KR20140023943A - 노르보르난 디카르복실산 에스테르의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 노르보르나디엔과 포름산 에스테르를 루테늄 화합물, 코발트 화합물, 할로겐화물염 및 염기성 화합물의 존재하에서 반응시키는 공정을 갖는 노르보르난 디카르복실산 에스테르의 제조 방법을 제공한다.
Description
본 발명은, 노르보르난 디카르복실산 에스테르의 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 광전자 기기 등에 이용되는 광학 부재용 수지로는, 전자 기판 등에의 실장 프로세스나 고온 동작하에서의 우수한 내열성이나 기계 특성 또는 그의 범용성으로부터, 방향족 에폭시 수지가 널리 사용되어 왔다. 그러나, 최근, 광전자 기기 분야에서도 고강도의 레이저광이나 청색광, 근자외광의 이용이 확대되고 있으며, 종래 이상으로 투명성, 내열성 및 내광성이 우수한 수지가 요구되고 있다.
일반적으로 방향족 에폭시 수지는, 가시광에서의 투명성은 높지만, 자외부터 근자외 영역에서는 충분한 투명성이 얻어지지 않는다. 또한, 지환족 에폭시 수지와 산 무수물을 포함하는 경화물은, 근자외 영역에서의 투명성이 비교적 높지만, 열이나 광에 의해 착색되기 쉽다는 등의 문제가 있어, 내열성, 내자외선 착색성의 향상이 요구되고 있다. 이러한 상황하에, 다양한 에폭시 수지가 검토되고 있다.
한편, 폴리아미드, 폴리에스테르 등의 내열성 수지는, 내열성 뿐만 아니라 절연성, 내광성이나 기계적 특성이 우수하다는 점에서, 일렉트로닉스 분야에서 반도체 소자의 표면 보호막이나 층간 절연막 등으로서 폭넓게 사용되고 있다. 그 중에서도, 지환족 구조를 갖는 중합체가 자외 영역에서의 투명성이 우수하기 때문에, 광전자 기기, 각종 디스플레이 등의 재료로서 검토되기 시작하고 있다. 이들의 원료 단량체로서, 노르보르난 골격을 갖는 디카르복실산 또는 그의 유도체가 활발히 사용되고 있다.
그런데, 노르보르난 골격을 갖는 디카르복실산 유도체인 노르보르난 디카르복실산 디메틸은, 일반적으로 시클로펜타디엔과 아크릴산 에스테르를 딜스-알더 반응시켜 노르보르넨 모노카르복실산 에스테르로 한 후, 그의 불포화 결합 부분에 카르복실산 에스테르를 부가시킴으로써 얻을 수 있다. 이 딜스-알더 반응에서는, 엔도체 함유율이 많은 엑소/엔도 혼합물이 얻어진다. 그러나, 엔도 위치에 극성 관능기를 갖는 노르보르난 유도체가 촉매의 중합 활성을 저하시키는 것이 알려져 있으며(예를 들면, 특허문헌 1 참조), 엑소체 함유율이 높은 엑소/엔도 혼합물이 요망되고 있다.
상기 과제를 해결하는 방법 중 하나로서 160 내지 300℃의 고온 조건하에서, 시클로펜타디엔과 아크릴산 메틸을 딜스-알더 반응시키는 엑소체 노르보르넨 모노카르복실산 메틸의 제조 방법예가 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조). 그러나, 이 제조 방법에서는, 고온 조건하에서 아크릴산 메틸이 중합된다는 문제가 있다.
또한, 엔도체의 노르보르넨 모노카르복실산 에스테르를 금속 알콕시드 등의 염기성 촉매의 존재하에서 이성화하여 엑소체로 하는 방법이 제안되어 있지만(예를 들면, 특허문헌 3 참조), 엑소체의 함유율이 55몰% 정도이며, 아직 충분하다고는 할 수 없다.
본 발명은, 엑소체 함유율이 높은 노르보르난 디카르복실산 에스테르를 효율적으로 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 이러한 목적을 해결하기 위해 예의 연구한 결과, 노르보르나디엔과 포름산 에스테르를 루테늄 화합물, 코발트 화합물, 할로겐화물염 및 염기성 화합물을 조합한 촉매계의 존재하에서 반응시킴으로써, 엑소체 함유율이 높은 노르보르난 디카르복실산 에스테르가 효율적으로 얻어진다는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명은, 노르보르나디엔과 포름산 에스테르를 루테늄 화합물, 코발트 화합물, 할로겐화물염 및 염기성 화합물의 존재하에서 반응시키는 공정을 갖는 노르보르난 디카르복실산 에스테르의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 형태로서, 하기 화학식 (I) 또는 하기 화학식 (II)로 표시되는 노르보르난 디카르복실산 에스테르의 제조 방법이며, 하기 화학식 (III)으로 표시되는 노르보르나디엔과 하기 화학식 (IV)로 표시되는 포름산 에스테르를 루테늄 화합물, 코발트 화합물, 할로겐화물염 및 염기성 화합물의 존재하에서 반응시키는 공정을 갖는 상기 노르보르난 디카르복실산 에스테르의 제조 방법을 들 수 있다.
(식 중, R1은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 비닐기 또는 벤질기를 나타냄)
(식 중, R1은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 비닐기 또는 벤질기를 나타냄)
(식 중, R1은 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 비닐기 또는 벤질기를 나타냄)
또한, 본 발명의 실시 형태에 있어서는, 루테늄 화합물로서 카르보닐 배위자 및 할로겐 배위자를 갖는 루테늄 착체 화합물을 사용할 수 있다. 또한, 할로겐화물염으로서 4급 암모늄염을 사용할 수 있다. 또한, 염기성 화합물로서 3급 아민 화합물을 사용할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 있어서는, 노르보르나디엔과 포름산 에스테르를 반응 시킬 때, 페놀 화합물 및/또는 유기 할로겐 화합물을 존재시키는 것도 가능하다.
또한, 본 발명의 실시 형태는, 상기 노르보르난 디카르복실산 에스테르의 제조 방법에 의해 얻어진 노르보르난 디카르복실산 에스테르를 엔도체 노르보르난 디카르복실산 에스테르와 엑소체 노르보르난 디카르복실산 에스테르로 분리하는 공정을 갖는 엑소체 노르보르난 디카르복실산 에스테르의 제조 방법에 관한 것이다.
본원의 개시는, 2011년 4월 14일에 출원된 일본 특허 출원 제2011-090168호에 기재된 주제와 관련되어 있으며, 이들의 개시 내용은 인용에 의해 여기에 원용된다.
본 발명에 따르면, 저렴한 원료를 사용하여 목적으로 하는 엑소체 함유율이 높은 노르보르난 디카르복실산 에스테르를 1단계의 반응에 의해 효율적으로 제조할 수 있다.
[도 1] 도 1은, 실시예 4에서 얻어진 엑소체 노르보르난 디카르복실산 메틸의 13C-NMR 스펙트럼이다.
[도 2] 도 2는, 실시예 4에서 얻어진 엑소체 노르보르난 디카르복실산 메틸의 13C-NMR 스펙트럼이다.
[도 3] 도 3은, 실시예 4에서 얻어진 엑소체 노르보르난 디카르복실산 메틸의 1H-NMR 스펙트럼이다.
[도 4] 도 4는, 실시예 4에서 얻어진 엑소체 노르보르난 디카르복실산 메틸의 1H-13C HSQC 스펙트럼이다.
[도 5] 도 5는, 실시예 4에서 얻어진 엑소체 노르보르난 디카르복실산 메틸의 1H-1H COSY 스펙트럼이다.
