JP6083431B2 - Method for producing glycerin carbonate acrylate compound - Google Patents
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Description
本発明は、グリセリンカーボネートとアクリル酸ビニル化合物とを反応させて、グリセリンカーボネートアクリレート化合物を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a glycerol carbonate acrylate compound by reacting glycerol carbonate with a vinyl acrylate compound.
グリセリンカーボネートアクリレート化合物は、例えば、塗料、コーティング材料、光硬化性樹脂、その他の樹脂等の原料として有用な化合物であり、より具体的には、電解液や、光感光性樹脂への適用が開示されている（例えば、非特許文献１参照）。 The glycerin carbonate acrylate compound is a compound useful as a raw material for, for example, paints, coating materials, photo-curing resins, and other resins, and more specifically, disclosed for application to electrolytic solutions and photosensitive resins. (For example, refer nonpatent literature 1).
グリセリンカーボネートから、グリセリンカーボネートアクリレート化合物を製造する方法としては、例えば、グリセリンカーボネートとアクリル酸メチルをナトリウムメトキシド等の塩基触媒の存在下で反応させる方法（例えば、特許文献１参照）、又は、ジルコニウム錯体等の金属触媒存在下で反応させる方法（例えば、特許文献２参照）が知られている。 As a method for producing a glycerol carbonate acrylate compound from glycerol carbonate, for example, a method of reacting glycerol carbonate and methyl acrylate in the presence of a base catalyst such as sodium methoxide (for example, see Patent Document 1) or zirconium. A method of reacting in the presence of a metal catalyst such as a complex (for example, see Patent Document 2) is known.
しかしながら、塩基触媒を用いる方法では、副生するアルコールが塩基性条件下（又は、酸性条件下でも）、グリセリンカーボネートを分解する可能性があった（特許文献３参照）。 However, in the method using a base catalyst, the by-produced alcohol may decompose glycerol carbonate under basic conditions (or even under acidic conditions) (see Patent Document 3).
これに対して、金属触媒を用いる方法では、平衡反応の為、大過剰のアクリル酸メチルを用いても、原料が残存し原料除去の工程を必要とする。また、金属触媒由来の金属成分の残留は、品質に影響しうるため、触媒成分の分解、回収工程が必要となる。更に、この方法では、副生アルコールを留去する際に原料アクリル酸エステルが共沸し、反応系外に出てしまう問題があり、加えて、気化した原料アクリル酸エステルによるポップコーン重合が発生する可能性があることが問題となりうる。
ここで、ポップコーン重合とは、主に気相中で核となるポリマーが生成した後、それを起点として高温の重合熱を伴いながら爆発的に重合が起こる現象であり、多孔性で嵩高い重合物を生成する。ポップコーン重合が、大きなスケールで製造中に発生すると、装置の閉塞から、設備の破損、爆発に繋がるおそれがあるため、気相中のビニル化合物濃度が上昇しない低温での製造方法が求められていた。On the other hand, in the method using a metal catalyst, because of the equilibrium reaction, even if a large excess of methyl acrylate is used, the raw material remains and requires a raw material removal step. Moreover, since the residual metal component derived from the metal catalyst can affect the quality, a decomposition and recovery process of the catalyst component is required. Furthermore, in this method, when the by-product alcohol is distilled off, there is a problem that the raw acrylic ester azeotropes and comes out of the reaction system, and in addition, popcorn polymerization due to the vaporized raw acrylic ester occurs. The possibility can be a problem.
Here, popcorn polymerization is a phenomenon in which polymerization occurs explosively with high-temperature polymerization heat starting from the formation of a core polymer in the gas phase, and is a porous and bulky polymerization. Produce things. If popcorn polymerization occurs during production on a large scale, there is a risk of equipment breakage and explosion due to equipment blockage, so a low temperature production method that does not increase the concentration of vinyl compounds in the gas phase has been sought. .
一方で、中性条件下、グリセリンカーボネートとアクリル酸とを縮合剤を用いて縮合させることで、グリセリンカーボネートアクリレート化合物を製造する方法（例えば、非特許文献２参照）が開示されているが、当量以上の縮合剤を必要とし、経済的にも、環境負荷の点でも、現実的な製法とは言えない。 On the other hand, although the method (for example, refer nonpatent literature 2) which manufactures glycerol carbonate acrylate compound by condensing glycerol carbonate and acrylic acid using a condensing agent is disclosed under neutral conditions, The above condensing agent is required, and it cannot be said that it is a realistic manufacturing method in terms of economical and environmental burden.
ところで、一般的な酸・塩基触媒や金属触媒と異なり、加水分解酵素であるリパーゼは、それそのものが基質の立体構造を認識するため、立体異性体混合物を用いた反応においては、片方の異性体のみが反応することから、通常、目的物の選択率は１００％に近いものが得られたとしても、その収率は最大でも５０％である（例えば、非特許文献３参照）。 By the way, unlike general acid / base catalysts and metal catalysts, lipase, which is a hydrolase, recognizes the three-dimensional structure of the substrate itself, so in the reaction using a stereoisomer mixture, one of the isomers. Since only the reaction occurs, even if the selectivity for the target product is close to 100%, the yield is at most 50% (for example, see Non-Patent Document 3).
例えば、リパーゼの存在下、不斉炭素を有するグリセリンカーボネート（異性体混合物）と酢酸ビニルとの反応においては、リパーゼの立体認識により片方の異性体のみしか反応が起こらないため、目的物の収率は５０％未満であった（例えば、非特許文献４参照）。 For example, in the reaction of glycerol carbonate having an asymmetric carbon (isomer mixture) with vinyl acetate in the presence of lipase, only one of the isomers reacts due to the steric recognition of lipase. Was less than 50% (see Non-Patent Document 4, for example).
従って、立体異性体混合物を原料として用いた反応において、リパーゼのような立体異性体を認識する触媒の使用は、効率的とはいえず、避けられるのが通常であり、特に、その収率を１００％近くまで高めようとしたい場合には回避される。 Therefore, in a reaction using a stereoisomer mixture as a raw material, the use of a catalyst that recognizes a stereoisomer such as lipase is not efficient and is usually avoided. It is avoided if you want to increase it to nearly 100%.
本発明の目的は、グリセリンカーボネートとアクリル酸ビニル化合物とを反応させることによりグリセリンカーボネートアクリレート化合物を製造するに当たり、塩基性触媒や金属成分を用いなければならないという問題点を解決し、特に、グリセリンカーボネートが不斉炭素を有するグリセリンカーボネート（異性体混合物）を原料として用いた反応にも、好適に適用しうる製造方法を提供することである。本発明の目的は、更に、５０％を越える高い収率で目的物であるグリセリンカーボネートアクリレート化合物を得ることにある。 The object of the present invention is to solve the problem that a basic catalyst or a metal component must be used in producing a glycerin carbonate acrylate compound by reacting glycerin carbonate with a vinyl acrylate compound. Is to provide a production method that can be suitably applied to a reaction using glycerin carbonate (isomer mixture) having an asymmetric carbon as a raw material. Another object of the present invention is to obtain a glycerin carbonate acrylate compound as a target product with a high yield exceeding 50%.
本発明１は、リパーゼの存在下、式（Ｉ） The present invention 1 relates to a compound of formula (I) in the presence of lipase.
