JP2022167818A - フルオレン骨格を有するテトラカルボン酸二無水物、その製造方法及びそれを用いたポリイミド - Google Patents
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Abstract
【課題】ヒドロキシ基含有フルオレン化合物を出発物質としてポリイミドを製造するのに適した、フルオレンテトラカルボン酸二無水物を製造する方法を提供する。【解決手段】式(2)から、式(5)を経て式(1)を製造する方法。TIFF2022167818000024.tif65170(環Z1、Z2はアレーン環、R1a、R1bはアルキレン基、m1、m2、n1、n2は整数、R2a、R2b、R3、R4a、R4bは置換基、k、p1、p2は整数)【選択図】なし
Description
本発明は、ポリイミドを製造するのに有用である9,9-ビスアリールフルオレン骨格を有するテトラカルボン酸二無水物と、その製造方法及びそれを用いたポリイミドに関する。
9,9-ビスアリールフルオレン骨格を有する化合物は、光学的特性、熱的特性、機械的特性などの種々の特性に優れるため、光学部材用樹脂の原料(又はモノマー)や、樹脂改質剤などの添加剤などとして、様々な分野で利用されている。このようなフルオレン骨格を有する化合物として、9,9-ビスアリールフルオレン骨格を有するテトラカルボン酸二無水物(以下、単に「フルオレンテトラカルボン酸二無水物」という場合がある)が挙げられ、このフルオレンテトラカルボン酸二無水物を、ジアミンと反応させて、ポリイミドを製造している。
例えば、特開2007-91701号公報(特許文献1)には、高ガラス転移温度、高透明性、高溶解性、高アルカリエッチング特性を有するフルオレニル基含有ポリエステルイミドの製造方法が記載されている。また、このポリエステルイミドの比較例としての比較例4には、9,9-ビス[4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル]フルオレン二無水物と、4,4’-オキシジアニリンとから成るポリイミドの構造式及びガラス転移温度などの物性が開示されている。
また、特開2020-193325号公報(特許文献2)には、高い耐熱性、基板への良好な密着性などを併せ持つ有機膜を形成可能な有機膜形成用材料が記載され、ポリイミド重合体である有機膜形成用材料は、9,9-ビス[6-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)-2-ナフチル]フルオレン二無水物を用いて調製されている。
また、特開2005-298625号公報(特許文献3)には、優れた耐熱性と低い比誘電率を併有するポリイミドとして、エステル基又はアミド基を有し、フルオレン骨格を有するポリイミドが実施例として記載され、前記ポリイミドとの比較例として、比較化合物P-41には、ポリイミドのテトラカルボン酸類として、9,9-ビス[4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)-3-フェニルフェニル]フルオレン二無水物を用いたポリイミドが開示されている。このポリイミドは、特開平11-116675号公報(特許文献4)の実施例2に記載の製造方法に従って調製されている。
特許文献4には、耐熱性と低誘電性とを兼ね備えたポリイミドの製造に有用な出発物質として、9,9-ビス[4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)-3-フェニルフェニル]フルオレン二無水物を製造する方法が記載されている。この文献の実施例では、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3-フェニルフェニル)フルオレンと、N-フェニル-4-ニトロフタルイミドとを反応させ、9,9-ビス[4-(N-フェニルフタルイミド-4-オキシ)-3-フェニルフェニル]フルオレンを収率約77%で合成し、このフタルイミド化合物を水酸化ナトリウム水溶液中還流下で反応させ、9,9-ビス[4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)-3-フェニルフェニル]フルオレンを収率約58%で合成し、このテトラカルボン酸化合物を無水酢酸と還流して脱水し、9,9-ビス[4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)-3-フェニルフェニル]フルオレン二無水物を収率約72%で合成している。この全工程の収率は約32%となっている。
特開2009-73738号公報(特許文献5)には、9,9-ビス[4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル]フルオレンを製造する方法が記載されている。この文献の実施例では、9,9-ビス(4-ヒドロキシフェニル)フルオレンとして、4-ニトロフタロニトリルとを反応させ、9,9-ビス[4-(3,4-ジシアノフェノキシ)フェニル]フルオレンを合成し、このテトラニトリル化合物を水酸化カリウム水溶液中で反応させ、9,9-ビス[4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル]フルオレンを全工程の収率87%で合成している。
特許文献1には、9,9-ビス[4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル]フルオレン二無水物が、特許文献2には、9,9-ビス[6-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)-2-ナフチル]フルオレン二無水物が、それぞれ記載されているが、これらのフルオレンテトラカルボン酸二無水物を製造する方法については記載がされていない。
特許文献3には、9,9-ビス[4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)-3-フェニルフェニル]フルオレン二無水物が記載され、特許文献4では、この化合物を製造する方法として、N-フェニル-4-ニトロフタルイミドを用いて、9,9-ビス[4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)-3-フェニルフェニル]フルオレン二無水物を調製しているが、前記収率が約32%と低い。
特許文献5では、9,9-ビス[4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル]フルオレンを合成しているが、テトラカルボン酸二無水物については記載されておらず、前記テトラカルボン酸とジアミンとを反応させると、アミド化しやすく、閉環効率が低下するため、ポリイミドを効率よく合成することが困難である。
従って、本発明の目的は、ヒドロキシ基を含有する9,9-ビスアリールフルオレン骨格を有する化合物(以下、単に「ヒドロキシ基含有フルオレン化合物」という場合がある)を出発物質として、ポリイミドを製造するのに適したフルオレンテトラカルボン酸二無水物を製造する方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、ポリイミドを製造するのに適したフルオレンテトラカルボン酸二無水物を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、前記フルオレンテトラカルボン酸二無水物から製造されるポリイミドについても提供することにある。
本発明者らは、前記課題を達成するため鋭意検討した結果、ヒドロキシ基含有フルオレン化合物と、ニトロフタロニトリル類とを、塩基触媒の存在下で反応させ、生成した9,9-ビスアリールフルオレン骨格を有するテトラカルボニトリル化合物(以下、単に「フルオレンテトラカルボニトリル」という場合がある)を加水分解し、生成した9,9-ビスアリールフルオレン骨格を有するテトラカルボン酸(以下、単に「フルオレンテトラカルボン酸」という場合がある)と脱水剤とを反応させることにより、フルオレンテトラカルボン酸二無水物が得られることを見いだし、本発明を完成した。
すなわち、本発明の方法は、下記式(1)で表されるフルオレンテトラカルボン酸二無水物(1)を製造する方法であり、下記式(2)で表されるヒドロキシ基含有フルオレン化合物(2)と、下記式(3)で表されるニトロフタロニトリル類(3)とを、塩基触媒の存在下で反応させて、下記式(4)で表されるフルオレンテトラカルボニトリル(4)を得る第一工程;この第一工程で得られたフルオレンテトラカルボニトリル(4)を加水分解し、下記式(5)で表されるフルオレンテトラカルボン酸(5)を得る第二工程;及びこの第二工程で得られたフルオレンテトラカルボン酸(5)と、脱水剤とを反応させて、前記フルオレンテトラカルボン酸二無水物(1)を得る第三工程を含む。
(式中、環Z1及びZ2は同一又は異なってアレーン環を示し、R1a及びR1bは同一又は異なってアルキレン基を示し、m1及びm2は同一又は異なって0又は1以上の整数を示し、R2a及びR2bは同一又は異なって置換基を示し、n1及びn2は同一又は異なって0又は1以上の整数を示し、R3は置換基を示し、kは0又は1~8の整数を示し、R4a及びR4bは同一又は異なって置換基を示し、p1及びp2は同一又は異なって0又は1~3の整数を示す)
(式中、Z1、Z2、R1a、R1b、R2a、R2b、R3、k、m1、m2、n1及びn2は、それぞれ前記式(1)に同じ)。
(式中、R4は置換基を示し、pは0又は1~3の整数を示す)
(式中、Z1、Z2、R1a、R1b、R2a、R2b、R3、R4a、R4b、k、m1、m2、n1、n2、p1及びp2は、それぞれ前記式(1)に同じ)。
(式中、Z1、Z2、R1a、R1b、R2a、R2b、R3、R4a、R4b、k、m1、m2、n1、n2、p1及びp2は、それぞれ前記式(1)に同じ)。
前記式(1)において、環Z1及びZ2が同一又は異なってC6-12アリール基であり、R1a及びR1bが同一又は異なって直鎖状又は分岐鎖状C2-6アルキレン基、m1及びm2が同一又は異なって0又は1~10の整数であり、R2a及びR2bが同一又は異なってC1-6アルキル基又はC6-10アリール基、n1及びn2が同一又は異なって0又は1~2の整数であってもよい。
また、第一工程において、式(2)で表される化合物のヒドロキシ基がアルコール性ヒドロキシ基であってもよい。
本発明は、下記式(1a)で表されるフルオレンテトラカルボン酸二無水物(1a)も包含する。
(m1及びm2は同一又は異なって1以上の整数を示し、Z1、Z2、R1a、R1b、R3、R4a、R4b、k、p1及びp2はそれぞれ式(1)に同じ)。
さらに、本発明は、下記式(1)で表されるフルオレンテトラカルボン酸二無水物成分を含むテトラカルボン酸二無水物成分と、脂肪族ジアミン成分、脂環族ジアミン成分及び芳香族ジアミン成分から選択された少なくとも1種のジアミン成分とを重合成分とするポリイミドであり、前記芳香族ジアミン成分が下記式(6)で表されるアレーン環を有するジアミン成分を少なくとも含むポリイミドも包含する。
(式中、Z1、Z2、R1a、R1b、R2a、R2b、R3、R4a、R4b、k、m1、m2、n1、n2、p1及びp2は、それぞれ前記に同じ)。
(式中、環Arは単環式アレーン環又は縮合多環式アレーン環を示し、R5a及びR5bは同一又は異なって二価の基を示し、q1及びq2は同一又は異なって0又は1を示し、R6はアルキル基又はアリール基を示し、rは0又は1以上の整数を示す)。
本発明においては、ヒドロキシ基含有フルオレン化合物がアルコール性ヒドロキシ基を有する化合物であってもよい。
なお、本明細書及び特許請求の範囲において、炭素原子の数をC1、C6、C10などで示すことがある。例えば、炭素数が1のアルキル基は「C1アルキル」で示し、炭素数が6~10のアリール基は「C6-10アリール」で示す。
また、本明細書及び特許請求の範囲において、化合物名などに付いた「類」とは、この化合物が「置換基を有さない」場合と「置換基を有する」場合とを含み、「置換基を有していてもよい」ことを意味する。
式(1)で表される化合物、式(1a)で表される化合物、式(2)で表される化合物、式(3)で表される化合物、式(4)で表される化合物、式(5)で表される化合物を、それぞれ、単に化合物(1)、化合物(1a)、化合物(2)、化合物(3)、化合物(4)、化合物(5)と記載する場合がある。
本発明では、ヒドロキシ基含有フルオレン化合物を出発物質として、ポリイミドの製造に適したフルオレンテトラカルボン酸二無水物を容易に又は効率的に製造できる。
しかも、前記方法では、ヒドロキシ基含有フルオレン化合物がフェノール性ヒドロキシ基でなくアルコール性ヒドロキシ基を有していても、フルオレンテトラカルボン酸二無水物を製造できる。また、各種溶剤への高い溶解特性を有するフルオレンテトラカルボン酸二無水物を製造できる。
さらに、フルオレンテトラカルボン酸二無水物成分を含むテトラカルボン酸二無水物成分と、ジアミン成分とを重合成分とすると、透明なポリイミドが得られる。
[第一工程(フルオレンテトラカルボニトリル(4)の調製)]
本発明の方法の第一工程では、化合物(2)と、化合物(3)とを、塩基触媒存在下で反応させることにより、化合物(4)を得る。
本発明の方法の第一工程では、化合物(2)と、化合物(3)とを、塩基触媒存在下で反応させることにより、化合物(4)を得る。
(ヒドロキシ基含有フルオレン化合物(2))
前記式(2)において、環Z1及びZ2で表されるアレーン環(芳香族炭化水素環)は、単環式アレーン環(ベンゼン環など)と多環式アレーン環のいずれであってもよい。多環式アレーン環には、縮合多環式アレーン環、環集合アレーン環などが含まれる。
