JP6099283B2 - アルコキシシラン類の製造方法 - Google Patents

アルコキシシラン類の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6099283B2
JP6099283B2 JP2015504354A JP2015504354A JP6099283B2 JP 6099283 B2 JP6099283 B2 JP 6099283B2 JP 2015504354 A JP2015504354 A JP 2015504354A JP 2015504354 A JP2015504354 A JP 2015504354A JP 6099283 B2 JP6099283 B2 JP 6099283B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
group
alkoxysilane
reaction
type
producing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015504354A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2014136822A1 (ja
Inventor
浩 山下
浩 山下
真紀子 羽鳥
真紀子 羽鳥
充代 吉永
充代 吉永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST filed Critical National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Publication of JPWO2014136822A1 publication Critical patent/JPWO2014136822A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6099283B2 publication Critical patent/JP6099283B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07FACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F7/00Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table
    • C07F7/02Silicon compounds
    • C07F7/08Compounds having one or more C—Si linkages
    • C07F7/18Compounds having one or more C—Si linkages as well as one or more C—O—Si linkages
    • C07F7/1804Compounds having Si-O-C linkages
    • C07F7/1872Preparation; Treatments not provided for in C07F7/20
    • C07F7/1892Preparation; Treatments not provided for in C07F7/20 by reactions not provided for in C07F7/1876 - C07F7/1888
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • B01J29/08Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the faujasite type, e.g. type X or Y
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • B01J29/08Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the faujasite type, e.g. type X or Y
    • B01J29/084Y-type faujasite
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • B01J29/18Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the mordenite type
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • B01J29/40Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of the pentasil type, e.g. types ZSM-5, ZSM-8 or ZSM-11, as exemplified by patent documents US3702886, GB1334243 and US3709979, respectively
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J29/00Catalysts comprising molecular sieves
    • B01J29/04Catalysts comprising molecular sieves having base-exchange properties, e.g. crystalline zeolites
    • B01J29/06Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof
    • B01J29/70Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof of types characterised by their specific structure not provided for in groups B01J29/08 - B01J29/65
    • B01J29/7007Zeolite Beta
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/02Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing organic compounds or metal hydrides
    • B01J31/06Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing organic compounds or metal hydrides containing polymers
    • B01J31/08Ion-exchange resins
    • B01J31/10Ion-exchange resins sulfonated
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07FACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F7/00Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table
    • C07F7/02Silicon compounds
    • C07F7/08Compounds having one or more C—Si linkages
    • C07F7/0834Compounds having one or more O-Si linkage
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07FACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F7/00Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table
    • C07F7/02Silicon compounds
    • C07F7/08Compounds having one or more C—Si linkages
    • C07F7/18Compounds having one or more C—Si linkages as well as one or more C—O—Si linkages
    • C07F7/1804Compounds having Si-O-C linkages
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2229/00Aspects of molecular sieve catalysts not covered by B01J29/00
    • B01J2229/10After treatment, characterised by the effect to be obtained
    • B01J2229/12After treatment, characterised by the effect to be obtained to alter the outside of the crystallites, e.g. selectivation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2229/00Aspects of molecular sieve catalysts not covered by B01J29/00
    • B01J2229/30After treatment, characterised by the means used
    • B01J2229/32Reaction with silicon compounds, e.g. TEOS, siliconfluoride
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07FACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
    • C07F7/00Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table
    • C07F7/02Silicon compounds

