JP5936318B2 - フルオレニルが基になった「拘束幾何」配位子を伴うiiib族金属錯体 - Google Patents
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Description
(1)連結しているビス(シクロペンタジエニル)配位子の中のシクロペンタジエニル部分が電子供与性がより低いアミド基に置き換わる結果としてルイス酸性度がより高いアンサ(ansa)−メタロセン様錯体が生じ、従って、ルイス塩基性基質に対して向上した触媒活性を示す可能性があること、
(2)シクロペンタジエニル環上の置換基、橋渡し原子上の置換基および側鎖が有するヘテロ原子上の置換基を適切に選択することで新規な触媒幾何形態を設計する可能性がずっと高いこと。
本発明のさらなる目的は、ポリメタアクリル酸メチルを生じさせる能力を有する触媒成分を生じさせることにある。
[(Flu−SiR2−N−R')M(R")(L)n]m (I)
[式中、Fluは置換もしくは未置換のフルオレニルであり、Mは周期律表のIIIb族の金属であり、SiR2はNとFlu(9位)の間に位置していてこの成分に立体剛性を与える構造ブリッジであり、ここで、各Rは、同一もしくは異なり、炭素原子数が1から20のアルキルであり、R'は水素であるか或は形態ZR$ 3(ここで、ZはCまたはSiでありそしてR$は炭素数が1から20のヒドロカルビルである)で表され、R"は水素または炭素原子数が1から20のヒドロカルビル(ここで、このヒドロカルビルはSi原子を1個以上含有していてもよい)またはハロゲンであり、Lは配位する溶媒であり、nは0、1または2であり、そしてmは1または2である]
で表されるメタロセン触媒成分を開示する。
Nは、好適には置換されており、より好適には、その置換基はt−ブチルである。
[(Flu−SiR2−N−R')2M]-[Q(L)p]+ (II)
[式中、記号は全部式(I)で定義した通りであり、Qはアルカリ、アルカリ土類または周期律表のIIIa族の金属であり、そしてpは2から4である]
で表されるメタロセン触媒成分を開示する。
a)MX3(THF)nをエーテルに入れて懸濁させ、
b)脱プロトン化ジリチウム塩[Flu−SiR2−N−R']Li2を同じまたは別のエーテルに入れて懸濁させ、
c)懸濁液a)とb)の塩複分解反応を−80℃から60℃の温度で実施し、
d)c)で得た粗生成物から揮発物を蒸発させた後にエーテルまたはエーテルと炭化水素の混合物を用いて再結晶化を−60から−0℃の温度で行い、
e)式(I)または(II)の結晶性粉末を回収する、
段階を含んで成る。
[(Flu−SiR2−N−R')M(R")(L)n]m (I)
[式中、R"は、特に、炭素原子数が1から20のヒドロカルビル(ここで、このヒドロカルビルはSi原子を1個以上含有していてもよい)である]
を生じさせるに適したアルカン除去反応が基になった2番目の方法を開示し、この方法は、トリスカルビル錯体M(R")3(L)n(前以て合成しておくか或はインサイチュ(in situ)で生じさせる)を1当量のジプロテオ(diproteo)配位子(FluH−SiR2−NH−R')と反応させる段階を含んで成る。
[(Flu−SiR2−N−R')M(H)(L)n]m (I')
を生じさせる目的でカルビル錯体(I)に水素添加分解(hydrogenolising)を受けさせる追加的段階を含めてもよい。
a)式(I)および/または(II)で表される触媒成分のいずれか1種以上が基になった触媒系を反応槽に導入し、
b)場合により、活性化剤または移動剤を反応槽に導入してもよく、
c)単量体および任意の共重合用単量体を供給し、
d)系を重合条件下に維持し、
e)所望重合体を回収する、
段階を含んで成る重合方法を開示する。
(a)NMR規模の反応:テフロン(登録商標)製弁を取り付けておいたNMR管にY[CH2SiMe3)]3(THF)2(32.4mg、0.065ミリモル)および3,6−ジ−tBu−C13H6H−SiMe2−NHtBu(26.7mg、0.065ミリモル)を仕込みベンゼン−d6(〜0.6mL)を−196℃で凝縮させた。この管を弁でふさいで(stopped)室温になるまで加熱した。反応の進行を定期的に1H NMR分光測定で監視した。
