JP2005519155A - イソブテンポリマーの製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、開始剤としてのシクロペンテン−誘導体の使用下でのイソブテンポリマーの製造方法並びに該方法により得られることができるイソブテンポリマー及びその特定の官能化生成物に関する。

Description

本発明は、イソブテンポリマーの製造方法並びに該方法により得られることができるイソブテンポリマー及びその特定の官能化生成物に関する。
イソブテンのホモポリマー及びコポリマーは多岐にわたり、例えば燃料−及び潤滑剤−添加剤の製造のため、エラストマーとして、接着剤又は接着剤原料として又はパッキング−及びシーリング材料の基礎成分として使用される。
イソブテンのリビングカチオン重合によるイソブテンポリマーの製造は公知である。使用される開始剤系は、通例、ルイス酸及びルイス酸とカルボカチオン又はカチオノゲン錯体を形成する有機化合物を含む。
例えばパッキング−及びシーリング材料へ又は接着剤(原料)へさらに加工するために特に適しているイソブテンポリマーはテレケリック(telechel)であり、すなわちこれらは2つ又はそれ以上の反応性末端基を有する。これらの末端基はさらに官能化されていてよいとりわけ炭素−炭素−二重結合であるか、又は停止剤で官能化されている基である。例えば、EP-A 722 957には、少なくとも二官能性の開始剤、例えばジクミルクロリドの使用下でのテレケリックなイソブテン−ポリマーの製造が記載されている。公知方法にとって不利であるのは、記載された芳香族開始剤がインダニル−又はジインダン基へと反応しうることであり(Cr. Pratrap, S.A. Mustafa, J.P. Heller, J. Polym. Sci. Part A, Polym. Chem. 1993, 31, 2387-2391頁参照)、このことは定義されたテレケリックなイソブテンポリマーの標的合成を妨げる。
本発明の課題は、故に、定義されたイソブテンポリマー、好ましくはテレケリックなイソブテンポリマーが単純な開始剤系を用いて得られることができる方法を提供することであった。
該課題は、
a)イソブテン及び
b)式I
Figure 2005519155
[式中、
Xはハロゲン、C〜C−アルコキシ又はC〜C−アシルオキシを表し、かつ
nは1、2又は3を表す]で示される化合物を、
c)ルイス酸
の存在で反応させることによる、イソブテンポリマーの製造方法により解決される。
ハロゲンは好ましくは塩素、臭素又はヨウ素及び特に塩素を表す。
適しているアルコキシ基は、例えばメトキシ、エトキシ、プロポキシ及びブトキシであり;適しているアシルオキシ基は、アセチルオキシ、プロピオニルオキシ及びブチロキシを含む。
式I中で、Xは好ましくはハロゲン、特に塩素を表す。nは好ましくは1又は2、特に1を表す。
式Iの化合物は特に好ましくは3−クロロシクロペンテンである。この化合物は、本来公知であり、かつシクロペンタジエンと塩化水素との反応により製造されることができる、Moffett, Org. Synth. Col.IV, 1969, 238参照。
ルイス酸として、電子対ギャップを有する共有結合形の金属ハロゲン化物及び半金属ハロゲン化物が考慮される。そのような化合物は当業者に、例えばJ.P. Kennedy他から、US 4,946,889、US 4,327,201、US 5,169,914、EP-A-206 756、EP-A-265 053において並びに包括的にJ.P. Kennedy, B. Ivan, "Designed Polymers by Carbocationic Macromolecular Engineering", Oxford University Press, New York, 1991において公知である。これらは、通例、チタン、スズ、アルミニウム、バナジウム又は鉄のハロゲン化合物並びにホウ素のハロゲン化物の中から選択されている。塩化物が好ましく、かつアルミニウムの場合にはモノアルキルアルミニウムジクロリド及びジアルキルアルミニウムクロリドも好ましい。好ましいルイス酸は四塩化チタン、三塩化ホウ素、三フッ化ホウ素、四塩化スズ、三塩化アルミニウム、五塩化バナジウム、三塩化鉄、アルキルアルミニウムジクロリド及びジアルキルアルミニウムクロリドである。特に好ましいルイス酸は四塩化チタン、三塩化ホウ素及び三フッ化ホウ素及び特に四塩化チタンである。
重合を電子供与体の存在で実施することが有用であることが判明している。電子供与体として、窒素、酸素又は硫黄原子上にある遊離電子対を有する非プロトン性有機化合物が考慮される。好ましい供与体化合物は、ピリジン類、例えばピリジン自体、2,6−ジメチルピリジン並びに立体障害ピリジン類、例えば2,6−ジイソプロピルピリジン及び2,6−ジ−t−ブチルピリジン;アミド、特に脂肪族又は芳香族のカルボン酸のN,N−ジアルキルアミド、例えばN,N−ジメチルアセトアミド;ラクタム、特にN−アルキルラクタム、例えばN−メチルピロリドン;エーテル、例えばジアルキルエーテル、例えばジエチルエーテル及びジイソプロピルエーテル、環式エーテル、例えばテトラヒドロフラン;アミン、特にトリアルキルアミン、例えばトリエチルアミン;エステル、特に脂肪族C〜C−カルボン酸のC〜C−アルキルエステル、例えば酢酸エチル;チオエーテル、特にジアルキルチオエーテル又はアルキルアリールチオエーテル、例えばメチルフェニルスルフィド;スルホキシド、特にジアルキルスルホキシド、例えばジメチルスルホキシド;ニトリル、特にアルキルニトリル、例えばアセトニトリル及びプロピオニトリル;ホスフィン、特にトリアルキルホスフィン又はトリアリールホスフィン、例えばトリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリ−n−ブチルホスフィン及びトリフェニルホスフィン及び酸素を介して結合された少なくとも1つの有機基を有する重合性ではない非プロトン性有機ケイ素化合物の中から選択されている。
前記の供与体の中では、ピリジン及び立体障害ピリジン−誘導体並びに特に有機ケイ素化合物が好ましい。
好ましいそのような有機ケイ素化合物は一般式III:
Si(OR4−n (III)
