JP5238148B2 - 水溶性シラン誘導体の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明に用いられるテトラアルコキシシランは、ケイ素原子に4つのアルコキシ基が結合したものであればよく、特に限定されるものではない。本発明に用いられるテトラアルコキシシランとしては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン等が挙げられる。これらのうち、入手のし易さ、及び反応副生成物の安全性の点から、テトラエトキシシランを用いるのが最も好ましい。
エチレングリコール置換シラン誘導体
比較例1
テトラエトキシシラン20.8g(0.1モル)とエチレングリコール24.9g(0.4モル)を混合攪拌した。静置状態では完全に二層に分離していた。これを無溶媒、無触媒にて、室温で24時間激しく攪拌したが、反応は全く起こらなかった。
テトラエトキシシラン20.8g(0.1モル)と、エチレングリコール24.9g(0.4モル)とをトルエン80ml中に添加し、無触媒にて24時間加熱還流したが、共沸によるエタノールの生成は認められず、反応は全く起こらなかった。
テトラエトキシシラン20.8g(0.1モル)と、エチレングリコール24.9g(0.4モル)とをアセトニトリル150ml中に添加し、さらに固体触媒として強酸性イオン交換樹脂(DowEX 50W−X8:ダウ・ケミカル社製)1.8gを添加した後、室温で混合攪拌した。当初、二層に分離していた反応液は約一時間後に均一に溶解した。その後、5日間攪拌を続けた後、固体触媒をろ過分離し、エタノールとアセトニトリルを減圧下留去して、透明の粘性液体39gを得た。1H−NMR分析の結果、生成物が目的とするエチレングリコール置換体(テトラ(2−ヒドロキシエトキシ)シラン)であることを確認した(収率:72.5%)。生成物の1H−NMR測定結果を図1に示す。
テトラエトキシシラン4.19g(0.02モル)と、エチレングリコール4.97g(0.08モル)とをアセトニトリル50ml中に添加し、さらに固体触媒として強酸性イオン交換樹脂(DowEX 50W−X8:ダウ・ケミカル社製)0.5gを添加した後、室温で48時間混合攪拌した。固体触媒をろ過分離した後、エタノールとアセトニトリルを減圧下留去して、透明の粘性液体4.0gを得た。生成物は、同量の水と室温中で混合することにより、均一で透明なゲルを形成した(収率:73%)。
テトラエトキシシラン41.7g(0.2モル)と、エチレングリコール49.7g(0.8モル)とを混合し、無溶媒下、固体触媒として強酸性イオン交換樹脂(DowEX 50W−X8:ダウ・ケミカル社製)1.08gを添加した後、85℃で混合攪拌した。当初、反応液は二層に分離し、攪拌により乳濁状を呈していたが、その後、一層透明溶液となった。4時間反応を続けた後、固体触媒をろ過分離した。終夜室温で静置した後、エタノールを減圧下留去して、透明の粘性液体47.6gを得た。生成物は、同量の水と室温中で混合することにより、均一で透明なゲルを形成した(収率:87%)。
テトラエトキシシラン41.7g(0.2モル)と、エチレングリコール49.7g(0.8モル)とを混合し、無溶媒下、固体触媒として強酸性イオン交換樹脂(アンバーライトCG−120:ロームアンドハース社製)1gを添加した後、85℃で混合攪拌した。当初、反応液は二層に分離し、攪拌により乳濁状を呈していたが、その後、一層透明溶液となった。4時間反応を続けた後、固体触媒をろ過分離した。終夜室温で静置した後、エタノールを減圧下留去して、透明の粘性液体47.6gを得た。生成物は、同量の水と室温中で混合することにより、均一で透明なゲルを形成した(収率:87%)。
