JP6195994B2 - リガンド化合物、有機クロム化合物、エチレンオリゴマー化用触媒システム、およびこれを用いたエチレンオリゴマー化方法 - Google Patents

リガンド化合物、有機クロム化合物、エチレンオリゴマー化用触媒システム、およびこれを用いたエチレンオリゴマー化方法 Download PDF

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Description

本発明は、リガンド化合物、有機クロム化合物、前記リガンド化合物または有機クロム化合物を含むエチレンオリゴマー化用触媒システム、およびこれを用いたエチレンオリゴマー化方法に関するものである。
1−ヘキセン、1−オクテンなどのような線状アルファ−オレフィン(Linear alpha−olefin)は洗浄剤、潤滑剤、可塑剤などとして用いられ、特に線状低密度ポリエチレン(LLDPE)の製造時にポリマーの密度調節のための共単量体として多く使用される。
このような線状アルファ−オレフィンは、シェル高級オレフィンプロセス(Shell Higher Olefin Process)を通じて主に生産された。しかし、前記方法はSchultz−Flory分布によって多様な長さのアルファ−オレフィンが同時に合成されるため、特定アルファ−オレフィンを得るためには別途の分離工程を経なければならない煩雑さがあった。
このような問題点を解決するために、エチレンの三量化反応を通じて1−ヘキセンを選択的に合成するか、エチレンの四量化反応を通じて1−オクテンを選択的に合成する方法が提案された。そして、このような選択的なエチレンのオリゴマー化を可能にする触媒システムに対する多くの研究が行われている。
本発明は、二つの金属中心を有し、これを連結するスペーサにヘテロ元素を有する2価官能基が導入された新規なリガンド化合物を提供するためのものである。
また、本発明は、新規な有機クロム化合物を提供するためのものである。
また、本発明は、優れた触媒活性を有し、特に1−ヘキセンまたは1−オクテンに対する高い選択性分布を有するエチレンオリゴマー化用触媒システムを提供するためのものである。
また、本発明は、前記触媒システムを用いたエチレンオリゴマー化方法を提供するためのものである。
本発明によれば、下記化学式1で表されるリガンド化合物が提供される:
Figure 0006195994
上記化学式1において、
Aは、ヘテロ元素を有する2価官能基であり、
1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、およびB8は、それぞれ独立して、水素、置換もしくは非置換の炭素数1乃至10のアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数4乃至10のシクロアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数6乃至15のアリール基、置換もしくは非置換の炭素数7乃至15のアラルキル基、または置換もしくは非置換の炭素数1乃至10のアルコキシ基であり、
1およびC2はそれぞれ独立して、水素または−N[X(R34)]2であって、前記C1およびC2のうちの少なくとも一つは−N[X(R34)]2であり、前記Nは窒素であり、前記Xはそれぞれ独立して、リン(P)、砒素(As)またはアンチモン(Sb)であり、前記R3およびR4はそれぞれ独立して、ヒドロカルビル基またはヘテロヒドロカルビル基である。
そして、本発明によれば、下記化学式2で表される有機クロム化合物が提供される:
Figure 0006195994
上記化学式2において、
Aは、ヘテロ元素を有する2価官能基であり;
1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、およびB8は、それぞれ独立して、水素、置換もしくは非置換の炭素数1乃至10のアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数4乃至10のシクロアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数6乃至15のアリール基、置換もしくは非置換の炭素数7乃至15のアラルキル基、または置換もしくは非置換の炭素数1乃至10のアルコキシ基であり;
1およびZ2は、それぞれ独立して、水素または下記化学式3で表される基であって、前記Z1およびZ2のうちの少なくとも一つは下記化学式3で表される基であり:
Figure 0006195994
上記化学式3において、
Nは、窒素であり、
Xは、それぞれ独立して、リン(P)、砒素(As)またはアンチモン(Sb)であり、
5およびR6は、それぞれ独立して、ヒドロカルビル基またはヘテロヒドロカルビル基であり、
Crは、クロムであり、
1、Y2およびY3は、それぞれ独立して、ハロゲン、水素、または炭素数1乃至4のヒドロカルビル基である。
また、本発明によれば、前記化学式1で表されるリガンド化合物およびクロム供給源、または前記化学式2で表される有機クロム化合物;および助触媒を含むエチレンオリゴマー化用触媒システムが提供される。
また、本発明によれば、前記触媒システムの存在下にエチレンを重合反応させてアルファ−オレフィンを形成する段階を含むエチレンオリゴマー化方法が提供される。
本発明によるエチレンオリゴマー化触媒システムは、優れた触媒活性を有しながらも、より一層向上した液体オレフィン選択性(Liquid olefin selectivity)を示し、特に1−ヘキセンまたは1−オクテンなどに対する選択性を調節でき、エチレンのオリゴマー化を通じたより効率的なアルファ−オレフィンの製造を可能にする。
以下、本発明の実現形態によるリガンド化合物、有機クロム化合物、エチレンオリゴマー化用触媒システム、およびこれを用いたエチレンオリゴマー化方法についてより詳細に説明する。
それに先立ち、本明細書全体で明示的な言及がない限り、専門用語は単に特定実施例を言及するためのものであり、本発明を限定することを意図しない。そして、ここで使用される単数形態は文句がこれと明確に反対の意味を示さない限り複数形態も含む。また、明細書で使用される‘含む’の意味は特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素および/または成分を具体化し、他の特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素、成分および/または群の存在や付加を除外させるのではない。
