JP6942996B2 - A method for producing a vinyl group-containing cage-type silsesquioxane derivative, a bifunctional cage-type silsesquioxane derivative, and a method for producing the same. - Google Patents
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Description
本発明の一実施形態は、ビニル基含有かご型シルセスキオキサン誘導体の製造方法に関する。また、本発明の他の実施形態は、二官能かご型シルセスキオキサン誘導体、及びその製造方法に関する。 One embodiment of the present invention relates to a method for producing a vinyl group-containing cage-type silsesquioxane derivative. Further, another embodiment of the present invention relates to a bifunctional cage type silsesquioxane derivative and a method for producing the same.
一般にアルコキシド基に代表される、3つの加水分解性基を有する有機ケイ素化合物はシランカップリング剤として既に広く使用されている。このシランカップリング剤を加水分解した後、縮合して得られるシルセスキオキサン化合物には、特定の構造がないランダム構造、構造を決定できるラダー構造やかご型構造があることが知られている。特に、かご型構造のシルセスキオキサンは耐熱性、電気絶縁性、透明性などにおいて優れた特性をもつことから、半導体や電子材料として注目され、数多くの研究が報告されている。 Generally, an organosilicon compound having three hydrolyzable groups represented by an alkoxide group has already been widely used as a silane coupling agent. It is known that the silsesquioxane compound obtained by hydrolyzing and then condensing this silane coupling agent has a random structure without a specific structure, a ladder structure capable of determining the structure, and a cage-type structure. .. In particular, silsesquioxane having a cage-shaped structure has excellent properties in heat resistance, electrical insulation, transparency, etc., and therefore has attracted attention as a semiconductor or electronic material, and many studies have been reported.
これらのうち、8つのSiから構成され、対称性の高いかご型シルセスキオキサンはT8と呼ばれている。このT8ではSi上の8つの置換基のすべてが反応性置換基に変換された誘導体、即ち8置換T8、もしくは1つが他の反応性置換基に変換された誘導体、即ち一置換X−T8は置換基の異なる数多の誘導体が商品化されている(特許文献1及び2)。
Of these, the cage-type silsesquioxane, which is composed of eight Sis and has high symmetry, is called T8. In this T8, a derivative in which all eight substituents on Si are converted to reactive substituents, that is, an eight-substituted T8, or one in which one is converted to another reactive substituent, that is, a mono-substituted XT8 Many derivatives with different substituents have been commercialized (
また、このT8のうち、Si上の2つが他の反応性置換基に変換された誘導体、即ち二置換2X−T8は、例えば非特許文献1のように、2種類のトリアルコキシシランもしくはトリクロロシラン化合物から合成できることが知られている。しかし、反応性置換基がビニル基の場合、合成原料となるビニルトリクロロシランやアルキルトリクロロシランは水との反応性が高く、大気中の水蒸気とさえ反応してしまう。また、反応の副生成物として発生する塩酸ガスは腐食性が高く、ガラスコーティングなどを施した特殊な製造設備が必要となってくる。また、クロロシランから生成するシラノールは酸存在下で縮合を起こしやすく、熱力学的に安定な生成物以外に速度論的な反応機構で副生成物が生じてしまい、目的の化合物の収率が減少する傾向がある。そのため、目的の二置換2X−T8を収率良く得るためには反応条件や反応原料の仕込み比に工夫が必要となる。
Further, among these T8s, the derivative in which two on Si are converted into other reactive substituents, that is, the disubstituted 2X-T8, is, for example, two kinds of trialkoxysilanes or trichlorosilanes as in
最近になって、非特許文献2や3のように、一置換X−T8から2段階でp位の二置換2X−T8を選択的に合成する方法が提案された。二置換2X−T8は高分子主鎖にシルセスキオキサンを精密に導入できることから、これまでにない特性をもつ高分子が期待される。しかし、この方法は原料のシラン化合物から一置換X−T8までの合成に2段階必要なことから、結果的に4段階の製造法となってしまう。また、高分子主鎖に導入した場合、o位やm位の二置換2X−T8が必ずしも特性低下を招くとは考えらないため、工業的には選択的なp位二置換2X−T8の製造方法に制約されるものではない。 Recently, as in Non-Patent Documents 2 and 3, a method has been proposed in which a di-substituted 2X-T8 at the p-position is selectively synthesized from a mono-substituted X-T8 in two steps. Since the disubstituted 2X-T8 can precisely introduce silsesquioxane into the polymer main chain, a polymer having unprecedented characteristics is expected. However, since this method requires two steps for the synthesis of the raw material silane compound to the monosubstituted XT8, the result is a four-step production method. Further, when introduced into the polymer main chain, it is not considered that the di-substituted 2X-T8 at the o-position or the m-position necessarily causes a deterioration in characteristics, so that industrially selective p-position disubstituted 2X-T8 It is not restricted by the manufacturing method.
また、非特許文献2や3の方法は、トリアルコキシシランもしくはトリクロロシラン化合物から合成するため、上記非特許文献1と同様の問題がある。更に、トリアルコキシシランもしくはトリクロロシラン化合物として存在しない官能基を導入することは不可能である。
Further, since the methods of Non-Patent Documents 2 and 3 are synthesized from a trialkoxysilane or a trichlorosilane compound, they have the same problems as those of
工業的に優れた二置換ビニル−T8を製造する方法を提供するもので、本発明の一実施形態は、ビニル基含有かご型シルセスキオキサン誘導体の製造方法を提供することを一課題とする。
また、本発明の他の実施形態は、新規のヒドロキシ基を有する官能基が2個導入された二官能かご型シルセスキオキサン誘導体、及びその製造方法を提供することを一課題とする。
An industrially superior method for producing a disubstituted vinyl-T8 is provided, and one embodiment of the present invention is an object of providing a method for producing a vinyl group-containing cage-type silsesquioxane derivative. ..
Another object of another embodiment of the present invention is to provide a bifunctional cage-type silsesquioxane derivative into which two functional groups having a novel hydroxy group are introduced, and a method for producing the same.
前記課題を達成するための具体的手段は以下の通りである。
[1]下記一般式(I)で表されるアルコキシシランと、下記一般式(II)で表されるビニルアルコキシシランと、塩基性化合物とを水存在下で反応させる工程と、クロマトグラフィー法による分離精製工程と、を有する下記一般式(III)で表されるビニル基含有かご型シルセスキオキサン誘導体の製造方法。
Specific means for achieving the above-mentioned problems are as follows.
[1] A step of reacting an alkoxysilane represented by the following general formula (I), a vinyl alkoxysilane represented by the following general formula (II), and a basic compound in the presence of water, and a chromatography method. A method for producing a vinyl group-containing cage-type silsesquioxane derivative represented by the following general formula (III), which comprises a separation and purification step.
[2]前記反応させる工程が生成物を酸で処理することを含む、上記[1]に記載のビニル基含有かご型シルセスキオキサン誘導体の製造方法。
[3]前記塩基性化合物が下記(IV)表される化合物である上記[1]又は[2]に記載のビニル基含有かご型シルセスキオキサン誘導体の製造方法。
[2] The method for producing a vinyl group-containing cage-type silsesquioxane derivative according to the above [1], wherein the reaction step comprises treating the product with an acid.
[3] The method for producing a vinyl group-containing cage-type silsesquioxane derivative according to the above [1] or [2], wherein the basic compound is a compound represented by the following (IV).