で表されるグリセリンカーボネートと、式（ＩＩ) Glycerin carbonate represented by formula (II)
（式中、Ｒ２は、水素原子又は炭素原子数１〜４の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基であり、Ｒ３は、水素原子又は炭素原子数１〜１０の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基である）
で表されるアクリル酸ビニル化合物とを反応させることを特徴とする、式（ＩＩＩ）(In the formula, R 2 is a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and R 3 is a hydrogen atom or a linear or branched chain having 1 to 10 carbon atoms. (It is a chain or cyclic alkyl group)
And a vinyl acrylate compound represented by formula (III):
（式中、Ｒ２は、前記と同義である。）
で示されるグリセリンカーボネートアクリレート化合物の製造方法に関する。
さらに、本発明２は、リパーゼが、バルクホルデリア・セパシア（Ｂｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａ ｃｅｐａｃｉａ）を起源とするリパーゼ、カンジダ・アンタークティカ（Ｃａｎｄｉｄａ ａｎｔａｒｃｔｉｃａ）を起源とするリパーゼ及びサーモマイセス・ラヌギノサス（Ｔｈｅｒｍｏｍｙｃｅｓ ｌａｎｕｇｉｎｏｓｕｓ）を起源とするリパーゼからなる群より選択される１種以上である、本発明１のグリセリンカーボネートアクリレート化合物の製造方法に関する。
本発明３は、反応が、０〜１００℃で行なわれる、本発明１又は２のグリセリンカーボネートアクリレート化合物の製造方法に関する。
本発明４は、反応が、有機溶媒中で行なわれる、本発明１〜３のいずれかのグリセリンカーボネートアクリレート化合物の製造方法に関する。
本発明５は、有機溶媒が、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール及び２−メチル２−ブタノールからなる群より選択される１種以上である、本発明４のグリセリンカーボネートアクリレート化合物の製造方法に関する。
本発明６は、リパーゼの使用量が、グリセリンカーボネート１．０ｇに対して、０．１〜１０，０００ｍｇである、本発明１〜５のいずれかのグリセリンカーボネートアクリレート化合物の製造方法に関する。
本発明７は、アクリル酸ビニル化合物の使用量が、グリセリンカーボネート１モルに対して、１．０〜６０モルである、本発明１〜６のいずれかのグリセリンカーボネートアクリレート化合物の製造方法に関する。
本発明８は、リパーゼが、バルクホルデリア・セパシア（Ｂｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａ ｃｅｐａｃｉａ）を起源とするリパーゼであることを特徴とする、本発明１〜８のいずれかのグリセリンカーボネートアクリレート化合物の製造方法に関する。
本発明９は、リパーゼが、カンジダ・アンタークティカ（Ｃａｎｄｉｄａ ａｎｔａｒｃｔｉｃａ）を起源とするリパーゼであることを特徴とする、本発明１〜８のいずれかのグリセリンカーボネートアクリレート化合物の製造方法に関する。
本発明１０は、リパーゼが、サーモマイセス・ラヌギノサス（Ｔｈｅｒｍｏｍｙｃｅｓ ｌａｎｕｇｉｎｏｓｕｓ）を起源とするリパーゼであることを特徴とする、本発明項１〜８のいずれかのグリセリンカーボネートアクリレート化合物の製造方法に関する。(Wherein R 2 has the same meaning as described above.)
The manufacturing method of the glycerol carbonate acrylate compound shown by these.
Furthermore, the present invention 2 provides a lipase derived from Burkholderia cepacia, a lipase derived from Candida antarctica, and Thermomyces lanuginosus and Thermomyces lamus It is related with the manufacturing method of the glycerol carbonate acrylate compound of this invention 1 which is 1 or more types selected from the group which consists of a lipase.
This invention 3 is related with the manufacturing method of the glycerol carbonate acrylate compound of this invention 1 or 2 with which reaction is performed at 0-100 degreeC.
This invention 4 is related with the manufacturing method of the glycerol carbonate acrylate compound in any one of this invention 1-3 whose reaction is performed in an organic solvent.
This invention 5 is related with the manufacturing method of the glycerol carbonate acrylate compound of this invention 4 whose organic solvent is 1 or more types selected from the group which consists of tert- butyl alcohol and 2-methyl 2-butanol.
This invention 6 relates to the manufacturing method of the glycerol carbonate acrylate compound in any one of this invention 1-5 whose usage-amount of lipase is 0.1-10,000 mg with respect to 1.0 g of glycerol carbonate.
This invention 7 relates to the manufacturing method of the glycerol carbonate acrylate compound in any one of this invention 1-6 whose usage-amount of a vinyl acrylate compound is 1.0-60 mol with respect to 1 mol of glycerol carbonate.
The present invention 8 relates to the process for producing a glycerin carbonate acrylate compound according to any one of the present inventions 1 to 8, wherein the lipase is a lipase originating from Burkholderia cepacia.
The present invention 9 relates to the process for producing a glycerin carbonate acrylate compound according to any one of the present inventions 1 to 8, wherein the lipase is a lipase originating from Candida antarctica.
The present invention 10 relates to a method for producing a glycerin carbonate acrylate compound according to any one of the first to eighth aspects of the present invention, wherein the lipase is a lipase originating from Thermomyces lanuginosus (Thermomyces lanuginosus).
本発明の方法により、塩基性触媒や金属成分を用いず、リパーゼの存在下、グリセリンカーボネートとアクリル酸ビニル化合物から、グリセリンカーボネートアクリレート化合物を製造できる。特に、本発明の方法は、グリセリンカーボネートが不斉炭素を有するグリセリンカーボネート（異性体混合物）を原料として用いた反応にも、好適に適用しうるものである。本発明の方法によれば、更に、５０％を越える高い収率で目的物であるグリセリンカーボネートアクリレート化合物を得ることも可能である。 By the method of the present invention, a glycerol carbonate acrylate compound can be produced from glycerol carbonate and a vinyl acrylate compound in the presence of lipase without using a basic catalyst or a metal component. In particular, the method of the present invention can be suitably applied to reactions using glycerin carbonate (isomer mixture) having asymmetric carbon as a raw material. According to the method of the present invention, it is also possible to obtain the glycerin carbonate acrylate compound which is the target product with a high yield exceeding 50%.
本発明の反応は、リパーゼの存在下、グリセリンカーボネートとアクリル酸ビニル化合物とを反応させることにより、グリセリンカーボネートアクリレート化合物を製造するものである（下記式参照）。 The reaction of the present invention is to produce a glycerin carbonate acrylate compound by reacting glycerin carbonate with a vinyl acrylate compound in the presence of lipase (see the following formula).
式（Ｉ）のグリセリンカーボネートは、どのような方法で製造されたものでもあってもよい。例えば、グリセリンと炭酸エステル（例えば、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸ジブチル、炭酸ジフェニル）とのエステル交換反応により製造されたグリセリンカーボネートや、グリセリンとホスゲンとの反応により製造したグリセリンカーボネートを使用することができる。グリセリンカーボネートは、純粋な光学異性体であっても、異性体混合物であってもよく、ラセミ混合物も使用することができる。 The glycerin carbonate of formula (I) may be produced by any method. For example, it is possible to use glycerin carbonate produced by a transesterification reaction between glycerin and a carbonate ester (for example, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dibutyl carbonate, diphenyl carbonate) or glycerin carbonate produced by a reaction between glycerin and phosgene. it can. The glycerine carbonate may be a pure optical isomer or a mixture of isomers, and a racemic mixture can also be used.
