JP4480190B2 - 新規(チオ)(メタ)アクリレート単量体、これらの単量体の合成のための中間化合物、重合性組成物とそれから得られる重合体、および、その光学用と眼科用の使用 - Google Patents

新規(チオ)(メタ)アクリレート単量体、これらの単量体の合成のための中間化合物、重合性組成物とそれから得られる重合体、および、その光学用と眼科用の使用 Download PDF

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Description

本発明は、全般として、光学用と眼科用の使用に好適な透明な単一重合体および共重合体となる重合性組成物を調合するのに有用な、新規な(チオ)(メタ)アクリレート単量体、好ましくはモノ(チオ)(メタ)アクリレート単量体に関する。
本発明の重合性組成物は、型(モールド)内で重合するか射出成形することにより、透明な樹脂、好ましくは熱可塑性樹脂からなる成形品を製造することができる。
得られる透明な樹脂は、中程度から高い値、1.54もしくはそれ以上の屈折率を持ち、特に、光学用と眼科用の使用に適している。
本発明の樹脂の光学用の使用では、導波管と光学繊維が挙げられる。
これらの樹脂の眼科用の使用では、眼鏡用レンズとコンタクトレンズが挙げられる。
全般に、本発明の新規単量体は、水素原子、炭素原子および硫黄原子からなる5員〜8員の複素環を有し、環内に硫黄原子(環内硫黄原子)を少なくとも2個有する、モノ(チオ)(メタ)アクリレート、もしくは、モノ−およびジ(メタ)アクリレート型の機能性単量体である。複素環は6員環もしくは7員環が好ましく、6員環がより好ましい。環内硫黄原子の数は、2個または3個が好ましい。複素環は、置換もしくは非置換のC5〜C8の芳香環もしくは多環式環、好ましくはC6〜C7環と、縮合したものであってもよい。
本発明の機能性単量体の複素環が2個の環内硫黄原子を有する場合、これらの環内硫黄原子は、複素環の1−3、もしくは1−4の位置にあるのが好ましい。本発明によれば、該単量体としては、チオ(メタ)アクリレート単量体も好ましい。最後に、本発明の単量体は、分子量が好ましくは150〜400であり、150〜350が好ましく、200〜300がより好ましい。
さらに詳細には、本発明の新規な機能性単量体は、下記式(A)で示される:
Figure 0004480190
ここで、ZはHまたはCH3、(好ましくはCH3)を表し、XはOまたはSを表し、そして、
−XがSを表す場合は、Yは下記式(a)の基を表す:
Figure 0004480190
(ここで、R1とR2はH、アルキル基、好ましくはC1〜C4アルキル基、より好ましくはCH3から選ばれ、もしくは、別の態様として、R1とR2とが−(CH25−基を一緒に形成してもよく、n1は0、2を含む0〜2の整数を表す)、そして、
−XがOを表す場合は、Yは上記式(a)で表される基または下記式(b)〜(e)の基より選ばれる基である:
Figure 0004480190
(ここで、n2は1または2であり、R3はHまたはアルキル基、好ましくはC1〜C4アルキル基、より好ましくはCH3を表し、R4はH、またはアルキル基、好ましくはC1〜C4アルキル基、より好ましくはCH3またはC25基を表し、
そしてR5は下記式(I)〜(II)の複数の基から選ばれる2価の基を表す:
Figure 0004480190
ここで:
Aはアリール基、好ましくはC6〜C12のアリール基、より好ましくはフェニル基を表すか、もしくは、アルキル基、好ましくはC1〜C6のアルキル基を表し、
R’とR”は、それぞれ独立に、H、アルキル基、好ましくはC1〜C6、アリール基、好ましくはフェニル基、
もしくは、R’またはR”は下記の基であってもよい
Figure 0004480190
(ここで、Raはアルキレン基、好ましくはC1〜C6のアルキレン基、特に−CH2−基であり、RbはHまたはCH3を表す)、
nは、0または1であり、0≦m(≦4の整数)である)、および下記式(II)
Figure 0004480190
そして、R6はHまたはメチル基を表し、
Cyは置換または非置換のアリール環、好ましくはフェニル基、トルイル基またはノルボルニル環を表す。
好ましくは、R5は、下記の基から選ばれる2価の基である:
Figure 0004480190
本発明の特に推奨される単量体は、Xが硫黄原子を表し、Yが式(a)である基である上記式(A)に相当するチオ(メタ)アクリレート単量体である。
本発明の単量体は、種々の公知の合成方法で合成することができる。
本発明のより好ましいモノ(チオ)(メタ)アクリル系単量体の中で、下記式で表される単量体を示すことができる:
Figure 0004480190
Figure 0004480190
Figure 0004480190
本発明のより好ましいジ(メタ)アクリル系単量体の中で、下記式で表される単量体を挙げることができ:
Figure 0004480190
そして、特に、ジメタクリレートを挙げることができる。
以下の記述は、本発明の単量体の合成法の種々の例を与える。
I. ディックマン反応による、硫黄原子含有環の合成
Figure 0004480190
I.1 ジエステルIa、IIIa、IVa、の合成
冷却器を備えた250ml三つ口フラスコに、0.2モルのエチルメルカプト酢酸(2当量)を含む30mlのトルエンと1mlの濃硫酸を入れる。
反応混合物を、80℃まで昇温し、化合物Iaを合成する場合は0.1モルのホルムアルデヒドを36%水溶液(メタノールにより安定化したもの)として滴下して加え、化合物IIIaとIVaを合成する場合は、0.1モルのアセトンまたはシクロヘキサノンを滴下して加える。
加えた後、反応混合物を2時間100℃に保つ。ついで、室温で1晩撹拌する。
反応混合物を減圧下、濃縮する。残渣をジクロロメタン中に取って、5%水酸化ナトリウム溶液、ついで、水で、続けて洗浄する。
有機層を硫酸ナトリウムで乾燥し、濾過してから、減圧下濃縮する。
このようにして得られる生成物を、減圧下、蒸留により精製する。
Ia :3,5−ジチアヘプタン1,7−ジカルボン酸ジエチル
Figure 0004480190
収率=76%
沸点=126℃/0.1mmHg.
