JP2018035089A - アクリル酸エステル誘導体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ラインウィドゥスラフネス(LWR)が改善され、且つ高解像度のレジストパターンを形成するフォトレジスト組成物用の高分子化合物の原料として有用なアクリル酸エステル誘導体の、工業的に有利な製造方法の提供。
【解決手段】式(1)で示されるアクリル酸エステル誘導体を酸化する工程を含む、該化合物の環S原子が酸化された構造を有するアクリル酸エステル誘導体の製造方法。
(R1はH、メチル基又はトリフルオロメチル基;X2は−O−又は−S−;U1及びU2は夫々独立に単結合又はアルキレン基;U3はC1〜4のアルキレン基又はC3〜10のシクロアルキレン基;A1は単結合又はC1〜10のアルキレン基;A2はC1〜10のアルキレン基又はC3〜10のシクロアルキレン基;kは0〜2の整数)
【選択図】なし
【解決手段】式(1)で示されるアクリル酸エステル誘導体を酸化する工程を含む、該化合物の環S原子が酸化された構造を有するアクリル酸エステル誘導体の製造方法。
(R1はH、メチル基又はトリフルオロメチル基;X2は−O−又は−S−;U1及びU2は夫々独立に単結合又はアルキレン基;U3はC1〜4のアルキレン基又はC3〜10のシクロアルキレン基;A1は単結合又はC1〜10のアルキレン基;A2はC1〜10のアルキレン基又はC3〜10のシクロアルキレン基;kは0〜2の整数)
【選択図】なし
Description
本発明は、アクリル酸エステル誘導体の製造方法に関する。
近年、半導体素子または液晶表示素子の製造においては、リソグラフィー技術の進歩によってパターンの微細化が急速に進んでいる。そのため、解像性およびラインウィドゥスラフネス(LWR)等の種々のリソグラフィー特性がこれまで以上に改善されるようなレジスト材料の開発が切望されている。
特許文献1には、6−メタクリロイルオキシ−4,4−ジオキサ−1,4−オキサチエパン等の、分子末端に特定の極性基を含む環構造を有するアクリル酸エステル誘導体から得られる高分子化合物を用いることで、LWRが改善され、且つ高解像度のフォトレジストパターンが形成され得るフォトレジスト組成物が提供可能であることが記載されている。
特許文献1には、6−メタクリロイルオキシ−4,4−ジオキサ−1,4−オキサチエパン等の、分子末端に特定の極性基を含む環構造を有するアクリル酸エステル誘導体から得られる高分子化合物を用いることで、LWRが改善され、且つ高解像度のフォトレジストパターンが形成され得るフォトレジスト組成物が提供可能であることが記載されている。
しかしながら、特許文献1には当該アクリル酸エステル誘導体についての製造方法が記載されているものの、その収率は必ずしも十分でなく、工業的実施の観点からは課題が残されていた。
本発明の課題は、下記一般式(2)で表されるアクリル酸エステル誘導体(以下、「アクリル酸エステル誘導体(2)」と称する)の、工業的に有利な製造方法の提供である。
本発明の課題は、下記一般式(2)で表されるアクリル酸エステル誘導体(以下、「アクリル酸エステル誘導体(2)」と称する)の、工業的に有利な製造方法の提供である。
(一般式(2)中、R1は水素原子、メチル基またはトリフルオロメチル基を表し、U1およびU2はそれぞれ独立して単結合またはアルキレン基を表し(ただし、該アルキレン基は炭素数1〜10のアルキル基および炭素数3〜10のシクロアルキル基から選択される少なくとも1つの置換基によって置換されていてもよいメチレン基またはエチレン基である)、U3はメチレン基、エチレン基、トリメチレン基およびテトラメチレン基から選択されるアルキレン基、または炭素数3〜10のシクロアルキレン基を表し(ただし、該アルキレン基およびシクロアルキレン基は炭素数1〜10のアルキル基および炭素数3〜10のシクロアルキル基から選択される少なくとも1つの置換基によって置換されていてもよい)、A1は単結合または炭素数1〜10のアルキレン基を表し、A2は炭素数1〜10のアルキレン基または炭素数3〜10のシクロアルキレン基を表し(ただし、該シクロアルキレン基は炭素数1〜10のアルキル基によって置換されていてもよい)、kは0〜2の整数を表し、X3は−S(=O)−または−S(=O)2−を表し、X4は−O−、−S(=O)−または−S(=O)2−を表す。)
本発明者らは鋭意検討した結果、特許文献1に記載の製造方法(アルコール誘導体を酸化した後にエステル誘導体と反応させ、アクリル酸エステル誘導体を得る方法)ではなく、先にアクリル酸エステル誘導体を得た後に酸化する方法を採用することにより、抽出プロセスにおける収率低下を抑制できることを見出し、本発明を完成した。
本発明は、下記[1]〜[7]に関する。
[1]下記一般式(1)
[1]下記一般式(1)
(一般式(1)中、R1、U1〜U3、A1、A2およびkは前記定義の通りであり、X2は−O−または−S−を表す。)
