KR102555271B1 - 칼릭스아렌 화합물인 이형제, 경화성 조성물 및 나노 임프린트 리소그래피용 수지 재료 - Google Patents

칼릭스아렌 화합물인 이형제, 경화성 조성물 및 나노 임프린트 리소그래피용 수지 재료 Download PDF

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Abstract

이형제로서 유용한 화합물, 이것을 함유하는 이형제, 경화성 조성물, 및 나노 임프린트 리소그래피용 수지 재료를 제공한다. 구체적으로는, 하기 구조식(1)
Figure 112019035550495-pct00055

(식 중 R1은 퍼플루오로알킬기를 갖는 구조 부위이다. R2은 수소 원자, 극성기, 중합성기, 극성기 또는 중합성기를 갖는 구조 부위 중 어느 하나이다. R3은 수소 원자, 치환기를 갖고 있어도 되는 지방족 탄화수소기, 치환기를 갖고 있어도 되는 아릴기 중 어느 하나이다. n은 2∼10의 정수이다. *는 방향환과의 결합점이다)
으로 표시되는 분자 구조를 갖는 칼릭스아렌 화합물, 및 이것을 사용하는 조성물을 제공한다.

Description

칼릭스아렌 화합물인 이형제, 경화성 조성물 및 나노 임프린트 리소그래피용 수지 재료
본 발명은, 이형제로서 유용한 화합물, 이것을 함유하는 이형제, 경화성 조성물, 및 나노 임프린트 리소그래피용 수지 재료에 관한 것이다.
성형틀을 사용한 수지 재료의 부형 기술은, 사출 성형에 의한 열가소성 수지의 가공으로부터 최신의 나노 임프린트까지, 폭넓은 용도에 이용되고 있다. 성형틀을 사용한 부형 기술에 있어서는, 수지 재료의 종류나 성형틀의 형상 여하에 관계없이, 항상, 성형틀과 수지 성형품과의 이형성이 중요한 과제의 하나로 된다. 이형성을 개선하는 일반적인 방법으로서는, 이형제를 금형에 도포하는 것, 이형제 성분을 수지 재료에 첨가하는 것 등의 방법이 알려져 있고, 이형제로서는 퍼플루오로알킬기를 갖는 화합물이 널리 이용되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
최근 실용화가 진행되는 상술의 나노 임프린트 기술에 있어서는, 성형틀의 형상이 미세하며 또한 복잡하므로 이형성의 문제가 특히 현저하다. 특히, 나노 임프린트 리소그래피와 같은 전재(電材) 용도에 있어서는, 사소한 패턴의 결손이나 패턴 무너짐이 최종 제품에 있어서 치명적인 결함을 유발할 가능성도 있다. 이와 같은 상황 하, 종래의 이형제로는 시장 요구에 대응할 수 없게 되었고, 새로운 분자 설계의 이형제의 개발이 요구되고 있다.
일본 특개2014-129517호 공보
따라서, 본 발명이 해결하려고 하는 과제는, 이형제로서 유용한 화합물, 이것을 함유하는 이형제, 경화성 조성물, 및 나노 임프린트 리소그래피용 수지 재료를 제공하는 것에 있다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 검토를 행한 결과, 특정의 화학 구조를 갖는 칼릭스아렌 화합물이 이형제로서 매우 높은 성능을 갖고, 이것을 함유하는 경화성 조성물은 다양한 기재에 대한 도공성을 손상시키지 않고, 높은 이형성을 갖는 것을 알아내어, 본 발명을 완성시키는데 이르렀다.
즉, 본 발명은, 하기 구조식(1)
Figure 112019035550495-pct00001
(식 중 R1은 퍼플루오로알킬기를 갖는 구조 부위이다. R2은 수소 원자, 극성기, 중합성기, 극성기 또는 중합성기를 갖는 구조 부위 중 어느 하나이다. R3은 수소 원자, 치환기를 갖고 있어도 되는 지방족 탄화수소기, 치환기를 갖고 있어도 되는 아릴기 중 어느 하나이다. n은 2∼10의 정수이다. *는 방향환과의 결합점이다)
으로 표시되는 분자 구조를 갖는 칼릭스아렌 화합물에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 상기 칼릭스아렌 화합물을 함유하는 이형제에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 상기 칼릭스아렌 화합물과 경화성 수지 재료를 함유하는 경화성 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 상기 칼릭스아렌 화합물을 함유하는 나노 임프린트 리소그래피용 수지 재료에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 이형제로서 유용한 칼릭스아렌 화합물, 이것을 함유하는 이형제, 경화성 조성물, 및 나노 임프린트 리소그래피용 수지 재료를 제공할 수 있다.
도 1은, 실시예 1에서 얻어진 칼릭스아렌 화합물(1)의 FD-MS 차트도.
도 2는, 실시예 1에서 얻어진 칼릭스아렌 화합물(1)의 1H-NMR 차트도.
도 3은, 실시예 1에서 얻어진 칼릭스아렌 화합물(1)의 13C-NMR 차트도.
도 4는, 실시예 1에서 얻어진 칼릭스아렌 화합물(1)의 19F-NMR 차트도.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 칼릭스아렌 화합물은, 하기 구조식(1)
Figure 112019035550495-pct00002
(식 중 R1은 퍼플루오로알킬기를 갖는 구조 부위이다. R2은 수소 원자, 극성기, 중합성기, 극성기 또는 중합성기를 갖는 구조 부위 중 어느 하나이다. R3은 수소 원자, 치환기를 갖고 있어도 되는 지방족 탄화수소기, 치환기를 갖고 있어도 되는 아릴기 중 어느 하나이다. n은 2∼10의 정수이다. *는 방향환과의 결합점이다)
으로 표시되는 분자 구조를 갖는다.
상기 구조식(1) 중의 n은 2∼10의 정수이다. 그 중에서도, 구조적으로 안정하므로 n이 4, 6 또는 8인 것이 바람직하다.
본 발명의 칼릭스아렌 화합물에 있어서는, 상기 R1로 나타나는 퍼플루오로알킬기를 갖는 구조 부위가 비교적 밀집해서 존재하기 때문에, 일반적인 선상 폴리머형의 이형제와 비교해서 매우 우수한 이형 성능을 발현한다. 상기 구조식(1) 중, R1, R2의 결합 위치나, *로 나타나는 결합점의 위치는 특히 한정되지 않으며, 어떠한 구조를 갖고 있어도 된다. 그 중에서도, 이형제로서의 성능이 한층 더 우수한 칼릭스아렌 화합물로 되므로, 하기 구조식(1-1) 또는 (1-2)
Figure 112019035550495-pct00003
(식 중 R1은 퍼플루오로알킬기를 갖는 구조 부위이다. R2은 수소 원자, 극성기, 중합성기, 극성기 또는 중합성기를 갖는 구조 부위 중 어느 하나이다. R3은 수소 원자, 치환기를 갖고 있어도 되는 지방족 탄화수소기, 치환기를 갖고 있어도 되는 아릴기 중 어느 하나이다. n은 2∼10의 정수이다)
으로 표시되는 분자 구조를 갖는 것이 바람직하다.
상기 구조식(1) 중의 R1은 퍼플루오로알킬기를 갖는 구조 부위이고, 상기 칼릭스아렌 화합물을 이형제 용도에 사용한 경우의 이형성에 기여하는 부위이다. 상기 퍼플루오로알킬기의 탄소 원자수는 특히 제한되지 않지만, 생체안전성의 관점에서 탄소 원자수가 1∼6의 범위인 것이 바람직하다. 상기 R1의 퍼플루오로알킬기 이외의 구조 부위는 특히 제한되지 않으며, 어떠한 구조를 갖고 있어도 된다. R1의 구체 구조로서는, 퍼플루오로알킬기를 RF로 나타냈을 경우, 예를 들면, ―X―RF로 나타나는 것을 들 수 있다.
상기 X는, 예를 들면, 치환기를 갖고 있어도 되는 알킬렌기, (폴리)알킬렌에테르 구조, (폴리)알킬렌티오에테르 구조, (폴리)에스테르 구조, (폴리)우레탄 구조, 이들의 조합으로 이루어지는 구조 부위 등을 들 수 있고, (폴리)알킬렌에테르쇄 또는 (폴리)알킬렌티오에테르쇄인 것이 바람직하다. 또한, 제조상, 용이한 관점에서, 하기 구조식(2)으로 표시되는 구조 부위인 것이 바람직하다.
Figure 112019035550495-pct00004
(식 중 R4은 각각 독립으로 직접 결합 또는 탄소 원자수 1∼6의 알킬렌기이다. RF은 퍼플루오로알킬기이다. Y는 직접 결합, 카르보닐기, 산소 원자 또는 황 원자이다)
상기 구조식(2) 중의 R4은 각각 독립으로 탄소 원자수 1∼6의 알킬렌기이다. 알킬렌기는 직쇄형의 것, 분기 구조를 갖는 것의 어느 쪽이어도 되지만, 이형제로서의 성능이 우수한 칼릭스아렌 화합물로 되므로, 직쇄형의 것이 바람직하다.
상기 구조식(1) 중의 R2은 수소 원자, 극성기, 중합성기, 극성기 또는 중합성기를 갖는 구조 부위 중 어느 하나이다. 상술한 바와 같이, 방향환 상의 R2의 치환 위치는 특히 한정되지 않지만, R2이 극성기, 중합성기, 극성기 또는 중합성기를 갖는 구조 부위 중 어느 하나인 경우에는, 방향환 상의 치환 위치는 R1의 파라 위치인 것이 바람직하다. 이형성을 발현하는 R1에 대하여 R2이 파라 위치에 위치함에 의해, R2이 몰드측 또는 매트릭스 성분측과의 친화성기로서 기능하는 것, 혹은 매트릭스 성분측과 반응하는 것 등의 효과가 발생하여, 이형제로서의 성능이 한층 더 우수한 칼릭스아렌 화합물로 된다.
상기 구조식(1) 중의 R2로서는, 예를 들면, 극성기로서, 수산기, 티올기, 포스핀옥사이드기, 또는 수산기, 아미노기, 카르복시기, 티올기, 인산기, 포스폰산기, 포스핀산기, 포스핀옥사이드기, 알콕시실릴기 중 어느 하나의 극성기를 갖는 구조 부위 등을 들 수 있다. 상기 극성기를 갖는 구조 부위에 있어서, 극성기 이외의 구조 부위는 특히 제한되지 않으며, 어떠한 구조를 갖고 있어도 된다. 극성기를 갖는 구조 부위의 구체예로서는, 극성기를 RP1로 나타냈을 경우, 예를 들면, ―O―X―RP1로 나타나는 것을 들 수 있다. 상기 X는, 예를 들면, 치환기를 갖고 있어도 되는 알킬렌기, (폴리)알킬렌에테르 구조, (폴리)알킬렌티오에테르 구조, (폴리)에스테르 구조, (폴리)우레탄 구조, 이들의 조합으로 이루어지는 구조 부위 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 알킬렌기인 것이 바람직하고, 탄소 원자수 1∼6의 알킬렌기인 것이 보다 바람직하다. 따라서, 극성기를 갖는 구조 부위의 바람직한 예로서는, 하기 구조식(3-1)∼(3-7) 중 어느 하나로 표시되는 구조 부위를 들 수 있다.
Figure 112019035550495-pct00005
(식 중 R4은 각각 독립으로 탄소 원자수 1∼6의 알킬렌기이다. R5은 탄소수 1∼3의 알킬기이다)
상기 구조식(1) 중의 R2로서는, 예를 들면, 중합성기로서는, 비닐옥시기, 에티닐옥시기, (메타)아크릴로일옥시기, 글리시딜옥시기, (2-메틸)글리시딜기, (2-메틸)글리시딜옥시기, 3-알킬옥세타닐메틸옥시기, 또는 비닐기, 비닐옥시기, 에티닐기, 에티닐옥시기, (메타)아크릴로일기, (메타)아크릴로일옥시기, 글리시딜기, 글리시딜옥시기, (2-메틸)글리시딜기, (2-메틸)글리시딜옥시기, 3-알킬옥세타닐메틸기, 3-알킬옥세타닐메틸옥시기 중 어느 하나의 중합성기를 갖는 구조 부위를 들 수 있다. 상기 중합성기를 갖는 구조 부위에 있어서, 중합성기 이외의 구조 부위는 특히 제한되지 않으며, 어떠한 구조를 갖고 있어도 된다. 중합성기를 갖는 구조 부위의 구체예로서는, 중합성기를 RP2로 나타냈을 경우, 예를 들면, ―O―X―RP2로 나타나는 것을 들 수 있다. 상기 X는, 예를 들면, 치환기를 갖고 있어도 되는 알킬렌기, (폴리)알킬렌에테르 구조, (폴리)알킬렌티오에테르 구조, (폴리)에스테르 구조, (폴리)우레탄 구조, 이들의 조합으로 이루어지는 구조 부위 등을 들 수 있다. 중합성기를 갖는 구조 부위의 바람직한 예로서는, 하기 구조식(4-1)∼(4-8) 중 어느 하나로 표시되는 구조 부위를 들 수 있다.
Figure 112023002227349-pct00064
(식 중 R4은 각각 독립으로 탄소 원자수 1∼6의 알킬렌기이다. R6은 수소 원자 또는 메틸기이다)
상기 구조식(1) 중의 R3은 수소 원자, 치환기를 갖고 있어도 되는 지방족 탄화수소기, 치환기를 갖고 있어도 되는 아릴기 중 어느 하나이다. 구체적으로는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, t-부틸기, 펜틸기, 헥실기, 시클로헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기의 지방족 탄화수소기나, 이들 지방족 탄화수소기의 수소 원자의 하나 내지 복수가 수산기, 알콕시기, 할로겐 원자 등으로 치환된 구조 부위; 페닐기, 나프틸기, 안트릴기 등의 방향환 함유 탄화수소기나, 이들 방향핵 상에 수산기나 알킬기, 알콕시기, 할로겐 원자 등이 치환한 톨릴기, 자일릴기 등의 구조 부위를 들 수 있다. 그 중에서도, R3은 수소 원자인 것이 바람직하다.
본 발명의 칼릭스아렌 화합물은 어떠한 방법으로 제조된 것이어도 된다. 이하, 본 발명의 칼릭스아렌 화합물을 제조하는 방법의 일례에 대하여 설명한다.
