JP2011016738A - Method for producing (meth)acrylate compound - Google Patents
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Abstract
【課題】レジスト化合物の合成に用いるモノマーであって、ノルボルネン骨格を有する基と、重合に関与する(メタ)アクリロイル基と、これらの基の間に配された連結基とを有する(メタ)アクリル酸エステル化合物を、副生成物の生成を抑えて簡便に製造する方法を提供することを目的とする。
【解決手段】特定のノルボルネン誘導体に、末端にハロゲン基を有する特定の低級カルボン酸を、無溶媒下で付加反応させてエステル中間体を得る酸付加工程と、前記エステル中間体と(メタ)アクリル酸とをエステル化反応させるエステル化工程と、を有する(メタ)アクリル酸エステル化合物の製造方法。
【選択図】なしA monomer used for the synthesis of a resist compound, which has a group having a norbornene skeleton, a (meth) acryloyl group involved in polymerization, and a linking group arranged between these groups It aims at providing the method of manufacturing an acid ester compound simply, suppressing the production | generation of a by-product.
An acid addition step in which a specific lower carboxylic acid having a terminal halogen group is added to a specific norbornene derivative in the absence of a solvent to obtain an ester intermediate, the ester intermediate and (meth) acrylic A method for producing a (meth) acrylic acid ester compound comprising an esterification step of esterifying an acid.
[Selection figure] None
Description
本発明は、(メタ)アクリル酸エステル化合物の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a (meth) acrylic acid ester compound.
半導体素子や液晶素子の製造における微細加工の分野においては、リソグラフィー技術の進歩により急速に微細化が進んでいる。このような微細化は、特に照射光の短波長化によりもたらされている。具体的には、従来のg線(波長:438nm)、i線(波長:365nm)に代表される紫外線から、DUV(Deep Ultra Violet)へと照射光の波長が変化してきている。
また、前述のような照射光や電子線の短波長化に伴い、それら照射光や電子線に対応できる高解像度のレジストが求められている。
In the field of microfabrication in the manufacture of semiconductor elements and liquid crystal elements, miniaturization is progressing rapidly due to advances in lithography technology. Such miniaturization is brought about especially by shortening the wavelength of irradiation light. Specifically, the wavelength of irradiation light has changed from conventional ultraviolet rays represented by g-line (wavelength: 438 nm) and i-line (wavelength: 365 nm) to DUV (Deep Ultra Violet).
Further, with the shortening of the wavelength of irradiation light and electron beam as described above, there is a demand for a high-resolution resist that can handle such irradiation light and electron beam.
高解像度のレジストとしては、光酸発生剤を含有する「化学増幅型レジスト」が知られており、そのようなレジスト化合物の製造に用いるモノマーの多様化・高機能化が進んでいる。
例えば、レジスト化合物にドライエッチング耐性を付与できるモノマーとして、ノルボルネン骨格を有する(メタ)アクリル酸エステル化合物が知られている。該化合物の製造方法としては、含フッ素置換基を有するスルホン酸の存在下で、ノルボルネン誘導体に(メタ)アクリル酸を直接付加させる方法が示されている(例えば、特許文献1)。
As a high-resolution resist, a “chemically amplified resist” containing a photoacid generator is known, and diversification and high functionality of monomers used for the production of such resist compounds are progressing.
For example, a (meth) acrylic acid ester compound having a norbornene skeleton is known as a monomer that can impart dry etching resistance to a resist compound. As a method for producing the compound, a method in which (meth) acrylic acid is directly added to a norbornene derivative in the presence of a sulfonic acid having a fluorine-containing substituent is disclosed (for example, Patent Document 1).
また、ノルボルネン骨格、重合に関与する(メタ)アクリロイル基、および酸脱離性基やラクトン基等の種々の機能を発現する置換基を有する化合物であって、前記(メタ)アクリロイル基と前記置換基の間に連結基を配した(メタ)アクリル酸エステル化合物が知られている。このように、ポリマー主鎖から前記置換基までの距離を遠くした(メタ)アクリル酸エステル化合物をモノマーとして用いることで、レジスト性能が更に向上する。該化合物の製造方法としては、機能を発現する置換基を有するアルコール誘導体と、モノハロカルボン酸の酸ハロゲン化物とを縮合させた後、これらを脱酸剤の存在下で(メタ)アクリル酸と反応させる方法が示されている(例えば、特許文献2)。 A compound having a norbornene skeleton, a (meth) acryloyl group involved in polymerization, and a substituent that exhibits various functions such as an acid leaving group and a lactone group, the (meth) acryloyl group and the substitution A (meth) acrylic acid ester compound in which a linking group is arranged between groups is known. As described above, the resist performance is further improved by using, as a monomer, a (meth) acrylic acid ester compound in which the distance from the polymer main chain to the substituent is increased. As a method for producing the compound, after condensing an alcohol derivative having a substituent that exhibits a function and an acid halide of a monohalocarboxylic acid, these are combined with (meth) acrylic acid in the presence of a deoxidizing agent. The method of making it react is shown (for example, patent document 2).
