JP6819973B2 - 親水性金属表面処理剤 - Google Patents

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Description

本発明は、金属の表面に撥水性を付与し、金属の腐食や変色を抑制できる親水性の金属表面処理剤、当該親水性金属表面処理剤を用いる金属表面の処理方法、および、当該親水性金属表面処理剤の有効成分である分岐型グリセロール誘導体の合成中間体化合物とその効率的な製造方法に関するものである。
近年、エレクトロニクス分野においては、IoT技術の発展による広範な製品への技術活用や、自動車産業における車載部材の電子化に伴う部品数の増加などにより、電子機器の薄型化や小型化、多装填による高密度化といった従来にはなかった特性が一層要求されている。
それら電子部品の優れた電気的特性や高信頼性、高耐食性を維持するため、基材表面の物性を制御する表面処理技術は重要な役割を担っている。
様々な表面処理技術の中で、酸化や硫化による金属基材の腐食により引き起こされる電気特性の低下や外観劣化を防止する技術の一例として、基材金属表面に被覆膜を形成する手法が挙げられる。被覆膜の材料には有機材料、無機材料ともに用いられているが、その中でも自己組織化単分子膜(SAM:Self−Assembled Monolayers)の材料は種々研究されており、特にアルカンチオール類はSAM形成化合物の一つとして従来から多くの検討や活用が為されている。例えば特許文献1には、直鎖アルカンチオールの有機溶媒溶液に金属基板を浸漬して、アルカンチオールからなる自己組織化単分子膜を金属基板表面に形成する方法が記載されている。また、特許文献2には、アルカンチオールなどによるSAM膜を金属複合材料の表面に設けた機能性金属複合基板が開示されている。
アルカンチオールは親油性であり水に溶解しないために、金属の表面にSAMを形成するには有機溶媒を用いる必要がある。しかし、環境負荷の低減の観点から、近年、有機溶媒の代わりに水を用いることが志向されている。例えば特許文献3には、ベンゾトリアゾール系化合物などのインヒビターと、界面活性剤と、アミン化合物とを含む水系封孔処理剤が開示されている。特許文献4には、6−アニリノ−1,3,5−トリアジン−2,4−ジチオール及び/又はそのアルカリ金属塩を水に溶解または分散させた表面処理剤水溶液と銀めっきを施した金属材を接触させて、金属材の銀めっき表面に被覆膜を形成する方法が記載されている。しかし、特許文献3には形成された被膜が撥水性を示すとも記載されているものの、定性的な評価であり、有効成分が水溶性であることから、その撥水性や耐食性は決して十分なものではないと考えられる。
ところで本発明者らは、化合物の水溶性を向上させるための構造として、分岐型グリセロール構造を開発している(特許文献5)。また、かかる分岐型グリセロール構造を形成するための合成中間体として、以下の分岐型グリセロール三量体を開発している(特許文献6,非特許文献1)。
特開2001−152363号公報 特開2010−99817号公報 特開2003−129257号公報 特開2015−172214号公報 国際公開第2004/29018号公パンフレット 特開2011−178698号公報
HATTORI Hatsuhikoら,Synthesis,2012,44,2365−2373
上述した様に、従来、金属表面に親油性の被膜を形成可能な金属表面処理剤は溶媒として有機溶媒を使用せざるを得ず、また、溶媒として水が使用できる金属表面処理剤は有効成分が親水性のものであるため、形成される被膜に耐性の問題があった。
また、本発明者らは水溶性を向上させる構造を化合物に導入するための合成中間体として2種の分岐型グリセロール三量体を開発しているが、ジメチル分岐型グリセロール三量体は合成が難しく、無置換分岐型グリセロール三量体もその前駆体を不純物から分離することができないため効率的な合成が難しく且つ脱保護に比較的難しいという問題があった。
そこで本発明は、金属の表面に撥水性を付与して金属の腐食や変色を抑制できる親水性の金属表面処理剤、当該親水性金属表面処理剤を用いる金属表面の処理方法、および、当該親水性金属表面処理剤の有効成分である分岐型グリセロール誘導体の合成中間体化合物とその効率的な製造方法を提供することを課題とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、分岐型グリセロール構造と炭化水素基を特定の構造で結合した化合物であれば、水に溶解または分散して金属の表面を処理することにより金属の表面に自己組織化単分子膜を形成することができ、且つかかる自己組織化単分子膜は炭化水素からなるものであることから、金属に高い撥水性や耐食性を付与することができることを見出して、本発明を完成した。
以下、本発明を示す。
[1] 下記式(I)で表される分岐型グリセロール誘導体を有効成分として含有することを特徴とする親水性金属表面処理剤。
[式中、
1は炭素数10以上、30以下の炭化水素基を示し、
XはSまたはカルボニル基を示し、
Yはn+1価のリンカー基を示し、
nは1以上、5以下の整数を示す。]
[2] 溶媒として水を含む上記[1]に記載の親水性金属表面処理剤。
[3] 上記式(I)で表される分岐型グリセロール誘導体の濃度が0.005mM以上、5mM以下である上記[2]に記載の親水性金属表面処理剤。
[4] 上記式(I)で表される分岐型グリセロール誘導体の濃度が0.001質量%以上、5質量%以下である上記[2]に記載の親水性金属表面処理剤。
[5] 更にアルカリ剤を含む上記[1]〜[4]のいずれかに記載の親水性金属表面処理剤。
[6] 更に界面活性剤を含む上記[1]〜[5]のいずれかに記載の親水性金属表面処理剤。
[7] 金属の表面を処理する方法であって、
上記[1]〜[6]のいずれかに記載の親水性金属表面処理剤により金属の表面を処理する工程を含むことを特徴とする方法。
[8] 液状の上記親水性金属表面処理剤に上記金属を浸漬するか、または液状の上記親水性金属表面処理剤を上記金属の表面に塗布もしくは噴霧することにより上記金属表面を処理する上記[7]に記載の方法。
[9] 上記金属が、金、銀、白金、パラジウム、錫、アルミニウム、ニッケル、鉄、銅、亜鉛、またはこれらの合金である上記[7]または[8]に記載の方法。
[10] 下記式(II)で表される保護分岐型グリセロール誘導体。
[式中、R2はC1-6アルキル基を示す。]
[11] 上記式(II)で表される保護分岐型グリセロール誘導体を製造するための方法であって、
グリセリンとアルデヒド化合物R2−CHOを反応させて下記式(III−1)〜(III−4)で表される化合物を含む混合物を得る工程、
[式中、R2は上記と同義を示す。]
上記混合物から、上記式(III−1)で表される化合物を蒸留により精製する工程、および、
上記式(III−1)で表される化合物とエピハロヒドリンを反応させることにより上記式(II)で表される保護分岐型グリセロール誘導体を得る工程を含むことを特徴とする方法。
従来、金属表面に自己組織化単分子膜を形成するためのアルカンチオール化合物は、例えば炭素数8以上の長鎖アルキル基を有し、水に対する溶解性が乏しいため、有機溶媒に溶解して用いられることが多かった。それに対して本発明に係る分岐型グリセロール誘導体は、親水性であることから溶媒として環境負荷の無い水を用いることができる。その上、分岐型グリセロール構造は乾燥などにより切断され、自己組織化単分子膜が形成される。かかる自己組織化単分子膜は長鎖炭化水素からなるものであるため、撥水性や耐食性に優れる。よって本発明に係る親水性金属表面処理剤は、金属の表面性状を有効に改善できるものとして、産業上非常に有用である。
図1は、本発明に係る親水性金属表面処理剤で処理した金属試料および未処理金属試料の、硫化カリウム水溶液に所定時間浸漬した後の写真である。 図2は、本発明に係る親水性金属表面処理剤で処理した金属試料および未処理金属試料の、硫化水素ガスに所定時間暴露した後の写真である。 図3は、本発明に係る親水性金属表面処理剤で処理したAuめっき試料および未処理Auめっき試料の、塩水を所定時間噴霧した後の写真である。 図4は、本発明に係る親水性金属表面処理剤で処理したAgめっき試料および未処理Agめっき試料の、塩水を所定時間噴霧した後の写真である。
本発明に係る親水性金属表面処理剤は、下記式(I)で表される分岐型グリセロール誘導体を有効成分として含有する。以下、当該化合物を「分岐型グリセロール誘導体(I)」と略記する。
式(I)中、R1は炭素数10以上、30以下の炭化水素基を示す。炭化水素基としては、例えばC10-30アルキル基、C10-30アルケニル基、C10-30アルキニル基、C10-30アリール基、C10-30アリールアルキル基が挙げられる。上記炭素数が10以上であれば、金属表面に撥水性に優れた自己組織化単分子膜をより確実に形成でき、金属表面の保護が可能になる。一方、上記炭素数が30以下であれば、分岐型グリセロール誘導体(I)の水溶性をより確実に確保することができる。上記炭素数としては、12以上が好ましく、14以上がより好ましく、16以上がより更に好ましく、また、24以下が好ましく、22以下がより好ましく、20以下がより更に好ましい。
「C10-30アルキル基」は、炭素数10以上、30以下の直鎖状または分枝鎖状の一価飽和脂肪族炭化水素基をいう。例えば、デシル、ドデシル、テトラデシル、ヘキサデシル、オクタデシル、イコシル、ドコシル、テトラコシル、ヘキサコシル、オクタコシル、トリアコンチルが挙げられる。好ましくはC12-24アルキル基であり、より好ましくはC14-22アルキル基であり、より更に好ましくはC16-20アルキル基である。
「C10-30アルケニル基」は、炭素数が10以上、30以下であり、少なくとも一つの炭素−炭素二重結合を有する直鎖状または分枝鎖状の一価不飽和脂肪族炭化水素基をいう。例えば、デセニル、ドデセニル、テトラデセニル、ヘキサデセニル、オクタデセニル、イコセニル、ドコセニル、テトラコセニル、ヘキサコセニル、オクタコセニル、トリアコンテニルが挙げられる。好ましくはC12-24アルケニル基であり、より好ましくはC14-22アルケニル基であり、より更に好ましくはC16-20アルケニル基である。
「C10-30アルキニル基」は、炭素数が10以上、30以下であり、少なくとも一つの炭素−炭素三重結合を有する直鎖状または分枝鎖状の一価不飽和脂肪族炭化水素基をいう。例えば、デシニル、ドデシニル、テトラデシニル、ヘキサデシニル、オクタデシニル、イコシニル、ドコシニル、テトラコシニル、ヘキサコシニル、オクタコシニル、トリアコンチニルが挙げられる。好ましくはC12-24アルキニル基であり、より好ましくはC14-22アルキニル基であり、より更に好ましくはC16-20アルキニル基である。
「C10-30アリール基」とは、炭素数が10以上、30以下の一価芳香族炭化水素基をいう。例えば、ナフチル、ビフェニル、フェナントレニル、アントラセニル、トリフェニレニル、ピレニル、ナフタセニル、ペンタセニル、ヘキサセニル、ヘプタセニルが挙げられる。
「C10-30アリールアルキル基」は、例えば、S側末端、最末端、または中間部にC6-12アリール基を有するアルキル基が挙げられる。C6-12アリール基としては、例えば、フェニル、ナフチル、インデニル、ビフェニルが挙げられる。
式(I)中、XはSまたはカルボニル基を示す。即ち、隣接するSと共にジスルフィド結合(−S−S−)またはチオエステル基(−S−C(=O)−)を形成する。一般的に金属はチオール基(−SH)との親和性が高く、本発明に係る親水性金属表面処理剤で金属表面を処理すると上記ジスルフィド結合またはチオエステル基は切断され、R1−S−により金属表面に自己組織化単分子膜が形成される。
