JP4450922B2 - 環状アセタール誘導体 - Google Patents
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- ZJQBXXYFRAPDOA-UHFFFAOYSA-N OCC1OC(CCCCCCCC2OC(CO)CCO2)OCC1 Chemical compound OCC1OC(CCCCCCCC2OC(CO)CCO2)OCC1 ZJQBXXYFRAPDOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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- Heterocyclic Compounds That Contain Two Or More Ring Oxygen Atoms (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規な環状アセタール誘導体に関する。本発明によって得られる環状アセタール誘導体は、例えばポリビニルアルコール（以下、ＰＶＡと略称する）、エチレン−ビニルアルコール共重合体などの水酸基含有ポリマーと良好な相溶性を有しているため、架橋剤として利用した場合、その水酸基含有ポリマーに高い耐水性、耐熱性を付与することができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＰＶＡ、エチレン−ビニルアルコール共重合体などの水酸基含有ポリマーの架橋剤として、ホルムアルデヒドなどのモノアルデヒド化合物；グリオキサール、マロンアルデヒド、グルタルアルデヒド、ノナンジアールなどのジアルデヒド化合物が知られている（例えば特公昭２５−３９４５号公報、特公昭２９−６１４５号公報、特開平３−１７４０１５号公報参照）。しかしながら、前記のモノアルデヒド化合物およびジアルデヒド化合物は、独特の臭気を有しており、毒性がある上、空気中の酸素で容易に酸化されるため、保存時および使用時の安定性が悪いという問題点を有している。この問題点を解決するために、テトラメトキシプロパン、テトラメトキシノナンなどのジアセタール化合物；１，７−ビス（１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタンなどの環状アセタール化合物が使用されており（例えば特開平９−１３２８１６号公報、特開平１０−２１８８７６号公報参照）、中でも、テトラメトキシノナン、１，７−ビス（１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタンなどの長い炭素鎖を有する化合物は、使用時の安定性が優れる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のような長い炭素鎖を有するジアセタール化合物または環状アセタール化合物は疎水性が強いため、親水性の強いＰＶＡ、エチレン−ビニルアルコール共重合体などの水酸基含有ポリマーとの相溶性が低く、混合の際にこれらのポリマーと分離する傾向にあり、その結果として組成物の内部まで均一に架橋することが難しいという問題点を抱えていた。
しかして、本発明の目的は、臭気や毒性がほとんどなく、保存時および使用時の安定性に優れ、かつ水酸基含有ポリマーとの良好な相溶性を有しており、架橋剤として有用な環状アセタール誘導体を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記の目的は、
一般式（Ｉ）
【０００５】
【化３】
【０００６】
（式中、Ｒ1は水素原子またはアルキル基を表し、Ｒ2およびＲ3は一般式（ＩＩ）
【０００７】
【化４】
【０００８】
（式中、Ｒ4は水素原子またはアルキル基を表し、ｋ1、ｋ2およびｋ3のうちいずれか一つは１または２を表し、残る二つのうちいずれか一つは０または１を表し、残る一つは１を表す。また、＊印を付した原子は一般式（Ｉ）中の炭素鎖と結合する炭素原子を表す。）で示される環状アセタール構造を含む官能基を表し、ｍは５〜７の整数を表す。）で示される環状アセタール誘導体（以下、環状アセタール（Ｉ）と略称する）を提供することにより達成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明について詳細に説明する。
上記の一般式（Ｉ）および一般式（ＩＩ）において、Ｒ1およびＲ4が表すアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基などの低級アルキル基が好ましい。
【００１０】
一般式（Ｉ）中のＲ2およびＲ3は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。これらが表す一般式（ＩＩ）で示される環状アセタール構造を含む官能基としては、例えば４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−イル基、４−ヒドロキシエチル−１，３−ジオキソラン−２−イル基などの１，３−ジオキソラン環を含む官能基；５−ヒドロキシ−１，３−ジオキサン−２−イル基、４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキサン−２−イル基、５−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキサン−２−イル基、５−ヒドロキシメチル−５−メチル−１，３−ジオキサン−２−イル基、５−エチル−５−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキサン−２−イル基などの１，３−ジオキサン環を含む官能基；５−ヒドロキシ−１，３−ジオキセパン−２−イル基などの１，３−ジオキセパン環を含む官能基が挙げられる。
【００１１】
以下に、環状アセタール（Ｉ）の代表例を示す。
【００１２】
１，７−ビス（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタン。
