JP2548216B2 - アミノシラン類の製造方法 - Google Patents

アミノシラン類の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、アミノシラン類の製造方法に関し、さらに
詳しくは、ロジウムカルボニル錯体を用いた、シランカ
ップリング剤として用いられるアミノプロピルアルコキ
シシラン類の製造方法に関する。
発明の技術的背景ならびにその問題点 シランカップリング剤は、分子内に有機官能性基と、
無機物と反応する加水分解性基とを持った化合物であ
る。このようなシランカップリング剤は、上記のような
官能性基を有するため、有機ポリマーとシリカ等の無機
物とを化学的に結合することができ、有機ポリマーの機
械的強度を飛躍的に向上させることができるので、先端
複合材料の開発に不可欠なものとして需要は拡大すると
考えられる。
上記のようなシランカップリング剤の1つとして、γ
−アミノプロピルアルコキシシラン類が用いられてい
る。このγ−アミノプロピルアルコキシシラン類は、N
−置換アリルアミンを含むアリルアミン類と、ヒドロシ
ラン類とのヒドロシリル化反応によって製造しうること
が知られている。
たとえば特開昭60−81189号公報には、アリルアミン
類とヒドロシラン類とを、塩化白金酸などの白金触媒を
用いて、無水炭酸ナトリウムなどの反応促進剤の存在下
に反応させることによるアミノアルコキシシラン類の製
造方法が開示されている。しかしながら、塩化白金酸な
どの白金触媒を用いて、アリルアミン類とヒドロシラン
類とを反応させると、γ−アミノプロピルアルコキシシ
ラン類(γ−体ということがある)に加えて多量のβ−
アミノプロピルアルコキシシラン類(β−体ということ
がある)が生成し、γ−体とβ−体との比は4〜6程度
となり、目的化合物としてのγ−体の選択率が低いとい
う問題点があった。なおγ−体とβ−体とを蒸留によっ
て分離しようとすると、かなり高い段数の蒸留塔が必要
となってしまうため、γ−体とβ体とを蒸留によって分
離することは好ましくない。
また特開昭61−229885号公報には、アリルアミン類と
ヒドロシラン類とを、ロジウム−有機第3級ホスフィン
錯体そして必要によりトリフェニルホスフィンを含んで
なる触媒を用いて反応させることによるアミノプロピル
アルコキシシラン類の製造方法が開示されている。この
方法によれば、高い選択率でγ−アミノプロピルアルコ
キシシラン類を得ることができるが、転化率を高めるた
めには反応に長時間を要するという問題点があった。し
かもγ−体を高い選択率で得るためには、過剰のトリフ
ェニルホスフィンを存在させなければならず、このため
蒸留によって得られる製品としてのγ−アミノプロピル
アルコキシシラン類中にトリフェニルホスフィンが混入
してくるという問題点があった。
また、J.of Organomet.Chem.,149,29〜36(1978)で
は、コバルトカルボニル、ロジウムカルボニル、イリジ
ウムカルボニル、鉄カルボニルなどの金属カルボニル触
媒存在下でのオレフィンのヒドロシリル化反応が検討さ
れている。そしてこの論文では、N,N−ジメチルアリル
アミンとトリエトキシシランとから、高収率でN,N−ジ
メチルアミノプロピルトリエトキシシランが得られるこ
とが報告されている。そして同論文では、アミン類とし
てアリルアミン類を用いた場合には、アミンの窒素原子
にシリル化反応が優先的に起こると報告されており、こ
のことはアリルアミン類とヒドロシラン類とからはアミ
ノプロピルアルコキシシラン類を得ることができないこ
とを意味している。
本発明者らは、このような問題点を解決すべく種々検
討を重ねた結果、少なくとも1つのカルボニル配位子を
含む無機配位子を有するロジウム錯体を触媒として用い
ることにより、γ体とβ体との比が高くなり、しかも反
応時間が短くなることを見出し、先に特願昭62−73489
号として特許出願した。しかしながらこの触媒を用いて
も、γ体の収率は60〜65%程度であり、さらにγ体の収
率を高めることが望まれていた。
