JP7853211B2 - Fluorene derivatives and methods for producing the same - Google Patents
Fluorene derivatives and methods for producing the sameInfo
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Description
本発明は、フルオレン誘導体およびその製造方法に関する。This invention relates to fluorene derivatives and methods for producing the same.
近年、9,9-ビス(4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル)フルオレンなどのフルオレン誘導体は、耐熱性、透明性に優れ、高屈折率を備えたポリマー(例えばエポキシ樹脂、ポリエステル、ポリエーテル、ポリカーボネート等)を製造するための原料として有望であり、光学レンズ、フィルム、プラスチック光ファイバー、光ディスク基板、耐熱性樹脂やエンジニヤリングプラスチックなどの素材原料として期待されている(特許文献1)。また、9,9-ビス[6-(2-ヒドロキシエトキシ)-2-ナフチル]フルオレン(特許文献2)、9,9-ビス[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]-2,7-ジフェニルフルオレン(特許文献3)等、各種フルオレン誘導体が開発されており、素材のさらなる高機能化のため、新規フルオレン誘導体およびその製造方法の開発が望まれている。In recent years, fluorene derivatives such as 9,9-bis(4-(2-hydroxyethoxy)phenyl)fluorene have shown promise as raw materials for producing polymers (e.g., epoxy resins, polyesters, polyethers, polycarbonates, etc.) with excellent heat resistance, transparency, and high refractive index, and are expected to be used as raw materials for optical lenses, films, plastic optical fibers, optical disc substrates, heat-resistant resins, and engineering plastics (Patent Document 1). Furthermore, various fluorene derivatives such as 9,9-bis[6-(2-hydroxyethoxy)-2-naphthyl]fluorene (Patent Document 2) and 9,9-bis[4-(2-hydroxyethoxy)phenyl]-2,7-diphenylfluorene (Patent Document 3) have been developed, and the development of novel fluorene derivatives and their manufacturing methods is desired to further enhance the functionality of materials.
本発明は、新規なフルオレン誘導体およびその製造方法を提供することを目的とする。The present invention aims to provide novel fluorene derivatives and methods for producing the same.
本発明者らは、以下の態様を有する本発明により、上記課題を解決できることを見出した。
《態様1》
下記式(1)で表されるフルオレン誘導体。
The inventors have found that the above problems can be solved by the present invention having the following aspects.
《Aspect 1》
A fluorene derivative represented by the following formula (1).
(式中、Zは3つ以上のベンゼン環が結合した多環芳香族炭化水素であり、L1は炭素原子数1~15のアルキレン基、R1、R2はそれぞれ炭素原子数1~20の炭化水素基、m1は0~5の整数、n1は0~10の整数であり、n2は0~4の整数である。)
《態様2》
前記式(1)中のZがフェナントレンである態様1に記載のフルオレン誘導体。
《態様3》
前記式(1)で表されるフルオレン誘導体が下記式(2)で表されるフルオレン誘導体である態様1または2に記載のフルオレン誘導体。
(In the formula, Z is a polycyclic aromatic hydrocarbon in which three or more benzene rings are bonded; L1 is an alkylene group having 1 to 15 carbon atoms; R1 and R2 are hydrocarbon groups having 1 to 20 carbon atoms; m1 is an integer from 0 to 5; n1 is an integer from 0 to 10; and n2 is an integer from 0 to 4.)
Appearance 2
The fluorene derivative according to embodiment 1, wherein Z in formula (1) is phenanthrene.
《Aspect 3》
The fluorene derivative according to embodiment 1 or 2, wherein the fluorene derivative represented by formula (1) is a fluorene derivative represented by the following formula (2).
(式中、R3、R4、R5はそれぞれ炭素原子数1~20の炭化水素基、n3は0~4の整数、n4は0または1、n5は0~3の整数、R2,L1、m1、n2は前記式(1)と同様である。)
《態様4》
前記式(1)で表されるフルオレン誘導体が下記式(3)で表されるフルオレン誘導体である態様1~3のいずれかに記載のフルオレン誘導体。
(In the formula, R3 , R4 , and R5 are hydrocarbon groups having 1 to 20 carbon atoms, n3 is an integer from 0 to 4, n4 is 0 or 1, n5 is an integer from 0 to 3, and R2 , L1 , m1 , and n2 are the same as in formula (1) above.)
《Aspect 4》
The fluorene derivative according to any one of embodiments 1 to 3, wherein the fluorene derivative represented by formula (1) is a fluorene derivative represented by the following formula (3).
《態様5》
前記式(1)で表されるフルオレン誘導体が下記式(4)で表されるフルオレン誘導体である態様1~3のいずれかに記載のフルオレン誘導体。
《Aspect 5》
The fluorene derivative according to any one of embodiments 1 to 3, wherein the fluorene derivative represented by formula (1) is a fluorene derivative represented by the following formula (4).
《態様6》
HPLC純度が90面積%以上である態様1~5のいずれかに記載のフルオレン誘導体。
《態様7》
屈折率が1.7以上である態様1~6のいずれかに記載のフルオレン誘導体。
《態様8》
下記式(5)で表されるフルオレノン類と下記式(6)で表されるアルコール類とを反応溶媒中、酸触媒の存在下で反応し、下記式(7)で表されるフルオレン誘導体を得るフルオレン誘導体の製造方法。
《Aspect 6》
A fluorene derivative according to any one of embodiments 1 to 5, wherein the HPLC purity is 90 area percent or more.
《Aspect 7》
A fluorene derivative according to any one of embodiments 1 to 6, wherein the refractive index is 1.7 or higher.
《Appearance 8》
A method for producing a fluorene derivative, comprising reacting fluorenones represented by the following formula (5) with alcohols represented by the following formula (6) in a reaction solvent in the presence of an acid catalyst to obtain a fluorene derivative represented by the following formula (7).
(式中、R2、n2は前記式(1)と同様である。) (In the formula, R² and n² are the same as in formula (1) above.)
(式中、Z、R1、n1は前記式(1)と同様である。) (In the formula, Z, R1 , and n1 are the same as in formula (1) above.)
