JP2016528309A - シクロホスファゼン誘導体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2013年6月6日欧州特許出願第13170913.1号に対する優先権を主張し、この出願の全内容は、すべての目的のために参照により本明細書に組み込まれる。
−O−CH2CF2CF2O−Rf−OCF2CF2CH2OH
[式中、Rfは、(CF2CF2CF2O)n(nは3以上である)である]
のPFPE置換基を持つヘキサシクロホスファゼンが例示されている。
を有する、A20Hと称される化合物と、エピクロロヒドリンを反応させて、中間体を得、これは、そして次ぎに、6.7ミリモルのFomblin(登録商標)Z−DOL PFPEを約0.2mlの水中6.7ミリモルの水酸化カリウムと一緒に加熱後に得られる溶液と反応させることを開示する合成実施例の1つが報告されている。したがって、このような溶液中、Fomblin(登録商標)Z−DOL PFPEのヒドロキシル基当量の50%は、塩化形態である。この文書は、各鎖が少なくとも1個のヒドロキシル基を持つ2つ以上のPFPE鎖で置換されたホスファゼンの合成を教示する実施例を含まない。
VELDBOER,K.,et al.Liquid chromatography/elctrospray time−of−flight mass spectrometry for the characterisation of cyclic phosphazenes.Rapid Commun.Mass Spectrom..2011,vol.25,p.147−154、ANIL,Elias J.,et al.Chemistry of diphenyltetrafluorophosphazene:Reactions with dilithiated diols.Journal of Fluorine Chemistry.2006,vol.127,no.8,p.1046−1053に報告されている。
のgem−ジフェニルテトラフルオロホスファゼン[1,1−(C6H5)2]P3N3F4と
ジリチウム化プロパンジオールLiO(CH2)3OLiとの反応について調査している。
この反応は、典型的には4つの生成物:
a)式:
を有する、スピロ−{3,3−[O(CH2)3O]}[1,1−(C6H5)2]P3N3F2、
b)式:
を有する、アンサ−{3,5−[O(CH2)3O]}[1,1−(C6H5)2]P3N3F2、
c)式:
を有する、架橋−[N3P3F3(C6H5)2][O(CH2)3O]N3P3F3(C6H5)2]、および
そして
d)式:
を有する、懸垂−[HO(CH2)3O](C6H5)2P3N3F3を含有する、複雑な生成物混合物を生じる。
(式中、PFPEは、(パー)フルオロポリエーテル鎖を表し、zは、3以上の整数を表す)により概略的に表すことができる所望の「懸垂」ホスファゼン誘導体は、以下の式(2)〜式(4):
(式中、PFPEおよびzは、上で定義されたとおりであり、wは、0、1または2から選択される)により概略的にそれぞれ表すことができる、アンサ−、スピロ−および架橋−PFPEホスファゼンとの混合で得られただけでなく、
架橋−PFPEホスファゼンの量は、相対的であって、通常50重量%を超えていて、これは、多峰性分子量分布をもたらし、したがって、最終生成物の多分散性を増大させた。狭い分子量分布がMRM潤滑のための重要な要件であるので、環状ホスファゼンの各リン原子が2個のPFPE置換基を持ち、それぞれが少なくとも1個のヒドロキシ基を含む鎖末端を有するPFPE鎖を有する環状ホスファゼンを含む、狭い分子量分布を有する前記PFPEホスファゼン誘導体の製造のための便利な方法を提供する必要性が感じられた。
1)混合物(M)であって、
a)各鎖末端が少なくとも1個のヒドロキシ基を含む2つの鎖末端を有するフルオロポリオキシアルキレン鎖(Rf)を含む(パー)フルオロポリエーテル(PFPE)ポリオール[PFPE(Ppol)]、およびb)PFPE(Ppol)中のPFPE(Palk)の当量濃度が30%より低い、好ましくは5%〜15%の範囲である、対応するパーフルオロポリエーテル(Ppol)のアルコキシド[PFPE(Palk)]を含有する混合物(M)を得る工程と;
2)混合物(M)をパーハロシクロホスファゼン(CPhalo)と接触させて、少なくとも1のPFPE(Palk)/(CPhalo)の当量比を有する混合物(M1)を得る工程と;
3)混合物(M1)をP−Cl基の完全な消失まで反応させて、混合物(M2)を得る工程と;
4)混合物(M2)を加水分解して、混合物(M3)を得る工程と;
5)任意選択により、混合物(M3)から(Ppol)を除去して、混合物(M4)を得る工程と
を含む、好ましくはそれらからなる方法により満たされることを見出した。
