アミノ基を有する有機ケイ素化合物及びその製造方法
【解決手段】一般式（１）で示されるアミノ基を有する有機ケイ素化合物。
（Ｒ1及びＲ2は炭素数１〜１０の非置換又は置換の１価炭化水素基で、各々同一又は異なっていてもよい。ｎは０〜２の整数である。）
【効果】本発明の有機ケイ素化合物を用いることにより、高分子材料に高い機械的特性や耐熱性を付与することができる。本発明の有機ケイ素化合物は、容易に精製が可能で、使用時に発生するアルコール量を低減することができ、また、本発明の製造方法によれば、上記有機ケイ素化合物を簡便に収率よく製造することができる。
（Ｒ1及びＲ2は炭素数１〜１０の非置換又は置換の１価炭化水素基で、各々同一又は異なっていてもよい。ｎは０〜２の整数である。）
【効果】本発明の有機ケイ素化合物を用いることにより、高分子材料に高い機械的特性や耐熱性を付与することができる。本発明の有機ケイ素化合物は、容易に精製が可能で、使用時に発生するアルコール量を低減することができ、また、本発明の製造方法によれば、上記有機ケイ素化合物を簡便に収率よく製造することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シランカップリング剤、表面処理剤、繊維処理剤、接着剤、塗料添加剤、高分子変性剤等に有用なアミノ基を有する有機ケイ素化合物及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、アミノ基を有する有機ケイ素化合物は、シランカップリング剤、表面処理剤、繊維処理剤、接着剤、塗料添加剤等に有用であることが知られている。上記のような有機ケイ素化合物の中でもＮ−フェニル−３−アミノプロピルアルコキシシランは、高分子材料や無機材料（例えば、ガラス繊維、金属、酸化物充填剤）に優れた硬度、耐熱性、耐溶剤性、耐久性等の各種物性を付与、もしくは向上させることができることが知られている。例えば、耐熱性、耐久性を有する用途としては、有機無機ハイブリッド材料の添加剤、フィルム基板の保護層、シリカの表面処理剤、トナーの被覆樹脂層等（特許文献１〜４：特開２００６−３４２２７０号公報、特開２００５−２２５９９８号公報、特開平８−４８８４６号公報、国際公開第２００４／０５５６００号パンフレット）が挙げられ、用いられる分野も様々である。
【０００３】
上記のような有機ケイ素化合物を含め、シランカップリング剤は加水分解させて使用するが、加水分解によってシランカップリング剤中のアルコキシ基から相当量のアルコールが副生することは公知である。近年、地球温暖化や健康問題等に関係の深い環境問題において、揮発性有機化合物の削減が大きなテーマとして挙げられており、副生するアルコール量の少ないシランカップリング剤の開発は、上記のような環境問題に対する有効な手段の一つと考えられる。
そこで、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルアルコキシシランと同等な特性を有し、使用時に発生するアルコール量を削減できる有機ケイ素化合物の開発が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３４２２７０号公報
【特許文献２】特開２００５−２２５９９８号公報
【特許文献３】特開平８−４８８４６号公報
【特許文献４】国際公開第２００４／０５５６００号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、耐熱性を有し、蒸留精製が可能で、発生するアルコール量を削減することができるアミノ基を有する有機ケイ素化合物及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、下記一般式（１）
【化１】
（式中、Ｒ1及びＲ2は炭素数１〜１０の非置換又は置換の１価炭化水素基で、各々同一又は異なっていてもよい。ｎは０〜２の整数である。）
で示されるアミノ基を有する有機ケイ素化合物が、耐熱性が高く、蒸留による精製が可能で、かつ、使用時に発生するアルコール量を削減できることを見出した。また、本発明の有機ケイ素化合物は、活性な水素原子を有さないため、イソシアネート基やエポキシ基等の活性水素と反応性を有する官能基を持ったポリマー組成物へ添加する場合、官能基が反応することがなく、使用する時に加水分解等により水酸基を発生することが可能である。
【０００７】
即ち、本発明は下記アミノ基を有する有機ケイ素化合物及びその製造方法を提供する。
請求項１：
下記一般式（１）で示されるアミノ基を有することを特徴とする有機ケイ素化合物。
【化２】
（式中、Ｒ1及びＲ2は炭素数１〜１０の非置換又は置換の１価炭化水素基で、各々同一又は異なっていてもよい。ｎは０〜２の整数である。）
請求項２：
下記一般式（１）で示されるアミノ基を有する有機ケイ素化合物と、下記一般式（２）で示される化合物との混合物であって、式（２）の化合物の含有量が３０質量％以下であることを特徴とする有機ケイ素化合物の混合物。
【化３】
（式中、Ｒ1及びＲ2は炭素数１〜１０の非置換又は置換の１価炭化水素基で、各々同一又は異なっていてもよい。ｎは０〜２の整数である。）
請求項３：
下記一般式（２）
【化４】
（式中、Ｒ1及びＲ2は炭素数１〜１０の非置換又は置換の１価炭化水素基で、各々同一又は異なっていてもよい。ｎは０〜２の整数である。）
で示される化合物を蒸留する際に、発生するアルコールを留去しながら、触媒の存在下で蒸留することを特徴とする請求項１記載のアミノ基を有する有機ケイ素化合物の製造方法。
請求項４：
蒸留する際の蒸留塔上部の温度が１００〜２００℃であり、圧力が０．１〜４．０ｋＰａであることを特徴とする請求項３記載の製造方法。
請求項５：
前記触媒が、塩基性化合物又は酸性化合物であることを特徴とする請求項３又は４記載のアミノ基を有する有機ケイ素化合物の製造方法。
請求項６：