で示されるアクリル酸エステル誘導体(以下、「アクリル酸エステル誘導体(1)と称する」)を酸化する工程を含む、アクリル酸エステル誘導体(2)の製造方法。
[2]下記一般式(3−1)
で示されるアクリル酸エステル誘導体(以下、「アクリル酸エステル誘導体(1)と称する」)を酸化する工程を含む、アクリル酸エステル誘導体(2)の製造方法。
[2]下記一般式(3−1)
(一般式(3−1)中、R1、X2、A2およびkは前記定義の通りであり、R3〜R10はそれぞれ独立して水素原子、炭素数1〜10のアルキル基または炭素数3〜10のシクロアルキル基を表し、R11およびR12はそれぞれ独立して水素原子または炭素数1〜4のアルキル基を表し、zは0または1を表す。)
で示されるアクリル酸エステル誘導体(以下、「アクリル酸エステル誘導体(3−1)」と称する)を酸化し、下記一般式(4−1)
で示されるアクリル酸エステル誘導体(以下、「アクリル酸エステル誘導体(3−1)」と称する)を酸化し、下記一般式(4−1)
(一般式(4−1)中、R1、R3〜R12、X3、X4、A2、kおよびzは前記定義の通りである。)
で示されるアクリル酸エステル誘導体(以下、「アクリル酸エステル誘導体(4−1)」と称する)を製造する工程を含む、[1]の製造方法。
[3]下記一般式(5−1)
で示されるアクリル酸エステル誘導体(以下、「アクリル酸エステル誘導体(4−1)」と称する)を製造する工程を含む、[1]の製造方法。
[3]下記一般式(5−1)
(一般式(5−1)中、R1、X2、A2およびkは前記定義の通りである。)
で示されるアクリル酸エステル誘導体(以下、「アクリル酸エステル誘導体(5−1)」と称する)を酸化し、下記一般式(6−1)
で示されるアクリル酸エステル誘導体(以下、「アクリル酸エステル誘導体(5−1)」と称する)を酸化し、下記一般式(6−1)
(一般式(6−1)中、R1、X3、X4、A2およびkは前記定義の通りである。)
で示されるアクリル酸エステル誘導体(以下、「アクリル酸エステル誘導体(6−1)」と称する)を製造する工程を含む、[1]の製造方法。
[4]下記一般式(3−2)
で示されるアクリル酸エステル誘導体(以下、「アクリル酸エステル誘導体(6−1)」と称する)を製造する工程を含む、[1]の製造方法。
[4]下記一般式(3−2)
(一般式(3−2)中、R1、R3〜R12、X2、A2、kおよびzは前記定義の通りである。)
で示されるアクリル酸エステル誘導体(以下、「アクリル酸エステル誘導体(3−2)」と称する)を酸化し、下記一般式(4−2)
で示されるアクリル酸エステル誘導体(以下、「アクリル酸エステル誘導体(3−2)」と称する)を酸化し、下記一般式(4−2)
(一般式(4−2)中、R1、R3〜R12、X3、X4、A2、kおよびzは前記定義の通りである。)
で示されるアクリル酸エステル誘導体(以下、「アクリル酸エステル誘導体(4−2)」と称する)を製造する工程を含む、[1]の製造方法。
[5]下記一般式(5−2)
で示されるアクリル酸エステル誘導体(以下、「アクリル酸エステル誘導体(4−2)」と称する)を製造する工程を含む、[1]の製造方法。
[5]下記一般式(5−2)
(一般式(5−2)中、R1、X2、A2およびkは前記定義の通りである。)
で示されるアクリル酸エステル誘導体(以下、「アクリル酸エステル誘導体(5−2)」と称する)を酸化し、下記一般式(6−2)
で示されるアクリル酸エステル誘導体(以下、「アクリル酸エステル誘導体(5−2)」と称する)を酸化し、下記一般式(6−2)
(一般式(6−2)中、R1、X3、X4、A2およびkは前記定義の通りである。)
で示されるアクリル酸エステル誘導体(以下、「アクリル酸エステル誘導体(6−2)」と称する)を製造する工程を含む、[1]の製造方法。
[6]X2およびX4が−O−であり、かつX3が−S(=O)2−である、[1]〜[5]のいずれかの製造方法。
[7]kが0である、[1]〜[6]のいずれかの製造方法。
で示されるアクリル酸エステル誘導体(以下、「アクリル酸エステル誘導体(6−2)」と称する)を製造する工程を含む、[1]の製造方法。
[6]X2およびX4が−O−であり、かつX3が−S(=O)2−である、[1]〜[5]のいずれかの製造方法。
[7]kが0である、[1]〜[6]のいずれかの製造方法。
本発明の製造方法によれば、アクリル酸エステル誘導体(2)を工業的に有利に製造できる。
本発明の製造方法は、アクリル酸エステル誘導体(1)を酸化する工程を含む。
アクリル酸エステル誘導体(1)は、アクリル酸エステル誘導体(3−1)、アクリル酸エステル誘導体(3−2)、アクリル酸エステル誘導体(5−1)およびアクリル酸エステル誘導体(5−2)を包含する。
またアクリル酸エステル誘導体(2)は、アクリル酸エステル誘導体(4−1)、アクリル酸エステル誘導体(4−2)、アクリル酸エステル誘導体(6−1)およびアクリル酸エステル誘導体(6−2)を包含する。