(b)製造規模の反応:無水YCl3(338mg、1.73ミリモル)をTHF(15mL)に入れてスラリー状にして80℃で1時間撹拌した。溶媒を真空下で除去した後、固体状残留物をペンタン(20mL)に入れて懸濁させた。その懸濁液を−78℃に冷却し、LiCH2SiMe3の溶液(ペンタン中1Mの溶液を5.2mL、5.2ミリモル)を加えた後の懸濁液を0℃で2時間撹拌した。この懸濁液を濾過した後、白色固体にペンタン(2x10mL)を用いた抽出を受けさせた。LiClを濾別した後、3,6−ジ−tBu−C13H6H−SiMe2−NHtBu(578mg、1.42ミリモル)のペンタン(30mL)溶液を0℃で加えた。この反応混合物を室温になるまで温めて30時間撹拌した。この溶液を濾過した後、真空下で濃縮した。その粗生成物は[C13H6−SiMe2−NtBu]Y(CH2SiMe3)(THF)2(1)(0.63g、68%)であった。錯体(1)の1H NMRスペクトルを図2に示し、これは下記の結果を与えた:
(ベンゼン−d6、200MHz、25℃):δ 8.34(d、2H、4JHH=2.0Hz、4,5−H)、7.97(d、2H、3JHH=8.3Hz、1,8−H)、7.57(dd、2H、JHH=2.0、8.3Hz、2,7−H)、3.0(m、8H、α−CH2、THF)、1.61(s、9H、NCCH3)、1.50(s、18H、CCH3(Flu))、1.17(m、8H、β−CH2、THF)、0.78(s、6H、SiCH3)、0.00(s、9H、CH2SiCH3)、−0.89(d、JYH=3.3Hz、2H、YCH2)。
錯体(1)の13C NMRを図3に示し、これは下記の結果を与えた:(ベンゼン−d6、75MHz、25℃):
δ 140.7、139.4、130.3、123.9、117.8、116.7、115.5(C−1、−2、−3、−4、−5、−6、−7、−8)、82.2(C−9)、69.7(α−THF)、54.3(NCCH3)、36.4(NCCH3)、34.7(Flu−CCH3)、32.3(Flu−CCH3)、30.2(d、1J(Y,C)=45.2Hz、YCH2)、25.1(β−THF)、6.2(SiCH3)、4.6(CH2SiCH3)。
錯体(1)の1H NMRスペクトル(ベンゼン−d6、200MHz、−70℃)を図3に示す。このように、NMR分光測定により、NMRの時間的尺度で錯体(1)は25℃のベンゼン中では対称的であるが、温度が−30℃未満の時には非対称的であると思われることが分かる。
tBu2−C13H6H−SiMe2−NHtBu(108mg、0.265ミリモル)の−10℃のジエチルエーテル(20mL)溶液を激しく撹拌しながらこれに2当量のnBuLi(ヘキサン中1.6M溶液を0.33mL、0.530ミリモル)を加えた。この反応混合物を周囲温度になるまで温めて8時間撹拌した。その結果として生じたジリチウム塩がエーテルに入っているオレンジ色の溶液を−20℃に冷却して、これに、YCl3とTHFの付加体(YCl3を52.0mg、即ち0.265ミリモル用いて調製)をエーテル(30mL)に入れることで生じさせた懸濁液を加えた。この混合物を激しく撹拌しながら室温になるまで温めると、30−40分後に色が黄色に変わった。この黄色溶液を沈澱物から傾斜法で取り出し、揮発物を真空下で除去した後、その結果として得た残留物をペンタン(2x20mL)で洗浄することで黄色の粉末(101.2mg)を得た。粗錯体(2)の1H NMRスペクトルは溶液中に2種類の生成物が存在することを示しており、下記の結果を与えた:(THF−d8、200MHz、25℃):
1番目の生成物:δ 7.90(d、2H、4JHH=2.1Hz、4,5−H)、7.69(d、2H、3JHH=8.6Hz、1,8−H)、6.90(dd、2H、JHH=2.1、8.6Hz、2,7−H)、1.36(s、18H、CCH3(Flu))、1.20(s、9H、NCCH3)、0.38(s、6H、SiCH3);
2番目の生成物:δ 7.83(d、2H、4JHH=2.1Hz、4,5−H)、7.54(d、2H、3JHH=8.6Hz、1,8−H)、6.84(dd、2H、JHH=2.1、8.6Hz、2,7−H)、1.35(s、18H、CCH3(Flu))、1.11(s、9H、NCCH3)、0.40(s、6H、SiCH3)。
この粗生成物をEt2O:THF:ペンタン(〜0.5:1:3)から再結晶化させることで黄色結晶(88.2mg、55%)を得た。再結晶化させた錯体(2)の1H NMRを図5に示し、これは単一種の存在を示す下記の結果を与えた:(THF−d8、300MHz、25℃):
δ 7.94(d、2H、4JHH=1.8Hz、4,5−H)、7.72(d、2H、3JHH=8.3Hz、1,8−H)、7.13(dd、2H、JHH=1.8、8.3Hz、2,7−H)、1.43(s、9H、NCCH3)、1.36(s、18H、CCH3(Flu))、0.27(s、6H、SiCH3)。