式(I)中、Yはn個の分岐型グリセロール構造とXとを結合するn+1価のリンカー基を示し、分岐型グリセロール誘導体(I)の合成を容易にするといった作用を有する。リンカー基は、かかる作用を示すものであれば特に制限されないが、例えば、C1-6アルカンジイル基、C1-6アルカントリイル基、エーテル基(−O−)、カルボニル基(−C(=O)−)、エステル基(−O−C(=O)−または−C(=O)−O−)、アミド基(−NH−C(=O)−または−C(=O)−NH−)、ウレア基(−NH−C(=O)−NH−)、ポリアルキレングリコール基、およびポリビニルアルコール基;および、2以上、5以下のこれら基が連結された基が挙げられる。連結された基としては、例えば、エーテル基、カルボニル基、エステル基、アミド基、ウレア基、ポリアルキレングリコール基、およびポリビニルアルコール基からなる群より選択される基を一端、両端および/または中間部に有するC1-6アルカンジイル基や、エーテル基、カルボニル基、エステル基、アミド基、ウレア基、ポリアルキレングリコール基、およびポリビニルアルコール基からなる群より選択される基を1以上、3以下の端部および/または中間部に有するC1-6アルカントリイル基を挙げることができる。
また、分岐型グリセロール誘導体(I)は、2個の分岐型グリセロール単位をグリセロール構造で連結するデンドリマー構造を含むものであってもよい。かかるデンドリマー構造としては、以下のものを挙げることができる。
式(I)において、括弧内の構造を「分岐型グリセロール単位」という場合がある。式(I)中、nは分岐型グリセロール単位の個数であり、1以上、5以下の整数を示す。nが1以上であれば、分岐型グリセロール誘導体(I)の親水性を確保することができ、nが5以下であれば、分岐型グリセロール誘導体(I)の製造コストを有効に抑制できる。nとしては2以上が好ましく、また、4以下が好ましく、2がより好ましい。
分岐型グリセロール誘導体(I)は、比較的シンプルな構造を有するため、当業者であれば容易に合成可能である。例えば、保護された分岐型グリセロール構造を含む化合物と長鎖アルキル基R1を含む化合物とを反応させ、−S−X−基や、リンカー基中のエステル基やアミド基などを形成することにより分岐型グリセロール誘導体(I)を合成することができる。以下に、Xがカルボニル基でありチオエステル基を形成することによる製造方法と、リンカー基中のエステル基を形成することによる製造方法を示す。チオエステル基やエステル基の形成のためには、縮合剤を用いたり、カルボキシ基を活性エステル化する等してもよい。最後に、分岐型グリセロール構造を酸性条件などで脱保護すればよい。
[式中、R1、X、Yおよびnは前記と同義を示し、R3とR4は独立してHまたはC1-6アルキル基を示し、Y1とY2は、Y1−C(=O)−Y2でエステル基を含むリンカー基Yを形成する基を示す。]
「C1-6アルキル基」は、炭素数1以上、6以下の直鎖状または分枝鎖状の一価飽和脂肪族炭化水素基をいう。例えば、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、s−ブチル、t−ブチル、n−ペンチル、n−ヘキシル等である。好ましくはC1-4アルキル基であり、より好ましくはC1-2アルキル基であり、より更に好ましくはメチルである。
3とR4は、一方がHであり他方がC1-6アルキル基であることが好ましい。分岐型グリセロール単位の保護基に関して、R3とR4の両方がC1-6アルキル基である保護基が最も穏和な条件で脱保護することができ、その結果、S−X結合に影響を与えることなく脱保護することが可能である。一方、R3とR4の両方がHである保護基が最も脱保護し難く、R3とR4の一方がHであり他方がC1-6アルキル基である保護基の脱保護のし易さの程度は、上記保護基の中間である。しかし、分岐型グリセロール単位の前駆体である5−ヒドロキシ−1,3−ジオキサン化合物は、以下の通りグリセリンとカルボニル化合物から合成され、その際、α,α’−異性体とα,β−異性体が生成するが、R3=R4=C1-6アルキル基の場合には立体効果のため副生物であるα,β−異性体のみが生成する(特許文献6,非特許文献1)。よって、R3=R4=C1-6アルキル基の分岐型グリセロール三量体は、R3=R4=Hの分岐型グリセロール三量体の保護基を変換することにより合成される(特許文献6,非特許文献1)。一方、グリセリンとホルムアルデヒドを反応させると、α,α’−異性体とα,β−異性体が55:45〜60:40の割合で生成するが(非特許文献1)、これら異性体を直接分離することができないため、ピバル酸エステル化してから分離する必要がある(特許文献6,非特許文献1)。即ち、エステル化工程と加水分解工程が余分にかかる。
それに対して、R3とR4の一方がHであり他方がC1-6アルキル基である式(II)で表される保護分岐型グリセロール誘導体(以下、「保護分岐型グリセロール誘導体(II)」という)に関しては、グリセリンとケトン化合物からtrans−α,α’−異性体、cis−α,α’−異性体、trans−α,β−異性体、cis−α,β−異性体という4つの異性体が生成するが、蒸留によりcis−α,α’−異性体のみを他の異性体から直接分離することが可能である。その上、保護分岐型グリセロール誘導体(II)は、比較的穏和な条件で脱保護が可能である。よって保護分岐型グリセロール誘導体(II)は、分岐型グリセロール誘導体(I)の合成中間体として非常に有用である。
なお、R3とR4の一方がHであり他方がC1-6アルキル基であるcis−α,α’−異性体(cis−5−ヒドロキシ−2−C1-6アルキル−1,3−ジオキサン)とエピハロヒドリンを反応させることにより、保護分岐型グリセロール誘導体(II)を合成することができる。エピハロヒドリンとしては、エピクロロヒドリン、エピブロモヒドリン、およびエピヨードヒドリンが挙げられる。
[式中、Halはクロロ、ブロモまたはヨードを示す。]
本発明の親水性金属表面処理剤は、溶媒を含まず、使用時に溶媒に溶解または分散して溶液または分散液とするものであってもよい。その場合、本発明に係る固体状親水性金属表面処理剤における分岐型グリセロール誘導体(I)の割合としては、60質量%以上または70質量%以上が好ましく、80質量%以上または90質量%以上がより好ましく、95質量%以上または98質量%以上がより更に好ましい。上記割合の上限は特に制限されないが、不可避的不純物および不可避的混入物以外、分岐型グリセロール誘導体(I)からなるものが好ましく、即ち上記割合としては100質量%以下が好ましい。
本発明に係る親水性金属表面処理剤の溶媒としては、安全性や環境負荷の観点から水が好ましい。溶媒として水を含む本発明の親水性金属表面処理剤における分岐型グリセロール誘導体(I)の濃度としては、0.005mM以上、5mM以下、および0.001質量%以上、5質量%以下が挙げられる。上記濃度が0.005mM以上または0.001質量%以上であれば、金属の表面に自己組織化単分子膜をより確実に形成することができる。一方、上記濃度が5mM以下または5質量%以下であれば、分岐型グリセロール誘導体(I)を有効に溶解または分散することができる。上記濃度としては、0.01mM以上または0.005質量%以上がより好ましく、また、1mM以下または1質量%以下がより好ましく、0.1mM以下または0.1質量%以下がより更に好ましい。また、運搬費用の観点から、親水性金属表面処理剤として比較的高濃度の分岐型グリセロール誘導体(I)の溶液を出荷し、使用時に希釈してもよい。
本発明に係る親水性金属表面処理剤は、アルカリ剤を含んでいてもよい。アルカリ剤は、分岐型グリセロール誘導体(I)におけるジスルフィド結合またはチオエステル基の切断を促進し、金属表面上での自己組織化単分子膜の形成をより容易なものとする。アルカリ剤としては、溶媒として水を含む親水性金属表面処理剤のpHを7超に調整できるものであれば特に制限されないが、例えば、炭酸水素ナトリウムや炭酸水素カリウムなど、アルカリ金属の炭酸水素塩;炭酸ナトリウムや炭酸カリウムなど、アルカリ金属の炭酸塩;炭酸カルシウムなど、アルカリ土類金属の炭酸塩;水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどの、アルカリ金属の水酸化物;アンモニア;トリエチルアミン、N,N−ジイソプロピルエチルアミン、トリエタノールアミン、ピリジンなどの有機塩基を挙げることができる。
本発明の親水性金属表面処理剤におけるアルカリ剤の濃度は適宜調整すればよいが、例えば、溶媒として水を含む親水性金属表面処理剤に対して0.001質量%以上、5質量%以下とすることができる。
本発明に係る親水性金属表面処理剤は、界面活性剤を含んでいてもよい。界面活性剤は、分岐型グリセロール誘導体(I)の溶解性や分散性を高め、液状親水性金属表面処理剤を安定化する作用を有する。界面活性剤としては、非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、両性イオン界面活性剤のいずれも用いることができる。
非イオン界面活性剤としては、例えば、POEラウリルアミン等のポリオキシエチレンアルキルアミン;POEラウリルエーテル、POEセチルエーテル等のポリオキシエチレンアルキルエーテル;モノステアリン酸グリセリル等のグリセリン脂肪酸エステル;モノラウリン酸ソルビタン等のソルビタン脂肪酸エステルが挙げられる。なお、「POE」はポリオキシエチレンの略である。
陰イオン界面活性剤としては、例えば、ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリル硫酸カリウム、ラウリル硫酸アンモニウム、ラウリル硫酸マグネシウム、ラウリル硫酸モノエタノールアミン、ミリスチル硫酸ナトリウム、ステアリル硫酸ナトリウム、オレイル硫酸ナトリウム等のアルキル硫酸エステル塩;POE(2)ラウリルエーテル硫酸ナトリウム、POE(3)ミリスチルエーテル硫酸ナトリウム等のアルキルエーテル硫酸エステル塩;ヤシ油脂肪酸メチルタウリンカリウム、ラウロイルメチルタウリンナトリウム等のN−アシルメチルタウリン塩;ヤシ油脂肪酸アシルグルタミン酸等のN−アシルグルタミン酸塩;ラウロイルメチルアラニンナトリウム等のN−アシルメチルアラニン塩;ラウロイルサルコシンナトリウム等のN−アシルサルコシン塩;ステアロイル乳酸ナトリウム等のアシル乳酸塩;ヤシ油脂肪酸カリウム、ラウリン酸カリウム、ラウリン酸トリエタノールアミン等の脂肪酸塩などが挙げられる。なお、「POE」はポリオキシエチレンの略であり、カッコ内の数字は付加モル数を示す。
陽イオン界面活性剤としては、例えば、塩化ラウリルトリメチルアンモニウム、臭化ステアリルトリメチルアンモニウム、塩化ジココイルジメチルアンモニウム等のアルキル4級アンモニウム塩、ジメチルステアリルアミン、ステアリン酸ジエチルアミノエチルアミド等のアミン塩が挙げられる。
両性界面活性剤としては、例えば、ベタインなどが挙げられる。
本発明の親水性金属表面処理剤における界面活性剤の濃度は適宜調整すればよいが、例えば、溶媒として水を含む親水性金属表面処理剤に対して0.005質量%以上、5質量%以下とすることができる。
本発明の親水性金属表面処理剤で金属の表面を処理することにより、金属の表面に自己組織化単分子膜を形成して撥水性を付与し、発錆などの変性や変色を抑制することが可能になる。
金属としては、例えば、金、銀、白金、パラジウム、錫、アルミニウム、ニッケル、鉄、銅、亜鉛、またはこれらの合金を挙げることができ、形状は特に限定されず、また、これら金属が表面にめっきされているものであってもよい。
