KR102189654B1 - 신규한 리간드 화합물 및 전이금속 화합물의 제조 방법 - Google Patents

신규한 리간드 화합물 및 전이금속 화합물의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 신규 리간드 화합물 및 이를 포함하는 전이금속 화합물의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따라 올리핀계 중합체를 제조하는데 있어 중합 반응 촉매로 사용될 수 있는 전이금속 화합물을 제조할 수 있다.

Description

신규한 리간드 화합물 및 전이금속 화합물의 제조 방법{METHOD FOR PREPARATION OF NOVEL LIGAND COMPOUND AND TRANSITION METAL COMPOUND}
본 발명은 신규한 리간드 화합물 및 상기 리간드 화합물을 포함하는 전이금속 화합물의 제조 방법에 관한 것이다.
기존의 폴리올레핀의 상업적 제조 과정에는 티타늄 또는 바나듐 화합물의 지글러-나타 촉매가 널리 사용되어 왔는데, 상기 지글러-나타 촉매는 높은 활성을 갖지만, 다활성점 촉매이기 때문에 생성 고분자의 분자량 분포가 넓으며 공단량체의 조성 분포가 균일하지 않아 원하는 물성 확보에 한계가 있었다.
이에 따라, 최근에는 티타늄, 지르코늄, 하프늄 등의 전이 금속과 사이클로펜타디엔 작용기를 포함하는 리간드가 결합된 메탈로센 촉매가 개발되어 널리 사용되고 있다. 메탈로센 화합물은 일반적으로 알루미녹산, 보레인, 보레이트 또는 다른 활성화제를 이용하여 활성화시켜 사용한다. 예를 들어, 사이클로펜타다이에닐기를 포함한 리간드와 두 개의 시그마 클로라이드 리간드를 갖는 메탈로센 화합물은 알루미녹산을 활성화제로 사용한다. 이러한 메탈로센 화합물의 클로라이드기를 다른 리간드(예를 들어, 벤질 또는 트리메틸실릴메틸기(-CH2SiMe3))로 치환하는 경우 촉매 활성도 증가 등의 효과를 나타내는 예가 보고되었다.
Dow 사는 1990년대 초반 [Me2Si(Me4C5)NtBu]TiCl2 (Constrained-Geometry Catalyst, CGC)를 미국특허 제5,064,802호 등에서 개시하였는데, 에틸렌과 알파-올레핀의 공중합 반응에서 CGC가 기존까지 알려진 메탈로센 촉매들에 비해 우수한 측면을 크게 다음과 같이 두 가지로 요약할 수 있다: (1) 높은 중합 온도에서도 높은 활성도를 나타내면서 고분자량의 중합체를 생성하며, (2) 1-헥센 및 1-옥텐과 같은 입체적 장애가 큰 알파-올레핀의 공중합성도 매우 뛰어나다는 점이다. 그 외에도 중합 반응 시, CGC 의 여러 가지 특성들이 점차 알려지면서 이의 유도체를 합성하여 중합 촉매로 사용하고자 하는 노력이 학계 및 산업계에서 활발히 이루어지고 있다.
그 중 하나의 접근 방법으로 실리콘 브릿지 대신에 다른 다양한 브릿지 및 질소 치환체가 도입된 금속 화합물의 합성과 이를 이용한 중합이 시도되었다. 최근까지 알려진 대표적인 금속 화합물들은 CGC 구조의 실리콘 브릿지 대신에 포스포러스, 에틸렌 또는 프로필렌, 메틸리덴 및 메틸렌 브릿지가 각각 도입되어 있으나, 에틸렌 중합 또는 에틸렌과 알파올레핀의 공중합에의 적용시에 CGC 대비하여 중합 활성도나 공중합 성능 등의 측면에서 뛰어난 결과들을 나타내지 못하였다.
다른 접근 방법으로는 상기 CGC의 아미도 리간드 대신에 옥시도 리간드로 구성된 화합물들 많이 합성되었으며, 이를 이용한 중합도 일부 시도된 바 있다.
그러나, 이러한 모든 시도들 중에서 실제로 상업 공장에 적용되고 있는 촉매들은 몇몇에 불과한 수준으로, 보다 향상된 중합 성능을 나타내는 촉매에 대한 요구가 여전히 지속되고 있는 실정이다.
본 발명은 높은 촉매활성을 나타내며 고분자량의 올레핀계 중합체를 제조할 수 있는 신규한 리간드 화합물 및 이를 포함하는 전이금속 화합물의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
하기 화학식 5로 표시되는 화합물과 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물을 반응시키는 단계를 포함하는, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물의 제조 방법을 제공한다:
[화학식 1]
Figure 112016081986452-pat00001
[화학식 5]
Figure 112016081986452-pat00002
[화학식 6]
Figure 112016081986452-pat00003
상기 화학식 1, 5 및 6에서,
X는 O 또는 S이고,
Y는 할로겐이고,
R1 내지 R9는 각각 독립적으로, 수소; C1-20 알킬; C3-20 사이클로알킬; C2-20 알케닐; C6-20 아릴; C7-20 알킬아릴; C7-20 아릴알킬; 또는 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 헤테로원자를 1개 이상 포함하는 C2-20 헤테로아릴이다.
본 발명의 제조 방법에 따라 제조된 화합물은 올레핀계 중합체 제조용 촉매로 이용될 수 있는 전이금속 화합물의 리간드로 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 벤즈옥사졸일기(X=O) 또는 벤조티아졸일기(X=S), 및 페닐기로 이치환된 아민계 화합물로서, 후술할 전이금속 화합물에서 아민의 질소 원자는 전이금속과 공유 결합되고, 벤즈옥사졸일기 또는 벤조티아졸일기의 질소 원자는 전이금속과 배위 결합된다. 상기의 신규 리간드 화합물을 이용하여 제조된 전이금속 화합물은 그 전자적 및 입체적 구조 등으로 인하여 올레핀계 중합체 제조 과정에서 높은 촉매 활성을 나타낼 수 있다.
특히, 상기 화학식 1로 표시되는 리간드 화합물을 이용하여 제조된 전이금속 화합물은 리간드 화합물의 구조적 특징으로 인하여 에틸렌 단량체와 알파-올레핀과의 공중합 반응에서 높은 활성을 나타내며 고분자량의 올레핀계 중합체를 제조할 수 있고, 최종 합성된 폴리올레핀 중 알파-올레핀의 공중합성이 향상될 수 있다.
구체적으로, 상기 화학식 5로 표시되는 화합물과 상기 화학식 6으로 표시되는 화합물의 반응은 C-N 커플링 반응으로 염기, 포스핀 리간드 및 팔라듐 촉매의 존재 하에서 진행될 수 있다.
이때, 상기 팔라듐 촉매로는 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(Pd2(dba)3), 비스(디벤질리덴아세톤)팔라듐(Pd(dba)2), 비스(트리(tert-부틸)포스핀))팔라듐(((tert-Bu)3P)2Pd), 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(Pd(PPh3)4), 팔라듐클로라이드(PdCl2), 또는 팔라듐아세테이트(Pd(OAc)2)가 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 포스핀 리간드로는 프리페틸포스핀(PPh3), 1,1'-비스(디페닐포스피노)페로센(DPPF), 2-디시클로헥실포스피노-2',4',6'-트리이소프로필바이페닐(XPhos), 또는 2-디시클로헥실포스피노-2',6'-디메톡시바이페닐(SPhos), 2-(2-디시클로헥실포스파닐페닐)-N1,N1,N3,N3-테트라메틸-벤젠-1,3-디아민(CPhos)이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
더욱 구체적으로, 상기 화학식 5로 표시되는 화합물과 상기 화학식 6으로 표시되는 화합물은 1:1 내지 1:3의 몰비로 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 5로 표시되는 화합물과 상기 화학식 6으로 표시되는 화합물은 1:1 내지 1:2, 1:1 내지 1:1.5, 또는 1:1 내지 1:1.2의 몰비로 사용될 수 있다.
또한, 상기 화학식 5로 표시되는 화합물과 상기 화학식 6으로 표시되는 화합물의 반응은 20 내지 150℃의 온도 범위에서 1 내지 72 시간 동안 진행될 수 있다.
이때, 상기 화학식 5로 표시되는 화합물은, 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물과 하기 화학식 4 또는 4'로 표시되는 화합물을 반응시켜 제조될 수 있다:
[화학식 3]
Figure 112016081986452-pat00004
[화학식 4]
Figure 112016081986452-pat00005
[화학식 4']
Figure 112016081986452-pat00006
상기 화학식 3, 4 및 4'에서,
Z는 할로겐이고,
X, Y 및 R6 내지 R9에 대한 설명은 상기 화학식 1, 5 및 6에서 정의한 바와 같다.
