸塩類(すなわち二酸化炭素)を分離する事なしに、該反応液をそのまま加熱反応しDMIを製造する点で上述した特開昭57−98268とは異なる発明である。
【0007】
また本発明では、エチレンオキサイドとモノメチルアミンとをモノメチルアミンの炭酸塩類の存在下で反応させるため、当該分野に精通した者であれば容易に理解できるように、本反応条件下ではエチレンカーボネートは生成しないので上述したWO 96/02516とも異なる発明であり、DMIの製造方法として従来知られていなかった新規な発明である。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明では、エチレンオキサイドとモノメチルアミンとをモノメチルアミンの炭酸塩類の存在下で反応させる。
本発明で言うモノメチルアミンの炭酸塩類とはモノメチルアミンの炭酸塩、重炭酸塩、カルバミン酸塩等を意味する。具体的には、モノメチルアミン水溶液にガス状、液状または固体状の二酸化炭素を導入してモノメチルアミンの炭酸塩類とするか、ガス状、液状または固体状の二酸化炭素と水の混合物にモノメチルアミンをガス状、液状または水溶液として導入してモノメチルアミンの炭酸塩類ととする。
本発明で用いられるモノメチルアミンの使用量はエチレンオキサイド1モルに対し2〜20モル、好ましくは、2.5〜15モル、さらに好ましくは3〜10モルの範囲である。この範囲よりモノメチルアミンの使用量が少ないとDMIの収率が低下し、この範囲よりも多いとDMIの収率は満足できるが、反応圧力が高くなりすぎ工業的な実施が難しくなると共に、反応器の容積効率が悪くなる。もう一方の原料である二酸化炭素の使用量はエチレンオキサイド1モルに対し1〜10モル、好ましくは、1.1〜7モル、さらに好ましくは1.2〜5モルの範囲である。この範囲より二酸化炭素の使用量が少ないとDMIの収率が低下し、この範囲よりも多いとDMIの収率は満足できるが、反応器の容積率が悪くなるため好ましくない。
【0009】
本発明で用いられるモノメチルアミンとモノメチルアミンの炭酸塩類の使用量は、モノメチルアミンと二酸化炭素とに換算して、モノメチルアミン使用量を二酸化炭素の使用量に対し、常に過剰に用いるのが好ましい。
本発明の方法では、まず、モノメチルアミンとエチレンオキサイドをモノメチルアミンの炭酸塩類の存在下で反応させる(以下、第一工程と略記する)。この第一工程では、モノメチルアミンとエチレンオキサイドとの反応により高選択率でN−メチルアミノエタノールが製造される。この際に、モノメチルアミンの炭酸塩類の存在下で反応させることが非常に重要である。モノメチルアミンの炭酸塩類が存在しない状態でモノメチルアミンとエチレンオキサイドとを反応させると、モノメチルアミンとエチレンオキサイドとのモル比によって異なるが、N−メチルジエタノールアミンの副生により、N−メチルアミノエタノールの選択率は約50〜70%と低下する。
【0010】
第一工程の反応温度は、10〜100℃、好ましくは20〜90℃、さらに好ましくは30〜80℃である。この温度より低いと工業的な操作が難しくなり、この温度より高くても、エチレンオキサイドの反応は十分速いので、温度を高くする効果は少ない。自生圧で反応を行う。反応圧力は、通常、1〜20Kg/cm2の範囲である。反応時間は、反応速度が速いため通常0.1〜3時間で十分である。 本発明では、第一工程で生成した反応液をそのまま加熱する事によりDMIの製造を行う(以下、第二工程と略記する)。第二工程では、第一工程で高選択率で生成したN−メチルアミノエタノールと、N−メチルアミノエタノールを高い選択率で生成させるために使用したモノメチルアミンの炭酸塩類中の炭酸根と、第一工程で過剰に使用したモノメチルアミンとの反応によりDMIが生成する。従って、第一工程の終了後、N−メチルアミノエタノールを分離したり、過剰に使用したモノメチルアミンやモノメチルアミンの炭酸塩類を除去したり、あるいは、新たな成分を添加する事なしに、第一工程の反応液をそのまま所定温度に加熱するだけでよい。
【0011】
第二工程の反応温度は、150〜300℃、好ましくは160〜280℃、さらに好ましくは170〜270℃である。この温度より低いとDMIの生成速度が遅く、この温度より高いと、副生物が増加するため好ましくない。自生圧で反応を行う。反応圧力は、反応条件により異なるが、通常、10〜120Kg/cm2の範囲である。反応時間は、0.1〜100時間、好ましくは0.5〜50時間、さらに好ましくは1〜20時間である。
本発明では、無溶媒でも実施できるが溶媒を使用しても良い。溶媒を使用する場合には、通常水を用いるが、反応に対して不活性な溶媒であれば使用可能である。溶媒の使用量は反応液全体に対する重量%として1〜80%、好ましくは2〜70%である。
【0012】
本反応は、回分式、半回分式、連続式のいずれでも実施可能である。第一工程はエチレンオキサイドとモノメチルアミンの反応が発熱反応であり、また反応速度が速いため、半回分式または連続式で行うのが好ましい。半回分式で行う場合には、反応器にモノメチルアミンとモノメチルアミンの炭酸塩類および溶媒を存在させ、エチレンオキサイドを間欠的にあるいは連続的に供給し反応を行う。また、連続的に反応を行う場合には、反応器にモノメチルアミンとモノメチルアミンの炭酸塩類および溶媒とエチレンオキサイドとを連続的に供給し反応を行う。第二工程は、第一工程の反応が終了した後、そのまま回分式で反応を行っても良いし、連続的に反応を行っても良い。