本発明の親水性金属表面処理剤で金属の表面を処理する条件は特に制限されない。例えば、液状の上記親水性金属表面処理剤に金属を浸漬するか、または液状の上記親水性金属表面処理剤を上記金属の表面に塗布もしくは噴霧すればよい。浸漬の場合、液状親水性金属表面処理剤の温度は適宜調整すればよいが、例えば、20℃以上、80℃以下とすることができ、浸漬時間は1秒以上、10時間以下とすることができる。液状親水性金属表面処理剤を塗布または噴霧した場合には、金属を上記温度範囲で上記浸漬時間と同様の時間加温してもよい。かかる処理により、親水性金属表面処理剤のジスルフィド結合またはチオエステル基が切断され、金属の表面に自己組織化単分子膜が形成されると考えられる。よって、次いで金属の表面を洗浄してもよく、更に乾燥してもよい。
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
なお、以下では「分岐型グリセロール」を「BGL」と略記する。
実施例1: BGLの製造
(1)BGL基本ユニットの製造
グリセリン(化合物1)(48g,0.521mol,1.0当量)とアセトアルデヒド(化合物2)(25.26g,0.573mol,1.1当量)とイオン交換樹脂(「Amberlyst(R) 17」Rohm and Haas社製)(0.3g)の混合物を0℃で撹拌した。最初の30分間では2層になるので撹拌すると白濁していたが、徐々に無色透明に変化した。最初のうちは放置するとアセトアルデヒドが蒸発してアルゴンガスを充填した風船が膨らむので0℃で撹拌した。しばらくして緩和な発熱反応が収まったら、40℃で12時間撹拌した。濾過によりイオン交換樹脂を除き、濾液を濃縮して、無色透明の4つの異性体3〜6の混合物(混合比−約1:1:1:1,沸点:172〜185℃/760mmHgの留分)を得た(混合物収量:44.10g,合計0.373mol,混合物収率:71.6%)。蒸留釜残渣の量は5.19gで、主にグリセリンが残留していた。
蒸留した異性体3〜6の混合物(44.10g,0.373mol)にイオン交換樹脂(「Amberlyst(R) 17」Rohm and Haas社製)(0.3g)を加え、減圧下(30mmHg)ゆっくりと流出させることにより、異性体3のみを得た(沸点:85〜88℃,収量:38.0g,0.369mol,純度:99%,上記混合物100%に対する収率:86%)。
(2)BGL三量体の製造
異性体3(734.60g,6.219mol)、水酸化ナトリウム(248.74g,6.219mol)を水(約100mL)に溶解した濃厚水溶液、および臭化テトラブチルアンモニウム(200.47g,0.622mol)を混合した。得られた乳化状態の液を室温で激しく撹拌しつつ、エピクロロヒドリン(化合物7)(143.10g,1.555mol)を滴下した。発熱反応となるので、エピクロロヒドリンが蒸発して失われないように氷冷で温度制御した。滴下終了後に温度の上昇が観察されなくなってから、60℃で6〜24時間撹拌した。室温まで放冷後、得られた反応混合物を水で希釈しながら別容器に移し、酢酸エチル(1L)を加えた。不溶性の固形物をセライト上で濾過し、酢酸エチルで洗浄した。濾液と洗浄液を合わせて分液し、水層を酢酸エチル(500mL,300mL)で抽出した。有機相と抽出液を合わせ、飽和食塩水(200mL)で洗浄し、無水硫酸ナトリウム(50g)で乾燥した。エバポレータで酢酸エチルを含む低沸点成分を留去し、化合物8と原料異性体3の混合液を得た。得られた混合液を蒸留釜に移し、原料異性体3を回収した(344.95g,2.92mol,94%を回収)。さらに減圧して目的の1,3−ビス(((2S,5s)−2−メチル−1,3−ジオキサン−5−イル)オキシ)プロパン−2−オール(化合物8,Mw:292.33)を得た(収量:385.95g,1.32mol,収率:85%)。
FT−IR(neat):3477,2985,2862,1645,1447,1404,1340,1282,1244,1153,1089,983,854,806,752cm-1
1H NMR(CDCl3,400MHz)δ4.73(q,J=5.2Hz,2H),4.21−4.15(m,4H),4.06(sext,J=4.8Hz,1H),3.83(d,J=12.0Hz,4H),3.70(dd,J=9.6,4.4Hz,2H),3.64(dd,J=10.0,4.4Hz,2H),3.28(quint,J=2.0Hz,2H),2.86(d,J=4.8Hz,1H),1.35 and 1.34(s,6H)
13C NMR(CDCl3,125MHz)δ99.20(CH×2),71.24(CH×2),69.73(CH),69.63(CH2×2),68.51(CH2×2),68.46(CH2×2),21.04(CH3×2)
HRMS(ESI−TOF): Calcd for C1324NaO7 + [M+Na]+ requires 315.1420; found 315.1385
(3)BGL三量体の保護基の交換
化合物8(385.95g,1.32mol)をメタノール(2000g,約2525mL)に溶解し、イオン交換樹脂(「Amberlyst(R)」Rohm and Haas社製)(3.0g)を加え、40℃で20時間撹拌した後、反応混合物を減圧濃縮した。濃縮物を1H NMRで分析したところ、化合物8が消費され、化合物9が生成していることを確認できた。濃縮物を80℃程度に加温した油浴に浸し、1mmHg程度に数時間減圧することにより、メタノールを徹底的に除去した。得られた高粘性の化合物9に2,2−ジメトキシプロパン(2000g,2538mL)とイオン交換樹脂(「Amberlyst(R)」Rohm and Haas社製)(3g)を加え、得られた懸濁液を60℃で数時間撹拌した。次いで、濾過によりイオン交換樹脂を除き、脱保護が起こるのを防ぐため濾液に炭酸カリウム(3g,0.028mol)を加えた。この状態で室温で数十分撹拌した後、エバポレータで濃縮した。残渣の粘着液を1mmHg、60℃で数時間加温して低沸点物を除いた。残渣にヘキサン/ジエチルエーテル=1000/500(v/v)を1500mL加えてから不溶物を濾過で除き、濾液を4℃で数時間放置し、生じた化合物10の結晶を濾取した。ヘキサン(500mL)とジエチルエーテル(250mL)の混合溶媒を用いて残液をもう一回4℃で再結晶し、1,3−ビス((2,2−ジメチル−1,3−ジオキサン−5−イル)オキシ)プロパン−2−オール(化合物10)(Mw:320.38)を得た(収量:253.74g,0.792mol,収率:60%)。
実施例2: 親水性金属表面処理剤の製造
(1)高級直鎖チオールと無水コハク酸との反応
個々のアルカンチオール(11a〜11f)(4.90mmol,1.00eq)をピリジン(9.80mL,9.62g,122mmol)に溶解した、なお、アルカンチオール11a〜11fの炭素数は、それぞれ12,14,16,18,20,22であった。各溶液を撹拌しながら、無水コハク酸(化合物12)(0.735g,7.35mmol,1.50eq)を数回に分けてゆっくり加えた。混合の終わった溶液を40〜50℃で21〜48時間撹拌した後、5%硫酸水素カリウム水溶液(500mL,25g(183mmol)の硫酸水素カリウムを含む)を加えた。この懸濁液を酢酸エチル(100mL)で2回抽出した。抽出液を無水硫酸ナトリウム(5g)で乾燥し、有機溶媒を減圧流去することにより4−アルキルチオ−4−オキソブタン酸(13a〜13f)(収量:4.28〜4.73mmol,収率:87〜96%)を得た。
[13a]
FT−IR(KBr):3422,2926,2844,1719,1688,1612,1556,1506,1462,1412,1311,1217,1104cm-1
1H NMR(CDCl3,400MHz)δ2.90−2.93(m,4H),2.71−2.75(m,2H),1.59(q,J=2.4Hz,2H),1.28(s,br,18H),0.91(t,J=7.2Hz,3H)
13C NMR(CDCl3,125MHz):δ197.79(C,S−C=O),178.00(C,CO2H),38.11(CH2),31.91(CH2),29.62(CH2×2),29.57(CH2),29.46(CH2×2),29.34(CH2),29.1(CH2×2),29.00(CH2),28.82(CH2),22.68(CH2),14.10(CH3
HRMS(ESI−TOF) m/z calcd for C16303SNa [M+Na]+ 325.1813, found 325.1837
[13b]
FT−IR(KBr):3359,2951,2920,2850,1713,1688,1462,1412,1305,1217,1079,1003,897,715cm-1
1H NMR(CDCl3,400MHz)δ2.92(t,J=7.6Hz,4H),2.73(t,J=6.8Hz,2H),1.59(q,J=7.2Hz,2H),1.28(s,br,22H),0.90(t,J=6.8Hz,3H)
13C NMR(CDCl3,125MHz):δ197.79(C,S−C=O),177.64(C,CO2H),38.13(CH2),31.92(CH2),29.67(CH2),29.66(CH2),29.64(CH2),29.57(CH2),29.47(CH2×2),29.35(CH2),29.10(CH2),29.01(CH2),28.96(CH2),28.90(CH2),28.82(CH2),22.69(CH2),14.11(CH3
HRMS(ESI−TOF) m/z calcd for C18353S [M+H]+ 331.2307, found 331.2325
[13c]
FT−IR(KBr):3422,2954,2919,2850,1714,1693,1633,1608,1458,1408,1320,1227,1087,1001cm-1
1H NMR(CDCl3,400 MHz)δ2.90−2.94(m,4H),2.73(t,J=7.2Hz,2H),1.59(q,J=7.2Hz,2H),1.28(s,br,26H),0.91(t,J=7.2Hz,3H)
13C NMR(CDCl3,125MHz):δ197.79(C,S−C=O),177.74(C,CO2H),38.12(CH2),31.92(CH2),29.69(CH2×2),29.65(CH2),29.63(CH2),29.57(CH2),29.47(CH2×2),29.36(CH2),29.10(CH2),29.01(CH2),28.97(CH2×2),28.91(CH2),28.83(CH2),22.69(CH2),14.11(CH3
HRMS(ESI−TOF) m/z calcd for C20383S [M]+ 358.2542, found 358.2505
[13d]
FT−IR(neat):3417,2921,2850,2360,2341,1716,1693,1635,1462,1411,1321,1222,1087,1004cm-1
1H NMR(CDCl3,500MHz)δ4.78(brs,1H,CO2H),2.889(t,J=7.5Hz,2H,CH2−S−C=O),2.886(t,J=7Hz,2H,S−C=O−CH2),2.70(t,J=7Hz,2H,CH2CO2H),1.56(quint,J=7.5Hz,SCH2CH2CH2),1.38−1.25(m,30H,alkylic CH2),0.88(t,J=7Hz,3H,CH3
13C NMR(CDCl3,125MHz):δ197.9(C,S−C=O),176.1(C,CO2H),38.2(CH2),31.9(CH2),29.68(CH2×5),29.65(CH2×2),29.59(CH2),29.49(CH2×2),29.37(CH2),29.1(CH2),29.0(CH2),28.8(CH2×2),22.7(CH2),14.1(CH3
HRMS(ESI−TOF) m/z calcd for C22423SNa [M+Na]+ 409.2752, found 409.2766
[13e]
FT−IR(KBr):3406,2961,2920,2842,1721,1693,1462,1420,1320,1227,1086,1000,901,788,731,650cm-1