(式中、Z、R1、R2、n1、n2は前記式(1)と同様である。)
《態様9》
態様8に記載の前記式(7)で表されるフルオレン誘導体とエチレンカーボネートとを塩基存在下で反応させて、下記式(8)で表されるフルオレン誘導体を得るフルオレン誘導体の製造方法。
(In the formula, Z, R1 , R2 , n1 , and n2 are the same as in formula (1) above.)
《Aspect 9》
A method for producing a fluorene derivative, comprising reacting the fluorene derivative represented by formula (7) described in embodiment 8 with ethylene carbonate in the presence of a base to obtain a fluorene derivative represented by the following formula (8).
(式中、m1は1~5の整数、Z、L1、R1、R2、n1、n2は前記式(1)と同様である。) (In the formula, m1 is an integer from 1 to 5, and Z, L1 , R1 , R2, n1 , and n2 are the same as in formula (1) above.)
本発明によれば、高純度である新規フルオレン誘導体およびその製造方法を提供することができる。According to the present invention, it is possible to provide a novel fluorene derivative with high purity and a method for producing the same.
《フルオレン誘導体》
本発明における新規なフルオレン誘導体は下記式(1)で表される。
Fluorene derivatives
The novel fluorene derivative in the present invention is represented by the following formula (1).
(式中、Zは3つ以上のベンゼン環が結合した多環芳香族炭化水素であり、L1は炭素原子数1~15のアルキレン基、R1、R2はそれぞれ炭素原子数1~20の炭化水素基、m1は0~5の整数、n1は0~10の整数であり、n2は0~4の整数である。)
式(1)中のZは3つ以上のベンゼン環が結合した多環芳香族炭化水素であり、3つのベンゼン環が結合した多環芳香族炭化水素であると好ましく、アントラセン、フェナントレン、フェナレンがより好ましく、フェナントレンが特に好ましい。
(In the formula, Z is a polycyclic aromatic hydrocarbon in which three or more benzene rings are bonded; L1 is an alkylene group having 1 to 15 carbon atoms; R1 and R2 are hydrocarbon groups having 1 to 20 carbon atoms; m1 is an integer from 0 to 5; n1 is an integer from 0 to 10; and n2 is an integer from 0 to 4.)
In formula (1), Z is a polycyclic aromatic hydrocarbon having three or more benzene rings bonded together, preferably a polycyclic aromatic hydrocarbon having three benzene rings bonded together, more preferably anthracene, phenanthrene, or phenalene, and most preferably phenanthrene.
式(1)中のL1は炭素原子数1~15のアルキレン基であり、炭素原子数1~12のアルキレン基であると好ましく、炭素原子数1~4のアルキレン基であるとより好ましく、エチレン基であると特に好ましい。 In formula (1), L1 is an alkylene group having 1 to 15 carbon atoms, preferably an alkylene group having 1 to 12 carbon atoms, more preferably an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and particularly preferably an ethylene group.
式(1)中のR1およびR2はそれぞれ炭素原子数1~20の炭化水素基であり、炭化水素基としては、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アラルキル基などが例示できる。アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、t-ブチル基などのC1-6アルキル基が好ましく、C1-4アルキル基がより好ましく、C1-3アルキル基がさらに好ましく、その中でメチル基、エチル基が特に好ましい。 In formula (1), R1 and R2 are each hydrocarbon groups having 1 to 20 carbon atoms. Examples of hydrocarbon groups include alkyl groups, cycloalkyl groups, aryl groups, and aralkyl groups. Specific examples of alkyl groups include C1-6 alkyl groups such as methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, and t-butyl groups; C1-4 alkyl groups are more preferred; C1-3 alkyl groups are even more preferred; among these, methyl and ethyl groups are particularly preferred.
また、シクロアルキル基の具体例としては、シクロペンチル基、シクロへキシル基などのC5-8シクロアルキル基が好ましく、C5-6シクロアルキル基がより好ましい。 Furthermore, as specific examples of cycloalkyl groups, C5-8 cycloalkyl groups such as cyclopentyl groups and cyclohexyl groups are preferred, and C5-6 cycloalkyl groups are more preferred.
また、アリール基の具体例としては、フェニル基、アルキルフェニル基(モノまたはジメチルフェニル基、トリル基、2-メチルフェニル基、キシリル基など)、ナフチル基が好ましく、フェニル基がより好ましい。Furthermore, preferred examples of aryl groups include phenyl groups, alkylphenyl groups (mono- or dimethylphenyl groups, tolyl groups, 2-methylphenyl groups, xylyl groups, etc.), and naphthyl groups, with phenyl groups being more preferred.
また、アラルキル基の具体例としては、ベンジル基、フェネチル基などのC6-10アリール-C1-4アルキル基などが好ましく例示できる。 Furthermore, preferred examples of aralkyl groups include C6-10 aryl- C1-4 alkyl groups such as benzyl and phenethyl groups.
式(1)中のm1は0~5の整数であり、0または1であることが好ましく、1であることがより好ましい。 In formula (1), m1 is an integer between 0 and 5, preferably 0 or 1, and more preferably 1.
式(1)中のn1は0~10の整数であり、0~2の整数であることが好ましく、0であることがより好ましい。 In equation (1), n1 is an integer between 0 and 10, preferably between 0 and 2, and more preferably 0.
式(1)中のn2は0~4の整数であり、0または1であることが好ましく、0であることがより好ましい。 In formula (1), n² is an integer between 0 and 4, preferably 0 or 1, and more preferably 0.
また、式(1)で表されるフルオレン誘導体の中で、下記式(2)で表されるフルオレン誘導体が好ましい。Furthermore, among the fluorene derivatives represented by formula (1), the fluorene derivative represented by the following formula (2) is preferred.
