DE2722097C3 - (Meth)acryloxy-alkylpropanale, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung derselben - Google Patents
(Meth)acryloxy-alkylpropanale, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung derselbenInfo
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- DE2722097C3 DE2722097C3 DE2722097A DE2722097A DE2722097C3 DE 2722097 C3 DE2722097 C3 DE 2722097C3 DE 2722097 A DE2722097 A DE 2722097A DE 2722097 A DE2722097 A DE 2722097A DE 2722097 C3 DE2722097 C3 DE 2722097C3
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Description
R1
in der
R1 für -H oder -CH,,
R- für — H oder einen 1 bis 3 C-Atome enthaltenden
Alkyl rest,
R1 für einen 1 bis 2 C-Atome enthaltenden Alkylrest
R1 für einen 1 bis 2 C-Atome enthaltenden Alkylrest
und
R4 für einen 1 bis 4 C-Atome enthaltenden Alkylrest stehen.
R4 für einen 1 bis 4 C-Atome enthaltenden Alkylrest stehen.
2. Verfahren zur Herstellung von (Meth)acryloxyalkylpropanalen
der allgemeinen Formel (I), gemäß Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß man
(Meth)acrylsäure mit /3-Hydroxy-aIkyIpropanalen
der allgemeinen Formel (2)
C | IV | c' | H | / | O | |
R' | I |
ί
ζ· |
||||
MO | ! | |||||
R' | ||||||
Il
I I I \
R1 R' R1 O
in der
R1 für H oder CH1.
R' für H oder einen I bis 3 C-Atome enthaltenjen
Alkylrest,
R' für einen 1 bis 2 C-Atome enthaltenden Alkylrest
R' für einen 1 bis 2 C-Atome enthaltenden Alkylrest
und
R4 für einen I bis 4 C-Atome enthaltenden Alkylrest stehen,
R4 für einen I bis 4 C-Atome enthaltenden Alkylrest stehen,
in herstellen kann, indem man (Meth)acrylsäure mit
/5-Hydroxy-alkylpropanaIen der allgemeinen Formel (2)
in der R2, R' und R4 die für die allgemeine Formel (1)
angegebene Bedeutung haben, in Gegenwart von indifferenten Verdünnungsmitteln sowie gerrgen
Mengen Sulfonsäuren und Mineralsauren bei erhöhter Temperatur umsetzt.
3. Verwendung von (Meih)acryloxy-alkylpropanalen
der allgemeinen Formel (1) gemäß Anspruch I als Comonomere für die Herstellung von Copolymcrisaten.
Eatet aus Alkanolen und Acrylsäure oder Methacrylsäure
werden in technischem Maßstab in großer Menge durch Veresterung unter Verwendung saurer Katalysatoren,
wie Sulfonsäuren oder Mincralsäuren, /. B. Schwefelsäure, hergestellt. Ester dieser Art können auch
durch Umesterung unter Verwendung saurer oder ■Ikalischer Katalysatoren hergestellt werden. Setzt man
jedoch ß-Hydroxy-alkylpropanale als Alkanole bei der
Umesterung von (Meth)acrylsäurealkylestern ein, so verharzen diese unter den üblichen Reaktionsbedingungen
praktisch vollständig. Eine starke Verharzung wird tuch beobachtet wenn man /?-Hydroxypropanale mit
Acrylsäure oder Methacrylsäure unter Zusatz von Sulfonsäuren oder von Mineralsäuren unter sonst
übüchen Reaktionsbedingungen verestern will.
Es wurde nun gefunden, daß man (Melh)acryioxyal· kylpföpänaie der allgemeinen Formel (1)
11 I
R-- C- C- C
HO R1
Il
in der R-, R1 und R4 die für die allgemeine Formel (1)
angegebene Bedeutung haben, in Gegenwart von indifferenten Verdünnungsmitteln sowie geringen Mengen
Sulfonsäuren und Mineralsäuren bei erhöhter Temperatur umsetzt. Als ß-Hydroxialkylpropanale
können vorzugsweise 2,2-Dimethyi-3-hydroxipropanal. 2-Hydroximethyl-2-methylbutanal, 2-Hydroximethyl-2-methylpentanal,
2-Äthyl-2-hydroximethylhexanal und 3-Hydroxi-2,2,4-trimethylpentanal verwendet werden.