【００１３】
【化５】
【００１４】
１，７−ビス（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキサン−２−イル）ヘプタン。
【００１５】
【化６】
【００１６】
１−（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキサン−２−イル）−７−（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタン。
【００１７】
【化７】
【００１８】
１，６−ビス（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタン。
【００１９】
【化８】
【００２０】
１，６−ビス（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキサン−２−イル）ヘプタン。
【００２１】
【化９】
【００２２】
１−（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキサン−２−イル）−６−（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタン。
【００２３】
【化１０】
【００２４】
６−（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキサン−２−イル）−１−（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタン。
【００２５】
【化１１】
【００２６】
１，８−ビス（５−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキサン−２−イル）オクタン。
【００２７】
【化１２】
【００２８】
１，７−ビス（５−ヒドロキシメチル−５−メチル−１，３−ジオキサン−２−イル）ヘプタン。
【００２９】
【化１３】
【００３０】
１，７−ビス（５−エチル−５−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキサン−２−イル）ヘプタン。
【００３１】
【化１４】
【００３２】
１，６−ビス（５−ヒドロキシメチル−５−メチル−１，３−ジオキサン−２−イル）ヘプタン。
【００３３】
【化１５】
【００３４】
１，６−ビス（５−エチル−５−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキサン−２−イル）ヘプタン。
【００３５】
【化１６】
【００３６】
１，７−ビス（４−ヒドロキシエチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタン。
【００３７】
【化１７】
【００３８】
１，７−ビス（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキサン−２−イル）ヘプタン。
【００３９】
【化１８】
【００４０】
１，７−ビス（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキセパン−２−イル）ヘプタン。
【００４１】
【化１９】
【００４２】
１−（４−ヒドロキシエチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）−７−（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキサン−２−イル）ヘプタン。
【００４３】
【化２０】
【００４４】
１−（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキセパン−２−イル）−７−（４−ヒドロキシエチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタン。
【００４５】
【化２１】
【００４６】
１−（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキセパン−２−イル）−７−（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキサン−２−イル）ヘプタン。
【００４７】
【化２２】
【００４８】
環状アセタール（Ｉ）は、例えば一般式（ＩＩＩ）
【００４９】
【化２３】
【００５０】
（式中、Ｒ1およびｍは前記定義のとおりである。）
で示される脂肪族ジアルデヒド（以下、ジアルデヒド（ＩＩＩ）と略称する）を、酸性物質の存在下に一般式（ＩＶ）
【００５１】
【化２４】
【００５２】
（式中、Ｒ4、ｋ1、ｋ2およびｋ3は前記定義のとおりである。）
で示される脂肪族トリオール（以下、トリオール（ＩＶ）と略称する）とアセタール化反応させることにより調製することができる。
【００５３】
ジアルデヒド（ＩＩＩ）の具体例としては、１，８−オクタンジアール、１，９−ノナンジアール、２−メチル−１，８−オクタンジアール、１，１０−デカンジアールなどが挙げられる。これらのうち１種を用いてもよいし２種以上を混合して用いてもよい。
【００５４】
トリオール（ＩＶ）の具体例としては、グリセリン、１，２，４−ブタントリオール、２−（ヒドロキシメチル）−１，３−プロパンジオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパンなどが挙げられる。これらのうち１種を用いてもよいし２種以上を混合して用いてもよい。トリオール（ＩＶ）の使用量に特に制限はないが、通常ジアルデヒド（ＩＩＩ）１モルに対して２〜１００モルの範囲であることが好ましく、２〜１０モルの範囲であることがより好ましい。トリオール（ＩＶ）の使用量が上記の範囲にあるとき、環状アセタール（Ｉ）が高収率で得られ、かつ製造コストが低く抑えられる。
【００５５】