本明細書において、不定冠詞「a」は、特に断らない限り、「1つ以上」を意味することが意図され;範囲が示される場合、特に断らない限り、範囲端は含まれる。
本明細書において、フルオロポリオキシアルキレン鎖(Rf)は、完全または部分フッ素化ポリオキシアルキレン鎖であり;好ましくは、鎖(Rf)は、
(i)−CFXO−(ここで、XはF又はCF3である);
(ii)−CFXCFXO−(ここで、Xは、出現するごとに等しいかまたは異なり、FまたはCF3であり、但し、Xの少なくとも1つは−Fであることを条件とする)、
(iii)−CF2CF2CW2O−(ここで、Wのそれぞれは、互いに等しいかまたは異なり、F、Cl、Hである)、
(iv)−CF2CF2CF2CF2O−、
(v)−(CF2)j−CFZ−O−[ここで、jは、0〜3の整数であり、Zは、一般式−ORf’T3(式中、Rf’は、0〜10の数の反復単位を含むフルオロポリオキシアルケン鎖であり、前記反復単位は、以下:−CFXO−、−CF2CFXO−、−CF2CF2CF2O−、−CF2CF2CF2CF2O−(Xのそれぞれは、独立して、FまたはCF3である)のうちから選択され、T3は、C1〜C3パーフルオロアルキル基である)の基である]
からなる群のうちから反復単位R°を含む。
用語「(パー)フルオロポリエーテル」中の接頭辞「(パー)」は、フルオロポリエーテル中のフルオロポリオキシアルキレン鎖(Rf)が、完全または部分フッ素化されていることを意味する。頭字語「PFPE」は、(パー)フルオロポリエーエルを表し、名詞として使用される場合、文脈に依存して、単数または複数形のいずれかを意味することが意図される。
本明細書において、「少なくとも1個のヒドロキシ基を含む鎖末端」は、少なくとも1個のヒドロキシ基を有する炭化水素基であって、前記炭化水素基は、フッ素化されてもよく、および/または1個以上のヘテロ原子を有してもよい炭化水素基を意味することが意図される。このような基の代表例には、
−CFXCH2O(CH2CH2O)nH、−CFXCH2O(CH2CHCH3O)nHおよび−CF2CF2CH2O(CH2CH2O)nH(ここで、Xは、FまたはCF3であり、nは、0〜5の範囲である);
−CFXCH2O(CH2CHOHCH2O)n’Hおよび−CF2CF2CH2O(CH2CHOHCH2O)n’H、(ここで、CF3であり、n’は、1〜3の範囲である)が含まれる。
本発明による好ましいPFPE(Ppol)は、以下の式(II):
Y−O−Rf−Y’(II)
(式中、Rfは、上で定義されたとおりのフルオロポリオキシアルキレン鎖であり、YおよびY’は、互いに等しいかまたは異なり、少なくとも1個のヒドロキシ基を有する炭化水素基を表し、前記炭化水素基は、フッ素化されてもよく、および/または、1個以上のヘテロ原子を有してもよい)
に従う。
(Rf−I)
−(CFX1O)g1(CFX2CFX3O)g2(CF2CF2CF2O)g3(CF2CF2CF2CF2O)g4−
(式中、
−X1、X2、X3は、互いにおよび出現するごとに等しいかまたは異なり、独立して、−F、−CF3であり、
−g1、g2、g3及びg4は、互いに等しいかまたは異なり、独立して、g1+g2+g3+g4が、2〜300、好ましくは2〜100の範囲にあるような、0以上の整数であり;g1、g2、g3およびg4の少なくとも2つが、0と異なる場合、異なる反復単位は、鎖に沿って概して統計的に分布している)
に従う。
(Rf−IIA)−(CF2CF2O)a1(CF2O)a2−
(式中、
−a1およびa2は、独立して、数平均分子量が、400〜1,000の間、好ましくは400〜5,000の間であるような0以上の整数であり;a1とa2の両方ともは、好ましくはゼロと異なり、比a1/a2は、好ましくは0.1〜10の間に含まれる);
(Rf−IIB)−(CF2CF2O)b1(CF2O)b2(CF(CF3)O)b3(CF2CF(CF3)O)b4−
(式中、
b1、b2、b3、b4は、独立して、数平均分子量が、400〜10,000の間、好ましくは400〜5,000の間であるような0以上の整数であり;好ましくは、b1は0であり、b2、b3、b4は、0を超え、比b4/(b2+b3)は1以上である);
(Rf−IIC)−(CF2CF2O)c1(CF2O)c2(CF2(CF2)cwCF2O)c3−
(式中、
cw=1または2であり;
c1、c2およびc3は、数平均分子量が、400〜10,000の間、好ましくは400〜5,000の間であるように選択される0以上の整数であり;好ましくは、c1、c2およびc3は、全て0を超え、かつ比c3/(c1+c2)は、概して0.2より小さい);
(Rf−IID)−(CF2CF(CF3)O)d−
(式中、
dは、数平均分子量が、400〜10,000の間、好ましくは400〜5,000の間であるような0を超える整数である);