本発明で使用されるアクリル酸ビニル化合物は、下記式（ＩＩ）で示される。 The vinyl acrylate compound used in the present invention is represented by the following formula (II).
（式中、Ｒ２は、水素原子又は炭素原子数１〜４の直鎖状又は分岐状のアルキル基であり、Ｒ３は、水素原子又は炭素原子数１〜１０の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基である。）(In the formula, R 2 represents a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and R 3 represents a hydrogen atom or a linear or branched chain having 1 to 10 carbon atoms. Or a cyclic alkyl group.)
Ｒ２が炭素原子数１〜４の直鎖状又は分岐状のアルキル基の場合、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基等が挙げられる。Ｒ２は、好ましくは水素原子又はメチル基である。When R 2 is a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, for example, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, sec-butyl group, etc. Can be mentioned. R 2 is preferably a hydrogen atom or a methyl group.
Ｒ３が炭素原子数１〜１０の直鎖状、分岐状若しくは環状のアルキル基の場合、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基が挙げられる。Ｒ３は、好ましくは、水素原子又はメチル基、エチル基である。When R 3 is a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, for example, methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, pentyl group, hexyl group, octyl group, decyl group, A cyclopentyl group and a cyclohexyl group are mentioned. R 3 is preferably a hydrogen atom, a methyl group, or an ethyl group.
式（ＩＩ）のアクリル酸ビニル化合物としては、例えば、アクリル酸ビニルや、アクリル酸イソプロペニル等のアクリル酸アルケニルエステルや、メタクリル酸ビニルや、メタクリル酸イソプロペニル等のメタクリル酸アルケニルエステル等が挙げられるが、本発明の反応においては、式（ＩＶ）で示したように副生したビニルアルコールをケトン又はアルデヒドとして反応系内から除去しながら行うことが望ましいため、Ｒ３がより小さいアクリル酸ビニル（Ｒ３が水素）、メタクリル酸ビニル（Ｒ３がメチル基）が好適に用いられる。Examples of the vinyl acrylate compound of the formula (II) include acrylate alkenyl esters such as vinyl acrylate and isopropenyl acrylate, methacrylic acid alkenyl esters such as vinyl methacrylate and isopropenyl methacrylate, and the like. However, in the reaction of the present invention, as shown in the formula (IV), it is desirable to remove the by-produced vinyl alcohol as a ketone or aldehyde from the reaction system, so that the vinyl acrylate having a smaller R 3 ( R 3 is hydrogen) and vinyl methacrylate (R 3 is a methyl group) are preferably used.
式（ＩＩ）のアクリル酸ビニル化合物は、１種を単独で、又は２種以上を併用してもよい。 The vinyl acrylate compound of the formula (II) may be used alone or in combination of two or more.
アクリル酸ビニル化合物の使用量は、グリセリンカーボネート１モルに対して１．０〜６０モルとすることができ、１．０〜５．０モルであることが好ましい。 The usage-amount of a vinyl acrylate compound can be 1.0-60 mol with respect to 1 mol of glycerol carbonate, and it is preferable that it is 1.0-5.0 mol.
（リパーゼの範囲）
本発明で使用されるリパーゼとしては、グリセリンカーボネートとアクリル酸ビニル化合物から、高収率でグリセリンカーボネートアクリレート化合物が得られるリパーゼであれば、特に限定されないが、好ましくは、バルクホルデリア・セパシア（Burkholderia cepacia）を起源とするリパーゼ（例えば、Amano PS(アマノエンザイム社製)）、カンジダ・アンタークティカ（Candida antarctica）を起源とするリパーゼ（例えば、Novozym 435(ノボザイム社製)）、サーモマイセス・ラヌギノサス（Thermomyces lanuginosus）を起源とするリパーゼ（Lipase TL）であり、特に好ましくはバルクホルデリア・セパシア（Burkholderia cepacia）を起源とするリパーゼ（例えば、Amano PS(アマノエンザイム社製)）、カンジダ・アンタークティカ（Candida antarctica）を起源とするリパーゼ（例えば、Novozym 435 (ノボザイム社製)）である。(Range of lipase)
The lipase used in the present invention is not particularly limited as long as it is a lipase capable of obtaining a glycerin carbonate acrylate compound in high yield from glycerin carbonate and a vinyl acrylate compound, but preferably, bulk hydreria cepacia (Burkholderia lipases originating from cepacia (eg Amano PS (manufactured by Amano Enzyme)), lipases originating from Candida antarctica (eg Novozym 435 (manufactured by Novozyme)), Thermomyces lanuginosus ( Lipase TL originating from Thermomyces lanuginosus, particularly preferably a lipase originating from Burkholderia cepacia (eg Amano PS (manufactured by Amano Enzyme)), Candida antarctica Lipase originating from (Candida antarctica) In example, a Novozym 435 (Novozymes Co., Ltd.)).
これらリパーゼは、上記のような微生物から得られたリパーゼをコードする遺伝子を、酵母や糸状菌のような適切な宿主に導入して得られた組換え体の培養物から得たものであってもよい。 These lipases were obtained from recombinant cultures obtained by introducing a lipase-encoding gene obtained from a microorganism as described above into an appropriate host such as yeast or filamentous fungus. Also good.
リパーゼの組換え発現のために使用される組換えＤＮＡ技術は、当該分野において公知である。リパーゼのアミノ酸配列は上記のものに限定されず、例えば、これらの配列において、１個又は数個のアミノ酸が欠失、置換又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつリパーゼ活性を有するタンパク質を本発明に好適に使用することができる。あるいは、これらの配列と、例えば９０％以上、好ましくは９５％、より好ましくは９７％以上の配列同一性を示すアミノ酸配列からなり、かつリパーゼ活性を有するタンパク質も本発明に好適に使用することができる。 Recombinant DNA techniques used for recombinant expression of lipases are known in the art. The amino acid sequence of the lipase is not limited to those described above. For example, a protein having a lipase activity consisting of an amino acid sequence in which one or several amino acids are deleted, substituted or added in these sequences is provided in the present invention. Can be suitably used. Alternatively, a protein consisting of an amino acid sequence having a sequence identity of, for example, 90% or more, preferably 95%, more preferably 97% or more with these sequences, and having lipase activity can also be suitably used in the present invention. it can.
これらのリパーゼの形態は、特に限定されず、天然又は固定化酵素の形態であってもよい。 The form of these lipases is not particularly limited, and may be a natural or immobilized enzyme form.
固定化酵素は、固定化担体にリパーゼを吸着等により担持させたものをいう。固定化担体としては、セライト、ケイソウ土、カオリナイト、シリカゲル、モレキュラーシーブス、多孔質ガラス、活性炭、炭酸カルシウム、セラミックス等の無機担体、ポリビニルアルコール、ポリプロピレン、キトサン、イオン交換樹脂、疎水吸着樹脂、キレート樹脂、合成吸着剤の有機高分子等が挙げられるが、特に酵素の吸着力が高い点から合成吸着剤が好ましい。また、合成吸着剤の中でも、大きな表面積を有することにより酵素の吸着量を高くできるという点から、多孔質であることが好ましい。 The immobilized enzyme refers to a lipase supported on an immobilization carrier by adsorption or the like. Examples of immobilization carriers include celite, diatomaceous earth, kaolinite, silica gel, molecular sieves, porous glass, activated carbon, calcium carbonate, ceramics and other inorganic carriers, polyvinyl alcohol, polypropylene, chitosan, ion exchange resins, hydrophobic adsorption resins, chelates. Examples thereof include organic polymers such as resins and synthetic adsorbents. Synthetic adsorbents are particularly preferable from the viewpoint of high adsorbability of enzymes. Among the synthetic adsorbents, porous materials are preferable because they have a large surface area and can increase the amount of adsorbed enzyme.
