JP2010503700A - 環式有機シランの合成方法 - Google Patents

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Abstract

有機シラン化合物とジハロ有機化合物の間の閉環反応を促進する溶媒を使用した、環式有機シランを調製する方法が開示されている。該閉環反応は、４、５又は６員の環式有機シランを生成し得る。該方法は、ジハロ有機化合物、少なくとも２つの官能基を有する有機シラン、溶媒及びマグネシウム（Ｍｇ）を含有する混合物を必要とする。有機シラン中の２つの官能基は、ハロゲン、アルコキシ又はこれらの組合せを含み得る。Ｍｇの存在下、該混合物中では、ジハロ有機化合物からグリニャール中間体が生成される。該溶媒は、グリニャール中間体の分子内又は自己カップリング反応に有利に作用する。分子内又は自己カップリング反応は、グリニャール中間体の閉環反応を促進し、環式有機シランを生成する。
【選択図】なし

Description

発明の詳細な説明
［関連出願］
本出願は、本明細書に組み込まれている、２００６年９月１４日に出願した同時係属仮出願、第６０／８２５，６４４号の利益を主張するものである。
［背景］
［技術分野］
本開示は、環式有機シラン、例えばシラシクロブタン、シラシクロペンタン及びシラシクロヘキサンに関する。とりわけ本開示は、環式有機シラン化合物の環状構造の生成のために、４、５又は６員の１員として、少なくとも１つのケイ素原子を含む４、５及び６員環化合物を生成する方法に関する。
［背景技術］
現在の当該技術分野では、環式有機シランは、化学気相蒸着（ＣＶＤ）用前駆体、防カビ剤中間体、シラン系薬物／中間体及びオレフィン重合用の電子供与体として使用されることが知られている。環式有機シランは、飽和型、不飽和型及び芳香族置換型の、４、５又は６員環構造を含み得る。現在公知の環式有機シランの調製方法は、約３０％〜約６０％の範囲となり得る低度から中度の収率をもたらす。現行の方法は、通常、多段階を必要とし、例えばジグリニャール中間体を、環式有機シランを生成するクロロシランとのカップリング段階の前に、別個に調製する必要があり得る。その他の方法では、出発物質を調製するために、別個の反応段階が必要とされ得る。例えば、塩化アリル及び対応するヒドリドクロロシランの間でヒドロシリル化を起こして、クロロシランを生成する。次いで該クロロシランは、閉環反応用のグリニャール中間体の存在下でカップリング反応を受ける。多くの場合、環式有機シランの生成に使用する出発物質又は原料を調製する別個のプロセスは高価である。従って、このようなプロセスの適用は、原料若しくは出発物質の調製プロセスのいずれかのコスト、又はその双方のコストによって制限され得る。
現在公知の方法における多重のプロセス段階及び高価な原料に加え、通常はカップリング反応から生じる副生物のマグネシウム塩を溶解／希釈するために、例えばジエチルエーテル及びテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）などの溶媒が多量に必要である。このようなプロセスで使用される溶媒は、蒸留の容易さを助長する目的のため、通常沸点が低い。しかし、大量の溶媒の使用は、反応によって合成された環式有機シラン生成物を単離するために、長時間を費やして溶媒を蒸留除去する必要性を示している。
以上のことを考慮すると、プロセス段階がより少なく、合成収率がより高く、溶媒がより少量で、環式有機シランの生成物をはるかに容易に単離できる１種又は複数の合成方法の提供が望まれる。
［概要］
有機シラン化合物とジハロ有機化合物の間の閉環反応を促進する溶媒を使用した、環式有機シランの調製方法が開示されている。該閉環反応は４、５又は６員の環式有機シランを生成し得る。該方法は、ジハロ有機化合物、少なくとも２つの官能基を有する有機シラン、溶媒及びマグネシウム（Ｍｇ）を含有する混合物を必要とする。有機シラン中の２つの官能基は、ハロゲン、アルコキシ又はそれらの組合せを含み得る。Ｍｇの存在下、該混合物中のジハロ有機化合物からグリニャール中間体が生成する。該溶媒は、グリニャール中間体の分子内又は自己カップリング（ｓｅｌｆ−ｃｏｕｐｌｉｎｇ）反応に有利に作用する。該分子内又は自己カップリング反応は、グリニャール中間体の閉環反応を促進し、環式有機シランを生成する。以下に該方法の様々な態様を示す。
本開示の第１の態様は、分子内反応に有利に作用する溶媒中で、マグネシウム（Ｍｇ）の存在下、有機シラン化合物をジハロ有機化合物と反応させるステップを備える、環式有機シランの調製方法を提供する。