前記式(2)において、環Z1及びZ2で表されるアレーン環(芳香族炭化水素環)は、単環式アレーン環(ベンゼン環など)と多環式アレーン環のいずれであってもよい。多環式アレーン環には、縮合多環式アレーン環、環集合アレーン環などが含まれる。
縮合多環式アレーン環としては、例えば、縮合二環式から縮合四環式のアレーン環が挙げられる。縮合二環式アレーン環としてのアレーンには、例えば、ナフタレン、インデンなどのC10-16アレーンが挙げられる。縮合三環式アレーン環としてのアレーンには、例えば、アントラセン、フェナントレンが挙げられる。縮合四環式アレーン環としてのアレーンには、例えば、ピレンが挙げられる。縮合多環式のアレーンは、上記例示のアレーンの中でも特に、ナフタレン、アントラセンなどのC10-16アレーンが好ましく、C10-14アレーンがさらに好ましく、ナフタレンが特に好ましい。
環集合アレーン環としては、例えば、ビアレーン(biarene)環、トリアレーン(triarene)(又はテルアレーン(terarene))環などが挙げられる。ビアレーン環としてのアレーンには、例えば、ビフェニル、(1,1’-、1,2’-)ビナフチル、(1-、2-)フェニルナフタレンなどのC12-20アレーンなどが挙げられる。トリアレーン環(又はテルアレーン環)としてのアレーンには、例えば(o-、m-、p-)テルフェニルなどのC18-30アレーンが挙げられる。
好ましい環集合アレーン環としては、ビC6-10アレーン環などが挙げられ、特にビフェニル環が好ましい。
2つの環Z1及びZ2の種類は、互いに同一又は異なっていてもよく、通常、同一であることが多い。環Z1及びZ2のうち、ベンゼン環、ナフタレン環、ビフェニル環などのC6-12アレーン環などが好ましく、なかでも、ベンゼン環、ナフタレン環などのC6-10アレーン環がより好ましく、特にナフタレン環が好ましい。
なお、フルオレン環の9位に結合する環Z1及びZ2の置換位置は、特に限定されない。例えば、環Z1及びZ2がナフタレン環の場合、1位又は2位のいずれかの位置であってもよく、2位であるのが好ましい。環Z1及びZ2がビフェニル環の場合、2位、3位、4位のいずれかの位置であってもよく、3位であるのが好ましい。
基R1a及びR1bで表される直鎖状又は分岐鎖状アルキレン基としては、例えば、エチレン基、プロピレン基(1,2-プロパンジイル基)、トリメチレン基、1,2-ブタンジイル基、テトラメチレン基などの直鎖状又は分岐鎖状C2-6アルキレン基などが挙げられる。好ましいアルキレン基R1a及びR1bとしては、直鎖状又は分岐鎖状C2-4アルキレン基、さらに好ましくはエチレン基、プロピレン基などの直鎖状又は分岐鎖状C2-3アルキレン基、特に、エチレン基である。
オキシアルキレン基(R1aO)、(R1bO)の繰り返し数(付加モル数)m1、m2は、それぞれ0以上の整数であり、例えば、0~20の範囲から選択できる。好ましい範囲としては、以下段階的に、0~15、0~10、0~8、0~6、0~5、0~4、0~3であり、さらに好ましくは0~2、特に好ましくは0又は1である。
なお、本明細書及び特許請求の範囲において、「繰り返し数(付加モル数)m1、m2」は、算術平均値又は平均付加モル数であってもよい。また、本発明の方法では、化合物(2)のヒドロキシ基がフェノール性でなくアルコール性であっても容易に又は効率的に反応できるため、m1及び/又はm2は、1以上であってもよい。例えば、1~20の範囲から選択できる。好ましい範囲としては、以下段階的に、1~15、1~10、1~8、1~6、1~5、1~4、1~3であり、さらに好ましくは1又は2であり、特に好ましくは1である。
また、2つの繰り返し数m1、m2は、それぞれ同一又は異なっていてもよい。m1、m2が2以上の場合、2以上のオキシアルキレン基(R1aO)、(R1bO)の種類は、同一又は異なっていてもよい。また、異なる環Z1及びZ2に結合するオキシアルキレン基(R1aO)、(R1bO)の種類は、互いに同一又は異なっていてもよい。
基[-O(R1aO)m1H]、[-O(R1bO)m2H]の環Z1、Z2に対する置換位置は、環Z1及びZ2とフルオレン環の9位との結合位置以外の位置であれば、特に限定されず、例えば、環Z1及びZ2がベンゼン環である場合、フルオレン環の9位に結合するフェニル基の1位に対して、2~6位のいずれかの位置であればよく、好ましくは3位、4位、さらに好ましくは4位である。環Z1及びZ2がナフタレン環である場合、通常、フルオレン環の9位に対して、1位又は2位で結合するナフチル基の5~8位のいずれかの位置に置換している場合が多く、フルオレン環の9位に対して、ナフタレン環の1位又は2位が置換し(1-ナフチル又は2-ナフチルの関係で置換し)、この置換位置に対して、基[-O(R1aO)m1H]、[-O(R1bO)m2H]が、1,5位、2,6位の関係で置換するのが好ましく、特に、2,6の関係で置換しているのが好ましい。環Z1及びZ2がビフェニル環である場合、基[-O(R1aO)m1H]、[-O(R1bO)m2H]の置換位置はビフェニル環の2~6位及び2’~6’位のいずれかの位置に置換していればよいが、例えば、ビフェニル環の3位又は4位がフルオレンの9位に結合していてもよく、ビフェニル環の3位がフルオレン環の9位に結合する場合、基[-O(R1aO)m1H]、[-O(R1bO)m2H]の置換位置は、ビフェニル環の2位、4位、5位、6位、2’位、3’位、4’位のいずれの位置であってもよく、好ましくは6位、4’位のいずれかの位置、特に6位に置換しているのが好ましい。ビフェニル環の4位がフルオレン環の9位に結合している場合、基[-O(R1aO)m1H]、[-O(R1bO)m2H]の置換位置は、ビフェニル環の2位、3位、2’位、3’位、4’位のいずれの位置であってもよく、好ましくは2位、4’位のいずれかの位置、特に2位に置換しているのが好ましい。
基R2a及びR2bで表される置換基としては、例えば、ハロゲン原子、炭化水素基、アルコキシ基、シクロアルキルオキシ基、アリールオキシ基、アラルキルオキシ基、アルキルチオ基、シクロアルキルチオ基、アリールチオ基、アラルキルチオ基、メルカプト基、アシル基、カルボキシ基、カルバモイル基、ニトロ基、アミノ基、置換アミノ基、これらの置換基同士が結合した基などが挙げられる。
ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などが挙げられる。
炭化水素基としては、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基などが挙げられる。
アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、s-ブチル基、t-ブチル基などの直鎖状又は分岐鎖状C1-10アルキル基などが挙げられる。好ましいアルキル基としては、直鎖状又は分岐鎖状C1-6アルキル基であり、さらに好ましくは直鎖状又は分岐鎖状C1-4アルキル基である。
シクロアルキル基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などのC5-10シクロアルキル基などが挙げられる。
アリール基としては、例えば、フェニル基、アルキルフェニル基、ビフェニリル基、ナフチル基などのC6-12アリール基などが挙げられる。アルキルフェニル基としては、例えば、メチルフェニル基(トリル基)、ジメチルフェニル基(キシリル基)などが挙げられる。
アラルキル基としては、例えば、ベンジル基、フェネチル基などのC6-10アリール-C1-4アルキル基などが挙げられる。
アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、n-ブトキシ基、イソブトキシ基、s-ブトキシ基、t-ブトキシ基などの直鎖又は分岐鎖状C1-10アルコキシ基などが挙げられる。
シクロアルキルオキシ基としては、例えば、シクロヘキシルオキシ基などのC5-10シクロアルキルオキシ基などが挙げられる。
アリールオキシ基としては、例えば、フェノキシ基などのC6-10アリールオキシ基などが挙げられる。
アラルキルオキシ基としては、例えば、ベンジルオキシ基などのC6-10アリール-C1-4アルキルオキシ基などが挙げられる。
アルキルチオ基としては、例えば、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、n-ブチルチオ基、t-ブチルチオ基などのC1-10アルキルチオ基などが挙げられる。
シクロアルキルチオ基としては、例えば、シクロヘキシルチオ基などのC5-10シクロアルキルチオ基などが挙げられる。
アリールチオ基としては、例えば、チオフェノキシ基(フェニルチオ基)などのC6-10アリールチオ基などが挙げられる。
アラルキルチオ基としては、例えば、ベンジルチオ基などのC6-10アリール-C1-4アルキルチオ基などが挙げられる。
アシル基としては、例えば、アセチル基などのC1-6アシル基などが挙げられる。
置換アミノ基としては、例えば、ジアルキルアミノ基、ビス(アルキルカルボニル)アミノ基などが挙げられる。ジアルキルアミノ基としては、例えば、ジメチルアミノ基などのジC1-4アルキルアミノ基などが挙げられる。ビス(アルキルカルボニル)アミノ基としては、例えば、ジアセチルアミノ基などのビス(C1-4アルキル-カルボニル)アミノ基などが挙げられる。
これらの置換基同士が結合した基としては、例えば、アルコキシアリール基、具体的にはメトキシフェニル基などのC1-6アルコキシC6-10アリール基などが挙げられる。
これらの基R2a及びR2bのうち、代表的には、ハロゲン原子、炭化水素基、アルコキシ基、アシル基、ニトロ基、置換アミノ基などが挙げられる。置換数n1及びn2が1以上である場合、好ましい基R2a、R2bとしては、アルキル基、アリール基、アルコキシ基が挙げられる。アルキル基としては、メチル基などの直鎖状又は分岐鎖状C1-6アルキル基が好ましく、アリール基としては、フェニル基などのC6-12アリール基が好ましく、アルコキシ基としては、メトキシ基などの直鎖状又は分岐鎖状C1-4アルコキシ基が好ましい。なかでも、アルキル基、アリール基が好ましく、より好ましくはメチル基などの直鎖状又は分岐鎖状C1-4アルキル基、フェニル基などのC6-10アリール基であり、さらに好ましくはメチル基、フェニル基であり、特にメチル基が好ましい。なお、基R2a及びR2bがアリール基であるとき、環Z1及びZ2とともに、環集合アレーン環を形成してもよい。
基R2a、R2bの置換数n1、n2は、環Z1及びZ2の種類に応じて適宜選択でき、例えば、それぞれ0~8の整数であってもよい。好ましくは以下段階的に、0~6、0~4、0~3、0~2であり、なかでも、0又は1であるが、高屈折率及び高耐熱性をバランスよく充足できる観点から、特に好ましくは0である。なお、2つの異なる環Z1及びZ2において、基R2a及びR2bの種類並びに置換数n1、n2は、それぞれ互いに同一又は異なっていてもよい。また、置換数n1、n2が2以上である場合、同一の環Z1、Z2に置換する2以上の基R2a、R2bの種類は、互いに同一又は異なっていてもよい。基R2a、R2bの置換位置は、特に制限されず、環Z1、Z2と、基[-O(R1aO)m1H]、[-O(R1bO)m2H]及びフルオレン環の9位との結合位置以外の位置に置換していればよい。
基R3で表される置換基としては、炭化水素基、ハロゲン原子などが挙げられる。
炭化水素基としては、例えば、アルキル基、アリール基などが挙げられる。アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、t-ブチル基などの直鎖状又は分岐鎖状C1-6アルキル基などが挙げられる。アリール基としては、例えば、フェニル基などのC6-10アリール基などが挙げられる。
ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子などが挙げられる。
これらの基R3のうち、アルキル基、ハロゲン原子が好ましく、なかでもアルキル基、特に、メチル基などの直鎖状又は分岐鎖状C1-4アルキル基が好ましい。
基R3の置換数kは、例えば、0~7であり、好ましくは以下段階的に、0~6、0~5、0~4、0~3、0~2、さらに好ましくは0又は1、特に好ましくは0である。kが2以上である場合、フルオレン環を構成する2つの異なるベンゼン環において、同一の又は異なるベンゼン環に置換する2以上の基R3の種類は、互いに同一又は異なっていてもよく、同一であるのが好ましい。また、基R3の置換位置は、特に制限されず、例えば、フルオレン環の2位乃至7位、例えば、2位、3位、7位などであってもよい。
代表的なヒドロキシ基含有フルオレン化合物(2)として、例えば、前記式(2)において、m1及びm2がそれぞれ0である9,9-ビス(ヒドロキシアリール)フルオレン類;m1及びm2がそれぞれ1以上、例えば、1~10、好ましくは1~6、さらに好ましくは1~3、特に1である9,9-ビス[(ヒドロキシ(ポリ)アルコキシ)アリール]フルオレン類などが挙げられる。なお、本明細書及び特許請求の範囲において、特に断りのない限り、「(ポリ)アルコキシ」とは、アルコキシ基及びポリアルコキシ基の双方を含む意味に用いる。
