(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024056642
(43)【公開日】2024-04-23
(54)【発明の名称】金属錯体、当該金属錯体を含むオレフィン重合用触媒成分およびオレフィン重合用触媒、並びに、当該オレフィン重合用触媒を用いたオレフィン重合体の製造方法
(51)【国際特許分類】
C07F 15/04 20060101AFI20240416BHJP
C08F 4/80 20060101ALI20240416BHJP
C07F 9/50 20060101ALN20240416BHJP
【FI】
C07F15/04 CSP
C08F4/80
C07F9/50
【審査請求】未請求
【請求項の数】17
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023174019
(22)【出願日】2023-10-06
(31)【優先権主張番号】P 2022162945
(32)【優先日】2022-10-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】303061270
【氏名又は名称】日本ポリケム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100104499
【弁理士】
【氏名又は名称】岸本 達人
(74)【代理人】
【識別番号】100101203
【弁理士】
【氏名又は名称】山下 昭彦
(74)【代理人】
【識別番号】100129838
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 典輝
(72)【発明者】
【氏名】棚橋 宏将
(72)【発明者】
【氏名】小西 洋平
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 直正
(72)【発明者】
【氏名】河島 拓矢
【テーマコード(参考)】
4H050
4J015
【Fターム(参考)】
4H050AA01
4H050AA03
4H050AB40
4J015DA09
(57)【要約】 (修正有)
【課題】高活性に高分子量のポリプロピレン系重合体が得られる新規な金属錯体を提供することを主目的とする。
【解決手段】下記一般式[1]または[2]で表される化合物と、ニッケルまたはパラジウムを含む遷移金属化合物との反応生成物である金属錯体。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
下記一般式[1]または[2]で表される化合物と、ニッケルまたはパラジウムを含む遷移金属化合物との反応生成物である金属錯体。
【化1】
[式[1]および式[2]中、
R
1、R
2およびR
3は、それぞれ独立に下記(i)~(iv)からなる群より選ばれる原子または基を表す。
(i)水素原子
(ii)ハロゲン原子
(iii)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~30の炭化水素基
(iv)OR
11、CO
2R
11,CO
2M’、C(O)N(R
12)
2、C(O)R
11、OC(O)R
11、SR
11、SO
2R
11、OSO
2R
11、P(O)(OR
11)
2-y(R
11)
y、CN、NR
11(R
12)、Si(OR
12)
3-x(R
12)
x、OSi(OR
12)
3-x(R
12)
x、NO
2、SO
3M’、PO
3M’
2,P(O)(OR
12)
2M’、またはエポキシ含有基。R
11は炭素数1~20の炭化水素基を表し、R
12は水素原子または炭素数1~20の炭化水素基を表す。M’はアルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、4級アンモニウムまたはホスホニウムを表し、xは0から3までの整数、yは0から2までの整数を表す。
R
1、R
2およびR
3は、隣接置換基同士が互いに連結し、脂環式環、芳香族環、またはヘテロ原子を含有する複素環を形成してもよい。環員数は5~8であり、該環状に置換基を有していても、有していなくてもよい。
R
4、R
5、R
6、R
7およびR
8は、それぞれ独立に、(i)水素原子、(v)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~20のアルキル基または炭素数6~12のアリール基、或いは、(vi)OR
11、SR
11、またはNR
11(R
12)を表す。ただし、R
4~R
8のうち少なくとも1つは、水素原子以外である。
R
9およびR
10はそれぞれ独立に、ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい炭素数1~30の非芳香族炭化水素基、NR
11(R
12)、またはSiR
11(R
12)
2を表す。
E
1はリン、砒素、またはアンチモンを表す。
X
1は酸素原子または硫黄原子を表す。
Z
1は水素原子、または脱離基を表し、mはZ
1の価数を表す。]
【請求項2】
下記一般式[3]で表される金属錯体。
【化2】
[式[3]中、
R
1、R
2およびR
3は、それぞれ独立に下記(i)~(iv)からなる群より選ばれる原子または基を表す。
(i)水素原子
(ii)ハロゲン原子
(iii)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~30の炭化水素基
(iv)OR
11、CO
2R
11,CO
2M’、C(O)N(R
12)
2、C(O)R
11、OC(O)R
11、SR
11、SO
2R
11、OSO
2R
11、P(O)(OR
11)
2-y(R
11)
y、CN、NR
11(R
12)、Si(OR
12)
3-x(R
12)
x、OSi(OR
12)
3-x(R
12)
x、NO
2、SO
3M’、PO
3M’
2,P(O)(OR
12)
2M’、またはエポキシ含有基。R
11は炭素数1~20の炭化水素基を表し、R
12は水素原子または炭素数1~20の炭化水素基を表す。M’はアルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、4級アンモニウムまたはホスホニウムを表し、xは0から3までの整数、yは0から2までの整数を表す。
R
1、R
2およびR
3は、隣接置換基同士が互いに連結し、脂環式環、芳香族環、またはヘテロ原子を含有する複素環を形成してもよい。環員数は5~8であり、該環状に置換基を有していても、有していなくてもよい。
R
4、R
5、R
6、R
7およびR
8は、それぞれ独立に、(i)水素原子、(v)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~20のアルキル基または炭素数6~12のアリール基、或いは、(vi)OR
11、SR
11、またはNR
11(R
12)を表す。ただし、R
4~R
8のうち少なくとも1つは、水素原子以外である。
R
9およびR
10はそれぞれ独立に、ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい炭素数1~30の非芳香族炭化水素基、NR
11(R
12)、またはSiR
11(R
12)
2を表す。
E
1はリン、砒素、またはアンチモンを表す。
X
1は酸素原子または硫黄原子を表す。
Mはニッケルまたはパラジウムを表す。
L
1はMに配位した配位子を表す。
R
13は水素原子、ヘテロ原子を含有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基を表す。R
13とL
1は互いに結合して環を形成していてもよい。]
【請求項3】
R4およびR8の少なくとも1つが、それぞれ独立に、(v)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~20のアルキル基、または炭素数6~12のアリール基、或いは、(vi)OR11、SR11、または、NR11(R12)である、請求項1または2に記載の金属錯体。
【請求項4】
R4およびR8の少なくとも1つが、それぞれ独立に、(v)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~20のアルキル基、または炭素数6~12のアリール基である、請求項1または2に記載の金属錯体。
【請求項5】
E1が、リン原子である、請求項1または2に記載の金属錯体。
【請求項6】
X1が、酸素原子である、請求項1または2に記載の金属錯体。
【請求項7】
Mがニッケルである、請求項2に記載の金属錯体。
【請求項8】
請求項1に記載の金属錯体を含むオレフィン重合用触媒成分。
【請求項9】
請求項2に記載の金属錯体を含むオレフィン重合用触媒成分。
【請求項10】
下記一般式[1]または[2]で表される化合物と、ニッケルまたはパラジウムを含む遷移金属化合物との反応生成物を含むオレフィン重合用触媒。
【化3】
[式[1]および式[2]中、
R
1、R
2およびR
3は、それぞれ独立に下記(i)~(iv)からなる群より選ばれる原子または基を表す。
(i)水素原子
(ii)ハロゲン原子
(iii)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~30の炭化水素基
(iv)OR
11、CO
2R
11,CO
2M’、C(O)N(R
12)
2、C(O)R
11、OC(O)R
11、SR
11、SO
2R
11、OSO
2R
11、P(O)(OR
11)
2-y(R
11)
y、CN、NR
11(R
12)、Si(OR
12)
3-x(R
12)
x、OSi(OR
12)
3-x(R
12)
x、NO
2、SO
3M’、PO
3M’
2,P(O)(OR
12)
2M’、またはエポキシ含有基。R
11は炭素数1~20の炭化水素基を表し、R
12は水素原子または炭素数1~20の炭化水素基を表す。M’はアルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、4級アンモニウムまたはホスホニウムを表し、xは0から3までの整数、yは0から2までの整数を表す。
R
1、R
2およびR
3は、隣接置換基同士が互いに連結し、脂環式環、芳香族環、またはヘテロ原子を含有する複素環を形成してもよい。環員数は5~8であり、該環状に置換基を有していても、有していなくてもよい。
R
4、R
5、R
6、R
7およびR
8は、それぞれ独立に、(i)水素原子、(v)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~20のアルキル基または炭素数6~12のアリール基、或いは、(vi)OR
11、SR
11、またはNR
11(R
12)を表す。ただし、R
4~R
8のうち少なくとも1つは、水素原子以外である。
R
9およびR
10はそれぞれ独立に、ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい炭素数1~30の非芳香族炭化水素基、NR
11(R
12)、またはSiR
11(R
12)
2を表す。
E
1はリン、砒素、またはアンチモンを表す。
X
1は酸素原子または硫黄原子を表す。
Z
1は水素原子、または脱離基を表し、mはZ
1の価数を表す。]
【請求項11】
R4およびR8の少なくとも1つが、それぞれ独立に、(v)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~20のアルキル基、または炭素数6~12のアリール基、或いは、(vi)OR11、SR11、または、NR11(R12)である、請求項10に記載のオレフィン重合用触媒。
【請求項12】
R4およびR8の少なくとも1つが、それぞれ独立に、(v)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~20のアルキル基、または炭素数6~12のアリール基である、請求項10に記載のオレフィン重合用触媒。
【請求項13】
E1がリン原子である、請求項10に記載のオレフィン重合用触媒。
【請求項14】
X1が酸素原子である、請求項10に記載のオレフィン重合用触媒。
【請求項15】
請求項9に記載のオレフィン重合用触媒成分を含むオレフィン重合用触媒。
【請求項16】
請求項10~15のいずれか1項に記載のオレフィン重合用触媒の存在下、炭素数3以上のオレフィンを重合または共重合するオレフィン重合体の製造方法。
【請求項17】
前記オレフィンが、プロピレンである請求項16に記載のオレフィン重合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、オレフィンの重合体および共重合体の製造に有用な金属錯体、当該金属錯体を用いたオレフィン重合用触媒成分およびオレフィン重合用触媒、並びに、当該オレフィン重合用触媒を用いたオレフィン重合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
オレフィンと極性基含有ビニルモノマーとの共重合体は産業上有用なポリマーである。この共重合体は、一般的には高圧ラジカル重合法により製造される。しかし、高圧ラジカル重合法はエチレンの重合には有効であるものの、プロピレン等の炭素数が多いオレフィンを重合できない。
【0003】
エチレンやオレフィンの重合体の製造方法としては、配位重合法も広く知られている。
配位重合法では、チーグラー触媒やメタロセン触媒が広く用いられるが、これらの触媒は極性基含有ビニルモノマーによって失活する。そのため、これらの触媒による配位重合法から極性基が導入された共重合体を得ることは困難であった。
【0004】
近年、エチレンと極性基含有ビニルモノマーの配位重合法において、後期遷移金属錯体触媒を用いることで極性基含有ビニルモノマー原因の失活が起こりにくく、共重合が進行することが明らかになった。具体例として、Brookhartらによって報告されたジイミン配位子を有するパラジウム錯体(非特許文献1)、Grubbsらによって報告されたサリチルアルジミン配位子を有するニッケル錯体(非特許文献2)などが挙げられる。また、ホスフィノフェノレート配位子を有するニッケル錯体がエチレンと(メタ)アクリレートの共重合に適用できることが開示されている(特許文献1)。
【0005】
エチレンと比較して、後期遷移金属錯体触媒を用いたプロピレン等のオレフィンの重合に関する報告例は限定的である。例えば、ホスフィノフェノレート配位子を有するニッケル錯体が比較的分子量の高いポリプロピレンの製造に有用であることが開示されている(特許文献2)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特許第6913051号公報
【特許文献2】国際公開第2018/021446号
【非特許文献】
【0007】
【非特許文献1】M. Brookhart et al.、「J. Am. Chem. Soc.」、1996、118、267-268.
