TW202229223A

TW202229223A - 用於製備（甲基）丙烯酸香草醛酯類之方法

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Publication number: TW202229223A
Application number: TW110133198A
Authority: TW
Inventors: 塞巴斯汀貝斯特根; 索班舒茲; 汀布列斯; 剛瑟葛瑞夫; 夕維亞拜耳; 湯傑諾拉斯
Original assignee: 德商贏創運營有限公司
Priority date: 2020-09-10
Filing date: 2021-09-07
Publication date: 2022-08-01
Also published as: JP2023541883A; US20230365487A1; KR20230065268A; WO2022053357A1; EP4211106A1; CN116075495A

Abstract

本發明關於製備高純度的(甲基)丙烯酸香草醛酯類及其衍生物或結構相關性化合物之改進方法。另外，本發明關於(甲基)丙烯酸乙基香草醛酯，其提供改善的室溫交聯效率，且特別適合於油漆/清漆和塗料。

Description

用於製備（甲基）丙烯酸香草醛酯類之方法

本發明關於製備高純度的(甲基)丙烯酸香草醛酯類及其衍生物或結構相關性化合物之新穎方法。該方法具有高資源效率且因此特別適合於大規模合成。另外，本發明關於(甲基)丙烯酸乙基香草醛酯，其可有利地應用於油漆/清漆及/或塗料。

聚合物乳膠或分散液被廣泛地用於水系塗料中。聚合物乳膠或分散液係經由聚結乾燥以形成膜，獲得所欲機械及物理性質。改善由水型組成物所形成之膜的性質之方法為包括能夠交聯之聚合物。聚合物可為自交聯或依賴於與聚合物反應之交聯劑的參與。比較新的塗料包含含有羰基之聚合物，諸如(甲基)丙烯酸香草醛酯，其可藉由添加交聯劑而固化，得到相對耐溶劑的塗料。 (甲基)丙烯酸香草醛酯(VAL(M)A)為香草醛(4-羥基-3-甲氧基苯甲醛)之(甲基)丙烯酸酯，其係當今重要的天然原料資源。香草醛不僅具有其生物可用性的價值，亦因為其為多官能性分子，其羰基部分容許進一步的反應性及各種後功能化步驟。從化學角度來看，可將(甲基)丙烯酸香草醛酯說明為酚衍生物之(甲基)丙烯酸酯。因此，VAL(M)A的合成需要使用(甲基)丙烯醯氯(或通常為鹵化物)或(甲基)丙烯酸酐。已於文獻中說明兩種途徑，其中以WO 2017/007883 A1為最新的實例。 VAL(M)A可用於製備有機聚合物、用作為聚合物製備之單體或共單體及用作為聚合物製備之反應性稀釋劑，例如熱固性聚合物。不飽和聚酯樹脂(unsaturated polyester resin, UPR)及乙烯酯樹脂(vinyl ester resin, VER)為廣泛用於纖維增強複合材料之熱固性聚合物。例如，全球的UPR市場為約5,000千噸交易且正經歷持續的成長。乙烯酯樹脂(VER)已被廣泛地用作為各種應用中先進的聚合物複合材料之基體材料，因為其優異的耐腐蝕性和耐降解性、高的玻璃轉移溫度、高的強度對重量比及低成本。直到最近，石油化學品仍為生產用於乙烯酯樹脂之商品單體的選用資源。然而，繼續利用該等不可再生資源引起關於環境污染及不可再生資源枯竭的擔憂。而且，廣泛使用的石油系單體(諸如苯乙烯)時常用作為隨著乙烯酯樹脂及不飽和聚酯類兩者的反應性稀釋劑。然而，此等反應性稀釋劑時常被認為是危險的空氣污染物(hazardous air pollutant, HAP)及揮發性有機化合物(volatile organic compound, VOC)。不飽和聚酯樹脂(UPR)及乙烯酯樹脂(VER)通常與作為反應性稀釋劑的苯乙烯(至多50%的量)混合，然後以自由基聚合反應固化。然而，由於健康、安全及環境的擔憂，使苯乙烯出現顯著的缺點。苯乙烯亦源自於石油，不可再生資源。對苯乙烯的替代物仍有持續的需求，其克服與先前技術相關聯的缺點中之一或多者。為了發展永續及環境友好的乙烯酯樹脂，已有越來越多的努力以識別取代在該等樹脂類中的石油系組分之可再生建構單元。已開發幾種可再生資源(纖維素、澱粉、天然油等)來生產新穎生物單體。然而，大多數的該等生物單體為脂族或環脂族，導致聚合物具有低的的結構剛度及熱穩定性(參見例如M. Fache等人之Green Chem 2014, 16, 1987)。最近，注意力已轉向用於高性能乙烯酯樹脂之生物系酚化合物，諸如木質素模型化合物和經腰果殼液體衍生之芳烴，其展現與市售石油系產品類似或更好的性質。最初為香莢蘭豆( vanilla plantifoliabean)之萃取產物的香草醛為食品、香水、飲料及藥品中最廣泛使用的香料之一(參見例如C. Brazinha等人之Green Chem 2011, 13, 2197)。特定的香草醛衍生物已被用作高性能聚合物之可再生建構單元，主要因為彼等的剛性芳族結構。使用香草醛作為生產新穎聚合物材料之生物資源是可行的，因為其可自木質素大量生產(木質素為自然界中最豐富的原料之一，因為木材含有約30%之木質素)。香草醛已經改質成用於作為塗料的乙烯酯樹脂之甲基丙烯酸化衍生物，例如經由香草醛與作為塗料的甲基丙烯酸之施特格利希(Steglich)酯化(E. Renbutsu等人之Carbohyd Polym 2007, 69, 697)、經由香草醛與甲基丙烯醯氯之酯化(R. J. Patel等人之Der Pharma Chemica 2013, 5, 63)或經由香草醛與甲基丙烯酸酐反應(Stanzione等人之Chemsuschem 2012, 5, 1291)。雖然已知在觸媒的存在下自(甲基)丙烯酸酐及香草醛的合成，但是粗製反應混合物之後續的後處理在技術上尚未得到滿意的解決：在發明所屬之技術中說明之方法包括使用惰性條件、以(昂貴的、有毒的、環境不友好的)有機溶劑之液體-液體萃取法、層析術純化法以及使用乾燥劑之乾燥法。然而，無毒、環境友好及同時符合成本效益之後處理對大規模生產VAL(M)A或其衍生物之方法至關重要。鑑於上述，對用於製備VAL(M)A(及其衍生物和結構相關性化合物)之改進方法有迫切的需要，該方法能賦予大規模及高純度之資源高效製備作用。再者，本發明之目的係提供適合於改進上述塗料的性質之單體。更特別地，該等單體應該能夠加工成分散液及聚合物，例如乳化聚合物，其具有非常低的殘留單體含量。所獲得的聚合物在使用常應用之交聯試劑應為可交聯的，亦即二胺及/或二醯肼(如ADH)及/或封閉型交聯試劑(諸如封閉型醯肼)，如例如在US 2014/0228509中所述。

