JPS62273960A - 3−メチル−1−ビニル−イミダゾリウムクロリドの製法 - Google Patents

3−メチル−1−ビニル−イミダゾリウムクロリドの製法

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JPS62273960A
JPS62273960A JP62116032A JP11603287A JPS62273960A JP S62273960 A JPS62273960 A JP S62273960A JP 62116032 A JP62116032 A JP 62116032A JP 11603287 A JP11603287 A JP 11603287A JP S62273960 A JPS62273960 A JP S62273960A
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ハンス−ヘルムート・ゲルツ
フエルデイナント・シユトラウブ
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アルブレヒト・コルブ
ハンス−ユルゲン・ラウベンハイマー
フリードリツヒ・フオーゲル
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の詳細な説明 本発明は、N−ビニルイミダゾールを水溶液中で塩化メ
チルを用いて四級化することによる、3− /(f ル
ー 1−ピニルーイミダゾリウムク。
リドの製法に関する。
単量体構造単位としての6−メチル−1−ビニル−イミ
ダゾリウムクロリドを使用する水溶性カチオン性重合体
の製造は、原則として2方法により行われる。
第一の方法では、対応するN−ビニルイミダゾールを単
独重合又は共重合させ、得られた重合体をメチル化剤を
用いて四級化する。この方法は例えばジャーナル・オプ
・フィジカル・ケミストリー61巻1347〜1352
頁(1957年)に記載されており、この場合はメタノ
ールに溶解したポリビニルイミダゾールを沃化メチルと
反応させる。
単量体の段階で四級化を行い、得られた四級化単量体を
重合させることもできる。この方法も文献既知であって
、例えばACSポリマー・プレプリント15巻462〜
467頁(1974年)及び13巻271〜272頁(
1972年)のサラモンらの一連の報文には、N−ビニ
ルイミダゾールを沃化メチル又はジメチル硫酸と反応さ
せて四級アンモニウム塩にすることが記載されている。
この場合は、単量体例えばN−ビニルイミダゾールを溶
剤としての酢酸エチル中でアルキル化試薬と反応させ、
生成した塩を固形物として単離する。重合のためにはこ
の塩を適当な単量体と共に再溶解する。
N−ビニルイミダゾールのジメチル硫酸又は沃化メチル
による四級化は慣用され、文献に多数記載されている。
これに対しメチル化剤又は四級化剤として塩化メチルを
使用することは、得られるメトクロライドが分子量が小
さいので高い荷電密度を有するにも拘らず、常用されて
いない。Khim、 Geterotsi K11ch
、 5oed、 7巻958〜960頁(1971年)
には、ビニルイミダゾールを沃化アルキル例えば沃化メ
チル及び臭化アルキルを用いて溶剤を添加しないで四級
化することが記載され、英国特許2626475号明細
書により例えば1− n−デシル−2−メチル−イミダ
ゾール閉鎖容器中で塩化メチルと反応させうろことが知
られているにも拘かず、この場合はビニルイミダゾール
が塩化アルキルと反応しないことが確認されている。
ハロゲン化アルキルによる四級化のための溶剤として、
特に極性溶剤例えばニトロメタン、アセトニトリル又は
アルコールが適することは広く知られている。これに対
し水は、ハロゲン化アルキルが水に溶解しないか又はわ
ずかじか溶解しないため適当でないことが、例えばホウ
−ヘアー’7−(ル著メト−テン・デル・オルガニツシ
エン・ヘミーM72巻594〜595頁(1958年)
により知られている。そこには塩化アルキルが著しく活
性が低いので、まず臭化アルキル又は沃化アルキルを用
いてアルキル化を行い、次いでハロゲン交換を行うこと
