JPH0548235B2 - - Google Patents
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-
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Description
本発明はα−アミノメチレンホスホナートベタ
イン及びその製造方法に関する。特に本発明は一
般式(): 〔式中、R1は水素原子又はメチル基であり;X
は
イン及びその製造方法に関する。特に本発明は一
般式(): 〔式中、R1は水素原子又はメチル基であり;X
は
【式】又はCH2であり;aは
0、1、2又は3であり、Xが
【式】又は
【式】の場合、aは1より大きく;R2及び
R3は互いに無関係に炭素原子数1ないし6のア
ルキル基、アリール基、ベンジル基又はシクロヘ
キシル基であり;Yは水素原子又はヒドロキシル
基であり、bは0、1、2又は3であり;Zは炭
素原子数1ないし6のアルキル基、アリール基、
ベンジル基、シクロヘキシル基又は
ルキル基、アリール基、ベンジル基又はシクロヘ
キシル基であり;Yは水素原子又はヒドロキシル
基であり、bは0、1、2又は3であり;Zは炭
素原子数1ないし6のアルキル基、アリール基、
ベンジル基、シクロヘキシル基又は
【式】であり;そしてMは水素原子、
金属カチオン、又はアンモニウムイオンである。〕
で表わされるモノマーに関する。
さらに、本明細書はこのベタインのホモポリマ
ー並びにこのベタインとエチニル様不飽和の重合
性コモノマーとから製造されるコポリマーを開示
する。 このα−アミノメチレンホスホナートベタイン
は、結晶変性剤として、洗剤中のよごれ再沈着防
止剤やスケール抑制用のキレート剤を含む様々な
用途において有用であり、また油井掘削において
必要とされている。 モノマーのベタインは一般構造式(): 〔式中、R1、X、a、R2及びR3は上に定義した
通りである。〕 で表わされる化合物と、次の一般構造式: 又は 〔式中、Lはハロゲン原子又は
ー並びにこのベタインとエチニル様不飽和の重合
性コモノマーとから製造されるコポリマーを開示
する。 このα−アミノメチレンホスホナートベタイン
は、結晶変性剤として、洗剤中のよごれ再沈着防
止剤やスケール抑制用のキレート剤を含む様々な
用途において有用であり、また油井掘削において
必要とされている。 モノマーのベタインは一般構造式(): 〔式中、R1、X、a、R2及びR3は上に定義した
通りである。〕 で表わされる化合物と、次の一般構造式: 又は 〔式中、Lはハロゲン原子又は
【式】(但
し、R4はアルキル基又はアリール基である。)で
あり;Y、b、ZおよびMは上に定義した通りで
ある。〕 で示される化合物とを反応させることにより製造
される。 この化合物の反応はPH7〜9の適当な水性溶媒
(通常、水又はアルコール/水)中において温度
10〜90℃で行う。このような条件下で反応は実質
的に1.5〜10時間、好ましくは1〜5時間で完了
する。モノマーを酸の形(式中、Mは水素原子で
ある。)で所望する場合、溶媒を無機酸で酸性化
してもよい。 ビスホスホノメチルクロロエチルアミンを式
()の化合物として使用する場合、反応を、水
酸化ナトリウムを添加することにより得られるPH
約7〜9、好ましくはPH8で、そして温度20〜60
℃、好ましくは約50℃で行う。この反応を大気圧
下で行うと実質的に約3時間の期間内で完了す
る。この出発物質を使用する場合、結果として生
じるベタインはYがH、Zが−CH2−PO(ONa)2
そしてbが0である式()に該当するであろ
う。 YがOH、bが1又は2そしてZが−CH2−
PO(OH)2である式()の化合物を製造するた
めには、クロロヒドロキシ−プロピル(又は−ブ
チル)−ビスホスホノメチルアミンを式()の
化合物として使用し、反応を、PH約6〜8、好ま
しくはPH約7でそして前述した温度と同じ温度、
前述した条件を使用して行う。 モノマーの単離はその吸湿性のため困難であ
る。しかし、この化合物は反応溶媒を蒸発するこ
とにより単離され農厚なシロツプが得られる。次
いでこのシロツプを凍結乾燥するとモノマーが乾
燥した形で得られる。 一般的に上述した反応により得られるモノマー
溶液は直接、通常のラジカル乳化重合法あるいは
ラジカル溶液重合法において使用される。ベタイ
ンモノマーは99重量%までの、好ましくは少なく
とも50重量%のエチレン様不飽和のコモノマー又
はコモノマーの混合物と単一重合又は共重合する
ことができる。 代表的なコモノマーはアクリル酸又はメタクリ
ル酸そしてそれらと炭素原子数1〜18のアルコー
ルとのエステル;イタコン酸及びマレイン酸のよ
うな不飽和カルボン酸そしてそのエステル;(メ
タ)アクリルアミドそしてそれらのN−置換誘導
体、例えばN−モノ及びN−ジメチル、−エチル、
−プロピル及び−ブチルアクリルアミド又は−メ
タクリルアミド並びにN−モノ又はジフエニルア
クリルアミド;ビニルアセタート又はビニルプロ
ピオナートのようなビニルエステル;ブチルビニ