しかし、特許文献2に記載の製造方法では、機能を発現する置換基を有するアルコール誘導体を用いる必要がある。該アルコール誘導体の合成には、数段階の工程を要することがあり、全体の製造工程が煩雑になることが多い。
また、特許文献1に記載の製造方法における(メタ)アクリル酸をノルボルネン誘導体に直接付加させる方法を、前述した連結基を有する(メタ)アクリル酸エステル化合物の製造に適用することが考えられる。しかし、該方法は、(メタ)アクリル酸以外のカルボン酸を付加させる場合、該カルボン酸がヘキサン等の極性の低い溶媒に溶解しにくいために反応性が低下する。また、含フッ素置換基を有するスルホン酸を使用するため、酸に対する安定性が低い溶媒は使用できない。例えば、溶媒としてトルエン等の芳香族化合物を用いると、Friedel−Crafts型の反応が進行して副生成物が生じてしまう。
However, in the production method described in Patent Document 2, it is necessary to use an alcohol derivative having a substituent that exhibits a function. The synthesis of the alcohol derivative may require several steps, and the entire production process is often complicated.
In addition, the method of directly adding (meth) acrylic acid to the norbornene derivative in the production method described in Patent Document 1 can be applied to the production of the (meth) acrylic acid ester compound having a linking group described above. However, in this method, when a carboxylic acid other than (meth) acrylic acid is added, the reactivity decreases because the carboxylic acid is difficult to dissolve in a low polarity solvent such as hexane. In addition, since a sulfonic acid having a fluorine-containing substituent is used, a solvent having low acid stability cannot be used. For example, when an aromatic compound such as toluene is used as a solvent, a Friedel-Crafts type reaction proceeds and a by-product is generated.
本発明は、レジスト化合物の合成に用いるモノマーであって、ノルボルネン骨格を有する基と、重合に関与する(メタ)アクリロイル基と、これらの基の間に配された連結基とを有する(メタ)アクリル酸エステル化合物を、副生成物の生成を抑えて簡便に製造できる方法を提供することを目的とする。 The present invention is a monomer used for the synthesis of a resist compound, which has a group having a norbornene skeleton, a (meth) acryloyl group involved in polymerization, and a linking group arranged between these groups (meth) It aims at providing the method of suppressing the production | generation of a by-product and manufacturing easily an acrylic ester compound.
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。
[1]下記式(1)で表されるノルボルネン誘導体に、下記式(2)で表される低級カルボン酸を、無溶媒下で付加反応させて下記式(3)で表されるエステル中間体を得る酸付加工程と、前記エステル中間体と(メタ)アクリル酸とをエステル化反応させ、下記式(4)で表される(メタ)アクリル酸エステル化合物を得るエステル化工程と、を有する(メタ)アクリル酸エステル化合物の製造方法。
The present invention employs the following configuration in order to solve the above problems.
[1] An ester intermediate represented by the following formula (3) by adding a lower carboxylic acid represented by the following formula (2) to the norbornene derivative represented by the following formula (1) in the absence of a solvent. An esterification step of obtaining an (meth) acrylic acid ester compound represented by the following formula (4) by an esterification reaction of the ester intermediate and (meth) acrylic acid ( A method for producing a (meth) acrylate compound.
(式中、R1は水素原子またはメチル基である。R2およびR3は、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、シアノ基、もしくはカルボキシ基であるか、またはR2とR3とが連結し、炭素数3〜6の環もしくはヘテロ原子を含む環を形成する。Xは、ハロゲン基である。nは1〜3の整数である。) Wherein R 1 is a hydrogen atom or a methyl group. R 2 and R 3 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a cyano group, or a carboxy group, or R 2 and R 3 are linked to form a ring having 3 to 6 carbon atoms or a ring containing a hetero atom, X is a halogen group, and n is an integer of 1 to 3.
本発明の製造方法によれば、ノルボルネン骨格を有する基と、重合に関与する(メタ)アクリロイル基と、これらの基の間に配された連結基とを有する(メタ)アクリル酸エステル化合物を、副生成物の生成を抑えて簡便に製造することができる。 According to the production method of the present invention, a (meth) acrylic acid ester compound having a group having a norbornene skeleton, a (meth) acryloyl group involved in polymerization, and a linking group arranged between these groups, The production of by-products can be suppressed and the production can be simplified.
以下、本発明の(メタ)アクリル酸エステル化合物の製造方法の実施形態の一例を示して詳細に説明する。なお、本明細書において、「(メタ)アクリル酸」は、アクリル酸またはメタクリル酸を意味し、「(メタ)アクリロイル基」は、アクリロイル基またはメタクリロイル基を意味する。 Hereinafter, an example of an embodiment of a method for producing a (meth) acrylic acid ester compound of the present invention will be shown and described in detail. In the present specification, “(meth) acrylic acid” means acrylic acid or methacrylic acid, and “(meth) acryloyl group” means acryloyl group or methacryloyl group.
