JP2014025043A - Method for manufacturing pentadiene alone or copolymer, and pentadiene alone or copolymer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ペンタジエン単独又は共重合体の製造方法及びペンタジエン単独又は共重合体に関する。 The present invention relates to a method for producing pentadiene homo- or copolymer and pentadiene homo- or copolymer.
最近、1−アルケン及び共役ジエンの精密構造制御重合(立体特異的・位置選択的リビング重合)に関する研究が盛んに行われている。そして、従来困難であると思われていた室温以上の条件下において、精密構造制御重合が可能になってきた(非特許文献3及び7)。
Recently, research on precise structure-controlled polymerization (stereospecific / regioselective living polymerization) of 1-alkene and conjugated diene has been actively conducted. Then, precise structure-controlled polymerization has become possible under conditions of room temperature or higher, which has been considered difficult in the past (Non-Patent
また、1,3−ブタジエン(BD)及びイソプレン(IP)は低コストであり、石油化学産業への応用に高い可能性を有しているため、様々な触媒を用いて、高いcis−1,4選択性を有する1,3−ブタジエン及びイソプレンの重合体を得ようとする研究がなされている(非特許文献1)。 In addition, 1,3-butadiene (BD) and isoprene (IP) are low in cost and have high potential for application to the petrochemical industry. Therefore, using various catalysts, high cis-1, Studies have been made to obtain a polymer of 1,3-butadiene and isoprene having 4 selectivity (Non-patent Document 1).
また、1,3−ブタジエン及びイソプレンの重合において、位置選択的及び立体選択的な制御は非常に重要である。特に、高いcis−1,4選択性を有する重合体は、優れた熱特性及び機械特性を有する合成ゴムを生成するため、さらに処理することが期待される。 Also, regioselective and stereoselective control is very important in the polymerization of 1,3-butadiene and isoprene. In particular, polymers with high cis-1,4 selectivity are expected to be further processed to produce synthetic rubbers with excellent thermal and mechanical properties.
一方、石油化学産業の発達により、1,3−ペンタジエン(PD)のようなC5−ジエンの生成が増加している。PDモノマーは、イソプレンを工業生産する際に副産物として容易に得られる(非特許文献2)。 On the other hand, with the development of the petrochemical industry, the production of C5-dienes such as 1,3-pentadiene (PD) is increasing. PD monomer is easily obtained as a byproduct when industrially producing isoprene (Non-patent Document 2).
原油を精製して得られるC5留分のうち、さらに精製工程を経て有効利用されるイソプレンは約20%である。残りの約80%は余剰留分であり、主に燃料としての消費・利用が現実である。また、余剰C5留分の一部をIP代替材料等に転換できれば、精製工程にかけるエネルギーを節約し、CO2排出量を抑えることができる。 Of the C5 fraction obtained by refining crude oil, about 20% of isoprene is effectively utilized through further refining processes. The remaining 80% is the surplus fraction, which is actually consumed and used as fuel. Moreover, if a part of the surplus C5 fraction can be converted into an IP alternative material or the like, energy applied to the purification process can be saved and CO 2 emission can be suppressed.
石油化学産業において、タイヤ又はベルト材料等に用いられるポリブタジエン(PBD)又はポリイソプレン(PIP)は、高度なレベルでcis−1,4構造に制御すると熱物性及び機械物性等が著しく向上する(非特許文献9)。そのため、ブタジエン及びイソプレンと類似する化合物であるペンタジエンの重合においても、高度に構造制御できれば有用な材料へ転換できる可能性がある。 In the petrochemical industry, polybutadiene (PBD) or polyisoprene (PIP) used for tires or belt materials and the like has a remarkable improvement in thermophysical properties and mechanical properties when controlled to a cis-1,4 structure at a high level (non- Patent Document 9). Therefore, even in the polymerization of pentadiene, which is a compound similar to butadiene and isoprene, there is a possibility that it can be converted into a useful material if the structure can be controlled to a high degree.
以上のように、高分子材料としてのペンタジエンの転用は、環境低負荷に配慮するものであり、学術的分野のみならず工業的分野においても非常に興味深く、重要である。 As described above, the diversion of pentadiene as a polymer material takes into consideration the low environmental load and is very interesting and important not only in the academic field but also in the industrial field.
ところで、連鎖移動反応も失活も起こらないリビング重合は、制御された分子量及び小さい分子量分布(Mw/Mn、MWD:molecular weight distributions)を有する重合体を生成できる。リビング重合は、末端が官能基化された重合体及びブロックコポリマーを合成する際に有用である。様々な触媒が、オレフィン(1,3−ブタジエン及びイソプレン等)をリビング重合する際に使用することが報告されている(非特許文献3〜5)。しかし、位置選択的及び立体選択的なPDのリビング重合は達成されていない。
By the way, living polymerization in which neither chain transfer reaction nor deactivation occurs can generate a polymer having a controlled molecular weight and a small molecular weight distribution ( Mw / Mn , MWD: molecular weight distributions). Living polymerization is useful in synthesizing end-functionalized polymers and block copolymers. Various catalysts have been reported to be used in living polymerization of olefins (such as 1,3-butadiene and isoprene) (Non-Patent
(E)−PD又は(Z)−PDを重合する際における、Nd、Ti、Co、Niなどのランタノイド又は遷移金属に基づく、触媒システムは、いくつか報告されている(非特許文献1及び6)。例えば、非特許文献1では、ペンタジエンを用いた重合に関して、重合活性は低いもののcis−1,4構造を95%の選択率で制御でき、結晶性(イソタクチック構造含有)ポリマーを生成する錯体触媒システムが報告されている。また、非特許文献6の(a)では、CrCl2(dmpe)2/MAO(メチルアルミノキサン)システムにて、室温で(Z)−PDの重合を行い、高いcis−1,4選択性(99%)を有する重合体を生成することが報告されている。この場合、重合体は結晶性を示さず、メチル基がアタクチック配列をしていることを示唆している。また、他成分のネオジム触媒システム、Nd(OCOC7H15)3/AlEt2Cl/AlBu3は、高いアイソ選択性及びcis−1,4選択性の両方を有する(E)−PDの重合体(結晶性ポリマー、cis−1,4選択性、95%)の生成において穏やかな活性を示したが、リビング性は欠如していた(非特許文献6の(b))。
Several catalyst systems based on lanthanoids or transition metals such as Nd, Ti, Co, Ni in polymerizing (E) -PD or (Z) -PD have been reported (
発明者らは、最近、カチオン性のハーフサンドイッチスカンジウム触媒システムを用いたBD又はIPのリビング重合について報告している(非特許文献7)。この触媒システムは、例えば、Cp’ScR2(THF)n(Cp’=C5H5、C5Me4SiMe3;R=CH2SiMe3、n=1;R=CH2C6H4NMe2−o、n=0;R=C3H5、n=0)のような中性ハーフサンドイッチジアルキル前駆体を様々な活性剤[PhNMe2H][B(C6F5)4]([PhNMe2H][B(C6F5)4]又はB(C6F5)3)とともに処理する。これにより、広範囲のオレフィン又は極性単量体の重合、共重合、三元重合において、前例のない挙動(例えば、ポリマー構造をほぼ100%の選択率でcis−1,4構造又はイソタクチック−3,4構造に制御すること)を示した。 The inventors have recently reported a living polymerization of BD or IP using a cationic half-sandwich scandium catalyst system (Non-Patent Document 7). This catalyst system is, for example, Cp′ScR 2 (THF) n (Cp ′ = C 5 H 5 , C 5 Me 4 SiMe 3 ; R = CH 2 SiMe 3 , n = 1; R = CH 2 C 6 H 4 NMe 2 -o, n = 0; R = C 3 H 5, n = 0) the various active agents neutral half sandwich dialkyl precursors such as [PhNMe 2 H] [B ( C 6 F 5) 4] ([PhNMe 2 H] [B (C 6 F 5 ) 4 ] or B (C 6 F 5 ) 3 ). This allows unprecedented behavior in a wide range of olefin or polar monomer polymerization, copolymerization, terpolymerization (eg, cis-1,4 structure or isotactic-3, with almost 100% selectivity of the polymer structure). Control to 4 structures).
しかし、PDを重合し、ポリペンタジエン(PPD)を生成する錯体触媒系についてはあまり報告されておらず、また、生成ポリマーがPPDを基盤とした新規なブロック共重合体についても今まで報告されていない。 However, there have been few reports on complex catalyst systems that polymerize PD to produce polypentadiene (PPD), and new block copolymers based on PPD have been reported so far. Absent.
そこで、本発明は、新規な、ペンタジエン単独又は共重合体の製造方法、及び、ペンタジエン単独又は共重合体を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a novel method for producing a pentadiene homopolymer or copolymer, and a pentadiene homopolymer or copolymer.
本発明に係るペンタジエン単独又は共重合体の製造方法は、上記の課題を解決するために、(1)スカンジウム(Sc)である中心金属M、該中心金属に結合した置換のシクロペンタジエニル誘導体を含む配位子Cp*、モノアニオン配位子Q1及びQ2、ならびにW個(Wは0〜3の整数)の中性ルイス塩基Lを含む、一般式(I)で表されるメタロセン錯体、及び(2)非配位性アニオンとカチオンからなるイオン性化合物を含む重合触媒組成物を触媒として、ペンタジエンを重合させる重合工程を含んでいる。 In order to solve the above problems, the method for producing a pentadiene homo- or copolymer according to the present invention includes (1) a central metal M which is scandium (Sc), and a substituted cyclopentadienyl derivative bonded to the central metal. A metallocene represented by the general formula (I), including a ligand Cp * containing monoanionic ligands Q 1 and Q 2 , and W (W is an integer of 0 to 3) neutral Lewis bases L A polymerization step of polymerizing pentadiene is carried out using a complex and (2) a polymerization catalyst composition containing an ionic compound comprising a non-coordinating anion and a cation as a catalyst.
(一般式(I)における配位子Cp*は、置換基を有するシクロペンタジエニル環、置換又は無置換のフルオレニル環、置換又は無置換のオクタヒドロフルオレニル環、及び、置換基を有するインデニル環からなる群より選択される何れかであり、
Cp*が置換基を有するシクロペンタジエニル環の場合は、下記一般式(II)で表されるものであり、
(The ligand Cp * in the general formula (I) has a cyclopentadienyl ring having a substituent, a substituted or unsubstituted fluorenyl ring, a substituted or unsubstituted octahydrofluorenyl ring, and a substituent. Any one selected from the group consisting of indenyl rings,
When Cp * is a cyclopentadienyl ring having a substituent, it is represented by the following general formula (II):
一般式(II)中で、Rxは、シクロペンタジエニル環の骨格を構成する炭素原子に結合する、炭素数1〜20のヒドロカルビル基、又は炭素数1〜20のヒドロカルビル基が置換したメタロイド基を指し、*はMとの結合を表し、nは3〜5の整数である。また、一般式(II)中に示すシクロペンタジエニル環の骨格を構成する炭素原子の一つは、第14族原子(但し、炭素原子及び鉛原子は除く)又は第15族原子により置換されていてもよい。
Cp*が置換基を有するインデニル環の場合は、下記一般式(III)で表されるものである。
In general formula (II), Rx is a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms or a metalloid group substituted with a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms, which is bonded to the carbon atom constituting the skeleton of the cyclopentadienyl ring. * Represents a bond with M, and n is an integer of 3 to 5. In addition, one of the carbon atoms constituting the skeleton of the cyclopentadienyl ring shown in the general formula (II) is substituted with a
When Cp * is an indenyl ring having a substituent, it is represented by the following general formula (III).
