JP7135366B2 - 2価のホスファゼニウム塩およびその製造方法 - Google Patents

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本開示は、2価のホスファゼニウム塩およびその製造方法に関する。
1価のホスファゼニウム塩が、有用な有機塩基として知られている。
例えば、特許文献1は、P=N結合を有する化合物を触媒として、活性水素化合物にエポキサイド化合物を付加重合して粗製ポリオキシアルキレンポリオールを製造し、次いで、粗製ポリオキシアルキレンポリオールと、所定の固体酸とを接触させ、ポリオキシアルキレンポリオール中の触媒残存量を150ppm以下に制御することを特徴とするポリオキシアルキレンポリオールの製造方法を開示している。また、特許文献1は、該P=N結合を有する化合物として1価のホスファゼニウム塩を開示している。
特許第4201233号公報
しかしながら、特許文献1にかかる1価のホスファゼニウム塩は、該1価のホスファゼニウム塩が強い塩基性を示すため、製造したポリアルキレンオキシド中から除去されていた。このため、除去する必要がない中性のホスファゼニウム塩が求められている。
ところで、ポリアルキレンオキシドはポリウレタンやポリエステル等の樹脂の原料として有用であって、その用途には室内や車内で用いられる製品が含まれる。ポリアルキレンオキシドやそれを用いた樹脂は、室内や車内などの生活空間において発生するアルデヒド類を低減することが強く求められている。
また、これらの樹脂が用いられる製品を製造する工程中において、当該樹脂が高温に曝されることがあるため、熱安定性に優れることが望まれている。
そこで、本発明の一態様は、中性であり、熱安定性およびアルデヒド捕捉能に優れる2価のホスファゼニウム塩およびその製造方法を提供することに向けられている。
本発明の一態様にかかる2価のホスファゼニウム塩は、式(1)で示される2価のホスファゼニウム塩である:
Figure 0007135366000001
式(1)中、
及びRは、各々独立して、
水素原子、
炭素数1~20の炭化水素基、
とRとが互いに結合した環構造を表す;
n-は、有機スルホン酸または有機ジスルホン酸の脱プロトン化体を表す;
n及びmは、いずれか一方が1であり、他方が2である。
本発明の他の態様にかかる2価のホスファゼニウム塩の製造方法は、上記2価のホスファゼニウム塩の製造方法であって、
式(2)で示されるホスファゼニウム塩1モルに対し、2モル以上の有機スルホン酸を反応させることを特徴とする製造方法である:
Figure 0007135366000002
式(2)中、
及びRは、各々独立して、
水素原子、
炭素数1~20の炭化水素基、
とRとが互いに結合した環構造を表す;
は、ヒドロキシアニオン、炭素数1~4のアルコキシアニオン、カルボキシアニオン、炭素数2~5のアルキルカルボキシアニオン、又は炭酸水素アニオンを表す。
本発明の一態様は、中性であり、熱安定性およびアルデヒド捕捉能に優れる2価のホスファゼニウム塩およびその製造方法を提供できる。
以下に本発明を実施するための例示的な態様を詳細に説明する。
<2価のホスファゼニウム塩>
本発明の一態様にかかる2価のホスファゼニウム塩は、式(1)で示される2価のホスファゼニウム塩である:
Figure 0007135366000003
式(1)中、
及びRは、各々独立して、
水素原子、
炭素数1~20の炭化水素基、
とRとが互いに結合した環構造を表す;
n-は、有機スルホン酸または有機ジスルホン酸の脱プロトン化体を表す;
n及びmは、いずれか一方が1であり、他方が2である。
本態様にかかる2価のホスファゼニウム塩は、上記式(1)で示される塩の範疇に属するものであれば如何なるものであってもよい。
<<<R、R>>>
式(1)中、R及びRは、各々独立して、水素原子、炭素数1~20の炭化水素基、RとRとが互いに結合した環構造を表す。
炭素数1~20の炭化水素基としては、例えばメチル基、エチル基、ビニル基、n-プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、アリル基、n-ブチル基、イソブチル基、t-ブチル基、シクロブチル基、n-ペンチル基、ネオペンチル基、シクロペンチル基、n-ヘキシル基、シクロヘキシル基、フェニル基、へプチル基、シクロヘプチル基、オクチル基、シクロオクチル基、ノニル基、シクロノニル基、デシル基、シクロデシル基、ウンデシル基、ドデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基等が挙げられる。
とRとが互いに結合した環構造としては、ピロリジニル基、ピロリル基、ピペリジニル基、インドリル基、イソインドリル基等が挙げられる。
これらの中で、原料の入手が容易という点から、R及びRとしては、各々独立して、メチル基、エチル基、イソプロピル基であることが好ましい。R及びRがメチル基であることがより好ましい。
