JP6669085B2 - 含フッ素重合体の製造方法 - Google Patents
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Description
中でも、含フッ素ポリマーは産業上有用性が高い化合物である。例えば、特許文献1には含フッ素モノマーの開環メタセシス重合によって得られた含フッ素ポリマーがインプリント材料として利用できることが示されている。しかしながら、含フッ素モノマーは重合活性が低いことがあるため、合成できる含フッ素ポリマーの構造には限界がある。そのため、重合後修飾法で含フッ素ポリマーを得る方法論の開発が望まれている。例えば、ポリオレフィンのクロスメタセシスによる重合後修飾法としては、特許文献2及び非特許文献1に記載の方法が知られている。
したがって、工業的に入手容易なテトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン等の含フッ素オレフィンのオレフィンメタセシスによってポリマーの重合後修飾が可能になれば、従来合成できなかった含フッ素ポリマーが簡便かつ効率的に製造できるようになり、これは既存手法と比較して極めて有用な合成手法となり得る。
オレフィンメタセシス反応活性を有する金属−カルベン錯体化合物(10)の存在下、下記式(21)で表されるオレフィン化合物又は下記式(31)で表されるオレフィン化合物と、炭素−炭素二重結合を有し重合度が2〜10万である重合体とを反応させることにより、含フッ素重合体を製造する方法。
X1、X2及びX3はそれぞれ独立して、下記基(i)、基(ii)、基(v)、及び基(vi)からなる群から選ばれる基である。X1とX2は互いに結合して環を形成してもよい。
A3〜A5はそれぞれ独立して、下記基(i)、基(iia)、基(iii)、及び基(iv)からなる群から選ばれる基である。A3及びA4は互いに結合して環を形成してもよい。A5及びRfは互いに結合して環を形成してもよい。
Rfは炭素数1〜20の(ペル)フルオロアルキル基、炭素原子と炭素原子の間にエーテル性酸素原子を有する炭素数1〜20の(ペル)フルオロアルキル基、または、炭素数5〜20の(ペル)フルオロアリール基である。
基(i):水素原子。
基(ii):ハロゲン原子。
基(iia):塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子。
基(iii):炭素数1〜20の一価炭化水素基。
基(iv):ハロゲン原子、酸素原子、窒素原子、イオウ原子、リン原子、及びケイ素原子からなる群から選ばれる原子を1以上含む炭素数1〜20の一価炭化水素基。
基(v):炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数5〜20のアリール基、炭素数5〜20のアリールオキシ基、炭素数1〜12の(ペル)ハロゲン化アルキル基、炭素数1〜12の(ペル)ハロゲン化アルコキシ基、炭素数5〜20の(ペル)ハロゲン化アリール基、及び炭素数5〜20の(ペル)ハロゲン化アリールオキシ基からなる群から選ばれる基。
基(vi):さらに、酸素原子、窒素原子、イオウ原子、リン原子、及びケイ素原子からなる群から選ばれる原子を1以上含む前記基(v)。
〔2〕
金属−カルベン錯体化合物(10)における金属が、ルテニウム、モリブデンまたはタングステンである、〔1〕に記載の製造方法。
〔3〕
前記金属−カルベン錯体化合物(10)における金属がルテニウムである〔1〕または〔2〕に記載の製造方法。
〔4〕
前記金属−カルベン錯体化合物(10)における金属がモリブデンまたはタングステンであり、かつ、前記金属−カルベン錯体化合物が配位子[L]として、イミド配位子、および、酸素原子が二座配位した配位子を有する〔1〕または〔2〕に記載の製造方法。
〔5〕
前記重合体が、主鎖又は側鎖に炭素−炭素二重結合を有する、〔1〕〜〔4〕のいずれか1に記載の製造方法。
〔6〕
前記重合体が主鎖に環構造を有する、〔1〕〜〔5〕のいずれか1に記載の製造方法。
〔7〕
前記式(21)で表わされるオレフィン化合物が、X1が基(i)、基(ii)、基(v)、または基(vi)であり、X2が基(i)、基(ii)、基(v)、または基(vi)であり、X3が基(ii)、基(v)、または基(vi)であるオレフィン化合物である、〔1〕〜〔6〕のいずれか1に記載の製造方法。
ここで、基(i)、基(ii)、基(v)および基(vi)は、〔1〕のそれらと同義である。
〔8〕
前記式(21)で表わされるオレフィン化合物が、1,1−ジフルオロオレフィンである〔1〕〜〔7〕のいずれか1に記載の製造方法。
〔9〕