が好ましいことも記載されている。
本発明の課題は、水溶液中で塩化メチルと反応させるこ
とによる6−メチル−1−ビニル−イミダゾリヘラムク
ロリドの製造を、工業的にできるだけ簡単に実行しうる
方法を開発することであった。
本発明はこの課題を解決するもので、次式%式% (R’、R2及びR3は後記の意味を、このN−ビニル
イミダゾールの10〜70重量%好ましくは25〜60
重量%水溶液を、このN−ビニルイミダゾールに対し9
0〜110モル%好マシ<は94〜100モル%の量の
塩化メチルと、閉鎖系中で40〜100℃好ましくは5
0〜90℃の温度において反応させることによる、次式 %式% (R1、R2及びR3はH又はメチル基を意味する)で
表わされるる一メチルー1−ビニルーイミダゾリ〜ウム
クロリドの製法である。
特に好ましい式Hの出発化合物は、1−ビニルイミダゾ
ール及び2−メチル−1−ビニルイミダゾールである。
反応は閉鎖装置内で行われ、式■の四級化されるイミダ
ゾールの加熱される溶液に、前記温度及び15〜2バー
ルの反応圧において塩化メチルを供給する。特に反応速
度、温度及び使用する装置と関連して、前記の圧力範囲
内で対応する供給速度で塩化メチルを供給する。%に高
い圧力に適しそして良好な熱除去が保証される装置内で
、前記の圧力範囲内で高い圧力において、塩化メチルを
対応して強く供給しながら操作することができる。
イミダゾールをできるだけ完全に四級化しようとすると
きは、塩化メチルを少なくとも当モル量で又は10モル
%までの過剰で添加する。
塩化メチルの好ましい量は94〜100モル%で、特に
好ましくは94〜99モル%でアル。
反応速度は反応の終末時に次第に低下するので、小過剰
の塩化メチルを使用すると、普通は塩化メチルの完全な
変化が達せられる。
別の実施態様においては、使用する1〜3個の炭素原子
を有する1価脂肪族アルコールの水溶液が、さらに溶剤
を、存在する水に対し好ましくは5〜30重量%の量で
含有する。このためにはメタノール、エタノール、n−
プロパツールそして特にインプロパツールが用いられる
本発明による四級化反応の予想外の成果は、特に操作が
簡単なことにある。溶剤としての水中で反応が完全に行
われることは予期されなかった。なぜならば技術水準に
よれば、直接反応は不可能か又はきわめて困難であり、
他方では塩化メチルが水に著しく難溶だからである。ウ
ルマンス・エンチクロペデイeデル・テヒニツシエンー
ヘミーの9巻405頁(1975年)には、水1kli
+に室温及び1バールにおいて塩化メチルが911そし
て60’Cでは、わずか2.6g溶解することが記載さ
れている。
本発明により得られる水溶液は、好ましくは直接に対応
する水溶性重合体の製造に使用できる。したがって普通
は、得られたろ一メチルー1−ビニルーイミダゾリウム
クロリドを単離することは必要でない。本発明により得
られた溶液は、式lの1−ビニル−イミダゾリウムクロ
リドの水溶性の単独重合体又は共重合体の製造に使用で
きる。得られる3−メチル−1−ビニル−イミダゾリウ
ムクロリドの溶液は、好ましくは直接に又は他の重合可
能な単量体と共に、ラジカル形成開始剤を使用して、水
溶液又は水−アルコール溶液中で自体普通の方法で重合
される。
好ましい共単量体は水溶性不飽和単量体で、その例は次
のものである。式■のN−ビニルイミダゾール、アクリ
ルアミド、メタクリルアミド、N−メチロールアクリル
アミド、N−メチロールメタクリルアミド、ヒドロキシ
アルキル基中に2〜4個の炭素原子を有するヒドロキシ
アルキルアクリレート及びヒドロキシアルキルメタクリ
レート、例えばヒドロキシエチル(メト)アクリレート
、ヒドロキシプロピル(メト)アクリレート(場合によ
りその工業的混合物の形で)、2〜50個のエチレンオ
キシド単位を有するポリエチレングリコール(メト)ア
クリレート、そして特にN−ビニルアミド、例えばN−
ビニルピロリドン、N−ビニルヵプロラクメム、N−ビ
ニルホルムアミド、N〒ビニルアセトアミド及びN−メ
チル−N−ビニルアセトアミド。
場合により水不溶性共単量体、例えばスチロール、α−
オレフィン例えばペンテン又はブテン、アルキル基中に
