JP4860069B2 - 環式骨格を有するメタクリル酸エステルの製造法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレジスト用樹脂の原料モノマーなどとして有用な環式骨格を有するメタクリル酸エステルの製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アダマンタン等の脂環式炭化水素骨格やラクトン骨格などの環式骨格を有するメタクリル酸エステルは、ポリマー化したときにプラズマエッチング耐性や基板に対する密着性を付与する機能を発現するため、フォトレジスト用樹脂のモノマー原料などとして注目されている。
【０００３】
このような環式骨格を有するメタクリル酸エステルの製造法として、環式骨格を有するアルコールとメタクリル酸ハライドとを塩基の存在下で反応させて前記メタクリル酸エステルを製造する方法が知られている。この方法は、温和な条件で反応が円滑に進行する点、及び反応系が一般に中性又は塩基性であることから生成するメタクリル酸エステルが酸により脱離する機能を持つ酸脱離性基を含有する化合物であっても該酸脱離性基が反応中に分解・脱離しない点で有利な方法である。
【０００４】
しかし、上記の方法で用いられるメタクリル酸ハライドは、その製造法にかかわらず、保管中に経時的に分子間のヘテロディールスアルダー反応が進行して、下記式で表される対応するダイマー（メタクリル酸ハライドダイマー）が生成する。
【化１】
（式中、Ｘはハロゲン原子を示す）
【０００５】
例えば、メタクリル酸クロリドを冷暗所に保管した場合、ダイマーの含有量は３ヶ月で１０重量％程度増大する。そのため、メタクリル酸ハライド中には通常５重量％以上のダイマーが存在しており、中にはダイマーを５０重量％以上含有する市販品もある。このようなダイマーを含有するメタクリル酸ハライドを環式骨格を有するアルコールとの反応に用いると、反応混合物中に該ダイマーやダイマー由来の副生物が存在することになる。また、反応中にメタクリル酸無水物が副生することも多い。さらに、酸の捕捉剤として用いた塩基が反応混合物中に残存することもある。これらの副生物等は、単に反応混合物を水洗したり、一般的な条件で蒸留したりするだけでは十分に除去することができず、目的化合物の製品中に混入することが多い。そして、このような副生物を多く含むメタクリル酸エステルを重合に付して得られるポリマーをフォトレジスト用樹脂等として用いた場合には、所望する性能が十分に発揮されないという問題が生じる。例えば、酸の捕捉剤として用いた塩基が多く含むメタクリル酸エステルを重合して得られるポリマーをフォトレジスト用樹脂として用いると、リソグラフィーでの露光により発生する酸が前記塩基によりトラップされてしまい、樹脂の酸脱離性基が円滑に脱離しないという問題が生じる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、不純物含量の少ない高品質の環式骨格を有するメタクリル酸エステルを効率よく製造する方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、不純物含量の少ない高品質の環式骨格を有するメタクリル酸エステルを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、環式骨格を有するアルコールとメタクリル酸ハライドとの反応混合物に特定の処理を施すと、不純物含量の少ない、品質の優れた環式骨格を有するメタクリル酸エステルを効率よく製造できることを見出し、本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明は、下記式（1a）、（1b）、（1c）、（1d）、（1e）、（1f）又は（1g）
【化２】
（式中、Ｒ1は環に結合した置換基であって、メチル基、ヒドロキシル基又はメタクリロイルオキシ基を示し、Ｒ2は水素原子、メチル基又はエチル基を示し、Ｒ3はメチル基又はエチル基を示す。ｎは０〜３の整数、ｍは０〜５の整数を示す。式中に示される環にはオキソ基が結合していてもよい）で表される環式骨格を有するアルコールとメタクリル酸ハライドとをトリアルキルアミンまたはピリジンから選択される有機塩基の存在下で反応させて対応するメタクリル酸エステルを製造する方法であって、前記環式骨格を有するアルコールとメタクリル酸ハライドとの反応混合物に水を添加して、５分間〜５時間の間、３０〜１００℃の温度で加熱処理する工程（工程Ａ）、前記環式骨格を有するアルコールとメタクリル酸ハライドとの反応混合物に、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、およびブタノールからなる群より選択される炭素数１〜４の脂肪族アルコールを添加して、５分間〜５時間の間、３０〜１００℃の温度で加熱処理する工程（工程Ｂ）ならびに前記環式骨格を有するアルコールとメタクリル酸ハライドとの反応混合物を、塩酸、硫酸、硝酸、もしくはリン酸である無機酸の水溶液、および酢酸である有機酸の水溶液からなる群より選択される酸水溶液で洗浄する工程（工程Ｃ）を含む、環式骨格を有するメタクリル酸エステルの製造法を提供する。
【００１１】
前記環式骨格を有するアルコールには、（1a）１−アダマンタノール、３，５−ジメチル−１−アダマンタノール、１，３−アダマンタンジオール、５，７−ジメチル−１，３−アダマンタンジオール、３−メタクリロイルオキシ−１−アダマンタノール、３−メタクリロイルオキシ−５，７−ジメチル−１−アダマンタノール、および４−オキソ−１−アダマンタノールからなる群より選択される１−アダマンタノール；（1b）α，α−ジメチル−１−アダマンタンメタノール、α，α，３，５−テトラメチル−１−アダマンタンメタノール、３−ヒドロキシ−α，α−ジメチル−１−アダマンタンメタノール、および３−メタクリロイルオキシ−α，α−ジメチル−１−アダマンタンメタノールからなる群より選択されるアダマンタンメタノール；（1c）２−メチル−２−アダマンタノール、２−エチル−２−アダマンタノール、および２，５，７−トリメチル−２−アダマンタノールからなる群より選択される２−アダマンタノール；（1d）６−ヒドロキシ−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１ 4,8 ］ウンデカン−２−オンもしくは６，８−ジヒドロキシ−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１ 4,8 ］ウンデカン−２−オン；（1e）６−（１−ヒドロキシ−１−メチルエチル）−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１ 4,8 ］ウンデカン−２−オンおよび８−ヒドロキシ−６−（１−ヒドロキシ−１−メチルエチル）−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１ 4,8 ］ウンデカン−２−オンからなる群より選択される６−ヒドロキシメチル−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１ 4,8 ］ウンデカン−２−オン；（1f）５−ヒドロキシ−３−オキサトリシクロ［４．２．１．０ 4,8 ］ノナン−２−オン、または（1g）β−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン、β−ヒドロキシ−α，α−ジメチル−γ−ブチロラクトン、β−ヒドロキシ−γ，γ−ジメチル−γ−ブチロラクトン、β−ヒドロキシ−α，α，β−トリメチル−γ−ブチロラクトン、β−ヒドロキシ−β，γ，γ−トリメチル−γ−ブチロラクトン、β−ヒドロキシ−α，α，β，γ，γ−ペンタメチル−γ−ブチロラクトン；α−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−α−メチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−β，β−ジメチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−α，β，β−トリメチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−γ，γ−ジメチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−α，γ，γ−トリメチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−β，β，γ，γ−テトラメチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−α，β，β，γ，γ−ペンタメチル−γ−ブチロラクトンからなる群より選択されるヒドロキシ−γ−ブチロラクトンが含まれる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
環式骨格を有するアルコールにおいて、環式骨格としては特に限定されず、例えば、５〜２０員程度の芳香族性又は非芳香族性の炭素環又は複素環が挙げられる。これらの環は単環であっても、縮合環や橋かけ環等の多環であってもよい。代表的な環式骨格として、例えば、アダマンタン環などの炭素数７〜２０程度の多環脂環式骨格；３−オキサトリシクロ［４．３．１．１4,8］ウンデカン−２−オン環、３−オキサトリシクロ［４．２．１．０4,8］ノナン−２−オン環、γ−ブチロラクトン環などのラクトン骨格などが挙げられる。環式骨格はアルコール性ヒドロキシル基と直接結合していてもよく、直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基等の連結基を介して結合していてもよい。
【００１５】
代表的な環式骨格を有するアルコールとして、下記式（1a）、（1b）、（1c）、（1d）、（1e）、（1f）又は（1g）で表される環式骨格を有するアルコールが例示できる。
【化２】
（式中、Ｒ1は環に結合した置換基であって、メチル基、ヒドロキシル基又はメタクリロイルオキシ基を示し、Ｒ2は水素原子、メチル基又はエチル基を示し、Ｒ3はメチル基又はエチル基を示す。ｎは０〜３の整数、ｍは０〜５の整数を示す。式中に示される環にはオキソ基が結合していてもよい）
【００１６】
上記式（1a）で表される１−アダマンタノール類において、ｎ個のＲ1は、同一の基であってもよく、互いに異なる基であってもよい。Ｒ1は橋頭位の炭素原子に結合している場合が多い。
【００１７】
式（1a）で表される代表的な１−アダマンタノール類として、例えば、１−アダマンタノール、３，５−ジメチル−１−アダマンタノール、１，３−アダマンタンジオール、５，７−ジメチル−１，３−アダマンタンジオール、３−メタクリロイルオキシ−１−アダマンタノール、３−メタクリロイルオキシ−５，７−ジメチル−１−アダマンタノール、４−オキソ−１−アダマンタノールなどが挙げられる。
【００１８】
前記式（1b）で表されるアダマンタンメタノール類において、ｎ個のＲ1は、同一の基であってもよく、互いに異なる基であってもよい。Ｒ1は橋頭位の炭素原子に結合している場合が多い。
【００１９】
式（1b）で表されるアダマンタンメタノール類の代表的な例として、例えば、α，α−ジメチル−１−アダマンタンメタノール、α，α，３，５−テトラメチル−１−アダマンタンメタノール、３−ヒドロキシ−α，α−ジメチル−１−アダマンタンメタノール、３−メタクリロイルオキシ−α，α−ジメチル−１−アダマンタンメタノールなどが挙げられる。
【００２０】
前記式（1c）で表される２−アダマンタノール類において、ｎ個のＲ1は、同一の基であってもよく、互いに異なる基であってもよい。Ｒ1は橋頭位の炭素原子に結合している場合が多い。式（1c）で表される２−アダマンタノール類の代表的な例として、例えば、２−メチル−２−アダマンタノール、２−エチル−２−アダマンタノール、２，５，７−トリメチル−２−アダマンタノールなどが挙げられる。
【００２１】
