JP3454820B2 - オリゴ(2−アルケニルアズラクトン) - Google Patents

オリゴ(2−アルケニルアズラクトン)

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は2−アルケニルアズラクトンの酸触媒オリゴ
メリ化により得られる反応性オリゴマーに関する。その
新規な反応性オリゴマーは感圧接着剤における架橋剤と
しての利用がある。
発明の背景 ビニルモノマーの付加重合反応はアニオン、フリーラ
ジカルまたカチオン中間体を含む。重合の反応機構は下
のスキームで説明され、Iは開始剤を表し、アスタリス
クは負の電荷、フリーラジカルまたは正の電荷を表し、
Zは水素、ハロゲンまたは有機の基を表す。
開始: 成長: 停止: 重合の開始、成長および停止フェーズは、停止反応が不
活性なポリマーの外に別の重合連鎖を開始することがで
きる活性な副生成物(上にI'*で示した)を与える場
合、いわゆる連鎖反応を構成する。
重合がアニオン、フリーラジカル、またはカチオン中
間体を含むかどうかは、ビニルモノマー中のZの性質に
より決まる。多くのビニルモノマーはフリーラジカル開
始により効率的に重合するが、大部分は重合するにして
もたった一種類の活性中心によりイオン的に重合する。
例えばメチルアクリレート(Z=CO2CH3)はラジカルお
よびアニオン開始により効率的に重合するが、カチオン
的手段によっては本質的に全く重合しない。一般的に言
って電子密度を供与することにより電子的および共鳴安
定性を供給するZ基は、カチオン中間体を介しての重合
を促進し、一方電子を吸引するZ基はアニオンの中間体
を安定化させる。
アズラクトン基は水素に比べて電子吸引性であり、2
−アルケニルアズラクトン(2−オキサゾリン−5−オ
ン)はエチレンに比べて電子欠乏的である2−アルケニ
ル基を有するということは少なくとも二つのファクター
により示される。先ず2−ビニル−4,4−ジメチルアズ
ラクトン(VDM)はフリーラジカル技術を用いて効果的
に重合できる(ジェー・ケー・ラスムセン、エス・エム
・ハイルマンおよびエル・アール・クレプスキイ、“ポ
リアズラクトン”、エンサイクロペディア・オブ・ポリ
マー・サイエンス・アンド・エンジニアリング、11巻、
2版、ジョン・ウィリー・アンド・サンズ、インク:ニ
ューヨーク、1988年、558〜571頁参照)。アズラクトン
基の電子供給/吸引の挙動およびVDMのイオン的な活性
中心により重合する性質の指摘は、スチレンとのフリー
ラジカル共重合を調べることにより得られる。この実験
が上記文献中で行われた時、“e"値すなわちVDM中のビ
ニル基の極性の指標は+0.65であると決定された。メチ
ルアクリレートについてのe値0.64との比較により(ア
ール・ゼット・グリーンリィ、“Q・アンド・e・バリ
ュー・フォー・フリー・ラジカル・コポリメリゼーショ
ン・オブ・ビニル・モノマース・アンド・テロゲン
ス”、ジェー・ブランドラップおよびイー・エッチ・イ
マーガットにより編集されたポリマーハンドブック、3
版、ジョン・ウイリー、アンド・サンズ:ニュヨーク、
1989、II〜267〜II〜274を参照)、アズラクトン複素環
はカルボメトキシ基とおおよそ同じ電子吸引性を有し、
アニオン中間体を安定化することが予期される。
VDMにおける2−アルケニル基の相対的電子欠乏性の
別の表示はその13C−NMRスペクトルから得られる。ケー
・ハタグ等、マクロモレキュラーレ・ヘミー、178巻、2
413〜2419頁(1971)は末端オレフィンの1−炭素の共
鳴の相対的位置を利用して、オレフィンがアニオン開始
かあるいはカチオン開始により重合するかを予想するの
に成功した。レファレンスシグナル(伝統的なテトラメ
チルシラン レファレンスと比較して193.7ppm)として
二硫化炭素の13C共鳴を用いて、これらの研究者は二硫
化炭素共鳴から100ppmアップフィールド(すなわち右方
へまたは高エネルギーで)の1−炭素の共鳴を有するモ
ノマーはカチオン性の中間体により重合することを認め
た。約70ppmで1−炭素の共鳴を有するモノマーはアニ
オン開始に応答した。VDMはこのスケールでは64.7ppmで
の1−炭素共鳴を示すので、2−アルケニルアズラクト
ンはアニオン重合技術には応答するがカチオン重合技術
には応答しないことを人は予想するであろう。
酸存在下にオリゴメリ化または重合する電子欠乏性の
オレフィンについて報告がある。トマリア等(ポリマー
・ジャーナル、1980、12巻、661頁)は、2−イソプロ
ペニル−2−オキサゾリン(IPO)のオリゴメリ化およ
び重合を最初に報告した、“様々な同定されないポリマ
ー、ゲル、またはオリゴマー状シロップが2−アルケニ
ル−2−オキサゾリンを室温でブレンステッド酸と単に
接触させるだけで容易に生成した”という観察によって
動機づけられた。IPOは、4,4−ジメチル誘導体について
+0.34というe値(ポリマー・ハンドブック、II−27
1)および二硫化炭素から73ppmアップフィールドという
13C−NMRの1−炭素共鳴により示されるように電子欠乏
性のオレフィンである。彼らはトリフルオロメタンスル
ホン酸等の強いモノプロトン性ブレンステッド酸存在下
での環状ダイマーの生成、および硫酸等の強いジプロト
ン性ブレンステッド酸を用いた時の低分子量(Mn=900
〜2500)のポリマーの生成を報告した。
これらの結果は下のスキームに要約される。
6員環ダイマーの例外はあるが、すべての提案された
構造は2−イソプロペニル−2−オキサゾリニウム種の
エノン様システムへの窒素のマイケル付加または1,4付
