JP2016528309A - シクロホスファゼン誘導体の製造方法 - Google Patents

シクロホスファゼン誘導体の製造方法 Download PDF

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Abstract

磁気記録媒体の潤滑に使用されるシクロホスファゼンPFPE誘導体を製造する方法が本明細書で提供される。この方法は、: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%より低く、好ましくは5%〜15%の範囲である)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)P−Cl基の完全消失まで混合物(M1)を反応させて、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。混合物(M4)を精製する方法も本明細書で提供される。【選択図】なし

Description

関連出願の相互参照
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。
本発明は、磁気記録媒体(MRM)の滑動または可動部のための潤滑剤として使用されるある特定の(パー)フルオロポリエーテルシクロホスファゼン誘導体を製造および精製する方法に関する。
(パー)フルオロポリエーテル(PFPE)およびその誘導体は、MRMの潤滑、すなわち、このような媒体の滑動または可動部の潤滑に現在使用されている。特に、末端および非末端極性官能基を有するPFPE鎖を含むある特定のPFPE誘導体は、最良の性能を示しており;事実、PFPE鎖の高い化学的安定性および極性官能基の存在のために、このような誘導体は、MRMの可動部の表面上に平坦で、長持ちする潤滑剤膜を形成することができる。特に、磁気ディスクドライブ表面は、通常は極性官能基が付着性をそれに対して確実にする炭素オーバーコートで被覆され、それにより、潤滑剤膜がディスクの回転中に振り落とされることを防止する。
上記PFPEの例は、少なくとも1個のホスファゼン環状基、および1個以上のヒドロキシ基を持つ少なくとも1つPFPE鎖を有するものである。ホスファゼン環状基は、熱的観点から非常に安定であり、PFPE鎖の安定性をさらに増加させ;理論に拘束されないが、ホスファゼン環は、典型的にはMRM中の不純物として存在するルイス酸によるPFPEの熱分解に対する触媒作用を弱めるルイス塩基として作用することが考えられる。KANG,,H.J.,et al.The Use of Cyclic Phosphazene Additives to Enchance the Performance of the Head/Disk Interface.Journal of the Society of Tribologists and Lubrication Engineering.March 199,p.22−27。その代わりに、1個以上のヒドロキシ基は、MRM表面への付着を確実にする。
米国特許出願公開第2002183211 A 号明細書(AKADA TAMIO ET AL)2002年12月5日、米国特許出願公開第2008020171 A号明細書(MATSUMURA OIL RES CORP [JP])2006年1月26日、米国特許出願公開第2008020171 A号明細書(MATSUMURA OIL RES CORP [JP])2006年1月26日、米国特許出願公開第2008305975 A号明細書(SEAGATE TECHNOLOGY LLC [US])2008年12月11日、国際公開第2007/043450号パンフレット(MATSUMURA OIL RES CORP [JP])2007年4月19日および米国特許出願公開第2012276417 A号明細書(WD MEDIA SINGAPORE PTE LTD [US])2011年1月27日を含めた、ある特定の特許文書には、少なくとも1個の任意選択により置換されたフェノキシ基および少なくとも1つのヒドロキシ置換パーフルオロポリエーテル鎖を持つ少なくとも1種のホスファゼン環状基を有する、磁気記録媒体のための潤滑剤が開示されている。
しかしながら、ホスファゼン環上の置換されてもよいフェノキシ基は、潤滑剤の移動性を減少させ、MRMの耐久性を低下させ得ることが認められた。したがって、この欠点を示さない、MRMの潤滑のためのPFPEホスファゼン誘導体を提供することが望ましく;特に、各リン原子が少なくとも1個の−OH基を有するPFPE鎖を持つPFPEシクロホスファゼン誘導体を提供することが望ましい。
米国特許出願公開第2012251843 A号明細書(SEAGATE TECHNOLOGY LLC[US])2012年10月4日には、とりわけ、シクロトリホスファゼンを含めた環状基を含む中心コアと、各アームがPFPEまたはPFPE誘導体を含む、中心コアから伸びる6つのアームとを含む組成物が開示されている。PFPE誘導体は、−CHOH,−OCHCHOH,−CHCH(OH)CHOH,−CHCH(OH)CHおよび−OCHCHCHOHを含めた1個以上の末端基を有するPFPE鎖であり得る。PFPE誘導体は、−CHCH(OH)CH−,−CH(OH)CH(OH)CH−,−CHCH(OH)CHCH(OH)CH−,−CH(CHOH)−および−CH(OH)CH(OH)CH−を含めた非末端官能基も有し得る。特に、図7には、各リン原子が2個の式:
−O−CHCFCFO−R−OCFCFCHOH
[式中、Rは、(CFCFCFO)(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。
しかしながら、米国特許第2012251843号明細書には、特許請求された組成物の製造の仕方は教示されていない。
米国特許出願公開第2009318664号明細書(SEAGATE TECHNOLOGY LLC)2009年12月24日には、鎖に1つ以上のシクロホスファゼン環が鎖に結合しているかまたは組み込まれているPFPE鎖を有する骨格と、骨格もしくはシクロホスファゼン環のいずれかまたは両方に結合した少なくとも2個の官能基とを含む、化合物が開示されている。この文書には、式
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。
