JP2015040196A - 芳香族ジハライド化合物、重合体、重合体組成物及び成形体 - Google Patents
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Abstract
Description
上記式(3)中、R3は、炭素数1〜12の1価の有機基である。dは、0〜4の整数である。dが2以上の場合、複数のR3は、同一でも異なっていてもよく、任意の組み合わせにより結合して環構造の一部を形成してもよい。
本発明は、下記式(1)で表される芳香族ジハライド化合物である。
上記式(3)中、R3は、炭素数1〜12の1価の有機基である。dは、0〜4の整数である。dが2以上の場合、複数のR3は、同一でも異なっていてもよく、任意の組み合わせにより結合して環構造の一部を形成してもよい。
メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等のアルキル基;
エテニル基、プロペニル基、ブテニル基等のアルケニル基;
エチニル基、プロピニル基、ブチニル基等のアルキニル基などが挙げられる。
シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等の単環のシクロアルキル基;
ノルボルニル基、アダマンチル基、トリシクロデシル基等の多環のシクロアルキル基;
シクロプロペニル基、シクロブテニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等の単環のシクロアルケニル基;
ノルボルネニル基、トリシクロデセニル基等の多環のシクロアルケニル基などが挙げられる。
フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基;
ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基等のアラルキル基などが挙げられる。
−O−、−S−等の1個のヘテロ原子からなる基;
−SO−、−SO2−、−SO3−等の2個以上のヘテロ原子を組み合わせた基;
−CO−、−COO−、−COS−、−CONH−、−OCOO−、−OCOS−、−OCONH−、−SCONH−、−SCSNH−、−SCSS−等の炭素原子とヘテロ原子とを組み合わせた基などが挙げられる。これらの中で、−O−、−SO3−、−COO−が好ましい。
環構造としては、例えば、脂環構造、脂肪族複素環構造等が挙げられる。
シクロプロペン構造、シクロブテン構造、シクロペンテン構造、シクロヘキセン構造、シクロオクテン構造等の単環の脂環式炭化水素構造;
ノルボルネン構造、アダマンテン構造等の多環の脂環式炭化水素構造等が挙げられる。
式(1)で表される化合物は、例えば、
下記式(a)で表される化合物と下記式(b)で表される化合物とを塩化鉄(III)や塩化アルミニウム等の触媒存在下で反応させる工程
を備える製造方法により簡便かつ収率よく製造することができる。
下記式(c)で表される化合物と下記式(d)で表される化合物とを塩化鉄(III)や塩化アルミニウム等の触媒存在下で反応させる工程
を備える製造方法によっても簡便かつ収率よく製造することができる。
本発明に係る重合体(以下、[A]重合体ともいう)は、当該芳香族ジハライド化合物と下記式(8)で表されるヒドロキシ基又はチオール基を有する化合物とを縮合反応させて得られる重合体である。
以下、式(8)で表されるヒドロキシ基又はチオール基を有する化合物について説明する。上記式(8)におけるR5及びR6で表される炭素数1〜12の1価の有機基としては、例えば、上記R2の炭素数1〜12の1価の有機基として例示した基等が挙げられる。これらの中で、当該重合体の自由度をより高める観点から、1価の炭化水素基が好ましく、1価の鎖状炭化水素基がより好ましい。
メタンジイル基、エタンジイル基、プロパンジイル基、ブタンジイル基等のアルカンジイル基;
エテンジイル基、プロペンジイル基、ブテンジイル基等のアルケンジイル基;
エチンジイル基、プロピンジイル基、ブチンジイル基等のアルキンジイル基などが挙げられる。
シクロプロパンジイル基、シクロブタンジイル基、シクロペンタンジイル基、シクロヘキサンジイル基等の単環のシクロアルカンジイル基;
シクロプロペンジイル基、シクロブテンジイル基等の単環のシクロアルケンジイル基;
ノルボルナンジイル基、アダマンタンジイル基、トリシクロデカンジイル基、テトラシクロドデカンジイル基等の多環のシクロアルカンジイル基;
ノルボルネンジイル基、トリシクロデセンジイル基等の多環のシクロアルケンジイル基などが挙げられる。
[A]重合体を得るために、本発明の効果を損なわない範囲で、当該芳香族ジハライド化合物及び上記式(8)で表されるヒドロキシ基又はチオール基を有する化合物以外のその他の化合物を少量用いてもよい。