そして、本明細書で‘触媒システム’とは、クロム(またはその供給源)、リガンド化合物および助触媒を含む3成分、または代案的に、有機クロム化合物および助触媒の2成分が同時にまたは任意の順に添加され活性のある触媒組成物として収得できる状態のものを意味する。前記触媒システムの3成分または2成分は適切な溶媒および単量体の存在または不存在下に添加することができ、担持または非担持状態で用いることができる。
リガンド化合物
発明の一実施形態によれば、下記化学式1で表されるリガンド化合物が提供される:
Figure 0006195994
上記化学式1において、
Aは、ヘテロ元素を有する2価官能基であり;
1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、およびB8は、それぞれ独立して、水素、置換もしくは非置換の炭素数1乃至10のアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数4乃至10のシクロアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数6乃至15のアリール基、置換もしくは非置換の炭素数7乃至15のアラルキル基、または置換もしくは非置換の炭素数1乃至10のアルコキシ基であり;
1およびC2はそれぞれ独立して、水素または−N[X(R34)]2であって、前記C1およびC2のうちの少なくとも一つは−N[X(R34)]2であり、前記Nは窒素であり、前記Xはそれぞれ独立して、リン(P)、砒素(As)またはアンチモン(Sb)であり、前記R3およびR4はそれぞれ独立して、ヒドロカルビル基またはヘテロヒドロカルビル基である。
本発明者らの継続的な実験の結果、前記化学式1で表されるリガンド化合物を含む触媒システムは優れた触媒活性を有しながらも、より一層向上した液体オレフィン選択性(Liquid olefin selectivity)を示し、特に1−ヘキセンまたは1−オクテンに対する選択性を調節でき、エチレンのオリゴマー化を通じたより効率的なアルファ−オレフィンの製造を可能にすることが確認された。
前記化学式1で表されるリガンド化合物は二つの金属中心を有し、これら金属中心の相互作用を減らすためのスペーサを含む。特に、前記リガンド化合物は前記スペーサにヘテロ元素を有する2価官能基が導入されている。前記ヘテロ元素を有する2価官能基は電子求引基(electron withdrawing group)または電子供与基(electron donating group)として作用でき、化合物内の電子密度が多様に調節され得る。また、前記リガンド化合物はオルトアリール位置の置換基個数調節を通じて立体障害効果が調節され得る。このような電子密度および立体障害効果の調節を通じて、前記一実施形態のリガンド化合物はエチレンのオリゴマー化反応に対する高い触媒活性を示すと同時に、より一層向上した液体オレフィン選択性(Liquid olefin selectivity)を示し、特に1−ヘキセンまたは1−オクテンに対する選択性を調節でき、より効率的なアルファ−オレフィンの製造を可能にする。
発明の実施形態において、前記化学式1のAはヘテロ元素を有する2価官能基である。ここで、前記ヘテロ元素はハロゲン元素、硫黄、窒素、または酸素であり得る。具体的に、一実施形態によれば、前記Aは−O−、−C=N−、−C(O)−、または−C(R12)−であって、前記R1およびR2のうちの少なくとも一つは炭素数1乃至6のハロゲン化アルキル基、スルホン酸基(−SO3H)、またはアンモニア基(−NH3 +)であり、残りは水素であり得る。そして、前記ハロゲン化アルキル基は少なくとも一つの水素がハロゲンで置換されたアルキル基であって、前記置換は単一置換または2以上の複数置換であり得る。
このように、前記化学式1のAにヘテロ元素を有する2価官能基(即ち、電子求引基または電子供与基)が導入されることによって、必要によって化合物内の電子密度が多様に調節でき、触媒活性に優れながらも1−ヘキセンまたは1−オクテンに対する選択性調節が容易なリガンド化合物が提供できる。
一方、発明の実施形態によれば、前記化学式1のB1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、およびB8はそれぞれ独立して、水素、ヒドロカルビル基またはヘテロヒドロカルビル基であり得る。好ましくは、前記化学式1のB1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、およびB8はそれぞれ独立して、水素、置換もしくは非置換の炭素数1乃至10のアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数4乃至10のシクロアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数6乃至15のアリール基、置換もしくは非置換の炭素数7乃至15のアラルキル基、または置換もしくは非置換の炭素数1乃至10のアルコキシ基であり得る。ここで、前記アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、およびアルコキシ基に含まれている少なくとも一つの水素は炭素数1乃至10のアルキル基、炭素数1乃至10のアルコキシ基、ハロゲン原子またはシアノ基で置換され得る。
そして、前記化学式1のC1およびC2はそれぞれ独立して、水素または−N[X(R34)]2であって、前記C1およびC2のうちの少なくとも一つは−N[X(R34)]2であり得る。
前記−N[X(R34)]2において、Nは窒素である。そして、前記Xはそれぞれ独立して、リン(P)、砒素(As)またはアンチモン(Sb)であって、好ましくはそれぞれリン(P)であり得る。
