JP3771316B2

JP3771316B2 - 不飽和アルコールを促進剤とするヒドロシリル化法

Info

Publication number: JP3771316B2
Application number: JP09546596A
Authority: JP
Inventors: マービンバンクハワード; トーマスデッカーゲイリー
Original assignee: Dow Corning Corp
Current assignee: Dow Silicones Corp
Priority date: 1995-04-17
Filing date: 1996-04-17
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2016-04-17
Also published as: JPH08291181A; EP0738730B1; US5486637A; DE69619719T2; DE69619719D1; EP0738730A3; EP0738730A2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素化ケイ素を白金触媒の存在下で不飽和の反応物と接触させ、且つ不飽和の第二及び第三アルコール又はシリル化された不飽和の第二及び第三アルコールから選ばれた促進剤と接触させるヒドロシリル化法である。これらの促進剤は、不飽和が例えばシクロペンテンやシクロヘキセンにおけるように反応物の構造の内部にある不飽和反応物のヒドロシリル化にとって殊に有効である。これらの促進剤は酸素の存在下あるいは不存在下で有効であると信じられる。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
当該技術分野においては、水素化ケイ素を含有する化合物を触媒の存在下で不飽和有機化合物と反応させることで有機ケイ素化合物を製造することが知られている。この反応は典型的に、ヒドロシリル化反応と称される。典型的に、触媒は担体上の金属白金、一般には溶媒中の、白金化合物、又は白金錯体である。
【０００３】
この従来技術の代表的なものは、米国特許第２８２３２１８号明細書及び同第３２２０９７２号明細書である。
【０００４】
ヒドロシリル化反応にとっての主要な問題の一つは、反応の完了前に触媒が失活することである。触媒の再活性化のための一つの方法は、反応混合物を酸素にさらすことであった。例えば、米国特許第４５７８４９７号明細書にはアルキルシランをヒドロシリル化するのに使用するため酸素化された白金含有触媒を使用することが開示されている。同じように、米国特許第５３５９１１１号明細書には反応混合物中の酸素の溶液濃度を存在している白金の濃度に呼応して調節することによって制御する方法が記載されている。
【０００５】
失活のほかに、当該技術のヒドロシリル化法は有機分子中の内部の不飽和結合をヒドロシリル化するのに特に有効なわけではない。
また、米国特許第５４２４４７０号明細書の特許請求の範囲（クレーム）にはヒドロシリル化反応のための促進剤として不飽和ケトンを使用することが記載されている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の発明者らは、不飽和の第二及び第三アルコール又はシリル化された不飽和の第二及び第三アルコールが白金に触媒されるヒドロシリル化法のための促進剤として働くことを思いもよらぬことに見いだした。これらの促進剤は、酸素の存在下あるいは不存在下において当該方法の収率を向上させ、そしてこれらの促進剤は有機分子の内部の不飽和結合のヒドロシリル化を促進するのに特に有効である。
【０００７】
本発明は、水素化ケイ素を白金触媒の存在下で不飽和反応物と接触させ、且つ促進剤と接触させるヒドロシリル化法である。このヒドロシリル化法は、（Ａ）式Ｒ¹ _aＨ_bＳｉＸ_4-a-b（１）で表される水素化ケイ素（この式の各Ｒ¹は炭素原子数１〜２０のアルキル基、炭素原子数４〜１２のシクロアルキル基、及びアリール基からなる群より独立に選ばれ、各Ｘはハロゲン原子又は式−ＯＲ¹により表されるオルガノオキシ基（この式のＲ¹は先に記載のとおりである）から独立に選ばれ、ａ＝０〜３、ｂ＝１〜３であり、そしてａ＋ｂ＝１〜４である）と、（Ｂ）（ｉ）置換された及び不置換の不飽和有機化合物、（ｉｉ）置換された又は不置換の不飽和有機置換基を含むケイ素化合物、及び（ｉｉｉ）（ｉ）と（ｉｉ）の混合物からなる群より選ばれた不飽和反応物を、白金化合物又は白金錯体から選ばれた白金触媒と、下記の式
【０００８】
【化３】