酸性物質としては、例えば塩酸、硫酸、硝酸、リン酸などの無機酸；ギ酸、酢酸、シュウ酸などのカルボン酸；ベンゼンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸などのスルホン酸；ｐ−トルエンスルホン酸ピリジニウムなどのスルホン酸塩；塩化アンモニウムなどの塩類；塩化亜鉛、塩化アルミニウムなどのルイス酸；酸性イオン交換樹脂；活性白土、酸性白土などの固体酸などが使用される。酸性物質の使用量に特に制限はないが、酸性物質が無機酸、カルボン酸、スルホン酸またはその塩、塩類、ルイス酸などの場合には、その使用量は通常ジアルデヒド（ＩＩＩ）１モルに対して０．０００１〜１モルの範囲であることが好ましい。酸性物質の使用量が上記の範囲にあるとき、アセタール化の反応速度が高く保たれ、副反応が抑制され、かつ製造コストが低く抑えられるという利点がある。また酸性物質が酸性イオン交換樹脂、または固体酸の場合には、その使用量は通常ジアルデヒド（ＩＩＩ）１モルに対して０．１〜１００ｇの範囲であることが好ましい。酸性物質の使用量が上記の範囲にあるとき、前記の利点の他に、反応後に酸性物質が容易に除去されるという利点がある。
【００５６】
アセタール化反応は、溶媒の存在下または不存在下に行うことができる。使用できる溶媒としては、反応に悪影響を与えない限り特に制限はなく、例えば、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエンなどの炭化水素；テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテルなどのエーテル；酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル；クロロホルム、塩化メチレン、四塩化炭素などのハロゲン化炭化水素などが挙げられる。溶媒の使用量に特に制限はないが、通常ジアルデヒド（ＩＩＩ）１重量部に対して、１〜１００重量部の範囲であることが好ましい。溶媒の使用量が上記の範囲にあるとき、製造コストが低く抑えられる。
【００５７】
アセタール化反応は、通常０〜１５０℃の範囲の温度で行われる。ただし、沸点が１５０℃より低い溶媒を使用する場合には、アセタール化反応は０℃からその溶媒の沸点までの範囲の温度で行われる。温度が上記の範囲にあるとき、アセタール化の反応速度が高く保たれ、かつ副反応が抑制される。
【００５８】
アセタール化反応は、ジアルデヒド（ＩＩＩ）、トリオール（ＩＶ）、酸性物質、および溶媒を使用する場合には溶媒を混合し、所定温度で攪拌することにより行われる。反応時間は、反応温度その他の反応条件により変化するが、通常１０分から３０時間の範囲である。この際に、アセタール化反応に伴い生成する水を反応系から除去することが好ましい。水を除去することにより、環状アセタール（Ｉ）を高収率で得ることができる。水を除去する方法としては、水と共沸する溶媒を用いて共沸脱水する方法、モレキュラーシーブスなどの脱水剤を用いて脱水する方法などが挙げられる。共沸脱水により水を除去する場合、炭化水素などの水に対する溶解性が低い溶媒を用いることが好ましい。このような溶媒を用いることにより、共沸脱水により回収された水と溶媒の混合物を容易に分別することができる。また、アセタール化反応は、窒素、アルゴンなどの不活性ガス下で行われてもよい。
【００５９】
このようにして得られた環状アセタール（Ｉ）は、そのまま使用してもよいし、また通常の有機反応において用いられる方法で単離・精製してその純度を高めてから使用してもよい。単離・精製の方法としては、反応混合物に塩基性化合物を添加して減圧蒸留する方法、反応混合物に塩基性化合物を添加して薄膜蒸留する方法、カラムクロマトグラフィーを用いる方法などが挙げられる。上記の塩基性化合物の具体例としては、ナトリウムメチラート、ナトリウムエチラートなどのナトリウムアルコラート；水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの金属水酸化物；ジエチルアミン、トリオクチルアミンなどのアミンなどが挙げられる。また、酸性イオン交換樹脂または固体酸を酸性物質として用いた場合は、単離・精製の方法として、反応混合物を濾過するなどして酸性物質を除去した後、引き続き前記と同様の単離・精製を行う方法などが挙げられる。なお、上記のような単離・精製により得られる物質は、複数の環状アセタール（Ｉ）の異性体の混合物になり得る。例えば、ジアルデヒド（ＩＩＩ）として１，９−ノナンジアール、トリオール（ＩＶ）としてグリセリンを用いた場合、生成し得る環状アセタール（Ｉ）は、１，７−ビス（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタン、１，７−ビス（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキサン−２−イル）ヘプタンおよび１−（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキサン−２−イル）−７−（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタンの３種となる。これらの環状アセタール（Ｉ）の異性体の混合物は、用途に応じて混合物のまま使用してもよいし、またそれぞれの異性体を高速液体クロマトグラフィーを用いる方法などによってさらに分離して使用してもよい。
【００６０】
このようにして得られた環状アセタール（Ｉ）は、アセタール部分を反応点として水酸基含有ポリマーの架橋に用いることができる。例えば、まず、水酸基含有ポリマーと環状アセタール（Ｉ）を溶融混練などの方法で混合し、次いで硫酸などの酸を用いて処理することにより、架橋された水酸基含有ポリマーの組成物が得られる。
【００６１】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【００６２】
実施例１
