JP5748662B2 - 脂肪族ポリカーボネートクエンチ方法 - Google Patents

脂肪族ポリカーボネートクエンチ方法 Download PDF

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Description

本出願は、2008年9月30日出願の米国仮特許出願番号61/101,173号および2008年9月17日出願の米国仮特許出願番号61/097,725号に対して優先権を主張する。各々の優先権出願の全体の内容は、本明細書中に参照として援用される。
脂肪族ポリカーボネート(「APC」)は、生体適合性および生分解性物質であり、その多数の使用範囲は材料科学における高性能用途から、生分解性消費者用パッケージとしての使用にまで及ぶ。カーボネート部分を分離する2つの炭素原子を有するAPCは通常、脂肪族オキシドおよびCOの共重合により作製される。このような重合反応は通常、触媒の使用を介して開始され、したがって、その結果生じる共重合を終了するためのクエンチのステップが必要とされる。したがって、APCを作製するための改善された方法、およびこのようなAPCを形成する共重合反応をクエンチするための改善された方法が必要とされる。
本発明は、例えば、以下を提供する:
(項目1)
ポリカーボネート鎖を含む反応混合物を形成するために、触媒の遷移金属配位子錯体の存在下、エポキシドを二酸化炭素と合わせることによって、脂肪族ポリカーボネート重合反応を開始するステップと、
該反応混合物を、重合開始剤ではないアニオンを含有する酸と接触させることによって、前記重合反応をクエンチするステップと
を含む方法。
(項目2)
ポリカーボネート鎖を含む反応混合物を形成するために、触媒の遷移金属配位子錯体の存在下、エポキシドと二酸化炭素を合わせることによって、脂肪族ポリカーボネート重合反応を開始するステップと、
鎖移動剤および配位子を該反応混合物に加えることによって、該重合反応をクエンチするステップと
を含む方法であって、
該加えられた配位子が重合開始剤ではなく、該加えられた配位子が、前記遷移金属配位子錯体の遷移金属に対して、該ポリカーボネート鎖または該加えられた鎖移動剤が有する親和性より高い親和性を有する方法。
(項目3)
前記触媒の遷移金属配位子錯体が、重合開始剤である少なくとも1つの配位子と、重合開始剤ではない少なくとも1つの配位子とを含む、項目1または2に記載の方法。
(項目4)
重合開始剤である前記配位子が求核性配位子である、項目3に記載の方法。
(項目5)
前記求核性配位子が、−OR 、−O(C=O)R 、−NC、−CN、ハロ(例えば、−Br、−I、−Cl)および−N (式中、各R は、独立して、水素、場合によって置換されている脂肪族、場合によって置換されているヘテロ脂肪族、場合によって置換されているアリールおよび場合によって置換されているヘテロアリールから選択される)からなる群から選択される、項目4に記載の方法。
(項目6)
が、場合によって置換されている脂肪族、場合によって置換されているヘテロ脂肪族、場合によって置換されているアリールおよび場合によって置換されているヘテロアリールからなる群から選択される、項目5に記載の方法。
(項目7)
重合開始剤でない前記配位子が、サレン配位子を含む、項目3に記載の方法。
(項目8)
前記サレン配位子が、以下からなる群から選択される、項目7に記載の方法

(式中、
は、出現するたびに、独立して、

の基、場合によって置換されているC 〜C 20 脂肪族、場合によって置換されているC 〜C 20 ヘテロ脂肪族、場合によって置換されている6から14員のアリール、場合によって置換されている5から14員のヘテロアリール、ハロゲン、−OR 10 、−OC(O)R 13 、−OC(O)OR 13 、−OC(O)NR 11 12 、−CN、−CNO、−C(O)R 13 、−C(R 13 H( 3−z )、−C(O)OR 13 、−C(O)NR 11 12 、−NR 11 12 、−N (R 11 、−NR 11 C(O)R 10 、−NR 11 C(O)OR 13 、−NR 11 SO 13 、−NCO、−N 、−NO 、−S(O) 13 m −SO NR 11 12 、−NO 、−C(R 13 (3−z) 、−(CH 14 、−(CH −Z−R 16 −、および−(CH )k−Z−(CH −R 14 からなる群から選択され、2つ以上の適切なR 基は、介在する原子と一緒になって、1つまたは複数の環を形成することができ、
d’ は、出現するたびに、独立して、−H、C −C 12 アルキル、C −C 12 アルケニル、C −C 12 アルキニル、−CN、−CNO、−C(O)R 13 、−C(R 13 (3−z) 、−C(O)OR 13 、−C(O)NR 11 12 、−C(R 13 (3−z) 、−(CH 14 、−(CH −Z−R 16 −、−(CH −Z−(CH −R 14 からなる群から選択され、2つ以上の適切なR d’ 基は、介在する原子と一緒になって、1つまたは複数の環を形成することができ、
Aは、−O−、−S(O) −、−(CH )−、−C(O)−、−C(=NOR 10 )−、−(C(R 14 (2〜x) −、C からC の置換または非置換の炭素環およびC 〜C の置換または非置換の複素環からなる群から選択される二価のリンカーであり、
10 は、出現するたびに、独立して、−H、−C(R 13 (3〜z) 、C 〜C 12 アルキル、C 〜C 12 アルケニル、C 〜C 12 アルキニル、C 12 までの炭素環、C 12 までの複素環、−S(O) 13 、−Si(R 15 およびヒドロキシル保護基からなる群から選択され、
11 およびR 12 は、出現するたびに、独立して、−H、場合によって置換されているC 〜C 20 脂肪族、場合によって置換されているC 〜C 20 ヘテロ脂肪族、場合によって置換されている6から14員のアリール、場合によって置換されている5から14員のヘテロアリールおよび−C(R 13 (3〜z) からなる群から選択され、R 11 およびR 12 は、両方存在する場合、場合によって、これらが結合している原子と一緒になって、3〜10員の環を形成することができ、
13 は、出現するたびに、−H、場合によって置換されているC 〜C 20 脂肪族、場合によって置換されているC 〜C 20 ヘテロ脂肪族、場合によって置換されている6〜14員のアリール、場合によって置換されている5〜14員のヘテロアリールからなる群から独立して選択される、場合によって置換されている部分であり、
14 は、出現するたびに、独立して、ハロゲン、−OR 10 、−OC(O)R 13 、−OC(O)OR 13 、−OC(O)NR 11 12 、−CN、−CNO、−C(R 13 (3−z) 、−C(O)R 13 、−C(O)OR 13 、−C(O)NR 11 12 、−NR 11 12 、−NR 11 C(O)R 13 、−NR 11 C(O)OR 10 、−NR 11 SO 13 、−NCO、−N 、−NO 、−S(O) 13 、−SO NR 11 12 、C 12 までの複素環およびC 12 までの炭素環からなる群から選択され、
15 は、出現するたびに、独立して、C 〜C アルキル、C 〜C アルケニル、C 〜C アルキニル、およびC 12 までの置換または非置換の炭素環からなる群から選択され、
16 は、出現するたびに、独立して、C 〜C 12 アルキル、C 〜C 12 アルケニル、C 〜C 12 アルキニル、C 12 までの複素環、C 12 までの炭素環および−C(R 13 (3〜z) からなる群から選択され、
Zは、−(CH=CH) −、−(CH=CH) −、−C(O)−、−C(=NOR 11 )−、−C(=NNR 11 12 )−、−O−、−N(R 11 )−、−N(C(O)R 13 )−、−S(O) −、ポリエーテル、およびポリアミンからなる群から選択される二価のリンカーであり、
aは、1、2、3または4であり、

は、共有結合テザーを介して前記配位子に結合している、1つまたは複数の、独立して定義された共触媒部分を表し、
各Z’は、独立して、本明細書中に記載されている前記重合反応において、共触媒として作用することが可能な任意の部分を表し、適切な共触媒部分として、これらに限らないが、アンモニウム塩、ホスホニウム塩、アルソニウム塩、グアニジウム塩、アゾニウム塩、アミノ基、ホスフィン基、グアニジン基、アミジン基、複素環基およびヘテロアリール基が挙げられ、
mは、1から4の整数(1と4を含む)であり、該テザー上に存在するZ’基の数を表し、

は、1つまたは複数の原子からなる共有結合のテザーを表し、
kは、1から8の整数(1と8を含む)であり、
mは、1から8の整数(1と8を含む)であり、
xは、0、1または2であり、
yは、0、1、2、3または4であり、
zは、1、2または3である)。
(項目9)
重合開始剤ではない前記配位子がポルフィリン配位子である、項目3に記載の方法。
(項目10)
前記ポルフィリン配位子が、

である、項目9に記載の方法
(式中、
は、出現するたびに、独立して、−H、C 〜C 12 アルキル、C 〜C 12 アルケニル、C 〜C 12 アルキニル、ハロゲン、−OR 10 、−OC(O)R 13 、−OC(O)OR 13 、−OC(O)NR 11 12 、−CN、−CNO、−C(O)R 13 、−C(R 13 (3〜z) 、−C(O)OR 13 、−C(O)NR 11 12 、−NR 11 12 、−NR 11 C(O)R 10 、−NR 11 C(O)OR 13 、−NR 11 SO 13 、−NCO、−N 、−NO 、−S(O) 13 m−SO NR 11 12 、−NO 、−C(R 13 (3〜z) 、−(CH 14 、−(CH −Z−R 16 −および−(CH −Z−(CH −R 14 からなる群から選択され、
Aは、−O−、−S(O) −、−(CH )−、−C(O)−、−C(=NOR 10 )−、−(C(R 14 (2〜x) −、C 〜C の置換または非置換の炭素環およびC 〜C の置換または非置換の複素環からなる群から選択される二価のリンカーであり、
10 は、出現するたびに、独立して、−C(R 13 (3〜z) 、C 〜C 12 アルキル、C 〜C 12 アルケニル、C 〜C 12 アルキニル、C 12 までの炭素環、C 12 までの複素環、−S(O) 13 、−Si(R 15 およびヒドロキシル保護基からなる群から選択され、
11 およびR 12 は、出現するたびに、独立して、−H、C 〜C 12 アルキル、C 〜C 12 アルケニル、C 〜C 12 アルキニルおよび−C(R 13 (3〜z) からなる群から選択され、R 11 およびR 12 は、両方存在する場合、場合によって、これらが結合している原子と一緒になって、3〜10員の環を形成でき、
13 は、出現するたびに、独立して、−H、b)C 〜C 12 アルキル、C 〜C 12 アルケニル、C 〜C 12 アルキニル、C 12 までの炭素環、C 12 までの複素環からなる群から選択され、
14 は、出現するたびに、独立して、ハロゲン、−OR 10 、−OC(O)R 13 、−OC(O)OR 13 、−OC(O)NR 11 12 、−CN、−CNO、−C(R 13 (3〜z) 、−C(O)R 13 、−C(O)OR 13 、−C(O)NR 11 12 、−NR 11 12 、−NR 11 C(O)R 13 、−NR 11 C(O)OR 10 、−NR 11 SO 13 、−NCO、−N 、−NO 、−S(O) 13 、−SO NR 11 12 、C 12 までの複素環およびC 12 までの炭素環からなる群から選択され、
15 は、出現するたびに、独立して、C 〜C アルキル、C 〜C アルケニル、C 〜C アルキニルおよびC 12 までの置換または非置換の炭素環からなる群から選択され、
16 は、出現するたびに、独立して、C 〜C 12 アルキル、C 〜C 12 アルケニル、C 〜C 12 アルキニル、C 12 複素環、C 12 までの炭素環および−C(R 13 (3〜z) からなる群から選択され、
Zは、−(CH=CH) −、−(CH≡CH) −、−C(O)−、−C(=NOR 11 )−、−C(=NNR 11 12 )−、−O−、−N(R 11 )−、−N(C(O)R 13 )−、−S(O) −、ポリエーテルおよびポリアミンからなる群から選択される二価のリンカーであり、
aは、1、2、3または4であり、
kは、1〜8の整数(1と8を含む)であり、
mは、1〜8の整数(1と8を含む)であり、
xは、0、1、または2であり、
yは、0、1、2、3または4であり
zは、1、2、または3である)。
(項目11)
前記触媒の遷移金属錯体が、

からなる群から選択される、項目8または項目10に記載の方法
(式中、Mは、前記金属原子であり、原子価が許容する通り、X およびX のうちの1つまたは両方が存在し、それぞれが独立して、−OR ,−O(C=O)R ,−NC、−CN、ハロおよび−N からなる群から選択され、各R は、独立して、水素、場合によって置換されている脂肪族、場合によって置換されているヘテロ脂肪族、場合によって置換されているアリールおよび場合によって置換されているヘテロアリールから選択される)。
(項目12)
前記触媒の遷移金属錯体が、以下からなる群から選択される、項目11に記載の方法。

(項目13)
前記触媒の遷移金属錯体が、以下からなる群から選択される、項目12に記載の方法

(式中、Mは前記遷移金属である)。
(項目14)
前記アニオンが、非求核性である、項目1に記載の方法。
(項目15)
前記酸がスルホン酸である、項目1に記載の方法。
(項目16)
前記スルホン酸が、式R SO H(式中、R は、場合によって置換されている脂肪族、場合によって置換されているアリールおよび場合によって置換されている複素環からなる群から選択されるラジカルである)を有する、項目15に記載の方法。
(項目17)
が、場合によって置換されているC 〜C 20 のアルキル、C 〜C 20 のアルケニルおよび場合によって置換されているフェニルからなる群から選択される、項目16に記載の方法。
(項目18)
前記スルホン酸が、p−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、1−プロパンスルホン酸、トリフルオロメチルスルホン酸、4−ニトロフェニルスルホン酸、スルホ酢酸、クメンスルホン酸、キシレンスルホン酸、3−アミノ−1−プロパンスルホン酸、2−(メチルアミノ)エタンスルホン酸、2−アミノエタンスルホン酸、2−スルファニルエタンスルホン酸、3−ヒドロキシ−1−プロパンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、3−ピリジンスルホン酸、2−ピリジンスルホン酸、4−ピペリジンスルホン酸、2−アミノベンゼンスルホン酸、1−メチルピリジニウム3−スルホネート、1−メチル−2−ピリジニウム−スルホネート、4−ヒドロキシベンゼンスルホン酸、シクロヘキサンスルホン酸、4−エチルベンゼンスルホン酸、2,5−ジメチルベンゼンスルホン酸、4−メチルメタニル酸、4−アミノ−3−メチルベンゼンスルホン酸、1−ナフタレンスルホン酸、2−アミノ−5−メチルベンゼンスルホン酸およびパーフルオロオクタンスルホン酸からなる群から選択される、項目16に記載の方法。
