CN110914281A - 硅氧烷化合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种单体化合物及其制备方法,所述单体化合物是具有聚硅氧烷结构的聚合性单体,其可以给予在具有作为眼科用器件有益的高透氧性的同时具有充分的相容性和耐水解性的聚合物。式(1)所表示的硅氧烷化合物,该化合物在硅氧烷链的一个末端具有自由基聚合性基团,而在另一个末端具有1~3个烷基甲硅烷氧基,所述烷基甲硅烷氧基具有式(3‑A)或式(3‑B)所表示的体积大且亲水性的取代基,在该自由基聚合性基团与硅氧烷链的键合部具有可以包含选自醚键和氨基甲酸乙酯键的一种以上的、碳原子数2~20的二价烃基,且与碳原子键合的氢原子的一部分可被羟基取代。
Description
技术领域
本发明涉及适合于制造医疗用器件的、湿润性优异的聚硅氧烷单体及其制备方法。详细而言,涉及一种化合物及其制备方法,所述化合物与(甲基)丙烯酸类单体等其他聚合性单体的相容性优异,其通过(共)聚合给予耐水解性优异的、适合应用于包括眼科用器件等在内的医疗用器件的聚合物。
背景技术
作为眼科用器件的制造用单体,已知有各种各样的硅氧烷化合物。例如,下述式所示的TRIS (3-[三(三甲基甲硅烷氧基)甲硅烷基]丙基甲基丙烯酸酯)
[化学式1]
被广泛用作软性隐形眼镜用单体。将该TRIS与作为亲水性单体的N,N-二甲基丙烯酰胺或N-乙烯基-2-吡咯烷酮共聚得到的聚合物具有以下优点:透明、并且具有高透氧性。然而,疏水性高的聚硅氧烷单体与这些亲水性单体的相容性还谈不上高,在制作作为眼科用器件的硅水凝胶时发生相分离,存在着发生白浊的问题。另外,硅氧烷键容易发生水解,在与水或醇等含有活性氢的化合物接触的情况下,硅氧烷成分逐渐分解,长期保存时存在着导致隐形眼镜的物理性质下降的问题。
在专利文献1中,作为耐水解性得到改善的硅氧烷单体,记载了如下述式所表示的3-[三(正丁基二甲基甲硅烷氧基)甲硅烷基]丙基甲基丙烯酸酯这样的在硅原子上具有长链烷基链的化合物。
[化学式2]
然而,在疏水性高的聚硅氧烷单体中加入了烷基链的这些化合物与亲水性单体的相容性谈不上高,在制作作为眼科用器件的硅水凝胶时发生相分离,依然存在着发生白浊的问题。
另外,专利文献2中记载了:在聚硅氧烷与聚合性基团的连接基团中导入了聚醚的化合物。具有聚醚结构的该化合物与亲水性单体的相容性虽然有所改善,但因聚硅氧烷结构的含量相对减少,故存在着难以得到充分的透氧性的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特表2011-503242号公报;
专利文献2:日本特开2001-323024号公报。
发明内容
发明所要解决的课题
如上所述,以往的聚硅氧烷单体无法提供适合于制造眼科用器件等的高透氧性、与亲水性单体的相容性、耐水解性。因此,依然存在着对克服这些缺点的化合物和组合物的需求。
本发明的目的在于:提供一种单体化合物及其制备方法,所述单体化合物是具有聚硅氧烷结构的聚合性单体,其可以给予在具有作为眼科用器件有益的高透氧性的同时具有充分的相容性和耐水解性的聚合物。
用于解决课题的手段
本发明人为了解决上述课题进行了深入研究,结果发现了:在聚硅氧烷的硅原子上具有体积大且亲水性取代基的化合物可以给予在具有有益的透氧性的同时具有充分的相容性和耐水解性的聚合物,从而完成了本发明。
即,本发明提供下述式(1)所表示的硅氧烷化合物。
[化学式3]
(式中,M为自由基聚合性基团,L为可以包含选自醚键和氨基甲酸乙酯键的一种以上的、碳原子数2~20的二价烃基,且与碳原子键合的氢原子的一部分可被羟基取代,R1彼此独立地为下述式(3-A)或下述式(3-B)所表示的基团,R2和R3彼此独立地为碳原子数1~6的烷基,R4为甲基,x为1~3的整数)
[化学式4]
[化学式5]
式中,R5为氢原子或甲基,R6为氢原子或碳原子数1~4的烷基,a为1~3的整数,b为0~20的整数,以及式中***所示的部位是与式(1)的硅原子的键合部位)。
本发明还提供上述硅氧烷化合物的制备方法。
发明效果
本发明的硅氧烷化合物给予具有对其他亲水性单体的充分的相容性、并且具有有益的透氧性和具有耐水解性的聚合物。因此,本发明的硅氧烷化合物和该化合物的制备方法适用于制造眼科器件。
具体实施方式
本发明的硅氧烷化合物用下述式(1)表示。
[化学式6]
(式中,M为自由基聚合性基团,L为可以包含选自醚键和氨基甲酸乙酯键的一种以上的、碳原子数2~20的二价烃基,且与碳原子键合的氢原子的一部分可被羟基取代,R1彼此独立地为下述式(3-A)或下述式(3-B)所表示的基团,R2和R3彼此独立地为碳原子数1~6的烷基,R4为甲基,x为1~3的整数)
