KR910003334B1 - 불포화 카르본산 아미드의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
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Description
본 발명은 하기 일반식(Ⅲ)의 불포화 카르본산 아미드(이하 N-치환 아미드라 한다.)의 제조 방법에 관한 것이다.
[상기식 중, R1은 수소 원자 또는 메틸기이고,Y는 산소원자 또는 N-메틸아미노기이며, m 및 n은 m+n이 3~5의 정수이다.]
본 발명의 N-치환 아미드는 흡수제, 방담제(防曇劑), 결로 방지제 분리막 및 수지 개질제등의 넓은 용도를 갖는 유용한 화합물이다.
본 발명의 N-치환 아미드는 일반적으로 불포화 카르본산 에스테르와 아미노 화합물의 가아미노 분해에 의해서 제조할 수 있다. 그런데 불포화 카르본산에스테르와 아미노 화합물의 가아미노 분해에 있어서, 아미노 화합물의 이중 결합에의 마이클 부가 반응이 일어나서 반응에 있어서의 목적물의 선택율이 낮다. 또 마이클부가 반응물로부터 이중 결합을 재생하기 위하여, 180~300℃의 고온에서 열분해를 행하여 부가한 아미노 화합물을 탈리시키는 공정이 필요하게 되는데, 이때 중합물의 생성등의 부반응이 일어나서 목적물의 수율은 현저하게 저하한다 (일본국 특개소 50-111016호). 이 부반응을 억제하기 위하여 저급 알콜을 먼저 이중 결합에 부가시킨후 가아미노 분해를 행하고, 이어서 고온에서 탈알콜을 행하여 이중 결합을 재생하여 목적물을 수득하는 방법(일본국 특개소 49-66623호, 미합중국 특허 제2534585호, 미합중국특허 제2702822호)에 개시되어 있다. 이 방법은 이중 결합에의 아미노 화합물의 마이클 부가 반응을 막는 목적으로 보아서는 유효한 수단이나, 탈알콜 반응에 의하여 이중 결합을 재생할 때에 중합등의 부반응이 일어나서, 목적물의 수율을 저하시키는 특징이 있다. 또 이중 결합의 보호법으로서 딜스알더 반응에 의하여 시클로펜타디엔을 이중 결합에 부가시키고, 가아미노 분해 종료후, 열분해에 의하여 시클로펜타디엔을 탈리시키는 방법(일본국 특개소 제49-66625호 외)도 개시되어있다. 그러나 이방법에 있어서도, 부생성물의 생성은 면할수 없고, 또 탈리한 시클로 펜타디엔의 목적물로부터의 분리, 회수 공정을 필요로하며, 또 제품중에의 시클로펜타디엔의 미량의 혼입을 막을 수 있다.
본 발명의 과제는 부생성물이 적은 N-치환 아미드의 제조 방법을 제공함에 있다.
본 발명자들은 N-치환아미드가 부생성물을 수반하지 않고 고수율로 제조되는 방법에 대하여 예의 검토한 결과, 하기 일반식(Ⅰ)의 β-알콕시 치환 카르본산 에스테르(이하 β-알콕시 치환 카르본산 에스테르라 한다.)와 하기 일반식(Ⅱ)의 환식 아민(이하 환식아민이라 한다.)을 반응시킨후, 촉매를 사용하여 온화한 조건에서 알콜을 탈리하여 이중 결합을 재생함으로써 고수율로 목적물을 제조할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.
[상기식중, R1, m 및 n은 상기 정의한 바와 동일하고 R2및 R3는 탄소수 1-3의 알킬기이며, Y는 산소원자 또는 N-메틸아미노기이다.]
즉, 본 발명은 하기 일반식(Ⅰ)의 β-알콕시 치환 카르본산 에스테르와 하기 일반식(Ⅱ)의 환식아민을 반응시켜 β-알콕시 치환 카르본산 아미드 화합물을 합성하고, 이어서 염기성 촉매를 사용하여 알콜을 이탈함으로써 불포화기를 형성시킴을 특징으로하는 하는 일반식(Ⅲ)의 불포화 카르본산 아미드의 제조 방법에 관한 것이며, 또 하기 일반식(Ⅳ)의 β-알콕시 치환 카르본산 에스테르와 일반식(Ⅴ)의 환식 아민을 반응시켜서 β-알콕시 치환 카르본산 아미드 화합물을 합성하고, 이어서 염기성 촉매를 사용하여 알콜을 탈리함으로써 불포화기를 형성시킴을 특징으로 하는 하기 일반식의 (Ⅳ)불포화 카르본산 아미드의 제조 방법에 관한 것이며, 또한 하기 일반식(Ⅶ)의 β-메톡시 치환 카르본산 에스테르와 하기 일반식(Ⅷ)의 환식아민을 반응시켜서β-메톡시 치환 카르본산 아미드 화합물을 합성하고, 이어서 하기 일반식 (Ⅸ)의 알칼리 금속 알콜레이트를 촉매로서 사용하여 메탄올을 탈리하여 불포화기를 형성시킴을 특징으로 하는 하기일반식(Ⅹ)의 불포화 카르본산 아미드의 제조 방법에 관한 것이다.
