TW201410641A - 二烯烴化合物之製造方法、及包含其之二環氧化合物之製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明之課題係提供一種製造新穎二烯烴化合物之方法,其對作為可形成具有優良之熱特性的硬化物之二環氧化合物的原料來說係有用的。本發明之二烯烴化合物之製造方法,係藉由讓以下式(1)所表示之化合物,與以下式(2)所表示之化合物進行反應,來得到以下式(3)所表示之二烯烴化合物。下式中,R1~R22係表示氫原子、甲基、或乙基,X係表示氯原子、溴原子、碘原子、苯磺醯氧基、對甲苯磺醯氧基、甲磺醯氧基、或三氟甲磺醯氧基,Y係表示氯原子、溴原子、或碘原子。□□□
Description
本發明係關於成為能形成熱特性優良的硬化物之二環氧化合物的原料之二烯烴化合物之製造方法、及包含前述二烯烴化合物之製造方法的二環氧化合物之製造方法。
環氧化合物已知經由聚合,會形成電特性、耐濕性、耐熱性等優良之硬化物。其中,二環氧化合物可使用於包括塗布劑、印墨、接著劑、密封劑、封止劑、光阻劑、複合材料、透明基材、透明薄膜或薄片、光學材料(例如光學透鏡等)、絕緣材料、光固化材料、電子材料(例如、電子紙、觸控面板、太陽電池基板、光波導路徑、導光板、全像記憶體等)等用途的各種方面。
作為二環氧化合物,現在市售已有各種種類,可列舉出例如:(3,4-環氧基)環己烷甲酸3,4-環氧環己基甲酯、3,4,3’,4’-二環氧聯環己基等。這些環氧化合物藉由各種硬化劑或硬化觸媒進行聚合而形成硬化物。
然而,前述(3,4-環氧基)環己烷甲酸3,4-環氧環己基甲酯因環氧乙烷氧濃度低、交聯點少,而有所得到之硬化物的強度低、耐熱性低的問題。
另一方面,3,4,3’,4’-二環氧聯環己基若與(3,4-環氧基)環己烷甲酸3,4-環氧環己基甲酯相比,因環氧乙烷氧濃度高,所以所得到的硬化物具有較優良的耐熱性,但以伴隨著溫度上昇,而機械性質(例如彈性率等)會大幅降低,熱安定性低的觀點來說,還不是可充分満足之物。
專利文獻1 特開昭63-264625號公報
專利文獻2 特開昭63-012623號公報
專利文獻3 特開昭59-011317號公報
專利文獻4 特開2008-31424號公報
然而,已知3,4,3’,4’-二環氧聯環己基係因具有2個脂環式環氧基(=藉由構成脂環的2個碳原子與1個氧原子相互連結所形成之環式基)以單鍵剛性鍵結而成的結構,但不是一定2個脂環式環氧基都可以存在於適合交聯反應之位置,會產生無法參與交聯反應之脂環式環氧基,而即便單體的環氧乙烷氧濃度高,也得不到具有充分耐熱性之硬化物。另外,發現到:以烴鏈將2
個脂環式環氧基鍵結所得到之化合物係能夠經常讓脂環式環氧基存在於適合交聯反應之位置,可顯著減少無法參與交聯反應之脂環式環氧基,藉此,可形成具有極優良的熱特性之(具體來說,具有極高的耐熱性,並具有即便暴露於高溫環境下也可維持優良的機械特性之熱安定性的)硬化物。
作為以烴鏈將前述2個脂環式環氧基鍵結而得之化合物之製造方法,已發現使用包含釕、銠、鈀、銥、鉑、鎳、鎢、鉬、鈦、釩等高價的金屬元素之觸媒的方法,但成本高昂是個問題。
因此,本發明之目的係提供一種二烯烴化合物之製造方法,其能便宜地製造對作為可經由硬化形成具有極優良之熱特性的硬化物之二環氧化合物的原料來說,有用的新穎二烯烴化合物。
本發明之其它目的,係提供一種新穎二烯烴化合物。
