JP2023520744A - C2架橋シクロペンタジエニル配位子を合成するための新しいプロセス及び対応するansa-メタロセン触媒 - Google Patents

C2架橋シクロペンタジエニル配位子を合成するための新しいプロセス及び対応するansa-メタロセン触媒 Download PDF

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Abstract

本発明は、式Iを有するC2(エチレン)架橋シクロペンタジエニル配位子を合成するため、及び最終的には、その配位子から対応するansa-メタロセン触媒を形成するための新規で改良された効率的なプロセスに関する。このansa-メタロセン触媒は、様々なオレフィン重合/共重合反応への応用が期待される。TIFF2023520744000012.tif63170【選択図】なし

Description

本発明は、エチレンの重合若しくはエチレンの共重合、又はプロピレンの重合のためのC2架橋メタロセン触媒を合成するための新しいプロセスの開発に関する。より詳細には、本発明は、C2(エチレン)架橋シクロペンタジエニル配位子を合成し、最終的には、対応するansa-メタロセン触媒を形成するための新規で、改善された、効率的なプロセスに関する。このansa-メタロセン触媒は、様々なオレフィン重合反応への応用が期待される。
オレフィン重合用のメタロセン系触媒は、従来のZiegler-Natta(Z-N)触媒に比べて大きな利点がある。そのシングルサイト特性により、従来のZ-N触媒から作られた製品と比較して、より多くのコモノマーを取り込むことができ(20%超)、その結果、より優れた柔軟性、より優れたフィルムの透明性を有し、落槍耐衝撃特性が改善された製品を提供する。ポリマー骨格中のコモノマー分布が均一であるため、ヒートシール包装用途に必要とされることが多いシャープで狭い融点範囲を実現する。メタロセン系触媒を、メチルアルミノキサン又はMAO(TMAと水の加水分解生成物)等の適切な助触媒と組み合わせたり、ホウ素系の助触媒の存在下で使用すると、活性が向上し、ポリマー骨格内のコモノマー分布が均一になり、立体規則性が向上したポリマーを製造することができる。
W.Kaminskyら、Angew.Chem.、1980、92、396;W.Kaminskyら、Makromol.Chem.,Rapid Commun. 5、225(1984);W.Kaminskyら、Naturwissenschaften 71、93(1984);W.Kaminskyら、Angew.Chem. 97、507(1985);W.Kaminskyら、Makromol.Chem. 193、1643-1651(1992);及びW.Kaminskyら、Macromol.Chem.Phys.、1996、197、3907は、様々なオレフィンを重合するためのメチルアルミノキサン(MAO)助触媒と組み合わせたメタロセン触媒を早々に開示した。これらの論文はさらに、全く異なる構造のテイラードポリマーを作ることができる多数の対称性及びキラルなジルコノセンの合成について述べている。さらに、シングルサイト触媒は、ポリマーのタクティシティ、分子量、及び分子量分布をユーザがより効率的に制御することができることを示した。さらに、ポリエチレン及びポリプロピレンのホモポリマー以外にも、新しい種類のコポリマー及びエラストマーが合成された。
H.H.Brintzinger教授ら、J.Organomet.Chem.、1982、232、233は、キラルなエチレン(C2)架橋ansa-メタロセン錯体(エチレン架橋ビス(インデニル)前駆体)の合成、及びそれをプロピレンの重合に有利に利用し、立体規則性の制御とアイソタクティシティーの向上を図ることを初めて開示した。現在、ansa-メタロセン触媒の最も重要な用途は、エチレン及びプロピレン等のオレフィンの重合であるが、ansa-メタロセン触媒は、立体選択性が重要な他の反応の触媒又は触媒前駆体としても重要な用途がある。オレフィン重合及び他の反応の触媒としてのansa-メタロセン錯体の有用性から、とりわけアイソタクチックポリプロピレン及びエチレン・α-オレフィン共重合のためのansa-メタロセン化合物の実用的な合成法が強く求められている。
欧州特許出願公開第0754698号明細書、米国特許第6100416号明細書等の先行技術は、オレフィンの重合、より具体的にはプロピレンの重合における立体化学的制御のための均一なansa-メタロセン触媒として広く用いられているC2(エチレン)架橋シクロペンタジエニル基を有するメタロセン化合物を開示する。フルオレニルフラグメント及びインデニルフラグメントを含有する4族金属の非対称エチレン架橋メタロセン錯体も、プロピレンの重合用として上記先行技術で提案されている。
米国特許第5191132号明細書、米国特許出願公開第006100416A号明細書、国際公開第2015147215A1号パンフレット、国際公開第2009081792A1号パンフレット、Riegerら、Organometallics、1994、13、647-653;Walter Kaminskyら、J.Chem.Soc.,Dalton Trans.、1998、0、1413-1418; Thomas E.Jら、Organometallics 1999、18、1439-1443;B.Ulf Dietrichら、J.Am.Chem.Soc. 1999、121、4348-4355;Richard Laiら、Dalton Trans.、2013、42、7980-7990等のいくつかの他の先行技術は、以下の模式的な原理に基づいて、エチレン架橋インデニル又はフルオレニルメタロセンを合成するためのいくつかのルートを報告している。
(a)インデニル部分又はフルオレニル部分のリチウム塩を1,2ジブロモエタン(又は2-ブロモエタンインデニル又はフルオレニル)と反応させて、それぞれのエチレン架橋メタロセン前駆体を生成する。
Figure 2023520744000002
又は
(b)インデニル部分又はフルオレニル部分のリチウム塩をエチレンオキシドと反応させて9-ヒドロキシエチルフルオレン型の部分を形成し、これを、次にトリフルオロメタンスルホン酸無水物(又はp-トルエンスルホニルクロリド)と反応させてヒドロキシル基をOTf(又はOTs)基で置換し、最終的にこのOTf(又はOTs)誘導体をインデニルリチウムと反応させてエチレン架橋メタロセン前駆体を生成する。
Figure 2023520744000003
しかしながら、上記の報告されたエチレン架橋のインデニル又はフルオレニルメタロセン前駆体の合成ルートには、以下のような短所があることが確認されている。
(i)エチレンビス(テトラヒドロインデン)にエチレン架橋を組み込むことは、報告によると[参考文献:R.L.Haltermanら、Journal of Organometallic Chemistry 604(2000) 12-19]、以下に示すように、1,2-ジブロモエタンとインデニル部分又はフルオレニル部分のリチウム塩との反応中に副生成物として追加形成される、非必須のスピロ-シクロプロパン副生成物を形成するための競合する分子内環化のために、はるかに厄介である。
Figure 2023520744000004
非必須のスピロ-シクロプロパンがこのように副生成物として生成されると、最終的なメタロセン化合物の形成がかなり低い収率(~14%)でしか起こらず、短所となる。
(ii)さらに、このような反応は出発物質であるインデンを過剰に使用する必要があり、これによりプロセスが高価になること、試薬としてエチレンオキシドを使用することは環境に有害であること、形成されるフルオレニル/インデニル中間体(OTf)は非常に不安定であり、従って単離できないことが留意される[参考:B.Riegerら、Organometallics 1994、13、647-653;Richard Laiら、Dalton Trans.、2013、42、7980-7990]。