[式中、nは1、2又は3を表し、
は同じか又は異なっていてよく、かつ互いに独立してC〜C20−アルキル、C〜C−シクロアルキル、アリール又はアリール−C〜C−アルキルを表し、その際に後の3つの基は1つ又はそれ以上のC〜C10−アルキル基を置換基として有していてよく、かつ
は同じか又は異なり、かつC〜C20−アルキルを表すか、又はnが1又は2を表す場合には2つの基Rは一緒になってアルキレンを表してよい]で示される化合物である。
式III中でnは好ましくは1又は2を表す。Rは、好ましくはC〜C−アルキル基及び特に分枝鎖状の又は第二級炭素原子を介して結合されたアルキル基、例えばイソプロピル、イソブチル、2−ブチル、又は5−、6−もしくは7員のシクロアルキル基又はアリール基を表す。変数Rは、好ましくはC〜C−アルキル基を表すか、又はフェニル基、トリル基又はベンジル基を表す。
そのような好ましい化合物の例は、ジメトキシジイソプロピルシラン、ジメトキシイソブチルイソプロピルシラン、ジメトキシジイソブチルシラン、ジメトキシジシクロペンチルシラン、ジメトキシイソブチル−2−ブチルシラン、ジエトキシイソブチルイソプロピルシラン、トリエトキシトルイルシラン、トリエトキシベンジルシラン及びトリエトキシフェニルシランである。
ルイス酸は、開始剤錯体の形成に十分である量で使用される。ルイス酸対開始剤のモル比は一般的に10:1〜1:10、特に1:1〜1:4及び殊に1:1.5〜1:4である。
本発明による方法のためのイソブテン−装入物質として、イソブテン自体並びにイソブテン含有のC−炭化水素流、例えばC−ラフィネート、イソブテン−脱水素からのC−留分、スチームクラッカー、FCC−クラッカー(FCC: Fluid Catalyzed Cracking)からのC−留分が、その中に含まれている1,3−ブタジエンが大幅に除去されている限り、適している。本発明による適しているC−炭化水素流は、通例、ブタジエン500ppm未満、好ましくは200ppm未満を含有する。装入材料としてのC−留分の使用の際に、イソブテンとは異なる炭化水素が不活性溶剤の役割を引き受ける。
イソブテン及びイソブテンとカチオン重合条件下で共重合可能であるオレフィン系不飽和モノマーのモノマー混合物も反応されることができる。本発明による方法は、そのうえカチオン重合条件下で重合可能なエチレン系不飽和コモノマーとのイソブテンのブロック共重合に適している。イソブテンと適しているコモノマーとのモノマー混合物が重合されるべきである限り、モノマー混合物は、好ましくは80質量%を上回る、特に90質量%を上回る及び特に好ましくは95質量%を上回るイソブテン及び20質量%未満、好ましくは10質量%未満及び特に5質量%未満のコモノマーを含有する。
共重合可能なモノマーとして、ビニル芳香族化合物、例えばスチレン及びα−メチルスチレン、C〜C−アルキルスチレン、例えば2−、3−及び4−メチルスチレン並びに4−t−ブチルスチレン、炭素原子5〜10個を有するイソオレフィン、例えば2−メチルブテン−1、2−メチルペンテン−1、2−メチルヘキセン−1、2−エチルペンテン−1、2−エチルヘキセン−1及び2−プロピルヘプテン−1が考慮される。コモノマーとしてさらに、シリル基を有するオレフィン、例えば1−トリメトキシシリルエテン、1−(トリメトキシシリル)プロペン、1−(トリメトキシシリル)−2−メチルプロペン−2、1−[トリ(メトキシエトキシ)シリル]エテン、1−[トリ(メトキシエトキシ)シリル]プロペン及び1−[トリ(メトキシエトキシ)シリル]−2−メチルプロペン−2が考慮される。
重合は通常、溶剤中で実施される。溶剤として、適している誘電率を有しかつ引き抜き可能なプロトンを有さず、かつ重合条件下で液状である、全ての低分子量有機化合物又はその混合物が考慮される。好ましい溶剤は、炭化水素、例えば炭素原子2〜8個及び好ましくは3〜8個を有する非環式炭化水素、例えばエタン、イソ−及びn−プロパン、n−ブタン及びその異性体、n−ペンタン及びその異性体、n−ヘキサン及びその異性体並びにn−ヘプタン及びその異性体並びにn−オクタン及びその異性体、炭素原子5〜8個を有する環式アルカン、例えばシクロペンタン、メチルシクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘプタン、好ましくは炭素原子2〜8個を有する非環式アルケン、例えばエテン、イソ−及びn−プロペン、n−ブテン、n−ペンテン、n−ヘキセン及びn−ヘプテン、環式オレフィン、例えばシクロペンテン、シクロヘキセン及びシクロヘプテン、芳香族炭化水素、例えばトルエン、キシレン、エチルベンゼン並びにハロゲン化炭化水素、例えばハロゲン化脂肪族炭化水素、例えばクロロメタン、ジクロロメタン、トリクロロメタン、クロロエタン、1,2−ジクロロエタン及び1,1,1−トリクロロエタン及び1−クロロブタン、並びにハロゲン化芳香族炭化水素、例えばクロロベンゼン及びフルオロベンゼンである。溶剤として使用されるハロゲン化炭化水素は、ハロゲン原子が第二級又は第三級炭素原子上に位置している化合物を含まない。
特に好ましい溶剤は芳香族炭化水素であり、その中ではトルエンが特に好ましい。同様に、少なくとも1つのハロゲン化炭化水素及び少なくとも1つの脂肪族又は芳香族の炭化水素を含む溶剤混合物が好ましい。特に溶剤混合物はヘキサン及びクロロメタン及び/又はジクロロメタンを含む。炭化水素対ハロゲン化炭化水素の体積比はその際に好ましくは1:10〜10:1の範囲内、特に好ましくは4:1〜1:4の範囲内及び特に2:1〜1:2の範囲内である。
通例、本発明による方法は0℃未満、例えば0〜−140℃の範囲内、好ましくは−30〜−120℃の範囲内及び特に好ましくは−40〜−110℃の範囲内の温度で実施される。反応圧は副次的に重要である。
反応熱の導出は、常法で、例えば壁冷却により及び/又は蒸気冷却の利用下に行われる。ここでは、エテン及び/又はエテンと上記で好ましいとして挙げられた溶剤との混合物の使用が特に有用であることがわかっている。