[4]前記一般式(I)で表されるアルコキシシランと、一般式(II)で表されるビニルアルコキシシランとのモル比率が80:20〜50:50である上記[1]〜[3]のいずれか一項に記載のビニル基含有かご型シルセスキオキサン誘導体の製造方法。
[5]前記クロマトグラフィー法が液体順相である上記[1]〜[4]のいずれか一項に記載のビニル基含有かご型シルセスキオキサン誘導体の製造方法。
[6]前記クロマトグラフィー法で用いる展開溶剤がヘキサンを含む有機溶剤である上記[1]〜[5]のいずれか一項に記載のビニル基含有かご型シルセスキオキサン誘導体の製造方法。
[4] The molar ratio of the alkoxysilane represented by the general formula (I) to the vinyl alkoxysilane represented by the general formula (II) is 80:20 to 50:50. ]. The method for producing a vinyl group-containing cage-type silsesquioxane derivative according to any one of the above.
[5] The method for producing a vinyl group-containing cage-type silsesquioxane derivative according to any one of the above [1] to [4], wherein the chromatography method is a liquid normal phase.
[6] The method for producing a vinyl group-containing cage-type silsesquioxane derivative according to any one of the above [1] to [5], wherein the developing solvent used in the chromatography method is an organic solvent containing hexane.
[7]下記一般式(1)で表される、二官能かご型シルセスキオキサン誘導体。
[8]下記一般式(2)で表されるケイ素化合物と下記一般式(3)で表されるチオール化合物とを反応させて、二官能かご型シルセスキオキサン誘導体を製造する工程を含む、二官能かご型シルセスキオキサン誘導体の製造方法。
本発明の一実施形態によれば、安価な製造設備を用いて一段階の反応で、二置換ビニル−T8を収率良く製造できる。
本発明の他の実施形態によれば、ヒドロキシ基を有する官能基が2個導入された二官能かご型シルセスキオキサン誘導体、及びその製造方法を提供できる。
According to one embodiment of the present invention, disubstituted vinyl-T8 can be produced in good yield by a one-step reaction using an inexpensive production facility.
According to another embodiment of the present invention, it is possible to provide a bifunctional cage-type silsesquioxane derivative into which two functional groups having a hydroxy group are introduced, and a method for producing the same.
以下、本発明の一実施形態について説明するが、以下の例示によって本発明は限定されない。
「ビニル基含有かご型シルセスキオキサン誘導体の製造方法」
(一般式(I)で表される化合物、アルコキシシラン)
本発明の製法では、下記一般式(I)で表される化合物の少なくとも1種を用いる。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described, but the present invention is not limited by the following examples.
"Method for producing a cage-type silsesquioxane derivative containing a vinyl group"
(Compound represented by the general formula (I), alkoxysilane)
In the production method of the present invention, at least one of the compounds represented by the following general formula (I) is used.
一般式(I)中、R1はアルキル基もしくはアリール基を表す。炭素数1〜12のアルキル基であることが好ましく、炭素数1〜8のアルキル基であることがより好ましい。R1で表されるアルキル基は直鎖状であっても分岐鎖状であってもよい。メチル基、エチル基、イソブチル基、シクロヘキシル基、イソオクチル基、フェニル基等を挙げることができる。一般式(I)において、R2はそれぞれ独立してアルキル基を表し、炭素数1〜8のアルキル基であることが好ましく、炭素数1〜4のアルキル基であることがより好ましい。R2で表されるアルキル基は直鎖状であっても分岐鎖状であってもよい。R2で表されるアルキル基として具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、3−エチルヘキシル基等を挙げることができる。中でもR2で表されるアルキル基は、反応性の制御の観点から、炭素数1〜8の無置換のアルキル基であることが好ましく、炭素数1〜4の無置換のアルキル基であることがより好ましい。 In the general formula (I), R 1 represents an alkyl group or an aryl group. It is preferably an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and more preferably an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms. The alkyl group represented by R 1 may be linear or branched. Examples thereof include a methyl group, an ethyl group, an isobutyl group, a cyclohexyl group, an isooctyl group, a phenyl group and the like. In the general formula (I), R 2 independently represents an alkyl group, preferably an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, and more preferably an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. The alkyl group represented by R 2 may be linear or branched. Specific examples of the alkyl group represented by R 2, a methyl group, an ethyl group, n- propyl group, i- propyl, n- butyl group, i- butyl group, sec- butyl group, t- butyl group, Examples thereof include a hexyl group, an octyl group, a 2-ethylhexyl group, and a 3-ethylhexyl group. Among them, the alkyl group represented by R 2 is preferably an unsubstituted alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, and is an unsubstituted alkyl group having 1 to 4 carbon atoms from the viewpoint of controlling reactivity. Is more preferable.
(一般式(II)で表される化合物、ビニルアルコキシシラン) (Compound represented by the general formula (II), vinyl alkoxysilane)
(一般式(III)で表される化合物) (Compound represented by the general formula (III))
(一般式(IV)で表される化合物) (Compound represented by the general formula (IV))
一般式(IV)において、MはLi、Na、Kからなる群より選択される少なくとも1種の金属元素を含むものであれば特に制限はない。但し、反応性の制御や収率の観点から、Liであることが好ましい。塩基性や求核性がやや低下したアルカリ金属水酸化物は良い選択性を示し、反応性置換基Xの付け根のSiが優先的に脱離する。特にこのなかでLi水酸化物は塩基性や求核性が最も低く、シラン原料の仕込み比に応じた熱力学的に安定な生成物を得るのに有利である。
In the general formula (IV), M is not particularly limited as long as it contains at least one metal element selected from the group consisting of Li, Na, and K. However, Li is preferable from the viewpoint of controlling reactivity and yield. Alkali metal hydroxides with slightly reduced basicity and nucleophilicity show good selectivity, and Si at the base of the reactive substituent X is preferentially eliminated. In particular, Li hydroxide has the lowest basicity and nucleophilicity among them, and is advantageous for obtaining a thermodynamically stable product according to the charging ratio of the silane raw material.
製造を行う媒体に特に制限はないが、前記一般式(I)で表されるアルコキシシランと、一般式(II)で表されるビニルアルコキシシランとの相溶性が高く、混合した場合には均一の溶液を与え、一方で一般式(IV)のM(OH)との相溶性が低く、混合した場合には溶解せずにM(OH)が系中に残存している溶剤が好ましい。均一に分散したシラン原料は熱力学的に安定な生成物を与えることに有利である。また、M(OH)濃度は反応中に系内で低濃度のまま一定である方が、熱力学的に安定な生成物を与えることに有利である。
また、溶媒に水を添加することで、水存在下で反応を進行させることができる。水は、一般式(I)で表されるアルコキシシランと一般式(III)で表されるビニルアルコキシシランの合計100質量部に対して、5〜15質量部で添加すればよい。
The medium for production is not particularly limited, but the alkoxysilane represented by the general formula (I) and the vinylalkoxysilane represented by the general formula (II) have high compatibility and are uniform when mixed. On the other hand, a solvent having low compatibility with M (OH) of the general formula (IV) and having M (OH) remaining in the system without being dissolved when mixed is preferable. The uniformly dispersed silane raw material is advantageous in providing a thermodynamically stable product. Further, it is advantageous that the M (OH) concentration remains constant in the system during the reaction to provide a thermodynamically stable product.
Further, by adding water to the solvent, the reaction can proceed in the presence of water. Water may be added in an amount of 5 to 15 parts by mass with respect to a total of 100 parts by mass of the alkoxysilane represented by the general formula (I) and the vinyl alkoxysilane represented by the general formula (III).