一般式(III)中で、Rx1は、インデニル環の5員環の骨格を構成する炭素原子に結合する、炭素数1〜20のヒドロカルビル基、又は炭素数1〜20のヒドロカルビル基が置換したメタロイド基を指し、*はMとの結合を表し、n1は1〜3の整数である。)
さらに、本発明に係る製造方法では、上記配位子Cp*は、一般式(II)で表される置換基を有するシクロペンタジエニル環であり、一般式(II)中で、Rxは、シクロペンタジエニル環の骨格を構成する炭素原子に結合する、炭素数1〜3のヒドロカルビル基、又は炭素数1〜3のヒドロカルビル基が置換したシリル基を指し、nは5であることがより好ましい。
In general formula (III), Rx1 is a metalloid substituted with a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms or a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms bonded to a carbon atom constituting a 5-membered skeleton of an indenyl ring. Refers to a group, * represents a bond with M, and n1 is an integer of 1 to 3. )
Furthermore, in the production method according to the present invention, the ligand Cp * is a cyclopentadienyl ring having a substituent represented by the general formula (II), and in the general formula (II), Rx is: The term refers to a hydrocarbyl group having 1 to 3 carbon atoms or a silyl group substituted with a hydrocarbyl group having 1 to 3 carbon atoms, which is bonded to the carbon atom constituting the skeleton of the cyclopentadienyl ring, and n is more preferably 5. preferable.
さらに、本発明に係る製造方法では、上記配位子Cp*は、テトラメチル(トリメチルシリル)シクロペンタジエニル環であることがより好ましい。 Furthermore, in the production method according to the present invention, the ligand Cp * is more preferably a tetramethyl (trimethylsilyl) cyclopentadienyl ring.
さらに、本発明に係る製造方法では、上記重合工程は、−60℃以上、0℃以下の温度範囲で行われることがより好ましい。 Furthermore, in the production method according to the present invention, the polymerization step is more preferably performed in a temperature range of −60 ° C. or more and 0 ° C. or less.
さらに、本発明に係る製造方法は、上記重合工程において得られたペンタジエン単独又は共重合体を含む反応生成物に、ペンタジエン以外の共役ジエン又は1−アルケンを加えて、共重合を行うことがより好ましい。 Furthermore, in the production method according to the present invention, copolymerization is performed by adding a conjugated diene other than pentadiene or 1-alkene to the reaction product containing the pentadiene homopolymer or copolymer obtained in the above polymerization step. preferable.
さらに、本発明に係る製造方法では、上記モノアニオン配位子Q1及びQ2は、トリメチルシリルメチル基、η3-アリル基(η3はハプト数が3であることを示す。)又はオルト−ジメチルアミノベンジル基であることがより好ましい。 Furthermore, in the production method according to the present invention, the monoanion ligands Q 1 and Q 2 are a trimethylsilylmethyl group, η 3 -allyl group (η 3 indicates that the hapto number is 3) or ortho-. A dimethylaminobenzyl group is more preferable.
さらに、本発明に係る製造方法では、上記中性ルイス塩基Lが、テトラヒドロフランであることがより好ましい。 Furthermore, in the production method according to the present invention, the neutral Lewis base L is more preferably tetrahydrofuran.
また、本発明に係るペンタジエン単独又は共重合体は、ペンタジエン単位全体に対して、cis−1,4構造を有するペンタジエン単位を85%以上含み、かつ、ペンタッド表示で90%以上のイソタクチック性を示すことを特徴としている。 Moreover, the pentadiene homo- or copolymer according to the present invention contains 85% or more of pentadiene units having a cis-1,4 structure with respect to the whole pentadiene units, and exhibits 90% or more isotacticity in pentad display. It is characterized by that.
本発明によれば、所定のスカンジウム錯体触媒をペンタジエンの重合反応に用いることにより、ペンタジエン単独又は共重合体の製造方法を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of a pentadiene single or a copolymer can be provided by using a predetermined scandium complex catalyst for the polymerization reaction of pentadiene.
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。本発明に係るペンタジエン単独又は共重合体の製造方法は、1)下記の一般式(I)で表されるメタロセン錯体、及び、2)非配向性アニオンとカチオンからなるイオン性化合物を含む重合触媒組成物を触媒として、ペンタジエンを重合させる重合工程を含む。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. A method for producing a pentadiene homo- or copolymer according to the present invention comprises 1) a metallocene complex represented by the following general formula (I), and 2) a polymerization catalyst comprising an ionic compound comprising a non-oriented anion and a cation. A polymerization step of polymerizing pentadiene using the composition as a catalyst is included.
上記一般式(I)で表されるメタロセン錯体は、スカンジウム(Sc)である中心金属M、該中心金属に結合した置換のシクロペンタジエニル誘導体を含む配位子Cp*、モノアニオン配位子Q1及びQ2、ならびにW個(Wは0〜3の整数)の中性ルイス塩基Lを含む。 The metallocene complex represented by the general formula (I) includes a central metal M which is scandium (Sc), a ligand Cp * containing a substituted cyclopentadienyl derivative bonded to the central metal, a monoanionic ligand Q 1 and Q 2 , and W (W is an integer of 0 to 3) neutral Lewis bases L are included.
また、上記一般式(I)における配位子Cp*は、置換基を有するシクロペンタジエニル環、置換又は無置換のフルオレニル環、置換又は無置換のオクタヒドロフルオレニル環、及び、置換基を有するインデニル環からなる群より選択される何れかである。 The ligand Cp * in the general formula (I) is a cyclopentadienyl ring having a substituent, a substituted or unsubstituted fluorenyl ring, a substituted or unsubstituted octahydrofluorenyl ring, and a substituent. Any one selected from the group consisting of indenyl rings having
Cp*が置換基を有するシクロペンタジエニル環の場合は、下記一般式(II)で表されるものである。 When Cp * is a cyclopentadienyl ring having a substituent, it is represented by the following general formula (II).
上記一般式(II)中で、Rxは、シクロペンタジエニル環の骨格を構成する炭素原子に結合する、炭素数1〜20のヒドロカルビル基、又は炭素数1〜20のヒドロカルビル基が置換したメタロイド基を指し、*はMとの結合を表し、nは3〜5の整数である。また、一般式(II)中に示すシクロペンタジエニル環の骨格を構成する炭素原子の一つは、第14族原子(但し、炭素原子及び鉛原子は除く)又は第15族原子により置換されていてもよい。第15族原子として好ましい例としては、窒素原子又はリン原子が挙げられる。
In the above general formula (II), Rx is a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms or a metalloid substituted with a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms, which is bonded to the carbon atom constituting the skeleton of the cyclopentadienyl ring. Refers to a group, * represents a bond with M, and n is an integer of 3-5. In addition, one of the carbon atoms constituting the skeleton of the cyclopentadienyl ring shown in the general formula (II) is substituted with a
上記ヒドロカルビル基は、好ましくは炭素数1〜20のヒドロカルビル基であるが、より好ましくは炭素数1〜20(好ましくは炭素数1〜10、さらに好ましくは炭素数1〜6)のアルキル基、フェニル基又はナフチル基等のアリル基、ベンジル基などであり、最も好ましくはメチル基である。 The hydrocarbyl group is preferably a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms (preferably 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 6 carbon atoms), phenyl Group or an allyl group such as a naphthyl group, a benzyl group, and the like, and most preferably a methyl group.
上記ヒドロカルビル基は、置換基を有していてもよい(置換ヒドロカルビル基と称する)。当該置換ヒドロカルビル基におけるヒドロカルビル基は、上記したヒドロカルビル基と同様である。置換ヒドロカルビル基とは、ヒドロカルビル基の少なくとも1の水素原子が、ハロゲン原子、アミド基、ホスフィド基、アルコキシ基、またはアリールオキシ基などで置換されたヒドロカルビル基である。 The hydrocarbyl group may have a substituent (referred to as a substituted hydrocarbyl group). The hydrocarbyl group in the substituted hydrocarbyl group is the same as the hydrocarbyl group described above. The substituted hydrocarbyl group is a hydrocarbyl group in which at least one hydrogen atom of the hydrocarbyl group is substituted with a halogen atom, an amide group, a phosphide group, an alkoxy group, an aryloxy group, or the like.
上記ヒドロカルビル基が置換したメタロイド基におけるメタロイドは、ゲルミル(Ge)、スタニル(Sn)、シリル(Si)などが挙げられる。また、メタロイド基に置換したヒドロカルビル基は上記したヒドロカルビル基と同様であり、その置換数は、メタロイドの種類によって決定される(例えばシリル基の場合は、ヒドロカルビル基の置換数は3である)。 Examples of the metalloid in the metalloid group substituted with the hydrocarbyl group include germyl (Ge), stannyl (Sn), and silyl (Si). The hydrocarbyl group substituted with a metalloid group is the same as the hydrocarbyl group described above, and the number of substitutions is determined by the type of metalloid (for example, in the case of a silyl group, the number of substitutions of the hydrocarbyl group is 3).
好ましくは、シクロペンタジエニル環のRxの少なくとも一つが、ヒドロカルビル基が置換したメタロイド基(好ましくはシリル基)であり、より好ましくはトリメチルシリル基である。 Preferably, at least one Rx of the cyclopentadienyl ring is a metalloid group (preferably a silyl group) substituted with a hydrocarbyl group, more preferably a trimethylsilyl group.
ペンタジエン単量体のシンジオタクチシティをより一層向上させる観点では、一般式(II)中で、nは好ましくは4又は5であり、より好ましくは5である。より具体的には、一般式(II)で示されるシクロペンタジエニル環は、テトラメチル(トリメチルシリル)シクロペンタジエニル、ペンタメチルシクロペンタジエニル、またはテトラメチルシクロペンタジエニルであることがより好ましく、テトラメチル(トリメチルシリル)シクロペンタジエニル、又はペンタメチルシクロペンタジエニルであることがさらに好ましい。 From the viewpoint of further improving the syndiotacticity of the pentadiene monomer, in the general formula (II), n is preferably 4 or 5, and more preferably 5. More specifically, the cyclopentadienyl ring represented by the general formula (II) is more preferably tetramethyl (trimethylsilyl) cyclopentadienyl, pentamethylcyclopentadienyl, or tetramethylcyclopentadienyl. Tetramethyl (trimethylsilyl) cyclopentadienyl or pentamethylcyclopentadienyl is more preferable.
なお、一般式(II)中に示すシクロペンタジエニル環の骨格を構成する炭素原子の一つが、第14族原子(但し、炭素原子及び鉛原子は除く)又は第15族原子(複素原子)により置換されている場合、上記Rxはこの複素原子に結合するものであってもよい。
One of the carbon atoms constituting the skeleton of the cyclopentadienyl ring shown in the general formula (II) is a
また、一例として、上記配位子Cp*は、一般式(II)で表される置換基を有するシクロペンタジエニル環であり、一般式(II)中で、Rxは、シクロペンタジエニル環の骨格を構成する炭素原子に結合する、炭素数1〜3のヒドロカルビル基、又は炭素数1〜3のヒドロカルビル基が置換したシリル基を指し、nは5である。 Further, as an example, the ligand Cp * is a cyclopentadienyl ring having a substituent represented by the general formula (II). In the general formula (II), Rx is a cyclopentadienyl ring. 1 to 3 or a silyl group substituted with a hydrocarbyl group having 1 to 3 carbon atoms bonded to the carbon atom constituting the skeleton of n.