Die (Methjacryloxy-alkylpropanale der allgemeinen Formel (1) sind neu. Bei ihrer Herstellung durch
Veresterung der (Meth)acrylsäure mit /?-HydroxyaIkylpropanalen
(2) wird die (Meth)acrylsäure in einer Menge von 1 bis 5 Mol. vorzugsweise von 1,2 bis 2 Mol
je Mol des Hydroxyalkylpropanals eingesetzt. Als indifferente Verdünnungsmittel haben sich z. B. flüssige
Halogenalkane, insbesondere Chloralkane mit Siedepunkten zwischen 40 C und 190' C" bewahrt. Beispiele
für derartige Chloralkane sind besonders Chloroform. Äthylenchlorid. Trichlorethylen sowie ferner Tetra
chlorkohlenstoff, Methylenchlorid. Perchloräihylen.Trifluor-trichloräthylen.
In Krage kommen ferner aliphaiische Ketone wie Methyl-ieri.-butylketon 3-Methylbutanon,
2,2'-Dimethylpentanon-2 sowie flüssige Aromaten wie Benzol. Toluol, Xylol. Chlorbenzol sowie gesättigte
KW wie Cvclohexan. Die Konzentration des Hydroxy
alkyl-propanal und (Meth)aerylsäure in den indifferen
ten Verdünnungsmitteln liegt meist /wischen 15 und 90.
insbesondere zwischen 30 und 70 Gcw.%. Bei der
Veresterung werden geringe Mengen einer Sulfonsiiure und einer Mineralsäure als VereM^rungskatalysator
eingesetzt. Die Menge an Sulfonsäurc liegt meist zwischen 0,5 und 5. vorzugsweise /wischen 1 und 3.5
Mol-%. bezogen auf die Menge der (Meth)acrylsäure. die Menge der Mineralsäure licgi meist /wischen 0.1
und 3, vorzugsweise zwischen 0.5 und 1.5 Mol-%. bezogen auf die (Methacrylsäure. Geeignete Sulfonsäuren
sind /. B. p-Toliiolsulfonsäiire. Benzolsulfonsäurc
oder Snlfonsäuregruppen enthaltende lonenaustau
scher, Methansulfonsäure. Naphthahnsulfonsäure. SuI
fophlhalsäuren, vorgezogen werden pToluolsiilfonsäu
re, Methansulfonsäure. Als Mineralsäuren sind insbesondere Schwefelsäure, sowie ferner Chlörwasserslöffsäure,
Phosphorsäure, Borsäure geeignet. Die Veresterung wird im allgemeinen bei erhöhter Temperatur
durchgeführt, Wobei sich die Temperaluren zwischen 40 und 120, insbesondere zwischen 60 und 90° C besonders
bewährt haben.
Vorzugsweise wird das bei der Veresterung entstehende Wasser während der Reaktion abdestilliert. Bei
der Durchführung der Veresierungsrenkliun kann man
beispielsweise das indifferente Lösungsmittel, das den
sauren Veresterungskatahsntor enthält, vorlegen und die (Meth)acrylsäure und den /f-Hydroxv-alkylpropanal
nach Maßgabe ihrer Veresterung aus getrennten Gefäßen bei erhöhter Temperatur zugeben. Dabei
können die Reaktanten in Form ihrer Lösung in
indifferentem Verdünnungsmittel zudosiert werden. Man kann aber auch nur einen Teil des sauren
Veresterungskatalysators, beispielsweise die Mineralsäure, in indifferentem Lösungsmittel vorlegen und die
Sulfonsäure gleichzeitig mit dem Reaktanten aus getrennten Reaktionsgefäßen, z. B. als Lösung in
indifferentem Lösungsmittel, zugeben. Schließlich kann man auch eine Lösung der Sulfonsäure in indifferentem
Lösungsmittel vorlegen und die Mineralsäure gleichzeitig mit den Reaktanten, vorzugsweise aus getrennten
Vorratsgefäßen als Lösung in indifferentem Verdünnungsmittel
zudosieren. Es ist nicht erforderlich, daß während der ganzen Veresterungsreaktion Sulfonsäure
und Mineralsäure im Reakliunsgemiseh zugegen sind,
vielmehr ist es möglich, die eine Art des sauren Veresterungskatalysators, z. B. die Sulfonsäure dem
Reaktionsgemisch, das von Anfang an die andere Art des sauren Veresterungskatalysaiors, d. h. z. B. Mineralsäure,
enthält, erst zuzufügen, wenn schon ein Teil der Reaktanten verestert ist. Im allgemeinen ist es allerdings
von Vorteil, sowohl Sulfonsäure als auch Mineralsäure von Anfang an im Reirktionsgemiseh zu haben.