1〜18個の炭素原子を有するアクリル(又はメタクリ
ル)酸アルキルエステル、カルボン酸基中に2〜10個
の炭素原子を有するカルボン酸ビニルエステル例えばビ
ニルアセテート又はビニルプロピオネ−トラ、本発明に
より製造された6−メチル−1−ビニル−イミへモリ八
ウムクロリドと共重合させることもできる。その場合は
、四級化混合物に均質溶液を生成する量のアルコールが
、既に添加されていることが有利である。
式Iの1−ビニル−イミダゾリウムクロリドの単独重合
体、あるいは3−メチル−1−ビニル−イミダゾリウム
クロリド97〜10重量%と、単量体の全量に対し3〜
90重量%のN−ビニルピロリドン、2−ヒドロキシエ
チルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレー
ト及びヒドロキシエチルアクリレート(工業的混合物)
の群から選ばれる単量体とからの水溶性共重合体を製造
することが特に有利である。
重合は好ましくは10〜50重量%の水溶液又は水−ア
ルコール溶液特に水−イツブロバノール溶液の中で、単
量体の重量に対し0.1〜2゜0%の量のラジカル生成
開始剤の存在下に、40〜100℃の温度で行われる。
ラジカル生成開始剤としては、過酸化水素又は無機過硫
酸塩、ならびに過酸化物型又はアゾ型の有機化合物を使
用することができる。有機過酸化物としては、例えばジ
シクロヘキシ/L/パーオキシジカーボネート、ジベン
ゾイルパーオキシド、ジラウロイルパーオキシド、三級
ブチルバー1:”ハL/ −ト又ハ三級フチルー2−エ
チルヘキサノエートが、アゾ化合物としては例えば2.
2′−アン°ビスイソブチロジニトリル、2 、2’ 
−77’ビス(2,4−ジメチル、5レロニトリル)、
2.2′−アゾビス(2−アミジノプロパン)塩酸塩又
は4,4′−アゾビス(4−シアノペンタン酸)が用い
られる。
使用するラジカル形成体の水溶性は必ずしも必要でない
。水不溶性開始剤は、例えば低級アルコールに溶解され
、又は溶剤なしで直接に添加される。開始剤は、特に有
利には40〜1゜0℃の間にある重合温度に応じて選ぶ
ことが好ましい。
重合体の分子量は、必要に応じ反応混合物に調節剤を添
加することによって低下することができる。調節剤とし
ては例えば低級アルコールが用いられる。その使用が有
利な場合には、低級アルコールの必要量を、イミダゾリ
ウムクロリドの製造の際に既に添加しておくことが好ま
しい。分子量の調節剤としてはこの目的に普通に用いら
れる他の化合物も使用でき、その例は次のものである。
硫黄化合物例えば2−メルカプトエタノール、ブチルメ
ルカプタン、ドデシルメルカプタン、チオグリコール酸
、チオ酢酸、チオ乳酸、ハロゲン化物例えば四塩化炭素
、1゜1.1−ト1)ブロムプロパン、又は蟻酸及びそ
の誘導体。調節剤、開始剤、重合温度及び単量体濃度を
適当に選ぶことにより、得られる重合体のに値(分子量
のための尺度)を定めることができる。得られる共重合
体のに値は好ましくは20〜150、単独重合体のに値
は好ましくは15〜80で、その測定は25℃で1%水
溶液について行われる。
得られる重合体は多方面に用いられ、例えば導電性樹脂
、凝集剤、毛髪調整剤、鉱油採取用助剤等として用いら
れる。
下記実施例において、水素化沃素価はDIN53241
により、K値は25℃で1重量%水溶液についてアイケ
ンチャー法により測定された。
実施例1 61容の攪拌式容器中で、2−メチルら?ニルイミダゾ
ール2kg及び水1.5 kgを攪拌しなから75℃に
加熱する。次いで装置を密閉して、圧力が約4バールに
上昇する量のクロルメタンを添加する。圧力が約2バー
ルまで低下したとき、さらにクロルメタンを添加する。
クロルメタンの450g(2−メチル−1−ビニルイミ
ダゾールに対し96モル%)が反応するまで、この操作
を操り返す。冷却後、四級化単量体の58重量%溶液が
得られる。この溶液の水素化沃素価は90(理論値は9
2)である。
実施例2 61容の攪拌式容器に2−メチル−1−ビニルイミダゾ
ール1 kg、イソプロパツール0.21kg及び水0
.84 kgを装入し、攪拌しなから75℃に加熱する
。次いで実施例1と同様にクロルメタン力440 、?