(項目19)
前記スルホン酸が、p−トルエンスルホン酸である、項目18に記載の方法。
(項目20)
前記酸が、スルファミン酸誘導体である、項目1に記載の方法。
(項目21)
前記スルファミン酸誘導体が、式R N−SO H(式中、R およびR は、−H、場合によって置換されているアルキル、場合によって置換されているアリールおよび場合によって置換されている複素環からなる群から独立して選択されるラジカルであり、R およびR が、場合によって、介在する原子と一緒になって、場合によって置換されている環を形成してもよい)を有する、項目20に記載の方法。
(項目22)
前記酸が、少なくとも1個の酸性の水素原子を有するリン酸誘導体である、項目1に記載の方法。
(項目23)
前記リン酸誘導体が、リン酸;ピロリン酸;トリリン酸;リン酸、ピロリン酸またはトリリン酸のアルキル誘導体;リン酸、ピロリン酸またはトリリン酸のアリール誘導体およびこれらのうちの任意の2つ以上の混合物からなる群から選択される、項目22に記載の方法。
(項目24)
前記リン酸誘導体が、式:

を有する、項目22に記載の方法
(式中、R およびR は、水素、一リン酸基、二リン酸基、場合によって置換されているアルキル、場合によって置換されているアリール、場合によって置換されている複素環、一リン酸基のエステル誘導体および二リン酸基のエステル誘導体からなる群から独立して選択されるラジカルである)。
(項目25)
前記酸が固体支持体に会合している、項目1に記載の方法。
(項目26)
前記固体支持体が、無機固体支持体およびポリマー固体支持体からなる群から選択される、項目25に記載の方法。
(項目27)
前記無機固体支持体が、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、ゼオライト、金属酸化物および粘土からなる群から選択される、項目26に記載の方法。
(項目28)
前記ポリマー固体支持体が、スチレン、クロロメチル化スチレンおよびジビニルベンゼンのうちの少なくとも1つを含む、項目26に記載の方法。
(項目29)
前記ポリマー固体支持体が、ポリスチレン、ポリスルホン、ナイロン、ポリ(クロロメチルスチレン)および架橋結合したエトキシレートアクリレート樹脂ポリマーからなる群から選択される、項目30に記載の方法。
(項目30)
前記遷移金属が、6族遷移金属である、項目1、2または3に記載の方法。
(項目31)
前記遷移金属が、クロムまたはモリブデンである、項目30に記載の方法。
(項目32)
前記遷移金属が、7族遷移金属である、項目1、2または3に記載の方法。
(項目33)
前記遷移金属が、マンガンである、項目32に記載の方法。
(項目34)
前記遷移金属が、9族遷移金属である、項目1、2または3に記載の方法。
(項目35)
前記遷移金属が、コバルトである、項目34に記載の方法。
(項目36)
前記遷移金属が、12族遷移金属である、項目1、2または3に記載の方法。
(項目37)
前記遷移金属が、カドミウムである、項目36に記載の方法。
(項目38)
前記反応混合物中に存在する触媒の遷移金属配位子錯体の量に対して、10当量未満の前記酸が、前記反応混合物に加えられる、項目1に記載の方法。
(項目39)
前記反応混合物中に存在する触媒の遷移金属配位子の錯体の量に対して、0.1〜10当量の間の前記酸が、前記反応混合物に加えられる、項目1に記載の方法。
(項目40)
前記反応混合物中に存在する触媒の遷移金属配位子錯体の量に対して、約0.1〜約2当量の間の前記酸が、前記反応混合物に加えられる、項目1に記載の方法。
(項目41)
前記反応混合物中に存在する触媒の遷移金属配位子錯体の量に対して、1〜2当量の間の前記酸が、前記反応混合物に加えられる、項目1に記載の方法。
(項目42)
前記反応混合物中に存在する触媒の遷移金属配位子錯体の量に対して、約1当量の前記酸が、前記反応混合物に加えられる、項目1に記載の方法。
(項目43)
前記クエンチのステップが、約−20℃〜約70℃の範囲の温度で実施される、項目1に記載の方法。
(項目44)
前記クエンチのステップが、約0℃〜約35℃の範囲の温度で実施される、項目43に記載の方法。
(項目45)
前記クエンチのステップが、室温で実施される、項目1に記載の方法。
(項目46)
前記エポキシドが、エチレンオキシド、一置換のアルキルエポキシド、1,2二置換のアルキルエポキシド、1,1−二置換のエポキシドおよび多環式エポキシドからなる群から選択される、項目1に記載の方法。
(項目47)
前記エポキシドが、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、エピクロロヒドリン、グリシジルエーテル、グリシジルエステル、1,2−ブチレンオキシド、2,3−ブチレンオキシド、シクロペンテンオキシド、シクロヘキセンオキシド、シクロオクテンオキシド、ノルボルネンオキシド、グリシジルエーテルおよびリモネンオキシドからなる群から選択される、項目1に記載の方法。
(項目48)
前記エポキシドがプロピレンオキシドである、項目1に記載の方法。
(項目49)
前記重合反応が、反応器内で実施される方法であって、
前記反応混合物を含有する前記反応器を減圧するステップと、
該反応器からの過剰の二酸化炭素を除去するステップと、
前記クエンチのステップの前に溶媒を加えることによって、前記反応混合物を希釈するステップと
をさらに含む、項目1に記載の方法。
(項目50)
前記溶媒が、前記エポキシドより高い沸点を有する、項目49に記載の方法。
(項目51)
前記溶媒が、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸イソアミル、アセトン、ブタノン、ガンマブチロラクトンおよびテトラヒドロフランからなる群から選択される、項目49に記載の方法。
(項目52)
前記クエンチのステップの後で、前記反応混合物を加熱するステップをさらに含む、項目49に記載の方法。
(項目53)
前記加熱のステップの結果、過剰なエポキシドが、前記反応混合物から除去される、項目52に記載の方法。
(項目54)
前記反応混合物が、約40℃〜約100℃の範囲の温度まで加熱される、項目52に記載の方法。
(項目55)
前記反応混合物が、約1atm〜約0.05atmの範囲の圧力下で加熱される、項目52に記載の方法。
触媒の遷移金属配位子錯体、例えばコバルトサレン錯体は、脂肪族ポリカーボネート(APC)重合反応を触媒するために使用することができる。以前には、このような重合反応は通常、酢酸などのカルボン酸の添加、またはHClなどの鉱酸を用いてクエンチしていた。このような場合多くは、安定したポリマー生成物を提供するため、これら試薬を多大なモル過剰で提供することが必要とされる。大過剰の酸がクエンチに使用されない場合、粗反応混合物は、不安定となり、その後のポリマー単離ステップの間、静置または加熱時に分解または分子量の低下を示す可能性がある。他方では、多量の酸の存在はまた、その後の単離および精製ステップに対して望ましくない結果を生じ得る。したがって、ある状況では、重合に利用する触媒に対して、モル過剰を必要としない、または多大なモル過剰を必要としないクエンチ剤を使用することが望ましいこともある。
一般的に、脂肪族ポリカーボネート重合反応は、開始段階、重合段階およびクエンチ段階の3つの段階を含む。本明細書中では、クエンチ段階に有用な剤であって、反応に使用される触媒に対して、多大なモル過剰のクエンチ剤を必要としない剤を記載する。特に本開示は、触媒の遷移金属配位子錯体の存在下、エポキシドを二酸化炭素と合わせることによって、ポリカーボネート重合反応を開始させるステップと、所望のポリマー分子量が達成されるまで共重合を進行させるステップと、次いでこの反応混合物を、非求核性アニオンを含有する酸と接触させることにより重合反応をクエンチするステップとを含む方法を包含する。特定の実施形態では、この方法は、改善された安定性および加工性を有する粗ポリマー溶液を生成し、したがってAPCの商業スケールでの生成において、有用性のより高い使用を有する。
別の態様において、本開示は、触媒の遷移金属配位子錯体の存在下、エポキシドを二酸化炭素と合わせることによって、脂肪族のポリカーボネート重合反応を開始させるステップと、所望のポリマー分子量が達成されるまで共重合を進行させるステップと、次いで、この反応混合物を酸と接触させることによって、重合反応をクエンチするステップとを含む方法であって、触媒の遷移金属配位子錯体が、重合開始剤である第1の配位子と、重合開始剤ではない少なくとも1つの追加の配位子とを含み、酸が、重合開始剤ではないアニオンを含有する方法を提供する。
別の態様において、本開示は、触媒の遷移金属配位子錯体の存在下、エポキシドを二酸化炭素と合わせることによって、脂肪族ポリカーボネート重合反応を開始させるステップであって、この触媒の遷移金属配位子錯体が、重合開始剤である第1の配位子と、重合開始剤ではない少なくとも1つの追加の配位子とを含むステップと、所望のポリマー分子量が達成されるまで共重合を進行させるステップと、次いで、この反応混合物を、酸と、重合開始剤ではないクエンチ配位子との組合せと接触させることによって、重合反応をクエンチするステップであって、このクエンチ配位子が、遷移金属配位子錯体の遷移金属に対して、ポリカーボネート鎖および酸のアニオンが有する親和性より高い親和性を有するステップとを含む方法を提供する。
本明細書中の開示の様々な態様が、コバルトサレン触媒の使用を介して図示されているが、本開示の目的は、合成手順および関連の方法を、周期表中の異なる族からの他の遷移金属の錯体を利用した触媒系へと拡大することである。例えば、遷移金属は、異なる族の遷移金属、例えば、6族、7族、9族、12族などから選択することができる。代表的な遷移金属として、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、モリブデン(Mo)、カドミウム(Cd)または他の遷移金属触媒を挙げることができる。本開示を認識した当業者であれば、本明細書中に記載されている他の金属を中心とする様々な錯体は公知である。このような系は、任意の1つの合成系に関して最適な結果を示さない可能性もあるが、所望の触媒活性を達成するという問題は、慣例となっている実験法により対処することができる。したがって、付随する図、実施例および記載において、以下でより完全に記載されているように、本開示の関連する目的は、様々な遷移金属配位子錯体について、特定の最終用途に対してどれが望ましいか判定することができる選択を含む。
本明細書中の本開示の様々な態様が、スルホン酸の使用を介して図示されているが、本開示の目的は、様々な非求核性酸を利用して、合成手順および関連する方法を拡大することによって、触媒系をクエンチすることである。本明細書中に記載されている様々な他の非求核性酸は、本開示を認識した当業者であれば公知である。このような系は、任意の1つの合成系に関して最適な結果を示さない可能性もあるが、所望のクエンチ活性を達成するという問題は、慣例となっている実験法により対処することができる。したがって、付随する図、実施例および記載において、以下でより完全に記載されているように、本開示の関連する目的は、様々な非求核性の酸について、特定の最終使用用途に対してどれが望ましいか判定することができる選択を含む。
本出願は、これらすべてが本明細書中に参照により組み込まれている、様々な交付済み特許、公開された特許出願、学術論文および他の出版物を参照している。
本開示に記載の1つまたは複数の実施形態の詳細は、本明細書中で説明されている。本開示の他の特徴、目的および利点は、記載、図、実施例および特許請求の範囲から明らかである。
定義
特定の官能基および化学的用語の定義は、以下でより詳細に記載されている。本開示の目的のため、化学元素は、Periodic Table of the Elements、CAS version、Handbook of Chemistry and Physics、第75版、内表紙に従い特定され、特定の官能基は、本明細書中で記載の通り、一般的に定義される。さらに、有機化学の一般的原理、ならびに特定の官能基の部分および反応性は、それぞれの全体の内容が本明細書に参照により組み込まれている、Organic Chemistry、Thomas Sorrell、University Science Books、Sausalito、1999年、Smith and March March’s Advanced Organic Chemistry、第5版、John Wiley & Sons, Inc.、New York、2001年、Larock、Comprehensive Organic Transformations、VCH Publishers, Inc.、New York、1989年、Carruthers、Some Modern Methods of Organic Synthesis、第3版、Cambridge University Press、Cambridge、1987年に記載されている。
本発明の特定の化合物は、1つまたは複数の不斉中心を含むことができ、したがって、例えば、鏡像異性体および/またはジアステレオマーなど様々な立体異性の形態で存在することができる。したがって、本発明の化合物およびその組成物は、個々の鏡像異性体、ジアステレオマーまたは幾何異性体の形態であってよく、または立体異性体の混合物の形態であってよい。特定の実施形態では、本発明の化合物は、エナンチオピュアな化合物である。特定の他の実施形態では、鏡像異性体またはジアステレオマーの混合物を提供する。
さらに、特定の化合物は、本明細書中に記載されている通り、特に指定しない限り、ZまたはE異性体のいずれかとして存在することのできる1つまたは複数の二重結合を有し得る。本発明は、個々の異性体として、他の異性体を実質的に含まない化合物、あるいは、様々な異性体の混合物として、例えば、鏡像異性体のラセミ混合物をさらに包含する。上述の化合物それ自体に加えて、本発明はまた、1つまたは複数の化合物を含む組成物を包含する。
本明細書で使用する場合、「異性体」という用語は、任意のおよびすべての幾何異性体および立体異性体を含む。例えば、本発明の範囲内に入るような「異性体」として、シス異性体およびトランス異性体、E異性体およびZ異性体、R鏡像異性体およびS鏡像異性体、ジアステレオマー、(D)異性体、(L)異性体、これらのラセミ混合物、ならびにこれらの他の混合物が挙げられる。例えば、化合物は、一部の実施形態では、1つまたは複数の対応する立体異性体を実質的に含まずに提供されてもよく、これを「立体化学的に強化されている」と呼んでもよい。