[도 6] 도 6은, 실시예 4에서 얻어진 엑소체 노르보르난 디카르복실산 메틸의 1H-13C HMBC 스펙트럼이다.
[도 7] 도 7은, 실시예 4에서 얻어진 엑소체 노르보르난 디카르복실산 메틸의 1H-1H NOESY 스펙트럼이다.
[도 8] 도 8은, 참고예 1에서 얻어진 엑소체 노르보르난 디카르복실산의 1H-NMR 스펙트럼이다.
[도 2] 도 2는, 실시예 4에서 얻어진 엑소체 노르보르난 디카르복실산 메틸의 13C-NMR 스펙트럼이다.
[도 3] 도 3은, 실시예 4에서 얻어진 엑소체 노르보르난 디카르복실산 메틸의 1H-NMR 스펙트럼이다.
[도 4] 도 4는, 실시예 4에서 얻어진 엑소체 노르보르난 디카르복실산 메틸의 1H-13C HSQC 스펙트럼이다.
[도 5] 도 5는, 실시예 4에서 얻어진 엑소체 노르보르난 디카르복실산 메틸의 1H-1H COSY 스펙트럼이다.
[도 6] 도 6은, 실시예 4에서 얻어진 엑소체 노르보르난 디카르복실산 메틸의 1H-13C HMBC 스펙트럼이다.
[도 7] 도 7은, 실시예 4에서 얻어진 엑소체 노르보르난 디카르복실산 메틸의 1H-1H NOESY 스펙트럼이다.
[도 8] 도 8은, 참고예 1에서 얻어진 엑소체 노르보르난 디카르복실산의 1H-NMR 스펙트럼이다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다. 본 발명은, 노르보르나디엔과 포름산 에스테르를 루테늄 화합물, 코발트 화합물, 할로겐화물염 및 염기성 화합물의 존재 하에 반응시키는 공정을 갖는 노르보르난 디카르복실산 에스테르의 제조 방법이다.
본 발명의 실시 형태로서, 하기 화학식 (I) 또는 하기 화학식 (II)로 표시되는 노르보르난 디카르복실산 에스테르의 제조 방법이며, 하기 화학식 (III)으로 표시되는 노르보르나디엔과 하기 화학식 (IV)로 표시되는 포름산 에스테르를 루테늄 화합물, 코발트 화합물, 할로겐화물염 및 염기성 화합물의 존재하에서 반응시키는 공정을 갖는 노르보르난 디카르복실산 에스테르의 제조 방법을 들 수 있다.
(식 중, R1은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 비닐기 또는 벤질기를 나타냄)
(식 중, R1은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 비닐기 또는 벤질기를 나타냄)
(식 중, R1은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 비닐기, 벤질기를 나타냄)
상기 화학식 (I) 및 (II)에서의 탄소수 1 내지 5의 알킬기로서 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기를 들 수 있고, 이들은 직쇄상일 수도 분지상일 수도 있다. 화학식 (III)으로 표시되는 노르보르나디엔과 화학식 (IV)로 표시되는 포름산 에스테르의 반응에 의해, 화학식 (I)로 표시되는 노르보르난 디카르복실산 에스테르 또는 화학식 (II)로 표시되는 노르보르난 디카르복실산 에스테르 중 적어도 어느 하나를 포함하는 노르보르난 디카르복실산 에스테르가 얻어진다.
(포름산 에스테르)
원료로서 사용 가능한 포름산 에스테르는, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 포름산 메틸, 포름산 에틸, 포름산 프로필, 포름산 이소프로필, 포름산 부틸, 포름산 이소부틸, 포름산 아밀, 포름산 이소아밀, 포름산 비닐, 포름산 벤질 등으로부터 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 비용 및 반응성의 관점에서, 포름산 메틸이 적합하다. 본 발명에서는, 포름산 에스테르를 단독으로 사용할 수도, 복수 조합하여 사용할 수도 있다.
본 발명에서는, 루테늄 화합물과, 코발트 화합물과, 할로겐화물염과, 염기성 화합물의 4 성분을 필수로 하는 촉매계를 사용한다. 후술하는 실시예에 의해 분명한 바와 같이, 본 발명에서는 루테늄 화합물과, 코발트 화합물과, 할로겐화물염과, 염기성 화합물의 조합에 의해 소기의 목적이 달성 가능해진다. 이론에 의해 구속되는 것은 아니지만, 본 발명에 의한 노르보르나디엔의 에스테르화 반응은 루테늄 화합물이 포름산 에스테르의 C-H 결합을 개열하고, 노르보르나디엔의 불포화기에 부가한 코발트 화합물과 반응함으로써 진행되며, 이러한 반응을 할로겐화물염과 염기성 화합물이 촉진시키는 것으로 생각된다. 이하, 각종 화합물에 대하여 구체적으로 설명한다.
(루테늄 화합물)
본 발명에서 사용 가능한 루테늄 화합물은 루테늄을 포함하는 화합물이면 바람직하고, 특별히 제한은 없다. 예를 들면, 루테늄 원자에 배위자가 결합한 구조를 갖는 루테늄 착체 화합물을 들 수 있다. 본 발명의 실시 형태에서는, 분자 내에 카르보닐 배위자와 할로겐 배위자를 겸비하는 루테늄 착체 화합물이 바람직하다. 할로겐으로서는, 염소, 브롬, 요오드를 들 수 있지만, 그 중에서도 염소가 바람직하다. 이러한 루테늄 착체 화합물의 구체예로서, [Ru(CO)3Cl2]2 및 [Ru(CO)2Cl2]n(n은 1 이상의 정수) 등의 루테늄카르보닐 할로겐 착체, 및 [Ru(CO)3Cl3]-, [Ru3(CO)11Cl]- 및 [Ru4(CO)13Cl]- 등을 반대 음이온으로서 갖는 루테늄카르보닐 할로겐 착염 등의 각종 화합물을 들 수 있다. 상기 반대 음이온을 갖는 염은 반대 양이온으로서, 예를 들면 알칼리 금속이나 알칼리 토류 금속 등의 금속 이온을 갖는 것일 수도 있다. 알칼리 금속이나 알칼리 토류 금속의 구체예로서, 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 칼슘, 스트론튬을 들 수 있다. 예시한 화합물 중에서도, 반응률 향상의 관점에서 [Ru(CO)3Cl2]2 및 [Ru(CO)2Cl2]n 등의 루테늄카르보닐 할로겐 착체가 보다 바람직하다.
루테늄 화합물은 당 기술 분야에서 주지된 방법에 따라 제조할 수도 있지만, 시판품으로서 입수할 수도 있다. 또한, [Ru(CO)2Cl2]n은, 문헌 [M.J.Cleare, W.P.Griffith, J.Chem.Soc.(A), 1969, 372.]에 기재된 방법에 따라 제조할 수 있다.
또한, 루테늄 화합물의 예로서는, 상기에서 예시한 루테늄 화합물 이외에, 예를 들면 RuCl3, Ru3(CO)12, RuCl2(C8H12), Ru(CO)3(C8H8), Ru(CO)3(C8H12) 및 Ru(C8H10)(C8H12)를 들 수 있다. 이들 루테늄 화합물은, 상기에서 예시한 루테늄 화합물의 전구체 화합물로서 사용하는 것도 가능하고, 본 발명에서의 에스테르화의 반응 전 또는 반응 중에 상기에서 예시한 루테늄 화합물을 제조하여, 반응계에 도입할 수도 있다.