本発明の製造方法は、アクリル酸エステル誘導体(3−1)またはアクリル酸エステル誘導体(3−2)から、アクリル酸エステル誘導体(4−1)またはアクリル酸エステル誘導体(4−2)をそれぞれ得る場合においてより好適に用いることができる。
また本発明の製造方法は、アクリル酸エステル誘導体(5−1)またはアクリル酸エステル誘導体(5−2)から、アクリル酸エステル誘導体(6−1)またはアクリル酸エステル誘導体(6−2)をそれぞれ得る場合においてさらに好適に用いることができる。
アクリル酸エステル誘導体(1)は、アクリル酸エステル誘導体(3−1)、アクリル酸エステル誘導体(3−2)、アクリル酸エステル誘導体(5−1)およびアクリル酸エステル誘導体(5−2)を包含する。
またアクリル酸エステル誘導体(2)は、アクリル酸エステル誘導体(4−1)、アクリル酸エステル誘導体(4−2)、アクリル酸エステル誘導体(6−1)およびアクリル酸エステル誘導体(6−2)を包含する。
本発明の製造方法は、アクリル酸エステル誘導体(3−1)またはアクリル酸エステル誘導体(3−2)から、アクリル酸エステル誘導体(4−1)またはアクリル酸エステル誘導体(4−2)をそれぞれ得る場合においてより好適に用いることができる。
また本発明の製造方法は、アクリル酸エステル誘導体(5−1)またはアクリル酸エステル誘導体(5−2)から、アクリル酸エステル誘導体(6−1)またはアクリル酸エステル誘導体(6−2)をそれぞれ得る場合においてさらに好適に用いることができる。
R1としては、水素原子、メチル基が好ましい。
X2としては、得られるアクリル酸エステル誘導体(2)の解像度およびLWRの観点から、−O−が好ましい。X2が−O−の場合はX4も−O−であるが、X2が−S−の場合はX4は−S(=O)−または−(S=O)2−となる。
X3は一般式(1)中の−S−の酸化により得られる−S(=O)−または−(S=O)2−である。
得られるアクリル酸エステル誘導体(2)の解像度およびLWRの観点からは、X2およびX4が−O−であり、かつX3が−S(=O)2−であることが好ましい。
X2としては、得られるアクリル酸エステル誘導体(2)の解像度およびLWRの観点から、−O−が好ましい。X2が−O−の場合はX4も−O−であるが、X2が−S−の場合はX4は−S(=O)−または−(S=O)2−となる。
X3は一般式(1)中の−S−の酸化により得られる−S(=O)−または−(S=O)2−である。
得られるアクリル酸エステル誘導体(2)の解像度およびLWRの観点からは、X2およびX4が−O−であり、かつX3が−S(=O)2−であることが好ましい。
U1およびU2が表すアルキレン基は、前述の通り、炭素数1〜10のアルキル基および炭素数3〜10のシクロアルキル基から選択される少なくとも1つの置換基(以下、「置換基Y」と称する)によって置換されていてもよい。
置換基Yがアルキル基の場合、例えばメチル基、エチル基、各種プロピル基(「各種」とは、直鎖状およびあらゆる分岐鎖状を含むことを示し、以下同様である。)、各種ブチル基、各種ヘキシル基、各種オクチル基、各種デシル基などが挙げられる。該アルキル基としては、炭素数1〜5のアルキル基が好ましく、炭素数1〜3のアルキル基がより好ましい。
置換基Yがシクロアルキル基の場合、例えばシクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基、シクロデシル基などが挙げられる。該シクロアルキル基としては、炭素数4〜8のシクロアルキル基が好ましく、炭素数4〜6のシクロアルキル基がより好ましい。
以上の中でも、得られるアクリル酸エステル誘導体(2)の解像度およびLWRの観点から、置換基Yとしては炭素数1〜10のアルキル基が好ましく、炭素数1〜3のアルキル基がより好ましい。
U1としては、得られるアクリル酸エステル誘導体(2)の解像度およびLWRの観点から、メチレン基およびエチレン基から選択されるアルキレン基が好ましく、メチレン基がより好ましい。
U2としては、単結合またはメチレン基が好ましい。
置換基Yがアルキル基の場合、例えばメチル基、エチル基、各種プロピル基(「各種」とは、直鎖状およびあらゆる分岐鎖状を含むことを示し、以下同様である。)、各種ブチル基、各種ヘキシル基、各種オクチル基、各種デシル基などが挙げられる。該アルキル基としては、炭素数1〜5のアルキル基が好ましく、炭素数1〜3のアルキル基がより好ましい。
置換基Yがシクロアルキル基の場合、例えばシクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基、シクロデシル基などが挙げられる。該シクロアルキル基としては、炭素数4〜8のシクロアルキル基が好ましく、炭素数4〜6のシクロアルキル基がより好ましい。
以上の中でも、得られるアクリル酸エステル誘導体(2)の解像度およびLWRの観点から、置換基Yとしては炭素数1〜10のアルキル基が好ましく、炭素数1〜3のアルキル基がより好ましい。
U1としては、得られるアクリル酸エステル誘導体(2)の解像度およびLWRの観点から、メチレン基およびエチレン基から選択されるアルキレン基が好ましく、メチレン基がより好ましい。