Bei der Veresterung wird vorteilhaft in Gegenwart von Stabilisatorer '-Polymerisationsinhibitoren) gear
beitet, deren Menge bezogen auf die Menge an (Meth)acrylsäure im allgemeinen /.wischen 0.1 und 3.
vorzugsweise zwischen 0.2 und 1 Gew.-% liegt. Als Stabilisatoren kommen insbesondere p-Hydroxianisol
und Kresol sowie andere (substituierte) Hydroxianisole und Phenole wie z. B. Resorcin und Brcnzkatechin
ferner Cu-Salze wie CuCU CuBr2. CuSO4. Cu,(PO*),,
Cu(NOi)? und CuO in Frage.
Nach Abschluß der Veresterungsreaktion kann das Reaktionsgemisch aufgearbeitet werden indem man
beispielsweise das Verdünnungsmittel entfernt, überschüssige Säure neutralisiert und den Rückstand unter
vermindertem Druck z. B. mit einem Dünnschichtverdampfer reinigt.
Die (Methjacryloxy-alkylpropanale der allgemeinen
Formel (I) sind bei Raumtemperatur flüssige Stoffe, die wegen ihrer großen Neigung zur Polymerisation im
allgemeinen in Gegenwart von Stabilisaloren unter schoncnedcn Bedingungen, z. B. unter vermindertem
Druck, unter Einsatz von Dünnsehichivcrdampfern
destilliert werden können. Unter Luftabschluß, zweckmäßig mit einem geringen Gehalt an üblichen
Stabilisatoren, können sie gelagert werden. Sie eignen sich beispielsweise als Ausgangsstoffe zu Synthesen, bei
denen Reaktionen an der C — C-Doppelbindung und/
oder Aldchydgruppe durchgeführt werden. Beispiels weise können diese beiden Gruppen für sich oder
getrennt in an sich üblicher Weise katalytisch hydriert werden.
Außerdem sind die neuen (Melh)acryloxy'alkylpropa'
nale der allgemeinen Formel (1) Wertvolle Monomere, die die Herstellung von Copolymefisaten mil Carbonyl·
gruppen ermöglichen. Ihre Verwendung als Monömefe für die Herstellung von Copolymerisaten hat den
Vorteil, daß sie im Vergleich zu anderen Aldehydgruppen enthaltenden Monomeren, Z. ß. Crotonalilehyd,
sehr viel leichter polymerisieren, beziehungsweise bei ihrem Einsatz im Vergleich zu Acrolein sehr viel
weniger zu Umweltbelastungen führen. Bei der Herstellung von Copolymerisaten wird vorzugsweise in
Gegenwart indifferenter Verdünnungsmittel insbeson-Ί dere von Wasser oder von organischen Lösungsmitteln
wie Alkoholen. Kohlenwasserstoffen und flüssigen Aromaten, z.— B. Benzol, unter Verwendung der
üblichen Polymerisationsinitiatoren, z. B. in wäßrigem Medium Wasserstoffperoxid oder Persulfaten, wie
ι» Ammonium- oder Kaliumpersulfat, in organischem Medium von organischen Peroxiden, wie Benzoylper
oxid. Dicumylhydroperoxid oder Azobisnilrilen. wie Azobisbuttersäurcnitril unter den Bedingungen, die für
tue Emulsions-, Suspensions- oder Lösungspolymerisa-Ii
tion üblich sind, beispielsweise bei Temperaturen von Raumtemperatur bis 100°C, gearbeitet. Als Comonomere
für die Herstellung von Copolymerisaten. die in Mengen von 1 bis 99,5. insbesondere in Mengen von 50
bis 99.5. vorzugsweise in Mengen von 80 bis 99 Ge\v.-"/i>,
-'" bezogen auf die gesamte Menge der Monomeren, eingesetzt werden können, koininen vor allem aromatische
Vinylverbindungen wie Styrol. Vinyl- und/oder Vinylidenhalogenide, wie besonders Vinylchlorid und
Vinylidenchiorid, monoolefinisch ungesättigte Carbon-J-. säureester mit meist 4 bis 12 C-Atomen, z. B. Vinylester
und/oder (Meth)acrylester, wie Vinylacent, Vinylpropionat, Vinyl-n-butyrat, Methylacrylat und -methacrylat.
