JP4389158B2 - 高分子組成物およびその使用 - Google Patents

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Description

本出願は、2001年12月12日に出願された米国仮出願第60/340,526号の35U.S.C§119に基づいて優先権を主張するものである。
本願明細書に記載される発明は、多環式ポリマー、多環式ポリマーの製法、および電子デバイスおよびマイクロ電子デバイスの製造に用いられるフォトレジスト組成物において多環式ポリマーを使用する方法に関する。
集積回路(IC)の製造は、一連の電子デバイスおよびマイクロ電子デバイスの製造の一例である。集積回路は、ある特定の電気的作用を生み出す回路および配線を形成する目的で選択的にパターン化された様々な導電性、半導電性および非導電性層を、適当な基板(例えばシリコンウェハ)の上に連続して形成することによって製造される。ICのパターン化は、従来公知の様々なリソグラフィー技術に従って行われる。紫外線(UV)光および遠紫外線光(例えば193nmおよび157nm)または他の放射線を用いるフォトリソグラフィーは、IC装置の製造に用いられる基本的かつ重要な技術である。感光性ポリマーフィルム(フォトレジスト)をウエハの表面に張り付け、乾燥させる。所望のパターン化の情報を備えたフォトマスクを、放射線源または光源と、前記フォトレジストフィルムとの間に設置する。紫外線光、X線、電子ビームまたはイオンビームといった数種類の結像放射線のうちの1種を、前記フォトマスクを介して、前記フォトレジストに放射する。露光すると、前記フォトレジストに、溶解度の変化と共に化学変化が起こる。照射および/または任意に行われる露光後焼成の後、前記ウェハを溶液に浸し、前記感光性ポリマーフィルムにパターン化された像を現像する(すなわち、露光部分または非露光部分のいずれかを選択的に取り除く)。用いられるポリマーの種類または現像溶媒の極性に応じて、フィルムの露光部分または非露光部分のいずれかが現像工程において取り除かれる。前記現像工程では、下地層基板を露光させた後、パターン化された、露光されたすなわち不要な基板材料をエッチング処理によって除去または変化させることによって、所望のパターンをウェハーの機能層に残す。エッチングは、プラズマエッチング、スパッターエッチングおよびリアクティブイオンエッチング(RIE)によって行われる。残ったフォトレジスト材料は、エッチング処理に対する防護壁として機能する。この残ったフォトレジスト材料を取り除くことにより、パターンの形成された回路が得られる。
パターン化IC素子(devices)の製造において、ウェハー上の異なる層をエッチングする工程は、必要とされる最も重要な工程のうちの1つに数えられる。ある方法では、基板とパターン化されたレジストとを、露光した基板の表面には作用するがレジスト自体には全く作用しない化学浴に浸す。この「湿式」化学法には、エッチングされた表面にはっきりとした縁部を形成するのが難しい、という問題がある。これは、レジスト材料のケミカルアンダーカッティングおよび等方的な像の形成に因るものである。換言すれば、慣用の化学的方法では、現在の処理要件に適合する最適な寸法仕様を得るのに必要だと考えられる方向の選択性(異方性)が得られない。さらに、湿式法には好ましからざる環境面の問題および安全性の問題がある。
前記湿式化学法の問題点を克服する目的で、様々な「乾式」法が開発された。そのような乾式法では、一般に、チャンバーにガスを通し、前記ガスの存在下において2つの電極に電位を加えることによって前記ガスをイオン化する。前記電位によって発生したイオン種を含有するプラズマを用いて、前記チャンバー内に設置された基板をエッチングする。前記プラズマ中に発生したイオン種は露光した基板に接触し、表面から取り除かれる、表面材料を形成する揮発性生成物と相互作用する。ドライエッチングの代表的な例としては、プラズマエッチング、スパッターエッチングおよびリアクティブイオンエッチングが挙げられる。
リアクティブイオンエッチングの場合、基板における垂直な側壁の形状が明確になり、複数の基板間でエッチングの均一性が保たれる。これらの利点により、リアクティブイオンエッチング法はICの製造において標準となった。
産業界において、2種類のフォトレジスト、すなわちネガティブフォトレジストおよびポジティブフォトレジスト、が用いられている。ネガティブフォトレジストは、結像照射線に曝されると、重合するか、架橋するか、または露光部分が現像液に溶けなくなるといった溶解性の変化が起こる。非露光部は溶解性のままであり、洗い流される。ポジティブレジストの作用はこれと逆であり、結像照射線に曝されると現像液に溶けるようになる。
ポジティブフォトレジスト材料の一例は、フェノール−ホルムアルデヒドノボラックポリマーをベースとする。具体的な例としては、m−クレゾールホルムアルデヒドノボラックポリマー組成物とジアゾケトン(2−ジアゾ−1−ナフトール−5−スルホン酸エステル)とを含んでなる、商業的に利用されているShipley AZ1350材料が挙げられる。結像照射線に曝されると、ジアゾケトンがカルボン酸に転化し、そして前記カルボン酸が前記フェノール性ポリマーを弱塩基水性現像剤に容易に溶けるものへと転化させる。
イトウらに対する米国特許第4,491,628号には、酸生成性フォトレジスト開始剤を備えたポジティブおよびネガティブフォトレジスト組成物および酸不安定ペンダント基を有するポリマーが開示されている。生成される各々の酸が複数の酸不安定基の脱保護を引き起こすため、この方法は、光化学過程全体の量子収量を高める役割を果たす化学増幅として知られている。開示されているポリマーには、ビニルポリマー、例えばポリスチレン、ポリビニルベンゾエート、およびアシドリシスを経ることによって前駆体とは溶解度が異なる生成物を生成する繰返しペンダント基で置換されたポリアクリレートが包含される。好ましい酸不安定ペンダント基としては、カルボン酸のt−ブチルエステルおよびフェノールのt−ブチルカルボネートが挙げられる。フォトレジストは、用いられる現像液の性質に応じて、ポジティブでもネガティブでもよい。
電子産業における傾向として、より高速で尚且つより消費電力の少ないICが継続的に必要とされている。この仕様を満たすには、ICの大きさをより小さくしなければならない。伝導路(すなわち線)をより細くし、伝導路同士の間隔をより小さくしなければならない。製造されるトランジスタおよび線の寸法を大幅に小さくすることに伴って、ICの効率が高くなる。例えば、コンピュータチップにおいてより多くの情報が保存されたり、処理されたりするようになる。線幅を小さくするためには、より高い光結像分解能が必要とされる。より高い分解能は、フォトレジスト材料に照射するのに用いられる照射源のより短い波長で実現される。しかしながら、フェノール−ホルムアルデヒドノボラックポリマーおよび置換スチレンポリマーのごとき従来のフォトレジストは、光の波長が約300nmよりも小さくなるにつれて本質的に吸収性が増してゆく芳香族基を含有している(ACS Symposium Series 537、Polymers for Microelectronics, Resists and Dielectrics, 203rd National Meeting of the American Chemical Society, Apr. 5 to 10, 1992, p.2 to 24; Polymers for Electronic and Photonic Applications, Edited by C.P.Wong, Academic Press, p.67 to 118)。光酸を用いる化学増幅法を必要とする従来の照射源よりも波長の短い照射源は、一般に、前記従来の照射源ほど明るくはない。波長の短い光に対してこれらの芳香族ポリマーが不透明であることは、ポリマー表面下の光酸が光源に均一に露光されないため、ポリマーが現像できないという点で問題がある。これらのポリマーの透明性の不足を解決するには、フォトレジストポリマーの芳香族基含有量を下げる必要がある。遠紫外線に対する透明性が所望される場合(すなわち、248nm、特に193nmおよび/または157nmの波長に対する露光の場合)、ポリマーの有する芳香性は最小限であるべきである。
低分子量ポリマーは露光および露光後熱処理の後の溶解速度が高分子量ポリマーよりも速いため、フォトレジストマトリックス材料として好ましいことは周知である。製造環境におけるウェハー加工の処理量を高めるには、速い溶解速度が求めれる。残念なことに、低分子量材料は、もしその末端基が、対象となる周波数において吸収するのであれば、それよりも分子量の低い材料よりも高い光学密度を示すことがあることも知られている。これらの問題が248nmフォトレジストの好ましい材料であるポリ(4−ヒドロキシスチレン)について検討されているので、Barclay et al. Macromolecules 1998, 31, 1024を参照されたい。
多環式ポリマーの分子量は、米国特許第5,468,819号に教示されているように、単一成分または多成分遷移金属触媒とα−オレフィン連鎖移動剤との存在下において所望のポリシクロオレフィンモノマーを重合することによって低下させることが可能である。さらに、選択された遷移金属触媒とα−オレフィン連鎖移動剤との組み合わせは、官能基を含有するポリシクロオレフィンモノマーの重合によって得られる多環式ポリマーの分子量を調整するのにも用いられる。米国特許第6,136,499号には、化学増幅されたフォトレジスト組成物におけるそのようなポリマーの使用が開示されている。これらの教示に従って調製されたポリマーは、末端にオレフィン不飽和を有することが前記開示内容から分かる。前述のように、不飽和はポリマーの光学密度を高めるので、ポリマーの透明度が低くなる。
フォトレジストのマトリックス樹脂の露光波長における光学密度(OD)は、前記特定の波長におけるその有用性を示している。露光波長における光学密度が高いポリマーは、得られるフォトレジストの分解能を制限してしまう。193nmおよび157nmレジストシステムの場合、分解能を高めるためだけでなく、ウェハーに像を形成するための照射線量を減らすためにも、低い光学密度が望ましい。従って、193nmおよび157nmレジストシステムはできるだけ低い光学密度を有することが非常に望ましい。
米国特許第5,372,912号は、アクリレート系共重合体と、フェノール型結合剤と、感光性酸発生剤とを含有するフォトレジスト組成物に関する。前記アクリレート系共重合体は、アクリル酸と、アルキルアクリレートまたはメタクリレートと、酸不安定ペンダント基を有するモノマーとから重合される。この組成物は波長が約240nmの紫外線に対しては十分に透明であるが、芳香族型結合剤の使用によって、それよりも短い波長の照射源の使用が制限されてしまう。一般に、ポリマー技術においては、ある特定の性質を強化するには他の性質を犠牲にしなければばらない。アクリレート系ポリマーを用いる場合、波長の短い紫外線に対する透明度を高めるためには、リアクティブイオンエッチッング処理に対するレジストの耐性を犠牲にしなければならない。
多くの場合、波長の短い結像放射線に対する透明度を高めると、その後のドライエッチング処理の最中にレジスト材料の侵食が起こる。従って、エッチングされる基板の上の薄い層にはエッチング速度の遅いレジスト材料を用いる方がよいということになる。レジスト材料の層が薄くなると、分解能が高くなり、結果として、導電線が細くなり、トランジスタが小さくなる。
J.V.Crivelloら(Chemically Amplified Electron−Beam Photoresists, Chem. Mater., 1996, 8, 376 to 381)には、電子ビームフォトレジストに用いられる、酸不安定基を有するノルボルネンモノマーのラジカル重合ホモポリマー20重量%と、酸不安定基を含有する4−ヒドロキシ−α−メチルスチレンのホモポリマー80重量%とを含んでなるポリマーブレンドが記載されている。前述のように、芳香族基の(特に高濃度における)吸収性が増すと、これらの組成物が不透明になり、200nmを下回る短波長結像放射線に対して使用できなくなる。開示されている組成物は、電子ビームフォトレジストについてのみ好適であり、遠紫外線による結像(特に193nmまたは157nmレジスト)には使用できない。
Crivelloらは、酸不安定基を有するノルボルネンモノマーのラジカル重合ホモポリマーの酸素プラズマエッチング速度が許容範囲よりも高いことを見い出したため、ブレンド組成物を調査した。
従って、一般的な化学増幅方式に対応し、かつ、リアクティブイオンエッチング処理環境に対して十分な耐性を維持したままで短波長結像放射線に対する透明度を提供するフォトレジスト組成物が必要とされている。さらに、そのようなフォトレジスト組成物を製造する方法およびそのようなフォトレジスト組成物の分子量をより確実に制御する方法も必要とされている。
本発明による実施態様は、式Iの1種のモノマーの単独重合、式Iの少なくとも2種の異なるモノマーの共重合、および式Iの少なくとも1種のモノマーと式IIの少なくとも1種のモノマーとの共重合によるフォトレジスト組成物に関する。
式中、R1〜R8、Zおよびmは下記定義のとおりである。
他の実施態様では、本発明は、後官能化試薬を用いた処理(例えば、過酸、ヒドロシル化剤、水素化剤、ヒドロホルミル化剤を用いた後処理)によってオレフィン末端基を含有するポリマーの光学密度を低下させる方法に関する。
他の実施態様では、本発明は、エポキシ化剤、水素化剤、ヒドロホルミル化剤、ヒドロシル化剤および/またはシクロプロパン化剤のごとき後官能化剤によるオレフィン末端基の後官能化によって、ポリマー製品中に存在する可能性のあるオレフィン末端基を含有する任意の多環式ポリマーの光学密度を低下させる方法に関する。
他の実施態様では、本発明は、好適な後処理剤およびメカニズムによって、1種以上の多環式ポリマーから残留モノマーおよび/または残留触媒を取り除く方法に関する。
本発明は、193nm用途および157nm用途におけるフォトレジスト組成物に有用なポリマー組成物を提供するという点で有利である。そのような組成物は、現在入手可能なフォトレジスト組成物よりも性能品質が良い。例えば、従来の組成物よりも露光波長における光学密度が低いおよび水性塩基現像液中での膨張が小さい、およびPkaがポリ(p−ヒドロキシスチレン)のものとほぼ同じである、等が挙げられる。
さらに、本発明の実施態様の1つは、分子量の調節、光学密度の低下、およびポリマー組成物中に残留するモノマーおよび触媒金属の低減を同時に行う方法を提供するという点で有利である。
以下、本発明の既述および他の特徴を、下記説明および本発明の実施態様を詳しく説明する添付図面において十分に説明し、特に指摘する。しかしながら、本発明の原理が用いられ得る様々な方法のうちの一部のみを示す。
下記本文および請求の範囲において、範囲および比率の限界値および/または範囲および時間の限界値を組み合わせることがある。加えて、本願明細書を通して、「ハロゲン化多環式化合物」は、水素原子の代わりに少なくとも1種のハロゲン原子(例えば塩素、フッ素または臭素)を含有する多環式化合物を意味する。前記少なくとも1種のハロゲン原子は、前記多環式化合物中に存在する1つ以上の環に存在していてもよい。あるいは、前記少なくとも1種のハロゲン原子は、前記多環式化合物中の環の1つ以上と結合している置換基またはペンダント基中に存在していてもよい。ある実施態様では、ハロゲン化置換基(例えば、ハロヒドロカルビル、パーハロヒドロカルビル)は、1つ以上の−(C65)、1つ以上の−CF3(トリフルオロメチル)基、または1種以上の後述の他のフルオロヒドロカルビル基でもよい。
本発明は、一般に、多環式ポリマー、多環式ポリマーの製法、および集積回路の製造におけるフォトレジストとしての多環式ポリマーの使用法に関する。特に、本発明は、少なくとも1種の非ハロゲン化多環式モノマーまたは少なくとも1種のハロゲン化多環式モノマーまたはこれらの混合物を重合することによって形成される組成物に関する。前記少なくとも1種の非ハロゲン化多環式モノマーまたはハロゲン化多環式モノマーは、ポリマー主鎖に沿って1種以上の酸不安定基を含有していてもよい。別の実施態様では、多環式ポリマーおよびハロゲン化多環式ポリマーはオレフィン末端基を含有する。前記末端基は、後に、後処理されて不飽和が取り除かれる。「非ハロゲン化多環式ポリマー」とは、ハロゲン原子を含有する繰返し単位がポリマーに無いことを意味する。「ハロゲン化多環式ポリマー」とは、ポリマー主鎖に含有される繰返し単位の少なくとも1部がハロゲン原子を含有することを意味する。
さらに別の実施態様では、本発明は、少なくとも1種の非ハロゲン化多環式モノマー、少なくとも1種のハロゲン化多環式モノマーまたはこれらの混合物を重合することによって形成されるフォトレジスト組成物に好適に用いられるポリマーに関する。いずれの場合にも、これらのモノマーの一方または両方が1種以上の酸不安定ペンダント基を含有していてもよい。
さらに、本発明は、フォトレジスト組成物に好適に用いられる多環式ポリマーの分子量、残留金属含有量、残留モノマー含有量および光学密度を制御する方法に関する。
本発明のポリマーは多環式繰返し単位を含んでなる。ある実施態様では、前記多環式ポリマーは酸不安定基で置換されていてもよい。本ポリマーは、本発明の多環式モノマーを重合することによって調製される。
「多環式」(ノルボルネン型またはノルボルネン官能性)という用語は、モノマーが少なくとも1種の以下に示すようなノルボルネン部分を含有することを意味する。
本発明の最も単純な多環式モノマーは、一般にノルボルネンと呼ばれる二環式モノマーであるビシクロ「2.2.1」ヘプト−2−エンである。前述のように、ある実施態様では、本発明は、下記式Iの多環式フッ化モノマーの1種以上を重合することによって形成される多環式ポリマーに関する。前記式Iの1種以上のモノマーは、任意に(および互いに独立して)、酸不安定官能基(酸不安定基)を含有していてもよい。別の実施態様では、下記式Iの多環式フッ化モノマーの1種以上を、式IIのモノマーの1種以上と混ぜ合わせる。ある実施態様では、本発明の重合反応は、8〜10族(新しい表記方法による)の遷移金属触媒系の存在下において行われる。
モノマー
本発明の実施において有用な多環式モノマーは、下記式Iによって表されるモノマーから選択される。