本発明の製造方法は、下記式(1)で表されるノルボルネン誘導体に、下記式(2)で表される低級カルボン酸を付加反応させて、下記式(3)で表されるエステル中間体を得る酸付加工程と、該エステル中間体と(メタ)アクリル酸とをエステル化反応させるエステル化工程を有する。該製造方法により、下記式(4)で表される、ノルボルネン骨格を有する基と、重合に関与する(メタ)アクリロイル基と、これらの基の間に配された連結基とを有する(メタ)アクリル酸エステル化合物が得られる。 In the production method of the present invention, an ester intermediate represented by the following formula (3) is prepared by adding a lower carboxylic acid represented by the following formula (2) to a norbornene derivative represented by the following formula (1). And an esterification step of esterifying the ester intermediate with (meth) acrylic acid. According to the production method, a group having a norbornene skeleton represented by the following formula (4), a (meth) acryloyl group involved in polymerization, and a linking group arranged between these groups (meth) An acrylate compound is obtained.
前記式(1)中のR2およびR3は、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、シアノ基、もしくはカルボキシ基であるか、またはR2とR3とが連結し、炭素数3〜6の環もしくは炭素数3〜6のヘテロ原子を含む環を形成する。
前記ヘテロ原子を含む環としては、例えば、酸素原子を含むラクトン環、フラン環、ピラン環等が挙げられる。すなわち、R2とR3とが連結したものとしては、−CO−O−CH2−、−CH2−O−CH2−、−CH2−O−(CH2)2−等が挙げられる。
R2およびR3は、シリコンウエハに対するレジスト化合物の密着性が向上する点から、R2とR3のどちらか一方が水素原子で、かつ他方がシアノ基であるか、または、R2とR3が連結して、酸素原子を含むラクトン環を形成していることが好ましい。
R 2 and R 3 in the formula (1) are each independently a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, a cyano group, or a carboxy group, or R 2 and R 3 are connected to each other. To form a ring having 3 to 6 carbon atoms or a hetero atom having 3 to 6 carbon atoms.
Examples of the ring containing a hetero atom include a lactone ring containing an oxygen atom, a furan ring, and a pyran ring. That is, assuming that the R 2 and R 3 are linked is, -CO-O-CH 2 - , - CH 2 -O-CH 2 -, - CH 2 -O- (CH 2) 2 - , and the like .
R 2 and R 3, from the viewpoint of improving the adhesion of the resist compound to the silicon wafer, with either one of R 2 and R 3 are hydrogen atom, and the other is cyano group, or, R 2 and R It is preferable that 3 is connected to form a lactone ring containing an oxygen atom.
また、前記式(2)中のXは、ハロゲン基である。ハロゲン基としては、例えば、クロロ基、ブロモ基が挙げられる。なかでも、入手容易性およびコストの点から、クロロ基が好ましい。
前記式(2)におけるnは、1〜3の整数である。nは、レジスト化合物のガラス転移点(Tg)が低下することを抑えやすい点から、1〜2であることが好ましく、1であることがより好ましい。
X in the formula (2) is a halogen group. Examples of the halogen group include a chloro group and a bromo group. Of these, a chloro group is preferred from the viewpoint of availability and cost.
N in said Formula (2) is an integer of 1-3. n is preferably 1 to 2 and more preferably 1 from the viewpoint that the glass transition point (Tg) of the resist compound can be easily prevented from decreasing.
前記式(3)および前記式(4)におけるX、n、R2およびR3は、前記式(1)および前記式(2)におけるX、n、R2およびR3と同じである。
前記式(4)中のR1は、水素原子またはメチル基である。
以下、前記式(1)〜(4)で表される各化合物をノルボルネン誘導体(1)、低級カルボン酸(2)、エステル中間体(3)、エステル化合物(4)という。
X in Formula (3) and the formula (4), n, R 2 and R 3 are the same X, n, and R 2 and R 3 in the formula (1) and the formula (2).
R 1 in the formula (4) is a hydrogen atom or a methyl group.
Hereinafter, each compound represented by the formulas (1) to (4) is referred to as a norbornene derivative (1), a lower carboxylic acid (2), an ester intermediate (3), and an ester compound (4).