Äthylacrylat, n-Butylacrylat und -methacrylat, Isobutylacrylat.
2-Äthylhexy'acrylat und -methacrylat und
in tert.-Butylmethacrylat. «,^-olefinisch ungesättigte Carbonsäurenitrile
wie besonders Acrylnitril, «.,/i-monoolefinisch
ungesättigte Mono- und/oder Dicarbonsäuren und/oder deren gegebenenfalls am Stickstoffatom
substituierte Amidr;, wie Acrylsäure, Methacrylsäure,
ι· Acrylamid. Methacrylamid, N-Melhylolmethacrylamid.
N-n-Butoxymeth',!acrylamid und N-Acetoxymethacrylamid
und Gemische von Monomeren der genannten Art in Frage.
Die in den folgenden Beispielen aKo"-gebenen Teile
in sindGewichtsleile.
In einem Reaktionsgefäß mit Rückflußkühler und
Γι Rührer werden 432 Teile Acrylsäure zusammen mit 7
Teilen p-Toluolsulfonsäurc. I Teil Kupfer-ll-chlorid und
1.5 Teilen Hydrochinon-monomethyläther in 1000 Teilen Chloroform gelöst und die Lösung zum Sieden
erhitzt. In die siedende Lösung gibt man innerhalb von 4
in Stunden gleichmäßig verteilt eine Lösung von 408
Teilen Hydroxypivalinaldehyd in 1000 Teilen Chloroform.
Nach Zugabe der Hydroxypivalinaldehyd-Lösung gibt man 4 Teile Schwefelsäure (96%ig) /u und
destilliert das entstehende Wasser azeotrop ab. Nach
ν· Beendigung der Reaktion und Abkühlen wird das
Reaktionsgcmisch mit verdünnter Natriumhydrogencarbonatlösung
gewaschen und anschließend das Chloroform unter vermindertem Druck von 0.5 mm Hg
bis zum Erreichen einer Deslillationstemperatur von
mi 45 C abdestilliert. Der Rückstand wird in einem Dünnschichtverdampfer destilliert und man erhält 425
Teile Acryloxypivalinaldehyd (68% der Theorie, bezogen
auf Hydroxialdehyd) vom Siedepunkt 48 bis 50"C
bei 0,3 mm Hg, AnalysenWerle:
C gefunden: 61,5 (berechnet: 61,5)
H gefunden: 8,3 (berechnet: 7,8)
O gefunden: 30,1 (berechnet: 30,7)
H gefunden: 8,3 (berechnet: 7,8)
O gefunden: 30,1 (berechnet: 30,7)
07
22 097
B ei 5 ρ i el 2
In ein Reaktionsgefäß mit Rückflußkühlerund Rührer
werden 320 Teile Methacrylsäure, 4 Teile p-ToluolsuI-fonsäure,
1 Teil Kupfer-II-chlorid und l.fa Teile
Hydrochinonmonomethyläther in 1200 Teilen Chloroform gelöst und die Lösung zum Sieden erhii/t. Zu dor
siedenden Lösung läßt man innerhalb von 4 Stunden eine Lösung "un 344 Teilen Hydroxypivalina'dehyd in
1200 Teilen Chloroform zulaufen. Nach der Zugabe der
Hydroxypivalinaldehyd-Lösung gibt man 4 Teile Schwefelsaure (%%ig) zu und destilliert das bei der
Reaktion entstehende Wasser azeotrop ab. Nach Beendigung der Reaktion und Abkühlen wird das
Reaktionsgemisch mit verdünnter wäßriger Natriumlndrogencarbonatlösung
gewaschen. Nach dem Abdestillieren des Chloroforms unter vermindertem Druck bis
zu einer Siedetemperatur von 45"C wird der Rückstand bei 95" C und 0,4 mm Hg in einem Dünnschichtverdampfer
destilliert. Man erhält 274 Teile Melhacryloxypivalirtaldehyd
{48% der Theorie, bezogen auf Hydro\ia!dehyd)
vom Siedepunkt 51 bis 56"C b-.i 0.3 mm.