また、前記R3およびR4はそれぞれ独立して、ヒドロカルビル基またはヘテロヒドロカルビル基であり得る。非制限的な例として、前記R3およびR4はそれぞれ独立して、置換もしくは非置換の炭素数1乃至10のアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数4乃至10のシクロアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数6乃至15のアリール基、置換もしくは非置換の炭素数7乃至15のアラルキル基、または置換もしくは非置換の炭素数1乃至10のアルコキシ基であり得る。ここで、前記アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、およびアルコキシ基に含まれている少なくとも一つの水素は、炭素数1乃至10のアルキル基、炭素数1乃至10のアルコキシ基、ハロゲン原子またはシアノ基で置換され得る。好ましくは、前記R3およびR4はそれぞれ独立して、メチル(methyl)、エチル(ethyl)、プロピル(propyl)、プロペニル(propenyl)、プロピニル(propynyl)、ブチル(butyl)、シクロヘキシル(cyclohexyl)、2−メチルシクロヘキシル(2−methylcyclohexyl)、2−エチルシクロヘキシル(2−ethylcyclohexyl)、2−イソプロピルシクロヘキシル(2−isopropylcyclohexyl)、ベンジル(benzyl)、フェニル(phenyl)、トリル(tolyl)、キシリル(xylyl)、o−メチルフェニル(o−methylphenyl)、o−エチルフェニル(o−ethylphenyl)、o−イソプロピルフェニル(o−isopropylphenyl)、o−t−ブチルフェニル(o−t−butylphenyl)、o−メトキシフェニル(o−methoxyphenyl)、o−イソプロポキシフェニル(o−isopropoxyphenyl)、クミル(cumyl)、メシチル(mesityl)、ビフェニル(biphenyl)、ナフチル(naphthyl)、アントラセニル(anthracenyl)、メトキシ(methoxy)、エトキシ(ethoxy)、フェノキシ(phenoxy)、トリルオキシ(tolyloxy)、ジメチルアミノ(dimethylamino)、チオメチル(thiomethyl)、またはトリメチルシリル(trimethylsilyl)基であり得る。
特に、発明の実施形態において、前記C1およびC2のうちの少なくとも一つは−N[P(C6522であり得る。
このような前記化学式1で表されるリガンド化合物は、非制限的な例として、後述の実施例によるC−01乃至C−02で表される化合物であり得る。但し、前記一実施形態のリガンド化合物は実施例の化合物以外にも前記化学式1の範囲で多様な組み合わせで実現できる。そして、前記化学式1で表されるリガンド化合物は公知の反応を応用して合成でき、より詳細な合成方法は実施例で詳述する。
有機クロム化合物
一方、発明の他の実施形態によれば、下記化学式2で表される有機クロム化合物が提供される:
Figure 0006195994
上記化学式2において、
Aは、ヘテロ元素を有する2価官能基であり;
1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、およびB8は、それぞれ独立して、水素、置換もしくは非置換の炭素数1乃至10のアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数4乃至10のシクロアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数6乃至15のアリール基、置換もしくは非置換の炭素数7乃至15のアラルキル基、または置換もしくは非置換の炭素数1乃至10のアルコキシ基であり;
1およびZ2は、それぞれ独立して、水素または下記化学式3で表される基であって、前記Z1およびZ2のうちの少なくとも一つは下記化学式3で表される基であり:
Figure 0006195994
上記化学式3において、
Nは、窒素であり、
Xは、それぞれ独立して、リン(P)、砒素(As)またはアンチモン(Sb)であり、
5およびR6は、それぞれ独立して、ヒドロカルビル基またはヘテロヒドロカルビル基であり、
Crは、クロムであり、
1、Y2およびY3は、それぞれ独立して、ハロゲン、水素、または炭素数1乃至4のヒドロカルビル基である。
前記化学式2で表される有機クロム化合物は前記化学式1で表されるリガンド化合物のクロム錯化合物(complex compound)である。即ち、前記有機クロム化合物は前記化学式1のリガンド化合物に導入された少なくとも一つの−N[X(R34)]2基がクロム供給源のクロムと配位結合をなした形態を有し得る。
ここで、前記化学式2のA、B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、およびB8に対する説明と具体的な例は前記化学式1で説明したところと同一である。
一方、一実施形態によれば、前記化学式2のZ1およびZ2はそれぞれ独立して、水素または前記化学式3で表される基であって、前記Z1およびZ2のうちの少なくとも一つは前記化学式3で表される基である。
前記化学式3で表される基において、Nは窒素である。そして、前記Xはリン(P)、砒素(As)またはアンチモン(Sb)であり得、好ましくはそれぞれリン(P)であり得る。
また、前記化学式3において、前記R5およびR6はそれぞれ独立して、ヒドロカルビル基またはヘテロヒドロカルビル基であり得る。非制限的な例として、前記R5およびR6はそれぞれ独立して、置換もしくは非置換の炭素数1乃至10のアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数4乃至10のシクロアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数6乃至15のアリール基、置換もしくは非置換の炭素数7乃至15のアラルキル基、または置換もしくは非置換の炭素数1乃至10のアルコキシ基であり得る。ここで、前記アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基、およびアルコキシ基に含まれている少なくとも一つの水素は炭素数1乃至10のアルキル基、炭素数1乃至10のアルコキシ基、ハロゲン原子またはシアノ基で置換され得る。