好ましいヒドロキシ基含有フルオレン化合物(2)としては、前記式(2)において、環Z1及びZ2が単環式アレーン環又は縮合多環式アレーン環、m1及びm2が0~10、例えば0~6、好ましくは0~4、さらに好ましくは0~3、特に0又は1である9,9-ビス(ヒドロキシアリール)フルオレン類又は9,9-ビス[(ヒドロキシ(ポリ)アルコキシ)アリール]フルオレン類が挙げられる。9,9-ビス(ヒドロキシアリール)フルオレン類としては、例えば、9,9-ビス(ヒドロキシフェニル)フルオレン、9,9-ビス(ヒドロキシナフチル)フルオレンなどの9,9-ビス(ヒドロキシ-単環式又は縮合多環式C6-14アリール)フルオレン類などが挙げられる。9,9-ビス[(ヒドロキシ(ポリ)アルコキシ)アリール]フルオレン類としては、例えば、9,9-ビス[(ヒドロキシ(ポリ)アルコキシ)フェニル]フルオレン、9,9-ビス[(ヒドロキシ(ポリ)アルコキシ)ナフチル]フルオレンなどの9,9-ビス[ヒドロキシ(ポリ)C2-6アルコキシ-単環式又は縮合多環式C6-14アリール]フルオレン類などが挙げられる。
9,9-ビス(ヒドロキシフェニル)フルオレン類としては、例えば、9,9-ビス(4-ヒドロキシフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)フルオレン、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3-フェニルフェニル)フルオレンなどが挙げられる。
9,9-ビス(ヒドロキシナフチル)フルオレン類としては、例えば、9,9-ビス(6-ヒドロキシ-2-ナフチル)フルオレン、9,9-ビス(5-ヒドロキシ-1-ナフチル)フルオレン、9,9-ビス(6-ヒドロキシ-3-メチル-2-ナフチル)フルオレンなどが挙げられる。
9,9-ビス[(ヒドロキシ(ポリ)アルコキシ)フェニル]フルオレン類としては、例えば、9,9-ビス[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]フルオレン、9,9-ビス[4-(2-ヒドロキシプロポキシ)フェニル]フルオレン、9,9-ビス[4-(2-(2-ヒドロキシエトキシ)エトキシ)フェニル]フルオレン、9,9-ビス[4-(2-ヒドロキシエトキシ)-3-メチルフェニル]フルオレン、9,9-ビス[4-(2-ヒドロキシエトキシ)-3,5-ジメチルフェニル]フルオレン、9,9-ビス[4-(2-ヒドロキシエトキシ)-3-フェニルフェニル]フルオレンなどの9,9-ビス[(ヒドロキシ(モノ乃至デカ)C2-6アルコキシ)フェニル]フルオレンなどが挙げられる。
9,9-ビス[(ヒドロキシ(ポリ)アルコキシ)ナフチル]フルオレン類としては、例えば、9,9-ビス[6-(2-ヒドロキシエトキシ)-2-ナフチル]フルオレン、9,9-ビス[5-(2-ヒドロキシエトキシ)-1-ナフチル]フルオレン、9,9-ビス[6-(2-ヒドロキシプロポキシ)-2-ナフチル]フルオレン、9,9-ビス[6-(2-(2-ヒドロキシエトキシ)エトキシ)-2-ナフチル]フルオレンなどの9,9-ビス[(ヒドロキシ(モノ乃至デカ)C2-6アルコキシ)ナフチル]フルオレンなどが挙げられる。
これらのヒドロキシ基含有フルオレン化合物(2)は、市販品を使用できる。
(ニトロフタロニトリル類(3))
前記式(3)において、R4で表される置換基としては、アルキル基、アリール基、アルコキシ基、ハロゲン原子などが挙げられる。
前記式(3)において、R4で表される置換基としては、アルキル基、アリール基、アルコキシ基、ハロゲン原子などが挙げられる。
アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、t-ブチル基などの直鎖状又は分岐鎖状C1-6アルキル基などが挙げられる。
アリール基としては、例えば、フェニル基などのC6-10アリール基などが挙げられる。
アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、n-ブトキシ基、イソブトキシ基、t-ブトキシ基などの直鎖状又は分岐鎖状C1-6アルコキシ基などが挙げられる。
ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子などが挙げられる。
これらの基R4のうち、アルキル基、ハロゲン原子が好ましく、なかでもアルキル基、特に、メチル基などの直鎖状又は分岐鎖状C1-4アルキル基が好ましい。
また、基R4の置換位置は、シアノ基及びニトロ基の置換位置以外であれば、特に制限されず、前記ベンゼン環の3位にニトロ基が置換している場合、例えば、4位、5位、6位などであってもよく、好ましくは6位である。前記ベンゼン環の4位にニトロ基が置換している場合、例えば、3位、5位、6位などであってもよく、好ましくは6位である。
基R4の置換数pは、例えば、0~3の整数、好ましくは0~2の整数、さらに好ましくは0又は1、特に0である。pが2以上である場合、ベンゼン環に置換する2以上の基R4の種類は、互いに同一又は異なっていてもよく、同一であるのが好ましい。
ニトロ基の置換位置は、ベンゼン環の1位及び2位に結合するシアノ基に対して、3位、4位のいずれかの位置であればよく、好ましくは4位である。
代表的なニトロフタロニトリル類(3)としては、例えば、3-ニトロフタロニトリル、4-ニトロフタロニトリルなどのニトロフタロニトリル類;4-メチル-3-ニトロフタロニトリル、3-メチル-4-ニトロフタロニトリルなどのC1-6アルキル-ニトロフタロニトリル類;4-フルオロ-3-ニトロフタロニトリル、3-フルオロ-4-ニトロフタロニトリル、4-クロロ-3-ニトロフタロニトリル、3-クロロ-4-ニトロフタロニトリルなどのハロニトロフタロニトリル類などが挙げられ、好ましくは3-ニトロフタロニトリル、4-ニトロフタロニトリルであり、さらに好ましくは4-ニトロフタロニトリルである。また、化合物(3)は、市販品などを使用してもよい。これらの化合物(3)は単独または2種以上組み合わせて使用してもよく、単独で使用することが好ましい。
化合物(3)の割合は、化合物(2)1モルに対して、例えば、1.5~10モル程度の範囲から選択でき、好ましくは2~5モル、さらに好ましくは2~3モル、特に2~2.5モルである。
(塩基触媒)
塩基触媒は、特に制限されず、有機塩基であっても、無機塩基であってもよい。有機塩基としては、トリエチルアミンなどのトリアルキルアミン;ピリジン、N-メチルモルホリンなどの複素環式3級アミンなどが挙げられる。無機塩基としては、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸リチウム、炭酸セシウムなどのアルカリ金属炭酸塩;炭酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素リチウム、炭酸水素セシウムなどのアルカリ金属炭酸水素塩;水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化セシウムなどのアルカリ金属水酸化物;水素化ナトリウム、水素化カリウム、水素化リチウムなどのアルカリ金属水素化物などが挙げられる。
塩基触媒は、特に制限されず、有機塩基であっても、無機塩基であってもよい。有機塩基としては、トリエチルアミンなどのトリアルキルアミン;ピリジン、N-メチルモルホリンなどの複素環式3級アミンなどが挙げられる。無機塩基としては、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸リチウム、炭酸セシウムなどのアルカリ金属炭酸塩;炭酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素リチウム、炭酸水素セシウムなどのアルカリ金属炭酸水素塩;水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化セシウムなどのアルカリ金属水酸化物;水素化ナトリウム、水素化カリウム、水素化リチウムなどのアルカリ金属水素化物などが挙げられる。
塩基としては無機塩基が好ましく、価格、取り扱い易さなどの点から、炭酸塩が好ましく、炭酸カリウム又は炭酸ナトリウムがさらに好ましい。9,9-ビス[(ヒドロキシ(ポリ)アルコキシ)アリール]フルオレン類を反応させる場合には、価格、取り扱い易さ及び低温で適度な反応速度が得られるという点から、水素化ナトリウム又は水素化カリウムがさらに好ましい。
塩基触媒の触媒量は、化合物(2)1モルに対して、例えば、0.1~10モル、好ましくは0.5~7モル、さらに好ましくは1~5モルである。
(溶媒)
反応は、通常、反応に不活性な溶媒の存在下で行ってもよい。溶媒としては、例えば、ケトン類、エーテル類、スルホキシド類、アミド類などが挙げられる。ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトンなど;エーテル類としては、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテルなどの鎖状エーテル類、テトラヒドロフラン(THF)、1,4-ジオキサンなどの環状エーテル類など;スルホキシド類としては、ジメチルスルホキシド(DMSO)など;アミド類としては、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)などが挙げられる。これらの溶媒は、単独又は2種以上組み合わせて混合溶媒として使用できる。
反応は、通常、反応に不活性な溶媒の存在下で行ってもよい。溶媒としては、例えば、ケトン類、エーテル類、スルホキシド類、アミド類などが挙げられる。ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトンなど;エーテル類としては、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテルなどの鎖状エーテル類、テトラヒドロフラン(THF)、1,4-ジオキサンなどの環状エーテル類など;スルホキシド類としては、ジメチルスルホキシド(DMSO)など;アミド類としては、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)などが挙げられる。これらの溶媒は、単独又は2種以上組み合わせて混合溶媒として使用できる。
溶媒としては、アミド類が好ましく、DMFがさらに好ましく、DMF単独で使用するのが特に好ましい。
溶媒の使用量は、特に制限されず、例えば、ヒドロキシ基含有フルオレン化合物100質量部に対して、例えば、10~2000質量部、好ましくは50~1500質量部、さらに好ましくは100~1000質量部である。
(反応条件)
この第一工程の反応は、大気又は不活性ガス雰囲気下で行ってもよく、不活性ガス雰囲気下で行うのが好ましい。不活性ガスとしては、例えば、窒素、希ガス、例えば、アルゴンなどが挙げられる。
この第一工程の反応は、大気又は不活性ガス雰囲気下で行ってもよく、不活性ガス雰囲気下で行うのが好ましい。不活性ガスとしては、例えば、窒素、希ガス、例えば、アルゴンなどが挙げられる。
反応温度は、特に制限されず、0~80℃、例えば、10~70℃、好ましくは20~60℃である。塩基触媒に水素化アルカリ金属を用いる場合は、前記反応温度より低温であってもよく、10~30℃程度であってもよい。反応時間は、特に制限されず、例えば、0.5~5時間、好ましくは1~4時間である。
反応終了後、得られた化合物(4)のジシアノフェニル基に対する基[-O(R1aO)m1-]、[-O(R1bO)m2-]の置換位置は、前記式(3)におけるニトロ基の置換位置と同様である。
R4a及びR4bで表される置換基、置換位置並びにp1及びp2で表される置換数は、それぞれ前記式(3)におけるR4及びpと好ましい態様を含めて同様である。
また、前記式(4)において、Z1、Z2、R1a、R1b、R2a、R2b、R3、k、m1、m2、n1及びn2は、それぞれ好ましい態様を含めて前記式(2)に同じである。
前記化合物(4)は、必要であれば、洗浄、中和、抽出、濃縮、ろ過、再沈殿、再結晶、晶析、カラムクロマトグラフィー、遠心分離などの慣用の分離精製手段や、これらを組み合わせた方法により精製してもよい。
[第二工程(フルオレンテトラカルボン酸(5)の調製)]
本発明の方法の第二工程では、第一工程で得られた化合物(4)のシアノ基を加水分解し、カルボキシ基に置換することにより、化合物(5)を得る。
本発明の方法の第二工程では、第一工程で得られた化合物(4)のシアノ基を加水分解し、カルボキシ基に置換することにより、化合物(5)を得る。
(塩基触媒)
塩基触媒は、特に制限されず、無機塩基であってもよく、金属水酸化物が好ましい。金属水酸化物としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化セシウム、などのアルカリ金属水酸化物が挙げられる。これらのうち、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムがさらに好ましい。
塩基触媒は、特に制限されず、無機塩基であってもよく、金属水酸化物が好ましい。金属水酸化物としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化セシウム、などのアルカリ金属水酸化物が挙げられる。これらのうち、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムがさらに好ましい。
塩基触媒の触媒量は、化合物(4)1モルに対して、例えば、0.1~100モル、好ましくは0.5~50モル、さらに好ましくは1~30モル程度である。
(溶媒)