加、および次の窒素から炭素へのプロトン移動から生じ
る主鎖原子としてのオキサゾリン窒素を含む。
同様にサエグサ等(ポリマー・ジャーナル、1987、19
巻、557ページ)は、1H−NMRスペクトルに基づいて、2
−ビニル−2−オキサゾリンおよびフルオロスルホン酸
から作った2−ビニルオキサゾリニウムフルオロスルホ
ネートは、窒素が主鎖に存在する主たるモノマー単位
(80%)と少量のビニル重合した単位(20%)よりなる
混合ポリマーを提供することを報告した。
発明の概要 短く言えば本発明は、そのうちの少なくとも30モル%
が2−アルケニル基重合単位である2〜15の単位を有す
るアズラクトン官能性のオリゴマーを提供する。2−ア
ルケニルアズラクトンの新規なアズラクトン官能性のオ
リゴマーは主に2−アルケニル基によって起るオリゴメ
リ化の生成物である。2−アルケニル基のオリゴメリ化
は主に炭素−炭素骨核セグメントを有するオリゴマーを
提供する。この方法でオリゴメリ化すると、新しい組成
物は親核試薬と通常の開環で反応できるアズラクトン基
を有する。
本発明の他の要旨では、オリゴマーがルイス酸および
ブレンステッド酸触媒が有効である新規な方法により製
造される。その反応性オリゴマーは、アズラクトンと反
応可能な親核性の基を含んだポリマーの架橋剤として用
途を有する。
主にマイケル単位が生成する2−アルケニル−2−オ
キサゾリンの酸触媒オリゴメリ化および重合と対照的
に、本発明の2−アルケニルアズラクトン(2−オキサ
ゾリン−5−オン)は主にビニル単位、すなわち炭素−
炭素骨核を含むオリゴマーを生じる。
本出願において、 “アルキル”とは1〜14個の炭素原子を有する飽和の
直鎖または分枝鎖の炭化水素から一個の水素原子を除去
した後に残る一価の残基を意味し; “アリール”とは5〜12個の環原子を有する芳香族化
合物(単環および多環および縮合環)から一個の水素原
子を除去した後に残る一価の残基を意味し、低級アルカ
リルおよびアラルキル、低級アルコキシ、N,N−ジ(低
級アルキル)アミノ、ニトロ、シアノ、ハロ、および低
級アルキルカルボン酸エステル(ここで“低級”とはC
−1〜C−4を意味する)等の置換芳香族類を含み; “アズラクトン”とは式Iの2−オキサゾリン−5−
オン基および式IIの2−オキサジン−6−オン基を意味
し; “シクロアルキル”とは3〜12個の炭素原子を有する
飽和環状炭化水素から一個の水素が除去された後に残っ
た一価の残基を意味し; “低級アルキル”とはC−1〜C−4のアルキル基を
意味し; “マイケル付加”または“マイケル反応”とは下の式
中のトリフルオロアセテートイオン(III)によって示
される“マイケルドナー”が下の式中のプロトン化した
2−ビニル−4,4−ジメチルアズラクトン(VDM)(IV)
によって示される“マイケルアクセプター”へ触媒的ま
たは非触媒的に付加して、“マイケルアダクト”反応生
成物(V)を生成することを意味し; “マイケルアクセプター”とはマイケル反応における
親電子的な反応物を意味し; “マイケルアダクト”とはマイケル反応の生成物を意
味し; “マイケルドナー”とはマイケル反応における親核的
な反応物を意味し; “オリゴ(2−アルケニルアズラクトン)”とは、付
加が少なくとも1回起る(すなわちVDMの場合には少な
くとも278の数平均分子量を有するダイマー)ことから
約14回起る(すなわち約2000の数平均分子量を有する15
マー)ことに生成物が特徴づけられる2−アルケニルア
ズラクトン類の重付加生成物を意味し; “オリゴ(VDM)”とは2〜15マー単位を有するVDMの
すべてオリゴマーを意味し;そして “主に”とは少なくとも30モル%、好ましくは少なく
とも50モル%およびより好ましくは少なくとも80モル%
を意味する。
本明細書で初めて開示するように、VDMおよび他の2
−アルケニルアズラクトンモノマーは或る酸触媒にさら
される時オリゴメリ化を受けることが認められた。酸触
媒によりモノマーのオリゴメリ化/重合を行うことはカ
チオン性の中間体を含むと通常考えられるのでこの結果
は予期されなかった。
発明の詳細な記述 本発明は、 A)一般式VI、 (式中、 R1およびR2は独立に1〜14個の炭素原子を有するアルキ
ル基、3〜12個の炭素原子を有するシクロアルキル基、
5〜12個の環原子を有するアリール基を表し、またはR1
およびR2はそれらが結合する炭素原子と一緒になって4
〜12個の環原子を有する炭素環式の環を形成し; R3およびR4は独立に水素または低級アルキルであり; nは0または1であり; Azは2−位置に結合したアズラクトン基を示す記号で
あって、R1、R2、R3、R4およびnは上に定義した通りで
あり; Gは独立に水素、メチル並びに−CH2CH2Az、−CH2CH
(Az)CH2CH2Az、および−CH2CH(Az)[CH2CH(Az)]
pCH2CH2Az(pは0〜12の整数である。但しGにおける
オリゴメリ化の程度は式VIに示したオリゴマーについて
2000の全体の数平均分子量を超えないものとする。)か
ら選択された基であり; rは0または1であり;そして qは1〜12の整数である。) によって示される構造を有するオリゴマー、 B)一般式VII AおよびVII B、 (式中、 Xは、そのpKaが1.2以下であるブレンステッド酸の共
有結合的に結合したカウンターイオンであるか、あるい
はXは一般式VIII、 (式中、R5は水素またはメチル基であり、他のすべての
記号は前に定義したとおりである。) の3−で4級化された2−アルケニルアズラクトン基で
あり、; AzおよびGは、Xが3−で4級化された2−アルケニ
