【実施例】
【0048】
本明細書に記載される概念は、以下の実施例で更に記載され、これは請求項で記載される本発明の範囲を限定するものではない。
【0049】
試験方法及び結果
実施例1〜21においては、無水テトラアルキルプニクトゲンペルフルオロアルコキシ塩を、対応するハイドロフルオロエーテルと対応する市販のアミン又はホスフィンとを反応させて、本発明のテトラアルキルプニクトゲンペルフルオロアルコキシ塩を生成することで調製した。本明細書で報告される反応は、新規の方法である。ハイドロフルオロエーテル及び溶媒としてCF
3CF
2CF
2OCH
3(HFE−7000として3Mから市販されている)を使用して実施例1〜11を調製した。ハイドロフルオロエーテル及び溶媒としてCF
3CF
2CF
2CF
2OCH
3及び(CF
3)
2CFCF
2OCH
3の混合物(HFE−7100として3Mから市販されている)を使用して、実施例12〜21を調製した。最初に、ハイドロフルオロエーテル及びアミンを、無水性を与える反応の前に、厳密に乾燥及び脱気した。典型的な反応においては、窒素雰囲気下、0.6モルの対応する第四級アミン及び5モル当量のハイドロフルオロエーテルをガラスバイアル瓶中で混和し、封止した。そのバイアル瓶を48時間加熱した。高圧が可能なガラス反応器へのアミンの真空搬送技術によって、トリメチルアミンとの反応を実行した。アミンの添加の際、適切な温度まで反応管をゆっくり温めた。48時間後、減圧下で揮発物を除去して単離生成物を得た。反応完了後、真空下で過剰な試薬を除去し、ペルフルオロアルコキシドをグローブボックス中で微細なフリット化ディスクに回収し、3mLの無水ヘキサンで3回洗浄し、更に真空下で乾燥させた。トリメチルアミン、トリエチルアミン、n−トリプロピルアミン、n−トリブチルアミン、N,N,−テトラメチルエチレンジアミン、N,N−ジメチルベンジルアミン、N−メチルモルホリン、1,4−ジメチルピペリジン、1,4−ジアゾビシクロ[2,2,2]オクタン、4−ジメチルアミノピリジン及びトリメチルホスフィンのそれぞれを、実施例1〜11においてアミンとして使用した。トリメチルアミン、トリエチルアミン、n−トリプロピルアミン、n−トリブチルアミン、N,N,−テトラメチルエチレンジアミン、N,N−ジメチルベンジルアミン、N−メチルモルホリン、1,4−ジメチルピペリジン、1,4−ジアゾビシクロ[2,2,2]オクタン及び4−ジメチルアミノピリジンのそれぞれを、実施例12〜21においてアミンとして使用した。
【0050】
【表1-1】
【0051】
【表1-2】
【0052】
以下の実施例は、本発明のテトラアルキルプニクトゲン塩(表1)の特徴を示すためにもたらされるが、これらの範囲を限定する意図はない。
【0053】
(実施例1)
テトラメチルアンモニウムヘプタフルオロプロポキシド
1H NMR(400MHz,CD
3CN)δ 3.160(s,3H)。
19F NMR(376MHz,CD
3CN)δ−125.84(CF
2,s,2F),−81.89(CF
3,s,3F),−27.67(CF
2O,broad,s,2F).元素分析計算値:C
7H
12F
7NO:C,32.44;H 4.67,N 5.40;実測値:C,32.68;H,5.21;N,5.77。
【0054】
(実施例2)
N,N−ジエチル−N−メチルエタンアミニウムヘプタフルオロプロポキシド
1H NMR(400MHz,CD
3CN)δ 1.27(tt,
3J
HH=7.3Hz,2.0,9H),2.890(s,3H),3.28(q,
3J
HH=7.3Hz,6H)。
19F NMR(376MHz,CD
3CN)δ−125.75(CF
2,s,2F),−81.91(CF
3,s,3F),−27.92(CF
2O,broad,s,2F)。元素分析計算値:C
10H
18F
7NO:C,39.87;H,6.02;N,4.65;実測値:C,39.96;H,5.48;N,4.74。
【0055】
(実施例3)
N−メチル−N,N−ジプロピルプロパン−1−アミニウムペルフルオロプロポキシド
