JP2000327630A - アクリロイル基を含有する液晶モノマーを製造する一段階の方法 - Google Patents
アクリロイル基を含有する液晶モノマーを製造する一段階の方法Info
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Abstract
造方法を提供する。 【解決手段】 一般式(1): (Z-Y1-A2-Y2-)mM(-O-A1-Acryl)n (1) で表されるアクリロイル基を含有する液晶モノマーを、
一般式(2): (Z-Y1−A2-Y2-)mM(OH)n (2) で表されるメソゲンアルコールを、一般式(3): ClPr-A1-X (3) で表される3-クロロプロピオン酸のエステルと、HC
lを分離しながら反応させることにより製造する。
Description
有する液晶モノマーを製造する一段階の方法に関する。
する三次元ネットワークを製造するために、メソゲン
(mesogen)単位と架橋可能な基がスペーサー単
位により互いに分離されている架橋可能な液晶モノマー
が必要である。その際スペーサーの組み込みはアクリル
基の移動性を高め、十分に高い架橋度を達成するために
必要である。更に適当なスペーサーの長さを選択するこ
とによりモノマーの液晶相を活性に作用することができ
る。
最も容易に得られるメソゲンアルコールの簡単なアクリ
ル化(メタクリル化)により所望のモノマーは得られな
い。この場合に部分的に明らかに費用のかかる合成方法
を行わなければならない。その際多くの場合にスペーサ
ーがエーテル結合を介してメソゲン単位に結合している
場合が有利である。相当する化合物はそのかなり良好な
合成可能性、化学的安定性により、特にそのしばしばき
わめて有利な液晶特性により特に有利である。
る架橋可能なメソゲンを合成するために適当である多数
の製造方法が記載されている。しかしながらこれらの合
成方法は例外なくそれぞれ特有の欠点または制限と結び
ついている。例えばWO96/24647号およびWO
96/23036号にはメソゲンジオールを最初にω-
ハロゲンアルコールと反応する方法が記載されている。
引き続きその際得られる中間生成物をアクリル酸(メタ
クリル酸)クロリドとともにエステル化し、最終生成物
を生じる。この方法において、一方では中間生成物とし
て製造されるアルコールは多くの場合に劣った溶解特性
により特徴づけられ、従ってその製造、特にその単離お
よび精製がきわめて費用がかかることが問題である。他
方でエダクトとして必要なω-ハロゲンアルコールがか
なり高価な化合物であり、しばしば技術的規模で得られ
ない。従ってこの合成方法は工業的製造にはあまり適さ
ない。
特許第0648827号明細書に記載される他の方法に
おいてはω-ハロゲンアクリロイル(メタクリロイル)
アルカンから出発し、これをメソゲンモノ-またはジオ
ールと一つの段階でのみ反応させ、それぞれ所望の最終
生成物を得ることができる。この場合にヒドロキシル化
スペーサー単位を有するメソゲン中間生成物の労力のか
かる取得が省かれる。しかしながらこの方法の欠点はエ
ダクトとして必要なω-ハロゲンアクリロイル(メタク
リロイル)アルカンの製造であり、それというのもこれ
は好ましくない重合を生じる強い傾向があり、従って安
定剤なしでほとんど取り扱うことができないからであ
る。アクリロイル化合物の場合に重合傾向が特に明らか
に示され、従ってこの合成および精製はほとんどの場合
に困難をもってのみ可能である。更にこの種の反応の工
業的規模への適用は費用のかかる安全技術的措置を必要
とする。
多くの製造方法が記載されている。しかしながらこれら
はすべて、例外なく多くの段階およびそれとともにきわ
めて費用のかかる合成方法によってのみ実現できること
が共通している。
の合成方法の欠点を克服し、スペーサー結合したアクリ
