N,N′-Methylenbisacrylamid

N,N′-Methylenbisacrylamid (MBA) ist ein symmetrisches, nicht-konjugiertes bifunktionelles Vinyl-Monomer, das als Vernetzer, insbesondere für Polyacrylamid-Gele Verwendung findet.

Strukturformel
Allgemeines
Name	N,N′-Methylenbisacrylamid
Andere Namen	N,N′-Methylenbis(acrylamid) N,N′-Methylenbis(2-propenamid) N,N′-Methylendiacrylamid Bis-[acryloylamino]-methan N,N'-METHYLENEBISACRYLAMIDE (INCI) MBA
Summenformel	C7H10N2O2
Kurzbeschreibung	weißer bis fast weißer kristalliner Feststoff
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 110-26-9 EG-Nummer 203-750-9 ECHA-InfoCard 100.003.411 PubChem 8041 ChemSpider 7750 Wikidata Q3869308
Eigenschaften
Molare Masse	154,17 g·mol^−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	1,235 g·cm^−3 (30 °C)
Schmelzpunkt	185 °C (Zersetzung) 300 °C
Löslichkeit	löslich in Wasser (30 g/l bei 25 °C) löslich in Methanol (82 g/l bei 30 °C) löslich in DMF (12,5 g/100 ml bei 23 °C), in DMF/1,0 N NaOH 90/10 (>100 g/100 ml bei 23 °C), in NMP/1,0 N NaOH 90/10 (75 g/100 ml 23 °C)
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung Achtung H- und P-Sätze H: 302 P: 301+312+330
Toxikologische Daten	390 mg·kg^−1 (LD50, Ratte, oral)
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Herstellung

Acrylamid reagiert in wässriger Lösung mit Formaldehyd-Lösung in Gegenwart von Kupfer(I)-chlorid als Polymerisationsinhibitor und verdünnter Schwefelsäure als Katalysator in Ausbeuten von 60 bis 80 % zu N,N′-Methylenbisacrylamid.

N,N′-Methylenbisacrylamid aus Acrylamid

Die Reaktion verläuft über das in alkalischem Medium fassbare N-Hydroxymethylacrylamid durch Wasserabspaltung im Sauren zu N,N′-Methylenbisacrylamid und liefert bei Einsatz von Acrylamid und Paraformaldehyd in 1,2-Dichlorethan beim Erhitzen in Gegenwart von konzentrierter Salzsäure eine klare Lösung, aus der MBA dann auskristallisiert.

In wässrig-saurem Medium reagiert auch Acrylnitril mit Formaldehyd-Lösung zu rohem N,N′-Methylenbisacrylamid aus dem durch Umkristallisieren aus Aceton/Wasser die Reinsubstanz erhalten werden kann.

Eigenschaften

N,N′-Methylenbisacrylamid ist ein weißer und geruchloser kristalliner Feststoff, der sich wenig in kaltem Wasser löst.

Löslichkeiten in Wasser
Temperatur	in °C	10	25	50	90
Löslichkeit	in g/100 ml	2,0	3,0	6,5	42,0

Bei Zugabe geringer Mengen Natronlauge löst sich die Substanz hingegen bei Raumtemperatur sehr gut in aprotisch dipolaren Lösungsmitteln, wie Dimethylformamid und N-Methylpyrrolidon.

Löslichkeiten in organischen Lösungsmitteln
Lösungsmittel	bei 30 °C	Aceton	Benzol	Chloroform	Dioxan	Ethanol	Ethylacetat	Methanol	n-Heptan
Löslichkeit	in g/100 ml	1,0	< 1,0	0,3	1,1	5,4	0,4	8,2	< 0,02

Die Zersetzung von MBA bei hohen Temperaturen erzeugt Wasser, Kohlendioxid und Stickstoff, aber kein Acrylamid.

Anwendungen

Unter basischen Bedingungen reagiert MBA mit Formaldehyd am Amid-Stickstoff unter Bildung eines Gemisches von MBA und der N-Methylolverbindung N-Hydroxymethyl,N,N′-Methylenbisacrylamid.

Umsetzung von N,N′-Methylenbisacrylamid mit Formaldehyd

Nukleophile, wie z. B. Alkohole, Amine oder Thiole werden an die aktivierten Vinylgruppen von N,N′-Methylenbisacrylamid addiert, wobei Mischungen aus Mono- und Disubstitutionsprodukten entstehen.