求核試薬(例えば、アミン、アルコールまたはフェノール)とヘキサクロロホスファゼンとの反応による六置換シクロトリホスファゼンの合成は、例えば、ALLCOCK,H.R.,et al.Phosphonitrilic Compounds.IV.Preparation and Polymerization of Allylaminophosphonitrile Compounds1,2.Journal Organic Chemistry.1965,vol.30,no.3,p.947−949.およびLEE,S.B.,et al.Thermosensitive Cyclotriphosphazenes.J.Am.Chem.Soc.2000,vol.122,no.34,p.8315−8316に報告されている。求核試薬がアルコールまたはフェノールである場合、リン原子上の求核試薬置換を行なうために対応するアルカリ金属アルコキシドまたはフェノキシドが必要である。
クロロ−またはフルオロシクロホスファゼンと脂肪族ジオールのアルコキシド、例えば、ジリチウム化プロパンジールとの反応も、文献、例えば、
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。
より詳細には、Anilらは、式:
のgem−ジフェニルテトラフルオロホスファゼン[1,1−(C]P
ジリチウム化プロパンジオールLiO(CHOLi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(CHO]}[1,1−(C]P
b)式:
を有する、アンサ−{3,5−[O(CHO]}[1,1−(C]P
c)式:
を有する、架橋−[N(C][O(CHO]N(C]、および
そして
d)式:
を有する、懸垂−[HO(CHO](Cを含有する、複雑な生成物混合物を生じる。
特に、実験セクションのパート4.3.1.で、Anilらは、純粋なジリチウム化プロパンジオールが反応で使用される場合、得られる混合物は、39重量%の懸垂−[HO(CHO](C、10重量%の架橋−[N(C][O(CHO]N(C]ならびに5重量%および9重量%のアンサ−およびスピロ−生成物を含有すると述べている。実験セクションの段落4.3.2で、Anilらは、モノリチウム化1,3−プロパンジオールを使用して、非常に高い量の懸垂−[HO(CHO](C(71重量%)、およびほんの微量のスピロ−、アンサ−、および架橋生成物を得ることができることをさらに教示する。
本出願人が、Anilらの教示に従ってパーハロシクロホスファゼンをPFPEジオールで処理することにより米国特許出願公開第2012251843号明細書で特許請求された六置換PFPEホスファゼン誘導体を製造しようと試みたとき、50重量%以上の対応するアルコキシドを有するPFPEジオール(すなわち、すくなくとも1当量のアルコール基が塩化されているPFPEジオール)を使用して不満足な結果が得られ;事実、本明細書で以下の式(1):
(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。
本出願人は今や、上記必要性が、好ましくは以下の工程:
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(R)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。
混合物(M2)〜(M4)は、ホスファゼン環の各リン原子が2個のPFPE置換基(それぞれは、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)を持つPFPEシクロホスファゼン誘導体[PFPE(CP−1)]を含む。本明細書において、PFPE(CP−1)は、別に「懸垂PFPE(CP−1)」と称される。PFPE(CP−1)は、上記式(1)で表すことができる。混合物(M2)〜(M4)は、本明細書で別にそれぞれPFPE(CP−2)〜(CP−4)と称される、スピロ−、アンサ−および架橋誘導体をさらに含有し;PFPE(CP−2)〜(CP−4)は、上記式(2)〜式(4)で表すことができる。しかしながら、PFPE(Palk)の当量濃度が30%より低い(すなわち、0より高いが30%より低い)PFPE混合物(M)の使用のために、架橋誘導体の含量は、通常は懸垂−、スピロ−およびアンサ誘導体に対して約40重量%よりも低いことが認められた。
定義
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。
フルオロポリオキシアルキレン鎖の定義
本明細書において、フルオロポリオキシアルキレン鎖(R)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(R)は、
(i)−CFXO−(ここで、XはF又はCF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CF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)−CFCFCWO−(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)−CFCFCFCFO−、
(v)−(CF2)−CFZ−O−[ここで、jは、0〜3の整数であり、Zは、一般式−OR’T(式中、R’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−、−CFCFXO−、−CFCFCFO−、−CFCFCFCFO−(Xのそれぞれは、独立して、FまたはCFである)のうちから選択され、Tは、C〜C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。
(パー)フルオロポリエーテルの定義
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(R)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。
少なくとも1個のヒドロキシ基を含む鎖末端の定義
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、
−CFXCHO(CHCHO)H、−CFXCHO(CHCHCHO)Hおよび−CFCFCHO(CHCHO)H(ここで、Xは、FまたはCFであり、nは、0〜5の範囲である);
−CFXCHO(CHCHOHCHO)n’Hおよび−CFCFCHO(CHCHOHCHO)n’(ここで、CFであり、n’は、1〜3の範囲である)が含まれる。