1H NMR(CDCl3,400MHz)δ2.93−2.90(m,4H,CH2S and SCOCH2),2.73(t,J=7.2Hz,2H,CH2CO2H),1.59(quint,J=7.6Hz,SCH2CH2CH2),1.38−1.28(m,34H,alkylic,CH2),0.91(t,J=7.2Hz,3H,CH3
13C NMR(CDCl3,125MHz):δ197.84(C,S−C=O),176.63(C,CO2H),38.15(CH2),31.92(CH2),29.70(CH2×6),29.67(CH2×2),29.64(CH2),29.58(CH2),29.47(CH2×2),29.36(CH2),29.10(CH2×2),29.01(CH2),28.83(CH2×2),22.69(CH2),14.11(CH3
HRMS(ESI−TOF) m/z calcd for C24473S[M+H]+ 415.3246, found 415.3245
[13f]
FT−IR(KBr):3406,2954,2917,2848,1714,1689,1646,1621,1465,1445,1408,1320,1220,1087,1001,901,788,725cm-1
1H NMR(CDCl3,400MHz)δ2.92(t,J=7.2Hz,4H),2.72−2.75(m,2H),1.59(q,J=6.8Hz,2H),1.28(m,38H),0.91(t,J=7.2Hz,3H)
13C NMR(CDCl3,125MHz):δ197.84(C,S−C=O),176.63(C,CO2H),38.17(CH2),31.93(CH2),29.70(CH2×8),29.66(CH2×2),29.58(CH2),29.47(CH2×2),29.36(CH2×2),29.10(CH2×2),29.02(CH2),28.83(CH2),28.67(CH2),22.69(CH2),14.11(CH3
HRMS (ESI−TOF) m/z calcd for C26503S [M]+ 442.3481, found 442.3495
(2)化合物13a〜13fとBGL三量体10との連結
4−アルキルチオ−4−オキソブタン酸13a〜13f(0.662mmol,1eq)、BGL三量体(化合物10)(254.2mg,0.794mmol,1.20eq)、および4−ジメチルアミノピリジン(DMAP)(8.0mg,0.066mmol,0.10eq)を含む塩化メチレン溶液(3.310mL,13a〜13f濃度:0.20mol/L)に対し、1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(EDC・HCl)(152.30mg,0.794mmol,1.20eq)を室温で加えた。この混合溶液を室温で20〜24時間撹拌した後、10%塩化アンモニウム水溶液(50mL)に注ぎ、塩化メチレン(50mL)で2回抽出した。得られた抽出液を飽和食塩水(50mL)で2回洗浄し、無水硫酸ナトリウム(3g)で乾燥し濃縮した。残渣をシリカゲルカラム(塩化メチレン:アセトン=95:5)により精製し、化合物14a〜14fを得た(収量:0.430〜0.602mmol,収率:65〜91%)。
[14a]
FT−IR(neat):2995,2925,855,1740,1692,1461,1372,1251,1227,1199,1155,1086,985cm-1
1H NMR(CDCl3,400MHz)δ5.08(q,J=5.2Hz,1H),3.95−4.00(m,4H),3.63−3.77(m,8H),3.44−3.50(m,2H),2.90(t,J=7.6Hz,4H),2.69(t,J=7.2Hz,2H),1.58(q,J=7.2Hz,2H),1.45(s,6H),1.42(s,6H),1.28(m,22H),0.90(t,J=6.8Hz,3H)
13C NMR(CDCl3,125MHz)δ197.70(C,S−C=O),171.41(C,CO2),98.18(C×2,C(CH32),71.95(CH,OCH(CH22),70.98(CH×2,OCH(CH22),67.04(CH2×2,OCH(CH22),62.49(CH2×2,OCH(CH22),62.37(CH×2),38.39(CH2),31.88(CH2),29.61(CH2),29.59(CH2),29.54(CH2),29.48(CH2),29.46(CH2),29.30(CH2),29.09(CH2×2),28.94(CH2),28.83(CH2),24.22 and 22.92(CH3×4,C(CH32),22.65(CH2),14.09(CH3
HRMS(ESI−TOF) m/z calcd for C31569S [M]+ 604.3645,found 604.3652
[14b]
FT−IR(neat):2991,2922,2852,1737,1686,1459,1364,1252,1226,1195,1150,1088,980,936,828,728cm-1
1H NMR(CDCl3,400MHz)δ5.08(q,J=4.8Hz,1H),3.95−4.00(m,4H),3.63−3.77(m,8H),3.45−3.50(m,2H),2.90(t,J=7.6Hz,4H),2.69(t,J=6.8Hz,2H),1.58(q,J=7.2Hz,2H),1.45(s,6H),1.42(s,6H),1.28(m,22H),0.90(t,J=6.8Hz,3H)
13C NMR(CDCl3,125MHz)δ197.67(C,S−C=O),171.40(C,CO2),98.17(C×2,C(CH32),71.96(CH,OCH(CH22),71.00(CH×2,OCH(CH22),67.05(CH2×2,OCH(CH22),62.49(CH2×2,OCH(CH22),62.37(CH2×2,OCH(CH22),38.39(CH2),31.89(CH2),29.61(CH2×3),29.54(CH2),29.47(CH2),29.46(CH2),29.30(CH2×2),29.09(CH2×2),28.94(CH2),28.82(CH2),24.25 and 22.90(CH3×4,C(CH32),22.65(CH2),14.08(CH3
HRMS(ESI−TOF) m/z calcd for C33609S [M]+ 632.3958, found 632.3929
[14c]
FT−IR(neat):2995,2926,2850,1744,1688,1462,1367,1248,1223,1192,1154,1092,978,940cm-1
1H NMR(CDCl3,500MHz)δ5.07(quint,J=5Hz,1H,OCH(CH22),3.98−3.94(m,4H,CHCH2O),3.75−3.71(m,4H,CHCH2O),3.69−3.62(m,4H,CHCH2O),3.48−3.44(m,2H,OCH(CH22),2.90−2.87(m,4H,SCOCH2 and CH2SCO),2.68(t,J=7Hz,2H,CH2CO2),1.57(quint,J=7Hz,2H,CH2CH2S),1.44 and 1.41(s,12H,CCH3),1.36−1.22(m,26H,alkylic CH2),0.89(t,J=7Hz,3H,CH3
13C NMR(CDCl3,125MHz)δ197.72(C,S−C=O),171.43(C,CO2),98.20(C×2,C(CH32),71.96(CH,OCH(CH22),70.99(CH×2,OCH(CH22),67.06(CH2×2,OCH(CH22),62.51(CH2×2,OCH(CH22),62.39(CH2×2,OCH(CH22),38.40(CH2),31.91(CH2),29.67(CH2×3),29.65(CH2),29.63(CH2),29.57(CH2),29.48(CH2×2),29.34(CH2),29.30(CH2),29.11(CH2),28.96(CH2×2),28.85(CH2),24.25 and 22.92(CH3×4,C(CH32),22.68(CH2),14.10(CH3
HRMS(ESI−TOF) m/z calcd for C35649SNa [M+Na]+ 683.4169, found 683.4177
[14d]
FT−IR(neat):2918,2850,2360,2341,1737,1692,1469,1372,1251,1200,1086,985,938,830,721cm-1
1H NMR (CDCl3,500MHz)δ5.06(quint,J=5Hz,1H,OCH(CH22),3.96(dd,J=4,11.5Hz,2H,CHCH2O),3.95(dd,J=3.5,11.5Hz,2H,CHCH2O),3.729(dd,J=6,11.5Hz,2H,CHCH2O),3.723(dd,J=6,11.5Hz,2H,CHCH2O),3.67(dd,J=5,11.5Hz,2H,CHCH2O),3.63(dd,J=5,11.5Hz,2H,CHCH2O),3.47−3.43(m,2H,OCH(CH22),2.881(t,J=7Hz,2H,SCOCH2),2.876(t,J=7.5Hz,2H,CH2SCO),2.67(t,J=7Hz,2H,CH2CO2),1.55(quint,J=7.5Hz,2H,CH2CH2S),1.43 and 1.40(s,12H,CCH3×4),1.38−1.25(m,30H,alkylic CH2),0.88(t,J=7Hz,3H,CH31734S)
13C NMR (CDCl3,125MHz)δ197.8(C,−S−C=O),171.5(C,CO2),98.2(C×2,C(CH32),72.0(CH,OCH(CH22),71.0(CH×2,OCH(CH22),67.1(CH2×2,OCH(CH22),62.5(CH2×2,OCH(CH22),62.4(CH2×2,OCH(CH22),38.4(CH2),32.0(CH2),29.72(CH2×5),29.70(CH2×2),29.64(CH2),29.5(CH2×2),29.4(CH2),29.3(CH2),29.2(CH2),29.0(CH2×2),24.3 and 23.0(CH3×4,C(CH)2),22.7(CH2),14.2(CH3
HRMS(ESI−TOF) m/z calcd for C37689SNa [M+Na]+ 711.4482, found 711.4492
[14e]
FT−IR(neat):2991,2922,2852,1737,1686,1459,1371,1245,1195,1156,1088,980,936,828,753cm-1
1H NMR(CDCl3,400MHz)δ5.08(quint,J=5.2Hz,1H,OCH(CH22),3.99−3.95(m,4H,CHCH2O),3.76−3.72(m,4H,CHCH2O),3.71−3.63(m,4H,CHCH2O),3.50−3.44(m,2H,OCH(CH22),2.90(t,J=7.6Hz,4H,SCOCH2 and CH2SCO),2.69(t,J=6.8Hz,2H,CH2CO2),1.58(quint,J=6.8Hz,2H,CH2CH2S),1.45 and 1.42(s,12H,CCH3×4),1.38−1.28(m,34H,alkylic CH2×17),0.90(t,J=7.2Hz,3H,CH3
13C NMR(CDCl3,125MHz)δ197.67(C,S−C=O),171.41(C,CO2H),98.17(C×2,C(CH32),71.95(CH,OCH(CH22),70.98(CH×2,OCH(CH22),67.04(CH2×2,OCH(CH22),62.49(CH2×2,OCH(CH22),62.37(CH2×2,OCH(CH22),38.39(CH2),31.90(CH2),29.67(CH2×7),29.63(CH2×2),29.56(CH2),29.48(CH2×2),29.34(CH2),29.29(CH2),29.10(CH2),28.94(CH2×2),28.84(CH2),24.23 and 22.92(CH3×4,C(CH32),22.67(CH2),14.10(CH3