好ましくは、前記R5およびR6はそれぞれ独立して、メチル(methyl)、エチル(ethyl)、プロピル(propyl)、プロペニル(propenyl)、プロピニル(propynyl)、ブチル(butyl)、シクロヘキシル(cyclohexyl)、2−メチルシクロヘキシル(2−methylcyclohexyl)、2−エチルシクロヘキシル(2−ethylcyclohexyl)、2−イソプロピルシクロヘキシル(2−isopropylcyclohexyl)、ベンジル(benzyl)、フェニル(phenyl)、トリル(tolyl)、キシリル(xylyl)、o−メチルフェニル(o−methylphenyl)、o−エチルフェニル(o−ethylphenyl)、o−イソプロピルフェニル(o−isopropylphenyl)、o−t−ブチルフェニル(o−t−butylphenyl)、o−メトキシフェニル(o−methoxyphenyl)、o−イソプロポキシフェニル(o−isopropoxyphenyl)、クミル(cumyl)、メシチル(mesityl)、ビフェニル(biphenyl)、ナフチル(naphthyl)、アントラセニル(anthracenyl)、メトキシ(methoxy)、エトキシ(ethoxy)、フェノキシ(phenoxy)、トリルオキシ(tolyloxy)、ジメチルアミノ(dimethylamino)、チオメチル(thiomethyl)、またはトリメチルシリル(trimethylsilyl)基であり得る。
一方、前記化学式3において、Crはクロムである。そして、前記Y1、Y2およびY3はそれぞれ独立して、ハロゲン、水素、または炭素数1乃至4のヒドロカルビル基である。
前記化学式2の有機クロム化合物は、前記化学式1の遷移金属有機化合物を製造するための通常の方法で合成できる。
前記化学式2の有機クロム化合物はエチレンのオリゴマー化反応に用いることができ、優れた触媒活性と1−ヘキセンおよび/または1−オクテンに対する高い選択性分布を有し得る。
エチレンオリゴマー化用触媒システム
発明のまた他の実施形態によれば、
i)下記化学式1で表されるリガンド化合物およびクロム供給源、またはii)下記化学式2で表される有機クロム化合物;および
助触媒
を含むエチレンオリゴマー化用触媒システムが提供される。
Figure 0006195994
Figure 0006195994
上記化学式1および2において、
Aは、ヘテロ元素を有する2価官能基であり;
1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、およびB8は、それぞれ独立して、水素、置換もしくは非置換の炭素数1乃至10のアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数4乃至10のシクロアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数6乃至15のアリール基、置換もしくは非置換の炭素数7乃至15のアラルキル基、または置換もしくは非置換の炭素数1乃至10のアルコキシ基であり;
1およびC2はそれぞれ独立して、水素または−N[X(R34)]2であって、前記C1およびC2のうちの少なくとも一つは−N[X(R34)]2であり、前記Nは窒素であり、前記Xはリン(P)、砒素(As)またはアンチモン(Sb)であり、前記R3およびR4はそれぞれ独立して、ヒドロカルビル基またはヘテロヒドロカルビル基であり;
1およびZ2はそれぞれ独立して、水素または下記化学式3で表される基であって、前記Z1およびZ2のうちの少なくとも一つは下記化学式3で表される基であり:
Figure 0006195994
上記化学式3において、
Nは、窒素であり、
Xは、リン(P)、砒素(As)またはアンチモン(Sb)であり、
5およびR6は、それぞれ独立して、ヒドロカルビル基またはヘテロヒドロカルビル基であり、
Crは、クロムであり、
1、Y2およびY3は、それぞれ独立して、ハロゲン、水素、または炭素数1乃至4のヒドロカルビル基である。
ここで、前記化学式1または化学式2のA、B1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、B8、C1、C2、Z1、およびZ2に対する説明と具体的な例は前述の内容に代える。
一実施形態によれば、前記触媒システムは、i)前記化学式1で表されるリガンド化合物、クロム供給源、および助触媒を含む3成分系触媒システムであり得る。また、一実施形態によれば、前記触媒システムは、ii)前記化学式2で表される有機クロム化合物および助触媒を含む2成分系触媒システムであり得る。
ここで、前記クロム供給源はクロムまたはクロム前駆体であって、非制限的な例として、前記化学式1のリガンド化合物との配位結合によって前記化学式2の有機クロム化合物を形成できる化合物であり得る。一実施形態によれば、前記クロム供給源はクロム(III)アセチルアセトネート、三塩化クロムトリステトラヒドロフラン、およびクロム(III)−2−エチルヘキサノエートからなる群より選択される1種以上の化合物であり得る。
一方、前記一実施形態の触媒システムには助触媒が含まれる。
前記助触媒は13族金属を含む有機金属化合物であって、一般に遷移金属化合物の触媒下にオレフィンを重合する時に用いられるものであれば特に限定されずに適用できる。
一実施形態によれば、前記助触媒は下記化学式4乃至6で表される化合物からなる群より選択された1種以上の化合物であり得る:
Figure 0006195994
上記化学式4において、R7は互いに同一もしくは異なり、それぞれ独立して、ハロゲンラジカル、炭素数1乃至20のヒドロカルビルラジカル、またはハロゲンで置換された炭素数1乃至20のヒドロカルビルラジカルであり、cは2以上の整数であり、
Figure 0006195994
上記化学式5において、
Dはアルミニウムまたはボロンであり、R8は炭素数1乃至20のヒドロカルビルまたはハロゲンで置換された炭素数1乃至20のヒドロカルビルであり、
Figure 0006195994
上記化学式6において、
Lは中性ルイス塩基であり、[L−H]+はブレンステッド酸であり、Qは+3形式酸化状態のホウ素またはアルミニウムであり、Eはそれぞれ独立して、1以上の水素原子価ハロゲン、炭素数1乃至20のヒドロカルビル、アルコキシ官能基またはフェノキシ官能基で置換もしくは非置換の炭素数6乃至20のアリール基または炭素数1乃至20のアルキル基である。
