JP2016518502A - ポリマーおよびブロック共重合体を調製するための方法ならびに触媒系 - Google Patents

ポリマーおよびブロック共重合体を調製するための方法ならびに触媒系 Download PDF

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Abstract

本発明は、モノマーの逐次添加による、または「ワンポット」法を用いた、ブロック共重合体の製造方法に関する。本発明はまた、ラクチドおよび/またはラクトンの開環による、および無水物とエポキシドとの共重合による、ポリエステルの新規な製造方法に関する。

Description

技術分野
本発明は、モノマーの逐次添加による、または「ワンポット」法を用いた、ブロック共重合体の製造方法に関する。特に、触媒活性サイトの化学は、単一の触媒系を用いたポリカルボナートブロックおよびポリエステルブロックを含むブロック共重合体の製造における、特定のモノマーの選択的な重合およびブロックシーケンスの制御を可能にする。成長ポリマー鎖末端を制御することによって、および使用されるモノマーの種類および量を選択することによって、ポリエステルおよびポリカルボナートの生成を切り替えることができる。記載される方法は、ジブロック共重合体、ならびにABA型およびABC型のブロック共重合体を含むより複雑なブロックシーケンスの調製の製品を可能にする。本発明はまた、ラクチドおよび/またはラクトンの開環による、および無水物とエポキシドとの共重合による、ポリエステルの新規な製造方法に関する。
背景技術
ブロック共重合体は、2以上の異なるポリマーユニット、または「ブロック」を有するポリマーである。このようなポリマーは、多様な異なる用途に有用であり、特にポリエステルブロックおよびポリカルボナートブロックを有するブロック共重合体を生産することができるため好ましい。
ブロック共重合体は、様々な異なる方法で製造されうる。例えば、個々のブロックが別々に調製され、その後、結合されてもよい。または、開始部分を含む第1ブロック(「高分子開始剤」としても知られる)が、1またはモノマーの混合物に加えられ、次いで、第2ブロックが予め形成されたブロックの末端から成長する。しかしながら、このような方法は、第2ブロックの形成の前に第1ブロックの形成と精製を必要とし、一般に、各ブロックを製造するための異なる触媒系の使用を含む。したがって、これらの方法はコストが高く、使用が難しい場合がある。
本発明者らは、驚くべきことに、モノマーの逐次添加によって、または、反応の開始時に反応混合物中にすべてのモノマーが存在する「ワンポット」法によって、単一の触媒系を用いて、2以上のブロックを含むブロック共重合体を製造することが可能であることを見出した。
発明の概要
第1の形態において、本発明は、単一の触媒系を用いるブロック共重合体の製造方法であって、前記単一の触媒系は式(I)の触媒を含み:
式中:
[M]は、配位子系によって配位された少なくとも1つの金属原子Mを有する金属錯体であり;
Mは、Zn、Cr、Co、Mn、Mg、Fe、Ti、Ca、Ge、Al、Mo、W、Ru、NiまたはVであり;
Zは、存在しないか、または、独立して−E−、−EX(E)−もしくは−EX(E)E−から選択され、
各Eは独立してO、S、またはNRから選択され、ここで、Rは水素、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、もしくはアルキルヘテロアリールであり;
XはCまたはSであり;
Rは、水素、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、アルキルヘテロアリール、シリルもしくはポリマーであり;Zが存在しない場合、Rはさらにハライド、ホスフィナート、アジド、およびニトラートから選択されてもよく;
a)グループ(i)〜(iii)から選択される第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせを重合して第1ブロックを形成する段階:
グループ(i):ラクチドおよび/またはラクトン、
グループ(ii):エポキシドおよび無水物、または
グループ(iii):エポキシドおよび二酸化炭素;
b)任意で前記式(I)の触媒を、基−Z−R(ここでZは存在しないか、または−E−X(E)−もしくは−E−X(E)E−から選択される基である)を基−Z−R(ここでZは−E−である)に変換することができる化合物[Y]に接触させる段階;および
c)前記第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせのために選択されたものと異なる、グループ(i)〜(iii)から選択される第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせを重合して第2ブロックを形成する段階:
グループ(i):ラクチドおよび/またはラクトン、
グループ(ii):エポキシドおよび無水物、または
グループ(iii):エポキシドおよび二酸化炭素、
を含み、
前記第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせがグループ(i)である場合、Zは−E−であり;
前記第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせがグループ(ii)またはグループ(iii)であり、前記第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせがグループ(i)である場合、段階b)は段階a)の後に行われる、方法を提供する。
第2の形態において、本発明は、単一の触媒系を用いる、第1ブロックおよび第2ブロックを有するブロック共重合体の製造方法であって、前記単一の触媒系は式(I)の触媒を含み:
式中:
[M]は、配位子系によって配位された少なくとも1つの金属原子Mを有する金属錯体であり;
Mは、Zn、Cr、Co、Mn、Mg、Fe、Ti、Ca、Ge、Al、Mo、W、Ru、NiまたはVであり;
Zは、存在しないか、または、独立して−E−、−EX(E)−もしくは−EX(E)E−から選択され、
各Eは独立してO、S、またはNRから選択され、ここで、Rは水素、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、もしくはアルキルヘテロアリールであり;
XはCまたはSであり;
Rは、水素、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、アルキルヘテロアリール、シリルもしくはポリマーであり;Zが存在しない場合、Rはさらにハライド、ホスフィナート、アジド、およびニトラートから選択されてもよく;
a)以下を含む混合物を提供する段階と;
I.エポキシド;
II.グループ(i)〜(iii)から選択される第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせ:
モノマー(i):ラクチドおよび/またはラクトン、
モノマー(ii):無水物、または
モノマー(iii):二酸化炭素;および
III.前記第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせのために選択されたものと異なる、グループ(i)〜(iii)から選択される第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせ:
モノマー(i):ラクチドおよび/またはラクトン、
モノマー(ii):無水物、または
モノマー(iii):二酸化炭素;
b)前記混合物を前記単一の触媒系に接触させる段階と;を含み、
前記第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせの前記金属錯体[M]と前記配位子−Z−Rとの間の結合への挿入速度は、前記第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせの前記金属錯体[M]と前記配位子−Z−Rとの間の結合への挿入速度よりも速く;
前記第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせがグループ(i)である場合、−Z−Rは−E−Rであるか、または前記混合物は化合物[Y]を含み;
前記第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせがグループ(i)である場合、前記混合物は化合物[Y]を含む、方法を提供する。
第3の形態において、本発明は、ラクトンおよび/またはラクチドを式(IA)の触媒を有する触媒系に接触させることを含む、ポリエステルの製造方法を提供する:
式中、
およびRは、独立して、水素、ハライド、ニトロ基、ニトリル基、イミン、アミン、エーテル基、シリルエーテル基、チオエーテル基、スルホキシド基、スルフィナート基、またはアセチリド基、または置換されていてもよいアルキル、アルケニル、アルキニル、ハロアルキル、アリール、ヘテロアリール、脂環式、もしくはヘテロ脂環式であり;
は、置換されていてもよいアルキレン、アルケニレン、アルキニレン、ヘテロアルキレン、ヘテロアルケニレン、ヘテロアルキニレン、アリーレン、ヘテロアリーレン、またはシクロアルキレンであり、ここでアルキレン、アルケニレン、アルキニレン、ヘテロアルキレン、ヘテロアルケニレン、およびヘテロアルキニレンはアリール、ヘテロアリール、脂環式、またはヘテロ脂環式によって中断されていてもよく;
は、H、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルヘテロアリール、もしくはアルキルアリールであり;
は、H、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルヘテロアリール、もしくはアルキルアリールであり;
はCであり、EはO、SもしくはNHであるか、または、EはNであり、EはOであり;
Rは、水素、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、アルキルヘテロアリール、シリルもしくはポリマーであり;
Zは−E−であり;
Eは−O−、−S−、またはNRであり、ここで、水素、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、もしくはアルキルヘテロアリールであり;
各Gは、独立して、存在しないか、または、ルイス塩基である中性もしくはアニオン性のドナー配位子であり;
Mは、Zn(II)、Cr(II)、Co(II)、Mn(II)、Mg(II)、Fe(II)、Ti(II)、Cr(III)−Z−R、Co(III)−Z−R、Mn(III)−Z−R、Fe(III)−Z−R、Ca(II)、Ge(II)、Al(III)−Z−R、Ti(III)−Z−R、V(III)−Z−R、Ge(IV)−(−Z−R)またはTi(IV)−(−Z−R)である。
本発明の第4の形態において、無水物およびエポキシドを式(IA)の触媒を有する触媒系に接触させることを含む、ポリエステルの製造方法が提供される:
式中、
およびRは、独立して、水素、ハライド、ニトロ基、ニトリル基、イミン、アミン、エーテル基、シリルエーテル基、チオエーテル基、スルホキシド基、スルフィナート基、またはアセチリド基、または置換されていてもよいアルキル、アルケニル、アルキニル、ハロアルキル、アリール、ヘテロアリール、脂環式、もしくはヘテロ脂環式であり;
は、置換されていてもよいアルキレン、アルケニレン、アルキニレン、ヘテロアルキレン、ヘテロアルケニレン、ヘテロアルキニレン、アリーレン、ヘテロアリーレン、またはシクロアルキレンであり、ここでアルキレン、アルケニレン、アルキニレン、ヘテロアルキレン、ヘテロアルケニレン、およびヘテロアルキニレンはアリール、ヘテロアリール、脂環式、またはヘテロ脂環式によって中断されていてもよく;
は、H、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルヘテロアリール、もしくはアルキルアリールであり;
は、H、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルヘテロアリール、もしくはアルキルアリールであり;
はCであり、EはO、SもしくはNHであるか、または、EはNであり、EはOであり;
Zは、存在しないか、または、−E−、−EX(E)−もしくは−EX(E)E−から選択され;
XはSまたはCであり;
Eは−O−、−S−、またはNRであり、ここで、水素、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、もしくはアルキルヘテロアリールであり;
Rは、水素、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、アルキルヘテロアリール、シリルもしくはポリマーであり;Zが存在しない場合、Rはさらにハライド、ホスフィナート、アジド、およびニトラートから選択されてもよく;
各Gは、独立して、存在しないか、または、ルイス塩基である中性もしくはアニオン性のドナー配位子であり;
Mは、Zn(II)、Cr(II)、Co(II)、Mn(II)、Mg(II)、Fe(II)、Ti(II)、Cr(III)−Z−R、Co(III)−Z−R、Mn(III)−Z−R、Fe(III)−Z−R、Ca(II)、Ge(II)、Al(III)−Z−R、Ti(III)−Z−R、V(III)−Z−R、Ge(IV)−(−Z−R)またはTi(IV)−(−Z−R)である。
本発明の第5の形態において、本発明の第1、第2、第3、または第4の形態のいずれかの方法によって得られうるポリマーが提供される。
定義
本発明の目的のため、脂肪族基は、直鎖であっても分岐していてもよく、完全に飽和であっても、または1つ以上の不飽和単位を含んでもよいが、芳香族ではない炭化水素部分である。「不飽和」の用語は、1以上の二重結合および/または三重結合を有する部分を意味する。「脂肪族」の用語は、したがって、アルキル、アルケニル、またはアルキニル基、およびこれらの組み合わせを含むことが意図される。脂肪族基は、好ましくはC1−20脂肪族基であり、これは、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19または20の炭素原子を有する脂肪族基である。好ましくは、脂肪族基はC1−15脂肪族であり、より好ましくはC1−12脂肪族であり、より好ましくはC1−10脂肪族であり、さらにより好ましくはC1−8脂肪族、例えばC1−6脂肪族基である。
アルキル基は、好ましくは「C1−20アルキル基」、すなわち、炭素数1〜20の直鎖または分岐鎖のアルキル基である。したがって、アルキル基は1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19または20の炭素原子を有する。好ましくは、アルキル基は、C1−15アルキルであり、好ましくはC1−12アルキルであり、より好ましくはC1−10アルキルであり、さらにより好ましくはC1−8アルキルであり、さらにより好ましくはC1−6アルキル基である。一実施形態において、アルキル基は「C1−6アルキル基」、すなわち、炭素数1〜6の直鎖または分岐鎖のアルキル基である。したがって、アルキル基は1、2、3、4、5、または6の炭素原子を有する。具体的には、「C1−20アルキル基」の例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、n−ドデシル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、n−ペンタデシル基、n−ヘキサデシル基、n−ヘプタデシル基、n−オクタデシル基、n−ノナデシル基、n−エイコシル基、1,1−ジメチルプロピル基、1,2−ジメチルプロピル基、2,2−ジメチルプロピル基、1−エチルプロピル基、n−ヘキシル基、1−エチル−2−メチルプロピル基、1,1,2−トリメチルプロピル基、1−エチルブチル基、1−メチルブチル基、2−メチルブチル基、1,1−ジメチルブチル基、1,2−ジメチルブチル基、2,2−ジメチルブチル基、1,3−ジメチルブチル基、2,3−ジメチルブチル基、2−エチルブチル基、2−メチルペンチル基、3−メチルペンチル基などが挙げられる。アルケニル基およびアルキニル基は、好ましくは、それぞれ炭素数2〜20の直鎖または分岐鎖のアルケニル基またはアルキニル基である、「C2−20アルケニル」および「C2−20アルキニル」である。したがって、アルケニル基またはアルキニル基は、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19または20の炭素原子を有する。好ましくは、アルケニル基またはアルキニル基は、それぞれ、「C2−15アルケニル」および「C2−15アルキニル」であり、より好ましくは「C2−12アルケニル」および「C2−12アルキニル」であり、さらにより好ましくは「C2−10アルケニル」および「C2−10アルキニル」であり、さらにより好ましくは「C2−8アルケニル」および「C2−8アルキニル」であり、最も好ましくは「C2−6アルケニル」および「C2−6アルキニル」基である。
ヘテロ脂肪族基は、上記のような脂肪族基で、さらに1つ以上のヘテロ原子を含むものである。ヘテロ脂肪族基は、したがって、好ましくは2から21の原子、好ましくは2から16の原子、より好ましくは2から13の原子、より好ましくは2から11の原子、より好ましくは2から9の原子、さらにより好ましくは2から7の原子を含み、少なくとも1つの原子が炭素原子である。特に好ましいヘテロ原子は、O、S、N、P、およびSiから選択される。ヘテロ脂肪族基が2つ以上のヘテロ原子を有するとき、ヘテロ原子は同じであっても異なっていてもよい。
脂環式基は、3から20の炭素原子を有する、飽和、または部分的に不飽和である、環式脂肪族単環式、または多環式(縮合、架橋、およびスピロ縮合を含む)環系であり、これは、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、または20の炭素原子を有する脂環式基である。好ましくは、脂環式基は3から15、より好ましくは3から12、さらにより好ましくは3から10、さらにより好ましくは3から8の炭素原子を有する。「脂環式」の用語は、シクロアルキル、シクロアルケニル、およびシクロアルキニル基を含む。脂環式基は、例えば−CH−シクロヘキシルのような、1つ以上の連結、または非連結アルキル置換基を有する脂環式環を含みうることが理解されるであろう。