前記式(21)で表される化合物が、下記式で表わされるオレフィン化合物から選ばれる少なくとも1種のオレフィン化合物である、〔1〕〜〔8〕のいずれか1に記載の製造方法。
〔10〕
前記式(31)で表される化合物が、下記式で表わされるオレフィン化合物から選ばれる少なくとも1種のオレフィン化合物である、〔1〕〜〔9〕のいずれか1に記載の製造方法。
〔11〕
前記重合体が、下記式で表わされる重合体から選ばれる少なくとも1種の重合体である、〔1〕〜〔10〕のいずれか1に記載の製造方法。
なお本明細書において、「式(X)で表される化合物」のことを単に「化合物(X)」と称する場合がある。
また、「重合体」とは複数のモノマー(単量体)が重合することによってできた化合物を意味し、重合度の低いオリゴマー及び重合度の高いポリマーを包含する。
また、「オレフィンメタセシス反応活性を有する金属−カルベン錯体化合物(10)」とは、オレフィンメタセシス反応を触媒として進行させることができる化合物である。例えば、いわゆる「Grubbs触媒」と呼ばれる錯体化合物が挙げられる。金属としては、ルテニウム、モリブデン、または、タングステンが例示できる。
「ペルハロゲン化アルキル基」とは、アルキル基の水素原子が全てハロゲン原子で置換された基を意味する。ペルハロゲン化アルコキシ基とは、アルコキシ基の水素原子が全てハロゲン原子で置換された基を意味する。ペルハロゲン化アルコキシ基及びペルハロゲン化アリール基についても同様である。
また「(ペル)ハロゲン化アルキル基」とは、ハロゲン化アルキル基とペルハロゲン化アルキル基とを合わせた総称で用いる。すなわち該基は1個以上のハロゲン原子を有するアルキル基である。(ペル)ハロゲン化アルコキシ基、(ペル)ハロゲン化アリール基、及び(ペル)ハロゲン化アリールオキシ基についても同様である。
「アリール基」とは、芳香族化合物において芳香環を形成する炭素原子の内いずれか1つの炭素原子に結合した1つの水素原子を取り去った残基に相当する一価の基を意味し、炭素環化合物から誘導されるアリール基と、ヘテロ環化合物から誘導されるヘテロアリール基とを合わせた総称で用いる。
炭化水素基の炭素数とは、ある炭化水素基全体に含まれる炭素原子の総数を意味し、該基が置換基を有さない場合は炭化水素基骨格を形成する炭素原子の数を、該基が置換基を有する場合は炭化水素基骨格を形成する炭素原子の数に置換基中の炭素原子の数を加えた総数を表す。
なお化学式中の波線はE/Zの異性体のうち、いずれか一方または両方の混合物であることを意味する。
ヘテロ原子とは、炭素原子と水素原子以外の原子を意味し、好ましくは、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、リン原子、ケイ素原子、及びハロゲン原子からなる群から選ばれる1種以上の原子であり、より好ましくは、酸素原子または窒素原子である。
本発明はオレフィンメタセシスによる含塩素含フッ素オレフィンの製造方法に関するものであり、例えば下記スキーム(a)に表すように、中間体(Metal−1)及び中間体(Metal−2)を反応機構の一部として含むことを特徴とする。
なお、上記スキームにおいて、化合物(11)は、化合物(10)の代表例として記載する。特定の金属−カルベン錯体化合物(10)としては、ルテニウム−カルベン錯体、モリブデン−カルベン錯体、又はタングステン−カルベン錯体(以下、「金属−カルベン錯体」とも総称する。)の代表例として記載する。金属−カルベン錯体としては、化合物(12)、化合物(13)、化合物(14)、または化合物(15)であってもよく、以下金属−カルベン錯体については同様である。
[L]は配位子である。
Mはルテニウム、モリブデン又はタングステンである。
X1、X2及びX3はそれぞれ独立して、下記基(i)、基(ii)、基(v)、及び基(vi)からなる群から選ばれる基であり、X1とX2は互いに結合して環を形成してもよい。
A1〜A2はそれぞれ独立して、下記基(i)、基(ii)、基(iii)、及び基(iv)からなる群から選ばれる基である。A1及びA2は互いに結合して環を形成してもよい。ただし、A1及びA2の一方がハロゲン原子である場合、他方は基(i)、基(iii)、及び基(iv)からなる群から選ばれる基である。
A3〜A5はそれぞれ独立して、下記基(i)、基(iia)、基(iii)、及び基(iv)からなる群から選ばれる基である。A3及びA4は互いに結合して環を形成してもよい。A5及びRfは互いに結合して環を形成してもよい。
Rfは炭素数1〜20の(ペル)フルオロアルキル基、炭素原子と炭素原子の間にエーテル性酸素原子を有する炭素数1〜20の(ペル)フルオロアルキル基、または、炭素数5〜20の(ペル)フルオロアリール基である。
基(i):水素原子。