一実施形態によれば、前記化学式4で表される化合物はメチルアルミノキサン、エチルアルミノキサン、イソブチルアルミノキサン、ブチルアルミノキサンなどのアルキルアルミノキサンであり得る。
そして、一実施形態によれば、前記化学式5で表される化合物は、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリプロピルアルミニウム、トリブチルアルミニウム、ジメチルクロロアルミニウム、ジメチルイソブチルアルミニウム、ジメチルエチルアルミニウム、ジエチルクロロアルミニウム、トリイソプロピルアルミニウム、トリ−s−ブチルアルミニウム、トリシクロペンチルアルミニウム、トリペンチルアルミニウム、トリイソペンチルアルミニウム、トリヘキシルアルミニウム、エチルジメチルアルミニウム、メチルジエチルアルミニウム、トリフェニルアルミニウム、トリ−p−トリルアルミニウム、ジメチルアルミニウムメトキシド、ジメチルアルミニウムエトキシド、トリメチルボロン、トリエチルボロン、トリイソブチルボロン、トリプロピルボロン、トリブチルボロンなどであり得る。
また、一実施形態によれば、前記化学式6で表される化合物は、トリエチルアンモニウムテトラフェニルボロン、トリブチルアンモニウムテトラフェニルボロン、トリメチルアンモニウムテトラフェニルボロン、トリプロピルアンモニウムテトラフェニルボロン、トリメチルアンモニウムテトラ(p−トリル)ボロン、トリプロピルアンモニウムテトラ(p−トリル)ボロン、トリエチルアンモニウムテトラ(o,p−ジメチルフェニル)ボロン、トリメチルアンモニウムテトラ(o,p−ジメチルフェニル)ボロン、トリブチルアンモニウムテトラ(p−トリフルオロメチルフェニル)ボロン、トリメチルアンモニウムテトラ(p−トリフルオロメチルフェニル)ボロン、トリブチルアンモニウムテトラペンタフルオロフェニルボロン、N,N−ジエチルアニリニウムテトラフェニルボロン、N,N−ジエチルアニリニウムテトラフェニルボロン、N,N−ジエチルアニリニウムテトラペンタフルオロフェニルボロン、ジエチルアンモニウムテトラペンタフルオロフェニルボロン、トリフェニルホスホニウムテトラフェニルボロン、トリメチルホスホニウムテトラフェニルボロン、トリエチルアンモニウムテトラフェニルアルミニウム、トリブチルアンモニウムテトラフェニルアルミニウム、トリメチルアンモニウムテトラフェニルアルミニウム、トリプロピルアンモニウムテトラフェニルアルミニウム、トリメチルアンモニウムテトラ(p−トリル)アルミニウム、トリプロピルアンモニウムテトラ(p−トリル)アルミニウム、トリエチルアンモニウムテトラ(o,p−ジメチルフェニル)アルミニウム、トリブチルアンモニウムテトラ(p−トリフルオロメチルフェニル)アルミニウム、トリメチルアンモニウムテトラ(p−トリフルオロメチルフェニル)アルミニウム、トリブチルアンモニウムテトラペンタフルオロフェニルアルミニウム、N,N−ジエチルアニリニウムテトラフェニルアルミニウム、N,N−ジエチルアニリニウムテトラフェニルアルミニウム、N,N−ジエチルアニリニウムテトラペンタフルオロフェニルアルミニウム、ジエチルアンモニウムテトラペンタフルオロフェニルアルミニウム、トリフェニルホスホニウムテトラフェニルアルミニウム、トリメチルホスホニウムテトラフェニルアルミニウム、トリフェニルカルボニウムテトラフェニルボロン、トリフェニルカルボニウムテトラフェニルアルミニウム、トリフェニルカルボニウムテトラ(p−トリフルオロメチルフェニル)ボロン、トリフェニルカルボニウムテトラペンタフルオロフェニルボロンなどであり得る。
一方、前記触媒システムを構成する成分の含量比は触媒活性と線状アルファ−オレフィンに対する選択度などを考慮して決定される。一実施形態によれば、前記3成分系触媒システムの場合、前記リガンド化合物:クロム供給源:助触媒のモル比は約1:1:1乃至10:1:10,000、または約1:1:100乃至5:1:3,000に調節されるのが有利である。そして、一実施形態によれば、前記2成分系触媒システムの場合、前記有機クロム化合物:助触媒のモル比は1:1乃至1:10,000、または1:1乃至1:5,000、または1:1乃至1:3,000に調節されるのが有利である。
そして、前記触媒システムを構成する成分は同時にまたは任意の順に、適切な溶媒および単量体の存在または不在下に添加され活性のある触媒システムとして作用できる。この時、適合した溶媒としてはヘプタン、トルエン、1−ヘキセン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、ジクロロメタン、クロロホルム、クロロベンゼン、メタノール、アセトンなどを用いることができる。
また、一実施形態によれば、前記触媒システムは担体をさらに含むことができる。即ち、前記化学式1のリガンド化合物は担体に担持された形態でエチレンオリゴマー化に適用できる。前記担体は通常の担持触媒に適用される金属、金属塩または金属酸化物などであり得る。非制限的な例として、前記担体はシリカ、シリカ−アルミナ、シリカ−マグネシアなどであり得、Na2O、K2CO3、BaSO4、Mg(NO32などのような金属の酸化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩成分を含むことができる。
前記触媒システムを用いたエチレンのオリゴマー化方法
一方、発明のまた他の実施形態によれば、前記触媒システムの存在下にエチレンのオリゴマー化反応によってアルファ−オレフィンを形成する段階を含むエチレンオリゴマー化方法が提供される。
本発明によるエチレンのオリゴマー化方法は前述の触媒システムと通常の装置および接触技術を適用して遂行できる。非制限的な例として、前記エチレンのオリゴマー化反応は、不活性溶媒の存在または不在下での均質液相反応、または前記触媒システムが一部溶解されないか全部溶解されない形態であるスラリー反応、または生成物であるアルファ−オレフィンが主媒質として作用するバルク相反応、または気相反応で遂行できる。