シクロアルキル、シクロアルケニル、およびシクロアルキニル基は3〜20の炭素原子を有する。したがって、シクロアルキル、シクロアルケニル、およびシクロアルキニル基は、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、または20の炭素原子を有する。シクロアルキル、シクロアルケニル、およびシクロアルキニル基は、好ましくは3から15、より好ましくは3から12、さらにより好ましくは3から10、さらにより好ましくは3から8の炭素原子を有する。脂環式基が3から8の炭素原子を有するとき、これは、脂環式基が3、5、6、7、または8の炭素原子を有することを意味する。具体的には、C3−20シクロアルキル基の例としては、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、アダマンチル、およびシクロオクチルが挙げられる。
ヘテロ脂環式基は、炭素原子に加え、1以上の、好ましくはO、S、N、P、およびSiから選択される環ヘテロ原子を有する、上記で定義された脂環式基である。ヘテロ脂環式基は、好ましくは1から4の、同一であっても異なっていてもよいヘテロ原子を含む。ヘテロ環式基は、好ましくは4〜20の原子、より好ましくは4〜14の原子、さらにより好ましくは4〜12の原子を含む。
アリール基は、5から20の炭素原子を有する単環式、または多環式環系である。アリール基は、好ましくは「C6−12アリール基」であり、6、7、8、9、10、11、または12の炭素原子により構成されたアリール基であり、例えば単環式環基または二環式環基などの縮合環基を含む。具体的には、「C6−10アリール基」の例としては、フェニル基、ビフェニル基、インデニル基、ナフチル基、またはアズレニル基などが挙げられる。インダン、およびテトラヒドロナフタレンなどの縮合環基もまたアリール基に含まれることに留意すべきである。
ヘテロアリール基は、炭素原子に加えて、1から4つの、好ましくはO、S、N、P、およびSiから選択される、環ヘテロ原子を有するアリール基である。ヘテロアリール基は、好ましくは5〜20、より好ましくは5から14の環原子を有する。具体的には、ヘテロアリール基の例としては、ピリジン、イミダゾール、N−メチルイミダゾール、および4−ジメチルアミノピリジンが挙げられる。
脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、およびヘテロアリール基の例としては、シクロヘキシル、フェニル、アクリジン、ベンズイミダゾール、ベンゾフラン、ベンゾチオフェン、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、カルバゾール、シンノリン、ジオキシン、ジオキサン、ジオキソラン、ジチアン、ジチアジン、ジチアゾール、ジチオラン、フラン、イミダゾール、イミダゾリン、イミダゾリジン、インドール、インドリン、インドリジン、インダゾール、イソインドール、イソキノリン、イソオキサゾール、イソチアゾール、モルホリン、ナフチリジン、オキサゾール、オキサジアゾール、オキサチアゾール、オキサチアゾリジン、オキサジン、オキサジアジン、フェナジン、フェノチアジン、フェノキサジン、フタラジン、ピペラジン、ピペリジン、プテリジン、プリン、ピラン、ピラジン、ピラゾール、ピラゾリン、ピラゾリジン、ピリダジン、ピリジン、ピリミジン、ピロール、ピロリジン、ピロリン、キノリン、キノキサリン、キナゾリン、キノリジン、テトラヒドロフラン、テトラジン、テトラゾール、チオフェン、チアジアジン、チアジアゾール、チアトリアゾール、チアジン、チアゾール、チオモルホリン、チアナフタレン、チオピラン、トリアジン、トリアゾール、およびトリチアンが挙げられるが、これらに限定されない。
「ハライド」または「ハロゲン」の用語は区別せずに用いられ、本明細書で用いられる場合、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子など、好ましくはフッ素原子、臭素原子、または塩素原子、より好ましくはフッ素原子、または臭素原子を意味する。
ハロアルキル基は、好ましくは「C1−20ハロアルキル基」であり、より好ましくは「C1−15ハロアルキル基」であり、より好ましくは「C1−12ハロアルキル基」であり、より好ましくは「C1−10ハロアルキル基」であり、さらにより好ましくは「C1−8ハロアルキル基」であり、さらにより好ましくは「C1−6ハロアルキル基」であり、それぞれ、少なくとも1つのハロゲン原子、好ましくは1、2または3つのハロゲン原子で置換された、上記のC1−20アルキル基、C1−15アルキル基、C1−12アルキル基、C1−10アルキル基、C1−8アルキル基またはC1−6アルキル基である。具体的には、「C1−20ハロアルキル基」の例としては、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、フルオロエチル基、ジフルオロエチル基、トリフルオロエチル基、クロロメチル基、ブロモメチル基、ヨードメチル基などが挙げられる。
アルコキシ基は、好ましくは「C1−20アルコキシ基」であり、より好ましくは「C1−15アルコキシ基」であり、より好ましくは「C1−12アルコキシ基」であり、より好ましくは「C1−10アルコキシ基」であり、さらにより好ましくは「C1−8アルコキシ基」であり、さらにより好ましくは「C1−6アルコキシ基」であり、それぞれ、先に定義したC1−20アルキル基、C1−15アルキル基、C1−12アルキル基、C1−10アルキル基、C1−8アルキル基またはC1−6アルキル基に結合したオキシ基である。具体的には、「C1−20アルコキシ基」の例としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、イソプロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、イソペンチルオキシ基、sec−ペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、イソヘキシルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基、n−ヘプチルオキシ基、n−オクチルオキシ基、n−ノニルオキシ基、n−デシルオキシ基、n−ウンデシルオキシ基、n−ドデシルオキシ基、n−トリデシルオキシ基、n−テトラデシルオキシ基、n−ペンタデシルデシルオキシ基、n−ヘキサデシルオキシ基、n−ヘプタデシルオキシ基、n−オクタデシルオキシ基、n−ノナデシルオキシ基、n−エイコシルオキシ基、1,1−ジメチルプロポキシ基、1,2−ジメチルプロポキシ基、2,2−ジメチルプロポキシ基、2−メチルブトキシ基、1−エチル−2−メチルプロポキシ基、1,1,2−トリメチルプロポキシ基、1,1−ジメチルブトキシ基、1,2−ジメチルブトキシ基、2,2−ジメチルブトキシ基、2,3−ジメチルブトキシ基、1,3−ジメチルブトキシ基、2−エチルブトキシ基、2−メチルペンチルオキシ基、3−メチルペンチルオキシ基などが挙げられる。
アルキルチオ基は、好ましくは「C1−20アルキルチオ基」であり、より好ましくは「C1−15アルキルチオ基」であり、より好ましくは「C1−12アルキルチオ基」であり、より好ましくは「C1−10アルキルチオ基」であり、さらにより好ましくは「C1−8アルキルチオ基」であり、さらにより好ましくは「C1−6アルキルチオ基」であり、それぞれ、先に定義したC1−20アルキル、C1−15アルキル、C1−12アルキル、C1−10アルキル、C1−8アルキル、またはC1−6アルキル基と結合したチオ(−S−)基である。
アルキルアリール基は、上記の任意のアルキル基またはアリール基を含みうる。好ましくは、アルキルアリール基は、「C6−12アリールC1−20アルキル基」であり、より好ましくは「C6−12アリールC1―16アルキル基」であり、さらにより好ましくは「C6−12アリールC1−6アルキル基」であり、上記で定義されたアルキル基の任意の位置に結合した、上記で定義されたアリール基である。分子へのアルキルアリール基の結合点は、アルキル部分を介してもよく、したがって、好ましくは、アルキルアリール基は−CH−Ph、または−CHCH−Phである。アルキルアリール基はまた、「アラルキル」として表されうる。
アルキルヘテロアリール基は、上記の任意のアルキル基またはヘテロアリール基を含みうる。好ましくは、アルキルヘテロアリール基は、「ヘテロアリールC1−20アルキル基」であり、より好ましくは「ヘテロアリールC1―16アルキル基」であり、さらにより好ましくは「ヘテロアリールC1−6アルキル基」であり、上記で定義されたアルキル基の任意の位置に結合した、上記で定義されたヘテロアリール基である。分子へのアルキルへテロアリール基の結合点は、アルキル部分を介してもよい。アルキルヘテロアリール基はまた、「ヘテロアラルキル」として表されうる。
エーテル基は、好ましくはOR基であり、ここで、Rは、上記で定義された脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、またはヘテロアリール基であり得る。特定の実施形態において、Rは、非置換の脂肪族、脂環式、またはアリールでありうる。好ましくは、Rは、メチル、エチル、またはプロピルから選択されるアルキル基である。チオエーテル基は、好ましくは、SR基であり、ここで、Rは上記で定義した通りである。
シリル基は、好ましくは−Si(R基であり、ここで、各Rは、独立して、上記で定義された脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、またはヘテロアリール基でありうる。特定の実施形態において、各Rは、独立して、非置換の脂肪族、脂環式、またはアリールである。好ましくは、各Rは、メチル、エチル、またはプロピルから選択されるアルキル基である。
シリルエーテル基は、好ましくはOSi(R基であり、ここで、各Rは、独立して、上記で定義された脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、またはヘテロアリール基でありうる。特定の実施形態において、各Rは、独立して、非置換の脂肪族、脂環式、またはアリールでありうる。好ましくは、各Rは、メチル、エチル、またはプロピルから選択されるアルキル基である。
ニトリル基はCN基である。
アジド基は−N基である。
イミン基は、−CRNR基であり、好ましくは−CHNR基であり、ここでRは、上記で定義された脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、またはヘテロアリール基である。特定の実施形態において、Rは、非置換の脂肪族、脂環式、またはアリールである。好ましくは、Rは、メチル、エチル、またはプロピルから選択されるアルキル基である。
アセチリド基は、三重結合−C≡C−R10を含み、好ましくは、ここで、R10は、上記で定義された脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、またはヘテロアリール基でありうる。本発明の目的のため、R10がアルキルであるとき、三重結合は、アルキル鎖の任意の位置に存在しうる。特定の実施形態において、R10は、非置換の脂肪族、脂環式、またはアリールである。好ましくは、R10は、メチル、エチル、プロピル、またはフェニルである。
アミノ基は、好ましくは−NH、−NHR11、または−N(R11であり、ここで、R11は、上記で定義された脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、シリルアルキル、アリール、またはヘテロアリール基でありうる。アミノ基 がN(R11であるとき、各R11基は、独立して、上記で定義された脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、シリルアルキル基、ヘテロアリール、またはアリール基から選択されうる。特定の実施形態において、各R11は、独立して、非置換の脂肪族、脂環式、またはアリールである。好ましくは、R11は、メチル、エチル、プロピル、SiMe、またはフェニルである。ここで、連鎖移動剤Wがアミンであるとき、前記アミンは、好ましくはNHまたはNHR11である。
アルキルアミノ基は、上記で定義された−NHR11、または−N(R11基でありうる。
アミド基は、好ましくは−NR12C(O)−、または−C(O)−NR12−であり、ここで、R12は、上記の水素、脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、またはヘテロアリール基でありうる。特定の実施形態において、R12は、非置換の脂肪族、脂環式、またはアリールである。好ましくは、R12は、水素、メチル、エチル、プロピル、またはフェニルである。
エステル基は、好ましくは−OC(O)R13−、または−C(O)OR13−であり、ここで、R13は、上記の水素、脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、またはヘテロアリール基であり得る。特定の実施形態において、R13は、非置換の脂肪族、脂環式、またはアリールでありうる。好ましくは、R13は、水素、メチル、エチル、プロピル、またはフェニルである。
スルホキシドは、好ましくは−SOR14であり、スルホナート基は、好ましくは−OS(O)14−であり、スルフィナート基は、好ましくは−S(O)O−R14であり、ここで、R14は、上記の水素、脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、またはヘテロアリール基でありうる。特定の実施形態において、R14は、非置換の脂肪族、脂環式、またはアリールである。好ましくは、R14は、水素、メチル、エチル、プロピル、またはフェニルである。
カルボキシラート基は、好ましくはOC(O)R15であり、ここで、R15は、上記の水素、脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、またはヘテロアリール基でありうる。特定の実施形態において、R15は、非置換の脂肪族、脂環式、またはアリールである。好ましくは、R15は、水素、メチル、エチル、プロピル、ブチル(例えば、n−ブチル、イソブチル、またはtert−ブチル)、フェニル、ペンタフルオロフェニル、ペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシル、オクタデシル、ノナデシル、エイコシル、トリフルオロメチル、またはアダマンチルである。
アセトアミドは、好ましくはMeC(O)N(R16であり、ここで、R16は、上記の水素、脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリールまたはヘテロアリール基でありうる。特定の実施形態において、R16は非置換の脂肪族、脂環式またはアリールである。好ましくは、R16は、水素、メチル、エチル、プロピルまたはフェニルである。
ホスフィナート基は、好ましくは−OP(O)(R17基であり、ここで、各R17は、独立して、水素、または上記で定義された脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、もしくはヘテロアリール基から選択される。特定の実施形態において、R17は、脂肪族、脂環式、アリール、またはC1−6アルコキシで置換されていてもよい脂肪族、脂環式、またはアリールである。好ましくは、R17は、置換されていてもよいアリール、またはC1−20アルキルであり、より好ましくは、C1−6アルコキシ(好ましくはメトキシ)で置換されていてもよいフェニル、または非置換のC1−20アルキル(例えば、ヘキシル、オクチル、デシル、ドデシル、テトラデシル、ヘキサデシル、ステアリル)である。
ルイス塩基G中に上記の任意の基が存在するとき、必要に応じて、価数を満たすように、1以上のさらなるR基が存在してもよいことが理解されるであろう。例えば、エーテルとの関係で、さらなるR基は、RORを与えるために存在してもよく、ここで、Rは、上記の水素、置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、またはヘテロアリール基である。好ましくは、Rは、水素、脂肪族、脂環式、またはアリールである。
上記の定義の何処かで説明された、任意の脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、ハロアルキル、アルコキシ、アルキルチオ、アルキルアリール、エーテル、エステル、スルホキシド、スルホナート、スルフィナート、カルボキシラート、シリルエーテル、イミン、アセチリド、アミノ、アルキルアミノ、ホスフィナートまたはアミド基は、ハロゲン、ヒドロキシル、ニトロ、カルボナート、アルコキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、アミノ、アルキルアミノ、イミン、ニトリル、アセチリド、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、もしくはヘテロアリール基(例えば、ハロゲン、ヒドロキシル、ニトロ、カルボナート、アルコキシ、アミノ、アルキルアミノ、イミン、ニトリル、またはアセチリドにより置換されていてもよい)により任意に置換されていてもよい。
本発明のすべての形態の目的のために、エポキシド、無水物、ラクチドおよびラクトンの基質は制限されない。
したがって、エポキシドの用語は、エポキシド部分を含む任意の化合物に関する。好ましい実施形態において、本発明に有用なエポキシドは下記式を有する:
式中、Re1、Re2、Re3およびRe4は、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、ヒドロキシル、ニトロ、アルコキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、アミノ、アルキルアミノ、イミン、ニトリル、アセチリド、カルボキシラート、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、もしくはアルキルヘテロアリール、またはポリマー種(例えば、ポリビス(フェノール)A)から選択されるか;または、Re1、Re2、Re3およびRe4の2以上は、共に、飽和、部分飽和または不飽和の、3〜12員の、置換されていてもよく1以上のヘテロ原子を含んでもよい環系を形成してもよい。
本発明の目的のためのエポキシドの好ましい例としては、プロピレンオキシド、シクロヘキセンオキシド、置換シクロヘキセンオキシド(リモネンオキシド、C1016Oまたは2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、C1122Oなど)、アルキレンオキシド(エチレンオキシドおよび置換エチレンオキシドなど)、置換オキシラン(エピクロロヒドリン、1,2−エポキシブタン、グリシジルエーテルなど)、スチレンオキシドまたは置換スチレンオキシドが挙げられる。例えば、エポキシドは、以下の構造を有しうる:
無水物の用語は、環系に無水物部分を含む任意の化合物に関する(すなわち、環状無水物)。好ましい実施形態において、本発明に有用な無水物は、下記式を有する:
式中、m”は、1、2、3、4、5、または6(好ましくは1または2)であり;Ra1、Ra2、Ra3およびRa4は、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、ヒドロキシル、ニトロ、アルコキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、アミノ、アルキルアミノ、イミン、ニトリル、アセチリド、カルボキシラート、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、もしくはアルキルヘテロアリール、またはポリマー種(例えば、ポリビス(フェノール)A)から選択されるか;または;Re1、Re2、Re3およびRe4の2以上は、共に、飽和、部分飽和または不飽和の、3〜12員の、置換されていてもよく1以上のヘテロ原子を含んでもよい環系を形成してもよく;または、共に二重結合を形成してもよい。各Qは独立してC、O、NまたはSであり、好ましくはCであり、Ra3およびRa4は存在しても存在しなくてもよく、
は、Qの原子価によって=または−である。QがCである場合、
は=であり、Ra3およびRa4(または隣接する炭素原子上の2つのRa4)は存在しないことが理解されるであろう。好ましい無水物を以下に示す。
ラクトンの用語は、環に−C(O)O−部分を含む任意の環状化合物に関する。好ましい実施形態において、本発明に有用なラクトンは、下記式を有する:
式中、mは、1〜20(例えば、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19または20)であり、好ましくは2、4または5であり;RL1およびRL2は、独立して、水素、ハロゲン、ヒドロキシル、ニトロ、アルコキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、アミノ、アルキルアミノ、イミン、ニトリル、アセチリド、カルボキシラート、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、もしくはアルキルヘテロアリールから選択される。RL1およびRL2の2以上は、共に、飽和、部分飽和または不飽和の3〜12員の、置換されていてもよく1以上のヘテロ原子を含んでもよい環系を形成してもよい。mが2以上のとき、各炭素原子上のRL1およびRL2は同一であっても異なっていてもよい。好ましくは、RL1およびRL2は水素またはアルキルから選択される。好ましくは、ラクトンは下記構造を有する:
ラクチドの用語は、2つのエステル基を有する環状化合物である。好ましい実施形態において、本発明に有用なラクチドは、下記式を有する:
式中、m’は、1、2、3、4、5、6、7、8、9、または10(好ましくは1または2、より好ましくは1)であり;RL3およびRL4は、独立して、水素、ハロゲン、ヒドロキシル、ニトロ、アルコキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、アミノ、アルキルアミノ、イミン、ニトリル、アセチリド、カルボキシラート、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、もしくはアルキルヘテロアリールから選択される。RL3およびRL4の2以上は、共に、飽和、部分飽和または不飽和の、3〜12員の、置換されていてもよく1以上のヘテロ原子を含んでもよい環系を形成してもよい。m’が2以上のとき、各炭素原子上のRL3およびRL4は同一であっても異なっていてもよく、隣接する炭素原子上の1上のRL3およびRL4は存在せず、したがって二重結合または三重結合を形成してもよい。前記化合物が(−CRL3L4m’で表される2つの部分を有するとき、両方の部分は同一であることが理解されるであろう。特に好ましい実施形態において、m’は1であり、RL4はHであり、RL3はH、ヒドロキシルまたはC1−6アルキル、好ましくはメチルである。(−CRL3L4m’で表される部分の立体化学は同一であってもよく(例えば、RR−ラクチドまたはSS−ラクチド)、異なっていてもよい(例えば、meso−ラクチド)。ラクチドは、ラセミ混合物であってもよく、光学的に純粋な異性体であってもよい。好ましくは、ラクチドは下記式を有する:
本明細書中で用いられる「ラクトンおよび/またはラクチド」の用語は、ラクトン、ラクチド、およびラクトンとラクチドとの組み合わせを包含する。好ましくは、「ラクトンおよび/またはラクチド」の用語は、ラクトンまたはラクチドを意味する。
e1、Re2、Re3、Re4、Ra1、Ra2、Ra3、Ra4、RL1、RL2、RL3およびRL4基の好ましい任意の置換基としては、ハロゲン、ニトロ、ヒドロキシル、非置換の脂肪族、非置換のヘテロ脂肪族、非置換のアリール、非置換のヘテロアリール、アルコキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、アミノ、アルキルアミノ、イミン、ニトリル、アセチリド、およびカルボキシラートが挙げられる。
詳細な説明
第1の形態において、本発明は、単一の触媒系を用いるブロック共重合体の製造方法であって、前記単一の触媒系は式(I)の触媒を含み:
式中:
[M]は、配位子系によって配位された少なくとも1つの金属原子Mを有する金属錯体であり;
Mは、Zn、Cr、Co、Mn、Mg、Fe、Ti、Ca、Ge、Al、Mo、W、Ru、NiまたはVであり;
Zは、存在しないか、または、独立して−E−、−EX(E)−もしくは−EX(E)E−から選択され、
各Eは独立してO、S、またはNRから選択され、ここで、Rは水素、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、もしくはアルキルヘテロアリールであり;
XはCまたはSであり;
Rは、水素、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、アルキルヘテロアリール、シリルもしくはポリマーであり;Zが存在しない場合、Rはさらにハライド、ホスフィナート、アジド、およびニトラートから選択されてもよく;
d)グループ(i)〜(iii)から選択される第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせを重合して第1ブロックを形成する段階:
グループ(i):ラクチドおよび/またはラクトン、
グループ(ii):エポキシドおよび無水物、または
グループ(iii):エポキシドおよび二酸化炭素、
e)任意で前記式(I)の触媒を、基−Z−R(ここでZは存在しないか、または−E−X(E)−もしくは−E−X(E)E−から選択される基である)を基−Z−R(ここでZは−E−である)に変換することができる化合物[Y]に接触させる段階;および
f)前記第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせのために選択されたものと異なる、グループ(i)〜(iii)から選択される第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせを重合して第2ブロックを形成する段階;
グループ(i):ラクチドおよび/またはラクトン、
グループ(ii):エポキシドおよび無水物、または
グループ(iii):エポキシドおよび二酸化炭素;
を含み、
前記第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせがグループ(i)である場合、Zは−E−であり;
前記第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせがグループ(ii)またはグループ(iii)であり、前記第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせがグループ(i)である場合、段階b)は段階a)の後に行われる、方法である。
本発明の方法に使用するための触媒系の定義は限定されず、任意の式(I)の触媒、特に、エポキシドを二酸化炭素または無水物と重合して、それぞれポリカルボナートポリオールまたはポリエステルポリオールを形成するのに適した任意の式(I)の触媒を包含することが理解されるであろう。
このような既知の触媒系は、一般に金属および配位子を含む。前記金属は、Zn、Ni、Ru、Mo、Fe、Mn、Mo、Cr、V、Co、Ti、W、Al、Ca、GeまたはMgから選択されうる。好ましい実施形態において、前記金属はZn、Mg、またはCoであり、より好ましくはMgまたはZnである。前記触媒は、1以上の金属原子、例えば、2つの金属原子を含みうる。前記配位子は、単座配位子または多座配位子、例えば、二座配位子、三座配位子、もしくは四座配位子でありうる。
特に、本発明の方法は、その全体が参照により本明細書中に引用されている、国際公開第2010/028362号に開示される以下の四座配位子を含む金属配位化合物を用いることができる:サレン誘導体;サラン配位子の誘導体;ビス−2−ヒドロキシベンズアミド誘導体;トロスト配位子の誘導体;ポルフィリン誘導体;テトラベンゾポルフィリン配位子の誘導体;コロール配位子の誘導体;フタロシアニン誘導体;およびジベンゾテトラメチルテトラアザ[14]アヌレン誘導体。
本発明は、その全体が参照により本明細書中に引用されている、国際公開第2012/037282号に開示される、1以上の多座配位子と錯化した2以上の金属原子を含む金属錯体を含む触媒に関する。
本発明は、かさ高いβ−ジイミナート(bulky β−diiminate)(BDI)配位子、例えば、その全体が参照により本明細書中に引用されている、Coates et al,J.A.C.S.,(2001),123,3229−3238に開示される(BDI)−ZnOPr、を含む触媒系の使用をさらに包含する。このような触媒のさらなる例としては、その全体が参照により本明細書中に引用されている、Lu et al,J.A.C.S.,(2012),134,17739−17745に開示されるサレンCo(III)X/オニウム塩触媒系が挙げられる。
本発明は、その全体が参照により本明細書中に引用されている、国際公開第2009/130470号および国際公開第2013/034750号に開示される、多座配位子系と錯化した2つの金属原子を含む触媒をさらに包含し、好ましくはこれに関する。
本発明の方法に使用するための既知の触媒系の他の例としては、R.C.Jeske,A.M.DiCiccio,G.W.Coates,J.Am.Chem.Soc.2007,129,11330−11331に開示される(BDI)Zn−OAc、D.J.Darensbourg,R.R.Poland,C.Escobedo,Marcomolecules 2012,45,2242−2248に開示される(サレン)Cr−Cl、C.Robert,F.De Montigny,C.M.Thomas,Nature Comm.2011,2,586に開示される(サレン)M−Cl(ここでMはCr、Al、CoまたはMnである)、M.DiCicco,G.W.Coates,J.Am.Soc.2011,133,10724−10727に開示される(サレン)−Co−OCPH、T.Aida,S.Inoue,J.Am.Chem.Soc.1985,107,1358−1364およびT.Aida,K.Sanuki,S.Inoue,Marcomolecules 1985,18,1049に開示される(Tp−porph)Al−Cl;E.Hosseini Nejad,C.G.W.van Melis,T.J.Vermeer,C.E.Koning,R.Duchateau,Macromolecules,2012,45,1770−1776に開示される(sal*)MCl(ここでMはAl、CrまたはCoである)、E.Hosseini Nejad,A.Paoniasari,C.E.Koning,R.Duchateau,Polym.Chem,2012,3,1308に開示される(Ph−サレン)Cr−Cl(これらすべてはその全体が参照により本明細書中に引用されている)が挙げられる。
第1の形態の好ましい実施形態において、式(I)の触媒は、好ましくは式(IA)の錯体である:
式中、
およびRは、独立して、水素、ハライド、ニトロ基、ニトリル基、イミン、アミン、エーテル基、シリルエーテル基、チオエーテル基、スルホキシド基、スルフィナート基、またはアセチリド基、または置換されていてもよいアルキル、アルケニル、アルキニル、ハロアルキル、アリール、ヘテロアリール、脂環式、もしくはヘテロ脂環式であり;
は、置換されていてもよいアルキレン、アルケニレン、アルキニレン、ヘテロアルキレン、ヘテロアルケニレン、ヘテロアルキニレン、アリーレン、ヘテロアリーレン、またはシクロアルキレンであり、ここでアルキレン、アルケニレン、アルキニレン、ヘテロアルキレン、ヘテロアルケニレン、およびヘテロアルキニレンはアリール、ヘテロアリール、脂環式、またはヘテロ脂環式によって中断されていてもよく;
は、H、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルヘテロアリール、もしくはアルキルアリールであり;
は、H、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルヘテロアリール、もしくはアルキルアリールであり;
はCであり、EはO、SもしくはNHであるか、または、EはNであり、EはOであり;
Zは、存在しないか、または、−E−、−EX(E)−もしくは−EX(E)E−から選択され;
XはCまたはSであり;
Eは−O−、−S−、またはNRであり、ここで、水素、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、もしくはアルキルヘテロアリールであり;
Rは、水素、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、アルキルヘテロアリール、シリルもしくはポリマーであり;Zが存在しない場合、Rはさらにハライド、ホスフィナート、アジド、およびニトロから選択されてもよく;
各Gは、独立して、存在しないか、または、ルイス塩基である中性もしくはアニオン性のドナー配位子であり;
Mは、Zn(II)、Cr(II)、Co(II)、Mn(II)、Mg(II)、Fe(II)、Ti(II)、Cr(III)−Z−R、Co(III)−Z−R、Mn(III)−Z−R、Fe(III)−Z−R、Ca(II)、Ge(II)、Al(III)−Z−R、Ti(III)−Z−R、V(III)−Z−R、Ge(IV)−(−Z−R)またはTi(IV)−(−Z−R)である。
およびRは、独立して、水素、ハライド、ニトロ基、ニトリル基、イミン、アミン、エーテル基、シリルエーテル基、チオエーテル基、スルホキシド基、スルフィナート基、またはアセチリド基、または置換されていてもよいアルキル、アルケニル、アルキニル、ハロアルキル、アリール、ヘテロアリール、脂環式、もしくはヘテロ脂環式である。RおよびRは同一であっても異なっていてもよい。RおよびRは、好ましくは、独立して、水素、tBu、Me、CF、フェニル、F、Cl、Br、I、NMe、NEt、NO、OMe、OSiEt、CNMe、CN、またはCCPh、より好ましくは、水素、OMe、Me、NO、ハロゲン、またはtBuから選択される(例えば、水素またはtBu)。特定の実施形態において、Rは水素であり、Rは上記で定義された基の任意の1つであり、好ましくはNO、ハロゲン、tBu、OMe、またはMeであり、より好ましくはtBu、OMe、またはMeである。
は、アリール、ヘテロアリール、脂環式、もしくはヘテロ脂環式基によって中断されていてもよい、二置換のアルキル、アルケニル、アルキニル、ヘテロアルキル、ヘテロアルケニル、またはヘテロアルキニル基であるか、または、式(IA)の触媒の2つの窒素中心間の架橋基としてはたらく二置換のアリールもしくはシクロアルキル基でありうる。したがって、Rが、ジメチルプロピレンなどのアルキレン基であるとき、R基は、−CH−C(CH−CH−の構造を有する。したがって、上記のアルキル、アリール、シクロアルキルなどの基の定義はまた、Rについて示すアルキレン、アリーレン、シクロアルキレンなどの基にそれぞれ関連する。一実施形態において、Rは、置換されていてもよいアルキレン、アルケニレン、アルキニレン、ヘテロアルキレン、ヘテロアルケニレン、ヘテロアルキニレン、アリーレン、ヘテロアリーレン、またはシクロアルキレンであり;ここでアルキレン、アルケニレン、アルキニレン、ヘテロアルキレン、ヘテロアルケニレン、およびヘテロアルキニレンはアリール、ヘテロアリール、脂環式、またはヘテロ脂環式によって中断されていてもよい。特に好ましい実施形態において、Rは、脂肪族(好ましくはC1−6アルキル)またはアリール基によって置換されていてもよいプロピレン基である。好ましくは、Rは、エチレン、2,2−ジメチルプロピレン、プロピレン、ブチレン、フェニレン、シクロヘキシレン、またはビフェニレンであり、より好ましくは、2,2−ジメチルプロピレンである。Rがシクロヘキシレンである場合、ラセミ体、RR−またはSS−の形態でありうる。
は、H、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルヘテロアリール、もしくはアルキルアリールである。好ましくは、Rは、独立して、水素、または置換されていてもよいアルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、もしくはヘテロアリールから選択される。Rの例示的な選択肢としては、H、Me、Et、Bn、iPr、tBuまたはPhが挙げられる。より好ましくは、Rは水素である。
は、H、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルヘテロアリール、もしくはアルキルアリールである。好ましくは、Rは、独立して、水素、または置換されていてもよい脂肪族もしくはアリールから選択される。より好ましくは、Rは、水素、アルキル、またはアリールから選択される。例示的なR基としては、水素、メチル、トリフルオロメチル、エチル、およびフェニル(好ましくは、水素、トリフルオロメチル、およびメチル)が挙げられる。特に好ましい実施形態において、Rはすべて水素である。