구체적으로, 상기 화학식 3로 표시되는 화합물과 상기 화학식 4 또는 4'로 표시되는 화합물의 반응은 Suzuki coupling 반응으로 팔라듐 촉매 하에서 진행될 수 있다.
이때, 팔라듐 촉매로는 상술한 상기 화학식 5로 표시되는 화합물과 상기 화학식 6으로 표시되는 화합물의 반응에서 사용 가능한 것들을 사용할 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 화학식 3로 표시되는 화합물과 상기 화학식 4 또는 4'로 표시되는 화합물은 1:1 내지 1:3의 몰비로 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 3로 표시되는 화합물과 상기 화학식 4 또는 4'로 표시되는 화합물은 1:1 내지 1:2, 1:1 내지 1:1.5, 1:1 내지 1:1.1, 또는 1:1 내지 1:1.05의 몰비로 사용될 수 있다.
또한, 상기 화학식 3로 표시되는 화합물과 상기 화학식 4 또는 4'로 표시되는 화합물의 반응은 20 내지 150℃의 온도 범위에서 1 내지 72 시간 동안 진행될 수 있다.
그리고, 상기 화학식에서, Y 및 Z는 각각 독립적으로, 클로로, 브로모, 또는 아이오도일 수 있다.
또한, R1 내지 R9는 각각 독립적으로, 수소, C1-10 알킬, 또는 C6-20 아릴일 수 있다.
구체적으로, R1 내지 R9는 각각 독립적으로, 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, 페닐, 또는 나프틸일 수 있다.
더욱 구체적으로, R1 내지 R9는 각각 독립적으로, 수소, 메틸, 이소프로필, 페닐, 또는 나프틸일 수 있다.
예를 들어, R1 및 R5는 각각 독립적으로, 메틸 또는 이소프로필이고, R9는 메틸, 페닐, 또는 나프틸이고, R2 내지 R4 및 R6 내지 R8은 수소일 수 있다.
이때, R1 및 R5는 서로 동일할 수 있다.
예를 들어, R1 및 R5는 메틸 또는 이소프로필일 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 1A로 표시될 수 있다:
[화학식 1A]
Figure 112016081986452-pat00007
상기 화학식 1A에서,
X, R1, R5 및 R9에 대한 설명은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
또한, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물의 대표적인 예는 하기 화합물 1-1 내지 1-12 중 하나일 수 있다:
Figure 112016081986452-pat00008
Figure 112016081986452-pat00009
일례로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 반응식 1과 같은 방법으로 제조할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제조 방법은 후술할 제조예에서 보다 구체화될 수 있다.
[반응식 1]
Figure 112016081986452-pat00010
상기 반응식 1에서,
Y 및 Z는 각각 독립적으로, 클로로, 브로모, 또는 아이오도이고,
X, R1 내지 R9에 대한 설명은 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
한편, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물과 하기 화학식 7로 표시되는 화합물을 반응시키거나, 또는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 하기 화학식 8로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 9로 표시되는 화합물을 반응시키는 단계를 포함하는, 하기 화학식 2로 표시되는 전이금속 화합물의 제조 방법을 제공한다:
[화학식 2]
Figure 112016081986452-pat00011
[화학식 1]
Figure 112016081986452-pat00012
[화학식 7]
M(R10)4
[화학식 8]
MW4
[화학식 9]
R10MgV
상기 화학식 1, 2, 7, 8 및 9에서,
M은 4족의 전이금속이고,
X는 O 또는 S이고,
R1 내지 R10은 각각 독립적으로, 수소; C1-20 알킬; C3-20 사이클로알킬; C2-20 알케닐; C6-20 아릴; C7-20 알킬아릴; C7-20 아릴알킬; 또는 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 헤테로원자를 1개 이상 포함하는 C2-20 헤테로아릴이고,
V 및 W는 각각 독립적으로, 클로로, 브로모, 또는 아이오도이고,
n은 2 또는 3이다.
여기서, →는 배위 결합을 의미하고, 점선은 결합의 존재 또는 부존재를 의미한다. 즉, n이 2일 경우, 상기 점선은 결합으로 존재하고, n이 3일 경우, 상기 점선은 결합이 존재하지 않음을 의미한다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 상기 화학식 7로 표시되는 화합물의 반응, 및 상기 화학식 1로 표시되는 화합물, 상기 화학식 8로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 9로 표시되는 화합물의 반응은 각각 상기 화합물들을 혼합한 후 교반을 통해 진행될 수 있다. 이후, 감압 하에서 건조하여 상기 화학식 1로 표시되는 리간드 화합물에 금속 원자가 결합한 착물 형태의 화학식 2로 표시되는 화합물이 얻어질 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 상기 화학식 7로 표시되는 화합물은 1:1 내지 1:1.5의 몰비로 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 상기 화학식 7로 표시되는 화합물은 1:1 내지 1:1.3, 1:1 내지 1:1.2, 1:1 내지 1:1.05, 또는 1:1 내지 1:1.02의 몰비로 사용될 수 있다.
또한, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 상기 화학식 7로 표시되는 화합물의 반응은 25 내지 100℃의 온도 범위에서 1 내지 12 시간 동안 진행될 수 있다.
예를 들어, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물, 상기 화학식 8로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 9로 표시되는 화합물은 1:1:4 내지 1:1.5:5의 몰비로 사용될 수 있다.
또한, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물, 상기 화학식 8로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 9로 표시되는 화합물의 반응은 0 내지 100℃의 온도 범위에서 1 내지 72 시간 동안 진행될 수 있다.
그리고, 상기 화학식에서, M은 Ti, Zr, 또는 Hf일 수 있다. 예를 들어, M은 Hf일 수 있다.
또한, R1 내지 R10은 각각 독립적으로, 수소, C1-10 알킬, C6-10 아릴, 또는 C6-10 아릴알킬일 수 있다.
구체적으로, R1 내지 R10은 각각 독립적으로, 수소, 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, 페닐, 나프틸, 벤질, 나프틸메틸일 수 있다.
더욱 구체적으로, R1 내지 R10은 각각 독립적으로, 수소, 메틸, 이소프로필, 페닐, 나프틸, 또는 벤질일 수 있다.
예를 들어, R1 및 R5는 각각 독립적으로, 메틸 또는 이소프로필이고, R9는 메틸, 페닐, 또는 나프틸이고, R10은 벤질이고, R2 내지 R4 및 R6 내지 R8은 수소일 수 있다.
이때, R1 및 R5는 서로 동일할 수 있다.
예를 들어, R1 및 R5는 메틸 또는 이소프로필일 수 있다.
상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2A로 표시될 수 있다:
[화학식 2A]
Figure 112016081986452-pat00013
상기 화학식 2A에서,
M, X, R1, R5, R9, R10 및 n에 대한 설명은 상기 화학식 2에서 정의한 바와 같다.
또한, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물의 대표적인 예는 하기 화합물 2-1 내지 2-12 중 하나일 수 있다:
Figure 112016081986452-pat00014
Figure 112016081986452-pat00015