(式中、R3、R4、R5はそれぞれ炭素原子数1~20の炭化水素基、n3は0~4の整数、n4は0または1、n5は0~3の整数、R2、L1、m1、n2は前記式(1)と同様である。)
式(2)中のR3、R4、R5はそれぞれ炭素原子数1~20の炭化水素基であり、具体的には上述した式(1)中のR1と同様である。
(In the formula, R3 , R4 , and R5 are hydrocarbon groups having 1 to 20 carbon atoms, n3 is an integer from 0 to 4, n4 is 0 or 1, n5 is an integer from 0 to 3, and R2 , L1 , m1 , and n2 are the same as in formula (1) above.)
In formula (2), R3 , R4 , and R5 are each hydrocarbon groups having 1 to 20 carbon atoms, and are specifically the same as R1 in formula (1) described above.
式(2)中のn3は0~4の整数であり、0~2の整数であることが好ましく、0であることがより好ましい。 In equation (2), n 3 is an integer between 0 and 4, preferably between 0 and 2, and more preferably 0.
式(2)中のn4は0または1であり、0であることが好ましい。 In formula (2), n 4 is either 0 or 1, and is preferably 0.
式(2)中のn5は0~3の整数であり、0~2の整数であることが好ましく、0であることがより好ましい。 In equation (2), n 5 is an integer between 0 and 3, preferably between 0 and 2, and more preferably 0.
式(2)中のL1、m1、R2は上述した式(1)中のL1、m1、R2と同様である。 In equation (2), L1 , m1 , and R2 are the same as L1 , m1 , and R2 in equation (1) described above.
式(2)で表されるフルオレン誘導体の具体例として、下記式(3)で表される9,9-ビス(9-ヒドロキシ-3-フェナントリル)フルオレン、下記式(4)で表される9,9-ビス[9-(2-ヒドロキシエトキシ)-3-フェナントリル]フルオレンが好ましく、下記式(4)で表される9,9-ビス[9-(2-ヒドロキシエトキシ)-3-フェナントリル]フルオレンが特に好ましい。As specific examples of fluorene derivatives represented by formula (2), 9,9-bis(9-hydroxy-3-phenanthryl)fluorene represented by the following formula (3) and 9,9-bis[9-(2-hydroxyethoxy)-3-phenanthryl]fluorene represented by the following formula (4) are preferred, and 9,9-bis[9-(2-hydroxyethoxy)-3-phenanthryl]fluorene represented by the following formula (4) is particularly preferred.
本発明のフルオレン誘導体は、HPLCで測定したHPLC純度が90面積%以上であることが好ましく、95面積%以上であることがより好ましく、98面積%以上であることがさらに好ましい。The fluorene derivative of the present invention preferably has an HPLC purity of 90 area% or more, more preferably 95 area% or more, and even more preferably 98 area% or more, as measured by HPLC.
本発明のフルオレン誘導体は、屈折率が1.70以上であることが好ましく、1.72以上であることがより好ましく、1.74以上であることがさらに好ましい。屈折率は、フルオレン誘導体を有する化合物をジメチルスルホキシドに溶解させ、所定濃度の溶液を作成し、各濃度の溶液の屈折率をATAGO社製DR-M2アッベ屈折計を用い、25℃におけるD線屈折率を測定し、各濃度の測定結果から濃度100%に外挿した値で得られた化合物の屈折率(nD)とした。
《フルオレン誘導体の製造方法》
本発明のフルオレン誘導体は、下記式(5)で表されるフルオレノン類と下記式(6)で表されるアルコール類とを反応溶媒中、酸触媒の存在下で反応させて、下記式(7)で表されるフルオレン誘導体を製造することができる(以下、工程1と省略することがある)。
The fluorene derivative of the present invention preferably has a refractive index of 1.70 or higher, more preferably 1.72 or higher, and even more preferably 1.74 or higher. The refractive index was determined by dissolving a compound containing the fluorene derivative in dimethyl sulfoxide to prepare solutions of predetermined concentrations, measuring the D-line refractive index at 25°C using an ATAGO DR-M2 Abbe refractometer, and extrapolating the measurement results for each concentration to a concentration of 100% to obtain the refractive index (nD) of the compound.
Method for producing fluorene derivatives
The fluorene derivative of the present invention can be produced by reacting fluorenones represented by the following formula (5) with alcohols represented by the following formula (6) in a reaction solvent in the presence of an acid catalyst, thereby producing a fluorene derivative represented by the following formula (7) (hereinafter, this may be abbreviated as step 1).
(式中、R2、n2は前記式(1)と同様である。) (In the formula, R² and n² are the same as in formula (1) above.)
(式中、Z、R1、n1は前記式(1)と同様である。) (In the formula, Z, R1 , and n1 are the same as in formula (1) above.)
(式中、Z、R1、R2、n1、n2は前記式(1)と同様である。)
また、前記式(7)で表されるフルオレン誘導体とエチレンカーボネートとを塩基存在下で反応させて、下記式(8)で表されるフルオレン誘導体を製造することができる(以下、工程2と省略することがある)。
(In the formula, Z, R1 , R2 , n1 , and n2 are the same as in formula (1) above.)
Furthermore, a fluorene derivative represented by formula (7) can be reacted with ethylene carbonate in the presence of a base to produce a fluorene derivative represented by the following formula (8) (hereinafter sometimes referred to as step 2).
(式中、m1は1~5の整数、Z、L1、R1、R2、n1、n2は前記式(1)と同様である。)
前記式(5)で表されるフルオレノン類の具体例として、フルオレノン、1,8-ジフルオロフルオレノン、2,7-ジフルオロフルオレノン、3,6-ジフルオロフルオレノン、4,5-ジフルオロフルオレノン、1,8-ジクロロフルオレノン、2,7-ジクロロフルオレノン、3,6-ジクロロフルオレノン、4,5-ジクロロフルオレノン、1,8-ジヨードフルオレノン、2,7-ジヨードフルオレノン、3,6-ジヨードフルオレノン、4,5-ジヨードフルオレノン、1,8-ジブロモフルオレノン、2,7-ジブロモフルオレノン、3,6-ジブロモフルオレノン、4,5-ジブロモフルオレノンが好ましく、フルオレノン、2,7-ジブロモフルオレノンがより好ましく、特に、フルオレノンが好ましい。これらは単独で使用してもよく、または2種以上を混合してもよく、目的により任意に選ぶことができる。
(In the formula, m1 is an integer from 1 to 5, and Z, L1 , R1 , R2, n1 , and n2 are the same as in formula (1) above.)
