KR101205835B1 - 기능화된 노르보넨류에 대한 중간체로서 엔도- 및/또는 엑소- 노르보넨카르복스알데하이드의 생성 - Google Patents

기능화된 노르보넨류에 대한 중간체로서 엔도- 및/또는 엑소- 노르보넨카르복스알데하이드의 생성 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 구현예들은 5/6-치환된 노르보넨계 단량체들의 본질적으로 순수한 부분입체이성질체들의 형성을 제공한다. 또한, 첨가 또는 ROMP 고분자들을 형성하기 위하여 그러한 부분입체이성질체들을 중합하는 것을 포함하며, 여기서 상기 부분입체이성질체들의 원하는 엑소-/엔도- 비율이 상기 중합에 제공되며, 그러한 비율은, 결과적으로 수득되는 고분자가 원하는 물리적 또는 화학적 특성들을 가지도록 엔도-/엑소- 구조 반복 단위들의 원하는 비율을 제공하기 위하여 설계된다.

Description

기능화된 노르보넨류에 대한 중간체로서 엔도- 및/또는 엑소- 노르보넨카르복스알데하이드의 생성{GENERATION OF ENDO- AND/OR EXO- NORBORNENECARBOXALDEHYDE AS AN INTERMEDIATE TO FUNCTIONALIZED NORBORNENES}
관련된 출원들에 대한 상호 참조
본원은 2007년 11월 5일에 출원된 미국 가출원 일련 번호 제60/985,393호와 2008년 10월 31일에 출원된 미국 출원 일련 번호 제12/262,924호에 대하여 우선권의 이익을 주장하며, 상기 두 출원의 전체 내용은 본원에 참조로 포함된다.
본 발명은 개괄적으로 기능화된 엑소(exo)- 및/또는 엔도(endo)- 노르보넨계(norbornene-type) 단량체의 제조에 관한 것이고, 더욱 구체적으로 엔도- 및/또는 엑소- 노르보넨카르복스알데하이드의 제조 방법 및 그에 의한 상기 기능화된 단량체들의 제조 방법에 관한 것이다.
첨가 중합(addition polymerization, AP)과 개환복분해 중합(ring-opening metathesis polymerization, ROMP)에 있어서 채용되는 4/5 치환된 노르보넨(NB) 단량체들의 반응성은, 부분적으로, 상기 단량체 출발물질 내의 엑소 단량체의 상대적 농도 및 상기 단량체의 이환식(bicyclic) 구조 부분으로부터 상기 4/5 치환체의 작용기(functional group, FG) 부분의 간격에 의존한다는 것이 발견되었다. 부분입체이성질체적으로(diastereometrically) 순수한 엔도- 및/또는 엑소- 기능적으로 치환된 노르보넨 단량체(NBFG)들을 생성하는 합성 경로가 알려져 있으나, 일반적으로 이용 가능한 공급원료로부터 시작하는 통상의 방법은 없다. 그러므로 그러한 부분입체이성질체적으로 순수한 엔도- 및/또는 엑소- NBFG 단량체들을 형성하기 위한 하나 이상의 그러한 통상의, 비용효과적인 방법들을 가지는 것이 유리할 것이다.
본 발명에 따른 예시적 구현예들이 본원의 아래에서 기술될 것이다. 그러한 구현예들이 개시됨에 따라 그러한 예시적 구현예들의 다양한 변경, 개조 또는 변형이 당업자들에게 명백해질 것이다. 본 발명의 가르침들에 의존하고 그리고 그를 통하여 이들 가르침들이 기술을 진보시키는 그러한 모든 변경, 개조 또는 변형은 본 발명의 사상과 범위 내에 있는 것으로 간주되는 것이 이해될 것이다.
예를 들어, 본원에서 제공되는 실시예들이 다른 작용기들을 가지는 노르보넨 단량체들을 만들기 위해 본질적으로 순수한 엑소- 및 엔도- 노르보넨카르복스알데하이드(NBCA)를 사용하는 본 발명에 따른 일부 구현예들을 설명하기 위해 제시되지만, 그러한 실시예들이 NBCA 중간체를 사용할 수 있는 모든 가능한 반응들을 망라하는 것은 아니다. 그러나, 일반적으로 알려진 그러한 다른 반응들은 본 발명의 사상과 범위 내에 있는 것으로 간주된다.
작동(operating) 실시예 또는 달리 표시된 경우 외에, 본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 성분들의 양, 반응 조건들 등에 관한 모든 숫자들, 값들 및/또는 표현들은 모든 경우에 있어서 용어 "약"에 의하여 변경되는 것으로 이해될 것이다
다양한 수치범위들이 본 특허출원에서 개시된다. 이들 범위들은 연속적이기 때문에, 달리 구체적으로 표시되지 않는다면, 그들은 각 범위 최소 및 최대 값들 그리고 그들 사이의 모든 값을 포함한다. 더욱이, 달리 명확히 표시되지 않는다면, 본 명세서와 청구범위에서 구체화된 다양한 수치범위들은 그러한 값들을 얻을 때 접하게 되는 측정의 다양한 불확실성을 반영한 근사치들이다.
본원에서 사용되는 바와 같은, "하이드로카르빌"은 탄소 및 수소만을 포함하는 기(group)의 라디칼(radical)을 나타내며, 비제한적인 예로서, 알킬, 사이클로알킬, 아릴, 아르알킬(aralkyl), 알크아릴(alkaryl), 및 알케닐이 있다. 용어 "할로하이드로카르빌"은 적어도 하나의 수소가 할로겐에 의하여 치환된 하이드로카르빌 기를 나타낸다. 용어 "퍼할로카르빌"은 모든 수소들이 할로겐에 의하여 치환된 하이드로카르빌 기를 나타낸다. 또한, 본 발명에 따른 일부 구현예들에 있어서, 하이드로카르빌, 할로하이드로카르빌 또는 퍼할로카르빌이라는 용어들은 O, N, S 및 Si와 같은 하나 이상의 헤테로원자를 포함할 수 있다. 헤테로원자를 포함하는 예시적인 기들은, 여러 가지들 중에서, 말레이미드 기, 트리에톡시실릴 기, 트리메톡시실릴 기, 메틸 아세테이트 기, 헥사플루오로이소프로필 알코올 기, 트리플루오로메탄술폰아미드 기 및 t-부틸카르복실레이트 기를 포함한다.
본원에서 사용되는 바와 같은, 용어 "알킬"은, 예를 들어, C1 내지 C25의 탄소 사슬 길이를 가지는 선형 또는 분지형의 비환식(acyclic) 또는 환식(cyclic) 포화 탄화수소 기를 나타낸다. 적당한 알킬 기의 비제한적인 예는, -CH3, -(CH2)2CH3, -(CH2)4CH3, -(CH2)5CH3, -(CH2)10CH3, -(CH2)23CH3을 포함하나, 이에 제한되지 않는다.
본원에서 사용되는 바와 같은, 용어 "아릴"은, 이에 제한되지 않으나, 페닐, 바이페닐, 벤질, 톨릴, 디메틸페닐, 자일릴(xylyl), 나프탈레닐, 안트라세닐 등과 같은 기를 포함하는 방향족 기뿐만 아니라, 이에 제한되지 않으나, 피리디닐, 피롤릴, 푸라닐, 티오페닐 등을 포함하는 복소환식(heterocyclic) 방향족 기를 나타낸다.
본원에서 사용되는 바와 같은, "알케닐"은 하나 이상의 이중결합을 가지며 C2 내지 C25의 알케닐 탄소 사슬 길이를 가지는 선형 또는 분지형의 비환식 또는 환식 탄화수소 기를 나타낸다.
본원에서 사용되는 바와 같은, 용어 "알크아릴" 또는 "아르알킬"은, 적어도 하나의 아릴 기, 예를 들어, 페닐로 치환되고, C2 내지 C25의 알킬 탄소 사슬 길이를 가지는, 선형 또는 분지형의 비환식 알킬 기를 나타낸다.
원하는 경우, 상술한 기들(groups)의 임의의 것은 추가 치환될 수 있다. 그러한 치환체들은 하이드록실 기, 카르복실산 및 카르복실산 에스테르 기들과 같은 작용기(FG) 또는 부분(moiety)을 포함할 수 있다. 또한, 불소 이외의 할로겐 (Cl, Br, I), 니트릴(C≡N), 아민(NR2, 여기서 각각의 R이 독립적으로 수소 또는 하이드로카르빌임), 토실레이트(-SO2-C6H5-CH3, Ts), 메실레이트(-SO2-CH3, Ms), 산 염화물(-C(O)-Cl), 또는 아미드(-C(O)-NR2, 여기서 적어도 하나의 R이 수소임) 등과 같은 그러한 기들 또한 상술한 기들을 위한 유리한 치환체들이다.
본원에서 사용되는 바와 같은 노르보넨 카르복실산 유도체들에 대한 참조는 에스테르류, 아미드류, 이민류, 산 할로겐화물류 등을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본원에 있어서 노르보넨 알코올 유도체들의 참조는 에테르류, 에폭사이드류, 에스테르류와 같은 보호된(protected) 알코올류 등을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 더욱이, 상기 치환된 하이드로카르빌류의 참조는 또한 상기에서 정의된, 상기 카르복실산류 및 유도체들, 그리고 상기 알코류 및 유도체들을 포함한다. 따라서, 본원에서 사용되는 바와 같은, 용어 "FG"의 "작용기(functional group)"는 하이드로카르빌 외의 다른 치환체를 의미하는 것으로 이해될 것이다.
본원에서 사용되는 바와 같은, 예를 들어, 본 발명의 일부 구현예들에서의 단량체, 고분자 또는 부분입체이성질체(diastereomer)를 나타내는 경우, 용어 "본질적으로 순수한(essentially pure)" "순수한," 또는 "고순도"는, 그러한 물질의 순도가 적어도 95%임을 의미한다. 다른 구현예들에서 그러한 용어들은 그러한 물질들의 순도가 적어도 98%임을 의미하고, 또 다른 구현예들에서 그러한 용어들은 그러한 물질들의 순도가 99% 이상임을 의미한다.
본원에서 사용되는 바와 같은, 용어 "전이금속 중합"은 첨가 중합 또는 개환복분해 중합을 의미하는 일반적 용어로서 사용된다.
본 발명에 따른 일부 구현예들에 대하여, 본질적으로 순수한 엑소-단량체 또는 본질적으로 순수한 엔도-단량체를 첨가 중합의 공급원료로서 채용하는 것은 그러한 단량체들의 부분입체이성질체 혼합물들을 사용하는 것보다 여러 유리한 점들을 제공한다는 것이 발견되었다. 예를 들어, 부분입체이성질체 혼합물들과 비교하여, 본질적으로 순수한 엑소-단량체들의 첨가 중합은 (i) 단량체에서 고분자로의 향상된 전환, (ii) 감소된 중합 시간들, (iii) 더 낮은 촉매 로딩(loading) 및 (iv) 고분자 동질성(homogeneity)의 향상된 제어의 결과를 가져온다. 본질적으로 순수한 엔도- 또는 엑소- 단량체가 첨가 중합을 위한 공급원료로서 채용되는 경우, 고분자 동질성의 향상된 제어가 또한 관찰된다. 추가적으로, 단일 부분입체이성질체들의 중합은 일부 고분자 특성들의 테일러링(tailorings)을 촉진시킬 수 있다. 예를 들어, 일반적으로, 본질적으로 순수한 엑소 부분입체이성질체로부터 형성된 고분자의 용해속도(dissolution rate)와 같은 특성은, 유사한(analogous) 본질적으로 순수한 엔도 부분입체이성질체로부터 형성된 고분자에 대한 상기 속도와 상이하며, 따라서 특정 용해속도가 요구되는 경우, 본 발명에 따른 구현예들은 각 이성질체의 적절한 양을 혼합하여 특정 용해속도를 얻도록 한다.
그러므로, 일부 전이금속 중합에서는, 본질적으로 순수한 부분입체이성질체인 단량체 공급원료를 사용하여 그러한 중합들을 수행하는 것이 유리할 수 있는 반면, 다른 중합들에서는 특정 비율을 가지는 상기 부분입체이성질체들의 혼합물이 바람직할 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 모든 엑소-NB 단량체 공급원료는 일반적으로 가장 높은 반응성을 제공할 것이고, 모든 엔도-NB 단량체 공급원료는 일반적으로 가장 낮은 반응성을 제공할 것임에도 불구하고, 공중합체가 기능적으로 상이한 노르보넨계 단량체들로부터 형성되는 시스템에서는, 적절한 반응성 제어를 유지하고, 형성되는 고분자 내에서 원하는 이성질체 비율을 달성하기 위하여, 그러한 상이한 단량체들의 상대적 반응속도들은 상기 공급원료 내 엔도 대 엑소 이성질체 비율의 조화를 요구할 수 있다는 것이 또한 인식되어야만 한다. 따라서 그러한 단량체들의 전이금속 중합을 위한 임의의 원하는 엑소/엔도 단량체 반응물 비율을 만들어내는 능력을 가지는 것 및 연속적 또는 반회분식(semi-batch) 계량 전략(metering strategy)을 통하여 이러한 반응물 비율을 유지하는 것이 유리하게 된다.
그러므로 본 발명에 따른 일부 구현예들은 식 I에 따른 본질적으로 순수한 엑소- 및/또는 엔도- NB 단량체들을 형성하는 방법에 관한 것이다:
[식 I]
Figure 112010035031614-pct00001
여기서, m은 0 내지 3의 정수이고, R1, R2, R3 및 R4의 각각의 경우는 독립적으로 수소, 하이드로카르빌 또는 작용기(FG) 치환체를 나타냄.
R1 내지 R4의 임의의 것이 하이드로카르빌 기인 경우, 그러한 기는 C1 내지 C30 알킬, 아릴, 아르알킬, 알크아릴, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 사이클로알케닐, 알킬리데닐 또는 알킬실릴 기일 수 있다. 대표적인 알킬 기들은, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, 펜틸, 네오펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 노닐, 데실 및 도데실을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 대표적인 알케닐 기들은, 비닐, 알릴, 부테닐 및 사이클로헥세닐을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 대표적인 알키닐 기들은, 에티닐, 1-프로피닐, 2-프로피닐, 1-부티닐 및 2-부티닐을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 대표적인 사이클로알킬 기들은, 사이클로펜틸, 사이클로헥실 및 사이클로옥틸 치환체들을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 대표적인 아릴 기들은, 페닐, 톨릴, 디메틸페닐, 나프틸 및 안트라세닐을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 대표적인 아르알킬 기들은, 벤질 및 페네틸을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 대표적인 알킬리데닐 기들은, 메틸리데닐, 에틸리데닐, 프로필리데닐, 및 이소프로필리데닐 기들을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 게다가, 위에서 언급된 상기 하이드로카르빌 기들은 그 자체가 치환될 수 있고, 즉 다시 말해서 수소 원자들 중 하나가 선형 및/또는 분지형 C1-C10 알킬, 할로알킬 및 퍼할로알킬 기, 아릴 기 또는 사이클로알킬 기에 의하여 대체될 수 있고, 또는 여러 가지들 중에서 O, N, S 또는 Si와 같은 하나 이상의 헤테로원자를 포함할 수 있다는 것이 유의되어야 한다.