それゆえ、関連する技術分野において、上記の不要な副産物であるスピロ-シクロプロパンの形成を本質的に回避することによって、エチレン架橋(C2架橋)ansa-メタロセン前駆体、ひいてはそのC2架橋ansa-メタロセン触媒(以下、「最終生成物」ともいう)を合成するための優れたプロセスを開発する必要性が依然として存在する。このようなプロセスは、結果として、より高い収率でより良い「最終生成物」を提供するであろう。
従って、本発明の発明者は、先行して報告されたプロセスの上記の欠点を克服するために、そして、エチレン架橋(C2架橋)ansa-メタロセン前駆体を合成し、ひいてはその前駆体の工業的にスケールアップ可能なC2架橋ansa-メタロセン触媒を優れた品質及び量で製造するために、「最終生成物」を合成するための新しい、改良された、経済的かつ効率的なルートを開発した。
欧州特許出願公開第0754698号明細書 米国特許第6100416号明細書 米国特許第5191132号明細書 米国特許出願公開第006100416A号明細書 国際公開第2015147215A1号パンフレット 国際公開第2009081792A1号パンフレット
W.Kaminskyら、Angew.Chem.、1980、92、396 W.Kaminskyら、Makromol.Chem.,Rapid Commun. 5、225(1984) W.Kaminskyら、Naturwissenschaften 71、93(1984) W.Kaminskyら、Angew.Chem. 97、507(1985) W.Kaminskyら、Makromol.Chem. 193、1643-1651(1992) W.Kaminskyら、Macromol.Chem.Phys.、1996、197、3907 H.H.Brintzinger教授ら、J.Organomet.Chem.、1982、232、233 B.Riegerら、Organometallics、1994、13、647-653 Walter Kaminskyら、J.Chem.Soc.,Dalton Trans.、1998、0、1413-1418 Thomas E.Jら、Organometallics 1999、18、1439-1443 B.Ulf Dietrichら、J.Am.Chem.Soc. 1999、121、4348-4355 Richard Laiら、Dalton Trans.、2013、42、7980-7990 R.L.Haltermanら、Journal of Organometallic Chemistry 604(2000) 12-19
本発明の目的は、先行技術の短所を克服することである。
本発明の別の目的は、70~90%の収率でエチレン架橋(C2架橋)ansa-メタロセン前駆体(配位子)を調製するための新規なプロセスを提供することである。
本発明の別の目的は、工業的にスケールアップ可能なC2架橋ansa-メタロセン触媒を70~85%の収率で調製するための新規なプロセスを提供することである。
本発明の別の目的は、スピロ-シクロプロパン等の不要な不純物の形成範囲がゼロである、C2架橋ansa-メタロセン前駆体及びその触媒を合成するための新規で改良されたプロセスを提供することである。
本発明の別の目的は、環境にも優しい、C2架橋ansa-メタロセン前駆体及びその触媒を合成するための新しいプロセスを提供することである。
本発明の1つの態様は、一般式Iを有するC2(エチレン)架橋シクロペンタジエニル配位子を合成するための新規で改良された方法であって、
Figure 2023520744000005
上記式I中、R1~R8は同じであるか又は異なり、それぞれ独立に、H、置換又は非置換のC1~C12アルキル、置換又は非置換のC1~C10アルケニル、置換又は非置換のC1~C10アルキニル、置換又は非置換のC1~C12ヘテロシクリル、置換又は非置換のC1~C12シクロアルキル、置換又は非置換のC1~C12芳香環系、シリル、アルキルシリルから選択され、R1~R8のうちの任意の2つの連続した基は、一緒になって、N、O、Sから選択されるヘテロ原子を有してもよい、置換若しくは非置換の芳香族、部分飽和又は飽和の縮合環系を形成してもよく、
当該方法は、
(a)ハロエステル化合物を置換又は非置換のシクロペンタジエニル(Cp)金属塩と反応させて、エステル中間体を形成する工程と、
(b)上記エステル中間体を還元剤で還元して、アルデヒド中間体を形成する工程と、
(c)別の置換又は非置換のシクロペンタジエニル(Cp)金属塩を、飽和環状2級アミン触媒、好ましくは飽和2級N-複素環触媒の存在下で、工程(b)の上記アルデヒド中間体に添加して、フルベン誘導体を形成する工程と、続いて
(d)上記フルベン誘導体を還元剤で還元して、C2(エチレン)架橋シクロペンタジエニル配位子を形成する工程と
を含み、任意の不要なスピロ-シクロプロパン不純物の形成を実質的に回避する方法を提供する。
本発明の別の態様は、C2(エチレン)架橋ansa-メタロセン触媒を合成するための新規で改良された方法であって、
(e)ハロエステル化合物を置換又は非置換のシクロペンタジエニル(Cp)金属塩と反応させて、エステル中間体を形成する工程と、
(f)上記エステル中間体を還元剤で還元して、アルデヒド中間体を形成する工程と、
(g)別の置換又は非置換のシクロペンタジエニル(Cp)金属塩を、実質的に、飽和環状2級アミン触媒、好ましくは飽和2級N-複素環触媒の存在下で、工程(b)の上記アルデヒド中間体に添加して、フルベン中間体を形成する工程と、
(h)上記フルベン誘導体を還元剤で還元して、C2(エチレン)架橋シクロペンタジエニル配位子を形成する工程と、続いて
(i)上記C2(エチレン)架橋シクロペンタジエニル配位子をリチオ化剤でリチオ化する工程と、
(j)上記リチオ化された配位子をMCl4と反応させて、ansa-メタロセン触媒を形成する工程であって、Mは、好ましくはTi、Hf及びZrから、好ましくはZrから選択される遷移金属である工程と
を含む方法を提供する。
本発明の別の態様は、C2架橋ansa-メタロセン触媒を合成するための改良された方法であって、
(k)ハロエステル化合物を置換又は非置換のシクロペンタジエニル(Cp)金属塩と反応させて、エステル中間体を形成する工程と、
(l)上記エステル中間体を還元剤で還元して、アルデヒド中間体を形成する工程と、
(m)別の置換又は非置換のシクロペンタジエニル(Cp)金属塩を、飽和環状2級アミン触媒、好ましくは飽和2級N-複素環触媒の存在下で、工程(b)の上記アルデヒド中間体に添加して、フルベン中間体を形成する工程と、続いて
(n)リチオ化剤及びMClを上記フルベン中間体に直接添加して、ansa-メタロセン触媒を形成する工程であって、Mは、好ましくはTi、Hf及びZrから、好ましくはZrから選択される遷移金属である工程と
を含む方法を提供する。
本発明のさらに別の態様は、上記請求項のいずれか1項に記載の方法によって製造されたansa-メタロセン触媒であって、構造式IIを有し、
Figure 2023520744000006
上記式II中、
R1~R8は同じであるか又は異なり、それぞれ独立に、H、置換又は非置換のC1~C12アルキル、置換又は非置換のC1~C10アルケニル、置換又は非置換のC1~C10アルキニル、置換又は非置換のC1~C12ヘテロシクリル、置換又は非置換のC1~C12シクロアルキル、置換又は非置換のC1~C12芳香環系、シリル、アルキルシリルから選択され、R1~R8のうちの任意の2つの連続した基は、一緒になって、N、O、Sから選択されるヘテロ原子を有してもよい、置換若しくは非置換の芳香族、部分飽和又は飽和の縮合環系を形成してもよく、
Mは、元素周期表の3族~12族のうちの1つから選択される遷移金属原子、好ましくはTi、Zr及びHfを表し、