1H NMR(400MHz,CD
3CN)δ 1.07(t,
3J
HH=7.3Hz,9H),1.64〜1.94(m,6H),3.03(s,3H),3.11〜3.40(m,6H)。
19F NMR(376MHz,CD
3CN)δ−125.75(CF
2,s,2F),−81.89(CF
3,s,3F),−27.64(CF
2O,broad,s,2F)。元素分析計算値:C
13H
24F
7NO:C,45.48;H,7.05;N,4.08。実測値:C,45.67;H,6.86;N,4.12。
【0056】
(実施例4)
N,N−ジブチル−N−メチルブタン−1−アミニウムペルフルオロプロポキシド
1H NMR(400MHz,CD
3CN)δ 0.99(t,
3J
HH=7.4Hz,9H),1.37(m,
3J
HH=7.4Hz,6H),1.56−1.82(m,6H),2.94(s,3H),3.06〜3.32(m,6H)。
19F NMR(376MHz,CD
3CN)δ−125.74(CF
2O,s,2F),−81.89(CF
3,s,3F),−27.64(CF
2O,broad,s,2F)。元素分析計算値:C
16H
30F
7NO:C,49.86;H,7.85;N,3.63。実測値:C,49.67;H,7.86;N,3.83。
【0057】
(実施例5)
N,N,N−トリメチル−1−フェニルメタンアミニウムペルフルオロプロポキシド
1H NMR(400MHz,CD
3CN)δ 3.07(s,9H),4.54(s,2H),7.07〜7.73(m,5H)。
19F NMR(376MHz,CD
3CN)δ−125.292(CF
2,s,2F),−81.081(CF
3,s,3F),−27.071(CF
2O,broad,s,2F)。元素分析計算値:C
13H
16F
7NO:C,46.57;H,4.81;N,4.18。実測値:C,46.87;H,4.99;N,4.32。
【0058】
(実施例6)
4,4−ジメチルモルホリン−4−イウムペルフルオロプロポキシド
1H NMR(400MHz,CD
3CN)δ 3.19(s,6H),3.41(m,4H),3.94(m,4H)。
19F NMR(376MHz,CD
3CN)δ−125.834(CF
2,s,2F),−81.920(CF
3,s,3F),−27.873(CF
2O,broad,s,2F)。元素分析計算値:C
9H
14F
7NO
2:C,35.89;H,4.69;N,4.65。実測値:C,36.30;H 4.19;N,4.73。
【0059】
(実施例7)
2−(ジメチルアミノ)−N,N,N−トリメチルエタン−1−アミニウムペルフルオロプロポキシド
1H NMR(400MHz,CD
3CN)δ 2.24(s,6H),2.64〜2.73(m,2H),3.16(s,9H),3.39〜3.47(m,2H)。
19F NMR(376MHz,CD
3CN)δ−125.772(CF
2,s,2F),−81.847(CF
3,s,3F),−27.688(CF
2O,broad,s,2F)。元素分析計算値:C
10H
19F
7N
2O:C,37.98;H,6.06;N,8.86。実測値:C,37.68;H,6.57;N,8.96。
【0060】
(実施例8)
1,1,4−トリメチルピペラジン−1−イウムペルフルオロプロポキシド
1H NMR(400MHz,CD
3CN)δ 2.335(s,3H),2.688(broad s,4H),3.125(s,6H),3.409(t,
3J
HH=5.182Hz,4H)。
19F NMR(376MHz,CD
3CN)δ−125.782(CF
2,s,2F),−81.860(CF
3,s,3F),−27.686(CF
2O,broad,s,2F)。元素分析計算値:C
10H
17F
7N
2O:C,38.22;H,5.45;N,8.91。実測値:C,38.57;H,5.25;N,9.11。
【0061】
(実施例9)
1−メチル−1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン−1−イウムペルフルオロプロポキシド