Cp*に含まれる置換または無置換のシクロペンタジエニル誘導体が、置換基を有するインデニル環の場合は、下記一般式(III)で表されるものである。 When the substituted or unsubstituted cyclopentadienyl derivative contained in Cp * is an indenyl ring having a substituent, it is represented by the following general formula (III).
上記一般式(III)中で、Rx1は、インデニル環の5員環の骨格を構成する炭素原子に結合する、炭素数1〜20のヒドロカルビル基、又は炭素数1〜20のヒドロカルビル基が置換したメタロイド基を指し、*はMとの結合を表し、n1は1〜3の整数である。なお、一般式(III)におけるヒドロカルビル基、及びメタロイド基の定義は、一般式(II)中のRxと同一である。 In the general formula (III), Rx1 is substituted with a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms or a hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms bonded to a carbon atom constituting the skeleton of the 5-membered ring of the indenyl ring. It refers to a metalloid group, * represents a bond with M, and n1 is an integer of 1 to 3. In addition, the definition of the hydrocarbyl group and metalloid group in general formula (III) is the same as Rx in general formula (II).
また、好ましくは、インデニル環のRx1の少なくとも一つが、ヒドロカルビル基が置換したメタロイド基(好ましくはシリル基)であり、より好ましくはトリメチルシリル基である。 Preferably, at least one of Rx1 of the indenyl ring is a metalloid group (preferably a silyl group) substituted with a hydrocarbyl group, more preferably a trimethylsilyl group.
ペンタジエン単量体のシンジオタクチシティをより一層向上させる観点では、一般式(III)中で、nは好ましくは2又は3であり、より好ましくは3である。より具体的には、一般式(III)で示されるインデニル環は、nが3であり、かつ3つのRx1が全てメチル基であるか、2つのRx1がメチル基で1つのRx1がトリメチルシリル基である。 From the viewpoint of further improving the syndiotacticity of the pentadiene monomer, in the general formula (III), n is preferably 2 or 3, and more preferably 3. More specifically, in the indenyl ring represented by the general formula (III), n is 3, and all three Rx1 are methyl groups, or two Rx1 are methyl groups and one Rx1 is a trimethylsilyl group. is there.
Cp*に含まれる置換または無置換のシクロペンタジエニル誘導体は、置換又は無置換のフルオレニル環(組成式:C13H9−xRx)、或いは、置換又は無置換のオクタヒドロフルオレニル環(組成式:C13H17−xRx)であってもよい。ここでRは、上記したシクロペンタジエニル環において一般式(II)中で示したRxと同様であり、Xは0〜9または0〜17の整数である。 The substituted or unsubstituted cyclopentadienyl derivative contained in Cp * is a substituted or unsubstituted fluorenyl ring (composition formula: C 13 H 9-x R x ), or a substituted or unsubstituted octahydrofluorenyl. It may be a ring (composition formula: C 13 H 17-x R x ). Here, R is the same as Rx shown in the general formula (II) in the above-described cyclopentadienyl ring, and X is an integer of 0 to 9 or 0 to 17.
本発明で用いる一般式(I)で表される錯体において、Q1及びQ2は、同一または異なるモノアニオン配位子(モノアニオン性配位子)である。モノアニオン配位子としては、1)ヒドリド、2)ハライド、3)置換もしくは無置換の、炭素数1〜20のヒドロカルビル基、4)アルコキシ基もしくはアリールオキシ基、5)アミド基、または6)ホスフィノ基などが挙げられるがこれらに限定されない。また、Q1及びQ2の範疇には、CH2C6H4N(CH3)2−o等も含まれる。 In the complex represented by the general formula (I) used in the present invention, Q 1 and Q 2 are the same or different monoanionic ligands (monoanionic ligands). As monoanionic ligands, 1) hydride, 2) halide, 3) substituted or unsubstituted hydrocarbyl group having 1 to 20 carbon atoms, 4) alkoxy group or aryloxy group, 5) amide group, or 6) Examples include, but are not limited to, phosphino groups. Further, the category of Q 1 and Q 2, CH 2 C 6 H 4 N (CH 3) 2 -o like are also included.
また、Q1及びQ2は互いに結合するか、あるいは一緒になって、いわゆるジアニオン性の配位子となっていてもよい。ジアニオン性の配位子としては、アルキリデン、ジエン、シクロメタル化されたヒドロカルビル基、または二座のキレート配位子などが挙げられる。 Q 1 and Q 2 may be bonded to each other or may be combined to form a so-called dianionic ligand. Examples of dianionic ligands include alkylidene, dienes, cyclometallated hydrocarbyl groups, and bidentate chelate ligands.
上記ハライドは、クロリド、ブロミド、フルオリド及びアイオダイドのいずれもでもよい。 The halide may be any of chloride, bromide, fluoride, and iodide.
上記炭素数1〜20のヒドロカルビル基は、好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、アミル基、イソアミル基、ヘキシル基、イソブチル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、セチル基、2−エチルヘキシル基などのアルキル基、フェニル基又はナフチル基等のアリル基、ベンジル基などの無置換ヒドロカルビル基のほか、置換ベンジル基やトリアルキルシリルメチル基、ビス(トリアルキルシリル)メチル基などの置換ヒドロカルビル基でもよい。好ましいヒドロカルビル基の例には、置換または無置換ベンジル基やトリアルキルシリルメチル基が含まれ、さらに好ましい例にはトリメチルシリルメチル基、η3-アリル基(η3はハプト数が3であることを示す。)、オルト−ジメチルアミノベンジル基が含まれる。 The C1-C20 hydrocarbyl group is preferably a methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, amyl group, isoamyl group, hexyl group, isobutyl group, heptyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, cetyl group. Group, alkyl group such as 2-ethylhexyl group, allyl group such as phenyl group or naphthyl group, unsubstituted hydrocarbyl group such as benzyl group, substituted benzyl group, trialkylsilylmethyl group, bis (trialkylsilyl) methyl group Substituted hydrocarbyl groups such as Examples of preferred hydrocarbyl groups include substituted or unsubstituted benzyl groups and trialkylsilylmethyl groups, and more preferred examples include trimethylsilylmethyl groups and η 3 -allyl groups (η 3 has a hapto number of 3). And an ortho-dimethylaminobenzyl group is included.
上記アルコキシ基またはアリールオキシ基は、好ましくはメトキシ基、置換または無置換のフェノキシ基などである。 The alkoxy group or aryloxy group is preferably a methoxy group, a substituted or unsubstituted phenoxy group, and the like.
上記アミド基は、好ましくはジメチルアミド基、ジエチルアミド基、メチルエチルアミド基、ジ−t−ブチルアミド基、ジイソプロピルアミド基、無置換または置換ジフェニルアミド基などである。 The amide group is preferably a dimethylamide group, a diethylamide group, a methylethylamide group, a di-t-butylamide group, a diisopropylamide group, an unsubstituted or substituted diphenylamide group, and the like.
上記ホスフィノ基は、好ましくはジフェニルホスフィノ基、ジシクロヘキシルホスフィノ基、ジエチルホスフィノ基、ジメチルホスフィノ基などである。 The phosphino group is preferably a diphenylphosphino group, a dicyclohexylphosphino group, a diethylphosphino group, a dimethylphosphino group, or the like.
上記アルキリデンは、好ましくはメチリデン、エチリデン、プロピリデンなどである。 The alkylidene is preferably methylidene, ethylidene, propylidene or the like.
上記シクロメタル化されたヒドロカルビル基は、好ましくはプロピレン、ブチレン、ペンチレン、へキシレン、オクチレンなどである。 The cyclometallated hydrocarbyl group is preferably propylene, butylene, pentylene, hexylene, octylene or the like.
上記ジエンは、好ましくは1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、1,4−ペンタジエン、1,3−ヘキサジエン、1,4−ヘキサジエン、1,5−ヘキサジエン、2,4−ジメチル−1,3−ペンタジエン、2−メチル−1,3−ヘキサジエン、2,4−ヘキサジエンなどである。 The diene is preferably 1,3-butadiene, 1,3-pentadiene, 1,4-pentadiene, 1,3-hexadiene, 1,4-hexadiene, 1,5-hexadiene, 2,4-dimethyl-1, 3-pentadiene, 2-methyl-1,3-hexadiene, 2,4-hexadiene, and the like.
本発明で用いる一般式(I)で表される錯体において、Lは中性ルイス塩基である。中性ルイス塩基としては、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジメチルアニリン、トリメチルホスフィン、塩化リチウムなどが挙げられる。 In the complex represented by the general formula (I) used in the present invention, L is a neutral Lewis base. Neutral Lewis bases include tetrahydrofuran, diethyl ether, dimethylaniline, trimethylphosphine, lithium chloride and the like.
また、LはQ1及び/又はQ2と結合して、いわゆる多座配位子となっていてもよい。 L may be bonded to Q 1 and / or Q 2 to form a so-called multidentate ligand.
一般式(I)におけるLWのwは、中性ルイス塩基Lの個数を表す。wは0〜3の整数であり、好ましくは0〜1である。 W of L W in the general formula (I) represents the number of neutral Lewis bases L. w is an integer of 0 to 3, preferably 0 to 1.
上記メタロセン錯体は、既述の方法、例えば(1)参考文献:Tardif, O.; Nishiura, M.; Hou, Z. M. Organometallics 22, 1171, (2003). 、(2)参考文献:Hultzsch, K. C.; Spaniol, T. P.; Okuda, J. Angew. Chem. Int. Ed, 38, 227, (1999).、(3)参考文献:国際公開WO2006/004068パンフレット、(4)参考文献:日本国公開特許公報 特開2008−222780号、(5)参考文献:日本国公開特許公報 特開2008−095008号に記載された方法に従って合成することができる。 The metallocene complex is prepared by the method described above, for example, (1) Reference: Tardif, O .; Nishiura, M .; Hou, ZM Organometallics 22, 1171, (2003). (2) Reference: Hultzsch, KC; Spaniol, TP; Okuda, J. Angew. Chem. Int. Ed, 38, 227, (1999)., (3) Reference: International Publication WO 2006/004068 Pamphlet, (4) Reference: Japanese Patent Publication No. 2008-222780, (5) Reference: Can be synthesized according to the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-095008.
(非配位性のアニオンおよびカチオンからなるイオン性化合物)
前記したように、重合触媒組成物はイオン性化合物を含む。ここでイオン性化合物とは、非配位性アニオンとカチオンからなるイオン性化合物を含む。該イオン性化合物は、前記したメタロセン錯体と組み合わされることにより、上記メタロセン錯体に重合触媒としての活性を発揮させる。そのメカニズムとして、イオン性化合物が、メタロセン錯体と反応し、カチオン性の錯体(活性種)を生成させると考えることができる。
(Ionic compounds consisting of non-coordinating anions and cations)
As described above, the polymerization catalyst composition includes an ionic compound. Here, the ionic compound includes an ionic compound composed of a non-coordinating anion and a cation. When the ionic compound is combined with the metallocene complex, the metallocene complex exhibits activity as a polymerization catalyst. As the mechanism, it can be considered that the ionic compound reacts with the metallocene complex to generate a cationic complex (active species).