反応器に１，９−ノナンジアール１２．６ｇ、グリセリン１５．６ｇ、トルエン５０ｇおよび硫酸０．５ｇを仕込み、Ｄｅａｎ−Ｓｔａｒｋ脱水管を着け、１１１℃で２時間加熱還流脱水させた。得られた反応液にナトリウムメチラート（２８％メタノール溶液）０．２ｇを加え、薄膜蒸留にて精製し、１，７−ビス（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタン、１，７−ビス（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキサン−２−イル）ヘプタンおよび１−（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキサン−２−イル）−７−（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタンの混合物１２．８ｇを得た。この混合物の物性を以下に示す。
【００６３】
1Ｈ−ＮＭＲスペクトル（２７０MHz）
δ（ppm in CDCl3 : TMS）：1.15〜1.70(m,14H),3.27〜4.18(m,10H),4.38〜4.98(m,4H)
【００６４】
実施例２
反応器に１，９−ノナンジアール１０ｇ、グリセリン１４．９ｇ、ベンゼン１４ｇおよび活性白土１ｇを仕込み、Ｄｅａｎ−Ｓｔａｒｋ脱水管を着け、８０℃で１時間加熱還流脱水させた。得られた反応液にナトリウムメチラート（２８％メタノール溶液）０．２ｇを加え、薄膜蒸留にて精製し、１，７−ビス（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタン、１，７−ビス（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキサン−２−イル）ヘプタンおよび１−（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキサン−２−イル）−７−（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタンの混合物１３．５ｇを得た。この混合物の物性は実施例１で得られた混合物の物性と一致した。
【００６５】
実施例３
反応器に２−メチル−１，８−オクタンジアール５０ｇ、グリセリン６１．９ｇ、トルエン２００ｇおよび硫酸２ｇを仕込み、Ｄｅａｎ−Ｓｔａｒｋ脱水管を着け、１１１℃で４時間加熱還流脱水させた。得られた反応液にナトリウムメチラート（２８％メタノール溶液）０．８ｇを加え、薄膜蒸留にて精製し、１，６−ビス（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタン、１，６−ビス（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキサン−２−イル）ヘプタン、１−（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキサン−２−イル）−６−（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタンおよび６−（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキサン−２−イル）−１−（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタンの混合物４７．２ｇを得た。この混合物の物性を以下に示す。
【００６６】
1Ｈ−ＮＭＲスペクトル（２７０MHz）
δ（ppm in CDCl3 : TMS）：0.82〜0.94(m,3H),1.11〜1.75(m,11H),3.27〜4.15(m,10H),4.20〜4.98(m,4H)
【００６７】
実施例４
反応器に１，１０−デカンジアール１７ｇ、２−（ヒドロキシメチル）−１，３−プロパンジオール２３．３ｇ、トルエン１００ｇおよびｐ−トルエンスルホン酸０．１７ｇを仕込み、Ｄｅａｎ−Ｓｔａｒｋ脱水管を着け、１１１℃で２．５時間加熱還流脱水させた。得られた反応液にナトリウムメチラート（２８％メタノール溶液）２ｇを加え、薄膜蒸留にて精製し、下記の物性を有する１，８−ビス（５−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキサン−２−イル）オクタン２２．５ｇを得た。
【００６８】
1Ｈ−ＮＭＲスペクトル（２７０MHz）
δ（ppm in CDCl3 : TMS）：1.16〜1.72(m,18H),3.60〜4.18(m,12H),4.41〜4.85(m,4H)
【００６９】
参考例１
Ａ．エチレン−ビニルアルコール共重合体（以下、ＥＶＯＨと略称する。エチレンｍｏｌ％：４４％）５０ｇと実施例１で得られた反応混合物（以下、アセタールａと略称する）１０ｇ（ＥＶＯＨ／アセタールａ＝８３．３／１６．７、重量比）をプラストミルを用いて２００℃にて１５分間混練した。得られた樹脂組成物を熱プレスした後、液体窒素中で破断し、破断面をトルエンで洗浄してアセタールａを溶出させてＳＥＭ観察したところ、溶出痕は見られなかった。また、混練後のＥＶＯＨとアセタールａの重量比は８３．８／１６．２で、混練中の揮散および飛散により失われたアセタールａは、仕込み量の４％であった。
Ｂ．上記のＡで用いたものと同じＥＶＯＨ５０ｇと１，７−ビス（１，３−ジオキサン−２−イル）ヘプタン（以下、アセタールｂと略称する）１０ｇ（ＥＶＯＨ／アセタールｂ＝８３．３／１６．７、重量比）をプラストミルを用いて２００℃にて１５分間混練した。得られた樹脂組成物を熱プレスした後、液体窒素中で破断し、破断面をトルエンで洗浄してアセタールｂを溶出させてＳＥＭ観察したところ、５０〜１００μｍの粒径の溶出痕が見られた。また、混練後のＥＶＯＨとアセタールｂの重量比は９０．２／９．８で、混練中の揮散および飛散により失われたアセタールｂは、仕込み量の４６％であった。
【００７０】
参考例１の結果から、本発明の環状アセタール誘導体の一つであるアセタールａはＥＶＯＨと均一に混合しており、従来の環状アセタール化合物であるアセタールｂと比較すると、ＥＶＯＨとの相溶性に優れていることがわかる。また、アセタールａはアセタールｂに比較して、混練中の揮散および飛散が少なく、これは両者のＥＶＯＨとの相溶性の差異によるものと考えられる。
【００７１】
参考例２