[상기식 중, R1, R2, R3, m 및 n은 상기 정의된 바와 동일하고 ; R4는 수소 원자 또는 멜틸기이며 : R5및 R6는 탄소수 1-3의 알킬기 이고 : R7은 수소 원자 또는 메틸기이며 : R8은 탄소수 1~3의 알킬기이고 : R9는 메틸기 또는 에틸기이며 : 일반식(Ⅱ) 및 (Ⅲ)에서의 Y는 산소 원자 또는 N-메틸아미노기이고 일반식(Ⅴ), (Ⅵ), (Ⅷ) 및 (Ⅹ)에서의 Y는 메틸렌기이며 ; M은 나트륨 또는 칼륨으로부터 선택되는 알칼리 금속이다.]
하기에 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에서 사용하는 β-알콕시 치환 카르본산 에스테르로서는, β-메톡시프로피온산메틸, β-메톡시프로피온산에틸, β-메톡시프로피온산 n-프로필, β-메톡시프로피온산이소프로필, β-메톡시이소락트산메틸, β-메톡시이소락트산에틸, β-메톡시이소락트산 n-프로필, β-메톡시이소락트산이소프로필, β-에톡시프로피온산메틸, β-에톡시프로피온산에틸, β-에톡시프로피온산 n-프로필, β-에톡시프로피온산소프로필, β-에톡시이소락트산메틸, β-에톡시이소락트산에틸, β-에톡시이소락트산 n-프로필, β-에톡시이소락트산이소프로필, β-이소프로폭시프로피온산메틸, β-이소프로폭시프로피온산에틸, β-이소프로폭시프로피온산 n-프로필, β-이소프로폭시프로피온산이소프로필, β-이소프로폭시이소락트산메틸, β-이소프로폭시이소락트산에틸, β-이소프로폭시이소락트산 n-프로필, β-이소프로폭시이소락트산이소프로필, β-n-프로폭시프로피온산메틸, β-n-프로폭시프로피온산에틸, β-n-프로폭시프로피온산 n-프로필, β-n-프로폭시프로피온산이소프로필, β-n-프로폭시이소락트산메틸, β-n-프로폭시이소락트산에틸, β-n-프로폭시이소락트산 n-프로필, β-n-프로폭시이소락트산이소프로필등을 들 수 있다. 이들 알콕시 치환 카르본산 알킬 에스테르는 아크릴산 또는 메타크릴산의 알킬 에스테르의 이중 결합에 알콜을 부가함으로써 얻을 수 있다.
환식 아민으로서는 피롤리딘, 피페리딘, 헥사메틸렌이민, 모르폴린, N-메틸피페라진등을 들 수 있다.
본 발명에 있어서 먼저, 상기 서술된 β-알콕시 치환 카르본산 에스테르와 환식아민의 가아미노 분해에 의하여 β-알콕시 치환 카르본산 아미드를 수득한다. β-알콕시 치환 카르본산 에스테르 1몰에 대한 환식 아민의 사입 몰수는 0.3-3몰의 범위가 바람직하다.
반응 압력은 대기압하 또는 감압하가 바람직하며, 바람직한 반응 압력은 50-760mmHg이다.
반응 온도는 부생하는 알콜의 비점 이상으로서, 반응 압력에 따라서도 다르지만 40~180℃가 바람직하다. 가아미노 분해에 있어서는 부생하는 알콜을 반응계로부터 유지하면서 반응을 진행시키는 방법이 반응 속도를 높이고 전화율을 높이는데 있어 유리하다. 또 이 반응은 환식 아민이 염기성이므로 무촉매에서도 진행하는데, 공지의 염기성의 가아미노 분해 촉매를 첨가할 수도 있다.
수득된 β-알콕시 치환 카르본산 아미드를 감압 증류에 의하여 정제하여, 다음공정에 사용할 수도 있으나 반응 종료후, 미반응의 원료 및 비점이 낮은 부생성물을 유거하는 것만으로도 다음 반응에 사용 가능하다.
