JPH0610176B2 - N−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミドの製造法 - Google Patents

N−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミドの製造法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はN−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミド
の製造法に関する。さらに具体的には、本発明はN−メ
チロール(メタ)アクリルアミドとアルコール類を触媒
の存在下、有機溶媒中で反応してN−アルコキシメチル
(メタ)アクリルアミドを製造する方法に関する。
N−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミド類はポリ
マーに架橋官能基を導入する有用な化合物であり、塗
料、接着剤などの分野に広く用いられている。
〔従来技術〕
N−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミド類の製造
法としては従来から種々の方法が知られている。例え
ば、(メタ)アクリルアミド、ホルムアルデヒド、及び
アルコールを有機溶媒中、酸触媒下で反応して一挙にN
−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミドを得る方法
がある。(米国特許明細書第3079434号、特公昭47-1070
0号公報、特公昭47-27492号公報)。この方法は(メ
タ)アクリルアミドのN−メチロール化反応とそのエー
テル化によるN−アルコキシメチル化反応の二段の反応
を一挙に行うもので効率がよい反面、生成物中にメチレ
ンビス(メタ)アクリルアミドなど好ましくない副生物
が比較的多量に混入する欠点がある。
また、(メタ)アクリルアミドとホルムアルデヒドを塩
基触媒下で反応させて得られるN−メチロール(メタ)
アクリルアミドを有機溶媒中、酸触媒下でアルコールと
反応させてN−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミ
ドを得る方法もある。この方法は種々の検討が試みられ
ており、メチロール化及びエーテル化の触媒の組み合せ
として水酸化ナトリウム−硫酸系(R.Dowbenko et alJ.
Org.Chem.28 3458(1963)、水酸化ナトリウム−リン酸系
(米国特許明細書第3280189号)、トリエチルアミン−
蓚酸系(西独特許明細書第2310516号)などが提案され
ている。これらの方法によれば、70〜98%程度の取得収
率で目的物が得られるが、未だ副反応防止の点では不十
分であり、副生物及び触媒の除去に繁雑な工程を必要と
するという欠点を有す。
一般にN−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミド類
は−10〜10℃付近の低融点、90〜100℃/0.1〜0.01mmHg
付近の高沸点を持つため、再結晶あるいは蒸留などの精
製操作が容易には行い難い。
〔発明が解決しようとする問題点〕
このように、従来のN−アルコキシメチル(メタ)アク
リルアミド類の製法では副反応生成物の抑制が不充分で
あり、また副反応生成物や触媒の製品からの除去にも繁
雑な工程を必要としていたため、副反応の抑制と触媒の
容易な系外への除去が重要な課題となっている。
本発明は従来法における問題点を解消すべくなされたも
ので、その目的は工業的に有利に実施することのできる
N−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミド類の製造
法を提供することにあり、さらに具体的にはジビニル化
合物生成等の副反応を抑制し、N−アルコキシメチル
(メタ)アクリルアミド類を高収率で得ると共に、触媒
の系外への除去の容易なN−アルコキシメチル(メタ)
アクリルアミド類の製造法を提供するものである。
本発明者らは前記目的を達成すべく鋭意研究の結果、強
酸性イオン交換樹脂を触媒として用い、有機溶媒中でN
−メチロール(メタ)アクリルアミドとアルコール類、
あるいは(メタ)アクリルアミドとパラホルムアルデヒ
ドを塩基触媒下で、反応させた生成物とアルコール類と
を反応し脱水縮合させることによって、ジビニル化合物
の副生が極めて少なく、高収率でN−アルコキシメチル
