説明

オキサリルアミノ基を有するペルフルオロポリエーテル含有化合物

ペルフルオロポリエーテルセグメントを少なくとも1つ、及びオキサリルアミノ基を少なくとも2つ含有する化合物、並びにこれらの化合物の製造法を記載する。化合物はポリマー材料であってよく、又は一級若しくは二級アミノ基を少なくとも2つ有する化合物と反応させることによる、様々なコポリマー材料の調製に使用することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
(関連出願の相互参照)
本出願は、2009年12月30日に出願された米国特許仮出願第61/291,025号の利益を主張し、その開示内容の全体を参照として本明細書に組み込む。
【0002】
(発明の分野)
ペルフルオロポリエーテルセグメントを少なくとも1つ、及びオキサリルアミノ基を少なくとも2つ含有する化合物、並びにこれらの化合物の製造法を記載する。
【背景技術】
【0003】
低表面エネルギー材料及び/又は低屈折率材料が所望される用途において、フッ素化ポリマー材料、例えばペルフルオロポリエーテルセグメントを含有する材料などが、使用されてきた。
【0004】
ポリジオルガノシロキサンセグメント及びアミノオキサリルアミノ基を有するポリマー材料が調製されてきた。これらのポリマー材料は、例えば、接着剤組成物及び様々な種類のポリマーフィルムを調製するために使用することができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0005】
ペルフルオロポリエーテルセグメントを少なくとも1つ、及びオキサリルアミノ基を少なくとも2つ含有する化合物、並びにこれらの化合物の製造法を記載する。化合物はポリマー材料であってよく、又は一級若しくは二級アミノ基を少なくとも2つ有するアミン化合物と反応させることによる、様々なコポリマー材料の調製に使用することができる。得られるポリマー材料又はコポリマー材料は、例えば、低表面エネルギー材料及び/又は低屈折率材料が所望される用途に使用することができる。
【0006】
一態様では、反応混合物製品が提供される。反応混合物には、フッ化アミン及びシュウ酸塩化合物が含まれる。フッ化アミンは、ペルフルオロポリエーテルセグメントを1つ有し、並びに第一級アミノ基を少なくとも2つ、第二級アミノ基を少なくとも2つ、又は第一級アミノ基を少なくとも1つに加えて第二級アミノ基を少なくとも1つ有する。シュウ酸塩化合物は式(I)のものである。
【化1】


式(I)中、各R基は独立してアルキル、ハロアルキル、アラルキル、置換アラルキル、アルケニル、アリール、置換アリール、又は式−N=CRのイミノである。R基は水素、アルキル、アラルキル、置換アラルキル、アリール、又は置換アリールである。R基はアルキル、アラルキル、置換アラルキル、アリール、又は置換アリールである。
【0007】
第2の態様では、式(II)の化合物が提供される。
【化2】


式(II)中のRf基はペルフルオロポリエーテル基である。各Yは独立して、第1基を第2基と連結する(a)ヘテロアルキレン、(b)アルキレン、又は(c)カルボニルアミノであるか、あるいは(d)これらの組み合わせであり、各第1基及び第2基は独立してアルキレン又はヘテロアルキレンである。各Rは独立してアルキル、ハロアルキル、アラルキル、置換アラルキル、アルケニル、アリール、置換アリール、又は式−N=CRのイミノである。R基は水素、アルキル、アラルキル、置換アラルキル、アリール、又は置換アリールである。R基はアルキル、アラルキル、置換アラルキル、アリール、又は置換アリールである。各Rは独立して水素、アルキル、アラルキル、又はアリールである。変数記号nは、少なくとも2に等しい整数である。
【0008】
第3の態様では、式(III)の化合物が提供される。
【化3】


式(III)中のRf基はペルフルオロポリエーテル基である。各Yは独立して、第1基を第2基と連結する(a)ヘテロアルキレン、(b)アルキレン、又は(c)カルボニルアミノであるか、あるいは(d)これらの組み合わせであり、各第1基及び第2基は独立してアルキレン又はヘテロアルキレンである。各Rは独立してアルキル、ハロアルキル、アラルキル、置換アラルキル、アルケニル、アリール、置換アリール、又は式−N=CRのイミノである。R基は水素、アルキル、アラルキル、置換アラルキル、アリール、又は置換アリールである。R基はアルキル、アラルキル、置換アラルキル、アリール、又は置換アリールである;各Rは独立して水素、アルキル、アラルキル、又はアリールである。変数記号qは、少なくとも1に等しい整数である。
【0009】
第4の態様では、式(IV)の基を少なくとも1つ有するポリマー材料が提供される。
【化4】