前記塩基性化合物が、アルカリ金属アルコキシドであることを特徴とする請求項５記載のアミノ基を有する有機ケイ素化合物の製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の有機ケイ素化合物を用いることにより、高分子材料に高い機械的特性や耐熱性を付与することができる。本発明の有機ケイ素化合物は、容易に精製が可能で、使用時に発生するアルコール量を低減することができ、また、本発明の製造方法によれば、上記有機ケイ素化合物を簡便に収率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１で得られた有機ケイ素化合物の1Ｈ−ＮＭＲスペクトルである。
【図２】実施例１で得られた有機ケイ素化合物のＩＲスペクトルである。
【図３】実施例２で得られた有機ケイ素化合物の1Ｈ−ＮＭＲスペクトルである。
【図４】実施例２で得られた有機ケイ素化合物のＩＲスペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明のアミノ基を有する有機ケイ素化合物は、下記一般式（１）で示されるものである。
【化５】
（式中、Ｒ1及びＲ2は炭素数１〜１０の非置換又は置換の１価炭化水素基で、各々同一又は異なっていてもよい。ｎは０〜２の整数である。）
【００１１】
本発明のアミノ基を有する有機ケイ素化合物は、下記一般式（３）
【化６】
で示されるアニリンと下記一般式（４）
【化７】
（式中、Ｒ1及びＲ2は炭素数１〜１０の非置換又は置換の１価炭化水素基で、各々同一又は異なっていてもよい。ｎは０〜２の整数である。Ｘはハロゲン原子を表す。）
で示されるハロプロピルアルコキシシラン化合物を反応させて得られた反応混合物を蒸留する際に、発生するアルコールを留去しながら蒸留することにより得られる。
【００１２】
上記一般式（１）及び（４）中、Ｒ1及びＲ2は炭素数１〜１０、好ましくは１〜６の１価炭化水素基であり、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、アルケニル基、アリール基等が挙げられる。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、シクロペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、デシル基、ビニル基、アリル基、メタリル基、ブテニル基等が例示される。
【００１３】
一般式（１）で示される化合物としては、具体的には、２，２−ジメトキシ−１−フェニル−１−アザ−２−シラシクロペンタン、２−メトキシ−２−メチル−１−フェニル−１−アザ−２−シラシクロペンタン、２，２−ジエトキシ−１−フェニル−１−アザ−２−シラシクロペンタン、２−エトキシ−２−メチル−１−フェニル−１−アザ−２−シラシクロペンタン等が挙げられる。
【００１４】
一般式（４）で示される化合物としては、具体的には、クロロプロピルトリメトキシシラン、クロロプロピルメチルジメトキシシラン、クロロプロピルジメチルメトキシシラン、クロロプロピルトリエトキシシラン、クロロプロピルメチルジエトキシシラン、クロロプロピルジメチルエトキシシラン、ブロモプロピルトリメトキシシラン、ブロモプロピルメチルジメトキシシラン、ブロモプロピルジメチルメトキシシラン、ブロモプロピルトリエトキシシラン、ブロモプロピルメチルジエトキシシラン、ブロモプロピルジメチルエトキシシラン、ヨードプロピルトリメトキシシラン、ヨードプロピルメチルジメトキシシラン、ヨードプロピルジメチルメトキシシラン、ヨードプロピルトリエトキシシラン、ヨードプロピルメチルジエトキシシラン、ヨードプロピルジメチルエトキシシラン等が挙げられる。
【００１５】
上記反応により得られる反応混合物は、下記一般式（２）
【化８】
（式中、Ｒ1、Ｒ2及びｎは上記で定義した通りである。）
で示される化合物と下記一般式（５）
【化９】
（式中、Ｒ1、Ｒ2及びｎは上記で定義した通りである。）
で示される化合物の混合物である。
【００１６】
一般式（２）及び（５）で例示される化合物のＲ1、Ｒ2及びｎは上記と同様である。
一般式（２）及び（５）で例示される化合物としてＲ1及びＲ2は、具体的には、特にメチル基、エチル基が好ましい。
【００１７】
一般式（３）で示されるアニリンと、一般式（４）で示されるハロプロピルアルコキシシラン化合物の配合比は特に限定されないが、反応性、生産性の点から、一般式（４）で示されるシラン化合物１モルに対し、一般式（３）で示されるアニリン０．５〜１０モル、好ましくは０．８〜８モル、更に好ましくは１〜５モルの範囲である。
【００１８】
上記反応の反応温度は特に限定されないが、５０〜２００℃、好ましくは７０〜２００℃、特に８０〜１６０℃が好ましく、反応時間は１〜２０時間、特に１〜１０時間が好ましい。
【００１９】
反応混合物の混合質量比としては、特に限定されないが、一般に一般式（２）：一般式（５）＝（８０〜９５質量％）：（２０〜５質量％）である。
【００２０】
なお、上記反応は無溶媒でも進行するが、溶媒を用いることもできる。用いられる溶媒としては、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、イソオクタン、ベンゼン、トルエン、キシレン等の炭化水素系溶媒、メタノール、エタノール等のアルコール系溶媒、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒、アセトニトリル、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等の非プロトン性極性溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム等の塩素化炭化水素系溶媒等が例示される。これらの溶媒は１種を単独で使用してもよく、あるいは２種以上を混合して使用してもよい。
