JP5964966B2 - 二置換スクシネートを調製するプロセス - Google Patents

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Description

本発明は、概して、コハク酸エステルなどの、2,3−二置換スクシネートを調製するプロセスに関する。より詳しくは、本発明は、2,3−二置換スクシネートを調製するプロセスであって、2,3置換基が、同じであっても異なってもよく、アルキル基またはアリールアルキル基であってもよいプロセスに関する。さらに詳しくは、本発明は、2,3−ジアルキルコハク酸エステルなどの2,3−ジアルキルスクシネートを調製するプロセスに関する。
本発明はさらに、そのプロセスにより得られる生成物に関する。本発明はまた、電子供与体としてのその二置換スクシネートおよび随意的に助触媒を含むチーグラー・ナッタ触媒系の存在下でのオレフィン重合プロセスにも関する。
ジアルキル二置換スクシネートの調製プロセスが当該技術分野において既に知られている。例えば、非特許文献1において、−78℃の反応温度でジエチルスクシネートのリチウムジエノラート1または2当量とアルキル化剤との反応、その後の低収率でエステルを回収するための希酸による反応停止が開示されている。得られた生成物は、2,3位に同じ(対称)置換基を有し、モノ−、ジ−、トリ−およびテトラ−スクシネート置換基の混合物であり、これら置換基は、沸点が近いために、蒸留により分離することが難しい。特許文献1には、Mgと、Tiと、ハロゲンと、2,3−ジイソプロピルコハク酸ジエチル、2,3−ジイソプロピルコハク酸ジイソブチル、2,3−ジイソプロピルコハク酸ジ−n−ブチル、2,3−ジシクロヘキシル−2−メチルコハク酸ジイソブチルなどのコハク酸エステルから選択される電子供与体とを含む、オレフィン重合のための固体触媒成分が開示されている。そのような供与体は、上述した従来技術の文献である非特許文献1に開示された方法によって調製することができる。
非特許文献2には、−78℃の反応温度での、四塩化チタンにより促進されるケテンシリルアセタールの二量体化による、79%以下の収率でのアルキリデン置換コハク酸エステルを調製するプロセスが開示されている。得られるコハク酸エステルは、2,3位に対称の置換基のみを有する。
非特許文献3において、−78℃の反応温度で、高コストの出発材料、具体的には、リチウムエステルエノラートを銅(II)塩と反応させることにより、二量体化置換コハク酸エステルを調製するプロセスが開示されている。2,3位に対称の置換基のみを有する二置換コハク酸エステルが、81%以下の収率で得られる。
非特許文献4には、−45℃の反応温度での、フェニル酢酸エステルの酸化カップリングによる、2,3位に対称の置換基のみを有する、ジ−およびメソ−2,3−ジフェニルコハク酸エステルの合成が開示されている。このカップリング反応は、典型的に、反応炭素上での立体障害により影響を受ける。
特許文献2には、アルキリデン置換コハク酸エステルを調製するプロセスにおいて、反応媒質中において、カルボニル化合物、例えば、アセトン、コハク酸および塩基の反応が行われる工程a)、および工程a)において得られたアルキリデン置換生成物がエステル化される工程b)を含むプロセスが開示されている。コハク酸エステルおよび塩基は特定の量で使用され、塩基は、金属の水素化物およびアルコキシドから選択され、反応媒質は、i−PrOHより低い、水中で測定されたKaを有する非プロトン性またはプロトン性液体媒質を含む。特許文献2によるプロセスは、原材料として、容易に入手できず、費用がかかるおよび/または別途の合成を必要とする、アルデヒドまたはケトンのいずれかを必要とする。それに加え、そのプロセスは、アルキリデン置換基を生じるいわゆるシュトッベ(Stobbe)反応に基づく。したがって、アルキル置換基を得るために、還元工程が必要である。
非特許文献5において、4工程で、(+)−(2R,3S)−2−エチル−3−メチルコハク酸およびそのジアステレオ異性体を立体特異的に生成するための、(−)−(S)−メチル−2−ブロモプロピオネート(4)(L−アラニンから得られる)のエチルマロン酸ジベンジルとの反応が開示されている。このマロン酸エステルのアルキル化は、いわゆるワルデン反転により進行した。非特許文献6において、ジエチル−α−ホルミルスクシネートからのジエチルα−エトキシメチレン−スクシネートの調製が記載されている。
米国特許第6818583号明細書 米国特許出願公開第2003/0181743号明細書
Synthetic communications, 11(9), 687-697 (1981) Tetrahedron Letters, 23, 2009-2012 (1977) Journal of Chemical Society 93, 4605 (1971) Journal of Organic Chemistry, 61, 2809 (1996) Recueil, Journal of the Royal Netherlands Chemical Society, 9913, March 1980 Helvetica Chimica Acta, vol. 42, no. 4, 1959, pages 1356-1367
本発明の課題は、コハク酸エステルなどの対称(2,3位が同じ基で置換されている)または非対称(2,3位が異なる基で置換されている)の2,3−置換スクシネートを、比較的低い反応温度および許容できる反応収率で調製できるプロセスを提供することにある。
この課題は、請求項1によるプロセスによって、本発明にしたがって達成される。
本発明によるプロセスの利点は、反応生成物を良好な純度で得られることである。本発明によるプロセスのさらに別の利点は、コハク酸エステルの2,3位で同じまたは異なる置換基を有するものを得られることである。本発明によるプロセスのさらに別の利点は、費用のかかる原材料を必要とするカップリング反応であって、反応する炭素上の立体障害の影響を受けるであろうカップリング反応の必要がなくなることである。本発明によるプロセスのさらに別の利点は、入手しやすく非毒性である低コストの原材料または試薬を使用できることである。
本発明によるプロセスの一般式は、以下のように示すことができる:
Figure 0005964966