反応終了後、反応液を蒸留し、過剰に使用したモノメチルアミン、二酸化炭素を分離し、さらに反応中間体であるN−メチルアミノエタノールを分離した後、DMIを取得する事が出来る。
【0013】
【実施例】
以下、実施例により本発明の方法を具体的に説明する。
実施例1
内容積100mLのオートクレーフに水20g、モノメチルアミン(以下MAと略記する)20g(0.64mol)および二酸化炭素15g(0.34mol)を導入した。次いで、反応温度50℃でエチレンオキサイド(以下EOと略記する)10g(0.23mol)を0.5g/分の速度で反応器に供給した後、さらに同温度で1時間熟成を行った。次いで、反応器を210℃に昇温し同温度で3時間反応を行った。この間、圧力は30Kg/cm2であった。反応終了後、室温まで冷却し、ガス成分を留去した後反応器から液状成分61.1gを得た。この液をガスクロマトグラフィーで分析したところ、EO転化率100%であり、EO基準の収率は、DMI 10.1%、N−メチルアミノエタノール(以下MAEと略記する) 23.8%であった。
【0014】
実施例2
反応温度を230℃とし、反応時間を5時間とした以外は実施例1と同様に反応を行った。反応圧力は36Kg/cm2であった。
その結果、EO転化率100%であり、EO基準の収率は、DMI 19.4%、MAE 18.2%であった。
【0015】
【発明の効果】
本発明は、エチレンオキサイドとモノメチルアミンとをモノメチルアミンの炭酸塩類の存在下で反応させることにより、ワンポットリアクションでDMIを高収率で製造出来る。
Claims (2)
- エチレンオキサイドとモノメチルアミンとをモノメチルアミンの炭酸塩類の存在下で反応させること特徴とする1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンの製造方法。
- エチレンオキサイドとモノメチルアミンとをモノメチルアミンの炭酸塩類の存在下で反応温度10〜100℃で反応させ、次いで、180〜280℃でさらに反応させることを特徴とする1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンの製造方法。
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JP14158297A JP3981186B2 (ja) | 1997-05-30 | 1997-05-30 | 1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンの製造方法 |
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JP14158297A JP3981186B2 (ja) | 1997-05-30 | 1997-05-30 | 1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH10330366A JPH10330366A (ja) | 1998-12-15 |
JP3981186B2 true JP3981186B2 (ja) | 2007-09-26 |
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ID=15295355
Family Applications (1)
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JP14158297A Expired - Lifetime JP3981186B2 (ja) | 1997-05-30 | 1997-05-30 | 1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンの製造方法 |
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Families Citing this family (1)
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US6861534B2 (en) | 2001-01-04 | 2005-03-01 | Mitsui Chemicals, Inc. | Process for producing 1,3-dialkyl-2-imidazolidinone compound |
-
1997
- 1997-05-30 JP JP14158297A patent/JP3981186B2/ja not_active Expired - Lifetime
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JPH10330366A (ja) | 1998-12-15 |
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