DE112011101482T5 - 1,1-Bis[(ethenyloxy)methyl]cyclohexan und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
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Abstract
Eine neue Verbindung, 1,1-Bis[(ethenyloxy)methyl]cyclohexan, mit der Formel (I) und mit geringem Geruch, geringer Flüchtigkeit und geringer Hautirritabilität, die als Ausgangsmaterial für eine Polymerisierungszusammensetzung mit geringer Toxizität und hervorragender Härtbarkeit, hervorragendem Haftvermögen und hervorragender Transparenz im ultravioletten Lichtbereich, verwendet werden kann und eine besondere Reaktivität alleine oder mit einer anderen Verbindung aufweist, und ein Verfahren zu deren Herstellung:
Description
- Technisches Gebiet
- Die vorliegende Erfindung betrifft einen neuen Vinylether, 1,1-Bis[(ethenyloxy)methyl]cyclohexan, und ein Verfahren zur dessen Herstellung.
- Stand der Technik
- Das erfindungsgemäße 1,1-Bis[(ethenyloxy)methyl]cyclohexan (andere Bezeichnung: 1,1-Cyclohexandimethanoldivinylether) wurde in der Vergangenheit nicht offenbart und wird als neue Verbindung erachtet.
- Zusammenfassung der Erfindung
- Technische Aufgabe
- Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung von 1,1-Bis[(ethenyloxy)methyl]cyclohexan, das einen geringen Geruch, geringe Flüchtigkeit, eine geringe Hautirritabilität und eine geringe Toxizität aufweist, und das als Ausgangsmaterial für eine Polymerisierungszusammensetzung mit hervorragender Härtbarkeit, hervorragendem Haftvermögen, hervorragender Transparenz im ultravioletten Lichtbereich, usw. verwendet werden kann, und ein Verfahren zur dessen Herstellung. Das erfindungsgemäße 1,1-Bis[(ethenyloxy)methyl]cyclohexan weist überlegene Härtbarkeit, Haftvermögen, Transparenz im ultravioletten Lichtbereich und Festigkeit auf und ist daher als Ausgangsmaterial für eine Polymerisierungszusammensetzung, einen Vernetzer und verschiedene synthetische Reagenzien geeignet. Das erfindungsgemäße 1,1-Bis[(ethenyloxy)methyl]cyclohexan kann somit für Tinten, Farben, Resists, Farbfilter, Haftmittel, Plattenherstellungsmaterialien, Dichtungsmittel, bilderzeugende Agenzien, und andere Anwendungen eingesetzt werden.
- Lösung der Aufgabe
-
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- Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
- Die erfindungsgemäße Verbindung 1,1-Bis[(ethenyloxy)methyl]cyclohexan weist einen geringen Geruch, geringe Flüchtigkeit und geringe Hautirritabilität und voraussichtlich nützliche Eigenschaften als Ausgangsmaterial für eine Polymerisierungszusammensetzung mit geringer Toxizität und hervorragender Härtbarkeit, hervorragendem Haftvermögen und hervorragender Transparenz im ultravioletten Lichtbereich auf. Die vorliegende Verbindung weist ferner zwei Vinylethergruppen auf, die eine besondere Reaktivität alleine oder mit einer anderen Verbindung an bestimmten Positionen aufweisen.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Die
1 ist eine 1H-NNR Darstellung des in Beispiel 1 erzeugten 1,1-Bis[(ethenyloxy)methyl]cyclohexans. - Die
2 ist eine 13C-NMR Darstellung des in Beispiel 1 erzeugten 1,1-Bis[(ethenyloxy)methyl]cyclohexans. - Verfahren zur Durchführung der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung wird nun ausführlicher erläutert.
- Der erfindungsgemäße Vinylether (I) kann gemäß der nachstehend aufgeführten Reaktionsformel erzeugt werden.
- Als besonderes Verfahren zur Synthese der vorliegenden Verbindung, kann beispielsweise das nachstehend aufgeführte Verfahren erwähnt werden.