ここで、2,3置換スクシネートを調製する一般式をさらに説明する。
工程a)は、反応媒質および塩基の存在下における、一般式
Figure 0005964966
を有する化合物[1]の、一般式
Figure 0005964966
を有する化合物[2]との反応を含む。そのような化合物[1]は、ハロアセテートと称される。その一例はクロロ酢酸エチルである。そのような化合物[2]はマロン酸エステルと称される。その一例はマロン酸ジエチルである。
RおよびR1は、同じであっても異なってもよく、分岐鎖または直鎖C1〜C10炭化水素、好ましくは直鎖C1〜C10炭化水素からなる群より選択される。RおよびR1が、メチル、エチル、n−プロピル、n−ブチルからなる群より選択されることが好ましい。本出願の発明者等は、入手可能性、可溶性または反応性のいずれかのために、C1〜C4炭化水素が、C5〜C10炭化水素よりも好ましいことを発見した。
Xはハロゲン元素である。XがCl、BrおよびIから選択されることが好ましい。XがClであることがより好ましい。
化合物[1]は、化合物[2]の0.9〜1.1当量の量、好ましくは1当量の量で使用される。ここに用いた当量はモル当量を意味し、すなわち、化合物[2]の1モル当たり、1モルの化合物[1]が使用されることが好ましい。
化合物[2]は、化合物[1]の0.9〜1.1当量の量、好ましくは1当量の量で使用される。
化合物[1]の使用される量が1.1当量を超えると、反応生成物である化合物[3]において二量体不純物が形成されるおそれが増加する。
工程a)を実施する温度は40〜150℃に亘ってよい。工程a)において適用される温度は、反応生成物の化合物[3]が高い収率で得られるので、60〜80℃に亘ることが好ましい。そのような温度は比較的低いと考えられる。
それぞれ、工程b)およびc)において、工程a)の反応生成物、すなわち、化合物[3]が、工程b)においては、一般式R2−Xを有する化合物と、工程c)においては、一般式R3−Xを有する化合物と、さらに反応させられる。工程b)およびc)における両方の反応は、塩基および反応媒質の存在下で行われる。その反応生成物は化合物[5]である。
2およびR3は、同じであっても異なってもよく、必要に応じてヘテロ原子を含有する、C1〜C20の直鎖または分岐鎖アルキル、アルケニル、シクロアルキル、およびアリールアルキルからなる群より選択される。
2およびR3が、同じかまたは異なり、C1〜C8の直鎖または分岐鎖アルキル、シクロアルキル、およびアリールアルキルからなる群より選択されることが好ましい。
2およびR3が、同じかまたは異なり、第一級アルキル、特に分岐鎖第一級アルキルであることが好ましい。
適切なR2およびR3の例は、メチル、エチル、n−プロピル、n−ブチル、イソブチル、ネオペンチル、2−エチルヘキシルである。エチル、イソブチル、およびネオペンチルが特に好ましい。ある実施の形態において、R2およびR3は、同じかまたは異なり、C3〜C6シクロアルキル、ベンジルおよび4−メチルベンジルなどの置換ベンジルからなる群より選択される。
一般反応式の化合物[5]は、1つのR2基および1つのR3基を有するものとして示されているが、工程(b)および(c)において形成された化合物[5]は分子の混合物であってよく、ここで、その混合物中の分子は、2つのR2基(1つのR2基および1つのR3基の代わりに)、2つのR3基(1つのR2基および1つのR3基の代わりに)、または1つのR2基と1つR3基を含んでも差し支えない。R2−XおよびR3−Xの量は、化合物[5]において、R2およびR3の間の平均モル比が約1から約2、好ましくは約1.1から約1.5であるように選択されることが好ましい。ここに用いた平均モル比は、形成された化合物[5]の混合物を構成する分子における、R2基の総モル量を、R3基の総モル量で割ったものと理解すべきである。例えば、R2−Xは、化合物[3]に対して、約1から2モル、好ましくは約1.3から1.7モルの範囲にあり得る。R3−Xは、化合物[4]に対して、約1から2モル、好ましくは約1.2から1.6モルの範囲にあり得る。
2およびR3が、独立して、メチル基、エチル基、イソプロピル基、シクロペンチル基、イソブチル基およびベンジル基から選択されることが好ましい。
工程a)、b)およびc)に使用される塩基は、同じであっても異なってもよく、式MHを有する金属水素化物および式MOR4の金属アルコキシドから選択されることが好ましく、式中、Mは元素の周期表の1族の金属であり、OはO2であり、R4は、C1〜C15炭化水素基から選択される。R4がC1〜C5アルキル基から選択されることが好ましい。Mがナトリウムまたはカリウムであることが好ましく、Mがナトリウムであることがより好ましい。好ましいアルコキシドとしては、カリウムエトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムtert−ブトキシド(t−BuOK)およびナトリウムtert−ブトキシド(t−BuONa)が挙げられる。塩基がナトリウムエトキシドであることがより好ましい。工程b)およびc)における塩基が同じであることが好ましい。ある実施の形態において、工程a)において金属アルコキシドが使用され、工程b)およびc)において金属水素化物が使用される。金属水素化物と金属アルコキシドの混合物を適用してもよい。
塩基は、それぞれの出発材料である化合物[2]、化合物[3]および化合物[4]の量に対して、1〜2.5当量の量で加えてよい。塩基の量は、工程a)においては1当量、工程b)においては1.5当量、および工程c)においては2.25〜2.5当量であることが好ましい。
反応媒質は、非プロトン性またはプロトン性の溶媒を含んでよい。非プロトン性溶媒が、トルエン、キシレン、ジメチルホルムアミド(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド、1−メチル−2−ピロリジンまたはテトラヒドロフランもしくはこれらの2種類以上の混合物であることが好ましい。非プロトン性溶媒がトルエンまたはDMFであることが最も好ましい。プロトン性溶媒の適切な例としては、メチルアルコール、エチルアルコールおよび2−プロパノールが挙げられる。プロトン性溶媒がエチルアルコールであることが好ましい。
工程(b)および(c)を行うための温度は、10〜100℃、より好ましくは30〜80℃に亘る。