ル基を有する架橋可能なメソゲン(mesogen)を
用いて、簡単で反応および安全技術的に問題のない方法
で製造できる方法を提供することである。
解決される。
一般式(2): (Z-Y1−A2-Y2-)mM(OH)n (2) で表されるメソゲンアルコールを、一般式(3): ClPr-A1-X (3) で表される3-クロロプロピオン酸のエステルと、HC
lを分離しながら反応させることにより製造し、上記式
中、Acrylはアクリレート基であり、ClPrは3
-クロロプロピオネート基であり、A1は炭素鎖が互いに
隣接しないエーテル官能基中の酸素原子により、チオエ
ーテル官能基中の硫黄によりまたはイミノ基により中断
されていてもよい、2〜20個の炭素原子を有する同じ
かまたは異なるアルキル鎖スペーサーであり、A2は基
A1または化学的単結合であり、Mはメソゲン基であ
り、Xは脱離基であり、Zはアルキル基または架橋可能
な基であり、Y1、Y2は互いに独立に化学的単結合、-
O-、-S-、-O-CO-、-CO-O-、-O-CO-O-、-C
O-NR1-、-NR1-CO-、-O-CO-NR1-、-NR1-
CO-O-、または-NR1-CO-NR1-であり、R1は水
素またはC1-C4-アルキル基であり、nは1,2,3ま
たは4の値であり、mは0,1,2または3の値であ
る、アクリロイル基を含有する液晶モノマーを製造する
一段階の方法である。
ドロキシル基を有する一般式(2)のメソゲンから出発
する。その際本発明は、唯一の合成段階で同時に脱離基
Xを分離しながら一般式(2)のメソゲンアルコールと
一般式(3)の3-クロロプロピオン酸エステルとの間
にエーテル結合を結合し、HCl分子を除去することに
よりクロロプロピオン酸エステル基からアクリロイル基
を遊離することができるという発見にもとづく。
合したアクリル基を有するメソゲンを製造するためにき
わめて適しており、その際nは1〜4、特に2の値を有
する。従って一方では一般式(1)の所望のメソゲン
が、良好に得られるエダクトから唯一の合成段階でのみ
製造され、他方では本発明の方法はアクリル酸官能基
が、使用される前駆物質、一般式(2)の3-クロロプ
ロピオン酸エステル中にマスクされている合成原理を可
能にする。脱マスク化を全部のメソゲン合成の最後の反
応段階、メソゲンアルコールの前記エーテル化の間には
じめて行う。従って一般式(1)のアクリル化メソゲン
を製造するための連続する合成に、もっぱら重合不可能
のエダクトを使用し、重合可能な中間生成物が形成され
ない。これにより個々の合成段階の実施、特に中間生成
物の取り扱いがかなり容易になる。
トとして必要な一般式(3)の3-クロロプロピオン酸
のエステルが、適当なアルコールまたは環状エーテル
と、大量生産で製造される化学物質の3-クロロプロピ
オン酸クロリドとの反応により問題なく製造できるとい
う事実にある。例えば需要の多いアルコール誘導体を用
いる共沸エステル化による遊離3-クロロプロピオン酸
の直接的エステル化も可能である。これにより本発明の
反応は工業的使用にきわめて有利である。
のスペーサー結合したアクリル基を有する任意の液晶化
合物を製造するために適している。これは有利にはmが
0であり、nが2である一般式(2)のメソゲンジオー
ルを、一般式(3)に相当する化合物2当量と反応する
ことにより、mが0であり、nが2である一般式(1)
の液晶ビスアクリレートを製造するために使用される。
その際一般式(3)に相当する化合物の2種以上の混合
物を使用することにより、対称および非対称ビスアクリ
レートからなる化学量論の混合物を製造することができ
る。有利には一般式(3)の化合物のみを使用する。
り大きく、Zが架橋可能な基である一般式(2)の架橋
可能な基を有する液晶アルコールを反応させることがで
