JP5502969B2 - 新規ジベンゾフルオレン化合物 - Google Patents

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本発明は、優れた耐熱性や高屈折率を有し、樹脂原料などとして有用な新規なジベンゾフルオレン化合物、その製造方法および前記ジベンゾフルオレン化合物を重合成分とする樹脂に関する。
樹脂や樹脂原料において、熱的特性(耐熱性など)、光学的特性(高屈折率など)などの重要な特性を付与又は改善するため、樹脂の重合成分を選択したり、樹脂を改質可能な化合物を添加するなどの方法がとられている。例えば、フルオレン骨格(9,9−ビスフェニルフルオレン骨格など)を有する化合物は、屈折率、耐熱性などにおいて優れた機能を有することが知られている。このようなフルオレン骨格の優れた機能を樹脂に発現する方法としては、反応性基(ヒドロキシル基、アミノ基など)を有するフルオレン化合物、例えば、ビスフェノールフルオレン(BPF)、ビスクレゾールフルオレン(BCF)、ビスフェノキシエタノールフルオレン(BPEF)などを樹脂の構成成分として利用し、樹脂の骨格構造の一部にフルオレン骨格を導入する方法が一般的である。例えば、このようなフルオレン骨格を有する樹脂を用いた例として、特開2002−284864号公報(特許文献1)には、9,9−ビスフェニルフルオレン骨格を有するポリエステル樹脂で構成された成形材料が開示されている。また、特開2004−339499号公報(特許文献2)には、ビスフェノールフルオレン、ビスアミノフェニルフルオレン、ビスフェノキシエタノールフルオレンなどのフルオレン骨格を有する化合物を重合成分とする樹脂(ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール系樹脂、アニリン系樹脂など)と、添加剤とを含有する組成物が開示されている。
また、特許第3440110号公報(特許文献3)には、下記一般式
Figure 0005502969
(式中、Xは、
Figure 0005502969
を表わし、Arは各々独立に炭素数6〜12の無置換のアリール基を表わし、R、R、R及びRは各々独立にハロゲン原子、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数6〜12の無置換のアリール基を表わし、a及びbは各々独立に0〜4の整数を表わし、c及びdは各々独立に0〜6の整数を表わし、Zは単結合、−O−、−CO−、−S−又は−SO−を表わす。)で表されるビスフェノール誘導体が開示されている。
この文献には、前記ビスフェノール誘導体は、フェノール類とカルボニル化合物とを反応させて得られ、(i)フェノール類としては、o−フェニルフェノール、o−(4−メチルフェノール)等が挙げられ、o−フェニルフェノールが好適であること、(ii)カルボニル化合物としては、フルオレノン、アンスロン、ペンタセノン等が挙げられ、通常、フルオレノンが好適に用いられることが記載されている。
このような状況の中、耐熱性、屈折率などにおいてさらに優れた材料の開発が求められている。
特開2002−284864号公報(特許請求の範囲) 特開2004−339499号公報(特許請求の範囲、段落番号[0032]) 特許第3440110号公報(特許請求の範囲、段落番号[0007]〜[0011]、実施例)
従って、本発明の目的は、優れた耐熱性、高屈折率などの特性を有する新規なジベンゾフルオレン化合物、その製造方法および前記化合物を重合成分とする樹脂を提供することにある。
本発明の他の目的は、反応性やハンドリング性に優れる新規なジベンゾフルオレン化合物、その製造方法および前記化合物を重合成分とする樹脂を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、熱膨張性が低く、寸法精度が高い新規なジベンゾフルオレン化合物、その製造方法および前記化合物を重合成分とする樹脂を提供することにある。
本発明者らは、前記課題を達成するため鋭意検討した結果、ジベンゾフルオレン類(詳細には、2,3:6,7−ジベンゾフルオレン類)の9位に、ヒドロキシル基などを有する芳香族炭化水素環(フェノール骨格、ナフトール骨格など)が2つ結合した新規なジベンゾフルオレン化合物が、優れた耐熱性、高屈折率、低線膨張性などの特性を有していることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明の新規な化合物(ジベンゾフルオレン化合物)は、下記式(1)で表される化合物である。
Figure 0005502969
(式中、環Zは芳香族炭化水素環を示し、Eは酸素原子又は硫黄原子、RおよびRは、同一又は異なって、シアノ基、ハロゲン原子、アルキル基、ヒドロキシアルキル基、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基、Rは、炭化水素基、アルコキシ基、シクロアルコキシ基、アリールオキシ基、アラルキルオキシ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、ハロゲン原子、ニトロ基、シアノ基、置換アミノ基、ヒドロキシアルキル基又はカルボキシル基を示し、Rはアルキレン基を示す。kは0〜2の整数、lは0〜3の整数、mは0以上の整数、nは0以上の整数、pは1以上の整数である。)
本発明の化合物は、前記式(1)において、環Zがベンゼン環であり、Rがアルキル基であり、かつmが0〜2であってもよい。このような化合物は、Rがアリール基(フェニル基など)であり、mが1以上(例えば、1)である化合物などに比べて、ハンドリング性を向上できる。また、反応性(詳細には、ヒドロキシル基又はメルカプト基の反応性)においても優れている。そのため、樹脂原料(例えば、ポリ(チオ)エステル系樹脂のポリオール成分又はポリチオール成分など)などとして適用しやすく、実用性が高い。
また、本発明の化合物は、前記式(1)において、環Zがナフタレン環である化合物であってもよい。このような化合物は、Rがアリール基(フェニル基など)であり、mが1以上(例えば、1)である化合物などに比べて、より一層耐熱性を向上できるとともに、熱膨張性又は線膨張性を低減できる。そのため、高い寸法安定性で、樹脂原料などとして用いることができる。
前記化合物は、代表的には、下記(i)〜(iii)のいずれかを充足する化合物であってもよい。
(i)前記式(1)において、環Zがベンゼン環であり、Eが酸素原子であり、mが0であり、RがC2−4アルキレン基であり、nが0〜10(例えば、0〜4)であり、pが1〜3(例えば、1〜2、特に1)である
(ii)式(1)において、環Zがベンゼン環であり、Eが酸素原子であり、RがC1−4アルキル基(メチル基など)であり、mが1〜2であり、RがC2−4アルキレン基であり、nが0〜10(例えば、0〜4)であり、pが1〜3(例えば、1〜2、特に1)である
(iii)式(1)において、環Zがナフタレン環であり、Eが酸素原子であり、RがC2−4アルキレン基であり、nが0〜10(例えば、0〜4)であり、pが1〜3(例えば、1〜2、特に1)である。
特に、前記化合物は、9,9−ビス(ヒドロキシフェニル)−2,3:6,7−ジベンゾフルオレン、9,9−ビス(モノ又はジC1−4アルキル−ヒドロキシフェニル)−2,3:6,7−ジベンゾフルオレン、9,9−ビス(ヒドロキシC2−4アルコキシフェニル)−2,3:6,7−ジベンゾフルオレン、9,9−ビス(ヒドロキシC2−4アルコキシ−モノ又はジC1−4アルキルフェニル)−2,3:6,7−ジベンゾフルオレン、9,9−ビス(ヒドロキシナフチル)−2,3:6,7−ジベンゾフルオレン、および9,9−ビス(ヒドロキシC2−4アルコキシナフチル)−2,3:6,7−ジベンゾフルオレンから選択された少なくとも1種であってもよい。
また、特に、前記化合物は、9,9−ビス(メルカプトフェニル)−2,3:6,7−ジベンゾフルオレン、9,9−ビス(モノ又はジC1−4アルキル−メルカプトフェニル)−2,3:6,7−ジベンゾフルオレン、9,9−ビス(メルカプトC2−4アルコキシフェニル)−2,3:6,7−ジベンゾフルオレン、9,9−ビス(メルカプトC2−4アルコキシ−モノ又はジC1−4アルキルフェニル)−2,3:6,7−ジベンゾフルオレン、9,9−ビス(メルカプトナフチル)−2,3:6,7−ジベンゾフルオレン、および9,9−ビス(メルカプトC2−4アルコキシナフチル)−2,3:6,7−ジベンゾフルオレンから選択された少なくとも1種であってもよい。
本発明には、下記式(2)で表される化合物と、下記式(3)で表される化合物又はその誘導体とを反応させる工程(A)を少なくとも経て前記化合物を製造する方法も含まれる。
Figure 0005502969
(式中、Z、E、R、R、R、R、k、l、m、nおよびpは前記と同じ。)
本発明には、前記化合物を重合成分(すなわち、ポリオール成分又はポリチオール成分)とする樹脂も含まれる。このような樹脂において、前記化合物は、(i)前記式(1)においてEが酸素原子である化合物であるとき、ポリオール成分(例えば、ジオール成分)として、(ii)前記式(1)においてEが硫黄原子である化合物であるとき、ポリチオール成分(例えば、ジチオール成分)として用いることができる。すなわち、前記樹脂は、通常、前記化合物で構成された(又は前記化合物を少なくとも含む)ポリオール成分又はポリチオール成分を重合成分(又はモノマー)とする樹脂である。このような樹脂は、例えば、ポリ(チオ)エステル系樹脂、ポリ(チオ)カーボネート系樹脂、および(チオ)エポキシ樹脂から選択された樹脂であってもよい。
代表的には、前記樹脂は、下記樹脂であってもよい。
下記式(A1)で表されるエステルユニットを有するポリエステル樹脂。
Figure 0005502969
(式中、Aはジカルボン酸成分(b)の残基を示し、Z、R、R、R、R、k、l、mおよびnは前記と同じ。)
下記式(A2)で表されるエーテルユニットを有するポリエーテル樹脂。
Figure 0005502969
(式中、Aは複数のハロゲン原子を有する化合物(C)の残基、Z、R、R、R、R、k、l、mおよびnは前記と同じ。)
下記式(A3)で表されるチオエーテルユニットを有するポリチオエーテル樹脂。
Figure 0005502969
(式中、Aは複数のハロゲン原子を有する化合物(D)の残基、Z、R、R、R、R、k、l、mおよびnは前記と同じ。)
本発明の新規なジベンゾフルオレン化合物は、優れた耐熱性、高い屈折率などの特性を有している。特に、ジベンゾフルオレン類の9位に結合する芳香族炭化水素環の種類をベンゼン環やクレゾール環などとすることにより、反応性およびハンドリング性に優れたジベンゾフルオレン化合物とすることができる。また、前記芳香族炭化水素環をナフタレン環などの縮合芳香族炭化水素環とすることにより、さらに、熱膨張性が低く、寸法精度が高いジベンゾフルオレン化合物とすることができる。このような本発明のジベンゾフルオレン化合物は、樹脂成分などとして好適に用いることができる。
本発明の化合物(ジベンゾフルオレン化合物などということがある)は、ジベンゾフルオレン類(詳細には2,3:6,7−ジベンゾフルオレン類、単にジベンゾフルオレン、フルオレンなどということがある)の9位に、ヒドロキシル基又はメルカプト基を有する芳香族炭化水素環が置換した化合物であり、通常、下記式(1)で表される化合物であってもよい。
Figure 0005502969
(式中、環Zは芳香族炭化水素環を示し、Eは酸素原子又は硫黄原子、R、RおよびRは同一又は異なって置換基を示し、Rはアルキレン基を示す。kは0〜2の整数、lは0〜3の整数、mは0以上の整数、nは0以上の整数、pは1以上の整数である。)
上記式(1)において、環Zで表される芳香族炭化水素環としては、ベンゼン環、縮合多環式芳香族炭化水素環(詳細には、少なくともベンゼン環を含む縮合多環式炭化水素環)などが挙げられる。縮合多環式芳香族炭化水素環に対応する縮合多環式芳香族炭化水素としては、縮合二環式炭化水素(例えば、インデン、ナフタレンなどのC8−20縮合二環式炭化水素、好ましくはC10−16縮合二環式炭化水素)、縮合三環式炭化水素(例えば、アントラセン、フェナントレンなど)などの縮合二乃至四環式炭化水素などが挙げられる。好ましい縮合多環式炭化水素としては、縮合多環式芳香族炭化水素(ナフタレン、アントラセンなど)が挙げられ、特にナフタレンが好ましい。なお、ジベンゾフルオレン類の9位に置換する2つの環Zは同一の又は異なる環であってもよく、通常、同一の環であってもよい。
好ましい環Zには、ベンゼン環およびナフタレン環(特にベンゼン環)が含まれる。なお、環Zが、縮合多環式芳香族炭化水素環である場合、ジベンゾフルオレン類の9位に置換する環Zの置換位置は、特に限定されず、例えば、9位に置換するナフチル基は、1−ナフチル基、2−ナフチル基などであってもよい。
また、基Rおよび基Rで表される置換基としては、特に限定されず、例えば、シアノ基、ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子など)、ヒドロキシアルキル基(例えば、メチロール基などのヒドロキシC1−4アルキル基)、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基(メトキシカルボニル基などのC1−4アルコキシカルボニル基など)、炭化水素基[例えば、アルキル基、アリール基(フェニル基などのC6−10アリール基)など]などであってもよく、特に、アルキル基である場合が多い。アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、t−ブチル基などのC1−6アルキル基(例えば、C1−4アルキル基、特にメチル基)などが例示できる。なお、k又はlが複数(2以上)である場合、基R又は基Rはそれぞれ互いに異なっていてもよく、同一であってもよい。また、ジベンゾフルオレン(又はジベンゾフルオレン骨格)を構成する2つのベンゼン環に置換する基R又は基Rは、同一であってもよく、異なっていてもよい。また、ジベンゾフルオレンを構成するベンゼン環に対する基R又は基Rの結合位置(置換位置)は、特に限定されない。好ましい置換数kおよびlは、それぞれ、0又は1、特に0である。なお、ジベンゾフルオレンを構成する2つのベンゼン環において、置換数k又はlは、それぞれ互いに同一又は異なっていてもよい。
環Zに置換する置換基Rとしては、例えば、不活性基又は非反応性基{例えば、アルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基などのC1−20アルキル基、好ましくはC1−8アルキル基、さらに好ましくはC1−6アルキル基など)、シクロアルキル基(シクロペンチル基、シクロへキシル基などのC5−10シクロアルキル基、好ましくはC5−8シクロアルキル基、さらに好ましくはC5−6シクロアルキル基など)、アリール基[例えば、フェニル基、アルキルフェニル基(メチルフェニル基(又はトリル基、2−メチルフェニル基、3−メチルフェニル基など)、ジメチルフェニル基(キシリル基)など)、ナフチル基などのC6−10アリール基、好ましくはC6−8アリール基、特にフェニル基など]、アラルキル基(ベンジル基、フェネチル基などのC6−10アリール−C1−4アルキル基など)などの炭化水素基;アルコキシ基(メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、n−ブトキシ基、イソブトキシ基、t−ブトキシ基などのC1−4アルコキシ基など)などのエーテル基;アシル基(アセチル基などのC1−6アシル基など);アルコキシカルボニル基(メトキシカルボニル基などのC1−4アルコキシカルボニル基など);ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子など);ニトロ基;シアノ基;置換アミノ基(ジアルキルアミノ基など)など}、ヒドロキシアルキル基(例えば、メチロール基などのヒドロキシC1−4アルキル基)、カルボキシル基などが挙げられる。
好ましい置換基Rは、アルキル基(例えば、C1−6アルキル基)などの炭化水素基、アルコキシ基(C1−4アルコキシ基など)などであり、特に、C1−4アルキル基(特にメチル基)が好ましい。置換基Rは、同一の環Zにおいて、単独で又は2種以上組み合わせて置換していてもよい(すなわち、mが複数である場合、Rは同一又は異なっていてもよい)。また、異なる環Zに置換する置換基Rは互いに同一又は異なっていてもよく、通常、同一であってもよい。
置換基Rの置換数mは、環Zの種類などに応じて適宜選択でき、特に限定されず、例えば、0〜8、好ましくは0〜6(例えば、1〜5)、さらに好ましくは0〜4程度であってもよい。特に、環Zが、ベンゼン環である場合には、置換数mは、例えば、0〜3、好ましくは0〜2、さらに好ましくは0又は1である。また、環Zが、ナフタレン環などの縮合芳香族炭化水素環である場合、好ましい置換数mは、0〜8、好ましくは0〜4、さらに好ましくは0又は1、特に0であってもよい。なお、置換数mは、2つの環Zにおいて、同一又は異なっていてもよく、通常、同一である場合が多い。なお、置換基Rの置換位置は、特に限定されず、環Zに対する基−[(OR−E−H]の置換位置に応じて適宜選択できる。例えば、環Zがベンゼン環である場合、フェニル基の2〜6位(例えば、3位、3,5−位など)の適当な位置に置換できる。
環Zに置換する基−[(OR−E−H]において、基Rで表されるアルキレン基としては、特に限定されないが、例えば、C2−10アルキレン基(例えば、エチレン基、トリメチレン基、プロピレン基、ブタン−1,2−ジイル基、ヘキシレン基などのC2−6アルキレン基)などが例示でき、特に、C2−4アルキレン基(特に、エチレン基、プロピレン基などのC2−3アルキレン基)が好ましい。なお、Rは、同一の環Zにおいて、同一の又は異なるアルキレン基であってもよい(すなわち、nが複数である場合、Rは同一又は異なっていてもよい)。すなわち、nが2以上の場合、ポリアルコキシ(ポリオキシアルキレン)基は、同一のオキシアルキレン基で構成されていてもよく、複数のオキシアルキレン基(例えば、オキシエチレン基とオキシプロピレン基など)で構成されていてもよい。通常、Rは同一の環Zにおいて、同一のアルキレン基であってもよい。また、Rは、異なる環Zにおいて、同一又は異なってもいてもよく、通常、同一であってもよい。