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

本発明は、アルコキシシラン類等の効率的な製造方法に関する。
アルコキシシラン類は、たとえば、トリアルコキシシラン類が無機材料の表面修飾を行うためのシランカップリング剤等として利用されている他、テトラアルコキシシラン類がゾル・ゲル法によるシリカ、ゼオライト、セラミックや有機・無機ハイブリッド材料の原料として広範に利用されている。また、有機基や水素原子で置換されたシラン類は、医・農薬、電子材料等の精密合成用試薬、合成中間体として利用される機能性化学品である。
アルコキシシラン類のアルコキシ基としてはエトキシ基またはメトキシ基がよく使用されているが、アルコキシシラン類の反応性制御あるいは機能性付与のために、エトキシ基またはメトキシ基の一部または全部を他のアルコキシ基で置換したアルコキシシラン類が近年注目されている。
エトキシ基等を有するシラン類をアルコールと反応させて、エトキシ基等をアルコキシ基で置換する反応は、従来、酸や塩基等の触媒を用いて行われていた。酸または塩基触媒としては、たとえば、トリクロロ酢酸またはピペリジン等が使用されていた(非特許文献1)。また、触媒として、ヨウ素、臭化ヨウ素等のハロゲン化合物を用いた例が報告されていた(非特許文献2)。さらに、テトラメトキシシラン、ジまたたはトリエトキシシラン類の反応では、金属ナトリウムを触媒として用いた例が知られていた(非特許文献3−5)。一方、有機系または無機系の固体触媒を用いてテトラメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン等の反応を行った例が知られていた(非特許文献6、特許文献1〜4)。
しかし、これらの方法では、(1)触媒が、トリクロロ酢酸やピペリジンのように、液体状態または溶液に可溶の場合、反応後の触媒の分離・回収が容易でない、(2)ヨウ素を含む触媒の場合には、ヨウ素が腐食性のため、取り扱いが容易でない、(3)ナトリウムが触媒の場合には、ナトリウムが湿気等に敏感なため、安全に取り扱うことが容易でない、(4)複数のエトキシ基またはメトキシ基の一部だけを選択的に他のアルコキシ基にすることが一般的に難しい、(5)固体触媒の場合、反応系が不均一系になるため、原料の種類や反応条件によっては、反応が遅く、長い反応時間を要する場合がある、などの問題点があり、工業的により有利な方法が求められていた。
従来法の中で、無機系固体触媒を用いる方法は、触媒の熱的安定性や耐久性などの面で、有機系固体触媒を用いる方法よりもすぐれていると考えられる。しかしながら、具体的な使用例としては、特定の原料を用いた製造反応において、酸化カルシウム、シリカ−アルミナN−633HN(日揮化学社製)、ニオブ酸、活性白土、プロトン化したY型ゼオライト、酸化タリウム(特許文献2の実施例2、4、5、および6、特許文献3の実施例4および5)が知られている程度であり、これらの実施例においては、原料シラン類をアルコールに対して過剰に使用していることもあって原料シラン類に対する生成シラン類(一、二および/または三置換体シラン類の合計)の収率が低い場合が多い(特許文献2の実施例2、4、5、および6では、それぞれ、約10%、約12%、約12%、および約10%、特許文献3の実施例5では約16%)、あるいは、原料のメトキシ基の一部だけをアルコキシ基で置換した一置換体に対する選択率が高くない(特許文献3の実施例4では、一、二、および三置換体の比が57.3:35.6:7.1)等の問題点があり、より効果的な無機系固体触媒が望まれていた。なお、上記で使用されているプロトン化したY型ゼオライトについて、その入手先等について詳細な説明はないものの、「Y型ゼオライト〔Na56(AlO56(SiO136・nHO〕粒子表面のNaイオンをNH で置換し、300℃で加熱処理することによりNHが脱離してブレンステッド酸点(H)を発生させたもの」という記述(特許文献3[0038]表2の脚注2)から、シリカ/アルミナ比(SiO/Al比)については136/(56×0.5)=4.86と考えられる。しかしながら、他のシリカ/アルミナ比のY型ゼオライトやY型以外の他の構造のゼオライトについては記載がなく、それらの有効性についても知られていなかった。
J.Gen.Chem.USSR,37,2630−2631(1967) Bull.Chem.Soc.Jpn.,55,2973−2975(1982) Chem.Ber,80,163−164(1947) Acta Chem.Scand.,8,898−900(1954) J.Organomet.Chem.,25,359−365(1970) Bull.Chem.Soc.Jpn.,61,4087−4092(1988)
特開平4−295486号公報 特開平5−255348号公報 特開平5−255349号公報 特開2004−269465号公報
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであって、原料のアルコキシシラン類中のエトキシ基またはメトキシ基を他のアルコキシ基に変換したアルコキシシラン類を、より効率的に製造することを目的とするものである。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、(1)エトキシ基またはメトキシ基含有アルコキシシラン類とアルコールとの反応が、規則的細孔・層状構造を有するゼオライトやモンモリロナイト等の固体酸触媒存在下でスムーズに進行し、アルコキシシラン類が効率よく得られること、(2)ゼオライト触媒では、USY型、ベータ型、Y型等が効果的で、シリカ/アルミナ比が5〜1000のものが特に効果的であること、(3)特定の無機系固体酸触媒を用いて、温度・時間等を制御して反応を行うことにより、複数のエトキシ基またはメトキシ基の一部だけを選択的に他のアルコキシ基に変換することができることや、3級アルコールを反応させて3級のアルコキシ基を有するシラン類を製造できること、(4)固体酸触媒を用いたアルコキシシラン類とアルコールとの反応系でマイクロ波照射を行うと反応が促進されること、などを見出し、本発明を完成させるに至った。
本発明の製法は、次のような特徴を有する。
(1)触媒が入手し易く、取り扱いが容易で安全性も高い。
(2)触媒が固体で、反応が不均一系のため、触媒の分離・回収等も容易である。
(3)触媒の種類等の反応条件を制御することにより、複数のエトキシ基またはメトキシ基の一部をほぼ選択的に他のアルコキシ基に変換することや3級アルコキシ基を有するシラン類を製造することができる。
(4)マイクロ波照射により反応を促進させることができる。
本製法は、製造プロセスの低コスト化、高効率化を可能にするもので、従来技術に比べて経済性、環境負荷等の面で大きな利点を有すると考える。
すなわち、この出願は以下の発明を提供するものである。
〈1〉エトキシ基またはメトキシ基を有するアルコキシシラン類とアルコールを固体酸触媒存在下で反応させる反応工程を含むアルコキシシラン類の製造方法であって、
前記エトキシ基またはメトキシ基を有するアルコキシシラン類が、下記一般式(I)で表されるアルコキシシラン類であり、
前記アルコールが、下記一般式(II)で表されるアルコールであり、
前記固体酸触媒が、シリカ/アルミナ比(物質量比)が5〜1000であり、かつUSY型、ベータ型、およびY型からなる群より選ばれる少なくとも1種のゼオライトであり、
前記反応工程で得られるアルコキシシラン類が、下記一般式(III)で表されるアルコキシシラン類であることを特徴とする、アルコキシシラン類の製造方法。
1 p2 q3 rSi(OR44-(p+q+r) (I)
(式(I)中、p、q、r、およびp+q+rは、0以上3以下の整数である。R1、R2、およびR3はそれぞれ独立に炭素数1〜23の炭化水素基または水素原子であり、R4はそれぞれ独立にエチル基またはメチル基である。R1、R2、およびR3が、炭化水素基である場合、炭化水素基の水素原子の一部が反応に関与しない基で置換されていてもよい。)
ROH (II)
(式(II)中、Rは炭素数1〜23の炭化水素基であり、炭化水素基の水素原子の一部が反応に関与しない基で置換されていてもよい。)
1 p2 q3 rSi(OR44-(p+q+r)-m(OR)m (III)
(式(III)中、p、q、およびr、R1、R2、R3、R4、およびRはそれぞれ前記と同じ意味である。また、mは、1以上4−(p+q+r)以下の整数である。
〈2〉前記式(III)中のmが1であるアルコキシシラン類を主生成物として製造する方法である、〈1〉に記載のアルコキシシラン類の製造方法。
〉前記式(III)中のRが3級のアルキル基であるアルコキシシラン類を製造する方法である、〈または〈2〉に記載のアルコキシシラン類の製造方法
〈4〉前記反応工程がマイクロ波照射下で行うものである、〈1〉〜〈〉の何れかに記載のアルコキシシラン類の製造方法。
〈5〉エトキシ基またはメトキシ基を有するアルコキシシラン類とアルコールを触媒存在下かつマイクロ波照射下で反応させる反応工程を含むアルコキシシラン類の製造方法であって、
前記エトキシ基またはメトキシ基を有するアルコキシシラン類が、下記一般式(I)で表されるアルコキシシラン類であり、
前記アルコールが、下記一般式(II)で表されるアルコールであり、
前記触媒が、固体酸触媒であり、
前記反応工程で得られるアルコキシシラン類が、下記一般式(III)で表されるアルコキシシラン類であることを特徴とする、アルコキシシラン類の製造方法。
1 p 2 q 3 r Si(OR 4 4-(p+q+r) (I)
(式(I)中、p、q、r、およびp+q+rは、0以上3以下の整数である。R 1 、R 2 、およびR 3 はそれぞれ独立に炭素数1〜23の炭化水素基または水素原子であり、R 4 はそれぞれ独立にエチル基またはメチル基である。R 1 、R 2 、およびR 3 が、炭化水素基である場合、炭化水素基の水素原子の一部が反応に関与しない基で置換されていてもよい。)
ROH (II)
(式(II)中、Rは炭素数1〜23の炭化水素基であり、炭化水素基の水素原子の一部が反応に関与しない基で置換されていてもよい。)
1 p 2 q 3 r Si(OR 4 4-(p+q+r)-m (OR) m (III)
(式(III)中、p、q、およびr、R 1 、R 2 、R 3 、R 4 、およびRはそれぞれ前記と同じ意味である。また、mは、1以上4−(p+q+r)以下の整数である。)
〈6〉前記固体酸触媒が、規則的細孔および/または層状構造を有する無機系固体酸である、〈5〉に記載のアルコキシシラン類の製造方法。
〈7〉前記無機系固体酸が、ゼオライトおよび/またはモンモリロナイトである、〈6〉に記載のアルコキシシラン類の製造方法。
〈8〉前記ゼオライトが、USY型、ベータ型、Y型、モルデナイト型、およびZSM−5型からなる群より選ばれる少なくとも1種である、〈7〉に記載のアルコキシシラン類の製造方法。
本発明の製法方法を用いることにより、エトキシ基またはメトキシ基を、アルコキシ基、アラルキルオキシ基、またはアルケニルオキシ基で置換したアルコキシシラン類を従来の方法に比べより効率的に製造できるという効果を有する。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の製造方法は、エトキシ基またはメトキシ基を有するアルコキシシラン類を、固体酸触媒の存在下で、アルコールと反応させる反応工程を含むことを特徴とする。
本発明において、原料として使用するアルコキシシラン類は、下記一般式(I)