ある特定の鏡像異性体が好ましい場合、これは、一部の実施形態では、反対の鏡像異性体を実質的に含まずに提供されてもよく、これを「光学的に強化されている」と呼んでもよい。「光学的に強化されている」とは、本明細書で使用する場合、この化合物は1つの鏡像異性体の著しくより大きな割合から構成されることを意味する。特定の実施形態では、この化合物は、少なくとも約90重量%の鏡像異性体で構成される。一部の実施形態では、化合物は少なくとも約95重量%、97重量%、98重量%、99重量%、99.5重量%、99.7重量%、99.8重量%または99.9重量%の鏡像異性体で構成される。一部の実施形態では、提供される化合物の鏡像体過剰率は、少なくとも約90%、95%、97%、98%、99%、99.5%、99.7%、99.8%または99.9%である。一部の実施形態では、鏡像異性体は、キラル高圧液体クロマトグラフィー(HPLC)およびキラル塩の形成および結晶化を含めた当業者に公知の任意の方法によりラセミ混合物から単離することができ、または不斉合成により調製することができる。例えば、Jacques、ら、Enantiomers、Racemates and Resolutions(Wiley Interscience、New York、1981年)、Wilen、S.H.ら、Tetrahedron、33巻:2725頁(1977年)、Eliel、E.L.Stereochemistry of Carbon Compounds(McGraw−Hill、NY、1962年)、Wilen、S.H.、Tables of Resolving Agents and Optical Resolutions、268頁(E.L.Eliel編、Univ. of Notre Dame Press、Notre Dame、1972年)を参照されたい。
「ハロ」および「ハロゲン」という用語は、本明細書で使用する場合、フッ素(フルオロ、−F)、塩素(クロロ、−Cl)、臭素(ブロモ、−Br)およびヨウ素(ヨード、−I)から選択される原子を指す。
「脂肪族」または「脂肪族基」という用語は、本明細書で使用する場合、直鎖状の鎖(すなわち、非分枝)、分枝または環状(縮合、架橋およびスピロ縮合した多環式を含む)であってよく、完全に飽和していてもよく、または1つもしくは複数の不飽和の単位を含有していてもよいが、芳香族ではない炭化水素の部分を意味する。本明細書で使用する場合、「脂肪族」または「脂肪族基」という用語はまた、脂肪族基の水素原子のうちの少なくとも1個がフッ素原子で置き換えられているこれらの部分の、部分的にフッ化されたおよびパーフルオロの類似体も包含する。特に指定しない限り、脂肪族基は、1〜12個の炭素原子を含有する。特定の実施形態では、脂肪族基は、1〜8個の炭素原子を含有する。特定の実施形態では、脂肪族基は、1〜6個の炭素原子を含有する。一部の実施形態では、脂肪族基は、1〜5個の炭素原子を含有し、一部の実施形態では、脂肪族基は、1〜4個の炭素原子を含有し、さらに他の実施形態では、脂肪族基は、1〜3個の炭素原子を含有し、さらに他の実施形態では、脂肪族基は、1〜2個の炭素原子を含有する。適切な脂肪族基として、直鎖状または分枝の、アルキル、アルケニルおよびアルキニル基、ならびにこれらの混成物、例えば(シクロアルキル)アルキル、(シクロアルケニル)アルキルまたは(シクロアルキル)アルケニルが挙げられるが、これらに限らない。
本明細書で使用する場合、「ヘテロ脂肪族」という用語は、1つまたは複数の炭素原子が、独立して、1つまたは複数の酸素、硫黄、窒素またはリンで置き換えられている脂肪族基を意味する。特定の実施形態では、1または2個の炭素原子は、独立して、1つまたは複数の酸素、硫黄、窒素またはリンで置き換えられている。ヘテロ脂肪族基は、置換または非置換であり、分枝または非分枝であり、環式または非環式であってよく、「複素環」「ヘテロシクリル(hetercyclyl)」「ヘテロ脂環式」または「複素環」基を含む。
「エポキシド」という用語は、本明細書で使用する場合、置換または非置換のオキシランを指す。置換されたオキシランとして、一置換のオキシラン、二置換のオキシラン、三置換のオキシランおよびテトラ置換されたオキシランが挙げられる。このようなエポキシドは、本明細書中で定義されているように、さらに場合によって置換されていてもよい。特定の実施形態では、エポキシドは、単一のオキシラン部分を含む。特定の実施形態では、エポキシドは、2つ以上のオキシラン部分を含む。
「ポリマー」という用語は、本明細書で使用する場合、相対分子質量の高い分子を指し、この構造体は、相対分子質量の低い分子から、実際または概念的に誘導された単位の複数の反復を含む。特定の実施形態では、ポリマーは、モノマー種を1つだけ(例えば、ポリエチレンオキシド)含む。特定の実施形態では、本発明のポリマーは、1つまたは複数のエポキシドのコポリマー、ターポリマー、ヘテロポリマー、ブロックコポリマーまたはテーパーヘテロポリマーである。
「不飽和」という用語は、本明細書で使用する場合、1つまたは複数の二重結合または三重結合を有する部分を意味する。
「脂環式」という用語は、単独で使用する場合、またはより大きい部分の一部として使用する場合、本明細書中に記載されているように、3から14員を有する、飽和または部分的に不飽和の環状脂肪族の単環式系、二環式系または多環式系を指し、この中で、脂肪族環系は、上に定義され、本明細書中に記載されているように、場合によって置換されている。脂環式の基として、制限なしで、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロペンテニル、シクロヘキシル、シクロヘキセニル、シクロヘプチル、シクロヘプテニル、シクロオクチル、シクロオクテニル、ノルボルニル、アダマンチルおよびシクロオクタジエニルが挙げられる。一部の実施形態では、シクロアルキルは、3〜6個の炭素を有する。「脂環式」という用語はまた、1つまたは複数の芳香族環または非芳香族環に縮合している脂肪族環、例えばデカヒドロナフチルまたはテトラヒドロナフチル(結合のラジカルまたは点が脂肪族環上にある)を含み得る。一部の実施形態では、炭素環の基は、二環式である。一部の実施形態では、炭素環の基は、三環式である。一部の実施形態では、炭素環の基は、多環式である。
「アルキル」という用語は、本明細書で使用する場合、単一の水素原子を除去することにより、1〜12個の間の炭素原子を含有する脂肪族の部分から誘導された飽和、直鎖状または分枝鎖の炭化水素ラジカルを指す。特に指定しない限り、アルキル基は、1〜12個の炭素原子を含有する。特定の実施形態では、アルキル基は、1〜8個の炭素原子を含有する。特定の実施形態では、アルキル基は、1〜6個の炭素原子を含有する。一部の実施形態では、アルキル基は、1〜5個の炭素原子を含有し、一部の実施形態では、アルキル基は、1〜4個の炭素原子を含有し、さらに他の実施形態では、アルキル基は、1〜3個の炭素原子を含有し、さらに他の実施形態では、アルキル基は、1〜2個の炭素原子を含有する。アルキル基の例として、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソ−ブチル、sec−ブチル、sec−ペンチル、イソ−ペンチル、tert−ブチル、n−ペンチル、ネオペンチル、n−ヘキシル、sec−ヘキシル、n−ヘプチル、n−オクチル、n−デシル、n−ウンデシル、ドデシルなどが挙げられるが、これらに限らない。
「アルケニル」という用語は、本明細書で使用する場合、少なくとも1つの炭素炭素二重結合を有する直鎖状または分枝鎖の脂肪族の部分から誘導された一価の基を意味する。特に指定しない限り、アルケニル基は、2〜12個の炭素原子を含有する。特定の実施形態では、アルケニル基は、2〜8個の炭素原子を含有する。特定の実施形態では、アルケニル基は、2〜6個の炭素原子を含有する。一部の実施形態では、アルケニル基は、2〜5個の炭素原子を含有し、一部の実施形態では、アルケニル基は、2〜4個の炭素原子を含有し、さらに他の実施形態では、アルケニル基は、2〜3個の炭素原子を含有し、さらに他の実施形態では、アルケニル基は、2個の炭素原子を含有する。アルケニル基として、例えば、エテニル、プロペニル、ブテニル、ブタジエニル、1−メチル−2−ブテン−1−イルなどが挙げられる。
「アルキニル」という用語は、本明細書で使用する場合、少なくとも1つの炭素炭素三重結合を有する直鎖状または分枝鎖の脂肪族の部分から誘導された一価の基を指す。特に指定しない限り、アルキニル基は、2〜12個の炭素原子を含有する。特定の実施形態では、アルキニル基は、2〜8個の炭素原子を含有する。特定の実施形態では、アルキニル基は、2〜6個の炭素原子を含有する。一部の実施形態では、アルキニル基は、2〜5個の炭素原子を含有し、一部の実施形態では、アルキニル基は、2〜4個の炭素原子を含有し、さらに他の実施形態では、アルキニル基は、2〜3個の炭素原子を含有し、さらに他の実施形態では、アルキニル基は、2個の炭素原子を含有する。代表的なアルキニル基として、エチニル、2−プロピニル(プロパルギル)、1−プロピニルなどが挙げられるが、これらに限らない。
「炭素環」および「炭素環式環」という用語は、本明細書で使用する場合、環が、炭素原子しか含有しない、単環式および多環式の部分を指す。特に指定しない限り、炭素環は、飽和、部分的に不飽和または芳香族であってよく、3から20個の炭素原子を含有する。一部の実施形態では、炭素環は、脂肪族である。代表的な炭素環(carbocyles)として、シクロプロパン、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン、ノルボルネン、フェニル、シクロヘキセン、ナフタレンおよびスピロ[4.5]デカンが挙げられる。
「アリール」という用語は、単独で、または「アラルキル」、「アラルコキシ」または「アリールオキシアルキル」のように、より大きい部分の一部として使用される場合、合計5から20の環員を有する単環式および多環式の環系を指し、この系内で、少なくとも1つの環は、芳香族であり、この系内の各環は、3から12の環員を含有する。「アリール」という用語は、「アリール環」という用語と交換可能に使用してもよい。本発明の特定の実施形態では、「アリール」は、これらに限らないが、フェニル、ビフェニル、ナフチル、アントラシルなどを含む芳香環系を指し、これらは、1つまたは複数の置換基を保持し得る。本明細書中で使用する場合、同様に「アリール」という用語の範囲内に含まれるのは、芳香環が、1つまたは複数の追加の環に縮合している基、例えばベンゾフラニル、インダニル、フタルイミジル、ナフトイミジル(naphthimidyl)、フェナントリイジニル(phenantriidinyl)またはテトラヒドロナフチルなどである。
「ヘテロアリール」および「heteroar−」という用語は、単独で、または例えば「ヘテロアラルキル」または「ヘテロアラルコキシ」のように、より大きい部分の一部として使用される場合、5から14個の環原子、好ましくは5、6または9個の環原子を有し、環状の配列内で共有されている6、10または14πの電子を有し、炭素原子に加えて、1から5個のヘテロ原子を有する基を指す。「ヘテロ原子」という用語は、窒素、酸素または硫黄を指し、窒素または硫黄の任意の酸化型、および塩基性窒素の任意の四級化された形態を含む。ヘテロアリール基として、制限なしで、チエニル、フラニル、ピロリル、イミダゾリル、ピラゾリル、トリアゾリル、テトラゾリル、オキサゾリル、イソオキサゾリル、オキサジアゾリル、チアゾリル、イソチアゾリル、チアジアゾリル、ピリジル、ピリダジニル、ピリミジニル、ピラジニル、インドリジニル、プリニル、ナフチリジニル、ベンゾフラニルおよびプテリジニルが挙げられる。「ヘテロアリール」および「heteroar−」という用語はまた、本明細書で使用する場合、芳香族複素環が、1つまたは複数のアリール環、脂環式環、またはヘテロシクリル環に縮合している基を含み、この環内で、結合のラジカルまたは点は、芳香族複素環上にある。非制限的な例として、インドリル、イソインドリル、ベンゾチエニル、ベンゾフラニル、ジベンゾフラニル、インダゾリル、ベンゾイミダゾリル、ベンズチアゾリル、キノリル、イソキノリル、シンノリニル、フタラジニル、キナゾリニル、キノキサリニル、4H−キノリジニル、カルバゾリル、アクリジニル、フェナジニル、フェノチアジニル、フェノキサジニル、テトラヒドロキノリニル、テトラヒドロイソキノリニル、およびピリド[2,3−b]−1,4−オキサジン−3(4H)−オンが挙げられる。ヘテロアリール基は、単環式または二環式であってよい。「ヘテロアリール」という用語は、「ヘテロアリール環」、「ヘテロアリール基」、または「ヘテロ芳香族」という用語と交換可能に使用してもよく、これらの用語のいずれかは、場合によって置換されている環を含む。「ヘテロアラルキル」という用語は、ヘテロアリールで置換されたアルキル基を指し、この中で、アルキルおよびヘテロアリール部分は、独立して、場合によって置換されている。
本明細書で使用する場合、「複素環」、「ヘテロシクリル」、「複素環ラジカル」および「複素環式環」という用語は、交換可能に使用され、飽和もしくは部分的に不飽和のいずれかであり、炭素原子に加えて、1つまたは複数の、好ましくは1から4個のヘテロ原子(上で定義された通り)を有する、安定した5から7員の単環式、または7〜14員の二環式複素環の部分を指す。複素環式の環原子と関連して使用される場合、「窒素」という用語は、置換された窒素を含む。例えば、酸素、硫黄または窒素から選択される0〜3個のヘテロ原子を有する、飽和または部分的に不飽和の環において、窒素は、N(3,4−ジヒドロ−2H−ピロリルの場合のように)、NH(ピロリジニルの場合のように)、またはNR(N置換されたピロリジニルの場合のように)であってよい。
複素環式環は、安定した構造を形成することになる任意のヘテロ原子または炭素原子において、そのペンダント基に結合することができ、この環原子のいずれかは、場合によって置換されていることができる。このような飽和または部分的に不飽和の複素環のラジカルの例として、制限なしで、テトラヒドロフラニル、テトラヒドロチエニル、ピロリジニル、ピロリドニル、ピペリジニル、ピロリニル、テトラヒドロキノリニル、テトラヒドロイソキノリニル、デカヒドロキノリニル、オキサゾリジニル、ピペラジニル、ジオキサニル、ジオキソラニル、ジアゼピニル、オキサゼピニル、チアゼピニル、モルホリニル、およびキヌクリジニルが挙げられる。「複素環」、「ヘテロシクリル」、「ヘテロシクリル環」、「複素環基」、「複素環の部分」および「複素環ラジカル」という用語は、交換可能に本明細書中で使用され、ヘテロシクリル環が、結合のラジカルまたは点がヘテロシクリル環上にある1つまたは複数のアリール環、ヘテロアリール環、または脂環式の環、例えばインドリニル、3H−インドリル、クロマニル、フェナントリイジニルまたはテトラヒドロキノリニルなどに縮合している基も含む。ヘテロシクリル基は、単環式または二環式であってよい。「ヘテロシクリルアルキル」という用語は、ヘテロシクリルで置換されたアルキル基を指し、この中で、アルキルおよびヘテロシクリルの部分は、独立して、場合によって置換されている。
本明細書で使用する場合、「部分的に不飽和である」という用語は、少なくとも1つの二重結合または三重結合を含む環部分を指す。「部分的に不飽和である」という用語は、複数の不飽和部位を有する環を包含することを意図するが、本明細書中で定義されたアリールまたはヘテロアリール部分を含むことは意図していない。
本明細書中に記載されているように、本発明の化合物は、「場合によって置換されている」部分を含有することができる。一般的に、「置換されている」という用語は、「場合によって」という用語が前に付いているかいないかにかかわらず、指定した部分の1つまたは複数の水素が適切な置換基で置き換えられていることを意味する。特に指定しない限り、「場合によって置換されている基」は、基の置換可能な各位置で適切な置換基を有することができ、任意の所与の構造体の2つ以上の位置が、特定された基から選択される2つ以上の置換基で置換されていてもよい場合、置換基は、あらゆる位置で、同一であるか、異なるかのいずれかであってよい。本発明で想定される置換基の組合せは、安定した、または化学的に実現可能な化合物を形成することになるものが好ましい。「安定した」という用語は、本明細書で使用する場合、これらの生成、検出、さらに特定の実施形態では、これらの回収、精製、ならびに本明細書中に開示されている1つまたは複数の目的のための使用を可能とする条件に暴露された場合、実質的に変質しない化合物を指す。