R1 내지 R4의 임의의 것이 또한 할로하이드로카르빌 기일 수 있는데, 여기서 그러한 기는, 상기 하이드로카르빌의 수소 원자들의 하나 이상 모두 미만이 할로겐(불소, 염소, 브롬 또는 요오드)에 의하여 대체된 위에서 언급된 상기 하이드로카르빌들 중 임의의 것을 포함한다. 또한, R1 내지 R4의 임의의 것이 퍼할로카르빌일 수 있으며, 여기서 그러한 기는, 상기 하이드로카르빌의 수소 원자들 모두가 할로겐에 의해 대체되어 있는 위에서 언급된 상기 하이드로카르빌들의 임의의 것을 포함한다. 유용한 과불소화된(perfluorinated) 치환체들은, 퍼플루오로페닐, 퍼플루오로메틸, 퍼플루오로에틸, 퍼플루오로프로필, 퍼플루오로부틸 및 퍼플루오로헥실을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 측기(들)(pendant group(s))가 FG 치환체인 경우, R1 내지 R4의 임의의 것이 독립적으로 선형 또는 분지형 카르복실산, 카르복실산 에스테르, 에테르, 알코올 및 카르보닐 기들을 나타낸다. 그러한 치환체들의 대표적인 예들은, -(CR* 2)n-C(O)OR5, -(CR* 2)n-OR5, -(CR* 2)n-C(O)R5, -(CR* 2)nSiR5, -(CR* 2)nSi(OR5)3, A-O-[-(C(R5)2)n-O-]n-(C(R5)2)n-OH 및 R5(Z)로부터 선택된 라디칼들을 포함하는 기능적 치환체들일 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 여기서 각각의 n은 독립적으로 0 내지 10의 정수를 나타내고, R*은 수소 또는 할로겐일 수 있고, 각각의 R5은 독립적으로 수소, 할로겐, C1 내지 C30 알킬, 아릴, 아르알킬, 알크아릴, 알케닐, 알키닐, 사이클로알킬, 사이클로알케닐 및 알킬리데닐 기를 나타내며, 이들은 또한 하나 이상의 헤테로원자를 함유할 수 있다. 또한, A는 C1 내지 C6 선형, 분지형 또는 환식 알킬렌으로부터 선택된 연결기(linking group)이고, Z는 하이드록실, 카르복실산, 아민, 티올, 이소시아네이트 및 에폭시로부터 선택된 작용기이다. 상기 R5의 정의 하에 제시되는 대표적인 하이드로카르빌 기들은 상기 R1 내지 R4의 정의 하에서 상기 정의된 바와 동일하다. 또한, R5는 -C(CH3)3, -Si(CH3)3, -CH(R6)OCH2CH3, -CH(R6)OC(CH3)3 또는 하기 환식 기들로부터 선택되는 부분(moiety)을 나타낼 수 있다:
Figure 112010035031614-pct00002
여기서, R6는 수소 또는, 선형 또는 분지형 (C1-C5) 알킬 기를 나타낸다. 그러한 알킬 기들은 메틸, 에틸, 프로필, i-프로필, 부틸, i-부틸, t-부틸, 펜틸, t-펜틸 및 네오펜틸을 포함한다. 상기 구조들에서, 상기 환식 기들로부터 돌출된 단일 결합선은 상기 환식 기가 상기 전술된 R5-함유 치환체들 중 임의의 것에 결합된 위치를 나타낸다. R6 라디칼들의 추가 예들은 1-메틸-1-사이클로헥실, 이소보르닐, 2-메틸-2-이소보르닐, 2-메틸-2-아다멘틸, 테트라하이드로푸라닐, 테트라하이드로피라노일, 3-옥소사이클로헥사노닐, 메발로닉 락토닐, 1-에톡시에틸 및 1-t-부톡시 에틸을 포함한다.
R5는 또한 하기 구조들에 의하여 나타내어지는 디사이클로프로필메틸(Dcpm), 및 디메틸사이클로프로필메틸(Dmcp) 기들을 나타낸다:
Figure 112010035031614-pct00003
.
식 I에 따른 단량체들을 채용하는 일부 구현예들에 있어서, 상기 퍼할로하이드로카르빌 기들은 과할로겐화된(perhalogenated) 페닐 및 알킬 기들을 포함할 수 있다. 다른 구현예들에 있어서, 상기 과불소화된(perfluorinated) 치환체들은 퍼플루오로페닐, 퍼플루오로메틸, 퍼플루오로에틸, 퍼플루오로프로필, 퍼플루오로부틸 및 퍼플루오로헥실을 포함할 수 있다. 상기 할로겐 치환체들에 더하여, 그러한 구현예들의 사이클로알킬, 아릴 및 아르알킬 기들은 선형 및 분지형 C1-C5 알킬과 할로알킬 기들, 아릴 기들 및 사이클로알킬 기들에 의하여 추가 치환될 수 있다. 그러한 단량체들의 비제한적인 예들은 구조기들(Structural Groups) MM, NN 및 PP에서 표시된 구조식을 포함한다.
다른 구현예들에 있어서, 다환식(polycyclic) 올레핀 단량체들은, 5-노르보넨-2-메탄올 히드록실에틸에테르, 5-노르보넨 2-카르복실산의 t-부틸 에스테르, 5-노르보넨 카르복실산의 히드록시에틸에스테르, 5-노르보넨 카르복실산의 트리메틸실레인 에스테르, 5-노르보넨-2-메탄올 아세테이트, 5-노르보넨-2-메탄올, 5-노르보넨-2-에탄올, 5-트리에톡시실릴노르보넨, 5-노르보넨 카르복실산의 1-메틸사이클로펜틸 에스테르, 5-노르보넨 카르복실산의 테트라하이드로-2-옥소-3-푸라닐 에스테르 및 이들의 혼합물들을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
또 다른 구현예들에 있어서, 식 I의 R1 및 R4의 적어도 하나가 QNHSO2R8 기 또는 Q‡(CO)O-(CH2)m-R8 기이며, 여기서 Q는 2 내지 5 개 탄소의 선형 또는 분지형 알킬 스페이서(spacer)이고, Q‡는 선택적인 1 내지 5 개 탄소의 선형 또는 분지형 알킬 스페이서이며, m은 0 또는 1부터 3까지를 포함하는 정수이고, R8은 1 내지 약 10의 탄소 원자의 퍼할로 기이다. R1 내지 R4의 나머지들은 각각 일반적으로 수소이다.
또 다른 구현예들에 있어서, R1 내지 R4의 적어도 하나가 AA, BB 또는 CC 기들 중 하나이고, 나머지는 각각 일반적으로 수소이다 (작용기들 AA부터 KK까지 및 KJH의 표시들 각각은 엑소- 또는 엔도- 치환될 수 있음을 유의함):
Figure 112010035031614-pct00004
Figure 112010035031614-pct00005
여기서 각각의 m은 상기한 바와 같이 정의되고 독립적으로 선택되며, Q‡ 또한 상기한 바와 같이 정의되며, Q*은 1 내지 5개 탄소의 선형 또는 분지형 알킬 스페이서이고, A는 1 내지 8개 탄소의 선형 또는 분지형 알킬 스페이서이다. AA 또는 CC 기들을 포함하는 일부 구현예들에 있어서, Q‡는 존재하지 않거나 1 내지 3개 탄소의 선형 알킬 스페이서이다. 부가적으로, 기 CC에 대하여, Q*는 3 또는 4개 탄소의 선형 또는 분지형 스페이서일 수 있다. 다른 그러한 구현예들에 있어서, Q‡는 존재하지 않거나 또는 1 탄소 원자이다. 기 BB를 포함하는 다른 구현예들에 있어서, m은 1 또는 2이다. 식 I에 의하여 표시되는 반복단위들을 포함하는 예시적 구현예들에 있어서, R1 내지 R4의 하나는 기 BB인 반면에 나머지들은 각각 수소이며, n은 0이고 각각의 m은 1이다.
또 다른 구현예들에 있어서, 식 I의 R1 내지 R4의 적어도 하나는 DD, EE 또는 FF 기들 중 하나이고, 나머지들은 각각 일반적으로 수소이다:
Figure 112010035031614-pct00006
여기서, 각각의 X는 독립적으로 불소이거나 수소이고, 각각의 q는 독립적으로 1부터 3까지의 정수이고, p는 1부터 5까지의 정수이고, Q*는 위에서 정의된 바와 같고, Z는 2 내지 10개 탄소의 선형 또는 분지형 할로 또는 퍼할로 스페이서이다. DD기를 포함하는 일부 구현예들에 있어서, Q*는 단일 탄소 스페이서이고, X는 불소이고, q는 2 또는 3이고 p는 2이다. EE기를 포함하는 일부 구현예들에 있어서, Q*는 단일 탄소 스페이서이고 Z는 9개 탄소 단위들까지의 분지형 불소화된(fluorinated) 알킬 사슬이다. FF 기를 포함하는 일부 구현예들에 있어서, Q*는 단일 탄소 스페이서이고 q는 1 또는 2이다.
다른 구현예들에 있어서, R1 내지 R4 중 적어도 하나는 식 GG에 의하여 표시되는 기이고, 나머지는 각각 일반적으로 수소이다:
Figure 112010035031614-pct00007
여기서 Q‡는, 존재하는 경우, 선택적인 1 내지 5개 탄소의 선형 또는 분지형 알킬 스페이서이다. 일부 다른 구현예들에 있어서, R1 내지 R4의 하나는 식 GG에 의하여 표시되는 기이며, 나머지들의 각각은 수소이고 Q‡는 존재하지 않거나 또는 1 내지 3개 탄소의 선형 알킬 스페이서이다.
식 I에 따른 다른 구현예들에 있어서, R1 내지 R4의 적어도 하나는 하기에 나타낸 HH, JJ 또는 KK 중 하나에 의하여 표시되는 기이고, 나머지들은 각각 일반적으로 수소이다:
Figure 112010035031614-pct00008
여기서 Q‡는 위에서 정의된 것과 같고 R9는 1 내지 약 5개 탄소 원자들의 선형 또는 분지형 알킬 기이다. 위에서 나타낸 상기 HJK(산) 기는, H, J 또는 K 기들 중 하나로부터 유도된다는 것이 유의되어야 한다.
본 발명에 따른 구현예들을 위하여 채용되는 상기 단량체의 조성들은 식 I의 다환식 올레핀 단량체들의 임의의 하나 또는 다수의 변형들(variations)을 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 구현예들에 의해 형성되는 고분자들은 식 I에 따른 임의의 단량체를 포함하는 단일중합체(homopolymer)들 및 고분자들을 포함할 수 있다. 식 I에 따른 예시적 단량체들은 하기에 나타낸 구조기 MM, NN 및 PP에 표현되어 있으며, 여기서 그러한 단량체 표시들 중 임의의 것은 엑소- 및 엔도- 이성질체 모두를 표현하는 것으로 이해된다:
Figure 112010035031614-pct00009
Figure 112010035031614-pct00010
Figure 112010035031614-pct00011
위에서 언급된 것처럼, 상기 작용기들 AA부터 KK까지 및 KJH 모두는 단량체들 MM, NN 또는 PP에서 나타낸 상기 치환체들처럼 엑소- 또는 엔도- 치환된 기들을 포함하며, 이에 따라, 일반적 표현 식 IIa 및 IIb과 일치한다:
[식 IIa ]
Figure 112010035031614-pct00012
[식 IIb ]
Figure 112010035031614-pct00013
여기서 FG는 작용기를 나타내고 식 I의 R1, R2, R3 또는 R4 중 하나이며, m 은 O이다.
본 발명에 따른 일부 구현예들을 위하여, 식 IIa 및 IIb의 상기 단량체들은 사이클로펜타디엔(CPD)과 함께 디엘즈-앨더(Diels-Alder) 반응을 더 시켜서 테트라사이클로도데센계 단량체들(식 I의 m은 2임)과 같은 CPD 동족체(homolog)를 생성한다. 다른 구현예들에 있어서, 식 I의 m은 CPD와 함께 유사한 반응을 통해 3 이상일 수 있다. 당업자가 아는 바와 같이, 그러한 디엘즈-앨더 반응의 생성물들이, 관련된 부분에서, 상기 CPD와 상기 NBFG 모두의 입체(sterics)에 의하여 지배되며, 따라서 상기 NBFG가 순수한 엑소-단량체인 경우에, 하기에 나타낸 바와 같이, 상기 NBFG가 순수한 엔도-NBFG 단량체인 경우 보다 상기 다환식 고리들의 상이한 조성들을 수득할 것이다. 일부 경우들에 있어서, 엑소-NBFG가 반응물로서 채용될 때, 상기 TD 분자들에 대하여 향상된 반응과 증대된 수율이 있게 된다.
Figure 112010035031614-pct00014
후술하는 반응 스킴(Reaction Schemes)을 참조하면, 고순도 엑소-NBFG 및 엔도-NBFG 단량체들의 형성을 위한 첫 단계로서 5-노르보넨카르보니트릴(5-NBCN 또는 NBCN)을 생성하는 것이 유리하다는 것을 알아냈다. 그러므로 상기 NBCN을 형성하기 위한 상기 디엘즈-앨더 반응은 그 반응 스킴의 단계 1(Step 1)로서 표시된다. 상기 첫 단계의 유리한 점은 첫째로, 그러한 반응이 약 55 : 45의 엔도 대 엑소 이성질체의 비율을 가지는 부분입체이성질체 혼합물을 도출하여, 유리하게도, 각 이성질체의 약 동등한 양이 상기 혼합물 내에 존재하도록 한다; 그리고 둘째로, 대부분의 부분입체이성질체 혼합물들이 분리하기가 어려운 반면, 상기 NBCN 이성질체들(또한, 부분입체이성질체들 또는 에피머들로서 본원에서 또한 언급됨)은 분별 증류에 의해 성공적으로 분리될 수 있다. 이성질체들의 출발 비율에 관해서 및 상기 개별 엔도 및/또는 엑소-이성질체들의 이성질체적 순도(isomeric purity)에 관해서 상기 분리는 비용 효과적이고 고수율일 수 있도록 그러한 증류가 수행되는 조건들은 주의 깊게 제어되어야 한다는 것이 유의되어야 한다.
일단 상기 개별 엔도- 및 엑소-NBCN 이성질체들이 분리되기만 하면, 예를 들어, 이민으로의 부분적 환원 및 알데하이드로의 가수분해에 의해, 각각은 상기 유사(analogous) 엔도- 또는 엑소-노르보넨-5-카르복스알데하이드 이성질체로 환원될 수 있다 (단계 2). 일반적으로, 이 방법은 상기 이민으로의 환원 및, 원위치로(in situ), 상기 알데하이드를 형성하기 위한 가수분해를 위하여, 수소 1 몰을 첨가하기 위한 금속 하이드라이드(hydride) 환원제를 사용하는 것을 포함한다. 적절한 환원제들은, 리튬 알루미늄 하이드라이드(LiAlH4), 알킬 알루미늄 하이드라이드류[예를 들어, 디이소부틸알루미늄 하이드라이드(diisobutylaluminum hydride, DIBAL-H)], 알콕시알루미늄 하이드라이드류[예를 들어, 리튬 트리에톡시알루미늄 하이드라이드 (LiAlH(OEt)3)], 및 디알킬아미노 리튬 하이드라이드류[예를 들어, 리튬 트리스(디에틸아미노)알루미늄 하이드라이드(lithium tris(diethylamino)aluminum hydride, LiAlH(NEt2)3)]를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 반응 스킴의 단계 3-13에서 나타낸 바와 같이, 원하는 엑소- 또는 엔도-5-카르복스알데하이드NB(NBCHO)를 일차적으로 형성하는 것은 넓은 범위의 엑소- 및 엔도-NBFG 단량체들의 형성을 위한 유리한 출발점을 제공한다.
이해 및 표시의 용이성을 위하여, 그러한 반응 스킴은 각 단계 (상기 엔도 이성질체만이 지금까지 형성된 단계 13을 제외)에 대하여 상기 엑소-NBFG 단량체만을 나타내지만, 그러나 상기 엔도-NBCHO가 출발점으로서 사용되는 경우, 형성된 상기 NBFG 단량체들이 엔도-단량체일 것이라는 것이 이해될 것이다. 본원에 포함되는 실시예들에 있어서, 단계 1-13의 각각에 대한 예시적 반응이 제공된다. 개시된 것들 외에 다른 시약들 또한 원하는 본질적으로 순수한 엑소- 또는 엔도-NBFG 단량체를 형성하기 위해 효과적일 수 있으므로, 이들 예시적 반응들은 비제한적이라는 것이 유의되어야 한다.