オキシアルキレン基(OR)の数(付加モル数)nは、0〜15程度の範囲から選択でき、例えば、0〜12(例えば、1〜12)、好ましくは0〜8(例えば、1〜8)、さらに好ましくは0〜6(例えば、1〜6)、特に0〜4(例えば、1〜4)であってもよい。なお、置換数nは、異なる環Zにおいて、同一であっても、異なっていてもよい。また、2つの環Zにおいて、オキシアルキレン基の合計(n×2)は、0〜30程度の範囲から選択でき、例えば、0〜24(例えば、2〜20)、好ましくは0〜16(例えば、2〜14)、さらに好ましくは0〜12(例えば、2〜10)、特に0〜8(例えば、2〜8)であってもよい。
また、環Zに置換する基−[(OR−E−H]の置換数pは、1以上の整数であればよく、例えば、1〜8、好ましくは1〜5、さらに好ましくは1〜4、特に1〜3であってもよい。特に、環Zがベンゼン環である場合、pは、1〜4、好ましくは1〜3、さらに好ましくは1〜2(特に1)であってもよい。なお、pは異なる環Zにおいて、同一又は異なっていてもよく、通常、同一であってもよい。
なお、基Eは酸素原子又は硫黄原子であるが、pが複数(2以上)である場合、同一の環Zに置換する基−[(OR−E−H]において、Eは同一であっても、異なっていてもよい。また、2つの異なる環Zに置換する基−[(OR−E−H]においても、Eは、同一であっても、異なっていてもよい。通常、いずれの場合においても、Eは同一(例えば、すべてのEが酸素原子)である場合が多い。
環Zに置換する基−[(OR−E−H]の置換位置は、特に限定されず、pの数などに応じて、適宜選択できる。例えば、環Zに置換する基−[(OR−E−H]の置換位置は、環Zがベンゼン環であるとき、ジベンゾフルオレン類の9位に置換するフェニル基の2〜6位のいずれであってもよい。特に、少なくともフェニル基の4位に基−[(OR−E−H]が置換していてもよい。また、環Zがナフタレン環であるとき、基−[(OR−E−H]は、ジベンゾフルオレン類に置換するナフチル基(1又は2−ナフチル基)の置換位置などに応じて、5〜8位のいずれか(例えば、5位、6位)が環Zに少なくとも置換していてもよい。特に、ジベンゾフルオレン類の9位に2−ナフチル基(β−ナフチル基)が置換している場合には、ナフチル基の6位に基−[(OR−E−H]が置換している場合が多く、ジベンゾフルオレン類の9位に1−ナフチル基(α−ナフチル基)が置換している場合には、ナフチル基の5位又は8位(特に5位)に基−[(OR−E−H]が置換している場合が多いようである。
代表的には、環Zに置換する基−[(OR−EH]の置換位置は、(1)環Zがベンゼン環であり、pが1であるとき、ジベンゾフルオレン類の9位に置換するフェニル基の2〜6位(特に4位)であってもよく、(2)環Zがナフタレン環であり、pが1であるとき、ジベンゾフルオレン類の9位に置換するナフチル基(1−又は2−ナフチル基など)の置換位置などに応じて、5〜8位のいずれか(例えば、5位、6位など)に置換していてもよく、(3)環Zがベンゼン環であり、pが2であるとき、ジベンゾフルオレン類の9位に置換するフェニル基の2〜6位のうちの2つの置換位置(例えば、3位および4位;2位および4位;2位および5位など)であってもよく、(4)環Zがベンゼン環であり、pがいずれも3であるとき、ジベンゾフルオレン類の9位に置換するフェニル基の2〜6位のうちの3つの置換位置(例えば、2位、3位および4位;2位、4位および5位;3位、4位および5位;2位、4位および6位など)であってもよい。
具体的なヒドロキシル基を有するジベンゾフルオレン化合物(前記式(1)においてEが酸素原子であるジベンゾフルオレン化合物)としては、2つのヒドロキシル基を有するジベンゾフルオレン化合物[例えば、9,9−ビス(ヒドロキシフェニル)−2,3:6,7−ジベンゾフルオレン類、9,9−ビス(ヒドロキシ(ポリ)アルコキシフェニル)−2,3:6,7−ジベンゾフルオレン類、9,9−ビス(ヒドロキシナフチル)−2,3:6,7−ジベンゾフルオレン類、9,9−ビス(ヒドロキシ(ポリ)アルコキシナフチル)−2,3:6,7−ジベンゾフルオレン類など]、3つ以上のヒドロキシル基を有するベンゾフルオレン化合物{例えば、9,9−ビス(ポリヒドロキシフェニル)−2,3:6,7−ジベンゾフルオレン類、9,9−ビス[ポリ(ヒドロキシ(ポリ)アルコキシ)フェニル]−2,3:6,7−ジベンゾフルオレン類、9,9−ビス(ポリヒドロキシナフチル)−2,3:6,7−ジベンゾフルオレン類、9,9−ビス[ポリ(ヒドロキシ(ポリ)アルコキシ)ナフチル]−2,3:6,7−ジベンゾフルオレン類など}が含まれる。
なお、以下、ジベンゾフルオレン化合物において、「2,3:6,7−ジベンゾフルオレン」を、単に「ジベンゾフルオレン」という場合がある。
9,9−ビス(ヒドロキシフェニル)ジベンゾフルオレン類(前記式(1)において、環Zがベンゼン環、nが0、Eが酸素原子、pが1である化合物)としては、例えば、9,9−ビス(ヒドロキシフェニル)ジベンゾフルオレン[9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ジベンゾフルオレンなど]、9,9−ビス(アルキル−ヒドロキシフェニル)ジベンゾフルオレン[9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)ジベンゾフルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−エチルフェニル)ジベンゾフルオレン、9,9−ビス(3−ヒドロキシ−2−メチルフェニル)ジベンゾフルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)ジベンゾフルオレン、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−2,6−ジメチルフェニル)ジベンゾフルオレンなどの9,9−ビス(モノ又はジC1−4アルキル−ヒドロキシフェニル)ジベンゾフルオレンなど]、9,9−ビス(アリール−ヒドロキシフェニル)ジベンゾフルオレン[例えば、9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−フェニルフェニル)ジベンゾフルオレンなど]などが挙げられる。
9,9−ビス(ヒドロキシ(ポリ)アルコキシフェニル)ジベンゾフルオレン類(前記式(1)において、環Zがベンゼン環、nが1以上、Eが酸素原子、pが1である化合物)としては、例えば、9,9−ビス(ヒドロキシアルコキシフェニル)ジベンゾフルオレン{例えば、9,9−ビス[4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル]ジベンゾフルオレン、9,9−ビス[4−(3−ヒドロキシプロポキシ)フェニル]ジベンゾフルオレン、9−ビス[4−(2−ヒドロキシプロポキシ)フェニル]ジベンゾフルオレン、9,9−ビス[4−(4−ヒドロキシブトキシ)フェニル]ジベンゾフルオレンなどの9,9−ビス(ヒドロキシC2−4アルコキシフェニル)ジベンゾフルオレンなど}、9,9−ビス(ヒドロキシアルコキシ−アルキルフェニル)ジベンゾフルオレン{例えば、9,9−ビス[4−(2−ヒドロキシエトキシ)−3−メチルフェニル]ジベンゾフルオレン、9,9−ビス[2−(2−ヒドロキシエトキシ)−5−メチルフェニル]ジベンゾフルオレン、9,9−ビス[4−(2−ヒドロキシエトキシ)−3−エチルフェニル]ジベンゾフルオレン、9,9−ビス[4−(3−ヒドロキシプロポキシ)−3−メチルフェニル]ジベンゾフルオレン、9,9−ビス[4−(4−ヒドロキシブトキシ)−3−メチルフェニル]ジベンゾフルオレン、9,9−ビス[4−(2−ヒドロキシエトキシ)−3,5−ジメチルフェニル]ジベンゾフルオレンなどの9,9−ビス(ヒドロキシC2−4アルコキシ−モノ又はジC1−6アルキルフェニル)ジベンゾフルオレンなど}、9,9−ビス(ヒドロキシアルコキシ−アリールフェニル)ジベンゾフルオレン{例えば、9,9−ビス[4−(2−ヒドロキシエトキシ)−3−フェニルフェニル]ジベンゾフルオレンなど}などの9,9−ビス(ヒドロキシアルコキシフェニル)ジベンゾフルオレン類(前記式(1)において、環Zがベンゼン環、nが1、Eが酸素原子、pが1である化合物)、およびこれらの化合物に対応し、前記式(1)においてnが2以上である9,9−ビス(ヒドロキシポリアルコキシフェニル)ジベンゾフルオレン類{例えば、9,9−ビス{4−[2−(2−ヒドロキシエトキシ)エトキシ]フェニル}ジベンゾフルオレンなどの9,9−ビス[(ヒドロキシC2−4アルコキシ)C2−4アルコキシフェニル]ジベンゾフルオレン(n=2の化合物)など}などが挙げられる。
9,9−ビス(ヒドロキシナフチル)ジベンゾフルオレン類(前記式(1)において、環Zがナフタレン環、nが0、Eが酸素原子、pが1である化合物)としては、例えば、9,9−ビス(ヒドロキシナフチル)ジベンゾフルオレン類{例えば、9,9−ビス[6−(2−ヒドロキシナフチル)]ジベンゾフルオレン、9,9−ビス[1−(6−ヒドロキシナフチル)]ジベンゾフルオレン、9,9−ビス[1−(5−ヒドロキシナフチル)]ジベンゾフルオレンなどの置換基を有していてもよい9,9−ビス(ヒドロキシナフチル)ジベンゾフルオレン}などが挙げられる。また、9,9−ビス(ヒドロキシ(ポリ)アルコキシナフチル)ジベンゾフルオレン類(前記式(1)において、環Zがナフタレン環、nが1以上、Eが酸素原子、pが1である化合物)としては、例えば、9,9−ビス(ヒドロキシアルコキシナフチル)ジベンゾフルオレン{例えば、9,9−ビス[6−(2−(2−ヒドロキシエトキシ)ナフチル)]ジベンゾフルオレン、9,9−ビス[1−(6−(2−ヒドロキシエトキシ)ナフチル)]ジベンゾフルオレン、9,9−ビス[1−(5−(2−ヒドロキシエトキシ)ナフチル)]ジベンゾフルオレンなどの置換基を有していてもよい9,9−ビス(ヒドロキシC2−4アルコキシナフチル)ジベンゾフルオレンなど}などが挙げられる。
9,9−ビス(ポリヒドロキシフェニル)ジベンゾフルオレン類としては、9,9−ビス(ジ又はトリヒドロキシフェニル)ジベンゾフルオレン類などが含まれる。9,9−ビス(ジ又はトリヒドロキシフェニル)ジベンゾフルオレン類(前記式(1)において、環Zがベンゼン環、nが0、Eが酸素原子、pが2又は3である化合物)としては、前記9,9−ビス(ヒドロキシフェニル)ジベンゾフルオレン類に対応し、式(1)においてpが2又は3である化合物、例えば、9,9−ビス(ジヒドロキシフェニル)ジベンゾフルオレン[9,9−ビス(3,4−ジヒドロキシフェニル)ジベンゾフルオレン、9,9−ビス(3,5−ジヒドロキシフェニル)ジベンゾフルオレンなど]、9,9−ビス(トリヒドロキシフェニル)ジベンゾフルオレン[例えば、9,9−ビス(2,4,6−又は2,4,5−又は3,4,5−トリヒドロキシフェニル)ジベンゾフルオレンなど]が含まれる。
9,9−ビス[ポリ(ヒドロキシ(ポリ)アルコキシ)フェニル]ジベンゾフルオレン類としては、9,9−ビス[ジ又はトリ(ヒドロキシ(ポリ)アルコキシ)フェニル]ジベンゾフルオレン類などが含まれる。9,9−ビス[ジ又はトリ(ヒドロキシ(ポリ)アルコキシ)フェニル]ジベンゾフルオレン類(前記式(1)において、環Zがベンゼン環、nが1以上、Eが酸素原子、pが2又は3である化合物)としては、9,9−ビス(ジ又はトリヒドロキシフェニル)ジベンゾフルオレン類に対応し、式(1)においてnが1以上である化合物、例えば、9,9−ビス[ジ(ヒドロキシアルコキシ)フェニル]ジベンゾフルオレン{例えば、9,9−ビス[3,4−又は3,5−ジ(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル]ジベンゾフルオレン、9,9−ビス[3,4−ジ(2−又は3−ヒドロキシプロポキシ)フェニル]ジベンゾフルオレンなどの9,9−ビス[ジ(ヒドロキシC2−4アルコキシ)フェニル]ジベンゾフルオレン}、9,9−ビス[トリ(ヒドロキシアルコキシ)フェニル]ジベンゾフルオレン{例えば、9,9−ビス[2,3,4−又は2,4,6−又は3,4,5−トリ(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル]ジベンゾフルオレンなどの9,9−ビス[トリ(ヒドロキシC2−4アルコキシ)フェニル]ジベンゾフルオレン}、これらの化合物に対応し、前記式(1)においてnが2以上である9,9−ビス[ジ又はトリ(ヒドロキシポリアルコキシ)フェニル]ジベンゾフルオレン類などが挙げられる。
9,9−ビス(ポリヒドロキシナフチル)ジベンゾフルオレン類(前記式(1)において、環Zがナフタレン環、nが0、Eが酸素原子、pが2以上である化合物)としては、前記9,9−ビス(ヒドロキシナフチル)ジベンゾフルオレン類に対応する化合物、例えば、9,9−ビス(ジ又はトリヒドロキシナフチル)ジベンゾフルオレンなどが含まれる。また、9,9−ビス[ポリ(ヒドロキシ(ポリ)アルコキシ)ナフチル]ジベンゾフルオレン類としては、前記9,9−ビス(ヒドロキシ(ポリ)アルコキシナフチル)ジベンゾフルオレン類に対応する化合物、例えば、9,9−ビス[ジ又はトリ(ヒドロキシC2−4アルコキシ)ナフチル]ジベンゾフルオレンなどの9,9−ビス[ジ又はトリ(ヒドロキシ(ポリ)アルコキシ)ナフチル]ジベンゾフルオレン類などが含まれる。
ヒドロキシル基を有するジベンゾフルオレン化合物のうち、好ましい2つのヒドロキシル基を有する化合物としては、9,9−ビス(ヒドロキシフェニル)ジベンゾフルオレン、9,9−ビス(アルキル−ヒドロキシフェニル)ジベンゾフルオレン[例えば、9,9−ビス(モノ又はジC1−4アルキル−ヒドロキシフェニル)ジベンゾフルオレン]、9,9−ビス(ヒドロキシ(ポリ)C2−4アルコキシフェニル)ジベンゾフルオレン[例えば、9,9−ビス(ヒドロキシC2−4アルコキシフェニル)ジベンゾフルオレンなど]、9,9−ビス(ヒドロキシC2−4アルコキシ−アルキルフェニル)ジベンゾフルオレン{例えば、9,9−ビス(ヒドロキシ(ポリ)C2−4アルコキシ−アルキルフェニル)ジベンゾフルオレン[例えば、9,9−ビス(ヒドロキシC2−4アルコキシ−モノ又はジC1−4アルキルフェニル)ジベンゾフルオレンなど]など}、9,9−ビス(ヒドロキシナフチル)ジベンゾフルオレン、9,9−ビス(ヒドロキシ(ポリ)C2−4アルコキシナフチル)ジベンゾフルオレン[例えば、9,9−ビス(ヒドロキシC2−4アルコキシナフチル)ジベンゾフルオレンなど]などが挙げられる。
これらの2つのヒドロキシル基を有する化合物のうち、9,9−ビス(アルキル−ヒドロキシフェニル)ジベンゾフルオレンなどのジベンゾフルオレン化合物は、環Zに未置換のフェニル基が置換したジベンゾフルオレン化合物などに比べて、ハンドリング性の点で有利である。また、分子の立体障害が少ないためか、反応性においても優れている。さらに、環Zにフェニル基が置換したジベンゾフルオレン化合物などに比べて製造しやすく、工業的にも有利である。
また、9,9−ビス(ヒドロキシナフチル)ジベンゾフルオレンなどの環Zがナフタレン環などの縮合芳香族炭化水素環であるジベンゾフルオレン化合物は、耐熱性に優れていることに加え、さらに高いレベルで熱膨張性を低減できるため好ましい。しかも、このような化合物は、高い屈折率も付与できる。
また、代表的な3以上のヒドロキシル基を有するジベンゾフルオレン化合物としては、9,9−ビス(ジヒドロキシフェニル)ジベンゾフルオレン、9,9−ビス(トリヒドロキシフェニル)ジベンゾフルオレン、9,9−ビス[ジ(ヒドロキシC2−4アルコキシ)フェニル]ジベンゾフルオレン、9,9−ビス[トリ(ヒドロキシC2−4アルコキシ)フェニル]ジベンゾフルオレンなどが含まれる。
また、具体的なメルカプト基を有するジベンゾフルオレン化合物(前記式(1)においてEが硫黄原子であるジベンゾフルオレン化合物)としては、上記例示の前記Eが酸素原子であるジベンゾフルオレン化合物に対応し、前記酸素原子を硫黄原子に代えた化合物が挙げられる。このような化合物としては、例えば、9,9−ビス(メルカプトフェニル)ジベンゾフルオレン類[例えば、9,9−ビス(4−メルカプトフェニル)ジベンゾフルオレンなどの9,9−ビス(メルカプトフェニル)ジベンゾフルオレン;9,9−ビス(4−メルカプト−3−メチルフェニル)ジベンゾフルオレンなどの9,9−ビス(モノ又はジC1−4アルキル−メルカプトフェニル)ジベンゾフルオレンなど]、9,9−ビス(メルカプト(ポリ)アルコキシフェニル)ジベンゾフルオレン類[例えば、9,9−ビス(メルカプトC2−4アルコキシフェニル)ジベンゾフルオレン、9,9−ビス(メルカプトC2−4アルコキシ−モノ又はジC1−6アルキルフェニル)ジベンゾフルオレン]、9,9−ビス(メルカプトナフチル)ジベンゾフルオレン類、9,9−ビス(メルカプト(ポリ)アルコキシナフチル)ジベンゾフルオレン類などの2つのメルカプト基を有するジベンゾフルオレン化合物;9,9−ビス(ポリメルカプトフェニル)ジベンゾフルオレン類、9,9−ビス[ポリ(メルカプト(ポリ)アルコキシ)フェニル]ジベンゾフルオレン類、9,9−ビス(ポリメルカプトナフチル)ジベンゾフルオレン類、9,9−ビス[ポリ(メルカプト(ポリ)アルコキシ)ナフチル]ジベンゾフルオレン類などの3つ以上のメルカプト基を有するジベンゾフルオレン化合物などが含まれる。