式(IV)中のRf基はペルフルオロポリエーテル基である。各Yは独立して、第1基を第2基と連結する(a)ヘテロアルキレン、(b)アルキレン、又は(c)カルボニルアミノであるか、あるいは(d)これらの組み合わせであり、各第1基及び第2基は独立してアルキレン又はヘテロアルキレンである。各R基は独立して水素、アルキル、アリール、又はアラルキルである。変数記号pは、少なくとも1に等しい整数である。各星印は、ポリマー材料の他の基に結合する部位を示す。
【0010】
上記「課題を解決するための手段」は、本発明の開示された各実施形態、又はすべての実施を記載するものではない。以下の説明により、例示的な実施形態をより具体的に例示する。以下の説明の全体を通し、いくつか箇所において、様々に組み合わせて使用することのできる複数の実施例を列挙することでガイダンスを提供する。各例において、特に記載のない限り、引用した一覧は代表的な基のみを提供するものであり、排他的な一覧として解釈すべきでない。
【発明を実施するための形態】
【0011】
ペルフルオロポリエーテルセグメントを少なくとも1つ、及びオキサリルアミノ基を少なくとも2つ含有する化合物、並びにこれらの化合物の製造法を記載する。化合物はポリマー材料であってよく、又は第一級アミノ基を少なくとも2つ、第二級アミノ基を少なくとも2つ、あるいは第一級アミノ基を少なくとも1つに加えて第二級アミノ基を少なくとも1つ有する化合物と反応させることによる、様々なコポリマー材料の調製に使用することができる。
【0012】
定義
「a」、「an」、及び「the」という用語は、「少なくとも1つの」と互換可能に用いられ、記載される要素のうちの1以上を意味する。
用語「及び/又は」とは、一方又は両方を意味する。例えば、表現X及び/又はYは、X、Y、又はこれらの組み合わせ(X及びYの両方)を意味する。
用語「アルキル」とは、飽和炭化水素であるアルカンのラジカルである1価の基をいう。アルキルは、直鎖状、分枝状、環状、又はこれらの組み合わせであってもよく、典型的には1〜20個の炭素原子を有する。一部の実施形態では、アルキル基は炭素原子を1〜18個、1〜12個、1〜10個、1〜6個、又は1〜4個含有する。アルキル基の例としては、限定するものではないが、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、tert−ブチル、n−ペンチル、n−ヘキシル、シクロヘキシル、n−ヘプチル、n−オクチル、エチルヘキシル、及びオクタデシルが挙げられる。
「アルキレン」という用語は、アルカンのラジカルである二価基を指す。アルキレンは、直鎖、分岐鎖、環状、又はこれらの組み合わせであり得る。典型的には、アルキレンは炭素原子を1〜20個有する。いくつかの実施形態において、アルキレンは、1〜18個、1〜12個、1〜10個、1〜8個、1〜6個、又は1〜4個の炭素原子を含有する。アルキレンのラジカル中心は、同一炭素原子上(すなわち、アルキリデン)、又は異なる炭素原子上に存在しうる。
用語「アルコキシ」は、式−OR(式中、Rはアルキル基である)の一価基を指す。
用語「アルコキシカルボニル」は、式−(CO)ORの1価の基を指し、ここで(CO)はカルボニル基を意味し、Rはアルキル基である。
用語「アルケニル」は、少なくとも1個の炭素−炭素二重結合を有する炭化水素であるアルケンのラジカルである一価の基を意味する。アルケニルは、直鎖、分枝状、環状又はこれらの組み合わせであることができ、典型的には、2〜20個の炭素原子を含む。一部の実施形態では、アルケニルは、2〜18個、2〜12個、2〜10個、4〜10個、4〜8個、2〜8個、2〜6個又は2〜4個の炭素原子を含む。例示的なアルケニル基としては、エテニル、1−プロペニル、及び1−ブテニルが挙げられる。
用語「アリール」は、芳香族及び炭素環式である一価の基を指す。アリールは、芳香環と結合又は縮合した1〜5個の環を有しうる。その他の環構造は、芳香族、非芳香族、又はこれらの組み合わせであることができる。アリール基の例としては、限定するものではないが、フェニル、ビフェニル、テルフェニル、ナフチル、アセナフチル、アントラキノニル、フェナンスリル、アントラセニル、ピレニル、ペリレニル、及びフルオレニルが挙げられる。
用語「置換アリール」は、ハロ、アルキル、ハロアルキル、アルコキシ、又はアルコキシカルボニルから選択される1つ以上の基で置換されたアリールを指す。