다음에, β-알콕시 치환 카르본산 아미드로부터 알콜을 탈리시켜서 N-치환아미드를 합성한다. 이때, 종래 행해지고 있는 고온에서의 크래킹에 의하여 목적물을 제조했을 경우에는 중합물등의 바람직하지 못한 부생성물이 다량으로 생겨서 목적물의 정제를 번잡하게 하며, 또 수율을 현저하게 저하시킨다. 그러므로 본 발명에 있어서는, 촉매를 사용하여 온화한 조건으로 알콜을 탈리시킴이 긴요하며 촉매로서는, 염기성 촉매를 사용한다.
본 발명의 염기성 촉매로서는 알칼리 금속 알콜레이드, 알칼리 금속 산화물, 알칼리 토금속 수산화물, 알칼리 토금속 산화물, 알칼리 금속 탄산염등을 들 수 있다.
알칼리 금속 알콜레이트로서는, 나트륨 메틸레이트, 나트륨 에틸레이트, 칼륨 메틸레이트, 칼륨 에틸레이트등을 들 수 있다.
알칼리 금속 수산화물로서는, 수산화 리튬, 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 수산화 루비듐, 수산화 세슘 등을 들 수가 있다. 또 알칼리 토금속 수산화물로서는, 산화 마그네슘, 산화 칼슘, 산화바륨등을 들 수가 있다.
알칼리 금속 탄산염으로서는, 탄산 나트륨, 탄산 칼륨을 들 수가 있다. 이들 염기성 촉매의 첨가는 불활성의 용제에 용해하여 반응계에 첨가할 수도, 고체대로 첨가할 수도 있다.
부반응을 억제하기 위하여, 반응을 저온에서 행함이 바람직하며, 반응온도는 50~170℃의 범위가 바람직하다. 반응압력은 50-760mmHg가 적당하며, 생성하는 알콜을 유거하면서 반응을 진행시킴이 반응 속도를 높이는데 있어 바람직하다.
부반응을 막는 또하나의 수단으로서 용제를 사용할 수도 있다. 본 발명에 있어서는 용제를 사용하지 않아도 되나 용제를 사용했을 경우라도 생성물의 수율의 저하를 초래하는 일은 없으며, 고수율을 유지할 수가 있다. 용제로서는 N,N-디메틸포름아미드, N,N-디메틸아세트아미드, N,N-디메틸술폭시드, 톨루엔, 크실렌등을 들 수가 있다.
반응 종료후, 반응액은 염산, 황산등의 광산(鑛酸) 또는 초산등의 유기산으로 염기성 촉매를 중화하든지, 추출 조작에 의하여 폐(廢)촉매를 제거하든지, 또는 불용의 촉매를 여과 또는 원심 분리하여 제거한 후, 목적물을 증류등에 의하여 정제한다.
그리고 반응중 및 목적물의 정제중에는 중합 금지제를 첨가하는 것이 바람직하며, 중합 금지제로서는, 예를 들면 하이드로퀴논, 하이드로퀴논 모노메틸에테르, 펜옥시아민, 쿠페론(cupperon)등을 들 수 있다. 하기에 본 발명을 실시예에 의하여 구체적으로 설명한다.
[실시예 1]
[가아미노 분해]
교반기 및 탑정에 분류 장치를 장치하여 유리제 라싱링(Rasching ring)을 충전한 탑을 갖는 4구 플라스크에 β-메톡시프로피온산메틸 118.1g(1.0몰) 및 피롤리딘 142.2g(2.0몰)을 넣고 100℃에서 생성하는 메탄올을 유거하면서, 반응을 진행시켰다. 반응은 6시간으로 종료하고, 반응 종료후 미반응의 피롤리딘을 감압하에서 유거하였다. 또한 비점이 낮은 분획을 유거한 후, 146.0g의 반응액을 수득한다. 반응액의 β-메톡시프로피로일 피롤리딘의 함유율은 93%였다.