Xは、独立に、炭素原子数1~20のヒドロカルビルラジカル、ヒドリド、アミド、アルコキシド、スルフィド、ホスフィド、ハライド、ジエン、アミン、ホスフィン、エーテル、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、2つのXは、芳香族若しくは非芳香族の縮合環又は環系の一部を形成していてもよいことを含み、
R9及びR10は同じであるか又は異なり、それぞれ独立に、H、Si、アルキルシリル、置換又は非置換のC1~C12アルキル、置換又は非置換のC1~C12シクロアルキル、置換又は非置換のC1~C10アルケニル、置換又は非置換のC6~C18アリール、置換又は非置換のC5~C18ヘテロアリールから選択される
ansa-メタロセン触媒を提供する。
本発明の特定の例示的な実施形態の上記並びに他の態様、特徴、及び利点は、添付の図面と併せて解釈される以下の説明からより明らかになるであろう。
図1は、中間体2-(9H-フルオレン-9-イル)-プロピオン酸エチルエステルの形成を確認する1H NMRデータを示す。 図2は、中間体2-(9H-フルオレン-9-イル)-プロピオンアルデヒドの形成を確認する1H NMRデータを示す。 図3は、中間体9-(2-シクロペンタ-2,4-ジエニリデン-1-メチル-エチル)-9H-フルオレンの形成を確認する1H NMRデータを示す。 図4は、C2架橋Cp配位子9-(2-シクロペンタ-1,3-ジエニル-1-メチル-エチル)-9H-フルオレンの形成を確認する1H NMRデータを示す。 図5は、目的のansa-メタロセン触媒、すなわちジクロロ-[9-(2-シクロペンタ-1,3-ジエン-1-イル-1-メチル-エチル)フルオレン-9-イル]-メチル-ジルコニウムの形成を確認する1H NMRデータを示す。 図6は、中間体2-(9H-フルオレン-9-イル)-酪酸エチルエステルの形成を確認する1H NMRデータを示す。 図7は、中間体2-(9H-フルオレン-9-イル)-ブチルアルデヒドの形成を確認する1H NMRデータを示す。 図8は、中間体9-(1-シクロペンタ-2,4-ジエニリデンメチル-プロピル)-9H-フルオレンの形成を確認する1H NMRデータを示す。 図9は、Cp配位子9-(1-シクロペンタ-2,4-ジエニルメチル-プロピル)-9H-フルオレンの形成を確認する1H NMRデータを示す。 図10は、ansa-メタロセン触媒、すなわちジクロロ-[9-[1-(シクロペンタ-1,3-ジエン-1-イルメチル)プロピル]フルオレン-9-イル]-メチル-ジルコニウムの形成を確認する1H NMRデータを示す。
添付の図面を参照した以下の説明は、本発明の例示的な実施形態の包括的な理解を助けるために提供される。その理解を助けるために、以下の説明は様々な具体的な詳細を含むが、これらは単なる例示的なものとみなされる。
従って、当業者であれば、本明細書に記載された実施形態の様々な変更及び改変が、本発明の範囲から逸脱しない範囲で可能であることを認識するであろう。加えて、周知の機能及び構造の説明は、明確かつ簡潔にするために省略されている。
以下の説明及び特許請求の範囲で使用される場合の用語及び単語は、書誌的な意味に限定されるものではなく、本発明の明確かつ一貫した理解を可能にするために本発明者によって使用されているに過ぎない。従って、本発明の例示的な実施形態の以下の説明は、説明のためにのみ提供されており、添付の特許請求の範囲及びその均等物によって定められる本発明を限定する目的のものではないことが、当業者には明らかであるはずである。
単数形の「a」、「an」、及び「the」は、文脈と明らかに矛盾する場合を除いて、複数の指示対象を含むことを理解されたい。
ある実施形態に関して説明及び/又は図示されている特徴は、1つ以上の他の実施形態において、及び/又は他の実施形態の特徴と組み合わせて、若しくはその代わりに、同じ方法又は同様の方法で使用されてもよい。
本明細書で使用されるときの用語「comprises/comprising(含む)」は、記載された特徴、整数、工程又は構成要素の存在を特定すると解釈されるが、1つ以上の他の特徴、整数、工程、構成要素若しくはそれらのグループの存在又は追加を排除するものではないことが強調されるべきである。
本明細書で使用される場合の用語「ansa-メタロセン」は、複数のシクロペンタジエニル(Cp)環がエチレン、プロピレン等の化学的橋渡しによって連結されている架橋型メタロセンを指す。
本明細書で使用される場合の用語「C2架橋ansa-メタロセン」は、複数のシクロペンタジエニル(Cp)環が実質的にエチレン架橋によって連結されているメタロセンを指す。
本明細書で使用される場合の用語「改良された方法」、「改良されたプロセス」は、スピロ-シクロプロパンのような不要な副生成物を形成することなく、C2架橋ansa-メタロセン前駆体及びその触媒を調製するためのプロセスを指す。
本明細書で使用される場合の用語「より高い/優れた収率」は、70~85%の収率でC2架橋ansa-メタロセン前駆体及びその触媒を合成することを指す。
本明細書で使用される場合の用語「THF」は、テトラヒドロフランである。
本明細書で使用される場合の用語「EtO」は、エチルエーテルである。
本明細書で使用される場合の用語「EtOAc」は、酢酸エチルである。
本明細書で使用される場合の用語「DCM」は、ジクロロメタンである。
本明細書で使用される用語「MeOH」は、メタノールである。
本明細書で使用される場合の用語「MAO」はメチルアルミノキサンである。
本発明は、一般式(I)で表されるエチレン(C2)架橋ansa-メタロセン前駆体(A)及びその触媒(B)を調製するための、新規で改良された経済的なプロセスであって、
Figure 2023520744000007
上記式(I)中、
R1~R8は同じであるか又は異なり、それぞれ独立に、H、置換又は非置換のC1~C12アルキル、置換又は非置換のC1~C10アルケニル、置換又は非置換のC1~C10アルキニル、置換又は非置換のC1~C12ヘテロシクリル、置換又は非置換のC1~C12シクロアルキル、置換又は非置換のC1~C12芳香環系、シリル、アルキルシリルから選択され、R1~R8のうちの任意の2つの連続した基は、一緒になって、N、O、Sから選択されるヘテロ原子を有してもよい、置換若しくは非置換の芳香族、部分飽和又は飽和の縮合環系を形成してもよく、
Mは、元素周期表の3族~12族のうちの1つから選択される遷移金属原子、好ましくはTi、Zr及びHfを表し、
Xは、独立に、炭素原子数1~20のヒドロカルビルラジカル、ヒドリド、アミド、アルコキシド、スルフィド、ホスフィド、ハライド、ジエン、アミン、ホスフィン、エーテル、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、2つのXは、芳香族若しくは非芳香族の縮合環又は環系の一部を形成していてもよいことを含み、
R9及びR10は同じであるか又は異なり、それぞれ独立に、H、Si、アルキルシリル、置換又は非置換のC1~C12アルキル、置換又は非置換のC1~C12シクロアルキル、置換又は非置換のC1~C10アルケニル、置換又は非置換のC6~C18アリール、置換又は非置換のC5~C18ヘテロアリールから選択され、
スピロ-シクロプロパン等の不要な副生成物及び/又は不純物の形成を実質的に回避するプロセスに関する。
このように、本発明によれば、C2架橋ansa-メタロセン前駆体及びその触媒を合成するための全体的なプロセスは、以下のスキーム1に概略的に記載されている。
Figure 2023520744000008
今回開発したプロセスは、さらに多くの異なる形態で具現化されており、本明細書に記載された説明に限定されると解釈されるべきではない。
本発明の一実施形態は、C2架橋ansa-メタロセン前駆体/Cp配位子を70~90%の収率で調製するための、新規で、改良された、経済的でかつ容易にスケールアップできるプロセスを提供する。
さらに具体的な実施形態では、C2架橋ansa-メタロセン前駆体/Cp配位子を合成するために今回開発したプロセスの各工程と、関与する反応条件とが以下に詳細に説明されている。