【非特許文献2】R. H. Grubbs et al.、「Science」、 2000、287、460-462.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
プロピレン等の炭素数3以上のオレフィンと極性基含有ビニルモノマーの共重合体を工業的に製造するにあたっては、特許文献2で開示される金属錯体では触媒活性が充分とは言えず、より高活性な錯体触媒の開発が求められている。また同時に、与えるポリマーが高分子量であることがポリマー物性のために求められている。
【0009】
本発明の課題は、上記従来技術の問題点に鑑み、オレフィン、特にプロピレン重合体及び共重合体の製造に用いられる、高活性でより分子量が高い重合体を与える新規な金属錯体、触媒成分、オレフィン重合用触媒、並びにそれを用いたオレフィン、特にプロピレン重合体及び共重合体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、一般式[1]または[2]で表される化合物であって、遷移金属と結合し得るE1上に2つの非芳香族炭化水素基、炭化水素基置換アミノ基または炭化水素基置換シリル基を有し、遷移金属と結合し得るX1のオルト位に特定の置換基を有するフェニル基を有する配位子と、ニッケルまたはパラジウムを含む遷移金属化合物との反応生成物である新規な金属錯体を触媒成分として用いると、オレフィン、特にプロピレン重合が高い活性で進行し、分子量が著しく向上することを見出し、本発明を完成するに至った。
【0011】
すなわち、本発明には、以下の態様が含まれる。
<1> 下記一般式[1]または[2]で表される化合物と、ニッケルまたはパラジウムを含む遷移金属化合物との反応生成物である金属錯体。
【0012】
【化1】
[式[1]および式[2]中、
R
1、R
2およびR
3は、それぞれ独立に下記(i)~(iv)からなる群より選ばれる原子または基を表す。
(i)水素原子
(ii)ハロゲン原子
(iii)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~30の炭化水素基
(iv)OR
11、CO
2R
11,CO
2M’、C(O)N(R
12)
2、C(O)R
11、OC(O)R
11、SR
11、SO
2R
11、OSO
2R
11、P(O)(OR
11)
2-y(R
11)
y、CN、NR
11(R
12)、Si(OR
12)
3-x(R
12)
x、OSi(OR
12)
3-x(R
12)
x、NO
2、SO
3M’、PO
3M’
2,P(O)(OR
12)
2M’、またはエポキシ含有基。R
11は炭素数1~20の炭化水素基を表し、R
12は水素原子または炭素数1~20の炭化水素基を表す。M’はアルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、4級アンモニウムまたはホスホニウムを表し、xは0から3までの整数、yは0から2までの整数を表す。
R
1、R
2およびR
3は、隣接置換基同士が互いに連結し、脂環式環、芳香族環、またはヘテロ原子を含有する複素環を形成してもよい。環員数は5~8であり、該環状に置換基を有していても、有していなくてもよい。
R
4、R
5、R
6、R
7およびR
8は、それぞれ独立に、(i)水素原子、(v)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~20のアルキル基、または炭素数6~12のアリール基、或いは、(vi)OR
11、SR
11、またはNR
11(R
12)を表す。ただし、R
4~R
8のうち少なくとも1つは、水素原子以外である。
R
9およびR
10はそれぞれ独立に、ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい炭素数1~30の非芳香族炭化水素基、NR
11(R
12)、またはSiR
11(R
12)
2を表す。
E
1はリン、砒素、またはアンチモンを表す。
X
1は酸素原子または硫黄原子を表す。
Z
1は水素原子、または脱離基を表し、mはZ
1の価数を表す。]
【0013】
<2> 下記一般式[3]で表される金属錯体。
【0014】
【化2】
[式[3]中、
R
1、R
2およびR
3は、それぞれ独立に下記(i)~(iv)からなる群より選ばれる原子または基を表す。
(i)水素原子
(ii)ハロゲン原子
(iii)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~30の炭化水素基
(iv)OR
11、CO
2R
11,CO
2M’、C(O)N(R
12)
2、C(O)R
11、OC(O)R
11、SR
11、SO
2R
11、OSO
2R
11、P(O)(OR
11)
2-y(R
11)
y、CN、NR
11(R
12)、Si(OR
12)
3-x(R
12)
x、OSi(OR
12)
3-x(R
12)
x、NO
2、SO
3M’、PO
3M’
2,P(O)(OR
12)
2M’、またはエポキシ含有基。R
11は炭素数1~20の炭化水素基を表し、R
12は水素原子または炭素数1~20の炭化水素基を表す。M’はアルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、4級アンモニウムまたはホスホニウムを表し、xは0から3までの整数、yは0から2までの整数を表す。
R
1、R
2およびR
3は、隣接置換基同士が互いに連結し、脂環式環、芳香族環、またはヘテロ原子を含有する複素環を形成してもよい。環員数は5~8であり、該環状に置換基を有していても、有していなくてもよい。
R
4、R
5、R
6、R
7およびR
8は、それぞれ独立に、(i)水素原子、(v)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~20のアルキル基、または炭素数6~12のアリール基、或いは、(vi)OR
11、SR
11、またはNR
11(R
12)を表す。ただし、R
4~R
8のうち少なくとも1つは、水素原子以外である。
R
9およびR
10はそれぞれ独立に、ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい炭素数1~30の非芳香族炭化水素基、NR
11(R
12)、またはSiR
11(R
12)
2を表す。
E
1はリン、砒素、またはアンチモンを表す。
X
1は酸素原子または硫黄原子を表す。
Mはニッケルまたはパラジウムを表す。
L
1はMに配位した配位子を表す。
R
13は水素原子、ヘテロ原子を含有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基を表す。R
13とL
1は互いに結合して環を形成していてもよい。
【0015】
<3> R4およびR8の少なくとも1つが、それぞれ独立に、(v)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~20のアルキル基、または炭素数6~12のアリール基、或いは、(vi)OR11、SR11、または、NR11(R12)である、前記<1>または<2>に記載の金属錯体。
<4> R4およびR8の少なくとも1つが、それぞれ独立に、(v)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい炭素数1~20のアルキル基、または炭素数6~12のアリール基である、前記<1>または<2>に記載の金属錯体。
<5> E1が、リン原子である、前記<1>~<4>のいずれか1つに記載の金属錯体。
<6> X1が、酸素原子である、前記<1>~<5>のいずれか1つに記載の金属錯体。
<7> Mがニッケルである、前記<2>~<6>のいずれか1つに記載の金属錯体。
【0016】
<8> 前記<1>~<7>のいずれか1つに記載の金属錯体を含むオレフィン重合用触媒成分。
<9> 前記<2>~<7>のいずれか1つに記載の金属錯体を含むオレフィン重合用触媒成分。
【0017】
<10> 下記一般式[1]または[2]で表される化合物と、ニッケルまたはパラジウムを含む遷移金属化合物との反応生成物を含むオレフィン重合用触媒。
【0018】
【化3】
[式[1]および式[2]中、
R
1、R
2およびR
3は、それぞれ独立に下記(i)~(iv)からなる群より選ばれる原子または基を表す。
(i)水素原子
(ii)ハロゲン原子
(iii)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~30の炭化水素基
(iv)OR
11、CO
2R
11,CO
2M’、C(O)N(R
12)
2、C(O)R
11、OC(O)R
11、SR
11、SO
2R
11、OSO
2R
11、P(O)(OR
11)
2-y(R
11)
y、CN、NR
11(R
12)、Si(OR
12)
3-x(R
12)
x、OSi(OR
12)
3-x(R
12)
x、NO
2、SO
3M’、PO
3M’
2,P(O)(OR
12)
2M’、またはエポキシ含有基。R
11は炭素数1~20の炭化水素基を表し、R
12は水素原子または炭素数1~20の炭化水素基を表す。M’はアルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、4級アンモニウムまたはホスホニウムを表し、xは0から3までの整数、yは0から2までの整数を表す。
R
1、R
2およびR
3は、隣接置換基同士が互いに連結し、脂環式環、芳香族環、またはヘテロ原子を含有する複素環を形成してもよい。環員数は5~8であり、該環状に置換基を有していても、有していなくてもよい。
R
4、R
5、R
6、R
7およびR
8は、それぞれ独立に、(i)水素原子、(v)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~20のアルキル基、または炭素数6~12のアリール基、或いは、(vi)OR
11、SR
11、またはNR
11(R
12)を表す。ただし、R
4~R
8のうち少なくとも1つは、水素原子以外である。
R
9およびR
10はそれぞれ独立に、ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい炭素数1~30の非芳香族炭化水素基、NR
11(R
12)、またはSiR
11(R
12)
2を表す。
E
1はリン、砒素、またはアンチモンを表す。
X
1は酸素原子または硫黄原子を表す。
Z
1は水素原子、または脱離基を表し、mはZ
1の価数を表す。]
【0019】
<11> R4およびR8の少なくとも1つが、それぞれ独立に、(v)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~20のアルキル基、または炭素数6~12のアリール基、或いは、(vi)OR11、SR11、または、NR11(R12)である、前記<10>に記載のオレフィン重合用触媒。
<12> R4およびR8の少なくとも1つが、それぞれ独立に、(v)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~20のアルキル基、または炭素数6~12のアリール基である、前記<10>に記載のオレフィン重合用触媒。
<13> E1がリン原子である、前記<10>~<12>のいずれか1つに記載のオレフィン重合用触媒。
<14> X1が酸素原子である、前記<10>~<13>のいずれか1つに記載のオレフィン重合用触媒。
<15> 前記<9>に記載のオレフィン重合用触媒成分を含むオレフィン重合用触媒。
【0020】
<16> 前記<10>~<15>のいずれか1項に記載のオレフィン重合用触媒の存在下、炭素数3以上のオレフィンを重合または共重合するオレフィン重合体の製造方法。
<17> 前記オレフィンが、プロピレンである前記<16>に記載のオレフィン重合体の製造方法。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、オレフィン、特にプロピレン重合体及び共重合体の製造に用いられる、高活性でより分子量が高い重合体を与える新規な金属錯体、触媒成分、オレフィン重合用触媒、並びにそれを用いたオレフィン、特にプロピレン重合体及び共重合体の製造方法を提供することができる。
本発明によれば、高分子量のプロピレン重合体およびプロピレンと極性基含有ビニルモノマーとの共重合体を高活性に製造することができる。また、本発明のオレフィン重合用触媒は、既存の触媒よりも活性が高いため、少量の触媒量で効率よく重合体を製造することができる。
【発明を実施するための形態】
【0022】
本発明は、一般式[1]または[2]で表される化合物と、ニッケルまたはパラジウムを含む遷移金属化合物との反応生成物である金属錯体、一般式[3]で表される金属錯体、これらの金属錯体を含むオレフィン重合用触媒成分、及びそれを触媒成分とした触媒、並びに、当該触媒の存在下に行うオレフィンの重合体又は共重合体の製造方法を提供する。
本発明において、「重合」とは、1種類のモノマーの単独重合と複数種のモノマーの共重合を総称するものであり、特に両者を区別する必要がない場合には、総称して単に「重合」と記載する。また、本発明において、「(メタ)アクリル酸エステル」とは、アクリル酸エステルとメタクリル酸エステルの両方を含む。
また、本明細書において数値範囲を示す「~」とは、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
本明細書において「Me」はメチル、「Et」はエチル、「Pr」はプロピル、「Bu」はブチル、「Cy」はシクロヘキシル、「Ph」はフェニル、「4-MeOPh」は4-メトキシフェニル、「OMe」はメトキシ、「OEt」はエトキシ、「OiPr」はイソプロポキシ、「SMe」はメチルチオ、「NMe2」はジメチルアミノ、「NEt2」はジエチルアミノ、「SiMe3」はトリメトキシシリルを表す。
さらに、アルキル基の構造異性体の接頭辞において、「i」はイソ、「n]はノルマル、「s」はセカンダリー、「t」はターシャリーを表す。なお、アルキル基に構造異性体の接頭辞が記載されていない場合は、ノルマル構造であることを示す。
【0023】
1.金属錯体
本発明の金属錯体は、下記一般式[1]または[2]で表される化合物と、ニッケルまたはパラジウムを含む遷移金属化合物との反応生成物である。
【0024】
【化4】
[式[1]および式[2]中、
R
1、R
2およびR
3は、それぞれ独立に下記(i)~(iv)からなる群より選ばれる原子または基を表す。
(i)水素原子
(ii)ハロゲン原子
(iii)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~30の炭化水素基
(iv)OR
11、CO
2R
11,CO
2M’、C(O)N(R
12)
2、C(O)R
11、OC(O)R
11、SR
11、SO
2R
11、OSO
2R
11、P(O)(OR
11)
2-y(R
11)
y、CN、NR
11(R
12)、Si(OR
12)
3-x(R
12)
x、OSi(OR
12)
3-x(R
12)