[化学式7]
[化学式8]
式中,R5为氢原子或甲基,R6为氢原子或碳原子数1~4的烷基,a为1~3的整数,b为0~20的整数,以及式中***所示的部位是与式(1)的硅原子的键合部位)。
上述式(1)所示的硅氧烷化合物的特征在于:与硅原子键合的取代基呈亲水性,并且具有体积大的立体结构。通过像这样在硅氧烷部位具有赋予相容性和耐水解性这两种性质的取代基,可以给予具有高透氧性和稳定性的聚合物。
上述式(1)中,M为自由基聚合性基团。例如是:丙烯酰氧基、甲基丙烯酰氧基、丙烯酰氨基和甲基丙烯酰氨基等具有丙烯酸基团(アクリル基)或甲基丙烯酸基团(メタクリル基)的基团;N-乙烯基酰氨基、炔基、苯乙烯基、茚基、链烯基、环烯基、降冰片烯基和共轭或非共轭二烯烃基等。其中,优选丙烯酰氧基、甲基丙烯酰氧基、丙烯酰氨基、甲基丙烯酰氨基、N-乙烯基酰氨基和苯乙烯基,从反应的容易度方面考虑,优选具有丙烯酸基团和甲基丙烯酸基团的基团,特别优选为丙烯酰氧基、甲基丙烯酰氧基、丙烯酰氨基或甲基丙烯酰氨基,进一步优选为丙烯酰氧基或甲基丙烯酰氧基。
上述式(1)中,L为可以包含选自醚键和氨基甲酸乙酯键的一种以上的、碳原子数2~20的、优选碳原子数2~10的二价烃基。该二价烃基的与碳原子键合的氢原子的一部分可被取代成羟基。作为该二价烃基,例如可以列举:亚乙基、亚丙基、1-甲基亚丙基、1,1-二甲基亚丙基、2-甲基亚丙基、1,2-二甲基亚丙基、1,1,2-三甲基亚丙基、亚丁基、2-甲基-1,4-亚丁基、2,2-二甲基-1,4-亚丁基、3-甲基-1,4-亚丁基、2,2-二甲基-1,4-亚丁基、2,3-二甲基-1,4-亚丁基、2,2,3-三甲基-1,4-亚丁基、亚戊基、亚己基、亚庚基、亚辛基、亚壬基、亚癸基等二价基团;和这些基团通过醚键、氨基甲酸乙酯键键合而得到的基团;以及这些基团的与碳原子键合的氢原子的一部分被取代成羟基而得到的基团。作为包含醚键的基团,例如可以列举:聚氧化乙烯(Polyethylene oxide)、聚氧化丙烯(Polypropylene oxide)、聚(氧化乙烯-氧化丙烯)(Polyethylene-propylene oxide)等聚氧化烯(Polyalkylene oxide)。作为包含氨基甲酸乙酯键的基团,例如可以列举:乙氧羰基氨基乙酯、丙氧羰基氨基乙酯、丁氧羰基氨基乙酯等烷氧羰基氨基酯。在L为包含氨基甲酸乙酯键的基团的情况下,像Si-(CH2)y-OCONH-(CH2)x-M那样经由二价烷基进行键合。
L优选用下述式(2-A)或式(2-B)表示。
[化学式9]
[化学式10]
(式中,m为2或3,n为0~5的整数,式中**所示的部位是与式(1)的硅原子的键合部位,以及*所示的部位是与式(1)的M的键合部位)。
上述之中,L优选用上述式(2-A)或(2-B)表示,是n=0~2、m=2~3的碳原子数2~9的基团。特别优选L用上述式(2-A)或(2-B)表示,可以是n=0~1、m=2~3的碳原子数2~7的基团。
上述式(1)中,R1彼此独立地为上述式(3-A)或(3-B)所表示的基团。R2和R3彼此独立地为碳原子数1~6的烷基,为甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基等,优选为甲基。R5为氢原子或甲基。R6为氢原子或碳原子数1~4的烷基,优选为烷基,进一步优选为甲基、乙基或丙基。a为1~3的整数,优选为1或2。b为0~20的整数,优选为0~12的整数,更优选为0或1~5。若碳原子数过多,则空间位阻效应(Steric hindrance,立体障碍性)增大,另一方面,由于硅氧烷成分的含量比减少,所以源自硅氧烷的特性有可能下降。
优选在上述式中R5为氢原子或甲基,R6为甲基、乙基或丙基,a为1或2,b为0~12的整数,R2和R3彼此独立地为碳原子数1~3的烷基。
特别优选在上述式中R5为氢原子,R6为甲基、乙基或丙基,a为1或2,b为0~5的整数,R2和R3为甲基。
上述式(1)中x为1~3的整数。优选为2或3。
作为上述式(1)所表示的化合物,例如可以列举以下的结构。但并不限于下述结构。
[化学式11]
[化学式12]
[化学式13]
[化学式14]
[化学式15]
本发明的硅氧烷化合物可给予耐水解性优异的聚合物。该耐水解性例如可如下评价:将该化合物在包含5质量%乙酸的水/2-丙醇溶液中、在80℃下加热168小时,并将在加热开始时间点(0小时)对该化合物进行气相色谱(GC)测定而得到的GC面积%规定为100的情况下,以对加热后的该化合物进行GC测定而得到的GC面积%的比率进行评价。本发明的硅氧烷化合物相对于加热开始时间点(0小时)的该化合物的GC面积的100%,加热后的该化合物的GC面积可以是80%以上。