(Rf−IIE)−O−(CF2CF2C(Hal)2O)e1−(CF2CF2CH2O)e2−(CF2CF2CH(Hal)O)e3−
(式中、
−Halは、出現するごとに等しいかまたは異なり、フッ素および塩素原子、好ましくはフッ素原子から選択されるハロゲンであり;
−e1、e2、およびe3は、互いに等しいかまたは異なり、独立して、(e1+e2+e3)の合計が、2〜300の間に含まれるような、0以上の整数である)
の鎖から選択される。
(Rf−III)−(CF2CF2O)a1(CF2O)a2−
(式中、
−a1、およびa2は、数平均分子量が、400〜10,000の間、好ましくは400〜5,000であるような0を超える整数であり;比a2/a1は、一般に0.1〜10の間、より好ましくは0.2〜5の間に含まれる)
に従う。
:
−CFXCH2O(CH2CH2O)nHおよび−CF2CF2CH2O(CH2CH2O)nH(ここで、Xは、FまたはCF3であり、nは、0〜5の範囲である);
−CFXCH2O(CH2CHOHCH2O)n’Hおよび−CF2CF2CH2O(CH2CHOHCH2O)n’H、(ここで、Xは、FまたはCF3であり、n’は、1〜3の範囲である)
のいずれか1つから選択される。
から選択される。
1)PFPE(Ppol)−(IIA)[ここで、Rfは、上で定義されたとおりの式(Rf−III)の鎖であり、基YおよびY’の両方ともは、式−CF2CH2O(CH2CH2O)nH(式中、nは、上で定義されたとおりであり;好ましくは、nは、0であるかまたは1〜2の範囲である)に従う](以下で、(Ppol)−(IIA)は、「PFPEジオールIIA」または「(Pdiol)−(IIA)」とも称される);
である。
PFPEジオール(IIA)は、商品名Fomblin(登録商標)Z−DOLおよびFluorolink(登録商標)Solvay Specialty Polymers Italyから市販されており;PFPE(Ptetraols)−(IIB)は、参照により本明細書に組み込まれる、欧州特許出願公開第2197939 A号明細書(SOLVAY SOLEXIS SPA)2010年6月23日に開示されたとおりに、(Pdiol)−(IIA)を、活性化および保護形態の式:
のグリセリン(以下、「APG])と反応させ、続いて、保護を除去することを含む方法によって便利に調製され得る。欧州特許出願公開第2197939号明細書に開示された保護基および活性基は、本発明の目的にとって好ましい。
−未反応(Pdiol)−(IIA)、
−PFPE(Ptriol)−(IIC)(ここで、式−CF2CH2OCH2CHOHCH2OHのYまたはY’基の2個のヒドロキシ基は、イソプロピリデンケタールで保護されている)、および
−PFPEポリオール[PFPE(Ptetraol)−(IIB)](ここで、式−CF2CH2OCH2CHOHCH2OHのYおよびY’基の2個のヒドロキシル基は、イソプロピリデンケタールで保護されている)
を含有する。
PFPE(Palk)は、少なくとも1個のヒドロキシ基が塩化されているPFPE(Ppol)である。
本発明の方法を行なうのに適したパーハロシクロホスファゼン(CPhalo)は、以下の式(I):
(式中、Halは、フッ素、塩素、臭素およびヨウ素、好ましくは塩素から選択されるハロゲンを表し、zは、3〜7の範囲の整数である)
に従う。好ましくは、(CPhalo)は、以下の式(I−A)または式(I−B):
(式中、Halは、上で定義された通りである)
に従う。
本発明の方法は、典型的には以下に記載されるとおりに行われる。
混合物(M)は、典型的にはPFPE(Ppol)を、塩基、通常は強無機塩基、好ましくはNaOHもしくはKOH、より好ましくはKOH、または有機塩基、好ましくはtert−ブチル酸カリウムで、PFPE(Ppol)に対して、30%より低い範囲、好ましくは5〜15%の範囲の当量で処理することによって調製される。典型的には、約50重量%の濃度を有する無機塩基の水溶液がPFPE(Ppol)に添加され、得られた混合物は、水の完全除去まで加熱される。通常、温度は約70℃のものであるが、それは、選択されたPFPE(Ppol)および塩基に応じて当業者により調整され得る。本明細書において、表現「塩基の当量」は、PFPE(Ppol)のヒドロキシ基の合計当量に対して言われる塩基の当量を意味する。
パーハロシクロホスファゼン(CPhalo)(I−A)および/または(I−B)は、フッ素化非プロトン性極性溶媒に溶解され、これは、典型的には3MTM NovecTM HFEのようなヒドロフルオロエーテル(HFE)、ヒドロフルオロカーボン(HFC)およびヘキサフルオロキシレンから選択され、好ましい溶媒は、ヘキサフルオロキシレンである。溶媒の種類および量は、選択された(CPhalo)に応じて当業者によって選択され;しかしながら、溶媒の量は、典型的には(CPhalo)の濃度が1〜10重量%の範囲であるように調整される。
