JP7304036B2 - 極性基を有するアリルモノマー共重合体の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、極性基を有するアリルモノマー共重合体の製造方法に関する。
非極性モノマーであるエチレンやプロピレンなどのオレフィンと極性基を有するビニルモノマーとの共重合体は、無極性であるポリエチレンやポリプロピレンにはない機能性や特性を有しており、幅広い分野で使用されている。例えば、エチレン・ビニルアルコール共重合体(EVOH)は、エチレンモノマー構造単位とビニルアルコールモノマー構造単位からなる共重合体であり、エチレンと酢酸ビニルのラジカル共重合で得られるエチレン・酢酸ビニル共重合体をケン化することによって製造される。EVOHはその優れたガスバリア性を生かして、食品包装用途など広い分野で使用されている。
一方で、酢酸アリルやアリルアルコールなどの極性基を有するアリルモノマーの重合は、通常のビニルモノマーの重合に比べて難しく、その重合体はほとんど知られていない。その理由は、アリルモノマーをラジカル重合させた場合、アリル位炭素上に存在する水素原子引き抜きによるモノマーへの退化的連鎖移動反応のため、ポリマーの生長反応が極めて遅く、重合度の低いオリゴマーしか得られないためである(Chem. Rev. 58, 808 (1958);非特許文献1)。
特開2011-68881号公報(特許文献1)、国際公開第2013/168626号(特許文献2)及びJ. Am. Chem. Soc., 133, 1232 (2011)(非特許文献2)には、周期表第10族の金属錯体触媒を使用したエチレンと極性基含有アリルモノマーの配位共重合が開示されており、ラジカル重合法では得られなかった極性基含有アリルモノマー共重合体の合成に成功している。また、特開2014-159540号公報(特許文献3)及び国際公開第2016/067776号(特許文献4)には、上記文献に記載の触媒をさらに改良し、様々な成形品に成形できる分子量の重合体を製造できることが開示されている。しかしながら、触媒活性及び単位触媒あたりのポリマー生産性は十分ではなく、工業化に向けて触媒コストの観点で課題が残されている。
特開2011-68881号公報(US8916663,US9284390) 国際公開第2013/168626号(US9303101) 特開2014-159540号公報(US9499644) 国際公開第2016/067776号(US2017313792)
Chem. Rev. 58, 808 (1958) J. Am. Chem. Soc., 133, 1232 (2011)
本発明の課題は、周期表第10族金属錯体を触媒として使用し極性基を有するアリルモノマー共重合体をより効率よく製造できる方法を提供することにある。
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、周期表第10族金属錯体を触媒として使用し、ホウ素-水素結合(B-H)またはホウ素-炭素結合(B-C)を1つ以上有するホウ素化合物共存下で、エチレンと極性基を有するアリルモノマーを共重合することにより、高い触媒活性で、種々の応用が可能な極性基を有するアリルモノマー共重合体を製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の[1]~[14]の共重合体の製造方法に関する。
[1] 一般式(C1)
Figure 0007304036000001
(式中、Mは周期表第10族の元素を表し、Xはリン原子(P)または砒素原子(As)を表し、Yは、炭素原子数6~30の置換または無置換のアリーレン基、炭素原子数1~20の置換または無置換のアルキレン基、炭素原子数3~30の置換または無置換のシクロアルキレン基、置換または無置換のイミノ基(-NH-)、オキシ基(-O-)、または置換または無置換のシリレン基(-SiH2-)から選ばれる2価の基を表す。Qは、-S(=O)2-O-、-C(=O)-O-、-P(=O)(-OH)-O-、-O-、-S-から選ばれるアニオン性配位子、または-P(-R8)(-R9)=O、-C(-R10)=Oから選ばれる中性配位子を表す(R8、R9及びR10は、それぞれ独立して、水素原子、アルコキシ基、アリールオキシ基、アミノ基、またはハロゲン原子、アルコキシ基、アリールオキシ基及びアミノ基から選ばれる1つ以上の基で置換されていてもよい炭素原子数1~30の炭化水素基を表す。)。このときの結合様式は、Y-S(=O)2-O-M、Y-C(=O)-O-M、Y-P(=O)(-OH)-O-M、Y-O-M、Y-S-M、Y-P(-R8)(-R9)=O-M、Y-C(-R10)=O-Mである。R5は、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1~30の炭化水素基、ハロゲン原子で置換された炭素原子数1~30の炭化水素基、炭素原子数1~10のアルコキシ基で置換された炭素原子数2~30の炭化水素基、炭素原子数6~20のアリールオキシ基で置換された炭素原子数7~30の炭化水素基、炭素原子数2~10のアミド基で置換された炭素原子数3~30の炭化水素基、炭素原子数1~30のアルコキシ基、炭素原子数6~30のアリールオキシ基、及び炭素原子数2~10のアシロキシ基からなる群より選ばれる置換基を表す。R6及びR7はそれぞれ独立して、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリル基、アミノ基、またはハロゲン原子、アルコキシ基及びアリールオキシ基から選ばれる1つ以上の基で置換されていてもよい炭素原子数1~120の炭化水素基を表し、それぞれで結合して環構造を形成してもよい。Lは電子供与性配位子を表し、R5とLが環形成してもよい。qは0、1/2、1または2である。nは、有機金属化合物の電荷数を表し、0または1である。Zn-はカチオン性有機金属化合物の対アニオンを表すが、nが0である場合は存在しない。)
で示される金属錯体を触媒として使用し、エチレン及び一般式(1)
Figure 0007304036000002
(式中、R1は、水酸基、炭素原子数1~10のアルコキシ基、炭素原子数6~20のアリールオキシ基、炭素原子数2~10のアシル基、炭素原子数2~10のエステル基(オキシカルボニル基;R-O-(C=O)-、Rは有機基)、炭素原子数2~10のアシロキシ基、アミノ基、炭素原子数1~12の置換アミノ基、炭素原子数2~12の置換アミド基、炭素原子数5~10の置換ピリジル基、炭素原子数4~10の置換ピロリジル基、炭素原子数5~10の置換ピペリジル基、炭素原子数4~10の置換ハイドロフリル基、炭素原子数4~10の置換イミダゾリル基、メルカプト基、炭素原子数1~10のアルキルチオ基、炭素原子数6~10のアリールチオ基、エポキシ基、及びハロゲン原子からなる群より選ばれる置換基を示す。)で示される極性基を有するアリルモノマーとの共重合体、またはエチレン、前記一般式(1)で示される極性基を有するアリルモノマー、及び他のモノマーとの共重合体を製造するにあたり、重合中にホウ素-水素結合(B-H)またはホウ素-炭素結合(B-C)を1つ以上有するホウ素化合物を共存させることを特徴とする前記共重合体の製造方法。
[2] ホウ素-水素結合(B-H)またはホウ素-炭素結合(B-C)を1つ以上有するホウ素化合物が、ボラン化合物、ボロキシン化合物、ボロン酸化合物、ボロン酸エステル化合物、ボリン酸化合物、またはボリン酸エステル化合物である前項1に記載の共重合体の製造方法。
[3] ホウ素-水素結合(B-H)またはホウ素-炭素結合(B-C)を1つ以上有するホウ素化合物が、一般式(2)
Figure 0007304036000003
(式中、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、アミノ基、炭素原子数1~20のアルコキシ基、炭素原子数6~20のアリールオキシ基、炭素原子数1~20の置換アミノ基、炭素原子数1~30の置換または無置換のアルキル基、炭素原子数3~30の置換または無置換のシクロアルキル基、炭素原子数6~30の置換または無置換のアリール基、炭素原子数2~10のアシロキシ基からなる群より選ばれる置換基を表し、R2、R3及びR4のうち少なくとも1つは、水素原子、炭素原子数1~30の置換または無置換のアルキル基、炭素原子数3~30の置換または無置換のシクロアルキル基、炭素原子数6~30の置換または無置換のアリール基である。)
で示されるボロキシン化合物である前項1または2に記載の共重合体の製造方法。
[4] 一般式(2)中のR2、R3及びR4が、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1~30の置換または無置換のアルキル基、または炭素原子数6~30の置換または無置換のアリール基から選ばれる置換基である前項3に記載の共重合体の製造方法。
[5] 一般式(C1)中のnが0、QがQ1である一般式(C2)
Figure 0007304036000004
(式中、X、Y、M、L、q、R5、R6及びR7は、一般式(C1)の記載と同様の意味を表し、Q1は、-S(=O)2-O-、-C(=O)-O-、-P(=O)(-OH)-O-、-O-、-S-から選ばれるアニオン性配位子を表す。)
で示される金属錯体を使用する前項1~4のいずれかに記載の共重合体の製造方法。
[6] 一般式(C2)中のQ1が-S(=O)2-O-である一般式(C4)
Figure 0007304036000005
(式中、X、Y、M、L、q、R5、R6及びR7は、一般式(C1)の記載と同様の意味を表す。)
で示される金属錯体を使用する前項5に記載の共重合体の製造方法。
[7] 一般式(C2)中のYが、置換または無置換のフェニレン基、置換または無置換のメチレン基、または置換または無置換のイミノ基である前項5または6に記載の共重合体の製造方法。
[8] 一般式(C2)中のR6及びR7が、いずれも炭素原子数3~20のアルキル基である前項5~7のいずれかに記載の共重合体の製造方法。
[9] 一般式(C1)中のnが1、QがQ2である一般式(C3)
Figure 0007304036000006
(式中、X、Y、M、L、q、R5、R6、R7、及びZは、一般式(C1)の記載と同様の意味を表し、Q2は、-P(-R8)(-R9)=O、-C(-R10)=Oから選ばれる中性配位子を表す(R8、R9、及びR10は、一般式(C1)の記載と同様の意味を表す)。)
で示される金属錯体を使用する前項1~4のいずれかに記載の共重合体の製造方法。
[10] 一般式(C3)中のYが、置換または無置換のフェニレン基、置換または無置換のメチレン基、または置換または無置換のイミノ基である前項9に記載の共重合体の製造方法。
[11] 一般式(C3)中のR6及びR7が、いずれも炭素原子数3~20のアルキル基である前項9または10に記載の共重合体の製造方法。
[12] 一般式(C1)、一般式(C3)中のZが、SbF6、BPh4、BArF4(ArF4=[3,5-(CF32634)、BF4またはPF6から選択される一種である前項1~4または9~11のいずれかに記載の共重合体の製造方法。
[13] 一般式(1)で示される極性基を有するアリルモノマーが酢酸アリル(一般式(1)中のR1がアセトキシ基(CH3C(=O)-O-))である前項1~12のいずれかに記載の共重合体の製造方法。
[14] エチレンと一般式(1)で示される極性基を有するアリルモノマーとの共重合反応、またはエチレン、一般式(1)で示される極性基を有するアリルモノマー、及び他のモノマーの共重合反応において、重合反応開始後にホウ素-水素結合またはホウ素-炭素結合を1つ以上有するホウ素化合物を連続フィードまたは間欠フィードにより添加する前項1~13のいずれかに記載の共重合体の製造方法。
周期表第10族金属錯体を触媒として使用してエチレンと極性基を有するアリルモノマーの共重合体を高い触媒活性で製造でき、製造コストの低減が可能となる。
[触媒]
本発明で使用する周期表第10族金属錯体からなる触媒の構造は、一般式(C1)で示される。
Figure 0007304036000007
式中、Mは周期表第10族の元素を表し、Xはリン原子(P)または砒素原子(As)を表し、Yは、炭素原子数6~30の置換または無置換のアリーレン基、炭素原子数1~20の置換または無置換のアルキレン基、炭素原子数3~30の置換または無置換のシクロアルキレン基、置換または無置換のイミノ基(-NH-)、オキシ基(-O-)、または置換または無置換のシリレン基(-SiH2-)から選ばれる2価の基を表す。Qは、-S(=O)2-O-、-C(=O)-O-、-P(=O)(-OH)-O-、-O-、-S-から選ばれるアニオン性配位子、または-P(-R8)(-R9)=O、-C(-R10)=Oから選ばれる中性配位子を表す(R8、R9、及びR10は、それぞれ独立して、水素原子、アルコキシ基、アリールオキシ基、アミノ基、またはハロゲン原子、アルコキシ基、アリールオキシ基、またはアミノ基から選ばれる1つ以上の基で置換されていてもよい炭素原子数1~30の炭化水素基を表す。)。このときの結合様式は、Y-S(=O)2-O-M、Y-C(=O)-O-M、Y-P(=O)(-OH)-O-M、Y-O-M、Y-S-M、Y-P(-R8)(-R9)=O-M、Y-C(-R10)=O-Mである。R5は、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1~30の炭化水素基、ハロゲン原子で置換された炭素原子数1~30の炭化水素基、炭素原子数1~10のアルコキシ基で置換された炭素原子数2~30の炭化水素基、炭素原子数6~20のアリールオキシ基で置換された炭素原子数7~30の炭化水素基、炭素原子数2~10のアミド(amido)基で置換された炭素原子数3~30の炭化水素基、炭素原子数1~30のアルコキシ基、炭素原子数6~30のアリールオキシ基、及び炭素原子数2~10のアシロキシ基からなる群より選ばれる置換基を表す。R6及びR7はそれぞれ独立して、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリル基、アミノ基、またはハロゲン原子、アルコキシ基及びアリールオキシ基から選ばれる1つ以上の基で置換されていてもよい炭素原子数1~120の炭化水素基を表し、それぞれで結合して環構造を形成してもよい。Lは電子供与性配位子を表し、R5とLが環形成してもよい。qは0、1/2、1または2である。nは、有機金属化合物の電荷数を表し、0または1である。Zn-はカチオン性有機金属化合物の対アニオンを表すがnが0である場合は存在しない。