本明細書中のいくつかの化学構造において、置換基は、示された分子の環内の結合と交差する結合に付加していることが示されている。これは、1つまたは複数の置換基が、任意の利用可能な位置で環に付加し得る(通常、親構造体の水素原子の代わりに)ことを意味する。このように置換された環原子が、2つの置換可能な位置を有する場合、2つの基は、同じ環原子上に存在していてもよい。2つ以上の置換基が存在する場合、各置換基は、もう一方から独立して定義され、それぞれ異なる構造を有し得る。環の結合と交差していることが示された置換基が−Rである場合、この置換基は、先行する段落において記載の通り、環が「場合によって置換されている」と述べられているかのごとく、同じ意味を有する。
「場合によって置換されている」基の置換可能な炭素原子上の適切な一価の置換基は、独立して、ハロゲン;−(CH0〜4R°;−(CH0〜4OR°;−(CH0〜4OSi(R°);−O−(CH0〜4C(O)OR°;−(CH0〜4CH(OR°);−(CH0〜4SR°;R°で置換されていてもよい−(CH0〜4Ph;R°で置換されていてもよい−(CH0〜4O(CH0〜1Ph;R°で置換されていてもよい−CH=CHPh、R°;−NO;−CN;−NCO;−N;−(CH0−4N(R°);−(CH0−4N(R°)C(O)R°;−N(R°)C(S)R°;−(CH0−4N(R°)C(O)NR°;−N(R°)C(S)NR°;−(CH0−4N(R°)C(O)OR°;−N(R°)N(R°)C(O)R°;−N(R°)N(R°)C(O)NR°;−N(R°)N(R°)C(O)OR°;−(CH0−4C(O)R°;−C(S)R°;−(CH0−4C(O)OR°;−(CH0−4C(O)SR°;−(CH0−4C(O)OSiR°;−(CH0−4OC(O)R°;−OC(O)(CH0−4SR−、SC(S)SR°;−(CH0−4SC(O)R°;−(CH0−4C(O)NR°;−C(S)NR°;−C(S)SR°;−SC(S)SR°、−(CH0−4OC(O)NR°;−C(O)N(OR°)R°;−C(O)C(O)R°;−C(O)CHC(O)R°;−C(NOR°)R°;−(CH0−4SSR°;−(CH0−4S(O)R°;−(CH0−4S(O)OR°;−(CH0−4OS(O)R°;−S(O)NR°;−(CH0−4S(O)R°;−N(R°)S(O)NR°;−N(R°)S(O)R°;−N(OR°)R°;−C(NH)NR°;−P(O)R°;−P(O)R°;−OP(O)R°;−OP(O)(OR°);SiR°;−(C1〜4直鎖もしくは分枝のアルキレン)O−N(R°)、または−(C1〜4直鎖もしくは分枝のアルキレン)C(O)O−N(R°)(式中、各R°は、以下に定義された通り置換されていてもよく、独立して、水素、C1〜6脂肪族、−CHPh、−O(CH0〜1Phであるか、または、窒素、酸素もしくは硫黄から独立して選択される0〜4個のヘテロ原子を有する、5〜6員の飽和、部分的に不飽和もしくはアリール環であるか、または、上記の定義にかかわらず、独立して出現する2つのR°は、介在する原子(複数可)と一緒になって、窒素、酸素もしくは硫黄から独立して選択される0〜4個のヘテロ原子(以下に定義された通り置換されていてもよい)を有する、3〜12員の飽和、部分的に不飽和もしくはアリールの単環式もしくは二環式の環を形成する)である。
R°上の適切な一価の置換基(または独立して出現する2つのR°が介在する原子と一緒になって形成された環)は、独立して、ハロゲン、−(CH0−2、−(ハロR)、−(CH0−2OH、−(CH0−2OR、−(CH0−2CH(OR;−O(haloR)、−CN、−N、−(CH0−2C(O)R、−(CH0−2C(O)OH、−(CH0−2C(O)OR、−(CH0−2SR、−(CH0−2SH、−(CH0−2NH、−(CH0−2NHR、−(CH0−2NR 、−NO、−SiR 、−OSiR 、−C(O)SR−(C1〜4直鎖もしくは分枝のアルキレン)C(O)OR、または−SSR(式中、各Rは、非置換であるか、または「ハロ」が前に付いている場合、1つまたは複数のハロゲンのみで置換されており、独立して、C1〜4脂肪族、−CHPh、−O(CH0〜1Ph、または、窒素、酸素もしくは硫黄から独立して選択される0〜4個のヘテロ原子を有する、5〜6員の飽和、部分的に不飽和もしくはアリールの環から選択される)である。R°の飽和した炭素原子上の適切な二価の置換基は、=Oおよび=Sを含む。
「場合によって置換されている」基の飽和した炭素原子上の適切な二価の置換基として、=O、=S、=NNR 、=NNHC(O)R、=NNHC(O)OR、=NNHS(O)、=NR、=NOR、−O(C(R ))2〜3O−、または−S(C(R ))2〜3S(式中、Rは、それぞれ独立して出現する場合、水素、以下に定義された通り置換されていてもよいC1〜6脂肪族、または、窒素、酸素もしくは硫黄から独立して選択される0〜4個のヘテロ原子を有する、非置換の5〜6員の飽和、部分的に不飽和もしくはアリール環から選択される)が挙げられる。「場合によって置換されている」基の近接する置換可能な炭素に結合している適切な二価の置換基として、−O(CR 2〜3O−(式中、Rは、それぞれ独立して出現する場合、水素、以下に定義された通りに置換されていてもよいC1〜6脂肪族、または、窒素、酸素もしくは硫黄から独立して選択される0〜4個のヘテロ原子を有する、非置換の5〜6員の飽和、部分的に不飽和もしくはアリールの環から選択される)が挙げられる。
の脂肪族基上の適切な置換基として、ハロゲン、−R、−(ハロR)、−OH、−OR、−O(ハロR)、−CN、−C(O)OH、−C(O)OR、−NH、−NHR、−NR または−NO(式中、各Rは、非置換であるか、または「ハロ」が前に付いている場合、1つもしくは複数のハロゲンのみで置換されており、独立して、C1〜4脂肪族、−CHPh、−O(CH0〜1Ph、または、窒素、酸素もしくは硫黄から独立して選択される0〜4個のヘテロ原子を有する、5〜6員の飽和、部分的に不飽和もしくはアリールの環である)が挙げられる。
「場合によって置換されている」基の置換可能な窒素上の適切な置換基として、−R、−NR 、−C(O)R、−C(O)OR、−C(O)C(O)R、−C(O)CHC(O)R、−S(O)、−S(O)NR 、−C(S)NR 、−C(NH)NR 、または−N(R)S(O)(式中、各Rは、独立して、水素、以下に定義された通り置換されていてもよいC1〜6脂肪族、非置換の−OPh、または、窒素、酸素もしくは硫黄から独立して選択される0〜4個のヘテロ原子を有する、非置換の5〜6員の飽和、部分的に不飽和もしくはアリールの環であるか、または、上記の定義にかかわらず、2つの独立して出現するRは、介在する原子(複数可)と一緒になって、窒素、酸素もしくは硫黄から独立して選択される0〜4個のヘテロ原子を有する、非置換の3〜12員の飽和、部分的に不飽和もしくはアリールの単環式もしくは二環式の環を形成する)が挙げられる。
の脂肪族基上の適切な置換基は、独立して、ハロゲン、−R、−(ハロR)、−OH、−OR、−O(ハロR)、−CN、−C(O)OH、−C(O)OR、−NH、−NHR、−NR 、または−NO(式中、各Rは、非置換であるか、または、「ハロ」が前に付いている場合、1つもしくは複数のハロゲンのみで置換されており、独立して、C1〜4脂肪族、−CHPh、−O(CH0〜1Ph、または、窒素、酸素もしくは硫黄から独立して選択される0〜4個のヘテロ原子を有する、5〜6員の飽和、部分的に不飽和もしくはアリール環である)である。
「ドープ」または「ポリマードープ」という用語は、本明細書で使用する場合、重合反応の粗生成物を指す。このようなドープは、保存するか、または触媒の除去、脱揮発、沈殿など、さらなる処理の対象とすることができることを当業者であれば理解されたい。
本明細書で使用する場合、「触媒」という用語は、それ自体は、消費されず、または永久的化学変化の対象とはならない一方で、その存在により、化学反応の速度を増加させる物質を指す。
「四配座」は、金属中心に配位することができる4つの部位を有する配位子を指す。
本明細書で使用する場合、「求核剤」という用語は、エポキシドを開環できる任意の剤を指す。
本明細書で使用する場合、「重合開始剤」という用語は、重合反応に存在する別の種と反応させることによって、ポリマー鎖の生成を開始することができる剤を指す。
本明細書で使用する場合、「求核性配位子」という用語は、エポキシドを開環することができる配位子を指す。
本明細書で使用する場合、「サレン」という用語は、2当量のサリチルアルデヒドと、1当量のジアミン、または2当量の1つもしくは複数のモノアミンとに由来する任意の配位子を指す。
本明細書で使用する場合、「ポルフィリン」という用語は、場合によって置換されているメチン架橋(=CR°−)を介して、これらのα炭素原子において相互接続された4つの場合によって置換されているピロリンサブユニットに由来する任意の四座配位子を指す。
本明細書で使用する場合、「固体支持体」という用語は、可溶性または不溶性のポリマー構造体、例えば架橋されたポリスチレンなど、または無機構造体、例えばシリカまたはアルミナなどを指す。
図1は、400ガロン反応器内でクエンチおよび希釈のステップを実施した後のポリ(プロピレンカーボネート)溶液の分子量変化のグラフを示している。 図2は、2ガロン反応器内でクエンチおよび希釈のステップを実施した後のポリ(プロピレンカーボネート)溶液の分子量変化のグラフを示している。 図3は、(a)酢酸n−プロピル(pa)、プロピレンオキシドおよびポリ(プロピレンカーボネート)を含有するが、酢酸を含有しない対照、(b)触媒量に対して、8モル当量の酢酸を含有する溶液、(c)触媒量に対して、80モル当量の酢酸を含有する溶液、および(d)触媒量に対して、800モル当量の酢酸を含有する溶液であり、これら溶液に80℃での加熱を17時間施した後のポリ(プロピレンカーボネート)溶液の分子量変化のグラフを示している。 図4は、(a)酢酸n−プロピル(pa)、プロピレンオキシドおよびポリ(プロピレンカーボネート)を含有するが、酢酸を含有しない対照、(b)触媒量に対して、8モル当量の酢酸を含有する溶液、(c)触媒量に対して、80モル当量の酢酸を含有する溶液、および(d)触媒量に対して、80モル当量の酢酸を含有する溶液であり、これら溶液に80℃での加熱を17時間施した後の分子量変化のグラフを示している。 図5は、(a)酢酸プロピル、プロピレンオキシドおよびポリ(プロピレンカーボネート)を含有するが、酢酸を含有しない対照、(b)触媒量に対して、80モル当量の酢酸を含有する溶液、(c)触媒量に対して、160モル当量の酢酸、(d)触媒量に対して、480モル当量の酢酸を含有する溶液、および(e)触媒量に対して、800モル当量の酢酸を含有する溶液であり、これら溶液に80℃での加熱を17時間施した後の分子量変化のグラフを示している。 図6は、800モル当量の酢酸を含有するPPC溶液に、400ガロン反応器内でクエンチおよび希釈のステップを実施した後の分子量変化のグラフを示している。 図7は、対照に対する、PPC溶液のGPCトレースの形の変化を図示した分取GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)グラフを示しており、この中でより高い分子量の画分(より早い時期に溶出したもの)は、集団中で消滅し、より低い分子量画分が増加し、曲線全体の幅が広くなっている。 図8は、使用した触媒量に対して、0〜2モルの間の当量のp−トルエンスルホン酸の添加によりクエンチされた、保存したポリマードープの分子量変化を示す棒グラフを示している。 図9は、使用した触媒量に対して、1または2モル当量のいくつかの異なるスルホン酸の添加によりクエンチされた、保存したポリマードープの分子量変化を表す棒グラフを示している。
上に全般的に記載されているように、本開示は、触媒の遷移金属配位子錯体の存在下、エポキシドを二酸化炭素と合わせることによって、脂肪族ポリカーボネート(APC)重合反応を開始させるステップと、この重合反応をある期間に渡り進行させることによって、ポリカーボネート鎖を含む反応混合物を形成するステップと、反応混合物を、重合開始剤ではないアニオンを含有する酸と接触させることによって重合反応をクエンチするステップとを含む方法を提供する。
特定の実施形態では、本開示はまた、触媒の遷移金属配位子錯体の存在下、エポキシドを二酸化炭素と合わせることによって、脂肪族ポリカーボネート重合反応を開始させるステップと、この反応をある期間に渡り進行させることによって、ポリカーボネート鎖を含む反応混合物を形成するステップと、鎖移動剤および配位子を反応混合物に加えることによって、重合反応をクエンチするステップとを含む方法であって、加えられる配位子が、重合開始剤ではなく、遷移金属配位子錯体の遷移金属に対して、ポリカーボネート鎖または鎖移動剤のいずれかが有する親和性より高い親和性を有する方法を提供する。
特定の実施形態では、触媒の遷移金属配位子錯体は、以下に詳細に記載されているように、重合開始剤である、少なくとも1つの配位子と、重合開始剤ではない少なくとも1つの配位子とを含む。
I.脂肪族ポリカーボネート重合反応を開始する
一態様では、本開示は、触媒の遷移金属配位子錯体の存在下、エポキシドを二酸化炭素と合わせることによって、脂肪族ポリカーボネート(APC)重合反応を開始させるステップと、この重合反応をある期間に渡り進行させることによって、ポリカーボネート鎖を含む反応混合物を形成するステップとを含む方法を提供する。様々なエポキシドおよび触媒の遷移金属錯体が本開示された方法に使用することができることを当業者であれば理解されたい。
例えば、当業者であれば、その全体の内容が参照により本明細書に組み込まれている、同時係属の米国仮出願第61/187,750号に記載されているエポキシドのいずれかを使用することができる。
特定の実施形態では、エポキシドは、エチレンオキシド、一置換アルキルエポキシド、1,2−二置換アルキルエポキシド、1,1−二置換エポキシドおよび多環式エポキシドから選択される。
特定の実施形態では、エポキシドは、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、エピクロロヒドリン、グリシジルエーテル、グリシジルエステル、1,2−ブチレンオキシド、2,3−ブチレンオキシド、シクロペンテンオキシド、シクロヘキセンオキシド、3−ビニルシクロヘキセンオキシド、シクロオクテンオキシド、ノルボルネンオキシドおよびリモネンオキシドから選択される。
特定の実施形態では、エポキシドは、プロピレンオキシドである。
特定の実施形態では、触媒の遷移金属配位子錯体は、重合開始剤である少なくとも1つの配位子と、重合開始剤ではない少なくとも1つの配位子とを含む。