Specific examples of fluorenones represented by formula (5) include fluorenone, 1,8-difluorofluorenone, 2,7-difluorofluorenone, 3,6-difluorofluorenone, 4,5-difluorofluorenone, 1,8-dichlorofluorenone, 2,7-dichlorofluorenone, 3,6-dichlorofluorenone, 4,5-dichlorofluorenone, 1,8-diiodofluorenone, 2,7-diiodofluorenone, 3,6-diiodofluorenone, 4,5-diiodofluorenone, 1,8-dibromofluorenone, 2,7-dibromofluorenone, 3,6-dibromofluorenone, and 4,5-dibromofluorenone, with fluorenone and 2,7-dibromofluorenone being more preferred, and fluorenone being particularly preferred. These may be used individually or mixed in groups of two or more, and can be arbitrarily selected depending on the purpose.
前記式(6)で表されるアルコール類の具体例として、1-フェナントロール、2-フェナントロール、3-フェナントロール、4-フェナントロール、9-フェナントロール、1-アントロール、2-アントロール、3-アントロール、4-アントロール、9-アントロールが好ましく、2-フェナントロール、9-フェナントロールがより好ましく、特に、9-フェナントロールが好ましい。これらは単独で使用してもよく、または2種以上を混合してもよく、目的により任意に選ぶことができる。Specific examples of alcohols represented by formula (6) include 1-phenanthol, 2-phenanthol, 3-phenanthol, 4-phenanthol, 9-phenanthol, 1-anthol, 2-anthol, 3-anthol, 4-anthol, and 9-anthol, with 2-phenanthol and 9-phenanthol being more preferred, and 9-phenanthol being particularly preferred. These may be used individually or mixed in combination of two or more, and can be arbitrarily selected depending on the purpose.
本発明の工程1で使用する酸触媒は、例えば、硫酸、チオール酸、モンモリロナイト、ヘテロポリ酸等が挙げられ、これらの中でも特に酸触媒由来の不純物の生成が少なく、本発明のフルオレン誘導体を得やすいことからヘテロポリ酸が特に好ましい。本発明において好ましく用いられるヘテロポリ酸の説明については、特許第4140975号公報に記載の通りである。Examples of acid catalysts used in step 1 of the present invention include sulfuric acid, thiolic acid, montmorillonite, and heteropoly acid. Among these, heteropoly acid is particularly preferred because it generates fewer impurities derived from the acid catalyst and facilitates the acquisition of the fluorene derivative of the present invention. A description of the heteropoly acid preferably used in the present invention is provided in Japanese Patent Publication No. 4140975.
ヘテロポリ酸の使用量は特に限定されるものではないが、フルオレノン類1モルに対して、好ましくは0.0001~1モル、より好ましくは0.0005~0.1モル、さらに好ましくは0.001~0.01モルである。The amount of heteropoly acid used is not particularly limited, but it is preferably 0.0001 to 1 mole, more preferably 0.0005 to 0.1 moles, and even more preferably 0.001 to 0.01 moles per mole of fluorenone.
本発明の工程1では上述したヘテロポリ酸とともにチオール基(以下SH基と略記することがある)を有する化合物を併用することで反応速度を向上させかつ不純物の生成を抑制させることができる。本発明において併用するチオール化合物としては、例えば、メルカプトカルボン酸、アルカンチオールおよびこれらの塩が挙げられる。In step 1 of the present invention, the reaction rate can be improved and the generation of impurities can be suppressed by using a compound having a thiol group (hereinafter sometimes abbreviated as SH group) in combination with the heteropoly acid described above. Examples of thiol compounds used in combination in the present invention include mercaptocarboxylic acids, alkanethiols, and salts thereof.
メルカプトカルボン酸としては、α-メルカプトプロピオン酸、β-メルカプトプロピオン酸、チオ酢酸、チオグリコール酸、チオシュウ酸、メルカプトコハク酸、メルカプト安息香酸などが挙げられる。また、アルカンチオールとしては、メタンチオール、エタンチオール、1-プロパンチオール、2-プロパンチオール、1-ブタンチオール、2-ブタンチオール、1-ペンタンチオール、2-ペンタンチオール、1-ヘキサンチオール、1-ヘプタンチオール、2-ヘプタンチオール、1-オクタンチオール、2-オクタンチオール、1-ノナンチオール、1-デカンチオール、1-ウンデカンチオール、1-ドデカンチオールなどのC1-16アルキルメルカプタンなどが挙げられる。このようなSH基を有する化合物の中でも1-オクタンチオール、1-ドデカンチオールが好ましい。このようなSH基を有する化合物は、単独で用いてもよく、また、2種以上併用して用いることもできる。 Examples of mercaptocarboxylic acids include α-mercaptopropionic acid, β-mercaptopropionic acid, thioacetic acid, thioglycolic acid, thiooxalic acid, mercaptosuccinic acid, and mercaptobenzoic acid. Examples of alkanethiols include methanethiol, ethanethiol, 1-propanethiol, 2-propanethiol, 1-butanethiol, 2-butanethiol, 1-pentanethiol, 2-pentanethiol, 1-hexanethiol, 1-heptanethiol, 2-heptanethiol, 1-octanthiol, 2-octanthiol, 1-nonanthiol, 1-decanethiol, 1-undecanethiol, and 1-dodecanethiol, as well as C1-16 alkyl mercaptans. Among such compounds having an SH group, 1-octanthiol and 1-dodecanethiol are preferred. Such compounds having an SH group may be used alone or in combination of two or more.
