JP2017149702A - カルボン酸エステルの製造方法、エステル化剤、及び開環付加触媒 - Google Patents
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Abstract
Description
また、特許文献2に開示されるような含水酸化ジルコニウムは、活性が低く、多量の触媒を用いる必要があったり、高温で反応を行う必要があったりする問題がある。
(A)フェノール化合物及びアルコールからなる群より選択される少なくとも1つのヒドロキシ基提供化合物と、エポキシ化合物からなるエポキシ基提供化合物と、からなる群より選択される少なくとも1つの求電子体と、
(B)カルボン酸、カルボン酸ハライド、カルボン酸エステル、及びカルボン酸無水物からなる群より選択される少なくとも1つの求核体とを、
下記式(1):
で表されるイミダゾール化合物の存在下に反応させることを含む、カルボン酸エステルの製造方法である。
で表されるイミダゾール化合物を含有する、エステル化剤である。
カルボン酸エステルの製造方法では、
(A)フェノール化合物及びアルコールからなる群より選択される少なくとも1つのヒドロキシ基提供化合物と、エポキシ化合物からなるエポキシ基提供化合物と、からなる群より選択される少なくとも1つの求電子体(以下「(A)求電子体」とも記す。)と、
(B)カルボン酸、カルボン酸ハライド、カルボン酸エステル、及びカルボン酸無水物からなる群より選択される少なくとも1つの求核体(以下「(B)求核体」とも記す。)と、
を反応させてカルボン酸エステルを製造する。
で表されるイミダゾール化合物の存在下に行われる。
また、式(1)で表されるイミダゾール化合物は、硫酸、水酸化ナトリウム、及び水酸化カリウム等のような強酸又は強塩基でないため、カルボン酸エステルの製造に使用される反応装置を腐食させにくい。
以下、エステル化合物の製造方法において使用されるイミダゾール化合物について説明する。イミダゾール化合物は、下記式(1)で表される化合物である。以下、下記式(1)で表される化合物について、単に「イミダゾール化合物」とも記す。
しかし、式(1)で表されるイミダゾール化合物の使用量は、通常(A)求電子体、及び(B)求核体の使用量に対して少量であるため、式(1)で表されるイミダゾール化合物が(A)求電子体、又は(B)求核体に該当する化合物であっても、目的のエステル化反応への悪影響は無いか殆ど無い。
(A)求電子体、又は(B)求核体に該当する式(1)で表されるイミダゾール化合物を用いる場合、イミダゾール化合物の使用量によっては、イミダゾール化合物に由来するカルボン酸エステルが不純物として生成する場合がある。
しかし、この場合、蒸留、再結晶、カラム精製等の常法により目的のカルボン酸エステルを精製することで、イミダゾール化合物に由来するカルボン酸エステルの含有量を低減させることができる。
かかる場合も、当然、式(1)で表されるイミダゾール化合物の存在下での、(A)球電子体と(B)求核体との反応による、カルボン酸エステルの製造方法に該当する。
当該アルキル基が有していてもよい置換基としては、例えば後述の式(1a)におけるR5であるアルキレン基が有していてもよい置換基と同様であってよい。
式(1)中、一方のR1は水素原子であることが好ましく、一方のR1が水素原子であり他方のR1が置換基を有してもよいアルキル基又は置換基を有してもよい芳香族基であることがより好ましい。
式(1)中、R1は他方のR1又はR2と結合して環状構造を形成していてもよい。例えば、少なくとも1つのR1が置換基を有してもよいアルキル基である場合、R1は他方のR1又はR2と結合して環状構造を形成していてもよい。
−O−R11
(R11は水素原子又は有機基である。)
特に上述のイミダゾール化合物は、エポキシ基の(B)求核体に対する開環付加及び環状の酸無水物の(A)求電子体に対する開環付加でカルボン酸エステルを生成させるための開環付加触媒の成分として好適に使用される。
(A)求電子体としては、フェノール化合物及びアルコールからなる群より選択される少なくとも1つの(A1)ヒドロキシ基提供化合物と、エポキシ化合物からなる(A2)エポキシ基提供化合物と、からなる群より選択される少なくとも1つの化合物が用いられる。
ヒドロキシカルボン酸類の好適な具体例としては、乳酸、ヒドロキシ酪酸、5−ヒドロキシペンタン酸、p−ヒドロキシ安息香酸、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸、4−ヒドロキシ−4’−カルボキシビフェニル等や、これらの酸ハライド、これらのC1−C6アルキルエステル等が挙げられる。