なお、本明細書では、「炭化水素」は飽和、不飽和の脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素を含む。
以下、一般式(C1)の構造について説明する。
Mは周期表第10族の元素を表す。周期表第10族の元素としては、Ni、Pd、Ptが挙げられるが、触媒活性や得られる重合体の分子量の観点からNi及びPdが好ましく、Pdがより好ましい。
Xはリン原子(P)または砒素原子(As)であり、中心金属Mに2電子配位している。Xとしては、入手容易性及び触媒コストの面からPが好ましい。
Yは、炭素原子数6~30の置換または無置換のアリーレン基、炭素原子数1~20の置換または無置換のアルキレン基、炭素原子数3~30の置換または無置換のシクロアルキレン基、置換または無置換のイミノ基(-NH-)、オキシ基(-O-)、または置換または無置換のシリレン基(-SiH2-)から選ばれる2価の基を表す。
炭素原子数6~30の無置換のアリーレン基の例として、1,2-フェニレン基、1,2-ナフチレン基、2,3-ナフチレン基、1,8-ナフチレン基などが挙げられ、原料入手の容易さ及び触媒合成の容易さから、1,2-フェニレン基または1,2-ナフチレン基が好ましい。
上記の無置換アリーレン基に1つまたは複数の置換基が存在していてもよい。置換基の具体例としては、メチル基、エチル基、1-プロピル基、イソプロピル基、1-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、t-ブチル基、フェニル基、2-メトキシフェニル基、3-メトキシフェニル基、4-メトキシフェニル基、2,3-ジメトキシフェニル基、2,4-ジメトキシフェニル基、2,5-ジメトキシフェニル基、2,6-ジメトキシフェニル基、3,4-ジメトキシフェニル基、3,5-ジメトキシフェニル基、3,6-ジメトキシフェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、1-アントラセニル基、2-アントラセニル基、9-アントラセニル基、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、イソブトキシ基、sec-ブトキシ基、t-ブトキシ基、フェノキシ基、アミノ基、モノメチルアミノ基、モノエチルアミノ基、モノ(n-プロピル)アミノ基、モノ(イソプロピル)アミノ基、モノ(n-ブチル)アミノ基、モノ(イソブチル)アミノ基、モノ(sec-ブチル)アミノ基、モノ(t-ブチル)アミノ基、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、ジ(n-プロピル)アミノ基、ジイソプロピルアミノ基、ジ(n-ブチル)アミノ基、ジ(イソブチル)アミノ基、ジ(sec-ブチル)アミノ基、ジ(t-ブチル)アミノ基、モノフェニルアミノ基、モノベンジルアミノ基、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリ(n-プロピル)シリル基、トリ(イソプロピル)シリル基、t-ブチルジメチルシリル基、t-ブチルジフェニルシリル基、フルオロ基、ブロモ基、クロロ基、ヨード基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基、ノナフルオロブチル基などが挙げられる。なお、置換基が複数存在する場合、同じであっても異なっていてもよい。
炭素原子数1~20の無置換のアルキレン基の例として、メチレン基、1,2-エチレン基、ジメチルメチレン基、ジエチルメチレン基、モノメチルメチレン基、モノエチルメチレン基、1-メチル-1,2-エチレン基、1-エチル-1,2-エチレン基、1,2-ジメチル-1,2-エチレン基、1,2-ジエチル-1,2-エチレン基、1,1-ジメチル-1,2-エチレン基、1,1-ジエチル-1,2-エチレン基、1,1,2-トリメチル-1,2-エチレン基、1,1,2-トリエチル-1,2-エチレン基、1,1,2,2-テトラメチル-1,2-エチレン基、1,1,2,2-テトラエチル-1,2-エチレン基などが挙げられる。
上記の無置換アルキレン基に1つまたは複数の置換基が存在していてもよい。置換基としてはアリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリル基、オキソ基(=O)などが挙げられる。
炭素原子数1~20の置換基を有するアルキレン基の具体例としては、ジフェニルメチレン基、モノフェニルメチレン基、モノ(トリメチルシリル)メチレン基、ジ(トリメチルシリル)メチレン基、ジ(2-メトキシフェニル)メチレン基、モノ(2-メトキシフェニル)メチレン基、ジ(3-メトキシフェニル)メチレン基、モノ(3-メトキシフェニル)メチレン基、ジ(4-メトキシフェニル)メチレン基、モノ(4-メトキシフェニル)メチレン基、ジ(2,6-ジメトキシフェニル)メチレン基、モノ(2,6-ジメトキシフェニル)メチレン基、ジ(2,5-ジメトキシフェニル)メチレン基、モノ(2,5-ジメトキシフェニル)メチレン基、ジ(2,4-ジメトキシフェニル)メチレン基、モノ(2,4-ジメトキシフェニル)メチレン基、ジ(2,3-ジメトキシフェニル)メチレン基、モノ(2,3-ジメトキシフェニル)メチレン基、ジ(3,5-ジメトキシフェニル)メチレン基、モノ(3,5-ジメトキシフェニル)メチレン基、ジ(2,4,6-トリメトキシフェニル)メチレン基、モノ(2,4,6-トリメトキシフェニル)メチレン基、ジ(2,4,6-トリメチルフェニル)メチレン基、モノ(2,4,6-トリメチルフェニル)メチレン基、ジ(2-イソプロピルフェニル)メチレン基、モノ(2-イソプロピルフェニル)メチレン基、ジ(2,6-ジイソプロピルフェニル)メチレン基、モノ(2,6-ジイソプロピルフェニル)メチレン基、ジ(1-ナフチル)メチレン基、モノ(1-ナフチル)メチレン基、ジ(2-ナフチル)メチレン基、モノ(2-ナフチル)メチレン基、ジメトキシメチレン基、ジエトキシメチレン基、ジプロポキシメチレン基、ジイソプロポキシメチレン基、モノフェノキシメチレン基、ジフェノキシメチレン基、1,2-エタンジオキシメチレン基、1,3-プロパンジオキシメチレン基、1-フェニル-1,2-エチレン基、1,2-ジフェニル-1,2-エチレン基、1,1,2-トリフェニル-1,2-エチレン基、1,1,2,2-テトラフェニル-1,2-エチレン基、カルボニル基(-C(=O)-)などが挙げられる。
炭素原子数1~20の置換または無置換のアルキレン基としては、原料入手の容易さ及び触媒合成の容易さから、メチレン基、モノメチルメチレン基、ジメチルメチレン基、ジフェニルメチレン基、またはモノフェニルメチレン基が好ましい。
炭素原子数3~30の無置換のシクロアルキレン基の例として、cis-シクロプロパン-1,2-イル基、trans-シクロプロパン-1,2-イル基、cis-シクロブタン-1,2-イル基、trans-シクロブタン-1,2-イル基、cis-シクロペンタン-1,2-イル基、trans-シクロペンタン-1,2-イル基、cis-シクロヘキサン-1,2-イル基、trans-シクロヘキサン-1,2-イル基、cis-シクロヘプタン-1,2-イル基、trans-シクロヘプタン-1,2-イル基、cis-シクロオクタン-1,2-イル基、trans-シクロオクタン-1,2-イル基などが挙げられる。原料入手の容易さ及び触媒合成の容易さから、cis-シクロペンタン-1,2-イル基、trans-シクロペンタン-1,2-イル基、cis-シクロヘキサン-1,2-イル基、またはtrans-シクロヘキサン-1,2-イル基が好ましい。
上記の無置換シクロアルキレン基に1つまたは複数の置換基が存在していてもよい。置換基の具体例は、無置換アリーレン基に置換基が存在する場合の置換基の上記具体例と同様である。なお、置換基が複数存在する場合、同じであっても異なっていてもよい。
置換または無置換のイミノ基(-NH-)における置換基としては、炭素数1~5のアルキル基、炭素数2~10のアルコキシカルボニル基、炭素数6~20の、アルキル基またはアルコキシ基を有していてもよいアリール基、炭素数6~20のアラルキル基が挙げられる。
置換または無置換のイミノ基(-NH-)の具体例として、イミノ基、N-メチルイミノ基、N-エチルイミノ基、N-(n-プロピル)イミノ基、N-イソプロピルイミノ基、N-(n-ブチル)イミノ基、N-(sec-ブチル)イミノ基、N-(t-ブチル)イミノ基、N-ベンジルイミノ基、N-フェニルイミノ基、N-トリメチルシリルイミノ基、N-(2-メトキシフェニル)イミノ基、N-(3-メトキシフェニル)イミノ基、N-(4-メトキシフェニル)イミノ基、N-(2,6-ジメトキシフェニル)イミノ基、N-(2,5-ジメトキシフェニル)イミノ基、N-(2,4-ジメトキシフェニル)イミノ基、N-(2,3-ジメトキシフェニル)イミノ基、N-(3,5-ジメトキシフェニル)イミノ基、N-(2,4,6-トリメトキシフェニル)イミノ基、N-(2,4,6-トリメチルフェニル)イミノ基、N-(1-ナフチル)イミノ基、N-(2-ナフチル)イミノ基、N-(t-ブトキシカルボニル)イミノ基などが挙げられる。
触媒合成の容易さから、イミノ基、N-メチルイミノ基、N-ベンジルイミノ基、またはN-(t-ブトキシカルボニル)イミノ基が好ましい。
置換または無置換のシリレン基(-SiH2-)の例として、シリレン基、ジメチルシリレン基、ジエチルシリレン基、モノメチルシリレン基、モノエチルシリレン基、ジフェニルシリレン基、モノフェニルシリレン基、モノ(トリメチルシリル)シリレン基、ジ(トリメチルシリル)シリレン基、ジ(2-メトキシフェニル)シリレン基、モノ(2-メトキシフェニル)シリレン基、ジ(3-メトキシフェニル)シリレン基、モノ(3-メトキシフェニル)シリレン基、ジ(4-メトキシフェニル)シリレン基、モノ(4-メトキシフェニル)シリレン基、ジ(2,6-ジメトキシフェニル)シリレン基、モノ(2,6-ジメトキシフェニル)シリレン基、ジ(2,5-ジメトキシフェニル)シリレン基、モノ(2,5-ジメトキシフェニル)シリレン基、ジ(2,4-ジメトキシフェニル)シリレン基、モノ(2,4-ジメトキシフェニル)シリレン基、ジ(2,3-ジメトキシフェニル)シリレン基、モノ(2,3-ジメトキシフェニル)シリレン基、ジ(3,5-ジメトキシフェニル)シリレン基、モノ(3,5-ジメトキシフェニル)シリレン基、ジ(2,4,6-トリメトキシフェニル)シリレン基、モノ(2,4,6-トリメトキシフェニル)シリレン基、ジ(2,4,6-トリメチルフェニル)シリレン基、モノ(2,4,6-トリメチルフェニル)シリレン基、ジ(2-イソプロピルフェニル)シリレン基、モノ(2-イソプロピルフェニル)シリレン基、ジ(2,6-ジイソプロピルフェニル)シリレン基、モノ(2,6-ジイソプロピルフェニル)シリレン基、ジ(1-ナフチル)シリレン基、モノ(1-ナフチル)シリレン基、ジ(2-ナフチル)シリレン基、モノ(2-ナフチル)シリレン基、ジメトキシシリレン基、ジエトキシシリレン基、ジプロポキシシリレン基、ジイソプロポキシシリレン基、1,2-エタンジオキシシリレン基、1,3-プロパンジオキシシリレン基などが挙げられる。触媒合成の容易さから、シリレン基、モノメチルシリレン基、ジメチルシリレン基、ジフェニルシリレン基、またはモノメチルシリレン基が好ましい。
一般式(C1)において、Qは、-S(=O)2-O-、-C(=O)-O-、-P(=O)(-OH)-O-、-O-、-S-から選ばれるアニオン性配位子、または-P(-R8)(-R9)=O、-C(-R10)=Oから選ばれる中性配位子を表す。(R8、R9及びR10は、それぞれ独立して、水素原子、アルコキシ基、アリールオキシ基、アミノ基、またはハロゲン原子、アルコキシ基、アリールオキシ基、またはアミノ基から選ばれる1つ以上の基で置換されていてもよい炭素原子数1~30の炭化水素基を表す。)。このときの結合様式は、Y-S(=O)2-O-M、Y-C(=O)-O-M、Y-P(=O)(-OH)-O-M、Y-O-M、Y-S-M、Y-P(-R8)(-R9)=O-M、Y-C(-R10)=O-Mである。
Qが-P(-R8)(-R9)=Oである場合のR8及びR9は、それぞれ独立して、水素原子、アルコキシ基、アリールオキシ基、アミノ基、またはハロゲン原子、アルコキシ基、アリールオキシ基、またはアミノ基から選ばれる1つ以上の基で置換されていてもよい炭素原子数1~30の炭化水素基を表す。
8及びR9が表すアルコキシ基としては、炭素原子数1~20のものが好ましく、メトキシ基、エトキシ基、1-プロポキシ基、イソプロポキシ基、1-ブトキシ基、イソブトキシ基、sec-ブトキシ基、t-ブトキシ基などが挙げられる。R8及びR9が表すアリールオキシ基としては、炭素原子数6~24のものが好ましく、フェノキシ基などが挙げられる。R8及びR9が表すアミノ基としては、アミノ基、モノメチルアミノ基、ジメチルアミノ基、モノエチルアミノ基、ジエチルアミノ基などが挙げられる。
8及びR9が表すハロゲン原子、アルコキシ基、アリールオキシ基、またはアミノ基から選ばれる1つ以上の基で置換されていてもよい炭素原子数1~30の炭化水素基における炭化水素基としてはアルキル基(鎖状アルキル基、シクロアルキル基、橋架けシクロアルキル基を含む)、フェニル基、ナフチル基などが挙げられる。置換基としてのハロゲン原子としてはフッ素原子が好ましい。置換基としてのアルコキシ基、アリールオキシ基、アミノ基は、前記R8及びR9が表すアルコキシ基、アリールオキシ基、アミノ基と同様のものが好ましい。
8及びR9が表すハロゲン原子、アルコキシ基、アリールオキシ基、またはアミノ基から選ばれる1つ以上の基で置換されていてもよい炭素原子数1~30の炭化水素基の具体例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、t-ブチル基、n-ペンチル基、2-ペンチル基、3-ペンチル基、ネオペンチル基、n-ヘキシル基、2-ヘキシル基、3-ヘキシル基、2-ヘプチル基、3-ヘプチル基、4-ヘプチル基、2-メチル-4-ヘプチル基、2,6-ジメチル-4-ヘプチル基、3-メチル-4-ヘプチル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、1-アダマンチル基、2-アダマンチル基、メンチル基、トリフルオロメチル基、ベンジル基、2’-メトキシベンジル基、3’-メトキシベンジル基、4’-メトキシベンジル基、4’-トリフルオロメチルベンジル基、フェニル基、2-メチルフェニル基、3-メチルフェニル基、4-メチルフェニル基、2,6-ジメチルフェニル基、3,5-ジメチルフェニル基、2,4,6-トリメチルフェニル基、2-イソプロピルフェニル基、3-イソプロピルフェニル基、4-イソプロピルフェニル基、2,6-ジイソプロピルフェニル基、3,5-ジイソプロピルフェニル基、2,4,6-トリイソプロピルフェニル基、2-t-ブチルフェニル基、2-シクロヘキシルフェニル基、2-メトキシフェニル基、3-メトキシフェニル基、4-メトキシフェニル基、2,6-ジメトキシフェニル基、3,5-ジメトキシフェニル基、2,4,6-トリメトキシフェニル基、4-フルオロフェニル基、ペンタフルオロフェニル基、4-トリフルオロメチルフェニル基、3,5-ビス(トリフルオロメチル)フェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、2-フリル基、2-ビフェニル基、2’,6’-ジメトキシ-2-ビフェニル基、2’-メチル-2-ビフェニル基、2’,4’,6’-トリイソプロピル-2-ビフェニル基などが挙げられる。