本發明之另一目的,係提供一種二環氧化合物之製造方法,其能便宜地製造可經由硬化形成具有極優良之熱特性的硬化物之二環氧化合物。
本發明者係為了解決上述課題進行戮力研究的結果,發現藉由讓特定的四氫苄基化合物與格任亞(Grignard)試劑進行反應,即使不使用包括釕、銠、鈀、銥、鉑、鎳、鎢、鉬、鈦、釩等高價的金屬元素之觸媒,而以銅化合物或鐵化合物等便宜的金屬化合物作為觸媒,亦能有效率且以優良的產率得到二烯烴化合物,藉
由將前述二烯烴化合物予以環氧化所得到之二環氧化合物,因具有透過乙烯基等烴鏈將2個脂環式環氧基柔軟地鍵結而成之結構,能夠經常讓脂環式環氧基存在於適合交聯反應之位置,可顯著減少無法參與交聯反應之脂環式環氧基,可形成具有極優良之熱特性的硬化物。本發明係基於這些知識而完成。
亦即,本發明提供一種二烯烴化合物之製造方法,其係讓以下式(1)所表示之化合物與以下式(2)所表示之化合物反應,來得到以下式(3)所表示之二烯烴化合物:
(式中,R1~R11係各自獨立的基,彼此相同或相異,表示氫原子、甲基、或乙基,X係表示氯原子、溴原子、碘原子、苯磺醯氧基、對甲苯磺醯氧基、甲磺醯氧基、或三氟甲磺醯氧基)
(式中、R12~R22係各自獨立的基,彼此相同或相異,表示氫原子、甲基、或乙基,Y係表示氯原子、溴原子、或碘原子)
(式中、R1~R22係與前述相同)。
前述反應較佳係在鐵觸媒的存在下,或在銅觸媒與以下式(4)所表示之炔的存在下進行:
(式中,R23、R24係相同或相異,表示鏈狀脂肪族烴基、環狀脂肪族烴基、或芳香族烴基)。
本發明還提供以下式(3)所表示之二烯烴化合物:
(式中、R1~R22係各自獨立的基,彼此相同或相異,表示氫原子、甲基、或乙基)。
本發明進一步提供一種二環氧化合物之製造方法,其係以前述二烯烴化合物之製造方法得到以下式(3)所表示之二烯烴化合物,再藉由讓所得到之以上述式(3)所表示之二烯烴化合物與過氧酸進行反應,來得到以下式(5)所表示之二環氧化合物:
(式中,R1~R22係各自獨立的基,彼此相同或相異,表示氫原子、甲基、或乙基)
(式中、R1~R22係與前述相同)。
依據本發明之二烯烴化合物之製造方法,能便宜且有效率地製造對作為可經由硬化形成具有極優良之熱特性的硬化物之二環氧化合物的原料來說,有用的新穎二烯烴化合物。
此外,依據本發明之二環氧化合物之製造方法,能便宜且有效率地製造可經由硬化形成具有極優良之熱特性的硬化物之二環氧化合物。
因此,本發明之上述製造方法,以作為工業性製造前述二烯烴化合物及二環氧化合物之方法來說,係極為有用的。
本發明之二烯烴化合物之製造方法的特徵為:讓以下式(1)所表示之化合物與以下式(2)所表示之化合物反應,來得到以下式(3)所表示之二烯烴化合物:
(式中,R1~R11係各自獨立的基,彼此相同或相異,表示氫原子、甲基、或乙基,X係表示氯原子、溴原子、碘原子、苯磺醯氧基、對甲苯磺醯氧基、甲磺醯氧基、或三氟甲磺醯氧基)
(式中,R12~R22係各自獨立的基,彼此相同或相異,表示氫原子、甲基、或乙基,Y係表示氯原子、溴原子、或碘原子)
(式中,R1~R22係與前述相同)。
前述反應較佳在觸媒的存在下進行。而作為觸媒,可列舉出例如:鐵觸媒、銅觸媒、鎳觸媒等。於本發明,其中較佳係使用鐵觸媒或銅觸媒。
作為前述鐵觸媒,可列舉出例如:鐵(III)與乙醯丙酮(=acac)、二苯甲醯甲烷(=DBM)等的有機螯合化合物[具體來說Fe(acac)3、Fe(DBM)3等],與FeCl3等鹵化鐵等。這些可以單獨使用,或組合2種以上使用。
