JPH0582402B2 - - Google Patents

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JPH0582402B2
JPH0582402B2 JP59219301A JP21930184A JPH0582402B2 JP H0582402 B2 JPH0582402 B2 JP H0582402B2 JP 59219301 A JP59219301 A JP 59219301A JP 21930184 A JP21930184 A JP 21930184A JP H0582402 B2 JPH0582402 B2 JP H0582402B2
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JP
Japan
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formamide
vinylformamide
reaction
acetaldehyde
acid
Prior art date
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Application number
JP59219301A
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Japanese (ja)
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JPS6197309A (en
Inventor
Yoshikazu Murao
Shigeru Sawayama
Koichi Sato
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Mitsubishi Kasei Corp
Original Assignee
Mitsubishi Kasei Corp
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Publication date
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Publication of JPS6197309A publication Critical patent/JPS6197309A/en
Publication of JPH0582402B2 publication Critical patent/JPH0582402B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔産業上の利用分野〕 本発明は下記反応式に従つてN−ビニルホルム
アミド重合物を製造する方法に関するものであ
る。
[Industrial Field of Application] The present invention relates to a method for producing an N-vinylformamide polymer according to the following reaction formula.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、原料モノマーであるN−ビニルホルムア
ミドの製造方法としては (1) アセトアルデヒドとシアン化水素との反応に
よつて得られたアセトアルデヒドシアンヒドリ
ンを原料とし、これにホルムアミドを反応させ
てN−(α−シアノエチル)ホルムアミドとな
し、これによりシアン化水素を分裂させN−ビ
ニル化合物を得る方法 (2) N−ホルミル−α−アラニンまたはN−エチ
ルホルムアミドとメタノールを電極反応させて
N−(α−メトキシエチル)ホルムアミドとな
し、これによりメタノールを分裂させてN−ビ
ニル化合物を得る方法 等が知られているが(1)の方法は原料物質及び副生
物の安全性から製造が難しい上にラジカル重合を
阻害する副生物が生じるのでこの方法で得られる
モノマーを重合することはN−ビニルホルムアミ
ド重合物の工業的製造法として満足し得る方法で
はない。(2)の方法は電極反応を用いる点で工業的
に実施するのは困難であり、N−ビニルホルムア
ミド重合物を製造するための前工程となり得な
い。 〔発明の目的〕 本発明の目的は前記従来法に比し、工業的有利
なN−ビニルホルムアミド重合物の製造方法を提
供することにある。しかして本発明の目的は、第
1工程として、ホルムアミドとアセトアルデヒド
とを塩基性触媒の存在下反応させてN−(α−ヒ
ドロキシエチル)ホルムアミドを得る工程、 第2工程として、前記第1工程で得られたN−
(α−ヒドロキシエチル)ホルムアミドを酸性触
媒の存在下第1級または第2級アルコールと反応
させてN−(α−アルコキシエチル)ホルムアミ
ドを得る工程、 第3工程として、前記第2工程で得られたN−
(α−アルコキシエチル)ホルムアミドを気相で
250〜600℃に加熱して脱アルコール反応させてN
−ビニルホルムアミドを得る工程、 第4工程として、前記第3工程で得られたN−
ビニルホルムアミドをラジカル開始剤の存在下重
合させてN−ビニルホルムアミド重合得る工程を
包含することを特徴とするN−ビニルホルムアミ
ド重合物の製造方法によつて達成される。 〔発明の構成〕 (第1工程) 本発明でホルムアミドとアセトアルデヒドの反
応に用いられる触媒としては、一般的な塩基性化
合物のいずれをも使用することができる。アルカ
リ金属、アルカリ土類金属、第4級アンモニウム
などの水酸化物、第3級アミン、強塩基性、及び
弱塩基性に使用するイオン交換樹脂及び強塩基と
弱酸からなる弱塩基性塩などであるが、好ましい
塩基触媒は強塩基と弱酸からなる弱塩基性塩であ
り特に強塩基とPKa値が4〜15の弱酸からなる
弱塩基性塩が好ましい。ここでPKa値は
0.01mol/水溶液濃度の25℃における値を意味
する。このような弱塩基性塩としては各種の物質
が挙げられるが、例えばリチウム、ナトリウム又
はカリウム等の水酸化物の強塩基と有機酸、フエ
ノール類、亜硫酸、亜リン酸、次亜リン酸、ピロ
リン酸、リン酸、炭酸、ホウ酸、メタケイ酸等の
弱酸との塩が例示される。特に好ましい弱塩基性
塩は炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、リン酸カリ
ウム、リン酸ナトリウムピロリン酸カリウム、ピ
ロリン酸ナトリウムである。 ホルムアミドとアセトアルデヒドとの反応の触
媒となる弱塩基性塩の使用割合は、ホルムアミド
に対し通常は、0.01〜10モル%、好ましくは0.1
〜5モル%の範囲から適宜選択される。 ホルムアミドとアセトアルデヒドとの反応温度
は、−10〜100℃の広い範囲から選択し得るが、ア
セトアルデヒドの選択率の観点から0〜40℃の範
囲とするのが好ましい。 反応原料であるホルムアミドとアセトアルデヒ
ドとの使用割合は、通常、1:1.0〜5.0(モル比)
の範囲から選択されるが、好ましい使用割合は、
アセトアルデヒドの反応系への供給態様によつて
異なり、例えば、アセトアルデヒドをガス状で供
給する場合は、1:1.0〜1.5(モル比)、液状で供
給する場合は1:1.5〜4.0(モル比)の範囲であ