3 Si(OR4−(p+q+r) (I)
で表される。
一般式(I)において、p、q、r、およびp+q+rは、0以上3以下の整数である。また、R、R、およびRはそれぞれ独立に炭素数1〜23の炭化水素基または水素原子であり、Rはそれぞれ独立にエチル基またはメチル基である。そして、R、R、およびRが、炭化水素基である場合、炭化水素基の水素原子の一部が反応に関与しない基で置換されていてもよい。
、R、およびRにおける炭化水素基としては、アリール基、アルキル基、アラルキル基、アルケニル基、アルキニル基等が挙げられる。
、R、またはRがアリール基の場合、炭化水素環系または複素環系の1価の芳香族有機基を使用できる。炭化水素環系の有機基の場合には、環内炭素数が好ましくは6〜22、より好ましくは6〜14であり、それら炭素環系の芳香族有機基の具体例としては、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、ピレニル基、ペリレニル基、ペンタセニル基等が挙げられる。
また、アリール基が複素環系の有機基の場合には、ヘテロ原子は硫黄、酸素原子等であり、環内炭素数が好ましくは4〜12、より好ましくは4〜8である。それら複素環系の芳香族有機基の具体例としては、チエニル基、ベンゾチエニル基、ジベンゾチエニル基、フリル基、ベンゾフリル基、ジベンゾフリル基等が挙げられる。
p+q+rは、2以下であることが好ましい。
上記アリール基の水素原子の一部は、反応に関与しない基で置換されていてもよい。それらの基の具体例としては、炭素数が好ましくは1〜12、より好ましくは1〜10のアルキル基、炭素数が1〜12、より好ましくは1〜10のアルコキシ基、ハロゲン原子等が挙げられ、より具体的には、メチル基、イソプロピル基、ヘキシル基、オクチル基等のようなアルキル基、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、ヘキソキシ基、オクトキシ基のようなアルコキシ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子のようなハロゲン原子等が挙げられる。また、その他の反応に関与しない基として、環上の2つの炭素原子を結合させる2価の基であるオキシエチレン基やオキシエチレンオキシ基等を挙げることができる。
したがって、それらの基を有するアリール基の具体例としては、メチルフェニル基、エチルフェニル基、ヘキシルフェニル基、メトキシフェニル基、エトキシフェニル基、ブトキシフェニル基、オクトキシフェニル基、メチル(メトキシ)フェニル基、フルオロ(メチル)フェニル基、クロロ(メトキシ)フェニル基、ブロモ(メトキシ)フェニル基、2,3−ジヒドロベンゾフラニル基、1,4−ベンゾジオキサニル基等が挙げられる。
一方、R、R、またはRがアルキル基の場合、炭素数が好ましくは1〜12、より好ましくは1〜10であり、炭素上の水素原子の一部または全部が反応に関与しない基で置換されていてもよい。反応に関与しない基の具体例としては、炭素数が1〜6のアルコキシ基、炭素数が1〜6のアルコキシカルボニル基、炭素数が1〜6のアルケニルカルボニルオキシ基、炭素数が1〜6のジアルキルアミノ基、シアノ基、オキシラニル基、ハロゲン原子等が挙げられ、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルケニルカルボニルオキシ基、ジアルキルアミノ基、ハロゲン原子をより具体的に示せば、メトキシ基、エトキシ基、ヘキソキシ基等のアルコキシ基、メトキシカルボニル基、プロポキシカルボニル基等のアルコキシカルボニル基、イソプロペニルカルボニルオキシ基等のアルケニルカルボニルオキシ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基等のジアルキルアミノ基、フッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子が挙げられる。それらのアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、デシル基、2−メトキシエチル基、3−エトキシプロピル基、2−メトキシカルボニルエチル基、2−ジメチルアミノエチル基、2−シアノエチル基、3−クロロプロピル基等を挙げることができる。
また、R、R、またはRがアラルキル基の場合には、環内炭素数が好ましくは7〜23、より好ましくは7〜16であり、炭素上の水素原子の一部または全部が反応に関与しない基で置換されていてもよい。反応に関与しない基の具体例としては、上記のアルキル基の場合について示したものなどが挙げられる。それらのアラルキル基の具体例としては、ベンジル基、フェネチル基、2−ナフチルメチル基、9−アントリルメチル基、(4−クロロフェニル)メチル基、1−(4−メトキシフェニル)エチル基等を挙げることができる。
また、R、R、またはRがアルケニル基、アルキニル基の場合には、炭素数が好ましくは2〜23、より好ましくは2〜20であり、炭素上の水素原子の一部または全部が反応に関与しない基で置換されていてもよい。反応に関与しない基の具体例としては、上記のアルキル基の場合について示したものの他、上記に示したアリール基などが挙げられる。それらのアルケニル基の具体例としては、ビニル基、2−プロペニル基、3−ブテニル基、5−ヘキセニル基、9−デセニル基、2−フェニルエテニル基、2−(メトキシフェニル)エテニル基、2−ナフチルエテニル基、2−アントリルエテニル基、エチニル基、プロパルギル基、1−ヘキシニル基、フェニルエチニル基等を挙げることができる。
、R、Rの組み合わせとしては、例えばメチル基とフェニル基の組み合わせ、メチル基とビニル基の組み合わせ、メチル基と水素原子の組み合わせ、メチル基とフェニル基とビニル基の組み合わせ、メチル基とフェニル基と水素原子の組み合わせ等が挙げられる。
したがって、それらのR、R、Rの基を有するアルコキシシラン類の具体例としては、トリメチル(メトキシ)シラン、トリメチル(エトキシ)シラン、メチルフェニルジ(メトキシ)シラン、ジメチルジ(メトキシ)シラン、ジメチルジ(エトキシ)シラン、メチルトリ(メトキシ)シラン、メチルトリ(エトキシ)シラン、フェニルトリ(メトキシ)シラン、フェニルトリ(エトキシ)シラン、ビニルトリ(メトキシ)シラン、ビニルトリ(エトキシ)シラン、エチニルトリ(エトキシ)シラン、(フェニルエチニル)トリ(メトキシ)シラン、トリ(メトキシ)シラン、トリ(エトキシ)シラン、テトラ(メトキシ)シラン、テトラ(エトキシ)シラン等が挙げられる。
また、上記アルコキシシラン類と反応させるアルコールは、下記一般式(II)
ROH (II)
で表される。
一般式(II)において、Rは炭素数1〜23の炭化水素基であり、炭化水素基の水素原子の一部が反応に関与しない基で置換されていてもよい。
Rにおける炭化水素基としては、アルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基、アルキニル基等が挙げられる。
Rがアルキル基の場合、炭素数が好ましくは1〜12、より好ましくは1〜10であり、炭素上の水素原子の一部または全部が反応に関与しない基で置換されていてもよい。反応に関与しない基の具体例としては、上記の一般式(I)の説明において、R、R、またはRがアルキル基の場合について示したものなどが挙げられる。それらのアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、アミル基、tert−アミル基、シクロヘキシル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、デシル基、2−メトキシエチル基、3−エトキシプロピル基、2−メトキシカルボニルエチル基、2−(イソプロペニルカルボニルオキシ)エチル基、グリシジル基、2−ジメチルアミノエチル基、2−シアノエチル基、3−クロロプロピル基等を挙げることができる。
また、Rがアリール基、アラルキル基の場合には、炭素数が好ましくは6〜23、より好ましくは6〜16であり、炭素上の水素原子の一部または全部が反応に関与しない基で置換されていてもよい。反応に関与しない基の具体例としては、上記のアルキル基の場合について示したものなどが挙げられる。それらのアリール基、アラルキル基の具体例としては、フェニル基、4−メチルフェニル基、2−ナフチル基、ベンジル基、フェネチル基、2−ナフチルメチル基、9−アントリルメチル基、4−クロロフェニルメチル基、1−(4−メトキシフェニル)エチル基等を挙げることができる。
さらに、Rがアルケニル基、アルキニル基の場合は、炭素数が好ましくは2〜23、より好ましくは2〜20であり、炭素上の水素原子の一部または全部が反応に関与しない基で置換されていてもよい。反応に関与しない基の具体例としては、上記のアルキル基の場合について示したものの他、上記の一般式(I)の説明において、R、R、またはRがアリール基の場合について示したものなどが挙げられる。それらのアルケニル基、アルキニル基の具体例としては、2−プロペニル基、3−ブテニル基、3−メチル−2−ブテニル基、5−ヘキセニル基、9−デセニル基、3−フェニル−2−プロペニル基、2−(メトキシフェニル)−2−プロペニル基、3−ナフチル−2−プロペニル基、3−アントリル−2−プロペニル基、プロパルギル基、2−ブチン−1−イル基、3−フェニル−2−プロピン−1−イル基等を挙げることができる。
したがって、それらのアルキル基、アリール基、アラルキル基、アルケニル基、またはアルキニル基を有するアルコール(II)の具体例としては、プロパノール、ブタノール、sec−ブチルアルコール、tert−ブチルアルコール、ペンタノール、2−メチルブタノール、アミルアルコール、tert−アミルアルコール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、オクタノール、デカノール、ドデカノール、3−メチル−2−ブテノール、2−(ジメチルアミノ)エタノール、2−シアノエタノール、3−クロロプロパノール、フェノール、クレゾール、ナフトール、ベンジルアルコール、フェニルエタノール、ナフチルメタノール、アントリルメタノール、3−メチル−2−ブテノール、5−ヘキセノール、9−デセノール、アリルアルコール、プロパルギルアルコール、メタクリル酸(2−ヒドロキシエチル)、グリシドール等が挙げられる。
原料のアルコキシシラン類に対するアルコールのモル比は任意に選ぶことができるが、原料アルコキシシラン類に対する生成アルコキシシラン類の収率を考慮すれば、通常0.4以上300以下であり、より好ましくは0.5以上200以下であり、さらに好ましくは0.5以上150以下である。
本発明によれば、上記一般式(I)で表されるアルコキシシラン類と、上記一般式(II)のアルコールとの反応により、下記一般式(III)
Si(OR4−(p+q+r)-m(OR)m (III)
で表されるアルコキシシラン類が得られる。
一般式(III)中のp、q、およびr、R、R、R、R、およびRはそれぞれ前記と同じ意味であり、それらの具体例としては、上記一般式(I)および(II)で例示したもの等を挙げることができる。また、mは、1以上4−(p+q+r)以下の整数である。
本発明における反応工程は、言い換えれば、エトキシ基またはメトキシ基を有する原料のアルコキシシラン類に対するアルコールの置換反応を行う反応工程であり、固体酸触媒を使用することを特徴とする工程である。従って、本発明における反応工程は、例えば下記反応式で表すことができる。
Figure 0006099283