- In ein Reaktionsgefäß, wie beispielsweise einem SUS (rostfreier Stahl) druckbeständigem Reaktionsgefäß, wird als ein Lösungsmittel ein aprotisches polares Lösungsmittel, beispielswiese eines oder mehrere der Lösungsmittel ausgewählt unter Dimethylsulfoxid, N-Methylpyrrolidon, N,N'-Dimethylethylenharnstoff, N,N'-Dimethylpropylenharnstoff, N,N'-Diethylethylenharnstoff, N,N'-Diisopropylethylenharnstoff, N,N,N',N',N'',N''-Hexamethylphosphortriamid, 1,3,4-Trimethyl-2-imidazolidinon, Diethylenglykoldimethylether, Triethylenglykoldimethylether, Tetraethylenglykoldimethylether und Polyethylenglykoldimethylether gegeben. Anschließend wird die Ausgangsverbindung, 1,1-Cyclohexandimethanol, hinzugegeben. Eine alkalische Verbindung, beispielsweise ein Alkalimetallhydroxid wie beispielsweise Kaliumhydroxid oder Natriumhydroxid, wird als ein Reaktionskatalysator hinzugegeben. Die eingesetzte Menge des aprotischen polaren Lösungsmittels ist zu diesem Zeitpunkt nicht ausdrücklich begrenzt, allerdings beträgt die eingesetzte Menge des aprotischen polaren Lösungsmittels vorzugsweise 100 bis 1.000 Gewichtsteile, mehr bevorzugt 200 bis 700 Gewichtsteile, basierend auf 100 Gewichtsteilen an 1,1-Cyclohexandimethanol. Falls die eingesetzte Menge des aprotischen polaren Lösungsmittels weniger als 100 Gewichtsteile, basierend auf 100 Gewichtsteilen an 1,1-Cyclohexandimethanol, beträgt, ist die Selektivität der Reaktion manchmal verringert, und ist daher nicht bevorzugt. Falls andererseits die eingesetzte Menge des aprotischen polaren Lösungsmittels mehr als 1.000 Gewichtsteile, basierend auf 100 Gewichtsteilen an 1,1-Cyclohexandimethanol, beträgt, ist die Entfernung des Lösungsmittels nach Beendigung der Reaktion erschwert, und ist daher nicht bevorzugt. Die eingesetzte Menge des Reaktionskatalysators, das heißt Alkaliverbindung, ist weiter auch nicht ausdrücklich begrenzt. Die eingesetzte Menge der Alkaliverbindung beträgt jedoch vorzugsweise mindestens 2 Gewichtsteile, mehr bevorzugt 4 bis 50 Gewichtsteile, 100 Gewichtsteile an 1,1-Cyclohexandimethanol.
- Anschließend kann erfindungsgemäß ein Inertgas, wie beispielsweise Stickstoffgas, verwendet werden, um das Innere des Reaktionsgefäßes zu ersetzen, wobei danach das Reaktionsgefäß verschlossen und Acetylen unter Druck hinzugegeben wird, während die Temperatur zum Verursachen einer Reaktion erhöht wird, wodurch die erfindungsgemäße Verbindung, das heißt 1,1-Bis[(ethenyloxy)methyl]cyclohexan, erzeugt werden kann. Die Atmosphäre in dem Reaktionsgefäß kann aus Acetylen allein bestehen, wobei allerdings Stickstoff, Helium, Argon oder ein anderes Inertgas zusammen mit dem Acetylen verwendet werden kann.
- Bei den Reaktionsbedingungen zur Erzeugung des erfindungsgemäßen 1,1-Bis[(ethenyloxy)methyl]cyclohexans ist beispielsweise der Druck des Acetylens vorzugsweise am Manometer 0,01 MPa oder mehr. Vom Standpunkt der Produktivität ist zur Unterdrückung von Nebenreaktionen und aus Sicherheitsgründen der Acetylendruck am Manometer vorzugsweise 0,15 MPa bis 1,0 MPa. Die Reaktionstemperatur ist andererseits vorzugsweise 80 bis 140°C. 100°C oder mehr sind vom Standpunkt der Reaktionsgeschwindigkeit bevorzugt. Die Temperatur ist vom Standpunkt der Wirtschaftlichkeit und Unterdrückung von Nebenreaktionen vorzugsweise 130°C oder weniger.