工程1の反応を実施する方法は、特に限定されるものではないが、通常、前記式(5)で表されるフルオレノン類と前記式(6)で表されるアルコール類とヘテロポリ酸および/またはチオール化合物とを反応装置に仕込み、空気中又は窒素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気下、トルエンやキシレンなどの芳香族炭化水素類および酢酸エチル、γ-ブチロラクトン、エチレンカーボネートなどのエステル類の不活性溶媒存在下で加熱攪拌することにより行うことができる。この際、触媒含有水や反応生成水など、反応系内の水分を除去する、脱水条件下で反応を行うことにより、脱水しない場合より反応が早く進行し、副生成物の生成が抑制され、より高収率で目的物を得ることができる。脱水の方法としては特に限定されるものではないが、例えば、脱水剤の添加による脱水、減圧による脱水、常圧又は減圧下溶媒との共沸による脱水などが挙げられる。The method for carrying out the reaction in step 1 is not particularly limited, but it can usually be carried out by charging fluorenones represented by formula (5), alcohols represented by formula (6), and heteropoly acids and/or thiol compounds into a reaction apparatus and heating and stirring in air or under an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, in the presence of aromatic hydrocarbons such as toluene or xylene and esters such as ethyl acetate, γ-butyrolactone, or ethylene carbonate as inert solvents. In this case, by carrying out the reaction under dehydration conditions, such as removing water in the reaction system, including catalyst-containing water and reaction product water, the reaction proceeds faster than without dehydration, the formation of by-products is suppressed, and the target product can be obtained in a higher yield. The method of dehydration is not particularly limited, but examples include dehydration by adding a dehydrating agent, dehydration by reduced pressure, and dehydration by azeotrope with a solvent at atmospheric pressure or reduced pressure.
工程1で用いる反応溶媒としては、特に限定されるものではないが、例えばトルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素溶媒、クロロベンゼン、ジクロロベンゼンなどのハロゲン化芳香族炭化水素溶媒、ペンタン、ヘキサン、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素溶媒、ジクロロメタン、1,2-ジクロロエタンなどのハロゲン化脂肪族炭化水素溶媒、ジエチルエーテル、ジ-iso-プロピルエーテル、メチル-t-ブチルエーテル、ジフェニルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの脂肪族および環状エーテル溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル、γ-ブチロラクトン、エチレンカーボネートなどのエステル溶媒、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル溶媒、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、1-メチル-2-ピロリジノンなどのアミド溶媒、などが挙げられる。好ましくは芳香族炭化水素溶媒およびエステル溶媒であり、より好ましくはトルエン、キシレン、クロロベンゼンまたはジクロロベンゼンと、酢酸エチル、酢酸ブチル、γ-ブチロラクトンまたはエチレンカーボネートとの混合溶媒であり、さらに好ましくはトルエンとγ-ブチロラクトンとの混合溶媒である。これら反応溶媒は単独で用いてもよく、また、2種以上併用して用いることもできる。The reaction solvent used in step 1 is not particularly limited, but examples include aromatic hydrocarbon solvents such as toluene and xylene, halogenated aromatic hydrocarbon solvents such as chlorobenzene and dichlorobenzene, aliphatic hydrocarbon solvents such as pentane, hexane, and heptane, halogenated aliphatic hydrocarbon solvents such as dichloromethane and 1,2-dichloroethane, aliphatic and cyclic ether solvents such as diethyl ether, di-iso-propyl ether, methyl-t-butyl ether, diphenyl ether, tetrahydrofuran, and dioxane, ester solvents such as ethyl acetate, butyl acetate, γ-butyrolactone, and ethylene carbonate, nitrile solvents such as acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, and benzonitrile, and amide solvents such as N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, and 1-methyl-2-pyrrolidinone. Preferably, the solvent is an aromatic hydrocarbon solvent or an ester solvent, more preferably a mixed solvent of toluene, xylene, chlorobenzene, or dichlorobenzene with ethyl acetate, butyl acetate, γ-butyrolactone, or ethylene carbonate, and even more preferably a mixed solvent of toluene and γ-butyrolactone. These reaction solvents may be used alone or in combination of two or more.
また、その使用量は特に限定されるものではないが経済性の点から、フルオレノン類に対して、好ましくは0.1重量倍以上、より好ましくは0.5~100重量倍、さらに好ましくは1~20重量倍である。Furthermore, while the amount used is not particularly limited, from an economic standpoint, it is preferably 0.1 times or more by weight, more preferably 0.5 to 100 times by weight, and even more preferably 1 to 20 times by weight relative to fluorenones.
工程1の反応温度は使用する原料、溶媒の種類により異なるが、好ましくは50~200℃、より好ましくは70~150℃、さらに好ましくは90~130℃である。反応温度が高すぎると副反応物の増加による収率低下や色相悪化の原因となる場合がある。反応温度が低すぎると反応が速やかに進行しない場合がある。The reaction temperature in step 1 varies depending on the type of raw materials and solvent used, but is preferably 50 to 200°C, more preferably 70 to 150°C, and even more preferably 90 to 130°C. If the reaction temperature is too high, it may lead to an increase in by-reactants, resulting in a decrease in yield and deterioration of color. If the reaction temperature is too low, the reaction may not proceed quickly.
反応は液体クロマトグラフィーなどの分析手段で追跡することができる。The reaction can be tracked using analytical methods such as liquid chromatography.
工程1の反応時の内圧は、101.3kPa以下の圧力が好ましく、より好ましくは60.0kPa以下である。副生する水はこの内圧で系内から排出しながら反応させる方がより効率よく反応が進行し、かつ生成する副生成物も少なくなることから好ましい。The internal pressure during the reaction in step 1 is preferably 101.3 kPa or less, and more preferably 60.0 kPa or less. It is preferable to carry out the reaction while discharging the by-product water from the system at this internal pressure, as this allows the reaction to proceed more efficiently and reduces the amount of by-products generated.
