JP4372230B2 - 2―置換7―ハロインデンと合成方法 - Google Patents
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Description
本発明は、非常に多様なメタロセンオレフィン重合触媒中間体を製造するためのカップリング反応に有用な2−置換7−ハロインデンと、このような中間体から誘導されるメタロセン触媒とに関する。
発明の背景
インデン系を含むメタロセンは周知のα−オレフィン重合触媒である。このようなインデン系の置換パターンは立体規則度と分子量とを含めた、ポリ−α−オレフィンの性質に有意に影響を及ぼす。
Spaleck等,Organometallics(1994)13:954〜963は、助触媒としてのメチルアルミノキサンと共に用いた場合にアイソタクチックポリプロピレンを高度に生成する、“スキーム1”の化合物4(955頁)によって例示されるインゲン系を含む架橋ジルコノセン触媒を述べている。“スキーム2”の化合物10によって示されるように、Spaleckの合成法は高価な2−(ブロモメチル)ビフェニル出発物質を必要とする。
本発明は、インデン系を含むメタロセン触媒のより費用効果的な合成法を提供する。
発明の概要
本発明の1態様は、式I:
[式中、R1は炭素数1〜10の直鎖又は分枝鎖アルキル基であり、Xはハロゲン、即ち、フッ素、塩素、臭素又はヨウ素である]
で示される新規な2−置換,7−ハロインデンを提供する。本発明のこの態様の好ましい実施態様は2−メチル−7−クロロインデンである。
本発明の他の実施態様は、式II:
[式中、Arは好ましくはフェニル又はナフチルである]
で示される新規な化合物を製造するための、式Iのインデンと式:ArMgXを有するグリニャール試薬とのカップリングを包含する。Arがフェニル(例えば、Spaleck化合物13aと13b)又はナフチル基である、式II化合物はSpaleckの“スキーム1”のジルコノセンオレフィン重合触媒の合成のために有用である。Spaleck化合物7a、7b、7c、8及び9を参照のこと。
したがって、本発明は新規な式IとII化合物自体、それらの合成方法、式II化合物をSpaleck化合物13aと13bを含めた触媒中間体に転化する方法、このような中間体からメタロセン触媒を製造する方法及びこのような触媒を例えばα−オレフィンの重合に用いる方法を含む。
図面の説明
図1は、式I化合物、2−メチル−7−クロロインデンの合成に関するスキームを説明する。
図2は、実施例1によって示す図1スキームによって製造される2−メチル−7−クロロインデンのNMRスペクトルである。
図3は、式I化合物、2−エチル−7−クロロインデンの合成に関するスキームを説明する。
図4は、式I化合物とカップリングして、式II化合物を形成するグリニャール試薬のスキームを説明する。
発明の詳細な説明
式I化合物の製造
実施例1と2及び図1と3によって示す2方法のいずれかを用いて、式I化合物を製造することができる。
実施例1方法
実施例1方法の出発物質は式III:
[式中、R1 (これは式IとII化合物におけるR1と同じである)、R2 およびR3は同じであるか又は任意に異なる炭素数1〜10の直鎖若しくは分枝鎖アルキル基である]で示されるマロン酸ジエステルである。本発明のこの態様に特に有用なアルキル基はメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ペンチル、イソペンチル、ヘキシル、イソヘキシル、ヘプチル、イソヘプチル、オクチル、イソオクチル、ノニル、イソノニル、デシル及びイソデシル基を包含する。好ましいジエステルは、Rがメチルであり、R2とR3がエチルであるメチルジエチルマロネートである。