即ち、エトキシ基またはメトキシ基を有する原料のアルコキシシラン類は、モノアルコキシシラン類、ジアルコキシシラン類、トリアルコキシシラン類、テトラアルコキシシラン類の何れであってもよいことを意味する。また、反応工程で得られるアルコキシシラン類は、1種類のアルコキシシラン類に限られるものではなく、例えばジアルコキシシラン類を原料とする場合、アルコキシ基が1つ置換されたアルコキシシラン類、アルコキシ基が2つ置換されたアルコキシシラン類、又はこれらの混合物であってもよいことを意味する。さらにトリアルコキシシラン類を原料とする場合、アルコキシ基が1つ置換されたアルコキシシラン類、アルコキシ基が2つ置換されたアルコキシシラン類、アルコキシ基が3つ置換されたアルコキシシラン類、又はこれらの混合物であってもよく、加えてテトラアルコキシシラン類を原料とする場合、アルコキシ基が1つ置換されたアルコキシシラン類、アルコキシ基が2つ置換されたアルコキシシラン類、アルコキシ基が3つ置換されたアルコキシシラン類、アルコキシ基が4つ置換されたアルコキシシラン類、又はこれらの混合物であってもよいことを意味する。
本発明では、従来公知の各種の固体酸触媒を用いることができる。
それらの具体例としては、金属塩、金属酸化物等の固体無機物等が挙げられ、より具体的に示せば、プロトン性水素原子あるいは金属カチオン(アルミニウム、チタン、ガリウム、鉄、セリウム、スカンジウム等)を有する、ゼオライト、メソポーラスシリカ、モンモリロナイトなどのほか、シリカゲル、ヘテロポリ酸や、カーボン系素材を担体とする無機系固体酸が挙げられる。
これらの中では、触媒活性や生成物に対する選択性等の点で、規則的細孔および/または層状構造を有する無機系固体酸である、ゼオライト、メソポーラスシリカ、モンモリロナイト系等の固体酸が好ましく、ゼオライト、モンモリロナイト系の固体酸がより好ましく使用される。無機系固体酸の規則的細孔および/または層状構造の種類にとくに制限はないが、反応する分子や生成する分子の拡散のしやすさを考慮すると、細孔構造を有する固体酸触媒では、細孔径の範囲としては、0.2〜20nm、好ましくは、0.3〜15nm、より好ましくは0.3〜10nmの範囲内のものである。また、層状構造を有する固体酸触媒では、層間距離の範囲としては、0.2〜20nm、好ましくは、0.3〜15nm、より好ましくは0.3〜10nmの範囲内のものである。
規則的細孔構造を有する無機系固体酸触媒としてゼオライトを使用する場合、その種類としては、Y型、ベータ型、ZSM−5型、モルデナイト型、SAPO型等の基本骨格を有する各種のゼオライトが使用可能である。また、Y型ゼオライト(Na−Y)を二次的処理して得られる、SUSY型(Super Ultrastable Y)、VUSY型(Very Ultrastable Y)、SDUSY型(Super dealuminated ultrastable Y)等として知られるUSY型(Ultrastable Y、超安定Y型)のものも好ましく使用できる(USY型については、たとえば、“Molecular Sieves”、Advances in Chemistry、Volume 121、American Chemical Society、1973、Chapter 19、等を参照)。
反応速度の点では、これらゼオライトの中で、USY型、ベータ型、Y型が好ましく、USY型、ベータ型がより好ましい。また、複数のエトキシ基またはメトキシ基の一部を選択的に他のアルコキシ基に変換するためのゼオライトとしては、反応速度および選択性の面で、USY型、Y型が好ましく、USY型がより好ましい。
これらゼオライトにおいては、プロトン性水素原子を有するブレンステッド酸型のものや金属カチオンを有するルイス酸型のものなど、各種のゼオライトを使用できる。この中で、プロトン性水素原子を有するプロトン型のものは、H−Y型、H−SDUSY型、H−SUSY型、H−ベータ型、H−モルデナイト型、H−ZSM−5型等で表される。また、アンモニウム型のものである、NH−Y型、NH−VUSY型、NH−ベータ型、NH−モルデナイト型、NH−ZSM−5型等のゼオライトを焼成して、プロトン型に変換したものも使用することができる。
さらに、ゼオライトのシリカ/アルミナ比(物質量比)については、反応条件に応じて各種の比を選択できるが、通常は5〜1000であり、好ましくは5〜600、より好ましくは5〜300、さらに好ましくは5〜100である。
それらゼオライトとしては、市販品を含む各種のものを使用できる。市販品の具体例を示すと、USY型ゼオライトとしては、ゼオリスト社より市販されている、CBV760、CBV780、CBV720、CBV712、およびCBV600等、Y型ゼオライトとしては、東ソー社より市販されているHSZ−360HOAおよびHSZ−320HOA等が挙げられる。また、ベータ型ゼオライトとしては、ゼオリスト社より市販されている、CP811C、CP814N、CP7119、CP814E、CP7105、CP814CN、CP811TL、CP814T、CP814Q、CP811Q、CP811E−75、CP811E、およびCP811C−300等、東ソー社より市販されているHSZ−930HOAおよびHSZ−940HOA等、UOP社より市販されているUOP−Beta等が挙げられる。さらに、モルデナイト型ゼオライトとしては、ゼオリスト社より市販されているCBV21AおよびCBV90A等、東ソー社より市販されている、HSZ−660HOA、HSZ−620HOA、およびHSZ−690HOA等が挙げられ、ZSM−5型ゼオライトとしては、ゼオリスト社より市販されている、CBV5524G、CBV8020、およびCBV8014N等が挙げられる。
また、マイクロ波照射を用いる反応では、上記の無機系固体酸のほかに、酸性官能基を有する有機系固体酸も効果的に使用できる。有機系固体酸は、酸性官能基を有するポリマー等であり、酸性官能基の種類としては、スルホ基、カルボキシ基、ホスホリル基等が挙げられ、ポリマーの種類としては、パーフルオロ側鎖を有するテフロン骨格ポリマーやスチレン−ジビニルベンゼン共重合ポリマー等が挙げられる。それらの具体例としては、スルホ基を有する、ナフィオン(Nafion、登録商標、デュポン社より入手可能)、ダウエックス(Dowex、登録商標、ダウ・ケミカル社より入手可能)、アンバーライト(Amberlite、登録商標、ローム&ハス社より入手可能)、アンバーリスト(Amberlyst、登録商標、ダウ・ケミカル社より入手可能)等が挙げられる。それらをより具体的に示せば、ナフィオンNR50、ダウエックス50WX2、ダウエックス50WX4、ダウエックス50WX8、アンバーライトIR120、アンバーライトIRP−64、アンバーリスト15、アンバーリスト36等を挙げることができる。さらに、シリカ等の無機物にナフィオン等の有機系固体酸を担持した触媒(たとえば、ナフィオンSAC−13等)を用いることもでき、無機系固体酸と有機系固体酸を複数組み合わせて使用することもできる。
原料に対する触媒量は任意に決めることができるが、重量比では、通常は0.0001〜10程度で、好ましくは0.001〜8程度、より好ましくは0.001〜6程度である。
本発明の反応は、反応温度や反応圧力に応じて、液相または気相状態で行うことができる。また、反応装置の形態としては、バッチ型、フロー型等、従来知られている各種形態で行うことができる。
反応温度は、通常は−20℃以上、好ましくは−10〜300℃、より好ましくは、−10〜200℃である。また、アルコールの反応性を制御するために、室温で反応を行う場合には、室温の温度範囲としては、通常は0〜40℃、好ましくは5〜40℃、より好ましくは10〜35℃である。
さらに、反応圧力は、通常は0.1〜100気圧で、好ましくは0.1〜50気圧、より好ましくは0.1〜10気圧である。
反応時間は、原料や触媒の量、反応温度、反応装置の形態等に依存するが、生産性や効率を考慮すると、通常は0.1〜1200分、好ましくは0.1〜600分、より好ましくは0.1〜300分程度である。
また、反応を液相系で行う場合、溶媒の有無にかかわらず実施できるが、溶媒を用いる場合には、デカリン(デカヒドロナフタレン)、デカン等の炭化水素、クロロベンゼン、1,2−または1,3−ジクロロベンゼン、1,2,3−または1,2,4−トリクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素、tert−ブチルメチルエーテル、ジブチルエーテル等のエーテル等、原料と反応するものを除いた各種の溶媒が使用可能で、2種以上混合して用いることもできる。また、反応を気相で行う場合には、窒素等の不活性ガスを混合して反応を行うこともできる。
本発明の反応は、マイクロ波照射下で行うこともできる。本反応系では、原料のアルコールや固体酸触媒等の誘電損失係数が比較的大きくマイクロ波を効率よく吸収するため、マイクロ波照射下ではアルコールや触媒等が活性化され、反応をより効率的に行うことができる。
マイクロ波照射反応では、接触式または非接触式の温度センサーを備えた各種の市販装置等を使用できる。また、マイクロ波照射の出力、キャビティの種類(マルチモード、シングルモード)、照射の形態(連続的、断続的)等は、反応のスケールや種類等に応じて任意に決めることができる。マイクロ波の周波数としては、通常、0.3〜30GHzである。その中で好ましいのは、産業・科学・医療分野で使用するために割り当てられたIMS周波数帯で、さらにその中でも、2.45GHz帯、5.8GHz帯等がより好ましい。
また、マイクロ波照射反応では、反応系をより効率よく加熱するために、マイクロ波を吸収して発熱する加熱材(サセプター)を反応系に添加することができる。加熱材の種類としては、活性炭、黒鉛、炭化ケイ素、炭化チタン等、従来公知の各種のものを使用できる。また、先に記載した触媒と加熱材の粉末を混合して、セピオライト、ホルマイト等の適当なバインダーを利用して焼成加工した成形触媒を用いることもできる。
本発明の反応工程は、密閉系の反応装置でも進行するが、反応装置を開放系にして、反応で共生成物として生成するエタノールまたはメタノールを反応系外に連続的に除去することにより、反応をより効率的に進行させることができる。
本発明の製造方法では、反応液に不溶の固体触媒を使用しているため、反応工程後の触媒の分離・回収は、濾過、遠心分離等の方法により容易に行うことができる。また、生成したアルコキシシラン類の精製も、蒸留、再結晶、カラムクロマトグラフィー等の有機化学上通常用いられる手段により容易に達せられる。
次に、本発明を実施例および参考例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
メチルフェニルジ(メトキシ)シラン(Ia) 1.65mmol、ブタノール(IIa) 6.6mmol、CBV780(ゼオリスト社製) 5mgの混合物を反応管に入れ、室温(23℃)で1分攪拌した。生成物をガスクロマトグラフおよびガスクロマトグラフ質量分析計で分析した結果、ブトキシシラン(IIIa)(IIIa−1:メチルフェニル(メトキシ)(ブトキシ)シランとIIIa−2:メチルフェニルジ(ブトキシ)シランの混合物、IIIa−1:IIIa−2=90:10)が88.5%の収率で生成したことがわかった(表1参照)。
(実施例2〜98)
反応条件(原料、触媒、温度、時間等)を変えて、実施例1と同様に反応および分析を行い、生成物の収率を測定した結果を表1に示す。
Figure 0006099283

