JP5148495B2 - スペクテーター配位子を含む有機金属化合物の調製方法 - Google Patents

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Description

発明の詳細な説明
本発明は、式1:
MAL(p-(n+v+r) (式1)
[式中、
Mは、第3〜13族またはランタニド系列の金属であり、かつpは、金属Mの価数であり、
Aは、価数vが1または2であるアニオン性のスペクテーター配位子を示し、
Yは、式2:
Figure 0005148495

によって表されるスペクテーター配位子であり、式中、スペクテーター配位子は、イミン窒素原子を介して金属Mに共有結合され、Subは、第14族原子を含む置換基であり、この第14族原子を介してSubはイミン炭素原子に結合され、Subは、第15〜16族の原子を含む置換基であり、この第15〜16族の原子を介してSubはイミン炭素原子に結合され、SubおよびSubは、互いに結合されて環系が形成されてもよく、rは、0を超える整数でありかつスペクテーター配位子Yの数を示し、Lは、任意選択的な中性ルイス塩基性配位子であり、かつjは、中性配位子Lの数を表す整数であり、Xは、ハライドであり、そしてRは、アニオン性配位子である]
によって表される有機金属化合物の調製方法に関する。このように製造される有機金属化合物は、通常、ポリオレフィンの製造における前駆触媒(precatalyst)として使用される。
かかる方法は、国際公開第2005/013663A1号パンフレットから公知である。国際公開第2005/013663A1号パンフレットには、イミン配位子を含む有機金属化合物の調製方法が記載されている。これらの前駆触媒のためのイミン配位子は、グアニジン、イミノイミダゾリン、アミジンまたはケチミンであり得る。
この方法では、CpTiClがイミン配位子と反応され、中間体二塩化物錯体である反応生成物が、次いで、有機リチウム化合物または有機マグネシウム化合物でアルキル化される。
両方の工程において、除去する必要のある副生成物が形成される。これは、通常、ろ過によって行われる。許容可能な収率を得るために、有機金属化合物は、副生成物から1回以上抽出される必要がある。公知の方法では、反応および抽出溶媒は、通常、トルエンである。しかし、トルエンは、後続の重合プロセスにおいて好ましくない化合物であり(waarom?)、したがって、有機金属化合物から除去される必要がある。トルエンのさらなる欠点は、調製された有機金属化合物、およびトルエンを含有する有機金属化合物で調製されたポリオレフィンから除去するのが困難であることである。
したがって、脂肪族溶媒中での有機金属化合物の調製方法を実施することが望ましい。しかし、脂肪族溶媒への中間体二塩化物錯体の可溶性が低いため、副生成物からこの生成物を抽出するためにかなりの量の溶媒を使用する必要がある。さらに、脂肪族溶媒におけるCpTiClとイミン配位子との反応は非常に遅い。
したがって、本発明の目的は、上記の欠点のない、脂肪族炭化水素中で実施可能な、有機金属化合物の調製のための代替的な方法を提供することである。
本発明によれば、これは、請求項1に記載の方法によって得られる。
本発明の方法によって、オレフィン重合における前駆触媒として適した有機金属化合物が、3〜20個の炭素原子を含む(直鎖状、分枝状または環式)脂肪族炭化水素(これは通常、後続のオレフィン重合において用いられるのと同じ溶媒である)において調製可能である。本発明の方法のさらなる利点は、前駆体がスペクテーター配位子と接触される、本方法の第2の工程の際に、固体の副生成物が全く形成されず、それによって、この工程の後の精製が、本発明の方法にしたがって調製される前駆触媒が後続のオレフィン重合プロセスにおいて利用され得る前に必要でないことである。本発明の方法によって調製される有機金属化合物は、公知の製造方法によって調製される有機金属化合物と同じ性能を有する。この方法の別の利点は、反応溶媒または抽出溶媒を蒸発させ、次いで重合に適した溶媒中に再び溶解させることによる複数回の抽出および溶媒の変化を避けることができることである。本発明の方法のさらなる利点は、本方法が室温で実施可能であることである。
