JP2013112676A - アダマンタノール化合物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】水/有機溶媒2相系において、1−アダマンタンカルボン酸化合物に対し、ルテニウム化合物、次亜塩素酸塩及び無機酸を反応させて水酸基を導入する、下式で示されるアダマンタノール化合物の製造方法。
[式中、R1は水素原子、アルキル基、ハロゲン含有アルキル基、アルカリ金属原子を示し、Xは水素原子、アルキル基、ハロゲン含有アルキル基、ヒドロキシル基、ハロゲン基、又は、ヒドロキシル基、ハロゲン基若しくはエーテル基を有するヒドロカルビル基を表し、n1は10〜12、n2は0〜2の整数を表し、n1+n2=12とする。]
【選択図】なし
Description
特に近年は、アダマンタン骨格に水酸基とカルボキシル基又はカルボシキレート基の両方を有したアダマンタン誘導体の効率的な製法の開発が求められている。
しかしながらこの方法では、水酸基やハロゲン基を有したアダマンタン誘導体を原料とした場合、水酸基やハロゲン基自体がカルボキシル基に変換されてしまうという問題がある。
また、カルボキシル基又はカルボキシレート基を有するアダマンタンの臭素化物を加水分解する方法が記載されている(特許文献2)。この方法は一般的な工業的製法として利用されているが、アダマンタンを一度臭素化した後に加水分解することにより合成するため、製造工程が煩雑になるなどの欠点がある。
しかし、イミド化合物を用いる酸素酸化反応は、導入する水酸基の数の制御が難しく、その結果、工業的に適した分離が困難となり生成物の取り出し収率が悪くなるという問題がある。また、気液反応であるため、製造に際し特別な工夫が必要となるなどの課題がある。
しかしながら該合成法は、反応溶液のpHをコントロールしながら反応するため、酸性基であるカルボキシル基を有する原料に適用することは反応の制御の観点から問題がある。
(式中、R1は水素原子、アルキル基、ハロゲン含有アルキル基、アルカリ金属を示し、Xは水素原子、アルキル基、ハロゲン含有アルキル基、ヒドロキシル基、ハロゲン基、又は、ヒドロキシル基、ハロゲン基若しくはエーテル基を有するヒドロカルビル基を示し、n1は13の整数を示す。)
(式中、R1は水素原子、アルキル基、ハロゲン含有アルキル基、アルカリ金属を示し、Xは水素原子、アルキル基、ハロゲン含有アルキル基、ヒドロキシル基、ハロゲン基、又は、ヒドロキシル基、ハロゲン基若しくはエーテル基を有するヒドロカルビル基を示す。n1は10〜12、n2は0〜2の整数を示す、ただし、n1+n2=12となる。)
また、本発明の機能性樹脂組成物は、KrF及びArF、F2エキシマレーザー用レジスト原料や、X線、電子ビーム、EUV(極端紫外光)用化学増幅型レジストの原料として使用することができる。
Xとしては、水素原子、アルキル基、ハロアルキル基、ヒドロキシル基、ハロゲン基、ヒドロキシル基、ハロゲン基又はエーテル基を有するヒドロカルビル基であるものが用いられる。アルキル基としては炭素数1〜10のものが用いられ、例えばメチル基、エチル基、イソプロピル基、t−ブチル基、アミル基がある。ハロアルキル基としては、例えばトリフルオロメチル基などが挙げられる。ハロゲン基としては、例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられる。ヒドロカルビル基としては、例えば2−ヒドロキシイソプロピル基や1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−ヒドロキシイソプロピル基などが挙げられる。
複数のXが存在する場合、これらは同一でも異なっていてもよい。
その中でも、反応溶液中の安定性の観点から水素原子、ヒドロキシル基、メチル基であることが好ましい。
これらの中でも、R1が水素原子かつXがすべて水素原子である1−アダマンタンカルボン酸及びR1がt−ブチル基かつXがすべて水素原子である1−アダマンタンカルボン酸t−ブチルが特に入手容易性の観点から好ましい。
これらは単独又は混合物で用いることができる。
ルテニウム化合物の中でも特に塩化ルテニウム、二酸化ルテニウム又はそれらの水和物が次亜塩素酸塩と容易に反応して高活性な触媒機能を有する高酸化状態のルテニウムを生成する観点から好ましい。
