JP2017105753A - 両末端に異なる官能基を有する直鎖オルガノポリシロキサン、及びその製造方法 - Google Patents

両末端に異なる官能基を有する直鎖オルガノポリシロキサン、及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】両末端に異なる官能基を有し、十分なシロキサン含有率を有する異種末端官能オルガノポリシロキサン化合物、及びその製造方法の提供。【解決手段】式(I)で表されるシリコーン化合物、及び該シリコーン化合物の製造方法。(R1は、一価炭化水素基;mは1〜300の整数;Q1及びQ2は各々独立に、アミド結合、エーテル結合、エステル結合、ウレタン結合又は不飽和結合から選ばれる結合を含んでよい二価炭化水素基;Aはラジカル重合性を有する官能基、アミノアルキル基等;BはH、又は前記Aの選択肢から選ばれる基又は原子;但し、AとBは異なる官能基又は原子;bは0又は1;BがHの場合bは0;BがH以外の場合bは1)【選択図】なし

Description

本発明は、両末端に異なる官能基を有する直鎖オルガノポリシロキサン及びその製造方法に関する。また本発明は、末端アミノ基および他の末端官能基を有するポリシロキサン化合物及びその製造方法を提供する。
従来より、有機官能基を含有するオルガノポリシロキサンは、塗料、成形材料、医療用材料、各種コーティング材料等の分野で樹脂改質剤として広く利用され、有機樹脂に耐熱性、耐候性、離型性、成形加工性、及び耐熱衝撃性等の特性を付与するものである。
このような有機官能基を含有するオルガノポリシロキサンとして、特許文献1にはジメチルポリシロキサンの両末端に官能基を有する化合物が記載されている。また、特許文献2には側鎖に官能基を有するメチルポリシロキサンが提案されている。しかし、これらのオルガノポリシロキサンはいずれも、1種類の官能基しか有さない。
1種類の官能基を両末端及び/又は側鎖に有するオルガノポリシロキサンは、その官能基に応じた特性を有するものであり、複数の官能基がもつ様々な特性をオルガノポリシロキサンに与えることは困難である。また、同一の官能基のみでは、官能基の種類による反応性の差を利用することができないので、架橋方法を分けたり、重合と架橋を分けて使用するなどの反応の精密な制御が困難である。
特許文献3には、異なる種類の官能基を1分子内に有するオルガノポリシロキサンが記載されている。特許文献3は、側鎖型ハイドロジェンポリシロキサンに異なるアリル化合物を反応させることで側鎖に異なる官能基を有する異種官能オルガノポリシロキサンを製造することを記載している。
しかし、上記特許文献3に記載のオルガノポリシロキサンは立体障害の大きい側鎖に官能基を有すこと、導入される官能基が平均として存在しており、構造明確ではないことから反応の精密な制御が十分とは言えない。
また、特許文献4には、医療用デバイス材料として有用である、末端に親水基と重合性基を有するオルガノシロキサンが記載されている。特許文献4は、両末端型ハイドロジェンシロキサンに第一のアリル化合物を反応させることで第一の官能基を導入し、精製を経て第一の官能基とハイドロジェンシリル基を有する異種末端オルガノシロキサンを合成し、更に残るハイドロジェンシリル基と第二のアリル化合物を反応させて両末端に異なる官能基を有するオルガノシロキサンを製造する方法を記載している。
しかし特許文献4に記載の製造方法では、第一の官能基とハイドロジェンシリル基とを有するオルガノシロキサンを得る工程において、蒸留やカラム精製が必要である。該方法では、その原理的に低分子のオルガノシロキサンしか製造することができない。そのため、特許文献4に記載の製造方法で得られる化合物では、シロキサンの含有率は低いものとなる。該シロキサンを原料として使用しても、シロキサンの特性を重合体等に十分に付与することができない。
特開昭58−217515号公報 特許第3779187号公報 特許第3063712号公報 特表2014−505067号公報 特開2009−256660号公報 特開平2−49793号公報
異なる官能基を末端に有するオルガノポリシロキサン化合物は、樹脂改質剤や医療用デバイス材料などの分野において有用であるが、構造明確かつシロキサンの特性を十分に生かせる材料が存在していないのが現状である。
また、さまざまな末端アミノ官能性シリコーン化合物が公知であるが、これらはアミノ基を両末端に有する両末端アミノ官能性シリコーン化合物や片末端のみに官能基を有する片末端アミノ官能性シリコーン化合物である(特許文献5,6)。片末端にアミノ基を有し、もう片末端に他の末端官能基を有するシリコーン化合物は、単一化合物における二つの官能基の反応性の違いにより異なる2の基質と反応を行うことができるため、樹脂改質剤として有用であると考えられるが、ほとんど検討されていないのが現状である。
例えば、[1]両末端アミノ官能性シリコーンと両末端カルビノール官能性シリコーンをトリフルオロメタンスルホン酸存在下で反応させることにより、末端アミノ基および他の末端官能基を有するシリコーンを製造する方法が考えられる。
また、[2]ビニル化合物と大過剰の両末端ハイドロジェンシリコーンを白金触媒存在下で反応させた後に、蒸留等で精製し、これとアリルアミンを反応させて、末端アミノ基および他の末端官能基を有するシリコーンを製造する方法が考えられる。
しかし、前項[1]の方法では、1分子内に異種の官能基を有するものを選択的に得ることは困難であり、また、その単離も生成物の構造の分布の広さから現実的ではない。前項[2]の方法では、片末端にハイドロジェンを残す為には、ビニル化合物に対し大過剰の両末端ハイドロジェンポリシロキサンが必要になること、その後の精製が難しいこと、およびアリルアミンが触媒毒であるために白金触媒が多量に必要となり、現実的ではない。さらには、アリルアミンと‐SiHとの脱水素が副反応として起こるため、末端アミノ基および他の末端官能基を有するシリコーンの純度は高くない。
上記の方法では末端アミノ基および他の末端官能基を有するシリコーン化合物を高い純度で合成することが困難である故に、高い純度の末端アミノ基および他の末端官能基を有するシリコーン化合物や、その製造方法が求められている。
従って本発明は、ポリシロキサンの両末端に異なる官能基を有し、十分なシロキサン含有率を有する異種末端官能オルガノポリシロキサン化合物、及びその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、末端アミノ基および他の末端官能基を有するポリシロキサン化合物及びその製造方法を提供する。
本発明者は上記課題を解決するために鋭意検討した結果、第一の有機官能基を有する環状シロキサン又はジシロキサンと有機金属化合物とを反応させる工程、該工程により得られる金属シリケート化合物と第二の有機官能基を有するハロゲン化シリル化合物とを反応させる工程を含む製造方法により、両末端に異なる有機官能基を有し、且つ、シロキサンの含有率を制御したシリコーン化合物を製造できることを見出し、本発明を成すに至った。
すなわち本発明は、下記一般式(I)で表されるシリコーン化合物を提供する。
(式(I)中、R1は、互いに独立に、置換又は非置換の、不飽和結合を有してよい炭素数1〜10の一価炭化水素基であり、mは1〜300の整数であり、Q1及びQ2は、互いに独立に、アミド結合、エーテル結合、エステル結合、ウレタン結合、又は不飽和結合から成る群より選ばれる1以上の結合を含んでよい、置換又は非置換の、炭素数1〜20の二価炭化水素基であり、Aは、有機金属化合物と非反応性である官能基、ラジカル重合性を有する官能基、又は有機金属化合物と反応性を有する官能基または原子であり、Bは水素原子、又は前記Aの選択肢から選ばれる基又は原子であり、但し、AとBは異なる官能基又は原子であり、bは0又は1であり、Bが水素原子の場合bは0であり、Bが水素原子以外の場合bは1である)。
また、本発明は上記一般式(I)で表されるシリコーン化合物の製造方法を提供する。
該製造方法は、下記式(iii)で表される環状シロキサン
(yは3〜10の整数であり、R1及びQ1は上記の通りであり、A1は有機金属化合物と非反応性である官能基である)
又は、
下記式(iv)で表されるジシロキサンと
(R1及びQ1は上記の通りであり、A1は有機金属化合物と非反応性である官能基である)
有機金属化合物とを反応させて下記式(v)
(R1及びQ1は上記の通りであり、Mtはアルカリ金属原子であり、A1は有機金属化合物と非反応性である官能基である)
で表される金属シリケート化合物を得る工程、
次いで、上記式(v)で表される金属シリケート化合物と環状シロキサンとを反応させて下記式(8’)
(R1、Q1、m、及びMtは上記の通りであり、A1は有機金属化合物と非反応性である官能基である)
で表されるシロキサンを得る工程、及び、上記式(8’)で表されるシロキサンとハロゲン化シリル化合物とを反応させる工程を含む(以下において製造方法Aということがある)。
さらに本発明は、下記一般式(1)で表される
(ここでmは1〜6の整数を示し、Xは炭素数0〜48の有機官能基を示し、R1は、互に独立に、炭素数1〜6の置換又は非置換の炭化水素基を示す)
末端アミノ基および他の末端官能基を有するシリコーン化合物及びその製造方法を提供する(以下において製造方法Bということがある)。
上記一般式(1)で表される末端アミノ基および他の末端官能基を有するシリコーン化合物は、下記式(4)で表される化合物
(式中、m、X、およびR1は上記の通りであり、R2はC1〜3アルキル基である)
を脱シリル化反応させることにより製造される。
上記一般式(4)で表わされる化合物は、下記一般式(3)で表されるハイドロジェンシリコーンと
(式中、m、R1及びR2は前述の通りである)
下記式(5)で表される、有機官能基と二重結合を併せ持つ化合物とを付加反応させて得ることができる。
CH2=CH−X (5)
(式中、Xは前述の通りである。)
上記式(3)で表わされる化合物は、下記一般式(2)で表わされる化合物
(式中、m、及びR1は前述の通りである)の一方の末端のSi−Hに、下記式(6)で表されるビス(トリC1〜3アルキルシリル)アリルアミンを付加反応させることにより製造される。
CH2=CHCH2N(SiR2 3)2 (6)
(式中、R2は前述の通りである。)
本発明のシリコーン化合物は、両末端に異なる官能基を有する。本発明の製造方法に従えば、反応の精密な制御が可能であり、得られるシリコーン化合物が有するシロキサン含有量を適宜調整することができる。従って、本発明のシリコーン化合物は、樹脂改質剤や医療用デバイス材料として有用であり、これらの用途においてポリシロキサンの特性を十分に付与することができる。
さらに、化合物(4)から上記式(1)で表される末端アミノ基および他の末端官能基を有するシリコーンを得る本発明の方法によって、上記式(1)で表されるシリコーンを非常に高純度で製造することができる。従来知られているハイドロジェンポリシロキサンとアミン類との反応ではアミノ基による脱水素反応が多く起こるが、驚くべきことに本発明の製造方法では生成したアミノ基による脱水素反応は極僅かであり、高純度で末端アミノ基および他の末端官能基を有するシリコーンを得ることができる。脱シリル化反応を促進するために酸を作用させてもシロキサン鎖の切断が非常に少なく、シリル基のみが選択的に脱シリル化されるため、上記一般式(1)で表される目的化合物を高純度で製造することができる。さらに、脱シリル化は特定のアルコールと特定の酸触媒を最適な組み合わせとすることでより良好に進行することも見出された。