本開示の第２の態様は、分子内反応に有利に作用する溶媒中で、マグネシウム（Ｍｇ）の存在下、有機シラン化合物をジハロ有機化合物と反応させることにより得られる、環式有機シラン化合物を提供する。
本開示の第３の態様は、少なくとも４員を含み、４員のうち１員がケイ素（Ｓｉ）原子である環状構造を有する環式有機シランを調製する方法であって、溶媒中でマグネシウム（Ｍｇ）の存在下、有機シランをジハロ有機化合物と反応させるステップを備え、溶媒が骨格として長分子鎖を有し、分子内反応に有利に作用する、方法を提供する。
本開示の例示的態様は、本明細書に記載の問題の１つ若しくは複数及び／又は考察していない１つ若しくは複数の他の問題を解決することを意図している。
［詳細な説明］
有機シラン化合物とジハロ有機化合物の間の閉環反応を促進する溶媒を使用した環式有機シランの調製方法の実施形態が開示されている。該閉環反応は、ジハロ有機化合物から生成するグリニャール試薬及びマグネシウム（Ｍｇ）の存在下で起こる。閉環反応から生成する該環式有機シランは、４、５又は６員を含む環状構造を取り得る。該環式有機シランは、該環状構造の４、５又は６員の１員として、少なくとも１つのケイ素原子を含む。該環式有機シランの環状構造は、その構造の中に１つ又は複数の不飽和結合も含み得る。
該有機シラン化合物は、カルボシラン又はシロキサンを含み得る。カルボシラン及びシロキサンは、各々少なくとも２つの官能基を含み得る。該２つの官能基は、ハロゲン、アルコキシ又はそれらの組合せを含み得る。
該有機シラン化合物は以下の一般式を有し得る。
ＲＲ’ＳｉＸＹ
式中、Ｒは、Ｈ、アルコキシ、アルキル、フェニル、ビニル又はアリルであり、
Ｒ’は、Ｈ、アルコキシ、アルキル、フェニル、アリル、ビニル又はグリニャール試薬に対して不活性な任意の基であり、
Ｘは、ハロゲン及びアルコキシ（ＯＲ’’）であり、
Ｙは、ハロゲン及びアルコキシ（ＯＲ’’）であり、
Ｒ’’はメチル（Ｍｅ）又はエチル（Ｅｔ）である。
あるいは、該有機シラン化合物は、以下の一般式を有するカルボシランでもよい。
ＸＲ’ＲＳｉＣＨ２ＳｉＲＲ’Ｘ
式中、Ｒは、水素（Ｈ）、Ｍｅ、Ｅｔ又はビニルであり、
Ｒ’は、Ｈ、Ｍｅ、Ｅｔ又はビニルであり、
Ｘはハロゲンである。
該シロキサン化合物は以下の一般式を有してもよい。
ＸＲ’ＲＳｉＯＳｉＲＲ’Ｘ
式中、Ｒは、Ｈ、Ｍｅ、Ｅｔ又はビニルであり、
Ｒ’は、Ｈ、Ｍｅ、Ｅｔ又はビニルであり、
Ｘはハロゲンである。
本開示の方法の実施形態に適切なジハロ有機化合物は、以下のものに限定されないが、一般的に、例えばジハロアルカン、ジハロアルケン、ジハロアリル、ジハロエーテル、ジハロシラン及びジハロシロキサンを含み得る。ジハロ有機化合物の例は、以下のものに限定されないが、１−ブロモ−３−クロロプロパン、１，３−ジブロモプロパン、１，３−ジクロロプロパン、３−クロロ−２−クロロメチル−１−プロペン、２，２−ジエトキシ−１，３−ジクロロプロパン、２，２−ジメトキシ−１，３−クロロプロパン、２−エトキシ−１，３−ジクロロプロパン、２−メトキシ−１，３−ジクロロプロパン、１−ブロモ−４−クロロブタン、１，４−ジブロモブタン、１，４−ジクロロブタン、２，５−ジブロモヘキサン、３，６−ジブロモオクタン、４，７−ジブロモデカン、５，８−ジブロモドデカン、１，４−ジクロロ−シス−２−ブテン、２，５−ジクロロ−シス−３−ヘキセン、３，６−ジクロロ−シス−４−オクテン、４，７−ジクロロ−シス−５−デセン、５，８−ジクロロ−シス−６−ドデセン、α，α’−ジクロロ−ｏ−キシレン、１，２−ジブロモ−ベンゼン、２，３−ジブロモプロペン、１−ブロモ−５−クロロペンタン、１，５−ジブロモペンタン、１，５−ジクロロペンタン、ビス（クロロエチル）エーテル、２，６−ジクロロヘプタン、３，７−ジクロロノナン、４，８−ジクロロウンデカン、ビス（クロロメチル）−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン、ビス（クロロメチル）ジメチルシラン、２，２’−ジクロロビシクロペンタン、２−クロロエトキシクロロメチルジメチルシランを含み得る。
モノグリニャール中間体又はジグリニャール中間体のいずれかの閉環反応を促進する溶媒は、分子内又は自己カップリング反応に有利に作用する。このような溶媒中でグリニャール中間体が閉環する傾向によって、ほとんどの環式有機シランの調製において、別個の反応段階でグリニャール中間体を生成する必要性が回避される。このような溶媒を使用すると、一段反応で、ジハロ有機化合物は有機シラン化合物と直接反応することが可能になり得る。該一段反応は、環式有機シランを９０％もの高い収率で製造し得る。しかし、該一段反応法が変更される例外もある。この一段反応法の代替法は、本開示の後の段落で考察する。