作為鐵觸媒的使用量,相對於1莫耳的以上述式(1)所表示之化合物,例如為0.001~0.3莫耳左右,較佳為0.005~0.2莫耳,特佳為0.01~0.1莫耳。若在上述範圍使用鐵觸媒,則能以優良的產率得到二烯烴化合物。
於在鐵觸媒的存在下進行上述反應之情形,就能顯著提升產率的觀點來說,較佳的是一起使用鐵觸媒與N-甲基吡咯烷酮(NMP)等三級羧酸醯胺、或六甲基磷酸三醯胺(HMPA)等三級磷酸醯胺等三級胺類。作為前述三級胺類的使用量,相對於1莫耳的以上述式(1)所表示之化合物,例如為0.1~5莫耳左右,較佳為0.5~3莫耳,特佳為0.5~2莫耳。
作為前述銅觸媒可列舉出例如:CuCl2等鹵化銅、三氟甲磺酸銅(I)(Cu(OTf))等磺酸銅。這些可以單獨使用,或組合2種以上使用。
作為銅觸媒的使用量,相對於1莫耳的以上述式(1)所表示之化合物,例如為0.005~0.2莫耳左右,較佳為0.005~0.15莫耳,特佳為0.01~0.1莫耳。若在上述範圍使用銅觸媒,能以優良的產率得到二烯烴化合物。
於在銅觸媒的存在下進行上述反應之情形,銅觸媒與以下式(4)所表示之炔一起使用,就能顯著提升產率的觀點來說係較佳的。式(4)中,R23、R24係相同或相異,表示鏈狀脂肪族烴基、環狀脂肪族烴基、或芳香族烴基。
作為於R23、R24中的鏈狀脂肪族烴基,可列舉出例如:甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基、戊基、己基、癸基、十二烷基等碳數1~20(較佳為1~10,更佳為1~3)左右的烷基;乙烯基、烯丙基、1-丁烯基等碳數2~20(較佳為2~10,更佳為2~3)左右的烯基;乙炔基、丙炔基等碳數2~20(較佳為2~10,更佳為2~3)左右的炔基等。
作為於R23、R24中的環狀脂肪族烴基,可列舉出例如:環丙基、環丁基、環戊基、環己基、環辛基等3~20員(較佳為3~15員,更佳為5~8員)左右的環烷基;環戊烯基、環己烯基等3~20員(較佳為3~15員,更佳為5~8員)左右的環烯基;全氫萘-1-基、降莰基、金剛烷基、四環[4.4.0.12,5.17,10]十二烷-3-基等橋接環式烴基等。
作為於R23、R24中的芳香族烴基,可列舉出例如:苯基、對甲基苯基、萘基等碳數6~14(較佳為6~10)左右的芳香族烴基等。
作為本發明之以式(4)所表示之炔,其中以R23、R24的一者為芳香族烴基為較佳的,特別是較佳為1-苯基丙炔、1-苯基丁炔、1-(對甲基苯基)丙炔、1-(對甲基苯基)丁炔等。
作為以式(4)所表示之炔的使用量,相對於1莫耳的以上述式(1)所表示之化合物,例如為0.01~0.4莫耳左右,較佳為0.01~0.3莫耳,特佳為0.02~0.2莫耳。以式(4)所表示之炔的使用量若低於上述範圍,則反應會
停止,且會有產率降低的傾向。另一方面,以式(4)所表示之炔的使用量若高於上述範圍,則在精製時會有純度降低的傾向。
上述反應可在溶媒的存在下或不存在下進行。作為溶媒,只要不會妨礙反應的進行即可無特別限定地使用,可列舉出例如:烴類(例如己烷、環己烷、庚烷、甲苯等)、醚類(例如二乙醚、四氫呋喃(THF)等)等。作為溶媒的使用量,係以式(1)所表示之化合物的例如1~10重量倍左右。