・関与する全体の反応条件
すべての反応は、シュレンク技術等の標準的な手法を用いて、アルゴン(Ar)雰囲気下で行われる。メチルアルミノキサン(MAO)は、7%トルエン溶液として外部業者から入手し、そのまま使用する。その他の試薬はすべて外部業者から購入し、さらに精製することなく使用する。トルエン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)及びペンタンは、Ar下でナトリウム(Na)から蒸留する。ジクロロメタン(DCM)は、Ar下で水素化カルシウム(CaH)から蒸留する。1H NMRスペクトルは、市場で公知のNMRスペクトロメーターで記録する。
・段階的な手順:
C2架橋ansa-メタロセン錯体を合成するための今回開発したプロセスは、実質的には以下の工程(a~d)から構成される。
工程(a):エステル化合物(X)の調製
本発明によれば、1~1.2当量の量のブチルリチウム(BuLi)又はカリウムtert-ブトキシドから選択された塩基を、THF等の溶媒中の置換又は無置換のシクロペンタジエニル(Cp)(1当量)の撹拌溶液に約-78℃~0℃の温度で添加し、RT(室温)で1時間撹拌する。次に、ブロモエステル又はクロロエステルから選択されるハロエステルをTHF等の溶媒に溶解し、-78℃~0℃等で上記反応混合物に滴下する。その後、この反応混合物を室温(RT)で約16~18時間撹拌する。反応の完了後[薄層クロマトグラフィー(TLC)で追跡する]、反応混合物を塩化アンモニウム(NHCl)溶液でクエンチし、酢酸エチルで抽出する。有機層をブラインで洗浄し、硫酸ナトリウムで乾燥し、蒸発させる。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィー(0~10%酢酸エチル/ヘキサン)により精製し、目的のエステル中間体(X)を75~85%の収率で得る。
工程(b):アルデヒド(Y)の調製
本発明によれば、1~1.2当量の量の、トルエン中25%の量の水素化ジイソブチルアルミニウム(DIBALH)から選択される還元剤を、DCM又はトルエン等の溶媒中のエステル(1当量)の撹拌溶液に-78℃で添加し、-78℃で1時間撹拌する。反応物をメタノール(MeOH)でクエンチし、DCMで抽出する。有機層を水及びブラインで洗浄する。次に、有機層を硫酸ナトリウムで乾燥し、蒸発させて、目的のアルデヒドを80~90%の収率で得る。こうして形成されたこのアルデヒド中間体(Y)は、さらに精製することなく次の工程(c)で使用される。
工程(c):シクロペンタ-1,3-ジエン又は「化合物1A」の調製
本発明によれば、別の先行する置換又は無置換のシクロペンタジエン(Cp)(1~3当量)をメタノール(MeOH)中の上記アルデヒド(1当量)の撹拌溶液に0~5℃で添加し、この温度で5分間撹拌し、触媒としての飽和環状2級アミン、好ましくはピロリジン、ピペリジン、モルホリンから選択される飽和2級N-複素環(0.02~0.05当量)を0~5℃でこの反応混合物に添加する。反応混合物を室温に戻し、さらに3~12時間撹拌する。メタノールを蒸発させ、残渣を酢酸エチルに溶解し、水及びブラインで洗浄する。その後、有機部分を硫酸ナトリウムで乾燥し、蒸発させる。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーにより精製して、目的の生成物である「化合物1A」を85~90%の収率で得る。
工程(d):目的のCp配位子又は「化合物1B」の調製
本発明によれば、0℃のエーテル中の上記フルベン誘導体の撹拌溶液に、水素化アルミニウムリチウム(LAH)(1~1.2当量)を加え、反応混合物を0℃で1時間撹拌する。過剰のLAHは、硫酸ナトリウム十水和物を用いてクエンチする。こうして形成された沈殿物を濾過し、酢酸エチルで洗浄し、カラムクロマトグラフィー(ヘキサン)により精製して、目的のC2架橋ansa-メタロセン前駆体/Cp配位子[以下、「化合物1B」という]を収率85~90%で得る。
本発明で用いられる「シクロペンタジエニル(Cp)部分」は、シクロペンタジエン、フルオレン、インデンから選択される。
本発明の別の実施形態は、C2架橋ansa-メタロセン触媒を調製するためのプロセスであって、
i. 上記で合成した「化合物1A」(Cp配位子)を、水素化トリエチルホウ素リチウムから選択されるリチオ化剤と0℃で反応させ、室温(rt)で12時間撹拌して、化合物1A(Cp配位子)のリチオ化塩を形成する工程と、
ii. 沈殿したリチウムCp配位子を濾過し、次いでジエチルエーテルで洗浄し、真空乾燥して、それぞれのリチウムCp配位子を白色粉末として得る工程と、続いて
iii. 化合物1A(Cp配位子)の上記リチオ化塩を、トルエン中でn-ブチルリチウム(nBuLi)及びMClと-78℃で反応させ、さらに12時間撹拌する工程であって、Mは、好ましくはTi、Hf、Zrから選択される遷移金属である工程と、
iv. 上記反応混合物をクロロホルムのような試薬に取り込むことにより、上記反応混合物を乾固するまで蒸発させる工程と、
v. 過剰な溶媒である塩化リチウム(LiCl)をセライトのパッド上で濾過して除去する工程と、続いて
vi. このようにして形成された粗メタロセン二塩化物を、ペンタン、トルエン及び/又はこれらの混合物等の試薬で繰り返し洗浄することにより、精製及び再結晶して、目的のエチレン(C2)架橋ansa-メタロセン触媒錯体を生成する(収率:70~85%)工程と
を含むプロセスを提供する。
形成されたメタロセン錯体は、その後、NMR及び他の元素分析によってさらに分析される。
従って、本発明の別の具体的な実施形態は、C2架橋ansa-メタロセン触媒を調製するためのプロセスであって、
i. 上記で合成した「化合物1A」1当量を、水素化トリエチルホウ素リチウム[LiEtBH](1.5当量、THF中1M)と0℃で、撹拌下に室温(rt)で12時間反応させる工程と、
ii. 沈殿したリチウムCp配位子を濾過し、次いでジエチルエーテルで洗浄し、真空乾燥して、それぞれのリチウムCp配位子を白色粉末として得る工程と、続いて
iii. 化合物1A(Cp配位子)の上記リチウム塩及び別の1.1当量のn-ブチルリチウム(nBuLi)を、トルエン中で1当量のZrCl4.2THFと、-78℃でゆっくりと反応させ、さらに12時間撹拌する工程と、
iv. 上記反応混合物をCHClに取り込むことにより、上記反応混合物を乾固するまで蒸発させる工程と、次に
v. セライトのパッド上で濾過することによって除去された過剰な溶媒であるLiClを除去する工程と、続いて
vi. このようにして形成された粗メタロセン二塩化物を、ペンタンで繰り返し洗浄し、トルエン/ペンタン混合物から再結晶することによって精製し、エチレン(C2)架橋ansa-Zrメタロセン触媒錯体の白色固体化合物を生成する(収率:73%)工程と
を含むプロセスを提供する。
本発明の別の実施形態は、C2架橋ansa-メタロセン触媒を調製するためのプロセスであって、
i. 上記で合成した「化合物1B」1当量を、n-ブチルリチウムとトルエン中で、窒素(N)雰囲気下、-78℃で反応させる工程と、
ii. 上記反応混合物を2時間以上かけて室温に戻し、その後-78℃まで冷却する工程と、続いて
iii. 1当量のMCl.2THFを上記反応混合物に添加して、着色した懸濁液の形成をもたらす工程であって、Mは、好ましくはTi、Hf、Zrから選択される遷移金属である工程と、
iv. 一晩撹拌しながら上記懸濁液を室温に戻し、最後に上記懸濁液をセライトに通す工程と
v. 残った固体画分をトルエンで洗浄する工程と、続いて
vi. 残った濾液を減圧下で濃縮する工程と、
vii. 粘着性固体をヘキサンで洗浄し、ヘキサンの層をシリンジで除去し、固体部分を減圧下で乾燥させて、目的のエチレン(C2)架橋ansa-メタロセン触媒錯体を得る(収率:70~85%)工程と