用語「アラルキル」は、式−R−Arの1価の基を指し、式中、Rはアルキレンであり、Arはアリール基である。すなわち、アラルキルは、アリールで置換されたアルキルである。
用語「置換アラルキル」は、ハロ、アルキル、ハロアルキル、アルコキシ、又はアルコキシカルボニルから選択される1つ以上の基で置換されたアラルキルを指す。アラルキルのアリール部分は、典型的には置換された基である。
用語「ハロ」は、フルオロ、クロロ、ブロモ、又はヨードを指す。
用語「ハロアルキル」は、ハロで置換された少なくとも1個の水素原子を有するアルキルを指す。いくつかのハロアルキル基は、フルオロアルキル基、クロロアルキル基、又はブロモアルキル基である。
用語「ハロカルボニル」は、式−(CO)Xの1価の基を指し、式中、(CO)はカルボニルを意味し、Xはハロである。
本明細書で使用するとき、用語「イミノ」は式−N=CRの基を指し、式中、R基は水素、アルキル、アラルキル、置換アラルキル、アリール、又は置換アリールであり、R基はアルキル、アラルキル、置換アラルキル、アリール、又は置換アリールである。
用語「ヘテロアルキレン」は、チオ、オキシ、又は−NR−で連結された少なくとも2つのアルキレン基を含有する二価の基を指し、この場合、Rは水素、アルキル、アリール、又はアラルキルである。ヘテロアルキレンは、直鎖、分岐鎖、環状、又はこれらの組み合わせであることができ、60個以下の炭素原子及び15個以下のヘテロ原子を含むことができる。いくつかの実施形態では、ヘテロアルキレンは、50個以下の炭素原子、40個以下の炭素原子、30個以下の炭素原子、20個以下の炭素原子、又は10個以下の炭素原子を含む。いくつかのヘテロアルキレン基はポリ(アルキレンオキシド)基であり、この場合、ヘテロ原子は酸素である。
用語「ペルフルオロポリエーテル」は、次式−(C2x−O)−のセグメントを指し、式中、xは1〜10の範囲の整数であり、yは少なくとも2に相当する整数である。整数xは、多くの場合、1〜8の範囲、1〜6の範囲、1〜4の範囲、又は2〜4の範囲であるか、3に等しいか、又は4に等しい。整数yは、多くの場合、少なくとも3、少なくとも4、少なくとも8、少なくとも12、少なくとも16、少なくとも20、少なくとも30、少なくとも40、又は少なくとも50である。
用語「ペルフルオロアルキレン」は、すべての水素原子がフッ素原子で置換されたアルキレンを指す。
用語「オキサリル」は、式−(CO)−(CO)−の2価の基(式中、各(CO)はカルボニル基を意味する)を指す。
用語「オキサリルアミノ」は、式−(CO)−(CO)−NR−の二価の基を指し、式中、各(CO)はカルボニル基を意味し、Rは水素、アルキル、アリール、又はアラルキルであるか、又は複素環基の一部である。
用語「アミノオキサリルアミノ」は、式−NR−(CO)−(CO)−NR−の二価の基を指し、式中、各(CO)はカルボニル基を意味し、Rは水素、アルキル、アリール、又はアラルキルである。
用語「カルボニルアミノ」は、式−(CO)−NR−の二価の基を指し、式中、各(CO)はカルボニル基を意味し、Rは水素、アルキル、アリール、又はアラルキルである。
用語「一級アミノ」は、1価の−NH基を指す。
用語「二級アミノ」は、1価の−NHR基を指し、式中、Rはアルキル、アリール、又はアラルキルである。
用語「ポリマー」及び「ポリマー材料」は、互換的に使用され、1つ以上の反応物から調製された材料を指す(すなわちモノマー)。同様に、用語「重合」は、1つ以上の反応物からポリマー材料を作製するプロセスを指す。用語「コポリマー」及び「コポリマー材料」は互換的に使用され、少なくとも2つの異なる反応物から調製されたポリマー材料を指す。
【0013】
ペルフルオロポリエーテルセグメントを少なくとも1つ、及びオキサリルアミノ基を少なくとも2つ有する化合物を提供する。これらの材料は、典型的には、フッ化アミン及びシュウ酸塩化合物の反応生成物である。化合物中のオキサリルアミノ基の数は、フッ化アミン対シュウ酸塩化合物の日を変更することによって変化させることができる(当量に基づく)。
【0014】
シュウ酸塩化合物と反応させたフッ化アミンは、ペルフルオロポリエーテルセグメントを1つを有し、並びに第一級アミノ基を少なくとも2つ、第二級アミノ基を少なくとも2つ、又は第一級アミノ基を少なくとも1つに加えて第二級アミノ基を少なくとも1つ有する。フッ化アミンは、多くの場合、式(V)のものである。
【化5】