該溶媒は、分子内反応に有利に作用する長鎖分子構造を有する一群の溶媒より選択され得る。該長鎖分子構造は、最小６個の炭素（Ｃ）原子及び最小２個の酸素（Ｏ）原子を含む。このような溶媒は、ジアルキルジグリムなどのジグリム、別名ビス（２−メトキシエチル）エーテル又はグリコールジメチルエーテルでもよい。例えば該溶媒は、以下のものに限定されないが、ジメチルジグリム、ジエチルジグリム、ジプロピルジグリム又はジブチルジグリムを含み得る。その他の溶媒は、デトラヒドロフラン（ＴＨＦ）を含み得る。長鎖分子構造の１つの例はジブチルジグリム、ＣＨ３ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＯＣＨ２ＣＨ２ＯＣＨ２ＣＨ２ＯＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ３である。該長鎖分子構造はグリニャール中間体の自己カップリングを促進し、環式有機シランの高収率をもたらす。例示的な中間体ＣｌＭｇＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＳｉＭｅ２Ｃｌの場合、典型的な溶媒、例えばジエチルエーテル（ＣＨ３ＣＨ２ＯＣＨ２ＣＨ３）中では、分子内及び分子間反応の間に競合が存在する。このような競合によって、環式有機シラン生成物である１，１−ジメチル−１−シラシクロペンタンを含む複数の有機シラン化合物の混合物の収率％の分布が、均等化する。対照的に、同じ中間体ＣｌＭｇＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＣＨ２ＳｉＭｅ２Ｃｌは、溶媒としてジブチルジグリム中では、同じ環式有機シラン化合物、１，１−ジメチル−１−シラシクロペンタンの高収率を生じる。このことは、中間体の閉環反応を促進する溶媒が、環式有機シランの収率％を改善することを実証している。
閉環反応を促進する溶媒を使用することによって、環式有機シランの最終生成物の高収率の他にも、閉環反応に必要とされる溶媒がより少量で済む。例えば、溶媒として７リットルのジブチルジグリムを使用すると、１ｋｇの１，１−ジメチル−１−シラシクロペンタンが生じる。同じ反応物質で溶媒としてジエチルエーテルを使用した場合、同じ量の１，１−ジメチル−１−シラシクロペンタンを得るには、ジブチルジグリムの少なくとも４倍量（例えば約４×７リットル）のジエチルエーテルが必要である。
さらに、副生物、例えばＭｇ塩は、通常、溶媒ジブチルジグリムの中で、環式有機シランとは別の層中に生成する。このことは、環式有機シランからの副生物の分離を容易にする。溶媒ジブチルジグリムの沸点（ｂ．ｐ．）は、ジブチルジグリム中で調製されるほとんどの環式有機シランと比較して有意に高い。このｂ．ｐ．の差によって、完了した反応プロセスから得られた環式有機シラン生成物を、蒸留される混合物の温度が溶媒のｂ．ｐ．に達する前に、蒸留できるようになる。溶媒がｂ．ｐ．に達する前に環式有機シランの最終生成物の蒸留が完了することで、最終生成物は、溶媒を蒸留除去する必要なしに単離され得る。このようにして、溶媒の蒸留を待つ必要がなく、プロセス時間は短縮される。ジブチルジグリムは、操作及び使用上安全で、最大１００％まで再利用できる。これらの利点は、非常に広い範囲に及ぶ環式有機シランの調製にかかる生産コストの削減をもたらす。
以下の実施例は、本発明の方法の実施形態に従って調製された、異なる型の環式有機シランを例示するものである。
（実施例１：）１，１−ジメチル−１−シラシクロブタンの調製
３ｇのマグネシウム（Ｍｇ）粉末及び５ｇのジブチルジグリムを、１００ｍｌの三つ口丸底フラスコに入れた。該フラスコには、滴下ロート、温度計、及び乾燥窒素を供給するガス注入口を取り付けた水冷凝縮器を装備した。７．８５ｇの１−ブロモ−３−クロロプロパン及び６．４５ｇのジメチルジクロロシランを、３５ｇのジブチルジグリムと滴下ロート中で混合した。数滴の１，２−ジブロモエタンを該三つ口丸底フラスコに添加し、グリニャール反応を開始した。反応が開始したら、該ブロモクロロプロパン／シラン／ジブチルジグリム混合物を加え反応物を磁気的に攪拌した。反応物を約５０℃〜約９５℃の範囲の温度に維持するように、該混合原料を非常にゆっくりと添加した。あるいは、外部の冷水浴によって反応物を冷却することにより、温度を維持する。該混合原料は全て６０分間以内に添加した。反応物を、原料の添加後さらに室温で１時間攪拌した。次いで、反応より生じた混合物を、氷水混合物中に注いだ。有機相を分離し、無水硫酸ナトリウム上で２時間乾燥した。減圧下で蒸留すると、約６０％〜約７５％の１，１−ジメチル−１−シラシクロブタンを生じた。
