JP7309411B2 - マレイミド化合物の製造方法 - Google Patents
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Description
に関する。
例えば、マレイミド基が導入された樹脂を得る場合、マレイミド基を有する化合物を含むモノマーを重合する方法が考えられる(例えば、非特許文献1を参照)。しかしながら、この方法では、マレイミド基を有する化合物を含むモノマーを重合する際の重合形態がカチオン重合に限定されるため、長時間かかる等簡便に合成することができない。また、重合に金属触媒を用いるため、得られるマレイミド基含有樹脂を、金属の存在を嫌う用途に適用する場合には、マレイミド基含有樹脂を高度に精製する必要があるという問題がある。
また、マレイミド基をスチレン樹脂に導入する方法として、第一級アミノ基を有するスチレン樹脂にマレイン酸無水物を反応させて閉環する方法も考えられる。しかしながら、この方法では、ゲル化が生じてしまい固体状の樹脂が得られないという問題や、閉環反応でマレイミド基を形成しにくいという問題が生じる。これは、上記のマレイミド基の導入方法においては、所望するマレイミド化以外の副反応が生じやすいことに起因すると考えられる。
したがって、マレイミド化以外の副反応を抑制しつつ、金属触媒を使用することなく短時間で簡便にマレイミド基を有する樹脂を得ることができる製造方法が求められている。
なお、アミノ基を有するスチレン樹脂に限らず、アミノ基を有する種々のその他の化合物にマレイミド基を導入する場合においても同様にマレイミド化以外の副反応を抑制しつつ簡便にマレイミド化合物を得ることができる製造方法が求められる。
で表される基を有するマレイミド化合物の製造方法であって、
第一級アミノ基を有する原料化合物における第一級アミノ基と、下記式(a2):
Ra1~Ra6は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1以上4以下のアルキル基、又は炭素原子数1以上4以下のアルコキシ基であり、Ra1とRa5とは、互いに結合して-O-、-S-、-CH2-、又は-CRa7Ra8-を形成してもよく、Ra3とRa4とは、互いに結合して炭素数6以上12以下の環を構成してもよく、
Ra7及びRa8は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1以上4以下のアルキル基又は炭素原子数1以上4以下のアルコキシ基である。)
で表されるジカルボン酸無水物とを縮合させて、下記式(a3):
で示される基を生成させる第1工程と、
第1工程で生成した、式(a3)で表される基を有する化合物を加熱して、式(a3)で表される基を式(a1)で表される基に変換する第2工程と、
を含むマレイミド化合物の製造方法である。
下記式(a3):
Ra1~Ra6は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1以上4以下のアルキル基、又は炭素原子数1以上4以下のアルコキシ基であり、Ra1とRa5とは、互いに結合して-O-、-S-、-CH2-、又は-CRa7Ra8-を形成してもよく、Ra3とRa4とは、互いに結合して炭素数6以上12以下の環を構成してもよく、
Ra7及びRa8は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1以上4以下のアルキル基又は炭素原子数1以上4以下のアルコキシ基である。)
で表される基を有する化合物である。
で表される基を有するマレイミド化合物の製造方法である。
なお、本出願の明細書及び特許請求の範囲において、式(a1)で表される置換又は無置換の環状イミド基を、便宜的に「マレイミド基」と称する。また、式(a1)で表されるマレイミド基を有する化合物を「マレイミド化合物」と称する。
Ra1~Ra6は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1以上4以下のアルキル基、又は炭素原子数1以上4以下のアルコキシ基であり、Ra1とRa5とは、互いに結合して-O-、-S-、-CH2-、又は-CRa7Ra8-を形成してもよく、Ra3とRa4とは、互いに結合して炭素数6以上12以下の環を構成してもよく、