式(1)におけるカチオン種の具体例としては、テトラキス[トリス(ジメチルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウム(ヒドロ)ジカチオン、テトラキス[トリス(ジエチルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウム(ヒドロ)ジカチオン、テトラキス[トリス(ジn-プロピルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウム(ヒドロ)ジカチオン、テトラキス[トリス(ジイソプロピルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウム(ヒドロ)ジカチオン、テトラキス[トリス(ジn-ブチルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウム(ヒドロ)ジカチオン、テトラキス[トリス(ジフェニルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウム(ヒドロ)ジカチオン、テトラキス[トリス(ジベンジルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウム(ヒドロ)ジカチオン、テトラキス[トリス(ジピロリジニルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウム(ヒドロ)ジカチオン、テトラキス[トリス(ジピロリルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウム(ヒドロ)ジカチオンが挙げられる。これらの中でもテトラキス[トリス(ジメチルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウム(ヒドロ)ジカチオンが好ましい。
<<An->>
n-は、有機スルホン酸または有機ジスルホン酸の脱プロトン化体を表す。
有機スルホン酸、有機ジスルホン酸としては、一般的に知られている有機スルホン酸、有機ジスルホン酸の範疇に属するものであれば如何なるものであってもよい。
有機スルホン酸としては、例えば、アルカンスルホン酸、α-オレフィンスルホン酸、高級アルコール硫酸、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸等が挙げられる。
有機ジスルホン酸としては、例えば、アルカンジスルホン酸、α-オレフィンジスルホン酸、高級アルコール二硫酸、ポリオキシエチレンアルキルエーテル二硫酸等が挙げられる。
有機スルホン酸、有機ジスルホン酸の具体例としては、例えば、p-トルエンスルホン酸、キシレンスルホン酸、キュメンスルホン酸、メトキシベンゼンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸(ソフト型)、分岐鎖アルキルベンゼンスルホン酸(ハード型)、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸、直鎖アルキルナフタリンスルホン酸、分岐鎖アルキルナフタリンスルホン酸、β-ナフタリンスルホン酸ホルマリン縮合物、p-アニリンスルホン酸、o-アニリンスルホン酸等が挙げられる。これらの中で、ホスファゼニウム塩の安定性、アルデヒド捕捉効果に優れるという点から、ドデシルベンゼンスルホン酸、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸(ソフト型)、分岐鎖アルキルベンゼンスルホン酸(ハード型)が好ましい。
なお、式(1)中、n及びmは、いずれか一方が1であり、他方が2である。すなわち、nが1のときmは2であり、nが2のときmは1である。
本態様にかかる2価のホスファゼニウム塩は、中性を示すことが好ましい。該2価のホスファゼニウム塩を、例えば樹脂等に添加した際に、樹脂等のpHの変化が抑制される。該2価のホスファゼニウム塩の0.01mol/Lの水溶液のpHが、5以上9以下であることが好ましく、より好ましくは5以上8以下である。pHは、例えば、2価のホスファゼニウム塩の0.01mol/Lの水溶液をpH試験紙につけて測定することができる。
本態様にかかるホスファゼニウム塩は、熱安定性に優れる。該2価のホスファゼニウム塩は、120℃、8時間の加熱処理をおこなった際の、臭気の発生が無い、もしくはほとんど無く、かつ、NMR(nuclear magnetic resonance;核磁気共鳴)装置を用いて測定した純度に変化が無い、もしくはほとんど無いものである。
本態様にかかる2価のホスファゼニウム塩は、アルデヒド捕捉剤として使用することができる。例えば、上記式(1)で示されるホスファゼニウム塩をポリアルキレンオキシドに添加することで、ポリアルキレンオキシドから揮発するアルデヒド量を低減することができる。
<2価のホスファゼニウム塩の製造方法>
本発明の一態様にかかる2価のホスファゼニウム塩の製造方法は、上記2価のホスファゼニウム塩の製造方法であって、
式(2)で示されるホスファゼニウム塩1モルに対し、2モル以上の有機スルホン酸を反応させることを特徴とする製造方法である:
Figure 0007135366000004
式(2)中、
及びRは、各々独立して、
水素原子、
炭素数1~20の炭化水素基、