HRMS(ESI−TOF) m/z calcd for C39729S [M]+ 716.4897, found 716.4899
[14f]
FT−IR(neat):2991,2922,2859,1737,1686,1466,1377,1245,1195,1150,1093,1037,980,936,828,753,728cm-1
1H NMR(CDCl3,500MHz)δ5.05(quint,J=5Hz,1H,OCH(CH22),3.96−3.92(m,4H,CHCH2O),3.73−3.69(m,4H,CHCH2O),3.68−3.61(m,4H,CHCH2O),3.46−3.42(m,2H,OCH(CH22),2.88−2.85(m,4H,SCOCH2 and CH2SCO),2.66(t,J=7Hz,2H,CH2CO2),1.55(quint,J=7Hz,2H,CH2CH2S),1.42 and 1.38(s,12H,CCH3),1.35−1.18(m,38H,alkylic CH2),0.87(t,J=7Hz,3H,CH3
13C NMR(CDCl3,125MHz)δ197.65(C,S−C=O),171.39(C,CO2),98.15(C×2,C(CH32),71.95(CH,OCH(CH22),70.98(CH×2,OCH(CH22),67.04(CH2×2,OCH(CH22),62.48(CH2×2,OCH(CH22),62.36(CH2×2,OCH(CH22),38.38(CH2),31.90(CH2),29.67(CH2×8),29.64(CH2),29.62(CH2×2),29.56(CH2),29.49(CH2),29.47(CH2),29.33(CH2×2),29.28(CH2),29.10(CH2),28.93(CH2),28.83(CH2),24.23 and 22.90(CH3×4,C(CH32),22.66(CH2),14.08(CH3
HRMS(ESI−TOF) m/z calcd for C41779S [M+H]+ 745.5288,found 745.5281
(3)化合物14a−14fの脱保護
化合物14a〜14f(0.537mmol,1.0eq)の0.10mol/Lメタノール溶液(5.37mL)に、イオン交換樹脂(「Amberlyst(R) 17」Rohm and Haas社製)(100mg)を室温にて加え、得られた懸濁液を2〜5時間室温で撹拌した。イオン交換樹脂を濾過により除去し、得られた濾液を濃縮し、無色でガム状の親水性金属表面処理剤15a〜15fを得た(収量:0.446〜0.526mmol,収率:83〜98%)。
[15a]
FT−IR(neat):3401,3010,2928,2852,1737,1680,1459,1409,1377,1220,1170,1119,1068,1043,986cm-1
1H NMR(CDCl3,500MHz)δ5.13(q,J=5.2Hz,1H),3.81(ddd,J=5.6Hz,4H),3.58−3.68(m,8H),3.45(q,J=5.2Hz,2H),2.90−2.94(m,4H),2.69(t,J=5.6Hz,2H),1.59(q,J=7.2Hz,2H),1.32(s,br,22H),0.92(t,J=6.8Hz,3H)
13C NMR(CDCl3,125MHz)δ198.35(C,S−C=O),172.06(C,CO2),81.79(CH×2,OCH(CH22),72.67(CH,OCH(CH22),68.26(CH2×2,OCH(CH22),61.11(CH2×2,OCH(CH22),61.07(CH2×2,OCH(CH22),37.95(CH2),31.67(CH2),29.38(CH2),29.36(CH2),29.29(CH2),29.22(CH2×2),29.07(CH2),28.86(CH2),28.83(CH2),28.43(CH2),28.27(CH2),22.34(CH2),13.06(CH3
HRMS(ESI−TOF) m/z calcd for C25489S [M]+ 524.3019, found 524.3051
[15b]
FT−IR(neat):3411,2974,2923,2859,1738,1686,1465,1408,1211,1174,1122,1072,755cm-1
1H NMR(CDCl3,400MHz)δ5.12(q,J=5.2Hz,1H),3.81(ddd,J=5.6Hz,4H),3.57−3.68(m,8H),3.45(q,J=5.2Hz,2H),2.89−2.94(m,4H),2.69(t,J=6.8Hz,2H),1.58(q,J=7.2Hz,2H),1.31(s,br,22H),0.92(t,J=6.8Hz,3H)
13C NMR(CDCl3,125MHz)δ198.30(C,S−C=O),172.03(C,CO2),81.79(CH×2,OCH(CH2)),72.67(CH,OCH(CH22),68.26(CH2×2,OCH(CH22),61.13(CH2×2,OCH(CH22),61.09(CH2×2,OCH(CH22),37.97(CH2),31.69(CH2),29.44(CH2),29.41(CH2),29.39(CH2×2),29.32(CH2),29.25(CH2),29.10(CH2),28.86(CH2),28.61(CH2),28.47(CH2),28.45(CH2),28.29(CH2),22.36(CH2),13.11(CH3
HRMS(ESI−TOF) m/z calcd for C27539S [M+H]+ 553.3410, found 553.3438
[15c]
FT−IR(neat):3401,2960,2922,2852,1737,1692,1466,1409,1339,1207,1131,1088,1062cm-1
1H NMR(CDCl3,400MHz)δ5.13(q,J=5Hz,1H),3.81(ddd,J=5.5Hz,4H),3.67−3.58(m,8H),3.45(q,J=5Hz,2H),2.94−2.90(m,4H),2.70(t,J=7Hz,2H),1.59(q,J=7.5Hz,2H),1.40−1.31(m,26H),0.92(t,J=7Hz,3H)
13C NMR(CDCl3,125MHz)δ198.20(C,S−C=O),172.01(C,CO2),81.78(CH×2,OCH(CH22),72.66(CH,OCH(CH22),68.26(CH2×2,OCH(CH22),61.15(CH2×2,OCH(CH22),61.11(CH2×2,OCH(CH22),38.02(CH2),31.75(CH2),29.49(CH2×3),29.45(CH2×2),29.43(CH2),29.40(CH2),29.32(CH2),29.17(CH2),28.93(CH2),28.88(CH2×2),28.56(CH2),28.35(CH2),22.42(CH2),13.22(CH3
HRMS(ESI−TOF) m/z calcd for C29579S [M+H]+ 581.3723, found 581.3704
[15d]
FT−IR (KBr):3403,2918,2850,2360,2342,1734,1686,1468,1127,1073,474,448,421,411cm-1
1H NMR(CDCl3,500MHz)δ5.14(quint,J=5Hz,1H,OCH(CH22),3.87−3.82(m,4H,CHCH2O),3.79−3.73(m,4H,CHCH2O),3.71−3.64(m,4H,CHCH2O),3.67(dd,J=5.0,11.5Hz,2H,CHCH2O),3.63(dd,J=5,11.5Hz,2H,CHCH2O),3.55−3.51(m,2H,OCH(CH22),2.99(brs,2H,CH2OH),2.98(t,J=6.5Hz,2H,SCOCH2),2.88(t,J=7.5Hz,2H,CH2SCO),2.93−2.86(brs(hidden),2H,CH2OH),2.67(t,J=7Hz,2H,CH2CO2),1.56(quint,J=8Hz,2H,CH2CH2S),1.34−1.20(m,30H,alkylic CH2),0.88(t,J=7Hz,3H,CH31734S)
13C NMR(CDCl3,125MHz)δ198.6(C,S−C=O),171.8(C,CO2),81.2(CH×2,OCH(CH22),72.0(CH,OCH(CH22),68.1(CH2×2,OCH(CH22),62.4(CH2×2,OCH(CH22),62.2(CH2×2,OCH(CH22),38.4(CH2),32.0(CH2),29.76(CH2×5),29.71(CH2×3),29.65(CH2),29.55(CH2),29.44(CH2),29.42(CH2),29.3(CH2),29.2(CH2),28.9(CH2),22.8(CH2),14.2(CH3
HRMS(ESI−TOF) m/z calcd for C31609SNa [M+Na]+ 631.3856, found 631.3913
[15e]
FT−IR(neat):3403,3020,2920,2857,1739,1688,1462,1417,1380,1210,1122,1066,777,745,664cm-1
1H NMR(CDCl3,400MHz)δ5.17(quint,J=5.2Hz,1H,OCH(CH22),3.87(d,J=4.8Hz,4H,CHCH2O),3.83−3.76(m,4H,CHCH2O),3.73−3.67(m,4H,CHCH2O),3.58−3.53(m,2H,OCH(CH22),2.95−2.89(m,4H,SCOCH2 and CH2SCO),2.71−2.67(m,2H,CH2CO2),1.58(quint,J=7Hz,2H,CH2CH2S),1.38−1.28(m,34H,alkylic CH2),0.90(t,J=7Hz,3H,CH3
13C NMR(CDCl3,125MHz)δ198.45(C,S−C=O),171.82(C,CO2),81.28(CH×2,OCH(CH22),72.10(CH,OCH(CH22),68.04(CH2×2,OCH(CH22),62.07(CH2×2,OCH(CH22),61.95(CH2×2,OCH(CH22),38.35(CH2),31.91(CH2),29.69(CH2×7),29.65(CH2×2),29.60(CH2),29.51(CH2),29.40(CH2),29.53(CH2),29.26(CH2×2),29.14(CH2),29.04(CH2),28.86(CH2),22.68(CH2),14.11(CH3
HRMS(ESI−TOF) m/z calcd for C33649S [M]+ 636.4271, found 636.4233
[15f]
FT−IR(neat):3408,3016,2916,2846,1737,1692,1471,1409,1377,1213,1131,1068,974,760cm-1
1H NMR(CDCl3,500MHz)δ5.14(quint,J=5Hz,1H,OCH(CH22),3.89−3.83(m,4H,CHCH2O),3.81−3.76(m,4H,CHCH2O),3.72−3.67(m,4H,CHCH2O),3.56−3.53(m,2H,OCH(CH22),3.29−2.73(brs(hidden),4H,CH2OH),2.95−2.89(m,4H,SCOCH2 and CH2SCO),2.69(t,J=7.5Hz,2H,CH2CO2),1.58(quint,J=7Hz,2H,CH2CH2S),1.38−1.24(m,38H,alkylic CH2),0.90(t,J=7Hz,3H,CH3