 (5−メチル−1−ビニルイミダゾールに対し94モ
ル%)反応するまで操実施例3 6ノ容の攪拌式容器に1−ビニルイミダゾール1 kg
及び水1.05 kgを装入し、攪拌しながら75℃に
加熱する。次いで実施例1と同様にクロルメタン力52
5 、!i+ (1−ビニルイミダソールに対し98モ
ル%)反応するまで操作する。
得られた溶液は固形物含量が59%で、水素化沃素価は
104(理論値は103)である。
実施例4 61容の攪拌式容器中で、1−ビニルイミダゾール1k
li+、インプロパツール0.21 kg及び水0、8
4 kgからの溶液を、攪拌しながら73℃に加熱する
。次いで実施例1と同様にクロルメタンが520.@(
ビニルイミダゾールに対し97モル%)反応するまで操
作する。得られた溶液は固形物含量が59%で、水素化
沃素価は1゜4(理論値は103)である。
重合例: 例1 実施例1により得られた単量体溶液203g、の 水100.p及びビニルピロリドン280.!9かへ混
合物(以下流入物1と呼ぶ)を、濃アンモニア水を用い
てpH価を15とする。2,2′−アゾビス(2−アミ
ジノプロパン)塩酸塩2g及び水55Iから第二の溶液
(以下流入物2と呼ぶ)を調製する。
攪拌器、加熱器、還流冷却器及び供給装置を製 備えた21容のガラス、容器中で、水662g、流入物
1の501nl及び流入物2の5 mlを攪拌しながら
75℃に加熱する。予定温度、に達したのち、残りの流
入物1を4時間かけて、そして残りの流入物2を5時間
かけて75℃の定常温度で添加する。次いでさらにこの
温度で1時間攪拌すると、透明な高粘性重合体溶液が得
られる。
重合体のに値は141.5である。
例2 実施例乙により得られた単量体溶液483I、ビニルピ
ロリドン15g及び水137Iかもの混合物を、濃アン
モニア水を用いてpH価を75とする(流入物1)。2
,2′−アゾビス(2−アミジノプロパン)塩酸塩3g
及び水75.9から、流入物2を製造する。
攪拌器、加熱器、還流冷却器及び供給装置を備えた21
容のガラス製寄器に、水290 、L流入物10101
O0!及び流入物2の8mlを装入し、攪拌しながら3
5℃に加熱する。この温度で残りの流入物1を5時間か
けて、そして残りの流入物2を7時間かけて添加する。
次いでさらにこの温度で1時間攪拌すると、透明で粘稠
な重合体溶液が得られる。重合体のに値は98゜2であ
る。
例6 実施例4により得られた単量体溶液855I、水275
.F及びインプロパツール40gからの混合物を流入物
1とし、三級ブチル−2−エチル〆ヘキサノエート4.