x、NO
2、SO
3M’、PO
3M’
2,P(O)(OR
12)
2M’、またはエポキシ含有基。R
11は炭素数1~20の炭化水素基を表し、R
12は水素原子または炭素数1~20の炭化水素基を表す。M’はアルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、4級アンモニウムまたはホスホニウムを表し、xは0から3までの整数、yは0から2までの整数を表す。
R
1、R
2およびR
3は、隣接置換基同士が互いに連結し、脂環式環、芳香族環、またはヘテロ原子を含有する複素環を形成してもよい。環員数は5~8であり、該環状に置換基を有していても、有していなくてもよい。
R
4、R
5、R
6、R
7およびR
8は、それぞれ独立に、(i)水素原子、(v)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~20のアルキル基、または炭素数6~12のアリール基、或いは、(vi)OR
11、SR
11、または、NR
11(R
12)を表す。ただし、R
4~R
8のうち少なくとも1つは、水素原子以外である。
R
9およびR
10はそれぞれ独立に、ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい炭素数1~30の非芳香族炭化水素基、NR
11(R
12)、またはSiR
11(R
12)
2を表す。
E
1はリン、砒素、またはアンチモンを表す。
X
1は酸素原子または硫黄原子を表す。
Z
1は水素原子、または脱離基を表し、mはZ
1の価数を表す。]
【0025】
本発明の金属錯体である、前記一般式[1]又は[2]で表される化合物と、ニッケルまたはパラジウムを含む遷移金属化合物との反応生成物は、例えば、前記一般式[1]又は[2]で表される化合物と、ニッケルまたはパラジウムを含む遷移金属化合物とを接触させることにより得ることができる。
本発明において「接触」とは、前記一般式[1]又は[2]中のE1が、前記遷移金属と配位結合を形成でき、かつ/又は、これら一般式中のX1が、前記遷移金属と単結合を形成できるように、前記一般式[1]又は[2]で表される化合物と、前記遷移金属化合物とが十分近傍に存在することを意味する。そして、前記一般式[1]又は[2]で表される化合物と前記遷移金属化合物とを接触させるとは、これらの化合物を十分近傍に存在させ、前記2種類の結合の少なくともいずれか一方が形成できるように、これらの化合物を混合することを意味する。
前記一般式[1]又は[2]で表される化合物と前記遷移金属化合物とを混合する条件は、特に限定されない。これらの化合物を直に混合してもよいし、溶媒を用いて混合してもよい。特に、均一な混合を達成する観点から、溶媒を用いることが好ましい。
得られる金属錯体中において、前記一般式[1]又は[2]で表される化合物は配位子となることから、前記一般式[1]又は[2]で表される化合物と前記遷移金属化合物との反応は、通常、配位子交換反応となる。得られる金属錯体が前記遷移金属化合物よりも熱力学的に安定である場合には、前記一般式[1]又は[2]で表される化合物と前記遷移金属化合物とを室温(15~30℃)で混合することにより配位子交換反応が進行する。一方、得られる金属錯体が前記遷移金属化合物よりも熱力学的に不安定である場合には、配位子交換反応を十分に進行させるため、前記混合物を適宜加熱することが好ましい。
【0026】
一般式[1]又は[2]で表される化合物と、ニッケルまたはパラジウムを含む遷移金属化合物とを接触させることにより得られる金属錯体としては、後述する一般式[3]で表される構造を有すると推定される。
しかし、一般式[1]又は[2]で表される化合物は、二座配位子であるから、当該化合物をニッケルまたはパラジウムを含む遷移金属化合物と接触させた場合には、一般式[3]で表される構造以外の構造を有する金属錯体が生成する可能性がある。例えば、一般式[1]又は[2]中のX1のみが遷移金属と結合を形成する場合や、これらの式中のE1のみが遷移金属と結合を形成する場合も考えられる。また、一般式[3]で表される金属錯体は、一般式[1]又は[2]で表される化合物と遷移金属化合物との1:1反応生成物であるところ、遷移金属化合物の種類によっては異なる組成比の反応生成物が得られることも考えられる。例えば、2分子以上の一般式[1]又は[2]で表される化合物が1つの遷移金属と錯体を形成する場合も考えられるし、一般式[1]又は[2]で表される化合物1分子が2つ以上の遷移金属と反応して多核錯体を形成する場合も考えられる。
従って、本発明の金属錯体は2種以上の反応生成物が含まれる混合物であってもよく、金属錯体組成物であってもよい。
本発明においては、このような一般式[3]で表される構造以外の構造を有する金属錯体が、一般式[3]で表される金属錯体と同様に、オレフィン(共)重合体の製造に用いることが可能であることを否定するものではない。
【0027】
本発明の金属錯体を使用すると、高活性で、より分子量が高いオレフィン(共)重合体、特により分子量が高いプロピレン(共)重合体を高活性で得ることができる。
オレフィン重合用触媒において活性点となると考えられる中心金属であるMと配位結合を形成できるE1上に2つの非芳香族炭化水素基を有し、且つ、Mと共有結合を形成できるX1のオルト位に特定の置換基を有するフェニル基を有するためMの周りの立体的な混み具合が適切に制御されることから活性が高くなり、且つ、β-水素脱離が抑制されるために、得られるポリマー鎖の分子量が向上すると考えられる。
これらの相乗効果により、本発明の金属錯体を使用すると、より高活性で、分子量が高いオレフィン(共)重合体を得ることができると推定される。
【0028】
以下、一般式[1]および[2]中のR1~R10、E1、X1、ならびに、一般式[1]中のZ、mについて説明する。
【0029】
R1、R2およびR3は、それぞれ独立に、下記(i)~(iv)からなる群より選ばれる原子または基を表す。
(i)水素原子
(ii)ハロゲン原子
(iii)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~30の炭化水素基
(iv)OR11、CO2R11,CO2M’、C(O)N(R12)2、C(O)R11、OC(O)R11、SR11、SO2R11、OSO2R11、P(O)(OR11)2-y(R11)y、CN、NR11(R12)、Si(OR12)3-x(R12)x、OSi(OR12)3-x(R12)x、NO2、SO3M’、PO3M’2,P(O)(OR12)2M’、またはエポキシ含有基。R11は炭素数1~20の炭化水素基を表し、R12は水素原子または炭素数1~20の炭化水素基を表す。M’はアルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、4級アンモニウムまたはホスホニウムを表し、xは0から3までの整数、yは0から2までの整数を表す。
R1、R2およびR3は、隣接置換基同士が互いに連結し、脂環式環、芳香族環、またはヘテロ原子を含有する複素環を形成してもよい。環員数は5~8であり、該環状に置換基を有していても、有していなくてもよい。
【0030】
(ii)ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。これらの中でも、フッ素原子が好ましい。
【0031】
(iii)における炭素数1~30の炭化水素基としては、例えば、直鎖、分岐、環状の飽和又は不飽和脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基、及びこれらの組み合わせが挙げられる。炭素数1~30の炭化水素基として具体的には、炭素数1~30の直鎖状アルキル基、炭素数3~30の分岐した非環状アルキル基、炭素数3~30の側鎖を有していてもよいシクロアルキル基、炭素数7~30のアリールアルキル基等を包含する炭素数1~30のアルキル基;炭素数2~30のアルケニル基、炭素数3~30の側鎖を有していてもよいシクロアルケニル基等を包含する炭素数2~30のアルケニル基;炭素数6~30のアリール基、及び炭素数7~30のアルキルアリール基等を包含する炭素数6~30のアリール基が挙げられる。
【0032】
炭素数1~30の直鎖状アルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基、n-ヘプチル基、n-オクチル基、n-ノニル基、n-デシル基等が挙げられ、炭素数1~10の直鎖状アルキル基であってよい。
【0033】
炭素数3~30の分岐した非環状アルキル基としては、例えば、i-プロピル基、i-ブチル基、t-ブチル基、s-ブチル基、i-ペンチル基(3-メチルブチル基)、t-ペンチル基(1,1-ジメチルプロピル基)、s-ペンチル基(1-メチルブチル基)、2-メチルブチル基、ネオペンチル基(2,2-ジメチルプロピル基)、1,2-ジメチルプロピル基、i-ヘキシル基(4-メチルペンチル基)、2-ヘプチル基等の炭素数3~10の分岐した非環状アルキル基が挙げられ、炭素数3~8の分岐した非環状アルキル基であってよい。
【0034】
炭素数3~30の側鎖を有していてもよいシクロアルキル基としては、例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、2-メチルシクロペンチル基、3-メチルシクロペンチル基、シクロヘキシル基、4-メチルシクロヘキシル基、4-エチルシクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、デカヒドロナフチル基(ビシクロ[4,4,0]デシル基)、5-トリシクロ[3.3.1.13,7]デカ-1-イル基(1-アダマンチル基)、5-メチル-2-(プロパン-2-イル)シクロヘキシル基(メンチル基)、ビシクロ-[2.2.1]-ヘプタ-2-イル基等が挙げられ、炭素数3~10の側鎖を有していてもよいシクロアルキル基であってよく、炭素数3~6の側鎖を有していてもよいシクロアルキル基であってよい。
【0035】
炭素数7~30のアリールアルキル基としては、例えば、ベンジル基、フェネチル基(2-フェニルエチル基)、9-フルオレニル基、ナフチルメチル基、1-テトラリニル基等が挙げられ、炭素数7~15のアリールアルキル基であってよく、炭素数7~10のアリールアルキル基であってよい。
【0036】
炭素数2~30のアルケニル基としては、例えば、ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基、スチリル基、シンナミル基等が挙げられ、炭素数3~8のアルケニル基であってよく、炭素数4~8のアルケニル基であってよい。
炭素数3~30の側鎖を有していてもよいシクロアルケニル基としては、例えば、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基、ビシクロ[2.2.1]ヘプタ-5-エン-2-イル基等が挙げられ、炭素数3~10の側鎖を有していてもよいシクロアルケニル基であってよく、炭素数5~7の側鎖を有していてもよいシクロアルケニル基であってよい。
【0037】
炭素数6~30のアリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、アズレニル基、ビフェニル基、アントラセニル基、テルフェニル基、フェナントレニル基、トリフェニレニル基、クリセニル基、ピレニル基、テトラセニル基等が挙げられ、炭素数6~18のアリール基であってよく、炭素数6~12のアリール基であってよい。
【0038】
炭素数7~30のアルキルアリール基としては、炭素数1~10の直鎖状若しくは分岐した非環状アルキル基が1つ以上置換したアリール基であってよく、例えば、前記炭素数1~10の直鎖状アルキル基及び前記炭素数3~10の分岐した非環状アルキル基の少なくとも1種が1つ以上、前記炭素数6~18のアリール基に置換したアルキルアリール基が挙げられ、前記炭素数1~10の直鎖状アルキル基及び前記炭素数3~10の分岐した非環状アルキル基の少なくとも1種が2つ、前記炭素数6~18のアリール基に置換したアルキルアリール基であってよい。炭素数7~30のアルキルアリール基は、具体的には例えば、トリル基、キシリル基、エチルフェニル基、プロピルフェニル基、ブチルフェニル基、ペンチルフェニル基、ヘキシルフェニル基、ヘプチルフェニル基、オクチルフェニル基、ノニルフェニル基、デシルフェニル基、ウンデシルフェニル基、ドデシルフェニル基等の炭素数7~20のアルキルアリール基等が挙げられる。
【0039】
(iii)に使用されるヘテロ原子としては、酸素原子、窒素原子、リン原子、硫黄原子、セレン原子、ケイ素原子、ハロゲン原子、ホウ素原子が挙げられる。これらのヘテロ原子のうち、フッ素原子、塩素原子が好ましい。
(iii)に使用される「ヘテロ原子を含有する基」としては、具体的には、後述する(iv)ヘテロ原子含有置換基と同様の基が挙げられる。「ヘテロ原子を含有する基」としては、例えば、アルコキシ基(OR11)、アルコキシカルボニル基(CO2R11)等が挙げられる。なお、R11は後述の通りである。
【0040】
以上の(iii)においては、R1、R2またはR3に相当する置換基の総炭素数が、好ましくは上限が30以下であってよく、25以下であってよく、20以下であってよく、15以下であってよい。また前記総炭素数は好ましくは、下限が1以上であってよく、2以上であってよく、4以上であってよい。
以上を踏まえ、(iii)「ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい特定の基」とは、(iii-A)炭素数1~30の直鎖状アルキル基、炭素数3~30の分岐した非環状アルキル基、炭素数3~30の側鎖を有していてもよいシクロアルキル基、炭素数7~30のアリールアルキル基、炭素数2~30のアルケニル基、炭素数6~30のアリール基、及び炭素数7~30のアルキルアリール基、(iii-B)上記(iii-A)のそれぞれの基に上記ヘテロ原子が1又は2以上置換している基、(iii-C)上記(iii-A)のそれぞれの基に上記「ヘテロ原子を含有する基」が1又は2以上置換している基、並びに、(iii-D)上記(iii-A)のそれぞれの基に、上記ヘテロ原子が1又は2以上置換し、かつ、上記「ヘテロ原子を含有する基」が1又は2以上置換している基を指す。(iii-C)については、例えば、アルコキシ基が置換しているアルキル基や、アルコキシ基が置換しているアリール基や、アルコキシカルボニル基が置換しているアリール基や、アシルオキシ基が置換しているアリール基等が挙げられる。
【0041】