る。 ホルムアミドとアセトアルデヒドとの反応方法
は、従来公知の各種の形式に従い任意の反応装置
を用いて行なうことができるが、アセトアルデヒ
ドの供給態様は、これをガス状とするならば、前
述したように、当モル量に近いアセトアルデヒド
の使用割合において高収率を達成し得るので経済
的に有利である。好ましい反応方法は、撹拌槽内
に触媒およびホルムアミドを仕込み、これに、ガ
ス状のアセトアルデヒドを連続的に少量ずつ液中
フイードする方法である。 反応は、溶媒の不存在下に実施することも可能
であるが、生成物のN−(α−ヒドロキシエチル)
ホルムアミドは融点が52.5〜53.8℃の結晶性物質
であつて0〜40℃の好ましい温度で無溶媒で反応
を実施した場合は、反応終了時に生成物が析出固
化するので結晶を分散する溶媒を用いることが好
ましい。具体的にはヘキサン、ヘプタン等の脂肪
族炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレン等の
芳香族炭化水素が挙げられる。溶媒の使用量は、
通常、ホルムアミドに対して0.2〜2重量倍の範
囲から適宜選択される。なお、溶媒は、次に述べ
る結晶析出の直前に反応系に添加してもよい。 ホルムアミドとアセトアルデヒドの反応生成物
のN−(α−ヒドロキシエチル)ホルムアミドは、
常態では結晶析出の起こらない反応途中、具体的
には、ホルムアミドの転換率が50〜80モル%、好
ましくは、60〜80モル%の範囲内において、冷却
あるいは結晶核の添加によつて結晶を析出させる
と生成物の収率が高められるので好ましい。 従つて予め決定されたアセトアルデヒドの使用
量の残存量をガスとして液中フイードして溶解せ
しめた後、前記した方法に従つてN−(α−ヒド
ロキシエチル)ホルムアミドの結晶を析出させ、
次いで、反応を続行させるか、あるいは、予め結
晶を析出させ、次いで、残存量のアセトアルデヒ
ドのガスを液中フイードして反応を続行させるこ
とによりN−(α−ヒドロキシエチル)ホルムア
ミドをほぼ定量的に得ることができる。冷却は、
反応温度を−20〜25℃、好ましくは−5〜10℃の
範囲に温度を低下させることによつて行なわれ、
結晶核の添加は、晶析の技術分野の公知の方法に
従つて、N−(α−ヒドロキシエチル)ホルムア
ミドの少量を結晶核として反応系に添加すること
によつて行なわれる。 (第2工程) 反応終了後結晶として得られたN−(α−ヒド
ロキシエチル)ホルムアミドは吸湿性で熱に不安
定で容易に原料のホルムアミドとアセトアルデヒ
ドに分解するのでこれを単離することなく、アル
コールを反応せしめることにより分解反応を全く
回避し、極めて高い収率でN−(α−アルコキシ
エチル)ホルムアミドを得ることができる。結晶
化していない状態で得られたN−(α−ヒドロキ
シエチル)ホルムアミドもアルコールを反応せし
めることにより、高い選択率でこれをN−(α−
アルコキシエチル)ホルムアミドとなし、蒸留な
ど公知の手段で取り出すことができる。 本発明方法においてN−(α−ヒドロキシエチ
ル)ホルムアミドとの反応に用いられるアルコー
ルとしては、第1級又は第2級のアルコールが用
いられるが、反応性と、N−(α−ヒドロキシエ
チル)ホルムアミドとの溶解性の面から炭素原子
数1〜8のアルコールが好ましい。多価アルコー
ルは2種類以上の反応物を与え生成物が複雑とな
り好ましくないが、アルコキシ基を開裂させてN
−ビニルホルムアミドを得るためには障害となら
ない。 反応性の面で特に好ましいアルコールとしては
炭素原子数1〜4の1価の1級アルコールであ
り、例えばメタノール、エタノール、n−プロパ
ノール、n−ブタノール、イソブチルアルコー
ル、2−メトキシエタノール、2−エトキシエタ
ノールである。 N−(α−ヒドロキシエチル)ホルムアミドに
対するアルコールの使用量は任意に定めることが
できるが、N−(α−ヒドロキシエチル)ホルム
アミドが熱的に不安定な化合物であり反応後の回
収が困難なためアルコールを等モル又は過剰に用
いることが好ましく、通常1.0〜30倍モルのアル
コールが使用される。N−(α−ヒドロキシエチ
ル)ホルムアミドは結晶性の化合物であるので反
応に供するアルコールを溶媒として用いるのが良
く、この場合のアルコールの使用量は2.0〜20倍
モルが好ましい。アルコールの種類によつては、
未反応のアセトアルデヒドと容易にアセタールを
生ずるので、前述のアルコールの使用量に加え、
未反応のアセトアルデヒドに対し、2倍モルのア
ルコールを増量することが好ましい。 アルコールの使用量を最小限にするためには適
宜反応に不活性な溶媒を使用することもできる。 N−(α−ヒドロキシエチル)ホルムアミドと
アルコールとの反応に用いられる触媒としては、
一般的な酸触媒のいずれもが使用することができ
る。鉱酸、有機酸、弱酸及び強酸性を示すイオン
交換樹脂、固体酸触媒などであるが、好ましくは
これらの内、強酸性の物質が用いられる。好まし
い酸触媒の例としては硫酸、塩酸、硝酸、臭化水
素酸、スルフアミン酸、メタンスルホン酸、エタ
ンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、架橋ポ
リスチレンスルホン酸などが挙げられる。酸触媒
の使用量はN−(α−ヒドロキシエチル)ホルム
アミドに対し0.001〜10モル%、好ましくは0.1〜
5モル%の範囲である。またイオン交換樹脂の如
き不均一系の触媒を用いる場合には、触媒を充填
したカラムに原料混合物を通液して反応させるこ
ともできる。 N−(α−ヒドロキシエチル)ホルムアミドと
アルコールとの反応は両者の混合物に酸触媒を添
加するか、接触させることにより容易に達成され
る。反応温度は反応性とN−(α−ヒドロキシエ
チル)ホルムアミドの安定性の面から−10〜60℃
の範囲が好ましい。特に好ましくは0〜40℃の範
囲である。反応生成物は酸触媒を中和または分離
したのち、濃縮、蒸留など通常公知の方法で単離
することもできる。 (第3工程) 前記第2工程で得られたN−(α−アルコキシ
エチル)ホルムアミドを気相で加熱し、脱アルコ
ール反応させることによりN−ビニルホルムアミ
ドが得られる。 N−(α−アルコキシエチル)ホルムアミドを
気化する方法としては不活性ガス気流下加熱する
方法、減圧下加熱する方法、不活性ガス存在下に
減圧下で加熱する方法などを用いることができ
る。気化せしめる温度は通常100℃〜500℃で実施
される。 脱アルコール反応は通常250℃〜600℃好ましく
は350〜500℃である。N−(α−アルコキシエチ
ル)ホルムアミドを気相で加熱する方法としては
例えばガラス、石英、金属などを充填した加熱炉
に気体を通じ接触させる方法、加熱した不活性ガ
スと接触させる方法などが挙げられる。気体の滞
留時間は0.01〜20秒で行うことが好ましい。 (第4工程) 第3工程で得られたN−ビニルホルムアミドを
ラジカル重合開始剤の存在下重合させることによ
りN−ビニルホルムアミド重合物が得られる。N
−ビニルホルムアミドはそのまま溶媒を使用せず
に塊状重合することもできるし、N−ビニルホル
ムアミドを溶解する種々の有機溶媒を用いた溶液
重合によりN−ビニルホルムアミド重合物を得る
ことができるがこれを水溶液で重合することは容
易に高収率で極めて高分子量の重合体を得ること
ができるので好ましい。N−ビニルホルムアミド
