JP2009504890A - Preparation of polyhedral oligomeric silsesquioxane silanols and siloxanes functionalized with olefinic groups - Google Patents

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シュワブ、ジョセフ・ジェイ.
アン、イ−ジョン
レイナース・エスアール.、ウィリアム・エー.
ハイト、スクヘンドゥ・ビー.
アブベンフイス、エイチ.シー.エル.
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ハイブリッド・プラスティックス・インコーポレイテッド
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C07FACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F7/00Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic System
    • C07F7/02Silicon compounds
    • C07F7/21Cyclic compounds having at least one ring containing silicon, but no carbon in the ring
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    • C07F7/02Silicon compounds

Abstract

ポリヘドラルオリゴメリックシルセスキオキサン(POSS)若しくはポリヘドラルオリゴメリックシリケート(POS)のための合成プロセスは、オレフィン基とアルキル若しくは芳香族基両方を含むシラノール及びシロキサイド分子を製造する。オレフィン担持POSSシラノール/シロキサイドは、更なるシラノール/シロキサイドを誘導する能力を保持しつつ、種々の化学物質に誘導体化される。  Synthetic processes for polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) or polyhedral oligomeric silicate (POS) produce silanol and siloxide molecules that contain both olefinic and alkyl or aromatic groups. Olefin-supported POSS silanol / siloxanes are derivatized to various chemicals while retaining the ability to derive additional silanol / siloxanes.

Description

本出願は、2005年8月16日に出願された米国仮特許出願番号60/708,966の利益を主張するものである。   This application claims the benefit of US Provisional Patent Application No. 60 / 708,966, filed Aug. 16, 2005.

発明の分野
本発明は、その物理的、化学的及び電子的特性と触媒、金属、ポリマー、電子、医療、化粧及び生物学的製品への組み込みのための適合性を向上する、オレフィン基で官能化されたポリヘドラルオリゴメリックシルセスキオキサンシラノール及びシロキサイドの官能化のためのプロセスに関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention is functionalized with olefinic groups, improving its physical, chemical and electronic properties and compatibility for incorporation into catalysts, metals, polymers, electronic, medical, cosmetic and biological products. Relates to a process for functionalization of functionalized polyhedral oligomeric silsesquioxane silanols and siloxanes.

発明の背景
ナノ構造化学物質は、低コストなポリヘドラルオリゴメリックシルセスキオキサン(POSS)及びポリヘドラルオリゴメリックシリケート(POS)に基づくものに最もよく代表される。POSS及びPOS系は、内部の籠の枠組が、厳密な無機珪素-酸素結合で主として構成されているハイブリッド(即ち、有機-無機)組成物を含む。ナノ構造の外部は、反応性及び非反応性有機官能基(R)両方により覆われ、ナノ構造と有機及び無機材料との適合性及び適応性を保証している。ナノ構造化学物質のこれらの及び他の性質と特徴は、米国特許第5412053号及び5484867号で詳細に考察されているが、ここでは、参照に組み入れることとする。
BACKGROUND OF THE INVENTION Nanostructured chemicals are best represented by those based on low cost polyhedral oligomeric silsesquioxanes (POSS) and polyhedral oligomeric silicates (POS). The POSS and POS systems include hybrid (ie, organic-inorganic) compositions in which the internal soot framework is composed primarily of strict inorganic silicon-oxygen bonds. The exterior of the nanostructure is covered by both reactive and non-reactive organic functional groups (R), ensuring compatibility and adaptability of the nanostructure with organic and inorganic materials. These and other properties and characteristics of nanostructured chemicals are discussed in detail in US Pat. Nos. 5412053 and 5484867, which are hereby incorporated by reference.

現行のエンジニアリング方法は、籠毎に1から4個のシラノール基を担持するPOSSシラノールを製造している。シラノールの立体化学とシリル化に関する制御が、米国特許第6660823号で集中的に考察されており、非常に多くのPOSSシラノール及びPOSSシロキサイド陰イオンが商業製品となっている。   Current engineering methods produce POSS silanols carrying 1 to 4 silanol groups per cage. Control over silanol stereochemistry and silylation has been intensively discussed in US Pat. No. 6,668,823, with numerous POSS silanols and POSS siloxide anions being commercial products.

あるマイクロエレクトニクス、医療、触媒及び生物学的応用は、1以上のタイプのR基が、反応性若しくは特性(例、親水性対疎水性)において、籠上の他のR基とは大きく異なるものである籠上のR基の混合物を含むPOSSシラノールから利益を得ることができた。このシナリオでは、金属、生物学的若しくはポリマー表面へ結合するためのシラノール基を、共有結合形シリル化、水素結合、イオン対化若しくはファンデアワルツ接触により維持することが望ましいであろう。このように、同じPOSSシラノール籠分子上に1以上の異なるR基を担持するPOSSシラノールを提供する必要性が存在する。R基及びシラノール或いはシロキサイドで利用可能なものとは別の化学に参加することのできる、反応性オレフィン基R基を有するPOSS籠を製造することが、特別に好ましい。(図1)
POSS分子の有用性の鍵とそれらの人工及び有機材料及び表面との適合性は、それらの分散性が、熱力学的には、ギブスの混合の自由エネルギーの式(ΔG=ΔH−TΔS)に支配されているということである。ポリマー及び表面と反応し或いは相互作用するPOSS籠上のR基の性質と反応性基の能力は、有益なエンタルピー項(ΔH)に大いに貢献し、他方、エントロピー項(ΔS)は、籠サイズがモノスコピックであるときは、非常に有益である。
In certain microelectronics, medical, catalytic and biological applications, one or more types of R groups differ significantly from other R groups on the cage in reactivity or properties (eg, hydrophilic versus hydrophobic) Could be benefited from POSS silanol containing a mixture of R groups on the cage. In this scenario, it may be desirable to maintain silanol groups for bonding to metal, biological or polymer surfaces by covalent silylation, hydrogen bonding, ion pairing or van der Waltz contact. Thus, there is a need to provide POSS silanols that carry one or more different R groups on the same POSS silanol molecule. It is particularly preferred to produce a POSS soot having a reactive olefinic R 2 group that can participate in a chemistry different from those available for R 1 groups and silanols or siloxanes. (Figure 1)
The key to the usefulness of POSS molecules and their compatibility with artificial and organic materials and surfaces is that their dispersibility is thermodynamically expressed in the Gibbs mixing free energy equation (ΔG = ΔH−TΔS). It is being ruled. The nature of the R group on the POSS cage and the ability of the reactive group to react or interact with the polymer and the surface greatly contribute to the beneficial enthalpy term (ΔH), while the entropy term (ΔS) is It is very beneficial when it is a pick.

したがって、POSS籠組成に関する先行技術に対する改善の必要性が存在する。同一分子上に親水性及び疎水性並びに飽和及び不飽和のR基の組み合わせを担持する、高純度で分子的に正確なPOSSシラノール若しくはPOSSシロキサイドを生み出す改善されたプロセスが記載される。   Thus, there is a need for improvements over the prior art with respect to POSS soot composition. An improved process is described that produces high purity, molecularly accurate POSS silanols or POSS siloxides that carry a combination of hydrophilic and hydrophobic and saturated and unsaturated R groups on the same molecule.

本発明の概要
本発明は、同一分子上に親水性、疎水性、飽和、不飽和及び生物学的に活性なR基の組み合わせを担持する、POSS若しくはPOS籠組成物を調製する合成方法を記載する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention describes a synthetic method for preparing POSS or POS sputum compositions that carry a combination of hydrophilic, hydrophobic, saturated, unsaturated, and biologically active R groups on the same molecule. To do.

全体としてオレフィン基若しくはオレフィン族と芳香族或いはアルキルとの混合物若しくは生物学的適合する基を含む、ポリヘドラルオリゴメリックシルセスキオキサン及びポリヘドラルオリゴメリックシルセスキオキサンシラノール及びシロキサイドを迅速に高収率で与える合成方法が提供される。プロセスは、[(RSiO1.5)7−x(RSiO1.5)(HOSiO1.5)Σ8、[(RSiO1.5)6−x(RSiO1.5)(RHOSiO)2−x(RHOSiO)Σ8、[(RSiO1.5)2−x(RSiO1.5)(RHOSiO)4−x(RHOSiO)Σ6、[(RSiO1.5)(RSiO1.5)4−x(RHOSiO)3−x(RHOSiO)Σ7(ここで、Rは、アルキル若しくはアリール基であり、Rは、オレフィンである。)タイプの式のシラノールで官能化されたPOSS籠を形成するための式RSiX及びRSiXのシランカップリング剤と共に水酸化物塩基の使用を含む。 Rapid polyhedral oligomeric silsesquioxanes and polyhedral oligomeric silsesquioxane silanols and siloxanes containing olefinic groups or mixtures of olefinic and aromatic or alkyl or biologically compatible groups as a whole Is provided in a high yield yield. The process consists of [(R 1 SiO 1.5 ) 7-x (R 2 SiO 1.5 ) x (HOSiO 1.5 ) 1 ] Σ8 , [(R 1 SiO 1.5 ) 6-x (R 2 SiO 1.5) x (R 1 HOSiO 1 ) 2-x (R 2 HOSiO 1) x] Σ8, [(R 1 SiO 1.5) 2-x (R 2 SiO 1.5) x (R 1 HOSiO 1 ) 4-x (R 2 HOSiO 1 ) x ] Σ 6 , [(R 1 SiO 1.5 ) 4 (R 2 SiO 1.5 ) 4-x (R 1 HOSiO 1 ) 3-x (R 2 HOSiO 1 ) x ] Σ7 (wherein R 1 is an alkyl or aryl group and R 2 is an olefin) of formula R 1 SiX 3 to form a silanol-functionalized POSS cage of the formula Includes the use of hydroxide bases with R 2 SiX 3 silane coupling agents.