参考例１のＡで得られた、ＥＶＯＨおよびアセタールａを含む樹脂組成物の熱プレスシート（重量２０ｇ）を、バットに注いだ希硫酸（ｐＨ＝２）に浸漬させ、温度を７０℃に保って４０分間静置した。その後、流水で３分間洗浄し、さらに８０℃、２０ｍｍＨｇで１６時間減圧乾燥した。得られたシートは１００℃に加熱したジメチルスルホキシドに不溶であり、内部まで均一に架橋されていることが確認された。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によれば、臭気や毒性がほとんどなく、保存安定性および使用時の安定性に優れ、かつ水酸基含有ポリマーとの良好な相溶性を有し、架橋剤として有用な環状アセタール誘導体を提供することができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規な環状アセタール誘導体に関する。本発明によって得られる環状アセタール誘導体は、例えばポリビニルアルコール（以下、ＰＶＡと略称する）、エチレン−ビニルアルコール共重合体などの水酸基含有ポリマーと良好な相溶性を有しているため、架橋剤として利用した場合、その水酸基含有ポリマーに高い耐水性、耐熱性を付与することができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＰＶＡ、エチレン−ビニルアルコール共重合体などの水酸基含有ポリマーの架橋剤として、ホルムアルデヒドなどのモノアルデヒド化合物；グリオキサール、マロンアルデヒド、グルタルアルデヒド、ノナンジアールなどのジアルデヒド化合物が知られている（例えば特公昭２５−３９４５号公報、特公昭２９−６１４５号公報、特開平３−１７４０１５号公報参照）。しかしながら、前記のモノアルデヒド化合物およびジアルデヒド化合物は、独特の臭気を有しており、毒性がある上、空気中の酸素で容易に酸化されるため、保存時および使用時の安定性が悪いという問題点を有している。この問題点を解決するために、テトラメトキシプロパン、テトラメトキシノナンなどのジアセタール化合物；１，７−ビス（１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタンなどの環状アセタール化合物が使用されており（例えば特開平９−１３２８１６号公報、特開平１０−２１８８７６号公報参照）、中でも、テトラメトキシノナン、１，７−ビス（１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタンなどの長い炭素鎖を有する化合物は、使用時の安定性が優れる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のような長い炭素鎖を有するジアセタール化合物または環状アセタール化合物は疎水性が強いため、親水性の強いＰＶＡ、エチレン−ビニルアルコール共重合体などの水酸基含有ポリマーとの相溶性が低く、混合の際にこれらのポリマーと分離する傾向にあり、その結果として組成物の内部まで均一に架橋することが難しいという問題点を抱えていた。
しかして、本発明の目的は、臭気や毒性がほとんどなく、保存時および使用時の安定性に優れ、かつ水酸基含有ポリマーとの良好な相溶性を有しており、架橋剤として有用な環状アセタール誘導体を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記の目的は、
一般式（Ｉ）
【０００５】
【化３】
（式中、Ｒ1は水素原子またはアルキル基を表し、Ｒ2およびＲ3は一般式（ＩＩ）
【０００７】
【化４】
（式中、Ｒ4は水素原子またはアルキル基を表し、ｋ1、ｋ2およびｋ3のうちいずれか一つは１または２を表し、残る二つのうちいずれか一つは０または１を表し、残る一つは１を表す。また、＊印を付した原子は一般式（Ｉ）中の炭素鎖と結合する炭素原子を表す。）で示される環状アセタール構造を含む官能基を表し、ｍは５〜７の整数を表す。）で示される環状アセタール誘導体（以下、環状アセタール（Ｉ）と略称する）を提供することにより達成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明について詳細に説明する。
上記の一般式（Ｉ）および一般式（ＩＩ）において、Ｒ1およびＲ4が表すアルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基などの低級アルキル基が好ましい。
【００１０】
一般式（Ｉ）中のＲ2およびＲ3は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。これらが表す一般式（ＩＩ）で示される環状アセタール構造を含む官能基としては、例えば４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−イル基、４−ヒドロキシエチル−１，３−ジオキソラン−２−イル基などの１，３−ジオキソラン環を含む官能基；５−ヒドロキシ−１，３−ジオキサン−２−イル基、４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキサン−２−イル基、５−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキサン−２−イル基、５−ヒドロキシメチル−５−メチル−１，３−ジオキサン−２−イル基、５−エチル−５−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキサン−２−イル基などの１，３−ジオキサン環を含む官能基；５−ヒドロキシ−１，３−ジオキセパン−２−イル基などの１，３−ジオキセパン環を含む官能基が挙げられる。
【００１１】
以下に、環状アセタール（Ｉ）の代表例を示す。
【００１２】
１，７−ビス（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタン。
【００１３】
【化５】
１，７−ビス（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキサン−２−イル）ヘプタン。
【００１５】
【化６】