工程d)において、化合物[5]を最初に、NaOHおよびKOHなどの無機塩基により加水分解させ、次いで、硫酸または塩化水素酸などの無機酸、好ましくは40%の濃度の硫酸によりカルボキシル基を除去する。
エステルは、メタノールやエタノールなどの溶媒の沸点で、水酸化ナトリウム(NaOH)や水酸化カリウム(KOH)などのアルカリ金属水酸化物によって加水分解される。理論的に、1当量のエステル基の加水分解には、1当量の塩基が必要である。本発明において、加水分解されるエステル基が3つある。塩基の適切な量は、3当量、好ましくは10%過剰、すなわち、3.3当量である。加水分解は、還流条件下で、完了するのに数時間かかるであろう。
カルボキシル基の除去は、カルボン酸を、硫酸および塩化水素酸などの希無機酸と共に加熱することによって行われる。その酸の濃度および強度により、カルボキシル基の除去速度および完了が決まる。一般に、高濃度の強酸により、カルボキシル基の除去が速く、実質的に完了する。
工程d)において使用してよい適切な溶媒としては、プロトン性溶媒が挙げられる。メチルアルコール、エチルアルコールおよび2−プロパノールが好ましい。エチルアルコールが最も好ましい。
溶媒の量は、化合物[5]の1グラム(g)当たり約5から15ミリリットル(ml)であることが好ましい。
工程(d)を行う温度は、50〜100℃、より好ましくは60℃から80℃に亘ってよい。
工程e)のエステル化反応は、酸により触媒されるアルコールを使用したカルボン酸のエステル化などの、従来技術に利用される多くの方法によって行うことができる。化合物[6]のエステル化を行うための好ましい方法は、式R5−OHの化合物の添加による。
5の選択は所望のエステルのタイプに依存し、それゆえ、R5は、必要に応じてヘテロ原子を含有する、直鎖または分岐鎖アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、アルキルアリール基などのC1〜C20炭化水素から選択してよい。R5が直鎖または分岐鎖C1〜C8アルキル基、シクロアルキル基またはアルキルアリール基であることが好ましい。
5が第一級アルキルから選択される化合物が特に好ましい。適切なR5基の例は、メチル、エチル、n−プロピル、n−ブチル、イソブチル、ネオペンチル、2−エチルヘキシルである。エチル基、イソブチル基、およびネオペンチル基が特に好ましい。
工程(e)を行う温度は、約40℃から約110℃に亘ってよい。当業者は、R5OHの沸点にしたがって、この範囲内で最適な温度を選択できる。例えば、エチルアルコールについて、温度は78℃〜80℃であり得、メタノールについて、温度は65℃〜66℃であり得る。
本発明はさらに、このプロセスによって直接得られる二置換スクシネートに関する。
本発明によるオレフィン重合のプロセスは、内部電子供与体としての前記二置換スクシネートおよび助触媒を含むチーグラー・ナッタ触媒系の存在下で行われる。
チーグラー・ナッタ触媒系は当該技術分野で周知である。この用語は通常、遷移金属を含有する固体触媒化合物(a)および有機金属化合物(b)を含む触媒系を称する。必要に応じて、1種類以上の電子供与体化合物(外部供与体)(c)を同様に触媒系に添加してもよい。
遷移金属を含有する固体触媒化合物における遷移金属は、通常、元素の周期表(最新のIUPAC表記)の4〜6族から選択される;遷移金属が4族から選択されることがより好ましい;遷移金属としてチタン(Ti)が最も優先される。
様々な遷移金属が適用できるが、以下において、最も好ましいチタンに焦点を当てている。しかしながら、そのことは、Tiではない遷移金属が使用される状況にも、同様に適用できる。一般に、遷移金属化合物として本発明において有用なチタン含有化合物は、一般に内部電子供与体化合物との組合せで、炭化水素不溶性の、マグネシウムおよび/または無機酸化物、例えば、酸化ケイ素または酸化アルミニウムを含有する担体上に担持される。遷移金属を含有する固体触媒化合物は、例えば、チタン(IV)ハロゲン化物、有機内部電子供与体化合物、およびマグネシウムおよび/またはケイ素含有担体を反応させることによって形成してよい。遷移金属を含有する固体触媒化合物は、追加の電子供与体種またはルイス酸種により処理または修飾してもよく、および/または当該技術分野でよく知られているように、1回以上の洗浄手順を施してもよい。
適切なマグネシウム含有担体としては、マグネシウムハロゲン化物;塩化マグネシウムまたは臭化マグネシウムなどのマグネシウムハロゲン化物の、アルコールまたは有機酸エステルなどの有機化合物との、または1〜3族の金属の有機金属化合物との反応生成物;マグネシウムアルコラート;またはアルキルマグネシウムが挙げられる。米国特許第4612299号明細書に記載されている、1つの可能性のあるマグネシウム含有担体は、ヒドロカルビルマグネシウム(ハロゲン化物)化合物と二酸化炭素との間の反応において調製される少なくとも1種類のカルボン酸マグネシウムに基づく。第2の可能性のあるマグネシウム含有担体が、米国特許第6268306号明細書に記載されている。記載された化合物は、1種類の反応生成物が、固体残留生成物から分離され、アルコキシ基またはアリールアルコキシ基を含有するシラン化合物と反応させられて、第2の反応生成物が沈殿する、金属マグネシウムの芳香族ハロゲン化物との反応により得られる。次いで、必要に応じて、この第2の反応生成物は、例えば、ハロゲン化チタン化合物と接触させられて、遷移金属を含有する固体触媒化合物を形成する。重ねて、別の可能性のあるマグネシウム含有担体が、国際公開第98/45338号パンフレットに記載されている。1つの固体触媒成分が、無水塩化マグネシウムのモノエーテルエポキシクロロプロパンおよびリン酸トリブチルとの反応により合成される。その反応混合物は高温で無水フタル酸と反応させられる。その後、このマグネシウム含有担体は、必要に応じて、低温で四塩化チタンと反応させて、重合触媒を生成することができる。別の例が米国特許第5567665号明細書に与えられている。ここで、マグネシウム含有担体の合成が、マグネシウムエトキシドおよびエタノールの混合物を二酸化炭素と反応させることによって挙げられている。次いで、反応生成物であるカルボキシル化マグネシウムエトキシドがシリカ上で噴霧乾燥され、次の反応工程において、二酸化炭素の蒸発によりカルボキシル基が除去される。