ルアズラクトン基でない時には最大で一つのGが式VII
Aにおいて水素またはメチルであり、式VII B中において
GはHまたはCH3でないことを除いて、上に定義したと
おりである。) によって示される構造を有するオリゴマー、 C)一般式IX、 (式中、Az、Gおよびqは上に定義した通りである。) によって示される構造を有するオリゴマー、 からなる群より選択される構造を有する新規なアズラク
トン官能性のオリゴマーを提供する。
本発明のオリゴマーは、式X、 (式中、R1、R2、R3、R4、R5およびnは上に定義した通
りである。) の2−アルケニルアズラクトンの酸触媒オリゴメリ化に
より製造される。有用な2−アルケニルアズラクトンに
は、2−ビニル−4,4−ジメチル−2−オキサゾリン−
5−オン[2−ビニル−4,4−ジメチルアズラクトンま
たはVDMとも呼ばれる]、2−イソプロペニル−4,4−ジ
メチル−2−オキサゾリン−5−オン、2−ビニル−4
−エチル−4−メチル−2−オキサゾリン−5−オン、
2−ビニル−4,4−ジメチル−1,3−オキサジン−6−オ
ン、およびその製造が米国特許第4,305,705号に開示さ
れているものがある。好ましい2−アルケニルアズラク
トンはVDM(SNPE社、プリンストン、ニュージャージー
から入手できる)である。
ブレンステッドおよびルイスの酸性物質はオリゴメリ
化の有効な触媒である。ブレンステッド酸は古典的な水
素供与性の物質であり、有用な触媒は比較的強い酸性の
約1.2以下のpKaのものである。有用なブレンステッド酸
には硫酸、塩化水素、臭化水素、ヨウ化水素、トリフル
オロ酢酸、トリクロロ酢酸、トリフルオロメタンスルホ
ン酸、p−トルエンスルホン酸、過塩素酸およびエタン
スルホン酸がある。有用なルイス酸(電子対受容体とし
てのそれらの役割においてブレンステッド酸を包含す
る)には、塩化アルミニウム、塩化亜鉛、三フッ化ホウ
素、五塩化アンチモン、四塩化チタンおよびヨウ素があ
る。一般にオリゴメリ化の速度は触媒の酸の強さに直接
関係する。しかし適当な触媒の選択のためにさらに考慮
すべきことは、非常に強い酸、たとえばpKa<3、がア
ズラクトンのオリゴマー生成物の安定性に及ぼす影響で
ある。これらの非常に強い酸の使用はアズラクトンのオ
リゴマー生成物を水のない環境下で扱うことを必要とす
る。なぜなら生成物はこれらの非常に強い酸の存在下偶
然の水分で速やかに加水分解するであろうからである。
より弱い酸性の触媒の場合にはより長いオリゴメリ化の
時間が必要であるが、生じたオリゴマーアズラクトン生
成物は加水分解に、鋭敏でない。好ましい触媒は2−ビ
ニル(R5=H)置換アズラクトンの場合にはトリフルオ
ロ酢酸および三フッ化ホウ素であり、2−イソプロペニ
ル(R5=CH3)置換アズラクトンについてはエタンスル
ホン酸が好ましい。触媒の有用な量は0.1〜50モル%
(2−アルケニルアズラクトンを基準にして)、好まし
くは1.0〜25モル%、より好ましくは1.0〜10モル%であ
る。
オリゴメリ化反応は溶媒なしに行うことができるが、
コントロールの目的および生成物の均一性のために溶媒
を一般的に用いる。反応物およびオリゴマー生成物の両
方を溶解するための効果的な溶媒の要望とは別に、溶媒
はアズラクトン複素環について開環反応を受けることが
できるヒドロキシル、チオール、またはアミン基を含ま
ない。有用な有機溶媒にはクロロホルム、ジクロロメタ
ン、1,2−ジクロロエタン、トルエン、ジエチルエーテ
ル、アセトン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、アセ
トニトリル、特に酢酸、およびそれらの混合物がある。
溶媒の性質はオリゴメリ化方法に影響し、溶媒の透電恒
数を増すと一般に大きいオリゴメリ化速度が観測され
る。この観察についての可能な解釈は、オリゴメリ化し
ている種がイオン的にチャージしており、イオンは大き
い透電性媒体ではより安定であるということである。酢
酸はその大きい透電恒数のためおよびそれが最初のマイ
ケル付加(下記参照)によりエノール化可能な水素を作
ることによりオリゴメリ化反応に実際に関与するので有
効な溶媒として特に言及した。これらの溶媒の有用な濃
度は一般に反応溶液の0.9〜0.1重量フラクション、好ま
しくは0.7〜0.2重量フラクション、より好ましくは0.5
〜0.3重量フラクションである。
オリゴメリ化反応速度は温度を増すことにより高める
ことができる。好ましい反応温度は20〜100℃の範囲で
ある。
対応する反応時間は、触媒、触媒濃度、溶媒、溶媒濃
度、反応温度等の前に述べたファクターにより変わる。
一般に反応時間は数時間〜数日の範囲である。反応の進
行は溶媒と比べた2−アルケニルアズラクトンの消失を
観測するガスクロマトグラフィにより便利にモニターで
きる。
オリゴメリ化反応の複雑さは部分的に加水分解された
オリゴ(VDM)サンプルのHPLCクロマトグラムから明ら
かであり、これからは30以上の生成物の存在が検出でき
る。これらのいくつかは高度に着色されており、このこ
とは、電子が高度に非局在化された非常に異なった種類
の構造を示唆する。説明や反応機構に拘束されることを
望まず本発明をできるだけ正確な言葉で開示することを
望むが、次の特徴は実験的な例により支持される。
1)オリゴメリ化するモノマーはプロトン化した2−ア
ルケニルアズラクトンであるということはアズラクトン
官能基の窒素をプロトン化する(またはルイス酸の場合
には酸−塩基複合に携わる、議論を促進するため以後の
説明ではプロトンのみを考える)ことができる強い酸の
みが有効な触媒であるという事実により支持される。ま