- Es ist anzumerken, dass das Ausgangsmaterial der vorliegenden Verbindung, das heißt 1,1-Cyclohexandimethanol (II), durch ein herkömmlich bekanntes Verfahren hergestellt werden kann. Es kann beispielsweise durch das Verfahren erzeugt werden, das in der
WO2005/005456A - Beispiele
- Herstellungsbeispiel 1
- In einen 2000 ml Vierhalskolben, der mit einem Rührer und einem Thermometer versehen ist, wurden 200 ml Tetrahydrofuran und 1300 ml (ungefähr 2,0 mol/Liter, ungefähr 2,6 mol) Lithiumdiisopropylamid Lösung gegeben, die anschließend unter Argonatmosphäre auf –70°C gekühlt wurde. Ein Gemisch aus Methylcyclohexancarboxylat (100,3 g, 0,691 mol) und 100 ml Tetrahydrofuran wurde unter Rühren über 1 Stunde und 30 Minuten tropfenweise hinzugegeben, während die Temperatur des Reaktionsgemischs bei –70°C oder weniger gehalten wurde. Das Gemisch wurde bei einer Temperatur von –70°C oder weniger für ungefähr 2 Stunden und 30 Minuten gerührt. Anschließend wurde zu der so erhaltenen Reaktionslösung eine Gemisch aus Methylchlorcarbonat (100,0 g, 1,04 mol) und 250 ml Tetrahydrofuran über 3 Stunden bei der gleichen Temperatur tropfenweise hinzugegeben. Dem erhaltenen Gemisch wurde ermöglicht bei –78°C bis Raumtemperatur übernacht zu reagieren. Das Lösungsmittel in dem Reaktionsgefäß wurde anschließend unter Vakuum abdestilliert, der Rückstand wurde in 1000 ml wässrige, gesättigte Ammoniumchloridlösung gegeben und mit Ethylacetat extrahiert, die organische Schicht wurde gespült und anschließend wurde die Schicht mit wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet. Das Trockenmittel (oder trocknungsfördernde Mittel) wurde abfiltriert und das Lösungsmittel wurde unter Vakuum abdestilliert, um 215,4 g des Reaktionsgemischs zu erhalten. Anschließend wurde ein anderer 3000 ml Vierhalskolben mit 900 ml Tetrahydrofuran und 600 ml Lithiumaluminiumhydridlösung (ungefähr 2,0 mol/Liter, ungefähr 1,2 mol) beschickt, die unter Argonatmosphäre auf 0°C gekühlt wurden. Ein Gemisch aus 160,2 g des vorstehend erhaltenen Reaktionsgemischs und 400 ml Tetrahydrofuran wurden unter Rühren über ungefähr 2 Stunden tropfenweise hinzugegeben, während es bei 0°C oder weniger gehalten wurde. Dem erhaltenen Gemisch wurde ermöglicht über Nacht bei 0°C oder weniger unter Rühren zu verbleiben. Anschließend wurde Wasser tropfenweise zu dieser Reaktionslösung hinzugegeben und die Reaktionslösung wurde mit ungefähr 6N (6M) Salzsäure neutralisiert, anschließend wurden die ungelösten Salze von der Reaktionslösung abfiltriert und die erhaltene Lösung wurde bei vermindertem Druck konzentriert. Der Rückstand wurde im Anschluss in 1000 ml Wasser gegeben, mit Ethylacetat extrahiert und mit wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet. Das Trocknungsmittel (oder trocknungsfördernde Mittel) wurde mittels Filtration entfernt und das Lösungsmittel unter Vakuum abdestilliert, anschließend wurde der Rückstand in n-Hexan überführt. Der ausgefällte Kristall wurde mit n-Hexan wiederholt dekantiert, anschließend gewaschen und danach unter Vakuum getrocknet, um 20,8 g eines kristallinen Pulvers zu erhalten. Dieses kristalline Pulver, war als Ergebnis der NMR Analyse 1,1-Cyclohexandimethanol (Reinheit 99,1% mittels Gaschromatographie).