鎖末端上の少なくとも1個のヒドロキシ基は、以下で別に「末端ヒドロキシ基」と称される。
好ましいパーフルオロポリエーテルポリオール(Ppol
本発明による好ましいPFPE(Ppol)は、以下の式(II):
Y−O−R−Y’(II)
(式中、R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。
式(II)において、好ましい基YおよびY’は、−CFXCHO(CHCHO)H、−CFXCHO(CHCHCHO)Hおよび−CFCFCHO(CHCHO)H、−CFXCHO(CHCHOHCHO)n’Hおよび−CFCFCHO(CHCHOHCHO)n’H(ここで、X、nおよびn’は、上で定義されたとおりである)である。
好ましくは、鎖Rは、以下の式:
(R−I)
−(CFXO)g1(CFXCFXO)g2(CFCFCFO)g3(CFCFCFCFO)g4
(式中、
−X、X、X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、−CF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。
なおより好ましくは、鎖Rは、式:
(R−IIA)−(CFCFO)a1(CFO)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);
(R−IIB)−(CFCFO)b1(CFO)b2(CF(CF)O)b3(CFCF(CF)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);
(R−IIC)−(CFCFO)c1(CFO)c2(CF(CFcwCFO)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);
(R−IID)−(CFCF(CF)O)
(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);
(R−IIE)−O−(CFCFC(Hal)O)e1−(CFCFCHO)e2−(CFCFCH(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。
より好ましくは、鎖Rは、以下の式(R−III):
(R−III)−(CFCFO)a1(CFO)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。
好ましくは、基YおよびY’は、互いに等しいかまたは異なり、以下

−CFXCHO(CHCHO)Hおよび−CFCFCHO(CHCHO)H(ここで、Xは、FまたはCFであり、nは、0〜5の範囲である);
−CFXCHO(CHCHOHCHO)n’Hおよび−CFCFCHO(CHCHOHCHO)n’(ここで、Xは、FまたはCF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。
より好ましくは、基YおよびY’は、互いに等しいかまたは異なり、−CFCHO(CHCHO)H(ここで、nは、0〜2の範囲である)、および−CFCHOCHCHOHCHOH
から選択される。
式(II)の特に好ましいPFPE(Ppol)は、鎖Rが、上で定義されたとおりの式(R−III)の鎖であり、基YおよびY’が、互いに等しいかまたは異なり、−CFCHO(CHCHO)H(ここで、nは、0〜2の範囲である)および−CFCHOCHCHOHCHOHから選択されるものである。この式(II)の特に好ましいPFPE(Ppol)基のうちで、400〜3,000の範囲の分子量を有するものが特に好ましい。
なおより好ましいのは、以下のPFPE(Ppol):
1)PFPE(Ppol)−(IIA)[ここで、Rは、上で定義されたとおりの式(R−III)の鎖であり、基YおよびY’の両方ともは、式−CFCHO(CHCHO)H(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);
2)PFPE(Ppol)−(IIB)(ここで、Rは、上で定義されたとおりの式(R−III)の鎖であり、基YおよびY’の両方ともは、式−CFCHOCHCHOHCHOHに従う)(以下で、「PFPEテトラオール(IIB)」または「(Ptetraol)−(IIB)」とも称される)
である。
上に示されるとおり、1種以上のPFPE(Ppol)が本発明の方法で使用され得;異なるPFPE(Ppol)の使用は、具体的な必要性に応じて、潤滑剤特性、例えば、MRM表面への付着性を調節することを可能にする。本発明の目的のために、特に好ましいのは、(Pdiol)−(IIA)、(Ptetraol)−(IIB)およびまたPFPE(Ppol)−(IIC)(ここで、Rは、上で定義されたとおりの式(R−III)の鎖であり、YおよびY’の一方は−CFCHOH基であり、他方は式−CFCHOCHCHOHCHOHの基である)(以下で、「PFPEトリオールIIC」または「(Ptriol)−(IIC)」とも称される)を含有する混合物の使用である。
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。
欧州特許出願公開第2197939号明細書に開示された手順は、(Pdiol)−(IIA)とAPGとの反応が、(Pdiol)−(IIA)のヒドロキシル末端基の対応する保護ジオール末端基への100%変換まで進行することが許されない場合、本発明で使用されるPFPE(Ppol)−(IIA)〜(IIC)の混合物を便利に製造することも可能にする。特に、以下の欧州特許出願公開第2197939号明細書の実施例1の手順は、solketal[(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラン−4−イル)メタノール]のメシル誘導体とPFPE(Pdiol)−(IIA)との反応を含み、100%より低い変換まで反応を進行させることによって、混合物は、
−未反応(Pdiol)−(IIA)、