シラン原料である一般式(I)で表されるアルコキシシランと、一般式(II)で表されるビニルアルコキシシランとのモル比率は、二置換ビニル−T8が生成すれば特に制限はない。仕込み比に応じて統計熱力学的に化合物が得られるとすると、二置換ビニル−T8が目的化合物の場合、75:25が最も収率が大きくなると期待されるモル比率となる。そのためモル比率は90:10〜40:60が好ましい。さらに、同時に生成するT8、一置換ビニル−T8、三置換ビニル−T8を順相のクロマトグラフィーで除去することを考えると、85:15〜45:55が好ましい。さらに、好ましくは80:20〜50:50がよい。 The molar ratio of the alkoxysilane represented by the general formula (I), which is a silane raw material, to the vinylalkoxysilane represented by the general formula (II) is not particularly limited as long as the disubstituted vinyl-T8 is produced. Assuming that a compound can be obtained statistically thermodynamically according to the charging ratio, when disubstituted vinyl-T8 is the target compound, 75:25 is the molar ratio expected to have the highest yield. Therefore, the molar ratio is preferably 90: 10 to 40:60. Further, considering that T8, monosubstituted vinyl-T8, and trisubstituted vinyl-T8 produced at the same time are removed by normal phase chromatography, 85: 15 to 45:55 is preferable. Further, 80:20 to 50:50 is preferable.
合成を実施する際の媒体は、前述のようにLiOHに対する溶解性が低く、シラン原料や水とは相溶するものが好ましい。具体的にはメタノールとアセトンの混合溶媒が好ましい。このとき、混合する比率に特に制限はない。
また、合成を実施するときの温度に特に制限はない。但し反応時間を短縮する観点から、30〜56℃が好ましく、40〜55℃がより好ましい。
As described above, the medium for carrying out the synthesis preferably has low solubility in LiOH and is compatible with the silane raw material and water. Specifically, a mixed solvent of methanol and acetone is preferable. At this time, there is no particular limitation on the mixing ratio.
In addition, there is no particular limitation on the temperature at which the synthesis is carried out. However, from the viewpoint of shortening the reaction time, 30 to 56 ° C. is preferable, and 40 to 55 ° C. is more preferable.
反応後の生成物から二置換ビニル−T8を分離精製する方法はクロマトグラフィー法を用いるとよい。クロマトグラフィーの方法はシリカ粒子を充填剤としたカラムを用いた順相液体クロマトグラフィーが好ましい。順相液体クロマトグラフィーを用いることで、生成するT8、一置換ビニル−T8、三置換ビニル−T8は僅かに分子がもつ分極状態が僅かに異なるため、順に流出させることができる。また、これら分子の分極は小さいため、展開溶剤は極性が低く安価なヘキサンや石油エーテルを含む溶剤が好ましい。 A chromatography method may be used as a method for separating and purifying the disubstituted vinyl-T8 from the product after the reaction. As the chromatography method, normal phase liquid chromatography using a column containing silica particles as a filler is preferable. By using normal phase liquid chromatography, the T8, monosubstituted vinyl-T8, and trisubstituted vinyl-T8 produced can be discharged in order because the polarization states of the molecules are slightly different. Further, since the polarization of these molecules is small, the developing solvent is preferably a solvent containing hexane or petroleum ether, which has low polarity and is inexpensive.
「二官能かご型シルセスキオキサン誘導体」
一実施形態による二官能かご型シルセスキオキサン誘導体は、下記一般式(1)で表されることを特徴とする。
"Bifunctional cage type silsesquioxane derivative"
The bifunctional cage-type silsesquioxane derivative according to one embodiment is characterized by being represented by the following general formula (1).
一般式(1)中、R1は、直鎖または分岐鎖を有するアルキル基、シクロアルキル基、またはアリール基を表し、6個のR1は、全て同一であっても、一部または全て異なってもよく、Xは、単結合、炭素数1〜8の直鎖または分岐鎖を有するアルキレン基、炭素数3〜8のシクロアルキレン基、または炭素数6〜14のアリーレン基を表し、Yは、炭素数1〜25の直鎖または分岐鎖を有するアルキレン基、または炭素数6〜25のアリーレン基を表し、2個の−X−CH2−CH2−S−Y−OHで表される基は、互いに同一であっても、異なってもよい。 In the general formula (1), R 1 represents an alkyl group having a linear or branched chain, a cycloalkyl group, or an aryl group, and the six R 1s are all the same but partially or all different. X may represent a single bond, an alkylene group having a linear or branched chain having 1 to 8 carbon atoms, a cycloalkylene group having 3 to 8 carbon atoms, or an arylene group having 6 to 14 carbon atoms, and Y represents an arylene group having 6 to 14 carbon atoms. represents an alkylene group or an arylene group having 6 to 25 carbon atoms, having a straight-chain or branched-chain having 1 to 25 carbon atoms, represented by two -X-CH 2 -CH 2 -S- Y-OH The groups may be the same or different from each other.
二官能かご型シルセスキオキサン誘導体は、かご型シルセスキオキサン骨格を含み、8個のSiのうち2個に反応性を示す官能基が導入される。一般式(1)で表される化合物では、−R1で表される基が非反応性であり、−X−CH2−CH2−S−Y−OHで表される基が反応性を示すようになる。これによって、ヒドロキシ基を有する官能基が2個導入された二官能かご型シルセスキオキサン誘導体を提供することができる。 The bifunctional cage-type silsesquioxane derivative contains a cage-type silsesquioxane skeleton, and a functional group exhibiting reactivity in 2 out of 8 Sis is introduced. In the compound represented by the general formula (1), a group unreactive represented by -R 1, the groups represented by -X-CH 2 -CH 2 -S- Y-OH is a reactive Will be shown. This makes it possible to provide a bifunctional cage-type silsesquioxane derivative in which two functional groups having a hydroxy group are introduced.
一般式(1)中、R1は、直鎖または分岐鎖を有するアルキル基、シクロアルキル基、またはアリール基を表す。
R1で表されるアルキル基は、炭素数1〜12であることが好ましく、より好ましくは炭素数1〜8であり、直鎖または分岐鎖を有してもよい。
R1で表されるシクロアルキル基は、炭素数3〜12であることが好ましく、より好ましくは炭素数3〜8である。この炭素数の範囲内で、シクロアルキル基は、炭素環を形成する少なくとも1つの炭素原子に直鎖または分岐鎖を有するアルキル基が結合していてもよい。
R1で表されるアリール基は、炭素数6〜14であることが好ましく、より好ましくは6〜12であり、さらに好ましくは炭素数6〜8である。この炭素数の範囲内で、アリール基は、炭素環を形成する少なくとも1つの炭素原子に直鎖または分岐鎖を有するアルキル基が結合していてもよい。
R1としては、例えば、メチル基、エチル基、イソブチル基、シクロヘキシル基、イソオクチル基、フェニル基等を挙げることができる。
R1は、好ましくは、炭素数1〜12のアルキル基またはフェニル基であり、より好ましくは炭素数1〜8のアルキル基またはフェニル基である。
In the general formula (1), R 1 represents an alkyl group having a straight chain or a branched chain, a cycloalkyl group, or an aryl group.
Alkyl group represented by R 1 is preferably 1 to 12 carbon atoms, more preferably 1 to 8 carbon atoms, which may have a straight or branched chain.