前記式（1d）で表される６−ヒドロキシ−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１4,8］ウンデカン−２−オン類（＝１−ヒドロキシ−４−オキサトリシクロ［４．３．１．１3,8］ウンデカン−５−オン類）において、ｎ個のＲ1は、同一の基であってもよく、互いに異なる基であってもよい。Ｒ1は橋頭位の炭素原子に結合している場合が多い。
【００２２】
式（1d）で表される６−ヒドロキシ−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１4,8］ウンデカン−２−オン類の代表的な例として、例えば、６−ヒドロキシ−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１4,8］ウンデカン−２−オン、６，８−ジヒドロキシ−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１4,8］ウンデカン−２−オンなどが挙げられる。
【００２３】
式（1d）で表される６−ヒドロキシ−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１4,8］ウンデカン−２−オン類は、例えば、１−ヒドロキシ−４−アダマンタノン類にｍ−クロロ過安息香酸などの過酸を作用させることにより得ることができる。この反応は一般的なバイヤービリガー反応に準じて行うことができる。
【００２４】
前記式（1e）で表される６−ヒドロキシメチル−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１4,8］ウンデカン−２−オン類において、ｎ個のＲ1は、同一の基であってもよく、互いに異なる基であってもよい。Ｒ1は橋頭位の炭素原子に結合している場合が多い。
【００２５】
式（1e）で表される６−ヒドロキシメチル−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１4,8］ウンデカン−２−オン類の代表的な例として、例えば、６−（１−ヒドロキシ−１−メチルエチル）−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１4,8］ウンデカン−２−オン、８−ヒドロキシ−６−（１−ヒドロキシ−１−メチルエチル）−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１4,8］ウンデカン−２−オンなどが挙げられる。
【００２６】
前記式（1f）で表される５−ヒドロキシ−２−オキソ−３−オキサトリシクロ［４．２．１．０4,8］ノナン類において、ｎ個のＲ1は、同一の基であってもよく、互いに異なる基であってもよい。Ｒ1は橋頭位の炭素原子に結合している場合が多い。
【００２７】
式（1f）で表される５−ヒドロキシ−３−オキサトリシクロ［４．２．１．０4,8］ノナン−２−オン類の代表的な例として、５−ヒドロキシ−３−オキサトリシクロ［４．２．１．０4,8］ノナン−２−オンなどが挙げられる。
【００２８】
前記式（1g）で表されるヒドロキシ−γ−ブチロラクトン類において、ｍは、好ましくは０〜３程度である。式（1g）で表されるヒドロキシ−γ−ブチロラクトン類の代表的な例として、例えば、β−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン、β−ヒドロキシ−α，α−ジメチル−γ−ブチロラクトン、β−ヒドロキシ−γ，γ−ジメチル−γ−ブチロラクトン、β−ヒドロキシ−α，α，β−トリメチル−γ−ブチロラクトン、β−ヒドロキシ−β，γ，γ−トリメチル−γ−ブチロラクトン、β−ヒドロキシ−α，α，β，γ，γ−ペンタメチル−γ−ブチロラクトンなどのβ−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン類；α−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−α−メチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−β，β−ジメチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−α，β，β−トリメチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−γ，γ−ジメチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−α，γ，γ−トリメチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−β，β，γ，γ−テトラメチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−α，β，β，γ，γ−ペンタメチル−γ−ブチロラクトンなどのα−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン類などが挙げられる。
【００２９】
前記メタクリル酸ハライドとしては、例えば、メタクリル酸クロリド、メタクリル酸ブロミドなどが挙げられる。これらの中でもメタクリル酸クロリドが好ましい。
【００３０】
前記環式骨格を有するアルコールとメタクリル酸ハライドとの反応（エステル化）は、通常、反応に不活性な溶媒中で行われる。前記溶媒として、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどの芳香族炭化水素；ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカンなどの脂肪族炭化水素；シクロヘキサンなどの脂環式炭化水素；塩化メチレン、クロロホルム、１，２−ジクロロエタン、クロロベンゼン、トリフルオロメチルベンゼンなどのハロゲン化炭化水素；酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル；ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、アニソール、テトラヒドロフランなどのエーテル；及びこれらの混合溶媒などが挙げられる。
【００３１】
メタクリル酸ハライドの使用量は、環式骨格を有するアルコール１モルに対して０．９〜３．０モル、好ましくは１．０〜２．０モル程度である。
【００３２】
反応は、通常、副生する酸（ハロゲン化水素）を捕捉するため、塩基の存在下で行われる。塩基としては、例えばトリアルキルアミン（例えば、トリエチルアミン等）などの第３級アミン、ピリジン等の含窒素芳香族複素環化合物などの有機塩基等が挙げられる。塩基の使用量は、環式骨格を有するアルコール１モルに対して、例えば０．９〜３モル、好ましくは１．０〜２．５モル程度である。反応温度は、環式骨格を有するアルコールの種類などによって異なるが、一般には０〜１００℃程度である。
【００３３】
上記環式骨格を有するアルコールとメタクリル酸ハライドとの反応により、原料アルコールに対応する環式骨格を有するメタクリル酸エステルが生成する。なお、反応混合物中には、一般に、目的生成物である環式骨格を有するメタクリル酸エステルのほか、未反応メタクリル酸ハライド、未反応アルコール、メタクリル酸ハライドダイマー、メタクリル酸ハライドダイマーに由来する副生物、メタクリル酸無水物、前記メタクリル酸ハライドに対応するハロゲン化水素と酸の捕捉剤として用いた塩基との塩、過剰に用いた塩基などが含まれている。
【００３４】
本発明の方法の主たる特徴は、前記環式骨格を有するアルコールとメタクリル酸ハライドとの反応混合物に水を添加して加熱処理する工程（以下、単に「工程Ａ」と称することがある）を含む点にある。この工程Ａにより、主として、反応混合物中に含まれている未反応メタクリル酸ハライドやメタクリル酸ハライドダイマーが加水分解され、対応するカルボン酸となる。なお、このカルボン酸は、例えば後述するアルカリ水溶液を用いた洗浄操作等により容易に除去できる。
【００３５】
工程Ａにおける水の添加量は、反応混合物中の未反応メタクリル酸ハライドとメタクリル酸ハライドダイマーの総モル数の１．０〜１０倍モル、好ましくは１．２〜３倍モル程度である。加熱処理の温度は、例えば３０〜１００℃、好ましくは４０〜８０℃程度である。また、加熱処理の時間は、例えば５分〜５時間、好ましくは１５分〜２時間程度である。
【００３６】
本発明では、さらに、前記環式骨格を有するアルコールとメタクリル酸ハライドとの反応混合物に炭素数１〜４の脂肪族アルコールを添加して加熱処理する工程（以下、単に「工程Ｂ」と称することがある）を設けるのが好ましい。この工程により、主として、反応混合物中に含まれているメタクリル酸無水物が分解され、対応するメタクリル酸エステルとなる。このメタクリル酸エステルは、例えば簡単な蒸留操作等により容易に除去可能である。
【００３７】
工程Ｂにおける炭素数１〜４の脂肪族アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、ブタノールなどが挙げられる。これらの中でも、反応性及びコスト等の点から、メタノールが好ましい。炭素数１〜４の脂肪族アルコールの使用量は、反応に供したメタクリル酸ハライド１モルに対して０．１〜１０モル程度、好ましくは０．３〜３モル程度である。加熱処理の温度は、例えば３０〜１００℃、好ましくは４０〜８０℃程度である。また、加熱処理の時間は、例えば５分〜５時間、好ましくは１５分〜２時間程度である。
【００３８】
工程Ｂは工程Ａの前に行ってもよいが、その場合には、メタクリル酸ハライドダイマーが蒸留等の精製手段では分離除去困難な対応するエステルに変換されるため、工程Ａの後に工程Ｂを設けるのが好ましい。なお、工程Ａにおける加熱処理と工程Ｂにおける加熱処理とを並行して行うことも可能である。
【００３９】
本発明の製造法は、また、環式骨格を有するアルコールとメタクリル酸ハライドとの反応混合物を酸水溶液で洗浄する工程（以下、単に「工程Ｃ」と称することがある）を含んでいてもよい。この工程により、主に、反応混合物中に含まれている過剰に用いた塩基（酸捕捉用の塩基）が除去され、塩基を含まないか又は塩基含有量が極めて少ない環式骨格を有するメタクリル酸エステルを得ることができる。このような環式骨格を有するメタクリル酸エステルを重合して得られるポリマーをフォトレジスト用の樹脂として用いると、リソグラフィーでの露光により発生した酸が塩基によって捕捉されることなく有効に機能し、樹脂の酸脱離性基の脱離が円滑に進行する。
【００４０】
なお、酸水溶液を添加した際に２層に分離しない場合には、反応混合物に極性の低い有機溶媒を添加したり、極性の高い有機溶媒を留去するなどの処置を施すことにより洗浄操作が可能となる。
【００４１】
酸水溶液としては、例えば、塩化水素（塩酸）、硫酸、硝酸、リン酸などの無機酸の水溶液；酢酸などの有機酸の水溶液が挙げられる。これらの中でも、無機酸の水溶液、特に塩酸が好ましい。酸水溶液の酸の濃度は、特に限定されないが、通常０．１〜５０重量％、好ましくは０．２〜１０重量％、さらに好ましくは０．３〜５重量％程度である。酸水溶液の使用量は、酸洗浄に供する被処理液１００重量部に対して、例えば５〜２０００重量部、好ましくは１０〜５００重量部程度である。酸洗浄する際の温度は、例えば１０〜６０℃程度である。
【００４２】
この工程Ｃは反応終了後の任意の時点で行うことができるが、工程Ａの後（工程Ｂを行う場合には、工程Ａ及び工程Ｂの後）に行われる場合が多い。
【００４３】
本発明の方法では、さらに、水、アルカリ水溶液及び塩水溶液から選択された少なくとも１種の洗浄液で洗浄する洗浄工程（以下、単に「工程Ｄ」と称することがある）を設けてもよい。この洗浄工程Ｄにより、反応混合液中に含まれている水溶性不純物を効率よく除去できる。
【００４４】
前記アルカリ水溶液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物；炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどのアルカリ金属炭酸塩；炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウムなどのアルカリ金属炭酸水素塩などの水溶液が例示される。好ましいアルカリ水溶液には、炭酸ナトリウムなどのアルカリ金属炭酸塩の水溶液などが含まれる。