イオン性化合物の構成成分である非配位性アニオンとしては、例えば、4価のホウ素アニオンが好ましく、テトラ(フェニル)ボレート、テトラキス(モノフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(ジフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(トリフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(トリフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(テトラフルオロメチルフェニル)ボレート、テトラ(トリル)ボレート、テトラ(キシリル)ボレート、(トリフェニル,ペンタフルオロフェニル)ボレート、[トリス(ペンタフルオロフェニル),フェニル]ボレート、トリデカハイドライド-7,8-ジカルバウンデカボレートなどが挙げられる。 As the non-coordinating anion which is a constituent component of the ionic compound, for example, a tetravalent boron anion is preferable, and tetra (phenyl) borate, tetrakis (monofluorophenyl) borate, tetrakis (difluorophenyl) borate, tetrakis (tri Fluorophenyl) borate, tetrakis (trifluorophenyl) borate, tetrakis (pentafluorophenyl) borate, tetrakis (tetrafluoromethylphenyl) borate, tetra (tolyl) borate, tetra (xylyl) borate, (triphenyl, pentafluorophenyl) Examples thereof include borate, [tris (pentafluorophenyl), phenyl] borate, and tridecahydride-7,8-dicarbaoundecaborate.
これらの非配位性アニオンのうち、好ましくはテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートである。 Of these non-coordinating anions, tetrakis (pentafluorophenyl) borate is preferred.
イオン性化合物の構成成分であるカチオンの例には、カルボニウムカチオン、オキソニウムカチオン、アンモニウムカチオン、ホスホニウムカチオン、シクロヘプタトリエニルカチオン、遷移金属を有するフェロセニウムカチオンなどが含まれる。 Examples of the cation that is a constituent component of the ionic compound include a carbonium cation, an oxonium cation, an ammonium cation, a phosphonium cation, a cycloheptatrienyl cation, and a ferrocenium cation having a transition metal.
カルボニウムカチオンの具体例には、トリフェニルカルボニウムカチオン、トリ置換フェニルカルボニウムカチオンなどの三置換カルボニウムカチオンが含まれる。トリ置換フェニルカルボニウムカチオンの具体例には、トリ(メチルフェニル)カルボニウムカチオン、トリ(ジメチルフェニル)カルボニウムカチオンが含まれる。 Specific examples of the carbonium cation include a tri-substituted carbonium cation such as a triphenylcarbonium cation and a tri-substituted phenylcarbonium cation. Specific examples of the tri-substituted phenyl carbonium cation include a tri (methylphenyl) carbonium cation and a tri (dimethylphenyl) carbonium cation.
アンモニウムカチオンの具体例には、トリメチルアンモニウムカチオン、トリエチルアンモニウムカチオン、トリプロピルアンモニウムカチオン、トリブチルアンモニウムカチオン、トリ(n-ブチル)アンモニウムカチオンなどのトリアルキルアンモニウムカチオン、N,N-ジメチルアニリニウムカチオン、N,N-ジエチルアニリニウムカチオン、N,N-2,4,6-ペンタメチルアニリニウムカチオンなどのN,N-ジアルキルアニリニウムカチオン、ジ(イソプロピル)アンモニウムカチオン、ジシクロヘキシルアンモニウムカチオンなどのジアルキルアンモニウムカチオンが含まれる。 Specific examples of ammonium cations include trialkylammonium cations, triethylammonium cations, tripropylammonium cations, tributylammonium cations, tri (n-butyl) ammonium cations, and the like, N, N-dimethylanilinium cations, N Dialkyl ammonium cations such as N, N-diethylanilinium cation, N, N-2,4,6-pentamethylanilinium cation, N, N-dialkylanilinium cation, di (isopropyl) ammonium cation, dicyclohexylammonium cation, etc. included.
ホスホニウムカチオンの具体例には、トリフェニルホスホニウムカチオン、トリ(メチルフェニル)ホスホニウムカチオン、トリ(ジメチルフェニル)ホスホニウムカチオンなどのトリアリールホスホニウムカチオンが含まれる。 Specific examples of the phosphonium cation include triarylphosphonium cations such as a triphenylphosphonium cation, a tri (methylphenyl) phosphonium cation, and a tri (dimethylphenyl) phosphonium cation.
これらのカチオンのうち、好ましくはアニリニウムカチオンまたはカルボニウムカチオンであり、さらに好ましくはトリフェニルカルボニウムカチオンが挙げられる。 Among these cations, an anilinium cation or a carbonium cation is preferable, and a triphenylcarbonium cation is more preferable.
すなわち、本発明の重合触媒組成物に含まれるイオン性化合物は、前記した非配位性アニオンおよびカチオンからそれぞれ選ばれるものを組み合わせたものであり得る。 That is, the ionic compound contained in the polymerization catalyst composition of the present invention may be a combination of those selected from the above-mentioned non-coordinating anions and cations.
好ましくは、トリフェニルカルボニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、トリフェニルカルボニウムテトラキス(テトラフルオロフェニル)ボレート、N,N-ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、1,1'-ジメチルフェロセニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートなどが例示される。イオン性化合物は1種を用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Preferably, triphenylcarbonium tetrakis (pentafluorophenyl) borate, triphenylcarbonium tetrakis (tetrafluorophenyl) borate, N, N-dimethylanilinium tetrakis (pentafluorophenyl) borate, 1,1′-dimethylferrocete Examples thereof include nium tetrakis (pentafluorophenyl) borate. One ionic compound may be used, or two or more ionic compounds may be used in combination.
これらのイオン性化合物のうち、特に好ましいものは、トリフェニルカルボニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートなどが挙げられる。 Among these ionic compounds, particularly preferred are triphenylcarbonium tetrakis (pentafluorophenyl) borate and the like.
また、遷移金属化合物と反応してカチオン性遷移金属化合物を生成させることができるルイス酸である、B(C6F5)3、Al(C6F5)3などをイオン性化合物として用いてもよく、これらを前記のイオン性化合物と組み合わせて用いてもよい。 In addition, B (C 6 F 5 ) 3 , Al (C 6 F 5 ) 3, etc., which are Lewis acids that can react with transition metal compounds to form cationic transition metal compounds, are used as ionic compounds. These may be used in combination with the ionic compound.
さらに、アルキルアルミ化合物(アルミノオキサン、好ましくはMAOまたはMMAO)、またはアルキルアルミ化合物とボレート化合物の組み合わせも、イオン性化合物として用いることができ、また他のイオン性化合物と組み合わせて用いてもよい。特に、前記した錯体(一般式(I))のモノアニオン配位子Qが、アルキルまたはヒドリド以外である場合(例えばハロゲンである場合)は、アルキルアルミ化合物、またはアルキルアルミ化合物とボレート化合物の組み合わせを用いることが好ましいと考えられる。 Furthermore, an alkylaluminum compound (aluminoxane, preferably MAO or MMAO), or a combination of an alkylaluminum compound and a borate compound can also be used as the ionic compound, or may be used in combination with other ionic compounds. . In particular, when the monoanionic ligand Q of the complex (general formula (I)) is other than alkyl or hydride (for example, when it is halogen), it is an alkylaluminum compound, or a combination of an alkylaluminum compound and a borate compound. It is considered preferable to use
(重合触媒組成物に含まれるその他の任意成分)
本発明の重合触媒組成物は、メタロセン錯体及びイオン性化合物以外にも、任意の成分を含むことができる。任意の成分とは、アルキルアルミ化合物、シラン化合物、水素などが挙げられる。
(Other optional components contained in the polymerization catalyst composition)
The polymerization catalyst composition of the present invention can contain an optional component in addition to the metallocene complex and the ionic compound. Examples of the optional component include alkyl aluminum compounds, silane compounds, hydrogen and the like.
アルキルアルミ化合物とは、通常、メタロセン重合触媒で用いられるアルミノオキサン(アルモキサン)と称される有機アルミニウム化合物を含む。例えば、メチルアルミノキサン(MAO)などが挙げられる。また、他のアルキルアルミ化合物としては、AlR3(R=Et、Bu)が挙げられ、これらを反応系中に添加し、ペンタジエンの重合を行ってもよい。 The alkylaluminum compound usually includes an organoaluminum compound called aluminoxane (alumoxane) used in a metallocene polymerization catalyst. For example, methylaluminoxane (MAO) etc. are mentioned. Other alkylaluminum compounds include AlR 3 (R = Et, Bu), and these may be added to the reaction system to polymerize pentadiene.
シラン化合物とは、フェニルシランなどが挙げられる。 Examples of the silane compound include phenylsilane.
(重合触媒組成物における組成比等)
前記の通り、重合触媒組成物は上記メタロセン錯体とイオン性化合物を含む。重合触媒組成物において、イオン性化合物のメタロセン錯体に対するモル比率は、錯体とイオン性化合物の種類によって異なる。
(Composition ratio etc. in the polymerization catalyst composition)
As described above, the polymerization catalyst composition includes the metallocene complex and an ionic compound. In the polymerization catalyst composition, the molar ratio of the ionic compound to the metallocene complex varies depending on the type of the complex and the ionic compound.
前記モル比率は、例えば、イオン性化合物がカルボニウムカチオンとホウ素アニオンからなるもの(例えば[Ph3C][B(C6F5)4])である場合は0.5〜1であることが好ましく、MAOなどである場合は300〜4000程度であることが好ましい。イオン性化合物と錯体とのモル比率が上記の範囲内であれば、十分にメタロセン錯体を活性化することができ、かつ、イオン性化合物と、重合反応させるべきモノマーとが不所望な反応を起こす虞をより確実に低減することが可能となる。 The molar ratio is, for example, 0.5 to 1 when the ionic compound is composed of a carbonium cation and a boron anion (for example, [Ph 3 C] [B (C 6 F 5 ) 4 ]). In the case of MAO or the like, it is preferably about 300 to 4000. If the molar ratio of the ionic compound and the complex is within the above range, the metallocene complex can be sufficiently activated, and the ionic compound and the monomer to be polymerized react undesirably. It is possible to reduce the fear more reliably.
例えば、1)各構成成分(メタロセン錯体およびイオン性化合物など)を含む組成物を重合反応系中に提供する、あるいは2)各構成成分を別個に重合反応系中に提供し、反応系中において組成物を構成させることにより、重合触媒組成物として用いることができる。上記1)において、「組成物として提供する」とは、イオン性化合物との反応により活性化されたメタロセン錯体(活性種)を提供することを含む。 For example, 1) providing a composition containing each component (such as a metallocene complex and an ionic compound) in the polymerization reaction system, or 2) providing each component separately in the polymerization reaction system, By constituting the composition, it can be used as a polymerization catalyst composition. In the above 1), “providing as a composition” includes providing a metallocene complex (active species) activated by reaction with an ionic compound.
