JP3972100B2 - Method for producing polyester using aluminum metal compound catalyst - Google Patents
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Description
本発明は、新規なポリエステル製造用開環重合触媒、及び該触媒を使用したポリエステルの製法に関する。 The present invention relates to a novel ring-opening polymerization catalyst for producing a polyester and a method for producing a polyester using the catalyst.
これまで、開環重合触媒を使用してラクトン類からポリエステルを生産する方法は、多数知られているが、これらは100度以上の加熱条件下、あるいは空気中において不安定な化合物を触媒として用いている。具体的な例としては、ε−カプロラクトン(2−オキセパノン)の開環重合法としては、100度以上に加熱する方法や、アルミニウム金属化合物、例えば、アルミニウムイソプロポキシドをもちいたカプロラクトンの開環重合があげられる(非特許文献1)。このアルミニウムイソプロポキシドを触媒としてもちいるε−カプロラクトンの開環重合はリビング重合が進行し、分子量分布の狭い、ポリカプロラクトンを得ることができる。 So far, many methods for producing polyesters from lactones using a ring-opening polymerization catalyst are known, but these use a compound that is unstable under heating conditions of 100 ° C. or in the air as a catalyst. ing. As a specific example, as a ring-opening polymerization method of ε-caprolactone (2-oxepanone), a method of heating to 100 ° C. or more, or a ring-opening polymerization of caprolactone using an aluminum metal compound, for example, aluminum isopropoxide. (Non-Patent Document 1). In the ring-opening polymerization of ε-caprolactone using this aluminum isopropoxide as a catalyst, living polymerization proceeds and polycaprolactone having a narrow molecular weight distribution can be obtained.
しかしながら、触媒としてもちいているアルミニウム化合物は水分や酸素にさらされると不安定であり、反応系は完全に乾燥された器具をもちいモノマーや触媒、添加物を高度に精製、乾燥しなければならず、さらに、これらの重合反応は窒素雰囲気下で行わなければならなかった。また、最近、穏和な条件、立体規則性の制御などを目的に加水分解酵素であるリパーゼの逆反応を利用した酵素開環重合が精力的に検討されている(非特許文献2、3)。しかしながら、酵素が高価であること、生成したポリマーから酵素を取り除くのが難しいこと等、実用化に向けてはまだまだ解決すべき点が多い。 However, aluminum compounds used as catalysts are unstable when exposed to moisture and oxygen, and the reaction system must be fully dried and the monomers, catalysts and additives must be highly purified and dried. Furthermore, these polymerization reactions had to be performed under a nitrogen atmosphere. Recently, energetic studies have been conducted on enzyme ring-opening polymerization using a reverse reaction of lipase, which is a hydrolase, for the purpose of controlling mild conditions and stereoregularity (Non-patent Documents 2 and 3). However, there are still many points to be solved for practical use, such as the fact that the enzyme is expensive and it is difficult to remove the enzyme from the produced polymer.
一方、本発明者らは、室温付近から100度程度の範囲で重合活性のある空気や微量の水に安定な希土類金属化合物によるラクトン類の重合方法を開発している(非特許文献4、特願2002−118374)
しかしながら、当該方法は、カプロラクトンの開環重合において反応時間が長く60度で48時間必要とし、改善すべき点が残されていた。
On the other hand, the present inventors have developed a method for polymerizing lactones with a rare earth metal compound that is stable in air or a small amount of water having a polymerization activity in the range from about room temperature to about 100 ° C. (Application 2002-118374)
However, this method requires a long reaction time of 60 ° C. and 48 hours in the ring-opening polymerization of caprolactone, and there are still points to be improved.
以上のような事情に鑑み、本発明の課題は、モノマー等反応媒体に残存する微量の水や空気中の酸素等により活性が低下せず、室温付近から100度程度の範囲でもより活性が高い、新規なポリエステル製造用開環重合触媒を提供し、さらに、該触媒を用いてポリエステルを有利に製造しようとするものである。 In view of the circumstances as described above, the problem of the present invention is that the activity is not lowered by a minute amount of water remaining in the reaction medium such as a monomer or oxygen in the air, and the activity is higher in the range from about room temperature to about 100 degrees. The present invention provides a novel ring-opening polymerization catalyst for producing a polyester, and further intends to advantageously produce a polyester using the catalyst.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、3個のパーフルオロアルキル基配位子部分とアルミニウム金属からなる化合物を触媒として用いることにより、ラクトン類、ラクチド類の開環重合において、室温付近から100度程度の範囲で、原料モノマーの高度な精製工程や窒素雰囲気下などの特殊条件をもちいることなく、簡便なシステムで、かつ省エネルギーで重合反応が進行することを見出すとともに、さらに、環状酸無水物及び環状エーテルを原料モノマーとした場合にも、重合反応が進行しポリエステルが製造しうることを見いだし、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have developed a lactone and a lactide by using a compound comprising three perfluoroalkyl group ligand moieties and an aluminum metal as a catalyst. In the ring polymerization, the polymerization reaction can proceed in a simple system and with energy saving in the range from about room temperature to around 100 degrees, without using advanced conditions for raw material monomers and special conditions such as under nitrogen atmosphere. In addition, the inventors have found that when a cyclic acid anhydride and a cyclic ether are used as raw material monomers, the polymerization reaction proceeds to produce a polyester, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明は、以下の(1)〜(5)に係るものである。
(1)下記一般式 I
Al(OSO2R1)(OSO2R2)(OSO2R3)・・一般式I
(式中、R1,R2,R3は、それぞれ同一または異なっていてもよいパーフルオロアルキル基を示し、Alはアルミニウムを示す。)
で表されるアルミニウム化合物からなる、ポリエステル製造に用いる、ラクトン又はラクチド類の開環重合用触媒。
(2)ラクトン類又はラクチド類から開環重合反応によりポリエステルを製造する方法において、触媒として上記(1)に記載のアルミニウム化合物を用いることを特徴とするポリエステルの製造方法。
(3)開環重合反応に供されるラクトン類又はラクチド類が、それぞれ単独、または複数種の混合物であることを特徴とする上記(2)に記載のポリエステルの製造方法。
(4)開環重合反応系において、水、若しくは1価又は多価アルコールを含有することを特徴とする、上記(2)又は(3)に記載のポリエステルの製造方法。
That is, the present invention relates to the following (1) to (5).