た酸濃度(およびプロトン化したアズラクトン)を増す
ことはオリゴメリゼーションの速度は劇的に増加させ
る。
2)全体のオリゴメリ化はプロトン化した2−アルケニ
ルアズラクトンへのマイケル付加により始まり反応性の
ケテナミナール構造を作る。不活性な溶媒中ではプロト
ン化したモノマーはそれが反応できる2つの親核試薬、
酸触媒のカウンターイオンまたはゲーゲンイオン(X-
および2−アルケニルアズラクトン(下でVDMで表わ
す)、を有する。
上のチャートにおいてMe=メチル、XおよびVDMは先に
定義したとおりである。
上記反応の重要な面は、反応性ケテナミナールを生成
する最初のマイケル付加が非常に有利であるということ
である。何故なら、プロトンがアズラクトン窒素からも
との2−アルケニル基のα炭素に移った時、可能な互変
異性平衡のためマイケルアダクトが安定化を受けるから
である。この安定化が非常に重要であることは、メチル
化剤(p−トルエンスルホン酸メチル)がオリゴメリ化
を開始する能力のないことにより強力に支持される。メ
チル基の類似のシフトは一般に起こらない。
アズラクトン基に隣接する炭素上の水素が反応性のケ
テナミナール形へエノール化できオリゴメリ化に関与す
ることができることは、位置2で飽和アルキル基を有す
るアズラクトンのオリゴマーのフレームワークへの導入
により明確に支持される(実施例27参照)。
ゲーゲンイオンまたはVDMがプロトン化したVDMに付加
するかどうかはゲーゲンイオンの性質および親核性によ
り大部分決定される。例えばカルボキシレートイオンの
場合、ゲーゲンイオン反応は非常に重要であるのに対し
パークロレート、サルフェートおよびトリフレート等の
より強い酸のゲーゲンイオンについては、ゲーゲンイオ
ン反応はあまり重要でない。
3)ケテナミナールは次の方法でプロトン化VDMとのオ
リゴメリ化に携わる。
ケース1:ゲーゲンイオンのマイケル付加 2番目の基からプロトンがなくなることは重要な問題
である。VDMは系における最も強い塩基またはプロトン
受容体である。何故ならその正に荷電したコンジュゲー
トは次の方法で電荷非局在化(2位置に飽和アルキル基
を有する他のアズラクトンの場合可能でない)により安
定化するからである。
継続するオリゴメリ化はもとのマイケルアダクトの残
存メチン水素または新しく付加したVDMにおける2つの
新しいメチレン水素から継続できる。
ケース2:VDMのマイケル付加 最初のマイケルアダクトはケース1で記載したゲーゲ
ンイオンの方法でオリゴメリ化するか、あるいはそれは
環化して、最初のマイケル付加の正に荷電したマイケル
アダクトへのC−(6員環)またはN−(8員環)マイ
ケル付加から生ずる6または8員環化合物を生成する。
一度この環化が起ると、更なるオリゴメリ化がケテナミ
ナール部分および/または環構造のエノール化可能なメ
チン(6員環中における)部分から起ることができる。
ケース2のタイプのオリゴメリ化のさらなる特徴は、
アダクトの最初の正に荷電したアルキル化されたVDM部
分がオリゴメリ化の過程にわたって存続しないことであ
る。環化(C−またはN−)およびプロトンの損失はオ
リゴメリ化の後の段階でも起り、qが少なくとも2の時
の式VIまたは式IX化合物等の大きい複素環を同様に生じ
る。
背景部分で述べた類似のシステムと比較した本発明の
オリゴマーの重要な特徴は、本発明のオリゴマーが主に
2−アルケニル基によってオリゴメリ化する、すなわち
それらが前に示したように“ビニル単位”よりなること
である。対照的にオキサゾリン系はオキサゾリン環窒素
の2−アルケニル基へのN−マイケル付加により作られ
る“マイケル単位”により専らまたは主に(80%)重合
しまたはオリゴメリ化する。オリゴ(VDM)についての1
H−NMRスペクトルを調べ3ppm以上の共鳴を積分すること
は最大でオリゴマー生産物の10%がマイケル単位により
構成されることを明らかにする。
本発明の目的と利点は次の実施例によってさらに説明
するが、これらの実施例で述べた具体的な物質およびそ
の量、並びに他の条件および詳細は本発明を不当に限定
するよう解釈すべきでない。実施例1〜18はオリゴ(2
−アルケニルアズラクトン)を合成する方法における重
要な変形を一般に扱い、実施例19〜28はキャラタリゼー
ションを扱い、実施例29は本発明のオリゴマー生成物の
一つの利用を調べる。
実施例1 この実施例はVDMのオリゴメリ化を行うためのブレン
ステッド酸触媒の使用を教示する。
VDM(350g、2.517モル)、メチルエチルケトン(ME
K、350g)、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノー
ル(BHT、アルドリッチケミカル社、ミルオーキー、ウ
ィスコンシンから入手できる。フリーラジカル重合を防
止するための安定剤として使用)(0.70g)およびトリ
フルオロ酢酸(TFA、アルドリッチ・ケミカル社から入
手できる)(14.35g、0.126モル)をシールしたガラス
びんに入れた。そのビンをアトラス・ラウンダーオメー
ター(アトラス・エレクトリック・デバイス社、シカ
ゴ、イリノイから入手できる)に60℃で22.5時間置い
た。反応時間の間、反応物の最初に無色であった溶液は
赤色になった。オリゴメリ化の進行はMEK溶媒と比較し
たVDMの消失を観察するガスクロマトグラフにより測定
した。より高分子量の生成物への変換率は97.8%であっ
た。真空中での溶媒の除去はオレンジ色の砕けやすいフ
ォーム状の生成物を残した。生成物はHPLC分析により多
成分混合物であることが示された。固体のアズラクトン