ルテニウム化合物は、原料のアダマンタン1モルに対して0.01〜2.0モル、より好ましくは0.05〜0.4モルの割合で使用する。この範囲で使用すると、高価なルテニウム化合物を多量に使用することなく適度な反応速度が得られ、工業的見地から好ましい。
次亜塩素酸ナトリウムを使用する場合は、6〜35質量%の水溶液として使用することが好ましい。次亜塩素酸ナトリウム溶液の濃度が6%より高いと、水相の量を低減でき廃液処理の負担も低減できる。一方、次亜塩素酸又はその塩溶液の濃度が35%以下だと、副反応の抑制に効果的で収率が向上する。
この中で1,2−ジクロロエタン、酢酸エチル、アセトニトリルが高酸化状態のルテニウムに対する安定性の観点から好ましい。
これらの溶媒は、単独又は2種以上を混合して使用することができる。
有機溶媒は、原料として用いるアダマンタン1質量部に対して、0.1〜20質量部、好ましくは1〜10質量部の割合で使用する。この範囲内で反応させると、原料や生成物の溶解度や製造効率が良好だからである。
その理由としては、原料の式(1)で示されるアダマンタンカルボン酸化合物が酸性基であるカルボキシル基を有している場合には、原料が水相側に移動し、反応速度の低下及び副反応の進行を招くためであり、式(1)で示されるアダマンタンカルボン酸化合物がアルカリ分解により酸性基を生成するカルボキシレート基を有する場合には、反応溶液がアルカリ性になると、副反応によりアルカリ分解が進行するためである。反応液のpHとしては、副反応を抑制し、効率的にアダマンタノール化合物を得られることから3〜5の範囲であることが特に好ましい。
用いる酸の濃度としては、pH制御のし易さから0.1〜50質量%が好ましいが0.5〜10質量%が特にpH制御がしやすいため好ましい。
反応時間は、原料に付加している置換基にも依存するが、30〜1000分が好ましい。
使用する反応器は、特に制限はなく攪拌しながら反応を行うことができれば特に制限はなく、公知の攪拌機付き反応器で行うことができる。
反応後のルテニウム化合物、次亜塩素酸塩化合物及び無機酸と式(2)で示されるアダマンタノール化合物との混合水溶液にアルカリを添加すると、ルテニウム化合物は酸化物として析出するので、濾過等により容易に目的物とルテニウム酸化物を分離できる。
次に、水相に改めて酸を添加して酸性にすることにより、目的のアダマンタノール化合物を水相側に抽出することができる。この際に用いられる酸としては、硫酸、塩酸、硝酸、リン酸など無機酸が挙げられる。その後、目的のアダマンタノール化合物を含む水相を濃縮して晶析を行い、濾過によって高純度のアダマンタノール化合物を得ることができる。
また、ルテニウム酸化物と分離した後、目的とするアダマンタノール化合物を含む水溶液に水と相溶性の低い有機溶媒を添加して目的のアダマンタノール化合物を該有機溶媒に抽出することができる。この抽出に用いられる有機溶媒としては、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチルなどの酢酸エステル化合物、テトラヒドロフランなどのエーテル化合物、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノールなどのアルコール化合物が挙げられる。これら目的のアダマンタノール化合物を含む有機溶媒に抽出した後、濃縮して晶析を行い、濾過によって高純度のアダマンタノール化合物を得ることができる。
その他、ルテニウム酸化物と分離した後に蒸留、カラムクロマトグラフィー等の公知の方法を用いることによっても目的とするアダマンタノール化合物を得ることができる。
また、分離により回収されたルテニウム化合物固体は反応に再利用することができる。