オレフィン基は、極性、疎水性、潤滑性及び生物学的適合性のような追加的性質を付与するための手段、或いは表面変性、反応的シリル化若しくは金属或いは他の材料との会合のためのシラノール若しくはシロキサイドをその間POSS籠に固定化するための手段として、酸化性付加反応、還元性付加反応、メタセシス若しくは重合により引き続き誘導体化することができる。   Olefin groups are a means for imparting additional properties such as polarity, hydrophobicity, lubricity and biocompatibility, or for surface modification, reactive silylation or association with metals or other materials. As a means for immobilizing silanol or siloxane on the POSS cage during that time, it can be subsequently derivatized by oxidative addition reaction, reductive addition reaction, metathesis or polymerization.

ナノ構造表現式の定義
本発明の化学組成物を理解するために、ポリヘドラルオリゴメリックシルセスキオキサン(POSS)及びポリヘドラルオリゴメリックシリケート(POS)ナノ構造の表現式のための以下の定義がなされる。
Nanostructure Expression Definitions To understand the chemical compositions of the present invention, the following for the expression of polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) and polyhedral oligomeric silicate (POS) nanostructures: Definitions are made.

ポリシルセスキオキサンは、∞はモル重合度を表し、Rは有機置換基(H、シロキシ、環状或いは直鎖状脂肪族若しくは芳香族基であり、追加的に、アルコール、エステル、アミン、ケトン、オレフィン、エーテル或いはフッ化基を含んでもよいハライドの如き反応性官能基を含んでもよい。)を表す、式[RSiO1.5により表される材料である。ポリシルセスキオキサンは、ホモレプティックかヘテロレプティックの何れかであってよい。記号Rは、R及びR官能基を含む。ホモレプティック系はただ1つの型のR基を含み、一方、ヘテロレプティック系は1以上の型のR基を含む。 In polysilsesquioxane, ∞ represents the degree of molar polymerization, R is an organic substituent (H, siloxy, cyclic or linear aliphatic or aromatic group, and additionally, alcohol, ester, amine, ketone Or a reactive functional group such as a halide which may contain an olefin, an ether or a fluorinated group), and a material represented by the formula [RSiO 1.5 ] . The polysilsesquioxane may be either homoleptic or heteroleptic. The symbol R includes R 1 and R 2 functional groups. A homoleptic system contains only one type of R group, while a heteroleptic system contains more than one type of R group.

POSS及びPOSナノ構造組成物は以下の式により表される。   POSS and POS nanostructure compositions are represented by the following formula:

ホモレプティック組成物に対しては[(RSiO1.5)Σ#
ヘテロレプティック組成物に対しては、[(RSiO1.5)(R´SiO1.5)Σ#(ここで、RとR´は、異なる。)
官能化ヘテロレプティック組成物に対しては、[(RSiO1.5)(RXSiO1.0)Σ#(ここで、R基は、同じか、同じでないかであり得る。)
上記Rすべては、上記定義と同じであり、Xは、限定するものではないが、OH、ONa、OLi、OK、OCs、Cl、Br、I、アルコキシド(OR)、ホルメート(OCH)、アセテート(OCOR)、酸(OCOH)、エステル(OCOR)、パーオキサイド(OOR)、アミン(NR)、イソシアネート(NCO)及びRを包含する。記号m及びnは、組成物の化学量論を意味する。記号Σは、組成物がナノ構造を形成することを示し、記号#は、ナノ構造内に含まれる珪素原子の数をいう。#の値は、通常はmとnの和であり、nの範囲は、典型的には1〜24であり、mの範囲は、典型的には1〜12である。Σ#は、単に、システムの全体のナノ構造特性(籠サイズとして知られる)を説明するものであることから、化学量論を決定する乗数と混同されるべきではないことが留意されるべきである。
[(RSiO 1.5 ) n ] Σ # for homoleptic compositions
For heteroleptic compositions, [(RSiO 1.5 ) n (R′SiO 1.5 ) m ] Σ # (where R and R ′ are different).
For functionalized heteroleptic compositions, [(RSiO 1.5 ) n (RXSiO 1.0 ) m ] Σ # (wherein the R groups may be the same or not the same).
All of the above R are the same as defined above, and X is not limited, but includes OH, ONa, OLi, OK, OCs, Cl, Br, I, alkoxide (OR), formate (OCH), acetate ( OCOR), acid (OCOH), ester (OCOR), peroxide (OOR), amine (NR 2 ), isocyanate (NCO) and R. The symbols m and n mean the stoichiometry of the composition. The symbol Σ indicates that the composition forms a nanostructure, and the symbol # indicates the number of silicon atoms contained in the nanostructure. The value of # is usually the sum of m and n, the range of n is typically 1-24, and the range of m is typically 1-12. It should be noted that Σ # should not be confused with a multiplier that determines stoichiometry, since it merely describes the overall nanostructure characteristics of the system (known as the cocoon size). is there.

発明の詳細な説明
本発明は、籠上に異種のR基の混合物を与える、ポリヘドラルオリゴメリックシルセスキオキサン(POSS)及びポリヘドラルオリゴメリックシリケート(POS)合成のための方法を教示する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention teaches a method for polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) and polyhedral oligomeric silicate (POS) synthesis that provides a mixture of different R groups on the cage. .

本発明の鍵となる特徴は、POSSシラノール/シロキサイド基を保持しつつ、同じ籠に、2つの型の有機基(R及びR)の統計的組み込みを可能にするRSiX及びRSiXのシランカップリング剤の相乗的に寛容な量論比の使用である。追加的に、不飽和官能基を担持するR基をもつ籠を調製する能力は、POSS籠の更なる官能化を可能とする。 A key feature of the present invention is that R 1 SiX 3 that allows statistical incorporation of two types of organic groups (R 1 and R 2 ) in the same cage while retaining the POSS silanol / siloxane group. The use of a synergistically tolerated stoichiometric ratio of the R 2 SiX 3 silane coupling agent. In addition, the ability to prepare soots with R groups bearing unsaturated functional groups allows further functionalization of the POSS soot.

POSSシラノールの調製方法は、米国特許第6972312号及び米国特許出願番号11/371195に記載されてきており、それらは参照に組み込むまれる。以前に記載したように、籠総体の合成プロセスは、シラノール若しくはシロキサイド基で官能化されたPOSS籠を形成するための式RSiX及びRSiXのシランカップリング剤との反応に水酸化物塩基の使用を含む。 Methods for the preparation of POSS silanols have been described in US Pat. No. 6972312 and US patent application Ser. No. 11/371195, which are incorporated by reference. As previously described, the process of synthesizing the soot total involves reacting with a silane coupling agent of the formulas R 1 SiX 3 and R 2 SiX 3 to form POSS cages functionalized with silanol or siloxane groups. Including the use of hydroxide bases.

POSSシラノールは、応用における最大の汎用性と誘導体化化学を提供することから、好適な組成物である。好適なPOSSシラノールの式のタイプは、[(RSiO1.5)7−x(RSiO1.5)(HOSiO1.5)Σ8、[(RSiO1.5)6−x(RSiO1.5)(RHOSiO)2−x(RHOSiO)Σ8、[(RSiO1.5)2−x(RSiO1.5)(RHOSiO)4−x(RHOSiO)Σ6及び[(RSiO1.5)(RSiO1.5)4−x(RHOSiO)3−x(RHOSiO)Σ7であって、ここで、Rは、アルキル若しくはアリール基であり、Rは、オレフィンである。オレフィン族R基及び脂肪族R基の混合物を担持するPOSSシラノール/シロキサイドの生成のために、本プロセスで役に立つ価値のあるツールは、2つのRSiX及びRSiXのシランカップリング剤のモル比を、約15:85〜25:75に、好ましくは20:80に維持することである。これは、同じPOSS籠にビニル及びイソブチル基を組み込む際に、特に効果的である。全てのR基がオレフィン族であるPOSSシラノール/シロキサイド籠も、その比を100:0の極限に変化させることにより、同様の方法で調製することができる。プロセスは、RSiX及びRSiXの全ての予想される組成範囲に対して有効である。 POSS silanol is a preferred composition because it provides maximum versatility in application and derivatization chemistry. Suitable POSS silanol formula types are [(R 1 SiO 1.5 ) 7-x (R 2 SiO 1.5 ) x (HOSiO 1.5 ) 1 ] Σ8 , [(R 1 SiO 1.5 ) 6-x (R 2 SiO 1.5 ) x (R 1 HOSiO 1 ) 2-x (R 2 HOSiO 1 ) x ] Σ8 , [(R 1 SiO 1.5 ) 2-x (R 2 SiO 1.5 ) x (R 1 HOSiO 1) 4-x (R 2 HOSiO 1) x] Σ6 and [(R 1 SiO 1.5) 4 (R 2 SiO 1.5) 4-x (R 1 HOSiO 1) 3- x (R 2 HOSiO 1 ) x ] Σ7 , where R 1 is an alkyl or aryl group and R 2 is an olefin. A valuable tool useful in this process for the production of POSS silanol / siloxide carrying a mixture of olefinic R 2 and aliphatic R 1 groups is two R 1 SiX 3 and R 2 SiX 3 silanes. The molar ratio of coupling agent is maintained at about 15:85 to 25:75, preferably 20:80. This is particularly effective when incorporating vinyl and isobutyl groups into the same POSS cage. POSS silanol / siloxide cages in which all R groups are olefins can be prepared in a similar manner by changing the ratio to the limit of 100: 0. The process is effective for all expected composition ranges of R 1 SiX 3 and R 2 SiX 3 .