루테늄 화합물의 사용량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 제조 비용을 생각하면 가능한 한 소량으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 에스테르화 반응의 실용적인 속도를 얻는다는 관점에서, 루테늄 화합물의 사용량은 원료로서 사용하는 노르보르나디엔에 대하여 예를 들면 1/10000 당량 이상, 바람직하게는 1/1000 당량 이상, 보다 바람직하게는 1/100 당량 이상이다. 또한, 사용량에 따른 반응 속도를 얻는다는 관점에서, 루테늄 화합물의 사용량은 노르보르나디엔에 대하여 예를 들면 1 당량 이하, 바람직하게는 1/10 당량 이하, 보다 바람직하게는 1/20 당량 이하이다. 본 발명에서는 루테늄 화합물을 단독으로 사용할 수도, 복수 조합하여 사용할 수도 있다.
(코발트 화합물)
본 발명에서 사용 가능한 코발트 화합물은 코발트를 포함하는 화합물이면 바람직하고, 특별히 제한은 없다. 적합한 화합물의 구체예로서, Co2(CO)8, HCo(CO)4, Co4(CO)12 등의 카르보닐 배위자를 갖는 코발트 착체 화합물, 아세트산 코발트, 프로피온산 코발트, 벤조산 코발트, 시트르산 코발트 등의 카르복실산 배위자를 갖는 코발트 착체 화합물 및 인산 코발트를 들 수 있다.
코발트 화합물의 사용량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 루테늄 화합물에 대하여 예를 들면 1/100 당량 이상, 바람직하게는 1/10 당량 이상, 보다 바람직하게는 1/5 당량 이상이다. 또한, 루테늄 화합물에 대하여 예를 들면 10 당량 이하, 바람직하게는 5 당량 이하, 보다 바람직하게는 3 당량 이하이다. 상기 범위는, 에스테르 화합물의 생성량의 관점에서 바람직한 범위이다. 본 발명에서는 코발트 화합물을 단독으로 사용할 수도, 복수 조합하여 사용할 수도 있다.
(할로겐화물염)
본 발명에서 사용 가능한 할로겐화물염은, 염화물 이온, 브롬화물 이온 및 요오드화물 이온 등의 할로겐 이온과, 양이온으로 구성되는 화합물이면 바람직하고, 특별히 한정되지 않는다. 단, 본 발명에서의 할로겐화물염에는, 루테늄 및/또는 코발트를 포함하는 염은 포함되지 않는 것으로 한다. 상기 양이온은, 무기물 이온 및 유기물 이온 중 어느 것일 수도 있다. 또한, 상기 할로겐화물염은, 분자 내에 1 이상의 할로겐 이온을 포함할 수도 있다.
할로겐화물염을 구성하는 무기물 이온은, 알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속으로부터 선택되는 1종의 금속 이온일 수 있다. 구체예로서, 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 칼슘, 스트론튬을 들 수 있다.
또한, 유기물 이온은, 유기 화합물로부터 유도되는 1가 이상의 유기기일 수 있다. 일례로서, 암모늄, 포스포늄, 피롤리디늄, 피리듐, 이미다졸륨 및 이미늄을 들 수 있고, 이들 이온의 수소 원자는 알킬 및 아릴 등의 탄화수소기에 의해 치환되어 있을 수도 있다. 특별히 한정되는 것은 아니지만, 적합한 유기물 이온의 구체예로서 테트라메틸암모늄, 테트라에틸암모늄, 테트라프로필암모늄, 테트라부틸암모늄, 테트라펜틸암모늄, 테트라헥실암모늄, 테트라헵틸암모늄, 테트라옥틸암모늄, 트리옥틸메틸암모늄, 벤질트리메틸암모늄, 벤질트리에틸암모늄, 벤질트리부틸암모늄, 테트라메틸포스포늄, 테트라에틸포스포늄, 테트라페닐포스포늄, 벤질트리페닐포스포늄, 비스(트리페닐포스핀)이미늄을 들 수 있다.
본 발명에서 사용하는 할로겐화물염은, 고체의 염일 필요는 없다. 할로겐화물염으로서, 실온 부근 또는 100℃ 이하의 온도 영역에서 액체가 되는, 할로겐화물 이온을 포함하는 이온성 액체를 사용할 수도 있다. 이러한 이온성 액체에 사용되는 양이온의 구체예로서, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨, 1-프로필-3-메틸이미다졸륨, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨, 1-펜틸-3-메틸이미다졸륨, 1-헥실-3-메틸이미다졸륨, 1-헵틸-3-메틸이미다졸륨, 1-옥틸-3-메틸이미다졸륨, 1-데실-3-메틸이미다졸륨, 1-도데실-3-메틸이미다졸륨, 1-테트라데실-3-메틸이미다졸륨, 1-헥사데실-3-메틸이미다졸륨, 1-옥타데실-3-메틸이미다졸륨, 1-에틸-2,3-디메틸이미다졸륨, 1-부틸-2,3-디메틸이미다졸륨, 1-헥실-2,3-디메틸이미다졸륨, 1-에틸피리디늄, 1-부틸피리디늄, 1-헥실피리디늄, 부틸메틸피롤리디늄, 8-메틸-1,8-디아자비시클로[5.4.0]-7-운데센, 8-에틸-1,8-디아자비시클로[5.4.0]-7-운데센, 8-프로필-1,8-디아자비시클로[5.4.0]-7-운데센, 8-부틸-1,8-디아자비시클로[5.4.0]-7-운데센, 8-펜틸-1,8-디아자비시클로[5.4.0]-7-운데센, 8-헥실-1,8-디아자비시클로[5.4.0]-7-운데센, 8-헵틸-1,8-디아자비시클로[5.4.0]-7-운데센, 8-옥틸-1,8-디아자비시클로[5.4.0]-7-운데센 등의 유기물 이온을 들 수 있다.
상술한 할로겐화물염 중, 적합한 할로겐화물염은 염화물염, 브롬화물염, 요오드화물염이며, 양이온이 유기물 이온인 화합물이다. 또한, 반응률 향상의 관점에서 4급 암모늄염이 바람직하다. 4급 암모늄염에는, 질소 원자가 갖는 치환기끼리 결합하여 환상 구조를 형성하고 있는 화합물이나, 질소 원자에 이중 결합을 통해 치환기가 결합되어 있는 화합물도 포함된다. 특별히 한정되는 것은 아니지만, 본 발명에서 적합한 할로겐화물염의 구체예로서, 부틸메틸피롤리디늄클로라이드, 비스(트리페닐포스핀)이미늄요오다이드, 트리옥틸메틸암모늄클로라이드, 테트라에틸암모늄클로라이드 등을 들 수 있다.
할로겐화물염의 사용량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 루테늄 화합물에 대하여 예를 들면 1 당량 이상, 바람직하게는 1.5 당량 이상, 보다 바람직하게는 2 당량 이상이다. 사용량이 상기 범위인 경우, 반응 속도를 효과적으로 높일 수 있다. 또한, 할로겐화물염의 사용량은, 루테늄 화합물에 대하여 예를 들면 1000 당량 이하, 바람직하게는 50 당량 이하, 보다 바람직하게는 10 당량 이하이다. 상기 범위는, 사용량에 따른 반응 촉진의 향상 효과를 얻는다는 관점에서 바람직한 범위이다. 본 발명에서는 할로겐화물염을 단독으로 사용할 수도, 복수 조합하여 사용할 수도 있다.