リパーゼは、１種を単独で、又は２種以上を併用してもよい。 A lipase may be used alone or in combination of two or more.
リパーゼの使用量は、効率的な反応速度を実現する点から、式（Ｉ）のグリセリンカーボネート１．０ｇに対して、好ましくは０．１〜１０，０００ｍｇ、より好ましくは、１〜５００ｍｇ、特に好ましくは１０〜２００ｍｇである。 The amount of lipase used is preferably 0.1 to 10,000 mg, more preferably 1 to 500 mg, especially 1 to 500 mg, based on 1.0 g of glycerin carbonate of formula (I), in order to achieve an efficient reaction rate. Preferably it is 10-200 mg.
本発明において、反応方式は、特に限定されず、バッチ方式又はリパーゼを固定化したカラムを通過させる流通連続式をはじめとする、いかなる方式でも行なうことができる。 In the present invention, the reaction system is not particularly limited, and any system including a batch system or a continuous flow system through which a lipase is immobilized can be used.
（溶媒の範囲）
本発明の反応は、有機溶媒を使用して行なうことができる。有機溶媒としては、基質であるグリセリンカーボネートとアクリル酸ビニル化合物を均一に溶解でき、かつ、リパーゼを失活させない溶媒であれば特に限定されない。(Range of solvent)
The reaction of the present invention can be carried out using an organic solvent. The organic solvent is not particularly limited as long as it is a solvent that can uniformly dissolve the glycerin carbonate and the vinyl acrylate compound as substrates and does not deactivate the lipase.
有機溶媒としては、例えば、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール、２−メチル−２−ブタノール等のアルコール類、特に好ましくはｔｅｒｔ−ブチルアルコールである。本発明の反応は、エステル交換反応であるが、リパーゼの存在下で行なうことによって、有機溶媒としてこれらのアルコール類を使用しても、アルコールが反応に関与することなく、グリセリンカーボネートとアクリル酸ビニル化合物との反応が進むことがわかった。これらの有機溶媒は、１種を単独で、又は２種以上を併用してもよい。 Examples of the organic solvent include alcohols such as tert-butyl alcohol and 2-methyl-2-butanol, particularly preferably tert-butyl alcohol. Although the reaction of the present invention is a transesterification reaction, glycerin carbonate and vinyl acrylate can be used without causing the alcohol to participate in the reaction even if these alcohols are used as the organic solvent by performing in the presence of lipase. It was found that the reaction with the compound proceeds. These organic solvents may be used alone or in combination of two or more.
有機溶媒の使用量は、式（Ｉ）のグリセリンカーボネート１ｇに対して、好ましくは０．１〜１００ｍＬ、より好ましくは、０．２〜５０ｍＬ、特に好ましくは０．５〜５ｍＬである。 The amount of the organic solvent used is preferably 0.1 to 100 mL, more preferably 0.2 to 50 mL, and particularly preferably 0.5 to 5 mL with respect to 1 g of glycerol carbonate of the formula (I).
本発明の反応は、アクリレート部位の重合を防ぐため、重合禁止剤を共存させて行うことが好ましい。重合禁止剤は通常に使用されるものであれば特に限定されず、例えば、フェノール、クレゾール、ヒドロキノン、ｔ−ブチルヒドロキノン、ｐ−メトキシフェノール（メトキノン）、２，６−ジ−ｔ−ブチル−４−メチルフェノール、フェノチアジン等が使用できる。重合禁止剤の使用量は、グリセリンカーボネート１モルに対して０．０００００１〜０．０５モル、更には０．０００００２〜０．０３モルであることが好ましい。 The reaction of the present invention is preferably carried out in the presence of a polymerization inhibitor in order to prevent polymerization of the acrylate moiety. The polymerization inhibitor is not particularly limited as long as it is normally used. For example, phenol, cresol, hydroquinone, t-butylhydroquinone, p-methoxyphenol (methoquinone), 2,6-di-t-butyl-4 -Methylphenol, phenothiazine, etc. can be used. The amount of the polymerization inhibitor used is preferably 0.000001 to 0.05 mol, more preferably 0.000002 to 0.03 mol, per 1 mol of glycerin carbonate.
（反応温度、圧力範囲）
本発明において、反応温度は、０〜１００℃とすることができ、好ましくは１０〜９０℃であり、より好ましくは３０〜７０℃である。 本発明において、反応圧力は、特に限定されず、常圧下又は減圧下のいずれの条件でも行なうことができる。(Reaction temperature, pressure range)
In this invention, reaction temperature can be 0-100 degreeC, Preferably it is 10-90 degreeC, More preferably, it is 30-70 degreeC. In the present invention, the reaction pressure is not particularly limited, and the reaction can be performed under normal pressure or reduced pressure.
本発明の方法は、アクリル酸エステルを還流させながら常圧でエステル交換反応を行う場合に比べて低温にて反応を行うことができ、効率及び安全性の点で優れている。 The method of the present invention can perform the reaction at a lower temperature than the case of performing the transesterification reaction at normal pressure while refluxing the acrylate ester, and is excellent in terms of efficiency and safety.
また、本発明の反応は、流通連続式で行うこともできる。流通連続式にて反応を行う場合、反応溶液中のグリセリンカーボネート化合物の濃度は、反応系の全質量に対して５〜５０質量％とすることが好ましく、アクリル酸ビニル化合物の濃度は反応系の全重量に対して５〜３０質量％が好ましい。また、反応液の通液線速度は、好ましくは０．５〜４００ｍｍ／分、更に１〜２００ｍｍ／分であるのが好ましい。この通液線速度（ｍｍ／分）は、１分間当りの送液量（ｍｍ３／分）（又は送液速度（１０-３ｍＬ／分）ともいう）を充填層断面積（ｍｍ２）で除した商で表わされる値をいう。Further, the reaction of the present invention can be carried out in a continuous flow manner. When the reaction is performed in a continuous flow system, the concentration of the glycerin carbonate compound in the reaction solution is preferably 5 to 50% by mass with respect to the total mass of the reaction system, and the concentration of the vinyl acrylate compound is 5-30 mass% is preferable with respect to the total weight. Moreover, the liquid flow rate of the reaction liquid is preferably 0.5 to 400 mm / min, and more preferably 1 to 200 mm / min. The liquid flow rate (mm / min) is the cross-sectional area of the packed bed (mm 2 ) by the amount of liquid fed per minute (mm 3 / min) (or also called the liquid feed rate (10 −3 mL / min)). The value expressed by the quotient divided by.
通液線速度を上げることによる充填塔内圧力の増大に伴い、通液が困難となり、耐圧性の高い酵素充填塔が必要となる他に、固定化酵素が塔内圧力増加により破砕される場合が生じることもあるため、通液線速度は４００ｍｍ／分以下とすることが好ましい。また、生産性の点から通液線速度は１ｍｍ／分以上とすることが好ましい。固定化酵素の発現活性は、通液線速度により変化するため、最適な通液線速度を選定して反応条件を決定することで、所望の生産能力、製造コストに見合った反応を行うことができる。反応容器中の反応溶液の流通時間は、３０秒〜６時間の範囲とすることができる。 When the pressure inside the packed column increases by increasing the liquid flow rate, it becomes difficult to pass the liquid and an enzyme packed column with high pressure resistance is required. Therefore, it is preferable that the liquid passage speed is 400 mm / min or less. Further, from the viewpoint of productivity, it is preferable that the liquid flow rate is 1 mm / min or more. Since the expression activity of the immobilized enzyme changes depending on the flow rate, the reaction can be performed according to the desired production capacity and manufacturing cost by selecting the optimal flow rate and determining the reaction conditions. it can. The flow time of the reaction solution in the reaction vessel can be in the range of 30 seconds to 6 hours.