(A)求電子体の性質と(B)求核体の性質を兼ね備える化合物を、上記のイミダゾール化合物の存在下に反応させると、自己重縮合により、オリゴエステル化合物や、ポリエステルが生成し得る。
また、(A)求電子体の性質と(B)求核体の性質を兼ね備える化合物が、ヒドロキシ酪酸や5−ヒドロキシペンタン酸のような脂肪族ヒドロキシカルボン酸である場合、希薄な系で反応を行うことにより、自己閉環反応によりラクトンが生成し得る。
(A1)ヒドロキシ基提供化合物は、フェノール化合物及びアルコールからなる群より選択される少なくとも1つの化合物である。
これらの化合物は、1つのヒドロキシ基を有する単官能ヒドロキシ基提供化合物であってよく、2以上のヒドロキシ基を有する多官能ヒドロキシ基提供化合物であってもよい。
多官能ヒドロキシ基提供化合物は、フェノール性のヒドロキシ基、及びアルコール性ヒドロキシ基を組み合わせて有する化合物であってもよい。
生成するポリエステルは、直鎖状ポリエステルであっても、分岐鎖状ポリエステルであっても、網目状ポリエステルであってもよく、直鎖状ポリエステルが好ましい。
多官能ヒドロキシ基提供化合物と、多官能性の(B)求核体との少なくとも一方が3官能以上である場合、分岐鎖状ポリエステル、又は網目状ポリエステルが生成する。
ポリエステルが生成し得る反応の典型例としては、エチレングリコールや1,4−ブタンジオール等のジオールと、テレフタル酸、テレフタル酸ジクロライド、テレフタル酸ジメチルエステル、2,6−ナフタレンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸ジクロライド、及び2,6−ナフタレンジカルボン酸ジメチルエステル等の(B)求核体との反応が挙げられる。かかる反応により、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステルが生成し得る。
フェノール化合物は、フェノール性のヒドロキシ基を有する化合物であれば特に限定されない。
フェノール化合物の好適な例としては、例えば、フェノール;o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール等のクレゾール類;2,3−キシレノール、2,4−キシレノール、2,5−キシレノール、2,6−キシレノール、3,4−キシレノール、3,5−キシレノール等のキシレノール類;o−エチルフェノール、m−エチルフェノール、p−エチルフェノール等のエチルフェノール類、2−イソプロピルフェノール、3−イソプロピルフェノール、4−イソプロピルフェノール、o−ブチルフェノール、m−ブチルフェノール、p−ブチルフェノール、p−tert−ブチルフェノール等のアルキルフェノール類;2,3,5−トリメチルフェノール、3,4,5−トリメチルフェノール等のトリアルキルフェノール類;レゾルシノール、カテコール、ハイドロキノン、ハイドロキノンモノメチルエーテル、ピロガロール、フロログリシノール等の多価フェノール類;アルキルレゾルシン、アルキルカテコール、アルキルキルハイドロキノン等のアルキル多価フェノール類(前記いずれのアルキル基も炭素原子数1〜4である);α−ナフトール、β−ナフトール、2,6−ナフタレンジオール、1,4−ナフタレンジオール等のナフトール類;ヒドロキシジフェニル等が挙げられる。
酸性触媒としては、例えば、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、亜リン酸等の無機酸類、蟻酸、シュウ酸、酢酸、ジエチル硫酸、パラトルエンスルホン酸等の有機酸類、酢酸亜鉛等の金属塩類等が挙げられる。これらの酸性触媒は、単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
フェノール類の中でも、m−クレゾール及びp−クレゾールが好ましく、m−クレゾールとp−クレゾールとを併用することがより好ましい。両者の配合比率を調整することによって、耐熱性等の諸特性を調節することができる。m−クレゾールとp−クレゾールの配合比率は特に限定されないが、m−クレゾール/p−クレゾール=3/7〜8/2(質量比)が好ましい。
アルコールは、アルコール性のヒドロキシ基を有する化合物であれば特に限定されない。アルコールは脂肪族アルコールであってもよく、ベンジルアルコール、フェノキシエタノール、キシリレングリコール等の芳香族基を含むアルコールであってもよい。アルコールが芳香族基を含む場合、当該芳香族基は、芳香族炭化水素基であっても芳香族複素環基であってもよい。
(A1−1)(メタ)アクリロイルオキシ基を有するアルコール、
(A1−2)置換基を有していてもよい飽和炭化水素基を有するアルコール、又は、
(A1−3)飽和ヘテロ環を構成するヘテロ原子が酸素原子、硫黄原子及び窒素原子からなる群より選択される少なくとも1つの原子であり、置換基を有していてもよい飽和ヘテロ環含有基を有するアルコールが挙げられる。