Ra7及びRa8は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1以上4以下のアルキル基又は炭素原子数1以上4以下のアルコキシ基である。)
で表されるジカルボン酸無水物とを縮合させて、下記式(a3):
で示される基を生成させる第1工程と、
第1工程で生成した、式(a3)で表される基を有する化合物を加熱して、式(a3)で表される基を式(a1)で表される基に変換する第2工程と、を含む。
式(a1)中のRa01及びRa02としての炭素原子数3以上8以下のシクロアルキル基の具体例としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基が挙げられる。
式(a1)中のRa01及びRa02としての炭素原子数6以上12以下のアリール基の具体例としては、フェニル基、ビフェニル基、1-ナフチル基及び2-ナフチル基が挙げられる。
式(a1)中のRa01及びRa02は、いずれも水素原子であることが好ましい。Ra01及びRa02がいずれも水素原子であると、単独光重合性が高いため、式(a1)で表される基を有するマレイミド化合物は例えば感光性樹脂に好適である。Ra01及びRa02がいずれも水素原子の場合は、式(a1)で表される基は、無置換のマレイミド基となる。
式(a2)中のRa1~Ra6としての炭素原子数1以上4以下のアルキル基は、直鎖状でも分岐鎖状でもよく、具体例としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、イソプロピル基、イソブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基が挙げられる。
式(a2)中のRa1~Ra6としての炭素原子数1以上4以下のアルコキシ基は、直鎖でも分岐鎖状でもよく、具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、n-プロポキシ基、イソプロポキシ基、及びn-ブトキシ基が挙げられる。
Ra7及びRa8としての炭素数1以上4以下のアルキル基及び炭素原子数1以上4以下のアルコキシ基は、Ra1~Ra6としての炭素数1以上4以下のアルキル基及び炭素原子数1以上4以下のアルコキシ基と同様である。
本明細書において、「樹脂」とは、質量平均分子量(Mw)が4000以上である化合物を意味する。樹脂の質量平均分子量(Mw)は、5000以上であることがより好ましく、1万以上であることがさらに好ましい。樹脂(A)の分子量は、質量平均分子量(Mw)として、10万以下であることが好ましく、8万以下がより好ましい。
本明細書において質量平均分子量(Mw)はゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)のポリスチレン換算による測定値である。
なお、本明細書において、「(メタ)アクリル」とは、「アクリル」及び「メタクリル」の両者を意味する。
「(メタ)アクリル樹脂」とは、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル、及びN置換体であってもよい(メタ)アクリルアミドからなる群より選択される1種以上の単量体に由来する構成単位を含む樹脂である。(メタ)アクリル樹脂は、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル及びN置換体であってもよい(メタ)アクリルアミド以外の単量体に由来する構成単位を含んでいてもよい。
「第一級アミノ基を有する(メタ)アクリル樹脂」とは、第一級アミノ基を有する構成単位を含む(メタ)アクリル樹脂である。第一級アミノ基を有する構成単位は、(メタ)アクリル酸エステルに由来する構成単位であってもよく、(メタ)アクリルアミドのN置換体に由来する構成単位であってもよく、これらの構成単位以外の構成単位であってもよい。第一級アミノ基を有する構成単位は、(メタ)アクリル酸エステルに由来する構成単位、及び/又は(メタ)アクリルアミドのN置換体に由来する構成単位であるのが好ましい。