【００４５】
前記塩水溶液としては、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウムなどのアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属のハロゲン化物若しくは硫酸塩の水溶液などが挙げられる。
【００４６】
洗浄は、水、アルカリ水溶液、塩水溶液の何れか１種の洗浄液を用いて行うことができるが、２種又は３種の洗浄液を組み合わせて行うのがより好ましい。洗浄回数は、各洗浄液につき、１回でもよく複数回でもよい。洗浄液の使用量は、洗浄処理１回当たり、被洗浄液１００重量部に対して、例えば１０〜２００重量部、好ましくは２０〜１００重量部程度である。洗浄する際の温度は、例えば１０〜６０℃程度である。
【００４７】
これらの洗浄工程Ｄは反応終了後の任意の時点で行うことができるが、工程Ａの後（さらに工程Ｂ及び／又は工程Ｃを行う場合には、これらの工程の後）に行われる場合が多い。
【００４８】
本発明では、さらに、反応混合物中の着色成分や金属類を除去するため、吸着処理工程を設けてもよい。吸着処理工程は反応終了後の任意の時点で行うことができるが、工程Ａの後（さらに工程Ｂ及び／又は工程Ｃ及び／又は工程Ｄを行う場合には、これらの工程の後）に行われる場合が多い。なお、吸着処理の前に、必要に応じて溶媒置換（交換）を行ってもよい。
【００４９】
吸着処理法としては、反応生成物中の不純物を除去できる処理法であれば特に限定されないが、活性炭、キレート樹脂、キレート繊維及びゼータ電位膜から選択された少なくとも１種の吸着材を用いた処理法が好ましい。また、シリカゲルを吸着剤として用いる処理法も好ましい。
【００５０】
活性炭処理に用いる活性炭としては、特に限定されず、ガス賦活活性炭及び薬品賦活活性炭の何れも使用できる。また、活性炭の起源や活性炭の形状も特に限定されず、粉末状、粒状、繊維状等の何れであってもよい。また、活性炭の比表面積は、例えば１０〜３０００ｍ2／ｇ程度である。活性炭処理における処理温度は、例えば１０〜６０℃程度である。活性炭処理は、バッチ式、連続式、固定床方式、流動床方式等の公知の方法を採用できる。活性炭処理により、主に着色成分を効率よく除去することができ、色相に優れた環式骨格を有するメタクリル酸エステルを簡易に得ることができる。
【００５１】
前記キレート樹脂処理に用いられるキレート樹脂としては、金属とキレートを形成可能な官能基を有する樹脂であれば特に限定されないが、その代表的な例として、イミノジ酢酸型、ポリアミン型等のキレート樹脂が挙げられる。キレート樹脂の交換容量としては特に制限はないが、例えば０．１〜２モル／ｌ程度のものが使用される。キレート樹脂処理における処理温度は、例えば１０〜６０℃程度である。キレート樹脂処理は、バッチ式、連続式、固定床方式、流動床方式等の公知の方法を採用できる。キレート樹脂処理により、主に微量金属成分（例えば、Ｆｅ、Ａｌなど）を効率よく除去することができる。
【００５２】
前記キレート繊維処理に用いられるキレート繊維としては、天然繊維に化学結合でキレート官能基（例えば、イミノジ酢酸型樹脂など）を固定化させたものであれば特に限定されないが、その代表的な例としてセルロースを基材としたキレート繊維（商品名「キレストファイバー」、キレスト株式会社製等）などが挙げられる。キレート繊維処理における処理温度は、例えば１０〜６０℃（好ましくは１０〜５０℃）程度である。キレート繊維処理は、バッチ式、連続式、固定床方式、流動床方式等の公知の方法を採用できる。キレート繊維処理により、主に微量金属成分（例えば、Ｆｅ、Ａｌなど）を効率よく除去することができる。
【００５３】
前記ゼータ電位膜処理は、被処理液をしてゼータ電位膜を通過させることにより行われる。ゼータ電位膜処理に用いられるゼータ電位膜としては、ゼータ電位に基づいて微細粒子を吸着可能な濾過膜であれば特に限定されず、例えば、キュノ（株）製、商品名「ゼータプラス」などを使用できる。ゼータ電位膜の材質として、例えば、樹脂、セルロース、パーライト、ケイソウ土、ガラス繊維などが挙げられる。ゼータ電位膜処理における処理温度は、例えば１０〜５０℃程度である。ゼータ電位膜処理により、主に微量金属成分（例えば、Ｆｅ、Ａｌなど）を効率よく除去できる。
【００５４】
シリカゲル処理に用いるシリカゲルとしては特に限定されない。シリカゲル処理における処理温度は、例えば１０〜６０℃程度である。シリカゲル処理は、バッチ式、連続式、固定床方式、流動床方式等の公知の方法を採用できる。シリカゲル処理により、高沸点有機物、着色成分などを効率よく除去することができる。
【００５５】
反応生成物である環式骨格を有するメタクリル酸エステルは、上記の各工程を経た混合液を濃縮することにより得られるが、さらに晶析又は分子蒸留に付すことによりより高純度のものを得ることができる。
【００５６】
晶析に用いる溶媒としては、環式骨格を有するメタクリル酸エステルの種類によっても異なるが、（ｉ）少なくとも芳香族炭化水素を含む溶媒、（ii）脂肪族炭化水素とエステルとの混合溶媒、及び（iii）水と水混和性溶媒との混合溶媒から選択された溶媒が好ましい。
【００５７】
前記（ｉ）の溶媒における芳香族炭化水素としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどの炭素数６〜１２程度の芳香族炭化水素が挙げられる。これらの中でも、特にトルエンなどが好ましい。前記（ｉ）少なくとも芳香族炭化水素を含む溶媒には、（i-1）トルエン等の芳香族炭化水素、（i-2）芳香族炭化水素と脂肪族炭化水素との混合溶媒、（i-3）芳香族炭化水素とエーテルとの混合溶媒が含まれる。前記（i-2）における脂肪族炭化水素としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ドデカンなどの炭素数５〜１２程度の脂肪族炭化水素が挙げられる。前記（i-3）におけるエーテルとしては、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ｔ−ブチルメチルエーテル、ジブチルエーテル、ジメトキシエタン、アニソール等の鎖状アルコールが好ましい。これらの中でもジイソプロピルエーテルなどが好ましい。
【００５８】
前記（ii）脂肪族炭化水素とエステルとの混合溶媒において、脂肪族炭化水素としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ドデカンなどの炭素数５〜１２程度の脂肪族炭化水素が挙げられる。これらの中でもヘキサンなどが好ましい。また、エステルとしては、例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸エチル等の脂肪族カルボン酸アルキルエステル；安息香酸エチル等の芳香族カルボン酸アルキルエステルなどが挙げられる。これらの中でも、酢酸エチルなどの酢酸アルキルエステル（特に、酢酸Ｃ1-4アルキルエステル）が好ましい。
【００５９】
前記（iii）における水混和性溶媒としては、例えば、テトラヒドロフラン、ジオキサン等の環状エーテル；メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール；アセトン等のケトン；アセトニトリル等のニトリル；Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等の非プロトン極性溶媒などが挙げられる。これらの中でも、テトラヒドロフラン等の環状エーテル、イソプロピルアルコール等のアルコールが好ましい。
【００６０】
晶析溶媒の使用量は、溶媒の種類によっても異なるが、一般には、環式骨格を有するメタクリル酸エステル１００重量部に対して、２０〜１０００重量部、好ましくは２５〜８００重量部、さらに好ましくは３０〜３００重量部程度である。晶析操作は、例えば３０〜５０℃程度の温度から−２０〜１０℃程度の温度まで冷却することによって行われる。冷却時間は、例えば０．１〜５時間、好ましくは０．３〜３時間程度であり、熟成時間は、例えば０．５〜１０時間、好ましくは１〜５時間程度である。
【００６１】
晶析後、得られた結晶を溶媒で洗浄（リンス）することにより、より高純度の環式骨格を有するメタクリル酸エステルを取得することができる。洗浄は、例えば、前記結晶と洗浄用溶媒（リンス溶媒）との混合液を攪拌することにより行うことができる。
【００６２】
前記洗浄に用いる溶媒としては、例えば、ヘキサンなどの脂肪族炭化水素（好ましくは、炭素数５〜１２程度の脂肪族炭化水素）、ジイソプロピルエーテルなどのエーテル（例えば、鎖状エーテル）、水と水混和性溶媒（例えば、イソプロピルアルコール等のアルコールなど）との混合溶媒などが好ましい。
【００６３】
晶析により得られた結晶、又はさらに洗浄を施した結晶の乾燥条件は、品質及び作業効率を損なわない範囲で適宜設定でき、例えば温度１０〜６０℃程度（好ましくは１０〜５０℃程度）、及び常圧又は減圧下［例えば、０．１〜７６０ｍｍＨｇ（１３．３〜１０１０００Ｐａ）程度］で乾燥が行われる。乾燥時間は、例えば０．１〜２４時間程度である。乾燥は、窒素等の不活性ガス気流中で行ってもよい。
【００６４】
前記分子蒸留は慣用の分子蒸留装置、例えば、ポット式分子蒸留装置、流下膜式分子蒸留装置、遠心式分子蒸留装置などを用いて行うことができる。これらの中でも、極めて薄い液膜の形成が可能であり、しかも試料を瞬時に加熱蒸発できることから、遠心式分子蒸留装置が特に好ましい。
【００６５】
分子蒸留における操作条件は、目的の環式骨格を有するメタクリル酸エステルの品質を損なわない範囲で適宜選択できる。温度は、例えば１０〜１００℃程度、好ましくは１０〜８０℃、さらに好ましくは１０〜６５℃程度であり、特に１０〜５０℃程度が好ましい。圧力は、例えば０．０００１〜０．５ｍｍＨｇ（０．０１３３〜６６．５Ｐａ）、好ましくは０．０００１〜０．２ｍｍＨｇ（０．０１３３〜２６．６Ｐａ）、さらに好ましくは０．０００１〜０．１ｍｍＨｇ（０．０１３３〜１３．３Ｐａ）程度である。
【００６６】
分子蒸留は、常温で液体であるか、又は融点が１００℃以下、特に５０℃以下の環式骨格を有するメタクリル酸エステルの精製に有用である。分子蒸留により、着色度のより小さいメタクリル酸エステルを得ることができる。
【００６７】
本発明の環式骨格を有するメタクリル酸エステルの製造法によれば、環式骨格を有するアルコールとメタクリル酸ハライドとの反応混合物に水を添加して加熱処理するため、反応混合物中に含まれているメタクリル酸ハライドダイマーや無水メタクリル酸が洗浄操作や蒸留操作により簡易に除去可能な物質に変換されるため、不純物含量の少ない高純度の環式骨格を有するメタクリル酸エステルを簡便に得ることができる。また、反応混合物に炭素数１〜４の脂肪族アルコールを添加して加熱処理する工程をさらに設ける場合には、反応混合物中に含まれている無水メタクリル酸などが蒸留操作等により簡易に除去可能な物質に変換されるため、より一層純度の高い環式骨格を有するメタクリル酸を簡便に得ることができる。また、反応混合物を酸水溶液で洗浄する工程をさらに設ける場合には、副生する酸の捕捉剤として用いる塩基を簡易に除去でき、より高純度の環式骨格を有するメタクリル酸を簡易に得られるという利点が生じる。
【００６８】
例えば、本発明の方法により、不純物としてのメタクリル酸ハライドダイマーと無水メタクリル酸の総含有量が０．５重量％以下（好ましくは０．３重量％以下、さらに好ましくは０．１重量％以下）である環式骨格を有するメタクリル酸エステル、あるいは、不純物としてのメタクリル酸ハライドダイマーと、無水メタクリル酸と、前記塩基の総含有量が０．５重量％以下（好ましくは０．３重量％以下、さらに好ましくは０．１重量％以下）である環式骨格を有するメタクリル酸エステル、あるいは、不純物としての有機塩基（酸の捕捉剤として用いた有機塩基）の総含有量が５０重量ｐｐｍ以下（好ましくは、２０重量ｐｐｍ以下）である環式骨格を有するメタクリル酸エステルを取得することができる。