反応終了後にはアニリンの塩が生じるが、これは反応液を濾過、又はエチレンジアミン、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデセン−７等を添加し、分離する等の方法により除去できる。
上記反応混合物から一般式（１）で示される有機ケイ素化合物を蒸留により製造することが可能である。
【００２１】
また、下記一般式（２）
【化１０】
（式中、Ｒ1及びＲ2は炭素数１〜１０の非置換又は置換の１価炭化水素基で、各々同一又は異なっていてもよい。ｎは０〜２の整数である。）
で示される化合物を蒸留する際に、発生するアルコールを留去しながら蒸留することで、下記一般式（１）
【化１１】
（式中、Ｒ1及びＲ2は炭素数１〜１０の非置換又は置換の１価炭化水素基で、各々同一又は異なっていてもよい。ｎは０〜２の整数である。）
を製造することができる。
【００２２】
蒸留の条件は、特に制限はないが、環化反応を促進するため、発生するアルコールを留去しながら蒸留することが好ましい。更に、発生するアルコールを留去し易くするために減圧下にて行うことが好ましい。蒸留塔上部の温度が、１００〜２００℃、好ましくは１２０〜２００℃、特に１５０〜１８０℃が好ましく、圧力は０．１〜４．０ｋＰａ、特に０．２〜２．０ｋＰａが好ましい。
【００２３】
蒸留の際には、特に添加物を加えなくてもよいが、反応性向上のために触媒として塩基性化合物又は酸性化合物を加えた方がよい。塩基性化合物の例としては、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属アルコキシド、４級アンモニウムヒドロキシド等が挙げられる。具体的には、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化セシウム等のアルカリ金属水酸化物、カリウムメトキシド、ナトリウムメトキシド、カリウムエトキシド、ナトリウムエトキシド等のアルカリ金属アルコキシド、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルベンジルアンモニウムヒドロキシド等のアルキル、アリール基等を有する４級アンモニウムヒドロキシド等が挙げられ、特にアルカリ金属アルコキシドが好適に用いられる。塩基性化合物は水溶液やアルコール溶液等として用いることができる。酸性化合物の例としては、硫酸、メタンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸等のスルホン酸、酢酸、プロピオン酸等のカルボン酸等が挙げられる。
【００２４】
塩基性化合物及び酸性化合物の配合比は特に限定されないが、ケイ素原子１モルに対し、塩基性化合物及び酸性化合物を０．００１〜１０モル、特に０．１〜２モル用いるのが好ましい。塩基性化合物及び酸性化合物が０．００１モル未満だと塩基性化合物及び酸性化合物の十分な効果が発現しない場合があり、１０モルを超えると、塩基性化合物及び酸性化合物の量に見合うだけの反応促進効果が得られない場合がある。
【００２５】
本発明の有機ケイ素化合物は、そのまま使用し得るが、用途に応じて更に精製して使用してもよい。精製方法としては、蒸留やカラム分離などの精製方法があるが、特に蒸留による精製が高純度化できるため好ましい。
【００２６】
本発明の有機ケイ素化合物は、そのまま使用し得るが、溶媒に希釈して用いた方が簡便で好ましい。溶媒としては、水、メタノール、エタノール等のアルコール系溶媒、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、イソオクタン、ベンゼン、トルエン、キシレン等の炭化水素系溶媒、アセトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒、アセトニトリル、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等の非プロトン性極性溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム等の塩素化炭化水素系溶媒等が例示され、特に水、アルコール溶液が好ましい。用いる濃度としては、有機ケイ素化合物が、０．００１〜５０質量％となるように希釈して用いるとよい。
【００２７】
本発明の有機ケイ素化合物は、本発明の効果を損なわない範囲であれば、顔料、消泡剤、潤滑剤、防腐剤、ｐＨ調節剤、フィルム形成剤、帯電防止剤、抗菌剤、界面活性剤、染料等から選択される他の添加剤の１種以上を含有するものであってもよい。
【００２８】
本発明の有機ケイ素化合物の用途は特に限定されるものではないが、具体的には、シランカップリング剤、表面処理剤、繊維処理剤、接着剤、塗料添加剤、高分子変性剤等を挙げることができる。また、本発明の式（１）の有機ケイ素化合物を下記一般式（２）
【化１２】
（式中、Ｒ1及びＲ2は炭素数１〜１０の非置換又は置換の１価炭化水素基で、各々同一又は異なっていてもよい。ｎは０〜２の整数である。）
で示される化合物との混合物として使用する場合、上記一般式（２）で示される化合物を単独で使用するよりも、発生するアルコール量を少なくすることが可能となる。
この場合、式（２）の化合物の混合物中での含有量は３０質量％以下であり、より好ましくは１０〜３０質量％である。
【実施例】
【００２９】
以下、合成例及び実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。なお、下記例中、Ｍｅはメチル基、Ｅｔはエチル基を示す。
【００３０】
［合成例１］アニリンとクロロプロピルトリメトキシシランの反応
撹拌機、還流器、滴下ロート及び温度計を備えたフラスコに、アニリン１８６ｇ（２．０モル）を仕込み、１３０℃に加熱した。内温が安定した後、クロロプロピルトリメトキシシラン９９ｇ（０．５０モル）を１３０〜１４０℃で３．５時間かけて滴下し、その温度で１０時間撹拌した。生成した塩を濾過により除去し、透明な混合物を得た。