攪拌機、温度計、ジムロート冷却器、pH電極をつけた3L5ッ口フラスコに、1−アダマンタンカルボン酸90g、塩化ルテニウム3.3g、酢酸エチル500mL、イオン交換水100gを仕込んだ。溶液温度を50℃にして、pH3.5〜4.5になるように12質量%次亜塩素酸ナトリウム水溶液340g及び5質量%塩酸水溶液24gを3.1時間かけて滴下した。滴下終了後、25質量%水酸化ナトリウム水溶液30gを加え、析出したルテニウム酸化物を5Cろ紙で吸引濾過して分離した。さらに反応溶液に5質量%塩酸水溶液300gを加えた。有機相と水相とを分離し、有機相をイオン交換水300gで洗浄し、洗浄液を水相と合一してガスクロマトグラフィーで分析したところ、3−ヒドロキシ−1−アダマンタンカルボン酸47%が生成していることが確認できた(原料転化率65%)。該水相を濃縮して析出した結晶を5Cろ紙で吸引ろ過したところ、3−ヒドロキシ−1−アダマンタンカルボン酸39gを得た(取り出し収率40%、GC純度98%)。なお、ガスクロマトグラフィー分析には島津製作社製GC−14A装置を使用した。カラムはジーエルサイエンス社製キャピラリーカラムTC−17を用いた。キャリアガス流量を40mL/分(ヘリウム)、オーブン温度は70℃で1分保持後、10℃/分で280℃まで昇温し、4分保持して分析した。
溶媒として1,2−ジクロロエタン及びイオン交換水100gを用いて、12質量%次亜塩素酸ナトリウム水溶液を7.3時間かけて滴下した以外は、実施例1と同様にして実験を行った。合一した水相をガスクロマトグラフィーで分析したところ、3−ヒドロキシ−1−アダマンタンカルボン酸42%が生成していることが確認できた(原料転化率67%)。水相を濃縮して析出した結晶を5Cろ紙で吸引ろ過したところ、3−ヒドロキシ−1−アダマンタンカルボン酸34gを得た(取り出し収率35%、純度98%)。
溶媒として、アセトニトリル500mL及びイオン交換水100gを用い、12質量%次亜塩素酸ナトリウム水溶液を2.6時間かけて滴下した以外は実施例1と同様にして実験を行った。反応溶液をガスクロマトグラフィーで分析したところ、3−ヒドロキシ−1−アダマンタンカルボン酸48%が得られた(原料転化率94%)。反応溶液を濃縮して析出した結晶をろ過したところ、3−ヒドロキシ−1−アダマンタンカルボン酸41gを得た(取り出し収率42%、純度98%)。
12質量%次亜塩素酸ナトリウム水溶液を2320gに、5質量%塩酸水溶液を123gにして12時間かけて滴下した以外は実施例1と同様に行った。反応溶液をガスクロマトグラフィー分析したところ、3−ヒドロキシ−1−アダマンタンカルボン酸13%、3,5−ジヒドロキシ−1−アダマンタンカルボン酸1%生成していることが確認できた。
塩酸を添加しないこと以外実施例2と同様に行ったところ、反応溶液のpHは3.5から9まで増加し、GC分析では3−ヒドロキシ−1−アダマンタンカルボン酸はトレース量しか検出されなかった。
攪拌機、温度計、ジムロート冷却器、pH電極をつけた1L5ッ口フラスコに、1−アダマンタンカルボン酸t−ブチル37.0g、塩化ルテニウム0.98g、1,2−ジクロロエタン250mL、イオン交換水を50g仕込んだ。溶液温度を50℃にして、pH3.5〜4.5になるように12質量%次亜塩素酸ナトリウム水溶液175g及び5質量%塩酸水溶液60gを16.5時間かけて滴下した。滴下終了後、25質量%水酸化ナトリウム水溶液25g加えた。有機相を5Cろ紙で吸引ろ過した後、有機相と水相とを分離した。有機相をガスクロマトグラフィー分析したところ、3−ヒドロキシ−1−アダマンタンカルボン酸t−ブチル45%、3,5−ジヒドロキシ−1−アダマンタンカルボン酸t−ブチル5%が生成していることが確認できた(原料転化率96%)。有機相を濃縮して、ヘキサンを添加し、晶析により3−ヒドロキシ−1−アダマンタンカルボン酸t−ブチル14gを得た(取り出し収率36%、純度95%)。
溶媒に酢酸エチル250mLを用いて、12質量%次亜塩素酸ナトリウム水溶液330g及び5質量%塩酸水溶液90gを7時間かけて滴下した以外、実施例5と同様の操作を行った。有機相をガスクロマトグラフィー分析したところ、3−ヒドロキシ−1−アダマンタンカルボン酸t−ブチル15%が生成していることが確認できた(原料転化率89%)。
12質量%次亜塩素酸ナトリウム水溶液379g及び5質量%塩酸水溶液26gを9時間かけて滴下した以外は実施例5と同様に行ったところ、ガスクロマトグラフィー分析では3−ヒドロキシ−1−アダマンタンカルボン酸t−ブチルは6.1%、3,5−ジヒドロキシ−1−アダマンタンカルボン酸t−ブチル3.4%生成していることが確認できた(原料転化率91%)。