Analysenwerte:
C gefunden: 62,0% (berechnet: 64.5%)
H gefunden: 9,2% (berechnet: 9,8)
O gefunden: 25.9% (berechnet: 25,8%)
H gefunden: 9,2% (berechnet: 9,8)
O gefunden: 25.9% (berechnet: 25,8%)
In einem Reaktionsgefäß mit Rückflußkühler und
Rührer werden 108 Teile Acrylsäure zusammen mit 2 Teilen p-Toluolsulfonsaure, 1,5 Teilen koriz. Schwefelsäure,
0,3 Teilen Kupfer-II-chlorid und 1 Teil Hydrochinon-monomethyläther
in 400 Teilen Äthylenchlorid gelöst und die Lösung zum Sieden erhitzt. Hierzu gibt
man innerhalb 2 Stunden 144 Teile 3-Hydroxi-2,2.4-tri· methylpentanal. Nach azeolropem Abdeslillieren des
Reaktions'vasscrs arbeitet man, wie in Beispiel 1 angegeben, weiter und erhält 75 Teile 3-AcryIoxi-2,2.4-trimcthylpentanal
(38% d. Th. bezogen auf das Penianal) Siedepunkt 55 bis 58°C bei 0.2 mm Hg.
In eir.L-m Reuktionsgefäß mit Rüekflußkühler und
Rührer werden 34 Teile Acrylsäure zusammen Mit 1 Teil
. p-Toluolsulfonsäure. 0,2 Teilen Kupfer-ll-chljrid und OJ
Teilen Hydrochinonmonomethyläther ir>
150 Teilen Chloroform gelöst und die Lösung zum Sieden erhitzt. Hierzu gibt man innerhalb 2 Stunden 65 Teile
2-Hydroximethyl-2-methylper,ian«i in 100 Teilen ChIo
in roform und anschließend Ü,7 Teile konz. Schwefelsäure.
Nach azeotropem Abdcstillieren des Reaktionswassers arbeitet man, wie im Beispiel 1 angegeben, weiter und
erhält 19 Teile 2-Acr>loximethyl-2-methylpentanal
(41% bezogen auf das PenUinal) Siedepunkt 57 bis b9 (
r. bei 1.3 mm Hg.
Verwendungsbeispiel Λ
Zu einer Lösung von 0.2 Teilen Natrium-C. .-paraffinsulfonal
in 200 Teilen Wasser werden bei 85 C
.■η gleichzeitig (a) eine Mischung aus 1 "1^ Teilen Wasser. 2.5
Teilen Natrium-C; ,-paraffinsulfonat. ?00Teilen n-Bun!-
acrylat. 20 Teilen Acrylnitril. 5 Teilen Acrylsäure und 40 Teilen Acryloxypivalinaldchyd während 2 Stunden und
(b) eine Lösung von 2 Teilen Kaliumperoxidisulid in 98
.'■ Teilen Wasser während 2'h Stunden gegeben. Man laßt
noch 2 Stunden bei 85 C nachreagieren und kühlt dann
ab. Erhalten wird eine wäßrige Dispersion eines Acryloxypivalinaldehyd-Copolymcrisates.
!M Verwendungsbeispiel rf
In eine Lösung von I 5 Teilen einer 2%igen wäßrigen
Lösung von mit 25 Mol oxäthyliertcm Isooetylphenol in 200 Teilen Wasser werden bei 85 C gleichzeitig a) 150
Teile Vinylacetat. 150 Teile Vinylpropionat und 18.75
!■ Teile Acryloxipivalinaldelivcl. emulgicrt mit 22.5 Teilen
einer 20%igen wäßrigen Lösung von mit 25 Mol oxäthylierten Isooetylphenol in 170 Teilen Wasser und
b) 1.5 Teilen Kaliumpersulfat in 60 Teilen Wasser gegeben. Beide Zuläufe werden so reguliert, daß die
'" Zulaufdaucr 2.5 Stunden beträgt. Anschließend wird die
Mischung bei 85 C 2,5 Stunden nachpolymerisieri. Nach
d.'rn Abkii ilen wird eine wäßrige Dispersion eines
A invlacetat Vinylpropionat-Copolymerisaiserhallen.
Claims (1)
- Patentansprüche:I. (MetrOacryloxy-alkylpropanale der allgemeinen Formel (1)O Rf MIl π I /INC = C — C — O — C — C — C
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