(1) The following general formula I
Al (OSO 2 R 1 ) (OSO 2 R 2 ) (OSO 2 R 3 ) .. General formula I
(Wherein, R 1, R 2, R 3 are each the same or different which may be a perfluoroalkyl group, Al represents aluminum.)
A catalyst for ring-opening polymerization of lactones or lactides, which is used for the production of polyester, comprising an aluminum compound represented by the formula:
(2) A process for producing a polyester from a lactone or lactide by a ring-opening polymerization reaction, wherein the aluminum compound described in (1) above is used as a catalyst.
(3) The method for producing a polyester as described in (2) above, wherein the lactone or lactide to be subjected to the ring-opening polymerization reaction is each alone or a mixture of plural kinds.
(4) The method for producing a polyester as described in (2) or (3) above, wherein the ring-opening polymerization reaction system contains water or a monovalent or polyhydric alcohol.
本発明によれば、ポリエステルを開環重合により製造するに際し、従来のように、重合反応を窒素雰囲気下で行ったり、原料モノマーから微量の水分あるいは不純物を除去する等の精製工程あるいは触媒の乾燥工程等の工程を必要とせず、さらに、重合温度も比較的低温度でよいため、極めて簡便なシステムでかつ省エネルギーでポリエステルを製造できる。また、本発明のポリエステル製造法を用いることにより、微量水分を含む酵素や種々の薬剤をポリマー中に分散させたポリエステルを製造、提供することができ、ドラッグデリバリーシステムへの応用が期待できる。 According to the present invention, when a polyester is produced by ring-opening polymerization, as in the past, the polymerization reaction is carried out in a nitrogen atmosphere, or a purification process such as removing traces of moisture or impurities from the raw material monomer, or drying of the catalyst Since a process such as a process is not required and the polymerization temperature may be relatively low, the polyester can be produced with an extremely simple system and energy saving. In addition, by using the method for producing a polyester of the present invention, it is possible to produce and provide a polyester in which an enzyme containing a trace amount of water and various drugs are dispersed in a polymer, and application to a drug delivery system can be expected.
本発明のポリエステル製造用開環重合触媒として用いるアルミニウム金属化合物は、下記一般式一般式I
Al(OSO2R1)(OSO2R2)(OSO2R3)・・一般式I
(式中、R1,R2,R3は、それぞれ同一または異なっていてもよいパーフルオロアルキル基を示し、Alはアルミニウムを示す。)
で示される化学構造式で表される。
該化合物は一般式Iから明らかなように、パーフルオロアルキルスルホン酸配位子部分とアルミニウム原子が結合していることを特徴とする化合物である。
The aluminum metal compound used as the ring-opening polymerization catalyst for producing the polyester of the present invention is represented by the following general formula I
Al (OSO 2 R 1 ) (OSO 2 R 2 ) (OSO 2 R 3 ) .. General formula I
(In the formula, R 1 , R 2 and R 3 each represent a perfluoroalkyl group which may be the same or different, and Al represents aluminum.)
It is represented by the chemical structure represented by
As apparent from the general formula I, the compound is a compound characterized in that a perfluoroalkylsulfonic acid ligand moiety and an aluminum atom are bonded.
これらのパーフルオロアルキル基は、異なっていても、同一であってもよいが、好ましくは3個のR1、R2、R3が同一であることが望ましい。このパーフルオロアルキル基は、直鎖状もしくは分岐鎖を含むパーフルオロアルキル基、あるいは環状のパーフルオロアルキル基のいずれもであってもよい。パーフルオロアルキル基の炭素数は1〜10、好ましくは1〜6、より好ましくは1〜3である。アルキル基の具体例としては、例えば、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、パーフルオロプロピル基、パーフルオロシクロヘキシル基等が挙げられる。 These perfluoroalkyl groups may be different or the same, but it is preferable that three R 1 , R 2 and R 3 are preferably the same. The perfluoroalkyl group may be either a linear or branched perfluoroalkyl group or a cyclic perfluoroalkyl group. The carbon number of the perfluoroalkyl group is 1 to 10, preferably 1 to 6, and more preferably 1 to 3. Specific examples of the alkyl group include a trifluoromethyl group, a pentafluoroethyl group, a perfluoropropyl group, and a perfluorocyclohexyl group.