(メタ)アクリルアミド類が得られること及び反応生成
物からの触媒の分離操作が極めて容易であることを見い
出した。本発明はこれらの知見に基づいてなされたもの
である。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の方法は、 (1)一般式 (式中R1は水素またはメチル基を示す) で表わされるN−メチロール(メタ)アクリルアミドと 一般式R2OH (式中R2はC1〜C4のアルキル基、アリル基またはベンジ
ル基を示す) で表わされるアルコール類とを強酸性イオン交換樹脂の
存在下、有機溶媒中で反応させることを特徴とするN−
アルコキシメチル(メタ)アクリルアミドの製造法であ
る。
以下に本発明の実施態様について説明する。
本発明の出発原料であるN−メチロール(メタ)アクリ
ルアミドは(メタ)アクリルアミドとホルマリンまたは
パラホルムアルデヒドの反応により合成される。N−メ
チロール(メタ)アクリルアミドは単離精製したものを
用いてもよいが、(メタ)アクリルアミドとパラホルム
アルデヒドを反応して得られた生成物をそのまま用いる
こともできる。
もう一方の原料であるアルコール類としてはメタノー
ル、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブ
タノール、イソブタノール、アリルアルコール、ベンジ
ルアルコールなどを上げることができる。本発明におけ
る脱水縮合反応は、有機溶媒中で、触媒としてイオン交
換樹脂の存在下に行う。
本発明の方法はN−メチロール(メタ)アクリルアミド
と前述したアルコール類とを有機溶媒中で強酸生イオン
交換樹脂の存在下に反応させることからなる。この反応
は種々の方法に従って実施することができるが、反応器
中に所定量のN−メチロール(メタ)アクリルアミド、
アルコール類、有機溶媒および強酸性イオン交換樹脂を
仕込み、所定温度で反応を行う方法、または反応器中に
所定量のN−メチロール(メタ)アクリルアミド、有機
溶媒及び強酸性イオン交換樹脂を仕込み、所定温度で反
応を行う方法、または、反応器中に所定量のN−メチロ
ール(メタ)アクリルアミド、有機溶媒及び強酸性イオ
ン交換樹脂を仕込み、所定温度に保ち、次いでアルコー
ル類を徐々に加える方法が操作法、その他を考えると好
ましい。
アルコール類はN−メチロール(メタ)アクリルアミド
1モルに対し0.8〜20モルの範囲で用いるのがよく、
好ましくは、1.0〜10モルの範囲がよい。
本発明において用いる有機溶媒の例としてはベンゼン、
トルエンのような芳香族炭化水素類、酢酸メチル、酢酸
エチルのようなエステル類、ジクロルメタン、ジクロル
エタン、クロロホルムのような有機ハルゲン化物類、ア
セトン、メチルエチルケトンのようなケトン類、ジメチ
ルホルアミド、ジメチルアセトアミドのようなアミド
類、ジメチルスルホキシドのようなスルホキシド類など
を上げることができる。
また、有機溶媒の使用に代えて、原料のアルコール類を
大過剰に用いることもできる。この方法は化学平衡論的
に生成物N−アルコキシメチル(メタ)アクリルアミド
の生成を有利にし、また単離精製工程が簡略化されるた
めに特に好ましい。
有機溶媒の使用量に特に制限はないが、操作性、経済性
を勘案すると生成物濃度が5〜60%程度になるように用
いるのが好ましく、10〜50%程度が特に好ましい。
本発明において触媒として用いる強酸性イオン交換樹脂
としてはスルホン酸基を有する重合体からなるもの、ホ
スホン酸基を有する重合体からなるもの、カルボン酸基
を有するフルオロカーボン重合体からなるものなどが好
ましい。通常はスチレンとジビニルベンゼンなどの架橋
性モノマーを共重合して得られる樹脂をスルホン化した
もの、およびフェノールスルホン酸をホルムアルデヒド
で縮合した樹脂などのゲル状もしくは多孔質のマクロポ
ーラス状のものなどの市販の強酸性イオン交換樹脂を用
いるのがよい。
市販品の例としては、アンバーライトIR-120B、アンバ
ーライト2000C、アンバーリスト15、ダウエックス50WX
8、ダウエックスMSC-1、ダイヤイオンSK1B、ダイヤイオ
ンRCP-150H、ダイヤイオンHPK-55、ダイヤイオンPK21
6、レバチットS100、レバチットSP120、デュオライトC2
0、デュオライトC26などを挙げることができる。
イオン交換樹脂の使用量は特に制限はされないが、通常
反応液に対して0.01重量%〜40重量%の範囲、好ましく
は0.1重量%〜25重量%範囲で用いるのがよい。
反応温度は、触媒としてのイオン交換樹脂の活性および