式中、R1〜R4は、独立して、水素、直鎖または分岐鎖(C1〜C30)アルキル、直鎖および分岐鎖(C1〜C24)ハロヒドロカルビル、直鎖または分岐鎖(C2〜C30)オレフィン、−(CH2n−C(O)OR*、−(CH2n−C(O)OR、−(CH2n−OR、−(CH2n−OC(O)R、−(CH2n−C(O)R、−(CH2n−OC(O)OR、−(CH2n−C(R)2−CH(R)(C(O)OR**)、−(CH2n−(CR2n−CH(R)(C(O)OR**)、−(CH2n−C(OR***)−(CF32、−(CR’2n−O−R−、並びに−(CH2n−C(R)2−CH(C(O)OR**2を表し、Rは水素、直鎖および分岐鎖(C1〜C10)アルキル、並びに−(CH2s−OHを表し、R’は水素またはハロゲン(すなわち、フッ素、塩素、臭素および/またはヨウ素)を表し、nは0〜10の整数であり、mは0〜5の整数であり、sは1〜10の整数であり、Zは酸素、硫黄、−NR”−または−(CR”2p−を表し、R”は水素であり、pは1または2である。本発明のある実施態様では、R1〜R4の少なくとも1つは、ハロヒドロカルビルおよび/またはパーハロカルビル基のいずれかである。ある実施態様では、nは0である。R*は、光酸開始剤によって開裂可能な酸不安定部分(すなわち、封鎖基または保護基)を表し、そしてR***は−CH2OR、−C(O)ORまたは−C(O)Rを表す。任意の公知の酸不安定基を本発明において用いることができる。R*部分は、第3(C4〜C20)アルキルおよびシクロアルキル基、トリ(C1〜C6)アルキルシリル基、並びに炭素数が4〜20であるオキソアルキル基を表すことができる。第3アルキル基の例としては、t−ブチル、t−アミルおよび1,1−ジエチルプロピルが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。第3シクロアルキル基の例としては、1−メチルシクロペンチル、1−エチルシクロペンチル、1−ブチルシクロペンチル、1−エチルシクロヘキシル、1−ブチルシクロヘキシル、1−エチル−2−シクロペンテニル、1−エチル−2−シクロヘキセニル、2−メチル−2−アダマンチルおよび2−エチル−2−アダマンチルが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。トリアルキルシリル基の例としては、トリメチルシリル、トリエチルシリルおよびジメチル−t−ブチルシリルが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。オキソアルキル基の例としては、3−オキソシクロヘキシル、4−メチル−2−オキソオキサン−4−イルおよび5−メチル−2−オキソオキソラン−5−イルが挙げられる。他の酸不安定基としては、イソボルニル基、テトラヒドロフラニル基、テトラヒドロピラノイル基、3−オキソシクロヘキサノイル基、メバロニックラクトニル基、ジシクロプロピルメチル(Dcpm)基およびジメチルシクロプロピルメチル(Dmcp)基が挙げられる。R**は、上記において定義されたように、独立してRまたはR*を表す。Dcpm基およびDmcp基は、それぞれ、下記構造式で表される。
本願明細書全体を通して、「ハロヒドロカルビル」という用語は、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、アリール基およびアラルキル基のごときヒドロカルビル基の水素原子の少なくとも1つが、塩素、臭素、ヨウ素、フッ素およびこれらの組み合わせ(例えば、ハロアルキル、ハロアルキニル、ハロシクロアルキル、ハロアリールおよびハロアラルキル)から選択されるハロゲン原子で置換されていることを意味する。ハロヒドロカルビル基は、1〜24個の炭素原子を有することができる。「フルオロヒドロカルビル」という用語は、ヒドロカルビル基の水素原子の少なくとも1つがフッ素で置換されていることを意味する。ハロゲン化の程度は、少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されている(例えば、モノフルオロメチル基)部分ハロゲン化から、ヒドロカルビル基の水素原子のすべてがハロゲン原子で置換されている(例えば、トリフルオロメチル(パーフルオロメチル)のごときパーハロカルビル)フルハロゲン化(パーハロゲン化)までである。ある実施態様では、フッ化ヒドロカルビル基およびフッ化パーフルオロカルビル基は1〜24個の炭素原子を含有する。別の実施態様では、フッ化ヒドロカルビル基およびフッ化パーフルオロカルビル基は1〜12個の炭素原子を含有する。さらに別の実施態様では、フッ化ヒドロカルビル基およびフッ化パーフルオロカルビル基は6個の炭素原子を含有し、線状、分岐状、環状または芳香族のいずれでもよい。フッ化ヒドロカルビル基およびフッ化パーフルオロカルビル基としては、フッ化および過フッ化直鎖および分岐鎖C1〜C24アルキル、フッ化および過フッ化C3〜C24シクロアルキル、フッ化および過フッ化C2〜C24アルケニル、フッ化および過フッ化C3〜C24シクロアルケニル、フッ化および過フッ化C6〜C24アリール、並びにフッ化および過フッ化C7〜C24アラルキルが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。フッ化エーテル置換基およびパーフルオロカルビルエーテル置換基は、それぞれ、R”’が上記において定義されたようにフッ化ヒドロカルビルまたはパーフルオロカルビル基であり、qが0〜5の整数である式−(CH2qOR”’または−(CF2qOR”’によって表される。
ある実施態様では、パーハロヒドロカルビル基には過ハロゲン化フェニル基および過ハロゲン化アルキル基が包含される。本発明において有用なハロゲン化アルキル基は、部分的または完全にハロゲン化され、線状または分岐状であり、そしてX”が独立してフッ素、塩素、臭素および/またはヨウ素から選択されるハロゲンであり、そしてrが1〜20の整数から選択される式CrX”2r+1を有する。
ある実施態様では、過フッ化置換基には、パーフルオロフェニル、パーフルオロメチル、パーフルオロエチル、パーフルオロプロピル、パーフルオロブチルおよびパーフルオロヘキシルが包含される。ハロゲン置換基に加え、本発明のシクロアルキル基、アリール基およびアラルキル基は、直鎖および分岐鎖C1〜C5アルキルおよびハロアルキル基、アリール基、並びにシクロアルキル基でさらに置換されてもよい。
ある実施態様では、式Iのmは0または1である。別の実施態様では、式Iのmは0である。mが0のときの構造は下記式Iaによって表される。
式中、R1〜R4およびZは上記定義と同じである。
重合反応が任意の光酸開裂性部分によって実質的に阻害されないのであれば、前記光酸開裂性部分は本発明の実施に好適であることは当業者らには明らかなはずである。
ある実施態様では、酸不安定基は、酸の存在下において開裂反応を起こす有機エステル基である。別の実施態様では、酸不安定基にはエステル基およびカーボネート基が包含される。さらに別の実施態様では、酸不安定基はカルボン酸のt−ブチルエステルである。
別の実施態様では、R1〜R3は水素であり、R4は−(CH2n−C(OR***)−(CF32であり、mは0であり、nは0〜10の整数であり、そしてZは−CH−である。この場合、式Iの構造は下記式Ibによって表される。
式中、R***は−CH2OR、−C(O)ORまたは−C(O)Rを表し、Rは上記定義と同じである。
別の実施態様では、R1およびR2は水素であり、R3およびR4はCrX”2r+1(式中、X”は独立してフッ素、塩素、臭素および/またはヨウ素から選択されるハロゲンであり、そしてrは1〜20の整数から選択される)であり、そしてZは−CH−である。この場合、式Iの構造は下記式Icによって表される。
ある実施態様では、8族、9族または金属イオン源を含有する下記に示すような触媒系を用いて式I、Ia、IbまたはIcの1つのモノマーを重合することによってホモポリマーが得られる。別の実施態様では、式I、Ia、IbおよびIcのモノマーのうちの異なる2種以上を重合することによって共重合体を形成することができる。この場合も、下記に示すように、8、9または10族遷移金属イオン源を含有する触媒系を用いて重合反応を行う。別の実施態様では、式I、Ia、IbおよびIcのモノマーの少なくとも1種を下記式IIのモノマーの少なくとも1種と共重合させることができる。
式中、R5〜R8は、独立して、水素、直鎖または分岐鎖(C1〜C30)アルキル、直鎖または分岐鎖(C2〜C30)オレフィン、−(CH2n−C(O)OR*、−(CH2n−C(O)OR、−(CH2n−OR、−(CH2n−OC(O)R、−(CH2n−C(O)R、−(CH2n−OC(O)OR、−(CH2n−C(R)2−CH(R)(C(O)OR**)、−(CH2n−(CR2n−CH(R)(C(O)OR**)、−(CR’2n−O−R−および−(CH2n−C(R)2−CH(C(O)OR**2を表し、Rは水素、直鎖および分岐鎖(C1〜C10)アルキルまたは−(CH2s−OHを表し、R’は水素またはハロゲン(すなわち、フッ素、塩素、臭素および/またはヨウ素)を表し、nは0〜10の整数であり、mは0〜5の整数であり、sは1〜10の整数であり、Zは酸素、硫黄、−NR”−または−(CR”2p−を表し、R”は水素であり、pは1または2である。ある実施態様では、nは0である。R*は、上記において定義されたように、任意の公知である酸不安定部分を表す。別の実施態様では、R5〜R8の少なくとも1つが、上記において定義されたように、ハロヒドロカルビルまたはパーハロカルビル基を含有する。さらに別の実施態様では、R5〜R8の少なくとも1つがハロゲン化酸不安定基である。ハロゲン化の程度は、少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換されている部分ハロゲン化から、ヒドロカルビル基の水素原子のすべてがハロゲン原子で置換されているフルハロゲン化(パーハロゲン化)までである。
式I、Ia、Ib、IcおよびIIの任意の1つのモノマーは様々な方法で製造できる。そのような方法および前記モノマーの重合のための触媒系は米国特許第6,136,499号および6,232,417号に詳しく記載されている。これらの特許の開示内容全体が本願明細書に引用されて援用される。
本発明に従って製造されたポリマーは、2,3−エンチェインメントによって結合した付加重合多環式繰返し単位を含んでなる。前記ポリマーは、下記構造から選択される繰返し単位の少なくとも1種を含んでなる。
式中、R1〜R8およびmは上記定義と同じである。
重合のための触媒系
本発明のポリマーは、(1)式I、Ia、Ibおよび/またはIcの1つによる1種のモノマーと、(2)式I、Ia、Ibおよび/またはIcによる異なる2種以上のモノマーと、(3)式I、Ia、Ibおよび/またはIcによる少なくとも1種のモノマーおよび式IIによる少なくとも1種のモノマーとを含んでなる反応混合物の重合によって得られる。所望の反応混合物は、溶媒、8、9または10族遷移金属イオン源を含有する触媒系およびオプションである連鎖移動剤と混ぜ合わされる。前記触媒系は、予備成形された単一成分8、9または10族遷移金属系触媒または多成分8、9または10族遷移金属触媒でもよい。
単一成分系
本発明のある1つの態様において、本発明で用いられるポリマーを製造する際に有用な単一成分触媒系は下記式で表される。
nNi(C652
式中、nは1また2であり、Eは中性の2電子ドナー配位子を表す。ある実施態様では、nが1のとき、Eは、トルエン、ベンゼンおよびメシチレンのごときπ−アレーン配位子である。別の実施態様では、nが2のとき、Eはジエチルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)、エチルアセテートおよびジオキサンから選択される。
ある実施態様では、本発明で用いられる単一成分触媒は、ビス(エチルアセテート)ビス(パーフルオロフェニル)ニッケル、(トルエン)ビス(パーフルオロフェニル)ニッケル、(メシチレン)ビス(パーフルオロフェニル)ニッケル、(ベンゼン)ビス(パーフルオロフェニル)ニッケル、ビス(テトラヒドロフラン)ビス(パーフルオロフェニル)ニッケルおよびビス(ジオキサン)ビス(パーフルオロフェニル)ニッケルである。
前記単一成分触媒の実施態様において、反応媒体中の(金属に基づく)触媒に対する全モノマーのモル比は、約5:1〜約100,000:1、または約50:1〜約20,000:1、または約100:1〜約10,000、または約100:1〜約2,000:1の範囲である。
他の触媒系
別の態様において、前記ポリマーを製造する際に有用な触媒系はWO00/20472に記載されている。本発明の多環式モノマーを重合するのに用いることができるそのような触媒系の1つは、下記一般式で表される。
[(R18zM(L’)x(L”)yb[WCA]d III
式中、Mは10族遷移金属を表し、R18はアニオン性ヒドロカルビル含有配位子を表し、L’は15族中性電子ドナー配位子を表し、L”は不安定な中性電子ドナー配位子を表し、zは0または1であり、xは1または2であり、yは0、1、2または3であり、x、yおよびzの合計が4であり、そしてbおよびdは、それぞれ、触媒錯体全体の電子電荷のバランスをとるために必要とされるカチオン錯体の数および弱配位カウンターアニオン錯体(WCA)の数を表す。モノマー供給はそのままでも溶液の状態でもよく、前記式の予備成形された触媒と接触させる。あるいは、モノマー供給の時に触媒形成成分を混ぜ合わせることによってその場で触媒を形成してもよい。
前記弱配位カウンターアニオン錯体は、カチオン錯体に弱く配位しているアニオンである。中性のルイス塩基、溶媒またはモノマーによって置換されるのに十分なほど不安定である。すなわち、WCAアニオンはカチオン錯体に対して安定化アニオンとして作用し、カチオン錯体に移動して中性生成物を形成することは無い。WCAアニオンは、非酸化的、非還元的そして非求核的であるという点で比較的不活性である。
アニオン性ヒドロカルビル配位子は、閉殻電子配置内の金属中心Mから取り除かれたときに負の電荷を有する任意のヒドロカルビル配位子である。
中性電子ドナーは、閉殻電子配置内の金属中心Mから取り除かれたときに中性の電荷を有する任意の配位子である。
不安定性中性電子ドナー配位子は、金属中心Mとそれほど強くは結合しておらず、Mから容易に脱離し、そして閉殻電子配置内の金属中心から取り除かれたときに中性の電荷を有する任意の配位子である。
前記カチオン錯体において、Mは、ニッケル、パラジウムまたは白金から選択される10族遷移金属を表す。別の実施態様では、Mはニッケルまたはパラジウムを表す。
18の下に規定される代表的なアニオン性ヒドロカルビル含有配位子としては、直鎖および分岐鎖C1〜C20アルキル、C5〜C10シクロアルキル、直鎖および分岐鎖C2〜C20アルケニル、C6〜C15シクロアルケニル、それらのアリル型配位子または標準形、C6〜C30アリール、C6〜C30ヘテロ原子含有アリール、並びにC7〜C30アラルキルが挙げられる。これらの基の各々は、ある実施態様において、直鎖または分岐鎖C1〜C5アルキル、直鎖または分岐鎖C1〜C5ハロアルキル、直鎖または分岐鎖C2〜C5アルケニルおよびハロアルケニル、ハロゲン、硫黄、酸素、窒素、リン、並びに、直鎖または分岐鎖C1〜C5アルキル、直鎖または分岐鎖C1〜C5ハロアルキルおよびハロゲンで任意に置換されるフェニル、から選択されるヒドロカルビル置換基および/またはヘテロ原子置換基で任意に置換されてもよい。また、R18は、式R19C(O)O、R19OC(O)CHC(O)R19、R19C(O)S、R19C(S)O、R19C(S)S、R19OおよびR19 2Nのアニオン性ヒドロカルビル含有配位子を表す。前記式中、R19は、直前に定義されているR18と同じである。
前記シクロアルキル配位子およびシクロアルケニル配位子は、単環でも多環でもよい。アリール配位子は単一環(例えばフェニル)でも縮合環系(例えばナフチル)でもよい。さらに、シクロアルキル基、シクロアルケニル基およびアリール基を任意に組み合わせて縮合環系を形成することができる。前記単環系、多環系およびアリール環系は、水素、直鎖および分岐鎖C1〜C5アルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C5ハロアルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C5アルコキシ、塩素、フッ素、ヨウ素および臭素から選択されるハロゲン、C5〜C10シクロアルキル、C6〜C15シクロアルケニル、並びにC6〜C30アリールから独立して選択される置換基で任意に単置換または複数置換されてもよい。
また、WO00/20472に開示されているように、R18は、10族金属と配位結合している末端基を含有するヒドロカルビル配位子を表すこともある。前記末端配位基含有ヒドロカルビル配位子は、式Cd'2d'Xで表される。前記式中、d’はヒドロカルビル骨格鎖中の炭素原子の数を表す3〜10の整数であり、そしてXは、10族金属中心と配位結合しているアルケニルまたはヘテロ原子含有部分を表す。前記配位子は、10族金属と共に、メタラサイクルまたはヘテロ原子含有メタラサイクルを形成する。
L’で表される代表的な中性電子ドナー配位子としては、アミン、ピリジン、有機リン含有化合物、並びに下記式のアルシンおよびスチビンが挙げられる。
E(R203
式中、Eはヒ素またはアンチモンであり、そしてR20は、水素、直鎖および分岐鎖C1〜C5アルキル、C3〜C10シクロアルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C10アルコキシ、アリル、直鎖および分岐鎖C2〜C10アルケニル、C6〜C12アリール、C6〜C12アリールオキシ、C6〜C12アリールスルフィド(例えばPhS)、C7〜C18アラルキル、環状エーテルおよびチオエーテル、トリ(直鎖および分岐鎖C1〜C10アルキル)シリル、トリ(C6〜C12アリール)シリル、トリ(直鎖および分岐鎖C1〜C10アルコキシ)シリル、トリアリールオキシシリル、トリ(直鎖および分岐鎖C1〜C10アルキル)シロキシ、並びにトリ(C6〜C12アリール)シロキシから独立して選択される。前記置換基の各々は、直鎖または分岐鎖C1〜C5アルキル、直鎖または分岐鎖C1〜C5ハロアルキル、C1〜C5アルコキシ、ハロゲン、およびこれらの組み合わせで任意に置換されてもよい。代表的なアルキル基としては、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、s−ブチル、t−ブチル、ペンチル、ネオペンチル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノニル、デシルおよびドデシルが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。代表的なシクロアルキル基としては、シクロペンチルおよびシクロヘキシルが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。代表的なアルコキシ基としては、メトキシ、エトキシおよびイソプロポキシが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。代表的な環状エーテル基および環状チオエーテル基としては、フリルおよびチエニルがそれぞれ挙げられるが、これらに限定されるわけではない。代表的なアリール基としては、フェニル、o−トリルおよびナフチルが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。代表的なアラルキル基としては、ベンジルおよびフェニルエチル(すなわち、−CH2CH2PH)が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。代表的なシリル基としては、トリフェニルシリル、トリメチルシリルおよびトリエチルシリルが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。前記一般定義において示されるように、前記各基は、直鎖または分岐鎖C1〜C5アルキル、直鎖または分岐鎖C1〜C5ハロアルキルおよびハロゲンで任意に置換されてもよい。
代表的なピリジンとしては、ルチジン(2,3−、2,4−、2,5−、2,6−、3,4−および3,5−置換ルチジンを含む)、ピコリン(2−、3−または4−置換ピコリンを含む)、2,6−ジ−t−ブチルピリジンおよび2,4−ジ−t−ブチルピリジンが挙げられる。
