JP2002537304A - β亜燐酸ニトロキシドから得られるアルコキシアミン - Google Patents
β亜燐酸ニトロキシドから得られるアルコキシアミンInfo
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Abstract
Description
られる置換基を3つ有するα,β,β−ヒドロキシルアミン(以下、β亜燐酸ニ
トロキシドまたはアルコキシアミンという)に関するものである。
)から得られるようなアルコキシアミンを高分子の製造で用いる方法は多くの刊
行物に記載されている。 Hawker C.J.達(高分子、1996年、第29巻、5245−52
54頁)には、(2,2,6,6,−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシ)
メチルベンゼンのようなTEMPOから得られるアルコキシアミンをスチレンの
ラジカル重合開始剤として重合制御に使用し、多分散指数の低い厳密に定義され
たポリマーを得る方法が開示されている。さらに、AIBNまたはベンゾイルペ
ルオキシド等の従来の開始剤をTEMPOの存在下で使用した時に得られる速度
とほぼ同じ重合速度であることも確認している。
重合可能な少なくとも一種のモノマーの(共)重合開始剤として使用することに
よって多分散性を正確に制御でき、しかも、(共)重合速度を速くすることがで
きることを見出した。
アリール基または炭素数1〜10のアラルキル基を表し、互いに同一でも異なっ
ていてもよく、あるいは、R1とR2とが互いに結合してR1およびR2を含む炭素
原子の環を形成し、この環はR1およびR2の炭素原子を含めて炭素数が3〜8で
あり、 R3は直鎖または分岐鎖の飽和または不飽和の炭素数が1〜30の炭化水素基
を表し、少なくとも1つの環を含むことができ、 R4およびR5は炭素数1〜20の直鎖または分岐鎖のアルキル基、シクロアル
キル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシル基、アラルキルオキシル
基、ペルフルオロアルキル基、アラルキル基またはチオアルキル基を表し、互い
に同一でも異なっていてもよく、あるいはR4とR5とが互いに結合して燐原子を
含む環を形成し、この複素環は炭素数が2〜6で、1つ以上の酸素または硫黄原
子をさらに含むことができ、 Zは下記化学式の基である:
のアルキル基、炭素数3〜12のフェニル基、ベンジル基、シアノ基またはシク
ロアルキル基、−(CH2)n−C(O)OR9基(ここで、R9は炭素数1〜6
の直鎖または分岐鎖のアルキル基を表し、n=0〜6)を表し、互いに同一でも
異なっていてもよい)〕
H3)3C−、R4=R5=CH3CH2O−、Z=C6H5CH2−、(CH3)2C(
CN)−(R6=R7=CH3−、R8=NC−)、CH3OC(O)C(CH3)2
−(R6=R7=CH3−、R8=−(CH2)nC(O)OR9(ここでn=0、R9 =−CH3);CH3OC(O)CH(CH3)−(R6=H、R7=CH3−、R8
=−(CH2)nC(O)OR9(ここでn=0およびR9=−CH3);C6F13−
、C6H5CH(CH3)−、C6H5C(CH3)2−、C6H12−およびCH3(C
H2)5−である化合物である。
的な方法は炭素を含むラジカルとニトロキシドラジカルとのカップリングを含む
。この炭素を含むラジカルZ・は文献に記載の種々の方法、例えばアゾ化合物の
分解、適当な基材からの水素原子の除去、オレフィンへのラジカルの付加で発生
させることができる。このラジカルZ・は有機金属化合物、例えばHawker
C.J.達の高分子、1996年、第29巻、5245−5254頁に記載の
有機マグネシウム成分Z−MgXから発生させるか、Doctra Gresz