(重合工程)
一実施形態において、重合工程は、重合触媒組成物(メタロセン錯体及びイオン性化合物)、及びペンタジエンを同一の反応系中に存在させて行う。反応系中にこれらを供給する順序、方法等は特に限定されない。また、ペンタジエン以外の単量体を反応系中に添加し、ペンタジエンとの共重合を行ってもよい。ペンタジエン以外の単量体としては、例えば、エチレン、スチレン等が挙げられる。これらにより、ペンタジエン単独又は共重合体を生成できる。
(Polymerization process)
In one embodiment, the polymerization step is performed in the presence of the polymerization catalyst composition (metallocene complex and ionic compound) and pentadiene in the same reaction system. There are no particular restrictions on the order, method, and the like of supplying these components into the reaction system. In addition, a monomer other than pentadiene may be added to the reaction system to carry out copolymerization with pentadiene. Examples of monomers other than pentadiene include ethylene and styrene. By these, pentadiene homo- or copolymer can be produced.
重合方法は、気相重合法、溶液重合法、懸濁重合法、液相塊状重合法、乳化重合法、固相重合法などの任意の方法であり得る。溶液重合法による場合、用いられる溶媒は重合反応において不活性であり、重合体材料および触媒を溶解させ得る溶媒であれば特に限定されない。例えば、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の飽和脂肪族炭化水素;シクロペンタン、シクロヘキサン等の飽和脂環式炭化水素;ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素;塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、トリクロルエチレン、パークロルエチレン、1,2−ジクロロエタン、クロルベンゼン、ブロムベンゼン、クロルトルエン等のハロゲン化炭化水素が挙げられる。 The polymerization method may be any method such as a gas phase polymerization method, a solution polymerization method, a suspension polymerization method, a liquid phase bulk polymerization method, an emulsion polymerization method, or a solid phase polymerization method. In the case of the solution polymerization method, the solvent to be used is not particularly limited as long as it is inactive in the polymerization reaction and can dissolve the polymer material and the catalyst. For example, saturated aliphatic hydrocarbons such as butane, pentane, hexane and heptane; saturated alicyclic hydrocarbons such as cyclopentane and cyclohexane; aromatic hydrocarbons such as benzene and toluene; methylene chloride, chloroform, carbon tetrachloride and trichloro Halogenated hydrocarbons such as ethylene, perchlorethylene, 1,2-dichloroethane, chlorobenzene, bromobenzene, chlorotoluene and the like can be mentioned.
また、生体に対する毒性の低い溶媒が好ましい。具体的には、芳香族炭化水素、特にトルエンが好ましい。溶媒は1種を単独で用いてもよいが、2種以上組み合わせた混合溶媒を用いてもよい。 A solvent having low toxicity to the living body is preferable. Specifically, an aromatic hydrocarbon, particularly toluene is preferable. The solvent may be used alone or in combination of two or more.
用いられる溶媒の量は任意であるが、本発明に係る重合触媒組成物に含まれるメタロセン錯体の濃度をそれぞれ0.1〜0.0001mol/lとする量であることが好ましい。 Although the quantity of the solvent used is arbitrary, it is preferable that it is the quantity which makes the density | concentration of the metallocene complex contained in the polymerization catalyst composition based on this invention 0.1-0.0001 mol / l, respectively.
重合反応を行う温度(重合温度)は、重合反応が進行する任意の温度であればよいが、例えば−90℃以上、100℃以下の範囲内で行い得る。重合温度は、例えば、室温近辺、すなわち約25℃で行なうことができる。 Although the temperature (polymerization temperature) which performs a polymerization reaction should just be arbitrary temperature which a polymerization reaction advances, it can carry out within the range of -90 degreeC or more and 100 degrees C or less, for example. The polymerization temperature can be performed, for example, around room temperature, that is, about 25 ° C.
また、重合温度が−60℃以上、0℃以下の範囲内にて重合反応を行うことが好ましい。この範囲で、ペンタジエンの重合を行うことにより、高いcis−1,4選択性を有するポリペンタジエンを生成することができる。 Moreover, it is preferable to perform a polymerization reaction in the range whose polymerization temperature is -60 degreeC or more and 0 degreeC or less. By performing polymerization of pentadiene within this range, polypentadiene having high cis-1,4 selectivity can be produced.
重合時間は、例えば、数秒〜数日程度であり、より好ましくは5分〜24時間である。重合時間は、例えば、1時間以下、場合によっては30分以下でよい。また、反応温度が低温になるほど重合時間を長くすることが好ましい。 The polymerization time is, for example, about several seconds to several days, and more preferably 5 minutes to 24 hours. The polymerization time may be, for example, 1 hour or less, and in some cases, 30 minutes or less. Moreover, it is preferable to lengthen polymerization time, so that reaction temperature becomes low.
また、重合反応に供する単量体の量としては、製造する目的のペンタジエン重合体に応じて適宜設定できる。例えば、ペンタジエンは、重合触媒組成物を構成するメタロセン錯体に対してモル比で50倍以上、2500倍以下にすることが好ましく、100倍以上、1000倍以下にすることがより好ましい。 Moreover, the amount of the monomer to be subjected to the polymerization reaction can be appropriately set according to the intended pentadiene polymer to be produced. For example, pentadiene is preferably 50 times or more and 2500 times or less, and more preferably 100 times or more and 1000 times or less in molar ratio to the metallocene complex constituting the polymerization catalyst composition.
重合反応の結果、所定の立体選択性及び位置選択性(cis−1,4選択性)が与えられたペンタジエン単独又は共重合体が得られる。また、例えば、重合温度を低温にすることにより、ペンタジエン単位全体に対して、cis−1,4構造を有するペンタジエン単位を85%以上含み、かつペンタッド表示で90%以上のイソタクチック性を示すペンタジエン単独又は共重合体が得られる。重合温度をより低温にすることにより、ペンタジエン単位全体に対して、cis−1,4構造を有するペンタジエン単位を90%以上、より好ましくは95%以上含むペンタジエン単独又は共重合体が得られる。また、重合温度をより低温にすることにより、ペンタッド表示で95%以上、より好ましくは98%以上、さらに好ましくは99%以上のイソタクチック性を示すペンタジエン単独又は共重合体が得られる。 As a result of the polymerization reaction, a pentadiene homo- or copolymer having a predetermined stereoselectivity and regioselectivity (cis-1,4 selectivity) is obtained. Further, for example, by lowering the polymerization temperature, pentadiene alone containing 85% or more of pentadiene units having a cis-1,4 structure with respect to the whole pentadiene units and showing 90% or more of isotacticity in pentad display Or a copolymer is obtained. By lowering the polymerization temperature, a pentadiene homo- or copolymer containing 90% or more, more preferably 95% or more of pentadiene units having a cis-1,4 structure with respect to the entire pentadiene units can be obtained. Further, by lowering the polymerization temperature, a pentadiene homo- or copolymer having an isotactic property of 95% or more, more preferably 98% or more, more preferably 99% or more in pentad display can be obtained.
また、得られるペンタジエン単独重合体は、熱物性測定の結果、多くのcis−1,4構造を有するポリイソプレンと同等のガラス転移温度(Tg)を有する。 Further, pentadiene homopolymer obtained as a result of the thermal property measurement, having a polyisoprene comparable glass transition temperature (T g) having a number of cis-l, 4 structure.
上記重合工程において得られたペンタジエン単独又は共重合体を含む反応生成物に、ペンタジエン以外の共役ジエン又は1−アルケンを加えて、共重合を行ってもよい。当該共重合を行う際は、上記反応生成物を含む反応系に上記共役ジエン又は1−アルケンを加えて、重合させればよい。これにより、ペンタジエンブロックを含むブロック共重合体を重合できる。ペンタジエンを完全に消費した後に上記共役ジエン又は1−アルケンを反応系に加えることが好ましい。 Copolymerization may be carried out by adding a conjugated diene or 1-alkene other than pentadiene to the reaction product containing the pentadiene homopolymer or copolymer obtained in the polymerization step. When carrying out the copolymerization, the conjugated diene or 1-alkene may be added to the reaction system containing the reaction product and polymerized. Thereby, the block copolymer containing a pentadiene block can be polymerized. It is preferable to add the conjugated diene or 1-alkene to the reaction system after the pentadiene is completely consumed.
また、ペンタジエン以外の共役ジエン又は1−アルケンの重合を行うことにより得られた重合体に、ペンタジエンを加えて、共重合を行ってもよい。これにより、ペンタジエンブロックを含むブロック共重合体を重合できる。共役ジエン又は1−アルケンの重合については、例えば、本明細書にて説明した重合触媒組成物を用いたペンタジエンの重合と同様の方法を適用できる。 Moreover, you may add a pentadiene to the polymer obtained by superposing | polymerizing conjugated dienes other than pentadiene, or 1-alkene, and may copolymerize. Thereby, the block copolymer containing a pentadiene block can be polymerized. For polymerization of the conjugated diene or 1-alkene, for example, a method similar to the polymerization of pentadiene using the polymerization catalyst composition described in this specification can be applied.
ここで、ペンタジエン以外の共役ジエンとしては、1,3−ブタジエン、イソプレン、4−メチル−1,3−ペンタジエン等が挙げられ、1−アルケンとしては、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン等が挙げられる。 Here, examples of conjugated dienes other than pentadiene include 1,3-butadiene, isoprene, 4-methyl-1,3-pentadiene, and examples of 1-alkene include ethylene, propylene, 1-butene, and 1-hexene. , 1-octene and the like.
共重合を行う反応温度としては、重合反応が進行する任意の温度でよく、共役ジエン又は1−アルケンに応じて適宜定めることができる。また、重合時間は、重合反応が完了する任意の時間でよく、共役ジエン又は1−アルケンに応じて適宜定めることができる。一例として、共重合を行う反応温度及び重合時間を、ペンタジエンの重合における反応温度及び重合時間と同じにしてもよい。 The reaction temperature for carrying out the copolymerization may be any temperature at which the polymerization reaction proceeds, and can be appropriately determined according to the conjugated diene or 1-alkene. The polymerization time may be any time for completing the polymerization reaction, and can be appropriately determined according to the conjugated diene or 1-alkene. As an example, the reaction temperature and polymerization time for copolymerization may be the same as the reaction temperature and polymerization time for pentadiene polymerization.
また、共重合反応に供する共役ジエン又は1−アルケンの量としては、製造する目的のブロック共重合体に応じて適宜設定できる。例えば、共役ジエン又は1−アルケンは、重合触媒組成物を構成するメタロセン錯体に対してモル比で50倍以上、2500倍以下にすることが好ましく、100倍以上、1000倍以下にすることがより好ましい。 Further, the amount of the conjugated diene or 1-alkene to be subjected to the copolymerization reaction can be appropriately set according to the block copolymer to be produced. For example, the conjugated diene or 1-alkene is preferably 50 times or more and 2500 times or less in molar ratio to the metallocene complex constituting the polymerization catalyst composition, more preferably 100 times or more and 1000 times or less. preferable.
以上のペンタジエンの重合及びペンタジエンと他の単量体とのブロック共重合において、低温から室温の範囲で立体選択的及び位置選択的なリビング重合が進行する。よって、本発明では、連鎖移動反応も失活も起こらず、また、分子量が制御され、かつ、分子量分布が小さい重合体を生成できる。 In the above polymerization of pentadiene and block copolymerization of pentadiene and other monomers, stereoselective and regioselective living polymerization proceeds in the range from low temperature to room temperature. Therefore, in the present invention, a chain transfer reaction and deactivation do not occur, and a polymer with a controlled molecular weight and a small molecular weight distribution can be produced.