本发明还提供上述式(1)所示化合物的制备方法。
(制备方法1)
作为制备方法1,上述式(1)所示的化合物是使下述式(4)所表示的硅氧烷化合物与下述式(5-A)或(5-B)所表示的含不饱和基团的化合物反应而得到。
[化学式9]
(式中,M、L、R2、R3、R4和x如上所述)
[化学式10]
[化学式11]
(式中,R5、R6、a和b如上所述)。
另外,上述式(4)所示的化合物可以通过使下述式(6)所表示的烷氧基硅烷化合物与下述式(7)所表示的卤代硅烷化合物反应而得到。
[化学式16]
(M、L、R4、x如上所述,R7表示碳原子数1~5的一价烃基)
[化学式17]
(R2、R3如上所述,Hal为卤原子。)
R7为碳原子数1~5的烃基。优选为甲基、乙基、丙基和丁基,特别优选为甲基和乙基。
Hal为卤原子。卤原子优选为氟、氯、溴、碘,特别优选为氯、溴,进一步优选为氯。对卤原子没有特别限定,从获取的容易度和反应性方面考虑,优选氯。
上述制备方法1可以按照以往已知的方法进行。例如,在上述烷氧基硅烷化合物(6)中添加1摩尔当量以上的卤代硅烷化合物(7)和水使之反应,从而得到上述式(4)所示的化合物。例如,若使3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷与氯化二甲基硅烷反应,则得到3-甲基丙烯酰氧丙基三(二甲基甲硅烷氧基)硅烷。另外,此时还副产甲醇和氯化氢。然后,在所得的化合物(4)中添加1摩尔当量以上的含不饱和基团的化合物(5-A)或(5-B)进行加成反应,从而得到上述式(1)所示的硅氧烷化合物。另外,此时加成反应可以在氢化硅烷化催化剂的存在下进行。这些反应典型的是在约0℃~约150℃的温度下进行。对反应温度没有特别限定,但优选不超过所用溶剂的沸点的程度的温度。
(制备方法2)
作为制备方法2,上述式(1)所示的化合物是使下述式(8)所表示的硅氧烷化合物与下述式(9)所表示的含不饱和基团的化合物反应而得到。
[化学式18]
(式中,R1、R2、R3、R4、x如上所述。)
[化学式19]
式(9)中,M为自由基聚合性基团,例示如上所述的基团。从反应的容易度方面考虑,优选具有丙烯酸基团和甲基丙烯酸基团的基团,特别优选为丙烯酰氧基、甲基丙烯酰氧基、丙烯酰氨基或甲基丙烯酰氨基,进一步优选为丙烯酰氧基或甲基丙烯酰氧基。L’为可以包含选自醚键和氨基甲酸乙酯键的一种以上的、末端具有不饱和键的碳原子数2~20的、优选碳原子数2~10的一价烃基,且与碳原子键合的氢原子的一部分可取代成羟基。
L’为给予上述的L所示的二价烃基的一价烃基,在不与M键合的末端具有碳-碳不饱和键。L’优选用下述式(2-A’)或式(2-B’)表示。
[化学式20]
[化学式21]
(式中,m和n如上所述,式中*所示的部位是与式(9)的M的键合部位)
作为上述式(9)所表示的含不饱和基团的化合物,例如可以列举:(甲基)丙烯酸烯丙酯、(甲基)丙烯酸-2-烯丙氧基乙酯、(甲基)丙烯酸-3-烯丙氧基-2-羟丙酯和N-烯丙基丙烯酰胺,但并不限于这些。
另外,上述式(8)所示的化合物可以通过使下述式(10)所表示的烷氧基硅烷化合物与下述式(11)所表示的卤代硅烷化合物反应而得到。
[化学式22]
(R4、R7和x如上所述)
[化学式23]
(R1、R2、R3和Hal如上所述)
上述制备方法2可以按照以往已知的方法进行。例如,通过在上述烷氧基硅烷化合物(10)中添加1摩尔当量以上的卤代硅烷化合物(11)和水使之反应,而得到上述式(8)所示的化合物。例如,若使三甲氧基硅烷与氯(2-乙氧基乙基)二甲基硅烷反应,则得到三(2-乙氧基乙基二甲基甲硅烷氧基)硅烷。另外,此时还副产甲醇和氯化氢。然后,在所得的化合物(8)中添加1摩尔当量以上的含不饱和基团的化合物(9)进行加成反应,从而得到上述式(1)所示的硅氧烷化合物。另外,此时加成反应可以在氢化硅烷化催化剂的存在下进行。这些反应典型的是在约0℃~约150℃的温度下进行。对反应温度没有特别限定,但优选不超过所用溶剂的沸点的程度的温度。
在上述制备方法1和制备方法2中,卤代硅烷化合物(7)或(11)和水的添加量典型的是以相对于烷氧基硅烷化合物(6)或(10)达到1摩尔当量以上的量比进行。若少于下限,则烷氧基残留,因此不优选。另外,上述虽然不存在上限值,但优选以达到1摩尔当量~3摩尔当量的量比进行。若卤代硅烷化合物和水的添加量多,则从收率或经济性等方面考虑不优选。