（精製法）
本発明の製造方法では、反応後、減圧下、溶媒やアクリル酸ビニル化合物等の低沸点成分を留去することで、純度８０％以上のグリセリンカーボネートアクリレート化合物を得ることができる。
グリセリンカーボネートアクリレート化合物の純度は、ガスクロマトグラフィー分析による面積百分率から算出できる。また、原料のグリセリンカーボネートが残存した場合は、抽出操作により除去が可能である。(Purification method)
In the production method of the present invention, a glycerin carbonate acrylate compound having a purity of 80% or more can be obtained by distilling off low-boiling components such as a solvent and a vinyl acrylate compound under reduced pressure after the reaction.
The purity of the glycerin carbonate acrylate compound can be calculated from the area percentage by gas chromatography analysis. Moreover, when the raw material glycerol carbonate remains, it can be removed by an extraction operation.
更に、本発明の製造方法によって得られた、グリセリンカーボネートアクリレート化合物は、蒸留、分液、抽出、晶析、再結晶及びカラムクロマトグラフィー等の一般的な方法によって、更に精製することも出来る。 Furthermore, the glycerin carbonate acrylate compound obtained by the production method of the present invention can be further purified by general methods such as distillation, liquid separation, extraction, crystallization, recrystallization and column chromatography.
本発明の製造方法にて得られる、グリセリンカーボネートアクリレート化合物は、リパーゼを使用して製造されている。このため、従来のグリセリンカーボネートアクリレート化合物の製造方法において起こりうる、製品への金属塩又はハロゲン化物等の不純物混入の可能性は極めて低く、化学的により安全な製品が得られる。 The glycerin carbonate acrylate compound obtained by the production method of the present invention is produced using lipase. For this reason, the possibility of contamination by impurities such as metal salts or halides that can occur in the conventional method for producing glycerin carbonate acrylate compounds is extremely low, and a chemically safer product can be obtained.
本発明の製造方法にて得られるグリセリンカーボネートアクリレート化合物は、例えば、（メタ）アクリル系単量体と乳化重合させて、アクリル系エマルションとすることができる。このアクリル系エマルジョンは塗料組成物に用いることができるが、グリセリンカーボネートアクリレートへの金属塩等の混入がないため、電子基板用塗料材料等に好適である。 The glycerin carbonate acrylate compound obtained by the production method of the present invention can be, for example, emulsion-polymerized with a (meth) acrylic monomer to form an acrylic emulsion. This acrylic emulsion can be used in a coating composition, but is suitable for a coating material for an electronic substrate and the like because there is no mixing of a metal salt or the like into glycerin carbonate acrylate.
アクリル系エマルションの製造方法は、特に限定されず、グリセリンカーボネートアクリレート化合物、（メタ）アクリル系モノマー及び場合により他の不飽和モノマーに、反応性乳化剤を加えて撹拌し、不飽和単量体混合物の乳化物とした後、重合開始剤を添加して、乳化重合させることにより、製造することができる。 The method for producing the acrylic emulsion is not particularly limited, and a reactive emulsifier is added to the glycerin carbonate acrylate compound, the (meth) acrylic monomer, and optionally other unsaturated monomers, and the mixture is stirred. After making into an emulsion, it can manufacture by adding a polymerization initiator and carrying out emulsion polymerization.
（メタ）アクリル系単量体としては、例えば、（メタ）アクリル酸の炭素原子数１〜６の直鎖状又は分岐状のアルキルエステル、具体的には、（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸プロピル、（メタ）アクリル酸ブチル、（メタ）アクリルアミド等が挙げられる。他の不飽和単量体としては、スチレン、α−メチルスチレン等が挙げられる。 As the (meth) acrylic monomer, for example, a linear or branched alkyl ester having 1 to 6 carbon atoms of (meth) acrylic acid, specifically, methyl (meth) acrylate, (meth ) Ethyl acrylate, propyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, (meth) acrylamide and the like. Examples of other unsaturated monomers include styrene and α-methylstyrene.
反応性乳化剤は、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸エステルナトリウム塩、ポリオキシアルキレンオレイルエーテル硫酸ナトリウム塩、ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテル硫酸エステル塩等が挙げられる。重合開始剤としては、過酸化ベンゾイル、ｔ−ブチルヒドロペルオキシド、クメンヒドロペルオキシド等の過酸化物、２、２−アゾビスイソブチロニトリル等のアゾビス化合物等が挙げられる。 Examples of the reactive emulsifier include polyoxyalkylene alkyl ether sulfate sodium salt, polyoxyalkylene oleyl ether sulfate sodium salt, and polyoxyalkylene alkyl phenyl ether sulfate ester salt. Examples of the polymerization initiator include peroxides such as benzoyl peroxide, t-butyl hydroperoxide, cumene hydroperoxide, and azobis compounds such as 2,2-azobisisobutyronitrile.
次に、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。 Next, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the scope of the present invention is not limited thereto.
なお、本発明の反応で使用したリパーゼは、以下の通りである。
Ｎｏｖｏｚｙｍｅ４３５：ノボザイム社製 Ｃａｎｄｉｄａ ａｎｔａｒｃｔｉｃａ ｌｉｐａｓｅＢを多孔性樹脂担体に固定化したもの。
ＡｍａｎｏＰＳ−Ｃ：天野エンザイム社製 Ｂｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａ ｃｅｐａｃｉａ由来リパーゼを多孔性セラミック担体に吸着固定化したもの。
ＡｍａｎｏＰＳ−ＩＭ：天野エンザイム社製 Ｂｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａ ｃｅｐａｃｉａ由来リパーゼをセライト担体に吸着固定化したもの。
固定化リパーゼ：和光純薬製 Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｓｐリパーゼを無機担体に固定化したもの。
Ｌｉｐａｓｅ ＯＦ：名糖産業製 Ｃａｎｄｉｄａ ｃｙｌｉｎｄｒａｃｅａ由来リパーゼ。
Ｌｉｐｏｚｙｍｅ ＲＭ ＩＭ：Ｒｈｉｚｏｍｕｃｏｒ ｍｉｅｈｅｉ由来リパーゼをイオン交換樹脂に固定化したもの。
ＰＦＬ（Ｓｏｌ−Ｇｅｌ）：Ｓｉｇｍａ社製 Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｓ由来リパーゼをゾルゲル法にて固定化したもの。
ＣａｌＡ（ＣＬＥＡ）：Ｓｉｇｍａ社製 Ｃａｎｄｉｄａ ａｎｔａｒｃｔｉｃａ ｌｉｐａｓｅＡ由来リパーゼをＣＬＥＡ法（Ｃｒｏｓｓ−Ｌｉｎｋｅｄ−Ｅｎｚｙｍｅ−Ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ：架橋酵素凝集体）にて、固定化したもの。
Ｌｉｐａｓｅ ＴＬ（ＣＬＥＡ）：Ｓｉｇｍａ社製 Ｔｈｅｒｍｏｍｙｃｅｓ ｌａｎｕｇｉｎｏｓｕｓ由来リパーゼをＣＬＥＡ法（Ｃｒｏｓｓ−Ｌｉｎｋｅｄ−Ｅｎｚｙｍｅ−Ａｇｇｒｅｇａｔｅｓ：架橋酵素凝集体）にて、固定化したもの。The lipase used in the reaction of the present invention is as follows.