本発明のアルミニウム化合物触媒を用いるポリエステルの開環重合法は、文献未記載の新規重合法であり、該重合法によれば、例えば、以下の環状モノマーを原料としてポリエステルを製造する。
(1)以下の一般式IIで表されるラクトン類
(2)以下の一般式IIIで表される環状ジエステル構造を有するラクチド類
(1) Lactones represented by the following general formula II
(2) Lactides having a cyclic diester structure represented by the following general formula III
(3)下記一般式IVで示されるジカルボン酸を脱水して環化した環状酸無水物及び下記一般式Vで示されるジオールを脱水して環化した環状エーテル
本発明の上記アルミニウム金属化合物触媒は、特に、上記(1)、(2)式に示したラクトン類、ラクチド類から、開環重合により、ポリエステルを製造し得るという点にその機能上の特徴を有する。
(3) A cyclic acid anhydride obtained by dehydrating and cyclizing a dicarboxylic acid represented by the following general formula IV and a cyclic ether obtained by dehydrating and cyclizing a diol represented by the following general formula V
The aluminum metal compound catalyst of the present invention has a functional feature in that a polyester can be produced by ring-opening polymerization from the lactones and lactides shown in the above formulas (1) and (2). Have.
本発明において、アルミニウム金属化合物により開環重合される原料モノマーである一般式IIで示されるラクトン類としては、式中のアルキレン基の炭素数が、3〜15の化合物が好ましく、4〜14の化合物がさらに好ましい。
アルキレン基の具体例としては、例えば、テトラメチレン、ペンタメチレン、デカメチレン、テトラデカ(14)メチレン等が挙げられ、具体的な化合物名を挙げると、δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトン、オキサシクロドデカン−2−オン、オキサシクロヘキサデカン−2−オン等である。
In the present invention, the lactones represented by the general formula II, which is a raw material monomer that undergoes ring-opening polymerization with an aluminum metal compound, is preferably a compound having 3 to 15 carbon atoms in the formula, preferably 4 to 14 carbon atoms. More preferred are compounds.
Specific examples of the alkylene group include, for example, tetramethylene, pentamethylene, decamethylene, tetradeca (14) methylene and the like. Specific compound names include δ-valerolactone, ε-caprolactone, oxacyclododecane- 2-one, oxacyclohexadecan-2-one and the like.
一般式IIIで示されるラクチド類としては、式中のアルキレン基が、直鎖状あるいは分岐状のアルキレン基で、炭素数が1または2のものが好ましく、アルキレン基の具体例としては、例えば、メチレン、メチルメチレン等が挙げられ、具体的化合物名を挙げると、グリコリド、ラクチド等である。 As the lactides represented by the general formula III, the alkylene group in the formula is a linear or branched alkylene group having 1 or 2 carbon atoms, and specific examples of the alkylene group include, for example, Examples include methylene and methylmethylene, and specific compound names include glycolide and lactide.
一般式IVの環状酸無水物としては、式中のアルキレン基が、直鎖状のアルキレン基で、炭素数が2または3のものが好ましく、より好ましくは炭素数が2のものが好ましく、アルキレン基の具体例としては、例えば、エチレン、プロペン等が挙げられ、具体的化合物名を挙げると、無水コハク酸、無水グルタル酸等である As the cyclic acid anhydride of the general formula IV, the alkylene group in the formula is a linear alkylene group, preferably having 2 or 3 carbon atoms, more preferably having 2 carbon atoms. Specific examples of the group include, for example, ethylene, propene and the like, and specific compound names include succinic anhydride, glutaric anhydride and the like.
一般式Vの環状エーテルとしては、式中のアルキレン基が、直鎖状のアルキレン基で、炭素数が3から5のものが好ましく、より好ましくは炭素数が4のものが好ましく、アルキレン基の具体例としては、例えば、プロペン、ブテン、ペンテン等が挙げられ、具体的化合物名を挙げると、オキセタン、テトラヒドロフラン、テトレヒドロピラン等である As the cyclic ether of the general formula V, the alkylene group in the formula is a linear alkylene group, preferably having 3 to 5 carbon atoms, more preferably having 4 carbon atoms. Specific examples include propene, butene, pentene and the like, and specific compound names include oxetane, tetrahydrofuran, tetrehydropyran and the like.
この発明のアルミニウム金属化合物触媒を用いる開環重合においては、重合速度を向上させるため及び分子量を制御するために反応系に、水、若しくは1価又は多価アルコールを含有させることができる。これらは、反応系に添加するかあるいは未精製の原料モノマーを原料として使用することに付随して、結果的に反応系に含有されるものであってもよい。なお、本明細書において多価アルコールとは2個以上の水酸基を有する化合物をいう。
本発明で使用するアルコールとしては、炭素数1〜10個のアルコールが好ましく、さらに好ましくは炭素数1〜4の低級脂肪族アルコールが挙げられる。また、水酸基の数は1〜4個のものが好ましい。
In the ring-opening polymerization using the aluminum metal compound catalyst of the present invention, water or a monovalent or polyhydric alcohol can be contained in the reaction system in order to improve the polymerization rate and to control the molecular weight. These may be added to the reaction system, or may be contained in the reaction system as a result accompanying the use of an unpurified raw material monomer as a raw material. In this specification, a polyhydric alcohol refers to a compound having two or more hydroxyl groups.
As alcohol used by this invention, a C1-C10 alcohol is preferable, More preferably, a C1-C4 lower aliphatic alcohol is mentioned. The number of hydroxyl groups is preferably 1 to 4.
好ましいアルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール等の一価アルコール、1,3−プロパンジオール、1,4ブタンジオール、1,5−ヘキサンジオール等の2価アルコール、グリセリン等の3価アルコールおよびペンタエリスリトール等の4価アルコール等が挙げられる。また、上記のアルコールの混合物、水との混合物を用いてもよい。 Preferred alcohols include, for example, monohydric alcohols such as methanol, ethanol, and propanol, dihydric alcohols such as 1,3-propanediol, 1,4 butanediol, and 1,5-hexanediol, trihydric alcohols such as glycerin, and the like. And tetrahydric alcohols such as pentaerythritol. Moreover, you may use the mixture with said alcohol mixture and water.
この中で、本発明のアルミニウム金属化合物触媒による開環重合において、最大の収量、分子量を得る目的としては、グリセリンを添加することがより好ましい。
また、水又はアルコールの添加量は、添加したモノマーの重量に対して、0.01〜10wt%、好ましくは0.5〜2wt%、より好ましくは1wt%である。
Among these, in the ring-opening polymerization using the aluminum metal compound catalyst of the present invention, it is more preferable to add glycerin for the purpose of obtaining the maximum yield and molecular weight.
Moreover, the addition amount of water or alcohol is 0.01-10 wt% with respect to the weight of the added monomer, Preferably it is 0.5-2 wt%, More preferably, it is 1 wt%.
前記反応を実施する場合、通常反応溶媒を用いず、モノマー液を媒体として重合反応(バルク重合)を行うが、一般的な有機溶媒を用いてもよい。有機溶媒を用いる場合には、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類、ペンタン、ヘキサン等の脂肪族飽和炭化水素類等、メチレンクロリド、クロロホルム等の含塩素炭化水素類、アセトン、1,4−ジオキサン、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホオキシド等が挙げられる。また、上記の有機溶媒に水を混合した混合懸濁溶媒を用いてもよい。 When the reaction is carried out, the polymerization reaction (bulk polymerization) is usually performed using the monomer liquid as a medium without using a reaction solvent, but a general organic solvent may be used. When using an organic solvent, aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene, ethers such as diethyl ether, dibutyl ether and tetrahydrofuran, aliphatic saturated hydrocarbons such as pentane and hexane, methylene chloride, chloroform and the like Chlorinated hydrocarbons, acetone, 1,4-dioxane, dimethylformamide, dimethyl sulfoxide and the like can be mentioned. Moreover, you may use the mixed suspension solvent which mixed water with said organic solvent.
本発明において触媒として使用する上記アルミニウム金属化合物は、空気中で安定な化合物であり、また、空気中や添加するモノマー中に残存する水分や酸素によって分解されないため、非常に簡便なシステムでラクトン類、ラクチド類あるいは環状酸無水物及び環状エーテルを開環重合させ、ポリエステルを生産することが可能になる点で、極めて有利な性質を有する。また、モノマーが室温で液体のラクトン類の場合、室温から60℃付近でもこの触媒は重合活性がかなり高いため安全、省エネルギーでかつ低コストでポリエステルを生産することを可能にする点でも優れた性質を有する。
次に本発明を実施例によってさらに具体的に説明する。
The aluminum metal compound used as a catalyst in the present invention is a compound that is stable in the air and is not decomposed by moisture or oxygen remaining in the air or in the monomer to be added. Furthermore, it has extremely advantageous properties in that a lactide or a cyclic acid anhydride and a cyclic ether can be subjected to ring-opening polymerization to produce a polyester. In addition, when the monomer is a lactone that is liquid at room temperature, this catalyst has a very high polymerization activity even from room temperature to around 60 ° C., so that it has excellent properties in that it enables production of polyester at a low cost and safety, energy saving. Have
Next, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
ガラス製蓋付き10mLバイアル瓶に市販品であるε−カプロラクトンを未精製のままで1140mg(10mmol)、アルミニウムトリフルオロメタンスルホン酸9.5mg(0.02mmol)、グリセリン6.2mg(0.067mmol)を空気雰囲気下で入れ、蓋をし、よく混合してから、60℃の恒温槽の中に入れ重合反応を行い、所定時間毎に取り出し、中身を取り出し、10mLのクロロホルムに溶解させて後に300mLのメタノールと混ぜ合わせることにより、析出してきたポリマーを濾紙で濾過することにより回収する。得られたポリマーは、24時間、室温にて減圧乾燥することにより、残存する溶媒を除去する。乾燥したポリマーを秤量し、加えたモノマー重量で割ることにより、収率を計算した。得られたポリマーの数平均分子量(Mn)と分子量分布分散度(Mw/Mn)をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。各反応時間毎に得られたポリエステルの収量、Mn及びMw/Mnを表1に示す。 In a 10 mL vial with a glass lid, 1140 mg (10 mmol) of commercially available ε-caprolactone, 9.5 mg (0.02 mmol) of aluminum trifluoromethanesulfonic acid, 6.2 mg (0.067 mmol) of glycerin were left unpurified. Put in an air atmosphere, cover and mix well, then place in a constant temperature bath at 60 ° C. to conduct the polymerization reaction, take out every predetermined time, take out the contents, dissolve in 10 mL of chloroform, and then add 300 mL of By mixing with methanol, the precipitated polymer is recovered by filtering with a filter paper. The obtained polymer is dried under reduced pressure at room temperature for 24 hours to remove the remaining solvent. The yield was calculated by weighing the dried polymer and dividing by the added monomer weight. The number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution dispersity (Mw / Mn) of the obtained polymer were measured by gel permeation chromatography (GPC). Table 1 shows the polyester yield, Mn, and Mw / Mn obtained for each reaction time.