特定の実施形態では、触媒の遷移金属配位子錯体は、遷移金属Mを含む。特定の実施形態ではMは、4族遷移金属である。特定の実施形態では、Mはチタンである。特定の実施形態では、Mは6族遷移金属である。特定の実施形態では、Mはモリブデンである。特定の実施形態では、Mはクロムである。特定の実施形態では、Mは7族遷移金属である。特定の実施形態では、Mはマンガンである。特定の実施形態では、Mは8族遷移金属である。特定の実施形態では、Mはルテニウムである。特定の実施形態では、Mは9族遷移金属である。特定の実施形態では、Mはコバルトである。特定の実施形態では、Mがコバルトの場合、コバルトは、+3の原子価(すなわち、Co(III))を有する。特定の実施形態では、Mは12族遷移金属である。特定の実施形態では、Mはカドミウムである。特定の実施形態では、Mは亜鉛である。特定の実施形態では、Mは13族に属す。特定の実施形態では、Mはアルミニウムである。
特定の実施形態では、触媒の遷移金属配位子錯体は、重合開始剤である少なくとも1つの配位子を含む。特定の実施形態では、重合開始剤である配位子は、求核性配位子である。
特定の実施形態では、各求核性配位子は、XまたはXで表される(Mの原子価が許容する通り)。特定の実施形態では、1つの求核性配位子が存在し、Xで表される。特定の実施形態では、第2の求核性配位子が存在し、Xで表される。
特定の実施形態では、Mの原子価が許容する通り、XおよびXのうちの1つまたは両方が存在し、それぞれが独立して、−OR、−SR、−O(C=O)R、−O(C=O)OR、−O(C=O)N(R、N(R)(C=O)R、−NC、−CN、ハロ(例えば、−Br、−I、−Cl)、−NおよびPR (式中、各Rは、独立して、水素、場合によって置換されている脂肪族、場合によって置換されているヘテロ脂肪族、場合によって置換されているアリールおよび場合によって置換されているヘテロアリールから選択される)からなる群から選択される。
特定の実施形態では、XおよびXは、それぞれ独立して、−O(C=O)R(式中、Rは、場合によって置換されている脂肪族、場合によって置換されているヘテロ脂肪族、場合によって置換されているアリールおよび場合によって置換されているヘテロアリールから選択される)である。
特定の実施形態では、Xおよび/またはXは、それぞれ独立して、−O(C=O)R(式中、Rは、場合によって置換されているアルキルである)である。特定の実施形態では、XおよびXは、それぞれ独立して、−O(C=O)CHまたは−O(C=O)CFである。
さらに、特定の実施形態では、Xおよび/またはXは、それぞれ独立して、−O(C=O)R(式中、Rは、場合によって置換されているアリールまたはヘテロアリールである)である。特定の実施形態では、Xは、−O(C=O)R(式中、Rは、場合によって置換されているアリールである)である。特定の実施形態では、XおよびXは、−O(C=O)R(式中、Rは、場合によって置換されているフェニルである)である。特定の実施形態では、XおよびXは、それぞれ独立して、−O(C=O)Cまたは−O(C=O)Cである。
特定の実施形態では、XおよびXは、それぞれ独立して、−OR(式中、Rは、場合によって置換されている脂肪族、場合によって置換されているヘテロ脂肪族、場合によって置換されているアリールおよび場合によって置換されているヘテロアリールから選択される)である。
例えば、特定の実施形態では、XおよびXは、それぞれ独立して、−OR(式中、Rは、場合によって置換されているアリールである)である。特定の実施形態では、XおよびXは、それぞれ独立して、−OR(式中、Rは、場合によって置換されているフェニルである)である。特定の実施形態では、XおよびXは、それぞれ独立して、−OCまたは−OC(2,4−NO)である。
特定の実施形態では、XおよびXは、それぞれ独立して、ハロである。特定の実施形態では、Xおよび/またはXは、−Brである。特定の実施形態では、Xおよび/またはXは、Clである。特定の実施形態では、Xおよび/またはXは、−Iである。
特定の実施形態では、Xおよび/またはXは、−Nである。
特定の実施形態では、Xおよび/またはXは、−NCである。
特定の実施形態では、Xおよび/またはXは、−CNである。
特定の実施形態では、XおよびXは、両方とも存在し、Xは、上に定義された通りであり、Xは、例えばエーテルなどの配位溶媒分子である。
特定の実施形態では、少なくとも1つの配位子は、重合開始剤ではない。特定の実施形態では、重合開始剤でない配位子は、多座配位子である。特定の実施形態では、多座の配位子は、サレン配位子である。
特定の実施形態では、サレン配位子は、以下の式を有する
(式中、
Mは、金属原子であり、
1a、R1a’、R3aおよびR3a’は、独立して、
の基、水素、またはC1〜20脂肪族;窒素、酸素および硫黄からなる群から独立して選択される1〜4個のヘテロ原子を有する、C1〜20ヘテロ脂肪族;6から10員のアリール;窒素、酸素もしくは硫黄からなる群から独立して選択される1〜4個のヘテロ原子を有する、5から10員のヘテロアリール、ならびに4から7員の複素環からなる群から選択される場合によって置換されている基であり、
2a、R2a’は、独立して、
の基、水素、ハロゲン、−OR、−NR、−SR、−CN、−NO、−SOR、−SOR、−SONR、−CNO、−NRSOR、−NCO、−N、−SiR、またはC1〜20脂肪族;窒素、酸素および硫黄からなる群から独立して選択される1〜4個のヘテロ原子を有する、C1〜20ヘテロ脂肪族;6から10員のアリール;窒素、酸素もしくは硫黄から独立して選択される1〜4個のヘテロ原子を有する、5から10員のヘテロアリール、ならびに4から7員の複素環からなる群から選択される、場合によって置換されている基であり、
各Rは、独立して、水素であるか、アシル;カルバモイル;アリールアルキル;6から10員のアリール;C1〜12脂肪族;C1〜12ヘテロ脂肪族;窒素、酸素および硫黄からなる群から独立して選択される1〜4個のヘテロ原子を有する、5から10員のヘテロアリール;4から7員のヘテロシクリル;酸素保護基ならびに窒素保護基からなる群から選択される、場合によって置換されている基であるか、または、
2つのR基が、介在する原子と一緒になって、場合によって置換されている基を形成し、
[R2a’およびR3a’]、[R2aおよびR3a]、[R1aおよびR2a]ならびに[R1a’およびR2a’]のいずれかは、場合によって、介在する原子と一緒になって、1つまたは複数の環を形成してもよく、この環は、1つまたは複数のR20a基で置換されていてもよく、
4aは、
(式中、
は、出現するたびに、独立して、
の基、水素、ハロゲン、−OR、−NR、−SR、−CN、−NO、−SOR、−SOR、−SONR、−CNO、−NRSOR、−NCO、−N、−SiR、またはC1〜20脂肪族;窒素、酸素および硫黄からなる群から独立して選択される1〜4個のヘテロ原子を有するC1〜20ヘテロ脂肪族;6から10員のアリール;窒素、酸素もしくは硫黄から独立して選択される1〜4個のヘテロ原子を有する5から10員のヘテロアリール、ならびに4から7員の複素環からなる群から独立して選択される、場合によって置換されている基であり、
2つ以上のR基が、介在する原子と一緒になって、1つまたは複数の環を形成してもよく、
2つのR基が同じ炭素原子に結合している場合、これらは、これらが結合している炭素原子と一緒になって、3から8員のスピロ環式環、カルボニル、オキシム、ヒドラゾン、イミンからなる群から選択される部分を形成してもよい)からなる群から選択され、
は、エポキシドの開環が可能な求核剤であり、
Yは、−NR−、−N(R)C(O)−、−C(O)NR−、−O−、−C(O)−、−OC(O)−、−C(O)O−、−S−、−SO−、−SO−、−C(=S)−、−C(=NR)−、または−N=N−;ポリエーテル;CからCの置換もしくは非置換の炭素環、およびCからCの置換もしくは非置換の複素環からなる群から選択される二価のリンカーであり、
は、共有結合のテザーを介して配位子に結合している、1つまたは複数の、独立して定義された共触媒部分を表し、
各Z’は、独立して、本明細書中に記載されている重合反応において共触媒として作用することが可能な任意の部分を表す。適切な共触媒部分として、アンモニウム塩、ホスホニウム塩、アルソニウム塩、グアニジウム塩、アゾニウム塩、アミノ基、ホスフィン基、グアニジン基、アミジン基、複素環基およびヘテロアリール基が挙げられるが、これらに限らず、
mは、1から4の整数(1と4を含む)であり、テザー上に存在するZ’基の数を表し、
は、1つまたは複数の原子からなる共有結合のテザーを表し、
m’は、0または1から4の整数(1と4を含む)であり、
qは、0または1から4の整数(1と4を含む)であり、
xは、0、1または2である)。
一部の実施形態では、[R2aおよびR3a]ならびに[R2a’およびR3a’]のうちの少なくとも1つが、一緒になって環を形成する。一部の実施形態では、[R2aおよびR3a]ならびに[R2a’およびR3a’]の両方が一緒になって環を形成する。一部の実施形態では、[R2aおよびR3a]ならびに[R2a’およびR3a’]により形成された環は、置換されているフェニル環である。
特定の実施形態では、サレン配位子は、以下の式のうちの1つを有する
(式中、
は、出現するたびに、独立して、
の基、場合によって置換されているC〜C20脂肪族、場合によって置換されているC〜C20ヘテロ脂肪族、場合によって置換されている6から14員のアリール、場合によって置換されている5から14員のヘテロアリール、ハロゲン、−OR10、−OC(O)R13、−OC(O)OR13、−OC(O)NR1112、−CN、−CNO、−C(O)R13、−C(R13H(3−z)、−C(O)OR13、−C(O)NR1112、−NR1112、−N(R11、−NR11C(O)R10、−NR11C(O)OR13、−NR11SO13、−NCO、−N、−NO、−S(O)13m −SONR1112、−NO、−C(R13(3−z)、−(CH14、−(CH−Z−R16−、および−(CH)k−Z−(CH−R14からなる群から選択され、2つ以上の適切なR基は、介在する原子と一緒になって、1つまたは複数の環を形成することができ、
d’は、出現するたびに、独立して、−H、C−C12アルキル、C−C12アルケニル、C−C12アルキニル、−CN、−CNO、−C(O)R13、−C(R13(3−z)、−C(O)OR13、−C(O)NR1112、−C(R13(3−z)、−(CH14、−(CH−Z−R16−、−(CH−Z−(CH−R14からなる群から選択され、2つ以上の適切なRd’基は、介在する原子と一緒になって、1つまたは複数の環を形成することができ、
Aは、−O−、−S(O)−、−(CH)−、−C(O)−、−C(=NOR10)−、−(C(R14(2〜x)−、CからCの置換または非置換の炭素環およびC〜Cの置換または非置換の複素環からなる群から選択される二価のリンカーであり、
10は、出現するたびに、独立して、−H、−C(R13(3〜z)、C〜C12アルキル、C〜C12アルケニル、C〜C12アルキニル、C12までの炭素環、C12までの複素環、−S(O)13、−Si(R15およびヒドロキシル保護基からなる群から選択され、
11およびR12は、出現するたびに、独立して、−H、場合によって置換されているC〜C20脂肪族、場合によって置換されているC〜C20ヘテロ脂肪族、場合によって置換されている6から14員のアリール、場合によって置換されている5から14員のヘテロアリールおよび−C(R13(3〜z)からなる群から選択され、R11およびR12は、両方存在する場合、場合によって、これらが結合している原子と一緒になって、3〜10員の環を形成することができ、
13は、出現するたびに、−H、場合によって置換されているC〜C20脂肪族、場合によって置換されているC〜C20ヘテロ脂肪族、場合によって置換されている6〜14員のアリール、場合によって置換されている5〜14員のヘテロアリールからなる群から独立して選択される、場合によって置換されている部分であり、
14は、出現するたびに、独立して、ハロゲン、−OR10、−OC(O)R13、−OC(O)OR13、−OC(O)NR1112、−CN、−CNO、−C(R13(3−z)、−C(O)R13、−C(O)OR13、−C(O)NR1112、−NR1112、−NR11C(O)R13、−NR11C(O)OR10、−NR11SO13、−NCO、−N、−NO、−S(O)13、−SONR1112、C12までの複素環およびC12までの炭素環からなる群から選択され、
15は、出現するたびに、独立して、C〜Cアルキル、C〜Cアルケニル、C〜Cアルキニル、およびC12までの置換または非置換の炭素環からなる群から選択され、
16は、出現するたびに、独立して、C〜C12アルキル、C〜C12アルケニル、C〜C12アルキニル、C12までの複素環(heterocylic)、C12までの炭素環および−C(R13(3〜z)からなる群から選択され、
Zは、−(CH=CH)−、−(CH=CH)−、−C(O)−、−C(=NOR11)−、−C(=NNR1112)−、−O−、−N(R11)−、−N(C(O)R13)−、−S(O)−、ポリエーテル、およびポリアミンからなる群から選択される二価のリンカーであり、
aは、1、2、3または4であり、
は、共有結合テザーを介して配位子に結合している、1つまたは複数の、独立して定義された共触媒部分を表し、
各Z’は、独立して、本明細書中に記載されている重合反応において、共触媒として作用することが可能な任意の部分を表し、適切な共触媒部分として、これらに限らないが、アンモニウム塩、ホスホニウム塩、アルソニウム塩、グアニジウム塩、アゾニウム塩、アミノ基、ホスフィン基、グアニジン基、アミジン基、複素環基およびヘテロアリール基が挙げられ、
mは、1から4の整数(1と4を含む)であり、テザー上に存在するZ’基の数を表し、
は、1つまたは複数の原子からなる共有結合のテザーを表し、
kは、1から8の整数(1と8を含む)であり、
mは、1から8の整数(1と8を含む)であり、
xは、0、1または2であり、
yは、0、1、2、3または4であり、
zは、1、2または3である)。
特定の実施形態では、配位子は、それぞれの全体が本明細書に参照により組み込まれている、米国特許第6,860,004号、第5,63,739号、第7,220,870号および第7,304,172号で開示されたもののいずれかである。
特定の実施形態では、多座配位子は、ポルフィリン配位子である。
特定の実施形態では、ポルフィリン配位子は、以下の式を有する
(式中、
は、出現するたびに、独立して、C−C12アルキル、C−C12アルケニル、C−C12アルキニル、ハロゲン、−OR10、−OC(O)R13、−OC(O)OR13、−OC(O)NR1112、−CN、−CNO、−C(O)R13、−C(R13(3−z)、−C(O)OR13、−C(O)NR1112、−NR1112、−NR11C(O)R10、−NR11C(O)OR13、−NR11SO13、−NCO、−N、−NO、−S(O)13m −SONR1112、−NO、−C(R13(3−z)、−(CH14、−(CH−Z−R16−、および−(CH−Z−(CH−R14からなる群から選択され、
Aは、−O−、−S(O)−、−(CH)−、−C(O)−、−C(=NOR10)−、−(C(R14(2〜x)−、CからCの置換または非置換の炭素環およびC〜Cの置換または非置換の複素環からなる群から選択される二価のリンカーであり、