일례로, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 하기 반응식 2와 같은 방법으로 제조할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제조 방법은 후술할 제조예에서 보다 구체화될 수 있다.
[반응식 2]
Figure 112016081986452-pat00016
상기 반응식 2에서,
M, X, V, W, R1 내지 R10 및 n에 대한 설명은 상기 화학식 2, 화학식 8 및 화학식 9에서 정의한 바와 같다.
한편, 상술한 방법에 의해 제조된 전이금속 화합물을 포함하는 전이금속 촉매 조성물이 제공될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 전이금속 화합물은 단독으로 또는 상기 전이금속 화합물 이외에 조촉매를 추가로 포함하는 촉매 조성물 형태로, 올레핀계 중합체를 제조하기 위한 중합 반응의 촉매로 사용될 수 있다. 이때, 사용되는 조촉매로는 13족 금속을 포함하는 유기 금속 화합물로서, 일반적으로 전이금속 화합물의 촉매 하에 올레핀을 중합시킬 때 사용될 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않는다.
구체적으로, 상기 전이금속 촉매 조성물은 하기 화학식 10 내지 12으로 표시되는 화합물들로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 조촉매를 더 포함할 수 있다:
[화학식 10]
-[Al(R21)-O]c-
상기 화학식 10에서,
R21은 각각 독립적으로 할로겐, C1-20 알킬 또는 C1-20 할로알킬이고,
c는 2 이상의 정수이며,
[화학식 11]
D(R22)3
상기 화학식 11에서,
D는 알루미늄 또는 보론이고,
R22는 각각 독립적으로, 수소, 할로겐, C1-20 하이드로카빌 또는 할로겐으로 치환된 C1-20 하이드로카빌이고,
[화학식 12]
[L-H]+[Q(E)4]- 또는 [L]+[Q(E)4]-
상기 화학식 12에서,
L은 중성 또는 양이온성 루이스 염기이고,
[L-H]+는 브론스테드 산이며,
Q는 Br3+ 또는 Al3+이고,
E는 각각 독립적으로 C6-20 아릴 또는 C1-20 알킬이고, 여기서 상기 C6-20 아릴 또는 C1-20 알킬은 비치환되거나 또는 할로겐, C1-20 알킬, C1-20 알콕시 및 페녹시로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 치환기로 치환된다.
상기 화학식 10으로 표시되는 화합물로는, 예를 들어 개질메틸알루미녹산(MMAO), 메틸알루미녹산(MAO), 에틸알루미녹산, 이소부틸알루미녹산, 부틸알루미녹산 등이 될 수 있다.
상기 화학식 11로 표시되는 알킬 금속 화합물로는, 예를 들어 트리메틸알루미늄, 트리에틸알루미늄, 트리이소부틸알루미늄, 트리프로필알루미늄, 트리부틸알루미늄, 디메틸클로로알루미늄, 디메틸이소부틸알루미늄, 디메틸에틸알루미늄, 디에틸클로로알루미늄, 트리이소프로필알루미늄, 트리-s-부틸알루미늄, 트리씨클로펜틸알루미늄, 트리펜틸알루미늄, 트리이소펜틸알루미늄, 트리헥실알루미늄, 에틸디메틸알루미늄, 메틸디에틸알루미늄, 트리페닐알루미늄, 트리-p-톨릴알루미늄, 디메틸알루미늄메톡시드, 디메틸알루미늄에톡시드, 트리메틸보론, 트리에틸보론, 트리이소부틸보론, 트리프로필보론, 트리부틸보론 등일 수 있다.
상기 화학식 12으로 표시되는 화합물로는, 예를 들어 트리에틸암모니움테트라페닐보론, 트리부틸암모니움테트라페닐보론, 트리메틸암모니움테트라페닐보론, 트리프로필암모니움테트라페닐보론, 트리메틸암모니움테트라(p-톨릴)보론, 트리프로필암모니움테트라(p-톨릴)보론, 트리에틸암모니움테트라(o,p-디메틸페닐)보론, 트리메틸암모니움테트라(o,p-디메틸페닐)보론, 트리부틸암모니움테트라(p-트리플루오로메틸페닐)보론, 트리메틸암모니움테트라(p-트리플로로메틸페닐)보론, 트리부틸암모니움테트라펜타플루오로페닐보론, N,N-디에틸아닐리니움테트라페닐 보론, N,N-디에틸아닐리니움테트라페닐보론, N,N-디에틸아닐리니움테트라펜타플루오로페닐보론, 디에틸암모니움테트라펜타플루오로페닐보론, 트리페닐포스포늄테트라페닐보론, 트리메틸포스포늄테트라페닐보론, 트리에틸암모니움테트라페닐알루미늄, 트리부틸암모니움테트라페닐알루미늄, 트리메틸암모니움테트라페닐알루미늄, 트리프로필암모니움테트라페닐알루미늄, 트리메틸암모니움테트라(p-톨릴)알루미늄, 트리프로필암모니움테트라(p-톨릴)알루미늄, 트리에틸암모니움테트라(o,p-디메틸페닐)알루미늄, 트리부틸암모니움테트라(p-트리플루오로메틸페닐)알루미늄, 트리메틸암모니움테트라(p-트리플루오로메틸페닐)알루미늄,트리부틸암모니움테트라펜타플루오로페닐알루미늄, N,N-디에틸아닐리니움테트라페닐알루미늄, N,N-디에틸아닐리니움테트라페닐알루미늄, N,N-디에틸아닐리니움테트라펜타플로로페닐알루미늄, 디에틸암모니움테트라펜타플루오로페닐알루미늄, 트리페닐포스포늄테트라페닐알루미늄, 트리메틸포스포늄테트라페닐알루미늄, 트리페닐카보니움테트라페닐보론, 트리페닐카보니움테트라페닐알루미늄, 트리페닐카보니움테트라(p-트리플로로메틸페닐)보론, 트리페닐카보니움테트라펜타플루오로페닐보론 등일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 촉매 조성물은 조촉매로 메틸알루미녹산, 트리메틸알루미늄, 트리에틸알루미늄, 트리이소부틸알루미늄, 또는 메틸알룸옥산(MAO)을 사용할 수 있다.
상기 조촉매의 사용 함량은 목적하는 촉매 조성물의 물성 또는 효과에 따라 적절하게 조절될 수 있다.
상기 촉매 조성물은 상기 전이금속 화합물과 조촉매 화합물을 담체에 담지된 형태로 포함할 수 있다. 상기 화학식 2로 표시되는 전이 금속 화합물은 상술한 구조적 특징을 가져 담체에 안정적으로 담지될 수 있다. 또한, 이러한 전이 금속 화합물이 담지된 담지 촉매는 올레핀 중합에 높은 활성을 나타낼 수 있다.
상기 담체로는 표면에 하이드록시기 또는 실록산기를 함유하는 담체를 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 담체로는 고온에서 건조하여 표면에 수분을 제거함으로써 반응성이 큰 하이드록시기 또는 실록산기를 함유하는 담체를 사용할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 담체로는 실리카, 알루미나, 마그네시아 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 상기 담체는 고온에서 건조된 것일 수 있고, 이들은 통상적으로 Na2O, K2CO3, BaSO4 및 Mg(NO3)2 등의 산화물, 탄산염, 황산염, 질산염 성분을 포함할 수 있다.
한편, 상술한 제조 방법에 의해 제조된 전이금속 화합물을 포함하는 촉매 조성물의 존재 하에, 올레핀계 단량체를 중합 반응시키는 단계를 포함하는 올레핀계 중합체의 제조 방법이 제공될 수 있다.
상기 합성되는 올레핀계 중합체의 예가 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어 올레핀 단독 중합체, 올레핀 공중합체 또는 에틸렌/알파-올레핀 공중합체일 수 있다. 구체적으로 에틸렌/알파올레핀 공중합체일 수 있다.
상기 올레핀계 단량체의 구체적인 예로는 에틸렌, 알파-올레핀, 사이클릭 올레핀 등이 있으며, 이중 결합을 2개 이상 가지고 있는 다이엔 올레핀계 단량체 또는 트라이엔 올레핀계 단량체 등도 중합 가능하다. 상기 단량체의 구체적인 예로는 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센, 1-헵텐, 1-옥텐, 1-데센, 1-운데센, 1-도데센, 1-테트라데센, 1-헥사데센, 1-아이토센, 노보넨, 노보나디엔, 에틸리덴노보넨, 페닐노보넨, 비닐노보넨, 디사이클로펜타디엔, 1,4-부타디엔, 1,5-펜타디엔, 1,6-헥사디엔, 스티렌, 알파-메틸스티렌, 디비닐벤젠, 3-클로로메틸스티렌 등이 있으며, 이들 단량체를 2 종 이상 혼합하여 공중합할 수도 있다.
상기 올레핀계 단량체의 중합 반응은 연속식 용행 중합 공정, 벌크 중합 공정, 현탁 중합 공정 또는 유화 중합 공정등으로 제한 없이 진행될 수 있으나, 예를 들어 단일 반응기에서 이루어지는 용액 공중합(solution polymerization) 반응 또는 담지 공중합 반응에 의할 수 있다. 상기 용액 공중합 반응은 상기 전이금속 촉매 조성물을 용매에 직접 녹여 용액 상태로 이루어지며, 상기 담지 공중합 반응은 상기 전이금속 촉매 조성물을 상술한 담체에 담지시켜 담지 촉매를 제조한 후, 상기 담지 촉매를 용매에 투입하여 슬러리 상태로 이루어 질 수 있다.