1H NMR(400MHz,CD
3CN)δ 2.97(s,3H),3.11(t,
3J
HH=7.54Hz,6H),3.27(t,
3J
HH=7.543Hz,6H)。
19F NMR(376MHz,CD
3CN)δ−125.786(CF
2,s,2F),−81.886(CF
3,s,3F),−27.846(CF
2O,broad,s,2F)。元素分析計算値:C
10H
15F
7N
2O:C,38.47;H,4.84;N,8.97。実測値:C,38.53;H,4.40;N,9.10。
【0062】
(実施例10)
4−(ジメチルアミノ)−1−メチルピリジン−1−イウムペルフルオロプロポキシド
1H NMR(400MHz,CD
3CN)δ 3.181(s,6H),3.905(s,3H),6.88(d,
3J
HH=7.7Hz,2H),8.03(d,
3J
HH=7.5Hz,2H)。
19F NMR(376MHz,CD
3CN)δ−125.725(CF
2,s,2F),−81.842(CF
3,s,3F),−27.760(CF
2O,broad,s,2F)。元素分析計算値:C
11H
13F
7N
2O:C,41.00;H,4.07;N,8.69。実測値:C,41.40;H,4.09;N,8.83。
【0063】
(実施例11)
テトラメチルホスホニウムペルフルオロプロポキシド
1H NMR(400MHz,CD
3CN)δ 1.96(d,
2J
HP=14.9Hz,12H)。
1H{
31P}NMR(400MHz,CD
3CN)δ 1.96(s,12H)。
19F NMR(376MHz,CD
3CN)δ−125.792(CF
2,s,2F),−81.895(CF
3,s,3F),−27.625 CF
2O,broad,s,2F)。
31P{
1H}NMR(162MHz,CD
3CN)δ 24.361(s,1P)。
31P NMR(162MHz,CD
3CN)δ 24.372(m,
2J
PH=14.894)。
13C NMR(101MHz,CD
3CN)δ 9.46(P−CH
3,d,
1J
CP=56.4Hz,1C)(フッ素化炭素は不検出である)。元素分析計算値:C
7H
12F
7OP:C,30.45;H,4.38;N,0.00。実測値:C,30.35;H,3.89;N,<0.3。
【0064】
(実施例12)
テトラメチルアンモニウムn−及びイソ−ノナフルオロブトキシド
1H NMR(400MHz,CD
3CN)δ 3.137(s,3H)。
19F NMR(376MHz,CD
3CN)δ−26.99(OCF
2,broad s,2F),−81.64(CF
3,t,
3J
FF=9.1Hz,3F),−122.55(CF
3CF
2,q,
3J
FF=8.8Hz,2F),−126.60(CF
2CF
2CF
2,s,2F)及び−18.54(OCF
2,broad s,2F),−73.69(CF
3,d,
3J
FF=5.8Hz,6F),−180.40(CF,s,1F)。元素分析計算値:C
8H
12F
9NO:C,31.08;H,3.91;N,4.53。実測値:C,31.40;H,4.14;N,4.94。
【0065】
(実施例13)
N,N−ジエチル−N−メチルエタンアミニウムn−及びイソ−ノナフルオロブトキシド
1H NMR(400MHz,CD
3CN)δ 1.41(tt,
3J
HH=7.3,2.0Hz,9H),3.02(s,3H),3.41(q,
3J
HH=7.3Hz,6H)。
19F NMR(376MHz,CD
3CN)δ−26.88(OCF
2,broad s,2F),−81.62(CF
3,t,
3J
FF=9.2Hz,3F),−122.49(CF
3CF
2,q,
3J
FF=9.0Hz,2F),−126.61(CF
2CF
2CF
2,s,2F)及び−18.46(OCF
2,broad s,2F),−73.73(CF
3,d,
3J
FF=6.1Hz,6F),−180.33(CF,s,1F)。元素分析計算値:C
11H
18F
9NO:C,37.61;H,5.17;N,3.99。実測値:C,37.97;H,5.51;N,4.19。