10は、出現するたびに、独立して、−C(R13(3〜z)、C〜C12アルキル、C〜C12アルケニル、C〜C12アルキニル、C12までの炭素環、C12までの複素環、−S(O)13、−Si(R15およびヒドロキシル保護基からなる群から選択され、
11およびR12は、出現するたびに、独立して、−H、C〜C12アルキル、C〜C12アルケニル、C〜C12アルキニルおよび−C(R13(3〜z)からなる群から選択され、R11およびR12は、両方存在する場合、場合によって、これらが結合している原子と一緒になって、3〜10員の環を形成することができ、
13は、出現するたびに、−H、b)C〜C12アルキル、C〜C12アルケニル、、C〜C12アルキニル、C12までの炭素環、C12までの複素環からなる群から独立して選択され、
14は、出現するたびに、独立して、ハロゲン、−OR10、−OC(O)R13、−OC(O)OR13、−OC(O)NR1112、−CN、−CNO、−C(R13(3−z)、−C(O)R13、−C(O)OR13、−C(O)NR1112、−NR1112、−NR11C(O)R13、−NR11C(O)OR10、−NR11SO13、−NCO、−N、−NO、−S(O)13、−SONR1112、C12までの複素環およびC12までの炭素環からなる群から選択され、
15は、出現するたびに、独立して、C〜Cアルキル、C〜Cアルケニル、C〜Cアルキニル、およびC12までの置換または非置換の炭素環からなる群から選択され、
16は、出現するたびに、独立して、C〜C12アルキル、C〜C12アルケニル、C〜C12アルキニル、C12の複素環、C12までの炭素環および−C(R13(3〜z)からなる群から選択され、
Zは、−(CH=CH)−、−(CH≡CH)−、−C(O)−、−C(=NOR11)−、−C(=NNR1112)−、−O−、−N(R11)−、−N(C(O)R13)−、−S(O)−、ポリエーテル、およびポリアミンからなる群から選択される二価のリンカーであり、
aは、1、2、3または4であり、
kは、1から8の整数(1と8を含む)であり、
mは、1から8の整数(1と8を含む)であり、
xは、0、1または2であり、
yは、0、1、2、3または4であり、
zは、1、2または3である)。
特定の実施形態では、触媒の遷移金属配位子錯体は、以下の式のうちの1つを有する
(式中、R、Rd’、y、A、M、XおよびXのそれぞれは、上で定義され、上記クラスおよびサブクラスに記載されている通りであり、Mは、遷移金属である)。
特定の実施形態では、触媒の遷移金属配位子錯体は、以下の式のうちの1つを有する
(式中、R、y、R16、M、XおよびXのそれぞれは、上で定義され、上記クラスおよびサブクラスに記載されている通りである)。
特定の実施形態では、R16は、出現するたびに、tert−ブチルであり、したがって以下の式のうちの1つの化合物を形成する
(式中、M、XおよびXのそれぞれは、上で定義され、上記クラスおよびサブクラスに記載されている通りである)。
特定の実施形態では、上記方法のうちのいずれかは、共触媒をさらに含む。
特定の実施形態では、共触媒は、ルイス塩基である。代表的なルイス塩基として、N−メチルイミダゾール(N−MeIm)、ジメチルアミノピリジン(DMAP)、1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(DABCO)、トリエチルアミンおよびジイソプロピルエチルアミンが挙げられるが、これらに限らない。
特定の実施形態では、共触媒は、塩である。特定の実施形態では、共触媒は、アンモニウム塩、ホスホニウム塩またはアルソニウム塩である。特定の実施形態では、共触媒は、アンモニウム塩である。代表的なアンモニウム塩として、(n−Bu)NCl、(n−Bu)NBr、(n−Bu)NN、[PPN]Cl、[PPN]Brおよび[PPN]N、PhPCPh]Cl[PPN]O(C=O)R(PPN=ビス(トリフェニルホスホラニリデン)アンモニウム))が挙げられるが、これらに限らない。特定の実施形態では、共触媒は、ホスホニウム塩である。特定の実施形態では、共触媒は、アルソニウム塩である。
特定の実施形態では、共触媒は、アンモニウム塩、ビス(トリフェニルホスホラニリデン)アンモニウムクロリド([PPN]Cl)である。
特定の実施形態では、塩共触媒のアニオンは、上に記載の式(I)の金属複合体またはそのサブセットの配位子X(式中、Xは、求核性配位子である)と同じ構造を有する。例えば、特定の実施形態では、共触媒は、([PPN]X)または(n−Bu)NXである。
特定の実施形態では、当業者であれば、同時係属の米国PCT出願番号第PCT/US2009/054773号(この中に金属錯体として記載)に記載されている触媒の遷移金属配位子錯体のうちの任意の1つを使用することができる。本発明に適した追加の金属錯体は、それぞれの全体の内容が本明細書に参照により組み込まれている、米国特許第7,304,172号、第6,870,004号、米国特許出願公開番号第2007/0255039号および第2008/0108499号、PCT出願番号PCT/US2009/042926号、PCT公開番号WO2009/102078A1号、WO2008150033A1号およびWO2008136591A1号ならびに中国特許番号第101412809号、第1887934号および第101020747号において記載されている。
特定の実施形態では、APCポリマーは、2つ以上のC〜C12エポキシドおよび二酸化炭素の共重合体である。例えば、APCポリマーは、プロピレンオキシド、シクロヘキセンオキシドおよび二酸化炭素のターポリマーであってよい。本開示の別の実施形態では、APCポリマーは、エチレンオキシド、プロピレンオキシドおよび二酸化炭素のターポリマーである。本開示の別の実施形態では、APCポリマーは、エチレンオキシド、シクロヘキセンオキシドおよび二酸化炭素のターポリマーである。本開示の別の実施形態では、APCポリマーは、エチレンオキシド、ブチレンオキシドおよび二酸化炭素のターポリマーである。本開示の別の実施形態では、APCポリマーは、ブチレンオキシド、プロピレンオキシドおよび二酸化炭素のターポリマーである。本開示の別の実施形態では、APCポリマーは、シクロヘキセンオキシド、ブチレンオキシドおよび二酸化炭素のターポリマーである。本開示の別の実施形態では、APCポリマーは、ノルボルネンオキシド、プロピレンオキシドおよび二酸化炭素のターポリマーである。本開示の特定の他の実施形態では、APCポリマーは、プロピレンオキシド、リモネンオキシドおよび二酸化炭素のターポリマーである。
本開示の特定の実施形態では、APCポリマーは、3つ以上のC〜C12エポキシドおよび二酸化炭素のヘテロポリマーである。特定の他の実施形態では、APCポリマーは、上に記載のエポキシドのうちの任意の3つ以上および二酸化炭素のヘテロポリマーである。
特定の実施形態では、APCポリマーは、上述したAPC組成物のうちの任意の2つ以上のブロックコポリマーである。
特定の実施形態では、ポリマーは、エーテル結合を含む。このような実施形態のポリマーは、混合したポリエーテルポリカーボネート、純粋なポリエーテルまたはこれらのうちの2つ以上のブロックコポリマーであってよい。
特定の実施形態では、APCポリマーは、ポリカーボネート鎖である。
特定の実施形態では、ポリカーボネート鎖は、ポリ(プロピレンカーボネート)(PPC)である。
特定の実施形態では、ポリカーボネート鎖は、ポリ(エチレンカーボネート)(PEC)である。
特定の実施形態では、ポリカーボネート鎖は、ポリ(ブチレンカーボネート)(PBC)である。
特定の実施形態では、ポリカーボネート鎖は、ポリ(シクロヘキセンカーボネート)(PCHC)である。
特定の実施形態では、ポリカーボネート鎖は、ポリ(リモネンカーボネート)(PLC)である。
特定の実施形態では、ポリカーボネート鎖は、ポリ(ノルボルネンカーボネート)(PNC)である。
以下のスキームIで示した通り、脂肪族ポリカーボネート(APC)合成のための触媒の遷移金属配位子錯体(すなわち、活性触媒)は、酸素の存在下、適切な金属配位子錯体(すなわち、不活性触媒)への適切な酸の添加により活性触媒を得るため、不活性触媒を酸化させることによって生成することができる。代表的な適切な酸として、酢酸(AcOH)、トリフルオロ酢酸、ペンタフルオロ安息香酸および本明細書中に記載されている他のものが挙げられる。代表的な金属配位子錯体は、(salcy)CoIIである。代表的な活性触媒は、(salcy)CoIIIOAcである。しかし所与の金属/配位子組合せに対して、すべての酸が、活性触媒錯体を生成するわけではない。例えば、AcOHは、活性CoIIIサレン錯体を生成するが、TsOHは、同じ金属配位子の組合せから基本的に不活性な種を生成する。
スキームI−代表的な触媒合成
重合が完了すると、反応をクエンチすることによって、活性触媒からAPC鎖を切り離さなければならない。触媒がポリマー鎖に結合したままであると、単離中に、分子量分布の拡大または完全な分子量の損失のいずれかを生じることにより、ポリマーの分子量が落ちる可能性がある(以下に記載のスキームII、IIIおよびIVを参照されたい)。
特定の実施形態では、反応混合物は、約35℃〜約120℃の範囲の温度に加熱する。
特定の実施形態では、反応混合物は、約40℃〜約100℃の範囲の温度に加熱する。
特定の実施形態では、反応混合物は、約45℃〜約70℃の範囲の温度に加熱する。
特定の実施形態では、反応混合物は、約1atm〜約0.05atmの範囲の圧力下で加熱する。
特定の実施形態では、反応混合物は、約1atm〜約0.001atmの範囲の圧力下で加熱する。
特定の実施形態では、反応混合物は、約0.2atm〜約0.1atmの範囲の圧力下で加熱する。
一態様において、本開示は、触媒の遷移金属配位子錯体の存在下、エポキシドを二酸化炭素と合わせることによって、重合反応を開始するステップと、この反応をある期間に渡り進行させることによって、ポリカーボネート鎖を含む反応混合物を形成するステップであって、この重合反応が反応器内で実施されるステップと、を含む方法であって、反応混合物を含有する反応器を減圧するステップと、過剰な二酸化炭素を反応器から除去するステップと、クエンチのステップの前に溶媒を加えることによって反応混合物を希釈するステップとをさらに含む方法を提供する。
特定の実施形態では、クエンチのステップの前に加える溶媒は、エポキシドの沸点より高い沸点を有する。
特定の実施形態では、クエンチのステップの前に加える溶媒は、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸イソアミル、アセトン、ブタノン、ガンマブチロラクトン、テトラヒドロフランおよび上記のうちの2つ以上の混合物から選択される。
特定の実施形態では、希釈のステップのために加えられる溶媒は、重合反応混合物への添加前にクエンチ剤と混合される。特定の他の実施形態では、希釈溶媒は、クエンチ剤と同時に重合反応混合物に加えられる。
特定の実施形態では、追加の加熱は、クエンチのステップが実施された後で、反応器へ施される。
特定の実施形態では、クエンチのステップが実施された後で適用される反応器への追加の加熱により、存在し得る過剰のエポキシドが除去される結果となる。
金属錯体の存在下、エチレンオキシド(EO)および二酸化炭素(CO)の反応によるポリ(エチレンカーボネート)ポリマーの合成の方法は、その全体の内容が本明細書に参照により組み込まれている、PCT出願第PCT/US2009/04296号で詳細に記載されている。
II.脂肪族ポリカーボネート重合反応をクエンチする
一態様において、本開示は、以下のスキームIIに全般的に記載されているように、反応混合物を、重合開始剤ではないアニオンを含有する酸と接触させることによって、重合反応をクエンチするステップの後のステップを含む方法を提供する。
スキームII−代表的な重合のクエンチ
クエンチ剤として酢酸(AcOH)を用いてAPCを単離および処理した。規模の拡大中には、処理時間および温度が典型的な実験室規模での条件を上回ることがあり、分子量の低下が観察されることがあった。望ましくない低下というこの問題の解決策は、より多くのクエンチ剤を加えることであった。典型的な実験室規模でのクエンチには、コバルトに対して約10〜80モル当量のAcOHを使用した。しかし、任意の分子量低下を完全に終了させるため、800モル当量のAcOHが必要とされた。理論に拘束されることを望むことなく、クエンチ反応で形成された触媒酢酸錯体は、触媒ポリマー錯体と均衡状態にあると考えられている。重合反応物からCOを除去すると、触媒ポリマー錯体の存在は、ポリマー鎖の切断をもたらし得る。AcOHの濃度をより高くすると、触媒ポリマー錯体との均衡が失われ、ポリマー鎖の低下がより少なくなる。
上に記載の均衡状態の結果として、例えば(salcy)CoOAc種などのクエンチされた触媒を創製することができ、したがって、このような「クエンチされた」触媒については、活性触媒を形成できるが、これによって、以下のスキームIIIに記載のように、反応を十分にクエンチするには過剰なモル当量が代わりに必要となることを考慮すると、当業者であれば、これらが特定の状況下で望ましいかどうかについては、容易に決定されよう。
スキームIII−代表的な酢酸によるクエンチ
しかし、クエンチのステップに対して、重合開始剤ではなく、したがって触媒に対してモル過剰である必要のないアニオンを含有する、異なる酸を使用することが望ましいこともあることを発見した。この種の代表的なクエンチ剤は、スルホン酸である。したがって、以下のスキームIVに記載されているように、溶液中のポリマー鎖と均衡した生成混合物を形成せず、活性重合触媒の構造を形成しない、クエンチされた触媒種が、望ましいこともある。
スキームIV−代表的なp−トルエンスルホン酸(TsOH)によるクエンチ
特に、1当量のTsOHでのクエンチは、熱的に安定し、処理可能な反応混合物を生成する。理論に拘束されることを望むことなく、スキームIVは、可能なクエンチメカニズムを説明していると考えられる。
特定の実施形態では、酸は、非求核性アニオンを含有する。
特定の実施形態では、酸は、スルホン酸である。特定の実施形態では、スルホン酸は、式RSOH(式中、Rは、場合によって置換されている脂肪族、場合によって置換されているアリール、場合によって置換されている複素環および場合によって置換されているヘテロアリールからなる群から選択されるラジカルである)を有する。特定の実施形態では、Rは、場合によって置換されているC〜C20アルキル、C〜C20アルケニルおよび場合によって置換されているフェニルから選択されるラジカルである。
特定の実施形態では、スルホン酸は、p−トルエンスルホン酸(PTSAまたはトシル酸としても公知である)、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、1−プロパンスルホン酸、トリフルオロメチルスルホン酸、4−ニトロフェニルスルホン酸、スルホ酢酸、クメンスルホン酸、キシレンスルホン酸、3−アミノ−1−プロパンスルホン酸、2−(メチルアミノ)エタンスルホン酸、2−アミノエタンスルホン酸、2−スルファニルエタンスルホン酸、3−ヒドロキシ−1−プロパンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、3−ピリジンスルホン酸、2−ピリジンスルホン酸、4−ピペリジンスルホン酸、2−アルニノベンゼンスルホン酸、1−メチルピリジニウム3−スルホネート、1−メチル−2−ピリジニウムスルホネート、4−ヒドロキシベンゼンスルホン酸、シクロヘキサンスルホン酸、4−エチルベンゼンスルホン酸、2,5−ジメチルベンゼンスルホン酸、4−メチルメタニル酸、4−アミノ−3−メチルベンゼンスルホン酸、1−ナフタレンスルホン酸、2−アミノ−5−メチルベンゼンスルホン酸、およびペルフルオロオクタンスルホン酸からなる群から選択される。