(염기성 화합물)
본 발명에서, 사용 가능한 염기성 화합물은 무기 화합물일 수도, 유기 화합물일 수도 있다. 염기성의 무기 화합물의 구체예로서, 알칼리 금속 및 알칼리 토류 금속의 각종 금속의 탄산염, 탄산수소염, 수산화물염, 알콕시드를 들 수 있다. 염기성의 유기 화합물의 구체예로서, 1급 아민 화합물, 2급 아민 화합물, 3급 아민 화합물을 들 수 있다. 상술한 염기성 화합물 중에서도 반응 촉진 효과의 관점에서, 3급 아민 화합물이 적합하다. 3급 아민 화합물에는, 질소 원자가 갖는 치환기끼리 결합하여 환상 구조를 형성하고 있는 화합물이나, 질소 원자에 이중 결합을 통해 치환기가 결합하고 있는 화합물도 포함된다. 따라서, 3급 아민 화합물에는, 피리딘 화합물, 이미다졸 화합물, 퀴놀린 화합물 등이 포함된다. 본 발명에서 적합한 3급 아민 화합물의 구체예로서, 트리알킬아민, N-알킬피롤리딘, N-알킬피페리딘, 퀴누클리딘 및 트리에틸렌디아민을 들 수 있다. 이들 화합물에서의 알킬기는 바람직하게는 탄소수 1 내지 12의 알킬기이고, 구체적으로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기, 데실기, 운데실기, 도데실기를 들 수 있으며, 이들은 직쇄상, 분지상 또는 환상일 수 있다. 트리알킬아민에 있어서, 3개의 알킬기는 동일할 수도 상이할 수도 있다.
염기성 화합물의 사용량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 루테늄 화합물에 대하여 예를 들면 1 당량 이상, 바람직하게는 2 당량 이상, 보다 바람직하게는 5 당량 이상이다. 사용량을 상기 범위로 함으로써, 반응 촉진 효과의 발현이 보다 현저해지는 경향이 있다. 또한, 염기성 화합물의 사용량은 예를 들면 1000 당량 이하, 바람직하게는 200 당량 이하, 보다 바람직하게는 30 당량 이하이다. 상기 범위는, 사용량에 따른 반응 촉진의 향상 효과를 얻는다는 관점에서 바람직한 범위이다. 본 발명에서는 염기성 화합물을 단독으로 사용할 수도, 복수 조합하여 사용할 수도 있다.
본 발명에 따른 제조 방법에서는, 루테늄 화합물과 코발트 화합물과 할로겐화물염과 염기성 화합물을 포함하는 촉매계에 필요에 따라 페놀 화합물 및 유기 할로겐 화합물 중 하나 또는 양자를 추가함으로써, 상기 촉매계에 의한 반응 촉진의 효과를 보다 높이는 것이 가능하다. 이하, 각 화합물에 대하여 설명한다.
(페놀 화합물)
본 발명에서 적합한 페놀 화합물의 구체예로서, 페놀, 크레졸, 알킬페놀, 알콕시페놀, 페녹시페놀, 클로로페놀, 트리플루오로메틸페놀, 히드로퀴논 및 카테콜을 들 수 있다. 알킬페놀 및 알콕시 페놀에서의 알킬기는, 바람직하게는 탄소수 1 내지 12의 알킬기이며, 구체적으로는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기, 펜틸기, 헥실기, 헵틸기, 옥틸기, 노닐기, 데실기, 운데실기, 도데실기를 들 수 있고, 이들은 직쇄상, 분지상 또는 환상일 수 있다.
페놀 화합물의 첨가량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 루테늄 화합물에 대하여 예를 들면 1 당량 이상, 바람직하게는 2 당량 이상, 보다 바람직하게는 3 당량 이상이다. 첨가량을 상기 범위로 함으로써, 촉진 효과의 발현이 보다 현저해지는 경향이 있다. 또한, 페놀 화합물의 첨가량은 예를 들면 1000 당량 이하, 바람직하게는 50 당량 이하, 보다 바람직하게는 10 당량 이하이다. 상기 범위는, 첨가량에 따른 반응 촉진의 향상 효과를 얻는다는 관점에서 바람직한 범위이다. 본 발명에서는 페놀 화합물을 단독으로 사용할 수도, 복수 조합하여 사용할 수도 있다.
(유기 할로겐 화합물)
본 발명에서 적합한 유기 할로겐 화합물로서는, 할로겐화 메틸, 할로겐화 에틸 등의 할로겐화 알킬, 디할로겐메탄, 디할로겐에탄, 트리할로겐메탄, 테트라할로겐 탄소 등의 2 이상의 할로겐에 의해 치환된 알칸, 할로겐화 벤젠 등의 할로겐 치환 지방족 탄화수소나 할로겐 치환 방향족 탄화수소 등을 들 수 있다. 할로겐의 예로서는, 염소, 브롬, 요오드를 들 수 있다.
유기 할로겐 화합물의 첨가량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 루테늄 화합물에 대하여 예를 들면 1 당량 이상, 바람직하게는 2 당량 이상, 보다 바람직하게는 3 당량 이상이다. 첨가량을 상기 범위로 함으로써, 반응 촉진 효과의 발현이 현저해지는 경향이 있다. 또한, 유기 할로겐 화합물의 첨가량은 예를 들면 1000 당량 이하, 바람직하게는 50 당량 이하, 보다 바람직하게는 10 당량 이하이다. 상기 범위는, 첨가량에 따른 반응 촉진의 향상 효과를 얻는다는 관점에서 바람직한 범위이다. 본 발명에서는 유기 할로겐 화합물을 단독으로 사용할 수도, 복수 조합하여 사용할 수도 있다.
또한, 페놀 화합물 및 유기 할로겐 화합물로서, 클로로페놀, 트리플루오로메틸페놀 등의 할로겐 치환 페놀 화합물을 사용하는 것도 가능하다. 이 경우, 할로겐 치환 페놀 화합물의 바람직한 첨가량은, 상기한 페놀 화합물 또는 유기 할로겐 화합물의 첨가량과 동일하다.
(용매)
본 발명의 제조 방법에 있어서, 노르보르나디엔과 포름산 에스테르의 반응은 특별히 용매를 사용하지 않고 진행시킬 수 있다. 그러나, 필요에 따라 용매를 사용할 수도 있다. 본 발명에서 사용 가능한 용매는 원료로서 사용하는 화합물을 용해할 수 있으면 바람직하고, 특별히 제한은 되지 않는다. 본 발명에서 적절하게 사용할 수 있는 용매의 구체예로서, n-펜탄, n-헥산, n-헵탄, 시클로헥산, 벤젠, 톨루엔, o-크실렌, p-크실렌, m-크실렌, 에틸벤젠, 쿠멘, 테트라히드로푸란, N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸이미다졸리디논, 에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 트리에틸렌글리콜디메틸에테르, 아세토니트릴을 들 수 있다. 용매를 사용하는 경우 단독으로 사용할 수도, 복수 조합하여 사용할 수도 있다.
(원료의 비율)
반응에 사용하는 노르보르나디엔과 포름산 에스테르의 비율은, 투입량으로 노르보르나디엔 1mol에 대하여 포름산 에스테르 2mol 이상이 바람직하고, 4mol 이상이 보다 바람직하다. 상기 범위이면, 부반응을 억제하여 충분한 수율을 얻을 수 있는 경향이 있다. 또한, 노르보르나디엔과 포름산 에스테르의 비율은, 투입량으로 노르보르나디엔 1mol에 대하여 포름산 에스테르 100mol 이하가 바람직하고, 50mol 이하가 보다 바람직하다. 상기 범위는, 생산성의 관점에서 바람직한 범위이다.