反応溶媒としては、反応に不活性な溶媒を用いてもよく、例えば、水;メタノール、エタノールなどのアルコール類;ジオキサン、テトラヒドロフラン(THF)などの環状エーテル、ジエチルエーテルなどの鎖状エーテルなどのエーテル類;アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類;アセトニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル類;N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)などのアミド類;ジメチルスルホキシド(DMSO)などのスルホキシド類;脂肪族炭化水素類、脂環族炭化水素類、芳香族炭化水素類などの炭化水素類などが挙げられる。
反応溶媒としては、反応に不活性な溶媒を用いてもよく、例えば、水;メタノール、エタノールなどのアルコール類;ジオキサン、テトラヒドロフラン(THF)などの環状エーテル、ジエチルエーテルなどの鎖状エーテルなどのエーテル類;アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン類;アセトニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル類;N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)などのアミド類;ジメチルスルホキシド(DMSO)などのスルホキシド類;脂肪族炭化水素類、脂環族炭化水素類、芳香族炭化水素類などの炭化水素類などが挙げられる。
これらの溶媒は単独でまたは2種以上組み合わせて使用することもできる。これらの溶媒のうち、水およびエタノールなどのアルコール類の混合溶媒が好ましい。
溶媒の使用量は、化合物(4)、塩基触媒などの原料混合物を可溶化(又は分散)でき、反応を損なわない範囲であれば特に制限されず、例えば、化合物(4)100質量部に対して、例えば10~2000質量部、好ましくは50~1500質量部、さらに好ましくは100~1000質量部、特に好ましくは400~800質量部である。
(反応条件)
この第二工程の反応は、第一工程で示した雰囲気下と同様の雰囲気下で行ってもよい。
この第二工程の反応は、第一工程で示した雰囲気下と同様の雰囲気下で行ってもよい。
反応温度は、特に制限されず、例えば、40~110℃、好ましくは50~100℃、さらに好ましくは60~90℃である。反応時間は、特に制限されず、例えば、10~80時間、好ましくは15~60時間である。
反応終了後、得られた化合物(5)のジカルボキシフェニル基に対する基[-O(R1aO)m1-]、[-O(R1bO)m2-]の置換位置並びにZ1、Z2、R1a、R1b、R2a、R2b、R3、R4a、R4b、k、m1、m2、n1、n2、p1及びp2は、それぞれ好ましい態様を含めて前記式(4)に同じである。
前記化合物(5)は、必要であれば、第一工程で示した方法と同様の方法により精製してもよい。
[第三工程(フルオレンテトラカルボン酸二無水物(1)の調製)]
本発明の方法の第三工程では、前記第二工程で得られた化合物(5)を脱水剤と反応させて、分子内脱水により閉環させて、化合物(1)を得ることができる。
本発明の方法の第三工程では、前記第二工程で得られた化合物(5)を脱水剤と反応させて、分子内脱水により閉環させて、化合物(1)を得ることができる。
(脱水剤)
脱水剤は、化合物(5)のカルボキシ基を脱水閉環し、酸無水物基にできれば、特に制限されず、酸無水物を利用してもよい。酸無水物は、例えば、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水酪酸、無水イソ酪酸、無水吉草酸、エタン酸プロピオン酸無水物などの無水飽和脂肪族モノカルボン酸;無水(メタ)アクリル酸、無水クロトン酸などの無水不飽和脂肪族モノカルボン酸;無水シクロヘキサンカルボン酸、無水テトラヒドロ安息香酸などの無水脂環族モノカルボン酸;無水安息香酸、無水4-メチル安息香酸などの無水芳香族モノカルボン酸などのモノカルボン酸無水物や、無水コハク酸などの無水飽和脂肪族ジカルボン酸;無水マレイン酸、無水イタコン酸などの無水不飽和脂肪族ジカルボン酸;1-シクロヘキセン-1,2-ジカルボン酸無水物、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸などの無水脂環族ジカルボン酸;無水フタル酸、無水ナフタル酸などの無水芳香族ジカルボン酸などのジカルボン酸無水物や、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸などのポリカルボン酸無水物などが挙げられる。これらの酸無水物は、単独でまたは2種以上組み合わせて使用でき、無水酢酸が好ましい。
脱水剤は、化合物(5)のカルボキシ基を脱水閉環し、酸無水物基にできれば、特に制限されず、酸無水物を利用してもよい。酸無水物は、例えば、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水酪酸、無水イソ酪酸、無水吉草酸、エタン酸プロピオン酸無水物などの無水飽和脂肪族モノカルボン酸;無水(メタ)アクリル酸、無水クロトン酸などの無水不飽和脂肪族モノカルボン酸;無水シクロヘキサンカルボン酸、無水テトラヒドロ安息香酸などの無水脂環族モノカルボン酸;無水安息香酸、無水4-メチル安息香酸などの無水芳香族モノカルボン酸などのモノカルボン酸無水物や、無水コハク酸などの無水飽和脂肪族ジカルボン酸;無水マレイン酸、無水イタコン酸などの無水不飽和脂肪族ジカルボン酸;1-シクロヘキセン-1,2-ジカルボン酸無水物、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸などの無水脂環族ジカルボン酸;無水フタル酸、無水ナフタル酸などの無水芳香族ジカルボン酸などのジカルボン酸無水物や、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸などのポリカルボン酸無水物などが挙げられる。これらの酸無水物は、単独でまたは2種以上組み合わせて使用でき、無水酢酸が好ましい。
脱水剤の使用量は、化合物(5)1モルに対して、例えば、1.5~100モル程度の範囲から選択でき、2モル以上又は過剰量としてもよく、好ましくは2~70モル、さらに好ましくは2~50モル、特に2~30モルである。
(溶媒)
反応は、溶媒の非存在下又は、溶媒中で行ってもよい。溶媒としては、反応を阻害しない溶媒であれば特に限定されず、例えば、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類;ジクロロメタン、クロロホルムなどのハロアルカン類;ジエチルエーテルなどのジアルキルエーテル類、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサンなどの環状エーテル類などのエーテル類;ジメチルホルムアミドなどのアミド類;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類;アセトニトリルなどのニトリル類などが挙げられる。また、無水酢酸などの前記脱水剤を溶媒として使用してもよく、前記脱水剤を溶媒として使用するのが好ましい。これらの溶媒は単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。
反応は、溶媒の非存在下又は、溶媒中で行ってもよい。溶媒としては、反応を阻害しない溶媒であれば特に限定されず、例えば、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類;ジクロロメタン、クロロホルムなどのハロアルカン類;ジエチルエーテルなどのジアルキルエーテル類、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサンなどの環状エーテル類などのエーテル類;ジメチルホルムアミドなどのアミド類;ジメチルスルホキシドなどのスルホキシド類;アセトニトリルなどのニトリル類などが挙げられる。また、無水酢酸などの前記脱水剤を溶媒として使用してもよく、前記脱水剤を溶媒として使用するのが好ましい。これらの溶媒は単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。
溶媒の使用量は、例えば、化合物(5)100質量部に対して、例えば10~2000質量部、好ましくは50~1500質量部、さらに好ましくは100~1000質量部、特に好ましくは400~800質量部である。
(反応条件)
この第三工程の反応は、第一工程で示した雰囲気下と好ましい態様を含めて同様の雰囲気下で行ってもよい。
この第三工程の反応は、第一工程で示した雰囲気下と好ましい態様を含めて同様の雰囲気下で行ってもよい。
反応温度は、特に制限されず、80~150℃、例えば、90~140℃、好ましくは100~130℃、さらに好ましくは110~130℃である。反応時間は、特に制限されず、例えば、5~15時間、好ましくは7~12時間であってもよい。
反応終了後、第一工程で示した方法と同様の方法により精製してもよい。
[フルオレンテトラカルボン酸二無水物(1)]
前記第三工程の反応により、化合物(1)が得られる。
前記第三工程の反応により、化合物(1)が得られる。
前記式(1)において、基[-O(R1aO)m1-]、[-O(R1bO)m2-]の酸無水物基を有するフェニル基に対する置換位置並びにZ1、Z2、R1a、R1b、R2a、R2b、R3、R4a、R4b、k、m1、m2、n1、n2、p1及びp2は、それぞれ好ましい態様を含めて前記式(4)と同じである。
代表的なフルオレンテトラカルボン酸二無水物(1)としては、例えば、前記式(1)において、m1及びm2がそれぞれ0である9,9-ビス[(ジカルボキシフェノキシ)アリール]フルオレン二無水物類;m1及びm2がそれぞれ1以上、例えば、1~10、好ましくは1~6、さらに好ましくは1~3、特に1である9,9-ビス[(ジカルボキシフェノキシ)(ポリ)アルコキシアリール]フルオレン二無水物類などが挙げられる。
9,9-ビス[(ジカルボキシフェノキシ)アリール]フルオレン二無水物類としては、例えば、9,9-ビス[(ジカルボキシフェノキシ)フェニル]フルオレン二無水物、9,9-ビス[(ジカルボキシフェノキシ)ナフチル]フルオレン二無水物、9,9-ビス[アルキル-(ジカルボキシフェノキシ)フェニル]フルオレン二無水物、9,9-ビス[アリール-(ジカルボキシフェノキシ)フェニル]フルオレン二無水物などの9,9-ビス[(ジカルボキシフェノキシ)C6-14アリール]フルオレン二無水物類が挙げられる。
9,9-ビス[(ジカルボキシフェノキシ)フェニル]フルオレン二無水物としては、例えば、9,9-ビス[4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル]フルオレン二無水物などが挙げられる。
9,9-ビス[(ジカルボキシフェノキシ)ナフチル]フルオレン二無水物としては、例えば、9,9-ビス[6-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)-2-ナフチル]フルオレン二無水物、9,9-ビス[5-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)-1-ナフチル]フルオレン二無水物などが挙げられる。
9,9-ビス[アルキル-(ジカルボキシフェノキシ)フェニル]フルオレン二無水物としては、例えば、9,9-ビス[3-メチル-4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル]フルオレン二無水物、9,9-ビス[3,5-ジメチル-4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル]フルオレン二無水物などの9,9-ビス[モノ又はジC1-4アルキル-(ジカルボキシフェノキシ)フェニル]フルオレン二無水物などが挙げられる。
9,9-ビス[アリール-(ジカルボキシフェノキシ)フェニル]フルオレン二無水物としては、例えば、9,9-ビス[4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)-3-フェニルフェニル]フルオレン二無水物などの9,9-ビス[C6-10アリール-(ジカルボキシフェノキシ)フェニル]フルオレン二無水物が挙げられる。
また、9,9-ビス[(ジカルボキシフェノキシ)(ポリ)アルコキシアリール]フルオレン二無水物類としては、9,9-ビス[(ジカルボキシフェノキシ)(ポリ)アルコキシフェニル]フルオレン二無水物、9,9-ビス[(ジカルボキシフェノキシ)(ポリ)アルコキシナフチル]フルオレン二無水物、9,9-ビス[アルキル-(ジカルボキシフェノキシ)(ポリ)アルコキシフェニル]フルオレン二無水物、9,9-ビス[アリール-(ジカルボキシフェノキシ)(ポリ)アルコキシフェニル]フルオレン二無水物などの9,9-ビス[(ジカルボキシフェノキシ)(ポリ)アルコキシC6-14アリール]フルオレン二無水物類が挙げられる。
9,9-ビス[(ジカルボキシフェノキシ)(ポリ)アルコキシフェニル]フルオレン二無水物としては、例えば、9,9-ビス[4-(2-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)エトキシ)フェニル]フルオレン二無水物、9,9-ビス[4-(2-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)プロポキシ)フェニル]フルオレン二無水物、9,9-ビス[4-(2-(2-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)エトキシ)エトキシ)フェニル]フルオレン二無水物などの9,9-ビス[(ジカルボキシフェノキシ)(モノ乃至デカ)C2-6アルコキシフェニル]フルオレン二無水物などが挙げられる。