錯体(2)の13C NMRスペクトルを図6に示し、これは下記の結果を与えた:(THF−d8、75MHz、25℃):
δ 144.6、137.8、133.7、121.1(C−1、−8)、120.0(C−2、−7)、115.5(C−4、−5)、79.0(C−9)、54.7(NCCH3)、36.9(NCCH3)、35.4(Flu−CCH3)、33.2(Flu−CCH3)、6.2(SiCH3)。
LaCl3とTHFの付加体(LaCl3を186mg、即ち0.758ミリモル用いて調製)およびtBu2−C13H6H−SiMe2−NHtBu(310mg、0.760ミリモル)を用いてこの上に記述した手順と同じ手順で黄色微結晶性固体(440mg)を得た。粗錯体のNMRは溶液中に2種類の生成物が存在することを示しており、下記の結果を与えた。1H NMR(THF−d8、200MHz、25℃):
1番目の生成物:δ 7.93(d、2H、4JHH=2.0Hz、4,5−H)、7.73(dd、2H、JHH=0.5、8.6Hz、1,8−H)、6.94(dd、2H、JHH=2.1、8.6Hz、2,7−H)、1.41(s、18H、CCH3(Flu))、1.25(s、9H、NCCH3)、0.43(s、6H、SiCH3);2番目の生成物:δ 7.83(m、2H、4JHH=2.1Hz、4,5−H)、7.54(d、2H、JHH=8.6Hz、1,8−H)、6.84(dd、2H、JHH=2.1、8.6Hz、2,7−H)、1.35(s、18H、CCH3(Flu))、1.16(s、9H、NCCH3)、0.45(s、6H、SiCH3)。
この粗生成物をTHF−ペンタン(〜1:4)混合物から再結晶化させることで淡オレンジ色結晶(0.38g、77%)を得た。再結晶化させた錯体のNMRは溶液の中に単一種が存在することを示し、これは下記の結果を与えた。1H NMR(図5)(THF−d8、300MHz、25℃):
δ 7.82(d、2H、4JHH=1.8Hz、4,5−H)、7.53(d、2H、3JHH=8.2Hz、1,8−H)、6.84(dd、2H、JHH=1.8、8.2Hz、2,7−H)、1.35(s、18H、CCH3(Flu))、1.19(s、18H、NCCH3))、0.39(s、6H、SiCH3)。13C NMR(THF−d8、75MHz、25℃):δ 144.4、131.4、127.7、119.5(C−1、−8)、118.5(C−2、−7)、114.9(C−4、−5)、84.4(C−9)、50.7(NCCH3)、35.5(Flu−CCH3)、35.4(NCCH3)、34.1(Flu−CCH3)、6.9(SiCH3)。
分析:C70H110N2O4LiSi2Laに関して計算した値:C、67.49;H、8.90;N、2.25。
測定値:C、67.31;H、8.37;N、2.40。
+ (4)の合成
tBu2−C13H6H−SiMe2−NHtBu(340mg、0.834ミリモル)の−10℃のをジエチルエーテル(30mL)溶液を激しく撹拌しながらこれに2当量のnBuLi(ヘキサン中1.6Mの溶液を1.0mL、1.66ミリモル)を加えた。この反応混合物を周囲温度になるまで温めて8時間撹拌した。その結果として生じたジリチウム塩がエーテルに入っているオレンジ色の溶液をグローブボックス内で−35℃に冷却して、これにLaCl3(THF)1.5粉末(295mg、0.834ミリモル)を加えた。この混合物を激しく撹拌しながら室温になるまで温めると、20分後に色がオレンジ−黄色に変わった。この黄色溶液を沈澱物から傾斜法で取り出した後、真空下で濃縮した。そのエーテル溶液にヘキサン(約2−3mL)を加えるとオレンジ−黄色結晶が成長し始めて、次の10時間で分子(4)の微結晶を得た(0.30g、33%)。
1H NMR(THF−d8、200MHz、60℃):δ 7.79(d、4H、4JHH=2.0Hz、4,5−H)、7.25(d、4H、JHH=8.4Hz、1,8−H)、7.00(dd、4H、JHH=2.0、8.4Hz、2,7−H)、3.36(q、8H、CH2OCH3)、1.51(s、18H、NCCH3)、1.36(s、36H、CCH3(Flu))、1.08(t、12H、CH2OCH3)、0.17(s、12H、SiCH3)。
