JP2017528424A

JP2017528424A - 連続フロー反応器中での３−メタクリルオキシプロピルジメチルクロロシランの製造方法

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Publication number: JP2017528424A
Application number: JP2017501275A
Authority: JP
Inventors: クラックネール，ロバート; マシューズ，メリッサ; スモール，アンドリュー; バーター，アダム
Original assignee: ジーイーオースペシャルティケミカルズユーケーリミティド
Priority date: 2014-07-11
Filing date: 2015-07-09
Publication date: 2017-09-28
Anticipated expiration: 2035-07-09
Also published as: WO2016005757A1; US10399997B2; EP3166952A1; EP3166952B1; GB201412406D0; US20170197995A1; ES2682747T3; HUE038965T2; JP6581177B2

Abstract

アリルメタクリレートとジメチルクロロシランとをヒドロシリル化触媒の存在下で反応させることによる３−メタクリルオキシプロピルジメチルクロロシランの製造方法であって、その反応が、過酸化物の不在下で、連続フロー反応器中で行われることを特徴とする方法。この反応は、以下のスキームによって特徴づけられ、式（I）〜（III）を製造する方法もクレームされている。【選択図】図１

Description

本発明は、３−メタクリルオキシプロピル−ビスジメチルクロロシラン（ＭＯＰＤＭＣＳ）の製造方法に関する。

アルケニル基を含む有機化合物とヒドロシランとの反応による有機ケイ素化合物の合成は、アルケニル基の炭素−炭素二重結合を介して（across）ケイ素と水素とを付加させる結果となることが、よく知られている。その一般的方法は、通常、遷移金属触媒の存在下で行われることが、何十年も前から知られている。多くの異なる理由により、ヒドロシリル化触媒を用いたアクリロイル又はメタクリロイル有機ケイ素化合物の製造には、連続法は適していないと、一般に信じられている。第１に、重合が起こり、フロープロセスを妨害するだろうことが予想される。第２に、触媒活性化のために誘導期間が必要であり、このことは連続的なプロセスが機能しないだろうことを意味すると予想される。そして、第３に、触媒の失活は長い間に渡って（over time）起こることが知られている。米国特許第5,359,113号は、この後者の問題を記載しており、それは酸素の欠乏によって引き起こされると考えており、過酸化物をヒドロシリル化反応に添加することによってこの問題を解決している。シランとしてのＭｅＨＳiＣｌ_２及び不飽和化合物としての塩化アリルを使用して、米国特許第5,359,113号の比較例１は、連続反応プロセス中の触媒不活性化を示し、一方実施例１は、過酸化物の添加がこの問題を回避し、連続反応プロセスの使用を可能にすることを示している。しかしながら、米国特許第5,359,113号の反応は、過酸化物が重合のための公知の開始剤であるため、実際には、アクリロイル又はメタクリロイルケイ素化合物の製造には使用することができない。過酸化物を添加しなくても、重合はアクリロイル又はメタクリロイルケイ素化合物の公知の製造方法において、大きな問題を引き起こすことが知られている。

３−メタクリルオキシプロピル−ビスジメチルクロロシラン（ＭＯＰＤＭＣＳ）は、コンタクトレンズの製造に使用されるメタクリルオキシプロピルジメチルメトキシシラン（ｍＰＤＭＳ）の製造のための重要な原料である。ＭＯＰＤＭＣＳは、アリルメタクリレート（ＡＭＡ）とジメチルクロロシラン（ＤＭＣＳ）との反応によって、通常は白金をベースとする遷移金属ヒドロシリル化触媒の存在下で、製造される。

しかしながら、ＭＯＰＤＭＣＳの公知の製造方法は、多くの欠点を有しており、ＭＯＰＤＭＣＳは、調製及び取り扱いが特に困難なメタクリロイル有機ケイ素化合物である。プロセスの制御は難しく、バッチ間の一貫性を保証することは困難である。その結果、特に製品の一貫性及び純度に関する問題が生じる。例えば、生成物の加水分解及び二量化が容易に起こる。さらに、生成物はホモポリマーを形成し得るし、又反応混合物中に存在する副生物と共重合し得る。そのような反応は、調製プロセス中の任意の時点で、及び例えば蒸留によって行われる生成物の精製中にも、起こり得る。従って、高度の純度を有するＭＯＰＤＭＣＳを調製することは困難である。

得られた副生物の含有量を減少させることによって、又は生成物の二量化若しくは重合を減少させることによって、製造中又は製造後の生成物の分解を減少させる方法を開発するために、多くの研究が行われてきた。例えば、米国特許第5,550,272号及び欧州特許第803507号は、フリーラジカル重合禁止剤の使用を記載している。米国特許第5,847,178号は、銅化合物を反応混合物に添加することを提案している。欧州特許第775,708号には、反応混合物を無機塩化物で処理することが記載されており、一方米国特許第5,811,565号は、反応混合物をルイス酸で処理することを記載している。欧州特許第693492号は、重合を最小限にするために低水条件下で合成を実施することを記載している。欧州特許第562584号、国際公開第2004/085446号及び欧州特許第753521号は、重合を減少させることを目的として、蒸留による生成物の精製の間に使用される添加物を記載している。

これらの公知の方法は全て従来のバッチ処理技術を用いて行われており、いずれも、反応が触媒の活性化が起こる間の長い誘導時間を有するというバッチ間の不一致に寄与する１つの大きな問題に対処していない。誘導時間は長いだけでなく、バッチ毎に著しく変化し予測不可能である。一般に、反応物が誘導期間中に添加されると、反応物が蓄積し、一度反応が始まると大量の熱が発生し、温度が望ましくないレベルに上昇するであろう。このような状況下では、暴走反応や重合が起こりやすい。誘導時間を効果的に監視して対処するための措置を講じるとしても、バッチ間の一貫性は低い傾向にある。