ブロックコポリマーの製造のためには、遠位の連鎖末端、すなわち得られるイソブテン−ポリマーの開始剤と反対側の末端は、コモノマーと、例えば前記のような、例えばビニル芳香族化合物と反応されることができる。こうして、例えばまず最初にイソブテンが単独重合され、引き続いてコモノマーが添加されることができる。その際に新たに生じるコモノマー−由来の反応性連鎖末端は、失活されるか、又は以下に記載された実施態様の1つに従って官能性末端基の形成下で停止されるか、又はより高級のブロックコポリマーの形成のために新たにイソブテンと反応される。
反応中断のためには、リビング連鎖末端は、例えばプロトン性化合物の添加により、特に水、アルコール、例えばメタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、s−ブタノール又はt−ブタノール又はそれと水との混合物の添加により失活される。
二官能性の(テレケリックな)イソブテンポリマーを得るために、遠位の連鎖末端はエチレン系不飽和基の形成下に停止され、その際に、例えば反応性連鎖末端は、連鎖末端上でエチレン系不飽和基を結合させる停止試薬と反応するか、又は反応性連鎖末端をそのような基へ変換するために適切に処理される。
一実施態様において、連鎖末端はトリアルキルアリルシラン化合物、例えばトリメチルアリルシランの添加により停止される。アリルシランの使用は、ポリマー鎖末端上でのアリル基の導入下に重合の中断をもたらす、EP 264 214参照。
別の実施態様において、反応性連鎖末端は熱的に、例えば70〜200℃の温度への加熱によるか又は塩基での処理によりメチリデン−二重結合へ変換される。適している塩基は、例えばアルカリ金属アルコキシド、例えばナトリウムメタノラート、ナトリウムエタノラート及びカリウム−t−ブタノラート、塩基性酸化アルミニウム、アルカリ金属水酸化物、例えば水酸化ナトリウム及び第三アミン、例えばピリジン又はトリブチルアミンである、Kennedy他、Polymer Bulletin 1985、13、435-439参照。好ましくはナトリウムエタノラートが使用される。
別の実施態様において、反応性連鎖末端は共役ジエン、例えばブタジエンと反応される、DE-A 40 25 961参照。
別の実施態様において、カップリング剤の添加により2つ又はそれ以上のリビングポリマー鎖がカップリングされる。“カップリング”は、反応性連鎖末端間の化学結合の形成を意味するので、2つ又はそれ以上のポリマー鎖は1分子に結合される。カップリングにより得られる分子は、分子末端もしくは星形分子の枝の末端上にシクロアルケニル基を有する対称的でテレケリックな又は星形の分子である。このようにして、タイプABのリビングコポリマーのカップリングによってもタイプAB−BAのトリブロックコポリマーが製造されることができ、ここでAはポリイソブテンブロックを表し、かつBはそれとは異なるポリマーブロック、例えばポリビニル芳香族化合物ブロックを表す。
適しているカップリング剤は、例えば同じか又は異なる二重結合に対してアリル位に配置された少なくとも2つの逃電子(elektrofuge)脱離基、例えばトリアルキルシリル基を有するので、反応性連鎖末端のカチオン中心が協奏反応において脱離基の脱離及び二重結合の転位下に付加されることができる。他のカップリング剤は、反応性連鎖末端のカチオン中心が、安定化されたカチオンの形成下に求電子的に付加されることができる少なくとも1つの共役系を有する。脱離基、例えばプロトンの脱離により、ついで共役系の再形成下でポリマー鎖への安定なσ−結合が生じる。複数のこれらの共役系は不活性スペーサーにより互いに結合されていてよい。
適しているカップリング剤には次のものが含まれる:
(i)酸素、硫黄及び窒素の中から選択されるヘテロ原子を有する少なくとも2つの5員のヘテロ環を有する化合物、例えば少なくとも2つのフラン環を有する有機化合物、例えば
Figure 2005519155
[式中、RはC〜C10−アルキレン、好ましくはメチレン又は2,2−プロパンジイルを表す];
(ii)アリル位に少なくとも2つのトリアルキルシリル基を有する化合物、例えば1,1−ビス(トリアルキルシリルメチル)エチレン、例えば1,1−ビス(トリメチルシリルメチル)エチレン、
ビス[(トリアルキルシリル)−プロペニル]ベンゼン、例えば
Figure 2005519155
(式中、Meはメチルを表す)、
(iii)その都度2つの芳香族環に対して共役に配置された少なくとも2つのビニリデン基を有する化合物、例えばビスジフェニルエチレン、例えば
Figure 2005519155
適しているカップリング剤の記載は以下の文献の箇所に見出され;カップリング反応はそこに記載された反応に類似の方法で実施されることができる:R. Faust, S. Hadjikyriacou, Macromolecules 2000, 33, 730-733; R. Faust, S. Hadjikyriacou, Macromolecules 1999, 32, 6393-6399; R. Faust, S. Hadjikyriacou, Polym. Bull. 1999, 43, 121-128; R. Faust, Y. Bae, Macromolecules 1997, 30, 198; R. Faust, Y. Bae, Macromolecules 1998, 31, 2480; R. Storey, Maggio, Polymer Preprints 1998, 39, 327-328; W099/24480; US 5,690,861及びUS 5,981,785。
カップリングは通例、ルイス酸の存在で行われ、その際に実際の重合反応の実施にも使用可能であるルイス酸が適している。カップリング反応の実施のためには、そのうえ実際の重合反応の実施のために使用されるのと同じ溶剤及び温度も適している。好都合には、カップリングは故にワンポット反応として重合反応に引き続いて同じ溶剤中で、重合に使用されるルイス酸の存在で実施されることができる。通常、カップリング剤のカップリングサイトの数により除された、重合に使用される式Iの開始剤のモル量の商にほぼ相当する、カップリング剤のモル量が使用される。
停止又はカップリング後に、通例、溶剤は適している装置、例えば回転型−、流下薄膜型−又は薄膜型蒸発缶中でか又は反応溶液の放圧により除去される。