ta達の高分子、1996年、第29巻、7661−7670頁に記載のATR
A(原子移動ラジカル付加)反応でCuCl/ビピリジン等の有機金属系の存在
下でのハロ誘導体Z−Xから発生させることもできる。
はATRA反応を含む方法である。この方法は、CuBr/ビピリジン等の有機
金属触媒系の存在下および溶媒媒体中で原子または原子団を別の分子に移動させ
ることにある。 一般に用いられる操作ではCuBr/ビピリジン等の有機金属錯体を有機溶媒
、好ましくはベンゼンまたはトルエン等の芳香族溶媒に溶解し、次いでこの溶液
に化合物ZXとβ亜燐酸ニトロキシドとを導入する。次いで、反応混合物を20
〜70℃の温度で少なくとも48時間またはそれ以上攪拌する。次いで、沈殿物
を濾過し、エーテル等の溶媒で洗浄した後、5重量%のCuSO4水溶液、次い
で水で洗浄する。 MgSO4で乾燥させた後、溶媒を減圧蒸発させる。
重結合を有する任意のモノマーを(共)重合するのに用いることができる。(共
)重合はモノマーを考慮に入れて当業者に公知の通常の条件下で行う。モノマー
は芳香族ビニルモノマー(スチレンまたは置換スチレン)、ジエン、アクリルモ
ノマー、例えばメチルアクリレートまたはブチルアクリレートまたはメタクリル
モノマーにすることができる。塩化ビニル、二フッ化ビニリデンまたはアクリロ
ニトリル等のモノマーにすることもできる。 アルコキシアミン(1)は用いるモノマーの0.005〜5重量%の比率で(
共)重合媒体に導入でするのが有利である。
2,2−ジメチル−1−(1,1−ジメチルエチルアミノ)プロピルホスホネー
トをメタクロロ過安息香酸を用いて酸化することで得られる。得られた化合物は
元素分析および1H、13C、31Pおよび19F NMRで特徴付けた。 NMRスペクトルはBruker AC100で得た(1H、100MHz;31 P,40.53MHz;19F,94.22MHz;13C、25.18MHz)。 化学シフトδはプロトンおよび炭素の場合はテトラメチルシラン(内部基準)
に対して、燐の場合は85%H3PO4(外部基準)に対して、フッ素の場合はト
リフルオロ酢酸に対してのppmで示す。
−1−フェニルエチルヒドロキシルアミン(1)の合成 :
7gのCuBr4(4mmol)と、1.25gの2,2−ビピリジン(8mm
ol)とを導入する。0.74gの(1−ブロモ−エチル)ベンゼン(4mmo
l)と、0.68gの86%DEPN(2mmol)を9mlの無水トルエンに
溶解したものとを添加する。この混合物を室温で48時間攪拌下で反応させる。
反応混合物をシーライト(celite)に通して濾過する。濾液を5%硫酸銅水溶液、
次いで水で洗浄する。有機相を硫酸マグネシウム上で乾燥させ、次いで溶媒を蒸
発させる。シリカカラムクロマトグラフィーで生成物を精製する(溶離剤として
6/4ペンタン/エーテルを用いる)。2つのジアステレオ異性体の形で0.7
5gの化合物(1)(収率=95%)が得られる。ジアステレオ異性体の比は6
4/36(23.14および24.36ppm(I/II=64/36)でのシ
グナルを積分して粗混合物の31Pスペクトルで求めた)。 分析結果は下記の通り:
−ベンジル−ヒドロキシルアミン(2)の合成 :
mol)、CuBr(0.86g、6mmol)、2,2−ビピリジン(1.8
7g,12mmol)、72%DEPN(1.23g,3mmol)、ベンゼン
(16ml)である。シリカカラムクロマトグラフィー(7/3ペンタン/酢酸
エチル溶離剤)で生成物を精製する。融点が68〜70℃の白色固体の形で0.
46gの化合物(2)(収率=40%)が得られる。 分析結果は下記の通り:
−1−シアノ−1−メチルエチルヒドロキシルアミン(3)の合成 :
ピオニトリル(0.89g、6mmol)、CuBr(0.86g、6mmol
)、2,2−ビピリジン(1.87g,12mmol)、72%DEPN(1.