(A1−1)(メタ)アクリロイルオキシ基を有するアルコールは、アルコール性ヒドロキシ基と、(メタ)アクリロイルオキシ基とを有する化合物であれば特に限定されない。
脂肪族ジオールのモノ(メタ)アクリレートを、例えば、アルカリ可溶性基としてカルボキシ基を有する樹脂中のカルボキシ基と、常法に従って反応させてエステル化させると、アルカリ可溶性樹脂に不飽和二重結合が導入され、重合性が付与される。
かかるエステル化反応は、前述のイミダゾール化合物の存在下に行われてもよい。
Ra1は、水素原子又はメチル基である。
Yx及びYyは、それぞれ独立して直鎖又は分岐鎖のアルキレン基である。
p及びrは0〜4の整数であり、q+j1+k1は1〜6の整数である。
Y2〜Y3、p2〜p3、j1、及びk1は式(A1)と同様である。
Ra1は、水素原子又はメチル基である。
Yx及びYyは、それぞれ独立して直鎖又は分岐鎖のアルキレン基である。
pは0〜4の整数であり、qは1〜6の整数であり、rは0〜4の整数である。
なお、式(x)で表されるヒドロキシ基提供化合物については詳細に後述する。
Z1−(−O−[−Yx−O−]p−H)q・・・(x)
Z1−(−O−[−Yx−O−]p−Gly)q・・・(x1)
かかるエステル化反応を行う際には、前述の所定の構造のイミダゾール化合物を存在させるのが好ましい。
CH=C(Ra1)−CO−[−O−Yy−]r−OH・・・(x2)
この場合、式(x1)で表されるエポキシ化合物が(A)求電子体であり、(メタ)アクリル酸が(B)求核体である。
(A1−2)飽和炭化水素基を有するアルコールは、置換基を有していてもよい飽和炭化水素基を有するアルコールである。
(A1−2)飽和炭化水素基を有するアルコールは、不飽和カルボン酸エステルの合成に特に好適に用いられる。
(A1−2)飽和炭化水素基を有するアルコールとしては、例えば、以下の式(A1−2−1a)〜(A1−2−1d)で表されるアルコールが挙げられる。
式(A1−2−1a)で表されるアルコール、又は式(A1−2−1b)で表されるアルコールと、(メタ)アクリル酸等の不飽和カルボン酸や、不飽和カルボン酸に由来する酸ハライド又は酸無水物とを反応させて得られるカルボン酸エステルは、フォトレジストのような感光性樹脂組成物に配合される樹脂に、酸の作用によりアルカリに対して可溶化する性能を与える単位を導入する単量体として有用である。
また、式(A1−2−1d)で表されるアルコールは、アルコキシ基やアルコキシアルコキシ基等により置換されたアルカノールである。
式(A1−2−1c)で表されるアルコール、又は式(A1−2−1d)で表されるアルコールに由来するカルボン酸エステルは、酸の作用により容易に分解されない。
上記式(A1−2−1b)中、Rq4及びRq5は、それぞれ独立に炭素原子数1〜6の直鎖状もしくは分岐状のアルキル基、又は炭素原子数1〜6の直鎖状もしくは分岐状のフッ素化アルキル基を表し、Yq1は、置換基を有してもよい脂肪族環式基又はアルキル基であり、nq1は0又は1であり、nq2は0〜4の整数である。
上記式(A1−2−1c)中、Rq6は、炭素原子数1〜10の炭化水素基であり、Rq6中のヒドロキシ基と結合する炭素原子は、一級炭素原子、又は二級炭素原子である。Lq1は、炭素原子数1〜6のアルカンジイル基;シクロペンタン環、シクロヘキサン環、ノルボルナン環、パーヒドロナフタレン(デカリン)環、アダマンタン環、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン環、テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカン環等の脂環式環(単環又は架橋環)に対応する2価の脂環式炭化水素基;ベンゼン環、ナフタレン環等の芳香族炭化水素環に対応する2価の芳香族炭化水素基;これらの基を複数個、酸素原子やエステル基等を介して又は介することなく連結した基である。nq1は0又は1である。
上記式(A1−2−1d)中、Rq7及びLq1は、炭素原子数1〜6のアルカンジイル基;シクロペンタン環、シクロヘキサン環、ノルボルナン環、パーヒドロナフタレン(デカリン)環、アダマンタン環、トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン環、テトラシクロ[4.4.0.12,5.17,10]ドデカン環等の脂環式環(単環又は架橋環)に対応する2価の脂環式炭化水素基;ベンゼン環、ナフタレン環等の芳香族炭化水素環に対応する2価の芳香族炭化水素基;これらの基を複数個、酸素原子やエステル基等を介して又は介することなく連結した基であり、Rq8は、炭素原子数1〜6のアルキル基であり、nq3は0〜30の整数である。