Novozyme 435: a product obtained by immobilizing Candida antarctica lipid B from Novozyme on a porous resin carrier.
AmanoPS-C: A product obtained by adsorbing and immobilizing Burkholderia cepacia-derived lipase on a porous ceramic carrier.
AmanoPS-IM: A lipase derived from Burkholderia cepacia manufactured by Amano Enzyme Co., Ltd. adsorbed and immobilized on a celite carrier.
Immobilized lipase: Pseudomonas sp lipase manufactured by Wako Pure Chemical Industries, immobilized on an inorganic carrier.
Lipase OF: A lipase derived from Candida cylindracea manufactured by Meito Sangyo.
Lipozyme RM IM: A lipase derived from Rhizomucor miehei immobilized on an ion exchange resin.
PFL (Sol-Gel): Pseudomonas fluorescens lipase produced by Sigma, immobilized by the sol-gel method.
CalA (CLEA): Candida antarctica lipase A lipase produced by Sigma was immobilized by the CLEA method (Cross-Linked-Enzyme-Aggregates).
Lipase TL (CLEA): A product obtained by immobilizing Thermomyces langinsus lipase manufactured by Sigma with CLEA method (Cross-Linked-Enzyme-Aggregates).
また、グリセリンカーボネート及びグリセリンカーボネートアクリレート化合物の定量、及び、転化率、収率、生成物純度の算出は、ガスクロマトグラフィーにより算出した。なお、ガスクロマトグラフィーによる分析条件は以下の通りである。 In addition, the quantification of glycerin carbonate and glycerin carbonate acrylate compound, and the conversion rate, yield, and product purity were calculated by gas chromatography. The analysis conditions by gas chromatography are as follows.
（ガスクロマトグラフィー分析条件）
ガスクロマトグラム 島津製 GC-2100
分析カラム：DB-5 30m×0.25mmID 0.25μm
カラム温度：60℃(2min)→10℃/min→250℃(2min)
注入口温度：200℃
検出口温度（FID）：250℃
キャリアーガス：ヘリウム
線速度：30cm/sec
スプリット比：50:1
注入量：1.0μ
保持時間
トリグライム（内部標準物質）：１０．７６ｍｉｎ
グリセリンカーボネート：１１．４ｍｉｎ
グリセリンカーボネートメタクリレート：１４．６ｍｉｎ(Gas chromatography analysis conditions)
Gas chromatogram Shimadzu GC-2100
Analytical column: DB-5 30m × 0.25mmID 0.25μm
Column temperature: 60 ℃ (2min) → 10 ℃ / min → 250 ℃ (2min)
Inlet temperature: 200 ° C
Detection port temperature (FID): 250 ° C
Carrier gas: Helium linear velocity: 30cm / sec
Split ratio: 50: 1
Injection volume: 1.0μ
Retention time triglyme (internal standard): 10.76 min
Glycerin carbonate: 11.4 min
Glycerin carbonate methacrylate: 14.6 min
実施例１（グリセリンカーボネートメタクリレートの合成、及び単離精製） Example 1 (Synthesis and isolation and purification of glycerol carbonate methacrylate)
２００ｍｌフラスコに、グリセリンカーボネート(Ｇｌｙｃｅｒｏｌ １，２−Ｃａｒｂｏｎａｔｅ：東京化成製、ラセミ混合物)１０．０ｇ（８４ｍｍｏｌ）、メタクリル酸ビニル(東京化成製)２８．５ｇ（２５４ｍｍｏｌ）、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール４８．７ｇを加え、Ｎｏｖｏｚｙｍｅ４３５ １．０ｇを加え、バス温５０℃で、マグネチックスターラー攪拌下、２４時間反応させた。 In a 200 ml flask, 10.0 g (84 mmol) of glycerol carbonate (Glycerol 1,2-Carbonate: manufactured by Tokyo Chemical Industry, racemic mixture), 28.5 g (254 mmol) of vinyl methacrylate (manufactured by Tokyo Chemical Industry), 48.7 g of tert-butyl alcohol. Then, 1.0 g of Novozyme 435 was added, and the mixture was reacted at a bath temperature of 50 ° C. with stirring with a magnetic stirrer for 24 hours.
反応終了後、ろ過により固定化酵素を除去した後、濾液を減圧濃縮、薄黄色液体１５．９ｇを得た。 After completion of the reaction, the immobilized enzyme was removed by filtration, and then the filtrate was concentrated under reduced pressure to obtain 15.9 g of a pale yellow liquid.
得られた液体をシリカゲルクロマト(ＷａｋｏＣ−３００)で、溶離液ｎ−ヘキサン：酢酸エチル＝９：１〜１：１で精製した。 The resulting liquid was purified by silica gel chromatography (WakoC-300) with eluent n-hexane: ethyl acetate = 9: 1 to 1: 1.
目的物を含むフラクションを濃縮し、無色透明液体１０．２ｇを取得した。１Ｈ−ＮＭＲから、グリセリンカーボネートメタクリレートと同定した。The fraction containing the target product was concentrated to obtain 10.2 g of a colorless transparent liquid. From 1 H-NMR, the powder was identified as glycerin carbonate methacrylate.
実施例２（種々リパーゼによるグリセリンカーボネートメタクリレートの合成）
攪拌装置、温度調節及び上部冷却装置を備えた内容積約１９ｍｌのガラス製容器に、グリセリンカーボネート（Ｇｌｙｃｅｒｏｌ １，２−Ｃａｒｂｏｎａｔｅ：東京化成製、ラセミ混合物）４００ｍｇ（３．３９ｍｍｏｌ）、メタクリル酸ビニル５７６ｍｇ（５．１４ｍｍｏｌ）、内部標準物質として、トリグライム４０．０ｍｇを加えた後ｔｅｒｔ−ブチルアルコールを加えて２．０ｍｌに定容した反応液に、各種リパーゼ４０．０ｍｇを混合し、攪拌しながら５０℃にて２４時間反応させた。反応中、経時的に反応液５０μｌを採取し、９５０μlアセトンを加えたものをろ過し、１．０μｌをガスクロマト分析に供した。反応収率は、生成物標準品と内標比の検量線から、生成物量を定量して算出した。
その結果を表１に示す。Example 2 (Synthesis of glycerol carbonate methacrylate with various lipases)
In a glass container having an internal volume of about 19 ml equipped with a stirrer, temperature control and an upper cooling device, 400 mg (3.39 mmol) of glycerol carbonate (Glycerol 1,2-Carbonate: manufactured by Tokyo Chemical Industry, racemic mixture), 576 mg of vinyl methacrylate. (5.14 mmol), 40.0 mg of triglyme as an internal standard substance was added, and then 40.0 mg of various lipases were mixed with the reaction solution in which tert-butyl alcohol was added to a constant volume of 2.0 ml, and the mixture was stirred. The reaction was allowed to proceed for 24 hours at ° C. During the reaction, 50 μl of the reaction solution was sampled over time, 950 μl acetone added was filtered, and 1.0 μl was subjected to gas chromatographic analysis. The reaction yield was calculated by quantifying the product amount from a standard product and a calibration curve of the internal standard ratio.