代表的なアルシンとしては、トリフェニルアルシン、トリエチルアルシンおよびトリエトキシシリルアルシンが挙げられる。
代表的なスチビンとしては、トリフェニルスチビンおよびトリチオフェニルスチビンが挙げられる。
好適なアミン配位子は、式N(R213のアミン類から選択することができる。前記式中、R21は、独立して、水素、直鎖および分岐鎖C1〜C20アルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C20ハロアルキル、置換および非置換C3〜C20シクロアルキル、置換および非置換C6〜C18アリール、並びに置換および非置換C7〜C18アラルキルを表す。置換される場合、シクロアルキル基、アリール基およびアラルキル基は単置換されても複数置換されてもよいが、その場合の置換基は、水素、直鎖および分岐鎖C1〜C12アルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C5ハロアルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C5アルコキシ、C6〜C12アリール、並びに塩素、臭素およびフッ素から選択されるハロゲンから独立して選択される。代表的なアミンとしては、エチルアミン、トリエチルアミン、ジイソプロピルアミン、トリブチルアミン、N,N−ジメチルアニリン、N,N−ジメチル−4−t−ブチルアニリン、N,N−ジメチル−4−t−オクチルアニリンおよびN,N−ジメチル−4−ヘキサデシルアニリンが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
有機リン含有配位子としては、ホスフィン、ホスファイト、ホスホナイト、ホスフィニットおよび下記式のリン含有化合物が挙げられる。
P(R20g[X’(R20h3-g
式中、X’は酸素、窒素またはケイ素であり、R20は上記定義と同じであり、各R20置換基はそれぞれ独立しており、gは0、1、2または3であり、hは1、2または3である、ただしX’がケイ素原子のとき、hは3であり、X’が酸素原子のとき、hは1であり、そしてX’が窒素原子のとき、hは2である。gが0でX’が酸素のとき、任意の2つまたは3つのR20と、それらが結合している酸素原子とで、環状部分を形成することができる。gが3のとき、任意の2つのR20と、それらが結合しているリン原子とで、下記式のホスファサイクルを表すことができる。
式中、R20は上記定義と同じであり、h’は4〜11の整数である。
前記有機リン化合物には下記式の二座ホスフィン配位子も包含される。
式中、R20は上記定義と同じであり、iは0、1、2または3である。
代表的なホスフィン配位子としては、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリシクロプロピルホスフィン、トリシクロペンチルホスフィン、トリ−n−プロピルホスフィン、トリ−イソプロピルホスフィン、トリ−n−ブチルホスフィン、トリ−s−ブチルホスフィン、トリ−i−ブチルホスフィン、トリ−t−ブチルホスフィン、トリシクロペンチルホスフィン、トリアリルホスフィン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリフェニルホスフィン、トリナフチルホスフィン、トリ−p−トリルホスフィン、トリ−o−トリルホスフィン、トリ−m−トリルホスフィン、トリベンジルホスフィン、トリ(p−トリフルオロメチルフェニル)ホスフィン、トリス(トリフルオロメチル)ホスフィン、トリ(p−フルオロフェニル)ホスフィン、トリ(p−トリフルオロメチルフェニル)ホスフィン、アリルジフェニルホスフィン、ベンジルジフェニルホスフィン、ビス(2−フリル)ホスフィン、ビス(4−メトキシフェニル)フェニルホスフィン、ビス(4−メチルフェニル)ホスフィン、ビス(3,5−ビス(トリフルオロメチル)フェニル)ホスフィン、t−ブチルビス(トリメチルシリル)ホスフィン、t−ブチルジフェニルホスフィン、シクロヘキシルジフェニルホスフィン、ジアリルフェニルホスフィン、ジベンジルホスフィン、ジブチルフェニルホスフィン、ジブチルホスフィン、ジ−t−ブチルホスフィン、ジシクロヘキシルホスフィン、ジエチルフェニルホスフィン、ジ−i−ブチルホスフィン、ジメチルフェニルホスフィン、ジメチル(トリメチルシリル)ホスフィン、ジフェニルホスフィン、ジフェニルプロピルホスフィン、ジフェニル(p−トリル)ホスフィン、ジフェニル(トリメチルシリル)ホスフィン、ジフェニルビニルホスフィン、ジビニルフェニルホスフィン、エチルジフェニルホスフィン、(2−メトキシフェニル)メチルフェニルホスフィン、トリ−n−オクチルホスフィン、トリス(3,5−ビス(トリフルオロメチル)フェニル)ホスフィン、トリス(3−クロロフェニル)ホスフィン、トリス(4−クロロフェニル)ホスフィン、トリス(2,6−ジメトキシフェニル)ホスフィン、トリス(3−フルオロフェニル)ホスフィン、トリス(2−フリル)ホスフィン、トリス(2−メトキシフェニル)ホスフィン、トリス(3−メトキシフェニル)ホスフィン、トリス(4−メトキシフェニル)ホスフィン、トリス(3−メトキシプロピル)ホスフィン、トリス(2−チエニル)ホスフィン、トリス(2,4,6−トリメチルフェニル)ホスフィン、トリス(トリメチルシリル)ホスフィン、イソプロピルジフェニルホスフィン、ジシクロヘキシルフェニルホスフィン、(+)−ネオメンチルジフェニルホスフィン、トリベンジルホスフィン、ジフェニル(2−メトキシフェニル)ホスフィン、ジフェニル(ペンタフルオロフェニル)ホスフィン、ビス(ペンタフルオロフェニル)フェニルホスフィンおよびトリス(ペンタフルオロフェニル)ホスフィンが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
二座ホスフィン配位子の例としては、(R)−(+)−2,2’−ビス(ジフェニルホスフィノ)−1,1’−ビナフチル、ビス(ジシクロヘキシルホスフィノ)メタン、ビス(ジシクロヘキシルホスフィノ)エタン、ビス(ジフェニルホスフィノ)メタンおよびビス(ジフェニルホスフィノ)エタンが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
前記ホスフィン配位子は、水溶性であることにより、得られる触媒に水性媒体に対する溶解性を付与するホスフィン化合物から選択することもできる。この種の選択ホスフィンとしては、4−(ジフェニルホスフィン)安息香酸および2−(ジフェニルホスフィン)安息香酸のごときカルボン酸置換ホスフィン、2−(ジシクロヘキシルホスフィノ)エタンスルホン酸ナトリウム、4,4’−(フェニルホスフィニデン)ビス(ベンゼンスルホン酸)ジカリウム塩、3,3’,3”−ホスフィニダイントリス(ベンゼンスルホン酸)トリナトリウム塩、4−(ジシクロヘキシルホスフィノ)−1,1−ジメチルピペリジニウムクロライド、4−(ジシクロヘキシルホスフィノ)−1,1−ジメチルピペリジニウムイオダイド、並びに、2−(ジシクロヘキシルホスフィノ)−N,N,N−トリメチルエタナミニウムクロライド、2,2’−(シクロヘキシルホスフィニデン)ビス[N,N,N−トリメチルエタナミニウムジクロライド、2,2’−(シクロヘキシルホスフィニデン)ビス[N,N,N−トリメチルエタナミニウム]ジイオダイドおよび2−(ジシクロヘキシルホスフィノ)−N,N,N−トリメチルエタナミニウムイオダイドのごときホスフィンの4級アミン官能化塩が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
ホスファイト配位子の例としては、トリメチルホスファイト、ジエチルフェニルホスファイト、トリエチルホスファイト、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイト、トリ−n-プロピルホスファイト、トリイソプロピルホスファイト、トリ−n−ブチルホスファイト、トリ−s−ブチルホスファイト、トリイソブチルホスファイト、トリ−t−ブチルホスファイト、ジシクロヘキシルホスファイト、トリシクロヘキシルホスファイト、トリフェニルホスファイト、トリ−p−トリルホスファイト、トリス(p−トリフルオロメチルフェニル)ホスファイト、ベンジルジエチルホスファイトおよびトリベンジルホスファイトが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
ホスフィニット配位子の例としては、メチルジフェニルホスフィニット、エチルジフェニルホスフィニット、イソプロピルジフェニルホスフィニットおよびフェニルジフェニルホスフィニットが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
ホスホナイト配位子の例としては、ジフェニルフェニルホスホナイト、ジメチルフェニルホスホナイト、ジエチルメチルホスホナイト、ジイソプロピルフェニルホスホナイトおよびジエチルフェニルホスホナイトが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
代表的な不安定性中性電子ドナー配位子(L”)は、反応希釈剤、反応モノマー、DMF、DMSO、並びにC4〜C10脂肪族ジエンおよびC4〜C10脂環式脂肪族ジエンといったジエンである。代表的なジエンとしては、ブタジエン、1,6−ヘキサジエン、シクロオクタジエン(COD)、水、塩素化アルカン、アルコール、エーテル、ケトン、ニトリル、アレーン、ホスフィンオキシド、有機カーボネートおよびエステルが挙げられる。
代表的な塩素化アルカンとしては、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタンおよび四塩化炭素が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
好適なアルコール配位子は、式R22OHのアルコールから選択することができる。前記式中、R22は、直鎖および分岐鎖C1〜C20アルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C20ハロアルキル、置換および非置換C3〜C20シクロアルキル、置換および非置換C6〜C18アリール、並びに置換および非置換C6〜C18アラルキルを表す。置換される場合、シクロアルキル基、アリール基およびアラルキル基は単置換されても複数置換されてもよいが、その場合の置換基は、水素、直鎖および分岐鎖C1〜C12アルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C5ハロアルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C5アルコキシ、C6〜C12アリール、並びに塩素、臭素およびフッ素から選択されるハロゲンから独立して選択される。代表的なアルコールとしては、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ヘキサノール、t−ブタノール、ネオペンタノール、フェノール、2,6−ジ−i−プロピルフェノール、4−t−オクチルフェノール、5−ノルボルネン−2−メタノールおよびドデカノールが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
好適なエーテル配位子およびチオエーテル配位子としては、それぞれ、式(R23−O−R23)のエーテルおよび式(R23−S−R23)のチオエーテルから選択することができる。前記式中、R23は、独立して、直鎖および分岐鎖C1〜C20アルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C20ハロアルキル、置換および非置換C3〜C20シクロアルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C20アルコキシ、置換および非置換C6〜C18アリール、並びに置換および非置換C6〜C18アラルキルを表す。置換される場合、シクロアルキル基、アリール基およびアラルキル基は単置換されても複数置換されてもよいが、その場合の置換基は、水素、直鎖および分岐鎖C1〜C12アルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C5ハロアルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C5アルコキシ、C6〜C12アリール、並びに塩素、臭素およびフッ素から選択されるハロゲンから独立して選択される。R23と、R23が結合している酸素原子または硫黄原子とで、環状エーテルまたは環状チオエーテルを形成することができる。代表的なエーテルとしては、ジメチルエーテル、ジブチルエーテル、メチル−t−ブチルエーテル、ジ−i−プロピルエーテル、ジエチルエーテル、ジオクチルエーテル、1,4−ジメトキシエタン、THF、1,4−ジオキサンおよびテトラヒドロチオフェンが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
好適なケトン配位子は、式R24C(O)R24のケトンによって表される。前記式中、R24は、独立して、直鎖および分岐鎖C1〜C20アルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C20ハロアルキル、置換および非置換C3〜C20シクロアルキル、置換および非置換C6〜C18アリール、並びに置換および非置換C6〜C18アラルキルを表す。置換される場合、シクロアルキル基、アリール基およびアラルキル基は単置換されても複数置換されてもよいが、その場合の置換基は、水素、直鎖および分岐鎖C1〜C12アルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C5ハロアルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C5アルコキシ、C6〜C12アリール、並びに塩素、臭素およびフッ素から選択されるハロゲンから独立して選択される。代表的なケトンとしては、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノンおよびベンゾフェノンが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
前記ニトリル配位子は、式R25CNによって表すことができる。前記式中、R25は、水素、直鎖および分岐鎖C1〜C20アルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C20ハロアルキル、置換および非置換C3〜C20シクロアルキル、置換および非置換C6〜C18アリール、並びに置換および非置換C6〜C18アラルキルを表す。置換される場合、シクロアルキル基、アリール基およびアラルキル基は単置換されても複数置換されてもよいが、その場合の置換基は、水素、直鎖および分岐鎖C1〜C12アルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C5ハロアルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C5アルコキシ、C6〜C12アリール、並びに塩素、臭素およびフッ素から選択されるハロゲンから独立して選択される。代表的なニトリルとしては、アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル、ベンジルシアニドおよび5−ノルボルネン−2−カルボニトリルが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
前記アレーン配位子は、単置換、複数置換および非置換C6〜C12アレーンから選択することができるが、置換される場合の置換基は、水素、直鎖および分岐鎖C1〜C12アルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C5ハロアルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C5アルコキシ、C6〜C12アリール、並びに塩素、臭素およびフッ素から選択されるハロゲンから独立して選択される。代表的なアレーンとしては、トルエン、ベンゼン、o−、m−およびp−キシレン、メシチレン、フルオロベンゼン、o−ジフルオロベンゼン、p−ジフルオロベンゼン、クロロベンゼン、ペンタフルオロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、並びにヘキサフルオロベンゼンが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
好適なトリアルキルおよびトリアリールホスフィンオキシド配位子は、式P(O)(R263によって表すことができる。前記式中、R26は、独立して、直鎖および分岐鎖C1〜C20アルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C20ハロアルキル、置換および非置換C3〜C20シクロアルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C20アルコキシ、直鎖および分岐鎖C1〜C20ハロアルコキシ、置換および非置換C6〜C18アリール、並びに置換および非置換C6〜C18アラルキルを表す。置換される場合、シクロアルキル基、アリール基およびアラルキル基は単置換されても複数置換されてもよいが、その場合の置換基は、水素、直鎖および分岐鎖C1〜C12アルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C5ハロアルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C5アルコキシ、C6〜C12アリール、並びに塩素、臭素およびフッ素から選択されるハロゲンから独立して選択される。代表的なホスフィンオキシドとしては、トリフェニルホスフィンオキシド、トリブチルホスフィンオキシド、トリオクチルホスフィンオキシド、トリブチルホスフェートおよびトリス(2−エチルヘキシル)ホスフェートが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
代表的なカーボネートとしては、エチレンカーボネートおよびプロピレンカーボネートが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
代表的なエステルとしては、エチルアセテートおよびi−アミルアセテートが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
WCAの説明
式IIIの弱配位カウンターアニオン錯体[WCA]は、ボレート、アルミナート、ボレートベンゼンアニオン、カルボランアニオンおよびハロカルボランアニオンから選択することができる。
前記ボレートおよびアルミナート弱配位カウンターアニオンは、下記式IVおよびVによって表される。
[M’(R27)(R28)(R29)(R30)] IV
[M’(OR31)(OR32)(OR33)(OR34)] V