(酸付加工程)
酸付加工程では、スルホン酸類の存在下、かつ無溶媒下において、ノルボルネン誘導体(1)に、末端にハロゲン基を有する低級カルボン酸(2)を付加させる。この付加反応により、末端にハロゲン基を有するエステル中間体(3)が得られる。本発明の製造方法では、酸付加工程における付加反応を無溶媒下で行うことで、副生成物の生成を抑制することができる。そのため、その後のエステル化工程を経て、高純度のエステル化合物(4)を簡便に製造できる。
本明細書において、「無溶媒下」とは、通常の(メタ)アクリル酸エステル化合物の製造において使用される原料化合物や触媒等を溶解するための有機溶媒等の反応希釈剤等(反応に関与する化合物は除く。)を実質的に用いないことを意味する。ここで、「実質的に(溶媒を)用いない」とは、溶媒が全く含まれないことが理想であるが、それのみを意味するのではなく、例えば、上記原料化合物等に由来する溶媒が混入する場合があり、これも含みうる趣旨である。
(Acid addition process)
In the acid addition step, the lower carboxylic acid (2) having a halogen group at the terminal is added to the norbornene derivative (1) in the presence of sulfonic acids and without solvent. By this addition reaction, an ester intermediate (3) having a halogen group at the terminal is obtained. In the production method of the present invention, the production of by-products can be suppressed by performing the addition reaction in the acid addition step in the absence of a solvent. Therefore, a high purity ester compound (4) can be easily produced through the subsequent esterification step.
In this specification, “under no solvent” means a reaction diluent such as an organic solvent for dissolving a raw material compound or a catalyst used in the production of a normal (meth) acrylic ester compound (involved in the reaction). Means that substantially no compound is used. Here, “substantially (no solvent) is used” ideally means that no solvent is contained, but this does not mean that only, for example, a solvent derived from the above raw material compound or the like There is a case where it may be mixed, and this is also an intention that can be included.
ノルボルネン誘導体(1)は、シクロヘキサジエンと、それに対応するオレフィン類とのDiels−Alder反応を利用することで、公知技術により容易に合成できる。
また、特許第4116282号公報に記載のように、シクロヘキサジエンと無水マレイン酸のDiels−Alder反応を行った後、得られた付加体のカルボニル基の一方を水素化ホウ素ナトリウム等の還元剤で還元することによって、R2とR3が連結し、酸素原子を含むラクトン環を形成したものを合成することができる。
低級カルボン酸(2)は、市販品として入手できる。ただし、低級カルボン酸(2)は、公知技術を用いて合成したものを使用してもよい。
The norbornene derivative (1) can be easily synthesized by a known technique by utilizing the Diels-Alder reaction between cyclohexadiene and the corresponding olefins.
Further, as described in Japanese Patent No. 4116282, after performing Diels-Alder reaction of cyclohexadiene and maleic anhydride, one of the carbonyl groups of the obtained adduct is reduced with a reducing agent such as sodium borohydride. By doing so, it is possible to synthesize one in which R 2 and R 3 are linked to form a lactone ring containing an oxygen atom.
Lower carboxylic acid (2) can be obtained as a commercial product. However, the lower carboxylic acid (2) may be synthesized using a known technique.
低級カルボン酸(2)の使用量は、ノルボルネン誘導体(1)に対して1.0当量以上4.0当量以下であることが好ましく、1.5当量以上2.5当量以下であることがより好ましい。低級カルボン酸(2)の使用量が1.5当量以上であれば、付加反応が進行しやすい。また、低級カルボン酸(2)の使用量が4.0当量以下であれば、余剰の低級カルボン酸(2)を中和するときに、必要な塩基の使用量を少なくすることができるため、コスト面で有利である。 The amount of the lower carboxylic acid (2) used is preferably 1.0 equivalent to 4.0 equivalents, more preferably 1.5 equivalents to 2.5 equivalents, relative to the norbornene derivative (1). preferable. If the usage-amount of lower carboxylic acid (2) is 1.5 equivalent or more, an addition reaction will advance easily. Further, if the amount of the lower carboxylic acid (2) used is 4.0 equivalents or less, the amount of the necessary base used can be reduced when neutralizing the excess lower carboxylic acid (2). It is advantageous in terms of cost.
前記スルホン酸類は、付加反応の触媒として働く。
スルホン酸類としては、例えば、メタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸が挙げられる。なかでも、反応速度の点から、トリフルオロメタンスルホン酸が好ましい。
スルホン酸類の使用量は、ノルボルネン誘導体(1)に対して、0.01当量以上0.1当量以下であることが好ましく、0.03当量以上0.07当量以下であることがより好ましい。スルホン酸類の使用量が0.01当量以上であれば、付加反応が進行しやすい。また、スルホン酸類の使用量が0.1当量以下であれば、反応熱の制御が容易である。
The sulfonic acids act as a catalyst for the addition reaction.
Examples of sulfonic acids include methanesulfonic acid and trifluoromethanesulfonic acid. Of these, trifluoromethanesulfonic acid is preferred from the viewpoint of reaction rate.
The amount of sulfonic acids used is preferably 0.01 equivalents or more and 0.1 equivalents or less, more preferably 0.03 equivalents or more and 0.07 equivalents or less, relative to the norbornene derivative (1). If the amount of the sulfonic acid used is 0.01 equivalent or more, the addition reaction is likely to proceed. Moreover, if the usage-amount of sulfonic acids is 0.1 equivalent or less, control of reaction heat is easy.