ルエーテルのようなビニルエーテル;N−ビニル
ピロリジノンのようなN−ビニルラクタム;塩化
ビニル及び塩化ビニリデン又はフツ化ビニリデン
のようなハロゲン化ビニル化合物;メチル−又は
エチル−ビニルケトンのようなアルキルビニルケ
トン;ジメチル、ジエチル、ジプロピル、ジブチ
ル、ジフエニル、ジベンジル及びジ(フエニルエ
チル)−イタコナート、マレアートおよびフマラ
ートのようなジエステル;およびポリエチレング
リコール−アクリラート又はメタクリラートある
いはポリプロピレングリコール−アクリラート又
は−メタクリラートである。 さらに本発明では少量(例えば、0.01〜約2
%)の多官能の架橋性モノマーが有用である。適
当な代表的架橋剤は、ジアリルマレアート、トリ
アルシアヌラート、テトラエチレングリコールジ
メタクリラート、ヘキサーアリルサツカロース等
のような分子毎に複数のエチレン様不飽和単位を
含む架橋剤である。 重合はラジカル開始剤、例えば過酸又はその塩
―例えば、過酸化水素、過酸化ナトリウム、過酸
化リチウム―、過酢酸、過硫酸又はそのアンモニ
ウム塩及びアルカリ金属塩―例えば過硫酸アンモ
ニウム、過酢酸ナトリウム、過硫酸リチウム、過
硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過酢酸−t−
ブチルなど―により開始する。種々のアゾ化合
物、例えばアゾビスイソブチロニトリルも使用で
きる。この反応開始剤の適当な濃度は0.05〜10重
量%、好ましくは0.1〜3重量%である。 ラジカル開始剤は、単独で使用して熱分解させ
反応開始用ラジカルを放出させることもできる
し、あるいは適当な還元剤を組み合わせて使用し
レドツクス系とすることもできる。典型的な還元
剤は酸化可能な硫黄化合物、例えばメタ重亜硫酸
アルカリ金属塩及びピロ亜硫酸アルカリ金属塩―
例えばメタ重亜硫酸ナトリウム―である。 乳化重合法を用いる場合、乳化剤は一般式に、
乳化重合法で通常使用されている非イオン性水中
油型表面活性剤及びその混合物である。乳化剤を
組み合わせて使用する時は比較的疎水性の乳化剤
を比較的親水性の乳化剤と組み合わせて使用する
のが好ましい。乳化剤の量は一般的に重合で使用
するモノマーの1〜10、好ましくは2〜8重量%
である。 重合で使用する乳化剤はまたその全量を最初の
仕込物に加えることができるし、あるいは乳化剤
の一部、例えばその90〜25%を重合の間連続して
又は断続して加えることもできる。 好ましい共重合法は重合が開始された後、反応
容器にコモノマーの一部の種類あるいは全部の種
類の大部分と乳化剤を仕込むバツチ変法である。
この方法では非常に様々な程度の反応性を有する
モノマーの共重合の制御をすることができる。最
初にモノマー乳濁液の小部分を加え、次にモノマ
ー乳濁液の残部を断続して又は連続して重合期間
に亘つて―0.5〜10時間、好ましくは1〜5時間
―加えるのが好ましい。 結果として生じるポリマー乳濁液又は溶液は固
形分を10〜80%、好ましくは30〜60%含有する。
この乳濁液又は溶液は直接使用してもよいし、あ
るいはモノマーの単離に関しての上記の方法、あ
るいは周知の噴霧乾燥技術を使用して、ポリマー
を固体の形で回収してもよい。上述した方法を使
うと、ポリマーは少なくとも収率約90%転化率で
製造される。 ベタインポリマーを製造するための一つの方法
では、まず第一に第3級アミンモノマーを重合し
次いでこのポリマーをホスホノメチルアミン試薬
で四級化する。特に好ましくは、このポリマーは
最初一般構造式(): 〔式中、R1、X、a、R2及びR3は上に定義した
通りである。〕 で表わせるモノマーを重合しホモポリマーあるい
は、別のエチレン様不飽和のコモノマーも使用し
た場合にはコポリマーとなすことにより製造す
る。結果として生じるポリマーは一般構造式
(): 〔式中、R1、X、a、R2及びR3は前に定義した
通りであり、n及びmは正の整数であり、そして
Aは1またはそれ以上のエチレン様不飽和のコモ
ノマーから誘導される繰り返し単位である。〕 により表わすことができる。次に、このポリマー
を一般構造式: 又は 〔式中、L、Y、b、Z及びMは前に定義した通
りである。〕 で表わされる化合物と、前記のモノマー製造法と
類似の条件下で反応させる。 結果として生じる誘導されたポリマーは一般構
造式(): 〔式中、R1、X、a、R2、R3、Y、b、Z、M、
n、Aそしてmは前に定義した通りである。〕で
表わすことができる。後の方法の場合、四級化用
の試薬、反応条件及び単離法は実質的には前述し
た通りであるが、収率は約50〜70%転化率の範囲
にある。 次の実施例では特に記載がない限り全ての部は
重量部、%は重量%であり、温度はセ氏温度であ
る。 実施例 (1) ハロアルキルアミン、ホルムアルデヒド及び
亜リン酸からのハロアルキルアミノメチレンジ
ホスホン酸の製造 一般的にこの酸はYが水素原子、Lが塩素原
子そしてZがメチレンリン酸である式()に
相当する。この化合物はK.モエドリツザー
(Moedritzer)とR.R.イラニ(Irani)、J.Org.
