JP5913208B2 - 新規フルオレン化合物及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、分子内にメタリル基を持った新規なフルオレン化合物に関する。
従来、アリル基とエポキシ基を持ったフルオレン化合物としては、特許文献1で開示されているような下記一般式(X)で表される化合物が機能性エポキシ樹脂として知られているが、この化合物は、不飽和結合がアリル基であることから、Si−Hを持った有機珪素化合物とヒドロシリル化反応を行った際、位置選択性が悪い為、内部に付加したβ付加体が生成し、この内部付加した部分は耐熱性に劣ることから化合物の耐熱性が悪いという問題があった。
Figure 0005913208
特許第4873223号公報
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、Si−H含有有機珪素化合物とヒドロシリル化する際の位置選択性に優れ、内部に付加したβ付加体生成量が少ない化合物となる為、有機珪素化合物の耐熱性を向上させることが可能な分子内にメタリル基を持った新規なフルオレン化合物およびその製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明では、下記一般式(1)で示される、分子内にメタリル基を持った新規なフルオレン化合物を提供する。
Figure 0005913208
(式中、Rは水素原子又はメチル基を示す。)
このように、メタリル基を有するエポキシ基を含有するフルオレン化合物であれば、Si−H含有有機珪素化合物とヒドロシリル化する際の位置選択性に優れ、内部に付加したβ付加体生成量が少ない化合物となる。
また、本発明は前記メタリル基を有するエポキシ基を含有するフルオレン化合物の製造方法であって、少なくとも下記一般式(2)で示される、メタリル基を有するフルオレン化合物と、エピクロルヒドリンとを反応させ、下記一般式(1)で示される化合物を得ることを特徴とするフルオレン化合物の製造方法を提供する。
Figure 0005913208
(式中、Rは水素原子又はメチル基を示す。)
Figure 0005913208
(式中、Rは水素原子又はメチル基を示す。)
このような、製造方法であれば、新規のフルオレン化合物であるメタリル基を有するエポキシ基を含有するフルオレン化合物を収率よく製造することができる。
また、本発明では、上記本発明のフルオレン化合物と、Si−H含有有機珪素化合物を触媒下、ヒドロシリル化反応させることにより、シロキサン導入フルオレン化合物を製造することを特徴とするシロキサン導入フルオレン化合物の製造方法を提供する。
このような製造方法であれば、得られるシロキサン導入フルオレン化合物が内部に付加したβ付加体生成量が少ない化合物となる為好ましい。
また、本発明では、下記一般式(2)で示される、メタリル基を有するフルオレン化合物を提供する。
Figure 0005913208
(Rは水素原子又はメチル基を示す。)
このようなメタリル基を有するフルオレン化合物であれば、Si−H含有有機珪素化合物とヒドロシリル化する際、位置選択性に優れたメタリル基を有するエポキシ基を含有するフルオレン化合物を得ることができる。
以上説明したように、本発明のメタリル基を有するエポキシ基を含有するフルオレン化合物は、従来知られているアリル基を持ったフルオレン化合物に比較し、Si−H含有有機珪素化合物とヒドロシリル化する際の位置選択性に優れ、内部に付加したβ付加体生成量が少ない化合物となる為、有機珪素化合物の耐熱性の向上が期待できるため有用な化合物であり、その製造方法により、メタリル基を有するエポキシ基を含有するフルオレン化合物を収率よく製造することができる。
以下、本発明についてより詳細に説明する。
前述のように、Si−H含有有機珪素化合物とヒドロシリル化する際の位置選択性に優れ、内部に付加したβ付加体生成量が少ない、メタリル基を有するエポキシ基を含有するフルオレン化合物の開発が望まれていた。
そこで、本発明者らは、上記目的を達成すべく、鋭意検討を重ねた。
その結果、本発明者らは、下記一般式(2)
Figure 0005913208
で表されるメタリル基含有フルオレン化合物を作製し、該化合物にエピクロルヒドリンを反応させることで、下記一般式(1)
Figure 0005913208
で表される新規なメタリル基を有するエポキシ基を含有するフルオレン化合物が得られるとともに、この化合物がSi−H含有有機珪素化合物とヒドロシリル化を行った際、位置選択性に優れ、内部に付加したβ付加体生成量が少ない化合物となることを見出し、この為、得られた有機珪素化合物の耐熱性、耐水性、耐候性、電気特性等に優れる化合物となることが期待される化合物となることを知見し、本発明をなすに至った。一般式(2)の化合物に対してエピクロルヒドリンの使用量を下げると、エポキシ基と一般式(2)の化合物におけるフェノール基とが反応し、連鎖となる成分も含まれるが、この成分が本発明を妨げるものではない。