(반응 온도)
본 발명의 제조 방법에 있어서, 노르보르나디엔과 포름산 에스테르의 반응은 80℃ 내지 200℃의 온도 범위에서 실시하는 것이 바람직하다. 상기 반응은, 100℃ 내지 160℃의 온도 범위에서 실시하는 것이 보다 바람직하다. 80℃ 이상의 온도에서 반응을 실시함으로써, 반응 속도가 빨라지고, 효율적으로 반응을 진행시킬 수 있다. 한편, 반응 온도를 200℃ 이하로 제어함으로써, 원료로서 사용하는 포름산 에스테르의 분해를 억제할 수 있다. 포름산 에스테르가 분해되면, 노르보르나디엔에 대한 에스테르기의 부가가 달성되지 않게 된다. 또한, 반응 온도가 지나치게 높으면, 원료인 노르보르나디엔의 개환 중합이 일어나고, 수율이 저하될 가능성이 있다. 반응 온도가 원료로서 사용하는 노르보르나디엔 또는 포름산 에스테르 중 어느 하나의 비점을 초과하는 경우에는, 내압 용기 내에서 반응을 행하는 것이 바람직하다. 반응의 종결은, 가스 크로마토그래피, NMR 등의 주지된 분석 기술을 사용하여 확인할 수 있다.
이상에 설명한 제조 방법에 의해, 엑소체 함유율이 높은 노르보르난 디카르복실산 에스테르를 효율적으로 얻을 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따르면, 엑소체 함유율(엑소체(mol)/(엑소체+엔도체(mol)))이 예를 들면 60% 이상, 바람직하게는 65% 이상, 보다 바람직하게는 70% 이상인 노르보르난 디카르복실산 에스테르를 얻는 것이 가능하다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따르면, 노르보르난 디카르복실산 에스테르를 높은 수율, 예를 들면 노르보르나디엔을 기준(노르보르난 디카르복실산 에스테르(mol)/노르보르나디엔(mol))으로서 50% 이상, 바람직하게는 55% 이상, 보다 바람직하게는 60% 이상의 수율로 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서는, 얻어진 노르보르난 디카르복실산 에스테르를 엔도체 노르보르난 디카르복실산 에스테르와 엑소체 노르보르난 디카르복실산 에스테르로 분리함으로써, 엑소체 노르보르난 디카르복실산 에스테르를 얻는 것도 가능하다.
엑소체 노르보르난 디카르복실산 에스테르의 실시 형태로서는, 하기 화학식 (V) 또는 하기 화학식 (VI)으로 표시되는 엑소체 노르보르난 디카르복실산 에스테르를 들 수 있다.
(식 중, R1은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 비닐기 또는 벤질기를 나타냄)
(식 중, R1은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 비닐기 또는 벤질기를 나타냄)
노르보르난 디카르복실산 에스테르(엑소/엔도 혼합물)를 엔도체 노르보르난 디카르복실산 에스테르와 엑소체 노르보르난 디카르복실산 에스테르로 분리하는 방법으로서는, 감압 증류나 재결정 등의 공지된 방법을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서는, 노르보르난 디카르복실산 에스테르로부터 노르보르난 디카르복실산을 얻는 것도 가능하다. 노르보르난 디카르복실산 에스테르로부터 노르보르난 디카르복실산을 얻는 방법으로서는, 산 또는 알칼리로 처리하는 등의 공지된 가수분해 방법을 사용할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위는 이하의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
실온하에 내용적 50ml의 스테인리스제 가압 반응 장치 내에 루테늄 화합물로서 [Ru(CO)3Cl2]2를 0.05mmol(노르보르나디엔에 대하여 1/50 당량), 코발트 화합물로서 Co2(CO)8을 0.05mmol(루테늄 화합물에 대하여 1 당량), 할로겐화물염으로서 부틸메틸피롤리디늄클로라이드를 0.25mmol(루테늄 화합물에 대하여 5 당량), 염기성 화합물로서 트리에틸아민을 0.5mmol(루테늄 화합물에 대하여 10 당량) 첨가하고, 혼합하여 촉매계를 얻었다. 이 촉매계에 노르보르나디엔(도꾜 가세이 고교 가부시끼가이샤)을 2.5mmol, 포름산 메틸(미쯔비시 가스 가가꾸 가부시끼가이샤)을 5.0mL(노르보르나디엔 1mol에 대하여 32.9mol) 첨가하고, 이어서 질소 가스 0.5MPa로 반응 장치 내를 퍼징하고, 120℃에서 15시간 유지하였다. 그 후, 반응 장치를 실온까지 냉각하고, 방압하고, 잔존 유기상의 일부를 발취하여, 가스 크로마토그래프를 이용하여 하기 조건으로 반응 혼합물의 성분을 분석하였다. 분석 결과에 따르면, 반응에 의해 생성된 노르보르난 디카르복실산 메틸은 1.23mmol(노르보르나디엔 기준으로 수율 49.2%)이며, 엑소/엔도 조성비(몰비)는 75/25였다. 또한, 이때, 엑소체, 엔도체 모두 가스 크로마토그래프의 피크가 2개씩 존재하였기 때문에, 2,5-체와 2,6-체인 것으로 추찰하였다. 또한, 가스 크로마토그래프 분석은, 지엘 사이언스(주) 제조 GC-353B형 GC를 이용하여 하기 조건으로 행하였다.
검출기: 수소염 이온 검출기
칼럼: 지엘 사이언스(주) 제조 TC-1(60m)
캐리어 가스: 헬륨(300kPa)
온도
주입구: 200℃
검출기: 200℃
칼럼: 40℃∼240℃(승온 속도: 5℃/분)
(비교예 1): 루테늄 화합물과 할로겐화물염만의 촉매계
실시예 1의 촉매계에 대하여 코발트 화합물 및 염기성 화합물을 사용하지 않는 것을 제외하고, 모두 실시예 1과 동일한 조건하에 반응을 행하였다. 얻어진 반응 혼합물을 실시예 1과 동일하게 하여 분석한 바, 반응에 의해 생성된 노르보르난 디카르복실산 메틸은 흔적량(痕跡量)이었다.
(비교예 2): 코발트 화합물과 할로겐화물염만의 촉매계
실시예 1의 촉매계에 대하여 루테늄 화합물 및 염기성 화합물을 사용하지 않는 것을 제외하고, 모두 실시예 1과 동일한 조건하에 반응을 행하였다. 얻어진 반응 혼합물의 성분을 가스 크로마토그래프로 분석한 바, 반응에 의해 생성된 노르보르난 디카르복실산 메틸은 흔적량이었다.
(비교예 3): 루테늄 화합물과 코발트 화합물만의 촉매계
실시예 1의 촉매계에 대하여 할로겐화물염 및 염기성 화합물을 사용하지 않는 것을 제외하고, 모두 실시예 1과 동일한 조건하에 반응을 행하였다. 얻어진 반응 혼합물을 가스 크로마토그래프로 분석한 바, 반응에 의해 생성된 노르보르난 디카르복실산 메틸은 흔적량이었다.
(비교예 4): 루테늄 화합물, 코발트 화합물과 할로겐화물염만의 촉매계
실시예 1의 촉매계에 대하여 염기성 화합물을 사용하지 않는 것을 제외하고, 모두 실시예 1과 동일한 조건하에 반응을 행하였다. 얻어진 반응 혼합물을 가스 크로마토그래프로 분석한 바, 반응에 의해 생성된 노르보르난 디카르복실산 메틸은 흔적량이었다.