米国特許出願公開第2010/179340号には、メタクリロイルオキシプロピルアルコキシシランの製造のためのバッチプロセスの欠点のいくつかが記載されており、又反応器の特定のシステムを用いる、アリルメタクリレートとヒドロシランとの反応による、メタクリロイル有機シリコン化合物の連続製造方法が記載されている。この方法で使用されるヒドロシランはアルコキシヒドロシランである。国際公開第2008/017555号は、米国特許出願公開第2010/0179340号に非常に類似した開示を含んでおり、又米国特許出願公開第2010/0179340号に関する限りでは、メタクリロキシ化合物を調製する実施例はメトキシシランを用いて行われている。

米国特許出願公開第2010/0179340号及び国際公開第2008/017555号で調製されたタイプのメタクリロイルアルコキシシラン及びそれらを製造するために使用されるアルコキシヒドロシランは、他のヒドロシランと比較して比較的安定で取り扱いが容易であることが知られている。具体的には、ＡＭＡ、白金ヒドロシリル化触媒及びＤＭＣＳを含む反応混合物は、トリメトキシシランを含む対応する反応混合物よりも、合成中に、副生物を形成したり及び／又は重合したりする傾向がはるかに高いと予想される。ＭＯＰＤＭＣＳは、重合する傾向があるため、合成が特に困難である。これは、Ｓi−Ｃｌ結合が加水分解に対して非常に感受性であり、存在する任意のメタクリレート結合のさらなる分解及び重合の両方を触媒する塩酸の形成をもたらすためであると考えられる。その不安定性のために、ＭＯＰＤＭＣＳは、常に、かなりのレベルの重合禁止剤を、典型的には１００〜２００ｐｐｍのＢＨＴと２００〜４００ｐｐｍのＭｅＨＱとを、含有して販売されている。対照的に、対応する３−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン（ＭＯＰＴＭＯＳ）は、非常に低レベルの重合禁止剤で、典型的には１０ｐｐｍ未満のＢＨＴで、販売されている。当業者は、ＭＯＰＤＭＣＳの連続的な製造プロセスを成功裏に行うことができることは、予期できないであろう。

米国特許第5,359,113号米国特許第5,550,272号欧州特許第803507号米国特許第5,847,178号欧州特許第775,708号米国特許第5,811,565号欧州特許第693492号欧州特許第562584号国際公開第2004/085446号欧州特許第753521号米国特許出願公開第2010/0179340号国際公開第2008/017555号

ＭＯＰＤＭＣＳの製造のための改善された方法が必要とされている。我々は、ここに、高収率で又高い程度の一貫性及び純度で、それらの調製を可能にする、非常に効率的な方法を見出した。これは、反応物及び生成物の反応性が高いという性質、特にそれら自身と及び互いに反応する傾向があることからすると、特に驚くべきことである。

本発明は、ヒドロシリル化触媒の存在下で、アリルメタクリレートをジメチルクロロシランと反応させることによってメタクリルオキシプロピルビスジメチルクロロシランを製造する方法であって、該反応が、過酸化物の非存在下で行われ、下記工程を含むことを特徴とする方法を提供する：
i. アリルメタクリレートを含む第１の流れを供給する工程；
ii. ジメチルクロロシランを含む第２の流れを供給する工程；
iii. 前記各流れを、連続フロー反応器（continuous flow reactor）中で、前記ヒドロシリル化触媒の存在下に接触させ、それによりメタクリルオキシプロピルビスジメチルクロロシランを生成する工程；及び
iv. 前記連続フロー反応器から生成物の流れを連続的に取り出す工程。

本発明の特に好ましい実施態様では、生成物流は、生成物流のバッチ蒸留を行うことを含む追加の工程v）において処理される。

連続フロー反応器の表面積／体積比（surface area/volume ratio）は重要なパラメータである。それは、好ましくは、４：１〜４００：１である。反応器内の反応物の流路長と反応器の断面積の比もまた重要なパラメータである。それは、好ましくは、０．０１：１０，０００〜１００：１０，０００である。反応器は、任意の所望の形態を取ることができる。それは、適切には、上記の寸法を有する細長いチャネルを含む。これらのチャネルは、任意の所望の断面、例えば長方形又は円形を有することができる。

好ましくは、本発明方法は、溶媒の非存在下又は実質的非存在下で、行われる。驚くべきことに、本発明の方法は、本質的に溶媒を含まない条件下でも、高い収率及び純度でＭＯＰＤＭＣＳを一貫して製造するのに有効なままである。

好ましくは、本発明方法は、ＭＯＰＤＭＣＳ及び／又は不純物の存在及び／又はレベルについて、工程（iii）で生成された生成物流を分析する工程を含み、より好ましくは生成物流のインライン分析を行う工程を含む。生成物流を分析／監視することにより、生成物流が許容可能な純度及び／又は収率にあるかどうかについての決定が可能になり、その決定に応じて処理条件を変更することができる。例えば、肯定的な決定か否定的な決定かに応じて、許容される純度の粗生成物を含有する第１の受口（receptacle）に生成物流を流入させることができ、または容認できない純度の粗生成物を含む第２の受口に転送することができる。処理条件（例えば、温度）は、例えば、生成物の純度及び／又は収率を改善するために調節され得るか、又は否定的な決定に応答して、連続フロー反応器がパージされ得る。

好ましくは、各供給流は、連続フロー反応器に、連続フロー反応器中で、１〜１００バール（１００〜１０，０００キロパスカル）の範囲内の圧力で、それらが接触するような流速で連続フロー反応器に供給される。そのような条件の使用は、アクリロイル−又はメタクリロイル−有機ケイ素化合物の特に高い収率及び純度での生成をもたらす。