そして、前記エチレンのオリゴマー化反応は不活性溶媒下で遂行できる。非制限的な例として、前記不活性溶媒は、ベンゼン、トルエン、キシレン、クメン、ヘプタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、メチルシクロペンタン、n−ヘキサン、1−ヘキセン、1−オクテンなどであり得る。
そして、前記エチレンのオリゴマー化反応は約0乃至200℃、または約0乃至150℃、または約30乃至100℃、または約50乃至100℃の温度下で遂行できる。また、前記反応は約15乃至1500psig、または15乃至1000psig、または15乃至700psigの圧力下で遂行できる。
このように、前記触媒システムを用いてエチレンのオリゴマー化反応が遂行される場合、1−ヘキセンおよび/または1−オクテンに対する高い選択性分布を示すなどより効率的な線状アルファ−オレフィンの製造が可能である。
以下、本発明の理解のために好ましい実施例を提示する。しかし、下記の実施例は本発明を例示するためのものに過ぎず、本発明をこれらのみで限定するのではない。
実施例1
(リガンド化合物の合成)
常温のアルゴン雰囲気下で、約1.0g(約4.9mol)の4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(4,4’'−diaminodiphenylether)と約4ml(約40.8mmol)のトリエチルアミン(triethylamine)が溶けた精製されたメチレンクロライド(methylenecholride)溶液を準備した。
前記溶液にドロップワイズ(dropwise)で約2.1ml(約11.1mmol)のクロロジフェニルホスフィン(chlorodiphenylphosphine)を徐々に注入した。そして、この混合物を一日間攪拌した後、生成された塩を除去した。ろ過した溶液を真空乾燥して過量のトリエチルアミンとクロロジフェニルホスフィンを除去し、これから白色固体の下記化合物C−01を得た(収率約99.9%)。
Figure 0006195994
上記化合物C−01に対するNMRスペクトルは次の通りである。
1H NMR(CDCl3、標準物質TMS)δ(ppm):6.39−6.41(4H、d、ArH)、6.47−6.49(4H、d、ArH)、7.27−7.35(40H、m、ArH)
16C NMR(CDCl4、25℃)δ(ppm):118.26、127.97−128.03(t)、130.25、133.13−135.35(t)、139.14−139.27(t)、142.31、154.51
61P NMR(CDCl6)δ(ppm):70.4(s)。
実施例2
(リガンド化合物の合成)
4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(4,4’−diaminodiphenylether)の代わりに2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン(2,2−bis(4−aminophenyl)hexafluoropropane)を添加したことを除いて、実施例1と同様な方法で下記化合物C−02を得た(収率約98.9%)。
Figure 0006195994
上記化合物C−02に対するNMRスペクトルは次の通りである。
1H NMR(CDCl3、標準物質TMS)δ(ppm):6.63−6.65(4H、d、ArH)、6.74−6.76(4H、ArH)、7.23−7.28(16H、m、ArH)、7.36−7.39(24H、m、ArH)
16C NMR(CDCl4、25℃)δ(ppm):63.5−67.9(m)、127.4−127.5(t)、127.9−128.0(t)、128.3−128.5(q)、129.1(s)、130.0(s)、132.9−133.1(t)、135.1−135.4(dd)、138.7−138.8(t)、148(s)
61P NMR(CDCl6)δ(ppm):69.4(s)。
対照例1
(リガンド化合物の合成)
4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(4,4’−diaminodiphenylether)の代わりに4,4’−ジアミノフェニルメタン(4,4’−diaminodiphenylmethane)を添加したことを除いて、実施例1と同様な方法で下記化合物D−01を得た(収率約97.8%)。
Figure 0006195994
上記化合物D−01に対するNMRスペクトルは次の通りである。
1H NMR(CDCl3、標準物質TMS)δ(ppm):3.61(2H、s、CH2)、6.48−6.49(4H、d、ArH)、6.57−6.59(4H、d、ArH)、7.22−7.40(40H、m、ArH)
16C NMR(CDCl4、25℃)δ(ppm):40.44(CH2)、127.89−127.95(t)、128.61、128.76−128.95(t)、129.38、133.08−133.31(t)、138.04、139.29−139.24(t)、145.26
61P NMR(CDCl6)δ(ppm):69.5(s)。
対照例2
(リガンド化合物の合成)
4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(4,4’−diaminodiphenylether)の代わりに4,4’−メチレンビス(2−メチルアニリン)(4,4’−methylenebis(2−methylaniline))を添加したことを除いて、実施例1と同様な方法で下記化合物D−02を得た(収率約96.9%)。
Figure 0006195994
上記化合物D−02に対するNMRスペクトルは次の通りである。
1H NMR(CDCl3、標準物質TMS)δ(ppm):1.64(6H、s、CH3)、3.74(2H、s、CH2)、6.59−6.60(2H、d、ArH)、6.61−6.62(2H、d、ArH)、6.80(2H、s、ArH)、7.19−7.30(40H、m、ArH)
16C NMR(CDCl4、25℃)δ(ppm):19.3(s)、40.4(s)、114.8(s)、124.1(s)、128.2(s)、128.3−128.4(d)、128.4(s)、129.0(s)、130.9(s)、131.1(s)、135.1−135.4(dd)、145.0(s)。
61P NMR(CDCl6)δ(ppm):62.0(s)。