基(ii):ハロゲン原子。
基(iia):塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子。
基(iii):炭素数1〜20の一価炭化水素基。
基(iv):ハロゲン原子、酸素原子、窒素原子、イオウ原子、リン原子、及びケイ素原子からなる群から選ばれる原子を1以上含む炭素数1〜20の一価炭化水素基。
基(v):炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数5〜20のアリール基、炭素数5〜20のアリールオキシ基、炭素数1〜12の(ペル)ハロゲン化アルキル基、炭素数1〜12の(ペル)ハロゲン化アルコキシ基、炭素数5〜20の(ペル)ハロゲン化アリール基、及び炭素数5〜20の(ペル)ハロゲン化アリールオキシ基からなる群から選ばれる基。
基(vi):さらに、酸素原子、窒素原子、イオウ原子、リン原子、及びケイ素原子からなる群から選ばれる原子を1以上含む前記基(v)。
ただし、前記基(vi)は、前記基(v)である場合を除く。
金属−カルベン錯体化合物としては、入手容易性及び反応効率の観点から反応開始時には化合物(11)が好ましい。
オレフィンメタセシス反応活性を有する金属−カルベン錯体化合物(10)は本発明に係る製造方法において触媒としての役割を果たすが、試薬として投入するもの及び反応中で生成するもの(触媒活性種)の両方を意味する。ここで、化合物(10)は反応条件下、配位子のいくつかが解離することで触媒活性を示すようになるものと、配位子の解離なしで触媒活性を示すものが知られているが、本発明ではいずれでもよく限定されない。また一般に、オレフィンメタセシスは触媒へのオレフィンの配位と解離を繰り返しながら進行するため、反応中、触媒上にオレフィン以外の配位子がいくつ配位しているかは必ずしも明確でない。したがって本明細書中、[L]は配位子の数や種類を特定するものではない。
化合物(11)におけるA1及びA2はそれぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜20の一価炭化水素基、または、酸素原子、窒素原子、イオウ原子、リン原子、及びケイ素原子からなる群から選ばれる原子を1以上含む炭素数1〜20の一価炭化水素基である。A1及びA2は、互いに結合して環を形成してもよい。ただし化合物(11)としては、A1及びA2の両方がハロゲン原子である場合は除く。
ハロゲン原子としてはフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられ、フッ素原子、塩素原子が入手容易性の点から好ましい。
炭素数1〜20の一価炭化水素基としては炭素数1〜20のアルキル基、炭素数5〜20のアリール基が好ましく、直鎖状又は分岐状でもよい。また、水素原子がひとつ取れた二価の基として、環を形成していてもよい。
ハロゲン原子、酸素原子、窒素原子、イオウ原子、リン原子、及びケイ素原子からなる群から選ばれる原子を1以上含む炭素数1〜20の一価炭化水素基としては、好ましくは、当該原子を含む炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、当該原子を含む炭素数5〜20のアリール基、炭素数5〜20のアリールオキシ基が例示できる。該一価炭化水素基は、直鎖状又は分岐状でもよい。また、水素原子がひとつ取れた二価の基として、環を形成していてもよい。これらの好ましい基は少なくとも一部の炭素原子にハロゲン原子が結合していてもよい。すなわち例えば(ペル)フルオロアルキル基、(ペル)フルオロアルコキシ基であってもよい。またこれらの好ましい基は、炭素原子と炭素原子の間にエーテル性酸素原子を有していてもよい。またこれらの好ましい基は、ハロゲン原子、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、リン原子、及びケイ素原子からなる群から選ばれる原子を1以上含む置換基を有していてもよい。該置換基としては、ヒドロキシル基、アミノ基、イミノ基、ニトリル基、アミド基(カルボニルアミノ基)、カルバメート基(オキシカルボニルアミノ基)、ニトロ基、カルボキシル基、エステル基(アシルオキシ基またはアルコキシカルボニル基)、チオエーテル基、及びシリル基等が例示できる。これらの基は更にアルキル基又はアリール基で置換されていてもよい。例えばアミノ基(−NH2)はモノアルキルアミノ基(−NHR)、モノアリールアミノ基(−NHAr)、ジアルキルアミノ基(−NR2)、またはジアリールアミノ基(−NAr2)であってもよい。ただしRは炭素数1〜12のアルキル基または炭素原子と炭素原子の間にエーテル性酸素原子を有する炭素数1〜12のアルキル基であり、Arは炭素数5〜12のアリール基である。