式(V)中、Rfはペルフルオロポリエーテル基であり、各Rは独立して水素、アルキル、アリール、又はアラルキルである。各Yは独立して、第1基を第2基と連結する(a)ヘテロアルキレン、(b)アルキレン、又は(c)カルボニルアミノであるか、あるいは(d)これらの組み合わせであり、各第1基及び第2基は独立してアルキレン又はヘテロアルキレンである。変数記号nは少なくとも2、少なくとも3、又は少なくとも4に等しい整数である。多くの実施形態では、変数記号nは、10以下、8以下、6以下、4以下、又は3以下である。変数記号nは、多くの場合、2〜10の範囲の、2〜6の範囲の、又は2〜4の範囲の整数である。Rf基の価数はnに等しい。直鎖の反応生成物を調製するために、nは通常2に等しく、Rfは二価の基である。式(V)フッ化アミンの混合物を使用することができる。
【0015】
式(V)の一部の実施形態では、フッ化アミンは、第一級アミノ基を2つ有する式(Va)のものである。
【化6】

【0016】
式(V)の一部の実施形態では、変数記号nは2に等しく、フッ化アミンは式(Vb)のものである。どちらのアミノ基も第一級アミノ基である場合、フッ化アミンは式(Vc)のものである。
【化7】

【0017】
式(V)及び式(Vb)中の各R基は、独立して水素、アルキル、アラルキル、又はアリールであり得る。好適なアルキル基は直鎖又は分枝鎖であってよく、典型的には炭素原子を1〜10個、炭素原子を1〜8個、炭素原子を1〜6個、又は炭素原子を1〜4個含有する。好適なアリール基としては、典型的には炭素原子を6〜12個有するものが挙げられる。アリール基は、多くの場合、フェニルである。好適なアラルキル基としては、炭素原子を6〜12個有するアリール基で置換された、炭素原子を1〜10個有するアルキル基が挙げられる。例示的なアラルキル基としては多くの場合、フェニルで置換された、炭素原子を1〜10個、又は1〜4個有するアルキルが挙げられる。
【0018】
式(V)中、Rf基は、式−(C2x−O)−のセグメント(式中、xは1〜10の範囲の整数であり、yは少なくとも2に等しい整数である)を有する、ペルフルオロポリエーテル基である。整数xは、多くの場合、1〜8の範囲、1〜6の範囲、1〜4の範囲、又は2〜4の範囲であるか、3に等しいか、又は4に等しい。整数yは、多くの場合、少なくとも3、少なくとも4、少なくとも8、少なくとも12、少なくとも16、少なくとも20、少なくとも30、少なくとも40、又は少なくとも50である。一部の特定のペルフルオロポリエーテル基では、xは3に等しく、ペルフルオロポリエーテル基はポリ(ヘキサフルオロプロピレンオキシド)セグメントを含む。すなわち、Rfは多くの場合、式−(CO)y−のセグメントを含み、セグメント中の各−CO−基は直鎖又は分枝鎖であり得る。
【0019】
一部の例示的なRf基は式
−R−O[CF(CF)CFO]CF(CF)−のものであり、
式中、Rは、炭素原子を1〜20個、1〜10個、1〜8個、1〜6個、1〜5個、又は1〜4個有するペルフルオロアルキレン基である。変数記号wは、1〜35、1〜30、1〜20、1〜10、又は1〜5の範囲の整数である。
【0020】
他の例示的なRf基は式
−CF(CF)[OCFCF(CF)]OCF−R−CFO[CF(CF)CFO]CF(CF)−のものであり、
式中、Rは、炭素原子を1〜20個、1〜10個、1〜8個、1〜6個、1〜5個、又は1〜4個有するペルフルオロアルキレン基である。変数記号b及びdは、いずれも合計して0〜35、1〜35、2〜35、0〜30、1〜30、2〜30、0〜20、1〜20、2〜20、0〜10、1〜20、2〜15、4〜15、又は2〜10の範囲の整数である。一部の例示的なRf基では、Rは−CFCF−に相等し、b及びdの合計は2〜20、4〜20、又は4〜15の範囲である。これらのRf基の、対応するジメチルエステルの調製は、例えば米国特許第3,250,807号(Fritz et al.)の、実施例IVなどに記載される。
【0021】