製造例1
真空減圧および160℃の温度条件下で一日間乾燥させた2L容量のオートクレーブ(autoclave)を準備した。前記オートクレーブに精製されたトルエン約60mlとメチルアルミノキサン(MAO)約10mlを投入した。
実施例1による化合物C−01約20マイクロモルを約10mlのトルエンに溶かした溶液と三塩化クロムトリステトラヒドロフラン(Cr(THF)3Cl3;tris(tetrahydrofuran)trichloridochromium(III))をトルエンに溶かした溶液をシュレンクフラスコ(Schlenk flask)に投入し常温下で約10分間攪拌した後、前記溶液を前記オートクレーブに投入した。
その次に、活性化(activation)のために約5分間攪拌した後、ここに約30atmのエチレンガスを注入しメカニカルスターラー(mechanical stirrer)を稼動させて500rpmで約60分間反応させた。
前記反応の後、約10℃まで温度を冷却させ、容器内部のガスを放出させた。そして約1mlのノナン(nonane)をGC−FID分析のために内部標準(internal standard)で添加し約5分間攪拌した。そして、少量を取ってHCl/EtOHを注入し急冷(Quenching)し、水を入れてMAOとHClを除去した。この中で有機層は硫酸マグネシウム(magnesium sulfate)で乾燥(drying)した後にろ過(filter)し、GC−FIDで混合物を分析した。また、残った生成物をHCl/MeOHで急冷(Quenching)した後、ろ過(filter)して固体の量を分析した。そして、前記分析結果を下記表1および表2に示した。
製造例2
化合物C−01の代わりに実施例2による化合物C−02を使用したことを除いて、製造例1と同様な方法でエチレンのオリゴマー化反応を行った。そして、その分析結果を下記表1および表2に示した。
製造例3
化合物C−01の代わりに対照例による化合物D−01を使用したことを除いて、製造例1と同様な方法でエチレンのオリゴマー化反応を行った。そして、その分析結果を下記表1および表2に示した。
製造例4
化合物C−01の代わりに対照例2による化合物D−02を使用したことを除いて、製造例1と同様な方法でエチレンのオリゴマー化反応を行った。そして、その分析結果を下記表1および表2に示した。
Figure 0006195994
上記表1において、前記活性(g・mol−cat-1・h-1)はリガンド化合物の単位モルおよび単位時間当り生成物の重量を意味し;前記固形分(重量%)は生成物中の固形分含量を意味する。
Figure 0006195994
上記表2において、C6は液状生成物中の炭素数6の生成物の含量であって、その中の1−ヘキセンの含量を(1−C6 in C6)と表示し;C8は液状生成物中の炭素数8の生成物の含量であって、その中の1−オクテンの含量を(1−C8 in C8)と表示した。
前記表1および表2から分かるように、エチレンのオリゴマー化反応に対照例1または2の化合物を適用した場合と比較して、電子供与基が導入された実施例1のリガンド化合物は1−ヘキセンと1−オクテンに対して相対的に高い選択性を示した。そして、電子求引基が導入された実施例2のリガンド化合物は1−ヘキセンと1−オクテンに対して相対的に低い選択性を示した。このように、二つの金属中心を有するリガンド化合物のスペーサにヘテロ元素を有する2価官能基を導入することによって化合物内の電子密度を必要によって多様に調節することができる。そして、これによってエチレンのオリゴマー化反応で1−ヘキセンと1−オクテンに対する選択性を容易に調節することができるのが確認された。

Claims (10)

  1. 下記化学式1で表されるリガンド化合物:
    Figure 0006195994

    上記化学式1において、
    Aは、−O−、−C=N−、−C(O)−、または−C(R 1 2 )−であって、
    前記R 1 およびR 2 のうちの少なくとも一つは炭素数1乃至6のハロゲン化アルキル基、スルホン酸基(−SO 3 H)、またはアンモニア基(−NH 3 + )であり、残りは水素であり
    1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、およびB8は、それぞれ独立して、水素、置換もしくは非置換の炭素数1乃至10のアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数4乃至10のシクロアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数6乃至15のアリール基、置換もしくは非置換の炭素数7乃至15のアラルキル基、または置換もしくは非置換の炭素数1乃至10のアルコキシ基であり;
    1およびC2はそれぞれ独立して、水素または−N[X(R34)]2であって、前記C1およびC2のうちの少なくとも一つは−N[X(R34)]2であり、前記Nは窒素であり、前記Xはそれぞれ独立して、リン(P)、砒素(As)またはアンチモン(Sb)であり、前記R3およびR4はそれぞれ独立して、ヒドロカルビル基またはヘテロヒドロカルビル基である。
  2. 前記R3およびR4は、それぞれ独立して、置換もしくは非置換の炭素数1乃至10のアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数4乃至10のシクロアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数6乃至15のアリール基、置換もしくは非置換の炭素数7乃至15のアラルキル基、または置換もしくは非置換の炭素数1乃至10のアルコキシ基である請求項1に記載のリガンド化合物。
  3. 前記C1およびC2のうちの少なくとも一つは−N[P(C6522である請求項1または2に記載のリガンド化合物。
  4. 下記化学式2で表される有機クロム化合物:
    Figure 0006195994

    上記化学式2において、
    Aは、−O−、−C=N−、−C(O)−、または−C(R 1 2 )−であって、
    前記R 1 およびR 2 のうちの少なくとも一つは炭素数1乃至6のハロゲン化アルキル基、スルホン酸基(−SO 3 H)、またはアンモニア基(−NH 3 + )であり、残りは水素であり
