(57)【要約】  本発明はポリ(オキシアルキレン)アクリルアミドの新規な酵素合成法およびポリマーを合成するためのその使用に関する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリ(オキシアルキレン)アクリルアミドの酵素合成法であって、脂肪族ポリ(オキシアルキレン)アミンを加水分解酵素の存在下、バルクで、または有機溶媒を含む液体反応媒体中でアクリル酸化合物またはそのアルキルエステルと反応させ、適宜、形成したポリ(オキシアルキレン)アクリルアミドを反応終了後に反応混合物から単離する、上記方法。
【請求項２】
液体反応媒体の初期含水量が約10容量%未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
アクリル酸化合物およびポリ(オキシアルキレン)アミンを約100：1〜1：1のモル比で使用する、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
アクリル酸化合物がアクリル酸、低級アルキル置換アクリル酸およびこれらの化合物のアルキルエステルならびにそれらの混合物から選択される、請求項１〜３のいずれか1項に記載の方法。
【請求項５】
加水分解酵素がリパーゼ(E.C.3.1.1.3.)である、請求項１〜４のいずれか1項に記載の方法。
【請求項６】
ポリ(オキシアルキレン)アミンが、500〜10,000g/molのモル質量を有するポリ(オキシアルキレン)アミンから選択される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
反応混合物中における酵素の含有量が、使用するポリ(オキシアルキレン)アミンに基づいて約0.01〜10重量%の範囲である、請求項１〜６のいずれか1項に記載の方法。
【請求項８】
反応温度が0〜約100℃の範囲である、請求項１〜７のいずれか1項に記載の方法。
【請求項９】
反応媒体が単相または多相であり、反応物質がその中に溶解、懸濁または乳化する、請求項１〜８のいずれか1項に記載の方法。
【請求項１０】
反応中に形成した反応アルコールまたは水を反応平衡物から除去する、請求項１〜１０のいずれか1項に記載の方法。
【請求項１１】
請求項１に記載の方法によって調製されたポリ(オキシアルキレン)アクリルアミドを適宜別のモノマーと重合することによって得ることができるポリ(オキシアルキレン)アクリルアミドポリマー。
【請求項１２】
無機建築材料における添加剤としての請求項１１に記載のポリマーの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はポリ(オキシアルキレン)アクリルアミドの酵素合成法、ポリ(オキシアルキレン)アクリルアミドポリマーの調製法、この方法で得られるポリマーおよびそれらの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリ(オキシアルキレン)アクリルアミドは様々な経路で得られる。ポリ(オキシアルキレン)アクリルアミドの化学合成はポリ(オキシアルキレン)アミンを用いたアクリル酸またはアクリル酸エステルの直接エステル化またはエステル交換によって行われ、酸触媒の存在下、100℃を超える温度で進行する(特許文献１)。
【０００３】
高温であるため、大量の重合阻害剤を添加する必要がある。高い反応温度のために、アクリル酸化合物の二重結合へのアミンのマイケル付加物が形成する。嫌な匂いのする複雑で黒っぽいことが多い生成物の混合物が形成される。塩化アクリロイルとアミンとの反応は同様にN-アルキルアクリルアミドを与える。しかしながら、その方法は塩化アクリロイルのコストが高いために経済的に実行することができない。
【０００４】
アクリルアミドの生体触媒合成は以下の文献に記載されている。Puertasら(非特許文献１)はブチルアミン、ベンジルアミン、2-アミノブタンおよび2-アミノヘプタンを用いたメチル(メタ)アクリレートの反応を記載している。リパーゼ触媒合成は3〜10日以内に40〜95%の収率を与える。
【０００５】
Sanchezら(非特許文献２)はアンモニアを用いてメチル(メタ)アクリレートを加アンモニア分解し、(メタ)アクリルアミドを与えることを記載している。リパーゼ触媒反応は93時間後に最大で91%の収率を与える。
【０００６】
Margolinら(非特許文献３)は1-(1-ナフチル)エチルアミンまたはフェニルアラニンアミドを用いたトリフルオロエチルメタクリレートの反応を記載している。該反応はタンパク分解酵素であるスブチリシンによって触媒される。
【０００７】
Egrazら(特許文献２)は第3級アミノ基を有する(メタ)アクリルアミドの酵素合成を特許請求している。この合成において、アルキル(メタ)アクリレートは1つの第1級アミノ基および1つの第3級アミノ基を有するジアミンと反応する。
【特許文献１】DE 3130508 Rohm GmbH 1981
【特許文献２】US 5,973,203
【非特許文献１】Tetrahedron 1993, 49, 4007-4014
【非特許文献２】Synlett 1994, 529-530