9,9-ビス[(ジカルボキシフェノキシ)(ポリ)アルコキシナフチル]フルオレン二無水物としては、9,9-ビス[6-(2-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)エトキシ)-2-ナフチル]フルオレン二無水物、9,9-ビス[6-(2-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)プロポキシ)-2-ナフチル]フルオレン二無水物、9,9-ビス[5-(2-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)エトキシ)-1-ナフチル]フルオレン二無水物、9,9-ビス[6-(2-(2-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)エトキシ)エトキシ)-2-ナフチル]フルオレン二無水物などの9,9-ビス[(ジカルボキシフェノキシ)(モノ乃至デカ)C2-6アルコキシナフチル]フルオレン二無水物が挙げられる。
9,9-ビス[アルキル-(ジカルボキシフェノキシ)(ポリ)アルコキシフェニル]フルオレン二無水物としては、たとえば、9,9-ビス[4-(2-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)エトキシ)-3-メチルフェニル]フルオレン二無水物、9,9-ビス[4-(2-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)プロポキシ)-3-メチルフェニル]フルオレン二無水物、9,9-ビス[4-(2-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)エトキシ)-3,5-ジメチルフェニル]フルオレン二無水物、9,9-ビス[4-(2-(2-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)エトキシ)エトキシ)-3-メチルフェニル]フルオレン二無水物などの9,9-ビス[モノ又はジC1-4アルキル-((ジカルボキシフェノキシ)(モノ乃至デカ)C2-6アルコキシ)フェニル]フルオレン二無水物などが挙げられる。
9,9-ビス[アリール-(ジカルボキシフェノキシ)(ポリ)アルコキシフェニル]フルオレン二無水物としては、9,9-ビス[4-(2-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)エトキシ)-3-フェニルフェニル]フルオレン二無水物、9,9-ビス[4-(2-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)プロポキシ)-3-フェニルフェニル]フルオレン二無水物、9,9-ビス[4-(2-(2-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)エトキシ)エトキシ)-3-フェニルフェニル]フルオレン二無水物などの9,9-ビス[C6-10アリール-(ジカルボキシフェノキシ)(モノ乃至デカ)C2-6アルコキシフェニル]フルオレン二無水物などが挙げられる。
これらのフルオレンテトラカルボン酸二無水物(1)のうち、前記式(1)において、環Z1及びZ2が縮合多環式アレーン環、m1及びm2が0である9,9-ビス(ジカルボキシフェノキシ縮合多環式アリール)フルオレン二無水物類が好ましく、9,9-ビス(ジカルボキシフェノキシ縮合多環式C10-14アリール)フルオレン二無水物類がより好ましく、なかでも、高屈折率及び高耐熱性をバランスよく備えている9,9-ビス[6-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)-2-ナフチル]フルオレン二無水物が特に好ましい。
フルオレンテトラカルボン酸二無水物(1)は、高い屈折率及び高い耐熱性を有している。
フルオレンテトラカルボン酸二無水物(1)の屈折率は、温度25℃、波長589nmにおいて、例えば、1.55~2程度であってもよく、好ましい範囲としては、以下段階的に1.56~1.9、1.57~1.8、1.58~1.7、1.59~1.65、1.6~1.63である。
フルオレンテトラカルボン酸二無水物(1)の融点は、例えば100~350℃程度であってもよく、好ましい範囲としては、以下段階的に、130~320℃、150~300℃、200~290℃、230~285℃、250~280℃である。
フルオレンテトラカルボン酸二無水物(1)の5質量%減少温度は、例えば150~500℃程度であってもよく、好ましい範囲としては、以下段階的に、170~490℃、250~480℃、300~470℃、350~460℃、370~450℃、390~445℃である。
フルオレンテトラカルボン酸二無水物(1)の10質量%減少温度は、例えば150~550℃程度であってもよく、好ましい範囲としては、以下段階的に、170~530℃、200~520℃、210~510℃、250~500℃、300~490℃、350~480℃、400~475℃である。
なお、本明細書および特許請求の範囲において、フルオレンテトラカルボン酸二無水物(1)の屈折率、融点、5質量%減少温度および10質量%減少温度は、後述する実施例に記載の方法により測定できる。
(フルオレンテトラカルボン酸二無水物(1a))
本発明において、化合物(1a)は新規化合物である。
本発明において、化合物(1a)は新規化合物である。
前記式(1a)において、n1及びn2は0であり、Z1、Z2、R1a、R1b、R3、R4a、R4b、k、p1及びp2は、それぞれ好ましい態様を含めて前記式(1)と同じである。
前記式(1a)において、オキシアルキレン基(R1aO)、(R1bO)の繰り返し数(付加モル数)m1、m2は、それぞれ1以上、例えば、1~20の範囲から選択できる。好ましい範囲としては、以下段階的に、1~15、1~10、1~8、1~6、1~5、1~4、1~3であり、さらに好ましくは1又は2であり、特に好ましくは1である。
前記式(1)と同様、「繰り返し数(付加モル数)m1、m2」は、算術平均値又は平均付加モル数であってもよく、また、m1、m2は、それぞれ同一又は異なっていてもよい。好ましい態様も同様である。
化合物(1a)は、m1及びm2が1以上であり、可撓性を有するだけでなく、環Z1及びZ2が無置換のアレーン環であることにより、各種溶剤への高い溶解特性を有し、高いハンドリング性を示す。
代表的な化合物(1a)としては、例えば、前記式(1a)において、m1及びm2がそれぞれ1以上、例えば、1~10、好ましくは1~6、さらに好ましくは1~3、特に1である9,9-ビス[(ジカルボキシフェノキシ)(ポリ)アルコキシアリール]フルオレン二無水物類が挙げられる。
9,9-ビス[(ジカルボキシフェノキシ)(ポリ)アルコキシアリール]フルオレン二無水物類としては、9,9-ビス[(ジカルボキシフェノキシ)(ポリ)アルコキシフェニル]フルオレン二無水物、9,9-ビス[(ジカルボキシフェノキシ)(ポリ)アルコキシナフチル]フルオレン二無水物などの9,9-ビス[(ジカルボキシフェノキシ)(ポリ)アルコキシC6-14アリール]フルオレン二無水物類が挙げられ、前記式(1)と同様の化合物が挙げられる。
前記化合物(1a)のうち、前記式(1a)において、m1及びm2が1である9,9-ビス[(ジカルボキシフェノキシ)アルコキシアリール]フルオレン二無水物類が好ましく、9,9-ビス[(ジカルボキシフェノキシ)C2-6アルコキシC6-14アリール]フルオレン二無水物類がより好ましく、なかでも、9,9-ビス[4-(2-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)エトキシ)フェニル]フルオレン二無水物が特に好ましい。
[ポリイミド]
(テトラカルボン酸二無水物成分)
本発明のポリイミドは、下記式(1)で表されるフルオレンテトラカルボン酸二無水物成分を含むテトラカルボン酸二無水物成分を重合成分とする。
(テトラカルボン酸二無水物成分)
本発明のポリイミドは、下記式(1)で表されるフルオレンテトラカルボン酸二無水物成分を含むテトラカルボン酸二無水物成分を重合成分とする。
(式中、Z1、Z2、R1a、R1b、R2a、R2b、R3、R4a、R4b、k、m1、m2、n1、n2、p1及びp2は、それぞれ好ましい態様を含めて前記に同じ)。
代表的なフルオレンテトラカルボン酸二無水物成分としては、前記フルオレンテトラカルボン酸二無水物(1)と同様である。
また、フルオレンテトラカルボン酸二無水物成分は、単独で用いてもよく、他のテトラカルボン酸二無水物成分、例えば、フルオレンテトラカルボン酸二無水物成分以外の芳香族テトラカルボン酸二無水物成分、脂環族テトラカルボン酸二無水物成分などと組み合わせて用いてもよい。
前記芳香族テトラカルボン酸二無水物成分としては、例えば、アレーンテトラカルボン酸、具体的にはピロメリット酸、ナフタレンテトラカルボン酸などのC6-20アレーン-テトラカルボン酸など;アリールテトラカルボン酸、具体的には3,3,4,4-ビフェニルテトラカルボン酸などのジC6-10アリールテトラカルボン酸など;ビス(ジカルボキシアリール)アルカン、具体的には3,3’,4,4’-テトラカルボキシジフェニルメタン、2,2’-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)プロパンなどのビス(ジカルボキシC6-10アリール)C1-10アルカンなど;ビス(ジカルボキシアリール)エーテル、具体的には4,4’-オキシジフタル酸などのビス(ジカルボキシC6-10アリール)エーテルなど;ビス(ジカルボキシアリール)ケトン、具体的には3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸などのビス(ジカルボキシC6-10アリール)ケトンなど;ビス(ジカルボキシアリール)スルホン、具体的には3,3’,4,4’-ジフェニルスルホンテトラカルボン酸などのビス(ジカルボキシC6-10アリール)スルホンなどが挙げられる。脂環族テトラカルボン酸二無水物成分としては、例えば、前記芳香族テトラカルボン酸の二無水物の水添物などが挙げられる。これらのテトラカルボン酸二無水物成分は単独で又は2種以上組み合わせてもよい。
前記式(1)で表されるフルオレンテトラカルボン酸二無水物成分の割合は、テトラカルボン酸二無水物成分全体に対して、例えば、30~100モル%、好ましくは以下段階的に、40~100モル%、50~100モル%、60~100モル%、70~100モル%、75~100モル%であり、特に80~100モル%である。
(ジアミン成分)
本発明のポリイミドは、脂肪族ジアミン成分、脂環族ジアミン成分及び芳香族ジアミン成分から選択された少なくとも1種のジアミン成分を重合成分としてもよい。
本発明のポリイミドは、脂肪族ジアミン成分、脂環族ジアミン成分及び芳香族ジアミン成分から選択された少なくとも1種のジアミン成分を重合成分としてもよい。
脂肪族ジアミン成分としては、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、2-メチルペンタメチレンジアミン、1,1,2,2-テトラメチルエチレンジアミンなどのジアミノ直鎖状又は分岐鎖状C2-10アルカン類;1,2-ビス(2-アミノエトキシ)エタンなどのビス(アミノ-直鎖状又は分岐鎖状C2-10アルコキシ)C1-4アルカン類などが挙げられる。
脂環族ジアミン成分としては、1,4-シクロヘキサンジアミンなどのC5-10シクロアルカンジアミン類;イソホロンジアミン(又は1-アミノ-3-アミノメチル-3,5,5-トリメチルシクロヘキサン)などのアミノ(アミノC1-4アルキル)C5-10シクロアルカン類;1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,4-ビス(アミノメチル)シクロヘキサンなどのビス(アミノC1-4アルキル)C5-10シクロアルカン類;ビス(4-アミノシクロヘキシル)メタン、ビス(4-アミノ-3-メチルシクロヘキシル)メタンなどのビス(アミノC5-10シクロアルキル)C1-4アルカン類などの脂環族ジアミンが挙げられる。
芳香族ジアミン成分としては、下記式(6)で表される少なくともアレーン環を有するジアミン成分が好ましい。
(式中、環Arは単環式アレーン環又は縮合多環式アレーン環を示し、R5a、R5bは同一又は異なって二価の基を示し、q1及びq2は同一又は異なって0又は1を示し、R6はアルキル基又はアリール基を示し、rは0又は1以上の整数を示す)。
前記式(6)において、環Arで表されるアレーン環としては、例えば、ベンゼン環などの単環式アレーン環、縮合多環式アレーン環が挙げられ、好ましいアレーン環としては、ベンゼン環、縮合二乃至三環式C10-16アレーン環などの縮合多環式アレーン環であり、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、特に、透明性の点においてベンゼン環である。
基R5a、R5bとしては、アルキレン基、オキシアルキレン基、シクロアルキレン基、オキシシクロアルキレン基などが挙げられ、これらの基の水素原子が、ハロゲン原子、アルコキシ基、アシル基、ニトロ基、シアノ基、アミノ基などで置換されていてもよい。好ましい基R5a及びR5bとしては、アルキレン基が挙げられ、メチレン基などの直鎖状又は分岐鎖状C1-6アルキレン基、直鎖状又は分岐鎖状C1-4アルキレン基がさらに好ましく、特にメチレン基である。基R5a及びR5bの種類は、同一又は異なっていてもよい。