23g,3mmol)、ベンゼン(16ml)である。シリカカラムクロマトグ
ラフィー(5/5ペンタン/酢酸エチル溶離剤)で生成物を精製する。0.77
gの化合物(3)(収率=73%)が得られる。 2−ブロモ−2−メチルプロピオニトリルはイソブチロニトリルをN−ブロモ
コハク酸イミドで臭素化し、CCl4を還流して調製する。 分析結果は下記の通り:
−1−メトキシカルボニルメチルエチルヒドロキシルアミン(4)の合成 :
(1g、6mmol)、CuBr(0.86g、6mmol)、2,2−ビピリ
ジン(1.87g,12mmol)、86%DEPN(1.08g,3mmol
)、ベンゼン(16ml)である。シリカカラムクロマトグラフィー(5/5ペ
ンタン/酢酸エチル溶離剤)で生成物を精製する。1.07gの化合物(4)が
56/44の比の2つのジアステレオ異性体の形で得られる(収率=93%)。 56/44の比のジアステレオ異性体の比は23.55および22.96pp
m(I/II=56/44)でのシグナルを積分して粗混合物の31Pスペクトル
で求めた。 分析結果は下記の通り:
−1−メチル−1−メトキシカルボニルエチルヒドロキシルアミン(5)の合成 :
ロピオネート(1.09g、6mmol)、CuBr(0.86g、6mmol
)、2,2−ビピリジン(1.87g,12mmol)、86%DEPN(1.
08g,3mmol)、ベンゼン(16ml)である。シリカカラムクロマトグ
ラフィー(5/5ペンタン/酢酸エチル溶離剤)で生成物を精製する。0.47
gの化合物(5)(収率=43%)が得られる。 2−ブロモ−2−メチルプロピオネートはメタノールを2−ブロモ−2−メチ
ルプロピオニル臭化物と反応させて調製する。
−1−ペルフルオロへキシルヒドロキシルアミン(6)の合成 :
オロへキシル沃化物(1.34g、3mmol)、CuBr(0.43g、3m
mol)、2,2−ビピリジン(0.94g,6mmol)、72%DEPN(
0.61g,1.5mmol)、ベンゼン(10ml)である。シリカカラムク
ロマトグラフィー(7/3ペンタン/酢酸エチル溶離剤)で生成物を精製する。
0.50gの化合物(6)が得られる。 分析結果は下記の通り:
−1−へキシルヒドロキシルアミン(7)の合成 :
DEPN(3.3mmol)と、ナトリウム/ベンゾフェノンを用いて予備蒸留
したTHF30mlとを導入する。この溶液を−90℃まで冷却し、0.6ml
の2.5Mヘキシルリチウムヘキサン(1.5mmol)溶液を隔壁を介するシ
リンジによって一滴ずつ添加する。反応混合物を緩やかに室温に戻し、次いで飽
和NH4Cl溶液で加水分解する。この水相をエーテルを用いて3回抽出する。
抽出された有機相を合わせて硫酸マグネシウムで乾燥させ、次いで溶媒を蒸発さ
せる。シリカカラムクロマトグラフィーで75/25ペンタン/酢酸エチル溶離
剤を用いて生成物を精製する。0.36gの化合物(7)(収率=59%)が得
られる。
−シクロへキシルヒドロキシルアミン(8)の合成 :
.3mmol)、シクロヘキシルマグネシウム臭化物(0.75mlの2Mエー
テル溶液、1.5mmol)、THF(30ml)である。シリカカラムクロマ
トグラフィー(75/25ペンタン/エーテル溶離剤)で生成物を精製する。0
.42gの化合物(8)(収率=75%)が白色固体の形で得られる。
チルプロピル−O−1−フェニルエチルヒドロキシルアミン(1)のスチレン重 合開始剤として使用 :反応成分 : スチレンは減圧下で予め蒸留する。重合 : ガス入口を備えた三つ口フラスコにスチレン(4.93gすなわち0.047
mol)と化合物(1)(0.0952gすなわち2,38×10-4mmol)
とを導入する。次いで、混合物をアルゴンをバブリングして20分間脱気した後
、サーモスタットで維持される油浴中で123℃に加熱する。反応全体を通して