POSS籠上のオレフィン基は、如何なる数の酸化若しくは付加反応により、引き続き誘導体化することができる。これらは、メタセシス(米国特許第5942638号)若しくは酸化反応(米国特許第6100417号及び米国特許第6767930号)、付加反応(米国特許第5939576号及び米国特許第5047492号)若しくは重合である。POSS技術におけるこの進歩は、籠上の非反応性R基と反応性シラノール/シロキサイド基を維持しながらR基の化学的誘導体化を行う能力を提供する。   The olefinic group on the POSS cage can be subsequently derivatized by any number of oxidation or addition reactions. These are metathesis (US Pat. No. 5,842,638) or oxidation reactions (US Pat. No. 6,100417 and US Pat. No. 6,767,930), addition reactions (US Pat. No. 5,939,576 and US Pat. No. 5,047,492) or polymerization. This advance in POSS technology provides the ability to perform chemical derivatization of R groups while maintaining non-reactive R groups and reactive silanol / siloxide groups on the cage.

全プロセスに適用可能な一般的プロセス変数
化学的プロセスに典型的なように、純度、選択性、速度及びプロセスメカニズムを制御するために使用される多くの変数がある。プロセスに影響する変数は、ナノ構造化学物質のサイズ、多分散性及び組成、分離及び単離方法、触媒若しくは助触媒、溶媒及び助溶媒の使用を含む。追加的に、合成メカニズム、速度及び生産物分布を制御する動力学的及び熱力学的手段もまた、生産物の品質及び経済性に影響しうるトレードツールであることが知られている。
General process variables applicable to the whole process As is typical for chemical processes, there are a number of variables used to control purity, selectivity, speed and process mechanism. Variables affecting the process include nanostructured chemical size, polydispersity and composition, separation and isolation methods, catalyst or cocatalyst, solvent and cosolvent use. Additionally, kinetic and thermodynamic means of controlling the synthesis mechanism, speed and product distribution are also known to be trade tools that can affect product quality and economics.

以下の例は、本発明の実施を例証するために提供されるのであり、本発明の目的と範囲の制限を示すものでは決してない。   The following examples are provided to illustrate the practice of the present invention and are in no way indicative of the purpose and scope of the invention.

POSSオレフィンシラノール/シロキサイド合成
例1.混合R及びRPOSSトリシラノールの調製
POSS籠へのR及びRの組み込みのための量論範囲を示すことを目的として、以下の1連の処方が実行された。(RSiX)イソブチルSi(OMe)と(RSiX)アリルSi(OMe)の混合物が、エタノール(75ml)と水(1.0mL、0.055モル)中にLiOH・HO(3.3g、0.079モル)を含むスラリーにゆっくりと添加された。反応は2日間還流され、その後氷スラリー水(100mL)中のHCl溶液(15mL37重量%HCl)の添加によりクエンチされ、15分間徹底的に混合された。所望の混合R基POSS籠が、次いで後ペンタン(100mL)とNaCl水溶液の添加により有機層中に抽出された。有機層は、その後4重量%のHCl溶液(3×100mL)で洗浄され、揮発物が、減圧下除去された。所望の生成物が、白色固形物として収集され、MALDI-TOF及びH NMR分光計により確認された。MALDI-TOFスペクトルは、親核POSS式とアブレーションマトリクスからの関連するナトリウム原子のためのM/Zを含む。(図2参照)
=アリル(C)=0の群[(CSiO1.5)(CHOSiO)Σ7に対してはMZは813と計算され、813を検出した。
POSS Olefin Silanol / Silkoxide Synthesis Example 1 Preparation of Mixed R 1 and R 2 POSS Trisilanol The following series of recipes was carried out in order to show the stoichiometric range for incorporation of R 1 and R 2 into POSS cages. A mixture of (R 1 SiX 3 ) isobutyl Si (OMe) 3 and (R 2 SiX 3 ) allyl Si (OMe) 3 was dissolved in LiOH.H in ethanol (75 ml) and water (1.0 mL, 0.055 mol). Slowly added to a slurry containing 2 O (3.3 g, 0.079 mol). The reaction was refluxed for 2 days, after which it was quenched by the addition of HCl solution (15 mL 37 wt% HCl) in ice slurry water (100 mL) and mixed thoroughly for 15 minutes. The desired mixed R group POSS 籠 was then extracted into the organic layer by the addition of pentane (100 mL) and aqueous NaCl. The organic layer was then washed with 4 wt% HCl solution (3 × 100 mL) and volatiles were removed under reduced pressure. The desired product was collected as a white solid and confirmed by MALDI-TOF and 1 H NMR spectrometer. The MALDI-TOF spectrum contains M / Z for the nucleophilic POSS formula and related sodium atoms from the ablation matrix. (See Figure 2)
For R 2 = Allyl (C 3 H 5) = 0 groups [(C 4 H 9 SiO 1.5 ) 4 (C 4 H 9 HOSiO 1) 3] Σ7 MZ is calculated as 813, 813 Detected.

=アリル=1の群=[(CSiO1.5)(CHOSiO)(CHOSiO)Σ7に対しては、MZは797と計算され、797を検出した。1H NMR (300MHz,CDCl3,25℃)δ6.69(brs,3H,OH),5.79(m,2H,-CH=),4.93(m,4H,=CH2),1.85(m,5H,-CH-),1.61(m,4H,-CH2-CH=CH2),0.95(m,30H,-CH3),0.59(m,10H,CH2)。 R 2 = Allyl = 1 group = [(C 4 H 9 SiO 1.5 ) 4 (C 3 H 5 HOSiO 1 ) 1 (C 4 H 9 HOSiO 1 ) 2 ] For Σ7 , MZ is 797 Calculated and detected 797. 1 H NMR (300MHz, CDCl 3 , 25 ° C) δ6.69 (brs, 3H, OH), 5.79 (m, 2H, -CH =), 4.93 (m, 4H, = CH 2 ), 1.85 (m, 5H , -CH -), 1.61 (m , 4H, -CH 2 -CH = CH 2), 0.95 (m, 30H, -CH 3), 0.59 (m, 10H, CH 2).

=アリル=2の群=[(CSiO1.5)(CHOSiO)(CHOSiO)Σ7に対しては、MZは781と計算され、781を検出した。 R 2 = Allyl = 2 group = [(C 4 H 9 SiO 1.5 ) 4 (C 3 H 5 HOSiO 1 ) 2 (C 4 H 9 HOSiO 1 ) 1 ] For Σ7 , MZ is 781 Calculated and detected 781.

=アリル=3の群=[(CSiO1.5)(CHOSiO)Σ7に対しては、MZは766と計算され、766を検出した。 R 2 = Allyl = 3 group = [(C 4 H 9 SiO 1.5 ) 4 (C 3 H 5 HOSiO 1 ) 3 ] For Σ7 , MZ was calculated to be 766 and 766 was detected.

例2.[((CH)CHCH)SiO1.5)((CHCH)(OH)SiO1.0)Σ7の調製
例1によるものと類似の手順にしたがって、0.5Lのフラスコが、75mlエタノールと水1mL(0.055モル)で満たされた。この混合物に、3.3g(0.079モル)の固体水酸化リチウム一水和物(LiOH-HO)が添加され、15.3mlの(R)イソブチルSi(OMe)と3.1mlの(R)ビニルSi(OMe)が、引き続き添加された。反応は8時間還流され、引き続き15mlの濃縮(37%)HClを含む100mlの氷スラリーを添加することによりクエンチされた。所望の生成物が、100mLのペンタンを添加し、NaClの添加による30分間の撹拌によって、有機層中に抽出された。ペンタン層が除去され、100mlの4重量%HCl溶液で3度追加的に洗浄された。有機揮発物が減圧下除去され、所望の生成物が、化合物中の白色固形物として単離され(9.6g、55.8%)、MALDI-TOF-MSを使って分析され、[((CH)CHCH)SiO1.5)((CHCH)(OH)SiO1.0)Σ7と同定された。
Example 2. Preparation of [((CH 3 ) 2 CHCH 2 ) SiO 1.5 ) 4 ((CH 2 CH) (OH) SiO 1.0 ) 3 ] Σ7 According to a procedure similar to that according to Example 1, 0.5 L The flask was filled with 75 ml ethanol and 1 ml (0.055 mol) water. To this mixture was added 3.3 g (0.079 mol) of solid lithium hydroxide monohydrate (LiOH—H 2 O), and 15.3 ml of (R 1 ) isobutyl Si (OMe) 3 and 3. 1 ml of (R 2 ) vinyl Si (OMe) 3 was subsequently added. The reaction was refluxed for 8 hours and subsequently quenched by adding 100 ml ice slurry containing 15 ml concentrated (37%) HCl. The desired product was extracted into the organic layer by adding 100 mL of pentane and stirring for 30 minutes with the addition of NaCl. The pentane layer was removed and washed an additional 3 times with 100 ml of 4 wt% HCl solution. Organic volatiles were removed under reduced pressure and the desired product was isolated as a white solid in the compound (9.6 g, 55.8%) and analyzed using MALDI-TOF-MS, [(( CH 3 ) 2 CHCH 2 ) SiO 1.5 ) 4 ((CH 2 CH) (OH) SiO 1.0 ) 3 ] Σ7 .