상기 반응 스킴을 다시 참조하면, 상기 유사(analogous) NBCN 에피머들로부터 상기 NBCHO 에피머들을 형성하는 것의 유리한 점은, (1) 디엘즈-앨더 반응을 통해 NBCN을 형성하는 것은 각 이성질체의 거의 동량을 제공하며, (2) 그러한 NBCN 이성질체들의 분리는 증류를 통해 효과적으로 달성될 수 있고, (3) 적절한 알루미늄 하이드라이드를 사용하여 그러한 NBCN 이성질체들의 그 대응하는 NBCHO 이성질체로의 환원은 본질적으로 정량적이라는 것으로서 인식되어야 한다. 이 유리한 점에 더하여, 상기 결과로서 수득되는 NBCHO 이성질체들은 그 대응하는 카르복실산(적절한 산화제를 통해) 또는 알코올 (적절한 하이드라이드 주게(donor) 시약을 통해)로 용이하게 전환되고, 따라서 상기 NBCN 이성질체들의 초기 분리를 통하여 수득된 이성질체 순도를 손실시키지 않고 광범위의 다양한 기능화된 NB 단량체들에 대한 용이한 경로들을 제공한다. 대조적으로, 상기 유사(analogous) 카르복실산들을 형성하기 위한 니트릴류의 직접적 산 또는 염기 처리들은 일반적으로 상기 부분입체이성질체들의 에피머화의 결과를 가져온다. 그러므로, 본 발명에 따른 구현예들은 기존에 알려진 방법들과 비교하여 현저한 이점을 제공한다.
상이한 방식으로 말하면, 본 발명에 따른 구현예들은 높은 이성질체적 순도의 알코올성 기능화된 NB 단량체 또는 높은 이성질체적 순도의 카르복실산 기능화된 NB 단량체를 형성하도록 한다. 그러한 알코올성 기능화된 단량체들은, -CH2OAc, -CH2OCH2C(CF3)2OH (헥사플루오로이소부틸렌옥사이드를 통해), -CH2Cl, -CH2Br, -CH2I, -CH2NH2 -CH2OMs, -CH2OTs 및 -CH2C(CF3)2OH와 같은 작용기를 가지는 유도체들을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 그러한 구현예들은 가능한 작용기들의 상기 목록을 현저하게 확장하기 위해 다양한 커플링 반응들(coupling reactions)의 사용을 위해 제공하는데, 그러한 반응들은, 쿠마다(Kumada), 소노가시라(Sonogashira), 헤크(Heck), 스틸(Stille), 스즈키(Suzuki), 히야마(Hiyama) 및 네기시(Negishi) 반응들을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 카르복실산 기능화된 이성질체들은 에스테르 기능화된 물질들, 예를 들어, 구조 MM으로서 위에서 나타낸 물질들의 일부를 생성하기 위한 표준 유기 합성 유도체화(derivatization) 방법들의 대상이 될 수 있다. 더 더욱이, 알코올성 기능화된 이성질체가 클로로, 브로모 또는 이오도 부분입체이성질체로 전환되는 경우, 그러한 것은 sp3-sp, sp3-sp2, 및 sp3-sp3 커플링(coupling) 및 유기 금속 반응들 [예를 들어, 그리나드류(Grignards), 유기 리튬류, 유기 아연류, 유기 구리화합물류(organo cuprates) 및 유기 주석화합물류(organo stannanes)의 형성]에서 채용될 수 있다. 하나의 특히 주목할 만한 예에서, 엑소-NBCH2I (또는 엔도-NBCH2I)가 보통의 온도에서 유기아연 요오드화물을 생성하기 위해 사용될 수 있다. 유리하게도, 그러한 유기아연 요오드화물은 헥사플루오로아세톤과 원활하게 반응하여 높은 수율(약 70%) 및 높은 부분입체이성질체적 순도로 상기 적절한 엑소- 또는 엔도-HFANB를 생성하는 것이 발견되었다.
구체적으로 나타내지 않았으나, 본 발명에 따른 구현예들은 상기 작용기의 탄소 골격(carbon skeleton)의 전체적 증가를 위해 제공하는 본질적으로 순수한 엑소- 또는 엔도-NBFG의 동족체화(homologation) 반응을 포함한다. 예를 들어, 상기 FG가 알데하이드 또는 케톤인 경우, 디아조메탄 또는 메톡시메틸렌트리페닐포스핀(methoxymethylenetriphenylphosphine)과의 반응은 그 다음 동족체(homolog)를 제공하는 상기 FG의 탄화수소 사슬 내에 메틸렌(-CH2-) 단위를 효과적으로 삽입한다. 본 발명의 구현예들에 의해 포함되어지는 다른 예시적 동족체화 반응들은, 여러 가지들 중에서, (i) Seyferth-Gilbert 동족체화, 즉, 아민으로 환원되어질 수 있는, 시아나이드(cyanide) 기에 의한 할라이드의 치환(displacement); (ii) 동족의 알데하이드를 생성하는, 메톡시메틸렌 트리페닐포스핀과 알데하이드의 Wittig 반응; (iii) 카르복실산을 더 높은(higher) 카르복실산 동족체(즉, 하나의 추가 탄소 원자를 포함)로 전환하도록 설계된 일련의 화학 반응들인 Arndt-Eistert 합성, 및 (iv) 에스테르류의 동족체화를 위한 화학 반응인 Kowalski 에스테르 동족체화를 포함한다. 본 발명의 일부 구현예들에 대하여, 상기 FG의 사슬 길이를 일 단위(one unit) 초과만큼 증가시키는 반응들 또한 채용될 수 있다. 예를 들어, 에틸렌 옥사이드의 친핵성 첨가는 두 개의 추가 탄소들을 가지는 1차 알코올을 생성하는 개환(ring opening)의 결과를 낳는다.
그러한 동족체화 반응들에서 유용한 상기 엔도 및 엑소-NBFG 단량체들은 NBCH2X (X = Br, Cl, I, OMs 및 OTs), NBCO2R, NBCO2H, NBCH2OH, 및 NBCH2C(O)R, 그리고 NBCN이다. 구체적으로는, 엑소-NBCO2H는 엑소-NBCH2CO2H로 전환될 수 있고 그 다음 엑소-NBCH2CO2H는 엑소-NBCH2CH2OH로 환원될 수 있고, 이것은 엑소-NBCH2CH2FG 단량체들을 제조하는데 있어서 채용될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 구현예들은 부분입체이성질체적으로 순수한 카르복스알데하이드 빌딩 블록들 (예를 들어, 고분자 응용들과 소형 분자 변환들(transformations)을 위해 중요한 다수의 유도체들로 변환될 수 있는, 엑소-NBCHO 및 엔도-NBCHO)의 형성을 포함한다. 작용기들의 새로운 작용기들로의 상기 유기적 변형들은, 여러 가지들 중에서, 산화, 환원, 동족체화, Wittig, 아민화(amination), 환원성 아민화(reductive aminations), 에스테르화, 수소화(hydrogenation), 가수분해, 가알코올 분해(alcoholysis) (아세탈 형성), 축합 (예를 들어, 알돌), 알킬화, 아릴화 및 전이 금속 촉매 반응들을 포함한다. 그러나, 본 발명에 따른 구현예에 의해 채용될 수 있는 수 많은 통상의 유기 변환들(organic transformations)이 있으나, 모든 그러한 변환들이 효과적이지 않다는 것이 유의되어야 한다; 따라서 반응 조건들과 시약들의 적절한 선택은 이어지는 중합에서의 사용을 위한 노르보넨 이중 결합의 본성(nature)을 보존하기 위해 필요하다. 구체적 변환 방법 또는 생성물이 요구되나, 상기 노르보넨 이중 결합의 본성에 영향을 미칠 것 같은 경우, 상기 이중 결합에서 보호 기들의 사용은 원하는 변환을 완성하도록 하는데 효과적일 수 있다는 것이 발견되었다. 더 더욱이, 본 발명에 따른 구현예들이 비스-니트릴 노르보넨류의 부분입체이성질체적 혼합물들, TDCN 부분입체이성질체적 혼합물들 및 예를 들어, 식 I의 m은 3 이상인 그러한 노르보넨류의 더 높은 동족체들의 그러한 혼합물들의 분리를 또한 포함하는 것이 유의되어야 한다. 이리하여 상기 반응 스킴에 표현된 상기 변환들은 유사(analogous) 비스-니트릴 및 TD 그리고 더 높은 물질들을 일반적으로 대표한다.
비스-노르보넨카르보니트릴 부분입체이성질체들을 다시 참조하면, 그러한 엑소- 및 엔도- 노르보넨계 단량체들은, 각각 식 IIIa와 IIIb와 IIIc에 의해 적절하게 표시되는, 엑소,엑소-노르보넨-2,3-디카르보니트릴,엑소,엔도-노르보넨-2,3-디카르보니트릴, 및 엔도,엔도-노르보넨-2,3-디카르보니트릴이다:
[식 IIIa ]
Figure 112010035031614-pct00015
[식 IIIb ]
Figure 112010035031614-pct00016
[식 IIIc ]
Figure 112010035031614-pct00017
.
식 IIIa, IIIb, 및 IIIc의 순수 부분입체이성질체들의 대표적인 제조 방법들은 하기 논문들에서 기술된다: (i) A contribution to the stereospecificity of [4+2] cycloadditions, Prantl, et al. Tetrahedron Letters (1982), 23(11), 1139-42, (ii) Facile preparation of trans -2,3-bis[(t-butylamino)methyl]norbornene. Wynne, et al. Organic Preparations and Procedures International (2002), 34(6), 655-657, 및 (iii) Bromine addition to cyanonorbornene derivatives. Kikkawa, et al. Bulletin of the Chemical Society of Japan (1972), 45(8), 2523-7.
본 발명에 따른 구현예들은 매우 다양한 기능화된 노르보넨계 단량체들의 양쪽 부분입체이성질체 형태들을 용이하게 제공할 수 있기 때문에, 그러한 단량체들의 중합의 적절한 계획은 부분입체이성질체들의 특정 비율들을(상기 순수 부분입체이성질체들을 혼합함으로써) 상기 중합에 제공하는 것을 가능하게 한다는 것이 유의되어야 한다. 따라서, 상기 결과로 수득되는 고분자의 특성들을 테일러링하는 능력은 그러한 순수 부분입체이성질체들을 가지고 있지 않는 것과 비교하여 향상된다. 예를 들어, 발명의 명칭 "Method of Controlling the Differential Dissolution Rate of Photoresist Compositions, Polycyclic Olefin Polymers and Monomers Used for Making Such Polymers"의 Rhodes 등의 미국 특허 번호 제7,341,816호는, 일부 고분자들의 용해속도(dissolution rate)는 기능화된 고분자 반복 단위들의 엑소/엔도 비율과 관련되어 있다는 것을 가르친다. 상기 특허는, 본질적으로 동일한 분자량을 가지는 비교 고분자들인 엑소-HFANB로부터 유도된 반복 단위들의 저농도를 가지는 유사 고분자들보다, 엑소-HFANB로부터 유도된 반복 단위들의 고농도를 가지는 고분자들이 수성 염기 용액들에서 예상되는 용해속도보다 더 높게 나타낸다는 것을 보여준다. 상기 특허가 증류를 통해 그들을 분리함으로써 상이한 이성질체 비율들의 고분자들을 수득하는 것을 가르치며, 본 발명의 구현예들은 상기 중합반응에 대하여 이성질체들의 특정 비율을 제공하여 그 결과로 수득되는 고분자가 원하는 특성 (예를 들어, 높은 용해속도 또는 낮은 용해속도)을 가지도록 한다.
Figure 112010035031614-pct00018

[ 실시예 ]
다음 실시예들은 단지 설명의 목적을 위해 제공되고, 청구된 본 발명에 따른 구현예들의 범위와 사상에 대하여 어떠한 식으로 한정하거나 제한하지 않는다. 상기 반응 스킴에서 나타낸 상기 단량체들 각각의 형성을 설명하는 구체적인 실시예들 뿐만 아니라, 본 발명의 넓은 범위를 더 설명하는 실시예들이 제공된다. 또한, 하기 실시예들의 각각에 대하여, 유효 길이 30 m 그리고 0.32 mm ID 및 0.25 ㎛ 필름을 가지는, DB5 컬럼(column) 상에서 GC 분석이 수행되었다. 시료는 275℃에서 유지된 주입 챔버(injection chamber) 내로 주입되었다. 주입 후에, 상기 컬럼은 1분 동안 55℃에서 유지되었고, 그리고 나서 5 ℃/min로 170℃ 까지 가열되었다. 검출기(detector) 온도는 325℃였다. 구체적인 체류 시간(retention time)은 하기 적절한 곳에서 보고된다.
엑소 -/엔도- 노르보넨카르보니트릴 ( 엑소 -/엔도- NBCN )의 제조
N2로 플러쉬된 20 리터 Parr 정격 압력 반응기(Parr pressure-rated reactor) 에 디사이클로펜타디엔 6.8 kg(51.3 몰, 사이클로펜타디엔의 1.1 eq)이 첨가되었다. 다음, 아크릴로니트릴 5.11 kg(96.3 몰, 1.0 eq)이 첨가되었다. 상기 반응기는 N2로 3 회 플러쉬(flush)되었고, 그리고 나서 약 180℃의 온도까지 3.25 시간의 기간에 걸쳐서 가열되었다. 상기 압력이 초기 3.25 시간 동안 약 100 psig의 피크에 도달한 것이 관찰되었다. 상기 반응 혼합물은 약 18O℃에서 추가 2 시간 동안 교반되었고, 그 시간 동안 상기 압력은 약 11 psig로 안정화되었다. 25℃로 냉각한 후에, 상기 반응 혼합물 11.81 kg이 상기 반응기로부터 따라내었다. 상기 혼합물의 GC 분석은 엑소/엔도 노르보넨 카르보니트릴(43.3%/56.6%) 생성물의 93.0% 수율을 나타내었다. GC 체류 시간은 4.0분 (엑소-NBCN), 4.7분 (엔도-NBCN)이었다.
엑소 -/엔도- 노르보넨카르보니트릴의 분리/정제
엑소/엔도 노르보넨 카르보니트릴 (NBCN) 약 8 kg이, 히팅 맨틀(heating mantle), 충진된 증류탑(distillation column)(60개의 이론적 플레이트), 환류 분할기(reflux splitter), 수냉식 응축기(water cooled condenser), 응축물 받게(condensate receiver) 및 진공 펌프를 가진 적절한 크기의 단식 증류기(still pot)로 구성된 진공 증류 장치에 채워졌다. 상기 단식 증류기 온도는 상기 히팅 맨틀로의 열 입력(input)을 조정함으로써 제어되었고, 시스템 진공은 오버헤드 리시버(overhead receiver)에서 진공 압력을 조정함으로써 제어되었다 (하기 실험 부분 참조).
상기 NBCN을 상기 단식 증류기로 옮긴 후에, 상기 증류 시스템 진공은 원하는 설정점(set point)으로 조정되었다. 그러고 나서 상기 단식 증류기의 가열은 총 환류 조건들이 상기 증류탑 내에 확립될 때까지 진행되었다. 그리고 나서, 상기 환류 분할기는 원하는 환류비(reflux ratio)에서 시작되었고 상기 오버헤드 리시버로부터 액체 분획들을 주기적으로 제거함으로써 분별증류가 진행되었다. GC 분석은 상기 오버헤드 액체 분획들의 조성을 결정하기 위해 사용되었다. 증류 환류비가 상기 오버헤드 스트림(stream)의 조성에 영향을 미치기 위해 필요에 따라 조절되었다. 초기 오버헤드 분획들은 "가벼운(light)" 성분들이 풍부했으며, 그것들은 주로 아크릴로니트릴(ACN), 사이클로펜타디엔(CPD)과 디사이클로펜타디엔(DCPD)이었다. 이들 "가벼운" 성분들의 제거 후에, 이어서 고순도 엑소-NBCN가 상기 잔류하는 엔도-NBCN으로부터 분리되었다. "전이(transition)" 분획들의 제거 후에, 이어서 고순도 엔도-NBCN이 수거되었다. 상기 증류 공정은 일단 엔도-NBCN의 대부분이 상기 단식 증류기로부터 제거되면 종결된다.
Figure 112010035031614-pct00019
상기 출발 혼합물 내에 포함된 엑소-NBCN의 약 57%가 높은-순도(98% 이상) 물질로서 제거되었다. 상기 출발 혼합물에 포함된 엔도-NBCN의 약 44%는 높은-순도(98% 이상) 물질로서 제거되었다. 상기 중간-순도 분획들은 전체 공정 수율들을 증가시키기 위해 재순환될 수 있다.