これらのA1及びA2の組み合わせを有する化合物(11)としては、入手容易性の点で、下記式に示すものが好ましく例示できる。Cyとはシクロヘキシル基を意味する。
具体的には、化合物(11)においてMがルテニウムの場合、下記式(11−A)で表すことができる。式(11)における配位子[L]は式(11−A)においてL1、L2、L3、Z1及びZ2で表される。L1、L2、L3、Z1及びZ2の位置に限定はなく、式(11−A)において互いに入れ替わっていてもよい。すなわち例えばZ1及びZ2はトランス位にあっても、シス位にあってもよい。
ただし前記配位子の組み合わせによっては、立体的要因及び/又は電子的要因により、すべての配位子が中心金属に配位できず、結果としていくつかの配位座が空になる場合もある。例えば、L1、L2及びL3としては下記組合せが挙げられる。
L1:ヘテロ原子含有カルベン化合物、L2:ホスフィン類、L3:なし(空配位)。
L1:ヘテロ原子含有カルベン化合物、L2:ピリジン類、L3:ピリジン類
また、L1、L2、L3、Z1、Z2、A1及びA2のうち2〜6個で互いに結合し、多座配位子を形成してもよい。
なお、上記ルテニウム−カルベン錯体は、単独で用いてもよいし、2種類以上併用してもよい。さらに必要に応じてシリカゲルやアルミナ、ポリマー等の担体に担持して用いてもよい。
化合物(11)においてMがモリブデン又はタングステンの場合、下記式(11−B)または式(11−C)で表すことができる。また化合物(11)としては、これらにさらに配位性溶媒(テトラヒドロフラン、エチレングリコールジメチルエーテル等)が配位していてもよい。
金属触媒の金属がモリブデンまたはタングステンである場合、金属触媒の配位子[L]としては、イミド配位子(R1−N=M)を有することが好ましい。ただし、R1としては、アルキル基、アリール基等が例示できる。またさらに金属触媒の配位子[L]としては酸素原子が二座配位した配位子を有することが好ましい。ただし酸素原子が二座配位した配位子とは、酸素原子を2個以上有する配位子において該酸素原子のうちの2個で配位している配位子である場合、および、酸素原子を有する単座配位子が2個配位している場合(この場合に単座配位子は同一であっても異なっていてもよい)の双方の場合を含む。
なお、上記モリブデン−カルベン錯体又はタングステン−カルベン錯体は、単独で用いてもよいし、2種類以上併用してもよい。さらに必要に応じてシリカゲルやアルミナ、ポリマー等の担体に担持して用いてもよい。
化合物(12)〜(15)は、上記化合物(11)と同様に本発明に係る製造方法において触媒としての役割を果たすが、試薬として投入するもの及び反応中で生成するもの(触媒活性種)の両方を意味する。
本発明における炭素−炭素二重結合を有し重合度が2〜10万である重合体とは、オレフィンメタセシスの反応基質である。重合度としては、2〜1万が好ましく、5〜1000がさらに好ましい。重合体における炭素−炭素二重結合の数は1以上であれば特に限定されない。重合体における炭素−炭素二重結合の位置は特に限定されず、重合体の主鎖及び側鎖の少なくともいずれかに炭素−炭素二重結合を有することが好ましく、また、重合体の内部であっても末端であってもよい。主鎖とは、化合物内で最も長い炭素鎖を意味する。部分的にヘテロ原子で置換されていてもよい。ただし主鎖が環構造を有する場合には、最も長くなる経路を主鎖とする。また、側鎖とは、主鎖から分岐した炭素鎖を意味する。ただし側鎖は主鎖と複数で結合していてもよい。特に側鎖の末端という場合には、主鎖から分岐して再び主鎖に結合しない分岐鎖の末端部分をいう。重合体は主鎖に環構造を有することが好ましい。
下記に示す具体例において、重合体は、末端オレフィンと、末端オレフィンの間に挟まれた主骨格(繰り返し構造)とから構成されるが、末端のオレフィンにはフェニル基等の置換基が結合していてもよい。また下記に示す主骨格にはさらに置換基が結合していてもよい。
化合物(21)はオレフィンメタセシスの反応基質である。