１−（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキサン−２−イル）−７−（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタン。
【００１７】
【化７】
１，６−ビス（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタン。
【００１９】
【化８】
１，６−ビス（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキサン−２−イル）ヘプタン。
【００２１】
【化９】
１−（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキサン−２−イル）−６−（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタン。
【００２３】
【化１０】
６−（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキサン−２−イル）−１−（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタン。
【００２５】
【化１１】
１，８−ビス（５−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキサン−２−イル）オクタン。
【００２７】
【化１２】
１，７−ビス（５−ヒドロキシメチル−５−メチル−１，３−ジオキサン−２−イル）ヘプタン。
【００２９】
【化１３】
１，７−ビス（５−エチル−５−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキサン−２−イル）ヘプタン。
【００３１】
【化１４】
１，６−ビス（５−ヒドロキシメチル−５−メチル−１，３−ジオキサン−２−イル）ヘプタン。
【００３３】
【化１５】
１，６−ビス（５−エチル−５−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキサン−２−イル）ヘプタン。
【００３５】
【化１６】
１，７−ビス（４−ヒドロキシエチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタン。
【００３７】
【化１７】
１，７−ビス（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキサン−２−イル）ヘプタン。
【００３９】
【化１８】
１，７−ビス（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキセパン−２−イル）ヘプタン。
【００４１】
【化１９】
１−（４−ヒドロキシエチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）−７−（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキサン−２−イル）ヘプタン。
【００４３】
【化２０】
１−（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキセパン−２−イル）−７−（４−ヒドロキシエチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタン。
【００４５】
【化２１】
１−（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキセパン−２−イル）−７−（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキサン−２−イル）ヘプタン。
【００４７】
【化２２】
環状アセタール（Ｉ）は、例えば一般式（ＩＩＩ）
【００４９】
【化２３】
（式中、Ｒ1およびｍは前記定義のとおりである。）
で示される脂肪族ジアルデヒド（以下、ジアルデヒド（ＩＩＩ）と略称する）を、酸性物質の存在下に一般式（ＩＶ）
【００５１】
【化２４】
（式中、Ｒ4、ｋ1、ｋ2およびｋ3は前記定義のとおりである。）
で示される脂肪族トリオール（以下、トリオール（ＩＶ）と略称する）とアセタール化反応させることにより調製することができる。
【００５３】
ジアルデヒド（ＩＩＩ）の具体例としては、１，８−オクタンジアール、１，９−ノナンジアール、２−メチル−１，８−オクタンジアール、１，１０−デカンジアールなどが挙げられる。これらのうち１種を用いてもよいし２種以上を混合して用いてもよい。
【００５４】
トリオール（ＩＶ）の具体例としては、グリセリン、１，２，４−ブタントリオール、２−（ヒドロキシメチル）−１，３−プロパンジオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパンなどが挙げられる。これらのうち１種を用いてもよいし２種以上を混合して用いてもよい。トリオール（ＩＶ）の使用量に特に制限はないが、通常ジアルデヒド（ＩＩＩ）１モルに対して２〜１００モルの範囲であることが好ましく、２〜１０モルの範囲であることがより好ましい。トリオール（ＩＶ）の使用量が上記の範囲にあるとき、環状アセタール（Ｉ）が高収率で得られ、かつ製造コストが低く抑えられる。
【００５５】
酸性物質としては、例えば塩酸、硫酸、硝酸、リン酸などの無機酸；ギ酸、酢酸、シュウ酸などのカルボン酸；ベンゼンスルホン酸、ｐ−トルエンスルホン酸などのスルホン酸；ｐ−トルエンスルホン酸ピリジニウムなどのスルホン酸塩；塩化アンモニウムなどの塩類；塩化亜鉛、塩化アルミニウムなどのルイス酸；酸性イオン交換樹脂；活性白土、酸性白土などの固体酸などが使用される。酸性物質の使用量に特に制限はないが、酸性物質が無機酸、カルボン酸、スルホン酸またはその塩、塩類、ルイス酸などの場合には、その使用量は通常ジアルデヒド（ＩＩＩ）１モルに対して０．０００１〜１モルの範囲であることが好ましい。酸性物質の使用量が上記の範囲にあるとき、アセタール化の反応速度が高く保たれ、副反応が抑制され、かつ製造コストが低く抑えられるという利点がある。また酸性物質が酸性イオン交換樹脂、または固体酸の場合には、その使用量は通常ジアルデヒド（ＩＩＩ）１モルに対して０．１〜１００ｇの範囲であることが好ましい。酸性物質の使用量が上記の範囲にあるとき、前記の利点の他に、反応後に酸性物質が容易に除去されるという利点がある。