IIIa:3,5−ジチア(4−ジメチル)ヘプタン1,7−ジカルボン酸ジエチル
Figure 0004480190
収率=78%
沸点=131℃/0.1mmHg.
IVa:3,5−ジチア(4−シクロヘキシル)ヘプタン1,7−ジカルボン酸ジエチル
Figure 0004480190
収率=96%
沸点=165℃/0.3mmHg.
I.2 ディックマン環化反応:エーテルに入れたナトリウムメトキシドの使用
0.1モル(2当量)の新しく合成されたナトリウムメトキシドを、70mlの無水エーテルに懸濁する;20mlの無水エーテルに溶解させた0.05モル(1当量)のジエステルを、室温で滴下する。ついで、反応混合物を還流しながら10時間撹拌する。反応混合物を室温まで放冷し、ついで、水−氷−酢酸混合物に注ぐ。
水層を60mlエーテルで2回抽出する。エーテル層を炭酸水素ナトリウム希溶液で洗浄し、ついで水で洗浄する。
有機層を硫酸ナトリウムで乾燥し、減圧下濃縮する。
このようにして得られたβ−ケトエステルを、粗製でそのまま以後の合成に用いる。
I.3 塩酸媒体中でのβ−ケトエステルの脱炭酸
冷却器を備えた丸底フラスコに、0.05モルのβ−ケトエステルと120mlの1N塩酸を入れる。反応混合物を、少なくとも20時間、100℃に保つ。反応混合物を、100mlの酢酸エチルに入れる。水層を水酸化ナトリウム溶液で、pH5まで中和する。
ついで、有機層を、続けて、水と飽和塩化ナトリウム溶液で洗浄する。
有機層を硫酸ナトリウムで乾燥させ、ついで減圧下濃縮する。
このようにして得られたチアシクロアルカン−3−オンを、シリカゲルを用いたクロマトグラフィーにより精製してもよい。
Ib:1,3−ジチアシクロヘキサン−5−オン
Figure 0004480190
収率=上述の2ステップに対して79%
融点=101℃
IIIb:2−ジメチル−1,3−ジチアシクロヘキサン−5−オン
Figure 0004480190
収率=上述の2ステップに対して28%
精製用溶離剤:9%酢酸エチル/91%石油エーテル
IVb:2−シクロヘキシル−1,3−ジチアシクロヘキサン−5−オン
Figure 0004480190
収率=上述の2ステップに対して88%
精製用溶離剤:10%酢酸エチル/90%石油エーテル
I.4 THF中でのLiAlH 4 によるケトンの還元
冷却器、スターラー、滴下漏斗を備えた三つ口フラスコに、20mlの無水テトラヒドロフランに懸濁させた0.05モル(1当量)の水素化リチウムアルミニウムを、窒素雰囲気下で入れる。
ついで、ステップI.3で得られたケトン0.05モル(1当量)を、10mlのテトラヒドロフランに溶解したものを、室温にて滴下して加える。
加えた後、反応混合物を12時間還流する。ついで、溶液を室温まで放冷する。反応混合物を、20mlの水で加水分解するために、0℃まで冷却する。
ついで、溶液を、60mlの10%硫酸溶液に注ぐ。有機層を分離し、水層を60mlのエーテルで3回抽出する。エーテル層を併せて、50mlの水と50mlの飽和炭酸水素ナトリウムで、続けて洗浄し、ついで、硫酸ナトリウムで乾燥し、減圧下濃縮する。
Ic:1,3−ジチアシクロヘキサン−5−オール
Figure 0004480190
収率=53%
精製用溶離剤:20%酢酸エチル/80%石油エーテル
IIIc:2−ジメチル−1,3−ジチアシクロヘキサン−5−オール
Figure 0004480190
精製用溶離剤: %酢酸エチル/%石油エーテル
IVc:2−シクロヘキシル−1,3−ジチアシクロヘキサン−5−オール
Figure 0004480190
収率=78%
精製用溶離剤: %酢酸エチル/ %石油エーテル
I.5 アルコールからのメルカプタンの合成:ローソン(Lawesson)試薬の使用
60mlのトルエンに、上記ステップで得られたアルコール20ミリモル(1当量)を溶解したものと、11ミリモル(0.55当量)のローソン試薬を、窒素雰囲気下、入れる。
反応混合物を、基質に応じて種々の時間還流する。
反応を、薄層クロマトグラフィーにより監視する。
アルコールが消えた(検出されなくなった)後、反応混合物を100mlの水に入れ、50mlのジクロロメタンで2回抽出する。
有機層を併せ硫酸ナトリウムで乾燥し、ついで、減圧下濃縮する。
このようにして得られたメルカプタンを、粗製で以後の合成に使用する。
IIa:1,3−ジチアシクロヘキサン−5−チオール
Figure 0004480190
I.6 MAOCのアルコールとのカップリング
冷却器、温度計、マグネティックスターラーを備えた三つ口フラスコに、ステップI.4で得られたアルコール0.05モル(1当量)、トリエチルアミン0.05モル(1当量)、ヒドロキノン−モノメチル−エーテル(HQME)の800ppmクロロホルム溶液300mlを入れる。反応混合物を、0℃まで冷却する;ついで、0℃に保ちつつ、20mlのクロロホルムに溶解したメタクリロイルクロライド0.055モル(1当量)を滴下する。
室温まで加温した後、混合物を48時間撹拌する。
反応混合物を、6N硫酸50mlで酸性化し、エーテルで抽出する。有機層を、10%炭酸水素ナトリウム、飽和塩化ナトリウム溶液で、つづけて洗浄する。
エーテル層を、硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を蒸散させる。
このようにして得られたメタクリル系化合物をシリカゲルを用いたクロマトグラフィーで精製する。
Figure 0004480190
収率=32%
精製用溶離剤:1%酢酸エチル/99%石油エーテル
Figure 0004480190
収率=27%
精製用溶離剤:2%酢酸エチル/98%石油エーテル
Figure 0004480190
収率=45%
精製用溶離剤:1%酢酸エチル/99%石油エーテル
I.7 ジシクロヘキシルカルボジイミドとジメチルアミノピリジンの共存下での、メルカプタンのメタクリル酸との反応によるメタクリル酸チオエステルの生成