The results are shown in Table 1.
上記表１に示すように、種々リパーゼのなかで、バルクホルデリア・セパシア (Ｂｕｒｋｈｏｌｄｅｒｉａ ｃｅｐａｃｉａ)を起源とするリパーゼ（例えば、ＡｍａｎｏＰＳ(アマノエンザイム社製)）、カンジダ・アンタークティカ(Ｃａｎｄｉｄａ ａｎｔａｒｃｔｉｃａ ｌｉｐａｓｅＢ)を起源とするリパーゼ（例えば、Ｎｏｖｏｚｙｍｅ４３５(ノボザイム社製)）、サーモマイセス・ラヌギノサス(Ｔｈｅｒｍｏｍｙｃｅｓ ｌａｎｕｇｉｎｏｓｕｓ)を起源とするリパーゼ（ＬｉｐａｓｅＴＬ）のみが、５０％を越える高い収率を示した。これらのリパーゼを使用した場合、基質の立体構造に関わらず、反応が進むことがわかる。 As shown in Table 1 above, among various lipases, lipases originating from Burkholderia cepacia (for example, AmanoPS (manufactured by Amano Enzyme)), Candida antarctica lipase B) Only the lipase originating from the lipase (eg Novozyme 435 (manufactured by Novozyme)) and the lipase originating from Thermomyces lanuginosus (LipaseTL) showed high yields exceeding 50%. It can be seen that when these lipases are used, the reaction proceeds regardless of the three-dimensional structure of the substrate.
実施例３（種々の反応溶媒によるグリセリンカーボネートメタクリレートの合成）
攪拌装置、温度調節及び上部冷却装置を備えた内容積約１９ｍｌのガラス製容器に、グリセリンカーボネート（Ｇｌｙｃｅｒｏｌ １，２−Ｃａｒｂｏｎａｔｅ：東京化成製、ラセミ混合物）４００ｍｇ（３．３９ｍｍｏｌ）、メタクリル酸ビニル５７６ｍｇ（５．１４ｍｍｏｌ）、内部標準物質として、トリグライム４０．０ｍｇを加えた後、各種溶媒を１．０ｍｌ加えた反応液に、リパーゼ（ＡｍａｎｏＰＳ−ＩＭ）４０．０ｍｇを混合し、攪拌しながら５０℃にて２４時間反応させた。反応終了後、反応液５０μｌを採取し、９５０μlアセトンを加えたものをろ過し、１．０μｌをガスクロマト分析に供した。反応収率は、生成物標準品と内標比の検量線から、生成物量を定量して算出した。
その結果を表２に示す。Example 3 (Synthesis of glycerol carbonate methacrylate with various reaction solvents)
In a glass container having an internal volume of about 19 ml equipped with a stirrer, temperature control and an upper cooling device, 400 mg (3.39 mmol) of glycerol carbonate (Glycerol 1,2-Carbonate: manufactured by Tokyo Chemical Industry, racemic mixture), 576 mg of vinyl methacrylate. (5.14 mmol), 40.0 mg of triglyme as an internal standard substance was added, and then 40.0 mg of lipase (AmanoPS-IM) was mixed with the reaction solution with 1.0 ml of various solvents, and the mixture was stirred at 50 ° C. For 24 hours. After completion of the reaction, 50 μl of the reaction solution was collected, 950 μl acetone added was filtered, and 1.0 μl was subjected to gas chromatographic analysis. The reaction yield was calculated by quantifying the product amount from a standard product and a calibration curve of the internal standard ratio.
The results are shown in Table 2.
上記表１に示すように、種々有機溶媒の中で、２−メチル−２−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコールのみが、高い活性を示した。反応基質であるグリセリンカーボネートと、メタクリル酸ビニルは、相溶性がなく、攪拌しても相分離状態となるが、上記有機溶媒種の中では、２−メチル−２−ブタノール、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール添加時のみ、反応液が均一相となった。 As shown in Table 1 above, among various organic solvents, only 2-methyl-2-butanol and tert-butyl alcohol showed high activity. Glycerin carbonate, which is a reaction substrate, and vinyl methacrylate are not compatible with each other, and even if they are stirred, they are in a phase-separated state. Only when the reaction solution became homogeneous.
実施例４（種々の反応温度、及び、メタクリル酸ビニル添加量によるグリセリンカーボネートメタクリレートの合成）
攪拌装置、温度調節及び上部冷却装置を備えた内容積約１９ｍｌのガラス製容器に、グリセリンカーボネート（Ｇｌｙｃｅｒｏｌ １，２−Ｃａｒｂｏｎａｔｅ：東京化成製、ラセミ混合物）４００ｍｇ（３．３９ｍｍｏｌ）、メタクリル酸ビニル５７６ｍｇ（５．１４ｍｍｏｌ）あるいは、７６２ｍｇ（６．８０ｍｍｏｌ）、内部標準物質として、トリグライム４０．０ｍｇを加えた後ｔｅｒｔ−ブチルアルコールを加えて２．０ｍｌに定容した反応液に、リパーゼを混合し、攪拌しながら所定の反応温度にて２４時間反応させた。反応中、経時的に反応液５０μｌを採取し、９５０μlアセトンを加えたものをろ過し、１．０μｌをガスクロマト分析に供した。反応収率は、生成物標準品と内標比の検量線から、生成物量を定量して算出した。
その結果を表３に示す。Example 4 (Synthesis of glycerol carbonate methacrylate with various reaction temperatures and vinyl methacrylate addition amount)
In a glass container having an internal volume of about 19 ml equipped with a stirrer, temperature control and an upper cooling device, 400 mg (3.39 mmol) of glycerol carbonate (Glycerol 1,2-Carbonate: manufactured by Tokyo Chemical Industry, racemic mixture), 576 mg of vinyl methacrylate. (5.14 mmol) Or 762 mg (6.80 mmol), 40.0 mg of triglyme as an internal standard substance, tert-butyl alcohol was added, and lipase was mixed with the reaction solution to a constant volume of 2.0 ml. The reaction was carried out at the predetermined reaction temperature for 24 hours with stirring. During the reaction, 50 μl of the reaction solution was sampled over time, 950 μl acetone added was filtered, and 1.0 μl was subjected to gas chromatographic analysis. The reaction yield was calculated by quantifying the product amount from a standard product and a calibration curve of the internal standard ratio.
The results are shown in Table 3.