を含むプロセスを提供する。
形成されたメタロセン錯体は、その後、NMR及び元素分析によってさらに分析される。
従って、本発明の別の具体的な実施形態は、C2架橋ansa-メタロセン触媒を調製するためのプロセスであって、
i. 2.1当量のn-ブチルリチウムを、上記で合成した化合物1B(1当量)の撹拌溶液に、トルエン及びジオキサンの混合物中で、窒素(N)雰囲気下、-78℃で添加する工程と、
ii. 上記反応混合物を2時間以上かけて室温に戻し、その後-78℃まで冷却する工程と、
iii. ZrCl4.2THF(1当量)を上記反応混合物に添加して、橙色の懸濁液の形成をもたらす工程と、
iv. 一晩撹拌しながら上記橙色の懸濁液を室温に戻し、上記懸濁液の色が淡黄色に変化する工程と、最後に
v. 工程(iv)の上記懸濁液をセライトに通し、残った固体画分をトルエンで洗浄する工程と、続いて
vi. 残った濾液を減圧下で濃縮する工程と、
vii. このようにして得られた形成された黄色の粘着性固体をヘキサンで洗浄し、目的のエチレン(C2)架橋Zr ansa-メタロセン触媒をオフホワイトの固体生成物として得る(356mg、収率:65~73%)工程と
を含むプロセスを提供する。
次に、本発明を非限定的な実施例によって説明する。その実施例は、本発明を純粋に例示することを意図したものであり、それゆえ、本発明をいかなる形でも限定するものと考えるべきではない。
例1:ジクロロ-[9-[1-(シクロペンタ-1,3-ジエン-1-イルメチル)プロピル]フルオレン-9-イル]-メチル-ジルコニウムansa-メタロセン触媒の調製
例1は、ジクロロ-[9-[1-(シクロペンタ-1,3-ジエン-1-イルメチル)プロピル]フルオレン-9-イル]-メチル-ジルコニウムansa-メタロセン触媒を調製するためのプロセスを示す。
・実験項:
本発明では、すべての合成は標準的なシュレンク技術を用いてアルゴン下で行う。炭化水素系溶媒及びエーテル系溶媒は、標準的な方法で精製する。重水素化溶媒であるC(Cambridge Isotopes(ケンブリッジ・アイソトープ)、99.5%)及びCDCl3(Aldrich(アルドリッチ)、99.8%)は、活性化した4Åのモレキュラーシーブで乾燥する。
ZrCl(Aldrich)、n-BuLi(Aldrich、1.6Mヘキサン溶液)、メチルアルミノキサン(MAO)(Aldrich)等の出発物質、H-NMR分析はBruker(ブルカー) 400MHzの装置を用いて25℃で行う。すべての操作は、空気に敏感な化合物の取り扱いに関する従来の技術を用いて、乾燥窒素雰囲気下で行う。
・工程1:2-(9H-フルオレン-9-イル)-プロピオン酸エチルエステルの合成
・手順:
THF(100mL)中の9H-フルオレン(10g、60.24mmol)の撹拌溶液に、カリウムtert-ブトキシド(7.43g、66.26mmol)を0℃で加える。この混合物をRTで2時間撹拌し続ける。次に、THF(150mL)中の2-ブロモプロパン酸エチル(11.99g、66.26mmol)を0℃で上記反応混合物に滴下する。この反応混合物を室温で16時間撹拌し続ける。その後、反応混合物をEtOAc(100mL)で抽出する。有機層を水及びブライン溶液で洗浄した。有機部分を硫酸ナトリウムで乾燥し、蒸発させて粗生成物を得る。この粗生成物をカラムクロマトグラフィーにより精製し、純粋な化合物2-(9H-フルオレン-9-イル)-プロピオン酸エチルエステルを収率81%で得る。
・結果:
添付の図1はH NMR(CDCl)検討結果を示す:7.74(d,2H),7.49(d,1H),7.37-7.25(m,5H),4.53(s,1H),4.31(d,2H),3.28(m,1H),1.34-1.30(t,3H),0.63(d,3H)。純粋な化合物2-(9H-フルオレン-9-イル)-プロピオン酸エチルエステルの形成が確認される。
・工程2:2-(9H-フルオレン-9-イル)-プロピオンアルデヒドの合成
・手順:
DCM(300mL)中の2-(9H-フルオレン-9-イル)-プロピオン酸エチルエステル(13.5g、93mmol)の撹拌溶液に、水素化ジイソブチルアルミニウム(DIBAL-H)(63.2mL、トルエン中25%)を-78℃で加える。この混合物を-78℃で1時間撹拌する。反応をMeOH(30mL)でクエンチし、次にDCM(250mL)で抽出する。有機層を水(2×100mL)及びブライン溶液(2×100mL)で洗浄する。有機層を硫酸ナトリウムで乾燥し、蒸発させて粗生成物を得る。この粗生成物をカラムクロマトグラフィー(ヘキサン)により精製し、純粋な2-(9H-フルオレン-9-イル)-プロピオンアルデヒドを収率87%で得る。
・結果:
添付の図2はH NMR(CDCl)検討結果を示す:9.91(s,1H),7.76(d,2H),7.49(d,1H),7.40-7.30(m,4H),7.27(s,1H),4.57(s,1H),3.25-3.19(m,1H),0.72(d,3H)。純粋な化合物2-(9H-フルオレン-9-イル)-プロピオンアルデヒドの形成が確認される。
・工程3:9-(2-シクロペンタ-2,4-ジエニリデン-1-メチル-エチル)-9H-フルオレンの合成
・手順:
MeOH(60mL)中の2-(9H-フルオレン-9-イル)-プロピオンアルデヒド(1.6g、7.20mmol)の撹拌溶液に、シクロペンタジエン(1.42g、21.62mmol)を0~5℃で加え、この温度で5分間撹拌する。次に、ピロリジン(0.19g、1.44mmol)を触媒として反応混合物に0~5℃で加える。この反応混合物をRTに戻し、さらに16時間撹拌する。
その後、過剰のピロリジンを酢酸でクエンチする。メタノールを留去し、残渣をEtOAc(70mL)に溶解し、水(2×50mL)及びブライン溶液(2×50mL)で洗浄する。有機部分を硫酸ナトリウムで乾燥し、蒸発させる。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィー(ヘキサン)により精製し、目的の生成物である9-(2-シクロペンタ-2,4-ジエニリデン-1-メチル-エチル)-9H-フルオレンを黄色の粘着性液体として収率89%で得る。
・結果:
添付の図3はH NMR(CDCl)検討結果を示す:7.75(t,2H),7.60(d,1H),7.55(d,1H),7.40-7.30(m,3H),7.26(d,1H),6.57(d,2H),6.44(d,1H),6.37(d,1H),6.15(d,1H),4.16(s,1H),3.77-3.72(m,1H),0.92(d,3H)。化合物9-(2-シクロペンタ-2,4-ジエニリデン-1-メチル-エチル)-9H-フルオレンの形成が確認される。
・工程4:9-(2-シクロペンタ-1,3-ジエニル-1-メチル-エチル)-9H-フルオレン(エチル架橋CP配位子)の合成
・手順:
エーテル(60mL)中の9-(2-シクロペンタ-2,4-ジエニリデン-1-メチル-エチル)-9H-フルオレン(1.4g、0.005mmol)の撹拌溶液に、LAH(10.3mL)を0℃で加え、この反応混合物を0℃で1時間撹拌する。過剰のLAHを硫酸ナトリウム十水和物でクエンチする。その後、この反応混合物に過剰のエーテル(100mL)を加え、これを水(50mL)及びブライン(50mL)で洗浄する。その後、有機部分を硫酸ナトリウムで乾燥し、これを濃縮する。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィー(ヘキサン)により精製し、目的の生成物である9-(2-シクロペンタ-1,3-ジエニル-1-メチル-エチル)-9H-フルオレンを収率83%で得る。
・結果:
添付の図4はHNMR(CDCl)検討結果を示す:7.75(t,2H),7.59(t,1H),7.54(d,1H),7.35-7.27(m,4H),6.48-6.42(m,2H),6.27-6.23(m,1H),6.08(s,1H),4.01(s,1H),2.95(d,2H),2.66-2.64(m,1H),2.52-2.47(m,1H),2.38-2.3(m,1H),0.64(d,3H)。C2架橋Cp配位子、すなわち9-(2-シクロペンタ-1,3-ジエニル-1-メチル-エチル)-9H-フルオレンの形成が確認される。
・工程5:ジクロロ-[9-(2-シクロペンタ-1,3-ジエン-1-イル-1-メチル-エチル)フルオレン-9-イル]-メチル-ジルコニウム(ansa-メタロセン触媒)の合成
・手順:
トルエン(17.5mL)及びジオキサン(3mL)の混合物中の化合物9-(2-シクロペンタ-1,3-ジエニル-1-メチル-エチル)-9H-フルオレン(250mg、0.919mmol)の撹拌溶液に、N雰囲気下、-78℃でn-BuLi(0.77mL、2.1当量)を滴下する。この反応混合物を2時間かけて室温まで戻す。続いて-78℃に冷却し、固体のZrCl.2THF(346.5mg)を加えると、橙色の懸濁液が形成され、これを室温に戻して一晩撹拌する。反応混合物の色は淡黄色に変化する。この混合物をセライトに通す。残った固体画分を、有機相が無色になるまでトルエンで洗浄する。濾液を減圧下で濃縮すると、淡黄色の粘着性固体が形成される。この粘着性固体をヘキサン(2×15mL)で洗浄し、ヘキサン層をシリンジで除去し、固体部分を減圧下で乾燥して、目的のansa-メタロセン触媒、すなわちジクロロ-[9-(2-シクロペンタ-1,3-ジエン-1-イル-1-メチル-エチル)フルオレン-9-イル]-メチルジルコニウムを淡黄色の固体として収率72%で得る。
・結果:
添付の図5はHNMR(CDCl)検討結果を示す:7.74(t,2H),7.59(d,1H),7.45(d,1H),7.37-7.27(m,5H),6.22-6.18(d,3H),3.97(s,1H),2.91-2.86(m,1H),2.72-2.66(m,1H),0.59(t,3H)。目的のansa-メタロセン触媒、すなわちジクロロ-[9-(2-シクロペンタ-1,3-ジエン-1-イル-1-メチル-エチル)フルオレン-9-イル]-メチルジルコニウムの形成が確認される。
例2:エチレンの重合
例2は、例1のansa-メタロセン触媒、すなわちジクロロ-[9-[1-(シクロペンタ-1,3-ジエン-1-イルメチル)プロピル]フルオレン-9-イル]-メチル-ジルコニウムをエチレンの重合に利用するためのプロセスを示す。
・手順:
メカニカルスターラー、温度計プローブを備えた乾燥した600mLのステンレス鋼製parr反応器に窒素を30分間充填する。乾燥したヘキサンをこの反応フラスコに導入し、続いてMAOを1mL加え、400rpmで撹拌しながら10分間窒素を溶媒中にバブリングする。その後、窒素をエチレンガスに置き換え、このエチレンガスを溶媒中にバブリングさせたまま、排出口から放出する。10分後、目的の量のMAO(5mL)及び6mgの例1のansa-メタロセン触媒、すなわちトルエン中のジクロロ-[9-[1-(シクロペンタ-1,3-ジエン-1-イルメチル)プロピル]フルオレン-9-イル]-メチルジルコニウムをこの反応フラスコに導入し、その後70℃の温度に置く。必要な温度に達したところで、5バールの一定のエチレン圧力をかける。このようにして重合反応を15分間進行させた後、10mLのメタノールでクエンチする。反応器を排気し、ポリマーを回収し、酸性化したメタノール(1%HCl)に沈殿させる。ポリマーをメタノール及び水で洗浄し、60℃の真空オーブンで一晩乾燥させて、2.3gのポリマーを得る。
例3:エチレン/1-ヘキセンの共重合:
例3は、例1のansa-メタロセン触媒、すなわちジクロロ-[9-[1-(シクロペンタ-1,3-ジエン-1-イルメチル)プロピル]フルオレン-9-イル]-メチル-ジルコニウムをエチレン/1-ヘキセンの共重合に利用するためのプロセスを示す。
・手順:
メカニカルスターラー、温度計プローブを備えた乾燥した600mLのステンレス鋼製parr反応器に窒素を30分間充填する。乾燥したヘキサンをこの反応フラスコに導入し、続いてMAOを1mL加え、400rpmで撹拌しながら10分間窒素を溶媒中にバブリングする。その後、窒素をエチレンガスに置き換え、このエチレンガスを溶媒中にバブリングさせたまま、排出口から放出する。10分後、目的の量のMAO(2.3mL)及び2mgの例1のansa-メタロセン触媒、すなわちトルエン中のジクロロ-[9-[1-(シクロペンタ-1,3-ジエン-1-イルメチル)プロピル]フルオレン-9-イル]-メチル-ジルコニウムを反応フラスコに導入し、その後70℃の温度に置く。必要な温度に達したところで、2.5mLの1-ヘキセン、続いてエチレンを5バールの一定のエチレン圧力になるように調整しながら供給する。重合反応を15分間進行させた後、10mLのメタノールでクエンチする。反応器を排気し、ポリマーを回収し、酸性化したメタノール(5%HCl)に沈殿させる。ポリマーをメタノール及び水で洗浄し、60℃の真空オーブンで一晩乾燥させて、1.2gのポリマーを得る。
例4:ジクロロ-[9-[1-(シクロペンタ-1,3-ジエン-1-イルメチル)プロピル]フルオレン-9-イル]-メチル-ジルコニウムansa-メタロセン触媒の調製
例4は、ジクロロ-[9-[1-(シクロペンタ-1,3-ジエン-1-イルメチル)プロピル]フルオレン-9-イル]-メチル-ジルコニウムansa-メタロセン触媒を調製するためのプロセスを示す。
・実験項:
本発明では、すべての合成は標準的なシュレンク技術を用いてアルゴン下で行う。炭化水素系溶媒及びエーテル系溶媒は、標準的な方法で精製する。重水素化溶媒であるC(Cambridge Isotopes、99.5%)及びCDCl3(Aldrich、99.8%)は、活性化した4Åのモレキュラーシーブで乾燥する。
ZrCl(Aldrich)、n-BuLi(Aldrich、1.6Mヘキサン溶液)、メチルアルミノキサン(MAO)(Aldrich)等の出発物質、H-NMR分析はBruker 400MHzの装置を用いて25℃で行う。すべての操作は、空気に敏感な化合物の取り扱いに関する従来の技術を用いて、乾燥窒素雰囲気下で行う。
・工程1:2-(9H-フルオレン-9-イル)-酪酸エチルエステルの調製:
・手順:
乾燥THF(150mL)中の化合物9H-フルオレン(10g、1当量)の撹拌溶液に、ブチルリチウム(47.5mL、1.5当量)を-78℃で滴下する。その後、この反応混合物を室温まで温め、3時間撹拌する。次に、2-ブロモブタン酸エチル(11.22mL、1当量)をTHFに溶解し、-30℃で上記反応混合物にゆっくりと加え、25℃で1時間撹拌する。この反応混合物を減圧下で濃縮する。反応混合物を酢酸エチルで希釈し、水及びブラインで洗浄する。有機層を分離し、NaSOで乾燥し、減圧下で濃縮して粗材料を得る。次に、この粗材料をフラッシュカラムクロマトグラフィーにより精製し、目的の黄色液体化合物2-(9H-フルオレン-9-イル)-酪酸エチルエステルを収率71%で得る。
・結果:
添付の図6はH NMR(CDCl)検討結果を示す:7.74(d,2H),7.52-7.49(t,2H),7.37-7.24(m,4H)4.32(s,1H),4.22(t,2H),3.01(m,1H),1.55(m,1H),1.23(t,3H),0.99(m,1H),0.75(t,3H)。化合物2-(9H-フルオレン-9-イル)-酪酸エチルエステルの形成が確認される。
・工程2:2-(9H-フルオレン-9-イル)-ブチルアルデヒドの合成:
・手順:
DCM(300mL)中の2-(9H-フルオレン-9-イル)-酪酸エチルエステル(10.5g、93mmol)の撹拌溶液に、水素化ジイソブチルアルミニウム(DIBAL-H)(49.2mL、トルエン中25%)を-78℃で加える。この混合物を-78℃で1時間撹拌する。反応をMeOH(30mL)でクエンチし、次にDCM(250mL)で抽出する。有機層を水(2×100mL)及びブライン溶液(2×100mL)で洗浄する。有機層を硫酸ナトリウムで乾燥し、蒸発させて粗生成物を得る。この粗生成物をカラムクロマトグラフィー(ヘキサン)により精製し、純粋な2-(9H-フルオレン-9-イル)-ブチルアルデヒドをオフホワイトの固体として収率86%で得る。