본 발명의 칼릭스아렌 화합물은, 예를 들면, 하기 구조식(5)
Figure 112019035550495-pct00007
(식 중 R3은 수소 원자, 치환기를 갖고 있어도 되는 지방족 탄화수소기, 치환기를 갖고 있어도 되는 아릴기 중 어느 하나이다. n은 2∼10의 정수이다)
으로 표시되는 중간체(A)와 할로겐화알릴을 반응시켜서 알릴에테르화하는 공정(공정 1), 다음으로 대과잉의 아민 화합물의 존재 하에서 가열 교반해서 알릴기를 전이시켜, 하기 구조식(6)
Figure 112019035550495-pct00008
(식 중 R3은 수소 원자, 치환기를 갖고 있어도 되는 지방족 탄화수소기, 치환기를 갖고 있어도 되는 아릴기 중 어느 하나이다. n은 2∼10의 정수이다)
으로 표시되는 중간체(B)를 얻는 공정(공정 2), 퍼플루오로알킬기를 도입하는 공정(공정 3), 필요에 따라서 R2에 상당하는 관능기를 도입하는 공정(공정 4)을 거치는 방법으로 제조할 수 있다.
상기 구조식(5)으로 표시되는 중간체(A)는, 페놀과 알데히드 화합물로부터 직접 제조하는 방법이나, 파라알킬페놀과 알데히드 화합물을 반응시켜서 칼릭스아렌 구조를 갖는 중간체(a)를 얻은 후, 페놀과 염화알루미늄과의 존재 하에서 탈알킬화 반응시키는 방법 등으로 제조할 수 있다. 특히, 상기 중간체(A)를 보다 높은 수율로 제조할 수 있으므로, 파라알킬페놀과 알데히드 화합물을 반응시켜서 칼릭스아렌 구조를 갖는 중간체(a)를 얻은 후, 페놀과 염화알루미늄과의 존재 하에서 탈알킬화 반응시키는 방법으로 제조하는 것이 바람직하다.
상기 파라알킬페놀은, 파라 위치에 알킬기를 갖는 페놀 화합물이면 특히 한정하지 않으며, 어느 화합물을 사용해도 된다. 상기 알킬기로서는, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기 등을 들 수 있지만, 상기 중간체(a)를 보다 높은 수율로 제조할 수 있으므로 tert-부틸기 등의 벌키(bulky)한 것이 바람직하다.
상기 알데히드 화합물은, 상기 파라알킬페놀과 축합 반응을 발생하여 칼릭스아렌 구조를 형성할 수 있는 것이면 되며, 예를 들면, 포름알데히드 외에, 아세트알데히드, 프로피온알데히드 등의 지방족 알데히드 화합물; 벤즈알데히드, 나프토알데히드 등의 방향족 알데히드 화합물 등을 들 수 있다. 이들은 1종류만을 단독으로 사용해도 되고, 2종류 이상을 병용해도 된다. 그 중에서도, 반응성이 우수하므로 포름알데히드를 사용하는 것이 바람직하다. 포름알데히드는 수용액의 상태인 포르말린으로서 사용해도 되고, 고형의 상태인 파라포름알데히드로서 사용해도 되고, 어느 쪽이어도 된다.
상기 파라알킬페놀과 알데히드 화합물과의 반응은, 예를 들면, 산 혹은 염기 촉매의 존재 하, 80∼250℃ 정도의 온도 조건에서 행할 수 있다. 반응 종료 후는 생성물을 수세하는 등 하여, 순도가 높은 중간체(a)를 얻는 것이 바람직하다.
상기 파라알킬페놀과 알데히드 화합물과의 반응 비율은, 상기 중간체(a)를 고수율로 제조할 수 있으므로, 상기 파라알킬페놀 1몰에 대하여, 알데히드 화합물이 0.6∼2몰의 범위인 것이 바람직하다.
상기 산촉매는, 예를 들면, 염산, 황산, 인산 등의 무기산, 메탄설폰산, 파라톨루엔설폰산, 옥살산 등의 유기산, 삼불화붕소, 무수염화알루미늄, 염화아연 등의 루이스산 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 사용해도 되고, 2종류 이상을 병용해도 된다. 산촉매의 첨가량은, 상기 파라알킬페놀과 알데히드 화합물과의 합계 100질량부에 대하여, 0.05∼10질량부의 범위인 것이 바람직하다.
상기 염기 촉매는, 촉매로서 작용하는 것이며, 특히 한정되지 않지만, 예를 들면, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화루비듐 등의 알칼리 금속 수산화물, 탄산나트륨, 탄산칼륨 등의 알칼리 금속 탄산염 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 사용해도 되고, 2종류 이상을 병용해도 된다. 염기 촉매의 첨가량은, 상기 파라알킬페놀과 알데히드 화합물과의 합계 100질량부에 대하여, 0.01∼1질량부의 범위인 것이 바람직하다.
상기 파라알킬페놀과 알데히드 화합물과의 반응은 유기 용매 중에서 행해도 된다. 상기 유기 용매는, 예를 들면, 아세트산에틸, 아세트산메틸, 아세트산부틸, 젖산메틸, 젖산에틸, 젖산부틸 등의 에스테르계 용매; 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 디아세톤알코올, 시클로헥산 등의 케톤계 용매; 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 이소프로판올, n-부탄올, 이소부탄올, t-부탄올, 에틸헥산올 등의 알코올계 용매; 디메틸에테르, 디에틸에테르, 이소프로필에테르, 메틸셀로솔브, 셀로솔브, 부틸셀로솔브, THF, 디옥산, 부틸카르비톨, 비페닐에테르 등의 에테르계 용매; 메톡시에탄올, 에톡시에탄올, 부톡시에탄올 등의 알코올에테르계 용매 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 사용해도 되고, 2종류 이상을 병용해도 된다.
상기 중간체(a)의 탈알킬화 공정은, 예를 들면, 상기 중간체(a)의 빈용매(貧溶媒)이며, 또한, 페놀의 양용매(良溶媒)인 유기 용제 중에 상기 중간체(a)와 페놀을 첨가하고, 이것에 염화알루미늄을 더해서 교반하는 방법으로 행할 수 있다. 반응은 빙욕(氷浴) 내지 실온 정도의 온도 조건 하에서 행하는 것이 바람직하다.
페놀의 첨가량은, 상기 중간체(a) 중의 수산기 1몰에 대하여, 1∼2몰의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 염화알루미늄의 첨가량은, 상기 중간체(a) 중의 수산기 1몰에 대하여, 1∼2몰의 범위인 것이 바람직하다.
상기 유기 용제는, 예를 들면, 벤젠, 톨루엔이나 자일렌 등의 알킬벤젠 등의 방향족 탄화수소 용매 등을 들 수 있다.
반응 종료 후는 수세나 재침전 조작으로 생성물을 정제하여, 순도가 높은 중간체(A)를 얻는 것이 바람직하다.
상기 중간체(A)와 할로겐화알릴을 반응시켜서 알릴에테르화하는 공정(공정 1)은, 예를 들면, 소위 윌리엄슨 에테르 합성과 마찬가지의 요령으로, 염기성 촉매 조건 하, 상기 중간체(A)와 할로겐화알릴을 실온 정도의 온도 조건에서 교반해서 행할 수 있다. 반응은 유기 용매 중에서 행해도 되고, 특히 N-디메틸포름아미드, N-디메틸아세트아미드, 테트라히드로퓨란 등의 극성 용매 중에서 반응시킴에 의해, 보다 효율적으로 반응이 진행한다. 반응 종료 후는 알코올 용매 등으로 세정하여, 생성물을 정제하는 것이 바람직하다.
상기 공정 1에 이어지는 공정 2에서는, 공정 1에서 얻은 알릴에테르화물을 대과잉의 아민 화합물의 존재 하에서 가열 교반해서 알릴기를 전이시켜, 상기 구조식(6)으로 표시되는 중간체(B)를 얻는다.
상기 아민 화합물은, 예를 들면, N,N-디메틸아닐린, N,N-디에틸아닐린, N,N,N-트리메틸아민, N,N,N-트리에틸아민, 디이소프로필에틸아민 등의 3급 아민이나, N,N-디메틸아민, N,N-디에틸아민 등의 2급 아민을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 사용해도 되고, 2종류 이상을 병용해도 된다.
반응 종료 후는 알코올 용매 등으로 세정하여, 생성물을 정제하는 것이 바람직하다.
공정 3에서는, 공정 2에서 얻은 중간체(B)에 퍼플루오로알킬기를 도입한다. 퍼플루오로알킬기 도입제는, 상기 중간체(B)가 갖는 알릴기와 반응해서 퍼플루오로알킬기를 도입할 수 있는 것이면 특히 한정되지 않는다. 특히 반응성이 높은 것으로서는, 퍼플루오로알킬기를 갖는 티올 화합물을 들 수 있다.
상기 티올 화합물은, 예를 들면, 하기 구조식(7)
Figure 112019035550495-pct00009
(식 중 R7은 탄소 원자수 1∼6의 알킬렌기이다. RF은 퍼플루오로알킬기이다)으로 표시되는 것을 들 수 있다. 티올 화합물은 각각 단독으로 사용해도 되고, 2종류 이상을 병용해도 된다. 티올 화합물의 첨가량은, 상기 중간체(B)가 함유하는 알릴기에 대하여 과잉량인 것이 바람직하고, 알릴기 1몰에 대하여 티올 화합물이 1∼5몰 정도인 것이 보다 바람직하다.
상기 중간체(B)와 상기 티올 화합물과의 반응은, 예를 들면, 촉매의 존재 하, 50∼80℃ 정도의 온도 조건 하에서 행할 수 있다. 반응은 유기 용매 중에서 행해도 된다. 상기 유기 용제는, 예를 들면, 톨루엔이나 자일렌 등의 방향족 탄화수소 용매; 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 등의 알코올 용매; 메틸이소부틸케톤, 메틸에틸케톤 등의 케톤 용매 등을 들 수 있다.
상기 촉매는, 예를 들면, 2,2'-아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴) 등을 들 수 있다. 이들 촉매의 첨가량은, 상기 중간체(B)가 함유하는 알릴기 1몰에 대하여, 0.05∼0.5몰의 범위에서 사용하는 것이 바람직하다.
반응 종료 후는 생성물의 수세 혹은 재침전 등으로 정제하는 것이 바람직하다.
상기 공정 4는, 상기 구조식(1) 중의 R2이 극성기, 중합성기, 극성기 또는 중합성기를 갖는 구조 부위인 화합물을 제조할 경우에, R2에 상당하는 관능기를 도입하기 위하여 행한다. 관능기 도입제는, 페놀성 수산기와 반응할 수 있는 화합물이면 특히 한정되지 않는다. 일반적으로는, 소위 윌리엄슨 에테르 합성과 마찬가지의 요령으로, 염기성 촉매 조건 하, R2에 상당하는 구조 부위를 갖는 할로겐화물을 반응시키는 방법으로, 목적물을 효율 좋게 제조할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 칼릭스아렌 화합물은 특히 이형제 용도에 호적하게 사용할 수 있지만, 그 용도는 이형제로 한정되는 것은 아니다. 그 밖의 용도로서는, 예를 들면, 코팅제의 표면평활제나 레벨링제, 발수·발유제, 방오제 용도 등을 들 수 있고, 공지의 퍼플루오로알킬기 함유 화합물이나 퍼플루오로폴리에테르 화합물 대신에 사용할 수 있다.
본 발명의 칼릭스아렌 화합물을 이형제 용도에 사용할 경우, 성형틀에 도포하는 타입의 이형제로서 사용해도 되고, 수지 재료측에 첨가해서 사용해도 된다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 칼릭스아렌 화합물은 표면평활제나 레벨링제, 발수·발유제, 방오제로서도 유효하므로, 본 발명의 칼릭스아렌 화합물을 수지 재료에 첨가해서 사용하는 경우에는, 이들 첨가제를 개별로 사용하지 않아도 충분한 성능을 발휘할 수 있는 점에서 유용하다.
본 발명의 칼릭스아렌 화합물을 함유하는 경화성 조성물은, 열경화성이나, 활성 에너지선 경화성 등, 어떠한 경화 양식의 것이어도 된다. 상기 경화성 조성물이 열경화성 조성물일 경우, 조성물이 함유하는 경화성 수지 재료로서는 우레탄 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 우레아 수지, 멜라민 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 실리콘 수지 등을 들 수 있다.
상기 경화성 조성물이 활성 에너지선 경화성 조성물일 경우, 조성물이 함유하는 경화성 수지 재료로서는, (메타)아크릴로일기를 갖는 화합물 등을 들 수 있다. 상기 (메타)아크릴로일기를 갖는 화합물은, 예를 들면, 모노(메타)아크릴레이트 화합물 및 그 변성체(R1), 지방족 탄화수소형 폴리(메타)아크릴레이트 화합물 및 그 변성체(R2), 지환식 폴리(메타)아크릴레이트 화합물 및 그 변성체(R3), 방향족 폴리(메타)아크릴레이트 화합물 및 그 변성체(R4), 실리콘쇄를 갖는 (메타)아크릴레이트 수지 및 그 변성체(R5), 에폭시(메타)아크릴레이트 수지 및 그 변성체(R6), 우레탄(메타)아크릴레이트 수지 및 그 변성체(R7), 아크릴(메타)아크릴레이트 수지 및 그 변성체(R8), 덴드리머형 (메타)아크릴레이트 수지 및 그 변성체(R9) 등을 들 수 있다.
상기 모노(메타)아크릴레이트 화합물 및 그 변성체(R1)는, 예를 들면, 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 프로필(메타)아크릴레이트, 히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트 등의 지방족 모노(메타)아크릴레이트 화합물; 시클로헥실(메타)아크릴레이트, 이소보르닐(메타)아크릴레이트, 아다만틸모노(메타)아크릴레이트 등의 지환형 모노(메타)아크릴레이트 화합물; 글리시딜(메타)아크릴레이트, 테트라히드로푸르푸릴아크릴레이트 등의 복소환형 모노(메타)아크릴레이트 화합물; 페닐(메타)아크릴레이트, 벤질(메타)아크릴레이트, 페녹시(메타)아크릴레이트, 페녹시에틸(메타)아크릴레이트, 페녹시에톡시에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시-3-페녹시프로필(메타)아크릴레이트, 페닐페놀(메타)아크릴레이트, 페닐벤질(메타)아크릴레이트, 페녹시벤질(메타)아크릴레이트, 벤질벤질(메타)아크릴레이트, 페닐페녹시에틸(메타)아크릴레이트, 파라쿠밀페놀(메타)아크릴레이트 등의 방향족 모노(메타)아크릴레이트 화합물; 하기 구조식(8)
Figure 112019035550495-pct00010
(식 중 R8은 수소 원자 또는 메틸기이다)
으로 표시되는 화합물 등의 모노(메타)아크릴레이트 화합물; 상기 각종 모노(메타)아크릴레이트 화합물의 분자 구조 중에 (폴리)옥시에틸렌쇄, (폴리)옥시프로필렌쇄, (폴리)옥시테트라메틸렌쇄 등의 (폴리)옥시알킬렌쇄를 도입한 (폴리)옥시알킬렌 변성체; 상기 각종 모노(메타)아크릴레이트 화합물의 분자 구조 중에 (폴리)락톤 구조를 도입한 락톤 변성체 등을 들 수 있다.