特定の実施形態において、R、R、R、RおよびRは、それぞれ独立して、ハロゲン、ヒドロキシル、ニトロ、カルボナート、アルコキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、アミノ、アルキルアミノ、イミン、ニトリル、アセチリド、または非置換の脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリールもしくはヘテロアリールで置換されていてもよい。好ましくは、R、R、R、RおよびRは、それぞれ独立して、ハロゲン、ヒドロキシル、ニトロ、カルボナート、アルコキシ、アリールオキシ、イミン、ニトリル、アセチリド、非置換の脂肪族、非置換の脂環式、および非置換のアリールで置換されていてもよい。
特定の実施形態において、EはCであり、EはO、SまたはNHであり、好ましくはEはOである。他の実施形態において、EはNであり、EはOである。特に好ましい実施形態において、EはCであり、EはOである。
Gは存在しても存在しなくてもよい。Gが存在するとき、これは、孤立電子対を供与することができる基(すなわち、ルイス塩基)である。一実施形態において、Gは窒素含有ルイス塩基である。各Gは、独立して、中性であってもよいし、負に帯電していてもよい。Gが負に帯電している場合には、錯体の電荷を相殺するために、1以上の正の対イオンが必要とされる。適切な正の対イオンとしては、1族の金属イオン(Na、K、など)、2族の金属イオン(Mg2+、Ca2+、など)、イミダゾリウムイオン、正に帯電した置換されていてもよいヘテロアリール、ヘテロ脂環式、またはヘテロ脂肪族基、アンモニウムイオン(すなわち、N(R12 )、イミニウムイオン(すなわち、(R12C=N(R12 、例えば、ビス(トリフェニルホスフィン)イミニウムイオン)、またはホスホニウムイオン(P(R12 )が挙げられ、ここで、各R12は、独立して、水素、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、もしくはヘテロアリールから選択される。例となる対イオンとしては、[H−B]が挙げられ、ここで、Bは、トリエチルアミン、1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデク−7−エン、および7−メチル−1,5,7−トリアザビシクロ[4,4,0]デク−5−エンから選択される。
Gは、好ましくは、独立して、置換されていてもよいヘテロ脂肪族基、置換されていてもよいヘテロ脂環式基、置換されていてもよいヘテロアリール基、ハライド、ヒドロキシド、ヒドリド、カルボキシラート、エーテル、チオエーテル、カルベン、ホスフィン、ホスフィンオキシド、アミン、アセトアミド、アセトニトリル、エステル、スルホキシド、スルホナート、および水から選択される。より好ましくは、Gは、独立して、水、アルコール、置換または非置換のヘテロアリール(イミダゾール、メチルイミダゾール、ピリジン、4−ジメチルアミノピリジン、ピロール、ピラゾール、など)、エーテル(ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、環状エーテル、など)、チオエーテル、カルベン、ホスフィン、ホスフィンオキシド、置換または非置換のヘテロ脂環式(モルホリン、ピペリジン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロチオフェン、など)、アミン、アルキルアミン(トリメチルアミン、トリエチルアミン、など)、アセトニトリル、エステル(エチルアセタート、など)、アセトアミド(ジメチルアセトアミド、など)、スルホキシド(ジメチルスルホキシド、など)、カルボキシラート、ヒドロキシド、ヒドリド、ハライド、ニトラート、スルホナート、などから選択される。いくつかの実施形態において、1つ、または両方のGは、独立して、置換されていてもよいヘテロアリール、置換されていてもよいヘテロ脂肪族、置換されていてもよいヘテロ脂環式、ハライド、ヒドロキシド、ヒドリド、エーテル、チオエーテル、カルベン、ホスフィン、ホスフィンオキシド、アミン、アルキルアミン、アセトニトリル、エステル、アセトアミド、スルホキシド、カルボキシラート、ニトラート、またはスルホナートより選ばれる。ある実施形態において、Gは、ハライド;ヒドロキシド;ヒドリド;水;アルキル、アルケニル、アルキニル、アルコキシ、ハロゲン、ヒドロキシル、ニトロ、もしくはニトリルにより置換されていてもよいヘテロアリール、ヘテロ脂環式、またはカルボキシラート基でありうる。好ましい実施形態において、Gは、独立して、ハライド;水;アルキル(例えば、メチル、エチルなど)、アルケニル、アルキニル、アルコキシ(好ましくはメトキシ)、ハロゲン、ヒドロキシル、ニトロ、またはニトリルにより置換されていてもよいヘテロアリールから選択される。さらなる実施形態において、1つ、または両方のGは、置換されていてもよいヘテロアリールである。例となるG基としては、クロリド、ブロミド、ピリジン、メチルイミダゾール(例えば、N−メチルイミダゾール)、およびジメチルアミノピリジン(例えば、4−メチルアミノピリジン)が挙げられる。
好ましくは、Gは存在しない。
G基が存在するとき、G基は、式(IA)に示すように1つのM金属中心と会合していてもよく、またはG基は、両方の金属中心と会合して2つの金属中心の間を架橋してもよいことが理解されるであろう。
好ましくは、Mは、Zn(II)、Cr(III)、Cr(II)、Co(III)、Co(II)、Mn(III)、Mn(II)、Mg(II)、Fe(II)、Fe(III)、Ca(II)、Ge(II)、Ti(II)、Al(III)、Ti(III)、V(III)、Ge(IV)またはTi(IV)であり、より好ましくはZn(II)、Cr(III)、Co(II)、Mn(II)、Mg(II)、Fe(II)またはFe(III)であり、最も好ましくはZn(II)またはMg(II)である。MがCr(III)、Co(III)、Mn(III)、またはFe(III)であるとき、式(IA)の触媒は、金属中心へ配位したさらなる−Z−R基を含む(ここで、−R−Rは、上記で定義された通りである)ことが理解されるであろう。また、MがGe(IV)、またはTi(IV)であるとき、式(IA)の触媒は、金属中心へ配位した2つのさらなる−Z−R基を含む(ここで−Z−Rは、上記で定義された通りである)ことが理解されるであろう。特定の実施形態において、MがGe(IV)、またはTi(IV)であるとき、Gはともに存在しなくてもよい。
当業者はまた理解するであろうことであるが、各Mは、同じであってもよく(例えば、両方のMは、Mg、Zn、Fe、またはCoでありうる)、または、各Mは、異なっていてもよく、任意の組み合わせで存在しうる(例えば、FeおよびZn、CoおよびZn、MgおよびFe、CoおよびFe、MgおよびCo、CrおよびMg、CrおよびZn、MnおよびMg、MnおよびZn、MnおよびFe、CrおよびFe、CrおよびCo、AlおよびMg、AlおよびZnなど)。Mが同じ金属であるとき、各Mは、同じ酸化状態にあってもよく(例えば、両方のMは、Co(II)、Fe(II)、またはFe(III)でありうる)、または異なる酸化状態にあってもよい(例えば、一方のMはCo(II)であり、他方のMはCo(III)であってもよく、一方のMはFe(II)であり、他方のMはFe(III)であってもよく、または一方のMはCr(II)であり、他方のMはCr(III)であってもよい)ことが理解されるであろう。
−Z−は、存在しないか、または、−E−、−EX(E)−もしくは−EX(E)E−から選択される。
XはCまたはSであり、好ましくはCである。
EはO、SまたはNRである。
Zが−E−X(E)−であるとき、−E−X(E)−は、好ましくは−O−(CO)−、−NR−C(O)−、−O−C(=NR)−、−O−C(S)−、−O−S(O)−、−NR−S(O)−または−O−S(=NR)−である。
Zが−E−X(E)−E−であるとき、−E−X(E)−E−は、好ましくは−O−(CO)−O、−NR−C(O)−O−、−NR−C(O)−NR、−O−C(=NR)−O−、−O−C(=NR)−NR−、−O−C(S)−O−、−O−C(O)−NR、−O−S(O)−O−、−NR−S(O)−O−、−O−S(O)−NRである。
好ましくは、各EはOである。
特定の実施形態において、各EはOであり、XはCである。
各NRは独立して、Hまたは置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、もしくはアルキルヘテロアリールである。好ましくは、NRは水素またはC1−6アルキルである。
Rは、水素、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、アルキルヘテロアリール、もしくはシリルである。好ましくは、Rは、置換されていてもよいアルキル、アルケニル、アルキニル、アリール、アルキルアリール、シクロアルキル、シクロアルケニル、シクロアルキニル、ヘテロアリール、シクロヘテロアルキル、アルキルヘテロアリール、またはシリルである。より好ましくは、Rは、C1−12アルキル、シクロアルキルまたはアリール(例えば、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、tert−ブチル、フェニル、シクロヘキシルなど)である。
−Z−が存在しない場合、上記の基に加えて、Rはまた、ハライド、ホスフィナート、アジドまたはニトラートであってもよい。
好ましくは、Rは、ハロゲン、ヒドロキシル、ニトロ、非置換のアリール、非置換のアルキル、非置換のアルケニル、非置換のアルコキシ、および非置換のアリールオキシで置換されていてもよい。例えば、Rは、ハロゲンで置換されたアルキル基であってもよく、例えば、Rは、CFでありうる。
Rはポリマー鎖でありうることが理解されるであろう。例えば、Rはポリカルボナートまたはポリエステルでありうる。
式(IA)の触媒は、金属Mの酸化状態によって、2以上の−Z−Rを有する。各−Z−Rは同一であっても異なっていてもよい。
当業者はまた、−Z−基に結合する−R基における部分が、ヘテロ原子(例えば、O、SまたはN)でもC=E’基(ここでE’はヘテロ原子(例えば、O、SまたはN)である)でもないことを理解するであろう。
特に好ましい実施形態において、RおよびRは、独立して、水素、または置換されていてもよいアルキル、アルケニル、ハロゲン、ヒドロキシル、ニトロ、アルコキシ、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、およびアルキルヘテロアリールであり;Rは、置換されていてもよいアルキレンまたはアリーレンであり;Rは、水素、または置換されていてもよいアルキルまたはヘテロアリールであり;Rは、水素、または置換されていてもよいアルキルであり;EはCであり、EはOであり;Mは、Mg、Zn、FeまたはCoであり;Zは、存在しないか、または、−O−R、O−C(O)−Rまたは−OC(O)−O−Rから選択され;Rは置換されていてもよいアルキル、アルケニル、シクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、またはアルキルヘテロアリールである;または、Zが存在しない場合、Rは、ホスフィナートまたはハライドであり;Gは、存在しないか、または、置換されていてもよいヘテロアリールもしくはハライドから選択される。Gがハロゲンである場合、対イオンが必ず存在することが理解されるであろう。好ましくは、対イオンは、[H−B]であり、ここで、Bは、好ましくは、NEt、1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデク−7−エン(DBU)、および7−メチル−1,5,7−トリアザビシクロ[4,4,0]デク−5−エン(MTBD)から選択される。
例となる式(IA)の触媒は以下の通りである:
[LMgCl(メチルイミダゾール)]、
[LMgCl(ジメチルアミノピリジン)]、
[LMgBr(ジメチルアミノピリジン)]、
[LZn(FCCOO)]、
[LZn(OOCC(CH]、
[LZn(OC]、
[LFeCl]、
[LCo(OAc)]、
[LZn(アダマンチルカルボナート)]、
[LZn(ペンタフルオロベンゾアート)]、
[LZn(ジフェニルホスフィナート)]、
[LZn(ビス(4−メトキシ)フェニルホスフィナート)]、
[LZn(ヘキサノアート)]、
[LZn(オクタノアート)]、
[LZn(ドデカノアート)]、
[LMg(FCCOO)]、
[LMgBr]、
[LZn(C]、
[LZn(C]および
[LZn(OiPr)]。

本発明の第1の形態に用いられうる化合物[Y]は、基−Z−R(ここでZは存在しないか、または、−E−X(E)−もしくは−E−X(E)E−から選択される基である)を基−Z−R(ここでZは−E−である)に変換できなければならない。換言すると、化合物[Y]は、金属原子に結合した配位子を−R、−E−C(E)−RまたはE−C(E)−E−Rから−E−Rに切り替えるために、金属錯体[M]の金属原子と基−Z−Rとの間の結合に挿入できる必要がある。
化合物[Y]は、3員、4員、または5員の飽和環およびO、SまたはNから選択される少なくとも1つのヘテロ原子を有する化合物でありうる。好ましい実施形態において、化合物[Y]は、エポキシド、アジリジン、エピスルフィド、オキセタン、チエタン、アゼチジン、飽和フラン、飽和チオフェンまたはピロリジンでありうる。
一実施形態において、化合物[Y]は下記式を有する:
式中、
AはO、SまたはNRであり;(好ましくはAはOである)
jは1、2または3であり;
は、水素、ハロゲン、ヒドロキシル、アルコキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、または脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、またはアルキルヘテロアリールであり;
A1、RA2、RA3およびRA4は、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、ヒドロキシル、ニトロ、アルコキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、アミノ、アルキルアミノ、イミン、ニトリル、アセチリド、カルボキシラート、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、もしくはアルキルヘテロアリールから選択されるか;または、RA1、RA2、RA3およびRA4の2以上は、共に、飽和、部分飽和または不飽和の3〜12員の、置換されていてもよく1以上のヘテロ原子を含んでもよい環系を形成してもよい。例えば、RA1、RA2、RA3およびRA4は、それぞれHでありうる;RA1、RA2およびRA3はHであり、1以上のRA4はアリールまたは脂肪族、好ましくはフェニルまたはアルキルでありうる;RA1およびRA4はHであり、RA2およびRA3は共に6〜10員の炭素環(飽和、不飽和、または部分飽和)を形成しうる。例えば、化合物[Y]は、以下でありうる:
基RA1、RA2、RA3およびRA4の好ましい任意の置換基としては、ハロゲン、ニトロ、ヒドロキシル、非置換の脂肪族、非置換のヘテロ脂肪族、非置換のアリール、非置換のヘテロアリール、アルコキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、アミノ、アルキルアミノ、イミン、ニトリル、アセチリド、およびカルボキシラートが挙げられる。
好ましい実施形態において、化合物[Y]はエポキシドである。化合物[Y]がエポキシドである場合、これは重合するエポキシドモノマーと同じであっても異なっていてもよいことが理解されるであろう。非常に好ましい実施形態において、化合物[Y]は、第1の形態の補違法によって重合されるエポキシドと同じエポキシドである。
エポキシドと二酸化炭素との重合は、各種の式(I)の触媒、例えば、国際公開第2009/130470号および国際公開第2013/034750号(いずれもその全体が参照により本明細書中に引用されている)に記載される触媒の存在で行われている。金属原子Mでのモノマーである二酸化炭素およびエポキシドの反応は、金属原子と反応性配位子−E−R(以下−O−Rで表される)との間の結合に二酸化炭素が挿入されて金属原子に結合したカルボナート基を生成し、次いで、基−O−Rを再生するためにカルボナート基と金属原子との間にエポキシドが挿入される、以下の経路によって進行する:
当業者は、Rは成長ポリマー鎖を表し、したがって、CO/エポキシドモノマーのそれぞれの付加後、サイズが大きくなることを理解するであろう。
式(I)の触媒の存在下でのエポキシドと二酸化炭素との反応によって製造されるポリカルボナートは以下のように表されうる:
式中、nは1〜1,000,000、例えば10〜100,000、100〜10,000など、例えば10〜1,000である。
金属原子Mに結合する部分は、−E−Rまたは−E−X(E)−R(すなわち、EがOであり、RがRである)になることが理解されるであろう。二酸化炭素とエポキシドとの共重合は、通常、大過剰の二酸化炭素を用いて行われる(この試薬のコストが低いことおよび入手可能性、およびエポキシドモノマーの全体の消費を確実にするため)ため、反応が停止した時点で、金属錯体[M]に結合する部分は主に−O−C(O)−O−Rになる。
驚くべきことに、国際公開第2009/130470号および国際公開第2013/034750号に記載される触媒もまた、エポキシドおよび無水物を重合できることがわかった。この反応は、式(IA)の触媒として定義される触媒を用いた、以下の本願の第4の形態に示す通りである。
金属錯体[M]での無水物モノマーおよびエポキシドモノマーの反応は、金属原子と反応性配位子−E−R(以下−O−Rで表される)との間の結合に無水物が挿入されて金属原子に結合したエステル基を生成し、次いで、基−O−Rを再生するためにエステル基と金属原子との間にエポキシドが挿入される、以下の経路によって進行する:
は成長ポリマー鎖を表し、したがって、エポキシド/無水物モノマーのそれぞれの付加後、サイズが大きくなる。
式(I)の触媒の存在下でのエポキシドと無水物との反応によって製造されるポリエステルは以下のように表されうる:
式中、nは1〜1,000,000、例えば10〜100,000、100〜10,000など、例えば10〜1,000である。
本発明者らは、エポキシドと無水物との共重合において、金属錯体[M]に結合する部分は、−O−C(O)−Rまたは−O−Rになることを見出した。反応が停止したとき、金属錯体に結合する部分は、どのモノマーが過剰であるかに依存する。
本発明者らは、さらに、ラクチドおよび/またはラクトンモノマーの開環を開始するための、式(IA)の触媒の使用を提供する。このように用いられる場合、反応性配位子−Z−Rが−O−R、S−Rまたは−NR−Rである必要がある。
式(I)の触媒を有する触媒系の存在下でのラクチドおよびラクトンの開環は以下のように表される:
上記のスキームにおいて、nおよびnは独立して、1〜10,000、例えば1〜5000、10〜1000など、から選択される。
したがって、本明細書中に記載される本発明の方法は、ダイマー、トライマー、テトラマー、ペンタマーなど(すなわち、nまたはn=2、3、4、5の場合)またはポリマー(すなわち、nまたはn=1〜10,000の場合)を作製するためのラクチドおよび/またはラクトンの開環に用いられうる。この方法は、本発明の第3の形態に記載される。
式(I)の錯体、特に式(IA)の化合物は、初期の重合が進行して完了した後、その活性中心を保持する。換言すると、ポリマー鎖の末端の金属錯体[M]は、1以上の初期のモノマー種が使いつくされた時点で、「休止状態の」触媒種である。これは、さらなるモノマーの導入で、成長が再開しうることを意味する。
本発明の第1の形態の特定の実施形態において、はじめに、式(I)の触媒を有する単一の触媒系の存在下で二酸化炭素とエポキシドとを重合してポリカルボナートブロックを形成し、無水物(および任意でさらに第1ブロックの製造に用いられたエポキシドと同一であっても異なっていてもよいエポキシド)を反応混合物に添加することを含む、ポリカルボナート−ポリエステルブロック共重合体の製造方法が提供される。この反応は以下のように表されうる:
他の実施形態において、はじめに、式(I)の触媒を有する単一の触媒系の存在下でエポキシドと無水物エポキシドとを重合してポリエステルブロックを形成し、続いて、二酸化炭素(および任意でさらに第1ブロックの製造に用いられたエポキシドと同一であっても異なっていてもよいエポキシド)を反応混合物に添加することを含む、ポリエステル−ポリカルボナートブロック共重合体の製造方法が提供される。この反応は以下のように表されうる:
上記の反応の両方において、第1ブロックの製造にすべてのエポキシドが消費された場合、第2ブロックを製造するためにさらなるエポキシドが反応混合物に添加される必要があることが理解されるであろう。
上述のように、無水物または二酸化炭素のエポキシドとの共重合が起こった後、金属錯体[M]に結合する部分は、反応が過剰の二酸化炭素/無水物で行われた場合、それぞれ、エステル基(−OC(O)−R)またはカルボナート基(−OC(O)−O−R)である。
本発明者らは、第1の形態の方法にラクチドおよび/またはラクトンを用いるためには、開環重合が進行しうるように、金属錯体[M]に結合する基を具体的に調整することが必要であることを認識した。
本発明者らは、化合物[Y]を式(I)の触媒を含む単一の触媒系に添加することによって、金属錯体[M]に結合する部分を「変換」することが可能であることを見出した。化合物[Y]は、基−Z−R、ここでZは存在しないか、または−E−X(E)−もしくは−E−X(E)E−から選択される基(例えば、−O−C(O)−Rまたは−O−C(O)−O−R)である、を、基−E−R(例えば、−O−R)に変換することができる。化合物[Y]は、金属錯体[M]と基−R、−E−X(E)−Rまたは−E−X(E)−E−Rとの間に挿入され、これによって金属錯体[M]に結合する部分が−E−Rであることを確実にする。
第1の形態の他の実施形態において、ポリエステル−ポリエステルブロック共重合体、またはポリカルボナート−ポリエステルブロック共重合体の製造方法であって、はじめに式(I)の触媒を有する単一の触媒系を用いてエポキシドおよび無水物、またはエポキシドおよび二酸化炭素を重合して、第1のポリエステルブロックまたは第1のポリカルボナートブロックをそれぞれ形成し、化合物[Y]を用いて、ポリマー鎖の末端の金属錯体[M]に結合する部分をエステル基(−OC(O)−)またはカルボナート基(−OC(O)−O−)から基−E−(例えば、アルコキシ基、およびアルキルチオ基または第1級もしくは第2級アミン基)に変換し、次いでラクチドおよび/またはラクトンを添加することを含む、方法が提供される。これらの反応は以下のように表されうる:
当業者は、化合物[Y]は、第1ブロックが調製された後で添加されうることを理解するであろう。または、第1ブロックの形成においてすべてのエポキシドが消費されなかった場合、残っているエポキシドモノマーは錯体[M]とエステル基−OC(O)−Rまたはカルボナート基−O−C(O)O−Rとの間の結合に挿入され、これにより、化合物[Y]として働くことが理解されるであろう。したがって、化合物[Y]は、例えば過剰のエポキシドの形態で、初期の反応混合物中に存在してもよい。
ラクチドおよび/またはラクトンは、化合物[Y]の単一の触媒系への添加と同時に、またはその後に、添加されうる。
第1の形態の他の実施形態において、ポリエステル−ポリエステルブロック共重合体、またはポリエステル−ポリカルボナートブロック共重合体の製造方法であって、ラクチドおよび/またはラクトンを開環し、その後、エポキシドおよび二酸化炭素、またはエポキシドおよび無水物を添加することを含む、方法が提供される。第1ブロックがラクチドおよび/またはラクトンの開環によって調製される場合、触媒系は、反応性配位子−Z−Rが−E−Rである式(I)の触媒を含む必要があることが理解されるであろう。
第2ブロックを製造するために用いられるエポキシドモノマーは、無水物/二酸化炭素と同時に単一の触媒系に添加されてもよく、または、第1ブロックの製造の前に単一の触媒系に存在していてもよい。
この反応は以下のように表されうる:
第1ブロックがラクチドおよび/またはラクトンの開環によって調製される場合、化合物[Y]が、−Z−Rが−E−Rではない式(I)の触媒を、−Z−Rが−E−Rである触媒に変換するために用いられうることが理解されるであろう。
または、−Z−Rが−Rである(すなわち、Eが存在しない)式(I)の触媒は、式(I)の触媒を、アルコール、チオールまたは第1級もしくは第2級アミンを含む化合物に接触させることによって、−Z−Rが−E−Rである式(I)の触媒に変換されうる。例えば、前記化合物は、1以上の(例えば2以上の)−OH、−SHまたは−NHR基で置換された、脂肪族、ヘテロ脂肪族、アリール、ヘテロアリール、脂環式、またはヘテロ脂環式基でありうる。例えば、前記化合物は、イソプロピルアルコール、1,2−シクロヘキサンジオール、1,2−エチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、ベンジルアルコール、エタノール、メタノール、n−プロパノール、ヘキソース、ペントース、ポリ(エチレングリコール)などでありうる。したがって、in situで第1の形態の段階a)のための所望の触媒を製造することができる。
一実施形態において、第1の形態の方法は、以下のグループから選択される第3のモノマーまたはモノマーの組み合わせを重合して第3ブロックを形成する段階をさらに含む:
グループ(i):ラクチドおよび/またはラクトン、
グループ(ii):エポキシドおよび無水物、または
グループ(iii):エポキシドおよび二酸化炭素。
グループ(i)が単一の触媒系に添加される場合、前記方法はまた、前記単一の触媒系を化合物[Y]に接触させる段階を含みうる。これは、前記単一の触媒系を第3のモノマーまたはモノマーの組み合わせと接触させる前に、またはこれと同時に、行われうる。
一実施形態において、第3のモノマーまたはモノマーの組み合わせは、第1ブロックおよび第2ブロックの製造に用いられたモノマーのグループと異なる。他の実施形態において、第3のモノマーまたはモノマーの組み合わせは、第1ブロックの製造に用いられた、同じモノマーまたはモノマーの組み合わせのグループから選択される。
製造されたトリブロック共重合体は、ABCブロック共重合体(すなわち、それぞれのブロックが異なる)でありうる。または、トリブロック共重合体は、ABAブロック共重合体(すなわち、第1ブロックおよび第3ブロックが同一である場合)でありうる。
当業者はまた、第1の形態に係る方法はまた、4、5、6、7などのブロックを有するブロック共重合体の製造に用いることができ、ブロックの順序および種類は適切に調整されうることを理解するであろう。例えば、第1の形態の方法は、ABABAまたはABCABCなどの交互ブロックを有するブロック共重合体の製造に用いられうる。または、各ブロックは異なっていてもよい。
上記の第1の形態に記載される多様な実施形態のそれぞれにおいて、前記単一の触媒系は、式(I)に係る任意の化合物を含んでもよく、好ましくは式(IA)の化合物を含むことが理解されるであろう。
第2の形態において、本発明は、単一の触媒系を用いる、第1ブロックおよび第2ブロックを有するブロック共重合体の製造方法であって、前記単一の触媒系は式(I)の触媒を含み:
式中:
[M]は、配位子系によって配位された少なくとも1つの金属原子Mを有する金属錯体であり;
Mは、Zn、Cr、Co、Mn、Mg、Fe、Ti、Ca、Ge、Al、Mo、W、Ru、NiまたはVであり;
Zは、存在しないか、または、独立して−E−、−EX(E)−もしくは−EX(E)E−から選択され、
各Eは独立してO、S、またはNRから選択され、ここで、Rは水素、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、もしくはアルキルヘテロアリールであり;
XはCまたはSであり;
Rは、水素、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、アルキルヘテロアリール、シリルもしくはポリマーであり;Zが存在しない場合、Rはさらにハライド、ホスフィナート、アジド、およびニトラートから選択されてもよく;
c)以下を含む混合物を提供する段階と;
I.エポキシド
II.グループ(i)〜(iii)から選択される第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせ:
モノマー(i):ラクチドおよび/またはラクトン、
モノマー(ii):無水物、または
モノマー(iii):二酸化炭素;および
III.前記第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせのために選択されたものと異なる、グループ(i)〜(iii)から選択される第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせ:
モノマー(i):ラクチドおよび/またはラクトン、
モノマー(ii):無水物、または
モノマー(iii):二酸化炭素;
d)前記混合物を前記単一の触媒系に接触させる段階と;を含み、
前記第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせの前記金属錯体[M]と前記配位子−Z−Rとの間の結合への挿入速度は、前記第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせの前記金属錯体[M]と前記配位子−Z−Rとの間の結合への挿入速度よりも速い、方法を提供する。
前記第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせがグループ(i)である場合、−Z−Rは−E−Rであるか、または、前記混合物は化合物[Y]を含む。
前記第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせがグループ(i)である場合、前記混合物は化合物[Y]を含む。
「ワンポット」によって、モノマーの逐次添加をすることなく、単一の触媒系の存在下で、in situでブロック共重合体が形成されることを意味する。換言すると、反応開始時に、式(I)触媒を含む単一の触媒系とともに、すべてのモノマーが反応混合物に添加される。その後、反応は使用可能なモノマーのプールから優れた選択性で、選択的にブロック共重合体を生成する。
前記触媒系は、第1の形態で定義された式(IA)の触媒を含みうる。化合物[Y]は、第1の形態で定義された通りである。
本発明者らは、生成したポリマーブロックの性質は、各モノマーが金属錯体と配位子−Z−Rとの間の結合に挿入される相対的な速度(r)だけでなく、金属錯体[M]に結合する成長ポリマー鎖の末端の部分に依存することを見出した。rは、モノマーの速度定数および反応混合物中の各成分の濃度に依存する。モノマーの相対的な挿入速度は、1以上のモノマーを式(I)の触媒にさらし、モノマーが消費される速度、またはポリマーが生成する速度をモニターすることによって決定されうる。これは、例えば、全反射IR分光法(ATRIR)、NMR、光吸収分光法、IR、もしくは滴定などの公知の定量的な分光法または分析技術を用いて行われうる。
例えば、−Z−Rが、ラクチドおよび/またはラクトン、エポキシドおよび二酸化炭素、ならびにエポキシドおよび無水物を重合させることができる基(すなわち、−E−R、特に、−O−R)である場合、異なる挿入速度は以下のように表されうる:
は成長ポリマー鎖を表し、その構造は、重合されるモノマーの種類に依存することが理解されるであろう。相対的な挿入速度は、ブロックが製造される順序に影響を与えることが理解されるであろう。
場合によっては、ranhは、rCO2よりも速くてもよい。または、rCO2は、ranhよりも速くてもよい。場合によっては、rlac1/lac2は、ranhおよびrCO2の両方よりも遅く、repox’およびrepox’’よりも速い。しかしながら、rlac1/lac2は、ranh、rCO2、repox’およびrepox’’よりも速くてもよい。本発明の触媒では、repox’は、repox’’と同一、または同様であり、これらの双方は、rlac1/lac2、ranhおよびrCO2よりも遅い。
一実施形態において、例えば、式(I)の触媒が本発明の第1の形態で定義された式(IA)の触媒である場合、ranh>rCO2>rlac1/lac2>repox’〜repox’’である。
第2の形態のこのような実施形態において、第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせは無水物であり、第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせは二酸化炭素である。この場合、単一の触媒系は、はじめに、選択的に、エポキシドと無水物との重合によってポリエステルブロック(第1ブロック)を形成する。ひとたび無水物が消費されると、ポリエステル鎖末端の金属錯体[M]は、二酸化炭素を任意の残っているエポキシドと重合させ、ポリカルボナートブロック(第2ブロック)を形成することができる。生成するポリエステルブロックおよびポリカルボナートブロックにおいて、初期の反応混合物は、エポキシドのモル当量数が、無水物のモル当量数よりも大きいことが好ましい。好ましい実施形態において、エポキシドのモル当量数は、無水物のモル当量数よりも、1、2、3、4、5、6、7、8、9、または10倍大きい。
他のこのような実施形態において、第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせは無水物であり、第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせはラクチドおよび/またはラクトンであり、この場合、触媒系は、はじめに、選択的に、エポキシドと無水物との重合によってポリエステルブロック(第1ブロック)を形成する。ひとたび無水物モノマーが消費されると、開環重合が進行して第2ブロックが生成し、化合物[Y]を使用することによって、金属錯体[M]に結合する部分がエステル(−OC(O)−R)から基−E−R(好ましくは−O−R)に変換される。第2ブロックもまたポリエステルであり、これは第1のポリエステルブロックと異なる。生成する上記のジブロックポリエステルにおいて、エポキシドのモル当量数+化合物[Y]のモル当量数が、無水物のモル当量数よりも大きいことが好ましい。化合物[Y]は、好ましくはエポキシドである(これは好ましくは第1ブロックの形成に用いられたエポキシドモノマーと同一である)。
さらに他のこのような実施形態において、第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせは二酸化炭素であり、第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせはラクチドおよび/またはラクトンである。この場合、触媒系は、はじめに、選択的に、エポキシドと二酸化炭素との重合によってポリカルボナートブロック(第1ブロック)を形成する。ひとたび二酸化炭素モノマーが消費される(または、例えば真空の適用によって、除去される)と、開環重合が進行し(これによりポリエステルである第2ブロックを形成する)、化合物[Y]を使用することによって、金属錯体[M]に結合する部分が、カルボナート(−OC(O)O−R)から基−E−R(好ましくは−O−R)に変換される。好ましくは、エポキシドのモル当量数+化合物[Y]のモル当量数は、二酸化炭素のモル当量数よりも大きい。化合物[Y]は、好ましくはエポキシドである(これは好ましくは第1ブロックの形成に用いられたエポキシドモノマーと同一である)。
さらに他の実施形態において、第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせは二酸化炭素であり、第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせは無水物であり、この場合、単一の触媒系は、はじめに、選択的に、ポリエステルブロック(第2ブロック)を形成する前に、最初にポリカルボナートブロックを形成する。初期の反応混合物は、エポキシドのモル当量数が、二酸化炭素のモル当量数よりも大きいことが好ましい。
さらに他の実施形態において、第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせはラクチドおよび/またはラクトンであり、第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせは二酸化炭素または無水物である。この場合、単一の触媒系は、はじめに、選択的に、ラクチドおよび/またはラクトンの開環によって第1のポリエステルブロックを生成する。ひとたびラクチドおよび/またはラクトンが消費されると、前記単一の触媒系は、ポリカルボナートまたはポリエステル(第1ブロックは異なる)である第2ブロックをそれぞれ形成するために、エポキシドと二酸化炭素または無水物とを重合しうる。
第2の形態の他の実施形態において、反応混合物は、第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせおよび第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせと異なるグループから選択される、第3のモノマーまたはモノマーの組み合わせを含む:
モノマー(i):ラクチドおよび/またはラクトン、
モノマー(ii):無水物、または
モノマー(iii):二酸化炭素。
ここで、第1のモノマーおよび第2のモノマーの挿入速度は上記の通りであり、第3のモノマーまたはモノマーの組み合わせの金属錯体[M]と配位子−Z−Rとの間の結合への挿入速度は、第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせの金属錯体[M]と配位子−Z−Rとの間の結合への挿入速度、および第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせの金属錯体[M]と配位子−Z−Rとの間の結合への挿入速度のいずれよりも遅い。
第3のモノマーまたはモノマーの組み合わせがモノマー(i)である場合、反応混合物は化合物[Y]を含む。
一実施形態において、第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせが無水物であり、第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせが二酸化炭素であり、第3のモノマーまたはモノマーの組み合わせがラクチドおよび/またはラクトンである場合、単一の触媒系は、はじめに、無水物と二酸化炭素とを重合することによって、モノマーのプールから選択的に第1ブロック(ポリエステルである)を生成する。無水物が消費されると、前記触媒系は、残っているエポキシドと二酸化炭素とを選択的に重合し、これによりポリカルボナートである第2ブロックを形成しうる。二酸化炭素モノマーが消費される(または、例えば真空の適用によって、除去される)と、ラクチドおよび/またはラクトンの開環が進行して第3ブロックが生成し、化合物[Y]を用いることによって、金属錯体[M]に結合する部分がカルボナート(−OC(O)O−R)から基−E−R(好ましくは−O−R)に変換される。第3ブロックは第1ブロックとは異なるポリエステルであることが理解されるであろう。エポキシドのモル当量数+化合物[Y]のモル当量数は、好ましくは、無水物のモル当量数+二酸化炭素のモル当量数よりも大きい。化合物[Y]は、好ましくはエポキシドである(これは好ましくは第1ブロックおよび第2ブロックの形成に用いられたエポキシドモノマーと同一である)。
他の実施形態において、第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせは二酸化炭素であり、第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせは無水物であり、第3のモノマーまたはモノマーの組み合わせはラクチドおよび/またはラクトンであり、この場合、単一の触媒系は、はじめに、二酸化炭素とエポキシドとを重合することによって、モノマーのプールから選択的に第1ブロック(ポリカルボナートである)を生成する。二酸化炭素が消費される(または、例えば真空の適用によって、除去される)と、前記単一の触媒系は、残っているエポキシドと無水物とを選択的に重合し、これによりポリエステルである第2ブロックを形成しうる。無水物モノマーが消費された後、ラクチドおよび/またはラクトンの開環が進行して第3ブロックが生成し、化合物[Y]を用いることによって、金属錯体[M]に結合する部分がカルボナート(−OC(O)O−R)から基−E−R(好ましくは−O−R)に変換される。好ましくは、エポキシドのモル当量数+化合物[Y]のモル当量数は、好ましくは、無水物のモル当量数+二酸化炭素のモル当量数よりも大きい。化合物[Y]は、好ましくはエポキシドである(これは好ましくは第1ブロックおよび第2ブロックの形成に用いられたエポキシドモノマーと同一である)。
さらに他の実施形態において、第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせはラクチドおよび/またはラクトンであり、第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせは二酸化炭素であり、第3のモノマーまたはモノマーの組み合わせは無水物であり、この場合、前記単一の触媒系は、はじめに、ポリエステルブロック(第一ブロック)を形成するために、ラクチドおよび/またはラクトンを開環する。ラクチドおよび/またはラクトンが消費されると、前記単一の触媒系は、エポキシドと二酸化炭素とを重合し、これによりポリカルボナートブロック(第2ブロック)を形成しうる。二酸化炭素が消費された(または、例えば真空の適用によって、除去された)後、前記触媒系は、残っているエポキシドと無水物とを選択的に重合し、これにより第1ブロックと異なるポリエステルである第3ブロックを形成しうる。好ましくは、エポキシドのモル当量数は、二酸化炭素のモル当量数よりも大きい。
さらに他の実施形態において、第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせはラクチドおよび/またはラクトンであり、第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせは無水物であり、第3のモノマーまたはモノマーの組み合わせは二酸化炭素であり、この場合、ポリエステルブロック(第1ブロック)を形成するために、単一の触媒系は、はじめに、ラクチドおよび/またはラクトンを開環する。ラクチドおよび/またはラクトンが消費されると、前記単一の触媒系は、エポキシドおよび無水物を重合し、これにより、第1ブロックと異なるポリエステルである第2ブロックを形成しうる。無水物が消費されると、前記単一の触媒系は残っているエポキシドおよび二酸化炭素を選択的に重合し、これによりポリカルボナートである第3ブロックを形成しうる。
特に好ましい実施形態において:
・第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせが無水物であり、第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせが二酸化炭素である;
・第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせが無水物であり、第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせがラクチドおよび/またはラクトンである;
・第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせが二酸化炭素であり、第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせがラクチドおよび/またはラクトンである;および
・第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせが無水物であり、第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせが二酸化炭素であり、第3のモノマーまたはモノマーの組み合わせがラクチドおよび/またはラクトンである。
第2の形態の上記のそれぞれの実施形態において、無水物は、好ましくは無水フタル酸であり、エポキシドは、好ましくはシクロヘキセンオキシドであり、ラクチドおよび/またはラクトンは、好ましくはカプロラクトンであり、化合物[Y]は、好ましくはシクロヘキセンオキシドである。さらに、単一の触媒系は、好ましくは式(IA)の触媒、より好ましくは[LZn(OAc)]または[LZn(OiPr)]を含む。
本発明の第3の形態において、ラクトンおよび/またはラクチドを式(IA)の触媒を有する触媒系に接触させることを含む、ポリエステルの製造方法が提供される:
式中、
およびRは、独立して、水素、ハライド、ニトロ基、ニトリル基、イミン、アミン、エーテル基、シリルエーテル基、チオエーテル基、スルホキシド基、スルフィナート基、またはアセチリド基、または置換されていてもよいアルキル、アルケニル、アルキニル、ハロアルキル、アリール、ヘテロアリール、脂環式、もしくはヘテロ脂環式であり;
は、置換されていてもよいアルキレン、アルケニレン、アルキニレン、ヘテロアルキレン、ヘテロアルケニレン、ヘテロアルキニレン、アリーレン、ヘテロアリーレン、またはシクロアルキレンであり、ここでアルキレン、アルケニレン、アルキニレン、ヘテロアルキレン、ヘテロアルケニレン、およびヘテロアルキニレンはアリール、ヘテロアリール、脂環式、またはヘテロ脂環式によって中断されていてもよく;
は、H、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルヘテロアリール、もしくはアルキルアリールであり;
は、H、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルヘテロアリール、もしくはアルキルアリールであり;
はCであり、EはO、SもしくはNHであるか、またはEはNであり、EはOであり;
Rは、水素、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、アルキルヘテロアリール、シリルもしくはポリマーであり;
Zは−E−であり;
Eは−O−、−S−、またはNRであり、ここで、水素、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、もしくはアルキルヘテロアリールであり;
各Gは、独立して、存在しないか、または、ルイス塩基である中性もしくはアニオン性のドナー配位子であり;
Mは、Zn(II)、Cr(II)、Co(II)、Mn(II)、Mg(II)、Fe(II)、Ti(II)、Cr(III)−Z−R、Co(III)−Z−R、Mn(III)−Z−R、Fe(III)−Z−R、Ca(II)、Ge(II)、Al(III)−Z−R、Ti(III)−Z−R、V(III)−Z−R、Ge(IV)−(−Z−R)またはTi(IV)−(−Z−R)である。
本発明の第4の形態において、無水物およびエポキシドを式(IA)の触媒を有する触媒系に接触させることを含む、ポリエステルの製造方法が提供される:
式中、
およびRは、独立して、水素、ハライド、ニトロ基、ニトリル基、イミン、アミン、エーテル基、シリルエーテル基、チオエーテル基、スルホキシド基、スルフィナート基、またはアセチリド基、または置換されていてもよいアルキル、アルケニル、アルキニル、ハロアルキル、アリール、ヘテロアリール、脂環式、もしくはヘテロ脂環式であり;
は、置換されていてもよいアルキレン、アルケニレン、アルキニレン、ヘテロアルキレン、ヘテロアルケニレン、ヘテロアルキニレン、アリーレン、ヘテロアリーレン、またはシクロアルキレンであり、ここでアルキレン、アルケニレン、アルキニレン、ヘテロアルキレン、ヘテロアルケニレン、およびヘテロアルキニレンはアリール、ヘテロアリール、脂環式、またはヘテロ脂環式によって中断されていてもよく;
は、H、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルヘテロアリール、もしくはアルキルアリールであり;
は、H、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルヘテロアリール、もしくはアルキルアリールであり;
はCであり、EはO、SもしくはNHであるか、または、EはNであり、EはOであり;
Zは、存在しないか、または、−E−、−EX(E)−もしくは−EX(E)E−から選択され;
XはSまたはCであり;
Eは−O−、−S−、またはNRであり、ここで、水素、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、もしくはアルキルヘテロアリールであり;
Rは、水素、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、アルキルヘテロアリール、シリルもしくはポリマーであり;Zが存在しない場合、Rはさらにハライド、ホスフィナート、アジド、およびニトラートから選択されてもよく;
各Gは、独立して、存在しないか、または、ルイス塩基である中性もしくはアニオン性のドナー配位子であり;
Mは、Zn(II)、Cr(II)、Co(II)、Mn(II)、Mg(II)、Fe(II)、Ti(II)、Cr(III)−Z−R、Co(III)−Z−R、Mn(III)−Z−R、Fe(III)−Z−R、Ca(II)、Ge(II)、Al(III)−Z−R、Ti(III)−Z−R、V(III)−Z−R、Ge(IV)−(−Z−R)またはTi(IV)−(−Z−R)である。
第1の形態に記載された式(IA)の錯体の好ましい実施形態は、第2、第3、および第4の形態に同様に適用される。
第1の形態に記載された化合物[Y]の好ましい実施形態は、第2の形態に同様に適用される。
第1、第2、第3、および第4の形態の方法は、溶媒の存在下で行われうる。第1、第2、第3、および第4の形態において有用な溶媒の例としては、トルエン、ジエチルカルボナート、ジメチルカルボナート、ジオキサン、ジクロロベンゼン、塩化メチレン、プロピレンカルボナート、エチレンカルボナート、などが挙げられる。
第1、第2、第3、および第4の形態の方法のそれぞれにおいて、触媒系は連鎖移動剤を含んでもよい。
連鎖移動剤は、その全体が参照により本明細書中に引用されている、国際公開第2013/034750号に定義される任意の連鎖移動剤でありうる。例示的な連鎖移動剤としては、水、アミン、アルコール、チオール、ホスフィナートおよびカルボン酸が挙げられる。
連鎖移動剤は、金属錯体(式(I)の触媒)に対して、少なくとも1:1のモル比で存在しうる。例えば、連鎖移動剤は、金属錯体に対して、少なくとも2:1、少なくとも4:1、少なくとも8:1、少なくとも16:1、少なくとも32:1または少なくとも64:1のモル比で存在する。
連鎖移動剤は、第1、第2、第3、および第4の形態の方法により製造されるポリマーの分子量(M)を制御するために使用されてもよい。好ましくは、ポリマーの分子量(M)は、約1,000g/mol〜約100,000g/molである。製造されたポリマーの分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって、例えば、Polymer Labs製のGPC−60を用い、Polymer Labs製のMixed B カラムにおいて、流量1ml/minで、THFを溶離液として使用することにより測定されうる。狭い分子量のポリスチレン標準品は、機器を較正するために使用されうる。
連鎖移動剤はまた、末端がヒドロキシル基である、第1、第2、第3、および第4の形態の方法により製造されるポリマー(すなわち、ポリオールポリカルボナート/ポリエステル)を形成するために用いられうる。ヒドロキシル末端ポリマーは、ポリウレタンなどの他のポリマー製品の製造に用いられうる。
第1、第2、第3、および第4の形態の特定の実施形態において、モノマー(すなわち、エポキシド、無水物、ラクチドおよび/またはラクトン)は、第1、第2、第3、および第4の形態に係る方法で使用される前に、精製(例えば蒸留によって、例えば水素化カルシウムを通して)されてもよい。
本発明の第1、第2、第3、および第4の形態の方法は、約0℃から約200℃、例えば、約25℃から約140℃、約50℃から約140℃など、好ましくは約60℃から約100℃の温度で実施されうる。工程の持続時間は、168時間まで、好ましくは1〜24時間でありうる。
本発明の第1、第2、第3および第4の形態の方法は、低触媒充填で実施されてもよく、例えば、工程のための触媒充填は、好ましくは触媒:モノマーが1:1,000〜100,000の範囲、より好ましくは触媒:モノマーが1:1,000〜50,000の領域、さらにより好ましくは1:1,1000〜10,000の範囲、および最も好ましくは触媒:モノマーが1:10,000の領域である。
第1、第2、第3および第4の形態の方法は、気体の存在下で行われうる。例えば、本発明の方法が試薬としてCOを含む場合、COは単独で存在してもよく、窒素などの他の気体と組み合わせて存在してもよい。前記方法は、低圧、例えば1気圧の気体(例えば1気圧のCO)で行われうる。しかしながら、前記方法はまた、1気圧を超える圧力、例えば40気圧の気体(例えば40気圧のCO)でも行われうる。
本発明の第5の形態において、上記第1、第2、第3および第4の形態に係る方法によって得られうるポリマーが提供される。
式(IA)の上記の種々の特徴は、必要な変更を加えて、組み合わせて存在してもよい。
図1は、PCL−PCHC生成のATR−IR分析であり、694cm−1、1738cm−1および1750cm−1での時間/分に対する規格化ピーク強度を示す。 図2は、PCHPE−b−PCLおよびPCHPEブロック共重合体のGPCトレースである。カーブa〜dは、それぞれ、表2のエントリー1〜4に対応する。 図3は、PCHPE−PCL共重合体のH−NMRスペクトル(CDCl、298K)を表す。プロットはPCPEブロックおよびPCLブロックの両方の生成を表す。 図4は、80℃で、[LZn(OAc)]/CHO系によって触媒されたPCLホモポリマーの、ε−CL転化率のモル%に対する、MおよびM/Mを示す。 図5は、LMgOAc/CHO系(触媒/CHO/LA =1/10/100、100℃)によって開始される、ラクチド濃度に1次依存する重合速度を示す、時間に対するln{[LA]/[LA]}のプロットを示す。 図6は、PCL−PCHC共重合体のH−NMRスペクトル(CDCl、298K)を表す。プロットはPCHCブロックおよびPCLブロックの両方の生成を表す。 図7は、無水フタル酸(PA)、シクロへキセンオキシド(CHO)、および二酸化炭素の「ワンポット」反応のATR−IR分析である。 図8は、LZn(OAc)を用いた三元共重合反応のH−NMRスペクトルである。スペクトルはPCHCが生成する前にPAが完全に消費されていることを示す。 図9は、ε−CLの存在下で、PCHCが生成し、PCL(4.00ppm)およびエーテル結合(3.45ppm)は生成しないことを示す、H−NMRスペクトル(CDCl、298K)である。 図10は、無水フタル酸(PA)、シクロヘキセンオキシド(CHO)およびカプロラクトン(ε−CL)の「ワンポット」反応のATR−IR分析である。 図11は、CHOの存在下で、CHOが重合することなく(3.45ppmの(ポリ)エーテル結合が存在しない)、PCLが生成することを示す、H−NMRスペクトル(CDCl、298K)である。 図12は、PCHC−PCL生成の解析を示すSECプロットの重ね書きである。「PCHC」トレースは、4時間後に除去したアリコートの解析を示し、10%のCHO転化率およびMが530g/molのPCHCの生成を示す。この時点で、COが除去され、ε−CLのROPに続く。2時間後、第2アリコートが除去され、これは>99%のε−CLの転化率およびMが2350g/molのPCHC−PCLの生成を示す。 図13は、PCHC−PCが:1)CHO/COのROCOP、2)COの除去、および3)CLのROPによって形成されるときのIR共鳴の強度変化のプロットを示す。 図14は、表14、エントリー1に記載されるPCHCおよび精製したPCL−PCHC−PCLの分子量分布を示すSECトレースである。 図15は、粗PCL−PCHC−PCLおよび精製したPCL−PCHC−PCLのカルボナート含有量を示すH−NMRスペクトルである。 図16は、表14、エントリー2に記載されるPCHCおよび粗PCL−PCHC−PCLの分子量分布を示すSECトレースである。 図17は、エチレングリコールの不在下でニートのCHO中で得られたPCLのMALDI−TOFマススペクトルである。 図18は、エチレングリコールの存在下でトルエン中で得られたPCLのMALDI−TOFマススペクトルである。