メルカプト基を有するジベンゾフルオレン化合物のうち、好ましい2つのメルカプト基を有する化合物としては、9,9−ビス(メルカプトフェニル)ジベンゾフルオレン、9,9−ビス(アルキル−メルカプトフェニル)ジベンゾフルオレン[例えば、9,9−ビス(モノ又はジC1−4アルキル−メルカプトフェニル)ジベンゾフルオレン]、9,9−ビス(メルカプトC2−4アルコキシフェニル)ジベンゾフルオレン、9,9−ビス(メルカプトC2−4アルコキシ−アルキルフェニル)ジベンゾフルオレン[例えば、9,9−ビス(メルカプトC2−4アルコキシ−モノ又はジC1−4アルキルフェニル)ジベンゾフルオレンなど]、9,9−ビス(メルカプトナフチル)ジベンゾフルオレン、9,9−ビス(メルカプトC2−4アルコキシナフチル)ジベンゾフルオレンなどが挙げられる。
特に、2つのメルカプト基を有する化合物のうち、9,9−ビス(メルカプトフェニル)ジベンゾフルオレン、9,9−ビス(アルキル−メルカプトフェニル)ジベンゾフルオレン、9,9−ビス(メルカプトナフチル)ジベンゾフルオレンなどの特定のジベンゾフルオレン化合物は、前記と同様の理由により好適である。
また、代表的な3以上のメルカプト基を有する化合物としては、9,9−ビス(ジメルカプトフェニル)ジベンゾフルオレン、9,9−ビス(トリメルカプトフェニル)ジベンゾフルオレン、9,9−ビス[ジ(メルカプトC2−4アルコキシ)フェニル]ジベンゾフルオレン、9,9−ビス[トリ(メルカプトC2−4アルコキシ)フェニル]ジベンゾフルオレンなどが含まれる。
[ジベンゾフルオレン化合物の製造方法]
本発明のジベンゾフルオレン化合物の製造方法は、特に限定されないが、通常、ジベンゾフルオレン類に対応する化合物と、環Zに対応する化合物とを反応させる工程を経て製造できる。代表的には、本発明の化合物は、下記式(2)で表される化合物と、下記式(3)で表される化合物又はその誘導体とを反応させる工程(工程(A))を少なくとも経て製造することができる。
Figure 0005502969
(式中、Z、E、R、R、R、R、k、l、m、nおよびpは前記と同じ。)
上記式(2)で表される化合物は、前記式(1)で表される化合物においてジベンゾフルオレン類に対応する化合物(ジベンゾフルオレノン類)である。代表的なジベンゾフルオレノン類は、9−ジベンゾフルオレノン(詳細には、2,3:6,7−ジベンゾ−9−フルオレノン)である。なお、使用するジベンゾフルオレノン類の純度は、特に限定されないが、通常、95重量%以上、好ましくは99重量%以上である。
なお、ジベンゾフルオノン類は、市販品を用いてもよく、合成したものを使用してもよい。
ジベンゾフルオレノン類を製造する方法としては、例えば、(1)t−ブトキシドの存在下、2−ホルミルベンジルスルホン酸フェニルとベンズ[f]インデノンとを反応させる方法)(Synthesis 2006, No.15, 2556−2562に記載の方法)、(2)α,α,α’,α’−テトラブロモ−o−キシレンと、2−シクロペンテン−1−オンとをヨウ化ナトリウムの存在下で反応させてベンズ[f]インダン−1−オンを得、得られたベンズ[f]インダン−1−オンをNBS(N−ブロモスクシンイミド)およびベンゾイルパーオキサイドの存在下で反応させ、ベンズ[f]インデン−1−オンを得、得られたベンズ[f]インデン−1−オンとα,α,α’,α’−テトラブロモ−o−キシレンとをヨウ化ナトリウムの存在下で反応させる方法(Journal of Organic Chemistry, Vol.59,No.21,1994 6484−6486(1994)に記載の方法)などが挙げられる。
前記のように、前記式(1)で表される化合物は、前記式(2)で表される化合物と前記式(3)で表される化合物又はその誘導体とを反応させて得られるが、式(1)においてEが酸素原子である化合物を得る場合と、式(1)においてEが硫黄原子である化合物を得る場合とに分けて詳述する。
(式(1)においてEが酸素原子である化合物の製造方法)
前記式(1)においてEが酸素原子である化合物は、前記式(2)で表される化合物(ジベンゾフルオレノン類)と、前記式(3)においてEが酸素原子である化合物(すなわち、下記式(3A)で表される化合物)とを反応させる工程(工程(A1))を経て得ることができる。
Figure 0005502969
(式中、Z、R、R、m、nおよびpは前記と同じ。)
上記式(3A)で表される化合物(ヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素、ヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素化合物)は、前記式(1)において、ヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素環に対応している。すなわち、式(3A)において、環Zは前記式(1)における環Zに対応しており、前記例示の芳香族炭化水素環(ベンゼン環、ナフタレン環)が挙げられる。また、前記式(3A)において、置換基R、R、m、nおよびpは前記と同じであり、好ましい態様なども同じである。
前記式(3A)で表される化合物としては、(i)nが0である化合物と、(ii)nが1以上である化合物とに大別できる。
(i)nが0である化合物
前記式(3A)においてnが0である代表的な化合物としては、環Zがベンゼン環である化合物、環Zがナフタレン環である化合物が挙げられる。
環Zがベンゼン環である化合物としては、フェノール類{例えば、フェノール、置換基を有するフェノール[例えば、アルキルフェノール(例えば、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、2,3−ジメチルフェノール、2,5−ジメチルフェノール、2,6−ジメチルフェノールなどのモノ又はジC1−4アルキル−フェノールなど)、シクロアルキルフェノール(例えば、2−シクロヘキシルフェノールなどのC5−8シクロアルキル−フェノール)、アリールフェノール(例えば、o−フェニルフェノールなどのC6−10アリール−フェノール)、アルコキシフェノール(o−メトキシフェノールなどのC1−4アルコキシ−フェノールなど)など]、ポリヒドロキシベンゼン類{例えば、ジヒドロキシベンゼン(カテコール、レゾルシノール、ヒドロキノン)、アルキル−ジヒドロキシベンゼン[ジヒドロキシトルエン、ジヒドロキシキシレンなどのモノ又はジC1−4アルキル−ジヒドロキシベンゼンなど]などのジヒドロキシベンゼン類;トリヒドロキシベンゼン(ヒドロキシヒドロキノン、フロログルシノールなど)などのトリヒドロキシベンゼン類など}などが挙げられる。
また、環Zがナフタレン環である化合物としては、ナフトール類{すなわち、式(3A)において環Zがナフタレン環、pが1である化合物、例えば、ナフトール(1−ナフトール、2−ナフトール)、置換基を有するナフトール[例えば、メチルナフトール、エチルナフトール、ジメチルナフトールなどのアルキルナフトール(例えば、C1−4アルキルナフトールなど)など]、アルコキシナフトール(例えば、エトキシナフトールなどのC1−4アルコキシナフトール)など}、これらのナフトール類(又はモノヒドロキシナフタレン類)に対応するポリヒドロキシナフタレン類(すなわち、式(3A)において環Zがナフタレン環、pが2以上である化合物、例えば、1,3−ジヒドロキシナフタレン、1,4−ジヒドロキシナフタレン、2,3−ジヒドロキシナフタレン、1,5−ジヒドロキシナフタレン、1,7−ジヒドロキシナフタレン、1,8−ジヒドロキシナフタレン、2,6−ジヒドロキシナフタレン、2,7−ジヒドロキシナフタレン、1,2,4−トリヒドロキシナフタレン、1,3,8−トリヒドロキシナフタレンなどのジ又はトリヒドロキシナフタレン類)などが挙げられる。
(ii)nが1以上である化合物
前記式(3A)においてnが1以上である代表的な化合物としては、アルキレングリコールモノフェニルエーテル類[例えば、アルキレングリコールモノフェニルエーテル(例えば、2−フェノキシエタノール(エチレングリコールモノフェニルエーテル)、プロピレングリコールモノフェニルエーテル、テトラメチレングリコールモノフェニルエーテルなどのC2−4アルキレングリコールモノフェニルエーテル)、アルキレングリコールモノアルキルフェニルエーテル(例えば、2−(2−メチルフェノキシ)エタノール、2−(2,6−ジメチルフェノキシ)エタノールなどのC2−4アルキレングリコールモノ(モノ又はジC1−4アルキルフェニル)エーテル)、アルキレングリコールモノ(アリールフェニル)エーテル(例えば、エチレングリコールモノビフェニリルエーテル(エチレングリコールモノ(2−ビフェニリル)エーテルなど)などのC2−4アルキレングリコールモノ(モノ又はジC6−10アリールフェニル)エーテル)、アルキレングリコールモノ(アルキル−アリールフェニル)エーテル(例えば、エチレングリコールモノ(3−メチル−2−ビフェニリル)エーテルなどのC2−4アルキレングリコールモノ(モノ又はジC1−4アルキル−モノ又はジC6−10アリール−フェニル)エーテル)など]などの前記式(3A)において、nおよびpがいずれも1であるアルコール類;ジアルキレングリコールモノフェニルエーテル類[例えば、ジアルキレングリコールモノフェニルエーテル(例えば、ジエチレングリコールモノフェニルエーテル、ジプロピレングリコールモノフェニルエーテルなどのジC2−4アルキレングリコールモノフェニルエーテル)など]などのpが1、nが2以上であるアルコール類;これらに対応し、nが3以上であるアルコール類;これらに対応し、環Zがナフタレン環であるアルコール類(アルキレングリコールモノナフチルエーテル類など);これらに対応し、pが2以上である化合物などが挙げられる。
これらの前記式(3A)で表される化合物は単独で又は2種以上組み合わせてもよい。
原料として使用する前記式(3A)で表される化合物(例えば、フェノール類、ナフトール類、アルキレングリコールモノフェニルエーテル類など)の純度は特に限定されないが、通常、95重量%以上であり、好ましくは99重量%以上である。
反応において、前記式(3A)で表される化合物(ヒドロキシル基を有する芳香族炭化水素)の割合(使用割合)は、前記式(2)で表される化合物(ジベンゾフルオレノン類)1モルに対して、例えば、2〜100モル(例えば、2.3〜80モル)、好ましくは2.5〜70モル(例えば、2.7〜60モル)、さらに好ましくは3〜50モル程度であってもよい。特に、酸触媒として後述の無機酸又は有機酸を用いる場合、前記式(3A)で表される化合物の割合は、前記式(2)で表される化合物1モルに対して、例えば、2〜20モル、好ましくは2.2〜10モル、さらに好ましくは2.5〜5モル程度であってもよい。
前記式(2)で表される化合物と前記式(3A)で表される化合物との反応(縮合反応)は、特に限定されないが、通常、酸触媒の存在下で行うことができる。酸触媒としては、無機酸[硫酸、塩化水素、塩酸(5〜36重量%、好ましくは20〜36重量%程度の塩化水素の水溶液など)、リン酸など]、有機酸[スルホン酸(メタンスルホン酸などのアルカンスルホン酸など)など]などが挙げられる。前記硫酸には、希硫酸(例えば、濃度30〜90重量%程度の硫酸)、濃硫酸(例えば、濃度90重量%以上の硫酸)、発煙硫酸などが含まれ、反応系において硫酸に転化可能であれば、硫酸前駆体として、三酸化硫黄を使用してもよい。通常、硫酸として、HSO換算で、80〜99重量%(例えば、85〜98重量%)、好ましくは90〜97.5重量%程度の硫酸(濃硫酸)を使用してもよい。
また、酸触媒として固体酸を使用することもできる。固体酸としては、無機固体酸[金属化合物(SiO、Al、TiO、Fe、ZrO、SnO、Vなどの酸化物、SiO−Al、SiO−TiO、TiO−ZrO、SiO−ZrOなどの複合酸化物、ZnSなどの硫化物、CaSO、Fe(SO、CuSO、NiSO、Al(SO、MnSO、BaSO、CoSO、ZnSOなどの硫酸塩、P、Mo、V、W、Siなどの元素を含有するポリ酸(AlPO、Tiのリン酸塩などのリン酸塩など)など);(NHSOなどの非金属硫酸塩;粘土鉱物(酸性白土、モンモリロナイトなど);ゼオライト(酸性OH基を有するY型、X型、A型、ZSM5、モルデナイト、VIPI、AlPO−5、AlPO−11など);カオリンなど]、有機固体酸(イオン交換樹脂など)などを例示できる。固体酸は、固体酸の種類に応じて多孔性又は非多孔性であってもよい。
イオン交換樹脂としては、主に、強酸性陽イオン交換樹脂[例えば、スルホン酸基を有するイオン交換樹脂[スチレン−ジビニルベンゼンコポリマーなどの架橋ポリスチレンのスルホン化物、スルホン酸基(又は−CFCFSOH基)を有する含フッ素樹脂(例えば、[2−(2−スルホテトラフルオロエトキシ)ヘキサフルオロプロポキシ]トリフルオロエチレンとテトラフルオロエチレンとのブロック共重合体(デュポン社製のナフィオン)などの含フッ素イオン交換樹脂など]など]、弱酸性陽イオン交換樹脂[例えば、カルボン酸基を有するイオン交換樹脂(メタクリル酸−ジビニルベンゼンコポリマーなど)など]などの陽イオン交換樹脂(酸型イオン交換樹脂)などを使用できる。また、分子内に臭素を導入した耐熱性のイオン交換樹脂も使用できる。これらの固体酸の中でも、陽イオン交換樹脂が好ましい。
イオン交換樹脂は、ゲル型イオン交換樹脂であってもよいが、通常、触媒活性の点より、ポーラス型イオン交換樹脂[ミクロポアーの他にマクロポアー(例えば、孔径が50〜1000Å程度の細孔)を有するイオン交換樹脂]が好ましい。ポーラス型イオン交換樹脂のうち、例えば、ジビニルベンゼンの比率(架橋度)の高いスチレン−ジビニルベンゼンコポリマーを基体としたイオン交換樹脂は、ハイポーラス樹脂と呼ばれる。ポーラス型イオン交換樹脂の多孔度は、通常、0.03〜0.6cm/g程度であり、例えば、0.05〜0.55cm/g、好ましくは0.1〜0.5cm/g、さらに好ましくは0.15〜0.45cm/g(特に0.2〜0.4cm/g)程度であってもよい。イオン交換樹脂の窒素吸着比表面積は、通常、10〜90m/g程度であり、例えば、15〜80m/g、好ましくは20〜70m/g、さらに好ましくは25〜60m/g(特に30〜50m/g)程度であってもよい。固体酸として、例えば、バイエル社製の「レバチットK2649」;オルガノ社製の「アンバーリスト31」、「アンバーリスト131」、「アンバーリスト121」;デュポン社製の「ナフィオン」などの市販のイオン交換樹脂を使用してもよい。
固体酸の形態は、特に制限はなく、膜状であってもよいが、通常、粒状であり、微粒状であってもよい。
酸触媒は、単独で又は2種以上組み合わせてもよい。
好ましい酸触媒には、触媒活性の点から硫酸が含まれる。特に、硫酸と後述のチオール類とを組み合わせると、簡便にかつ効率よく、残留硫黄分が少ない高純度のジベンゾフルオレン化合物を高収率で得ることができる。
酸触媒の使用量は、酸触媒の種類に応じて選択でき、例えば、前記無機酸又は有機酸を使用する場合、ジベンゾフルオレノン類(前記式(2)で表される化合物)100重量部に対して、0.001〜1000重量部、好ましくは0.005〜300重量部、さらに好ましくは0.01〜100重量部程度であってもよい。特に、触媒として硫酸を使用する場合、硫酸(HSO換算)の使用量は、通常、ジベンゾフルオレノン類1重量部に対して、0.1〜30重量部(例えば、0.5〜25重量部)の範囲から選択でき、例えば、1〜20重量部、好ましくは3〜15重量部、さらに好ましくは5〜12重量部(例えば、7〜10重量部)程度であってもよい。また、式(3A)で表される化合物として、nが1以上である化合物(例えば、アルキレングリコールモノフェニルエーテル類)を使用する場合には、比較的多量の酸触媒、例えば、ジベンゾフルオレノン類(前記式(2)で表される化合物)100重量部に対して、1〜1000重量部、好ましくは3〜500重量部、さらに好ましくは5〜200重量部程度、通常10〜300重量部程度の酸触媒を使用してもよい。
縮合反応は、通常、酸触媒に加えて、助触媒としてのチオール類を併用して行ってもよい。チオール類と組み合わせることにより、縮合反応を有効に進行できる。チオール類としては、助触媒として機能する慣用のチオール類、例えば、メルカプトカルボン酸(チオ酢酸、β−メルカプトプロピオン酸、α−メルカプトプロピオン酸、チオグリコール酸、チオシュウ酸、メルカプトコハク酸、メルカプト安息香酸など)、アルキルメルカプタン(メチルメルカプタン、エチルメルカプタン、プロピルメルカプタン、イソプロピルメルカプタン、n−ブチルメルカプタン、ドデシルメルカプタンなどのC1−16アルキルメルカプタン(特にC1−4アルキルメルカプタン)など)、アラルキルメルカプタン(ベンジルメルカプタンなど)又はこれらの塩などが挙げられる。塩としては、例えば、アルカリ金属塩(例えば、メチルメルカプタンナトリウム、エチルメルカプタンナトリウムなどのナトリウム塩など)が例示できる。これらのチオール類のうち、メルカプトC2−6カルボン酸(例えば、β−メルカプトプロピオン酸)が好ましい。チオール類は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。
チオール類の使用量は、ジベンゾフルオレノン類(前記式(2)で表される化合物)1重量部に対して、0〜1重量部程度の範囲から選択でき、例えば、0.001〜0.8重量部、好ましくは0.005〜0.7重量部(例えば、0.01〜0.6重量部)、さらに好ましくは0.02〜0.5重量部程度であってもよく、通常0.001〜0.5重量部程度であってもよい。
また、チオール類の使用量は、酸触媒(無機酸又は有機酸)1重量部に対して、0〜50重量部程度の範囲から選択でき、例えば、0.1〜40重量部、好ましくは0.5〜30重量部、さらに好ましくは1〜20重量部程度であってもよい。特に、硫酸を使用する場合には、硫酸(HSO換算)1重量部に対して、チオール類0.001〜1重量部(例えば、0.03〜0.7重量部)、好ましくは0.05〜0.5重量部(例えば、0.05〜0.3重量部)、さらに好ましくは0.06〜0.1重量部(例えば、0.065〜0.09重量部)程度であってもよく、通常0.001〜0.1重量部程度であってもよい。