Figure 0006099283

Figure 0006099283

Figure 0006099283

Figure 0006099283

Figure 0006099283

Figure 0006099283

Figure 0006099283
本発明では、触媒の種類や反応条件を制御することにより、原料シラン中の複数のエトキシ基またはメトキシ基の一部を選択的に他のアルコキシ基に変換することが可能で、アルコキシシラン(III)においてm=1のシランであるモノアルコキシシラン類を、主生成物として製造することができる。なお、本発明において、モノアルコキシシランが主生成物であるとは、生成する全アルコキシシラン中のモノアルコキシシランの割合が、通常80%以上、好ましくは85%以上、より好ましくは90%以上であることを示す。
このことを表1の実施例において具体的に示すと、たとえば、触媒としてUSY型、Y型、またはベータ型ゼオライトのCBV780、CBV720、CBV760、CBV600、HSZ−320HOA、CP811E−75を使用した、実施例1、3、4、13、20、22、23、25、28、35、40、59、80、81、83、91および97では、原料シラン中の2個のメトキシ基の1個がアルコキシ基に変換した化合物と2個が変換した化合物の比が、それぞれ、(90:10)、(93:7)、(92:8)、(97:3)、(100:0)、(90:10)、(100:0)、(100:0)、(99:1)、(94:6)、(99:1)、(96:4)、(98:2)、(91:9)、(100:0)、(100:0)、および(99:1)であり、2個のメトキシ基のうちの1個だけを他のアルコキシ基に変換した化合物を主生成物として得ることができた。また、触媒としてUSY型ゼオライトのCBV780やCBV600を使用した、実施例43、46、48、53、55、および64でも、原料シラン中の3個のエトキシ基またはメトキシ基の1個がアルコキシ基に変換した化合物と、2個が変換した化合物、および3個が変換した化合物の比が、それぞれ、(96:4:0)、(98:2:0)、(99:1:0)、(98:2:0)、(100:0:0)、および(94:6:0)であり、3個のエトキシ基またはメトキシ基のうちの1個だけを変換した化合物を主生成物として得ることができた。さらに、触媒としてUSY型ゼオライトのCBV780を使用した実施例79、94、95、および96でも、原料シラン中の4個のエトキシ基の1個がアルコキシ基に変換した化合物と、2個が変換した化合物、3個が変換した化合物、および4個が変換した化合物の比が、(90:10:0:0)、(91:9:0:0)、(91:9:0:0)、および(93:7:0:0)であり、4個のエトキシ基のうちの1個だけを変換した化合物を主生成物として得ることができた。
これらの結果は、触媒の種類と温度、時間等の反応条件を適切に制御することにより、原料シラン中のエトキシ基またはメトキシ基の一部を選択的に他のアルコキシ基に変換したモノアルコキシシラン類を主生成物として製造できることを示している。
このような選択的アルコキシ化用の触媒としては、反応速度および選択性の面で、USY型、Y型のゼオライト触媒が好ましく使用されるが、実施例13と実施例20等との比較より、Y型はUSY型よりも反応速度や収率等の面で劣る場合が多く、USY型のものがより好ましく使用される。
また、選択的アルコキシ化における温度、時間等の反応条件については、原料や触媒の種類、量によって適宜調整するものであるが、触媒活性が比較的高いゼオライト触媒を用いる場合には、反応温度としては、通常は0〜70℃、好ましくは10〜60℃、より好ましくは10〜50℃程度であり、触媒活性が比較的低いゼオライト触媒を用いる場合は、通常は50〜150℃、好ましくは60〜140℃、より好ましくは70〜130℃程度である。また、反応時間については、反応温度等によっても変化するが、製造の効率を考えると、通常は0.5〜600分、好ましくは0.5〜300分、より好ましくは0.5〜180分程度である。
さらに、無機系固体酸を触媒とする本発明の方法により、メトキシまたはエトキシシラン類と3級アルコールとの反応で、3級アルキル基のアルコキシ基を有するシラン類を、有機系固体酸を触媒とする場合よりも有利に製造することができる。
たとえば、tert−ブチルアルコール(IIh)の反応系において、無機系固体酸であるUSY型ゼオライトのCBV780を触媒として使用した表1の実施例55および83では、原料のメトキシ基とアルコールとの置換反応がスムーズに進行し、3級アルキル基のアルコキシ基を有する目的化合物であるtert−ブトキシシランのIIIkおよびIIIuを、それぞれ、62.0%および84.2%の収率で得ることができた。
一方、有機系固体酸であるスルホ基含有ポリマーを用いた場合には、副反応としてtert−ブチルアルコールの脱水反応が起き、その際生成する水が原料のメトキシシラン等と反応してしまうため、目的のアルコキシシランの収率が大きく低下する現象が見られた。たとえば、上記の実施例55において、触媒としてCBV780のかわりに有機系固体酸のアンバーリスト15を用いた場合には、IIIkの収率はわずか1.4%にすぎなかった。
これらのことは、3級アルコールのように、副反応として脱水反応が起きやすい反応系において、無機系固体酸を触媒とする本発明の製造法がとくに効果的に使用できることを示している。
本発明では、加熱を行う場合、マイクロ波照射を用いることにより、アルコール等の原料や固体酸触媒をより効率的に加熱することができるため、オイルバス等を用いる通常の外部加熱の方法に比べて、反応を加速・促進させることができる。
たとえば、フェニルトリ(エトキシ)シラン(Ib)とオクタノール(IIe)を、触媒として無機系固体酸のCBV780を用いて反応させた例では、反応時間が10分、20分、および30分の時のオクトキシシラン(IIIf)の収率は、マイクロ波照射装置を用いた方法では、それぞれ、64.0%、86.4%、および91.4%(表1の実施例83、84、および85)であったが、オイルバス加熱装置を用いた方法では、それぞれ、49.9%、76.1%、および86.8%(表1の実施例86、87、および88)であり、マイクロ波照射を用いる方法がオイルバス加熱を用いる方法よりも高い収率(反応時間が10分の時には約1.3倍の収率)を与えることがわかった。
このようなマイクロ波照射による収率・速度の向上は、有機系固体酸を触媒とする反応の場合にも行うことができた。たとえば、メチルフェニルジ(メトキシ)シラン(Ia)とブタノール(IIa)を、触媒として有機系固体酸のナフィオンNR50を用いて反応させた例では、反応時間が10分の時のブトキシシラン(IIIa)の収率は、マイクロ波照射装置を用いた方法では92.2%(表1の実施例57)であったが、オイルバス加熱装置を用いた方法では58.6%(表1の実施例58)であり、この反応系でもマイクロ波照射を用いる方法がオイルバス加熱を用いる方法よりも高い収率(約1.6倍の収率)を与えることがわかった。
これらのことは、マイクロ波照射を用いる本発明の方法が、同じ反応温度・時間でのオイルバス等による通常加熱の方法に比べ、アルコキシシランをより高い収率で効率的に製造できることを示している。
また、本発明の反応は、密閉系、開放系いずれの系でも進行するが、開放系で窒素等の不活性ガスを流しながら反応を行う、あるいは、減圧系で反応を行う、など、共生成物であるエタノールやメタノールを反応系外に積極的に除去する方法により、使用するアルコールの量を減らした場合でも、効率的に反応を行うことができる。開放系で不活性ガスを流しながら反応を行った例を次の実施例に示す。
(実施例99)
メチルフェニルジ(メトキシ)シラン(Ia) 3.0mmol、オクタノール(IIe) 3.3mmol、CBV600(ゼオリスト社製) 10mgの混合物を反応管に入れ、開放系で50mL/分の流速で窒素ガスを流しながら、マイクロ波照射装置(CEM製Discover)を用いて、110℃で5分攪拌した。生成物をガスクロマトグラフおよびガスクロマトグラフ質量分析計で分析した結果、オクトキシシラン(IIIe)(IIIe−1:メチルフェニル(メトキシ)(オクトキシ)シランとIIIe−2:メチルフェニルジ(オクトキシ)シランの混合物、IIIe−1:IIIe−2=97:3)が95.8%の収率で生成したことがわかった。
一方、同じ原料と触媒を用いた反応を、反応管を密閉して行い、生成物を同様に分析した結果、(IIIe)(IIIe−1:IIIe−2=98:2)の収率は66.1%であった。
(実施例100)
メチルフェニルジ(メトキシ)シラン(Ia) 1.65mmol、tert−ブチルアルコール(IIh) 6.6mmol、CBV780(ゼオリスト社製) 5mgの混合物を反応管に入れ、開放系で50mL/分の流速で窒素ガスを流しながら、マイクロ波照射装置(CEM製Discover)を用いて、70℃で15分攪拌した。生成物をガスクロマトグラフおよびガスクロマトグラフ質量分析計で分析した結果、tert−ブトキシシランのメチルフェニル(メトキシ)(tert−ブトキシ)シラン(IIIu−1)が80.3%の収率で生成したことがわかった。
一方、同じ原料と触媒を用いた反応を、反応管を密閉して行い、生成物を同様に分析した結果、(IIIu−1)の収率は61.5%であった。
実施例99および100の結果は、開放系で窒素ガスを流しながら反応を行うことにより、密閉系で反応を行う場合と比較して、目的とするアルコキシシランをより高い収率で効率的に製造できることを示している。
本発明の方法により得られたアルコキシシラン(III)は、次の実施例に示すように、固体酸触媒を遠心分離等で分離した後、蒸留等の操作により、容易に単離精製することができる。
(実施例101)
メチルフェニルジ(メトキシ)シラン(Ia) 5.0mmol、ブタノール(IIa) 19.9mmol、CBV600(ゼオリスト社製) 15mgの混合物を反応管に入れ密閉し、室温(23℃)で20分攪拌した。触媒の固体を遠心分離で分離し、上澄み液を分離した後、触媒をヘキサンで洗浄し(0.8mLで2回)、先の上澄み液と洗浄液を合わせて減圧下濃縮して、ショートパス蒸留装置で蒸留を行った結果、メチルフェニル(メトキシ)(ブトキシ)シラン(IIIa−1)が、3.6mmol(収率71%)得られた。
(IIIa−1)の物性値、スペクトルデータ等は次の通りであった。
沸点:65-70℃/0.65mmHg(ショートパス蒸留での留出温度)
元素分析: C 63.96, H 8.98 (測定値); C 64.24, H 8.98 (計算値 C12H20O2Si)
1H-NMR (CDCl3): δ 0.35 (s, 3H, SiCH3), 0.91 (t, J = 7.3 Hz, 3H, CCH3), 1.39 (sext, J = 7.3 Hz, 2H, OCCCH2), 1.58 (quint, J = 7.3 Hz, 2H, OCCH2), 3.54 (s, 3H, OCH3), 3.70-3.79 (m, 2H, OCH2), 7.33-7.42 (m, 3H, 芳香環H), 7.59-7.65 (m, 2H, 芳香環H)
13C-NMR (CDCl3): δ -4.7, 13.8, 19.0, 34.7, 50.5, 62.7, 127.8, 130.0, 134.0, 134.3
29Si-NMR (CDCl3): δ -16.2
IR (液膜): 1592, 1465, 1430, 1387, 1258, 1190, 1121, 1087, 1039, 984, 894, 826, 802, 773, 738, 700, 652, 482, 437 cm-1
GC-MS (EI, 70eV): m/z (相対強度) 209 (M+-Me, 100), 153 (86), 151 (52), 146 (54), 137 (18), 123 (40), 121 (53), 105 (33), 91 (67), 77 (19), 61 (17), 59 (31), 45 (23), 43 (20), 41 (19)
(実施例102)
メチルフェニルジ(メトキシ)シラン(Ia) 5.0mmol、sec−ブチルアルコール(IIb) 19.7mmol、CBV780(ゼオリスト社製) 15mgの混合物を反応管に入れ密閉し、室温(23℃)で20分攪拌した。実施例101と同様に後処理および蒸留を行った結果、メチルフェニル(メトキシ)(sec−ブトキシ)シラン(IIIb−1)が、3.3mmol(収率65%)得られた。
(IIIb−1)の物性値、スペクトルデータは次の通りであった。
沸点:60-70℃/0.7mmHg(ショートパス蒸留での留出温度)
元素分析: C 63.95, H 8.93 (測定値); C 64.24, H 8.98 (計算値 C12H20O2Si)
1H-NMR (CDCl3): δ 0.35 and 0.36 (each s, 3H, SiCH3), 0.89 and 0.91 (each t, J = 7.3 Hz, 3H, CCH3), 1.19 and 1.20 (each d, each J = 6.1 Hz, 3H, CHCH3), 1.43-1.60 (m, 2H, CH2), 3.528 and 3.535 (each s, 3H, OCH3), 3.88-3.97 (m, 1H, OCH), 7.35-7.43 (m, 3H, 芳香環H), 7.62-7.66 (m, 2H, 芳香環H)