- Die Ergebnisse der NMR Bestimmung des so erhaltenen 1,1-Cyclohexandimethanols waren wie nachstehend aufgeführt:
1H-NMR (CDCl3 TMS, 400 MHz): δ ppm 1,34-1,36 (m, 4H), 1,43-1,47 (m, 6H), 2,54 (s, 2H), 3,62 (s, 4H).
13C-NMR (CDCl3, 100 MHz): δ ppm 21,4, 26,5, 29,6, 38,3, 70,4. - Beispiel 1
- Ein 300 ml SUS druckbeständiges Reaktionsgefäß wurde mit einem Rührer, Manometer, Thermometer, Gaseinleitrohr und Gasspülkanal versehen und mit 102,2 g Dimethylsulfoxid, 15,2 g (0,10 mol) 99,1% reinem 1,1-Cyclohexandimethanol, das in dem Herstellungsbeispiel 1 erhalten wurde, und 2,14 g (0,036 mol) 95% reinem Kaliumhydroxid befüllt. Sickstoffgas wurde unter Rühren für ungefähr 60 Minuten geströmt, um das Innere des Behälters mit Stickstoff zu ersetzen. Das Reaktionsgefäß wurde im Anschluss verschlossen und das Gefäß mit Acetylengas unter einem Druck von 1,8 kg/cm2 (177 kPa) befüllt. Die Temperatur wurde anschließend schrittweise erhöht, während der Druck am Manometer auf 1,8 kg/cm2 (177 kPa) gehalten wurde. Eine Kontrolle wurde durchgeführt, damit die Innentemperatur des Reaktionsgefäßes 100°C nicht überschritt. Die Reaktion wurde für ungefähr 2 Stunden und 30 Minuten durchgeführt. Während dieser Zeit wurde Acetylengas sequentiell eingefüllt, um den Innendruck des Reaktionsgefäßes konstant bei 1,8 kg/cm2 (177 kPa) zu halten. Nach Beendigung der Reaktion wurde das verbleibende Acetylengas gespült, um 118,8 g der Reaktionslösung zu erhalten. Als Ergebnis der Gaschromatographie der Reaktionslösung ereignete sich die Umsetzung des 1,1-Cyclohexandimethanols quantitativ. Die Selektivität bzw. Reinheit des erwünschten 1,1-Cyclohexandimethanols betrug 98,2%
- Das Reaktionslösungsmittel wurde anschließend von der Reaktionslösung entfernt, anschließend wurde die Lösung unter Vakuum (0,2 kPa) destilliert, um die Fraktion, die bei 75°C bis 76°C erhalten wurde, mit 16,9 g zu sammeln. Die so erhaltene Fraktion wurde mittels NMR analysiert. Als Ergebnis war die Fraktion 1,1-Bis[(ethenyloxy)methyl]cyclohexan der nachstehend aufgeführten Formel (Reinheit 98,9% mittels Gaschromatographie, Ausbeute 81,5%).
- Die Ergebnisse der NMR Bestimmung des so erhaltenen 1,1-Bis[(ethenyloxy)methyl]cyclohexans sind nachstehend aufgeführt:
1H-NMR (CDCl3, TMS, 400 MHz): δ ppm 1,45 (s, 10H; e, f, g), 3,57 (s, 4H; c) 3,94 (dd, 2H, J = 6,8, 1,9 Hz; Ha1), 4,17 (dd, 2H, J = 14,3, 1,9 Hz, Ha2), 6,46 (dd, 2H, J = 14,3, 6,8 Hz; Hb).