6g及びイソプロパツール157gからの混合物を流入
物2とする。攪拌器、加熱器、還流冷却器及び供給装置
を備えた21容のガラス製容器に、水40p、流入物1
の120mA!及び流入物2の’lQmlを装入し、弱
く沸騰するまで還流加熱する(約83℃)。次いで弱く
沸騰させながら、残りの流入物1を6時間かけて、残り
の流入物2を8時間かけて添加し、さらに1時間沸騰さ
せる。次いでイソプロパツールを水蒸気の導入により追
い出すと、透明で粘稠な重合体溶液が得られる。この重
合体のに値は57.8である。
例4 実施例3による単量体溶液381g、2−ヒドロキシエ
チルアクリレート75g及び水1801からの混合物を
流入物1とし、2,2′−アゾビス(2−アミジノプロ
パン)塩酸塩6gを流入物2とする。攪拌器、加熱装置
、還流冷却器及び供給装置を備えた21容のガラス製容
器に、水290g、流入物1の100rnl及び流入物
2の8rugを装入し、35℃に加熱する。この温度で
残りの流入物1を5時間かけて、そして残りの流入物2
を7時間かけて供給する。次いでこの温度でさらに1時
間攪拌すると、濁った粘稠な重合体溶液が得られる。こ
の重合体のに値は96である。
例5 実施例3による単量体溶液203I、ビニルピロリドン
280I、水100I及び2−メル%)を流入物2とす
る。攪拌器、加熱器、還流冷却器及び供給装置を備えた
21容のガラス製容器に、水620g、流入物1の50
m/及び流入物2の10mgを装入し、50℃に加熱す
る。
この温度で残りの流入物1を5時間かけて、そして残り
の流入物2を7時間かけて添加する。
この温度でさらに1時間攪拌すると、透明で粘稠な重合
体溶液が得られる。この重合体のに値は72.5である
例6 実施例4による単量体溶液330y、ビニルピロリドン
194g及び水520gからの混合物を流入物1としく
濃アンモニア水によりpH価を15とする)、インプロ
パノール110g中の三級ブチル−2−エチルヘキサノ
エートz8gの混合物を流入物2とする。攪拌器、加熱
器、還流冷却器及び供給装置を備えたガラス製容器に、
イソプロパツール142.!i’、水88J9、流入物
10140 at及び流入物2の1(It/を装入し、
弱(沸騰加熱する(約83℃)。次いでこの温度で残り
の流入物1を8時間かけて、そして残りの流入物2を1
2時間かけて添加する。
次いでさらに2時間沸騰させたのち、常圧で流出温度が
100℃になるまでインプロパツールを留去すると、透
明で粘稠な重合体溶液が得られる。この重合体のに値は
85.0である。
例7 実施例6による単量体溶液381g、ヒドロキシグロビ
ルアクリレート(工業用異性体混合物)75g及び水1
80Iからの混合物を流入物1とし、水75.9中の2
,2′−アゾビス(2−アミジノプロパン)塩N−塩6
yの溶液を流入物2とする。攪拌器、加熱器、還流冷却
器及び供給装置を備えたガラス製容器に、水290g、
流入物101007711及び流入物208 mlを装
入し、35℃に加熱する。この温度で残りの流入物1を
5時間かけて、そして残りの流入物2を7時間かけて添
加する。35℃でさらに1時間攪拌すると、少し濁った
粘稠な重合体溶液が得られ、これを固形物含量20%に
希釈すると透明になる。この重合体のに値は100.4
である。
例8 実施例6による単量体溶液203I、水10011ビニ
ルピロリドン280I及びメルカプトエタノール1.2
 、!i+からの混合物を流入物1とし、エタノール7
5.9中のアゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル
)2.4f!の溶液を流入物2とする。攪拌器、加熱器
、還流冷却器及び供給装置を備えた21容のガラス製容
器に、水320I、流入物1の5Qm/及び流入物20
7m7!を装入し、35℃に加熱する。この温度で残り
の流入物1を4時間かけて、そして残りの流入物2を6
時間かけて添加し、さらに1時間攪拌する。次いで水蒸
気を導入してエタノールを除去すると、透明で粘稠な重
合体溶液が得られる。
この重合体のに値は78.3である。
例9 実施例6による単量体溶液35917、ビニルピロリド
ン2oo、p、水96g及び2−メルカプトエタノール
11からの混合物(濃アンモニア水によりpH価が75
にされている)を流入物1とし、水75g中の2,2′
−アゾビス(2−アミジノプロパン)塩酸塩2.41の
溶液を流入物2とする。攪拌器、加熱器、還流冷却器及
び供給装置を備えた21容のガラス製容器に、水196
、F、流入物1の1061nl及び流入物2の5 rn
tを装入し、35℃に加熱する。この温度で残りの流入
物1を5時間かげて、そして残りの流入物2を7時間か
げて添加し、さらに1時間攪拌すると、透明で粘稠な重
合体溶液が得られる。−この重合体のに値は78.0で
ある。
例10 実施例3による単量体溶液203 p、水100g、ビ
ニルピロリドン280g及びメルカプトエタノール1.
