KR100449473B1 - 티타노센의 방향족 유도체를 제조하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중합체의 중합화 및 수소화를 위한 촉매로서 유용한 티타노센의 방향족 유도체를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로서, 이는 그리냐르(Grignard) 반응물의 사용을 특징으로 한다. 이 방법으로 하기 화학식(I)의 화합물을 쉽게 제조할 수 있다. 또한, 이 방법은 티타노센 디클로라이드를 상응하는 그리냐르 유도체와 반응시킴으로써 수행된다. 이 방법은 리튬 화합물을 사용하는 방법에 비해 안전성, 재생성, 수율 및 비용을 실질적으로 향상시킨다:
[상기 식에서,
L은 서로 동일하거나 상이할 수 있으며, 이는 사이클로펜타디엔 또는 펜타메틸사이클로펜타디엔이고, 바람직하게는 L 중 하나 이상이 사이클로펜타디엔이며;
R1, R2, R3은 서로 동일하거나 상이할 수 있으며, 이는 수소, 탄소수 1 내지 4개의 알킬기 및 OR4(여기에서, R4는 탄소수 1 내지 4개의 알킬기임)로 구성된 군으로부터 선택되고, R1, R2또는 R3중 하나 이상은 수소이다]
Description
티타노센으로부터 유도된 알킬 및 아릴 화합물들은 수많은 유기 반응들, 이를 테면 중합체의 중합 및 수소화를 위한 촉매로서 매우 유용하다. 수많은 간행물들[참조 : U.S. Patent 2,952,670 (1960); Gevaert-Agfa, Neth. Patent 6,603,202 (1966); Natta, G., et al, Chim. Ind. (Milan) 39, 1032 (1957); U.S. Patent Appl. 3,000,870 (1958); Ryabov, A. V., et al., Vysokomol. Soedin, Ser. Bll, 49 (1969)]은, 에틸렌 중합을 위해 티타늄 테트라클로라이드 또는 알킬 알루미늄 화합물과 함께 촉매로서 사용되는 비스(사이클로펜타디에닐) 비스(페닐) 티타늄에 대한 관심이 고조되고 있음을 증명하고 있다.
한편, GB 특허 제 2159819호에 기술된 비스(사이클로펜타디에닐) 비스(알킬페닐) 티타늄 또는 EP 특허 제 0 601 953호에 청구된 비스(사이클로펜타디에닐) 비스(알콕시페닐) 티타늄의 중합체들의 수소화 촉매 활성은 널리 공지되어 있다.
σ결합을 가진 유기티타늄 화합물을 제조하려는 노력은 1세기보다도 더 이전에 시작되었지만, 1952년에 이르러서야 헤르만(Herman) 등[참조 : J. Amer., Chem. Soc. 74,2693 (1952)]이 최초의 유기티타늄 화합물을 합성하였다. 얼마 후, 1954년에 비스(사이클로펜타디에닐) 티타늄의 최초의 비스(아릴) 유도체들이, 티타노센 디클로라이드와 상응하는 아릴 리튬 염과의 반응에 의해 단리되었으며, 이러한 방식으로 엘. 썸머스(L. Summers) 등[참조 : J. Amer., Soc. 76,2278 (1954) and J. Amer., Chem. Soc., 77,3604 (1995)]은 81%를 넘는 수율을 가진 페닐, 3-톨일, 4-톨일 및 4-디메틸아민페닐 유도체를 제조하였다. 그 후에 비첼(Beachell) 및 버터(Butter)[참조 : Inorg. Chem, 4,1133 1965]는 동일한 합성 경로를 사용하여 Cp2Ti(3-CF3C6H4)2및 Cp2Ti(4-XC6H4)2유도체들(여기에서, X= OCH3, F, Cl, Br, CF3)의 합성을 기술하였다. 아릴 리튬과의 반응에 의해 디아릴 티타노센 유도체를 제조하는 것은, 류(Liu) 등에 의해 다시 한번 문헌[J. Huaxue Tongbao, 10, 26, (1984)]으로 간행되었다.
리튬 화합물의 사용은 강휘발성 용매, 매우 낮은 온도(-70℃), 습도에 극도로 민감한 반응물 및 자연발화성 생성물의 사용과 관련되어 있으며, 이는 산업적 규모로 디아릴 티타노센 유도체를 제조하는 경우에 있어서의 중요한 위험성 및 복잡성을 내포하고 있다.