(실시예 2)
실시예 1의 촉매계에 대하여 염기성 화합물을 트리프로필아민 0.5mmol로 한 것 이외에는, 실시예 1과 동일한 조작을 실시하였다. 반응에 의해 생성된 노르보르난 디카르복실산 메틸은 0.83mmol(노르보르나디엔 기준으로 수율 33.2%)이며, 엑소/엔도 조성비는 75/25였다. 또한, 이때, 엑소체, 엔도체 모두 가스 크로마토그래프의 피크가 2개씩 존재하였기 때문에, 2,5-체와 2,6-체인 것으로 추찰하였다.
(실시예 3)
실시예 1의 촉매계에 있어서, 염기성 화합물을 N-메틸피롤리딘 0.5mmol로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조작을 실시하였다. 반응에 의해 생성된 노르보르난 디카르복실산 메틸은 1.33mmol(노르보르나디엔 기준으로 수율 53.2%)이며, 엑소/엔도 조성비는 75/25였다. 또한, 이때, 엑소체, 엔도체 모두 가스 크로마토그래프의 피크가 2개씩 존재하였기 때문에, 2,5-체와 2,6-체인 것으로 추찰하였다.
(실시예 4)
실시예 1의 촉매계에 있어서, 염기성 화합물인 트리에틸아민을 1.0mmol(루테늄 화합물에 대하여 20 당량)로 한 것 이외에는 실시예 1과 동일한 조작을 실시하였다. 반응에 의해 생성된 노르보르난 디카르복실산 메틸은 1.63mmol(노르보르나디엔 기준으로 수율 65.2%)이며, 엑소/엔도 조성비는 75/25였다. 또한, 이때, 엑소체, 엔도체 모두 가스 크로마토그래프의 피크가 2개씩 존재하였기 때문에, 2,5-체와 2,6-체인 것으로 추찰하였다.
이어서, 상기 엑소체(가스 크로마토그래프의 피크가 2개)를 감압 증류로 분리하였다.
얻어진 엑소체 노르보르난 디카르복실산 메틸의 13C-NMR 스펙트럼을 도 1 및 도 2에 도시한다. 13C-NMR 스펙트럼의 측정 조건 및 동정 데이터는 이하와 같다.
조건: 용매 DMSO-d6, 브루커(BRUKER)사 제조의 장치 「AV400M」(탄소 기본 주파수: 100.62MHz).
13C-NMR 분석의 결과, 170 내지 180ppm 부근에 카르보닐의 탄소, 51 내지 52ppm 부근에 메틸에스테르의 탄소, 32 내지 35ppm 부근에 메틸렌의 탄소, 36 내지 45ppm 부근에 메틴의 탄소가 관측되었으며, 각각의 탄소수는 카르보닐/메틸에스테르/메틸렌/메틴=2/2/4/5였다. 각 탄소가 하기에 도시한 바와 같이 귀속되었다.
탄소 (1): 39.89ppm의 피크(메틴)
탄소 (2): 44.59ppm의 피크(메틴)
탄소 (3): 33.03ppm의 피크(메틸렌)
탄소 (4): 39.89ppm의 피크(메틴)
탄소 (5): 44.59ppm의 피크(메틴)
탄소 (6): 33.02ppm의 피크(메틸렌)
탄소 (7): 34.35ppm의 피크(메틸렌)
탄소 (8): 51.44ppm의 피크(메틸에스테르)
탄소 (9): 175.22ppm의 피크(카르보닐)
탄소 (11): 35.15ppm의 피크(메틴)
탄소 (12): 44.77ppm의 피크(메틴)
탄소 (13): 32.68ppm의 피크(메틸렌)
탄소 (14): 43.86ppm의 피크(메틴)
탄소 (15): 32.68ppm의 피크(메틸렌)
탄소 (16): 44.77ppm의 피크(메틴)
탄소 (17): 34.47ppm의 피크(메틸렌)
탄소 (18): 51.51ppm의 피크(메틸에스테르)
탄소 (19): 174.85ppm의 피크(카르보닐)
얻어진 엑소체 노르보르난 디카르복실산 메틸의 1H-NMR 스펙트럼을 도 3에 도시한다. 1H-NMR 스펙트럼의 측정 조건 및 동정 데이터는 이하와 같다.
조건: 용매 DMSO-d6, 브루커(BRUKER)사 제조의 장치 「AV400M」(수소 기본 주파수: 400.13MHz).
1H-NMR 분석의 결과, 각 수소가 하기에 도시한 바와 같이 귀속되었다.
수소 (1): 2.47ppm 부근의 피크(메틴)
수소 (2): 2.4ppm 부근의 피크(메틴)
수소 (3): 1.5ppm 내지 1.8ppm 부근의 피크(메틸렌)
수소 (4): 2.47ppm 부근의 피크(메틴)
수소 (5): 2.4ppm 부근의 피크(메틴)
수소 (6): 1.5ppm 내지 1.8ppm 부근의 피크(메틸렌)
수소 (7): 1.3ppm 부근의 피크(메틸렌)
수소 (8): 3.6ppm 부근의 피크(메틸)
수소 (11): 2.3ppm 부근의 피크(메틴)
수소 (12): 2.5ppm 부근의 피크(메틴)
수소 (13): 1.5ppm 내지 1.8ppm 부근의 피크(메틸렌)
수소 (14): 2.7ppm 부근의 피크(메틴)
수소 (15): 1.5ppm 내지 1.8ppm 부근의 피크(메틸렌)
수소 (16): 2.5ppm 부근의 피크(메틴)
수소 (17): 1.2ppm 부근의 피크(메틸렌)
수소 (18): 3.6ppm 부근의 피크(메틸)
또한, 적분 강도비로부터 메틸기가 4개, 메틸렌기가 6개, 메틴기가 8개 존재하는 것을 알 수 있었다.
얻어진 엑소체 노르보르난 디카르복실산 메틸의 1H-13C HSQC 스펙트럼을 도 4에 도시한다. 1H-13C HSQC 스펙트럼으로부터, 각각 동일한 피크 번호를 갖는 탄소와 수소가 상관하여, 도 1, 도 2 및 도 3의 귀속 결과가 올바른 것을 확인하였다.
얻어진 엑소체 노르보르난 디카르복실산 메틸의 1H-1H COSY 스펙트럼을 도 5에 도시한다. 도 5로부터, 수소 (1)(4)와 수소 (7), 수소 (1)(4)와 수소 (3)(6), 수소 (2)(5)와 수소 (3)(6), 수소 (11)(14)와 수소 (17), 수소 (12)(16)과 수소 (13)(15), 수소 (13)(15)와 수소 (14)의 상관이 관측되어, 각각 수소 (1) 내지 (7) 및 (11) 내지 (17)로 노르보르난 환이 구성되어 있는 것을 확인하였다.
얻어진 엑소체 노르보르난 디카르복실산 메틸의 1H-13C HMBC 스펙트럼을 도 6에 도시한다. 1H-13C HMBC 스펙트럼에 의해, 2종류의 화합물의 구조 동정을 행하였다.
(1) 수소 (1) 내지 (7)로 노르보르난 환이 구성되어 있는 화합물
도 6으로부터, 카르보닐 탄소 (9)와 메틴 수소 (2) 및 메틴 수소 (5)에 상관이 인정된다는 점에서, 노르보르난-2,5-디카르복실산 메틸인 것을 확인하였다.