本発明の方法では、式3、
MALp−V (式3)
によって表される金属有機試薬が、アルキル化剤と接触され、それによって、ハライド原子の少なくとも1個がアニオン性配位子Rで置換される前駆体が形成される。
Mは、第3〜13族またはランタニド系列の金属であり、かつpは、金属Mの価数である。
安定性のために、配位子Lを、有機金属化合物中に存在させてもよい。配位子Lが存在する場合、Lは、エーテル、チオエーテル、第3級アミン、第3級ホスファン、イミン、またはエーテル官能基、チオエーテル官能基、第3級アミン官能基、または第3級ホスファン官能基を含む二座もしくはオリゴ座、あるいはそれらの組合せであり得る。
Aは、価数vが1または2であるアニオン性のスペクテーター配位子を示す。好適な配位子Aは、(置換)シクロペンタジエニル基、(置換)インデニル基、(置換)フルオレニル基、(置換)テトラヒドロインデニル基、(置換)テトラヒドロフルオレニル基、(置換)オクタヒドロフルオレニル基、(置換)ベンゾインデニル基、(置換)ヘテロシクロペンタジエニル基、(置換)ヘテロインデニル基、(置換)ヘテロフルオレニル基、またはそれらの異性体である。ヘテロシクロペンタジエニル基(以下、「ヘテロ配位子」と称する)は、シクロペンタジエニル基から誘導されているが、シクロペンタジエニルの5員環におけるC原子の少なくとも1個がヘテロ原子で置換されており、そのヘテロ原子が第13、15または16族から選択され得る基であると理解される。ヘテロ配位子の5員環において2個以上のヘテロ原子が存在している場合、これらのヘテロ原子は、同じであってもまたは異なっていてもよい。より好ましくは、ヘテロ原子は第15族から選択され、さらにより好ましくは、ヘテロ原子はリンである。
Rは、アルキルまたはアリールアルキル(例えばベンジル)、アリール、あるいはそれらの組合せからなる群から独立して選択されるアニオン性配位子である。アニオン性配位子Rは、脂肪族炭素原子上にβ−水素原子を含まないことが好ましい。β−水素原子を含まないアニオン性配位子の例は、メチル、および一般式−CH−(BR)(式中、Bは、C、SiまたはGeであり得、置換基R、RおよびRは、脂環式炭化水素、または(置換)芳香族炭化水素の群から選択され得る)で表される化合物である。R、RおよびRは、同じであってもまたは異なっていてもよく、置換および非置換のいずれであってもよい。Rは、メチルまたはベンジルであることが好ましい。
式2によって表されるスペクテーター配位子Yは、イミン窒素原子を介して金属に共有結合される。Subは、第14族原子、好ましくは炭素原子を含む置換基であり、この第14族原子を介してSubはイミン炭素原子に結合される。Subは、好ましくは任意に第13〜17族のヘテロ原子で置換されたヒドロカルビル基、または任意に第13〜17族の原子で置換されたシリル基を示す。
Subは、第15〜16族の原子を含む置換基であり、この第15〜16族の原子を介してSubはイミン炭素原子に結合される。この原子は、窒素、リン、酸素または硫黄の群から選択されることが好ましい。Subは、好ましくは、任意にヒドロカルビル基で置換された、アミド基、イミド基、ホスフィド基、ホスピンイミド(phospinimide)基、オキシド基、スルフィド基、またはSubについて記載されるようなシリル基である。
本発明による有機金属化合物は、エチレンおよびプロピレン、あるいはエチレンとα−オレフィンとのコポリマーおよびエチレンと、α−オレフィンと、1個以上の二重結合を有する他の重合性オレフィンとのターポリマーのいずれの重合についても高効率を示す。本発明による有機金属化合物を含む触媒は、EPDMの製造に特に適している。
本発明の方法は、3〜20個の炭素原子を有する脂肪族炭化水素において実施される。好適な炭化水素の例は、イソブタン、ペンタン、イソペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、シクロヘプタンである。
本発明を、いくつかの非限定的な実施例によって以下に説明する。
[第1部:触媒成分の合成]