上述反應可在常壓下進行,也可在減壓下或加壓下進行。另外,作為反應環境,只要不妨礙反應即不特別限定,例如空氣環境、氮氣環境、氬氣環境等中的任一者均可。反應溫度係例如20~100℃左右。反應時間係例如2~10小時左右。又,反應以批次式、半批次式、連續式等任一方法進行均可。
反應結束後,反應產物能以例如過濾、濃縮、蒸餾、萃取、晶析、再結晶、吸附、管柱層析等分離精製方式,或將它們組合而成的方式來分離精製。
又,以上述式(1)所表示之化合物,能例如藉由讓1,2,5,6-四氫苄基醇與HX(X係與前述相同)進行反應來得到。
上述1,2,5,6-四氫苄基醇與HX之反應較佳在溶媒的存在下進行。作為溶媒,只要不會妨礙反應的進行即可無特別限定地使用,可列舉出例如:烴類(例如己烷、環己烷、庚烷、甲苯等)、醚類(例如二乙醚、四氫
呋喃(THF)等)等。作為溶媒的使用量,係1,2,5,6-四氫苯甲醇的例如1~10重量倍左右。
上述1,2,5,6-四氫苄基醇與HX的反應可在常壓下進行,也可在減壓下或加壓下進行。另外作為反應環境,只要不妨礙反應即不特別限定,例如空氣環境、氮氣環境、氬氣環境等中的任一者均可。反應溫度係例如20~130℃左右。反應時間係例如1~50小時左右。又,反應以批次式、半批次式、連續式等任一方法進行均可。
以上述式(2)所表示之化合物(=格任亞試劑),能例如藉由讓1,2,5,6-四氫苄基醇與HX(X係表示氯原子、溴原子、碘原子,較佳為氯或溴原子)進行反應所得到之以式(1)所表示之化合物,進一步和鎂與碘(I2)進行反應來得到。
以上述式(1)所表示之化合物和鎂與碘(I2)之反應較佳在溶媒的存在下進行。作為溶媒,只要不會妨礙反應的進行即可無特別限定地使用,可列舉出例如:烴類(例如己烷、庚烷、甲苯等)、醚類(例如二乙醚、四氫呋喃(THF)等)等。作為溶媒的使用量,係以式(1)所表示之化合物的例如2~10重量倍左右。
以上述式(1)所表示之化合物和鎂與碘(I2)之反應可在常壓下進行,也可在減壓下或加壓下進行。另外作為上述反應之反應環境,只要不妨礙反應即不特別限定,例如空氣環境、氮氣環境、氬氣環境等中的任一者均可。反應溫度係例如10~100℃左右。反應時間係例如1~3小時左右。又,反應以批次式、半批次式、連續式等任一方法進行均可。
本發明之二烯烴化合物之製造方法因具有上述構成,能藉由使用便宜的觸媒(鐵觸媒、銅觸媒),以優良的產率(例如20%以上,較佳為50%以上、更佳為55%以上,特佳為70%以上)有效率地得到標的物之二烯烴化合物。本發明中,沒有必要使用包括釕、銠、鈀、銥、鉑、鎳、鎢、鉬、鈦、釩等高價的金屬元素之觸媒,包含前述高價的金屬元素之觸媒的使用量,相對於1莫耳的以上述式(1)所表示之化合物,例如為0.1莫耳以下,較佳為0.05莫耳以下,特佳為實質上不使用。又,藉由本發明之二烯烴化合物之製造方法所得到之二烯烴化合物,對於作為可形成熱性質優良的硬化物之二環氧化合物的原料來說特別有用。
本發明之二環氧化合物之製造方法的特徵為:讓以前述二烯烴化合物之製造方法所得到之以式(3)所表示之二烯烴化合物與過氧酸反應,再經由環氧化來得到以下式(5)所表示之二環氧化合物。式(5)中,R1~R22係各自獨立的基,彼此相同或相異,表示氫原子、甲基、或乙基。式(5)中的R1~R22各自對應於式(3)中的R1~R22。
作為前述過氧酸,可使用例如:過甲酸、過乙酸、過苯甲酸、間氯過苯甲酸、三氟過乙酸等。於本發明,其中就容易取得的觀點來說,較佳為使用間氯過苯甲酸。
過氧酸的使用量,相對於1莫耳的以式(3)所表示之二烯烴化合物,例如為3.0莫耳以下,較佳為2.2~2.6莫耳。