U2としては、単結合またはメチレン基が好ましい。
U3が表す炭素数3〜10のシクロアルキレン基としては、例えば、1,2−シクロブチレン基、1,2−シクロペンチレン基、1,2−シクロヘキシレン基、1,2−シクロオクチレン基、1,2−シクロデシレン基などが挙げられる。
前述の通り、U3が表すアルキレン基およびシクロアルキレン基は、炭素数1〜10のアルキル基および炭素数3〜10のシクロアルキル基から選択される少なくとも1つの置換基によって置換されていてもよい。該置換基としては、前記置換基Yと同じものが挙げられ、好ましいものも同じである。
U3としては、得られるアクリル酸エステル誘導体(2)の解像度およびLWRの観点から、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基およびテトラメチレン基から選択されるアルキレン基が好ましく、メチレン基、エチレン基がより好ましく、エチレン基がさらに好ましい。また、これらが炭素数1〜10のアルキル基で置換されていることも好ましく、これらがメチル基で置換されていることもより好ましいが、これらが無置換であることも好ましい。
前述の通り、U3が表すアルキレン基およびシクロアルキレン基は、炭素数1〜10のアルキル基および炭素数3〜10のシクロアルキル基から選択される少なくとも1つの置換基によって置換されていてもよい。該置換基としては、前記置換基Yと同じものが挙げられ、好ましいものも同じである。
U3としては、得られるアクリル酸エステル誘導体(2)の解像度およびLWRの観点から、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基およびテトラメチレン基から選択されるアルキレン基が好ましく、メチレン基、エチレン基がより好ましく、エチレン基がさらに好ましい。また、これらが炭素数1〜10のアルキル基で置換されていることも好ましく、これらがメチル基で置換されていることもより好ましいが、これらが無置換であることも好ましい。
A1およびA2が表す炭素数1〜10のアルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、1−メチルエチレン基、トリメチレン基、イソプロピリデン基などが挙げられる。該アルキレン基は、直鎖状であってもよいし、分岐鎖状であってもよい。該アルキレン基としては、炭素数1〜5のアルキレン基が好ましく、炭素数1〜3のアルキレン基がより好ましく、メチレン基がさらに好ましい。
A2が表す炭素数3〜10のシクロアルキレン基としては、例えば、シクロブチリデン基、1,2−シクロブチレン基、シクロペンチリデン基、1,2−シクロペンチレン基、シクロヘキシリデン基、1,2−シクロヘキシレン基、1,4−シクロヘキシレン基などが挙げられる。該シクロアルキレン基としては、炭素数4〜6のシクロアルキレン基が好ましい。また、該シクロアルキレン基は、炭素数1〜10のアルキル基によって置換されていてもよく、該置換基としては、前記置換基Yと同じものが挙げられ、好ましいものも同じである。
以上の中でも、A1としては、単結合、メチレン基、1−メチルエチレン基が好ましく、単結合、メチレン基がより好ましい。
また、kは0〜2の整数を表し、0または1が好ましく、0がより好ましい。
なお、「単結合である」とは、何ら基を介さずに直接結合していることを意味する。
A2が表す炭素数3〜10のシクロアルキレン基としては、例えば、シクロブチリデン基、1,2−シクロブチレン基、シクロペンチリデン基、1,2−シクロペンチレン基、シクロヘキシリデン基、1,2−シクロヘキシレン基、1,4−シクロヘキシレン基などが挙げられる。該シクロアルキレン基としては、炭素数4〜6のシクロアルキレン基が好ましい。また、該シクロアルキレン基は、炭素数1〜10のアルキル基によって置換されていてもよく、該置換基としては、前記置換基Yと同じものが挙げられ、好ましいものも同じである。
以上の中でも、A1としては、単結合、メチレン基、1−メチルエチレン基が好ましく、単結合、メチレン基がより好ましい。
また、kは0〜2の整数を表し、0または1が好ましく、0がより好ましい。
なお、「単結合である」とは、何ら基を介さずに直接結合していることを意味する。
R3〜R10が表す炭素数1〜10のアルキル基および炭素数3〜10のシクロアルキル基としてはいずれも、前記置換基Yと同じものが挙げられ、好ましいものも同じである。
R3〜R10としては、いずれも、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基が好ましく、水素原子、炭素数1〜3のアルキル基がより好ましく、水素原子がさらに好ましい。
R11およびR12が表す炭素数1〜4のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、各種プロピル基などが挙げられる。これらの中でも、炭素数1または2のアルキル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