とRとが互いに結合した環構造を表す;
は、ヒドロキシアニオン、炭素数1~4のアルコキシアニオン、カルボキシアニオン、炭素数2~5のアルキルカルボキシアニオン、又は炭酸水素アニオンを表す。
およびRは、各々独立して、水素原子、炭素数1~20の炭化水素基、RとRとが互いに結合した環構造である。これらの具体例としては、上記式(1)中のRおよびRと同じものが挙げられる。そして、上記式(1)と同様に、原料の入手が容易という点から、RおよびRとしては、メチル基、エチル基、イソプロピル基であることが好ましい。
式(2)で示される1価のホスファゼニウム塩の具体例としては、テトラキス[トリス(ジメチルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムヒドロキシド、テトラキス[トリス(ジエチルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムヒドロキシド、テトラキス[トリス(ジn-プロピルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムヒドロキシド、テトラキス[トリス(ジイソプロピルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムヒドロキシド、テトラキス[トリス(ジn-ブチルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムヒドロキシド、テトラキス[トリス(ジフェニルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムヒドロキシド、テトラキス[トリス(ジベンジルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムヒドロキシド、テトラキス[トリス(ジピロリジニルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムヒドロキシド、テトラキス[トリス(ジピロリルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムヒドロキシド;テトラキス[トリス(ジメチルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムハイドロゲンカーボネート、テトラキス[トリス(ジエチルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムハイドロゲンカーボネート、テトラキス[トリス(ジn-プロピルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムハイドロゲンカーボネート、テトラキス[トリス(ジイソプロピルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムハイドロゲンカーボネート、テトラキス[トリス(ジn-ブチルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムハイドロゲンカーボネート、テトラキス[トリス(ジフェニルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムハイドロゲンカーボネート、テトラキス[トリス(ジベンジルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムハイドロゲンカーボネート、テトラキス[トリス(ジピロリジニルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムハイドロゲンカーボネート、テトラキス[トリス(ジピロリルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムハイドロゲンカーボネート;等が挙げられる。これらの中でも、原料の入手が容易という点から、テトラキス[トリス(ジメチルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムヒドロキシド、テトラキス[トリス(ジメチルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムハイドロゲンカーボネートが好ましい。
式(2)で示される1価のホスファゼニウム塩1モルに対する有機スルホン酸の量は、2モル以上であり、好ましくは2.1モル以上10モル以下、より好ましくは2.2モル以上5モル以下である。1価のホスファゼニウム塩1モルに対する有機スルホン酸の量が2モル未満の場合、得られるホスファゼニウム塩が不安定で、純度が低下することがあるため、好ましくない。