環氧化反應可在溶媒的存在下進行。作為溶媒,只要不妨礙反應的進行即無特別限定,可列舉出例如:甲苯、苯等芳香族化合物,己烷、環己烷等脂肪族烴、乙酸乙酯等酯類等。作為溶媒的使用量,係以式(3)所表示之二烯烴化合物的例如3~10重量倍左右。
於環氧化反應,反應溫度係例如為0~60℃左右,較佳為10~50℃,特佳為20~40℃。反應溫度若低於0℃,則會有反應變慢的情形。另一方面,反應溫度若高於60℃,則會有環氧化劑產生分解的情形。反應能例如藉由攪拌上述的混合物1~5小時左右來進行。
環氧化反應能藉由例如將亞硫酸鈉、亞硫酸鉀、亞硫酸銨、亞硫酸氫鈉、亞硫酸氫鉀、亞硫酸氫銨、硫代硫酸鈉、硫代硫酸鉀等還原劑添加進反應系統,來將前述環氧化劑驟冷(quench),使其結束。反應結束後,反應產物能以例如過濾、濃縮、蒸餾、萃取、晶析、再結晶、吸附、管柱層析等分離精製方式,或將它們組合而成的方式來分離精製。
以上述方法所得到之以式(5)所表示之二環氧化合物,因具有透過乙烯基等烴鏈將2個脂環式環氧基鍵結而成的結構,該脂環式環氧基可適當移動至適合交聯反應之位置,可把不參予交聯反應之脂環式環氧基減少至極少。因此,可構成密集的交聯結構,具有優良的耐熱性,即便暴露在高溫環境下也可維持優良的機械特性,可形成熱安定性優良之硬化物。
以式(5)所表示之二環氧化合物,因如上述般的可形成具有優良熱特性之硬化物,故可使用於包括塗布劑、印墨、接著劑、密封劑、封止劑、阻劑、複合材料、透明基材、透明薄膜或薄片、光學材料(例如光學透鏡等)、絕緣材料、光固化材料、電子材料(例如、電子紙、觸控面板、太陽電池基板、光波導路徑、導光板、全像記憶體等)等用途的各種方面。
以下,以實施例更具體說明本發明,但本發明並非由這些實施例所限定。
將鎂(0.414g、0.0171mol)、碘(0.043g、0.17mmol)加入四氫呋喃(8.5mL),在氮氣環境下於40℃攪拌30分鐘。花費1小時將以下式(1-1)所表示之四氫苄基氯化物(2.23g、0.171mol)於40℃滴入後,予以回流2小時,調製成以下式(2-1)所表示之格任亞試劑。
在冰冷下花費30分鐘將調製例1所得到之以下式(2-1)所表示之格任亞試劑滴入至以下式(1-2)所表示之四氫苄基溴化物(2.00g、0.0114mol)、1-苯基丙炔(0.066g、0.571mmol,四氫苄基溴化物的0.05mol倍)、與氯化銅(II)(0.031g、0.224mmol,四氫苄基溴化物的0.02mol倍)的混合液中。將反應液升溫至30℃並攪拌3小時後,添加10%鹽酸,停止反應,進行分液。
以水清洗有機層2次後,予以濃縮,得到包含以下式(3-1)所表示之1,2-雙(環己-3-烯基)乙烷的粗產物。以氣相層析法對粗產物作定量的結果,四氫苄基溴化物基準之產率為87%。
1H-NMR(CDCl3):5.66(s,4H),2.12-2.03(m,6H),1.76-1.72(m,2H),1.67-1.61(m,2H),1.52-1.47(m,2H),1.31-1.17(m,6H)
除了使用以下式(1-1)所表示之四氫苄基氯化物來取代以式(1-2)所表示之四氫苄基溴化物,並讓反應液在68℃回流10小時以外,與實施例1同樣地進行,得到以下式(3-1)所表示之1,2-雙(環己-3-烯基)乙烷。四氫苄基氯化物基準的產率為51%,未反應的四氫苄基氯化物量為21%。