【００３１】
［実施例１］２，２−ジメトキシ−１−フェニル−１−アザ−２−シラシクロペンタンの製造
合成例１で得られた混合物に、ナトリウムメトキシドのメタノール溶液（２８質量％ナトリウムメトキシド）１．０ｇを添加し、発生するアルコールを留去しながら蒸留することで、沸点１７３〜１７６℃／０．４ｋＰａの無色透明留分を９７ｇ得た（収率８７％）。
【００３２】
得られた留分の質量スペクトル、1Ｈ−ＮＭＲスペクトル（重クロロホルム溶媒）、ＩＲスペクトルを測定した。質量スペクトルの結果を下記に示す。また、図１には1Ｈ−ＮＭＲスペクトルのチャート、図２にはＩＲスペクトルのチャートを示した。
質量スペクトル
ｍ／ｚ ２２３，１９４，１６７，１０５，９１，７７
以上の結果より、得られた化合物は下記式（６）であることが確認された。
【化１３】
【００３３】
［合成例２］アニリンとクロロプロピルトリエトキシシランの反応
撹拌機、還流器、滴下ロート及び温度計を備えたフラスコに、アニリン１８６ｇ（２．０モル）を仕込み、クロロプロピルトリエトキシシラン１２０ｇ（０．５モル）を１３０〜１４０℃で３．５時間かけて滴下し、その温度で１０時間撹拌して、透明な混合物を得た。
【００３４】
［実施例２］２，２−ジエトキシ−１−フェニル−１−アザ−２−シラシクロペンタンの製造
合成例２で得られた混合物に、ナトリウムメトキシドのエタノール溶液（２０質量％ナトリウムエトキシド）１．７ｇを添加し、発生するアルコールを留去しながら蒸留することで、沸点１８２〜１８３℃／０．４ｋＰａの無色透明留分を７８ｇ得た（収率６２％）。
【００３５】
得られた留分の質量スペクトル、1Ｈ−ＮＭＲスペクトル（重クロロホルム溶媒）、ＩＲスペクトルを測定した。質量スペクトルの結果を下記に示す。また、図３には1Ｈ−ＮＭＲスペクトルのチャート、図４にはＩＲスペクトルのチャートを示した。
質量スペクトル
ｍ／ｚ ２５１，２２２，１９５，１７８，１３３，１１８，１０４，７７
以上の結果より、得られた化合物は下記式（７）であることが確認された。
【化１４】
【００３６】
［実施例３］２，２−ジメトキシ−１−フェニル−１−アザ−２−シラシクロペンタンの製造
蒸留釜内にＮ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン（信越化学工業（株）製、商品名ＫＢＭ−５７３）２５５ｇ（１．０モル）、ナトリウムメトキシドのメタノール溶液（２８質量％ナトリウムメトキシド）２．０ｇを添加し、発生するアルコールを留去しながら蒸留することで、沸点１７３〜１７５℃／０．４ｋＰａの無色透明留分を１５６ｇ得た（収率７０％）。
【００３７】
得られた留分の質量スペクトル、1Ｈ−ＮＭＲスペクトル（重クロロホルム溶媒）、ＩＲスペクトルを測定した結果より、得られた化合物は２，２−ジメトキシ−１−フェニル−１−アザ−２−シラシクロペンタンであることが確認された。
【００３８】
［実施例４］２，２−ジメトキシ−１−フェニル−１−アザ−２−シラシクロペンタンとＮ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシランとの混合物の製造
蒸留釜内にＮ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン（信越化学工業（株）製、商品名ＫＢＭ−５７３）２５５ｇ（１．０モル）、ナトリウムメトキシドのメタノール溶液（２８質量％ナトリウムメトキシド）２．０ｇを添加し、発生するアルコールを留去しながら蒸留することで、沸点１８３〜１８７℃／２．０ｋＰａの無色透明留分を２０６ｇ得た。
【００３９】
得られた組成物の質量スペクトル、1Ｈ−ＮＭＲスペクトル（重クロロホルム溶媒）、ＩＲスペクトルを測定した。質量スペクトルの結果を下記に示す。
質量スペクトル１
ｍ／ｚ ２２３，１９４，１６７，１０５，９１，７７
質量スペクトル２
ｍ／ｚ ２５５，１２１，１０６，９１，７７
以上の結果より、得られた組成物は下記式（６）と（８）を含む混合組成物であることを確認した。
【化１５】
【００４０】
また、得られた組成物をシリル化後にガスクロマトグラフィーにて分析することで、混合組成物中の式（６）と（８）の質量比は、式（６）：式（８）＝７１：２９であることが確認された。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シランカップリング剤、表面処理剤、繊維処理剤、接着剤、塗料添加剤、高分子変性剤等に有用なアミノ基を有する有機ケイ素化合物及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、アミノ基を有する有機ケイ素化合物は、シランカップリング剤、表面処理剤、繊維処理剤、接着剤、塗料添加剤等に有用であることが知られている。上記のような有機ケイ素化合物の中でもＮ−フェニル−３−アミノプロピルアルコキシシランは、高分子材料や無機材料（例えば、ガラス繊維、金属、酸化物充填剤）に優れた硬度、耐熱性、耐溶剤性、耐久性等の各種物性を付与、もしくは向上させることができることが知られている。例えば、耐熱性、耐久性を有する用途としては、有機無機ハイブリッド材料の添加剤、フィルム基板の保護層、シリカの表面処理剤、トナーの被覆樹脂層等（特許文献１〜４：特開２００６−３４２２７０号公報、特開２００５−２２５９９８号公報、特開平８−４８８４６号公報、国際公開第２００４／０５５６００号パンフレット）が挙げられ、用いられる分野も様々である。
【０００３】