The cycloalkyl group represented by R 1 preferably has 3 to 12 carbon atoms, and more preferably 3 to 8 carbon atoms. Within this range of carbon numbers, the cycloalkyl group may have an alkyl group having a straight chain or a branched chain bonded to at least one carbon atom forming a carbon ring.
The aryl group represented by R 1 preferably has 6 to 14 carbon atoms, more preferably 6 to 12 carbon atoms, and further preferably 6 to 8 carbon atoms. Within this range of carbon numbers, the aryl group may have an alkyl group having a linear or branched chain bonded to at least one carbon atom forming a carbon ring.
Examples of R 1 include a methyl group, an ethyl group, an isobutyl group, a cyclohexyl group, an isooctyl group, a phenyl group and the like.
R 1 is preferably an alkyl group or a phenyl group having 1 to 12 carbon atoms, and more preferably an alkyl group or a phenyl group having 1 to 8 carbon atoms.
一般式(1)において、6個のR1は、全て同一であっても、一部または全て異なってもよい。6個のR1は、全て同一であることが好ましい。 In the general formula (1), the six R 1s may be all the same, or partly or all different. It is preferable that all six R 1s are the same.
一般式(1)中、Xは、単結合、炭素数1〜8の直鎖または分岐鎖を有するアルキレン基、炭素数3〜8のシクロアルキレン基、または炭素数6〜14のアリーレン基を表す。
Xで表されるアルキレン基は、炭素数1〜8であることが好ましく、より好ましくは炭素数1〜3であり、直鎖または分岐鎖を有してもよい。
Xで表されるシクロアルキレン基は、炭素数3〜8であることが好ましく、より好ましくは炭素数3〜6である。この炭素数の範囲内で、シクロアルキレン基は、炭素環を形成する少なくとも1つの炭素原子に直鎖または分岐鎖を有するアルキル基が結合していてもよい。
Xで表されるアリーレン基は、炭素数6〜14であることが好ましく、より好ましくは炭素数6〜12であり、さらに好ましくは6〜8である。この炭素数の範囲内で、アリーレン基は、炭素環を形成する少なくとも1つの炭素原子に直鎖または分岐鎖を有するアルキル基が結合していてもよい。
Xとしては、例えば、単結合、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、i−プロピレン基、n−ブチレン基、i−ブチレン基、sec−ブチレン基、t−ブチレン基、ヘキシレン基、オクチレン基、i-オクチレン基、2−エチルヘキシレン基、3−エチルヘキシレン基、2−メチルペンチレン基、シクロヘキシレン基、フェニレン基等を挙げることができる。
Xは、好ましくは、単結合、炭素数1〜8のアルキレン基もしくはフェニレン基であり、より好ましくは、単結合、炭素数1〜3のアルキレン基であり、一層好ましくは、単結合である。
In the general formula (1), X represents a single bond, an alkylene group having a linear or branched chain having 1 to 8 carbon atoms, a cycloalkylene group having 3 to 8 carbon atoms, or an arylene group having 6 to 14 carbon atoms. ..
The alkylene group represented by X preferably has 1 to 8 carbon atoms, more preferably 1 to 3 carbon atoms, and may have a straight chain or a branched chain.
The cycloalkylene group represented by X preferably has 3 to 8 carbon atoms, and more preferably 3 to 6 carbon atoms. Within this carbon number range, the cycloalkylene group may have an alkyl group having a straight chain or a branched chain bonded to at least one carbon atom forming a carbon ring.
The arylene group represented by X preferably has 6 to 14 carbon atoms, more preferably 6 to 12 carbon atoms, and further preferably 6 to 8 carbon atoms. Within this carbon number range, the arylene group may have an alkyl group having a straight chain or a branched chain bonded to at least one carbon atom forming a carbon ring.
Examples of X include a single bond, a methylene group, an ethylene group, an n-propylene group, an i-propylene group, an n-butylene group, an i-butylene group, a sec-butylene group, a t-butylene group, a hexylene group and an octylene group. , I-octylene group, 2-ethylhexylene group, 3-ethylhexylene group, 2-methylpentylene group, cyclohexylene group, phenylene group and the like.
X is preferably a single bond, an alkylene group having 1 to 8 carbon atoms or a phenylene group, more preferably a single bond, an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms, and even more preferably a single bond.
一般式(1)中、Yは、炭素数1〜25の直鎖または分岐鎖を有するアルキレン基、炭素数3〜25のシクロアルキレン基、または炭素数6〜25のアリーレン基を表す。
Yで表されるアルキレン基は、炭素数1〜25であることが好ましく、より好ましくは炭素数1〜8であり、直鎖または分岐鎖を有してもよい。
Yで表されるシクロアルキレン基は、炭素数3〜25であることが好ましく、より好ましくは炭素数3〜8である。この炭素数の範囲内で、シクロアルキレン基は、炭素環を形成する少なくとも1つの炭素原子に直鎖または分岐鎖を有するアルキル基が結合していてもよい。
Yで表されるアリーレン基は、炭素数6〜25であることが好ましく、より好ましくは炭素数6〜14であり、さらに好ましくは6〜8である。この炭素数の範囲内で、アリーレン基は、炭素環を形成する少なくとも1つの炭素原子に直鎖または分岐鎖を有するアルキル基が結合していてもよい。
Yとしては、例えば、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基、i−プロピレン基、n−ブチレン基、i−ブチレン基、sec−ブチレン基、t−ブチレン基、ヘキシレン基、オクチレン基、i-オクチレン基、2−エチルヘキシレン基、3−エチルヘキシレン基、2−メチルペンチレン基、シクロヘキシレン基、フェニレン基等を挙げることができる。
Yは、好ましくは、炭素数1〜25のアルキレン基であり、より好ましくは、炭素数1〜8のアルキレン基である。
In the general formula (1), Y represents an alkylene group having a linear or branched chain having 1 to 25 carbon atoms, a cycloalkylene group having 3 to 25 carbon atoms, or an arylene group having 6 to 25 carbon atoms.
The alkylene group represented by Y preferably has 1 to 25 carbon atoms, more preferably 1 to 8 carbon atoms, and may have a straight chain or a branched chain.
The cycloalkylene group represented by Y preferably has 3 to 25 carbon atoms, and more preferably 3 to 8 carbon atoms. Within this carbon number range, the cycloalkylene group may have an alkyl group having a straight chain or a branched chain bonded to at least one carbon atom forming a carbon ring.
The arylene group represented by Y preferably has 6 to 25 carbon atoms, more preferably 6 to 14 carbon atoms, and further preferably 6 to 8 carbon atoms. Within this carbon number range, the arylene group may have an alkyl group having a straight chain or a branched chain bonded to at least one carbon atom forming a carbon ring.
Examples of Y include methylene group, ethylene group, n-propylene group, i-propylene group, n-butylene group, i-butylene group, sec-butylene group, t-butylene group, hexylene group, octylene group and i-. Examples thereof include an octylene group, a 2-ethylhexylene group, a 3-ethylhexylene group, a 2-methylpentylene group, a cyclohexylene group, a phenylene group and the like.
Y is preferably an alkylene group having 1 to 25 carbon atoms, and more preferably an alkylene group having 1 to 8 carbon atoms.
一般式(1)において、2個の−X−CH2−CH2−S−Y−OHで表される基は、互いに同一であっても、異なってもよい。2個の−X−CH2−CH2−S−Y−OHで表される基は、互いに同一であることが好ましい。 In the general formula (1), the groups represented by the two -X-CH 2 -CH 2-SY-OH may be the same or different from each other. It is preferable that the groups represented by the two -X-CH 2 -CH 2-SY-OH are the same as each other.