R11およびR12としては、水素原子が好ましい。
zとしては0が好ましい。
R3〜R10としては、いずれも、水素原子、炭素数1〜10のアルキル基が好ましく、水素原子、炭素数1〜3のアルキル基がより好ましく、水素原子がさらに好ましい。
R11およびR12が表す炭素数1〜4のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、各種プロピル基などが挙げられる。これらの中でも、炭素数1または2のアルキル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
R11およびR12としては、水素原子が好ましい。
zとしては0が好ましい。
本発明の製造方法において用いるアクリル酸エステル誘導体(1)の入手方法に特に制限はなく、市販のものを用いても良いし、特開2016−141737号公報に記載の方法(対応するアルコール誘導体およびエステル誘導体との縮合)を用いて製造してもよい。
本発明の製造方法において、アクリル酸エステル誘導体(1)の酸化工程においては酸化剤を用いることが好ましい。
酸化剤としては、例えば、過酸、過酸化物が挙げられる。過酸としては、例えば、過ギ酸、過酢酸、トリフルオロ過酢酸、過安息香酸、m−クロロ過安息香酸、モノペルオキシフタル酸等の過カルボン酸などの有機過酸;過マンガン酸などの無機過酸;およびこれらの塩が挙げられる。該塩としては、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩などのアルカリ金属塩が挙げられる。
過酸として有機過酸を用いる場合、該有機過酸は、平衡過ギ酸、平衡過酢酸などの平衡過酸を利用してもよい。平衡過酸を利用する場合には、例えば、所望の過酸に対応する酸(例えば、過ギ酸に対応するのはギ酸、過酢酸に対応するのは酢酸)と過酸化水素とを組み合わせて反応系に添加すればよい。これにより、反応系において所望の有機過酸(例えば、過ギ酸、過酢酸など)が生成し、酸化剤として機能する。さらに、平衡過酸を用いる場合には、触媒として、硫酸などの強酸を使用してもよい。
また、過酸化物としては、例えば、過酸化水素、ペルオキシド、ヒドロペルオシド、並びにペルオキソ酸およびその塩などが挙げられる。過酸化水素は希釈せずにそのまま用いてもよいが、取扱い容易性の観点から、適当な溶媒(例えば、水)で希釈して、例えば、20〜65質量%過酸化水素水、好ましくは20〜40質量%過酸化水素水として用いることもできる。
過酸として有機過酸を用いる場合、該有機過酸は、平衡過ギ酸、平衡過酢酸などの平衡過酸を利用してもよい。平衡過酸を利用する場合には、例えば、所望の過酸に対応する酸(例えば、過ギ酸に対応するのはギ酸、過酢酸に対応するのは酢酸)と過酸化水素とを組み合わせて反応系に添加すればよい。これにより、反応系において所望の有機過酸(例えば、過ギ酸、過酢酸など)が生成し、酸化剤として機能する。さらに、平衡過酸を用いる場合には、触媒として、硫酸などの強酸を使用してもよい。
また、過酸化物としては、例えば、過酸化水素、ペルオキシド、ヒドロペルオシド、並びにペルオキソ酸およびその塩などが挙げられる。過酸化水素は希釈せずにそのまま用いてもよいが、取扱い容易性の観点から、適当な溶媒(例えば、水)で希釈して、例えば、20〜65質量%過酸化水素水、好ましくは20〜40質量%過酸化水素水として用いることもできる。
なお、過酸化物として過酸化水素が用いられる場合には、金属化合物が併用されることが多い。過酸化水素と共に金属化合物が併用される場合の具体的な形態(金属化合物の種類やその使用量)については、特開2007−31355号公報の段落[0036]〜[0041]の記載が適宜参照され得る。
酸化剤としては、好ましくは有機過酸、より好ましくは平衡過酸、さらに好ましくは平衡過酸として得られる過ギ酸である。
酸化剤の使用量に特に制限はないが、経済性および後処理の容易さの観点から、アクリル酸エステル誘導体(1)1モルに対して、好ましくは0.5〜10モル、より好ましくは0.8〜5モルである。
酸化剤としては、好ましくは有機過酸、より好ましくは平衡過酸、さらに好ましくは平衡過酸として得られる過ギ酸である。
酸化剤の使用量に特に制限はないが、経済性および後処理の容易さの観点から、アクリル酸エステル誘導体(1)1モルに対して、好ましくは0.5〜10モル、より好ましくは0.8〜5モルである。
酸化工程は溶媒の存在下または非存在下で実施できるが、溶媒の存在下で行うことが好ましい。
溶媒としては、反応を阻害しない限り特に制限はないが、例えば、水;ヘキサン、ヘプタン、オクタンなどの脂肪族炭化水素;トルエン、キシレン、シメンなどの芳香族炭化水素;塩化メチレン、ジクロロエタンなどのハロゲン化炭化水素;テトラヒドロフラン、ジイソプロピルエーテルなどのエーテル;ギ酸、酢酸などのカルボン酸等が挙げられる。溶媒は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