混合物(M1)を得た後(すなわち、混合物が(CPhalo)]の溶液すべてと接触するとすぐに)、フッ素化非プロトン性極性溶媒は、典型的には真空下で蒸発により、除去されてもよく、次いで、混合物は(CPhalo)のP−Cl基のP−OCH2−基への完全変換まで撹拌および加熱される。典型的には、変換は、試料を抜き取り、それらを31P−NMR分光法にかけることによって検査され;完全変換(99%変換)は、17ppmでの一重項の出現により確認される。
完全変換が達成されるとすぐに、得られた混合物(M2)は、加水分解、すなわち、酸加水分解にかけられる。典型的には、加水分解は、HCl水溶液および脂肪族アルコール、典型的にはイソブチルアルコールの添加により行なわれる。次いで、水相は分離されて、有機相を与え、これは、乾燥および溶媒の除去後に、混合物(M3)を与える。混合物(M3)は、上で定義されたとおりのPFPEシクロホスファゼン誘導体(CP−1)〜(CP−4)を、未反応PFPE(Ppol)、好ましくは上で定義されたとおりの式(II)のPFPE(Ppol)と混合して、典型的には混合物の重量に対して50〜90重量%の範囲の量で含む。
混合物(M3)は、任意選択により、過剰のPFPE(Ppol)を除去するために蒸留にかけられて、混合物(M4)を与えることができ、これは、未反応の、混合物(M3)中よりも低い量であるPFPE(Ppol)、好ましくは上で定義されたとおりの式(II)のPFPE(Ppol)と混合して、上で定義されたとおりのPFPEシクロホスファゼン誘導体(CP−1)〜(CP−4)を含み);典型的には、混合物(M4)中でPFPE(Ppol)は、混合物の重量に対して1〜30%の範囲の量である。
(式中、Rfは、上で定義されたとおりのフルオロポリオキシアルキレン鎖であり、zは、3または4であり、TおよびT’は、互いに等しいかまたは異なり、フッ素化されてもよく、かつ1個以上のヘテロ原子および/または1個以上のヒドロキシ基を有してもよい炭化水素基を表す)
に従う懸垂環状ホスファゼン(CP−1)を含む。好ましくは、TおよびT’は、互いに等しいかまたは異なり、T−OおよびT−O’が以下:
−CFXCH2O(CH2CH2O)n、−CFXCH2O(CH2CHCH3O)nおよび−CF2CF2CH2O(CH2CH2O)n(ここで、Xは、FまたはCF3であり、nは、0〜5の範囲である);
−CFXCH2O(CH2CHOHCH2O)n’および−CF2CF2CH2O(CH2CHOHCH2O)n’、(ここで、CF3であり、n’は、1〜3の範囲である)のいずれか1つであるように選択される。
(式中、Rf、z、w、TおよびT’は、上で定義されたとおりである)
に従う、スピロ−、アンサ−および架橋ヒドロキシ−PFPEシクロホスファゼン[以下、それぞれ、PFPE(CP−2)、PFPE(CP−3)およびPFPE(CP−4)とも称される]も含有する。
上のステップ4)で説明されるように、混合物(M3)は、ある量のPFPE(Ppol)、好ましくは、典型的には50重量%〜90重量%の範囲のPFPE(Ppol)−(II)を含有する。混合物(M4)は、なお残留量のPFPE(Ppol)、好ましくは、典型的には1重量%〜30重量%の範囲のPFPE(Ppol)−(II)を含有する。したがって、混合物(M3)および(M4)は両方とも、未反応PFPE(Ppol)好ましくはPFPE(Ppol)−(II)と混合してPFPE(CP−1)〜(CP−4)を含む。
混合物(M4)は、MRMの潤滑にそのままでもしくは潤滑剤組成物の調製に使用され得るか、またはそれらは、限定されないが、以下に詳細に記載されるとおりの、クロマトグラフィー技術による分画、溶媒抽出技術、および超臨界流体による分画を含めた、分画にかけられ得る。
原料及び方法
原料
実施例1で使用したPFPE(Ppol)−(IIA)は、EW=541を有するPFPE(Ppol)(a1/a2=1.0、a1およびa2は、Mn=1040、およびMw/Mn=1.10を得るように選択される)を得るまで、Fomblin(登録商標)Z−DOL、PFPEの市販等級の真空下での複数の薄層蒸留により得た。
NMR分光法
NMR実験のすべては、1Hについて499.86MHzおよび19Fについて470.30MHzで動作し、かつ単軸(Z)勾配コイルを有する5mmの三重共鳴1H、19F{13C、31P}PFG Agilentプローブを備えたAgilent System 500で記録した。試料は、正味か約10重量%で混合物3:1 v/v CFC113/Methanol−d4(CD3OD)99.9原子%Dで溶解させて取得した。フッ素スペクトルは、外部CFCl3を基準とし、リンスペクトルは、外部H3PO4を基準としたが、プロトンおよび炭素スペクトルは、それぞれ、3.3ppmおよび49.0ppmで残留溶媒シグナル(Methanol−d4)に対して基準とした。