は種々のラジカル重合性ビニルモノマーと共重合
することができるが水溶液状で共重合する場合は
アクリル酸またはメタクリル酸およびそれらの誘
導体、アクリルアミドまたはアクリルアミドおよ
びそれらの誘導体と共重合することにより高分子
量の重合体を得ることができる。 水溶液状で重合する場合N−ビニルホルムアミ
ドまたはN−ビニルホルムアミドと共重合するモ
ノマーとの混合物の濃度は5〜80重量%好ましく
は10〜60重量%の範囲で行うのが好ましく、また
必要により親水性の有機溶剤を混合することもで
きる。水溶液のPHは5〜10好ましくは6〜8に調
節するのが良い。 ラジカル重合開始剤としては、油溶性のアゾ化
合物水溶性のアゾ化合物、過酸化水素、過硫酸
塩、過塩素酸塩、ハイドロパーオキサイド、ジア
ルキルパーオキサイド、ジアシルパーオキサイ
ド、ケトンパーオキサイド、アルキルパーエステ
ル、パーオキシジカーボネートなどが用いられる
が高分子量のポリマーを得るためにはアゾ化合物
が好ましい。特に好ましくは水溶性のアゾ化合物
である。好ましい水溶性アゾ化合物の例としては
2,2′−アゾビス−(2−アミジノプロパン)2
塩酸塩、アゾビス−(N,N−ジメチレンイソブ
チルアミジン)・2塩酸塩、4,4′−アゾビス−
(4−ジアノ吉草酸)−2−ナトリウムなどが例示
される。ラジカル重合開始剤の使用量はN−ビニ
ルホルムアミドまたはN−ビニルホルムアミドと
他の共重合可能なモノマーの混合物の重量に対し
て0.005〜5重量%好ましくは0.05〜0.5重量%範
囲で選択される。 重合温度は10℃〜150℃の範囲で目的の重合物
の分子量に応じて選択できる。水溶液状で重合す
る場合は20℃〜100℃であり好ましくは40℃〜80
℃である。 本発明はその重合方法、添加順序に制約されな
いが水溶液重合を例示するならば撹拌下重合する
方法、静置容器中で断熱的に重合する方法、シー
ト状で除熱しつつ重合する方法、水中油型エマル
シヨン状で重合する方法、油中水型のエマルシヨ
ンまたは分散状態で重合する方法が例示される。 撹拌下重合する方法としてはN−ビニルホルム
アミドの水溶液に窒素ガスを通じて酸素を除いた
のち所定温度となし、ラジカル重合開始剤を添加
し窒素ガス気流下所定温度に保持する方法が例示
される。 〔実施例〕 以下本発明を実施例によりさらに具体的に説明
するが本発明はその要旨を超えない限り、以下の
実施例に限定されるものではない。 実施例 1 (1) N−(α−メトキシエチル)ホルムアミドの
合成 ステンレス製撹拌器、ガス導入管、温度計及
び排気管を付した氷冷冷却管を備えた5の4
ツ口フラスコの排気管に少量の流動パラフイン
を入れたトラツプを接続した。 電磁撹拌器、保温装置及びニードルバルブを
備えた1の耐圧ガラス反応器に約750mlのア
セトアルデヒドを入れニードルバルブと4ツ口
フラスコのガス導入管をフツ素樹脂チユーブで
接続した。4ツ口フラスコにホルムアミド450
g(10モル)、炭酸カリウム6.9g、n−ヘキサ
ン450gを入れ25℃に保ちつつ激しく撹拌した。 耐圧ガラス反応器を40℃に保ち、アセトアル
デヒドを撹拌しつつニードルバルブを徐々に開
き、アセトアルデヒドをガス状で反応液中に導
入した。流動パラフインを入れたトラツプを観
察しアセトアルデヒドがトラツプからガス状で
漏れない範囲で最大限に供給される様にニード
ルバルブを調節し浴温25℃で反応したところ
3.5時間で530g(12モル)のアセトアルデヒド
が吸収された。アセトアルデヒドの供給を止め
更に30分撹拌したのち5℃にまで冷却すると反
応物は結晶化しスラリー状となつた。結晶化に
より発熱するのでふたたび5℃に冷却したのち
900gのメタノールを入れ撹拌下20℃に昇温し、
9.8gの硫酸と61gのメタノールの混合物を添
加し、透明な溶液を得た。25℃で4時間反応し
たのちアンモニア水12.5gを入れて中和し生じ
た無機物をヌツチエで過した。液の上層の
n−ヘキサン層を分離しエバポレーターで濃縮
後減圧蒸留したところ、ホルムアミドを2.5重
量%含有するN−(α−メトキシエチル)ホル
ムアミド(沸点70〜73℃/0.2mmHg)961gを
得た。ホルムアミドに対する収率は95.5%であ
つた。 (2) N−ビニルホルムアミドの合成例 内径27mm長さ300mmのステンレス製の電気炉
を垂直に設置し直径1.5mmのガラスビーズを充
填した。カラム温度を400℃に保持し、145mm
Hgの減圧下上部より前記反応生成物を毎分80
mlの窒素ガスとともに毎分1.0gの速度で定量
ポンプにより導入した。留出物をジムロートで
冷却後、ドライアイスで冷却したトラツプ中に
採取した。エバポレーターでメタノールを除い
たのち減圧下10cmのビクローカラムを用いて蒸
留した。ホルムアミドを4%含有するN−ビニ
ルホルムアミド(沸点41〜40℃/0.1mmHg)
651gを得た。この収率は原料ホルムアミドに
対し89%に相当する。 (3) N−ビニルホルムアミド重合物の合成例 撹拌器、冷却管、窒素ガス導入管、開始剤投
入口を備えた100mlの4ツ口フラスコに前記生
成物10.4gを39.3gの脱塩水に溶解して導入し
た。窒素ガスを通じつつ50℃に昇温したのち10
重量%のN,N′−アゾビス−(2−アミジノプ
ロパン)・2塩酸塩の水溶液0.3gを入れ窒素ガ
ス気流下撹拌しつつ50℃にて8時間保持した。
生成物の還元粘度はηsp/C=6.3、重合率は
99.1%であつた。原料ホルムアミドからの一貫
収率は84%に相当する。原料アセトアルデヒド
からの一貫収率は70%に相当する。 実施例 2 実施例1のメタノールの代わりに2280gの2−
メトキシエタノールを用いた以外は実施例1と同
様の条件でN−〔α−(2−メチルオキシ)エチル
オキシ〕ホルムアミドを合成した。ホルムアミド
を含有しない生成物1250g(沸点94〜95℃/0.65
mmHg)を得た。ホルムアミドに対する収率は85
%であつた。 実施例1と同様の条件で熱分解し、実質的にホ
ルムアミドを含有しないN−ビニルホルムアミド
を収率87%で合成した。 実施例1と同様の条件で重合し、N−ビニルホ
ルムアミド重合物を得た。生成物の還元粘度は
ηsp/C=6.1、重合率は99.5%であつた。原料ホ
ルムアミドからの一貫収率は73%に相当する。原
料アセトアルデヒドからの一貫収率は60%に相当
する。 比較例 1 ラクトニトリルとホルムアミドを特公昭47−
37406実施例1に従つてラクトニトリルからの収
率80%(文献値82%)、ホルムアミドからの収率
36%でN−ホルミルアラニンニトリルをなし、特
公昭43−928実施例1に従つてこれを5mmHg、
600℃の条件で脱シアン化水素化し、収率38%
(文献値により求めたN−ホルミルアラニンから
の収率46%)でN−ビニルホルムアミドを得た。 実施例1と同様の条件で蒸留後実施例1、(1)N
−ビニルホルムアミド重合物の合成例と同様の条
件で重合を行つた。生成物の還元粘度はηsp/C
=3.2、重合率は87.2%であつた。原料ホルムア
ミドからの一貫収率は12%に相当する。原料ラク
トニトリルからの一貫収率は26.5%に相当する。 (還元粘度の測定) 重合物を1規定の食塩水に0.1g/dlの濃度に
溶解し、オストワルドの粘度計(tp=30.2秒)を