実施例５（グリセリンカーボネートメタクリレートの単離収率、純度）
攪拌装置、温度調節及び上部冷却装置を備えた内容積１Ｌのガラス製三ツ口フラスコに、グリセリンカーボネート（Ｇｌｙｃｅｒｏｌ １，２−Ｃａｒｂｏｎａｔｅ：東京化成製 純度９０．１％、ラセミ混合物）１００ｇ（０．８５ｍｏｌ）、メタクリル酸ビニル１９１ｇ（１．７ｍｏｌ：東京化成製 純度９９．９％）、重合禁止剤としてｐ−メトキシフェノール２０．０ｍｇを加えた後、ｔｅｒｔ−ブチルアルコール２００ｇを加えて均一とした。そこにリパーゼとしてＡｍａｎｏＰＳ−ＩＭ １５．０ｇを混合し、攪拌しながら５０℃にて２４時間反応させた。
反応後、反応混合物をろ過し、ろ液をロータリーエバポレーターにて減圧濃縮して、無色透明液体１４２ｇを取得した。
取得液５０μｌを採取し、９５０μlアセトンにて希釈し、１．０μｌをガスクロマト分析に供した。
ガスクロマト分析の結果、得られたグリセリンカーボネートメタクリレートの純度は、８８．７％であり、単離収率は８８％であった。Example 5 (Isolation yield and purity of glycerol carbonate methacrylate)
A glass three-necked flask with an internal volume of 1 L equipped with a stirrer, temperature control and an upper cooling device was charged with 100 g (0.85 mol) of glycerin carbonate (Glycerol 1,2-Carbonate: Tokyo Kasei purity 90.1%, racemic mixture). After adding 191 g of vinyl methacrylate (1.7 mol: purity 99.9%, manufactured by Tokyo Chemical Industry) and 20.0 mg of p-methoxyphenol as a polymerization inhibitor, 200 g of tert-butyl alcohol was added to make it uniform. 15.0 g of AmanoPS-IM was mixed there as a lipase, and reacted at 50 ° C. for 24 hours with stirring.
After the reaction, the reaction mixture was filtered, and the filtrate was concentrated under reduced pressure using a rotary evaporator to obtain 142 g of a colorless transparent liquid.
50 μl of the obtained liquid was collected and diluted with 950 μl acetone, and 1.0 μl was subjected to gas chromatographic analysis.
As a result of gas chromatographic analysis, the purity of the obtained glycerin carbonate methacrylate was 88.7%, and the isolation yield was 88%.
応用例（グリセリンカーボネートメタクリレートを含むアクリル系エマルションの合成）
メタクリル酸メチル５６．０質量部、アクリル酸ｎ−ブチルエステル２４．０質量部、実施例５で得られたグリセリンカーボネートメタクリレート２０．０質量部、メタクリル酸２．０質量部、アクリルアミド１．０質量部を混合した後、これに反応性乳化剤としてポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸エステルナトリウム塩３．６８質量部及び中和剤としてアンモニア水を加え、室温にて攪拌しながら不飽和単量体混合物の乳化物を予め調整した。
別途、攪拌装置、温度計、還流冷却器及び滴下漏斗を備えた反応装置に、イオン交換水２０質量部を加え、窒素雰囲気にて７０℃まで昇温した後、予め調整した不飽和単量体混合物の乳化物をゆるやかに滴下した。
次いで、重合開始剤として過酸化ベンゾイル０．１質量部を加えて，攪拌しながら７０℃で乳化重合させ、グリセリンカーボネートメタクリレートを含むアクリル系エマルションを得た。
なお、重合時の反応性は高く、粗粒物の発生は観察されなかった。また、エマルションの不揮発成分は４２．０質量％であり、粘度は２０ｍＰａ・Ｓであった。ここで、粘度は、２３℃で、ＢＭ型粘度計により、回転数６０ｒｐｍにて測定した値である。Application example (Synthesis of acrylic emulsion containing glycerin carbonate methacrylate)
Methyl methacrylate 56.0 parts by mass, acrylic acid n-butyl ester 24.0 parts by mass, glycerin carbonate methacrylate 20.0 parts by mass obtained in Example 5, methacrylic acid 2.0 parts by mass, acrylamide 1.0 mass After mixing the components, 3.68 parts by mass of polyoxyethylene alkyl ether sulfate sodium salt as a reactive emulsifier and aqueous ammonia as a neutralizing agent are added thereto, and the unsaturated monomer mixture is emulsified with stirring at room temperature. Things were preconditioned.
Separately, 20 mass parts of ion-exchanged water was added to a reactor equipped with a stirrer, a thermometer, a reflux condenser and a dropping funnel, and the temperature was raised to 70 ° C. in a nitrogen atmosphere. The emulsion of the mixture was gently added dropwise.
Next, 0.1 part by mass of benzoyl peroxide was added as a polymerization initiator, and emulsion polymerization was performed at 70 ° C. with stirring to obtain an acrylic emulsion containing glycerin carbonate methacrylate.
In addition, the reactivity at the time of superposition | polymerization was high, and generation | occurrence | production of the coarse particle was not observed. Moreover, the non-volatile component of the emulsion was 42.0 mass%, and the viscosity was 20 mPa * S. Here, the viscosity is a value measured at 23 ° C. with a BM viscometer at a rotation speed of 60 rpm.
本発明によれば、プロトン酸や金属成分を用いず、ある種のリパーゼを用いてグリセリンカーボネートとアクリル酸ビニル化合物から、グリセリンカーボネートアクリレート化合物を製造できる。特に、本発明の方法は、グリセリンカーボネートが不斉炭素を有するグリセリンカーボネート（ラセミ混合物）を原料として用いた反応にも、好適に適用しうるものであり、便利である。本発明の方法によれば、更に、５０％を越える高い収率で目的物であるグリセリンカーボネートアクリレート化合物を得ることも可能である。また、本発明の方法は、比較的低温にて反応を行うことができ、効率及び安全性の点で優れている。更に、本発明の方法により、高純度のグリセリンカーボネートアクリレート化合物を得ることができる。即ち、本発明により、入手しやすい原料を使用して、高品質のグリセリンカーボネートアクリレート化合物を容易に製造することができる。 According to the present invention, a glycerol carbonate acrylate compound can be produced from glycerol carbonate and a vinyl acrylate compound using a certain kind of lipase without using a protonic acid or a metal component. In particular, the method of the present invention can be suitably applied to a reaction in which glycerin carbonate (racemic mixture) having asymmetric carbon is used as a raw material, and is convenient. According to the method of the present invention, it is also possible to obtain the glycerin carbonate acrylate compound which is the target product with a high yield exceeding 50%. Further, the method of the present invention can perform the reaction at a relatively low temperature, and is excellent in terms of efficiency and safety. Furthermore, a highly purified glycerol carbonate acrylate compound can be obtained by the method of the present invention. That is, according to the present invention, a high-quality glycerin carbonate acrylate compound can be easily produced by using an easily available raw material.
Claims (9)
で表されるグリセリンカーボネートのラセミ混合物と、式（ＩＩ)
（式中、Ｒ２は、水素原子又は炭素原子数１〜４の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基であり、Ｒ３は、水素原子又は炭素原子数１〜１０の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基である。）
で表されるアクリル酸ビニル化合物とをｔｅｒｔ−ブチルアルコール及び２−メチル−２−ブタノールからなる群より選択される１種以上である有機溶媒中で反応させることを特徴とする、式（ＩＩＩ）
（式中、Ｒ２は、前記と同義である。）
で示されるグリセリンカーボネートアクリレート化合物の製造方法。 A lipase originating from Burkholderia cepacia, a lipase originating from Candida antarctica lipase B and a group derived from Thermomyces lanuginosus (Thermomyces rasuginoslas) In the presence of one or more selected lipases, the formula (I)
A racemic mixture of glycerin carbonate represented by formula (II)
(In the formula, R 2 is a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and R 3 is a hydrogen atom or a linear or branched chain having 1 to 10 carbon atoms. It is a chain or cyclic alkyl group.)
A vinyl acrylate compound represented by formula (III) is reacted in an organic solvent that is at least one selected from the group consisting of tert-butyl alcohol and 2-methyl-2-butanol.
(Wherein R 2 has the same meaning as described above.)
The manufacturing method of the glycerol carbonate acrylate compound shown by these.
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