式(A1−2−1c)で表されるアルコールの好ましい具体例としては、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、n−ペンタノール、n−ヘキサノール、n−ヘプタノール、n−オクタノール、2−エチル−n−ヘキサノール、シクロペンタノール、シクロヘキサノール、シクロヘプタノール、シクロオクタノール、1−アダマンタノール、2−アダマンタノール、ベンジルアルコール、及びフェネチルチルアルコール等が挙げられる。
式(A1−2−1d)で表されるアルコールの好ましい具体例としては、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールモノ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル、ペンタエチレングリコールモノメチルエーテル、ヘキサメチレングリコールモノメチルエーテル、ノナエチレングリコールモノメチルエーテル、及びオクタエチレングリコールモノメチルエーテル等が挙げられる。
(A1−3)飽和ヘテロ環含有基を有するアルコールにおいて、飽和ヘテロ環を構成するヘテロ原子は、酸素原子、硫黄原子及び窒素原子からなる群より選択される少なくとも1つの原子である。また、飽和ヘテロ環含有基は置換基を有していてもよい。
(A1−3)飽和ヘテロ環含有基を有するアルコールにおいて、アルコール性ヒドロキシ基は、飽和ヘテロ環に結合していても、飽和ヘテロ環状に結合していなくてもよい。
アルコール性ヒドロキシル基が飽和ヘテロ環に結合していない場合、アルコール性ヒドロキシル基と、飽和ヘテロ環とは2価の有機基で連結される。
かかる2価の有機基としては、少なくとも一部のメチレン基が、カルボニル基(−CO−)、エーテル結合(−O−)又はエステル結合(−CO−O−)で置換されていてもよい飽和炭化水素基が挙げられる。飽和炭化水素基の炭素原子数は特に限定されないが、1〜20が好ましく、1〜10がより好ましい。
nr1は1〜3の整数を表し、
nr2は0〜3の整数を表し、
Zr1は、単結合、又は*−(CH2)nr3−CO−Lr3−を表し、nr3は1〜4の整数を表し、*は、酸素原子と結合する結合手の末端を表す。)
(式(A1−3−2)中、Ar1は、飽和ヘテロ環式基であって、−CO−O−含有環式基、−SO2−含有環式基、−O−CO−O−含有環式基、−NRr14−SO2−含有環式基、又は−NRr14−CO−含有環式基である。Rr14は水素原子、又は飽和炭化水素基である。)
Rr11は、水素原子、炭素原子数1〜5のアルキル基、又は置換基を有してもよい炭素原子数3〜10の環状炭化水素基である。
Rr8とRr9と、又はRr18とRr19とは、互いに連結して炭素原子数1〜5のアルキレン基、−O−、又は−S−を形成してもよい。
Xr1は、−O−、又は>N−Rr14であり、Rr14は水素原子、又は飽和炭化水素基である。
Xr2は、−CO−、又は−SO2−である。
nr3及びnr4は、それぞれ独立に、0又は1である。
ヒドロキシ基提供化合物の特に好ましい例を、以下にまとめる。なお、以下に記す特に好ましい例については、前述のヒドロキシ基提供化合物と重複する場合がある。
具体的には、下記式(A1−4)で表されるヒドロキシ基提供化合物が、(A)求電子体として特に好ましく使用される。
(H−[−O−Y−]p−O−)j−Z−[−O−Y−]p−OH・・・(A1−4)
式(A1−4)で表されるヒドロキシ基提供化合物と、多価カルボン酸の多価無水物との反応生成物は、感光性組成物にアルカリ可溶性成分として配合されるエステル化合物ないし樹脂や、それらの中間体として好適に使用される。
式(A1−4)で表されるヒドロキシ基提供化合物と多価カルボン酸の多価無水物との反応生成物の好ましい一例としては、カルド樹脂として知られるアルカリ可溶性成分やその中間体が挙げられる。
Yに含まれる脂肪族基は、飽和脂肪族基であっても不飽和脂肪族基であってもよく、飽和脂肪族基が好ましい。
Yに含まれる芳香族基は、芳香族炭化水素基であっても、芳香族複素環基であってもよく、芳香族炭化水素基が好ましい。
Yの好適な例としては、メチレン基、エタン−1,2−ジイル基、プロパン−1,2−−ジイル基、プロパン−1,3−ジイル基、n−ブタン−1,4−ジイル基、n−ペンタン−1,5−ジイル基、n−ヘキサン−1,6−ジイル基、p−フェニレン基、m−フェニレン基、ナフタレン−2,6−ジイル基、ナフタレン−2,7−ジイル基、及びナフタレン−1,4−ジイル基等が挙げられる。これらの中では、エタン−1,2−ジイル基、プロパン−1,2−ジイル基、プロパン−1,3−ジイル基が好ましい。