상기 지방족 탄화수소형 폴리(메타)아크릴레이트 화합물 및 그 변성체(R2)는, 예를 들면, 에틸렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 프로필렌글리콜디(메타)아크릴레이트, 부탄디올디(메타)아크릴레이트, 헥산디올디(메타)아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디(메타)아크릴레이트 등의 지방족 디(메타)아크릴레이트 화합물; 트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 글리세린트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리(메타)아크릴레이트, 디트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨트리(메타)아크릴레이트 등의 지방족 트리(메타)아크릴레이트 화합물; 펜타에리트리톨테트라(메타)아크릴레이트, 디트리메틸올프로판테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨펜타(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨헥사(메타)아크릴레이트 등의 4관능 이상의 지방족 폴리(메타)아크릴레이트 화합물; 상기 각종 지방족 탄화수소형 폴리(메타)아크릴레이트 화합물의 분자 구조 중에 (폴리)옥시에틸렌쇄, (폴리)옥시프로필렌쇄, (폴리)옥시테트라메틸렌쇄 등의 (폴리)옥시알킬렌쇄를 도입한 (폴리)옥시알킬렌 변성체; 상기 각종 지방족 탄화수소형 폴리(메타)아크릴레이트 화합물의 분자 구조 중에 (폴리)락톤 구조를 도입한 락톤 변성체 등을 들 수 있다.
상기 지환식 폴리(메타)아크릴레이트 화합물 및 그 변성체(R3)는, 예를 들면, 1,4-시클로헥산디메탄올디(메타)아크릴레이트, 노르보르난디(메타)아크릴레이트, 노르보르난디메탄올디(메타)아크릴레이트, 디시클로펜타닐디(메타)아크릴레이트, 트리시클로데칸디메탄올디(메타)아크릴레이트 등의 지환형 디(메타)아크릴레이트 화합물; 상기 각종 지환식 폴리(메타)아크릴레이트 화합물의 분자 구조 중에 (폴리)옥시에틸렌쇄, (폴리)옥시프로필렌쇄, (폴리)옥시테트라메틸렌쇄 등의 (폴리)옥시알킬렌쇄를 도입한 (폴리)옥시알킬렌 변성체; 상기 각종 지환식 폴리(메타)아크릴레이트 화합물의 분자 구조 중에 (폴리)락톤 구조를 도입한 락톤 변성체 등을 들 수 있다.
상기 방향족 폴리(메타)아크릴레이트 화합물 및 그 변성체(R4)는, 예를 들면, 비페놀디(메타)아크릴레이트, 비스페놀디(메타)아크릴레이트, 하기 구조식(9)
Figure 112019035550495-pct00011
[식 중 R9은 각각 독립으로 (메타)아크릴로일기, (메타)아크릴로일옥시기, (메타)아크릴로일옥시알킬기 중 어느 하나이다]
으로 표시되는 비카르바졸 화합물, 하기 구조식(10-1) 또는 (10-2)
Figure 112019035550495-pct00012
[식 중 R9은 각각 독립으로 (메타)아크릴로일기, (메타)아크릴로일옥시기, (메타)아크릴로일옥시알킬기 중 어느 하나이다]
으로 표시되는 플루오렌 화합물 등의 방향족 디(메타)아크릴레이트 화합물; 상기 각종 방향족 폴리(메타)아크릴레이트 화합물의 분자 구조 중에 (폴리)옥시에틸렌쇄, (폴리)옥시프로필렌쇄, (폴리)옥시테트라메틸렌쇄 등의 (폴리)옥시알킬렌쇄를 도입한 (폴리)옥시알킬렌 변성체; 상기 각종 방향족 폴리(메타)아크릴레이트 화합물의 분자 구조 중에 (폴리)락톤 구조를 도입한 락톤 변성체 등을 들 수 있다.
상기 실리콘쇄를 갖는 (메타)아크릴레이트 수지 및 그 변성체(R5)는, 분자 구조 중에 실리콘쇄와 (메타)아크릴로일기를 갖는 화합물이면 특히 한정되지 않으며, 다종 다양한 것을 사용해도 된다. 또한, 그 제조 방법도 특히 한정되지 않는다. 상기 실리콘쇄를 갖는 (메타)아크릴레이트 수지 및 그 변성체(R5)의 구체예로서는, 예를 들면, 알콕시실란기를 갖는 실리콘 화합물과 수산기 함유 (메타)아크릴레이트 화합물과의 반응물 등을 들 수 있다.
상기 알콕시실란기를 갖는 실리콘 화합물은, 시판품의 예로서, 예를 들면, 신에쓰가가쿠고교가부시키가이샤제 「X-40-9246」(알콕시기 함유량 12질량%), 「KR-9218」(알콕시기 함유량 15질량%), 「X-40-9227」(알콕시기 함유량 15질량%), 「KR-510」(알콕시기 함유량 17질량%), 「KR-213」(알콕시기 함유량 20질량%), 「X-40-9225」(알콕시기 함유량 24질량%), 「X-40-9250」(알콕시기 함유량 25질량%), 「KR-500」(알콕시기 함유량 28질량%), 「KR-401N」(알콕시기 함유량 33질량%), 「KR-515」(알콕시기 함유량 40질량%), 「KC-89S」(알콕시기 함유량 45질량%) 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 사용해도 되고, 2종류 이상을 병용해도 된다. 그 중에서도, 알콕시기 함유량이 15∼40질량%의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 실리콘 화합물로서 2종류 이상을 병용하는 경우에는, 각각의 알콕시기 함유량의 평균값이 15∼40질량%의 범위인 것이 바람직하다.
상기 수산기 함유 (메타)아크릴레이트 화합물은, 예를 들면, 히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판디(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리(메타)아크릴레이트, 디트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨펜타(메타)아크릴레이트 등의 수산기 함유 (메타)아크릴레이트 화합물; 상기 각종 수산기 함유 (메타)아크릴레이트 화합물의 분자 구조 중에 (폴리)옥시에틸렌쇄, (폴리)옥시프로필렌쇄, (폴리)옥시테트라메틸렌쇄 등의 (폴리)옥시알킬렌쇄를 도입한 (폴리)옥시알킬렌 변성체; 상기 각종 수산기 함유 (메타)아크릴레이트 화합물의 분자 구조 중에 (폴리)락톤 구조를 도입한 락톤 변성체 등을 들 수 있다.
또한, 상기 실리콘쇄를 갖는 (메타)아크릴레이트 수지 및 그 변성체(R5)로서, 편말단에 (메타)크릴로일기를 갖는 실리콘오일인 신에쓰가가쿠고교가부시키가이샤제 「X-22-174ASX」(메타크릴로일기 당량 900g/당량), 「X-22-174BX」(메타크릴로일기 당량 2,300g/당량), 「X-22-174DX」(메타크릴로일기 당량 4,600g/당량), 「KF-2012」(메타크릴로일기 당량 4,600g/당량), 「X-22-2426」(메타크릴로일기 당량 12,000g/당량), 「X-22-2404」(메타크릴로일기 당량 420g/당량), 「X-22-2475」(메타크릴로일기 당량 420g/당량); 양말단에 (메타)크릴로일기를 갖는 실리콘오일인 신에쓰가가쿠고교가부시키가이샤제 「X-22-164」(메타크릴로일기 당량 190g/당량), 「X-22-164AS」(메타크릴로일기 당량 450g/당량), 「X-22-164A」(메타크릴로일기 당량 860g/당량), 「X-22-164B」(메타크릴로일기 당량 1,600g/당량), 「X-22-164C」(메타크릴로일기 당량 2,400g/당량), 「X-22-164E」(메타크릴로일기 당량 3,900g/당량), 「X-22-2445」(아크릴로일기 당량 1,600g/당량); 1분자 중에 (메타)아크릴로일기를 복수 갖는 올리고머형 실리콘 화합물인 신에쓰가가쿠고교가부시키가이샤제 「KR-513」(메타크릴로일기 당량 210g/당량), 「-40-9296」(메타크릴로일기 당량 230g/당량), 도아고세이가부시키가이샤제 「AC-SQ TA-100」(아크릴로일기 당량 165g/당량), 「AC-SQ SI-20」(아크릴로일기 당량 207g/당량), 「MAC-SQ TM-100」(메타크릴로일기 당량 179g/당량), 「MAC-SQ SI-20」(메타크릴로일기 당량 224g/당량), 「MAC-SQ HDM」(메타크릴로일기 당량 239g/당량) 등의 시판품을 사용해도 된다.
상기 실리콘쇄를 갖는 (메타)아크릴레이트 수지 및 그 변성체(R5)는, 중량 평균 분자량(Mw)이 1,000∼10,000의 범위인 것이 바람직하고, 1,000∼5,000의 범위인 것이 보다 바람직하다. 또한, 그 (메타)아크릴로일기 당량이 150∼5,000g/당량의 범위인 것이 바람직하고, 150∼2,500g/당량의 범위인 것이 보다 바람직하다.
상기 에폭시(메타)아크릴레이트 수지 및 그 변성체(R6)는, 예를 들면, 에폭시 수지에 (메타)아크릴산 또는 그 무수물을 반응시켜서 얻어지는 것을 들 수 있다. 상기 에폭시 수지는, 예를 들면, 히드로퀴논, 카테콜 등의 2가 페놀의 디글리시딜에테르; 3,3'-비페닐디올, 4,4'-비페닐디올 등의 비페놀 화합물의 디글리시딜에테르; 비스페놀A형 에폭시 수지, 비스페놀B형 에폭시 수지, 비스페놀F형 에폭시 수지, 비스페놀S형 에폭시 수지 등의 비스페놀형 에폭시 수지; 1,4-나프탈렌디올, 1,5-나프탈렌디올, 1,6-나프탈렌디올, 2,6-나프탈렌디올, 2,7-나프탈렌디올, 비나프톨, 비스(2,7-디히드록시나프틸)메탄 등의 나프톨 화합물의 폴리글리시딜에테르; 4,4',4"-메틸리딘트리스페놀 등의 트리글리시딜에테르; 페놀노볼락형 에폭시 수지, 크레졸노볼락 수지 등의 노볼락형 에폭시 수지; 상기 각종 에폭시 수지의 분자 구조 중에 (폴리)옥시에틸렌쇄, (폴리)옥시프로필렌쇄, (폴리)옥시테트라메틸렌쇄 등의 (폴리)옥시알킬렌쇄를 도입한 (폴리)옥시알킬렌 변성체; 상기 각종 에폭시 수지의 분자 구조 중에 (폴리)락톤 구조를 도입한 락톤 변성체 등을 들 수 있다.
상기 우레탄(메타)아크릴레이트 수지 및 그 변성체(R7)는, 예를 들면, 각종 폴리이소시아네이트 화합물, 수산기 함유 (메타)아크릴레이트 화합물, 및 필요에 따라서 각종 폴리올 화합물을 반응시켜서 얻어지는 것을 들 수 있다. 상기 폴리이소시아네이트 화합물은, 예를 들면 부탄디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트, 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트 등의 지방족 디이소시아네이트 화합물; 노르보르난디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 수첨 자일릴렌디이소시아네이트, 수첨 디페닐메탄디이소시아네이트 등의 지환식 디이소시아네이트 화합물; 톨릴렌디이소시아네이트, 자일릴렌디이소시아네이트, 테트라메틸자일릴렌디이소시아네이트, 디페닐메탄디이소시아네이트, 1,5-나프탈렌디이소시아네이트 등의 방향족 디이소시아네이트 화합물; 하기 구조식(11)으로 표시되는 반복 구조를 갖는 폴리메틸렌폴리페닐폴리이소시아네이트; 이들의 이소시아누레이트 변성체, 뷰렛 변성체, 알로파네이트 변성체 등을 들 수 있다.
Figure 112019035550495-pct00013
[식 중, R10은 각각 독립으로 수소 원자, 탄소 원자수 1∼6의 탄화수소기 중 어느 하나이다. R11은 각각 독립으로 탄소 원자수 1∼4의 알킬기, 또는 구조식(11)으로 표시되는 구조 부위와 * 표시가 부여된 메틸렌기를 개재해서 연결하는 결합점 중 어느 하나이다. q는 0 또는 1∼3의 정수이고, p는 1 이상의 정수이다]
상기 수산기 함유 (메타)아크릴레이트 화합물은, 예를 들면, 히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 트리메틸올프로판디(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨트리(메타)아크릴레이트, 디트리메틸올프로판트리(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨펜타(메타)아크릴레이트 등의 수산기 함유 (메타)아크릴레이트 화합물; 상기 각종 수산기 함유 (메타)아크릴레이트 화합물의 분자 구조 중에 (폴리)옥시에틸렌쇄, (폴리)옥시프로필렌쇄, (폴리)옥시테트라메틸렌쇄 등의 (폴리)옥시알킬렌쇄를 도입한 (폴리)옥시알킬렌 변성체; 상기 각종 수산기 함유 (메타)아크릴레이트 화합물의 분자 구조 중에 (폴리)락톤 구조를 도입한 락톤 변성체 등을 들 수 있다.
상기 폴리올 화합물은, 예를 들면, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 부탄디올, 헥산디올, 글리세린, 트리메틸올프로판, 디트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨 등의 지방족 폴리올 화합물; 비페놀, 비스페놀 등의 방향족 폴리올 화합물; 상기 각종 폴리올 화합물의 분자 구조 중에 (폴리)옥시에틸렌쇄, (폴리)옥시프로필렌쇄, (폴리)옥시테트라메틸렌쇄 등의 (폴리)옥시알킬렌쇄를 도입한 (폴리)옥시알킬렌 변성체; 상기 각종 폴리올 화합물의 분자 구조 중에 (폴리)락톤 구조를 도입한 락톤 변성체 등을 들 수 있다.
상기 아크릴(메타)아크릴레이트 수지 및 그 변성체(R8)는, 예를 들면, 수산기나 카르복시기, 이소시아네이트기, 글리시딜기 등의 반응성 관능기를 갖는 (메타)아크릴레이트 모노머(α)를 필수의 성분으로서 중합시켜서 얻어지는 아크릴 수지 중간체에, 이들 관능기와 반응할 수 있는 반응성 관능기를 갖는 (메타)아크릴레이트 모노머(β)를 더 반응시킴에 의해 (메타)아크릴로일기를 도입해서 얻어지는 것을 들 수 있다.