前記付加反応の反応温度は、50℃以上150℃以下であることが好ましく、80℃以上130℃以下であることがより好ましい。反応温度が50℃以上又は80℃以上であれば、付加反応が進行しやすい。また、反応温度が150℃以下又は130℃以下であれば、反応速度を制御しやすい。
以上説明した付加反応により得られたエステル中間体(3)は、晶析、蒸留および各種クロマトグラフィー等の公知の精製方法により精製することができる。
The reaction temperature of the addition reaction is preferably 50 ° C. or higher and 150 ° C. or lower, and more preferably 80 ° C. or higher and 130 ° C. or lower. If reaction temperature is 50 degreeC or more or 80 degreeC or more, an addition reaction will advance easily. Moreover, if reaction temperature is 150 degrees C or less or 130 degrees C or less, it is easy to control reaction rate.
The ester intermediate (3) obtained by the addition reaction described above can be purified by known purification methods such as crystallization, distillation and various chromatography.
(エステル化工程)
エステル化工程では、前記酸付加工程により得られた、末端にハロゲン基を有するエステル中間体(3)と、(メタ)アクリル酸とをエステル化反応させる。該エステル化反応により、連結基、すなわち−(CH)n−CO−O−を有するエステル化合物(4)が得られる。
前記エステル化反応は、トルエン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等の不活性溶媒中で行うことが好ましい。
(Esterification process)
In the esterification step, the ester intermediate (3) having a halogen group at the terminal obtained in the acid addition step is reacted with (meth) acrylic acid. By the esterification reaction, an ester compound (4) having a linking group, that is, — (CH) n —CO—O— is obtained.
The esterification reaction is preferably performed in an inert solvent such as toluene, tetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide.
(メタ)アクリル酸の使用量は、エステル中間体(3)に対して、1.0当量以上2.0当量以下であることが好ましく、1.0当量以上1.5当量以下であることがより好ましい。(メタ)アクリル酸の使用量が1.0当量以上であれば、エステル化反応が進行しやすく、エステル化合物(4)の収率が向上する。また、(メタ)アクリル酸の使用量が2.0当量以下であれば、得られるエステル化合物(4)の精製が容易になる。 The amount of (meth) acrylic acid used is preferably 1.0 equivalent or more and 2.0 equivalent or less, and 1.0 equivalent or more and 1.5 equivalent or less, relative to the ester intermediate (3). More preferred. If the usage-amount of (meth) acrylic acid is 1.0 equivalent or more, esterification reaction will advance easily and the yield of ester compound (4) will improve. Moreover, if the usage-amount of (meth) acrylic acid is 2.0 equivalent or less, refinement | purification of the ester compound (4) obtained will become easy.
また、前記エステル化反応は、脱酸剤の存在下で行うことが好ましい。
脱酸剤としては、例えば、トリエチルアミン、ピリジン等の有機塩基、炭酸カリウム、水酸化ナトリウム等の無機塩基、またはこれらの混合物が挙げられる。
脱酸剤の使用量は、エステル中間体(3)に対して、1.0当量以上5.0当量以下であることが好ましく、1.0当量以上3.0当量以下であることがより好ましい。脱酸剤の使用量が1.0当量以上であれば、エステル化反応が進行しやすい。また、脱酸剤の使用量が5.0当量以下であれば、反応後の中和工程を省略することができる。
The esterification reaction is preferably performed in the presence of a deoxidizer.
Examples of the deoxidizer include organic bases such as triethylamine and pyridine, inorganic bases such as potassium carbonate and sodium hydroxide, and mixtures thereof.
The use amount of the deoxidizer is preferably 1.0 equivalent or more and 5.0 equivalent or less, more preferably 1.0 equivalent or more and 3.0 equivalent or less, with respect to the ester intermediate (3). . If the usage-amount of a deoxidizer is 1.0 equivalent or more, esterification reaction will advance easily. Moreover, if the usage-amount of a deoxidizer is 5.0 equivalent or less, the neutralization process after reaction can be skipped.
前記エステル化反応の反応温度は、−30℃以上200℃以下であることが好ましく、0℃以上100℃以下であることがより好ましい。反応温度が−30℃以上であれば、エステル化反応が進行しやすい。また、反応温度が200℃以下であれば、反応速度を制御しやすい。 The reaction temperature of the esterification reaction is preferably −30 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, and more preferably 0 ° C. or higher and 100 ° C. or lower. If reaction temperature is -30 degreeC or more, esterification reaction will advance easily. Moreover, if reaction temperature is 200 degrees C or less, it will be easy to control reaction rate.