[概要部分]
実験を、シュレンク−ライン(Schlenk−line)技術を用いて、乾燥した、酸素を含まない窒素雰囲気下で行った。H−NMR、13C−NMRスペクトルおよび19F−NMRスペクトルを、ブルカー・アバンス(Bruker Avance)300分光計で測定した。指示薬としてベンゾフェノンを用いて、脂肪族溶媒を、ナトリウム/カリウム合金から蒸留した。Me5CpTiMe3を、Organometallics、8(1989年)、376〜382頁に記載のように調製した。他の出発材料は、入手したままの状態で使用した。
[N,N−ジイソプロピル−2,6−ジフルオロ−ベンズアミジン(配位子1)の合成]
エーテル中のEtMgBr(8.0ml、3.0M、23mmol)の溶液を、50℃においてトルエン(60ml)中のジイソプロピルアミン(2.5g、23.8mmol)の溶液に加えた。この混合物を、1時間攪拌し、白色の沈殿物を形成させた。この混合物を0℃に冷却し、2,6−ジフルオロベンゾニトリル(3.33g、23mmol)を加えた。この混合物を、室温に加温し、次いで16時間攪拌した。GCによって決定される転化率は、98%であることが分かった。この混合物を、塩化アンモニウム(10%、100ml)の水溶液で急冷した。有機相を水相から分離し、それをジエチルエーテル(200ml)で2回抽出した。合わせた有機相を硫酸ナトリウムで乾燥させ、ろ過し、減圧下で溶媒を除去し、5.30g(91%)の純粋な生成物を得た。配位子を、H NMR 300MHz(CDCl)δ(ppm):7.2(m,1H)、6.8(m.2H)、5.5(bs,1H)、3.7(bs,1H)、1.5(bs,6H)、1.0(bs 6H)により、13C NMR 75MHz(CDCl)δ(ppm):158.9dd,J=238Hz,J=8Hz)、155.7、130.1、v130.0、129.8、112.1、112.0、111.9、111.8、52.0(bs)、36.2(bs)、21.3、20.5により、および19F NMR 282MHz(CDCl)δ(ppm):−113.5により特徴付けた。
[比較実験A:トルエン中のMeCpTi(Me)(NC(2,6−FPh)(PrN))(化合物1)の従来の合成]
MeCpTiCl(7.23g、25mmol)およびN,N−ジイソプロピル−2,6−ジフルオロベンズアミジン(6.05g、25.2mmol)を、トルエン(150ml)に溶解させた。次に、トリエチルアミン(3.0ml、2.9g、29mmol)を加え、反応混合物を18時間攪拌した。反応混合物をろ過し、残渣をトルエン(60ml)で1回すすいだ。合わせた有機相のトルエン(ろ液およびすすぎ液)を真空中で除去した。残渣をヘキサン(60ml)で粉砕し、12.18g(99%)のMeCpTiCl(NC(2,6−FPh)(PrN))を橙色の粉末として得た。この生成物を、H NMR 300MHz(CDCl)δ(ppm):7.2(pent,1H)、6.9(dd,2H)、3.8(bs,1H)、3.6(sept,1H)、2.0(s,15H)、1.5(d,6H)、1.1(d,6H)により、および13CNMR 75MHz(CDCl)δ(ppm):157.1(dd,J=250HzおよびJ=8Hz)、152.3、129.3、(t,J=10Hz)、126.3、113.6(t,J=23Hz)、110.8(m)、51.3(bs)、37.3、19.5、19.3、12.0により特徴付けた。
トルエン(100ml)中のMeCpTiCl(NC(2,6−FPh)(PrN))(12.18g、23.7mmol)の溶液に、メチルマグネシウムブロミド(16.5ml、ジエチルエーテル中3.0M、39.5mmol)の溶液を−78℃で加えた。この反応混合物を室温で18時間攪拌した。この反応混合物をろ過し、溶媒を真空中で除去した。残渣をヘキサン(100ml)で粉砕し、10.9gの生成物を黄色の粉末(97%)として得た。この生成物を、H NMR 300MHz(CDCl)δ(ppm):7.8(d pent,1H)、7.0(dd,2H)、3.0(bs,1H)、3.8(sept,1H)、1.9(s,15H)、1.8(d,6H)、1.3(d,6H)、0.0(s,6H)により、13C NMR 75MHz(CDCl)δ(ppm):153.7(dd,J=238HzおよびJ=8Hz)、136.5、127.1、(t,J=10Hz)、118.7、117.2(t,J=25Hz)、110.3(m)、50.5、37.1、20.1、19.3、10.3により、および19F NMR 282MHz(CDCl)δ(ppm):−113.3により特徴付けた。