本発明方法の好ましい実施態様を説明する概略フロー図である。

ＭＯＰＤＭＣＳは、下記式を有する：

それには、多くのさまざまな用途がある。具体的には、例えば、硬化して高い酸素透過性を有するレンズを製造するコンタクトレンズ調合物に使用するためのシリコーン含有モノマーを合成するために、用いることができる。

本発明方法の工程（i）では、ＡＭＡを含有する第１の流れが供給される。上述したように、ＡＭＡとＤＭＣＳとの反応は、炭素−炭素二重結合を介してケイ素及び水素の付加をもたらす。

第１の流れは、所望であれば、有機溶媒を含んでいてもよく、有機溶媒としては、例えばベンゼン、トルエン又はキシレンのような芳香族炭化水素；ヘキサン又はヘプタンのような脂肪族炭化水素；テトラヒドロフラン又はジエチルエーテルのようなエーテル；アセトン又はメチルエチルケトンのようなケトン；又は酢酸エチル又は酢酸ブチルのようなエステルである。しかしながら、所望により、後述するようにヒドロシリル化触媒が前記第１の流れの一部を形成する場合に、ヒドロシリル化触媒を送達するのに必要とされる量の溶媒以外には、溶媒は存在しないのが好ましい。

本発明方法の工程（ii）では、ジメチルクロロシランを含有する第２の流れが供給される。

前記第２の流れは、所望であれば、有機溶媒を含んでいてもよく、例えば第１の流れについて上述した溶媒の１つを含むことができる。それは、例えば２０％までの溶媒を含むことができる。しかしながら、所望により、後述するようにヒドロシリル化触媒が前記第２の流れの一部を形成する場合に、ヒドロシリル化触媒を送達するのに必要とされる量の溶媒以外には、溶媒は存在しないのが好ましい。

工程（iii）は、連続フロー反応器中で行われる。反応器の表面積／体積比は重要なパラメータである。好ましくは、それは、４：１〜４００：１、例えば１０：１〜２００：１、特に２０：１〜１００：１である。反応器内で、前記第１及び第２の流れをヒドロシリル化触媒の存在下で接触させる。第１及び第２の流れは、別個の流れとして反応器に導入されてもよく、又は反応器に入る直前に合併されてもよい。

触媒は、第１の流れの一部として、又は第２の流れの一部として、又は連続フロー反応器に直接導入することができる第３の流れに、導入することができ、又は反応器への流入直前に第１又は第２の流れの一方又は両方に合流させることができる；または連続フロー反応器中に予め導入しておいてもよい。好ましくは、それは、第１又は第２の流れの一部として、より好ましくは第１の流れの一部として導入される。触媒を、これらの流れの１つの一部として、反応器に導入することにより、生成物を高収率で一貫して製造することを、確実にすることができる。

反応器中の最適な滞留時間は、行われる反応の正確な詳細に依存するであろうが、好ましくは、滞留時間は１秒〜３０分、例えば１０秒〜１５分、好ましくは１〜５分である。この短時間の滞留時間は、副生物の形成が最小限に抑えられるという点で、本発明方法を用いる利点を提供する。一般に、連続フロー反応器を通る流れは、反応器中に最小限の予備的空き高（head-room）があるようなものであろう。

任意の適切なヒドロシリル化触媒を使用することができる。好ましくは、触媒は遷移金属を含む。触媒は、均一系であっても不均一系であってもよい。一つの好ましい実施態様では、触媒は均一系触媒である。そのような触媒は、例えば、ＲｈＣｌ_３又はＲｈ（ＰＰｈ_３）_３Ｃｌ（ここで、Ｐｈはフェニル基である）等のロジウム、又は白金、をベースとすることができる。白金触媒は、塩化白金酸、白金−オレフィン錯体、及び白金とビニル官能性シロキサンとの錯体として供給されることができる。特定の触媒は、Speier触媒（i−ＰｒＯＨ中のＨ_２ＰｔＣｌ_６）、Karstedt触媒（Ｈ_２ＰｔＣｌ_６とジビニルテトラメチルジシロキサンとの反応生成物）、Ashby触媒（Ｈ_２ＰｔＣｌ_６とテトラビニルテトラメチルジシロキサンとの反応生成物）及びLamoreoux触媒（ｎ−オクタノール中のＨ_２ＰｔＣｌ_６）を含む。Karstedt触媒の使用は、本発明の１つの好ましい実施態様を形成する。一般に、均一系触媒は、有機溶媒中の溶液の形態で供給されるであろう。例えば、ポリジメチルシロキサン又は炭化水素溶媒、例えばキシレン、ヘキサン、ヘプタン若しくはトルエン、中の溶液である。不均一系触媒が使用される場合、これは、必要であれば、第１及び第２の流れの導入前に、連続フロー反応器に導入されてもよい。不均一系触媒の例としては、例えば、固体担持白金触媒又は固体Ｃｕ（II）塩触媒が挙げられる。一般に、触媒は、既知のバッチ反応で使用される量と同様の量又はそれよりやや少量で使用されるだろう。少量の触媒の存在が生成物の安定性を増加させると予想されるので、既知の反応よりも幾分少量の使用は、本発明方法のさらなる利点を提供する。

本発明方法の工程（iii）は、任意の所望の温度で、例えば室温又は高温で行うことができる。最高温度は、好ましくは、重合又は他の望ましくない副反応を最小化するために、２００℃未満、特に１２０℃未満に保たれる。例えば、反応温度は、３０〜１２０℃、例えば６０〜１２０℃、特に８０〜１００℃の範囲内であってもよい。本発明方法の好ましい実施態様では、温度、圧力及び流速を含む反応条件は、ヒドロシランの蒸発を引き起こすことなく、反応温度をこれらの範囲内に保つことができるように制御される。例えば、ＤＭＣＳは、いかなる気化も起こすことなく、約８０℃の反応温度で取り扱うことができ、最適なプロセス効率に導かれる。