除了使用以下式(1-3)所表示之甲磺酸四氫苄酯來取代以式(1-2)所表示之四氫苄基溴化物,並讓反應液在68℃回流5小時以外,與實施例1同樣地進行,得到以下式(3-1)所表示之1,2-雙(環己-3-烯基)乙烷。甲磺酸四氫苄酯基準的產率為65%。
在冰冷下花費30分鐘將在調製例1得到的以下式(2-1)所表示之格任亞試劑滴入至以下式(1-1)所表示之四氫苄基氯化物(0.50g、0.0038mol)、Fe(acac)3(0.135g、0.00038mmol,四氫苄基氯化物的0.1mol倍)、與N-甲基吡咯烷酮(NMP)(0.45g、0.0049mmol,四氫苄基氯化物的1.2mol倍)之四氫呋喃溶液(2.5g)中。讓反應液於68℃回流10小時後,添加10%鹽酸停止反應,進行分液。以水清洗有機層2次後,予以濃縮,得到包含以下式(3-1)所表示之1,2-雙(環己-3-烯基)乙烷的粗產物。以氣相層析法對粗產物作定量的結果,四氫苄基氯化物基準之產率為24%。
於30℃,將含水的間氯過苯甲酸3.16g(純度:70%,12.6mmol,1,2-雙(環己-3-烯基)乙烷的2.4mol倍)分3次添加進以下式(3-1)所表示之1,2-雙(環己-3-烯基)乙烷1.00g(5.24mmol)的甲苯(5.0g)溶液中,於30℃攪拌2小時後,以乙酸乙酯稀釋,進一步添加硫代硫酸鈉水溶液,攪拌30分鐘。
以乙酸乙酯萃取水層,以碳酸氫鈉水溶液清洗所得到之有機層2次,再以水清洗1次後,予以濃縮。以矽膠管柱層析儀精製濃縮後的殘渣,以透明液體形式得到0.689g的以下式(5-1)所表示之1,2-雙(3,4-環氧環己基)乙烷。1,2-雙(環己-3-烯基)乙烷基準的產率為59%。環氧乙烷氧濃度(HBr法)係14.4%(計算值),13.9%(實測值)。
1H-NMR(CDCl3):3.15-3.11(m,4H),2.15-2.11(m,2H),2.03-1.98(m,2H),1.85-1.78(m,1H),1.73-1.67(m,1H),1.45-1.28(m,5H),1.13-1.07(m,6H),0.91-0.88(m,1H)
依據本發明之二烯烴化合物之製造方法,能便宜且有效率地製造對作為可經由硬化形成具有極優良之熱特性的硬化物之二環氧化合物的原料來說,有用的新穎二烯烴化合物。
此外,依據本發明之二環氧化合物之製造方法,能便宜且有效率地製造可經由硬化形成具有極優良之熱特性的硬化物之二環氧化合物。
因此,本發明之上述製造方法,以作為工業性製造前述二烯烴化合物及二環氧化合物之方法來說,係極為有用的。
Claims (5)
- 一種二烯烴化合物之製造方法,其係藉由讓以下式(1)所表示之化合物與以下式(2)所表示之化合物進行反應,來得到以下式(3)所表示之二烯烴化合物:
- 如請求項1之二烯烴化合物之製造方法,其係在鐵觸媒之存在下進行反應。
- 如請求項1之二烯烴化合物之製造方法,其係在銅觸媒與以下式(4)所表示之炔的存在下進行反應:
- 一種二烯烴化合物,其係以下式(3)所表示:
- 一種二環氧化合物之製造方法,其係藉由如請求項1~3中任一項之二烯烴化合物之製造方法,得到以下式(3)所表示之二烯烴化合物,再藉由讓所得到之以上述式(3)所表示之二烯烴化合物與過氧酸進行反應,來得到以下式(5)所表示之二環氧化合物:
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