一般式(1)において、シルセスキオキサン骨格を構成する8個のケイ素原子のうち2個のケイ素原子に−X−CH2−CH2−S−Y−OHで表される基が結合し、その他の6個のケイ素原子にR1が結合する。
シルセスキオキサン骨格に−X−CH2−CH2−S−Y−OHで表される基が導入される位置は特に限定されないが、例えば、1個の酸素原子を介して隣り合う2つのSiに導入されてもよく(o位)、酸素原子−Si−酸素原子を介した2つのSiに導入されてもよく(m位)、互いに対角に位置する2つのSiに導入されてもよい(p位)。
In the general formula (1), silsesquioxane skeleton eight -X-CH 2 -CH 2 -S- Y-OH group is bonded, represented by the two silicon atoms of the silicon atoms constituting , R 1 is bonded to the other 6 silicon atoms.
Position groups represented silsesquioxane skeleton -X-CH 2 -CH 2 -S- Y-OH is introduced is not particularly limited, for example, of two adjacent via one oxygen atom It may be introduced into Si (position o), it may be introduced into two Sis via an oxygen atom-Si-oxygen atom (position m), or it may be introduced into two Sis located diagonally to each other. Good (p rank).
「二官能かご型シルセスキオキサン誘導体の製造方法」
以下、一般式(1)で表される二官能かご型シルセスキオキサン誘導体の製造方法の一例について説明する。なお、一般式(1)で表される二官能かご型シルセスキオキサン誘導体は、以下の製造方法によって製造されたものに限定されない。
一般式(1)で表される二官能かご型シルセスキオキサン誘導体の製造方法としては、例えば、下記一般式(2)で表されるケイ素化合物を用いて製造される工程を含む。
さらに、この製造方法は、下記一般式(3)で表されるチオール化合物を用いて製造される工程を含むことが好ましい。
好ましくは、一般式(2)で表されるケイ素化合物と一般式(3)で表されるチオール化合物とを反応させて、二官能かご型シルセスキオキサン誘導体を製造する工程を含む。
"Manufacturing method of bifunctional cage type silsesquioxane derivative"
Hereinafter, an example of a method for producing a bifunctional cage-type silsesquioxane derivative represented by the general formula (1) will be described. The bifunctional cage-type silsesquioxane derivative represented by the general formula (1) is not limited to that produced by the following production method.
The method for producing the bifunctional cage-type silsesquioxane derivative represented by the general formula (1) includes, for example, a step of producing using a silicon compound represented by the following general formula (2).
Further, this production method preferably includes a step of producing using a thiol compound represented by the following general formula (3).
Preferably, a step of reacting a silicon compound represented by the general formula (2) with a thiol compound represented by the general formula (3) to produce a bifunctional cage-type silsesquioxane derivative is included.
一般式(2)中、R1は、直鎖または分岐鎖を有するアルキル基、シクロアルキル基、またはアリール基を表し、6個のR1は、全て同一であっても、一部または全て異なってもよく、Xは、単結合、または、炭素数1〜8の直鎖または分岐鎖を有するアルキレン基、炭素数3〜8のシクロアルキレン基、または炭素数6〜14のアリーレン基を表し、2個の−X−CH=CH2で表される基は、互いに同一であっても、異なってもよい。 In the general formula (2), R 1 represents an alkyl group having a linear or branched chain, a cycloalkyl group, or an aryl group, and the six R 1s are all the same but partially or all different. X may represent a single bond or an alkylene group having a linear or branched chain having 1 to 8 carbon atoms, a cycloalkylene group having 3 to 8 carbon atoms, or an arylene group having 6 to 14 carbon atoms. The two groups represented by -X-CH = CH 2 may be the same or different from each other.
一般式(2)中のR1は、上記一般式(1)で表される化合物においてR1として導入される基であり、詳細は上記一般式(1)で説明した通りである。
また、一般式(2)中のXは、上記一般式(1)で表される化合物においてXとして導入される基であり、詳細は上記一般式(1)で説明した通りである。
R 1 in the general formula (2) is a group introduced as R 1 in the compound represented by the general formula (1), and the details are as described in the general formula (1).
Further, X in the general formula (2) is a group introduced as X in the compound represented by the general formula (1), and the details are as described in the general formula (1).
一般式(2)で表されるケイ素化合物の一例として、一般式(2)においてXが単結合である下記一般式(III)で表されるケイ素化合物を好ましく用いることができる。一般式(III)の詳細は、上記した通りである。 As an example of the silicon compound represented by the general formula (2), the silicon compound represented by the following general formula (III) in which X is a single bond in the general formula (2) can be preferably used. The details of the general formula (III) are as described above.
一般式(2)において、2個の−X−CH=CH2で表される基は、互いに同一であっても、異なってもよい。2個の−X−CH=CH2で表される基は、互いに同一であることが好ましい。 In the general formula (2), the two groups represented by −X—CH = CH 2 may be the same as or different from each other. The two groups represented by -X-CH = CH 2 are preferably the same as each other.
一般式(2)で表されるケイ素化合物は、2個のビニル基を有する。このケイ素化合物に、ヒドロキシ基を有するチオール化合物をチオールエン反応によって結合させることで、一般式(2)で表されるケイ素化合物に2個のヒドロキシ基を導入することができる。チオール化合物としては、一般式(3)で表されるチオール化合物を用いることができる。 The silicon compound represented by the general formula (2) has two vinyl groups. By binding a thiol compound having a hydroxy group to this silicon compound by a thiolene reaction, two hydroxy groups can be introduced into the silicon compound represented by the general formula (2). As the thiol compound, a thiol compound represented by the general formula (3) can be used.
一般式(3)中、Yは、炭素数1〜25の直鎖または分岐鎖を有するアルキレン基、炭素数3〜25のシクロアルキレン基、または炭素数6〜25のアリーレン基を表す。
一般式(3)中のYは、上記一般式(1)で表される化合物においてYとして導入される基であり、詳細は上記一般式(1)で説明した通りである。
In the general formula (3), Y represents an alkylene group having a linear or branched chain having 1 to 25 carbon atoms, a cycloalkylene group having 3 to 25 carbon atoms, or an arylene group having 6 to 25 carbon atoms.
Y in the general formula (3) is a group introduced as Y in the compound represented by the general formula (1), and the details are as described in the general formula (1).