触媒活性の観点から、R8とR9は、メチル基、エチル基、イソプロピル基、t-ブチル基、またはフェニル基が好ましく、メチル基がより好ましい。
また、R8とR9は同じでも、異なっていてもよい。また、R6とR7は結合して環構造を形成してもよい。
Qが-C(-R10)=Oである場合のR10は、水素原子、アルコキシ基、アリールオキシ基、アミノ基、またはハロゲン原子、アルコキシ基、アリールオキシ基、またはアミノ基から選ばれる1つ以上の基で置換されていてもよい炭素原子数1~30の炭化水素基を表す。R10の具体例は、上記のR8及びR9の具体例と同様であり、触媒活性の観点から、メチル基、トリフルオロメチル基、またはフェニル基が好ましい。
5は、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1~30の炭化水素基、ハロゲン原子で置換された炭素原子数1~30の炭化水素基、炭素原子数1~10のアルコキシ基で置換された炭素原子数2~30の炭化水素基、炭素原子数6~20のアリールオキシ基で置換された炭素原子数7~30の炭化水素基、炭素原子数2~10のアミド基で置換された炭素原子数3~30の炭化水素基、炭素原子数1~30のアルコキシ基、炭素原子数6~30のアリールオキシ基、または炭素原子数2~10のアシロキシ基からなる群より選ばれる置換基を表す。
5が表すハロゲン原子の好ましい具体例は、フッ素、塩素、臭素である。これらの中では塩素が好ましい。
5が表す炭素原子数1~30の炭化水素基は、好ましくは炭素原子数1~13の炭化水素基であり、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基またはアラルキル基である。
好ましい具体例は、メチル基、エチル基、1-プロピル基、1-ブチル基、1-ペンチル基、1-ヘキシル基、1-ヘプチル基、1-オクチル基、1-ノニル基、1-デシル基、t-ブチル基、トリシクロヘキシルメチル基、1,1-ジメチル-2-フェニルエチル基、イソプロピル基、1-ジメチルプロピル基、1,1,2-トリメチルプロピル基、1,1-ジエチルプロピル基、1-フェニル-2-プロピル基、イソブチル基、1,1-ジメチルブチル基、2-ペンチル基、3-ペンチル基、2-ヘキシル基、3-ヘキシル基、2-エチルヘキシル基、2-ヘプチル基、3-ヘプチル基、4-ヘプチル基、2-プロピルヘプチル基、2-オクチル基、3-ノニル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、メチルシクロペンチル基、シクロヘキシル基、メチルシクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、シクロドデシル基、1-アダマンチル基、2-アダマンチル基、エキソ-ノルボルニル基、エンド-ノルボニル基、2-ビシクロ[2.2.2]オクチル基、ノピニル基、デカヒドロナフチル基、メンチル基、ネオメンチル基、ネオペンチル基、5-デシル基、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、フルオレニル基、トリル基、キシリル基、ベンジル基及び4-エチルフェニル基などが挙げられる。
これらの中で、さらに好ましい基は、メチル基、ベンジル基であり、特に好ましくはメチル基である。
5が表すハロゲン原子で置換された炭素原子数1~30の炭化水素基は、好ましくは前述の炭素原子数1~30の炭化水素基をフッ素、塩素または臭素で置換した基であり、具体的に好ましい例として、トリフルオロメチル基またはペンタフルオロフェニル基が挙げられる。
5が表す炭素原子数1~10のアルコキシ基で置換された炭素原子数2~30の炭化水素基は、好ましくは前述の炭素原子数1~30の炭化水素基をメトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、1-プロポキシ基、1-ブトキシ基またはt-ブトキシ基で置換した基である。さらに好ましくはメトキシ基またはエトキシ基で置換された炭素原子数2~6の炭化水素基である。具体的には、1-(メトキシメチル)エチル基、1-(エトキシメチル)エチル基、1-(フェノキシメチル)エチル基、1-(メトキシエチル)エチル基、1-(エトキシエチル)エチル基、ジ(メトキシメチル)メチル基、ジ(エトキシメチル)メチル基、ジ(フェノキシメチル)メチル基が挙げられる。特に好ましくは、1-(メトキシメチル)エチル基または1-(エトキシメチル)エチル基である。
5が表す炭素原子数6~20のアリールオキシ基で置換された炭素原子数7~30の炭化水素基は、好ましくは、前述の炭素原子数1~30の炭化水素基をフェノキシ基、4-メチルフェノキシ基、4-メトキシフェノキシ基、2,6-ジメチルフェノキシ基、2,6-ジ-t-ブチルフェノキシ基で置換した基である。さらに好ましくはフェノキシ基または2,6-ジメチルフェノキシ基で置換された炭素原子数1~6の炭化水素基であり、特に好ましくは、1-(フェノキシメチル)エチル基または1-(2,6-ジメチルフェノキシ基メチル)エチル基である。
5が表す炭素原子数2~10のアミド基(R-(C=O)NH-、Rは有機基)で置換された炭素原子数3~30の炭化水素基は、好ましくは、前述の炭素原子数1~30の炭化水素基をアセトアミド基、プロピオニルアミノ基、ブチリルアミノ基、イソブチリルアミノ基、ヴァレリルアミノ基、イソヴァレリルアミノ基、ピバロイルアミノ基、ベンゾイルアミノ基で置換した置換基である。さらに好ましくは2-アセトアミドフェニル基、2-プロピオニルアミノフェニル基、2-ヴァレリルアミノフェニル基、2-ベンゾイルアミノフェニル基であり、特に好ましくは、2-アセトアミドフェニル基である。
5がアミド基で置換された炭化水素基である場合には、電子供与性配位子Lを別途使用せずとも、アミド基のカルボニル酸素がMに配位して環構造を形成することができる。すなわち、R5がLを兼ねることができる。この場合をR5とLが環形成しているという。具体的には、2-アセトアミドフェニル基、2-プロピオニルアミノフェニル基、2-ヴァレリルアミノフェニル基、2-ベンゾイルアミノフェニル基の場合が相当する。2-アセトアミドフェニル基の場合の化学式を下記に示す。
Figure 0007304036000008
5が表す炭素原子数1~30のアルコキシ基は、好ましくは炭素原子数1~6のアルコキシ基であり、好ましい具体例は、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、1-プロポキシ基、1-ブトキシ基、及びt-ブトキシ基などである。これらの中で、さらに好ましい基は、メトキシ基、エトキシ基、またはイソプロポキシ基であり、特に好ましくは、メトキシ基である。
5が表す炭素原子数6~30のアリールオキシ基は、好ましくは炭素原子数6~12のアリールオキシ基であり、好ましい具体例は、フェノキシ基、4-メチルフェノキシ基、4-メトキシフェノキシ基、2,6-ジメチルフェノキシ基及び2,6-ジ-t-ブチルフェノキシ基が挙げられる。これらの中で、さらに好ましい基としては、フェノキシ基または2,6-ジメチルフェノキシ基であり、特に好ましくは、フェノキシ基である。
5が表す炭素原子数2~10のアシロキシ基は、好ましくは炭素原子数2~8のアシロキシ基であり、好ましい具体例としては、アセトキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基、イソブチリルオキシ基、ヴァレリルオキシ基、イソヴァレリルオキシ基、ピバロイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基が挙げられる。
これらの中で、さらに好ましい基は、アセトキシ基、プロピオニルオキシ基、ベンゾイルオキシ基であり、特に好ましくは、アセトキシ基、プロピオニルオキシ基である。
これらのR5として好ましい群のうち、さらに好ましくは、炭素原子数1~20の炭化水素基、炭素原子数1~30のアルコキシ基、炭素原子数2~10のアミド基で置換された炭素原子数3~30の炭化水素基、炭素原子数2~10のアシロキシ基であり、特に好ましい具体例は、メチル基、ベンジル基、メトキシ基、2-アセトアミドフェニル基、アセチルオキシ基である。
6及びR7はそれぞれ独立して、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリル基、アミノ基、またはハロゲン原子、アルコキシ基及びアリールオキシ基から選ばれる1つ以上の基で置換されていてもよい炭素原子数1~120の炭化水素基を表す。
6及びR7が表すアルコキシ基としては、炭素原子数1~20のものが好ましく、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、イソプロポキシ基などが挙げられる。
6及びR7が表すアリールオキシ基としては炭素原子数6~24のものが好ましく、フェノキシ基などが挙げられる。
6及びR7が表すシリル基としてはトリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリ(n-プロピル)シリル基、トリ(イソプロピル)シリル基などが挙げられ、アミノ基としてはアミノ基、モノメチルアミノ基、ジメチルアミノ基、モノエチルアミノ基、ジエチルアミノ基などが挙げられる。
6及びR7が表すハロゲン原子、アルコキシ基及びアリールオキシ基から選ばれる1つ以上の基で置換されていてもよい炭素原子数1~120の炭化水素基における炭化水素基としてはアルキル基(鎖状アルキル基、シクロアルキル基、橋架けシクロアルキル基を含む)、フェニル基、ナフチル基などが挙げられ、炭素原子数3~20のアルキル基が好ましい。置換基としてのハロゲン原子としてはフッ素原子が好ましい。置換基としてのアルコキシ基、アリールオキシ基は、前記R6及びR7が表すアルコキシ基、アリールオキシ基と同様のものが好ましい。
6及びR7が表すハロゲン原子、アルコキシ基及びアリールオキシ基から選ばれる1つ以上の基で置換されていてもよい炭素原子数1~120の炭化水素基の具体例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、sec-ブチル基、t-ブチル基、n-ペンチル基、2-ペンチル基、3-ペンチル基、ネオペンチル基、n-ヘキシル基、2-ヘキシル基、3-ヘキシル基、2-ヘプチル基、3-ヘプチル基、4-ヘプチル基、2-メチル-4-ヘプチル基、2,6-ジメチル-4-ヘプチル基、3-メチル-4-ヘプチル基、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、1-アダマンチル基、2-アダマンチル基、メンチル基(メンチル基、ネオメンチル基、イソメンチル基、ネオイソメンチル基はメンチル基と総称される。)、トリフルオロメチル基、ベンジル基、2’-メトキシベンジル基、3’-メトキシベンジル基、4’-メトキシベンジル基、4’-トリフルオロメチルベンジル基、フェニル基、2-メチルフェニル基、3-メチルフェニル基、4-メチルフェニル基、2,6-ジメチルフェニル基、3,5-ジメチルフェニル基、2,4,6-トリメチルフェニル基、2-イソプロピルフェニル基、3-イソプロピルフェニル基、4-イソプロピルフェニル基、2,6-ジイソプロピルフェニル基、3,5-ジイソプロピルフェニル基、2,4,6-トリイソプロピルフェニル基、2-t-ブチルフェニル基、2-シクロヘキシルフェニル基、2-メトキシフェニル基、3-メトキシフェニル基、4-メトキシフェニル基、2,6-ジメトキシフェニル基、3,5-ジメトキシフェニル基、2,4,6-トリメトキシフェニル基、4-フルオロフェニル基、ペンタフルオロフェニル基、4-トリフルオロメチルフェニル基、3,5-ビス(トリフルオロメチル)フェニル基、1-ナフチル基、2-ナフチル基、2-フリル基、2-ビフェニル基、2’,6’-ジメトキシ-2-ビフェニル基、2’-メチル-2-ビフェニル基、2’,4’,6’-トリイソプロピル-2-ビフェニル基などが挙げられる。触媒活性及び得られる共重合体の分子量の観点から、R6とR7は、イソプロピル基、t-ブチル基、4-ヘプチル基、2,6-ジメチル-4-ヘプチル基、シクロヘキシル基、1-アダマンチル基、2-アダマンチル基またはメンチル基が好ましく、イソプロピル基、t-ブチル基またはメンチル基がより好ましい。
また、R6とR7は同じでも、異なっていてもよい。また、R6とR7は結合して環構造を形成してもよい。
電子供与性配位子(L)とは、電子供与性基を有し、金属原子Mに配位して金属錯体を安定化させることのできる化合物である。前述のように、R5がアミド基で置換された炭化水素基である場合には、アミド基のカルボニル酸素がMに配位して環構造を形成することができる。すなわち、R5がLを兼ね、LはR5と環を形成していることになる。
電子供与性配位子(L)としては、硫黄原子を有するものとしてジメチルスルホキシド(DMSO)が挙げられる。窒素原子を有するものとして、アルキル基の炭素原子数1~10のトリアルキルアミン、アルキル基の炭素原子数1~10のジアルキルアミン、ピリジン、2,6-ジメチルピリジン(別名:2,6-ルチジン)、アニリン、2,6-ジメチルアニリン、2,6-ジイソプロピルアニリン、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン(TMEDA)、4-(N,N-ジメチルアミノ)ピリジン(DMAP)、アセトニトリル、ベンゾニトリル、キノリン、2-メチルキノリンなどが挙げられる。酸素原子を有するものとして、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、1,2-ジメトキシエタンが挙げられる。金属錯体の安定性及び触媒活性の観点から、ジメチルスルホキシド(DMSO)、ピリジン、2,6-ジメチルピリジン(別名:2,6-ルチジン)、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン(TMEDA)が好ましく、ジメチルスルホキシド(DMSO)、2,6-ジメチルピリジン(別名:2,6-ルチジン)がより好ましい。