例3.[(c-C)SiO1.5)((CHCH)(OH)SiO)((c-C)(OH)SiO)Σ7の調製
例1によるものと類似の手順にしたがって、Rシクロペンチルトリクロロシラン(36.2g、0.178モル)とメタノール(112mL)が、機械的撹拌機と還流濃縮器を装着されたa2L3ネックフラスコに添加された。次いで後LiOH.HO(23g、0.548モル)が、ゆっくりと1時間にわたって添加された。更に30分間撹拌後、Rビニルトリメトキシシラン(22.2g、0.15モル)、水(6.7g)及びLiOH.HO(7g、0.167モル)が、添加され、撹拌しながら還流加熱された。24時間還流後、混合物は、氷/水(1L)とHCl(24.5mL、37%)の溶液を撹拌された反応容器に滴下することにより、熱間で酸性化された。ヘキサン(250mL)が次いで添加され、分離され、真空下除去された。結果得られた白色粉末は、メタノールで洗浄され、減圧下乾燥され、11.3g(35%)の所望の生成物が得られた。生成物は、多段核NMRにより特性決定された。
Example 3 [(C-C 5 H 9 ) SiO 1.5 ) 4 ((CH 2 CH) (OH) SiO 1 ) 1 ((c-C 5 H 9 ) (OH) SiO 1 ) 2 ] Preparation Example 1 of Σ7 R 1 cyclopentyltrichlorosilane (36.2 g, 0.178 mol) and methanol (112 mL) were added to an a2L3 neck flask equipped with a mechanical stirrer and reflux concentrator, following a procedure similar to that by . Then after LiOH. H 2 O (23 g, 0.548 mol) was added slowly over 1 hour. After stirring for another 30 minutes, R 2 vinyltrimethoxysilane (22.2 g, 0.15 mol), water (6.7 g) and LiOH. H 2 O (7 g, 0.167 mol) was added and heated to reflux with stirring. After refluxing for 24 hours, the mixture was hot acidified by dropwise addition of a solution of ice / water (1 L) and HCl (24.5 mL, 37%) to a stirred reaction vessel. Hexane (250 mL) was then added, separated and removed under vacuum. The resulting white powder was washed with methanol and dried under reduced pressure to give 11.3 g (35%) of the desired product. The product was characterized by multi-stage nuclear NMR.

例4.[((c-C)SiO1.5)((c-C)(OH)SiO1.0)Σ7の調製
磁気撹拌棒を含む500mLフラスコに、(R)シクロヘキシニルトリメトキシシラン(30.2g、150ミリモル)、LiOH・HO(3.15g、75ミリモル、3.5当量)、水(2.70g、150ミリモル、7当量)、メタノール(7.5mL)及びMEK(150mL)が一緒にされた。フラスコは、還流濃縮器と乾燥管を装着され、還流加熱されながら撹拌された。約0.5時間後、均一な反応混合物は、白色固形物を析出し始めた。24時間後、反応混合物は、大量の白色固形物を析出し、実質的に不均一のようであった。66時間後、反応混合物は、1NのHCl(150mL)中でクエンチされ、不均一なクエンチ混合物は1時間撹拌された。真空ろ過により集められた白色固形物は、その後メタノールでスラリーとされ、2時間撹拌され、ろ過され、乾燥され、16.56g(80.7%)の所望の生成物が得られた。
Example 4 Preparation of [((c-C 6 H 9 ) SiO 1.5 ) 4 ((c-C 6 H 9 ) (OH) SiO 1.0 ) 3 ] Σ7 In a 500 mL flask containing a magnetic stir bar (R 2 ) Cyclohexynyltrimethoxysilane (30.2 g, 150 mmol), LiOH.H 2 O (3.15 g, 75 mmol, 3.5 eq), water (2.70 g, 150 mmol, 7 eq), methanol (7 .5 mL) and MEK (150 mL) were combined. The flask was equipped with a reflux concentrator and a drying tube and stirred while being heated to reflux. After about 0.5 hours, the homogeneous reaction mixture began to precipitate a white solid. After 24 hours, the reaction mixture precipitated a large amount of white solid and appeared substantially heterogeneous. After 66 hours, the reaction mixture was quenched in 1N HCl (150 mL) and the heterogeneous quench mixture was stirred for 1 hour. The white solid collected by vacuum filtration was then slurried with methanol, stirred for 2 hours, filtered and dried to give 16.56 g (80.7%) of the desired product.

例5.[((c-C)CHCHSiO1.5)((c-C)CHCH(OH)SiO1.0)Σ7の調製
磁気撹拌棒を含む100mLの丸底フラスコに、(R)[2-(3-シクロヘキシニル)エチル]トリエトキシシラン(10.0g、43.4ミリモル)、LiOH・HO(0.83g、19.8ミリモル、3.2当量)、水(0.89g、49.6ミリモル8当量)、メタノール(1mL)及びMEK(44mL)が一緒にされた。フラスコは、還流濃縮器と乾燥管を装着され、油浴で80℃に保持しておかれ、撹拌された。反応混合物は、均一なままであった。
Example 5. Preparation of [((c-C 6 H 9 ) CH 2 CH 2 SiO 1.5 ) 4 ((c-C 6 H 9 ) CH 2 CH 2 (OH) SiO 1.0 ) 3 ] Σ7 A 100 mL round bottom flask containing (R 2 ) [2- (3-cyclohexylinyl) ethyl] triethoxysilane (10.0 g, 43.4 mmol), LiOH.H 2 O (0.83 g, 19.8). Mmol, 3.2 eq), water (0.89 g, 49.6 mmol 8 eq), methanol (1 mL) and MEK (44 mL) were combined. The flask was equipped with a reflux concentrator and a drying tube, kept at 80 ° C. in an oil bath and stirred. The reaction mixture remained homogeneous.

14時間後、反応混合物は、水(150mL)と燐酸(2.02mL、LiOH・HOに対して1.5当量)の溶液中でクエンチされた。油相が分離され、1時間撹拌された。ヘキサン/THFがクエンチに添加され、均一な有機相が生じ、有機相は水と飽和塩水の連続部分で洗浄された。有機層は分離され、MgSOで乾燥され、ろ過され、その後回転蒸発器で除去され、発泡固形物が提供され、真空乾燥され、7.0g(98%)の所望生成物[((c-C) CHCHSiO1.5)((c-C)CHCH(OH)SiO1。0)Σ7と所望のポリマー樹脂[((c-C)CHCHSiO1.5) ((c-C)CHCH(OH)SiO1。0)Σ∞の混合物が、70:30の比で得られた。 After 14 hours, the reaction mixture was quenched in a solution of water (150 mL) and phosphoric acid (2.02 mL, 1.5 equivalents to LiOH.H 2 O). The oil phase was separated and stirred for 1 hour. Hexane / THF was added to the quench resulting in a homogeneous organic phase, which was washed with successive portions of water and saturated brine. The organic layer is separated, dried over MgSO 4 , filtered, then removed on a rotary evaporator to provide a foamed solid, vacuum dried and 7.0 g (98%) of the desired product [((c- C 6 H 9) CH 2 CH 2 SiO 1.5) 4 ((c-C 6 H 9) CH 2 CH 2 (OH) SiO 1.0) 3] Σ7 and desired polymeric resin [((c-C 6 H 9) CH 2 CH 2 SiO 1.5) 4 ((c-C 6 H 9) CH 2 CH 2 (OH) SiO 1.0) 3] mixtures Σ∞ is, 70: obtained in 30 ratio It was.

例6.[((C)SiO1.5)((C(OH)SiO1.0)Σ7の調製
磁気撹拌棒を含む100mLの丸底フラスコに、(R)ノルボルネンイルトリメトキシシラン[5-(ビシクロヘプテニル)トリエトキシシラン](10.0g、39ミリモル)、LiOH・HO(0.75g、17.8ミリモル、3.2当量)、水(0.80g、44.6ミリモル8当量)、メタノール(1mL)及びMEK(39mL)が一緒にされた。フラスコは、還流濃縮器と乾燥管を装着され、油浴で80℃に保持しておかれ、撹拌された。約1時間後、均一な反応混合物は、白色固形物を析出し始めた。14時間後反応混合物は、大量の白色固形物を析出し、実質的に不均一のようであった。
Example 6 Preparation of [((C 7 H 9 ) SiO 1.5 ) 4 ((C 7 H 9 (OH) SiO 1.0 ) 3 ] Σ7 To a 100 mL round bottom flask containing a magnetic stir bar, add (R 2 ) norbornene. Iltrimethoxysilane [5- (bicycloheptenyl) triethoxysilane] (10.0 g, 39 mmol), LiOH.H 2 O (0.75 g, 17.8 mmol, 3.2 eq), water (0. 80 g, 44.6 mmol 8 eq), methanol (1 mL) and MEK (39 mL) were combined, the flask was fitted with a reflux condenser and drying tube and kept at 80 ° C. in an oil bath, After about 1 hour, the homogeneous reaction mixture began to precipitate a white solid, and after 14 hours the reaction mixture precipitated a large amount of white solid and appeared substantially heterogeneous. .