엑소 - 노르보넨 -5- 카르복스알데하이드 ( 엑소 - NBCHO )의 제조
기계식 교반기, 질소 가스 주입구, 온도계 보호관(thermowell), 및 셉텀으로 밀봉된(septa-sealed) 첨가 깔대기를 갖춘 12-리터 유리 플라스크가 질소 플러쉬 하에서 ~120℃까지 가열함으로써 건조되었다. 상기 플라스크 안으로 상기 첨가 깔대기를 통해 톨루엔 중 1.5 M 디이소부틸알루미늄 하이드라이드(DIBAL-H) 7900 ml (11.79 몰)를 캐뉼레이팅(cannulating)하기 전에 상기 플라스크는 상온으로 냉각되었다. 상기 DIBAL-H 용액은 엑소-NBCN(1328 g, 11.14 몰) 적가 전에 -51.6℃로 냉각되었다. 상기 첨가는 상기 온도가 -51.6에서 -39.3℃의 범위인 동안 2 시간 24분 내에 완료되었다. 상기 혼합물은 추가적으로 30분 교반 되었다. GC 분석은 반응되지 않은 엑소-NBCN 잔류를 나타내지 않았다. 상기 반응 혼합물은 드라이 아이스/이소프로판올-냉각 재킷화된(jacketed) 첨가 깔대기 안으로 11개의 500-ml 분량들(portions)로 캐뉼레이팅되는 동안 -46 내지 -39℃로 유지되었다. 이것은 11개의 500-ml 분량들(portions)로 드라이 아이스/아세토니트릴로 -5.6℃까지 냉각된 기계적으로 교반된 3.5 N 염산 12.24 리터에 신속히 적가되었다. 유도(induction) 기간이 있어서, 상기 DIBAL-H 반응 혼합물의 각 이어지는 첨가 전에 상기 반응 발열(exotherm)이 진정되도록 하였다. 그 온도는 -5.6부터 +0.1℃의 범위였다. 켄치 시간(quench time)은 2 시간이었다. MTBE (메틸 tert-부틸 에테르, 4000 ml)가 상기 냉각된 첨가 깔대기를 통해 첨가되었다. 상기 혼합물은 수 분 교반되었고, 정치시키고 그 상들(phases)이 분리되었다. 수성 상(aqueous phase)은 3 x 4000 ml MTBE로 추출되었다. 상기 유기 부분(organic portion)들은 조합되었고, 5000 ml 3.5 N 염산으로 세척되었고, 최종 세척이 pH 6이 될 때까지 3 x 2 갤론 염수(brine)로 세척되었다. 상기 MTBE/톨루엔 용액은 분할되어 7개 병에 넣고, 황산나트륨 상에서 건조되었고, 냉장고에서 하룻밤 동안 보관되었다. 상기 혼합물을 여과하고, 최대 배스 온도 35℃에서 회전 증류하여 생성물 3173 g을 수득하였다. NMR 분석은 82% 수율을 주는, 톨루엔 중 35.2 wt% NBCHO를 나타낸다. GC 분석은 99.8/0.2의 엑소/엔도 비율을 나타낸다. NBCHO는 불안정하고 쉽게 에피머화되며, 따라서 상기 용액은 추후 사용을 위해 냉장되었다. GC 체류 시간은 2.05분(엑소-NBCHO), 2.23분(엔도-NBCHO)이었다.
엑소 - 노르보넨 -5-메탄올 ( 엑소 - NBCH 2 OH )의 제조
기계식 교반기, 온도계 보호관, 질소 주입구, 및 첨가 깔대기를 갖춘 22-리터 유리 플라스크에, 8% 수산화 나트륨 수용액 1880 ml을 넣었다. NaBH4(174.1 g, 4.6 몰)가 일부분씩(portion wise) 첨가되었다. 상기 혼합물은 -7.4℃까지 냉각되었다. 엑소-NBCHO(톨루엔 중 35.2 wt%로서 3173 g, 총 ~9.17 몰)이 상기 소듐 보로하이드라이드(sodium borohydride) 용액에 적가하기 전에 600 ml 메탄올 중 용해된 400 ml 분량들(portions)로 사용 직전에 분배되었다. 반응 온도가 -7.1 부터 -0.8℃까지의 범위인 동안 첨가 시간이 총 5.1 시간이었다. 일치하지 않는 GC 분석은 소듐 보로하이드라이드의 추가 35 g의 첨가를 요구하였다. -1.7부터 -12.7℃까지 냉각하는 동안 상기 반응은 한 시간 동안 교반되었다. GC 분석은 <0.15%의 반응되지 않은 NBCHO를 나타내었다. 10% 수성 황산 (2200 ml)은 온도가 -11.4부터 +0.7℃까지의 범위인 동안 1.5 시간에 걸쳐 적가되었다. 결과적 pH는 6이었다. 디클로로메탄 (3000 ml), 500 ml 염수, 및 2000 ml 물이 첨가되었고 상기 혼합물은 수 분동안 교반되었다. 그 상들은 분리되었다. 그 잔류하는 수성 상은 2000 ml 디클로로메탄, 2000 ml 물, 및 2000 ml 염수로 처리되었다. 상기 디클로로메탄 상은 제거되었고 그리고 수성 상은 다시 2000 ml 디클로로메탄, 2000 ml 물, 및 2000 ml 염수와 혼합되었다. 상기 디클로로메탄 상은 제거되었고, 상기 수성 상은 2000 ml 디클로로메탄 및 2000 ml 물로 처리되었다. 상기 디클로로메탄 추출물들은 조합되었고, 그 잔류 물(water)은 분리되었고, 그리고 나서 상기 유기 부분은 황산나트륨 상에서 하룻밤 동안 건조되었다. 여과 후, 상기 추출물들은 회전 증발되어 121O g의 황색 액체(NBCHO로부터 87% 수율)를 주었다.
상기 물질은 진공 증류되어, 하기 분획들을 제공하였다:
I. 34.6-109.4℃ (12-20 Torr), 46.2 g, 탁함(hazy), 60.3% NBMeOH 및 39.7 wt% 톨루엔
II. 106.3-100.7℃ (5-8 Torr), 172.5 g, 98.5% 엑소-NBMeOH, 1.3% 엔도-NBMeOH, 톨루엔 없음
III. 81.4-93.2℃ (2-3 Torr), 236.7 g, 99.3% 엑소-NBMeOH, 0.7% 엔도-NBMeOH, 톨루엔 없음
IV. 62.2-69.4℃ (1-2 Torr), 578.1 g, 99.1% 엑소-NBMeOH, 0.9% 엔도-NBMeOH
V. 63.1-68.5℃ (1 Torr), 29.02 g, 99.5% 엑소-NBMeOH, 0.5% 엔도-NBMeOH.
상기 단식 증류기 잔류물(residue)은 ~400 ml 디클로로메탄에 용해되었고, 100 ml 10% 황산으로 세척되었다. 상기 결과 혼합물은 상 분리를 강제하기 위해 100 ml 물로 처리되었다. 그 상들은 분리되었다. 상기 용액으로부터 더 많은 디클로로메탄이 나오도록 강제하기 위해 상기 수성 상에 100 ml 염수가 첨가되었다. 상기 디클로로메탄 분량들은 조합되었고, pH 6이 될 때까지 5 x 100 ml 염수로 세척되었고, 그리고 나서 황산나트륨 상에서 건조되었다. 상기 건조된 추출물은 여과되었고 회전 증발되었다. 이 생성물은 진공 증류되어 60.8-65.1℃(1 Torr)에서 37.7 g을 주었다. GC 분석은 0.5% 엔도-이성질체 및 99.5% 엑소-이성질체를 나타내었다. 37.31 g의 덜 순수한 분획이 98.9% 엑소-이성질체 및 0.85% 엔도-이성질체를 포함하여 63.1-65.2℃(2 Torr)에서 수거되었다. >99.8%(전체 이성질체) 순도의 총 수율은 1058.5 g(NBCHO로부터 76.5% 수율, NBCN으로부터 ~93% 수율)이었다. GC 체류 시간: 2.82분(엔도-NBMeOH), 3.97분(엑소-NBMeOH).
엔도- 노르보넨카르복스알데하이드(엔도-NBCHO)의 제조
기계식 교반기, 질소 가스 주입구, 온도계 보호관, 및 셉텀-밀봉된 첨가 깔대기를 갖춘 12-리터 유리 플라스크가 질소 플러쉬 하에서 ~120℃까지 가열함으로써 건조되었다. 상기 첨가 깔대기를 통하여 상기 플라스크 안으로 톨루엔 중 1.5 M DIBAL-H 4970 ml(7.4 몰)을 캐뉼레이팅하기 전에 상기 플라스크는 상온으로 냉각되었다. 상기 DIBAL-H 용액은 -71.8℃까지 냉각되었다. 엔도-NBCN(838 g, 7.0 몰)이 용융되었고, 100 ml 톨루엔으로 희석되었고, 상기 DIBAL-H 용액에 적가되었다. 상기 첨가는 온도가 -71.8에서 -50.4℃까지 범위인 동안 2 시간 내에 완료되었다. GC 분석은 반응하지 않은 엔도-NBCN 잔류가 없음을 나타내었다. 상기 반응 혼합물은 드라이 아이스/이소프로판올-냉각 재킷화된 첨가 깔대기 안으로 10 개의 500 ml 분량들로 캐뉼레이팅되었다. 그리고 나서 각각의 분량은 드라이 아이스/아세토니트릴로 -15.5℃까지 냉각된 기계적으로 교반된 3.5 N 염산 용액 8190 ml에 적가되었다. 유도 기간이 관찰되었고, 따라서 상기 DIBAL-H 반응 혼합물의 각각의 연이은 첨가 전에 상기 반응 발열이 진정되도록 하였다. 이들 첨가들 동안, 상기 온도는 -35부터 +1.0℃까지의 범위였다. 총 켄치 시간은 약 2 시간이었다. 다음, MTBE (3000 ml)가 상기 냉각된 첨가 깔대기를 통해 첨가되었고, 상기 혼합물은 수 분간 교반되었으며, 정치시키고, 그 상들이 분리되었다. 상기 수성 상은 2 x 3000 ml MTBE 로 추출되었다. 상기 유기 부분들은 조합되었고, 2500 ml 3.5 N 염산으로 세척되었고, 그리고 나서 최종적 세척이 7의 pH를 나타낼 때까지 7 x 1 갤런 염수로 세척 되었다. 상기 MTBE/톨루엔 용액은 네 분량들로 분할되었고, 각각은 황산나트륨 상에서 건조되었고, 밤새 아이스 체스트(ice chest) 내에 보관되었다.
다음날, 상기 혼합물은 여과되었고 35℃의 최대 배스(bath) 온도에서 회전 증발되었다. 상기 잔류물의 NMR 분석은 9.2 wt% 잔류 MTBE를 가진 톨루엔 중 25.0 wt% NBCHO를 나타내었다. 상기 생성물은 회전 증발로 더욱 농축되었고, 두 번째 NMR 분석은 31.7% 엔도-NBCHO, 65.4% 톨루엔, 및 2.8% MTBE를 나타내었다. GC 분석은 엔도-/엑소-비율이 97.3/2.7인 것을 나타내었다. 수율은 대략 70%였다. 엔도-NBCHO가 불안정하고 쉽게 에피머화되기 때문에, 상기 용액은 필요할 때까지 냉장되었다. GC 체류 시간: 2.13분(엑소-NBCHO), 2.33분(엔도-NBCHO).
엔도- 노르보넨메틸 알코올(엔도- NBCH 2 OH )의 제조
기계식 교반기, 온도계 보호관, 질소 주입구, 및 첨가 깔대기를 갖춘 5-L 4-목(neck) 플라스크에 8% 수산화나트륨 수용액 360 ml(0.72 몰)을 넣었다. NaBH4(33.1 g, 0.88 몰)는 일부분씩 첨가되었다. 상기 혼합물은 -10.6℃로 냉각되었다. 엔도-NBCHO 용액(톨루엔 중 30.6 wt%로 558.1 g, 총 ~1.39 몰)의 약 절반은 500 ml 메탄올로 희석되었고 적가되었다. 첨가 시간은 반응온도가 -11.4 부터 -3.1℃까지의 범위인 동안 1.5 시간이었다. 상기 잔류하는 엔도-NBCHO 용액은 500 ml 메탄올로 희석되었고 상기 반응 혼합물에 적가되었다. 첨가는 반응온도가 -10.8부터 -6.3℃까지인 범위에서 48분 내에 완료되었다. GC 분석은 잔존하는 4.9% 엔도-NBCHO를 나타내었다. 상기 혼합물은 -11.8 내지 -5.6℃에서 5 시간 21분 동안 교반되어, 상기 엔도-NBCHO 함량이 1.6%로 떨어지게 하였다. 추가 3.22g 의 소듐 보로하이드라이드가 첨가되었고, 상기 혼합물은 -5.3 내지 -13.5℃ 에서 추가 1.5 시간 교반되었다. GC 분석은 1.0% 엔도-NBCHO가 잔존하는 것을 보여주었다. 상기 반응 플라스크를 얼음 속에 넣고 상기 혼합물은 밤새 교반되도록 하였다. 상기 온도는 단지 3.5℃까지 상승했고, GC 분석은 단지 0.4% 엔도-NBCHO가 남아있다는 것을 보여주었다.
상기 반응물은 -11.5℃로 냉각되었고 10% 수성 황산(390 ml)이 온도가 -11.5부터 +0.7℃까지의 범위인 동안 1.5 시간에 걸쳐 적가되었다. 상기 첨가의 말미에 pH는 7이었다. 10% 황산의 추가 100 ml가 첨가되어 상기 pH를 2에 이르도록 하였다. 디클로로메탄(500 ml)이 첨가되었고 상기 혼합물은 격렬하게 교반되었다. 100 ml 염수와 300 ml 물이 첨가되었고, 완전하게 혼합되었고, 그리고 나서 정치시켰다. 커다란 유화된(emulsified) 경계면이 결과적으로 생겼다. 상기 디클로로메탄 부분은 분리되었다. 그리고 나서 500 ml 디클로로메탄, 100 ml 염수, 및 300 ml 물이 남아 있는 수성 상에 첨가되었다. 혼합 후에, 상기 디클로로메탄 상은 수거되었다. 추가 500 ml 디클로로메탄, 100 ml 염수, 및 300 ml 물이 수성 상에 첨가되었고 혼합되었다. 상기 디클로로메탄 상은 다시 수거되었다. 상기 에멀젼 상은 수거되었고 분리되도록 하였다. 상기 결과로 수득된 수성 상은 제거되었고 상기 남아있는 에멀젼은 500 ml 염수로 처리되었다. 이것은 상들의 깔끔한 분리를 제공하였다. 상기 디클로로메탄 상은 제거되었고, 200 ml 염수로 pH 6까지 세척되었고, 그리고 나서 이전의 디클로로메탄 추출물들과 함께 결합되었다. 상기 결합된 디클로로메탄 추출물들은 3 x 400 ml 염수로 pH 7까지 세척되었고, 황산나트륨 상에서 건조되었고, 여과되었고 회전증발되어 331.6 g이 되었다. NMR은 이것이 톨루엔 중 59 wt% 엔도-NBMeOH임을 나타낸다. NMR는 단지 미량의 엑소-이성질체를 보여준다. GC 분석은 99:1의 엔도/엑소 비율을 나타낸다.
상기 물질은 12-인치 Vigreux 컬럼을 통하여 진공 증류되어, 하기 분획들을 제공하였다:
I. 25.1-19.0℃(1.3-1.6 Torr), 11.86 g, 99.5% 톨루엔
II. 73.8-66.9℃(1.20-1.15 Torr), 28.79 g, 98.3% 엔도-NBMeOH, 0.09% 톨루엔 포함
III. 65.3-63.1℃(1.25-1.20 Torr), 99.64 g, 99.2% 엔도-NBMeOH, 톨루엔 없음
IV. 58.6-44.3℃(1.20-0.53 Torr), 47.87 g, 99.8% 엔도-NBMeOH
V. 47.2-42.2℃(0.62-0.57 Torr), 2.89 g, 99.4% 엔도-NBMeOH
>99% 엔도-NBMeOH의 총 수율은 150.4 g(87%)이었다. 엔도-NBCN에 기초한 수율은 58%였다. NMR은 99.5% 엔도를 나타낸다. GC 체류 시간: 4.565분(엔도-NBMeOH), 4.599분(엑소-NBMeOH).