縮合反応は、溶媒の非存在下で行ってもよく、溶媒中で行ってもよい。溶媒(反応溶媒)は、前記酸触媒に対して非反応性で、かつジベンゾフルオレノン類および前記式(3A)で表される化合物を溶解可能であれば特に限定されず、幅広い範囲で使用できる。代表的な溶媒(有機溶媒)としては、エーテル系溶媒(ジエチルエーテルなどのジアルキルエーテル類、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの環状エーテル類など)、ハロゲン系溶媒(塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素などのハロゲン化炭化水素類)、芳香族系溶媒(ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素類、アニソールなど)などが挙げられる。また、過剰の前記式(3A)で表される化合物を溶媒として使用してもよい。溶媒は、単独で又は2種以上組み合わせてもよい。
溶媒の使用量は、ジベンゾフルオレノン類1重量部に対して、0〜50重量部(例えば、0.5〜30重量部)程度の範囲から選択でき、例えば、1〜20重量部、好ましくは2〜15重量部、さらに好ましくは3〜10重量部程度であってもよい。
縮合反応は、使用する原料や触媒などの種類に応じて異なるが、通常、10〜150℃、好ましくは20〜120℃、さらに好ましくは30〜80℃(例えば、40〜70℃)程度で行う場合が多い。また、反応時間は、原料の種類、反応温度や溶媒中の濃度などに応じて調整でき、例えば、30分〜48時間、通常、1〜20時間、好ましくは1〜10時間程度である。また、反応は、攪拌しながら行ってもよく、空気中又は不活性雰囲気(窒素、希ガスなど)中で行ってもよく、常圧又は加圧下で行ってもよい。
反応終了後の反応混合物には、通常、生成した前記式(1)で表される化合物以外に、未反応のジベンゾフルオレノン類、未反応のアルコール類、触媒(酸触媒、チオール類)、副反応生成物などが含まれている。そのため、慣用の方法、例えば、濾過、濃縮、抽出、晶析、再結晶、カラムクロマトグラフィー、再沈殿などの分離手段や、これらを組み合わせた分離手段により分離精製できる。例えば、慣用の方法(アルカリ水溶液を加えて中和する方法など)により酸触媒(およびチオール類)を除去したのち、晶析溶媒を添加して冷却して結晶化させ、次いで、濾過して分離することにより精製してもよい。
前記晶析溶媒としては、炭化水素類[脂肪族炭化水素(ヘキサン、ヘプタンなど)、脂環族炭化水素(シクロヘキサンなど)、芳香族炭化水素(トルエン、キシレンなど)、ハロゲン化炭化水素(ジクロロメタンなど)など]、水、アルコール類[メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノールなどの低級脂肪族アルコール(C1−3アルカノールなど)]、ケトン類[アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジエチルケトン、エチルプロピルケトン、ジ−n−プロピルケトン、ジイソプロピルケトンなどの低級脂肪族ケトン(C3−7ジアルキルケトンなど)、シクロヘキサノンなど]、エーテル類(ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテルなどのジアルキルエーテルなど)、ニトリル類、セロソルブ類、アミド類(ジメチルホルムアミドなど)、スルホキシド類などが挙げられる。晶析溶媒は、単独で又は2種以上組み合わせてもよい。また、晶析溶媒の使用量は、特に限定されず、反応混合物(固形分換算)1重量部に対して、0.5〜50重量部、好ましくは1〜10重量部、さらに好ましくは1〜5重量部程度であってもよい。
このような晶析操作は一回行ってもよく、複数回繰り返して行ってもよい。特に、前記縮合反応において、前記酸触媒(特に硫酸)とチオール類とを組み合わせると、簡便にかつ効率よく、しかも、一回の晶析操作(又は再結晶)であっても、低い残留硫黄濃度で[例えば、反応生成物(又は晶析物、精製物)全体に対する硫黄濃度が、硫黄Sの重量換算で30ppm以下(例えば、0〜25ppm)、好ましくは20ppm以下(例えば、1〜15ppm)、さらに好ましくは10ppm以下(例えば、2〜9ppm)で]、前記式(1)で表される化合物を得ることができる。
以上のような工程(工程(A1))により、前記式(1)において、Eが酸素原子である化合物を得ることができる。なお、前記式(1)において、Eが酸素原子であり、nが1以上である化合物は、前記工程(A1)において、式(3A)で表される化合物として、nが0である化合物を用いて、前記式(1)においてnが0である化合物を生成した後、生成した化合物(前記式(1)においてEが酸素原子、nが0である化合物)と、アルキレン基R(又はオキシアルキレン基OR)に対応する化合物とを反応させる工程(工程(B))を経て得ることもできる。
アルキレン基Rに対応する化合物としては、アルキレンオキシド(エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシドなどのC2−4アルキレンオキシド、特にC2−3アルキレンオキシドなど)、アルキレンカーボネート(エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートなどのC2−4アルキレンカーボネート、特にC2−3アルキレンカーボネートなど)、ハロアルカノール(例えば、3−クロロプロパノールなどのハロC2−6アルカノールなど)などとの反応(又は付加)生成物などが挙げられる。これらの化合物は、単独で又は2種以上組み合わせてもよい。なお、アルキレンオキシド又はアルキレンカーボネートを反応させると、前記式(1)で表される化合物(nが0である化合物)のヒドロキシル基を介して(ポリ)オキシアルキレン単位を導入できる。アルキレンカーボネートを使用する場合、アルキレンカーボネートが付加したのち、脱炭酸反応が生じることにより、オキシアルキレン単位(アルコキシ単位)が導入される。
(式(1)においてEが硫黄原子である化合物の製造方法)
前記式(1)においてEが硫黄原子である化合物は、前記式(2)で表される化合物(ジベンゾフルオレノン類)と、前記式(3)で表される化合物又はその誘導体とを反応させる工程(工程(A))を少なくとも経て得ることができる。
このような製造方法のうち、前記式(1)においてEが硫黄原子であり、かつnが0である化合物は、代表的には、(i)前記式(2)で表される化合物と前記式(3A)で表される化合物のうち、nが0である化合物とを反応させる工程(A1)、及びこの工程(A1)により得られた生成物(すなわち、前記式(1)において、Eが酸素原子であり、かつnが0である化合物)とN−置換チオカルバミン酸類とを反応させる工程(A2)を経て、(ii)前記式(2)で表される化合物と下記式(3B)で表される化合物とを反応させる工程(A3)を経て、又は(iii)前記式(2)で表される化合物と前記式(3C)で表される化合物とを反応させる工程(A4)、及びこの工程(A4)により得られた生成物のアミノ基をアゾ化し、硫酸アニオンを反応させ、加水分解する工程(A5)を経て製造できる。
Figure 0005502969
(式中、Proは保護基を示し、Z、R、mおよびpは前記と同じ。)
Figure 0005502969
(式中、Z、R、mおよびpは前記と同じ。)
(方法(i))
前記方法(i)において、工程(A1)は、前記式(1)においてEが酸素原子である化合物の製造方法の項に記載の方法と同様であり、好ましい反応条件なども同様である。
前記方法(i)において、N−置換チオカルバミン酸類としては、N−置換チオカルバミン酸[例えば、N−アルキル置換チオカルバミン酸(例えば、N−メチルカルバミン酸、N−エチルカルバミン酸、N,N−ジメチルカルバミン酸、N,N−ジエチルカルバミン酸などのN−モノ又はジC1−6アルキル−カルバミン酸、好ましくはN−ジC1−4アルキルカルバミン酸)など]、N−置換カルバミン酸誘導体[例えば、N−アルキル置換チオカルバモイルハライド(例えば、N,N−ジメチルチオカルバモイルクロライドなどのN−モノ又はジC1−6アルキル−チオカルバモイルハライド、好ましくはN−ジC1−4アルキル−チオカルバモイルハライド)などの前記N−置換チオカルバミン酸に対応するハロゲン化物など]などが挙げられる。これらのN−置換チオカルバミン酸類は、単独で又は2種以上組み合わせてもよい。
工程(A2)において、反応は溶媒の存在下で行ってもよく、無溶媒下で行ってもよい。また、工程(A2)において、反応は、適当な触媒(例えば、アミン類(例えば、トリエチルアミンなどの第3級アミンなど)などの塩基触媒など)の存在下で行ってもよい。
このような工程(A2)により、通常、前記式(1)において、ヒドロキシル基の水素原子がN−置換チオカルボニル基に置換された化合物が得られる。そして、このような化合物を得たのち、さらに、高温(例えば、200〜350℃程度)で加熱し、加水分解処理することにより、目的生成物(前記式(1)においてEが硫黄原子、nが0である化合物)を得ることができる。なお、高温で加熱することにより、N−置換チオカルボニルオキシ基の熱転位が生じ、N−置換カルボニルチオ基が生成する。前記加水分解処理は、例えば、塩基(又はアルカリ、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属水酸化物など)の存在下で行ってもよい。また、加水分解処理時間は、2〜120分程度であってもよい。
(方法(ii))
前記方法(ii)において、式(3B)で表される化合物は、前記式(1)において、メルカプト基を有する芳香族炭化水素環(チオール)に対応している。式(3B)に対応するチオール(式(3B)においてProが水素原子である化合物)としては、モノチオフェノール類(例えば、チオフェノール、アルキル−チオフェノール(p−メチルチオフェノールなどのC1−4アルキル−メルカプトベンゼン)、チオナフトール類(1−チオナフトール、2−チオナフトール)など)、ポリチオフェノール類(例えば、1,2−ジメルカプトベンゼンなど)、ヒドロキシ−メルカプトベンゼン(p−メルカプトフェノールなど)などが含まれる。
また、前記式(3B)において、保護基Proとしては、脱離可能な基であればよく、例えば、アルキル基[例えば、メチル基、エチル基、イソプロピル基、t−ブチル基、クロロメチル基、2−ヒドロキシエチル基、ベンジル基、4−メトキシベンジル基、ジフェニルメチル基などの置換基を有していてもよいC1−6アルキル基(好ましくはC1−4アルキル基)など]、アシル基(例えば、アセチル、プロピオニルなどのC1−6アルキルカルボニル基など)などが挙げられる。
方法(ii)において、前記式(3B)で表される化合物の割合(使用割合)は、前記式(2)で表される化合物1モルに対して、例えば、2〜10モル、好ましくは2.1〜7モル、さらに好ましくは2.5〜5モル程度であってもよい。
前記式(2)で表される化合物と前記式(3B)で表される化合物との反応は、常温下又は加温下で行ってもよい。反応温度は、例えば、30〜80℃程度であってもよく、また、反応時間は1〜8時間程度であってもよい。
反応後、得られた生成物から保護基Proを脱離(脱保護)することにより、目的生成物(前記式(1)においてEが硫黄原子、nが0である化合物)を得ることができる。脱離は、保護基の種類などに応じて、例えば、酸(例えば、塩酸、硫酸などの無機酸;トリフルオロ酢酸などの有機酸など)などの存在下で行うことができる。
(方法(iii))
前記方法(iii)において、式(3C)で表される化合物としては、アニリン類(例えば、アニリン、アルキル−アニリン(トルイジンなどのC1−4アルキル−アニリン)など)、ナフチルアミン類(1−ナフチルアミン、2−ナフチルアミン)など)、ポリアミノベンゼン類(例えば、ベンゼンジアミン、トルエンジアミンなど)、ポリアミノナフタレン類(例えば、ナフタレンジアミンなど)などが含まれる。
方法(iii)において、前記式(3C)で表される化合物の割合(使用割合)は、前記式(2)で表される化合物1モルに対して、例えば、2〜100モル(例えば、2.3〜80モル)、好ましくは2.5〜70モル(例えば、2.7〜60モル)、さらに好ましくは3〜50モル程度であってもよい。
工程(A4)において、反応は溶媒の存在下で行ってもよく、無溶媒下で行ってもよい。また、工程(A4)において、反応は、適当な触媒の存在下で行ってもよい。なお、前記式(2)で表される化合物と前記式(3C)で表される化合物との反応は、常温下又は加温下で行ってもよい。反応温度および反応時間は適宜選択してもよい。また、工程(A5)において、アゾ化は、例えば、亜硝酸金属塩(亜硝酸ナトリウムなど)を反応させることにより行うことができる。また、工程(A5)において、硫酸アニオンとしては、キサントゲン酸塩などが挙げられる。また、加水分解は、塩基(水酸化ナトリウムなどの金属水酸化物)などを用いて行うことができる。
また、前記式(1)においてEが硫黄原子でありnが1以上である化合物は、前記式(1)においてEが酸素原子でありかつnが1以上である化合物のヒドロキシル基を、メルカプト基に置換(又は変換)することにより得ることができる。メルカプト基に置換する方法としては、例えば、前記式(1)においてEが硫黄原子でありnが1以上である化合物と、ハロゲン化剤(例えば、塩化チオニルなどのクロロ化剤)とを反応させ、前記化合物のヒドロキシル基をハロゲン化し、さらに、得られたハロゲン化物と硫化剤(例えば、硫化ナトリウムNaSなど)とを反応させる[さらに酸(硫酸など)などにより処理する]ことにより得ることができる。なお、前記式(1)においてEが酸素原子でありかつnが1以上である化合物は、前記の方法により得ることができる。
なお、反応生成物(目的生成物)は、前記と同様の方法(晶析など)により分離精製してもよい。
なお、式(1)においてEが硫黄原子である化合物の製造方法は、特開2002−338540号公報に記載の方法を参照することもできる。
[ジベンゾフルオレン化合物の用途]
本発明のジベンゾフルオレン化合物は、ジベンゾフルオレン骨格を有しているとともに、芳香族炭化水素骨格(ベンゼン骨格、ナフタレン骨格など)を有しており、種々の特性(光学特性、耐熱性、耐水性、耐湿性、耐薬品性、電気特性、機械特性、寸法安定性など)に優れており、種々の用途においてこれらの特性を向上又は改善するのに有用である。また、前記骨格により、高い屈折率も有している。さらに、前記のように、芳香族炭化水素骨格の種類を選択することにより、ハンドリング性や反応性をより一層改善したり、線膨張性の低減により寸法安定性を向上することもできる。このため、このようなジベンゾフルオレン化合物は、添加剤、樹脂原料(モノマーなど)などとして好適に用いることができ、前記のような優れた特性を効率よく付与するための化合物として用いることができる。
(添加剤用途および樹脂組成物)
添加剤としては、樹脂用添加剤(又は樹脂添加剤)、硬化剤(樹脂用硬化剤など)などが挙げられる。添加剤として用いる場合、樹脂および前記ジベンゾフルオレン化合物(例えば、ヒドロキシル基を有するジベンゾフルオレン化合物)を含む樹脂組成物(熱可塑性樹脂組成物、熱又は光硬化性樹脂組成物)を構成できる。このような樹脂組成物において、樹脂としては、特に限定されず、幅広い範囲の樹脂(熱可塑性樹脂、熱又は光硬化性樹脂など)を使用できる。
熱可塑性樹脂としては、例えば、オレフィン系樹脂、ハロゲン含有ビニル系樹脂(ポリ塩化ビニル、フッ化樹脂など)、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂[例えば、ポリアルキレンテレフタレート(ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどのポリC2−4アルキレンテレフタレート、ポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレートなど)、ポリエチレンナフタレートなどのポリアルキレンアリレート系樹脂、ポリアリレート系樹脂(例えば、芳香族ジカルボン酸(テレフタル酸など)と芳香族ジオール(ビフェノール、ビスフェノールA、キシリレングリコール、これらのアルキレンオキシド付加体など)を重合成分として用いたポリアリレート系樹脂など)など]、ポリアセタール系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリエーテルケトン系樹脂、熱可塑性エラストマーなどが挙げられる。熱可塑性樹脂は、単独で又は2種以上組み合わせてもよい。
これらの熱可塑性樹脂のうち、芳香環(ベンゼン環など)を含有する熱可塑性樹脂、例えば、芳香族ポリカーボネート系樹脂(ビスフェノールA型ポリカーボネートなど)、芳香族ポリエステル系樹脂(前記ポリアルキレンアリレート系樹脂など)、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂などが好ましい。前記ジベンゾフルオレン化合物は、これらの芳香環含有樹脂との相溶性が高く、そのため、樹脂に対する分散性が高い。
また、熱硬化性樹脂(又は光硬化性樹脂)としては、フェノール樹脂、フラン樹脂、アミノ樹脂(尿素樹脂、メラミン樹脂など)、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、ケイ素系樹脂(シリコーン樹脂、ポリシランなど)、光重合性モノマー又はオリゴマー(例えば、エポキシ(メタ)アクリレート、ポリウレタン(メタ)アクリレート、ポリエステル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリレート系化合物)などが例示できる。熱硬化性樹脂は初期縮合物であってもよい。熱硬化性樹脂は、単独で又は2種以上組み合わせてもよい。