、媒体は不活性雰囲気下で磁気棒で攪拌する。脱気されたシリンジを用いて一定
間隔でサンプルを取る。
ー(SEC)で測定した。 クロマトグラムはSP8810ポンプ、Shodex RE−61RI示差屈
折計と2つのPigel混合Dカラム(溶離剤:THF、30℃)を備えたSpec
tra physics を用いて記録した。較正は標準ポリスチレンのサンプルを用いて行
った。 変換率はサンプルの乾燥固形分を測定して求めた。 全変換率での理論量は常にMnth=19800g/molである。 結果は〔表1〕に示す。
数で表している。 各点が正確に直線上に整合し、多分散指数(Ip)は低い。この特徴はラジカ
ル重合が良く制御されていることを表している。
アリール基または炭素数が10以下のアラルキル基を表し、互いに同一でも異な
っていてもよく、あるいは、R1とR2とが互いに結合してR1およびR2の炭素原
子を含む環を形成し、この環の炭素数はR1およびR2の炭素原子を含めて3〜8
であり、 R3は直鎖または分岐鎖の飽和または不飽和の炭素数が1〜30の炭化水素基
を表し、少なくとも1つの環を含むことができ、 R4およびR5は炭素数1〜20の直鎖または分岐鎖のアルキル基、シクロアル
キル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシル基、アラルキルオキシル
基、ペルフルオロアルキル基、アラルキル基またはチオアルキル基を表し、互い
に同一でも異なっていてもよく、あるいはR4とR5とが互いに結合して燐原子を
含む複素環を形成し、この複素環は炭素数が2〜6で、1つ以上の酸素または硫
黄原子をさらに含むことができ、 ZはCF3(CF2)5−、(CH3)2C(CN)−または下記残基である:
12のシクロアルキル基、−(CH2)n−C(O)OR9基(ここで、R9は炭
素数1〜6の直鎖または分岐鎖のアルキル基を表し、n=0〜6)を表し、互い
に同一でも異なっていてもよい)〕
アリール基または炭素数が10以下のアラルキル基を表し、互いに同一でも異な
っていてもよく、あるいは、R1とR2とが互いに結合してR1およびR2を含む炭
素原子の環を形成し、この環はR1およびR2の炭素原子を含めて炭素数が3〜8
であり、 R3は直鎖または分岐鎖の飽和または不飽和の炭素数が1〜30の炭化水素基
を表し、少なくとも1つの環を含むことができ、 R4およびR5は炭素数1〜20の直鎖または分岐鎖のアルキル基、シクロアル
キル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシル基、アラルキルオキシル
基、ペルフルオロアルキル基、アラルキル基またはチオアルキル基を表し、互い
に同一でも異なっていてもよく、あるいはR4とR5とが互いに結合して燐原子を
含む環を形成し、この複素環は炭素数が2〜6で、1つ以上の酸素または硫黄原
子をさらに含むことができ、 ZはCF3(CF2)5−、(CH3)2C(CN)−または下記化学式の基である
:
−(CH2)n−C(O)OR9基(ここで、R9は炭素数1〜6の直鎖または分
岐鎖のアルキル基を表し、n=0〜6)を表し、互いに同一でも異なっていても
よい)〕
H3)3C−、R4=R5=CH3CH2O−、Z=(CH3)2C(CN)−(R6=
R7=CH3−、R8=NC−)、CH3OC(O)C(CH3)2−(R6=R7=C
H3−、R8=−(CH2)nC(O)OR9(ここでn=0、R9=−CH3);C
H3OC(O)CH(CH3)−(R6=H、R7=CH3−、R8=−(CH2)n
C(O)OR9(ここでn=0およびR9=−CH3);C6F13−である化合物であ
る。
素数1〜10の直鎖または分岐鎖のアルキル基、フェニル基またはベンジル基を 表し、互いに同一でも異なっていてもよい化学式(I)のアルコキシアミン はラ