(iv)ヘテロ原子含有置換基とは、具体的には、OR11、CO2R11,CO2M’、C(O)N(R12)2、C(O)R11、OC(O)R11、SR11、SO2R11、OSO2R11、P(O)(OR11)2-y(R11)y、CN、NR11(R12)、Si(OR12)3-x(R12)x、OSi(OR12)3-x(R12)x、NO2、SO3M’、PO3M’2,P(O)(OR12)2M’、またはエポキシ含有基を指す。R11は炭素数1~20の炭化水素基を表し、R12は水素原子または炭素数1~20の炭化水素基を表す。本発明において炭化水素基としては、飽和、不飽和の脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素が含まれ、炭素数1~20の炭化水素基としては、前記直鎖状アルキル基、分岐した非環状アルキル基、側鎖を有していてもよいシクロアルキル基、アリールアルキル基、アルケニル基、アリール基、またはアルキルアリール基のうち、炭素数が1~20のものが挙げられる。R11およびR12の炭化水素基の炭素数は1~10であってよく、1~6であってよく、1~4であってもよい。M’は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、4級アンモニウムまたはホスホニウムを表し、xは0から3までの整数、yは0から2までの整数を表す。
【0042】
R1、R2およびR3は、それぞれ独立に、好ましいものとして、(i)水素原子;(ii)フッ素原子、塩素原子、臭素原子;(iii)メチル基、エチル基、i-プロピル基、i-ブチル基、t-ブチル基、s-ブチル基、フェニル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロフェニル基、ナフチル基、アントラセニル基;(iv)メトキシ基、エトキシ基、フェノキシ基、ニトリル基、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、ジメチルフェニルシリル基、トリメトキシシリル基、トリエトキシシリル基、トリメチルシリルオキシ基、トリメトキシシロキシ基、シクロヘキシルアミノ基、スルフォン酸ナトリウム、スルフォン酸カリウム、リン酸ナトリウム、リン酸カリウム等が挙げられる。
これらの中で特に好ましいものとしては、(i)水素原子;(iii)メチル基、エチル基、i-プロピル基、i-ブチル基、t-ブチル基、s-ブチル基、トリフルオロメチル基;(iv)メトキシ基、トリメチルシリル基、トリメチルシリルオキシ基、シクロヘキシルアミノ基等が挙げられる。
中でもMの電子密度を効果的に制御する点から、R2は、水素原子、メチル基、エチル基、i-プロピル基、i-ブチル基、t-ブチル基、s-ブチル基、またはトリフルオロメチル基であることが好ましく、水素原子、メチル基、またはトリフルオロメチル基であってよい。
【0043】
なお、R1、R2およびR3は隣接置換基同士が互いに連結し、脂環式環、芳香族環、または酸素、窒素、硫黄からなる群より選ばれるヘテロ原子を含有する複素環を形成してもよい。このとき、環員数は5~8であり、該環上に置換基を有していても、有していなくてもよい。当該置換基としては、前記(ii)、(iii)及び(iv)の少なくとも1種が挙げられる。
【0044】
R4、R5、R6、R7およびR8は、それぞれ独立に、(i)水素原子、(v)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~20のアルキル基、または炭素数6~12のアリール基、或いは、(vi)OR11、SR11、または、NR11(R12)を表す。
ただし、R4~R8のうち少なくとも1つは、水素原子以外である。すなわち、R4~R8のうち少なくとも1つは、(v)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~20のアルキル基、または炭素数6~12のアリール基、或いは、(vi)OR11、SR11、または、NR11(R12)である。
【0045】
R4~R8における(v)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~20のアルキル基、または炭素数6~12のアリール基は、ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~20の直鎖状アルキル基、炭素数3~120の分岐した非環状アルキル基、炭素数3~20の側鎖を有していてもよいシクロアルキル基、炭素数7~20のアリールアルキル基、炭素数6~12のアリール基、または炭素数7~12のアルキルアリール基であってよい。これらは、前記(iii)に含まれるものであり、前記(iii)で説明したものと同様であってよい。
R4~R8における(v)としては、中でもMの周りの立体的な混み具合を制御する点から、炭素数1~12の直鎖状アルキル基、炭素数3~12の分岐した非環状アルキル基、炭素数3~12の側鎖を有していてもよいシクロアルキル基、炭素数6~12のアリール基、炭素数7~12のアルキルアリール基、或いは、OR11、SR11、または、NR11(R12)が少なくとも1つ置換したアリール基であってよく、炭素数1~6の直鎖状アルキル基、炭素数3~6の分岐した非環状アルキル基、炭素数5~10の側鎖を有していてもよいシクロアルキル基、炭素数6~12のアリール基、或いは、OR11’(ここでのR11’は炭素数1~6のアルキル基)が少なくとも1つ置換したアリール基であってよい。
R4~R8における(v)としては、中でも、メチル基、エチル基、i-プロピル基、i-ブチル基、t-ブチル基、s-ブチル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基、フェニル基、または4-メトキシフェニル基であってよい。
【0046】
R4~R8における(vi)OR11、SR11、または、NR11(R12)は、前記(iv)に含まれるものであり、前記(iv)で説明したものと同様であってよい。
R4~R8における(vi)としては、中でも、OR11’、SR11’、または、NR11’(R12’)(ここでのR11’は炭素数1~6のアルキル基、R12’は水素原子または炭素数1~6のアルキル基)であってよく、OR11”、SR11”、または、NR11”(R12”)(ここでのR11”は炭素数1~4のアルキル基、R12”は水素原子または炭素数1~4のアルキル基)であってよい。
R4~R8における(vi)としては、中でも、メトキシ基、エトキシ基、i-プロポキシ基、メチルチオ基、またはジメチルアミノ基であってよい。
【0047】
R4~R8における水素原子以外の置換基としては、配位する遷移金属原子の電子密度を低下し難いように電子供与性基であってよい。
【0048】
R4およびR8の少なくとも1つが、それぞれ独立に、(v)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~20のアルキル基、または炭素数6~12のアリール基、或いは、(vi)OR11、SR11、または、NR11(R12)であってよく、さらに(v)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~20のアルキル基、または炭素数6~12のアリール基であってよい。
R4およびR8が、それぞれ独立に、(v)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~20のアルキル基、または炭素数6~12のアリール基、或いは、(vi)OR11、SR11、または、NR11(R12)であることが好ましく、さらに(v)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~20のアルキル基、または炭素数6~12のアリール基であることがより好ましい。
【0049】
R4およびR8の少なくとも1つが水素原子以外の場合、R5およびR7は水素原子であってよい。
R4およびR8の少なくとも1つが水素原子以外の場合、R6は(i)水素原子、(v)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~20のアルキル基、または炭素数6~12のアリール基、或いは、(vi)OR11、SR11、または、NR11(R12)であってよく、(i)水素原子、或いは、(v)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~20のアルキル基、または炭素数6~12のアリール基であってよい。
【0050】
R4およびR8が水素原子の場合、中でも、R6が水素原子以外であってよく、R6は、(v)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~20のアルキル基、または炭素数6~12のアリール基、或いは、(vi)OR11、SR11、または、NR11(R12)であってよく、(v)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~20のアルキル基、または炭素数6~12のアリール基であってよい。
R4およびR8が水素原子の場合、R5およびR7が水素原子以外であってもよい。
【0051】
R9およびR10は、それぞれ独立に、ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい炭素数1~30の非芳香族炭化水素基、NR11(R12)、またはSiR11(R12)2を表す。
ここで、非芳香族炭化水素基とは、直鎖、分岐、環状の脂肪族炭化水素基、及びこれらの組み合わせが挙げられ、炭素数1~30の直鎖状アルキル基、炭素数3~30の分岐した非環状アルキル基、炭素数3~30の側鎖を有していてもよいシクロアルキル基、炭素数2~30のアルケニル基、および、炭素数3~30の側鎖を有していてもよいシクロアルケニル基等が挙げられる。
R9およびR10における、ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、これらの炭化水素基は、前記(iii)で説明したものと同様であってよい。
【0052】
R9およびR10は、Mの近傍にあって、立体的および/または電子的にMに相互作用を及ぼす。こうした効果を及ぼすためには、R9およびR10は、かさ高い方が好ましい。
上記直鎖状アルキル基、分岐した非環状アルキル基、側鎖を有していてもよいシクロアルキル基、アルケニル基、及び、側鎖を有していてもよいシクロアルケニル基の各炭素数は、好ましくは3以上25以下であり、より好ましくは4以上であり、7以上であってもよく、10以上であってもよく、20以下であってもよく、15以下であってもよい。
【0053】
R9およびR10の例のうち、直鎖状アルキル基としては炭素数3~15の直鎖状アルキル基が挙げられ、例えばn-プロピル基、n-ブチル基、n-ペンチル基、n-ヘキシル基等が挙げられる。
R9およびR10の例のうち、分岐した非環状アルキル基としては炭素数3~15の分岐した非環状アルキル基が挙げられ、例えばイソプロピル基、イソブチル基、ペンタン-2-イル基、ペンタン-3-イル基、3-メチル-2-ペンチル基、2-メチル-3-ペンチル基、t-ブチル基、t-ペンチル基(1,1-ジメチルプロピル基)、2-メチル-2-ペンチル基、3-メチル-3-ペンチル基、t-ヘキシル基(1,1-ジメチルブチル基)等が挙げられ、この中でも炭素数4~6の分岐した非環状アルキル基が好ましい。
R9およびR10の例のうち、側鎖を有していてもよいシクロアルキル基としては炭素数3~15の側鎖を有していてもよいシクロアルキル基が挙げられ、例えば、シクロペンチル基、2-メチルシクロペンチル基、3-メチルシクロペンチル基、1,2-ジメチルシクロブチル基、1-メチルシクロペンチル基、シクロヘキシル基、5-トリシクロ[3.3.1.13,7]デカ-1-イル基(1-アダマンチル基)、5-メチル-2-(プロパン-2-イル)シクロヘキシル基(メンチル基)、ビシクロ-[2.2.1]-ヘプタ-2-イル基等が挙げられ、この中でも炭素数6~12の側鎖を有していてもよいシクロアルキル基が好ましい。
R9およびR10の例のうち、アルケニル基としては炭素数4~10のアルケニル基が挙げられ、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基が挙げられる。
R9およびR10の例のうち、側鎖を有していてもよいシクロアルケニル基としては炭素数3~15の側鎖を有していてもよいシクロアルケニル基が挙げられ、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基、ビシクロ[2.2.1]ヘプタ-5-エン-2-イル基等が挙げられ、この中でも炭素数5~10の側鎖を有していてもよいシクロアルケニル基が好ましい。
【0054】
R9およびR10の例のうち、NR11(R12)としては、例えば、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、シクロヘキシルアミノ基等が挙げられる。
また、R9およびR10の例のうち、SiR11(R12)2としては、例えば、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基等が挙げられる。
【0055】
これらの中でも、R9およびR10として好ましいものは、t-ブチル基、t-ペンチル基(1,1-ジメチルプロピル基)、2-メチル-2-ペンチル基、3-メチル-3-ペンチル基、1-メチルシクロペンチル基、1-アダマンチル基、メンチル基、ジエチルアミノ基、及びトリメチルシリル基等が挙げられ、中でもより好ましいものとしては、t-ブチル基、1-アダマンチル基及びメンチル基が挙げられる。
【0056】
E1は、リン原子、砒素原子またはアンチモン原子を表す。この中でも、E1はリン原子であることが、金属への配位力の点から好ましい。
X1は、酸素原子または硫黄原子を表す。この中でも、X1は酸素原子であることが、脱プロトンのための酸性度の点から好ましい。
Zは、水素原子、または脱離基を表す。Zは、具体的には、水素原子、ハロゲン原子、R11SO2基(ここでR11は、前記したとおりである)、CF3SO2基などを挙げることができる。ハロゲン原子としては、臭素原子、またはヨウ素原子であってよく、R11SO2基の具体例としては、トシル基(p-トルエンスルホニル基)、メシル基(メタンスルホニル基)等が挙げられる。
mはZの価数を表す。
【0057】
一般式[2]は、アニオンの形で表されているが、そのカウンターカチオンは、本発明における遷移金属化合物との反応を阻害しない限りにおいて、任意のものを用いることができる。カウンターカチオンとしては、具体的には、アンモニウム、4級アンモニウムまたはホスホニウム、周期表1族~14族の金属イオンを挙げることができる。これらのうち好ましくは、NH4
+、R11
4N+(ここでR11は、前記したとおりであり、4つのR11は、同じでも異なっていてもよい。以下同様である。)、R11
4P+、Li+、Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Al3+であり、さらに好ましくは、R11
4N+、Li+、Na+、K+である。
【0058】
本発明における前記一般式[1]及び[2]中の置換基等の具体的な組み合わせを、下記表1に示す。Z及びmは一般式[1]のみに関わる。ただし、具体例は、下記例示に限定されるものではない。
【0059】
【0060】
一般式[1]、[2]で示される化合物については、公知の合成法に基づいて合成することができる。
【0061】