化合物(21)におけるX1〜X3はそれぞれ独立して、水素原子;ハロゲン原子;炭素数1〜12のアルキル基;酸素原子、窒素原子、イオウ原子、リン原子、及びケイ素原子からなる群から選ばれる原子を1以上含む炭素数1〜12のアルキル基;炭素数1〜12のアルコキシ基;さらに、酸素原子、窒素原子、イオウ原子、リン原子、及びケイ素原子からなる群から選ばれる原子を1以上含む炭素数1〜12のアルコキシ基;炭素数5〜20のアリール基;さらに、酸素原子、窒素原子、イオウ原子、リン原子、及びケイ素原子からなる群から選ばれる原子を1以上含む炭素数5〜20のアリール基;炭素数5〜20のアリールオキシ基;さらに、酸素原子、窒素原子、イオウ原子、リン原子、及びケイ素原子からなる群から選ばれる原子を1以上含む炭素数5〜20のアリールオキシ基;炭素数1〜12の(ペル)ハロゲン化アルキル基;酸素原子、窒素原子、イオウ原子、リン原子、及びケイ素原子からなる群から選ばれる原子を1以上含む炭素数1〜12の(ペル)ハロゲン化アルキル基;炭素数1〜12の(ペル)ハロゲン化アルコキシ基;さらに、酸素原子、窒素原子、イオウ原子、リン原子、及びケイ素原子からなる群から選ばれる原子を1以上含む炭素数1〜12の(ペル)ハロゲン化アルコキシ基;炭素数5〜20の(ペル)ハロゲン化アリール基;酸素原子、窒素原子、イオウ原子、リン原子、及びケイ素原子からなる群から選ばれる原子を1以上含む炭素数5〜20の(ペル)ハロゲン化アリール基;さらに、炭素数5〜20の(ペル)ハロゲン化アリールオキシ基;又は、さらに、酸素原子、窒素原子、イオウ原子、リン原子、及びケイ素原子からなる群から選ばれる原子を1以上含む炭素数5〜20の(ペル)ハロゲン化アリールオキシ基であり、水素原子又はハロゲン原子がひとつ取れた二価の基として、互いに結合して環を形成していてもよい。
基(vii):炭素原子と炭素原子の間にエーテル性酸素原子を有する基(v)。
より好ましくはX1が水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜12の(ペル)ハロゲン化アルキル基、炭素原子と炭素原子の間にエーテル性酸素原子を有する炭素数1〜12の(ペル)ハロゲン化アルキル基、炭素数1〜12の(ペル)ハロゲン化アルコキシ基、炭素原子と炭素原子の間にエーテル性酸素原子を有する炭素数1〜12の(ペル)ハロゲン化アルコキシ基、炭素数5〜20の(ペル)ハロゲン化アリール基、炭素原子と炭素原子の間にエーテル性酸素原子を有する炭素数5〜20の(ペル)ハロゲン化アリール基、炭素数5〜20の(ペル)ハロゲン化アリールオキシ基、又は炭素原子と炭素原子の間にエーテル性酸素原子を有する炭素数5〜20の(ペル)ハロゲン化アリールオキシ基;X2が水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜12のアルキル基、炭素原子と炭素原子の間にエーテル性酸素原子を有する炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素原子と炭素原子の間にエーテル性酸素原子を有する炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数5〜20のアリール基、炭素原子と炭素原子の間にエーテル性酸素原子を有する炭素数5〜20のアリール基、炭素数1〜12の(ペル)ハロゲン化アルキル基、炭素原子と炭素原子の間にエーテル性酸素原子を有する炭素数1〜12の(ペル)ハロゲン化アルキル基、炭素数1〜12の(ペル)ハロゲン化アルコキシ基、炭素原子と炭素原子の間にエーテル性酸素原子を有する炭素数1〜12の(ペル)ハロゲン化アルコキシ基、炭素数5〜20の(ペル)ハロゲン化アリール基、炭素原子と炭素原子の間にエーテル性酸素原子を有する炭素数5〜20の(ペル)ハロゲン化アリール基、炭素数5〜20の(ペル)ハロゲン化アリールオキシ基、又は炭素原子と炭素原子の間にエーテル性酸素原子を有する炭素数5〜20の(ペル)ハロゲン化アリールオキシ基;X3が塩素原子、フッ素原子、炭素数1〜12のペルハロゲン化アルキル基、炭素原子と炭素原子の間にエーテル性酸素原子を有する炭素数1〜12のペルハロゲン化アルキル基、炭素数1〜12のペルハロゲン化アルコキシ基、炭素原子と炭素原子の間にエーテル性酸素原子を有する炭素数1〜12のペルハロゲン化アルコキシ基、炭素数5〜20のペルハロゲン化アリール基、炭素原子と炭素原子の間にエーテル性酸素原子を有する炭素数5〜20のペルハロゲン化アリール基、炭素数5〜20のペルハロゲン化アリールオキシ基、又は炭素原子と炭素原子の間にエーテル性酸素原子を有する炭素数5〜20のペルハロゲン化アリールオキシ基の組み合わせである。
化合物(21)としては、1,1−ジフルオロオレフィン又は1,2−ジフルオロオレフィンが好ましく、1,1−ジフルオロオレフィン又は炭素数3以上の1,2−ジフルオロオレフィンがより好ましく、特にX3がフッ素原子である化合物、すなわち1,1−ジフルオロオレフィンが好ましい。
化合物(31)はオレフィンメタセシスの反応基質である。