【０００９】
で表される不飽和の第二及び第三アルコール、並びに下記の式
【００１０】
【化４】

【００１１】
で表されるシリル化された不飽和の第二及び第三アルコールから選ばれた促進剤との存在下で接触させることを含む。これらの式中の各Ｒ²は水素原子又は炭素原子数１〜６のアルキル基から独立に選ばれ、各Ｒ³は炭素原子数１〜６のアルキル基から独立に選ばれ、ｃ＝０〜３、ｄ＝０〜３、ｃ＋ｄ＝０〜３、ｅ＝１〜４、ｆ＝１〜４、そしてｎ＝０〜１０である。
【００１２】
水素化ケイ素を不飽和反応物と接触させるのは、ヒドロシリル化法を実施するための標準タイプの反応器において行われる。これらの反応物の接触とその後の反応は、連続反応として、半連続反応として、あるいはバッチ反応として行うことができる。
【００１３】
本発明の方法において有効な水素化ケイ素は式（１）で表され、この式の各Ｒ¹は炭素原子数が１〜２０のアルキル基、炭素原子数が４〜１２のシクロアルキル基、及びアリール基からなる群より独立に選ばれ、ａ＝０〜３、ｂ＝１〜３、そしてａ＋ｂ＝１〜４である。
【００１４】
式（１）において、各Ｒ¹は炭素原子数１〜６のアルキル基からなる群から独立に選ばれるのが好ましい。もっと一層好ましいのは、各Ｒ¹がメチル基である場合である。
【００１５】
式（１）において、各Ｘはハロゲン原子、又は式−ＯＲ¹（ここでのＲ¹は先に定義されたとおりである）により表されるオルガノオキシ基から独立に選ばれる。好ましいのは、Ｘが塩素である場合である。
【００１６】
本発明の方法において有用である、式（１）により表される水素化ケイ素の例には、トリメチルシラン、ジメチルシラン、トリエチルシラン、ジクロロシラン、トリクロロシラン、メチルジクロロシラン、ジメチルクロロシラン、エチルジクロロシラン、シクロペンチルジクロロシラン、メチルフェニルクロロシラン、（３，３，３−トリフルオロプロピル）ジクロロシラン、及びメチルメトキシクロロシランが含まれる。好ましい式（１）の水素化ケイ素は、メチルジクロロシラン又はジクロロシランから選ばれる。
【００１７】
水素化ケイ素を、（ｉ）置換された及び不置換の不飽和有機化合物、（ｉｉ）置換された又は不置換の不飽和有機置換基を含むケイ素化合物、及び（ｉｉｉ）（ｉ）と（ｉｉ）の混合物からなる群より選ばれた不飽和反応物と接触させる。本発明について言えば、「不飽和」とは化合物が少なくとも一つの炭素−炭素二重結合を含むことを意味する。
【００１８】
本発明の方法において有効な不飽和反応物の具体的な例には、炭素原子数が少なくとも４である不置換のシクロアルケン化合物、炭素原子数が少なくとも４である置換されたシクロアルケン化合物、炭素原子数が２〜３０である線状アルケン化合物、炭素原子数が４〜３０である枝分かれしたアルケン化合物、及び上記の化合物のうちのいずれかの２種以上のものの混合物が含まれる。
【００１９】
本発明の方法において有効な置換されたシクロアルケン化合物及び不置換のシクロアルケン化合物は、環中に１又は２以上の不飽和炭素−炭素結合を含むものである。不置換のシクロアルケン化合物は、例えば、シクロブテン、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロヘプテン、シクロオクテン、シクロペンタジエン、１，３−シクロヘキサジエン及び１，３，５−シクロヘプタトリエンである。置換された不飽和化合物には、例えば、３−メチルシクロペンテン、３−クロロシクロブテン、４−フェニルシクロヘキセン及び３−メチルシクロペンタジエンが含まれる。好ましいシクロアルケン化合物はシクロヘキセンとシクロペンテンであり、シクロヘキセンが最も好ましい。
【００２０】
本発明の方法において有用なこのほかの不飽和有機化合物は、線状の及び枝分かれしたアルケニル化合物であり、それらには、例えば、末端に不飽和のある化合物、例として１−ヘキセン及び１，５−ヘキサジエンの如きものや、内部に不飽和のある化合物、例としてｔｒａｎｓ−２−ヘキセンのようなものや、アリール含有不飽和化合物、例としてスチレン又はα−メチルスチレンのようなものが含まれる。
【００２１】
不飽和反応物は、ハロゲンや、酸、無水物、アルコール、エステル及びエーテルの形態での酸素や、窒素を含むこともできる。本発明の方法では、上記の不飽和有機化合物のうちの２種以上を使用することもできる。
【００２２】
ハロゲンを含む不飽和有機化合物には、例えば、塩化ビニル、塩化アリル、臭化アリル、ヨウ化アリル、塩化メタリル、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、テトラフルオロエチレン、クロロプレン、塩化ビニリデン及びジクロロスチレンが含まれる。
【００２３】
酸素を含む適当な不飽和有機化合物には、例えば、アリルエーテル及びビニルエーテルのようなエーテル類や、アリルアルコール（ビニルカルビノール）、メチルビニルカルビノール及びエチニルジメチルカルビノールのようなアルコール類や、アクリル酸、メタクリル酸、ビニル酢酸、オレイン酸、ソルビン酸及びリノレン酸の如き酸類や、酢酸ビニル、酢酸アリル、酢酸ブテニル、ステアリン酸アリル、アクリル酸メチル、クロトン酸エチル、コハク酸ジアリル及びフタル酸ジアリルといったようなエステル類が含まれる。適当な窒素含有不飽和有機化合物には、例えば、インジゴ、インドール、アクリロニトリル及びシアン化アリルが含まれる。
【００２４】
不飽和有機化合物の定義に具体的に含まれるのは、下記のような有機官能性部分により置換されたものである。
【００２５】
【化５】