以下に実施例を示し、本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、細部については様々な態様が可能であることはいうまでもない。さらに、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、それぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、本明細書中に記載された文献の全てが参考として援用される。 Examples will be shown below, and the embodiments of the present invention will be described in more detail. Of course, the present invention is not limited to the following examples, and it goes without saying that various aspects are possible in detail. Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims, and the present invention is also applied to the embodiments obtained by appropriately combining the disclosed technical means. It is included in the technical scope of the invention. Moreover, all the literatures described in this specification are used as reference.
〔基本操作〕
空気及び湿気を厳密に除去した高純度の窒素下のグローブボックス(Mbraun社製)内にて、シュレンク技法を用いて全ての操作を行った。Cryclean column(4A 分子ふるい、日化精工社製)及びGasclean CC−XR column(日化精工社製)に、窒素を通過させ、精製した。また、グローブボックス内にて、Mbraun SPS−800 Solvent Purification Systemを用いて溶媒を精製し、Na Chipsを通じて乾燥した。
〔basic operation〕
All operations were performed using the Schlenk technique in a high purity nitrogen glove box (Mbraun) with strict removal of air and moisture. Nitrogen was passed through a clean column (4A molecular sieve, manufactured by Nikka Seiko Co., Ltd.) and a Gasclean CC-XR column (manufactured by Nikka Seiko Co., Ltd.) for purification. Moreover, the solvent was refine | purified using Mbraun SPS-800 Solvent Purification System in the glove box, and it dried through Na Chips.
〔錯体及び原料〕
図19に記載の錯体1〜7をそれぞれ準備した。錯体1〜4に関しては、非特許文献8に記載されているようにして調製した。錯体5〜7については、a:Nishiura, M.; Hou, Z. Nature Chem.2010, 2, 257. b: Pan, L.; Zhang,K.; Nishiura, M.; Hou, Z. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50,12012.に記載されているようにして調製した。
[Complex and raw materials]
また、イオン性化合物として、東ソーファインコム社製の[PhNMe2H][B(C6F5)4]、[PhNMe2H][B(C6F5)4]及びB(C6F5)3を精製せずに使用した。 As ionic compounds, [PhNMe 2 H] [B (C 6 F 5 ) 4 ], [PhNMe 2 H] [B (C 6 F 5 ) 4 ] and B (C 6 F 5 ) 3 was used without purification.
また、助触媒として、関東化学社製及び東ソーファインコム社製のAlR3(R=Me、Et、Bu)を精製せずに使用した。 Further, AlR 3 (R = Me, Et, Bu) manufactured by Kanto Chemical Co. and Tosoh Finecom Co., Ltd. was used as a co-catalyst without purification.
重合に用いる単量体として、Aldrich社製の(E)−1,3−ペンタジエン、TCl社製の(Z)−1,3−ペンタジエン、及び、Aldrich社製の1,3−ブタジエンを用いた。(E)−1,3−ペンタジエン及び1,3−ブタジエンを、MS−4A(Aldrich)を用いて24時間攪拌し、乾燥した。また、(Z)−1,3−ペンタジエンを、重合前にCaH2にて乾燥し、真空搬送し、2回凍結脱気した。 As monomers used in the polymerization, (E) -1,3-pentadiene manufactured by Aldrich, (Z) -1,3-pentadiene manufactured by TCl, and 1,3-butadiene manufactured by Aldrich were used. . (E) -1,3-pentadiene and 1,3-butadiene were stirred for 24 hours using MS-4A (Aldrich) and dried. In addition, (Z) -1,3-pentadiene was dried with CaH 2 before polymerization, vacuum transported, and freeze-deaerated twice.
〔1H NMR及び13C NMR〕
重水素化された溶媒をISOTEC.から得た。また、1H及び13C NMRならびに1H−13C HMQCスペクトルは、JEOL EX270(1Hに270MHz、13Cに67MHz)分光計及びJEOL ECA400WB(1Hに400MHz、13Cに100MHz)に記録された。重水素化されたNMR溶媒は、窒素雰囲気下で分子ふるいに全て吸着された。
[ 1 H NMR and 13 C NMR]
The deuterated solvent is ISOTEC. Obtained from. Also, 1 H and 13 C NMR and 1 H- 13 C HMQC spectra are recorded on a JEOL EX270 (270 MHz for 1 H, 67 MHz for 13 C) spectrometer and JEOL ECA 400WB (400 MHz for 1 H, 100 MHz for 13 C). It was. The deuterated NMR solvent was all adsorbed on the molecular sieves under a nitrogen atmosphere.
ポリペンタジエン(PPD)及びポリブタジエン(PBD)のミクロ構造を、25℃におけるCDCl3(及びC6D6)にて1H及び13C NMR分光法により決定した。1H NMR(PPD)δ= 0.85-0.94 (1,4-PPDの-CH3), 1.10-1.32 (1,2-PPDの-CH2-), 1.61-1.70 (1,2-PPDの-CH3), 1.89-2.18 (1,2-PPDの-CH-及び1,4-PPDの-CH2-), 2.42-2.55 (1,4-PPDの-CH-), 5.11-5.35 ppm (1,2-PPDの-CH=及び1,4-PPDの-CH=)。13C NMR(PPD):δ = 17.96 (syndiotactic-trans-1,2-PPD unit), 20.91 (isotactic-cis-1,4-PPD unit), 32.29 (isotactic-cis-1,4-PPD unit), 35.15 (isotactic-cis-1,4-PPD unit), 40.44 (isotactic-trans-1,4-PPD unit), 123.90-127.91 及び 135.52-137.35 ppm (1,2-PPD unit and 1,4-PPD unit)。1H NMR(PBD):δ = 4.80-5.10 (1,2-PBDの=CH2), 5.33-5.70 ppm (1,2-PBDの-CH=及び1,4-PBDの-CH=). 13C NMR (PBD): δ = 27.41 (cis-1,4-PBD unit), 32.76 (trans-1,4-PBD unit), 128.02-130.07 (1,4-PBD unit), 114.43 及び 142.56 ppm (1,2-PBD unit)。 The microstructure of polypentadiene (PPD) and polybutadiene (PBD) was determined by 1 H and 13 C NMR spectroscopy with CDCl 3 (and C 6 D 6 ) at 25 ° C. 1 H NMR (PPD) δ = 0.85-0.94 (1,4-PPD —CH 3 ), 1.10-1.32 (1,2-PPD —CH 2 —), 1.61-1.70 (1,2-PPD— CH 3 ), 1.89-2.18 (-CH- of 1,2-PPD and -CH 2 -of 1,4-PPD), 2.42-2.55 (-CH- of 1,4-PPD), 5.11-5.35 ppm ( -CH = for 1,2-PPD and -CH = for 1,4-PPD). 13 C NMR (PPD): δ = 17.96 (syndiotactic-trans-1,2-PPD unit), 20.91 (isotactic-cis-1,4-PPD unit), 32.29 (isotactic-cis-1,4-PPD unit) , 35.15 (isotactic-cis-1,4-PPD unit), 40.44 (isotactic-trans-1,4-PPD unit), 123.90-127.91 and 135.52-137.35 ppm (1,2-PPD unit and 1,4-PPD unit). 1 H NMR (PBD): δ = 4.80-5.10 (1,2-PBD = CH 2 ), 5.33-5.70 ppm (1,2-PBD—CH═ and 1,4-PBD—CH═). 13 C NMR (PBD): δ = 27.41 (cis-1,4-PBD unit), 32.76 (trans-1,4-PBD unit), 128.02-130.07 (1,4-PBD unit), 114.43 and 142.56 ppm ( 1,2-PBD unit).
ポリペンタジエン生成物の異性体の量は、以下の式を用いて、1H及び13C NMRスペクトルから計算した。 The amount of polypentadiene product isomers was calculated from 1 H and 13 C NMR spectra using the following formula:
(式1)
Mol 1,4−PD%={IH5/(IH5+IH5v)}×100・・・(1)
(式2)
Mol 1,2−PD%={IH5/(IH5+IH5v)}×100・・・(2)
(IH5は、1H NMRにて0.85〜0.94ppmにおける積分値であり、IH5vは、1H NMRにて1.61〜1.70ppmにおける積分値である(図4〜6を参照)。)
異性体の量を1H及び13C NMRスペクトルから計算した。
(Formula 1)
(Formula 2)
(I H5 is an integral value at 0.85 to 0.94 ppm in 1 H NMR, and I H5v is an integral value at 1.61 to 1.70 ppm in 1 H NMR (see FIGS. 4 to 6). reference).)
The amount of isomer was calculated from 1 H and 13 C NMR spectra.
(式3)
Mol cis−1,4−PD%={IC1/(IC1+IC1t)}×100・・・(3)
(式4)
Mol trans−1,4−PD%={IC1t/(IC1+IC1t)}×100・・・(4)
(IClは、13C NMRにてcis−1,4−PDのメチレン炭素に割り当てられた35.15ppmにおける積分値であり、ICltは、13C NMRにてtrans−1,4−PDのメチレン炭素に割り当てられた40.44ppmにおける積分値である(図5及び7を参照)。)
〔重合体の分子量及び分子量分布〕
得られた重合体の分子量及び分子量分布を、溶離液としてTHFを用い、40℃(実施例2、3では45℃)、0.35mL/分の流速にてゲル透過クロマトグラフィー(GPC、東ソー HLC−8220 GPC、Column Super HZM−H HT×3)により測定した。標準ポリスチレンでの校正に基づく標準的な方法を用いて、分子量を計算した。また、DSC測定を20℃/分、DSC6220(SII Co.)にて行った。図1に、実施例1及び2において、表1〜4に示す各runのGPCのグラフを示す。
(Formula 3)
Mol cis-1,4-PD% = {I C1 / (I C1 + I C1t )} × 100 (3)
(Formula 4)
Mol trans-1,4-PD% = {I C1t / (I C1 + I C1t )} × 100 (4)
(I Cl is the integral value of 35.15ppm assigned to the methylene carbon of the cis-1,4-PD by 13 C NMR, I Clt is a trans-1,4-PD by 13 C NMR Integral value at 40.44 ppm assigned to methylene carbon (see FIGS. 5 and 7).
[Molecular weight and molecular weight distribution of polymer]
The molecular weight and molecular weight distribution of the obtained polymer were analyzed by gel permeation chromatography (GPC, Tosoh HLC) using THF as an eluent at 40 ° C. (45 ° C. in Examples 2 and 3) at a flow rate of 0.35 mL / min. -8220 GPC, Column Super HZM-H HT × 3). Molecular weights were calculated using standard methods based on calibration with standard polystyrene. Further, DSC measurement was performed at 20 ° C./min with DSC 6220 (SII Co.). FIG. 1 shows a GPC graph of each run shown in Tables 1 to 4 in Examples 1 and 2.
なお、ガラス転移温度(Tg)は、DSCによって測定した。 The glass transition temperature (T g ) was measured by DSC.