13C NMR(CDCl3,125MHz)δ198.49(C,COS),171.71(C,CO2),81.23(CH×2,OCH(CH22),71.98(CH,OCH(CH22),68.12(CH2×2,OCH(CH22),62.37(CH2×2,OCH(CH22),62.21(CH2×2,OCH(CH22),38.35(CH2),31.92(CH2),29.70(CH2×5),29.65(CH2×3),29.59(CH2×2),29.50(CH2),29.40(CH2),29.35(CH2×2),29.27(CH2×2),29.13(CH2),29.06(CH2×2),28.85(CH2),22.69(CH2),14.11(CH3
HRMS(ESI−TOF) m/z calcd for C35699S [M+H]+ 665.4662, found 665.4633
実施例3: 親水性金属表面処理剤の製造
(1)ジブロモ化合物の合成
化合物16(5.0g,25.6mmol)(文献:Ludovic Mercklら,Chem.Bio.Chem.,2005,6,1866−1874)の塩化メチレン溶液(51mL)を撹拌しながら氷浴で25分間冷却した。当該溶液に0℃で四臭化炭素(18.68g,56.3mmol)とトリフェニルホスフィン(14.8g,56.3mmol)を加えながら撹拌を続けた。得られた混合物を室温で9時間撹拌した。得られた懸濁液を濾過し、濾液を減圧濃縮した。得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:ヘキサン/塩化メチレン=2/1)に付し、目的化合物17を得た(収量:6.51g,20.3mmol,収率:79%)。
FT−IR(neat):3032,2936,2882,1607,1497,1454,1426,1367,1206,1141,1081,1017,911,846,828,736,698,627,569cm-1
1H NMR(CDCl3,500MHz):δ7.36−7.33(m,5H,aromatic),5.19(s,2H,Ph−CH2−O),4.18(s,2H,C−CH2−Br),4.15(s,2H,C−CH2−Br)
13C NMR(CDCl3,125MHz):δ151,6(C,C=N),136.9(C,aromatic),128.6(CH×2,aromatic),128.3(CH,aromatic),128.2(CH×2,aromatic),77.0(CH2,Ph−CH2−O),29.7(CH2,C−CH2−Br),18.6(CH2,C−CH2−Br)
HRMS(ESI−TOF) m/z calcd for C1011NOBr2Na [M+Na]+ 341.9105 found 341.9121
(2)BGL三量体との縮合
化合物17(2.10g,6.54mmol)とBGL三量体10(4.6g,14.38mmol)の1,4−ジオキサン溶液(13.0mL)を室温で攪拌しながら、水素化ナトリウム(55%ミネラルオイル,0.85g,19.62mmol)を10分間かけて加えた。水素ガスの発生が収まったら、その混合物を45℃で18時間撹拌した。得られた混合物を飽和食塩水に注ぎ、酢酸エチル(50mL)で2回抽出した。得られた有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥し減圧濃縮した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:塩化メチレン/アセトン=3/1)に付し、目的化合物18を得た(収量:3.30g,4.16mmol,収率:63%)。
FT−IR(neat):2992,2873,2306,2247,1455,1372,1251,1288,1199,1094,1043,937,830,733,700cm-1
1H NMR(CDCl3,500MHz)δ7.37−7.30(m,5H,aromatic),5.09(s,2H,Ph−CH2−ON),4.47(s,2H,C−CH2−O),4.25(s,2H,C−CH2−O),3.95−3.90(m,8H,CH−CH2−O)3.72−3.67(m,8H,CH−CH2−O),3.64−3.60(m,2H,O−CH−CH2),3.58−3.50(m,8H,CH−CH2−O),3.44−3.39(m,4H,O−CH−CH2),1.42,1.41 and 1.39(s,24H,C−CH3
13C NMR(CDCl3,125MHz):δ156.6(C,C=N),137.5(C,aromatic),128.4(CH×2,aromatic),128.2(CH×2,aromatic),128.0(CH,aromatic),98.2(C×4,O−C−O),78.6(CH,O−CH−CH2),77.3(CH,O−CH−CH2),76.3(CH2,Ph−CH2−O),71.01(CH×2,O−CH(−CH22),70.98(CH×2,O−CH(CH22),68.4(CH2,C−CH2−O),68.3(CH2,C−CH2−O),67.7(CH2×2,CH−CH2−O),62.7(CH2×2,CH−CH2−O),62.60(CH2×2,CH−CH2−O),62.58(CH2×2,CH−CH2−O),62.55(CH2×2,CH−CH2−O),62.53(CH2×2,CH−CH2−O),24.7(CH3×2,C−CH3),24.5(CH3×2,C−CH3),22.8(CH3×2,C−CH3),22.6(CH3×2,C−CH3
HRMS(ESI−TOF) m/z calcd for C4065NO15Na [M+Na]+ 822.4260 found 822.4252
(3)イミノ基の還元
化合物18(0.1g,0.125mmol)を蒸留したメタノール(10mL)に溶解した。当該溶液に、ギ酸アンモニウム(0.039mg,0.625mmol)とギ酸(24μL、0.625mmol)を順次加え、室温で1時間撹拌した。パラジウム/活性炭(10%Pd,50mg)を加え、得られた懸濁液を45℃で24時間撹拌した。この懸濁液に飽和重曹水(50mL)を加え、塩化メチレン(100mL)で2回抽出した。得られた抽出液を炭酸カリウムで乾燥し減圧濃縮した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:塩化メチレン/メタノール=5/1)に付し、目的化合物19を得た(収量:0.04g,0.0574mmol,収率:46%)。
FT−IR(neat):2992,2873,2306,2247,1455,1372,1251,1288,1199,1094,1043,937,830,733,700cm-1
1H NMR(CDCl3,500MHz):δ7.37−7.30(m,5H,aromatic),5.09(s,2H,Ph−CH2−ON),4.47(s,2H,C−CH2−O),4.25(s,2H,C−CH2−O),3.95−3.90(m,8H,CH−CH2−O),3.72−3.67(m,8H,CH−CH2−O),3.64−3.60(m,2H,O−CH−CH2),3.58−3.50(m,8H,CH−CH2−O),3.44−3.39(m,4H,O−CH−CH2),1.42,1.41 and 1.39(s,24H,C−CH3
13C NMR(CDCl3,125MHz):δ156.6(C,C=N),137.5(C,aromatic),128.4(CH×2,aromatic),128.2(CH×2,aromatic),128.0(CH,aromatic),98.2(C×4,O−C−O),78.6(CH,O−CH−CH2),77.3(CH,O−CH−CH2),76.3(CH2,Ph−CH2−O),71.01(CH×2,O−CH(CH22),70.98(CH×2,O−CH(CH22),68.4(CH2,C−CH2−O),68.3(CH2,C−CH2−O),67.7(CH2×2,CH−CH2−O),62.7(CH2×2,CH−CH2−O),62.60(CH2×2,CH−CH2−O),62.58(CH2×2,CH−CH2−O),62.55(CH2×2,CH−CH2−O),62.53(CH2×2,CH−CH2−O),24.7(CH3×2,C−CH3),24.5(CH3×2,C−CH3),22.8(CH3×2,C−CH3),22.6(CH3×2,C−CH3
HRMS(ESI−TOF) m/z calcd for C4065NO15Na [M+Na]+ 822.4260 found 822.4252
(4)長鎖炭化水素化合物との縮合
4−オクタデシルチオ−4−オキソブタン酸(化合物13d)(309.5mg,0.8mmol)の塩化メチレン溶液(5mL)に、化合物19(459.3mg,0.66mmol)とN,N−ジメチルアミノピリジン(7.3mg,0.06mmol)と1−エチル−3−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(164.5mg,0.86mmol)を加え、得られた混合溶液を室温で12時間撹拌した。得られた混合物を1%KHSO4水溶液(15mL)に注ぎ、塩化メチレン(20mL)で3回抽出した。得られた抽出液を集めて飽和食塩水(30mL)で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、減圧濃縮した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:塩化メチレン/アセトン=5/1)に付し、無色透明液体の目的化合物20を得た(収量:210.0mg,0.20mmol,収率:25%)。
FT−IR(neat):3336,2925,2854,1679,1533,1467,1372,1251,1228,1199,1096,985,940,831,732cm-1
1H NMR(CDCl3,500MHz)δ4.13(quint,J=3.5Hz,1H,NCH(CH22),3.98−3.93(m,6H,4H of CHCH2O and 2H of CHCH2O),3.76−3.70(m,8H,CHCH2O),3.62−3.50(m,12H,CHCH2O),3.43−3.40(m,4H,OCH(CH22),2.89(t,J=7Hz,2H,CH2CO),2.86(t,J=7.5Hz,2H,CH2SCO),2.54(t,J=7Hz,2H,CH2CO),1.55(quint,J=7.5Hz,2H,CH2CH2S),1.42,1.41 and 1.40(s,24H,CCH3),1.35−1.25(m,30H,alkylic CH2),0.88(t,J=7Hz,3H,CH31734S)
13C NMR(CDCl3,125MHz):δ198.5(C,S−C=O),170.9(C,CONH),98.24 and 98.22(C×4,C(CH32),78.8(CH×2,OCH(CH22),71.2(CH×2,OCH(CH22),71.1(CH×2,OCH(CH22),68.9,68.7,62.6,62.41,62.36(CH2×14,CH(CH22),49.5(CH,NCH(CH22),39.1(CH2),31.9(CH2),30.9(CH2),29.71(CH2×5),29.70(CH2),29.64(CH2×2),29.6(CH2),29.5(CH2×2),29.4(CH2),29.2(CH2),28.9(CH2×2),24.0,23.7,23.6and 23.0(CH3×8,C(CH32),22.7(CH2),14.1(CH3
HRMS(ESI−TOF) m/z calcd for C55101NO16SNa [M+Na]+ 1086.6739, found 1086.6738
(5)脱保護