25℃で測定した値(t秒)より求めた。 還元粘度ηsp/C=(t−tp/tp)/0.1(dl/g) (重合率の測定) 500mlの三角フラスコに重合物の水溶液約2g
を精秤後脱塩水200mlに溶解した。酢酸ソーダ5
gを投入し溶解したのち1/10規定ヨウ素水溶液25
mlを入れ30分保存した。この溶液を1/10規定のチ
オ硫酸ナトリウム水溶液により殿粉を指示薬とし
て滴定した。同様の条件で空試験を行いその滴定
量の差から重合率を算出した。 〔発明の効果〕 本発明のN−ビニルホルムアミド重合物の製造
法によれば出発物質として毒性の高いニトリル化
合物を使用することなく、アセトアルデヒドとホ
ルムアミドとアルコールを原料として極めて収率
良くしかも容易に高品質のN−ビニルホルムアミ
ド重合物を製造することができるので水溶性及び
親水性高分子の応用分野に寄与するところが大で
ある。
Conventionally, the manufacturing method for N-vinylformamide, which is a raw material monomer, is as follows: (1) Using acetaldehyde cyanohydrin obtained by the reaction of acetaldehyde and hydrogen cyanide as a raw material, reacting it with formamide to form N-(α- cyanoethyl) formamide, thereby splitting hydrogen cyanide to obtain an N-vinyl compound (2) Electrode reaction of N-formyl-α-alanine or N-ethylformamide with methanol to produce N-(α-methoxyethyl)formamide Methods such as splitting methanol to obtain N-vinyl compounds are known, but method (1) is difficult to produce due to the safety of raw materials and by-products, and also has side effects that inhibit radical polymerization. Polymerization of the monomer obtained by this method is not a satisfactory method for the industrial production of N-vinylformamide polymers because living organisms are generated. Method (2) is difficult to implement industrially because it uses an electrode reaction, and cannot be used as a preliminary step for producing an N-vinylformamide polymer. [Object of the Invention] An object of the present invention is to provide a method for producing an N-vinylformamide polymer that is industrially more advantageous than the conventional method. Therefore, the object of the present invention is to obtain N-(α-hydroxyethyl)formamide by reacting formamide and acetaldehyde in the presence of a basic catalyst as a first step; The obtained N-
A step of reacting (α-hydroxyethyl)formamide with a primary or secondary alcohol in the presence of an acidic catalyst to obtain N-(α-alkoxyethyl)formamide. TaN-
(α-alkoxyethyl)formamide in gas phase
Heat to 250-600℃ to cause dealcoholization reaction and N
- Step of obtaining vinylformamide, as a fourth step, the N- obtained in the third step
This is achieved by a method for producing an N-vinylformamide polymer, which includes a step of polymerizing vinylformamide in the presence of a radical initiator to obtain N-vinylformamide polymerization. [Structure of the Invention] (First Step) As the catalyst used in the reaction of formamide and acetaldehyde in the present invention, any general basic compound can be used. Hydroxides of alkali metals, alkaline earth metals, quaternary ammonium, etc., tertiary amines, strong bases, ion exchange resins used for weak bases, weak base salts consisting of strong bases and weak acids, etc. However, the preferred base catalyst is a weakly basic salt consisting of a strong base and a weak acid, particularly a weakly basic salt consisting of a strong base and a weak acid having a PKa value of 4 to 15. Here, the PKa value is