一般式(2)で表されるケイ素化合物と一般式(3)で表されるチオール化合物との反応に際してラジカル開始剤を用いてもよい。
ラジカル開始剤としては、特に制限されないが、公知の熱重合開始剤、及び光重合開始剤のいずれも使用できる。
熱重合開始剤の具体例としては、ベンゾイルパーオキサイド、パラクロロベンゾイルパーオキサイド、2,4−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、アセチルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ターシャリーブチルパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジハイドロパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、ターシャリーブチルパーオキシベンゾエード等の有機過酸化物;アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスイソ酪酸メチル、アゾビスシアノ吉草酸等のアゾ化合物類等が好適に使用され、好ましくは、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)である。
光重合開始剤の具体例としては、アセトフェノン、アセトフェノンベンジルケタール、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、キサントン、フルオレノン、ベンズアルデヒド、フルオレン、アントラキノン、トリフェニルアミン、カルバゾール、3−メチルアセトフェノン、4−クロロベンゾフェノン、4,4’−ジメトキシベンゾフェノン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、ベンゾインプロピルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンジルジメチルケタール、1−(4−イソプロピルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−1−オン、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニルプロパン−1−オン、チオキサントン、ジエチルチオキサントン、2−イソプロピルチオキサントン、2−クロロチオキサントン、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノ−プロパン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1,4−(2−ヒドロキシエトキシ)フェニル−(2−ヒドロキシ−2−プロピル)ケトン、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキサイド、ビス−(2,6−ジメトキシベンゾイル)−2,4,4−トリメチルペンチルフォスフィンオキシド、及びオリゴ(2−ヒドロキシ−2−メチル−1−(4−(1−メチルビニル)フェニル)プロパノン)が挙げられる。
これらのラジカル開始剤は、1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
上記開始剤の添加量は、一般式(2)で表される化合物100質量部に対し0.1〜5.0質量部であり、より好ましくは0.5〜3.0重量部である。
A radical initiator may be used in the reaction of the silicon compound represented by the general formula (2) with the thiol compound represented by the general formula (3).
The radical initiator is not particularly limited, but any known thermal polymerization initiator and photopolymerization initiator can be used.
Specific examples of the thermal polymerization initiator include benzoyl peroxide, parachlorobenzoyl peroxide, 2,4-dichlorobenzoyl peroxide, acetyl peroxide, lauroyl peroxide, tertiary butyl peroxide, cumene hydroperoxide, 2, Organic peroxides such as 5-dimethylhexane-2,5-dihydroperoxide, methylethylketone peroxide, tertiary butylperoxybenzoide; azo compounds such as azobisisobutyronitrile, methyl azobisisobutyrate, and azobiscyanovaleric acid. Etc. are preferably used, preferably azobisisobutyronitrile (AIBN).
Specific examples of the photopolymerization initiator include acetophenone, acetophenone benzyl ketal, 1-hydroxycyclohexylphenyl ketone, 2,2-dimethoxy-1,2-diphenylethane-1-one, xanthone, fluorenone, benzaldehyde, fluorene, anthraquinone, and the like. Triphenylamine, carbazole, 3-methylacetophenone, 4-chlorobenzophenone, 4,4'-dimethoxybenzophenone, 4,4'-diaminobenzophenone, benzoin propyl ether, benzoin ethyl ether, benzyl dimethyl ketal, 1- (4-isopropyl) Phenyl) -2-hydroxy-2-methylpropane-1-one, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropane-1-one, thioxanthone, diethylthioxanthone, 2-isopropylthioxanthone, 2-chlorothioxanthone, 2- Methyl-1- [4- (methylthio) phenyl] -2-morpholino-propan-1-one, 2-benzyl-2-dimethylamino-1- (4-morpholinophenyl) -butanone-1,4- (2) -Hydroxyethoxy) phenyl- (2-hydroxy-2-propyl) ketone, 2,4,6-trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide, bis- (2,6-dimethoxybenzoyl) -2,4,4-trimethylpentylphos Examples include finoxide and oligo (2-hydroxy-2-methyl-1- (4- (1-methylvinyl) phenyl) propanone).
These radical initiators may be used alone or in combination of two or more.
The amount of the initiator added is 0.1 to 5.0 parts by mass, more preferably 0.5 to 3.0 parts by mass, based on 100 parts by mass of the compound represented by the general formula (2).
一般式(2)で表されるケイ素化合物と一般式(3)で表されるチオール化合物との反応は、溶媒中で行うことが好ましい。
溶媒に特に制限はないが、一般式(2)で表されるケイ素化合物、一般式(3)で表されるチオール化合物、及び重合開始剤の溶解性に応じて任意に選択できる。
溶剤の具体例としては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、1−メトキシ−2−プロパノール、1−メトキシ−2−プロピルアセテート、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メトキシプロピルアセテート、乳酸エチル、酢酸エチル、アセトニトリル、テトラヒドロフラン(THF)、ジメチルホルムアミド、クロロホルム、トルエン等が挙げられ、好ましくは、酢酸エチルである。これらは単独で、または2種以上を組み合わせて用いてもよい。
The reaction between the silicon compound represented by the general formula (2) and the thiol compound represented by the general formula (3) is preferably carried out in a solvent.
The solvent is not particularly limited, but can be arbitrarily selected depending on the solubility of the silicon compound represented by the general formula (2), the thiol compound represented by the general formula (3), and the polymerization initiator.
Specific examples of the solvent include methanol, ethanol, propanol, isopropanol, 1-methoxy-2-propanol, 1-methoxy-2-propyl acetate, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, methoxypropyl acetate, ethyl lactate, ethyl acetate, etc. Examples thereof include acetonitrile, tetrahydrofuran (THF), dimethylformamide, chloroform, toluene and the like, and ethyl acetate is preferable. These may be used alone or in combination of two or more.
反応温度は、使用する重合開始剤および溶媒によって異なるが、チオール−エン反応の反応速度から40〜90℃が好ましく、60〜80℃がより好ましい。
一般式(1)で表される二官能かご型シルセスキオキサン誘導体は、核磁気共鳴装置(NMR)及び/または質量分析(MS)により構造を確認することができる。
The reaction temperature varies depending on the polymerization initiator and solvent used, but is preferably 40 to 90 ° C., more preferably 60 to 80 ° C. from the reaction rate of the thiol-ene reaction.
The structure of the bifunctional cage-type silsesquioxane derivative represented by the general formula (1) can be confirmed by a nuclear magnetic resonance apparatus (NMR) and / or mass spectrometry (MS).
以下、本発明を実施例により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。尚、特に断りのない限り、「%」は質量基準である。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples. Unless otherwise specified, "%" is based on mass.
「ビニル基含有かご型シルセスキオキサン誘導体の製造」
<実施例1>
500mL三口フラスコに、アセトンを300mL、メタノールを40mL、精製水を5.60mL加え、ジムロート冷却器、温度計、滴下ロートを備えて窒素雰囲気とした。塩基性化合物としてLiOH一水和物を7.00g加え撹拌しながらオイルバスで液温が55℃となるように加熱した。滴下ロートに一般式(I)で表されるアルコキシシランとしてイソブチルトリメトキシシランを49.00g、一般式(II)で表されるビニルアルコキシシランとしてビニルトリメトキシシランを13.56g秤取し、50分間かけてゆっくり滴下した。滴下後に液温を50℃とし、18時間窒素雰囲気下で加熱撹拌した。加熱後、オイルバスを外し室温(25℃)まで放冷し、1NのHCl溶液を150mL加えたところ、白濁した。そのまま1時間撹拌し、上澄みを傾斜して除いた。残った白色粘稠物をアセトニトリル100mLで3回洗浄した後、ヘキサンを加えて白色粘稠物を溶解した。この溶液を500mLフラスコに定量的に移し、エバポレーターで溶剤を留去してオイルポンプで減圧乾燥し、白色粘稠物34.64gを得た。
"Manufacture of cage-type silsesquioxane derivatives containing vinyl groups"
<Example 1>
Acetone (300 mL), methanol (40 mL), and purified water (5.60 mL) were added to a 500 mL three-necked flask, and a Dimroth condenser, a thermometer, and a dropping funnel were provided to create a nitrogen atmosphere. 7.00 g of LiOH monohydrate was added as a basic compound, and the mixture was heated in an oil bath with stirring so that the liquid temperature became 55 ° C. 49.00 g of isobutyltrimethoxysilane as the alkoxysilane represented by the general formula (I) and 13.56 g of vinyltrimethoxysilane as the vinyl alkoxysilane represented by the general formula (II) were weighed in the dropping funnel, and 50 It was slowly added dropwise over a minute. After the dropping, the liquid temperature was set to 50 ° C., and the mixture was heated and stirred in a nitrogen atmosphere for 18 hours. After heating, the oil bath was removed, the mixture was allowed to cool to room temperature (25 ° C.), and 150 mL of 1N HCl solution was added to make the mixture cloudy. The mixture was stirred as it was for 1 hour, and the supernatant was removed by inclining. The remaining white viscous substance was washed 3 times with 100 mL of acetonitrile, and then hexane was added to dissolve the white viscous substance. This solution was quantitatively transferred to a 500 mL flask, the solvent was distilled off with an evaporator, and the solution was dried under reduced pressure with an oil pump to obtain 34.64 g of a white viscous substance.
