JP2006502222A - 有機官能性シランの製造方法 - Google Patents

有機官能性シランの製造方法 Download PDF

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Abstract

アルケニルアルコキシシラン(アリルトリメトキシシランなど)は、対応するモノアルケニルジクロロシラン(すなわち、アリルジクロロシラン)をモノヒドロキシアルコール(すなわち、メチルアルコール)と反応させることにより製造することができる。触媒は必要でなく、室温で反応を行うことができる。

Description

本発明は、アルコキシ化(alkoxylation)方法による、より具体的にはメトキシ化によるある種の有機官能性シランの製造方法に関する。
有機官能性シランは、還元剤、シリル化剤、撥水剤、カップリング剤、架橋剤としての使用および種々の粘度のポリシロキサンを製造するためのモノマーとしての使用を含む種々の用途に有用である。したがって、それらのより効率的な製造方法に対する必要性や、より簡単化され且つより安価なこれらのシランの製造方法に対する必要性が常に存在する。
技術水準にはトリクロロシランのアルコキシ化によるシランの既知の製造方法が含まれる(例えば、米国特許第2,927,938号(1960年3月8日))が、不飽和ジクロロシランのアルコキシ化による不飽和基含有有機官能性シランの製造に関連した方法はパブリックドメインにはない。典型的には、そのようなアルケニル官能性アルコキシシランは、例えば、米国特許第3,403,050号(1968年9月24日)に記載されている通り、マグネシウムを伴った塩化アリルとテトラアルコキシシラン(テトラメトキシシランおよびテトラエトキシシランなど)との反応を伴うグリニャール反応により製造される。
本発明は、モノアルケニルジクロロシランをモノヒドロキシアルコールと反応させてアルケニルアルコキシシランを形成することによる有機官能性シランの製造方法に関する。
アリルジクロロシランなどのモノアルケニルジクロロシラン、およびメチルアルコールなどのモノヒドロキシアルコールは、最も好ましい反応成分の1つである。これに関しては、アリルトリメトキシシランが得られるであろう。
本発明のこれらおよびその他の特徴は、詳細な説明を考慮すれば明らかになるであろう。
[詳細な説明]
本発明による方法は、モノアルケニルジクロロシランをモノヒドロキシアルコールと反応させることによるアルケニルアルコキシシランなどの有機官能性シランの製造に関する。本方法は、以下の等式に例示される。
Figure 2006502222
上記の等式中、R1は、水素または1〜6個の炭素原子を有するアルキル基(メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ペンチルおよびヘキシルなど)を表すか、あるいは、R1は、シクロアルキル基(シクロブチル、シクロペンチルおよびシクロヘキシルなど)であることができ;R2は、水素を表し;R3は、1〜6個の炭素原子を含有するアルキル基(メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ペンチルおよびヘキシルなど)、シクロアルキル基(シクロブチル、シクロペンチルおよびシクロヘキシルなど)またはアリル基を表し;xは0〜4であり;yは3である。
好適なモノアルケニルジクロロシランのいくつかの代表的なものには、ビニルジクロロシラン CH=CHSiHCl、アリルジクロロシラン CH=CHCHSiHCl、2−ブテニルジクロロシラン CHCH=CHCHSiHCl、3−ブテニルジクロロシラン CH=CHCHCHSiHClおよび5−ヘキセニルジクロロシラン CH=CH(CHSiHClが含まれる。
用いることができるいくつかの代表的なモノヒドロキシアルコールには、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、シクロブタノール、シクロペンタノール、シクロヘキサノールおよびアリルアルコールが含まれる。
これらのような成分は、アルケニルアルコキシシラン、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリプロポキシシラン、ビニルトリブトキシシラン、ビニルトリペントキシシラン、ビニルトリヘキソキシシラン、アリルトリメトキシシラン、アリルトリエトキシシラン、アリルトリプロポキシシラン、アリルトリブトキシシラン、アリルトリペントキシシラン、アリルトリヘキソキシシラン、2−ブテニルトリメトキシシラン、2−ブテニルトリエトキシシラン、2−ブテニルトリプロポキシシラン、2−ブテニルトリブトキシシラン、2−ブテニルトリペントキシシラン、2−ブテニルトリヘキソキシシラン、5−ヘキセニルトリメトキシシラン、5−ヘキセニルトリエトキシシラン、5−ヘキセニルトリプロポキシシラン、5−ヘキセニルトリブトキシシラン、5−ヘキセニルトリペントキシシランおよび5−ヘキセニルトリヘキソキシシランを提供し得る。