【００６９】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、不純物含量の少ない高品質の環式骨格を有するメタクリル酸エステルを効率よく製造できる。また、本発明の環式骨格を有するメタクリル酸エステルは不純物含量が少なく品質が極めて優れている。
【００７０】
【実施例】
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【００７１】
実施例１（２−メタクリロイルオキシ−２−メチルアダマンタンの製造）
内容積１０Ｌのガラス製容器に、２−メチル−２−アダマンタノール５１３ｇ（３．０９モル）、トルエン３７５０ｇ及びトリエチルアミン５１５ｇ（５．０９モル）を入れ、窒素雰囲気下、メタクリル酸クロリド４８４ｇ（４．６３モル）を１時間で滴下し、２４時間熟成した。この間、液の温度を５５〜６０℃にコントロールした。
反応混合液を室温まで冷却した後、水５６ｇ（３．０９モル）を添加し、温度５５〜６０℃で０．５時間攪拌した。次いで、メタノール１４８ｇ（４．６３モル）を添加し、温度５５〜６０℃で１時間攪拌した。得られた混合液に、温度２０〜２５℃の条件下、５重量％希塩酸２６３０ｇを加えて酸洗浄を行った。次に、温度２０〜２５℃の条件下、１０重量％炭酸ソーダ水溶液２３２０ｇで２回、さらに１０重量％食塩水２２００ｇで１回の計３回のバッチ洗浄を行った。
洗浄後の混合液（有機層）にフェノチアジン１．３５ｇを添加し、減圧下に濃縮して（５０ｍｍＨｇ（６６６０Ｐａ）；６０℃）、７０６ｇの濃縮物を得た。この濃縮物を遠心式分子蒸留装置（日本車輌製造（株）製、型式「ＭＳ−１５０」）を用いて、圧力０．１５ｍｍＨｇ（２０Ｐａ）、温度７２℃の条件で分子蒸留し、５７３ｇの２−メタクリロイルオキシ−２−メチルアダマンタンを得た（純度９９．７重量％）。得られた２−メタクリロイルオキシ−２−メチルアダマンタン中に含まれる不純物の含有量は、メタクリル酸ハライドダイマーが０．０３重量％以下、無水メタクリル酸が０．０３重量％以下、トリエチルアミンが８重量ｐｐｍ以下であった。
【００７２】
比較例１（２−メタクリロイルオキシ−２−メチルアダマンタンの製造）
内容積１０Ｌのガラス製容器に、２−メチル−２−アダマンタノール５１３ｇ（３．０９モル）、トルエン３７５０ｇ及びトリエチルアミン５１５ｇ（５．０９モル）を入れ、窒素雰囲気下、メタクリル酸クロリド４８４ｇ（４．６３モル）を１時間で滴下し、２４時間熟成した。この間、液の温度を５５〜６０℃にコントロールした。
反応混合液を室温まで冷却した後、水２５２６ｇを添加し、２０〜２５℃で１時間攪拌した。分液により下層水を分離後、混合液（有機層）を１０重量％炭酸ソーダ水溶液２３２０ｇで２回、さらに１０重量％食塩水２２００ｇで１回の計３回のバッチ洗浄を行った。
洗浄後の混合液（有機層）にフェノチアジン１．３５ｇを添加し、減圧下に濃縮して（５０ｍｍＨｇ（６６６０Ｐａ）；６０℃）、７４５ｇの濃縮物を得た。この濃縮物を遠心式分子蒸留装置（日本車輌製造（株）製、型式「ＭＳ−１５０」）を用いて、圧力０．１５ｍｍＨｇ（２０Ｐａ）、温度７２℃の条件で分子蒸留し、３７６ｇの２−メタクリロイルオキシ−２−メチルアダマンタンを得た（純度９７重量％）。得られた２−メタクリロイルオキシ−２−メチルアダマンタン中に含まれる不純物の含有量は、メタクリル酸ハライドダイマーが０．３重量％、無水メタクリル酸が１．１重量％、トリエチルアミンが９０重量ｐｐｍであった。
【００７３】
実施例２（β−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトンンの製造）
内容積１０Ｌのガラス製容器に、β−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン３１６ｇ（３．０９モル）、トルエン２５２０ｇ及びトリエチルアミン５６３ｇ（５．５６モル）を入れ、窒素雰囲気下、メタクリル酸クロリド４２０ｇ（４．０２モル）を２時間で滴下し、１時間熟成した。この間、液の温度を０〜５℃にコントロールした。
反応混合液に水１４５ｇ（８．０４モル）を添加し、温度５５〜６０℃で１時間攪拌した。次いで、メタノール１２９ｇ（４．０２モル）を添加し、温度５０℃で１時間攪拌した。得られた混合液に、温度２０〜２５℃の条件下、５重量％希塩酸１９１０ｇを加えて酸洗浄を行った。次に、温度２０〜２５℃の条件下、１０重量％炭酸ソーダ水溶液２３５０ｇで２回、さらに１０重量％食塩水２２００ｇで１回の計３回のバッチ洗浄を行った。
洗浄後の混合液（有機層）を減圧下に濃縮して（５０ｍｍＨｇ（６６６０Ｐａ）；６０℃）、４１２ｇの濃縮物を得た。この濃縮物を遠心式分子蒸留装置（日本車輌製造（株）製、型式「ＭＳ−１５０」）を用いて、圧力０．１５ｍｍＨｇ（２０Ｐａ）、温度７２℃の条件で分子蒸留し、３７１ｇのβ−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトンを得た（純度９８重量％）。得られたβ−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン中に含まれる不純物の含有量は、メタクリル酸ハライドダイマーが０．０３重量％以下、無水メタクリル酸が０．０３重量％以下、トリエチルアミンが８重量ｐｐｍ以下であった。
【００７４】
比較例２（β−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトンンの製造）
内容積１０Ｌのガラス製容器に、β−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン３１６ｇ（３．０９モル）、トルエン２５２０ｇ及びトリエチルアミン５６３ｇ（５．５６モル）を入れ、窒素雰囲気下、メタクリル酸クロリド４２０ｇ（４．０２モル）を２時間で滴下し、１時間熟成した。この間、液の温度を０〜５℃にコントロールした。
反応混合液に水２４００ｇを添加し、２０〜２５℃で０．５時間攪拌した。分液により下層水を分離後、混合液（有機層）を２０〜２５℃の温度下、１０重量％炭酸ソーダ水溶液２３５０ｇで２回、さらに１０重量％食塩水２２００ｇで１回の計３回のバッチ洗浄を行った。
洗浄後の混合液（有機層）を減圧下に濃縮して（５０ｍｍＨｇ（６６６０Ｐａ）；６０℃）、４４０ｇの濃縮物を得た。この濃縮物を遠心式分子蒸留装置（日本車輌製造（株）製、型式「ＭＳ−１５０」）を用いて、圧力０．１５ｍｍＨｇ（２０Ｐａ）、温度７２℃の条件で分子蒸留し、３４２ｇのβ−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトンを得た（純度９７重量％）。得られたβ−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン中に含まれる不純物の含有量は、メタクリル酸ハライドダイマーが０．２重量％、無水メタクリル酸が１．２重量％、トリエチルアミンが１２０重量ｐｐｍであった。
【００７５】
実施例３（下記式で示される５−メタクリロイルオキシ−３−オキサトリシクロ［４．２．１．０4,8］ノナン−２−オンの製造）
【化３】
内容積１０Ｌのガラス製容器に、５−ヒドロキシ−３−オキサトリシクロ［４．２．１．０4,8］ノナン−２−オン４７６ｇ（３．０９モル）、トルエン２５２０ｇ及びトリエチルアミン５６３ｇ（５．５６モル）を入れ、窒素雰囲気下、メタクリル酸クロリド４２０ｇ（４．０２モル）を２時間で滴下し、１時間熟成した。この間、液の温度を０〜５℃にコントロールした。
反応混合液に水１４５ｇ（８．０４モル）を添加し、温度５５〜６０℃で１時間攪拌した。次いで、メタノール１２９ｇ（４．０２モル）を添加し、温度５０℃で１時間攪拌した。得られた混合液に、温度２０〜２５℃の条件下、５重量％希塩酸１９１０ｇを加えて酸洗浄を行った。次に、温度２０〜２５℃の条件下、１０重量％炭酸ソーダ水溶液２３５０ｇで２回、さらに１０重量％食塩水２２００ｇで１回の計３回のバッチ洗浄を行った。
得られた有機層を内容積１０Ｌのガラス製エバポレーターを用いて濃縮し［１０ｍｍＨｇ（１３３０Ｐａ）、４０℃］、１２８０ｇの濃縮液を得た。得られた濃縮液に、ジイソプロピルエーテル１１２０ｇを加え、氷冷下で３時間攪拌冷却すると、５−メタクリロイルオキシ−３−オキサトリシクロ［４．２．１．０4,8］ノナン−２−オンが結晶化し、スラリーが得られた。このスラリーの温度は２℃であった。晶析終了後、結晶を濾別し、これに冷ジイソプロピルエーテル５１７．５ｇを加え、氷冷下で１時間攪拌することにより洗浄した。洗浄終了後、結晶を濾別し、真空乾燥機で９時間乾燥することにより［１０ｍｍＨｇ（１３３０Ｐａ）、６０℃］、白色の５−メタクリロイルオキシ−３−オキサトリシクロ［４．２．１．０4,8］ノナン−２−オンを５４０ｇ得た。得られた５−メタクリロイルオキシ−３−オキサトリシクロ［４．２．１．０4,8］ノナン−２−オンの純度は９９．９重量％であり、不純物含有量は、メタクリル酸ハライドダイマーが０．０３重量％以下、無水メタクリル酸が０．０３重量％以下、トリエチルアミンが１０重量ｐｐｍ以下であった。
【００７６】
比較例３（５−メタクリロイルオキシ−３−オキサトリシクロ［４．２．１．０4,8］ノナン−２−オンの製造）
内容積１０Ｌのガラス製容器に、５−ヒドロキシ−３−オキサトリシクロ［４．２．１．０4,8］ノナン−２−オン４７６ｇ（３．０９モル）、トルエン２５２０ｇ及びトリエチルアミン５６３ｇ（５．５６モル）を入れ、窒素雰囲気下、メタクリル酸クロリド４２０ｇ（４．０２モル）を２時間で滴下し、１時間熟成した。この間、液の温度を０〜５℃にコントロールした。
反応混合液に水２４００ｇを添加し、２０〜２５℃で０．５時間攪拌した。分液により下層水を分離後、混合液（有機層）を２０〜２５℃の温度下、１０重量％炭酸ソーダ水溶液２３５０ｇで２回、さらに１０重量％食塩水２２００ｇで１回の計３回のバッチ洗浄を行った。
得られた有機層を内容積１０Ｌのガラス製エバポレーターを用いて濃縮し［１０ｍｍＨｇ（１３３０Ｐａ）、４０℃］、１２８０ｇの濃縮液を得た。得られた濃縮液に、ジイソプロピルエーテル１１２０ｇを加え、氷冷下で３時間攪拌冷却すると、５−メタクリロイルオキシ−３−オキサトリシクロ［４．２．１．０4,8］ノナン−２−オンが結晶化し、スラリーが得られた。このスラリーの温度は２℃であった。晶析終了後、結晶を濾別し、これに冷ジイソプロピルエーテル５１７．５ｇを加え、氷冷下で１時間攪拌することにより洗浄した。洗浄終了後、結晶を濾別し、真空乾燥機で９時間乾燥することにより［１０ｍｍＨｇ（１３３０Ｐａ）、６０℃］、白色の５−メタクリロイルオキシ−３−オキサトリシクロ［４．２．１．０4,8］ノナン−２−オンを５４３ｇ得た。得られた５−メタクリロイルオキシ−３−オキサトリシクロ［４．２．１．０4,8］ノナン−２−オンの純度は９７重量％であり、不純物含有量は、メタクリル酸ハライドダイマーが０．５重量％、無水メタクリル酸が０．５重量％、トリエチルアミンが９０重量ｐｐｍであった。
【発明の属する技術分野】
本発明はレジスト用樹脂の原料モノマーなどとして有用な環式骨格を有するメタクリル酸エステルの製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アダマンタン等の脂環式炭化水素骨格やラクトン骨格などの環式骨格を有するメタクリル酸エステルは、ポリマー化したときにプラズマエッチング耐性や基板に対する密着性を付与する機能を発現するため、フォトレジスト用樹脂のモノマー原料などとして注目されている。
【０００３】
このような環式骨格を有するメタクリル酸エステルの製造法として、環式骨格を有するアルコールとメタクリル酸ハライドとを塩基の存在下で反応させて前記メタクリル酸エステルを製造する方法が知られている。この方法は、温和な条件で反応が円滑に進行する点、及び反応系が一般に中性又は塩基性であることから生成するメタクリル酸エステルが酸により脱離する機能を持つ酸脱離性基を含有する化合物であっても該酸脱離性基が反応中に分解・脱離しない点で有利な方法である。
【０００４】