上述目的係由根據本發明之方法及化合物/組成物來解決。更特定言之，本發明提供用於製備通式(I)之(甲基)丙烯酸酯類之方法，

具有 R ²=-H、-OMe、-OEt或-O-C ₃至O-C ₁₀烷基、支鏈烷基或烯基 R ³=H、Me、Et或-C ₃至C ₁₀烷基或烯基 R ⁴= -Me或-H 該方法係藉由將通式(II)之醇

具有R ²如上文所定義，且 R ³=-H、-Me、-Et或-C ₃至C ₁₀烷基或烯基與活化型(甲基)丙烯酸衍生物(III)反應

具有R ⁴如上文所定義，且 R ¹=F、Cl、Br、I、-O(CO)C(CH ₂)CH ₃、-O(CO)C(CH ₂)H 其中通式(I)之(甲基)丙烯酸酯係藉由自水性介質沉澱而自粗製反應混合物獲得。再者，本發明人已意外地發現若該方法係在至少一種聚合抑制劑的存在下進行，則該聚合抑制劑係與式(I)之(甲基)丙烯酸酯共沉澱且在儲存或運輸前不需要進一步的(額外的)穩定作用。本發明因此提供以至少一種聚合抑制劑的存在下進行之前述方法可獲得的式(I)之穩定型(甲基)丙烯酸酯。除了上述以外，本發明人已驚訝地發現包括式(IV)或(V)之(甲基)丙烯酸酯系單體的聚合物

與常應用之交聯試劑(亦即二胺及/或二醯肼(諸如ADH)及/或封閉型交聯試劑(諸如封閉型醯肼))的交聯性質可相對於其甲氧基類似物(亦即(甲基)丙烯酸香草醛酯類)而顯著地改進。因此，本發明亦關於式(IV)或式(V)之(甲基)丙烯酸酯

。在本發明之上下文中，式(IV)和(V)之(甲基)丙烯酸酯將被稱為(甲基)丙烯酸乙基香草醛酯或EVAL(M)A。

本發明人已意外地發現高純度的VAL(M)A衍生產物可經由通式(II)之醇與活化型(甲基)丙烯酸衍生物(III)之酯化反應的簡單且資源高效方式製備，其中VAL(M)A衍生產物之單離係自水性介質以簡單的沉澱進行。該方法特別適合於大規模生產，亦即數公斤至數噸的規模。粗製反應混合物與水性介質接觸不導致雙相混合物或黏性油/油滴。相反地，純化效應發生在沉澱步驟中，因為VAL(M)A衍生產物出奇快速地在水性介質中結晶且未在VAL(M)A衍生產物中發生雜質或其他非所欲化合物的積累(共沉澱)。特別驚訝的是前述之高產物純度的獲得與起始材料的純度或品質無關，且特別與(甲基)丙烯酸酐的純度(亦即在(甲基)丙烯酸酐起始材料內的(甲基)丙烯酸乙酸酐含量)無關。在本發明之上下文中，術語「VAL(M)A衍生物」及「VAL(M)A衍生產物」可互換使用且係指通式(I)之(甲基)丙烯酸香草醛酯、其衍生物以及結構類似或結構相關的化合物：