一つの片末端にアミノ基を有し、他方の片末端に他の末端官能基を有するシリコーン化合物は、単一化合物における二つの官能基の反応性の違いにより異なる2の基質と反応を行うことができる。例えば、アミノ基と反応する基を有する樹脂と該化合物とを反応させることによって、当該他の末端官能基を樹脂に導入することができる。アミノ基と反応する基を有する樹脂と、当該他の官能基と反応する基を有する樹脂が混在する系において、夫々の樹脂を選択的に改質できる。このように、本発明に従い、片末端にアミノ基を有し、他方の片末端に他の末端官能基を有するシリコーン化合物は、樹脂改質剤として有用である。
また、上記式(3)で表される化合物の本発明の製造方法により、上記式(3)で表される化合物を高純度で製造することができる。
本発明において、純度は、特定の一の構造を有する(即ち、mが特定の一つの整数であり、X、R1、R2およびR3が夫々特定の一の基である)化合物が、GPCまたはGCクロマトグラムにおいて90%以上、好ましくは95%以上のピーク面積を占めることである。対象物が高分子量である場合、たとえば式(1)または(4)の化合物はGPCにより分析され、低分子量である場合、例えば式(1)、式(2)または(3)の化合物はGCによって分析される。
実施例B1における生成物の1H−NMRチャートである。 実施例B2における生成物の1H−NMRチャートである。 実施例B3における減圧留去の残留物の1H−NMRチャートである。 実施例B3における減圧留去の残留物のGPCチャートである。
以下、本発明についてさらに詳細に説明する。
本発明は下記一般式(I)で表されるシリコーン化合物である。
(式(I)中、R1は、互いに独立に、置換又は非置換の、不飽和結合を有してよい炭素数1〜10の一価炭化水素基であり、mは1〜300の整数であり、Q1及びQ2は、互いに独立に、アミド結合、エーテル結合、エステル結合、ウレタン結合、又は不飽和結合から成る群より選ばれる1以上の結合を含んでよい、置換又は非置換の、炭素数1〜20の二価炭化水素基であり、Aは、有機金属化合物と非反応性である官能基、ラジカル重合性を有する官能基、又は有機金属化合物と反応性を有する官能基または原子であり、Bは水素原子、又は前記Aの選択肢から選ばれる基又は原子であり、但し、AとBは異なる官能基又は原子であり、bは0又は1であり、Bが水素原子の場合bは0であり、Bが水素原子以外の場合bは1である)。
上記式(I)において、R1は、互いに独立に、非置換の、不飽和結合を有してよい炭素数1〜20、好ましくは炭素数1〜10、さらに好ましくは炭素数1〜8、特に好ましくは炭素数1〜6の一価炭化水素基、又は、これら一価炭化水素基の炭素原子に結合する水素原子の一部又は全部が官能基又はハロゲン原子で置換されている基である。非置換の一価炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基等のアルキル基;シクロペンチル基、及びシクロヘキシル基等のシクロアルキル基;フェニル基、及びトリル基等のアリール基;ビニル基、及びアリル基等のアルケニル基、ベンジル基等のアラルキル基が挙げられる。これらの基の炭素原子に結合した水素原子の一部または全部がヒドロキシ基、ヒドロキシアルキル基、アミノ基、アミノアルキル基、アミド基、アルキルアミド基、アルコキシ基、アルコキシアルキル基、アルコキシカルボニル基、及びアルコキシカルボニルアルキル基等の官能基、又は、塩素、及びフッ素等のハロゲン原子で置換されていてもよい。好ましくは、炭素数1〜6のアルキル基、フェニル基、及びこれらの基の炭素原子に結合する水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換された基である。
上記式(I)において、mは1〜300の整数であり、好ましくは2〜200の整数であり、更に好ましくは3〜100の整数であるが、これは特に限定されるものではない。目的とするシリコーン化合物の特性に応じて適宜選択されればよい。
上記式(I)においてAとBは異なる官能基又は原子である。AとBは異なる官能基又は原子であればよく、その組合せは目的とするシリコーン化合物の機能に応じて適宜選択されればよい。好ましくは、a)Aが有機金属化合物と非反応性である官能基であり、Bが水素原子、ラジカル重合性を有する官能基、又は有機金属化合物と反応性を有する官能基又は原子である組合せ、b)Aがラジカル重合性を有する官能基であり、Bが水素原子、有機金属化合物と非反応性である官能基、又は有機金属化合物と反応性を有する官能基又は原子である組合せ、あるいは、c)Aが有機金属化合物と反応性を有する官能基又は原子であり、Bが水素原子、または、Aとは異なる、有機金属化合物と反応性を有する官能基又は原子である組合せである。
上記式(I)において、有機金属化合物と非反応性の官能基は、シリル化ヒドロキシル基、ベンジル化ヒドロキシル基、シリル化1,2−エタンジオール基、ベンジル化1,2−エタンジオール基、アルコキシ基、アルケニル基、3級アミノ基、シリル化3級アミノ基、ベンジル化3級アミノ基、4級アンモニウム基、スチリル基、ニトロ基、アジド基、アリール基、アリールアルケニル基、シリル化フェノール基、シリル化チオール基である。
ラジカル重合性官能基としては、例えば(メタ)アクリロイル基、(メタ)アクリルアミド基などが挙げられる。
有機金属化合物と反応性の官能基としては、例えば、エポキシ基、カルボキシル基、イソシアネート基、アルコキシシリル基、ヒドロキシル基、1,2−エタンジオール基、1級アミノ基、2級アミノ基、フェノール基、チオール基などが挙げられる。有機金属化合物と反応性の原子とは、例えばハロゲン原子である。
好ましくは、Aは、ヒドロキシル基、シリル化ヒドロキシル基、ベンジル化ヒドロキシル基、1,2−エタンジオール基、シリル化1,2−エタンジオール基、ベンジル化1,2−エタンジオール基、アルコキシ基、アルケニル基、1級アミノ基、3級アミノ基、シリル化3級アミノ基、4級アンモニウム基、及びハロゲン原子から選ばれるのがよい。
好ましい組合せは、Aがシリル化ヒドロキシル基、アルコキシ基、アルケニル基、ベンジル化ヒドロキシル基、ヒドロキシル基、1級アミノ基、及び3級アミノ基から選ばれる基であり、Bが水素原子、(メタ)アクリロイル基、(メタ)アクリルアミド基、ヒドロキシル基、1級アミノ基、3級アミノ基、エポキシ基、及びアルコキシシリル基から選ばれる基であるのがよい。但しAとBは異なる官能基である。
別の好ましい組合せは、Aが、シリル化3級アミノ基、ベンジル化3級アミノ基、4級アンモニウム基、及びハロゲン原子から選ばれ、且つ、Bが(メタ)アクリロイル基、(メタ)アクリルアミド基、エポキシ基、及びアルコキシシリル基から選ばれる基であるのがよい。
また、本発明は特には、A及びBのうちいずれかがラジカル重合性官能基であるシリコーン化合物を提供する。該シリコーン化合物は後述するコポリマーと重合させることにより無色透明な重合体を与えることができ、眼科デバイスを提供するために好適に機能することができる。
上記式(I)において、Q1及びQ2は、互いに独立に、アミド結合、エーテル結合、エステル結合、ウレタン結合、又は不飽和結合から成る群より選ばれる1以上の結合を含んでよい、置換又は非置換の、炭素数1〜20の二価炭化水素基である。該二価炭化水素基としては、エチレン、1,3−プロピレン、1−メチルプロピレン、1,1−ジメチルプロピレン、2−メチルプロピレン、1,2−ジメチルプロピレン、1,1,2−トリメチルプロピレン、1,4−ブチレン、2−メチル−1,4−ブチレン、2、2−ジメチル−1,4−ブチレン、3−メチル−1,4−ブチレン、2,2−ジメチル−1,4−ブチレン、2,3−ジメチル−1,4−ブチレン、2,2,3−トリメチル−1,4−ブチレン、1,5−ペンチレン、1,6−ヘキサニレン、1,7−ヘプタニレン、1,8−オクタニレン、1,9−ノナニレン、1,10−デカニレン基等の2価の基、及びこれらの基の炭素原子に結合した水素原子の一部または全部が、ヒドロキシ基、ヒドロキシアルキル基、アミノ基、アミノアルキル基、アミド基、アルキルアミド基、アルコキシ基、アルコキシアルキル基、アルコキシカルボニル基、アルコキシカルボニルアルキル基等で置換された基、及び、塩素、フッ素等のハロゲン原子で置換されたハロゲン化アルキレン基等が挙げられる。エーテル結合を含む基としては、例えば、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリエチレン−プロピレンオキサイド等のポリアルキレンオキサイドが挙げられる。
Q1及びQ2は互いに独立に、好ましくは下記(i)又は(ii)で示される。
式(i)及び(ii)中、kは0〜6の整数であり、kが0の場合、gは1〜4の整数であり、kが0でない場合、gは1〜17の整数であり、且つ、1≦3k+g≦20であり、式中*で示される箇所が式(I)のケイ素原子と結合しており、**で示される箇所がA又はBと結合している。kが0でない場合、好ましくは、kが1であり、gが1〜4の整数であるのがよい。
Q1及びQ2は特に好ましくは、酸素原子及び窒素原子を有さず、非置換である二価の炭化水素基であるのがよい。すなわち、上記式(i)及び(ii)においてk=0である構造が好ましい。該構造としては、メチレン、エチレン、プロピレン、又はブチレン基であるのがよく、特に好ましくはプロピレン基である。
本発明は更に上記式(I)で示されるシリコーン化合物の製造方法を提供する。
本発明の製造方法(製造方法A)は、下記式(8)で表される化合物と
(R1、Q1、m及びAは上記の通りであり、Mtはアルカリ金属原子であり、例えばリチウムである)
下記式(7)で表されるハロゲン化シリル化合物と
(R1、Q2、b及びBは上記の通りであり、X1はハロゲン原子であり、例えば、塩素原子、フッ素原子、又は臭素原子であり、好ましくは塩素原子である)
を反応させて
上記式(I)で表されるシリコーン化合物を得る工程を含む。
上記反応は従来公知の方法に従い行うことができる。上記式(7)で表されるハロゲン化シリル化合物の添加量は、上記式(8)で表される化合物1モルに対し0.8〜2.0モルとなる量比が好ましく、より好ましくは0.9〜1.5モルとなる量比が好ましく、さらに好ましくは1.0〜1.2モルとなる量比が好ましい。
更に本発明の製造方法Aは、下記式(iii)で表される環状シロキサン
(yは3〜10の整数であり、R1及びQ1は上記の通りであり、A1は有機金属化合物と非反応性である官能基または原子である。)
又は、
下記式(iv)で表されるジシロキサンと
(R1及びQ1は上記の通りであり、A1は有機金属化合物と非反応性である官能基または原子である。)
有機金属化合物とを反応させて下記式(v)
(R1、Q1、及びMtは上記の通りであり、A1は有機金属化合物と非反応性である官能基または原子である。)
で表される金属シリケート化合物を得て、次いで、上記式(v)で表される金属シリケート化合物とヘキサメチルシクロトリシロキサン等の環状シロキサンとを反応させて
下記式(8’)
(R1、Q1、m、及びMtは上記の通りであり、A1は有機金属化合物と非反応性である官能基または原子である)