【0066】
(実施例14)
N−メチル−N,N−ジプロピルプロパン−1−アミニウムn−及びイソ−ノナフルオロブトキシド
1H NMR(400MHz,CD
3CN)δ 1.11(t,
3J
HH=7.3Hz,9H),1.86(m,6H),3.08(s,3H),3.39(m,6H)。
19F NMR(376MHz,CD
3CN)δ−26.81(OCF
2,m,2F),−81.62(CF
3,t,
3J
FF=9.0Hz,3F),−122.48(CF
3CF
2,m,
3J
FF=9.5Hz,2F),−126.60(CF
2CF
2CF
2,t,
3J
FF=8.3Hz,2F)及び−18.39(−OCF
2,m,
3J
FF=10.7Hz,2F),−73.71(CF
3,dt,
3J
FF=10.9,
4J
FF=6.2Hz,6F),−180.31(CF,m,1F)。元素分析計算値:C
14H
24F
9NO:C,42.75;H,6.15;N,3.56。実測値:C,42.93;H,6.02;N,3.72。
【0067】
(実施例15)
N,N−ジブチル−N−メチルブタン−1−アミニウムn−又はイソ−ノナフルオロブトキシド
1H NMR(400MHz,CD
3CN)δ 0.99(m,
3J
HH=7.4Hz,9H),1.38(m,
3J
HH=7.4Hz,6H),1.66(m,6H),2.93(s,3H),3.17(m,6H)。
19F NMR(376MHz,CD
3CN)δ−26.81(OCF
2,m,2F),−81.61(CF
3,t,
3J
FF=9.1Hz,3F),−122.47(CF
3CF
2,q,
3J
FF=9.1Hz,2F),−126.59(CF
2CF
2CF
2,broad s,2F)及び−18.30(−OCF
2,broad s,2F),−73.71(CF
3,d,
3J
FF=5.9,6F),−180.31(CF,m,1F)。元素分析計算値:C
17H
30F
9NO:C,46.89;H,6.95;N,3.22。実測値:C,47.24;H,7.19;N,3.31。
【0068】
(実施例16)
N,N,N−トリメチル−1−フェニルメタンアミニウムn−及びイソ−ノナフルオロブトキシド
1H NMR(400MHz,CD
3CN)δ 3.086(s,9H),4.564(s,2H),7.559(m,4.5H)。
19F NMR(376MHz,CD
3CN)δ−26.93(OCF
2,m,2F),−81.59(CF
3,tt,
3J
FF=13.6,
4J
FF=2.8Hz,3F),−122.51(CF
3CF
2,m,
3J
FF=9.5Hz,2F),−126.55(CF
2CF
2CF
2,t,
3J
FF=8.4Hz,2F)及び−18.44(OCF
2,dm,
3J
FF=20.6,
4J
FF=10.9Hz,2F),−73.69(CF
3,dt,
3J
FF=11.0,
4J
FF=6.1Hz,6F)−180.363(CF,m,1F)。元素分析計算値:C
14H
16F
9N:C,43.65;H,4.19;N,3.64;実測値:C,44.04;H,3.73;N,3.79。
【0069】
(実施例17)
4,4−ジメチルモルホリン−4−イウムn−及びイソ−ノナフルオロブトキシド
1H NMR(400MHz,CD
3CN)δ 3.196(s,6H),3.41(t,
3J
HH=5.0Hz,4H),3.939(m,4H)。
19F NMR(376MHz,CD
3CN)δ−27.08(OCF
2,broad s,2F),−81.63(CF
3,t,
3J
FF=9.1Hz,3F),−122.55(CF
3CF
2,q,
3J
FF=7.8Hz,2F),−126.59(CF
2CF
2CF
2,t,
3J
FF=7.8Hz,2F)及び−18.61(OCF
2,m,
3J
FF=10.3Hz,2F),−73.73(CF
3,broad d,
3J
FF=5.9Hz,6F),−180.40(CF,m,1F)。元素分析計算値:C
10H
14F
9NO