「ポリスチレン系樹脂」とは、スチレン及び/又はスチレン誘導体に由来する構成単位を含む樹脂である。「第一級アミノ基を有するポリスチレン系樹脂」とは、第一級アミノ基を有する構成単位を含むポリスチレン系樹脂である。第一級アミノ基を有する構成単位は、p-アミノスチレン、m-アミノスチレン、及びo-アミノスチレン等のアミノスチレンに由来する構成単位であってもよく、p-アミノメチルスチレン、m-アミノメチルスチレン、及びo-アミノメチルスチレン等のアミノ基を有するスチレン誘導体に由来する構成単位であってもよく、これらの構成単位以外の構成単位であってもよい。第一級アミノ基を有する構成単位は、アミノスチレンに由来する構成単位、及び/又はアミノ基を有するスチレン誘導体に由来する構成単位であるのが好ましい。
第一級アミノ基を有する(メタ)アクリル樹脂や、第一級アミノ基を有するポリスチレン系樹脂等の第一級アミノ基を有する樹脂は、側鎖末端に第一級アミノ基を有するのが好ましい。
側鎖末端に第一級アミノ基を有する(メタ)アクリル樹脂や、側鎖末端に第一級アミノ基を有するポリスチレン系樹脂において、側鎖が分岐鎖の場合の第一級アミノ基が結合する側鎖末端は、該分岐鎖が有する2以上の枝鎖のいずれの末端でもよい。また、側鎖の末端の構造が環構造である場合は、該環構造を構成する環の任意の位置が、第一級アミノ基が結合する側鎖末端である。
例えば、側鎖がα-ナフチル基やβ-ナフチル基からなる場合、ナフタレン環上の任意の位置が側鎖末端である。また、側鎖を構成する基が、分岐鎖状である1-フェニルエチル基である場合、2つの枝鎖の末端に相当するメチル基と、フェニル基上の任意の位置とが側鎖末端である。
第一級アミノ基を有するモノマーとしては、アミノメチル(メタ)アクリレート、2-アミノエチル(メタ)アクリレート、3-アミノプロピル(メタ)アクリレート、4-アミノフェニル(メタ)アクリレート、3-アミノフェニル(メタ)アクリレート、2-アミノフェニル(メタ)アクリレート、4-アミノフェニルメチル(メタ)アクリレート、3-アミノフェニルメチル(メタ)アクリレート、及び2-アミノフェニルメチル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリレート類;N-2-アミノエチル(メタ)アクリルアミド、N-3-アミノプロピル(メタ)アクリルアミド、N-4-アミノフェニル(メタ)アクリルアミド、N-3-アミノフェニル(メタ)アクリルアミド、及びN-2-アミノフェニル(メタ)アクリルアミド等の(メタ)アクリルアミド類;p-アミノスチレン、m-アミノスチレン、及びo-アミノスチレン等のアミノスチレン;p-アミノメチルスチレン、m-アミノメチルスチレン、及びo-アミノメチルスチレン等のアミノアルキルスチレン等が挙げられる。
CH2=CRa11-CO-O-Ra10・・・(a-I)
式(a-I)中、Ra10は、1価の有機基であり、Ra11は、水素原子又はメチル基である。この有機基は、該有機基中にヘテロ原子等の炭化水素基以外の結合や置換基を含んでいてもよい。また、この有機基は、直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれでもよい。
で表される化合物が挙げられる。
このディールスアルダー反応の条件は、用いる原料の種類などに応じて適宜設定すればよく、また、有機溶剤中での反応を行ってもよい。
採用できる反応温度としては、たとえば-10℃~200℃の範囲であり、好ましくは0℃~150℃の範囲であり、より好ましくは5℃~120℃の範囲である。
採用できる反応時間としては、たとえば5分以上12時間以下であり、10分以上10時間以下であり、30分以上8時間以下である。
この縮合剤の添加は、前述したディールスアルダー反応を行った反応容器中に対して行ってもよいし、ディールスアルダー反応における生成物を別途単離したうえで、再度有機溶剤などに溶解して添加を行ってもよい。
この縮合の際に用いられる有機溶剤は、ディールスアルダー反応において用いられる有機溶剤と同様のものを採用できる。
採用できる反応温度としては、たとえば-10℃~200℃の範囲であり、好ましくは0℃~150℃の範囲であり、より好ましくは5℃~120℃の範囲である。
採用できる反応時間としては、たとえば5分以上12時間以下であり、10分以上10時間以下であり、30分以上8時間以下である。
上記式(a3)で表される基を有する化合物が樹脂である場合、この単離はたとえば第1工程における縮合が終わったあとの反応液を貧溶媒に注ぐことで固体化させ、これをろ取することで行われる。
上記式(a1)で表される基は、式(a2)で表される化合物の使用量に応じて、原料化合物である第一級アミノ基を有するモノマー由来のアミノ基の全て又は一部に導入され得る。