実施例
実施例1:ラクトンの開環重合および無水物とエポキシドとの共重合
以前の研究で、錯体1が、ポリ(シクロヘキシレンカルボナート)(PCHC)をカルボナート繰り返し単位の高い忠実度(>95%)で与える、二酸化炭素とシクロヘキセンオキシド(CHO)との共重合のための優れた触媒であることが示された。錯体2は、これからフェニル置換基とプロトン性試薬との反応によって様々な異なる触媒が調製されうる、プレ触媒として選択された。例えば、錯体2とiPrOHとの反応は、ベンゼンを放出してin situでジ−亜鉛ジ−i−プロポキシド錯体を生成する。
錯体2はCHO/COを共重合することができ、1と同等のTONおよびTOF(それぞれ、〜400、20)でPCHCを与え、共重合体におけるカルボナート結合は>99%である。共重合はまた高効率であり、98%のポリマーを与え、副生成物であるシクロヘキセンカルボナートはわずか2%である。
4当量のiPrOHと組み合わせた触媒2は、錯体2がiPrOHとin situで反応して[LZn(OPr)]を生成するため、カプロラクトン(ε−CL)開環重合(ROP)の優れた触媒系であり、ポリ(カプロラクトン)(PCL)を高いTON(460)/TOF(2300h−1)で製造する。
PCLのMnは30,000g/molである。
対照的に、ε−CLを単独で、または、イソプロピルアルコールと組み合わせて用いると、触媒1を用いたカプロラクトンのROPは全く進行しない。さらに、開始システム2/iPrOHおよびε−CLを1barの圧力のCOに曝すと、触媒が完全に不活性化され、いずれのROPの発生も妨げられる。
したがって、ε−CLのROPでは、アルコキシド基は重合を開始させうるが、カルボナート基およびカルボキシラート基は開始させることができないことがわかる。
錯体1および2はまた、CHOと無水フタル酸(PA)との共重合の効率的な触媒であり、ポリエステルであるポリ(フタル酸シクロヘキシレン)エステル(poly(cyclohexylene phthalic)ester)(PCHPE)を高いTON(1000)/TOF(50h−1)および高いエステル鎖結合の割合(proportion of ester chain linkages)(>99%)で与える。
PCHPEは4000g/molのMn、および狭いPDI(1.33)を有する。
実施例2:逐次モノマー添加によるポリ(カプロラクトン−コ−シクロヘキシレンカルボナート)ブロック共重合体の調製
錯体2(実施例1に示す)を4当量のiPrOHと反応させ、亜鉛アルコキシド成長種を有する触媒を得た。CHOに溶解させたε−CLをこの触媒系にさらし、PCLを生成させた。120分後、1barの圧力のCOを重合系に添加する。
図1は、重合のATR−IR分析を表す。はじめに、ε−CLが重合される;これは、ε−CLによる694cm−1および1750cm−1の吸収強度の急激な減少によって観察されうる(図1の挿入)。ε−CLの完全な消費は、20分間だけで生じた。120分後(>5半減期)、1barの圧力のCOを重合系に添加した。ATR−IR分析は、1750cm−1および1738cm−1の信号強度の増加から観察されるように、ポリカルボナートの即時の生成を示す。
重合を24時間後に停止し、GPCによる唯一の生成物はポリ(カプロラクトン−コ−シクロヘキシレンカルボナート)PCL−PCHCであった。カルボナートブロック生成のTONおよびTOFは、それぞれ、460および23h−1であり、カルボナートブロックは、カルボナート繰り返し単位の非常に高い忠実度(>99%)を示す。
ブロック共重合体のMnは5170g/molであり、PDI=1.27である。H−NMRスペクトルにおけるPCHC対PCLブロックの積分値の解析は、PCHC:PCLが3:1の近似組成を示し、これは化学量論に基づいて予測される組成(3.5:1)とよく一致する。
実施例3:逐次モノマー添加によるポリ(カプロラクトン−コ−シクロヘキシレンカルボナート)ブロック共重合体の調製
シクロへキセンオキシド(2.2mL、21.5mmol)、ε−カプロラクトン(277μL、2.5mmol)および錯体1(20mg、25.0μmol)をシュレンク管に添加した。容器をN下で353Kで1時間加熱し、次いで脱ガスし、1barのCOを添加した。容器を20時間加熱した。粗生成物の試料をH−NMR分光法によって分析し、転化率および選択率を決定した。未反応のモノマーはいずれも減圧下で除去し、生成物を白色粉末として得た。M=4,810、PDI=1.28。
実施例4:ジブロック共重合体およびトリブロック共重合体の製造
実施例2から、触媒2はCHO存在下で選択的にε−CLを重合し、PCLをMを良好に制御して与えることがわかる。120分後の重合からのアリコートの除去から、ε−CLモノマーが完全に消費され、Mが6950g/mol(PDI:1.51)のPCLが生成することが示された。
亜鉛アルコキシドポリマー鎖末端をさらに50当量の無水フタル酸(800当量のCHOに対して)と反応させて、ブロックコポリエステル(PCL−CHPE)を製造した。400分後の反応混合物からのアリコートの除去から、PAが完全に消費され、Mが7360g/mol(PDI:1.62)のジブロックコポリエステルが得られたことが示された。過剰のCHOの使用は、成長ポリマー鎖末端が亜鉛アルコキシド種であることを確実にする(過剰のPAが適用されると亜鉛カルボキシラートが生成するのに対して)。この亜鉛アルコキシド種をさらに200当量のε−CLと反応させて、ABA型トリブロックコポリエステル(PCL−PCHPE−PCL)を製造した。トリブロック共重合体は、Mnが12680g/molである(PDI:1.70)。
ABC型ブロックコポリエステルカルボナートは、ε−CLを触媒2/iPrOH 触媒系とCHO中で反応させて、CHOに溶解した亜鉛アルコキシド鎖末端PCLを製造することによって製造した。次いで、このPCLを50当量のPAと反応させ、亜鉛アルコキシド種によってCHOとPAとの共重合を開始させた。CHOが過剰に存在し、PAが完全に消費されるまで反応が進行するため、成長ポリマー鎖は亜鉛アルコキシド種によって停止される。次いで、ジブロック共重合体を1barの圧力の二酸化炭素にさらし、二酸化炭素とCHOとの共重合が進行して、ABC型共重合体であるPCL−PCHPE−PCHCが生成した。
実施例5:錯体1を用いたジブロックの製造
撹拌子を入れたスクリューバイアル中でN保護下で錯体1(10.0mg、1.25×10−2mmol)、無水フタル酸(37.0mg、0.25mmol)およびε−CL(210.0μL、1.88mmol)をCHO(505.0μL、5.00mmol)に溶解させた。次いで、混合物を100℃に加熱し、不活性雰囲気下で2時間反応させた。[亜鉛触媒]/[CHO]/[PA]/[ε−CL]の相対モル比は表2に記載した通りである。得られたブロック共重合体を冷MeOHを用いて沈殿させた。
図2は、PCHPE−b−PCLおよびPCHPEブロックのGPCトレースを表す。カーブa〜dは、それぞれ、表2のエントリー1〜4に対応する。
図3はPCHPE−PCL共重合体のH−NMRスペクトル(CDCl、298K)を表す。プロットはPCPEブロックおよびPCLブロックの両方の生成を表す。
実施例6:環状エステルの開環
以下の反応は、本発明の触媒を用いたラクチドおよびラクトンの開環を示す。
実施例7:錯体1/エポキシド系によって開始される環状エステルの開環
以下の反応は、エポキシドの存在下で本発明の触媒を用いたラクチドおよびラクトンの開環を示す。
i.錯体1/エポキシド系によって開始されるε−CLの制御された重合
シクロへキセンオキシド(2.55mL、25mmol)、ε−カプロラクトン(0.831mL、7.5mmol)およびLZnOAc(10mg、0.0125mmol)をシュレンク管に添加した。表4に記載されるように、容器を80℃に加熱した。未反応のモノマーを減圧下で除去した。
図4は、80℃で、[LZn(OAc)]/CHO系によって触媒されたPCLホモポリマーの、ε−CL転化率のモル%に対する、MおよびM/Mを示す。
ii.e−CL ROPの触媒/エポキシドの比の変化
ZnOAc(15mg、0.0188mmol)、シクロへキセンオキシド、ε−カプロラクトンおよびトルエンをシュレンク管に添加した(触媒/CHO/ε−CLのモル比は表5に記載の通りである)。表5に記載されるように、容器を80℃に加熱した。未反応のモノマーを減圧下で除去した。
iii.触媒/エポキシド系によって開始されるrac−ラクチドの重合
ZnOAc(15mg、0.0188mmol)、シクロヘキセンオキシド、rac−ラクチドおよびトルエンをシュレンク管に添加した(触媒/CHO/LAのモル比は表6に記載の通りである)。表6に記載されるように、容器を80℃に加熱した。未反応のモノマーを減圧下で除去した。
図5は、LMgOAc/CHO系(触媒/CHO/LA=1/10/100、100℃)によって開始される、ラクチド濃度に1次依存する重合速度を示す、時間に対するln{[LA]/[LA]}のプロットを示す。
実施例8:エポキシドと無水物との共重合
以下の反応は、本発明の触媒を用いたエポキシドと無水物との共重合を示す。
実施例9:ポリエステル−ポリカルボナートブロック共重合体の合成
図6:PCL−PCHC共重合体のH−NMRスペクトル(CDCl、298K)。プロットは触媒1によって開始されたときのPCHCブロックおよびPCLブロックの両方の生成を表す(表9、エントリー5)。
表11の第2の反応はATR−IR分光法によってモニターした(図7を参照)。図7は、ポリエステル第1ブロックが生成するにつれて無水物が消費されることを示す。すべての無水物モノマーが消費されると、ポリエステルの生成が停止し、ポリカルボナート第2ブロックの生成が始まる。
図8は、錯体LZn(OAc)を用いた三元共重合反応のH−NMRスペクトルを示す。反応条件:1:100:800 触媒:PA:CHO、100℃、1barのCO下。スペクトルはPCHCが生成する前にPAが完全に消費されていることを示す。したがって、4時間後のアリコートは、PAのほぼ完全な消費(H−NMR分光法により)およびPCHCが生成していないことを示す。反応の終わり(24時間)で、アリコートはPCHCの生成を示す。
実施例9:エポキシド、二酸化炭素、無水物、およびラクトンモノマーからのポリマーの調製
ε−CL存在下でのPCHCの生成:シクロヘキセンオキシド(1.1mL、10.75mmol)、ε−カプロラクトン(138.6μL、1.2mmol)およびLZnOAc(10mg、0.012mmol)をシュレンク管に添加した。容器を脱気し、その後、COを添加し、室温で30分間撹拌した。次いで、容器をCO雰囲気(1気圧)下で、80℃に15時間加熱した。未反応のモノマーを減圧下で除去した(Mn=1040g/mol、PDI=1.08)。
図9:ε−CLの存在下で、PCHCが生成し、PCL(4.00ppm)およびエーテル結合(3.45ppm)は生成しないことを示す、H−NMRスペクトル(CDCl、298K)である(表12、エントリー1)。
PCHPE−PCLの生成:シクロヘキセンオキシド(1mL、10.0mmol)、ε−カプロラクトン(554μL、5.0mmol)、無水フタル酸(185.2mg、0.625mmol)およびLZnOAc(20mg、0.025mmol)をシュレンク管に添加した。容器を撹拌しながら100℃に10時間加熱した。(ATR−IRでモニターした)。未反応のモノマーを減圧下で除去した(Mn=8140g/mol、PDI=2.00)。
図10は、PCHPE−PCL生成のATR−IRトレースを示す。この図は、無水物がポリエステルブロックの形態で消費されることを示す。すべての無水物が消費されると、ラクトンの開環が生じる。
PCLの生成(10mol%のCHOの存在下):シクロへキセンオキシド(25μL、0.25mmol)、ε−カプロラクトン(277μL、2.5mmol)およびLZnOAc(10mg、0.0125mmol)をシュレンク管に添加した。容器を撹拌しながら80℃に2時間加熱した。未反応のモノマーを減圧下で除去した。(Mn=21040g/mol、PDI=1.41)。
図11:CHOの存在下で、CHOが重合することなく(3.45ppmの(ポリ)エーテル結合が存在しない)、PCLが生成することを示す、H−NMRスペクトル(CDCl、298K)である。
実施例10:逐次モノマー添加によるポリ(シクロヘキシレンカルボナート−コ−カプロラクトン)ブロック共重合体の調製
A)シクロへキセンオキシド(2.3mL、22.5mmol)、ε−カプロラクトン(277μL、2.5mmol)、および1(40mg、50.0μmol)をシュレンク管に添加した。容器を298Kで脱気し、次いでCO を添加した。容器をCO雰囲気下で298Kで数分間放置し、その後、連続的に反応を撹拌しながら、353Kに3.5時間加熱した。次いで、15分間にわたる6回の真空−窒素サイクルによって、COを反応から除去した。容器を353Kに3時間保った。粗生成物の試料をH−NMR分光法によって分析し、転化率および選択率を決定した。未反応のモノマーはいずれも減圧下で除去し、生成物を油状の白色のワックスとして得た。M=3,490g/mol、PDI=1.48。
B)シクロへキセンオキシド(2.3mL、22.5mmol)、ε−カプロラクトン(277μL、2.5mmol)、および1(40mg、50.0μmol)をシュレンク管に添加した。容器を298Kで脱気し、次いでCOを添加した。容器をCO雰囲気下で298Kで数分間放置し、その後、連続的に反応を撹拌しながら、353Kに4時間加熱した。次いで、15分間にわたる6回の真空−窒素サイクルによって、COを反応から除去した。容器を353Kに2時間保った。粗生成物の試料をH−NMR分光法によって分析し、転化率および選択率を決定した。未反応のモノマーはいずれも減圧下で除去し、生成物を油状の白色のワックスとして得た。M=2,349g/mol、PDI=1.49。
図12は、実施例10−Bに記載される条件によるPCHC−PCL生成の解析を示すSECプロットの重ね書きを示す。「PCHC」トレースは、4時間後に除去したアリコートの解析を示し、10%のCHO転化率およびMが530g/molのPCHCの生成を示す。この時点で、COが除去され、CLのROPに続く。2時間後、第2アリコートが除去され、CLの転化率が>99%であり、Mが2350g/molのPCHC−PCLが生成した。
図13は、PCHC−PCが:1)CHO/COのROCOP(開環共重合)、2)COの除去、および3)CLのROPによって形成されるときのIR共鳴の強度の変化を示す。
実施例9:各種エポキシドのPCL製造の切り替え試薬としての使用
LZn(OAc)(1当量)、ε−カプロラクトン(200当量)、およびエポキシド(800当量)をシュレンク管に添加した。混合物を80℃に3時間加熱した。3時間後、NMRアリコートを採取して転化率を決定し、過剰のエポキシドを真空で除去した。ポリマーをTHFからメタノールを用いて沈殿させた。
実施例10:トリブロックPCL−PCHC−PCLの生成
Zn(TFA)およびCHOをシュレンク管に添加した。シクロへキセンオキシドを脱気し、その後、1atmのCO下で、80℃で16時間撹拌した。二酸化炭素を除去し、窒素で置換した。トルエンを添加してPCHCを溶解し、次いで、所望の量のε−カプロラクトンを添加した。完了すると、溶媒を真空で除去し、過剰のメタノールを添加することによってTHFからポリマーを沈殿させた。
図14は、表14、エントリー1に記載されるPCHCおよび精製したPCL−PCHC−PCLの分子量分布を示すSECトレースを示す。
図15は、粗PCL−PCHC−PCLおよび精製したPCL−PCHC−PCLのカルボナート含有量を示すH−NMRスペクトルを示す。ブロック共重合体の生成と一致する相対強度(カルボナート含有量)に有意な差はなかった。
図16は、表14、エントリー2に記載されるPCHCおよび粗PCL−PCHC−PCLの分子量分布を示すSECトレースを示す。
実施例11:連鎖移動剤(CTA)存在下でのε−CLの重合
エチレングリコール(EG)存在下で溶媒としてCHOを用いたe−CLの重合:触媒、シクロへキセンオキシド(1000当量)、ε−カプロラクトン(200当量)およびエチレングリコール(10当量)をシュレンク管に添加した。混合物を80℃で2時間加熱し、その後、過剰のシクロヘキセンオキシドを真空で除去した。ポリマーをTHFからメタノールを用いて沈殿させた。
エチレングリコール(EG)存在下で溶媒としてトルエンを用いたe−CLの重合:触媒、シクロへキセンオキシド(40当量)、ε−カプロラクトン(400当量)、エチレングリコール(30当量)およびトルエンをシュレンク管に添加した。混合物を80℃で2時間加熱した。2時間後、過剰のシクロヘキセンオキシドを真空で除去した。ポリマーをTHFからメタノールを用いて沈殿させた。
図17は、EGの不在下でニートのCHO中で得られたPCLのMALDI−TOFマススペクトルを示す(表15、P10)。ポリオール系(Polyol series)は、[(C10+C12+K]=[(114.07)+116.16+39.1]で計算した。
図18は、EGの存在下でトルエン中で得られたPCLのMALDI−TOFマススペクトルを示す(表15、P29)。四角形の系列は、[(C10+C+K]=[(114.07)+63.04+39.1]で計算した;丸の系列は、[(C10+C12+K]=[(114.07)+116.16+39.1]で計算した。

Claims (16)

  1. 単一の触媒系を用いるブロック共重合体の製造方法であって、前記単一の触媒系は式(I)の触媒を含み:
    式中:
    [M]は、配位子系によって配位された少なくとも1つの金属原子Mを有する金属錯体であり;
    Mは、Zn、Cr、Co、Mn、Mg、Fe、Ti、Ca、Ge、Al、Mo、W、Ru、NiまたはVであり;