上述式(5-A)、(5-B)和(9)所表示的含不饱和基团的化合物的添加量典型的是只要是相对于化合物(4)或(8)达到1摩尔当量以上的量比即可。若少于上述值,则氢化甲硅烷基(hydrosilyl)残留,因此不优选。另外,对上限值没有限定,但优选为达到1摩尔当量~3摩尔当量的量比。若含不饱和基团的化合物的添加量多,则从收率或经济性等方面考虑不优选。
氢化硅烷化催化剂只要是以往已知的催化剂即可。例如,贵金属催化剂、特别是由氯铂酸衍生的铂催化剂是适合的。特别是,可以使用碳酸氢钠将氯铂酸的氯离子完全中和以提高铂催化剂的稳定性。催化剂的添加量只要是用于使上述加成反应进行的催化剂量即可。加成反应的温度也没有特别限定,可适当调节。特别可以是20℃~150℃,更优选50℃~120℃。反应时间例如可以是1~12小时,优选3~8小时。
上述反应优选使用反应溶剂。对使用的溶剂没有特别限定,例如己烷、庚烷等烃类溶剂、甲苯等芳族类溶剂、四氢呋喃等醚类溶剂、丁酮、N,N-二甲基甲酰胺等酮类溶剂、乙酸乙酯等酯类溶剂等可适合使用。
反应结束后,只要按照以往已知的方法进行纯化即可。例如,在用水洗涤有机层后,通过除去溶剂,可以分离产物。另外,可以采用减压蒸馏或活性炭处理等。
作为本发明的制备方法1的一个例子,向烷氧基硅烷化合物(6)中同时滴加1.2摩尔当量的卤代硅烷化合物(7)和水。此时,调节滴加速度使内温为30℃以下。滴加后,在室温下反应1小时左右,完成反应。完成反应后,用水洗涤有机层,在洗涤液的pH达到中性附近(pH=6~8)时取出有机层。减压馏去有机层中存在的溶剂和未反应的原料,从而可以得到上述式(4)所示的硅氧烷化合物。然后,在硅氧烷化合物(4)中添加1.0摩尔当量的含不饱和基团的化合物(5-A)或(5-B),使内温升至80℃。向其中添加以铂换算计为5ppm的氯铂酸的碳酸氢钠中和物/乙烯基硅氧烷络合物的甲苯溶液(铂含量为0.5wt%)。在内温80℃以上反应3小时左右,从而完成反应。完成反应后,用甲醇水(甲醇:水=2:1)洗涤有机层3次,取出有机层。通过减压馏去有机层中存在的溶剂和未反应的原料,可以得到上述式(1)所示的硅氧烷化合物。
作为本发明的制备方法2的一个例子,向烷氧基硅烷化合物(10)中同时滴加1.2摩尔当量的卤代硅烷化合物(11)和水。此时,调节滴加速度使内温为30℃以下。滴加后,在室温下反应2小时左右,从而完成反应。完成反应后,用水洗涤有机层,在洗涤液的pH达到中性附近(pH=6~8)时取出有机层。通过减压馏去有机层中存在的溶剂和未反应的原料,可以得到上述式(8)所示的硅氧烷化合物。然后,在硅氧烷化合物(8)中添加1.0摩尔当量的含不饱和基团的化合物(9),使内温升至80℃。向其中添加以铂换算计为5ppm的氯铂酸的碳酸氢钠中和物/乙烯基硅氧烷络合物的甲苯溶液(铂含量为0.5wt%)。在内温80℃以上反应3小时左右,从而完成反应。完成反应后,在有机层中添加100质量份的正己烷,用甲醇水(甲醇:水=3:1)洗涤有机层3次,取出有机层。通过减压馏去有机层中存在的溶剂和未反应的原料,可以得到上述式(1)所示的硅氧烷化合物。
本发明的硅氧烷化合物可以给予具有由该硅氧烷化合物的自由基聚合性基团的加成聚合而导入的重复单元的聚合物。本发明的硅氧烷化合物与具有(甲基)丙烯酸基团等、与上述硅氧烷化合物的自由基聚合性基团M聚合的基团的其他化合物(以下,称作聚合性单体或亲水性单体)的相容性良好。因此,通过与聚合性单体共聚,可以给予无色透明的共聚物。另外,还可以单独聚合。如上所述,本发明的化合物给予耐水解性优异的聚合物。在包含由本发明的硅氧烷化合物与其他聚合性(亲水性)单体的聚合而导入的重复单元的共聚物的制备中,相对于本发明的硅氧烷化合物与聚合性(亲水性)单体的总计100质量份,本发明的硅氧烷化合物的掺混比例可以是使本发明的硅氧烷化合物优选达到50~90质量份、更优选达到60~80质量份的量。
作为聚合性单体,例如可以列举:(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(聚)乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、聚亚烷基二醇单(甲基)丙烯酸酯、聚亚烷基二醇单烷基醚(甲基)丙烯酸酯、三氟乙基(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸-2-羟乙酯、(甲基)丙烯酸-2,3-二羟丙酯等丙烯酸类单体;N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、N-丙烯酰基吗啉、N-甲基(甲基)丙烯酰胺等丙烯酸衍生物;其他的不饱和脂肪族或芳族化合物、例如巴豆酸、肉桂酸、乙烯基苯甲酸;以及具有(甲基)丙烯酸基团等聚合性基团的硅氧烷单体。这些单体可以单独使用一种,也可以将两种以上并用。