Means the value at 25°C of 0.01 mol/aqueous solution concentration. Such weakly basic salts include various substances, such as strong bases of hydroxides such as lithium, sodium, or potassium, and organic acids, phenols, sulfurous acid, phosphorous acid, hypophosphorous acid, and pyrroline. Examples include salts with weak acids such as phosphoric acid, carbonic acid, boric acid, and metasilicic acid. Particularly preferred weakly basic salts are potassium carbonate, sodium carbonate, potassium phosphate, sodium phosphate, potassium pyrophosphate, and sodium pyrophosphate. The proportion of the weakly basic salt used as a catalyst for the reaction between formamide and acetaldehyde is usually 0.01 to 10 mol%, preferably 0.1% to formamide.
It is appropriately selected from the range of ~5 mol%. The reaction temperature between formamide and acetaldehyde can be selected from a wide range of -10 to 100°C, but from the viewpoint of acetaldehyde selectivity, it is preferably in the range of 0 to 40°C. The ratio of the reaction raw materials, formamide and acetaldehyde, is usually 1:1.0 to 5.0 (molar ratio).
is selected from the range of, but the preferred usage ratio is
It depends on the mode of supply of acetaldehyde to the reaction system, for example, when acetaldehyde is supplied in gaseous form, it is 1:1.0 to 1.5 (molar ratio), and when it is supplied in liquid form, it is 1:1.5 to 4.0 (molar ratio). is within the range of The reaction between formamide and acetaldehyde can be carried out using any reaction apparatus according to various conventionally known formats, but the supply mode of acetaldehyde, if it is in a gaseous state, is as described above. It is economically advantageous because a high yield can be achieved at a usage rate of acetaldehyde close to the molar amount. A preferred reaction method is a method in which a catalyst and formamide are placed in a stirring tank, and gaseous acetaldehyde is continuously fed into the liquid little by little. Although the reaction can be carried out in the absence of a solvent, the product N-(α-hydroxyethyl)
Formamide is a crystalline substance with a melting point of 52.5 to 53.8°C, and if the reaction is carried out without a solvent at the preferred temperature of 0 to 40°C, the product will precipitate and solidify at the end of the reaction, so a solvent that disperses the crystals should be used. It is preferable. Specific examples include aliphatic hydrocarbons such as hexane and heptane, and aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene and xylene. The amount of solvent used is
Usually, the amount is appropriately selected from the range of 0.2 to 2 times the weight of formamide. Incidentally, the solvent may be added to the reaction system immediately before the crystal precipitation described below. N-(α-hydroxyethyl)formamide, the reaction product of formamide and acetaldehyde, is
During the reaction, when crystal precipitation does not occur under normal conditions, specifically, when the conversion rate of formamide is within the range of 50 to 80 mol%, preferably 60 to 80 mol%, crystals are formed by cooling or adding crystal nuclei. Precipitation is preferred because it increases the yield of the product. Therefore, the remaining amount of acetaldehyde determined in advance is fed into the liquid as a gas and dissolved, and then crystals of N-(α-hydroxyethyl)formamide are precipitated according to the method described above.