しかし、上記の方法で用いられるメタクリル酸ハライドは、その製造法にかかわらず、保管中に経時的に分子間のヘテロディールスアルダー反応が進行して、下記式で表される対応するダイマー（メタクリル酸ハライドダイマー）が生成する。
【化１】
【０００５】
例えば、メタクリル酸クロリドを冷暗所に保管した場合、ダイマーの含有量は３ヶ月で１０重量％程度増大する。そのため、メタクリル酸ハライド中には通常５重量％以上のダイマーが存在しており、中にはダイマーを５０重量％以上含有する市販品もある。このようなダイマーを含有するメタクリル酸ハライドを環式骨格を有するアルコールとの反応に用いると、反応混合物中に該ダイマーやダイマー由来の副生物が存在することになる。また、反応中にメタクリル酸無水物が副生することも多い。さらに、酸の捕捉剤として用いた塩基が反応混合物中に残存することもある。これらの副生物等は、単に反応混合物を水洗したり、一般的な条件で蒸留したりするだけでは十分に除去することができず、目的化合物の製品中に混入することが多い。そして、このような副生物を多く含むメタクリル酸エステルを重合に付して得られるポリマーをフォトレジスト用樹脂等として用いた場合には、所望する性能が十分に発揮されないという問題が生じる。例えば、酸の捕捉剤として用いた塩基が多く含むメタクリル酸エステルを重合して得られるポリマーをフォトレジスト用樹脂として用いると、リソグラフィーでの露光により発生する酸が前記塩基によりトラップされてしまい、樹脂の酸脱離性基が円滑に脱離しないという問題が生じる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、不純物含量の少ない高品質の環式骨格を有するメタクリル酸エステルを効率よく製造する方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、不純物含量の少ない高品質の環式骨格を有するメタクリル酸エステルを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、環式骨格を有するアルコールとメタクリル酸ハライドとの反応混合物に特定の処理を施すと、不純物含量の少ない、品質の優れた環式骨格を有するメタクリル酸エステルを効率よく製造できることを見出し、本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明は、下記式（1a）、（1b）、（1c）、（1d）、（1e）、（1f）又は（1g）
【化２】
【００１１】
前記環式骨格を有するアルコールには、（1a）１−アダマンタノール、３，５−ジメチル−１−アダマンタノール、１，３−アダマンタンジオール、５，７−ジメチル−１，３−アダマンタンジオール、３−メタクリロイルオキシ−１−アダマンタノール、３−メタクリロイルオキシ−５，７−ジメチル−１−アダマンタノール、および４−オキソ−１−アダマンタノールからなる群より選択される１−アダマンタノール；（1b）α，α−ジメチル−１−アダマンタンメタノール、α，α，３，５−テトラメチル−１−アダマンタンメタノール、３−ヒドロキシ−α，α−ジメチル−１−アダマンタンメタノール、および３−メタクリロイルオキシ−α，α−ジメチル−１−アダマンタンメタノールからなる群より選択されるアダマンタンメタノール；（1c）２−メチル−２−アダマンタノール、２−エチル−２−アダマンタノール、および２，５，７−トリメチル−２−アダマンタノールからなる群より選択される２−アダマンタノール；（1d）６−ヒドロキシ−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１ 4,8 ］ウンデカン−２−オンもしくは６，８−ジヒドロキシ−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１ 4,8 ］ウンデカン−２−オン；（1e）６−（１−ヒドロキシ−１−メチルエチル）−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１ 4,8 ］ウンデカン−２−オンおよび８−ヒドロキシ−６−（１−ヒドロキシ−１−メチルエチル）−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１ 4,8 ］ウンデカン−２−オンからなる群より選択される６−ヒドロキシメチル−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１ 4,8 ］ウンデカン−２−オン；（1f）５−ヒドロキシ−３−オキサトリシクロ［４．２．１．０ 4,8 ］ノナン−２−オン、または（1g）β−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン、β−ヒドロキシ−α，α−ジメチル−γ−ブチロラクトン、β−ヒドロキシ−γ，γ−ジメチル−γ−ブチロラクトン、β−ヒドロキシ−α，α，β−トリメチル−γ−ブチロラクトン、β−ヒドロキシ−β，γ，γ−トリメチル−γ−ブチロラクトン、β−ヒドロキシ−α，α，β，γ，γ−ペンタメチル−γ−ブチロラクトン；α−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−α−メチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−β，β−ジメチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−α，β，β−トリメチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−γ，γ−ジメチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−α，γ，γ−トリメチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−β，β，γ，γ−テトラメチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−α，β，β，γ，γ−ペンタメチル−γ−ブチロラクトンからなる群より選択されるヒドロキシ−γ−ブチロラクトンが含まれる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
環式骨格を有するアルコールにおいて、環式骨格としては特に限定されず、例えば、５〜２０員程度の芳香族性又は非芳香族性の炭素環又は複素環が挙げられる。これらの環は単環であっても、縮合環や橋かけ環等の多環であってもよい。代表的な環式骨格として、例えば、アダマンタン環などの炭素数７〜２０程度の多環脂環式骨格；３−オキサトリシクロ［４．３．１．１4,8］ウンデカン−２−オン環、３−オキサトリシクロ［４．２．１．０4,8］ノナン−２−オン環、γ−ブチロラクトン環などのラクトン骨格などが挙げられる。環式骨格はアルコール性ヒドロキシル基と直接結合していてもよく、直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基等の連結基を介して結合していてもよい。
【００１５】
代表的な環式骨格を有するアルコールとして、下記式（1a）、（1b）、（1c）、（1d）、（1e）、（1f）又は（1g）で表される環式骨格を有するアルコールが例示できる。
【化２】
【００１６】
上記式（1a）で表される１−アダマンタノール類において、ｎ個のＲ1は、同一の基であってもよく、互いに異なる基であってもよい。Ｒ1は橋頭位の炭素原子に結合している場合が多い。
【００１７】
式（1a）で表される代表的な１−アダマンタノール類として、例えば、１−アダマンタノール、３，５−ジメチル−１−アダマンタノール、１，３−アダマンタンジオール、５，７−ジメチル−１，３−アダマンタンジオール、３−メタクリロイルオキシ−１−アダマンタノール、３−メタクリロイルオキシ−５，７−ジメチル−１−アダマンタノール、４−オキソ−１−アダマンタノールなどが挙げられる。
【００１８】
前記式（1b）で表されるアダマンタンメタノール類において、ｎ個のＲ1は、同一の基であってもよく、互いに異なる基であってもよい。Ｒ1は橋頭位の炭素原子に結合している場合が多い。
【００１９】
式（1b）で表されるアダマンタンメタノール類の代表的な例として、例えば、α，α−ジメチル−１−アダマンタンメタノール、α，α，３，５−テトラメチル−１−アダマンタンメタノール、３−ヒドロキシ−α，α−ジメチル−１−アダマンタンメタノール、３−メタクリロイルオキシ−α，α−ジメチル−１−アダマンタンメタノールなどが挙げられる。
【００２０】
前記式（1c）で表される２−アダマンタノール類において、ｎ個のＲ1は、同一の基であってもよく、互いに異なる基であってもよい。Ｒ1は橋頭位の炭素原子に結合している場合が多い。式（1c）で表される２−アダマンタノール類の代表的な例として、例えば、２−メチル−２−アダマンタノール、２−エチル−２−アダマンタノール、２，５，７−トリメチル−２−アダマンタノールなどが挙げられる。
【００２１】
前記式（1d）で表される６−ヒドロキシ−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１4,8］ウンデカン−２−オン類（＝１−ヒドロキシ−４−オキサトリシクロ［４．３．１．１3,8］ウンデカン−５−オン類）において、ｎ個のＲ1は、同一の基であってもよく、互いに異なる基であってもよい。Ｒ1は橋頭位の炭素原子に結合している場合が多い。
【００２２】
式（1d）で表される６−ヒドロキシ−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１4,8］ウンデカン−２−オン類の代表的な例として、例えば、６−ヒドロキシ−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１4,8］ウンデカン−２−オン、６，８−ジヒドロキシ−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１4,8］ウンデカン−２−オンなどが挙げられる。
【００２３】
式（1d）で表される６−ヒドロキシ−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１4,8］ウンデカン−２−オン類は、例えば、１−ヒドロキシ−４−アダマンタノン類にｍ−クロロ過安息香酸などの過酸を作用させることにより得ることができる。この反応は一般的なバイヤービリガー反応に準じて行うことができる。
【００２４】
前記式（1e）で表される６−ヒドロキシメチル−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１4,8］ウンデカン−２−オン類において、ｎ個のＲ1は、同一の基であってもよく、互いに異なる基であってもよい。Ｒ1は橋頭位の炭素原子に結合している場合が多い。
【００２５】
式（1e）で表される６−ヒドロキシメチル−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１4,8］ウンデカン−２−オン類の代表的な例として、例えば、６−（１−ヒドロキシ−１−メチルエチル）−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１4,8］ウンデカン−２−オン、８−ヒドロキシ−６−（１−ヒドロキシ−１−メチルエチル）−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１4,8］ウンデカン−２−オンなどが挙げられる。
【００２６】
前記式（1f）で表される５−ヒドロキシ−２−オキソ−３−オキサトリシクロ［４．２．１．０4,8］ノナン類において、ｎ個のＲ1は、同一の基であってもよく、互いに異なる基であってもよい。Ｒ1は橋頭位の炭素原子に結合している場合が多い。
【００２７】
式（1f）で表される５−ヒドロキシ−３−オキサトリシクロ［４．２．１．０4,8］ノナン−２−オン類の代表的な例として、５−ヒドロキシ−３−オキサトリシクロ［４．２．１．０4,8］ノナン−２−オンなどが挙げられる。
【００２８】