250mlの三つ口フラスコに、65ミリモルのメタクリル酸と、HQMEの800ppmジクロロメタン溶液70mlを、撹拌しながらいれる。ステップI.5で得られたメルカプタン32.5ミリモルと、ジメチルアミノピリジン(DMAP)(触媒量は、酸に比して質量で5%である)650mgを、室温で滴下する。ついで、反応混合物を0℃まで冷し、65ミリモルのジシクロヘキシルカルボジイミド(DCC)を加える。0℃で5分間撹拌し、ついで、室温で5時間撹拌する。
反応混合物を、形成されたジクロロヘキシル尿素を除去するために濾過する。
濾液をジクロロメタンに入れ、有機層を、0.5Nの塩酸溶液で洗浄し、ついで0.5Nの水酸化ナトリウム溶液で、つづけて洗浄する。有機層を乾燥、濾過し、減圧下で濃縮する。
このようにして得られたメタクリル酸チオエステルを、シリカゲルを用いたクロマトグラフィーで精製する。
Figure 0004480190
収率=33%
精製用溶離剤:2%酢酸エチル/98%石油エーテル
II. 分子間環化による硫黄原子含有環の合成
この環化方法では、下図に従って、一連のジチアシクロアルカンメタクリル系単量体を得ることができる。
この合成の諸段階は、以下のようである:
−メルカプタンのジクロロアセトンとのカップリング
−テトラヒドロフラン中での水素化リチウムアルミニウムによる還元
−メタクリロイルクロライドの上述のステップで得られたアルコールとのカップリング
Figure 0004480190
II.1 ジクロロアセトンのジメルカプタンとのカップリング
新しく合成したナトリウムメトキシド0.1モル(2当量)を、20mlの無水メタノールに撹拌しながら溶解し、ついで、室温下、0.05モル(1当量)のジメルカプタンを加える。
並行して、0.05モル(1当量)の1,3−ジクロロアセトンを約25mlの無水エーテルに溶解したものを用意する。
これら2つの溶液を、三つ口フラスコに、室温下かつ窒素雰囲気下、約4時間以上かけて撹拌しながら入れる。
加え終わったら、反応混合物を、10%水酸化ナトリウム溶液を含む水−氷−エーテルの混合物10mlに注ぐ。
水層を、40mlのエーテルで3回抽出する。静置しておくとポリマーの白い析出物が沈降して分離する。有機層を併せて、硫酸ナトリウムで乾燥し、減圧下で濃縮する。
Va:1,4−ジチアシクロヘプタン−6−オン
Figure 0004480190
収率=64%
精製用溶離剤:5%酢酸エチル/95%石油エーテル
VIIa:1,5−ジチアシクロオクタン−7−オン
Figure 0004480190
収率=31%
精製用溶離剤:5%酢酸エチル/95%石油エーテル
II.2 THF中でのLiAlH 4 による還元
手順は、上述のステップI.4と同様である。
Vb:1,4−ジチアシクロヘプタン−6−オール
Figure 0004480190
収率=43%
融点=65℃
精製用溶離剤:15%酢酸エチル/85%石油エーテル
VIIb:1,5−ジチアシクロオクタン−7−オール
Figure 0004480190
収率=30%
精製用溶離剤:10%酢酸エチル/90%石油エーテル
II.3 アルコールからのメルカプタンの合成:ローソン試薬の使用
手順は、上述のステップI.5と同様である。
VIa:1,4−ジチアシクロヘプタン−6−チオール
Figure 0004480190
II.4 MAOCのアルコールとのカップリング
手順は、上述のステップI.6と同様である。
Figure 0004480190
収率=69%
精製用溶離剤:5%酢酸エチル/95%石油エーテル
Figure 0004480190
収率=23%
精製用溶離剤:2%酢酸エチル/98%石油エーテル
II.5 三級塩基共存下でのMAOCのメルカプタンとの反応
800ppmのHQMEを加えてある25mlの溶媒(アセトニトリル、アセトン、もしくはトルエン)に溶解した55ミリモルのMAOCを、窒素雰囲気下、温度計と滴下漏斗を備えた反応器に入れる。反応混合物を、−10℃まで冷却し、混合物(ステップII.3で得られたメルカプタン(50ミリモル)/10mlの溶媒に溶解したトリエチルアミン(55ミリモル))を滴下する。
同じ温度で、5時間撹拌する。
生成した塩を濾別した後、溶媒を除く。残渣をジクロロメタンにとり、0.5Nの水酸化ナトリウム溶液で洗浄する;有機層を硫酸ナトリウムで乾燥し、減圧下濃縮する。
このようにして得られたメタクリル系チオエステル類をシリカゲルを用いたクロマトグラフィーで精製する。
Figure 0004480190
収率=30%
精製用溶離剤:1%酢酸エチル/99%石油エーテル
III. S−S単位を含む硫黄原子含有環の合成
この合成に含まれる種々のステップは:
−二ハロゲン化誘導体を二硫化ナトリウム(Na22)で処理して環状二硫化物を生成する工程。この方法は、相間移動触媒反応を用いる。
−次に、メタクリロイルクロライドと上述(のステップ)で得られたアルコールとのカップリング工程
Figure 0004480190
工程
III.1 アルコールVIIIaとIXaの合成
温度計と冷却器を備えた三つ口フラスコに入れた水100mlに、1/4モルのNa2S・9H2Oを溶解し、この溶液を40℃まで昇温する。所望のNa22系(n=2では8g、1/4モル)を得るために、水酸化ナトリウムの粒を3個加え、ついで、硫黄を加える。
混合物を室温まで冷し、1/4モルの二臭素化誘導体を含むジクロロメタン100mlを加える。ついで、四ブチルアンモニウム硫酸(相間移動触媒)を加える(ハロゲン化誘導体に対して5モル%に相当)。
この溶液を、撹拌しながら1時間還流し、ついで、1時間以上かけて室温まで冷やす。有機層をジクロロメタン中にとり、水で洗浄し、最後に硫酸ナトリウムで乾燥する。溶媒を減圧下、蒸散させる。このようにして得られる環(化合物)をシリカゲルを用いたクロマトグラフィーで精製する。
VIIIa:1,2−ジチアシクロペンタン−4−オール
Figure 0004480190
収率=77%
精製用溶離剤:20%酢酸エチル/80%石油エーテル
IXa:1,2−ジチアシクロヘキサン−4−オール
Figure 0004480190
収率=95%
精製用溶離剤:20%酢酸エチル/80%石油エーテル
III.3 MAOCのアルコールとの付加反応
手順は、上述のステップI.6と同様である。
Figure 0004480190