上記のような有機ケイ素化合物を含め、シランカップリング剤は加水分解させて使用するが、加水分解によってシランカップリング剤中のアルコキシ基から相当量のアルコールが副生することは公知である。近年、地球温暖化や健康問題等に関係の深い環境問題において、揮発性有機化合物の削減が大きなテーマとして挙げられており、副生するアルコール量の少ないシランカップリング剤の開発は、上記のような環境問題に対する有効な手段の一つと考えられる。
そこで、Ｎ−フェニル−３−アミノプロピルアルコキシシランと同等な特性を有し、使用時に発生するアルコール量を削減できる有機ケイ素化合物の開発が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３４２２７０号公報
【特許文献２】特開２００５−２２５９９８号公報
【特許文献３】特開平８−４８８４６号公報
【特許文献４】国際公開第２００４／０５５６００号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、耐熱性を有し、蒸留精製が可能で、発生するアルコール量を削減することができるアミノ基を有する有機ケイ素化合物及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、下記一般式（１）
【化１】
（式中、Ｒ1及びＲ2は炭素数１〜１０の非置換又は置換の１価炭化水素基で、各々同一又は異なっていてもよい。ｎは０〜２の整数である。）
で示されるアミノ基を有する有機ケイ素化合物が、耐熱性が高く、蒸留による精製が可能で、かつ、使用時に発生するアルコール量を削減できることを見出した。また、本発明の有機ケイ素化合物は、活性な水素原子を有さないため、イソシアネート基やエポキシ基等の活性水素と反応性を有する官能基を持ったポリマー組成物へ添加する場合、官能基が反応することがなく、使用する時に加水分解等により水酸基を発生することが可能である。
【０００７】
即ち、本発明は下記アミノ基を有する有機ケイ素化合物及びその製造方法を提供する。
請求項１：
下記一般式（１）で示されるアミノ基を有することを特徴とする有機ケイ素化合物。
【化２】
（式中、Ｒ1及びＲ2は炭素数１〜１０の非置換又は置換の１価炭化水素基で、各々同一又は異なっていてもよい。ｎは０〜２の整数である。）
請求項２：
下記一般式（１）で示されるアミノ基を有する有機ケイ素化合物と、下記一般式（２）で示される化合物との混合物であって、式（２）の化合物の含有量が３０質量％以下であることを特徴とする有機ケイ素化合物の混合物。
【化３】
（式中、Ｒ1及びＲ2は炭素数１〜１０の非置換又は置換の１価炭化水素基で、各々同一又は異なっていてもよい。ｎは０〜２の整数である。）
請求項３：
下記一般式（２）
【化４】
（式中、Ｒ1及びＲ2は炭素数１〜１０の非置換又は置換の１価炭化水素基で、各々同一又は異なっていてもよい。ｎは０〜２の整数である。）
で示される化合物を蒸留する際に、発生するアルコールを留去しながら、触媒の存在下で蒸留することを特徴とする請求項１記載のアミノ基を有する有機ケイ素化合物の製造方法。
請求項４：
蒸留する際の蒸留塔上部の温度が１００〜２００℃であり、圧力が０．１〜４．０ｋＰａであることを特徴とする請求項３記載の製造方法。
請求項５：
前記触媒が、塩基性化合物又は酸性化合物であることを特徴とする請求項３又は４記載のアミノ基を有する有機ケイ素化合物の製造方法。
請求項６：
前記塩基性化合物が、アルカリ金属アルコキシドであることを特徴とする請求項５記載のアミノ基を有する有機ケイ素化合物の製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の有機ケイ素化合物を用いることにより、高分子材料に高い機械的特性や耐熱性を付与することができる。本発明の有機ケイ素化合物は、容易に精製が可能で、使用時に発生するアルコール量を低減することができ、また、本発明の製造方法によれば、上記有機ケイ素化合物を簡便に収率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１で得られた有機ケイ素化合物の1Ｈ−ＮＭＲスペクトルである。
【図２】実施例１で得られた有機ケイ素化合物のＩＲスペクトルである。
【図３】実施例２で得られた有機ケイ素化合物の1Ｈ−ＮＭＲスペクトルである。
【図４】実施例２で得られた有機ケイ素化合物のＩＲスペクトルである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明のアミノ基を有する有機ケイ素化合物は、下記一般式（１）で示されるものである。
【化５】
（式中、Ｒ1及びＲ2は炭素数１〜１０の非置換又は置換の１価炭化水素基で、各々同一又は異なっていてもよい。ｎは０〜２の整数である。）
【００１１】
本発明のアミノ基を有する有機ケイ素化合物は、下記一般式（３）
【化６】
で示されるアニリンと下記一般式（４）
【化７】
（式中、Ｒ1及びＲ2は炭素数１〜１０の非置換又は置換の１価炭化水素基で、各々同一又は異なっていてもよい。ｎは０〜２の整数である。Ｘはハロゲン原子を表す。）
で示されるハロプロピルアルコキシシラン化合物を反応させて得られた反応混合物を蒸留する際に、発生するアルコールを留去しながら蒸留することにより得られる。
【００１２】
上記一般式（１）及び（４）中、Ｒ1及びＲ2は炭素数１〜１０、好ましくは１〜６の１価炭化水素基であり、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、アルケニル基、アリール基等が挙げられる。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、シクロペンチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、デシル基、ビニル基、アリル基、メタリル基、ブテニル基等が例示される。
【００１３】