熱安定性を考慮すれば室温〜150℃の範囲、特に、40℃
〜120℃の範囲が好ましい。
反応により生成する脱離水が、溶媒またはアルコール類
などとの共沸等により反応系外に除去できる場合は反応
はより促進される。
反応圧力は、特に制限されるものではなく、常圧、加
圧、減圧に亘って広く採用される。反応時間は、原料の
濃度、触媒量、溶剤、反応温度などの条件により異なる
が、通常0.5時間から24時間程度が適当である。
このようにして生成したN−アルコキシメチル(メタ)
アクリルアミドは反応混合物からイオン交換樹脂を別
分離後、溶剤を留去することによって容易に分離取得す
ることができる。更に、精製が必要な場合には公知の方
法に従って再結晶や蒸留などを行うことができる。
本発明方法において、触媒として使用したイオン交換樹
脂は、反復再使用することが可能であり、触媒活性の持
続または再生するための処理をすることもできる。その
処理としては有機溶剤及び希酸による洗浄処理を行うの
が好ましい。
本発明のもう一つの反応方法は、N−メチロール(メ
タ)アクリルアミドとして、(メタ)アクリルアミドと
パラホルムアルデヒドを反応して得られた生成物を用い
て、アルコール類との脱水縮合を行いN−アルコキシメ
チル(メタ)アクリルアミドの製造を行うものであり、
脱水縮合工程は前述の場合と同様に実施される。この場
合、生成するN−メチロール(メタ)アクリルアミドは
反応生成物から単離することなく、アルコール類との脱
水縮合工程に移行することができる。
N−メチロール(メタ)アクリルアミドの合成反応は有
機溶媒中で行うのが好ましい。有機溶媒としては前述の
ものが用いられるが、後の脱水縮合工程で用いるアルコ
ール類を用いてもよい。この反応は常法に従って酸触媒
または塩基触媒の存在下で行われる。
酸触媒を用いる場合は、後の脱水縮合工程で使用する強
酸性イオン交換樹脂を触媒として用い、アルコール類共
存下で反応を行い、メチロール化とそれに続くアルコキ
シ化を一挙に行う方法が有利である。
塩基触媒を用いる場合は、強塩基性あるいは弱塩基性イ
オン交換樹脂、水酸化ナトリウムなどの水酸化アルカ
リ、トリエチルアミンなどの第3級アミンを触媒として
用いるのが好ましい。特に塩基性イオン交換樹脂を用い
る方法は触媒の分離回収が容易になり好ましい。水酸化
ナトリウムまたはトリエチルアミンなどの触媒を用いた
場合は、これらの触媒は後の脱水縮合時の強酸性イオン
交換樹脂触媒に付着させて容易に除去できる。
(メタ)アクリルアミドとパラホルムアルデヒドの反応
は(メタ)アクリルアミドに対し、等モル量ないし1.5
倍モル量のパラホルムアルデヒドを生成物濃度30重量%
〜90重量%、好ましく50重量%〜85重量%の濃度になる
量の溶媒あるいはアルコール類中で触媒の存在下に行
う。触媒の使用量は、水酸化アルカリまたは第3級アミ
ンを用いた場合は(メタ)アクリルアミド1モルに対し
10-5モル〜10-1モル、好ましくは10-4モル〜10-2モルで
あり、また塩基性イオン交換樹脂触媒を用いた場合は反
応液に対し、0.01重量%〜20重量%、好ましくは0.1重
量%〜10重量%である。反応温度は室温〜150℃、特に4
0〜100℃の範囲が好ましい。反応温度は通常0.5時間か
ら24時間程度が適当である。このようにして生成したN
−メチロール(メタ)アクリルアミドは必要により塩基
触媒を分離した後、所定量のアルコール類を加え、更に
強酸性イオン交換樹脂を添加した後、脱水縮合工程に移
行する。
〔発明の効果〕
本発明の方法によれば、副生物の少ないN−アルコキシ
メチル(メタ)アクリルアミドが高収率で得られる。ま
た本発明は次のような利点も有するものである。
I)目的生成物の収率が高い。
II)副生物が少ないため精製が容易である。
III)生成物からの触媒の分離が極めて容易である。
IV)触媒の再使用が可能である。
このように、本発明の方法は単に従来文献に未記載の新
製法であるばかりでなく、工業上極めて有用なN−アル
コキシメチル(メタ)アクリルアミドの製法である。
〔実施例〕
以下、実施例により本発明の構成および効果をさらに具
体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定
されるものでない。
実施例1 温度計、攪拌機、還流冷却器を付した反応器にN−メチ
ロールアクリルアミド50.6g(0.5モル)、エタノール23
0g(5.0モル)、重合禁止剤ハイドロキノンモノメチル
エーテル0.05g、及び強酸性イオン交換樹脂アンバーラ