収率=56%
精製用溶離剤:2%酢酸エチル/98%石油エーテル
Figure 0004480190
収率=50%
精製用溶離剤:2%酢酸エチル/98%石油エーテル
IV. トリチアン誘導メタクリル系単量体(trithiane-derived methacrylic monomer)の合成
Figure 0004480190
工程
IV. トリチアンへの求電子試薬の付加反応
70mlの無水テトラヒドロフランに溶解した5g(36ミリモル)のトリチアンを、窒素雰囲気下で三つ口フラスコに入れる。反応混合物を、−30℃まで冷し、この温度下で、1.05当量のnBuLi(ヘキサン溶液として1.6M)をゆっくりと加える。このステップは発熱性で、反応混合物は黄変する。
温度を2時間30分、−25〜−15℃に保つ。この時間後、トリチアンは完全に溶解するはずである。最後に、反応混合物を−70℃まで冷し、テトラヒドロフランに溶解したアルデヒドをシリンジで滴下する。反応混合物を、0〜25℃の温度下で一晩撹拌する。
撹拌をさらに室温で1時間続け、反応混合物をH2O/CCl4混合物に注ぐ。水層を四塩化炭素で3回抽出する。有機層を集め、懸濁液中のトリチアンを濾別する。有機層を水で3回洗浄し、ついで乾燥、濾過し、減圧下で濃縮する。
Figure 0004480190
収率=62%
IV.2 MAOCのトリチアンアルコールとのカップリング
工程は、上述のステップI.6と同様である。
Figure 0004480190
収率=30%
精製用溶離剤:2%酢酸エチル/98%石油エーテル
V. ジチアン誘導メタクリル系単量体の合成
第1合成図
Figure 0004480190
第2合成図
Figure 0004480190
工程
V.1 ジチアンの合成
BF3のエーテル化物36mlと、72mlの氷酢酸をクロロホルム120mlに溶かしたものを、冷却器、マグネティックスターラー、および滴下漏斗を備えた三つ口フラスコに入れる。反応混合物を還流し、混合物(30ml(0.3モル)のプロパンジチオール、29mlのジメトキシメタン(0.33モル)を450mlのクロロホルムに溶解したもの)を滴下する。滴下は、8時間以上かけてゆっくり行う。反応混合物の温度を室温まで放冷し、ついで、80mlの水で4回、120mlの10%水酸化カリウム溶液で2回、そして再び80mlの水で2回、続けて洗浄し、濾過し、溶媒を減圧下蒸散させる。
固形の残渣を60mlのメタノールにとり、メタノールの沸点まで加温する。保温して濾過し、濾液を室温まで放冷し、最後にこの溶液を−20℃で一晩おく。ジチアンの白色結晶を濾別して集め乾燥する。
XI:1,3−ジチアン
Figure 0004480190
収率=68%
融点=55℃
V.2 1,3−ジチアンへの求電子試薬の付加反応
5g(41.6ミリモル)のジチアンを80mlの無水テトラヒドロフランに溶解したものを、窒素雰囲気下、三つ口フラスコに入れる。
反応混合物を−40℃まで冷却し、この温度で27.3ml(43.68ミリモル、1.05当量)のnBuLi(1.6Mのヘキサン溶液)を滴下する。ついで、反応中間体を−20〜−40℃で2時間撹拌する。この後、混合物を−70℃まで冷却し、最小量のテトラヒドロフランに溶解した求電子試薬(アルデヒドまたはエポキシド)をゆっくりと加える。
アルデヒドの場合は、反応は瞬間的である。エポキシドの場合は、反応は薄層クロマトグラフィーで監視する。
ひとたび反応が完了したら、反応混合物を水冷しつつゆっくり加水分解させる。
水層をエーテルで3回抽出する。
有機層を併せて、水で3回洗浄し、ついで飽和塩化ナトリウム溶液で洗浄する。
有機層を硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を減圧下、蒸散させる。
このようにして得られた生成物をシリカゲルを用いたクロマトグラフィーで精製する。
求電子試薬:アセトアルデヒド
Figure 0004480190
収率=96%
精製用溶離剤:10%酢酸エチル/90%石油エーテル
求電子試薬:プロピオンアルデヒド
Figure 0004480190
収率=98%
精製用溶離剤:10%酢酸エチル/90%石油エーテル
求電子試薬:ベンズアルデヒド
2−(ヒドロキシフェニルメチル)−1,3−ジチアン
Figure 0004480190
収率=88%
融点=73℃
精製用溶離剤:12%酢酸エチル/88%石油エーテル
求電子試薬:シクロヘキサンオキシド
Figure 0004480190
収率=93%
精製用溶離剤:10%酢酸エチル/90%石油エーテル
求電子試薬:プロピレンオキシド
Figure 0004480190
収率=72%
精製用溶離剤:11%酢酸エチル/89%石油エーテル
V.3 MAOCのアルコールとのカップリング
工程は、上述のステップI.6と同様である。
Figure 0004480190
収率=52%
精製用溶離剤:2%酢酸エチル/98%石油エーテル
Figure 0004480190
収率=56%
精製用溶離剤:3%酢酸エチル/97%石油エーテル
2−〔α−2−(プロペニルカルボニルオキシ)ベンジル〕−1,3−ジチアン
Figure 0004480190
収率=48%
融点=97℃
精製用溶離剤:5%酢酸エチル/95%石油エーテル
Figure 0004480190
収率=40%
精製用溶離剤:2%酢酸エチル/98%石油エーテル
Figure 0004480190
収率=41%
精製用溶離剤:3%酢酸エチル/97%石油エーテル
VI. アルキルジチアン誘導メタクリル系単量体の合成
第1合成ルート
Figure 0004480190
第2合成ルート
Figure 0004480190
VI.1 2−メチル−1,3−ジチアンと2−エチル−1,3−ジチアンの合成
5g(46.2ミリモル)の1,3−プロパンジチオールと60mlのクロロホルムに溶かした46.2ミリモルのアルデヒド(アセトアルデヒドまたはプロピオンアルデヒド)を、三つ口フラスコに入れる。この溶液を−20℃で1時間撹拌する。次に、46.2ミリモルのBF3のエーテル化物をゆっくり加え、混合物を15時間以上かけて室温に戻す。