本発明方法の工程（iii）は、大気圧下で行うことができるが、好ましくは高圧下で行われ、このことは全ての成分を液相に保つのを助け、一貫した滞留時間を達成するのに役立つ。１つの好ましい実施態様では、各流れは、１００バール（１０，０００ｋＰａ）までの圧力で、例えば１〜１００バール（１００〜１０，０００ｋＰａ）の範囲内、例えば７０バール（７，０００ｋＰａ）まで、例えば５０バール（５，０００ｋＰａ）までの圧力で、連続フロー反応器内で接触するような流速で連続フロー反応器に供給される。上記で論じたように、各流れを、このような圧力で、連続フロー反応器内で接触させると、ＭＯＰＤＭＣＳの特に高い収率及び純度が導かれる。しかしながら、より低い圧力、例えば２５バール（ｋＰａ）まで、特に１５バール（ｋＰａ）までの圧力も使用することができ、これらは利点を提供し得る。一般に、背圧調節器がシステムの最後に設けられ、これは、各流れが連続フロー反応器に供給される速度によって生じる適用圧力及びシステムを渡る圧力降下と一緒に、連続フロー反応器内の圧力を決定するだろう。

ＡＭＡとＤＭＣＳのモル比は重要ではないが、好ましくはほぼ等量、又は少し過剰量のＡＭＡを使用する。例えば、ＡＭＡとＤＭＣＳとのモル比は、１：１〜１．５：１の範囲内、例えば１：１〜１．２：１の範囲内であってもよい。

上述したように、好ましい実施態様では、第１及び第２の流れは、所望により触媒の供給のために必要な少量の溶媒以外には、添加溶媒を含まない。一つの好ましい実施態様では、連続フロー反応器への投入量（inputs）の２０重量％未満、好ましくは１０重量％未満が溶媒である。例えば、連続フロー反応器への投入量の５重量％未満、４重量％未満、３重量％未満、２重量％未満、１重量％未満、０．５重量％未満、又は０．２重量％未満が溶媒である。一つの好ましい実施態様では、連続フロー反応器への投入量の少なくとも９０重量％、少なくとも９５重量％、少なくとも９６重量％、少なくとも９７重量％、少なくとも９８重量％、少なくとも９９重量％、少なくとも９９．５重量％、又は少なくとも９９．８重量％は、i）ヒドロシリル化触媒、ii）ＤＭＣＳ、及びiii）ＡＭＡの合計重量％である。

必要に応じて、任意の公知の重合禁止剤が工程（iii）に存在してもよい。適切な禁止剤としては、フェノール類、アミン類（例えば、Ｎ，Ｎ−ジフェニル−ｐ−フェニレンジアミン、ＤＰＰＤ）、キノン類及び他の酸素含有化合物、及び銅塩、例えばＣｕ(I)Ｏ、Ｃｕ_２(I)（ＳＯ_４）、Ｃｕ(I)ＯＨ、Ｃｕ(I)Ｃｌ、Ｃｕ(I)ＯＡｃ及びＣｕ(II)Ｏ、Ｃｕ(II)ＳＯ_４、Ｃｕ(II)（ＯＨ）_２、Ｃｕ(II)Ｃｌ_２及びＣｕ(II)（ＯＡｃ）_２、並びに上記先行技術に開示されている禁止剤が包含される。フェノール、例えばｐ−メトキシフェノール、４−ヒドロキシアニソール、ジブチルヒドロキシトルエン又はビス（tert−ブチル）−４−メチルフェノール（ＢＨＴ）又はフェノチアジン（ＰＴＺ）の使用が好ましい。禁止剤の混合物を使用してもよい。禁止剤は、第１の流れの一部として、又は第２の流れの一部として、又は他の手段、例えば第３の流れによって、連続フロー反応器に導入することができる。好ましくは、第１の流れの一部として導入される。

ＭＯＰＤＭＣＳの調製のためのバッチ反応では、触媒活性化、それゆえ誘導期間が、一般に必要である。公知の方法において、触媒誘導の問題は、生成物の純度の低下をもたらすバッチ間の重大な不一致を含む大きな問題を引き起こし得る。本発明方法では、驚くべきことに、触媒の活性化のための手当（allowance）を設ける必要がないことが見出された。必要に応じて、工程（iii）における連続フロー反応器を通る流れは、当初の始動段階の間、廃棄物流に転送することができる。一度触媒が完全に活性化されたら、生成物の回収を開始することができる。しかしながら、一般的に、このような工程は必要ではない。

好都合なことに、本発明方法は、理想的にはインラインモニタを用いて、反応器からのアウトプットの分析／モニタリングをすることによって、具体的には、例えばＨＰＬＣ、ＧＣ−ＦＩＤ、ＧＣ−ＭＳ又は特にＩＲ等の任意の適切な分析技術を使用して、粗生成物流の分析／モニタリングをすることによって、制御される。このようなモニタリングは、製品の蓄積及び反応の活性に関するリアルタイムの情報を提供し、遅延に導くサンプリング及び保持を必要とすることなく、重要な安全性の利点をもたらす。モニタリングと連携して、標準以下の生成物が生じた場合に、生成物流を廃棄物流に自動的に切り替えることが有利であり、これにより、今度は、問題が発生する前に、収集された生成物の汚染が防止される。

さらに、ＭＯＰＤＭＣＳの処理中に、重合事象が起こり得、得られる生成物の品質に影響を与える。生成された生成物流の分析を行うことは、そのような事象の早期検出を可能にするので、必要に応じて処理条件を変更することができる。従って、上述のように、一つの好ましい実施態様では、本発明方法は、ＭＯＰＤＭＣＳ及び／又は不純物の存在及び／又はレベルについて生成物流を分析することを含み、より好ましくは、その方法は、生成物流のインライン分析をすることを含み、さらにより好ましくは、その方法は、生成物流のインラインＩＲ分析をすることを含む。