상기 올레핀계 단량체의 중합 반응은 45 내지 200의 온도, 또는 60 내지 150 에서, 0.1 시간 내지 2.5 시간, 또는 0.1 시간 내지 1.3 시간 동안 이루어 질 수 있다. 또한, 압력은 1 bar 내지 50 bar, 또는 2 bar 내지 45 bar에서 진행될 수 있다. 구체적으로 상기 용액 공중합 반응은 1 bar 내지 50 bar의 압력, 60 내지 150의 온도에서 0.1 시간 내지 1 시간 동안 진행될 수 있고, 상기 담지 공중합 반응은 1 bar 내지 50 bar의 압력, 60 내지 90의 온도에서 0.5 시간 내지 2.5 시간 동안 진행될 수 있다.
상기 중합 반응에서 사용되는 반응기에는 별 다른 제한이 없으나, 예를 들어 연속 교반식 반응기(CSTR) 또는 연속 흐름식 반응기(PFR)를 사용할 수 있다. 상기 중합 반응에서 반응기는 2개 이상 직렬 혹은 병렬로 배열될 수 있고, 반응 혼합물로부터 용매 및 미반응 단량체를 연속적으로 분리하기 위한 분리기를 추가적으로 포함할 수 있다.
본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 신규한 리간드 화합물 및 이를 포함하는 전이금속 화합물은, 높은 촉매 활성을 나타내며 고분자량의 올레핀계 중합체를 제조할 수 있어, 올레핀계 중합체의 제조에 있어 중합 반응의 촉매로 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 실시예 9에서 합성한 전이금속 화합물 2-1의 1H NMR spectrum을 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 10에서 합성한 전이금속 화합물 2-7의 1H NMR spectrum을 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 11에서 합성한 전이금속 화합물 2-3의 1H NMR spectrum을 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 12에서 합성한 전이금속 화합물 2-9의 1H NMR spectrum을 나타낸 것이다.
도 5는 실시예 13에서 합성한 전이금속 화합물 2-4의 1H NMR spectrum을 나타낸 것이다.
도 6은 실시예 14에서 합성한 전이금속 화합물 2-10의 1H NMR spectrum을 나타낸 것이다.
도 7은 실시예 15에서 합성한 전이금속 화합물 2-6의 1H NMR spectrum을 나타낸 것이다.
도 8은 실시예 16에서 합성한 전이금속 화합물 2-12의 1H NMR spectrum을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 화합물 1-1의 합성
Figure 112016081986452-pat00017
단계 (a): 4- 클로로 -2- 메틸벤조[d]옥사졸 (4- chloro -2-methylbenzo[d]oxazole)의 제조
잘 건조되고 Ar으로 치환된 250 mL Schlenk flask에 2-bromo-4-chlorobenzo[d]oxazole (1.86 g, 8 mmol), methylboronic acid(484 mg, 8.08 mmol), 2M Na2CO3 수용액(10 mL, 20 mmol), 무수 ethanol(20 mL), 무수 toluene(20 mL), Pd(PPh3)4(279 mg, 0.24 mmol)을 투입하였다. Degassing한 후 Ar으로 치환하고 80℃ 하에서 18 시간 동안 강하게 교반하였다. 일정 시간 후 상온으로 냉각시키고 유기층을 분리하였다. 물층은 dichloromethane(20 mL x 2회)으로 씻어주었다. 유기층을 모아 Silica gel pad를 통과시킨 후 농축하였다. Crude product를 column chromatography(n-hexane / ethyl acetate = 100 / 1)로 정제하여 4-클로로-2-메틸벤조[d]옥사졸을 얻었다. 수율 1.09 g (81%).
1H NMR (600 MHz, CDCl3, ppm): 7.43 (dd, J=8.0, 0.9 Hz, 1 H), 7.38 (dd, J=8.1, 0.9 Hz, 1 H), 7.14 (t, J=8.1 Hz, 1 H), 2.64 (s, 3 H).
단계 (b): 화합물 1-1의 제조
잘 건조되고 Ar으로 치환된 100 mL Schlenk flask에 상기 단계 (a)에서 제조한 4-클로로-2-메틸벤조[d]옥사졸(503 mg, 3 mmol), Pd2(dba)3(165 mg, 0.18 mmol), DPPF(200 mg, 0.36 mmol), sodium tert-butoxide(432 mg, 4.5 mmol), 무수 1,4-dioxane (15 mL), 2,6-dimethylaniline (406 μL, 3.3 mmol)을 투입하고 18 시간 동안 reflux하였다. 일정 시간 후 상온으로 냉각시키고 sat'd NH4Cl 수용액(15 mL)을 투입하여 반응을 종결시켰다. 유기층을 분리하여 silica gel pad를 통과시킨 후 농축하였다. Crude product를 ethanol 하에서 재결정하여 화합물 1-1을 얻었다. 수율 257 mg (34%).
1H NMR (600 MHz, CDCl3, ppm): 7.15 (q, J=5.1 Hz, 3 H), 7.00 (t, J=8.1 Hz, 1 H), 6.86 (d, J=8.1 Hz, 1 H), 6.05 (br. s., 1 H), 6.00 (d, J=8.1 Hz, 1 H), 2.66 (s, 3 H), 2.25 (s, 6 H).
실시예 2: 화합물 1-7의 합성
Figure 112016081986452-pat00018
잘 건조되고 Ar으로 치환된 100 mL Schlenk flask에 상기 실시예 1의 단계 (a)에서 제조한 4-클로로-2-메틸벤조[d]옥사졸 (503 mg, 3 mmol), Pd2(dba)3 (165 mg, 0.18 mmol), DPPF (200 mg, 0.36 mmol), sodium tert-butoxide(432 mg, 4.5 mmol), 무수 1,4-dioxane (15 mL), 2,6-diisopropylaniline (622 μL, 3.3 mmol)을 투입하고 18 시간 동안 reflux하였다. 일정 시간 후 상온으로 냉각시키고 sat'd NH4Cl 수용액(15 mL)을 투입하여 반응을 종결시켰다. 유기층을 분리하여 silica gel pad를 통과시킨 후 농축하였다. Crude product를 ethanol 하에서 재결정하여 화합물 1-7을 얻었다. 수율 315 mg (34%).
1H NMR (600 MHz, CDCl3, ppm): 7.31 (t, J=7.6 Hz, 1 H), 7.22 (d, J=7.7 Hz, 2 H), 6.95 (t, J=8.1 Hz, 1 H), 6.79 (dd, J=8.1, 0.8 Hz, 1 H), 5.96 (s, 1 H), 5.94 (d, J=8.1 Hz, 1 H), 3.21 (spt, J=6.9 Hz, 2 H), 2.64 (s, 3 H), 1.12 (d, J=6.9 Hz, 13 H).
실시예 3: 화합물 1-3의 합성
Figure 112016081986452-pat00019
단계 (a): 4- 클로로 -2- (나프탈렌-1-일)벤조[d]옥사졸(4-chloro-2- (naphthalen-1-yl)benzo[d]oxazole)의 제조
잘 건조되고 Ar으로 치환된 250 mL Schlenk flask에 2-bromo-4-chlorobenzo[d]oxazole(1.86 g, 8 mmol), 1-naphthylboronic acid(1.07 g, 8.08 mmol), 2M Na2CO3 수용액(10 mL, 20 mmol), 무수 ethanol(20 mL), 무수 toluene (20 mL), Pd(PPh3)4(279 mg, 0.24 mmol)을 투입하였다. Degassing한 후 Ar으로 치환하고 80℃ 하에서 18 시간 동안 강하게 교반하였다. 일정 시간 후 상온으로 냉각시키고 유기층을 분리하였다. 물층은 dichloromethane (20 mL x 2회)으로 씻어주었다. 유기층을 모아 Silica gel pad를 통과시킨 후 농축하였다. Crude product를 column chromatography (n-hexane / ethyl acetate = 100 / 1)로 정제하여 4-클로로-2-(나프탈렌-1-일)벤조[d]옥사졸을 얻었다. 수율 1.72 g (77%).
1H NMR (600 MHz, CDCl3, ppm): 9.48 (d, J=8.6 Hz, 1 H), 8.45 (dd, J=7.2, 0.9 Hz, 1 H), 8.05 (d, J=8.2 Hz, 1 H), 7.94 (d, J=8.2 Hz, 1 H), 7.74 (td, J=7.7, 1.1 Hz, 1 H), 7.53 - 7.66 (m, 4 H), 7.19 - 7.33 (m, 1 H).