[A]重合体の合成は、公知の方法により行うことができる。[A]重合体は、例えば、上記式(8)で表される化合物と上記式(1)で表される芳香族ジハライド化合物とを有機溶媒中、アルカリ金属化合物の存在下で反応させることで合成することができる。なお、上記化合物は全ての種類を同時に反応させてもよく、上記化合物のうち、ヒドロキシ基又はチオール基を有する化合物とアルカリ金属化合物を反応させて、アルカリ金属塩を得た後、得られたアルカリ金属塩と、残りの芳香族ジハライド化合物等とを反応させることもできる。なお、反応には、上述の化合物をそれぞれ1種用いても2種以上用いてもよい。
リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属;
水素化リチウム、水素化ナトリウム、水素化カリウム等の水素化アルカリ金属;
水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の水酸化アルカリ金属;
炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等のアルカリ金属炭酸塩;
炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム等のアルカリ金属炭酸水素塩などが挙げられる。これらの中で、アルカリ金属炭酸塩が好ましく、炭酸カリウムがより好ましい。
[重量平均分子量]
[A]重合体のポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)としては、通常5,000〜400,000であり、10,000〜300,000が好ましく、20,000〜200,000がより好ましい。
[A]重合体のガラス転移温度(Tg)としては、通常120℃〜210℃であり、130℃〜200℃が好ましく、140℃〜190℃がより好ましい。Tgは、示差走査熱量分析(DSC)により、昇温速度20℃/分の条件において測定される値である。
[A]重合体の屈折率(nD)としては、通常1.63以上であり、1.64以上が好ましく、1.65以上がより好ましい。
[A]重合体のアッベ数(νD)としては、通常15〜27であり、17〜25が好ましく、19〜23がより好ましい。
本発明に係る重合体組成物は、[A]重合体及び有機溶媒(以下、「[B]有機溶媒」ともいう)を含有する。また、当該重合体組成物は、好適成分として金属酸化物粒子(以下、「[C]金属酸化物粒子」ともいう)を含有してもよく、本発明の効果を損なわない範囲で、その他の任意の成分を含有してもよい。
[B]有機溶媒としては、[A]重合体を溶解可能な溶媒であれば特に限定されない。[B]有機溶媒としては、例えば、エーテル系溶媒、ケトン系溶媒、エステル系溶媒、アミド系溶媒等が挙げられる。[B]有機溶媒としては、1種又は2種以上を用いてもよい。
当該重合体組成物は、[C]金属酸化物粒子をさらに含有することで当該重合体の屈折率をより高めることができる。
当該重合体組成物は、例えば、[A]重合体を[B]有機溶媒に溶解させ、必要に応じて[C]金属酸化物粒子及びその他の成分を溶解、分散等させることで得ることができる。[A]重合体は、合成に使用された有機溶媒を含んだ混合物として得られることがあるため、その場合には[A]重合体を固形分として単離(精製)した後、[B]有機溶媒に再溶解させることで調製することが好ましい。なお、上記方法で、[A]重合体の合成に使用した有機溶媒として[B]有機溶媒と同じ種類のものを用いた場合には、上記方法で得られた[A]重合体の合成に使用した有機溶媒との混合物から副生した塩を除いて得られる溶液を当該重合体組成物としてもよい。
当該製膜方法としては、
当該重合体組成物を基板に塗布する工程(以下、「塗布工程」ともいう)、及び
有機溶媒を除去する工程(以下、「有機溶媒除去工程」ともいう)
を備えることが好ましい。
塗布工程は、当該重合体組成物を基板に塗布することで行われ、これにより塗膜を形成できる。
有機溶媒除去工程では、上記塗布工程で形成した塗膜から有機溶媒を除去することで塗膜をフィルムとする。塗膜から有機溶媒を除去する方法としては、例えば、塗膜を加熱する方法、塗膜を減圧下に置く方法、加熱と減圧とを併用する方法等が挙げられる。これらの中で、塗膜を加熱する方法が好ましい。
[1H−NMR分析]
1H−NMR分析は、JEOL RESONANCE社の「JNM−ECA400」を使用し測定した。
[実施例1]芳香族ジハライド化合物1の合成
撹拌子を入れた200mL四つ口ナス型フラスコに、三方コック及び冷却管を取り付けた後、容器内を窒素置換した。2,4−ジフルオロベンゼンスルホニルクロリド22.62g(130mmol)、ナフタレン13.64g(130mmol)、及び塩化鉄(III)3.45g(21mmol)を窒素雰囲気下にて量り入れた。冷却管の排気先にアルカリ性水溶液のトラップを接続した後、マグネチックスターラーにて撹拌しながら120℃加熱条件下にてナフタレンを融解させ、無溶媒中で1時間反応させた。その後、145℃まで昇温して3時間反応させた。次いで、得られた反応混合物をトルエン50mLに溶解させた後、内容液をセライトを用いて濾過することにより、金属除去を行った。濾液からトルエンを留去して粗生成物を回収し、これを酢酸エチル/シクロヘキサン混合溶媒中にて再結晶により精製し、2.63g(8.64mmol)の芳香族ジハライド化合物1(1−((2,4−ジフルオロフェニル)スルホニル)ナフタレン)の結晶を得た。