2:C,34.20;H,4.02;N,3.99。実測値:C,34.42;H,3.55;N,4.15。
【0070】
(実施例18)
2−(ジメチルアミノ)−N,N,N−トリメチルエタン−1−アミニウムn−及びイソ−ノナフルオロブトキシド
1H NMR(400MHz,CD
3CN)δ 2.246(s,6H),2.689(m,2H),3.149(s,9H),3.397(t,
3J
HH=11.96Hz 2H)。
19F NMR(376MHz,CD
3CN)δ−26.91(OCF
2,broad s,2F),−81.62(CF
3,t,
3J
FF=9.1Hz,3F),−122.51(CF
3CF
2,q,
3J
FF=8.6Hz,2F),−126.58(CF
2CF
2CF
2,s,2F)及び−18.46(OCF
2,broad s,2F),−73.71(CF
3,broad d,
3J
FF=5.7Hz,6F),−180.37(CF,m,1F)。元素分析計算値:C
11H
19F
9N
2O:C,36.07;H,5.23;N,7.65。実測値:C,36.41;H,5.58;N,7.94。
【0071】
(実施例19)
1,1,4−トリメチルピペラジン−1−イウムn−及びイソ−ノナフルオロブトキシド
1H NMR(400MHz,CD
3CN)δ 2.337(s,3H),2.688(broad s,4H),3.124(s,6H),3.41(t,
3J
HH=5.2Hz,4H)。
19F NMR(376MHz,CD
3CN)δ−26.89(OCF
2,broad s,2F),−81.61(CF
3,t,
3J
FF=9.1Hz,3F),−122.50(CF
3CF
2,q,
3J
FF=9.0Hz,2F),−126.57(CF
2CF
2CF
2,broad s,2F)及び−18.44(OCF
2,m,
3J
FF=10.2Hz,2F),−73.69(CF
3,broad d,
3J
FF=5.9Hz,6F),−180.35(CF,broad m,1F)。元素分析計算値:C
11H
17F
9N
2O:C,36.27;H,4.70;N,7.69。実測値:C,36.68;H,4.90;N,7.78。
【0072】
(実施例20)
1−メチル−1,4−ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン−1−イウムn−及びイソ−ノナフルオロブトキシド
1H NMR(400MHz,CD
3CN)δ 2.973(s,3H),3.11(t,
3J
HH=7.5Hz,6H),3.27(t,
3J
HH=7.5Hz,6H)。
19F NMR(376MHz,CD
3CN)δ−26.90(OCF
2,broad s,2F),−81.62(CF
3,t,
3J
FF=9.1Hz,3F),−122.51(CF
3CF
2,q,
3J
FF=9.1Hz,2F),−126.58(CF
2CF
2CF
2,s,2F)及び−18.45(OCF
2,broad s,2F),−73.72(CF
3,d,
3J
FF=6.1Hz,6F),−180.36(CF,broad m,1F)。元素分析計算値:C
11H
15F
9N
2O:C,36.47;H,4.17;N,7.73。実測値:C,36.90;H,4.26;N,8.14。
【0073】
(実施例21)
N,N,N−トリメチルピリジン−4−アミニウムn−及びイソ−ノナフルオロブトキシド
1H NMR(400MHz,CD
3CN)δ 3.312(s,6H),4.026(s,3H),7.00(d,
3J
HH=7.7Hz,2H),8.12(d,
3J
HH=7.6Hz,2H)。
19F NMR(376MHz,CD
3CN)δ−26.95(OCF
2,broad s,2F),−81.62(CF
3,t,
3J
FF=9.0Hz,3F),−122.47(CF
3CF
2,broad s,2F),−126.57(CF
2CF
2CF
2,s,2F)及び−18.54(OCF
2,broad s,2F),−73.69(CF
3,broad s,6F),−180.31(CF,broad m,1F)。元素分析計算値:C