Chem.31、1603(1966)に記載の方法に従つて
製造する。 2のフラスコに機械的撹拌機、温度計、冷
却器、マントルヒーター及び添加の漏斗を備え
付ける。亜リン酸(164.0g、2.0モル)、水
(300ml)及び塩酸−2−クロロエチルアミン
(115.99g、1.0モル)をフラスコに仕込み、濃
塩酸(300ml)を加える。反応混合物を還流し、
ホルマリン溶液(324.3g、37%濃度溶液、4.0
モル)を1時間にわたつて添加する。添加が終
わつた後反応混合物をさらに2時間還流する。
反応混合物を濃縮し濃厚なシロツプとする。エ
タノール(275ml)を加え結晶化を引き起こす。
生成物を過し乾燥すると白色粉末が得られ
る。この方法を繰り返すと収量は205〜240グラ
ム(転化率76〜90%)となつた。 (2) N−ハロアルキル−N−アルキル−アミン、
ホルムアルデヒド及び亜リン酸からのハロアル
キルアミノアルキルメチレンホスホン酸の製造 この化合物はLが塩素原子、Yが水素原子そ
してZがメチル基である式()に相当する。
この化合物はK.モエドリツザー(Moedritzer)
とR.R.イラニ(Irani)、J.Org.Chem.31、1603
(1966)に記載の方法に従つて製造する。 2のフラスコに機械的撹拌器、温度計、冷
却器、マントルヒーター及び添加濾斗を備え付
ける。亜リン酸(82.2g、1.00モル)、塩酸−
N−2−クロロエチル−N−メチルアミン
(130.1g、1.0モル)及び水(260ml)をフラス
コに仕込む。濃塩酸(300ml)をゆつくりと加
える。反応混合物を加熱還流し、ホルマリン溶
液(159.6g、37%濃度溶液、2.0モル)を1時
間にわたつて加える。添加が終つた後、反応混
合物をさらに2時間還流に付す。 モエドリツザーとイラニにより記載されたよ
うに結晶化を容易に引き起こすことはできな
い。生成物の水溶液(全溶液量240g)から1
グラムにつき有機塩化物4.10mgが生じた。生成
物溶液の伝導率滴定により3つの当量点が示さ
れたがこれは生成物がアミノメチレンホスホン
酸の塩酸塩として存在していることを示してい
る。 (3) アルケニルアミノメチレンジホスホン酸、元
素のハロゲン及び水からのハロヒドロキシアル
キルアミノメチレンジホスホン酸の製造(2段
階合成法) この化合物はLが塩素原子、Yがヒドロキシ
ル基そしてZが−CH2−PO(OH)2である式
()に相当する。(Yがヒドロキシル基そして
Lがハロゲン原子である上記式()の化合物
と式()の化合物とを反応させる間に式
()の化合物が中間体として製造されるであ
ろうということを当業者は認めるであろう。) アルケニルアミノメチレンジホスホン酸は上
記(1)に記載したようにアルケニルアミン、ホル
ムアルデヒド及び亜リン酸から合成する。 500mlのフラスコに機械的撹拌器、冷却器、
ガス分散管、温度計及び水浴を備え付ける。ア
リルアミノレンジホスホン酸(100.0g、0.408
モル)及び水(100ml)をフラスコに仕込み一
部溶解させる。塩素ガス(31.9g、0.449モル)
をガス分散管を通じて水面下で反応混合物の中
に泡状に分散させる。塩素添加中の温度は30℃
に制御する。結果として生じる3−クロロ−2
−ヒドロキシプロピルアミノメチレンジホスホ
ン酸の溶液は240gであり、1gあたり有機塩
化物1.7mgを含有する。溶液は濃縮でき、生成
物を白色固体として生じるが、溶液は一般的に
直接使用される。 (4) N−ジアルキルアミノアルキルアクリルアミ
ド又は2−置換アクリルアミドと上記(1)のハロ
アルキルアミノメチレンジホスホン酸との反応
からのα−アミノメチレンホスホナートベタイ
ンの製造 この化合物はYがHで、Zが−CH2−PO
(OH)2で、bが0で、R1、R2及びR3が−CH3
で、XがCONHでそしてaが3である式()
のものに相当する。 2のフラスコに機械的撹拌機、温度計、冷
却器、添加漏斗及びPHプローブを備え付ける。
2−クロロエチルアミノメチレンジホスホン酸
(267.5g、1.0モル)及び水(350ml)を反応器
中でスラリーにする。ジメチルアミノプロピル
メタクリルアミド(170.1g、1.0モル)を滴加
する。この混合物に、水酸化ナトリウム
(120.0g、3.0ml)をH2O(180ml)に溶解した
溶液をゆつくりと加える。反応混合物の温度を
50℃に上げ、反応を3時間持続させると、その
時塩素イオンの分析により反応が実質的に完了
したことが示された。 (5) N−ジアルキルアミノアルキルクリラート又
は2−置換アクリラートと上記(3)のハロヒドロ
キシアルキルアミノメチレンジホスホン酸との
反応からのα−アミノメチレンホスホナートベ
タインの製造 得られるモノマーはXがCO2、aが2、R1、
R2及びR3が−CH3、YがOH、bが1そしてZ
が−CH2−PO(OH)2である式()のモノマ
ーに相当する。 2のフラスコに機械的撹拌器、温度計、冷
却器、添加漏斗及びPHプローブを備え付ける。
3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルアミノメ
チレンジホスホン酸(148.8g、0.5モル)及び
H2O(150ml)をこのフラスコに仕込む。ジメ
チルアミノエチルメタクリラート(78.5g、
0.5モル)をフラスコに滴下して仕込む。水酸
化ナトリウム(60.0g、1.5モル)をH2O(90
ml)に溶解した溶液を撹拌しながらゆつくりと
加える。反応混合物の温度を50℃に上げ、反応
混合物を3時間撹拌すると、その時塩素イオン
の分析により反応が実質的に完了したことが示
された。 参考例 1 水性イソプロパノール中での、実施例中の(4)か
らのベタインモノマーとアクリル酸との共重合 500mlのフラスコに撹拌器、冷却器、添加漏斗、
マントルヒーター及び温度計を備え付ける。イソ
プロパノール(910g)及び水(88ml)をフラス