官能性の生成物を22℃において70%の相対湿度に36時間
さらし、その間に5.5μmにおけるアズラクトンC=0
は開環加水分解により消失した。サンプルを15cm×4mm
のハミルトンPRP[ポリ(スチレン−コージビニルベン
ゼン)、ハミルトン社、レノ、ネバダから入手できる]
カラムに注入し、0.1容量%のトリフルオロ酢酸を含む
水−アセトニトリル混合物で溶出した。0〜45分の間に
溶出用溶媒を水−アセトニトリル90:10から60:40混合物
へ変え、45〜60分の間にその混合物を60:40から20:80に
変えた。
実施例2〜6 これらの実施例は有用なブレンステッド酸は1.2より
小さいpKaを有することを教示する。
様々な触媒の活性を評価するための試験を22℃、酢酸
エチル溶媒中(溶媒の重量フラクション0.6)、5モル
%の触媒を用いて行った。変換率は実施例1のガスクロ
マトグラフィ法を用いて測定した。結果を次の表に示
す。
実施例7〜9 本実施例はルイス酸物質もオリゴメリ化を促進するの
に有効な触媒であることを示す。
反応は22℃でアセトニトリル中で(溶媒の重量フラク
ション=0.5)5モル%の触媒を用いて行った。変換率
をガスクロマトグラフィを用いて測定した。結果は次の
表を示す。
実施例10 この実施例はオリゴメリ化速度の増加は反応温度を増
加させることにより達成できることを示す。
実施例3の方法を用いて、すなわち酢酸エチル中の40
重量%のVDM、5モル%のTFA、24時間の反応時間で、変
換率を3つの反応温度で測定して、−2℃では22%、22
℃では43%および59℃で88%のVDMがオリゴメリ化を受
けた。
実施例11 本実施例は触媒濃度の増加はオリゴメリ化速度を増加
させることを示す。
0、1.0、5.0および7.2モル%のTFA濃度レベルを用いた
外は実施例3の方法を用いて、20時間後変換率はそれぞ
れ0、10、42および59%であった。
実施例12〜14 この実施例はオリゴメリ化速度の増加は、増加した透
電恒数(ε)を有する溶媒を用いることにより達成され
ることを示す。
下の表に示した実施例は、様々な混合溶媒中での0.5M
のVDM濃度、5モル%のTFAを用いて22℃で7日行った。
実施例17 本実施例は2−イソプロペニルアズラクトン類は同様
にオリゴメリ化を受けるが、その2−ビニルアズラクト
ン対応物より強い酸触媒を一般に必要とすることを示
す。
2−イソプロペニル−4,4−ジメチルアズラクトン(I
DM)はテイラー等、ジャーナル・オブ・ポリマー・サイ
エンス、ポリマー・レター 9巻 187頁(1971)の方
法により合成した。IDMをVDMの代わりに用い、エタンス
ルホン酸(pKa=0)をTFAの代わりに用いた外は実施例
3の方法を用いた。22℃での4日後、20.1%のIDMがよ
り高分子量の生成物にオリゴメリ化した。TFAは同一条
件下では有効ではなかった。
実施例18 この実施例は6員環2−アルケニルアズラクトン化合
物が同様にオリゴメリ化を受けることを示す。2−ビニ
ル−4,4−ジメチル−2−オキサジン−6−オン(VOX)
はハイルマン等、ジャーナル・オブ・ポリマー・サイエ
ンス:ポリマー・ケミストリー・エディション、1984
年、22巻、1179頁の方法により製造した。
オリゴメリ化は酢酸エチル(溶媒の重量フラクション
=0.6)中のVOXにより、触媒としてTFA(5モル%)を
用いて行った。溶液は70℃で19時間加熱した。オリゴマ
ー生成物への変換率は25%であった。
実施例19 本実施例はアズラクトン官能性基はオリゴメリ化後も
そのまま残ることを示す。
実施例3の方法によってオリゴ(VDM)のフィルムを
製造した。ポリ(VDM)のフィルムはメチルエチルケト
ン(MEK)中で31.3%固型分で開始剤としてアゾビス
(イソブチロニトリル)(AIBN)(0.5重量%)を用い6
0℃で18時間で製造した。サイズ排除クロマトグラフィ
により測定したポリ(VDM)の重量平均分子量は135,000
であった。はラスムッセン等、ジャーナル・オブ・ポリ
マー・サイエンス:ポリマー・ケミストリー・エディシ
ョン、1986年、24巻、2739ページの方法により2−エチ
ル−4,4−ジメチルアズラクトン(EDM)のサンプルも製
造した。
パーキン−エルマー製983レシオ・レコーディング・
インフラレッド・スペクトロホトメータを用いて、オリ
ゴ(VDM)を2つのアズラクトン(一つは高分子量ポリ
マーの混合物であり、他は純粋な低分子量化合物であっ
て2位置に飽和アルキル基を含む)と直接比較するため
に、3つのサンプルのIRスペクトルを作成した。約1820
cm-1でのカルボニル吸収ピーク、約1675cm-1における炭
素−窒素2重結合の伸縮吸収ピーク16並びに約965およ
び895cm-1での指紋領域でのアズラクトン複素環に帰せ
られる2つの吸収ピーク18および20の比較は、5cm-1
下の変動がこれらの強い吸収領域での3つのすべてスペ
クトルの間に存在することを示す。
実施例20 この実施例はポリ(VDM)およびオリゴ(VDM)の様々
なスペクトルのいくつかの相違を示す。
ヴァリアンXL−400スペクトロメータを用いてポリ(V
DM)とオリゴ(VDM)の1H−NMRスペクトル(重水素クロ
ロホルム中)を得た。ポリ(VDM)スペクトル中に、高
分子量を示す広い共鳴および2.7ppmにおける主鎖のメチ
ンの共鳴および1.6〜2.2ppmにおけるメチレンの共鳴が
観察された。オリゴ(VDM)スペクトル中の共鳴はそれ
ほどブロードではない。微細構造、すなわちカップリン
グから生じるマルチプレットがなお明らかであり、それ
は低分子量を示す。メチレンおよびメチンについての1.