酸化工程を溶媒の存在下で行う場合、溶媒の使用量は、経済性および後処理の容易さの観点から、アクリル酸エステル誘導体(1)1質量部に対して、好ましくは0.1〜20質量部、より好ましくは0.3〜10質量部である。また、平衡過酸を酸化剤として用いる場合、反応速度および収率の観点からは、溶媒は水を含むことが好ましく、溶媒として水を単独で用いることがより好ましい。
酸化工程における反応温度は特に制限されず、所望の反応速度、反応の選択性、および酸化剤の種類などを考慮して適宜決定され得るが、好ましくは−40〜100℃、より好ましくは10〜80℃、さらに好ましくは15〜50℃である。
溶媒としては、反応を阻害しない限り特に制限はないが、例えば、水;ヘキサン、ヘプタン、オクタンなどの脂肪族炭化水素;トルエン、キシレン、シメンなどの芳香族炭化水素;塩化メチレン、ジクロロエタンなどのハロゲン化炭化水素;テトラヒドロフラン、ジイソプロピルエーテルなどのエーテル;ギ酸、酢酸などのカルボン酸等が挙げられる。溶媒は、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
酸化工程を溶媒の存在下で行う場合、溶媒の使用量は、経済性および後処理の容易さの観点から、アクリル酸エステル誘導体(1)1質量部に対して、好ましくは0.1〜20質量部、より好ましくは0.3〜10質量部である。また、平衡過酸を酸化剤として用いる場合、反応速度および収率の観点からは、溶媒は水を含むことが好ましく、溶媒として水を単独で用いることがより好ましい。
酸化工程における反応温度は特に制限されず、所望の反応速度、反応の選択性、および酸化剤の種類などを考慮して適宜決定され得るが、好ましくは−40〜100℃、より好ましくは10〜80℃、さらに好ましくは15〜50℃である。
酸化剤として平衡過酸を用いる場合、溶媒の存在下または非存在下、過酸に対応する酸(例えば、過ギ酸に対応するのはギ酸、過酢酸に対応するのは酢酸)とアクリル酸エステル誘導体(1)を含有する混合溶液中へ、過酸化水素を添加(好ましくは滴下)する方法が好ましい。急激な温度上昇をさせない限り、添加時間(滴下時間)に特に制限はなく、例えば30分〜24時間の範囲で適宜調整すればよい。
特に制限されるわけではないが、ガスクロマトグラフィー分析によるアクリル酸エステル誘導体(1)の消失の確認をもって、酸化工程の終了を判断できる。
なお、酸化工程は、バッチ方式、セミバッチ方式、連続方式などのいずれの方法でも実施可能である。
特に制限されるわけではないが、ガスクロマトグラフィー分析によるアクリル酸エステル誘導体(1)の消失の確認をもって、酸化工程の終了を判断できる。
なお、酸化工程は、バッチ方式、セミバッチ方式、連続方式などのいずれの方法でも実施可能である。
酸化反応の終了後は、還元剤を添加することにより、反応せずに残存した酸化剤をクエンチすることが好ましい。該還元剤に特に制限はないが、例えば、亜硫酸ナトリウムおよび亜硫酸水素ナトリウムなどの亜硫酸塩;ジメチルスルフィドおよびジフェニルスルフィドなどのスルフィド等が挙げられる。
反応せずに残存した酸化剤をクエンチするための還元剤の使用量に特に制限はないが、反応系内に残存した酸化剤に対して1〜5当量であることが好ましい。
反応せずに残存した酸化剤をクエンチするための還元剤の使用量に特に制限はないが、反応系内に残存した酸化剤に対して1〜5当量であることが好ましい。
得られたアクリル酸エステル誘導体(2)は、炭酸水素カリウム等の塩基を用いて中和した後、酢酸エチル等の有機溶媒を用いて抽出することができる。
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されない。
<実施例>
(6−メタクリロイルオキシ−1,4−オキサチエパンおよび2−メタクリロイルオキシメチル−1,4−オキサチアンの合成)
内容量50mlの4つ口フラスコに、窒素雰囲気下、国際公開第2016/125585号に記載の方法で得られた1,4−オキサチエパン−6−オールおよび1,4−オキサチアン−2−メタノールの混合物(混合モル比=81:19)5.41g(40mmol)を仕込み、次いでアセトニトリル16gおよびトリエチルアミン8.9g(88mmol)を仕込んだ。反応混合物に塩化メタクリロイル4.6g(44mmol)を反応液の内温が30℃以下を維持するように滴下した。その後、室温で0.5時間攪拌した。
得られた反応混合液に水5.4gおよび酢酸エチル21gを投入し、15分攪拌した。この有機層と水層を分離し、水層を酢酸エチル21gで抽出した。有機層と抽出液を混合し、得られた混合液を1%塩酸水溶液18gで2回洗浄し、次いで3%炭酸水素ナトリウム水溶液12gで洗浄後、水6gで洗浄した。得られた有機層を減圧下に濃縮し、下記の6−メタクリロイルオキシ−1,4−オキサチエパンおよび2−メタクリロイルオキシメチル−1,4−オキサチアンの混合物8.14g(純度93%、収率95%)を得た。