米国特許第5066737号明細書において、別の可能性のあるマグネシウム含有担体が挙げられている。このマグネシウム含有担体は、クロロベンゼン中において、マグネシウムエトキシドをチタンエトキシドおよびo−クレゾールと反応させることによって、調製される。その後、得られた反応混合物は、マグネシウム−エタノール付加物およびクロロベンゼンと混合されて、固体のマグネシウム含有担体が形成される。欧州特許第1336625A1号明細書において、チタン含有化合物、マグネシウム含有化合物および無機担体を含む触媒成分が挙げられている。その触媒成分は、シリカゲルを有機マグネシウム化合物と反応させ、その後、塩化水素により処理されることによって調製される。次の工程において、得られた固体はチタン化合物と必要に応じて内部供与体で処理されて、遷移金属を含有する固体触媒化合物を生成している。上述した遷移金属を含有する固体触媒化合物は、本発明のプロセスに使用できる多くの可能性のある遷移金属を含有する固体触媒化合物の一例にすぎない。本発明は、そのような例に制限されない。
遷移金属を含有する固体触媒化合物の調製に有用なチタン(IV)含有化合物は、アルコラート基当たり1から約20の炭素原子を有するチタンハロアルコラートおよびチタンハロゲン化物である。所望であれば、チタン含有化合物の混合物を利用しても差し支えない。好ましいチタン含有化合物は、アルコラート基当たり1から約8の炭素原子を有するハロアルコラートおよびハロゲン化物である。そのような化合物の例としては、TiCl4、TiBr4、Ti(OCH3)Cl3、Ti(OC25)Cl3、Ti(OC49)Cl3、Ti(OC65)Cl3、Ti(OC613)Br3、Ti(OC817)Cl3、Ti(OCH32Br2、Ti(OC252Cl2、Ti(OC6132Cl2、Ti(OC8172Br2、Ti(OCH33Br、Ti(OC253Cl、Ti(OC493Cl、Ti(OC6133BrおよびTi(OC8173Clが挙げられる。チタン四ハロゲン化物、特に、四塩化チタン(TiCl4)が最も好ましい。
立体特異的な遷移金属を含有する固体触媒化合物の調製に有用な内部電子供与体が、本発明のプロセスにしたがって得られる。
その内部電子供与体は、例えば、遷移金属のグラム原子当たり約0.001から約1.0モル、好ましくは約0.005から約0.8モルに亘る量で使用してよい。この比の範囲が遷移金属のグラム原子当たり約0.01から約0.6モルに亘るときに、最良の結果が達成される。
必須ではないが、重合の前に、遷移金属を含有する固体触媒化合物を少なくとも1種類のルイス酸と接触させてもよい。そのようなルイス酸は、一般に、処理温度で液体であり、未反応の出発材料および不十分に付着した化合物などの不純物を、上述した固体反応生成物の表面から除去するのに十分に高いルイス酸性度を有する。好ましいルイス酸としては、約170℃までの温度で液体状態にある4、5、13〜15族の金属のハロゲン化物が挙げられる。そのような材料の特別な例としては、BCl3、AlBr3、TiCl4、TiBr4、SiCl4、GeCl4、SnCl4、PCl3およびSbCl5が挙げられる。好ましいルイス酸はTiCl4およびSiCl4、である。所望であれば、ルイス酸の混合物を利用しても差し支えない。そのようなルイス酸は、相溶性希釈剤中で使用してもよい。
遷移金属を含有する固体触媒化合物が、マグネシウム含有担体上に担持された遷移金属を含む場合、その化合物が、約1から約6質量%の遷移金属、約10から約25質量%のマグネシウム、および約45から約65質量%のハロゲンを含有することが好ましく、約1.0から約5質量%の遷移金属、約15から約21質量%のマグネシウム、および約55から約65質量%の塩素を含有することがより好ましい。
遷移金属を含有する固体触媒化合物が、遷移金属、マグネシウム化合物および担体としての無機酸化物を含む場合、その固体触媒化合物は、約1から約6質量%の遷移金属、約2から約20質量%のマグネシウム、および約20から約60質量%の塩素を含有することが好ましい。
触媒系において、例えば、有機金属水素化物および/または金属アルキル化合物が助触媒として使用される。この化合物における金属は、元素の周期表の1〜3族および12〜13族から選択される。金属アルキルが好ましく、アルキルアルミニウム化合物がより好ましい。
好ましい金属アルキルは、例えば、式MRmの化合物であり、式中、Mは2、12または13族から選択され、各Rは、独立して、1から約20の炭素原子のアルキルラジカルであり、mはMの原子価に相当する。有用な金属Mの例としては、マグネシウム、カルシウム、亜鉛、カドミウム、アルミニウム、およびガリウムが挙げられる。適切なアルキルラジカルRの例としては、メチル、エチル、ブチル、イソブチル、ヘキシル、オクチル、デシル、テトラデシル、およびエイコシルが挙げられる。
重合性能の観点から、好ましい金属アルキルは、マグネシウム、亜鉛、およびアルミニウムのアルキルであり、ここで、アルキルラジカルの各々は、例えば、1から約12の炭素原子を含有してよい。そのような化合物の特別な例としては、Mg(CH32、Mg(C252、Mg(C25)(C49)、Mg(C492、Mg(C6132、Mg(C12252、Mg(C49)(C817)、Zn(CH32、Zn(C252、Zn(C492、Zn(C49)(C817)、Zn(C6132、Zn(C12252、Al(CH33、Al(C253、Al(C373、Al(C493、Al(C6133、およびAl(C12253が挙げられる。アルキルラジカル当たり1から約6の炭素原子を含有するアルキルマグネシウム、アルキル亜鉛、またはアルキルアルミニウムが使用されることが好ましい。アルキルアルミニウム化合物が最も好ましい。アルキルラジカル当たり1から約6の炭素原子を含有するトリアルキルアルミニウム、特に、トリエチルアルミニウムおよびトリイソブチルアルミニウムまたはそれらの組合せの使用により、最良の結果が達成される。
所望であれば、二塩化エチルアルミニウム、塩化ジエチルアルミニウム、エチルアルミニウムセスキクロライドまたは水素化ジイソブチルアルミニウムなどの、1つ以上のハロゲン基またはヒドリド基を有する金属アルキルを使用しても差し支えない。