[比較実験B1:脂肪族溶媒中のMeCpTi(Cl)NC(2,6−FPh)(PrN))(化合物1)の従来の合成]
MeCpTiCl(580mg、2.00mmol)およびN,N−ジイソプロピル−2,6−ジフルオロベンズアミジン(482mg、2.01mmol)を、ヘキサン(30ml)に溶解させた。少量のMeCpTiClしか溶解しなかった。次に、トリエチルアミン(0.5ml)を加え、この反応混合物を18時間攪拌した。この反応混合物をろ過し、残渣をヘキサン(30ml)で1回すすいだ。合わせた有機相のヘキサン(ろ液およびすすぎ液)を真空中で除去し、0.44gの生成物を橙色の粉末として得た。NMR分析から結論付けられるように、この生成物は、未反応のMeCpTiClおよびN,N−ジイソプロピル−2,6−ジフルオロベンズアミジンで汚染された、所望の錯体の混合物からなっていた。H NMR 300MHz(CDCl)δ(ppm):7.2(pent,1H)、6.9(dd,2H)、3.8(bs,1H)、3.6(sept,1H)、2.3(s,未反応Me5CpTiCl3)、2.0(s,15H)、1.5(d,9H)、1.1(d,9H)。
[比較実験B2:脂肪族溶媒中のMeCpTi(Cl)(NC(2,6−FPh)(PrN))(化合物1)の従来の合成]
MeCpTiCl(580mg、2.00mmol)およびN,N−ジイソプロピル−2,6−ジフルオロベンズアミジン(488mg、2.03mmol)を、ヘキサン(30ml)に溶解させた。少量のMeCpTiClしか溶解しなかった。次に、トリエチルアミン(0.5ml)を加え、この反応混合物を60時間攪拌した。この反応混合物をろ過し、残渣をヘキサン(50ml)で1回すすいだ。合わせた有機相の溶媒(ろ液およびすすぎ液)を真空中で除去し、0.33g(33%)の生成物を橙色の粉末として得た。この生成物を、H NMR 300MHz(CDCl)δ(ppm):7.2(pent,1H)、6.9(dd,2H)、3.8(bs,1H)、3.6(sept,1H)、2.0(s,15H)、1.5(d,6H)、1.1(d,6H)により特徴付けた。得られた生成物は、未反応のMeCpTiClおよびN,N−ジイソプロピル−2,6−ジフルオロベンズアミジンで汚染されていなかったが、はるかに長い反応時間(比較実験1の18時間の代わりに60時間)で、かつより多くのすすぎ用液体(30mlに対して50ml)を使用した後の収率がわずか33%であった。
[実施例1:MeCpTi(Me)(NC(2,6−FPh)(PrN))(化合物1)の合成]
[ペンタメチルシクロペンタジエニルチタントリメチルの合成]
ペンタメチルシクロペンタジエニルチタントリクロリド(3.09g、10.7mmol)を、ヘキサン(50ml)に懸濁させた。この懸濁液を0℃に冷却し、メチルリチウム溶液(ジエチルエーテル中1.6M、20.0ml、32mmol)を滴下にて加えた。この混合物を0℃で2.5時間攪拌し、その後、それを室温に加温した。攪拌を室温で30分間続けた。固形分をろ過して取り除き、ヘキサン(30ml)で1回洗浄した。ろ液およびすすぎ液の合わせたヘキサン溶液を蒸発乾固させ、2.37g(98%)の淡褐色の生成物を得た。この生成物を、H NMR 300MHz(CDCl)δ(ppm):1.9(s,15H)、0.7(s,9H)により特徴付けた。
[方法a)]
MeCpTiMe(1.17g、5.1mmol)および1.23gのN,N−ジイソプロピル−2,6−ジフルオロ−ベンズアミジン(5.1mmol)を、ヘキサン(リグロイン、30ml)の混合物に溶解させた。この反応混合物を室温で18時間攪拌した。溶媒を真空中で除去し、2.21gの淡褐色の粉末(95%)を得た。この生成物を、H NMR 300MHz(CDCl)δ(ppm):7.3(d pent,1H)、7.0(dd,2H)、4.0(bs,1H)、3.8(sept,1H)、1.9(s,15H)、1.8(d,6H)、1.3(d,6H)、0.0(s,6H)により特徴付けた。