[알콜 탈리]
상기 서술된 가아미노 분해에서 수득된 반응액을 상기 서술된 가아미노 분해에서와 같은 반응기에 넣고, 촉매로서 나트륨 메틸레이트 2.7g 중합 금지제로서 쿠페론 0.3g을 첨가하고, 120℃, 300mmHg로 반응을 행하였다. 반응에 있어서 부생하는 알콜을 반응계로부터 유거하면서 반응을 진행시켰다. 반응은 3시간으로 종료하고, 수득된 반응액을 감압 증류에 의하여 정제하여, N-아크릴로일피롤리딘 101.5g을 수득한다. 순도는 99.8%이고, 수율은 81.1%였다. (사입 β-메톡시프로피온산메틸 기준)
[실시예 2-8]
실시예 1과 같은 반응 장치를 사용하고, 제 1표의 원료 및 촉매를 사용하여, 실시예 1과 같은 가아미노 분해 및 알콜탈리 반응을 행하여 상응하는 N-치환 아미드를 합성하여 제 1 표의 결과를 수득한다.
[표 1]
본 발명의 방법에 의하면, 중합물등의 부생성물이 적고, 고수율로 고순도의 N-치환아미드를 제조할 수 있다. 수득된 N-치환아미드는 단독중합 또는 다른 비닐계 모노머와 공중합시켜서, 흡수제, 방담제, 분리막, 수지개질제 등의 용도에 적합한 고분자량의 중합체를 제조할 수가 있다.
Claims (19)
- 제 1 항에 있어서, 환식 아민이 모르폴린 또는 N-메틸피페라진인 방법.
- 제 1 항 또는 2항에 있어서, 염기성 촉매가 알칼리 금속 알콜레이트, 알칼리 금속 수산화물, 알칼리 토금속 수산화물, 알칼리 토금속 산화물 또는 알칼리 금속 탄산염인 방법.
- 제 3 항에 있어서, 알칼리 금속 알콜레이트가 나트륨 메틸레이트, 나트륨 에틸레이트, 칼륨 메틸레이트 또는 칼륨 에틸레이트인 방법.
- 제 3 항에 있어서, 알칼리 금속 수산화물이 수산화리튬, 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 수산화 루비듐 또는 수산화 세슘인 방법.
- 제 3 항에 있어서, 알칼리 토금속 수산화물이 수산화 마그네슘, 수산화 칼슘, 수산화 스트론튬 또는 산화 바륨인 방법.
- 제 3 항에 있어서, 알칼리 토금속 산화물이 산화 마스네슘, 산화 칼슘 또는 산화바륨인 방법.
- 제 3 항에 있어서, 알칼리 금속 탄산염이 탄산나트륨 또는 탄산 칼륨인 방법.
- 제 9 항에 있어서, 환식 아민이 피롤피딘, 피페리딘 또는 헥사메틸렌이민인 방법.
- 제 9 또는 10항에 있어서, 염기성 촉매가 알칼리 금속 수산화물, 알칼리 토금속 수산화물, 알칼리 토금속 산화물 또는 알칼리 금속 탄산염인 방법.
- 제 11 항에 있어서, 알칼리 금속 수산화물이 수산화 리튬인 방법.
- 제 11항에 있어서, 알칼리 금속 수산화물이 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 수산화 루비듐 또는 수산화 세슘인 방법.
- 제 11 항에 있어서, 알칼리 토금속 수산화물이 수산화 마그네슘, 수산화 칼슘, 수산화 스트론튬 또는 수산화 바륨인 방법.
- 제 11 항에 있어서, 알칼리 토금속 산화물이 산화 마그네슘, 산화 칼슘 또는 산화바륨인 방법.
- 제 11 항에 있어서, 알칼리 금속 탄산염이 탄산 나트륨 또는 탄산 칼륨인 방법.
- 하기 일반식(Ⅶ)의 β-메톡시 치환 카르본산 에스테르와 하기 일반식(Ⅷ)의 환식 아민을 반응시켜서, β-메톡시 치환 카르본산 아미드 화합물을 합성하고, 이어서 하기 일반식(Ⅸ)의 알칼리 금속 알콜레이트를 촉매로서 사용하여 메탄올을 탈리하여 불포화기를 형성시킴을 특징으로 하는 하기 일반식(Ⅹ)의 불포화 카르본산 아미드의 제조 방법[R7은 수소원자 또는 메틸기이고, R8은 탄소수 1-3의 알킬기이며, Y는 메틸렌기이며, m 및 n은 m+n이 3~5의 정수이고, R9는 메틸기 또는 에틸기이고, M은 나트륨 또는 칼륨으로부터 선택되는 알칼리 금속이다.]
- 제 17 항에 있어서, 환식 아민이 피롤리딘, 피페리딘 또는 헥사메틸렌이민인 방법.
- 제 17 항에 있어서, 알칼리 금속 알콜레이트가 나트륨 메틸레이트, 나트륨 에틸레이트, 칼륨 메틸레이트 또는 칼륨 에틸레이트인 방법.
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