qは0、1/2、1または2である。
一般式(C1)の金属錯体を単離する場合、予め電子供与性配位子(L)を配位させて安定化させたものを用いることもできる。この場合、qは1/2、1または2となる。qが1/2とは一つの2価の電子供与性配位子が2つの金属錯体に配位していることを意味する。qは金属錯体触媒を安定化する意味で1/2または1が好ましい。なお、qが0の場合は配位子がないことを意味する。
nは、有機金属化合物の電荷数を表し、0または1である。Zn-はカチオン性有機金属化合物の対アニオンを表し、nが0である場合は存在しない。
nが1のときに相当するZ-は、カチオン性有機金属錯体の対アニオンを表す。Z-で示される対アニオンは、1価のアニオンであればどのようなものでも良い。さらに中心金属(M)1原子あたりの電荷数が1価になるようであれば、Z-は多価のアニオンであってもよい。Z-の具体例としては、硫酸イオン(SO4 2-)、硝酸イオン(NO3 -)、炭酸イオン(CO3 2-)、過塩素酸イオン(ClO4 -)、塩化物イオン(Cl-)、臭化物イオン(Br-)、ヨウ化物イオン(I-)等のハロゲン化物イオン、テトラフルオロボレート(BF4 -)、ブロモトリフルオロボレート(BBrF3 -)、クロロトリフルオロボレート(BClF3 -)、トリフルオロメトキシボレート(BF3(OCH3-)、トリフルオロエトキシボレート(BF3(OC25-)、トリフルオロアリロキシボレート(BF3(OC35-)、テトラフェニルボレート(B(C654 -)、テトラキス(3,5-ビス(トリフルオロメチル)フェニル)ボレート(B(3,5-(CF32634 -=BArF4 )、ブロモトリフェニルボレート(BBr(C653 -)、クロロトリフェニルボレート(BCl(C653 -)、メトキシトリフェニルボレート(B(OCH3)(C653 -)、エトキシトリフェニルボレート(B(OC25)(C653 -)、アリロキシトリフェニルボレート(B(OC35)(C653 -)、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(B(C654 -)、ブロモトリス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(BBr(C653 -)、クロロトリス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(BCl(C653 -)、メトキシトリス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(B(OCH3)(C653 -)、エトキシトリス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(B(OC25)(C653 -)、アリロキシトリス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(B(OC35)(C653 -)等のボレートイオン、メタンスルホネート(CH3SO3 -)、トリフルオロメタンスルホネート(CF3SO3 -)、ノナフルオロブタンスルホネート(C49SO3 -)、ベンゼンスルホネート(C65SO3 -)、p-トルエンスルホネート(p-CH3-C64SO3 -)などのスルホネートイオン、酢酸イオン(CH3CO2 -)、トリフルオロ酢酸イオン(CF3CO2 -)、トリクロロ酢酸イオン(CCl3CO2 -)、プロピオン酸イオン(C25CO2 -)、安息香酸イオン(C65CO2 -)などのカルボキシレートイオン、ヘキサフルオロホスフェート(PF6 -)などのホスフェートイオン、ヘキサフルオロアルセネートイオン(AsF6 -)などのアルセネートイオン、ヘキサフルオロアンチモネート(SbF6 -)等のアンチモネートイオン、ヘキサフルオロシリケート(SiF6 -)などのシリケートアニオン等が挙げられる。これら対イオンの中でも、本発明においては、原料の入手容易性及び触媒活性の観点から、Z-はSbF6 -、BPh4 -、BArF4 -、BF4 -またはPF6 -であることが好ましい。
nの数値及びZn-の有無は、Qの種類によって決定される。Qが、-S(=O)2-O-、-C(=O)-O-、-P(=O)(-OH)-O-、-O-、-S-から選ばれるアニオン性配位子である場合、nが0であり、一般式(C1)で示される金属錯体が中性の有機金属化合物となるため、対アニオンであるZn-は存在しない。すなわち、この場合、一般式(C1)で示される金属錯体は、一般式(C2)
Figure 0007304036000009
(式中、X、Y、M、L、q、R5、R6、及びR7は、一般式(C1)の記載と同様の意味を表し、Q1は、-S(=O)2-O-、-C(=O)-O-、-P(=O)(-OH)-O-、-O-、-S-から選ばれるアニオン性配位子を表す。)
で示される。
1は、-S(=O)2-O-、-C(=O)-O-、-P(=O)(-OH)-O-、-O-、-S-から選ばれるアニオン性配位子を表す。このときの結合様式は、Y-S(=O)2-O-M、Y-C(=O)-O-M、Y-P(=O)(-OH)-O-M、Y-O-M、Y-S-Mであり、金属原子Mに1電子配位している。触媒活性の観点から、Q1は-S(=O)2-O-が特に好ましい。このときの触媒構造は一般式(C4)で示される。
Figure 0007304036000010
一方、Qが、-P(-R8)(-R9)=O、-C(-R10)=Oから選ばれる中性配位子である場合、nが1であり、対アニオンがZ-となる。すなわち、この場合、一般式(C1)で示される金属錯体は、一般式(C3)
Figure 0007304036000011
(式中、X、Y、M、L、q、R5、R6、R7、及びZは、一般式(C1)と同様の意味を表し、Q2は、-P(-R8)(-R9)=O、-C(-R10)=Oから選ばれる中性配位子を表す(R8、R9及びR10は、一般式(C1)と同様の意味を表す。)。)
で示される。
2は、-P(-R8)(-R9)=O、-C(-R10)=Oから選ばれる中性配位子を表す。このときの結合様式は、Y-P(-R8)(-R9)=O-M、Y-C(-R10)=O-Mであり、金属原子Mに2電子配位している。Q2が-C(-R10)=Oの場合は一般式(C5)の構造となる。式中の符号は一般式(C1)と同様の意味を表す。
Figure 0007304036000012
[金属錯体の製造方法]
一般式(C1)で示される触媒である金属錯体は、公知の文献(例えば、J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 8802)に記載の方法に従って合成することができる。すなわち、0価あるいは2価のMソースと一般式(C1)中の配位子と反応させる。また、一般式(C1)で示される金属錯体が一般式(C3)である場合、Mソースと配位子を反応させた後に、さらに対アニオンZ-を導入するために、1価の金属塩を反応させて金属錯体を合成する。
0価のMソースは、パラジウムソースとして、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウムが挙げられ、ニッケルソースとして、テトラカルボニルニッケル(0):Ni(CO)4、ビス(1,5-シクロオクタジエン)ニッケルが挙げられる。
2価のMソースは、パラジウムソースとして、(1,5-シクロオクタジエン)(メチル)塩化パラジウム、塩化パラジウム、酢酸パラジウム、ビス(アセトニトリル)ジクロロパラジウム:PdCl2(CH3CN)2、ビス(ベンゾニトリル)ジクロロパラジウム:PdCl2(PhCN)2、(N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン)ジクロロパラジウム(II):PdCl2(TMEDA)、(N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン)ジメチルパラジウム(II):PdMe2(TMEDA)、ビス(アセチルアセトナト)パラジウム(II):Pd(acac)2(acac=アセチルアセトナト)、トリフルオロメタンスルホン酸パラジウム(II):Pd(OSO2CF32が、ニッケルソースとして、(アリル)塩化ニッケル、(アリル)臭化ニッケル、塩化ニッケル、酢酸ニッケル、ビス(アセチルアセトナト)ニッケル(II):Ni(acac)2、(1,2-ジメトキシエタン)ジクロロニッケル(II):NiCl2(DME)、トリフルオロメタンスルホン酸ニッケル(II):Ni(OSO2CF32などが挙げられる。
一般式(C1)で示される金属錯体は、単離して使用することができるが、錯体を単離することなくMを含む金属ソースと配位子前駆体を反応系中で接触させて、これをそのまま(in situ)重合に供することもできる。特に一般式(C1)中のR5が水素原子の場合、0価のMを含む金属ソースと配位子とを反応させた後、錯体を単離することなくそのまま重合に供することが好ましい。
一般式(C1)におけるMソース(M)と配位子(C1配位子)との比率((C1配位子)/M)は、0.5~2.0の範囲で、さらには、1.0~1.5の範囲で選択することが好ましい。
一般式(C1)で示される金属錯体は、担体に担持して重合に使用することもできる。この場合の担体は、特に限定されないが、シリカゲル、アルミナなどの無機担体、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの有機担体などを挙げることができる。金属錯体の担持法としては、金属錯体の溶液を担体に含浸させて乾燥する物理的な吸着方法や、金属錯体と担体とを化学的に結合させて担持する方法などが挙げられる。
[モノマー]
本発明の共重合体の製造方法で、エチレンと共重合させる極性基を有するアリルモノマーは、一般式(2)
Figure 0007304036000013
で示される。
式中、R1は、水酸基、炭素原子数1~10のアルコキシ基、炭素原子数6~20のアリールオキシ基、炭素原子数2~10のアシル基、炭素原子数2~10のエステル基、炭素原子数2~10のアシロキシ基、アミノ基、炭素原子数1~12の置換アミノ基、炭素原子数2~12の置換アミド基、炭素原子数5~10の置換ピリジル基、炭素原子数4~10の置換ピロリジル基、炭素原子数5~10の置換ピペリジル基、炭素原子数4~10の置換ハイドロフリル基、炭素原子数4~10の置換イミダゾリル基、メルカプト基、炭素原子数1~10のアルキルチオ基、炭素原子数6~10のアリールチオ基、エポキシ基、ハロゲン原子からなる群より選ばれる置換基を表す。
炭素原子数1~10のアルコキシ基であるR1は、好ましくは、炭素原子数1~4のアルコキシ基であり、好ましい具体例は、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、1-プロポキシ基、1-ブトキシ基、またはt-ブトキシ基などである。
これらの中で、さらに好ましい置換基は、メトキシ基、エトキシ基、またはイソプロポキシ基であり、特に好ましくは、メトキシ基である。
炭素原子数6~20のアリールオキシ基であるR1は、好ましくは、炭素原子数6~12のアリールオキシ基であり、好ましい具体例としては、フェノキシ基、4-メチルフェノキシ基、4-メトキシフェノキシ基、2,6-ジメチルフェノキシ基、3,5-ジ-t-ブチルフェノキシ基または2,6-ジ-t-ブチルフェノキシ基が挙げられる。
これらの中で、さらに好ましい置換基としては、フェノキシ基、3,5-ジ-t-ブチルフェノキシ基または2,6-ジメチルフェノキシ基であり、特に好ましくは、フェノキシ基、3,5-ジ-t-ブチルフェノキシ基である。
炭素原子数2~10のアシル基であるR1は、好ましくは、炭素原子数2~8のアシル基であり、好ましい具体例としては、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、ヴァレリル基、イソヴァレリル基、ピバロイル基、ベンゾイル基が挙げられる。
これらの中で、さらに好ましい置換基は、アセチル基、ピバロイル基、ベンゾイル基であり、特に好ましくは、ベンゾイル基である。
炭素原子数2~10のエステル基(オキシカルボニル基;R-O-(C=O)-、Rは有機基)であるR1は、好ましくは、炭素原子数2~8のエステル基であり、好ましい具体例としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、n-プロポキシカルボニル基、イソプロポキシカルボニル基、n-ブトキシカルボニル基、t-ブトキシカルボニル基、(4-ヒドロキシブトキシ)カルボニル基、(4-グリシジルブトキシ)カルボニル基、フェノキシカルボニル基が挙げられる。
これらの中で、さらに好ましい置換基としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、(4-ヒドロキシブトキシ)カルボニル基が挙げられ、特に好ましくは、メトキシカルボニル基である。
炭素原子数2~10のアシロキシ基であるR1は、好ましくは、炭素原子数2~8のアシロキシ基であり、好ましい具体例としては、アセトキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基、イソブチリルオキシ基、ヴァレリルオキシ基、イソヴァレリルオキシ基、ピバロイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基が挙げられる。
これらの中で、さらに好ましい置換基は、アセトキシ基、プロピオニルオキシ基、ベンゾイルオキシ基であり、特に好ましくは、アセトキシ基、プロピオニルオキシ基である。
炭素原子数1~12の置換アミノ基であるR1の好ましい具体例としては、モノメチルアミノ基、ジメチルアミノ基、モノエチルアミノ基、ジエチルアミノ基、モノイソプロピルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基、モノフェニルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ビス(トリメチルシリル)アミノ基、モルホリニル基が挙げられる。