本发明的化合物与上述其他聚合性单体的共聚只要利用以往已知的方法进行即可。例如,可以使用热聚合引发剂或光聚合引发剂等已知的聚合引发剂来进行。作为该聚合引发剂,可以列举:2-羟基-2-甲基-1-苯基-丙烷-1-酮、偶氮二异丁腈、偶氮双二甲基戊腈、过氧化苯甲酰、叔丁基过氧化氢、氢过氧化枯烯等。这些聚合引发剂可以单独使用或者将两种以上混合使用。相对于聚合成分的总计100质量份,聚合引发剂的掺混量可以是0.001~2质量份,优选0.01~1质量份。
包含由本发明的化合物导入的重复单元的聚合物的透氧性优异、并且耐水解性优异。因此,适合于制造眼科器件、例如隐形眼镜、人工晶状体(眼内透镜)、人工角膜(人造角膜)。对使用了该聚合物的眼科器件的制造方法没有特别限定,只要遵照以往已知的眼科器件的制造方法即可。例如,在成型成隐形眼镜、人工晶状体等晶状体形状时,可以采用切削加工法或铸模(模具)法等。
实施例
以下,给出实施例和比较例,以更详细地说明本发明,但本发明并不限于下述的实施例。
下述实施例和比较例中进行的分析方法如下所述。
a. 核磁共振分析(NMR)
通过1H-NMR分析进行硅氧烷化合物的结构确认。测定中使用JEOL制造的ECS500,使用氘代氯仿作为测定溶剂。
b. 气相色谱分析(GC)
i. 装置和参数
装置:Agilent制造的GC System 7890A型。检测器:氢火焰离子化检测器(FID)。柱:J&W HP-5MS(0.25mm*30m*0.25μm)。载气:氦(气)。恒定流量:1.0mL/分钟。样品注入量:1.0μL。分流比:50:1。注入口温度:250℃。检测器温度:300℃。
ii. 温度程序
开始温度50℃。开始时间:2分钟。梯度:10℃/分钟;结束时温度:300℃ (保留时间:10分钟)。
iii. 样品调制
将样品溶液不经稀释直接装入GC用小瓶中。
[合成例1]
在安装有蛇形回流冷凝管(Dimroth)、温度计和2个滴液漏斗的1L的四颈茄形烧瓶中添加400.0g 3-甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷,由滴液漏斗滴加320.0g氯化二甲基硅烷、80.0g去离子水使内温不超过30℃。滴加结束后,将反应液在室温下搅拌1小时,通过气相色谱(GC)确认起始物质消失,视为反应结束。反应结束后,将有机层转移到分液漏斗中,用自来水洗涤3次。分离有机层,在内温50℃下减压馏去溶剂和未反应的原料,之后进行减压蒸馏,从而得到了以下的式(12)所表示的硅氧烷化合物。收量为530.2g。
[化学式24]
[合成例2]
除了将3-甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷变更为3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷以外,重复合成例1的操作,得到了以下的式(13)所表示的硅氧烷化合物。收量为558.0g。
[化学式25]
[实施例1]
在安装有蛇形回流冷凝管、温度计和滴液漏斗的200mL的三颈茄形烧瓶中添加35.0g乙基乙烯基醚、35.0g甲苯、0.04g氯铂酸的碳酸氢钠中和物/乙烯基硅氧烷络合物的甲苯溶液(铂含量为0.5wt%),由滴液漏斗滴加50.0g上述合成例1中得到的硅氧烷化合物(12)。滴加结束后,将反应液在40℃下搅拌5小时,通过气相色谱(GC)确认起始物质的消失,视为反应结束。反应结束后,将有机层转移到分液漏斗中,用甲醇水(甲醇:水=2:1)洗涤3次。分离有机层,在内温50℃下减压馏去溶剂和未反应的原料,得到了以下的式(14)所表示的硅氧烷化合物。收量为65.3g。以下显示1H-NMR数据。
0.0ppm (15H)、0.5ppm (2H)、0.7ppm (4H)、1.1ppm (6H)、1.6ppm (2H)、2.0ppm(3H)、3.5-3.6ppm (8H)、4.2ppm (2H)、5.6ppm (1H)、6.1ppm (1H)。
[化学式26]
[实施例2]
除了将乙基乙烯基醚变更为异丙基乙烯基醚以外,重复实施例1的操作,得到了以下的式(15)所表示的硅氧烷化合物。收量为66.0g。以下显示1H-NMR数据。