このエステル化工程により得られたエステル化合物(4)は、エステル化反応後の反応液から生成物を取り出すときに通常用いられる後処理によって取り出すことができる。更に、クロマトグラフィー、再結晶、蒸留等の公知の精製方法によって精製することもできる。 The ester compound (4) obtained by this esterification step can be taken out by a post-treatment usually used when taking out the product from the reaction solution after the esterification reaction. Furthermore, it can also be purified by known purification methods such as chromatography, recrystallization, distillation and the like.
以上説明した本発明の製造方法によれば、副生成物の生成を抑制して、連結基を有するエステル化合物(4)を短工程で簡便に製造することができる。これは、本発明の製造方法では、ノルボルネン誘導体(1)に、末端にハロゲン基を有する低級カルボン酸(2)を無溶媒下で付加反応させることで、該付加反応において、溶媒の反応に起因する副生成物が生じることを抑制できるためである。 According to the manufacturing method of this invention demonstrated above, the production | generation of a by-product can be suppressed and the ester compound (4) which has a coupling group can be easily manufactured in a short process. This is because, in the production method of the present invention, the norbornene derivative (1) is subjected to the addition reaction of the lower carboxylic acid (2) having a halogen group at the terminal in the absence of a solvent. This is because it is possible to suppress the generation of by-products.
以下、実施例および比較例を示して本発明を詳細に説明する。ただし、本発明は以下の記載によっては限定されない。
本実施例に用いた反応試薬およびモノマーは、特に記載がないものについては市販品を精製することなくそのまま用いた。
[エステル中間体(3)およびエステル化合物(4)の同定]
本実施例で得られたエステル中間体(3)およびエステル化合物(4)は、1H−NMR測定により同定した。該測定は、日本電子社製のGSX−400型 FT−NMR(商品名)を用い、試料濃度が約5質量%の重水素化クロロホルム溶液を直径5mmの試験管に入れ、測定温度40℃、測定周波数400MHzとし、シングルパルスモードにて積算回数16回で行った。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, the present invention is not limited by the following description.
The reaction reagents and monomers used in the examples were used as they were without purifying commercially available products unless otherwise specified.
[Identification of ester intermediate (3) and ester compound (4)]
The ester intermediate (3) and ester compound (4) obtained in this example were identified by 1 H-NMR measurement. The measurement uses GSX-400 type FT-NMR (trade name) manufactured by JEOL Ltd., puts a deuterated chloroform solution having a sample concentration of about 5% by mass into a test tube having a diameter of 5 mm, a measurement temperature of 40 ° C., The measurement frequency was 400 MHz, and the integration was performed 16 times in the single pulse mode.
[実施例1]
まず、特許第4116282号公報に記載の方法により、ノルボルネン誘導体(1)を合成した。
シクロヘキサジエンと無水マレイン酸のDiels−Alder反応を行った後、得られた付加体のカルボニル基の一方を、還元剤である水素化ホウ素ナトリウムで還元し、下記式(1−1)で表される4−オキサトリシクロ[5.2.1.02,6]−8−デセン−3−オン(以下、「誘導体(1−1)」という。)を合成した。
[Example 1]
First, a norbornene derivative (1) was synthesized by the method described in Japanese Patent No. 4116282.
After Diels-Alder reaction of cyclohexadiene and maleic anhydride, one of the carbonyl groups of the obtained adduct was reduced with sodium borohydride as a reducing agent, and represented by the following formula (1-1). 4-oxatricyclo [5.2.1.0 2,6 ] -8-decen-3-one (hereinafter referred to as “derivative (1-1)”) was synthesized.
(酸付加工程)
次いで、誘導体(1−1)に対する低級カルボン酸(2)の付加反応を行った。
滴下ロート、冷却管、温度計、窒素ガス吹き込み口、および攪拌子を備えたフラスコに、誘導体(1−1)(100g)と、低級カルボン酸(2)であるモノクロロ酢酸(126g)を投入して窒素置換し、フラスコの内温(以下、単に「内温」という。)を60℃にして誘導体(1−1)およびモノクロロ酢酸を融解させた後、攪拌を開始して内温100℃まで加熱した。次いで、スルホン酸類であるトリフルオロメタンスルホン酸(10.0g)を滴下ロートより2時間かけて滴下し、滴下終了後、内温を100℃に維持したまま3時間保持して付加反応を行った。
誘導体(1−1)の消失をガスクロマトグラフィー(以下、「GC」という。)で確認した後、内温が50℃になるまで冷却し、トルエン(100g)を加えてから更に内温25℃まで冷却した。次いで、フラスコ内に水を50g加えた後、飽和重曹水を水層のpHが8になるまで加えて、トリフルオロメタンスルホン酸と余剰のモノクロロ酢酸を中和した。次いで、分液ロートを用いて有機層を分離し、更に水層を酢酸エチル(350g)で2回抽出した。その後、得られた有機層を飽和食塩水(100g)で2回洗浄し、エバポレーターでトルエンと酢酸エチルを留去し、減圧単蒸留で精製した(蒸留温度:170〜175℃、蒸留圧力:27〜53Pa)。
以上の操作により、薄橙色の油状液体である、下記式(3−1)で表される1−クロロ酢酸 8−(4−オキサトリシクロ[5.2.1.02,6]−8−デカニル−3−オン)(以下、「中間体(3−1)」という。)と、下記式(3−1’)で表される1−クロロ酢酸 9−(4−オキサトリシクロ[5.2.1.02,6]−8−デカニル−3−オン)(以下、「中間体(3−1’)」という。)の8種の異性体(ノルボルネン環に対するラクトン環およびモノクロロ酢酸基のそれぞれのendo、exo異性体の組み合わせ4種ずつ)の混合物(114g、取得収率70.9%)が得られた。
(Acid addition process)
Subsequently, addition reaction of the lower carboxylic acid (2) with respect to the derivative (1-1) was performed.