以下のフッ素取得パラメータを正味試料に適用した:試料温度25℃、試料回転速度20Hz、緩和遅延6.0秒、9.2ミリ秒のパルス持続時間に対応する90°フリップ角、少なくとも256のトランジェント、および96153Hzのスペクトル幅にわたって取得した65536の複雑な自由誘導減衰(FID)データ点(取得時間0.6秒)。フーリエ変換前に、全時間ドメインデータを2Hzのライン広がり因子を使用して指数窓関数によって処理した。
以下のプロトン取得パラメータを、溶解試料に適用した:試料温度25℃、試料回転速度20Hz、緩和遅延20.0秒、9.0ミリ秒のパルス持続時間に対応する90°フリップ角、少なくとも64のトランジェント、および8013Hzのスペクトル幅にわたって取得した16384の複雑な自由誘導減衰(FID)データ点(取得時間2.05秒)。重み関数は適用しなかった。
以下のリン取得パラメータを正味試料に適用した。:試料温度25℃、試料回転速度20Hz、緩和遅延15.0秒、14.8ミリ秒のパルス持続時間に対応する90°フリップ角、少なくとも64のトランジェント、および19841Hzのスペクトル幅にわたって取得した16384の複雑な自由誘導減衰(FID)データ点(取得時間0.83秒)。プロトンデカップリング(WALTZ−16スキーム)も取得中に適用して、すべての可能な1H−31Pカップリング定数をカットアウトした。フーリエ変換前に、全時間ドメインデータを2Hzのライン広がり因子を使用して指数窓関数によって処理した。
以下の炭素取得パラメータを溶解試料に適用した:試料温度25℃、試料回転速度20Hz、緩和遅延0.1秒、5.95ミリ秒のパルス持続時間に対応する45°フリップ角、少なくとも10000のトランジェント、および31250Hzのスペクトル幅にわたって取得した32768の複雑な自由誘導減衰(FID)データ点(取得時間1.05秒)。重み関数は適用しなかった。プロトンデカップリング(WALTZ−16スキーム)も、全シークエンス取得中に適用して、すべての1H−13Cカップリング定数をカットアウトし、de nOeによってピーク強度を増大させた。フーリエ変換前に、全時間ドメインデータを2Hzのライン広がり因子を使用して指数窓関数によって処理した。
Rは、=P−OCH2−基(Pはシクロホスファゼン環中のリン原子である)と官能性および非官能性末端基の全量との比と定義される。純懸垂PFPE(CP−1)において、Rは1であるが、スピロ−、アンサ−および架橋PFPE(CP−2)、(CP−3)および(CP−4)において、比は1より高い。
分子量分布、MnおよびMw平均ならびに多分散性は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により決定した。
実施例1−PFPEジオール(IIA)およびヘキサクロロシクロホスファゼンからの混合物(M4)の製造ならびにscCO2による分画
ステップ1−混合物(M)
540gの式:
HO−CH2CF2O(CF2CF2O)a1(CF2O)a2CF2CH2−OH(EW 541g/当量;998.15ミリ当量)のPFPEジオール(IIA)を、機械的攪拌機、滴下漏斗、温度計および冷媒を備えた1lの丸底フラスコに投入し、次いで、14.84gのKOH(132.26ミリ当量;水中50%溶液)を添加した。この混合物を、加熱し、撹拌下80℃で維持し、次いで、水の完全除去まで(P=10Paで約2時間)機械式ポンプによって真空をかけ、それにより、透明な溶液を得た。
分離フラスコ中で、3.50gのヘキサクロロシクロトリホスファゼン(HCP、60.40ミリ当量)を108gの1,3−ヘキサフルオロキシレン(HFX)に窒素雰囲気下で溶解させ;この溶液を滴下漏斗に注ぎ入れ、ステップ1)からの溶液に撹拌下80℃で5時間ゆっくりと添加した。
次いで、HFXを真空下で蒸留し、ステップ2)からの反応混合物を撹拌下80℃で維持し、31P−NMR分析により時々の変換を制御した。2時間後、変換は定量的であり(17ppmで31P−NMRにおいて一重項)、反応を停止させた。
冷却後、混合物(M2)に、140gの蒸留水、16gのHCl37重量%水溶液および23gのイソブチルアルコールを添加した。得られた2相を50℃で30分間激しく撹拌し、分離後、下側の有機層を収集した。溶媒(イソブタノールおよび微量の水)を減圧下80℃で蒸留により除去して、大量の未反応PFPEジオール(IIA)を含有する、534gの粗生成物を得た。
次いで、1.8Paの残圧下で分子蒸留(それぞれ、120℃および150℃で2段階)により除去し、31P−NMRスペクトル中のシグナルの非存在により確認して、実質的に純粋なPFPEジオール(IIA)の2つの低粘性画分(それぞれ、61重量%および25重量%)を得た。高沸騰残渣(74.8g)を、19F−NMR、1H−NMR、31P−NMRおよびGPC分析により特徴付けた。