なお、熱硬化性樹脂とジベンゾフルオレン化合物とを組み合わせる場合、ジベンゾフルオレン化合物は硬化剤(又は硬化促進剤)として作用してもよい。前記樹脂のうち、ジベンゾフルオレン化合物[例えば、ヒドロキシル基を有するジベンゾフルオレン化合物、特にフェノール性水酸基を有するジベンゾフルオレン化合物(式(1)においてEが酸素原子であり、nが0であるジベンゾフルオレン化合物)など]を硬化剤として用いることができる代表的な樹脂としては、エポキシ樹脂が挙げられる。エポキシ系樹脂としては、ビスフェノール型エポキシ樹脂(例えば、4,4−ビフェノール、2,2−ビフェノール、ビスフェノールF、ビスフェノールAD、ビスフェノールAなどのビスフェノール類とエピクロロヒドロリンとの反応物(縮合物)、特にビスフェノールA型エポキシ樹脂など)、ノボラック型エポキシ樹脂[フェノールノボラック型エポキシ樹脂(フェノールノボラック型グリシジルエーテルなど)、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂(クレゾールノボラック型グリシジルエーテルなど)など]、アミン系エポキシ樹脂などが含まれる。エポキシ樹脂は、単独で又は2種以上組み合わせてもよい。
ジベンゾフルオレン化合物の割合は、樹脂(特に、芳香環を有する熱可塑性樹脂などの熱可塑性樹脂)100重量部に対して、例えば、1〜700重量部、好ましくは50〜600重量部、さらに好ましくは100〜500重量部(例えば、200〜300重量部)程度であってもよい。また、ジベンゾフルオレン化合物を硬化剤として使用する場合、樹脂(エポキシ樹脂など)の官能基(又は硬化性官能基、例えば、エポキシ基)1当量に対して、ジベンゾフルオレン化合物の官能基(例えば、フェノール性水酸基などのヒドロキシル基)が、0.1〜4.0当量、好ましくは、0.3〜2.0当量、さらに好ましくは、0.5〜1.5当量となるように、両成分の割合を調整してもよい。
前記樹脂組成物は、用途に応じて種々の添加剤、例えば、充填剤、難燃剤、強化剤、可塑剤、重合開始剤、触媒、安定剤(酸化防止剤、紫外線吸収剤、熱安定剤など)、離型剤、帯電防止剤、着色剤(染顔料)、消泡剤、レベリング剤、分散剤、流動調整剤、カーボン材料(カーボンブラック、黒鉛、カーボン繊維、活性炭、フラーレン、カーボンナノチューブなど)などを含んでいてもよい。これらの添加剤は単独で又は2種以上組み合わせてもよい。また、前記樹脂組成物は、樹脂の種類などに応じて溶媒を含む組成物(コーティング組成物など)であってもよい。
(樹脂原料用途および樹脂)
本発明のジベンゾフルオレン化合物は、樹脂原料として用いることができる。例えば、本発明のジベンゾフルオレン化合物は、官能基として、複数のヒドロキシル基及び/又はメルカプト基を有しているため、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂のポリオール成分又はポリチオール成分として用いることができる。すなわち、本発明の樹脂は、前記ジベンゾフルオレン化合物(又はその誘導体)を重合成分(ポリオール成分又はポリチオール成分)とする樹脂である。詳細には、本発明の樹脂は、ポリオール成分又はポリチオール成分を重合成分とする樹脂において、前記ポリオール成分又はポリチオール成分の一部又は全部が前記ジベンゾフルオレン化合物(複数のヒドロキシル基を有するジベンゾフルオレン化合物、複数のメルカプト基を有するジベンゾフルオレン化合物)(又はその誘導体)で構成された樹脂である。
このような樹脂としては、ジベンゾフルオレン化合物の官能基(ヒドロキシル基又はメルカプト基)の種類に応じて選択でき、種々の熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂(又は光硬化性樹脂)が挙げられる。ポリオール成分(例えば、ジオール成分)を重合成分とする樹脂としては、熱可塑性樹脂[ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリエーテル系樹脂(ポリエーテルエーテルケトンなど)など]、熱硬化性樹脂[例えば、不飽和ポリエステル系樹脂、熱硬化性ポリウレタン系樹脂、エポキシ樹脂(ヒドロキシル基を有する前記ジベンゾフルオレン化合物のポリグリシジルエーテルなど)、ビニルエステル系樹脂、フェノール樹脂、ポリオールポリ(メタ)アクリレート(ヒドロキシル基を有する前記ジベンゾフルオレン化合物のポリ(メタ)アクリレート、又は前記ジベンゾフルオレン化合物と(メタ)アクリル酸又はその誘導体((メタ)アクリル酸ハライドなど)との反応物など)、ウレタン(メタ)アクリレートなど]などが挙げられる。
また、ポリチオール成分(例えば、ジチオール成分)を重合成分とする樹脂としては、例えば、熱可塑性樹脂[ポリチオエステル系樹脂、ポリチオカーボネート系樹脂、ポリチオウレタン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリチオエーテル系樹脂など]、熱硬化性樹脂(例えば、熱硬化性ポリチオウレタン系樹脂、チオエポキシ樹脂、ポリチオールポリ(メタ)アクリレートなど]などが挙げられる。
これらの樹脂において、ポリオール成分又はポリチオール成分を構成する成分としての前記ジベンゾフルオレン化合物は、単独で又は2種以上組み合わせてもよい。
なお、これらの樹脂(特に熱可塑性樹脂)において、ポリオール成分又はポリオール成分の少なくとも一部に、前記ジベンゾフルオレン化合物を使用すればよく、ポリオール成分又はポリチオール成分の一部又は全部を前記ジベンゾフルオレン化合物で構成してもよい。
代表的な樹脂には、ポリ(チオ)エステル樹脂(ポリエステル樹脂、ポリチオエステル樹脂)、ポリ(チオ)エーテル樹脂、ポリ(チオ)カーボネート樹脂、(チオ)エポキシ樹脂などが含まれる。以下、代表的な樹脂について詳述する。
(ポリエステル樹脂)
ポリエステル樹脂は、例えば、ヒドロキシル基を有するジベンゾフルオレン化合物で少なくとも構成されたジオール成分(a)と、ジカルボン酸成分(b)とを重合成分とするポリエステル樹脂である。このようなポリエステル系樹脂において、ヒドロキシル基を有するジベンゾフルオレン化合物は、通常、前記式(1)においてEが酸素原子でありかつpが1である化合物、すなわち、下記式(a1)で表されるジベンゾフルオレン化合物(又はジオール成分(a1))であってもよい。
Figure 0005502969
(式中、Z、R、R、R、R、k、l、mおよびnは前記と同じ。)
上記式(a1)で表される化合物としては、前記例示の2つのヒドロキシル基を有するジベンゾフルオレン化合物[例えば、9,9−ビス(ヒドロキシフェニル)ジベンゾフルオレン、9,9−ビス(C1−4アルキル−ヒドロキシフェニル)ジベンゾフルオレン、9,9−ビス(ヒドロキシナフチル)ジベンゾフルオレンなど]などが挙げられる。
なお、前記ポリエステル樹脂において、ジオール成分(a)は、ジベンゾフルオレン化合物(a1)で構成されている限り、他のジオール成分(ジベンゾフルオレン化合物(a1)以外のジオール成分)を含んでいてもよい。このような他のジオール成分(ジオール成分(a2))としては、例えば、アルカンジオール(エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,2−ブタンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ペンタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,3−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコールなどのC2−10アルカンジオール、好ましくはC2−6アルカンジオール、さらに好ましくはC2−4アルカンジオール)、ポリアルカンジオール(例えば、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコールなどのジ又はトリC2−4アルカンジオールなど)、シクロアルカンジオール(例えば、シクロヘキサンジオールなどのC5−8シクロアルカンジオール)、ジ(ヒドロキシアルキル)シクロアルカン(例えば、シクロペンタンジメタノール、シクロヘキサンジメタノールなどのジ(ヒドロキシC1−4アルキル)C5−8シクロアルカンなど)、ジヒドロキシアレーン(ハイドロキノン、レゾルシノールなど)、芳香脂肪族ジオール[1,4−ベンゼンジメタノール、1,3−ベンゼンジメタノールなどのジ(ヒドロキシC1−4アルキル)C6−10アレーンなど]、ビフェノール、ビスフェノール類[例えば、ビスフェノールAなどのビス(ヒドロキシフェニル)C1−10アルカンなど]、フルオレン骨格を有するジオール[例えば、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレンなどの9,9−ビス(ヒドロキシフェニル)フルオレン;9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)フルオレンなどの9,9−ビス(モノ又はジC1−4アルキル−ヒドロキシフェニル)フルオレン;9,9−ビス[4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル]フルオレンなどの9,9−ビス(ヒドロキシC2−4アルコキシ−フェニル)フルオレン;9,9−ビス[4−(2−ヒドロキシエトキシ)−3−メチルフェニル]フルオレンなどの9,9−ビス(ヒドロキシC2−4アルコキシ−モノ又はジC1−6アルキルフェニル)フルオレン;9,9−ビス[6−(2−(2−ヒドロキシエトキシ)ナフチル)]フルオレンなどの9,9−ビス(ヒドロキシC2−4アルコキシナフチル)フルオレンなど]などが挙げられる。他のジオール成分は単独で又は二種以上組み合わせてもよい。
ジオール成分(a)において、ジベンゾフルオレン化合物(a1)の割合は、ジオール成分(a)全体に対して、例えば、30モル%以上(例えば、40〜100モル%程度)、好ましくは50モル%以上(例えば、60〜99モル%程度)、さらに好ましくは70モル%以上(例えば、80〜95モル%程度)であってもよく、通常90モル%以上(例えば、95モル%以上)であってもよい。
なお、必要に応じて、ジオール成分に加えて、3以上のヒドロキシル基を有するポリオール成分[例えば、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、ペンタエリスリトールなどのアルカンポリオール、フルオレン骨格を有するポリオール(ビスカテコールフルオレンなど)、3以上のヒドロキシル基を有するジベンゾフルオレン化合物(例えば、9,9−ビス(ジ又はトリヒドロキシフェニル)−ジベンゾフルオレンなどの前記例示の化合物)など]を少量使用してもよい。
また、前記ポリエステル樹脂において、ジカルボン酸成分としては、例えば、アルカンジカルボン酸(アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸などのC2−20アルカン−ジカルボン酸、好ましくはC2−14アルカン−ジカルボン酸など)などの脂肪族ジカルボン酸;シクロアルカンジカルボン酸(シクロヘキサンジカルボン酸などのC5−10シクロアルカン−ジカルボン酸)、ジ又はトリシクロアルカンジカルボン酸(デカリンジカルボン酸、ノルボルナンジカルボン酸、アダマンタンジカルボン酸など)などの脂環族ジカルボン酸;アレーンジカルボン酸(テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、1,8−ナフタレンジカルボン酸、アントラセンジカルボン酸、フェナントレンジカルボン酸などのC6−14アレーン−ジカルボン酸など)、ビフェニルジカルボン酸(2,2’−ビフェニルジカルボン酸など)、ジフェニルアルカンジカルボン酸(4,4’−ジフェニルメタンジカルボン酸、2,2−ジ(4−カルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパンなどのジフェニルC1−10アルカンジカルボン酸)、ジフェニルケトンジカルボン酸(4,4′−ジフェニルケトンジカルボン酸など)、ジフェニルエーテルジカルボン酸(例えば、4,4’−ジフェニルエーテルジカルボン酸など)、フルオレン骨格を有するジカルボン酸などの芳香族ジカルボン酸、これらの誘導体(ジカルボン酸ハライド、ジカルボン酸無水物、低級アルキルエステル(メチルエステル、エチルエステルなどのC1−4アルキルエステル、好ましくはC1−2アルキルエステルなど)など)などが挙げられる。これらのジカルボン酸成分は単独で又は2種以上組み合わせてもよい。
これらのジカルボン酸成分のうち、より一層高い耐熱性などの特性をポリエステル樹脂に付与するなどの目的においては、芳香族ジカルボン酸成分(芳香族ジカルボン酸又はその誘導体)が好ましい。特に、芳香族ジカルボン酸成分を、フルオレン骨格を有するジカルボン酸成分で構成すると、ポリエステル系樹脂において、耐熱性や屈折率などの特性をより一層向上できる。フルオレン骨格を有するジカルボン酸成分(b1)としては、フルオレン骨格を有する限り特に制限されないが、通常、下記式(b1A)で表されるジカルボン酸、下記式(b1A)で表されるジカルボン酸又はこれらの誘導体であってもよい。
Figure 0005502969
(式中、Rは置換基を示し、Rは置換基を有していてもよい二価の炭化水素基を示す。qは0〜4の整数である。)
Figure 0005502969
(式中、RおよびRは、同一又は異なって置換基を示す。rは0〜3の整数であり、sは0〜1の整数である。)
上記式(b1A)において、基Rで表される置換基としては、前記式(1)における置換基Rで例示した置換基と同様の基(例えば、アルキル基など)が挙げられる。異なるベンゼン環に置換する基Rは互いに異なっていてもよく、同一であってもよい。また、qが2以上である場合、基Rは、同一のベンゼン環において、異なっていてもよく、同一であってもよい。好ましい置換数pは、0又は1、特に0である。なお、異なるベンゼン環に置換する基Rの置換数pは、異なっていてもよいが、通常、同一である。
また、前記式(b1A)において、基Rで表される二価の炭化水素基としては、脂肪族炭化水素基{例えば、アルキレン基(例えば、メチレン基、エチレン基、エチリデン基、トリメチレン基、プロピレン基、プロピリデン基、テトラメチレン基、エチルエチレン基、ブタン−2−イリデン基、1,2−ジメチルエチレン基、ペンタメチレン基、ペンタン−2,3−ジイル基などのC1−8アルキレン基、好ましくはC1−4アルキレン基)、シクロアルキレン基(例えば、シクロへキシレン基、メチルシクロへキシレン基などのC5−10シクロアルキレン基、アルキレン−シクロアルキレン基[例えば、メチレン−シクロへキシレン基、エチレン−シクロへキシレン基、エチレン−メチルシクロへキシレン基、エチリデン−シクロへキシレン基などのC1−6アルキレン−C5−10シクロアルキレン基など}、芳香族炭化水素基{例えば、アリーレン基(フェニレン基、ナフタレンジイル基などのC6−10アリーレン基)、アルキレン(又はアルキリデン)−アリーレン基[例えば、メチレン−フェニレン基、エチレン−フェニレン基、エチレン−メチルフェニレン基、エチリデンフェニレン基などのC1−4アルキレン−C6−10アリーレン基、好ましくはC1−2アルキレン−フェニレン基]など}が例示できる。また、基Rで表される二価の炭化水素基は、置換基を有していてもよい。置換基としては、例えば、前記式(1)における置換基Rで例示した置換基と同様の基(例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基などの炭化水素基)が挙げられる。
前記式(b1B)において、基Rで表される置換基としては、前記式(1)における置換基Rで例示した置換基と同様の基が挙げられる。異なるベンゼン環に置換する基Rは互いに異なっていてもよく、同一であってもよい。また、rが2以上である場合、基Rは、同一のベンゼン環において、異なっていてもよく、同一であってもよい。好ましい置換数rは、0又は1、特に0である。なお、異なるベンゼン環に置換する基Rの置換数rは、異なっていてもよいが、通常、同一である。また、基Rで表される置換基としては、前記式(1)における置換基Rで例示した置換基と同様の基(例えば、アルキル基などの炭化水素基)が挙げられる。好ましい置換基Rには、アルキル基(例えば、メチル基、エチル基などのC1−20アルキル基、好ましくはC1−12アルキル基)などが挙げられる。また、2つのsは同一又は異なっていてもよい。また、sがいずれも1である場合、2つの基Rは、同一又は異なっていてもよい。
代表的なフルオレン骨格を有するジカルボン酸成分(b1)としては、例えば、9,9−ビス(カルボキシアルキル)フルオレン類[例えば、9,9−ビス(カルボキシメチル)フルオレン、9,9−ビス(2−カルボキシエチル)フルオレン、9,9−ビス(1−カルボキシエチル)フルオレン、9,9−ビス(2−カルボキシ−1−シクロヘキシルエチル)フルオレン、9,9−ビス(2−カルボキシ−1−フェニルエチル)フルオレン、9,9−ビス(1−カルボキシプロピル)フルオレン、9,9−ビス(2−カルボキシプロピル)フルオレン、9,9−ビス(2−カルボキシ−1−メチルエチル)フルオレン、9,9−ビス(2−カルボキシ−1−メチルプロピル)フルオレン、9,9−ビス(2−カルボキシブチル)フルオレン、9,9−ビス(2−カルボキシ−1−メチルブチル)フルオレン、9,9−ビス(5−カルボキシペンチル)フルオレンなどのアルキル基に置換基(C1−4アルキル基、C5−8シクロアルキル基、C6−10アリール基など)を有していてもよい9,9−ビス(カルボキシ−C1−6アルキル)フルオレンなど]、9,9−ビス(カルボキシシクロアルキル)フルオレン類[例えば、9,9−ビス(4−カルボキシシクロヘキシル)フルオレン、9,9−ビス(1−カルボキシシクロヘキシル)フルオレンなどの置換基を有していてもよい9,9−ビス(カルボキシ−C5−8シクロアルキル)フルオレンなど]、9,9−ビス(カルボキシアリール)フルオレン類[例えば、9,9−ビス(4−カルボキシフェニル)フルオレンなどの置換基を有していてもよい9,9−ビス(カルボキシ−C6−10アリール)フルオレンなど]、9,9−ビス(カルボキシアリール−アルキル)フルオレン類[例えば、9,9−ビス(4−カルボキシベンジル)フルオレンなどの置換基を有していてもよい9,9−ビス(カルボキシC6−10アリール−C1−4アルキル)フルオレンなど]、ジカルボキシフルオレン類[例えば、ジカルボキシフルオレン(例えば、2,7−ジカルボキシフルオレン(又はフルオレン−2,7−ジカルボン酸)など)、9,9−ジアルキル−ジカルボキシフルオレン(例えば、2,7−ジカルボキシ−9,9−ジメチルフルオレン(又は9,9−ジメチルフルオレン−2,7−ジカルボン酸)、2,7−ジカルボキシ−9,9−ジヘキシルフルオレン、2,7−ジカルボキシ−9,9−ジオクチルフルオレンなどの9,9−ジC1−20アルキル−ジカルボキシフルオレン、好ましくは9,9−ジC1−16アルキル−ジカルボキシフルオレン、さらに好ましくは9,9−ジC1−12アルキル−ジカルボキシフルオレンなど)などのフルオレンの9位に置換基を有するジカルボキシフルオレンなど]、これらの化合物にさらに置換基(アルコキシ基、アシル基など)が置換した化合物などが例示できる。