0.0ppm (15H)、0.5ppm (2H)、0.6ppm (4H)、1.1ppm (12H)、1.6ppm (2H)、2.0ppm(3H)、3.5ppm (6H)、4.2ppm (2H)、5.6ppm (1H)、6.1ppm (1H)。
[化学式27]
[实施例3]
除了将乙基乙烯基醚变更为3-甲氧基乙基烯丙基醚以外,重复实施例1的操作,得到了以下的式(17)所表示的硅氧烷化合物。收量为65.8g。以下显示1H-NMR数据。
0.0ppm (15H)、0.5ppm (6H)、1.6ppm (6H)、2.0ppm (3H)、3.4-3.6ppm (18H)、4.2ppm (2H)、5.6ppm (1H)、6.1ppm (1H)。
[化学式28]
[实施例4]
除了将乙基乙烯基醚变更为甲氧基末端烯丙基聚醚(平均分子量为240)以外,重复实施例1的操作,得到了以下的式(18)所表示的硅氧烷化合物。收量为72.5g。以下显示1H-NMR数据。
0.0ppm (15H)、0.5ppm (6H)、1.6ppm (6H)、2.0ppm (3H)、3.4-3.6ppm (50H)、4.2ppm (2H)、5.6ppm (1H)、6.1ppm (1H)。
[化学式29]
[实施例5]
除了将乙基乙烯基醚变更为甲氧基末端烯丙基聚醚(平均分子量为550)以外,重复实施例1的操作,得到了以下的式(19)所表示的硅氧烷化合物。收量为75.3g。以下显示1H-NMR数据。
0.0ppm (15H)、0.5ppm (6H)、1.6ppm (6H)、2.0ppm (3H)、3.4-3.6ppm (106H)、4.2ppm (2H)、5.6ppm (1H)、6.1ppm (1H)。
[化学式30]
[实施例6]
除了将乙基乙烯基醚变更为N-乙烯基吡咯烷酮以外,重复实施例1的操作,得到了以下的式(20)所表示的硅氧烷化合物。收量为54.6g。以下显示1H-NMR数据。
0.0ppm (15H)、0.5ppm (2H)、1.1ppm (4H)、1.6ppm (2H)、2.0ppm (3H)、2.1-2.3ppm (8H)、3.3-3.4ppm (8H)、4.2ppm (2H)、5.6ppm (1H)、6.1ppm (1H)。
[化学式31]
[实施例7]
除了将硅氧烷化合物(12)变更为上述合成例2中得到的硅氧烷化合物(13)以外,重复实施例1的操作,得到了以下的式(21)所表示的硅氧烷化合物。收量为70.4g。以下显示1H-NMR数据。
0.0ppm (12H)、0.5ppm (2H)、0.7ppm (6H)、1.1ppm (9H)、1.6ppm (2H)、2.0ppm(3H)、3.5-3.6ppm (12H)、4.2ppm (2H)、5.6ppm (1H)、6.1ppm (1H)。
[化学式32]
[合成例3]
在安装有蛇形回流冷凝管、温度计和2个滴液漏斗的1L的四颈茄形烧瓶中添加100.0g甲基二甲氧基硅烷,从滴液漏斗滴加700.0g氯(2-乙氧基乙基)二甲基硅烷、100.0g去离子水使内温不超过30℃。滴加结束后,将反应液在室温下搅拌1小时,通过气相色谱(GC)确认起始物质的消失,视为反应结束。反应结束后,将有机层转移到分液漏斗中,用自来水洗涤2次。分离有机层,在内温50℃下减压馏去溶剂和未反应的原料,之后进行减压蒸馏,从而得到了以下的式(22)所表示的硅氧烷化合物。收量为460.6g。
[化学式33]
[合成例4]
除了将氯(2-乙氧基乙基)二甲基硅烷变更为氯(3-(2-甲氧基乙氧基)丙基)二甲基硅烷以外,进行与合成例1同样的操作,得到了以下的式(23)所表示的硅氧烷化合物。收量为453.0g。
[化学式34]
[合成例5]
除了将甲基二甲氧基硅烷变更为三甲氧基硅烷以外,进行与合成例1同样的操作,得到了以下的式(24)所表示的硅氧烷化合物。收量为487.1g。
[化学式35]
[实施例8]
在安装有蛇形回流冷凝管、温度计和滴液漏斗的200mL的三颈茄形烧瓶中添加50.0g2-烯丙氧基乙基甲基丙烯酸酯、50.0g甲苯、0.04g氯铂酸的碳酸氢钠中和物/乙烯基硅氧烷络合物的甲苯溶液(铂含量为0.5wt%),从滴液漏斗滴加50.0g上述合成例3中得到的硅氧烷化合物(22)。滴加结束后,将反应液在50℃下搅拌5小时,通过气相色谱(GC)确认起始物质的消失,视为反应结束。反应结束后,向有机层中添加100.0g正己烷,将有机层转移到分液漏斗中,用甲醇水(甲醇:水=3:1)洗涤3次。分离有机层,在内温50℃下减压馏去溶剂和未反应的原料,得到了以下的式(25)所表示的硅氧烷化合物。收量为89.5g。以下显示1H-NMR数据。