第2工程の加熱について、採用できる反応温度としては、たとえば60℃~280℃の範囲であり、好ましくは80℃~250℃の範囲であり、より好ましくは100℃~225℃の範囲である。
採用できる反応時間としては、たとえば5分以上12時間以下であり、好ましくは10分以上10時間以下であり、より好ましくは30分以上8時間以下である。
上記式(a1)で表される基を有する化合物が樹脂である場合、この単離はたとえば第2工程における縮合が終わったあとの反応液を貧溶媒(たとえばアルコール系溶剤)に注ぐことで固体化させ、これをろ取することで行われる。
[P1前駆体の調製]
三口フラスコにプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMEA)(242g)を加え、窒素雰囲気下で80℃に加熱した。スチレン(85g)、4-アミノスチレン(97g)と、アゾ重合開始剤(製品名:V-601、富士フィルム和光純薬社製)(29g)を、PGMEA(242g)に溶解し、これを三口フラスコに4時間かけて滴下した。滴下完了後、2時間で80℃撹拌し、得られた重合液をメタノール-水混合液(メタノール/水=4/1(質量基準))(2.5kg)に滴下し、再沈殿することで、スチレンと4-アミノスチレンとの共重合体(P1前駆体)を72.8g得た。得られたP1前駆体の共重合比は、スチレン/4-アミノスチレン=70/30(モル基準)であった。
モノマーの配合割合を変更した以外は、[P1前駆体の調製]と同様にして、共重合比がスチレン/4-アミノスチレン=80/20(モル基準)のP2前駆体を得た。
モノマーの配合割合を変更した以外は、[P1前駆体の調製]と同様にして、共重合比がスチレン/4-アミノスチレン=90/10(モル基準)のP3前駆体を得た。
アミノスチレンの代わりに4-(アミノメチル)スチレンを用いた以外は、[P1前駆体の調製]と同様にして、共重合比がスチレン/4-(アミノメチル)スチレン=70/30(モル基準)のP5前駆体を得た。
[樹脂P1の調製]
(第1工程)
P1前駆体(72.8g)と下記式で表されるオキソノルボルネン酸無水物(41g)をテトラヒドロフラン(THF)(300g)に溶解し、窒素雰囲気下で4時間撹拌した。続いて、カルボニルジイミダゾール(61g)を加え、6時間撹拌した後に、ヘプタン(1.5kg)に滴下し、再沈殿することで、保護体1(式(3)で表される基を有する化合物)を得た。
得られた保護体の組成比を13C NMRから算出した。算出した組成比を下記構造式に示す。下記構造式における各構成単位中の括弧の右下の数字は、各保護体中の構成単位の含有量(モル%)を表す。
また、13C NMRから、下記構造であることを確認した。保護体1の13C NMR測定結果を図1に示す。なお、13C NMRの測定溶媒は、アセトン-d6とした。
得られた保護体1を、20質量%のトルエン溶液とし、リフラックスさせながら4時間撹拌し、その後、ヘプタンで再沈殿することで、固体状の樹脂P1(17.8g)を得た。
得られた樹脂の組成比を13C NMRから算出した。算出した組成比を下記構造式に示す。下記構造式における各構成単位中の括弧の右下の数字は、各樹脂中の構成単位の含有量(モル%)を表す。
また、13C NMRにおいて、カルボニルピーク及び二重結合のピークから、マレイミド構造を確認した。樹脂P1の13C NMR測定結果を図2に示す。なお、13C NMRの測定溶媒は、アセトン-d6とした。
また、得られた樹脂質量平均分子量(Mw)を、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)のポリスチレン換算により求めた。樹脂P1の質量平均分子量(Mw)は、15000であった。
P1前駆体の代わりに、それぞれ前駆体P2~P5を用いた以外は、[樹脂P1の調製]と同様にして、第1工程でそれぞれ保護体2~4を得て、第2工程でそれぞれ固体状の樹脂P2~P5を得た。
得られた樹脂P2~P5の質量平均分子量(Mw)は、それぞれ15000であった。
P1前駆体(20.0g)とマレイン酸無水物(6.7g)を、N-メチルピロリドン(NMP)(100g)に溶解させ、トルエン(10g)とメタンスルホン酸(1g)を加えた。その後、150℃で加熱しながら4時間撹拌したところ、ゲル化して、反応液中に多量の不溶物が発生し、固体状の樹脂を得ることができなかった。