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ:6.76(dd,1H),7.10 (dd,1H),7.54−7.57(m,2H),7.66(dd,1H),7.93(dd,1H),8.14(d,1H),8.35(dd,1H),8.47(d,1H),8.59(d,1H)
2,4−ジフルオロベンゼンスルホニルクロリド25.45g(120mmol)、ナフタレン22.33g(174mmol)、及び塩化鉄(III)3.73g(23mmol)を用いた以外は、実施例1と同様にセライトによる金属除去までの操作を行った。次いで、得られた濾液からトルエンを留去して粗生成物を回収し、これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:トルエン)により精製し、30.31g(99.6mmol)の芳香族ジハライド化合物2(1−((2,4−ジフルオロフェニル)スルホニル)ナフタレンと2−((2,4−ジフルオロフェニル)スルホニル)ナフタレンの異性体比が7:5の混合物)の粉末を得た。
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ:6.74−6.86(m,1.7H),7.04−7.12(m,1.7H),7.54−7.68(m,4.4H),7.89−8.02(m,3.1H),8.01(d,0.7H),8.13―8.21(m,1.7H),8.35(dd,1H),8.47(dd,1H),8.58−8.62(m,1.7H)
2,4−ジフルオロベンゼンスルホニルクロリドに代えて2,6−ジフルオロベンゼンスルホニルクロリド25.45g(120mmol)、ナフタレン15.26g(120mmol)、及び塩化鉄(III)3.54g(22mmol)を用いた以外は、実施例2と同様に操作し粗生成物を回収した。この粗生成物にトルエン50mLを加え、沈殿物を濾過により回収することで9.08g(29.8mmol)の芳香族ジハライド化合物3(1−((2,6−ジフルオロフェニル)スルホニル)ナフタレン)の粉末を得た。また濾液からトルエンを留去して粗生成物を回収し、これをシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒:トルエン)により精製し、4.32g(14.2mmol)の芳香族ジハライド化合物4(1−((2,6−ジフルオロフェニル)スルホニル)ナフタレンと2−((2,6−ジフルオロフェニル)スルホニル)ナフタレンの異性体比が3:7の混合物)の粉末を得た。
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ:6.90−6.96(dd,2H),7.44−7.67(m,4H),7.93(d,1H),8.13(d,1H),8.57(d,1H),8.68(d,1H)
1H−NMR(400MHz,CDCl3)δ:6.92−6.99(m,6.7H),7.46−7.68(m,11H),7.90−8.03(m,10H),8.14(d,1H),8.57(d,1H),8.67−8.69(m,3.3H)
[実施例4](重合体1の合成)
攪拌子を入れた100mLの3つ口フラスコに、窒素導入管、Dean−Stark管、及び冷却管を取り付け、実施例2にて得られた芳香族ジハライド化合物2(3.642g、12.0mmol)、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン(Bis−A、2.740g、12.0mmol)、炭酸カリウム(3.308g、23.9mmol)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)12mL、及びトルエン2mLを仕込んだ。フラスコ内を窒素置換した後に130℃で加熱撹拌し、生成する水をDean−Stark管により随時除去しながら7.5時間反応させた。室温まで冷却した後、生成した塩を濾紙で除去した。ろ液にイオン交換樹脂(三菱化学社の「ダイヤイオンRCP160M」及び「ダイヤイオンWA21J」)を適量投入し、ミックスローターで2時間攪拌した。イオン交換樹脂を濾紙にて取り除いた後、ろ液をメタノールに投入して固体を析出させた。析出した固体を80℃で真空乾燥して、重合体1の粉末を得た(4.5g、収率76%)。
反応物として、芳香族ジハライド化合物2(3.115g、10.2mmol)、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン(BPFL、3.597g、10.3mmol)、炭酸カリウム(2.850g、20.6mmol)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)15mL、及びトルエン3mLを使用した以外は、実施例4と同様に操作し、重合体2の粉末を得た(5.9g、収率93%)。