式IIIのマロン酸ジエステルをアルカリ金属水素化物ZH[式中、Zはリチウム、ナトリウム又はカリウムである]と反応させて、式IIIジエステルの“H”がZ+(例えば、Na+)によって置換された中間体化合物を形成する。この反応は、鉱油中のアルカリ金属水素化物の40〜60%分散液を、氷浴に入れた反応器中の例えばテトラヒドロフラン(THF)のような非干渉性溶媒に加えることによって適当におこなわれる。マロン酸ジエステルは、温度を10℃未満に維持しながら、徐々に加える。水素発生をモニターする。ジエステルの添加の終了時に、反応器を氷浴から取り出し、中間体化合物を含有する反応混合物を例えば約1〜4時間、好ましくは約2時間撹拌する。
添加が終了したときに、中間体化合物を含有する反応混合物を0℃〜10℃、好ましくは5℃に冷却して、2−ハロベンジルハライド、好ましくは2−クロロ又は2−ブロモベンジルハライドを0.5〜1.5時間の期間にわたって加えて、式IV化合物を含有する反応混合物を形成する。この反応混合物を好ましくはほぼ周囲温度において6〜15時間、好ましくは約12時間撹拌する:
式中、Xは式I化合物のハロゲン置換基、好ましくは塩素である。式IVジエステルは加熱によってケン化される。このジエステルを含有する反応混合物を加熱し、30%〜60%の水性アルカリ金属水酸化物、好ましくはNaOHと混合して、式V:
[式中、Zはアルカリ金属である]
で示される化合物を形成する。
THFと、ジエステルIVのケン化から生じるアルコールR2OH及びR3OHとを蒸留によって取り出す。ケン化反応混合物を冷却し、酸水溶液、例えば4〜6N HCl中に激しく撹拌しながら注入して、
式VI:
で示される化合物を製造する。形成される式VI化合物を含む白色固体を濾過によって取り出し、乾燥させ、ショートパス(short path)蒸留の装備をした、適当な反応器に入れる。加熱をおこなって、固体を溶融して、その後に温度を120℃〜150℃に約0.5〜1.5時間にわたって高めて、脱炭酸を達成して、式VII:
で示される化合物を製造する。
このようにして製造された溶融物を約50℃に冷却して、非干渉性溶媒、例えば炭素数6〜9を有する脂肪族炭化水素溶媒、好ましくはヘプタン中に溶解して、溶液中に存在する式VII化合物をSOCl2と、40〜60℃の温度において撹拌しながら反応させて、式VIII化合物:
を製造する。
その後、反応混合物の温度を100℃〜130℃に上昇させて、過剰なSOCl2と溶媒とを除去する。次に、反応混合物を室温に冷却して、塩素化炭化水素溶媒、好ましくは塩化メチレンを加えて、混合物を−10℃〜0℃に冷却した後に、撹拌しながら塩化アルミニウムを添加して、フリーデル・クラフツ-アシル化によって式IX化合物:
を製造する。
氷上に注ぐことによって、アシル化反応を停止させる。形成される層を分離して、有機層を塩基水溶液、好ましくは炭酸水素ナトリウムによって洗浄する。全ての溶媒を蒸留によって除去して、メタノールを加え、式IX化合物を含有する反応混合物を氷浴中で冷却して、ホウ水素化ナトリウムを混合して、式X化合物:
を製造する。
水によって反応を停止させ、塩化メチレンを加えて、式X化合物を分離させ、溶媒を蒸留によって除去する。式X化合物をトルエン(又は例えばキシレン若しくはメシチレンのような他の芳香族溶媒)中でパラトルエンスルホン酸(pTSA)と反応させて、目的の2−置換,7−ハロインデン、式XI化合物:
を得る。
炭酸水素ナトリウムを添加すると、水層と有機層とが分離する。有機層を無水Na2SO4上で乾燥させる。トルエンを蒸留によって除去する。
実施例1
2−メチル−7−クロロインデンの合成
この実施例は図1によって示されるスキームを説明する。