A derivative (1-1) (100 g) and monochloroacetic acid (126 g), which is a lower carboxylic acid (2), are charged into a flask equipped with a dropping funnel, a condenser, a thermometer, a nitrogen gas inlet, and a stirrer. Then, the temperature of the flask was changed to 60 ° C to melt the derivative (1-1) and monochloroacetic acid, and stirring was started until the internal temperature reached 100 ° C. Heated. Subsequently, trifluoromethanesulfonic acid (10.0 g), which is a sulfonic acid, was dropped from the dropping funnel over 2 hours, and after completion of the dropping, the addition reaction was carried out by maintaining the internal temperature at 100 ° C. for 3 hours.
After confirming the disappearance of the derivative (1-1) by gas chromatography (hereinafter referred to as “GC”), the mixture was cooled to an internal temperature of 50 ° C., toluene (100 g) was added, and the internal temperature was further 25 ° C. Until cooled. Next, 50 g of water was added to the flask, and then saturated sodium bicarbonate water was added until the pH of the aqueous layer reached 8, to neutralize trifluoromethanesulfonic acid and excess monochloroacetic acid. Subsequently, the organic layer was separated using a separatory funnel, and the aqueous layer was extracted twice with ethyl acetate (350 g). Thereafter, the obtained organic layer was washed twice with saturated brine (100 g), toluene and ethyl acetate were distilled off with an evaporator, and purified by simple distillation under reduced pressure (distillation temperature: 170 to 175 ° C., distillation pressure: 27 ~ 53 Pa).
By the above operation, 1-chloroacetic acid 8- (4-oxatricyclo [5.2.1.0 2,6 ] -8 represented by the following formula (3-1), which is a light orange oily liquid. -Decanyl-3-one) (hereinafter referred to as “intermediate (3-1)”) and 1-chloroacetic acid 9- (4-oxatricyclo [5] represented by the following formula (3-1 ′) .2.1.0 2,6 ] -8-decanyl-3-one) (hereinafter referred to as “intermediate (3-1 ′)”) (lactone ring and monochloroacetic acid relative to norbornene ring) A mixture (114 g, acquisition yield 70.9%) of each group of endo and exo isomer combinations (4 types) was obtained.
(エステル化工程)
前記酸付加工程で得た混合物を用い、メタクリル酸によるエステル化反応を行った。
滴下ロート、温度計、窒素ガス吹き込み口、攪拌子を備えたフラスコに、メタクリル酸(7.30g)、脱酸剤である炭酸カリウム(11.8g)、ヨウ化カリウム(2.80g)、ジメチルホルムアミド(100g)を投入して窒素置換した後、攪拌を開始して内温が25℃になるように調節した。これとは別に、前記中間体(3−1)と中間体(3−1’)の混合物(15.6g)を、ジメチルホルムアミド(50.0g)に溶解させた溶液を調製し、該溶液を滴下ロートに入れ、前記フラスコ内に15分間かけて滴下した。滴下終了後、内温を25℃に維持したまま4時間保持してエステル化反応を行った。
中間体(3−1)と中間体(3−1’)の消失をGCで確認した後、水(100g)とトルエン(100g)を加え、分液ロートで有機層を分離し、更に水層をトルエン(100g)で2回抽出した。その後、有機層を飽和食塩水(50g)で2回洗浄し、エバポレーターでジメチルホルムアミドおよびトルエンを留去し、シリカゲルカラムで精製した(シリカゲル400g、展開溶媒はn−ヘキサン:酢酸エチル=2:1)。
以上の操作により、無色透明の油状液体である、下記式(4−1)で表される化合物(4−1)と下記式(4−1’)で表される化合物(4−1’)の混合物(16.4g、取得収率89.0%)が得られた。
(Esterification process)
Using the mixture obtained in the acid addition step, esterification reaction with methacrylic acid was performed.