13C-NMR (CDCl3): δ -4.20 and -4.13, 9.99 and 10.05, 23.05 and 23.07, 32.14 and 32.17, 50.5, 70.35 and 70.37, 127.78 and 127.79, 129.9, 134.06 and 134.07, 134.85 and 134.91
29Si-NMR (CDCl3): δ -18.1
IR (液膜): 1592, 1463, 1429, 1376, 1258, 1190, 1171, 1122, 1088, 1053, 1013, 952, 854, 822, 804, 783, 765, 738, 700, 656, 484, 460, 419 cm-1
GC-MS (EI, 70eV): m/z (相対強度) 209 (M+-Me, 10), 195 (30), 153 (52), 151 (91), 123 (18), 121 (46), 91 (100), 59 (21), 45 (15), 43 (15)
(実施例103)
メチルフェニルジ(メトキシ)シラン(Ia) 3.3mmol、オクタノール(IIe) 13.2mmol、CBV780(ゼオリスト社製) 10mgの混合物を反応管に入れ密閉し、マイクロ波照射装置(バイオタージ製Initiator)を用いて、110℃で5分攪拌した。実施例101と同様に後処理および蒸留を行った結果、メチルフェニル(メトキシ)(オクトキシ)シラン(IIIe−1)が、2.2mmol(収率68%)得られた。
(IIIe−1)の物性値、スペクトルデータは次の通りであった。
沸点:90-95℃/0.3mmHg(ショートパス蒸留での留出温度)
元素分析: C 68.90, H 9.77 (測定値); C 68.52, H 10.06 (計算値 C16H28O2Si)
1H-NMR (CDCl3): δ 0.35 (s, 3H, SiCH3), 0.88 (t, J = 6.9 Hz, 3H, CCH3), 1.21-1.37 (m, 10H, OCC(CH2)5), 1.59 (quint, J = 6.9 Hz, 2H, OCCH2), 3.54 (s, 3H, OCH3), 3.68-3.78 (m, 2H, OCH2), 7.34-7.44 (m, 3H, 芳香環H), 7.59-7.64 (m, 2H, 芳香環H)
13C-NMR (CDCl3): δ -4.7, 14.1, 22.7, 25.8, 29.3, 29.4, 31.8, 32.5, 50.5, 63.0, 127.8, 130.0, 134.0, 134.3
29Si-NMR (CDCl3): δ -16.1
IR (液膜): 1467, 1429, 1258, 1190, 1121, 1089, 846, 804, 775, 738, 699, 482, 434 cm-1
GC-MS (EI, 70eV): m/z (相対強度) 265 (M+-Me, 95), 202 (31), 187 (15), 159 (21), 153 (100), 151 (60), 145 (18), 137 (19), 123 (34), 121 (49), 105 (21), 91 (65), 69 (32), 59 (16), 55 (17), 43 (26), 41 (31)
(実施例104)
フェニルトリ(エトキシ)シラン(Ib) 2.5mmol、オクタノール(IIe) 9.8mmol、CBV780(ゼオリスト社製) 10mgの混合物を反応管に入れ密閉し、マイクロ波照射装置(バイオタージ製Initiator)を用いて、90℃で25分攪拌した。実施例101と同様に後処理および蒸留を行った結果、フェニルジ(エトキシ)(オクトキシ)シラン(IIIf−1)が、1.8mmol(収率73%)得られた。
(IIIf−1)の物性値、スペクトルデータは次の通りであった。
沸点:100-110℃/0.35mmHg(ショートパス蒸留での留出温度)
元素分析: C 66.62, H 9.83 (測定値); C 66.62, H 9.94 (計算値 C18H32O3Si)
1H-NMR (CDCl3): δ 0.88 (t, J = 6.9 Hz, 3H, CCCH3), 1.24 (t, J = 6.9 Hz, 6H, OCCH3), 1.22-1.37 (m, 10H, OCC(CH2)5), 1.59 (quint, J = 6.9 Hz, 2H, OCCH2), 3.78 (t, J = 6.9 Hz, 2H, OCH2CH2), 3.86 (q, J = 6.9 Hz, 4H, OCH2CH3), 7.34-7.44 (m, 3H, 芳香環H), 7.64-7.68 (m, 2H, 芳香環H)
13C-NMR (CDCl3): δ 14.1, 18.2, 22.7, 25.7, 29.28, 29.34, 31.8, 32.4, 58.7, 63.1, 127.8, 130.3, 131.0, 134.8
29Si-NMR (CDCl3): δ -57.7
IR (液膜): 1457, 1431, 1390, 1167, 1129, 1100, 1083, 960, 787, 739, 700, 498 cm-1
GC-MS (EI, 70eV): m/z (相対強度) 279 (M+-OEt, 8), 246 (41), 203 (60), 195 (100), 189 (42), 181 (63), 167 (21), 151 (41), 149 (21), 145 (18), 139 (92), 135 (34), 134 (17), 123 (64), 121 (38), 119 (30), 110 (76), 107 (32), 105 (37), 104 (24), 91 (44), 82 (15), 81 (21), 79 (26), 77 (18), 69 (32), 68 (19), 63 (18), 55 (27), 45 (26), 43 (39), 41 (50)
(実施例105)
フェニルトリ(メトキシ)シラン(Ic) 3.3mmol、オクタノール(IIe) 12.9mmol、CBV600(ゼオリスト社製) 10mgの混合物を反応管に入れ密閉し、マイクロ波照射装置(バイオタージ製Initiator)を用いて、110℃で15分攪拌した。実施例101と同様に後処理および蒸留を行った結果、フェニルジ(メトキシ)(オクトキシ)シラン(IIIg−1)が、2.2mmol(収率66%)得られた。
(IIIg−1)の物性値、スペクトルデータは次の通りであった。
沸点:105-110℃/0.35mmHg(ショートパス蒸留での留出温度)
元素分析: C 64.77, H 9.50 (測定値); C 64.82, H 9.52 (計算値 C16H28O3Si)
1H-NMR (CDCl3): δ 0.87 (t, J = 6.9 Hz, 3H, CCH3), 1.20-1.40 (m, 10H, OCC(CH2)5), 1.60 (quint, J = 6.9 Hz, 2H, OCCH2), 3.61 (s, 6H, OCH3), 3.80 (t, J = 6.9 Hz, 2H, OCH2), 7.34-7.46 (m, 3H, 芳香環H), 7.63-7.68 (m, 2H, 芳香環H)
13C-NMR (CDCl3): δ 14.1, 22.7, 25.7, 29.28, 29.32, 31.8, 32.4, 50.8, 63.2, 127.9, 129.9, 130.5, 134.7
29Si-NMR (CDCl3): δ -55.6
IR (液膜): 1466, 1430, 1192, 1129, 1090, 819, 750, 740, 700, 483 cm-1
GC-MS (EI, 70eV): m/z (相対強度) 265 (M+-OMe, 0.13), 218 (17), 175 (23), 167 (100), 161 (18), 137 (24), 110 (31), 107 (32), 91 (32), 41 (20)
(実施例106)
フェニルトリ(メトキシ)シラン(Ic) 4.8mmol、3−メチル−2−ブテノール(IIf) 19.2mmol、CBV780(ゼオリスト社製) 10mgの混合物を反応管に入れ密閉し、マイクロ波照射装置(バイオタージ製Initiator)を用いて、50℃で5分攪拌した。実施例101と同様に後処理および蒸留を行った結果、フェニルジ(メトキシ)(3−メチル−2−ブテノキシ)シラン(IIIh−1)が、3.6mmol(収率74%)得られた。
(IIIh−1)の物性値、スペクトルデータは次の通りであった。
沸点:90-100℃/0.8mmHg(ショートパス蒸留での留出温度)
元素分析: C 61.60, H 7.93 (測定値); C 61.87, H 7.99 (計算値 C13H20O3Si)
1H-NMR (CDCl3): δ 1.61 (s, 3H, CCH3), 1.72 (d, J = 1.0 Hz, 3H, CCH3), 3.61 (s, 6H, OCH3), 4.34 (d, J = 6.9 Hz, 2H, OCH2), 5.37-5.42 (m, 1H, =CH), 7.36-7.46 (m, 3H, 芳香環H), 7.64-7.68 (m, 2H, 芳香環H)
13C-NMR (CDCl3): δ 17.8, 25.7, 50.8, 59.9, 123.2, 127.9, 129.9, 130.5, 134.8, 135.3
29Si-NMR (CDCl3): δ -55.1
IR (液膜): 1431, 1380, 1193, 1129, 1083, 814, 743, 701, 483 cm-1
GC-MS (EI, 70eV): m/z (相対強度) 252 (M+, 7.0), 237 (46), 167 (100), 159 (19), 137 (38), 131 (23), 123 (15), 107 (74), 91 (41), 77 (19), 68 (25), 67 (30), 53 (18), 41 (17)
(実施例107)
フェニルトリ(メトキシ)シラン(Ic) 3.2mmol、ベンジルアルコール(IIg) 13.3mmol、CBV600(ゼオリスト社製) 10mgの混合物を反応管に入れ密閉し、マイクロ波照射装置(バイオタージ製Initiator)を用いて、110℃で5分攪拌した。実施例101と同様に後処理および蒸留を行った結果、フェニルジ(メトキシ)(ベンジルオキシ)シラン(IIIi−1)が、1.8mmol(収率55%)得られた。
(IIIi−1)の物性値、スペクトルデータは次の通りであった。
沸点:100-110℃/0.5mmHg(ショートパス蒸留での留出温度)
元素分析: C 65.76, H 6.55 (測定値); C 65.66, H 6.61 (計算値 C12H20O2Si)
1H-NMR (CDCl3): δ 3.59 (s, 6H, OCH3), 4.92 (s, 2H, OCH2), 7.24-7.28 (m, 1H, 芳香環H), 7.32-7.41 (m, 6H, 芳香環H), 7.43-7.47 (m, 1H, 芳香環H), 7.66-7.68 (m, 2H, 芳香環H)
13C-NMR (CDCl3): δ 50.9, 64.9, 126.6, 127.3, 127.97, 127.99, 128.3, 130.7, 134.8, 140.1
29Si-NMR (CDCl3): δ -55.2
IR (液膜): 1496, 1455, 1430, 1380, 1192, 1129, 1087, 1028, 849, 819, 757, 740, 699, 587, 490 cm-1
GC-MS (EI, 70eV): m/z (相対強度) 274 (M+, 6.4), 196 (70), 195 (25), 181 (43), 167 (43), 165 (16), 137 (26), 107 (27), 91 (100), 77 (21), 65 (23), 59 (24)
(実施例108)
ビニルトリ(エトキシ)シラン(Id) 3.2mmol、オクタノール(IIe) 12.8mmol、CBV600(ゼオリスト社製) 10mgの混合物を反応管に入れ密閉し、マイクロ波照射装置(バイオタージ製Initiator)を用いて、110℃で20分攪拌した。実施例101と同様に後処理および蒸留を行った結果、ビニルジ(エトキシ)(オクトキシ)シラン(IIIn−1)が、1.8mmol(収率55%)得られた。
(IIIn−1)の物性値、スペクトルデータは次の通りであった。
沸点:65-75℃/0.3mmHg(ショートパス蒸留での留出温度)
元素分析: C 61.17, H 11.03 (測定値); C 61.26, H 11.02 (計算値 C14H30O3Si)
1H-NMR (CDCl3): δ 0.88 (t, J = 6.9 Hz, 3H, CCCH3), 1.23 (t, J = 6.9 Hz, 6H, OCCH3), 1.22-1.38 (m, 10H, OCC(CH2)5), 1.57 (quint, J = 6.9 Hz, 2H, OCCH2), 3.75 (t, J = 6.9 Hz, 2H, OCH2CH2), 3.83 (q, J = 6.9 Hz, 4H, OCH2CH3), 5.89 (dd, J = 20.6, 14.2 Hz, 1H, =CHSi), 6.01 (dd, 1H, J = 20.6, 4.8 Hz, CH=CSi (cis H to Si)), 6.12 (dd, J = 14.2, 4.8 Hz, CH=CSi (trans H to Si))