Nukleophile Addition an N,N′-Methylenbisacrylamid

Als elektronenarmes Dienophil bildet das bifunktionelle MBA mit elektronenreichen Dienen, wie z. B. Cyclopentadien, in einer Diels-Alder-Reaktion das entsprechende Bis-Norbornen-Addukt.

Diels-Alder-Reaktion von MBA mit Cyclopentadien

Das symmetrische nicht-konjugierte Divinyl-Monomer N,N′-Methylenbisacrylamid kann mit geeigneten Initiatoren in einer Cyclopolymerisation zu linearen, löslichen Polymeren umgesetzt werden, deren Rückgrat aus fünf- und siebengliedrigen Ringen aufgebaut sein soll.

Mit Acryl- und Vinyl-Monomeren wie Acrylnitril, Acrylamid, substituierten Acrylamiden, wie z. B. N-Isopropylacrylamid, Acrylsäure und Acrylate, sowie Derivaten dieser Verbindungen (z. B. Methacrylate) kann N,N′-Methylenbisacrylamid in Lösung, in Emulsion oder in Suspension radikalisch mit Peroxiden, wie z. B. Benzoylperoxid Azoverbindungen z. B. AIBN oder UV-Licht oder auch durch Redoxinitiation, z. B. mit Ammoniumperoxodisulfat (APS)/Tetramethylethylendiamin (TMEDA) unter Bildung hochvernetzter Gele copolymerisiert werden.

Vernetzung von Polymerketten mit N,N′-Methylenbisacrylamid

Die Eigenschaften des mit MBA vernetzten Gels werden von der molaren Masse des zugrunde liegenden Polymers, der Polymerkonzentration und der MBA-Konzentration, d. h. von der Vernetzungsdichte bestimmt. Die gezielte Gelbildung durch Vernetzung mit N,N′-Methylenbisacrylamid verleiht (wasser)löslichen Polymeren äußerst nützliche technische Eigenschaften, die sich in einer Vielzahl von Anwendungen manifestieren, wie z. B. in Klebstoffen, Verdickern, Lacken und Beschichtungen und Superabsorbern.

Da Methylenbisacrylamid zwei Doppelbindungen zwischen Kohlenstoffatomen enthält, wird es als Quervernetzer bei der radikalischen Polymerisation von wässrigen Acrylamidlösungen eingesetzt. In der Biochemie wird es für Chromatographiegele und Polyacrylamid-Gelelektrophoresen verwendet, z. B. bei der SDS-PAGE, bei der BAC-PAGE, bei der CTAB-PAGE und in DNA-Sequenziergelen.

Einzelnachweise

1. Eintrag zu N,N'-METHYLENEBISACRYLAMIDE in der CosIng-Datenbank der EU-Kommission, abgerufen am 19. Januar 2022.
2. Datenblatt N,N′-Methylen-bis-acrylamid bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 30. November 2015 (PDF).
3. Eintrag zu N,N′-Methylenebisacrylamide (for Electrophoresis) bei TCI Europe, abgerufen am 30. November 2015.
4. Eintrag zu N,N′-Methylenbis(acrylamid) in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 8. Januar 2018. (JavaScript erforderlich)
5. Datenblatt N,N′-Methylenbisacrylamid für die Electrophorese bei Merck, abgerufen am 30. November 2015.
6. SNF Floerger: Produktbroschüre Flocryl® MBA, abgerufen am 1. Mai 2018.
7. Patent US5354903: Polymers prepared from concentrated solutions of N,N′-methylenebisacrylamide. Angemeldet am 24. Dezember 1992, veröffentlicht am 11. Oktober 1994, Anmelder: Ionics, Inc., Erfinder: R.J. MacDonald.‌
8. Patent US2475846: Alkylidene-bis-acrylamides. Angemeldet am 31. Oktober 1946, veröffentlicht am 12. Juli 1949, Anmelder: American Cyanamid, Co., Erfinder: L.A. Lundberg.‌
9. H. Petersen, Amino-Harze in Houben-Weyl Methods of Organic Chemistry, Vol. E20, Thieme Stuttgart New York 1987, ISBN 978-3-13-219004-7, S. 1855.
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