塩酸を添加しないこと以外は実施例5と同様に行ったところ、反応溶液のpHは3.5から9まで増加し、ガスクロマトグラフィー分析では3−ヒドロキシ−1−アダマンタンカルボン酸t−ブチルはトレース量しか検出されなかった。
攪拌機、温度計、ジムロート冷却器、pH電極をつけた500mL5ッ口フラスコに、1−シクロヘキサンカルボン酸6.4g、塩化ルテニウム0.33g、1,2−ジクロロエタン50mL、イオン交換水10g仕込んだ。溶液温度を50℃にして、pH3.5〜4.5になるように12質量%次亜塩素酸ナトリウム水溶液37g及び5質量%塩酸水溶液2gを6時間かけて滴下した。滴下終了後、25質量%水酸化ナトリウム水溶液3g加え、さらに反応溶液に5質量%塩酸水溶液30g加えた。有機相と水相とを分離し、有機相を5Aろ紙で吸引ろ過した。有機相をイオン交換水30gで洗浄し、洗浄液を水相と合一してガスクロマトグラフィー分析したところ、生成物としてシクロヘキサノン−1−カルボン酸は検出されたものの、ヒドロキシ−1−シクロヘキサンカルボン酸は検出されず、水酸基の導入はできなかった。
Claims (9)
- 水/有機溶媒2相系において、式(1)で示される1−アダマンタンカルボン酸化合物に対し、ルテニウム化合物、次亜塩素酸塩化合物及び無機酸を反応させる工程を含む、式(2)で示されるアダマンタノール化合物の製造方法。
(式中、R1は水素原子、アルキル基、ハロゲン含有アルキル基、アルカリ金属を示し、Xは水素原子、アルキル基、ハロゲン含有アルキル基、ヒドロキシル基、ハロゲン基、又は、ヒドロキシル基、ハロゲン基若しくはエーテル基を有するヒドロカルビル基を示し、n1は13の整数を示す。)
(式中、R1は水素原子、アルキル基、ハロゲン含有アルキル基、アルカリ金属を示し、Xは水素原子、アルキル基、ハロゲン含有アルキル基、ヒドロキシル基、ハロゲン基、又は、ヒドロキシル基、ハロゲン基若しくはエーテル基を有するヒドロカルビル基を示す。n1は10〜12、n2は0〜2の整数を示す、ただし、n1+n2=12となる。) - 前記無機酸が塩酸又は硫酸である請求項1に記載の製造方法。
- 式(1)で示される1−アダマンタンカルボン酸化合物が、1−アダマンタンカルボン酸、1−アダマンタンカルボン酸メチル、1−アダマンタンカルボン酸エチル、1−アダマンタンカルボン酸プロピル、1−アダマンタンカルボン酸t−ブチル、1−アダマンタンカルボン酸n−ブチルから選択される群のうち、いずれか一種以上である請求項1又は2に記載の製造方法。
- 前記水/有機溶媒2相系において、式(1)で示される1−アダマンタンカルボン酸化合物に対し、ルテニウム化合物、次亜塩素酸塩化合物及び無機酸を反応させる工程において、反応液が反応中常に酸性を維持される、請求項1〜3のいずれかに記載の製造方法。
- 前記反応液のpHが、反応中常に3〜5の範囲である、請求項4に記載の製造方法。
- 前記水/有機溶媒2相系における有機溶媒が、ハロゲン化アルキル化合物、酢酸エステル化合物、ハロゲン化アリール化合物、脂肪族炭化水素化合物、ニトリル化合物から選択される群のうち、いずれか一種以上である請求項1〜5のいずれかに記載の製造方法。
- 前記水/有機溶媒2相系における有機溶媒が、1,2−ジクロロエタン、酢酸エチル、アセトニトリルである請求項6に記載の製造方法。
- 前記水/有機溶媒2相系において、式(1)で示される1−アダマンタンカルボン酸化合物に対し、ルテニウム化合物、次亜塩素酸塩化合物及び無機酸を反応させる工程の後、反応液にアルカリを加えて二酸化ルテニウムをろ過して除き、その後ろ液に無機酸を添加し、水相を分離した後、該ろ液を濃縮し、晶析することによる、請求項1〜7のいずれかに記載の製造方法。
- 前記水/有機溶媒2相系において、式(1)で示される1−アダマンタンカルボン酸化合物に対し、ルテニウム化合物、次亜塩素酸塩化合物及び無機酸を反応させる工程の後、反応液にアルカリを加えて二酸化ルテニウムをろ過して除き、その後ろ液に無機酸を添加し、有機溶媒を添加して式(2)で示されるアダマンタノール化合物を該有機溶媒に抽出し、その後該有機溶媒を濃縮し、晶析することによる、請求項1〜7のいずれかに記載の製造方法。
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