反応物として、芳香族ジハライド化合物1(2.631g、8.6mmol)、レゾルシノール(RES、0.950g、8.6mmol)、炭酸カリウム(2.346g、17.0mmol)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)4mL、及びトルエン0.5mLを使用した以外は、実施例4と同様の操作を行い、重合体3の粉末を得た(1.4g、収率45%)。
反応物として、芳香族ジハライド化合物3(3.404g、11.2mmol)、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン(Bis−A、2.554g、11.2mmol)、炭酸カリウム(3.520g、25.5mmol)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)12mL、及びトルエン3mLを使用した以外は、実施例4と同様の操作を行い、重合体4の粉末を得た(4.9g、収率90%)。
反応物として、芳香族ジハライド化合物4(3.347g、11.0mmol)、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン(Bis−A、2.506g、11.0mmol)、炭酸カリウム(6.081g、44.0mmol)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)22mL、及びトルエン6mLを使用した以外は、実施例4と同様の操作を行い、重合体5の粉末を得た(4.8g、収率89%)。
芳香族ジハライド化合物2に代えて、2,6−ジフルオロベンゾニトリル(DFBN、1.433g、10.3mmol)を用いた以外は、実施例4と同様に操作を行い、重合体6の粉末を得た(4.3g、収率93%)。
9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン(3.597g、10.3mmol)に代えて、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン(1.799g、5.1mmol)及びレゾルシノール(0.562g、5.1mmol)を用いた以外は、比較例1と同様に操作を行い、重合体7の粉体を得た(3.1g、収率90%)。
レゾルシノールに代えて、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン(Bis−S、1.289g、5.1mmol)を用いた以外は、比較例2と同様に操作を行い、重合体8の粉体を得た(3.7g、収率90%)。
上記重合体について、重量平均分子量(Mw)、ガラス転移温度(Tg)、屈折率(nD)及びアッベ数(νD)を下記方法に従い評価した。その結果を表2に示す。
重合体のMwは、GPC装置(東ソー社の「HLC−8220型」)を使用し、カラム:SuperH2000及びSuperH4000と、ガードカラム:SuperH−Lとを連結して用い、展開溶媒としてテトラヒドロフランを用い、単分散ポリスチレンを標準として測定した。
重合体のガラス転移温度は、DSC装置(Rigaku社の「Thermo Plus DSC8230」)を用い、窒素下、20℃/分の昇温速度の条件で測定した。
重合体を適量の塩化メチレンに溶解させたものをガラス板上にキャスト製膜し、常温常圧下にて一晩乾燥させた。次いで真空乾燥機にて残存塩化メチレンを除去し、重合体のフィルムを得た。本フィルムの屈折率を、Metricon社の「プリズムカプラ モデル2010」にて測定した。408nm、633nm、828nmの3波長にて測定し、Cauchyの式を用いてD線(589nm)での屈折率(nD)を求めた。F線(486nm)及びC線(656nm)の屈折率についても同様にして求め、アッベ数(νD)を算出した。
Claims (9)
- 下記式(1)で表される芳香族ジハライド化合物。
式(3)中、R3は、炭素数1〜12の1価の有機基である。dは、0〜4の整数である。dが2以上の場合、複数のR3は、同一でも異なっていてもよく、任意の組み合わせにより結合して環構造の一部を形成してもよい。) - 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の芳香族ジハライド化合物と下記式(8)で表されるヒドロキシ基又はチオール基を有する化合物とを縮合反応させて得られる重合体。
- 請求項5、請求項6又は請求項7に記載の重合体、及び
有機溶媒
を含有する重合体組成物。 - 請求項5、請求項6又は請求項7に記載の重合体から得られる成形体。
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