反応混合物を水で3回洗浄し、10%水酸化カリウムで洗浄する。有機層を硫酸ナトリウムで乾燥し、濾過し、ついで、減圧下で濃縮する。
XVIIa:2−メチル−1,3−ジチアン
Figure 0004480190
収率=85%
精製用溶離剤:3%酢酸エチル/97%石油エーテル
XVIIIa:2−エチル−1,3−ジチアン
Figure 0004480190
収率=81%
精製用溶離剤:2%酢酸エチル/98%石油エーテル
VI.2 アルキルジチアンへの求電子試薬の付加
工程は上述のステップV.2を同様である。
求電子試薬:アセトアルデヒド
Figure 0004480190
収率=82%
精製用溶離剤:9%酢酸エチル/81%石油エーテル
求電子試薬:アセトアルデヒド
Figure 0004480190
収率=78%
精製用溶離剤:9%酢酸エチル/91%石油エーテル
求電子試薬:オキセタン(トリメチレンオキシド)
2−メチル−2−(3’−ヒドロキシ−1’−プロピル)−1,3−ジチアン
Figure 0004480190
収率=71%
求電子試薬:シクロヘキセンオキシド
2−メチル−2−(2’−ヒドロキシ−1’−シクロヘキシル)−1,3−ジチアン
Figure 0004480190
収率=89%
VI.3 MAOCのアルコールへの付加
工程は、上述のステップI.6と同様である。
Figure 0004480190
収率=48%
精製用溶離剤:1%酢酸エチル/99%石油エーテル
Figure 0004480190
収率=53%
精製用溶離剤:4%酢酸エチル/96%石油エーテル
2−メチル−2−(2−プロペニルカルボニルオキシトリメチレン)−1,3−ジチアン
Figure 0004480190
収率=71%
D 20=1.5268
νD=39.9
精製用溶離剤:5%酢酸エチル/95%石油エーテル
2−メチル−2−〔2−(2−プロペニルカルボニルオキシ)シクロヘキシル〕−1,3−ジチアン
Figure 0004480190
収率=14%
D 20=1.5425
νD=41.7
精製用溶離剤:4%酢酸エチル/96%石油エーテル
上述の合成された単量体の光学的特性を、屈折率、アッベ数を測定して評価した。下記表1に結果を示す。
Figure 0004480190
Figure 0004480190
VII. ヒドロキシケトンからの1,3−ジチオアセタール誘導体の合成
要約図
Figure 0004480190
VII−1 ジメルカプタンのケトンへの付加反応による環状1,3−ジチオアセタールの合成
46.2ミリモルのプロパンジチオールと46.2ミリモルのヒドロキシケトンを含有するクロロホルム60mlを、三つ口フラスコに入れる。この溶液を−20℃で1時間撹拌する。次に、46.2ミリモルのフッ化ホウ素のエーテル付加物をゆっくりと加え、混合物を12時間以上かけて、室温にまで戻す。
反応混合物を水で3回洗浄し、ついで、10%水酸化カリウム溶液で洗浄する。有機層を硫酸ナトリウムで乾燥し、濾過し、ついで、減圧下で濃縮する。ヒドロキシフェニルケトンの場合、有機層はいかなる基本的な洗浄法でも洗浄できない。このように得られた生成物をシリカゲルを用いたクロマトグラフィーで精製する。
2−メチル−2−(2’−メチル−2’−ヒドロキシ−1’−プロピル)−1,3−ジチアン
Figure 0004480190
収率=98%
2−メチル−2−(4’−ヒドロキシ−1’−フェニル)−1,3−ジチアン
Figure 0004480190
収率=98%
2−フェニル−2−(4’−ヒドロキシ−1’−フェニル)−1,3−ジチアン
Figure 0004480190
収率=95%
VII−2 メタクリロイルクロライドのアルコールとのカップリングによるメタクリル酸エステルの合成
50ミリモル(1当量)のアルコール、50ミリモル(1当量)のトリエチルアミン、および、HQMEの800ppmクロロホルム溶液30mlを、冷却器、温度計、マグネティックスターラーを備えた三つ口フラスコに入れる。反応混合物を0℃まで冷却する;次に、温度を0℃に保ちつつ、20mlのクロロホルムに溶解した55ミリモル(1.1当量)のメタクリロイルクロライドを滴下する。室温にまで戻した後、混合物を48時間撹拌する。
反応混合物を50mlの6N硫酸溶液で酸性化し、エーテルで抽出する。有機層を、続けて、10%炭酸水素ナトリウム溶液、飽和塩化ナトリウム溶液で洗浄する。エーテル層を、硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を蒸散させる。このようにして得られるメタクリル系化合物をシリカゲルを用いたクロマトグラフィーで精製する。
2−メチル−2−〔2−メチル−2−(2−プロペニルカルボニルオキシ)プロピル〕−1,3−ジチアン
Figure 0004480190
収率=32%
D 20=1.5215
νD=38.6
精製用溶離剤:1%酢酸エチル/99%石油エーテル
2−メチル−2−〔4−(2−プロペンカルボニルオキシ)フェニル〕−1,3−ジチアン
Figure 0004480190
収率=50%
D 20=1.5742
νD=30.8
精製用溶離剤:4%酢酸エチル/96%石油エーテル
2−フェニル−2−〔4−(2−プロペニルカルボニルオキシ)フェニル〕−1,3−ジチアン
Figure 0004480190
収率=48%
融点=132℃
精製用溶離剤:2%酢酸エチル/98%石油エーテル
VIII 2−メチル−2−(2−プロペニルカルボニルオキシメチル)−5−メチル−1,3−ベンゾジチオランと4−メチル−4−(2−プロペニルカルボニルオキシメチル)−3,5−ジチアトリクロロ〔5,2,1,0 (2.6) 〕デカンの合成
合成スキーム
Figure 0004480190
VIII−1 アルコールの合成
46.2ミリモルのジメルカプタンと46.2ミリモルのヒドロキシアセトンをクロロホルム60mlに入れ、これを三つ口フラスコに入れる。この溶液を−20℃で1時間撹拌する。次に、46.2ミリモルのフッ化ホウ素のエーテル付加物をゆっくりと加え、混合物を12時間以上かけて、室温にまで戻す。