−PFPE(Ptriol)−(IIC)(ここで、式−CFCHOCHCHOHCHOH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−CFCHOCHCHOHCHOH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ポリオール(IIA)〜(IIC)の混合物は、保護または非保護形態のいずれかで本発明の方法で使用され得る。前の場合では、保護(Ppol)(IIA)−(IIC)は、以下に記載されるとおりの塩基で直接処理されて、対応する混合物(M)を与え;保護基は、混合物(M2)を得た後に除去され得、残留(Ppol)(IIA)〜(IIC)は、ステップ5)で除去され得る。代わりに、それらが非保護形態で使用される場合、保護基は、混合物(M)の調製前に除去される。
正確さのために、式(II)のPFPE(Ppol)はすべて、なお小割合の対応する一官能性PFPEアルコール、すなわち、一方の鎖末端が非官能性末端基であり、他方が、上で定義されたとおりの基YまたはY’であるPFPEアルコールを含んでもよいことが指摘される。非官能性末端基の例は、式CHal(2x+1−y)H(式中、xは、0〜4の範囲であり、Halは、F、Cl、Brから選択される)に従うものであり;このような基の好ましい例は、−CF、−C、C、−CFH、−CFCFHであり;一般に、非官能性末端基は、末端基の全量に対して10モル%より低い、好ましくは5モル%より低い量で存在する。この小量の非官能性末端基は、PFPE(Ppol)の官能性を低下させる。非官能性PFPE、すなわち、鎖末端の両方で非官能性基を有するPFPEはまた、(Ppol)に含まれてもよく、それらの量は通常は無視してよく、(Ppol)の官能性に影響を与えない。本明細書を通して、式(II)の(Ppol)への言及はいずれも、このような小割合の対応する一官能性PFPEおよび非官能性PFPEも含むことが意味される。
PFPE(Palk)の定義
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。
パーハロシクロホスファゼン(CPhalo
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。
本発明の方法において、より多くのパーハロシクロホスファゼン(CPhalo)の混合物、特に、上で定義されたとおりの(CPhalo)(I−A)と(I−B)の混合物を使用することが可能である。しかしながら、一方の(CPhalo)のみを使用することが好ましく;特に好ましいのは、式(I−A)の(CPhalo)の使用であり;より好ましくは、(CPhalo)(I−A)は、ヘキサクロロシクロホスファゼンである。
パーハロシクロホスファゼン(CPhalo)(I−A)および(I−B)は、市販されており、例えば、Strem Chemicals,Incから入手することができる。
本発明の方法の詳細な説明
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。
ステップ1−混合物(M)の調製
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。
ステップ2−混合物(M1)の調製
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。
明瞭さのために、パーハロシクロホスファゼン(CPhalo)に対して言われる用語「当量」は、その中に含まれるP−Cl基に対して言われる。したがって、1モルのパーハロシクロホスファゼン(CPhalo)−(IA)は、6当量のP−Cl基を含むが、一方で1モルのパーハロシクロホスファゼン(CPhalo)−(IB)は、8当量のP−Cl基を含む。ホスファゼン環中の各リン原子が2個のPFPE置換基を持つシクロホスファゼン誘導体を得るために、(PFPE−Palk)と(CPhalo)の当量比は、少なくとも1のものでなければならず;これは、(CPhalo)(IA)が使用される場合、PFPE−Palkと(CPhalo)(IA)のモル比が少なくとも6でなければならず;(CPhalo)(IB)が使用される場合、PFPE−Palkと(CPhalo)(IA)のモル比は少なくとも8でなければならないことを意味する。しかしながら、反応率を最適化するために、(PFPE−Palk)/(CPhalo)の当量比は、1.1〜2.5の範囲であることが好ましいことが認められ;約2の当量比が特に好ましい。事実、本発明の方法が、2に等しい(PFPE−Palk)/(CPhalo)の当量比、およびPFPE(Ppol)中の(PFPE−Palk)の当量濃度が10〜15%の間である混合物(M)を使用して行なわれる場合、約80重量%のPFPE(CP−1)、(CP2)および(CP3)の全含量を有する混合物(M4)を10時間未満で得ることができることが認められた。
好ましい実施形態(以下「手順A」)によれば、混合物(M)は、40℃〜90℃の範囲の温度で撹拌および加熱され、次いで、(CPhalo)、好ましくは(I−A)および/または(I−B)の溶液が、典型的には約2〜6時間でゆっくりと添加される。
別の実施形態(以下「手順B」)によれば、(CPhalo)、好ましくは(I−A)および/または(I−B)の溶液が、40℃〜90℃の範囲の温度で撹拌および加熱され、次いで、混合物(M)がゆっくりと添加される。
別の実施形態(以下「手順C」)によれば、混合物(M)、および(CPhalo)、好ましくは(I−A)および/または(I−B)の溶液が、室温で一緒に急速に混合されて、混合物(M1)を与え、次いで、これは、40℃〜90℃の範囲の温度に加熱される。
手順A〜Cのうちで、手順Aが好ましい。
ステップ3−混合物(M2)の調製
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−OCH−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。
ステップ4−混合物(M3)の調製
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。
PFPE(Ppol)(IIA)〜(IIC)の混合物が保護形態で使用される場合、保護基は、公知の方法によって完全に除去される。
上記ステップ1)〜4)によって得られ得る混合物(M3)は、本発明の一部でもある。これらの混合物は、MRMの潤滑が50〜90重量%の範囲のある特定量の未反応PFPE(Ppol)(IIA)〜(IIC)をなお含む、本発明のPFPEシクロホスファゼンの低濃度で、満足に達成される場合に使用され得る。混合物(M3)はそのままで使用され得るか、またはそれらはさらなる潤滑剤組成物の調製に使用され得るかのいずれかである。