Next, the reaction is continued, or N-(α-hydroxyethyl)formamide is almost quantitatively precipitated by precipitating crystals, and then the remaining amount of acetaldehyde gas is fed into the liquid to continue the reaction. Obtainable. The cooling is
It is carried out by lowering the reaction temperature to a range of -20 to 25 °C, preferably -5 to 10 °C,
The addition of crystal nuclei is carried out by adding a small amount of N-(α-hydroxyethyl)formamide as crystal nuclei to the reaction system according to methods known in the art of crystallization. (Second step) N-(α-hydroxyethyl)formamide obtained as crystals after the reaction is hygroscopic and unstable to heat, and easily decomposes into the raw material formamide and acetaldehyde, so it is not isolated. By reacting with alcohol, decomposition reactions can be completely avoided and N-(α-alkoxyethyl)formamide can be obtained in extremely high yields. N-(α-hydroxyethyl)formamide obtained in a non-crystallized state can also be converted to N-(α-
alkoxyethyl)formamide, and can be extracted by known means such as distillation. As the alcohol used in the reaction with N-(α-hydroxyethyl)formamide in the method of the present invention, primary or secondary alcohols are used. Alcohols having 1 to 8 carbon atoms are preferred from the viewpoint of solubility with. Polyhydric alcohols are undesirable because they produce two or more types of reactants, resulting in complex products, but they cleave alkoxy groups and produce N.
- No obstacles to obtaining vinylformamide. Particularly preferred alcohols in terms of reactivity are monovalent primary alcohols having 1 to 4 carbon atoms, such as methanol, ethanol, n-propanol, n-butanol, isobutyl alcohol, 2-methoxyethanol, 2-ethoxy It is ethanol. The amount of alcohol to be used relative to N-(α-hydroxyethyl)formamide can be determined arbitrarily, but since N-(α-hydroxyethyl)formamide is a thermally unstable compound and difficult to recover after the reaction. It is preferable to use an equimolar amount or an excess of alcohol, and usually 1.0 to 30 times the molar amount of alcohol is used. Since N-(α-hydroxyethyl)formamide is a crystalline compound, the alcohol used in the reaction is preferably used as a solvent, and the amount of alcohol used in this case is preferably 2.0 to 20 times the mole. Depending on the type of alcohol,
Since acetal is easily produced with unreacted acetaldehyde, in addition to the amount of alcohol used above,
It is preferable to increase the amount of alcohol by twice as much molar amount as the amount of unreacted acetaldehyde. In order to minimize the amount of alcohol used, an inert solvent may be appropriately used in the reaction. Catalysts used for the reaction between N-(α-hydroxyethyl)formamide and alcohol include:
Any of the common acid catalysts can be used. These include mineral acids, organic acids, weak acids, ion exchange resins exhibiting strong acidity, solid acid catalysts, etc. Among these, strongly acidic substances are preferably used. Examples of preferred acid catalysts include sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, hydrobromic acid, sulfamic acid, methanesulfonic acid, ethanesulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, and crosslinked polystyrenesulfonic acid. The amount of acid catalyst used is 0.001 to 10 mol%, preferably 0.1 to 10 mol%, based on N-(α-hydroxyethyl)formamide.
It is in the range of 5 mol%. Furthermore, when a heterogeneous catalyst such as an ion exchange resin is used, the raw material mixture can be passed through a column filled with the catalyst to cause the reaction. The reaction between N-(α-hydroxyethyl)formamide and alcohol is easily accomplished by adding an acid catalyst to a mixture of the two or bringing them into contact. The reaction temperature is -10 to 60℃ from the viewpoint of reactivity and stability of N-(α-hydroxyethyl)formamide.