【００５６】
アセタール化反応は、溶媒の存在下または不存在下に行うことができる。使用できる溶媒としては、反応に悪影響を与えない限り特に制限はなく、例えば、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエンなどの炭化水素；テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテルなどのエーテル；酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル；クロロホルム、塩化メチレン、四塩化炭素などのハロゲン化炭化水素などが挙げられる。溶媒の使用量に特に制限はないが、通常ジアルデヒド（ＩＩＩ）１重量部に対して、１〜１００重量部の範囲であることが好ましい。溶媒の使用量が上記の範囲にあるとき、製造コストが低く抑えられる。
【００５７】
アセタール化反応は、通常０〜１５０℃の範囲の温度で行われる。ただし、沸点が１５０℃より低い溶媒を使用する場合には、アセタール化反応は０℃からその溶媒の沸点までの範囲の温度で行われる。温度が上記の範囲にあるとき、アセタール化の反応速度が高く保たれ、かつ副反応が抑制される。
【００５８】
アセタール化反応は、ジアルデヒド（ＩＩＩ）、トリオール（ＩＶ）、酸性物質、および溶媒を使用する場合には溶媒を混合し、所定温度で攪拌することにより行われる。反応時間は、反応温度その他の反応条件により変化するが、通常１０分から３０時間の範囲である。この際に、アセタール化反応に伴い生成する水を反応系から除去することが好ましい。水を除去することにより、環状アセタール（Ｉ）を高収率で得ることができる。水を除去する方法としては、水と共沸する溶媒を用いて共沸脱水する方法、モレキュラーシーブスなどの脱水剤を用いて脱水する方法などが挙げられる。共沸脱水により水を除去する場合、炭化水素などの水に対する溶解性が低い溶媒を用いることが好ましい。このような溶媒を用いることにより、共沸脱水により回収された水と溶媒の混合物を容易に分別することができる。また、アセタール化反応は、窒素、アルゴンなどの不活性ガス下で行われてもよい。
【００５９】
このようにして得られた環状アセタール（Ｉ）は、そのまま使用してもよいし、また通常の有機反応において用いられる方法で単離・精製してその純度を高めてから使用してもよい。単離・精製の方法としては、反応混合物に塩基性化合物を添加して減圧蒸留する方法、反応混合物に塩基性化合物を添加して薄膜蒸留する方法、カラムクロマトグラフィーを用いる方法などが挙げられる。上記の塩基性化合物の具体例としては、ナトリウムメチラート、ナトリウムエチラートなどのナトリウムアルコラート；水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの金属水酸化物；ジエチルアミン、トリオクチルアミンなどのアミンなどが挙げられる。また、酸性イオン交換樹脂または固体酸を酸性物質として用いた場合は、単離・精製の方法として、反応混合物を濾過するなどして酸性物質を除去した後、引き続き前記と同様の単離・精製を行う方法などが挙げられる。なお、上記のような単離・精製により得られる物質は、複数の環状アセタール（Ｉ）の異性体の混合物になり得る。例えば、ジアルデヒド（ＩＩＩ）として１，９−ノナンジアール、トリオール（ＩＶ）としてグリセリンを用いた場合、生成し得る環状アセタール（Ｉ）は、１，７−ビス（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタン、１，７−ビス（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキサン−２−イル）ヘプタンおよび１−（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキサン−２−イル）−７−（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタンの３種となる。これらの環状アセタール（Ｉ）の異性体の混合物は、用途に応じて混合物のまま使用してもよいし、またそれぞれの異性体を高速液体クロマトグラフィーを用いる方法などによってさらに分離して使用してもよい。
【００６０】
このようにして得られた環状アセタール（Ｉ）は、アセタール部分を反応点として水酸基含有ポリマーの架橋に用いることができる。例えば、まず、水酸基含有ポリマーと環状アセタール（Ｉ）を溶融混練などの方法で混合し、次いで硫酸などの酸を用いて処理することにより、架橋された水酸基含有ポリマーの組成物が得られる。
【００６１】
【実施例】
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【００６２】
実施例１
反応器に１，９−ノナンジアール１２．６ｇ、グリセリン１５．６ｇ、トルエン５０ｇおよび硫酸０．５ｇを仕込み、Ｄｅａｎ−Ｓｔａｒｋ脱水管を着け、１１１℃で２時間加熱還流脱水させた。得られた反応液にナトリウムメチラート（２８％メタノール溶液）０．２ｇを加え、薄膜蒸留にて精製し、１，７−ビス（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタン、１，７−ビス（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキサン−２−イル）ヘプタンおよび１−（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキサン−２−イル）−７−（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタンの混合物１２．８ｇを得た。この混合物の物性を以下に示す。