工程1の反応後、必要に応じて使用した固体酸を濾過により除去するかもしくは中和してもよい。中和する際に使用する塩基としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムなどのアルカリ金属またはアルカリ土類金属の水酸化物、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、炭酸ナトリウム、炭酸ナトリウムなどのアルカリ金属またはアルカリ土類金属の炭酸塩(炭酸水素)塩、アミン類等が挙げられる。また、ろ過、濃縮、抽出、晶析、再結晶、再沈殿、活性炭処理、カラムクロマトグラフィーなどの分離手段や、これらを組み合わせた分離手段により分離精製しても良い。After the reaction in step 1, the solid acid used may be removed by filtration or neutralized as needed. Examples of bases used for neutralization include alkali metal or alkaline earth metal hydroxides such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, and calcium hydroxide; alkali metal or alkaline earth metal carbonates (bicarbonates) such as potassium carbonate, calcium carbonate, sodium carbonate, and sodium carbonate; and amines. Separation and purification may also be performed by separation methods such as filtration, concentration, extraction, crystallization, recrystallization, reprecipitation, activated carbon treatment, column chromatography, or a combination thereof.
また、本発明の工程2では、工程1で得られる前記式(7)で表されるフルオレン誘導体とエチレンカーボネートとを塩基存在下で反応させて、前記式(8)で表されるフルオレン誘導体を製造することができる。Furthermore, in step 2 of the present invention, the fluorene derivative represented by formula (7) obtained in step 1 can be reacted with ethylene carbonate in the presence of a base to produce the fluorene derivative represented by formula (8).
前記式(7)で表されるフルオレノン誘導体とエチレンカーボネートの使用量(モル比)は、1:1.8~1:3.0が好ましく、1:2~1:2.7がより好ましく、1:2.1~1:2.5がさらに好ましい。エチレンカーボネートの使用量が1:1.8より少ないと、反応時間が長くなることがある。また、式(7)で表されるフルオレノン誘導体が未反応のまま残ることや、式(7)で表されるフルオレノン誘導体1モルとエチレンカーボネート1モルが反応した副生物が多くなることにより、収率や純度が低下する場合がある。エチレンカーボネートの使用量が1:3.0より多いと、式(7)で表されるフルオレノン誘導体1モルとエチレンカーボネート3モル以上が反応した副生物が多くなることにより、収率や純度が低下する場合がある。The molar ratio of the fluorenone derivative represented by formula (7) to ethylene carbonate is preferably 1:1.8 to 1:3.0, more preferably 1:2 to 1:2.7, and even more preferably 1:2.1 to 1:2.5. If the amount of ethylene carbonate used is less than 1:1.8, the reaction time may be prolonged. In addition, the yield and purity may decrease due to the fluorenone derivative represented by formula (7) remaining unreacted or due to the large amount of by-products resulting from the reaction of 1 mole of the fluorenone derivative represented by formula (7) with 1 mole of ethylene carbonate. If the amount of ethylene carbonate used is more than 1:3.0, the yield and purity may decrease due to the large amount of by-products resulting from the reaction of 1 mole of the fluorenone derivative represented by formula (7) with 3 or more moles of ethylene carbonate.
本発明の工程2で使用する塩基として、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化バリウム、酸化マグネシウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウムなどが挙げられ、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸カリウムが好ましく、炭酸カリウムがより好ましい。Examples of bases used in step 2 of the present invention include potassium hydroxide, sodium hydroxide, barium hydroxide, magnesium oxide, sodium carbonate, and potassium carbonate, with potassium hydroxide, sodium hydroxide, and potassium carbonate being preferred, and potassium carbonate being more preferred.
本発明の工程2で使用する塩基の使用量は特に限定されるものではないが、式(7)で表されるフルオレノン誘導体1モルに対して0.01~0.5モルが好ましく、0.05~0.3モルがより好ましい。塩基の使用量が少ないと反応が進行しないか、反応が遅延することがある。触媒量が多いと副生物の増加による収率や純度の低下、着色原因となることがある。The amount of base used in step 2 of the present invention is not particularly limited, but preferably 0.01 to 0.5 moles, and more preferably 0.05 to 0.3 moles, per mole of the fluorenone derivative represented by formula (7). If the amount of base used is too small, the reaction may not proceed or may be delayed. If the amount of catalyst is too large, it may lead to an increase in by-products, resulting in a decrease in yield and purity, and may cause discoloration.
本発明の工程2で用いる反応溶媒としては、特に限定されるものではないが、例えばトルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素溶媒、クロロベンゼン、ジクロロベンゼンなどのハロゲン化芳香族炭化水素溶媒、ペンタン、ヘキサン、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素溶媒、ジクロロメタン、1,2-ジクロロエタンなどのハロゲン化脂肪族炭化水素溶媒、ジエチルエーテル、ジ-iso-プロピルエーテル、メチル-t-ブチルエーテル、ジフェニルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの脂肪族および環状エーテル溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル、γ-ブチロラクトン、エチレンカーボネートなどのエステル溶媒、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル溶媒、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、1-メチル-2-ピロリジノンなどのアミド溶媒、などが挙げられる。好ましくは芳香族炭化水素溶媒、アミド溶媒であり、より好ましくはトルエン、キシレン、クロロベンゼンまたはジクロロベンゼンと、酢酸エチル、酢酸ブチル、γ-ブチロラクトンまたはエチレンカーボネートとの混合溶媒であり、さらに好ましくはトルエン、ジメチルホルムアミドである。これら反応溶媒は単独で用いてもよく、また、2種以上併用して用いることもできる。The reaction solvent used in step 2 of the present invention is not particularly limited, but examples include aromatic hydrocarbon solvents such as toluene and xylene, halogenated aromatic hydrocarbon solvents such as chlorobenzene and dichlorobenzene, aliphatic hydrocarbon solvents such as pentane, hexane, and heptane, halogenated aliphatic hydrocarbon solvents such as dichloromethane and 1,2-dichloroethane, aliphatic and cyclic ether solvents such as diethyl ether, di-iso-propyl ether, methyl-t-butyl ether, diphenyl ether, tetrahydrofuran, and dioxane, ester solvents such as ethyl acetate, butyl acetate, γ-butyrolactone, and ethylene carbonate, nitrile solvents such as acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, and benzonitrile, and amide solvents such as N,N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide, and 1-methyl-2-pyrrolidinone. Preferably, the solvent is an aromatic hydrocarbon solvent or an amide solvent, more preferably a mixed solvent of toluene, xylene, chlorobenzene, or dichlorobenzene and ethyl acetate, butyl acetate, γ-butyrolactone, or ethylene carbonate, and even more preferably toluene or dimethylformamide. These reaction solvents may be used individually, or two or more may be used in combination.