〔比較例1〕
比較例1にて、(E)−1,3−ペンタジエンのみを重合し、ペンタジエン単独重合体を生成した。
[Comparative Example 1]
In Comparative Example 1, only (E) -1,3-pentadiene was polymerized to produce a pentadiene homopolymer.
まず、グローブボックス内で、所定量の(E)−1,3−ペンタジエン及び40μmol[PhNMe2H][B(C6F5)4]のトルエン溶液を攪拌子が入った30mL丸底フラスコに、室温で順次加えた。 First, in a glove box, a predetermined amount of (E) -1,3-pentadiene and a 40 μmol [PhNMe 2 H] [B (C 6 F 5 ) 4 ] toluene solution were placed in a 30 mL round bottom flask containing a stir bar. Were added sequentially at room temperature.
数分後、トルエン溶液内の40μmolの錯体1をフラスコに加え、重合を開始させた。重合を所定の時間行った後、2mLのメタノールを添加して反応を終了させた。重合体を沈殿させるため、得られた混合物をメタノール(100mL)に注いだ。重合体を、濾過することにより収集し、一定の重さになるまで60℃の減圧環境下において乾燥した。結果を、表1及び2に示す。なお、錯体1の構造式は、図19に示すとおりである。
After a few minutes, 40 μmol of
run1に示すように、C5H5配位子を備える錯体1は、低い活性を示し、低い選択性を有するポリ(E)−PD(PPD:ポリペンタジエン)を生成した。
As shown in run1,
〔実施例1〕
実施例1にて、(E)−1,3−ペンタジエン又は(Z)−1,3−ペンタジエンのみを重合し、ペンタジエン単独重合体を生成した。
[Example 1]
In Example 1, only (E) -1,3-pentadiene or (Z) -1,3-pentadiene was polymerized to produce a pentadiene homopolymer.
まず、グローブボックス内で、所定量の(E)−1,3−ペンタジエン及び40μmol[PhNMe2H][B(C6F5)4]([PhNMe2H][B(C6F5)4]又はB(C6F5)3)のトルエン溶液を攪拌子が入った30mL丸底フラスコに、室温で順次加えた。 First, in a glove box, a predetermined amount of (E) -1,3-pentadiene and 40 μmol [PhNMe 2 H] [B (C 6 F 5 ) 4 ] ([PhNMe 2 H] [B (C 6 F 5 ) 4 ] or B (C 6 F 5 ) 3 ) in toluene was sequentially added to a 30 mL round bottom flask containing a stirring bar at room temperature.
数分後、10mlトルエン溶液内の40μmolの錯体2〜4をフラスコに加え、重合を開始させた。重合を所定の時間行った後、2mLのメタノールを添加して反応を終了させた。重合体を沈殿させるため、得られた混合物をメタノール(100mL)に注いだ。重合体を、濾過することにより収集し、一定の重さになるまで60℃の減圧環境下において乾燥した。結果を、表1及び表2に示す。なお、錯体2〜4の構造は、図19に示すとおりである。
Several minutes later, 40 μmol of complex 2-4 in 10 ml toluene solution was added to the flask to initiate the polymerization. After carrying out the polymerization for a predetermined time, 2 mL of methanol was added to terminate the reaction. The resulting mixture was poured into methanol (100 mL) to precipitate the polymer. The polymer was collected by filtration and dried under reduced pressure at 60 ° C. until constant weight. The results are shown in Tables 1 and 2. The structures of
また、図4に、錯体1〜4を用いた重合(25℃)にて得られたポリペンタジエン(run1〜4)の1H NMRスペクトルを示す。図5に、錯体1〜4を用いた重合(25℃)にて得られたポリペンタジエン(run1〜4)の13C NMRスペクトルを示す。
FIG. 4 shows the 1 H NMR spectrum of polypentadiene (run 1 to 4) obtained by polymerization (25 ° C.) using
一方、run2〜4に示すように、C5Me4SiMe3配位子を備える錯体2〜4は、高い触媒活性を示し、錯体1よりも高いcis−1,4選択性を示した。以下に、錯体4及び[PhNMe2H][B(C6F5)4]を用いた(E)−ペンタジエンの重合により得られるペンタジエン単独重合体を示す。ペンタジエン単独重合体は、ペンタジエン単位として1,2−構造、trans−1,4−構造及びcis−1,4−構造を有している。
On the other hand, as shown in
run4に示すように、錯体4を用いた場合には、最も分子量分布が小さいPPD(Mw/Mn=1.27)を生成した。
As shown in
上記により、錯体の中心金属における配位子の変化が、PPDの重合活性及びcis−1,4選択性に大きな影響を与えることが明確に示された。 From the above, it has been clearly shown that the change of the ligand in the central metal of the complex has a great influence on the polymerization activity and cis-1,4 selectivity of PPD.
次に、様々な条件の下において、錯体4を用い、PDの重合を行った(表1及び2のrun5〜18)。
Next, PD was polymerized using
まず、run5において、イオン性化合物として[PhNMe2H][B(C6F5)4]を用い、錯体4を活性化させた。このとき、表1及び2に示すように、run4と同様の重合活性を示した。しかし、run4と比較して、より低いcis−1,4選択性及びより大きな分子量分布を示した。 First, in run 5 , complex 4 was activated using [PhNMe 2 H] [B (C 6 F 5 ) 4 ] as an ionic compound. At this time, as shown in Tables 1 and 2, the polymerization activity was the same as that of run4. However, it showed lower cis-1,4 selectivity and larger molecular weight distribution compared to run4.
次に、run6において、(E)−PDの代わりに(Z)−PDを重合した。このときrun4よりも低い重合活性を示した。また、run4と比較して、より低いcis−1,4選択性及びより大きな分子量分布を示した。run6にて得られた重合体は、13C NMRスペクトルにてアタクチック構造を有していた。
Next, in
なお、PDのE及びZの立体異性体の違いは、重合挙動に影響を及ぼすことは公知である。例えば、(E)−PDの反応性は、(Z)−PDの反応よりも非常に高く、ビス(フェノキシイミノ)Ti(IV)触媒システムにて以前に報告されている(非特許文献1を参照)。(E)−PDの反応性は、(Z)−PDの反応よりも高いことが今回の実験からも示された。 It is known that the difference between the E and Z stereoisomers of PD affects the polymerization behavior. For example, the reactivity of (E) -PD is much higher than that of (Z) -PD and has been reported previously in bis (phenoxyimino) Ti (IV) catalyst systems (see Non-Patent Document 1). reference). This experiment also showed that the reactivity of (E) -PD is higher than that of (Z) -PD.
次に、run7〜9において、25℃で過剰量のAlR3(R=Me、Et、Bu)をそれぞれ添加し、PDの重合を行った。このとき、run7〜9のいずれにおいても、PDの重合は好収率で行われた。一方、cis−1,4選択性は、アルキルアルミニウムのかさ高さによる影響を受けるため、AlBu3(run9(68%))>AlEt3(run8(62%))>AlMe3(run7(43%))のように減少した。なお、アルキル基のかさ高さによるcis−1,4選択性への影響は、非特許文献4の(b)に記載のとおりである。また、図10に、run7におけるポリペンタジエンの1H−13C HMQCスペクトルを示す。
Next, in run 7-9, an excess amount of AlR 3 (R = Me, Et, Bu) was added at 25 ° C., and PD was polymerized. At this time, in any of the
次に、run4及びrun10〜14において、リビング重合での錯体4及び[PhNMe2H][B(C6F5)4]の触媒システムの性能を確認するために、モノマー/触媒比率を変化させることによって、25℃で(E)−PD重合を行った。
Next, in
また、図16に、実施例1において、ポリマー収量に対する分子量(Mn)及び分子量分布(Mw/Mn)の関係を示す。図16に示すように、run4及びrun10〜14において、立体選択性(イソ選択性)を有する(E)−PDのcis−1,4重合のリビング性を有していた。モノマー/触媒比率が2倍になったとき(例えば、run10及び12ならびにrun11及び13を参照)、得られた重合体の分子量(Mn)は、ほぼ2倍に増加した。一方、モノマー/触媒比率が大きくなっても、分子量分布は小さいままであった(Mw/Mn=1.26−1.27)。
FIG. 16 shows the relationship between the molecular weight (M n ) and the molecular weight distribution (M w / M n ) with respect to the polymer yield in Example 1. As shown in FIG. 16,
次に、run4及び15〜18において、PD重合に対する反応温度(0〜−60℃)の影響を調べた。cis−1,4選択性及びガラス転移温度(Tg)は、反応温度が減少するにつれて上昇した。一方、分子量分布は温度に関係なくほぼ一定の値を示した。また、図6に、錯体4を用いた重合(25℃〜−60℃)にて得られたポリペンタジエンの1H NMRスペクトルを示す。図7及び8に、錯体4を用いた重合(25℃〜−60℃)にて得られたポリペンタジエンの13C NMRスペクトルを示す。さらに、図9に、各runにおけるポリペンタジエンの13C NMRスペクトルを示す。図11に、錯体4を用いた重合(25℃〜−60℃)にて得られたポリペンタジエンのDSCカーブを示す。
Next, in
run18のような低い反応温度では、イソタクチシチー及びcis−1,4選択性は増加したが、触媒活性は大きく減少した。また、run18では、最も高い位置選択性及び立体選択性を示した(isotactic−1,4−PPD、1,4−cis、99%、mm(ペンタッド表示)>99%、図18参照)。また、他の構造を示す根拠は、1H、13C NMR及び1H−13C HMQCスペクトルでは観察されなかった(図10参照)。図6に示すように、1H NMRスペクトルにおいて、ビニル及びメチンプロトンは、5.4〜5.1及び2.6〜2.4ppmの領域に割り当てられ、メチレン及びメチルプロトンは、2.1〜1.9及び1.0〜0.9ppmの領域に割り当てられた。プロトンシグナルの割り当て、及び、1H−13C HMQCスペクトルにて得られた炭素シグナル間の相間データから、炭素シグナルを、一定に割り当てた。さらに、イソタクチック(isotactic)−cis−1,4−PPDは、結晶質性であり、43℃より大きい融点(Tm=43.4℃)を有していた。
At low reaction temperatures such as
〔実施例2〕
実施例2にて、(E)−1,3−ペンタジエンのみを重合し、ペンタジエン単独重合体を生成した。
[Example 2]
In Example 2, only (E) -1,3-pentadiene was polymerized to produce a pentadiene homopolymer.