6〜2.7ppmからの予期される共鳴領域における多くの共
鳴の外に、さらなる共鳴が約4ppmダウンフィールドに認
められ、それはヘテロ原子に隣接した、または比較的ひ
ずんだ環構造中に含まれたメチレン/メチンに帰せられ
る。
上記のヴァリアンXL−400スペクトロメータを用いて
ポリ(VDM)およびオリゴ(VDM)の13C−NMRスペクトル
を得た。ポリ(VDM)スペクトルは、24ppmにおけるgem
−ジメチル炭素の共鳴、32〜36ppm間のメチレンおよび
メチン炭素の共鳴、65ppmにおける4級炭素の共鳴、163
ppmにおけるC=N共鳴、および180ppmにおけるC=O
共鳴を比較的直接的に示す。オリゴ(VDM)スペクトル
は似ているがかなりの相異がメチレン/メチンおよびC
=N領域に認められる。また116および113における共鳴
は少量のオレフィン性炭素を示す。
UVスペクトル(パーキン−エルマー製モデル330スペ
クトロホトメータ使用)は多分他のスペクトル法以上に
オリゴ(VDM)と従来のアズラクトン、ポリ(VDM)およ
びEDM間の著しい相違を指摘する。従来のアズラクトン
は300nm以上で本質的に吸収を示さないのに対し、オリ
ゴ(VDM)は300nm以上の重要な吸収(λmax=331)を示
す。これはオリゴ(VDM)が伸びた共役系を含む少なく
とも少量のクロモホアを含むことを示唆する。
実施例21 本実施例は酸触媒反応の生成物は比較的低分子量成分
よりなることを示す。
停止反応が欠如し、開始種がユニット−エフィシェン
シイと共に作用するシステムにおいては、重合度および
オリゴメリ化度(および究極的には数平均分子量)は次
の関係を用いて付加ポリマーについて計算できる。
式中、 =重合度またはオリゴメリ化度 [M]=モノマーのモル濃度 [I]=開始剤のモル濃度 従ってそのようなシステム中の分子量は開始剤濃度に全
く鋭敏となる。
VDMのオリゴメリ化を酢酸エチル(溶媒の重量フラク
ション0.6)中で様々な量のTFA開始剤を用いて行うと、
しかしながら分子量は開始剤濃度に全く鋭敏でないこと
が示された。次表のデータは分子量が予想される値に比
べて非常に低く、開始剤濃度に関係なく全く一定のまま
であることを示す。
A=すべてのオリゴ(VDM)サンプルは、キャラクタリ
ゼーションのための非反応性物質を作るために過剰のn
−ブチルアミンとさらに反応させた。生じた開環物質は
ジエチルエーテル中に2度沈澱させ、真空で乾燥した。
B=ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)
は、一連のトーヨー・ソーダ・マニファクチュアリング
社のカラム(フェノメネックス、ランチョ・パロス・ベ
ルデ、カリホルニアから入手できるG3000、G2000および
G1000)、一つのミクロスチラゲルカラム(ウォーター
ズ・クロマトグラフィ・ディビジョン、ミリポア社、ミ
ルフォード、マサチューセッツから入手できる500
Å)、およびアナリティカル・サイエンス社(サンタ・
クララ、カルフォルニア)によりリパックされた一つの
ウォーターズミクロスチラゲルカラム(100Å)を用い
てテトラヒドロフラン(THF)溶液中で行った。分子量
はポリスチレンスタンダードとの比較により決定した。
C=用いた手順はエー・アイ・フォーゲルの“ア・テキ
ストブック・オブ・プラクティカル・オーガニック・ケ
ミストリー”、3版、ロングマン・グループ・リミテッ
ド、ロンドン、1970年、1037ページに概略が示されたそ
れであった D=ベーパーフェイズオスモメトリー(VPO)はTHF溶液
中でアロ・ラボラトリー社(ジョリエット、イリノイ)
により行われた。
実施例22〜25 この実施例は開始用の酸および溶媒の性質等のファク
ターによるオリゴマー分布の変化を示す。
下の表中の実施例はすべて、5モル%の開始用の酸お
よび0.5の溶媒重量フラクションを用いて22℃で行っ
た。
サイズ排除GPCは、ヒューレット−パッカード社製109
0−LUSI装置を用いて、THF溶液中で行った。10000未満
の分子量の物質を分離するために特別に設計されたカラ
ムセットを用いた。これは、1本の500Å×50cmカラム
と、2本の500Å×25cmカラムとから構成されていた
(ジョルディ・アソシエイツ。ミリス、マサチューセッ
ツ州)。プレッシャー・ケミカル社(ピッツバーグ、ペ
ンシルバニア州)から販売されているポリスチレン標準
を用いた。クロマトグラフィにより、生成物の大部分は
2000未満の分子量を有していることが分ったが、ある例
では、少量の約20000の中間分子量生成物が生成してい
たことが分った。
実施例26 この実施例は9までのオリゴメリ化度を有するオリゴ
マーについての具体的な証拠を提供する。
実施例25のオリゴマーを結晶皿に注ぎ、24時間風乾し
た(相対温度70%)。IR分析はアズラクトンカルボニル
吸収は消失したことを示した。部分的に加水分解したオ
リゴマーをジチオスライトールに溶解し、ファースト・
アトム・ボムバードメント(FAB)マススペクトルによ
り調べた。スペクトル中の他のピークの中で次のものが
可能なアサインメント(帰属)を有するものであった。
m/e 可能なアサインメント 611 4(VDM)+3水+1 768 5(VDM)+4水+1 925 6(VDM)+5水+1 1082 7(VDM)+6水+1 1239 8(VDM)+7水+1 1396 9(VDM)+8水+1 *=例えば4(VDM)+3水+1はアズラクトン環の3
