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KR102131216B1 - 포스폰산 단량체의 제조 방법 - Google Patents

포스폰산 단량체의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

다이에스터 또는 무기 인산 화합물을 본질적으로 함유하지 않는 포스폰산 단량체의 간단하고 상업적으로 실행가능한 제조 방법이 개시된다.

Description

포스폰산 단량체의 제조 방법{A PROCESS FOR THE PREPARATION OF PHOSPHONIC ACID MONOMERS}
본원은 2012년 12월 5일자로 출원된 미국 가출원 제 61/733,438 호를 우선권 주장하고, 이의 전체가 참고로서 본원에 혼입된다.
본 발명은 포스폰산 단량체의 제조 방법에 관한 것이다.
인산 기를 함유하는 중합체는 코팅 및 접착제를 비롯한 많은 적용에 유용하다. 인산 기는 금속 기판에 대해 중합체의 개선된 접착력을 제공하고, 2가 금속 이온의 존재하에 가교결합을 형성하고, 안료 입자, 예컨대 티타늄 다이옥사이드에 중합체의 흡착을 촉진하여 복합체 입자를 형성한다. 그러나, 이러한 단량체는 일반적으로 많은 목적하지 않은 불순물 및/또는 부산물을 함유한다.
미국특허 제 6,710,161 호는 특정한 인산 화합물을 실질적으로 함유하지 않는 인산-함유 단량체 조성물을 개시한다. 그러나, 상기 단량체는 목적하지 않은 인산 화합물을 제거하기 위해 사용 전에 처리되어야 하고, 그렇게 함으로써 비로소 공단량체와 중합되어, 코팅을 제조하는데 사용될 수 있는 중합체를 생성할 수 있다.
포스폰산 단량체의 제조를 위한 간단하고 직접적인 방법이 요구된다.
본 발명은 하기 화학식 II의 포스폰산 화합물을 포함하는 생성물을 생성하기에 충분한 반응 조건하에 메타크릴산을 하기 화학식 I의 인 반응물과 접촉하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다:
[화학식 I]
Figure 112015053843621-pct00001
[화학식 II]
Figure 112015053843621-pct00002
상기 식에서,
n은 1 내지 3의 평균 값을 갖는 수이다.
놀랍게도, 생성물 단량체는, 무기 인산을 실질적으로 함유하지 않고 다이에스터 가교제를 실질적으로 함유하지 않음으로써 상기 화합물을 제거하기 위한 값비싼 시간-소모적인 정제 단계를 필요로 하지 않도록 제조될 수 있다.
본원에 사용된 단수 용어, "적어도 하나" 및 "하나 이상"은 상호교환적으로 사용된다. 용어 "포함하다", "함유하다" 및 이의 변형은 이러한 용어가 명세서 및 청구범위에 나타내는 의미를 제한하지 않는다. 따라서, 예를 들면, 소수성 중합체의 입자를 포함하는 수성 조성물은 조성물이 "하나 이상"의 소수성 중합체의 입자를 포함함을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
또한 본원에서, 종점에 의한 수치 범위의 인용은 그 범위에 포함된 모든 수를 포함한다(예를 들면, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4, 5 등을 포함한다). 본 발명의 목적을 위해, 수치 범위는 그 범위에 포함되는 모든 가능한 하위 범위를 포함하고 지지하도록 의도되는 것으로 당업자가 이해할 수 있는 것과 일치되게 이해되어야 한다. 예를 들면, 1 내지 100의 범위는 1.01 내지 100, 1 내지 99.99, 1.01 내지 99.99, 40 내지 60, 1 내지 55 등을 전달하는 것으로 의도된다.
또한 본원에서, 청구범위에 인용된 것을 비롯한 수치 범위 및/또는 수치 값의 인용은, 용어 "약"을 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 이러한 예에서, 용어 "약"은 본원에 인용된 것과 실질적으로 동일한 수치 범위 및/또는 수치 값을 지칭한다.
달리 명시되지 않는 한, 또는 문맥에서 암시되지 않는 한, 모든 부 및 백분율은 중량 기준이고, 모든 시험 방법은 본원의 출원일을 기준으로 통용된다. 미국 특허 실시의 목적을 위해, 임의의 언급된 특허, 특허 출원 또는 출판물의 내용은, 특히 당해 분야의 일반적인 지식 및 정의(본원에 구체적으로 제공된 임의의 정의와 모순되지 않는 정도까지)의 개시내용에 관하여, 이의 전체가 참조로서 혼입된다(또는 이의 동등한 미국 버전이 참조로서 혼입된다).
메타크릴산은 널리 공지되어 있고 광범위하게 상업적으로 입수가능하다.
본 발명의 방법에서, 메타크릴산을 하기 화학식 I의 인 반응물과 반응시킨다:
[화학식 I]
Figure 112015053843621-pct00003
상기 식에서,
n은 1 내지 3의 평균 값을 갖는 수이다
유리하게 사용되는 메타크릴산의 양은 인 반응물 1 몰당 0.5 내지 10 몰이다. 본 발명의 다양한 실시양태에서, 사용되는 메타크릴산의 양은 인 반응물 1 몰당 1 내지 3 몰, 또는 1.5 내지 2 몰이다. 인 반응물의 혼합물이 사용될 수 있다.
메타크릴산 및 인 반응물을 하기 화학식 II의 포스폰산 단량체를 생성하기에 충분한 반응 조건하에 접촉한다:
[화학식 II]
Figure 112015053843621-pct00004
본 발명의 일 실시양태에서, 목적 단량체를 생성하기에 충분한 시간 동안 반응물을 감압 하에 고온에서 접촉한다. 유리하게는, 온도는 70 내지 170℃이고, 당업자에게 공지된 바와 같이 사용된 압력, 공정 단계, 반응 혼합물의 조성에 따라 달라질 것이다. 바람직하게는, 공정 온도는 90 내지 150℃, 더욱 바람직하게는 120 내지 140℃이다. 물은 반응의 부산물이고, 유리하게는 반응 혼합물로부터 증발 또는 비등 분출되어 제거된다. 압력은 유리하게는 0 내지 760 mmHg, 바람직하게는 200 내지 600 mmHg, 더욱 바람직하게는 450 내지 550 mmHg이다.
유리하게는 중합 억제제가 공정에 사용된다. 상기 억제제는 목적하지 않은 중합을 방지하기에 충분한 양으로 사용된다. 많은 억제제 및 이의 사용 방법은 당업자에게 공지되어 있고, 많은 억제제는 상업적으로 입수가능하다. 억제제의 예는 페노티아진(PTZ), 4-하이드록시-TEMPO(4-HT), 메톡시 하이드로퀴논(MeHQ) 및 하이드로퀴논(HQ)을 포함한다.
유리하게는, 상기 반응은 추가 용매 또는 촉매를 필요로 하지 않고, 목적 생성물을 높은 수율로 생성한다. 상기 공정은 값비싼 시약, 예컨대 (CH3)3SiBr을 필요로 하지 않는다.
본 발명의 구체적인 실시양태
실시예 1: ( 메타크로일옥시 )에틸 포스폰산의 제조
오버헤드 교반기, 열전대 및 10-트레이 증류 컬럼이 장착된 4목 1000 mL 환저 플라스크를 2-하이드록시에틸포스폰산(125 g, 0.991 mol), 메타크릴산(180 g, 2.1 mol) 및 페노티아진(45 mg)으로 충전하였다. 교반기를 켜고 200 rpm으로 설정하고, 반응기의 압력을 488 mmHg로 설정하였다. 플라스크의 내용물을 130℃로 45 분간에 걸쳐서 가열하였다. 포트 온도가 125℃에 도달할 때 증류액을 제거하기 시작하고 증기 온도를 80 내지 90℃로 유지하였다. 1 시간 후, 증기 온도를 떨어뜨리기 시작하였다. 열을 중단하고, 진공을 해제하였다. 샘플을 취하고 1H-NMR 및 31P-NMR 분광법으로 분석하였다. NMR 결과는 출발 알코올의 16%가 샘플에 남아 있음을 시사하였다. 반응기의 압력을 다시 490 mmHg로 줄이고, 내용물을 140℃로 가열하였다. 60 내지 85℃의 증기 온도에서 추가 1 시간 동안 증류액을 수집하였다.
남아 있는 메타크릴산을 완전 진공(10 mmHg 미만) 하에 100 내지 120℃의 포트 온도에서 제거하였다. 생성물의 수득량은 174 g(이론 수율의 89%)이고, 생성물을 1H, 13C, 31P-NMR 분광법으로 분석하였다. 결과는 하기 화학식 III을 갖는 단량체인 (메타크로일옥시)에틸 포스폰산의 예상된 구조와 일치하였다:
[화학식 III]
Figure 112015053843621-pct00005
일부 적용을 위해, 분리되지 않은 혼합물이 중합에 사용될 수 있으므로, 남아 있는 메타크릴산을 제거할 필요는 없다.
실시예 2: ( 메타크로일옥시 ) 메틸 포스폰산의 제조
오버헤드 교반기, 열전대 및 10-트레이 증류 컬럼이 장착된 4목 250 mL 환저 플라스크를 2-하이드록시메틸포스폰산(42 g, 0.38 mol), 메타크릴산(93 g, 1.1 mol) 및 페노티아진(45 mg)으로 충전하였다. 교반기를 켜고 200 rpm으로 설정하고, 반응기의 압력을 497 mmHg로 설정하였다. 플라스크의 내용물을 130℃로 45 분간에 걸쳐서 가열하였다. 포트 온도가 125℃에 도달할 때 증류액을 제거하기 시작하고 증기 온도를 80 내지 90℃로 유지하였다. 2 시간 후, 압력을 완전 진공(10 mmHg 미만)으로 줄이고, 남아 있는 메타크릴산을 100 내지 120℃의 포트 온도에서 제거하였다. 생성물의 수득량은 57 g(이론 수율의 84%)이고, 생성물을 1H, 31P-NMR 분광법으로 분석하였다. 결과는 하기 화학식 IV를 갖는 단량체인 (메타크로일옥시)메틸 포스폰산의 예상된 구조와 일치하였다:
[화학식 IV]
Figure 112015053843621-pct00006