以下、本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明のメタリル基を有するエポキシ基を含有するフルオレン化合物は、下記一般式(1)で表される、新規なメタリル基を有し、エポキシ基を含有するフルオレン化合物である。下記一般式(1)において、Rは水素原子又はメチル基を示している。
Figure 0005913208
このような一般式(1)で示される化合物としては、下記のものを代表例として例示することができる。
Figure 0005913208
Figure 0005913208
このような本発明のメタリル基を持ったエポキシ基含有フルオレン化合物は、上述したように一般式(2)で表されるメタリル基を有するフルオレン化合物にエピクロルヒドリンを反応させて得られるものである。
Figure 0005913208
上記式(2)において、Rは水素原子又はメチル基を示している。
このような一般式(2)で示される化合物としては、下記のものを代表例として例示することができる。
Figure 0005913208
Figure 0005913208
この一般式(2)の化合物は、公知の4,4’−(9−フルオレニリデン)ジフェノール1モルに塩基化合物の存在下、ハロゲン化メタリルを2〜10モル、好ましくは2〜5モル作用させ、4,4’−(9−フルオレニリデン)ジフェノールのジメタリルエーテルとし、これをクライゼン転位反応することで得ることが出来る。
上記ハロゲン化メタリルは、塩化メタリル、臭化メタリル、フッ化メタリルのいずれかを用いれば良く、塩化メタリル、臭化メタリルが好ましい。
塩基化合物としては、金属水酸化物(水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム等)、炭酸アルカリ(炭酸ナトリウム、炭酸カリウム)や金属アルコキシド、アンモニウム塩等が上げられる。塩基性化合物は、原料となるフルオレン化合物1モルに対し2〜10モル、好ましくは2〜5モルである。
また、溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル類、アセトニトリル等のニトリル類、ベンゼン、キシレン等の芳香族類、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルスルホキシドなどの非プロトン性溶媒等公知の溶媒が使用される。反応温度として、10〜100℃であり、1〜100時間程度反応させてエーテル化物を得る。その後、得られたエーテル化物を30〜300℃、好ましくは50〜250℃で3〜50時間加熱を行うことで、クライゼン転位反応させて、使用した溶媒を留去することで一般式(2)の化合物を得ることができる。
このようにして得た一般式(2)の化合物とエピクロルヒドリンとを反応させることで、本発明の一般式(1)のメタリル基を有するエポキシ基を含有するフルオレン化合物を得ることが出来、その方法は、当該分野で知られている方法を応用することができる。
一般式(2)の化合物とエピクロルヒドリンとの反応における反応温度は、任意ではあるが、通常50〜120℃にて行えばよく、反応時間は、3〜30時間程度である。
一般式(2)の化合物とエピクロルヒドリンとのモル比も任意ではあるが、一般式(2)に対してエピクロルヒドリンを大過剰に使用することで、一般式(1)の化合物を得ることが出来る。一般式(2)に対してエピクロルヒドリンの使用量を下げるとエポキシ基と一般式(2)の化合物におけるフェノール基とが反応し、連鎖となる成分も含まれているが、この成分が本発明を妨げるものではない。
一般式(2)1モルに対するエピクロルヒドリンの使用量は、通常1.0〜30モル、好ましくは2.0〜20モル、より好ましくは3.0〜15モルである。
一般式(1)の化合物を得る反応の際、触媒の使用は任意であり、通常は、アルカリ金属水酸化物が使用される。アルカリ金属水酸化物としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。アルカリ金属水酸化物の添加方法は、固形物として添加しても良く、また、水溶液として添加しても良い。アルカリ金属水酸化物の使用量としては、フェノール性水酸基1当量に対して0.01〜0.2モルが好ましい。
アルカリ金属水酸化物の固形物を使用する際、これらは1種のみまたは組み合わせて用いることが出来、分割または連続的に系内に添加すればよい。また、アルカリ金属水酸化物の水溶液を用いる際は、アルカリ金属水酸化物の水溶液から持ち込まれる水が多くなるため、反応中、系内から水を除去する必要がある。