(2) 수소 (11) 내지 (17)로 노르보르난 환이 구성되어 있는 화합물
도 6으로부터, 카르보닐 탄소 (19)와 메틴 수소 (12) 및 메틴 수소 (16)에 상관이 인정된다는 점에서, 노르보르난-2,6-디카르복실산 메틸인 것을 확인하였다.
얻어진 엑소체 노르보르난 디카르복실산 메틸의 1H-1H NOESY 스펙트럼을 도 7에 도시한다. 1H-1H NOESY 스펙트럼으로부터, 노르보르난-2,5-디카르복실산 메틸 및 노르보르난-2,6-디카르복실산 메틸의 입체 구조 동정을 행하였다.
(1) 노르보르난-2,5-디카르복실산 메틸
도 7로부터, 수소 (1)(4)와 수소 (7)의 상관은 있지만, 수소 (2)(5)와의 상관이 인정되지 않는다는 점에서, 수소 (2)(5)는 엔도 위치에 결합하고 있는 것을 알 수 있었다. 따라서, 이 화합물이 노르보르난-2(엑소)-5(엑소)-디카르복실산 메틸인 것을 확인하였다.
(2) 노르보르난-2,6-디카르복실산 메틸
도 7로부터, 수소 (11)(14)는 수소 (17)과의 상관은 있지만, 수소 (12)(16)과의 상관이 인정되지 않는다는 점에서, 수소 (12)(16)은 엔도 위치에 결합하고 있는 것을 알 수 있었다. 따라서, 이 화합물이 노르보르난-2(엑소)-6(엑소)-디카르복실산 메틸인 것을 확인하였다.
(실시예 5)
실시예 4의 촉매계에 있어서, 페놀 화합물로서 p-크레졸을 0.25mmol(루테늄 화합물에 대하여 5 당량) 추가한 것 이외에는 실시예 4과 동일한 조작을 실시하였다. 반응에 의해 생성된 노르보르난 디카르복실산 메틸은 1.74mmol(노르보르나디엔 기준으로 수율 69.6%)이며, 엑소/엔도 조성비는 75/25였다. 또한, 이때, 엑소체, 엔도체 모두 가스 크로마토그래프의 피크가 2개씩 존재하였기 때문에, 2,5-체와 2,6-체인 것으로 추찰하였다.
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 4의 결과를 표 1에 나타내었다. 본 발명에 있어서는, 루테늄 화합물, 코발트 화합물, 할로겐화물염 및 염기성 화합물의 존재하에서 에스테르화 반응을 행함으로써, 엑소체 함유율이 높은 노르보르난 디카르복실산 에스테르를 효율적으로 얻을 수 있다. 염기성 화합물의 사용량이 많은 것, 루테늄 화합물, 코발트 화합물, 할로겐화물염 및 염기성 화합물에 더하여 추가로 페놀 화합물을 사용하는 것은, 노르보르난 디카르복실산 에스테르를 보다 높은 수율로 얻기 위해 유효하다.
(실시예 6)
실시예 4의 촉매계에 있어서, 할로겐화물염을 트리옥틸메틸 암모늄클로라이드 0.25mmol, 염기성 화합물을 디메틸에틸아민 1.0mmol로 한 것 이외에는 실시예 4과 동일한 조작을 실시하였다. 반응에 의해 생성된 노르보르난 디카르복실산 메틸은 1.42mmol(노르보르나디엔 기준으로 수율 56.8%)이며, 엑소/엔도 조성비는 75/25였다. 또한, 이때, 엑소체, 엔도체 모두 가스 크로마토그래프의 피크가 2개씩 존재하였기 때문에, 2,5-체와 2,6-체인 것으로 추찰하였다.
(실시예 7)
실시예 6의 촉매계에 있어서, 염기성 화합물을 트리에틸아민 1.0mmol로 한 것 이외에는 실시예 6과 동일한 조작을 실시하였다. 반응에 의해 생성된 노르보르난 디카르복실산 메틸은 1.32mmol(노르보르나디엔 기준으로 수율 52.8%)이며, 엑소/엔도 조성비는 75/25였다. 또한, 이때, 엑소체, 엔도체 모두 가스 크로마토그래프의 피크가 2개씩 존재하였기 때문에, 2,5-체와 2,6-체인 것으로 추찰하였다.
(실시예 8)
실시예 7의 촉매계에 있어서, 코발트 화합물을 시트르산 코발트 0.05mmol로 한 것 이외에는 실시예 7과 동일한 조작을 실시하였다. 반응에 의해 생성된 노르보르난 디카르복실산 메틸은 0.35mmol(노르보르나디엔 기준으로 수율 14.0%)이며, 엑소/엔도 조성비는 75/25였다. 또한, 이때, 엑소체, 엔도체 모두 가스 크로마토그래프의 피크가 2개씩 존재하였기 때문에, 2,5-체와 2,6-체인 것으로 추찰하였다.
(실시예 9)
실시예 7의 촉매계에 있어서, 염기성 화합물을 N,N-디메틸시클로헥실아민 1.0mmol로 한 것 이외에는 실시예 7과 동일한 조작을 실시하였다. 반응에 의해 생성된 노르보르난 디카르복실산 메틸은 1.00mmol(노르보르나디엔 기준으로 수율 40.0%)이며, 엑소/엔도 조성비는 75/25였다. 또한, 이때, 엑소체, 엔도체 모두 가스 크로마토그래프의 피크가 2개씩 존재하였기 때문에, 2,5-체와 2,6-체인 것으로 추찰하였다.
실시예 6 내지 9의 결과를 표 2에 나타내었다. 코발트 화합물로서 카르보닐 배위자를 갖는 화합물을 사용하는 것은, 노르보르난 디카르복실산 에스테르를 높은 수율로 얻기 위해 유효하다. 또한, 실시예 4와 실시예 7의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 할로겐화물염으로서 이온성 액체를 사용하는 것도 높은 수율을 실현함에 있어서 효과적이다.
(실시예 10)
실시예 8의 촉매계에 있어서, 루테늄 화합물을 미리 문헌 [M.J.Cleare, W.P.Griffith, J.Chem.Soc.(A), 1969, 372.]에 따라 염화루테늄과 포름산으로 제조한 [Ru(CO)2Cl2]n 0.05mmol로 한 것 이외에는 실시예 8과 동일한 조작을 실시하였다. 반응에 의해 생성된 노르보르난 디카르복실산 메틸은 1.13mmol(노르보르나디엔 기준으로 수율 45.2%)이며, 엑소/엔도 조성비는 75/25였다. 또한, 이때, 엑소체, 엔도체 모두 가스 크로마토그래프의 피크가 2개씩 존재하였기 때문에, 2,5-체와 2,6-체인 것으로 추찰하였다.
(실시예 11)
실시예 10의 촉매계에 있어서, 할로겐화물염을 테트라에틸암모늄 클로라이드 0.25mmol로 한 것 이외에는 실시예 10과 동일한 조작을 실시하였다. 반응에 의해 생성된 노르보르난 디카르복실산 메틸은 1.41mmol(노르보르나디엔 기준으로 수율 56.4%)이며, 엑소/엔도 조성비는 75/25였다. 또한, 이때, 엑소체, 엔도체 모두 가스 크로마토그래프의 피크가 2개씩 존재하였기 때문에, 2,5-체와 2,6-체인 것으로 추찰하였다.