本発明で用いられるニッケルまたはパラジウムを含む遷移金属化合物は、一般式[1]または[2]で表される化合物と反応して、重合能を有する錯体を形成可能なものが使用される。これらは、プリカーサー(前駆体)とも呼ばれることがある。
【0062】
用いられる遷移金属化合物のうち、例えば、ニッケル原子を含む遷移金属化合物としては、ビス(1,5-シクロオクタジエン)ニッケル(0)(以下、Ni(COD)2)、(N,N,N,N-テトラメチルエチレンジアミン)ニッケルジメチル(II)(以下、(TMEDA)NiMe2)、ジアセチルアセトンニッケル(II)(以下、Ni(acac)2)、一般式:Ni(CH2CR14CH2)2で表される錯体、ビス(シクロペンタジエニル)ニッケル(II)、一般式:Ni(CH2Si(R14)3)2(L1)2で表される錯体、一般式:Ni(R13’)2(L1)2で表される錯体[ここでR13’は、水素原子、ヘテロ原子を含有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基、またはNiに配位した配位子を表し、L1は、Niに配位した配位子を表し、R13’とL1が互いに結合して環を形成してもよい。R14は、水素原子、ハロゲン原子、ヘテロ原子を含有していてもよい炭素数1~30の炭化水素基、OR11、CO2R11,CO2M’、C(O)N(R12)2、C(O)R11、OC(O)R11、SR11、SO2R11、OSO2R11、P(O)(OR11)2-y(R11)y、CN、NR11(R12)、Si(OR12)3-x(R12)x、OSi(OR12)3-x(R12)x、NO2、SO3M’、PO3M’2,P(O)(OR12)2M’、またはエポキシ含有基(ここで、R11は炭素数1~20の炭化水素基を表し、R12は水素原子または炭素数1~20の炭化水素基を表し、M’は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、4級アンモニウムまたはホスホニウムを表し、xは0~3の整数を表し、yは0~2の整数を表す)を表す。]等を使用することができる。
【0063】
R13’の具体的な例としては、ヒドリド基、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、n-ヘキシル基、n-オクチル基、n-デシル基、n-ドデシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ベンジル基、フェニル基、p-メチルフェニル基、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリフェニルシリル基等を挙げることができる。
また、Mがニッケル原子で0価の遷移金属化合物の場合、R13’は、Mに配位した中性配位子であってよい。R13’においてMに配位した中性配位子としては、中性の電子供与性配位子である。一つの例としては、電気的に中性であり不対電子をMに配位させることで配位結合を形成しうる配位子であり、不対電子を有する窒素原子、リン原子、ヒ素原子、酸素原子、硫黄原子、セレン原子などを有する炭素数1~20の炭化水素化合物が挙げられる。また別の例としては、遷移金属に配位可能な炭素-炭素不飽和結合を有するヘテロ原子を含有していてもよい炭化水素化合物、具体的には、π電子を供与することによってπ供与結合を形成するエチレン、シクロオクタジエンのような化合物、金属に配位する不飽和結合及びヘテロ原子を有するジベンジリデンアセトン(dba)のような化合物が挙げられる。これらの例として、アセトニトリル、イソニトリル、一酸化炭素、エチレン、テトラヒドロフランなど、金属錯体の中性配位子として公知のもの、アリルやシクロペンタジエニルなどπ電子を供与する配位子を用いることができる。
【0064】
本発明における配位子L1は、配位結合可能な原子として、不対電子を有する窒素原子、リン原子、ヒ素原子、酸素原子、硫黄原子、セレン原子を有する炭素数1~20の炭化水素化合物である。また、L1として、遷移金属に配位可能な炭素-炭素不飽和結合を有するヘテロ原子を含有していてもよい炭化水素化合物も使用することができる。好ましくは、L1の炭素数は、1~16であり、さらに好ましくは1~10である。後述する一般式[3]中のMと配位結合するL1としては、電荷を持たない化合物が好ましい。
【0065】
本発明における好ましいL1としては、環状不飽和炭化水素類、ホスフィン類、ピリジン類、ピペリジン類、アルキルエーテル類、アリールエーテル類、アルキルアリールエーテル類、環状エーテル類、アルキルニトリル誘導体、アリールニトリル誘導体、アルコール類、アミド類、脂肪族エステル類、芳香族エステル類、アミン類などを挙げることができる。さらに好ましいL1としては、環状オレフィン類、ホスフィン類、ピリジン類、環状エーテル類、脂肪族エステル類、芳香族エステル類が挙げられ、特に好ましいL1として、トリアルキルホスフィン、ピリジン、ルチジン(ジメチルピリジン)、ピコリン(メチルピリジン)、R11CO2R11(R11の定義は、前記の通り)を挙げることができる。
なお、R13’とL1が互いに結合して環を形成してもよい。そのような例として、1,5-シクロオクタジエンやπ-アリル結合様式を挙げることができる。
また、R14におけるハロゲン原子、ヘテロ原子を含有していてもよい炭素数1~30の炭化水素基、OR11、CO2R11,CO2M’、C(O)N(R12)2、C(O)R11、OC(O)R11、SR11、SO2R11、OSO2R11、P(O)(OR11)2-y(R11)y、CN、NR11(R12)、Si(OR12)3-x(R12)x、OSi(OR12)3-x(R12)x、NO2、SO3M’、PO3M’2,P(O)(OR12)2M’、またはエポキシ含有基は、前記と同様であってよい。
【0066】
これらの遷移金属化合物のうち、好ましく用いられるものは、Ni(COD)2、NiPhCl(PEt3)2、NiPhCl(PPh3)2、NiPhCl(TMEDA)(以下、TMEDAはテトラメチルエチレンジアミンを表す。)、NiArBr(TMEDA)(ここで、Arはアリール基であり、例えば4-フルオロフェニルである。)、Ni(acac)2、(TMEDA)NiMe2、一般式:Ni(CH2CR14CH2)2で表される錯体で表される錯体(ここでR14は前記の通りである。)、一般式:Ni(CH2Si(R14)3)2(L1)2で表される錯体(ここでR14、L1は前記の通りである。)、一般式:Ni(R13’)2(L1)2で表される錯体(ここでR13’、L1は、前記の通りである。)、Pd(dba)2(以下、dbaは、ジベンジリデンアセトンを表す。)、Pd2(dba)3、Pd3(dba)4、Pd(OCOCH3)2、(1,5-シクロオクタジエン)PdMeClである。
特に好ましくは、Ni(COD)2、NiPhCl(PEt3)2、NiPhCl(PPh3)2、NiPhCl(TMEDA)、NiArBr(TMEDA)、Ni(acac)2、(TMEDA)NiMe2、Ni(CH2CHCH2)2、Ni(CH2CMeCH2)2、Ni(CH2SiMe3)2(Py)2(以下Pyは、ピリジンを表す。)、Ni(CH2SiMe3)2(Lut)2(以下Lutは、2,6-ルチジンを表す。)、NiPh2(Py)2、NiPh2(Lut)2,Pd(dba)2、Pd2(dba)3、Pd3(dba)4、Pd(OCOCH3)2、(1,5-シクロオクタジエン)PdMeClである。
【0067】
本発明の反応生成物は、前述の一般式[1]または[2]で表される化合物と前述の遷移金属化合物([4]とする)とを、例えば[I]+[2]:[4]=1:99~99:1(モル比)を、0℃~100℃のトルエンやベンゼン等の有機溶媒中で、減圧~加圧下で1秒~86400秒間接触させることにより、得ることができる。遷移金属化合物として、Ni(COD)2のトルエンやベンゼン溶液を用いる場合には、溶液の色が黄色から、例えば赤色に変化することにより、反応生成物の生成が確認できる。
【0068】
本反応後、遷移金属化合物を構成している成分であって、当該化合物中の遷移金属以外の一部が、一般式[1]中のZを除いた部分や一般式[2]の化合物によって置換されて、下記一般式[3]で表される金属錯体等の、一般式[1]または[2]で表される化合物と遷移金属化合物との反応生成物である金属錯体が生成する。この置換反応は、定量的に進行する方が好ましいが、場合によっては完全に進行しなくてもよい。反応終了後、一般式[3]で表される錯体等の、一般式[1]または[2]で表される化合物と遷移金属化合物との反応生成物である金属錯体以外に、一般式[1]、[2]、及び遷移金属化合物由来の他の成分が共存し得るが、本発明の重合反応または共重合反応を行う際に、これらの他の成分は、除去してもよいし、除去しなくてもよい。一般的には、これらの他の成分は、除去した方が、高活性が得られるので好ましい。
【0069】
前記一般式[1]または[2]で表される化合物と、ニッケルまたはパラジウムを含む遷移金属化合物との反応生成物中に、下記一般式[3]で表される金属錯体が含まれると考えられる。前記一般式[1]または[2]で表される化合物に類似の骨格を有する化合物と、ニッケルまたはパラジウムを含む遷移金属化合物との反応生成物として、下記一般式[3]で表される金属錯体と類似の骨格を有する金属錯体の構造が報告されており、当該金属錯体が触媒活性を示すことが報告されている(例えば、ACS Macro Lett.2018,7,213-217.、Chem. Eur. J. 2003,9,6093-6107.、European Journal of Inorganic Chemistry, 2000,3,431-440.、J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 3611.等)。従って、前記一般式[1]または[2]で表される化合物と、ニッケルまたはパラジウムを含む遷移金属化合物との反応生成物は、その反応機構から下記一般式[3]で表される金属錯体が含まれると推定される。後述のように、前記一般式[1]または[2]で表される化合物と、ニッケルまたはパラジウムを含む遷移金属化合物との反応生成物は、優れた触媒活性を示すので、反応機構から推定される下記一般式[3]で表される構造が、触媒活性を示す化合物の1つであると推定される。
ただし、上述したように、当該反応生成物である金属錯体の構造は、一般式[3]で表される構造のみに限定されるものではない。
【0070】
なお、下記一般式[3]で表される金属錯体を製造する際には、前記一般式[1]または[2]で表される化合物と、ニッケルまたはパラジウムを含む遷移金属化合物との反応を行う際に、さらに、配位性化合物(L1)や一般式[3]におけるR13に置換するための共有結合性化合物を共存させてもよい。
本発明に係るMとして、ニッケルやパラジウムを用いる場合には、ルイス塩基性の配位性化合物を系内に共存させることによって、生成した金属錯体の安定性が増す場合があり、このような場合には、配位性化合物が本発明の重合反応または共重合反応を阻害しない限りにおいて、配位性化合物を共存させてもよい。
本発明で用いられる配位性化合物とは、配位結合可能な原子として、酸素原子、窒素原子、リン原子、ヒ素原子、硫黄原子、セレン原子を有する炭素数1~20の炭化水素化合物、または、遷移金属に配位可能な炭素-炭素不飽和結合を有するヘテロ原子を含有していてもよい炭化水素化合物を使用することができ、前記L1と同義であって良い。
【0071】
また、本発明で用いられる前記共有結合性化合物とは、遷移金属化合物由来の配位子を一般式[3]におけるR13に置換可能な化合物であって、有機金属化合物であってよい。R13は重合反応の開始末端としてポリマー中に取り込まれるとともに、重合反応の初速度に大きく寄与することができ、状況に応じてR13を導入するための共有結合性化合物も併用することが好ましい。
前記共有結合性化合物としては、有機リチウム化合物を挙げることができ、R13”Li(ここで、R13”はヘテロ原子を含有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基)であってよく、炭素数1~10の炭化水素基を有する有機リチウム化合物であってよい。炭素数1~10の炭化水素基を有する有機リチウム化合物としては、メチルリチウム、n-ブチルリチウム、フェニルリチウム等が挙げられる。この中でも好ましくは、メチルリチウム、フェニルリチウムであり、さらに好ましくはメチルリチウムである。
【0072】
また、本発明の金属錯体は、下記一般式[3]で表される金属錯体である。
【0073】
【化5】
[式[3]中、
R
1、R
2およびR
3は、それぞれ独立に下記(i)~(iv)からなる群より選ばれる原子または基を表す。
(i)水素原子
(ii)ハロゲン原子
(iii)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい炭化水素基
(iv)OR
11、CO
2R
11,CO
2M’、C(O)N(R
12)
2、C(O)R
11、OC(O)R
11、SR
11、SO
2R
11、OSO
2R
11、P(O)(OR
11)
2-y(R
11)
y、CN、NR
11(R
12)、Si(OR
12)
3-x(R
12)
x、OSi(OR
12)
3-x(R
12)
x、NO
2、SO
3M’、PO
3M’
2,P(O)(OR
12)
2M’、またはエポキシ含有基。R
11は炭素数1~20の炭化水素基を表し、R
12は水素原子または炭素数1~20の炭化水素基を表す。M’はアルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニウム、4級アンモニウムまたはホスホニウムを表し、xは0から3までの整数、yは0から2までの整数を表す。
R
1、R
2およびR
3は、隣接置換基同士が互いに連結し、脂環式環、芳香族環、またはヘテロ原子を含有する複素環を形成してもよい。環員数は5~8であり、該環状に置換基を有していても、有していなくてもよい。
R
4、R
5、R
6、R
7およびR
8は、それぞれ独立に、(i)水素原子、(v)ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい、炭素数1~20のアルキル基、または炭素数6~12のアリール基、或いは、(vi)OR
11、SR
11、または、NR
11(R
12)を表す。ただし、R
4~R
8のうち少なくとも1つは、水素原子以外である。
R
9およびR
10はそれぞれ独立に、ヘテロ原子およびヘテロ原子を含有する基からなる群より選ばれる少なくとも1つを有していてもよい炭素数1~30の非芳香族炭化水素基、NR
11(R
12)、またはSiR
11(R
12)
2を表す。
E
1はリン、砒素、またはアンチモンを表す。
X
1は酸素原子または硫黄原子を表す。
Mはニッケルまたはパラジウムを表す。
L
1はMに配位した配位子を表す。
R
13は水素原子、ヘテロ原子を含有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基を表す。R
13とL