反応する際、溶媒としては、エピクロルヒドリンを大過剰に加え、反応溶媒として使用することも可能であるが、さらに他の溶媒の使用も任意であり、その際は、非プロトン性極性溶媒の使用が好ましい。非プロトン性極性溶媒としては、ジメチルスルホン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、1,4−ジオキサン等が挙げられる。非プロトン性極性溶媒の使用量はエピクロルヒドリンの重量に対し通常5〜200重量%、好ましくは10〜150重量%である。
また、反応に際してテトラメチルアンモニウムクロライド、テトラメチルアンモニウムブロマイド、トリメチルベンジルアンモニウムクロライドなどの第四級アンモニウム塩を触媒として使用することもできる。この場合の第四級アンモニウム塩の使用量は一般式(2)の化合物の水酸基1当量に対して通常0.001〜0.2モル、好ましくは0.05〜0.1モルである。
これらの反応生成物は水洗後、または水洗無しに加熱減圧下過剰のエピクロルヒドリンや、その他使用した溶媒等を除去することで本発明の化合物を得ることが出来る。また、加熱減圧下過剰のエピクロルヒドリンや、その他使用した溶媒等を除去した後、トルエン、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン等の溶媒に溶解し、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の水溶液を加えて再び反応を行うことにより全ハロゲン量の低いエポキシ樹脂を得ることが出来る。反応終了後副生した塩をろ過、水洗などにより除去し、さらに加熱減圧下トルエン、メチルイソブチルケトン、メチルエチルケトン等の溶媒を留去することにより本発明の化合物を得ることができる。
本発明の化合物は、末端にメタリル基とエポキシ基を持った新規なフルオレン化合物であり、メタリル基を使用し、Si−H含有の有機珪素化合物とヒドロシリル化反応を行うことができる。
Si−H含有の有機珪素化合物としては、特に限定されないが、トリメトキシヒドロシラン、トリエトキシヒドロシラン、トリエチルシラン等のヒドロシラン類、1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、α,ω−ジヒドロジメチルポリシロキサン、α,ω−ジヒドロメチルフェニルポリシロキサン等の両末端Si−H含有ジメチルポリシロキサン、1,1,3,3,3−ペンタメチルジシロキサン、1,1,1,3,3,5,5−ヘプタメチルトリシロキサン等の片末端Si−H含有ジメチルポリシロキサン、1,1,1,3,5,5,5−ヘプタメチルトリシロキサン等の側鎖Si−H含有ジメチルポリシロキサン、1,1,1,5,5,5−ヘキサメチル−3−フェニルトリシロキサン等の側鎖Si−H含有メチルフェニルポリシロキサン、2,4,6−トリメチルシクロトリシロキサン、2,4,6,8−テトラメチルシクロテトラシロキサン等のSi−H含有環状ポリシロキサン、Si−H含有分岐ポリシロキサン、Si−H含有メチルシリコーンレジン、Si−H含有メチルフェニルシリコーンレジン、Si−H含有シルフェニレン化合物、Si−H含有シルアルキレン化合物等が挙げられる。また、本発明の化合物とSi−H含有有機珪素化合物とでヒドロシリル化反応を行う際、他のビニル含有化合物と共反応させることも任意である。他のビニル化合物の例としては、1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン、α,ω−ジビニルジメチルポリシロキサン、α,ω−ジビニルメチルフェニルポリシロキサン等の両末端ビニル含有ジメチルポリシロキサン、1,1,1,3,5,5,5−ヘプタメチル−3−ビニルトリシロキサン等の側鎖ビニル含有ジメチルポリシロキサン、1,1,1,5,5,5−ヘキサメチル−3−ビニル−3−フェニルトリシロキサン等の側鎖ビニル含有メチルビニルフェニルポリシロキサン、2,4,6−トリメチル−2,4,6−トリビニルシクロトリシロキサン、2,4,6,8−テトラメチル−2,4,6,8−テトラビニルシクロテトラシロキサン等のビニル含有環状ポリシロキサン、ビニル含有分岐ポリシロキサン、メチルビニルシリコーンレジン、メチルビニルフェニルシリコーンレジン等が挙げられる。