Zに含まれる脂肪族基は、飽和脂肪族基であっても不飽和脂肪族基であってもよく、飽和脂肪族基が好ましい。
Zに含まれる芳香族基は、芳香族炭化水素基であっても、芳香族複素環基であってもよく、芳香族炭化水素基が好ましい。
Rz2及びRz3は、互いに結合して炭素原子数4〜20の炭化水素環を形成してもよい。
Rz4及びRz5は、それぞれ独立に、炭素原子数1〜6のアルキル基、炭素原子数1〜6のハロゲン化アルキル基、炭素原子数4〜10のシクロアルキル基、フェニル基、ナフチル基、又はハロゲン原子である。Rz4又はRz5が複数である場合、複数のRz4又はRz5は同一であっても異なっていてもよい。
nz1及びnz2は、それぞれ独立に0〜4の整数である。
Rz2及びRz3がハロゲン化アルキル基である場合、ハロゲン原子としては、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、フッ素原子、及び塩素原子が好ましい。ハロゲン化アルキル基としては、トリフルオロメチル基が好ましい。
Rz2及びRz3について、炭素原子数4〜10のシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、又はシクロヘキシル基が好ましい。
Rz2及びRz3が、互いに結合して炭素原子数4〜20の炭化水素環を形成する場合、当該炭化水素環の好適な例としては、炭素原子数4〜10のシクロアルカン環やフルオレン環が挙げられ、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、及びフルオレン環がより好ましい。Rz2及びRz3が形成する環がフルオレン環である場合、Rz2及びRz3は、9H−フルオレン−9,9−ジイル基を形成する。
Rz7、Rz8、及びRz9それぞれ独立に、炭素原子数1〜6のアルキル基、炭素原子数1〜6のハロゲン化アルキル基、炭素原子数4〜10のシクロアルキル基、フェニル基、ナフチル基、又はハロゲン原子である。
Rz10は、単結合、又は炭素原子数1〜4のアルカンジイル基である。
nz3、nz4、及びnz5は、それぞれ独立に0〜4の整数である。
nz6は、0又は1である。
Rz9が炭素原子数1〜4のアルカンジイル基である場合、メチレン基、エタン−1,2−ジイル基、及びプロパン−2,2−ジイル基が好ましい。
Z1−(−[−Yx−O−]p−H)q・・・(x)
Yxはそれぞれ独立して直鎖又は分岐鎖のアルキレン基である。
pは0〜4の整数であり、qは1〜6の整数である。
式(A1−4−1)中、Z1、p及びqは式(x)同様である。る。
式(A1−4−1)中のZ1として好適な基の一例としては、カルド構造を有する有機基が挙げられる。カルド構造を有する有機基としては、下記式(A1−4−1a)で表される2価基が好ましい。
式(A1−4−1a)中、Rz11は、それぞれ独立に、水素原子又はメチル基である。
前述のイミダゾール化合物は、(A2)エポキシ基提供化合物と、(B)求核体との間でのエステル生成反応の進行も促進させる。
例えば、(B)求核体がカルボン酸である場合、以下のエステル生成反応が進行する。
(Gly−[−O−Y−]p−O−)j−Z−[−O−Y−]p−O−Gly
・・・(A2−1)
Z−(−O−[−CH2CH2−O−]p−Gly)q・・・(A2−1−1)
(B)求核体としては、カルボン酸、カルボン酸ハライド、カルボン酸エステル、及びカルボン酸無水物からなる群より選択される少なくとも1つが使用される。
(B)求核体として使用される、カルボン酸、カルボン酸ハライド、カルボン酸エステル、及びカルボン酸無水物は、特に限定されず、いずれも従来知られる化合物から適宜選択して用いることができる。
カルボン酸ハライドは、1つのハロカルボニル基を有するモノカルボン酸ハライドであってもよく、2以上のハロカルボニル基を有する多価カルボン酸ハライドであってもよい。
カルボン酸エステルは、カルボン酸エステル基を有するモノカルボン酸エステルであってもよく、2以上のカルボン酸基を有する多価カルボン酸エステルあってもよい。
カルボン酸無水物は、分子中に1つのカルボン酸無水物基(−CO−O−CO−)を有する一無水物であってもよく、分子中に2以上のカルボン酸無水物基を有する多価無水物であってもよい。
他の典型例としては、安息香酸、1−ナフトエ酸、及び2−ナフトエ酸等の芳香族カルボン酸や、これらの酸ハライド、これらのC1−C3アルキルエステル、これらの酸無水物が挙げられる。
Rx2は、水素原子、炭素原子数1〜3の脂肪族炭化水素基、シアノ基、又は−COORx4で表される基であり、Rx3は水素原子又はメチル基である。
Rx4は、水素原子、又は炭素原子数1〜8の脂肪族炭化水素基であり、当該脂肪族炭化水素基に含まれる1以上のメチレン基が酸素原子(−O−)又はカルボニル基(−CO−)で置換されてもよい。