１つの好ましい実施態様では、本発明の方法は、インラインＩＲ分析をすることによって生成物流中に存在するＭＯＰＤＭＣＳの収率を決定することを含み、ＭＯＰＤＭＣＳの収率が所定の値（例えば、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％又は少なくとも８５％）と同等であるかそれより大きい場合には、生成物流を第１の容器に通し；又はＭＯＰＤＭＣＳの収率が前記所定の値（例えば、少なくとも６０％、少なくとも６５％、少なくとも７０％、少なくとも７５％、少なくとも８０％又は少なくとも８５％）よりも小さい場合には、生成物流を第２の廃棄物容器に通す。

インラインモニタリングが、ＭＯＰＤＭＣＳの収率／レベルが所望のレベル未満である場合、又は不純物のレベルが所望のレベルを上回る場合、生成物流中のＭＯＰＤＭＣＳの許容できる収率及び／又は純度を達成するために、それに応答して、処理条件を調節することが望ましいであろう。例えば、第１及び／又は第２の流れの温度及び／又は流速は、収率が所定の値よりも小さいという決定に応答して調節されてもよい。

さらに、インライン分析／モニタリングが、生成物流中のＭＯＰＤＭＣＳの収率及び／又は純度が許容できないという決定につながる場合、特に重合事象が検出される場合、連続フロー反応器をパージすることが望ましいであろう。例えば、第１の容器への生成物流のフローを停止させ、第２の廃棄物容器にそれを転送させ、溶媒及び／又は重合禁止剤を含む流れを、第１及び第２の流れに代えて、一定時間（例えば、少なくとも１、２、５、１０、又は２０分間）連続フロー反応器を通過させて通し、その後元の流れを連続フロー反応器に供給するために戻し、そして生成物流を第１の容器に通すことに戻す。

この方法の工程（iii）に続いて、連続フロー反応器から生成物流が取り出される。所望であれば、この生成物流は精製工程に供されてもよい。例えば、生成物は、溶媒抽出プロセス又は好ましくは蒸留によって精製することができる。本発明の１つの好ましい実施態様においては、工程iv）によって得られた生成物流は、バッチ蒸留プロセスに供される。驚くべきことに、バッチ蒸留の使用は、連続蒸留の使用よりも改善されていることが判明したが、それは、工程iii）を連続フロー反応器中で行う方法にとっては、予期できないことであろう。したがって、本発明の方法の好ましい実施態様は、ヒドロシリル化触媒の存在下で、ＡＭＡをＤＭＣＳと反応させることによってＭＯＰＤＭＣＳを製造する方法であって、該反応が、過酸化物の非存在下で行われ、下記工程を含むことを特徴とする方法を包含する：
i. ＡＭＡを含む第１の流れを供給する工程；
ii. ＤＭＣＳを含む第２の流れを供給する工程；
iii. 前記各流れを、連続フロー反応器中で、前記ヒドロシリル化触媒の存在下に接触させ、それによりＭＯＰＤＭＣＳを生成する工程；
iv. 前記連続フロー反応器から生成物の流れを連続的に取り出す工程；及び
v. 前記生成物の流れをバッチ蒸留プロセスに供する工程。

蒸留は、公知の条件下、例えば０．１〜１０ミリバール、好ましくは１〜５ミリバールの圧力、及び５０〜１５０℃の温度で、行うことができる。蒸留温度は、好ましくは少なくとも６０℃、例えば少なくとも７０℃、好ましくは１２０℃以下である。それは、例えば６０〜１２０℃、例えば６０〜１００℃であり得る。この工程の間に、必要に応じて重合禁止剤が存在していてもよい。好ましい禁止剤は、前記の通りである。

本発明の反応は、以下のスキームによって、起こる：

前記のように、ＭＯＰＤＭＣＳは、公知の方法によって、例えば、以下の各式の化合物に変換することができる：

又は

各式において、ｎは０〜１００であり、各Ｒは独立してＣ_１−４アルキル基、特にメチル基である。例えば、それは式（IV）の（ポリ）シロキサンと反応させて、式（I）の化合物を形成することができる。

上記において、Ｍ^＋はカチオン、例えば金属イオン、特にリチウムイオンである。

式（Ｉ）の化合物の特定の例としては：

及び

が含まれ、これらは、例えば、式（IV）のリチウム塩を使用する下記の反応スキームに示す様に、ＭＯＰＤＭＣＳと式（IV）又は式（IVa）の適当な化合物との反応によって製造することができる：

二分子のＭＯＰＤＭＣＳを、水の存在下で二量化して式（II）の化合物を形成することができ、又は二分子のＭＯＰＤＭＣＳを、式（V）又は（Va）の化合物と反応させて式IIIの化合物を形成することができる：

上記において、Ｍ^＋は前記で与えられた意味を有する。

本発明の方法は、公知の方法と比較して顕著な改良を提供するＭＯＰＤＭＣＳの製造方法であり、特に、製品の品質及び一貫性を著しく改善し、全体的な収率の改善に導く。本発明の方法を用いて得られた結果は、驚くほど速く、一貫性があり、制御可能である。当業者は、連続フロー反応器内で固体ポリマーの析出が起こることを予期して、連続フロー反応器の使用を、反応の性質を考慮して、実現不可能としたが、実際には以下の実施例で示されるように、これは起こらない。さらに、反応を実施する公知の方法では、反応を開始する前に、触媒の活性化が起こるようにしなければならない重要な誘導時間があるという事実を考慮すると、本発明方法を行うときには、誘導期間のための手当が不要であること及び低い滞留時間で高い収率を得ることができることは最も驚くべきことである。その反応は、生成物中に不純物を生じる水の存在に敏感である。本発明の方法は、水の浸入点の数が少なく、装置内の濡れ性表面の表面積も低い装置の使用を可能にする。最後に、以前は、触媒の不活性化を避けるためには、酸素源が必要であると信じられてきたのに、システム内への酸素源例えば過酸化物を導入するためのいかなる活性化工程も取ることなく、重大な触媒の不活性化も無く、反応が効率的に起こることは驚くべきことである。