前記式（1g）で表されるヒドロキシ−γ−ブチロラクトン類において、ｍは、好ましくは０〜３程度である。式（1g）で表されるヒドロキシ−γ−ブチロラクトン類の代表的な例として、例えば、β−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン、β−ヒドロキシ−α，α−ジメチル−γ−ブチロラクトン、β−ヒドロキシ−γ，γ−ジメチル−γ−ブチロラクトン、β−ヒドロキシ−α，α，β−トリメチル−γ−ブチロラクトン、β−ヒドロキシ−β，γ，γ−トリメチル−γ−ブチロラクトン、β−ヒドロキシ−α，α，β，γ，γ−ペンタメチル−γ−ブチロラクトンなどのβ−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン類；α−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−α−メチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−β，β−ジメチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−α，β，β−トリメチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−γ，γ−ジメチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−α，γ，γ−トリメチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−β，β，γ，γ−テトラメチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−α，β，β，γ，γ−ペンタメチル−γ−ブチロラクトンなどのα−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン類などが挙げられる。
【００２９】
前記メタクリル酸ハライドとしては、例えば、メタクリル酸クロリド、メタクリル酸ブロミドなどが挙げられる。これらの中でもメタクリル酸クロリドが好ましい。
【００３０】
前記環式骨格を有するアルコールとメタクリル酸ハライドとの反応（エステル化）は、通常、反応に不活性な溶媒中で行われる。前記溶媒として、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどの芳香族炭化水素；ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカンなどの脂肪族炭化水素；シクロヘキサンなどの脂環式炭化水素；塩化メチレン、クロロホルム、１，２−ジクロロエタン、クロロベンゼン、トリフルオロメチルベンゼンなどのハロゲン化炭化水素；酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル；ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、アニソール、テトラヒドロフランなどのエーテル；及びこれらの混合溶媒などが挙げられる。
【００３１】
メタクリル酸ハライドの使用量は、環式骨格を有するアルコール１モルに対して０．９〜３．０モル、好ましくは１．０〜２．０モル程度である。
【００３２】
反応は、通常、副生する酸（ハロゲン化水素）を捕捉するため、塩基の存在下で行われる。塩基としては、例えばトリアルキルアミン（例えば、トリエチルアミン等）などの第３級アミン、ピリジン等の含窒素芳香族複素環化合物などの有機塩基等が挙げられる。塩基の使用量は、環式骨格を有するアルコール１モルに対して、例えば０．９〜３モル、好ましくは１．０〜２．５モル程度である。反応温度は、環式骨格を有するアルコールの種類などによって異なるが、一般には０〜１００℃程度である。
【００３３】
上記環式骨格を有するアルコールとメタクリル酸ハライドとの反応により、原料アルコールに対応する環式骨格を有するメタクリル酸エステルが生成する。なお、反応混合物中には、一般に、目的生成物である環式骨格を有するメタクリル酸エステルのほか、未反応メタクリル酸ハライド、未反応アルコール、メタクリル酸ハライドダイマー、メタクリル酸ハライドダイマーに由来する副生物、メタクリル酸無水物、前記メタクリル酸ハライドに対応するハロゲン化水素と酸の捕捉剤として用いた塩基との塩、過剰に用いた塩基などが含まれている。
【００３４】
本発明の方法の主たる特徴は、前記環式骨格を有するアルコールとメタクリル酸ハライドとの反応混合物に水を添加して加熱処理する工程（以下、単に「工程Ａ」と称することがある）を含む点にある。この工程Ａにより、主として、反応混合物中に含まれている未反応メタクリル酸ハライドやメタクリル酸ハライドダイマーが加水分解され、対応するカルボン酸となる。なお、このカルボン酸は、例えば後述するアルカリ水溶液を用いた洗浄操作等により容易に除去できる。
【００３５】
工程Ａにおける水の添加量は、反応混合物中の未反応メタクリル酸ハライドとメタクリル酸ハライドダイマーの総モル数の１．０〜１０倍モル、好ましくは１．２〜３倍モル程度である。加熱処理の温度は、例えば３０〜１００℃、好ましくは４０〜８０℃程度である。また、加熱処理の時間は、例えば５分〜５時間、好ましくは１５分〜２時間程度である。
【００３６】
本発明では、さらに、前記環式骨格を有するアルコールとメタクリル酸ハライドとの反応混合物に炭素数１〜４の脂肪族アルコールを添加して加熱処理する工程（以下、単に「工程Ｂ」と称することがある）を設けるのが好ましい。この工程により、主として、反応混合物中に含まれているメタクリル酸無水物が分解され、対応するメタクリル酸エステルとなる。このメタクリル酸エステルは、例えば簡単な蒸留操作等により容易に除去可能である。
【００３７】
工程Ｂにおける炭素数１〜４の脂肪族アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、ブタノールなどが挙げられる。これらの中でも、反応性及びコスト等の点から、メタノールが好ましい。炭素数１〜４の脂肪族アルコールの使用量は、反応に供したメタクリル酸ハライド１モルに対して０．１〜１０モル程度、好ましくは０．３〜３モル程度である。加熱処理の温度は、例えば３０〜１００℃、好ましくは４０〜８０℃程度である。また、加熱処理の時間は、例えば５分〜５時間、好ましくは１５分〜２時間程度である。
【００３８】
工程Ｂは工程Ａの前に行ってもよいが、その場合には、メタクリル酸ハライドダイマーが蒸留等の精製手段では分離除去困難な対応するエステルに変換されるため、工程Ａの後に工程Ｂを設けるのが好ましい。なお、工程Ａにおける加熱処理と工程Ｂにおける加熱処理とを並行して行うことも可能である。
【００３９】
本発明の製造法は、また、環式骨格を有するアルコールとメタクリル酸ハライドとの反応混合物を酸水溶液で洗浄する工程（以下、単に「工程Ｃ」と称することがある）を含んでいてもよい。この工程により、主に、反応混合物中に含まれている過剰に用いた塩基（酸捕捉用の塩基）が除去され、塩基を含まないか又は塩基含有量が極めて少ない環式骨格を有するメタクリル酸エステルを得ることができる。このような環式骨格を有するメタクリル酸エステルを重合して得られるポリマーをフォトレジスト用の樹脂として用いると、リソグラフィーでの露光により発生した酸が塩基によって捕捉されることなく有効に機能し、樹脂の酸脱離性基の脱離が円滑に進行する。
【００４０】
なお、酸水溶液を添加した際に２層に分離しない場合には、反応混合物に極性の低い有機溶媒を添加したり、極性の高い有機溶媒を留去するなどの処置を施すことにより洗浄操作が可能となる。
【００４１】
酸水溶液としては、例えば、塩化水素（塩酸）、硫酸、硝酸、リン酸などの無機酸の水溶液；酢酸などの有機酸の水溶液が挙げられる。これらの中でも、無機酸の水溶液、特に塩酸が好ましい。酸水溶液の酸の濃度は、特に限定されないが、通常０．１〜５０重量％、好ましくは０．２〜１０重量％、さらに好ましくは０．３〜５重量％程度である。酸水溶液の使用量は、酸洗浄に供する被処理液１００重量部に対して、例えば５〜２０００重量部、好ましくは１０〜５００重量部程度である。酸洗浄する際の温度は、例えば１０〜６０℃程度である。
【００４２】
この工程Ｃは反応終了後の任意の時点で行うことができるが、工程Ａの後（工程Ｂを行う場合には、工程Ａ及び工程Ｂの後）に行われる場合が多い。
【００４３】
本発明の方法では、さらに、水、アルカリ水溶液及び塩水溶液から選択された少なくとも１種の洗浄液で洗浄する洗浄工程（以下、単に「工程Ｄ」と称することがある）を設けてもよい。この洗浄工程Ｄにより、反応混合液中に含まれている水溶性不純物を効率よく除去できる。
【００４４】
前記アルカリ水溶液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物；炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどのアルカリ金属炭酸塩；炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウムなどのアルカリ金属炭酸水素塩などの水溶液が例示される。好ましいアルカリ水溶液には、炭酸ナトリウムなどのアルカリ金属炭酸塩の水溶液などが含まれる。
【００４５】
前記塩水溶液としては、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化マグネシウム、塩化カルシウム、硫酸ナトリウム、硫酸マグネシウムなどのアルカリ金属若しくはアルカリ土類金属のハロゲン化物若しくは硫酸塩の水溶液などが挙げられる。
【００４６】
洗浄は、水、アルカリ水溶液、塩水溶液の何れか１種の洗浄液を用いて行うことができるが、２種又は３種の洗浄液を組み合わせて行うのがより好ましい。洗浄回数は、各洗浄液につき、１回でもよく複数回でもよい。洗浄液の使用量は、洗浄処理１回当たり、被洗浄液１００重量部に対して、例えば１０〜２００重量部、好ましくは２０〜１００重量部程度である。洗浄する際の温度は、例えば１０〜６０℃程度である。
【００４７】
これらの洗浄工程Ｄは反応終了後の任意の時点で行うことができるが、工程Ａの後（さらに工程Ｂ及び／又は工程Ｃを行う場合には、これらの工程の後）に行われる場合が多い。
【００４８】
本発明では、さらに、反応混合物中の着色成分や金属類を除去するため、吸着処理工程を設けてもよい。吸着処理工程は反応終了後の任意の時点で行うことができるが、工程Ａの後（さらに工程Ｂ及び／又は工程Ｃ及び／又は工程Ｄを行う場合には、これらの工程の後）に行われる場合が多い。なお、吸着処理の前に、必要に応じて溶媒置換（交換）を行ってもよい。
【００４９】
吸着処理法としては、反応生成物中の不純物を除去できる処理法であれば特に限定されないが、活性炭、キレート樹脂、キレート繊維及びゼータ電位膜から選択された少なくとも１種の吸着材を用いた処理法が好ましい。また、シリカゲルを吸着剤として用いる処理法も好ましい。
【００５０】
活性炭処理に用いる活性炭としては、特に限定されず、ガス賦活活性炭及び薬品賦活活性炭の何れも使用できる。また、活性炭の起源や活性炭の形状も特に限定されず、粉末状、粒状、繊維状等の何れであってもよい。また、活性炭の比表面積は、例えば１０〜３０００ｍ2／ｇ程度である。活性炭処理における処理温度は、例えば１０〜６０℃程度である。活性炭処理は、バッチ式、連続式、固定床方式、流動床方式等の公知の方法を採用できる。活性炭処理により、主に着色成分を効率よく除去することができ、色相に優れた環式骨格を有するメタクリル酸エステルを簡易に得ることができる。
【００５１】
前記キレート樹脂処理に用いられるキレート樹脂としては、金属とキレートを形成可能な官能基を有する樹脂であれば特に限定されないが、その代表的な例として、イミノジ酢酸型、ポリアミン型等のキレート樹脂が挙げられる。キレート樹脂の交換容量としては特に制限はないが、例えば０．１〜２モル／ｌ程度のものが使用される。キレート樹脂処理における処理温度は、例えば１０〜６０℃程度である。キレート樹脂処理は、バッチ式、連続式、固定床方式、流動床方式等の公知の方法を採用できる。キレート樹脂処理により、主に微量金属成分（例えば、Ｆｅ、Ａｌなど）を効率よく除去することができる。