反応混合物を水で3回洗浄し、ついで、10%水酸化カリウム溶液で洗浄する。有機層を硫酸ナトリウムで乾燥し、濾過し、ついで、減圧下で濃縮する。このように得られた生成物をシリカゲルを用いたクロマトグラフィーで精製する。
2−メチル−2−ヒドロキシメチル−5−メチル−1,3−ベンゾジチオラン
Figure 0004480190
収率=定量的
精製用溶離剤:10%酢酸エチル/90%石油エーテル
4−メチル−4−ヒドロキシメチル−3,5−ジチアトリシクロ〔5,2,1,0(2.6)〕デカン
Figure 0004480190
収率=67%
VIII−2 メタクリロイルクロライドのアルコールとのカップリングによるメタクリル酸エステルの合成
50ミリモル(1当量)のアルコール、50ミリモル(1当量)のトリエチルアミン、および、濃度800ppmのHQMEのクロロホルム溶液30mlを、冷却機、温度計、および、マグネティックスターラーを備えた三つ口フラスコに入れる。反応混合物を0℃まで冷却し、次に、温度を0℃に保ったまま、クロロホルム溶液20mlに溶解したメタクリロイルクロライド55ミリモル(1当量)を滴下して加える。温度が室温に戻った後、混合物を48時間撹拌する。
反応混合物を、50mlの6N硫酸溶液で酸性化し、エーテルで抽出する。有機層を、続けて、10%炭酸水素ナトリウム溶液、ついで飽和塩化ナトリウム溶液で洗浄する。エーテル層を、硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を蒸散させる。このようにして得られるメタクリル酸化合物を、シリカゲルを用いたクロマトグラフィーで精製する。
2−メチル−2−(2−プロペニルカルボニルオキシメチル)−5−メチル−1,3−ベンゾジチオラン
Figure 0004480190
収率=38%
D 20=1.5706
νD=27.5
精製用溶離剤:1%酢酸エチル/99%石油エーテル
4−メチル−4−(2−プロペニルカルボニルオキシメチル)−3,5−ジチアトリシクロ〔5,2,1,0(2.6)〕デカン
Figure 0004480190
収率=30%
D 20=1.5294
νD=37.6
精製用溶離剤:1%酢酸エチル/99%石油エーテル
IX− 2−〔2,2−ビス(2−プロペニルカルボニルオキシ)−プロピル〕−1,3−ジチアンの合成
合成スキーム
Figure 0004480190
工程
工程は、上記V.2とI.6と同様である。
単量体の構造は、NMRで確認した。
1H NMRスペクトルを、ブルッカー エーシー(Bruker AC)250マシンを用いて250MHzで記録した。プロトン−デカップリング13C NMRスペクトルを、ブルッカー エーシー(Bruker AC)250マシンを用いて62.88MHzで記録した。核磁気共鳴フーリエ変換(SEFT)の手法を使用した。
テトラメチルシランを、内部標準として使用した。
シリカプレート(キーセルゲル(Kieselgel)60F254)を用いて薄層クロマトグラフィーを行い、過マンガン酸カリウムもしくはヨウ素を用いて展開した。
質量スペクトルを、ヒューレット パッカード 5971Aマシンを用いて、電子衝撃により(イオン化電圧:70eV)採った。分光器はガスクロマトグラフィーと連結している(キャピラリー カラム:WCOT融解石英型、固定相:CP−Sil CB、長さ:25メートル、内径:0.25mm、フィルム厚:0.12μm)。
屈折率nD 20は、アッベ屈折計(ASTM−NFT 60194 モデル)で、ナトリウムのD線(589.3nm)を用いて、20℃下で測定した。
アッベ数(νD)を、以下の波長で測定した屈折率から計算した:480nm(カドミウムのF’線)、546.1nm(水銀のE線)、589.3nm(ナトリウムのD線)、643.8nm(カドミウムのC’線)。νDは、下記式から算出した:
νD=(nD−1)/(nF’−nC’
溶媒は使用前に蒸留した:
−無水エーテルをNa2SO4で乾燥させ、ナトリウム存在下で蒸留し、ナトリウム存在下で貯蔵した。
−無水テトラヒドロフランを、ベンゾフェノンを共存させて、ナトリウム存在下で蒸留し、ナトリウム存在下で貯蔵した。
−無水アセトンをCaCl2で乾燥させ、KMnO4存在下で蒸留し、K2CO3存在下で乾燥し、4Åモレキュラーシーブ存在下で貯蔵した。
−無水メチレンクロライドを、P25存在下で蒸留し、4Åモレキュラーシーブ存在下で貯蔵した。
−メチレンクロライドとエーテルを、P25存在下で蒸留した。
−メタノールをマグネシウム存在下で蒸留した。
本発明は、本発明の単量体の合成に有用な中間体である新規な化合物にも関する。
詳しくは、合成の中間体として有用なこれらの新規な化合物は、下記式で表されるチオール化合物である:
Figure 0004480190
ここで、R1、R2およびn1は、先に定義したとおりである。好ましくは、R1とR2は両方とも水素原子であるのがよい。
これらの新規化合物中、下記式で表される化合物が挙げられる:
Figure 0004480190
本発明は、少なくとも一つのモノ(チオ)(メタ)アクリレート、または、ジ(メタ)アクリレート型の機能性単量を含む重合性組成物に関し、好ましくは、水素原子、炭素原子、および硫黄原子からなり、少なくとも2個の環内硫黄原子を持つ5員〜8員の複素環を有するモノ(チオ)(メタ)アクリレートを含む重合性組成物に関する。
本発明の組成物において有用な複素環は、6員環であるのが好ましい。
本発明の重合性組成物において有用な単量体の複素環は、2個の環内硫黄原子を、複素環の1位と3位、または、1位と4位の位置に有するのが好ましい。
本発明の重合性組成物のその他の望ましい具体例としては、単量体の複素環が、3個の環内硫黄原子を持つ6員の複素環のものである。本発明の重合性組成物に特に好ましいモノ(チオ)(メタ)アクリレート型の単量体は、(チオ)(メタ)アクリレート単量体である。最後に、これらの単量体は、分子量が150〜350であるのが好ましく、200〜300であるのがより好ましい。
本発明の重合性組成物に特に好ましいモノ(チオ)(メタ)アクリレート型の単量体は、上述の単量体であり、式(A)で表され、式(A)の中でも、特にXが硫黄原子であるものが最も好ましい。