단계 (b): 화합물 1-3의 제조
잘 건조되고 Ar으로 치환된 100 mL Schlenk flask에 상기 단계 (a)에서 제조한 4-클로로-2-(나프탈렌-1-일)벤조[d]옥사졸(839 mg, 3 mmol), Pd2(dba)3(165 mg, 0.18 mmol), DPPF(200 mg, 0.36 mmol), sodium tert-butoxide(432 mg, 4.5 mmol), 무수 1,4-dioxane(15 mL), 2,6-dimethylaniline(406 μL, 3.3 mmol)을 투입하고 18 시간 동안 reflux하였다. 일정 시간 후 상온으로 냉각시키고 sat'd NH4Cl 수용액(15 mL)을 투입하여 반응을 종결시켰다. 유기층을 분리하여 silica gel pad를 통과시킨 후 농축하였다. Crude product를 ethanol 하에서 재결정하여 화합물 1-3을 얻었다. 수율 820 mg (75%).
1H NMR (600 MHz, CDCl3, ppm): 9.51 (d, J=8.6 Hz, 1 H), 8.45 (d, J=7.2 Hz, 1 H), 8.03 (d, J=8.2 Hz, 1 H), 7.96 (d, J=8.2 Hz, 1 H), 7.72 (t, J=7.7 Hz, 1 H), 7.62 (dt, J=11.4, 7.7 Hz, 2 H), 7.14 - 7.24 (m, 3 H), 7.13 (t, J=8.0 Hz, 1 H), 7.02 (d, J=8.0 Hz, 1 H), 6.31 (br. s., 1 H), 6.13 (d, J=8.0 Hz, 1 H), 2.34 (s, 6 H).
실시예 4: 화합물 1-9의 합성
Figure 112016081986452-pat00020
잘 건조되고 Ar으로 치환된 100 mL Schlenk flask에 상기 실시예 3의 단계 (a)에서 제조한 4-클로로-2-(나프탈렌-1-일)벤조[d]옥사졸(839 mg, 3 mmol), Pd2(dba)3(165 mg, 0.18 mmol), DPPF(200 mg, 0.36 mmol), sodium tert-butoxide(432 mg, 4.5 mmol), 무수 1,4-dioxane(15 mL), 2,6-diisopropylaniline(622 μL, 3.3 mmol)을 투입하고 18 시간 동안 reflux하였다. 일정 시간 후 상온으로 냉각시키고 sat'd NH4Cl 수용액(15 mL)을 투입하여 반응을 종결시켰다. 유기층을 분리하여 silica gel pad를 통과시킨 후 농축하였다. Crude product를 ethanol 하에서 재결정하여 화합물 1-9를 얻었다. 수율 707 mg (56%).
1H NMR (600 MHz, CDCl3, ppm): 9.49 (d, J=8.2 Hz, 1 H), 8.45 (dd, J=7.2, 1.2 Hz, 1 H), 8.04 (d, J=8.3 Hz, 1 H), 7.97 (d, J=8.2 Hz, 1 H), 7.69 - 7.78 (m, 1 H), 7.61 - 7.65 (m, 2 H), 7.35 - 7.41 (m, 1 H), 7.29 - 7.32 (m, 2 H), 7.11 (t, J=8.0 Hz, 1 H), 7.00 (dd, J=8.1, 0.7 Hz, 1 H), 6.29 (s, 1 H), 6.10 (d, J=8.0 Hz, 1 H), 3.36 (spt, J=6.9 Hz, 2 H), 1.22 (d, J=6.8 Hz, 12 H).
실시예 5: 화합물 1-4의 합성
Figure 112016081986452-pat00021
단계 (a): 4- 클로로 -2- 메틸벤조 [ d ]티아졸(4- chloro -2-methylbenzo[ d ]thiazole)의 제조
잘 건조되고 Ar으로 치환된 250 mL Schlenk flask에 2-bromo-4-chlorobenzo[d]thiazole (1.99 g, 8 mmol), methylboronic acid (484 mg, 8.08 mmol), 2M Na2CO3 수용액 (10 mL, 20 mmol), 무수 ethanol (20 mL), 무수 toluene (20 mL), Pd(PPh3)4(279 mg, 0.24 mmol)을 투입하였다. Degassing한 후 Ar으로 치환하고 80℃ 하에서 18 시간 동안 강하게 교반하였다. 일정 시간 후 상온으로 냉각시키고 유기층을 분리하였다. 물층은 dichloromethane(20 mL x 2회)으로 씻어주었다. 유기층을 모아 Silica gel pad를 통과시킨 후 농축하였다. Crude product를 column chromatography(n-hexane / ethyl acetate = 100 / 1)로 정제하여 4-클로로-2-메틸벤조[d]티아졸을 얻었다. 수율 1.41 g (96%).
1H NMR (600 MHz, CDCl3, ppm): 7.72 (dd, J=8.0, 1.0 Hz, 1 H), 7.60 (dd, J=7.7, 1.0 Hz, 1 H), 7.17 (t, J=7.9 Hz, 1 H), 2.85 (s, 3 H).
단계 (b): 화합물 1-4의 제조
잘 건조되고 Ar으로 치환된 100 mL Schlenk flask에 상기 단계 (a)에서 제조한 4-클로로-2-메틸벤조[d]티아졸(551 mg, 3 mmol), Pd2(dba)3(165 mg, 0.18 mmol), DPPF(200 mg, 0.36 mmol), sodium tert-butoxide(432 mg, 4.5 mmol), 무수 1,4-dioxane(15 mL), 2,6-dimethylaniline(406 μL, 3.3 mmol)을 투입하고 18 시간 동안 reflux하였다. 일정 시간 후 상온으로 냉각시키고 sat'd NH4Cl 수용액(15 mL)을 투입하여 반응을 종결시켰다. 유기층을 분리하여 silica gel pad를 통과시킨 후 농축하였다. Crude product를 ethanol 하에서 재결정하여 화합물 1-4를 얻었다. 수율 668 mg (83%).
1H NMR (600 MHz, CDCl3, ppm): 7.13 - 7.20 (m, 4 H), 7.07 (t, J=7.9 Hz, 1 H), 6.57 (s, 1 H), 6.10 - 6.14 (m, 1 H), 2.87 (s, 3 H), 2.28 (s, 6 H).
실시예 6: 화합물 1-10의 합성
Figure 112016081986452-pat00022
잘 건조되고 Ar으로 치환된 100 mL Schlenk flask에 상기 실시예 5의 단계 (a)에서 제조한 4-클로로-2-메틸벤조[d]티아졸(551 mg, 3 mmol), Pd2(dba)3(165 mg, 0.18 mmol), DPPF(200 mg, 0.36 mmol), sodium tert-butoxide(432 mg, 4.5 mmol), 무수 1,4-dioxane(15 mL), 2,6-diisopropylaniline(622 μL, 3.3 mmol)을 투입하고 18 시간 동안 reflux하였다. 일정 시간 후 상온으로 냉각시키고 sat'd NH4Cl 수용액(15 mL)을 투입하여 반응을 종결시켰다. 유기층을 분리하여 silica gel pad를 통과시킨 후 농축하였다. Crude product를 ethanol 하에서 재결정하여 화합물 1-10을 얻었다. 수율 896 mg (92%).
1H NMR (600 MHz, CDCl3, ppm): 7.35 (t, J=7.7 Hz, 1 H), 7.27 (d, J=7.5 Hz, 2 H), 7.12 (d, J=7.9 Hz, 1 H), 7.05 (t, J=7.8 Hz, 1 H), 6.54 (s, 1 H), 6.09 (d, J=7.8 Hz, 1 H), 3.27 (dt, J=13.7, 6.8 Hz, 2 H), 2.88 (s, 3 H), 1.17 (d, J=5.7 Hz, 12 H).
실시예 7: 화합물 1-6의 합성
Figure 112016081986452-pat00023
단계 (a): 4- 클로로 -2- (나프탈렌-1-일)벤조[ d ]티아졸 (4- chloro -2-(naphthalen-1-yl)benzo[ d ]thiazole)의 제조
잘 건조되고 Ar으로 치환된 250 mL Schlenk flask에 2-bromo-4-chlorobenzo[d]thiazole(2.48 g, 10 mmol), 1-naphthylboronic acid(1.34 g, 10.1 mmol), 2M Na2CO3 수용액(12.5 mL, 25 mmol), 무수 ethanol(25 mL), 무수 toluene(25 mL), Pd(PPh3)4(347 mg, 0.3 mmol)을 투입하였다. Degassing한 후 Ar으로 치환하고 80℃ 하에서 18 시간 동안 강하게 교반하였다. 일정 시간 후 상온으로 냉각시키고 유기층을 분리하였다. 물층은 dichloromethane (25 mL x 2회)으로 씻어주었다. 유기층을 모아 Silica gel pad를 통과시킨 후 농축하였다. Crude product를 column chromatography (n-hexane / ethyl acetate = 100 / 1)로 정제하여 4-클로로-2-(나프탈렌-1-일)벤조[d]티아졸을 얻었다. 수율 2.1 g (71%).