コに仕込み還流に付す。仕込みモノマーのアクリ
ル酸(57.6g)及び実施例中の(4)からのベタイン
モノマーの44%濃度溶液(239.0g)を連続的に
3時間にわたつて加える。過硫酸ナトリウム
(3.6g)をH2O(16.4ml)に溶解した仕込み用反
応開始剤を、仕込みモノマーと同時に3時間にわ
たつて加える。添加が終つた後ポリマー溶液を1
時間還流する。イソプロパノールを留去し、次い
でポリマー溶液を冷却し反応器から流出させる。 このポリマーは次のような特性を持つ: Mw=45716 Mn=3571 水に対して徹底的に透析した後、ポリマーの窒
素及びリン含有量を分析した: 計算値 実測値 N(%) 5.30 5.93 P(%) 7.85 7.01 参考例 2 次亜リン酸ナトリウムを含む水の中での、実施
例中の(4)からのベタインモノマーとアクリル酸と
の共重合 2のフラスコに撹拌機、冷却器、添加漏斗、
マントルヒーター、窒素パージ及び温度計を備え
付ける。水(2.62モル)及び次亜リン酸ナトリウ
ム(38.4g)をフラスコに仕込み75℃に加熱す
る。仕込みモノマーのアクリル酸(285.0g)及
び実施例中の(4)からのベタインモノマーの30.8%
濃度溶液(62.11g)を連続的に2時間にわたつ
て加える。同時に過硫酸ナトリウム(7.5g)を
H2O(70ml)に溶解した仕込用反応開始剤を21/
2時間にわたつて加える。反応開始剤の添加が完
了したら反応温度を85℃に上げ反応混合物を2時
間撹拌する。次いでポリマーを冷却し反応器から
流出させる。 このポリマーは次のような特性を持つ: Mw=2820 Mn=1280 P(%):3.81(計算値)、2.47(実測値) 参考例 3 第3級アミン及びハロアルキルアミノメチレン
ジホスホン酸を含むポリマーからのα−アミノメ
チレンホスホナートベタインのペンダント構造を
有するポリマーの製造(別法) 第3級アミン含有ポリマーは次のように製造す
る: 500mlのフラスコに撹拌機、冷却器、温度計、
添加漏斗及び熱い水浴を備え付ける。イソプロパ
ノール(70g)及び水(110ml)を加え還流に付
す。アクリル酸(57.6g)、ジメチルアミノプロ
ピルメタクリルアミド(34.0g)のモノマー溶液
及び水(20ml)を3時間にわたつて加える。同時
に過硫酸アンモニウム(5g)を水(25ml)に溶
解した反応開始剤の溶液を3時間にわたつて加え
る。添加が終つたらイソプロパノールを留出さ
せ、次いでポリマー溶液を冷却し反応器から流出
させる。ポリマー濃度を水で40%に調整する。 結果として生じる溶液(40%濃度で145.5g;
ポリマーの第3級アミン0.120モル)を、撹拌後、
温度計、添加漏斗、冷却器及び熱水浴を備え付け
た500mlフラスコに仕込む。2−クロロエチルア
ミノエチレンジホスホン酸(32.1g、0.120モル)
を加え温度を50℃に上げる。水(200ml)に溶解
した水酸化ナトリウム(132.0g3.3モル)をゆつ
くりと加える。この混合物を3時間50℃で撹拌す
る。水に対する徹底的な透析後、ポリマーのリン
と窒素を分析した: 計算値 実測値 N(%) 4.97 5.94 P(%) 7.32 4.31 参考例 4 第3級アミン及びハロアルキルアミノアルキル
メチレンジホスホン酸を含むポリマーからの、非
水性媒体中での、α−アミノメチレンホスホナー
トベタインのペンダント構造を有するポリマーの
製造 第3級アミン含有ポリマーは次のように製造す
る: 2のフラスコに撹拌機、冷却器、温度計、添
加漏斗及び熱水浴を備え付ける。エタノール
(180.0g)、過酸化ベンゾイル(3.0g)、メチル
メタクリラート(15.0g)、ブチルメタクリラー
ト(3.0g)及びジメチルアミノプロピルメタク
リルアミド(12.0g)をフラスコに仕込み、加熱
し還流する。メチルメタクリラート(135.0g)、
ブチルメタクリラート(27.0g)及びジメチルア
ミノプロピルメタクリルアミド(108.0g)をエ
タノール(160.0g)に溶解したモノマー溶液並
びに過酸化ベンゾイル(3.8g)をエタノール
(105.0g)に溶解した反応開始剤の溶液を4時間
にわたつて連続的に加える。添加完了後、反応混
合物をさらに2時間還流に付す。t−ブチル過ピ
バラート(2.0g)をエタノール(30.0g)に溶
解した第2の反応開始剤を1/2時間にわたつて加
え、次いでこの溶液をさらに一時間還流する。 結果として生じる溶液(36.3%で275g、ポリ
マーの第3級アミン0.235モル)を、撹拌器、冷
却器、温度計、添加漏斗及び熱水浴を備え付けた
1のフラスコに仕込む。N−(2−クロロエチ
ル)−N−メチル−アミノメチレンホスホン酸
(47.1%濃度のエタノール溶液111.9g、0.235モ
ル)の溶液を加え、反応混合物を50℃に加熱す
る。エタノールを含む過酸化カリウム(25%濃度
で144.2g、0.642モル)を1時間にわたつて滴加
する。反応混合物を50℃で1時間加熱し、冷却す
る。 結果として生じるポリマーは水に完全に溶解で
き、原料のブチルメタクリラート/メチルメタク
リラート/ジメチルアミノプロピルメタクリルア
ミド−ポリマーが水に全く溶解できないとの対照
的である。水に対し透析した後、ポリマーのリン
と窒素を分析する: 計算値 実測値 N(%) 6.62 5.70 P(%) 4.89 4.33 参考例 5 α−アミノメチレンホスホナートベタインのペ
ンダント構造を有するポリマーを製造するための
乳化重合法 2のフラスコに撹拌器、冷却器、温度計、添
加漏斗、熱水浴及び窒素パージを備え付ける。エ
トキシラート化したノニルペノール(6.9g)、水
(192.0g)及びt−ブチルヒドロ過酸化物(0.06
g)をフラスコに仕込む。この初回仕込物のPHを
酢酸を使つて4.0に合わせる。エチルアクリラー
ト(475.0g)、ベタインモノマー(実施例1、38
%濃度、132g)、水(55.0g)、エトキシラート