発明の目的 本発明は、上記のような従来技術に伴う問題点を解決
しようとするものであって、アリルアミン類とヒドロシ
ラン類とから高い選択率でγ−アミノシラン類を製造し
うるような、アミノシラン類の製造方法を提供すること
を目的としている。
発明の概要 本発明に係るアミノプロピルアルコキシシラン類の製
造方法は、 式[I] [式中、R1およびはR2は水素、炭素数1〜10のアルキル
基、炭素数2〜10のアルケニル基、フェニル基または置
換フェニル基、−CH2CH2NHCH2CH2NH2、または−CH2CH2N
H2であり、R3は水素または炭素数1〜6のアルキル基で
ある。]で示されるアリルアミン類と、 式[II] [式中、R4、R5およびR6はアルキル基またはアルコキシ
基であり、R4、R5およびR6のうち少なくとも1つはアル
コキシ基である]で表わされるヒドロシラン類、とを、
少なくとも1つのカルボニル配位子を含む無機ロジウム
カルボニル錯体の存在下に反応させるに際して、反応を
環状オレフィン性化合物の存在下に行なうことを特徴と
している。
本発明に係るアミノプロピルアルコキシシラン類の製
造方法では、アリルアミン類とヒドロシラン類とを反応
させるに際して、少なくとも1つのカルボニル配位子を
含む無機ロジウムカルボニル錯体を用いて環状オレフィ
ン性化合物の存在下で行なっているので、γ−アミノプ
ロピルアルコキシシラン類を高選択率かつ高収率で短時
間で得ることができる。
発明の具体的説明 以下本発明に係るアミノプロピルアルコキシシラン類
の製造方法について具体的に説明する。
アリルアミン類 本発明ではアミノプロピルアルコキシシラン類を製造
する際の原料として、上記式[I]で示されるような、
アリルアミン類が用いられる。
このようなアリルアミン類としては、具体的には、ア
リルアミン、N,N−ジメチルアリルアミン、N,N−ジエチ
ルアリルアミン、N−メチルアリルアミン、N−エチル
アリルアミン、2−メチルアリルアミン、ジアリルアミ
ン、アリルエチレンジアミンなどが用いられる。
ヒドロシラン類 本発明では、アミノプロピルアルコキシシラン類を製
造するため、上記のようなアリルアミン類と、上記式
[II]で示されるヒドロシラン類とが反応せしめられ
る。
上記式[II]で示されるヒドロシラン類としては、具
体的には、トリエトキシシラン、トリメトキシシラン、
トリプロポキシシラン、トリブトキシシラン、メチルジ
メトキシシラン、エチルジメトキシシラン、メチルジエ
トキシシラン、ジメチルメトキシシラン、トリオクチロ
キシシラン、メチルジオクチロキシシラン、ジメチルオ
クチロキシシランなどが用いられる。
ロジウムカルボニル錯体 本発明では、上記のようなアリルアミン類とヒドロシ
ラン類とを反応させる際に、触媒として少なくとも1つ
のカルボニル配位子を含む無機ロジウムカルボニル錯体
が用いられる。この錯体に用いられる無機配位子として
は、カルボニル配位子の他に水素、硫黄、炭素、アミ
ン、ニトリル、塩素、チオカルボニル等があり、好まし
くはカルボニル、水素、硫黄、炭素である。
このようなカルボニル配位子を少なくとも1つ以上含
む無機ロジウムカルボニル錯体としては、具体的には、
以下のような化合物が用いられる。
1)Rh2(CO)、Rh4(CO)12、Rh6(CO)16などの
[O]価錯体。
2)Rh(CO)4 -、[Rh4(CO)112-、[Rh6(CO)15
2-、[Rh6(CO)144-、[Rh7(CO)163-、[Rh
12(CO)302-などのアニオン錯体。
なおこのようなアニオン錯体では、対カチオンとして
はアンモニウムイオン、アルキルアンモニウムイオン、
アルカリ金属イオンなどが用いられる。
3)Rh12(CO)25(C2)、Rh8(CO)19Cなどのヘテロ原
子を含むロジウムカルボニル錯体。
4)[Rh6(CO)15C]2-、[Rh17(CO)
32(S)3-、HRh(CO)、[H3Rh13(C
O)242-、[H2Rh13(CO)243-などのようなロジウ
ムカルボニル錯体。
本発明におけるロジウムカルボニル錯体は、配位子と