【非特許文献３】J. Am. Chem. Soc. 1991, 113, 4693-4694
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明の目的はポリ(オキシアルキレン)アクリルアミドの調製法を開発することである。上記合成は特に高純度かつ高収率でポリ(オキシアルキレン)アクリルアミドを調製することを可能とし、望ましくない副反応の発生を抑えるべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第1に、本発明はポリ(オキシアルキレン)アクリルアミドの酵素合成法であって、脂肪族ポリ(オキシアルキレン)アミンを加水分解酵素の存在下、バルクで、または有機溶媒を含む液体反応媒体中でアクリル酸化合物またはそのアルキルエステルと反応させ、適切であれば形成したポリ(オキシアルキレン)アクリルアミドを反応終了後に反応混合物から単離する上記方法に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明において、「脂肪族ポリ(オキシアルキレン)アクリルアミド」はモノアクリレート(monoacrylated)またはポリアクリレート(polyacrylated)である。
【００１１】
本発明に従うと、本発明で達成される変換（少なくとも1つのアミド基を有するポリ(オキシアルキレン)アクリルアミドのモル分率）は、それぞれの場合において使用するポリ(オキシアルキレン)アミンのモルに基づいて、少なくとも20mol%、例えば20〜100mol%、40〜99mol%、50〜95mol%または75〜95mol%である。
【００１２】
液体有機反応媒体は最大で約10容量%の初期含水量を有し得るが、好ましくは実質的に無水である。本反応はバルクで行ってよいが、有利であれば適切な有機溶媒を添加した後に行ってもよい。
【００１３】
好ましく使用される有機溶媒は、tert-ブタノール、tert-アミルアルコール、ピリジン、ポリ-C1-C4-アルキレングリコールジ-C1-C4-アルキルエーテル、特にポリエチレングリコールジ-C1-C4-アルキルエーテル、例えばジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ポリエチレングリコールジメチルエーテル500、tert-ブチル酢酸エステル、MTBE、アセトン、1,4-ジオキサン、1,3-ジオキソラン、THF、ジメトキシメタン、ジメトキシエタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、トルエン、ヘキサンおよびそれらの単相混合物または多相混合物から選択されるものである。
【００１４】
本発明の方法において、通常、アクリル酸化合物およびポリ(オキシアルキレン)アミンは約100：1〜1：1のモル比、例えば30：1〜3：1または10：1〜5：1の範囲で使用される。
【００１５】
ポリ(オキシアルキレン)アミンの初期濃度は、例えば約0.1〜20mol/l、特に0.15〜10mol/lの範囲である。
【００１６】
ポリ(オキシアルキレン)アミンは、1〜250、好ましくは2〜100、より好ましくは3〜50のオキシアルキレン単位および少なくとも1つ、好ましくは厳密に1つの末端アミノ基を有するポリオキシアルキレンアミン、好ましくはポリオキシエチレンアミン、ポリオキシプロピレンアミンまたは混合ポリオキシエチレンプロピレンアミンから好ましく選択される。
【００１７】
ポリ(オキシアルキレン)アミン(「ポリエーテルアミン」)は、例えばWO 01/98388に記載されているように、アルコールをアルコキシル化し、次にアンモニアでアミノ化することによって調製される。それらはまた、例えばBASFやHuntsman(「Jeffamine」(登録商標))から市販されている。
【００１８】
本発明で使用される「アクリル酸化合物」は好ましくは、アクリル酸、メタクリル酸、それらの無水物、低級アルキル置換物、すなわちC1-C6-アルキル-置換(メタ)アクリル酸、そのC1-C20-アルキルエステルまたはエチレングリコールジアクリレート；およびこれらの化合物の混合物から選択される。好ましいC1-C6-アルキル基は特にメチル基またはエチル基である。好ましいC1-C20-アルキル基は例えばメチル、エチル、i-プロピルもしくはn-プロピル、n-ブチル、i-ブチル、sec-ブチルもしくはtert-ブチル、n-ペンチルもしくはi-ペンチル；およびn-ヘキシル、n-ヘプチル、n-オクチル、n-ノニル、n-デシル、n-ウンデシル、n-トリデシル、n-テトラデシル、n-ペンタデシル、n-ヘキサデシル、n-オクタデシル、およびその単分岐類似体もしくは多分岐類似体である。(メタ)アクリル酸または(メタ)アクリル酸誘導体を使用することが好ましい。
【００１９】
上記アクリル酸化合物（例えばアクリル酸およびメタクリル酸）の適切な誘導体は飽和または不飽和の環式または開鎖のC1-C10-モノアルコールとのエステルであって、特にそのメチル、エチル、ブチルおよび2-エチルヘキシルエステルである。本発明のC1-C10-モノアルコールは好ましくは上記で定義したC1-C6-アルキル基もしくはそれらのより長い鎖、最大で10の炭素原子を有する場合により分岐していてもよい同族体またはC4-C6-シクロアルキル基、例えばシクロプロピル、シクロペンチルまたはシクロヘキシル（それらは場合により1〜3の炭素原子を有する1以上のアルキル基で置換されていてもよい）を含む。