反応混合物は、その後水(150mL)と燐酸(1.82mL、LiOH・HOに対して1.5当量)の溶液中でクエンチされ、不均一なクエンチ混合物は、1時間撹拌された。ヘキサン/THFがクエンチに添加され、均一な有機相が生じ、有機相は水と飽和塩水の連続部分で洗浄された。有機層は分離され、MgSOで乾燥され、ろ過され、その後溶媒は、回転蒸発器で除去され、白色の固形物が提供され、アセトンで撹拌され、真空ろ過により集められ、5.4g(93%)の所望の生成物が得られた。 The reaction mixture was then quenched in a solution of water (150 mL) and phosphoric acid (1.82 mL, 1.5 equivalents to LiOH.H 2 O) and the heterogeneous quench mixture was stirred for 1 hour. Hexane / THF was added to the quench resulting in a homogeneous organic phase, which was washed with successive portions of water and saturated brine. The organic layer is separated, dried over MgSO 4 and filtered, after which the solvent is removed on a rotary evaporator to provide a white solid, stirred with acetone, collected by vacuum filtration and collected with 5.4 g (93 %) Of the desired product.

シリル化によるPOSSオレフィン族シラノール/シロキサイド誘導体化
以下の例は、オレフィン族POSS系上のシラノール/シロキサイド官能基を化学的誘導体化することを実証するために提供される。
POSS olefin silanol / siloxide derivatization by silylation The following examples are provided to demonstrate the chemical derivatization of silanol / siloxide functionality on olefin POSS systems.

例7.[(c-C)SiO1.5)((CHCH)(OH)SiO)((c-C)(OH)SiO)Σ7の化学的誘導体化による[(c-C)SiO1.5)((CHCH)SiO1。5)(HN(CH)SiO1.5)Σ8の調製
[(c-C)SiO1.5)((CHCH)(OH)SiO)((c-C)(OH)SiO)Σ7(1g)とメタノール(15mL)が、100mLの丸底フラスコに置かれ、それに、アミノプロピルトリメトキシシラン(0.521g、2.904×10−3モル)が、ゆっくりと撹拌しながら添加された。室温で24時間反応後、白色生成物がろ過により集められ、メタノールで洗浄され、0.6g(57%)の[(c-C)SiO1.5)((CHCH)SiO1.5)(HN(CH)SiO1.5)Σ8が得られた。生成物は、多段核NMRにより特性決定された。
Example 7. [(C-C 5 H 9 ) SiO 1.5 ) 4 ((CH 2 CH) (OH) SiO 1 ) 1 ((c-C 5 H 9 ) (OH) SiO 1 ) 2 ] Chemical Derivative of Σ7 Preparation of [(c-C 5 H 9 ) SiO 1.5 ) 6 ((CH 2 CH) SiO 1.5 ) 1 (H 2 N (CH 2 ) 3 SiO 1.5 ) 1 ] Σ8 [(8 c-C 5 H 9 ) SiO 1.5 ) 4 ((CH 2 CH) (OH) SiO 1 ) 1 ((c-C 5 H 9 ) (OH) SiO 1 ) 2 ] Σ7 (1 g) and methanol ( 15 mL) was placed in a 100 mL round bottom flask to which aminopropyltrimethoxysilane (0.521 g, 2.904 × 10 −3 mol) was added with slow stirring. After reaction at room temperature for 24 hours, the white product was collected by filtration, washed with methanol, and 0.6 g (57%) of [(c-C 5 H 9 ) SiO 1.5 ) 6 ((CH 2 CH) SiO 1.5 ) 1 (H 2 N (CH 2 ) 3 SiO 1.5 ) 1 ] Σ8 was obtained. The product was characterized by multi-stage nuclear NMR.

例8.[((C)SiO1.5)((C)(OH)SiO1.0)Σ7からの[((C)SiO1.5)(CH=CCHC(O)OCHCHCH)SiO1.0)Σ8の調製
THF(1.5mL)中の3-メタクリルオキシプロピルトリクロロシラン(0.5g、0.4mL、1.9ミリモル、1.01当量)溶液が、無水THF(10mL)中のトリシラノールノルボルネンPOSS[((C)SiO1.5)((C)(OH)SiO1.0)Σ7(2.0g、1.9ミリモル)と無水トリエチルアミン(0.63g、0.87mL、6.2ミリモル、3.25当量)溶液に滴下された。EtN・HClの沈殿物が、クロロシラン添加時に形成された。添加完了後、反応混合物は、14時間撹拌された。反応は分別漏斗に移され、ジエチルエーテル(10mL)が添加された。有機層は1Nの酢酸、水及び飽和塩水で洗浄された。有機相は、MgSOで乾燥され、ろ過され、溶媒が回転蒸発器で除去された。得られた白色固形物は、MeOHで洗浄され、真空ろ過により集められ、乾燥され、白色固形物として1.5g(65%)の生成物が得られた。
Example 8 [((C 7 H 9) SiO 1.5) 4 ((C 7 H 9) (OH) SiO 1.0) 3] from Σ7 [((C 7 H 9 ) SiO 1.5) 7 (CH 2 = CCH 3 C (O) OCH 2 CH 2 CH 2 ) SiO 1.0 ) 1 ] Preparation of Σ8 3-Methacryloxypropyltrichlorosilane (0.5 g, 0.4 mL, 1) in THF (1.5 mL) .9 mmol, 1.01 equiv.) Solution of trisilanol norbornene POSS [((C 7 H 9 ) SiO 1.5 ) 4 ((C 7 H 9 ) (OH) SiO 1 in anhydrous THF (10 mL) . 0 ) 3 ] Σ7 (2.0 g, 1.9 mmol) and anhydrous triethylamine (0.63 g, 0.87 mL, 6.2 mmol, 3.25 eq) was added dropwise. A precipitate of Et 3 N · HCl was formed upon addition of chlorosilane. After the addition was complete, the reaction mixture was stirred for 14 hours. The reaction was transferred to a separatory funnel and diethyl ether (10 mL) was added. The organic layer was washed with 1N acetic acid, water and saturated brine. The organic phase was dried over MgSO 4 , filtered and the solvent was removed on a rotary evaporator. The resulting white solid was washed with MeOH, collected by vacuum filtration and dried to give 1.5 g (65%) of product as a white solid.

例9.[((c-C)SiO1.5)((C)(OH)SiO1.0)Σ7からの[((c-C)SiO1.5)((CH=CCHC(O)O(CH)SiO1.5)Σ8の調製
無水トリエチルアミン(1.77g、2.44mL、17.5ミリモル、3.5当量)が、無水THF(25mL)中のトリシラノールシクロヘキセン[((c-C)SiO1.5)((C)(OH)SiO1.0)Σ7(4.79g、5.0ミリモル)と3-メタクリルオキシプロピルトリクロロシラン(1.44g、1.15mL、5.5ミリモル、1.1当量)の0℃の冷却溶液に滴下された。EtN・HClの沈殿物がEtN添加時に形成された。添加完了後、反応混合物は、室温まで暖められ、16時間撹拌しおかれた。反応は、1N HCl(10mL)でクエンチされ、ヘキサン(10mL)が添加された。混合物は十分に撹拌され、有機相が分離し、1度飽和塩水で洗浄された。溶媒が回転蒸発器で除去され、固形ペーストが得られ、アセトン(50mL)とメタノール(50mL)で撹拌され、白色固形物が得られ、真空ろ過により集められ、メタノールで洗浄され、乾燥され、白色固形物として4.01g(72%)の生成物が得られた。
Example 9. [((C-C 6 H 9 ) SiO 1.5 ) 4 ((C 6 H 9 ) (OH) SiO 1.0 ) 3 ] [((c-C 6 H 9 ) SiO 1.5 from Σ7 ) 7 ((CH 2 ═CCH 3 C (O) O (CH 2 ) 3 SiO 1.5 ) 1 ] Preparation of Σ8 Anhydrous triethylamine (1.77 g, 2.44 mL, 17.5 mmol, 3.5 eq) Is trisilanol cyclohexene [((c-C 6 H 9 ) SiO 1.5 ) 4 ((C 6 H 9 ) (OH) SiO 1.0 ) 3 ] Σ7 (4.79 g) in anhydrous THF (25 mL). , 5.0 mmol) and 3-methacryloxypropyltrichlorosilane (1.44 g, 1.15 mL, 5.5 mmol, 1.1 eq) were added dropwise to a cooled solution of 0 ° C. Et 3 N · HCl. precipitate formed Et 3 N upon addition. after the addition was complete, the reaction mixture is warmed to room temperature, 1 The reaction was quenched with 1N HCl (10 mL) and hexane (10 mL) was added The mixture was stirred well and the organic phase separated and washed once with saturated brine. The solvent is removed on a rotary evaporator to give a solid paste that is stirred with acetone (50 mL) and methanol (50 mL) to give a white solid, collected by vacuum filtration, washed with methanol, dried, and white 4.01 g (72%) of product was obtained as a solid.