A range of is preferred. Particularly preferably, the temperature is in the range of 0 to 40°C. The reaction product can also be isolated by a commonly known method such as concentration or distillation after neutralizing or separating the acid catalyst. (Third Step) N-vinylformamide is obtained by heating the N-(α-alkoxyethyl)formamide obtained in the second step in the gas phase and causing a dealcoholization reaction. As a method for vaporizing N-(α-alkoxyethyl)formamide, a method of heating under an inert gas stream, a method of heating under reduced pressure, a method of heating under reduced pressure in the presence of an inert gas, etc. can be used. The temperature for vaporization is usually 100°C to 500°C. The dealcoholization reaction is usually carried out at a temperature of 250°C to 600°C, preferably 350 to 500°C. Examples of methods for heating N-(α-alkoxyethyl)formamide in the gas phase include a method in which it is brought into contact with a heating furnace filled with glass, quartz, metal, etc. through gas, a method in which it is brought into contact with a heated inert gas, etc. . The residence time of the gas is preferably 0.01 to 20 seconds. (Fourth Step) An N-vinylformamide polymer is obtained by polymerizing the N-vinylformamide obtained in the third step in the presence of a radical polymerization initiator. N
- Vinylformamide can be directly polymerized in bulk without using a solvent, or N-vinylformamide polymers can be obtained by solution polymerization using various organic solvents that dissolve N-vinylformamide. Polymerization in an aqueous solution is preferred because a polymer having an extremely high molecular weight can be easily obtained in high yield. N-vinylformamide can be copolymerized with various radically polymerizable vinyl monomers, but when copolymerizing in an aqueous solution, it can be copolymerized with acrylic acid or methacrylic acid and derivatives thereof, acrylamide or acrylamide and derivatives thereof. A high molecular weight polymer can be obtained by this method. When polymerizing in an aqueous solution, the concentration of N-vinylformamide or a mixture of N-vinylformamide and a monomer to be copolymerized is preferably in the range of 5 to 80% by weight, preferably 10 to 60% by weight. It is also possible to mix a sterile organic solvent. The pH of the aqueous solution is preferably adjusted to 5-10, preferably 6-8. Radical polymerization initiators include oil-soluble azo compounds, water-soluble azo compounds, hydrogen peroxide, persulfates, perchlorates, hydroperoxides, dialkyl peroxides, diacyl peroxides, ketone peroxides, and alkyl peresters. , peroxydicarbonate, etc. are used, but azo compounds are preferred in order to obtain a high molecular weight polymer. Particularly preferred are water-soluble azo compounds. An example of a preferred water-soluble azo compound is 2,2'-azobis-(2-amidinopropane)2.
Hydrochloride, azobis-(N,N-dimethyleneisobutyramidine) dihydrochloride, 4,4'-azobis-
(4-dianovaleric acid)-2-sodium is exemplified. The amount of the radical polymerization initiator used is selected in the range of 0.005 to 5% by weight, preferably 0.05 to 0.5% by weight, based on the weight of N-vinylformamide or a mixture of N-vinylformamide and other copolymerizable monomers. The polymerization temperature can be selected in the range of 10°C to 150°C depending on the molecular weight of the desired polymer. When polymerizing in an aqueous solution, the temperature is 20°C to 100°C, preferably 40°C to 80°C.
It is ℃. The present invention is not limited to the polymerization method or the order of addition, but examples of aqueous solution polymerization include a method of polymerizing with stirring, a method of polymerizing adiabatically in a static container, a method of polymerizing while removing heat in a sheet form, and a method of polymerizing while removing heat in a sheet form. Examples include a method of polymerizing in a type emulsion, a method of polymerizing in a water-in-oil emulsion, or a dispersion state. An example of a method for polymerizing under stirring is to remove oxygen by passing nitrogen gas into an aqueous solution of N-vinylformamide, then bring the solution to a predetermined temperature, add a radical polymerization initiator, and maintain the temperature at a predetermined temperature under a nitrogen gas stream. [Examples] The present invention will be explained in more detail by Examples below, but the present invention is not limited to the following Examples unless the gist of the invention is exceeded. Example 1 (1) Synthesis of N-(α-methoxyethyl)formamide 5-4 equipped with a stainless steel stirrer, a gas inlet tube, a thermometer and an ice-cooled condenser with an exhaust tube
A trap containing a small amount of liquid paraffin was connected to the exhaust pipe of the two-necked flask. Approximately 750 ml of acetaldehyde was placed in a pressure-resistant glass reactor equipped with a magnetic stirrer, a heat insulator, and a needle valve, and the needle valve and the gas inlet pipe of a four-necked flask were connected with a fluororesin tube. Formamide 450 in a 4-necked flask
(10 moles), 6.9 g of potassium carbonate, and 450 g of n-hexane were added and stirred vigorously while maintaining the temperature at 25°C. The pressure-resistant glass reactor was maintained at 40°C, and the needle valve was gradually opened while acetaldehyde was stirred to introduce acetaldehyde in gaseous form into the reaction solution. Observing the trap containing liquid paraffin, adjusting the needle valve so that the maximum amount of acetaldehyde was supplied without leaking from the trap in gaseous form, and reacting at a bath temperature of 25°C.
530 g (12 moles) of acetaldehyde were absorbed in 3.5 hours. After the supply of acetaldehyde was stopped and the mixture was stirred for an additional 30 minutes, the mixture was cooled to 5°C, and the reaction product crystallized into a slurry. Since heat is generated due to crystallization, cool it down to 5℃ again.
Add 900g of methanol and raise the temperature to 20℃ while stirring.
A mixture of 9.8g sulfuric acid and 61g methanol was added to obtain a clear solution. After reacting at 25° C. for 4 hours, 12.5 g of aqueous ammonia was added to neutralize the mixture, and the resulting inorganic substances were filtered through a Nutssie filter. The upper n-hexane layer of the liquid was separated, concentrated using an evaporator, and then distilled under reduced pressure to obtain 961 g of N-(α-methoxyethyl)formamide (boiling point 70-73°C/0.2 mmHg) containing 2.5% by weight of formamide. . The yield based on formamide was 95.5%. (2) Synthesis example of N-vinylformamide A stainless steel electric furnace with an inner diameter of 27 mm and a length of 300 mm was installed vertically and filled with glass beads of 1.5 mm in diameter. Keep column temperature at 400℃, 145mm
The reaction product is pumped from the top under reduced pressure of Hg at 80% per minute.