式IV中、M’はホウ素またはアルミニウムであり、そしてR27、R28、R29およびR30は、独立して、フッ素、直鎖および分岐鎖C1〜C10アルキル基、直鎖および分岐鎖C1〜C10アルコキシ基、直鎖および分岐鎖C3〜C5ハロアルケニル基、直鎖および分岐鎖C3〜C12トリアルキルシロキシ基、C18〜C36トリアリールシロキシ基、置換および非置換C6〜C30アリール基、並びに置換および非置換C6〜C30アリールオキシ基を表し、R27〜R30のすべてが同時にアルコキシ基またはアリールオキシ基を表すことはできない。置換される場合、アリール基は単置換されても複数置換されてもよいが、その場合の置換基は、直鎖および分岐鎖C1〜C5アルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C5ハロアルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C5アルコキシ、直鎖および分岐鎖C1〜C5ハロアルコキシ、直鎖および分岐鎖C1〜C12トリアルキルシリル、C6〜C18トリアリールシリル、並びに塩素、臭素およびフッ素から選択されるハロゲンから独立して選択される。別の実施態様では、前記ハロゲンはフッ素である。
式IVのボレートアニオンの代表的なものとしては、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(3,5−ビス(トリフルオロメチル)フェニル)ボレート、テトラキス(2−フルオロフェニル)ボレート、テトラキス(3−フルオロフェニル)ボレート、テトラキス(4−フルオロフェニル)ボレート、テトラキス(3,5−ジフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(2,3,4,5−テトラフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(3,4,5,6−テトラフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(3,4,5−トリフルオロフェニル)ボレート、メチルトリス(パーフルオロフェニル)ボレート、エチルトリス(パーフルオロフェニル)ボレート、フェニルトリス(パーフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(1,2,2−トリフルオロエチレニル)ボレート、テトラキス(4−トリ−i−プロピルシリルテトラフルオロフェニル)ボレート、テトラキス(4−ジメチル−t−ブチルシリルテトラフルオロフェニル)ボレート、(トリフェニルシロキシ)トリス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、(オクチルオキシ)トリス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、テトラキス[3,5−ビス[1−メトキシ−2,2,2−トリフルオロ−1−(トリフルオロメチル)エチル]フェニル]ボレート、テトラキス[3−[1−メトキシ−2,2,2−トリフルオロ−1−(トリフルオロメチル)エチル]−5−(トリフルオロメチル)フェニル]ボレートおよびテトラキス[3−[2,2,2−トリフルオロ−1−(2,2,2−トリフルオロエトキシ)−1−(トリフルオロメチル)エチル]−5−(トリフルオロメチル)フェニル]ボレートが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
式IVのアルミナートアニオンの代表的なものとしては、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)アルミナート、トリス(パーフルオロビフェニル)フルオロアルミナート、(オクチルオキシ)トリス(ペンタフルオロフェニル)アルミナート、テトラキス(3,5−ビス(トリフルオロメチル)フェニル)アルミナートおよびメチルトリス(ペンタフルオロフェニル)アルミナートが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
式V中、M’はホウ素またはアルミニウムであり、そしてR31、R32、R33およびR34は、独立して、直鎖および分岐鎖C1〜C10アルキル基、直鎖および分岐鎖C1〜C10ハロアルキル基、C2〜C10ハロアルケニル基、置換および非置換C6〜C30アリール基、並びに置換および非置換C7〜C30アラルキル基を表し、ただしR31〜R34のうちの少なくとも3つがハロゲン含有置換基を含有していなければならない。置換される場合、アリール基およびアラルキル基は単置換されても複数置換されてもよいが、その場合の置換基は、直鎖および分岐鎖C1〜C5アルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C5ハロアルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C5アルコキシ、直鎖および分岐鎖C1〜C10ハロアルコキシ、並びに塩素、臭素およびフッ素から選択されるハロゲンから独立して選択される。別の実施態様では、前記ハロゲンはフッ素である。OR31基とOR32基とを組み合わせて−O−R35−O−で表されるキレート置換基を形成することができる。前記式中、酸素原子はM’と結合しており、そしてR35は、置換および非置換C6〜C30アリール、並びに置換および非置換C7〜C30アラルキルから選択される2価の基である。ある実施態様では、前記酸素原子は、オルト位またはメタ位で、芳香環に、直接またはアルキル基を介して結合する。置換される場合、アリール基およびアラルキル基は単置換されても複数置換されてもよいが、その場合の置換基は、直鎖および分岐鎖C1〜C5アルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C5ハロアルキル、直鎖および分岐鎖C1〜C5アルコキシ、直鎖および分岐鎖C1〜C10ハロアルコキシ、並びに塩素、臭素およびフッ素から選択されるハロゲンから独立して選択される。別の実施態様では、前記ハロゲンはフッ素である。2価R35基の代表的な構造は、開示内容が本願明細書に引用されて援用されるWO00/20472に開示されている。
式IVのボレートアニオンおよびアルミナートアニオンの代表的なものとしては、[B(OC(CF334-、[B(OC(CF32(CH3))4-、[B(OC(CF32H)4-、[B(OC(CF3)(CH3)H)4-、[Al(OC(CF32Ph)4-、[B(OCH2(CF324-、[Al(OC(CF3264CH34-、[Al(OC(CF334-、[Al(OC(CF3)(CH3)H)4-、[Al(OC(CF32H)4-、[Al(OC(CF3264−4−i−Pr)4-、[Al(OC(CF3264−4−t−ブチル)4-、[Al(OC(CF3264−4−SiMe34-、[Al(OC(CF3264−4−Si−i−Pr34-、[Al(OC(CF3262−2,6−(CF32−4−Si−i−Pr34-、[Al(OC(CF3263−3,5−(CF324-、[Al(OC(CF3262−2,4,6−(CF334-および[Al(OC(CF32654-が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
前記弱配位カウンターアニオンとして有用なボレートベンゼンアニオンは、下記式VIで表すことができる。
式中、R36は、フッ素、フッ化ヒドロカルビル、パーフルオロカルビル、フッ化エーテルおよび過フッ化エーテルから選択される。別の実施態様では、フッ化ヒドロカルビル基およびパーフルオロカルビル基は6つの炭素原子を含有し、かつ、線状、分岐状、環状または芳香族のいずれでもよい。フッ化ヒドロカルビル基およびパーフルオロカルビル基としては、フッ化および過フッ化直鎖および分岐鎖C1〜C24アルキル、フッ化および過フッ化C3〜C24シクロアルキル、フッ化および過フッ化C2〜C24アルケニル、フッ化および過フッ化C3〜C24シクロアルケニル、フッ化および過フッ化C6〜C24アリール、並びにフッ化および過フッ化C7〜C24アラルキルが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。フッ化エーテル置換基およびパーフルオロカルビルエーテル置換基は、それぞれ、式−(CH2mOR38または−(CF2mOR38によって表される。前記式中、R38は上記において定義されたようにフッ化またはパーフルオロカルビル基であり、mは0〜5の整数である。mが0のとき、エーテル部分の酸素原子はボレートベンゼン環のホウ素原子と直接結合することに注意されたい。
ある実施態様において、R36基としては、トリフルオロメチル、パーフルオロエチル、パーフルオロプロピル、パーフルオロイソプロピル、ペンタフルオロフェニルおよびビス(3,5−トリフルオロメチル)フェニルから選択されるフッ化および過フッ化ヒドロカルビル基のごとき、本質的に電子求引性であるものが挙げられる。
37は、独立して、水素、ハロゲン、パーフルオロカルビル基およびシリルパーフルオロカルビル基を表す。前記パーフルオロカルビル基およびシリルパーフルオロカルビル基は上記定義通りである。ある実施態様では、前記ハロゲン基は塩素およびフッ素から選択される。別の実施態様では、前記ハロゲンはフッ素である。R37がハロゲン、パーフルオロカルビルおよび/またはシリルパーフルオロカルビルである場合、前記基は、ある実施態様において、ボレートベンゼン環のホウ素原子に対してオルト位またはパラ位に位置する。別の実施態様において、R37がハロゲン、パーフルオロカルビルおよび/またはシリルパーフルオロカルビルである場合、前記基は、ボレートベンゼン環のホウ素原子に対してパラ位に位置する。
代表的なボレートベンゼンアニオンとしては、[1,4−ジヒドロ−4−メチル−1−(ペンタフルオロフェニル)]−2−ボレート、4−(1,1−ジメチル)−1,2−ジヒドロ−1−(ペンタフルオロフェニル)−2−ボレート、1−フルオロ−1,2−ジヒドロ−4−(ペンタフルオロフェニル)−2−ボレート、および1−[3,5−ビス(トリフルオロメチル)フェニル]−1,2−ジヒドロ−4−(ペンタフルオロフェニル)−2−ボレートが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
前記弱配位カウンターアニオンとして有用なカルボランアニオンおよびハロカルボランアニオンとしては、CB11(CH312 -、CB1112 -、1−C25CB1111 -、1−Ph3SiCB1111 -、1−CF3CB1111 -、12−BrCB1111 -、12−BrCB1111 -、7,12−Br2CB1110 -、12−ClCB1111 -、7,12−Cl2CB1110 -、1−H−CB1111 -、1−CH3−CB1111 -、1−CF3−CB1111 -、12−CB1111-、7,12−CB11112 -、7,9,12−CB11113 -、CB116Br6 -、6−CB99-、6,8−CB982 -、6,7,8−CB973 -、6,7,8,9−CB964 -、2,6,7,8,9−CB955 -、CB95Br5 -、CB116Cl6 -、CB1166 -、CB1166 -、CB1166 -、CB116Br6 -、6,7,9,10,11,12−CB1166 -、2,6,7,8,9,10−CB955 -、1−H−CB99 -、12−CB1111(C65-、1−C65−CB115Br6 -、CB11Me12 -、CB11(CF312 -、Co(B92112 -、CB11(CH312 -、CB11(C4912 -、CB11(C61312 -、Co(C29112 -、Co(Br32982 -およびドデカヒドロ−1−カルバドデカボレートが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
離脱基
A’は、WCA塩によって供給される弱配位アニオンによって容易に置換することができるアニオン性離脱基を表す。前記離脱基は、WCA塩のカチオンと共に塩を形成する。離脱基A’は、ハロゲン(すなわち、Br、Cl、IおよびF)、硝酸塩、トリフラート(トリフルオロメタンスルフォナート)、トリフルイミド(ビストリフルオロメタンスルホンイミド)、トリフルオロアセテート、トシラート、AlBr4 -、AlF4 -、AlCl4 -、AlF33SCF3 -、AsCl6 -、SbCl6 -、SbF6 -、PF6 -、BF4 -、ClO4 -、HSO4 -、カルボキシレート、アセテート、アセチルアセトネート、カーボネート、アルミネートおよびボレートから選択される。
離脱基のさらに詳しい検討はWO00/20472に記載されている。前記文献の離脱基に関する教示は本願明細書に引用されて援用される。
式IIIの触媒は、溶媒中の予備成形された単一成分触媒として調製することもできるし、重合される所望のモノマー中で触媒前駆体成分を混ぜ合わせることによってその場で調製することもできる。
式IIIの触媒は、適当な溶媒中で触媒前駆体を混ぜ合わせ、適当な温度条件下において反応を進行させた後、触媒生成物を単離することによって調製することができる。別の実施態様では、10族金属触媒前駆体を、15族電子ドナー化合物および/または不安定性中性電子ドナー化合物と混ぜ合わせ、そして適当な溶媒中で弱配位アニオンの塩と混ぜ合わせることによって、上記式IIIに関連して説明された予備成形触媒錯体が得られる。別の実施態様では、15族電子ドナー配位子を含有する10族金属触媒前駆体を、適当な溶媒中で、弱配位アニオンの塩と混ぜ合わせることによって、前記予備成形触媒錯体が得られる。
触媒調製反応は、反応条件下において不活性である溶媒中で行われる。触媒調製反応にとって好適である溶媒で例としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタンおよびシクロヘキサンのごときアルカン溶媒およびシクロアルカン溶媒;ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、エチルクロライド、1,1−ジクロロエタン、1,2−ジクロロエタン、1−クロロプロパン、2−クロロプロパン、1−クロロブタン、2−クロロブタン、1−クロロ−2−メチルプロパンおよび1−クロロペンタンのごときハロゲン化アルカン溶媒;THFおよびジエチルエーテルのごときエーテル;ベンゼン、キシレン、トルエン、メシチレン、クロロベンゼンおよびo−ジクロロベンゼンのごとき芳香族溶媒;Freon(登録商標)112のごときハロカーボン溶媒;およびこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。ある実施態様では、溶媒の例として、ベンゼン、フルオロベンゼン、o−ジフルオロベンゼン、p−ジフルオロベンゼン、ペンタフルオロベンゼン、ヘキサフルオロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、クロロベンゼン、トルエン、o−、m−およびp−キシレン、メシチレン、クロロへキサン、THFおよびジクロロメタンが挙げられる。
前記反応を行うための好適な温度の範囲は、約−80℃〜約150℃である。別の実施態様では、前記反応を行うための温度範囲は、約−40℃〜約100℃である。さらに別の実施態様では、前記反応を行うための温度範囲は、約0℃〜約65℃である。さらに別の実施態様では、前記反応を行うための温度範囲は、約10℃〜約40℃である。圧力は重要ではないが、用いられる溶媒の沸点に依存してもよい。すなわち、溶媒を液相に保つのに十分な圧力である。反応時間は重要ではないが、数分から48時間までの範囲の値をとり得る。ある実施態様では、前記反応は窒素またはアルゴンのごとき不活性雰囲気下において行われる。
前記反応は、好適な溶媒に触媒前駆体を溶かした後、適当な配位子および所望の弱配位アニオンの塩と、前記溶けた触媒前駆体とを混ぜ合わせ、任意に、得られた溶液を反応が終わるまで加熱することによって行われる。予備成形された単一成分触媒は単離してもよいし、溶液状の予備成形触媒のアリコートを重合媒体に添加することによって直接使用してもよい。前記生成物の単離は、溶媒を蒸発させ、得られた固体を適当な溶媒で洗浄した後、前記所望の生成物を再結晶化させるといった標準的な方法によって達成することができる。本発明の予備成形単一成分触媒の調製に用いられる触媒成分のモル比は、前記触媒前駆体成分に含有されている金属に基づく。ある実施態様において、触媒前駆体/15族電子ドナー成分/WCA塩のモル比は1:1〜10:1〜100である。別の実施態様において、触媒前駆体/15族電子ドナー成分/WCA塩のモル比は1:1〜5:1〜20である。さらに別の実施態様において、触媒前駆体/15族電子ドナー成分/WCA塩のモル比は1:1〜2:1〜5である。触媒前駆体が15族電子ドナー配位子および/または不安定性中性電子ドナー配位子と結紮している本発明の実施態様において、(金属含有量に基づく)触媒前駆体のWCA塩に対するモル比は1:1〜100である。別の実施態様において、この比は1:1〜20である。さらに別の実施態様では、この比は1:1〜5である。
ヒドロカルビル含有配位子の無い触媒の実施態様は、式[M(A’)2]の触媒前駆体と、所望の配位子およびWCA塩とを、下記反応式に従って反応させることによって合成することができる。
[M(A’)2] + xL’ + 2[WCA]塩 □ [M(L’)x][WCA]2 + 2A’塩
式中、xは1または2であり、MおよびL’は上記定義と同じである。
触媒前駆体化合物の例としては、パラジウム(II)ビス(アセチルアセトナート)、パラジウム(アセテート)2、Pd(NO32、PdCl2、PdBr2およびPdI2が挙げられる。
前記反応式は説明の目的のためだけに提示されたものであり、他の具体的な式はWO/0020472に記載されている。これらの式はバランスのとれた形で表記されているが、過剰な反応成分を本発明の精神から逸脱しない範囲で用いることができることは理解されるべきである。例えば、本発明の方法に悪影響を及ぼさない範囲で、過剰なL’、L”、A’またはWCA塩含有成分を前記方法において用いることができる。
ある実施態様において、10族金属/15族電子ドナー化合物/弱配位アニオン源/有機金属化合物のモル比は、1:1〜10:1〜100:2〜200である。別の実施態様において、10族金属/15族電子ドナー化合物/弱配位アニオン源/有機金属化合物のモル比は、1:1〜5:1〜40:4〜100である。さらに別の実施態様において、10族金属/15族電子ドナー化合物/弱配位アニオン源/有機金属化合物のモル比は、1:1〜2:2〜20:5〜50である。10族金属イオン源が15族電子ドナー化合物を含有する付加物である実施態様においては、さらなる15族電子ドナー化合物を用いる必要はない。この実施態様において、10族金属/15族電子ドナー化合物/弱配位アニオン源/有機金属化合物のモル比は、1:0:2〜20:5〜50である。
本発明の最適温度は、いくつかの変数、主に、触媒の選択および反応希釈剤の選択に依存する。従って、任意の重合にとっての最適な温度は、これらの変数を考慮し、実験で求められる。
一般に、重合反応は、任意の好適な溶媒中で、本発明の任意の触媒の存在下において、約0℃〜約140℃または20℃〜約130℃または約25℃〜約125℃の温度範囲で実施することができる。別の実施態様では、前記反応は、任意の好適な溶媒中で、約70℃〜約130℃の範囲の温度で実施される。さらに別の実施態様では、前記反応は、任意の好適な溶媒中で、約15℃〜約45℃の範囲の温度で実施される。