엑소 - 노르보넨메틸 아세테이트( Exo - Norbornenemethyl Acetate, exo - NBMeOAc )의 제조
기계적 교반기, 질소 주입구, 첨가 깔대기 및 온도계 보호관이 장착된 12-리터 유리 플라스크가 질소 플러쉬(flush) 하에서 120℃까지 열풍기(hot air gun)로 건조되었다. 상온까지 냉각한 후, 엑소-노르보넨메탄올(exo-norbornenemethanol) (500.2 g, 4.0 몰)이 상기 플라스크 안에 주입되었고, 이어서 4 리터의 건조된 디클로로메탄, 988 g(12.5 몰)의 건조된 피리딘(pyridine) 및 추가 2 리터의 건조된 디클로로메탄이 주입되었다. 디메틸아미노피리딘(dimethylaminopyridine) (2.0 g, 16.5 mmol)이 첨가되었다. 무수 아세트산이 30분 이내에 빠르게 첨가되어, 그 반응 온도가 24℃ 부터 41℃까지 상승하도록 하였다. 10분 후, GC 분석은 단지 1.7%의 출발물질이 남아있음을 나타냈다. 2.5 시간 후, 단지 0.3%의 출발물질이 남아 있었다. 무수 아세트산의 추가 22 ml가 첨가되었고 상기 반응 혼합물이 상온에서 밤새 교반되도록 하였다. GC 분석은 생성물 조성에서 더 이상의 변화를 보여 주지 않았다. 상기 반응이 회전 증발되어 디클로로메탄을 제거하고, 그리고 나서 80℃에서 회전 증발되어 과량의 피리딘 및 무수 아세트산을 제거하였다. 총 553 g의 잔류물은 진공 증류되어 3 개의 분획들을 제공하였다:
I: 33.5℃(2 Torr)-67.1℃(< 2 Torr), 22.8 g, 54 wt%(NMR) NBMeOAc, 13 wt% 피리딘, 33 wt% 무수 아세트산
II: 68.4-61.0℃(< 2 Torr), 501.5 g, 99.7% 엑소-NBMeOAc
III: 59.4-60.4℃(< 2 Torr), 19.8 g, 99.5% 엑소-NBMeOAc. NMR은 3.05 ppm에서 추가 시그널을 나타내었다.
수율은 501.5 g(이론상의 75%)이었다. GC 체류 시간: 4.51분, 엑소-NBMeOAc
엔도- 노르보넨메틸 아세테이트( Endo - Norbornenemethyl Acetate, endo -NBMeOAc)의 제조
기계적 교반기, 질소 주입구, 첨가 깔대기 및 온도계 보호관이 장착된 3-리터 유리 플라스크가 질소 플러쉬 하에서 108℃까지 열풍기로 건조되었다. 상온까지 냉각한 후, 엔도-노르보넨메탄올(endo-norbornenemethanol) (125.0 g, 1.0 몰)이 플라스크 안에 주입되었고, 이어서 4 리터의 건조된 디클로로메탄, 247 g (3.1 몰)의 건조된 피리딘, 및 추가 500 ml의 건조된 디클로로메탄이 넣어졌다. 디메틸아미노피리딘(0.5 g, 4.2 mmol)이 첨가되었다. 무수 아세트산이 18분 이내로 빠르게 적가되어 그 반응 온도를 24℃부터 38.7℃까지 상승하도록 하였다. 34분 후, GC 분석은 단지 1.8%의 출발물질이 남아있음을 나타내었다. 2 시간 후, 남아있는 출발물질의 양이 거의 없었다. 상기 반응 혼합물은 상온에서 밤새 교반되도록 하였다. GC 분석은 생성물 조성의 더 이상의 변화를 보여 주지 않았다. 상기 반응은 회전 증발되어 디클로로메탄을 제거하였고, 그리고 나서 60℃에서 회전 증발되어 과량의 피리딘 및 무수 아세트산을 제거하였다. NMR 분석은 총 165.6 g의 잔류물이 여전히 4.3 w% 피리딘을 함유하고 있는 것을 나타내었다. 상기 물질은 250 ml 증류수로 세척되어, 하부의 유기 상이 매우 유백색(milky)이 되었다. 디클로로메탄(100 ml)이 상기 수성 상에 첨가되어 혼합되었고, 그 상들이 분리되었다. 상기 유기 상들은 결합되었고 10% 수성 황산으로 세척되었다. 이것은 상기 유기 상을 맑게 하였다. 250 ml 염수를 사용한 세척은 상반전(phase reversal)을 일으켰고, 상기 유기 상을 최상부에 남겼다. 상기 유기 상은 3 x 250 ml 염수로 최종 세척 pH 6까지 세척되었다. 상기 유기 상들은 황산나트륨 상에서 건조되었고, 여과되었으며, 회전 증발되어 156.5 g을 주었다. NMR 과 GC 분석은 남겨진 피리딘이 없음을 보여주었다. 상기 생성물은 진공 증류되어 4 개의 분획들을 제공하였다:
I. 28.6℃(6 Torr)-58.8℃(1.95 Torr), 5.8 g, 98.4% 엔도-NBMeOAc (GC)
II. 55.2℃(1.90 Torr)-49.2℃(1.50 Torr), 125.2 g, 100% 엔도-NBMeOAc
III. 48.9℃(1.50 Torr)-50.6℃(1.50 Torr), 8.9 g, 100% 엔도-NBMeOAc
IV. 51℃(1.50 Torr), 0.8 g, 100% 엔도-NBMeOAc
총 생성물은 84% 수율로 140.7 g이었다. GC 체류 시간: 3.75 분, 엔도-NBMeOAc.
엔도-노르보넨메틸메탄설포네이트( endo - NorbornenemethylmethanesuIfonate, endo-NBMeOMs)의 제조
엔도-5-(2-하이드록시메틸)노르보넨(104.79 g, 0.85 몰), 485 ml의 디클로로메탄, 및 메탄설포닐 클로라이드(100.99 g, 0.88 몰)를, 기계적 교반기, 온도계 보호관, 질소 주입구 및 첨가 깔대기를 갖춘 4-목 3-L 플라스크에 넣었다. 240 ml 디클로로메탄이 메탄설포닐 클로라이드 중으로 린스(rinse)하기 위하여 첨가되었다. 상기 교반된 혼합물은 -11.1℃까지 냉각되었다. 트리메틸아민 (101.26 g, 1.00 몰)이 -11.1부터 +7℃까지의 범위인 온도에서 2 시간에 걸쳐 빠르게 적가되었다. 상기 결과로 생긴 황색 슬러리(slurry)는 78분 동안 18.9℃까지 데워지도록 하였다. GC 분석은 0.3%의 미반응 출발물질이 남아있음을 나타내었다. 추가 메탄설포닐 클로라이드 3.82 g이 첨가되었고, 상기 혼합물을 상온에서 밤새 교반되도록 하였다. GC 분석은 0.1% 출발물질이 남아있음을 나타내었다. 500 ml 물이 첨가되어 상기 용액을 맑게 하였다. 상기 상들은 분리되었다. 상기 디클로로메탄 부분은 450 ml의 1 N 염산으로 세척되었고, 그리고 나서 4 × 1000 ml 염수로 세척 pH 6 까지 세척되었다. 상기 디클로로메탄 용액은 황산나트륨 상에서 건조되었고, 여과되었고, 회전 증발되어 185.15 g의 액체가 되었다(>100% 수율). GC 분석은 98.1%에서 메실레이트(mesylate) 함량을 주었다. NMR 분석은 7.5 wt% 디클로로메탄이 남아있음을 나타내었다. 엔도/엑소 비율은 99.1 : 0.9이었다.
엔도-5-(2- 이오도메틸 ) 노르보넨 ( endo -5-(2- Iodomethyl ) norbornene , endo -NBMeI)의 제조
엔도-노르보넨메틸메탄설포네이트(185.15 g, 92.5%, 0.85 몰)와 1500 ml 2-펜타논(2-pentanone)을 기계적 교반기, 질소 주입구 어댑터를 가진 응축기, 마개(stopper) 및 온도계 보호관이 장착된 4-목 5-L 플라스크 안에 넣었다. 상기 혼합물은 190.4 g(1.27 몰)의 요오드화나트륨과 200 ml의 2-펜타논을 첨가하기 전에 잘 혼합되었다. 상기 혼합물은 가열되어 환류되었다. 1.5 시간 환류 후, 상기 혼합물은 매우 진해졌고 추가 500 ml 2-펜타논으로 희석되었다. 추가 1.5 시간 환류 후, 추가 500 ml 의 2-펜타논이 첨가되었다. 상기 혼합물은 계속 진해졌고 상기 반응 플라스크 상단 부분 위로 고체가 튀어 오르기 시작하였다. 추가 250 ml 2-펜타논이 첨가되었고 상기 반응은 100.9℃부터 95-96℃까지 냉각되어 더 부드럽게 교반되도록 하였다. 상기 반응은 95-96℃에서 밤새 계속되도록 하였고, 그리고 나서 2 시간 동안 100.4℃까지 가열되었으며 이때 GC 분석이 출발물질이 남아 있지 않음을 나타내었다. >90℃에서 총 반응시간은 25 시간이었다. 상기 반응은 교반하여 3O℃까지 냉각되도록 하였다. 물(500 ml)이 첨가되어 상기 용액을 맑게 하였다. 상기 상들은 분리되었다. 상기 수성 상은 500 ml 및 250 ml의 에틸아세테이트로 추출되었다. 상기 에틸아세테이트 추출물들은 2-펜타논 상과 결합되었고 <35℃에서 회전 증류되어 226.7 g의 적색 오일을 수득하였다. 이것은 300 ml 디클로로메탄으로 희석되었고 2 × 200 ml 10% 수성 소듐바이설파이트(sodium bisulfite)로 세척되었다. 상기 유기 상은 그리고 나서 300 ml 염수, 300 ml 포화 중탄산나트륨(sodium bicarbonate), 및 350 ml 염수로 최종 세척 pH = 7까지 세척되었다. 상기 디클로로메탄 용액은 황산나트륨 상에서 건조되어, 여과되었고, 회전 증발되어 203.6 g이 되었다. 물(15 ml)이 첨가되었고 상기 혼합물은 잔존 펜타논이 제거되고 단지 물만이 위로 증류하기 시작할 때까지 회전 증발되었다. 상기 잔류물은 황산나트륨 상에서 건조되었고, 여과되었고, 디클로로메탄으로 세정되었다. 이것은 12-인치 Vigreux 컬럼을 통해 진공 증류되어, 하기를 제공하였다:
1. 42.1-50.3℃ (1.35-1.40 Torr), 21.88 g, 88.3% 엔도-NBMeI
2. 46.5℃ (1.25 Torr)-42.5℃ (1.20 Torr), 58.37 g, 99.0% 엔도-NBMeI
3. 43.3-39.7℃ (1.15-1.20 Torr), 79.19 g, 99.5% 엔도-NBMeI
4. 40.0-34.9℃ (1.15 Torr), 1.53 g, 98.3% 엑소-NBMeI.
>99.0% 엔도-NBMeI의 수율은 137.56 g(69%)이었다.
엑소 -α,α-비스( 트리플루오로메틸 ) 바이사이클로 [2.2.1] 헵트 -5-엔-2-에탄올(Exo-α,α-bis( trifluoromethyl ) bicyclo [2.2.1] hept -5- ene -2- ethanol, Exo - HFANB )의 제조
기계적 교반기, 드라이 아이스 응축기, 온도계 보호관 및 질소 주입구 밸브를 갖춘 12-L 4-목 플라스크가 가열되었고 질소 플러쉬 하에서 110℃까지 열풍-건조되었다. 32℃까지 냉각한 후, 아연 가루(zinc dust) (Alfa Aesar A13633, 222.52 g, 3.45 몰)와 그리고 나서 2000 ml의 DrySolve 디메틸아세트아미드(DrySolve dimethylacetamide)가 상기 플라스크 안에 주입되었다. 다음, 요오드(59.33 g, 0.23 몰)가 상기 플라스크 안에 주입되었고, 이어서 300 ml DrySolve 디메틸아세트아미드로 세정되었다. 7분 내에, 상기 초기에 형성된 붉은 색이 녹색으로 변했고, 그리고 나서 상기 혼합물이 33.3℃까지 데워짐에 따라 회색으로 변했다. NBMeI(539.54 g, 2.3 몰)은 한번에 모두 첨가되었다. 상기 혼합물은 79℃까지 가열되었고, 이때 상기 반응이 발열을 개시하여 온도가 115℃까지 상승되도록 하였다. 상기 열원이 제거되었고 상기 반응이 89℃로 되돌아오도록 냉각되었다. 가열이 다시 시작되었다. >79℃에서 1 시간 후, GC 분석은 출발물질이 남아있지 않음을 보여준다. 상기 반응은 아세토니트릴/드라이아이스 냉각 수조(cooling bath)에서 -26.6℃까지 냉각되었다. HFA(466.1 g, 2.77몰)를 상기 반응 혼합물 내로 더하였다. 상기 HFA의 초기의 첨가는 -28부터 -19.1℃까지의 온도상승을 야기시켰다. 상기 냉각 수조는 제거되었고 습식 이소프로판올/드라이아이스 냉각 수조로 대체되었다. 상기 반응 혼합물은 -18.5 내지 -1.7℃에서 5.3 시간 동안 교반되었다. 총 물 부피가 3000 ml될 때까지 200 내지 500 ml의 증분으로 증류수를 조심스럽게 첨가하기 전에 상기 혼합물은 -28℃로 되돌아오도록 냉각되었다. 추가 1000 ml의 물이 첨가되었다. 상기 전체 혼합물을 4000 ml 물에 부었다. 상기 반응 플라스크 안의 아연 잔류물들은 1600 ml 3.5 N 염산으로 처리되었고, 상기 결과로 얻어진 혼합물은 상기 이전의 수성 켄치(aqueous quench)와 결합되었다. 상기 반응 플라스크는 ~3.5 L 물로 더 세정되었다. 상기 결합된 수성 켄치는 3 x 4000 ml 사이클로헥산으로 추출되었다. 상기 사이클로헥산 추출물들은 결합되었고 1 갤런의 염수로 pH 7까지 세척되었다. 밤새 질소 하에서 보관한 후, 상기 사이클로헥산 용액은 3 x 500 ml 25% 수성 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(tetramethylammonium hydroxide, TMAOH)로 추출되었다. 상기 결합된 TMAOH 추출물은 3 x 1000 ml 사이클로헥산으로 세척되었고, 그리고 나서 400 ml 진한 염산으로 산성화되었다. 상기 하부 상은 분리되어 657.09 g의 비정제된(crude) HFANB를 수거하였다. NMR 분석은 이것이 10.5 wt% 디메틸아세트아미드(DMA)를 함유하는 것을 보여주었다.
상기 비정제된 생성물은 200 ml 31.5% 수성 황산으로 세척되었다. 상분리가 일어나지 않아서 천천히 상분리시키기 위해 상기 혼합물은 1000 ml 디클로로메탄으로 희석되었다. 상기 유기 상은 NMR 분석이 <0.3 wt% DMA가 남았음을 나타낼 때까지 2 x 200 ml 31.5% 황산으로 세척되었고, 그리고 나서 2 x 400 ml 31.5% 황산으로 세척되었다. 상기 생성물 용액은 500 ml 염수, 500 ml 포화 중탄산나트륨, 2 x 500 ml 염수 및 10 ml 3.5 N 염산을 함유하는 500 ml 염수로 최종 세척 pH=7까지 세척되었다. 상기 생성물 용액은 황산나트륨 상에서 건조되었고, 여과되었고, 회전 증발되었다. 상기 잔류물은 14-인치 Vigreux 컬럼을 통하여 증류되었다. 하기 분획들이 수거되었다:
I. 42.6-49.5℃ (2 Torr), 44.03 g, 99.2% (GC)
II. 45.6-44.8℃ (1.95 Torr), 168.83 g, 98.8% (GC)
III. 41.5-43.9℃ (1.90 Torr), 127.44 g, 99%(GC)
IV. 41.5-43.2℃ (1.85 Torr), 118.64 g, 99.3% (GC)
V. 40.2-45.0℃ (1.75-1.80 Torr), 14.65 g, 99.1% (GC), 0.4 wt % DMA (NMR)를 함유한다.
VI. 44.9-49.9℃ (1.80 Torr), 3.10 g, 99.1% (GC), 0.8 wt % DMA (NMR)를 함유한다.
VII. 51.8-63.3℃ (1.80 Torr), 7.55 g, 98.65% (GC), 4.4 wt % DMA (NMR)를 함유한다.
고순도 엑소-HFANB(>99%), 결합된 분획들 I-IV는 73% 수율로 458.94 g이었다.