なお、フルオレン骨格を有するジカルボン酸の誘導体としては、前記と同様の誘導体(ジカルボン酸ハライド、ジカルボン酸無水物、低級アルキルエステルなど)が挙げられる。
これらのフルオレン骨格を有するジカルボン酸成分(b1)は、単独で又は2種以上組みあわせてもよい。
ジカルボン酸成分(b)をフルオレン骨格を有するジカルボン酸成分(b1)で構成する場合、ジカルボン酸成分(b1)の割合は、ジカルボン酸成分(b)全体に対して、例えば、30モル%以上(例えば、40〜100モル%程度)、好ましくは50モル%以上(例えば、60〜99モル%程度)、さらに好ましくは70モル%以上(例えば、80〜95モル%程度)であってもよく、通常90モル%以上(例えば、95モル%以上)であってもよい。
なお、必要に応じて、ジカルボン酸成分に加えて、3以上のカルボキシル基を有するポリカルボン酸(例えば、トリメリット酸、ピロメリット酸、フルオレン骨格を有するポリカルボン酸(例えば、特開2006−151833号公報に記載のフルオレンポリカルボン酸エステルに対応するポリカルボン酸など)など)を少量使用してもよい。
前記ポリエステル樹脂は、前記のように、前記ヒドロキシル基を有するジベンゾフルオレン化合物で少なくとも構成されたジオール成分(a)と、ジカルボン酸成分(b)とを重合成分とするポリエステル樹脂であり、通常、下記式(A1)で表されるエステルユニットを有するポリエステル樹脂である。
Figure 0005502969
(式中、Aはジカルボン酸成分(b)の残基を示し、Z、R、R、R、R、k、l、mおよびnは前記と同じ。)
前記ポリエステル樹脂の重量平均分子量は、例えば、3000〜1000000程度の範囲から選択でき、例えば、5000〜800000、好ましくは8000〜600000、さらに好ましくは10000〜500000(例えば、30000〜500000)程度であってもよい。なお、上記、重量平均分子量は、ポリスチレンを基準とするゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより評価した値であってもよい。
また、前記ポリエステル樹脂は、耐熱性に優れている。例えば、ポリエステル樹脂のガラス転移温度Tgは、180℃以上(例えば、180〜450℃程度)、好ましくは200〜400℃、さらに好ましくは210〜380℃程度であってもよい。
なお、前記ポリエステル樹脂は、前記ジオール成分(a)と前記ジカルボン酸成分(b)とを反応(縮合反応)させることにより得ることができる。縮合反応(重縮合反応)は、一般的なポリエステル樹脂の合成に用いられる方法、例えば、エステル交換法、直接重合法などの溶融重合法、溶液重合法、界面重合法などを利用して製造できる。
反応において、ジオール成分(a)と、ジカルボン酸成分(b)との割合は、これら成分の当量比をベースに適宜選択できる。例えば、ジオール成分(a)の割合は、ジカルボン酸成分(b)1モルに対して、0.7〜1.5モル、好ましくは0.9〜1.1モル、さらに好ましくは0.95〜1.05モル程度であってもよく、通常約1モル程度である。
反応(縮合反応、重合反応)は、溶媒の非存在下で行ってもよく、溶媒の存在下で行ってもよい。なお、溶媒は、反応温度において液体である成分であればよい。例えば、常温において固体であっても、反応温度において液状となる成分であってもよい。代表的な溶媒(有機溶媒)としては、エーテル系溶媒[ジフェニルエーテルなどの鎖状エーテル類、テトラヒドロフランなどの環状エーテル類など]、ハロゲン系溶媒(塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素などのハロゲン化炭化水素類、トリクロロビフェニルなどのハロゲン化芳香族炭化水素類)、芳香族炭化水素類(ベンゼン、トルエン、キシレンなど)、複素環化合物(N−メチル−2−ピロリドンなど)、スルホン系溶媒(スルホラン、ジメチルスルホンなどの脂肪族スルホン、ジフェニルスルホンなどの芳香族スルホンなど)などが挙げられる。これらの溶媒のうち、ジフェニルエーテル、トリクロロビフェニルなどの高沸点溶媒[例えば、沸点が180℃以上(例えば、200〜500℃、好ましくは210〜450℃、さらに好ましくは220〜400℃程度)の溶媒など]が好ましい。前記溶媒は、単独で又は二種以上組み合わせて使用してもよい。
反応(縮合反応、重合反応)は、触媒の存在下で行ってもよい。前記触媒としては、特に限定されず、例えば、金属水酸化物(水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属酸化物など)、金属炭酸塩(炭酸ナトリウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属炭酸塩など)、アミン類(例えば、イミダゾール類、ベンゾトリアゾール類など)、ホスフィン類(トリフェニスホスフィンなど)、第4級アンモニウム塩(塩化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウムなどのハロゲン化テトラアルキルアンモニウム;塩化ベンジルトリメチルアンモニウム、塩化ベンジルトリエチルアンモニウムなどの塩化ベンジルトリアルキルアンモニウムなど)、第四級ホスホニウム塩(塩化ベンジルトリフェニルホスホニウムなど)、アルミニウム化合物(トリアルキルアルミニウムなど)、ゲルマニウム化合物、スズ化合物(塩化スズ、スズカルボキシレート類など)、チタン化合物(チタンアルコキシドなど)などが例示できる。特に、第4級アンモニウム塩などを触媒として使用すると、前記ジオール成分及び前記ジカルボン酸の双方を効率よく活性化できる。触媒は、単独で又は二種以上組み合わせて使用してもよい。
触媒の使用量は、触媒の種類に応じて調整でき、ジオール成分(a)及びジカルボン酸成分(b)の総量1モルに対して、0〜1モルの範囲から選択でき、例えば、0.0001〜0.5モル、通常、0.001〜0.3モル、好ましくは0.003〜0.2モル、さらに好ましくは0.005〜0.1モル程度であってもよい。
重合反応は、通常、加熱下で行ってもよく、例えば、120〜350℃、好ましくは140〜330℃、さらに好ましくは160〜300℃(例えば、170〜250℃)程度で行う場合が多い。加熱は、昇温及び/又は降温操作などを適宜利用してもよく、略一定の温度にて一段階で行ってもよく、異なる温度で複数段階の加熱を行ってもよい。なお、反応時間は、例えば、20分〜24時間、好ましくは30分〜18時間、さらに好ましくは1〜12時間(例えば、1〜6時間)程度であってもよい。
反応は、空気中で行ってもよいが、不活性ガス(ヘリウム、窒素、アルゴンなど)の雰囲気下又は流通下で行ってもよい。また、反応は、常圧下、加圧下、又は減圧下で行ってもよい。例えば、反応は、加熱後、縮合反応により生成する成分(水、塩化水素など)を反応系外に除去しながら行うため減圧下で行ってもよい。なお、反応の進行は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)、ガスクロマトグラフィー(GC)などにより確認(又は追跡)できる。
なお、反応終了後、生成物であるポリエステル樹脂は、慣用の分離方法、例えば、濾過、濃縮、抽出、晶析、再結晶、カラムクロマトグラフィーなどの分離手段や、これらを組み合わせた分離手段により分離精製できる。
(ポリエーテル樹脂)
ポリエーテル樹脂は、例えば、前記ジオール成分(a)(すなわち、ヒドロキシル基を有するジベンゾフルオレン化合物で少なくとも構成されたジオール成分(a))を重合成分とするポリエーテル樹脂である。このようなポリエーテル樹脂において、ヒドロキシル基を有するジベンゾフルオレン化合物は、通常、前記式(1)においてEが酸素原子でありかつpが1である化合物(すなわち、前記式(a1)で表されるジベンゾフルオレン化合物(又はジオール成分(a1))であってもよい。そして、このようなポリエーテル系樹脂は、通常、前記ジオール成分(a)と、複数のハロゲン原子を有する化合物(C)とを重合成分とする樹脂である。
すなわち、ポリエーテル樹脂は、通常、下記式(A2)で表されるエーテルユニットを有するポリエーテル樹脂である。
Figure 0005502969
(式中、Aは複数のハロゲン原子を有する化合物(C)の残基、Z、R、R、R、R、k、l、mおよびnは前記と同じ。)
複数のハロゲン原子を有する化合物(C)において、ハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素原子などが挙げられる。これらの原子のうち、フッ素原子及び塩素原子などが好ましく、特にフッ素原子が好ましい。ハロゲン原子の個数は、適宜選択でき、例えば、2〜8個、好ましくは2〜6個、さらに好ましくは2〜4個程度であってもよい。通常、2つのハロゲン原子を有する化合物を用いる場合が多い。
また、複数のハロゲン原子を有する化合物は、脂肪族骨格を有する化合物であってもよいが、特に、芳香族骨格(又は芳香環)を有する化合物であるのが好ましい。さらに、複数のハロゲン原子を有する化合物は、ケトン骨格やスルホン骨格を有していてもよい。なお、ケトン骨格を有する化合物を用いるとポリエーテルケトン系樹脂が得られ、スルホン骨格を有する化合物を用いるとポリエーテルスルホン系樹脂が得られる。
代表的な複数のハロゲン原子を有する化合物としては、複数のハロゲン原子を有する芳香族ケトン系化合物、複数のハロゲン原子を有する芳香族エーテル系化合物、複数のハロゲン原子を有する芳香族スルホン系化合物[例えば、4,4’−ジフルオロジフェニルスルホンなどのジ(ハロアリール)スルホン(好ましくはジ(ハロC6−10アリール)スルホン)など]などが挙げられる。
前記芳香族ケトン系化合物としては、例えば、ビス(ハロアリールカルボニル)アレーン化合物[例えば、1,4−ジ(2−、3−又は4−フルオロベンゾイル)ベンゼン、5−t−ブチル−1,3−ジ(2−、3−又は4−フルオロベンゾイル)ベンゼン、1,5−ジ(4−フルオロベンゾイル)ナフタレン、1,5−ジ(4−フルオロベンゾイル)−2,6−ジメチルナフタレン、2,6−ジ(2−、3−、又は4−フルオロベンゾイル)ナフタレンなどのビス(フルオロアリールカルボニル)アレーン化合物(好ましくはビス(フルオロC6−10アリールカルボニル)C6−14アレーン化合物);これらのビス(フルオロアリールカルボニル)アレーン化合物に対応するビス(クロロアリールカルボニル)アレーン化合物、ビス(ブロモアリールカルボニル)アレーン化合物及びビス(ヨードアリールカルボニル)アレーン化合物など]、ビス(ハロアリールカルボニルアリール)エーテル化合物[例えば、4,4'−ビス(4−フルオロベンゾイル)ジフェニルエーテルなどのビス(フルオロアリールカルボニルアリール)エーテル化合物(好ましくはビス(フルオロC6−10アリールカルボニル−C6−10アリール)エーテル、さらに好ましくはビス(フルオロC6−10アリールカルボニルフェニル)エーテル);これらのビス(フルオロアリールカルボニルアリール)エーテル化合物に対応するビス(クロロアリールカルボニルアリール)エーテル化合物、ビス(ブロモアリールカルボニルアリール)エーテル化合物及びビス(ヨードアリールカルボニルアリール)エーテル化合物など]、これらのジケトン化合物に対応するトリ又はテトラケトン化合物などが挙げられる。
前記芳香族エーテル系化合物としては、ジ(ハロアリール)エーテル化合物(例えば、4,4’−ジブロモジフェニルエーテルなどのジ(ハロC6−10アリール)エーテル化合物)、芳香族複素環化合物[例えば、2,5−ビス(4−フルオロフェニル)−1,3,4−オキサジアゾールなどの2つのハロアリール基が置換した5乃至6員芳香族複素環化合物]などが挙げられる。
複数のハロゲン原子を有する化合物は単独で又は2種以上組み合わせてもよい。また、必要により、前記複数のハロゲン原子を有する化合物とともに、モノハロ化合物、例えば、フルオロメタン、フルオロエタン、クロロエタンなどのモノハロアルカン(モノハロC1−20アルカンなど)、フルオロベンゼン、クロロベンゼンなどのモノハロアレーン(モノハロC6−14アレーンなど)などを併用してもよい。なお、これらのモノハロ化合物が有するハロゲン原子は、フッ素原子、塩素原子に限らず、臭素原子、ヨウ素原子などであってもよい。
なお、複数のハロゲン原子を有する化合物は、市販品であってもよく、慣用の方法により合成したものを用いてもよい。ジケトン化合物の合成には、例えば、Ohno, M.; Takata, T.; Endo, T. Macromolecules, 27[12], 3447-3448(1994)、Ohno, M.; Takata, T.; Endo, T. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem., 33[15], 2647-2655(1995)などを参照できる。
前記ポリエーテル樹脂の重量平均分子量は、例えば、10000〜500000、好ましくは15000〜200000、さらに好ましくは20000〜100000程度であってもよい。なお、上記、重量平均分子量は、ポリスチレンを基準とするゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより評価した値であってもよい。
前記ポリエーテル樹脂は、耐熱性に優れている。例えば、ポリエーテル樹脂のガラス転移温度Tgは、180℃以上(例えば、180〜450℃程度)、好ましくは200〜350℃、さらに好ましくは230〜340℃程度であってもよい。
ポリエーテル系樹脂は、前記複数のハロゲン原子を有する化合物と、ヒドロキシル基を有するジベンゾフルオレン化合物(特にジオール成分(a))と、必要により他のモノマーとを重合させることにより得られる。
複数のハロゲン原子を有する化合物と、ヒドロキシル基を有するジベンゾフルオレン化合物(特にジオール成分(a))との割合は、ハロゲン原子を有する化合物のハロゲン原子とヒドロキシル基を有するジベンゾフルオレン化合物のヒドロキシル基との当量比をベースに適宜選択できる。
重合は、通常、加熱下で行う場合が多く、例えば、120〜350℃、好ましくは130〜330℃、さらに好ましくは140〜310℃程度の温度で行ってもよい。加熱は、昇温及び/又は降温操作などを適宜利用してもよく、略一定の温度にて一段階で行ってもよく、異なる温度で複数段階の加熱を行ってもよい。なお、反応時間は、例えば、30分〜48時間、好ましくは1〜24時間、さらに好ましくは1.5〜12時間程度であってもよい。
分子量分布幅が狭く、均一で高分子量のポリエーテル樹脂を得る場合には、二段階の加熱により重合を行うのが好ましい。二段階加熱において、一段階目の加熱温度は、例えば、120〜180℃、好ましくは125〜175℃、さらに好ましくは130〜170℃程度であってもよい。また、二段階目の加熱温度は、例えば、190〜350℃、好ましくは200〜330℃、さらに好ましくは210〜310℃程度であってもよい。なお、複数段階の加熱により重合を行う場合、後続の加熱温度への移行は連続的に行ってもよく、時間的間隔を置いて行ってもよい。なお、二段階加熱による重合反応では、一段階目及び二段階目の加熱時間は、それぞれ、例えば、30分〜24時間、好ましくは1〜12時間、さらに好ましくは1.5〜6時間程度の範囲から適宜選択できる。
重合反応には、塩基触媒を用いてもよい。このような塩基触媒としては、無機塩基、例えば、金属水酸化物(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など)、金属炭酸塩(炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属炭酸塩;炭酸水素ナトリウムなどのアルカリ金属炭酸水素塩;炭酸セシウムなどの希土類金属の炭酸塩など)などが挙げられる。これらの塩基触媒は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。
塩基触媒の割合は、ヒドロキシル基を有するジベンゾフルオレン化合物100重量部に対して、例えば、1〜1000重量部、好ましくは10〜700重量部、さらに好ましくは50〜500重量部程度であってもよい。
重合反応は、溶媒の非存在下で行ってもよいが、溶媒(有機溶媒など)の存在下で行ってもよい。溶媒としては、前記と同様の溶媒などを使用できる。溶媒は単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。