なお、式(x−1)で表される化合物は、(メタ)アクリル酸、又は(メタ)アクリル酸エステルである。式(x−1)で表される化合物中の−ORx1をハロゲン原子に置換した化合物は、(メタ)アクリル酸ハライドである。
多価カルボン酸の多価水物としては多価無水物としては、テトラカルボン酸二無水物が好ましい。
Rb1がアルキル基である場合、当該アルキル基は直鎖状でも分岐鎖状でもよい。
式(b1)中の複数のRb1は、高純度のテトラカルボン酸二無水物の調製が容易であることから、同一の基であるのが好ましい。
テトラカルボン酸二無水物の精製が容易である点から、mの上限は5が好ましく、3がより好ましい。
テトラカルボン酸二無水物の化学的安定性の点から、mの下限は1が好ましく、2がより好ましい。
式(b1)中のmは、2又は3が特に好ましい。
Rb2、及びRb3は、テトラカルボン酸二無水物の精製が容易である点から、水素原子、又は炭素原子数1〜10(好ましくは1〜6、より好ましくは1〜5、さらに好ましくは1〜4、特に好ましくは1〜3)のアルキル基であるのが好ましく、水素原子又はメチル基であるのが特に好ましい。
で表される化合物(B1−1)及び下記式(b1−2):
で表される化合物(B1−2)のうちの少なくとも1種を含有し、且つ、化合物(B1−1)及び化合物(B1−2)の総量が30モル%以上であるものが好ましい。
式(b1−2)で表される化合物(B1−2)は、2つのノルボルナン基がシス配置し且つ該2つのノルボルナン基のそれぞれに対してシクロアルカノンのカルボニル基がエンドの立体配置となる式(b1)で表されるテトラカルボン酸二無水物の異性体である。
なお、このような異性体を上記比率で含有するテトラカルボン酸二無水物の製造方法も特に制限されず、公知の方法を適宜採用することができ、例えば、国際公開第2014/034760号に記載の方法等を適宜採用してもよい。
前述の通り、(A)求電子体と(B)求核体との反応は、所定の構造のイミダゾール化合物の存在下に行われる限り特に限定されない。
エステル化合物を合成する際には、エステル化反応を阻害しない溶媒を用いてもよい。また、(A)求電子体と(B)求核体との少なくとも一方が、反応温度において液状である場合、必ずしも溶媒は必要ない。
また、エステル化反応が脱水縮合反応である場合、反応により副生する水分を除去しながらエステル化反応を進行させるのが好ましい。
(B)求核体が酸ハライドである場合、反応系内にトリエチルアミン等の塩基を加えたり、還流下に反応を行うか、反応液中で不活性ガスのバブリングを行って反応系内から副生するハロゲン化水素を除去してもよい。
(A)求電子体としては、前述のヒドロキシ基提供化合物を好ましく使用できる。
かかる反応により生成する不飽和結合を有するカルボン酸エステルは、感光性樹脂組成物等に配合される樹脂合成用の単量体として好適に使用される。
Ra1は、水素原子又はメチル基である。
Yx及びYyは、それぞれ独立して直鎖又は分岐鎖のアルキレン基である。
pは0〜4の整数であり、qは1〜6の整数であり、rは0〜4の整数である。
Z1−(−O−[−Yx−O−]p−Gly)q・・・(x1)
この場合、式(x1)で表されるエポキシ化合物が(A)求電子体であり、(メタ)アクリル酸が(B)求核体である。
Gly−(−O−Yx−)p−O−Z1−O−(−Yx−O−)p−Gly
・・・(x1−1)
(H−[−O−Y−]p−O−)j−Z−[−O−Y−]p−OH・・・(A1−4)
この反応において好適なテトラカルボン酸二無水物としては、(B)求核体について前述したものが挙げられ、中でも、前述の式(b1)で表されるテトラカルボン酸二無水物が好ましい。
しかし、前述の所定の構造のイミダゾール化合物の存在下に、式(b1)で表されるテトラカルボン酸二無水物をヒドロキシ基提供化合物等の(A)求電子体と反応させる場合、130℃未満、好ましくは100℃以上130℃未満の温度にて良好に反応が進行する。
なお、この反応温度の低温化の効果は、式(b1)で表されるテトラカルボン酸二無水物以外のカルボン酸無水物と、(A)求電子体とを反応させる場合にも得られる。
特に、式(Ba)で表されるテトラカルボン酸二無水物1モルに対して、式(A1−4)で表されるヒドロキシ基提供化合物を2モル以上用いる場合、下記式(AB1)で表されるエステル化合物が主生成物として生成する。かかるエステル化合物中のカルボキシ基の少なくとも一方を常法に従って還元することで、アルデヒド基に変換することができる。
以上の方法により、カルボキシ基及び/又はアルデヒド基を有する式(AB2)で表されるエステル化合物が得られる。式(AB2)において、Rc1及びRc2は、それぞれ独立に水素原子又はヒドロキシ基である。