。在本發明較佳的具體例中，R ³為氫或甲基。R ³特佳為氫。應理解術語「(甲基)丙烯酸酯」意指甲基丙烯酸及丙烯酸兩者之酯。本發明人已發現在根據本發明之方法的沉澱步驟期間， (a) 產物結晶且因此自動地與反應混合物分離； (b) 觸媒(可視需要地存在於反應混合物中)及自最初使用之觸媒產生的衍生物與產物分離，因為彼等續留在水相中； (c) 將過量或未反應的活化型(甲基)丙烯酸衍生物(III)淬滅； (d) 自淬滅過程產生之副產物(例如(甲基)丙烯酸、氯化氫/鹵化物)續留在水相中； (e) 不必使用昂貴且可能有毒或危險的有機溶劑；且 (e) 在反應期間所使用之抑制劑(可視需要地存在於反應混合物中)共沉澱且因此續留在VAL(M)A衍生產物中。式(I)之(甲基)丙烯酸酯較佳為(甲基)丙烯酸香草醛酯(VAL(M)A)或(甲基)丙烯酸乙基香草醛酯(EVAL(M)A)。在根據本發明之方法的沉澱步驟中所使用之水性介質可選自純水或脫鹽水、醇系水溶液、氨水溶液、鹼(土)金屬氫氧化物水溶液及鹼(土)金屬碳酸氫鹽和碳酸鹽水溶液。醇系水溶液較佳為在水中的甲醇/乙醇之溶液(1wt.%至70wt.%，較佳為30wt.%至70wt.%)。碳酸氫鹽溶液和碳酸鹽溶液有利為飽和的。氨溶液的濃度可為介於0.1mol/l與16.5mol/l之間。鹼(土)金屬氫氧化物溶液的濃度可為介於0.01mol/l與1.0mol/l之間。沉澱步驟有利地在介於7與12之間的pH下，較佳為介於7與9之間的pH下進行。在沉澱步驟中所使用之水性介質的量理想地介於最初所使用之醇(II)質量的1至20倍之間，較佳為介於5至10倍之間。為了引發沉澱，可將粗製反應混合物倒入水性介質中，或另一選擇地，可將水性介質添加至粗製反應混合物中。在本發明中所使用之活化型(甲基)丙烯酸衍生物(III)較佳為(甲基)丙烯酸酐。在反應中所使用之活化型(甲基)丙烯酸衍生物(III)可以通式(II)之醇的量為基準，介於0.9 eq.與2.0 eq.之間，較佳為介於1.0 eq.與1.8 eq.之間，且最佳為介於1.2 eq.與1.6 eq.之間的量存在。通式(II)之醇與活化型(甲基)丙烯酸衍生物(III)的反應可在無溶劑條件下進行，較佳地在至少一種觸媒及/或至少一種穩定劑(聚合抑制劑)的存在下進行。觸媒可有利地選自由下列所組成之群組：鹼金屬鹽類(諸如氫氧化物類、鹵化物類、三氟甲磺酸鹽類、過氯酸鹽類)、鹼土金屬鹽類(諸如氫氧化物類、鹵化物類、三氟甲磺酸鹽類、過氯酸鹽類)、鋅鹽類(諸如氫氧化物類、鹵化物類、三氟甲磺酸鹽類、過氯酸鹽類)、稀土金屬鹽類(諸如鹵化物類、三氟甲磺酸鹽類、過氯酸鹽類)、醇鋰類、硫酸、甲基丙烯酸鋰或甲基丙烯酸鈉、經胺基取代之吡啶(諸如4-(二甲基胺基)-吡啶)或其混合物。前述金屬鹽類可以無水或水合形式使用。較佳的觸媒量如下：以烷醇鋰、氫氧化鈉或氯化鎂而言為0.1至10mol%，特別為5mol%(相對於醇)；以甲基丙烯酸鈉而言為0.1至2wt%，特別為0.5wt%；以硫酸而言為0.1至1wt%(相對於總反應質量)，特別為0.3至0.4wt%。較佳的烷醇鋰觸媒類為LiOMe、LiOEt、LiOPr、LiOiPr、LiOBu和LiOiBu。硫酸可以濃縮或稀釋形式使用。其較佳地以相對於反應質量的介於0.01wt%與1.0wt%之間的量施予。離子交換樹脂類(諸如amberlyst)亦可用於催化。用於根據本發明之方法的較佳觸媒類為甲醇鋰、或氯化鎂、或氫氧化鈉、或(甲基)丙烯酸鈉、或硫酸、或其混合物。為了防止(甲基)丙烯酸酯類的非所欲聚合，可將聚合抑制劑(穩定劑)用於根據本發明之方法中。在本發明之上下文內，術語「(聚合) 抑制劑」及「穩定劑」係以同義性質使用。該等方法有利地在包含或由至少一種酚系聚合抑制劑所組成之抑制劑組成物存在下執行。本發明之方法有利地在至少一種選自由下列所組成之群組的聚合抑制劑存在下進行：氫醌類、氫醌醚類(諸如氫醌單甲醚或二-三級丁基兒茶酚)、啡噻𠯤、N,N’-(二苯基)-對-苯二胺、4‑羥基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基、對-苯二胺、亞甲藍或位阻酚類，其中穩定劑的量在反應開始時調整至以完全轉化下理論上預期的產物量為基準，介於0與5000ppm之間，較佳為介於1000與3000ppm之間。聚合抑制劑較佳地選自氫醌單甲醚、2,4-二甲基-6-三級丁基酚、2,6-二-三級丁基-4-甲基-酚、十八烷基-3-(3,5-二-三級丁基-4-羥基苯基)-丙酸酯(諸如IRGANOX 1076)和4‑羥基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基及其混合物。該等抑制劑係與產物通式(I)之(甲基)丙烯酸酯類共沉澱，意味著可避免最終產物中的自發性聚合。通式(II)之醇與活化型(甲基)丙烯酸衍生物(III)的反應係在介於0℃與130℃之間的溫度下進行，較佳為介於80℃與100℃之間的溫度下，且最佳為介於85℃與95℃之間的溫度下。反應經常需要3 h至5 h才能完全轉化，但亦可能在介於1小時與24小時之間。活化型(甲基)丙烯酸衍生物(III)較佳地以其經上文概述的抑制劑穩定之市售取得的穩定型種類(例如VISIOMER® MAAH)使用。活化型(甲基)丙烯酸衍生物(III)較佳地以其具有2000 ppm之+-200ppm之2,4-二甲基-6-三級丁基酚或1000ppm之+-200ppm之2,4-二甲基-6-三級丁基酚之市售取得的穩定型種類(例如VISIOMER® MAAH)使用，因此已引入一種穩定劑至反應混合物中且-如所概述的-亦在最終產物中。可添加額外的抑制劑，其中額外添加之穩定劑的量較佳地在反應開始時調整至以完全轉化下理論上預期的產物量為基準，介於0與1000ppm之間，且其中額外添加之穩定劑的量最佳地在反應開始時調整至以完全轉化下理論上預期的產物量為基準，介於150與1000ppm之間。粗製反應混合物可在自水性介質沉澱出通式(I)之(甲基)丙烯酸酯前與甲醇接觸。假設進行此中間步驟，則甲醇較佳地在介於60℃與80℃之間的溫度下添加。所添加的甲醇量可經計算且為相對於反應結束時存在於反應混合物中之殘留(甲基)丙烯酸酐的1至5當量。在本發明之一個具體例中，通式(II)之醇為香草醛及通式(I)之(甲基)丙烯酸酯類為(甲基)丙烯酸香草醛酯。在不同的具體例中，通式(II)之醇為乙基香草醛及通式(I)之(甲基)丙烯酸酯類為(甲基)丙烯酸乙基香草醛酯。在額外的態樣中，本發明提供穩定型式(I)之(甲基)丙烯酸酯，亦即包含下列之組成物：通式(I)之(甲基)丙烯酸酯

具有 R ²=-H、-OMe、-OEt或-O-C ₃至O-C ₁₀烷基、支鏈烷基或烯基 R ³=H、Me、Et或-C ₃至C ₁₀烷基或烯基 R ⁴=-Me或-H 及至少一種聚合抑制劑，組成物係藉由如下方式而獲得：將通式(II)之醇