상기 반응성 관능기를 갖는 (메타)아크릴레이트 모노머(α)는, 예를 들면, 히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 히드록시프로필(메타)아크릴레이트 등의 수산기 함유 (메타)아크릴레이트 모노머; (메타)아크릴산 등의 카르복시기 함유 (메타)아크릴레이트 모노머; 2-아크릴로일옥시에틸이소시아네이트, 2-메타크릴로일옥시에틸이소시아네이트, 1,1-비스(아크릴로일옥시메틸)에틸이소시아네이트 등의 이소시아네이트기 함유 (메타)아크릴레이트 모노머; 글리시딜(메타)아크릴레이트, 4-히드록시부틸아크릴레이트글리시딜에테르 등의 글리시딜기 함유 (메타)아크릴레이트 모노머 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 사용해도 되고, 2종류 이상을 병용해도 된다.
상기 아크릴 수지 중간체는, 상기 (메타)아크릴레이트 모노머(α) 외에, 필요에 따라서 그 밖의 중합성 불포화기 함유 화합물을 공중합시킨 것이어도 된다. 상기 그 밖의 중합성 불포화기 함유 화합물은, 예를 들면, 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 프로필(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실(메타)아크릴레이트 등의 (메타)아크릴산알킬에스테르; 시클로헥실(메타)아크릴레이트, 이소보로닐(메타)아크릴레이트, 디시클로펜타닐(메타)아크릴레이트 등의 시클로환 함유 (메타)아크릴레이트; 페닐(메타)아크릴레이트, 벤질(메타)아크릴레이트, 페녹시에틸아크릴레이트 등의 방향환 함유 (메타)아크릴레이트; 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란 등의 실릴기 함유 (메타)아크릴레이트; 스티렌, α-메틸스티렌, 클로로스티렌 등의 스티렌 유도체 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 사용해도 되고, 2종류 이상을 병용해도 된다.
상기 (메타)아크릴레이트 모노머(β)는, 상기 (메타)아크릴레이트 모노머(α)가 갖는 반응성 관능기와 반응할 수 있는 것이면 특히 한정되지 않지만, 반응성의 관점에서 이하의 조합인 것이 바람직하다. 즉, 상기 (메타)아크릴레이트 모노머(α)로서 상기 수산기 함유 (메타)아크릴레이트를 사용한 경우에는, (메타)아크릴레이트 모노머(β)로서 이소시아네이트기 함유 (메타)아크릴레이트를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 (메타)아크릴레이트 모노머(α)로서 상기 카르복시기 함유 (메타)아크릴레이트를 사용한 경우에는, (메타)아크릴레이트 모노머(β)로서 상기 글리시딜기 함유 (메타)아크릴레이트를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 (메타)아크릴레이트 모노머(α)로서 상기 이소시아네이트기 함유 (메타)아크릴레이트를 사용한 경우에는, (메타)아크릴레이트 모노머(β)로서 상기 수산기 함유 (메타)아크릴레이트를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 (메타)아크릴레이트 모노머(α)로서 상기 글리시딜기 함유 (메타)아크릴레이트를 사용한 경우에는, (메타)아크릴레이트 모노머(β)로서 상기 카르복시기 함유 (메타)아크릴레이트를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 아크릴(메타)아크릴레이트 수지 및 그 변성체(R8)는, 중량 평균 분자량(Mw)이 5,000∼50,000의 범위인 것이 바람직하다. 또한, (메타)아크릴로일기 당량이 200∼300g/당량의 범위인 것이 바람직하다.
상기 덴드리머형 (메타)아크릴레이트 수지 및 그 변성체(R9)란, 규칙성이 있는 다분기 구조를 갖고, 각 분기쇄의 말단에 (메타)아크릴로일기를 갖는 수지를 말하며, 덴드리머형 외에, 하이퍼브랜치형 혹은 스타 폴리머 등으로 불리고 있다. 이와 같은 화합물은, 예를 들면, 하기 구조식(12-1)∼(12-8)으로 표시되는 것 등을 들 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니며, 규칙성이 있는 다분기 구조를 갖고, 각 분기쇄의 말단에 (메타)아크릴로일기를 갖는 수지이면 어느 것이라도 사용할 수 있다.
Figure 112019035550495-pct00014
Figure 112019035550495-pct00015
(식 중 R8은 수소 원자 또는 메틸기이고, R12은 탄소 원자수 1∼4의 탄화수소기이다)
이와 같은 덴드리머형 (메타)아크릴레이트 수지 및 그 변성체(R9)로서, 오사카유키가가쿠가부시키가이샤제 「비스코트#1000」[중량 평균 분자량(Mw) 1,500∼2,000, 일분자당의 평균 (메타)아크릴로일기수 14], 「비스코트1020」[중량 평균 분자량(Mw) 1,000∼3,000], 「SIRIUS501」[중량 평균 분자량(Mw) 15,000∼23,000], MIWON사제 「SP-1106」[중량 평균 분자량(Mw) 1,630, 일분자당의 평균 (메타)아크릴로일기수 18], SARTOMER사제 「CN2301」, 「CN2302」[일분자당의 평균 (메타)아크릴로일기수 16], 「CN2303」[일분자당의 평균 (메타)아크릴로일기수 6], 「CN2304」[일분자당의 평균 (메타)아크릴로일기수 18], 신닛테쓰스미킨가가쿠가부시키가이샤제 「에스드리머HU-22」, 신나카무라가가쿠가부시키가이샤제 「A-HBR-5」, 다이이찌고교세이야쿠가부시키가이샤제 「뉴프론티어R-1150」, 닛산가가쿠가부시키가이샤제 「하이퍼텍UR-101」 등의 시판품을 사용해도 된다.
상기 덴드리머형 (메타)아크릴레이트 수지 및 그 변성체(R9)는, 중량 평균 분자량(Mw)이 1,000∼30,000의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 일분자당의 평균 (메타)아크릴로일기수가 5∼30의 범위인 것이 바람직하다.
상기 (메타)아크릴로일기를 갖는 화합물은, 목적의 용도에 따라서 적의(適宜) 바람직한 것을 선택해서 사용한다. 특히, 상기 경화성 조성물을 나노 임프린트 리소그래피 용도 등, 미세한 형상을 형성할 목적으로 사용하는 경우에는, 무용제에서의 조성물 점도가 E형 회전 점도계에 의한 측정값에서 1,000mPa·s 이하인 것이 바람직하고, 100mPa·s 이하인 것이 보다 바람직하다.
상기 경화성 조성물이 활성 에너지선 경화성 조성물인 경우에는, 광중합개시제를 함유하고 있는 것이 바람직하다. 상기 광중합개시제는, 조사하는 활성 에너지선의 종류 등에 따라 적절한 것을 선택해서 사용하면 된다. 광중합개시제의 구체예로서는, 예를 들면, 1-히드록시-시클로헥실-페닐-케톤, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-부탄온-1, 2-(디메틸아미노)-2-[(4-메틸페닐)메틸]-1-[4-(4-모르폴리닐)페닐]-1-부탄온 등의 알킬페논계 광중합개시제; 2,4,6-트리메틸벤조일-디페닐-포스핀옥사이드 등의 아실포스핀옥사이드계 광중합개시제; 벤조페논 화합물 등의 분자 내 수소 인발형(引拔型) 광중합개시제 등을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 사용해도 되고, 2종류 이상을 병용해도 된다.
상기 광중합개시제의 시판품은, 예를 들면, BASF사제 「IRGACURE127」, 「IRGACURE184」, 「IRGACURE250」, 「IRGACURE270」, 「IRGACURE290」, 「IRGACURE369E」, 「IRGACURE379EG」, 「IRGACURE500」, 「IRGACURE651」, 「IRGACURE754」, 「IRGACURE819」, 「IRGACURE907」, 「IRGACURE1173」, 「IRGACURE2959」, 「IRGACURE MBF」, 「IRGACURE TPO」, 「IRGACURE OXE 01」, 「IRGACURE OXE 02」 등을 들 수 있다.
상기 광중합개시제의 사용량은, 상기 활성 에너지선 경화성 조성물 중의 유기 용제를 제외한 성분 100질량부에 대해서 0.05∼20질량부의 범위에서 사용하는 것이 바람직하고, 0.1∼10질량부의 범위에서 사용하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 경화성 조성물은 유기 용제로 희석되어 있어도 된다. 상기 유기 용제는, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노프로필에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르 등의 알킬렌글리콜모노알킬에테르; 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 디에틸렌글리콜디프로필에테르, 디에틸렌글리콜디부틸에테르 등의 디알킬렌글리콜디알킬에테르; 에틸렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트 등의 알킬렌글리콜알킬에테르아세테이트; 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로헥산온, 메틸아밀케톤 등의 케톤 화합물; 디옥산 등의 환식 에테르; 2-히드록시프로피온산메틸, 2-히드록시프로피온산에틸, 2-히드록시-2-메틸프로피온산에틸, 에톡시아세트산에틸, 옥시아세트산에틸, 2-히드록시-3-메틸부탄산메틸, 3-메톡시부틸아세테이트, 3-메틸-3-메톡시부틸아세테이트, 포름산에틸, 아세트산에틸, 아세트산부틸, 아세토아세트산메틸, 아세토아세트산에틸 등의 에스테르 화합물을 들 수 있다. 이들은 각각 단독으로 사용해도 되고, 2종류 이상을 병용해도 된다. 유기 용제의 첨가량은 원하는 조성물 점도 등에 따라서 적의 조정된다.
본 발명의 경화성 조성물은, 원하는 성능에 따라서 각종 첨가제를 함유하고 있어도 된다. 첨가제의 예로서는, 자외선 흡수제, 산화방지제, 광증감제, 실리콘계 첨가제, 실란커플링제, 불소계 첨가제, 레올로지 컨트롤제, 탈포제, 대전방지제, 방담제, 밀착보조제, 유기 안료, 무기 안료, 체질 안료, 유기 필러, 무기 필러 등을 들 수 있다.
본 발명의 칼릭스아렌 화합물을 함유하는 경화성 조성물은 이형성이 우수한 특징을 가지므로 부형용 수지 재료로서 특히 유용하지만, 이 밖의 용도에 사용해도 된다. 예를 들면, 코팅제나 도료 용도에 사용한 경우에는, 표면평활성이나 방오성이 우수한 경화 도막을 얻을 수 있다.
본 발명의 경화성 조성물을 부형용 수지 재료로서 사용하는 경우에는, 공지 일반의 방법으로 성형할 수 있다. 이하, 성형틀을 사용한 부형 기술 중 비교적 새로운 기술로서, 본 발명의 경화성 조성물 중 활성 에너지선 경화성 조성물을 나노 임프린트 리소그래피용 수지 재료로서 사용한 경우의 패턴 형성 방법에 대하여 설명한다.
우선, 기재 상에 본 발명의 나노 임프린트 리소그래피용 수지 재료를 도포하여, 미경화의 수지막을 형성한다. 수지막의 두께는 형성하는 패턴의 형상 등에도 따르지만, 0.1∼5㎛ 정도인 것이 바람직하다. 도공 방법은 특히 한정되지 않으며, 스프레이법, 스핀 코트법, 딥법, 롤 코트법, 블레이드 코트법, 닥터 롤법, 닥터 블레이드법, 커튼 코트법, 슬릿 코트법, 바 코트법, 스크린 인쇄법, 잉크젯 인쇄법, 그라비어 인쇄법, 오프셋 인쇄법 등, 어느 방법이어도 된다. 나노 임프린트 리소그래피용 수지 재료가 유기 용제를 함유하는 경우에는, 도포 후 50∼100℃ 정도의 온도 조건 하에서 수십초∼수분 정도 건조시켜서 수지막을 얻는다.
상기 기재의 형상 및 재질은 특히 한정하지 않으며, 원하는 기재 상에 패턴을 형성할 수 있다. 기재 형상으로서는, 시트상의 것, 입체 구조를 갖는 것, 평면의 것, 곡면의 것 등을 들 수 있다. 기재의 재질로서는, 예를 들면, 트리아세틸셀룰로오스 기재, 폴리에스테르 기재, 아크릴 기재, 시클로올레핀 폴리머 기재, 폴리아미드 기재, 폴리이미드 기재, 폴리에틸렌 기재, 폴리프로필렌 기재, 폴리스티렌 기재, 폴리카보네이트 기재, 폴리페닐렌설파이드(PPS) 기재, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합 수지(ABS) 기재, 시트 몰딩 컴파운드(SMC) 기재, 벌크 몰딩 컴파운드(BMC) 기재 등의 수지 또는 플라스틱 기재; 니켈, 구리, 크롬, 철, 알루미늄, 스테인리스 등의 금속 혹은 금속 증착막 기재; ITO(In2O3-SnO2) 등의 투명 도전막 기재; 실리콘 기재, 폴리실리콘 기재, 탄화실리콘 기재, 질화실리콘 기재, 산화실리콘 기재, 아모퍼스실리콘 기재, 질화갈륨 기재 등의 반도체 기재; 석영, 사파이어, 유리, 세라믹, 도포 유리막(SOG), 도포 탄소막(SOC) 등을 들 수 있다.
다음으로, 미경화의 수지막 상에 패턴을 형성하기 위한 몰드를 압부(押付)하고, 몰드측 혹은 기재측으로부터 활성 에너지선을 조사해서 수지 재료를 경화시켜, 패턴을 형성한다. 상기 몰드의 재료로서는, 석영, 자외선 투과 유리, 사파이어, 다이아몬드, 폴리디메틸실록산 등의 실리콘 재료, 시클로올레핀 등의 투명 수지 등의 광투과성의 재료; 금속, 탄화실리콘, 마이카 등의 광투과성이 없는 재료를 들 수 있다. 몰드의 형상은 특히 한정되지 않으며, 평면상, 벨트상, 롤상, 롤벨트상 등, 어느 형상이어도 된다.
몰드를 압부할 때에는, 수지 재료의 유동성을 높일 목적으로 적의 가열해도 된다. 가열 온도는 수지 재료의 경화 반응이 진행하지 않을 정도의 온도인 것이 바람직하고, 활성 에너지선 경화성 수지 재료로서 (메타)아크릴로일기를 갖는 화합물을 사용하는 경우에는, 25∼80℃ 정도인 것이 바람직하다.
조사하는 활성 에너지선은, 수지 재료를 경화시킬 수 있으며, 또한, 기재 또는 몰드를 투과할 수 있는 파장의 것이면 특히 한정되지 않는다. 특히, 활성 에너지선 경화성 수지 재료로서 (메타)아크릴로일기를 갖는 화합물을 사용하는 경우에는, 효율적으로 경화 반응이 진행하므로 450㎚ 이하의 파장의 광(자외선, X선, γ선 등의 활성 에너지선)이 바람직하다.