ステップ5から得た混合物(M4)を、300mlのSFT−150超臨界CO2抽出システムに投入し、100℃で加熱した。段階的圧力の増加(18〜30MPa)および4Nl/分のCO2流量での操作によって、13の画分を収集した。各画分を、31P−NMR、19F−NMR、1H−NMR、13C−NMRおよびGPCにより特徴付けた。画分のGPC分析は、残留PFPEジオール(IIA)および架橋PFPE(CP−4)が、それぞれ、比較的低いおよび比較的高い圧力で選択的に除去されたことを示す。PFPE(CP−1)、(CP−2)および(CP−3)のみを含有する、画分3〜画分9(33.9g)を、水/イソブチルアルコールで別個に3回洗浄し、相分離後、残留溶媒を注意深く除去した。画分3〜画分9のGPC分析は、すべての場合に、約5900の平均分子量Mnを有する単一ピークを示し、PFPEジオール(IIA)および架橋PFPE(CP−4)の非存在を確認する。
ステップ1−混合物(M)
188gの式:
H(OCH2CH2)nO−CH2CF2O(CF2CF2O)a1(CF2O)a2CF2CH2−O(CH2CH2O)nHのエトキシ化PFPEジオール(EW 621g/当量;302.7ミリ当量;n=1.5)を、機械的攪拌機、滴下漏斗、温度計および冷媒を備えた0.5lの丸底フラスコに投入し、次いで、8.85gのKOH(78.9ミリ当量;水中50%溶液)を添加した。この混合物を、加熱し、撹拌下80℃で維持し、次いで、水の完全除去まで(P=4Paで約30分)機械式ポンプにより反応器に真空をかけて、均質でわずかに乳白色の溶液を得た。
分離フラスコ中で、2.11gのヘキサクロロシクロトリホスファゼン(HCP、36.4ミリ当量)を53gの1,3−ヘキサフルオロキシレン(HFX)に溶解させ;得られた溶液を滴下漏斗に注ぎ入れ、ステップ1)からの混合物(M)に80℃で撹拌下2時間ゆっくりと添加した。
次いで、HFXを真空下で蒸留除去し、この反応混合物を撹拌下80℃で維持し、31P−NMR分析により時々の変換を制御した。30分後、変換は定量的であり(17ppmで31P−NMRスペクトルにおいて一重項)、反応を停止させた。
室温で冷却後、この混合物に170gの蒸留水、11gのHCl37重量%水溶液および34gのイソブチルアルコールを添加した。2相を激しく振とうし、分離後、下側の有機層を収集し、溶媒を減圧下80℃で蒸留により除去して、182gの粗生成物を得、これは、未反応エトキシ化PFPEジオールならびに式(CP−1)〜式(CP−4)[式中、Rfは、(CF2CF2O)a1(CF2O)a2であり、ここで、pおよびqは、上で定義されたとおりであり、T−OおよびT’−Oは、両方とも−O(CH2CH2O)n−(n=1.5)である]に従う、懸垂、スピロ、アンサおよび架橋PFPEの混合物を含有する。
大部分の未反応エトキシ化PFPEジオールは、2.2Paの残圧下それぞれ160℃および190℃で分子蒸留により2回の通過で除去した。31P−NMRスペクトルにおけるシグナルの非存在により確認して、エトキシ化PFPEジオールのみの2つの低粘性画分(それぞれ、54重量%および19重量%)を除去し、49gの高沸騰、低揮発性残渣[混合物(M4)]を残し、これを19F−NMR、1H−NMRおよび31P−NMRにより特徴付けた。
ステップ5)からの混合物(M4)を、300mlのSFT−150 scCO2抽出システムに投入し、100℃で加熱した。圧力の段階的増加(20〜35MPa)および4Nl/分のCO2流量での操作によって、懸垂、スピロおよびアンサPFPE(CP1)〜(CP3)を単離した。いずれの残留未反応エトキシ化PFPEジオールもscCO2低圧で容易に除去されたが、架橋PFPE(CP−4)は、高圧で選択的に収集された。各画分を、31P−NMR、19F−NMR、1H−NMR、13C−NMRおよびGPCにより特徴付けた。PFPE(CP1)〜(CP3)のみを含有する画分をプールした(全収量:4g)。19F−NMR、1H−NMRおよび13C−NMRにより測定した比Rは、1.22であることがわかり、46%PFPE(CP−1)および54%PFPE(CP−2)+(CP−3)のモルパーセント組成に相当した。
ステップ1−混合物(M)
635gのPFPE(Ppol)(IIA)〜(IIC)のケタール保護混合物(EW=773、821.5ミリ当量)を、機械的攪拌機、滴下漏斗、温度計および冷媒を備えた1リットルの丸底フラスコに投入し、22.36gのKOH(水中50重量%溶液、199.3ミリ当量)を添加した。混合物を撹拌し、外部浴で80℃に加熱し、次いで、水の完全除去まで(約30分)機械式ポンプによって真空をかけた。
分離フラスコ中で、5.26gのヘキサクロロシクロトリホスファゼン(90.77ミリ当量)を164gのHFXに溶解させ;この溶液を滴下漏斗に注ぎ入れ、ステップ1)からの混合物(M)に撹拌下80℃で3.5時間ゆっくりと添加した。