で表されるシロキサンを得る工程を含む。
なお、上記工程において、上記式(v)で表される金属シリケート化合物と反応させる環状シロキサンは、例えばヘキサメチルシクロトリシロキサン等のアルキルシクロポリシロキサンであり、上記式(iii)で表される環状シロキサンとは異なる化合物である。
該工程では、上記式(iii)又は上記式(iv)で示される化合物と有機金属化合物とを反応させる。そのため式(iii)及び(iv)においてAは有機金属化合物と非反応性である官能基である。このときAは、有機金属化合物との反応時に不活性(有機金属化合物と非反応性)であればよい。従って、不活性にさせるために反応性を有する官能基が従来公知の保護基で保護されたものでもよい。例えば、ヒドロキシル基やアミノ基の保護基としては、シリル基やベンジル基が挙げられる。これら保護基は有機金属化合物との反応後に従来公知の方法で除去されてもよい。例えば、シリル基は、水あるいはアルコール存在下で除去することができる。該反応は酸や塩基存在下で加速され得る。
上記式(iii)又は(iv)で表される化合物は、従来公知の方法に従い製造することができる。例えば、2,4,6,8−テトラメチルシクロテトラシロキサンあるいは1,3−テトラメチルジシロキサンと不飽和結合を有する有機化合物とをヒドロシリル化反応させることで得ることができる。該反応は、従来公知の触媒下で行われてもよく、例えば、貴金属触媒、特には塩化白金酸から誘導される白金触媒が好適であり、更にはカルステッド触媒が好適である。反応は従来公知の方法に従い行えばよい。
有機金属化合物は重合開始剤であり、環状シロキサンの開環重合に通常使用されるものであればよい。例えば、アルカリ金属原子を有する有機化合物であり、特には有機リチウム化合物である。有機リチウム化合物は、炭素−リチウム結合を有する化合物である。これらは従来公知の化合物であればよい。有機リチウム化合物としては、メチルリチウム、エチルリチウム、ブチルリチウム、フェニルリチウム、ベンジルリチウム等が例示される。特には、ヘキサンやシクロヘキサン等の炭化水素系化合物に希釈された有機リチウム化合物が好ましく、取扱い性や入手の容易さからn−ブチルリチウムのヘキサン溶液がより好ましい。また、有機金属化合物として有機マグネシウム化合物を使用することもできる。有機マグネシウム化合物とは、炭素−マグネシウム結合およびマグネシウム−ハロゲン結合を有する化合物である。
有機金属化合物の量は、上記式(iii)又は上記式(iv)で示されるシロキサン1モルに対して、1モルとなる量比であればよい。有機金属化合物の量が上記より多いと、有機金属化合物の副反応が起こるため好ましくない。また、上記下限値より少ないと、上記式(iii)又は上記式(iv)で示されるシロキサンが残存してしまう恐れがあるため好ましくない。
上記反応は、従来公知の方法に従い行うことができる。例えば、上記式(iii)又は(iv)で表される化合物に、1モル当量以下の有機金属化合物を添加して反応させ、続けてヘキサメチルシクロトリシロキサンを加えて反応させる。例えば、2,4,6,8−テトラメチル−2,4,6,8−テトラ(N、N−ジメチルアミノプロピル)シクロテトラシロキサンとBuLiを反応させるとBuMe(C3H6NMe2)SiOLiが生じる。これを開始剤としてヘキサメチルシクロトリシロキサンを開環し反応させて、上記式(8’)で示される化合物を得る。さらにハロゲン化シリル化合物を添加し、反応させて、上記式(I)で示されるシリコーン化合物を得る。有機金属化合物、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、ハロゲン化シリル化合物の添加は、典型的には、約0℃から約40℃の温度で行われる。反応温度は特に限定されるものではないが、使用する溶媒の沸点を超えない程度の温度が好ましい。ヘキサメチルシクロトリシロキサンの反応の終点は、滴下終了後、加温下で熟成した後、原料ヘキサメチルシクロトリシロキサンの有無を、例えばGC測定においてピークが消失したことで確認する。反応終点をGC測定により確認することにより、ヘキサメチルシクロトリシロキサンが生成物中に残存しないためより高純度のシリコーン化合物を得ることができる。
上記反応はいずれも溶剤下で行って良い。溶剤は特に制限されるものでないが、例えば、ヘキサン、ヘプタンなどの炭化水素系溶剤、トルエンなどの芳香族系溶剤、テトラヒドロフランなどのエーテル系溶剤、メチルエチルケトン、N,N−ジメチルホルムアミドなどのケトン系溶剤、酢酸エチルなどのエステル系溶剤、等が好適に使用できる。
反応終了後は、従来公知の方法に従い精製すればよい。例えば、有機層を水で洗浄した後、溶媒を除去することにより生成物を単離することができる。また減圧蒸留や活性炭処理などを使用してもよい。
以下、本発明の製造方法Aについてさらに詳細に説明する。
A−I)本発明の製造方法Aの一つの態様は、
下記式(8’)で表されるシロキサンと
(R1、Q1、m、及びMtは上記の通りであり、A1は有機金属化合物と非反応性である官能基である)
下記式(7)で表されるハロゲン化シリル化合物と
(R1、Q2、は上記の通りであり、Cはハロゲン原子であり、Bは、水素原子、ラジカル重合性を有する官能基、有機金属化合物と反応性を有する官能基又は原子、又は、A1とは異なる、有機金属化合物と非反応性の官能基であり、bは0又は1であり、Bが水素原子の場合、bは0である)
を反応させて、下記式(Ia)で表されるシリコーン化合物を得る工程を含む製造方法である。
(R、A1、Q1、Q2、B、b及びmは上記の通りである)
下記式(8’)で表されるシロキサンとハロゲン化シリル化合物との反応の条件等は上記した通りである。該工程により、片末端に有機金属化合物と非反応性である官能基を有し、他の官能基を他方の末端に有するシリコーン化合物が得られる。
A−II)本発明の製造方法Aの二つ目の態様は、
上記A−I)に記載の工程により下記式(Ia−1)で表される、片末端に有機金属化合物と非反応性である官能基を有し、他方の末端にSiH基を有するシリコーン化合物を製造し、
ついで、該式(Ia−1)で表される化合物と、下記式(vi)で表される末端ビニル基を有する化合物とを付加反応させて
CH2=CH−Q3−B2 (vi)
(式中、Q3は、単結合、又は、アミド結合、エーテル結合、エステル結合、ウレタン結合、又は不飽和結合から成る群より選ばれる1以上の結合を含んでよい、置換又は非置換の、炭素数1〜18の二価炭化水素基であり、B2はラジカル重合性を有する官能基、有機金属化合物と反応性を有する官能基又は原子、又は、式(Ia−1)のA1とは異なる、有機金属化合物と非反応性の官能基である)
下記式(Ib)で表されるシリコーン化合物を得る工程を含む製造方法である。
(R1、A1、Q1、Q2、B2及びmは上記の通りである)
当該製造方法により、片末端(A1)に有機金属化合物と非反応性である官能基を有し、他方の末端(B2)にラジカル重合性を有する官能基、有機金属化合物と反応性を有する官能基又は原子、又はA1とは異なる、有機金属化合物と非反応性の官能基を有するシリコーン化合物が得られる。
上記式(vi)で表される化合物としては、例えば、2−アリルオキシエタノール(アリルグリコール)、アリルアミン、アリルオキシエチルメタクリレート、ジエチレングリコールアリルメチルエーテル、ジメチルアリルアミン、アリルグリシジルエーテル、3−ブテン酸、及びアリルイソシアネート等が挙げられる。また、上記以外の酸性官能基や塩基性官能基などを含んでいてもよい。
上記式(vi)で表される化合物との付加反応は反応溶剤を使用せずに行うことが可能であるが、好ましくは反応溶剤を使用する。溶剤としては、たとえば、ヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン等の脂肪族炭化水素溶剤、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素溶剤、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール溶剤、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶剤、ジオキサン、ジブチルエーテル、ジメトキシエタン等のエーテル系溶剤、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶剤、クロロホルム等の塩素系溶剤などが挙げられる。特には、トルエンのような芳香族炭化水素が最も好適である。溶剤の量は特に制限されず適宜調整すればよい。
付加反応はヒドロシリル化触媒の存在下で行われるのがよい。ヒドロシリル化触媒は従来公知の触媒であればよい。例えば貴金属触媒、特には塩化白金酸から誘導される白金触媒が好適である。特には、塩化白金酸の塩素イオンを重曹で完全中和して白金触媒の安定性を向上させることがよい。触媒の添加量は上記付加反応を進行させるための触媒量であればよい。付加反応の温度も特に制限されるものでなく適宜調整すればよい。特には20℃〜150℃、より好ましくは50℃〜120℃がよい。反応時間は例えば1〜12時間、好ましくは3〜8時間がよい。
式(vi)で表される化合物の量は、一般式(Ia−1)で表わされる化合物に対し過剰モルとなる量が好ましい。例えば一般式(Ia−1)で表わされる化合物1モルに対し1.01〜3モル、好ましくは1.05〜2モル、さらに好ましくは1.1〜1.5モルとなる量比が好ましい。
A−III)本発明の製造方法Aの三つ目の態様は、
上記A−I)に記載の工程により下記式(Ia−2)で表される、末端にOP基を有するシリコーン化合物を製造し(Pは水酸基の保護基である)、
(上記式(Ia−2)において、R1、Q1、Q2、b及びmは上記(1−1b)の通りであり、B3は、水素原子、有機金属化合物と反応性を有する官能基、又は、有機金属化合物と非反応性の官能基であり、bは0又は1であり、B3が水素原子の場合、bは0であり、Pは水酸基の保護基であり、例えば、トリメチルシリル基、ベンジル基等が挙げられる)
上記式(Ia−2)の化合物から保護基Pを除くことにより下記式(Ia−3)の化合物を得る工程を含む製造方法である。保護基を除く方法は従来公知の方法に従えばよい。
(R1、Q1、Q2、m、B3、及びbは上記の通りである)
また、さらに、上記式(Ia−3)で表される化合物と、末端にラジカル重合性官能基を有するハロゲン化合物、例えば(メタ)アクリル酸クロリド等を反応させて、下記式(Ic)で表される化合物を得ることができる。該反応は従来公知の方法に従い行えばよい。
(上記式(Ic)において、R1、Q1、Q2、m、B3は上記の通りであり、A3はラジカル重合性を有する官能基である)
該製造方法により、片末端にラジカル重合性官能基を有し、他方の末端に他の官能基を有するシリコーン化合物を得ることができる。
A−IV)本発明の製造方法Aの四つ目の態様は、上記A−I)又はA−II)に記載の工程により、片末端にシリル化ヒドロキシル基、ベンジル化ヒドロキシル基、シリル化1,2−エタンジオール基、ベンジル化1,2−エタンジオール基、又はベンジル化3級アミノ基等の保護された官能基を有するシリコーン化合物を製造し、該官能基から保護基を除く工程を含む製造方法である。該製造方法により、片末端(A)に有機金属化合物と反応性を有する官能基を有し、他方の末端(B)に、水素原子、ラジカル重合性を有する官能基、有機金属化合物と非反応性を有する官能基、又は、Aとは異なる有機金属化合物と反応性を有する官能基又は原子を有するシリコーン化合物を与えることができる。