（実施例２：）１−メチル−１−ビニル−１−シラシクロブタンの調製
３ｇのマグネシウム（Ｍｇ）粉末及び５ｇのジブチルジグリムを、１００ｍｌの三つ口丸底フラスコに入れた。該フラスコには、滴下ロート、温度計、及び乾燥窒素を供給するガス注入口を取り付けた水冷凝縮器を装備した。７．８５ｇの１−ブロモ−３−クロロプロパン及び７．０５ｇのビニルメチルジクロロシランを、３５ｇのジブチルジグリムと滴下ロート中で混合した。数滴の１，２−ジブロモエタンを該フラスコに添加し、グリニャール反応を開始した。反応が開始したら、該ブロモクロロプロパン／シラン／ジブチルジグリム混合物を加え、反応物を磁気的に攪拌した。反応物を約５０℃〜約９５℃の範囲の温度に維持するように、該混合原料を非常にゆっくりと添加した。あるいは、外部の冷水浴によって反応物を冷却することにより、温度を維持する。該混合原料は全て６０分間以内に添加した。反応物を、原料の添加後さらに室温で１時間攪拌した。次いで、反応より生じた混合物を、氷水混合物中に注いだ。有機相を分離し、無水硫酸ナトリウム上で２時間乾燥した。減圧下で蒸留すると、約６０％〜約７５％の１−メチル−１−ビニル−１−シラシクロブタンを生じた。
（実施例３：）１−クロロ−１−メチル−１−シラシクロブタンの調製
３ｇのマグネシウム（Ｍｇ）粉末及び５ｇのジブチルジグリムを、１００ｍｌの三つ口丸底フラスコに入れた。該フラスコには、滴下ロート、温度計、及び乾燥窒素を供給するガス注入口を取り付けた水冷凝縮器を装備した。７．８５ｇの１−ブロモ−３−クロロプロパン及び７．５ｇのメチルトリクロロシランを、３５ｇのジブチルジグリムと滴下ロート中で混合した。数滴の１，２−ジブロモエタンを該フラスコに添加し、グリニャール反応を開始した。反応が開始したら、該ブロモクロロプロパン／シラン／ジブチルジグリム混合物を加え、反応物を磁気的に攪拌した。反応温度を約５０℃〜約９５℃の範囲の温度に維持するように、該混合原料を非常にゆっくりと添加した。あるいは、外部の冷水浴によって反応物を冷却することにより、温度を維持する。該混合原料は全て６０分間以内に添加した。反応物を、原料の添加後さらに室温で１時間攪拌した。次いで、反応より生じた混合物は、室温に放置すると２相に分離した。上部の有機相を分離した。該有機相を減圧下で蒸留すると、約５５％〜約７０％の１−クロロ−１−メチル−１−シラシクロブタンが生成した。
（実施例４：）１，１−ジメチル−１−シラシクロペンタンの調製
５５０ｇのマグネシウム（Ｍｇ）粉末及び４００ｇのジブチルジグリムを、１２リットルの三つ口丸底フラスコに入れた。該フラスコには、滴下ロート、温度計、及び乾燥窒素を供給するガス注入口を取り付けた水冷凝縮器を装備した。１２７０ｇの１，４−ジクロロブタン及び１２９０ｇのジメチルジクロロシランを、６５００ｇのジブチルジグリムと滴下ロート中で混合した。数滴の１，２−ジブロモエタンを該フラスコに添加し、グリニャール反応を開始した。反応が開始したら、該シラン／ジクロロブタン／ジブチルジグリム混合物を、滴下ロートを通して加え、反応物を機械的に攪拌した。反応物を外部の冷水浴によって冷却した。反応物を約５０℃〜約９５℃の範囲の温度に維持するような速度で、該混合原料を添加した。該混合原料は全て４時間以内に添加した。反応物を、混合原料の添加後さらに室温で２時間攪拌した。次いで、反応より生じた混合物を、氷水／ＨＣｌ混合物中に注いだ。有機相を分離し、無水硫酸ナトリウム上で２時間乾燥した。減圧下で蒸留すると、約８０％〜約９０％の１，１−ジメチル−１−シラシクロペンタンを生じた。
（実施例５：）１−メチル−１−シラシクロペンタンの調製
３ｇのマグネシウム（Ｍｇ）粉末及び５ｇのジブチルジグリムを、１００ｍｌの三つ口丸底フラスコに入れた。該フラスコには、滴下ロート、温度計、及び乾燥窒素を供給するガス注入口を取り付けた水冷凝縮器を装備した。６．３５ｇの１，４−ジクロロブタン及び５．７５ｇのメチルジクロロシランを、３５ｇのジブチルジグリムと滴下ロート中で混合した。数滴の１，２−ジブロモエタンを該フラスコに添加し、グリニャール反応を開始した。反応が開始したら、該シラン／ジクロロブタン／ジブチルジグリム混合物を加え、反応物を磁気的に攪拌した。反応物を約５０℃〜約９５℃の範囲の温度に維持するように、該混合原料を非常にゆっくりと添加した。あるいは、外部の冷水浴によって反応物を冷却することにより、温度を維持する。該混合原料は全て６０分間以内に添加した。反応物を、原料の添加後さらに室温で１時間攪拌した。次いで、反応より生じた混合物を氷水混合物中に注いだ。有機相を分離し、無水硫酸ナトリウム上で２時間乾燥した。減圧下で蒸留すると、約７０％〜約８０％の１−メチル−１−シラシクロペンタンを生じた。