具有R ²和R ³如上文所定義，及與活化型(甲基)丙烯酸衍生物(III)反應

具有 R ¹=F、Cl、Br、I、-O(C=O)C(CH ₃)(CH ₂)、-O(C=O)C(H)(CH ₂)，且具有R ⁴如上文所定義，反應係在該至少一種聚合抑制劑的存在下進行，且藉由自水性介質沉澱而自粗製反應混合物沉澱出通式(I)之(甲基)丙烯酸酯連同至少一種抑制劑。適合的式(I)之(甲基)丙烯酸酯類如上文所定義。在本發明較佳的具體例中，R ³為氫或甲基。R ³特佳為氫。以(甲基)丙烯酸香草醛酯和(甲基)丙烯酸乙基香草醛酯，以及(甲基)丙烯酸4-乙醯基苯酯(分別為式(VI)和(VII))和(甲基)丙烯酸4-甲醯基苯酯(分別為式(VIII)和(VIX))特佳。

適合的抑制劑如上文所定義。有利地使用2,4-二甲基-6-三級丁基酚(Topanol A)、對-甲氧基酚(MEHQ)、4‑羥基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基及/或其組合。在該方法中所使用之抑制劑較佳地以介於0與5000 ppm之間，較佳為介於1000與3000之間的總量施予。如此獲得的穩定型式(I)之(甲基)丙烯酸酯(亦即包含通式(I)之(甲基)丙烯酸酯及至少一種穩定劑之組成物)具有介於400ppm與2000ppm之間的穩定劑含量。在產物中的穩定劑濃度通常佔反應中的初始穩定劑濃度之30%至80%。本發明人已意外地發現包括式(IV)或(V)之EVAL(M)A單體的聚合物與常應用之交聯試劑(亦即二胺及/或二醯肼(諸如ADH)及/或封閉型交聯試劑(諸如封閉型醯肼))的交聯性質可相對於(甲基)丙烯酸香草醛酯類而顯著地改進。如基於比較實驗所示，室溫交聯對併入EVAL(M)A而不是VAL(M)A之聚合物更有效，因為基於EVAL(M)A系聚合物/膜的實驗出示增加的交聯密度。因此，本發明亦針對式(IV)或式(V)之(甲基)丙烯酸酯

。式(IV)和(V)之化合物係經由根據本發明之方法而獲得。鑑於上文可顯而易見，本發明亦指藉由如上述之方法而獲得的穩定型式(IV)或式(V)之(甲基)丙烯酸酯類。分別根據本發明及以本發明之方法可獲得的化合物及組成物特別適合作為(乳化)聚合物製備(UPR、VER)之共單體及反應性稀釋劑，如例如WO 94/025433、WO 2010/026204、DE 10 2013 223 876、EP 0016518、DE 4237030、WO 2009/ 146995A1、EP 2246403、US9394460B1及WO2018063095A1中所述。再者，分別根據本發明及以本發明之方法可獲得的化合物及組成物特別適合作為交聯具有如下的官能化單體之聚(甲基)丙烯酸酯黏合劑的共單體：諸如丙酮單體、二丙酮丙烯醯胺(DAAM)、(甲基)丙烯酸乙醯乙醯氧基乙酯(AAE(M)A)單體、乙醯乙酸丁酯(BAA)單體或其混合物。因此，在本發明中所述之化合物為適合於(部分)置換或添加至當前及普遍建立的調配物中所使用之常見的含羰基化合物(諸如DAAM)之共單體。聚合物乳液(有時稱為「乳膠」)為塗料及油漆工業中常用的成膜劑。該等水分散性聚合物組成物通常包含分散在水性溶劑相中的有機聚合物黏合劑相。該等聚合物乳液可在室溫條件(通常為約20℃至30℃)下固化/交聯。此等乳液之聚合物黏合劑相通常包含具有光化輻射可固化的官能基(諸如乙烯基)之聚合物或共聚物。此等黏合劑的常見實例會為聚丙烯酸酯類或聚甲基丙烯酸酯類。經常將交聯劑添加至此等組成物中以增加最終形成之塗層的硬度。此係藉由增加交聯密度來實現。除了提高硬度以外，增加交聯密度的其他效益可能包括但不限於增加塗層對水或化學溶劑(酸、鹼)的耐受性、可清潔性及耐(濕)刷洗性。交聯可使用常應用的交聯試劑來執行，亦即二胺及/或二醯肼(諸如ADH)及/或封閉型交聯試劑(諸如封閉型醯肼)，如在例如US 2014/0228509中所述。在下文中，本發明係以非限制性實施例及示例性具體例例證。實施例