また、その使用量は特に限定されるものではないが経済性の点から、フルオレノン誘導体に対して、好ましくは0.1重量倍以上、より好ましくは0.5~100重量倍、さらに好ましくは1~20重量倍である。Furthermore, while the amount used is not particularly limited, from an economic standpoint, it is preferably 0.1 times or more by weight, more preferably 0.5 to 100 times by weight, and even more preferably 1 to 20 times by weight, relative to the fluorenone derivative.
工程2の反応温度は使用する原料、溶媒の種類により異なるが、好ましくは50~200℃、より好ましくは70~150℃、さらに好ましくは90~130℃である。反応温度が高すぎると副反応物の増加による収率低下や色相悪化の原因となる場合がある。反応温度が低すぎると反応が速やかに進行しない場合がある。The reaction temperature in step 2 varies depending on the type of raw materials and solvent used, but is preferably 50 to 200°C, more preferably 70 to 150°C, and even more preferably 90 to 130°C. If the reaction temperature is too high, it may lead to an increase in by-reactants, resulting in a decrease in yield and deterioration of color. If the reaction temperature is too low, the reaction may not proceed quickly.
反応は液体クロマトグラフィーなどの分析手段で追跡することができる。The reaction can be tracked using analytical methods such as liquid chromatography.
工程2の反応後、ろ過、濃縮、抽出、晶析、再結晶、再沈殿、活性炭処理あるいはそれと酷似した金属の除去処理、カラムクロマトグラフィーなどの分離手段や、これらを組み合わせた分離手段により分離精製しても良い。After the reaction in step 2, the mixture may be separated and purified by separation methods such as filtration, concentration, extraction, crystallization, recrystallization, reprecipitation, activated carbon treatment or a similar metal removal treatment, column chromatography, or a combination thereof.
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the essence of the invention.
なお、実施例において、各種測定は以下のように行った。
(1)HPLC測定
日立製高速液体クロマトグラフL-2350を用い、表1の測定条件で測定した。実施例中、特に断らない限り%はHPLCにおける溶媒を除いて補正した面積百分率値である。
In the examples, various measurements were performed as follows.
(1) HPLC measurement A Hitachi high-performance liquid chromatograph L-2350 was used, and measurements were taken under the conditions shown in Table 1. In the examples, unless otherwise specified, the percentages are area percentage values corrected for the solvent in HPLC.
(2)NMR測定
実施例で得られた化合物をDMSO-d6に溶解させ、日本電子社製JNM-AL400(400MHz)を用い測定した。
(3)屈折率(nD)
実施例で得られた化合物をジメチルスルホキシドに溶解させ、所定濃度の溶液を作成し、各濃度の溶液の屈折率をATAGO社製DR-M2アッベ屈折計を用い、25℃におけるD線屈折率を測定した。各濃度の測定結果から濃度100%に外挿した値を実施例で得られた化合物の屈折率(nD)とした。
[実施例1]
窒素雰囲気下、撹拌機、冷却器、温度計を備え付けたフラスコにフルオレノン5.00g、9-フェナントロール11.86g、1-オクタンチオール0.04g、リンタングステン酸0.57g、トルエン50ml、エチレンカーボネート2.44gを加え、100℃、50kPa下で14時間反応させた。反応液を冷却後、反応液を分液ロートに移し、NaOH水溶液を加え中和洗浄を行った後、中性になるまで蒸留水で洗浄した。その後、有機層にヘキサンを加え再結晶した。得られた結晶を回収し、トルエンで再結晶を行い、結晶を4時間減圧乾燥し、9,9-ビス(9-ヒドロキシ-3-フェナントリル)フルオレン(以下、BPhFと省略することがある)の結晶を得た。(純度:95%、収量:4.5g)。また、得られたBPhFのNMRチャートを図1に示した。
[実施例2]
窒素雰囲気下、撹拌機、冷却器、温度計を備え付けたフラスコにフルオレノン5.00g、9-フェナントロール10.78g、1-オクタンチオール0.20g、リンタングステン酸0.09g、トルエン20ml、γ―ブチロラクトン5mlを加え、100℃、50kPa下で10時間反応させた。反応液を冷却後、トルエンを100ml追加し、反応液を分液ロートに移し、NaOH水溶液を加え中和洗浄を行った。その後、中性になるまで蒸留水で洗浄した。洗浄後の有機層のHPLC測定を行い、BPhFが78%、フェナントロールが6%、フルオレノンが9%、その他不明成分が7%であることを確認した。この有機層、エチレンカーボート:4.62g、炭酸カリウム:0.35gを窒素雰囲気下、撹拌機、冷却器、温度計を備え付けたフラスコに仕込み、反応液を10分間窒素バブリングした。その後、110℃で18時間反応させた。反応液を冷却後、トルエンを300ml追加し、反応液を分液ロートに移し、NaOH水溶液で洗浄した後、中性になるまで蒸留水で洗浄した。その後、有機層にヘキサンを加え再結晶した。得られた結晶を回収し、トルエンに溶解させた後、ヘキサンを加え再結晶し、結晶を4時間減圧乾燥し、9,9-ビス[9-(2-ヒドロキシエトキシ)-3-フェナントリル]フルオレン(以下、BPhEFと省略することがある)の結晶を得た(純度:96%、収量:4.8g)。得られたBPhEFのNMRチャートを図2に示した。また、BPhEFの屈折率は1.745であった。
[比較例1]
窒素雰囲気下、撹拌機、冷却器、温度計を備え付けたフラスコに9-フェナントロール9.00g、エチレンカーボネート6.28g、炭酸カリウム0.32g、ジメチルホルムアミド20mlを加え、120℃で9時間反応させた。反応液を冷却後、トルエンを200ml追加し、反応液を分液ロートに移し、NaOH水溶液で洗浄した後、中性になるまで蒸留水で洗浄した。その後、有機層にヘキサンを加え再結晶した。得られた結晶を4時間減圧乾燥し、9-フェナントキシエタノールの結晶を得た(純度:99%、9.3g)。
(2) NMR measurement The compounds obtained in the examples were dissolved in DMSO-d6 and measured using a JEOL JNM-AL400 (400 MHz) NMR analyzer.