反応は、空気中で行ってもよいが、不活性ガス(ヘリウム、窒素、アルゴンなど)の雰囲気下又は流通下で行ってもよい。また、反応は、常圧又は加圧下で行ってもよい。なお、反応の進行は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)、ガスクロマトグラフィー(GC)などにより確認(又は追跡)してもよい。
なお、反応終了後、生成物であるポリエーテル樹脂は、慣用の分離方法、例えば、濾過、濃縮、抽出、晶析、再結晶、カラムクロマトグラフィーなどの分離手段や、これらを組み合わせた分離手段により分離精製できる。
(ポリチオエーテル樹脂)
ポリチオエーテル樹脂は、例えば、メルカプト基を有するジベンゾフルオレン化合物又はその誘導体で少なくとも構成されたジメルカプト成分を重合成分とするポリチオエーテル樹脂である。このようなポリチオエーテル樹脂において、メルカプト基を有するジベンゾフルオレン化合物は、通常、前記式(1)においてEが硫黄原子でありかつpが1である化合物すなわち、下記式(a2)で表されるジベンゾフルオレン化合物であってもよい。そして、このようなポリチオエーテル樹脂は、通常、前記ジメルカプト成分と、複数のハロゲン原子を有する化合物(D)とを重合成分として得られる樹脂である。
Figure 0005502969
(式中、Z、R、R、R、R、k、l、mおよびnは前記と同じ。)
上記式(a2)で表される化合物としては、前記例示の2つのメルカプト基を有するジベンゾフルオレン化合物[例えば、9,9−ビス(メルカプトフェニル)ジベンゾフルオレン、9,9−ビス(C1−4アルキル−メルカプトフェニル)ジベンゾフルオレン、9,9−ビス(メルカプトナフチル)ジベンゾフルオレンなど]などが挙げられる。
また、前記誘導体としては、複数のハロゲン原子を有する化合物(D)と反応してポリチオエーテル樹脂を形成できる限り特に限定されず、例えば、メルカプト基を有するジベンゾフルオレン化合物のメルカプト基の水素原子が、N−置換カルボニル基(例えば、N,N−ジメチルカルボニル基などのN,N−ジアルキルカルボニル基)に置換された化合物などが挙げられる。なお、ジメルカプト成分は、メルカプト基を有するジベンゾフルオレン化合物又はその誘導体で構成されていればよく、他のジメルカプト成分[ジベンゾフルオレン化合物(a2)又はその誘導体以外のジメルカプト成分、例えば、ジベンゾフルオレン化合物(a2)でないフルオレン骨格を有するジメルカプト成分(9,9−ビス(4−メルカプトフェニル)フルオレンなどの9,9−ビス(メルカプトフェニル)フルオレン;9,9−ビス(4−メルカプト−3−メチルフェニル)フルオレンなどの9,9−ビス(モノ又はジC1−4アルキル−メルカプトフェニル)フルオレン;9,9−ビス[4−(2−メルカプトエトキシ)フェニル]フルオレンなどの9,9−ビス(メルカプトC2−4アルコキシ−フェニル)フルオレン;9,9−ビス[4−(2−メルカプトエトキシ)−3−メチルフェニル]フルオレンなどの9,9−ビス(メルカプトC2−4アルコキシ−モノ又はジC1−6アルキルフェニル)フルオレンなど]を含んでいてもよい。
ジメルカプト成分において、ジベンゾフルオレン化合物(a2)又はその誘導体の割合は、ジメルカプト成分全体に対して、例えば、30モル%以上(例えば、40〜100モル%程度)、好ましくは50モル%以上(例えば、60〜99モル%程度)、さらに好ましくは70モル%以上(例えば、80〜95モル%程度)であってもよく、通常90モル%以上(例えば、95モル%以上)であってもよい。
また、複数のハロゲン原子を有する化合物(D)としては、前記ポリエーテル樹脂の項で例示した化合物と同様の化合物を使用できる。複数のハロゲン原子を有する化合物は単独で又は2種以上組み合わせてもよい。また、前記ポリエーテル樹脂の場合と同様に、必要により、前記複数のハロゲン原子を有する化合物とともに、モノハロ化合物などを併用してもよい。
ポリチオエーテル系樹脂は、前記のように、通常、前記ジメルカプト成分と、複数のハロゲン原子を有する化合物(D)とを重合成分として得られる樹脂である。すなわち、ポリチオエーテル樹脂は、通常、下記式(A3)で表されるチオエーテルユニットを有するポリチオエーテル樹脂である。
Figure 0005502969
(式中、Aは複数のハロゲン原子を有する化合物(D)の残基、Z、R、R、R、R、k、l、mおよびnは前記と同じ。)
前記ポリチオエーテル樹脂は、耐熱性に優れている。例えば、ポリチオエーテル樹脂のガラス転移温度Tgは、180℃以上(例えば、180〜450℃程度)、好ましくは200〜400℃、さらに好ましくは230〜350℃程度であってもよい。
ポリチオエーテル系樹脂は、前記のように、前記複数のハロゲン原子を有する化合物(D)と、メルカプト基を有するジベンゾフルオレン化合物(特にジメルカプト成分)と、必要により他のモノマーとを重合させることにより得られる。複数のハロゲン原子を有する化合物と、メルカプト基を有するジベンゾフルオレン化合物との割合は、ハロゲン原子を有する化合物のハロゲン原子とメルカプト基を有するジベンゾフルオレン化合物のメルカプト基との当量比をベースに適宜選択できる。
前記重合反応は、触媒の存在下で行ってもよい。前記触媒としては、塩基触媒、酸触媒などが例示でき、通常、塩基触媒を使用することが多い。塩基触媒としては、金属水酸化物(水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属酸化物など)、金属炭酸塩(炭酸ナトリウム、炭酸セシウム、炭酸カルシウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属炭酸塩、炭酸水素ナトリウムなどのアルカリ金属又はアルカリ土類金属炭酸水素塩など)などの無機塩基;アミン類[例えば、第3級アミン類(N,N−ジメチルアニリンなどの芳香族第3級アミン、1−メチルイミダゾールなどの複素環式第3級アミン)など]、カルボン酸金属塩(酢酸ナトリウム、酢酸カルシウムなどの酢酸アルカリ金属又はアルカリ土類金属塩など)などの有機塩基などが例示できる。これの触媒のうち、金属炭酸塩、特に、炭酸セシウムなどのアルカリ金属炭酸塩、炭酸カルシウムなどのアルカリ土類金属炭酸塩などが好ましい。触媒は、単独で又は二種以上組み合わせて使用してもよい。
触媒の使用量は、触媒の種類に応じて調整でき、ジメルカプト成分1モルに対して、0〜5モルの範囲から選択でき、例えば、0.001〜4.5モル、通常、0.01〜4モル、好ましくは0.01〜3.5モル、さらに好ましくは0.05〜3モル程度であってもよい。
重合反応は、溶媒の非存在下で行ってもよいが、通常、溶媒の存在下で行う場合が多い。溶媒は、特に限定されず、幅広い範囲で使用できる。代表的な溶媒(有機溶媒)としては、エーテル系溶媒(ジエチルエーテルなどのジアルキルエーテル類、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの環状エーテル類など)、ハロゲン系溶媒(塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素などのハロゲン化炭化水素類)、芳香族炭化水素類(ベンゼン、トルエン、キシレンなど)、複素環化合物(N−メチル−2−ピロリドンなど)、スルホン系溶媒(スルホラン、ジメチルスルホンなどの脂肪族スルホン、ジフェニルスルホンなどの芳香族スルホンなど)などが挙げられる。これらの溶媒のうち、特に、N−メチル−2−ピロリドンなどの複素環化合物;スルホラン、ジフェニルスルホンなどのスルホン系溶媒などの高沸点溶媒(例えば、沸点が180℃以上(例えば、200〜500℃、好ましくは210〜450℃、さらに好ましくは220〜400℃程度)の溶媒など)が好ましい。前記溶媒は、単独で又は二種以上組み合わせて使用してもよい。
溶媒の使用量は、前記ジメルカプト成分及び前記複数のハロゲン原子を有する化合物(D)の総量1重量部に対して、例えば、0.1〜30重量部(例えば、0.3〜20重量部)、好ましくは0.4〜10重量部、さらに好ましくは0.5〜5重量部程度であってもよい。
重合反応は、使用する成分触媒などの種類に応じて異なるが、通常、加熱下で行うことが多く、例えば、120〜350℃、好ましくは130〜330℃、さらに好ましくは140〜300℃(例えば、180〜270℃)程度で行う場合が多い。加熱は、昇温及び/又は降温操作などを適宜利用してもよく、略一定の温度にて一段階で行ってもよく、異なる温度で複数段階の加熱を行ってもよい。なお、反応時間は、例えば、30分〜48時間、好ましくは1〜24時間、さらに好ましくは1.5〜16時間(例えば、2〜10時間)程度であってもよい。
分子量分布幅が狭く、均一で高分子量のポリチオエーテル樹脂を得る場合には、複数の工程で加熱して重合を行ってもよい。複数の加熱工程では、順次加熱温度を高くする場合が多い。なお、複数段階の加熱により重合を行う場合、後続の加熱温度への移行は連続的に行ってもよく、時間的間隔を置いて行ってもよい。なお、二段階加熱による重合反応では、一段階目及び二段階目の加熱時間は、それぞれ、例えば、30分〜24時間、好ましくは1〜12時間、さらに好ましくは1.5〜6時間程度の範囲から適宜選択できる。なお、反応は、攪拌しながら行ってもよい。
反応は、空気中で行ってもよいが、不活性ガス(ヘリウム、窒素、アルゴンなど)の雰囲気下又は流通下で行ってもよい。また、反応は、常圧又は加圧下で行ってもよい。なお、反応の進行は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)、ガスクロマトグラフィー(GC)などにより確認(又は追跡)してもよい。
なお、反応終了後、生成物であるポリチオエーテル樹脂は、慣用の分離方法、例えば、濾過、濃縮、抽出、晶析、再結晶、カラムクロマトグラフィーなどの分離手段や、これらを組み合わせた分離手段により分離精製できる。
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って限定されるものではない。
なお、実施例において、化合物又はポリマーの特性は以下の方法により測定又は評価した。
(1)分子量測定
ポリマーの重量平均分子量Mwは、溶出液としてクロロホルムを用い、30℃(流速0.085mL/分)の条件で、2本の連続した線状ポリスチレンゲルカラム(Tosoh TSKgel G5000HXL、G4000HXL)を備えたJASCO Gulliverにより、ポリスチレン標準で、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって測定した。
(2)ガラス転移温度(Tg)測定
示差走査熱量計(島津製作所(株)製、「DSC−60」)を用い、50mL/分の窒素流下、10℃/分の昇温条件で測定した。
(3)熱重量分析(TGA)
熱重量分析(TGA)は、島津製作所(株)製、「TGA−50」装置を用いて、窒素雰囲気下(Tdpa)及び空気雰囲気(Tdpb)(流量50ml/分)中、加熱速度10℃/分で行い、熱分解温度を測定した。
(4)FT−IRスペクトル
FT−IRスペクトルは、JASCO製、FT−IR−230分光光度計によって記録した。
(5)H−NMRスペクトル
H−NMRスペクトルは、内標準としてテトラメチルシランを用い、溶媒としてCDClを用いて、JEOL GTX−400分光計によって記録した。
(6)MALDI−TOF−MASS
MALDI−TOF−MSスペクトルは、Shimadzu AXIMA−CFR質量分析計によって得た。
(7)屈折率測定
ポリマーを塩化メチルに溶解させ、0.2μmのメンブランフィルタにて不溶分を除去した後、スピンコーターにて1000〜3000rpmにて良く研磨したシリコン上に薄膜を製膜した後に、光学式薄膜測定装置F20(フィルメトリクス社製)にてλ=589nmおよびλ=632.4nmにおける屈折率を測定した。
(合成例)
(1)ベンズ[f]インダン−1−オンの合成
α,α,α’,α’−テトラブロモ−o−キシレン30.0g(0.0710mol)および2−シクロペンテン−1−オン5.83g(0.0710mol)を、270mLのDMF(ジメチルホルムアミド)に溶解させた。さらに、ヨウ化ナトリウム(69.7g、0.465mol)を添加し、得られた混合物を80℃まで加熱して一晩攪拌して反応させた。冷却した反応混合物を、氷水(500mL)に注ぎ、そして亜硫酸水素ナトリウム水溶液を徐々に添加することによってヨウ素に起因する褐色を除去した。ろ過によって、黄色沈殿を得、この沈殿物を95%エタノールから再結晶して、ベンズ[f]インダン−1−オンを収率35%で得た。融点は、144〜146℃であった。
H−NMR(400MHz,CDCl)δ:2.79−2.82(t,2H),3.31−3.34(t,2H),7.48−8.33(m,6H)
反応式を下記に示す。
Figure 0005502969
(2)2,3:6,7−ジベンゾ−9−フルオレノンの合成
得られたベンズ[f]インダン−1−オン8.08g(0.0444mol)、NBS(N−ブロモスクシンイミド)8.68g(0.0596mol)、および過酸化ベンゾイル40mgを、120mLの乾燥CCl中で2時間還流させた。還流後の溶液を冷却し、ろ過によってNBSを除去し、得られた粗生成物を次の工程に直接使用した。CCl中の粗臭化生成物を氷浴にて冷却し、次いで7.72mL(5.64g、0.056mol)のトリエチルアミン(EtN)をゆっくり添加した。得られた混合物を室温まで戻し、一晩攪拌した。その後、得られた沈澱を取り出し、減圧乾燥した。得られた乾燥物(ベンズ[f]インデン−1−オン)を、さらに精製することなく使用した。
H−NMR(400MHz,CDCl)δ:6.11−6.14(d,2H)、7.30−7.95(m,6H)
反応式を以下に示す。
Figure 0005502969
そして、α,α,α’,α’−テトラブロモ−o−キシレン18.72g(44.4mmol)および得られたベンズ[f]インデン−1−オン8.0g(44.4mmol)を350mLのDMFに溶解させた。ヨウ化ナトリウム43.6g(290.8mmol)を添加し、得られた混合物を80℃で一晩攪拌して反応させた。氷水中でこの反応を止め、亜硫酸水素ナトリウムで脱色した。得られた黄色沈澱をろ過し、氷酢酸から再結晶、次いでキシレンから再結晶し、昇華して淡黄色針状の2,3:6,7−ジベンゾフルオレノンを48%の収率で得た。融点は、270〜273℃であった。
H−NMR(400MHz,CDCl)δ:7.45−7.58(m,4H)、7.85−7.91(t,4H)、8.07(s,2H)、8.25(s,2H)
IR:1706.2cm−3
MALDI−TOF−MASS:280(M)。
反応式を以下に示す。
Figure 0005502969
(実施例1)
9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−2,3:6,7−ジベンゾ−9−フルオレンの合成
攪拌機および還流冷却管を備えた150mLの丸底フラスコに、合成例で得た2,3:6,7−ジベンゾフルオレノン5.0g(0.017mol)を、溶融したフェノール7.2g(0.076mol)と共に充填した。30mLのCHClを加え、攪拌して溶解させた。次いで、0.15mLの3−メルカプトプロピオン酸および1.5mLのメタンスルホン酸をフラスコに添加した。50℃まで加熱し、8時間反応させた。室温まで冷却した後、反応混合物をろ過し、CHClで、次いで温水で洗浄した。洗浄後、得られた固体を回収し、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−2,3:6,7−ジベンゾ−9−フルオレンを65%の収率で得た。融点は、299〜301℃であった。
H−NMR(400MHz,CDCl)δ:6.64(d,J=8,4H)、7.07(d,J=8,4H)、7.34−7.42(m,4H)、7.73(d,J=8,2H)、7.76(s,2H)、7.91(d,J=8,2H)、8.37(s,2H)。
MALDI−TOF−MASS:451.7(M)。
反応式を以下に示す。
Figure 0005502969
(実施例2)
実施例1において、フェノール7.2g(0.076mol)に代えて、2−ナフトール10.9g(0.076mol)を使用したこと以外は、実施例1と同様に反応および回収し、9,9−ビス[6−(2−ヒドロキシナフチル)]−2,3:6,7−ジベンゾ−9−フルオレンを59%の収率で得た。融点は、315〜319℃であった。
MALDI−TOF−MASS:553.4(M
反応式を以下に示す。
Figure 0005502969
(実施例3)
ポリエステルの合成1
実施例1で得られた9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−2,3:6,7−ジベンゾ−9−フルオレン0.5631g(1.2mmol)および4,4’−オキシビス(ベンゾイルクロリド)[又はジ(4−クロロカルボニルフェニル)エーテル]0.3689g(1.2mmol)を、3mLのジフェニルエーテルに溶解させた混合物を、マグネチックスターラーおよび乾燥管を備えた100mlの2口丸底フラスコ中で、アルゴン流下にて、200℃で2時間加熱攪拌した。次いで、この反応混合物を400mLのメタノールに注ぎ、白色沈殿をろ過により回収し、ジフェニルエーテルを除去するためにメタノールおよび水で数回洗浄した。得られた粗ポリマーを、クロロホルム溶液からメタノール中に再沈殿することによって精製した。得られた沈殿をろ過し、メタノールで洗浄し、そして80℃、減圧下で24時間乾燥し、目的物(ポリエステル)を95%の収率で得た。得られたポリエステルの重量平均分子量は4.0×10、Tgは266.5℃、Tdpaは522.9℃、Tdpbは502.3℃であった。
(実施例4)
ポリエステルの合成2
実施例3において、4,4’−オキシビス(ベンゾイルクロリド)0.3689gに代えて、2,7−ジ(クロロカルボニル)−9,9−ジメチルフルオレンを0.383g(1.2mmol)使用したこと以外は、実施例3と同様にしてポリエステルを収率96%で得た。得られたポリエステルの重量平均分子量は13.1×10、Tgは298.1℃、Tdpaは506.1℃、Tdpbは482.7℃であった。