環Arで表されるアレーン環に対する基[-(R5a)q1-NH2]及び[-(R5b)q2-NH2]の置換位置は、互いに同じ置換位置でなければ特に制限されず、例えば、Arがベンゼン環の場合、1,2位、1,3位、1,4位の関係で置換していればよく、1,4位の関係で置換しているのが好ましい。Arがナフタレン環の場合、1~8位のいずれかに置換していればよく、例えば1位又は2位と5~8位の関係で置換していればよく、1,5位又は2,6位の関係で置換しているのが好ましく、2,6位の関係で置換しているのが特に好ましい。
基R5a、R5bの繰り返し数(付加モル数)q1、q2は、それぞれ0又は1であり、特に0である。
基R6で表される置換基は、アルキル基、アリール基であってもよく、アルキル基が好ましく、特に、メチル基などの直鎖状又は分岐鎖状C1-4アルキル基が好ましい。
基R6の置換数rは、例えば、0~6程度の整数、好ましくは以下段階的に、0~5の整数、0~4の整数、0~3の整数、0~2の整数、さらに好ましくは0又は1、特に0である。rが2以上である場合、環Arに置換する2以上の基R6の種類は、互いに同一又は異なっていてもよく、同一であるのが好ましい。また、基R6の置換位置は、特に制限されず、基R5a及びR5bの置換位置以外の位置であればよい。
前記式(6)で表される芳香族ジアミン成分としては、例えば、m-フェニレンジアミン、p-フェニレンジアミン、4-メチル-1,2-フェニレンジアミン、4-メチル-1,3-フェニレンジアミンなどのフェニレンジアミン類、1,5-ナフタレンジアミン、1,8-ナフタレンジアミンなどのナフタレンジアミン類などのジアミノC6-20アレーン類;4-アミノベンジルアミンなどのアミノベンジルアミン類、4-(2-アミノエチル)アニリンなどのアミノエチルアニリン類などの(アミノC1-4アルキル)アミノC6-20アレーン類;m-キシリレンジアミンなどのキシリレンジアミン類などのビス(アミノC1-4アルキル)C6-20アレーン類が挙げられ、なかでも、ジアミノC6-20アレーン類が好ましく、特にフェニレンジアミン類が好ましい。
なお、芳香族ジアミン成分は、前記式(6)で表される芳香族ジアミン成分と異なる芳香族ジアミン成分を含んでいてもよく、例えば、ジアミノジアリール類、ビス(アミノアリール)アルカン類、ビス(アミノアリール)エーテル類、ビス(アミノアリールオキシ)アリール類、ビス[(アミノアリールオキシ)アリール]アルカン類、ビス(アミノアリール)ケトン類、ビス(アミノアリール)スルフィド類、ビス(アミノアリール)スルホン類、アリール-トリアルキルインダンジアミン類、9,9-ビスアリールフルオレン骨格を有するジアミン類などが挙げられる。
ジアミノジアリール類としては、2,2’-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノ-2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、4,4’-ジアミノ-3,3’-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニルなどのジアミノビフェニル類などのジアミノジC6-10アリール類などが挙げられる。
ビス(アミノアリール)アルカン類としては、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノ-1,2-ジフェニルエタン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)プロパン、ビス(4-アミノ-3-エチルフェニル)メタン、ビス(4-アミノ-3,5-ジエチルフェニル)メタンなどのビス(アミノC6-10アリール)C1-4アルカン類などが挙げられる。
ビス(アミノC6-10アリール)エーテル類としては、4,4’-オキシジアニリンなどのビス(アミノC6-10アリール)エーテル類などが挙げられる。ビス(アミノアリールオキシ)アリール類としては、1,3-ビス(3-アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼンなどのビス(アミノC6-10アリールオキシ)C6-10アリール類などが挙げられる。ビス[(アミノアリールオキシ)アリール]アルカン類としては、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパンなどのビス[(アミノC6-10アリールオキシ)C6-10アリール]C1-6アルカン類などが挙げられる。
ビス(アミノアリール)ケトン類としては、3,3’-ジアミノベンゾフェノン、4,4’-ジアミノベンゾフェノンなどのビス(アミノC6-10アリール)ケトン類などが挙げられる。ビス(アミノアリール)スルフィド類としては、ビス(4-アミノフェニル)スルフィドなどのビス(アミノC6-10アリール)スルフィド類などが挙げられる。ビス(3-アミノフェニル)スルホン、ビス(4-アミノフェニル)スルホンなどのビス(アミノC6-10アリール)スルホン類などが挙げられる。
アリール-トリアルキルインダンジアミン類としては、1-(4-アミノフェニル)-1,3,3-トリメチルインダン-5-アミン、3-(4-アミノフェニル)-1,1,3-トリメチルインダン-5-アミンなどのC6-10アリール-トリC1-4アルキルインダンジアミン類が挙げられる。
9,9-ビスアリールフルオレン骨格を有するジアミン類としては、9,9,-ビス(アミノアリール)フルオレン、9,9,-ビス(アミノフェノキシ)アリールフルオレンなどが挙げられ、9,9,-ビス(アミノアリール)フルオレンとしては、9,9-ビス(4-アミノフェニル)フルオレンなどの9,9,-ビス(アミノC6-20アリール)フルオレン類;9,9,-ビス(アミノフェノキシ)アリールフルオレンとしては、9,9-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]フルオレン、9,9-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)-3-フェニルフェニル]フルオレン、9,9-ビス[4-(4-アミノ-2-トリフルオロメチルフェノキシ)-3-フェニルフェニル]フルオレンなどの9,9,-ビス(アミノC6-12アリールオキシ)C6-20アリールフルオレン類などが挙げられる。
これらのジアミン成分は、単独で又は2種以上組み合わせて使用できる。ポリイミドの透明性の点から、芳香族ジアミン成分が好ましく、前記式(6)で表される芳香族ジアミン成分がさらに好ましい。また、前記式(6)で表される芳香族ジアミン成分を含む場合、芳香族ジアミン成分全体に対する前記式(6)で表される芳香族ジアミン成分の割合は、例えば、20~100モル%、以下段階的に30~100モル%、40~100モル%、50~100モル%、60~100モル%、70~100モル%、80~100モル%であり、90~100モル%が好ましく、特に100モル%である。
前記式(6)で表される芳香族ジアミン成分を含む場合、この芳香族ジアミン成分の割合は、ジアミン成分全体に対して、例えば、20~100モル%、以下段階的に30~100モル%、40~100モル%、50~100モル%、60~100モル%、70~100モル%であり、特に80~100モル%である。
(製造方法)
本発明のポリイミドは、前記テトラカルボン酸二無水物成分と、前記ジアミン成分とを、慣用の方法を利用して反応させることにより得ることができる。すなわち、前記テトラカルボン酸二無水物成分と前記ジアミン成分とを反応(縮合反応、重合反応)させて、対応するポリアミド酸を得る工程、得られたポリアミド酸を脱水閉環させる工程を経てポリイミドを製造できる。
本発明のポリイミドは、前記テトラカルボン酸二無水物成分と、前記ジアミン成分とを、慣用の方法を利用して反応させることにより得ることができる。すなわち、前記テトラカルボン酸二無水物成分と前記ジアミン成分とを反応(縮合反応、重合反応)させて、対応するポリアミド酸を得る工程、得られたポリアミド酸を脱水閉環させる工程を経てポリイミドを製造できる。
ポリアミド酸を得る工程では、反応において、テトラカルボン酸二無水物成分と、ジアミン成分との割合は、適宜選択でき、例えば、テトラカルボン酸二無水物成分の割合は、ジアミン成分1モルに対して、0.7~1.5モル、好ましくは0.9~1.1モル、さらに好ましくは0.95~1.05モルであり、特に約1モルが好ましい。
反応(縮合反応、重合反応)は、溶媒の非存在下で行ってもよく、溶媒の存在下でおこなってもよい。なお、溶媒は、反応温度において液体である成分であればよい。例えば、常温において固体であっても、反応温度において液状となる成分であってもよい。代表的な溶媒(有機溶媒)としては、ジフェニルエーテルなどの鎖状エーテル類、テトラヒドロフランなどの環状エーテル類などのエーテル類;塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素などのハロゲン化鎖状炭化水素類、トリクロロビフェニルなどのハロゲン化芳香族炭化水素類などのハロゲン化水素炭化水素類;ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類;N-メチル-2-ピロリドンなどの窒素原子含有複素環化合物;スルホラン、ジメチルスルホンなどの脂肪族スルホン、ジフェニルスルホンなどの芳香族スルホンなどのスルホン化合物類などが挙げられる。前記溶媒は、単独で又は2種以上組み合わせて使用してもよい。
なお、反応(縮合反応、重合反応)は、必要に応じて、触媒の存在下で行ってもよい。触媒としては、例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、トリブチルアミン、ジメチルアニリン、ピリジン、α-ピコリン、β-ピコリン、γ-ピコリン、イソキノリン、ルチジン、1,5-ジアザビシクロ[4.3.0]-5-ノネン、1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン、1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]-7-ウンデセンなどのアミン類の触媒などが挙げられる。
反応温度は、例えば、10~200℃、好ましくは20~150℃、さらに好ましくは30~100℃である。
反応は、空気中で行ってもよいが、ヘリウム、窒素、アルゴンなどの不活性ガスの雰囲気下又は流通下で行ってもよい。また、反応は、常圧下、加圧下又は減圧下で行ってもよい。
この反応(縮合反応、重合反応)により、ポリアミド酸が生成し、このポリアミド酸を脱水閉環することにより透明ポリイミドが生成する。
また、脱水閉環工程において、前記反応により得られたポリアミド酸を脱水閉環する方法としては、特に限定されず、例えば、無水酢酸などの酸無水物である脱水剤を使用する方法、高温で加熱する方法、これらを組み合わせる方法などが挙げられる。
なお、反応終了後、生成物であるポリイミドは、慣用の分離方法、例えば、ろ過、濃縮、抽出、晶析、再結晶、カラムクロマトグラフィーなどの分離手段や、これらの組み合わせた分離手段により分離精製できる。
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。評価方法を以下に示す。
[評価方法]
(核磁気共鳴スペクトル)
1H-NMR:核磁気共鳴装置(BRUKER社製「ADVANCE III HD」を用いて測定した。測定溶媒は、重クロロホルム、又は重ジメチルスルホキシドを用い、内部標準は、テトラメチルシラン(1H:0ppm)、重クロロホルム(13C:77ppm)、又は重ジメチルスルホキシド(1H:2.5ppm、13C:40ppm)を用いて測定した。
(核磁気共鳴スペクトル)
1H-NMR:核磁気共鳴装置(BRUKER社製「ADVANCE III HD」を用いて測定した。測定溶媒は、重クロロホルム、又は重ジメチルスルホキシドを用い、内部標準は、テトラメチルシラン(1H:0ppm)、重クロロホルム(13C:77ppm)、又は重ジメチルスルホキシド(1H:2.5ppm、13C:40ppm)を用いて測定した。
(融点)
示差走査熱量計(エスアイアイ・ナノテクノロジー(株)製「EXSTAR DSC6200」)を用いて、窒素気流下、昇温速度10℃/分、30~300℃の温度範囲で、示差走査熱量測定(DSC)により測定した。
示差走査熱量計(エスアイアイ・ナノテクノロジー(株)製「EXSTAR DSC6200」)を用いて、窒素気流下、昇温速度10℃/分、30~300℃の温度範囲で、示差走査熱量測定(DSC)により測定した。
(耐熱性(質量減少温度))
示差熱重量分析装置((株)日立ハイテクサイエンス製「TG/DTA6200」)を用いて、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/分、30~520℃の温度範囲で、5%質量減少温度及び10%質量減少温度を測定した。
示差熱重量分析装置((株)日立ハイテクサイエンス製「TG/DTA6200」)を用いて、窒素雰囲気下、昇温速度10℃/分、30~520℃の温度範囲で、5%質量減少温度及び10%質量減少温度を測定した。
(純度)
液体クロマトグラフィー(LC、株式会社島津製作所製、「LC-2010A」)を用い、アセトニトリル/水(体積比)=80/20→95/5→80/20を溶出液として測定した。
液体クロマトグラフィー(LC、株式会社島津製作所製、「LC-2010A」)を用い、アセトニトリル/水(体積比)=80/20→95/5→80/20を溶出液として測定した。
(分子量)