實施例1a：甲基丙烯酸香草醛酯(VALMA) (R ¹=O(CO)C(CH ₂)CH ₃，R ²=OMe，R ³=H，R ⁴=Me)的合成將香草醛(989g，6.5mol，1.00 eq.)及甲基丙烯酸酐(1402g，9.1mol，1.40 eq.)與4-甲氧基酚(1.43g，0.011 mol，0.001 eq.)及甲醇鋰(12.34g，0.32mol，5mol%)一起混合。將所得混合物加熱至90℃至100℃，在此時獲得均勻的溶液。在反應期間，將空氣持續起泡通過反應混合物。在四小時後，添加甲醇(346g)且將混合物在升溫下另外攪拌30分鐘。隨後添加水(5L)，其導致無色的結晶固體沉澱。將固體濾出，視需要地以水清洗且乾燥。產量：1200g (84%) 如此獲得的產物已含有足夠量的共沉澱之抑制劑4-甲氧基酚以及2,4-二甲基-6-三級丁基酚(自甲基丙烯酸酐產生)且未必一定要另外以聚合抑制劑穩定。 ¹H NMR(400.13MHz，CDCl ₃)：δ[ppm]=2.08(dd, ⁴J=1.5Hz, ⁴J=0.9Hz, 3H, CH ₃), 3.89(s, 3H, OCH ₃), 5.79(dq, ²J=1.5Hz, ⁴J=1.5Hz, 1H, CCH ₂), 6.38(dq, ²J=1.5Hz, ⁴J=0.9 Hz, 1H, CCH ₂), 7.24-7.27(m, 1H, CH), 7.46-7.52(m, 2H, CH), 9.95(s, 1H, COH)。 ¹³C{ ¹H}NMR與文獻符合。參照：Stanzione, J.F., III, Sadler, J.M., La Scala, J.J.和Wool, R.P.(2012)之Lignin Model Compounds as Bio‐Based Reactive Diluents for Liquid Molding Resins. ChemSusChem, 5: 1291-1297. doi:10.1002/cssc.201100687 GC(面積%)：＞97%之純度(甲基丙烯酸香草醛酯)。殘留甲基丙烯酸酐＜ 0.1，殘留甲基丙烯酸＜ 0.2。抑制劑含量：1360ppm之2,4-二甲基-6-三級丁基酚，488ppm之4-甲氧基酚。實施例1b：甲基丙烯酸香草醛酯(VALMA) (R ¹=O(CO)C(CH ₂)CH ₃，R ²=OMe，R ³=H，R ⁴=Me)的合成將香草醛(800g，5.26mol，1.00 eq.)及甲基丙烯酸酐(1135g，7.37mol，1.40 eq.)與4-甲氧基酚(1.16g，0.009mol，0.001 eq.)及甲基丙烯酸鈉(4g，0.037mol，0.007 eq.)一起混合。將所得混合物加熱至90℃，在此時獲得均勻的溶液。在反應期間，將空氣持續起泡通過反應混合物。在六小時後，將混合物倒入水(2L)中，在攪拌時導致無色的結晶固體沉澱。將固體濾出，視需要地以水清洗且乾燥。產量：850g(74%)。如此獲得的產物已含有足夠量的共沉澱之抑制劑4-甲氧基酚以及2,4-二甲基-6-三級丁基酚(自甲基丙烯酸酐產生)且未必一定要另外以聚合抑制劑穩定。分析數據完全可與實施例1a中所獲得的VALMA純度相比。抑制劑含量：742ppm之2,4-二甲基-6-三級丁基酚，253ppm之4-甲氧基酚。實施例1c：甲基丙烯酸香草醛酯(VALMA) (R ¹=O(CO)C(CH ₂)CH ₃，R ²=OMe， R ³=H，R ⁴=Me)的合成將香草醛(4944.9g，32.5mol，1.00 eq.)及甲基丙烯酸酐(7014.3g，45.5mol，1.40 eq.)與4-甲氧基酚(7.16g，0.057mol，0.001 eq.)及甲醇鋰(61.72g，1.62mol，5mol%)一起混合。將所得混合物加熱至90℃，在此時獲得均勻的溶液。在反應期間，將空氣持續起泡通過反應混合物。反應係經由GC監測且起始材料在1小時後幾乎完全消耗(可在此時停止反應)。在4.5小時後，添加甲醇(2082.6g)且將混合物在升溫下另外攪拌兩小時。隨後使反應混合物來到室溫。將粗製材料倒入水中，在劇烈攪拌時導致無色的結晶固體沉澱。將產物以過濾而與母液分離，另外以水清洗且乾燥。產量：6149g(86%)。備註：額外的產物可自母液中的延遲沉澱或萃取而獲得。萃取可以常見的有機溶劑進行。如此獲得的產物已含有足夠量的共沉澱之抑制劑4-甲氧基酚以及2,4-二甲基-6-三級丁基酚(自甲基丙烯酸酐產生)且未必一定要另外以聚合抑制劑穩定。 GC(面積%)：＞98%之純度(甲基丙烯酸香草醛酯)。殘留甲基丙烯酸酐＜ 0.2，殘留甲基丙烯酸＜ 0.1。水含量(卡耳費雪法(Karl Fischer))：＜ 0.1wt% 抑制劑含量：848ppm之2,4-二甲基-6-三級丁基酚，205ppm之4-甲氧基酚實施例2：甲基丙烯酸乙基香草醛酯(EVALMA) (R ¹=O(CO)C(CH ₂)CH ₃，R ²=OEt，R ³=H，R ⁴=Me)的合成將乙基香草醛(200g，1.20mol，1.00 eq.)及甲基丙烯酸酐(259g，1.68mol，1.40 eq.)與4-甲氧基酚(0.281g，0.002 mol，0.001 eq.)及甲醇鋰(2.30g，0.06mol，5mol%)一起混合。將所得混合物加熱至90℃至100℃，在此時獲得均勻的溶液。在反應期間，將空氣持續起泡通過反應混合物。在3.5小時後，添加甲醇(47.7g)且將混合物在升溫下另外攪拌30分鐘。隨後添加水(2L)，其導致無色的結晶固體沉澱。將固體濾出，視需要地以水清洗且乾燥。產量：268.8g(95%)。如此獲得的產物已含有足夠量的共沉澱之抑制劑4-甲氧基酚以及2,4-二甲基-6-三級丁基酚(自甲基丙烯酸酐產生)且未必一定要另外以聚合抑制劑穩定。 ¹H NMR(400.13 MHz，CDCl ₃)：δ [ppm]=1.38(t, ³J=7.4 Hz, 3H, CH ₂CH ₃), 2.07(dd, ⁴J=1.5Hz, ⁴J=0.9Hz, 3H, CH ₃), 4.12(q, ³J=7.4Hz, 2H, OCH ₂), 5.77(dq, ²J=1.5Hz, ⁴J=1.5Hz, 1H, CCH ₂), 6.38(dq, ²J=1.5Hz, ⁴J=0.9Hz, 1H, CCH ₂), 7.24-7.27(m, 1H, CH), 7.45-7.49(m, 2H, CH), 9.93(s, 1H, COH)。 ¹³C{ ¹H}NMR(100.61 MHz，CDCl ₃)：δ [ppm]=14.5(CH ₃), 18.4(CH ₃), 64.7(OCH ₂), 112.0(CH), 123.4(CH), 124.5(CH), 127.6(CH ₂), 135.1(C _q), 135.4(C _q), 145.6(C _q), 151.4(C _q), 164.9(COO), 191.1(COH)。 GC(面積%)：＞97%之純度(甲基丙烯酸乙基香草醛酯)。殘留甲基丙烯酸酐＜0.1，殘留甲基丙烯酸＜0.2。抑制劑含量(雙重測定)：693ppm和727ppm之2,4-二甲基-6-三級丁基酚；6ppm和20ppm之4-甲氧基酚。實施例3：甲基丙烯酸4-乙醯基苯酯(R ¹=O(CO)C(CH ₂)CH ₃，R ²=H，R ³=Me，R ⁴=Me)的合成將4-羥基苯乙酮(300g，2.20mol，1.00 eq.)及甲基丙烯酸酐(475.6g，3.09mol，1.40 eq.)與2,4-二甲基-6-三級丁基酚(0.45g，0.002mol，0.001 eq.)及氯化鎂(5.20g，2.5mol%)一起混合。將所得混合物加熱至90℃至100℃，在此時獲得均勻的溶液。在反應期間，將空氣持續起泡通過反應混合物。在3小時後，添加甲醇(35.2g)且將混合物在升溫下另外攪拌30分鐘。隨後將混合物倒入水(4L)中，其導致無色的結晶固體沉澱。將固體濾出，視需要地以水清洗且乾燥。產量：328.1g(74%)。如此獲得的產物已含有足夠量的共沉澱之2,4-二甲基-6-三級丁基酚且未必一定要另外以聚合抑制劑穩定。 ¹H NMR(400.13MHz，CDCl ₃)：δ [ppm]=2.08(dd, ⁴J= 1.5Hz, ⁴J=0.9Hz, 3H, CH ₃), 2.59(s, 3H, CH ₃), 5.93(dq, ²J=1.5Hz, ⁴J=1.5Hz, 1H, CCH ₂), 6.31(dq, ²J=1.5Hz, ⁴J=0.9Hz, 1H, CCH ₂), 7.30-7.45(m, 2H, CH), 8.00-8.07(m, 2H, CH)。 ¹³C{ ¹H}NMR(100.61 MHz，CDCl ₃)：δ [ppm]=18.4(CH ₃), 17.2(CH ₃), 123.5(CH), 128.7(CH ₂), 130.3(CH), 135.0(C _q), 135.5(C _q), 154.7(C _q), 165.4(COO), 197.3(COMe)。 GC(面積%)：＞98%之純度(甲基丙烯酸香草醛酯)。殘留甲基丙烯酸酐＜0.1，殘留甲基丙烯酸＜ 0.1。抑制劑含量：404ppm之2,4-二甲基-6-三級丁基酚實施例4：甲基丙烯酸4-甲醯基苯酯(R ¹=O(CO)C(CH ₂)CH ₃，R ²=H，R ³=H，R ⁴=Me)的合成將4-羥基苯甲醛(200g，1.63mol，1.00 eq.)及甲基丙烯酸酐(353.5g，2.29mol，1.40 eq.)與2,4-二甲基-6-三級丁基酚(0.31g，0.002mol，0.001 eq.)及甲醇鋰(3.10g，5mol%)一起混合。將所得混合物加熱至90℃至100℃，在此時獲得均勻的溶液。在反應期間，將空氣持續起泡通過反應混合物。在4.5小時後，添加甲醇(86.5g)且將混合物在升溫下另外攪拌30分鐘。隨後將混合物倒入水性乙醇(2L，70：30)中，在冷卻時導致無色的結晶固體沉澱。將固體濾出，視需要地以水清洗且乾燥。產物在室溫下為液體。 GC(面積%)：＞95%之純度。殘留甲基丙烯酸酐＜ 0.1，殘留甲基丙烯酸＜ 0.2。如此獲得的產物已含有足夠量的共沉澱之抑制劑2,4-二甲基-6-三級丁基酚且未必一定要另外以聚合抑制劑穩定。 ¹H NMR(400.13 MHz，CDCl ₃)：δ [ppm]=2.06(dd, ⁴J= 1.4Hz, ⁴J=0.9Hz, 3H, CH ₃), 5.80(dq, ²J=1.4Hz, ⁴J=1.5Hz, 1H, CCH ₂), 6.37(dq, ²J=1.4Hz, ⁴J=0.9Hz, 1H, CCH ₂), 7.29-7.35(m, 2H, CH), 7.90-7.95(m, 2H, CH), 9.98(s, 1H, CHO)。 ¹³C{ ¹H}NMR(100.61 MHz，CDCl ₃)：δ[ppm]=18.1(CH ₃), 122.3(CH), 127.9(CH ₂), 131.0(CH), 133.8(C _q), 135.3(C _q), 155.6(C _q), 164.9(COO), 190.7(COH)。 ¹H NMR及 ¹³C{ ¹H}NMR與文獻符合。參照：M. Eing, B. T. Tuten, J. P. Blinco, C. Barner-Kowollik, Chem. Eur. J. 2018 , 24 , 12246。在再結晶後的抑制劑含量：80ppm之2,4-二甲基-6-三級丁基酚抑制劑含量：自甲基丙烯酸酐開始的合成程序伴隨著自原材料產生的固有抑制劑含量。在上述實驗中所使用之甲基丙烯酸酐通常已含有2,4-二甲基-6-三級丁基酚(2000 +- 200ppm)。因此，在合成期間不必添加額外的抑制劑，儘管可另外添加例如4-甲氧基酚。當然，最終產物的抑制劑含量強力地取決於產率、純度及確切的後處理程序(清洗、水量、鹼性或酸性條件、再結晶等)，且在固體產物的情況下，亦必須考慮在固體內不均勻的抑制劑分布。然而，驚訝的是所有產物及各種後處理條件均使足夠量的抑制劑續留在產物中。當自醇與活化型甲基丙烯酸種類的反應產生之粗製反應混合物倒入純水中或與純水混合時，大部分的2,4-二甲基-6-三級丁基酚續留在最終產物中。謹記產物的重量增加，當不添加額外的抑制劑時，抑制劑濃度(以ppm計)自然會下降。對上述之實施例進行下列的計算及測量：