化したノニルフエノール(54.5g)及びt−ブチ
ルヒドロ過酸化物(0.6g)をあらかじめ乳化し
た混合物を、60℃で撹拌下に4時間にわたつて加
える。同時にホルムアルデヒドスルホキシル酸ナ
トリウム(0.6g)を水(20g)に溶解した溶液
を加える。結果として生じる乳化ポリマーを凝結
させ水で洗浄する。洗浄したポリマーのリン含有
量を分析する。 計算値 実測値 P(%) 1.0 0.10 N(%) 0.44 0.05 参考例 6 ジメチルアミノプロピルメタクリルアミドとク
ロロ−ヒドロキシプロピル−ビスホスホノーメチ
ルアミンとからのベタイン類似体の構造 実施例中の(5)の方法、クロロ−ヒドロキシプロ
ピル−ビスホスホノメチルアミンの51.7%溶液
288g及びジメチルアミノプロピルメタクリルア
ミド85gを使用し、40%濃度水酸化ナトリウム溶
液150gでPHを7に合わせて繰り返す。 結果として生じるベタイン(固形分含有量52.3
%は、参考例1の方法を使つてアクリル酸144g
とベタイン溶液533gを用いてアクリル酸の重合
に直接使用される。 透析したポリマーの分析結果は次の通りであ
る: 計算値 実測値 P(%) 10.3 7.26 N(%) 6.21 5.57
あり;Y、b、ZおよびMは上に定義した通りで
ある。〕 で示される化合物とを反応させることにより製造
される。 この化合物の反応はPH7〜9の適当な水性溶媒
(通常、水又はアルコール/水)中において温度
10〜90℃で行う。このような条件下で反応は実質
的に1.5〜10時間、好ましくは1〜5時間で完了
する。モノマーを酸の形(式中、Mは水素原子で
ある。)で所望する場合、溶媒を無機酸で酸性化
してもよい。 ビスホスホノメチルクロロエチルアミンを式
()の化合物として使用する場合、反応を、水
酸化ナトリウムを添加することにより得られるPH
約7〜9、好ましくはPH8で、そして温度20〜60
℃、好ましくは約50℃で行う。この反応を大気圧
下で行うと実質的に約3時間の期間内で完了す
る。この出発物質を使用する場合、結果として生
じるベタインはYがH、Zが−CH2−PO(ONa)2
そしてbが0である式()に該当するであろ
う。 YがOH、bが1又は2そしてZが−CH2−
PO(OH)2である式()の化合物を製造するた
めには、クロロヒドロキシ−プロピル(又は−ブ
チル)−ビスホスホノメチルアミンを式()の
化合物として使用し、反応を、PH約6〜8、好ま
しくはPH約7でそして前述した温度と同じ温度、
前述した条件を使用して行う。 モノマーの単離はその吸湿性のため困難であ
る。しかし、この化合物は反応溶媒を蒸発するこ
とにより単離され農厚なシロツプが得られる。次
いでこのシロツプを凍結乾燥するとモノマーが乾
燥した形で得られる。 一般的に上述した反応により得られるモノマー
溶液は直接、通常のラジカル乳化重合法あるいは
ラジカル溶液重合法において使用される。ベタイ
ンモノマーは99重量%までの、好ましくは少なく
とも50重量%のエチレン様不飽和のコモノマー又
はコモノマーの混合物と単一重合又は共重合する
ことができる。 代表的なコモノマーはアクリル酸又はメタクリ
ル酸そしてそれらと炭素原子数1〜18のアルコー
ルとのエステル;イタコン酸及びマレイン酸のよ
うな不飽和カルボン酸そしてそのエステル;(メ
タ)アクリルアミドそしてそれらのN−置換誘導
体、例えばN−モノ及びN−ジメチル、−エチル、
−プロピル及び−ブチルアクリルアミド又は−メ
タクリルアミド並びにN−モノ又はジフエニルア
クリルアミド;ビニルアセタート又はビニルプロ
ピオナートのようなビニルエステル;ブチルビニ
ルエーテルのようなビニルエーテル;N−ビニル
ピロリジノンのようなN−ビニルラクタム;塩化
ビニル及び塩化ビニリデン又はフツ化ビニリデン
のようなハロゲン化ビニル化合物;メチル−又は
エチル−ビニルケトンのようなアルキルビニルケ
トン;ジメチル、ジエチル、ジプロピル、ジブチ
ル、ジフエニル、ジベンジル及びジ(フエニルエ
チル)−イタコナート、マレアートおよびフマラ
ートのようなジエステル;およびポリエチレング
リコール−アクリラート又はメタクリラートある
いはポリプロピレングリコール−アクリラート又
は−メタクリラートである。 さらに本発明では少量(例えば、0.01〜約2
%)の多官能の架橋性モノマーが有用である。適
当な代表的架橋剤は、ジアリルマレアート、トリ
アルシアヌラート、テトラエチレングリコールジ
メタクリラート、ヘキサーアリルサツカロース等
のような分子毎に複数のエチレン様不飽和単位を
含む架橋剤である。 重合はラジカル開始剤、例えば過酸又はその塩
―例えば、過酸化水素、過酸化ナトリウム、過酸
化リチウム―、過酢酸、過硫酸又はそのアンモニ
ウム塩及びアルカリ金属塩―例えば過硫酸アンモ
ニウム、過酢酸ナトリウム、過硫酸リチウム、過
硫酸カリウム、過硫酸ナトリウム、過酢酸−t−
ブチルなど―により開始する。種々のアゾ化合
物、例えばアゾビスイソブチロニトリルも使用で
きる。この反応開始剤の適当な濃度は0.05〜10重
量%、好ましくは0.1〜3重量%である。 ラジカル開始剤は、単独で使用して熱分解させ
反応開始用ラジカルを放出させることもできる
し、あるいは適当な還元剤を組み合わせて使用し
レドツクス系とすることもできる。典型的な還元
剤は酸化可能な硫黄化合物、例えばメタ重亜硫酸
アルカリ金属塩及びピロ亜硫酸アルカリ金属塩―
例えばメタ重亜硫酸ナトリウム―である。 乳化重合法を用いる場合、乳化剤は一般式に、
乳化重合法で通常使用されている非イオン性水中
油型表面活性剤及びその混合物である。乳化剤を
組み合わせて使用する時は比較的疎水性の乳化剤
を比較的親水性の乳化剤と組み合わせて使用する
のが好ましい。乳化剤の量は一般的に重合で使用
するモノマーの1〜10、好ましくは2〜8重量%
である。 重合で使用する乳化剤はまたその全量を最初の