ジカル重合可能な炭素−炭素二重結合を有する任意のモノマーを(共)重合する
のに用いることができる。化学式(I)の中で好まし化合物はR1=H、R2=R 3=(CH3)3C−、R4=R5=CH3CH2O−で、ZがC6H5CH2−、(CH 3)2C(CN)−、CH3OC(O)C(CH3)2−、CH3OC(O)CH(C H3)−、C6F13−、C6H5CH(CH3)−、C6H5C(CH3)2−、C6H1 2−およびCH3(CH2)5−の中の1つの基に対応する化合物である。 (共)重
合はモノマーを考慮に入れて当業者に公知の通常の条件下で行う。モノマーは芳
香族ビニルモノマー(スチレンまたは置換スチレン)、ジエン、アクリルモノマ
ー、例えばメチルアクリレートまたはブチルアクリレートまたはメタクリルモノ
マーにすることができる。塩化ビニル、二フッ化ビニリデンまたはアクリロニト
リル等のモノマーにすることもできる。 アルコキシアミン(1)は用いるモノマーの0.005〜5重量%の比率で(
共)重合媒体に導入でするのが有利である。
Claims (17)
- 【請求項1】 下記化学式(I)の化合物: 【化1】 〔ここで、 R1およびR2は水素原子、炭素数1〜10の直鎖または分岐鎖のアルキル基、
アリール基または炭素数1〜10のアラルキル基を表し、互いに同一でも異なっ
ていてもよく、あるいは、R1とR2とが互いに結合してR1およびR2の炭素原子
を含む環を形成し、この環の炭素数はR1およびR2の炭素原子を含めて3〜8で
あり、 R3は直鎖または分岐鎖の飽和または不飽和の炭素数が1〜30の炭化水素基
を表し、少なくとも1つの環を含むことができ、 R4およびR5は炭素数1〜20の直鎖または分岐鎖のアルキル基、シクロアル
キル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシル基、アラルキルオキシル
基、ペルフルオロアルキル基、アラルキル基またはチオアルキル基を表し、互い
に同一でも異なっていてもよく、あるいはR4とR5とが互いに結合して燐原子を
含む複素環を形成し、この複素環は炭素数が2〜6で、1つ以上の酸素または硫
黄原子をさらに含むことができ、 ZはCF3(CF2)5−、(CH3)2C(CN)−または下記残基である: 【化2】 (ここで、R6、R7およびR8は水素原子、シアノアルキル基または炭素数3〜
12のシクロアルキル基、−(CH2)n−C(O)OR9基(ここで、R9は炭
素数1〜6の直鎖または分岐鎖のアルキル基を表し、n=0〜6)を表し、互い
に同一でも異なっていてもよい)〕 - 【請求項2】 R1=H、R2=R3=(CH3)3C−、R4=R5=CH3CH2
O−であり、Zが(CH3)2C(CN)−、CH3OC(O)C(CH3)2−、
CH3OC(O)CH(CH3)−およびC6F13−の中の1つの基に対応する請
求項1に記載の化合物。 - 【請求項3】 N−tert-ブチル−N−1‐ジエチルホスホノ−2,2−ジメ
チルプロピル−O−1−シアノ−1−メチルエチルヒドロキシルアミン: 【化3】 - 【請求項4】 N−tert-ブチル−N−1‐ジエチルホスホノ−2,2−ジメ
チルプロピル−O−1−メチル−1−メトキシカルボニルエチルヒドロキシルア
ミン: 【化4】 - 【請求項5】 N−tert-ブチル−N−1‐ジエチルホスホノ−2,2−ジメ
チルプロピル−O−1−メトキシカルボニルエチルヒドロキシルアミン: 【化5】 - 【請求項6】 N−tert-ブチル−N−1‐ジエチルホスホノ−2,2−ジメ
チルプロピル−O−1−ペルフルオロヘキシルヒドロキシルアミン: 【化6】 - 【請求項7】 少なくとも一種のモノマーのラジカル(共)重合における重合
開始剤としての下記化学式(I)の化合物の使用: 【化7】 〔ここで、 R1およびR2は水素原子、炭素数1〜10の直鎖または分岐鎖のアルキル基、