1は互いに結合して環を形成していてもよい。]
【0074】
前記一般式[3]中、R1~R10、E1およびX1は前記一般式[1]または[2]で説明したものと同様であってよい。このように、前記反応生成物中の金属錯体と、一般式[3]で表される金属錯体との間には、ベンゼン環を含む主骨格や、これら置換基(R1~R6、E1、X1)の点において錯体構造の共通性がある。
また、一般式[3]中のM、及び、L1は、前記遷移金属化合物において説明した通りである。
【0075】
本発明においてR13は、水素原子、またはヘテロ原子を含有していてもよい炭素数1~20の炭化水素基を表す。
MがNiで0価の遷移金属化合物におけるR13’は、Mに配位した中性配位子であってよいが、前記一般式[1]または[2]で表される化合物と、MがNiで0価の遷移金属化合物とが反応する場合、Niは2価になるため、反応後のR13は、中性配位子ではなく、アニオン性配位子になる。例えば、前記一般式[1]または[2]で表される化合物と、Ni(COD)2とが反応した場合、遷移金属化合物由来の配位子は、R13とL1が互いに結合して環を形成したσ,π-シクロオクタ-4-エニル基となる。
本発明における重合または共重合反応は、MとR13の結合に本発明におけるプロピレン等のオレフィンまたはその共重合モノマーが挿入されることによって、開始されると考えられる。したがって、R13の炭素数が過度に多いと、この開始反応が阻害される傾向にある。このため、好ましいR13としては、置換基に含まれる炭素数を除く炭素数が1~16、さらに好ましくは当該炭素数が1~10である。
R13の具体的な例としては、ヒドリド基、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、n-ヘキシル基、n-オクチル基、n-デシル基、n-ドデシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ベンジル基、フェニル基、p-メチルフェニル基等を挙げることができる。
なお、R13とL1が互いに結合して環を形成してもよい。そのような例として、σ,π-シクロオクタ-4-エニル基、アセチルアセトナート基等を挙げることができ、これも本発明における好ましい様態である。
【0076】
本発明における前記一般式[3]中の置換基等の具体的な組み合わせを、下記表2に示す。ただし、具体例は、下記例示に限定されるものではない。
【0077】
【0078】
金属錯体の構造の理解のため、上記表2に記載のNo.4の構造式を示す。
【0079】
【0080】
また、表2に例示した錯体番号1~45の化合物のMをNiからPdに替えた化合物も例示される。
【0081】
本発明において、反応をプロピレン等のオレフィンの重合やオレフィンと(メタ)アクリル酸エステルとの共重合に使用する反応器とは別の容器で、予め行ったうえで、得られた一般式[1]または[2]で表される化合物と遷移金属化合物との反応生成物である金属錯体をプロピレン等のオレフィンの重合やオレフィンと(メタ)アクリル酸エステルとの共重合に供してもよいし、反応をこれらのモノマーの存在下に行ってもよい。また、反応を、プロピレン等のオレフィンの重合やオレフィンと(メタ)アクリル酸エステルとの共重合に使用する反応器の中で行ってもよい。この際に、これらのモノマーは存在していてもよいし、存在していなくてもよい。また、一般式[1]及び[2]で示される成分については、それぞれ単独の成分を用いてもよいし、それぞれ複数種の成分を併用してもよい。特に、分子量分布やコモノマー含量分布を広げる目的には、こうした複数種の併用が有用である。
【0082】
上述したように、一般式[1]または[2]で表される化合物と、ニッケルまたはパラジウムを含む遷移金属化合物とを接触させ、必要に応じて更に前記配位性化合物や前記共有結合性化合物を用いて反応させることにより、一般式[1]または[2]で表される化合物と、ニッケルまたはパラジウムを含む遷移金属化合物との反応生成物である、本発明の金属錯体、一般式[3]で表される金属錯体を製造することができる。
【0083】
2.オレフィン重合用触媒成分
本発明のオレフィン重合用触媒成分は、前記本発明の金属錯体を含むことを特徴とする。
本発明においては、前記本発明の金属錯体を、オレフィンの重合または共重合の触媒成分として使用することができる。前記したように、前記本発明の金属錯体は、一般式[1]または[2]で表される化合物と遷移金属化合物との反応によって、生成させることができる。前記本発明の金属錯体を触媒成分に用いる場合、そのまま反応溶液を用いてもよいし、単離したものを用いてもよいし、担体に担持したものを用いてもよい。担体への担持は、オレフィンの重合やオレフィンと(メタ)アクリル酸エステルとの共重合に使用する反応器中で、これらのモノマーの存在下または非存在下で行ってもよいし、該反応器とは別の容器中で行ってもよい。
【0084】
使用可能な担体としては、本発明の主旨をそこなわない限りにおいて、任意の担体を用いることができる。一般に、無機酸化物やポリマー担体が好適に使用できる。具体的には、SiO2、Al2O3、MgO、ZrO2、TiO2、B2O3、CaO、ZnO、BaO、ThO2等またはこれらの混合物が挙げられ、SiO2-Al2O3、SiO2-V2O5、SiO2-TiO2、SiO2-MgO、SiO2-Cr2O3等の混合酸化物も使用することができ、無機ケイ酸塩、ポリエチレン担体、ポリプロピレン担体、ポリスチレン担体、ポリアクリル酸担体、ポリメタクリル酸担体、ポリアクリル酸エステル担体、ポリエステル担体、ポリアミド担体、ポリイミド担体などが使用可能である。これらの担体については、粒径、粒径分布、細孔容積、比表面積などに特に制限はなく、任意のものが使用可能である。
【0085】
無機ケイ酸塩としては、粘土、粘土鉱物、ゼオライト、珪藻土等が使用可能である。これらは、合成品を用いてもよいし、天然に産出する鉱物を用いてもよい。粘土、粘土鉱物の具体例としては、アロフェン等のアロフェン族、ディッカイト、ナクライト、カオリナイト、アノーキサイト等のカオリン族、メタハロイサイト、ハロイサイト等のハロイサイト族、クリソタイル、リザルダイト、アンチゴライト等の蛇紋石族、モンモリロナイト、ザウコナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライト等のスメクタイト、バーミキュライト等のバーミキュライト鉱物、イライト、セリサイト、海緑石等の雲母鉱物、アタパルジャイト、セピオライト、パイゴルスカイト、ベントナイト、木節粘土、ガイロメ粘土、ヒシンゲル石、パイロフィライト、リョクデイ石群等が挙げられる。
これらは混合層を形成していてもよい。人工合成物としては、合成雲母、合成ヘクトライト、合成サポナイト、合成テニオライト等が挙げられる。これら具体例のうち好ましくは、ディッカイト、ナクライト、カオリナイト、アノーキサイト等のカオリン族、メタハロサイト、ハロサイト等のハロサイト族、クリソタイル、リザルダイト、アンチゴライト等の蛇紋石族、モンモリロナイト、ザウコナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライト等のスメクタイト、バーミキュライト等のバーミキュライト鉱物、イライト、セリサイト、海緑石等の雲母鉱物、合成雲母、合成ヘクトライト、合成サポナイト、合成テニオライトが挙げられ、特に好ましくはモンモリロナイト、ザウコナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライト等のスメクタイト、バーミキュライト等のバーミキュライト鉱物、合成雲母、合成ヘクトライト、合成サポナイト、合成テニオライトが挙げられる。
【0086】
これらの担体は、そのまま用いてもよいが、塩酸、硝酸、硫酸等による酸処理および/または、LiCl、NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2、Li2SO4、MgSO4、ZnSO4、Ti(SO4)2、Zr(SO4)2、Al2(SO4)3等の塩類処理を行ってもよい。該処理において、対応する酸と塩基を混合して反応系内で塩を生成させて処理を行ってもよい。また粉砕や造粒等の形状制御や乾燥処理を行ってもよい。
【0087】
3.オレフィン重合用触媒
本発明のオレフィン重合用触媒は、下記の成分(A)及び任意に成分(B)を含むことを特徴とする。
成分(A):前記本発明の金属錯体
成分(B):有機アルミニウム化合物
【0088】
成分(A)は、前記本発明の金属錯体であり、1種類の金属錯体のみを用いてもよいし、2種類以上の金属錯体を組み合わせて用いてもよい。
【0089】
成分(B)として使用される、有機アルミニウム化合物の一例は、次の一般式で表される。
Al(Rp)aX(3-a)
一般式中、Rpは、炭素数1~20の炭化水素基、Xは、水素原子、ハロゲン原子、アルコキシ基又はシロキシ基を示し、aは0より大きく3以下の数を示す。
一般式で表される有機アルミニウム化合物の具体例としては、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリプロピルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリノルマルオクチルアルミニウムなどのトリアルキルアルミニウム、ジエチルアルミニウムモノクロライド、ジエチルアルミニウムモノメトキシドなどのハロゲン原子又はアルコキシ含有アルキルアルミニウムが挙げられる。
【0090】
これらの中では、トリイソブチルアルミニウムまたはトリノルマルオクチルアルミニウムが好ましい。また、上記の有機アルミニウム化合物を2種以上併用してもよい。また、上記のアルミニウム化合物をアルコール、フェノールなどで変性して用いてもよい。これらの変性剤としては、メタノール、エタノール、1-プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、フェノール、2,6-ジメチルフェノール、2,6-ジ-t-ブチルフェノールなどが例示され、好ましい具体例は、2,6-ジメチルフェノール、2,6-ジ-t-ブチルフェノールである。
【0091】
本発明に係るオレフィン重合用触媒の調製法においては、成分(A)及び成分(B)を接触させる方法は、特に限定されない。
各成分中で別種の成分を混合物として用いてもよい。また、この接触は、触媒調製時だけでなく、オレフィンによる予備重合時又はオレフィンの重合時に行ってもよい。
上記の成分(A)及び成分(B)の接触は、窒素などの不活性ガス中において、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、トルエン、キシレンなどの不活性炭化水素溶媒中で行うことが好ましい。接触は、-20℃から溶媒の沸点の間の温度で行うことができ、特に室温から溶媒の沸点の間での温度で行うのが好ましい。
【0092】
4.オレフィン重合体の製造方法
本発明のオレフィン重合体の製造方法の一実施形態は、前記本発明のオレフィン重合用触媒の存在下に、オレフィンを重合または共重合するものである。
本発明のオレフィン重合体の製造方法の一実施形態は、前記本発明のオレフィン重合用触媒の存在下、炭素数3以上のオレフィンを重合または共重合するオレフィン重合体の製造方法であってよい。
本発明におけるオレフィンは、一般式:CH2=CHR20で表される。ここで、R20は、水素原子または炭素数1~20の炭化水素基であり、分岐、環、および/または不飽和結合を有していてもよい。R20の炭素数が20より大きいと、十分な重合活性が発現しない傾向がある。このため、なかでも、好ましいオレフィンとしては、R20が水素原子または炭素数1~10の炭化水素基であるオレフィンが挙げられる。
さらに好ましいオレフィンとしては、エチレン、プロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、1-ヘキセン、1-オクテン、1-デセン、3-メチル-1-ブテン、4-メチル-1-ペンテンなどのα-オレフィン、ビニルシクロヘキセン、スチレンが挙げられる。なお、単独のオレフィンを使用してもよいし、複数のオレフィンを併用してもよい。
本発明のオレフィン重合体の製造方法、及びオレフィン共重合体の製造方法においては炭素数3以上のオレフィンを含むことが好ましく、オレフィンがプロピレンであることが特に好ましい。
【0093】
本発明のオレフィン重合体の製造方法の他の実施形態は、上記重合用触媒の存在下に、(a)オレフィンと、(b)(メタ)アクリル酸エステルモノマー、ビニルモノマー又はアリルモノマーとを共重合するものである。
【0094】
本発明における(メタ)アクリル酸エステルモノマーは、一般式:CH2=C(R21)CO2(R22)で表される。ここで、R21は、水素原子またはメチル基である。R22は、炭素数1~30の炭化水素基であり、分岐、環、および/または不飽和結合を有していてもよい。さらに、R22内の任意の位置にヘテロ原子を含有していてもよい。
R22の炭素数が30を超えると、重合活性が低下する傾向がある。よって、R22の炭素数は1~30であるが、R22は、好ましくは炭素数1~12であり、さらに好ましくは炭素数1~8である。
また、R22内に含まれていても良いヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、セレン原子、リン原子、窒素原子、ケイ素原子、フッ素原子、ホウ素原子等が挙げられる。これらのヘテロ原子のうち、酸素原子、ケイ素原子、フッ素原子が好ましく、酸素原子が更に好ましい。また、R22は、ヘテロ原子を含まないものも好ましい。
【0095】
さらに好ましい(メタ)アクリル酸エステルモノマーとしては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n-プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸t-ブチル、(メタ)アクリル酸ペンチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸トルイル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸ジエチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸-2-アミノエチル、(メタ)アクリル酸-2-メトキシエチル、(メタ)アクリル酸-3-メトキシプロピル、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸エチレンオキサイド、(メタ)アクリル酸トリフルオロメチル、(メタ)アクリル酸-2-トリフルオロメチルエチル、(メタ)アクリル酸パーフルオロエチル、(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリルジメチルアミド、(メタ)アクリル酸2-ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸4-ヒドロキシブチル等が挙げられる。なお、単独の(メタ)アクリル酸エステルを使用してもよいし、複数の(メタ)アクリル酸エステルを併用してもよい。