例10.[((C)SiO1.5)(CSiO1.5)((HC)HCOTiO1.5)Σ8の調製
Ti(OCH(CH)(1.0g、3.5ミリモル)が、ヘキサン(20mL)に溶解した[(C)SiO1.5)(CHOSiO)Σ7(2.25g、3.0ミリモル)溶液にアルゴン下添加され、反応は50℃で2時間撹拌されるままにされた。真空での溶媒蒸発は、やや粘着した白色固形物(2.58g、2.8ミリモル)として生成物を与えた。特性決定は、多段核NMR分光計により実行された。1H NMR (400MHz, CDCl3,25°C)δ5.79(m,2H,-CH=),4.93(m,4H,=CH2),4.20(brs,1H,OCH(CH3)2),1.87(m,5H,-CH-),1.61(m,4H,-CH2-CH=CH2),1.23 (m,6 H,OCH(CH3)2),0.96 (m,30 H,CH3),0.60 (m,10 H,CH2)。
Example 10 [((C 4 H 9 ) SiO 1.5 ) 4 (C 3 H 5 SiO 1.5 ) 3 ((H 3 C) 2 HCOTiO 1.5 ) 1 ] Preparation of Σ8 Ti (OCH (CH 3 ) 2 ) 4 (1.0 g, 3.5 mmol) was dissolved in hexane (20 mL) [(C 4 H 9 ) SiO 1.5 ) 4 (C 3 H 5 HOSiO 1 ) 3 ] Σ7 (2.25 g, 3.0 mmol) solution was added under argon and the reaction was left to stir at 50 ° C. for 2 hours. Solvent evaporation in vacuo gave the product as a slightly sticky white solid (2.58 g, 2.8 mmol). Characterization was performed with a multi-stage nuclear NMR spectrometer. 1 H NMR (400MHz, CDCl 3 , 25 ° C) δ5.79 (m, 2H, -CH =), 4.93 (m, 4H, = CH 2 ), 4.20 (brs, 1H, OCH (CH 3 ) 2 ) , 1.87 (m, 5H, -CH-), 1.61 (m, 4H, -CH 2 -CH = CH 2 ), 1.23 (m, 6 H, OCH (CH 3 ) 2 ), 0.96 (m, 30 H, CH 3), 0.60 (m, 10 H, CH 2).

例11.MCM-[(C)SiO1.5)(CSiO1.5)((HC)HCOTiO1.5)Σ8材料の触媒応用のための調製
MCMゼオライト型触媒材料が、[(C)SiO1.5)(CSiO1.5)((HC)HCOTiO1.5)Σ8/テトラエチルオルトシリケート(TEOS)のモル比を変化させて、同じ条件下で調製された。水6.0g(0.33モル)が、4.77gのNHOH(30重量%NH;0.07モルNH)と混合され、1分間撹拌された。この溶液に、0.33gのセチルトリメチルアンモニウムブロマイドCTABr(0.91モル)が添加され、溶液は、室温で0.5時間撹拌された。触媒に組み込まれたTiの量を0.3〜2.7重量%で変えることを目的として、[(C)SiO1.5)(CSiO1.5)((HC)HCOTiO1.5)Σ8とTEOSの混合物が、10〜80モル%の種々の比で、POMSに添加された。例えば、[(C)SiO1.5)(CSiO1.5)((HC)HCOTiO1.5)Σ8は、POSS:TEOSモル比の80/20の高使用量で、また、POSS:TEOSモル比の13/87の低使用量で添加された。溶液は、室温で0.5時間撹拌され、その間に白色沈殿物がゆっくりと形成された。沈殿物は、4日間80℃でその上澄み中で熟成された。生成物は、ろ過され、水で洗浄され、80℃で空気乾燥された。仕上げ洗浄は、50℃で6時間、5gHCl(37重量%)/150gMeOH混合物を使ってなされ、混合物はろ過され、MeOHで洗浄され、80℃で1晩中空気乾燥された。所望の生成物が高収量で、白色固形物として単離された。特性決定は、SEM、ICP、EDAX及びBET分析によりなされた。TiPOMSのMCMへの組み込みは、当初のMCMの元々のテクスチャーと構造を保持し、他方材料の機械的及び物理的安定性を有利に改善することが見出された。

Figure 2009504890
Example 11 MCM-[(C 4 H 9 ) SiO 1.5 ) 4 (C 3 H 5 SiO 1.5 ) 3 ((H 3 C) 2 HCOTiO 1.5 ) 1 ] Σ8 Preparation for Catalytic Application MCM The zeolite type catalyst material is [(C 4 H 9 ) SiO 1.5 ) 4 (C 3 H 5 SiO 1.5 ) 3 ((H 3 C) 2 HCOTiO 1.5 ) 1 ] Σ8 / tetraethylorthosilicate ( The TEOS) molar ratio was varied and prepared under the same conditions. 6.0 g (0.33 mol) of water was mixed with 4.77 g NH 4 OH (30 wt% NH 3 ; 0.07 mol NH 3 ) and stirred for 1 minute. To this solution was added 0.33 g cetyltrimethylammonium bromide CTABr (0.91 mol) and the solution was stirred at room temperature for 0.5 hours. [(C 4 H 9 ) SiO 1.5 ) 4 (C 3 H 5 SiO 1.5 ) 3 (in order to change the amount of Ti incorporated into the catalyst by 0.3 to 2.7% by weight. (H 3 C) 2 HCOTiO 1.5 ) 1 ] A mixture of Σ8 and TEOS was added to POMS at various ratios of 10-80 mol%. For example, [(C 4 H 9 ) SiO 1.5 ) 4 (C 3 H 5 SiO 1.5 ) 3 ((H 3 C) 2 HCOTiO 1.5 ) 1 ] Σ8 is 80 of the POSS: TEOS molar ratio. It was added at a high usage of / 20 and at a low usage of 13/87 of the POSS: TEOS molar ratio. The solution was stirred at room temperature for 0.5 hour, during which time a white precipitate slowly formed. The precipitate was aged in its supernatant at 80 ° C. for 4 days. The product was filtered, washed with water and air dried at 80 ° C. The final wash was made with a 5 g HCl (37 wt%) / 150 g MeOH mixture at 50 ° C. for 6 hours, the mixture was filtered, washed with MeOH and air dried at 80 ° C. overnight. The desired product was isolated as a white solid in high yield. Characterization was done by SEM, ICP, EDAX and BET analysis. Incorporation of TiPOMS into MCM has been found to preserve the original texture and structure of the original MCM while advantageously improving the mechanical and physical stability of the material.
Figure 2009504890

基の酸化によるPOSSオレフィン族シラノール/シロキサイド誘導体化
以下の例は、官能化POSS籠上のR基の化学的誘導体化を実行する能力を実証するために提供される。
POSS olefin silanol / siloxide derivatization by oxidation of R 2 groups The following examples are provided to demonstrate the ability to perform chemical derivatization of R 2 groups on functionalized POSS cages.

例12.[((C)SiO1.5)((C)(OH)SiO1.0)Σ7のエポキシ化
[((C)SiO1.5)((C)(OH)SiO1.0)Σ7の50g試料が、過酢酸(200ml)、クロロホルム(500ml)、炭酸水素ナトリウム(62.1g)及び酢酸ナトリウム(1.1g)混合物中で撹拌され、還流された。2時間後、反応は冷却により停止された。室温で水(700mL)が添加され、混合物は撹拌され、ろ過され、水層と有機層に相分離されるままにされた。有機層が分離され、メタノール(100mL)で処理され、白色固形物のエポキシ生成物が得られた。MCPBA(メタクロロ過安息香酸)も、過酢酸の代わりの受容可能な酸化剤であることに留意すべきである。
Example 12. [((C 6 H 9 ) SiO 1.5 ) 4 ((C 6 H 9 ) (OH) SiO 1.0 ) 3 ] Epoxidation of Σ7 [((C 6 H 9 ) SiO 1.5 ) 4 ( (C 6 H 9 ) (OH) SiO 1.0 ) 3 ] A 50 g sample of Σ7 is a mixture of peracetic acid (200 ml), chloroform (500 ml), sodium bicarbonate (62.1 g) and sodium acetate (1.1 g). Stir in and reflux. After 2 hours, the reaction was stopped by cooling. Water (700 mL) was added at room temperature and the mixture was stirred, filtered, and allowed to phase separate into aqueous and organic layers. The organic layer was separated and treated with methanol (100 mL) to give a white solid epoxy product. It should be noted that MCPBA (metachloroperbenzoic acid) is also an acceptable oxidizing agent instead of peracetic acid.