本発明の1つの態様において、前記触媒を用いる反応は、触媒系に悪影響を及ぼさず尚且つモノマーのための溶媒である有機溶媒中で実施される。有機溶媒の例としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタンおよびデカンのごとき脂肪族(非極性)炭化水素;シクロペンタンおよびシクロヘキサンのごとき脂環式炭化水素;ベンゼン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、トルエン、メトキシベンゼンおよびキシレンのごとき芳香族炭化水素;メチル−t−ブチルエーテルおよびアニソールのごときエーテル;メチレンクロライド、クロロホルム、四塩化炭素、エチルクロライド、1,1−ジクロロエタン、1,2−ジクロロエタン、1,2−ジクロロエチレン、1−クロロプロパン、2−クロロプロパン、1−クロロブタン、2−クロロブタン、1−クロロ−2−メチルプロパンおよび1−クロロペンタンのごときハロゲン化(極性)炭化水素が挙げられる。
反応溶媒の選択は、触媒の選択、および、懸濁法または溶液法として重合を行うことが望ましいかどうか、といったいくつかの要素にもとづいて行われる。重合されるモノマーの正確な性質、重合反応に用いられる触媒、および重合工程が行われる温度および/または圧力、ただしこれらに限定されるわけではないが、といったいくつかの要素が提供されれば、前記モノマーの組み合わせを重合する際に好適に用いられる溶媒を従来技術の1つによって容易に決定することができる。
式IIIの下に定義された触媒中の8、9または10族遷移金属に対する全モノマーのモル比は、約2:1〜約100,000:1または約5:1〜約20,000:1または約100:1〜約10,000:1または約10:1〜約2,000:1である。別の実施態様において、8、9または10族金属に対する全モノマーのモル比は、約2:1〜約1,000:1または約5:1〜約500:1または約10:1〜約250:1である。
本発明の方法によって得られるポリマーの分子量(Mn)は、約500〜約1,000,000または約2,000〜約700,000または約3,000〜約100,000または約3,000〜約50,000の範囲である。
分子量は、触媒対モノマー比を変えることによって調節することができる。連鎖移動剤の存在下において重合を行うことによって、約500〜約500,000の低い分子量を有するポリマーおよびオリゴマーを形成することもできる。繰返し単位数が約4〜約50であるマクロモノマーまたはオリゴマーは、CTA(連鎖移動剤)の存在下において調製することができる。前記CTA(連鎖移動剤)は、隣接する炭素原子の間に末端オレフィン二重結合を有する化合物から選択されるが、前記隣接する炭素原子の少なくとも1方には2つの水素原子が結合している。CTAには、スチレン(非スチレン)、ビニルエーテル(非ビニルエーテル)および共役ジエンは含まれない。「非スチレン」および「非ビニルエーテル」とは、下記構造を有する化合物が本発明の連鎖移動剤から除かれることを意味する。
CH2=C(A)(RまたはH)、および
CH2=CH−OR
式中、Aは芳香族置換基であり、Rはヒドロカルビルである。
ある実施態様において、本発明のCTA化合物は下記式で表される。
CH2=C(R16)(R17
式中、R16およびR17は、独立して、水素、分岐鎖もしくは非分岐鎖(C1〜C40)アルキル、分岐鎖もしくは非分岐鎖(C2〜C40)アルケニル、またはハロゲンを表す。
ある実施態様において、本発明において用いられるCTAは、炭素数が2〜10であるα−オレフィン(例えば、エチレン、プロピレン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン、1−デセン、1,7−オクタジエン、1,6−オクタジエンまたはイソブチレン)である。
3〜C12環状オレフィン(例えばシクロペンテン)もCTAとして有用である。
CTAは、全NB型モノマーのモルに対して約0.10モル%の量から50モル%を上回る量までの範囲の量で用いることができる。ある実施態様では、CTAは0.10〜10モル%の範囲で用いられる。別の実施態様では、CTAは0.1〜5.0モル%の範囲で用いられる。前述のように、触媒の種類および感度、CTAの効率および所望の末端基に応じて、CTAの濃度は、(存在する全NB官能性モノマーに対して)50モル%を上回る値、例えば60〜80モル%、でもよい。オリゴマー用途およびマクロモノマー用途のような本発明の低分子量実施態様を実現するには、より高い濃度(例えば、100モル%よりも高い濃度)のCTAが必要となることもあり得る。連鎖移動に加えて、本発明の方法は、α−オレフィン末端基をポリマー鎖の末端に配置させることのできる方法を与える。
本発明のCTAの存在下において調製される本発明のポリマーは、約500〜約500,000または約2,000〜約300,000または約5,000〜約200,000の分子量を有する。
本発明の触媒および/またはCTAの存在下において調製されるポリマーは、ポリマー鎖の一方または両方の末端に不飽和を有する。前記ポリマー鎖に含まれる末端不飽和の位置は、重合反応に用いられる連鎖移動剤の種類に左右される。多環式オレフィンモノマーを重合するのに用いられる遷移金属触媒と共に用いられる場合、連鎖移動剤は、各多環式ポリマー鎖に末端基としてのみ付加する。連鎖移動剤は、共重合してポリマーの主鎖に取り込まれることはない。「末端基」とは、多環式ポリマー鎖の末端の少なくとも1つに存在する末端基が、重合反応に用いられる連鎖移動剤から誘導される末端基部分を含有することを意味する。図式化すると、連鎖移動剤の存在下において調製される末端不飽和ポリマーは以下のように示すことができる。
PNB−CTA
式中、PNBは、前記式I’およびII’から選択される1種以上の繰返し単位を含んでなる多環式ポリマー鎖を表し、CTAは、PNB骨格鎖の末端と共有結合している連鎖移動剤部分を表す。
例えば、エチレンのごときα−オレフィンが連鎖移動剤として用いられる場合、ポリマー骨格鎖における末端基不飽和は以下のように示すことができる。
PNB−CH2=CH2
1−ヘキセンのごときさらに鎖の長いα−オレフィンが連鎖移動剤として用いられる場合、ポリマー骨格鎖は以下のように示すことができる。
PNB−CH2=CH2−CH2−CH2−CH2−CH3
さらに鎖の長いα−オレフィン連鎖移動剤(炭素数が3以上)の場合、前記連鎖移動剤中の二重結合を炭素鎖内の別の位置に配置し直すことによって、様々な不飽和異性体が得られることに注意すべきである。例えば、付加されたヘキセニル部分についての前記式中の二重結合は、炭素原子2と3、炭素原子3と4および炭素原子4と5の間に配置し直すことができる。ここで、炭素1はPNB鎖に最も近く、炭素6はPNB鎖から最も離れている。
この末端基不飽和によって、リソグラフィック結像にとって有害であるポリマーの光学密度が高くなる。本願明細書で検討されているように、付加された連鎖移動部分に含有される末端不飽和は、例えばエポキシ化、水素化、ヒドロホルミル化、ヒドロシリル化および/またはシクロプロパン化によるオレフィン末端基の後官能化によって取り除くことができる。本発明の後官能化剤を用いて不飽和末端基を処理すると、水素化、ヒドロホルミル化、ヒドロシリル化およびエポキシ化末端基を有する多環式ポリマーが得られる。後官能化剤は、多環式ポリマーの末端基に付加した不飽和末端基に含有される二重結合に作用する。ポリシクロオレフィン中の末端不飽和を処理する方法は、開示内容全体が本願明細書に引用されて援用される米国特許第6,294,616号に記載されている。
本発明のある実施態様において、ポリマー骨格鎖の末端に存在する末端不飽和を、水素および水素化触媒の存在下において水素化することができる。ポリマー骨格鎖に悪影響を及ぼさない任意の均一系または不均一系水素化触媒を用いることができる。好適な水素化触媒の例としては、H2PtCl4(chloroplantinic acid)、RuHCl(Ph33、RhCl(Ph33(Wilkinson’s Catalyst)および[Ir(1,5−cyclooctadiene)(P(cyclohexyl)3)(pyridine)]PF6(Crabtree’s Catalyst)が挙げられる。さらに、式IIIの下に説明されたパラジウム金属含有触媒を、水素の存在下において、水素化触媒として用いることができることも考えられる。前記触媒は、ポリマーに対して約0.01〜約2.5%w/wの量で用いられる。別の態様では、ポリマーに対して約1.9%の量で用いられる。重合反応後、ポリマーは反応媒体から単離され、水素および水素化触媒の存在下において、好適な溶媒(例えば、トルエン、ベンゼン、テトラヒドロフラン、メチレンクロライド)中で水素化される。水素は、本発明のある態様では1〜500psiの圧力、別の態様では50〜90psiの圧力で、反応媒体に対して用いられる。前記ポリマーは、本発明のある態様では約22〜100℃の温度、別の態様では70〜75℃の温度で水素化される。水素化反応は、本発明のある態様では約10〜約72時間、別の態様では10〜約15時間行われる。オレフィン末端基の二重結合が水素化されることによって、多環式ポリマーの一方または両方の末端に水素化末端基が得られる。
別の実施態様において、ポリマー骨格鎖の末端に存在する末端不飽和を、ヒドロシル化触媒およびシラン後官能化剤の存在下においてヒドロシル化することができる。ポリマー骨格鎖に悪影響を及ぼさない任意の均一系または不均一系ヒドロシル化触媒を用いることができる。好適なヒドロシル化触媒の例としては、H2PtCl4(chloroplantinic acid)、RhCl(Ph33(Wilkinson’s Catalyst)および[Ir(1,5−cyclooctadiene)(P(cyclohexyl)3)(pyridine)]PF6(Crabtree’s Catalyst)が挙げられる。シラン後官能化剤の例としては、(C1〜C10)トリアルキルシラン(例えば、トリエチルシラン、トリ(n−プロピルシラン)およびペンタメチルジシロキサンが挙げられる。前記ヒドロシル化触媒は、本発明のある態様では、ポリマーに対して約0.01〜約2.5%w/wの量で用いられる。別の態様では、ポリマーに対して約25w/wの量で用いられる。前記ヒドロシル化剤は、(ポリマーに対して)1〜20モル当量すなわち2.0〜39%w/wの量で用いることができる。重合反応後、ポリマーは反応媒体から単離され、水素化触媒およびシラン後官能化剤の存在下において、好適な溶媒(例えば、トルエン、ベンゼン、テトラヒドロフラン、メチレンクロライド)中でヒドロシル化される。前記ポリマーは、本発明のある態様では約22〜100℃の温度、別の態様では約60〜65℃の温度で反応させる。反応時間は、本発明のある態様では約10〜約240時間の範囲である。別の態様では、反応時間は約10〜15時間の範囲である。オレフィン末端基の二重結合がヒドロシル化されることによって、多環式ポリマーの一方または両方の末端にヒドロシル化末端基が得られる。
別の実施態様において、ポリマー骨格鎖の末端に存在する末端不飽和を、過酸酸後官能化剤の存在下においてエポキシ化することができる。本発明のある態様において、前記過酸は、氷酢酸と過酸化水素とを約5:1〜約1:5(体積%)の割合で含んでなる混合物である。別の態様では、過酸化水素に対する酢酸の比率は1:1である。重合反応後、ポリマーは反応媒体から単離され、好適な溶媒(例えば、トルエン)に(溶媒中のポリマーとして)約5〜30重量%の濃度で溶かされる。過酸に対するポリマー溶液の比率は、本発明のある態様では約5:1〜約1:1、別の態様では約2:1〜約1:1の範囲をとり得る。過酸で処理されたポリマー溶液は、本発明のある態様では約50〜約100℃まで、別の態様では約80〜約90℃まで加熱される。反応は、本発明のある態様では約0.5〜5時間、別の態様では約1時間行うことができる。オレフィン末端基の二重結合がエポキシ化されることによって、多環式ポリマーの末端にオキシラン末端基が得られる。オキシラン環を開環することによってオキシラン部分のヒドロキシ誘導体が得られることに注意すべきである。
この場合も同様に、(前述のようなヘキセニル基のごとき)長鎖末端基の場合、二重結合の再配置の度合いに応じていくつかの不飽和異性体が存在することは理解されるべきである。従って、エポキシ化反応は、二重結合がどこに位置するかに応じて、いくつかの異なる炭素原子に対して起こり得る。
触媒の調製例
触媒A
酢酸パラジウム(II)(0.20g、0.89mmol)を塩化メチレン(3mL)に溶かし、−35℃まで冷やす。トリ−i−プロピルホスフィン(0.29g、1.8mmol)をシクロヘキサン(7mL)に溶かし、−35℃まで冷やす。次に、この溶液を前記パラジウム溶液にゆっくりと添加する。パラジウム溶液の色が赤から黄色みがかったオレンジに変わる。次に、得られた溶液を濃縮した後、−35℃の冷凍庫に入れる。黄色い結晶が最終的に形成されるので、前記結晶を単離し、真空下で乾燥させる。収量は0.35g(72%)である。
データ: 1HNMR(C66):2.08(br septet,6H),2.00(s,6H),1.32(q,36H)ppm;および31PNMR(C66):32.8(s)ppm。C224842Pdの分析収量:C,48.07;H,8.63。計算値:C,48.48;H,8.81。好適な結晶をX線回折分析にかける。この分析の結果を図2に示す。上記に基づいて、触媒Aがt−ビス(トリ−i−プロピルホスフィン)パラジウムジアセテートを含んでなることが判断できる。
触媒B
酢酸パラジウム(II)(0.20g、0.89mmol)および固体のトリシクロヘキシルホスフィン(0.50g、1.8mmol)を混ぜ合わせた後、塩化メチレン(3mL)に溶かす。その結果、黄色い溶液が得られ、黄色い固体が沈殿し始める。この溶液を−35℃の冷凍庫に一晩保管する。その後、黄色い固体をろ過によって回収し、シクロヘキサンで洗浄(10mLで3回)し、真空下で乾燥させる。収量は0.5g(72%)である。
データ: 1HNMR(C66):2.20(br d,14H),2.13(s,6H),2.00(br s,8H),1.81(br s,26H),1.62(q,8H),1.23(q,10H)ppm;および31PNMR(C66):22.9(s)ppm。C407242Pdの分析収量:C,61.14;H,8.66。計算値:C,61.17;H,9.24。上記に基づいて、触媒Bがt−ビス(シクロヘキシルホスフィン)パラジウムジアセテートを含んでなることが判断できる。
触媒C
酢酸パラジウム(II)(1.00g、4.46mmol)を塩化メチレンに溶かし、そしてi−プロピルジフェニルホスフィン(2.03g、8.92mmol)を塩化メチレンとペンタンとの50:50混合液に溶かす。両溶液を−35℃まで冷却した後、前記ホスフィン溶液を前記パラジウム溶液に添加する。得られた混合物を−35℃で3時間攪拌する。黄色い不溶性の物質が内部全体に分散したオレンジ色の溶液が得られる。溶媒をデカントする。得られた固体をペンタンで洗浄し、真空下で乾燥させる。収量は2.03gである。
データ: 1HNMR(CD2Cl2):7.71(m,8H),7.45(m,12H),2.75(m,2H),1.36(s,6H),1.13(d of t,12H),31PNMR(CD2Cl2):26.9(s)ppm。これらの分析データは、ビス(i−プロピルジフェニルホスフィン)パラジウムジアセテートの形成と整合している。
触媒D
酢酸パラジウム(II)(0.500g、2.23mmol)をジエチルエーテルおよび塩化メチレンと混ぜ合わせ、−35℃まで冷却する。この溶液に、ヘキサン(4mL)中のトリシクロペンチルホスフィン(4.45mmol)を1.06g添加する。その結果、溶液は黄色になし、−35℃で3日間保管する。その後、溶液をろ過し、溶媒を真空下で取り除くと、黄色い粉末が得られる。収量は1.05g(68%)である。
データ: 1HNMR(トルエン−d8):1.98(br s),1.89(s),1.69(br s),1.46(br s)ppm;および31PNMR(トルエン−d8):23.4(s)ppm
触媒E
酢酸パラジウム(II)(0.500g、2.23mmol)とトリベンジルホスフィン(1.36g、4.46mmol)とを、窒素下において、約10mLの塩化メチレン中で混ぜ合わせる。その結果、黄色い溶液が得られる。この溶液をろ過する。次に、約20mLのペンタンを添加し、得られた混合物を−35℃まで冷却する。その結果、黄色い結晶が得られる。前記結晶から溶媒をデカントした後、真空下で結晶を乾燥させる。収量は0.70g(38%)である。
データ: 1HNMR(CDCl3):7.41(m,12H),7.26(m,18H),3.08(s,12H),1.52(s,6H)ppm;および31PNMR(CDCl3):15.6(s)ppm
触媒F
酢酸パラジウム(II)(0.500g、2.23mmol)およびシクロヘキシルジフェニルホスフィン(1.19g、4.45mmol)を、それぞれ、約3mLの塩化メチレンに溶かす。前記2つの溶液を−30℃で混ぜ合わせ、激しく攪拌する。その結果、明るい黄色の固体が溶液から沈殿する。溶媒をデカントし、前記黄色の固体をペンタンで洗浄する。収量は1.70gである。
データ: 1HNMR(CD2Cl3):7.67(m,8H),7.42(m,12H),2.43(t,2H),2.11(d,4H),1.67(d,4H),1.59(d,2H),1.39(s,6H),1.28(m,4H),0.94(m,6H)ppm;および31PNMR(CD2Cl3):23.3(s)ppm
触媒G
酢酸パラジウム(II)(1.00g、4.46mmol)を塩化メチレンに溶かし、ジ−i−プロピルフェニルホスフィン(1.73g、8.90mmol)を塩化メチレンとペンタンとの50:50混合物に溶かす。前記2つの溶液を−35℃で混ぜ合わせ、攪拌する。赤い溶液が形成されるが、この溶液をろ過し、ペンタンで層にする。18時間後、黄色い結晶が形成されるので、この結晶を単離し、ペンタンで洗浄し、真空下で乾燥させる。収量は1.20g(44%)であった。
データ: 1HNMR(CD2Cl3):7.73(m,4H),7.40(m,6H),2.38(m,4H),1.38(d of d,12H),1.33(s,6H),1.18(d of d,12H)ppm。31PNMR(CD2Cl3):29.5(s)ppm
触媒H
酢酸パラジウム(II)(0.50g、0.0022mol)を塩化メチレンに溶かす。トリ−i−ブチルホスフィン(0.90g、0.0045mol)をヘキサンに溶かす。両溶液を−35℃まで冷却する。その後、前記ホスフィン溶液を前記パラジウム溶液に−35℃で添加する。得られた混合物を−35℃で2時間保持した後、室温まで戻させる。その後、この溶液をろ過すると、明るいオレンジ色の溶液が得られる。その後、真空下ですべての溶媒を除去する。得られたオレンジ色の粉末をペンタンに溶かした後、約5mLまで濃縮する。黄色い固体が形成される。溶液をデカントし、前記固体を真空下で乾燥させる。収量は0.57g(39%)である。
データ: 1HNMR(CD2Cl3):2.27(m,6H),2.01(s,6H),1.59(m,12H),1.16(d,36H)。31PNMR(CD2Cl3):5.6(s)ppm
触媒I
酢酸パラジウム(II)(0.50g、0.0022mol)を塩化メチレンに溶かす。ジ−t−ブチルメトキシホスフィン(0.78g、0.0045mol)をペンタンに溶かす。両溶液を−35℃まで冷却する。その後、前記ホスフィン溶液を前記パラジウム溶液に−35℃で添加する。得られた溶液を−35℃で保管すると、黄色い結晶が形成される。収量は0.80g(62%)である。