保護基の除去は従来公知の方法に従えばよい。例えば、シリル基は、水あるいはアルコール存在下で除去することができる。好ましくはアルコール中であり、例えば、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、1−プロパノール、イソブタノール、及び1−ブタノール等が好適に使用される。特にはイソプロピルアルコールが好ましい。該反応は酸や塩基存在下で行っても良い。酸触媒は特に制限されるものでなく、脱シリル化のために従来使用される触媒であればよい。例えば、酢酸、アクリル酸、パラニトロ安息香酸、フマル酸、及びカルボン酸型等の固体酸触媒等が挙げられる。特に、酢酸が最も好適である。酸触媒の量、反応温度等は特に制限されるものでなく、従来公知の方法に従えばよい。
より詳細には、本発明の製造方法の一例としては、上記式(iii)又は上記式(iv)で示されるシロキサンを50質量%のトルエンで希釈し、1モル当量のn−ブチルリチウム(n−ヘキサン溶液)を添加する。続いて、200質量%のテトラヒドロフランで溶解したヘキサメチルシクロトリシロキサンを添加する。室温下で3時間程度反応させることにより反応は完結する。また、その際にヘキサメチルシクロトリシロキサンをGC測定等でモニタリングすることで反応の進行を確認できる。ヘキサメチルシクロトリシロキサンの反応後、1モル当量のハロゲン化シリル化合物を添加し、室温下で1時間程度反応させることにより反応は完結する。反応の完結後、有機層を水で洗浄し、洗浄液のpHが中性付近(pH=6〜8)になったところで有機層を取り出す。有機層に存在する溶媒および未反応の原料を減圧留去することで、上記式(I)で示されるシリコーン化合物を得ることができる。
さらに本発明は、下記一般式(1)で表される、片末端にアミノ基を有し他方の末端に他の官能基を有するシリコーン化合物及びその製造方法(製造方法B)を提供する。
ここでmは1〜300の整数であり、好ましくは2〜200の整数であり、更に好ましくは3〜100の整数であり、特にはmは1〜6の整数である。R1は、互いに独立に、置換又は非置換の、不飽和結合を有してよい炭素数1〜10の一価炭化水素基であり、特には、炭素数1〜6の置換又は非置換の炭化水素基である。Xは−Q4B’で示される、炭素数0〜48の有機官能基であり、Q4は、単結合又は、アミド結合、エーテル結合、エステル結合、ウレタン結合、又は不飽和結合から成る群より選ばれる1以上の結合を含んでよい、置換又は非置換の、炭素数1〜18の二価炭化水素基であり、B’は、有機金属化合物と非反応性である官能基、ラジカル重合性を有する官能基、又は有機金属化合物と反応性を有する官能基である。
上記一般式(1)で表される末端アミノ基および他の末端官能基を有するシリコーン化合物は、下記式(4)で表される化合物
(式中、m、X、およびR1は上記の通りであり、R2はC1〜3アルキル基である)
を脱シリル化反応させることにより製造される。
上記一般式(4)で表わされる化合物は、下記一般式(3)で表されるハイドロジェンシリコーンと
(式中、m、R1及びR2は前述の通りである)
下記式(5)で表される、有機官能基と二重結合を併せ持つ化合物とを付加反応させて得ることができる。
CH2=CH−X (5)
(式中、Xは前述の通りである。)
上記式(3)で表わされる化合物は、下記一般式(2)で表わされる化合物
(式中、m、及びR1は前述の通りである)の一方の末端のSi−Hに、下記式(6)で表されるビス(トリC1〜3アルキルシリル)アリルアミンを付加反応させることにより製造される。
CH2=CHCH2N(SiR2 3)2 (6)
(式中、R2は前述の通りである。)
以下、当該製造方法Bについてより詳細に説明する。
B−i)末端アミノ基および他の末端官能基を有するシリコーンの製造
本発明の一般式(1)において、特に好ましくは、mは1〜6の整数であり、更に好ましくは2〜5の整数である。mが上限より大きいと、蒸留により精製するのが困難になるおそれがある。R1は、互いに独立に、好ましくは炭素数1〜6の置換又は非置換の炭化水素基であり、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ヘキシル基等のアルキル基、フェニル基等のアリール基、これらの基の水素原子の一部又は全部をフッ素で置換したもの、例えばトリフロロプロピル基等が挙げられる。Xは炭素数0〜48の有機官能基であり、例えば、ヒドロキシル基、メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基、ビニル基、アリル基等のアルケニル基、2級アミノ基、3級アミノ基、4級アンモニウム基、ハロゲン原子、ニトロ基、アジド基、エポキシ基、スチリル基等のアリールアルケニル基、フェノール基、チオール基、カルボキシル基、およびこれら基の一つで置換されたC1〜C48アルキル基から選ばれた有機官能基であり、アルキル基の炭素‐炭素結合がヘテロ原子、たとえば酸素原子、硫黄原子で中断されていてもよい。例えば、C1〜C48アルキル基の炭素‐炭素結合が1以上の酸素原子で中断されて、モノあるいはポリエーテルとなっていてもよい。C1〜C48アルキル基は好ましくは、C1〜C24アルキル基である。置換基としては、フッ素、臭素、塩素などのハロゲン原子、シアノ基などが挙げられる。
一般式(4)において、R2は互いに同一又は異種の、互に独立に、炭素数1〜3のアルキル基であり、例えばメチル基、エチル基、プロピル基が挙げられる。
一般式(1)で表される末端アミノ基および他の末端官能基を有するシリコーンの製造方法は、一般式(4)で表される化合物を脱シリル化反応させる。
本発明の製造方法では、前述の一般式(4)で表わされる化合物に酸を作用させてもシロキサン鎖の切断が非常に少なく、シリル基が選択的に脱シリル化されるため、上記一般式(1)で表される目的化合物を高純度で製造することができる。
この脱シリル化反応は、アルコール中または水中で行われ、アルコール中が好ましい。
アルコールの量は適宜調整されればよく、特に制限されるものでない。例えば末端アミノ基および他の末端官能基を有するシリコーン前駆体の質量に対し半量から倍量であればよく、さらには末端アミノ基および他の末端官能基を有するシリコーン前駆体とほぼ同量であるのが良い。アルコールとしては、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、1−プロパノール、イソブタノール、及び1−ブタノール等が好適に使用される。特にはイソプロピルアルコールが好ましい。
またこの脱シリル化反応は酸触媒存在下で行われるのが好ましい。酸触媒は特に制限されるものでなく、脱シリル化のために従来使用される触媒であればよい。特に好ましくは、シロキサン鎖の切断を抑制するため、水中での酸解離定数(pKa)が2.0以上で表される弱酸が良い。具体的には、酢酸、アクリル酸、パラニトロ安息香酸、フマル酸、及びカルボン酸型等の固体酸触媒等が挙げられる。特に、酢酸が最も好適である。この酸触媒の量は特に制限されるものでない。例えば、酢酸などの弱酸を使用する場合は、末端アミノ基および他の末端官能基を有するシリコーン前駆体に対して0.1〜5.0質量%、好ましくは0.5〜2.0質量%であるのが好ましい。
この脱シリル化反応は室温で行うこともできるが、その場合、反応を完結するのに多量の酸を必要とする。それ故、比較的少量の酸を使用して加温下で脱シリル化した方が良い。脱シリル化の反応条件は特に制限されるものでなく従来公知の条件に従えばよい。反応温度は、例えば40〜100℃の範囲にある温度、好ましくは50〜80℃の温度である。これより温度が低い場合には、反応を完結するのに多量の酸を必要とし、反応効率の低下やシロキサン鎖の切断のおそれがあり、これより高い場合には、シロキサン鎖の切断やアルコールの蒸発により、生成物の純度及び収率が低下するおそれがある。反応時間は、例えば0.5〜48時間であればよく、好ましくは1〜6時間である。
本発明の製造方法の一例を挙げると、一般式(4)で表されるシリコーンを同質量のイソプロピルアルコールで希釈し、一般式(4)で表されるシリコーンに対して1.0質量%の酢酸を添加する。80℃にて3時間攪拌することにより脱シリル化が完結する。得られる末端アミノ基および他の末端官能基を有するシリコーンが低分子量である場合には、GC(ガスクロマトグラフィー)測定にて反応が完結したことを確認できる。また得られる末端アミノ基および他の末端官能基を有するシリコーンが高分子量である場合には、反応にて生成するシリル化イソプロピルアルコールの量をGC測定でチェックすることで反応が完結したことを確認できる。反応が完結した後も長時間加熱を行うと目的の末端アミノ基および他の末端官能基を有するシリコーンの純度が低下する恐れがあるので好ましくない。反応完結を確認した後、使用した酸の5倍質量のハイドロタルサイト(商品名:キョーワード(登録商標)500、協和化学工業株式会社製)を反応液に添加して、室温で1時間撹拌して酸を中和し、ろ紙濾過によりハイドロタルサイトを除去し、濾液から溶剤として働いたイソプロピルアルコールを減圧留去することで、上記一般式(1)で表される末端アミノ基および他の末端官能基を有するシリコーンが得られる。この方法は非常に簡便であり、また得られる末端アミノ基および他の末端官能基を有するシリコーンは高純度である。
なお、上記したように、本発明において高純度とは、特定の一の構造を有する(即ち、mが特定の一つの整数であり、X、R1、R2およびR3が夫々特定の1種類の基である)化合物が、GPCまたはGCクロマトグラムにおいて90%以上、好ましくは95%以上のピーク面積を有することである。
B−ii)末端アミノ基および他の末端官能基を有するシリコーンの前駆体の製造
次に、上記式(1)で表される末端アミノ基および他の末端官能基を有するシリコーンの原料である上記式(4)で表される化合物を製造する方法を説明する。上記式(4)で表される化合物は、下記一般式(3)で表されるハイドロジェンシリコーンと
(式中、m、R1及びR2は前述の通りである)
下記式(5)で表される、有機官能基と二重結合を併せ持つ化合物とを付加反応させて得ることができる。
CH2=CH−X (5)
(式中、Xは前述の通りである。)
式(5)で表される、有機官能基と二重結合を併せ持つ化合物としては、例えば、2−アリルオキシエタノール(アリルグリコール)、ジエチレングリコールアリルメチルエーテル、ジメチルアリルアミン、アリルクロライド、アリルグリシジルエーテル、3−ブテン酸等が挙げられ、上記した以外の酸性官能基や塩基性官能基などを含んでいてもよい。この方法により一般式(4)で表される化合物を容易にかつ高純度で製造することが出来る。