液体クロマトグラフィー質量分析装置(LCMS、株式会社島津製作所製、「Ninetex XB-C18」)を用い、アセトニトリル/水(体積比)=50/50→80/20→95/5→50/50を溶出液として測定した。
液体クロマトグラフィー質量分析装置(LCMS、株式会社島津製作所製、「Ninetex XB-C18」)を用い、アセトニトリル/水(体積比)=50/50→80/20→95/5→50/50を溶出液として測定した。
(屈折率)
多波長アッベ屈折計「DR-M2/1550」((株)アタゴ製)を用い、光源波長589nm、測定温度25℃で測定した。
多波長アッベ屈折計「DR-M2/1550」((株)アタゴ製)を用い、光源波長589nm、測定温度25℃で測定した。
(実施例1)
(第一工程)
セパラブルフラスコに、9,9-ビス(4-ヒドロキシフェニル)フルオレン17.5g(50mmol、大阪ガスケミカル(株)製)、4-ニトロフタロニトリル18.2g(110mmol)、N,N-ジメチルホルムアミド112g(DMF)を加え攪拌し、この溶液へ炭酸カリウム27.6g(200mmol)、DMF 37.5gを加えて、50℃で3時間攪拌した。加温減圧により溶媒を除去し、トルエン100g、イオン交換水150gを加え、70℃で1時間攪拌した後、20℃まで冷却し、結晶を析出させた。この結晶をろ過し、イオン交換水100g、エタノール50gの順で前記結晶をリンスし、9,9-ビス[4-(3,4-ジシアノフェノキシ)フェニル]フルオレン(BPF-PN)の粗結晶を27g(収率90%)得た。この粗結晶(BPF-PN)のLC純度は99%であった。なお、粗結晶の化学構造は、1H-NMRスペクトルにより同定した。
(第一工程)
セパラブルフラスコに、9,9-ビス(4-ヒドロキシフェニル)フルオレン17.5g(50mmol、大阪ガスケミカル(株)製)、4-ニトロフタロニトリル18.2g(110mmol)、N,N-ジメチルホルムアミド112g(DMF)を加え攪拌し、この溶液へ炭酸カリウム27.6g(200mmol)、DMF 37.5gを加えて、50℃で3時間攪拌した。加温減圧により溶媒を除去し、トルエン100g、イオン交換水150gを加え、70℃で1時間攪拌した後、20℃まで冷却し、結晶を析出させた。この結晶をろ過し、イオン交換水100g、エタノール50gの順で前記結晶をリンスし、9,9-ビス[4-(3,4-ジシアノフェノキシ)フェニル]フルオレン(BPF-PN)の粗結晶を27g(収率90%)得た。この粗結晶(BPF-PN)のLC純度は99%であった。なお、粗結晶の化学構造は、1H-NMRスペクトルにより同定した。
(第二工程)
三口フラスコに前記工程で得られたBPF-PNの粗結晶30.1g(50mmol)を加え、エタノール47.8g、ジオキサン47.8g、24質量%水酸化カリウム水溶液140.3g(800mmol)を加え、80℃還流下で約18時間攪拌した。反応終了後30℃まで冷却した後、塩酸85.9g(820mmol)を加え反応溶液を中性にした。この反応溶液へDMF 28.7gを加え、75℃で攪拌し溶解させた後、溶媒を留去し、その後、メチルイソブチルケトン(MIBK)191gを加え、分液して水層を除去した。この後、5質量%塩酸95gを加え攪拌する酸水洗を合計5回繰り返し、有機層を酸洗した。この有機層を加温減圧濃縮して溶媒を除去し、オイル状の9,9-ビス[4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル]フルオレン(BPF-P)を34g(収率100%)得た。このオイル状の生成物(BPF-P)のLC純度は98%であった。なお、生成物の化学構造は、1H-NMRスペクトルにより同定した。
三口フラスコに前記工程で得られたBPF-PNの粗結晶30.1g(50mmol)を加え、エタノール47.8g、ジオキサン47.8g、24質量%水酸化カリウム水溶液140.3g(800mmol)を加え、80℃還流下で約18時間攪拌した。反応終了後30℃まで冷却した後、塩酸85.9g(820mmol)を加え反応溶液を中性にした。この反応溶液へDMF 28.7gを加え、75℃で攪拌し溶解させた後、溶媒を留去し、その後、メチルイソブチルケトン(MIBK)191gを加え、分液して水層を除去した。この後、5質量%塩酸95gを加え攪拌する酸水洗を合計5回繰り返し、有機層を酸洗した。この有機層を加温減圧濃縮して溶媒を除去し、オイル状の9,9-ビス[4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル]フルオレン(BPF-P)を34g(収率100%)得た。このオイル状の生成物(BPF-P)のLC純度は98%であった。なお、生成物の化学構造は、1H-NMRスペクトルにより同定した。
(第三工程)
三口フラスコに前記工程で得られたBPF-P 42.4g(50mmol)と、無水酢酸102g(1mol)を加え、120℃還流下で反応させ、還流する成分を流出した。反応終了後、ゆっくりと室温に放冷し、次いで、アセトン85gを加えて10℃以下で攪拌した後、結晶をろ過することにより、下記式(7)で表される9,9-ビス[4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル]フルオレン二無水物(BPF-PA)を26g(全工程の収率80%)得た。得られた結晶(BPF-PA)のLC純度は99%であった。なお、結晶の化学構造は、1H-NMRスペクトルにより同定した。
三口フラスコに前記工程で得られたBPF-P 42.4g(50mmol)と、無水酢酸102g(1mol)を加え、120℃還流下で反応させ、還流する成分を流出した。反応終了後、ゆっくりと室温に放冷し、次いで、アセトン85gを加えて10℃以下で攪拌した後、結晶をろ過することにより、下記式(7)で表される9,9-ビス[4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)フェニル]フルオレン二無水物(BPF-PA)を26g(全工程の収率80%)得た。得られた結晶(BPF-PA)のLC純度は99%であった。なお、結晶の化学構造は、1H-NMRスペクトルにより同定した。
(実施例2)
(第一工程)
2Lの四口フラスコに窒素気流下、9,9-ビス(6-ヒドロキシ-2-ナフチル)フルオレン80g(178mmol、大阪ガスケミカル(株)製)、4-ニトロフタロニトリル64.6g(373mmol)、DMF 532gを加えた後、炭酸カリウム98.2g(711mmol)とDMF 19.5gを加え、45~54℃に加熱し4時間攪拌した。反応終了後、DMFを濃縮し、MIBK 600gを加え、イオン交換水900gを加え、80℃に加温し、溶解させ、分液して有機層を抽出した。この有機層を濃縮し、黄色結晶の9,9-ビス[6-(3,4-ジシアノフェノキシ)-2-ナフチル]フルオレン(BNF-PN)133g(収率100%)を得た。得られた結晶(BNF-PN)のLC純度は97.6%であった。なお、結晶の化学構造は、1H-NMRスペクトルにより同定した。
(第一工程)
2Lの四口フラスコに窒素気流下、9,9-ビス(6-ヒドロキシ-2-ナフチル)フルオレン80g(178mmol、大阪ガスケミカル(株)製)、4-ニトロフタロニトリル64.6g(373mmol)、DMF 532gを加えた後、炭酸カリウム98.2g(711mmol)とDMF 19.5gを加え、45~54℃に加熱し4時間攪拌した。反応終了後、DMFを濃縮し、MIBK 600gを加え、イオン交換水900gを加え、80℃に加温し、溶解させ、分液して有機層を抽出した。この有機層を濃縮し、黄色結晶の9,9-ビス[6-(3,4-ジシアノフェノキシ)-2-ナフチル]フルオレン(BNF-PN)133g(収率100%)を得た。得られた結晶(BNF-PN)のLC純度は97.6%であった。なお、結晶の化学構造は、1H-NMRスペクトルにより同定した。
(第二工程)
2Lの四口フラスコに窒素気流下、前記工程で得られたBNF-PN 103g(147mmol)、エタノール290gを加え攪拌し、20質量%水酸化ナトリウム水溶液878g(4.39mol)を加え、80℃で56時間反応させた。反応後、濃塩酸392.4g(3.76mol)とイオン交換水39.2gを加え、pH=7に調製した後、溶媒を濃縮除去し、濃塩酸60.7g(587mmol)、イオン交換水6.1gを加え、pH=1に調製した後、酢酸エチル561g、MIBK 140gを加え、70℃に加温、分液して有機層を抽出した。さらにイオン交換水280gを加え水洗を合計4回行い、有機層を濃縮して、オレンジ色の結晶である9,9-ビス[6-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)-2-ナフチル]フルオレン(BNF-P)117g(収率100%)を得た。得られた結晶(BNF-P)のLC純度は94%であった。なお、結晶の化学構造は、1H-NMRスペクトルにより同定した。
2Lの四口フラスコに窒素気流下、前記工程で得られたBNF-PN 103g(147mmol)、エタノール290gを加え攪拌し、20質量%水酸化ナトリウム水溶液878g(4.39mol)を加え、80℃で56時間反応させた。反応後、濃塩酸392.4g(3.76mol)とイオン交換水39.2gを加え、pH=7に調製した後、溶媒を濃縮除去し、濃塩酸60.7g(587mmol)、イオン交換水6.1gを加え、pH=1に調製した後、酢酸エチル561g、MIBK 140gを加え、70℃に加温、分液して有機層を抽出した。さらにイオン交換水280gを加え水洗を合計4回行い、有機層を濃縮して、オレンジ色の結晶である9,9-ビス[6-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)-2-ナフチル]フルオレン(BNF-P)117g(収率100%)を得た。得られた結晶(BNF-P)のLC純度は94%であった。なお、結晶の化学構造は、1H-NMRスペクトルにより同定した。
(第三工程)
1Lの四口フラスコに窒素気流下、前記工程で得られたBNF-P 107g(137mmol)、無水酢酸280g(2.75mol)を加え、120℃還流状態で8時間反応させた。その後、有機溶媒を濃縮し、トルエン200gを加え、50℃で加温溶解し、ヘプタン1kgを滴下し、目的物を結晶化させ、析出物を回収し60~80℃で減圧乾燥し、下記式(8)で表される9,9-ビス[6-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)-2-ナフチル]フルオレン二無水物(BNF-PA)76.5g(全工程の収率75%)を得た。得られた結晶(BNF-PA)のLC純度は75%であった。なお、結晶の化学構造は、1H-NMRスペクトルにより同定した。
1Lの四口フラスコに窒素気流下、前記工程で得られたBNF-P 107g(137mmol)、無水酢酸280g(2.75mol)を加え、120℃還流状態で8時間反応させた。その後、有機溶媒を濃縮し、トルエン200gを加え、50℃で加温溶解し、ヘプタン1kgを滴下し、目的物を結晶化させ、析出物を回収し60~80℃で減圧乾燥し、下記式(8)で表される9,9-ビス[6-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)-2-ナフチル]フルオレン二無水物(BNF-PA)76.5g(全工程の収率75%)を得た。得られた結晶(BNF-PA)のLC純度は75%であった。なお、結晶の化学構造は、1H-NMRスペクトルにより同定した。
(実施例3)
(第一工程)
500mLの四口フラスコに、9,9-ビス(4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル)フルオレン20g(45.6mmol、大阪ガスケミカル(株)製)、DMF 160mLを加え、10℃に冷却した。この溶液へ水素化ナトリウム4.03g(101mmol)を加えた後、4-ニトロフタロニトリル16.6g(96.0mmol)を加え、室温に昇温して、4時間攪拌した。5L四口フラスコに0.1M塩酸2.0Lを仕込み、15℃に冷却し、この塩酸へ反応溶液をゆっくり添加した。この反応溶液を攪拌後、析出した結晶をろ過し、蒸留水500mLで洗浄し、50℃で乾燥し、粗結晶77.5gを得た。この得られた粗結晶をヘプタン250mLに添加し、室温で3時間攪拌洗浄し、結晶をろ過した後、50℃で乾燥し淡黄色固体である9,9-ビス[4-(2-(3,4-ジシアノフェニノキシ)エトキシ)フェニル]フルオレン(BPEF-PN)を29.3g(収率92.8%)得た。得られた結晶(BPEF-PN)のLC純度は82.8%であった。なお、結晶の化学構造は、1H-NMRスペクトルにより同定した。
(第一工程)
500mLの四口フラスコに、9,9-ビス(4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル)フルオレン20g(45.6mmol、大阪ガスケミカル(株)製)、DMF 160mLを加え、10℃に冷却した。この溶液へ水素化ナトリウム4.03g(101mmol)を加えた後、4-ニトロフタロニトリル16.6g(96.0mmol)を加え、室温に昇温して、4時間攪拌した。5L四口フラスコに0.1M塩酸2.0Lを仕込み、15℃に冷却し、この塩酸へ反応溶液をゆっくり添加した。この反応溶液を攪拌後、析出した結晶をろ過し、蒸留水500mLで洗浄し、50℃で乾燥し、粗結晶77.5gを得た。この得られた粗結晶をヘプタン250mLに添加し、室温で3時間攪拌洗浄し、結晶をろ過した後、50℃で乾燥し淡黄色固体である9,9-ビス[4-(2-(3,4-ジシアノフェニノキシ)エトキシ)フェニル]フルオレン(BPEF-PN)を29.3g(収率92.8%)得た。得られた結晶(BPEF-PN)のLC純度は82.8%であった。なお、結晶の化学構造は、1H-NMRスペクトルにより同定した。