In a flask equipped with a dropping funnel, thermometer, nitrogen gas inlet, and stir bar, methacrylic acid (7.30 g), potassium carbonate (11.8 g) as a deoxidizer, potassium iodide (2.80 g), dimethyl After formamide (100 g) was added and purged with nitrogen, stirring was started and the internal temperature was adjusted to 25 ° C. Separately, a solution was prepared by dissolving a mixture (15.6 g) of the intermediate (3-1) and the intermediate (3-1 ′) in dimethylformamide (50.0 g). It put in the dropping funnel and it was dripped over 15 minutes in the said flask. After completion of dropping, the esterification reaction was carried out by maintaining the internal temperature at 25 ° C. for 4 hours.
After confirming the disappearance of intermediate (3-1) and intermediate (3-1 ′) by GC, water (100 g) and toluene (100 g) were added, the organic layer was separated with a separatory funnel, and the aqueous layer Was extracted twice with toluene (100 g). Thereafter, the organic layer was washed twice with saturated brine (50 g), dimethylformamide and toluene were distilled off with an evaporator, and purified with a silica gel column (silica gel 400 g, developing solvent was n-hexane: ethyl acetate = 2: 1). ).
Through the above operation, the compound (4-1) represented by the following formula (4-1) and the compound (4-1 ′) represented by the following formula (4-1 ′) are colorless and transparent oily liquids. (16.4 g, acquisition yield 89.0%) was obtained.
[実施例2]
酸付加工程において、反応温度を100℃から90℃に変更し、保持時間を3時間から11時間に変更した以外は、実施例1と同様の方法でクロロ酢酸の付加反応を行った。保持時間3時間の時点では、GCの面積百分率で誘導体(1−1)が49.8%残っており、保持時間11時間の時点で、GCで誘導体(1−1)が消失した。
その後、実施例1と同様に、中間体の精製を行い、エステル化工程にてメタクリル酸によるエステル化を実施したところ、実施例1と同等の収率で、無色透明の油状液体である化合物(4−1)と化合物(4−1’)の混合物が得られた。
[Example 2]
In the acid addition step, chloroacetic acid addition reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that the reaction temperature was changed from 100 ° C. to 90 ° C. and the holding time was changed from 3 hours to 11 hours. At a retention time of 3 hours, 49.8% of the derivative (1-1) remained as a percentage of GC area, and at a retention time of 11 hours, the derivative (1-1) disappeared by GC.
Thereafter, the intermediate was purified in the same manner as in Example 1, and esterification with methacrylic acid was carried out in the esterification step. As a result, the compound (1) was a colorless and transparent oily liquid with the same yield as in Example 1. A mixture of 4-1) and the compound (4-1 ′) was obtained.
[比較例1]
酸付加工程において、フラスコ内にトルエン300mLの溶媒を添加した以外は、実施例1と同様の方法でモノクロロ酢酸の付加反応を行った。誘導体(1−1)の消失をGCで確認したところ、誘導体(1−1)は完全に消失していたが、トルエンとモノクロロ酢酸が反応した副生成物が面積百分率で17.0%生成していた。
[Comparative Example 1]
In the acid addition step, monochloroacetic acid addition reaction was performed in the same manner as in Example 1 except that 300 mL of toluene was added to the flask. When the disappearance of the derivative (1-1) was confirmed by GC, the derivative (1-1) was completely disappeared, but 17.0% of a by-product in which toluene and monochloroacetic acid reacted was produced in an area percentage. It was.
以上のように、酸付加工程において、無溶媒下で付加反応を行う本発明の製造方法では、副生成物の生成を抑えて、簡便に連結基を有する(メタ)アクリル酸エステル化合物を製造することができた。
一方、溶媒下で付加反応を行った比較例1では副生成物が多量に生成した。
As described above, in the production method of the present invention in which the addition reaction is performed in the absence of a solvent in the acid addition step, the production of a byproduct is suppressed and a (meth) acrylic acid ester compound having a linking group is easily produced. I was able to.
On the other hand, in Comparative Example 1 in which the addition reaction was performed in a solvent, a large amount of by-products were generated.
本発明の製造方法は、波長の短い照射光に対応できるレジスト化合物の製造に好適に使用できる(メタ)アクリル酸エステル化合物を、高純度で簡便に製造できるため、半導体素子や液晶素子の製造における微細加工の分野等において非常に有益である。 The production method of the present invention can easily produce a (meth) acrylic acid ester compound that can be suitably used for the production of a resist compound that can cope with irradiation light with a short wavelength, so that in the production of a semiconductor element or a liquid crystal element This is very useful in the field of microfabrication.
Claims (1)
前記エステル中間体と(メタ)アクリル酸とをエステル化反応させ、下記式(4)で表される(メタ)アクリル酸エステル化合物を得るエステル化工程と、
を有する(メタ)アクリル酸エステル化合物の製造方法。
Esterification reaction of the ester intermediate and (meth) acrylic acid to obtain a (meth) acrylic acid ester compound represented by the following formula (4);
The manufacturing method of the (meth) acrylic acid ester compound which has this.
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