[方法b)]
MeCpTiMe(230mg、1.01mmol)およびN,N−ジイソプロピル−2,6−ジフルオロ−ベンズアミジン(232mg、1.01mmol)を、ヘキサン(30ml)に溶解させた。2、4および24時間後、3mlのアリコートを、反応混合物から採取し、ヘキサンで100mlまで希釈した。希釈した溶液を重合実験で用いた。表1では、それらは、溶液から採取した時間に応じて、化合物1/2、1/4および1/24と示されている。
[N,N−ジシクロヘキシルベンズアミジン(配位子2)の合成]
ジシクロヘキシルアミン(18.1g、0.10mmol)を、ジエチルエーテル(150ml)に溶解させた。この溶液を還流温度に加熱し、メチルマグネシウムブロミド(33ml、ジエチルエーテル中3.0M、0.10mol)の溶液を、20分間にわたって滴下にて加えた。添加後、この反応混合物を室温で3時間攪拌した。ベンゾニトリル(10.3g、0.10mol)を加え、この反応混合物を室温で20時間攪拌した。塩化アンモニウム(水中10%、100ml)の溶液を加えた。水層と有機層とを分離し、水層をジエチルエーテル(150ml)で2回抽出した。合わせたエーテル層を硫酸ナトリウムで乾燥させ、ろ過し、溶媒をろ液から蒸発させ、黄色のワックス(23.6g)を得た。この生成物を、短経路蒸留(short path distillation)(クーゲルロール(kugelrohr)、P=0.8mbar、T=150°C)によってさらに精製した。収率19.5g(69%)。この生成物を、H NMR 300MHz(CDCl)δ(ppm):7.3(dd,3H)、7.2(dd,2H)、5.7(bs,1H)、3.1(tt,2H)、2.0(bq,3H)、1.7(m,8H)、1.5(d,2H)、1.1(m,6H)により、および13CNMR 75MHz(CDCl)δ(ppm):169.3、131.9、128.7、128.3、126.2、58.6、31.6、27.0、25.8により特徴付けた。
[実施例2、MeCpTi(Me)(NC(Ph)(NCv))(化合物2)の合成]
MeCpTiMe(227mg、1.00mmol)およびN,N−ジシクロヘキシルベンズアミジン(281mg、0.99mmol)を、ヘキサン(30ml)に溶解させる。2、4および24時間後、3mlのアリコートを、反応混合物から採取し、ヘキサンで100mlまで希釈した。希釈した溶液を重合実験で用いた。
[第II部:バッチEPDM三元重合(一般手順)]
窒素の不活性雰囲気中で、反応器に、ペンタメチルヘプタン(PMH)(950ml)、MAO(クロンプトン(Crompton)、トルエン中10重量%)、ブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)、5−エチリデン−2−ノルボルネン(ENB)(0.7ml)および5−ビニル−2−ノルボルネン(VNB)(0.7ml)を充填した。反応器を、1350rpmで攪拌しながら、90℃に加熱した。反応器を加圧し、所定の比率のエチレン、プロピレンおよび水素の下で調整した(0.35NL/時)。15分後、触媒成分を反応器に加え、続いて、触媒容器をPMH(50ml)ですすいだ。重合の10分後、モノマーの流動を停止し、溶液を、イソプロパノール中イルガノックス(Irganox)−1076の溶液を入れた2Lのエルレンマイヤー(Erlenmeyer)フラスコに注意深く注ぎ込み、減圧下で100℃において一晩乾燥させた。このポリマーを、組成に関してはFT−IRを用い、分子量分布に関してはSEC−DVを用いて分析した。
[ポリマーの分析]
実施例に記載されるように調製されたポリマーを、屈折率(Refractive Index)(RI)および示差粘度測定(Differential Viscometry)(DV)検出とともにサイズ排除クロマトグラフィー(Size Exclusion Chromatography)(SEC)によって分析した。