きる。これを、2個の異なる架橋可能な基および/また
はスペーサーを有するメソゲンを製造するために利用す
ることができ、その際一般式(1)および(2)に関し
てmは1であり、nは1であり、Zは架橋可能な基であ
る。
当する。有利にはMは一般式(4): (-T-Y3)r-T- (4) に相当し、式中、Tは二価の飽和または不飽和の、同素
環状または複素環状の、場合により置換された5〜20
個の炭素原子を有する炭化水素基であり、その際ベンジ
ル基、シクロヘキシル基およびナフチル基が有利であ
り、Y3は化学的単結合、-O-、-S-、-O-CO-、-C
O-C-、-O-CO-O-、-CO-NR2-、-NR2-CO-、
-O-CO-NR2-、-NR2-CO-O-、-NR2-CO-NR
2-、-CH2-O-、-O-CH2-、-CH=N-、-N=CH-
または-N=N-であり、R2は水素またはC1-C4-アル
キル基であり、rは0,1,2,3または4の値であ
り、1または2が特に有利である。
と同様にそれぞれ互いに同じかまたは異なっていてもよ
い。その際基Tは、例えばC1-C4-アルキル基、フッ
素、塩素、臭素、シアノ基、ヒドロキシ基、(アルキ
ル)アミノ基、またはニトロ基により2個以上置換され
ていてもよい。
ヘキシル基であり、これらは更に置換基を有してもよ
い。
り、その際それぞれの環は1個以上の同じかまたは異な
る置換基を有してもよい。
ルは、一般式(7)または(8):
およびp-ヒドロキシ安息香酸もしくはこれらの化合物
の置換された誘導体から問題なく得られ、例えばPol
ym.Prep.30(2)462-3 1989に記載
されている。
は有利にはC1-C4-アルキル基である。架橋可能な基Z
として当業者に知られるすべての基が機能することがで
きる。基Zとしてアルケニル基、例えばビニル基、2-
メチルビニル基およびアリル基、アルキニル基またはエ
ポキシ基が有利である。
られるすべての基が機能することができる。ハロゲンま
たはスルホン酸誘導体が有利であり、その際後者、例え
ば式(9)のトリフレートはフッ素含有基を有してもよ
い。式(9)〜(13)はこの種の有利なスルホン酸基
の例である。
基が特に有利であり、本発明のエーテル化を触媒量のヨ
ウ化カリウムの存在で実施することが有利である。
めに、化学者は種々の方法のきわめて広い範囲の処理方
法を使用する。形式的に最も簡単な反応の場合にω-ハ
ロゲンアルコールから出発し、これを3-クロロプロピ
オン酸クロリドと反応させ、相当するエステルを形成す
る(X=ハロゲン)。しかしながらこの方法は、廉価な
ω-ハロゲンアルコールの限られた使用可能性により、
例外的な場合にしか技術的に有利でない。
から出発することが有利である。これを、例えば適当な
条件下で3-クロロプロピオン酸クロリドと反応させ、
相当する3-クロロプロピオン酸モノエステルを得るこ
とができる。これから引き続きなお遊離のヒドロキシル
官能基をスルホン酸クロリドとともにエステル化するこ
とにより問題なくXがスルホン酸誘導体である一般式
(3)の活性化スルホン酸誘導体を製造することができ
る。
ステルの遊離ヒドロキシル基を、例えば塩化チオニルと
反応することによりハロゲン原子と交換することも可能
である。これにより製造可能な化合物はXがハロゲン原
子である一般式(3)のエダクトとして適している。
に効率がよく、洗練された反応は、3-クロロプロピオ
ン酸クロリドによるテトラヒドロフランのような環状エ
ーテルの開環である。この場合に3-クロロプロピオン
酸-4-クロロブチルエステルを唯一のきわめて簡単な反
応段階できわめて廉価なエダクトから製造する。
れない限り、量および%の表示はすべて質量に関し、圧
力はすべて0.10MPa(絶対圧力)で、温度はすべ
て20℃で実施する。
オネートの製造 3-クロロプロピオン酸クロリド89.4ml(114.