본 발명의 나노 임프린트 리소그래피용 수지 재료에 의해 형성되는 패턴의 응용처는 특히 한정되지 않으며, 어떠한 응용 분야에 사용해도 된다. 본 발명의 나노 임프린트 리소그래피용 수지 재료는 이형성이 우수한 특징을 가지므로 미세하며 또한 복잡한 패턴의 형성에 있어서도 결손이나 패턴 무너짐이 발생하기 어렵기 때문에, 광학 부재의 가공이나 집적 회로(LSI) 용도 등, 높은 해상도나 치수 제어가 요구되는 용도에도 호적하게 사용할 수 있다.
(실시예)
이하에 제조예 및 실시예를 들어서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다. 예 중의 부 및 %는, 특히 기재되지 않는 한, 모두 질량 기준이다.
본원 실시예에 있어서 수지의 분자량은 겔 투과 크로마토그래프(GPC)를 사용하여, 하기의 조건에 의해 측정한 값이다.
측정 장치; 도소가부시키가이샤제 HLC-8220
칼럼; 도소가부시키가이샤제 가드칼럼 HXL-H
+도소가부시키가이샤제 TSKgel G5000HXL
+도소가부시키가이샤제 TSKgel G4000HXL
+도소가부시키가이샤제 TSKgel G3000HXL
+도소가부시키가이샤제 TSKgel G2000HXL
검출기; RI(시차굴절계)
데이터 처리; 도소가부시키가이샤제 SC-8010
측정 조건; 칼럼 온도 40℃
용매 테트라히드로퓨란
유속 1.0ml/분
표준; 폴리스티렌
시료; 수지 고형분 환산으로 0.4질량%의 테트라히드로퓨란 용액을 마이크로 필터로 여과한 것(100μl)
1H-NMR은 JEOL RESONANCE제 「JNM-ECM400S」를 사용하여, 하기 조건에 의해 측정했다.
자장 강도 : 400MHz
적산 횟수 : 16회
용매 : 중수소화클로로포름
시료 농도 : 2mg/0.5ml
13C-NMR은 JEOL RESONANCE제 「JNM-ECM400S」를 사용하여, 하기 조건에 의해 측정했다.
자장 강도 : 100MHz
적산 횟수 : 1000회
용매 : 중수소화클로로포름
시료 농도 : 2mg/0.5ml
19F-NMR은 JEOL RESONANCE제 「JNM-ECM400S」를 사용하여, 하기 조건에 의해 측정했다.
자장 강도 : 400MHz
적산 횟수 : 16회
용매 : 중수소화클로로포름
시료 농도 : 2mg/0.5ml
FD-MS는 니혼덴시가부시키가이샤제 「JMS-T100GC AccuTOF」를 사용하여, 하기 조건에 의해 측정했다.
측정 범위 : m/z=50.00∼2000.00
변화율 : 25.6mA/min
최종 전류값 : 40mA
캐소드 전압 : -10kV
실시예 1 칼릭스아렌 화합물(1)의 제조
〈중간체(A-1)의 제조〉
교반 장치, 온도계 및 환류 냉각관을 부착한 1리터의 4구 플라스크에, 하기 구조식(a)으로 표시되는 tert-부틸칼릭스[4]아렌 50g, 페놀 32.26g 및 탈수 톨루엔 350ml를 투입하고, 질소 플로 환경 하, 300rpm으로 교반했다. tert-부틸칼릭스[4]아렌은 용해하지 않고 현탁하여 있었다. 플라스크를 빙욕에 담그면서 무수염화알루미늄(III) 51.37g을 수회로 나누어서 투입했다. 용액의 색이 담등(淡橙) 투명으로 변화함과 함께, 바닥에 무수염화알루미늄(III)이 침전하여 있었다. 실온에서 5시간 교반을 계속한 후, 반응 혼합물을 1L의 비커에 옮기고, 얼음, 1N 염산 100ml, 톨루엔 350ml를 더해서 반응을 정지시켰다. 용액의 색은 담황색 투명으로 변화했다. 반응 혼합물을 분액 깔때기에 옮기고, 유기상을 회수했다. 수상에 톨루엔 100ml를 더해서 유기 성분을 추출하는 작업을 3회 행하여, 얻어진 추출액을 앞에서 회수한 유기상과 합쳤다. 유기상에 무수황산마그네슘을 더해서 탈수한 후, 여과해서 유기상을 회수했다. 이베이퍼레이터에서 용매를 증류 제거하여, 백색 결정과 무색 투명 액체의 혼합물을 얻었다. 혼합물을 교반하면서 메탄올을 천천히 첨가하고, 액체 중에 용해하여 있던 생성물을 재침전시켰다. 기리야마 깔때기로 백색 결정을 여과하고, 메탄올로 세정한 후, 진공 건조해서 하기 구조식(b)으로 표시되는 중간체(A-1) 29.21g을 얻었다.
Figure 112019035550495-pct00016
〈중간체(A-1)의 알릴에테르화〉
교반 장치, 온도계, 적하 깔때기, 및 환류 냉각관을 부착한 1리터의 4구 플라스크에, 앞에서 얻은 중간체(A-1) 16.41g, 탈수 N,N-디메틸포름아미드 65.64ml, 49% 수산화나트륨 수용액 37.87g을 투입하고, 질소 플로 환경 하, 300rpm으로 교반했다. 용액은 담황색 투명을 나타내고 있었다. 실온 조건 하, 적하 깔때기를 사용해서 브롬화알릴 56.13g을 30분 걸쳐서 적하했다. 적하 종료로부터 30분 후, 유백색의 고체가 석출하여 슬러리상으로 되었다. 추가로 2시간 반응시킨 후, 아세트산과 순수를 천천히 더하고, 반응을 정지시켰다. 기리야마 깔때기로 결정을 여과하고, 메탄올로 세정한 후, 진공 건조해서 상기 중간체(A-1)의 알릴에테르화물 17.94g을 얻었다.
〈중간체(B-1)의 제조〉
교반 장치, 온도계 및 환류 냉각관을 부착한 1리터의 4구 플라스크에, 앞에서 얻은 중간체(A-1)의 알릴에테르화물 14.69g과 N,N-디메틸아닐린 58.76g을 투입하고, 질소 플로 환경 하, 300rpm으로 교반했다. 환류할 때까지 가열하고, 3시간 교반을 계속했다. 실온까지 냉각한 후, 반응 혼합물을 비커에 옮기고, 얼음과 클로로포름 20g을 투입했다. 비커를 빙욕에 담그면서 38% 진한 염산 48.04g을 천천히 첨가했더니, 용액은 담황색 투명으로 되었다. 반응 혼합물을 분액 깔때기에 옮기고, 유기상을 회수했다. 수상에 클로로포름 20g을 더해서 유기 성분을 추출하는 작업을 3회 행하여, 얻어진 추출액을 앞에서 회수한 유기상과 합쳤다. 유기상에 무수황산마그네슘을 더해서 탈수한 후, 여과해서 유기상을 회수했다. 이베이퍼레이터에서 용매를 증류 제거하여, 백색 결정과 담녹색 투명 액체의 혼합물을 얻었다. 혼합물에 메탄올을 천천히 첨가하고, 액체 중에 용해하여 있던 생성물을 재침전시켰다. 기리야마 깔때기로 백색 결정을 여과하고, 메탄올로 세정한 후, 진공 건조해서 하기 구조식(c)으로 표시되는 중간체(B-1) 12.77g을 얻었다.
Figure 112019035550495-pct00017
〈퍼플루오로알킬기의 도입〉
교반 장치, 온도계 및 환류 냉각관을 부착한 1리터의 4구 플라스크에, 앞에서 얻은 중간체(B-1) 10.00g, 2,2'-아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴(와코쥰야쿠샤제) 1.70g, 탈수 톨루엔 31.5ml, 및 1,1,2,2-테트라히드로퍼플루오로옥탄티올 52.02g을 투입하고, 질소 플로 환경 하, 300rpm으로 교반했다. 65℃까지 가열하고, 12시간 반응시켰다. 실온까지 냉각한 후, 반응 혼합물을 분액 깔때기에 옮기고, 1N 탄산수소나트륨 수용액 30g과 클로로포름 30g을 첨가해서, 유기상을 분액했다. 수상에 클로로포름 20g을 더해서 유기 성분을 추출하는 작업을 3회 행하여, 얻어진 추출액을 앞에서 회수한 유기상과 합쳤다. 유기상을 1N 수산화나트륨 수용액으로 세정한 후, 유기상에 무수황산마그네슘을 더해서 탈수하고, 여과했다. 이베이퍼레이터에서 용매를 증류 제거하여, 얻어진 적색 투명 액체를 빙냉(氷冷)하면서, 메탄올을 더해서 결정물을 재침전시켰다. 기리야마 깔때기로 회색 결정을 여과하고, 메탄올로 세정한 후, 진공 건조해서 하기 구조식(d)으로 표시되는 칼릭스아렌 화합물(1) 31.08g을 얻었다.
Figure 112019035550495-pct00018
실시예 2 칼릭스아렌 화합물(2)의 제조
교반 장치, 온도계 및 환류 냉각관을 부착한 300밀리리터의 4구 플라스크에, 실시예 1에서 얻어진 칼릭스아렌 화합물(1)을 10.00g(4.750㎜ol), 무수아세톤 55.00g(947.0㎜ol), 탄산칼륨 7.88g(57.00㎜ol), 2-브로모아세트산메틸 8.72g(57.02㎜ol)을 넣고, 60시간 가열 환류시켰다. 실온까지 냉각한 후 이온 교환수, 1N 염산을 pH6까지 더했다. 클로로포름 50g을 더하고, 반응 혼합물을 분액 깔때기에 옮기고, 유기상을 분액했다. 다음으로 수상을 클로로포름 50g으로 3회 추출하고, 유기상에 합쳤다. 유기상을 무수황산마그네슘으로 예비 건조하고, 여과했다. 이베이퍼레이터에서 용매를 증류 제거하여, 적색 점조(粘稠) 액체를 칼럼 크로마토그래피(전개 용매 : n-헥산:아세톤=3:1)에서, 등색 투명 액체로서 얻었다. 용매를 농축하고, 클로로포름/메탄올을 더해서 재침전시켰다. 기리야마 깔때기로 황토색 고체를 여과하여, 얻어진 황토색 고체를 진공 건조(60℃에서 6시간 이상)하여, 하기 구조식(e)으로 표시되는 칼릭스아렌 화합물(2)을 9.84g 얻었다. 수율은 86.5%.
Figure 112019035550495-pct00019
실시예 3 칼릭스아렌 화합물(3)의 제조
교반 장치, 온도계 및 환류 냉각관을 부착한 500밀리리터의 4구 플라스크에, 테트라히드로퓨란 8.00g(110.94㎜ol)을 넣고, 빙욕하면서 수소화알루미늄리튬 0.507g(13.36㎜ol)을 천천히 더했다. 거기에, 적하 깔때기에서 테트라히드로퓨란 32.00g(443.77㎜ol)에 녹인 칼릭스아렌 화합물(2) 4.00g(1.6711㎜ol)을 5℃ 이하에서, 천천히 첨가했다. 회색 현탁액. 실온 하에서 6시간 반응시켰다. 빙욕 하, 이온 교환수 2g, 1N 염산 5g, 이온 교환수 20g, 클로로포름 30g을 첨가했다. 반응액을 규조토 여과했다. 여과액에 클로로포름 30g을 더하고, 반응 혼합물을 분액 깔때기에 옮기고, 유기상을 분액했다. 다음으로 수상을 클로로포름 30g으로 3회 추출하고, 유기상에 합쳤다. 유기상을 무수황산마그네슘으로 예비 건조하고, 여과했다. 이베이퍼레이터에서 용매를 증류 제거하여, 적색 점조 액체를 칼럼 크로마토그래피(전개 용매 : n-헥산:아세톤=3:1)에서, 담황색 투명 액체로서 얻었다. 용매를 농축하고, 클로로포름/메탄올을 더해서 재침전시켰다. 기리야마 깔때기로 백색 고체를 여과하여, 얻어진 백색 고체를 진공 건조(60℃에서 6시간 이상)하여, 하기 구조식(f)으로 표시되는 칼릭스아렌 화합물(3)을 2.978g 얻었다. 수율은 78.1%.
Figure 112019035550495-pct00020
실시예 4 칼릭스아렌 화합물(4)의 제조
교반 장치, 온도계, 적하 깔때기, 및 환류 냉각관을 부착한 200밀리리터의 4구 플라스크에, 칼릭스아렌 화합물(1)을 2.00g(0.9499㎜ol), 탈수 THF 20.55g(285.0㎜ol), 60% NaH 1.96g(49.40㎜ol), N-(2-브로모에틸)프탈이미드 30.48g(120.0㎜ol)을 재빠르게 투입하고, 질소 플로 하, 실온 하, 300rpm으로 교반했다. 담황색 현탁액으로 되었다. 승온하고, 12시간 가열 환류시켰다. 메탄올을 천천히 더하고, 반응을 퀀치했다. 용액을 증류 제거하고, 클로로포름 50g 및 1N HCl을 pH3까지 투입하고, 유기상을 분액했다. 다음으로 수상을 클로로포름 20g으로 3회 추출하고, 유기상에 합쳤다. 추가로 1M Na2CO3 수용액과 이온 교환수로 세정한 후, 유기상을 무수황산마그네슘으로 예비 건조하고, 여과했다. 이베이퍼레이터에서 용매를 증류 제거하고, 빙욕 하, 메탄올을 더해서 재침전시켰다. 기리야마 깔때기로 유백색 고체를 여과하고, 메탄올로 세정했다. 얻어진 유백색 고체를 진공 건조(60℃에서 12시간 이상)하여, 하기 구조식(g)으로 표시되는 칼릭스아렌 화합물(4)을 1.2864g 얻었다. 수율은 48.4%.