本発明による方法により製造されるイソブテン−ポリマーは狭い分子量分布を有する。多分散性指数PDI=M/Mはその際に好ましくは1.40未満、特に好ましくは1.35未満である。
本発明により製造されるイソブテン−ポリマーは、連鎖末端上で式Iの開始剤のシクロアルケン環により停止されている。反対側にある末端基は好ましくは、前記のように熱的にか又は反応性連鎖末端と適している塩基、トリアルキルアリルシラン化合物又は共役ジエンとの反応により得られることができるエチレン系不飽和基である。
本発明の別の対象は、少なくとも1つの分子末端上で式IIの基により停止されているイソブテンポリマー
Figure 2005519155
[式中、nは1、2又は3を表す]又はその官能化生成物であり、これは
i)ヒドロシリル化、
ii)ヒドロ硫化(Hydrosulforierung)、
iii)芳香族化合物上での求電子置換、
iv)エポキシ化及び場合により求核試薬との反応、
v)ヒドロホウ素化(Hydroborierung)及び場合により酸化的開裂、
vi)エン反応におけるエノフィルとの反応、
vii)ハロゲン又はハロゲン化水素の付加又は
viii)ヒドロホルミル化
により得られることができる。
記載された官能化反応は、停止させる基II上に加えて反対側にある不飽和末端基上でも行われることもできる。停止させる基II及び反対側にある不飽和基の異なる反応性に基づき、これらは異なって官能化されることもできる。
i)ヒドロシリル化
官能化のためには、本発明による方法により製造されるポリイソブテンは、シリル化触媒の存在でシランとの反応にかけられて、少なくとも部分的にシリル基で官能化されたポリイソブテンが得られることができる。
適しているヒドロシリル化触媒は例えば遷移金属触媒であり、その際に遷移金属は好ましくはPt、Pd、Rh、Ru及びIrの中から選択されている。適している白金触媒には、例えば微細に分散された形の白金(“白金黒”)、塩化白金及び白金錯体、例えばヘキサクロロ白金酸又はジビニルジシロキサン−白金−錯体、例えばテトラメチルジビニルジシロキサン−白金−錯体が含まれる。適しているロジウム触媒は例えば(RhCl(P(C))及びRhClである。さらにRuCl及びIrClが適している。適している触媒はさらにルイス酸、例えばAlCl又はTiCl並びにペルオキシドである。その際に前記の触媒の組合せ又は混合物を使用することが有利でありうる。
適しているシランは、例えばハロゲン化されたシラン、例えばトリクロロシラン、メチルジクロロシラン、ジメチルクロロシラン及びトリメチルシロキシジクロロシラン; アルコキシシラン、例えばトリメトキシシラン、トリエトキシシラン、メチルジメトキシシラン、フェニルジメトキシシラン、1,3,3,5,5,7,7−ヘプタメチル−1,1−ジメトキシテトラシロキサン並びにアシルオキシシランである。
シリル化の際の反応温度は、好ましくは0〜140℃、特に好ましくは40〜120℃の範囲内である。反応は通常、常圧下で実施されるが、しかしながら高められた圧力で、例えば約1.5〜20barの範囲内で、又は低下された圧力で、例えば200〜600mbarで行われることもできる。
反応は、溶剤なしでか又は適している溶剤の存在で行われることができる。溶剤として例えばトルエン、テトラヒドロフラン及びクロロホルムが好ましい。
ii)ヒドロ硫化(Hydrosulfurierung)
官能化のためには、本発明による方法により製造されるポリイソブテンは、硫化水素又はチオール、例えばアルキル−又はアリールチオール、ヒドロキシメルカプタン、アミノメルカプタン、チオカルボン酸又はシランチオールとの反応にかけられて、少なくとも部分的にチオ基で官能化されたポリイソブテンが得られることができる。適しているヒドロ−アルキルチオ−付加は、J. March, Advanced Organic Chemistry, 第4版, Verlag John Wiley & Sons、766-767頁に記載されており、これは本明細書に全面的に参照される。反応は、通例、開始剤の不在並びに開始剤の存在で並びに電磁放射線の存在で行われることができる。硫化水素の付加の際に、チオール基で官能化されたポリイソブテンが得られる。硫化水素の付加は、好ましくは100℃未満の温度及び1〜50bar、特に好ましくは約10barの圧力で行われる。そのうえ、付加は好ましくはカチオン交換樹脂、例えばAmberlyst 15の存在で行われる。開始剤の不在でのチオールとの反応の場合に、通例、二重結合へのマルコフニコフ−付加生成物が得られる。ヒドロ−アルキルチオ−付加の適している開始剤は、例えばプロトン酸及びルイス酸、例えば濃硫酸又はAlCl、及び酸性カチオン交換体、例えばAmberlyst 15である。適している開始剤はさらにフリーラジカルを形成する能力を有するもの、例えばペルオキシド又はアゾ化合物である。これらの開始剤の存在でのヒドロ−アルキルチオ−付加の際に、通例、反(Anti)−マルコフニコフ−付加生成物が得られる。反応はさらに400〜10nm、好ましくは200〜300nmの波長の電磁放射線の存在で行われることができる。
iii)芳香族化合物上での求電子置換
誘導体化のためには、本発明による方法により製造されるポリイソブテンは少なくとも1つの芳香族又はヘテロ芳香族の基を有する化合物と、アルキル化触媒の存在で反応されることができる。このいわゆるフリーデル−クラフツ−アルキル化の、適している芳香族及びヘテロ芳香族の化合物、触媒及び反応条件は、例えばJ. March, Advanced Organic Chemistry, 第4版, Verlag John Wiley & Sons, 534-539頁に記載されており、これは本明細書に参照される。
好ましくはアルキル化のために、活性化された芳香族の化合物が使用される。適している芳香族化合物は、例えばアルキル芳香族化合物、アルコキシ芳香族化合物、ヒドロキシ芳香族化合物又は活性化されたヘテロ芳香族化合物、例えばチオフェン又はフランである。
アルキル化に使用される芳香族ヒドロキシ化合物は好ましくは、場合により少なくとも1つの別の置換基を有していてよい1、2又は3個のOH−基を有するフェノール性化合物の中から選択されている。好ましい別の置換基はC〜C−アルキル基及び特にメチル及びエチルである。特に、一般式
Figure 2005519155