(6−メタクリロイルオキシ−1,4−オキサチエパンおよび2−メタクリロイルオキシメチル−1,4−オキサチアンの合成)
内容量50mlの4つ口フラスコに、窒素雰囲気下、国際公開第2016/125585号に記載の方法で得られた1,4−オキサチエパン−6−オールおよび1,4−オキサチアン−2−メタノールの混合物(混合モル比=81:19)5.41g(40mmol)を仕込み、次いでアセトニトリル16gおよびトリエチルアミン8.9g(88mmol)を仕込んだ。反応混合物に塩化メタクリロイル4.6g(44mmol)を反応液の内温が30℃以下を維持するように滴下した。その後、室温で0.5時間攪拌した。
得られた反応混合液に水5.4gおよび酢酸エチル21gを投入し、15分攪拌した。この有機層と水層を分離し、水層を酢酸エチル21gで抽出した。有機層と抽出液を混合し、得られた混合液を1%塩酸水溶液18gで2回洗浄し、次いで3%炭酸水素ナトリウム水溶液12gで洗浄後、水6gで洗浄した。得られた有機層を減圧下に濃縮し、下記の6−メタクリロイルオキシ−1,4−オキサチエパンおよび2−メタクリロイルオキシメチル−1,4−オキサチアンの混合物8.14g(純度93%、収率95%)を得た。
(6−メタクリロイルオキシ−1,4−オキサチエパン)
1H−NMR(400MHz、CDCl3、TMS、ppm):1.94(s,3H)、2.65−2.75(m,1H)、2.80−2.90(m,2H)、3.10−3.20(m,1H)、3.70−3.85(m,1H)、4.00−4.10(m,1H)、4.15−4.25(m,2H)、5.15−5.25(m,1H)、5.58(s,1H)、6.13(s,1H)
1H−NMR(400MHz、CDCl3、TMS、ppm):1.94(s,3H)、2.65−2.75(m,1H)、2.80−2.90(m,2H)、3.10−3.20(m,1H)、3.70−3.85(m,1H)、4.00−4.10(m,1H)、4.15−4.25(m,2H)、5.15−5.25(m,1H)、5.58(s,1H)、6.13(s,1H)
(2−メタクリロイルオキシメチル−1,4−オキサチアン)
1H−NMR(400MHz、CDCl3、TMS、ppm):1.94(s,3H)、2.25−2.30(m,1H)、2.35−2.45(m,1H)、2.65−2.75(m,1H)、2.80−2.95(m,1H)、3.70−3.80(m,1H)、3.80−3.95(m,2H)、4.05−4.10(m,1H)、4.15−4.30(m,1H)、5.58(s,1H)、6.13(s,1H)
1H−NMR(400MHz、CDCl3、TMS、ppm):1.94(s,3H)、2.25−2.30(m,1H)、2.35−2.45(m,1H)、2.65−2.75(m,1H)、2.80−2.95(m,1H)、3.70−3.80(m,1H)、3.80−3.95(m,2H)、4.05−4.10(m,1H)、4.15−4.30(m,1H)、5.58(s,1H)、6.13(s,1H)
(6−メタクリロイルオキシ−4,4−ジオキサ−1,4−オキサチエパンおよび2−メタクリロイルオキシメチル−4,4−ジオキサ−1,4−オキサチアンの合成)
撹拌装置、温度計を取り付けた内容積100mLの4口フラスコに、98%ギ酸5.68g(120mmol)、蒸留水5.68gおよび上記で得られた6−メタクリロイルオキシ−1,4−オキサチエパンおよび2−メタクリロイルオキシメチル−1,4−オキサチアンの混合物6.18g(混合モル比80:20、合わせて30mmol)を加え、撹拌しながら内温を25℃に調節した。これに、30%過酸化水素水溶液6.97g(61.5mmol)を滴下ロートより、内温40〜45℃で1時間かけて滴下した。滴下終了後45℃で4時間撹拌後、反応混合液をガスクロマトグラフィーにて分析したところ、6−メタクリロイルオキシ−1,4−オキサチエパンおよび2−メタクリロイルオキシメチル−1,4−オキサチアンは完全に消失していた。
反応混合液を25℃に冷却後、飽和亜硫酸ナトリウム水を滴下し、系内の過剰な過酸化物をクエンチし、その後、炭酸水素カリウムにて中和した。酢酸エチル24gで2回抽出を行い、得られた有機層を合わせて減圧下に濃縮し、濃縮液を7.02g得た。
濃縮液をシリカゲルカラム精製することで、下記の6−メタクリロイルオキシ−4,4−ジオキサ−1,4−オキサチエパン5.44g(23.2mmol)および2−メタクリロイルオキシメチル−4,4−ジオキサ−1,4−オキサチアン1.36g(5.8mmol)それぞれを得た。
撹拌装置、温度計を取り付けた内容積100mLの4口フラスコに、98%ギ酸5.68g(120mmol)、蒸留水5.68gおよび上記で得られた6−メタクリロイルオキシ−1,4−オキサチエパンおよび2−メタクリロイルオキシメチル−1,4−オキサチアンの混合物6.18g(混合モル比80:20、合わせて30mmol)を加え、撹拌しながら内温を25℃に調節した。これに、30%過酸化水素水溶液6.97g(61.5mmol)を滴下ロートより、内温40〜45℃で1時間かけて滴下した。滴下終了後45℃で4時間撹拌後、反応混合液をガスクロマトグラフィーにて分析したところ、6−メタクリロイルオキシ−1,4−オキサチエパンおよび2−メタクリロイルオキシメチル−1,4−オキサチアンは完全に消失していた。