1H NMR (600 MHz, CDCl3, ppm): 9.48 (d, J=8.6 Hz, 1 H), 8.45 (dd, J=7.2, 0.9 Hz, 1 H), 8.05 (d, J=8.2 Hz, 1 H), 7.94 (d, J=8.2 Hz, 1 H), 7.74 (td, J=7.7, 1.1 Hz, 1 H), 7.53 - 7.66 (m, 4 H), 7.19 - 7.33 (m, 1 H).
단계 (b): 화합물 1-6의 제조
잘 건조되고 Ar으로 치환된 100 mL Schlenk flask에 상기 단계 (a)에서 제조한 4-클로로-2-(나프탈렌-1-일)벤조[d]티아졸(887 mg, 3 mmol), Pd2(dba)3(165 mg, 0.18 mmol), DPPF(200 mg, 0.36 mmol), sodium tert-butoxide(432 mg, 4.5 mmol), 무수 1,4-dioxane(15 mL), 2,6-dimethylaniline(406 μL, 3.3 mmol)을 투입하고 18 시간 동안 reflux하였다. 일정 시간 후 상온으로 냉각시키고 sat'd NH4Cl 수용액(15 mL)을 투입하여 반응을 종결시켰다. 유기층을 분리하여 silica gel pad를 통과시킨 후 농축하였다. Crude product를 ethanol 하에서 재결정하여 화합물 1-6을 얻었다. 수율 594 mg (52%).
1H NMR (600 MHz, CDCl3, ppm): 9.08 (d, J=8.5 Hz), 8.01 (t, J=6.6 Hz), 7.97 (d, J=8.0 Hz), 7.65 (t, J=7.6 Hz), 7.57 - 7.63 (m), 7.30 (d, J=7.9 Hz), 7.18 - 7.23 (m), 6.87 (s), 6.25 (d, J=7.8 Hz), 2.36 (s).
실시예 8: 화합물 1-12의 합성
Figure 112016081986452-pat00024
잘 건조되고 Ar으로 치환된 100 mL Schlenk flask에 상기 실시예 7의 단계 (a)에서 제조한 4-클로로-2-(나프탈렌-1-일)벤조[d]티아졸(887 mg, 3 mmol), Pd2(dba)3(165 mg, 0.18 mmol), DPPF(200 mg, 0.36 mmol), sodium tert-butoxide(432 mg, 4.5 mmol), 무수 1,4-dioxane(15 mL), 2,6-diisopropylaniline(622 μL, 3.3 mmol)을 투입하고 18 시간 동안 reflux하였다. 일정 시간 후 상온으로 냉각시키고 sat'd NH4Cl 수용액(15 mL)을 투입하여 반응을 종결시켰다. 유기층을 분리하여 silica gel pad를 통과시킨 후 농축하였다. Crude product를 ethanol 하에서 재결정하여 화합물 1-12를 얻었다. 수율 786 mg (60%).
1H NMR (600 MHz, CDCl3, ppm): 9.02 - 9.14 (m), 7.99 - 8.05 (m), 7.94 - 7.99 (m), 7.58 - 7.64 (m), 7.36 - 7.41 (m), 7.30 - 7.32 (m), 7.25 - 7.29 (m), 7.18 (t, J=7.9 Hz), 6.84 (s), 6.23 (dd, J=7.9, 0.8 Hz), 3.37 (spt, J=6.9 Hz), 1.24 (d, J=5.1 Hz).
실시예 9: 화합물 2-1의 합성
Figure 112016081986452-pat00025
잘 건조되고 Ar으로 치환된 100 mL Schlenk flask에 상기 실시예 1에서 제조한 화합물 1-1(252 mg, 1 mmol), tetrabenzylhafnium(548 mg, 1.01 mmol), 무수 toluene(20 mL)을 투입하고 50℃ 하에서 3시간 동안 교반하였다. 일정 시간 후 진공 건조하여 얻은 crude product를 무수 n-hexane 하에서 재결정하여 화합물 2-1을 얻었다. 수율 478 mg (68%).
상기 실시예 9에서 합성한 화합물 2-1의 1H NMR spectrum(500 MHz, C6D6, ppm)을 도 1에 나타내었다.
실시예 10: 화합물 2-7의 합성
Figure 112016081986452-pat00026
잘 건조되고 Ar으로 치환된 100 mL Schlenk flask에 상기 실시예 2에서 제조한 화합물 1-7(308 mg, 1 mmol), tetrabenzylhafnium (548 mg, 1.01 mmol), 무수 toluene (20 mL)을 투입하고 50℃ 하에서 3시간 동안 교반하였다. 일정 시간 후 진공 건조하여 얻은 crude product를 무수 n-hexane 하에서 재결정하여 화합물 2-7을 얻었다. 수율 402 mg (53%).
상기 실시예 10에서 합성한 화합물 2-7의 1H NMR spectrum(500 MHz, C6D6, ppm)을 도 2에 나타내었다.
실시예 11: 화합물 2-3의 합성
Figure 112016081986452-pat00027
잘 건조되고 Ar으로 치환된 100 mL Schlenk flask에 상기 실시예 3에서 제조한 화합물 1-3(364 mg, 1 mmol), tetrabenzylhafnium(548 mg, 1.01 mmol), 무수 toluene(20 mL)을 투입하고 50℃ 하에서 3시간 동안 교반하였다. 일정 시간 후 진공 건조하여 화합물 2-3과 화합물 2-3'의 혼합물(2-3:2-3'=1:1)을 얻었다. 수율 611 mg (75%).
상기 실시예 11에서 합성한 화합물 2-3의 1H NMR spectrum(500 MHz, C6D6, ppm)을 도 3에 나타내었다.
실시예 12: 화합물 2-9의 합성
Figure 112016081986452-pat00028
잘 건조되고 Ar으로 치환된 100 mL Schlenk flask에 상기 실시예 4에서 제조한 화합물 1-9(421 mg, 1 mmol), tetrabenzylhafnium(548 mg, 1.01 mmol), 무수 toluene(20 mL)을 투입하고 50℃ 하에서 3시간 동안 교반하였다. 일정 시간 후 진공 건조하여 화합물 2-9와 화합물 2-9'의 혼합물(2-9:2-9'=1:1)을 얻었다. 수율 505 mg (58%).
상기 실시예 12에서 합성한 화합물 2-9의 1H NMR spectrum(500 MHz, C6D6, ppm)을 도 4에 나타내었다.
실시예 13: 화합물 2-4의 합성
Figure 112016081986452-pat00029
잘 건조되고 Ar으로 치환된 100 mL Schlenk flask에 상기 실시예 5에서 제조한 화합물 1-4(268 mg, 1 mmol), tetrabenzylhafnium(548 mg, 1.01 mmol), 무수 toluene(20 mL)을 투입하고 50℃ 하에서 3시간 동안 교반하였다. 일정 시간 후 진공 건조하여 얻은 crude product를 무수 n-hexane 하에서 재결정하여 화합물 2-4를 얻었다. 수율 439 mg (61%).
상기 실시예 13에서 합성한 화합물 2-4의 1H NMR spectrum(500 MHz, C6D6, ppm)을 도 5에 나타내었다.
실시예 14: 화합물 2-10의 합성
Figure 112016081986452-pat00030
잘 건조되고 Ar으로 치환된 100 mL Schlenk flask에 상기 실시예 6에서 제조한 화합물 1-10(324 mg, 1 mmol), tetrabenzylhafnium(548 mg, 1.01 mmol), 무수 toluene(20 mL)을 투입하고 50℃ 하에서 3시간 동안 교반하였다. 일정 시간 후 진공 건조하여 얻은 crude product를 무수 n-hexane 하에서 재결정하여 화합물 2-10을 얻었다. 수율 457 mg (59%).
상기 실시예 14에서 합성한 화합물 2-10의 1H NMR spectrum(500 MHz, C6D6, ppm)을 도 6에 나타내었다.
실시예 15: 화합물 2-6의 합성
Figure 112016081986452-pat00031