13C-NMR (CDCl3): δ 14.1, 18.2, 22.7, 25.7, 29.30, 29.36, 31.8, 32.5, 58.5, 62.9, 129.3 137.0
29Si-NMR (CDCl3): δ -57.7
IR (液膜): 1467, 1390, 1168, 1101, 1083, 1010, 962, 837, 787, 763, 550 cm-1
GC-MS (EI, 70eV): m/z (相対強度) 259 (M+-Me, 1.9), 175 (45), 163 (27), 145 (78), 131 (100), 117 (29), 107 (17), 101 (18), 89 (32), 79 (19), 73 (15), 69 (39), 63 (28), 55 (20), 41 (18)
(実施例109)
テトラ(エトキシ)シラン(If) 3.2mmol、オクタノール(IIe) 12.7mmol、CBV780(ゼオリスト社製) 10mgの混合物を反応管に入れ密閉し、マイクロ波照射装置(バイオタージ製Initiator)を用いて、110℃で7.5分攪拌した。実施例101と同様に後処理および蒸留を行った結果、トリ(エトキシ)(オクトキシ)シラン(IIIr−1)が、1.6mmol(収率50%)得られた。
(IIIr−1)の物性値、スペクトルデータは次の通りであった。
沸点:75-80℃/0.6mmHg(ショートパス蒸留での留出温度)
元素分析: C 57.65, H 10.93 (測定値); C 57.49, H 11.03 (計算値 C14H32O4Si)
1H-NMR (CDCl3): δ 0.88 (t, J = 6.9 Hz, 3H, CCCH3), 1.24(t, J = 6.9 Hz, 9, OCCH3), 1.22-1.37(m, 10H, OCC(CH2)5), 1.58 (quint, J = 6.9 Hz, 2H, OCCH2), 3.76 (t, J = 6.9 Hz, 2H, OCH2CH2), 3.85 (q, J = 6.9 Hz, 6H, OCH2CH3)
13C-NMR (CDCl3): δ 14.1, 18.2, 22.7, 25.7, 29.30, 29.35, 31.8, 32.3, 59.1, 63.5
29Si-NMR (CDCl3): δ -81.7
IR (液膜): 1458, 1443, 1390, 1296, 1170, 1104, 1085, 966, 841, 793, 467 cm-1
GC-MS (EI, 70eV): m/z (相対強度) 292 (M+, 0.35), 193 (89), 181 (77), 179 (18), 163 (21), 153 (24), 149 (100), 135 (23), 119 (20), 79 (26), 69 (43), 55 (16)
(実施例110)
メチルフェニルジ(メトキシ)シラン(Ia) 5.0mmol、3−メチル−2−ブテノール(IIe) 19.9mmol、CBV780(ゼオリスト社製) 15mgの混合物を反応管に入れ密閉し、室温(23℃)で1分攪拌した。実施例101と同様に後処理および蒸留を行った結果、メチルフェニル(メトキシ)(3−メチル−2−ブテノキシ)シラン(IIIs−1)が、3.4mmol(収率68%)得られた。
(IIIs−1)の物性値、スペクトルデータは次の通りであった。
沸点:85-95℃/0.5mmHg(ショートパス蒸留での留出温度)
1H-NMR (CDCl3): δ 0.36 (s, 3H, SiCH3), 1.60 (s, 3H, CCH3), 1.72 (d, J = 1.0 Hz, 3H, CCH3), 3.56 (s, 3H, OCH3), 4.23-4.31 (m, 2H, OCH2), 5.36-5.40 (m, 1H, =CH), 7.36-7.43 (m, 3H, 芳香環H), 7.62-7.64 (m, 2H, 芳香環H)
13C-NMR (CDCl3): δ -4.5, 17.8, 25.7, 50.5, 59.7, 123.5, 127.8, 130.0, 134.0, 134.3, 135.0
29Si-NMR (CDCl3): δ -15.4
IR (液膜): 1679, 1592, 1447, 1430, 1380, 1259, 1191, 1121, 1083, 1065, 1029, 869, 827, 803, 773, 739, 700, 655, 481, 440 cm-1
GC-MS (EI, 70eV): m/z (相対強度) 236 (M+, 2.0), 221 (27), 158 (17), 153 (46), 151 (74), 143 (21), 137 (11), 131 (15), 123 (26), 121 (49), 91 (100), 67 (10), 61 (14), 59 (18), 53 (11), 45 (17), 41 (20), 39 (11)
(実施例111)
メチルフェニルジ(メトキシ)シラン(Ia) 3.3mmol、ベンジルアルコール(IIg) 13.3mmol、CBV600(ゼオリスト社製) 10mgの混合物を反応管に入れ密閉し、マイクロ波照射装置(バイオタージ製Initiator)を用いて、110℃で3.5分攪拌した。実施例101と同様に後処理および蒸留を行った結果、メチルフェニル(メトキシ)(ベンジルオキシ)シラン(IIIt−1)が、1.8mmol(収率55%)得られた。
(IIIt−1)の物性値、スペクトルデータは次の通りであった。
沸点:105-110℃/0.35mmHg(ショートパス蒸留での留出温度)
元素分析: C 69.52, H 7.04 (測定値); C 69.72, H 7.02 (計算値 C15H18O2Si)
1H-NMR (CDCl3): δ 0.39 (s, 3H, SiCH3), 3.52 (s, 3H, OCH3), 4.83 (s, 1H, OCHaHb), 4.86 (s, 1H, OCHaHb), 7.23-7.28 (m, 1H, 芳香環H), 7.32-7.45 (m, 7H, 芳香環H), 7.64-7.67 (m, 2H, 芳香環H)
13C-NMR (CDCl3): δ -4.6, 50.6, 64.7, 126.6, 127.2, 127.9, 128.3, 130.2, 133.9, 134.1, 140.4
29Si-NMR (CDCl3): δ -15.0
IR (液膜): 1592, 1496, 1454, 1429, 1379, 1259, 1208, 1190, 1121, 1086, 1028, 853, 809, 777, 738, 698, 659, 581, 482, 438 cm-1
GC-MS (EI, 70eV): m/z (相対強度) 258 (M+, 3.2), 225 (12), 213 (27), 211 (28), 180 (59), 165 (32), 151 (14), 121 (17), 91 (100), 65 (17), 59 (11)
(実施例112)
メチルフェニルジ(メトキシ)シラン(Ia) 4.1mmol、tert−ブチルアルコール(IIh) 48.5mmol、CBV780(ゼオリスト社製) 13mgの混合物を反応管に入れ密閉し、マイクロ波照射装置(CEM製Discover)を用いて、70℃で15分攪拌した。実施例101と同様に後処理および蒸留を行った結果、メチルフェニル(メトキシ)(tert−ブトキシ)シラン(IIIu−1)が、2.7mmol(収率65%)得られた。
(IIIu−1)の物性値、スペクトルデータは次の通りであった。
沸点:70-80℃/2.8mmHg(ショートパス蒸留での留出温度)
元素分析: C 63.85, H 8.86 (測定値); C 64.24, H 8.98 (計算値 C12H20O2Si)
1H-NMR (CDCl3): δ 0.36 (s, 3H, SiCH3), 1.34 (s, 9H, CCH3), 3.49 (s, 3H, OCH3), 7.34-7.41 (m, 3H, 芳香環H), 7.61-7.66 (m, 2H, 芳香環H)
13C-NMR (CDCl3): δ -1.7, 31.9, 50.3, 73.1, 127.7, 129.6, 134.0, 136.4
29Si-NMR (CDCl3): δ -23.5
IR (液膜): 1470, 1429, 1389, 1365, 1258, 1241, 1198, 1121, 1088, 1056, 1025, 836, 808, 785, 754, 738, 714, 700, 625, 483, 442, 420, 409 cm-1
GC-MS (EI, 70eV): m/z (相対強度) 209 (M+-Me, 75), 153 (100), 151 (93), 123 (25), 121 (42), 91 (53), 59 (24), 45 (17), 43 (15)
(実施例113)
メチルフェニルジ(メトキシ)シラン(Ia) 3.3mmol、ブタノール(IIa) 13.3mmol、アンバーリスト15(ダウ・ケミカル社製) 10mgの混合物を反応管に入れ、開放系で窒素ガスを70mL/分の流速で流しながら、マイクロ波照射装置(CEM製Discover)を用いて、100℃で20分攪拌した。実施例101と同様に後処理および蒸留を行った結果、メチルフェニルジ(ブトキシ)シラン(IIIa−2)が、2.9mmol(収率89%)得られた。
(IIIa−2)の物性値、スペクトルデータは次の通りであった。
沸点:85-90℃/1.5mmHg(ショートパス蒸留での留出温度)
元素分析: C 67.70, H 9.79 (測定値); C 67.61, H 9.84 (計算値 C15H26O2Si)
1H-NMR (CDCl3): δ 0.34 (s, 3H, SiCH3), 0.90 (t, J = 7.3 Hz, 6H, CCH3), 1.37 (sext, J = 7.3 Hz, 4H, OCCCH2), 1.56 (quint, J = 7.3 Hz, 4H, OCCH2), 3.69-3.77 (m, 4H, OCH2), 7.38-7.42 (m, 3H, 芳香環H), 7.60-7.65 (m, 2H, 芳香環H)
13C-NMR (CDCl3): δ -4.3, 13.8, 19.0, 34.7, 62.6, 127.8, 129.9, 134.0, 135.0
29Si-NMR (CDCl3): δ -18.0
IR (液膜): 1465, 1430, 1387, 1257, 1121, 1090, 1039, 984, 896, 839, 798, 774, 735, 699, 482, 435 cm-1
GC-MS (EI, 70eV): m/z (相対強度) 251 (M+-Me, 100), 195 (15), 193 (20), 188 (36), 139 (71), 137 (58), 121 (25), 119 (15), 91 (35), 77 (31), 45 (25), 41 (23)
(実施例114)
メチルフェニルジ(メトキシ)シラン(Ia) 3.3mmol、オクタノール(IIe) 8.3mmol、アンバーリスト15(ダウ・ケミカル社製) 10mgの混合物を反応管に入れ、開放系で窒素ガスを70mL/分の流速で流しながら、マイクロ波照射装置(CEM製Discover)を用いて、100℃で20分攪拌した。実施例101と同様に後処理および蒸留を行った結果、メチルフェニルジ(オクトキシ)シラン(IIIe−2)が、2.8mmol(収率85%)得られた。
(IIIe−2)の物性値、スペクトルデータは次の通りであった。
沸点:165-175℃/0.6mmHg(ショートパス蒸留での留出温度)
元素分析: C 73.32, H 11.21 (測定値); C 72.95, H 11.18 (計算値 C23H42O2Si)
1H-NMR (CDCl3): δ 0.34 (s, 3H, SiCH3), 0.88 (t, J = 7.1 Hz, 6H, CCH3), 1.20-1.37 (m, 20H, OCC(CH2)5), 1.57 (quint, J = 7.1 Hz, 4H, OCCH2), 3.68-3.76 (m, 4H, OCH2), 7.35-7.43 (m, 3H, 芳香環H), 7.60-7.65 (m, 2H, 芳香環H)
13C-NMR (CDCl3): δ -4.3, 14.1, 22.7, 25.8, 29.3, 29.4, 31.8, 32.6, 63.0, 127.8, 129.9, 134.0, 135.0
29Si-NMR (CDCl3): δ -18.0
IR (液膜): 1467, 1429, 1257, 1121, 1093, 850, 800, 778, 736, 699, 483, 437 cm-1
GC-MS (EI, 70eV): m/z (相対強度) 363 (M+-Me, 100), 300 (16), 285 (28), 243 (16), 139 (56), 137 (56), 91 (23), 77 (18), 69 (56), 57 (17), 55 (26), 43 (36), 41 (36)
本発明の方法により、各種機能性化学品あるいはその合成中間体等として有用なアルコキシシラン類を、より効率的かつ安全に製造できるため、本発明の利用価値は高く、その工業的意義は多大である。