特定の実施形態では、スルホン酸は、p−トルエンスルホン酸である。
特定の実施形態では、上記方法のクエンチのステップは、スルファミン酸を加えるステップを含む。
特定の実施形態では、上記方法のクエンチのステップは、式RN−SOH(式中、RおよびRは、水素、場合によって置換されているアルキル、場合によって置換されているアリール、場合によって置換されているヘテロシクリルおよび場合によって置換されているヘテロアリールからなる群から独立して選択されるラジカルである)を有するスルファミン酸を加えるステップを含む。
特定の実施形態では、上記方法のクエンチのステップは、少なくとも1つの酸性の水素原子を有するリン酸誘導体を加えるステップを含む。
特定の実施形態では、リン酸誘導体は、リン酸;ピロリン酸;トリリン酸;リン酸、ピロリン酸またはトリリン酸のアルキル誘導体;リン酸、ピロリン酸またはトリリン酸のアリール誘導体;および上記リン酸誘導体のうちの任意の2つ以上の混合物から選択される。
特定の実施形態では、上記方法のクエンチのステップは、以下の式を有するリン酸を加えることを含む
(式中、RおよびRは、水素、一リン酸基、二リン酸基、場合によって置換されているアルキル、場合によって置換されているアリール、場合によって置換されている複素環、一リン酸基のエステル誘導体、および二リン酸基のエステル誘導体から独立して選択されるラジカルである)。
特定の実施形態では、クエンチのステップの間に加えられる酸は、フッ化水素酸、フルオロホウ酸および硫酸からなる群から選択される。
特定の実施形態では、上記方法のクエンチのステップは、固体支持体に会合した酸を加えるステップを含む。
特定の実施形態では、固体支持体は、無機固体支持体およびポリマー固体支持体から選択される。
特定の実施形態では、無機固体支持体は、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、ゼオライト、金属酸化物および粘土から選択される。
特定の実施形態では、ポリマーの固体支持体は、スチレン、クロロメチル化スチレンおよびジビニルベンゼン(divynylbenzene)のうちの少なくとも1つを含む。
特定の実施形態では、ポリマー固体支持体は、ポリスチレン、ポリスルホン、ナイロン、ポリ(クロロメチルスチレン)、ポリオレフィン、ポリメチルメタクリレートおよび架橋結合したエトキシレートアクリレート樹脂ポリマーから選択される。
特定の実施形態では、クエンチのステップにおいて、アニオンを含有する酸は、反応混合物中に存在する遷移金属配位子錯体に対して、10モル当量未満の量で反応混合物に加えられる。
特定の実施形態では、クエンチのステップにおいて、アニオンを含有する酸は、反応混合物中に存在する遷移金属配位子錯体に対して、0.1〜10モル当量の間の量で反応混合物に加えられる。
特定の実施形態では、クエンチのステップにおいて、アニオンを含有する酸は、反応混合物中に存在する遷移金属配位子錯体に対して、0.1〜2モル当量の間の量で反応混合物に加えられる。
特定の実施形態では、クエンチのステップにおいて、アニオンを含有する酸は、反応混合物中に存在する遷移金属配位子錯体に対して、1〜2モル当量の量で反応混合物に加えられる。
特定の実施形態では、クエンチのステップにおいて、アニオンを含有する酸は、反応混合物中に存在する遷移金属配位子錯体に対して、約1モル当量の量で反応混合物に加えられる。
別の態様において、クエンチのステップは、反応混合物に鎖移動剤および配位子を加えるステップを含み、この加えられる配位子は、重合開始剤ではなく、鎖移動剤は、遷移金属配位子錯体をポリカーボネート鎖から分離させることが可能な種を含み、加えられる配位子は、遷移金属配位子錯体の遷移金属に対して、ポリカーボネート鎖または鎖移動剤のいずれかが有する親和性より高い親和性を有する。
特定の実施形態では、クエンチのステップは、鎖移動剤を加えるステップを含む。
特定の実施形態では、鎖移動剤は、水、アルコール、カルボン酸、アミンおよびメルカプタンから選択される。本発明に適した追加の鎖移動剤は、それぞれの全体の内容が本明細書に参照により組み込まれている、米国特許出願第12/129,106号およびPCT出願第PCT/US2009/056220号に記載されている。
本発明の方法で使用するための鎖移動剤として、カルボン酸、アルコール、ジカルボン酸、ジオール、ポリ酸、ポリオールおよびこれらの脱プロトン化した形態が挙げられるが、これらに限らない。
特定の実施形態では、クエンチのステップにおいて、鎖移動剤は、ポリカーボネート鎖の総量に対して、約0.001質量%〜約2質量%の量で存在する。
特定の実施形態では、クエンチのステップは、重合開始剤ではない配位子を加えるステップを含み、この加えられる配位子は、遷移金属配位子錯体の遷移金属に対して、ポリカーボネート鎖の生成物または加えられる鎖移動剤のアニオンのいずれかが有する親和性より高い親和性を有する。
特定の実施形態では、クエンチのステップにおいて存在する配位子は、スルホン酸塩(例えば、スルホン酸ナトリウム塩)、または、水、アルコール、カルボン酸もしくはこれらのうちの2つ以上の組合せと共に、別の非求核性アニオンから選択される。
特定の実施形態では、クエンチのステップにおいて存在する配位子は、反応混合物中に存在する触媒の遷移金属配位子錯体の量に対して、10当量未満の量で反応混合物に加えられる。
特定の実施形態では、クエンチのステップにおいて存在する配位子は、反応混合物中に存在する触媒の遷移金属配位子錯体の量に対して、0.1〜10当量の間の量で反応混合物に加えられる。
特定の実施形態では、クエンチのステップにおいて存在する配位子は、反応混合物中に存在する触媒の遷移金属配位子錯体の量に対して、0.1〜2当量の間の量で反応混合物に加えられる。
特定の実施形態では、クエンチのステップにおいて存在する配位子は、反応混合物中に存在する触媒の遷移金属配位子錯体の量に対して、1〜2当量の間の量で反応混合物に加えられる。
特定の実施形態では、クエンチのステップにおいて存在する配位子は、反応混合物中に存在する触媒の遷移金属配位子錯体の量に対して、約1当量の量で反応混合物に加えられる。
特定の実施形態では、クエンチのステップは、約−20℃〜約70℃の範囲の温度で実施される。
特定の実施形態では、クエンチのステップは、約0℃〜約50℃の範囲の温度で実施される。
特定の実施形態では、クエンチのステップは、約10℃〜約30℃の範囲の温度で実施される。
特定の実施形態では、クエンチのステップは、室温で実施される。
一態様において、本開示は、ポリカーボネート鎖を含む反応混合物を形成するために、触媒の遷移金属配位子錯体の存在下、エポキシドを二酸化炭素と合わせることによって、脂肪族ポリカーボネート重合反応を開始するステップであって、この重合反応が反応器内で実施されるステップ、を含む方法であって、反応混合物を含有する反応器を減圧するステップと、過剰な二酸化炭素を反応器から除去するステップと、クエンチのステップの前に溶媒を加えることによって反応混合物を希釈するステップをさらに含む方法を提供する。
特定の実施形態では、クエンチのステップを実施した後で、追加の加熱が反応器に施される。
特定の実施形態では、クエンチのステップを実施した後で、反応器に施した追加の加熱により、存在し得る過剰のエポキシドが除去される結果となる。
(実施例1)
バイアル内での酢酸クエンチ試験
背景:
PPCを作製する大きな規模でのPPC合成の間(400ガロン反応器内で)、重合は成功したが、本方法のクエンチおよび希釈のステップの後、分子量の分解が観察された(図1を参照されたい)。次いで同じことがより小さな規模の反応で観察された(2ガロン反応器)(図2を参照されたい)。本方法のクエンチのステップを理解するため、より一層の注意を払った。特に、クエンチ後のポリマーの熱安定性を理解することに集中した。
手順:
A.PPC重合を2ガロン反応器内で行った。分子量(GPCで求めたもの)が目標に到達した時点で、200グラムのドープをポットから取り除き、200グラムの酢酸プロピルで希釈した。この時点でのドープの組成は、酢酸プロピル約50重量%、プロピレンオキシド30重量%、およびPPCポリマー20重量%であった。
B.希釈したドープの試料を取り除き、GPC分析用に調製した。
C.8グラムのドープを4つの20mLシンチレーションバイアルのそれぞれに注ぎ入れ、磁気撹拌棒を加えた。
D.様々な量の酢酸をバイアルに加え、バイアルを反応ブロック上で、80℃で一終夜(17時間)撹拌した。酸の添加は以下の通りであった。
対照:酢酸なし
1/10クエンチ:触媒に対して8モル当量のAcOH
標準のクエンチ:触媒に対して80モル当量のAcOH
10×クエンチ:触媒に対して800モル当量のAcOH
結果:
加熱を施す前の、元の希釈したドープ:M=249,904(オレンジ色/黄色)
80Cで17時間後:対照(酢酸なし):M=134,892(深い赤/オレンジ色)
1/10クエンチする:M=137,523(深い赤/オレンジ色)
標準のクエンチ:M=24,326(オレンジ色/黄色)
10×クエンチ:M=241,897(淡黄色)
図3も参照されたい。
GPC分析の一部として報告された多分散指数(PD)は、ポリマー低下の目安でもある。対照のPDは、1.3であり、これは、安定した試料「10×」も同様であった。しかし、MWの低下を示したもう一方の試料もまた1.6以上へのPDの増加を示した。
結論:
MWの有意な分解を示さなかった唯一の試料は、10×クエンチのバイアル(触媒に対して、800モル当量AcOH)であった。本実験において分子量に関して熱的に安定したドープを生成するために、有意に過剰なこのクエンチ剤が存在しなければならない。すべてのケースにおいて、ポリマー分解は、3つの要素の組合せにより示唆された。
a)対照に対して、有意な(>10%)MWの減少
b)対照に対して、多分散性の同時増加
c)対照に対して、GPCトレースの形の変化であり、集団内のより高い分子量部分の消失、より低い分子量部分の増加、曲線全体の幅の広がりを表示している(図7を参照されたい)。
(実施例2)
バイアル内の2つの追加の酢酸クエンチ試験
以前の実験と同様の方法でこれらの実験を行うことによって、実験を繰り返し、以前の実験結果をさらに展開させた。
結果:
図4および図5を参照されたい。
結論:
クエンチしていないまたは酢酸でアンダークエンチしたPPCドープは、加熱を施すとMW分解を示すことになる。しかし、500〜800モル当量のAcOHが存在する場合、MWは安定している。したがって、大きな規模での反応および実験室規模に見られるMWの分解は、ポリマードープの不十分なクエンチによるものであった。すなわち、触媒がこのような活性状態のままであったため、適切な条件下で、この触媒がPPC鎖の脱重合を触媒することになる。理論に拘束されることを望むことなく、これを説明する仮定は、酢酸が触媒を無効にするのではなく、鎖移動剤として作用することによって、むしろ「触媒と結びつく」または「触媒を無駄なく働かせる」ことであった。過度に起これば、この種の相互作用は、活性触媒がポリマー鎖に結合しないようにする効果があり、よって、これらを分解から保護することになる。同様に、酢酸の過剰が不十分であれば、いくつかの触媒をポリマー鎖への作用に利用可能な状態のまま残すことになる。
(実施例3)
10×酢酸クエンチを用いた大きな規模での反応
以前に論じたバイアル実験を数回繰り返し、結果は一致した。より多くの酢酸が、熱的に安定したポリマードープを生成するという自信と共に、第2の大きな規模での反応(400ガロン反応器)を行った。今回、クエンチ後のMWは安定した。図6を参照されたい。
(実施例4)
交互の酸クエンチ剤
背景:
他の酸性のクエンチ剤、すなわちパラ−トルエンスルホン酸(pTSA)、メタンスルホン酸(MSA)およびトリフルオロメタンスルホン酸(「triflic」)をスクリーニングすることによって、クエンチ剤としての有効性を判定した。
手順:
A.PPCポリマーを加圧した反応器内で、以前に記載したように調製し、次いで酢酸プロピルで希釈することによって、約50重量%の酢酸プロピル、30重量%のプロピレンオキシドおよび20重量%のPPCポリマーのドープを生成した。
B.pTSAの溶液を酢酸プロピル中で調製し、バイアル中のドープに加えることによって、触媒に対して、0、0.1、0.5、1.0および2.0モル当量のpTSAというpTSA添加量を生成した。
C.バイアルを80℃の反応ブロック上で15時間撹拌し、次いで試料をGPC分析用に調製した。
D.同様に、ドープの入ったバイアルを調製し、それぞれ1および2モル当量のMSA、pTSAおよびtriflic酸を仕込んだ。これらのバイアルも一終夜80℃で撹拌し、分子量を解析した。
結果:
図8を参照されたい。pTSAの触媒に対して1および2モル当量の添加により、熱的に安定したPPCドープがもたらされた。pTSAの量がより少ないバイアルは、対照と同様に、ポリマーの低下を示した。
図9を参照されたい。試験した酸のそれぞれが、安定したポリマードープを生じる結果となった。
結論:
pTSA、MSAおよびtriflic酸は、触媒に対して1モル当量しか用いずに、触媒に対して有効なクエンチ剤である。これは、熱的に安定なポリマードープを生成するために800モル当量の酢酸が以前には必要であったということとは対照的に、特に大きな意義を有する。理論的には、これらの酸は、実際に触媒を結合し、無効にし、これによって、上に記載のように、触媒がポリマー鎖と相互作用することを効果的に防ぐ。
同等物
本出願に引用されたすべての物質は、これらだけに限らないが、特許および特許出願を含めて、そのような文献および同様の資料の様式に関わらず、その全体が参照により、明示的に取り込まれる。取り込まれた文献および同様の資料のうちの1つまたは複数が、これだけに限らないが、定義された用語、用語の使用法、記載の技法などを含めて、本出願と異なるまたは矛盾する場合には、本出願が優先される。
本明細書中で使用されるセクション表題は、構成の目的のみで存在し、記載されている主題を制限すると決して解釈されるものではない。
本開示は、様々な実施形態および実施例と関連して記載されているが、本開示はこのような実施形態または実施例に限定されることを意図しない。反対に、本開示は、当事者であれば理解しているように、様々な代替物、修正および同等物を包含する。
本開示は、特定の例示的実施形態に関連して、特に提示および記載されてきたが、本開示の趣旨および範囲から逸脱することなしに、形態および詳細における様々な変更が行われ得ることを理解すべきである。したがって、本開示およびその同等物の範囲および趣旨の中に入るすべての実施形態が、特許請求の範囲の対象となる。本開示の特許請求の範囲および記載は、特に明記されない限り、構成要素の記載順序に限定されると解釈されるべきではない。