・結果:
添付の図7はH NMR(CDCl)検討結果を示す:9.73(s,1H),7.76(d,2H),7.52(d,1H),7.38(t,3H),7.33-7.24(m,2H),4.46(s,1H),3.01(m,1H),1.66-1.55(m,1H),1.13-1.01(m,1H),0.77(t,3H)。化合物2-(9H-フルオレン-9-イル)-ブチルアルデヒドの形成が確認される。
・工程3:9-(1-シクロペンタ-2,4-ジエニリデンメチル-プロピル)-9H-フルオレンの合成
・手順:
MeOH(25mL)中の化合物2-(9H-フルオレン-9-イル)-ブチルアルデヒド(1.5g、6.356mmol)の撹拌溶液に、0℃でシクロペンタジエン(1.6mL、19.06mmol)を加え、この温度で5分間撹拌する。次に、ピロリジン(0.90mL、12.7mmol)を0℃で反応混合物に加える。この反応混合物を25℃まで戻し、さらに2時間撹拌し、過剰のピロリジンを酢酸でクエンチする。メタノールを濃縮し、酢酸エチル(70mL)で希釈し、水(2×50mL)及びブライン(2×50mL)で洗浄する。有機層を分離し、硫酸ナトリウムで乾燥し、減圧下で濃縮して粗材料を得る。得られた粗材料をフラッシュカラムクロマトグラフィー(ヘキサン)により精製し、目的のフルベン中間体9-(1-シクロペンタ-2,4-ジエニリデンメチル-プロピル)-9H-フルオレンを淡黄色液体として収率86%で得る。
・結果:
添付の図8はH NMR(CDCl)検討結果を示す:7.75(q,2H),7.61(d,1H),7.55(d,1H),7.40(t,1H),7.32(t,1H),7.24(t,1H),6.53(d,2H),6.41(d,1H),6.21(d,1H),6.10(d,1H),4.19(s,1H),3.49-3.42(m,1H),1.44-1.25(m,2H),0.82(t,3H)。フルベン中間体9-(1-シクロペンタ-2,4-ジエニリデンメチル-プロピル)-9H-フルオレンの形成が確認される。
・工程4:目的のCp配位子9-(1-シクロペンタ-2,4-ジエニルメチル-プロピル)-9H-フルオレンの合成:
・手順:
エーテル(20mL)中の化合物9-(1-シクロペンタ-2,4-ジエニリデンメチル-プロピル)-9H-フルオレン(1.3g、4.557mmol)の撹拌溶液に、0℃でLAH(6.8mL、1.5当量)を加え、0℃で1時間撹拌する。出発物質の全消費(TLCで追跡する)後、過剰のLAHをフィッシャー(Fisher)ワークアップを用いてクエンチし、反応混合物を希釈する。有機層を水及びブラインで洗浄する。この有機層を分離し、硫酸ナトリウムで乾燥し、減圧下で濃縮して粗材料を得る。この粗材料をフラッシュカラムクロマトグラフィーにより精製し、目的のCp配位子9-(1-シクロペンタ-2,4-ジエニルメチル-プロピル)-9H-フルオレンを淡黄色油状物として収率84%で得る(1g、76.2%)。
・結果:
添付の図9はH NMR(CDCl)検討結果を示す:7.75(d,2H),7.58(t,1H),7.50(d,1H),7.37-7.24(m,4H),6.42-6.22(m,2H),6.18-6.02(s,1H),4.1(s,1H),2.98(s,1H),2.85(s,1H),2.42-2.37(m,1H),2.28-2.17(m,2H),1.3-1.14(m,2H),0.89(t,3H)。目的のCp配位子9-(1-シクロペンタ-2,4-ジエニルメチル-プロピル)-9H-フルオレンの形成が確認される。
・工程5:ansa-メタロセン触媒ジクロロ-[9-[1-(シクロペンタ-1,3-ジエン-1-イルメチル)プロピル]フルオレン-9-イル]-メチル-ジルコニウムの合成:
・手順:
トルエン(21mL)及びジオキサン(1.8mL)の混合物中の化合物9-(1-シクロペンタ-2,4-ジエニルメチル-プロピル)-9H-フルオレン(300mg、1当量)の撹拌溶液に、N雰囲気下、-78℃で-BuLi(1.2mL、2.2当量)を滴下する。この反応混合物を2時間かけて室温まで戻す。続いて-78℃に冷却し、固体ZrCl.2THF(415.8mg、1当量)を加えると、橙色の懸濁液が形成され、これを室温に戻し、室温で4時間撹拌する。反応混合物の色は淡黄色に変化する。この混合物をセライトに通す。残った固体画分を、有機相が無色になるまでトルエンで洗浄する。濾液を減圧下で濃縮すると、淡黄色の粘着性固体が形成される。この粘着性固体をヘキサン(2×15mL)で洗浄し、ヘキサン層をシリンジで除去し、固体部分を減圧下で乾燥して、目的のansa-メタロセン触媒、すなわちジクロロ-[9-[1-(シクロペンタ-1,3-ジエン-1-イルメチル)プロピル]フルオレン-9-イル]-メチル-ジルコニウムを薄茶色の固体として収率83%で得る。
・結果:
添付の図10はH NMR(CDCl)検討結果を示す:7.72-7.24(m,8H),6.05(d,1H),5.86(s,1H),3.96(s,1H),2.55(m,1H),2.44-2.24(m,2H),1.61-1.51(m,2H),0.82(t,3H)。目的のansa-メタロセン触媒、すなわちジクロロ-[9-[1-(シクロペンタ-1,3-ジエン-1-イルメチル)プロピル]フルオレン-9-イル]-メチル-ジルコニウムの形成が確認される。
例5:エチレンの重合
例5は、例4の前記ansa-メタロセン触媒、すなわちジクロロ-[9-[1-(シクロペンタ-1,3-ジエン-1-イルメチル)プロピル]フルオレン-9-イル]-メチル-ジルコニウムをエチレンの重合に利用するためのプロセスを示す。
・手順:
メカニカルスターラー、温度計プローブを備えた乾燥した600mLのステンレス鋼製parr反応器に窒素を30分間充填する。乾燥したヘキサンをこの反応フラスコに導入し、続いてMAOを1mL加え、400rpmで撹拌しながら10分間窒素を溶媒中にバブリングする。その後、窒素をエチレンガスに置き換え、このエチレンガスを溶媒中にバブリングさせたまま、排出口から放出する。10分後、目的の量のMAO(3.7mL)及び2.5mgの例4のansa-メタロセン触媒、すなわちトルエン中のジクロロ-[9-[1-(シクロペンタ-1,3-ジエン-1-イルメチル)プロピル]フルオレン-9-イル]-メチル-ジルコニウムをこの反応フラスコに導入し、その後70℃の温度に置く。必要な温度に達したところで、5バールの一定のエチレン圧力をかける。重合反応を10分間進行させた後、10mLのメタノールでクエンチする。反応器を排気し、ポリマーを回収し、酸性化したメタノール(5%HCl)に沈殿させる。ポリマーをメタノール及び水で洗浄し、60℃の真空オーブンで一晩乾燥させて、1.2gのポリマーを得る。
例6:最も近い先行技術に鑑みた本発明の比較データ
例6は、最も近い報告された先行技術に鑑みた本発明の比較データを提供する。
本発明によって得られた顕著な特徴及び結果を、以下の表1に示すように、最も近い先行技術(I)で報告されたものと比較する。
I. 米国特許第6100416A号明細書(以下、「先行技術I」という)は、以下の工程:
a)フルオレニルリチウムを1,2-ジブロモエタンと反応させて、1-(9-フルオレニル)-2-ブロモエタンを生成する工程と、
b)上記1-(9-フルオレニル)-2-ブロモエタンを2,4,7-トリメチルインデニルリチウムと反応させて、1-(9-フルオレニル)-2-[1-(2,4,7-トリメチル)インデニル]エタン前駆体を生成する工程と、
c)上記1-(9-フルオレニル)-2-[1-(2,4,7-トリメチル)インデニル]エタン前駆体をブチルリチウムと反応させて、そのジリチウム塩を生成する工程と、