（実施例６：）１−メチル−１−ビニル−１−シラシクロペンタンの調製
３ｇのマグネシウム（Ｍｇ）粉末及び５ｇのジブチルジグリムを、１００ｍｌの三つ口丸底フラスコに入れた。該フラスコには、滴下ロート、温度計、及び乾燥窒素を供給するガス注入口を取り付けた水冷凝縮器を装備した。６．３５ｇの１，４−ジクロロブタン及び７．０５ｇのビニルメチルジクロロシランを、３５ｇのジブチルジグリムと滴下ロート中で混合した。数滴の１，２−ジブロモエタンを該フラスコに添加し、グリニャール反応を開始した。反応が開始したら、該シラン／ジクロロブタン／ジブチルジグリム混合物を加え、反応物を磁気的に攪拌した。反応物を約５０℃〜約９５℃の範囲の温度に維持するように、該混合原料を非常にゆっくりと添加した。あるいは、外部の冷水浴によって反応物を冷却することにより、温度を維持する。該混合原料は全て６０分間以内に添加した。反応物を、原料の添加後さらに室温で１時間攪拌した。次いで、反応より生じた混合物を氷水混合物中に注いだ。有機相を分離し、無水硫酸ナトリウム上で２時間乾燥した。減圧下で蒸留すると、約７０％〜約８５％の１−メチル−１−ビニル−１−シラシクロペンタンを生じた。
（実施例７：）１−クロロ−１−メチル−１−シラシクロペンタンの調製
２３０ｇのマグネシウム（Ｍｇ）粉末及び１５０ｇのジブチルジグリムを、１２リットルの三つ口丸底フラスコに入れた。該フラスコには、滴下ロート、温度計、及び乾燥窒素を供給するガス注入口を取り付けた水冷凝縮器を装備した。５０８ｇの１，４−ジクロロブタン及び５９８ｇのメチルトリクロロシランを、３０００ｇのジブチルジグリムと滴下ロート中で混合した。数滴の１，２−ジブロモエタンを該フラスコに添加し、グリニャール反応を開始した。反応が開始したら、該シラン／ジクロロブタン／ジブチルジグリム混合物を、滴下ロートを通して加え、反応物を機械的に攪拌した。反応物を外部の冷水浴によって冷却した。反応物を約５０℃〜約９５℃の範囲の温度に維持するような速度で、該混合原料を添加した。該混合原料は全て３時間以内に添加した。反応物を、原料の添加後さらに室温で２時間攪拌した。次いで、反応より生じた混合物は、室温に放置すると２相に分離した。上部の有機相を分離した。該有機相を減圧下で蒸留すると、約５５％〜約７０％の１−クロロ−１−メチル−１−シラシクロペンタンを生じた。
（実施例８：）１，１−ジメチル−１−シラシクロヘキサンの調製
３ｇのマグネシウム（Ｍｇ）粉末及び５ｇのジブチルジグリムを、１００ｍｌの三つ口丸底フラスコに入れた。該フラスコには、滴下ロート、温度計、及び乾燥窒素を供給するガス注入口を取り付けた水冷凝縮器を装備した。７．０５ｇの１，４−ジクロロペンタン及び６．４５ｇのジメチルジクロロシランを、３５ｇのジブチルジグリムと滴下ロート中で混合した。数滴の１，２−ジブロモエタンを該フラスコに添加し、グリニャール反応を開始した。反応が開始したら、該シラン／ジクロロペンタン／ジブチルジグリム混合物を加え、反応物を磁気的に攪拌した。反応物を約５０℃〜約９５℃の範囲の温度に維持するように、該混合原料を非常にゆっくりと添加した。あるいは、外部の冷水浴によって反応物を冷却することにより、温度を維持する。該混合原料は全て６０分間以内に添加した。反応物を、原料の添加後さらに室温で１時間攪拌した。次いで、反応より生じた混合物を氷水混合物中に注いだ。有機相を分離し、無水硫酸ナトリウム上で２時間乾燥した。減圧下で蒸留すると、約７０％〜約８５％の１，１−ジメチル−１−シラシクロヘキサンを生じた。
（実施例９：）１，１−ジメトキシ−１−シラシクロヘキサンの調製
３ｇのマグネシウム（Ｍｇ）粉末及び５ｇのジブチルジグリムを、１００ｍｌの三つ口丸底フラスコに入れた。該フラスコには、滴下ロート、温度計、及び乾燥窒素を供給するガス注入口を取り付けた水冷凝縮器を装備した。７．０５ｇの１，４−ジクロロペンタン及び７．６１ｇのテトラメトキシシランを、３５ｇのジブチルジグリムと滴下ロート中で混合した。数滴の１，２−ジブロモエタンを該フラスコに添加し、グリニャール反応を開始した。反応が開始したら、該シラン／ジクロロペンタン／ジブチルジグリム混合物を加え、反応物を磁気的に攪拌した。反応物を約５０℃〜約９５℃の範囲の温度に維持するように、該混合原料を非常にゆっくりと添加した。あるいは、外部の冷水浴によって反応物を冷却することにより、温度を維持する。該混合原料は全て６０分間以内に添加した。反応物を、原料の添加後さらに室温で１時間攪拌した。次いで、反応より生じた混合物は、室温に放置すると２相に分離した。上部の有機相を分離した。該有機相を減圧下で蒸留すると、約５５％〜約７０％の１，１−ジメトキシ−１−シラシクロヘキサンを生じた。