2g、0.9モル)をシクロヘキサン160mlに溶解
する。塩化亜鉛613mg(4.5ミリモル)を添加
し、得られた懸濁液を窒素で覆う。引き続き沸騰するま
で加熱し、THF80.4ml(71.4g、0.99モ
ル)を徐々に、かつ十分に撹拌しながら滴加する。反応
が強い発熱で進行し、従って反応混合物が外部の熱の供
給なしに均一に沸騰するように、THFの添加速度を調
節しなければならない。THFを全部添加後、更に30
分還流下で撹拌する。
をNaOH溶液(5%)80mlで洗浄し、および蒸留
水80mlで2回洗浄する。引き続き部分的真空で60
℃でシクロヘキサンおよび残留水を除去し、生成物を蒸
留(84℃、1ミリバール)により精製する。
リロイルオキシブトキシ)-ベンゾエート]の製造 安定剤として炭酸カリウム292g(2.1モル)、ヨ
ウ化カリウム5g(30ミリモル)および2,6−ジ-
t-ブチル-4-(N,N-ジメチルアミノメチル)フェノ
ール0.4g(1.5ミリモル)をN-メチル-2−ピロリ
ジノン250mlに懸濁させる。引き続き十分に撹拌し
ながらヒドロキノン-ビス-(4-ヒドロキシベンゾエー
ト)105.1g(0.30モル)を添加する。100℃
の反応温度に達した後で4-クロロブチル-3-クロロプ
ロピオネート144.0g(0.722モル)を滴加す
る。最後にこの温度で更に4時間撹拌する。
300mlを添加する。この温度で水400mlで一
度、水250mlで一度および水50mlで更に二度洗
浄する。引き続き有機相を部分的真空でキシレン約50
mlの共沸蒸留により乾燥する。15℃に冷却して、清
潔な生成物が晶出する。
シ)-フェノール-[4-(4-アクリロイルオキシブトキ
シ)-ベンゾエート]の製造 安定剤として炭酸カリウム110.4g(0.8モル)、
ヨウ化カリウム1.7g(10ミリモル)および2,6
−ジ-t-ブチル-4-(N,N-ジメチルアミノメチル)
フェノール0.2g(0.7ミリモル)をN-メチル-2−
ピロリジノン120mlに懸濁させる。引き続き十分に
撹拌しながらヒドロキノン-モノ-(4-ヒドロキシベン
ゾエート)23.0g(0.10モル)を添加する。10
0℃の反応温度に達した後で4-クロロブチル-3-クロ
ロプロピオネート59.7g(0.3モル)を滴加する。
最後にこの温度で更に4時間撹拌する。
200mlを添加する。この温度で水300mlで一
度、水150mlで一度および水25mlで更に二度洗
浄する。引き続き有機相を真空で濃縮し、得られた粗製
生成物をイソプロパノール50mlから再結晶する。
ピオネートの製造 3-クロロプロピオニルクロリド101.5ml(12
9.6g、1.00モル)を90℃で3-クロロ-1-プロ
パノール86.1ml(97.4g、1.00モル)に滴
加する(時間約30分)。添加中に自然にガスが発生
し、反応温度が約70℃に低下する。添加が終了後、反
応混合物を再び100℃に加熱し、この温度で更に30
分撹拌する。冷却後、得られた粗製生成物を蒸留により
精製する。
ピオネートからヒドロキノン-ビス-[4-(3-アクリロ
イルオキシプロポキシ)-ベンゾエート]の製造 安定剤として炭酸カリウム193.2g(1.40モ
ル)、ヨウ化カリウム8.3g(0.05モル)および
2,6−ジ-t-ブチル-4-(N,N-ジメチルアミノメ
チル)フェノール0.3gをN-メチル-2−ピロリジノ
ン230mlに懸濁させ、60℃に加熱する。この温度
でヒドロキノン-ビス-(4-ヒドロキシベンゾエート)
70.1g(0.20モル)を添加する。引き続き95℃
に加熱する。この温度に達した後で3-クロロプロピル-
3-クロロプロピオネート92.6g(0.48モル)を
15分以内で滴加する。その後95℃で更に5時間撹拌
する。
200mlを添加する。この温度で水270mlで一
度、水180mlで一度および水40mlで更に二度洗
浄する。引き続き有機相を部分的真空でキシレン約50
mlの共沸蒸留により乾燥する。15℃に冷却し、清潔
な生成物が晶出する。これを濾過し、EtOHで洗浄す
る。
オネートから(4-アクリロイルオキシブトキシ)-フェ