例13.[((c-C)SiO1.5)((CH=CCHC(O)O(CH)SiO1.5)Σ8のエポキシ化
CHCl(5ml)中の35%過酢酸(1.5g、7.0ミリモル)溶液が、クロロホルム(25ml)中のメタクリルシクロヘキセンPOSS[((c-C)SiO1.5)((CH=CCHC(O)OCHCHCH(SiO1.5)Σ8(2.2g、2.0ミリモル)、炭酸水素ナトリウム(1.4g)及び酢酸ナトリウム(50mg、0.6ミリモル)の還流混合物中に滴下された。40分後、反応の進行がHPLCによりチェクされ、全体の75%であることが見出された。追加的な過酢酸(1.5g、7.0ミリモル)と炭酸水素ナトリウム(1.4g)が添加され、反応の進行が第2番目の添加後25分間チェックされ、完全であることが見出された。反応混合物は室温まで冷却され、水(100ml)が添加された。徹底的な撹拌後、有機相が分離されるままにされ、より低いCHCl層が単離され、セライト(登録商標)パッドによりろ過され、濃縮されシラップとなった。メタノール(80ml)の追加と撹拌により白色固形物が得られ、真空ろ過により集められ、乾燥され、エポキシ生成物1.05g(43%)が得られた。MCPBA(メタクロロ過安息香酸)も、過酢酸の代わりの受容可能な酸化剤であることに留意すべきである。
Example 13 [((C-C 6 H 9 ) SiO 1.5 ) 7 ((CH 2 ═CCH 3 C (O) O (CH 2 ) 3 SiO 1.5 ) 1 ] Epoxidation of Σ8 in CHCl 3 (5 ml) Of 35% peracetic acid (1.5 g, 7.0 mmol) in methacrylcyclohexene POSS [((c-C 6 H 9 ) SiO 1.5 ) 7 ((CH 2 ═CCH 3 ) in chloroform (25 ml). C (O) OCH 2 CH 2 CH 2 (SiO 1.5 ) 1 ] Σ8 (2.2 g, 2.0 mmol), sodium bicarbonate (1.4 g) and sodium acetate (50 mg, 0.6 mmol). After 40 minutes, the reaction progress was checked by HPLC and found to be 75% of the total, with additional peracetic acid (1.5 g, 7.0 mmol) and Sodium bicarbonate (1.4 g) was added and the reaction The progress was checked for 25 minutes after the second addition and found to be complete, the reaction mixture was cooled to room temperature and water (100 ml) was added, after thorough stirring, the organic phase separated The lower CHCl 3 layer was isolated, filtered through a Celite® pad and concentrated to a syrup, adding methanol (80 ml) and stirring to give a white solid, vacuum Collected by filtration and dried to give 1.05 g (43%) of the epoxy product, it should be noted that MCPBA (metachloroperbenzoic acid) is also an acceptable oxidizing agent instead of peracetic acid. is there.

例14.[((C)SiO1.5)((CH=CCHC(O)O(CH)SiO1.5)Σ8からの[((OC)SiO1.5)((CH=CCHC(O)O(CH)SiO1.5)Σ8の調製
[((C)SiO1.5)((CH=CCHC(O)O(CH)SiO1.5)Σ8の50g試料が、過酢酸(200ml)、クロロホルム(500ml)、炭酸水素ナトリウム(62.1g)及び酢酸ナトリウム(1.1g)混合物中で撹拌され、還流された。2時間後、反応は冷却により停止された。室温で水(700ml)が添加され、混合物は撹拌され、ろ過され、水層と有機層に相分離されるままにされた。有機層が分離され、メタノール(100mL)で処理され、白色固形物のエポキシ生成物が得られた。MCPBA(メタクロロ過安息香酸)も、過酢酸の代わりの受容可能な酸化剤であることに留意すべきである。
Example 14 [((C 6 H 9 ) SiO 1.5 ) 7 ((CH 2 ═CCH 3 C (O) O (CH 2 ) 3 SiO 1.5 ) 1 ] [((OC 6 H 9 ) SiO from Σ8 1.5 ) 7 ((CH 2 ═CCH 3 C (O) O (CH 2 ) 3 SiO 1.5 ) 1 ] Preparation of Σ8 [(((C 6 H 9 ) SiO 1.5 ) 7 ((CH 2 = CCH 3 C (O) O (CH 2 ) 3 SiO 1.5 ) 1 ] A 50 g sample of Σ8 was obtained from peracetic acid (200 ml), chloroform (500 ml), sodium bicarbonate (62.1 g) and sodium acetate (1 0.1 g) Stirred in the mixture and refluxed After 2 hours, the reaction was stopped by cooling, water (700 ml) was added at room temperature, the mixture was stirred, filtered, and the aqueous and organic layers were combined. The organic layer was separated and treated with methanol (100 mL), white A colored solid epoxy product was obtained and it should be noted that MCPBA (metachloroperbenzoic acid) is also an acceptable oxidizing agent instead of peracetic acid.

例15.[((OC)SiO1.5)((CH=CCHC(O)O(CH)SiO1.5)Σ8からの[(((OH))SiO1.5)(CH=CCHC(O)O(CH)SiO1.5)Σ8の調製
濃縮HClO(0,1mL、1.2ミリモル)が、TNF(100mL)中のメタクリルエポキシシクロヘキサンPOSS[((OC)SiO1.5)((CH=CCHC(O)OCHCHCH)SiO1.5)Σ8(9.80g、8.01ミリモル)と水(5.00g、277ミリモル)の溶液に滴下された。18時間撹拌後、溶媒は真空下除去され、残留物は3:2(vol:vol)のメタノール:酢酸エチル(30mL)に溶解された。この溶液は、MTBE(330mL)中で室温で沈殿された。沈殿した白色固形物は真空ろ過により収集され、35℃で一晩中真空下乾燥される。最終生成物は、炭化水素溶媒に不溶で、酢酸エチル、THF及びアセトニトリルに非常に限られた溶解性を有するが、メタノール及びDMSOには高度に溶解性である。
Example 15. [((OC 6 H 9) SiO 1.5) 7 ((CH 2 = CCH 3 C (O) O (CH 2) 3 SiO 1.5) 1] from Σ8 [(((OH) 2 C 6 H 9 ) SiO 1.5 ) 7 (CH 2 ═CCH 3 C (O) O (CH 2 ) 3 SiO 1.5 ) 1 ] Preparation of Σ8 Concentrated HClO 4 (0,1 mL, 1.2 mmol) is Methacryl epoxy cyclohexane POSS [((OC 6 H 9 ) SiO 1.5 ) 7 ((CH 2 ═CCH 3 C (O) OCH 2 CH 2 CH 2 ) SiO 1.5 ) 1 ] Σ8 in TNF (100 mL) (9.80 g, 8.01 mmol) was added dropwise to a solution of water (5.00 g, 277 mmol) After stirring for 18 hours, the solvent was removed under vacuum and the residue was 3: 2 (vol: vol). Of methanol: ethyl acetate (30 mL) was dissolved in MTBE (3 The precipitated white solid was collected by vacuum filtration and dried under vacuum overnight at 35 ° C. The final product was insoluble in hydrocarbon solvents, ethyl acetate, THF And very limited solubility in acetonitrile, but highly soluble in methanol and DMSO.

のPOSSオレフィン族誘導体化
以下の例は、官能化POSS籠上のR基の化学的誘導体化を実行する能力を実証するために提供される。手順は限定するものではなく、R基の化学誘導体化が、如何にPOSSの溶解性と物理的性質を、機能と同様に変えるために使用することができるかの例を提供する。
The POSS olefinic derivatization of R 2 The following examples are provided to demonstrate the ability to perform chemical derivatization of R 2 groups on functionalized POSS cages. The procedure is not limiting and provides an example of how chemical derivatization of the R group can be used to alter the solubility and physical properties of POSS as well as function.

例16.[((C)SiO1.5)(CSiO1.5)(HC)HCOTiO1.5)Σ8のヒドロシリル化
[((C)SiO1.5)(CSiO1.5)((HC)HCOTiO1.5)Σ8(2.3g、2.5ミリモル)がアルゴンパージトルエン(6mL)に溶解され、(CHCHO)SiH(600μL、3.2ミリモル)が添加され、ついでキシレン中の20mgのプラチナ-ジビニルテトラメチルジシロキサン錯体が添加された。反応は30分間室温で撹拌され、ついで8時間60℃まで加熱された。揮発物が減圧下除去され、減圧下乾燥され、[(C)SiO1.5)((CHCHO)SiCSiO1.5)(HC)HCOTiO1.5)Σ8が、黄色固形物(2.1g)として得られた。生成物は、多段核NMR分光計により特性決定された。H NMR(400MHz,CDCl3,25°C)δ 5.75(m,2 H,-CH=),4.90(m,4H,=CH2),4.40(brs,1 H,OCH(CH3)2),3.82(m,6 H,-Si(OCH2CH3)3),1.84(m,5 H,-CH-),1.58(m,4H,-CH2-CH=CH2),1.41-1.21(m,15H,CH2,-Si(OCH2CH3)3, OCH(CH3)2), 0.95(m,30 H,CH3),0.59 (m,10 H,CH2)
例17.オレフィン族POSSのヒドロホルミル化のための一般的手順
CHCl(5mL)中のPtCl(Sixantphos)(0.016g、0.019ミリモル)とSnCl(0.0036g、0.019ミリモル)の溶液が、1時間撹拌され、ステンレス鋼製オートクレーブ(100mL内部容積)に移された。追加的なCHCl(15mL)が添加され、ついで60℃までオートクレーブ加熱され、引き続き40バールまで合成ガス(CO/H比1:1)が挿入された。オートクレーブは、1時間平衡におかれるままにされ、その後CHCl(全容積、10mL)中のシルセスキオキサン溶液が添加され、反応は、60℃/40バールで17時間続行された。オートクレーブは、氷で冷却され、圧力を抜かれ、その後反応混合物は、蒸発乾燥された。ペンタン(20mL)が添加され、触媒がろ過された。ろ液の蒸発は、ヒドロホルミル化されたPOSS生成物を与えた。生成物は、多段核NMR分光計により特性決定された。[Rh(Acac)/(CO)]/Xantphosのような他のヒドロホルミル化触媒も使用することができる。