ステップ5)−混合物(M4)の調製
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。
上で定義されたとおりのステップ1)〜ステップ5)によって得られ得る混合物(M4)も、本発明の一部である。
好ましい実施形態によれば、本発明による混合物(M3)および(M4)は、上で定義されたとおりのPFPE(II)ジオールならびに上で定義されたとおりのホスファゼン(CPhalo)−(IA)および/または(IB)から得られ得るものである。
したがって、このような混合物は、以下の式
(式中、R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:
−CFXCHO(CHCHO)、−CFXCHO(CHCHCHO)および−CFCFCHO(CHCHO)(ここで、Xは、FまたはCFであり、nは、0〜5の範囲である);
−CFXCHO(CHCHOHCHO)n’および−CFCFCHO(CHCHOHCHO)n’、(ここで、CF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。
特に好ましいのは、PFPEジオール(IIA)または上で定義されたとおりのPFPE(Ppol)(IIA)〜(IIC)の混合物と一緒に、(CPhalo)−(IA)、好ましくはヘキサクロロシクロホスファゼンを使用することにより得られ得る混合物(M3)および(M4)である。したがって、これらの混合物は、式(CP−1)[式中、nは3であり、基T−OおよびT’−Oは、互いに等しいかまたは異なり、−CFCHO(CHCHO)および−CFCHOCHCHOHCHO(ここで、nは、上で定義されたとおりであり;好ましくは、nは、0〜2の範囲である)から選択される]の懸垂環状ホスファゼンを含有する。
最も特に好ましいのは、(CPhalo)−(IA)、好ましくは、ヘキサシクロホスファゼン、ならびにYとおよびY’の両方ともが−CFCHO(CHCHO)H(ここで、nは、上で定義されたとおりである)である、上で定義されたとおりのPFPEジオールを使用して得られ得る混合物(M3)および(M4)である。したがって、これらの混合物は、zが3であり、基T−OおよびT−O’が、両方とも−CFCHO(CHCHO)(ここで、nは上で定義されたとおりである)である、懸垂環状ホスファゼン(CP−1)を含有する。
最も特に好ましいのも、(CPhalo)−(IA)、好ましくはヘキサクロロシクロホスファゼン、および上で定義されたとおりのPFPE(Ppol)(IIA)〜(IIC)の保護混合物を使用して得られ得る混合物(M3)および(M4)である。これらの混合物(M3)および(M4)は、zが3であり、基T−Oが−CFCHO(CHCHO)(ここで、nは上で定義されたとおりである)、および−CFCHOCHCHOHCHOから独立して選択されるが、基T’−Oは、−CFCHO(CHCHO)、nは上で定義されたとおりである)である、懸垂環状ホスファゼン(CP−1)を含有する。
混合物(M3)および(M4)は、典型的には、所望の懸垂PFPE(CP−1)に加えて、以下に報告される式:
(式中、R、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。
特に、本出願人は、いずれの残留量のPFPE(Ppol)−(II)も、超臨界流体、すなわち、超臨界CO(scCO)による混合物(M4)の分画により除去され得ること、およびこの技術が、架橋PFPE(CP−4)をPFPE(CP1)、(CP2)および(CP3)から分離し、それにより、多分散性の低下した混合物[混合物(M5)]を得ることを可能にすることを認めた。
したがって、本発明のさらなる態様は、ホスファゼン環の各リン原子が2つのPFPE鎖を持ち、各PFPE鎖は少なくとも1個のヒドロキシ基を持つPFPEシクロホスファゼン誘導体[PFPE(CP−1)]を含有する混合物(M4)を精製する方法であって、混合物(M4)を分画、好ましくは超臨界流体による分画、より好ましくはscCOによる分画にかけるステップを含む方法である。
特に、本発明のさらなる態様は、上で定義されたとおりのステップ1)〜ステップ5)、続いて、混合物(M4)の分画、好ましくは超臨界流体による分画、より好ましくはscCOによる分画を含む、好ましくはそれらからなるステップ6)、を含む、好ましくはそれらからなる方法である。
scCOによる分画は、典型的には、圧力を漸進的に増加させて、等温条件下で慣用方法によって行なわれる。典型的には、温度は、40℃〜150℃の範囲の値に設定されるが、圧力は8〜50MPaに漸進的に増加される。
scCOによる分画は、混合物(M4)から残留PFPE(Ppol)を完全に除去し、また対応する架橋PFPE(CP−4)に対して懸垂、スピロおよびアンサPFPE(CP−1)、(CP−2)および(CP−3)の量が増加した混合物[混合物(M5)]を得ることを可能にする。実験セクションで報告された結果からより明らかであるように、いずれの残留PFPE(Ppol)も最初に、続いて、PFPE(CP−1)、(CP−2)および(CP−3)を含有する画分(以下「中間画分」が溶出され);PFPE(CP−4)が最後に溶出される。中間画分のうちで、最初に溶出されるものは、比較的高い量のPFPE(CP−2)および(CP−3)を含有するが、最後に溶出されるものは、比較的高い量の懸垂PFPE(CP−1)を含有する。中間画分のすべては、一緒にプールされ、そのままで使用され得;別に、比較的高い量の懸垂PFPE(CP−1)を含有する中間画分のみが一緒にプールされ、任意選択により、純度をさらに増加させるために超臨界流体による分画に再度かけられ得;この過程は、意図された用途に応じて純度を増加させるために望まれる回数だけ繰り返され得る。混合物(M4)の分画により単離され得る架橋PFPE(CP−4)も、本発明の範囲に包含される。
上記精製方法によって得られ得る、PFPEのスピロ−およびアンサPFPE(CP−2)および(CP−3)と一緒に懸垂PFPE(CP−1)を含有する混合物(M5)、特に上で定義されたとおりのステップ1)〜ステップ6)を含む方法によって得られ得る混合物も、本発明の範囲内である。これらの混合物は、少なくとも40%のPFPE(CP−1)のモル含量によって特徴付けられる。
好ましいのは、上で定義されたとおりのPFPEジオール(II)ならびに上で定義されたとおりのホスファゼン(CPhalo)−(IA)および/または(IB)から得られ得る混合物(M5)である。