（実施例１０：）２，２，４，６，６−ペンタメチル−１−オキソ−２，４，６−トリシラシクロヘキサンの調製
３ｇのマグネシウム（Ｍｇ）粉末及び５ｇのジブチルジグリムを、１００ｍｌの三つ口丸底フラスコに入れた。該フラスコには、滴下ロート、温度計、及び乾燥窒素を供給するガス注入口を取り付けた水冷凝縮器を装備した。１１．５５ｇのビス（クロロメチル）テトラメチルジシロキサン及び５．７５ｇのメチルジクロロシランを、３５ｇのジブチルジグリムと滴下ロート中で混合した。数滴の１，２−ジブロモエタンをフラスコに添加し、グリニャール反応を開始した。反応が開始したら、該シラン／ジブチルジグリム混合物を加え、反応物を磁気的に攪拌した。反応物を約５０℃〜約９５℃の範囲の温度に維持するように、該混合原料を非常にゆっくりと添加した。あるいは、外部の冷水浴によって反応物を冷却することにより、温度を維持する。該混合原料は全て６０分間以内に添加した。反応物を、原料の添加後さらに室温で１時間攪拌した。次いで、反応より生じた混合物を、氷水混合物中に注いだ。有機相を分離し、無水硫酸ナトリウム上で２時間乾燥した。減圧下で蒸留すると、約５０％〜約６０％の２，２，４，６，６−ペンタメチル−１−オキソ−２，４，６−トリシラシクロヘキサンを生じた。
（実施例１１：）２，２，６，６−テトラメチル−１−オキソ−２，６−ジシラシクロヘキサンの調製
３ｇのマグネシウム（Ｍｇ）粉末及び５ｇのジブチルジグリムを、１００ｍｌの三つ口丸底フラスコに入れた。該フラスコには、滴下ロート、温度計、及び乾燥窒素を供給するガス注入口を取り付けた水冷凝縮器を装備した。７．８５ｇの１−ブロモ−３−クロロプロパン及び１０．１６ｇの１，３−ジクロロテトラメチルジシロキサンを、３５ｇのジブチルジグリムと滴下ロート中で混合した。数滴の１，２−ジブロモエタンを該フラスコに添加し、グリニャール反応を開始した。反応が開始したら、該ブロモクロロプロパン／シラン／ジブチルジグリム混合物を加え、反応物を磁気的に攪拌した。反応温度を約５０℃〜約９５℃の範囲に維持するように、該混合原料を非常にゆっくりと添加した。あるいは、外部の冷水浴によって反応物を冷却することにより、温度を維持する。該原料は全て６０分間以内に添加した。反応物を、原料の添加後さらに室温で１時間攪拌した。次いで、反応より生じた混合物を、氷水混合物中に注いだ。有機相を分離し、無水硫酸ナトリウム上で２時間乾燥した。減圧下で蒸留すると、約６０％〜約７５％の２，２，６，６−テトラメチル−１−オキソ−２，６−ジシラシクロヘキサンを生じた。
該方法の代替実施形態は、有機シランとカップリングする前に、溶媒中でマグネシウム（Ｍｇ）をジハロ有機化合物と混合することによる、ジグリニャール中間体の調製を提供する。例えば該溶媒は、限定されないが、ジブチルジグリムでよい。有機シランは、限定されないが、例えばジハロ有機シラン、ジアルコキシ有機シラン又はハロアルコキシ有機シランでよい。カップリング反応の前にグリニャール中間体を調製するこの代替法は、有機シラン化合物が少なくとも１つの活性官能基、限定されないが、例えばハロメチル（例えばＣＨ２Ｃｌ）を含む場合の環式有機シランの調製に使用される。この代替法又は改良法は、所望の環式有機シラン生成物の良好な収率を達成し得る。以下の実施例は、該方法の代替実施形態で調製された環式有機シランの様々な型を例示するものである。
（実施例１２：）１−クロロメチル−メチル−１−シラシクロペンタンの調製
３ｇのマグネシウム（Ｍｇ）粉末及び５ｇのジブチルジグリムを、１００ｍｌの三つ口丸底フラスコに入れた。該フラスコには、滴下ロート、温度計、及び乾燥窒素を供給するガス注入口を取り付けた水冷凝縮器を装備した。６．３５ｇの１，４−ジクロロブタンを、３５ｇのジブチルジグリムと滴下ロート中で混合した。数滴の１，２−ジブロモエタンを該フラスコに添加し、グリニャール反応を開始した。反応が開始したら、該１，４−ジクロロブタン／ジブチルジグリム混合物を加え、反応物を磁気的に攪拌した。反応物を約５０℃〜約９５℃の範囲の温度に維持するように、該混合原料を非常にゆっくりと添加した。あるいは、外部の冷水浴によって反応物を冷却することにより、温度を維持する。該混合原料は全て６０分間以内に添加した。生じたグリニャール試薬を、次いで８．１８ｇのクロロメチルメチルジクロロシランに、３０分以内に添加した。反応物を、該グリニャール試薬の添加後さらに室温で２時間攪拌した。次いで、反応より生じた混合物を、氷水混合物中に注いだ。有機相を分離し、無水硫酸ナトリウム上で２時間乾燥した。減圧下で蒸留すると、約６５％〜約８０％の１−クロロメチル−メチル−１−シラシクロペンタンを生じた。