製造され得る付加的なアルケニルアルコキシシランには、どのアルコールを用いるのかに応じて、アリルトリシクロブトキシシラン、アリルトリシクロペントキシシラン、アリルシクロヘキセニルオキシシラン、アリルトリアロキシシラン、3−ブテニルトリブトキシシラン、3−ブテニルトリペントキシシラン、3−ブテニルトリヘキソキシシラン、3−ブテニルトリブトキシシラン、3−ブテニルトリペントキシシラン、3−ブテニルトリヘキソキシシラン、3−ブテニルトリアロキシシラン、2−ブテニルトリブトキシシラン、2−ブテニルトリペントキシシラン、2−ブテニルトリヘキソキシシラン、2−ブテニルトリアロキシシラン、5−ヘキセニルトリシクロブトキシシラン、5−ヘキセニルトリシクロペントキシシラン、5−ヘキセニルトリシクロヘキセニルオキシシランおよび5−ヘキセニルトリアロキシシランが含まれる。
したがって、本発明の好ましい実施形態の特定のものでは、以下の等式に示される通り、アリルジクロロシランをメチルアルコールと反応させてアリルトリメトキシシランおよび水素を生成する。
Figure 2006502222
出発モノマーアリルジクロロシランは市販されているか、例えば米国特許第5,338,876号(1994年8月16日)に記載されている通り、以下の式に従って、ケイ素元素を塩化アリルおよび塩酸と反応させることにより製造することができる。
Figure 2006502222
本発明によって用いられるモノアルケニルジクロロシランおよびモノヒドロキシアルコールの相対量は変動することができる。反応を化学量論的条件下で行うことは必要ではないが、化学量論的過剰のモノヒドロキシアルコールを用いて反応を行うことが好ましい。したがって、約0.1〜10パーセント化学量論的過剰のモノヒドロキシアルコールを用いて反応を行うことが最も好ましい。反応には触媒が必要とされず、バッチ式で、半継続的に、または継続的に本方法を行うことができるが、バッチ処理が最も好ましい。
モノアルケニルジクロロシランおよびモノヒドロキシアルコールの間の接触は−80〜350℃の間、好ましくは20〜250℃の温度で行うが、約室温(すなわち、20〜25℃/68〜77°F)で行うことが最も好ましい。
最適反応時間は、モノアルケニルジクロロシランおよびモノヒドロキシアルコールの反応物、反応温度ならびに濃度に依存して変動する。通常は、反応物の接触時間が約24時間超に及ぶことには何ら利益はないが、非常に低い温度を用いない限り通常は何ら悪影響はない。本明細書で用いられる特定の反応物のほとんどでは、実用的な定量的収率は約4時間で得ることができる。
反応は、大気圧、大気圧を下回る圧力、または大気圧を超える圧力で行うことができる。再びここで、条件の選択は、ほとんどは反応物の性質に基づく論理事項および利用可能な設備についてである。非揮発性反応物は、還流アレンジメント(arrangement)してまたは還流アレンジメントせずに大気圧で加熱する場合に特に適応可能である。通常の温度においてガス状である反応物は、自己加熱圧力または誘導圧力(autogenous or induced pressure)において実質的に一定の体積で反応することが好ましい。最良の結果は、すべての反応物を液相中で維持することによって得られる。
本発明をより詳細に例示するため、以下の実施例を示す。
この実施例で用いた器具は、加熱マントル上に載せた三つ首100mL丸底フラスコ、マグネット攪拌棒を有するジャック(jack)、添加漏斗、還流凝縮器および窒素注入口(inlet)システムからなる。
フラスコにアリルジクロロシラン12.6グラム/0.9moleを充填した。添加漏斗にメチルアルコール8.57グラム/0.26moleを充填した。次いで、メチルアルコールを、室温において、フラスコ中のアリルジクロロシランに滴下して添加した。フラスコへのメチルアルコールの添加は約20分間かけて完了した。反応はわずかに発熱性であることが観察された。塩化水素が生じ、この塩化水素は窒素でスパージングすることによりフラスコから除去した。ガスクロマトグラフィー(GC)による反応混合物の分析により、該反応混合物は約40パーセントのGC面積パーセントのアリルトリメトキシシランを含み、残りは未反応のメチルアルコールおよび3−メトキシプロピルトリメトキシシラン CHO(CHSi(OCHであることが示された。反応混合物中のアリルトリメトキシシランの存在は、ガスクロマトグラフィー(GC)/質量分析(GC/MS)による分析により確認された。
本発明の本質的な特徴から逸脱することなしに、本明細書に記載された化合物、組成物および方法について他の変形を行うことができる。本明細書に具体的に例示された本発明の実施形態は例示にすぎず、添付の特許請求の範囲に定義されたものを除いて本発明の範囲に対する限定として意図していない。