본 발명자들은 놀랍게도, 티타노센의 비스(아릴) 유도체가 티타노센 디클로라이드와 상응하는 그리냐르 유도체와의 반응에 의해 쉽게 제조될 수 있음을 발견하였다. 이 방법은 리튬 화합물을 통해 수행되는 방법의 안전성, 재생성, 수율 및 비용을 실질적으로 향상시킨다.
본 발명은 티타노센의 방향족 화합물을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 그리냐르(Grignard) 시약에 의해 비스(아릴) 및 비스(사이클로펜타디에닐) 티타늄 유도체를 합성하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 방법은, 하기 화학식(I)의 화합물을 제조하기 위해 유기 마그네슘을 사용한다는 것을 특징으로 한다:
[상기 식에서,
L은 서로 동일하거나 상이할 수 있으며, 이는 사이클로펜타디엔 또는 펜타메틸사이클로펜타디엔이고, 바람직하게는 L 중 하나 이상이 사이클로펜타디엔이며;
R1, R2, R3은 서로 동일하거나 상이할 수 있으며, 이는 수소, 탄소수 1 내지 4개의 알킬기 및 OR4(여기에서, R4는 탄소수 1 내지 4개의 알킬기임)로 구성된 군으로부터 선택되고, R1, R2또는 R3중 하나 이상은 수소이다]
상기 티타노센을 제조하기 위한 방법은 하기 단계를 특징으로 한다:
(a) 테트라하이드로푸란과 같은 극성용매 중에서 하기 화학식(II)의 화합물인 BrC6H4R과 마그네슘 금속을 반응시킴으로써 그리냐르 시약을 제조하는 단계;
(b) 용액 상태의 그리냐르 시약을 티타노센 디클로라이드와 2:1 비로 반응시키는 단계; 및
(c) 반응 매질중에서 합성된 클로로브로모마그네슘 염을 사이클로헥산과 같은 비극성 용매를 사용하여 침전시키고 이를 여과시켜, 화학식(I)의 화합물의 용액을 수득하는 단계:[상기 식에서, R1, R2및 R3은 상기 정의된 바와 같고, Br은 브롬이다]
바람직하게는, 본 발명에 따른 방법은 하기 화학식(III)의 화합물에 관한 것이다.
상기 식에서,
L은 서로 동일하거나 상이할 수 있으며, 이는 사이클로펜타디엔 또는 펜타메틸사이클로펜타디엔이며, 바람직하게는 L 중 하나 이상이 사이클로펜타디엔이고;
OR4는 탄소수 1 내지 4개의 알콕시기이다.
선행 기술의 방법에 비해 본 발명의 방법은 휘발성이 적은 용매, 0 내지 70℃의 반응 온도, 저렴하고 습도에 그리 민감하지 않은 반응물을 사용한다는 장점이 있으며, 이것은 조작을 더욱 간편하고 안전하도록 해주며, 산업적 규모로 수행하는 것을 수월하게 해준다. 바람직하게는, 사용된 용매들은 65℃ 이상의 비점을 가진 액체이다.
제조된 화합물들의 구체적 예들은 다음과 같다:
비스(4-메톡시페닐) 비스(사이클로펜타디에닐) 티타늄, 비스(3-메톡시페닐) 비스(사이클로펜타디에닐) 티타늄, 비스(4-에톡시페닐) 비스(사이클로펜타디에닐) 티타늄, 비스(3-에톡시페닐) 비스(사이클로펜타디에닐) 티타늄, 비스(4-메틸페닐) 비스(사이클로펜타디에닐) 티타늄, 비스(페닐) 비스(사이클로펜타디에닐) 티타늄, 비스(4-에틸페닐) 비스(사이클로펜타디에닐) 티타늄, 비스(3-에틸페닐) 비스(사이클로펜타디에닐) 티타늄, 비스(4-부틸페닐) 비스(사이클로펜타디에닐) 티타늄, 비스(3-부틸페닐) 비스(사이클로펜타디에닐) 티타늄, 비스(3-에틸, 4-메틸페닐) 비스(사이클로펜타디에닐) 티타늄, 비스(4-메톡시페닐) (사이클로펜타디에닐) (펜타메틸사이클로펜타디에닐) 티타늄, 비스(3-메톡시페닐) (사이클로펜타디에닐) (펜타메틸사이클로펜타디에닐) 