特に好ましいのは、(CPhalo)−(IA)、好ましくはヘキサクロロシクロホスファゼン、およびPFPEジオール(IIA)、または上で定義されたとおりのPFPE(Ppol)(IIA)〜(IIC)の混合物と、から得られる得る混合物(M5)である。
より特に好ましいのは、(CPhalo)−(IA)、好ましくはヘキサクロロシクロホスファゼン、およびYとY’の両方ともが−CFCHO(CHCHO)H(ここで、nは上で定義されたとおりである)である、PFPEジオール(IIA)PFPEジオール(IIA)から得られ得る混合物(M5)である。
より特に好ましいのも、(CPhalo)−(IA)、好ましくはヘキサクロロシクロホスファゼン、および上で定義されたとおりのPFPE(Ppol)(IIA)〜(IIC)の保護混合物から得られ得る混合物(M5)である。
本発明による混合物(M3)〜(M5)は、MRMの潤滑にそのままで使用され得るか、またはそれらは、さらなる成分および/もしくは添加剤が添加されて、MRMのためのさらなる潤滑剤組成物を与え得る。したがって、本発明のさらなる目的は、単独でまたはさらなる成分および/もしくは添加剤を含有する組成物の形態で、上で定義されたとおりの混合物(M3)〜(M5)のいずれか1つを使用するステップを含む、MRMを潤滑する方法である。特に好ましいのは、混合物(M4)および(M5)の使用であり、混合物(M5)の使用が特に好ましい。
本発明は、以下の実験セクションでより詳細に例証される。
参照により本明細書に組み込まれる特許、特許出願、および刊行物のいずれかの開示が用語を不明瞭にさせ得る程度まで本出願の記載と矛盾する場合、本記載が優先するものとする。
実験セクション
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、M=1040、およびM/M=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。
実施例2で使用したPFPE(Ppol)−(IIA)は、EW=621を有するPFPE(Ppol)(a1/a2=0.9、a1およびa2は、M=1224およびM/M=1.10を得るように選択される)を得るまで、市販のFluorolink(登録商標)E10HPFPEの真空下での複数の薄層蒸留により得た。
実施例3で使用したPFPEポリオール(Ppol)(IIA)〜(IIC)の混合物は、変換率を30%に限定し、その結果、773g/当量のヒドロキシル当量を有する、ジオール(IIA)、ケタール保護PFPEトリオール(IIB)およびケタール保護テトラオール(IIC)の混合物を得たことは異なって、欧州特許出願公開第2197939号明細書の実施例1に記載された手順に従って、実施例1で使用したPFPE(Ppol)−(IIA)から調製した。
ヘキサクロシクロトリホスファゼン(HCP)は、98.5%純度で、Strem Chemicals Inc.から購入した。
1,3−ヘキサフルオロキシレンは、Miteni SpAから入手した。
HCl、NaOH 50%およびイソブチルアルコールは、試薬等級化学薬品であり、それらを、受け入れたまま使用した。
分析法
NMR分光法
NMR実験のすべては、H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H、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−d(CDOD)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CFClを基準とし、リンスペクトルは、外部HPO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−d)に対して基準とした。
19F−NMR
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。
H−NMR
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。
31P−NMR
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H−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。
13C−NMR
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H−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。
比Rの定義および決定
Rは、=P−OCH−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。
比Rの評価は、=POCH−および遊離ヒドロキシ基について明確なピークを示す、プロトン、炭素および任意選択により、フッ素のスペクトルを使用することにより行なった。
4.4.2ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)
分子量分布、MおよびM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。
GPCシステムは、Waters HPLC 515ポンプ、3本のPL−Gelカラム(1本はMixed−Dおよび2本はMixed−E)およびWaters 2414屈折率検出器を備えた。カラムおよび検出器は、35℃で温度自動調節した。
移動相は、1.0ml/分で液体にした(fluxed)、1,3−ビス(トリフルオロメチル)ベンゼンおよびイソプロパノール(80/20容積)の混合物であった。試料を、完全に溶解するまで(約1時間)室温で撹拌下にて移動相に1重量/容積%で溶解させた。分析のために、200mlの溶液を注入した。
校正曲線は、NMR分析から知られ、460〜9200の範囲に入る分子量を有する7種のFomblin(登録商標)Z DOL PFPEの狭い画分を使用することにより得た。取得および計算は、Waters Empowerソフトウェアを使用して行なった。
実施例
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scCOによる分画
ステップ1−混合物(M)
540gの式:
HO−CHCFO(CFCFO)a1(CFO)a2CFCH−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。
ステップ2)−混合物(M1)
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。
ステップ3)−混合物(M2)
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。
ステップ4)−混合物(M3)
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。
ステップ5)
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、H−NMR、31P−NMRおよびGPC分析により特徴付けた。
GPCクロマトグラムは、それぞれ、1836、6539および10995ダルトンのピーク分子量を有する3つの主成分を示す。第1成分は、残留PFPEジオール(IIA)に相当し、第2成分は、懸垂−、スピロ−およびアンサPFPE(CP−1)、(CP−2)および(CP−3)に起因するが、最後の成分は、架橋PFPE(CP−4)に起因するように最も思われる。
ステップ6−scCOによる混合物(M4)の分画−混合物(M5)の取得
ステップ5から得た混合物(M4)を、300mlのSFT−150超臨界CO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CO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、H−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M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。
NMR分析は、PFPE(CP−1)〜(CP−3)の構造を確認し;特に重要なのは、P−OCHCFO−部分に相当するシグナル:19F−:−78.8,−80.8ppm;H−:4.31ppm;13C−:65.5ppm(−CH)および−CFCHOH部分に相当するもの:19F−:−81.1,−83.1ppm;H−:3.80ppm;13C−:63.0ppm(−CH)である。P−OCHCFO−と−OCFX末端基の比R(X=−CHOH,−Fまたは−Hであり、19F−NMR、H−NMRおよび13C−NMRにより測定した)は、すべての画分で1より高いことがわかり、生成物が懸垂PFPE(CP−1)とスピロ−およびアンサPFPE(CP−2)ならびに(CP−3)との混合物(M4)であることを示した。
R比から、各画分の組成を計算することが可能であり、これを表1に報告する。
上記データは、scCOによる分画によってPFPE(CP−2)および(CP−3)に対してPFPE(CP−1)の量を増加させることが可能であることを示す。なおさらなる増加は、比較的高い含量の(CP−1)を有する画分を収集し、それをさらなるscCO分画サイクルにかけることにより達成され得る。
実施例2−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scCOによる分画による混合物(M5)の製造
ステップ1−混合物(M)
188gの式:
H(OCHCHO−CHCFO(CFCFO)a1(CFO)a2CFCH−O(CHCHO)H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。
ステップ2−混合物(M1)
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。
ステップ3−混合物(M2)
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。
ステップ4)−混合物(M3)
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、Rは、(CFCFO)a1(CFO)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(CHCHO)−(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。
ステップ5−混合物(M4)
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、H−NMRおよび31P−NMRにより特徴付けた。
ステップ6−scCOによる混合物(M4)の分画による混合物(M5)の調製
ステップ5)からの混合物(M4)を、300mlのSFT−150 scCO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CO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scCO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、H−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、H−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。
実施例3−PFPE(Ppol)(IIA)〜(IIC)混合物の保護混合物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scCOによる分画による混合物
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。
ステップ2−混合物(M1)
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。
ステップ3−混合物(M2)
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。
ステップ4−混合物(M3)を得るための加水分解および脱保護
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。
次いで、粗生成物に200gのメタノール、78gの蒸留水および37gのHCl37重量%水溶液を添加し、その後、70℃で加熱し、3時間撹拌し、保護基を完全に除去した。相分離後、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、590gの粗生成物を得、これを、31P−NMR、19F−NMRおよびH−NMRにより特徴付けた。