これに対して、固体触媒としてイオン交換樹脂を用いた実施例1〜4においては、高い収率でエチレングリコール置換体を得ることができた。また、反応終了後、ろ過により固体触媒を容易に分離することができた。さらに実施例1,2においては、常温条件下であるにもかかわらず、エチレングリコール置換シラン誘導体を調製できることが確認された。
プロピレングリコール置換シラン誘導体
比較例3
テトラエトキシシラン11.7g(0.085モル)とプロピレングリコール12.09g(0.16モル)とをトルエン100ml中に添加、攪拌した。静置状態では完全に二層に分離していた。これを無溶媒、無触媒にて、加熱還流条件下で24時間激しく攪拌したが、反応は全く起こらなかった。
テトラエトキシシラン11.7g(0.056モル)とプロピレングリコール12.01g(0.16モル;TEOSに対して2.9倍モル)とをアセトニトリル100ml中に添加し、透明一層の溶液を得た。これに固体触媒として強酸性イオン交換樹脂(DowEX 50W−X8:ダウ・ケミカル社製)0.8gを添加した後、室温で30時間混合攪拌した。固体触媒をろ過分離し、エタノールとアセトニトリルを減圧下留去して、透明のカラメル状物質14.5gを得た。生成物は、同量の水と室温中で混合することにより、均一で透明なゲルを形成した(収率:86%)。
テトラエトキシシラン20.8g(0.1モル)とプロピレングリコール30.6g(0.4モル)とをアセトニトリル20ml中に添加し、透明一層の溶液を得た。これに固体触媒として強酸性イオン交換樹脂(DowEX 50W−X8:ダウ・ケミカル社製)1.0gを添加した後、室温で75時間混合攪拌した。固体触媒をろ過分離し、エタノールとアセトニトリルを減圧下留去して、透明の粘性液体33.2gを得た。生成物は、同量の水と室温中で混合することにより、均一で透明なゲルを形成した(収率:99%)。
アセトニトリル102.8gに、固体触媒として強酸性イオン交換樹脂(DowEX 50W−X8:ダウ・ケミカル社製)1.03gを添加した。これにテトラエトキシシラン41.8g(0.2モル)を溶解し、攪拌下にプロピレングリコール59.8g(0.8モル)を室温で約2時間かけて滴下した。その後、室温で1時間攪拌混合した。得られた透明溶液を終夜室温で静置した後、固体触媒をろ過分離し、エタノールとアセトニトリルを減圧下留去して、透明の粘性液体69.0gを得た。生成物は、同量の水と室温中で混合することにより、均一で透明なゲルを形成した(残留溶媒を含むため、理論収量65gを上回った)。
プロピレングリコール120.3g(1.6モル)に、テトラエトキシシラン83.2g(0.4モル)を添加した。これに固体触媒として強酸性イオン交換樹脂(DowEX 50W−X8:ダウ・ケミカル社製)2.0gを添加した後、無溶媒下、室温で約5時間混合攪拌した。得られた透明溶液を終夜室温で静置した後、固体触媒をろ過分離し、エタノールを減圧下留去して、透明の粘性液体140gを得た。生成物は、同量の水と室温中で混合することにより、均一で透明なゲルを形成した(残留溶媒を含むため、理論収量130gを上回った)。
実施例9
アセトニトリル55gに固体触媒として強酸性イオン交換樹脂(DowEX 50W−X8:ダウ・ケミカル社製)1.1gを添加し、テトラエトキシシラン20.8g(0.1モル)を溶解した。これに1,3−ブチレングリコール36.2g(0.4モル)を添加した後、室温で75時間攪拌混合した。約5時間経過した後、溶液がやや白濁し、若干の粘度上昇が認められた。75時間反応させた後、固体触媒をろ過分離し、次いでエタノールとアセトニトリルを減圧留去して、透明流動性の液体37.7gを得た。生成物は、同量の水と室温中で混合することにより、均一で透明なゲルを形成した(収率:97%)。