表1の結果から明らかなように、反応時間わずか3時間で収量分子量ともに、定常に達し、収率は約85%とバルク重合としてはほとんど最高値が得られた。また、分子量は16500程度の高分子量体が得られた。分子量分布分散度は約2.0であった。 As is apparent from the results in Table 1, the yield molecular weight reached a steady state in only 3 hours of reaction time, and the yield was about 85%, which was almost the highest value for bulk polymerization. Moreover, the high molecular weight body whose molecular weight is about 16500 was obtained. The molecular weight distribution dispersity was about 2.0.
未精製のε−カプロラクトン試薬には、不純物として微量の水分や環状モノマーが2,3個反応したオリゴマーなどが含まれている。一般に用いられているε−カプロラクトンの重合触媒(例えば、ジオクタン酸すずやアルミニウムアルコキシドなど)は、不純物として含まれている水分により重合活性が失われ、未精製のε−カプロラクトンを重合することができないが、本実施例で用いたアルミニウムトリフルオロメタンスルホン酸は、不純物による重合能が失われることが無かった。 The unpurified ε-caprolactone reagent contains, as impurities, oligomers obtained by reacting a small amount of water or a few cyclic monomers. Generally used ε-caprolactone polymerization catalysts (for example, tin dioctanoate and aluminum alkoxide) lose their polymerization activity due to moisture contained as impurities, and cannot polymerize unpurified ε-caprolactone. The aluminum trifluoromethanesulfonic acid used in this example did not lose its polymerization ability due to impurities.
ラクトン原料として、精製したε−カプロラクトンを用いたほかは、実施例1と同様な方法で、アルミニウムトリフルオロメタンスルホン酸を触媒として重合を行った。
精製ε−カプロラクトンは、100mLのε−カプロラクトンを500mLのナス型フラスコに入れ、約3gのカルシウムハイドライドを混合し、24時間室温で撹拌し、その後、10mmHg、約100度の減圧蒸留によって、精製して得た。
Polymerization was carried out using aluminum trifluoromethanesulfonic acid as a catalyst in the same manner as in Example 1 except that purified ε-caprolactone was used as the lactone raw material.
Purified ε-caprolactone was purified by putting 100 mL of ε-caprolactone into a 500 mL eggplant type flask, mixing about 3 g of calcium hydride, stirring for 24 hours at room temperature, and then vacuum distillation at 10 mmHg and about 100 degrees. I got it.
ガラス製蓋付き10mlバイアル瓶に精製したε−カプロラクトン1140mg(10mmol)、アルミニウムトリフルオロメタンスルホン酸9.5mg(0.02mmol)、グリセリン6.2mg(0.067mmol)を空気雰囲気下で入れ、蓋をし、よく混合してから、60度の恒温槽の中に入れ重合反応を行い、所定時間毎に取り出し、中身を取り出し、10mLのクロロホルムに溶解させて後に300mLのメタノールと混ぜ合わせることにより、析出してきたポリマーを濾紙で濾過することにより回収した。 Place 1140 mg (10 mmol) of purified ε-caprolactone, 9.5 mg (0.02 mmol) of aluminum trifluoromethanesulfonic acid, and 6.2 mg (0.067 mmol) of glycerin in a 10 ml vial with a glass lid under an air atmosphere. Then, after mixing well, put in a constant temperature bath at 60 degrees, perform polymerization reaction, take out every predetermined time, take out the contents, dissolve in 10 mL chloroform, and then mix with 300 mL methanol to precipitate The polymer thus obtained was recovered by filtering with filter paper.
得られたポリマーは、24時間、室温にて減圧乾燥することにより、残存する溶媒を除去し、乾燥したポリマーを秤量し、モノマー重量で割ることにより、収率を計算した。
得られたポリマーの数平均分子量(Mn)と分子量分布分散度(Mw/Mn)をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。結果を表2に示す。
The obtained polymer was dried under reduced pressure at room temperature for 24 hours to remove the remaining solvent, the dried polymer was weighed, and the yield was calculated by dividing by the monomer weight.
The number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution dispersity (Mw / Mn) of the obtained polymer were measured by gel permeation chromatography (GPC). The results are shown in Table 2.
本実施例は、触媒濃度の最適値を求めるために、上記実施例1の条件でアルミニウムトリフルオロメタンスルホン酸の濃度を数種類変えて試験した結果を示す。
ガラス製蓋付き10mlバイアル瓶に未精製のε−カプロラクトン1140mg(10mmol)、グリセリン6.2mg(0.067mmol)、所定量のアルミニウムトリフルオロメタンスルホン酸4.8−38mg(0.01−0.8mmol)を空気雰囲気下で入れ、蓋をし、よく混合してから、60度の恒温槽の中に入れ重合反応を行い、6時間後に中身を取り出し、10mLのクロロホルムに溶解させて後に300mLのメタノールと混ぜ合わせることにより、析出してきたポリマーを濾紙で濾過することにより回収した。
In this example, in order to obtain the optimum value of the catalyst concentration, the results of testing by changing several concentrations of aluminum trifluoromethanesulfonic acid under the conditions of Example 1 above are shown.