化合物20(210.0mg,0.20mmol)のメタノール溶液(2mL)にイオン交換樹脂(「Amberlyst(R) 15」Rohm and Haas社製)(19.8mg)を加えた。得られた懸濁液を室温で15時間撹拌した。懸濁液を濾過し、濾液を減圧濃縮することにより、無色のアモルファス化合物である目的化合物21を得た(収量:168.3mg,0.186mmol,収率:93%)。
FT−IR(KBr):3735,3649,3417,2919,2850,2360,234,1653,1558,1541,1457,1121,1074,668cm-1
1H NMR(CD3OD,500MHz)δ4.11(quint,J=5Hz,1H,NCH(CH22),3.79−3.67(m,30H,28H of CHCH2O and 2H of OCH(CH22),3.43(quint,J=5Hz,4H,OCH(CH22),2.88(t,J=7Hz,2H,SCOCH2),2.87(t,J=7Hz,2H,CH2SCO),2.55(t,J=7Hz,2H,CH2CONH),1.56(quint,J=7.5Hz,2H,CH2CH2S),1.40−1.29(m,30H,alkylic CH2),0.90(t,J=7Hz,3H,CH31734S)
13C NMR(CD3OD,125MHz)δ199.8(C,S−C=O),173.9(C,CO2),83.2(CH×4,OCH(CH22),83.1(CH×2,OCH(CH22),80.4(CH,NCH(CH22),70.8(CH2×2,NCH(CH22),69.9(CH2×4,OCH(CH22),62.6(CH2×4,OCH(CH22),62.5(CH2×4,OCH(CH22),40.0(CH2),33.1(CH2),31.8(CH2),30.78(CH2×2),30.77(CH2×5),30.75(CH2×2),30.70(CH2),30.6(CH2),30.5(CH2),30.3(CH2),29.9(CH2),29.7(CH2),23.7(CH2),14.4(CH3
HRMS(ESI−TOF) m/z calcd for C438516SNa[M+Na]+ 926.5487, found 926.5487
実施例4: BGLチオールの製造
(1)トシル化
BGL三量体8(2.92g,10mmol)とN,N−ジメチル−4−アミノピリジン(122mg,1mmol,0.1eq)のピリジン溶液(20mL,19.74mg,24.9mmol)を0℃で攪拌した。得られた溶液に、アルゴン雰囲気下、2分間かけて塩化パラトルエンスルホニル(4.19g,22mmol,2.2eq)を加え、その後室温で7時間反応させた。得られた液状混合物を5%硫酸銅水溶液(40mL)に加え、酢酸エチル(60mL)で3回抽出した。得られた抽出液を重曹水(40mL)で3回洗浄し、無水硫酸マグネシウムで乾燥し、濃縮することにより、薄黄色オイル状の目的化合物22を得た(収量:4.07g,0.91mmol,収率:91%)。化合物22はそれ以上精製せず、次の反応に用いた。
1H NMR(CDCl3,400MHz)δ7.83(d,J=8.0Hz,2H),7.33(d,J=8.0Hz,2H),4.74(quin,J=4.9Hz,1H),4.67(q,J=4.8Hz,2H),4.10−3.99(m,4H),3.82−3.71(m,8H),3.24(t,J=1.4Hz,2H,methyne × 2),2.44(s,3H),1.31(d,J=4.8Hz,6H)
13C NMR(CDCl3,400MHz)δ145.12(C),133.97(C),130.12(CH×2),128.36(CH×2),99.45(CH×2),80.09(CH),71.84(CH×2),69.03(CH2×2),68.27(CH2×2),67.19(CH2×2),21.99(CH3),21.36(CH3×2)
(2)チオアセタートの合成
化合物22(41.55g,93.05mmol)とチオ酢酸カリウム(15.94g,139.57mmol)のアセトニトリル溶液(186mL,146.01g,3.55mol)をアルゴン雰囲気下、80℃で8時間撹拌した。得られた橙色の濁りを含む液状混合物を濾過し、酢酸エチルで洗浄後、得られた赤色混合溶液を濃縮し、ショートカラムクロマトグラフィー(溶離液:酢酸エチル)に付し、赤色オイル状の化合物(31.5g)を得た。その後、更にカラムクロマトグラフィー(溶離液:酢酸エチル/ヘキサン=3/1)を行い、赤色オイル状の目的化合物23を得た(収量:25.4g,72.48mmol,収率:78%)。
1H NMR(CDCl3,400MHz)δ4.70(q,J=5.1Hz,2H),4.20−4.10(m,4H),3.98−3.90(m,1H),3.85−3.78(m,6H),3.71(dd,J=10.0 and 6.8Hz,2H),3.27(t,J=1.6Hz,2H),2.33(s,3H),1.33(d,J=5.1Hz,6H)
(3)チオール化
化合物23(12.0g,34.2mmol)と炭酸カリウム(4.72g,34.2mmol)のメタノール溶液(68mL,54g,1.68mol)をアルゴン雰囲気下、室温で4時間撹拌した。液状混合物を濾過した後に濃縮し、赤色オイル状化合物(8g)を得た。これをショートカラムクロマトグラフィー(溶離液:酢酸エチル)に付し、目的化合物24を得た(収量;5.9g,19.1mmol,収率:55%)。
1H NMR(CDCl3,400MHz)δ4.73(q,J=5.2Hz,2H),4.17(dd,J=12.8 and 1.2Hz,4H),3.88−3.77(m,6H),3.64(dd,J=9.2 and 6.4Hz,2H),3.25(t,J=1.4Hz,2H),3.22−3.13(m,1H),2.10(d,J=9.6Hz,1H),1.33(d,J=5.2Hz,6H)
13C NMR (CDCl3,500MHz)δ99.42(CH×2),77.36(CH×2),70.24(CH2×2),68.96(CH2×2),68.57(CH2×2),39.72(CH),21.39(CH3×2)
(4)脱保護
化合物24(172mg,0.55mmol)とイオン交換樹脂(「Amberlyst(R)」Rohm and Haas社製)(6mg)の水溶液(1.1mL)をアルゴン雰囲気下、100℃で4時間撹拌した。得られた混合物をフィルターに通した後2−プロパノールを加え、濃縮し、黄色のオイル状である化合物25を得た(収量:139mg,0.54mmol,収率:99%)。得られた化合物25は、ジスルフィド結合やチオエステル結合などを介して長鎖アルキル化合物を結合させることにより、親水性金属表面処理剤として用いることができる。
FT−IR(neat):3370,2932,2878,1652,1465,1407,1347,1120,1050,974,904,851cm-1
1H NMR(CD3OD,500MHz):δ3.88−3.87(m,4H,CHCH2O),3.67−3.55(m,8H,CHCH2O),3.44(quint,J=5Hz,2H,OCH(CH22),3.23(quint,J=6Hz,1H,SCH(CH22
13C NMR(CD3OD,125MHz)δ83.0(CH×2,CHCH2O),70.5(CH2×2,CHCH2O),62.65(CH2×2,CHCH2O),62.58(CH2×2,CHCH2O),40.8(CH,SCHCH2
HRMS(ESI−TOF) m/z calcd for C9206SNa [M+Na]+ 279.0878 found 279.0882
実施例5: BGLチオールの製造
化合物26(696.83mg,1.0mmol)(NEMOTO Hisaoら,Synlett,2007,2091−2095)のピリジン溶液(5.0mL)に、塩化4−トルエンスルホニル(381.28mg,2.0mmol)を0℃にて加え、0℃で30分、その後室温で15時間撹拌した。得られた混合物を5%KHSO4水溶液(80mL)に注ぎ、酢酸エチル(100mL)で3回抽出した。集めた抽出液を飽和重曹水(50mL)と飽和食塩水(50mL)で洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、減圧濃縮した。得られた残渣はそのまま次の反応に用いた。
上記残渣(理論上1.0mmol)のアセトニトリル溶液(20mL)にチオ酢酸カリウム(15.94g,139.57mmol)を加え、80℃で15時間撹拌した。得られた懸濁混合物を濾過し、残渣を酢酸エチルで洗浄後、濾液と洗浄液を合わせて濃縮し、ショートカラム(溶離液:酢酸エチル)を行い、オイル状の残渣を得た。この残渣はそれ以上精製せず、次の反応に用いた。
上記残渣(理論上1.0mmol)のメタノール溶液(30mL)に炭酸カリウム(138.21mg,1.0mmol)を加え、得られた懸濁液を室温で4時間撹拌した。得られた懸濁液の固定物を濾過で取り除き、濾液を減圧濃縮した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(溶離液:ヘキサン/酢酸エチル=3/1)に付し、化合物29を得た(収量:452.35mg,0.60mmol,収率:60%)。
化合物29のメタノール溶液(30mL)にイオン交換樹脂(「Amberlyst(R) 15」Rohm and Haas社製)(50mg)を加え、室温で20時間撹拌した。得られた懸濁液を濾過し、濾液を濃縮することにより、目的化合物30を得た(収量:314.99mg,0.57mmol,収率:95%)。得られた化合物30は、ジスルフィド結合やチオエステル結合などを介して長鎖アルキル化合物を結合させることにより、親水性金属表面処理剤として用いることができる。
実施例6: 水溶性試験
実施例3で製造した親水性金属表面処理剤(化合物21)(MW608.86,0.32g)を超純水(50.09g)に投入し、水温を60℃に加温し、撹拌した。撹拌初期は粒子状の親水性金属表面処理剤が撹拌溶液中に粒塊を形成したが、時間の経過とともに徐々に溶解が進み崩壊していき、3時間後には目視で確認できる溶け残りはなかった。
以上の通り、長鎖炭化水素基であるオクタデシル基(n−C1837)を有する親水性金属表面処理剤であっても、10.32mMの濃度の水溶液を調製することができた。
実施例7: 反射率の測定
特許文献3や特許文献4に記載の複素環式化合物を主成分とする従来の金属表面処理剤の場合、主成分が特定波長光に吸収性を示すことから、表面処理により金属表面における光の反射率が低下する。
それに対して、炭化水素を主成分とする本発明の親水性金属表面処理剤で処理された金属表面の反射率を確認した。
(1)金属表面処理液の調製
実施例6に示した通り、本発明の親水性金属表面処理剤は、界面活性剤や溶解補助剤などの添加物を加えなくても約10mMの濃度で水に溶解させることができる。しかしながら、親水性金属表面処理剤分子中の疎水性部位を効果的に金属表面に結合させるため、親水性金属表面処理剤水溶液にアルカリ剤を添加した水溶液を調製した。
(1−1)アルカリ剤と非イオン界面活性剤を含む金属表面処理液
トリエタノールアミン(10.0g)、ポリオキシエチレンラウリルアミン(40.0g)、および超純水(48.0g)の混合物を60℃に加温しながら撹拌し、均一な粘稠性の水溶液とした。その水溶液へ、実施例3で製造した親水性金属表面処理剤(化合物21)(2.0g)を投入し、撹拌して溶解させた。得られた水溶液(1.0g)を超純水(99.0g)に添加し、100倍に希釈することにより金属表面処理液を得た。
(1−2)アルカリ剤と非イオン界面活性剤を含む金属表面処理液
炭酸カリウム(1.38g)とポリオキシエチレンラウリルアミン(2.50g)を超純水(95.48g)へ60℃に加温しながら撹拌して溶解させた。得られた均一な水溶液へ実施例3で製造した親水性金属表面処理剤(化合物21)(0.64g)を投入し、60℃で撹拌して溶解させた。得られた水溶液(1.0g)を超純水(99.0g)に添加し、100倍に希釈することにより金属表面処理液を得た。