【００５２】
前記キレート繊維処理に用いられるキレート繊維としては、天然繊維に化学結合でキレート官能基（例えば、イミノジ酢酸型樹脂など）を固定化させたものであれば特に限定されないが、その代表的な例としてセルロースを基材としたキレート繊維（商品名「キレストファイバー」、キレスト株式会社製等）などが挙げられる。キレート繊維処理における処理温度は、例えば１０〜６０℃（好ましくは１０〜５０℃）程度である。キレート繊維処理は、バッチ式、連続式、固定床方式、流動床方式等の公知の方法を採用できる。キレート繊維処理により、主に微量金属成分（例えば、Ｆｅ、Ａｌなど）を効率よく除去することができる。
【００５３】
前記ゼータ電位膜処理は、被処理液をしてゼータ電位膜を通過させることにより行われる。ゼータ電位膜処理に用いられるゼータ電位膜としては、ゼータ電位に基づいて微細粒子を吸着可能な濾過膜であれば特に限定されず、例えば、キュノ（株）製、商品名「ゼータプラス」などを使用できる。ゼータ電位膜の材質として、例えば、樹脂、セルロース、パーライト、ケイソウ土、ガラス繊維などが挙げられる。ゼータ電位膜処理における処理温度は、例えば１０〜５０℃程度である。ゼータ電位膜処理により、主に微量金属成分（例えば、Ｆｅ、Ａｌなど）を効率よく除去できる。
【００５４】
シリカゲル処理に用いるシリカゲルとしては特に限定されない。シリカゲル処理における処理温度は、例えば１０〜６０℃程度である。シリカゲル処理は、バッチ式、連続式、固定床方式、流動床方式等の公知の方法を採用できる。シリカゲル処理により、高沸点有機物、着色成分などを効率よく除去することができる。
【００５５】
反応生成物である環式骨格を有するメタクリル酸エステルは、上記の各工程を経た混合液を濃縮することにより得られるが、さらに晶析又は分子蒸留に付すことによりより高純度のものを得ることができる。
【００５６】
晶析に用いる溶媒としては、環式骨格を有するメタクリル酸エステルの種類によっても異なるが、（ｉ）少なくとも芳香族炭化水素を含む溶媒、（ii）脂肪族炭化水素とエステルとの混合溶媒、及び（iii）水と水混和性溶媒との混合溶媒から選択された溶媒が好ましい。
【００５７】
前記（ｉ）の溶媒における芳香族炭化水素としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼンなどの炭素数６〜１２程度の芳香族炭化水素が挙げられる。これらの中でも、特にトルエンなどが好ましい。前記（ｉ）少なくとも芳香族炭化水素を含む溶媒には、（i-1）トルエン等の芳香族炭化水素、（i-2）芳香族炭化水素と脂肪族炭化水素との混合溶媒、（i-3）芳香族炭化水素とエーテルとの混合溶媒が含まれる。前記（i-2）における脂肪族炭化水素としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ドデカンなどの炭素数５〜１２程度の脂肪族炭化水素が挙げられる。前記（i-3）におけるエーテルとしては、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ｔ−ブチルメチルエーテル、ジブチルエーテル、ジメトキシエタン、アニソール等の鎖状アルコールが好ましい。これらの中でもジイソプロピルエーテルなどが好ましい。
【００５８】
前記（ii）脂肪族炭化水素とエステルとの混合溶媒において、脂肪族炭化水素としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ドデカンなどの炭素数５〜１２程度の脂肪族炭化水素が挙げられる。これらの中でもヘキサンなどが好ましい。また、エステルとしては、例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸エチル等の脂肪族カルボン酸アルキルエステル；安息香酸エチル等の芳香族カルボン酸アルキルエステルなどが挙げられる。これらの中でも、酢酸エチルなどの酢酸アルキルエステル（特に、酢酸Ｃ1-4アルキルエステル）が好ましい。
【００５９】
前記（iii）における水混和性溶媒としては、例えば、テトラヒドロフラン、ジオキサン等の環状エーテル；メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール；アセトン等のケトン；アセトニトリル等のニトリル；Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等の非プロトン極性溶媒などが挙げられる。これらの中でも、テトラヒドロフラン等の環状エーテル、イソプロピルアルコール等のアルコールが好ましい。
【００６０】
晶析溶媒の使用量は、溶媒の種類によっても異なるが、一般には、環式骨格を有するメタクリル酸エステル１００重量部に対して、２０〜１０００重量部、好ましくは２５〜８００重量部、さらに好ましくは３０〜３００重量部程度である。晶析操作は、例えば３０〜５０℃程度の温度から−２０〜１０℃程度の温度まで冷却することによって行われる。冷却時間は、例えば０．１〜５時間、好ましくは０．３〜３時間程度であり、熟成時間は、例えば０．５〜１０時間、好ましくは１〜５時間程度である。
【００６１】
晶析後、得られた結晶を溶媒で洗浄（リンス）することにより、より高純度の環式骨格を有するメタクリル酸エステルを取得することができる。洗浄は、例えば、前記結晶と洗浄用溶媒（リンス溶媒）との混合液を攪拌することにより行うことができる。
【００６２】
前記洗浄に用いる溶媒としては、例えば、ヘキサンなどの脂肪族炭化水素（好ましくは、炭素数５〜１２程度の脂肪族炭化水素）、ジイソプロピルエーテルなどのエーテル（例えば、鎖状エーテル）、水と水混和性溶媒（例えば、イソプロピルアルコール等のアルコールなど）との混合溶媒などが好ましい。
【００６３】
晶析により得られた結晶、又はさらに洗浄を施した結晶の乾燥条件は、品質及び作業効率を損なわない範囲で適宜設定でき、例えば温度１０〜６０℃程度（好ましくは１０〜５０℃程度）、及び常圧又は減圧下［例えば、０．１〜７６０ｍｍＨｇ（１３．３〜１０１０００Ｐａ）程度］で乾燥が行われる。乾燥時間は、例えば０．１〜２４時間程度である。乾燥は、窒素等の不活性ガス気流中で行ってもよい。
【００６４】
前記分子蒸留は慣用の分子蒸留装置、例えば、ポット式分子蒸留装置、流下膜式分子蒸留装置、遠心式分子蒸留装置などを用いて行うことができる。これらの中でも、極めて薄い液膜の形成が可能であり、しかも試料を瞬時に加熱蒸発できることから、遠心式分子蒸留装置が特に好ましい。
【００６５】
分子蒸留における操作条件は、目的の環式骨格を有するメタクリル酸エステルの品質を損なわない範囲で適宜選択できる。温度は、例えば１０〜１００℃程度、好ましくは１０〜８０℃、さらに好ましくは１０〜６５℃程度であり、特に１０〜５０℃程度が好ましい。圧力は、例えば０．０００１〜０．５ｍｍＨｇ（０．０１３３〜６６．５Ｐａ）、好ましくは０．０００１〜０．２ｍｍＨｇ（０．０１３３〜２６．６Ｐａ）、さらに好ましくは０．０００１〜０．１ｍｍＨｇ（０．０１３３〜１３．３Ｐａ）程度である。
【００６６】
分子蒸留は、常温で液体であるか、又は融点が１００℃以下、特に５０℃以下の環式骨格を有するメタクリル酸エステルの精製に有用である。分子蒸留により、着色度のより小さいメタクリル酸エステルを得ることができる。
【００６７】
本発明の環式骨格を有するメタクリル酸エステルの製造法によれば、環式骨格を有するアルコールとメタクリル酸ハライドとの反応混合物に水を添加して加熱処理するため、反応混合物中に含まれているメタクリル酸ハライドダイマーや無水メタクリル酸が洗浄操作や蒸留操作により簡易に除去可能な物質に変換されるため、不純物含量の少ない高純度の環式骨格を有するメタクリル酸エステルを簡便に得ることができる。また、反応混合物に炭素数１〜４の脂肪族アルコールを添加して加熱処理する工程をさらに設ける場合には、反応混合物中に含まれている無水メタクリル酸などが蒸留操作等により簡易に除去可能な物質に変換されるため、より一層純度の高い環式骨格を有するメタクリル酸を簡便に得ることができる。また、反応混合物を酸水溶液で洗浄する工程をさらに設ける場合には、副生する酸の捕捉剤として用いる塩基を簡易に除去でき、より高純度の環式骨格を有するメタクリル酸を簡易に得られるという利点が生じる。
【００６８】
例えば、本発明の方法により、不純物としてのメタクリル酸ハライドダイマーと無水メタクリル酸の総含有量が０．５重量％以下（好ましくは０．３重量％以下、さらに好ましくは０．１重量％以下）である環式骨格を有するメタクリル酸エステル、あるいは、不純物としてのメタクリル酸ハライドダイマーと、無水メタクリル酸と、前記塩基の総含有量が０．５重量％以下（好ましくは０．３重量％以下、さらに好ましくは０．１重量％以下）である環式骨格を有するメタクリル酸エステル、あるいは、不純物としての有機塩基（酸の捕捉剤として用いた有機塩基）の総含有量が５０重量ｐｐｍ以下（好ましくは、２０重量ｐｐｍ以下）である環式骨格を有するメタクリル酸エステルを取得することができる。
【００６９】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、不純物含量の少ない高品質の環式骨格を有するメタクリル酸エステルを効率よく製造できる。また、本発明の環式骨格を有するメタクリル酸エステルは不純物含量が少なく品質が極めて優れている。
【００７０】
【実施例】
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【００７１】
実施例１（２−メタクリロイルオキシ−２−メチルアダマンタンの製造）
内容積１０Ｌのガラス製容器に、２−メチル−２−アダマンタノール５１３ｇ（３．０９モル）、トルエン３７５０ｇ及びトリエチルアミン５１５ｇ（５．０９モル）を入れ、窒素雰囲気下、メタクリル酸クロリド４８４ｇ（４．６３モル）を１時間で滴下し、２４時間熟成した。この間、液の温度を５５〜６０℃にコントロールした。
反応混合液を室温まで冷却した後、水５６ｇ（３．０９モル）を添加し、温度５５〜６０℃で０．５時間攪拌した。次いで、メタノール１４８ｇ（４．６３モル）を添加し、温度５５〜６０℃で１時間攪拌した。得られた混合液に、温度２０〜２５℃の条件下、５重量％希塩酸２６３０ｇを加えて酸洗浄を行った。次に、温度２０〜２５℃の条件下、１０重量％炭酸ソーダ水溶液２３２０ｇで２回、さらに１０重量％食塩水２２００ｇで１回の計３回のバッチ洗浄を行った。
洗浄後の混合液（有機層）にフェノチアジン１．３５ｇを添加し、減圧下に濃縮して（５０ｍｍＨｇ（６６６０Ｐａ）；６０℃）、７０６ｇの濃縮物を得た。この濃縮物を遠心式分子蒸留装置（日本車輌製造（株）製、型式「ＭＳ−１５０」）を用いて、圧力０．１５ｍｍＨｇ（２０Ｐａ）、温度７２℃の条件で分子蒸留し、５７３ｇの２−メタクリロイルオキシ−２−メチルアダマンタンを得た（純度９９．７重量％）。得られた２−メタクリロイルオキシ−２−メチルアダマンタン中に含まれる不純物の含有量は、メタクリル酸ハライドダイマーが０．０３重量％以下、無水メタクリル酸が０．０３重量％以下、トリエチルアミンが８重量ｐｐｍ以下であった。
【００７２】
比較例１（２−メタクリロイルオキシ−２−メチルアダマンタンの製造）
内容積１０Ｌのガラス製容器に、２−メチル−２−アダマンタノール５１３ｇ（３．０９モル）、トルエン３７５０ｇ及びトリエチルアミン５１５ｇ（５．０９モル）を入れ、窒素雰囲気下、メタクリル酸クロリド４８４ｇ（４．６３モル）を１時間で滴下し、２４時間熟成した。この間、液の温度を５５〜６０℃にコントロールした。
反応混合液を室温まで冷却した後、水２５２６ｇを添加し、２０〜２５℃で１時間攪拌した。分液により下層水を分離後、混合液（有機層）を１０重量％炭酸ソーダ水溶液２３２０ｇで２回、さらに１０重量％食塩水２２００ｇで１回の計３回のバッチ洗浄を行った。