엔도-α,α-비스( 트리플루오로메틸 ) 바이사이클로 [2.2.1] 헵트 -5-엔-2-에탄올(Endo-α,α-bis( trifluoromethyl ) bicyclo [2.2.1] hept -5- ene -2- ethanol , Endo -HFANB)의 제조
기계적 교반기, 드라이 아이스 응축기, 온도계 보호관 및 질소 주입구를 장착시킨 3-L 3-목 플라스크가 가열되었고 질소 플러쉬 하에서 ~105℃까지 열풍-건조되었다. 상온으로 냉각한 후, 아연 가루(Alfa-Aesar Al3633, 57.70 g, 0.88 몰)를 상기 플라스크에 넣고, 이어서 500 ml DriSolve 디메틸아세트아미드(DriSolve dimethylacetamide, DMA)를 넣었다. 상기 혼합물은 요오드(iodine) (15.0 g, 0.059 몰)가 첨가되면서 교반되었고, 이어서 100 ml 디메틸아세트아미드로 린스하였다. 상기 혼합물은 연기(fume)를 내고 32.3℃까지 데워져서 녹색이 되었다. 3분 후, 상기 아연 슬러리가 푸른-회색(blue-gray)으로 되돌아 왔다. 추가로 9분을 기다린 후, 엔도-NBMeI(137.56 g, 0.59 몰)가 모두 한번에 첨가되었다. 상기 혼합물은 80℃까지 가열되었다. 8O℃에 이르러, 열원을 제거시킨 후 그 온도가 진정되기 전에 상기 온도가 갑자기 96℃까지 올라갔다. 상기 열원은 온도가 86℃까지 떨어진 후 대체되었다. 1 시간 후, GC 분석은 NBMeI가 남아있지 않음을 보여주었다. 상기 혼합물은 아세토니트릴/드라이 아이스 냉각 배스(bath) 안에서 -29.8℃까지 냉각시키기 전에 >80℃에서 추가 30분 교반되었다. 헥사플루오로아세톤(Hexafluoroacetone, HFA) (120.5 g, 0.73 몰)을 상기 반응 혼합물 내로 더하였다. 상기 온도는 17분 추가 시간 동안 -30.7부터 -23.4℃까지의 범위였다. 상기 냉각 수조는 메탄올/아이스 냉각 수조로 대체되었다. 상기 반응 혼합물은 -27.9 내지 -1.2℃에서 4.25 시간 동안 교반되었고, 이 때의 GC 분석은(가수분해된 NBMeZnI 부터) 엔도-메틸노르보넨(endo-methylnorbornene, NBMe) 대 HFANB 시그널 비율이 일정해졌음을 나타내었다. 총 물 부피 1500 ml가 될 때까지 50, 100, 및 250 ml의 증분으로 탈이온수를 조심스럽게 첨가하기 전에 상기 혼합물은 -30.9℃로 냉각되었다. 도달된 최대 온도가 -2.2℃이었다. 그 액체를 상기 아연염들로부터 따라내었다. 500 ml 물과 450 ml 3.5 N 염산이 상기 아연염들에 첨가되었고, 완전히 혼합하였고, 이전에 따라낸 것과 결합되었다. 상기 결합된 수성 혼합물은 3 x 1000 ml 사이클로헥산으로 추출되었다. 상기 사이클로헥산 추출물들은 1000 ml 염수로 pH 5까지 세척되었다. GC 분석은 상기 추출물들 중 61.3% HFANB를 보여주었다.
상기 사이클로헥산 추출물들은 210 ml 25% 수성 수산화 테트라암모늄(tetraammonium hydroxide, TMAOH)으로 추출되었다. GC 분석은 상기 사이클로헥산 상 안에 5.9% HFANB가 남았음을 나타내었으며, 그래서 상기 사이클로헥산 용액이 추가 50 ml 25% TMAOH로 추출되었다. 이것은 사이클로헥산 상 내에 단지 1.8% HFANB을 남겼다. 상기 TMAOH 추출물들은 결합되었고 3 x 500 ml 사이클로헥산으로 세척되었다. 상기 수성 상은 100 ml 진한 염산으로 pH 1까지 산성화되었다. 90.1% 순도 HFANB의 총 117.15 g에 달하는 상기 하부 상이 분리되어 나왔다. GC 분석은 또한 6.1% 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide, DMA) 부가(adduct) 불순물을 나타냈다. 상기 비정제된 HFANB는 250 ml 디클로로메탄으로 희석되었고, 그리고 나서 2 x 100 ml 10% 황산으로 세척되었으며, 그러나 GC 분석은 이것이 상기DMA 부가물(adduct)을 제거하는데 비효율적이라는 것을 보여주었다. 상기 비정제된 생성물은 2 x 100 ml와 200 ml 31.5% 황산으로 세척되었다. GC 분석은 남겨진 DMA 부가물이 없음을 보여준다. 상기 디클로로메탄 용액은 4 x 500 ml 염수로 pH 5까지 세척되었다. 상기 생성물 용액은 황산나트륨 상에서 건조되었고, 여과되었고, 회전 증발되어 96.9% 순도를 가진 92 g 액체가 되었다. 이것은 12-인치 Vigreux 컬럼을 통해 진공 증류되었다. 하기 분획들이 수거되었다:
I. 31.7-43.1℃ (1.55-1.95 Torr), 10.74 g, 99.3% 엔도(GC)
II. 39.5-35.6℃ (1.15-1.50 Torr), 25.82 g, 99.7% 엔도(GC)
III. 33.9-30.1℃ (1.20-1.10 Torr), 36.02 g, 99.7% 엔도(GC)
IV. 32.3-26.5℃ (0.87-0.89 Torr), 4.21 g, 99.1% 엔도(GC), 0.3% DMA 부가물.
>99% 순도에서 총 HFANB는 48% 수율에 대하여 76.79 g이었다. 분획들 I, II, 및 III은 상기 19F NMR에서 현저한 -70.7 ppm 시그널을 보여주었다. 이들 분획들은 결합되었고, 100 ml 사이클로헥산으로 희석되었고, 그리고 2 x 100 ml 25% TMAOH으로 추출되었다. 상기 TMAOH 추출물들은 3 x 100 ml 사이클로헥산으로 세척되었고, 그리고 나서 50 ml 진한 염산으로 pH<2까지 산성화되었다. 상기 생성물은 하부 상으로서 분리되었다. 이것은 제거되었고 2 x 200 ml 염수로 pH 6까지 세척되었고, 황산나트륨 상에서 건조되었고, 여과되었고, 회전 증발되어 69.54 g이 되었다. NMR 분석은 상기 19F NMR 에서 -70.7 ppm 시그널을 주는 <0.4%의 성분을 나타냈다. 이 물질은 12-인치 Vigreux 컬럼을 통해서 진공 증류되었고 하기 분획들을 제공하였다:
Bl. 27.2-41.2℃ (4.50-4.75 Torr), 40 mg 선행물(forerun)
B2. 45.1-39.O℃ (2.25-3.00 Torr), 1.11 g, 99.5% 엔도(GC)
B3. 37.6-31.5℃ (1.05-1.20 Torr), 42.62 g, 99.6% 엔도(GC)
B4. 30.5-27.9℃ (0.82-1.05 Torr), 21.87 g, 99.6% 엔도(GC)
19F NMR 분석은 분획들 B3 및 B4에서 -70.7 ppm 시그널이 거의 없거나 없음을 보여주었다. 분획들 B3 및 B4은 40% 수율에 대해 총 64.49 g이었다. GC 체류 시간: 4.55분 (엔도-HFANB), 4.43분 (엑소-HFANB), 2.09분(엔도-NBMe), 2.66분(DMA 부가물).
엑소 -노르보넨카르복실산( Exo - Norbornenecarboxylic Acid, exo - NBCO 2 H )의 제조 ( AgNO 3 및 NaOH 을 통한)
엑소-NBCHO (톨루엔 중 49.2 wt%의 1188 g, ~4.79 몰)를 기계적 교반기, 온도계 보호관, 마개 및 2-리터 첨가 깔대기가 장착된 50-리터 유리 플라스크 안에 넣었다. 상기 알데하이드는 10 L 시약 알코올로 희석되었고 -13.7℃까지 냉각되었다. 질산은(1226 g, 7.2 몰, 1.5 당량)이 1800 ml 물에 용해되었고 상기 알데하이드 용액에 일부분씩 첨가되었다. 첨가는 온도가 -13.7부터 -0.9℃까지의 범위인 동안 12분 이내에 완료되었다. 상기 반응 혼합물은 10 L 물 중 수산화나트륨(575 g, 14.4 몰)을 첨가하기 전에 -11.6℃까지 냉각되었다. 온도가 -11.6부터 -0.2℃까지의 범위인 동안 상기 첨가는 4 시간 이내에 완료되었다. GC 분석이 생성물 형성에 있어서 추가의 증가가 없음을 나타낼 때까지 상기 혼합물은 -3℃에서 추가 1 시간 교반되었다. 상기 반응 혼합물은 상기 은(silver) 잔류물을 제거하기 위해 여과시켰고 상기 결과로 수득된 맑고, 거의 무색의 여과액(filtrate)은 1400 ml의 진한 염산으로 pH 1까지 산성화되었다. 상기 혼합물은 3 x 4000 ml 디클로로메탄으로 추출되었다. 상기 결합된 추출물들은 2 갤런 염수로 세척되었고, 그리고 나서 2 x 1 갤런 염수로 세척 pH 5까지 세척되었다. 상기 추출물들은 회전 증발되어 오일(oil) 690 g이 되었다. 이것은 2000 ml 디클로로메탄에 용해되었고 그리고 나서 2 리터 8% 수성 수산화나트륨으로 추출되었다. GC 분석이 마지막 세척에서 엑소-NBMeOH의 부산물이 없음을 나타낼 때까지 상기 수성 수산화나트륨 추출물은 4 x 600 ml 디클로로메탄으로 세척되었다.
상기 수성 수산화나트륨 추출물은 310 ml 진한 염산으로 산성화되었다. 상기 결과로 수득된 상들은 분리되었다. 상기 상부 수성 상은 2 x 600 ml 디클로로메탄으로 추출되었다. 상기 유기 상들은 결합되었고 1000 ml 염수로 세척되었다. 이것은 천천히-분리되는 유백색 에멀젼(milky emulsion)을 주었다. 추가 500 ml 디클로로메탄 및 500 ml 물이 첨가되어 상기 에멀젼을 해체시키고(break) 상 분리에 영향을 미쳤다. 상기 유기 부분들은 황산나트륨 상에서 건조되었고, 여과되었고, 회전 증발되어 533.8 g이 되었으며, GC에 의하여 100% 순도를 보였다. 듀테리오메탄올(deuteriomethanol) 용매에서 NMR 분석은 단지 1.3% 엔도-이성질체를 나타낸다.
상기 최종 염수 세척수는 50 ml 진한 염산으로 pH 1까지 산성화되었다. 이것은 3 x 600 ml 디클로메탄으로 추출되었다. 상기 추출물들은 500 ml 염수로 pH 5까지 세척되었고, 그리고 나서 황산나트륨 상에서 건조되었고, 여과되었고, 회전 증발되어 50.4 g을 주었고, GC에 의해 100% 순도의 엑소-NBCO2H를 주었다. 총 수율은 584.4 g(~88% 수율, NBCN 부터 72% 수율). NMR 분석은 상기 단리된 생성물이 여전히 6-7% 디클로로메탄을 함유하고 있음을 나타내었다. GC 체류 시간: 5.50분.
엔도- NBCO 2 H ( endo - NBCO 2 H )의 제조( AgNO 3 및 NaOH 을 통한)
엔도-NBCHO(톨루엔 중 56.7 wt%의 948 g, ~4.4 몰)를 기계적 교반기, 온도계 보호관, 마개 및 2-리터 첨가 깔대기를 장착시킨 50-리터 유리 플라스크에 넣었다. 상기 알데하이드는 9200 ml 시약 알코올로 희석되었고 -11.4℃까지 냉각되었다. 질산은 (1128 g, 6.6 몰, 1.5 당량)은 1700 ml 물 중에 용해되었고 상기 알데하이드 용액에 일부분씩 첨가되었다. 온도가 -11.4부터 -0.5℃의 범위인 동안 첨가는 19분 이내에 완료되었다. 상기 반응 혼합물은 9.2 리터의 물 중 수산화나트륨 (529 g, 13.2 몰)을 첨가하기 전에 -8.0℃까지 냉각되었다. 온도가 -8.0부터 -0.2℃까지의 범위인 동안 상기 첨가는 5 시간 54분 이내에 완료되었다. GC분석이 생성물 형성에 있어서 더 이상의 증가가 없음을 보여줄 때까지 상기 혼합물은 <0℃에서 추가 1.5 시간 교반되었다. 상기 반응 혼합물은 여과되어 은 잔류물을 제거하였고, 상기 은 잔류물은 시약 알코올로 세척되었고, 상기 결과로 수득되는 맑은, 거의 무색의 여과액은 1200 ml 진한 염산으로 pH 1까지 산성화되었다. 상기 혼합물은 3 x 4000 ml 디클로로메탄으로 추출되었다. 상기 결합된 추출물들은 3 x 2 갤런 염수로 세척 pH 5까지 세척되었다. 상기 추출물들은 회전 증발되어 오일 738 g을 수득하였다. 이것은 2000 ml 디클로로메탄 중에서 용해되었고 그리고 나서 2 리터 8% 수성 수산화나트륨으로 추출되었다. GC 분석이 최종 세척에서 엔도-NBMeOH 부산물이 없음을 보여줄 때까지 상기 수성 수산화나트륨 추출물은 4 x 1000 ml 디클로로메탄으로 세척되었다.
상기 수성 수산화나트륨 추출물은 335 ml 진한 염산으로 pH 2까지 산성화되었다. 상기 결과로 수득된 상들은 분리되었다. 상기 상부의 수성 상은 2 x 500 ml 디클로로메탄으로 추출되었다. 상기 유기 상들은 결합되었고 1000 ml 염수로 pH 4까지 세척되었다. 상기 유기 부분들은 황산나트륨 상에서 건조되었고, 여과되었고, 회전 증발되어 579.3 g(95% 수율, 엔도-NBCN부터의 71% 수율)이 되었고, GC에 의해 99.8% 순도의 엔도-NBCO2H를 보여 주었다. 상기 물질은 밤새 결정화되었고, 잔류하는 디클로로메탄의 증발에 의하여 상당한 질량을 잃었다. NMR 분석은 <5.6%의 엑소-이성질체 및 1.8 wt% 디클로로메탄을 나타내었다. 최종 수율은 478.1 g(엔도-NBCHO부터 78.7% 수율, 엔도-NBCN부터 51% 수율)이었다. GC 체류 시간: 5.46분, 엔도-NBCO2H.
상기 초기의 염수 세척으로부터의 소분(aliquot)의 디클로로메탄 추출물은 NMR 분석을 통해 잠정적으로 34 g까지의 에틸 에스테르(ethyl ester)가 존재할 수 있다는 것을 나타냈다.