21からの混合物(濃アンモニア水によりpH価が75
にされている)を流入物1とする。攪拌器、加熱器、還
流冷却器及び供給装置を備えた21容のガラス製容器に
、水320g、流入物1の501nl及び三級ブチルパ
ービバレート0.2 gを装入し、35℃に加熱する。
この温度で残りの流入物1を4時間かけて添加し、これ
と並行して30分ごとに0.2gの三級ブチルパーピバ
レート(6時間で合計2.4g)を添加する。次いでこ
の温度でさらに1時間攪拌すると、透明で粘稠な重合体
溶液が得られる。
この重合体のに値は91.0である。
例11 実施例1による単量体溶液203/、水1251、ビニ
ルピロリドン280g及び蟻酸カリウム12gからの混
合物を流入物1とする。流入物2を製造するためには、
4,4′−アゾビス(シアノペンタン酸>2gを水50
.!i+に懸濁し、10%苛性ソーダ液約5 mlを使
用して溶液にする。攪拌器、加熱器、還流冷却器及び供
給装置を備えたガラス製容器に、水338I、流入物1
の5Qml及び流入物2の5 mlを装入し、弱く沸騰
加熱する(約100℃)。この温度で残りの流入物1を
4時間かげて、そして残りの流入物95時間かけて添加
し、この温度でさらに1時間攪拌すると、少し濁った粘
稠な重合体溶液が得られる。この重合体のに値は81.
9である。
例12 実施例3による単量体溶液6811.2−ヒドロキシエ
チルメタクリレート75I及び水180gからの混合物
を流入物1とし、水75p中の2,2′−アゾビス(2
−アミジノプロパン)塩酸塩6gの溶液を流入物2とす
る。攪拌器、加熱器、還流冷却器及び供給装置を備えた
ガラス製容器に、水290I、流入物1の1aoml!
及び流入物208m1!を装入し、35℃に加熱する。
この温度で残りの流入物1を5時間かけて、そして残り
の流入物2を7時間かけて添加する。
この温度でさらに1時間攪拌すると、濁った粘稠な重合
体溶液が得られ、これを水で希釈して固形物含量を5重
量%以下にすると透明になる。
この重合体のに値は96.2である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、次式 ▲数式、化学式、表等があります▼II (R^1、R^2及びR^3は後記の意味を有する)の
    N−ビニルイミダゾールの10〜70重量%水溶液を、
    このN−ビニルイミダゾールに対し90〜110モル%
    の量の塩化メチルと、閉鎖系中で40〜100℃の温度
    において反応させることを特徴とする、次式 ▲数式、化学式、表等があります▼ I (R^1、R^2及びR^3はH又はメチル基を意味す
    る)で表わされる3−メチル−1−ビニル−イミダゾリ
    ウムクロリドの製法。 2、式IIのN−ビニルイミダゾールの25〜60重量%
    水溶液を、94〜100モル%の量の塩化メチルと、5
    0〜90℃の温度で反応させることを特徴とする、特許
    請求の範囲第1項に記載の方法。 3、式IIのN−ビニルイミダゾールの水溶液が、水の重
    量に対し5〜35重量%の1〜3個の炭素原子を有する
    1価アルコールを追加の溶剤として含有することを特徴
    とする、特許請求の範囲第1項又は第2項に記載の方法
    。 4、R^1が水素原子又はメチル基で、R^2及びR^
    3がそれぞれ水素原子である化合物を製造することを特
    徴とする、特許請求の範囲第1項に記載の方法。
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EP0246580A3 (en) 1988-12-21
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