図１に、本発明の好ましい実施態様を示した。その実施態様では、アリルメタクリレート、重合禁止剤（例えば、フェノチアジン）及びヒドロシリル化触媒（例えば、キシレン中の白金（０）−１，３−ジビニル−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン）は、第１の貯蔵容器１（図１の「インプットＡ」として示される）に供給される。ジメチルクロロシランは、第２の貯蔵容器２（「インプットＢ」として示される）に供給される。ＡＭＡ、重合禁止剤及びヒドロシリル化触媒を含有する第１の流れを第１の貯蔵容器からポンプで汲み出し、ＤＭＣＳを含む第２の流れと合併させ、合併した流れを、直ちに連続フロー反応器３に、８０〜１００℃の範囲内の温度で流入させる。第１及び第２の各流れの流速は、連続フロー反応器中の反応物の滞留時間が１〜５分の範囲になるように、又圧力が５００〜１５００キロパスカルの範囲になるように、調節される。ＤＭＣＳはＡＭＡと反応し、ＭＯＰＤＭＣＳを含有する粗生成物流が連続フロー反応器を出ていく。粗生成物流を、シリコンプローブを備えたインラインＩＲ装置４に通すことにより、インライン分析に供する。分析により、粗生成物流が許容可能な収率及び純度でＭＯＰＤＭＣＳを含むことが確認された場合には、粗生成物流をバルブ５経由で蒸留塔６に通して、粗生成物流を蒸留に供し、精製ＭＯＰＤＭＣＳ（図１の「アウトプット」として示される）及び廃棄物流を供する。インラインＩＲ分析が、粗生成物流が許容可能な収率及び／又は純度ではないことを示す場合（例えば、ＡＭＡ又はＭＯＰＤＭＣＳの重合が起き始める場合）には、粗生成物流はバルブ５経由で廃棄物に転換されて、生成物流がスポイルされるのを回避する。第３の貯蔵容器７（図１の「インプットＣ」として示す）に導入された、溶媒（例えばトルエン、キシレン）及び重合禁止剤（例えばフェノチアジン）を含有する第３の流れは、次いで容器７からポンプで汲み出し、連続フロー反応器３を通して、第１及び第２の流れの代わりに、一定時間、反応器をパージする。次いで、通常の操作を再開し、第１及び第２の流れを連続フロー反応器３中で接触させて、さらなるメタアクリロイル有機ケイ素化合物を生成させ、そしてインラインＩＲ分析が粗生成物流が再び許容可能な収率及び／又は純度であることを示す場合には、粗生成物流を再びバルブ５経由で蒸留塔６に通すようにする。

以下の実施例は、本発明を説明するものである。

実施例１：ＭＯＰＤＭＣＳの連続的製造
フェノチアジン（０．２８ｇ、１．４１ｍｍｏｌ）、アリルメタクリレート（６０ｍＬ、４４６ｍｍｏｌ）及び白金（０）−１，３−ジビニル−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン錯体溶液（キシレン中２％のＰｔ、６６μＬ、２０ｐｐｍのＰｔ）の溶液を、乾燥した密封１００ｍｌ丸底フラスコ中で、Ｎ_２雰囲気下に調製した。４０：１の表面積／体積比を有する、蠕動ポンプを装備したベイパーテック（Vapourtec）（登録商標）Ｅ−シリーズフロー反応器を用いて、反応を実施した。フェノチアジンと白金（０）−１，３−ジビニル−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン錯体溶液の溶液を、第１の蠕動ポンプを用いて、１．１ｍＬ／分の速度でＰＴＦＥのｔ−ピースにポンプ輸送し、そこで、第２の蠕動ポンプを用いて０．９ｍＬ／分の速度でポンプ輸送されるジメチルクロロシランの流れと合併させた。合併させた流れを、直ちに８０℃に保持した１０ｍＬ管状反応器に流し、１００PSI背圧調節器を用いて、システムを加圧下に保った。システムのアウトプットの流れを、シリコンプローブを備えたメトラー・トレド（Mettler-Toledo）（登録商標）FlowIRインラインフーリエ変換型赤外分光分析（FTIR）装置に通し、すべてのヒドロシラン種の完全な消費を確認した。ＩＲモニタリングはまた、実験の過程で一貫した生成物の生産を確認した。アウトプットの流れを、廃棄物容器中に１０分間流した後、Ｎ_２雰囲気下で、乾燥し密閉した１００ｍＬ丸底フラスコに、３０分間迂回させた。この溶液に、ＢＨＴ（ブチル化ヒドロキシトルエン）（１３．７ｍｇ、２５０ｐｐｍ）を仕込み、８０℃で１時間減圧留去し、ＭＯＰＤＭＣＳ（４７．９ｇ、収率９７．９％）を淡黄色液体として得た。ＧＣにより、純度は８９％であると示された。