重合プロセスに使用される触媒系において、典型的に、有機金属化合物の遷移金属に対する原子比は、例えば、約10から約500まで、好ましくは約30から約300までである。
本発明に使用される遷移金属を含有する固体触媒化合物は、重合触媒として使用する前に、α−オレフィンと半重合させてもよい。半重合の1つの実施の形態において、前記遷移金属化合物および助触媒としての有機金属化合物(例えば、トリエチルアルミニウム)が、好ましくは外部電子供与体(例えば、シラン、好ましくはオルガノシラン)の存在下で、α−オレフィン(例えば、プロピレン)と接触させられる。半重合は、不活性炭化水素(例えば、ヘキサン)中、液相中、または気相中で行うことができる。典型的に、得られる半重合成分のポリマー/触媒の質量比は、約0.1:1から約20:1である。半重合により、触媒粒子の周りにポリマーの被覆が形成され、多くの場合、これにより、粒子の形態、活性、立体特異性、および耐磨耗性が改善される。特に有用な半重合手法が、米国特許第4579836号明細書に記載されている。
必要に応じて、外部電子供与体が触媒系に存在し、この化合物は、反応系に添加され、遷移金属を含有する固体触媒化合物の調製には使用されないことを意味する(前出の工程a)を見よ)。本発明のプロセスに使用される外部電子供与体化合物は、酸素、窒素、硫黄およびリンの1つ以上の原子を含有する有機化合物であり得る。そのような化合物としては、一官能性および多官能性有機酸、有機酸エステル、アルコール、エーテル、アルデヒド、ケトン、アミン、アミンオキシド、アミド、チオール、および様々なリン酸エステルおよびリン酸アミドなどが挙げられる。所望であれば、外部電子供与体の混合物を使用しても差し支えない。好ましい外部電子供与体化合物は、一般式:R1 qSi(OR24-q(式中、各R1は、独立して、必要に応じてヘテロ原子を含有する、C1-20アルキル基、シクロアルキル基、フェニル基、ビニル基、アリル基、またはアリール基;各R2は、独立して、必要に応じて、1つ以上、好ましくは1〜3のヘテロ原子、例えば、O、SおよびPを含有する、C1-4アルキル基、シクロアルキル基、フェニル基、ビニル基、アリル基、またはアリール基;qは、0または1から3の整数を表す)のオルガノシラン化合物である。そのようなオルガノシラン化合物の例は、アルキルアルコキシシラン、アリールアルコキシシラン、アリール(シクロ)アルキルアルコキシシラン、(シクロ)アルキルアルコキシシラン、またはそれらの混合物、例えば、ジイソプロピルジメトキシシラン、ジイソブチルジメトキシシラン、イソブチルイソプロピルジメトキシシラン、ジシクロヘキシルジメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、フェニルメチルジエトキシシラン、シクロヘキシルメチルジメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、ジシクロペンチルジメトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシランである。
外部供与体は、たとえ添加されたとしても、好ましくは0.1:1から250:1の遷移金属に対するモル比で、通常は、他の触媒系成分に添加されるか、または、重合反応装置に別々に添加される。
結晶質ポリ−α−オレフィンは、重合条件下で、少なくとも1種類のα−オレフィンをチーグラー・ナッタ触媒系と接触させることによって調製できる。そのような条件としては、重合温度と時間、モノマー圧、触媒の汚染の回避、スラリープロセスにおける重合媒質の選択、ポリマーの分子量を制御するための成分(水素など)の使用、および当該技術分野に周知の他の条件が挙げられる。スラリー、バルク、および気相重合プロセスまたは多段階プロセスにおける後者の組合せをここで検討する。
使用すべき触媒の量は、重合技法、反応装置のサイズ、重合すべきモノマー、および当業者に公知の他の要因の選択に応じて様々である。典型的に、触媒は、製造されるポリマーのグラムに対して約0.2から0.02ミリグラムに亘る量で使用される。
使用される重合プロセスにかかわらず、重合は、妥当な重合速度を確実にし、過度に長い反応装置内の滞留時間を回避するのに十分に高いが、粘性の問題と形態不良を有する立体ランダム生成物を不当に高いレベルで生成するほどは高くない温度で行われる。一般に、温度は約40℃から約150℃に亘り、良好な触媒性能と速い製造速度を成し遂げる観点から、約60℃から約100℃が好ましい。
重合は、ほぼ大気圧以上のモノマー圧で行われることが好ましい。一般に、モノマー圧は約0.1から5MPaに亘るが、気相重合において、モノマー圧は、重合すべきα−オレフィンの重合温度で蒸気圧より低いべきではない。重合時間は、一般に、バッチプロセスにおいて、約1/2時間から数時間に亘り、連続プロセスにおいては、対応する平均滞留時間である。約1から約4時間に亘る重合時間が、オートクレーブタイプの反応において典型的である。スラリープロセスにおいて、重合時間は必要に応じて調節できる。約1/2時間から数時間に亘る重合時間は、連続スラリープロセスおよび気相プロセスにおいて一般に十分である。スラリー重合プロセスに使用するのに適した希釈剤としては、アルカンおよびシクロアルカン(ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、n−オクタン、イソオクタン、シクロヘキサン、およびメチルシクロヘキサンなど);アルキル芳香族化合物(トルエン、キシレン、エチルベンゼン;イソプロピルベンゼン、エチルトルエン、n−プロピル−ベンゼン、ジエチルベンゼン、およびモノ−およびジ−アルキルナフタレンなど);ハロゲン化および水素化芳香族化合物(クロロベンゼン、クロロナフタレン、オルトジクロロベンゼン、テトラヒドロナフタレン、デカヒドロナフタレンなど);高分子量液体パラフィンまたはそれらの混合物、および他のよく知られた希釈剤が挙げられる。例えば、蒸留、分子篩による浸透、微量不純物を除去することのできるアルキルアルミニウム化合物などの化合物との接触、または他の適切な手段によって、使用前に重合媒質を精製することがしばしば望ましい。