他方、高温での反応では反応速度は良好であっても、反応の制御が困難であり、分子量分布の狭い生成物を得にくい。
対して、所定の構造のイミダゾール化合物の存在下で、式(AB1)で表される化合物を生成させる場合、反応温度によらず、所望する反応を良好に進行させることができ、分子量分布の狭い生成物を得やすい。
以上の方法により、カルボキシ基及び/又はアルデヒド基を有する式(AB4)で表されるエステル化合物が得られる。式(AB4)において、Rc1及びRc2は、それぞれ独立に水素原子又はヒドロキシ基である。
かかる封鎖に用いられる酸無水物としては、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、無水ナジック酸、3,6−エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、メチルエンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、テトラブロモ無水フタル酸等の脂環式二塩基酸無水物;無水コハク酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸、オクテニル無水コハク酸、ペンタドデセニル無水コハク酸、無水フタル酸、無水トリメリット酸等の脂肪族又は芳香族の二塩基又は三塩基酸無水物、あるいはビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、ブタンテトラカルボン酸二無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、無水ピロメリット酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物等の脂肪族又は芳香族四塩基酸二無水物が挙げられ、これらのうち1種又は2種以上を使用することができる。
まず、下記式の構造の桂皮酸誘導体30gをメタノール200gに溶解させた後、メタノール中に水酸化カリウム7gを添加した。次いで、メタノール溶液を40℃で撹拌した。メタノールを留去し、残渣を水200gに懸濁させた。得られた懸濁液にテトラヒドロフラン200gを混合、撹拌し、水相を分液した。氷冷下、塩酸4gを添加、撹拌した後に酢酸エチル100gを混合、撹拌した。混合液を静置した後、油相を分取した。油相から目的物を晶析させ、析出物を回収して、上記構造のイミダゾール化合物(化合物1)を得た。
1H−NMR(DMSO):11.724(s,1H),7.838(s,1H),7.340(d,2H,J=4.3Hz),7.321(d,1H,J=7.2Hz),6.893(d,2H,J=4.3Hz),6.876(d,1H,J=6.1Hz),5.695(dd,1H,J=4.3Hz,3.2Hz),3.720(s,3H),3.250(m,2H)
(工程1)
1500mL四つ口フラスコ中に、9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−9H−フルオレンのジグリシジルエーテル235g(0.5モル、エポキシ当量235)と、0.24gの化合物1、2,6−ジ−tertブチル−4−メチルフェノール100mg及びアクリル酸72.0gを仕込み、これに25mL/分の速度で空気を吹き込みながら90〜100℃で加熱溶解した。
次に、溶液が白濁した状態のまま徐々に昇温し、120℃に加熱して完全溶解させた。ここで溶液は次第に透明粘稠になったがそのまま撹拌を継続した。この間、酸価を測定し、1.0mgKOH/g未満になるまで加熱撹拌を続けた。酸価が目標に達するまで12時間を要した。そして室温まで冷却し、無色透明で固体状の下式の構造のビスフェノールフルオレン型エポキシアクリレートを得た。
次いで、このようにして得られた上記のビスフェノールフルオレン型エポキシアクリレート307.0g(0.5モル)にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート600gを加えて溶解した後、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(0.3モル)、及び1.2gの化合物1を混合し、徐々に昇温して110℃、又は130℃で4時間反応させた。
酸無水物基の消失を確認した後、1,2,3,6−テトラヒドロ無水フタル酸30gを混合し、90℃で6時間反応させ、ビスフェノールフルオレン型エポキシアクリレートと、酸無水物とから生成したカルボン酸エステルを得た。酸無水物の消失はIRスペクトルにより確認した。
分散度について、1.5以下を○と判定し、1.5超2.5以下を△と判定し、2.5超を×と判定した。得られたカルボン酸エステルの分散度の評価結果を表1に記す。