Claims (8)

  1. エトキシ基またはメトキシ基を有するアルコキシシラン類とアルコールを固体酸触媒存在下で反応させる反応工程を含むアルコキシシラン類の製造方法であって、
    前記エトキシ基またはメトキシ基を有するアルコキシシラン類が、下記一般式(I)で表されるアルコキシシラン類であり、
    前記アルコールが、下記一般式(II)で表されるアルコールであり、
    前記固体酸触媒が、シリカ/アルミナ比(物質量比)が5〜1000であり、かつUSY型、ベータ型、およびY型からなる群より選ばれる少なくとも1種のゼオライトであり、
    前記反応工程で得られるアルコキシシラン類が、下記一般式(III)で表されるアルコキシシラン類であることを特徴とする、アルコキシシラン類の製造方法。
    1 p2 q3 rSi(OR44-(p+q+r) (I)
    (式(I)中、p、q、r、およびp+q+rは、0以上3以下の整数である。R1、R2、およびR3はそれぞれ独立に炭素数1〜23の炭化水素基または水素原子であり、R4はそれぞれ独立にエチル基またはメチル基である。R1、R2、およびR3が、炭化水素基である場合、炭化水素基の水素原子の一部が反応に関与しない基で置換されていてもよい。)
    ROH (II)
    (式(II)中、Rは炭素数1〜23の炭化水素基であり、炭化水素基の水素原子の一部が反応に関与しない基で置換されていてもよい。)
    1 p2 q3 rSi(OR44-(p+q+r)-m(OR)m (III)
    (式(III)中、p、q、およびr、R1、R2、R3、R4、およびRはそれぞれ前記と同じ意味である。また、mは、1以上4−(p+q+r)以下の整数である。)
  2. 前記式(III)中のmが1であるアルコキシシラン類を主生成物として製造する方法である、請求項に記載のアルコキシシラン類の製造方法。
  3. 前記式(III)中のRが3級のアルキル基であるアルコキシシラン類を製造する方法である、請求項1または2に記載のアルコキシシラン類の製造方法。
  4. 前記反応工程がマイクロ波照射下で行うものである、請求項1〜の何れか1項に記載
    のアルコキシシラン類の製造方法。
  5. エトキシ基またはメトキシ基を有するアルコキシシラン類とアルコールを触媒存在下かつマイクロ波照射下で反応させる反応工程を含むアルコキシシラン類の製造方法であって、
    前記エトキシ基またはメトキシ基を有するアルコキシシラン類が、下記一般式(I)で表されるアルコキシシラン類であり、
    前記アルコールが、下記一般式(II)で表されるアルコールであり、
    前記触媒が、固体酸触媒であり、
    前記反応工程で得られるアルコキシシラン類が、下記一般式(III)で表されるアルコキシシラン類であることを特徴とする、アルコキシシラン類の製造方法。
    1 p 2 q 3 r Si(OR 4 4-(p+q+r) (I)
    (式(I)中、p、q、r、およびp+q+rは、0以上3以下の整数である。R 1 、R 2 、およびR 3 はそれぞれ独立に炭素数1〜23の炭化水素基または水素原子であり、R 4 はそれぞれ独立にエチル基またはメチル基である。R 1 、R 2 、およびR 3 が、炭化水素基である場合、炭化水素基の水素原子の一部が反応に関与しない基で置換されていてもよい。)
    ROH (II)
    (式(II)中、Rは炭素数1〜23の炭化水素基であり、炭化水素基の水素原子の一部が反応に関与しない基で置換されていてもよい。)
    1 p 2 q 3 r Si(OR 4 4-(p+q+r)-m (OR) m (III)
    (式(III)中、p、q、およびr、R 1 、R 2 、R 3 、R 4 、およびRはそれぞれ前記と同じ意味である。また、mは、1以上4−(p+q+r)以下の整数である。)
  6. 前記固体酸触媒が、規則的細孔および/または層状構造を有する無機系固体酸である、請求項5に記載のアルコキシシラン類の製造方法。
  7. 前記無機系固体酸が、ゼオライトおよび/またはモンモリロナイトである、請求項6に記載のアルコキシシラン類の製造方法。
  8. 前記ゼオライトが、USY型、ベータ型、Y型、モルデナイト型、およびZSM−5型からなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項7に記載のアルコキシシラン類の製造方法。
JP2015504354A 2013-03-07 2014-03-05 アルコキシシラン類の製造方法 Active JP6099283B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013045262 2013-03-07
JP2013045262 2013-03-07
PCT/JP2014/055584 WO2014136822A1 (ja) 2013-03-07 2014-03-05 アルコキシシラン類の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2014136822A1 JPWO2014136822A1 (ja) 2017-02-16
JP6099283B2 true JP6099283B2 (ja) 2017-03-22

Family

ID=51491334

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015504354A Active JP6099283B2 (ja) 2013-03-07 2014-03-05 アルコキシシラン類の製造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9657039B2 (ja)
JP (1) JP6099283B2 (ja)
DE (1) DE112014001149B4 (ja)
WO (1) WO2014136822A1 (ja)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016143835A1 (ja) * 2015-03-10 2016-09-15 国立研究開発法人産業技術総合研究所 アシロキシシラン類の製造方法、それにより得られるアシロキシシラン類、およびその用途
CN105418669B (zh) * 2015-12-07 2018-02-09 武汉大学 一种多功能化烷氧基硅烷化炔属硅氢加成抑制剂及其制备方法
DE112018006623T5 (de) * 2017-12-27 2020-09-03 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Verfahren zur Herstellung von Tetraalkoxysilan
CN108503837B (zh) * 2018-03-19 2021-01-01 江苏四新科技应用研究所股份有限公司 一种固体酸制备含氢硅油的方法
CN112239541A (zh) * 2019-07-17 2021-01-19 北京化工大学 一种具有高介电常数低模量高击穿场强的介电弹性体材料及其制备方法
JP7370053B2 (ja) * 2020-01-27 2023-10-27 国立研究開発法人産業技術総合研究所 シラノール類の製造方法および新規なシラノール類
CN114014885B (zh) * 2021-12-03 2023-06-23 西北师范大学 一种四烷氧基硅醚化合物的制备方法
CN114315889B (zh) * 2021-12-20 2024-03-22 广东万木新材料科技有限公司 一种双官能有机二硅醚类化合物及其合成方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0753742B2 (ja) * 1987-10-30 1995-06-07 東芝シリコーン株式会社 シラン化合物の製造方法
JPH04295486A (ja) 1991-03-25 1992-10-20 Nippon Shokubai Co Ltd 有機珪素化合物におけるモノ交換体化合物の製造方法
JPH05255348A (ja) 1992-03-12 1993-10-05 Nippon Shokubai Co Ltd 反応性有機珪素化合物の製造方法
JPH05255349A (ja) 1992-03-13 1993-10-05 Nippon Shokubai Co Ltd 反応性有機珪素化合物およびその製造方法
DE19629760A1 (de) * 1996-07-23 1998-01-29 Wacker Chemie Gmbh Verfahren zur Herstellung von Alkoxysilanen
US6239882B1 (en) 1997-06-04 2001-05-29 Agfa Corporation Method and apparatus for scanning original images
JP2004269465A (ja) 2003-03-12 2004-09-30 Nippon Shokubai Co Ltd アルコキシシランの製法
JP2005008563A (ja) * 2003-06-19 2005-01-13 Nippon Shokubai Co Ltd アルコキシシランの製造法
KR20080034843A (ko) 2005-08-12 2008-04-22 가부시키가이샤 시세이도 수용성 메탈 알콜레이트 유도체, 그 제조 방법과 이를포함하는 고체 겔상 외용제
JP5238148B2 (ja) * 2005-08-12 2013-07-17 株式会社 資生堂 水溶性シラン誘導体の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE112014001149B4 (de) 2019-05-23
WO2014136822A1 (ja) 2014-09-12
JPWO2014136822A1 (ja) 2017-02-16
US9657039B2 (en) 2017-05-23
US20160002271A1 (en) 2016-01-07
DE112014001149T5 (de) 2015-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6099283B2 (ja) アルコキシシラン類の製造方法
Anastasia et al. Highly satisfactory procedures for the Pd-catalyzed cross coupling of aryl electrophiles with in situ generated alkynylzinc derivatives
JP7157998B2 (ja) シロキサン化合物の製造方法、新規なシロキサン化合物、およびそれらの用途
JP6739733B2 (ja) アシロキシシラン類の製造方法、それにより得られるアシロキシシラン類、およびその用途
Li et al. Gorlos-Phos for palladium-catalyzed borylation of aryl chlorides
Denmark et al. 1-methyl-1-vinyl-and 1-methyl-1-(prop-2-enyl) silacyclobutane: Reagents for palladium-catalyzed cross-coupling reactions of aryl halides
US6867323B2 (en) Cross-coupling reaction of organosilicon nucleophiles
Haner et al. Synthesis of 2-Substituted Furans by Iron-and Palladium-Catalyzed Coupling Reactions
JPS60156554A (ja) ルイス酸活性化ゼオライト触媒を使用する有機ハロシラン類の再分布
JP5299972B2 (ja) フラン類の製造方法
JP7129693B2 (ja) アルコキシ基とアシロキシ基を有するシラン類の製造方法、新規なシラン類、およびそれらの用途
Kadam et al. Mild and efficient silylation of alcohols and phenols with HMDS using Bi (OTf) 3 under solvent-free condition
JP6631907B2 (ja) アルコキシシラン類、オリゴシロキサン類およびその製造方法
JP7560857B2 (ja) スルホン酸シリルエステルの製造方法および新規なケイ素化合物
JP7370053B2 (ja) シラノール類の製造方法および新規なシラノール類
JP2021169417A (ja) アシロキシシランの製造方法
JP6028980B2 (ja) 芳香族オレフィン類の製造方法
JP2023110137A (ja) ハロシラン類の製造方法
JP7551100B2 (ja) スルホン酸シリルエステルの製造方法および新規なケイ素化合物
JP2023083771A (ja) アシロキシシラン類の製造方法
JP2012097015A (ja) シクロアルキルベンゼン類の製造方法
JP2012102053A (ja) 1,1−ジアリールエテン及びその製造方法
Pawluc et al. (Z)‐1, 2‐bis (ethoxydimethylsilyl) arylethenes as new building blocks for organic synthesis
JP2023079049A (ja) チオノアシロキシシラン類の製造方法
JP5633067B2 (ja) フラン誘導体及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170207

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170220

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6099283

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250