【００２０】
他の情報が与えられていない場合、本発明ではC1-C6-アルキルはメチル、エチル、n-プロピルもしくはi-プロピル、n-ブチル、sec-ブチルもしくはtert-ブチル；n-アミルもしくはtert-アミルおよび直鎖ヘキシルもしくは分岐ヘキシルを表わす。C3-C6-アルキルは特にn-プロピルもしくはi-プロピル、n-ブチル、sec-ブチルもしくはtert-ブチル、n-アミルもしくはtert-アミルおよび直鎖ヘキシルもしくは分岐ヘキシルである。C1-C4-アルキレンは好ましくはメチレン、エチレン、プロピレンまたは1-ブチレンもしくは2-ブチレンである。
【００２１】
本発明で使用する加水分解酵素は、遊離形態または固定形態で、エステル分解酵素(E.C. 3.1.-.-)、特にリパーゼ(E.C. 3.1.1.3)、グリコシラーゼ(E.C. 3.2.-.-)およびプロテアーゼ(E.C. 3.4.-.-)から選択される。特に適切な酵素はNovozyme 435(Candida Antarctica B由来のリパーゼ)またはアスペルギルス(Aspergillus)種、バークホルデリア(Burkholderia)種、カンジダ(Candida)種、シュードモナス(Pseudomonas)種もしくはブタ膵臓由来のリパーゼである。
【００２２】
反応媒体中の酵素含有量は特に、使用するポリオールに基づいて約0.1〜10重量%の範囲である。酵素は純粋な形態または担持（固定化）形態で本発明の反応に使用し得る。
【００２３】
本発明の方法は好ましくは、反応温度が0〜約100℃の範囲、特に20〜80℃の範囲で行われる。反応時間は通常、約1〜72時間、好ましくは6〜24時間の範囲である。
【００２４】
適切な場合に反応中に得られるアルコール（通常は一価アルコール、例えばメタノールまたはエタノール）またはアミド化中に得られる反応水は、必要であれば反応平衡物から連続的または段階的に適切な方法で除去してもよい。好ましくはモレキュラーシーブ（細孔サイズは例えば3〜10オングストローム）または蒸留、適切な半透膜もしくは浸透気化法による除去がこの目的に適している。
【００２５】
反応混合物を混ぜるためには、どのような方法を使用しても良い。特定の撹拌装置は必要としない。反応媒体は単相または多相でよく、反応物質をその中に溶解、懸濁または乳化する。適切であれば最初にモレキュラーシーブと共に加えてもよい。反応を開始するためには、上記媒体を酵素製剤と混合すればよい。反応中、温度を望ましい値に調節する。
【００２６】
あるいは、本反応は、酵素を最初に固定床反応器に固定形態で仕込み、反応混合物を固定酵素を通して送り出し、適切であれば循環させるような方法で行ってもよい。反応で生じた水および／またはアルコールは同様に反応混合物から連続的または段階的に除去することができる。
【００２７】
本発明の方法は一般的な反応器（例えば、撹拌タンクおよび固定床反応器）でバッチ式、半連続式または連続式で行ってもよい。
【００２８】
反応終了後、所望のポリ(オキシアルキレン)アクリルアミドは、例えばクロマトグラフィー精製によって反応混合物から単離でき、続いて、所望のポリマーまたはコポリマーを調製するために使用される。反応混合物は、酵素を除去（ろ過、デカンテーション）した後に直接再利用してもよい。
【００２９】
本発明はさらにポリ(オキシアルキレン)アクリルアミドポリマーの調製法であって、少なくとも1つのポリ(オキシアルキレン)アクリルアミドを上記の方法で調製し；適切であれば該ポリ(オキシアルキレン)アクリルアミドを反応混合物から取り出し；適切であれば別のコモノマーと一緒に重合する上記方法に関する。
【００３０】
適切な別のコモノマーは：本発明で調製される本発明の種類の他のポリ(オキシアルキレン)アクリルアミドまたは重合可能なモノマー、例えば(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル、マレイン酸、イタコン酸、それらのアルカリ金属塩もしくはアンモニウム塩およびそれらのエステル、C1-C25-カルボン酸のO-ビニルエステル、C1-C25-カルボン酸のN-ビニルアミド、N-ビニルピロリドン、N-ビニルカプロラクタム、N-ビニルオキサゾリドン、N-ビニルイミダゾール、4級化N-ビニルイミダゾール、(メタ)アクリロニトリル、エチレン、プロピレン、ブチレン、ブタジエンおよびスチレンである。適切なC1-C25-カルボン酸の例としては飽和酸、例えばギ酸、酢酸、プロピオン酸、n-酪酸およびi-酪酸、n-吉草酸およびi-吉草酸、カプロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ウンデカン酸、ラウリン酸、トリデカン酸、ミスチリン酸、ペンタデカン酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸、ノナデカン酸、アラキン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン酸ならびにメリシン酸がある。