一般式（１）で示される化合物としては、具体的には、２，２−ジメトキシ−１−フェニル−１−アザ−２−シラシクロペンタン、２−メトキシ−２−メチル−１−フェニル−１−アザ−２−シラシクロペンタン、２，２−ジエトキシ−１−フェニル−１−アザ−２−シラシクロペンタン、２−エトキシ−２−メチル−１−フェニル−１−アザ−２−シラシクロペンタン等が挙げられる。
【００１４】
一般式（４）で示される化合物としては、具体的には、クロロプロピルトリメトキシシラン、クロロプロピルメチルジメトキシシラン、クロロプロピルジメチルメトキシシラン、クロロプロピルトリエトキシシラン、クロロプロピルメチルジエトキシシラン、クロロプロピルジメチルエトキシシラン、ブロモプロピルトリメトキシシラン、ブロモプロピルメチルジメトキシシラン、ブロモプロピルジメチルメトキシシラン、ブロモプロピルトリエトキシシラン、ブロモプロピルメチルジエトキシシラン、ブロモプロピルジメチルエトキシシラン、ヨードプロピルトリメトキシシラン、ヨードプロピルメチルジメトキシシラン、ヨードプロピルジメチルメトキシシラン、ヨードプロピルトリエトキシシラン、ヨードプロピルメチルジエトキシシラン、ヨードプロピルジメチルエトキシシラン等が挙げられる。
【００１５】
上記反応により得られる反応混合物は、下記一般式（２）
【化８】
（式中、Ｒ1、Ｒ2及びｎは上記で定義した通りである。）
で示される化合物と下記一般式（５）
【化９】
（式中、Ｒ1、Ｒ2及びｎは上記で定義した通りである。）
で示される化合物の混合物である。
【００１６】
一般式（２）及び（５）で例示される化合物のＲ1、Ｒ2及びｎは上記と同様である。
一般式（２）及び（５）で例示される化合物としてＲ1及びＲ2は、具体的には、特にメチル基、エチル基が好ましい。
【００１７】
一般式（３）で示されるアニリンと、一般式（４）で示されるハロプロピルアルコキシシラン化合物の配合比は特に限定されないが、反応性、生産性の点から、一般式（４）で示されるシラン化合物１モルに対し、一般式（３）で示されるアニリン０．５〜１０モル、好ましくは０．８〜８モル、更に好ましくは１〜５モルの範囲である。
【００１８】
上記反応の反応温度は特に限定されないが、５０〜２００℃、好ましくは７０〜２００℃、特に８０〜１６０℃が好ましく、反応時間は１〜２０時間、特に１〜１０時間が好ましい。
【００１９】
反応混合物の混合質量比としては、特に限定されないが、一般に一般式（２）：一般式（５）＝（８０〜９５質量％）：（２０〜５質量％）である。
【００２０】
なお、上記反応は無溶媒でも進行するが、溶媒を用いることもできる。用いられる溶媒としては、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、イソオクタン、ベンゼン、トルエン、キシレン等の炭化水素系溶媒、メタノール、エタノール等のアルコール系溶媒、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒、アセトニトリル、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等の非プロトン性極性溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム等の塩素化炭化水素系溶媒等が例示される。これらの溶媒は１種を単独で使用してもよく、あるいは２種以上を混合して使用してもよい。
反応終了後にはアニリンの塩が生じるが、これは反応液を濾過、又はエチレンジアミン、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデセン−７等を添加し、分離する等の方法により除去できる。
上記反応混合物から一般式（１）で示される有機ケイ素化合物を蒸留により製造することが可能である。
【００２１】
また、下記一般式（２）
【化１０】
（式中、Ｒ1及びＲ2は炭素数１〜１０の非置換又は置換の１価炭化水素基で、各々同一又は異なっていてもよい。ｎは０〜２の整数である。）
で示される化合物を蒸留する際に、発生するアルコールを留去しながら蒸留することで、下記一般式（１）
【化１１】
（式中、Ｒ1及びＲ2は炭素数１〜１０の非置換又は置換の１価炭化水素基で、各々同一又は異なっていてもよい。ｎは０〜２の整数である。）
を製造することができる。
【００２２】
蒸留の条件は、特に制限はないが、環化反応を促進するため、発生するアルコールを留去しながら蒸留することが好ましい。更に、発生するアルコールを留去し易くするために減圧下にて行うことが好ましい。蒸留塔上部の温度が、１００〜２００℃、好ましくは１２０〜２００℃、特に１５０〜１８０℃が好ましく、圧力は０．１〜４．０ｋＰａ、特に０．２〜２．０ｋＰａが好ましい。
【００２３】
蒸留の際には、特に添加物を加えなくてもよいが、反応性向上のために触媒として塩基性化合物又は酸性化合物を加えた方がよい。塩基性化合物の例としては、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属アルコキシド、４級アンモニウムヒドロキシド等が挙げられる。具体的には、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化セシウム等のアルカリ金属水酸化物、カリウムメトキシド、ナトリウムメトキシド、カリウムエトキシド、ナトリウムエトキシド等のアルカリ金属アルコキシド、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、テトラプロピルアンモニウムヒドロキシド、テトラブチルアンモニウムヒドロキシド、トリメチルベンジルアンモニウムヒドロキシド等のアルキル、アリール基等を有する４級アンモニウムヒドロキシド等が挙げられ、特にアルカリ金属アルコキシドが好適に用いられる。塩基性化合物は水溶液やアルコール溶液等として用いることができる。酸性化合物の例としては、硫酸、メタンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸等のスルホン酸、酢酸、プロピオン酸等のカルボン酸等が挙げられる。