NdCl3とTHFの付加体(NdCl3を156mg、即ち0.623ミリモル用いて調製)およびtBu2−C13H6H−SiMe2−NHtBu(255mg、0.623ミリモル)を用いてこの上に記述した手順と同様な手順を実施することで分子(5)を黄色微結晶性固体(0.45g、77%)として得た。反応混合物をEt2O−ヘキサン混合物から結晶化させることでX線回折に適した分子(5)の緑色結晶を得た(0.15g、26%)。
方法A
[C13H8−SiMe2−NtBu]Y(CH2TMS)(THF)2(0.100g、0.137ミリモル)の25℃のベンゼン(5mL)溶液にフェニルシラン(85μL、0.688ミリモル)を加えた。この温度で前記混合物を1時間撹拌した。生じた黄色沈澱物を濾過し、ベンゼン(2mL)で洗浄した後、真空下で乾燥させることで、THFおよび炭化水素に不溶な淡黄色の微結晶性生成物を0.070g得た。
方法B
[C13H8−SiMe2−NtBu]Y(CH2TMS)(THF)2(0.125g、0.172ミリモル)のベンゼン(5mL)溶液を水素雰囲気(1気圧、25℃)に12時間さらした後、同様な処理を行うことで、不溶な淡黄色生成物を30mg得た。
重合
錯体(1)、(2)および(6)を用いてメタアクリル酸メチル(MMA)の重合およびスチレンの重合を実施した。錯体(1)および(2)は本明細書の上に開示した如く調製した錯体であった。錯体(6)はY水素化物錯体である。錯体(2)は多量のMMAと室温および50℃で滑らかに反応して狭い分子量分布(MWD)を示すアタクティックPMMAをもたらした。分子量分布は数平均分子量Mnに対する重量平均分子量Mwの比率Mw/Mnである多分散指数Dで定義される。アルキル錯体(1)がMMAの重合およびスチレンの重合を開始させる速度は遅い。重合の結果を表Iに示す。
Claims (7)
- 下記一般式(II)で表されることを特徴とする、周期律表のIIIb族の金属と、ブリッジした拘束幾何形状のフルオレニルをベースにしたリガンドとをベースにしたメチルメタクリレートまたはスチレンの重合用のメタロセン触媒成分:
[(Flu−SiR2−N−R’)2M]-[Q(L)p]+ (II)
[式中、Fluはフルオレニル基であり、複数の置換基を有する場合には各置換基は互いに同一であり、Mは周期律表のIIIb族の金属であり、SiR2はNとFlu(9位)の間に位置するメタロセン触媒成分に立体剛性を与える構造ブリッジであり(ここで、各Rは炭素原子数が1から20のアルキルで、互いに同一でも異なっていてもよい)、R’は水素またはZR$ 3の形をしており(ここで、ZはCまたはSiであり、R$は炭素数が1から20のヒドロカルビルである)、Lは配位する溶媒であり、QはLiであり、pは2から4である] - Mがイットリウム、ランタンまたはランタニド系列(原子番号が58から71の元素)の一員である請求項1に記載のメタロセン触媒成分。
- Mがイットリウム、ランタンまたはネオジムである請求項2記載のメタロセン触媒成分。
- Nが置換されており、置換基がt−ブチルである請求項1〜3のいずれか1項記載のメタロセン触媒成分。
- 下記の(a)〜(e)の段階を含む塩複分解反応をベースにした請求項1〜4のいずれか一項に記載のメタロセン触媒成分の製造方法:
(a)MX3(THF) n をエーテルに入れて懸濁させ(ここで、Mは周期律表のIIIb族の金属、Xはハロゲン原子)
(b)脱プロトン化ジリチウム塩[Flu−SiR2−N−R’]Li2を同じまたは別のエーテルに入れて懸濁させ(ここで、Flu、SiR2、R’は請求項1と同じ意味を有する)、
(c)懸濁液(a)と(b)の塩複分解反応を−80℃から60℃の温度で実施し、
(d)(c)で得た粗生成物から揮発物を蒸発させた後にエーテルまたはエーテルと炭化水素の混合物を用いて−60から−0℃の温度で再結晶化し、
(e)式(II)の結晶性粉末を回収する。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載のメタロセン触媒成分と、活性化剤および/または連鎖移動剤とから作られたメタロセン触媒系。
- 下記の(a)〜(e)の段階を含む、メチルメタクリレートまたはスチレンの重合方法:
(a)請求項1の式(II)で表される触媒成分をベースにした触媒系を反応槽中に導入し、
(b)必要に応じて、活性化剤および/または連鎖移動剤を上記反応槽中に導入し、
(c)単量体と、任意成分の共重合用単量体とを上記反応槽中に供給し、
(d)系を重合条件下に維持し、
(e)重合体を回収する。
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