比較例１：ＭＯＰＤＭＣＳのバッチ製造
２Ｌの反応釜に、機械的スターラー、凝縮器、熱電対、空気スパージ、表面下水冷却コイル、５００ｍＬ滴下漏斗、加熱マントル、Ｎ_２導入口及びＮ_２バブラーを、取り付けた。この反応釜に、フェノチアジン（０．９３ｇ、４．７ｍｍｏｌ）、アリルメタクリレート（１４６ｍＬ、１．０９ｍｏｌ）、トルエン（３４０ｍＬ）及び白金（０）−１，３−ジビニル−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン錯体溶液（キシレン溶液中２％のＰｔ、１３７μＬ、２０ｐｐｍのＰｔ）を、仕込み、内容物を１０分間撹拌した。この溶液を８０℃に加熱し、トルエン（２００ｍＬ）中のジメチルクロロシラン（９４ｍＬ、０．８５ｍｏｌ）の溶液を滴下漏斗に仕込んだ。約３０ｍＬ（１０％）のジメチルクロロシラン溶液を反応釜に充填し、反応釜を８０℃で３０分間保持した。反応釜の内容物を、この時点及び約３０分後にサンプリングして、ＧＣ−ＦＩＤ分析から反応回転率の確認を得た。残りのＤＭＣＳ溶液を、温度を維持し、攪拌しながら、反応釜に３時間かけて滴下した。この反応は、非常に発熱的であった。反応温度の過剰な増加は、冷却コイルを用いて、制御しなければならなかった。ＤＭＣＳの添加が完了した後、溶液を加熱し、さらに１時間撹拌し、次いで室温まで冷却させた。この溶液に、ＢＨＴ（ブチル化ヒドロキシトルエン）（４７ｍｇ、２５０ｐｐｍ）を仕込み、８０℃で１時間減圧留去し、ＭＯＰＤＭＣＳ（１４４ｇ、収率７７％）を淡黄色液体として得た。ＧＣにより、純度は８８％であると示された。

実施例２：ＭＯＰＤＭＣＳの連続的製造
連続フロー反応は、Ｔiコネクター及びブッシング（bushings）で、３つのＳiＣモジュール（ＭＲＸ＋ＭＲＨ−II＋ＭＲＨ−II 、全反応容積６９．９ｍｌ）を取り付けたPlantrix（商標）MR260反応器を用いて行った。反応器の出口で背圧調節器を用いて、反応器を７バールに維持して、高温の使用を可能にした。システムを過加圧から保護するために、圧力安全逃がし弁を、１７バールで各試薬注入口に取り付けた。ハンドヘルド圧力計を、ＡＭＡ供給ラインに取り付け、反応条件下での反応器内の圧力降下を測定した。円滑な試薬投入を助けるために、０．５〜０．７バールのＮ_２下に維持された１０００ｍｌ（ＤＭＣＳ）及び２５００ｍｌ（ＡＭＡ）ガラス瓶から、試薬を投与した。試薬は、２５ｍｌのＰＴＦＥライニングシリンジ及びＰＥＥＫチェックバルブ（KiloFlow（登録商標））を取り付けた二重シリンジポンプの対を用いて、ポンプ輸送した。反応生成物を、背圧調節器を通過する前に、塩／氷浴に浸したＦＥＰチューブ内で冷却し、シリコンプローブを備えたメトラー・トレド（Mettler-Toledo）（登録商標）FlowIRインラインフーリエ変換型赤外分光分析（FTIR）装置に通した。反応器の温度は、ラウダ（Lauda） XT150サーモスタット（Kryo 55熱流体）を用いて、熱的に制御した。

全システムを実験室グレードのＴＨＦで試験し、反応に純粋な試薬を使用する前に、無水ＴＨＦで洗浄した。次いで、反応器を４０℃から７０℃へ又９０℃への間隔で加熱し、ＤＭＣＳを７０℃で導入した。ＩＲによるＳi−Ｈ伸縮の検出がされたら、生成物ＭＯＰＤＭＣＳに関して、ＡＭＡ及び５０００ｐｐｍのＢＨＴに対して、２０ｐｐｍのＰｔ（Karstedt触媒）と共に、ＡＭＡの供給を開始した。ＡＭＡとＤＭＣＳのモル比は１．１：１であり、反応器中の滞留時間は２分であり、反応器内の安定圧力は９．４バールであった。

Ｓi−Ｈ伸縮の減少に続いて、反応器の温度を９０℃に上昇させ、平衡化（システムの３容量分）後、反応生成物を、氷上の１Ｌボトルに集めた。連続運転中、微黄色の低粘度生成物が得られ、圧力の上昇又はポリマー生成物形成は無く、反応器は、問題無く、５時間を超えて操作することができた。得られた反応生成物をＧＣ−ＦＩＤで分析し（７２．４％ＭＯＰＤＭＣＳ）、すべてのボトルに通気孔付キャップを取り付けて、冷蔵庫に保存した。生成物ＭＯＰＤＭＣＳに関して、５２７０ｐｐｍのＢＨＴを用いて反応を繰り返した。再び、安定した操作が、良好な生成物変換で、観察された。全てのＭＯＰＤＭＣＳ製品は、一晩の貯蔵後、通気の兆候は最小限で、安定したままであった。回収後、生成した粗ＭＯＰＤＭＣＳを蒸留して純度を向上させた。

実施例３：ＭＯＰＤＭＣＳ及びＭＯＰＴＭＯＳの重合に対する相対的安定性の実証
安定剤として５００ｐｐｍのＢＨＴを含有する１５ｇのＭＯＰＴＭＯＳ（３−（トリメトキシシリル）プロピルメタクリレート）を、１００ｒｐｍで撹拌し、１３０℃で２時間加熱し、次いで温度を１３５℃に上昇させた。７時間５分後（即ち、１３５℃で５時間５分後）、ＭＯＰＴＭＯＳは重合した。対照的に、同量のＢＨＴを含有するＭＯＰＤＭＣＳを用いて実験を繰り返した場合、わずか２時間４５分後（即ち、１３５℃で４５分以内）に重合が起こった。

実施例４：触媒濃度の影響
種々の触媒の装填（loadings）を利用する連続フロー反応を、標準的な１０ｍｌのＰＦＡコイルチューブ反応器及びＶ３蠕動ポンプを備えたVapourtec Ｅ−シリーズフロー反応器を用いて実施した。高温の使用を可能にするために、反応器の出口で背圧調節器を用いて、反応器を５〜６バールに維持した。Ｎ_２ヘッドスペース下に維持されたガラス瓶からの酸耐性フランジチューブを用いて、試薬を投入した。