(実施例5)
ポリエステルの合成3
実施例3において、4,4’−オキシビス(ベンゾイルクロリド)0.3689gに代えて、2,2−ジ(4−クロロカルボニルフェニル)ヘキサフルオロプロパンを0.515g(1.2mmol)使用したこと以外は、実施例3と同様にしてポリエステルを収率93%で得た。得られたポリエステルの重量平均分子量は4.0×10、Tgは355.9℃、Tdpaは540.7℃、Tdpbは502.1℃であった。
(実施例6)
ポリエステルの合成4
実施例3において、4,4’−オキシビス(ベンゾイルクロリド)0.3689gに代えて、2,7−ジ(クロロカルボニル)−9,9−ジn−オクチルフルオレンを0.618g(1.2mmol)使用したこと以外は、実施例3と同様にしてポリエステルを収率95%で得た。得られたポリエステルの重量平均分子量は42.9×10、Tgは216.3℃、Tdpaは430.7℃、Tdpbは368.3℃であった。
(実施例7)
ポリエステルの合成5
実施例3において、4,4’−オキシビス(ベンゾイルクロリド)0.3689gに代えて、1,3−ジ(クロロカルボニル)ベンゼン(イソフタル酸ジクロライド)を0.243g(1.2mmol)使用したこと以外は、実施例3と同様にしてポリエステルを収率98%で得た。得られたポリエステルの重量平均分子量は7.7×10、Tgは348.4℃、Tdpaは535.9℃、Tdpbは507.6℃であった。
(実施例8)
ポリエーテルの合成1
アルゴン雰囲気下、実施例1で得られた9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−2,3:6,7−ジベンゾ−9−フルオレン0.6757g(1.5mmol)、炭酸カリウム0.4146g(3.0mmol)、および4mLのDMAc(N,N−ジメチルアセトアミド)の混合物を、140℃で2時間攪拌して反応させた。その後、冷却した反応混合物に、2,5−ビス(4−フルオロフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール0.3873g(1.5mmol)を添加し、非常に粘稠な溶液となるまで4〜6時間かけて、170℃まで徐々に加温した。そして、反応混合物を室温まで放冷したのち、さらに、DMAcを添加して希釈し、濾過により無機塩を除去した。次いで、無機塩を除去した後の反応混合物を、ゆっくりと300mLのメタノール中に注いだ。そして、沈殿物を水およびメタノールで洗浄した。洗浄後、回収したポリマーを100℃で24時間、減圧下で乾燥し、目的物(ポリエーテル)を収率93%で得た。得られたポリエーテルの重量平均分子量は56500、Tgは301.6℃、Tdpaは532.1℃、Tdpbは552℃、λ=589nmにおける屈折率は1.6921、λ=632.4nmにおける屈折率は1.6831であった。
(実施例9)
ポリエーテルの合成2
実施例8において、2,5−ビス(4−フルオロフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール0.3873gに代えて、5−t−ブチル−1,3−ビス(4−フルオロベンゾイル)ベンゼンを0.567g(1.5mmol)使用したこと以外は、実施例8と同様にしてポリエーテルを収率90%で得た。得られたポリエーテルの重量平均分子量は53500、Tgは258.6℃、Tdpaは550.6℃、Tdpbは564℃、λ=589nmにおける屈折率は1.6693、λ=632.4nmにおける屈折率は1.6611であった。
(実施例10)
ポリエーテルの合成3
実施例8において、2,5−ビス(4−フルオロフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール0.3873gに代えて、1,4−ビス(4−フルオロベンゾイル)ベンゼンを0.483g(1.5mmol)使用したこと以外は、実施例8と同様にしてポリエーテルを収率95%で得た。得られたポリエーテルの重量平均分子量は76600、Tgは271.5℃、Tdpaは533.8℃、Tdpbは536℃、λ=589nmにおける屈折率は1.6881、λ=632.4nmにおける屈折率は1.6737であった。
(実施例11)
ポリエーテルの合成4
実施例8において、2,5−ビス(4−フルオロフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール0.3873gに代えて、4,4'−ビス(4−フルオロベンゾイル)ジフェニルエーテルを0.621g(1.5mmol)使用したこと以外は、実施例8と同様にしてポリエーテルを収率98%で得た。得られたポリエーテルの重量平均分子量は50000、Tgは254.9℃、Tdpaは580.1℃、Tdpbは580℃であった。
(実施例12)
ポリエーテルの合成5
実施例8において、2,5−ビス(4−フルオロフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール0.3873gに代えて、ジ(4−フルオロフェニル)スルホンを0.381g(1.5mmol)使用したこと以外は、実施例8と同様にしてポリエーテルを収率96%で得た。得られたポリエーテルの重量平均分子量は58700、Tdpaは570.0℃、Tdpbは522℃、λ=589nmにおける屈折率は1.6617、λ=632.4nmにおける屈折率は1.6917であった。
(実施例13)
(1)ビス(N,N−ジメチル−O−チオカーバメート)の合成
水酸化カリウム1.68g(30.0mmol)を含む冷却メタノール50mLに、実施例1で得られた9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−2,3:6,7−ジベンゾ−9−フルオレンを6.53g(14.4mmol)添加し、0℃で1時間攪拌した。その後、N,N−ジメチルチオカルバモイルクロライド3.70g(30.0mmol)を添加し、60℃まで昇温し、この温度でさらに4時間攪拌し続けた。そして、濾過により白色の沈殿物を回収し、この沈殿物を冷却メタノール水溶液(メタノール/水=1/1(体積比))で洗浄した。さらに、白色沈殿物を、メタノールとクロロホルムの混合溶媒で再結晶し、白色結晶(ビス(N,N−ジメチル−O−チオカーバメート)、下記化合物)を収率90%(8.1g)で得た。なお、結晶の融点は269〜271℃であった。
H−NMR(CDCl)δ:3.23(s,6H),3.39(s,6H),6.94(d,J=8.8,4H),7.35(d,J=8.8,4H),7.40−7.47(m,4H),7.77(d,J=8,2H),7.85(s,2H),7.93(d,J=8,2H),8.37(s,2H)
MALDI−TOF−MS:625.7(M
反応式を以下に示す。
Figure 0005502969
(2)ビス(N,N−ジメチル−S−カーバメート)の合成
次に、得られた白色結晶6.0g(9.6mmol)およびジフェニルエーテル5mLの混合物を窒素注入口を備えた丸底フラスコに入れ、260℃で2時間加熱を続けた。室温に冷却した後、エーテル100mLを添加し、沈殿物を得た。濾過により白色の沈殿物を回収し、冷却したメタノール水溶液(メタノール/水(体積比)=1:1)で洗浄した。さらに、白色沈殿物を、メタノールとクロロホルムの混合溶媒で再結晶し、白色結晶(ビス(N,N−ジメチル−S−カーバメート)、下記化合物)を収率80%(4.7g)で得た。なお、結晶の融点は352〜354℃であった。
H−NMR(CDCl)δ:2.93(s,br,12H),7.27−7.41(m,12H),7.67(d,J=6.9,2H),7.73(s,2H),7.86(d,J=6.9,2H),8.28(s,2H)
反応式を以下に示す。
Figure 0005502969
(3)9,9−ビス(4−メルカプトフェニル)−2,3:6,7−ジベンゾ−9−フルオレンの合成
さらに、得られた白色結晶5.0g(8.0mmol)および水酸化カリウム4.48g(80.0mmol)を、冷却器およびアルゴンガス注入口を備えた50mLの三口フラスコに入れ、メタノール20mLを添加した。そして、アルゴン雰囲気下で、混合物を水酸化カリウムが完全に溶解するまで室温で攪拌し、その後、昇温して還流させた。さらに、フラスコに蒸留ピリジン10mLを添加し、8時間攪拌した。その後、室温まで冷却し、溶液を濾過した。そして、濾過物を蒸留水300mLで希釈し、5%塩酸で酸性化した。生成した白色沈殿物を濾過により回収し、エタノールからの2回の再結晶により精製し、白色結晶(9,9−ビス(4−メルカプトフェニル)−2,3:6,7−ジベンゾ−9−フルオレン、下記化合物)を収率95%(3.7g)で得た。なお、結晶の融点は281〜283℃であった。
H−NMR(400MHz,CDCl)δ:3.35(s,2H),7.11−7.24(m,8H),7.40−7.48(m,4H),7.74−7.76(m,4H),7.93(d,J=8,2H),8.34(s,2H)
MALDI−TOF−MASS:485.3(M
反応式を以下に示す。
Figure 0005502969
(実施例14)
ポリチオエーテルの合成1
実施例13で得られたビス(N,N−ジメチル−S−カーバメート)0.847g(0.300mmol)、2,5−ビス(4−フルオロフェニル)−1,3,4−オキサゾール0.077g(0.300mmol)、炭酸セシウム0.048g(0.150mmol)、炭酸カルシウム0.09g(0.900mmol)、及びジフェニルスルホン0.9gをアルゴン流通下で30mLの二口丸底フラスコに仕込んだ。この混合液を200℃まで加温し、この温度で2時間保持した。その後、さらに、240℃まで昇温し、この温度で2時間保持した。得られた混合液を冷却し、酢酸0.5mLでクエンチしたのち、メタノールに注ぎ、白色粉状ポリマーの沈殿物を得た。沈殿物を濾過により回収し、メタノールで洗浄した。得られた粗ポリマーを、メタノール中で、クロロホルム溶液からの再沈殿により精製した。そして、濾過により回収したポリマーを、90℃で一晩中乾燥し、目的物(ポリチオエーテル)を収率90%以上で得た。得られたポリチオエーテルの重量平均分子量は33600、Tgは320.8℃、Tdpaは546.4℃、Tdpbは549℃であった。
(実施例15)
ポリチオエーテルの合成2
実施例14において、2,5−ビス(4−フルオロフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール0.077g(0.300mmol)に代えて、5−t−ブチル−1,3−ビス(4−フルオロベンゾイル)ベンゼンを0.114g(0.300mmol)使用したこと以外は、実施例14と同様にしてポリチオエーテルを収率93%で得た。得られたポリチオエーテルの重量平均分子量は47000、Tgは247.5℃、Tdpaは513℃、Tdpbは526℃であった。
(実施例16)
ポリチオエーテルの合成3
実施例14において、2,5−ビス(4−フルオロフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール0.077g(0.300mmol)に代えて、1,4−ビス(4−フルオロベンゾイル)ベンゼンを0.097g(0.300mmol)使用したこと以外は、実施例14と同様にしてポリチオエーテルを収率96%で得た。得られたポリチオエーテルの重量平均分子量は48300、Tgは262.2℃、Tdpaは560℃、Tdpbは572℃であった。
(実施例17)
ポリチオエーテルの合成4
実施例14において、2,5−ビス(4−フルオロフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール0.077g(0.300mmol)に代えて、4,4'−ビス(4−フルオロベンゾイル)ジフェニルエーテルを0.124g(0.300mmol)使用したこと以外は、実施例14と同様にしてポリチオエーテルを収率93%で得た。得られたポリチオエーテルの重量平均分子量は62000、Tgは249.0℃、Tdpaは560.0℃、Tdpbは567℃であった。
本発明の新規なジベンゾフルオレン化合物は、高耐熱性、高屈折率などの優れた特性を有しており、樹脂添加剤、樹脂原料などとして好適に用いることができる。また、本発明のジベンゾフルオレン化合物は、低線膨張性を有しており、樹脂などに適用しても高い寸法精度で成形できる。さらに、本発明のジベンゾフルオレン化合物は、添加剤分散性にも優れ、各種添加剤を含む成形材料としても好適である。例えば、本発明の新規なジベンゾフルオレン化合物(又はジベンゾフルオレン化合物を重合成分とする樹脂)は、カーボンなどの添加剤を効率よく分散させることができる。そのため、樹脂などに適用すると、前記のような優れた特性を有するとともに、高強度又は高硬度を有する成形体(膜やフィルムなどを含む)を効率よく得ることができる。
そのため、本発明の新規なジベンゾフルオレン化合物(又はジベンゾフルオレン化合物を重合成分とする樹脂、例えば、ポリエステル樹脂)は、光学レンズ、光学フィルム、光学シート、ピックアップレンズ、ホログラム、液晶用フィルム、有機EL(エレクトロルミネッセンス)用フィルムなどに好適に利用できる。また、本発明のジベンゾフルオレン化合物(又はジベンゾフルオレン化合物を重合成分とする樹脂)又はその成形体(例えば、機能発現剤(色素など)を含有する樹脂組成物およびその成形体)は、塗料、帯電防止材、帯電トレイ、導電シート、保護膜(電子機器、液晶部材などの保護膜など)、光ディスク、インクジェットプリンタ、デジタルペーパ、有機半導体レーザー、感熱記録材料、ホログラム記録材料、色素増感型太陽電池、EMIシールドフィルム、フォトクロミック材料、有機EL(エレクトロルミネッセンス)素子、有機感光体、カラーフィルタ、摺動部材、自動車部品材料、航空・宇宙材料、キャリア輸送剤、インキ、接着剤、粘着剤、建材、内装材、樹脂充填材、着色ガラス、発光体、センサーなどに好適に利用できる。
特に、本発明のジベンゾフルオレン化合物(又はジベンゾフルオレン化合物を重合成分とする樹脂)は、光学的特性に優れているため、光学用途の成形体(光学用成形体)を構成(又は形成)するのに有用である。このような光学用成形体としては、光学フィルムなどが挙げられる。光学フィルムとしては、偏光フィルム(及びそれを構成する偏光素子と偏光板保護フィルム)、位相差フィルム、配向膜(配向フィルム)、視野角拡大(補償)フィルム、拡散板(フィルム)、プリズムシート、導光板、輝度向上フィルム、近赤外吸収フィルム、反射フィルム、反射防止(AR)フィルム、反射低減(LR)フィルム、アンチグレア(AG)フィルム、透明導電(ITO)フィルム、異方導電性フィルム(ACF)、電磁波遮蔽(EMI)フィルム、電極基板用フィルム、カラーフィルタ基板用フィルム、バリアフィルム、カラーフィルタ層、ブラックマトリクス層、光学フィルム同士の接着層もしくは離型層などが挙げられる。とりわけ、前記フィルムは、機器のディスプレイに用いる光学フィルムとして有用である。このような前記光学フィルムを備えたディスプレイ用部材(又はディスプレイ)としては、具体的には、パーソナル・コンピュータのモニタ、テレビジョン、携帯電話、カー・ナビゲーション、タッチパネルなどのFPD装置(例えば、LCD、PDPなど)などが挙げられる。

Claims (4)

  1. 下記式(1)
    Figure 0005502969
    (式中、環Zはベンゼン環を示し、Eは酸素原子、RおよびR、アルキル基、Rは、アルキル基を示し、Rはアルキレン基を示す。kは0〜2の整数、lは0〜3の整数、mは0〜2の整数、nは0以上の整数である。なお、k又はlが複数である場合、基R 又は基R はそれぞれ同一又は異なっていてもよく、mが複数である場合、R は同一又は異なっていてもよい
    で表される化合物で構成されたジオール成分を重合成分とする樹脂であって、下記(i)又は(ii)のいずれかを充足する樹脂。
    (i)重量平均分子量が5000〜800000であり、かつ前記式(1)で表される化合物で少なくとも構成されたジオール成分(a)と、芳香族ジカルボン酸成分で構成されたジカルボン酸成分(b)とを重合成分とするポリエステル樹脂
    (ii)重量平均分子量が10000〜500000であり、かつ前記式(1)で表される化合物で少なくとも構成されたジオール成分(a)と、複数のハロゲン原子を有する芳香族ケトン系化合物、複数のハロゲン原子を有する芳香族エーテル系化合物、および複数のハロゲン原子を有する芳香族スルホン系化合物から選択された少なくとも1種で構成された複数のハロゲン原子を有する化合物(C)とを重合成分とするポリエーテル樹脂
  2. 式(1)で表される化合物が、9,9−ビス(ヒドロキシフェニル)−2,3:6,7−ジベンゾフルオレン、9,9−ビス(モノ又はジC1−4アルキル−ヒドロキシフェニル)−2,3:6,7−ジベンゾフルオレン、9,9−ビス(ヒドロキシC2−4アルコキシフェニル)−2,3:6,7−ジベンゾフルオレン、および9,9−ビス(ヒドロキシC2−4アルコキシ−モノ又はジC1−4アルキルフェニル)−2,3:6,7−ジベンゾフルオレンから選択された少なくとも1種である請求項1記載の樹脂。
  3. (i)を充足する樹脂であり、(i)において、芳香族ジカルボン酸成分が、ビフェニルジカルボン酸、ジフェニルアルカンジカルボン酸、ジフェニルケトンジカルボン酸、ジフェニルエーテルジカルボン酸、フルオレン骨格を有するジカルボン酸、およびこれらの誘導体から選択された少なくとも1種である請求項1記載の樹脂。
  4. (ii)を充足する樹脂であり、(ii)において、複数のハロゲン原子を有する化合物(C)が、複数のハロゲン原子を有する芳香族ケトン系化合物および複数のハロゲン原子を有する芳香族エーテル系化合物から選択された少なくとも1種である請求項1記載の樹脂。
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