[式中、R及びRは互いに独立して水素、OH又はCHを表す]で示される化合物が好ましい。フェノール、クレゾール−異性体、カテコール、レゾルシノール、ピロガロール、フルオログルシノール及びキシレノール−異性体が特に好ましい。特にフェノール、o−クレゾール及びp−クレゾールが使用される。所望の場合には、前記の化合物の混合物もアルキル化に使用されることができる。
ポリ芳香族化合物、例えばポリスチレン、ポリフェニレンオキシド又はポリフェニレンスルフィド、又は芳香族化合物と例えばブタジエン、イソプレン、(メタ)アクリル酸誘導体、エチレン又はプロピレンとのコポリマーも適している。
触媒は好ましくはルイス酸性のアルキル化触媒の中から選択されており、その中で、本明細書の範囲内で、これらが全体で(見かけ上)ルイス酸性の(電子受容体の)性質を有する限り、個々の受容体原子並びに受容体−配位子−錯体、分子等であると理解される。これには、例えばAlCl、AlBr、BF、BF・2 COH、BF[O(C、TiCl、SnCl、AlCCl、FeCl、SbCl及びSbFが含まれる。これらのアルキル化触媒は、助触媒、例えばエーテルと一緒に使用されることができる。適しているエーテルは、ジ−(C〜C−)アルキルエーテル、例えばジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジ−n−プロピルエーテル、並びにテトラヒドロフラン、ジ−(C〜C−)シクロアルキルエーテル、例えばジシクロヘキシルエーテル及び少なくとも1つの芳香族炭化水素基を有するエーテル、例えばアニソールである。フリーデル−クラフツ−アルキル化のために触媒−助触媒−錯体が使用される場合には、触媒対助触媒のモル量比は好ましくは1:10〜10:1の範囲内である。反応は、プロトン酸、例えば硫酸、リン酸、トリフルオロメタンスルホン酸で触媒されることもできる。有機プロトン酸は、ポリマーに結合された形で、例えばイオン交換体樹脂としても存在していてよい。ゼオライト並びに無機のポリ酸も適している。
アルキル化は、溶剤不含でか又は溶剤中で実施されることができる。適している溶剤は、例えばn−アルカン及びその混合物及びアルキル芳香族化合物、例えばトルエン、エチルベンゼン及びキシレン並びにハロゲン化されたそれらの誘導体である。
アルキル化は好ましくは−10℃〜+100℃の温度で実施される。反応は通常、大気圧で実施されるが、しかしより高い又はより低い圧力で実施されることもできる。
芳香族又はヘテロ芳香族の化合物対ポリイソブテンのモル量比及び触媒の適している選択により、アルキル化生成物の到達される割合及びそのアルキル化度が調節されることができる。本質的にはモノアルキル化されたポリイソブテニルフェノールは、付加的にエーテルが助触媒として使用される場合に、一般的に過剰量のフェノールを用いてか又はルイス酸性のアルキル化触媒の存在で得られる。
別の官能化のためには、得られるポリイソブテニルフェノールは、少なくとも1つのアルデヒド、例えばホルムアルデヒド及び少なくとも1つの第一又は第二アミン官能基を有する少なくとも1つのアミンと、マンニッヒ反応の意味での反応にかけられることができ、その際に、ポリイソブテンでアルキル化され、かつ付加的に少なくとも部分的にアミノアルキル化された化合物が得られる。アルデヒド及び/又はアミンの反応−及び/又は縮合生成物も使用されることができる。そのような化合物の製造は、WO 01/25 293及びWO 01/25 294に記載されており、これは本明細書により全面的に参照される。
iv)エポキシ化
官能化のためには、本発明による方法により製造されるポリイソブテンは少なくとも1つのペルオキシド化合物と反応されて、少なくとも部分的にエポキシ化されたポリイソブテンが得られることができる。エポキシ化に適している方法は、J. March, Advanced Organic Chemistry, 第4版, Verlag John Wiley & Sons, 826-829頁に記載されており、これは本明細書に参照される。好ましくは、ペルオキシド化合物として少なくとも1つの過酸、例えばm−クロロ過安息香酸、過ギ酸、過酢酸、トリフルオロ過酢酸、過安息香酸及び3,5−ジニトロ過安息香酸が使用される。過酸の製造は、相応する酸及びHから場合により鉱酸の存在でその場で行われることができる。別の適しているエポキシ化試薬は、例えばアルカリ性の過酸化水素、分子酸素及びアルキルペルオキシド、例えばt−ブチル−ヒドロペルオキシドである。エポキシ化に適している溶剤は、例えば常用の無極性溶剤である。特に適している溶剤は、炭化水素、例えばトルエン、キシレン、ヘキサン又はヘプタンである。形成されたエポキシドは、引き続いて水、酸、アルコール、チオール又は第一又は第二アミンで開環反応されることができ、その際にとりわけジオール、グリコールエーテル、グリコールチオエーテル及びアミンが得られる。
v)ヒドロホウ素化
官能化のためには、本発明による方法により製造されるポリイソブテンは、(場合によりその場で製造された)ボランとの反応にかけられることができ、その際に少なくとも部分的にヒドロキシル化されたポリイソブテンが得られる。ヒドロホウ素化に適している方法は、J. March, Advanced Organic Chemistry, 第4版, Verlag John Wiley & Sons, 783-789頁に記載されており、これは本明細書により参照される。適しているヒドロホウ素化試薬は、例えば、通例、水素化ホウ素ナトリウムとBF−エーテラートとの反応によりその場で発生されるジボラン、ジイソアミルボラン(ビス−[3−メチルブト−2−イル]ボラン)、1,1,2−トリメチルプロピルボラン、9−ホウ素ビシクロ[3.3.1]ノナン、ジイソカンフェニルボラン、これらは相応するアルケンとジボランとのヒドロホウ素化により得られることができる、クロロボラン−ジメチルスルフィド、アルキルジクロロボラン又はHB−N(Cである。