P1前駆体(20.0g)とマレイン酸無水物(6.7g)を、無水酢酸(100g)に溶解させ、リフラックスさせながら4時間撹拌したところ、ゲル化して、反応液中に多量の不溶物が発生し、固体状の樹脂を得ることができなかった。
P1前駆体(20.0g)とマレイン酸無水物(6.7g)を、THF(100g)に溶解させ、カルボニルジイミダゾール(10g)を加え、室温で4時間撹拌した。得られた反応液を、メタノール-水混合液(メタノール/水=1/1(質量基準))で再沈殿することで、白色固体(18g)を得た。
得られた白色固体について、13C NMR測定したところ、二重結合ピークが消失し、樹脂P1のマレイミドにイミダゾールが付加したと推測されるポリマーであった。
Claims (8)
- 下記式(a1):
で表される基を有するマレイミド化合物の製造方法であって、
第一級アミノ基を有する原料化合物における前記第一級アミノ基と、下記式(a2):
Ra1~Ra6は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1以上4以下のアルキル基、又は炭素原子数1以上4以下のアルコキシ基であり、Ra1とRa5とは、互いに結合して-O-、-S-、-CH2-、又は-CRa7Ra8-を形成してもよく、Ra3とRa4とは、互いに結合して炭素数6以上12以下の環を構成してもよく、
Ra7及びRa8は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1以上4以下のアルキル基又は炭素原子数1以上4以下のアルコキシ基である。)
で表されるジカルボン酸無水物とを縮合させて、下記式(a3):
で示される基を生成させる第1工程と、
前記第1工程で生成した、前記式(a3)で表される基を有する化合物を加熱して、前記式(a3)で表される基を前記式(a1)で表される基に変換する第2工程と、
を含み、
前記原料化合物が樹脂である、マレイミド化合物の製造方法。 - 前記樹脂が、不飽和二重結合を有する単量体の重合体である、請求項1に記載のマレイミド化合物の製造方法。
- 前記樹脂が、側鎖末端に第一級アミノ基を有する(メタ)アクリル樹脂、又は側鎖末端に第一級アミノ基を有するポリスチレン系樹脂である、請求項1又は2に記載のマレイミド化合物の製造方法。
- 前記第一級アミノ基を有するモノマーを単独重合するか、前記第一級アミノ基を有するモノマーと、コモノマーとを共重合して、前記樹脂である前記原料化合物を製造することを含む、請求項1~3のいずれか1項に記載のマレイミド化合物の製造方法。
- 前記Ra01および前記Ra02が、それぞれ水素原子である、請求項1~4のいずれか1項に記載のマレイミド化合物の製造方法。
- 前記第1工程において、前記式(a3)で示される基を生成させる際に、カルボニルジイミダソールを用いて縮合反応を行う、請求項1~6のいずれか1項に記載のマレイミド化合物の製造方法。
- 下記式(a1):
で表される基を有するマレイミド化合物の製造方法であって、
第一級アミノ基を有する原料化合物における前記第一級アミノ基と、下記式(a2):
Ra1~Ra6は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素原子数1以上4以下のアルキル基、又は炭素原子数1以上4以下のアルコキシ基であり、Ra1とRa5とは、互いに結合して-O-、-S-、-CH2-、又は-CRa7Ra8-を形成してもよく、Ra3とRa4とは、互いに結合して炭素数6以上12以下の環を構成してもよく、
Ra7及びRa8は、それぞれ独立に、水素原子、炭素数1以上4以下のアルキル基又は炭素原子数1以上4以下のアルコキシ基である。)
で表されるジカルボン酸無水物とを縮合させて、下記式(a3):
で示される基を生成させる第1工程と、
前記第1工程で生成した、前記式(a3)で表される基を有する化合物を加熱して、前記式(a3)で表される基を前記式(a1)で表される基に変換する第2工程と、
を含み、
前記第1工程において、前記式(a3)で示される基を生成させる際に、カルボニルジイミダソールを用いて縮合反応を行う、マレイミド化合物の製造方法。
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