    Zは、存在しないか、または、独立して−E−、−EX(E)−もしくは−EX(E)E−から選択され;
    XはCまたはSであり;
    各Eは独立してO、S、またはNRから選択され、ここで、Rは水素、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、もしくはアルキルヘテロアリールであり;
    Rは、水素、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、アルキルヘテロアリール、シリルもしくはポリマーであり;
    Zが存在しない場合、Rはさらにハライド、ニトロ、アジド、およびホスフィナートから選択されてもよく;
    a)グループ(i)〜(iii)から選択される第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせを重合して第1ブロックを形成する段階:
    グループ(i):ラクチドおよび/またはラクトン、
    グループ(ii):エポキシドおよび無水物、または
    グループ(iii):エポキシドおよび二酸化炭素;
    b)任意で前記式(I)の触媒を、基−Z−R(ここでZは存在しないか、または−E−X(E)−もしくは−E−X(E)E−から選択される基である)を基−Z−R(ここでZは−E−である)に変換することができる化合物[Y]に接触させる段階;および
    c)前記第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせのために選択されたものと異なる、グループ(i)〜(iii)から選択される第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせを重合して第2ブロックを形成する段階:
    グループ(i):ラクチドおよび/またはラクトン、
    グループ(ii):エポキシドおよび無水物、または
    グループ(iii):エポキシドおよび二酸化炭素、
    を含み、
    前記第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせがグループ(i)である場合、Zは−E−であり;
    前記第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせがグループ(ii)またはグループ(iii)であり、前記第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせがグループ(i)である場合、段階b)は段階a)の後に行われる、方法。
  2. 前記第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせがグループ(i)であり、Z−Rが−E−Rであり、前記第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせがグループ(ii)またはグループ(iii)であり、前記第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせが段階a)が行われた後に反応に添加される、請求項1に記載の方法。
  3. 前記第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせがグループ(ii)またはグループ(iii)であり、前記第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせがグループ(i)であり、段階b)は段階a)の後であって段階c)の前に行われる、請求項1に記載の方法。
  4. 前記第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせが、前記第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせとともに、または段階a)が行われた後に、反応に添加される、請求項3に記載の方法。
  5. 単一の触媒系を用いる、第1ブロックおよび第2ブロックを有するブロック共重合体の製造方法であって、前記単一の触媒系は式(I)の触媒を含み:
    式中:
    [M]は、配位子系によって配位された少なくとも1つの金属原子Mを有する金属錯体であり;
    Mは、Zn、Cr、Co、Mn、Mg、Fe、Ti、Ca、Ge、Al、Mo、W、Ru、NiまたはVであり;
    Zは、存在しないか、または、独立して−E−、−EX(E)−もしくは−EX(E)E−から選択され;
    XはCまたはSであり;
    各Eは独立してO、S、またはNRから選択され、ここで、Rは、水素、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、もしくはアルキルヘテロアリールであり;
    Rは、水素、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、アルキルヘテロアリール、シリルもしくはポリマーであり;
    Zが存在しない場合、Rはさらにハライド、ホスフィナート、アジド、およびニトロから選択されてもよく;
    a)以下を含む混合物を提供する段階と;
    i.エポキシド;
    ii.グループ(i)〜(iii)から選択される第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせ:
    モノマー(i):ラクチドおよび/またはラクトン、
    モノマー(ii):無水物、または
    モノマー(iii):二酸化炭素;および
    iii.前記第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせのために選択されたものと異なる、グループ(i)〜(iii)から選択される第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせ:
    モノマー(i):ラクチドおよび/またはラクトン、
    モノマー(ii):無水物、または
    モノマー(iii):二酸化炭素;
    b)前記混合物を前記単一の触媒系に接触させる段階と;を含み、
    前記第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせの前記金属錯体[M]と前記配位子−Z−Rとの間の結合への挿入速度は、前記第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせの前記金属錯体[M]と前記配位子−Z−Rとの間の結合への挿入速度よりも速く;
    前記第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせがグループ(i)である場合、−Z−Rは−E−Rであるか、または、前記混合物は化合物[Y]を含み;
    前記第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせがグループ(i)である場合、前記混合物は化合物[Y]を含む、方法。
  6. 前記混合物は、前記第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせおよび前記第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせと異なるグループから選択される、第3のモノマーまたはモノマーの組み合わせを含む、請求項5に記載の方法:
    モノマー(i):ラクチドおよび/またはラクトン、
    モノマー(ii):無水物、または
    モノマー(iii):二酸化炭素;
    ここで、前記第1のモノマーおよび前記第2のモノマーの挿入速度は請求項5に記載の通りであり、前記第3のモノマーおよびモノマーの組み合わせの前記金属錯体[M]と前記配位子−Z−Rとの間の結合への挿入速度は、前記第1のモノマーまたはモノマーの組み合わせおよび前記第2のモノマーまたはモノマーの組み合わせの前記金属錯体[M]と前記配位子−Z−Rとの間の結合への挿入速度よりも遅く、
    前記第3のモノマーまたはモノマーの組み合わせがモノマー(i)である場合、前記反応混合物は化合物[Y]を含む。
  7. 前記化合物[Y]は、3員、4員、または5員の飽和環およびO、SまたはNから選択される少なくとも1つのヘテロ原子を有する化合物であり、好ましくは、前記化合物[Y]は、エポキシド、アジリジン、エピスルフィド、オキセタン、チエタン、アゼチジン、飽和フラン、飽和チオフェン、ピロリジン、または隣接する2つの炭素原子が−Y−C(Y)−で置換された飽和4員炭素環であり、ここで各Yは独立してO、SまたはNRから選択され、RはHまたは置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリールもしくはアルキルヘテロアリールであり;より好ましくは、前記化合物[Y]はエポキシドである、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
  8. 前記触媒が下記式を有する、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法:
    式中、
    およびRは、独立して、水素、ハライド、ニトロ基、ニトリル基、イミン、アミン、エーテル基、シリルエーテル基、チオエーテル基、スルホキシド基、スルフィナート基、またはアセチリド基、または置換されていてもよいアルキル、アルケニル、アルキニル、ハロアルキル、アリール、ヘテロアリール、脂環式、もしくはヘテロ脂環式であり;
    は、置換されていてもよいアルキレン、アルケニレン、アルキニレン、ヘテロアルキレン、ヘテロアルケニレン、ヘテロアルキニレン、アリーレン、ヘテロアリーレン、またはシクロアルキレンであり、ここでアルキレン、アルケニレン、アルキニレン、ヘテロアルキレン、ヘテロアルケニレン、およびヘテロアルキニレンはアリール、ヘテロアリール、脂環式、またはヘテロ脂環式によって中断されていてもよく;
    は、H、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルヘテロアリール、もしくはアルキルアリールであり;
    は、H、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルヘテロアリール、もしくはアルキルアリールであり;
    はCであり、EはO、SもしくはNHであるか、または、EはNであり、EはOであり;
    Zは、存在しないか、または、−E−、−EX(E)−もしくは−EX(E)E−から選択され;
    XはCまたはSであり;
    各Eは独立してO、S、またはNRから選択され、ここで、Rは水素、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、もしくはアルキルヘテロアリールであり;
    Rは、水素、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、アルキルヘテロアリール、シリルもしくはポリマーであり;
    Zが存在しない場合、Rはさらにハライド、ホスフィナート、アジド、またはニトロから選択されてもよく;
    各Gは、独立して、存在しないか、または、ルイス塩基である中性もしくはアニオン性のドナー配位子であり;
    Mは、Zn(II)、Cr(II)、Co(II)、Mn(II)、Mg(II)、Fe(II)、Ti(II)、Cr(III)−Z−R、Co(III)−Z−R、Mn(III)−Z−R、Fe(III)−Z−R、Ca(II)、Ge(II)、Al(III)−Z−R、Ti(III)−Z−R、V(III)−Z−R、Ge(IV)−(−Z−R)またはTi(IV)−(−Z−R)である。
  9. ラクトンおよび/またはラクチドを式(IA)の触媒を有する触媒系に接触させることを含む、ポリエステルの製造方法:
    式中、
    およびRは、独立して、水素、ハライド、ニトロ基、ニトリル基、イミン、アミン、エーテル基、シリルエーテル基、チオエーテル基、スルホキシド基、スルフィナート基、またはアセチリド基、または置換されていてもよいアルキル、アルケニル、アルキニル、ハロアルキル、アリール、ヘテロアリール、脂環式、もしくはヘテロ脂環式であり;
    は、置換されていてもよいアルキレン、アルケニレン、アルキニレン、ヘテロアルキレン、ヘテロアルケニレン、ヘテロアルキニレン、アリーレン、ヘテロアリーレン、またはシクロアルキレンであり、ここでアルキレン、アルケニレン、アルキニレン、ヘテロアルキレン、ヘテロアルケニレン、およびヘテロアルキニレンはアリール、ヘテロアリール、脂環式、またはヘテロ脂環式によって中断されていてもよく;
    は、H、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルヘテロアリール、もしくはアルキルアリールであり;
    は、H、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルヘテロアリール、もしくはアルキルアリールであり;
    はCであり、EはO、SもしくはNHであるか、または、EはNであり、EはOであり;
    Rは、水素、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、アルキルヘテロアリール、シリルもしくはポリマーであり;
    Zは−E−であり;
    Eは−O−、−S−、またはNRであり、ここで、水素、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、もしくはアルキルヘテロアリールであり;
    各Gは、独立して、存在しないか、または、ルイス塩基である中性もしくはアニオン性のドナー配位子であり;
    Mは、Zn(II)、Cr(II)、Co(II)、Mn(II)、Mg(II)、Fe(II)、Ti(II)、Cr(III)−Z−R、Co(III)−Z−R、Mn(III)−Z−R、Fe(III)−Z−R、Ca(II)、Ge(II)、Al(III)−Z−R、Ti(III)−Z−R、V(III)−Z−R、Ge(IV)−(−Z−R)またはTi(IV)−(−Z−R)である。
  10. 無水物およびエポキシドを式(IA)の触媒を有する触媒系に接触させることを含む、ポリエステルの製造方法:
    式中、
    およびRは、独立して、水素、ハライド、ニトロ基、ニトリル基、イミン、アミン、エーテル基、シリルエーテル基、チオエーテル基、スルホキシド基、スルフィナート基、またはアセチリド基、または置換されていてもよいアルキル、アルケニル、アルキニル、ハロアルキル、アリール、ヘテロアリール、脂環式、もしくはヘテロ脂環式であり;
    は、置換されていてもよいアルキレン、アルケニレン、アルキニレン、ヘテロアルキレン、ヘテロアルケニレン、ヘテロアルキニレン、アリーレン、ヘテロアリーレン、またはシクロアルキレンであり、ここでアルキレン、アルケニレン、アルキニレン、ヘテロアルキレン、ヘテロアルケニレン、およびヘテロアルキニレンはアリール、ヘテロアリール、脂環式、またはヘテロ脂環式によって中断されていてもよく;
    は、H、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルヘテロアリール、もしくはアルキルアリールであり;
    は、H、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルヘテロアリール、もしくはアルキルアリールであり;
    はCであり、EはO、SもしくはNHであるか、またはEはNであり、EはOであり;
    Zは、存在しないか、または、−E−、−EX(E)−もしくは−EX(E)E−から選択され;
    XはCまたはSであり;
    Eは、−O−、−S−、またはNRであり、ここで、水素、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、もしくはアルキルヘテロアリールであり;
    Rは、水素、または置換されていてもよい脂肪族、ヘテロ脂肪族、脂環式、ヘテロ脂環式、アリール、ヘテロアリール、アルキルアリール、アルキルヘテロアリールもしくはポリマーであり;
    Zが存在しない場合、Rはさらにハライド、ホスフィナート、アジド、およびニトロから選択され;
    各Gは、独立して、存在しないか、または、ルイス塩基である中性もしくはアニオン性のドナー配位子であり;
    Mは、Zn(II)、Cr(II)、Co(II)、Mn(II)、Mg(II)、Fe(II)、Ti(II)、Cr(III)−Z−R、Co(III)−Z−R、Mn(III)−Z−R、Fe(III)−Z−R、Ca(II)、Ge(II)、Al(III)−Z−R、Ti(III)−Z−R、V(III)−Z−R、Ge(IV)−(−Z−R)またはTi(IV)−(−Z−R)である。
  11. 各EがOである、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
  12. MがZnまたはMgである、請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。
  13. 前記触媒が下記から選択される、請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法:
    [LMgCl(メチルイミダゾール)]、
    [LMgCl(ジメチルアミノピリジン)]、
    [LMgBr(ジメチルアミノピリジン)]、
    [LZn(FCCOO)]、
    [LZn(OOCC(CH]、
    [LZn(OC]、
    [LFeCl]、
    [LCo(OAc)]、
    [LZn(アダマンチルカルボナート)]、
    [LZn(ペンタフルオロベンゾアート)]、
    [LZn(ジフェニルホスフィナート)]、
    [LZn(ビス(4−メトキシ)フェニルホスフィナート)]、
    [LZn(ヘキサノアート)]、
    [LZn(オクタノアート)]、
    [LZn(ドデカノアート)]、
    [LMg(FCCOO)]、
    [LMgBr]、
    [LZn(C]、
    [LZn(C]および
    [LZn(OiPr)]。
  14. 前記触媒系が連鎖移動剤を含む、請求項1〜13のいずれか1項に記載の方法。
  15. 請求項1〜14のいずれか1項に記載の方法によって製造されたポリマー。
  16. 1以上の実施例を参照して本明細書中に実質的に記載される、方法またはポリマー。
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