【００２６】
不飽和有機化合物は、例えば式（ＣＨ₂＝ＣＨ（ＣＨ₂）_g）_hＲ¹ _iＳｉ（ＯＲ¹）_4-h-i及び（ＣＨ₂＝ＣＨ（ＣＨ₂）_g）_hＲ¹ _iＳｉＣｌ_4-h-iで表される、置換された及び不置換の有機置換基を含むケイ素化合物である。上記の式中のＲ¹は先に記載されたとおりであり、ｇ＝０〜１２、ｈ＝１〜３、ｉ＝０〜３、そしてｈ＋ｉ＝１〜４である。
【００２７】
水素化ケイ素と不飽和反応物との接触の前に、当該不飽和反応物を処理あるいは精製することが好ましいかもしれない。有効な方法は、不飽和の有機化合物を処理あるいは精製するために当該技術分野において知られているものであって、それらには蒸留と、例えば活性アルミナ又はモレキュラーシーブといったような吸着剤での処理が含まれる。
【００２８】
本発明の方法において使用される水素化ケイ素と不飽和反応物の相対的な量は、広い範囲内で変えることができる。ケイ素に結合した水素原子当たりに一つの不飽和炭素−炭素結合が化学量論的であるが、本発明の方法を化学量論的条件で実施する必要はない。一般には、本発明の方法は化学量論的に過剰の水素化ケイ素を用いて実施されるのが好ましい。好ましいのは、本発明の方法を０．１〜１０％化学量論的に過剰の水素化ケイ素を用いて実施する場合である。とは言え、安全上の理由から、例えば水素化ケイ素がジクロロシランである場合には、過剰の不飽和反応物を用いて本発明の方法を実施するのが好ましいことがある。
【００２９】
水素化ケイ素と不飽和反応物とは、白金化合物又は白金錯体から選ばれた白金触媒の存在下で接触させられる。水素化ケイ素と不飽和有機化合物の不飽和の炭素−炭素結合との反応をもたらす任意の白金含有物質が、本発明において有効である。有効な白金触媒の例は、米国特許第４５７８４９７号、同第３２２０９７２号及び同第２８２３２１８号各明細書に記載されている。
【００３０】
白金触媒は、例えば、塩化白金酸、塩化白金酸六水和物、Ｋａｒｓｔｅｄｔ触媒（すなわち塩化白金酸とｓｙｍ−ジビニルテトラメチルジシロキサンとの錯体）、ジクロロビス（トリフェニルホスフィン）白金（ＩＩ）、ｃｉｓ−ジクロロビス（アセトニトリル）白金（ＩＩ）、ジカルボニルジクロロ白金（ＩＩ）、塩化白金及び酸化白金でよい。
【００３１】
好ましい白金触媒は、塩化白金酸、塩化白金酸六水和物、及び塩化白金酸又は二塩化白金とｓｙｍ−ジビニルテトラメチルジシロキサンとの中和された錯体のような白金−ビニルシロキサン錯体から選ばれる。
【００３２】
一般に、不飽和反応物によってプロセスに加えられた不飽和炭素−炭素結合１０億モル当たり少なくとも１モルの白金を供給する濃度の白金触媒が、本発明の方法において有効である。不飽和反応物によって加えられた不飽和炭素−炭素結合１，０００モル当たり１モル程度の白金を供給する高い濃度の白金触媒が有効であることがある。所望ならば、もっと高濃度の白金を使用してもよい。白金触媒の好ましい濃度は、不飽和炭素−炭素結合１×１０⁶モル当たり１〜１０００モルの白金を供給する濃度である。
【００３３】
白金触媒は、取り扱いを容易にするため、また典型的に必要とされる少量を測定するのを容易にするために、溶媒に溶解してもよい。適当な溶媒には、例えば、無極性炭化水素溶媒、例としてベンゼン、トルエン及びキシレンといったようなもの、あるいは極性溶媒、例としてアルコール類、ケトン類、グリコール類及びエステル類の如きものが含まれる。
【００３４】