Si−H含有有機珪素化合物とヒドロシリル化反応する際、触媒としては、例えば白金(白金黒を含む)、ロジウム、パラジウム等の白金族金属単体;HPtCl・xHO、HPtCl・xHO、NaHPtCl・xHO、KHPtCl・xHO、NaPtCl・xHO、KPtCl・xHO、PtCl・xHO、PtCl、NaHPtCl・xHO(式中、xは0〜6の整数が好ましく、特に0又は6が好ましい。)等の塩化白金、塩化白金酸及び塩化白金酸塩;アルコール変性塩化白金酸(米国特許第3,220,972号明細書);塩化白金酸とオレフィンとの錯体(米国特許第3,159,601号明細書、米国特許第3,159,662号明細書、米国特許第3,775,452号明細書);白金黒やパラジウム等の白金族金属をアルミナ、シリカ、カーボン等の担体に担持させたもの;ロジウム−オレフィン錯体;クロロトリス(トリフェニルホスフィン)ロジウム(所謂ウィルキンソン触媒);塩化白金、塩化白金酸又は塩化白金酸塩とビニル基含有シロキサン(特にビニル基含有環状シロキサン)との錯体等が挙げられる。その使用量は触媒量であり、通常、白金族金属として反応生成物の総量に対して0.001〜0.1質量%であることが好ましい。
上記ヒドロシリル化反応においては、必要に応じて溶剤を使用してもよい。溶剤としては、例えばトルエン、キシレン、ヘキサン、ヘプタン等の炭化水素系溶剤、テトラヒドロフラン、ジオキサン、シクロペンチルメチルエーテル等のエーテル系溶剤、アセトニトリル等が挙げられ、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶剤の使用が好ましい。上記反応条件として、触媒が失活せず、かつ、短時間で反応の完結が可能という観点から、反応温度は、例えば40〜150℃、特に60〜120℃が好ましい。反応時間は、反応生成物の種類及び量にもよるが、およそ0.5〜100時間、特に0.5〜30時間で終了するのが好ましい。このようにしてヒドロシリル化反応を終了後、溶剤を使用した場合はこれを留去すればよい。
本発明の化合物を用いた場合、従来知られた化合物であるアリル基を持ったフルオレン化合物に比較し、珪素が結合する位置選択性に優れ、内部に付加したβ付加体生成量が少ない化合物となる為、得られた有機珪素化合物の耐熱性の向上が期待できることから有用な化合物である。
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
[合成例1]
窒素ガス導入管、温度計、ジムロート型コンデンサー及び滴下漏斗を備えた2リットルのセパラブルフラスコに、4,4’−(9−フルオレニリデン)ジフェノール175.2g(0.5モル)、炭酸カリウム139.6g(1.01モル)、塩化メタリル108.7g(1.2モル)、および脱水アセトン1000gを仕込んで40時間、加熱還流した。終了後、反応液をろ過して残渣をアセトン800gで洗浄した。ろ液と洗液を合わせてアセトンを留去した。濃縮物にトルエン1000gを加えて溶解し、1000gの水で2回洗浄した。トルエン溶液に無水硫酸ナトリウムを加えて乾燥し、次いでトルエンを留去したところ、218.4gの固体が得られた。赤外線吸収スペクトル分析及び、1H核磁気共鳴スペクトル分析し、4,4’−(9−フルオレニリデン)ジフェノールのジメタリルエーテルであることを確認した。収率は、95.3%であった。続いて、4,4’−(9−フルオレニリデン)ジフェノールのジメタリルエーテル210g(0.46モル)をN,N−ジエチルアニリン350gに溶解して系内を窒素で置換した。反応温度150℃で20時間反応し、溶媒を減圧下で留去したところ、205.6gの固体が得られた。赤外線吸収スペクトル分析及び、1H核磁気共鳴スペクトル分析で分析し、一般式(3)である4,4’−(9−フルオレニリデン)ジメタリルフェノールであることを確認した。
[実施例1]
窒素ガス導入管、温度計、ジムロート型コンデンサー及び滴下漏斗を備えた2リットルのセパラブルフラスコに、下記構造式(3)で表される化合物229g(0.5mol)をエピクロルヒドリン694g(7.5mol)に溶解し、さらにテトラメチルアンモニウムクロライド1.1gを加え、100℃にて5時間攪拌した。
Figure 0005913208
次に、減圧下(20kPa)、70℃にて40%水酸化ナトリウム水溶液110gを3時間かけて滴下した。その間、生成する水をエピクロルヒドリンとの共沸により系外に除き、留出したエピクロルヒドリンは系内に戻した。滴下終了後、さらに30分間反応を継続した。その後、濾過により生成した塩を取り除き、さらに水洗した後、エピクロルヒドリンを留去したところ、無色の固体238gを得た。このものの赤外線吸収スペクトル分析及び、1H核磁気共鳴スペクトル分析を行い、下記構造式(4)で示される、本発明のメタリル基を有するエポキシ基を含有するフルオレン化合物であることを確認した。
Figure 0005913208
[実施例2]
実施例1における下記構造式(3)
Figure 0005913208
で表される不飽和基含有化合物のかわりに、合成例1と同様な方法で、2,2’−ジメチル−4,4’−(9−フルオレニリデン)ジフェノールを用いて下記構造式(5)
Figure 0005913208