엑소 NBCO 2 H 의 제조( NaClO 2 을 통한)
엑소-NBCHO(87.5:12.5 엑소:엔도, 1.2 g, 0.01 몰)가 50 ml의 용융된 t-BuOH 중에 용해되었다. 2-메틸-2-부텐(2-Methyl-2-butene) (22 ml, 0.2 몰)이 상기 알데하이드 용액에 첨가되었다. NaClO2 (80%, 1.7 g, 0.02 몰)이 10 ml 탈이온수에 용해되었다. 인산이수소나트륨(sodium dihydrogen phosphate) (3.00g, 0.03 몰)이 상기 NaClO2 용액에 첨가되었고 그리고 나서 초음파로 처리되어 용해되어, 4-5 사이의 pH를 가진 수성 용액을 주었다. 상기 알데하이드 용액은 상기 산화제 용액(oxidant solution)을 적가하기 전에 17.5℃까지 냉각되었다. 상기 반응 용액은 11.1℃까지 냉각하는 동안 짙은 황색이 되었다. 첨가는 8분 이내에 완료되었다. GC 분석은 알데하이드가 거의 잔류하지 않음을 보여주는 반면, 상기 산 생성물은 92:8의 엑소/엔도 비율을 주었다. 상기 반응은 17.9℃에서 66분 교반한 후 무색이 되었다. GC 분석은 상기 % 산이 89%에서 최대가 됨에 따라 생성물 형성에 있어서 더 이상의 증가가 없음을 나타내었다. 상기 용매들은 회전 증발에 의해 제거되었고 그 잔류물을 10 ml 탈이온수 중에 녹였다. 상기 용액은 12.5 ml 8% 수성 NaOH으로 pH 11까지 염기화 되었다. 이것은 2 x 20 ml 디클로로메탄으로 세척되었고 그리고 나서 7.5 ml 3.5 N 수용성 염산으로 pH 3까지 재-산성화되었다. 상기 산성화된 용액은 3 x 20 ml 디클로로메탄으로 추출되었다. 상기 디클로로메탄 추출물들은 25 ml 염수로 pH 5까지 세척되었고, 그리고 나서 황산나트륨 상에서 건조되었고, 여과되었고, 회전 증발되어 0.74 g의 무색 액체(54% 수율)를 주었다. GC 분석은 90:10의 엑소/엔도 비율의 97.7% 순도를 나타낸다. NMR 분석은 10-15% 엔도-이성질체의 존재를 나타내지만, 2-3.2 ppm 사이의 지방족 영역에서 "노이즈(noise)"를 보여준다. GC 체류 시간: 5.08분 (엑소-NBCO2H), 5.15분 (엔도-NBCO2H).
엔도- NBCO 2 H 의 제조 ( Oxone ®을 통한)
250 mL 둥근 바닥, 3-목 플라스크에 자성 교반 막대(magnetic stir bar), 응축기, 마개, 및 셉텀(septum)을 장착하였다. 상기 플라스크에 엔도-NBCN (5.96 g, 50 mmol)가 첨가되었고, 상기 내용물들이 0 내지 5℃까지 얼음-수조를 통해 냉각되었다. 계속적으로 퍼지된(purged) 질소 분위기에서, 헥산 중 1.0 M DIBAL-H (50 mL, 50 mmols)이 교반되는 동안 적가되었다. 상기 첨가가 완료된 후, 상기 반응은 15분 동안 0 내지 5℃에서 교반되도록 하였다. 상기 내용물들은 차가운, 묽은 염산(1N, 100 mL)을 포함하는 분별 깔대기로 옮겨졌다. 상기 결과로 수득된 알데하이드는 차가운 디에틸 에테르(diethyl ether) (4 x 100 mL)으로 추출되었고, DMF (73 mL) 및 고체, 산화제 옥손(Oxone®)(DuPont CAS-RN 70693-62-8) (2KHSO5
Figure 112010035031614-pct00020
KHSO4
Figure 112010035031614-pct00021
K2SO4) (30.6 g)의 슬러리를 포함하는 플라스크에 채워졌다. 상기 혼합물은 0 내지 5℃에서 열린 대기(open atmosphere)에서 교반되었으며 상기 알데하이드가 그 대응하는 카르복실산으로 산화되었다. 상기 내용물들은 분별 깔대기로 옮겨졌고, 여기서 묽은 염산이 임의의 잔류하는 옥손(Oxone®)을 용해시키기 위해 첨가되었다. 상기 수성 층은 버려졌고 상기 유기 층은 물(4 x 100 mL)로 세척되어 DMF를 제거하였다. 상기 유기 층은 수성 탄산칼륨(potassium carbonate) (25 wt%)으로 추출되었고, 상기 수성 층은 진한 염산으로 산성화되었다. 상기 결과로 얻어진 침전물은 디에틸 에테르(3 x 100 mL)로 추출되었고, MgSO4 상에서 건조되고 여과되었다. 상기 디에틸 에테르가 감압 하에서 제거되어 순수한 엔도-NBCO2H (5.81 g, 84.1%)을 제공하였다.
엑소 -노르보넨메톡시메틸헥사플루오로프로판올( Exo - Norbornenemethoxymethyl hexafluoropropanol, Exo - NBMMHFP )의 제조
NaH(60%, 175.6 g, 4.39 몰)을, 기계적 교반기, 첨가 깔대기, 질소 가스 주입구 및 온도계 보호관이 장착된 4-목 12-L 플라스크에 넣었다. 상기 반응장치는 질소 플러쉬 하에서 열풍 건조기로 12O℃까지 가열함으로써 미리 건조되었다. 건조된 THF (1700 ml)가 첨가되었고, 상기 결과로 얻어진 슬러리는 -11.2℃까지 냉각하면서 기계적으로 교반되었다. 엑소-NBCH2OH(448 g, 3.61 몰, 분획들 4 및 5)는 420 ml 건조된 THF 중에 용해되었고, 상기 NaH/THF 혼합물에 적가되었다. 첨가 시간은 -12.2℃부터 -8.9℃까지 범위의 온도에서 25분이었다. 상기 반응물은 상온(17℃)까지 데워지고, 밤새 교반되도록 하였다. 상기 반응은 -18.2℃까지 냉각되었고, 657.2 g (3.65 몰) 헥사플루오로이소부틸렌 에폭사이드(hexafluoroisobutylene epoxide, HFIBO)가 적가되었다. 첨가 시간은 -18.4℃ 부터 -0.1℃까지 범위의 온도에서 2 시간이었다. GC 분석은 20.8% 미반응 출발물질을 나타내었다. 상기 혼합물은 상온(18.7-27.7℃)까지 데워지고, 추가 5 시간 동안 교반되도록 하였다. GC 분석은 미반응 출발물질이 없음을 검출하였다. 상기 혼합물은 -11.3℃까지 냉각되었고, 1750 ml 물이 켄치하기 위하여 첨가되었다. 상기 켄치 시간은 81분이었고, 켄칭 온도는 최대 -2.0℃에 도달하였다. 그리고 나서, 375 ml 진한 염산이 첨가되었고, 그 pH가 2가 되었다. 그 짙은 황색 THF 층은 그 하부 수성 상으로부터 분리되었다. 상기 수성 상은 2 x 500 ml MTBE로 추출되었다. 상기 유기 부분들은 결합되었고 그리고 나서 2개의 2-L 분량들로 분할되었다. 각각은 2 x 1000 ml 염수로 pH 5까지 세척되었다.
상기 2번째 유기 부분은 에멀젼을 나타내었고, 따라서 분리를 촉진하기 위해 3 x 250 ml MTBE로 추가 희석되었다. 상기 결합된 유기 부분들은 황산나트륨 상에서 밤새 건조되었고, 여과되었고, 회전 증발되어 1279.8 g의 호박색(amber) 액체를 주었다. GC 분석은 98.6% 순도를 나타내었다. 상기 비정제된 생성물은 12-인치 Vigreux 컬럼을 통해 진공 증류되었다:
1. 22.5O℃ (1.65 Torr)-91.80℃ (1.15 Torr), 33.38 g, 95.3% (GC), THF를 함유한다.
2. 89.20℃ (0.98 Torr)-76.20℃ (0.89 Torr), 121.08 g, 98.3% (GC), NMR ok
3. 75.O℃ (0.84 Torr)-64.9℃ (1.00 Torr), 257.99 g, 98.8% (GC), NMR ok
4. 64.4℃ (0.86 Torr)-62.2℃ (0.95 Torr), 637.58 g, 99.7% (GC), NMR ok
5. 61.4℃ (0.91 Torr)-63.O℃ (0.94 Torr), 19.32 g, 98.1% (GC), NMR에서 추가 신호들
6. 53.8℃ (0.91 Torr)-124.1℃ (0.98 Torr), 4.63 g, 황색
7. 120.2-140.1℃ (0.96 Torr), 5.70 g, 황색 포트(pot), 63.5 g
분획들 2, 3 및 4는 결합되어 99.2%(GC) 순도로 1016.65 g (93% 수율)을 주었다. 체류 시간: 4.902분.
엔도- NBMMHFP 의 제조
NaH(60%, 17.73 g, 0.44 몰)를, 기계적 교반기, 첨가 깔대기, 질소 가스 주입구 및 온도계 보호관을 장착한 500 ml 플라스크 안에 넣었다. 상기 반응장치는 질소 플러쉬 하에서 열풍 건조기로 ~120℃까지 미리 건조되었다. 건조된 THF(200 ml)가 첨가되었고 상기 결과로 수득된 슬러리는 -16.8℃까지 냉각되는 동안 기계적으로 교반되었다. 엔도-NBCH2OH(50.0 g, 0.403 몰)는 50 ml 건조된 THF에서 용해되었고 상기 NaH/THF 혼합물에 적가되었다. 첨가 시간은 -16.8℃부터 -0.8℃까지의 온도 범위에서 32분이었다. 상기 백색 슬러리는 상온까지 데워져서 밤새 교반되도록 하였다. 상기 반응은 -17.4℃까지 냉각되었고 72.8 g(0.40 몰) 헥사플루오로이소부틸렌 에폭사이드(hexafluoroisobutylene epoxide, HFIBO)가 적가되었다. 첨가시간은 -15.1℃부터 -2.4℃까지의 온도 범위에서 26분이었다. 상기 냉각 수조는 제거되었고 상기 반응은 매우 빠르게 11.3℃까지 데워졌고, 여기서 상기 발열을 늦추기 위해 잠깐 다시 냉각되었다. GC 분석이 더 이상의 변화를 보이지 않을 때까지 상기 반응은 15-18℃에서 4.5 시간 교반되었다. 상기 혼합물은 -8℃까지 냉각되었고 200 ml 물이 켄치하기 위해 첨가되었다. 상기 켄칭 온도는 최대 +0.2℃에 달했다. 그리고 나서, 40 ml의 진한 염산이 첨가되었다. 상기 황금빛의(golden) THF 층은 상기 하부 수성 상으로부터 분리되었다. 상기 수성 상은 2 x 100 ml MTBE로 추출되었다. 상기 유기 부분들은 결합되었고 3 x 100 ml 염수 및 그리고 나서 4 x 200 ml 염수로 pH 6까지 세척되었다. 상기 추출물들은 황산나트륨 상에서 건조되었고, 여과되었고 회전 증발되어 오일 129.06 g을 주었다. GC 분석은 93.9% 순도 및 4.4% 미반응 엔도-알코올을 나타내었다. 상기 물질은 Kugelrohr 오븐에서 증류되어, 110℃(2 torr)에서 98.5% 순도 및 1.5% 엔도-NBMeOH의 87.03 g을 주었다. 120-130℃(2 torr)에서 98.9% 순도 및 1.1% 엔도-NBMeOH의 추가 1.67 g이 수거되었다. 상기 87 g 시료는 Kugelrohr 오븐에서 재증류되어, 104℃(1 torr)에서 99.2% 순도를 가지고 0.8% 엔도-NBMeOH를 함유하는 50.80 g을 주었다. 28.18 g의 선행물(forerun) 또한 104℃(1 torr)에서 수거되었고, 96.6% 순도 및 3.4% 엔도-NBMeOH를 주었다. >99% 순도 생성물의 수율은 41%이었다. >98% 순도의 부가물 수율은 72%이었다. GC 체류 시간은 5.29분 (엔도-NB MMHFP), 3.13분 (엔도-NBMeOH)이었다.
엑소 - 노르보네닐메톡시디페닐메틸실레인 ( Exo -Norbornenylmethoxydiphenyl methylsilane , Exo - NBCH 2 OSiMePh 2 )
엑소-노르보네닐 메탄올(96 g, 0.77몰)의 일분량(a charge)이, 질소로 살포된(sparged) 5-목, 50O mL 유리 재킷 반응기(glass jacketed reactor) 내에 첨가되었다. 상기 반응기는 75℃ 설정점을 갖는 가열/냉각 순환 배스(heating/cooling circulating water bath)를 통해 가열되었다. 내부 반응기 온도 75℃에서, 디페닐메틸(디메틸아미노 실레인)(diphenylmethyl(dimethylamino silane)) (171 g, 0.71몰)을 첨가 깔대기를 통해 적가하여 발열 반응이 일어나는 것을 방지하였다. 다음, 상기 내부 반응기 온도를 100℃까지 가열하였다. 그것은 24 시간까지 유지되었고 상기 디메틸아민 함량이 상기 반응기 안에서 1% 미만이라는 것을 확인하기 위한 GC 관찰를 위해 시료를 채취하였다. 상기 반응기는 산 염기 스크러버(acid base scrubber)와 연결되어 있고, 이것은 상기 디메틸아민을 중화시켰다. 상기 반응 혼합물은 냉각되었고 병 안으로 수거되었다. 상기 엑소-노르보네닐메톡시디페닐메틸실레인(exo-norbornenylmethoxydiphenylmethylsilane)의 비정제된 물질 (209 g, 71% 수율)은 15O℃ 및 60 mTorr에서 단형 증류 장치(short path head distillation setup)를 통해 정제되어 무색의 액체로서 140 g(>98%, 100% 엑소 함량)을 수득하였다. 프로톤(Proton) NMR은 단지 엑소-NBCH2OSiMePH2의 존재를 나타내었고, 이것은 상기 출발물질의 부분입체이성질체적 순도가 유지되었음을 나타내었다.
엑소 - 노르보네닐 에톡시 디페닐메틸 실레인 ( Exo - Norbornenyl Ethoxy Diphenylmethyl Silane , Exo - NBCH 2 CH 2 OSiMePh 2 )
엑소-노르보네닐에탄올(exo-norbornenylethanol, exo-NBCH2CH2OH) (246 grams, 1.78몰)의 일분량이, 질소로 살포된, 5-목, 50OmL 유리 자켓자켓기 안에 첨가되었다. 상기 반응기는 75℃ 설정점으로 가열/냉각 순환 수조를 통해 가열되었다. 내부 반응기 온도 75℃에서, 디페닐메틸(디메틸아미노)실레인(diphenylmethyl(dimethylamino)silane) (390 g, 1.62 몰)이 첨가 깔대기를 통해 적가되어 발열 반응이 생기는 것을 방지하였다. 다음, 상기 내부 반응기 온도가 100℃까지 가열되었다. 이것은 24 시간 동안 유지되었고 상기 모든 디메틸아민 가스가 상기 반응기 안에서 1% 미만이라는 것을 확인하기 위해 GC 관찰로 시료를 시험하였다. 상기 반응기는 산 염기 가스 세정기(acid base scrubber)와 연결되어 있었고, 이것은 상기 방출된 디메틸아민을 중화시켰다. 상기 반응 혼합물은 냉각되었고 병 안으로 수거되었다. 상기 엑소-노르보네닐에톡시디페닐메틸실레인(exo-norbornenylethoxydiphenylmethylsilane)의 비정제된 물질 (540 g, 78% 수율)은 16O℃ 및 50 mTorr에서 단형 증류 장치를 통해 정제되어 무색의 액체로서 317 g (>98% 순도)을 수득하였다. 프로톤 NMR은 엑소-NBCH2CH2OSiMePh2 생성물이 출발 엑소-NBCH2CH2OH와 동일한 부분입체이성질체적 순도를 가짐을 나타내었다.