式(2)で示される1価のホスファゼニウム塩と有機スルホン酸との反応は、溶媒中でおこなってもよい。溶媒としては、水;メタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、n-ブタノール、イソブタノール、t-ブタノール、n-ペンタノール、ネオペンタノール、n-ヘキサノール、n-ヘプタノール、n-オクタノール、n-ノナノール、n-デカノール等のアルコール;ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、グリセリン等の多価アルコール;エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノベンジルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル等の多価アルコール誘導体;蟻酸、酢酸等の脂肪酸;エチレンジアミン、アニリン、アセトニトリル等の含窒素化合物等を挙げることができる。溶媒は1種のみであってもよく、2種以上の混合溶媒であってもよい。
本発明の一態様にかかるホスファゼニウム塩は、中性かつ熱安定性に優れ、さらにはアルデヒド捕捉効果を有するものである。そのため、該2価のホスファゼニウム塩を、例えばポリアルキレンオキシドに添加した際、ポリアルキレンオキシドを中性に維持したまま、ポリアルキレンオキシド中のアルデヒドを捕捉することができる。
以下、実施例により本発明の各態様を説明するが、本実施例は何ら本発明の各態様を制限するものではない。まず、実施例及び比較例において用いた測定方法を示す。
(1)ホスファゼニウム塩のNMR
核磁気共鳴(NMR)スペクトル測定装置(日本電子社製、(商品名)GSX270WB)を用い、重溶媒に重クロロホルムを使用して、H-NMRを測定した。
(2)ホスファゼニウム塩のpH
0.01mol/Lのホスファゼニウム塩水溶液をpH試験紙につけ、ホスファゼニウム塩のpHを測定した。
(3)ポリアルキレンオキシドのpH
JIS K-1557-5に記載の方法に従い、ポリアルキレンオキシド10gをイソプロパノール/水=10/6混合溶媒(60mL)に溶解し、YOKOGAWA社製pH/ORPメータPH72を使用して、ポリアルキレンオキシドのpHを測定した。
(4)ポリアルキレンオキシドからのアセトアルデヒド揮発量
ポリアルキレンオキシド10gをインピンジャー(株式会社末永理化学社製、容量:30ml)に入れ、65℃で2時間加熱しながら、65℃でハイドロカーボントラップ通気済みの窒素ガスを0.5L/minの流速で吹き込んだ。通気後のガスを2,4-ジニトロフェニルヒドラジン(DNPH)カートリッジに捕集し、5mlの溶出液を用いて吸着成分を溶出した。溶出液の高速液体クロマトグラフィー(high performance liquid chromatography;HPLC)測定を行い、ポリアルキレンオキシドからのアルデヒド揮発量を測定した。
<合成例1>
磁気回転子を付した100mlシュレンク管を窒素雰囲気下とし、テトラキス[トリス(ジメチルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムクロリド5.7g(7.4mmol、Sigma-Aldrich社製)、2-プロパノール16mlを加え、25℃で攪拌し溶解させた。攪拌を維持したまま、85重量%水酸化カリウム0.53g(8.1mmol、テトラキス[トリス(ジメチルアミノ)ホスホラニリデンアミノ]ホスホニウムクロリドに対して1.1mol当量)を2-プロパノールに溶解した溶液を加えた。25℃で5時間攪拌後、析出した副生塩を濾過により除去することによって、1価のホスファゼニウム塩-Aの2-プロパノール溶液33gが、濃度17質量%、収率98%で得られた。ホスファゼニウム塩-Aは、上記式(2)におけるRがメチル基、Rがメチル基、Xがヒドロキシアニオンに相当するホスファゼニウム塩である。得られたホスファゼニウム塩-AのpHは、12(塩基性)であった。
ついで、得られたホスファゼニウム塩-AのH-NMRを測定した。H-NMRにおける当該1価のホスファゼニウムカチオンのケミカルシフトは、2.62ppmであった。
さらに、ホスファゼニウム塩-Aを120℃、8時間の加熱処理をおこなった結果、強い臭気が発生し、H-NMRにて不純物ピークの生成が確認された。
<試験例1>
スターラーバーを入れた100ミリリットルのビーカーに、合成例1で得られた1価のホスファゼニウム塩-Aの2-プロパノール溶液95mgおよびメタノール60mlを加え、よく撹拌した。そこへ、ドデシルベンゼンスルホン酸のイソプロパノール溶液(0.02mol/L)を滴下することによって、中和滴定を行った。
1モルの1価のホスファゼニウム塩-Aに対し、約2モルのドデシルベンゼンスルホン酸を滴下した時点に等量点が観測され、2価のホスファゼニウム塩の生成が確認された。2価のホスファゼニウム塩は、上記式(1)におけるRがメチル基、Rがメチル基、[An-がドデシルベンゼンスルホン酸の脱プロトン化体に相当するホスファゼニウム塩である。
<実施例1>
スターラーバーを入れた0.2リットルの4つ口フラスコを窒素雰囲気下とし、合成例1で得られた1価のホスファゼニウム塩-Aの2-プロパノール溶液50g(11mmol)を加えた。そこへ、撹拌を維持しながら、ドデシルベンゼンスルホン酸7.5g(23mmol、1価のホスファゼニウム塩1molに対して2.1mol)を加えた。10分間攪拌を継続後、減圧下で溶媒を除去することによって、目的とする2価のホスファゼニウム塩-Bを得た。2価のホスファゼニウム塩-Bは、上記式(1)におけるRがメチル基、Rがメチル基、[An-がドデシルベンゼンスルホン酸の脱プロトン化体に相当するホスファゼニウム塩である。得られたホスファゼニウム塩のpHは、7(中性)であった。