この付加反応は反応溶剤を使用せずに行うことが可能であるが、好ましくは反応溶剤を使用する。この溶剤としては、たとえば、ヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン等の脂肪族炭化水素溶剤、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素溶剤、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール溶剤、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶剤、ジオキサン、ジブチルエーテル、ジメトキシエタン等のエーテル系溶剤、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶剤、クロロホルム等の塩素系溶剤などが挙げられる。特には、トルエンのような芳香族炭化水素が最も好適である。溶剤の量は特に制限されず適宜調整すればよい。
この付加反応はヒドロシリル化触媒の存在下で行われるのがよい。ヒドロシリル化触媒は従来公知の触媒であればよい。例えば貴金属触媒、特には塩化白金酸から誘導される白金触媒が好適である。
塩化白金酸の塩素イオンを重曹で完全中和して白金触媒の安定性を向上させることがよい。例えば1,1,3,3−テトラメチル−1,3−ジビニルジシロキサンと塩化白金酸の重曹中和物との錯体(カルステッド触媒)が、反応触媒として最も好適である。
ヒドロシリル化触媒の添加量は上記付加反応を進行させるための触媒量であればよい。例えば、1,1,3,3−テトラメチル−1,3−ジビニルジシロキサンと塩化白金酸の重層中和物との錯体を、一般式(3)で表わされる化合物の質量に対し、白金換算量で5ppm〜80ppmとなる量である。触媒の量が少ないと反応速度が遅いため好ましくない。また、触媒の量が多すぎても反応速度性は格別に向上せず、不経済となるので好ましくない。
この付加反応の温度は特に制限されるものでなく適宜調整すればよい。特には20℃〜150℃、より好ましくは50℃〜120℃がよい。この反応の原料を全て仕込み一括にて反応させることができる。しかし、より好適には、式(5)で表される化合物、反応溶剤、及びヒドロシリル化触媒を反応器に仕込み、次いで一般式(3)で表わされる化合物を滴下して反応させるのが良い。滴下時の反応液の温度は80℃〜90℃付近であるのが特に好ましい。反応時間は例えば1〜12時間、好ましくは3〜8時間がよい。
式(5)で表される有機官能基と二重結合を併せ持つ化合物の量は、一般式(3)で表わされる化合物に対し過剰モルとなる量が好ましい。例えば一般式(3)で表わされる化合物1モルに対し1.01〜3モル、好ましくは1.05〜2モル、さらに好ましくは1.1〜1.5モルとなる量比が好ましい。
一般式(3)で表わされる化合物の滴下終了後、例えば80〜90℃で2時間熟成した後、未反応の一般式(3)で表わされる化合物の有無を、例えばガスクロマトグラフィー(GC)分析においてピークが消失したことで確認する。次に、反応溶剤たとえばトルエン、および過剰に仕込んだ未反応の式(5)の化合物を内温130℃でストリップすることで、前述した一般式(4)で表される化合物が高純度で得られる。
B−iii)ハイドロジェンシリコーンの製造
次に、前述の式(3)で表される化合物ハイドロジェンシリコーンを製造する方法を説明する。上記式(3)で表される化合物は、下記一般式(2)で表されるジハイドロジェンポリシロキサンと
(式中、m及びR1は前述の通りである)
下記式(6)で表されるビス(トリC1〜3アルキルシリル)アリルアミン
CH2=CHCH2N(SiR2 3)2 (6)
(式中、R2は前述の通りである)
とを付加反応させることにより製造される。この付加反応は上記「ii)末端アミノ基および他の末端官能基を有するシリコーンの前駆体の製造」の項で記載した反応条件に従って行うことが好ましい。
この付加物を蒸留にて精留することで前述の式(3)で表される化合物を得ることができる。この方法により前述一般式(3)で表される化合物を容易にかつ高純度で製造することが出来る。
本発明のシリコーン化合物は、両末端に異なる官能基を有し、且つ、十分なシロキサン含有率を有することができる。従って、本発明のシリコーン化合物は、樹脂改質用途、及び医療用デバイスの材料、特には眼科デバイスの材料として有用である。特に、上記式(I)において片末端(A及びBのいずれかの末端)にラジカル重合性官能基を有するシリコーン化合物は、ラジカル重合により導かれる繰り返し単位を有する重合体を与えることができる。該シリコーン化合物は、(メタ)アクリル基など、上記シリコーン化合物のラジカル重合性官能基と重合する基を有する他の化合物(以下、重合性モノマー、または親水性モノマーという)との相溶性が良好である。そのため、重合性モノマーと共重合することにより無色透明の共重合体を与えることができる。また、単独で重合することも可能である。ラジカル重合性官能基を有するシリコーン化合物は、眼科デバイス製造用モノマーとして特に好適である。
重合性モノマーとしては、例えば、(メタ)アクリル酸、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、(ポリ)エチレングリコールジメタクリレート、ポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレート、ポリアルキレングリコールモノアルキルエーテル(メタ)アクリレート、トリフルオロエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2,3―ジヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート等のアクリル系モノマー;N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミド、N−アクリロイルモルホリン、N−メチル(メタ)アクリルアミド等のアクリル酸誘導体;その他の不飽和脂肪族もしくは芳香族化合物、例えばクロトン酸、桂皮酸、ビニル安息香酸;及び(メタ)アクリル基などの重合性基を有するシリコーンモノマーが挙げられる。これらは1種単独でも、2種以上を併用してもよい。
本発明の化合物と上記他の重合性モノマーとの共重合は従来公知の方法により行えばよい。例えば、熱重合開始剤や光重合開始剤など既知の重合開始剤を使用して行うことができる。該重合開始剤としては、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−プロパン−1−オン、アゾビスイソブチロニトリル、アゾビスジメチルバレロニトリル、ベンゾイルパーオキサイド、tert−ブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイドなどがあげられる。これら重合開始剤は単独でまたは2種以上を混合して用いることができる。重合開始剤の配合量は、重合成分の合計100質量部に対して0.001〜2質量部、好ましくは0.01〜1質量部であるのがよい。
また、本発明のシリコーン化合物から導かれる繰返し単位を含む重合体は、十分なシロキサン含有率を有するため、酸素透過性に優れる。従って、眼科デバイス、例えば、コンタクトレンズ、眼内レンズ、人工角膜を製造するのに好適である。該重合体を用いた眼科デバイスの製造方法は特に制限されるものでなく、従来公知の眼科デバイスの製造方法に従えばよい。例えば、コンタクトレンズ、眼内レンズなどレンズの形状に成形する際には、切削加工法や鋳型(モールド)法などを使用できる。
以下、実施例及び比較例を示し、本発明をより詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
[実施例A1〜22]
(製造方法A)
下記実施例A1〜A22において、粘度はキャノンフェンスケ粘度計を用い、比重は浮秤計を用いて測定した。屈折率はデジタル屈折率計RX−5000(アタゴ社製)を用いて測定した。1H−NMR分析は、JNM−ECP500(日本電子社製)を用い、測定溶媒として重クロロホルムを使用して実施した。
[実施例A1](製造方法A−I)
ジムロート、温度計、滴下漏斗を付けた3Lの三口ナスフラスコに、2,4,6,8−テトラメチル−2,4,6,8−テトラ(N、N−ジメチルアミノプロピル)シクロテトラシロキサン92.4gを添加し、n−ブチルリチウムヘキサン溶液294.0gを滴下漏斗から滴下した。滴下終了後、反応液を室温で1時間撹拌し、ガスクロマトグラフィー(GC)で出発物質の消失を確認して反応終了とした。反応終了後にヘキサメチルシクロトリシロキサン776.0g、トルエン776.0g、DMF36.4gを添加し、40℃で4時間撹拌撹拌し、ガスクロマトグラフィー(GC)でヘキサメチルシクロトリシロキサンの消失を確認して反応終了とした。反応終了後にメタクリロイルオキシプロピルジメチルクロロシラン159.5g、トリエチルアミン3.50g、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール0.25gを添加し、室温で1時間撹拌した。反応終了後、有機層を分液漏斗に移して水道水で5回洗浄した。有機層を分離し、溶媒及び未反応の原料を内温90℃で減圧留去し、下記式(9)で表されるシリコーン化合物を得た。収量845.6g。以下に1H−NMRデータを記載する。
0.0ppm(45H)、0.6ppm(6H)、0.9ppm(3H)、1.3ppm(4H)、1.5ppm(2H)、1.7ppm(2H)、2.0ppm(3H)、2.2ppm(8H)、4.1ppm(2H)、5.5ppm(1H)、6.1ppm(1H)。
[実施例A2](製造方法A−I)
2,4,6,8−テトラメチル−2,4,6,8−テトラ(N、N−ジメチルアミノプロピル)シクロテトラシロキサンの代わりに2,4,6,8−テトラメチル−2,4,6,8−テトラ(N、N−ビストリメチルシリルアミノプロピル)シクロテトラシロキサンを用いた以外は、実施例1を繰り返し、下記式(10)で表されるシリコーン化合物を得た。収量863.6g。以下に1H−NMRデータを記載する。
0.0ppm(63H)、0.6ppm(6H)、0.9ppm(3H)、1.3ppm(4H)、1.5ppm(2H)、1.7ppm(2H)、2.0ppm(3H)、2.2ppm(2H)、4.1ppm(2H)、5.5ppm(1H)、6.1ppm(1H)。
[実施例A3](製造方法A−I)
2,4,6,8−テトラメチル−2,4,6,8−テトラ(N、N−ジメチルアミノプロピル)シクロテトラシロキサンの代わりに2,4,6,8−テトラメチル−2,4,6,8−テトラ(ポリエチレンオキシドプロピル)シクロテトラシロキサンを用いた以外は、実施例1を繰り返し、下記式(11)で表されるシリコーン化合物を得た。収量894.1g。以下に1H−NMRデータを記載する。
0.0ppm(45H)、0.6ppm(6H)、0.9ppm(3H)、1.3ppm(4H)、1.5ppm(2H)、1.7ppm(2H)、2.0ppm(3H)、3.3−3.7ppm(21H)、4.1ppm(2H)、5.5ppm(1H)、6.1ppm(1H)。
[実施例A4](製造方法A−I)
2,4,6,8−テトラメチル−2,4,6,8−テトラ(N、N−ジメチルアミノプロピル)シクロテトラシロキサンの代わりに2,4,6,8−テトラメチル−2,4,6,8−テトラ(トリメチルシリルプロピレングリコール)シクロテトラシロキサンを用いた以外は、実施例1を繰り返し、下記式(12)で表されるシリコーン化合物を得た。収量840.0g。以下に1H−NMRデータを記載する。