티타늄, 비스(4-에톡시페닐) (사이클로펜타디에닐) (펜타메틸사이클로펜타디에닐) 티타늄, 비스(3-에톡시페닐) (사이클로펜타디에닐) (펜타메틸사이클로펜타디에닐) 티타늄, 비스(4-메틸페닐) (사이클로펜타디에닐) (펜타메틸사이클로펜타디에닐) 티타늄, 비스(페닐) (사이클로펜타디에닐) (펜타메틸사이클로펜타디에닐) 티타늄, 비스(4-에틸페닐) (사이클로펜타디에닐) (펜타메틸사이클로펜타디에닐) 티타늄, 비스(3-에틸페닐) (사이클로펜타디에닐) (펜타메틸사이클로펜타디에닐) 티타늄, 비스(4-부틸페닐) (사이클로펜타디에닐) (펜타메틸사이클로펜타디에닐) 티타늄, 비스(3-부틸페닐) (사이클로펜타디에닐) (펜타메틸사이클로펜타디에닐) 티타늄, 비스(3-에틸,4-메틸페닐) (사이클로펜타디에닐) (펜타메틸사이클로펜타디에닐) 티타늄, 비스(4-메톡시페닐) 비스(펜타메틸사이클로펜타메틸) 티타늄, 비스(3-메톡시페닐) 비스(펜타메틸사이클로펜타메틸) 티타늄, 비스(4-에톡시페닐) 비스(펜타메틸사이클로펜타메틸) 티타늄, 비스(3-에톡시페닐) 비스(펜타메틸사이클로펜타메틸) 티타늄, 비스(4-메틸페닐) 비스(펜타메틸사이클로펜타메틸) 티타늄, 비스(페닐) 비스(펜타메틸사이클로펜타메틸) 티타늄, 비스(4-에틸페닐) 비스(펜타메틸사이클로펜타메틸) 티타늄, 비스(3-에틸페닐) 비스(펜타메틸사이클로펜타메틸) 티타늄, 비스(4-에틸페닐) 비스(펜타메틸사이클로펜타메틸) 티타늄, 비스(3-부틸페닐) 비스(펜타메틸사이클로펜타메틸) 티타늄, 비스(3-에틸,4-메틸페닐) 비스(펜타메틸사이클로펜타메틸) 티타늄.
본 발명에 기술된 방법으로 제조된 생성물들은 97%를 넘는 순도 및 정량적인 수율로 수득되었다.
본 발명의 방법의 추가적인 장점은, 티타노센 유도체가 적절한 농도에서 용액으로서 수득되어 중합 또는 수소화 반응에 직접 사용된다는 점이다. 비스(아릴) 유도체의 용액은 실온에서 오랫동안 안정하다.
본 발명에 기술된 방법에서, 티타노센 디클로라이드와의 반응은 중간생성물 그리냐르 유도체가 합성된 동일한 반응기내에서 수행되어 이것을 단리할 필요가 없어지므로, 조작이 간편하고 수월해진다.
본 발명의 방법이 실시되는 대상 물질에 대한 일부 예시적인 실시예가 하기 설명되는데, 이는 선행 기술의 방법에 비해 본 발명의 장점을 입증하고 있다. 이 실시예들은 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
실시예 1.비스(4-메톡시페닐) 비스(사이클로펜타디에닐) 티타늄의 제조
라이닝되고(lined), 기계적 셰이커(shaker)를 구비하였으며, 환류 응축기에 연결된 25 L 반응기에서 제조를 수행하였다. 이 반응을 대기압 및 불활성 조건하에서 수행하였다.
반응기에 195 g(7.99 mol)의 마그네슘 칩 및 9 L의 건조 테트라하이드로푸란을 넣고, 라이닝(lining)을 통해 가열을 개시하였다. 반응기의 내부 온도가 65℃에 도달했을 때, 4-브로모아니솔을 일부 첨가하였다. 수분 후에, 격렬한 환류가 관찰되는데, 이는 반응의 개시를 의미하는 것이다. 나머지 4-브로모아니솔(총 1500 g, 8.04 mol)을 조금씩 나누어 첨가하여 환류를 일정하게 유지시켰다. 일단 이러한 첨가가 완료되면, 온도를 2시간 이상 동안 65℃로 일정하게 유지시켰다.
반응 혼합물을 10℃ 미만으로 냉각시키고, 고형의 티타노센 디클로라이드를 일부분(995 g, 총 3.99 mol) 첨가하여, 반응기의 온도가 25℃를 넘지 않도록 제어하였다.