【0096】
本発明におけるビニルモノマーは、含ハロゲン原子、含窒素原子、含酸素原子、含硫黄原子等の極性基を有するビニルモノマーで、特にハロゲン原子、水酸基、アミノ基、ニトロ基、カルボキシ基、ホルミル基、アルコキシカルボニル基、アシルオキシ基、アシル基、エポキシ基、ニトリル基、イミド基等を含有するビニルモノマーである。具体的には、5-ヘキセン-1-オール、2-メチル-3-ブテン-1-オール、10-ウンデセン酸エチル、10-ウンデセン-1-オール、12-トリデセン-2-オール、10-ウンデカノイック酸、メチル-9-デセネート、t-ブチル-10-ウンデセネート、1,1-ジメチル-2-プロペン-1-オール、9-デセン-1-オール、3-ブテン酸、3-ブテン-1-オール、N-(3-ブテン-1-イル)フタルイミド、5-ヘキセン酸、5-ヘキセン酸メチル、5-ヘキセン-2-オン、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、酢酸ビニル等が挙げられる。この中でも、特に3-ブテン-1-オール、10-ウンデセン酸エチル、10-ウンデセン-1-オールが好ましい。
【0097】
本発明におけるアリルモノマーは、炭素数3のアリルモノマー(プロぺニルモノマー)、アリル基を有する炭素数4以上のアリル系モノマーが例示される。アリルモノマーは、含ハロゲン原子、含窒素原子、含酸素原子、含硫黄等原子の極性基を有するアリルモノマーで、特にハロゲン原子、水酸基、アミノ基、ニトロ基、カルボキシ基、ホルミル基、アルコキシカルボニル基、アシルオキシ基、アシル基、エポキシ基、ニトリル基、イミド基等を含有するアリルモノマーである。好ましい具体例として、酢酸アリル、アリルアルコール、アリルアミン、N-アリルアニリン、N-t-ブトキシカルボニル-N-アリルアミン、N-ベンジルオキシカルボニル-N-アリルアミン、N-アリル-N-ベンジルアミン、塩化アリル、臭化アリル、アリルエーテル、ジアリルエーテルなどが挙げられる。これらの中でも、特に酢酸アリル、アリルアルコールが好ましく、酢酸アリル、アリルエーテル、ジアリルエーテルがより好ましい。
【0098】
本発明の重合反応は、プロパン、n-ブタン、イソブタン、n-ヘキサン、n-ヘプタン、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の炭化水素溶媒や液化α-オレフィン等の液体、また、ジエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、酢酸エチル、安息香酸メチル、アセトン、メチルエチルケトン、ホルミアミド、アセトニトリル、メタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコール等のような極性溶媒の存在下あるいは非存在下に行われる。また、ここで記載した液体化合物の混合物を溶媒として使用してもよい。さらに、イオン液体も溶媒として使用可能である。なお、高い重合活性や高い分子量を得るうえでは、上述の炭化水素溶媒やイオン液体がより好ましい。
【0099】
本発明では、公知の添加剤の存在下または非存在下で重合反応を行うことができる。添加剤としては、ラジカル重合を禁止する重合禁止剤や、生成共重合体を安定化する作用を有する添加剤が好ましい。例えば、キノン誘導体やヒンダードフェノール誘導体などが好ましい添加剤の例として挙げられる。具体的には、モノメチルエーテルハイドロキノンや、2,6-ジ-t-ブチル4-メチルフェノール(BHT)、トリメチルアルミニウムとBHTとの反応生成物、4価チタンのアルコキサイドとBHTとの反応生成物などが使用可能である。また、添加剤として、無機およびまたは有機フィラーを使用し、これらのフィラーの存在下で重合を行っても良い。さらに、本発明に係るL1やイオン液体を添加剤として用いてもよい。
【0100】
本発明における好ましい添加剤として、ルイス塩基が挙げられる。適切なルイス塩基を選択することにより、活性、分子量、アクリル酸エステルの共重合性を改良することができる。ルイス塩基の量としては、重合系内に存在する触媒成分中の遷移金属Mに対して、0.0001当量~1000当量、好ましくは0.1当量~100当量、さらに好ましくは、0.3当量~30当量である。ルイス塩基を重合系に添加する方法については、特に制限はなく、任意の手法を用いることができる。例えば、本発明の触媒成分と混合して添加してもよいし、モノマーと混合して添加してもよいし、触媒成分やモノマーとは独立に重合系に添加してもよい。また、複数のルイス塩基を併用してもよい。また、本発明に係るL1と同じルイス塩基を用いてもよいし、異なっていてもよい。
【0101】
ルイス塩基としては、芳香族アミン類、脂肪族アミン類、アルキルエーテル類、アリールエーテル類、アルキルアリールエーテル類、環状エーテル類、アルキルニトリル類、アリールニトリル類、アルコール類、アミド類、脂肪族エステル類、芳香族エステル類、ホスフェート類、ホスファイト類、チオフェン類、チアンスレン類、チアゾール類、オキサゾール類、モルフォリン類、環状不飽和炭化水素類などを挙げることができる。これらのうち、特に好ましいルイス塩基は、芳香族アミン類である。
【0102】
具体的なルイス塩基化合物としては、ピリジン、ペンタフルオロピリジン、2,6-ルチジン、2,4-ルチジン、3,5-ルチジン、ピリミジン、N、N-ジメチルアミノピリジン、N-メチルイミダゾール、2,2’-ビピリジン、アニリン、ピペリジン、1,3,5-トリアジン、2,4,6-トリス(トリフルオロメチル)-1,3,5-トリアジン、2,4,6-トリス(2-ピリジル)-s-トリアジン、キノリン、8-メチルキノリン、1,10-フェナンスロリン、N-メチルピロール、1,8-ジアザビシクロ-[5.4.0]-ウンデカ-7-エン、1,4-ジアザビシクロ-[2,2,2]-オクタン、ベンゾニトリル、ピコリン、N-メチル-2-ピロリドン、4-メチルモルフォリン、ベンズオキサゾール、ベンゾチアゾール、フラン、2,5-ジメチルフラン、ジベンゾフラン、キサンテン、1,4-ジオキサン、1,3,5-トリオキサン、ジベンゾチオフェン、チアンスレン、トリフェニルホスフォニウムシクロペンタジエニド、トリフェニルホスファイト、トリフェニルホスフェート、トリピロリジノホスフィン、トリス(ピロリジノ)ボランなどを挙げることができる。
【0103】
本発明において、重合形式に特に制限はない。媒体中で少なくとも一部の生成重合体がスラリーとなるスラリー重合、液化したモノマー自身を媒体とするバルク重合、気化したモノマー中で行う気相重合、または、高温高圧で液化したモノマーに生成重合体の少なくとも一部が溶解する高圧イオン重合などが好ましく用いられる。また、バッチ重合、セミバッチ重合、連続重合のいずれの形式でもよい。また、リビング重合であってもよいし、連鎖移動を併発しながら重合を行ってもよい。さらに、いわゆるchain transfer agent(CSA)を併用し、chain shuttlingや、coordinative chain transfer polymerization(CCTP)を行ってもよい。
【0104】
未反応モノマーや媒体は、生成共重合体から分離し、リサイクルして使用してもよい。
リサイクルの際、これらのモノマーや媒体は、精製して再使用してもよいし、精製せずに再使用してもよい。生成共重合体と未反応モノマーおよび媒体との分離には、従来公知の方法が使用できる。例えば、濾過、遠心分離、溶媒抽出、貧溶媒を使用した再沈などの方法が使用できる。
重合温度、重合圧力および重合時間に、特に制限はないが、通常は、以下の範囲から生産性やプロセスの能力を考慮して、最適な設定を行うことができる。すなわち、重合温度は、通常-20℃~290℃、好ましくは0℃~250℃、共重合圧力は、0.1MPa~300MPa、好ましくは、0.3MPa~250MPa、重合時間は、0.1分~10時間、好ましくは、0.5分~7時間、さらに好ましくは1分~6時間の範囲から選ぶことができる。
【0105】
本発明において、重合は、一般に不活性ガス雰囲気下で行われる。例えば、窒素、アルゴン、二酸化炭素雰囲気が使用でき、窒素雰囲気が好ましく使用される。なお、少量の酸素や空気の混入があってもよい。
重合反応器への触媒とモノマーの供給に関しても特に制限はなく、目的に応じてさまざまな供給法をとることができる。たとえばバッチ重合の場合、あらかじめ所定量のモノマーを重合反応器に供給しておき、そこに触媒を供給する手法をとることが可能である。この場合、追加のモノマーや追加の触媒を重合反応器に供給してもよい。また、連続重合の場合、所定量のモノマーと触媒を重合反応器に連続的に、または間歇的に供給し、重合反応を連続的に行う手法をとることができる。
【0106】
共重合体の組成の制御に関しては、複数のモノマーを反応器に供給し、その供給比率を変えることによって制御する方法を一般に用いることができる。その他、触媒の構造の違いによるモノマー反応性比の違いを利用して共重合組成を制御する方法や、モノマー反応性比の重合温度依存性を利用して共重合組成を制御する方法が挙げられる。
重合体の分子量を制御する必要がある場合には、従来公知の方法を使用することができる。すなわち、重合温度を制御して分子量を制御する方法、モノマー濃度を制御して分子量を制御する方法、連鎖移動剤を使用して分子量を制御する方法、遷移金属錯体中の配位子構造の制御により分子量を制御する等が挙げられる。連鎖移動剤を使用する場合には、従来公知の連鎖移動剤を用いることができる。例えば、水素、メタルアルキルなどを使用することができる。
【0107】
特に本発明により得られる極性基含有モノマーとの共重合体は、共重合体の極性基にもとづく効果により、良好な塗装性、印刷性、帯電防止性、無機フィラー分散性、他樹脂との接着性、他樹脂との相溶化能などが発現する。こうした性質を利用して、本発明の共重合体は、さまざまな用途に使用することができる。例えば、フィルム、シート、接着性樹脂、バインダー、相溶化剤、ワックスなどとして使用可能である。
【実施例0108】
以下の実施例および比較例において本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。
以下の合成例で、特に断りのない限り、操作は精製窒素雰囲気下で行い、溶媒は脱水・脱酸素したものを用いた。
また、記載中の略語は以下のとおりである。
BHT:2,6-ジ-t-ブチル4-メチルフェノール
DCM:ジクロロメタン
AOc:アセチル
MOM:メトキシメチル基(-CH2OCH3)
EtOAc:酢酸エチル
THF:テトラヒドロフラン,
DMF:ジメチルホルムアミド
dba:ジベンジリデンアセトン
Tf:トリフルオロメタンスルホナート
s-Phos:2-ジシクロヘキシルホスフィノ-2’,6’-ジメトキシビフェニル
【0109】
1.評価法
(1)重量平均分子量Mw、数平均分子量Mnおよび分子量分布Mw/Mn
重合体の重量平均分子量Mw、数平均分子量Mnおよび分子量分布Mw/Mnは、以下のGPC測定により求めた。
試料(約20mg)をポリマーラボラトリー社製高温GPC用前処理装置PL-SP 260VS用のバイアル瓶に採取し、安定剤としてBHTを含有するo-ジクロロベンゼン(BHT濃度=0.5g/L)を加え、ポリマー濃度が0.1(重量%)になるように調整した。上記高温GPC用前処理装置PL-SP 260VS中で135℃に加熱してポリマーを溶解させ、グラスフィルターにて濾過して測定試料を調製した。なお、本発明におけるGPC測定において、グラスフィルターに捕捉されたポリマーは無かった。次に、カラムとして東ソー社製TSKgel GMH6-HT(30cm×4本)およびRI検出器を装着した東ソー社製HLC-8321GPC/HTを使用してGPC測定を行った。測定条件としては、試料溶液注入量:約300μL、カラム温度:135℃、溶媒:o-ジクロロベンゼン、流量:1.0mL/minを採用した。分子量の算出は以下のように行った。すなわち、標準試料として市販の単分散ポリスチレンを使用し、該ポリスチレン標準試料およびプロピレン系重合体の粘度式から、保持時間と分子量に関する校正曲線を作成し、該校正曲線に基づいて分子量の算出を行った。なお、粘度式としては、[η]=K×Mαを使用し、ポリスチレンに対しては、K=1.38E-4、α=0.70を使用し、プロピレン系重合体に関してはK=1.03E-4、α=0.78を使用した。
【0110】
(2)共重合体中のコモノマー含量
1H-NMR測定装置(Bruker社製「AVANCE500」)を用いて、重合体の立体選択性の測定を以下の手順で実施した。
重合体35mgをo-ジクロロベンゼン-d4溶媒に溶解させ、積算回数32回、測定温度60℃の条件で測定を行った。1H-NMRのケミカルシフトの積分比からコモノマー含量を算出した。
【0111】
(3)NMRによる構造の帰属
配位子の構造の帰属は、NMR測定装置(Bruker社製「Ascend400」)を用いて、以下の手順で実施した。
配位子を重溶媒に溶解させ、積算回数16回、25℃の条件で測定を行った。
【0112】
2.配位子の合成
(合成例1):配位子Aの合成
以下のスキームに従って配位子Aを合成した。
【0113】
【化7】
(i)化合物2の合成
特許6913051号公報に従って合成した。
(ii)化合物4の合成
特許6913051号公報に従って合成した。
(iii)化合物5の合成
化合物4(6.31g,21.1mmol)のTHF(40ml)溶液にnBuLi(2.5M,9.30ml)を0℃で滴下し、30℃に昇温した後、2時間撹拌した。この懸濁溶液にCuCl(2.30g,23.3mmol)を0℃で加え、30℃に昇温した後、1時間撹拌した。反応溶液を-78℃に冷却した後、tBu
2PCl(3.82g,21.1mmol)をゆっくりと加え、66℃で12時間撹拌することで、青色の懸濁液を得た。さらに溶媒を減圧留去した後、シリカゲルカラムで精製し、桃色の固体を得た。
この桃色固体に対し、DCM80mlとアンモニア水100mlを加えて30℃で1時間撹拌した。分液操作後に得られた有機層を濃縮し、粗生成物を得た。これをシリカゲルカラム(展開溶媒に石油エーテル(PE):酢酸エチル(EtOAc):DCM=50:1:1)で精製し、化合物5を2.40g得た。
(iv)配位子Aの合成
化合物5(2.65g,5.99mmol)のDCM(10ml)溶液に塩酸/EtOAc(4M、80ml)溶液を0℃で加え、30℃で3時間撹拌して無色透明の溶液を得た。溶媒を減圧留去した後、DCM(100ml)に再度溶解させ、当該溶液を飽和NaHCO
3水溶液(100ml)で洗浄した。分液操作後に得られた有機層を濃縮し、配位子Aを2.10g得た。
1H NMR(400MHz、CDCl
3,δ,ppm):1.09(dd,12H),1.23(s,18H),2.62(m,2H),6.93(t,1H),7.07(dd,1H),7.22(d,2H),7.35(t,1H),7.60(m,1H),7.83(dd,1H).
31P NMR(162MHz、CDCl
3,δ,ppm):-5.48(s).