Figure 112019035550495-pct00021
실시예 5 칼릭스아렌 화합물(5)의 제조
교반 장치, 온도계, 적하 깔때기, 및 환류 냉각관을 부착한 100밀리리터의 4구 플라스크에, 칼릭스아렌 화합물(4)을 1.2864g(0.4597㎜ol), 에탄올 15.42g(334.70㎜ol), 95% 히드라진일수화물 0.4845g(0.9195㎜ol)을 재빠르게 투입하고, 질소 플로 하, 300rpm으로 5시간 가열 환류시켰다. 담황색 현탁액으로 되었다. 냉각 후, 용액을 증류 제거하고, 클로로포름 20g 및 이온 교환수 20g을 투입하고, 유기상을 분액했다. 다음으로 수상을 클로로포름 20g으로 3회 추출하고, 유기상에 합쳤다. 유기상을 무수황산마그네슘으로 예비 건조하고, 여과했다. 이베이퍼레이터에서 용매를 증류 제거했다. 다음으로, 메탄올 7.00g(218.5㎜ol), 37% 진한 염산 0.3644g(3.698㎜ol)을 투입하고, 질소 플로 하, 4시간 가열 환류시켰다. 실온까지 냉각하고, 반응 혼합물을 분액 깔때기에 옮기고, 이온 교환수 20g 및 클로로포름 20g 투입하고, 유기상을 분액했다. 다음으로 수상을 클로로포름 20g으로 3회 추출하고, 유기상에 합쳤다. 포화 식염수로 세정한 후, 유기상을 무수황산마그네슘으로 예비 건조하고, 여과했다. 이베이퍼레이터에서 용매를 증류 제거하고, 적색 점조 액체를 칼럼 크로마토그래피(전개 용매 : n-헥산:아세톤=3:1)에서, 담청색 투명 액체로서 얻었다. 용매를 농축하고, 클로로포름/메탄올을 더해서 재침전시켰다. 기리야마 깔때기로 회색 고체를 여과하여, 얻어진 회색 고체를 진공 건조(60℃에서 6시간 이상)하여, 하기 구조식(h)으로 표시되는 칼릭스아렌 화합물(5)을 0.3664g 얻었다. 수율은 35.0%.
Figure 112019035550495-pct00022
실시예 6 칼릭스아렌 화합물(6)의 제조
교반 장치, 온도계 및 환류 냉각관을 부착한 500밀리리터의 4구 플라스크에, 칼릭스아렌 화합물(2)을 4.00g(1.671㎜ol), 테트라히드로퓨란 30.00g(416.05㎜ol), 에탄올 26.00g(564.4㎜ol), 수산화칼륨 1.24g(22.11㎜ol)을 더하고, 6시간 가열 환류시켰다. 백색 현탁액. 실온까지 냉각한 후 이온 교환수, 클로로포름을 더하고, 빙욕했다. 다음으로 pH1까지 5N 염산을 천천히 더했다. 클로로포름 50g으로 반응 혼합물을 분액 깔때기에 옮기고, 유기상을 분액했다. 다음으로 수상을 클로로포름 30g으로 3회 추출하고, 유기상에 합쳤다. 유기상을 무수황산마그네슘으로 예비 건조하고, 여과했다. 이베이퍼레이터에서 용매를 증류 제거하여, 유백색 고체를 얻었다. 얻어진 유백색 고체를 진공 건조(60℃에서 12시간 이상)하여, 하기 구조식(i)으로 표시되는 칼릭스아렌 화합물(6)을 3.883g 얻었다. 수율은 99.4%.
Figure 112019035550495-pct00023
실시예 7 칼릭스아렌 화합물(7)의 제조
교반 장치, 온도계, 적하 깔때기, 및 환류 냉각관을 부착한 100밀리리터의 4구 플라스크에, 칼릭스아렌 화합물(1)을 5.00g(2.416㎜ol), 탈수 N,N-디메틸포름아미드 17.66g(241.6㎜ol), 50% NaOH 수용액 1.16g(29.00㎜ol)을 재빠르게 투입하고, 질소 플로 하, 65℃, 300rpm으로 교반했다. 담황색 투명 용액으로 되었다. 다음으로, 적하 깔때기를 사용해서 브롬화알릴 4.38g(29.00㎜ol) 30분 걸쳐서 적하했다. 적하 종료 후 30분 후, 유백색의 고체가 석출하여 슬러리상으로 되었다. 그 후, 10시간 반응시켰다. 아세트산과 이온 교환수를 천천히 더하고, 반응을 퀀치했다. 석출한 고체를 기리야마 깔때기로 여과하고, 메탄올로 세정했다. 얻어진 도색(桃色) 고체를 진공 건조(60℃에서 12시간 이상)하여, 하기 구조식(j)으로 표시되는 칼릭스아렌 화합물(7)을 4.029g 얻었다. 수율은 73.6%.
Figure 112019035550495-pct00024
실시예 8 칼릭스아렌 화합물(8)의 제조
교반 장치, 온도계, 적하 깔때기, 및 환류 냉각관을 부착한 200밀리리터의 4구 플라스크에, 칼릭스아렌 화합물(8)을 1.500g(0.6621㎜ol), 탈수 톨루엔 6.01g(66.21㎜ol), 2,2'-아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴)(와코쥰야쿠샤제) 0.0658g(0.2649㎜ol), 및 티오아세트산 0.4031g(0.5296㎜ol)을 투입하고, 질소 플로 하, 12시간 65℃, 300rpm으로 교반했다. 실온까지 냉각하고, 반응 혼합물을 분액 깔때기에 옮기고, 1N NaHCO3 수용액 15g 및 클로로포름 15g을 투입하고, 유기상을 분액했다. 다음으로 수상을 클로로포름 15g으로 3회 추출하고, 유기상에 합쳤다. 추가로 1N NaOH 수용액 15g으로 분액한 후, 유기상을 무수황산마그네슘으로 예비 건조하고, 여과했다. 이베이퍼레이터에서 용매를 증류 제거하여, 적색 투명 액체를 얻었다. 빙욕 하, 메탄올을 더해서 재침전시켰다. 기리야마 깔때기로 유백색 고체를 여과하고, 메탄올로 세정했다. 얻어진 유백색 고체를 진공 건조(60℃에서 12시간 이상)하여, 하기 구조식(k)으로 표시되는 칼릭스아렌 화합물(8)을 1.543g 얻었다. 수율은 90.7%.
Figure 112019035550495-pct00025
실시예 9 칼릭스아렌 화합물(9)의 제조
교반 장치, 온도계 및 환류 냉각관을 부착한 100밀리리터의 4구 플라스크에, 칼릭스아렌 화합물(8)을 1.543g(0.6004㎜ol), THF 2.00g(27.74㎜ol), 메탄올 4.00g(124.84㎜ol), 37% 진한 염산 0.9754g(9.900㎜ol)을 투입하고, 질소 플로 하, 8시간 65℃, 300rpm으로 교반했다. 실온까지 냉각하고, 반응 혼합물을 분액 깔때기에 옮기고, 이온 교환수 20g 및 클로로포름 20g 투입하고, 유기상을 분액했다. 다음으로 수상을 클로로포름 20g으로 3회 추출하고, 유기상에 합쳤다. 추가로 포화 NaHCO3 수용액 15g을 붓고, 포화 식염수로 세정한 후, 유기상을 무수황산마그네슘으로 예비 건조하고, 여과했다. 이베이퍼레이터에서 용매를 증류 제거하여, 적색 투명 액체를 얻었다. 빙욕 하, 노르말헥산과 메탄올을 더해서 재침전시켰다. 기리야마 깔때기로 유백색 고체를 여과하고, 메탄올로 세정했다. 얻어진 유백색 고체를 진공 건조(60℃에서 12시간 이상)하여, 하기 구조식(l)으로 표시되는 칼릭스아렌 화합물(9)을 1.084g 얻었다. 수율은 75.2%.
Figure 112019035550495-pct00026
실시예 10 칼릭스아렌 화합물(10)의 제조
교반 장치, 온도계, 적하 깔때기, 및 환류 냉각관을 부착한 100밀리리터의 4구 플라스크에, 칼릭스아렌 화합물(1)을 1.500g(0.7248㎜ol), 탈수 THF 15.68g(217.45㎜ol), 60% NaH 0.3479g(8.698㎜ol), 2-브로모부틸포스폰산디에틸 2.3755g(8.698㎜ol)을 재빠르게 투입하고, 질소 플로 하, 실온 하, 300rpm으로 교반했다. 담황색 현탁액으로 되었다. 승온하고, 12시간 가열 환류시켰다. 메탄올을 천천히 더하고, 반응을 퀀치했다. 용액을 증류 제거하여, 클로로포름 50g 및 1N HCl 25g으로 투입하고, 유기상을 분액했다. 다음으로 수상을 클로로포름 20g으로 3회 추출하고, 유기상에 합쳤다. 이온 교환수로 세정한 후, 유기상을 무수황산마그네슘으로 예비 건조하고, 여과했다. 이베이퍼레이터에서 용매를 증류 제거하여, 적색 점조 액체를 칼럼 크로마토그래피(전개 용매 : n-헥산:아세톤=3:1)에서, 등색 투명 액체로서 얻었다. 용매를 농축하고, 클로로포름/메탄올을 더해서 재침전시켰다. 기리야마 깔때기로 황토색 고체를 여과하여, 얻어진 황토색 고체를 진공 건조(60℃에서 6시간 이상)하여, 하기 구조식(m)으로 표시되는 칼릭스아렌 화합물(10)을 1.078g 얻었다. 수율은 52.4%.
Figure 112019035550495-pct00027
실시예 11 칼릭스아렌 화합물(11)의 제조
교반 장치, 온도계, 적하 깔때기, 및 환류 냉각관을 부착한 100밀리리터의 4구 플라스크에, 칼릭스아렌 화합물(10)을 1.078g(0.8258㎜ol), 탈수아세토니트릴 8.00g(194.9㎜ol), 브롬화트리메틸실릴 2.086g(13.63㎜ol)을 재빠르게 투입하고, 질소 플로 하, 300rpm으로 6시간 가열 환류했다. 담황색 현탁액으로 되었다. 또한 메탄올 5.00g(156.0㎜ol)을 더하고 추가로 2시간 가열 환류했다. 냉각하고, 용액을 증류 제거하고, 클로로포름 20g 및 이온 교환수 20g으로 투입하고, 유기상을 분액했다. 다음으로 수상을 클로로포름 10g으로 3회 추출하고, 유기상에 합쳤다. 유기상을 무수황산마그네슘으로 예비 건조하고, 여과했다. 이베이퍼레이터에서 용매를 증류 제거하여, 적색 점조 액체를 칼럼 크로마토그래피(전개 용매 : n-헥산:아세톤=3:1)에서, 황색 투명 액체로서 얻었다. 용매를 농축하고, 클로로포름/메탄올을 더해서 재침전시켰다. 기리야마 깔때기로 황토색 고체를 여과하여, 얻어진 황토색 고체를 진공 건조(60℃에서 6시간 이상)하여, 하기 구조식(n)으로 표시되는 칼릭스아렌 화합물(11)을 1.399g 얻었다. 수율은 64.8%.
Figure 112019035550495-pct00028
실시예 12 칼릭스아렌 화합물(12)의 제조
교반 장치, 온도계, 적하 깔때기, 및 환류 냉각관을 부착한 100밀리리터의 4구 플라스크에, 칼릭스아렌 화합물(3)을 1.00g(0.4383㎜ol), 무수디클로로메탄 8.00g(94.20㎜ol)에 용해하고, 무수트리에틸아민 1.7677g(17.470㎜ol)을 더했다. 다음으로, 빙욕 하, 포스포로클로리드산비스(2,2,2-트리클로로에틸) 1.6808g(4.4306㎜ol)을 더하고, 실온에서 12시간 반응시켰다. 디클로로메탄 20g 및 포화 NaHCO3 수용액 20g으로 투입하고, 유기상을 분액했다. 다음으로 수상을 디클로로메탄 20g으로 3회 추출하고, 유기상에 합쳤다. 유기상을 포화 식염수로 세정하고, 무수황산마그네슘으로 예비 건조하고, 여과했다. 잔사를 피리딘:아세트산(=5:1)에 용해하고, 0℃로 유지하고, 활성화한 아연 6g을 첨가했다. 반응 혼합물을 실온에서 하룻밤 교반했다. 고체를 여과 분별하고, 용매를 제거한 후, 반응액을 규조토 여과하고, 5N 수산화나트륨 수용액으로 처리하고, 디클로로메탄으로 세정했다. 수층을 2N 염산으로 처리하여, 침전물을 얻었다. 0.1N 염산으로 세정하여, 백색 고체를 얻었다. 얻어진 황토색 고체를 진공 건조(60℃에서 6시간 이상)하여, 하기 구조식(o)으로 표시되는 칼릭스아렌 화합물(12)을 0.2486g 얻었다. 수율은 21.8%.
Figure 112019035550495-pct00029
실시예 13 칼릭스아렌 화합물(13)의 제조
교반 장치, 온도계, 적하 깔때기, 및 환류 냉각관을 부착한 30밀리리터의 4구 플라스크에, 칼릭스아렌 화합물(3)을 1.00g(0.4414㎜ol), 탈수 톨루엔 2.078g(22.07㎜ol), 1,3-디비닐-1,1,3,3-테트라메틸디실록산백금(0) 착체 자일렌 용액 0.00127g(0.0033㎜ol)을 재빠르게 투입하고, 질소 플로 하, 빙욕 하, 300rpm으로 30분 교반했다. 다음으로, 시린지를 사용해서 트리에톡시실란 0.8701g(5.296㎜ol)을 30분 걸쳐서 적하했다. 적하 종료 후 30분 걸쳐서 50℃로 승온하고, 8시간 반응시켰다. 용액은 담황색 투명 용액으로 되었다. 냉각 후, 활성탄과 규조토로 백금 착체를 여과하고, 여과액을 농축하여 담황색 투명 오일을 얻었다. 얻어진 오일을 칼럼 크로마토그래피(전개 용매 : n-헥산:아세톤=3:1)에서, 등색 투명 액체로서 얻었다. 용매를 농축하여, 담황색 투명 오일을 얻었다. 얻어진 담황색 투명 오일을 진공 건조(60℃에서 6시간 이상)하여, 하기 구조식(p)으로 표시되는 칼릭스아렌 화합물(13)을 0.4244g 얻었다. 수율은 32.9%.
Figure 112019035550495-pct00030
실시예 14 칼릭스아렌 화합물(14)의 제조
교반 장치, 온도계 및 환류 냉각관을 부착한 50밀리리터의 4구 플라스크에, 칼릭스아렌 화합물(6)을 1.000g(0.4278㎜ol), 테트라부틸암모늄아이오다이드 0.03160g(0.0856㎜ol), 1-메톡시-2-프로판올 7.711g(85.56㎜ol), 페노티아진 0.003g(0.0171㎜ol), 비닐글리시딜에테르 0.5140g(5.133㎜ol)을 넣고 교반했다. 산소 버블링하면서 90℃에서 20시간 가열했다. 다색(茶色) 투명 용액. 실온까지 냉각하고, 혼합 용액을 비커에 옮기고, 1N 염산, 클로로포름 30g을 더하고, 반응 혼합물을 분액 깔때기에 옮기고, 유기상을 분액했다. 다음으로 수상을 클로로포름 30g으로 3회 추출하고, 유기상에 합쳤다. 유기상을 무수황산마그네슘으로 예비 건조하고, 여과했다. 이베이퍼레이터에서 용매를 증류 제거하여, 적색 점조 액체를 칼럼 크로마토그래피(전개 용매 : n-헥산:아세톤=95:5)에서, 담황색 투명 액체로서 얻었다. 용매를 농축하여, 담황색 투명 오일을 얻었다. 얻어진 담황색 투명 오일을 진공 건조(60℃에서 6시간 이상)하여, 하기 구조식(q)으로 표시되는 칼릭스아렌 화합물(14)을 0.3537g 얻었다. 수율은 30.2%.