これらの中で、さらに好ましい置換基は、ジメチルアミノ基、ジフェニルアミノ基である。
炭素原子数1~12の置換アミド基(R-(C=O)NH-、Rは有機基)であるR1の好ましい具体例としては、アセトアミド基、プロピオニルアミノ基、ブチリルアミノ基、イソブチリルアミノ基、ヴァレリルアミノ基、イソヴァレリルアミノ基、ピバロイルアミノ基、ベンゾイルアミノ基が挙げられる。
これらの中で、さらに好ましい置換基は、アセトアミド基、プロピオニルアミノ基、ベンゾイルアミノ基であり、特に好ましくは、アセトアミド基である。
炭素原子数5~10の置換ピリジル基であるR1の好ましい具体例としては、2-ピリジル基、3-ピリジル基、2-(3-メチル)ピリジル基、2-(4-メチル)ピリジル基、3-(2-メチル)ピリジル基、3-(4-メチル)ピリジル基、2-(4-クロロメチル)ピリジル基、3-(4-クロロメチル)ピリジル基が挙げられる。
これらの中で、さらに好ましい置換基としては、2-ピリジル基、3-ピリジル基、2-(4-メチル)ピリジル基が挙げられ、特に好ましくは、2-ピリジル基である。
炭素原子数4~10の置換ピロリジル基であるR1の好ましい具体例としては、2-ピロリジル基、3-ピロリジル基、2-(1-メチル)ピロリジル基、2-(1-ブチル)ピロリジル基、2-(1-シクロペンテニル)ピロリジル基、2-(4-メトキシカルボニル)ピロリジル基、2-(5-メトキシカルボニル)ピロリジル基、2-(6-メトキシカルボニル)ピロリジル基が挙げられる。
これらの中で、さらに好ましい置換基は、2-ピロリジル基、3-ピロリジル基、2-(1-メチル)ピロリジル基、2-(6-メトキシカルボニル)ピロリジル基が挙げられ、特に好ましくは、2-ピロリジル基である。
炭素原子数5~10の置換ピペリジル基であるR1の好ましい具体例としては、2-ピペリジル基、3-ピペリジル基、2-(1,2,3,6-テトラヒドロ)ピペリジル基、2-(1-メチル)ピペリジル基、2-(1-エチル)ピペリジル基、2-(4-メチル)ピペリジル基、2-(5-メチル)ピペリジル基、2-(6-メチル)ピペリジル基が挙げられる。
これらの中で、さらに好ましい置換基としては、2-ピペリジル基、3-ピペリジル基、2-(1,2,3,6-テトラヒドロ)ピペリジル基、2-(6-メチル)ピペリジル基が挙げられ、特に好ましくは、2-ピペリジル基、2-(1,2,3,6-テトラヒドロ)ピペリジル基である。
炭素原子数4~10の置換ハイドロフリル基であるR1の好ましい具体例としては、2-テトラハイドロフリル基、3-テトラハイドロフリル基、2-(5-メチル)テトラハイドロフリル基、2-(5-イソプロピル)テトラハイドロフリル基、2-(5-エチル)テトラハイドロフリル基、2-(5-メトキシ)テトラハイドロフリル基、2-(5-アセチル)テトラハイドロフリル基、2-(4,5-ベンゾ)テトラハイドロフリル基が挙げられる。
これらの中で、さらに好ましい置換基としては、2-テトラハイドロフリル基、3-テトラハイドロフリル基、2-(5-メチル)テトラハイドロフリル基、2-(5-イソプロピル)テトラハイドロフリル基、2-(4,5-ベンゾ)テトラハイドロフリル基が挙げられ、特に好ましくは、2-テトラハイドロフリル基、2-(5-メチル)テトラハイドロフリル基、2-(5-イソプロピル)テトラハイドロフリル基である。
炭素原子数4~10の置換イミダゾリル基であるR1の好ましい具体例としては、2-イミダゾリル基、2-(1-メチル)イミダゾリル基、2-(1-ベンジル)イミダゾリル基、2-(1-アセチル)イミダゾリル基、2-(4,5-ベンゾ)イミダゾリル基、2-(1-メチル-4,5-ベンゾ)イミダゾリル基が挙げられる。
これらの中で、さらに好ましい置換基としては、2-イミダゾリル基、2-(1-メチル)イミダゾリル基、2-(4,5-ベンゾ)イミダゾリル基が挙げられ、特に好ましくは、2-(1-メチル)イミダゾリル基、2-(4,5-ベンゾ)イミダゾリル基である。
炭素原子数1~10のアルキルチオ基であるR1の好ましい具体例は、メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、t-ブチルチオ基であり、炭素原子数6~10のアリールチオ基であるR1の好ましい具体例は、フェニルチオ基である。
これらの中で、さらに好ましい置換基としては、メチルチオ基、t-ブチルチオ基、フェニルチオ基が挙げられ、特に好ましくは、メチルチオ基、フェニルチオ基である。
ハロゲン原子であるR1の好ましい具体例は、フッ素、塩素、臭素である。これらの中で、さらに好ましい置換基は塩素である。
これらのR1として好ましい群のうち、さらに好ましくは、炭素原子数1~10のアルコキシ基、炭素原子数2~10のエステル基、炭素原子数2~10のアシロキシ基である。一般式(1)で表される特に好ましい極性基を有するアリルモノマーの具体例としては、酢酸アリル、トルフルオロ酢酸アリル、安息香酸アリル、アリルアルコール、アリルメチルエーテル、臭化アリル、塩化アリルなどが挙げられる。
本発明の共重合体の製造方法において、エチレンと共重合させる一般式(1)で示される極性基を有するアリルモノマーは、2種以上を組み合わせて重合させてもよい。
また、本発明の共重合体の製造方法では、エチレンと一般式(1)で示される極性基を有するアリルモノマーに加えて、第3のモノマーを用いてもよい。第3のモノマーとして、プロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、1-ヘキセン、4-メチル-1-ペンテン、1-ヘプテン、1-オクテン、1-ノネン、1-デセン、スチレンなどのα-オレフィン、ノルボルネン、シクロペンテン、シクロヘキセンなどの環状オレフィン、1,3-ブタジエン、1,4-ペンタジエン、1,5-ヘキサジエン、ノルボルナジエン、シクロペンタジエン、1,4-シクロヘキサジエン、1,4-ジビニルベンゼンなどのジエン化合物、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、酢酸ビニル、ビニルエーテル、アクリロニトリル、アクロレインなどの極性基を有するオレフィンなどが挙げられる。また、これらは2種以上を組み合わせて重合させてもよい。ただし、第3のモノマーとしてα-オレフィンが共重合されるときは、得られる重合体中に含まれるα-オレフィンとエチレンの合計に対するα-オレフィンの比率は40mol%未満である。
また、共重合体に含まれる第3のモノマーの含有率は5mol%未満であることが好ましい。
[重合方法]
一般式(C1)、(C2)、(C3)、(C4)または(C5)で示される金属錯体を触媒として使用して、エチレンと一般式(1)で示される極性基を有するアリルモノマーを共重合する方法は特に制限されるものではなく、一般に使用される方法で重合可能である。すなわち、溶液重合法、懸濁重合法、気相重合法などのプロセス法が可能であるが、特に溶液重合法、懸濁重合法が好ましい。また重合様式は、バッチ様式でも連続様式でも可能である。また、一段重合でも、多段重合でも行うこともできる。
一般式(C1)、(C2)、(C3)、(C4)または(C5)で示される金属錯体触媒は2種類以上を混合して重合反応に使用してもよい。混合して使用することで重合体の分子量、分子量分布、一般式(1)のモノマーに由来するモノマーユニットの含有量を制御することが可能であり、所望の用途に適した重合体を得ることができる。金属錯体触媒総量とモノマーの総量のモル比は、モノマー/金属錯体の比で、1~10000000の範囲、好ましくは10~1000000の範囲、より好ましくは100~100000の範囲が用いられる。
重合温度は、特に限定されないが、通常-30~400℃の範囲で行われ、好ましくは0~200℃、より好ましくは30~150℃の範囲で行われる。
エチレン圧が内部圧力の大半を占める重合圧力については、常圧から100MPaの範囲内で行われ、好ましくは常圧から20MPa、より好ましくは常圧から10MPaの範囲内で行われる。
重合時間は、プロセス様式や触媒の重合活性などにより適宜調整することができ、数十秒から数分の短い時間も、数千時間の長い反応時間も可能である。
重合系中の雰囲気は触媒の活性低下を防ぐため、モノマー以外の空気、酸素、水分などが混入しないように窒素ガスやアルゴンなどの不活性ガスで満たすことが好ましい。また溶液重合の場合、モノマー以外に不活性溶媒を使用することが可能である。不活性溶媒は、特に限定されないが、イソブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサンなどの脂肪族炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素、クロロホルム、塩化メチレン、四塩化炭素、ジクロロエタン、テトラクロロエタンなどのハロゲン化脂肪族炭化水素、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼンなどのハロゲン化芳香族炭化水素、酢酸メチル、酢酸エチルなどの脂肪族エステル、安息香酸メチル、安息香酸エチルなどの芳香族エステルなどが挙げられる。
[ホウ素化合物]
本発明の重合体の製造方法では、触媒活性を向上させるために、重合反応系にホウ素-水素結合(B-H)またはホウ素-炭素結合(B-C)を1つ以上有するホウ素化合物を共存させることを特徴とする。
金属錯体(C1)、(C2)、(C3)、(C4)または(C5)を触媒として使用したエチレン等のオレフィン重合では、モノマーの金属への配位と挿入の繰り返しにより重合体が生長し、連鎖移動反応により重合体が触媒から解離する。周期表第10族金属錯体を使用した重合における連鎖移動反応は、下記式に示される機構で進行することが一般的に知られている(式中、R’はポリマー鎖を表す。金属Mの配位子は省略している。)。なお、下記式では、エチレンをモノマーとして使用した重合例を記載しているが、その他オレフィンモノマーでも同様である。M-R’錯体種にエチレンが挿入して生成した錯体種において、β-ヒドリド脱離が進行することで、重合体(式中CH2=CH-R’)が触媒から解離するのと同時に、ヒドリド錯体種(式中M-H)が生成し、生長反応が停止する。このヒドリド錯体種は反応性が非常に高いため、すぐにモノマーの配位・挿入反応が進行し、再重合が開始する。
Figure 0007304036000014
一方で、酢酸アリルに代表される極性基を有するアリルモノマーの重合では、上記式と同様に、モノマーの金属への配位と挿入の繰り返しにより重合体生長反応が進行するが、連鎖移動反応の機構が異なることがわかってきた。極性基を有するアリルモノマーの重合における重合体生長反応及び連鎖移動反応の機構を下記式に示す(式中、R’は重合体鎖を表し、AcはCH3C(=O)-基を表す。金属Mの配位子及びホウ素化合物の1つの水素原子または炭化水素基の代表例であるメチル基以外の置換基は省略している。)。なお、下記式では、酢酸アリルをモノマーとして使用した重合例を記載しているが、その他の一般式(1)で示される、極性基を有するアリルモノマーでも同様である。
Figure 0007304036000015
重合体中に酢酸アリルが取り込まれる場合、エチレンと同様に、酢酸アリルの金属Mへの配位及びM-R’結合への挿入反応が起こる。その後、生成した錯体種に対して、エチレンや酢酸アリル等のモノマーの配位・挿入により、重合体が生長する。一方で、M-R’錯体種に酢酸アリルが挿入して生成した錯体種に対して、次のモノマーの配位・挿入と競合して、ある確率でβ-アセトキシ脱離が進行する。これにより、重合体(式中CH2=CH-CH2-R’)が触媒から解離し、アセトキシ錯体種(式中M-OAc)が生成する。このアセトキシ錯体種は、ヒドリド錯体種と比べて、遥かに反応性が低いため、アセトキシ錯体種へのモノマーの配位・挿入反応による再重合開始が律速となる。反応系ではこのアセトキシ錯体種がドーマント種となるため、触媒活性が発現している触媒は、実質的には仕込み量の一部であり、触媒あたりの重合体生産性が低くなる。
本発明の共重合体の製造方法では、ホウ素-水素結合(B-H)またはホウ素-炭素結合(B-C)を1つ以上有するホウ素化合物を重合系に共存させることで、ドーマント種であるアセトキシ錯体種を、ホウ素化合物との反応により、ヒドリド錯体種またはアルキル錯体種に変換させる。ヒドリド錯体種またはアルキル錯体種であれば、上記の通り、モノマーとの反応性が向上し、モノマーの配位・挿入反応による再重合が容易に開始する。これにより、触媒あたりの重合体生産性が大幅に改善され、触媒コスト低減化に繋がる。
本発明の共重合体の製造方法において、重合系に共存させるホウ素化合物は、1つ以上のホウ素-水素結合(B-H)またはホウ素-炭素結合(B-C)を有することが必須である。
重合系に共存させるホウ素化合物としては、特に限定されないが、(A)ボラン化合物、(B)ボロキシン化合物、(C)ボロン酸化合物、(D)ボロン酸エステル化合物、(E)ボリン酸化合物、または(F)ボリン酸エステル化合物の中から選ばれることが好ましい。
なお、ボラン化合物、ボロキシン化合物、ボロン酸化合物、ボロン酸エステル化合物、ボリン酸化合物、ボリン酸エステル化合物は、一般的にそれぞれ下記の構造式(A)~(F)で示される(式中、Rは、それぞれ独立して、水素原子または置換基を有してもよい炭化水素基を表し、複数存在する場合は結合して環構造を形成してもよい。)。
Figure 0007304036000016
(A)ボラン化合物
重合系に共存させるホウ素化合物がボラン化合物である場合の好ましい具体例としては、ボラン、モノメチルボラン、モノエチルボラン、モノ(n-プロピル)ボラン、モノイソプロピルボラン、ジメチルボラン、ジエチルボラン、ジ(n-プロピル)ボラン、ジイソプロピルボラン、トリメチルボラン、トリエチルボラン、トリ(n-プロピル)ボラン、トリイソプロピルボラン、モノシクロヘキシルボラン、ジシクロヘキシルボラン、トリシクロヘキシルボラン、モノフェニルボラン、ジフェニルボラン、トリフェニルボラン、モノ(2-トリル)ボラン、ジ(2-トリル)ボラン、トリ(2-トリル)ボラン、モノ(3-トリル)ボラン、ジ(3-トリル)ボラン、トリ(3-トリル)ボラン、モノ(4-トリル)ボラン、ジ(4-トリル)ボラン、トリ(4-トリル)ボラン、モノ(2-メトキシフェニル)ボラン、ジ(2-メトキシフェニル)ボラン、トリ(2-メトキシフェニル)ボラン、モノ(3-メトキシフェニル)ボラン、ジ(3-メトキシフェニル)ボラン、トリ(3-メトキシフェニル)ボラン、モノ(4-メトキシフェニル)ボラン、ジ(4-メトキシフェニル)ボラン、トリ(4-メトキシフェニル)ボラン、9-ボラビシクロ[3.3.1]ノナン(別名:9-BBN)、B-メチル-9-ボラビシクロ[3.3.1]ノナン、B-エチル-9-ボラビシクロ[3.3.1]ノナン、B-(n-プロピル)-9-ボラビシクロ[3.3.1]ノナン、B-イソプロピル-9-ボラビシクロ[3.3.1]ノナン、B-フェニル-9-ボラビシクロ[3.3.1]ノナンなどが挙げられる。これらの中では、工業的に入手が容易であること及び触媒活性向上効果が高いこと等の理由により、ボラン、モノメチルボラン、ジメチルボラン、トリメチルボラン、9-ボラビシクロ[3.3.1]ノナンが好ましい。