反応混合液を25℃に冷却後、飽和亜硫酸ナトリウム水を滴下し、系内の過剰な過酸化物をクエンチし、その後、炭酸水素カリウムにて中和した。酢酸エチル24gで2回抽出を行い、得られた有機層を合わせて減圧下に濃縮し、濃縮液を7.02g得た。
濃縮液をシリカゲルカラム精製することで、下記の6−メタクリロイルオキシ−4,4−ジオキサ−1,4−オキサチエパン5.44g(23.2mmol)および2−メタクリロイルオキシメチル−4,4−ジオキサ−1,4−オキサチアン1.36g(5.8mmol)それぞれを得た。
(6−メタクリロイルオキシ−4,4−ジオキサ−1,4−オキサチエパン)
1H−NMR(400MHz、DMSO−d6、TMS、ppm):1.88(3H,s)、3.40−3.47(1H,m)、3.60−3.67(1H、m)、3.70−3.73(2H,m)、3.77−3.82(1H,m)、3.98(1H,dd,J=4.4,13.6Hz)、4.02−4.06(1H,m)、4.07(1H,dd,J=4.8,13.6Hz)、5.11(1H,m)、5.73(1H,brs)、6.07(1H,brs)
1H−NMR(400MHz、DMSO−d6、TMS、ppm):1.88(3H,s)、3.40−3.47(1H,m)、3.60−3.67(1H、m)、3.70−3.73(2H,m)、3.77−3.82(1H,m)、3.98(1H,dd,J=4.4,13.6Hz)、4.02−4.06(1H,m)、4.07(1H,dd,J=4.8,13.6Hz)、5.11(1H,m)、5.73(1H,brs)、6.07(1H,brs)
(2−メタクリロイルオキシメチル−4,4−ジオキサ−1,4−オキサチアン)
1H−NMR(400MHz、DMSO−d6、TMS、ppm):1.89(3H,s)、3.14−3.21(2H,m)、3.22−3.27(1H、m)、3.29−3.34(1H,m)、3.75−3.77(1H,m)、3.83−3.87(1H,m)、3.95−4.05(1H,m)、4.09−4.12(1H,m)、4.25−4.31(1H,m)、5.71(1H,brs)、6.09(1H,brs)
1H−NMR(400MHz、DMSO−d6、TMS、ppm):1.89(3H,s)、3.14−3.21(2H,m)、3.22−3.27(1H、m)、3.29−3.34(1H,m)、3.75−3.77(1H,m)、3.83−3.87(1H,m)、3.95−4.05(1H,m)、4.09−4.12(1H,m)、4.25−4.31(1H,m)、5.71(1H,brs)、6.09(1H,brs)
国際公開第2016/125585号に記載の方法、つまり、対応するアルコール誘導体を酸化した後にアクリル酸エステル誘導体とする方法では、最終的な収率がアルコール誘導体基準で40%以下であった。
一方、本発明の実施例の方法、つまり対応するアルコール誘導体をアクリル酸エステル誘導体とした後に酸化する方法においては、最終的な収率がアルコール誘導体基準で約92%と高い。
このように収率に顕著な差が現れた理由は必ずしも定かではないが、従来法において経由する酸化後のアルコール誘導体の水溶性が非常に高く、有機溶媒(2−ブタノン)での抽出が困難であったのに対し、本発明の方法ではアクリル酸エステル誘導体とした後に酸化するため、酢酸エチルで容易に抽出が可能であったことが原因の一つとして考えられる。
一方、本発明の実施例の方法、つまり対応するアルコール誘導体をアクリル酸エステル誘導体とした後に酸化する方法においては、最終的な収率がアルコール誘導体基準で約92%と高い。
このように収率に顕著な差が現れた理由は必ずしも定かではないが、従来法において経由する酸化後のアルコール誘導体の水溶性が非常に高く、有機溶媒(2−ブタノン)での抽出が困難であったのに対し、本発明の方法ではアクリル酸エステル誘導体とした後に酸化するため、酢酸エチルで容易に抽出が可能であったことが原因の一つとして考えられる。
本発明の製造方法により得られるアクリル酸エステル誘導体は、LWRが改善され且つ高解像度のレジストパターンを形成するフォトレジスト組成物用の高分子化合物の原料として有用であり、半導体やプリント基板の製造において有用である。
Claims (7)
- 下記一般式(1)
で示されるアクリル酸エステル誘導体を酸化する工程を含む、下記一般式(2)
で示されるアクリル酸エステル誘導体の製造方法。 - X2およびX4が−O−であり、かつX3が−S(=O)2−である、請求項1〜5のいずれかに記載の製造方法。
- kが0である、請求項1〜6のいずれかに記載の製造方法。
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