気相重合プロセスの例としては、撹拌床反応装置および流動床反応装置システムの両方が挙げられ、そのようなプロセスは当該技術分野において周知である。典型的な気相α−オレフィン重合反応装置システムは、α−オレフィンモノマーおよび触媒系を添加でき、ポリマー粒子を形成する撹拌床を収容している反応器を含む。典型的に、触媒系の成分は、1つ以上の弁調節穴を通じて一緒にまたは別々に反応器に添加され、α−オレフィンモノマーは、典型的に、リサイクルガスシステムを通じて反応装置に供給され、そのガスシステムにおいて、未反応のモノマーはオフガスとして除去され、新たな供給モノマーが混合され、反応器に投入される。温度を制御するために、液体モノマーであり得る急冷液体を、リサイクルガスシステムを通じて、重合しているα−オレフィンに添加することができる。
α−オレフィンポリマーは、流動床反応装置において粉末として発熱的に製造でき、ここで、モノマーを含むガスの循環混合物によって、流動化が行われる。反応装置を出る流動化ガスは、反応熱を除去し、流動床の温度を所望の温度に維持するために、反応装置に再導入する前に、冷却しながら再循環させることができる。再循環流(オフガス)(の一部)が冷却されて、気体の一部を液体に凝縮させ、その後、凝縮され冷却された生成物が反応装置に(少なくとも部分的に)再利用されることが好ましい。ガスに蓄積する顕熱に加え、気化の潜熱を除去することが望ましい。何故ならば、気化の潜熱は、未凝縮流の顕熱よりも、冷却の度合い当たりで、ずっと大きいからである。
重合技法にかかわらず、重合は、酸素、水、および触媒毒として働く他の材料を除外した条件下で行われる。
常に必要とされるわけではないが、重合が完了した際に、もしくは本発明のプロセスにおいて重合を停止させるか、または触媒系を失活させることが望ましい場合、当業者に公知の様式で、ポリマーを、水、アルコール、酸素、アセトン、または他の適切な触媒失活剤と接触させても差し支えない。
本発明の文脈において、オレフィンモノマーは、少なくとも1つの重合性二重結合を含有する分子であると理解される。適切なオレフィンモノマーは、C2〜C20オレフィンである。好ましいモノマーとしては、未置換のまたは2つまでのC1-6アルキルラジカルにより置換されたエチレンとC3-12アルファ−オレフィン、未置換のまたはC1-4アルキルラジカルからなる群より選択される2つまでの置換基により置換されたC8-12ビニル芳香族モノマー、および未置換のまたはC1-4アルキルラジカルにより置換されたC4-12直鎖または環状ヒドロカルビルラジカルが挙げられる。そのようなアルファ−オレフィンの説明のための非限定的例は、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプタン、1−オクタン、1−ノネン、1−デセン、1−ウンデセン、1−ドデセン、1−トリデセン、1−テトラデセン、1−ペンタデセン、1−ヘキサデセン、1−ヘプタデセン、1−ノナデセン、1−エイコセン、3−メチル−1−ブテン、3−メチル−1−ペンテン、3−エチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ヘキセン、4,4−ジメチル−1−ヘキセン、4,4−ジメチル−1−ペンテン、4,4−エチル−1−ヘキセン、3−エチル−1−ヘキセン、9−メチル−1−デセンである。これらのオレフィンは、組合せで使用してもよい。本発明にしたがって、エチレンおよびプロピレンを使用することがより好ましい。ポリオレフィンがエチレンのホモポリマーまたはコポリマーであることが最も好ましい。重合プロセスに使用されるオレフィンの量が、重合容器内の全成分の20モル%以上あってよく、50モル%以上であることが好ましい。コモノマーは、C3からC20直鎖、分岐鎖または環状モノマーであることが好ましく、1つの実施の形態において、C3からC12直鎖または分岐鎖アルファ−オレフィン、好ましくはプロピレン、ヘキセン、ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、オクテン、ノネン、デセン、ドデセン、4−メチル−ペンテン−1、3−メチルペンテン−1、3,5,5−トリメチルヘキセン−1などである。共重合プロセスに使用されるコモノマーの量は、使用されるモノマーの50質量%以下であってよく、好ましくは30質量%以下である。
得られるポリマーまたは樹脂は、ボトル、ドラム、玩具、家庭用容器、台所用品、フイルム製品、燃料タンク、パイプ、ジオメンブレンおよびライナーを含む様々な物品に形成してよい。これらの物品を形成するために、ブロー成形、押出成形、回転成形、熱成形、注型などを含む様々なプロセスを使用してよい。重合後、ポリマーに従来の添加剤および改質剤を添加して、製造中に加工しやすくし、所望の製品の所望の性質を与えることができる。添加剤としては、スリップ剤、粘着防止剤、粘着付与剤などの表面改質剤;一次および二次酸化防止剤などの酸化防止剤、顔料、蝋/油およびフルオロエラストマーなどの加工助剤;および難燃剤、帯電防止剤、捕集剤、吸収剤、臭気増強剤(odor enhancer)、および劣化剤(degradation agent)などの特別な添加剤が挙げられる。添加剤は、典型的に、1×10-6質量%から5質量%などの、当該技術分野でよく知られた典型的に効果的な量で存在してよい。
本発明を以下の非限定的実施例によってさらに説明する。
実施例I: エタン−1,1,2−トリカルボン酸トリエチル(化合物[3])の調製:
Figure 0005964966
工程a):
ナトリウム金属(23グラム、1モル)を無水エタノール(500ml)中に撹拌により溶解させた。これに、160グラム(1モル)のマロン酸ジエチル(化合物[2])を30分間で加えた。この反応混合物を15℃に冷却し、次いで、クロロ酢酸エチル(化合物[1]、117グラム、0.095モル)を30分間で滴下した。添加が完了したときに、反応物を6時間に亘り還流し、次いで、2リットルの水に注ぎ入れた。ジクロロメタン(500mlで3回)により有機材料を抽出した。次に、有機抽出物を硫酸ナトリウム上で乾燥させ、濾過し、蒸発させて、油状物質を得て、次いで、この物質を減圧蒸留して、220グラム(理論最大収量の89%)のエタン−1,1,2−トリカルボン酸トリエチル、化合物[3]を得た。
実施例II:2,3−ビス(2−メチルプロピル)ブタン二酸ジエチル(化合物[7])
Figure 0005964966
工程b):4−メチルペンタン−1,2,2−トリカルボン酸トリエチル、化合物[4]の調製
Figure 0005964966