Figure 112019035550495-pct00031
실시예 15 칼릭스아렌 화합물(15)의 제조
교반 장치, 온도계, 적하 깔때기, 및 환류 냉각관을 부착한 50밀리리터의 4구 플라스크에, 칼릭스아렌 화합물(1)을 1.00g(0.4832㎜ol), 탈수 N,N-디메틸포름아미드 3.53g(48.32㎜ol)을 투입하고, 빙욕 하, 60% NaH 0.0928g(3.866㎜ol)을 소량씩 투입했다. 교반하고, 용액의 색이 변하면, 프로파르길브로미드(80%톨루엔 용액, 약 9.2mol/L) 0.5748g(3.866㎜ol)을 첨가했다. 실온에서 5시간 교반했다. 다색 현탁 용액. 이온 교환수를 천천히 더하고, 반응을 퀀치했다. 다음으로 1N 염산을 pH3까지 더했다. 클로로포름 30g을 더하고, 반응 혼합물을 분액 깔때기에 옮기고, 유기상을 분액했다. 다음으로 수상을 클로로포름 30g으로 3회 추출하고, 유기상에 합쳤다. 유기상을 무수황산마그네슘으로 예비 건조하고, 여과했다. 이베이퍼레이터에서 용매를 증류 제거하고, 클로로포름/메탄올을 더해서 재침전시켰다. 기리야마 깔때기로 회색 고체를 여과하여, 얻어진 회색 고체를 진공 건조(60℃에서 6시간 이상)하여, 하기 구조식(r)으로 표시되는 칼릭스아렌 화합물(15)을 0.7265g 얻었다. 수율은 66.6%.
Figure 112019035550495-pct00032
실시예 16 칼릭스아렌 화합물(16)의 제조
교반 장치, 온도계 및 환류 냉각관을 부착한 100밀리리터의 4구 플라스크에, 칼릭스아렌 화합물(1)을 2.00g(0.9664㎜ol), 테트라히드로퓨란 14.00g(194.2㎜ol), 트리페닐포스핀 0.76g(2.900㎜ol), 히드록시에틸메타크릴레이트 0.3773g(2.899㎜ol)을 넣고 교반했다. 담황색 투명 용액. 다음으로, 빙욕 하, 아조디카르복시산디이소프로필 0.5863g(2.899㎜ol)을 30분 걸쳐서, 적하했다. 등색 투명 용액. 실온에서 6시간 교반했다. 반응 용액에 헥산을 더하고, 트리페닐포스핀 등의 부생성물을 석출 제거한 후, 클로로포름으로 추출을 행하고, 물, 포화 식염수로 세정한 후, 황산마그네슘으로 건조했다. 이베이퍼레이터에서 용매를 증류 제거하여, 적색 점조 액체를 칼럼 크로마토그래피(전개 용매 : n-헥산:아세톤=95:5)에서, 담황색 투명 액체로서 얻었다. 용매를 농축하고, 클로로포름/메탄올을 더해서 재침전시켰다. 기리야마 깔때기로 백색 결정을 여과하여, 얻어진 백색 결정을 진공 건조(60℃에서 6시간 이상)하여, 하기 구조식(s)으로 표시되는 칼릭스아렌 화합물(16)을 1.33g 얻었다. 수율은 60.0%.
Figure 112019035550495-pct00033
실시예 17 칼릭스아렌 화합물(17)의 제조
교반 장치, 온도계 및 환류 냉각관을 부착한 100밀리리터의 4구 플라스크에, 칼릭스아렌 화합물(1)을 2.00g(0.9664㎜ol), 테트라히드로퓨란 14.00g(194.2㎜ol), 트리페닐포스핀 0.76g(2.900㎜ol), β-히드록시에틸아크릴레이트 0.3367g(2.899㎜ol)을 넣고 교반했다. 담황색 투명 용액. 다음으로, 빙욕 하, 아조디카르복시산디이소프로필 0.5863g(2.899㎜ol)을 30분 걸쳐서, 적하했다. 등색 투명 용액. 실온에서 6시간 교반했다. 반응 용액에 헥산을 더하고, 트리페닐포스핀 등의 부생성물을 석출 제거한 후, 클로로포름으로 추출을 행하고, 물, 포화 식염수로 세정한 후, 황산마그네슘으로 건조했다. 이베이퍼레이터에서 용매를 증류 제거하여, 적색 점조 액체를 칼럼 크로마토그래피(전개 용매 : n-헥산:아세톤=95:5)에서, 담황색 투명 액체로서 얻었다. 용매를 농축하고, 클로로포름/메탄올을 더해서 재침전시켰다. 기리야마 깔때기로 백색 결정을 여과하여, 얻어진 백색 결정을 진공 건조(60℃에서 6시간 이상)하여, 하기 구조식(t)으로 표시되는 칼릭스아렌 화합물(17)을 1.2590g 얻었다. 수율은 57.5%.
Figure 112019035550495-pct00034
실시예 18 칼릭스아렌 화합물(18)의 제조
교반 장치, 온도계 및 환류 냉각관을 부착한 200밀리리터의 4구 플라스크에, 칼릭스아렌 화합물(3)을 2.00g(0.8906㎜ol), 테트라히드로퓨란 13.00g(180.3㎜ol), 트리페닐포스핀 1.4016g(5.343㎜ol), 아크릴산 0.3851g(5.344㎜ol)을 넣고 교반했다. 담황색 투명 용액. 다음으로, 빙욕 하, 아조디카르복시산디이소프로필 1.0805g(5.344㎜ol)을 30분 걸쳐서, 적하했다. 적색 투명 용액. 실온에서 6시간 교반했다. 반응 용액에 헥산을 더하고, 트리페닐포스핀 등의 부생성물을 석출 제거한 후, 클로로포름으로 추출을 행하고, 물, 포화 식염수로 세정한 후, 황산마그네슘으로 건조했다. 이베이퍼레이터에서 용매를 증류 제거하여, 적색 점조 액체를 칼럼 크로마토그래피(전개 용매 : n-헥산:아세톤=95:5)에서, 담황색 투명 액체로서 얻었다. 용매를 농축하고, 클로로포름/메탄올을 더해서 재침전시켰다. 기리야마 깔때기로 백색 결정을 여과하여, 얻어진 백색 결정을 진공 건조(60℃에서 6시간 이상)하여, 하기 구조식(u)으로 표시되는 칼릭스아렌 화합물(18)을 1.3418g 얻었다. 수율은 61.2%.
Figure 112019035550495-pct00035
실시예 19 칼릭스아렌 화합물(19)의 제조
교반 장치, 온도계 및 환류 냉각관을 부착한 300밀리리터의 4구 플라스크에, 칼릭스아렌 화합물(6)을 1.000g(0.4278㎜ol), 테트라부틸암모늄아이오다이드 0.03160g(0.0856㎜ol), 1-메톡시-2-프로판올 7.711g(85.56㎜ol), 페노티아진 0.003g(0.0171㎜ol), GMA 0.7300g(5.133㎜ol)을 넣고 교반했다. 산소 버블링하면서 90℃에서 20시간 가열했다. 다색 투명 용액. 실온까지 냉각하고, 혼합 용액을 비커에 옮기고, 1N 염산, 클로로포름 30g을 더하고, 반응 혼합물을 분액 깔때기에 옮기고, 유기상을 분액했다. 다음으로 수상을 클로로포름 30g으로 3회 추출하고, 유기상에 합쳤다. 유기상을 무수황산마그네슘으로 예비 건조하고, 여과했다. 이베이퍼레이터에서 용매를 증류 제거하여, 적색 점조 액체를 칼럼 크로마토그래피(전개 용매 : n-헥산:아세톤=95:5)에서, 담황색 투명 액체로서 얻었다. 용매를 농축하고, 클로로포름/메탄올을 더해서 재침전시켰다. 기리야마 깔때기로 백색 고체를 여과하여, 얻어진 백색 고체를 진공 건조(60℃에서 6시간 이상)하여, 하기 구조식(v)으로 표시되는 칼릭스아렌 화합물(19)을 0.5483g 얻었다. 수율은 44.1%.
Figure 112019035550495-pct00036
실시예 20 칼릭스아렌 화합물(20)의 제조
교반 장치, 온도계 및 환류 냉각관을 부착한 100밀리리터의 4구 플라스크에, 칼릭스아렌 화합물(3)을 1.000g(0.4453㎜ol), N―메틸피롤리돈 5.00g(50.44㎜ol), 2-아크릴로일옥시에틸이소시아네이트 0.3771g(2.672㎜ol), 페노티아진 0.001g(0.005018㎜ol), 디부틸주석디라우레이트 0.001g(0.001583㎜ol)을 넣고 교반했다. 산소로 버블링하면서 780℃에서 10시간 가열했다. 다색 투명 용액. 실온까지 냉각하고, 이온 교환수 300g에, 교반하면서 반응 용액을 천천히 적하하고, 고체를 석출시켰다. 클로로포름/메탄올을 더해서 재침전시켰다. 기리야마 깔때기로 백색 결정을 여과하여, 얻어진 백색 결정을 진공 건조(60℃에서 6시간 이상)하여, 하기 구조식(w)으로 표시되는 칼릭스아렌 화합물(20)을 0.3929g 얻었다. 수율은 31.4%.
Figure 112019035550495-pct00037
실시예 21 칼릭스아렌 화합물(21)의 제조
교반 장치, 온도계 및 환류 냉각관을 부착한 100밀리리터의 4구 플라스크에, 칼릭스아렌 화합물(7)을 1.000g(0.4414㎜ol), 디클로로메탄 7.50g(88.27㎜ol)에 용해시켰다. 다음으로 탄산수소나트륨 0.2225g(2.648㎜ol)을 더한 후, 소량씩 m-클로로과벤조산 0.516g(1.942㎜ol)을 첨가했다. 실온에서 7일 교반했다. 크림색 현탁액. 반응 혼합물을 포화탄산수소나트륨 수용액으로 세정했다. 디클로로메탄 20g을 더하고, 반응 혼합물을 분액 깔때기에 옮기고, 유기상을 분액했다. 다음으로 수상을 디클로로메탄 20g으로 3회 추출하고, 유기상에 합쳤다. 유기상을 10% 티오황산나트륨 수용액으로 세정했다. 무수황산마그네슘으로 예비 건조하고, 여과했다. 이베이퍼레이터에서 용매를 증류 제거하여, 황색 점조 액체를 칼럼 크로마토그래피(전개 용매 : n-헥산:아세톤=90:10)에서, 담황색 투명 액체로서 얻었다. 용매를 농축하고, 클로로포름/메탄올을 더해서 재침전시켰다. 기리야마 깔때기로 등색 개체를 여과하여, 얻어진 등색 개체를 진공 건조(60℃에서 6시간 이상)하여, 하기 구조식(x)으로 표시되는 칼릭스아렌 화합물(21)을 0.5281g 얻었다. 수율은 51.7%.
Figure 112019035550495-pct00038
실시예 22 칼릭스아렌 화합물(22)의 제조
교반 장치, 온도계 및 환류 냉각관을 부착한 50밀리리터의 4구 플라스크에, 칼릭스아렌 화합물(1)을 1.000g(0.4832㎜ol), 테트라부틸암모늄아이오다이드 0.0357g(0.09664㎜ol), N―메틸피롤리돈 10.00g(100.87㎜ol), (3-에틸-3-옥세타닐)메틸 p-톨루엔설포네이트 0.7838g(2.899㎜ol), 수산화칼륨 0.1627g(2.899㎜ol)을 넣고 교반했다. 80℃에서 20시간 가열했다. 다색 투명 용액. 실온까지 냉각하고, 혼합 용액을 비커에 옮기고, 1N 염산, 클로로포름 30g을 더하고, 반응 혼합물을 분액 깔때기에 옮기고, 유기상을 분액했다. 다음으로 수상을 클로로포름 30g으로 3회 추출하고, 유기상에 합쳤다. 유기상을 무수황산마그네슘으로 예비 건조하고, 여과했다. 이베이퍼레이터에서 용매를 증류 제거하여, 적색 점조 액체를 칼럼 크로마토그래피(전개 용매 : n-헥산:아세톤=95:5)에서, 담황색 투명 액체로서 얻었다. 용매를 농축하고, 클로로포름/메탄올을 더해서 재침전시켰다. 기리야마 깔때기로 등색 개체를 여과하여, 얻어진 등색 고체를 진공 건조(60℃에서 6시간 이상)하여, 하기 구조식(y)으로 표시되는 칼릭스아렌 화합물(22)을 0.5282g 얻었다. 수율은 44.4%.
Figure 112019035550495-pct00039
실시예 23 칼릭스아렌 화합물(23)의 제조
교반 장치, 온도계, 적하 깔때기 및 환류 냉각관을 부착한 100밀리리터의 4구 플라스크에, 수소화나트륨 3.61g(91.3㎜ol)을 투입하고, 40mL의 헥산으로 미네랄오일을 세정 제거하고, 헥산 용액을 시린지로 발취했다. 헥산 세정 작업을 1회 더 행했다. 다음으로, 디메틸포름아미드 20mL를 첨가하고, 빙냉 하에서 교반했다. 앞에서 얻은 중간체(B-1)(4.0g, 6.8㎜ol)를 디메틸포름아미드 20mL에 용해시킨 용액을 별도 조제해 두고, 이것을 적하 깔때기로부터, 플라스크 내에 30분 걸쳐서 적하했다. 적하 종료 후, 빙욕을 제거하고, 실온에서 30분 교반한 후, 다시, 빙욕에서 냉각했다. 적하 깔때기로부터, 1,1,1,2,2-펜타플루오로-4-요오도부탄(22.5g, 82.1㎜ol)을 20분 걸쳐서 적하했다. 적하 종료 후, 빙욕을 제거하고, 반응 혼합물을 실온에서 20시간 교반했다. 얼음을 넣은 200mL의 비커에 반응 혼합물을 투입하고, 반응을 정지시키고, 추가로 수층의 pH가 2 이하로 될 때까지, 진한 염산을 첨가했다. 거기에, 100mL의 클로로포름을 추가하고, 잠시 교반한 후, 분액 깔때기에 옮기고, 유기층을 분리한 후, 수층에 80mL의 클로로포름을 더하고 유기 성분을 추출하는 작업을 2회 반복했다. 유기층을 모두 분액 깔때기에 옮긴 후, 100mL의 물로 3회, 60mL의 포화탄산수소나트륨 수용액으로 1회, 60mL의 포화 식염수로 1회의 순으로, 유기층을 세정하고, 유기층을 무수황산마그네슘으로 건조했다. 이 용액을 여과해서 유기상을 회수한 후, 이베이퍼레이터에서 용매를 증류 제거하여, 등색 액체를 얻었다. 이 액체를 실리카겔 칼럼 크로마토그래피에서 정제하여, 하기 구조식(z)으로 표시되는 칼릭스아렌 화합물(23) 7.15g(수율 90%)을 얻었다.