    1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、およびB8は、それぞれ独立して、水素、置換もしくは非置換の炭素数1乃至10のアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数4乃至10のシクロアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数6乃至15のアリール基、置換もしくは非置換の炭素数7乃至15のアラルキル基、または置換もしくは非置換の炭素数1乃至10のアルコキシ基であり;
    1およびZ2は、それぞれ独立して、水素または下記化学式3で表される基であって、前記Z1およびZ2のうちの少なくとも一つは下記化学式3で表される基であり:
    Figure 0006195994

    上記化学式3において、
    Nは、窒素であり、
    Xは、それぞれ独立して、リン(P)、砒素(As)またはアンチモン(Sb)であり、
    5およびR6は、それぞれ独立して、ヒドロカルビル基またはヘテロヒドロカルビル基であり、
    Crは、クロムであり、
    1、Y2およびY3は、それぞれ独立して、ハロゲン、水素、または炭素数1乃至4のヒドロカルビル基である。
  5. i)下記化学式1で表されるリガンド化合物およびクロム供給源、またはii)下記化学式2で表される有機クロム化合物;および
    助触媒
    を含むエチレンオリゴマー化用触媒システム:
    Figure 0006195994
    Figure 0006195994

    上記化学式1および2において、
    Aは、−O−、−C=N−、−C(O)−、または−C(R 1 2 )−であって、
    前記R 1 およびR 2 のうちの少なくとも一つは炭素数1乃至6のハロゲン化アルキル基、スルホン酸基(−SO 3 H)、またはアンモニア基(−NH 3 + )であり、残りは水素であり
    1、B2、B3、B4、B5、B6、B7、およびB8は、それぞれ独立して、水素、置換もしくは非置換の炭素数1乃至10のアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数4乃至10のシクロアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数6乃至15のアリール基、置換もしくは非置換の炭素数7乃至15のアラルキル基、または置換もしくは非置換の炭素数1乃至10のアルコキシ基であり;
    1およびC2はそれぞれ独立して、水素または−N[X(R34)]2であって、前記C1およびC2のうちの少なくとも一つは−N[X(R34)]2であり、前記Nは窒素であり、前記Xはリン(P)、砒素(As)またはアンチモン(Sb)であり、前記R3およびR4はそれぞれ独立して、ヒドロカルビル基またはヘテロヒドロカルビル基であり;
    1およびZ2はそれぞれ独立して、水素または下記化学式3で表される基であって、前記Z1およびZ2のうちの少なくとも一つは下記化学式3で表される基であり:
    Figure 0006195994

    上記化学式3において、
    Nは、窒素であり、
    Xは、リン(P)、砒素(As)またはアンチモン(Sb)であり、
    5およびR6は、それぞれ独立して、ヒドロカルビル基またはヘテロヒドロカルビル基であり、
    Crは、クロムであり、
    1、Y2およびY3は、それぞれ独立して、ハロゲン、水素、または炭素数1乃至4のヒドロカルビル基である。
  6. 前記R3、R4、R5、およびR6は、それぞれ独立して、置換もしくは非置換の炭素数1乃至10のアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数4乃至10のシクロアルキル基、置換もしくは非置換の炭素数6乃至15のアリール基、置換もしくは非置換の炭素数7乃至15のアラルキル基、または置換もしくは非置換の炭素数1乃至10のアルコキシ基である請求項5に記載エチレンオリゴマー化用触媒システム。
  7. 前記C1およびC2のうちの少なくとも一つは、−N[P(C6522である請求項5または6に記載のエチレンオリゴマー化用触媒システム。
  8. 前記クロム供給源は、クロム(III)アセチルアセトナート、三塩化クロムトリステトラヒドロフラン、およびクロム(III)−2−エチルヘキサノエートからなる群より選択される1種以上の化合物である請求項5〜7のいずれか一項に記載のエチレンオリゴマー化用触媒システム。
  9. 前記助触媒は、下記化学式4乃至6で表される群より選択される1種以上の化合物である請求項5〜8のいずれか一項に記載のエチレンオリゴマー化用触媒システム:
    [化学式4]
    −[Al(R7)−O]c
    上記化学式4において、R7は互いに同一もしくは異なり、それぞれ独立して、ハロゲンラジカル、炭素数1乃至20のヒドロカルビルラジカル、またはハロゲンで置換された炭素数1乃至20のヒドロカルビルラジカルであり、cは2以上の整数であり、
    [化学式5]
    D(R83
    上記化学式5において、
    Dはアルミニウムまたはボロンであり、R8は炭素数1乃至20のヒドロカルビルまたはハロゲンで置換された炭素数1乃至20のヒドロカルビルであり、
    [化学式6]
    [L−H]+[Q(E)4-
    上記化学式6において、
    Lは中性ルイス塩基であり、[L−H]+はブレンステッド酸であり、Qは+3形式酸化状態のホウ素またはアルミニウムであり、Eはそれぞれ独立して、1以上の水素原子価ハロゲン、炭素数1乃至20のヒドロカルビル、アルコキシ官能基またはフェノキシ官能基で置換もしくは非置換の炭素数6乃至20のアリール基または炭素数1乃至20のアルキル基である。
  10. 請求項5乃至9のうちのいずれか一項による触媒システムの存在下にエチレンを重合反応させてアルファ−オレフィンを形成する段階を含むエチレンオリゴマー化方法。
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