(실시예 12)
실시예 11의 촉매계에 있어서, 페놀 화합물로서 히드로퀴논 모노메틸에테르를 0.25mmol 추가한 것 이외에는 실시예 11과 동일한 조작을 실시하였다. 반응에 의해 생성된 노르보르난 디카르복실산 메틸은 1.65mmol(노르보르나디엔 기준으로 수율 66.0%)이며, 엑소/엔도 조성비는 75/25였다. 또한, 이때, 엑소체, 엔도체 모두 가스 크로마토그래프의 피크가 2개씩 존재하였기 때문에, 2,5-체와 2,6-체인 것으로 추찰하였다.
(실시예 13)
실시예 11의 촉매계에 있어서, 코발트 화합물을 아세트산 코발트 0.25mmol로 한 것 이외에는 실시예 11과 동일한 조작을 실시하였다. 반응에 의해 생성된 노르보르난 디카르복실산 메틸은 1.74mmol(노르보르나디엔 기준으로 수율 69.6%)이며, 엑소/엔도 조성비는 75/25였다. 또한, 이때, 엑소체, 엔도체 모두 가스 크로마토그래프의 피크가 2개씩 존재하였기 때문에, 2,5-체와 2,6-체인 것으로 추찰하였다.
실시예 10 내지 13의 결과를 표 3에 나타내었다. 할로겐화물염으로서 트리에틸암모늄 클로라이드를 사용하는 것, 코발트 화합물로서 아세트산 코발트를 사용하는 것은, 노르보르난 디카르복실산 에스테르를 높은 수율로 얻기 위해 유효하다. 또한, 실시예 8과 실시예 10의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 루테늄 화합물로서 [Ru(CO)2Cl2]n을 사용하는 것도 높은 수율을 실현함에 있어서 효과적이다.
또한, 표 1 내지 3에서의 부호의 설명, 촉매계의 입수처는 이하와 같다.
[Ru(CO)3Cl2]2: STREM CHEMICALS사
Co2(CO)8: 도꾜 가세이 고교 가부시끼가이샤
Co citrate: 시트르산 코발트 2수화물, Alfa Aesar사
Co acetate: 아세트산 코발트 4수화물, 도꾜 가세이 고교 가부시끼가이샤
[bmpy]Cl: 부틸메틸피롤리디늄클로라이드, 도꾜 가세이 고교 가부시끼가이샤
[toma]Cl: 트리옥틸메틸암모늄클로라이드, 도꾜 가세이 고교 가부시끼가이샤
[tea]Cl: 테트라에틸암모늄클로라이드, 라이온 가부시끼가이샤
TEA: 트리에틸아민, 와코 쥰야꾸 고교 가부시끼가이샤
TPA: 트리프로필아민, 도꾜 가세이 고교 가부시끼가이샤
N-methylpyrrolidine: N-메틸피롤리딘, 도꾜 가세이 고교 가부시끼가이샤
Me2NEt: 디메틸에틸아민, 도꾜 가세이 고교 가부시끼가이샤
DMCHA: N,N-디메틸시클로헥실아민, 도꾜 가세이 고교 가부시끼가이샤
P-Cresol: p-크레졸, 와코 쥰야꾸 고교 가부시끼가이샤
MeHQ: 히드로퀴논모노메틸에테르, 가와구치 가가꾸 고교 가부시끼가이샤
(참고예 1)
냉각관을 설치한 1리터 가지형 플라스크에, 실시예 4과 동일한 방법으로 얻어진 엑소체 노르보르난디카르복실산 메틸 30g 및 메탄올 200g을 투입하여 균일 용액으로 한 후, 10% 수산화나트륨 용액 200g을 첨가하고, 100℃의 오일 배스에 넣어 6시간 가열 환류하였다. 그 후, 반응액량이 140g이 될 때까지 메탄올을 증류 제거하고, 이것에 36% 염산 48ml를 첨가하여, pH를 1로 한 바, 백색 분말이 침전되었다. 이 백색 분말을 여과, 수세, 건조하여, 엑소체 노르보르난 디카르복실산 25g을 얻었다. 얻어진 노르보르난 디카르복실산을 1H-NMR로 분석한 결과(도 8), 노르보르난 환의 메틸렌 및 메틴기의 피크를 1.1 내지 3.0ppm 부근에, 카르복실산에 기인하는 수산기의 피크를 12.4ppm 부근에 확인할 수 있었으며, 그의 적분 강도비가 10.00/1.98(이론값: 10/2)이었다.
이상과 같이, 본 발명의 제조 방법에 따르면, 엑소체 함유율이 높은 노르보르난 디카르복실산 에스테르를 효율적으로 제조할 수 있었다. 포름산 메틸을 사용하는 경우를 예로 나타냈지만, 다른 포름산 에스테르를 사용하는 경우에도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 저렴한 원료를 사용하여, 목적으로 하는 엑소체 함유율이 높은 노르보르난 디카르복실산 에스테르를 1단계의 반응에 의해 효율적으로, 나아가서는 높은 수율로 제조할 수 있다. 본 발명의 실시 형태에 따른 방법은 적은 설비 투자로 실현할 수 있고, 환경 부하를 최저한으로 억제할 수도 있기 때문에, 산업계의 요구에 충분히 응할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 의해 얻어지는 엑소체 함유율이 높은 노르보르난 디카르복실산 에스테르를 원료로서 이루어지는 중합체는, 내열성, 절연성, 내광성이나 기계적 특성이 우수하기 때문에, 반도체ㆍ액정에 사용되는 전자 부품, 광 파이버, 광학 렌즈 등으로 대표되는 광학 재료, 나아가서는 디스플레이 관련 재료, 의료용 재료로서 사용할 수 있다.
Claims (8)
- 노르보르나디엔과 포름산 에스테르를 루테늄 화합물, 코발트 화합물, 할로겐화물염 및 염기성 화합물의 존재하에서 반응시키는 공정을 갖는 노르보르난 디카르복실산 에스테르의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 하기 화학식 (I) 또는 화학식 (II)로 표시되는 노르보르난 디카르복실산 에스테르의 제조 방법이며, 하기 화학식 (III)으로 표시되는 노르보르나디엔과 하기 화학식 (IV)로 표시되는 포름산 에스테르를 루테늄 화합물, 코발트 화합물, 할로겐화물염 및 염기성 화합물의 존재하에서 반응시키는 공정을 갖는 노르보르난 디카르복실산 에스테르의 제조 방법.
(식 중, R1은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 비닐기 또는 벤질기를 나타냄)
(식 중, R1은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 비닐기 또는 벤질기를 나타냄)
(식 중, R1은 탄소수 1 내지 5의 알킬기, 비닐기 또는 벤질기를 나타냄) - 제1항 또는 제2항에 있어서, 루테늄 화합물이 카르보닐 배위자 및 할로겐 배위자를 갖는 루테늄 착체 화합물인 노르보르난 디카르복실산 에스테르의 제조 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 할로겐화물염이 4급 암모늄염인 노르보르난 디카르복실산 에스테르의 제조 방법.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 염기성 화합물이 3급 아민 화합물인 노르보르난 디카르복실산 에스테르의 제조 방법.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 페놀 화합물의 존재하에서 반응을 행하는 노르보르난 디카르복실산 에스테르의 제조 방법.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 유기 할로겐 화합물의 존재하에서 반응을 행하는 노르보르난 디카르복실산 에스테르의 제조 방법.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 노르보르난 디카르복실산 에스테르의 제조 방법에 의해 얻어진 노르보르난 디카르복실산 에스테르를 엔도체 노르보르난 디카르복실산 에스테르와 엑소체 노르보르난 디카르복실산 에스테르로 분리하는 공정을 갖는 엑소체 노르보르난 디카르복실산 에스테르의 제조 방법.
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