水素化ナトリウム(21グラム、0.482モル)を、窒素雰囲気下で20℃において200mlのジメチルホルムアミドに加えた。次いで、この溶液に30℃未満の温度で80グラム(0.325モル)のエタン−1,1,2−トリカルボン酸トリエチル(実施例Iにおいて製造された化合物[3])を加えた。この反応混合物を4時間に亘り室温に維持し、52ml(0.482モル)の臭化イソブチル(R2−X)を滴下し、その後、反応混合物を室温でさらに20時間に亘り撹拌した。反応が完了したときに、1リットルの冷水を加え、ジクロロメタン(500ml)で有機材料を抽出した。有機抽出物を硫酸ナトリウム上で乾燥させ、濾過し、蒸発させて、油状物質を得て、これを減圧蒸留して、88グラム(理論最大収量の89%)の4−メチルペンタン−1,2,2−トリカルボン酸トリエチル、化合物[4]を得た。
上述した精製材料の化合物[4]を工程c)に使用した:
水素化ナトリウム(4.5グラム、0.103モル)を、窒素雰囲気下で20℃においてジメチルホルムアミド(50ml)に加えた。この反応混合物を55℃に加熱し、20グラム(0.066モル)の4−メチルペンタン−1,2,2−トリカルボン酸トリエチルを滴下した。次いで、反応混合物を3時間に亘り55℃に維持した。
温度を85℃に上昇させ、9.3ml(0.088モル)の臭化イソブチルR3−Xを加えた。この反応混合物をさらに10時間に亘り85℃に維持した。反応が完了したときに、200mlの冷水を加え、ジクロロメタン(250ml)で有機材料を抽出した。有機抽出物を硫酸ナトリウム上で乾燥させ、濾過し、蒸発させて、22グラム(理論最大収量の93%)の粗製油の化合物[5]を得た。
工程d):
工程c)において調製した粗製油を、175mlのエタノール溶液中の14グラム(0.248モル)のKOHに加え、加熱して、15時間に亘り還流した。加水分解反応が完了した後、溶媒を蒸発させた。次に、硫酸溶液を加え(80mlの水中30グラム、0.3モルの硫酸)、この反応混合物を加熱して、15時間に亘りカルボキシル基の除去のために還流した。
この反応混合物を室温まで冷却し、ジクロロメタン(200ml)中で抽出した。有機抽出物を硫酸ナトリウム上で乾燥させ、濾過し、蒸発させて、11グラム(理論最大収量の86%)の化合物[6]の一般式を有する二酸を得た。
工程e):
工程d)で得られた二酸を、12時間に亘り還流温度で70mlのエタノールおよび1mlの硫酸でエステル化した。反応が完了したときに、エタノールを蒸発させ、ジクロロメタン(100ml)を加えた。この混合物を飽和重炭酸ナトリウムで洗浄して、混合物を約7のpHに中和した。ジクロロメタン層を分離し、硫酸ナトリウム上で乾燥させ、濾過し、蒸発させて、11グラムの油状物質(理論最大収量の85%)の2,3−ビス(2−メチルプロピル)ブタン二酸ジエチル、化合物[7]を得た。
(1HNMR 300 MHz, CDCl3) δ 4.19-4.08 (4H, m); 2.71-2.62 (2H, m); 1.79-1.40 (4H, m); 1.28-1.22 (6H, t); 1.10-1.05 (1H, m); 0.9-0.85 (12H, m)
13CNMR:δ174.64,174.49,60.60,47.27,46.19,40.16,38.65,26.66,26.56,23.99,23.95,21.81,21.65,14.64,14.59
実施例III:2−エチル−3−(2−メチルプロピル)ブタン二酸ジエチル(化合物[7])
Figure 0005964966
水素化ナトリウム(4.8グラム、0.11モル)を、窒素雰囲気下で室温において50mlのジメチルホルムアミドに加えた。この反応混合物を55℃に加熱し、20グラム(0.066モル)の4−メチルペンタン−1,2,2−トリカルボン酸トリエチル、化合物[4]を滴下し、その後、この混合物を3時間に亘り50〜55℃に維持した。
次に、8mlの臭化エチル(0.107モル)を加え、この反応混合物を7時間に亘り50〜55℃に維持した。反応が完了したときに、200mlの冷水を加え、ジクロロメタン(250ml)で有機材料を抽出した。有機抽出物を硫酸ナトリウム上で乾燥させ、濾過し、蒸発させて、19グラムの油状物質(理論最大収量の87%)(化合物[5])を得た。
工程d):
上述のように調製した化合物[5]を、175mlのエタノール中の16グラム(0.28モル)のKOHの溶液に加え、加熱して、15時間に亘り還流した。加水分解反応が完了した後、溶媒を蒸発させた。次に、硫酸溶液を加え(80mlの水中30グラム、0.3モルの硫酸)、この反応混合物を加熱して、15時間に亘りカルボキシル基の除去のために還流した。
この反応混合物を室温まで冷却し、ジクロロメタン(200ml)中で抽出した。有機抽出物を硫酸ナトリウム上で乾燥させ、濾過し、蒸発させて、12グラム(理論最大収量の92%)の化合物[6]の一般式を有する二酸を得た。
工程e):
工程d)で得られた二酸を、12時間に亘り還流温度で70mlのエタノールおよび1mlの硫酸でエステル化した。反応が完了したときに、エタノールを蒸発させ、ジクロロメタン(100ml)を加えた。この混合物を飽和重炭酸ナトリウムで洗浄して、混合物を約7のpHに中和させた。ジクロロメタン層を分離し、硫酸ナトリウム上で乾燥させ、濾過し、蒸発させて、13グラムの油状物質(理論最大収量の90%)の2−(2−メチルプロピル)−3−エチル−ブタン二酸ジエチル、化合物[7]を得た。
(1HNMR 300 MHz, CDCl3) δ 4.17-4.10 (4H, m); 2.4-2.8 (2H, m); 1.4-1.8 (5H, m); 1.4-1.6 (6H, m); 0.877 (9H, m)
13CNMR:δ175.019,60.63,50.75,49.29,46.62,44.93,40.38,38.97,26.71,24.25,24.074,22.47,21.80,21.66,14.69,14.59,12.095,11.72
実施例IV:2−ベンジル−3−(2−メチルプロピル)ブタン二酸ジエチル(化合物[7])
Figure 0005964966
水素化ナトリウム(4.5グラム、0.103モル)を、窒素雰囲気下で50mlのジメチルホルムアミドに加えた。この反応混合物を約55℃に加熱し、20グラム(0.066モル)の4−メチルペンタン−1,2,2−トリカルボン酸トリエチル、化合物[4]を滴下した。この混合物を3時間に亘りこの温度に維持した。