(B)ボロキシン化合物
共存させるホウ素化合物がボロキシン化合物である場合、一般式(2)
Figure 0007304036000017
(式中、R2、R3及びR4は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、アミノ基、炭素原子数1~20のアルコキシ基、炭素原子数6~20のアリールオキシ基、炭素原子数1~20の置換アミノ基、炭素原子数1~30の置換または無置換のアルキル基、炭素原子数3~30の置換または無置換のシクロアルキル基、炭素原子数6~30の置換または無置換のアリール基、炭素原子数2~10のアシロキシ基からなる群より選ばれる置換基を表し、R2、R3及びR4のうち少なくとも1つは、水素原子、炭素原子数1~30の置換または無置換のアルキル基、炭素原子数3~30の置換または無置換のシクロアルキル基、炭素原子数6~30の置換または無置換のアリール基である。)で示されるボロキシン化合物が好ましい。
2、R3及びR4は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、アミノ基、炭素原子数1~20のアルコキシ基、炭素原子数6~20のアリールオキシ基、炭素原子数1~20の置換アミノ基、炭素原子数1~30の置換または無置換のアルキル基、炭素原子数3~30の置換または無置換のシクロアルキル基、炭素原子数6~30の置換または無置換のアリール基、炭素原子数2~10のアシロキシ基を表す。本発明に用いるホウ素化合物は1つ以上のホウ素-水素結合(B-H)またはホウ素-炭素結合(B-C)を有することが必須であるため、R2、R3及びR4のうち少なくとも1つは、水素原子、炭素原子数1~30の置換または無置換のアルキル基、炭素原子数3~30の置換または無置換のシクロアルキル基、炭素原子数6~30の置換または無置換のアリール基である。
2、R3及びR4が表すハロゲン原子の好ましい具体例は、フッ素、塩素、臭素である。これらの中ではフッ素がより好ましい。
2、R3及びR4が表す炭素原子数1~20のアルコキシ基の好ましい具体例は、メトキシ基、エトキシ基、1-プロポキシ基、イソプロポキシ基、1-ブトキシ基、sec-ブトキシ基またはt-ブトキシ基である。これらの中では、メトキシ基、エトキシ基、1-プロポキシ基、イソプロポキシ基がより好ましい。
2、R3及びR4が表す炭素原子数6~20のアリールオキシ基の好ましい具体例は、フェノキシ基、2-メチルフェノキシ基、3-メチルフェノキシ基、4-メチルフェノキシ基、2,3-ジメチルフェノキシ基、2,4-ジメチルフェノキシ基、2,5-ジメチルフェノキシ基、2,6-ジメチルフェノキシ基、3,4-ジメチルフェノキシ基、3,5-ジメチルフェノキシ基、3,6-ジメチルフェノキシ基である。これらの中では、フェノキシ基がより好ましい。
2、R3及びR4が表す炭素原子数1~20の置換アミノ基の好ましい具体例は、モノメチルアミノ基、ジメチルアミノ基、モノエチルアミノ基、ジエチルアミノ基、モノ(1-プロピル)アミノ基、ジ(1-プロピル)アミノ基、モノイソプロピルアミノ基、ジイソプロピルアミノ基、モノ(1-ブチル)アミノ基、ジ(1-ブチル)アミノ基、モノフェニルアミノ基、ジフェニルアミノ基である。これらの中では、モノメチルアミノ基、ジメチルアミノ基、モノエチルアミノ基、ジエチルアミノ基がより好ましい。
2、R3及びR4が表す炭素原子数1~30の置換または無置換のアルキル基の好ましい具体例としては、メチル基、エチル基、1-プロピル基、1-ブチル基、1-ペンチル基、1-ヘキシル基、1-ヘプチル基、1-オクチル基、1-ノニル基、1-デシル基、t-ブチル基、トリシクロヘキシルメチル基、1,1-ジメチル-2-フェニルエチル基、イソプロピル基、1-ジメチルプロピル基、1,1,2-トリメチルプロピル基、1,1-ジエチルプロピル基、1-フェニル-2-プロピル基、イソブチル基、1,1-ジメチルブチル基、2-ペンチル基、3-ペンチル基、2-ヘキシル基、3-ヘキシル基、2-エチルヘキシル基、2-ヘプチル基、3-ヘプチル基、4-ヘプチル基、2-プロピルヘプチル基、2-オクチル基、3-ノニル基、ネオペンチル基、5-デシル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ヘプタフルオロプロピル基、ノナフルオロブチル基などが挙げられる。これらの中では、メチル基、エチル基、1-プロピル基、イソプロピル基、t-ブチル基がより好ましい。
2、R3及びR4が表す炭素原子数3~30の置換または無置換のシクロアルキル基の好ましい具体例は、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基である。これらの中では、シクロペンチル基、シクロヘキシル基がより好ましい。
2、R3及びR4が表す炭素原子数6~30の置換または無置換のアリール基の好ましい具体例は、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、フルオレニル基、2-トリル基、3-トリル基、4-トリル基、キシリル基、2-エチルフェニル基、3-エチルフェニル基、4-エチルフェニル基、2-メトキシフェニル基、3-メトキシフェニル基、4-メトキシフェニル基である。これらの中では、フェニル基、2-トリル基、3-トリル基、4-トリル基、2-メトキシフェニル基、3-メトキシフェニル基、4-メトキシフェニル基がより好ましい。
2、R3及びR4が表す炭素原子数2~10のアシロキシ基の好ましい具体例は、アセトキシ基、プロピオニルオキシ基、ブチリルオキシ基、イソブチリルオキシ基、ヴァレリルオキシ基、イソヴァレリルオキシ基、ピバロイルオキシ基、ベンゾイルオキシ基である。これらの中では、アセトキシ基、プロピオニルオキシ基、ベンゾイルオキシ基がより好ましい。
2、R3及びR4は、同じであっても異なっていてもよいが、R2、R3及びR4のうち少なくとも1つは、水素原子、炭素原子数1~30の置換または無置換のアルキル基、炭素原子数3~30の置換または無置換のシクロアルキル基、炭素原子数6~30の置換または無置換のアリール基である。
2、R3及びR4は、工業的な入手容易性及び重合反応中に生成するアセトキシ錯体等のドーマント種との反応性の面で炭素原子数1~30の無置換のアルキル基、または炭素原子数6~30の置換もしくは無置換のアリール基であることが好ましい。さらに、R2、R3及びR4がすべて等しいトリアルキルボロキシンまたはトリアリールボロキシンがより好ましい。無置換のアルキル基としては、メチル基、エチル基、1-プロピル基、イソプロピル基が好ましく、無置換のアリール基としては、フェニル基が好ましい。
一般式(2)で示されるボロキシン化合物としては、トリメチルボロキシントリエチルボロキシン、トリ(1-プロピル)ボロキシン、トリイソプロピルボロキシン、トリフェニルボロキシンが特に好ましい。また、ホウ素化合物は2種以上を混合して使用してもよい。
(C)ボロン酸化合物
重合系に共存させるホウ素化合物がボロン酸化合物である場合の好ましい具体例としては、メチルボロン酸、エチルボロン酸、n-プロピルボロン酸、イソプロピルボロン酸、シクロヘキシルボロン酸、フェニルボロン酸、2-トリルボロン酸、3-トリルボロン酸、4-トリルボロン酸、2-メトキシフェニルボロン酸、3-メトキシフェニルボロン酸、4-メトキシフェニルボロン酸、2-チオフェンボロン酸、3-チオフェンボロン酸、2-ピリジルボロン酸、3-ピリジルボロン酸、4-ピリジルボロン酸などが挙げられる。これらの中では、工業的に入手が容易であること及び触媒活性向上効果が高いこと等の理由により、メチルボロン酸、エチルボロン酸、フェニルボロン酸が好ましい。
(D)ボロン酸エステル化合物
重合系に共存させるホウ素化合物がボロン酸エステル化合物である場合の好ましい具体例としては、4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン(別名:ピナコールボラン)、2-メチル-4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン、2-エチル-4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン、2-(n-プロピル)-4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン、2-イソプロピル-4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン、2-フェニル-4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン、2-(2-トリル)-4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン、2-(3-トリル)-4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン、2-(4-トリル)-4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン、2-(2-メトキシフェニル)-4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン、2-(3-メトキシフェニル)-4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン、2-(4-メトキシフェニル)-4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン、カテコールボラン、B-メチルカテコールボラン、B-エチルカテコールボラン、B-(n-プロピル)カテコールボラン、B-イソプロピルカテコールボラン、B-フェニルカテコールボラン、B-(2-トリル)カテコールボラン、B-(3-トリル)カテコールボラン、B-(4-トリル)カテコールボラン、B-(2-メトキシフェニル)カテコールボラン、B-(3-メトキシフェニル)カテコールボラン、B-(4-メトキシフェニル)カテコールボランなどが挙げられる。これらの中では、工業的に入手が容易であること及び触媒活性向上効果が高いこと等の理由により、4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン、2-メチル-4,4,5,5-テトラメチル-1,3,2-ジオキサボロラン、カテコールボラン、B-メチルカテコールボランが好ましい。
(E)ボリン酸化合物
重合系に共存させるホウ素化合物がボリン酸化合物である場合の好ましい具体例としては、ジメチルボリン酸、ジエチルボリン酸、ジ(n-プロピル)ボリン酸、ジイソプロピルボリン酸、ジシクロヘキシルボリン酸、ジフェニルボリン酸、ジ(2-トリル)ボリン酸、ジ(3-トリル)ボリン酸、ジ(4-トリル)ボリン酸、ジ(2-メトキシフェニル)ボリン酸、ジ(3-メトキシフェニル)ボリン酸、ジ(4-メトキシフェニル)ボリン酸などが挙げられる。これらの中では、工業的に入手が容易であること及び触媒活性向上効果が高いこと等の理由により、ジメチルボリン酸、ジエチルボリン酸、ジフェニルボリン酸が好ましい。
(F)ボリン酸エステル化合物
重合系に共存させるホウ素化合物がボリン酸エステル化合物である場合の好ましい具体例としては、ジメチル(メトキシ)ボラン、ジエチル(メトキシ)ボラン、ジ(n-プロピル)(メトキシ)ボラン、ジイソプロピル(メトキシ)ボラン、ジメチル(エトキシ)ボラン、ジエチル(エトキシ)ボラン、ジ(n-プロピル)(エトキシ)ボラン、ジイソプロピル(エトキシ)ボラン、ジメチル(n-プロポキシ)ボラン、ジエチル(n-プロポキシ)ボラン、ジ(n-プロピル)(n-プロポキシ)ボラン、ジイソプロピル(n-プロポキシ)ボラン、ジメチル(イソプロポキシ)ボラン、ジエチル(イソプロポキシ)ボラン、ジ(n-プロピル)(イソプロポキシ)ボラン、ジイソプロピル(イソプロポキシ)ボラン、ジフェニル(メトキシ)ボラン、ジフェニル(エトキシ)ボラン、ジフェニル(n-プロポキシ)ボラン、ジフェニル(イソプロポキシ)ボランなどが挙げられる。これらの中では、工業的に入手が容易であること及び触媒活性向上効果が高いこと等の理由により、ジメチル(メトキシ)ボラン、ジエチル(メトキシ)ボラン、ジメチル(エトキシ)ボラン、ジエチル(エトキシ)ボラン、ジフェニル(メトキシ)ボラン、ジフェニル(エトキシ)ボランが好ましい。
上記のホウ素-水素結合またはホウ素-炭素結合を1つ以上有するホウ素化合物は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
本発明の共重合体の製造方法では、ホウ素-水素結合またはホウ素-炭素結合を1つ以上有するホウ素化合物の添加方法については特に制限はなく、反応前に反応溶媒中に溶解させていても、反応開始後に添加してもよい。また、ホウ素化合物の添加方法は、反応開始時に一括で添加する方法、反応開始後、所定の反応時間にわたって添加を行う間欠フィード法、連続的に添加し続ける連続フィード法が挙げられる。触媒活性、生産性の観点からは、ホウ素化合物を一度に添加するよりも、反応時間中に少量ずつ分割、あるいは連続的に添加することが好ましい。
ホウ素化合物の使用量は、特に制限はなく、使用する触媒とホウ素化合物の反応性によって、最適な量が決定される。金属錯体触媒量とホウ素化合物の総添加量のモル比は、ホウ素化合物/金属錯体の比で、好ましくは1~1000の範囲、より好ましくは3~500の範囲、さらに好ましくは5~200の範囲が用いられる。詳細には、重合の初期にホウ素化合物を一括で反応系に添加する場合には、金属錯体触媒量とホウ素化合物の総添加量のモル比は、ホウ素化合物/金属錯体の比で、好ましくは10~1000の範囲、より好ましくは30~500の範囲、より好ましくは50~200の範囲が用いられる。前記間欠フィード法あるいは連続フィード法の場合は、好ましくは1~50の範囲、より好ましくは3~30の範囲、より好ましくは5~10の範囲が用いられる