0.0ppm (15H)、0.5ppm (2H)、0.7ppm (4H)、1.1ppm (6H)、1.6ppm (2H)、2.0ppm(3H)、3.4ppm (2H)、3.5-3.6ppm (10H)、4.2ppm (2H)、5.6ppm (1H)、6.1ppm (1H)。
[化学式36]
[实施例9]
除了将2-烯丙氧基乙基甲基丙烯酸酯变更为3-烯丙氧基-2-羟基丙基甲基丙烯酸酯以外,重复实施例8的操作,得到了以下的式(26)所表示的硅氧烷化合物。收量为60.6g。以下显示1H-NMR数据。
0.0ppm (15H)、0.5ppm (2H)、0.7ppm (4H)、1.1ppm (6H)、1.6ppm (2H)、2.0ppm(3H)、3.4-3.6ppm (12H)、4.0ppm (1H)、4.2ppm (2H)、5.6ppm (1H)、6.1ppm (1H)。
[化学式37]
[实施例10]
除了将2-烯丙氧基乙基甲基丙烯酸酯变更为N-烯丙基丙烯酰胺以外,重复实施例8的操作,得到了以下的式(27)所表示的硅氧烷化合物。收量为50.2g。以下显示1H-NMR数据。
0.0ppm (15H)、0.6ppm (2H)、0.7ppm (4H)、1.1ppm (6H)、1.6ppm (2H)、2.0ppm(3H)、3.3ppm (2H)、3.5-3.6ppm (8H)、5.6ppm (1H)、5.7ppm (1H)、6.1ppm (1H)、6.3ppm(1H)。
[化学式38]
[实施例11]
除了将硅氧烷化合物(22)变更为上述合成例4中得到的硅氧烷化合物(23)以外,重复实施例8的操作,得到了以下的式(28)所表示的硅氧烷化合物。收量为53.2g。以下显示1H-NMR数据。
0.0ppm (15H)、0.5ppm (6H)、1.6ppm (6H)、2.0ppm (3H)、3.4-3.7ppm (22H)、4.2ppm (2H)、5.6ppm (1H)、6.1ppm (1H)。
[化学式39]
[实施例12]
除了将硅氧烷化合物(22)变更为上述合成例5中得到的硅氧烷化合物(24)以外,重复实施例9的操作,得到了以下的式(29)所表示的硅氧烷化合物。收量为58.3g。以下显示1H-NMR数据。
0.0ppm (12H)、0.5ppm (2H)、0.7ppm (6H)、1.1ppm (9H)、1.6ppm (2H)、2.0ppm(3H)、3.4-3.6ppm (16H)、4.0ppm (1H)、4.2ppm (2H)、5.6ppm (1H)、6.1ppm (1H)。
[化学式40]
[比较例1]
除了将乙基乙烯基醚变更为1-戊烯以外,进行与实施例7同样的操作,得到了以下的式(30)所表示的硅氧烷化合物。收量为73.5g。
[化学式41]
[比较例2]
在比较例2中,使用了广泛用作软性隐形眼镜用单体的、具有以下结构的化合物。
[化学式42]
[耐水解性试验]
针对上述得到的各硅氧烷化合物进行了下述试验。
在20mL的螺旋管中装入0.1g硅氧烷化合物、3.90g 2-丙醇、0.24g乙酸、0.90g蒸馏水和作为阻聚剂的2mg 2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚,充分混合,密闭。将该螺旋管在80℃下放置168小时。对刚刚混合后(0小时)的混合溶液和放置了168小时后的混合溶液分别进行气相色谱测定。气相色谱的测定条件如上所述。
算出168小时后的硅氧烷化合物的峰面积与刚刚混合后(0小时)的硅氧烷化合物的峰面积(100%)的比例(%)。结果见表1。尚需说明的是,通过气相色谱测定得到的峰面积与所含的成分量成比例。意思是指,数值越高,则因水解而引起的重量减少越少,耐水解性越优异。
[与亲水性单体的相容性评价方法]
关于与亲水性单体的相容性,使用在眼科用器件的制造中广泛使用的N-乙烯基吡咯烷酮(NVP)进行评价。将硅氧烷化合物与NVP以相同质量比混合,在25℃的条件下搅拌10分钟。搅拌后,在25℃的条件下静置5小时,通过目视观察其外观,根据以下的指标进行评价。
〇:均匀且透明; ×:白浊。
结果见下述表1。
[表1]
1)实施例5的硅氧烷化合物由于碳原子数多且为分子量高,因此无法进行GC测定,但没有检测到因水解而产生的低分子量分解物,由此可以判断:耐水解性良好。