通常、ヒドロホウ素化は溶剤中で実施される。ヒドロホウ素化に適している溶剤は、例えば非環式エーテル、例えばジエチルエーテル、メチル−t−ブチルエーテル、ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレン−グリコールジメチルエーテル、環式エーテル、例えばテトラヒドロフラン又はジオキサン並びに炭化水素、例えばヘキサン又はトルエン又はその混合物である。反応温度は、通例、ヒドロホウ素化剤の反応性により決定され、かつ通常、反応混合物の融点と沸点との間、好ましくは0℃〜60℃の範囲内である。
通常、ヒドロホウ素化剤はアルケンに対して過剰量で使用される。ホウ素原子は、好ましくはあまり置換されていない、ひいては立体的にあまり障害されていない炭素原子に付加する。
通常、形成されたアルキルボランは単離されるのではなくて、むしろその後の反応により価値のある生成物へ直接変換される。アルキルボランの極めて意義深い反応は、アルカリ性の過酸化水素との反応であり、好ましくはアルケンの反−マルコフニコフ−水和に形式的に相当するアルコールが得られる。さらに得られるアルキルボランは水酸化物イオンの存在で臭素との反応にかけられて、臭化物が得られることができる。
vi)エン反応
官能化のためには、本発明による方法により製造されるポリイソブテンは、求電子−置換された二重結合を有する少なくとも1つのアルケンと、エン反応において反応されることができる(例えばDE-A 4 319 672又はH. Mach及びP. Rath in "Lubrication Science II (1999), 175-185頁参照、これは全内容に参照される)。エン反応の場合に、エンと呼ばれるアリル−位の水素原子を有するアルケンは、求電子アルケン、いわゆるエノフィルと、炭素−炭素−結合の形成、二重結合転位及び水素移動を含んでいるペリサイクリック反応において反応される。当該の場合には、ポリイソブテンがエンとして反応する。適しているエノフィルは、例えばディールス−アルダー−反応においてジエノフィルとしても使用されるような化合物である。好ましくは、エノフィルとして無水マレイン酸が使用される。その際に、少なくとも部分的に無水コハク酸基(Succinanhydridgruppen)で官能化されたポリイソブテンが生じる。
エン反応は場合により触媒としてのルイス酸の存在で実施されることができる。例えば塩化アルミニウム及びエチルアルミニウムクロリドが適している。
別の官能化のためには、例えば無水コハク酸基で誘導体化されたポリイソブテンが、次の中から選択されるその後の反応にかけられることができる:
α)少なくとも1つのアミンと反応されて、少なくとも部分的にスクシンイミド基及び/又はスクシンアミド基で官能化されたポリイソブテンが得られる、
β)少なくとも1つのアルコールと反応されて、少なくとも部分的にコハク酸エステル基で官能化されたポリイソブテンが得られる、及び
γ)少なくとも1つのチオールと反応されて、少なくとも部分的にコハク酸チオエステル基で官能化されたポリイソブテンが得られる。
vii)ハロゲン又はハロゲン化水素の付加
官能化のためには、本発明による方法により製造されるポリイソブテンはハロゲン化水素又はハロゲンとの反応にかけられて、少なくとも部分的にハロゲン基で官能化されるポリイソブテンが得られることができる。ヒドロ−ハロ−付加の適している反応条件はJ. March, Advanced Organic Chemistry, 第4版, Verlag John Wiley & Sons, 758-759頁に記載されており、これは本明細書に参照される。ハロゲン化水素の付加のためには、原則的にHF、HCl、HBr及びHIが適している。HI、HBr及びHFの付加は通例、室温で行われることができるが、それに反してHClの付加のためには通例、高められた温度が使用される。
ハロゲン化水素の付加は、原則的に開始剤又は電磁放射線の不在又は存在で行われることができる。開始剤、特別にペルオキシドの不在での付加の際に、通例マルコフニコフ−付加生成物が得られる。ペルオキシドの添加下でHBrの付加は通例、反−マルコフニコフ−生成物をもたらす。
二重結合のハロゲン化は、J. March, Advanced Organic Chemistry, 第4版, Verlag John Wiley & Sons, 812-814頁に記載されており、これは本明細書に参照される。Cl、Br及びIの付加のためには、遊離ハロゲンが使用されることができる。混合−ハロゲン化化合物を得るためには、インターハロゲン−化合物の使用が公知である。フッ素の付加のためには、通例、フッ素含有化合物、例えばCoF、XeF及びPbOとSFとの混合物が使用される。臭素は通例、室温で良好な収率で二重結合に付加する。塩素の付加のためには、遊離ハロゲンに加えて、塩素含有試薬、例えばSOCl、PCl等も使用されることができる。
ハロゲン化のために塩素又は臭素が電磁放射線の存在で使用される場合には、本質的にはポリマー鎖上でのラジカル置換の生成物が得られ、かつ末端二重結合上の付加生成物は得られないか又は副次的な程度でのみ得られる。
一方の連鎖末端上で式IIの基により停止されており、かつ反対側にある連鎖末端上でそれとは異なる前記の停止させる基を有している、本発明による方法により得られることができる特定のポリイソブテンは、停止させる基の異なる反応性に基づいて異なって官能化されることができる。これは特に、燃料及び潤滑剤におけるポリイソブテンの使用に有利である、それというのも、ここでは、親水性及び疎水性が競合しなければならないからである。さらに式Iの化合物の単純な入手可能性も有利である。式Iの化合物を用いて、片側が成長している鎖のみが開始されるので、多官能性開始剤と比較してルイス酸及び停止試薬の必要とされる量が低下される。そのうえ、開始剤に由来している停止させる基は、技術水準の多官能性芳香族開始剤の使用の際に発生する冒頭に記載された副反応の支配下にはない。
次の例は、本発明をより詳細に具体的に示すはずである。
例1〜9:重合