【００６３】
1Ｈ−ＮＭＲスペクトル（２７０MHz）
δ（ppm in CDCl3 : TMS）：1.15〜1.70(m,14H),3.27〜4.18(m,10H),4.38〜4.98(m,4H)
【００６４】
実施例２
反応器に１，９−ノナンジアール１０ｇ、グリセリン１４．９ｇ、ベンゼン１４ｇおよび活性白土１ｇを仕込み、Ｄｅａｎ−Ｓｔａｒｋ脱水管を着け、８０℃で１時間加熱還流脱水させた。得られた反応液にナトリウムメチラート（２８％メタノール溶液）０．２ｇを加え、薄膜蒸留にて精製し、１，７−ビス（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタン、１，７−ビス（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキサン−２−イル）ヘプタンおよび１−（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキサン−２−イル）−７−（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタンの混合物１３．５ｇを得た。この混合物の物性は実施例１で得られた混合物の物性と一致した。
【００６５】
実施例３
反応器に２−メチル−１，８−オクタンジアール５０ｇ、グリセリン６１．９ｇ、トルエン２００ｇおよび硫酸２ｇを仕込み、Ｄｅａｎ−Ｓｔａｒｋ脱水管を着け、１１１℃で４時間加熱還流脱水させた。得られた反応液にナトリウムメチラート（２８％メタノール溶液）０．８ｇを加え、薄膜蒸留にて精製し、１，６−ビス（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタン、１，６−ビス（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキサン−２−イル）ヘプタン、１−（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキサン−２−イル）−６−（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタンおよび６−（５−ヒドロキシ−１，３−ジオキサン−２−イル）−１−（４−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキソラン−２−イル）ヘプタンの混合物４７．２ｇを得た。この混合物の物性を以下に示す。
【００６６】
1Ｈ−ＮＭＲスペクトル（２７０MHz）
δ（ppm in CDCl3 : TMS）：0.82〜0.94(m,3H),1.11〜1.75(m,11H),3.27〜4.15(m,10H),4.20〜4.98(m,4H)
【００６７】
実施例４
反応器に１，１０−デカンジアール１７ｇ、２−（ヒドロキシメチル）−１，３−プロパンジオール２３．３ｇ、トルエン１００ｇおよびｐ−トルエンスルホン酸０．１７ｇを仕込み、Ｄｅａｎ−Ｓｔａｒｋ脱水管を着け、１１１℃で２．５時間加熱還流脱水させた。得られた反応液にナトリウムメチラート（２８％メタノール溶液）２ｇを加え、薄膜蒸留にて精製し、下記の物性を有する１，８−ビス（５−ヒドロキシメチル−１，３−ジオキサン−２−イル）オクタン２２．５ｇを得た。
【００６８】
1Ｈ−ＮＭＲスペクトル（２７０MHz）
δ（ppm in CDCl3 : TMS）：1.16〜1.72(m,18H),3.60〜4.18(m,12H),4.41〜4.85(m,4H)
【００６９】
参考例１
Ａ．エチレン−ビニルアルコール共重合体（以下、ＥＶＯＨと略称する。エチレンｍｏｌ％：４４％）５０ｇと実施例１で得られた反応混合物（以下、アセタールａと略称する）１０ｇ（ＥＶＯＨ／アセタールａ＝８３．３／１６．７、重量比）をプラストミルを用いて２００℃にて１５分間混練した。得られた樹脂組成物を熱プレスした後、液体窒素中で破断し、破断面をトルエンで洗浄してアセタールａを溶出させてＳＥＭ観察したところ、溶出痕は見られなかった。また、混練後のＥＶＯＨとアセタールａの重量比は８３．８／１６．２で、混練中の揮散および飛散により失われたアセタールａは、仕込み量の４％であった。
Ｂ．上記のＡで用いたものと同じＥＶＯＨ５０ｇと１，７−ビス（１，３−ジオキサン−２−イル）ヘプタン（以下、アセタールｂと略称する）１０ｇ（ＥＶＯＨ／アセタールｂ＝８３．３／１６．７、重量比）をプラストミルを用いて２００℃にて１５分間混練した。得られた樹脂組成物を熱プレスした後、液体窒素中で破断し、破断面をトルエンで洗浄してアセタールｂを溶出させてＳＥＭ観察したところ、５０〜１００μｍの粒径の溶出痕が見られた。また、混練後のＥＶＯＨとアセタールｂの重量比は９０．２／９．８で、混練中の揮散および飛散により失われたアセタールｂは、仕込み量の４６％であった。
【００７０】
参考例１の結果から、本発明の環状アセタール誘導体の一つであるアセタールａはＥＶＯＨと均一に混合しており、従来の環状アセタール化合物であるアセタールｂと比較すると、ＥＶＯＨとの相溶性に優れていることがわかる。また、アセタールａはアセタールｂに比較して、混練中の揮散および飛散が少なく、これは両者のＥＶＯＨとの相溶性の差異によるものと考えられる。
【００７１】
参考例２
参考例１のＡで得られた、ＥＶＯＨおよびアセタールａを含む樹脂組成物の熱プレスシート（重量２０ｇ）を、バットに注いだ希硫酸（ｐＨ＝２）に浸漬させ、温度を７０℃に保って４０分間静置した。その後、流水で３分間洗浄し、さらに８０℃、２０ｍｍＨｇで１６時間減圧乾燥した。得られたシートは１００℃に加熱したジメチルスルホキシドに不溶であり、内部まで均一に架橋されていることが確認された。
【００７２】
【発明の効果】
本発明によれば、臭気や毒性がほとんどなく、保存安定性および使用時の安定性に優れ、かつ水酸基含有ポリマーとの良好な相溶性を有し、架橋剤として有用な環状アセタール誘導体を提供することができる。
Claims (1)
- 一般式（Ｉ）
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