A3〜A5はそれぞれ独立して、水素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子、炭素数1〜20の一価炭化水素基、またはハロゲン原子、酸素原子、窒素原子、イオウ原子、リン原子及びケイ素原子からなる群から選ばれる原子を1以上含む炭素数1〜20の一価炭化水素基である。Rfは炭素数1〜20の(ペル)フルオロアルキル基、炭素原子と炭素原子の間にエーテル性酸素原子を有する炭素数1〜20の(ペル)フルオロアルキル基、または、炭素数5〜20の(ペル)フルオロアリール基である。
A3及びA4は互いに結合して環を形成してもよい。A5及びRfは互いに結合して環を形成してもよい。環としては、炭素原子のみからなる、または、炭素原子とヘテロ原子とからなる環が好ましい。環の大きさは3員環〜10員環が例示できる。環の部分構造としては、下式の構造が例示できる。
本発明の製造方法により、上記した炭素−炭素二重結合を有し重合度が2〜10万である重合体と、化合物(21)や化合物(31)とのオレフィンメタセシス反応により、化合物(21)における=CFX3構造又は化合物(31)における=CA5Rf構造が重合体に付加されて、炭素−炭素二重結合を有する含フッ素重合体(以下、「含フッ素重合体」とも記載する。)を得ることができる。
本発明はオレフィンメタセシスによる含フッ素重合体の製造方法に関するものであり、典型的には、異なる2種類のオレフィンと金属−カルベン錯体を接触させることによってオレフィンメタセシスを行い、原料とは異なるオレフィンを得るものである。
また原料となるオレフィンは微量の不純物(例えば過酸化物等)を含むことがあるので、目的物収率向上の点で精製してもよい。精製方法については特に制限はない。例えば文献(Armarego,W.L.F.et al.,Purification of Laboratory Chemicals(Sixth Edition),2009,Elsevier)記載の方法に従って行うことができる。
原料となるオレフィンのうち、二重結合を構成する炭素原子にフッ素原子が結合しているオレフィン(上述の化合物(21))としては、末端オレフィンを用いる。目的物収率向上の点で、原料となる含塩素含フッ素オレフィンは脱気及び脱水されたものを用いることが好ましい。脱気操作について、特に制限はないが、凍結脱気等を行うことがある。脱水操作について、特に制限はないが、通常モレキュラーシーブ等と接触させる。原料となる含塩素含フッ素オレフィンについて、前記脱気及び脱水操作は通常金属−カルベン錯体と接触させる前に行う。
また原料となる含フッ素オレフィンは微量の不純物(例えばフッ化水素等)を含むことがあるので、目的物収率向上の点で精製してもよい。精製方法については特に制限はない。例えば文献(Armarego,W.L.F.et al.,Purification of Laboratory Chemicals(Sixth Edition),2009,Elsevier)記載の方法に従って行うことができる。
原料となる両オレフィンのモル比に特に限定はないが、通常基準となるオレフィン1モルに対して、もう一方のオレフィンを0.01〜100モル程度用い、好ましくは0.1〜10モル程度用いる。
試薬として投入する場合、市販の金属−カルベン錯体をそのまま用いてもよく、あるいは市販試薬から公知の方法で合成した市販されていない金属−カルベン錯体を用いてもよい。
系内で発生させる場合、公知の方法で前駆体となる金属錯体から調製した金属−カルベン錯体を本発明に用いることができる。
また化合物(21)または化合物(31)が液体である場合(加熱して液化する場合も含む)は、溶媒を用いないことが好ましい。この場合化合物(21)又は化合物(31)に金属−カルベン錯体化合物が溶解することが好ましい。
なお、目的物収率向上の点で、前記溶媒は脱気及び脱水されたものを用いることが好ましい。脱気操作について、特に制限はないが、凍結脱気等を行うことがある。脱水操作について、特に制限はないが、通常モレキュラーシーブ等と接触させる。前記脱気及び脱水操作は通常金属−カルベン錯体と接触させる前に行う。
オレフィンと金属−カルベン錯体を接触させる相としては、特に制限はないが、反応速度の点で、通常は液相が用いられる。原料となるオレフィンが反応条件下で気体の場合、液相で実施するのが難しいため、気−液二相で実施することもできる。なお、液相で実施する場合には溶媒を用いることができる。このとき用いる溶媒としては、上記、金属−カルベン錯体の溶解又は懸濁に用いた溶媒と同様のものを利用することができる。なお、原料となるオレフィンのうち少なくとも一方が反応条件下で液体の場合、無溶媒で実施できることがある。
オレフィンと金属−カルベン錯体を接触させる時間としては、特に制限はないが、通常1分〜48時間の範囲で実施される。
オレフィンと金属−カルベン錯体を接触させる圧力としては、特に制限はないが、加圧下でも、常圧下でもよいし、減圧下でもよい。通常0.001〜10MPa程度、好ましくは0.01〜1MPa程度である。