ホウ素化合物を重合反応系に添加するときは、ホウ素化合物をそのまま単体で添加しても、有機溶媒に溶解させて添加してもよい。有機溶媒に溶解させて添加する場合、溶解させる有機溶媒としては、重合反応で使用する溶媒が好ましい。また、エチレンと共重合させる極性基を有するアリルモノマーが常温で液体である場合、ホウ素化合物をアリルモノマーに溶解させて添加してもよい。
以下、合成例、実施例、比較例、及び参考例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明は下記の例に限定されるものではない。
重合体の平均分子量、モノマーユニット含有量及び融点は以下の方法により測定、解析し算出した。
[平均分子量]
実施例及び比較例で得た共重合体の数平均分子量及び重量平均分子量は、昭和電工(株)製AT-806MSカラム(2本直列)を備えた東ソー(株)製高温GPC装置、HLC-8121GPC/HTを用いた、ポリスチレンを分子量の標準物質とするサイズ排除クロマトグラフィー(溶媒:1,2-ジクロロベンゼン、温度:145℃)により算出した。
[モノマーユニット含有量]
一般式(1)で示される極性基を有するオレフィンに由来するモノマーユニットの含有率は、日本電子(株)製JNM-ECS400を使用して、溶媒として1,1,2,2-テトラクロロエタン-d2を使用した120℃における1H-NMRによって決定した。
[融点]
共重合体の融点は、セイコーインスツルメンツ社製DSC6200示差走査熱量測定装置を使用して測定した。シート状にしたサンプル片を5mgアルミパンに詰め、室温から一旦200℃まで昇温速度100℃/分で昇温し、5分間保持した後に、10℃/分で20℃まで降温して結晶化させた後に、10℃/分で200℃まで昇温することにより融解曲線を得た。融解曲線を得るために行った最後の昇温段階における主吸熱ピークのピークトップ温度を融点とした。
合成例1:金属錯体1の合成
特開2014-159540号公報に記載の方法を用い、下記の反応スキームに従って金属錯体1を合成した。
Figure 0007304036000018
(a)塩化メンチル(化合物1a)の合成
文献(J. Org. Chem., 17, 1116. (1952))記載の手法で、塩化メンチル(化合物1a)の合成を行った。すなわち、塩化亜鉛(77g、0.56mol)の37%塩酸(52mL、0.63mol)溶液に、(-)-メントール(27g、0.17mol)を加え、35℃に加熱しながら、5時間撹拌した。室温まで冷却した後、反応液にヘキサン(50mL)を加え、分液漏斗を使用して、有機層と水層を分離した。有機層は水(30mL×1)で洗浄後、さらに濃硫酸(10mL×5)及び水(30mL×5)で洗浄した。有機層を硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧濃縮を行い、塩化メンチル(化合物1a)を無色の油状物質として得た。収量は27g(収率91%)であった。
(b)塩化ジメンチルホスフィン(化合物1c)の合成
文献(Journal fur Praktische Chemie, 322, 485. (1980))記載の手法で、塩化ジメンチルホスフィン(化合物1c)の合成を行った。すなわち、アルゴン雰囲気下、塩化メンチル(化合物1a;2.6g、15mmol)とマグネシウム(0.63g、26mmol)をテトラヒドロフラン(THF)(30mL)中で、70℃に加熱しながら反応させて得られた塩化メンチルマグネシウム(化合物1b)の溶液を、三塩化リン(0.63mL、7.2mmol)のTHF(30mL)溶液に-78℃で加えた。室温まで昇温後、70℃に加熱しながら2時間撹拌した。溶媒を減圧留去した後、蒸留精製を行い、塩化ジメンチルホスフィン(化合物1c)を得た。収量は、0.62g(収率25%)であった。
31P-NMR(162MHz,THF):δ 123.9。
(c)2-(ジメンチルホスフォニオ)ベンゼンスルホナート(化合物1d)の合成
ベンゼンスルホン酸(0.18g,1.2mmol)のTHF溶液(10mL)に、n-ブチルリチウム(1.6Mヘキサン溶液,1.4mL,2.3mmol)を0℃で加え、室温で1時間撹拌した。反応容器を-78℃に冷却した後に、塩化ジメンチルホスフィン(化合物1c;0.36g,1.1mmol)を-78℃で加え、室温で15時間撹拌した。反応をトリフルオロ酢酸(0.97mL,1.3mmol)で停止した後に、溶媒を減圧留去した。残渣をジクロロメタンに溶解させ、飽和塩化アンモニウム水溶液で洗浄した。有機層を硫酸ナトリウムで乾燥後、溶媒を減圧留去し、2-(ジメンチルホスフォニオ)ベンゼンスルホナート(化合物1d)を白色粉末として得た。収量は0.31g(収率63%)であった。
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ8.27 (br s, 1H), 7.77 (t, J = 7.3 Hz, 1H), 7.59-7.52 (m, 2H), 3.54 (br s, 1H), 2.76 (br s, 1H), 2.16 (br s, 1H), 1.86-1.38 (m, 12H), 1.22-0.84 (m, 22H), 0.27 (br s, 1H);
31P{1H}-NMR(162MHz,CDCl3):δ 45.1(br.),-4.2(br.)。
(d)金属錯体1の合成
アルゴン雰囲気下、2-(ジメンチルホスフォニオ)ベンゼンスルホナート(化合物1d;0.14g,0.30mmol)とN,N-ジイソプロピルエチルアミン(0.26mL,1.5mmol)の塩化メチレン溶液(10mL)に、(cod)PdMeCl(文献;Inorg. Chem., 1993, 32, 5769-5778に従って合成。cod=1,5-シクロオクタジエン、0.079g,0.30mmol)を加え、室温で1時間撹拌した。溶液を濃縮した後に、残渣を塩化メチレン(10mL)に溶解させ、この溶液を、炭酸カリウム(0.42g,3.0mmol)と2,6-ルチジン(0.35mL,3.0mmol)の塩化メチレン懸濁液(2mL)に加え、室温で1時間撹拌した。この反応液をセライト(乾燥珪藻土)及びフロリジル(ケイ酸マグネシウム)でろ過した後に、溶媒を濃縮し、減圧下乾燥を行い、金属錯体1を得た。収量は、0.17g(収率80%)であった。
1H-NMR(400MHz,CDCl3):δ 8.26 (ddd, J = 7.8, 3.9, 1.4 Hz, 1H), 7.81 (t, J = 7.9 Hz, 1H), 7.56 (t, J = 7.7 Hz, 1H), 7.49 (t, J = 7.6 Hz, 1H), 7.43 (t, J = 7.4 Hz, 1H), 7.13 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.08 (d, J = 7.6 Hz, 1H), 3.75 (s, 1H), 3.24 (s, 3H), 3.17 (s, 3H), 2.59 (s, 1H), 2.49-2.39 (m, 2H), 2.29-2.27 (m, 1H), 2.05-1.96 (m, 1H), 1.89-1.37 (m, 12H), 1.21-1.11 (m, 2H), 0.98 (d, J = 6.6 Hz, 3H), 0.95 (d, J = 6.2 Hz, 3H), 0.84 (d, J = 6.6 Hz, 3H), 0.78 (d, J = 6.6 Hz, 3H), 0.58 (d, J = 6.6 Hz, 3H), 0.41 (d, J = 2.3 Hz, 3H), 0.08 (d, J = 6.6 Hz, 3H);
31P-NMR(162MHz,CDCl3):δ 16.6。
合成例2:金属錯体2の合成
特開2011-68881号公報に記載の方法を用い、下記の反応スキームに従って金属錯体2を合成した。
Figure 0007304036000019
(a)2-(ジイソプロピルホスフォニオ)ベンゼンスルホナート(化合物2a)の合成
ベンゼンスルホン酸(21.7g,137mmol)のTHF溶液(400mL)に、n-ブチルリチウム(1.6Mヘキサン溶液,174mL,274mmol)を0℃で加え、室温で3時間撹拌した。反応容器を-78℃に冷却した後に、塩化ジイソプロピルホスフィン(19.0g,125mmol)を-78℃で加え、室温で15時間撹拌した。反応をトリフルオロ酢酸(15.6g,137mmol)を添加して停止した後に、溶媒を減圧留去した。残渣をジクロロメタンに溶解させ、飽和塩化アンモニウム水溶液で洗浄した。有機層を硫酸ナトリウムで乾燥後、溶媒を減圧留去し、2-(ジイソプロピルホスフォニオ)ベンゼンスルホナート(化合物2a)を白色粉末として得た。収量は26.8g(収率78%)であった。
1H-NMR(400MHz,CDCl3):δ1.25 (dd, J = 21.6, 7.0 Hz, 6H), 1.53 (dd, J = 21.8, 7.2 Hz, 6H), 3.45 (m, 2H), 5.42 (br d, 1JPH = 380 Hz), 7.58 (tdd, J = 7.6, 2.8, 1.1 Hz, 1H), 7.69 (ddd, J = 15.1, 7.7, 0.7 Hz, 1H), 7.83 (dd, J = 7.6, 7.6 Hz, 1H), 8.27 (dd, J = 7.5, 4.4 Hz, 1H);
13C-NMR(101MHz,CDCl3):δ19.4 (s), 24.5-27.7 (m), 114.4 (br d, J = 93 Hz), 129.1 (d, J = 8.6 Hz), 130.3 (d, J = 12.5 Hz), 134.7-137.1 (m), 150.7 (br s);
31P-NMR(162MHz,CDCl3):δ62.5 (d, 1JPH = 380 Hz) (83%), 31.0 (d, 1JPH = 460 Hz) (17%)。
(b)金属錯体2の合成
アルゴン雰囲気下、2-(ジイソプロピルホスフォニオ)ベンゼンスルホナート(化合物2a;16.3g,59mmol)とN,N-ジイソプロピルエチルアミン(38.3g,296mmol)の塩化メチレン溶液(500mL)に、(cod)PdMeCl(文献;Inorg. Chem., 1993, 32, 5769-5778に従って合成。cod=1,5-シクロオクタジエン、16.3g,62mmol)を加え、室温で2.5時間撹拌した。溶液を濃縮した後に、残渣を塩化メチレン(200mL)に溶解させ、この溶液を、炭酸カリウム(80.8g,585mmol)と2,6-ルチジン(62.7g,585mmol)の塩化メチレン懸濁液(500mL)に加え、室温で1時間撹拌した。この反応液をセライト(乾燥珪藻土)及びフロリジル(ケイ酸マグネシウム)でろ過した後に、溶媒を濃縮し、減圧下乾燥を行った。さらに、塩化メチレン/ヘキサンからの再結晶精製を行い、金属錯体2を白色結晶として得た。収量は、18.9g(収率61%)であった。
1H-NMR(400MHz,CDCl3):δ0.34 (d, J = 2.3 Hz, 3H), 1.32 (ddd, J = 49.9, 16.0, 7.0 Hz, 12H), 2.58 (dt, J = 22.3, 7.2 Hz, 2H), 3.18 (s, 6H), 7.12 (d, J = 7.8 Hz, 2H), 7.46 (t, J = 7.4 Hz, 1H), 7.53 (t, J = 7.6 Hz, 1H), 7.58 (t, J = 7.7 Hz, 2H), 8.29-8.32 (m, 1H);
13C-NMR(101MHz,CDCl3):δ-10.10 (d, J = 4.8 Hz), 18.44 (s), 19.29 (d, J = 4.8 Hz), 25.91 (d, J = 25.9 Hz), 26.20 (s), 122.72 (d, J = 3.8 Hz), 124.56 (d, J = 35.5 Hz), 129.19 (t, J = 6.7 Hz), 131.03 (d, J = 1.9 Hz), 132.39 (s), 138.30 (s), 151.13 (d, J = 10.5 Hz), 159.17 (s);
31P-NMR(162MHz,CDCl3):δ34.4 (s)。
[重合体の合成]
合成例1で合成した金属錯体1を使用して、酢酸アリルとエチレンの共重合を行った。
なお、触媒濃度、生産性、及び触媒活性は次の式により計算した。
Figure 0007304036000020
Figure 0007304036000021
実施例1:金属錯体1を使用したトリメチルボロキシン共存下での酢酸アリルとエチレンの共重合(重合体1の調製)
窒素ガス雰囲気下、一般式(1)で示されるモノマーとして酢酸アリル(120mL、1,390mmol)、及びホウ素-水素結合またはホウ素-炭素結合を1つ以上有するホウ素化合物としてトリメチルボロキシン(251.1mg,2.0mmol)を含む500mLオートクレーブを、65℃で撹拌しながら、エチレン(0.51MPa)を充填した。オートクレーブ内に金属錯体1(13.9mg,0.020mmol)の酢酸アリル溶液(30mL)を圧送により加え、24時間撹拌した。室温まで冷却及びエチレン脱圧後、オートクレーブ内の反応液をメタノール(500mL)に加え、共重合体を析出させた。生じた共重合体をろ過によって回収し、メタノールで洗浄した後に減圧下乾燥して、重合体1を得た。収量は1.02gであった。生産性は51g/mmolと算出され、触媒活性は2.1g/(mmol・h)と算出された。重合体1の分子量は、サイズ排除クロマトグラフィーにより測定し、数平均分子量19000、重量平均分子量65000、Mw/Mn:3.5であった。共重合体中の酢酸アリル含有率は、1H-NMR測定により、エチレン:酢酸アリルのモル比は100:27.2(酢酸アリルモル分率=21.4%)と決定した。重合条件と結果をそれぞれ表1、表2に示す。
比較例1:金属錯体1を使用した酢酸アリルとエチレンの共重合(比較重合体1の調製)
トリメチルボロキシンを加えない点以外は実施例1と同様にして、酢酸アリルとエチレンの共重合を行った。重合条件と結果をそれぞれ表1と表2に示す。
実施例2:金属錯体1を使用したトリメチルボロキシン共存下での酢酸アリルとエチレンの共重合(重合体2の調製)
トリメチルボロキシンの当量及び添加のタイミングを変更した以外は、実施例1と同様にして酢酸アリルとエチレンの共重合を行った。重合条件と結果をそれぞれ表1と表2に示す。