仕込物に加えることができるし、あるいは乳化剤
の一部、例えばその90〜25%を重合の間連続して
又は断続して加えることもできる。 好ましい共重合法は重合が開始された後、反応
容器にコモノマーの一部の種類あるいは全部の種
類の大部分と乳化剤を仕込むバツチ変法である。
この方法では非常に様々な程度の反応性を有する
モノマーの共重合の制御をすることができる。最
初にモノマー乳濁液の小部分を加え、次にモノマ
ー乳濁液の残部を断続して又は連続して重合期間
に亘つて―0.5〜10時間、好ましくは1〜5時間
―加えるのが好ましい。 結果として生じるポリマー乳濁液又は溶液は固
形分を10〜80%、好ましくは30〜60%含有する。
この乳濁液又は溶液は直接使用してもよいし、あ
るいはモノマーの単離に関しての上記の方法、あ
るいは周知の噴霧乾燥技術を使用して、ポリマー
を固体の形で回収してもよい。上述した方法を使
うと、ポリマーは少なくとも収率約90%転化率で
製造される。 ベタインポリマーを製造するための一つの方法
では、まず第一に第3級アミンモノマーを重合し
次いでこのポリマーをホスホノメチルアミン試薬
で四級化する。特に好ましくは、このポリマーは
最初一般構造式(): 〔式中、R1、X、a、R2及びR3は上に定義した
通りである。〕 で表わせるモノマーを重合しホモポリマーあるい
は、別のエチレン様不飽和のコモノマーも使用し
た場合にはコポリマーとなすことにより製造す
る。結果として生じるポリマーは一般構造式
(): 〔式中、R1、X、a、R2及びR3は前に定義した
通りであり、n及びmは正の整数であり、そして
Aは1またはそれ以上のエチレン様不飽和のコモ
ノマーから誘導される繰り返し単位である。〕 により表わすことができる。次に、このポリマー
を一般構造式: 又は 〔式中、L、Y、b、Z及びMは前に定義した通
りである。〕 で表わされる化合物と、前記のモノマー製造法と
類似の条件下で反応させる。 結果として生じる誘導されたポリマーは一般構
造式(): 〔式中、R1、X、a、R2、R3、Y、b、Z、M、
n、Aそしてmは前に定義した通りである。〕で
表わすことができる。後の方法の場合、四級化用
の試薬、反応条件及び単離法は実質的には前述し
た通りであるが、収率は約50〜70%転化率の範囲
にある。 次の実施例では特に記載がない限り全ての部は
重量部、%は重量%であり、温度はセ氏温度であ
る。 実施例 (1) ハロアルキルアミン、ホルムアルデヒド及び
亜リン酸からのハロアルキルアミノメチレンジ
ホスホン酸の製造 一般的にこの酸はYが水素原子、Lが塩素原
子そしてZがメチレンリン酸である式()に
相当する。この化合物はK.モエドリツザー
(Moedritzer)とR.R.イラニ(Irani)、J.Org.
Chem.31、1603(1966)に記載の方法に従つて
製造する。 2のフラスコに機械的撹拌機、温度計、冷
却器、マントルヒーター及び添加の漏斗を備え
付ける。亜リン酸(164.0g、2.0モル)、水
(300ml)及び塩酸−2−クロロエチルアミン
(115.99g、1.0モル)をフラスコに仕込み、濃
塩酸(300ml)を加える。反応混合物を還流し、
ホルマリン溶液(324.3g、37%濃度溶液、4.0
モル)を1時間にわたつて添加する。添加が終
わつた後反応混合物をさらに2時間還流する。
反応混合物を濃縮し濃厚なシロツプとする。エ
タノール(275ml)を加え結晶化を引き起こす。
生成物を過し乾燥すると白色粉末が得られ
る。この方法を繰り返すと収量は205〜240グラ
ム(転化率76〜90%)となつた。 (2) N−ハロアルキル−N−アルキル−アミン、
ホルムアルデヒド及び亜リン酸からのハロアル
キルアミノアルキルメチレンホスホン酸の製造 この化合物はLが塩素原子、Yが水素原子そ
してZがメチル基である式()に相当する。
この化合物はK.モエドリツザー(Moedritzer)
とR.R.イラニ(Irani)、J.Org.Chem.31、1603
(1966)に記載の方法に従つて製造する。 2のフラスコに機械的撹拌器、温度計、冷
却器、マントルヒーター及び添加濾斗を備え付
ける。亜リン酸(82.2g、1.00モル)、塩酸−
N−2−クロロエチル−N−メチルアミン
(130.1g、1.0モル)及び水(260ml)をフラス
コに仕込む。濃塩酸(300ml)をゆつくりと加
える。反応混合物を加熱還流し、ホルマリン溶
液(159.6g、37%濃度溶液、2.0モル)を1時
間にわたつて加える。添加が終つた後、反応混
合物をさらに2時間還流に付す。 モエドリツザーとイラニにより記載されたよ
うに結晶化を容易に引き起こすことはできな
い。生成物の水溶液(全溶液量240g)から1
グラムにつき有機塩化物4.10mgが生じた。生成
物溶液の伝導率滴定により3つの当量点が示さ
れたがこれは生成物がアミノメチレンホスホン
酸の塩酸塩として存在していることを示してい
る。 (3) アルケニルアミノメチレンジホスホン酸、元
素のハロゲン及び水からのハロヒドロキシアル
キルアミノメチレンジホスホン酸の製造(2段
階合成法) この化合物はLが塩素原子、Yがヒドロキシ
ル基そしてZが−CH2−PO(OH)2である式
()に相当する。(Yがヒドロキシル基そして
Lがハロゲン原子である上記式()の化合物
と式()の化合物とを反応させる間に式
()の化合物が中間体として製造されるであ
ろうということを当業者は認めるであろう。) アルケニルアミノメチレンジホスホン酸は上
記(1)に記載したようにアルケニルアミン、ホル
ムアルデヒド及び亜リン酸から合成する。 500mlのフラスコに機械的撹拌器、冷却器、
ガス分散管、温度計及び水浴を備え付ける。ア
リルアミノレンジホスホン酸(100.0g、0.408
モル)及び水(100ml)をフラスコに仕込み一
部溶解させる。塩素ガス(31.9g、0.449モル)
をガス分散管を通じて水面下で反応混合物の中
に泡状に分散させる。塩素添加中の温度は30℃