<市販試薬>
本実施例において、触媒は、特に記載しない場合においては、市販品をそのまま反応に用いた。溶媒(m−キシレン−d10、ベンゼン−d6)及び内部標準物質(p−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼン)は、市販品をあらかじめ凍結脱気したあと、モレキュラーシーブ4Aで乾燥してから反応に用いた。
<評価方法>
本実施例において、合成した化合物の構造は日本電子株式会社製の核磁気共鳴装置(JNM−AL300)により1H−NMR、19F−NMR測定を行うことで同定した。また、分子量は株式会社島津製作所製のガスクロマトグラフ質量分析計(GCMS−QP2010Ultra)を用いて、電子イオン化法(EI)により求めた。
ポリマー2の合成
文献(Choi,T.−L.et al.Angew.Chem.Int.Ed.2003,42,1743−1746.)記載の方法を参考に下記ポリマー2を合成した。すなわち、窒素雰囲気下、下記化合物1(777.3mg,5mmol)の塩化メチレン(10mL)溶液に対し、室温で、ルテニウム触媒A(Ru−complexA)(44.2mg,0.05mmol)の塩化メチレン(10mL)溶液を素早く加えた。得られた溶液を室温で30分撹拌したのち、過剰量のエチルビニルエーテルを加えて更に30分撹拌した。反応混合物をアルミナカラムに通してから、溶媒を減圧留去した。残渣をメタノール中に滴下すると固体が生じた。これをろ過で集めて、冷やしたメタノールで洗浄することで所期のポリマー2を得た。
収率79%(1.01g)
ポリスチレン換算分子量:Mn18845,PDI:1.09。
1H−NMR(300MHz,CDCl3)δ 5.25(brm,3H),2.87(brs,1H),2.56(brs,1H),2.27(brs,1H),1.89(brs,3H),1.78(brs,1H),1.43(brs,2H)。
一連の反応を下記スキームに示す。構造式中、Phはフェニル基を表わす。
ポリマー2とnC8F17−CH=CH2のクロスメタセシス
窒素雰囲気下、ポリマー2(76.3mg、炭素−炭素二重結合として0.5mmolに相当)、nC8F17−CH=CH2(22.3mg、0.05mmol)、ルテニウム触媒B(8.5mg、0.01mmol)および重クロロホルム(1.2mL)を室温で混合し、その後60℃で1.5時間加熱した。その後、ルテニウム触媒B(Ru−complexB)(8.5mg、0.01mmol)および重クロロホルム(1mL)を室温で追加して、更に60℃で2.5時間加熱した。室温で反応混合物をアルミナカラムに通してから、溶媒を減圧留去した。残渣をメタノール中に滴下すると固体が生じた。これをろ過で集めて、冷やしたメタノールで洗浄することで下記に示す所期の生成物3及び生成物4の混合物を得た。
収率24%(23.8mg)
ポリスチレン換算分子量:Mn5868,PDI:1.57。
1H−NMR(300MHz,CDCl3)δ 6.37(m、0.06H)、6.34(m,0.06H),5.30(brm,3H),5.12(brm,1H)2.57(brs,1H),2.27(brs,1H),2.03(brm,3H),1.87(brs,1H),1.47(brs,2H)
一連の反応を下記スキームに示す。また生成物3及び生成物4の混合物のMALDI−TOF MS分析結果を表1及び表2に示す。スキーム中、j1、j2は重合度であり、C8F17−はnC8F17−を意味する。C8F17が1個または2個導入された、3〜5量体が得られた。表1及び表2において、「n.d.」とは「not detected」であることを示す。
ポリマー2とテトラフルオロエチレンのメタセシス
窒素雰囲気下、ポリマー2(76.3mg、炭素−炭素二重結合として0.5mmolに相当)、テトラフルオロエチレン(1mmol)、ルテニウム触媒C(Ru−complexC)(8.3mg、0.01mmol)および重クロロホルム(10mL)を室温で混合し、その後60℃で1時間加熱する。室温で反応混合物をアルミナカラムに通してから、溶媒を減圧留去する。残渣をメタノール中に滴下させて固体を生じさせる。これをろ過で集めて、冷やしたメタノールで洗浄することで下記に示す所期の含フッ素重合体を得る。
一連の反応を下記スキームに示す。スキーム中、kは重合度である。
ポリマー2とオレフィン化合物(21)のメタセシス
実施例3のテトラフルオロエチレンを、下表に示す化合物(21)にそれぞれ変更して反応を実施する。生成物として表3中に示す含フッ素重合体が生成する。
ポリマー2とnC8F17−CH=CH2のメタセシス