ステップ5−混合物(M4)
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、H−NMR、31P−NMRおよびGPCにより特徴付けた。
ステップ6−scCOによる混合物(M4)の分画による混合物(M5)の調製
ステップ5)からの混合物(M4)を、300mlのSFT−150scCO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、scCO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、H−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−OCHCFO−と−OCFX末端基の比R(X=−CHOH、−CHOCHCH(OH)CHOH、−Fまたは−Hであり、19F−NMR、H−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。−CHOHと−CHOCHCH(OH)CHOH末端基の比は、1.34である結果であった。

Claims (15)

  1. 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(R)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。
  2. PFPE(Ppol)が、以下の式(II):
    Y−O−R−Y’ (II)
    [式中、R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CF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CF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)−CFCFCWO−(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)−CFCFCFCFO−、
    (v)−(CF2)−CFZ−O−[ここで、jは、0〜3の整数であり、Zは、一般式−OR’T3(式中、R’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−、−CFCFXO−、−CFCFCFO−、−CFCFCFCFO−(Xのそれぞれは、独立して、FまたはCFである)のうちから選択され、TはC〜C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。
  3. YおよびY’が、
    −CFXCHO(CHCHO)H、−CFXCHO(CHCHCHO)H、および−CFCFCHO(CHCHO)H(ここで、Xは、FまたはCFであり、nは、0〜5の範囲である);
    −CFXCHO(CHCHOHCHO)n’Hおよび−CFCFCHO(CHCHOHCHO)n’H(ここで、Xは、FまたはCF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。
  4. 鎖Rが、以下の式(R−III):
    (R−III)−(CFCFO)a1(CFO)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:
    −CFXCHO(CHCHO)Hおよび−CFCFCHO(CHCHO)H,(ここで、Xは、FまたはCFであり、nは、0〜5の範囲である);
    −CFXCHO(CHCHOHCHO)n’Hおよび−CFCFCHO(CHCHOHCHO)n’H(ここで、Xは、FまたはCF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。
  5. PFPE(Ppol)が、PFPEジオール(Pdiol)(IIA)(ここで、YとY’の両方ともは、式−CFCHO(CHCHO)H(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。
  6. PFPE(Ppol)が、
    − PFPEジオール(Pdiol)(IIA)[ここで、YとY’の両方ともは、式−CFCHO(CHCHO)H(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−CFCHOCHCHOHCHOH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−CFCHO(CHCHO)H(ここで、nは、0〜2の範囲である)の基であり、他方は、式−CFCHOCHCHOHCHOH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。
  7. 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。
  8. (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。
  9. (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。
  10. 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。
  11. 以下の式(CP−1)〜式(CP−4):
    (式中、R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。
  12. 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。
  13. 式:
    (式中、R、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)。
  14. 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。
  15. 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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