(1−3)アルカリ剤と非イオン界面活性剤を含む金属表面処理液
炭酸水素カリウム(1.00g)とポリオキシエチレンラウリルアミン(2.50g)を超純水(95.86g)へ60℃に加温しながら撹拌して溶解させた。得られた均一な水溶液へ実施例3で製造した親水性金属表面処理剤(化合物21)(0.64g)を投入し、60℃で撹拌して溶解させた。得られた水溶液(1.0g)を超純水(99.0g)に添加し、100倍に希釈することにより金属表面処理液を得た。
(2)金属試料の表面処理
AuめっきまたはAgめっきを施した厚さ200μm×2cm×3cmの平板を、55℃に加温した各金属表面処理液(100mL)に3時間浸漬した。次いで、金属試料を各金属表面処理液から取り出し、超純水で洗浄した後に、ドライヤーを使って乾燥させた。
(3)反射率の測定
デジタルマイクロスコープ(「VHX−6000」キーエンス社製)を使って、上記処理前と処理後の金属試料の表面を10〜50倍に拡大して観察した。その結果、際立った外観の変化は観察されなかった。
また、紫外可視分光光度計(「U−3900」日立ハイテクサイエンス社製)を使って、上記処理前と処理後の金属試料の表面における可視光(波長:380〜780nm)の反射率を測定した。その結果、上記(1−1)〜(1−3)のいずれの処理金属試料の反射率曲線は、未処理金属試料の反射率曲線とほぼ変わらなかった。
実施例8: 撥水性試験
金属の錆の原因の一つとして、金属表面に付着する水分が挙げられる。そこで、本発明に係る親水性金属表面処理剤による金属表面の撥水性の変化を評価するために、接触角を測定した。
AuめっきまたはAgめっきを施した厚さ200μm×2cm×3cmの平板を、55℃に加温した各金属表面処理液(100mL)に10秒間、30秒間、または6時間浸漬した。次いで、金属試料を各金属表面処理液から取り出し、超純水で洗浄した後に、ドライヤーを使って乾燥させた。
各処理金属試料および未処理金属試料の表面に1μLの超純水を滴下し、10秒間静置した。次いで、表面の水滴の接触角を接触角計(「Drop Master 300」協和界面科学社製)により測定した。結果を表1に示す。
表1に示される結果の通り、本発明に係る親水性金属表面処理剤で処理することにより、Auめっき板とAgめっき板の両方で未処理板に対して表面の接触角上昇が見られ、撥水性が向上していることが確認された。
実施例9: 耐食性試験1
本発明に係る親水性金属表面処理剤による耐食性向上効果を評価するために、硫化カリウム試験を実施した。
具体的には、Agめっきを施した厚さ200μm×2cm×3cmの平板を、55℃に加温した各金属表面処理液(100mL)に3時間浸漬した。次いで、金属試料を各金属表面処理液から取り出し、超純水で洗浄した後に、ドライヤーを使って乾燥させた。
表面処理したAgめっき板を5%硫化カリウム水溶液に2分間または15分間浸漬した。次いで、金属試料を硫化カリウム水溶液から取り出し、超純水で洗浄した後に、ドライヤーを使って乾燥させた。また、比較のために、未処理のAgめっき板も同様に処理した。結果を図1に示す。
図1に示された結果の通り、未処理のAgめっき板は、硫化カリウム水溶液に2分間浸漬した部分が茶色から赤紫色に変色し、15分間で更に変色した。それに対して本発明に係る親水性金属表面処理剤で処理されたAgめっき板には変色が認められず、Ag特有の光沢ある外観が維持されていた。この様に本発明に係る親水性金属表面処理剤は、硫化カリウムによる影響から金属を保護することができる。
実施例10: 耐食性試験2
本発明に係る親水性金属表面処理剤による耐食性向上効果を評価するために、硫化水素試験を実施した。
具体的には、Agめっきを施した厚さ200μm×2cm×3cmの平板を、55℃に加温した各金属表面処理液(100mL)に3時間浸漬した。次いで、金属試料を各金属表面処理液から取り出し、超純水で洗浄した後に、ドライヤーを使って乾燥させた。
定流量フロー形ガス腐食試験機(「GH−180」山崎精機研究所社製)を用い、上記処理済金属試料と未処理金属試料を硫化水素ガスに24時間または48時間暴露させた。当該試験器の試験槽内における硫化水素ガスの濃度を3ppm、槽内温度を40℃、槽内湿度を80%RHに調整した。また、比較のために、未処理のAgめっき板も同様に処理した。結果を図2に示す。
図2に示された結果の通り、未処理のAgめっき板は、硫化水素ガスに24〜48時間暴露した場合には群青色から青色に変色した。
それに対して本発明に係る親水性金属表面処理剤で処理されたAgめっき製板には、硫化水素ガスに24時間または48時間暴露したにもかかわらずAgめっき特有の色調が維持されており、本発明に係る親水性金属表面処理剤による耐食性向上効果を確認することができた。
実施例11: 耐食性試験3
本発明に係る親水性金属表面処理剤による耐食性向上効果を評価するために、塩水噴霧試験を実施した。
具体的には、AuめっきまたはAgめっきを施した厚さ200μm×2cm×3cmの平板を、55℃に加温した各金属表面処理液(100mL)に6時間浸漬した。次いで、金属試料を各金属表面処理液から取り出し、超純水で洗浄した後に、ドライヤーを使って乾燥させた。
塩水噴霧試験機(「STP−90V−2」スガ試験機社製)を用い、上記処理済金属試料と未処理金属試料に塩水を噴霧した。塩水濃度を5%、噴霧槽内温度を35℃、塩水噴霧量を1.5±0.5mL/80cm2/hourとし、Auめっき板に対する塩水噴霧時間を16時間、Agめっき板に対する塩水噴霧時間を48時間または72時間とした。また、比較のために、未処理のAuめっき板とAgめっき板も同様に処理した。Auめっき板の結果を図3に、Agめっき板の結果を図4に示す。
図3および図4に示された結果の通り、未処理のAuめっき板とAgめっき製板には、いずれにも表面に白い錆が発生した。
それに対して本発明に係る親水性金属表面処理剤で処理されたAuめっき板とAgめっき板には、塩水による腐食は全く発生せず、良好な外面が維持されている様子が観察された。
実施例12: 摺動性評価
本発明に係る親水性金属表面処理剤による摺動性向上効果を評価するために、金属表面の摩擦係数を測定した。
具体的には、Auめっきを施した厚さ200μm×2cm×3cmの平板を、55℃に加温した各金属表面処理液(100mL)に6時間浸漬した。次いで、金属試料を各金属表面処理液から取り出し、超純水で洗浄した後に、ドライヤーを使って乾燥させた。
精密摺動試験装置(「CRS−G2050−CHD−A」山崎精機研究所社製)を用い、金属試料表面に計測用プローブを摺動させ、摩擦係数を計測した。試験条件は、荷重50gf、摺動速度0.33mm/sec、摺動距離0.5mm、測定電流1mA、プローブ径1.5mm、測定回数30回とした。また、比較のために、未処理のAuめっき板についても同様に計測した。結果を表2に示す。
表2に示される結果の通り、未処理Auめっき板の初期摩擦係数は0.39であったが、30回摺動後の摩擦係数は0.58に上昇した。一方、本発明に係る親水性金属表面処理剤で処理されたAuめっき板の場合、初期摩擦係数は0.15であり、30回摺動後の摩擦係数は0.49であった。この様に、本発明に係る親水性金属表面処理剤で処理されたAuめっき板では、初期摩擦係数の低減が認められ、且つ摺動後も未処理のAuめっきより低摩擦係数であることが確認された。
実施例13: 耐エレクトロケミカルマイグレーション特性評価
エレクトロケミカルマイグレーションとは、電気回路上の電極間の絶縁性が電気的、化学的また熱などの要因により不良となり、電極金属がイオンとして溶出・還元されることで短絡を起こす現象である。本発明に係る親水性金属表面処理剤で表面処理されたAgめっき櫛形電極パターン基板の耐エレクトロケミカルマイグレーション(ECM)特性を評価するためECM試験を行い、印加電圧負荷時の絶縁抵抗値を計測した。
具体的には、Agめっきを施した厚さ200μm×2cm×3cmの平板を、55℃に加温した各金属表面処理液(100mL)に6時間浸漬した。次いで、金属試料を各金属表面処理液から取り出し、超純水で洗浄した後に、ドライヤーを使って乾燥させた。Agメッキ板上に、100μm幅、厚さ18μmの櫛形銅電極を100μm間隔で形成した(即ち、L/S=100μm)。櫛型電極上に厚さ3.0μmの下地Niメッキを施し、更に厚さ0.15μmの表層Auメッキを施した。
イオンマイグレーションテスター(「ECM−100」J−RAS社製)と恒温恒湿槽(ナガノサイエンス社製)を用いて評価基板に印加電圧を負荷し、印加中の絶縁抵抗値の変動を計測した。試験条件は、印加電圧DC20V、槽内温度85℃、槽内湿度85%RH、通電時間120時間とした。評価用基板として本発明に係る親水性金属表面処理剤で表面処理されたAgめっき櫛形パターン基板(最表面はAgめっき)を使用した。比較のために、未処理のAgめっき板についても同様に計測した。
その結果、未処理の基板においては、通電時間120時間の間に短絡(ECM)が発生し、絶縁抵抗値が1.0×106Ω以下まで低下した。それに対して、本発明に係る親水性金属表面処理剤で表面処理されたAgめっき板の基板では、通電時間内において絶縁抵抗値は初期絶縁抵抗値である1.0×1010Ω以上が維持されており、ECMの発生が抑制されていることが確認された。

Claims (11)

  1. 下記式(I)で表される分岐型グリセロール誘導体を有効成分として含有することを特徴とする親水性金属表面処理剤。
    [式中、
    1は炭素数10以上、30以下の炭化水素基を示し、
    XはSまたはカルボニル基を示し、
    Yはn+1価のリンカー基を示し、
    nは1以上、5以下の整数を示す。]
  2. 溶媒として水を含む請求項1に記載の親水性金属表面処理剤。
  3. 上記式(I)で表される分岐型グリセロール誘導体の濃度が0.005mM以上、5mM以下である請求項2に記載の親水性金属表面処理剤。
  4. 上記式(I)で表される分岐型グリセロール誘導体の濃度が0.001質量%以上、5質量%以下である請求項2に記載の親水性金属表面処理剤。
  5. 更にアルカリ剤を含む請求項1〜4のいずれかに記載の親水性金属表面処理剤。
  6. 更に界面活性剤を含む請求項1〜5のいずれかに記載の親水性金属表面処理剤。
  7. 金属の表面を処理する方法であって、
    請求項1〜6のいずれかに記載の親水性金属表面処理剤により金属の表面を処理する工程を含むことを特徴とする方法。
  8. 液状の上記親水性金属表面処理剤に上記金属を浸漬するか、または液状の上記親水性金属表面処理剤を上記金属の表面に塗布もしくは噴霧することにより上記金属表面を処理する請求項7に記載の方法。
  9. 上記金属が、金、銀、白金、パラジウム、錫、アルミニウム、ニッケル、鉄、銅、亜鉛、またはこれらの合金である請求項7または8に記載の方法。
  10. 下記式(II)で表される保護分岐型グリセロール誘導体。
    [式中、R2はC1-6アルキル基を示す。]
  11. 下記式(II)で表される保護分岐型グリセロール誘導体を製造するための方法であって、
    [式中、R2はC1-6アルキル基を示す。]
    グリセリンとアルデヒド化合物R2−CHOを反応させて下記式(III−1)〜(III−4)で表される化合物を含む混合物を得る工程、
    [式中、R2は上記と同義を示す。]
    上記混合物から、上記式(III−1)で表される化合物を蒸留により精製する工程、および、
    上記式(III−1)で表される化合物とエピハロヒドリンを反応させることにより上記式(II)で表される保護分岐型グリセロール誘導体を得る工程を含むことを特徴とする方法。
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