（実施例１３：）１−クロロプロピル−メチル−１−シラシクロペンタンの調製
３ｇのマグネシウム（Ｍｇ）粉末及び５ｇのジブチルジグリムを、１００ｍｌの三つ口丸底フラスコに入れた。該フラスコには、滴下ロート、温度計、及び乾燥窒素を供給するガス注入口を取り付けた水冷凝縮器を装備した。６．３５ｇの１，４−ジクロロブタンを、３５ｇのジブチルジグリムと滴下ロート中で混合した。数滴の１，２−ジブロモエタンを該フラスコに添加し、グリニャール反応を開始した。反応が開始したら、該１，４−ジクロロブタン／ジブチルジグリム混合物を加え、反応物を磁気的に攪拌した。反応物を約５０℃〜約９５℃の範囲の温度に維持するように、該混合原料を非常にゆっくりと添加した。あるいは、外部の冷水浴によって反応物を冷却することにより、温度を維持する。該混合原料は全て６０分間以内に添加した。生じたグリニャール試薬を、次いで９．５８ｇの３−クロロプロピルメチルジクロロシランに、３０分以内に添加した。グリニャール試薬の添加後、反応物をさらに室温で２時間攪拌した。次いで、反応より生じた混合物を、氷水混合物中に注いだ。有機相を分離し、無水硫酸ナトリウム上で２時間乾燥した。減圧下で蒸留すると、約６５％〜約８０％の１−クロロプロピル−メチル−１−シラシクロペンタンを生じた。
実施例１２及び１３は、ジハロ有機化合物である１，４−ジクロロブタンを使用して、例えば１つ又は複数の活性官能基、限定されないが、例えばＣＨ２Ｃｌを有する環式有機シランを調製する方法を例証している。しかし、その他のジハロ有機化合物も、このような活性官能基を有する対応する環式有機シランの調製に使用し得る。
もう１つの代替実施形態では、さらなる改良法が、溶媒から環式有機シランの分離を容易にする。特に環式有機シランと溶媒ジアルキルジグリムの両方の沸点が非常に近い場合、改良法は、ジアルキルジグリムを、溶媒としてテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）で置き換える。該改良法は、Ｍｇ粉末に溶媒（ＴＨＦ）を添加し、以後「直接グリニャール反応」と称する反応とは反対に、溶媒にＭｇを添加し、以後「逆グリニャール反応」と称する反応も組み込む。この代替改良法は、直接グリニャール反応と比較して、典型的に使用される溶媒、ジエチルエーテル中で良好な収率を与える。該方法の代替実施形態において、逆グリニャール反応は、ＴＨＦ中のジハロ有機化合物及び有機シランの溶液に、Ｍｇ粉末を添加することによって実行される。次の実施例は、この別の方法を例示するものである。
（実施例１４：）１，１−ジフェニル−１−シラシクロペンタンの調製
１００ｍｌの三ツ口丸底フラスコ中で、６．３５ｇの１，４−ジクロロブタン及び１２．６５ｇのジフェニルジクロロシランを５０ｇのテトラヒドロフランと混合した。該フラスコには、温度計、及び乾燥窒素を供給するガス注入口を取り付けた水冷凝縮器を装備した。３ｇのマグネシウム（Ｍｇ）粉末のうち少量を、該反応フラスコに添加した。数滴の１，２−ジブロモエタンを該フラスコに添加し、グリニャール反応を開始した。その反応物を磁気的に攪拌した。反応が開始したら、反応温度を約５０℃〜約９５℃の範囲の温度に上昇するに任せた。反応温度が低下し始めたら、Ｍｇ粉末のさらに一部を添加した。全３ｇのＭｇ粉末を６回に分け、６０分以内に添加した。あるいは、外部の冷水浴によって反応物を冷却することにより、温度を維持する。全Ｍｇ粉末の添加後、反応物をさらに室温で１時間攪拌した。次いで、反応より生じた混合物を、氷水混合物中に注いだ。有機相を分離し、無水硫酸ナトリウム上で２時間乾燥した。ＴＨＦの除去後、減圧下で蒸留すると、約６０％〜約７５％の１，１−ジフェニル−１−シラシクロペンタンを生じた。
本開示の多様な態様に関する以上の説明は、例示及び説明の目的で示したものである。この説明は、網羅すること、又は開示された正確な形式に本発明を限定することを意図するものではなく、明らかに、多くの改変及び変形が可能である。当業者には明らかと思われるこうした改変及び変形は、付随する特許請求の範囲によって明確にされるように、本発明の範囲内に含まれる。

Claims (25)

  1. 分子内反応に有利に作用する溶媒中で、マグネシウム（Ｍｇ）の存在下、有機シラン化合物をジハロ有機化合物と反応させるステップを備える、環式有機シランの調製方法。