Figure 112019035550495-pct00040
실시예 24 칼릭스아렌 화합물(24)의 제조
교반 장치, 온도계, 적하 깔때기, 및 환류 냉각관을 부착한 200mL의 4구 플라스크에, 트리플루오로메탄설폰산(50g)을 투입하고, 앞에서 얻은 중간체(A-1)(7g, 16.5㎜ol)를 수회로 나누어서 첨가하고, 용해시켰다. 이 등색 용액에, 일본 특허4856310호에 기재된 방법으로 합성한, 4,4,5,5,5-펜타플루오로펜타노일클로리드(16.7g, 79.2㎜ol)를 20분 이상 걸쳐서 적하했다. 적하와 함께, 염산가스의 발생을 확인했다. 적하 종료 후, 반응 혼합물을 실온에서 6시간 교반했다. 반응 혼합물을 얼음에 투입하고, 반응을 정지시킨 후, 석출한 등색 고체를 여과로 분리하고, 추가로 대량의 물로 세정했다. 얻어진 고체를 200mL의 아세트산에틸에 용해한 후, 분액 깔때기에 옮기고, 추가로 100mL의 물을 더하여, 유기층을 세정했다. 마찬가지의 세정 조작을 3회 더 반복한 후, 유기층을 100mL의 포화 식염수로 세정하고, 무수황산마그네슘을 더해서 건조시켰다. 이 용액을 여과해서 유기상을 회수한 후, 이베이퍼레이터에서 용매를 증류 제거하여, 등색 고체를 얻었다. 얻어진 고체에 100mL의 클로로포름을 더했더니, 백색 고체와 등색 액체의 혼합물이 얻어지고, 여과로 백색 고체를 분리한 후, 감압 건조했다. 이 클로로포름에 의한 세정을 다시 반복하여, 하기 구조식(aa)으로 표시되는 칼릭스아렌 화합물(24) 7.4g(수율 40%)을 얻었다.
Figure 112019035550495-pct00041
실시예 25 칼릭스아렌 화합물(25)의 제조
교반 장치, 온도계, 적하 깔때기 및 환류 냉각관을 부착한 500밀리리터의 4구 플라스크에, 트리플루오로아세트산(270mL)을 투입하고, 다음으로, 칼릭스아렌 화합물(24)(7g, 6.25㎜ol)을 수회로 나누어서 첨가하고, 용해시켰다. 이 등색 용액에, 트리에틸실란(14.5g, 125㎜ol)을 적하 깔때기로부터 적하했다. 적하 종료 후, 무색 투명으로 된 용액을 실온에서 72시간 교반했다. 반응 혼합물을 물에 투입하고, 반응을 정지시킨 후, 석출한 다색 고체를 여과로 분리하고, 추가로 대량의 물로 세정했다. 얻어진 고체를 200mL의 아세트산에틸에 용해한 후, 분액 깔때기에 옮기고, 추가로 100mL의 물을 더하여, 유기층을 세정했다. 유기층을 일단, 비커에 옮기고, 거기에 100mL의 물을 더하고, 고체상의 탄산수소나트륨으로 중화했다. 이 중화 용액을 전량 분액 깔때기에 옮기고, 유기층을 분리하고, 수층에 100mL의 아세트산에틸을 더하고 유기 성분을 추출하는 작업을 2회 반복했다. 유기층을 모두 분액 깔때기에 옮긴 후, 100mL의 포화 식염수로 1회 세정하고, 유기층을 무수황산마그네슘으로 건조했다. 이 용액을 여과해서 유기상을 회수한 후, 이베이퍼레이터에서 용매를 증류 제거하여, 다색 고체를 얻었다. 이 고체를 실리카겔 칼럼 크로마토그래피에서 정제하여, 하기 구조식(bb)으로 표시되는 칼릭스아렌 화합물(25) 6.0g(수율 90%)을 얻었다.
Figure 112019035550495-pct00042
실시예 26 칼릭스아렌 화합물(26)의 제조
실시예 2에 있어서, 칼릭스아렌 화합물(1) 대신에, 칼릭스아렌 화합물(25)(6g, 5.63㎜ol)을 사용한 이외는 실시예 1에 따라서 제조를 행하여, 하기 구조식(cc)으로 표시되는 칼릭스아렌 화합물(26) 6.47g(수율 85%)을 얻었다.
Figure 112019035550495-pct00043
실시예 27 칼릭스아렌 화합물(27)의 제조
실시예 3에 있어서, 칼릭스아렌 화합물(2) 대신에, 칼릭스아렌 화합물(26)(6g, 4.43㎜ol)을 사용한 이외는 실시예 3에 따라서 제조를 행하여, 하기 구조식(dd)으로 표시되는 칼릭스아렌 화합물(27) 4.12g(수율 75%)을 얻었다.
Figure 112019035550495-pct00044
실시예 28 칼릭스아렌 화합물(28)의 제조
실시예 18에 있어서, 칼릭스아렌 화합물(3) 대신에, 칼릭스아렌 화합물(27)(4g, 3.22㎜ol)을 사용한 이외는 실시예 18에 따라서 제조를 행하여, 하기 구조식(ee)으로 표시되는 칼릭스아렌 화합물(28) 2.81g(수율 60%)을 얻었다.
Figure 112019035550495-pct00045
제조예 1 실리콘쇄를 갖는 (메타)아크릴레이트 수지(R5-1)의 제조
실리콘레진(신에쓰가가쿠고교샤제 「KR-500」, 알콕시기 함유량 28질량%) 110.8g, 2-히드록시에틸아크릴레이트 58.1g, 파라톨루엔설폰산일수화물 0.034g을 혼합하고, 120℃까지 가열했다. 축합 반응에 의해 생성한 메탄올을 증류 제거하면서 3시간 교반해서 반응시켜, 실리콘쇄를 갖는 (메타)아크릴레이트 수지(R5-1) 153.9g을 얻었다. 실리콘쇄를 갖는 (메타)아크릴레이트 수지(R5-1)의 중량 평균 분자량(Mw)은 1,650이었다.
실시예 29∼74 및 비교예 1∼2
하기 요령으로 경화성 조성물 및 경화물을 제조하고, 각종 평가를 행했다. 평가 결과를 표 1∼5에 나타낸다.
〈경화성 조성물의 제조〉
하기 표에 나타내는 비율로 각 성분을 배합하고, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트를 더해서 불휘발분 50질량%로 희석하여, 경화성 조성물을 얻었다.
표 중의 각 성분의 상세는 이하와 같다. 각 성분의 조성은 질량부로 기재하고 있다.
·(R1-1) : 에틸렌옥사이드 변성 오르토페닐페놀아크릴레이트(도아고세이가부시키가이샤제 「아로닉스M-106」, 일분자 중의 에틸렌옥사이드쇄의 평균 반복 단위수=1)
·(R2-1) : 트리메틸올프로판트리아크릴레이트(오사카유기가가쿠고교가부시키가이샤제 「비스코트#295」)
·(R3-1) : 트리시클로데칸디메탄올디아크릴레이트(신나카무라가가쿠고교가부시키가이샤제 「NK에스테르A-DCP」)
·(R4-1) : 하기 구조식으로 표시되는 화합물(오사카가스케미컬가부시키가이샤제 「오그솔EA-0200」)
Figure 112019035550495-pct00046
(식 중 m과 n과의 합은 평균으로 2이다)
·(R5-1) : 제조예 1에서 얻은 실리콘쇄를 갖는 (메타)아크릴레이트 수지(R5-1)
·광중합개시제(1) : BASF사제 「이르가큐어369」
·광중합개시제(2) : BASF사제 「이르가큐어184」
·광중합개시제(3) : BASF사제 「이르가큐어379EG」
·광중합개시제(4) : 산아프로샤제 「CPI-100P」
〈도공성의 평가〉
경화성 조성물을 막두께 1.0㎛로 되도록 실리콘 웨이퍼 기판 상에 스핀 코트하고, 110℃의 핫플레이트 상에서 60초 건조시켰다. 얻어진 도막에 대하여 하기 기준으로 목시 평가했다.
A : 시싱(cissing)이 없고, 평활한 도막이 형성되었음
B : 시싱 등이 발생하여 평활한 도막이 형성되지 않음
〈이형성의 평가〉
텍스쳐 애널라이저를 사용하여, 하기 요령으로 대체 평가를 행했다.
텍스쳐 애널라이저(Stable Micro Systems제 「TA.XT Plus」)에 유리판을 세팅해서 기판 고정 지그로 고정했다. 유리판 상에 경화성 조성물을 1μL 적하하고, 유리 비즈가 붙은 압자를 경화성 조성물 상에 하중 10g으로 접촉시켰다. 질소 분위기 하, 유리판의 이면으로부터 피크 파장 365±5㎚의 LED 광원을 사용해서 300mJ/㎠의 조건에서 노광시켰다. 압자를 0.01㎜/초의 속도로 인상했을 때의 최대 인장 하중(MPa)을 측정했다. 마찬가지의 조작을 5회 행하고, 최대값과 최소값을 제외한 3점의 평균값으로 평가했다.
〈경화물의 제조〉
경화성 조성물을 막두께 1.0㎛로 되도록 실리콘 웨이퍼 기판 상에 스핀 코팅하고, 110℃의 핫플레이트 상에서 60초 건조시켰다. 질소 분위기 중, 피크 파장 365±5㎚의 LED 광원을 사용해서 500mJ/㎠의 조건에서 노광시켜, 경화 도막을 얻었다.
〈수접촉각의 측정〉
자동 접촉각 측정 장치(Dataphysics사제 「OCA40형」)을 사용하여, JIS R1257:1999에 정해진 공기 중에서의 정적법에 의해서, 경화 도막 상의 수접촉각을 5회 측정하고, 그 평균값으로 평가했다.
〈패턴 형성 샘플의 제조〉
경화성 조성물을 막두께 1.0㎛로 되도록 실리콘 웨이퍼 기판 상에 스핀 코팅하고, 110℃의 핫플레이트 상에서 60초 건조시켰다. 나노 임프린트 장치(SCIVAX사제 「X300」)의 하면 스테이지에 세팅했다. 다음으로, 석영제의 몰드(NTT어드밴스드테크놀러지샤제 「NIM PHH-100」, 듀티비 1/1·1/2·1/3, 홀폭 70∼3000㎚, 홈깊이 200㎚, UV 오존 클리너로 세정 완료, 몰드 표면의 수접촉각 10° 미만)를 상기 나노 임프린트 장치의 상면 스테이지에 세팅했다. 상면 스테이지를 하강시켜서 몰드를 경화성 조성물에 접촉시키고, 실온에서 10초간 걸쳐서 100N까지 가압하고, 30초간 유지해서 막 중의 기포를 제거했다. 몰드측으로부터 피크 파장 365±5㎚의 LED 광원을 사용해서 500mJ/㎠의 조건에서 노광시킨 후, 1㎜/분의 속도로 상면 스테이지를 상승시켜서 몰드를 박리하여, 샘플을 얻었다. 동일한 몰드를 세정하지 않고 연속으로 사용하여, 마찬가지의 방법으로 샘플을 합계 10매 제작했다. 10매째의 샘플에 대하여, 각종 평가 시험을 행했다. 또, 비교예 2에서 제조한 경화성 조성물을 사용한 경우에는 실리콘 웨이퍼 상에 평활한 도막이 형성되지 않아, 각종 평가 시험을 행할 수 없었다.
〈패턴 무너짐의 유무〉
앞에서 얻은 패턴 형성 샘플에 대하여, 듀티비 1/1이고, 홀폭이 최소인 70㎚×70㎚인 영역에 대하여, 패턴의 무너짐의 유무를 주사형 전자현미경으로 관찰하고, 이하의 기준으로 평가했다.
A : 패턴 무너짐이 전혀 보이지 않음
B : 패턴 무너짐이 보임
[표 1]
Figure 112019035550495-pct00047
[표 2]
Figure 112019035550495-pct00048
[표 3]
Figure 112019035550495-pct00049
[표 4]
Figure 112019035550495-pct00050
[표 5]
Figure 112019035550495-pct00051

Claims (8)

  1. 하기 구조식(1-1) 또는 (1-2)
    Figure 112023055679630-pct00053

    (구조식(1-1) 또는 (1-2) 중
    R1은, 하기 구조식(2)
    Figure 112023055679630-pct00061

    (구조식(2) 중 R4은 각각 독립으로 직접 결합 또는 탄소 원자수 1∼6의 알킬렌기이고, RF은 퍼플루오로알킬기이며, Y는 카르보닐기, 산소 원자 또는 황 원자이다)
    으로 표시되는 구조 부위이고,
    R2는 하기 구조식(3-1), (3-2), (3-4), (3-7), (4-1), (4-2), (4-3), (4-4), (4-5), (4-6), (4-7) 중 어느 하나로 표시되는 구조 부위이며,
    Figure 112023055679630-pct00062

    Figure 112023055679630-pct00065

    (구조식(3-1), (3-2), (3-4), (3-7), (4-1), (4-2), (4-3), (4-4), (4-5), (4-6) 또는 (4-7) 중, R4은 각각 독립으로 탄소 원자수 1∼6의 알킬렌기이고, R5은 각각 독립으로 탄소 원자수 1∼3의 알킬기이며, R6은 수소 원자 또는 메틸기이며, 구조식(4-6) 중의 m은 1이다)
    R3은 수소 원자, 또는, 수산기, 알콕시기, 할로겐 원자에서 선택되는 치환기를 갖고 있어도 되는 지방족 탄화수소기 중 어느 하나, 또는, 방향핵 상에 수산기, 알킬기, 알콕시기, 할로겐 원자에서 선택되는 치환기를 갖고 있어도 되는 아릴기 중 어느 하나이고,
    n은 4∼10의 정수이다)
    으로 표시되는 분자 구조를 갖는 칼릭스아렌 화합물을 포함하는 이형제.
  2. 제1항에 기재된 칼릭스아렌 화합물을 포함하는 이형제와 경화성 수지 재료를 함유하는 경화성 조성물.
  3. 제1항에 기재된 칼릭스아렌 화합물을 포함하는 이형제를 함유하는 나노 임프린트 리소그래피용 수지 재료.
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