データ: 1HNMR(CD2Cl3):3.86(s,6H),1.77(s,6H),1.37(s,24H)。31PNMR(CD2Cl3):142.6(s)ppm
触媒J
酢酸パラジウム(II)(0.50g、0.0022mol)を塩化メチレン(3.5mL)に溶かす。ジシクロヘキシルメトキシホスフィン(1.02g、0.00446mol)をペンタン(10mL)に溶かす。両溶液を−35℃まで冷却する。その後、前記ホスフィン溶液を前記パラジウム溶液に−35℃で添加する。得られた溶液を−35℃で18時間保管する。その後、30mLのペンタンを混合物に添加する。64時間後、黄色い結晶が形成される。収量は1.10g(73%)である。
データ: 1HNMR(CD2Cl3):3.85(virtual triplet,6H),2.08(m,2H),1.95(m,4H),1.84(s,6H),1.82(m,4H),1.71(s,2H),1.65(m,2H),1.48(m,2H),1.25(m,6H)。31PNMR(CD2Cl3):129.1(s)ppm
重合例:
上記説明では下記触媒、すなわち、(Pd(アセテート)2(トリ−イソ−プロピルホスフィン)2としても知られる)t−ビス(トリ−i−プロピルホスフィン)パラジウムジアセテート、t−ビス(シクロヘキシルホスフィン)パラジウムジアセテート、t−ビス(i−プロピルジフェニルホスフィン)パラジウムジアセテート、(Pd(アセテート)2(トリシクロヘキシルホスフィン)2としても知られる)t−ビス(トリシクロヘキシルホスフィン)パラジウムジアセテート、t−ビス(トリベンジルホスフィン)パラジウムジアセテートおよびt−ビス(シクロヘキシルジフェニルホスフィン)パラジウムジアセテート、を主に扱ったが、前述のように(η6−トルエン)Ni(C652のごとき他の触媒も本発明の範囲内にある。
用いられる場合、前記パラジウム触媒にとって好適な共触媒は、弱配位アニオンの塩であるが、その例としては、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸リチウム・2.5Et2O(エーテラート)、テトラキス(ビス−3,5−トリフルオロメチルフェニル)ホウ酸ナトリウムおよびN,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
下記重合例では、本発明の範囲内のほんの数例の実施態様を詳しく説明する。すなわち、下記実施例では、前記触媒系のうちの1つを用いた本発明による1種以上のモノマーの重合を説明する。本発明は下記実施例に限定されないことに注意すべきである。むしろ、下記実施例は、本発明によって開示される重合法の具体例に過ぎない。
実施例1
まず初めに、α,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノール(12.0g、43.8mmol)および1−ヘキセン(0.92g、10.9mmol、モノマーのモルに対して20モル%)を計量し、ガラス瓶で混ぜ合わせた。この溶液に、18mLのアニソールを添加した。0.0069gのt−ビス(トリシクロヘキシルホスフィン)パラジウムジアセテート(0.0088mmol、触媒B)と0.035gのN,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(0.44mmol)とを10mLのアニソール中に有する原液を調製した。この溶液を、前記モノマー/1−ヘキセン溶液に1mL添加した。次に、この混合物を120℃で91時間加熱した。その後、前記反応混合物をヘキサン中に注ぐことによって、ポリマーを沈殿させた。沈殿したポリマーをろ過し、90℃の真空オーブン内で乾燥させた。転化率は重量測定法で求めた。前記ポリマーの分子量は、基準としてポリ(スチレン)を用いてTHF中でGPC法によって求めた。その結果を下記表1に示す。
実施例2〜6
1−ヘキセンのモル%を表1に示すように変えた以外は、実施例2〜6は本質的に実施例1と同じである。実施例2〜6で得られた結果を下記表1に詳しく示す。
実施例1〜6で得られた結果から見て、これらの実施例は、α,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールのホモポリマーに対する1−ヘキセンの濃度が高くなるにつれて、その分子量が減少することを示している。
実施例7
まず初めに、α,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノール(7.68g、28.0mmol)、5−ノルボルネンカルボン酸のt−ブチルエステル(2.33g、12.0mmol)および1−ヘキセン(0.84g、10mmol、モノマーのモルに対して20モル%)を計量し、ガラス瓶で混ぜ合わせた。この溶液に、18mLのアニソールを添加した。次に、0.0031gのt−ビス(トリシクロヘキシルホスフィン)パラジウムジアセテート(0.040mmol、触媒B)を5mLのアニソール中に有する原液と、0.17gのテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸リチウム・2.5エーテラート(0.20mmol)を5mLのアニソール中に有する原液とを調製した。各溶液の1mLアリコートを、前記モノマー/1−ヘキセン溶液に添加した。この混合物を95℃で23時間加熱した。その後、前記反応混合物をヘキサン中に注ぐことによって、ポリマーを沈殿させた。沈殿したポリマーをろ過し、70℃の真空オーブン内で乾燥させた。転化率は重量測定法で求めた。前記ポリマーの分子量は、基準としてポリ(スチレン)を用いてTHF中でGPC法によって求めた。その結果を下記表2に示す。
実施例8〜10
1−ヘキセンのモル%を表2に示すように変えた以外は、実施例8〜10は本質的に実施例7と同じである。実施例8〜10で得られた結果を下記表2に詳しく示す。
実施例7〜10で得られた結果から見て、これらの実施例は、α,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールと、5−ノルボルネンカルボン酸のt−ブチルエステルとの共重合体に対する1−ヘキセンの濃度が高くなるにつれて、その分子量が減少することを示している。
実施例11
まず初めに、α,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノール(1.37g、5.00mmol)およびシクロペンテン(0.036g、0.53mmol、モノマーのモルに対して10モル%)を計量し、ガラス瓶で混ぜ合わせた。次に、この溶液を十分なアニソールで希釈することによってモノマー濃度を2Mに調節した。前記モノマー溶液に、アニソール中のパラジウムビス(トリシクロペンチルホスフィン)ジ(アセテート)(触媒B)の0.002M原液の100μmLアリコートと、アニソール中のN,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートの0.01M原液の100μLとを添加した。次に、この混合物を125℃で18時間加熱した。その後、前記反応混合物をペンタン中に注ぐことによって、ポリマーを沈殿させた。沈殿したポリマーをろ過し、真空オーブン内で乾燥させた。転化率は重量測定法で求めた。前記ポリマーの分子量は、基準としてポリ(スチレン)を用いてTHF中でGPC法によって求めた。その結果を下記表3に示す。
実施例12および13
シクロペンテンのモル%を表3に示すように変えた以外は、実施例12および13は本質的に実施例11と同じである。実施例12および13で得られた結果を下記表3に詳しく示す。
実施例11〜13で得られた結果から見て、これらの実施例は、α,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールのホモポリマーに対するシクロペンテンの濃度が高くなるにつれて、その分子量が減少することを示している。
実施例14
まず初めに、α,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノール(100g、365mmol)および1−ヘキセン(37.5g、450mmol、モノマーのモルに対して55モル%)を計量し、ガラス瓶で混ぜ合わせた。次に、上記溶液に、0.0057gのパラジウムビス(トリシクロペンチルホスフィン)ジ(アセテート)(0.0073mmol、触媒B)および0.029gのN,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(0.037mmol)を添加した。この混合物を十分なアニソールで希釈することによってモノマーの2.5M溶液を得た後、前記溶液を120℃で64時間加熱した。その後、反応混合物をヘキサン中に注ぐことによって、ポリマーを沈殿させた。沈殿したポリマーをろ過し、70℃の真空オーブン内で乾燥させた。次に、このポリマーを250mLの塩化メチレンに溶かした。この溶液をヘプタンに添加することによってポリマーを沈殿させた。得られた固体をろ過し、75℃の真空オーブン内で乾燥させた。このポリマーを150mLのMeOHに溶かし、60℃で12時間加熱した。次に、この溶液を、5ミクロン、1ミクロン、0.45ミクロン、0.22ミクロンおよび0.1ミクロンのフィルターで順番にろ過した。その後、ポリマー/MeOH溶液に、水とメタノールが75:25の混合液となるように、十分な水を添加することによってポリマーを沈殿させた。単離された収量は60g(60%)であった。ポリマーの分子量を、基準としてポリ(スチレン)を用いてTHF中でGPC法によって求めたところ、Mw=10,500、Mn=5,130であった。ポリマーの1HNMR(CDCl3/DMSO−d6)スペクトルは、約5.3〜4.9ppmの範囲において共鳴を示した。この結果はオレフィン末端基と整合する。
このポリマーの低分子量部分を、移動相としてのTHFおよびPlgel,Guard(5μ,50x4.6mm)+Mixed−E(3μ,300x4.6mm column set)を用いて予備SEC(size exclusion chromatography,サイズ排除クロマトグラフィー)によって分画し、MALDI−TOF MS(matrix assisted laser desorption time−of−flight mass spectrometry, Bruker Reflex III instrument, reflection and linear mode, positive ion spectra)によって分析した。MALDI−TOF MSの結果の解釈は、ヘキセニル末端基を有するポリマーの形成と整合している。
前記結果から見て、実施例14は、連鎖移動剤としての1−ヘキセンの存在下においてパラジウム触媒を用いて生成されたα,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールのホモポリマーは、ポリマー鎖の末端にヘキセニル末端基が付加したことを示している。
実施例15
まず初めに、α,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノール(25g、91mmol)およびシクロペンテン(2.7g、39mmol、モノマーのモルに対して30モル%)を計量し、ガラス瓶で混ぜ合わせた。この溶液を十分なアニソールで希釈することによってモノマー濃度を1.5Mに調節した。前記モノマー溶液に、触媒Cのアニソール原液(2mLのアニソール中に0.005g)の500μLアリコートと、アニソール中の0.0073gのN,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(0.0091mmol)とを添加した。次に、この混合物を80℃で18時間加熱した。その後、前記反応混合物をヘキサン中に注ぐことによって、ポリマーを沈殿させた。沈殿したポリマーをろ過し、真空オーブン内で乾燥させた。収量は14.1g(56%)であった。ポリマーの分子量を、基準としてポリ(スチレン)を用いてTHF中でGPC法によって求めたところ、Mw=18,000、Mn=8,900であった。ポリマーの1HNMRスペクトル(DMSO−d6)は、オレフィン末端基と整合する約5.7ppmにおける共鳴を示した。
前記結果から見て、実施例15は、シクロペンテンの存在下においてα,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールの重合反応を行うことによって、シクロペンテン末端基を含有するホモポリマーが得られることを示している。
実施例16
まず初めに、圧力反応器に磁気攪拌棒を取り付け、前記反応器から酸素を除去した。前記反応器に、α,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノール(5.00g、18.2mmol)を添加した後、十分なアニソールを添加することによって、合計で12mLの溶液が得られた。前記溶液を窒素で20〜30分間パージした。この溶液に、0.36μmolの触媒B(アニソール中の0.0005M溶液の0.72mL)を添加した後、約1mLのアニソール中の1.8μmolのN,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートを添加した。次に、前記反応器を60℃で加熱し、エチレンを用いて5psigまで加圧した後、換気した。これを数回(3〜7回)繰り返した。最後に、反応混合物を、攪拌しながら、5psigのエチレン下に一晩(少なくとも12時間)放置した。その後、反応混合物をペンタン中に注いだ。沈殿したポリマーをろ過し、真空オーブン内で乾燥させた。収量は0.7gであった。得られた濾液を真空オーブン内で数日間にわたって蒸発させると、2.0gのポリマーが得られた。総転化率は54%であった。
前記ポリマーの分子量は、基準としてポリ(スチレン)を用いてTHF中でGPC法によって求めた。ペンタン不溶性部分は、Mw=6,300およびMn=4,300を示した。ペンタン可溶性部分は、Mw=2,160およびMn=1,760を示した。両部分とも、ポリマー鎖に付加されたビニル末端基と整合する1HNMRスペクトルのオレフィン部分において共鳴を示した:Δ5.86(br s,1H)、5.00(br s,2H)。両部分のMALDI−TOF MS(matrix assisted laser desorption time−of−flight mass spectrometry, Bruker Reflex III instrument, reflection and linear mode, negative ion spectra)は、ビニル末端ポリマーの存在と整合していた。
前記結果から見て、実施例16は、エチレン圧力下においてα,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールの重合反応を行うことによって、末端がビニルである低分子量ホモポリマーが得られることを示している。
実施例17a〜17e
約10gのα,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールを計量し、攪拌棒を備えたガラス瓶に投入した。適量の(η6−トルエン)Ni(C652と、前記モノマーとを、トルエンと酢酸エチルとの75:25混合液40mL中で混ぜ合わせた。実施例17a〜17eの各々についてのニッケル触媒に対するモノマーのモル比を下記表4に示す。
各実施例の重合は室温(約25℃)で16時間行った。このようにして生成されたポリマーをヘプタン中で沈殿させ、ろ過し、乾燥させた。このポリマーを100gのMeOHに溶かし、25gのAmberlite IRC−718イオン交換樹脂ビーズと共に5時間振とうさせた。その後、各サンプルを個別にろ過し、得られた濾液を25gの未使用のAmberlite IRC−718イオン交換樹脂ビーズと共に振とうさせた。その後、各サンプルをろ過し、得られた濾液を水に滴下した。各実施例の沈殿したポリマーをろ過し、45℃で乾燥させた。実施例17a〜17eの詳細および結果を下記表4に示す。
実施例17a〜17eで得られた結果から見て、これらの実施例は、ニッケル触媒に対するモノマーの比率が、(η6−トルエン)Ni(C652を用いて生成されたα,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールホモポリマーの分子量を制御していることを示している。
各種ポリマーの光学密度の測定
本発明のポリマーの光学密度(OD)を下記方法によって求めた。プロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)を用いて所望のポリマーの15重量%溶液を調製した。前記溶液を1インチのクオーツウェハーの上に分散し、500rpmで15秒間、2,000rpmで60秒間回転させた。その後、前記ウェハーを110℃で60秒間焼成した。
吸光度は、Cary 400 Scan UV−Vis分光光度計を用いて193nmにおいて測定した。次に、フィルムの厚みを、フィルムに切り目をつけた後、TENCOR側面計を用いて測定した。次に、前記吸光度を前記厚み(ミクロン)で割ることによってフィルムの光学密度を算出した。
α,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールを含有する複数の異なるポリマーの光学密度を分子量(Mw)の関数として求めた。図3は、パラジウムビス(トリシクロホスフィン)ジ(アセテート)およびN,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートを用いて生成されたホモポリマーの光学密度(OD)(吸光度/ミクロン)対Mwのグラフを示している。図4は、Mwの関数としての、(η6−トルエン)Ni(C652を用いて生成されたホモポリマーの光学密度(OD)(吸光度/ミクロン)対Mwのグラフである。両方の場合とも、Mwが減少するにつれて光学密度が増加する。
実施例18(後処理を含む)
まず初めに、α,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノール(160g、584mmol)および1−ヘキセン(49.1g、585mmol、モノマーのモルに対して50モル%)を計量し、ガラス瓶で混ぜ合わせた。次に、0.0092gのパラジウムビス(トリシクロヘキシルホスフィン)ジ(アセテート)(0.012mmol、触媒B)と0.047gのN,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(0.058mmol)とを添加した。この混合物を十分なアニソールで希釈することによって、モノマーの2.5M溶液が得られた。次に、この混合物を120℃で66時間加熱した。その後、前記反応混合物をヘキサン中に注ぐことによって、ポリマーを沈殿させた。沈殿したポリマーをろ過し、75℃の真空オーブン内で乾燥させた。次に、このポリマーを200mLのトルエンに溶かした。この溶液をヘキサンに添加することによってポリマーを沈殿させた。得られた固体をろ過し、75℃の真空オーブン内で乾燥させた。このポリマーを200mLのメタノールに再溶解し、60℃で12時間加熱した。次に、この溶液を、5ミクロン、1ミクロン、0.45ミクロン、0.22ミクロンおよび0.1ミクロンのフィルターで順番にろ過した後、ポリマーを水中で沈殿させ、ろ過し、100℃の真空オーブン内で乾燥させた。単離された収量は106g(66%)であった。ポリマーの分子量を、基準としてポリ(スチレン)を用いてTHF中でGPC法によって求めたところ、Mw=28,300、Mn=11,300であった。ポリマーの1HNMR(CDCl3/DMSO−d6)スペクトルは、約5.3〜4.9ppmの範囲において共鳴を示した。この結果はオレフィン末端基と整合する。