この反応混合物を撹拌下80℃で維持し、31P−NMR分析により時々の変換を制御した。30分後、変換は定量的であり(17ppmでの31P−NMRスペクトルにおいて一重項)、反応を停止させた。
次いで、混合物に140gの蒸留水、21gのHCl37重量%水溶液および21gのイソブチルアルコールを添加した。2相を40℃で1時間激しく振とうし、分離後、下側の有機相を収集した。溶媒(HFXおよびイソブチルアルコール)を減圧下80℃で蒸留により除去して、612gの粗生成物を得た。
大部分の未反応前駆体PFPE(Ppol)(IIA)〜(IIC)を、1.6Paの残圧下それぞれ180℃および200℃で分子蒸留により2回の通過で除去した。31P−NMRスペクトルにおけるシグナルの非存在により確認して、未反応PFPE(Ppol)(IIA)〜(IIC)のみの81重量%に相当する2つの画分を除去し、112gの高沸騰、低揮発性残渣を残し、これを、19F−NMR、1H−NMR、31P−NMRおよびGPCにより特徴付けた。
ステップ5)からの混合物(M4)を、300mlのSFT−150scCO2抽出システムに投入し、100℃で加熱した。圧力の段階的増加(19.5〜30MPa)および4Nl/分の流量での操作によって、懸垂、スピロおよびアンサPFPE(CP1)〜(CP3)を単離した。いずれの残留未反応PFPE(Ppol)(IIA)〜(IIC)およびテトラオール(IIB)も、scCO2低圧で容易に除去されたが、架橋PFPE(CP4)は、高圧で選択的に収集された。各画分を、31P−NMR、19F−NMR、1H−NMR、13C−NMRおよびGPCにより特徴付けた。PFPE(CP1)〜(CP3)のみを含有する画分を一緒にプールした(9.2g)。P−OCH2CF2O−と−OCF2X末端基の比R(X=−CH2OH、−CH2OCH2CH(OH)CH2OH、−Fまたは−Hであり、19F−NMR、1H−NMRおよび13C−NMR)により測定した)は、1.21であることがわかり、48%(CP−1)および52%(CP−2)+(CP−3)のモルパーセント組成に相当した。−CH2OHと−CH2OCH2CH(OH)CH2OH末端基の比は、1.34である結果であった。
Claims (15)
- シクロホスファゼン誘導体を製造する方法であって、以下のステップ:
1)混合物(M)であって、
a)各鎖末端が少なくとも1個のヒドロキシ基を含む、2つの鎖末端を有するフルオロポリオキシアルキレン鎖(Rf)を含む(パー)フルオロポリエーテル(PFPE)ポリオール[PFPE(Ppol)]、およびb)対応するパーフルオロポリエーテル(Ppol)[PFPE(Palk)]のアルコキシド(ここで、PFPE(Ppol)中のPFPE(Palk)の当量濃度は30%より低い)
を含有する混合物(M)を得るステップと;
2)混合物(M)をパーハロシクロホスファゼン(CPhalo)と接触させて、少なくとも1のPFPE(Palk)/(CPhalo)の当量比を有する混合物(M1)を得るステップと;
3)混合物(M1)をP−Cl基の完全消失まで反応させて、混合物(M2)を得るステップと;
4)混合物(M2)を加水分解して、混合物(M3)を得るステップと;
5)任意選択により、混合物(M3)から(Ppol)を除去して、混合物(M4)を得るステップとを含む、好ましくはそれらからなる方法。 - PFPE(Ppol)が、以下の式(II):
Y−O−Rf−Y’ (II)
[式中、Rfは、反復単位R°を含む完全または部分フッ素化ポリオキシアルキレン鎖であり、前記反復単位は、
(i)−CFXO−(ここで、XはF又はCF3である)、
(ii)−CFXCFXO−(ここで、Xは、出現するごとに等しいかまたは異なり、F又はCF3であるが、但し、Xの少なくとも1つは−Fであることを条件とする)、
(iii)−CF2CF2CW2O−(ここで、Wのそれぞれは、互いに等しいかまたは異なり、F、Cl、Hである)、
(iv)−CF2CF2CF2CF2O−、
(v)−(CF2)j−CFZ−O−[ここで、jは、0〜3の整数であり、Zは、一般式−ORf’T3(式中、Rf’は、0〜10の数の反復単位を含むフルオロポリオキシアルケン鎖であり、前記反復単位は、以下:−CFXO−、−CF2CFXO−、−CF2CF2CF2O−、−CF2CF2CF2CF2O−(Xのそれぞれは、独立して、FまたはCF3である)のうちから選択され、T3はC1〜C3パーフルオロアルキル基である)の基である]
からなる群のうちから選択され、
YおよびY’は、互いに等しいかまたは異なり、少なくとも1個の遊離ヒドロキシ基を有する炭化水素基を表し、前記炭化水素基は、フッ素化されてもよく、および/または1個以上のヘテロ原子を有する]
に従う、請求項1に記載の方法。 - YおよびY’が、