(第二工程)
500mLの四口フラスコに、前記工程で得られたBPEF-PN 7.31g(10.6mmol)、DMF 80mL、エタノール40mLを加え、77℃に昇温した後、4M水酸化ナトリウム水溶液40mL(160mmol)を加え、80℃で25時間攪拌した。室温まで放冷した後、0.5M塩酸500mLを反応溶液に加え、析出した固体をろ過し、蒸留水400mL、ヘプタン100mLで洗浄した後、70℃で乾燥し、茶色固体である9,9-ビス[4-(2-(3,4-ジシカルボン酸フェニノキシ)エトキシ)フェニル]フルオレン(BPEF-P)を6.83g(収率84.2%)得た。得られた結晶(BPEF-P)のLC純度は98%であった。なお、結晶の化学構造は、1H-NMRスペクトルにより同定した。
500mLの四口フラスコに、前記工程で得られたBPEF-PN 7.31g(10.6mmol)、DMF 80mL、エタノール40mLを加え、77℃に昇温した後、4M水酸化ナトリウム水溶液40mL(160mmol)を加え、80℃で25時間攪拌した。室温まで放冷した後、0.5M塩酸500mLを反応溶液に加え、析出した固体をろ過し、蒸留水400mL、ヘプタン100mLで洗浄した後、70℃で乾燥し、茶色固体である9,9-ビス[4-(2-(3,4-ジシカルボン酸フェニノキシ)エトキシ)フェニル]フルオレン(BPEF-P)を6.83g(収率84.2%)得た。得られた結晶(BPEF-P)のLC純度は98%であった。なお、結晶の化学構造は、1H-NMRスペクトルにより同定した。
(第三工程)
100mLの四口フラスコに、前記工程で得られたBPEF-P 4.0g(5.22mmol)、無水酢酸20mLを加え、130℃で11時間攪拌した。減圧下80℃で無水酢酸を留去し、粗結晶を3.51g得た。得られた粗結晶をヘプタン17mLに加え、室温で攪拌洗浄した後、ろ過し、茶色固体であり、下記式(9)で表される9,9-ビス[4-(2-(3,4-ジシカルボン酸フェニノキシ)エトキシ)フェニル]フルオレン二無水物(BPEF-PA)を3.3g(全工程の収率86.8%)得た。得られた結晶(BPEF-PA)のLC純度は99%であった。なお、結晶の化学構造は、1H-NMRスペクトルにより同定した。
100mLの四口フラスコに、前記工程で得られたBPEF-P 4.0g(5.22mmol)、無水酢酸20mLを加え、130℃で11時間攪拌した。減圧下80℃で無水酢酸を留去し、粗結晶を3.51g得た。得られた粗結晶をヘプタン17mLに加え、室温で攪拌洗浄した後、ろ過し、茶色固体であり、下記式(9)で表される9,9-ビス[4-(2-(3,4-ジシカルボン酸フェニノキシ)エトキシ)フェニル]フルオレン二無水物(BPEF-PA)を3.3g(全工程の収率86.8%)得た。得られた結晶(BPEF-PA)のLC純度は99%であった。なお、結晶の化学構造は、1H-NMRスペクトルにより同定した。
(実施例4)
(第一工程)
セパラブルフラスコに、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)フルオレン18.9g(50mmol、大阪ガスケミカル(株)製)、4-ニトロフタロニトリル18.2g(110mmol)、DMF 112gを加え攪拌し、この反応溶液へ炭酸カリウム27.6g(200mmol)、DMF 37.5gを加えて、50℃で3時間攪拌した。加温減圧により溶媒を除去し、トルエン100g、イオン交換水150gを加え、70℃で1時間攪拌した後、20℃まで冷却し、結晶を析出させた。この結晶をろ過し、イオン交換水100g、エタノール50gの順で前記結晶をリンスし、9,9-ビス[4-(3,4-ジシアノフェノキシ)-3-メチルフェニル]フルオレン(BCF-PN)の粗結晶を28.3g(収率90%)得た。得られた粗結晶(BCF-PN)のLC純度は99%であった。なお、結晶の化学構造は、1H-NMRスペクトルにより同定した。
(第一工程)
セパラブルフラスコに、9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)フルオレン18.9g(50mmol、大阪ガスケミカル(株)製)、4-ニトロフタロニトリル18.2g(110mmol)、DMF 112gを加え攪拌し、この反応溶液へ炭酸カリウム27.6g(200mmol)、DMF 37.5gを加えて、50℃で3時間攪拌した。加温減圧により溶媒を除去し、トルエン100g、イオン交換水150gを加え、70℃で1時間攪拌した後、20℃まで冷却し、結晶を析出させた。この結晶をろ過し、イオン交換水100g、エタノール50gの順で前記結晶をリンスし、9,9-ビス[4-(3,4-ジシアノフェノキシ)-3-メチルフェニル]フルオレン(BCF-PN)の粗結晶を28.3g(収率90%)得た。得られた粗結晶(BCF-PN)のLC純度は99%であった。なお、結晶の化学構造は、1H-NMRスペクトルにより同定した。
(第二工程)
三口フラスコに前記工程で得られたBCF-PNの粗結晶31.5g(50mmol)を加え、エタノール47.8g、ジオキサン47.8g、24質量%水酸化カリウム水溶液140.3g(800mmol)を加え、80℃還流で約18時間攪拌した。反応終了後30℃まで冷却した後、塩酸85.9g(820mmol)を加え反応溶液を中性化させた。そこへDMF 28.7gを加え、75℃で攪拌し溶解させた後、溶媒を留去し、その後、MIBK 191gを加え、分液して水層を除去した。この後、5%塩酸水95gを加え攪拌する酸水洗を合計5回繰り返し、有機層を酸洗した。この有機層を加温減圧濃縮して溶媒を除去し、オイル状の9,9-ビス[4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)-3-メチルフェニル]フルオレン(BCF-P)を35.3g(収率100%)得た。得られたオイル状の生成物(BCF-P)のLC純度は98%であった。なお、生成物の化学構造は、1H-NMRスペクトルにより同定した。
三口フラスコに前記工程で得られたBCF-PNの粗結晶31.5g(50mmol)を加え、エタノール47.8g、ジオキサン47.8g、24質量%水酸化カリウム水溶液140.3g(800mmol)を加え、80℃還流で約18時間攪拌した。反応終了後30℃まで冷却した後、塩酸85.9g(820mmol)を加え反応溶液を中性化させた。そこへDMF 28.7gを加え、75℃で攪拌し溶解させた後、溶媒を留去し、その後、MIBK 191gを加え、分液して水層を除去した。この後、5%塩酸水95gを加え攪拌する酸水洗を合計5回繰り返し、有機層を酸洗した。この有機層を加温減圧濃縮して溶媒を除去し、オイル状の9,9-ビス[4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)-3-メチルフェニル]フルオレン(BCF-P)を35.3g(収率100%)得た。得られたオイル状の生成物(BCF-P)のLC純度は98%であった。なお、生成物の化学構造は、1H-NMRスペクトルにより同定した。
(第三工程)
三口フラスコに前記工程で得られたBCF-P 35.3g(50mmol)と、無水酢酸102g(1mol)を加え、120℃還流下で反応させ、還流する成分を流出した。反応終了後、ゆっくりと室温に放冷した後、アセトン85gを加えて10℃以下で攪拌した後、結晶をろ過することにより、下記式(10)で表される9,9-ビス[4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)-3-メチルフェニル]フルオレン二無水物(BCF-PA)を33.5g(全工程の収率80%)得た。得られた結晶(BCF-PA)のLC純度は99%であった。なお、結晶の化学構造は、1H-NMRスペクトルにより同定した。
三口フラスコに前記工程で得られたBCF-P 35.3g(50mmol)と、無水酢酸102g(1mol)を加え、120℃還流下で反応させ、還流する成分を流出した。反応終了後、ゆっくりと室温に放冷した後、アセトン85gを加えて10℃以下で攪拌した後、結晶をろ過することにより、下記式(10)で表される9,9-ビス[4-(3,4-ジカルボキシフェノキシ)-3-メチルフェニル]フルオレン二無水物(BCF-PA)を33.5g(全工程の収率80%)得た。得られた結晶(BCF-PA)のLC純度は99%であった。なお、結晶の化学構造は、1H-NMRスペクトルにより同定した。
(実施例1~4で得られたフルオレンテトラカルボン酸二無水物の特性)
実施例1~4で得られたBPF-PA、BNF-PA、BPEF-PA及びBCF-PAの各特性と、比較例1として3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸ニ無水物(BPDA)及び比較例2としてピロメリット酸二無水物(PMDA)の各特性とを評価し、表1に示す。
実施例1~4で得られたBPF-PA、BNF-PA、BPEF-PA及びBCF-PAの各特性と、比較例1として3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸ニ無水物(BPDA)及び比較例2としてピロメリット酸二無水物(PMDA)の各特性とを評価し、表1に示す。
表1から明らかなように、比較例1及び2に比べ、BPF-PAは、5%質量減少温度及び10%質量減少温度が高く、BNF-PAは、10%質量減少温度が高く、BCF-PAは、5%質量減少温度及び10%質量減少温度が高く、BPF-PA、BNF-PA及びBCF-PAは、高い耐熱性を有していることが確認できた。なかでも特に、BNF-PAが、高屈折率及び高耐熱性をバランスよく備えていることが確認できた。また、実施例1と実施例4との比較から、フルオレンの9位に結合するベンゼン環は、メチル基を有しないBPF-PAの方がBCF-PAと比べて、屈折率及び耐熱性が高いことが確認できた。
(実施例5)
p-フェニレンジアミン10.8g(0.1mol)をN-メチル-2-ピロリドン(NMP)380gに溶解させ、この溶液へ、合成例1で合成したBPF-PA 64.2g(0.1mol)を加え、窒素雰囲気下で均一化させた。この反応溶液をガラス板に塗布し、130℃で溶媒を除去した後、300℃で1時間、真空条件下でイミド化させ、透明なポリイミドフィルムを得た。
p-フェニレンジアミン10.8g(0.1mol)をN-メチル-2-ピロリドン(NMP)380gに溶解させ、この溶液へ、合成例1で合成したBPF-PA 64.2g(0.1mol)を加え、窒素雰囲気下で均一化させた。この反応溶液をガラス板に塗布し、130℃で溶媒を除去した後、300℃で1時間、真空条件下でイミド化させ、透明なポリイミドフィルムを得た。
実施例5のポリイミドは、高い透明度を有し、光学フィルムなどの光学用成形体にも有用であることが確認できた。
本発明の方法では、ヒドロキシ基含有フルオレン化合物を出発物質として、フルオレンテトラカルボン酸二無水物を製造することができる。このようなフルオレンテトラカルボン酸二無水物は、種々の特定、例えば、光学特性、耐熱性、耐水性、耐湿性、耐薬品性、電気特性、機械特性、寸法安定性などに優れている。そのため、前記フルオレンテトラカルボン酸二無水物は、樹脂原料、例えば、ポリイミド樹脂などの原料として好適に利用できる。
特に、フルオレンテトラカルボン酸二無水物成分を含むテトラカルボン酸二無水物成分を重合成分とする本発明のポリイミドは、耐熱性が高く、プリント配線板などに適用でき、また、光学的特性に優れているため、光学用の成形体(光学用成形体又は光学部材)として有用である。このような光学用成形体としては、例えば、光学フィルム(又は光学シート)、光学レンズなどが挙げられる。
Claims (5)
- 下記式(1)
で表される9,9-ビスアリールフルオレン骨格を有するテトラカルボン酸二無水物を製造する方法であって、
下記式(2)
で表される化合物(2)と、下記式(3)
で表されるテトラカルボニトリル(4)を得る第一工程;この第一工程で得られたテトラカルボニトリル(4)を加水分解し、下記式(5)
で表されるテトラカルボン酸(5)を得る第二工程;及びこの第二工程で得られたテトラカルボン酸(5)と、脱水剤とを反応させて、前記式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物(1)を得る第三工程を含む、9,9-ビスアリールフルオレン骨格を有するテトラカルボン酸二無水物を製造する方法。 - 式(1)において、環Z1及びZ2が同一又は異なってC6-12アリール基であり、R1a及びR1bが同一又は異なって直鎖状又は分岐鎖状C2-6アルキレン基、m1及びm2が同一又は異なって0又は1~10の整数であり、R2a及びR2bが同一又は異なってC1-6アルキル基又はC6-10アリール基、n1及びn2が同一又は異なって0又は1~2の整数である、請求項1記載の方法。
- 第一工程において、式(2)で表される化合物のヒドロキシ基がアルコール性ヒドロキシ基である、請求項1又は2記載の方法。
- 下記式(1)
で表される9,9-ビスアリールフルオレン骨格を有するテトラカルボン酸二無水物成分を含むテトラカルボン酸二無水物成分と、脂肪族ジアミン成分、脂環族ジアミン成分及び芳香族ジアミン成分から選択された少なくとも1種のジアミン成分とを重合成分とするポリイミドであって、前記芳香族ジアミン成分が下記式(6)
で表されるアレーン環を有するジアミン成分を少なくとも含むポリイミド。
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