使用した装置は、撹拌機、ドライアイス冷却及び冷却可能な2つの1 l−滴下漏斗を備えた2 l−四つ口フラスコからなっていた。双方の滴下漏斗は、ガラスウール上に乾燥モレキュラーシーブ3Åからなる積重ね物を有していた。1つの滴下漏斗中で、その都度第1表に記載された溶剤混合物600mlを−78℃で20min乾燥させた。溶剤混合物を、−70℃に予め温度調節した反応フラスコ中へ添加した。冷却した第二の滴下漏斗中へイソブテンを凝縮させ、これをついで25minかけて溶剤混合物に添加した。激しく撹拌しながら、その都度第1表に記載された量の電子供与体、3−クロロシクロペンテン及び四塩化チタンを−70℃で隔壁(Septum)を経て連続して添加した。−50〜−70℃で2時間撹拌した後に、重合をエタノール又はイソプロパノールの添加により中断させるか(例1、7及び9)又はアリルトリメチルシランを添加し、−50〜−70℃でさらに30min撹拌し、ついでエタノール又はイソプロパノールを添加した(例2〜6及び8)。反応溶液を室温に戻し(aufgetaut)、水で3回洗浄した。引き続いて、溶液を真空中で180℃で蒸発乾固させた。数平均及び質量平均分子量を、ゲルクロマトグラフィーを用いて算出した。これから得られた値並びに多分散性指数(PDI)は同様に第1表に記載されている。ポリマー固体中のシクロペンテニル−末端基の存在を、H−NMRスペクトルに基づいて検出した(δCp=5.55−5.75)。
Figure 2005519155
例10〜12:ヒドロシリル化
例10
例9において得られたポリマー67.8g(0.08mol)を装入し、イソプロパノール中の0.1M HPtCl×6HO溶液1mlと混合し、120℃に温めた。反応混合物にジクロロメチルシラン22.1g(0.19mol)をゆっくりと添加し、温度を120℃に8h保持した。引き続いて、室温で乾燥THF 100ml並びにメタノール中の30%ナトリウムメタノラート−溶液100gを添加し、室温で12h撹拌した。不溶性成分をろ別し、メタノール及びTHFを留去した。次の末端基を有するイソブテンポリマーが得られた:
Figure 2005519155
NMRスペクトルは、シクロペンテニル−置換された連鎖末端の定量的なヒドロシリル化(オレフィン性環プロトンの完全な消失)を示した。イソプロペニル−置換された連鎖末端の官能化は80%であった。
例11
例9において得られたポリマーの59.3g(0.07mol)を、乾燥THF中に溶解させ、1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン−白金(0)−錯体1.0ml(ポリ(ジメチルシロキサン)中0.1M溶液)と混合した。引き続いて、60℃でジクロロメチルシラン19.6g(0.17mol)をゆっくりと添加した。還流下に3h加熱した後、反応混合物を冷却し、メタノール中の30%ナトリウムメタノラート−溶液70gと混合した。室温で12h撹拌した後、不溶性成分をろ別し、メタノール及びTHFを留去した。次の末端基を有するイソブテンポリマーが得られた:
Figure 2005519155
NMRスペクトルは、シクロペンテニル−置換された連鎖末端の定量的なヒドロシリル化を示した(オレフィン性環プロトンの完全な消失)。イソプロペニル−置換された連鎖末端の官能化は20%であった。
例12
例2からのイソブテン−ポリマー20g(4mmol)を、乾燥トルエン120ml中に溶解させ、イソプロパノール中の0.1M HPtCl×6HO−溶液0.1mlと混合し、ジクロロメチルシラン1.15g(10mmol)を添加した。引き続いて、90℃で12h撹拌した。ついで、室温でメタノール中の30%ナトリウムメタノラート−溶液30gを添加し、室温で12h撹拌した。不溶性成分をろ別し、溶剤を留去した。次の末端基を有するイソブテンポリマーが得られた:
Figure 2005519155
NMRスペクトルは、両方の連鎖末端の定量的な官能化を示した(全てのオレフィン性環プロトンの完全な消失)。
例13及び14:重合及びカップリング
例13
ヘキサン300ml、塩化メチレン300ml及びイソブチレン4.28molを−78℃で装入し、フェニルトリエトキシシラン6.0mmol並びに3−クロロシクロペンテン90mmolと混合した。重合を引き続いて四塩化チタン80mmolの添加により開始させた。−78℃で90分間撹拌した後、ヘキサン/塩化メチレン中の2,5−ビス(2−フリルメチル)フラン49mmolの溶液を添加した。−78℃で2時間撹拌した後、反応を水の添加により中断させ、有機相を分離し、これをシリカゲルを通してろ過した。溶剤の除去後、Mn=5500(Mw/Mn=1.4)を有するポリイソブテンポリマーが残留した。
H−NMRスペクトルに基づいて、1.69及び1.95ppm(TMSに対して)での−CHC(CHCl−基の信号もしくはポリイソブテン−α−及び−β−オレフィンのオレフィン性プロトンの信号の欠損により示されていたように、定量的なカップリングを確認することができた。
例14
ヘキサン300ml、塩化メチレン300ml及びイソブチレン4.28molを、−78℃で装入し、フェニルトリエトキシシラン6.0mmol、ジ(t−ブチル)ピリジン6.1mmol並びに3−クロロシクロペンテン50mmolと混合した。重合を、引き続いて四塩化チタン26mmolの添加により開始させた。−78℃で90分間撹拌後、ヘキサン/塩化メチレン中の2,5−ビス−(2−フリル−2−プロピル)フラン27mmolの溶液を添加した。−78℃で2時間撹拌した後に、反応を水の添加により中断させ、有機相を分離し、これをシリカゲルを通してろ過した。溶剤の除去後、Mn=8900(Mw/Mn=1.5)を有するポリイソブテンポリマーが残留した。
H−NMRスペクトルに基づいて、1.69及び1.95ppm(TMSに対して)での−CHC(CHCl−基の信号もしくはポリイソブテン−α−及び−β−オレフィンのオレフィン性プロトンの信号の欠損により示されたように、定量的なカップリングを確認できた。
例15(ポリイソブテンのエポキシ化)
0.5 l−四つ口フラスコ中に、トルエン100ml中の例1からのポリイソブテン100g(0.02mol)の溶液を装入した。引き続いてギ酸1.8g(0.04mol)の添加を行った。80℃に温め、H−溶液2.8g(0.04mol)をそれに滴加した。90℃で45min撹拌した。室温へ冷却後、水相を分離した。引き続いてギ酸1g(0.02mol)を有機溶液に添加し、改めて80℃に加熱し、H−溶液1.4g(0.02mol)を滴加した。90℃で1h後、水相を分離し、有機相を飽和NaHCO−溶液20ml、水20ml及び飽和FeSO・7HO−溶液20mlで洗浄した。有機相を、120℃/4mbarでロータリーエバポレーターで濃縮した。α,ω−ジエポキシポリイソブテン92gが淡色で粘性のある塊状物として得られた。