5リットルの丸底フラスコにメカニカルスターラーと、温度計と、還流冷却管とを備えて、窒素によって完全に掃除する。2リットルのテトラヒドロフランをフラスコに加え、次に116gのNaH、鉱油中60%分散液(2.9モル)を加える。フラスコに氷浴を加え、中程度の撹拌を開始する。506gのメチルジエチルマロネート(2.9モル)を滴下ロートから、温度を10℃未満に維持しながら、徐々に加える。水素発生をモニターして、鉱油バブラーに通して排気し、メチルジエチルマロネートの添加速度によって制御する。添加が終了したならば、冷却浴を除去し、反応物を2時間撹拌する。フラスコを再び5℃に冷却し、367mlの2−クロロベンジルクロリド(2.9モル)を1時間にわたって加えて、次に周囲温度において12時間撹拌する。還流冷却管をショートパス蒸留に変える。520mlの50%w/vNaOH(水溶液)と1500mlのH2Oとを加えて、次に加熱を開始して、THFを蒸留する。反応物を透明にかつ流動性に維持するために追加の水を加えながら、蒸留を100℃まで続けた。エタノールと水を除去するために、蒸留を100℃において15〜30分間続けた。冷却すると、反応混合物を1.5リットルのH2Oと1リットルの12N HCl中に激しく撹拌しながら注入した。直ちに形成された白色固体を濾過によって回収し、Buchnerロート上で吸引によって15分間乾燥させ、次にショートパス蒸留の装備をした5リットルのフラスコに戻した。加熱を徐々に適用して、固体を溶融させ、次に加熱を135℃に少なくとも1時間高めた。CO2発生を鉱油バブラーに通して排気させることによって、モニターした。溶融物を50℃に冷却して、2リットルのヘプタンを加え、次に45℃に加温し、265mlのSOCl2(3.65モル)の添加を開始した。充分な排気を行った。全てのSOCl2を加えた後に、反応物を60℃において1.5時間撹拌し、次に120℃に加熱して、過剰なSOCl2と全てのヘプタンとを蒸留した。反応フラスコを周囲温度まで冷却させ、1.5リットルのCH2Cl2を加える。−5℃〜0℃まで冷却を行い、465gのAlCl3(3.5モル)を数回に分けて加えた。反応物を周囲温度において2時間撹拌し、次に2kgの氷上に注ぐことによって反応を停止させた。層を分離させ、有機層を500mlのH2Oによって洗浄し、次に250mlの5%w/v NaHCO3(水溶液)によって洗浄した。全ての溶媒は70℃の温度までに蒸留された。1リットルのメタノールを油状物に加え、フラスコを氷浴によって冷却し、1gのNaOCH3を含有する、500mlのメタノール中の56gのNaBH4(1.5モル)のスラリーを徐々に加えた。水素発生を鉱油バブラーに通して排気させることによってモニターし、添加速度によって制御した。1.5リットルのH2Oと500mlのCH2Cl2とを加えることによって、反応を停止させて、生成物を分離した。分離した有機層から溶媒は70℃までに蒸留された。1.5リットルのトルエンを油状物に加えて、5リットルのフラスコにDean−Starkトラップを装備した。加熱を開始し、p−トルエンスルホン酸を1〜3gずつ加えた。脱水が完了するまで、反応をGCによって追跡した。1.5リットルの5%w/v NaHCO3(水溶液)を反応物に加えて、層を分離させ、有機層を無水Na2SO4上で乾燥させた。トルエンを減圧下で90℃までに蒸留させ、30cm充填カラムに通しての93〜5℃、1〜3mmHgにおける蒸留によって、生成物の2−メチル−7−クロロインデンを得た。収量は310g(1.89モル)、65%の透明な無色油状物(b.p.229℃)であった。図2は生成物のNMRスペクトルであった。
実施例2方法
式I化合物を製造するための実施例2方法の出発物質は、式:R1COOZ(XI)[式中、R4は既述したように炭素数1〜9の直鎖又は分枝鎖アルキル基であり、Zはアルカリ金属である]を有する、脂肪酸(例えば、ブタン酸)のアルカリ金属塩、好ましくはナトリウム塩である。