【００３１】
そのようなポリマーは、例えば、一般に"Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Sixth Edition, 2000, Electronic Release, heading: Polymerization Process“に記載された方法と同様に調製する。溶液重合、懸濁重合、沈殿重合もしくは乳化重合、またはバルク重合（すなわち溶媒を使用しない）の形式でフリーラジカル重合として(共)重合することが好ましい。
【００３２】
そのようなポリマーは、例えばUS 6,359,101、DE 198 17 676、DE 199 13 260、US 6,429,342；US 6,077,979およびUS 5,545,601に記載されているように、アルカリ性エステル分解を起こすことなく金属触媒下で調製する。
【００３３】
本発明はさらにコンクリート可塑剤または分散剤を製造するための本発明のポリ(オキシアルキレン)アクリルアミドの使用に関する。
【００３４】
実施例
以下のポリ(オキシアルキレン)アミンを使用した：
・“Polyetheramine 520”：ポリエチレングリコールアミンモノメチルエーテル(約520g/mol)
・“Polyetheramine 750”：ポリエチレングリコールアミンモノメチルエーテル(約750g/mol)
【実施例１】
【００３５】
ポリ(オキシアルキレン)アクリルアミドの調製（反応物質比の変化）
【化１】
2008536994.tif 000002
【００３６】
5mmolのpolyetheramine 750(3.75g)、25mmolまたは50mmolのメチルメタクリレート(MMA)、適切であれば1.0gのモレキュラーシーブ(5A)および200mgのNovozyme 435(デンマークのNovozymes製のCandida Antarctica由来の担持リパーゼ)を24時間にわたり60℃で撹拌した。酵素を濾取し、少量のメチルtert-ブチルエーテルで洗浄し、過剰のMMAおよびMTBEを減圧下、ロータリーエバポレーターで除去した。以下の表が示すように、変換率は過剰のメチルメタクリレートに依存した。
【表１】
2008536994.tif 000003
【００３７】
生成物の分析
CD3OD3中でのH NMR分析において、「アミン反応物」を示す2.75 ppm(CH2-NH2)のシグナルは消滅し、新たな3.43ppm(CONH-CH2)の「アミドのシグナル」が現れる。変換率は積分して以下のように計算した：
（アミド＊100%）/（アミド＋アミン）
【実施例２】
【００３８】
（メタクリル酸の添加）
5mmolのpolyetheramine 520(2.6g)、50mmolのメチルメタクリレート(MMA)、適切であれば1.0gのモレキュラーシーブ(5A)、様々な量のメタクリル酸(MA)および200mgのNovozyme 435(デンマークのNovozymes製のCandida Antarctica由来の担持リパーゼ)を24時間にわたり20℃で撹拌した。酵素を濾取し、少量のメチルtert-ブチルエーテルで洗浄し、過剰のMMAおよびMTBEを減圧下、ロータリーエバポレーターで除去した。以下の表が示すように、変換率はメタクリル酸の添加に依存した。
【表２】
2008536994.tif 000004
【実施例３】
【００３９】
（製造反応(Preparative reaction))
0.25molのpolyetheramine 750(187.5g)、2.5molのメチルメタクリレート(250g)および10.0gのNovozyme 435(デンマークのNovozymes製のCandida Antarctica由来の担持リパーゼ)を24時間にわたり60℃で撹拌した。酵素を吸引器を用い、吸引フィルターを通して濾取し、少量のメチルtert-ブチルエーテルで洗浄し、過剰のメチルメタクリレートおよびMTBEを減圧下、ロータリーエバポレーターで除去した。183gの澄んだ淡い黄色がかったオイルが得られ、それはさらに後処理することなく重合可能であった。変換率は＞99%であった。
【実施例４】
【００４０】
（製造反応(Preparative reaction))
52.0gのpolyetheramine 520(0.1mol)、100.1gのメチルメタクリレート(1.0mol)および4.0gのNovozyme 435を40℃で撹拌した。後処理のために担持酵素を吸引器を用い、吸引フィルターを通して濾取し、少量のMTBEで洗浄し、過剰の溶媒およびMMAを減圧下、ロータリーエバポレーターで除去した。55.6gの無色の液体を得た。H NMR分析により、アミンはMMAと95%程度反応した。
【国際調査報告】
2008536994.tif 000005
2008536994.tif 000006
2008536994.tif 000007
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