してトリフェニルホスフィンなどの有機基を有していな
いものが用いられる。
このようなロジウムカルボニル錯体は、予めこのロジ
ウムカルボニル錯体を調製した後に反応系に添加しても
よく、また場合によっては、反応系でロジウムカルボニ
ル錯体を生成させ、これを触媒として用いることもでき
る。
反応条件 本発明では、上記のようなアリルアミン類とヒドロシ
ラン類との反応は、上記のようなロジウムカルボニル錯
体を用いて環状オレフィン化合物の存在下に行なわれ
る。
本発明で用いられる環状オレフィン性化合物は、分子
内に少なくとも1つ以上の二重結合を有する炭素数が5
以上の環状オレフィンが好ましく用いられる。このよう
な環状オレフィンとしては、具体的には、シクロペンテ
ン、シクロペンタジエン、シクロヘキセン、シクロヘキ
サジエン、シクロヘプテン、シクロヘプタジエン、シク
ロヘプタトリエン、シクロオクテン、シクロオクタジエ
ン、シクロオクタトリエン、シクロオクタテトラエンな
どの環状化合物、およびノルボルネン、ノルボルナジエ
ンなどの縮合2環オレフィン化合物等が用いられる。
この環状オレフィン化合物は、触媒として用いるロジ
ウムカルボニル錯体1モルに対して1〜1000モル好まし
くは10〜100モルの量で用いられることが好ましい。
環状オレフィンを上記のような量で反応系に共存させ
ることによって、目的化合物としてのアミノシラン以外
の副生成物の生成が抑制され、γ−アミノプロピルアル
コキシシラン類の収率が大幅に向上する。
このような環状オレフィン化合物は、反応性が低いた
め反応終了後も大部分が残存し、必要に応じて、反応混
合物から回収して再び用いることができる。
また上記のようなアリルアミン類ヒドロシラン類と
は、アリルアミン類:ヒドロシラン類とのモル比が1.3:
1〜1:1.3の範囲で用いられることが好ましい。
反応は、常圧下で行なってもよく、また加圧下で行な
ってもよい。反応に際しては、外部から反応系に一酸化
炭素を積極的に添加しておくことが好ましい。具体的に
は一酸化炭素は反応器中を流通させて用いてもよく、ま
た反応器中に圧入して用いることもできる。
このように反応系に一酸化炭素を共存させると、γ−
アミノプロピルアルコキシシラン類を高選択率かつ高収
率で得ることができ、しかも触媒の寿命が長くなり、そ
の上必要な触媒量を大幅に減らすことができる。
反応温度は50℃以上好ましくは50〜250℃さらに好ま
しくは100〜200℃であることが望ましい。反応温度が50
℃未満では、γ−アミノプロピルアルコキシシラン類が
ほとんど生成しないため好ましくなく、一方反応温度が
250℃を越えると、β−アミノプロピルアルコキシシラ
ン類が多量に生成し、目的とするγ−アミノプロピルア
ルコキシシランの選択率が低下するため好ましくない。
反応系におけるロジウムカルボニル錯体は、多量に用
いることもできるが、アリルアミン類1モルに対して、
金属ロジウムとして10-7〜10-3モル程度存在しておれば
充分である。
反応は、溶媒の存在下に行なってもよく、また不存在
下に行なってもよい。溶媒を用いる場合には、トルエ
ン、キシレン、ヘプタン、ドデカンなどの炭化水素系溶
媒が用いられる。
反応時間は、反応温度によって大きく変化するが、通
常0.5〜2.0時間程度で充分である。
発明の効果 本発明に係るアミノプロピルアルコキシシラン類の製
造方法では、アリルアミン類とヒドロシラン類とを反応
させるに際して、反応を、上記のようなロジウムカルボ
ニル錯体を用いて環状オレフィン化合物の存在下で行な
っているので、γ−アミノプロピルアルコキシシラン類
を高選択率かつ高収率で短時間で得ることができる。し
かも反応系に一酸化炭素を共存させると、触媒の寿命が
格段に長くなり、必要な触媒量を大幅に減らすことがで
きる。
以下本発明を実施例により説明するが、本発明はこれ
ら実施例に限定されるものではない。
実施例1 攪拌棒、温度計、滴下ろうと、CO導入管、還流冷却管
(CO流出管付き)を備えた200mlのフラスコを一酸化炭
素雰囲気にした後、テトラロジウムドデカカルボニル1.