この式XI酸をTHF溶液中でアルカリ金属(好ましくはリチウム)ジイソプロピルアミドと反応させて、中間体XII:
[式中、Zはアルカリ金属、好ましくはナトリウムであり、Z1はアルカリ金属、好ましくはリチウムである]
を形成する。
式XII化合物を2−ハロベンジルハライドと反応させて、式XIII化合物:
[式中、Xはハロゲン、好ましくは塩素又は臭素、即ち、式I化合物のハロゲンである]
を形成する。
より詳しくは、この反応系列は炭素数2〜10の脂肪酸のアルカリ塩をアルカリ金属(好ましくはリチウム)ジイソプロピルアミドとTHF溶液中で反応させて、式XIIを有する化合物を形成する。この反応は周囲温度においておこなわれ、好ましくは、24時間撹拌される。このように製造された反応混合物に2−ハロベンジルハライドを加え、反応混合物をさらに追加の時間、好ましくは18〜24時間撹拌する。次に、例えば水の添加によって、反応を停止させる。水層を鉱酸、例えば塩酸の添加によって中和すると、この時点で相分離が生ずる。例えば式XIIIの化合物のような2−ハロベンジル脂肪酸が有機層中に濃縮される。
2−エチル−7−クロロインデンの合成は、SOCl2の添加によって開始する、実施例1に述べ、図3に示した同じ反応系列によって完成する。
実施例2
2−エチル−7−クロロインデンの合成
この実施例は図3によって示したスキームを説明する。
12リットルの丸底フラスコにメカニカルスターラーと、温度計と、還流冷却管とを備えた。385gのブタン酸ナトリウム(3.5モル)と2リットルのTHFとをフラスコに加えて、スラリーを形成した。ヘプタン/THF/エチルベンゼン中2Mの2.625リットルのリチウムジイソプロピルアミド(5.25モル、50%過剰)を周囲温度において加えて、24時間撹拌した。次に、705gの2−クロロベンジルクロリド(4.375モル、25%過剰)を加え、反応物をさらに24時間撹拌した。反応が完成したならば、1500mlのH2Oを加えることによって反応を停止させ、溶液を分離させた。水層(pH=13)を分離し、12N HClの添加によって中和して、pH=7.0にすると、この時点で相分離が生じた。2−(2−クロロベンジル)ブタン酸は有機層に濃縮された。2−エチル−7−クロロインデンの合成は、SOCl2の添加によって開始する、実施例1に述べた同じ反応系列と方法によって完成した。図1と図3を参照のこと。1〜3mmHg下での110〜114℃における蒸留によって、生成物の2−エチル−7−クロロインデンを得た。収量は205g(全体で33%)の透明の無色油状物であった。
式II化合物の製造
図4によって示すように、式II化合物は式I化合物をグリニャール試薬、ArMgX[式中、XはCl、Br又はIであり、Arは任意のアリール基、例えばフェニル又はナフチル基である]と、1−3−ビス(ジフェニルホスフィノ)プロパンニッケルIIクロリド、Ni(dpp)を含有するエチルエーテル溶媒中で反応させることによって、公知の方法で製造される。
実施例3〜6は図4によって示す式II化合物の合成を利用する。
実施例3
5リットルの丸底フラスコにメカニカルスターラーと、還流冷却管と、氷浴とを装備した。488.2gの蒸留した7−クロロ−2−メチルインデン(2.97モル)を加え、2リットルのエーテルと溶液中にスラリー化された32.2gのNi(dpp)(0.059モル、2モル%)との中に溶解し、撹拌して、0〜2℃に冷却する。エーテル中の3.1Mフェニルマグネシウムブロミド 1.05リットル(3.25モル、10%過剰)を滴下ロートから、温度が5℃未満に維持されるように、徐々に加えた。完了したならば、氷浴を除去し、反応物を室温にまで撹拌した。反応を8時間還流させ、GCによって完了をチェックした。反応フラスコを氷浴によって冷却し、250mlの水を加え、次に1リットルの10%HClを加えた。