実施例3:金属錯体1を使用したトリメチルボロキシン共存下での酢酸アリルとエチレンの共重合(重合体3の調製)
トリメチルボロキシンの当量及び添加を4回に分割したこと以外は、実施例1と同様にして酢酸アリルとエチレンの共重合を行った。重合条件と結果をそれぞれ表1と表2に示す。
Figure 0007304036000022
Figure 0007304036000023
実施例1及び比較例1の結果から、ホウ素-炭素結合を有するトリメチルボロキシンを重合反応系に共存させることで、重合体の生産性及び触媒活性が向上することが明らかとなった。また、トリメチルボロキシンを共存させても、得られる重合体の分子量及び酢酸アリル含量はほとんど変わらなかった。
また、実施例2及び3の結果から、トリメチルボロキシンを初期仕込みではなく、反応中に添加しても、同様に触媒活性が向上する効果が見られた。
続いて、エチレンと一般式(1)で示される極性基を有するアリルモノマーとの共重合反応の反応メカニズム、及びホウ素-水素結合またはホウ素-炭素結合を有するホウ素化合物共存下で触媒活性が向上するメカニズムを明らかとするために、以下の反応を行った。
参考例1:金属錯体2と酢酸アリルの反応
Figure 0007304036000024
国際公開第2012/029432号(US8889805)に記載の方法と同様に、金属錯体2と酢酸アリルの反応を行った。窒素雰囲気下、金属錯体(1.2g,2.4mmol)のトルエン(94mL)/酢酸アリル(94mL)懸濁液を80℃に加熱し、2時間撹拌した。反応液を濃縮した後、残渣に塩化メチレン(10mL)を加え、シリンジフィルターを用いたろ過により沈殿物を取り除いた。ろ液にヘキサン(15mL)をゆっくりと加え、再結晶操作を行った。析出した結晶をろ過により回収し、t-ブチルメチルエーテル及びヘキサンで洗浄した後、減圧下乾燥し、黄色結晶を得た。収量は1.1gであった。H-NMR及び13C-NMRスペクトルの解析により、得られた化合物が上記式中のアセトキシ金属錯体3と同定された。収量は83%と算出された。
1H-NMR(400MHz,CDCl3):δ 1.36-1.52 (m, 12H), 1.75 (s, 3H), 2.51-2.60 (m, 2H), 3.42 (s, 6H), 7.06 (d, 2H, J = 7.2 Hz), 7.55-7.64 (m, 4H), 8.20 (br, 1H);
13C-NMR(101MHz,CDCl3):δ 17.7 (s), 17.8 (s), 22.5 (s), 24.5 (s, CH3 of lutidine), 25.0 (d, 1JPC = 26.5 Hz), 121.4 (d, 1JPC = 39.8 Hz), 122.6 (s), 128.5 (d, JPC = 5.7 Hz), 129.8 (d, JPC = 5.8 Hz), 131.6 (s), 131.8 (s), 138.5 (s), 148.5 (d, 2JPC = 8.3 Hz), 159.8 (s), 176.7 (s)。
参考例1において、アルキル錯体である金属錯体2と酢酸アリルの反応でアセトキシ金属錯体3が生成したことから、金属錯体2を使用した酢酸アリルとエチレンの共重合反応においても、反応中にアセトキシ金属錯体3が生成していることが示唆された。
[金属錯体2と金属錯体3の重合反応速度の比較]
酢酸アリルとエチレンの共重合における、一般式(1)のR5がメチル基である金属錯体2(「メチル金属錯体2」とする。)とR5がアセトキシ基である金属錯体3(「アセトキシ金属錯体3」とする。)の初期反応速度の比較を行うために、メチル金属錯体2及びアセトキシ金属錯体3を使用した短時間での酢酸アリルとエチレンの共重合を行った。
参考例2:メチル金属錯体2を使用した酢酸アリルとエチレンの共重合
充分に窒素ガスで置換した30mLフラスコに50μmolのメチル金属錯体を秤量し、脱水トルエン(10mL)を加えた後、これを10分間撹拌することで、触媒溶液を調製した。次に、内容積2.4Lの誘導撹拌機付ステンレス製オートクレーブ内を窒素ガスで置換し、精製トルエンと酢酸アリル(コモノマー濃度0.287mol/L)を総液量1Lとなるように、オートクレーブ内に導入した。重合温度である80℃に昇温し、エチレン(1.4MPa)を充填後、先に調製した触媒溶液を添加し、20分間重合した。
重合終了後、エチレンをパージ、オートクレーブを室温まで冷却し、得られた重合体を、エタノール(1L)を用いて再沈殿させた。ろ過により得られた固形重合体を70℃で3時間減圧乾燥することで、共重合体を4.3g回収した。生産性は86g/mmolと算出され、触媒活性は258g/(mmol・h)と算出された。得られた重合体の分子量は、サイズ排除クロマトグラフィーにより決定し、数平均分子量10000、重量平均分子量20000と算出し、Mw/Mnは2.0であった。また、融点は128.5℃であった。
参考例3:アセトキシ金属錯体3を使用した酢酸アリルとエチレンの共重合
50μmolのメチル金属錯体の替わりに100μmolのアセトキシ金属錯体3を用いた以外は参考例2と同様にして、酢酸アリルとエチレンの共重合反応を行った。
共重合体の回収量は0.8gであり、生産性は8g/mmolと算出され、触媒活性は23g/(mmol・h)と算出された。得られた重合体の分子量は、数平均分子量9500、重量平均分子量20000、Mw/Mnは2.1であった。また、融点は128.3℃であった。
参考例2及び参考例3の触媒活性の比較から、アセトキシ金属錯体3の重合(初期)活性が、メチル金属錯体2の10分の1以下であることがわかった。このことから、酢酸アリルとエチレンの共重合反応中に生成すると考えられるアセトキシ金属錯体に対しては、モノマー挿入による再重合が遅く、アセトキシ金属錯体がドーマント種になっていることが予測される。
参考例4:アセトキシ金属錯体3とトリメチルボロキシンの反応
アセトキシ金属錯体とホウ素化合物の反応性を把握するために、ホウ素-炭素結合を有するトリメチルボロキシン存在下でのアセトキシ金属錯体3との反応挙動を調べた。
Figure 0007304036000025
窒素ガス雰囲気下、アセトキシ金属錯体3(0.17g,0.30mmol)のテトラヒドロフラン溶液(15mL)にトリメチルボロキシン(0.85mL,6.10mmol,20eq)を添加し、40℃で7時間撹拌した。この反応液を減圧下にて乾燥し、NMR測定することにより、メチル金属錯体2の生成を観測した(65%)。
参考例5:アクリル酸メチル存在下でのアセトキシ金属錯体3と9-ボラビシクロ[3.3.1]ノナン(9-BBN)の反応
さらに、ホウ素-水素結合を有するホウ素化合物とアセトキシ錯体との反応性及び反応機構を把握するために、ホウ素-水素結合を有する9-ボラビシクロ[3.3.1]ノナンとアセトキシ金属錯体3との反応挙動を調べた。ここで、生成すると予測されるヒドリド錯体4は不安定であり、分解反応が進行する可能性が高いため、反応系にアクリル酸メチルを共存させることで、アクリル酸メチルを取り込ませた安定な金属錯体5を観測することとした。
Figure 0007304036000026
窒素ガス雰囲気下、アセトキシ金属錯体3(0.02g,0.03mmol)のテトラヒドロフラン溶液(0.5mL)にアクリル酸メチル(0.03g,0.30mmol,10eq)、及び9-ボラビシクロ[3.3.1]ノナン(9-BBN)のTHF溶液(0.5mol/L)(0.53g,0.30mmol,10eq)を添加して混合し、室温にて1晩置いた後、減圧下にて乾燥後、NMR測定することにより、アクリル酸メチルが取り込まれた金属錯体5の生成を観測した(50%)。このことから、アセトキシ金属錯体3と9-BBNとの反応により、ヒドリド金属錯体4が生成していることが確認できた。
1H-NMR(400MHz,CDCl3):δ 8.26~8.23 (m, 1 H), 7.64~7.46 (m, 4 H), 7.11 (dd, J = 7.5 Hz, 2 H), 3.41 (s, 3 H), 3.28 (s, 3 H), 3.4 (s, 3 H), 3.04~2.98 (m, 1 H), 2.68~2.62 (m, 1 H), 1.48 (dd, J = 7.0, 14.3 Hz, 3 H), 1.40 (dd, J = 7.3, 16.5 Hz, 3 H), 1.36 (dd, J = 7.0, 15.3 Hz, 6 H), 0.93 (dd, J = 3.1, 6.9 Hz, 3 H);
31P-NMR(162MHz,CDCl3):δ 28.3。
参考例4及び参考例5の結果から、酢酸アリルとエチレンの共重合において、生成してドーマント種として存在するアセトキシ金属錯体が、ホウ素-水素結合またはホウ素-炭素結合を有するホウ素化合物と反応して、ヒドリド錯体またはアルキル錯体に変換され、再重合が加速されることが示唆された。すなわち、初期重合活性がメチル金属錯体に劣るアセトキシ金属錯体であってもホウ素化合物を添加することにより触媒活性を回復できることがわかる。
以上の実施例、比較例、及び参考例の結果から、本発明のエチレンと極性基を有するアリルモノマーとの共重合体の製造方法では、重合反応系にホウ素-水素結合またはホウ素-炭素結合を有するホウ素化合物を共存させることで、触媒の再重合を加速させ、生産性及び触媒活性を向上させることに成功した。これにより、重合体の製造コストを低減化することが可能であり、本発明が産業上有用であるといえる。

Claims (7)

  1. 一般式(C
    Figure 0007304036000027
    (式中、Mはパラジウム原子(Pd)を表し、Xはリン原子(P)を表し、Yは、炭素原子数6~30の置換または無置換のアリーレン基、炭素原子数1~20の置換または無置換のアルキレン基、及び炭素原子数3~30の置換または無置換のシクロアルキレン基から選ばれる2価の基を表す。R は、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1~30の炭化水素基、ハロゲン原子で置換された炭素原子数1~30の炭化水素基、炭素原子数1~10のアルコキシ基で置換された炭素原子数2~30の炭化水素基、炭素原子数6~20のアリールオキシ基で置換された炭素原子数7~30の炭化水素基、炭素原子数2~10のアミド基で置換された炭素原子数3~30の炭化水素基、炭素原子数1~30のアルコキシ基、炭素原子数6~30のアリールオキシ基、及び炭素原子数2~10のアシロキシ基からなる群より選ばれる置換基を表す。R及びRはそれぞれ独立して、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリル基、アミノ基、またはハロゲン原子、アルコキシ基及びアリールオキシ基から選ばれる1つ以上の基で置換されていてもよい炭素原子数1~120の炭化水素基を表し、それぞれで結合して環構造を形成してもよい。Lは電子供与性配位子を表し、RとLが環形成してもよい。qは0、1/2、1または2である。)
    で示される金属錯体を触媒として使用し、エチレン及び一般式(1)
    Figure 0007304036000028
    (式中、Rは、水酸基、炭素原子数1~10のアルコキシ基、炭素原子数6~20のアリールオキシ基、炭素原子数2~10のアシル基、炭素原子数2~10のエステル基(オキシカルボニル基;R-O-(C=O)-、Rは有機基)、及び炭素原子数2~10のアシロキシ基からなる群より選ばれる置換基を示す。)で示される極性基を有するアリルモノマーとの共重合体、またはエチレン、前記一般式(1)で示される極性基を有するアリルモノマー、及び他のモノマーとの共重合体を製造するにあたり、重合中にホウ素-水素結合(B-H)またはホウ素-炭素結合(B-C)を1つ以上有するホウ素化合物として、ボラン化合物、ボロキシン化合物、ボロン酸化合物、ボロン酸エステル化合物、ボリン酸化合物、またはボリン酸エステル化合物を共存させることを特徴とする前記共重合体の製造方法。
  2. ホウ素-水素結合(B-H)またはホウ素-炭素結合(B-C)を1つ以上有するホウ素化合物が、一般式(2)
    Figure 0007304036000029
    (式中、R、R及びRは、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、水酸基、アミノ基、炭素原子数1~20のアルコキシ基、炭素原子数6~20のアリールオキシ基、炭素原子数1~20の置換アミノ基、炭素原子数1~30の置換または無置換のアルキル基、炭素原子数3~30の置換または無置換のシクロアルキル基、炭素原子数6~30の置換または無置換のアリール基、炭素原子数2~10のアシロキシ基からなる群より選ばれる置換基を表し、R、R及びRのうち少なくとも1つは、水素原子、炭素原子数1~30の置換または無置換のアルキル基、炭素原子数3~30の置換または無置換のシクロアルキル基、炭素原子数6~30の置換または無置換のアリール基である。)
    で示されるボロキシン化合物である請求項1に記載の共重合体の製造方法。
  3. 一般式(2)中のR、R及びRが、それぞれ独立して、水素原子、炭素原子数1~30の置換または無置換のアルキル基、または炭素原子数6~30の置換または無置換のアリール基から選ばれる置換基である請求項に記載の共重合体の製造方法。
  4. 一般式(C)中のYが、置換または無置換のフェニレン基である請求項1~3のいずれかに記載の共重合体の製造方法。
  5. 一般式(C)中のR及びRが、いずれも炭素原子数3~20のアルキル基である請求項のいずれかに記載の共重合体の製造方法。
  6. 一般式(1)で示される極性基を有するアリルモノマーが酢酸アリル(一般式(1)中のRがアセトキシ基(CHC(=O)-O-))である請求項1~のいずれかに記載の共重合体の製造方法。
  7. エチレンと一般式(1)で示される極性基を有するアリルモノマーとの共重合反応、またはエチレン、一般式(1)で示される極性基を有するアリルモノマー、及び他のモノマーの共重合反応において、重合反応開始後にホウ素-水素結合またはホウ素-炭素結合を1つ以上有するホウ素化合物を連続フィードまたは間欠フィードにより添加する請求項1~のいずれかに記載の共重合体の製造方法。
JP2020516080A 2018-04-25 2019-03-07 極性基を有するアリルモノマー共重合体の製造方法 Active JP7304036B2 (ja)

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