で表される不飽和基含有化合物を243g(0.5mol)とした他は実施例1と同様の反応を行い、後処理を行ったところ、無色固体243gが得られた。このものの赤外線吸収スペクトル分析及び、1H核磁気共鳴スペクトル分析を行い、下記構造式(6)で示される、本発明のメタリル基を有するエポキシ基を含有するフルオレン化合物であることを確認した。
Figure 0005913208
[合成例2]
窒素ガス導入管、温度計、ジムロート型コンデンサー及び滴下漏斗を備えた1リットルのセパラブルフラスコに、実施例1で得られた下記構造式(4)で示される
Figure 0005913208
メタリル基を有するエポキシ基を含有するフルオレン化合物143g(0.25mol)、トルエン200g、白金換算濃度で2重量%であるトリス(1,3−ジビニル−1,1,3,3−テトラメチル−ジシロキサン)−二白金(0)(Karstedt触媒)0.05gを仕込み、75℃にて、ペンタメチルジシロキサン74g(0.5mol)をゆっくり滴下した。この滴下には30分を要した。滴下終了後、75℃にて5時間熟成を続けた。
熟成終了後、ガスクロマトグラフ分析を行い、ペンタメチルジシロキサン残存量が2%以下となったことを確認した。
このものをロータリーエバポレーターにより、80℃/0.6kPaにて減圧濃縮したところ、無色固体210gが得られた。このものの赤外線吸収スペクトル分析及び、1H核磁気共鳴スペクトル分析を行った結果、メタリル基部分とSi−Hとが反応しシロキサンが導入されたフルオレン化合物、下記構造式(7)
Figure 0005913208
が得られたことを確認した。このものを1H核磁気共鳴スペクトル分析にて解析するとα付加体の純度は98%であり、下記構造式(8)
Figure 0005913208
で表される異性体(β付加体)は、2%が生成したに過ぎないことを確認した。
[比較例1]
合成例2にして使用した下記構造式(4)
Figure 0005913208
の代わりに、下記構造式(9)
Figure 0005913208
で表される不飽和基含有化合物136g(0.25mol)とした他は同様に反応を行い無色固体202gが得られた。このものの赤外線吸収スペクトル分析及び、1H核磁気共鳴スペクトル分析を行った結果、アリル基部分とSi−Hとが反応しシロキサンが導入されたフルオレン化合物、下記構造式(10)
Figure 0005913208
が得られたが、このものの純度を1H核磁気共鳴スペクトル分析にて解析すると、このα付加体が85%であり、残りの約15%は、β付加体である下記構造式(11)で示される異性体であることが確認された。
Figure 0005913208
ただし、1H核磁気共鳴スペクトル分析における解析であるため、分子内で片側が末端に珪素が付いたもの(α付加体)と、もう一方が内部付加したもの(β付加体)も含まれているが、そのような化合物の分析分離はできない。そのようなタイプを考慮するとこの比較例にて合成した場合の目的物はさらに純度が低いと考えられる。
以上の結果より、本発明のメタリル基を有するエポキシ基を含有するフルオレン化合物は、Si−H含有有機珪素化合物とのヒドロシリル化反応において、内部に付加したβ付加体生成量が少ない化合物を与えることが実証された。
すなわち、このような本発明のフルオレン化合物であれば、内部に付加したβ付加体生成量が少ない化合物となる為、有機珪素化合物の耐熱性の向上が期待できる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

Claims (4)

  1. 下記一般式(1)で示される、メタリル基を有するエポキシ基を含有するフルオレン化合物。
    Figure 0005913208
    (式中、Rは水素原子又はメチル基を示す。)
  2. 下記一般式(2)で示される、メタリル基を有するフルオレン化合物と、エピクロルヒドリンとを反応させ、下記一般式(1)で示される化合物を得ることを特徴とするフルオレン化合物の製造方法。
    Figure 0005913208
    (式中、Rは水素原子又はメチル基を示す。)
    Figure 0005913208
    (式中、Rは水素原子又はメチル基を示す。)
  3. 請求項1に記載のフルオレン化合物と、Si−H含有有機珪素化合物を触媒下、ヒドロシリル化反応させることにより、シロキサン導入フルオレン化合物を製造することを特徴とするシロキサン導入フルオレン化合物の製造方法。
  4. 下記一般式(2)で示される、メタリル基を有するフルオレン化合物。
    Figure 0005913208
    (Rは水素原子又はメチル基を示す。)
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