實際上，2,4-二甲基-6-三級丁基酚在反應期間大部分被保留，且在簡單的水性後處理的情況下以顯著的程度續留在產物中。然而在水性清洗相中幾乎沒有發現殘留抑制劑，但是一些量會與有機副產物(諸如甲基丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯)結合而損失。相反地，在產物於有機溶劑中再結晶時(參見例如實施例4)，使得抑制劑損失。亦即，令人驚訝的是： a) 當活化及穩定型(甲基)丙烯酸衍生物與醇如上述反應時，未必一定要添加額外的抑制劑。 b) 當粗製反應混合物係藉由與水性介質混合而簡單地後處理時，則自穩定型(甲基)丙烯酸衍生物產生的抑制劑大部分被保留且續留在產物中。 c) 文獻已知的後處理程序(諸如再結晶、層析術純化步驟等)降低產物中的最終抑制劑濃度且需要單獨添加抑制劑。 d) 關於VALMA及EVALMA：與所使用之活化及穩定型(甲基)丙烯酸組分之抑制劑濃度[ppm]有關，產物的抑制劑濃度佔初始濃度的30%至80%。製造分散液，隨後將其與己二酸二醯肼(ADH)交聯及製造膜實施例1：具有甲基丙烯酸乙基香草醛酯(1.35mol%)之分散液的合成丙烯酸丁酯共甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙基香草醛酯、甲基丙烯酸