In a 10 ml vial with a glass lid, 1140 mg (10 mmol) of crude ε-caprolactone, 6.2 mg (0.067 mmol) of glycerin, and 4.8-38 mg (0.01-0.8 mmol) of a predetermined amount of aluminum trifluoromethanesulfonic acid. ) In an air atmosphere, capped, mixed well, and then placed in a thermostatic bath at 60 degrees to conduct the polymerization reaction. After 6 hours, the contents were taken out and dissolved in 10 mL of chloroform, followed by 300 mL of methanol. And the precipitated polymer was recovered by filtering with a filter paper.
得られたポリマーは、24時間、室温にて減圧乾燥することにより、残存する溶媒を除去し、乾燥したポリマーを秤量し、モノマー重量で割ることにより、収率を計算した。得られたポリマーの数平均分子量(Mn)と分子量分布分散度(Mw/Mn)をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。結果を表3に示す。 The obtained polymer was dried under reduced pressure at room temperature for 24 hours to remove the remaining solvent, the dried polymer was weighed, and the yield was calculated by dividing by the monomer weight. The number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution dispersity (Mw / Mn) of the obtained polymer were measured by gel permeation chromatography (GPC). The results are shown in Table 3.
この結果から明らかなように、このアルミニウムトリフルオロメタンスルホン酸の重合活性は非常に高く、わずか4.8mg(モノマーに対して、0.4wt%)重合系に加えるだけで、収率、分子量ともにほぼ最大値が得られた。 As is apparent from this result, the polymerization activity of this aluminum trifluoromethanesulfonic acid is very high, and when it is added to the polymerization system of only 4.8 mg (0.4 wt% relative to the monomer), the yield and molecular weight are almost the same. The maximum value was obtained.
本実施例は、アルミニウムトリフルオロメタンスルホン酸によるε−カプロラクトンの重合反応において、アルコール添加の影響について試験した結果を示す。
ガラス製蓋付き10mlバイアル瓶に未精製したε−カプロラクトン1140mg(10mmol)、アルミニウムトリフルオロメタンスルホン酸9.5mg(0.02mmol)とヒドロキシル基が0.2mmolになるよう計算した1−3価のアルコールを空気雰囲気下で入れ、蓋をし、よく混合してから、60度の恒温槽の中に入れ重合反応を行い、6時間後に中身を取り出し、10mLのクロロホルムに溶解させて後に300mLのメタノールと混ぜ合わせることにより、析出してきたポリマーを濾紙で濾過することにより回収した。得られたポリマーは、24時間、室温にて減圧乾燥することにより、残存する溶媒を除去し、乾燥したポリマーを秤量し、モノマー重量で割ることにより、収率を計算した。
This example shows the results of testing the influence of alcohol addition in the polymerization reaction of ε-caprolactone with aluminum trifluoromethanesulfonic acid.
1-3-valent alcohol calculated so that 1140 mg (10 mmol) of unpurified ε-caprolactone, 9.5 mg (0.02 mmol) of aluminum trifluoromethanesulfonic acid, and 0.2 mmol of hydroxyl groups are contained in a 10 ml vial with a glass lid. Is put in an air atmosphere, covered, mixed well, and then placed in a thermostatic bath at 60 ° C. to conduct the polymerization reaction. After 6 hours, the contents are taken out and dissolved in 10 mL of chloroform, and then 300 mL of methanol and By mixing, the precipitated polymer was recovered by filtering with a filter paper. The obtained polymer was dried under reduced pressure at room temperature for 24 hours to remove the remaining solvent, the dried polymer was weighed, and the yield was calculated by dividing by the monomer weight.
得られたポリマーの数平均分子量(Mn)と分子量分布分散度(Mw/Mn)をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。この結果を表4に示す。 The number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution dispersity (Mw / Mn) of the obtained polymer were measured by gel permeation chromatography (GPC). The results are shown in Table 4.
この結果から明らかなように、開始剤を加えない場合、反応時間6時間では、全くポリマーが得られないが、2-プロパノールなどのアルコールを重合反応系に微量添加することにより、アルミニウムトリフルオロメタンスルホン酸によるε−カプロラクトンの重合反応は非常に促進されることがわかった。1分子にヒドロキシル基が3個あるグリセリンがもっとも促進効果が大きく、分子量が最大のものが得られた。これは、1つの開始剤分子から、複数のポリマー鎖が伸びるため、結果として得られるポリマーの分子量が大きくなるものと思われる。 As is clear from this result, when no initiator is added, no polymer is obtained at a reaction time of 6 hours. However, by adding a small amount of alcohol such as 2-propanol to the polymerization reaction system, aluminum trifluoromethanesulfone is obtained. It has been found that the polymerization reaction of ε-caprolactone with acid is greatly accelerated. Glycerin having three hydroxyl groups in one molecule has the most accelerating effect, and the one having the largest molecular weight was obtained. This is believed to be due to the increased molecular weight of the resulting polymer as multiple polymer chains extend from one initiator molecule.
本実施例はアルミニウムトリフルオロメタンスルホン酸によるε−カプロラクトンの重合反応の温度依存性について試験した結果を示す。
ガラス製蓋付き10mlバイアル瓶に未精製したε−カプロラクトン1140mg(10mmol)、アルミニウムトリフルオロメタンスルホン酸9.5mg(0.02mmol)、グリセリン6.2mg(0.067mmol)を空気雰囲気下で入れ、蓋をし、よく混合してから、40,60,80度の恒温槽の中に入れ重合反応を行い、6時間後に中身を取り出し、10mLのクロロホルムに溶解させて後に300mLのメタノールと混ぜ合わせることにより、析出してきたポリマーを濾紙で濾過することにより回収した。得られたポリマーは、24時間、室温にて減圧乾燥することにより、残存する溶媒を除去し、乾燥したポリマーを秤量し、モノマー重量で割ることにより、収率を計算した。
This example shows the results of testing the temperature dependence of the polymerization reaction of ε-caprolactone with aluminum trifluoromethanesulfonic acid.