如表1所示,比较例1的硅氧烷化合物与NVP不相容,发生白浊。另外,比较例2的硅氧烷化合物若在上述条件下、在80℃下放置168小时则发生水解,成分含量显著减少。即,耐水解性差。相对于此,本发明的硅氧烷化合物与作为亲水性单体的NVP的相容性优异,另外,在上述条件下的峰面积比例的减少也少,且也未见分解物,耐水解性优异。而且,由于本发明的硅氧烷化合物具有聚硅氧烷结构,因此通过与其他的聚合性单体共聚,可给予无色透明、且透氧性优异的固化物。
产业实用性
本发明的硅氧烷化合物与(甲基)丙烯酸类单体等其他聚合性单体的相容性优异,通过(共)聚合给予耐水解性优异的、适合应用于包括眼科用器件等在内的医疗用器件的聚合物。本发明的化合物和该化合物的制备方法对于制造隐形眼镜材料、人工晶状体材料和人工角膜材料等眼科器件有用。
Claims (23)
3.权利要求2所述的化合物,其中,n为0或1。
4.权利要求3所述的化合物,其中,m为3,n为1。
5.权利要求3所述的化合物,其中,m为3,n为0。
6.权利要求1~5中任一项所述的化合物,其中,a为1或2,b为0~12的整数,R6为碳原子数1~3的烷基。
7.权利要求1~5中任一项所述的化合物,其中,a为1或2,b为0~5的整数,R5为氢原子,R6为碳原子数1~3的烷基。
8.权利要求1~7中任一项所述的化合物,其中,R2和R3均为甲基。
9.权利要求1~8中任一项所述的化合物,其中,M为具有丙烯酰基或甲基丙烯酰基的基团。
10.权利要求9所述的化合物,其中,M为丙烯酰氧基、甲基丙烯酰氧基、丙烯酰氨基或甲基丙烯酰氨基。
11.权利要求1~10中任一项所述的化合物,其中,x为2或3。
12.聚合物,该聚合物包含:由权利要求1~11中任一项所述的化合物的自由基聚合性基团M的加成聚合而导入的重复单元。
13.共聚物,该共聚物包含:由权利要求1~11中任一项所述的化合物的自由基聚合性基团M、和与其具有聚合性基团的其他化合物的聚合而导入的重复单元。
14.眼科器件,该眼科器件由权利要求13所述的共聚物构成。
15. 下述式(1)所表示的化合物的制备方法,
[化学式6]
式中,M为自由基聚合性基团,L为可以包含选自醚键和氨基甲酸乙酯键的一种以上的、碳原子数2~20的二价烃基,且与碳原子键合的氢原子的一部分可被羟基取代,R1彼此独立地为下述式(3-A)或下述式(3-B)所表示的基团,R2和R3彼此独立地为碳原子数1~6的烷基,R4为甲基,x为1~3的整数;
[化学式7]
[化学式8]
式中,R5为氢原子或甲基,R6为氢原子或碳原子数1~4的烷基,a为1~3的整数,b为0~20的整数,以及式中***所示的部位是与式(1)的硅原子的连接键;
该制备方法包括:使下述式(4)所表示的硅氧烷化合物与下述式(5-A)或(5-B)所表示的含不饱和基团的化合物反应而得到上述式(1)所表示的化合物的工序,
[化学式9]
式中,M、L、R2、R3、R4和x如上所述;
[化学式10]
[化学式11]
式中、R5、R6、a和b如上所述。
16. 下述式(1)所表示的化合物的制备方法,
[化学式12]
式中,M为自由基聚合性基团,L为可以包含选自醚键和氨基甲酸乙酯键的一种以上的、碳原子数2~20的二价烃基,且与碳原子键合的氢原子的一部分可被羟基取代,R1彼此独立地为下述式(3-A)或下述式(3-B)所表示的基团,R2和R3彼此独立地为碳原子数1~6的烷基,R4为甲基,x为1~3的整数;
[化学式13]
[化学式14]
式中,R5为氢原子或甲基,R6为氢原子或碳原子数1~4的烷基,a为1~3的整数,b为0~20的整数,以及式中***所示的部位是与式(1)的硅原子的键合部位,
该制备方法包括:使下述式(8)所表示的硅氧烷化合物与下述式(9)所表示的含不饱和基团的化合物反应而得到上述式(1)所表示的化合物的工序,
[化学式15]
式中,R1、R2、R3、R4、x如上所述;
[化学式16]
式中,M为自由基聚合性基团,L’为可以包含选自醚键和氨基甲酸乙酯键的一种以上的、末端具有不饱和键的碳原子数2~20的一价烃基,且与碳原子键合的氢原子的一部分可被羟基取代。
18.权利要求17所述的制备方法,其中,n为0~1的整数。
19.权利要求15~18中任一项所述的制备方法,其中,a为1或2,b为0~12的整数,R6为碳原子数1~3的烷基。
20.权利要求15~19中任一项所述的制备方法,其中,R2或R3均为甲基。
21.权利要求15~20中任一项所述的制备方法,其中,M为具有丙烯酰基或甲基丙烯酰基的基团。
22.权利要求21所述的制备方法,其中,M为丙烯酰氧基、甲基丙烯酰氧基、丙烯酰氨基或甲基丙烯酰氨基。
23.权利要求15~22中任一项所述的制备方法,其中,x为2或3。
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