0.0ppm(54H)、0.6ppm(6H)、0.9ppm(3H)、1.3ppm(4H)、1.5ppm(2H)、1.7ppm(2H)、2.0ppm(3H)、2.2ppm(1H)、3.3−3.7ppm(6H)、4.1ppm(2H)、5.5ppm(1H)、6.1ppm(1H)。
[実施例A5](製造方法A−I)
2,4,6,8−テトラメチル−2,4,6,8−テトラ(N、N−ジメチルアミノプロピル)シクロテトラシロキサンの代わりに2,4,6,8−テトラメチル−2,4,6,8−テトラ(ベンジルプロピレングリコール)シクロテトラシロキサンを用いた以外は、実施例1を繰り返し、下記式(13)で表されるシリコーン化合物を得た。収量865.6g。以下に1H−NMRデータを記載する。
0.0ppm(45H)、0.6ppm(6H)、0.9ppm(3H)、1.3ppm(4H)、1.5ppm(2H)、1.7ppm(2H)、2.0ppm(3H)、3.3−3.7ppm(6H)、4.1ppm(2H)、4.4ppm(2H)、5.5ppm(1H)、6.1ppm(1H)、7.2−7.3ppm(5H)。
[実施例A6](製造方法A−I)
2,4,6,8−テトラメチル−2,4,6,8−テトラ(N、N−ジメチルアミノプロピル)シクロテトラシロキサンの代わりに2,4,6,8−テトラメチル−2,4,6,8−テトラビニルシクロテトラシロキサンを用いた以外は、実施例1を繰り返し、下記式(14)で表されるシリコーン化合物を得た。収量813.1g。以下に1H−NMRデータを記載する。
0.0ppm(45H)、0.6ppm(4H)、0.9ppm(3H)、1.3ppm(4H)、1.7ppm(2H)、2.0ppm(3H)、4.1ppm(2H)、5.5ppm(1H)、5.7ppm(1H)、5.9ppm(1H)、6.0ppm(1H)、6.1ppm(1H)。
[実施例A7](製造方法A−I)
メタクリロイルオキシプロピルジメチルクロロシランの代わりにジメチルクロロシランを用いた以外は、実施例1を繰り返し、下記式(15)で表されるシリコーン化合物を得た。収量723.2g。以下に1H−NMRデータを記載する。
0.0ppm(45H)、0.6ppm(4H)、0.9ppm(3H)、1.3ppm(4H)、1.5ppm(2H)、2.2ppm(8H)、4.7ppm(1H)。
[実施例A8](製造方法A−I)
メタクリロイルオキシプロピルジメチルクロロシランの代わりにジメチルクロロシランを用いた以外は、実施例2を繰り返し、下記式(16)で表されるシリコーン化合物を得た。収量753.6g。以下に1H−NMRデータを記載する。
0.0ppm(63H)、0.6ppm(4H)、0.9ppm(3H)、1.3ppm(4H)、1.5ppm(2H)、2.2ppm(2H)、4.7ppm(1H)。
[実施例A9](製造方法A−I)
メタクリロイルオキシプロピルジメチルクロロシランの代わりにジメチルクロロシランを用いた以外は、実施例5を繰り返し、下記式(17)で表されるシリコーン化合物を得た。収量750.0g。以下に1H−NMRデータを記載する。
0.0ppm(45H)、0.6ppm(4H)、0.9ppm(3H)、1.3ppm(4H)、1.5ppm(2H)、3.3−3.7ppm(6H)、4.4ppm(2H)、4.7ppm(1H)、7.2−7.3ppm(5H)。
[実施例A10](製造方法A−II)
ジムロート、温度計、滴下漏斗を付けた500mLの三口ナスフラスコに、実施例A7で得た上記式(15)で表される化合物100.0g、トルエン50.0gを添加し、80℃まで昇温した。塩化白金酸の重曹中和物・ビニルシロキサン錯体のトルエン溶液(白金含有量0.5%)0.1gを該フラスコに投入した。滴下漏斗からアリルグリコール20.0gを滴下し、滴下後、80〜90℃で2時間熟成した。トルエンと過剰量のアリルグリコールを内温130℃で減圧留去したところ、下記式(18)で表されるシリコーン化合物106.2gを得た。以下に1H−NMRデータを記載する。
0.0ppm(45H)、0.6ppm(6H)、0.9ppm(3H)、1.3ppm(4H)、1.5ppm(4H)、2.2ppm(8H)、3.3−3.7ppm(21H)。
[実施例A11](製造方法A−II)
アリルグリコールの代わりにアリルアミンを用いた以外は、実施例A10を繰り返し、下記式(19)で表されるシリコーン化合物を得た。収量105.5g。以下に1H−NMRデータを記載する。
0.0ppm(45H)、0.6ppm(6H)、0.9ppm(3H)、1.3ppm(4H)、1.5ppm(4H)、2.2ppm(10H)。
[実施例A12](製造方法A−II)
アリルグリコールの代わりにアリロキシエチルメタクリレートを用いた以外は、実施例A10を繰り返し、下記式(9)で表されるシリコーン化合物を得た。収量108.2g。以下に1H−NMRデータを記載する。
0.0ppm(45H)、0.6ppm(6H)、0.9ppm(3H)、1.3ppm(4H)、1.5ppm(2H)、1.7ppm(2H)、2.0ppm(3H)、2.2ppm(8H)、4.1ppm(2H)、5.5ppm(1H)、6.1ppm(1H)。
[実施例A13](製造方法A−II)
上記式(15)で表される化合物の代わりに実施例A8で得た上記式(16)で表されるシリコーン化合物を用いた以外は、実施例A10を繰り返し、下記式(20)で表されるシリコーン化合物を得た。収量109.7g。以下に1H−NMRデータを記載する。
0.0ppm(63H)、0.6ppm(6H)、0.9ppm(3H)、1.3ppm(4H)、1.5ppm(4H)、2.2ppm(2H)、3.3−3.7ppm(21H)。
[実施例A14](製造方法A−IV)
ジムロート、温度計、滴下漏斗を付けた300mLの三口ナスフラスコに、実施例A13で得られた上記式(20)で表されるシリコーン化合物100.0g、イソプロピルアルコール100.0gを添加し、80℃まで昇温した。トリフロロ酢酸0.4gを該フラスコに投入した。70〜80℃で2時間熟成した。キョーワード(登録商標)500(協和化学工業株式会社製)を2.0g投入し、室温で1時間攪拌後、反応液を濾過した。濾液から溶媒および低分子化合物を内温130℃まで減圧留去したところ、下記式(21)で表されるシリコーン化合物を得た。以下に1H−NMRデータを記載する。
0.0ppm(45H)、0.6ppm(6H)、0.9ppm(3H)、1.3ppm(4H)、1.5ppm(4H)、2.2ppm(2H)、3.3−3.7ppm(21H)。
[実施例A15](製造方法A−II)
上記式(15)で表される化合物の代わりに実施例A9で得た上記式(17)で表されるシリコーン化合物を用いた以外は、実施例A12を繰り返し、下記式(13)で表されるシリコーン化合物を得た。収量103.4g。以下に1H−NMRデータを記載する。
0.0ppm(45H)、0.6ppm(6H)、0.9ppm(3H)、1.3ppm(4H)、1.5ppm(2H)、1.7ppm(2H)、2.0ppm(3H)、3.3−3.7ppm(6H)、4.1ppm(2H)、4.4ppm(2H)、5.5ppm(1H)、6.1ppm(1H)、7.2−7.3ppm(5H)。
[実施例A16](製造方法A−IV)
ジムロート、温度計、滴下漏斗を付けた300mLの三口ナスフラスコに、実施例A15で得た上記式(13)で表されるシリコーン化合物100.0g、酢酸エチル50.0g、エタノール50.0gを添加し、80℃まで昇温した。パラジウムカーボン(パラジウム含有量5%)0.2gを該フラスコに投入した。水素気流中、常圧で80〜90℃で2時間熟成した。さらに室温で1時間攪拌後、反応液を濾過した。濾液から溶媒および低分子化合物を内温100℃で減圧留去したところ、下記式(22)で表されるシリコーン化合物80.5gを得た。以下に1H−NMRデータを記載する。
0.0ppm(45H)、0.6ppm(6H)、0.9ppm(3H)、1.3ppm(4H)、1.5ppm(2H)、1.7ppm(2H)、2.0ppm(3H)、3.3−3.7ppm(6H)、4.1ppm(2H)、5.5ppm(1H)、6.1ppm(1H)。
[実施例A17](製造方法A−II)
アリルグリコールの代わりにアリルグリシジルエーテルを用いた以外は、実施例A10を繰り返し、下記式(23)で表されるシリコーン化合物を得た。収量107.5g。以下に1H−NMRデータを記載する。
0.0ppm(45H)、0.6ppm(6H)、0.9ppm(3H)、1.3ppm(4H)、1.5ppm(4H)、2.2ppm(8H)、2.6ppm(1H)、2.8ppm(1H)、3.1ppm(1H)、3.4ppm(3H)、3.7ppm(1H)。
[実施例A18](製造方法A−IV)
上記式(13)で表されるシリコーン化合物の代わりに実施例A9で得た上記式(17)で表されるシリコーン化合物を用いた以外は、実施例A16を繰り返し、下記式(24)で表されるシリコーン化合物を得た。収量76.5g。以下に1H−NMRデータを記載する。
0.0ppm(45H)、0.6ppm(4H)、0.9ppm(3H)、1.3ppm(4H)、1.5ppm(2H)、3.3−3.7ppm(6H)、4.7ppm(1H)。
[実施例A19](製造方法A−II)
上記式(15)で表される化合物の代わりに実施例A18で得た上記式(24)で表されるシリコーン化合物を用いた以外は、実施例A17を繰り返し、下記式(25)で表されるシリコーン化合物を得た。収量88.0g。以下に1H−NMRデータを記載する。
0.0ppm(45H)、0.6ppm(6H)、0.9ppm(3H)、1.3ppm(6H)、1.5ppm(2H)、3.3−3.7ppm(6H)、2.6ppm(1H)、2.8ppm(1H)、3.1ppm(1H)、3.4ppm(3H)、3.7ppm(1H)。
[実施例A20](製造方法A−III)
ジムロート、温度計、滴下漏斗を付けた300mLの三口ナスフラスコに、実施例A19で得られた上記式(25)で表されるシリコーン化合物50.0g、ノルマルヘキサン50.0g、トリエチルアミン5.0gを添加し、10℃まで冷却した。窒素気流中、メタクリル酸クロリド6.5gを滴下し、さらに室温で1時間攪拌した。その後、エタノールを4.0g添加し、さらに室温で1時間攪拌した。これを50.0gの純水で3回洗浄し、上層から溶媒および低分子化合物を内温100℃で減圧留去したところ、下記式(26)で表されるシリコーン化合物46.3gを得た。以下に1H−NMRデータを記載する。
0.0ppm(45H)、0.6ppm(6H)、0.9ppm(3H)、1.3ppm(6H)、1.5ppm(2H)、3.3−3.7ppm(4H)、2.6ppm(1H)、2.8ppm(1H)、3.1ppm(1H)、3.4ppm(3H)、3.7ppm(1H)、4.1ppm(2H)、5.5ppm(1H)、6.1ppm(1H)。
[実施例A21](製造方法A−I)
実施例A1において2,4,6,8−テトラメチル−2,4,6,8−テトラ(N、N−ジメチルアミノプロピル)シクロテトラシロキサンを6.2g、n−ブチルリチウムヘキサン溶液を19.6g、メタクリロイルオキシプロピルジメチルクロロシランを10.6gとした以外は、実施例A1を繰り返し、下記式(27)で表されるシリコーン化合物を得た。収量730.1g。以下に1H−NMRデータを記載する。