得られた白色粘稠物を分取精製した。
中圧カラムによる分取精製は株式会社ワイエムシィ製「LC−forte/R」、カラムは株式会社山善製「ユニバーサルカラムプレミアム(2L)」を用いた。分取条件10mL/min、展開溶剤はヘキサンとした。白色粘稠物2.64gをヘキサン1.47gに溶解させてカラム上部に直接チャージした。流出RI検出をモニターしながら図1に示すような流出時間で各フラクションに分割し、フラクションごとにエバポレーターで溶剤を留去してオイルポンプで減圧乾燥して、各フラクションから白色結晶を得た。各フラクションから得られた白色結晶の質量を表1に示す。
The obtained white viscous product was separated and purified.
"LC-forte / R" manufactured by YMC Co., Ltd. was used for preparative purification using a medium pressure column, and "Universal Column Premium (2L)" manufactured by Yamazen Corporation was used as the column. The preparative condition was 10 mL / min, and the developing solvent was hexane. 2.64 g of white viscous material was dissolved in 1.47 g of hexane and charged directly onto the top of the column. While monitoring the outflow RI detection, each fraction was divided into fractions at the outflow time as shown in FIG. 1, the solvent was distilled off with an evaporator for each fraction, and the solvent was dried under reduced pressure with an oil pump to obtain white crystals from each fraction. The masses of white crystals obtained from each fraction are shown in Table 1.
フラクション2〜4から得られた白色結晶についてBruker Daltonics社製「AutoFlex」を用いてMALDI−TOF MS分析を行った。結果を図2に示す。図2から、H+とNa+付加体のピークが観測された。
各フラクションから得られた白色結晶の観測値と、ビニルPOSS(POSS;かご型オリゴシルセスキオキサン(Polyhedral Oligomeric SilSesquioxanes))、ビスビニルPOSS、トリスビニルPOSSの計算値とを表2に示す。フラクション2がビニルPOSS、フラクション3が目的のビスビニルPOSS、フラクション4がトリスビニルPOSSであった。
MALDI-TOF MS analysis was performed on the white crystals obtained from fractions 2 to 4 using "AutoFlex" manufactured by Bruker Daltonics. The results are shown in FIG. From FIG. 2, peaks of H + and Na + adducts were observed.
Table 2 shows the observed values of white crystals obtained from each fraction and the calculated values of vinyl POSS (POSS; cage-type oligomeric SilSesquioxanes), bisvinyl POSS, and trisvinyl POSS. Fraction 2 was vinyl POSS, fraction 3 was the target bisvinyl POSS, and fraction 4 was trisvinyl POSS.
ビスビニルPOSSについて、ビニル基の結合位置を調べるために、フラクション1〜5から得られた白色結晶をCDCl3(重水素化クロロホルム)に溶解させて、Bruker社製「Avance300」を用い、1H、13C及び29Si NMRを測定した。それらの測定結果を、それぞれ図3、図4、図5に示した。 For Bisubiniru POSS, in order to investigate the binding position of the vinyl group, by dissolving the white crystals obtained from fractions 1-5 in CDCl 3 (deuterated chloroform), using a Bruker "Avance300", 1 H, 13 C and 29 Si NMR were measured. The measurement results are shown in FIGS. 3, 4, and 5, respectively.
フラクション2のビニルPOSSの結果と比較すると、ビスビニルPOSSは2種のビニル基を持つことが分かる。しかし、図6のように可能な構造3種のうちどの2種かはこれらNMRの結果からは判断できない。 Comparing with the result of vinyl POSS of fraction 2, it can be seen that bisvinyl POSS has two kinds of vinyl groups. However, as shown in FIG. 6, which two of the three possible structures cannot be determined from these NMR results.
「二官能かご型シルセスキオキサン誘導体の製造」
<実施例2>
20mL三口フラスコに、ビスビニルヘキサイソブチルPOSS(POSS:かご型オリゴシルセスキオキサン;一般式(2)においてR1がイソブチル基、Xが単結合;上記実施例1の製造方法によって製造したフラクション3のビスビニルPOSS)を1.0g、酢酸エチル(株式会社ゴードー製)を4.0mL、AIBN(アゾビスイソブチロニトリル、株式会社日本ファインケム製)を0.017g加えた。この三口フラスコは、ジムロート冷却器、温度計、窒素配管を備えており、室温(25℃)で15〜20分、窒素バブリングとともにマグネチックスターラーを用いて混合物を撹拌した。
次に、この三口フラスコをオイルバスで液温が40℃となるように加熱後、6−メルカプト−1−ヘキサノール(HS−(CH2)6−OH;一般式(3)においてYがヘキシレン基;東京化成工業株式会社製)をガスタイトシリンジに0.37mL量り取り滴下した。
滴下後に、反応混合物を76〜78℃に加熱して還流条件下で4時間撹拌した。撹拌後、オイルバスから三口フラスコを外し室温まで放冷し、反応物を100mLフラスコに定量的に移し、エバポレーターで溶媒を留去した。得られた白色固体をアセトニトリル20mLで洗浄した後、No.5Cのろ紙を用いてろ別し、ロータリーエバポレーターにより減圧乾燥し、白色結晶1.0gを得た(収率:77%)。
"Manufacturing of bifunctional cage-type silsesquioxane derivative"
<Example 2>
In a 20 mL three-necked flask, bisvinylhexaisobutyry POSS (POSS: cage-type oligosilsesquioxane; R 1 is an isobutyl group and X is a single bond in the general formula (2); fraction 3 produced by the production method of Example 1 above. Bisvinyl POSS) (1.0 g), ethyl acetate (manufactured by Gordo Co., Ltd.) (4.0 mL), and AIBN (azobisisobutyronitrile, manufactured by Japan Finechem Co., Ltd.) (0.017 g) were added. This three-necked flask was equipped with a Dimroth condenser, a thermometer, and a nitrogen pipe, and the mixture was stirred at room temperature (25 ° C.) for 15 to 20 minutes using a magnetic stirrer together with nitrogen bubbling.
Next, after heating this three-necked flask in an oil bath so that the liquid temperature becomes 40 ° C., 6-mercapto-1-hexanol (HS- (CH 2 ) 6- OH; Y in the general formula (3) is a hexylene group. (Manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was weighed 0.37 mL into a gas tight syringe and dropped.