純粋な試薬を使用する前に、無水トルエンでシステムを洗い流した。次いで、反応器を８０℃に加熱した。ＡＭＡフィードを導入する前に、システムの１容量分のＤＭＣＳを、ポンプでシステムに通した。ＡＭＡフィードは、ＡＭＡに関して２０ｐｐｍのＰｔ（Karstedt触媒）及び生成物のＭＯＰＤＭＣＳに関して１０００ｐｐｍのＢＨＴを含有していた。ＡＭＡとＤＭＣＳのモル比は１：１であり、反応器内の滞留時間は５分であり、反応器内の安定圧力は５〜６バールであった。平衡化（システムの３容量分）後、反応生成物をガラス瓶に１５分間集めた。連続運転中、生成物は、微黄色の低粘度生成物として現れ、圧力の上昇又はポリマー生成物形成は無かった。生成物をＧＣ−ＦＩＤで分析し（７２．１％ＭＯＰＤＭＣＳ）、冷蔵保存した。

異なるレベルのKarstedt触媒（１５ｐｐｍ、１０ｐｐｍ及び５ｐｐｍのＰｔ）を含有するＡＭＡフィードを用いて反応を繰り返した。禁止剤含量、装置及び反応条件は変化させなかった。５〜６バールでの安定した操作が観察され、淡黄色の低粘度生成物が集められ、ポリマー生成物は形成されなかった。全てのＭＯＰＤＭＣＳ生成物のＧＣ−ＦＩＤ分析は、各触媒装填について良好な生成物変換を示した。１５ｐｐｍのＰｔ、１０ｐｐｍのＰｔ及び５ｐｐｍのＰｔについて測定された純度は、それぞれ、６８．８％のＭＯＰＤＭＣＳ、６９．２％のＭＯＰＤＭＣＳ及び７０．５％のＭＯＰＤＭＣＳであった。

Claims

ヒドロシリル化触媒の存在下で、アリルメタクリレートをジメチルクロロシランと反応させることによって３−メタクリルオキシプロピルジメチルクロロシランを製造する方法であって、該反応が、過酸化物の非存在下で行われ、下記工程を含むことを特徴とする：
i) アリルメタクリレートを含む第１の流れを供給する工程；
ii) ジメチルクロロシランを含む第２の流れを供給する工程；
iii) 前記各流れを、連続フロー反応器中で、前記ヒドロシリル化触媒の存在下に接触させ、それにより３−メタクリルオキシプロピルジメチルクロロシランを生成する工程；及び
iv) 前記連続フロー反応器から生成物の流れを連続的に取り出す工程。
連続フロー反応器の表面積／体積の比が、４：１〜４００：１の範囲内である請求項１に記載の方法。
連続フロー反応器の断面積と反応器内の試薬の流路長の比が、０．０１：１０，０００〜１００：１０，０００の範囲内である請求項１又は請求項２のいずれかに記載の方法。
溶媒の非存在下又は実質的非存在下で行われる前記の請求項のいずれか一項に記載の方法。
工程（iii）で生成した生成物流のインライン分析が行われる前記の請求項のいずれか一項に記載の方法。
インライン分析が、ＨＰＬＣ、ＧＣ−ＦＩＤ、ＧＣ−ＭＳ又はＩＲによって行われる請求項５に記載の方法。
生成物流中に存在する３−メタクリルオキシプロピルジメチルクロロシランの純度及び／又は収率を決定することを含み、３−メタクリルオキシプロピルジメチルクロロシランの純度及び／又は収率が所定の値と同等であるか又はそれより大きい場合には、生成物流を第１の容器に通し；又は、３−メタクリルオキシプロピルジメチルクロロシランの純度及び／又は収率が前記所定の値よりも小さい場合には、その粗生成物流を第２の廃棄物容器に通す、請求項５又は請求項６に記載の方法。
第１及び第２の流れが、１００〜１０，０００キロパスカルの範囲内の圧力で連続フロー反応器中で接触するような流速で、連続フロー反応器に供給される前記の請求項のいずれか一項に記載の方法。
工程（iii）が、３０〜１２０℃の範囲内の温度で行われる前記の請求項のいずれか一項に記載の方法。
前記ヒドロシリル化触媒が、ロジウム又は白金を含有する前記の請求項のいずれか一項に記載の方法。
触媒が、Ｈ_２ＰｔＣｌ_６とジビニルテトラメチルジシロキサンとの反応生成物である請求項１０に記載の方法。
工程（iii）が、禁止剤の存在下で行われる前記の請求項のいずれか一項に記載の方法。
禁止剤が、フェノチアジン及び／又はビス（tert-ブチル）−４−メチルフェノールである請求項１２に記載の方法。
工程iv）からの生成物流をバッチ蒸留に供することを含む追加の工程v）を含む前記の請求項のいずれか一項に記載の方法。
前記の請求項のいずれか一項に記載の方法によって製造された３−メタクリルオキシプロピルジメチルクロロシラン。
下記一般式：

又は

（ここで、ｎは０〜１００であり、各Ｒは、独立してＣ_１−４のアルキル基である）の化合物の製造方法であって、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法により３−メタクリルオキシプロピルジメチルクロロシランを製造し、続いて前記３−メタクリルオキシプロピルジメチルクロロシランを、公知の方法によって、必要な化合物に変換することを含む、製造方法。
３−メタクリルオキシプロピルジメチルクロロシランを、式：

（ここで、式中、Ｍ^＋はカチオンである）の（ポリ）シロキサンと反応させて、式（I）の化合物を形成する；又は２分子の３−メタクリルオキシプロピルジメチルクロロシランを水の存在下で二量化して、式（II）の化合物を形成する；又は２分子の３−メタクリルオキシプロピルジメチルクロロシランを式：

（ここで、式中、Ｍ^＋はカチオンである）の化合物と反応させて、式IIIの化合物を形成することを含む、請求項１６に記載の方法。