In a 10 ml vial with a glass lid, 1140 mg (10 mmol) of unpurified ε-caprolactone, 9.5 mg (0.02 mmol) of aluminum trifluoromethanesulfonic acid, and 6.2 mg (0.067 mmol) of glycerin were placed in an air atmosphere. After mixing well, place in a thermostatic bath at 40, 60, and 80 degrees, perform the polymerization reaction, remove the contents after 6 hours, dissolve in 10 mL of chloroform, and then mix with 300 mL of methanol. The precipitated polymer was recovered by filtering with a filter paper. The obtained polymer was dried under reduced pressure at room temperature for 24 hours to remove the remaining solvent, the dried polymer was weighed, and the yield was calculated by dividing by the monomer weight.
得られたポリマーの数平均分子量(Mn)と分子量分布分散度(Mw/Mn)をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。この結果を表5に示す。 The number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution dispersity (Mw / Mn) of the obtained polymer were measured by gel permeation chromatography (GPC). The results are shown in Table 5.
この結果から明らかなように、本発明でもちいる触媒系は60℃の重合温度が分子量最大のポリマーを与えることがわかった。 As is apparent from the results, the catalyst system used in the present invention was found to give a polymer having a maximum molecular weight at a polymerization temperature of 60 ° C.
本実施例は、本発明でもちいる触媒系でL-ラクチドを重合した結果を示す。
ガラス製蓋付き50mlバイアル瓶に市販品であるL-ラクチドを未精製のままで1440mg(10mmol)、アルミニウムトリフルオロメタンスルホン酸9.5mg(0.02mmol)、グリセリン6.2mg(0.067mmol)を空気雰囲気下で入れ、蓋をし、よく混合してから100度の恒温槽の中に入れ重合反応を行い、所定時間後に取り出し、中身を取り出し、10mLのクロロホルムに溶解させた後に300mLのメタノールと混ぜ合わせることにより、析出してきたポリマーを濾紙で濾過することにより回収した。得られたポリマーは、24時間、室温にて減圧乾燥することにより、残存する溶媒を除去する。乾燥したポリマーを秤量し、モノマー重量で割ることにより、収率を計算した。
This example shows the results of polymerizing L-lactide with the catalyst system used in the present invention.
In a 50 ml vial with a glass lid, 1440 mg (10 mmol) of commercially available L-lactide, 9.5 mg (0.02 mmol) of aluminum trifluoromethanesulfonic acid, and 6.2 mg (0.067 mmol) of glycerin were left unpurified. Put in an air atmosphere, cover, mix well, put in a 100 ° C thermostatic chamber, perform polymerization reaction, take out after a predetermined time, take out the contents, dissolve in 10 mL of chloroform, and then add 300 mL of methanol and By mixing, the precipitated polymer was recovered by filtering with a filter paper. The obtained polymer is dried under reduced pressure at room temperature for 24 hours to remove the remaining solvent. The yield was calculated by weighing the dried polymer and dividing by the monomer weight.
得られたポリマーの数平均分子量(Mn)と分子量分布分散度(Mw/Mn)をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。この結果を表6に示す。 The number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution dispersity (Mw / Mn) of the obtained polymer were measured by gel permeation chromatography (GPC). The results are shown in Table 6.
この結果から明らかなように、本発明でもちいる触媒系は100℃の重合温度がラクチドをポリ乳酸へ重合する能力があり、その効率はかなり高いことがわかった。重合時間6時間でほぼ、収率が最大に達し、分子量は重合時間とともに徐々に増大する事がわかった。本発明の触媒系は再生可能資源を利用したラクチドの重合反応にも有効であり、分子量約1万のポリ乳酸を得ることができた。 As is apparent from this result, it was found that the catalyst system used in the present invention has a polymerization temperature of 100 ° C. capable of polymerizing lactide to polylactic acid, and its efficiency is considerably high. It was found that the yield almost reached the maximum after 6 hours of polymerization, and the molecular weight gradually increased with the polymerization time. The catalyst system of the present invention was also effective for the polymerization reaction of lactide using renewable resources, and polylactic acid having a molecular weight of about 10,000 could be obtained.
本実施例は、本発明でもちいる触媒系でL-ラクチドを重合した場合の重合温度が与える影響について試験した結果を示す。
ガラス製蓋付き50mlバイアル瓶に市販品であるL-ラクチドを未精製のままで1440mg(10mmol)、アルミニウムトリフルオロメタンスルホン酸9.5mg(0.02mmol)、グリセリン6.2mg(0.067mmol)を空気雰囲気下で入れ、蓋をし、よく混合してから100、120、140度の恒温槽の中に入れ重合反応を行い、6時間後に取り出し、中身を取り出し、10mLのクロロホルムに溶解させた後に300mLのメタノールと混ぜ合わせることにより、析出してきたポリマーを濾紙で濾過することにより回収した。
This example shows the results of testing the effect of polymerization temperature when L-lactide is polymerized with the catalyst system used in the present invention.