0.0ppm(549H)、0.6ppm(6H)、0.9ppm(3H)、1.3ppm(4H)、1.5ppm(2H)、1.7ppm(2H)、2.0ppm(3H)、2.2ppm(8H)、4.1ppm(2H)、5.5ppm(1H)、6.1ppm(1H)。
[実施例A22](製造方法A−I)
実施例A1において2,4,6,8−テトラメチル−2,4,6,8−テトラ(N、N−ジメチルアミノプロピル)シクロテトラシロキサンを3.1g、n−ブチルリチウムヘキサン溶液を9.8g、メタクリロイルオキシプロピルジメチルクロロシランを5.3gとした以外は、実施例A1を繰り返し、下記式(28)で表されるシリコーン化合物を得た。収量712.0g。以下に1H−NMRデータを記載する。
0.0ppm(1119H)、0.6ppm(6H)、0.9ppm(3H)、1.3ppm(4H)、1.5ppm(2H)、1.7ppm(2H)、2.0ppm(3H)、2.2ppm(8H)、4.1ppm(2H)、5.5ppm(1H)、6.1ppm(1H)。
[実施例B1〜7]
(製造方法B)
下記において1H−NMR分析は、ECS500(日本電子社製)を用い、測定溶媒として重クロロホルムを使用して実施した。
また純度は以下測定法で得られたものである。
シリコーンの純度測定法(GC法)
本明細書において、ガスクロマトグラフ測定は、すべて下記の条件で行われた。
Agilent社ガスクロマトグラフィー(FID検出器)を使用した。
キャピラリーカラム:J&W社 HP−5MS(0.25mm×30m×0.25μm)
昇温プログラム:50℃(5分)→10℃/分→250℃(保持)
注入口温度250℃、検出器温度FID300℃
キャリアガス:ヘリウム(1.0ml/分)
スプリット比:50:1 注入量:1μL
また、下記実施例4において、目的化合物のシロキサン結合が切断されているか否かをGPC測定により確認した。GPC測定は、下記の条件で行った。
測定装置:東ソー HLC−8220
測定条件:
カラム温度:40℃
流速:0.6ml/min
移動相:THF
カラム構成:
TSK gel Super H2500 (6*150)
TSK gel Super HM−N (6*150)
※ガードカラム TSK gel guardcolumn Super H−H (4.6*35)
注入量:50μl
サンプル濃度:0.3%
検出器:RI
下記において、Meはメチル基を意味する。
[実施例B1]
一般式(3)の化合物の合成
下記式(a)で表されるジハイドロジェンポリシロキサン714g(2mol)、
を、ジムロート、温度計、滴下ロート及び攪拌装置を付けた2Lフラスコに仕込み80℃まで昇温した。該フラスコに塩化白金酸重曹中和物・ビニルシロキサン錯体のトルエン溶液(白金含有量0.5wt%)を1.6g((a)の質量に対し、白金換算量で10ppm)投入した。次いで滴下ロートに仕込んだビス(トリメチルシリル)アリルアミン201g(1mol)を、80〜90℃で1時間かけて前記フラスコ内に滴下した。滴下後、80〜90℃にて1時間熟成した。熟成後、反応液をサンプリングし、GCにより分析をすることで、ビス(トリメチルシリル)アリルアミンが残存していないことを確認した。得られた反応混合物を、圧力1mmHg、温度130℃で減圧蒸留し、無色透明な生成物447gを得た。1H−NMR分析より下記式(b)で表されるハイドロジェンシリコーンであることが確認された。GC測定による該化合物の純度は98.1%だった。収量0.80mol、収率80%
図1に1H−NMRデータを記載する。
[実施例B2]
一般式(4)の化合物の合成
ジメチルアリルアミン26g(0.3mol)、トルエン90gをジムロート、温度計、滴下ロートおよび攪拌装置を付けた1Lフラスコに仕込み80℃まで昇温した。該フラスコに塩化白金酸重曹中和物・ビニルシロキサン錯体のトルエン溶液(白金含有量0.5wt%)を0.8g((b)の質量に対し、白金換算量で25ppm)投入した。次いで上記実施例1で得られたハイドロジェンシリコーン(b)150g(0.27mol)を滴下ロートに仕込み、80〜90℃で1時間かけて前記フラスコ内に滴下した。滴下後、80〜90℃にて1時間熟成した。熟成後、反応混合物をサンプリングし、アルカリによる水素ガス発生の有無を確認したところ、水素ガスは発生せず、従って仕込んだハイドロジェンシリコーンが残存していないことが確認された。トルエンと、過剰に仕込んだ未反応のジメチルアリルアミンを内温100℃で減圧留去したところ、無色透明な残留物161gを得た。1H−NMR分析より下記式(c)で表される異種末端シリコーンであることが確認された(0.25mol、収率93%)。図2に1H−NMRデータを記載する。
[実施例B3]
末端アミノ基および他の末端官能基を有するシリコーンの合成
上記実施例2で得られた異種末端シリコーンc)160g(0.25mol)、イソプロピルアルコール160g(2.67mol、一部は溶剤として働く)、及び酢酸1.6gをジムロート、温度計及び攪拌装置を付けた1Lフラスコに仕込み、80℃で3時間反応させた。GC測定にてトリメチルシリル化イソプロピルアルコールのピークが確認された。反応完結は1H−NMRで確認された。フラスコ内容物を室温まで冷却し、ハイドロタルサイト(キョーワード(登録商標)500、協和化学工業株式会社製)を8.0g投入し、1時間攪拌後、反応混合物を濾過した。濾液からイソプロピルアルコールを内温100℃まで減圧留去して、無色透明な残留物115gを得た。1H−NMR分析によりこれが、下記式(d)で表される末端アミノ基および他の末端官能基を有するシリコーンであることを確認した(0.23mol、収率92%)。図3に1H−NMRデータを記載する。該残留物のGPCを測定したところシロキサン結合の切断は見られなかった。GPCデータを、図4として添付する。GPC測定による主成分のピークはポリスチレン換算でMn=1160, Mw=1170, Mw/Mn=1.00であり、そのピーク面積は96.5%だった。
[実施例B4]
一般式(4)の化合物の合成
アリルグリコール30g(0.3mol)、トルエン90gをジムロート、温度計、滴下ロート、および攪拌装置を付けた1Lフラスコに仕込み80℃まで昇温した。該フラスコに塩化白金酸重曹中和物・ビニルシロキサン錯体のトルエン溶液(白金含有量0.5wt%)を0.8g投入した。次いで実施例1で得られた式(b)のハイドロジェンシリコーン150g(0.27mol)を滴下ロートに仕込み、80〜90℃で1時間かけて前記フラスコ内に滴下した。滴下後、80〜90℃にて1時間熟成した。熟成後、反応液をサンプリングし、アルカリによる水素ガス発生の有無を確認したところ、水素ガスは発生せず、従って式(b)のハイドロジェンシリコーンが残存していないことを確認した。トルエンと過剰に仕込んだ未反応のアリルグリコールを内温100℃で減圧留去したところ、無色透明な残留物171gを得た。1H−NMR分析よりこれが下記式(e)で表されるシリコーンであることが確認された(0.26mol、収率96%)。
[実施例B5]
一般式(1)の末端アミノ基および他の末端官能基を有するシリコーンの合成
上記実施例4で得られたシリコーン(e)170g(0.26mol)、イソプロピルアルコール170g、及び酢酸1.7gをジムロート、温度計および攪拌装置を付けた1Lフラスコに仕込み、80℃で3時間反応させた。GC測定にてトリメチルシリル化イソプロピルアルコールのピークが確認された。イソプロピルアルコールとトリメチルシリル化イソプロピルアルコールとの面積比より、脱シリル化反応の完結が確認された。また、反応完結は1H−NMRでも確認された。フラスコ内容物を室温まで冷却し、ハイドロタルタイト(キョーワード(登録商標)500、協和化学工業株式会社製)を8.5g投入し、1時間攪拌後、反応混合物を濾過した。濾液からイソプロピルアルコールを内温100℃まで減圧留去し、無色透明な残留物121gを得た。1H−NMR分析によりこれが下記式(f)で表されるシリコーンであることを確認した(0.23mol、収率90%)。該残留物のGPCを測定したところシロキサン結合の切断は見られなかった。GPC測定による主成分のピークはポリスチレン換算でMn=1210, Mw=1210, Mw/Mn=1.00であり、そのピーク面積は96.5%だった。
[実施例B6]
一般式(4)の化合物の合成
ジエチレングリコールアリルメチルエーテル48g(0.3mol)、トルエン90gをジムロート、温度計、滴下ロートおよび攪拌装置を付けた1Lフラスコに仕込み80℃まで昇温した。該フラスコに塩化白金酸重曹中和物・ビニルシロキサン錯体のトルエン溶液(白金含有量0.5wt%)を0.8g投入した。次いで実施例1で得られた式(b)のハイドロジェンシリコーン150g(0.27mol)を滴下ロートに仕込み、80〜90℃で1時間かけて前記フラスコ内に滴下した。滴下後、80〜90℃にて1時間熟成した。熟成後、反応混合物をサンプリングし、アルカリによる水素ガス発生の有無を確認したところ、水素ガスは発生せず、従って式(b)のハイドロジェンシリコーンが残存していないことを確認した。トルエンと過剰に仕込んだ未反応のジエチレングリコールアリルメチルエーテルを内温100℃で減圧留去したところ、無色透明な残留物186gを得た。1H−NMR分析より下記式(g)で表されるシリコーンであることが確認された(0.26mol、収率96%)。
[実施例B7]
末端アミノ基および他の末端官能基を有するシリコーンの合成
実施例6で得られたシリコーンg)185g(0.26mol)、イソプロピルアルコール185g、及び酢酸1.8gをジムロート、温度計及び攪拌装置を付けた1Lフラスコに仕込み、80℃で3時間反応させた。GC測定にてトリメチルシリル化イソプロピルアルコールのピークが確認された。イソプロピルアルコールとトリメチルシリル化イソプロピルアルコールとの面積比より、脱シリル化反応の完結が確認された。また、反応完結は1H−NMRでも確認された。フラスコ内容物を室温まで冷却し、ハイドロタルサイト(キョーワード(登録商標)500、協和化学工業株式会社製)を9.0g投入し、1時間攪拌後、反応混合物を濾過した。濾液からイソプロピルアルコールを内温100℃まで減圧留去し、無色透明な残留物138gを得た。1H−NMR分析によりこれが下記式(h)で表されるシリコーンであることを確認した(0.24mol、収率92%)。該残留物のGPCを測定したところシロキサン結合の切断は見られなかった。GPC測定による主成分のピークはポリスチレン換算でMn=1330, Mw=1340, Mw/Mn=1.00であり、そのピーク面積は96.5%だった。
[比較例B1]
末端アミノ基および末端ヒドロキシル基を有するシリコーンの合成
ジ(エチレングリコールプロピル)テトラメチルジシロキサン339g(1.0mol)、ビス(アミノプロピル)テトラメチルジシロキサン249g(1.0mol)、オクタメチルテトラシロキサン223g(0.75mol) をジムロート、温度計及び攪拌装置を付けた1Lフラスコに仕込んだ。該フラスコにトリフルオロメタンスルホン酸を0.4g投入し、反応混合物を25℃で8時間反応させた。ハイドロタルサイト(キョーワード(登録商標)500、協和化学工業株式会社製)を2.0g投入し、1時間攪拌後、反応混合物を濾過し、無色透明なろ液770gを得た。このろ液をGC測定したところ、多様な構造のシリコーンが確認され、末端アミノ基および末端ヒドロキシル基を有するシリコーンを単離することが不可能であった。