Claims (37)

  1. ポリカーボネート鎖を含む反応混合物を形成するために、触媒のコバルトサレン錯体の存在下、エポキシドを二酸化炭素と合わせることによって、脂肪族ポリカーボネート重合反応を開始するステップと、
    該反応混合物を、重合開始剤ではないアニオンを含有する酸と接触させることによって、該重合反応をクエンチするステップと
    を含み、
    ここで、該酸が、スルホン酸、スルファミン酸、少なくとも1つの酸性の水素原子を有するリン酸誘導体、フッ化水素酸、フルオロホウ酸および硫酸からなる群から選択され;
    該スルホン酸が、式RSOH(式中、Rは、置換または非置換の脂肪族、置換または非置換のアリールおよび置換または非置換の複素環からなる群から選択されるラジカルである)を有し;
    該スルファミン酸誘導体が、式RN−SOH(式中、RおよびRは、−H、置換または非置換のアルキル、置換または非置換のアリールおよび置換または非置換の複素環からなる群から独立して選択されるラジカルであるか、またはRおよびRが、介在する原子と一緒になって、置換または非置換の環を形成する)を有し;そして
    該リン酸誘導体が、式:
    (式中、RおよびRは、水素、一リン酸基、二リン酸基、置換または非置換のアルキル、置換または非置換のアリール、置換または非置換の複素環、一リン酸基のエステル誘導体および二リン酸基のエステル誘導体からなる群から独立して選択されるラジカルである)を有する、
    方法。
  2. ポリカーボネート鎖を含む反応混合物を形成するために、触媒のコバルトサレン錯体の存在下、エポキシドと二酸化炭素を合わせることによって、脂肪族ポリカーボネート重合反応を開始するステップと、
    鎖移動剤および配位子を該反応混合物に加えることによって、該重合反応をクエンチするステップと
    を含む方法であって、
    該加えられる配位子が重合開始剤ではなく、該加えられる配位子が、該コバルトサレン錯体のコバルトに対して、該ポリカーボネート鎖または該加えられる鎖移動剤が有する親和性より高い親和性を有し、
    ここで、該加えられる配位子が、スルホン酸塩、および水、アルコール、カルボン酸もしくはこれらの組合せを伴う非求核性アニオンからなる群より選択される、
    方法。
  3. 前記触媒のコバルトサレン錯体が、重合開始剤である少なくとも1つの配位子を含む、請求項1または2に記載の方法。
  4. 重合開始剤である前記配位子が求核性配位子である、請求項3に記載の方法。
  5. 前記求核性配位子が、−OR、−O(C=O)R、−NC、−CN、ハロおよび−N(式中、各Rは、独立して、水素、場合によって置換されている脂肪族、場合によって置換されているヘテロ脂肪族、場合によって置換されているアリールおよび場合によって置換されているヘテロアリールから選択される)からなる群から選択される、請求項4に記載の方法。
  6. 前記ハロが、−Br、−I、および−Clからなる群から選択される、請求項5に記載の方法。
  7. が、場合によって置換されている脂肪族、場合によって置換されているヘテロ脂肪族、場合によって置換されているアリールおよび場合によって置換されているヘテロアリールからなる群から選択される、請求項5に記載の方法。
  8. 前記サレンが、以下からなる群から選択される、請求項1に記載の方法
    (式中、
    は、出現するたびに、独立して、
    の基、場合によって置換されているC〜C20脂肪族、場合によって置換されているC〜C20ヘテロ脂肪族、場合によって置換されている6から14員のアリール、場合によって置換されている5から14員のヘテロアリール、ハロゲン、−OR10、−OC(O)R13、−OC(O)OR13、−OC(O)NR1112、−CN、−CNO、−C(O)R13、−C(R13H(3−z)、−C(O)OR13、−C(O)NR1112、−NR1112、−N(R11、−NR11C(O)R10、−NR11C(O)OR13、−NR11SO13、−NCO、−N、−NO、−S(O)13m −SONR1112、−NO、−C(R13(3−z)、−(CH14、−(CH−Z−R16−、および−(CH)k−Z−(CH−R14からなる群から選択され、2つ以上の適切なR基は、介在する原子と一緒になって、1つまたは複数の環を形成することができ、
    d’は、出現するたびに、独立して、−H、C−C12アルキル、C−C12アルケニル、C−C12アルキニル、−CN、−CNO、−C(O)R13、−C(R13(3−z)、−C(O)OR13、−C(O)NR1112、−C(R13(3−z)、−(CH14、−(CH−Z−R16−、−(CH−Z−(CH−R14からなる群から選択され、2つ以上の適切なRd’基は、介在する原子と一緒になって、1つまたは複数の環を形成することができ、
    Aは、−O−、−S(O)−、−(CH)−、−C(O)−、−C(=NOR10)−、−(C(R14(2〜x)−、CからCの置換または非置換の炭素環およびC〜Cの置換または非置換の複素環からなる群から選択される二価のリンカーであり、
    10は、出現するたびに、独立して、−H、−C(R13(3〜z)、C〜C12アルキル、C〜C12アルケニル、C〜C12アルキニル、C12までの炭素環、C12までの複素環、−S(O)13、−Si(R15およびヒドロキシル保護基からなる群から選択され、
    11およびR12は、出現するたびに、独立して、−H、場合によって置換されているC〜C20脂肪族、場合によって置換されているC〜C20ヘテロ脂肪族、場合によって置換されている6から14員のアリール、場合によって置換されている5から14員のヘテロアリールおよび−C(R13(3〜z)からなる群から選択され、R11およびR12は、両方存在する場合、場合によって、これらが結合している原子と一緒になって、3〜10員の環を形成することができ、
    13は、出現するたびに、−H、場合によって置換されているC〜C20脂肪族、場合によって置換されているC〜C20ヘテロ脂肪族、場合によって置換されている6〜14員のアリール、場合によって置換されている5〜14員のヘテロアリールからなる群から独立して選択される、場合によって置換されている部分であり、
    14は、出現するたびに、独立して、ハロゲン、−OR10、−OC(O)R13、−OC(O)OR13、−OC(O)NR1112、−CN、−CNO、−C(R13(3−z)、−C(O)R13、−C(O)OR13、−C(O)NR1112、−NR1112、−NR11C(O)R13、−NR11C(O)OR10、−NR11SO13、−NCO、−N、−NO、−S(O)13、−SONR1112、C12までの複素環およびC12までの炭素環からなる群から選択され、
    15は、出現するたびに、独立して、C〜Cアルキル、C〜Cアルケニル、C〜Cアルキニル、およびC12までの置換または非置換の炭素環からなる群から選択され、
    16は、出現するたびに、独立して、C〜C12アルキル、C〜C12アルケニル、C〜C12アルキニル、C12までの複素環、C12までの炭素環および−C(R13(3〜z)からなる群から選択され、
    Zは、−(CH=CH)−、−(CH=CH)−、−C(O)−、−C(=NOR11)−、−C(=NNR1112)−、−O−、−N(R11)−、−N(C(O)R13)−、−S(O)−、ポリエーテル、およびポリアミンからなる群から選択される二価のリンカーであり、
    aは、1、2、3または4であり、
    は、共有結合テザーを介して前記配位子に結合している、1つまたは複数の、独立して定義された共触媒部分を表し、
    各Z’は、独立して、ここに記載されている前記重合反応において、共触媒として作用することが可能な任意の部分を表し、適切な共触媒部分として、これらに限らないが、アンモニウム塩、ホスホニウム塩、アルソニウム塩、グアニジウム塩、アゾニウム塩、アミノ基、ホスフィン基、グアニジン基、アミジン基、複素環基およびヘテロアリール基が挙げられ、
    mは、1から4の整数(1と4を含む)であり、該テザー上に存在するZ’基の数を表し、
    は、1つまたは複数の原子からなる共有結合のテザーを表し、
    kは、1から8の整数(1と8を含む)であり、
    mは、1から8の整数(1と8を含む)であり、
    xは、0、1または2であり、
    yは、0、1、2、3または4であり、
    zは、1、2または3である)。
  9. 前記触媒のコバルトサレン錯体が、
    からなる群から選択される、請求項8に記載の方法
    (式中、Mは、コバルトであり、原子価が許容する通り、XおよびXのうちの1つまたは両方が存在し、それぞれが独立して、−OR,−O(C=O)R,−NC、−CN、ハロおよび−Nからなる群から選択され、各Rは、独立して、水素、場合によって置換されている脂肪族、場合によって置換されているヘテロ脂肪族、場合によって置換されているアリールおよび場合によって置換されているヘテロアリールから選択される)。
  10. 前記触媒のコバルトサレン錯体が、以下からなる群から選択される、請求項9に記載の方法。
  11. 前記触媒のコバルトサレン錯体が、以下からなる群から選択される、請求項10に記載の方法
    (式中、Mはコバルトである)。
  12. が、場合によって置換されているC〜C20のアルキル、C〜C20のアルケニルおよび場合によって置換されているフェニルからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
  13. 前記スルホン酸が、p−トルエンスルホン酸、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、1−プロパンスルホン酸、トリフルオロメチルスルホン酸、4−ニトロフェニルスルホン酸、スルホ酢酸、クメンスルホン酸、キシレンスルホン酸、3−アミノ−1−プロパンスルホン酸、2−(メチルアミノ)エタンスルホン酸、2−アミノエタンスルホン酸、2−スルファニルエタンスルホン酸、3−ヒドロキシ−1−プロパンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、3−ピリジンスルホン酸、2−ピリジンスルホン酸、4−ピペリジンスルホン酸、2−アミノベンゼンスルホン酸、1−メチルピリジニウム3−スルホネート、1−メチル−2−ピリジニウム−スルホネート、4−ヒドロキシベンゼンスルホン酸、シクロヘキサンスルホン酸、4−エチルベンゼンスルホン酸、2,5−ジメチルベンゼンスルホン酸、4−メチルメタニル酸、4−アミノ−3−メチルベンゼンスルホン酸、1−ナフタレンスルホン酸、2−アミノ−5−メチルベンゼンスルホン酸およびパーフルオロオクタンスルホン酸からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
  14. 前記スルホン酸が、p−トルエンスルホン酸である、請求項13に記載の方法。
  15. 前記酸が固体支持体に会合している、請求項1に記載の方法。
  16. 前記固体支持体が、無機固体支持体およびポリマー固体支持体からなる群から選択される、請求項15に記載の方法。
  17. 前記無機固体支持体が、シリカ、アルミナ、ジルコニア、チタニア、ゼオライト、金属酸化物および粘土からなる群から選択される、請求項16に記載の方法。
  18. 前記ポリマー固体支持体が、スチレン、クロロメチル化スチレンおよびジビニルベンゼンのうちの少なくとも1つを含む、請求項16に記載の方法。
  19. 前記ポリマー固体支持体が、ポリスチレン、ポリスルホン、ナイロン、ポリ(クロロメチルスチレン)および架橋結合したエトキシレートアクリレート樹脂ポリマーからなる群から選択される、請求項16に記載の方法。
  20. 前記反応混合物中に存在する触媒のコバルトサレン錯体の量に対して、10当量未満の前記酸が、前記反応混合物に加えられる、請求項1に記載の方法。
  21. 前記反応混合物中に存在する触媒のコバルトサレン錯体の量に対して、0.1〜10当量の間の前記酸が、前記反応混合物に加えられる、請求項1に記載の方法。
  22. 前記反応混合物中に存在する触媒のコバルトサレン錯体の量に対して、0.1〜2当量の間の前記酸が、前記反応混合物に加えられる、請求項1に記載の方法。
  23. 前記反応混合物中に存在する触媒のコバルトサレン錯体の量に対して、1〜2当量の間の前記酸が、前記反応混合物に加えられる、請求項1に記載の方法。
  24. 前記反応混合物中に存在する触媒のコバルトサレン錯体の量に対して、1当量の前記酸が、前記反応混合物に加えられる、請求項1に記載の方法。
  25. 前記クエンチのステップが、−20℃〜70℃の範囲の温度で実施される、請求項1に記載の方法。
  26. 前記クエンチのステップが、0℃〜35℃の範囲の温度で実施される、請求項25に記載の方法。
  27. 前記クエンチのステップが、室温で実施される、請求項1に記載の方法。
  28. 前記エポキシドが、エチレンオキシド、一置換のアルキルエポキシド、1,2二置換のアルキルエポキシド、1,1−二置換のエポキシドおよび多環式エポキシドからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
  29. 前記エポキシドが、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、エピクロロヒドリン、グリシジルエーテル、グリシジルエステル、1,2−ブチレンオキシド、2,3−ブチレンオキシド、シクロペンテンオキシド、シクロヘキセンオキシド、シクロオクテンオキシド、ノルボルネンオキシド、グリシジルエーテルおよびリモネンオキシドからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
  30. 前記エポキシドがプロピレンオキシドである、請求項1に記載の方法。
  31. 前記重合反応が、反応器内で実施される方法であって、
    前記反応混合物を含有する前記反応器を減圧するステップと、
    該反応器から過剰の二酸化炭素を除去するステップと、
    前記クエンチのステップの前に溶媒を加えることによって、前記反応混合物を希釈するステップと
    をさらに含む、請求項1に記載の方法。
  32. 前記溶媒が、前記エポキシドより高い沸点を有する、請求項31に記載の方法。
  33. 前記溶媒が、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸イソアミル、アセトン、ブタノン、ガンマブチロラクトンおよびテトラヒドロフランからなる群から選択される、請求項31に記載の方法。
  34. 前記クエンチのステップの後で、前記反応混合物を加熱するステップをさらに含む、請求項31に記載の方法。
  35. 前記加熱のステップの結果、過剰なエポキシドが、前記反応混合物から除去される、請求項34に記載の方法。
  36. 前記反応混合物が、40℃〜100℃の範囲の温度まで加熱される、請求項34に記載の方法。
  37. 前記反応混合物が、1atm〜0.05atmの範囲の圧力下で加熱される、請求項34に記載の方法。
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