つが水で開環、すなわち加水分解している化学的にプロ
トン化されたテトラマーを示す。
m/e=質量/電荷 実施例27 この実施例はアズラクトン環に隣接する炭素上の水素
は活性であり、2−アルケニルアズラクトン残基により
置換できることを示す。
重水素クロロホルム(3.94g)、EDM(1.41g、0.01モ
ル)およびTFA(1.25g、0.011モル)を含んだ溶液を調
製し、−78℃に冷却した。VDM(1.39g、0.01モル)をと
ぎれることなしに流れに加えた。室温まで加熱すると、
溶液は黄色にそしてわずかに粘稠になった。22℃での3
日後、1H−NMRは通常のオリゴ(VDM)スペクトルの外
に、導入されたEDMの−CHCH3−基を示す1.34ppm(テト
ラメチルシランに関して)に中心があるダブレットを含
んでいた。エレクトロンインパクトを用いたGC−MS分析
はEDM:VDMダイマー(m/e=280)の存在を明らかにし
た。この結果はアズラクトン基に隣接するメチレン水素
はオリゴメリ化反応に参加することができることを示
す。
同様にラスムセン等、ジャーナル・オブ・ポリマー・
サイエンス:ポリマー・ケミカル・エディション、1986
年、24巻、2739頁の方法により調製した2−イソプロピ
ル−4,4−ジメチルアズラクトンを上のEDMと同じ反応条
件に付した。導入された2−イソプロピル物質について
のgem−ジメチル共鳴が1.34ppmにシングレットとして1H
−NMRに認められた。GC−MS分析はm/e=294でVDMとの1:
1付加物についての分子イオンを示した。この実施例の
データはアズラクトン基に隣接するメチン水素もオリゴ
メリ化反応に参加することを示す。
実施例28 この実施例はオリゴメリ化は、プロトンまたは他のル
イス酸等の容易に1,3−シフトできるイムモニウムイオ
ンを作る物質についてのみ起ることを示す。
この試みではメチル基を除去できないインモニウムイ
オンを作る物質として用いた。VDMのオリゴメリ化をア
セトニトリル溶液(溶媒重量フラクション0.6)中22℃
で7.2、16.4および49.2モル%(VDMを基準にして)のp
−トルエンスルホン酸メチルを加えることにより調べ
た。96時間後、反応をガスクロマトグラフィーで調べ、
説明されないVDMの対応する量はそれぞれ7.8、16.5およ
び44.1モル%であった。かくしてメチル化剤は、未検出
VDMに荷電したメチル化剤における1:1対応を説明するVD
Mとの反応によりイムモニウムイオンを生成するが、VDM
はVDM−Me+インモニウムイオンと反応しない、すなわち
オリゴメリ化を受けない。可能な解釈はVDMのVDM−Me+
へのマイケル付加は本発明の酸触媒については可能な1,
3−シフトによる安定化を受けることができない不安定
なケテナミナールを作るということである。
実施例29 この実施例は感圧接着剤の架橋剤としてのオリゴ(VD
M)の利用を示す。
コポリ[イソ−オクチルアクリレート:N−ビニルピロリ
ジノン:ヒドロキシエチルメタクリレート(88:8:4 重
量/重量/重量)]の調製 次の成分をガラスびんに入れた: イソオクチルアクリレート(IOA) 66.0g N−ビニルピロリジノン(NVP) 6.0g ヒドロキシエチルメタクリレート(HEMA) 3.0g MEK 75.0g AIBN 0.15g 生じた溶液を窒素スパージを用いて脱酸素し、シール
し、55℃で24時間ラウンダーオメーター中で加熱した。
共重合体への変換は、溶媒と未反応モノマーを蒸発させ
た後、重量分析的に測定して98.8%であった。
オリゴ(VDM)の架橋剤としての評価 生じた共重合体溶液をMEKの添加により33%固体まで
希釈した。2つのコーティング溶液を作った:1)オリゴ
(VDM)を含まないコントロールおよび2)実施例3に
おけるようにして作った、接着剤中のHEMAと等モル量の
オリゴ(VDM)およびエタンスルホン酸[オリゴ(VDM)
を基準にして3モル%]を含んだ試験サンプル。その溶
液をポリエステルフィルム(0.05mm)に約0.25mmの厚さ
にナイフコートし、空気循環オーブン中100℃で10分間
乾燥して溶媒を除去し、架橋を行った。乾コート重量は
約64g/m2であった。生じた感圧テープの接着強度を標準
的な剪断強度試験により比較した(インテリム・フェデ
ラル・テスト・メソッド・スタンダード147、1963年3
月12日)。その方法では500gの荷重を6.4cm2の接着剤接
触領域から吊し、テープがスチールの板から分離するの
に要した時間を測定し、3回の試みの平均として分で記
録した。結果を次の表に示す。
サンプル 剪断応力) コントロール 24.7 テスト 47.7 この実験のデータはオリゴ(VDM)を含む配合物はコ
ントロールに比べ顕著に増大した接着強度を有すること
を示す。
本発明の様々な改変が本発明の範囲と思想から離れる
ことなしに当業者に明らかとなるであろう。本発明は実
施例に説明した例示的な態様に不当に制限されないこと