(工程3)において、表1に記載の量(モル)及び種類の酸無水物を用いることと、表1に記載の種類の添加剤を用いることとの他は、実施例1と同様に、110℃と、130℃とで反応を行い、得られたカルボン酸エステルについて分散度を評価した。分散度の評価結果を表1に記す。ただし、(工程3)において、1,2,3,6−テトラヒドロ無水フタル酸を用いた場合(実施例5〜6、比較例1,比較例3,比較例5)は、(工程4)を行わず、分散度を評価した。
(B)−1:1,2,3,6−テトラヒドロ無水フタル酸
(B)−2:3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
(B)−3:下記式で表されるテトラカルボン酸二無水物(ノルボルナン−2−スピロ−α−シクロペンタノン−α’−スピロ−2’’−ノルボルナン−5,5’’,6,6’’−テトラカルボン酸二無水物)
化合物3:ベンジルトリエチルアンモニウムクロライド
化合物4:2−エチル−4−イミダゾール
化合物5:トリフェニルホスフィン
他方、比較例から、化合物3〜5を反応時の添加剤として用いる場合、分散度の低いカルボン酸エステルを得にくいことが分かる。
他方で、透明な膜を形成するために使用される感光性樹脂組成物では、ハロゲン化物イオンの含有量が多いと、形成される膜の透明性が低下する場合がある。このため、感光性樹脂組成物に配合されるエステル化合物では、ハロゲン化物イオン含有量が極めて少ないことが望ましい。
この点、式(1)で表されるイミダゾール化合物はハロゲン化物イオンを含まないため、イミダゾール化合物を用いて得られたエステル化合物を感光性樹脂組成物に配合しても、感光性組成物を用いて透明性に優れる膜を形成しやすい。
撹拌機、温度計、ジムロート冷却菅、滴下ロートを備えたガラス製のフラスコに、トルエン5.55g、化合物1を0.17g(0.7mmol)、4,4’−ブチリデン−ビス(6−tert−ブチル−3−メチルフェノール)を0.049g、6−tert−ブチル−2,4−キシレノールを0.049g、3−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトン(下記のアルコール化合物)を1.50g(14.7mmol)を投入し、70℃で撹拌した。滴下ロートにはメタクリル酸無水物を2.49g(16.2mmol)を投入し、5分間でフラスコに滴下した。滴下終了後、反応温度を70℃になるように調節しながら、反応を行った。反応中にサンプリングを行い、サンプリング物をGCで分析して3−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンが消失するまで反応を行い、3−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンメタクリレート(=γ−ブチロラクトン−3−イルメタクリレート)を得た。反応副生物(エステル体のβ−脱離体)であるクロトノラクトンは検出されなかった。また、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)にて反応液を分析したところ、オリゴマー成分は検出されなかった。
反応温度を50℃に変更したことと、化合物1を4−ジメチルアミノピリジン0.18g(1.5mmol)に変更したことと以外は、実施例8と同じ条件で反応させて3−ヒドロキシ−γ−ブチロラクトンメタクリレートを得た。反応副生物(エステル体のβ−脱離体)であるクロトノラクトンの含有量が観測された。
Claims (3)
- (A)フェノール化合物及びアルコールからなる群より選択される少なくとも1つのヒドロキシ基提供化合物と、エポキシ化合物からなるエポキシ基提供化合物と、からなる群より選択される少なくとも1つの求電子体と、
(B)カルボン酸、カルボン酸ハライド、カルボン酸エステル、及びカルボン酸無水物からなる群より選択される少なくとも1つの求核体とを、
下記式(1):
(式(1)中、R1はそれぞれ独立に水素原子もしくは1価の有機基を表し、R2は置換基を有してもよい芳香族基を表し、R3はそれぞれ独立にハロゲン原子、ヒドロキシ基、メルカプト基、スルフィド基、シリル基、シラノール基、ニトロ基、ニトロソ基、スルホナト基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスホナト基、又は有機基を表し、nは0〜3の整数を表す。前記R1は他方のR1又はR2と結合して環状構造を形成してもよい。)
で表されるイミダゾール化合物の存在下に反応させることを含む、カルボン酸エステルの製造方法。
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