After the dropwise addition, the reaction mixture was heated to 76-78 ° C. and stirred under reflux conditions for 4 hours. After stirring, the three-necked flask was removed from the oil bath and allowed to cool to room temperature, the reaction product was quantitatively transferred to a 100 mL flask, and the solvent was distilled off with an evaporator. After washing the obtained white solid with 20 mL of acetonitrile, No. The mixture was filtered using 5C filter paper and dried under reduced pressure using a rotary evaporator to obtain 1.0 g of white crystals (yield: 77%).
得られた白色結晶をTHF(テトラヒドロフラン;和光純薬株式会社製)に溶解し、株式会社日立ハイテクノロジーズ製「Chromaster」を用いてゲル・パーミエーション・クロマトグラフィー(GPC)を行った。この白色結晶は、ポリスチレン換算での重量平均分子量(Mw)が975、数平均分子量(Mn)が964であり、きれいな単分散性(Mw/Mn=1.0)を示した。 The obtained white crystals were dissolved in THF (tetrahydrofuran; manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and gel permeation chromatography (GPC) was performed using "Chromaster" manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation. The white crystals had a polystyrene-equivalent weight average molecular weight (Mw) of 975 and a number average molecular weight (Mn) of 964, and showed a clean monodispersity (Mw / Mn = 1.0).
得られた白色結晶についてBruker Daltonics社製「AutoFlex」を用いてMALDI−TOF MS分析を行った。結果を図7に示す。図7の丸印部分にNa+付加体のピークが観測された。得られた白色結晶のNa+付加体の観測値(MALDI−TOF MS結果)とヘキサイソブチル−2[(6−ヒドロキシヘキシル)チオ]エチルPOSSの計算値(Exact Mass)とそのNa+付加体の計算値(Na+付加体)を表3に示す。Na+付加体の観測値はNaの原子量分(22.99)だけ大きい値となっている。その結果、得られた白色結晶はヘキサイソブチル−2[(6−ヒドロキシヘキシル)チオ]エチルPOSSであると確認された。 The obtained white crystals were subjected to MALDI-TOF MS analysis using "AutoFlex" manufactured by Bruker Daltonics. The results are shown in FIG. A peak of Na + adduct was observed in the circled part in FIG. 7. Observed value of Na + adduct of the obtained white crystal (MALDI-TOF MS result) and calculated value of hexaisobutyl-2 [(6-hydroxyhexyl) thio] ethyl POSS (Exact Mass) and its Na + adduct The calculated values (Na + adduct) are shown in Table 3. The observed value of Na + adduct is larger by the atomic weight of Na (22.99). As a result, it was confirmed that the obtained white crystals were hexaisobutyl-2 [(6-hydroxyhexyl) thio] ethyl POSS.
ヘキサイソブチル−2[(6−ヒドロキシヘキシル)チオ]エチルPOSSについて構造同定のために、得られた白色結晶をCDCl3(重水素化クロロホルム)に溶解させて、Bruker社製「Avance300」を用い、1H、13Cおよび29Si NMRを測定した。
測定条件は以下の通りである。
(1H NMR)
観測核:1H
共鳴周波数:300MHz
測定温度:25℃
基準物質:テトラメチルシラン
(13C NMR)
観測核:13C
共鳴周波数:75MHz
測定温度:25℃
基準物質:テトラメチルシラン
(29Si NMR)
観測核:29Si
共鳴周波数:60MHz
測定温度:25℃
基準物質:テトラメチルシラン
For structural identification of hexaisobutyl-2 [(6-hydroxyhexyl) thio] ethyl POSS, the obtained white crystals were dissolved in CDCl 3 (deuterated chloroform), and Bruker's "Avance 300" was used. 1 H, 13 C and 29 Si NMR were measured.
The measurement conditions are as follows.
( 1 1 H NMR)
Observation nucleus: 1 H
Resonance frequency: 300MHz
Measurement temperature: 25 ° C
Reference substance: Tetramethylsilane ( 13 C NMR)
Observation nucleus: 13 C
Resonance frequency: 75MHz
Measurement temperature: 25 ° C
Reference substance: Tetramethylsilane ( 29 Si NMR)
Observation nucleus: 29 Si
Resonance frequency: 60MHz
Measurement temperature: 25 ° C
Reference substance: Tetramethylsilane
実施例1で得られたビスビニルPOSSのH、13Cおよび29Si NMRの測定結果からビニル基に由来するピーク部分を抜き出したものをそれぞれ図8、図10及び図12に示す。
実施例2で得られたヘキサイソブチル−2[(6−ヒドロキシヘキシル)チオ]エチルPOSSの1H、13Cおよび29Si NMRの測定結果をそれぞれ図9、図11及び図13に示す。
1H NMRチャートから、6ppm付近に確認される原料のビスビニルPOSSのビニル基のピーク(図8)は消失し、図9に示すヒドロキシル基に由来する3.6ppm付近のピークが確認された。
13C NMRチャートからも、原料のビスビニルPOSSのビニル基に由来する129.7ppmと136.0ppm付近のピーク(図10)の消失を確認し、図11に示す25.4ppm、28.6ppm、29.4ppm、31.6ppm、32.6ppm、62.7ppmに6−ヒドロキシヘキシルに由来する合計6本のピークが確認された。
29Si NMRチャートからも、原料のビスビニルPOSSのビニル基に由来する−81.5ppm付近のピーク(図12)が消失し、図13に示す6−ヒドロキシヘキシル基に由来する−70.1ppm付近のピークが確認された。
The peak portions derived from the vinyl group are extracted from the measurement results of H, 13 C and 29 Si NMR of the bisvinyl POSS obtained in Example 1, and are shown in FIGS. 8, 10 and 12, respectively.
The measurement results of 1 H, 13 C and 29 Si NMR of hexaisobutyl-2 [(6-hydroxyhexyl) thio] ethyl POSS obtained in Example 2 are shown in FIGS. 9, 11 and 13, respectively.
From the 1 H NMR chart, the peak of the vinyl group (FIG. 8) of the raw material bisvinyl POSS confirmed at around 6 ppm disappeared, and the peak at around 3.6 ppm derived from the hydroxyl group shown in FIG. 9 was confirmed.
From the 13 C NMR chart, the disappearance of the peaks (FIG. 10) around 129.7 ppm and 136.0 ppm derived from the vinyl group of the raw material bisvinyl POSS was confirmed, and 25.4 ppm, 28.6 ppm, 29 shown in FIG. 11 were confirmed. A total of 6 peaks derived from 6-hydroxyhexyl were confirmed at .4 ppm, 31.6 ppm, 32.6 ppm, and 62.7 ppm.
From the 29 Si NMR chart, the peak around -81.5 ppm (FIG. 12) derived from the vinyl group of the raw material bisvinyl POSS disappeared, and the peak around -70.1 ppm derived from the 6-hydroxyhexyl group shown in FIG. 13 disappeared. A peak was confirmed.
以上により実施例2で合成した白色結晶の構造は下記化学式(4)で表されると確認された。
Claims (7)
一般式(II)中、R3はそれぞれ独立して炭素数1〜8のアルキル基を表す。
一般式(III)中、R1は一般式(I)と同じ炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数6〜14のアリール基を表す。] A step of reacting an alkoxysilane represented by the following general formula (I), a vinyl alkoxysilane represented by the following general formula (II), and LiOH in the presence of water, a separation and purification step by a chromatography method, and the like. A method for producing a vinyl group-containing cage-type silsesquioxane derivative represented by the following general formula (III).
In the general formula (II), R 3 independently represents an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms.
In the general formula (III), R 1 represents the same alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or the aryl group having 6 to 14 carbon atoms as in the general formula (I). ]
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