【００２４】
塩基性化合物及び酸性化合物の配合比は特に限定されないが、ケイ素原子１モルに対し、塩基性化合物及び酸性化合物を０．００１〜１０モル、特に０．１〜２モル用いるのが好ましい。塩基性化合物及び酸性化合物が０．００１モル未満だと塩基性化合物及び酸性化合物の十分な効果が発現しない場合があり、１０モルを超えると、塩基性化合物及び酸性化合物の量に見合うだけの反応促進効果が得られない場合がある。
【００２５】
本発明の有機ケイ素化合物は、そのまま使用し得るが、用途に応じて更に精製して使用してもよい。精製方法としては、蒸留やカラム分離などの精製方法があるが、特に蒸留による精製が高純度化できるため好ましい。
【００２６】
本発明の有機ケイ素化合物は、そのまま使用し得るが、溶媒に希釈して用いた方が簡便で好ましい。溶媒としては、水、メタノール、エタノール等のアルコール系溶媒、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、イソオクタン、ベンゼン、トルエン、キシレン等の炭化水素系溶媒、アセトン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶媒、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒、アセトニトリル、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド等の非プロトン性極性溶媒、ジクロロメタン、クロロホルム等の塩素化炭化水素系溶媒等が例示され、特に水、アルコール溶液が好ましい。用いる濃度としては、有機ケイ素化合物が、０．００１〜５０質量％となるように希釈して用いるとよい。
【００２７】
本発明の有機ケイ素化合物は、本発明の効果を損なわない範囲であれば、顔料、消泡剤、潤滑剤、防腐剤、ｐＨ調節剤、フィルム形成剤、帯電防止剤、抗菌剤、界面活性剤、染料等から選択される他の添加剤の１種以上を含有するものであってもよい。
【００２８】
本発明の有機ケイ素化合物の用途は特に限定されるものではないが、具体的には、シランカップリング剤、表面処理剤、繊維処理剤、接着剤、塗料添加剤、高分子変性剤等を挙げることができる。また、本発明の式（１）の有機ケイ素化合物を下記一般式（２）
【化１２】
（式中、Ｒ1及びＲ2は炭素数１〜１０の非置換又は置換の１価炭化水素基で、各々同一又は異なっていてもよい。ｎは０〜２の整数である。）
で示される化合物との混合物として使用する場合、上記一般式（２）で示される化合物を単独で使用するよりも、発生するアルコール量を少なくすることが可能となる。
この場合、式（２）の化合物の混合物中での含有量は３０質量％以下であり、より好ましくは１０〜３０質量％である。
【実施例】
【００２９】
以下、合成例及び実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。なお、下記例中、Ｍｅはメチル基、Ｅｔはエチル基を示す。
【００３０】
［合成例１］アニリンとクロロプロピルトリメトキシシランの反応
撹拌機、還流器、滴下ロート及び温度計を備えたフラスコに、アニリン１８６ｇ（２．０モル）を仕込み、１３０℃に加熱した。内温が安定した後、クロロプロピルトリメトキシシラン９９ｇ（０．５０モル）を１３０〜１４０℃で３．５時間かけて滴下し、その温度で１０時間撹拌した。生成した塩を濾過により除去し、透明な混合物を得た。
【００３１】
［実施例１］２，２−ジメトキシ−１−フェニル−１−アザ−２−シラシクロペンタンの製造
合成例１で得られた混合物に、ナトリウムメトキシドのメタノール溶液（２８質量％ナトリウムメトキシド）１．０ｇを添加し、発生するアルコールを留去しながら蒸留することで、沸点１７３〜１７６℃／０．４ｋＰａの無色透明留分を９７ｇ得た（収率８７％）。
【００３２】
得られた留分の質量スペクトル、1Ｈ−ＮＭＲスペクトル（重クロロホルム溶媒）、ＩＲスペクトルを測定した。質量スペクトルの結果を下記に示す。また、図１には1Ｈ−ＮＭＲスペクトルのチャート、図２にはＩＲスペクトルのチャートを示した。
質量スペクトル
ｍ／ｚ ２２３，１９４，１６７，１０５，９１，７７
以上の結果より、得られた化合物は下記式（６）であることが確認された。
【化１３】
【００３３】
［合成例２］アニリンとクロロプロピルトリエトキシシランの反応
撹拌機、還流器、滴下ロート及び温度計を備えたフラスコに、アニリン１８６ｇ（２．０モル）を仕込み、クロロプロピルトリエトキシシラン１２０ｇ（０．５モル）を１３０〜１４０℃で３．５時間かけて滴下し、その温度で１０時間撹拌して、透明な混合物を得た。
【００３４】
［実施例２］２，２−ジエトキシ−１−フェニル−１−アザ−２−シラシクロペンタンの製造
合成例２で得られた混合物に、ナトリウムメトキシドのエタノール溶液（２０質量％ナトリウムエトキシド）１．７ｇを添加し、発生するアルコールを留去しながら蒸留することで、沸点１８２〜１８３℃／０．４ｋＰａの無色透明留分を７８ｇ得た（収率６２％）。
【００３５】
得られた留分の質量スペクトル、1Ｈ−ＮＭＲスペクトル（重クロロホルム溶媒）、ＩＲスペクトルを測定した。質量スペクトルの結果を下記に示す。また、図３には1Ｈ−ＮＭＲスペクトルのチャート、図４にはＩＲスペクトルのチャートを示した。
質量スペクトル
ｍ／ｚ ２５１，２２２，１９５，１７８，１３３，１１８，１０４，７７
以上の結果より、得られた化合物は下記式（７）であることが確認された。
【化１４】
【００３６】
［実施例３］２，２−ジメトキシ−１−フェニル−１−アザ−２−シラシクロペンタンの製造