13C-NMR (CDCl3, 100 MHz): δ ppm 21,4 (e oder f), 26,2 (g), 29,8 (e oder f), 37,6 (d), 70,9 (c), 85,9 (a), 152,4 (b). - Anwendungsbeispiel 1
- Das in Beispiel 1 erhaltene 1,1-Bis[(ethenyloxy)methyl]cyclohexan wurde für eine Polymerisation wie nachstehend aufgeführt verwendet:
Als Polymerisationsstarter und Lewissäure wurde HCl/ZnCl2 verwendet. 4,0 ml der 1,1-Bis[(ethenyloxy)methyl]cyclohexanlösung, 0,5 ml einer 0,18% HCl Lösung und 0,5 ml einer ZnCl2 Lösung wurden in dieser Reihenfolge in einen Schlenkkolben mit einer Spritze eingespeist, um die Polymerisation zu starten. Die Polymerisation wurde in Methylenchlorid bei – 30°C, mit einer Monomerkonzentration von 0,15 mol/Liter, einer HCl Konzentration von 5,0 mmol/Liter und einer ZnCl2 Konzentration von 2,0 mmol/Liter durchgeführt. Die Polymerisation wurde nach 20 Minuten, als die Polymerisierungsrate 100% erreichte, durch Zugabe von Methanol zu dem Polymerisierungssystem gestoppt, das eine geringe Menge wässrigen Ammoniaks enthielt. - Die Lösung wurde nach dem Abstoppen der Polymerisation in einen Scheidetrichter überführt, mit Methylenchlorid verdünnt, und dreimal mit einer wässrigen Natriumchlorid gesättigten Lösung gewaschen. Das Lösungsmittel wurde von der organischen Schicht anschließend mit einem Evaporator entfernt und die Schicht wurde unter Vakuum getrocknet, um das Produktpolymer zu erhalten.
- Dieses Polymer wurde mit Methanol zur weiteren Reinigung dekantiert. Das zahlenmäßige durchschnittliche Molekulargewicht Mn des so erhaltenen Polymers betrug 3800 und die Molekulargewichtverteilung MW/Mn war 1,65.
- Das in Anwendungsbeispiel 1 erhaltene Divinyletherhomopolymer wurde als ein Material zur Verwendung als Tinte benutzt, wobei geringer Geruch, geringe Flüchtigkeit, geringe Hautirritabilität und geringe Toxizität bestätigt wurden und darüber hinaus eine hohe Glasübergangstemperatur bestätigt wurde.
- Die überlegene Leistungsfähigkeit wurde somit dargelegt.
- Das in Anwendungsbeispiel 1 erhaltene Divinyletherhomopolymer wurde als Material zur Verwendung als elektronisches Material benutzt, wobei geringer Geruch, geringe Flüchtigkeit, geringe Hautirritabilität und geringe Toxizität bestätigt wurden und darüber hinaus eine hohe Glasübergangstemperatur bestätigt wurde. Die überlegene Leistungsfähigkeit wurde somit dargelegt.
- Industrielle Anwendbarkeit
- Das erfindungsgemäße 1,1-Bis[(ethenyloxy)methyl]cyclohexan wird polymerisiert, um ein Divinyletherhomopolymer zu bilden, das die überlegene Leistungsfähigkeit einer hohen Glasübergangstemperatur zeigt, und darüber hinaus eine überlegene Härtbarkeit, Substrathaftvermögen und Transparenz und ebenso eine überlegene Temperaturwiderstandsfähigkeit zeigt, wodurch es als ein Ausgangsmaterial für eine Anwendung als Tinte, wie beispielsweise Tinte und Farbe, und als Ausgangsmaterialien für elektronische Materialien, wie beispielsweise Resists, Farbfilter, Haftmittel, Plattenherstellungsmaterialien, Dichtungsmittel und zur Bilderzeugung usw., von Nutzen ist.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- WO 2005/005456 A [0015]
Claims (4)
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das aprotische polare Lösungsmittel ausgewählt ist unter Dimethylsulfoxid, N-Methylpyrrolidon, N,N'-Dimethylethylenharnstoff, N,N'-Dimethylpropylenharnstoff, N,N'-Diethylethylenharnstoff, N,N'-Diisopropylethylenharnstoff, N,N,N',N',N'',N''-Hexamethylphosphortriamid, 1,3,4-Trimethyl-2-imidazolidinon, Diethylenglykoldimethylether, Triethylenglykoldimethylether, Tetraethylenglykoldimethylether und Polyethylenglykoldimethylether.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Reaktion bei einer Temperatur von 80°C bis 180°C und einem Acetylendruck (Manometerdruck) von 0,01 MPa oder mehr durchgeführt wird.
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