將甲基丙烯酸乙基香草醛酯(21.9g)溶解在丙烯酸丁酯(BuA，427.9g)及甲基丙烯酸甲酯(342.2g)中。將溶液以甲基丙烯酸(8g)、過硫酸銨(APS，2.4g)、Disponol FES 32(0.6g，30%)在水(718.4g)中乳化(使用Ultra-Turrax，3分鐘，4000 rpm)。將水(470g)及Disponil DES 32(0.6g，30%)添加至配備有溫度控制及槳式攪拌器的2L玻璃反應器中，加熱至80℃且與溶解在水(10g)中的APS(0.6g)混合。在五分鐘後，經240分鐘期間添加最初製備之乳液(其可以間隔發生)。在乳液加完後，將混合物在80℃下再攪拌1小時。在冷卻至室溫後，將分散液使用具有篩孔大小125 μm的過濾器過濾。如此製備之分散液具有40±1wt%之固體含量、2.1之pH值、9mPas之黏度、100nm之rDNC值及3.4℃之最低成膜溫度。在進一步加工前，將分散液經由添加水性氨(25%)而調節至pH=9。實施例2：具有甲基丙烯酸乙基香草醛酯(2.72mol%)之分散液的合成丙烯酸丁酯共甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙基香草醛酯、甲基丙烯酸

分散液係根據實施例1所指示之程序合成，但是使用43.6g之甲基丙烯酸乙基香草醛酯、416.0g之乙酸丁酯、332.5g之甲基丙烯酸甲酯及8g之甲基丙烯酸。如此製備之分散液具有40±1wt%之固體含量、2.0之pH值、9mPas之黏度、112nm之rDNC值及5.3℃之最低成膜溫度。在進一步加工前，將分散液經由添加水性氨(25%)而調節至pH=9。實施例3：具有甲基丙烯酸香草醛酯(1.35mol%)之分散液的合成丙烯酸丁酯共甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸香草醛酯、甲基丙烯酸

分散液係根據實施例1所指示之程序合成，但是使用20.72g之甲基丙烯酸香草醛酯、428.64g之乙酸丁酯、342.72g之甲基丙烯酸甲酯及8g之甲基丙烯酸。如此製備之分散液具有40±1wt%之固體含量、2.0之pH值、8mPas之黏度、111nm之rDNC值及4.4℃之最低成膜溫度。在進一步加工前，將分散液經由添加水性氨(25%)而調節至pH=9。實施例4：具有甲基丙烯酸香草醛酯(2.72mol%)之分散液的合成丙烯酸丁酯共甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸香草醛酯、甲基丙烯酸

分散液係根據實施例1所指示之程序合成，但是使用41.1g之甲基丙烯酸香草醛酯、417.4g之乙酸丁酯、333.6g之甲基丙烯酸甲酯及8g之甲基丙烯酸。如此製備之分散液具有40±1wt%之固體含量、1.9之pH值、8mPas之黏度、122nm之rDNC值及6.9℃之最低成膜溫度。在進一步加工前，將分散液經由添加水性氨(25%)而調節至pH=9。分散液與己二酸二醯肼(ADH)之交聯將所有的分散液與等莫耳量的ADH交聯。將ADH (15%)之水溶液添加至攪拌的分散液中且隨後攪拌兩小時。在室溫下，將膜乾燥。溶劑吸取量所製備之膜的溶劑吸取量係使用甲基異丁基酮(MIBK)測定。將分散液膜的樣品(A)在室溫下以MIBK浸漬/膨脹四小時。隨後，將樣品自溶劑取出，清除多餘的黏附溶劑且秤重。在此之後，將模具樣品在140℃下經一小時乾燥且再秤重(B)。(A)與(B)的重量差異說明重量損失，其對應於溶劑吸取量。膨脹係與移除所有可溶部分後的樣品(B)之重量有關且稱為真實膨脹。

經交聯之膜的膨脹表現如圖1所描述。如VALMA及EVALMA膜之膨脹實驗中清楚地看出，未經交聯及經交聯之膜的真實膨脹值的絕對差距係取決於施予之單體而顯著地不同。與VALMA系膜相比(1.35 mol%：Δ(未經交聯：經交聯)=-1655%，2.72mol%：Δ(未經交聯：經交聯)=-1040%)，如此製備之EVALMA系膜的真實膨脹值以更大的程度降低的(1.35mol%：Δ(未經交聯：經交聯)=-1918%，2.72mol%：Δ(未經交聯：經交聯)=-1472%)。與併入基於VALMA之聚合物的膜相比，併入基於EVALMA之聚合物的經交聯之膜始終地顯示較低的真實膨脹值。關於1.35mol%和2.72mol%的兩種施予之莫耳濃度，EVALMA顯示經交聯之膜的真實膨脹值(265%和164%)比VALMA(270%和168%)低。因此，很明顯聚合物與例如ADH之交聯在使用甲基丙烯酸乙基香草醛酯代替甲基丙烯酸香草醛酯時更有效。這同樣適用於丙烯酸乙基香草醛酯相對於丙烯酸香草醛酯。