実施例2のポリマー2を、下表に示す重合体にそれぞれ変更して反応を実施する。生成物として表4中に示す含フッ素重合体が生成する。
ポリマー2とnC8F17−CH=CH2のクロスメタセシス
実施例2のルテニウム触媒Bを下式で示される公知のモリブデン触媒D〜Gに変更して、同様に反応を行い、実施例2と同じ反応生成物を得る。
ポリマー2とnC8F17−CH=CH2のクロスメタセシス
実施例2のルテニウム触媒Bを下式で示される公知のタングステン触媒Hに変更して、同様に反応を行い、実施例2と同じ反応生成物を得る。
モリブデン触媒によるポリマー2とテトラフルオロエチレンのメタセシス
実施例3のルテニウム触媒Cを前述のモリブデン触媒D〜Gに変更して、同様に反応を行い、実施例3と同じ反応生成物を得る。
タングステン触媒によるポリマー2とテトラフルオロエチレンのメタセシス
実施例3のルテニウム触媒Cを前述のタングステン触媒Hに変更して、同様に反応を行い、実施例3と同じ反応生成物を得る。
Claims (11)
- オレフィンメタセシス反応活性を有する金属−カルベン錯体化合物(10)の存在下、
下記式(21)で表されるオレフィン化合物又は下記式(31)で表されるオレフィン化
合物と、炭素−炭素二重結合を有し重合度が2〜10万である重合体とを反応させること
により、分子量が1001.2896以上の含フッ素重合体を製造する方法。
ただし、式中の記号は以下の意味を表す。
X1、X2及びX3はそれぞれ独立して、下記基(i)、基(ii)、基(v)、及び基(vi)からなる群から選ばれる基である。X1とX2は互いに結合して環を形成してもよい。
A3〜A5はそれぞれ独立して、下記基(i)、基(iia)、基(iii)、及び基(iv)からなる群から選ばれる基である。A3及びA4は互いに結合して環を形成してもよい。A5及びRfは互いに結合して環を形成してもよい。
Rfは炭素数1〜20の(ペル)フルオロアルキル基、炭素原子と炭素原子の間にエーテル性酸素原子を有する炭素数1〜20の(ペル)フルオロアルキル基、または、炭素数5〜20の(ペル)フルオロアリール基である。
基(i):水素原子。
基(ii):ハロゲン原子。
基(iia):塩素原子、臭素原子、またはヨウ素原子。
基(iii):炭素数1〜20の一価炭化水素基。
基(iv):ハロゲン原子、酸素原子、窒素原子、イオウ原子、リン原子、及びケイ素原子からなる群から選ばれる原子を1以上含む炭素数1〜20の一価炭化水素基。
基(v):炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のアルコキシ基、炭素数5〜20のアリール基、炭素数5〜20のアリールオキシ基、炭素数1〜12の(ペル)ハロゲン化アルキル基、炭素数1〜12の(ペル)ハロゲン化アルコキシ基、炭素数5〜20の(ペル)ハロゲン化アリール基、及び炭素数5〜20の(ペル)ハロゲン化アリールオキシ基からなる群から選ばれる基。
基(vi):さらに、酸素原子、窒素原子、イオウ原子、リン原子、及びケイ素原子からなる群から選ばれる原子を1以上含む前記基(v)。 - 金属−カルベン錯体化合物(10)における金属が、ルテニウム、モリブデンまたはタングステンである、請求項1に記載の製造方法。
- 前記金属−カルベン錯体化合物(10)における金属がルテニウムである請求項1または2に記載の製造方法。
- 前記金属−カルベン錯体化合物(10)における金属がモリブデンまたはタングステンであり、かつ、前記金属−カルベン錯体化合物が配位子[L]として、イミド配位子、および、酸素原子が二座配位した配位子を有する請求項1または2に記載の製造方法。
- 前記重合体が、主鎖又は側鎖に炭素−炭素二重結合を有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記重合体が主鎖に環構造を有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造方法。
- 前記式(21)で表わされるオレフィン化合物が、X1が基(i)、基(ii)、基(v)、または基(vi)であり、X2が基(i)、基(ii)、基(v)、または基(vi)であり、X3が基(ii)、基(v)、または基(vi)であるオレフィン化合物である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の製造方法。
ここで、基(i)、基(ii)、基(v)および基(vi)は、請求項1のそれらと同義である。 - 前記式(21)で表わされるオレフィン化合物が、1,1−ジフルオロオレフィンである請求項1〜7のいずれか1項に記載の製造方法。
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