−CFXCH2O(CH2CH2O)nH、−CFXCH2O(CH2CHCH3O)nH、および−CF2CF2CH2O(CH2CH2O)nH(ここで、Xは、FまたはCF3であり、nは、0〜5の範囲である);
−CFXCH2O(CH2CHOHCH2O)n’Hおよび−CF2CF2CH2O(CH2CHOHCH2O)n’H(ここで、Xは、FまたはCF3であり、n’は、1〜3の範囲である)
から独立して選択される、請求項2に記載の方法。 - 鎖Rfが、以下の式(Rf−III):
(Rf−III)−(CF2CF2O)a1(CF2O)a2−
(−a1、及びa2は、数平均分子量が、400〜10,000の間、好ましくは400〜5,000の間であるような、0を超える整数であり、比a2/a1は、一般に0.1〜10の間、より好ましくは0.2〜5の間に含まれる)
に従い、
基YおよびY’が、互いに等しいかまたは異なり、以下:
−CFXCH2O(CH2CH2O)nHおよび−CF2CF2CH2O(CH2CH2O)nH,(ここで、Xは、FまたはCF3であり、nは、0〜5の範囲である);
−CFXCH2O(CH2CHOHCH2O)n’Hおよび−CF2CF2CH2O(CH2CHOHCH2O)n’H(ここで、Xは、FまたはCF3であり、n’は、1〜3の範囲である)
のいずれか1つから選択される、請求項2または3に記載の方法。 - PFPE(Ppol)が、PFPEジオール(Pdiol)(IIA)(ここで、YとY’の両方ともは、式−CF2CH2O(CH2CH2O)nH(ここで、nは、0〜2の範囲である)に従う)である、請求項4に記載の方法。
- PFPE(Ppol)が、
− PFPEジオール(Pdiol)(IIA)[ここで、YとY’の両方ともは、式−CF2CH2O(CH2CH2O)nH(ここで、nは0〜2の範囲である)に従う];
− PFPEテトラオール(Ptetraol)−(IIB)(ここで、基YおよびY’の両方ともは、式−CF2CH2OCH2CHOHCH2OHに従う)および
− PFPEトリオール(Ptriol)(IIC)[ここで、YおよびY’の一方は、式−CF2CH2O(CH2CH2O)nH(ここで、nは、0〜2の範囲である)の基であり、他方は、式−CF2CH2OCH2CHOHCH2OHの基である]
の混合物であり、
前記PFPE(Ppol)(IIA)〜(IIC)の混合物は、保護形態でもよい、請求項4に記載の方法。 - パーハロシクロホスファゼン(CPhalo)が、以下の式(I−A)または式(I−B):
(式中、Halは、フッ素、塩素、臭素およびヨウ素から選択されるハロゲンである)
に従うパーハロシクロホスファゼンの1種以上から選択される、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。 - (PFPE−Palk)/(CPhalo)の当量比が、1.1〜2.5の範囲である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- (PFPE−Palk)/(CPhalo)の当量比が、2であり、かつ(CPhalo)中の(PFPE−Palk)の当量濃度が5%〜15%の間である、請求項8に記載の方法。
- 混合物(M4)が超臨界流体による分画にかけられるステップ6)をさらに含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- 以下の式(CP−1)〜式(CP−4):
(式中、Rfは、フルオロポリオキシアルキレン鎖であり;
zは、3または4であり、wは、0、1または2から選択され、TおよびTは、互いに等しいかまたは異なり、フッ素化されてもよく、1個以上のヘテロ原子および/または1個以上のヒドロキシ基ならびに請求項2で定義されたとおりの式(II)のPFPE(Ppol)を有してもよい炭化水素基を表す)
に従うシクロホスファゼン誘導体の混合物。 - 少なくとも40%のシクロホスファゼン誘導体のモル含量により特徴付けられる、請求項11で定義されたとおりの式(CP−1)〜式(CP−3)に従うシクロホスファゼン誘導体の混合物。
- 式:
(式中、Rf、z、w、TおよびT’は、請求項11で定義されたとおりである)
を有するシクロホスファゼン誘導体(CP−4)。 - さらなる成分または添加剤と混合して請求項11もしくは12に記載のシクロホスファゼン誘導体の混合物、または請求項13で定義されたとおりのシクロホスファゼン誘導体(CP−4)を含む、潤滑剤組成物。
- 請求項11または12に記載のシクロホスファゼンの混合物、または請求項13で定義されたとおりのシクロホスファゼン誘導体(CP−4)、あるいは請求項14で定義されたとおりの潤滑剤組成物を使用するステップを含む、磁気記録媒体を潤滑する方法。
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