Claims

一種用於製備通式(I)之(甲基)丙烯酸酯類之方法，
具有 R ²=-H、-OMe、-OEt或-O-C ₃至O-C ₁₀烷基、支鏈烷基或烯基 R ³=H、Me、Et或-C ₃至C ₁₀烷基或烯基 R ⁴=-Me或-H 該方法係藉由將通式(II)之醇
具有R ²和R ³如上文所定義，且與活化型(甲基)丙烯酸衍生物(III)反應，
具有R ⁴如上文所定義，且 R ¹=F、Cl、Br、I、-O(CO)C(CH ₂)CH ₃、-O(CO)C(CH ₂)H 其中該通式(I)之(甲基)丙烯酸酯係藉由自水性介質沉澱而自粗製反應混合物獲得。
如請求項1之方法，其中在該沉澱步驟中所使用之該水性介質係選自純水或脫鹽水、醇系水溶液、氨水溶液、鹼(土)金屬氫氧化物水溶液及鹼(土)金屬碳酸氫鹽和碳酸鹽水溶液。
如前述請求項中任一項之方法，其中該沉澱步驟係在介於7與12之間的pH下進行，及/或其中在該沉澱步驟中所使用之該水性介質的量為介於1至20倍最初使用之醇(II)的質量。
如前述請求項中任一項之方法，其中該活化型(甲基)丙烯酸衍生物(III)為(甲基)丙烯酸酐。
如前述請求項中任一項之方法，其中該通式(II)之醇為香草醛及該通式(I)之(甲基)丙烯酸酯類為(甲基)丙烯酸香草醛酯，或另一選擇地，其中該通式(II)之醇為乙基香草醛及該通式(I)之(甲基)丙烯酸酯類為(甲基)丙烯酸乙基香草醛酯。
如前述請求項中任一項之方法，其中該通式(II)之醇與該活化型(甲基)丙烯酸衍生物(III)的該反應係在無溶劑條件下進行。
如前述請求項中任一項之方法，其中該通式(II)之醇與該活化型(甲基)丙烯酸衍生物(III)的該反應係在至少一種選自由下列所組成之群組的觸媒存在下進行：鹼金屬鹽類(諸如氫氧化物類、鹵化物類、三氟甲磺酸鹽類、過氯酸鹽類)、鹼土金屬鹽類(諸如氫氧化物類、鹵化物類、三氟甲磺酸鹽類、過氯酸鹽類)、鋅鹽類(諸如氫氧化物類、鹵化物類、三氟甲磺酸鹽類、過氯酸鹽類)、稀土金屬鹽類(諸如鹵化物類、三氟甲磺酸鹽類、過氯酸鹽類)、醇鋰類、硫酸、甲基丙烯酸鋰或甲基丙烯酸鈉、經胺基取代之吡啶類(諸如4-(二甲基胺基)-吡啶)或其混合物。
如前述請求項中任一項之方法，其中該通式(II)之醇與該活化型(甲基)丙烯酸衍生物(III)的該反應係在甲醇鋰、或氯化鎂、或氫氧化鈉、或(甲基)丙烯酸鈉或硫酸、或其混合物存在下進行。
如前述請求項中任一項之方法，其中觸媒係以下列量存在：以烷醇鋰、氫氧化鈉或氯化鎂而言為介於0.1與10mol%之間，特別為5mol%(相對於醇)；以甲基丙烯酸鈉而言為介於0.1與2 wt %之間，特別為0.5wt%；或以硫酸而言為介於0.1與1wt%之間(相對於總反應質量)，特別為0.3至0.4wt%。
如前述請求項中任一項之方法，其中在該反應中所使用之該活化型(甲基)丙烯酸衍生物(III)係以該通式(II)之醇的量為基礎介於0.9 eq.與2.0 eq.之間，較佳為介於1.0 eq.與1.8 eq.之間，且最佳為介於1.2 eq.與1.6 eq.之間的量存在。
如前述請求項中任一項之方法，其中該通式(II)之醇與該活化型(甲基)丙烯酸衍生物(III)的該反應係在介於0℃與130℃之間的溫度下，較佳為介於80℃與100℃之間的溫度下，且最佳為介於85℃與95℃之間的溫度下進行。
如前述請求項中任一項之方法，其中在自水性介質沉澱出該通式(I)之(甲基)丙烯酸酯前，令該粗製反應混合物與甲醇接觸。
如前述請求項中任一項之方法，其中該通式(II)之醇與該活化型(甲基)丙烯酸衍生物(III)的該反應係在至少一種選自由下列所組成之群組的聚合抑制劑存在下進行：氫醌類、氫醌醚類(諸如氫醌單甲醚或二-三級丁基兒茶酚)、啡噻𠯤、N,N’-(二苯基)-對-苯二胺、4‑羥基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基、對-苯二胺、亞甲藍或位阻酚類，其中穩定劑的量在反應開始時調整至以完全轉化下理論上預期的產物量為基礎介於0與5000ppm之間。
一種組成物，其包含通式(I)之(甲基)丙烯酸酯
具有 R ²= -H、-OMe、-OEt或-O-C ₃至O-C ₁₀烷基、支鏈烷基或烯基 R ³=H、Me、Et或-C ₃至C ₁₀烷基或烯基 R ⁴= -Me或-H 及至少一種聚合抑制劑，該組成物係藉由如下方式而獲得：將通式(II)之醇
具有R ²和R ³如上文所定義，與活化型(甲基)丙烯酸衍生物(III)反應
具有 R ¹=F、Cl、Br、I、-O(C=O)C(CH ₃)(CH ₂)、-O(C=O)C(H)(CH ₂)，且具有R ⁴如上文所定義，該反應係在該至少一種聚合抑制劑的存在下進行，且藉由自水性介質沉澱而自粗製反應混合物沉澱出該通式(I)之(甲基)丙烯酸酯連同該至少一種抑制劑。
一種通式(V)之(甲基)丙烯酸酯，
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