(3) Refractive index (nD)
The compounds obtained in the examples were dissolved in dimethyl sulfoxide to prepare solutions of predetermined concentrations. The refractive index of each solution at each concentration was measured at 25°C using an ATAGO DR-M2 Abbe refractometer, specifically the D-line refractive index. The refractive index (nD) of the compounds obtained in the examples was defined as the value obtained by extrapolating the measurement results for each concentration to 100% concentration.
[Example 1]
Under a nitrogen atmosphere, 5.00 g of fluorenone, 11.86 g of 9-phenanthrol, 0.04 g of 1-octanethol, 0.57 g of phosphotungstic acid, 50 ml of toluene, and 2.44 g of ethylene carbonate were added to a flask equipped with a stirrer, condenser, and thermometer, and the mixture was reacted at 100°C and 50 kPa for 14 hours. After cooling the reaction mixture, it was transferred to a separatory funnel, neutralized with an aqueous NaOH solution, and washed with distilled water until neutral. Then, hexane was added to the organic layer and recrystallized. The obtained crystals were collected, recrystallized with toluene, and dried under reduced pressure for 4 hours to obtain crystals of 9,9-bis(9-hydroxy-3-phenanthryl)fluorene (hereinafter sometimes abbreviated as BPhF). (Purity: 95%, yield: 4.5 g). The NMR chart of the obtained BPhF is shown in Figure 1.
[Example 2]
Under a nitrogen atmosphere, 5.00 g of fluorenone, 10.78 g of 9-phenanthol, 0.20 g of 1-octanthiol, 0.09 g of phosphotungstic acid, 20 ml of toluene, and 5 ml of γ-butyrolactone were added to a flask equipped with a stirrer, condenser, and thermometer, and the reaction was carried out at 100°C and 50 kPa for 10 hours. After cooling the reaction mixture, 100 ml of toluene was added, the reaction mixture was transferred to a separatory funnel, and neutralization washing was performed by adding NaOH aqueous solution. Then, it was washed with distilled water until neutral. HPLC analysis of the organic layer after washing confirmed that BPhF was 78%, phenanthol was 6%, fluorenone was 9%, and other unknown components were 7%. This organic layer, ethylene carbonate: 4.62 g, and potassium carbonate: 0.35 g were placed in a flask equipped with a stirrer, condenser, and thermometer under a nitrogen atmosphere, and the reaction mixture was bubbling with nitrogen for 10 minutes. The reaction was then carried out at 110°C for 18 hours. After cooling the reaction mixture, 300 ml of toluene was added, and the reaction mixture was transferred to a separatory funnel. After washing with an aqueous NaOH solution, it was washed with distilled water until neutral. Then, hexane was added to the organic layer and recrystallization was performed. The obtained crystals were collected, dissolved in toluene, and then recrystallized with hexane. The crystals were dried under reduced pressure for 4 hours to obtain crystals of 9,9-bis[9-(2-hydroxyethoxy)-3-phenanthryl]fluorene (hereinafter sometimes abbreviated as BPhEF) (purity: 96%, yield: 4.8 g). The NMR chart of the obtained BPhEF is shown in Figure 2. The refractive index of BPhEF was 1.745.
[Comparative Example 1]
Under a nitrogen atmosphere, 9.00 g of 9-phenantrol, 6.28 g of ethylene carbonate, 0.32 g of potassium carbonate, and 20 ml of dimethylformamide were added to a flask equipped with a stirrer, condenser, and thermometer, and the reaction was carried out at 120°C for 9 hours. After cooling the reaction mixture, 200 ml of toluene was added, and the reaction mixture was transferred to a separatory funnel. After washing with an aqueous NaOH solution, it was washed with distilled water until neutral. Then, hexane was added to the organic layer and recrystallization was performed. The obtained crystals were dried under reduced pressure for 4 hours to obtain crystals of 9-phenantoxyethanol (purity: 99%, 9.3 g).
窒素雰囲気下、撹拌機、冷却器、温度計を備え付けたフラスコにフルオレノン1.40g、9-フェナントキシエタノール4.07g、1-オクタンチオール0.12g、リンタングステン酸0.03g、トルエン20ml、γ―ブチロラクトン5mlを加え、100℃、50kPa下で5時間反応させた。反応液のHPLC測定を行い、9-フェナントキシエタノールが26%、フルオレノンが40%、その他不明成分が34%であることを確認した。さらに5時間反応させた後、反応液のHPLC測定を行ったところ、反応液の組成に変化はなく、目的物であるBPhEFを得ることはできなかった。Under a nitrogen atmosphere, 1.40 g of fluorenone, 4.07 g of 9-phenantoxyethanol, 0.12 g of 1-octanthiol, 0.03 g of phosphotungstic acid, 20 ml of toluene, and 5 ml of γ-butyrolactone were added to a flask equipped with a stirrer, condenser, and thermometer, and the reaction was carried out at 100°C and 50 kPa for 5 hours. HPLC analysis of the reaction solution confirmed that 9-phenantoxyethanol was 26%, fluorenone was 40%, and other unknown components accounted for 34%. After a further 5 hours of reaction, HPLC analysis of the reaction solution showed no change in composition, and the target product, BPhEF, could not be obtained.
本発明で得られる新規なフルオレン誘導体は、光学レンズや光学フィルムに代表される光学部材を構成する樹脂を形成するモノマーとして好適である。The novel fluorene derivatives obtained in this invention are suitable as monomers for forming resins that constitute optical components such as optical lenses and optical films.
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