Claims (5)

  1. モノアルケニルジクロロシランを1〜6個の炭素原子を有するモノヒドロキシアルコールと反応させ、アルケニルアルコキシシランを形成すること、および
    前記反応混合物から前記アルケニルアルコキシシランを分離すること
    を含む有機官能性シランの製造方法。
  2. 前記モノアルケニルジクロロシランは、ビニルジクロロシラン、アリルジクロロシラン、2−ブテニルジクロロシラン、3−ブテニルジクロロシランおよび5−ヘキセニルジクロロシランから成る群から選択される請求項1に記載の方法。
  3. 前記モノヒドロキシアルコールは、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、アリルアルコール、シクロブタノール、シクロペンタノールおよびシクロヘキサノールから成る群から選択される請求項1に記載の方法。
  4. 前記アルケニルアルコキシシランは、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリプロポキシシラン、ビニルトリブトキシシラン、ビニルトリペントキシシラン、ビニルトリヘキソキシシラン、アリルトリメトキシシラン、アリルトリエトキシシラン、アリルトリプロポキシシラン、アリルトリブトキシシラン、アリルトリペントキシシラン、アリルトリヘキソキシシラン、2−ブテニルトリメトキシシラン、2−ブテニルトリエトキシシラン、2−ブテニルトリプロポキシシラン、2−ブテニルトリブトキシシラン、2−ブテニルトリペントキシシラン、2−ブテニルトリヘキソキシシラン、5−ヘキセニルトリメトキシシラン、5−ヘキセニルトリエトキシシラン、5−ヘキセニルトリプロポキシシラン、5−ヘキセニルトリブトキシシラン、5−ヘキセニルトリペントキシシラン、5−ヘキセニルトリヘキソキシシラン、アリルトリシクロブトキシシラン、アリルトリシクロペントキシシラン、アリルシクロヘキセニルオキシシラン、アリルトリアロキシシラン、3−ブテニルトリブトキシシラン、3−ブテニルトリペントキシシラン、3−ブテニルトリヘキソキシシラン、3−ブテニルトリブトキシシラン、3−ブテニルトリペントキシシラン、3−ブテニルトリヘキソキシシラン、3−ブテニルトリアロキシシラン、2−ブテニルトリブトキシシラン、2−ブテニルトリペントキシシラン、2−ブテニルトリヘキソキシシラン、2−ブテニルトリアロキシシラン、5−ヘキセニルトリシクロブトキシシラン、5−ヘキセニルトリシクロペントキシシラン、5−ヘキセニルトリシクロヘキセニルオキシシランおよび5−ヘキセニルトリアロキシシランから成る群から選択される請求項1に記載の方法。
  5. アリルジクロロシランをメチルアルコールと触媒なしで室温において反応させること、および
    前記反応混合物からアリルトリメトキシシランを分離すること
    を含むアリルトリメトキシシランの製造方法。
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