次に、15グラムの臭化ベンジル(0.0877モル)を加え、この反応混合物を7時間に亘り55℃の温度に維持した。次いで、この反応混合物に冷水(500ml)を加え、ジクロロメタン(250ml)で有機材料を抽出した。有機抽出物を硫酸ナトリウム上で乾燥させ、濾過し、その後、蒸発させた。この手法により、22グラムの油状物質(理論最大収量の85%)、化合物[5]を得た。
工程d):
上述のように調製した化合物[5]を、175mlのエタノール中の14グラム(0.248モル)のKOHの溶液に加え、加熱して、15時間に亘り還流した。加水分解反応が完了した後、溶媒を蒸発させた。次に、硫酸溶液を加え(80mlの水中30グラム、0.3モルの硫酸)、この反応混合物を加熱して、15時間に亘りカルボキシル基の除去のために還流した。
この反応混合物を室温まで冷却し、ジクロロメタン(200ml)中で抽出した。有機抽出物を硫酸ナトリウム上で乾燥させ、濾過し、蒸発させて、13グラム(理論最大収量の88%)の化合物[6]の一般式を有する二酸を得た。
工程e):
工程d)で得られた二酸を、12時間に亘り還流温度で70mlのエタノールおよび1mlの硫酸でエステル化した。反応が完了したときに、エタノールを蒸発させ、ジクロロメタン(100ml)を加えた。この混合物を飽和重炭酸ナトリウムで洗浄して、混合物を約7のpHに中和させた。ジクロロメタン層を分離し、硫酸ナトリウム上で乾燥させ、濾過し、蒸発させて、14グラムの油状物質(理論最大収量の91%)の2−(2−メチルプロピル)−3−エチル−ブタン二酸ジエチル、化合物[7]を得た。
(1HNMR 300 MHz, CDCl3) δ7.19-7.029 (5H, m); 4.12-3.85(4H, m); 2.88-2.68 (4H, m); 1.69-1.20 (3H, m); 1.17 (6H, m); 0.81-0.78 (6H, m)
13CNMR:δ174.43,173.49,139.125,138.717,129.23,129.055,128.506,126.65,126.59,60.78,60.65,51.15,49.88,46.80,45.24,40.07, 38.78, 37.20, 35.57, 26.69, 23.95, 14.69

Claims (11)

  1. 2,3二置換スクシネートを調製するプロセスにおいて、
    a) 式
    Figure 0005964966
    の化合物[1]を、式
    Figure 0005964966
    の化合物[2]と反応させて、式
    Figure 0005964966
    の化合物[3]を形成し、その後、
    b) 前記化合物[3]を式R2−Xの化合物と反応させて、式
    Figure 0005964966
    の化合物[4]を形成し、
    c) 前記化合物[4]を式R3−Xの化合物と反応させて、式
    Figure 0005964966
    の2,3二置換トリカルボキシレート化合物[5]を形成し、その後、
    d) 最初に、無機塩基を使用して前記化合物[5]を加水分解し、次いで、無機酸を使用して、加水分解された化合物からカルボキシル基を除去して、式
    Figure 0005964966
    の2,3二置換コハク酸化合物[6]を形成する、
    各工程を有してなり、式中、
    RおよびR1は、同じであっても異なってもよく、分岐鎖または直鎖C1〜C10炭化水素からなる群より選択され、
    2およびR3は、同じであっても異なってもよく、必要に応じてヘテロ原子を含有する、C1〜C20の直鎖または分岐鎖アルキル、アルケニル、シクロアルキル、およびアリールアルキルからなる群より選択され、
    Xはハロゲンである、プロセス。
  2. e) 一般式R5−OHの化合物を使用して、前記化合物[6]のカルボン酸基の少なくとも一方をエステル化する工程であって、式中、R5が、必要に応じてヘテロ原子を含有する、C1〜C20直鎖または分岐鎖アルキル基、アルケニル基、シクロアルキル基、またはアルキルアリール基である工程をさらに含む、請求項1記載のプロセス。
  3. 工程a)における温度が40℃から150℃であり、工程b)およびc)における温度が10℃から100℃であり、工程d)における温度が50℃から100℃であり、工程e)における温度が40℃から110℃である、請求項2記載のプロセス。
  4. 前記化合物[1]が、前記化合物[2]の0.9〜1.1当量の量で使用される、請求項1から3いずれか1項記載のプロセス。
  5. 工程b)およびc)におけるR2−XおよびR3−Xの量が、それぞれ、前記化合物[5]において、R2とR3との平均モル比が1から2であるように選択される、請求項1から4いずれか1項記載のプロセス。
  6. 工程b)およびc)が、プロトン性または非プロトン性溶媒からなる反応媒質中で行われる、請求項1から5いずれか1項記載のプロセス。
  7. 工程a)、b)およびc)が塩基の存在下で行われ、該塩基が、前記工程の各々について同じであっても異なってもよく、式MHを有する金属水素化物または式MOR4の金属アルコキシドであり、式中、Mは、元素の周期表の1族の金属であり、R4は、C1〜C15炭化水素基から選択される、請求項1から6いずれか1項記載のプロセス。
  8. Mがナトリウムまたはカリウムである、請求項7記載のプロセス。
  9. 前記塩基が、工程a)においては、金属アルコキシド、工程b)およびc)においては、金属水素化物である、請求項7または8記載のプロセス。
  10. 工程a)、b)およびc)における前記塩基が、それぞれの出発材料である、前記化合物[2]、化合物[3]および化合物[4]の量に基づいて1〜2.5当量の量で加えられる、請求項7から9いずれか1項記載のプロセス。
  11. チーグラー・ナッタ型触媒を調製する方法であって、請求項2記載の2,3二置換コハク酸エステルを調製する工程、および該2,3二置換コハク酸エステルを、遷移金属化合物、およびマグネシウムまたはシリカ含有担体と反応させる工程を有してなる方法。
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