水層と有機層とを分離し、有機層を無水Na2SO4上で乾燥させる。エーテルを蒸留させ、残留油状物を100gのシリカゲルのカラムに吸着させた。ヘキサンによる溶出をおこない、ヘキサンを減圧下で90℃の温度までで蒸留した。2−メチル−7−フェニルインデン(Spaleck化合物13a)を<1mmHg、125℃において36cmVigreuxカラムによる蒸留によって得た。ビフェニルを含有する前カット(fore−cut)を70〜90℃において得て、捨てた。収量は80%に相当する507.8g(2.47モル)であった。
実施例4
実施例3におけるように装備した12リットル フラスコに661gの蒸留済み2−メチル−7−クロロインデン(4モル)と、2.5リットルのエーテルと、43.3gのNi(dpp)(0.08モル、2モル%)とを装入した。1.75リットルのエーテル中2.6Mフェニルマグネシウムブロミド(4.55モル、12%過剰)を2℃において加えた。周囲温度まで撹拌し、8時間還流させた後に、反応を停止させ、実施例3に述べた方法によって仕上げ処理した。2−メチル−7−フェニルインデンの収量は、78%に相当する642.7g(3.12モル)であった。
実施例5
5リットル フラスコを実施例3におけるように装備した。178gの2−エチル−7−クロロインデン(1モル)と、1リットルのエーテルと、10.8gのNi(dpp)(0.02モル、2モル%)とを加えた後に、355mlのエーテル中3.1Mフェニルマグネシウムブロミド(1.1モル、10%過剰)を加えた。実施例3に述べた方法によって反応を停止させ、仕上げ処理した後に、140℃における真空蒸留によって、176gの2−エチル−7−フェニルインデン(0.8モル)が80%収率で得られた。
実施例6
5リットル フラスコを実施例3に述べたように装備した。164gの2−メチル−7−クロロインデン(1モル)と、500mlのエーテルと、10.8gのNi(dpp)とを加えた。2リットルのエーテル中0.5Mナフチルマグネシウムブロミドを20℃において加えた。反応物を還流温度において12時間激しく撹拌し、次に、実施例3に述べたように反応を停止させ、仕上げ処理した。ヘプタンからの再結晶によって、184.3gの2−メチル−7−(1−ナフチル)インデン(Spaleck化合物21)が72%収率で得られた。
メタロセン触媒
本発明の式II化合物はSpaleckのスキーム1と2によって例示される方法でメタロセンα−オレフィン重合触媒に転化されることができる。このような触媒は式:
[式中、Q1とQ2は同じ又は異なる式II化合物であり、Yはアルキル基、例えば、炭素数1〜5のアルキル基であり、MはIV族金属であり、Zはハロゲンである]を有しうる。Y2Siは好ましくは(CH3)2Siであり、MZ2は好ましくはZrCl2である。
実施例7はこのような転化の1例を示す。
実施例7
1リットルのフラスコにトルエン(300ml)と、THF(15g、0.2モル)と、2−メチル−4−ナフチルインデン(52g、0.2g)とを装入した。内容物を−20℃に冷却して、ヘキサン中1.6Mブチルリチウム(125ml)を徐々に加えた。この混合物を25℃に加温して、4時間撹拌した。内容物を−20℃に冷却して、ジメチルジクロロシラン(12.9g、0.1モル)を加えた。この反応混合物を25℃に加温して、24時間撹拌した。反応混合物を減圧下で45℃のポット温度まで蒸留する。反応物を周囲温度に冷却して、エーテル(15g、0.2モル)を加える。次に、反応混合物を−20℃に冷却し、ヘキサン中1.6Mブチルリチウム(125ml、0.2モル)を徐々に加えた。この反応混合物を25℃に徐々に加温して、24時間撹拌した。反応物を−30℃に冷却して、四塩化ジルコニウム、ZrCl4(23.2g、0.1モル)を加える。反応物を周囲温度に加温して、撹拌をさらに12時間続けた。