その後、前記ポリマーの一部を酢酸および過酸化水素と反応させることによってエポキシド末端基および開環エポキシド末端基を形成した。具体的に言うと、約94gの前記ポリマーを310gのトルエンに溶かした。この溶液に、約250mLの氷酢酸と125mLの15%過酸化水素とを添加した。この混合物を90℃で1.5時間加熱した。その後、混合物を室温まで冷ました。最上部の有機相を水相から分離し、脱イオン水で洗浄することによって残留している酸をすべて除去した。
次に、ヘプタンを用いて前記有機相からポリマーを沈殿させた。沈殿したポリマーをろ過し、真空下で65℃で乾燥させた。75.7gのポリマーが単離された。
このポリマーの1HNMR(CDCl3/DMSO−d6)スペクトルは、約5.3〜4.9ppmの範囲において全く共鳴を示さなかった。この結果はオレフィン基の不在と整合する。
このポリマーの低分子量部分を予備SECによって分画し、MALDI−TOF MS(matrix assisted laser desorption time−of−flight mass spectrometry, Bruker Reflex III instrument, reflection and linear mode, positive ion spectra)によって分析した。これらの結果の解釈は、主成分である、エポキシ化ヘキセニル末端基を有するポリマー、および、微量成分である、酢酸と反応してビシナルアセテートアルコール官能基を形成するエポキシド末端基の開環反応から誘導される末端基を有するポリマーの形成と整合している。同じ分画を負イオンMALDI−TOF MSによって分析した。この実験によって得られたスペクトルも、ポリマー鎖におけるエポキシ化ヘキセニル末端基の存在と十分一致している。
上記を受けて、実施例18は、パラジウム触媒と1−ヘキセン連鎖移動剤とを用いて調製されたビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールのホモポリマーが、酢酸および過酸化水素と反応することによってエポキシド末端基および開環エポキシド末端基を形成することができるヘキセニル末端基を含有することを示している。
実施例19(実施例15のポリマーの後処理)
α,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールのビニル末端封止ホモポリマーを1.8gのトルエンに約0.6g溶かした。この溶液に、1mLの氷酢酸と、1mLの15%過酸化水素とを添加した。この混合物を80℃で1時間加熱した。水層と有機層とを分離させた後、前記水層を取り除いた。前記有機層を2mLの脱イオン水で3回洗浄した。洗浄する度に、得られた水層を取り除いた。そして、得られた有機相をヘプタン(約20mL)中に注ぎ込み、そうして得られたポリマーをろ過し、65℃の真空オーブン内で乾燥させた。このポリマーの1HNMR分析は、ビニル共鳴の強度がかなり減少したことを示した。このポリマーのMALDI−TOF MS(負イオンスペクトル)は、α,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールのエポキシ化されたビニル末端封止ホモポリマーの形成と整合していた。
前記結果を受けて、実施例19は、パラジウムビス(トリシクロホスフィン)ジ(アセテート)と、N,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートと、連鎖移動剤であるエチレンとを用いて調製されたα,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールのビニル末端封止ホモポリマーを後処理すると、エポキシ末端封止ホモポリマーが形成されることを示している。
実施例20(後処理例)
1.4ppmのPdを含有する(実施例1〜6のいずれか一つに記載された方法に従って調製された)α,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールホモポリマーを、309gのトルエンに93g溶かした。この溶液に、250mLの氷酢酸と、125mLの15%過酸化水素とを添加した。得られた混合物を90℃で1時間加熱した後、室温まで冷ました。最上部の有機相を水相から分離し、脱イオン水で洗浄することによって残留している酸をすべて除去した。そして、ヘプタンを用いて前記有機層からポリマーを沈殿させた。その後、沈殿したポリマーをろ過し、真空下で65℃で乾燥させた。75.7gのポリマーが単離された。処理されたポリマー中のPdの量は、用いられた分析方法の検出限界値である0.20ppm未満であることが分かった。パラジウムの量は、逆王水を用いる密閉容器マイクロウェーブシステム内でポリマーサンプルを消化した後に、誘導結合プラズマ発光分光法を用いて検出した。
図5は、前記手順に従って酢酸と過酸化水素とで処理された一連のα,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールホモポリマーが、そのような後処理をされていないホモポリマーよりもかなり低いODを有することを示している。さらに、図5は、予想外に均等である低分子量ポリマーは、実施例20の方法に従って後処理されると、低い光学密度を生じることを示している。
実施例20の方法による後処理または本発明に従って調製されたポリマー組成物の後処理例は、ポリマー生成物中に存在する(金属を含む)残留触媒の量を低減させる。
実施例21(水素化を用いた末端基の飽和)
連鎖移動剤である1−ヘキセンの存在下においてPd触媒を用いて調製されたα,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールホモポリマーの約3gを、0.0097gの(トリシクロヘキシルホスフィン)(1,5−シクロオクタジエン)(ピリジン)イリジウム(I)ヘキサフルオロホスフェートと共に塩化メチレンに溶かした後、90psigの水素下に置いた。5日後、0.0084gのイリジウム錯体をさらに添加し、得られた反応混合物をさらにもう1日90psigの水素下に置いた。その後、0.0078gのイリジウム錯体をさらに添加し、得られた混合物を90psigの水素下においてさらに5日間以上攪拌した。反応溶媒をロトエバポレーターで取り除いた。残った固体をメタノールに溶かした後、水中で沈殿させた。生成したポリマーをろ過で回収し、真空オーブン内で一晩乾燥させた。収量は2.2gであった。このポリマーの分子量を、ポリ(スチレン)を基準として用いてTHF中でGPC法によって求めたところ、Mw=10,800、Mn=4,740であった。水素化前後の前記ポリマーのHNMRスペクトルの分析は、前記方法に従って処理された後にオレフ
ィン末端基は75%が水素化されたことを示している。本実施例に従って処理した後のポリマーの193nmにおける光学密度は、0.23吸光度単位/ミクロンであることが分かった。これは、同じ分子量の水素化されていないポリマーと比較して光学密度の減少量が25%を上回っていることを示している(同じ分子量の水素化されていないポリマーの光学密度は0.31であった)。
実施例21は、連鎖移動剤である1−ヘキセンの存在下においてPd触媒を用いて調製されたα,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールのホモポリマーに付加されたオレフィン末端基を水素化すると、ポリマーの193nmにおける光学密度が低下することを示している。
実施例22
触媒Bであるパラジウムビス(トリシクロホスフィン)ジ(アセテート)と、N,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートとを用いて調製されたα,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールのホモポリマー(例えば、前記実施例1〜6に従って調製されたホモポリマー)をCDCl3およびDMSO−d6に溶かした。Bruker 500MHz装置で1HNMRスペクトルを記録した。
同じ処理を、(η6−トルエン)Ni(C652を用いて調製されたポリマー(例えば、実施例17a〜17eに従って調製されたホモポリマー)について繰り返した。
図6は、約4.5〜7.0ppmの1HNMRスペクトル領域を示している。6ppmを上回る大きく、幅広い共鳴は、α,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールの−CH2C(CF32OHペンダント基のヒドロキシルプロトンに帰属する。それよりも幅の狭い約4.6〜6ppmの範囲内の共鳴は、ポリマーのオレフィン末端基に帰属する。過酢酸処理後、これらのオレフィン末端基に帰属する共鳴は、パラジウム触媒を用いて調製されたポリマーおよびニッケル触媒を用いて調製されたポリマーの両方でかなり低減したことに注意されたい。これは、そのような末端基の飽和エポキシドまたはビシナルアセテートアルコール末端基への転化と整合している。
従って、パラジウム触媒またはニッケル触媒を用いて調製された多環式ポリマーを後処理することによって、前記ポリマー中に存在するオレフィン末端基が大幅に減少すること示している。
実施例23
まず初めに、α,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノール(26.9g、98.2mmol)、5−ノルボルネンカルボン酸のt−ブチルエステル(8.16g、42.1mmol)、1−ヘキセン(21.9g、261mmol、モノマーのモルに対して65モル%)およびテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸リチウム・2.5エーテラート(0.122g、0.140mmol)を計量し、ガラス瓶で混ぜ合わせた。この混合物にアニソールを添加することによって、その体積を70mLまで増加させた。次に、0.0314gのパラジウムビス(トリシクロヘキシルホスフィン)ジアセテート(0.0400mmol、触媒B)を4mLのアニソール中に有する原液を調製した。この溶液の2.8mLアリコートを、前記モノマーと1−ヘキセンとの混合物に添加した。次に、この混合物を95℃で32時間加熱した。その後、反応混合物を冷まし、20mLのトルエンで希釈した。次に、反応混合物をヘプタン(〜1,000mL)中に注ぐことによって、ポリマーを沈殿させた。沈殿したポリマーをろ過し、乾燥させた。転化量は23.6g(67%)であった。
次に、前記ポリマーを、140mLのトルエンと5mLのTHFに溶かした。この溶液に、50mLの酢酸と、25mLの過酸化水素(水中の30%)と、25mLの脱イオン水とを添加した。得られた混合物を約85℃で1時間攪拌した。前記混合物を冷まし、そして有機層を分離して脱イオン水で4回洗浄した。ヘプタン中でポリマーを沈殿させた。
このポリマーの分子量を、ポリ(スチレン)を基準として用いてTHF中でGPC法によって求めたところ、Mw=9,750、Mn=5,150、Mw/Mn=1.89であった。DMSO−d6中での13CNMR分析は、前記コポリマーが、60%のα,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールと、40%の5−ノルボルネンカルボン酸のt−ブチルエステルとで構成されていることを示した。酸不安定モノマーが脱保護された確証は無かった。
従って、実施例23の方法は、本発明による重合方法および重合後の過酢酸処理では、酸不安定ペンダント基の実質的な脱保護が起こらないことを示している。
実施例24
まず初めに、α,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノール(121.2g、0.442mol)、5−ノルボルネンカルボン酸のt−ブチルエステル(28.6g、0.147mol)、1−ヘキセン(29.7g、0.354mol、モノマーに対して38モル%)およびテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸リチウム・2.5エーテラート(アニソール中の0.05M溶液12mL、0.0006mol)を計量し、ガラス瓶で混ぜ合わせた。得られた反応混合物にアニソール(390mL)を添加した。次に、パラジウムビス(トリシクロヘキシルホスフィン)ジアセテート溶液(アニソール中の0.00092M溶液15mL、触媒B)を反応混合物に添加した。次に、この混合物を95℃で20時間加熱した。反応混合物を冷ました後、4倍過剰量のヘプタンに滴下した。次に、沈殿物をろ過し、真空下で45℃で乾燥させた。収量は72.3g(48%)であった。
次に、得られたポリマーをMeOHに溶かし、60℃で一晩加熱した。次に、この溶液を冷ました後、0.45ミクロンフィルター、0.22ミクロンフィルターおよび0.1ミクロンフィルターに逐次通した。これを水に投入して、ポリマーを沈殿させた。前記ポリマーをろ過し、真空下で60℃で一晩乾燥させた。
このポリマーの約20gをトルエン(140g)に溶かした。この溶液に、氷酢酸(50g)と、水(25g)で希釈した過酸化水素(25g、30重量%)とを添加した。得られた2相混合物を攪拌し、85℃で1時間加熱した。その後、混合物を冷まし、有機層を分離して水で3回洗浄した。この有機層をヘプタン中に滴下することによってポリマーを沈殿させた。前記ポリマーをろ過し、真空下で乾燥させた。
このポリマーの分子量を、ポリ(スチレン)を基準として用いてTHF中でGPC法によって求めたところ、Mw=30,200、Mn=15,100、Mw/Mn=2.00であった。DMSO−d6中での13CNMR分析は、前記コポリマーが、62%のα,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールと、38%の5−ノルボルネンカルボン酸のt−ブチルエステルとで構成されていることを示した。酸不安定モノマーが脱保護された確証は無かった。
過酢酸処理の前に、前記ポリマーは161ppmのパラジウムを含有し、かつ、193nmにおけるその光学密度は0.27吸光単位/ミクロンであることが分かった。過酢酸処理後、前記ポリマーは27ppmのパラジウムを含有し、かつ、193nmにおけるその光学密度は0.12吸光単位/ミクロンであることが分かった。前記ポリマー中のパラジウムの量は、実施例20において前述した方法を用いて求めた。
α,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールと5−ノルボルネンカルボン酸のt−ブチルエステルと(約70:30のモル比)の共重合体を過酢酸で処理すると、広い分子量範囲にわたって193nmにおける光学密度が低下することが図6によって確認される。従って、本発明の触媒系および本発明の重合後の過酢酸処理では、本発明に従って調製されたポリマー中に存在し得る任意の酸不安定ペンダント基の脱保護が実質的に起こらない。また、実施例24は、過酢酸処理を行うことによって残留パラジウムの量が減少し、193nmにおける光学密度も低下することを示している。
実施例25
まず初めに、α,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノール(13.6g、50mmol)および5−ノルボルネンカルボン酸のt−ブチルエステル(9.7g、50mmol、モノマーに対して20モル%)を計量し、ガラス瓶で混ぜ合わせた。この溶液に96mLのトルエンを添加した。前記混合物に、8.73gのトルエン中に0.97gの(η6−トルエン)Ni(C652が溶けている溶液を添加した。次に、この混合物を室温で4時間攪拌した。前記反応によって生成された未処理のポリマー中に存在する残留モノマーをガスクロマトグラフィーによって求め、ニッケルの量を誘導結合プラズマ発光分光法(ICP−OES)によって求めた。
次に、ポリマー溶液(10g)の一部を、攪拌しながら、15gのIRC−718イオン交換樹脂で24時間処理した。処理された溶液をろ過し、得られたろ液を、攪拌しながら、5gのAmberlyst15イオン交換樹脂で18時間処理した。前記イオン交換樹脂をろ過で取り除いた。そして、得られた反応混合物をヘプタン中に注ぎ込むことによってポリマーを沈殿させた。沈殿したポリマーをろ過し、65℃の真空オーブン内で一晩乾燥させた。このイオン交換された沈殿ポリマーの光学密度は以下のようにして求めた。プロピレングリコールメチルエーテルアセテート(PGMEA)中の前記ポリマーの20重量%溶液を0.2ミクロンのテフロン(登録商標)シリンジフィルターを通して1インチのクオーツウエハ上に分散させ、500rpmで10秒間、2,000rpmで60秒間回転させた。その後、前記ウエハを130℃で60秒間焼成した。
吸光度は、Cary 400 Scan UV−Vis分光光度計を用いて193nmで測定した。得られたフィルムの厚みを、フィルムに切り目をつけた後、TENCOR側面計を用いて測定した。次に、前記吸光度を前記厚み(ミクロン)で割ることによってフィルムの光学密度を算出した。
前記未処理ポリマーの残りは以下のようにして処理した。約50gのポリマー溶液に、約25gの氷酢酸と、25gの30%過酸化水素とを添加した。この混合物を90℃で2時間加熱した後、室温まで冷ました。最上部の有機相を水相から分離した。この抽出工程を、25gの氷酢酸、25gの脱イオン水および12.5gのテトラヒドロフランを用いて60℃、1時間の条件下で繰返した後、水で洗浄して、残留している酸をすべて除去した。過酢酸で処理されたポリマー中の残留モノマーをGCによって測定した。反応混合物をメタノール中に注ぎ込むことによってポリマーを沈殿させた。その後、沈殿したポリマーをろ過し、70℃の真空オーブン内で乾燥させた。この過酢酸処理された沈殿ポリマーの光学密度は前述のようにして測定した。前記過酢酸処理された沈殿ポリマー中の残留ニッケルはICP−OESによって測定した。その結果を下記表5に示す。
表5から分かるように、表5に記載のデータは、過酢酸処理されたポリマーは、残留モノマーの含有量が著しく低く、残留ニッケルの含有量も低く、193nmにおける光学密度も低いことを示している。
さらに、前記データは、過酢酸による処理では酸不安定基が脱保護されないことを示している。イオン交換樹脂で処理されたポリマーの組成と過酢酸で処理されたポリマーの組成は、13CNMRで求められるように、本質的に同一である。イオン交換樹脂で処理されたポリマーは、43モル%のα,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールと、57モル%の5−ノルボルネンカルボン酸のt−ブチルエステルとを含有していた。過酢酸で処理されたポリマーは、45モル%のα,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールと、55モル%の5−ノルボルネンカルボン酸のt−ブチルエステルとを含有していた。
前記データを受けて、本実施例は、過酢酸処理によって、光学密度、残留金属量および残留モノマー量がいずれもかなり減少することを示している。
実施例26