本発明の重合性組成物は、ただ1種の本発明の機能性単量体またはその混合物を含有することができ、もしくは、別の態様として該組成物は上記単量体または単量体の混合物を、光学および/または眼科に適した特性を有する透明な重合体の製造のために、重合により、本発明の単量体と共重合されうるひとつまたはそれ以上の公知の単量体と共に、含むことができる。
本発明の単量体と共重合されうるいかなる好適なコモノマーも、本発明の重合性組成物中に用いることができる。
本発明の重合性組成物に用いるために、(チオ)(メタ)アクリレート型の単量体と共に用いることのできる、コモノマーの中では、単官能または多官能ビニル単量体、アクリル系単量体、および、メタクリル系単量体が挙げられる。
本発明の組成物に有用なビニル単量体の中では、ビニルアルコールや、例えばビニルアセタールとビニルブチラールといったビニルエステルを挙げることができる。
アクリル系コモノマーとメタクリル系コモノマーは、単官能または多官能のアルキル(メタ)アクリレートコモノマーと、多環式の、または芳香族のモノ(メタ)アクリレートコモノマーでもよい。
アルキル(メタ)アクリレートの中では、スチレン、α−メチルスチレン、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート等のα−アルキルスチレン、または、ブタンジオールジメタクリレート等の二官能誘導体、または、トリメチロールプロパン トリメタクリレート等の三官能誘導体を挙げることができる。
多環式モノ(メタ)アクリレートコモノマーの中では、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、メチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、および、アダマンチル(メタ)アクリレートを挙げることができる。
コモノマーとしては、フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、1−ナフチル(メタ)アクリレート、フルオロフェニル(メタ)アクリレート、クロロフェニル(メタ)アクリレート、ブロモフェニル(メタ)アクリレート、トリブロモフェニル(メタ)アクリレート、メトキシフェニル(メタ)アクリレート、シアノフェニル(メタ)アクリレート、ビフェニル(メタ)アクリレート、ブロモベンジル(メタ)アクリレート、トリブロモベンジル(メタ)アクリレート、ブロモベンジルエトキシ(メタ)アクリレート、トリブロモベンジルエトキシ(メタ)アクリレート、および、フェノキシエチル(メタ)アクリレート等の芳香族モノ(メタ)アクリレートを挙げることが出来る。
本発明の組成物に用いることのできるコモノマー中では、脂肪族グリコールビス(アリルカーボネート)、または、アルキレンビス(アリルカーボネート)といった、直鎖または分岐状の、脂肪族または芳香族の液状ポリオールのアリルカーボネートを挙げることができる。本発明に従って用いられる透明な重合体の合成に用いられるポリオール(アリルカーボネート)の中で、エチレングリコールビス(アリルカーボネート)、ジエチレングリコールビス(2−メタリルカーボネート)、ジエチレングリコールビス(アリルカーボネート)、エチレングリコールビス(2−クロロアリルカーボネート)、トリエチレングリコールビス(アリルカーボネート)、1,3−プロパンジオールビス(アリルカーボネート)、プロピレングリコールビス(2−エチルアリルカーボネート)、1,3−ブタンジオールビス(アリルカーボネート)、1,4−ブタンジオールビス(2−ブロモアリルカーボネート)、ジプロピレングリコールビス(アリルカーボネート)、トリメチレングリコールビス(2−エチルアリルカーボネート)、ペンタメチレングリコールビス(アリルカーボネート)、および、イソプロピレンビスフェノールビス(アリルカーボネート)が挙げられる。
本発明の組成物に用いることのできるコモノマーには、セルロースアセテート、セルロースプロピオネート、および、セルロースブチラートといったセルロースエステルを含む。
使用できるコモノマーとしては、ポリアルキレングリコールジ(メタ)アクリレート型、または、2,2−ビス−4−メタクリロイルオキシポリエトキシフェニルプロパンといった芳香族ジ(メタ)アクリレート誘導体を挙げることができる。
本発明において有用なコモノマーには、式(A)の化合物以外の硫黄含有化合物が含まれる。これらは、1つまたはそれ以上の硫黄原子を有するモノまたはポリ(メタ)アクリレート、もしくは別の態様として、例えば欧州特許出願EP−273,710号に記載されるようなモノチオ(メタ)アクリレートまたはポリチオ(メタ)アクリレートであってもよい。ポリチオ(メタ)アクリレートの中では、ビス−2−メタクリロイルチオエチルサルファイドと、4,4’−ビス−メタクリロイルチオフェニルサルファイドが挙げられる。
本発明の組成物に用いられるコモノマーのさらなる記述として、仏国特許第2,699,541号を引用して本明細書に含む。
本発明の重合性組成物の重合は、いかなる公知の重合プロセスによっても行うことができる。本発明において特に好適な重合プロセスは、光化学重合である。推奨される重合プロセスは、紫外線照射、好ましくはUV−A照射を経る光化学重合である。重合条件は、当然のことながら、組成物に用いられる単量体によってきまる。
かかる重合プロセスは、特に、特許FR−A−2,699,541号に記載される。
このようにして、本発明の重合性組成物は、一般に、重合開始剤、好ましくは光開始剤を、該組成物の全重量に対して0.001〜5重量%、より好ましくは0.01〜1重量%の割合で含む。
本発明の重合性組成物に用いることのできる光開始剤は、特に、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキシド、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニル−1−エタノン、および、アルキルベンゾインエーテルである。