いわゆるSEC−DV分析のための装置および実験条件は以下の通りであった。
装置:PL220 DRI濃度検出器およびPL−BV400粘度検出器を備えたPL220(ポリマー・ラボラトリーズ(Polymer Laboratories))SEC。検出器は、並列構成で動作される。PL溶媒脱気装置PL−DG802。
データ処理:ビスコテック(Viscotek)データ処理ソフトウェア、TriSEC2.7以上のバージョン
カラム:トーソー・バイオサイエンス(Tosoh Bioscience)(TSK)GMHHR−H(S)HT混合床(4x)
検量:線状ポリエチレン(PE)標準(分子量0.3〜3000kg/mol)による汎用的検量(Universal calibration)
温度:140℃
流量:1.0ml/分
注入体積:0.300ml
溶媒/溶出剤:約1g/lのイオノール(lonol)安定剤を含む蒸留された1,2,4−トリクロロベンゼン
試料の調製:約150℃で4時間溶解。1.0ミクロンの再生セルロースフィルタに通してろ過。試料濃度約1.0mg/ml。
フーリエ変換赤外分光法(FT−IR)によって、コポリマーの組成を、ゴム業界で通例の方法によって決定した。FT−IR測定により、全組成に対する重量パーセントで種々のモノマーの組成を求めた。
[重合比較例A]
比較例Aの方法にしたがって調製された化合物1を用いて、上記のような手順にしたがって三元重合を実施した。結果を表1に示す。
[重合実施例1〜3]
調製と同様に上記の時間間隔で、方法bにしたがって調製された化合物1を用いて、上記のような手順にしたがって三元重合を実施した。
結果を表1に示す。
[重合実施例3〜6]
調製と同様に上記の時間間隔で調製された化合物2を用いて、上記のような手順にしたがって三元重合を実施した。結果を表1に示す。
Figure 0005148495

Claims (3)

  1. 式1:
    MAL(p−(n+v+r) (式1)
    [式中、
    Mは、第3〜13族またはランタニド系列の金属でありpは、金属Mの価数であり、
    Aは、価数vが1であるアニオン性配位子を示し、当該アニオン性配位子Aは、置換または非置換シクロペンタジエニル基であり、
    Yは、式2:
    Figure 0005148495
    (式中、Sub は、第14族原子を含む置換基であり、この第14族原子を介してSub はイミン炭素原子に結合され、Sub は、第15〜16族の原子を含む置換基であり、この第15〜16族の原子を介してSub はイミン炭素原子に結合され、Sub およびSub は、互いに結合されて環系が形成されてもよい)
    によって表される配位子であり、当該配位子は、イミン窒素原子を介して金属Mに共有結合されrは、0を超える整数であり、
    Lは、任意選択的な中性ルイス塩基性配位子であり、jは、中性配位子Lの数を表す整数であり、
    Xは、ハライド原子であり
    Rは、アルキル、アリールアルキルおよびアリールからなる群から独立して選択されるアニオン性配位子であり、nは、当該アニオン性配位子Rの数である]
    によって表される有機金属化合物の製造方法であって、
    式3
    MALp−v (式3)
    [式中、M、A、L、j、X、pおよびvは、前記と同じ意味を表す]
    によって表される有機金属試薬が、アルキル化剤と接触され、それによって、前記ハライド原子の少なくとも1個が前記アニオン性配位子Rによって置換され前駆体が形成され、次に、この前駆体は、式4:
    Figure 0005148495
    [式中、Sub およびSub は、前記と同じ意味を表す]
    によって表されるイミンと接触される、前記方法
  2. 前記アニオン性配位子Rが、脂肪族炭素原子上にβ−水素原子を含まない請求項1に記載の方法。
  3. 前記アニオン性配位子Rがメチルまたはベンジルである請求項1または2に記載の方法。
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