ml of nitrogen gas was introduced by means of a metering pump at a rate of 1.0 g/min. The distillate was cooled with a Dimroth and then collected into a trap cooled with dry ice. After removing methanol with an evaporator, it was distilled under reduced pressure using a 10 cm Vicrow column. N-vinylformamide containing 4% formamide (boiling point 41-40℃/0.1mmHg)
Obtained 651g. This yield corresponds to 89% of the raw material formamide. (3) Synthesis example of N-vinylformamide polymer Dissolve 10.4 g of the above product in 39.3 g of demineralized water in a 100 ml four-necked flask equipped with a stirrer, cooling tube, nitrogen gas introduction tube, and initiator inlet. and introduced it. After heating to 50℃ while passing nitrogen gas,
0.3 g of an aqueous solution of N,N'-azobis-(2-amidinopropane) dihydrochloride (wt%) was added thereto, and the mixture was maintained at 50 DEG C. for 8 hours with stirring under a nitrogen gas stream.
The reduced viscosity of the product is η sp /C = 6.3, and the polymerization rate is
It was 99.1%. The consistent yield from the raw formamide corresponds to 84%. The consistent yield from the raw material acetaldehyde is equivalent to 70%. Example 2 In place of methanol in Example 1, 2280 g of 2-
N-[α-(2-methyloxy)ethyloxy]formamide was synthesized under the same conditions as in Example 1 except that methoxyethanol was used. 1250 g of formamide-free product (boiling point 94-95°C/0.65
mmHg) was obtained. Yield based on formamide is 85
It was %. Thermal decomposition was carried out under the same conditions as in Example 1, and N-vinylformamide substantially free of formamide was synthesized in a yield of 87%. Polymerization was carried out under the same conditions as in Example 1 to obtain an N-vinylformamide polymer. The reduced viscosity of the product was η sp /C=6.1, and the polymerization rate was 99.5%. The consistent yield from raw formamide corresponds to 73%. The consistent yield from the raw material acetaldehyde is equivalent to 60%. Comparative Example 1 Lactonitrile and formamide
37406 80% yield from lactonitrile (literature value 82%), yield from formamide according to Example 1
36% N-formylalanine nitrile, which was heated at 5 mmHg according to Example 1 of Japanese Patent Publication No. 43-928.
Dehydrocyanation at 600℃, yield 38%
(Yield 46% from N-formylalanine determined from literature values) N-vinylformamide was obtained. Example 1, (1)N after distillation under the same conditions as Example 1
- Polymerization was carried out under the same conditions as in the synthesis example of vinylformamide polymer. The reduced viscosity of the product is η sp /C
= 3.2, and the polymerization rate was 87.2%. The consistent yield from raw formamide corresponds to 12%. The consistent yield from the raw material lactonitrile corresponds to 26.5%. (Measurement of reduced viscosity) The polymer was dissolved in 1N saline solution to a concentration of 0.1 g/dl, and measured using an Ostwald viscometer (t p = 30.2 seconds).
It was determined from the value (t seconds) measured at 25°C. Reduced viscosity η sp /C = (t-t p /t p )/0.1 (dl/g) (Measurement of polymerization rate) Approximately 2 g of aqueous solution of polymer in a 500 ml Erlenmeyer flask
was accurately weighed and dissolved in 200 ml of demineralized water. Sodium acetate 5
After adding and dissolving 1/10N iodine aqueous solution 25g
ml and stored for 30 minutes. This solution was titrated with a 1/10 normal sodium thiosulfate aqueous solution using starch as an indicator. A blank test was conducted under the same conditions, and the polymerization rate was calculated from the difference in titer. [Effects of the Invention] According to the method for producing N-vinylformamide polymers of the present invention, high yields can be easily produced using acetaldehyde, formamide, and alcohol as raw materials without using highly toxic nitrile compounds as starting materials. Since it is possible to produce high quality N-vinylformamide polymers, it will greatly contribute to the field of application of water-soluble and hydrophilic polymers.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 第1工程として、ホルムアミドとアセトアル
デヒドとを塩基性触媒の存在下反応させてN−
(α−ヒドロキシエチル)ホルムアミドを得る工
程、 第2工程として、前記第1工程で得られたN−
(α−ヒドロキシエチル)ホルムアミドを酸性触
媒の存在下第1級または第2級アルコールと反応
させてN−(α−アルコキシエチル)ホルムアミ
ドを得る工程、 第3工程として、前記第2工程で得られたN−
(α−アルコキシエチル)ホルムアミドを気相で
250〜600℃に加熱して脱アルコール反応させてN
−ビニルホルムアミドを得る工程、 第4工程として、前記第3工程で得られたN−
ビニルホルムアミドをラジカル開始剤の存在下重
合させてN−ビニルホルムアミド重合物を得る工
程を 包含することを特徴とするN−ビニルホルムアミ
ド重合物の製造方法。
[Claims] 1. In the first step, formamide and acetaldehyde are reacted in the presence of a basic catalyst to form N-
Step of obtaining (α-hydroxyethyl)formamide, as the second step, the N-
A step of reacting (α-hydroxyethyl)formamide with a primary or secondary alcohol in the presence of an acidic catalyst to obtain N-(α-alkoxyethyl)formamide. TaN-
(α-alkoxyethyl)formamide in gas phase
Heat to 250-600℃ to cause dealcoholization reaction and N
- Step of obtaining vinylformamide, as a fourth step, the N- obtained in the third step
1. A method for producing an N-vinylformamide polymer, comprising the step of polymerizing vinylformamide in the presence of a radical initiator to obtain an N-vinylformamide polymer.
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