ノール-(4−アリルオキシベンゾエート]の製造 安定剤として炭酸カリウム162.1g(1.0モル)、
ヨウ化カリウム3.3g(20ミリモル)および2,6
−ジ-t-ブチル-4-(N,N-ジメチルアミノメチル)
フェノール0.2g(0.8ミリモル)をN-メチル-2−
ピロリジノン150mlに懸濁させる。引き続き十分に
撹拌しながら、4-アリルオキシ安息香酸ヒドロキノン
エステル54.0g(0.2モル)を添加する。100℃
の反応温度に達した後で4-クロロブチル-3-クロロプ
ロピオネート79.6g(0.4モル)を滴加する。最後
にこの温度で更に4時間撹拌する。
110mlを添加する。この温度で水300mlで一
度、水200mlで一度、水100mlで一度、10%
水酸化ナトリウム溶液100mlで一度、および更に水
150mlで二度洗浄する。引き続き有機相を部分的真
空でキシレン約30mlの共沸蒸留により乾燥する。そ
の際副生成物として得られるビス-4-アリルオキシ安息
香酸ヒドロキノンエステルを50℃に冷却後濾過する。
エタノール100mlを添加後、0℃で生成物が晶出す
る。
Claims (7)
- 【請求項1】 一般式(1): (Z-Y1-A2-Y2-)mM(-O-A1-Acryl)n (1) で表されるアクリロイル基を含有する液晶モノマーを、
一般式(2): (Z-Y1−A2-Y2-)mM(OH)n (2) で表されるメソゲンアルコールを、一般式(3): ClPr-A1-X (3) で表される3-クロロプロピオン酸のエステルと、HC
lを分離しながら反応させることにより製造し、上記式
中、 Acrylはアクリレート基であり、 ClPrは3-クロロプロピオネート基であり、 A1は、炭素鎖が互いに隣接しないエーテル官能基中の
酸素原子により、チオエーテル官能基中の硫黄によりま
たはイミノ基により中断されていてもよい、2〜20個
の炭素原子を有する同じかまたは異なるアルキル鎖スペ
ーサーであり、A2は基A1または化学的単結合であり、 Mはメソゲン基であり、 Xは脱離基であり、 Zはアルキル基または架橋可能な基であり、 Y1、Y2は互いに独立に化学的単結合、-O-、-S-、-
O-CO-、-CO-O-、-O-CO-O-、-CO-NR1-、-
NR1-CO-、-O-CO-NR1-、-NR1-CO-O-、ま
たは-NR1-CO-NR1-であり、 R1は水素またはC1-C4-アルキル基であり、 nは1,2,3または4の値であり、 mは0,1,2または3の値であることを特徴とする、
アクリロイル基を含有する液晶モノマーを製造する一段
階の方法。 - 【請求項2】 nが2の値を有する請求項1記載の方
法。 - 【請求項3】 mが0の値を有する請求項1または2記
載の方法。 - 【請求項4】 Mが一般式(4): (-T-Y3)r-T- (4) に相当し、式中、 Tは二価の飽和または不飽和の、同素環状または複素環
状の、場合により置換された5〜20個の炭素原子を有
する炭化水素基であり、 Y3は化学的単結合、-O-、-S-、-O-CO-、-CO-O
-、-O-CO-O-、-CO-NR2-、-NR2-CO-、-O-
CO-NR2-、-NR2-CO-O-、-NR2-CO-NR2-、
-CH2-O-、-O-CH2-、-CH=N-、-N=CH-また
は-N=N-であり、 R2は水素またはC1-C4-アルキル基であり、 rは0,1,2,3または4の値である請求項1から3
までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項5】 メソゲン基Mが構造式(5)または
(6): 【化1】 に相当し、その際それぞれの環は置換基を有してもよ
い、請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項6】 一般式(3)の化合物のみを使用する請
求項1から5までのいずれか1項記載の方法。 - 【請求項7】 基Xがハロゲンまたはスルホン酸誘導体
である請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。
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