アセトニトリル80gに固体触媒として強酸性イオン交換樹脂(DowEX 50W−X8:ダウ・ケミカル社製)0.5gを添加し、1,3−ブチレングリコール72.2g(0.8モル)を溶解した。この際、若干の吸熱が認められた。これにテトラエトキシシラン41.7g(0.2モル)とアセトニトリル30gとを加え、室温で50時間攪拌混合した。反応後、固体触媒をろ過分離し、次いでエタノールとアセトニトリルを減圧留去して、透明流動性の液体75.6gを得た。生成物は、同量の水と室温中で混合することにより、均一で透明なゲルを形成した(収率:98%)。
比較例4
アセトニトリル100gにグリセリン36.9g(0.4モル)を添加した後、固体触媒として強酸性イオン交換樹脂(DowEX 50W−X8:ダウ・ケミカル社製)0.6gを添加、混合した。次いでテトラエトキシシラン20.9g(0.1モル)を加え、室温で攪拌した。液は二層に分離し、強い攪拌で白濁状態となった。終夜室温で攪拌混合したが変化は認められず、オイルバス中にて温度を85℃に設定し、加熱還流下さらに48時間攪拌した。冷却後、固体触媒をろ過分離し、次いでエタノールとアセトニトリルを減圧留去したところ、生成物は二層に分離した。さらに両者を分離静置したところ、上層の生成物は少量の透明液体と白色ペースト状液体(6.6g)に分離した。下層の透明粘性液体の収量は22.9gであった。上層から分離した透明液体は水に溶解せず、ゲルの生成も認められなかった。一方で、上層からの白色ペースト状の生成物、及び下層の透明粘性液体は、同量の水と室温中で混合することにより、均一で透明なゲルを形成した(白色ペースト状生成物及び下層生成物の収率:75%)。
テトラエトキシシラン60.1g(0.28モル)と、グリセリン106.33g(1.16モル)とを混合し、無溶媒下、固体触媒として強酸性イオン交換樹脂(DowEX 50W−X8:ダウ・ケミカル社製)1.1gを添加した後、85℃で混合攪拌した。約3時間の後、混合物は一層透明溶液となった。さらに5時間30分反応を続けた後、得られた溶液を終夜静置した。減圧下、固体触媒をろ過分離した後、少量のエタノールで洗浄した。さらにこの溶液からエタノールを留去して、透明の粘性液体112gを得た。生成物は、同量の水と室温中で混合することにより、やや発熱し、均一で透明なゲルを形成した(収率:97%)。
つづいて、本発明者らは、以上のようにして得られた多価アルコール置換シラン誘導体について、各種溶媒への溶解性の評価を行なった。結果を下記表1に示す。
なお、溶解度の評価は、多価アルコール置換シラン誘導体が5質量%となるように各種溶媒中に添加し、室温で混合攪拌、静置した後、状態を目視にて評価した。評価基準は以下の通りである。
○:完全溶解
△:部分溶解
×:不溶
本発明者らは、上記多価アルコール置換シラン誘導体の水中でのゲル化能について検討するため、1,3−ブチレングリコール置換体とグリセリン置換体を用い、それぞれのゲル化の進行状態について、目視で評価を行なった。
なお、ゲル化能の評価は、多価アルコール置換シラン誘導体が各種濃度となるように、水あるいはKGM培地に添加し、室温で混合攪拌、静置した後、状態を目視にて評価した。結果を下記表2及び表3に示す。
また、本発明により得られる多価アルコール置換シラン誘導体は、従来の水不溶性のシリル化化合物(例えば、テトラエトキシシラン)のように、酸やアルカリ、あるいは有機溶媒の添加及び除去の必要が無く、プロセス上及びコスト上、さらには環境への負荷の観点から、非常に好適である。
Claims (2)
- 請求項1に記載の水溶性シラン誘導体の製造方法において、前記テトラアルコキシシランがテトラエトキシシランであることを特徴とする水溶性シラン誘導体の製造方法。
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