まず初めに、α,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノール(1.37g、5.0mmol)および0.04gのシクロペンテン(0.56mol)を計量し、モノマーの1.5M溶液を調製するのに十分なアニソールと一緒にガラス瓶で混ぜ合わせた。別の瓶で、0.0022gのアリルパラジウム(トリナフチルホスフィン)トリフレートを含有するアニソール溶液(4mL)の100μLと、0.0174gのテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸リチウム・2.5エーテラートを含有するアニソール溶液(4mL)の100μLとを混ぜ合わせた。この混合物を前記モノマー溶液に添加し、80℃で18時間加熱した。得られた溶液をヘプタン中に注ぎ込むことによってポリマーを沈殿させた。このポリマーをろ過し、真空下で70℃で乾燥させた。収量は0.67g(転化率:49%)であった。このポリマーの分子量を、ポリ(スチレン)を基準として用いてTHF中でGPC法によって求めたところ、Mw=90,600、Mn=38,000、Mw/Mn=2.38であった。
本実施例では、多分散度の小さいα,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールのホモポリマーが得られた。
実施例27
まず初めに、α,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノール(1.37g、5.0mmol)および0.15gのシクロペンテン(2.1mol)を計量し、モノマーの1.5M溶液を調製するのに十分なアニソールと一緒にガラス瓶で混ぜ合わせた。別の瓶で、0.0017gの触媒Eを含有するアニソール溶液(2mL)の100μLと、0.0080gのN,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートを含有するアニソール溶液(2mL)の100μLとを調製した。これらの混合物を前記モノマー溶液に添加し、80℃で18時間加熱した。得られた溶液を300mLのヘプタン中に注ぎ込むことによってポリマーを沈殿させた。このポリマーをろ過し、真空下で70℃で乾燥させた。収量は0.60g(44%)であった。
このポリマーの分子量を、ポリ(スチレン)を基準として用いてTHF中でGPC法によって求めたところ、Mw=108,000、Mn=45,800、Mw/Mn=2.35であった。
本実施例は、触媒Eを用いたα,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールの単独重合によってモノモーダルな多分散度を有するポリマーが得られた。
実施例28
まず初めに、α,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノール(1.37g、5.0mmol)および0.15gのシクロペンテン(2.1mol)を計量し、モノマーの1.5M溶液を調製するのに十分なアニソールと一緒に混ぜ合わせた。別の瓶で、0.0015gの触媒Fを含有するアニソール溶液(2mL)の100μLと、0.0080gのN,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートを含有するアニソール溶液(2mL)の100μLとを調製した。これらの混合物を前記モノマー溶液に添加し、80℃で18時間加熱した。得られた溶液を300mLのヘプタン中に注ぎ込むことによってポリマーを沈殿させた。このポリマーをろ過し、真空下で70℃で乾燥させた。収量は1.01g(74%)であった。
このポリマーの分子量を、ポリ(スチレン)を基準として用いてTHF中でGPC法によって求めたところ、Mw=53,400、Mn=20,300、Mw/Mn=2.63であった。
一般に、本発明の触媒系は、比較的高度な分子量制御を可能にする一方で、比較的低い触媒濃度での前記モノマーの1種以上の重合を可能にする。
加えて、本発明に従って調製されたフッ化多環式ポリマーによる157nmおよび193nmでの吸光度の低下により、これらのポリマーは、193nmまたは157nmの遠紫外線リソグラフィー法におけるフォトレジストとして用いられる理想的な組成物を提供する。任意の特定の理論に縛られるつもりはないが、フッ化ポリマーは、低減された吸光度により、そのようなリソグラフィー法に好適であると考えられる。
実施例29
α,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールのビニル末端封止ホモポリマー(1.50g、0.49mmol)と、[(トリシクロヘキシルホスフィン)(1,5−シクロオクタジエン)(ピリジン)イリジウム]PF6(21mg、0.026mmol)と、トルエン(35ml)とをブッチ圧力反応器で混ぜ合わせ、溶けるまで攪拌した。前記反応器を密閉し、H2ガス(85psi)を投入し、65℃まで15時間加熱した。その後、反応器の内容物を、Whattman 42フィルター紙でろ過し、減圧下で溶媒を蒸発させた。得られた黄色の物質を、H22(約0.25ml、30%w/w)と共に、アセトン(25ml)に溶かした。この溶液を56℃まで30分間加熱し、ろ過して固形物を取り除いた。Smopex(登録商標)110繊維状イオン交換媒体(Johnson Matthey)(10mg)を添加し、得られた溶液を30分間攪拌した。0.20μmのPTFEフィルターディスク(Osmonics)でろ過した後、減圧下でアセトンを蒸発させることによって無色白色の固体を得た。この物質をトルエン(30ml)に溶かし、H2O(20mlで3回)で洗浄し、ヘプタン(150ml)に滴下することによって沈殿させた。生成物をろ過によって単離し、真空で乾燥させる(70℃、12時間)ことによって白色の無定形の固体(1.1g、73%)を得た。
実施例30
α,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールのビニル末端封止ホモポリマー(1.5g、0.49mmol)と、Et3SiH(0.31ml、2.0mmol)と、H2PtCl6・6H2O(10mg、0.024mmol)と、トルエン(35ml)とを100mlセラムキャップ瓶内で混ぜ合わせた。前記瓶を密閉し、65℃まで10時間加熱した。赤みを帯びた黒色の溶液を、0.20μmのPTFEフィルターディスク(Osmonics)でろ過し、減圧下で溶媒を蒸発させた。ベージュ色の生成物をH22(約0.25ml、30%w/w)と共にアセトン(30ml)に溶かし、得られた溶液を56℃まで30分間加熱した。Whattman 42フィルター紙でろ過して固形物を取り除いた後、Smopex(登録商標)110(Johnson Matthey)(10mg)を添加し、得られた溶液を30分間攪拌した。この混合物を0.20μmのPTFEフィルターディスク(Osmonics)でろ過した後、減圧下でアセトンを蒸発させることによって無色白色の固体を得た。この物質をトルエン(30ml)に溶かし、H2O(20mlで3回)で洗浄し、ヘプタン(150ml)に滴下することによって沈殿させた。生成物をろ過によって単離し、真空で乾燥させる(70℃、12時間)ことによって白色の無定形の固体(1.3g、87%)を得た。
実施例31
α,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールと5−ノルボルネンカルボン酸のt−ブチルエステルとの80:20ビニル末端封止コポリマー(1.5g、0.19mmol)と、[(トリシクロヘキシルホスフィン)(1,5−シクロオクタジエン)(ピリジン)イリジウム]PF6(31mg、0.039mmol)と、トルエン(35ml)とをブッチ圧力反応器内で混ぜ合わせ、溶けるまで攪拌した。前記反応器を密閉し、H2ガス(85psi)を投入し、65℃まで15時間加熱した。溶媒を減圧下で蒸発させ、得られた黄色の物質を、H22(約0.25ml、30%w/w)と共に、アセトン(25ml)に溶かした。56℃まで30分間加熱した後、この溶液をWhattman 42フィルター紙でろ過して固形物を取り除いた。Smopex(登録商標)110(Johnson Matthey)(10mg)を添加し、得られた溶液を30分間攪拌した。この混合物を0.20μmのPTFEフィルターディスク(Osmonics)でろ過し、溶媒を減圧下で蒸発させることによって無色白色の固体を得た。得られた固体をトルエン(30ml)に再度溶かし、H2O(20mlで3回)で洗浄し、ヘプタン(150ml)に滴下することによって沈殿させた。生成物をろ過によって単離し、真空で乾燥させる(70℃、12時間)ことによって白色の無定形の固体(0.97g、64%)を得た。
実施例32
α,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールと5−ノルボルネンカルボン酸のt−ブチルエステルとの80:20ビニル末端封止コポリマー(1.4g、0.18mmol)と、Et3SiH(0.12ml、0.73mmol)と、H2PtCl6・6H2O(10mg、0.024mmol)と、トルエン(35ml)とを100mlセラムキャップ瓶内で混ぜ合わせた。前記瓶を密閉し、65℃まで10時間加熱した。黄色い溶液が赤みを帯びた黒色になった。Whattman 42フィルター紙でろ過した後、減圧下で溶媒を蒸発させた。得られたベージュ色の生成物をH22(約0.25ml、30%w/w)と共にアセトン(30ml)に溶かし、得られた溶液を56℃まで30分間加熱した。Whattman 42フィルター紙でろ過して固形物を取り除いた後、Smopex(登録商標)110(Johnson Matthey)(10mg)を添加し、得られた溶液を30分間攪拌した。この混合物を0.20μmのPTFEフィルターディスク(Osmonics)でろ過した後、減圧下でアセトンを蒸発させることによって無色白色の固体を得た。この物質をトルエン(30ml)に溶かし、H2O(20mlで3回)で洗浄し、ヘプタン(150ml)に滴下することによって沈殿させた。生成物をろ過によって単離し、真空で乾燥させる(70℃、12時間)ことによって白色の無定形の固体(1.32g、88%)を得た。
後処理
前記実施例から分かるように、さらに本発明は、本願明細書に開示されている重合反応によって生成される反応混合物を後処理する方法に関する。そのような後処理は、ポリマー生成物の光学密度を低下させる、ポリマー生成物中に存在する残留金属および/または残留触媒の量を低減させるといった様々な効果を発揮するが、そのような処理では、ポリマー生成物中に任意に存在し得る任意の酸不安定ペンダント基は一般に脱保護されない。
例えば、本発明に従って生成されたホモポリマーまたはコポリマーの分子量は、直鎖または分岐鎖C2〜C20オレフィン化合物(例えば1−ヘキセン)を用いてさらに調整することができる。そのような化合物を本発明に従って生成されたポリマーの分子量を調整するのに使用することは、前記オレフィン化合物が、重合中にモノマーから切り取られた酸不安定基、もし存在するならば、の量を低減させるという点で有利である。
前述のように、さらに本発明は、本発明に従って調製されたオレフィン末端基含有フッ化ポリマーの光学密度を低下させる方法を提供する。本発明に従って調製されたそのようなフッ化ポリマーの光学密度を低下させるのに用いるこができる後重合反応の例としては、エポキシ化、水素化、ヒドロホルミル化、ヒドロシル化、クロロプロパン化(共にヒドロカーボンシクロプロパニル基およびフッ化シクロプロパニル基を形成する)が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
本発明に従って生成されたポリマー組成物が過酸(例えば、過スルホン酸、過クロム酸、過酢酸など)によって後処理されると、前記組成物に(1)(オレフィン末端基が存在する場合、前記オレフィン末端基の量の減少による)ポリマーの光学密度の低下、(2)残留触媒およびもしあれば残留助触媒の除去、および(3)(おそらくエポキシ化および抽出による)残留モノマーの除去のうちの1つ以上が起こる。驚くべきことに、ポリマー骨格鎖からぶら下がっている酸不安定基は、ポリマーの過酸処理によって開裂はされない。
分子量の調整
前述のように、本発明では、本発明に従って生成されたポリマーの分子量をCTA(例えば、1−ヘキセンまたはシクロペンテン)を用いて調整することができる。
金属およびモノマーの除去
前述のように、本発明では、過酸を用いた後処理によって、残留金属および残留モノマーを除去することができる。
多環式ポリマーの光学密度を低下させることを目的とした他の後処理
前述のように、本発明は、ポリマーの光学密度を低下させるための重合後処理として、過酸処理にのみ限定されているわけではない。考慮されるべき他の重合後処理は、157nmと193nmの両方においてオレフィン末端基を、より吸収性の低い種へと転化させる任意の化学反応である。それらの反応としては、エポキシ化、水素化、ヒドロホルミル化、ヒドロシル化、クロロプロパン化(共にヒドロカーボンシクロプロパニル基およびフッ化シクロプロパニル基を形成する)が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
フッ化酸不安定モノマー
フッ素化された酸不安定モノマーを用いると、本発明のポリマー生成物の光学密度をさらに低下させることできる。
本発明に従って調製されたフォトレジスト組成物を用いる方法は、当該技術分野において周知である(例えば、リソグラフィーにおいてポリマーフォトレジスト組成物を用いる方法に関して、開示内容が本願明細書に引用されて援用される米国特許第6,136,499号および6,232,417号を参照されたい)。
本発明を特定の好ましい実施態様に関して説明してきたが、当業者らが本願明細書および添付図面を読解して時点で同等の変更および修正を考えつくことは明らかである。特に前記整数(成分、アセンブリ、素子、組成物など)によって実行される様々な機能については、そのような整数を説明するのに用いられる用語(「手段」への言及を含む)は、特に断らない限り、たとえ本願明細書において説明された本発明の典型的な実施態様における機能を実行する前記構造とは構造的に等しくはなくても、説明された整数の特定の機能を実行する(すなわち機能的に同等である)任意の整数に対応することが意図されている。さらに、上記において本発明の特定の特徴をいくつかの説明された実施態様のうちの1つのみについて説明したかもしれないが、任意の所定のまたは特定の用途にとって望ましく、かつ、有利となり得るという理由で、そのような特徴を他の実施態様の1つ以上の他の特徴と組み合わせてもよい。
パラジウムビス(トリ−i−プロピルホスフィン)ジ(アセテート)のORTEP図である。 パラジウム触媒を用いて生成されたα,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールのホモポリマーの光学密度(OD)対Mwのグラフである。 ニッケル触媒を用いて生成されたα,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールのホモポリマーの光学密度(OD)対Mwのグラフである。 各種α,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールの光学密度(OD)に対する、酢酸および過酸化水素を用いた後処理の効果を示すグラフである。 過酢酸による処理の前および後のNiベースおよびPdベースのα,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールホモポリマーの1HNMRスペクトルである。 酢酸および過酸化水素を用いた処理の前および後の、パラジウム触媒を用いて生成されたα,α−ビス(トリフルオロメチル)ビシクロ[2.2.1]ヘプト−5−エン−2−エタノールと、5−ノルボルネンカルボン酸のt−ブチルエステルとの共重合体の光学密度(OD)対Mwのグラフである。

Claims (7)

  1. 水素化末端基を主鎖の一方または両方の末端に有する多環式付加重合体であって、下記式
    [式中、R1〜R4は、独立して、水素、直鎖または分岐鎖(C1〜C30)アルキル、直鎖または分岐鎖(C1〜C24)ハロヒドロカルビル、直鎖または分岐鎖(C2〜C30)オレフィン、−(CH2n−C(O)OR*、−(CH2n−C(O)OR、−(CH2n−OR、−(CH2n−OC(O)R、−(CH2n−C(O)R、−(CH2n−OC(O)OR、−(CH2n−C(R)2−CH(R)(C(O)OR**)、−(CH2n−(CR2n−CH(R)(C(O)OR**)、−(CH2n−C(OR***)−(CF32、−(CR’2n−O−R、または−(CH2n−C(R)2−CH(C(O)OR**2を表しここでRは水素、直鎖または分岐鎖(C1〜C10)アルキル、または−(CH2s−OHを表しR’は水素またはハロゲンを表し*は酸不安定部分を表し**は独立してRまたはR*を表し;R *** は−CH 2 OR、−C(O)ORまたは−C(O)Rを表しnは0〜10の整数であり;mは0〜5の整数でありsは1〜10の整数でありZは酸素、硫黄、−NR”−または−(CR”2p−を表し、ここでR”は水素であり、pは1または2であり、
    5〜R8は、独立して、水素、直鎖または分岐鎖(C1〜C30)アルキル、直鎖または分岐鎖(C2〜C30)オレフィン、−(CH2n−C(O)OR*、−(CH2n−C(O)OR、−(CH2n−OR、−(CH2n−OC(O)R、−(CH2n−C(O)R、−(CH2n−OC(O)OR、−(CH2n−C(R)2−CH(R)(C(O)OR**)、−(CH2n−(CR2n−CH(R)(C(O)OR**)、−(CR’2n−O−R、または−(CH2n−C(R)2−CH(C(O)OR**2を表しここでRは水素または直鎖または分岐鎖(C1〜C10)アルキルを表しR’は水素またはハロゲンを表し*は酸不安定部分を表し**は独立してRまたはR*を表し;nは0〜10の整数でありmは0〜5の整数でありZは酸素、硫黄、−NR”−または−(CR”2p−を表し、ここでR”は水素であり、pは1または2である
    によって表される繰返し単位のうちの1種以上から選択される繰返し単位を含んでなる、前記重合体。
  2. Zがメチレンである、請求項1に記載の重合体。
  3. 前記ハロヒドロカルビル基が、X”が独立してフッ素、塩素、臭素およびヨウ素から選択され、そしてrが1〜20の整数である式CrX”2r+1によって表される、請求項1または2に記載の重合体。
  4. 前記繰返し単位が、下記式
    [式中、nは0〜10の整数であり、そしてR***請求項1に定義されたとおりである]
    によって表される、請求項1に記載の重合体。
  5. 酸不安定ペンダント基を有する多環式繰返し単位を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の重合体。
  6. 1〜R8のうちの少なくとも1つが、式−(CH2n−C(O)OR*によって表される基から選択され、そしてR*請求項1に定義されたとおりである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の重合体。
  7. 不飽和末端基を有する重合体と、水素化剤を反応させることを含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載の重合体の製造方法。
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