잘 건조되고 Ar으로 치환된 100 mL Schlenk flask에 상기 실시예 7에서 제조한 화합물 1-6(364 mg, 1 mmol), tetrabenzylhafnium(548 mg, 1.01 mmol), 무수 toluene(20 mL)을 투입하고 50℃ 하에서 3시간 동안 교반하였다. 일정 시간 후 진공 건조하여 화합물 2-6을 얻었다. 수율 739 mg (정량 수율).
상기 실시예 15에서 합성한 화합물 2-6의 1H NMR spectrum(500 MHz, C6D6, ppm)을 도 7에 나타내었다.
실시예 16: 화합물 2-12의 합성
Figure 112016081986452-pat00032
잘 건조되고 Ar으로 치환된 100 mL Schlenk flask에 상기 실시예 8에서 제조한 화합물 1-12(421 mg, 1 mmol), tetrabenzylhafnium(548 mg, 1.01 mmol), 무수 toluene(20 mL)을 투입하고 50℃ 하에서 3시간 동안 교반하였다. 일정 시간 후 진공 건조하여 화합물 2-12를 얻었다. 수율 795 mg (정량 수율).
상기 실시예 16에서 합성한 화합물 2-12의 1H NMR spectrum(500 MHz, C6D6, ppm)을 도 8에 나타내었다.
비교예 1: [ N -2,6- 비스(1-메틸에틸)페닐 ]-α-[2-(1- 메틸에틸 )-페닐]-6-(1- 나프탈레닐 -κC 2 )-2-피리딘메탄아미나토(2-)-κN 1 ,κN 2 ]디메틸하프늄 ([ N -2,6-bis(1-methylethyl)phenyl]-α-[2-(1-methylethyl)-phenyl]-6-(1-naphthalenyl-κC 2 )-2-pyridinemethanaminato(2-)-κN 1 ,κN 2 ]dimethylhafnium)의 제조
문헌 'Organometallics, 2011, 30, 3318-3329'에 기재된 방법에 따라 하기 화학식으로 표시되는 표제의 화합물 D1을 제조하였다.
[화합물 D1]
Figure 112016081986452-pat00033
실시예 17: 에틸렌/1-옥텐 공중합체의 제조
약 100℃ 하의 2L 오토클레이브 반응기에 무수 n-헥산(1 L), 1-옥텐(230 mL), 트리이소부틸알루미늄 용액(1.0 M in n-hexane, 0.3 mL)을 가한 후, 반응기 내부 압력을 10 psi 이하가 되도록 vent하였다. 반응기의 온도를 120°C로 예열한 후 에틸렌을 500 psi로 주입하였다. 디메틸아닐리늄 테트라키스(펜타플루오로페닐) 보레이트 조촉매 용액(2 x 10-3 M in toluene, 3 mL)을 촉매 저장탱크에 넣은 후 고압의 아르곤 압력을 가하여 반응기에 넣고, 트리이소부틸알루미늄 화합물로 처리된 상기 실시예 9의 전이금속 화합물 촉매 용액(2 ｘ 10-3 M in toluene, 1 mL)을 반응기에 넣은 후 약 30 bar의 고압 아르곤 압력을 가하여 중합 반응을 개시하였다. 중합 반응은 10분간 진행하였다. 반응열은 반응기 내부의 냉각 코일을 통해 제거하여 중합 온도를 최대한 일정하게 유지하였다. 중합 반응을 10분 간 진행한 후, 남은 가스를 빼내고 고분자 용액을 반응기의 하부로 배출시키고 과량의 에탄올을 가하여 냉각시켜 침전을 유도하였다. 얻어진 고분자를 에탄올 및 아세톤으로 각각 2 내지 3회 세척한 후, 90℃ 진공 오븐에서 12시간 이상 건조한 후 물성을 측정하였다.
실시예 18: 에틸렌/1-옥텐 공중합체의 제조
상기 실시예 17에서 실시예 9에서 제조한 전이금속 화합물 대신에 실시예 10에서 제조한 전이금속 화합물을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 17과 동일한 방법으로 에틸렌/1-옥텐 공중합체를 제조하였다.
실시예 19: 에틸렌/1-옥텐 공중합체의 제조
상기 실시예 17에서 실시예 9에서 제조한 전이금속 화합물 대신에 실시예 11에서 제조한 전이금속 화합물을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 17과 동일한 방법으로 에틸렌/1-옥텐 공중합체를 제조하였다.
실시예 20: 에틸렌/1-옥텐 공중합체의 제조
상기 실시예 17에서 실시예 9에서 제조한 전이금속 화합물 대신에 실시예 12에서 제조한 전이금속 화합물을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 17과 동일한 방법으로 에틸렌/1-옥텐 공중합체를 제조하였다.
실시예 21: 에틸렌/1-옥텐 공중합체의 제조
상기 실시예 17에서 실시예 9에서 제조한 전이금속 화합물 대신에 실시예 13에서 제조한 전이금속 화합물을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 17과 동일한 방법으로 에틸렌/1-옥텐 공중합체를 제조하였다.
실시예 22: 에틸렌/1-옥텐 공중합체의 제조
상기 실시예 17에서 실시예 9에서 제조한 전이금속 화합물 대신에 실시예 14에서 제조한 전이금속 화합물을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 17과 동일한 방법으로 에틸렌/1-옥텐 공중합체를 제조하였다.
실시예 23: 에틸렌/1-옥텐 공중합체의 제조
상기 실시예 17에서 실시예 9에서 제조한 전이금속 화합물 대신에 실시예 15에서 제조한 전이금속 화합물을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 17과 동일한 방법으로 에틸렌/1-옥텐 공중합체를 제조하였다.
실시예 24: 에틸렌/1-옥텐 공중합체의 제조
상기 실시예 17에서 실시예 9에서 제조한 전이금속 화합물 대신에 실시예 16에서 제조한 전이금속 화합물을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 17과 동일한 방법으로 에틸렌/1-옥텐 공중합체를 제조하였다.
비교예 2: 에틸렌/1-옥텐 공중합체의 제조
상기 실시예 17에서 실시예 9에서 제조한 전이금속 화합물 대신에 비교예 1에서 제조한 전이금속 화합물을 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 17과 동일한 방법으로 에틸렌/1-옥텐 공중합체를 제조하였다.
실험예: 에틸렌/1-옥텐 공중합체의 물성 측정
상기 실시예 18 내지 24 및 비교예 2에서 제조한 에틸렌/1-옥텐 공중합체에 대해 중량, 밀도, 용융지수 및 용융온도를 측정하였다.
이때, 중합체의 밀도(density)는 190℃ 프레스 몰드(press mold)로 두께 3 mm, 반지름 2 mm시트를 제작하고, 10℃/min으로 냉각하여 메틀러(Mettler) 저울에서 측정하였고,
중합체의 용융지수(melt index, MI)는 ASTM D-1238(190℃, 2.16 kg 하중)로 측정하였으며,
중합체의 용융온도(Tm)는 TA사의 Q100을 사용하여 측정하였으며, 측정값은 중합체의 열적 이력(thermal history)을 없애기 위해 분당 10℃로 승온시킨 두 번째 용융(melting)을 통해 얻었다.
또한, 상기 실시예 18 내지 24 및 비교예 2에서의 에틸렌/1-옥텐 공중합체 제조 시 사용된 촉매 활성도를 측정하였다. 이때, 촉매 활성도는 제조한 중합체 총 수득량에 대한 전이금속 화합물의 투입 몰수 및 중합 시간을 이용하여 계산되었다.
상기 실시예 18 내지 24 및 비교예 2에 대해 상기와 같은 방법으로 물성을 측정한 후 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
촉매
(전이금속 화합물)		 중합체 중량
(단위:
g)		 밀도
(단위: g/cc)		 용융지수
(단위: g/10min)		 용융온도
(단위:
℃)		 촉매 활성도
(단위:
kg·mmol-1hr-1)
실시예 18 화합물
2-7		 9.6 0.919 0.2 - 28.8
실시예 19 화합물
2-3		 22.8 0.903 0.2 115.7 68.4
실시예 20 화합물
2-9		 29.0 0.920 0.5 109.7 87.0
실시예 21 화합물
2-4		 14.4 0.905 14.2 - 43.2
실시예 22 화합물
2-10		 38.4 0.910 0.8 106.5 115.2
실시예 23 화합물
2-6		 11.6 - 0.0 104.5 34.8
실시예 24 화합물
2-12		 51.6 0.901 0.0 102.2 154.8
비교예 2 화합물
D1		 48.2 0.886 0.0 79.8 -
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 전이금속 화합물은 올리핀계 중합체를 제조하는데 있어 중합 반응 촉매로 사용될 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 실시예에 따른 전이금속 화합물은 비교예에 따른 전이금속 화합물에 비하여 고분자량의 올레핀계 공중합체를 제조할 수 있음을 알 수 있다.