本発明の方法は、式（２）と（３）で表される不飽和の第二及び第三アルコール、及び式（４）と（５）で表されるシリル化された不飽和の第二及び第三アルコールからなる群より選ばれた促進剤の存在下で実施される。これらの式において、各置換基Ｒ²は水素原子又は炭素原子数１〜６のアルキル基から独立に選ばれる。水素のほかに、Ｒ²はメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基及びヘキシル基でもよい。好ましいのはＲ²が水素原子又はメチル基から選ばれる場合である。式（２）と（４）において、各Ｒ³は、Ｒ²ついて説明したとおりの炭素原子数１〜６のアルキル基から独立に選ばれる。好ましいのはＲ³がメチル基である場合である。式（４）と（５）においては、Ｒ¹はメチル基で有るのが好ましい。
【００３５】
式（３）と（５）において、ｎは０〜１０の値を有する。好ましいのはｎが３の場合である。式（４）と（５）により表されるシリル化された不飽和の第二及び第三アルコールにおいて、ｃは０〜３の値、ｄは０〜３の値、そしてｃ＋ｄは０〜３の値を持つ。式（４）において、ｅは１〜４の値を有する。好ましいのはｅが１の値である場合である。式（５）において、ｆは０〜４の値を持つ。好ましいのはｆが１の値を持つ場合である。
【００３６】
式（４）と（５）において、各Ｘはハロゲン原子又は式−ＯＲ¹により表されるオルガノオキシ基から独立に選ばれ、ここでのＲ¹は先に記載されたとおりである。好ましいのは、Ｘが塩素原子である場合である。
【００３７】
本発明の方法で使用するための好ましい促進剤は、２−メチル−３−ブテン−２−オール又はシリル化された２−メチル−３−ブテン−２−オール（すなわち２−トリメチルシロキシ−２−メチル−３−ブテン）から選ばれる。
【００３８】
有効濃度の促進剤が本発明の方法に加えられ、ここでの有効濃度は、水素化ケイ素と不飽和有機化合物との反応の開始を促進し、反応の速度を加速し、あるいは当該方法での触媒の反応性喪失を減少させる濃度である。促進剤の有用な有効濃度は一般に、不飽和反応物の重量の０．０１〜２０重量％の範囲内にある。好ましいのは、促進剤が不飽和反応物の重量の０．１〜１０重量％である場合である。促進剤は、白金触媒とのプレミックスとしてプロセスに加えられ、あるいは別個に加えらえる。
【００３９】
本発明の方法を実施する温度は、一般に、−１０℃から２２０℃までの範囲内にある。１５〜１７０℃の温度で本発明の方法を実施するのが好ましい。本発明の方法のために最も好ましい温度は３０〜１５０℃の範囲内である。
【００４０】
【実施例】
〔例１〕
種々のアルコールを、白金触媒の存在下でそれらがメチルジクロロシランとシクロヘキセンとの反応を促進する能力について評価した。
【００４１】
アルゴンでパージしそしてガスシールした壜でストック混合物を調製した。このストック混合物は、１３Ｘモレキュラーシーブで処理したシクロヘキセン中に４モル％過剰のメチルジクロロシランを含んでいた。次に、１モルのシクロヘキセン当たり３．７×１０^-5〜６×１０^-5モルの白金を、白金−ジビニルシロキサン錯体としてストック混合物に加えた。次いで、この触媒入りストック溶液のアリコートをアルゴンパージしたガラス管に移した。これらのガラス管には、表１に示したアルコールがガラス管に加えた全シクロヘキセン当たり１重量％というアルコール濃度で入っていた。これらの管をアルゴンパージ下でヒートシールし、そして８０℃で３時間加熱した。その後、管を冷却し、内容物を熱伝導率型検出器を使用するガスクロマトグラフィー（ＧＣ−ＴＣ）により分析した。この分析の結果は、シクロヘキセンの面積を差し引いたＧＣ−ＴＣトレース下でのメチル（シクロヘキシル）ジクロロシラン（ＭｅＣ_HＳｉＣｌ₂）の標準化された面積の割合として表１に報告されている。これらの結果は、かっこ内に示された数の実験の平均値として提示されている。
【００４２】
【表１】