12H
13F
9N
2O:C,38.72;H,3.52;N,7.53。計算値:C,38.54;H,3.93;N,7.86。
【0074】
実施例A〜N
以下は、本発明の化合物の有用性を実証する実施例であるが、本発明を本明細書に開示される精密な構造に限定する意図はない。実施例A〜Nは、重合開始剤としての本発明の第四級プニクトゲン開始剤化合物の存在下、ヘキサフルオロプロピレンオキシドとヘキサフルオロプロピレンとを重合することで調製した。
【0075】
入口弁及び出口弁、ドライアイスコンデンサ、及び機械的攪拌機を備えた250mLのガラス製丸底フラスコ中で重合を行った。反応器を180℃で4時間加熱してプレコンディショニングした後、反応器を室温まで冷却し、窒素雰囲気下で溶媒及び開始剤(以下の表2で定義される通り)を投入した。続けて、反応器を以下の表2で定義される温度まで、窒素正圧下で、ドライアイス/アセトニトリルを含む外浴で冷却した。温度を±2℃で維持しながら、ヘキサフルオロプロペン(HFP)を系に移した。次に、ヘキサフルオロプロピレンオキシド(HFPO)を5時間にわたって激しく撹拌しながらゆっくりと反応器に導入した。次に、反応器を室温まで温め、窒素雰囲気下で生成物を単離し、清潔な乾燥したプラスチック瓶に載置した。解析するために、サンプルをメタノールで処理して、酸フッ化物末端基からメチルエステル末端基に転換した。
【0076】
実施例M及び比較例Nは、室温及び高圧下で実行し、すなわち異なった設定が必要であった。この場合、4mLのHFX及び0.05mLのテトラグリムが加えられ、封止された高圧可能な60mLのガラス容器に、0.25ミリモルの開始剤(実施例5又はCsFのいずれか)を加えた。次に、15分毎に1秒間間隔で6時間にわたってHFPOを反応器に供給した。実施例MにおいてはHFPOは11gであり、実施例Nにおいては全HFPO消費量は22gであった。メチルエステル誘導体をGC/MS、
19F NMR及び/又はMALDI−TOF−MSによって分子量分布を測定して、モノマー転換率を重量的に測定した。
【0077】
【表2】
*HFXはヘキサフルオロキシレンである
*ACNはアセトニトリルである
【0078】
【表3】
【0079】
表3で明らかなように、本発明は、従来技術を明らかに越える利点を有するオリゴマーポリ(HFPO)を調製する新規の方法を提供する。開始剤に応じて、連続的な誘導体化又は温度安定化の用途により好適である方式で様々な機能化材料が調製され得る。例えば、既知の実験条件を使用する比較例L(表3)は、オリゴマー(HFPO)がペルフルオロプロポキシ開始基のみを有することを示しているが、開始剤を含むことによって、ペルフルオロブトキシオリゴマーHFPO(実施例Gで最大15%)の調製に経路がもたらされる。また、この技術は、ヘキサフルオロプロピレンオキシドの重合において起こる連鎖移動の量を定量化することができるという特定の利点、及び同一の条件下(比較例L)で従来のCsF/テトラグリム系によっては得られない利点を有する。驚くべきことに、GC−MS又はMALDI−TOF−MSによって得られたこれらの結果は、前述の条件下におけるヘキサフルオロプロピレンオキシドと有機系プニクトゲンカチオンとの重合においてであっても、連鎖移動が非常に活性な方法であることを示している。しかしながら、当業者に明らかなように、溶媒、温度及び対応するカチオンの特性の選択によって、重合生成物の度数及び組成に大きな影響を及ぼす。更に、実施例M及びNは、本発明が周囲条件でオリゴマー(HFPO)を調製できることを示している。本明細書に開示されるように、開始剤は、金属アルカリフッ化物/グリム系システムに限定される従来技術よりも多くの異なった調節可能な特性を有するため、ヘキサフルオロプロピレンオキシドの重合においてより広い範囲の条件を用いることができる。しかしながら、本明細書で示される条件は、既存の方法、CsF触媒において最適化されている条件との比較を示すが、所望の重合度及びより有効な重合モデルを与えるために調整され得ることは明らかである。