次に、反応混合物を濾過して、固体をヘキサンによって洗浄した。固体を真空下で乾燥させた。乾燥した固体をジクロロメタン(800ml)中に溶解し、この溶液を小さいセライト床に通してろ過し、塩化リチウムを除去した。溶媒除去によって容積が100mlに減じた。濾過した結晶を10〜15mlのジクロロメタンによって洗浄してから、真空下で乾燥させた。保持された収量は60〜80gの2−メチル−4−ナフチル−インデン−Si(CH3)2−4−ナフチル−2−メチルインデンである。
Claims (17)
- Xが塩素、臭素又はヨウ素である、請求項1記載の化合物。
- Arがフェニル、ナフチル又は9−フルオレニル基である、請求項5記載の方法。
- Xが塩素又は臭素又はフッ素である、請求項5又は6に記載の方法。
- R1がメチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ヘキシル、イソヘキシル、オクチル又はイソオクチル基である、請求項5又は6に記載の方法。
- 式I:
[式中、Xはフッ素、塩素、臭素又はヨウ素であり、R1は炭素数1〜10の直鎖又は分岐鎖アルキル基である]
を有する化合物の合成方法であって、次の工程:
(i)マロン酸ジエステルをアルカリ金属水素化物及び2−ハロベンジルハライドと反応させて、式IV:
[式中、R1およびXは前記に同じであり、R2およびR3は同じであるか又は任意に異なる炭素数1〜10の直鎖若しくは分岐鎖アルキル基である]
を有する化合物を形成する工程と;
(ii)式IVを有する前記化合物をケン化して、式V:
[式中、R1およびXは前記に同じであり、Zはアルカリ金属である]
を有する化合物を形成する工程と;
(iii)式Vを有する前記化合物を式VII:
[式中、R1およびXは前記に同じ]
を有する化合物に転化させる工程と;
(iv)式VIIを有する前記化合物をSOCl2と反応させて、式VIII:
[式中、R1およびXは前記に同じ]
を有する化合物を製造する工程と;
(v)式VIIIを有する前記化合物を塩化アルミニウムと反応させて、化合物IX:
[式中、R1およびXは前記に同じ]
を製造する工程と;
(vi)式IXを有する前記化合物をホウ水素化ナトリウムと反応させて、式X:
[式中、R1およびXは前記に同じ]
を有する化合物を製造する工程と;
(vii)式Xを有する前記化合物をパラトルエンスルホン酸と反応させて、式Iを有する前記化合物を製造する工程と;
を含む上記合成方法。 - (i)式III:
[式中、R1、R2およびR3は同じであるか又は任意に異なる炭素数1〜10の直鎖若しくは分岐鎖アルキルである]
を有するマロン酸ジエステルをアルカリ金属水素化物ZH[式中、Zはリチウム、ナトリウム又はカリウムである]と反応させて、式IIIのジエステルの水素原子がZ+によって置換された中間体化合物を含有する反応混合物を製造する工程と;
(ii)前記工程(i)の反応混合物に2−ハロベンジルハライドを混合して、前記中間体化合物を式IV:
[式中、R1、R2およびR3は前記に同じであり、Xはフッ素、塩素、臭素又はヨウ素である]
を有する化合物に転化する工程と;を含む、
式IVを有する化合物を製造する方法。 - R1がメチル又はエチルである、請求項12記載の方法。
- 7−クロロ−2−メチルインデンとナフチルマグネシウムブロミドとを反応させることを含む、7−ナフチル−2−メチルインデンを含有する反応混合物を製造する方法。
- 前記7−ナフチル−2−メチルインデンを前記反応混合物から分離する、請求項14記載の方法。
- Yがメチルであり、Zが塩素である、請求項16記載の方法。
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