  2. 前記溶媒が、長分子鎖の骨格を形成する少なくとも６個の炭素原子と少なくとも２個の酸素原子とを有する１つの長分子鎖を備える、請求項１に記載の方法。
  3. 前記溶媒がジアルキルジグリムである、請求項２に記載の方法。
  4. 前記溶媒がジブチルジグリムである、請求項３に記載の方法。
  5. 前記溶媒がテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）である、請求項１に記載の方法。
  6. 前記有機シラン化合物が下記一般式を有する、請求項１に記載の方法。
    ＲＲ’ＳｉＸＹ
    ［式中、Ｒは、Ｈ、アルコキシ、アルキル、フェニル、ビニル及びアリルから成る群より選択される１種を表し、Ｒ’は、グリニャール試薬に対して不活性である官能基を表し、Ｘは、ハロゲン及びアルコキシ（ＯＲ’’）から成る群より選択される１種を表し、Ｙは、ハロゲン及びアルコキシ（ＯＲ’’）から成る群より選択される１種を表し、Ｒ’’は、メチル基（Ｍｅ）及びエチル基（Ｅｔ）から成る群より選択される１種を表す。］
  7. Ｒ’で表される前記官能基が、Ｈ、アルコキシ、アルキル、フェニル、アリル、ビニル及びそれらの組合せから成る群より選択される１種である、請求項６に記載の方法。
  8. 前記有機シラン化合物が、下記一般式を有する、請求項１に記載の方法。
    ＲＲ’ＸＳｉＢＳｉＲＲ’Ｘ
    ［式中、Ｒ及びＲ’は各々独立して、水素（Ｈ）、メチル、エチル及びビニルから成る群より選択される１種を表し、Ｂは、酸素及びＣＨ２より成る群から選択される１種を表し、Ｘは、ハロゲンを表す。］
  9. 前記反応させるステップが、ジハロ有機化合物を、有機シラン化合物と混合する前にマグネシウムと混合し、ジグリニャール試薬を生成するステップを有し、
    前記有機シラン化合物が一つの活性官能基を含む、請求項１に記載の方法。
  10. 前記活性官能基がハロメチルである、請求項９に記載の方法。
  11. 前記反応させるステップが、溶媒中の有機シラン化合物及びジハロ有機化合物の混合物に、マグネシウムを添加するステップを有する、請求項１に記載の方法。
  12. 分子内反応に有利に作用する溶媒中で、マグネシウム（Ｍｇ）の存在下、有機シラン化合物をジハロ有機化合物と反応させることによって得られる、環式有機シラン化合物。
  13. 環状構造の１員として、少なくとも１つのケイ素原子を有する環状構造を含む、請求項１２に記載の環式有機シラン化合物。
  14. 前記環状構造が、４員、５員及び６員から成る群より選択される１種を備える、請求項１３に記載の環式有機シラン化合物。
  15. 前記環状構造が少なくとも１つの不飽和結合を含む、請求項１３に記載の環式有機シラン化合物。
  16. 前記環状構造が１つの芳香環と融合しており、
    少なくとも１つの前記不飽和結合が前記環状構造及び前記芳香環に共有されている、請求項１５に記載の環式有機シラン化合物。
  17. 前記環状構造が、前記環状構造の少なくとも１つの前記ケイ素原子において芳香環置換基を含む、請求項１３に記載の環式有機シラン化合物。
  18. 前記環状構造が１つの酸素原子を含む、請求項１３の環式有機シラン化合物。
  19. 前記環状構造の１員において少なくとも１つの側鎖を含む、請求項１３に記載の環式有機シラン化合物。
  20. 少なくとも４員を含み、前記４員のうち１つがケイ素（Ｓｉ）原子である環状構造を有する環式有機シランを調製する方法であって、
    溶媒中で、マグネシウム（Ｍｇ）の存在下、有機シランを有機ジハロ化合物と反応させるステップを備え、
    前記溶媒が、骨格として１つの長分子鎖を有し、分子内反応に有利に作用する、方法。
  21. 前記長分子鎖が、少なくとも６個の炭素原子と少なくとも２個の酸素原子とを有する、請求項２０に記載の方法。
  22. 前記反応させるステップの前に、前記ジハロ有機化合物をマグネシウムと混合するステップをさらに備える、請求項２０に記載の方法。
  23. マグネシウムの導入前に、前記溶媒中で前記有機シランを前記ジハロ有機化合物と混合するステップをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
  24. 請求項２２の方法によって得られる、環式有機シラン化合物。
  25. 請求項２３の方法によって得られる、環式有機シラン化合物。
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