Claims (14)

  1. 하기 화학식 5로 표시되는 화합물과 하기 화학식 6으로 표시되는 화합물을 반응시키는 단계를 포함하는, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물의 제조 방법:
    [화학식 1]
    Figure 112020077214681-pat00034

    [화학식 5]
    Figure 112020077214681-pat00035

    [화학식 6]
    Figure 112020077214681-pat00036

    상기 화학식 1, 5 및 6에서,
    X는 O 또는 S이고,
    Y는 할로겐이고,
    R1 및 R5는 각각 독립적으로, C1-20 알킬; C3-20 사이클로알킬; C2-20 알케닐; C6-20 아릴; C7-20 알킬아릴; C7-20 아릴알킬; 또는 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 헤테로원자를 1개 이상 포함하는 C2-20 헤테로아릴이고,
    R2 내지 R4 및 R6 내지 R9는 각각 독립적으로, 수소; C1-20 알킬; C3-20 사이클로알킬; C2-20 알케닐; C6-20 아릴; C7-20 알킬아릴; C7-20 아릴알킬; 또는 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 헤테로원자를 1개 이상 포함하는 C2-20 헤테로아릴이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 5로 표시되는 화합물과 상기 화학식 6으로 표시되는 화합물은 1:1 내지 1:3의 몰비로 사용되는, 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 반응은 20 내지 150℃의 온도 범위에서 1 내지 72 시간 동안 진행되는, 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    R1 및 R5는 각각 독립적으로, 메틸, 이소프로필, 페닐, 또는 나프틸이고,
    R2 내지 R4 및 R6 내지 R9는 각각 독립적으로, 수소, 메틸, 이소프로필, 페닐, 또는 나프틸인, 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    R1 및 R5는 각각 독립적으로, 메틸 또는 이소프로필이고,
    R9는 메틸, 페닐, 또는 나프틸이고,
    R2 내지 R4 및 R6 내지 R8은 수소인, 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 5로 표시되는 화합물은, 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물과 하기 화학식 4 또는 4'로 표시되는 화합물을 반응시켜 제조되는, 제조 방법:
    [화학식 3]
    Figure 112016081986452-pat00037

    [화학식 4]
    Figure 112016081986452-pat00038

    [화학식 4']
    Figure 112016081986452-pat00039

    상기 화학식 3, 4 및 4'에서,
    Z는 할로겐이고,
    X, Y 및 R6 내지 R9에 대한 설명은 제1항에서 정의한 바와 같다.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화합물 1-1 내지 1-12 중 하나인, 제조 방법:
    Figure 112016081986452-pat00040

    Figure 112016081986452-pat00041

  8. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물과 하기 화학식 7로 표시되는 화합물을 반응시키거나, 또는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물, 하기 화학식 8로 표시되는 화합물 및 하기 화학식 9로 표시되는 화합물을 반응시키는 단계를 포함하는, 하기 화학식 2로 표시되는 전이금속 화합물의 제조 방법:
    [화학식 2]
    Figure 112016081986452-pat00042

    [화학식 1]
    Figure 112016081986452-pat00043

    [화학식 7]
    M(R10)4
    [화학식 8]
    MW4
    [화학식 9]
    R10MgV
    상기 화학식 1, 2, 7, 8 및 9에서,
    M은 4족의 전이금속이고,
    X는 O 또는 S이고,
    R1 내지 R10은 각각 독립적으로, 수소; C1-20 알킬; C3-20 사이클로알킬; C2-20 알케닐; C6-20 아릴; C7-20 알킬아릴; C7-20 아릴알킬; 또는 N, O 및 S로 구성되는 군으로부터 선택되는 헤테로원자를 1개 이상 포함하는 C2-20 헤테로아릴이고,
    V 및 W는 각각 독립적으로, 클로로, 브로모, 또는 아이오도이고,
    n은 2 또는 3이다.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 상기 화학식 7로 표시되는 화합물은 1:1 내지 1:1.5의 몰비로 사용되고
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물, 상기 화학식 8로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 9로 표시되는 화합물은 1:1:4 내지 1:1.5:5의 몰비로 사용되는, 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 상기 화학식 7로 표시되는 화합물의 반응은 25 내지 100℃의 온도 범위에서 1 내지 12 시간 동안 진행되고,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물, 상기 화학식 8로 표시되는 화합물 및 상기 화학식 9로 표시되는 화합물의 반응은 0 내지 100℃의 온도 범위에서 1 내지 72 시간 동안 진행되는, 제조 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    M은 Ti, Zr, 또는 Hf인, 제조 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    R1 내지 R10은 각각 독립적으로, 수소, 메틸, 이소프로필, 페닐, 나프틸, 또는 벤질인, 제조 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    R1 및 R5는 각각 독립적으로, 메틸 또는 이소프로필이고,
    R9는 메틸, 페닐, 또는 나프틸이고,
    R10은 벤질이고,
    R2 내지 R4 및 R6 내지 R8은 수소인, 제조 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 화학식 2로 표시되는 전이금속 화합물은 하기 화합물 2-1 내지 2-12 중 하나인, 제조 방법:
    Figure 112016081986452-pat00044

    Figure 112016081986452-pat00045
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