H−NMR(CDCl中、500MHzで16スキャン):
オレフィン性信号(5.7ppm;5.1ppm;4.8及び4.6ppm)が消失しており、新しい信号が3.9水素原子に相当する2.6ppm及び1.8ppmで生じた。
例16(フリーデル−クラフツによるポリイソブテンとフェノールとの反応)
1 l−四つ口フラスコ中に、トルエン10ml中のフェノール9.6g(0.1mol)の溶液を装入し、ついでBF−フェノール錯体1.3g(0.005mol)を添加した。例1からのポリイソブテン100g(0.02mol)を、ヘプタン200ml中に溶解させ、30minに亘り滴加した。室温で12h撹拌し、反応をメタノール200mlの添加により中断させた。メタノール相を捨て、反応混合物をメタノール200mlでさらに2回洗浄した。
有機相を、140℃/4mbarでロータリーエバポレーターで濃縮した。α,ω−(4−ヒドロキシフェニル)ポリイソブテン96gが淡色で粘性のある塊状物として得られた。
H−NMR(CDCl中、500MHzで16スキャン):
オレフィン性信号(5.7ppm;5.1ppm;4.8及び4.6ppm)は消失しており、2つの新しい二重線−信号が7.5水素原子に相当する6.7及び7.2ppmで生じた。
例17(ポリイソブテンとHSとの反応)
0.3 l−撹拌オートクレーブ中に、CHCl 20ml中のBF−フェノール錯体1.9g(7.5mmol)の溶液を装入した。ついで、室温でHS 15g及び引き続いてCHCl 100ml中の例1からのポリイソブテン100g(0.02mol)で加圧した。室温で4h保持し、オートクレーブを放圧し、過剰のHSを破壊するために塩素漂白液中に導通した。溶液を水で洗浄し、140℃/4mbarでロータリーエバポレーターで濃縮した。α,ω−ポリイソブテンジチオール89gが淡色で粘性のある塊状物として得られた。
H−NMR(CDCl中、500MHzで16スキャン):
1.9水素原子(−SH)に相当する1.9ppmでの新しい信号。

Claims (14)

  1. イソブテンポリマーの製造方法において、
    a)イソブテン及び
    b)式I
    Figure 2005519155
    [式中、
    Xはハロゲン、C〜C−アルコキシ又はC〜C−アシルオキシを表し、かつ
    nは1、2又は3を表す]で示される化合物を、
    c)ルイス酸
    の存在で反応させることを特徴とする、イソブテンポリマーの製造方法。
  2. 式Iの化合物が3−クロロシクロペンテンである、請求項1記載の方法。
  3. 反応をさらに電子供与体の存在で行う、請求項1又は2記載の方法。
  4. 反応を、芳香族炭化水素中でか又はハロゲン化炭化水素及び脂肪族又は芳香族の炭化水素の溶剤混合物中で行う、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
  5. ハロゲン化炭化水素がクロロメタン、ジクロロメタン、トリクロロメタン、1−クロロブタン及びクロロベンゼンの中から選択されており、脂肪族又は芳香族の炭化水素がブタン、ペンタン、ネオペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、ベンゼン、トルエン及びキシレンの中から選択されている、請求項4記載の方法。
  6. ルイス酸が、四塩化チタン、三塩化ホウ素、四塩化スズ、三塩化アルミニウム、ジアルキルアルミニウムクロリド、アルキルアルミニウムジクロリド、五塩化バナジウム、三塩化鉄及び三フッ化ホウ素の中から選択されている、請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。
  7. 電子供与体が、ピリジン類、アミド、ラクタム、エーテル、アミン、エステル、チオエーテル、スルホキシド、ニトリル、ホスフィン及び酸素を介して結合された少なくとも1つの有機基を有する重合性ではない非プロトン性有機ケイ素化合物の中から選択されている、請求項3から6までのいずれか1項記載の方法。
  8. 得られるリビングイソブテンポリマーの遠位の末端を、少なくとも1つのコモノマーと反応させる、請求項1から7までのいずれか1項記載の方法。
  9. 得られるリビングイソブテンポリマーの遠位の連鎖末端を、エチレン系不飽和基の形成下に停止させる、請求項1から8までのいずれか1項記載の方法。
  10. 停止が、トリアルキルアリルシラン化合物、共役ジエンとの反応、熱処理又は塩基での処理を含む、請求項9記載の方法。
  11. 重合をプロトン性化合物の添加により中断させる、請求項1から8までのいずれか1項記載の方法。
  12. 得られるリビングイソブテンポリマーをカップリング剤と反応させ、それにより2つ又はそれ以上のポリマー鎖をその遠位の末端を介して互いに結合させる、請求項1から8までのいずれか1項記載の方法。
  13. カップリング剤が、
    i)酸素、硫黄及び窒素の中から選択されるヘテロ原子を有する少なくとも2つの5員のヘテロ環を有する化合物、
    ii)アリル位に少なくとも2つのトリアルキルシリル基を有する化合物、及び
    iii)その都度2つの芳香族環に対して共役に配置された少なくとも2つのビニリデン基を有する化合物
    の中から選択されている、請求項12記載の方法。
  14. i)ヒドロシリル化、
    ii)ヒドロ硫化、
    iii)芳香族化合物上での求電子置換、
    iv)エポキシ化及び場合により求核試薬との反応、
    v)ヒドロホウ素化及び場合により酸化的開裂、
    vi)エン反応におけるエノフィルとの反応、
    vii)ハロゲン又はハロゲン化水素の付加又は
    viii)ヒドロホルミル化
    により得られることができる、式II
    Figure 2005519155
    [式中、nは1、2又は3を表す]で示される基により少なくとも1つの分子末端上で停止されたイソブテンポリマー又はその官能化生成物。
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