洗浄後の混合液（有機層）にフェノチアジン１．３５ｇを添加し、減圧下に濃縮して（５０ｍｍＨｇ（６６６０Ｐａ）；６０℃）、７４５ｇの濃縮物を得た。この濃縮物を遠心式分子蒸留装置（日本車輌製造（株）製、型式「ＭＳ−１５０」）を用いて、圧力０．１５ｍｍＨｇ（２０Ｐａ）、温度７２℃の条件で分子蒸留し、３７６ｇの２−メタクリロイルオキシ−２−メチルアダマンタンを得た（純度９７重量％）。得られた２−メタクリロイルオキシ−２−メチルアダマンタン中に含まれる不純物の含有量は、メタクリル酸ハライドダイマーが０．３重量％、無水メタクリル酸が１．１重量％、トリエチルアミンが９０重量ｐｐｍであった。
【００７３】
実施例２（β−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトンンの製造）
内容積１０Ｌのガラス製容器に、β−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン３１６ｇ（３．０９モル）、トルエン２５２０ｇ及びトリエチルアミン５６３ｇ（５．５６モル）を入れ、窒素雰囲気下、メタクリル酸クロリド４２０ｇ（４．０２モル）を２時間で滴下し、１時間熟成した。この間、液の温度を０〜５℃にコントロールした。
反応混合液に水１４５ｇ（８．０４モル）を添加し、温度５５〜６０℃で１時間攪拌した。次いで、メタノール１２９ｇ（４．０２モル）を添加し、温度５０℃で１時間攪拌した。得られた混合液に、温度２０〜２５℃の条件下、５重量％希塩酸１９１０ｇを加えて酸洗浄を行った。次に、温度２０〜２５℃の条件下、１０重量％炭酸ソーダ水溶液２３５０ｇで２回、さらに１０重量％食塩水２２００ｇで１回の計３回のバッチ洗浄を行った。
洗浄後の混合液（有機層）を減圧下に濃縮して（５０ｍｍＨｇ（６６６０Ｐａ）；６０℃）、４１２ｇの濃縮物を得た。この濃縮物を遠心式分子蒸留装置（日本車輌製造（株）製、型式「ＭＳ−１５０」）を用いて、圧力０．１５ｍｍＨｇ（２０Ｐａ）、温度７２℃の条件で分子蒸留し、３７１ｇのβ−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトンを得た（純度９８重量％）。得られたβ−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン中に含まれる不純物の含有量は、メタクリル酸ハライドダイマーが０．０３重量％以下、無水メタクリル酸が０．０３重量％以下、トリエチルアミンが８重量ｐｐｍ以下であった。
【００７４】
比較例２（β−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトンンの製造）
内容積１０Ｌのガラス製容器に、β−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン３１６ｇ（３．０９モル）、トルエン２５２０ｇ及びトリエチルアミン５６３ｇ（５．５６モル）を入れ、窒素雰囲気下、メタクリル酸クロリド４２０ｇ（４．０２モル）を２時間で滴下し、１時間熟成した。この間、液の温度を０〜５℃にコントロールした。
反応混合液に水２４００ｇを添加し、２０〜２５℃で０．５時間攪拌した。分液により下層水を分離後、混合液（有機層）を２０〜２５℃の温度下、１０重量％炭酸ソーダ水溶液２３５０ｇで２回、さらに１０重量％食塩水２２００ｇで１回の計３回のバッチ洗浄を行った。
洗浄後の混合液（有機層）を減圧下に濃縮して（５０ｍｍＨｇ（６６６０Ｐａ）；６０℃）、４４０ｇの濃縮物を得た。この濃縮物を遠心式分子蒸留装置（日本車輌製造（株）製、型式「ＭＳ−１５０」）を用いて、圧力０．１５ｍｍＨｇ（２０Ｐａ）、温度７２℃の条件で分子蒸留し、３４２ｇのβ−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトンを得た（純度９７重量％）。得られたβ−メタクリロイルオキシ−γ−ブチロラクトン中に含まれる不純物の含有量は、メタクリル酸ハライドダイマーが０．２重量％、無水メタクリル酸が１．２重量％、トリエチルアミンが１２０重量ｐｐｍであった。
【００７５】
実施例３（下記式で示される５−メタクリロイルオキシ−３−オキサトリシクロ［４．２．１．０4,8］ノナン−２−オンの製造）
【化３】
反応混合液に水１４５ｇ（８．０４モル）を添加し、温度５５〜６０℃で１時間攪拌した。次いで、メタノール１２９ｇ（４．０２モル）を添加し、温度５０℃で１時間攪拌した。得られた混合液に、温度２０〜２５℃の条件下、５重量％希塩酸１９１０ｇを加えて酸洗浄を行った。次に、温度２０〜２５℃の条件下、１０重量％炭酸ソーダ水溶液２３５０ｇで２回、さらに１０重量％食塩水２２００ｇで１回の計３回のバッチ洗浄を行った。
得られた有機層を内容積１０Ｌのガラス製エバポレーターを用いて濃縮し［１０ｍｍＨｇ（１３３０Ｐａ）、４０℃］、１２８０ｇの濃縮液を得た。得られた濃縮液に、ジイソプロピルエーテル１１２０ｇを加え、氷冷下で３時間攪拌冷却すると、５−メタクリロイルオキシ−３−オキサトリシクロ［４．２．１．０4,8］ノナン−２−オンが結晶化し、スラリーが得られた。このスラリーの温度は２℃であった。晶析終了後、結晶を濾別し、これに冷ジイソプロピルエーテル５１７．５ｇを加え、氷冷下で１時間攪拌することにより洗浄した。洗浄終了後、結晶を濾別し、真空乾燥機で９時間乾燥することにより［１０ｍｍＨｇ（１３３０Ｐａ）、６０℃］、白色の５−メタクリロイルオキシ−３−オキサトリシクロ［４．２．１．０4,8］ノナン−２−オンを５４０ｇ得た。得られた５−メタクリロイルオキシ−３−オキサトリシクロ［４．２．１．０4,8］ノナン−２−オンの純度は９９．９重量％であり、不純物含有量は、メタクリル酸ハライドダイマーが０．０３重量％以下、無水メタクリル酸が０．０３重量％以下、トリエチルアミンが１０重量ｐｐｍ以下であった。
【００７６】
比較例３（５−メタクリロイルオキシ−３−オキサトリシクロ［４．２．１．０4,8］ノナン−２−オンの製造）
内容積１０Ｌのガラス製容器に、５−ヒドロキシ−３−オキサトリシクロ［４．２．１．０4,8］ノナン−２−オン４７６ｇ（３．０９モル）、トルエン２５２０ｇ及びトリエチルアミン５６３ｇ（５．５６モル）を入れ、窒素雰囲気下、メタクリル酸クロリド４２０ｇ（４．０２モル）を２時間で滴下し、１時間熟成した。この間、液の温度を０〜５℃にコントロールした。
反応混合液に水２４００ｇを添加し、２０〜２５℃で０．５時間攪拌した。分液により下層水を分離後、混合液（有機層）を２０〜２５℃の温度下、１０重量％炭酸ソーダ水溶液２３５０ｇで２回、さらに１０重量％食塩水２２００ｇで１回の計３回のバッチ洗浄を行った。
得られた有機層を内容積１０Ｌのガラス製エバポレーターを用いて濃縮し［１０ｍｍＨｇ（１３３０Ｐａ）、４０℃］、１２８０ｇの濃縮液を得た。得られた濃縮液に、ジイソプロピルエーテル１１２０ｇを加え、氷冷下で３時間攪拌冷却すると、５−メタクリロイルオキシ−３−オキサトリシクロ［４．２．１．０4,8］ノナン−２−オンが結晶化し、スラリーが得られた。このスラリーの温度は２℃であった。晶析終了後、結晶を濾別し、これに冷ジイソプロピルエーテル５１７．５ｇを加え、氷冷下で１時間攪拌することにより洗浄した。洗浄終了後、結晶を濾別し、真空乾燥機で９時間乾燥することにより［１０ｍｍＨｇ（１３３０Ｐａ）、６０℃］、白色の５−メタクリロイルオキシ−３−オキサトリシクロ［４．２．１．０4,8］ノナン−２−オンを５４３ｇ得た。得られた５−メタクリロイルオキシ−３−オキサトリシクロ［４．２．１．０4,8］ノナン−２−オンの純度は９７重量％であり、不純物含有量は、メタクリル酸ハライドダイマーが０．５重量％、無水メタクリル酸が０．５重量％、トリエチルアミンが９０重量ｐｐｍであった。
Claims (2)
- 下記式（1a）、（1b）、（1c）、（1d）、（1e）、（1f）又は（1g）
前記環式骨格を有するアルコールとメタクリル酸ハライドとの反応混合物に水を添加して、１５分間〜２時間の間、４０〜８０℃の温度で加熱処理する工程（工程Ａ）、
前記環式骨格を有するアルコールとメタクリル酸ハライドとの反応混合物に、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、およびブタノールからなる群より選択される炭素数１〜４の脂肪族アルコールを添加して、１５分間〜２時間の間、４０〜８０℃の温度で加熱処理する工程（工程Ｂ）ならびに
前記環式骨格を有するアルコールとメタクリル酸ハライドとの反応混合物を、塩酸、硫酸、硝酸、もしくはリン酸である無機酸の水溶液、および酢酸である有機酸の水溶液からなる群より選択される酸水溶液で洗浄する工程（工程Ｃ）を含む、
環式骨格を有するメタクリル酸エステルの製造法。 - 環式骨格を有するアルコールが、
（1a）１−アダマンタノール、３，５−ジメチル−１−アダマンタノール、１，３−アダマンタンジオール、５，７−ジメチル−１，３−アダマンタンジオール、３−メタクリロイルオキシ−１−アダマンタノール、３−メタクリロイルオキシ−５，７−ジメチル−１−アダマンタノール、および４−オキソ−１−アダマンタノールからなる群より選択される１−アダマンタノール；
（1b）α，α−ジメチル−１−アダマンタンメタノール、α，α，３，５−テトラメチル−１−アダマンタンメタノール、３−ヒドロキシ−α，α−ジメチル−１−アダマンタンメタノール、および３−メタクリロイルオキシ−α，α−ジメチル−１−アダマンタンメタノールからなる群より選択されるアダマンタンメタノール；
（1c）２−メチル−２−アダマンタノール、２−エチル−２−アダマンタノール、および２，５，７−トリメチル−２−アダマンタノールからなる群より選択される２−アダマンタノール；
（1d）６−ヒドロキシ−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１4,8］ウンデカン−２−オンもしくは６，８−ジヒドロキシ−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１4,8］ウンデカン−２−オン；
（1e）６−（１−ヒドロキシ−１−メチルエチル）−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１4,8］ウンデカン−２−オンおよび８−ヒドロキシ−６−（１−ヒドロキシ−１−メチルエチル）−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１4,8］ウンデカン−２−オンからなる群より選択される６−ヒドロキシメチル−３−オキサトリシクロ［４．３．１．１4,8］ウンデカン−２−オン；
（1f）５−ヒドロキシ−３−オキサトリシクロ［４．２．１．０4,8］ノナン−２−オン、または
（1g）β−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン、β−ヒドロキシ−α，α−ジメチル−γ−ブチロラクトン、β−ヒドロキシ−γ，γ−ジメチル−γ−ブチロラクトン、β−ヒドロキシ−α，α，β−トリメチル−γ−ブチロラクトン、β−ヒドロキシ−β，γ，γ−トリメチル−γ−ブチロラクトン、β−ヒドロキシ−α，α，β，γ，γ−ペンタメチル−γ−ブチロラクトン；α−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−α−メチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−β，β−ジメチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−α，β，β−トリメチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−γ，γ−ジメチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−α，γ，γ−トリメチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−β，β，γ，γ−テトラメチル−γ−ブチロラクトン、α−ヒドロキシ−α，β，β，γ，γ−ペンタメチル−γ−ブチロラクトンからなる群より選択されるヒドロキシ−γ−ブチロラクトン
である、請求項１に記載の環式骨格を有するメタクリル酸エステルの製造法。
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