Figure 2009504890
Example 16. [((C 4 H 9 ) SiO 1.5 ) 4 (C 3 H 5 SiO 1.5 ) 3 (H 3 C) 2 HCOTiO 1.5 ) 1 ] Σ8 Hydrosilylation [((C 4 H 9 ) SiO 1.5 ) 4 (C 3 H 5 SiO 1.5 ) 3 ((H 3 C) 2 HCOTiO 1.5 ) 1 ] Σ8 (2.3 g, 2.5 mmol) in argon purged toluene (6 mL) Once dissolved, (CH 3 CH 2 O) 3 SiH (600 μL, 3.2 mmol) was added followed by 20 mg of platinum-divinyltetramethyldisiloxane complex in xylene. The reaction was stirred for 30 minutes at room temperature and then heated to 60 ° C. for 8 hours. Volatiles were removed under reduced pressure, dried under reduced pressure, [(C 4 H 9 ) SiO 1.5 ) 4 ((CH 3 CH 2 O) 3 SiC 3 H 6 SiO 1.5 ) 3 (H 3 C) 2 HCOTiO 1.5 ) 1 ] Σ8 was obtained as a yellow solid (2.1 g). The product was characterized by a multi-stage nuclear NMR spectrometer. 1 H NMR (400 MHz, CDCl 3 , 25 ° C) δ 5.75 (m, 2 H, —CH =), 4.90 (m, 4H, = CH 2 ), 4.40 (brs, 1 H, OCH (CH 3 ) 2 ), 3.82 (m, 6 H, -Si (OCH 2 CH 3 ) 3 ), 1.84 (m, 5 H, -CH-), 1.58 (m, 4H, -CH 2 -CH = CH 2 ), 1.41- 1.21 (m, 15H, CH 2 , -Si (OCH 2 CH 3 ) 3 , OCH (CH 3 ) 2 ), 0.95 (m, 30 H, CH 3 ), 0.59 (m, 10 H, CH 2 )
Example 17. General procedure for hydroformylation of olefinic POSSs of PtCl 2 (Sixantphos) (0.016 g, 0.019 mmol) and SnCl 2 (0.0036 g, 0.019 mmol) in CH 2 Cl 2 (5 mL). The solution was stirred for 1 hour and transferred to a stainless steel autoclave (100 mL internal volume). Additional CH 2 Cl 2 (15 mL) was added followed by autoclaving to 60 ° C. followed by insertion of synthesis gas (CO / H 2 ratio 1: 1) to 40 bar. The autoclave was allowed to equilibrate for 1 hour, after which time a silsesquioxane solution in CH 2 Cl 2 (total volume, 10 mL) was added and the reaction was continued for 17 hours at 60 ° C./40 bar. The autoclave was cooled with ice and depressurized, after which the reaction mixture was evaporated to dryness. Pentane (20 mL) was added and the catalyst was filtered. Evaporation of the filtrate gave a hydroformylated POSS product. The product was characterized by a multi-stage nuclear NMR spectrometer. Other hydroformylation catalysts such as [Rh (Acac) / (CO) 2 ] / Xantphos can also be used.
Figure 2009504890

ある代表的具体例と説明が、本発明を例示するために示されてきたが、請求項で規定された発明の範囲を変更せずに、ここに開示された方法及び装置に種々な改変がなされ得ることは、当業者には明らかであろう。   While certain representative embodiments and descriptions have been presented to illustrate the present invention, various modifications may be made to the methods and apparatus disclosed herein without departing from the scope of the invention as defined in the claims. It will be clear to those skilled in the art that this can be done.

シラノール/シロキサイド基とR及びR基が籠にランダムに組み込まれる2つのタイプの有機基を担持するPOSS籠の代表的な式を示す。A representative formula for a POSS cage carrying two types of organic groups in which silanol / siloxide groups and R 1 and R 2 groups are randomly incorporated into the cage is shown. 例1の結果の生成物の質量スペクトルを示す。2 shows the mass spectrum of the resulting product of Example 1.

Claims (12)

水酸化物塩基の存在下式RSiXのシランカップリング剤を反応させることを含む、オレフィンで官能化されたポリヘドラルオリゴメリックシルセスキオキサン(POSS)若しくはポリヘドラルオリゴメリックシリケート(POS)シラノール或いはシロキサイド分子を調製するための方法であって、ここで、R基は、オレフィン基を含むものであり、Xは、OH、ONa、OLi、OK、OCs、Cl、Br、I、アルコキシド(OR)、ホルメート(OCH)、アセテート(OCOR)、酸(OCOH)、エステル(OCOR)、パーオキサイド(OOR)、アミン(NR)、イソシアネート(NCO)及びRから成る群より選択されるものであり、Rは、H、シロキシ並びに追加的反応性官能基を含んでもよい環状、直鎖状脂肪族及び芳香族基から成る群より選択される有機置換基を表すものである、方法。 Olefin functionalized polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) or polyhedral oligomeric silicate comprising reacting a silane coupling agent of formula R 2 SiX 3 in the presence of a hydroxide base ( POS) A method for preparing silanol or siloxane molecules, wherein the R 2 group comprises an olefin group and X is OH, ONa, OLi, OK, OCs, Cl, Br, From the group consisting of I, alkoxide (OR), formate (OCH), acetate (OCOR), acid (OCOH), ester (OCOR), peroxide (OOR), amine (NR 2 ), isocyanate (NCO) and R 3 are those selected, R 3 is, H, siloxy well as cyclic ring include additional reactive functional groups, straight And it represents an organic substituent selected from the group consisting of Jo aliphatic and aromatic groups, methods. 水酸化物塩基の存在下式RSiXのシランカップリング剤を反応させることを更に含み、R基は、アルキル若しくは芳香族基を含むものであり、ここで、前記シラノール若しくはシロキサイド分子は、RとRとを共に含むものである、請求項1記載の方法。 Further comprising reacting a silane coupling agent of the formula R 1 SiX 3 in the presence of a hydroxide base, wherein the R 1 group comprises an alkyl or aromatic group, wherein said silanol or siloxane molecule The method of claim 1 , wherein R comprises both R 1 and R 2 . の化学誘導体化の段階を更に含み、ここで、誘導体化は、R及びシラノール若しくはシロキサイド官能基を保護しつつ、酸化、付加及びメタセシス反応から成る群より選択される、請求項2記載の方法。 The method further comprises the step of chemical derivatization of R 2 , wherein the derivatization is selected from the group consisting of oxidation, addition and metathesis reactions while protecting R 1 and silanol or siloxide functionality. The method described. シリル化(silation)、金属との反応若しくは表面との反応から成る群より選択される反応による、シラノール若しくはシロキサイド基の修飾段階を更に含む、請求項1記載の方法。   The method of claim 1, further comprising the step of modifying the silanol or siloxane group by a reaction selected from the group consisting of silation, reaction with a metal or reaction with a surface. シリル化、金属との反応若しくは表面との反応から成る群より選択される反応による、シラノール若しくはシロキサイド基の修飾段階を更に含む、請求項2記載の方法。   The method of claim 2, further comprising the step of modifying the silanol or siloxane group by a reaction selected from the group consisting of silylation, reaction with a metal or reaction with a surface. シリル化、金属との反応若しくは表面との反応から成る群より選択される反応による、シラノール若しくはシロキサイド基の修飾段階を更に含む、請求項3記載の方法。   4. The method of claim 3, further comprising the step of modifying the silanol or siloxane group by a reaction selected from the group consisting of silylation, reaction with a metal or reaction with a surface. が、アミノ酸、糖及び治療剤から成る群より選択される生物学的適合基に変換される、請求項3記載の方法。 R 2 is converted amino acids, the biocompatible group selected from the group consisting of sugar and therapeutic agents The method of claim 3, wherein. 複数のR基が、異なるオレフィンで官能化されたシラノール若しくはシロキサイド分子を調製するために反応する、請求項1記載の方法。 The method of claim 1, wherein a plurality of R 2 groups are reacted to prepare silanol or siloxide molecules functionalized with different olefins. 連続的プロセスが、シラノール若しくはシロキサイド分子を提供する、請求項8記載の方法。   9. The method of claim 8, wherein the continuous process provides silanol or siloxane molecules. 金属との反応の結果金属化された分子が、不均一触媒若しくは共試薬(coreagent)として役立つ、請求項4記載の方法。   5. A method according to claim 4, wherein the molecule metallized as a result of the reaction with the metal serves as a heterogeneous catalyst or core agent. 金属との反応結果金属化された分子が、不均一触媒若しくは共試薬として役立つ、請求項5記載の方法。   6. The method of claim 5, wherein the molecule metallized as a result of the reaction with the metal serves as a heterogeneous catalyst or co-reagent. 金属との反応結果金属化された分子が、不均一触媒若しくは共試薬として役立つ、請求項6記載の方法。   7. A method according to claim 6, wherein the molecule metallized as a result of the reaction with the metal serves as a heterogeneous catalyst or co-reagent.
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