を理解すべきである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C08F 126/06 C08F 126/06 (72)発明者 ラスマッセン、ジェラルド・ケイ アメリカ合衆国 55133−3427、ミネソ タ州、セント・ポール、ポスト・オフィ ス・ボックス33427番(番地の表示なし) (72)発明者 クレプスキー、ラリー・アール アメリカ合衆国 55133−3427、ミネソ タ州、セント・ポール、ポスト・オフィ ス・ボックス33427番(番地の表示なし) (72)発明者 パスレ、サダナンド・ヴイ アメリカ合衆国 55133−3427、ミネソ タ州、セント・ポール、ポスト・オフィ ス・ボックス33427番(番地の表示なし) (56)参考文献 特開 昭59−78173(JP,A) 特開 平1−301686(JP,A) 西独国特許出願公開1770454(DE, A1) D.A.TOMALIA et a l.,Polymer Journa l,1980年,Vol.12,No.9, p.661−675 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C07D 265/10 C07D 263/42 C07D 498/14 C08F 26/06 C08F 34/00 C08F 126/06 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】その少なくとも30モル%が2−アルケニル
    基重合単位である2〜15の単位を有する2−アルケニル
    −4,4−二置換アズラクトンのアズラクトン官能性オリ
    ゴマー。
  2. 【請求項2】A、BおよびCから選択される請求項1に
    記載のオリゴマーであって、 Aは式: (式中、 R1およびR2は独立に1〜14個の炭素原子を有するアルキ
    ル基、3〜12個の炭素原子を有するシクロアルキル基、
    5〜12個の環原子を有するアリール基を表し、またはR1
    およびR2はそれらが結合する炭素原子と一緒になって4
    〜12個の環原子を有する炭素環式の環を形成し; R3およびR4は独立に水素または1〜4個の炭素原子を有
    するアルキル基であり; nは0または1であり; Azは2−位置に結合した下記式で示されるアズラクトン
    基を示す記号であって、下記式中R1、R2、R3、R4および
    nは上に定義した通りであり; Gは独立に水素、メチル並びに−CH2CH2Az、−CH2CH(A
    z)CH2CH2Az、および−CH2CH(Az)[CH2CH(Az)]pCH
    2CH2Az(pは0〜12の整数である。但しGにおけるオリ
    ゴメリ化の程度は式VIに示したオリゴマーについて2000
    の全体の数平均分子量を超えないものとする。)から選
    択される基であり; rは0または1であり;そして qは1〜12の整数である。) によって示される構造を有するオリゴマーであり、 Bは式: (式中、 AzおよびGは、式VII Aにおいて最大で一つのGは水素
    またはメチルであり、式VII BにおいてGは水素または
    メチルでないという条件で、上に定義したとおりであ
    り; Xは、そのpKaが1.2以下であるブレンステッド酸の共有
    結合的に結合したカウンターイオンであるか、またはX
    は一般式VIII (式中、R5は水素またはメチル基であり、他のすべての
    記号は前に定義したとおりである。) の3−4級化2−アルケニルアズラクトン基である。) を有するオリゴマーであり、 Cは式: (式中、Az、Gおよびqは上に定義した通りである。) を有するオリゴマーである。
  3. 【請求項3】278〜2000の範囲の数平均分子量を有し、
    該オリゴマーが少なくとも30モル%の炭素−炭素骨格セ
    グメントを有する請求の範囲第1項または第2項に記載
    のオリゴマー。
  4. 【請求項4】0.1〜50モル%の酸の存在下で少なくとも
    一つの2−アルケニルアズラクトンをオリゴメリ化し
    て、少なくとも30モル%が2−アルケニル基重合単位で
    ある2〜15の単位を有するオリゴマーを提供する工程を
    含んでなる請求の範囲第1〜3項のいずれかに記載のオ
    リゴマーの製造方法。
  5. 【請求項5】酸が1.2以下のpKaを有するブレンステッド
    酸、またはルイス酸である請求の範囲第4項に記載の方
    法。
  6. 【請求項6】ブレンステッド酸が、硫酸、塩化水素、臭
    化水素、ヨウ化水素、トリフルオロ酢酸、トリクロロ酢
    酸、トリフルオロメタンスルホン酸、p−トルエンスル
    ホン酸、過塩素酸およびエタンスルホン酸よりなる群か
    ら選択され、またはルイス酸が塩化アルミニウム、塩化
    亜鉛、三フッ化ホウ素、五塩化アンチモン、四塩化チタ
    ンおよびよう素よりなる群から選択される請求の範囲第
    5項に記載の方法。
  7. 【請求項7】2−アルケニルアズラクトンが、2−ビニ
    ル−4,4−ジメチル−2−オキサゾリン−5−オン、2
    −イソプロペニル−4,4−ジメチル−2−オキサゾリン
    −5−オン、2−ビニル−4−エチル−4−メチル−2
    −オキサゾリン−5−オン、2−ビニル−4,4−ジメチ
    ル−1,3−オキサジン−6−オンよりなる群から選択さ
    れる請求の範囲第4〜6項のいずれかに記載の方法。
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