【0114】
(合成例2):配位子Bの合成
以下のスキームに従って配位子Bを合成した。
【0115】
【0116】
(i)化合物8の合成
化合物6(9.00g,52.9mmol)、化合物7(37.1g,159mmol)、Pd(OAc)2(469mg,2.64mmol)、CsCO3(68.9g,211mmol)をDMF(200ml)に溶解させ、100℃で44時間攪拌することで、青色の懸濁溶液を得た。溶液を濃縮し、残留成分をEtOAc(800ml)に溶解させ、濾過した。ろ液を飽和NH4Cl水溶液(100ml)で3回洗浄し、分液操作後得られた有機層をNa2SO4で乾燥させた。濾過後、ろ液を濃縮し、粗生成物を黒色のオイル状物質として得た。シリカゲルカラム(展開溶媒にPE:EtOAc=10:1)を2回行うことで精製し、化合物8を淡黄色固体として6.00g得た。
(ii)化合物9の合成
化合物8(10.0g,26.2mmol)のTHF(250ml)溶液にNaH(2.61g,65.4mmol)を0℃で加え、0℃で1時間攪拌した。続いて塩化(メトキシ)メタン(MOMCl,8.42g,105mmol)を0℃で加え、25℃で12時間攪拌することで、淡黄色の懸濁溶液を得た。飽和NaHCO3水溶液(200ml)を加えることで反応を停止し、EtOAc(200ml)を用いて生成物の抽出を3回行った。分液操作後得られた有機層を、飽和食塩水(100ml)で洗浄した。分液操作後得られた有機層をNa2SO4で乾燥させた。濾過後、ろ液を濃縮し、粗生成物を得た。PE(40ml)を用いた洗浄を行い、化合物9を淡黄色固体として8.80g得た。
(iii)化合物10の合成
化合物9(8.80g,20.6mmol)のTHF(50ml)溶液にnBuLi(2.5M,10.3ml)を0℃で加え、25℃で2時間攪拌した。反応溶液に対し、0℃でヨウ素(6.28g,24.8mmol)のTHF(20ml)溶液をゆっくりと加え、25℃で18時間攪拌した。得られた黄色の反応溶液に水(100ml)を加え、さらにEtOAc(100ml)を用いて生成物の抽出を3回行った。分液操作後得られた有機層を、飽和Na2S2O3(100ml)で2回洗浄した。分液操作後得られた有機層をNa2SO4で乾燥させた。濾過後、ろ液を濃縮し、粗生成物を白色固体として得た。さらにシリカゲルカラム(展開溶媒にPE:EtOAc=10:1)を用いた精製を行い、化合物10を白色固体として4.40g得た。
【0117】
(iv)化合物11の合成
tBu2PCl(10.0g,55.4mmol)のジエチルエーテル(70ml)溶液にLiAlH4(2.21g,58.1mmol)を0℃でゆっくりと加え、25℃で16時間攪拌した。この白色の懸濁溶液に対して、水(10ml)を加えることで反応を停止した。さらに減圧蒸留による精製を行い、透明のオイル状物質として化合物11を8.00g得た。
【0118】
(v)化合物12の合成
化合物10(3.40g,6.15mmol)と化合物11(0.90g,6.2mmol)、Pd2(dba)3(0.56g,0.62mmol)、ビス[2-(ジフェニルホスフィノ)フェニル]エーテル(DPEphоs,0.66mg,1.2mmol)、ナトリウム-tert-ブトキシド(1.18g,12.3mmol)のトルエン(100ml)溶液を110℃で15時間攪拌することで黒色の懸濁溶液を得た。溶媒を減圧留去することで、粗生成物を黒色のオイル状物質として得た。さらに、シリカゲルカラム(展開溶媒にPE:EtOAc:DCM=98:1:1)による精製を行い、化合物12を無色透明のオイル状物質として2.42g得た。
【0119】
(vi)化合物13の合成
化合物12(2.41g、4.22mmol)のTHF(20ml)溶液に対してジメチルスルフィドボラン(BH3-Me2S,1.27ml)を0℃で滴下し、25℃で16時間攪拌することで黒色の懸濁溶液を得た。この反応溶液に水(200ml)を加え、EtOAc(200ml)を用いて生成物の抽出を3回行った。分液操作後得られた有機層をNa2SO4により乾燥させた。濾過後、ろ液を濃縮し、粗生成物を黄色のオイル状物質として得た。さらに、HPLCを用いた精製を行うことで化合物13を白色固体として1.10g得た。
【0120】
(vii)配位子Bの合成
化合物13(1.40g,2.40mmol)のDCM(3ml)溶液に対し、塩酸/EtOAc(4M、100ml)溶液を加え、25℃で3時間攪拌した。反応溶液を減圧留去した後、残留成分に対して飽和NaHCO3水溶液を加えて中和し、続いてDCM(100ml)を用いて生成物の抽出を3回行った。分液操作後得られた有機層を濃縮することで、配位子Bを白色固体として1.10g得た。
1H NMR(400MHz、CDCl3,δ,ppm):1.08(d,18H),3.71(s,6H),6.56(t,1H),6.62(m,4H),6.76(dd,1H),7.08(m,4H),7.28(m,1H),7.38,(dd,2H),7.44(dd,1H),7.72(d,1H).
31P NMR(162MHz、CDCl3,δ,ppm):-6.85(s).
【0121】
(合成例3):配位子Cの合成
以下のスキームに従って配位子Cを合成した。
【0122】
【0123】
(i)化合物16の合成
化合物14(20.0g,107mmol)、化合物15(17.0g,139mmol)、Pd(PPh)4(6.18g,5.35mmol)、K2CO3(26.6g,193mmol)をトルエン(100ml)に溶解させ、90℃で16時間攪拌することで、黄色の懸濁溶液を得た。反応溶液を濾過後、濾物をEtOAc(150ml)で3回洗浄した。ろ液および回収した洗浄液を濃縮し、黒色のオイル状物質として粗生成物を得た。シリカゲルカラム(展開溶媒にPE:DCM=100:1)により精製を行い、化合物16を淡黄色のオイル状物質としてとして6.50g得た。
【0124】
(ii)化合物17の合成
化合物16(2.20g,11.9mmol)、トリエチルアミン(5.08g,50.2mmol)にDCM(50ml)を0℃でゆっくりと添加し、0℃で30分攪拌した。続いて、Tf2O(4.72g,16.7mmol)を0℃で加え、20℃で17時間攪拌し、茶色の懸濁溶液を得た。
反応溶液をメチル-tert-ブチルエーテル(MTBE,150ml)で希釈し、希塩酸(1M,150ml)を加えることで反応を停止した。続いて、有機層を水(150ml)で洗浄し、水層からEtOAc(150ml)を用いて生成物の抽出を3回行った。分液操作後に得られた有機層を飽和食塩水(150ml)で洗浄した。分液操作後得られた有機層をNa2SO4で乾燥させた。濾過後、ろ液を濃縮し、粗生成物を得た。シリカゲルカラム(展開溶媒にPE)を用いた精製を行い、化合物17を黄色のオイル状物質として1.50g得た。
【0125】
(iii)化合物18の合成
化合物17(1.00g,3.16mmol)、化合物2(1.15g,6.32mmol)、K3PO4(1.01g,4.74mmol)、のジオキサン(10ml)溶液に、Pd(PPh3)4(0.18g,0.16mmol)を添加し、100℃で48時間攪拌させることで、茶色の懸濁溶液を得た。反応溶液を濾過後、濾物をEtOAc(10ml)で3回洗浄した。ろ液および回収した洗浄液を濃縮し、黒色のオイル状物質として粗生成物を得た。さらにシリカゲルカラム(展開溶媒にPE:EtOAc=20:1)を用いた精製を行い、化合物18を無色透明のオイル状物質として0.50g得た。
【0126】
(iv)化合物19の合成
化合物18(1.75g,5.75mmol)のTHF(10ml)溶液に、nBuLi(2.5M,2.53ml)を0℃で滴下し、20℃で1.5時間攪拌した。反応溶液に、ヨウ素(1.75g,6.90mmol)を0℃で加え、20℃で16時間攪拌することで、黄色の懸濁溶液を得た。飽和Na2S2O3水溶液(30ml)を加えることで反応を停止し、EtOAc(30ml)を用いて生成物の抽出を3回行った。分液操作後に得られた有機層をNa2SO4で乾燥させ、濾過後、ろ液を濃縮し、黄色のオイル状物質として粗化合物19を2.40g得た。化合物19に対してはこれ以上の精製は行わず、次の反応に用いた。
【0127】
(v)化合物20の合成
化合物19(2.40g,5.58mmol)、化合物11(0.82g,5.6mmol)、ナトリウム-tert-ブトキシド(1.07g,11.2mmol)及びPd(PPh3)4(0.51g,560μmol)のトルエン(15ml)溶液を110℃で16時間攪拌させた。BH3-Me2S(10M,2.8mL)を0℃で添加し、20℃で16時間攪拌することで、茶色の懸濁溶液を得えた。反応溶液に水(150ml)を加え、EtOAc(150ml)を用いて生成物の抽出を3回行った。分液操作後に得られた有機層をNa3SO4で乾燥させ、濾過後、濃縮することで粗生成物を濃い黄色のオイル状物質として得た。シリカゲルカラム(展開溶媒としてPE:EtOAc:DCM=100:1:1)、およびHPLCを用いた精製を行い、化合物20を白色固体として0.8g得た。
【0128】
(vi)配位子Cの合成
化合物20(3.00g,6.49mmol)のDCM(3ml)溶液に塩酸/EtOAc(4M、80ml)溶液を0℃で加え、20℃で5時間撹拌して無色透明の溶液を得た。濃縮後、飽和NaHCO3水溶液(100ml)を加えて中和し、DCM(150ml)を用いて生成物の抽出を3回行った。分液操作後に得られた有機層を濃縮し、配位子Cを白色の固体として2.50g得た。
1H NMR(400MHz、CDCl3,δ,ppm): 1.19(q,18H),2.15(s,3H),6.86(t,1H),6.81(dd,1H),7.06(m,3H),7.15(m,2H),7.25-7.34(m、3H),7.42(m,1H),7.98(d,1H)
31P NMR(162MHz、CDCl3,δ,ppm):-6.52.
【0129】
(比較合成例1):配位子B-349の合成
国際公開第2018/021446号の合成例2-1に従って、下記構造の配位子B-349を合成した。
【0130】
【0131】
(比較合成例2):配位子B-396の合成
国際公開第2018/021446号の合成例2-3に従って、下記構造の配位子B-396を合成した。
【0132】
【0133】
(比較合成例3):配位子B-394の合成
国際公開第2018/021446号の合成例3-1に従って、下記構造の配位子B-394を合成した。
【0134】
【0135】
(比較合成例4):配位子B-400の合成
国際公開第2018/021446号の合成例3-2に従って、下記構造の配位子B-400を合成した。
【0136】
【0137】
3.重合評価
(実施例1):配位子Aを用いたプロピレンのホモ重合
(1)金属錯体の合成
以下の操作は、全て窒素雰囲気下で行った。以下、ビス-1.5-シクロオクタジエンニッケル(0)をNi(COD)2と記載する。
Ni(COD)2(70.0mg,0.254mmol)を2口ナスフラスコに秤量し、トルエン(12.85mL)を加えて0.02mmol/mLの溶液とした。このNi(COD)2のトルエン溶液11.6mLを、合成例1で得られた配位子A(92.3mg,0.232mmol)の入った2口ナスフラスコに加え、室温で30分撹拌した。
反応溶液の色が黄色から橙色に変化した。配位子AとNi(COD)2の反応生成物((A)Ni(σ,π-シクロオクタ-4-エニル))の0.02mmol/mL溶液を得た。ここで、反応生成物の濃度は、配位子AとNi(COD)2が1対1で反応してニッケル錯体を形成しているとして計算した。
【0138】
(2)プロピレンのホモ重合
内容積2Lの誘導攪拌式オートクレーブに、プロピレン(500mL)を導入した。上記(1)で得られた配位子AとNi(COD)2の反応生成物0.02mmol/mL溶液(5.0mL)をオートクレーブに供給した。混合物を攪拌しながらオートクレーブを50℃に昇温し、重合を開始した。1時間重合した後、残留したプロピレンを除去して反応を停止した。その後オートクレーブを開放し、重合体を得た。重合結果は表3に記載した。また、活性は、重合に用いた金属錯体1molあたりの重合体収量(g)を表す。得られた重合体に関するGPCの結果についても表3に記載した。なお、活性は配位子AとNi(COD)2が1対1で反応してニッケル錯体を形成しているとして計算した。
【0139】
(実施例2):配位子Bを用いたプロピレンのホモ重合
(1)金属錯体の合成
配位子として合成例2で得られた配位子Bを用いた以外は、実施例1と同様にして金属錯体の合成を行った。
(2)プロピレンのホモ重合
上記(1)で得られた反応生成物の溶液を用いた以外は、実施例1と同様にして重合を行った。
【0140】
(実施例3):配位子Cを用いたプロピレンのホモ重合
(1)金属錯体の合成
配位子として合成例3で得られた配位子Cを用いた以外は、実施例1と同様にして金属錯体の合成を行った。
(2)プロピレンのホモ重合
上記(1)で得られた反応生成物の溶液を用いた以外は、実施例1と同様にして重合を行った。
【0141】
(比較例1):配位子B-349を用いたプロピレンのホモ重合
(1)比較金属錯体の合成
配位子として比較合成例1で得られた配位子B-349を用いた以外は、実施例1と同様にして金属錯体の合成を行った。
(2)プロピレンのホモ重合
上記(1)で得られた反応生成物の溶液を用いた以外は、実施例1と同様にして重合を行った。
【0142】
(比較例2):配位子B-396を用いたプロピレンのホモ重合
(1)比較金属錯体の合成
配位子として比較合成例2で得られた配位子B-396を用いた以外は、実施例1と同様にして金属錯体の合成を行った。
(2)プロピレンのホモ重合
上記(1)で得られた反応生成物の溶液を用いた以外は、実施例1と同様にして重合を行った。
【0143】
(比較例3):配位子B-394を用いたプロピレンのホモ重合
(1)比較金属錯体の合成
配位子として比較合成例3で得られた配位子B-394を用いた以外は、実施例1と同様にして金属錯体の合成を行った。
【0144】
(2)プロピレンのホモ重合
上記(1)で得られた反応生成物の溶液を用いた以外は、実施例1と同様にして重合を行った。
【0145】
(実施例4):配位子Aを用いたプロピレンと10-ウンデセン酸エチルの共重合
(1)金属錯体の合成
実施例1と同様にして金属錯体の合成を行った。
(2)プロピレンと10-ウンデセン酸エチルの共重合
上記(1)で得られた反応生成物を用い、さらに10-ウンデセン酸エチル(12mL,50mmol)とトリノルマルオクチルアクリレート(0.1mmol)を用いた以外は、実施例1と同様に重合を行った。結果を表4に示す。
【0146】
(比較例4):配位子B-400を用いたプロピレンと10-ウンデセン酸エチルの共重合
(1)比較金属錯体の合成
配位子として比較合成例4で得られた配位子B-400を用いた以外は、実施例1と同様にして金属錯体の合成を行った。
(2)プロピレンと10-ウンデセン酸エチルの共重合
上記(1)で得られた反応生成物を用い、さらに10-ウンデセン酸エチル(12mL,50mmol)とトリノルマルオクチルアクリレート(0.1mmol)を用いた以外は、実施例1と同様に重合を行った。結果を表4に示す。
【0147】
【0148】
【0149】
4.考察
表3に示す実施例1~3と比較例1~3の結果から、本発明で特定された配位子を有する金属錯体は、公知のホスフィノフェノレート配位子を有する金属錯体と比較して、プロピレンホモ重合において、高活性でより分子量が高い重合体を与えるオレフィン重合用触媒となることが確認された。
また、表4に示す実施例4と比較例4の結果から、本発明で特定された配位子を有する金属錯体は、公知のホスフィノフェノレート配位子を有する金属錯体と比較して、プロピレンと10-ウンデセン酸エチルの共重合においても、高活性で、高分子量の共重合体を与えるオレフィン重合用触媒となることが確認された。