推奨される光開始剤は、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンと、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキシドである。
本発明の重合性組成物は、光学用品や眼科用品、特にコンタクトレンズを成形するために、重合性組成物に通常用いられる添加剤、すなわち、抑制剤、染料、紫外線吸収剤、芳香剤、脱臭剤、酸化防止剤、黄変防止剤を、標準的な割合で含むことができる。
本発明は、上述の重合性組成物を重合、特に光重合することにより得られる透明重合組成物にも関する。
重合は、重合性組成物に含まれる種々の単量体を含む最初の混合物、および、任意の補助剤を用いて、公知の方法で行うことができ、重合反応は、ベンゾイルパーオキシド、シクロヘキシルパーオキシジカーボネート、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、または、2,2’−アゾビスブチロニトリル等の触媒により促進される。
重合は、光重合が好ましくは、この場合、本発明の重合性組成物は、通常、上述の光開始剤を含む。
この光重合は、紫外線光を照射することによる光重合であるのが好ましい。
本発明は、本発明による透明な重合体組成物から製造される光学および眼科用品、特にコンタクトレンズに関する。
本発明の重合性組成物により、熱可塑性重合体の生産が可能である。この場合、重合性組成物は、射出成形(すなわち、ガラス転移点または融点以上に昇温し、モールドの中で重合性組成物を加圧することによる)により、光学用品と眼科用品を得ることに、特に、好適である。
しかし、本発明の組成物は、光学用品および眼科用品を、いかなる標準的な成形プロセスにより得るためにでも利用できる。
特に、重合性組成物を、必要とされる表面形状を持つ2つの型の間に入れ、ついで重合することで、最終形態としてのレンズを得ることが出来る。その両表面がその最終状態にあるレンズがこのようにして得られる。成形後、片面のみ最終的な形状を持つ、半分完成されたレンズも製造することができ、その後、第2面は必要に応じた表面にしあげることが可能である。
本発明の透明な重合体の合成の実施例
単量体は、紫外線がない状態で合成する。
0.1重量%の量の開始剤を、単量体に加える。この溶液を、ついで、重合用モールドの中に入れる。
ついで、紫外線を照射して、重合を行う。
重合速度の監視は、メタクリル酸エステルでは、6200cm-1のアクリル酸のC=Cピーク、メタクリル酸チオエステルでは、およそ6140cm-1のアクリル酸のC=Cピークが消えることを観測することができる近赤外分光器を用いて行われる。
1,4−ジチアシクロヘプタンのメタクリル酸エステルの単独重合は、好適な条件下で行われ、単量体と重合体の特性は、以下に示すとおりである。
単量体:1,4−ジチアシクロヘプタンのメタクリル酸エステル
Figure 0004480190
特性:nD 20=1.5447
アッベnb=39.5
ビス−ジ−tert−ブチルヒドロキシトルエンにより安定化された透明な液体である。
0.1%の開始剤の存在下での単独重合。
近赤外での反応機構の監視。
重合体
特性:nD 20=1.5892
アッベnb=43.5
黄色、もろい
d=1.24

Claims (15)

  1. 下記式で表されることを特徴とする単量体化合物:
    Figure 0004480190
    ここで、ZはHまたはCH3を表し、XはSを表し、
    −Yは下記式で表される基を表す:
    Figure 0004480190
    ここで、R1とR2はH、アルキル基から選ばれ、または、別の態様として、R1とR2とが−(CH25−を一緒に形成してもよく、n1は0〜2の整数を表す。
  2. 前記単量体が150〜400(g/mol)の範囲の分子量を有する、請求項1に記載の単量体化合物
  3. 7がHまたはCH3である、下記式の化合物より選ばれことを特徴とする請求項1に記載の単量体化合物。
    Figure 0004480190
  4. 請求項1に記載の単量体化合物の合成のための中間体として有用な、下記式で表されることを特徴とする新規化合物:
    Figure 0004480190
    (ここで、R1、R2およびn1は、請求項1で定義したとおりである)。
  5. 下記式で表される化合物より選ばれることを特徴とする請求項4に記載の新規化合物。
    Figure 0004480190
  6. 請求項1〜のいずれかに記載の単量体を少なくとも1つ含むことを特徴とする重合性組成物。
  7. さらに、式(A)で表される単量体以外のコモノマーを1個またはそれ以上含むことを特徴とする請求項6に記載の重合性組成物。
  8. コモノマーが、ビニル単量体、アクリル系単量体、またはメタクリル系単量体、および、直鎖または分岐した脂肪族または芳香族液状ポリオールのアリルカーボネートから選ばれることを特徴とする請求項7に記載の重合性組成物。
  9. さらに、重合開始剤を含む請求項6〜8のいずれかに記載の重合性組成物。
  10. 前記重合開始剤が、光重合開始剤であることを特徴とする請求項9に記載の重合性組成物。
  11. 前記光重合開始剤が、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキシド、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニル−1−エタノン、および、アルキルベンゾインエーテル、および、これらの混合物から選ばれることを特徴とする請求項10に記載の重合性組成物。
  12. 請求項6〜11のいずれかに記載の重合性組成物を重合させることで得られる透明品。
  13. 請求項10または11に記載の重合性組成物を光重合させることで得られる透明品。
  14. 請求項6〜11のいずれかに記載の組成物を成形および重合させて得られる光学用品または眼科用品。
  15. 前記用品が眼科用レンズであることを特徴とする請求項14に記載の眼科用品。
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