엔도- 노르보넨 - 카르복실산 테트라하이드로 -2-옥소- 푸라닐 에스테르( endo -Norbornene-carboxylic acid tetrahydro -2-o xo -3- furanyl ester , endo - GBLNB )의 합성
적당한 크기의 플라스크가 α-Br-δ-부티로락톤(α-Br-δ-butyolactone) (26.1 g, 158 mmols)으로 채워졌다. 상기 플라스크에 온도계, 셉텀 및 응축기를 장착한 후, 엔도-NBCO2H(20.0 g, 145 mmols)와 테트라하이드로푸란(tetrahydrofuran) (100 mL)이 첨가되었다. 질소 스윕(sweep) 하에서, 상기 용액은 빙욕조(ice-bath)의 보조로 ~5℃까지 냉각되었다. 다음으로, 트리에틸아민(triethylamine) (19.1 g, 189 mmols)을 상기 셉텀을 통해 주입시키고 상기 내용물들이 주변온도로 데워지도록 하였고, 그 이후에 20 시간 동안 환류하였다. 주변 온도로 냉각하도록 한 후, 상기 내용물들은 부산물을 분리하기 위해 여과되었다. 메틸렌클로라이드(methylene chloride)로 상기 여과액(filtrate)을 희석시키고, 상기 용액은 5% 중탄산나트륨 (2 x 50 mL) 및 물 (1 x 50 mL)로 추출되었다. 상기 용액은 황산마그네슘 상에서 건조되어 여과되었다. 디에틸 에테르가 상기 용액에 첨가되었고, 재결정화를 도왔다. 엔도-GBLNB(21.5 g, 67% 수율)가 여과에 의해 수거되었다. 프로톤 NMR은 엔도-GBLNB 생성물이 출발 엔도-NBCO2H와 동일한 부분입체이성질체적 순도를 가짐을 보여주었다.
엑소 - GBLNB 의 합성
적당한 크기의 플라스크를 α-Br-δ부티로락톤(26.3 g, 160 mmols)으로 채웠다. 상기 플라스크에 온도계, 셉텀, 그리고 응축기를 장착한 후에, 엔도-NBCO2H(20.0 g, 145 mmols)와 테트라하이드로푸란 (100 mL)이 첨가되었다. 질소 스윕 하에서, 상기 용액은 빙욕조의 보조로 ~5℃까지 냉각되었다. 다음으로, 트리에틸아민(19.1 g, 189 mmols)이 상기 셉텀을 통해 주입되었고 상기 내용물들을 주위온도까지 데워지게 하였고 그 후에 20 시간 동안 환류하였다. 주위온도까지 냉각하도록 한 후에, 상기 내용물들은 여과되어 부산물을 분리하였다. 여과액(filtrate)은 메틸렌클로라이드로 희석되었고, 상기 용액은 5% 중탄산나트륨(2 x 50 mL) 및 물(1 x 50 mL)로 추출되었다. 상기 용액은 황산마그네슘 상에서 건조되었고, 여과되었다. 디에틸에테르가 상기 용액에 첨가되어 재결정에서 보조하였다. 엑소-GBLNB가 여과에 의해 수거되었다. 프로톤 NMR은 엑소-GBLNB 생성물이 상기 출발 엑소-NBCO2H와 동일한 부분입체이성질체적 순도를 보유함을 나타내었다.
엔도- 노르보넨 - 카르복실산 에틸사이클로헥실 에스테르(엔도- ECHENB )의 합성
트리에틸아민(5.54 g, 54.8 mmols)과 p-톨루엔 술포닐 클로라이드 (8.35 g, 43.8 mmols)가 밀봉된 셉텀병(septum bottle) 내 디메틸아세트아마이드(2.29 g)에 용해되었다. 상기 용액은 엔도-NBCO2H (5.04 g, 36.5 mmols), 1-에틸사이클로헥사놀 (5.62 g, 43.8 mmols), 및 디메틸아세트아마이드 (2.00 g)를 포함하는 적당한 크기의 병에 주입되었고 질소하에서 50℃까지 가열되었다. 20 시간 동안 가열 후에, 상기 용액은 테트라하이드로푸란 내에서 침전되었고 여과되어 트리에틸아민 염화수소(triethylamine hydrogen chloride)를 제거했다. 톨루엔이 상기 여과액에 첨가되었고, 이것은 15% 수산화나트륨(2 x 30 mL), 및 물(2 x 50 mL)로 세척되었다. 컬럼 크로마토그래피(column chromatography)를 통한 정제는 엔도-ECHENB을 제공했다. 프로톤 NMR은 상기 생성물은 고순도 엔도-ECHENB 임을 나타냈다.
엑소 - ECHENB 의 합성
트리에틸아민 (5.54 g, 54.7 mmols)과 p-톨루엔 술포닐 클로라이드 (8.35 g, 43.8 mmols)가 밀봉된 셉텀병 내의 디메틸아세트아마이드(2.29 g) 중에 용해되었다. 상기 용액은 엑소-NBCO2H (5.04 g, 36.5 mmols), 1-에틸사이클로헥사놀 (5.62 g, 43.8 mmols), 및 디메틸아세트아마이드(2.00 g)를 포함하는 적당한 크기의 병에 주입되었고, 질소 하에서 50℃까지 가열되었다. 20 시간 동안 가열 후에, 상기 용액은 테트라하이드로푸란 내에서 침전되었고 여과되어 트리에틸아민 염화수소를 제거했다. 톨루엔이 상기 여과액에 첨가되었고, 이것은 15% 수산화나트륨(2 x 30 mL), 및 물(2 x 50 mL)로 세척되었다. 컬럼 크로마토그래피를 통한 정제는 엑소-ECHENB을 제공했다. 프로톤 NMR은 상기 생성물은 고순도 엔도-ECHENB임을 나타냈다.
엑소 -/엔도- TMSENB 로부터 엑소 -/엔도 TMSETD(테트라사이클로도데세닐에틸트리메톡시실레인( tetracyclododecenylethyltrimethoxysilane ))의 합성
고압 마이크로튜브가 TMSENB(2.74 g, 11.3 mmols)와 DCPD (0.26 g, 2.0 mmols)로 채워졌다. 상기 마이크로튜브는 4 시간 동안 220℃까지 가열되었고, 상기 내용물들은 분석되었다. GC 체류 시간: 9.740 분 (TMSENB, 69.3 면적%), 10.973 분 (삼량체들, 1.58 면적%), 14.919 (TMSETD, 16.8 면적%), 15.466 (TMSETD, 8.4 면적%). 총 TMSETD 수율은 GC 면적 %로부터 25.2%였다.
엑소 - TMSENB 로부터 엑소 -/엔도- TMSETD 의 합성
고압 마이크로튜브가 엑소-TMSENB(2.74 g, 11.3 mmols)와 DCPD(0.26 g, 2.0 mmols)로 채워졌다. 상기 마이크로튜브는 4 시간 동안 220℃까지 가열되었고, 상기 내용물들은 분석되었다. GC 체류 시간: 9.763분 (TMSENB, 54.9 면적%), 10.974분 (삼량체들, 1.52 면적%), 14.808 (TMSETD, 2.03 면적%), 15.625 (TMSETD, 38.4 면적%). 총 TMSETD 수율은 GC 면적%로부터 40.43%였다.
엑소 - NBCN 로부터 엑소 -/엔도- TDCN(옥타하이드로디메타노나프텔렌카르보니트릴(octahydrodimethanonaphthalenecarbonitrile))의 합성
고압 마이크로튜브가 엑소-NBCN(1.76 g, 14.8 mmols)와 CPD(0.49 g, 7.4 mmols)로 채워졌다. 상기 마이크로튜브는 4 시간 동안 220℃까지 가열되었고, 상기 내용물들은 분석되었다. GC 체류 시간: 12.716분 (TDCN, 5.7 면적%), 13.005분 (TDCN, 1.1 면적%), 13.386 (TDCN, 46.8 면적%).
중합 실시예 - HFANB / MeOAcNB 의 제조
세 가지 중합반응들이 수행되었다. 각각에 대하여, HFANB (0.017 mmol)의 부분입체이성질체 혼합물이 본질적으로 순수한 엔도-NBMeOAc (중합반응 A), NBMeOAc의 부분입체이성질체 혼합물(중합반응 B), 또는 본질적으로 순수한 엑소-NBMeOAc(중합반응 C)의 0.014 mmol와 함께 적당한 크기의 반응용기에 채워졌다. 상기 언급한 단량체들에 추가하여, 상기 반응용기들은 각각 N-디메틸아닐리늄 테트라키스(펜타플루오로페닐) 보레이트 (DANFABA 0.090 mmol), 에틸 아세테이트 (2.5 g) 및 톨루엔(7.4 g)으로 채워졌다. 그리고 나서, (acac)팔라듐(II)비스(아세토니트릴)테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트(Pd-967 0.03 mmol)가 각 반응 용기에 첨가되었고, 이어서 포름산 3.26 mmol이 첨가되었다. 각 반응 용기는 90℃까지 가열되었고 18 시간 동안 교반되었다. 냉각한 후에, 총 고체 분석이 퍼센트 전환[토탈 고체 분석기 (Mettler Toledo HR73 halogen moisture analyzer)를 사용]을 측정하기 위하여 수행되었고, GPC 분석은 분자량 결정[폴리(스티렌) 스탠다드를 이용한 젤 침투성 크로마토그래피]을 위하여 사용되었다. 다음, 각각의 고분자는 정제되어 잔류 촉매를 제거하였고 그리고 나서 헥산(hexane) 내에서 침전되었고 진공 오븐 안에서 건조되었다.
Figure 112010035031614-pct00022
표 2에 나타낸 바와 같이, 상기 본질적으로 순수한 엑소-및 엔도-NBMeOAc 단량체들은 효과적으로 중합되었다. 더욱이, 중합 실시예 A는 가장 낮은 분자량과 % 전환(conversion)을 가져오는 반면에 중합 실시예 C는 가장 높은 분자량을 가지고 중합 실시예 B는 중간 분자량을 나타내는 것을 볼 수 있다. 따라서, 그러한 중합실시예들은 상기 부분입체이성질체 혼합물과 상기 엔도-에피머 모두와 비교하여, 상기 엑소-NBMeOAc의 더 높은 반응성을 보여준다. 더 더욱이, 본질적으로 순수한 엑소- 및 엔도- 이성질체들을 가지는 것은, 본 발명에 따른 중합 구현예들이, 교호 고분자들(alternating polymers), 블록 고분자들(block polymers) 및 구배 고분자들(gradient polymers)를 만드는 것에 지향되도록 하며 여기서 그러한 고분자들의 구체적 배열(configuration)들은 다른 물질들뿐만 아니라 채용되는 구체적 반복 단위들의 이성질체적 배열에도 기초된는 것이 명백하다.
지금까지, 상기 실시예들에 의하여 및 통하여, 본 발명에 따른 데이터 및 검토, 구현예들이 설명되어졌음이 인식되어야 한다. 예를 들어, 5-NBCHO의 엔도- 및 엑소-에피머들 모두의 제조에 대하여 제공하는 구현예들뿐만 아니라 그러한 5-NBCHO 이성질체들로부터 유도된 다양한 다른 노르보넨계 단량체들의 엔도- 및 엑소-에피머 모두의 형성을 설명하는 구현예들도 나타내었다. 또한, 비스-시아노[비스-카르복스알데하이드] 노르보넨류와 TD 또는 그러한 카르복스알데하이드류의 더 높은 동족체들(higher homologs) 또한 광범위의 다양한 종류의 원하는 노르보넨계 단량체들을 형성하는데 사용될 수 있다는 것을 가르친다. 더 더욱이, 다양한 동족체화 반응들은 하나 이상의 메틸렌 기를 그 안에 삽입함으로써 작용기들의 길이를 증가시키기 위해 채용될 수 있다는 것을 가르친다.
추가적으로, 본질적으로 순수한 단량체 에피머들의 중합으로 지향되는 본 발명에 따른 구현예들이 기술되고 나타내었다. 또한 노르보넨계 단량체들의 중합으로 지향되는 본 발명에 따른 구현예들이 또한 기술되어 있고, 여기서 상기 중합을 위한 상기 단량체 공급원료는 하나 또는 수 개의 단량체 형태의 엔도- 및 엑소- 에피머들의 구체적 비율을 포함한다. 이해되는 바와 같이, 다양한 단량체 형태들의 상기 엔도- 및 엑소-에피머들 모두의 제조로 지향되는 본 발명의 구현예들에 의하여 및 통하여서만, 임의의 하나(혹은 수 개)의 단량체 형태(들)에 대하여 그러한 에피머들의 원하는 비율을 결정하고 그리고 나서 이(이들) 원하는 비율(들)을 가지는 단량체 공급원료를 만들고 반복 단위들로서 그러한 에피머들을 포함하는 고분자를 창출하기 위해 그러한 공급원료를 중합하는 것이 가능하다. 더 더욱이, 그러한 원하는 비율들을 가지는 그러한 고분자들은 그리고 나서 특정 고분자 특성들을 가지도록 테일러링된다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 알칼리 용액 내에서 원하는 용해 속도, 분자량 또는 특정 파단 연신 등. 예를 들어 표 2에서 나타낸 바와 같이, 약 2400의 Mw를 가지는 HFANB/NBMeOAc 고분자가 요구되는 경우, 그러한 것은 NBMeOAc의 본질적으로 순수한 엔도-이성질체를 사용하여 얻을 수 있는 반면에 약 3400의 Mw가 필요한 경우, 그 대응하는 본질적으로 순수한 엑소-이성질체를 사용하는 것이 적절한 것이다.
고순도 엑소-노르보넨 유사체들(analogs)로부터 만들어지는 상기 TD 단량체들의 합성 수율들은, 위에서 나타낸 바와 같이, 유사 엔도-단량체나 그러한 단량체들의 부분입체이성질체 혼합물과 비교하였을 때 그러한 단량체들의 더 높은 반응성을 나타낸다는 것이 인식되어야 한다. 따라서, 엑소-/엔도-TMSENB로부터 만들어지는 TMSETD의 상기 총 수율은 그 출발물질이 본질적으로 순수한 엑소-TMSENB일 때 얻어진 수율의 단지 약 60%이다. 더 더욱이, 유사 엑소- 및 엔도-이성질체들의 상기 반응들과 비교하여, 상기 엑소-이성질체는 일반적으로 더 높은 반응성을 보이고 그러한 엑소-이성질체의 변환(transformation)은 상기 엔도-이성질체보다 더 짧은 반응시간과 더 높은 수율을 가져온다는 것이 인식되어야 한다.
본 발명은 다양한 구현예들과 실시예들의 기술들과 관련하여 설명되어졌지만, 그것들의 변경들은 본 명세서를 읽는 당업자에게 명백하다는 것이 이해될 것이다. 그러므로 임의의 그러한 변경들도 본 발명의 구현예들의 범위와 사상 내이고 첨부되는 청구범위의 범위 내 속한다는 것이 이해될 것이다.

Claims (4)

  1. 디엘즈-앨더(Diels-Alder) 반응을 통하여 노르보넨카르보니트릴 (norbornenecarbonitrile, NBCN)의 부분입체이성질체 혼합물(diastereomeric mixture)을 형성하고;
    상기 부분입체이성질체 혼합물 중 엑소(exo)- 및 엔도(endo)- 부분입체이성질체를 분리하고;
    각각의 상기 엑소- 및 엔도- NBCN 부분입체이성질체를 각각 대응하는 엑소- 및 엔도- 부분입체이성질체 노르보넨카르복스알데하이드(norbornenecarboxaldehyde, NBCHO)로 일차 전환하고;
    각각의 상기 엑소- 및 엔도- NBCHO 부분입체이성질체를 각각 대응하는 엑소- 및 엔도- 노르보넨카르복실 산 또는 알코올 중 하나로 이차 전환하는 것:
    을 포함하는,
    95% 이상의 순도를 갖는 엑소- 및/또는 엔도- 치환된 노르보넨 단량체를 형성하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 일차 전환하는 것은 반응 용기에 금속 하이드라이드(hydride)와 개별 NBCN 부분입체이성질체를 채워 넣어 상기 NBCN을 환원시키고, 이어서 상기 반응 중간체를 가수분해하는 것을 포함하는 것인 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 이차 전환하는 것은 반응 용기에 하이드라이드 주게(donor) 시약과 개별 NBCHO 부분입체이성질체를 채워 넣어 상기 NBCHO를 환원시키는 것을 포함하는 것인 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 이차 전환하는 것은 반응 용기에 산화제와 상기 개별 NBCHO 부분입체이성질체를 채워 넣어 상기 NBCHO를 산화시키는 것을 포함하는 것인 방법.
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