つまり、run1〜10において、温度を変化させた場合(25℃〜−60℃)における触媒活性及び位置選択性への配位子の影響を調べるため、10mlのトルエンにて1当量の[PhNMe2H][B(C6F5)4]で活性化された錯体4を使用し、(E)−PDを重合した。結果を、表3及び表4に示す。なお、表3及び4におけるrun1は、表1及び表2におけるrun4と同一である。
That is, in
run2〜8に示すように、これらの重合反応では高い触媒活性を示し、run1よりも高いcis−1,4選択性を示した。また、反応温度が低くなるにつれて、より高いcis−1,4選択性を示した。
As shown in
run6において、run5の条件で反応から10分経過した後、最初に加えた量と同じ量のPDをさらに加え、攪拌しながら10分間反応させた。この場合であっても、run5と同様の触媒活性及び位置選択性を示した。
In
run8において、run7の条件で反応から50分経過した後、最初に加えた量と同じ量のPDをさらに加え、攪拌しながら50分間反応させた。この場合であっても、run7と同様の触媒活性及び位置選択性を示した。
In
図2に、表3及び4に示すrun5〜8のGPCのグラフを示す。図2に示すように、(E)−PDが再度添加され、再度PPD鎖が成長した場合、一度だけ(E)−PDを添加した場合と比較して、より鋭いピークを有するGPCカーブが観察された。
FIG. 2 shows a GPC graph of
run9及び10のような低い反応温度では、イソタクチシチー及びcis−1,4選択性は増加した。また、run9においては、融点が45.2℃であり、run10においては、融点が43.4℃であった。さらに、図3に、表3及び4に示すrun9及び10のGPCのグラフを示す。
At low reaction temperatures such as
〔実施例3〕
実施例3にて、(E)−1,3−ペンタジエン及び1,3−ブタジエンをブロック共重合し、ペンタジエン共重合体を生成した。
Example 3
In Example 3, (E) -1,3-pentadiene and 1,3-butadiene were block copolymerized to produce a pentadiene copolymer.
まず、グローブボックス内にて、所定量の1,3−ブタジエン(BD)及び40μmol[PhNMe2H][B(C6F5)4のトルエン溶液を攪拌子が入った30mL丸底フラスコに、室温で順次加えた。数分後、トルエン溶液内の40μmol(12.8mg)の錯体4をフラスコに加えた。1,3−ブタジエンを重合し、完全に消費した後、(E)−1,3−ペンタジエン(PD)を反応混合物に添加した。重合を所定の時間行った後、2mLのメタノールを添加して反応を終了させた。
First, in a glove box, a toluene solution of a predetermined amount of 1,3-butadiene (BD) and 40 μmol [PhNMe 2 H] [B (C 6 F 5 ) 4 was placed in a 30 mL round bottom flask containing a stir bar. Sequentially added at room temperature. After a few minutes, 40 μmol (12.8 mg) of
PD及びBDの共重合体を沈殿させるため、得られた混合物をメタノール(100mL)に注いだ。共重合体を、濾過することにより収集し、一定の重さになるまで60℃の減圧環境下において乾燥した。 The resulting mixture was poured into methanol (100 mL) to precipitate the PD and BD copolymer. The copolymer was collected by filtration and dried under reduced pressure at 60 ° C. until constant weight.
まず、run1及び2において、温度を変化させた場合(25℃〜−60℃)における触媒活性及び位置選択性への配位子の影響を調べるため、10mlのトルエンにて1当量の[PhNMe2H][B(C6F5)4]で活性化された錯体4を使用し、(E)−PDを重合した。また、図12に、ペンタジエン−ブタジエン ジブロック共重合体のGPCカーブを示す。さらに、図13に、ペンタジエン−ブタジエン ジブロック共重合体の1H NMRスペクトルを示す。図14に、ペンタジエン−ブタジエン ジブロック共重合体の13C NMRスペクトルを示す。図15に、ペンタジエン−ブタジエン ジブロック共重合体のGPCカーブを示す。
First, in
−40℃において錯体4/[PhNMe2H][B(C6F5)4]を使用し、1,3−ブタジエンの重合ならびに1,3−ブタジエン及び(E)−1,3−ペンタジエンのブロック共重合を行った。結果を表5及び表6に示す。なお、BD含有量は収率から計算した。 Polymerization of 1,3-butadiene and of 1,3-butadiene and (E) -1,3-pentadiene using complex 4 / [PhNMe 2 H] [B (C 6 F 5 ) 4 ] at −40 ° C. Block copolymerization was performed. The results are shown in Tables 5 and 6. The BD content was calculated from the yield.
run2において、run1の条件で反応から120分経過した後、最初に加えたBDの量([BD]/[Sc]=150)と同じ量のPD([PD]/[Sc]=150)をさらに加え、攪拌しながら120分間反応させた。run2におけるブロック共重合体においても、run1におけるポリブタジエン同様、高い触媒活性及び位置選択性を示した。表には記載していないが、run2でPDブロック部分のミクロ構造は、cis−1,4/trans−1,4/1,2=96.5/1.5/2.0であった。
In
図17の(a)は、ペンタジエンの重合及びブタジエンをペンタジエンと共重合することを示す反応図であり、(b)は、錯体4を触媒として用いた際に、(E)−1,3−ペンタジエンの重合の有力な反応メカニズムを示す反応図である。本触媒システムはBD及び(E)−PDのブロック共重合に対しても活性を有しており、図17の(a)に示されるように、小さい分子量分布を有し、cis−1,4高増を有するペンタジエン単位を多く含むブロック共重合体が得られた。 (A) of FIG. 17 is a reaction diagram showing polymerization of pentadiene and copolymerization of butadiene with pentadiene, and (b) shows (E) -1,3- when the complex 4 is used as a catalyst. FIG. 3 is a reaction diagram showing an effective reaction mechanism of pentadiene polymerization. This catalyst system is also active for block copolymerization of BD and (E) -PD, has a small molecular weight distribution, as shown in FIG. A block copolymer containing a large amount of pentadiene units having a high gain was obtained.
run1の条件でPDを120分反応させ重合したPPDの13C NMRスペクトルは、イソタクチック−cis−1,4−PPDである典型的なシグナルを示した(δ=20.91ppm、cis−1,4選択性=97%)。また、表5及び表6に記載のrun2にて生成したブロック共重合体の13C NMRスペクトルは、イソタクチック−cis−1,4−PBDである典型的なシグナルを示した(δ=27.41ppm、cis−1,4選択性=86%)。
The 13 C NMR spectrum of PPD polymerized by reacting PD for 120 minutes under the conditions of
run2において、共重合体は、PBDブロック及びPPDブロックのそれぞれに基づくTgの値(−104℃及び−70℃)を示した。この結果は、得られた重合体が単一重合体の混合物ではなく、ジブロック共重合体であることを示している。これは、イソタクチック−cis−1,4−PPDを有する、新規のブロック共重合体である。 In run2, the copolymer showed a value a T g based on the respective PBD block and PPD block (-104 ° C. and -70 ° C.). This result indicates that the polymer obtained is not a single polymer mixture but a diblock copolymer. This is a novel block copolymer with isotactic-cis-1,4-PPD.
次に、図17の(b)に、非特許文献8の(c)に基づく、実験的及び理論的な反応メカニズムを示す。Sc−アルキル結合へのs−trans−η2配位及び1,2−(E)−PDの組み入れは、二次成長鎖としてη3−σ−アリル中間体(c)を形成し得る。(E)−PDの重合における配位工程は、低温(−20℃、−40℃及び−60℃)にて反応が遅くなり得る。したがって、配位モノマーの遅延により金属中心付近に立体障害がなく、η1−σ−アリル中間体(d及びe)のC3−C2単結合の回転を経由し、σ−アリル中間体(c)からη3−π−アリル中間体(f)への異性化反応が可能となる。
Next, FIG. 17B shows an experimental and theoretical reaction mechanism based on (c) of
これらの工程は、これらアリル中間体の中のσ−π異性化に原動力を与える。上述のように、η3−π−アリル中間体(f)に平衡を移動させ、これによりcis−1,4構造を有するペンタジエン単位を主成分とすることが可能である。Cp配位子と(E)−PDモノマーのメチル基との間の立体反発は、高いイソ選択性(99%までのmm)をもたらすように、(E)−PDモノマーのメチル基の方向を規制し得る(g及びj)。この概要は本実験による結果と一致している(例えば、実施例1におけるrun16〜18)。
〔比較例2〕
錯体1〜4の他、新たに三種類の錯体5〜7を用いてPDの重合を検討した。錯体5〜7の構造を、図19に示す。これらの錯体は、BD及びIPの位置選択的及び立体選択的な重合に有効なことが知られている(a: Nishiura, M.; Hou, Z. Nature Chem.2010, 2, 257. b: Pan, L.; Zhang,K.; Nishiura, M.; Hou, Z. Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50,12012.)。しかし、実施例1〜3と同様の条件で実験を行ったが、本条件では重合体を得ることができなかった。結果を表7に示す。
These steps power the σ-π isomerization in these allyl intermediates. As described above, it is possible to shift the equilibrium to the η 3 -π-allyl intermediate (f), thereby making the main component a pentadiene unit having a cis-1,4 structure. Steric repulsion between the Cp ligand and the methyl group of the (E) -PD monomer will orient the methyl group of the (E) -PD monomer so as to provide high isoselectivity (up to 99% mm). Can be regulated (g and j). This summary is consistent with the results from this experiment (eg, run 16-18 in Example 1).
[Comparative Example 2]
In addition to
以上の実施例の結果により、Sc金属を含む錯体2〜4、特に錯体4をPDの重合に用いた場合の位置選択的及び立体選択的な優位性ならびに小さな分子量分布を示すことが明らかになった。また、Sc金属を含む錯体2〜4を用いるペンタジエンの重合反応は、位置選択的及び立体選択的なリビング重合であることがわかった。
From the results of the above examples, it is clear that the
本発明は、材料合成における省資源化及び余剰C5留分の有効利用につながる。また、工業的に重要なポリイソプレン代替材料となり得る。また余剰C5留分をモノマーとして用いることができ、生成ポリマーの低コスト化及び環境に低負荷である。 The present invention leads to resource saving in material synthesis and effective use of surplus C5 fraction. Further, it can be an industrially important substitute material for polyisoprene. Further, the surplus C5 fraction can be used as a monomer, and the cost of the produced polymer is reduced and the load on the environment is low.
Claims (8)
(2)非配位性アニオンとカチオンからなるイオン性化合物
を含む重合触媒組成物を触媒として、
ペンタジエンを重合させる重合工程を含む、ペンタジエン単独又は共重合体の製造方法。
Cp*が置換基を有するシクロペンタジエニル環の場合は、下記一般式(II)で表されるものであり、
Cp*が置換基を有するインデニル環の場合は、下記一般式(III)で表されるものである。
A method for producing a pentadiene homo- or copolymer comprising a polymerization step of polymerizing pentadiene.
When Cp * is a cyclopentadienyl ring having a substituent, it is represented by the following general formula (II):
When Cp * is an indenyl ring having a substituent, it is represented by the following general formula (III).
一般式(II)中で、Rxは、シクロペンタジエニル環の骨格を構成する炭素原子に結合する、炭素数1〜3のヒドロカルビル基、又は炭素数1〜3のヒドロカルビル基が置換したシリル基を指し、nは5であることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。 The ligand Cp * is a cyclopentadienyl ring having a substituent represented by the general formula (II),
In general formula (II), Rx is a hydrocarbyl group having 1 to 3 carbon atoms or a silyl group substituted with a hydrocarbyl group having 1 to 3 carbon atoms, which is bonded to a carbon atom constituting the skeleton of the cyclopentadienyl ring. The manufacturing method according to claim 1, wherein n is 5.
ペンタジエン以外の共役ジエン又は1−アルケンを加えて、共重合を行うことを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の製造方法。 In the reaction product containing pentadiene homo- or copolymer obtained in the polymerization step,
Copolymerization is performed by adding a conjugated diene or 1-alkene other than pentadiene, and the production method according to any one of claims 1 to 4.
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