に制御する。結果として生じる3−クロロ−2
−ヒドロキシプロピルアミノメチレンジホスホ
ン酸の溶液は240gであり、1gあたり有機塩
化物1.7mgを含有する。溶液は濃縮でき、生成
物を白色固体として生じるが、溶液は一般的に
直接使用される。 (4) N−ジアルキルアミノアルキルアクリルアミ
ド又は2−置換アクリルアミドと上記(1)のハロ
アルキルアミノメチレンジホスホン酸との反応
からのα−アミノメチレンホスホナートベタイ
ンの製造 この化合物はYがHで、Zが−CH2−PO
(OH)2で、bが0で、R1、R2及びR3が−CH3
で、XがCONHでそしてaが3である式()
のものに相当する。 2のフラスコに機械的撹拌機、温度計、冷
却器、添加漏斗及びPHプローブを備え付ける。
2−クロロエチルアミノメチレンジホスホン酸
(267.5g、1.0モル)及び水(350ml)を反応器
中でスラリーにする。ジメチルアミノプロピル
メタクリルアミド(170.1g、1.0モル)を滴加
する。この混合物に、水酸化ナトリウム
(120.0g、3.0ml)をH2O(180ml)に溶解した
溶液をゆつくりと加える。反応混合物の温度を
50℃に上げ、反応を3時間持続させると、その
時塩素イオンの分析により反応が実質的に完了
したことが示された。 (5) N−ジアルキルアミノアルキルクリラート又
は2−置換アクリラートと上記(3)のハロヒドロ
キシアルキルアミノメチレンジホスホン酸との
反応からのα−アミノメチレンホスホナートベ
タインの製造 得られるモノマーはXがCO2、aが2、R1、
R2及びR3が−CH3、YがOH、bが1そしてZ
が−CH2−PO(OH)2である式()のモノマ
ーに相当する。 2のフラスコに機械的撹拌器、温度計、冷
却器、添加漏斗及びPHプローブを備え付ける。
3−クロロ−2−ヒドロキシプロピルアミノメ
チレンジホスホン酸(148.8g、0.5モル)及び
H2O(150ml)をこのフラスコに仕込む。ジメ
チルアミノエチルメタクリラート(78.5g、
0.5モル)をフラスコに滴下して仕込む。水酸
化ナトリウム(60.0g、1.5モル)をH2O(90
ml)に溶解した溶液を撹拌しながらゆつくりと
加える。反応混合物の温度を50℃に上げ、反応
混合物を3時間撹拌すると、その時塩素イオン
の分析により反応が実質的に完了したことが示
された。 参考例 1 水性イソプロパノール中での、実施例中の(4)か
らのベタインモノマーとアクリル酸との共重合 500mlのフラスコに撹拌器、冷却器、添加漏斗、
マントルヒーター及び温度計を備え付ける。イソ
プロパノール(910g)及び水(88ml)をフラス
コに仕込み還流に付す。仕込みモノマーのアクリ
ル酸(57.6g)及び実施例中の(4)からのベタイン
モノマーの44%濃度溶液(239.0g)を連続的に
3時間にわたつて加える。過硫酸ナトリウム
(3.6g)をH2O(16.4ml)に溶解した仕込み用反
応開始剤を、仕込みモノマーと同時に3時間にわ
たつて加える。添加が終つた後ポリマー溶液を1
時間還流する。イソプロパノールを留去し、次い
でポリマー溶液を冷却し反応器から流出させる。 このポリマーは次のような特性を持つ: Mw=45716 Mn=3571 水に対して徹底的に透析した後、ポリマーの窒
素及びリン含有量を分析した: 計算値 実測値 N(%) 5.30 5.93 P(%) 7.85 7.01 参考例 2 次亜リン酸ナトリウムを含む水の中での、実施
例中の(4)からのベタインモノマーとアクリル酸と
の共重合 2のフラスコに撹拌機、冷却器、添加漏斗、
マントルヒーター、窒素パージ及び温度計を備え
付ける。水(2.62モル)及び次亜リン酸ナトリウ
ム(38.4g)をフラスコに仕込み75℃に加熱す
る。仕込みモノマーのアクリル酸(285.0g)及
び実施例中の(4)からのベタインモノマーの30.8%
濃度溶液(62.11g)を連続的に2時間にわたつ
て加える。同時に過硫酸ナトリウム(7.5g)を
H2O(70ml)に溶解した仕込用反応開始剤を21/
2時間にわたつて加える。反応開始剤の添加が完
了したら反応温度を85℃に上げ反応混合物を2時
間撹拌する。次いでポリマーを冷却し反応器から
流出させる。 このポリマーは次のような特性を持つ: Mw=2820 Mn=1280 P(%):3.81(計算値)、2.47(実測値) 参考例 3 第3級アミン及びハロアルキルアミノメチレン
ジホスホン酸を含むポリマーからのα−アミノメ
チレンホスホナートベタインのペンダント構造を
有するポリマーの製造(別法) 第3級アミン含有ポリマーは次のように製造す
る: 500mlのフラスコに撹拌機、冷却器、温度計、
添加漏斗及び熱い水浴を備え付ける。イソプロパ
ノール(70g)及び水(110ml)を加え還流に付
す。アクリル酸(57.6g)、ジメチルアミノプロ
ピルメタクリルアミド(34.0g)のモノマー溶液
及び水(20ml)を3時間にわたつて加える。同時
に過硫酸アンモニウム(5g)を水(25ml)に溶
解した反応開始剤の溶液を3時間にわたつて加え
る。添加が終つたらイソプロパノールを留出さ
せ、次いでポリマー溶液を冷却し反応器から流出
させる。ポリマー濃度を水で40%に調整する。 結果として生じる溶液(40%濃度で145.5g;
ポリマーの第3級アミン0.120モル)を、撹拌後、
温度計、添加漏斗、冷却器及び熱水浴を備え付け
た500mlフラスコに仕込む。2−クロロエチルア
ミノエチレンジホスホン酸(32.1g、0.120モル)
を加え温度を50℃に上げる。水(200ml)に溶解
した水酸化ナトリウム(132.0g3.3モル)をゆつ
くりと加える。この混合物を3時間50℃で撹拌す
る。水に対する徹底的な透析後、ポリマーのリン
と窒素を分析した: 計算値 実測値 N(%) 4.97 5.94 P(%) 7.32 4.31 参考例 4 第3級アミン及びハロアルキルアミノアルキル