In a 50 ml vial with a glass lid, 1440 mg (10 mmol) of commercially available L-lactide, 9.5 mg (0.02 mmol) of aluminum trifluoromethanesulfonic acid, and 6.2 mg (0.067 mmol) of glycerin were left unpurified. Put in an air atmosphere, cover, mix well, put in a thermostatic bath at 100, 120, 140 degrees, perform polymerization reaction, take out after 6 hours, take out the contents, dissolve in 10 mL chloroform By mixing with 300 mL of methanol, the precipitated polymer was recovered by filtering with a filter paper.
得られたポリマーは、24時間、室温にて減圧乾燥することにより、残存する溶媒を除去する。乾燥したポリマーを秤量し、モノマー重量で割ることにより、収率を計算した。得られたポリマーの数平均分子量(Mn)と分子量分布分散度(Mw/Mn)をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。この結果を表7に示す。 The obtained polymer is dried under reduced pressure at room temperature for 24 hours to remove the remaining solvent. The yield was calculated by weighing the dried polymer and dividing by the monomer weight. The number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution dispersity (Mw / Mn) of the obtained polymer were measured by gel permeation chromatography (GPC). The results are shown in Table 7.
この結果から明らかなように、本発明の触媒系は140℃以上の温度で重合反応を行うと収率、分子量ともに減少し、100から120℃が最適重合温度であることがわかった。 As is apparent from the results, the yield and molecular weight of the catalyst system of the present invention decreased when the polymerization reaction was carried out at a temperature of 140 ° C. or higher, and it was found that the optimum polymerization temperature was from 100 to 120 ° C.
本参考例1は、本発明でもちいる触媒系で環状酸無水物及び環状エーテルからポリエステルを重合した場合の結果を示す。
ガラス製で密閉性の高いスクリュー蓋付き20ml試験管に市販品である無水コハク酸1g(10mmol)とテトラヒドロフラン1g(14mmol)、アルミニウムトリフルオロメタンスルホン酸9.5mg(0.02mmol)、1,3−プロパンジオール7mg(0.10mmol)を空気雰囲気下で入れ、蓋をし、よく混合してから100度の恒温槽の中に入れ重合反応を行い、所定時間後に取り出し、中身を取り出し、10mLのクロロホルムに溶解させた後に300mLのメタノールと混ぜ合わせることにより、析出してきたポリマーを濾紙で濾過することにより回収した。
This Reference Example 1 shows the results when a polyester is polymerized from a cyclic acid anhydride and a cyclic ether in the catalyst system used in the present invention.
Commercially available succinic acid 1 g (10 mmol) and tetrahydrofuran 1 g (14 mmol), aluminum trifluoromethanesulfonic acid 9.5 mg (0.02 mmol), 1,3- 7 mg (0.10 mmol) of propanediol was put in an air atmosphere, covered, mixed well, then placed in a constant temperature bath at 100 ° C. to carry out the polymerization reaction, taken out after a predetermined time, the contents taken out, 10 mL of chloroform After being dissolved in the solution, it was mixed with 300 mL of methanol, and the precipitated polymer was recovered by filtering with a filter paper.
得られたポリマーは、24時間、室温にて減圧乾燥することにより、残存する溶媒を除去する。乾燥したポリマーを秤量し、モノマー重量で割ることにより、収率を計算した。得られたポリマーの数平均分子量(Mn)と分子量分布分散度(Mw/Mn)をゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した。この結果を表8に示す。 The obtained polymer is dried under reduced pressure at room temperature for 24 hours to remove the remaining solvent. The yield was calculated by weighing the dried polymer and dividing by the monomer weight. The number average molecular weight (Mn) and molecular weight distribution dispersity (Mw / Mn) of the obtained polymer were measured by gel permeation chromatography (GPC). The results are shown in Table 8.
この結果から明らかなように、本発明の触媒系はジカルボン酸及びジオールの脱水化合物である無水環状化合物の混合物を重合し、ポリマーを高効率で合成できることがわかった。反応時間の最適値は若干長いものの、2日間で収率約80wt%を得ることができた。精製したポリマーは、NMRスペクトルのピーク位置、DSCで測定した融点から生分解性ポリエステルであるポリブチレンスクシネート(PBS)であることがわかった。 As is apparent from this result, it was found that the catalyst system of the present invention polymerizes a mixture of anhydrous cyclic compounds, which are dehydrating compounds of dicarboxylic acid and diol, and can synthesize the polymer with high efficiency. Although the optimum reaction time was slightly longer, a yield of about 80 wt% could be obtained in 2 days. The purified polymer was found to be polybutylene succinate (PBS), which is a biodegradable polyester, from the peak position of the NMR spectrum and the melting point measured by DSC.
Claims (4)
Al(OSO2R1)(OSO2R2)(OSO2R3)・・一般式I
(式中、R1,R2,R3は、それぞれ同一または異なっていてもよいパーフルオロアルキル基を示し、Alはアルミニウムを示す。)
で表されるアルミニウム化合物からなる、ポリエステル製造に用いる、ラクトン又はラクチド類の開環重合用触媒。 The following general formula I
Al (OSO 2 R 1 ) (OSO 2 R 2 ) (OSO 2 R 3 ) .. General formula I
(In the formula, R 1 , R 2 and R 3 each represent a perfluoroalkyl group which may be the same or different, and Al represents aluminum.)
A catalyst for ring-opening polymerization of lactones or lactides, which is used for the production of polyester, comprising an aluminum compound represented by the formula:
The method for producing a polyester according to claim 2 or 3, wherein the ring-opening polymerization reaction system contains water or a monovalent or polyhydric alcohol.
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