イトIR-120B1.0gを仕込み、攪拌下で80℃、6時間反応
させた。反応終了後、室温まで冷却し、イオン交換樹脂
を別した。反応液を高速液体クロマトグラフ分析した
ところ94.7%の反応収率でN−エトキシメチルアクリル
アミドが生成していた。反応液を減圧下で溶媒留去した
ところ無色透明液体のN−エトキシメチルアクリルアミ
ド61.5gを取得した。取得収率は95.2%であった。
実施例2〜5 実施例1と同様の方法でN−メチロールアクリルアミド
0.5モルと各種アルコール5.0モルを重合禁止剤ハイドロ
キノンモノメチルエーテル及び強酸性イオン交換樹脂の
共存下で反応させて、対応するN−アルコキシメチルア
クリルアミドを得た。各実施例により得られたN−アル
コキシメチルアクリルアミドの反応収率(反応液の高速
液クロ分析)、取得量および取得収率を、それぞれの原
料及び反応条件と共にまとめて表1に示した。
実施例6 温度計、攪拌機、滴下ロート、蒸留装置を付した反応器
にN−メチロールアクリルアミド50.6g(0.5モル)、
エタノール92g(20モル)、重合禁止剤ハイドロキノン
モノメチルエーテル0.1g及び強酸性イオン交換樹脂ア
ンバーリスト15、0.5gを仕込み、還流下(約81℃)で
3時間反応させる。この時、反応器に付した蒸留装置か
らエタノールと水の共沸物を留出させ、留出分に相当す
るエタノールを滴下ロートから反応器に補った。反応終
了後、室温まで冷却し、イオン交換樹脂を別した。反
応液を分析したところ、97.9%反応収率でN−エトキシ
メチルアクリルアミドが生成していた。反応液を減圧下
で溶媒留去したところ無色透明液体のN−エトキシメチ
ルアクリルアミド63.5gを取得した。取得収率は98.3%
であった。
実施例7 実施例6と同様の反応器にN−メチロールメタアクリル
アミド57.6g(0.5モル)、メタノール100g(3.1モ
ル)、ベンゼン100g(1.3モル)、重合禁止剤ハイドロ
キノン0.1g及び強酸性イオン交換樹脂アンバリスト15
0.5gを仕込み、還流下(約70℃)で5時間反応させ
る。この時、反応器に付した蒸留装置から、メタノー
ル、ベンゼン及び水の混合物を留出させ、留出分に相当
するメタノールとベンゼンの等量混合物を滴下ロートか
ら反応器に補った。反応終了後、室温まで冷却し、イオ
ン交換樹脂を別した。反応液を分析したところ93.7%
の反応収率でN−メトキシメチルメタアクリルアミドが
生成していた。反応液を減圧下で溶媒留去したところ無
色透明液体のN−メトキシメチルメタアクリルアミド6
0.0gを取得した。取得収率は92.9%であった。
実施例8 実施例6と同様の反応器にアクリルアミド33.5g(0.5
モル)、エタノール20g(0.4モル)、94%パラホルム
アルデヒド19.2g(0.6モル)、重合禁止剤ハイドロキ
ノンモノメチルエーテル0.1g及び強塩基性イオン交換
樹脂アンバーライトIRA-400、0.2gを仕込み、60℃で7
時間、攪拌下で反応した。反応終了後、室温まで冷却
し、イオン交換樹脂を別した。
次いで、強酸性イオン交換樹脂アンバーライトIR-120B
1.0g及びエタノール95g(2.1モル)を追添加した後、
還流下(約81℃)で6時間反応させる。この時、反応器
に付した蒸留装置からエタノールと水の共沸物を留出さ
せ、留出分に相当するエタノールを滴下ロートから反応
器に補った。反応終了後、室温まで冷却し、イオン交換
樹脂を別した。反応液を分析したところ、91.0%の反
応収率でN−エトキシメチルアクリルアミドが生成して
いた。反応液を減圧下で溶媒留去したところ無色透明液
体のN−エトキシメチルアクリルアミド60.5g取得し
た。取得収率は93.7%であった。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式 (式中R1は水素またはメチル基を示す) で表されるN−メチロール(メタ)アクリルアミドと 一般式R2OH (式中R2はC14のアルキル基、アリル基またはベンジ
    ル基を示す) で表わされるアルコール類とを強酸性イオン交換樹脂の
    存在下、有機溶媒中で反応させることを特徴とするN−
    アルコキシメチル(メタ)アクリルアミドの製造法。
  2. 【請求項2】N−メチロール(メタ)アクリルアミドと
    して(メタ)アクリルアミドとパラホルムアルデヒドを
    反応して得られた生成物を用いる特許請求の範囲第1項
    記載の製造法。
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