ついで、得られたホスファゼニウム塩-BのH-NMRを測定した。H-NMRにおける当該2価のホスファゼニウムカチオンのケミカルシフトは2.70ppmであり、合成例1で得られた1価のホスファゼニウム塩-Aと比較して低磁場にシフトした。ホスファゼニウム塩の価数が1価から2価に変化することによって、ホスファゼニウム塩のカチオン性が増大(電子密度が低下)したためと本発明者等は推測している。
さらに、ホスファゼニウム塩-Bを120℃、8時間の加熱処理を行った結果、臭気の発生は確認されず、また、H-NMRにおける大きな変化は確認されず、安定であった。
得られた2価のホスファゼニウム塩-B 31mgを、pH:6.4(中性)、アセトアルデヒド揮発量:0.92ppmのポリアルキレンオキシド10gに加え、よく撹拌した。得られたポリアルキレンオキシドは中性(pH:7.4)を維持したまま、アセトアルデヒド揮発量は0.53ppmに低減された。2価のホスファゼニウム塩によってアセトアルデヒドが捕捉され、揮発しにくくなったためと本発明者等は推測している。
<比較例1>
スターラーバーを入れた0.2リットルの4つ口フラスコを窒素雰囲気下とし、合成例1で得られた1価のホスファゼニウム塩-Aの2-プロパノール溶液50g(11mmol)を加えた。そこへ、撹拌を維持しながら、ドデシルベンゼンスルホン酸3.6g(11mmol、1価のホスファゼニウム塩1molに対して1mol)を加えた。10分間攪拌を継続後、減圧下で溶媒を除去することによって、目的とする1価のホスファゼニウム塩-Cを得た。1価のホスファゼニウム塩-Cは、上記式(1)におけるRがメチル基、Rがメチル基、[An-がドデシルベンゼンスルホン酸の脱プロトン化体に相当するホスファゼニウム塩である。得られたホスファゼニウム塩-CのpHは12で、強い塩基性を示すものであった。
ついで、得られたホスファゼニウム塩-CのH-NMRを測定した。H-NMRにおける当該1価のホスファゼニウムカチオンのケミカルシフトは2.62ppmであり、実施例1で得られた2価のホスファゼニウム塩-Bと比較して高磁場であった。2価のホスファゼニウム塩-Bと比較して、カチオン性が減少(電子密度が増加)しているためと本発明者等は推測している。
得られた1価のホスファゼニウム塩-C 22mgを、pH:6.4(中性)、アセトアルデヒド揮発量:0.92ppmのポリアルキレンオキシド10gに加え、よく撹拌した。得られたポリアルキレンオキシドのpHは8.6で、塩基性を示した。得られたポリアルキレンオキシドからのアセトアルデヒド揮発量は0.96ppmで、アルデヒド捕捉効果は見られなかった。
本発明の一態様にかかる2価のホスファゼニウム塩は、中性であり、熱安定性およびアルデヒド捕捉効果に優れる。したがって、例えば、該2価のホスファゼニウム塩をポリアルキレンオキシドに添加することによって、アルデヒド揮発量の少ないポリアルキレンオキシドを得ることができる。当該ポリアルキレンオキシドは、ポリウレタン、ポリエステル、界面活性剤、潤滑剤等への展開が期待できる。

Claims (5)

  1. 式(1)で示される2価のホスファゼニウム塩:
    Figure 0007135366000005
    式(1)中、
    及びRは、各々独立して、
    水素原子、
    炭素数1~20の炭化水素基、
    とRとが互いに結合した環構造を表す;
    n-は、有機スルホン酸または有機ジスルホン酸の脱プロトン化体を表す;
    n及びmは、いずれか一方が1であり、他方が2である。
  2. 及びRが、メチル基であり、
    n-が、ドデシルベンゼンスルホン酸、直鎖アルキルベンゼンスルホン酸(ソフト型)、または、分岐鎖アルキルベンゼンスルホン酸(ハード型)の脱プロトン化体であることを特徴とする請求項1に記載の2価のホスファゼニウム塩。
  3. 該2価のホスファゼニウム塩の0.01mol/L水溶液のpHが、5以上8以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の2価のホスファゼニウム塩。
  4. アルデヒド捕捉剤として使用される請求項1~3のいずれか1項に記載の2価のホスファゼニウム塩。
  5. 請求項1~4のいずれか1項に記載の2価のホスファゼニウム塩の製造方法であって、
    式(2)で示されるホスファゼニウム塩1モルに対し、2モル以上の有機スルホン酸を反応させることを特徴とする製造方法
    Figure 0007135366000006
    式(2)中、
    及びRは、各々独立して、
    水素原子、
    炭素数1~20の炭化水素基、
    とRとが互いに結合した環構造を表す;
    は、ヒドロキシアニオン、炭素数1~4のアルコキシアニオン、カルボキシアニオン、炭素数2~5のアルキルカルボキシアニオン、又は炭酸水素アニオンを表す。
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