アリール基または炭素数1〜10のアラルキル基を表し、互いに同一でも異なっ
ていてもよく、あるいは、R1とR2とが互いに結合してR1およびR2を含む炭素
原子の環を形成し、この環はR1およびR2の炭素原子を含めて炭素数が3〜8で
あり、 R3は直鎖または分岐鎖の飽和または不飽和の炭素数が1〜30の炭化水素基
を表し、少なくとも1つの環を含むことができ、 R4およびR5は炭素数1〜20の直鎖または分岐鎖のアルキル基、シクロアル
キル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシル基、アラルキルオキシル
基、ペルフルオロアルキル基、アラルキル基またはチオアルキル基を表し、互い
に同一でも異なっていてもよく、あるいはR4とR5とが互いに結合して燐原子を
含む複素環を形成し、この複素環は炭素数が2〜6で、1つ以上の酸素または硫
黄原子をさらに含むことができ、 ZはCF3(CF2)5−、炭素数3〜12のシクロアルキル基または下記化学
式の基である: 【化8】 (ここで、R6、R7およびR8は水素原子、炭素数1〜10の直鎖または分岐鎖
のアルキル基、炭素数3〜12のフェニル基、ベンジル基、シアノ基またはシク
ロアルキル基、−(CH2)n−C(O)OR9基(ここで、R9は炭素数1〜6
の直鎖または分岐鎖のアルキル基を表し、n=0〜6)を表し、互いに同一でも
異なっていてもよい)〕 - 【請求項8】 R1=H、R2=R3=(CH3)3C−、R4=R5=CH3CH2
O−であり、ZがC6H5CH2−、(CH3)2C(CN)−、CH3OC(O)C
(CH3)2−、CH3OC(O)CH(CH3)−、C6F13−、C6H5CH(C
H3)−、C6H5C(CH3)2−、C6H12−およびCH3(CH2)5−の中の1
つの基に対応する式(I)の化合物の請求項7に記載の使用。 - 【請求項9】 N−tert-ブチル−N−1‐ジエチルホスホノ−2,2−ジメ
チルプロピル−O−1−フェニルエチルヒドロキシルアミンの請求項7または8
に記載の使用: 【化9】 - 【請求項10】 N−tert-ブチル−N−1‐ジエチルホスホノ−2,2−ジ
メチルプロピル−O−ベンジルヒドロキシルアミンの請求項7または8に記載の
使用: 【化10】 - 【請求項11】 N−tert-ブチル−N−1‐ジエチルホスホノ−2,2−ジ
メチルプロピル−O−1−シアノ−1−メチルエチルヒドロキシルアミンの請求
項7または8に記載の使用: 【化11】 - 【請求項12】 N−tert-ブチル−N−1‐ジエチルホスホノ−2,2−ジ
メチルプロピル−O−1−メチル−1−メトキシカルボニルエチルヒドロキシル
アミンの請求項7または8に記載の使用: 【化12】 - 【請求項13】 N−tert-ブチル−N−1‐ジエチルホスホノ−2,2−ジ
メチルプロピル−O−1−メトキシカルボニルエチルヒドロキシルアミンの請求
項7または8に記載の使用: 【化13】 - 【請求項14】 N−tert-ブチル−N−1‐ジエチルホスホノ−2,2−ジ
メチルプロピル−O−1−ペルフルオロヘキシルヒドロキシルアミンの請求項7
または8に記載の使用: 【化14】 - 【請求項15】 N−tert-ブチル−N−1‐ジエチルホスホノ−2,2−ジ
メチルプロピル−O−1−ヘキシルヒドロキシルアミンの請求項7または8に記
載の使用: 【化15】 - 【請求項16】 N−tert-ブチル−N−1‐ジエチルホスホノ−2,2−ジ
メチルプロピル−O−シクロヘキシルヒドロキシルアミンの請求項7または8に
記載の使用: 【化16】 - 【請求項17】 重合可能なモノマーがスチレン、メチルアクリレートまたは
ブチルアクリレートである請求項7〜16のいずれか一項に記載の使用。
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