[比較例B2]
下記式(a)で表されるジハイドロジェンポリシロキサン714g(2mol)、
を、ジムロート、温度計、滴下ロートおよび攪拌装置を付けた2Lフラスコに仕込み、80℃まで昇温した。該フラスコに塩化白金酸重曹中和物・ビニルシロキサン錯体のトルエン溶液(白金含有量0.5wt%)を1.6g投入した。次いでアリルアミン57g(1mol)を滴下ロートに仕込み、80〜90℃で1時間かけて前記フラスコ内に滴下した。滴下後、GCにより分析を行ったところ、脱水素反応による副生成物と思われる高分子量体など多様な構造の化合物が確認された。
本発明の化合物は、二つの異なる末端官能基の反応性の違いにより単一化合物を用いて異なる改質を行うことを可能にする。特に、本発明のシリコーン化合物は、ポリシロキサンの両末端に異なる官能基を有し、十分なシロキサン含有率を有することができる。本発明の化合物及び該化合物の製造方法は、樹脂改質用途、医療用デバイスの材料として有用である。

Claims (28)

  1. 下記一般式(I)で表されるシリコーン化合物
    (式(I)中、R1は、互いに独立に、置換又は非置換の、不飽和結合を有してよい炭素数1〜10の一価炭化水素基であり、mは1〜300の整数であり、Q1及びQ2は、互いに独立に、アミド結合、エーテル結合、エステル結合、ウレタン結合、又は不飽和結合から成る群より選ばれる1以上の結合を含んでよい、置換又は非置換の、炭素数1〜20の二価炭化水素基であり、Aは、有機金属化合物と非反応性である官能基、ラジカル重合性を有する官能基、又は有機金属化合物と反応性を有する官能基または原子であり、Bは水素原子、又は前記Aの選択肢から選ばれる基又は原子であり、但し、AとBは異なる官能基であり、bは0又は1であり、Bが水素原子の場合bは0であり、Bが水素原子以外の場合bは1である)。
  2. 有機金属化合物と非反応性である官能基が、シリル化ヒドロキシル基、ベンジル化ヒドロキシル基、シリル化1,2−エタンジオール基、ベンジル化1,2−エタンジオール基、アルコキシ基、アルケニル基、3級アミノ基、シリル化3級アミノ基、ベンジル化3級アミノ基、4級アンモニウム基、スチリル基、ニトロ基、アジド基、アリール基、アリールアルケニル基、シリル化フェノール基、及びシリル化チオール基から選ばれる、請求項1記載のシリコーン化合物。
  3. ラジカル重合性を有する官能基が、(メタ)アクリロイル基又は(メタ)アクリルアミド基である、請求項1又は2記載のシリコーン化合物。
  4. 有機金属化合物と反応性を有する官能基または原子が、エポキシ基、カルボキシル基、イソシアネート基、アルコキシシリル基、ヒドロキシル基、1,2−エタンジオール基、1級アミノ基、2級アミノ基、フェノール基、及びチオール基から選ばれる基、又はハロゲン原子である、請求項1〜3のいずれか1項記載のシリコーン化合物。
  5. Q1及びQ2が、互いに独立に、下記(i)又は(ii)で示される基である、請求項1〜4のいずれか1項記載のシリコーン化合物
    (式中、kは0〜6の整数であり、kが0の場合、gは1〜4の整数であり、kが0でない場合、gは1〜17の整数であり、且つ、1≦3k+g≦20であり、式中*で示される箇所が式(I)のケイ素原子と結合しており、**で示される箇所がA又はBと結合している)。
  6. kが1であり、gが1〜4の整数である、請求項5記載のシリコーン化合物。
  7. kが0である、請求項5記載のシリコーン化合物。
  8. Aが、ヒドロキシル基、シリル化ヒドロキシル基、ベンジル化ヒドロキシル基、1,2−エタンジオール基、シリル化1,2−エタンジオール基、ベンジル化1,2−エタンジオール基、アルコキシ基、アルケニル基、1級アミノ基、3級アミノ基、シリル化3級アミノ基、4級アンモニウム基、及びハロゲン原子から選ばれる、請求項2〜7のいずれか一項記載のシリコーン化合物。
  9. Aがシリル化ヒドロキシル基、アルコキシ基、アルケニル基、ベンジル化ヒドロキシル基、ヒドロキシル基、1級アミノ基、及び3級アミノ基から選ばれる基であり、Bが水素原子、又は(メタ)アクリロイル基、(メタ)アクリルアミド基、ヒドロキシル基、1級アミノ基、3級アミノ基、エポキシ基、及びアルコキシシリル基から選ばれる基であり、但しAとBは異なる官能基又は原子である、請求項8記載のシリコーン化合物。
  10. A及びBのうちいずれかがラジカル重合性を有する官能基である、請求項1〜9のいずれか1項記載のシリコーン化合物。
  11. 請求項10記載のシリコーン化合物のラジカル重合性官能基の付加重合から導かれる繰返し単位を含む重合体。
  12. 請求項10記載のシリコーン化合物のラジカル重合性官能基と、これと重合性の基を有する他の化合物との重合から導かれる繰返し単位を含む共重合体。
  13. 請求項12記載の共重合体からなる眼科デバイス。
  14. 下記一般式(1)で表される、末端アミノ基および他の末端官能基を有する、請求項4記載のシリコーン化合物
    (ここでmは1〜300の整数であり、R1は、互いに独立に、置換又は非置換の、不飽和結合を有してよい炭素数1〜10の一価炭化水素基であり、Xは−Q4B’で示される、炭素数0〜48の有機官能基であり、Q4は、単結合又は、アミド結合、エーテル結合、エステル結合、ウレタン結合、又は不飽和結合から成る群より選ばれる1以上の結合を含んでよい、置換又は非置換の、炭素数1〜18の二価炭化水素基であり、B’は、有機金属化合物と非反応性である官能基、ラジカル重合性を有する官能基、又は有機金属化合物と反応性を有する官能基である)。
  15. 下記一般式(1)において、mが1〜6の整数であり、R1は、互いに独立に、置換又は非置換の、不飽和結合を有してよい炭素数1〜6の一価炭化水素基である、請求項14記載のシリコーン化合物。
  16. Xが、ヒドロキシル基、アルコキシ基、アルケニル基、2級アミノ基、3級アミノ基、4級アンモニウム基、ハロゲン原子、ニトロ基、アジド基、エポキシ基、アリール基、アリールアルケニル基、フェノール基、チオール基、カルボキシル基、およびこれら基の一つで置換されたC1〜C48アルキル基から選ばれた有機官能基であり、アルキル基の炭素−炭素結合がヘテロ原子で中断されていてもよい、請求項15記載の化合物。
  17. アルコキシ基がメトキシ基あるいはエトキシ基であり、アルケニル基がビニル基またはアリル基であり、アリールアルケニル基がスチリル基であり、C1〜C48アルキル基の炭素‐炭素結合がヘテロ原子で中断されていない、あるいは1以上の酸素原子で中断されている、請求項16記載の化合物。
  18. Xがヒドロキシル基、アルコキシ基、3級アミノ基、およびこれらの基の一つで置換されたC2〜10アルキル基から選ばれる鎖である、請求項16〜17のいずれか1項記載の化合物。
  19. 下記式(I)で表されるシリコーン化合物を製造する方法であって、
    (式(I)中、R1は、互いに独立に、置換又は非置換の、不飽和結合を有してよい炭素数1〜10の一価炭化水素基であり、mは1〜300の整数であり、Q1及びQ2は、互いに独立に、アミド結合、エーテル結合、エステル結合、ウレタン結合、又は不飽和結合から成る群より選ばれる1以上の結合を含んでよい、置換又は非置換の、炭素数1〜20の二価炭化水素基であり、Aは、有機金属化合物と非反応性である官能基、ラジカル重合性を有する官能基、又は有機金属化合物と反応性を有する官能基または原子であり、Bは水素原子、又は前記Aの選択肢から選ばれる基又は原子であり、但し、AとBは異なる官能基又は原子であり、bは0又は1であり、Bが水素原子の場合bは0であり、Bが水素原子以外の場合bは1である)
    該製造方法が、下記式(8)で表されるシロキサンと
    (R1、Q1、m、及びAは上記の通りであり、Mtはアルカリ金属原子である)
    下記式(7)で表されるハロゲン化シリル化合物と
    (R1、Q2、b及びBは上記の通りであり、X1はハロゲン原子である)
    を反応させて
    上記式(I)で表されるシリコーン化合物を得る工程を含む、前記製造方法。
  20. 請求項19記載の製造方法であって、該製造方法が、
    下記式(iii)で表される環状シロキサン
    (yは3〜10の整数であり、R1及びQ1は上記の通りであり、A1は有機金属化合物と非反応性である官能基である)
    又は、
    下記式(iv)で表されるジシロキサンと
    (R1、Q1、及びA1は上記の通りである)
    有機金属化合物とを反応させて下記式(v)
    (R1、Q1、Mt及びA1は上記の通りである)
    で表される金属シリケート化合物を得る工程、
    上記式(v)で表される金属シリケート化合物と環状シロキサンとを反応させて下記式(8’)
    (R1、Q1、m、Mt、及びA1は上記の通りである)
    で表されるシロキサンを得る工程、及び
    上記式(8’)で表されるシロキサンと上記式(7)で表されるハロゲン化シリル化合物とを反応させて上記式(I)で表されるシリコーン化合物を得る工程を含む、前記製造方法。
  21. 下記式(4)で表される化合物を
    (式中、mが1〜6の整数であり、R1は、互いに独立に、置換又は非置換の、不飽和結合を有してよい炭素数1〜6の一価炭化水素基であり、Xは炭素数0〜48の有機官能基であり、R2はC1〜3アルキル基である)
    脱シリル化反応させることにより一般式(1)で表されるシリコーンを得る工程を含む、請求項14〜17のいずれか1項に記載の化合物の製造方法。
  22. 脱シリル化反応をアルコール存在下で行う、請求項21記載の製造方法。
  23. アルコールが、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、および1−ブタノールから選ばれる、請求項22に記載の製造方法。
  24. 脱シリル化反応を酸触媒の存在下で行う、請求項21〜23のいずれか1項に記載の製造方法。
  25. 酸触媒が水中での酸解離定数(pKa)が2.0以上で表される酸である、請求項24記載の製造方法。
  26. 下記式(3)で表される
    (式中、mが1〜6の整数であり、R1は、互いに独立に、置換又は非置換の、不飽和結合を有してよい炭素数1〜6の一価炭化水素基であり、R2はC1〜3アルキル基である)
    請求項9記載のシリコーン。
  27. 下記一般式(2)で表されるジハイドロジェンポリシロキサンと
    (式中、mが1〜6の整数であり、R1は、互いに独立に、置換又は非置換の、不飽和結合を有してよい炭素数1〜6の一価炭化水素基である)
    下記式(6)で表わされるビス(トリC1〜3アルキルシリル)アリルアミン
    CH2=CHCH2N(SiR2 3)2 (6)
    (式中、R2はC1〜3アルキル基である)
    を付加反応させて、一般式(3)
    (式中、m、R1及びR2は上記の通りである)
    で表されるシリコーンを製造する方法。
  28. 付加反応を、塩化白金酸あるいはカルステッド触媒の存在下で、上記ジハイドロジェンポリシロキサンに上記ビス(トリC1〜3アルキルシリル)アリルアミンを滴下して行う、請求項27記載の製造方法。
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