メチレンジホスホン酸を含むポリマーからの、非
水性媒体中での、α−アミノメチレンホスホナー
トベタインのペンダント構造を有するポリマーの
製造 第3級アミン含有ポリマーは次のように製造す
る: 2のフラスコに撹拌機、冷却器、温度計、添
加漏斗及び熱水浴を備え付ける。エタノール
(180.0g)、過酸化ベンゾイル(3.0g)、メチル
メタクリラート(15.0g)、ブチルメタクリラー
ト(3.0g)及びジメチルアミノプロピルメタク
リルアミド(12.0g)をフラスコに仕込み、加熱
し還流する。メチルメタクリラート(135.0g)、
ブチルメタクリラート(27.0g)及びジメチルア
ミノプロピルメタクリルアミド(108.0g)をエ
タノール(160.0g)に溶解したモノマー溶液並
びに過酸化ベンゾイル(3.8g)をエタノール
(105.0g)に溶解した反応開始剤の溶液を4時間
にわたつて連続的に加える。添加完了後、反応混
合物をさらに2時間還流に付す。t−ブチル過ピ
バラート(2.0g)をエタノール(30.0g)に溶
解した第2の反応開始剤を1/2時間にわたつて加
え、次いでこの溶液をさらに一時間還流する。 結果として生じる溶液(36.3%で275g、ポリ
マーの第3級アミン0.235モル)を、撹拌器、冷
却器、温度計、添加漏斗及び熱水浴を備え付けた
1のフラスコに仕込む。N−(2−クロロエチ
ル)−N−メチル−アミノメチレンホスホン酸
(47.1%濃度のエタノール溶液111.9g、0.235モ
ル)の溶液を加え、反応混合物を50℃に加熱す
る。エタノールを含む過酸化カリウム(25%濃度
で144.2g、0.642モル)を1時間にわたつて滴加
する。反応混合物を50℃で1時間加熱し、冷却す
る。 結果として生じるポリマーは水に完全に溶解で
き、原料のブチルメタクリラート/メチルメタク
リラート/ジメチルアミノプロピルメタクリルア
ミド−ポリマーが水に全く溶解できないとの対照
的である。水に対し透析した後、ポリマーのリン
と窒素を分析する: 計算値 実測値 N(%) 6.62 5.70 P(%) 4.89 4.33 参考例 5 α−アミノメチレンホスホナートベタインのペ
ンダント構造を有するポリマーを製造するための
乳化重合法 2のフラスコに撹拌器、冷却器、温度計、添
加漏斗、熱水浴及び窒素パージを備え付ける。エ
トキシラート化したノニルペノール(6.9g)、水
(192.0g)及びt−ブチルヒドロ過酸化物(0.06
g)をフラスコに仕込む。この初回仕込物のPHを
酢酸を使つて4.0に合わせる。エチルアクリラー
ト(475.0g)、ベタインモノマー(実施例1、38
%濃度、132g)、水(55.0g)、エトキシラート
化したノニルフエノール(54.5g)及びt−ブチ
ルヒドロ過酸化物(0.6g)をあらかじめ乳化し
た混合物を、60℃で撹拌下に4時間にわたつて加
える。同時にホルムアルデヒドスルホキシル酸ナ
トリウム(0.6g)を水(20g)に溶解した溶液
を加える。結果として生じる乳化ポリマーを凝結
させ水で洗浄する。洗浄したポリマーのリン含有
量を分析する。 計算値 実測値 P(%) 1.0 0.10 N(%) 0.44 0.05 参考例 6 ジメチルアミノプロピルメタクリルアミドとク
ロロ−ヒドロキシプロピル−ビスホスホノーメチ
ルアミンとからのベタイン類似体の構造 実施例中の(5)の方法、クロロ−ヒドロキシプロ
ピル−ビスホスホノメチルアミンの51.7%溶液
288g及びジメチルアミノプロピルメタクリルア
ミド85gを使用し、40%濃度水酸化ナトリウム溶
液150gでPHを7に合わせて繰り返す。 結果として生じるベタイン(固形分含有量52.3
%は、参考例1の方法を使つてアクリル酸144g
とベタイン溶液533gを用いてアクリル酸の重合
に直接使用される。 透析したポリマーの分析結果は次の通りであ
る: 計算値 実測値 P(%) 10.3 7.26 N(%) 6.21 5.57
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 式: 〔式中、R1は水素原子又はメチル基であり;X
は【式】【式】又はCH2であり;aは 0、1、2又は3であり、Xが【式】又は 【式】の場合aは1より大きく;R2及びR3 は互いに無関係に炭素原子数1ないし6のアルキ
ル基、アリール基、ベンジル基又はシクロヘキシ
ル基であり;Yは水素原子又はヒドロキシル基で
あり;bは0、1、2又は3であり、Zは炭素原
子数1ないし6のアルキル基、アリール基、ベン
ジル基、シクロヘキシル基又は【式】 であり;そしてMは水素原子、金属カチオン又は
アンモニウムイオンである。〕 で表されるα−アミノメチレンホスホナートベタ
インモノマー。 2 R1、R2およびR3がメチル基であり;Xは
【式】であり;そしてZが 【式】である特許請求の範囲第1 項記載のモノマー。 3 一般構造式: 〔式中、R1は水素原子又はメチル基であり;X
は【式】【式】又はCH2であり;aは 0、1、2又は3であり、Xが【式】又は 【式】の場合aは1より大きく;R2及びR3 は互いに無関係に炭素原子数1ないし6のアルキ
ル基、アリール基、ベンジル基又はシクロヘキシ
ル基である。〕 で表される化合物と次の一般構造式 又は 〔式中、Lはハロゲン原子又は【式】であ り;R4はアルキル基又はアリール基であり;Y
は水素原子又はヒドロキシ基であり;bは0、
1、2又は3であり;Zは炭素原子数1ないし6
のアルキル基、アリール基、ベンジル基、シクロ
ヘキシル基又は であり;但し、Mは水素原子、
金属カチオン又はアンモニウムイオンである。〕 で表される化合物とをPH7ないし9の水性溶媒中
において10ないし90℃の温度で1.5時間ないし10
時間反応させることを特徴とする、α−アミノメ
チレンホスホナートベタインの製造方法。
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