9mg(2.5×10-6モル)、1,5−シクロオクタジエン0.027
g(2.5×10−4モル)、キシレン60mlを入れ、120℃の
恒温油槽で加熱した。その後このフラスコにトリエトキ
シシラン41g(0.25モル)およびアリルアミン14g(0.25
モル)の混合物を30分間かけて滴下した。
滴下後反応系を120℃に維持しながら2.5時間、CO導
入、加熱攪拌を続けて反応を行なった後、ガスクロマト
グラフィー(以下GCという)で分析したところ、γ−ア
ミノプロピルトリエトキシシランが75モル%の収率で、
β−アミノプロピルトリエトキシシランが7.5モル%の
収率(アリルアミン基準)で得られた。
実施例2 触媒としてテトラロジウムドデカカルボニルの代わり
に、ヘキサロジウムヘキサデカカルボニル3mg(2.8×10
-6モル)を用いた以外は、実施例1と同様に反応を行っ
た。
GCで分析したところ、γ−アミノプロピルトリエトキ
シシランが76モル%の収率で、β−アミノプロピルトリ
エトキシシランが7.4モル%の収率(アリルアミン基
準)で得られた。
実施例3 ヒドロシランとして、トリエトキシシランの代わりに
トリメトキシシラン30.6gr(0.25モル)を用いた以外
は、実施例1と同様に反応を行った。
GCで分析したところ、γ−アミノプロピルトリメトキ
シシランが69モル%の収率で、β−アミノプロピルトリ
メトキシシランが6.5モル%の収率(アリルアミン基
準)で得られた。
実施例4 還流冷却管、攪はん棒、温度計を備えた3つ口フラス
コに、アリルアミン14gr(0.25モル)、トリエトキシシ
ラン41gr(0.25モル)、1,5−シクロオクタジエン0.32g
r(2.9×10-3モル)およびトルエン30mlを加え、110℃
の恒温油槽で加熱し、内容物の温度が85℃になった時点
で触媒としてのテトラロジウムドデカカルボニル0.22gr
(2.9×10-4モル)を加えた。触媒添加後約1時間で、
反応温度は110℃になった。
反応終了後、得られた反応混合物をGCで分析したとこ
ろ、γ−アミノプロピルトリエトキシシランが78%、β
−アミノプロピルトリエトキシシランが5.6%の収率
(アリルアミン基準)で得られていることがわかった。
比較例1 還流冷却管、攪はん棒、温度計、CO導入管、滴下ロー
トを備えた200mlを3つ口フラスコを一酸化炭素雰囲気
にした後、テトラロジウムドデカカルボニル1.9mg(2.5
×10-6モル)、キシレン60mlおよびアリルアミン14gr
(0.25モル)を入れ、110℃の恒温油槽で加熱した。そ
の後、トリエトキシシラン41gr(0.25モル)を、滴下ロ
ートより30分で滴下した。滴下後、反応系を110℃に維
持しながら2.0時間導入、加熱攪拌を続けて反応を行な
った。
反応終了後、得られた反応混合物をGCで分析したとこ
ろ、γ−アミノプロピルトリエトキシシランが58%、β
−アミノプロピルトリエトキシシランが4.9%の収率
(アリルアミン基準)で得られていることがわかった。
比較例2 還流冷却管、攪はん棒、温度計を備えた3つ口フラス
コに、アリルアミン14gr(0.25モル)、トリエトキシシ
ラン41gr(0.25モル)およびトルエン30mlを加え、110
℃の恒温油槽で加熱し、内容物の温度が85℃になった時
点で、触媒としてのテトラロジウムドデカカルボニル0.
22grを加えた。触媒添加後約30分で反応温度は110℃に
なった。
反応終了後、得られた反応反応混合物をGCで分析した
ところ、γ−アミノプロピルトリエトキシシランが68
%、β−アミノプロピルトリエトキシシランが4.9%の
収率(アリルアミン基準)で得られていることがわかっ
た。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】式[I] [式中、R1およびR2は水素、炭素数1〜10のアルキル
    基、炭素数2〜10のアルケニル基、フェニル基または置
    換フェニル基、−CH2CH2NHCH2CH2NH2、または−CH2CH2N
    H2であり、R3は水素または炭素数1〜6のアルキル基で
    ある。]で示されるアリルアミン類と、 式[II] [式中、R4、R5およびR6はアルキル基またはアルコキシ
    基であり、R4、R5およびR6のうち少なくとも1つはアル
    コキシ基である]で表わされるヒドロシラン類とを、少
    なくとも1つのカルボニル配位子を含む無機ロジウムカ
    ルボニル錯体の存在下に反応させるに際して、反応を環
    状オレフィン性化合物の存在下に行なうことを特徴とす
    るアミノシラン類の製造方法。
  2. 【請求項2】アリルアミン類が、アリルアミン、N−メ
    チルアリルアミン、N−エチルアリルアミン、2−メチ
    ルアリルアミン、ジアリルアミンまたはアリルエチレン
    ジアミンである特許請求の範囲第1項に記載の方法。
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