d)上記ジリチウム塩を、チタン、ジルコニウム及びハフニウムのハロゲン化物から選択される遷移金属ハロゲン化物と反応させて、メタロセンを生成する工程と
を含むエチレン架橋メタロセンを製造するプロセスを記載している。
Figure 2023520744000009
それゆえ、上記表1の比較データから、先行技術Iでは、スピロ-シクロプロパン等の不純物の生成が主な原因で、非常に低い収率、すなわち14~29%でのCp配位子の形成を報告していることが明らかである。さらに、このように収率の悪い先行技術のCp配位子は、金属錯体反応に進めるには適切ではないことが観察されている。一方、表1のデータから明らかなように、今回開発したプロセスは、不要な不純物の生成を低減することができ、その結果、最終生成物、すなわちエチレン(C2)架橋ansa-メタロセン前駆体/Cp配位子を優れた収率、すなわち70~90%で生成することができる。その結果、これらのCp配位子は、さらなる金属錯体反応に容易に使用することができ、良好な収率(70~85%)でエチレン架橋ansa-メタロセン触媒を形成することができる。

Claims (12)

  1. 一般式Iを有するC2(エチレン)架橋シクロペンタジエニル配位子を合成するための新規で改良された方法であって、
    Figure 2023520744000010
    前記式I中、R1~R8は同じであるか又は異なり、それぞれ独立に、H、置換又は非置換のC1~C12アルキル、置換又は非置換のC1~C10アルケニル、置換又は非置換のC1~C10アルキニル、置換又は非置換のC1~C12ヘテロシクリル、置換又は非置換のC1~C12シクロアルキル、置換又は非置換のC1~C12芳香環系、シリル、アルキルシリルから選択され、R1~R8のうちの任意の2つの連続した基は、一緒になって、N、O、Sから選択されるヘテロ原子を有してもよい、置換若しくは非置換の芳香族、部分飽和又は飽和の縮合環系を形成してもよく、
    前記方法は、
    a. ハロエステル化合物を置換又は非置換のシクロペンタジエニル(Cp)金属塩と反応させて、エステル中間体を形成する工程と、
    b. 前記エステル中間体を還元剤で還元して、アルデヒド中間体を形成する工程と、
    c. 別の置換又は非置換のシクロペンタジエニル(Cp)金属塩を、飽和環状2級アミン触媒、好ましくは飽和2級N-複素環触媒の存在下で、工程(b)の前記アルデヒド中間体に添加して、フルベン誘導体を形成する工程と、続いて
    d. 前記フルベン誘導体を還元剤で還元して、C2(エチレン)架橋シクロペンタジエニル配位子を形成する工程と
    を含み、任意の不要なスピロ-シクロプロパン不純物の形成を実質的に回避する方法。
  2. C2(エチレン)架橋ansa-メタロセン触媒を合成するための新規で改良された方法であって、
    a. ハロエステル化合物を置換又は非置換のシクロペンタジエニル(Cp)金属塩と反応させて、エステル中間体を形成する工程と、
    b. 前記エステル中間体を還元剤で還元して、アルデヒド中間体を形成する工程と、
    c. 別の置換又は非置換のシクロペンタジエニル(Cp)金属塩を、実質的に、飽和環状2級アミン触媒、好ましくは飽和2級N-複素環触媒の存在下で、工程(b)の前記アルデヒド中間体に添加して、フルベン中間体を形成する工程と、
    d. 前記フルベン誘導体を還元剤で還元して、C2(エチレン)架橋シクロペンタジエニル配位子を形成する工程と、続いて
    e. 前記C2(エチレン)架橋シクロペンタジエニル配位子をリチオ化剤でリチオ化する工程と、
    f. 前記リチオ化された配位子をMCl4と反応させて、ansa-メタロセン触媒を形成する工程であって、Mは、好ましくはTi、Hf及びZrから、好ましくはZrから選択される遷移金属である工程と
    を含む方法。
  3. C2架橋ansa-メタロセン触媒を合成するための改良された方法であって、
    a. ハロエステル化合物を置換又は非置換のシクロペンタジエニル(Cp)金属塩と反応させて、エステル中間体を形成する工程と、
    b. 前記エステル中間体を還元剤で還元して、アルデヒド中間体を形成する工程と、
    c. 別の置換又は非置換のシクロペンタジエニル(Cp)金属塩を、飽和環状2級アミン触媒、好ましくは飽和2級N-複素環触媒の存在下で、工程(b)の前記アルデヒド中間体に添加して、フルベン中間体を形成する工程と、続いて
    d. リチオ化剤及びMClを前記フルベン中間体に直接添加して、ansa-メタロセン触媒を形成する工程であって、Mは、好ましくはTi、Hf及びZrから、好ましくはZrから選択される遷移金属である工程と
    を含む方法。
  4. 前記ハロエステルが、ブロモエステル又はクロロエステルから選択される請求項1、請求項2又は請求項3に記載の方法。
  5. Cp又はCpが、シクロペンタジエニル、フルオレニル、インデニルから選択される請求項1、請求項2又は請求項3に記載の方法。
  6. Cp又はCpの前記金属塩が、ブチルリチウム(BuLi)又はカリウムtert-ブトキシドから選択される請求項1、請求項2又は請求項3に記載の方法。
  7. 前記還元剤が、水素化ジイソブチルアルミニウム(DIBALH)、水素化アルミニウムリチウム(LAH)からなる群から選択される請求項1、請求項2又は請求項3に記載の方法。
  8. 前記飽和環状2級アミン触媒が、ピロリジン、ピペリジン、モルホリンからなる群から選択される請求項1、請求項2又は請求項3に記載の方法。
  9. 前記リチオ化剤が、n-ブチルリチウム(nBuLi)、水素化トリエチルホウ素リチウム(LiEt3BH)から選択される請求項2又は請求項3に記載の方法。
  10. 70~90%収率でC2(エチレン)架橋シクロペンタジエニル配位子を生成する請求項1に記載の方法。
  11. 70~85%収率でansa-メタロセン触媒を生成する請求項2又は請求項3に記載の方法。
  12. 請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の方法によって製造されたansa-メタロセン触媒であって、構造式IIを有し、
    Figure 2023520744000011
    前記式II中、
    R1~R8は同じであるか又は異なり、それぞれ独立に、H、置換又は非置換のC1~C12アルキル、置換又は非置換のC1~C10アルケニル、置換又は非置換のC1~C10アルキニル、置換又は非置換のC1~C12ヘテロシクリル、置換又は非置換のC1~C12シクロアルキル、置換又は非置換のC1~C12芳香環系、シリル、アルキルシリルから選択され、R1~R8のうちの任意の2つの連続した基は、一緒になって、N、O、Sから選択されるヘテロ原子を有してもよい、置換若しくは非置換の芳香族、部分飽和又は飽和の縮合環系を形成してもよく、
    Mは、元素周期表の3族~12族のうちの1つから選択される遷移金属原子、好ましくはTi、Zr及びHfを表し、
    Xは、独立に、炭素原子数1~20のヒドロカルビルラジカル、ヒドリド、アミド、アルコキシド、スルフィド、ホスフィド、ハライド、ジエン、アミン、ホスフィン、エーテル、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、2つのXは、芳香族若しくは非芳香族の縮合環又は環系の一部を形成していてもよいことを含み、
    R9及びR10は同じであるか又は異なり、それぞれ独立に、H、Si、アルキルシリル、置換又は非置換のC1~C12アルキル、置換又は非置換のC1~C12シクロアルキル、置換又は非置換のC1~C10アルケニル、置換又は非置換のC6~C18アリール、置換又は非置換のC5~C18ヘテロアリールから選択される
    ansa-メタロセン触媒。
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