추가로 1시간 냉각시킨 후에, 9 L의 사이클로헥산을 첨가하고 반응 혼합물을 셰이킹시키고 냉각하여, 클로로브로모마그네슘 염의 침전을 촉진시켰다. 이것을 가압 여과시키고 여과물을 불활성 조건하에서 저장하였다. 수득된 용액의 품질을 UV-가시광선 분광광도계 및 1H-NMR로 검정하였다. 정량적 수율, 즉 1.6 Kg의 생성물이 용액으로서 수득되었다.
실시예 2. (비교예)
본 실시예는 선행 기술에 따라 제조된 비스(4-메톡시페닐) 비스(사이클로펜타디에닐) 티타늄의 합성에 관한 것이다.
티타노센 디클로라이드와 4-메톡시페닐 리튬 유도체와의 반응에 의해 제조를 수행하였다. 반응을 불활성 대기 조건하에서 상이한 작업들(예컨대, 이동, 여과, 용매의 진공 제거 등)을 수행할 수 있는 유리 장치인 실렌크(schlenk)내에서 수행하였다.
아르곤으로 조절된 1 L의 실렌크에서, 49.15 g(0.21 mol)의 4-요오드 아니솔을 칭량하고, 300 ml의 건조 에틸 에테르를 첨가하였다. 이 용액을 78℃에서 냉각시키고, 화학량론적 양의 n-부틸 리튬을 첨가하였다(13.45 g, 0.21 mol). 첨가 후에, 이 반응 혼합물을 서서히 실온에 도달하도록 하여, 반응을 완료시켜 리튬 유도체를 용액으로서 수득하였다. 고형물 상태의 이 생성물은 자연발화성이 매우 높아서, 용매의 증발에 의해 고형의 침전물이 형성되지 않도록 예방조치를 취해야만 했다.
0℃에서 냉각된 리튬 유도체 용액에, 건조 에틸 에테르 현탁액중의 티타노센 디클로라이드 24.9 g(0.10 mol)을 첨가하였다. 첨가 후에, 이 반응액을 실온이 되도록 하고, 2시간 이상 동안 셰이킹시켰다. 이 반응 혼합액을 여과하고, 리튬 클로라이드를 에틸 에테르로 세척하였다. 이 용액과 세척액을 진공 건조시켜, 생성물을 오일상 고형물로서 수득하였는데, 이는 석유 에테르를 사용하여 재결정화시킬 수 있었다. 이 고형의 생성물은 실온에서 오일이 되기 쉬운 붉은 오렌지색이었다. 이러한 유형의 합성법을 사용한 경우의 수율은 약 90%이었다.
Claims (6)
- (a) 극성용매 중에서 하기 화학식(II)의 화합물과 마그네슘 금속을 반응시킴으로써 그리냐르(Grignard) 시약을 제조하는 단계;(b) 용액 상태의 그리냐르 시약을 티타노센 디클로라이드와 2:1 비로 반응시키는 단계;(c) 반응 매질 중에서 생성된 클로로브로모마그네슘 염을 비극성 용매를 사용하여 침전시키고 이들을 여과시켜 하기 화학식(I)의 화합물의 용액을 수득하는 단계를 포함하여, 하기 화학식(I)의 티타노센 화합물을 수득하기 위한 방법:[상기 식에서,L은 서로 동일하거나 상이할 수 있으며, 이는 사이클로펜타디엔 또는 펜타메틸사이클로펜타디엔이고;R1, R2, R3는 서로 동일하거나 상이할 수 있으며, 이는 수소, 탄소수 1 내지 4개의 알킬기 및 OR4(여기에서, R4는 탄소수 1 내지 4개의 알킬기임)로 구성된 군으로부터 선택되고, R1, R2또는 R3중 하나 이상은 수소이고;Br은 브롬이다]
- 제 1항에 있어서, L 중 하나 이상이 사이클로펜타디엔임을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 티타노센 화합물이 하기 화학식(III)의 화합물임을 특징으로 하는 방법:[상기 식에서,L은 서로 동일하거나 상이할 수 있으며, 이는 사이클로펜타디에닐 또는 펜타메틸사이클로펜타디에닐이고;OR4는 탄소수 1 내지 4개의 알콕시기이다]
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (a)에서 사용된 용매가 65℃ 이상의 비점을 가진 액체임을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (a)에서 사용된 용매가 테트라하이드로푸란임을 특징으로 하는 방법.
- 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 합성된 화합물이 비스(4-메톡시페닐) 비스(사이클로펜타디에닐) 티타늄임을 특징으로 하는 방법.
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