Claims (13)

  1. 하기 화학식 II의 포스폰산 화합물을 포함하는 생성물을 생성하는 방법으로서,
    메타크릴산을 하기 화학식 I의 인 반응물과 접촉하는 단계를 포함하고, 이때 접촉을 첨가된 용매의 부재하에 수행하는, 방법:
    [화학식 I]
    Figure 112019135221514-pct00007

    [화학식 II]
    Figure 112019135221514-pct00008

    상기 식에서,
    n은 1 내지 3의 평균 값을 갖는 수이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    접촉을 중합 억제제의 존재하에 수행하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    접촉을 70 내지 170℃의 온도 범위에서 수행하는 방법.
  4. ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    접촉을 130 내지 140℃의 온도 범위에서 수행하는 방법.
  5. ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    접촉을 0 내지 760 mmHg의 압력 범위에서 수행하는 방법.
  6. ◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    접촉을 450 내지 550 mmHg의 압력 범위에서 수행하는 방법.
  7. ◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    인 반응물 1 몰당 0.5 내지 10 몰의 메타크릴산을 이용하는 방법.
  8. ◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    인 반응물 1 몰당 1 내지 3 몰의 메타크릴산을 이용하는 방법.
  9. ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    인 반응물 1 몰당 1.5 내지 2 몰의 메타크릴산을 이용하는 방법.
  10. ◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    억제제가 페노티아진, 4-하이드록시-TEMPO, 메톡시 하이드로퀴논 및 하이드로퀴논으로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    생성물이 무기 인산을 함유하지 않는 방법.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    생성물이 다이에스터 가교제를 함유하지 않는 방법.
  13. 삭제
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