蒸留釜内にＮ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン（信越化学工業（株）製、商品名ＫＢＭ−５７３）２５５ｇ（１．０モル）、ナトリウムメトキシドのメタノール溶液（２８質量％ナトリウムメトキシド）２．０ｇを添加し、発生するアルコールを留去しながら蒸留することで、沸点１７３〜１７５℃／０．４ｋＰａの無色透明留分を１５６ｇ得た（収率７０％）。
【００３７】
得られた留分の質量スペクトル、1Ｈ−ＮＭＲスペクトル（重クロロホルム溶媒）、ＩＲスペクトルを測定した結果より、得られた化合物は２，２−ジメトキシ−１−フェニル−１−アザ−２−シラシクロペンタンであることが確認された。
【００３８】
［実施例４］２，２−ジメトキシ−１−フェニル−１−アザ−２−シラシクロペンタンとＮ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシランとの混合物の製造
蒸留釜内にＮ−フェニル−３−アミノプロピルトリメトキシシラン（信越化学工業（株）製、商品名ＫＢＭ−５７３）２５５ｇ（１．０モル）、ナトリウムメトキシドのメタノール溶液（２８質量％ナトリウムメトキシド）２．０ｇを添加し、発生するアルコールを留去しながら蒸留することで、沸点１８３〜１８７℃／２．０ｋＰａの無色透明留分を２０６ｇ得た。
【００３９】
得られた組成物の質量スペクトル、1Ｈ−ＮＭＲスペクトル（重クロロホルム溶媒）、ＩＲスペクトルを測定した。質量スペクトルの結果を下記に示す。
質量スペクトル１
ｍ／ｚ ２２３，１９４，１６７，１０５，９１，７７
質量スペクトル２
ｍ／ｚ ２５５，１２１，１０６，９１，７７
以上の結果より、得られた組成物は下記式（６）と（８）を含む混合組成物であることを確認した。
【化１５】
【００４０】
また、得られた組成物をシリル化後にガスクロマトグラフィーにて分析することで、混合組成物中の式（６）と（８）の質量比は、式（６）：式（８）＝７１：２９であることが確認された。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（１）で示されるアミノ基を有することを特徴とする有機ケイ素化合物。
【化１】
（式中、Ｒ1及びＲ2は炭素数１〜１０の非置換又は置換の１価炭化水素基で、各々同一又は異なっていてもよい。ｎは０〜２の整数である。）
【請求項２】
下記一般式（１）で示されるアミノ基を有する有機ケイ素化合物と、下記一般式（２）で示される化合物との混合物であって、式（２）の化合物の含有量が３０質量％以下であることを特徴とする有機ケイ素化合物の混合物。
【化２】
（式中、Ｒ1及びＲ2は炭素数１〜１０の非置換又は置換の１価炭化水素基で、各々同一又は異なっていてもよい。ｎは０〜２の整数である。）
【請求項３】
下記一般式（２）
【化３】
（式中、Ｒ1及びＲ2は炭素数１〜１０の非置換又は置換の１価炭化水素基で、各々同一又は異なっていてもよい。ｎは０〜２の整数である。）
で示される化合物を蒸留する際に、発生するアルコールを留去しながら、触媒の存在下で蒸留することを特徴とする請求項１記載のアミノ基を有する有機ケイ素化合物の製造方法。
【請求項４】
蒸留する際の蒸留塔上部の温度が１００〜２００℃であり、圧力が０．１〜４．０ｋＰａであることを特徴とする請求項３記載の製造方法。
【請求項５】
前記触媒が、塩基性化合物又は酸性化合物であることを特徴とする請求項３又は４記載のアミノ基を有する有機ケイ素化合物の製造方法。
【請求項６】
前記塩基性化合物が、アルカリ金属アルコキシドであることを特徴とする請求項５記載のアミノ基を有する有機ケイ素化合物の製造方法。
【請求項１】
下記一般式（１）で示されるアミノ基を有することを特徴とする有機ケイ素化合物。
【化１】
（式中、Ｒ1及びＲ2は炭素数１〜１０の非置換又は置換の１価炭化水素基で、各々同一又は異なっていてもよい。ｎは０〜２の整数である。）
【請求項２】
下記一般式（１）で示されるアミノ基を有する有機ケイ素化合物と、下記一般式（２）で示される化合物との混合物であって、式（２）の化合物の含有量が３０質量％以下であることを特徴とする有機ケイ素化合物の混合物。
【化２】
（式中、Ｒ1及びＲ2は炭素数１〜１０の非置換又は置換の１価炭化水素基で、各々同一又は異なっていてもよい。ｎは０〜２の整数である。）
【請求項３】
下記一般式（２）
【化３】
（式中、Ｒ1及びＲ2は炭素数１〜１０の非置換又は置換の１価炭化水素基で、各々同一又は異なっていてもよい。ｎは０〜２の整数である。）
で示される化合物を蒸留する際に、発生するアルコールを留去しながら、触媒の存在下で蒸留することを特徴とする請求項１記載のアミノ基を有する有機ケイ素化合物の製造方法。
【請求項４】
蒸留する際の蒸留塔上部の温度が１００〜２００℃であり、圧力が０．１〜４．０ｋＰａであることを特徴とする請求項３記載の製造方法。
【請求項５】
前記触媒が、塩基性化合物又は酸性化合物であることを特徴とする請求項３又は４記載のアミノ基を有する有機ケイ素化合物の製造方法。
【請求項６】
前記塩基性化合物が、アルカリ金属アルコキシドであることを特徴とする請求項５記載のアミノ基を有する有機ケイ素化合物の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１０２２６７（Ｐ２０１１−１０２２６７Ａ）
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５７８３６（Ｐ２００９−２５７８３６）
【出願日】平成２１年１１月１１日（２００９．１１．１１）
【出願人】（０００００２０６０）信越化学工業株式会社 (3,361)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１１日（２００９．１１．１１）
【出願人】（０００００２０６０）信越化学工業株式会社 (3,361)
【Ｆターム（参考）】
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