【００４３】
〔例２〕
各種の不飽和アルコールが白金触媒の存在下でジクロロシランとシクロペンテンとの反応を促進する能力を評価した。
【００４４】
アルゴンでパージしそしてガスシールした壜で、シクロペンテン中に１４．２重量％のジクロロシランを含むストック混合物を調製した。この混合物のアリコートをアルゴンパージしたガラス管に移した。これらのガラス管には、１モルのジクロロシラン当たり７×１０^-4モルの白金を供給する白金−ジビニルシロキサン錯体が入っていた。次いで、全質量を基にして２重量％を供給する不飽和アルコール又はシリル化された不飽和アルコールを管に加えた。これらの管をアルゴンガスシール下でヒートシールし、そして１２０℃で１時間加熱した。その後、管を冷却し、内容物をＧＣ−ＴＣにより分析した。この分析の結果は、シクロペンテンの面積を差し引いたＧＣ−ＴＣトレース下でのシクロペンチルジクロロシラン（ＣｐＨＳｉＣｌ₂）とジシクロペンチルジクロロシラン（Ｃｐ₂ＳｉＣｌ₂）の標準化された面積の割合として表２に報告されている。
【００４５】
【表２】

【００４６】
〔例３〕
２−シクロヘキセン−１−オールが白金触媒の存在下でメチルジクロロシランとシクロヘキセンとの反応を促進する能力を評価した。機械式攪拌機と冷却器を取り付けたアルゴンパージしたフラスコに、１３Ｘモレキュラーシーブで処理したシクロヘキセン７８ｇと、０．８ｇの２−シクロヘキセン−１−オールと、メチルジクロロシラン１モル当たりに１．４×１０^-4モルの白金を供給する白金−ジビニルシロキサン錯体を加えた。この混合物をアルゴンパージ下で８０℃に加熱し、次いで１０４ｇのメチルジクロロシランを２ｍｌ／ｍｉｎの速度で加えた。メチルジクロロシランを加える間に、発熱反応が起こって反応混合物の温度が９８℃に上昇した。冷却してから、フラスコの内容物をＧＣ−ＴＣで分析して、９１．２面積％のシクロヘキシルメチルジクロロシランを含有していることが分かった。

Claims

（Ａ）式Ｒ¹ _aＨ_bＳｉＸ_4-a-bで表される水素化ケイ素（この式の各Ｒ¹は炭素原子数１〜２０のアルキル基、炭素原子数４〜１２のシクロアルキル基、及びアリール基からなる群より独立に選ばれ、各Ｘはハロゲン原子又は式−ＯＲ¹により表されるオルガノオキシ基（この式のＲ¹は先に記載のとおりである）から独立に選ばれ、ａ＝０〜３、ｂ＝１〜３であり、そしてａ＋ｂ＝１〜４である）と、（Ｂ）（ｉ）置換された及び不置換の不飽和有機化合物、（ｉｉ）置換された又は不置換の不飽和有機置換基を含むケイ素化合物、並びに（ｉｉｉ）（ｉ）と（ｉｉ）の混合物からなる群より選ばれた不飽和反応物を、白金化合物又は白金錯体から選ばれた白金触媒と、下記の式

で表される不飽和の第二及び第三アルコール、並びに下記の式

で表されるシリル化された不飽和の第二及び第三アルコールから選ばれた促進剤（これらの促進剤の式中の各Ｒ²は水素原子又は炭素原子数１〜６のアルキル基から独立に選ばれ、各Ｒ³は炭素原子数１〜６のアルキル基から独立に選ばれ、ｃ＝０〜３、ｄ＝０〜３、ｃ＋ｄ＝０〜３、ｅ＝１〜４、ｆ＝１〜４、そしてｎ＝０〜１０である）との存在下で接触させることを含むヒドロシリル化法。