更に他の例示的なRf基は式
−CFO−[CFO]−[CFCFO]−[CF(CF)CFO]−CF−のものであり、
この場合、変数記号f、g、及びhは合計して0〜35、1〜35、2〜35、3〜35、3〜30、3〜20、3〜15、又は3〜10の範囲の整数である。例示的な材料は、商品名FOMBLIN Z−DEALでSolvay Solexis(West Deptford,NJ)から市販されている。
【0022】
更に他の例示的なRf基は、下式
−CFO−(CFCFO)−CF−、
−CFCFO−(CFCFCFO)−CFCF−、又は
−CFCFCFO−(CFCFCFCFO)−CFCFCF−のうちの1つであり、
この場合、kは0〜35、1〜30、1〜25、1〜20、1〜15、又は1〜10の範囲の変数記号である。これらのRf基の、対応するジメチルエステルは、有機前駆体を直接的にフッ素化し、次いでメタノールと反応させることで調製することができる。この調製方法は、米国特許第5,488,142号(Fall et al.)の実施例2など、及び米国特許第5,093,432号(Bierschenk et al.)の実施例4などに記載されている。
【0023】
式(V)中、各Yは独立して、第1基を第2基と連結する(a)ヘテロアルキレン、(b)アルキレン、又は(c)カルボニルアミノであるか、あるいは(d)これらの組み合わせであり、各第1基及び第2基は独立してアルキレン又はヘテロアルキレンである。この際、Y基は、第1基を第2基と連結するカルボニルアミノ基を含み、得られる連結基は式−Y1a−(CO)−NR−Y1a−であり得、式中、各Y1aは独立してアルキレン又はヘテロアルキレンである。このような複数の基は、例えば、−Y1a−(CO)NR−Y1a−(CO)NR−Y1a−及び−Y1a−(CO)NR−Y1a−(CO)NR−Y1a−(CO)NR−Y1a−などのように一緒に連結することができる。
【0024】
任意の好適なヘテロアルキレン基を使用することができるが、Y(又はY1a)は多くの場合、酸素ヘテロ原子(すなわちオキシ基)を含有するものである。ヘテロアルキレンは、炭素原子を少なくとも2個とヘテロ原子を少なくとも1個、炭素原子を少なくとも4個とヘテロ原子を少なくとも1個、炭素原子を少なくとも6個とヘテロ原子を少なくとも1個、炭素原子を少なくとも10個と炭素原子を少なくとも2個、あるいは炭素原子を少なくとも20個とヘテロ原子を少なくとも3個又は少なくとも4個有する。任意の好適なアルキレン基をY(又はY1a)に使用することができる。アルキレン基は炭素原子を少なくとも1個、少なくとも2個、少なくとも3個、少なくとも4個、少なくとも6個、少なくとも10個、又は少なくとも20個有し得る。
【0025】
式(V)のフッ化アミンの一部の例としては、限定するものではないが、式Rf−(CHOCNH又はRf−(CHOCNHのものが挙げられ、式中、Yはヘテロアルキレンである。他の例示的なフッ素化アミンとしては、限定するものではないが、式Rf−(CHCHNH又はRf−(CHNHのものが挙げられる。式中、Yはアルキレンである。
【0026】
式(V)の他の実施形態では、フッ化アミンは式(VI)のものである。
【化8】


式(V)中、Y基は、式(VI)における−Y−(CO)−NR−Y−に相当する。変数記号n並びにRf基及びRは、式(V)のものと同様である。各Yは独立して単結合、ヘテロアルキレン、アルキレン、又はこれらの組み合わせである。各Yは独立してヘテロアルキレン、アルキレン、又はこれらの組み合わせである。Y又はYのいずれについても任意の好適なヘテロアルキレンを使用することができるが、ヘテロアルキレンは、多くの場合、酸素ヘテロ原子を有する。各ヘテロアルキレンは、炭素原子を少なくとも2個とヘテロ原子を少なくとも1個、炭素原子を少なくとも4個とヘテロ原子を少なくとも1個、炭素原子を少なくとも6個とヘテロ原子を少なくとも1個、炭素原子を少なくとも10個とヘテロ原子を少なくとも2個、あるいは炭素原子を少なくとも20個とヘテロ原子を少なくとも3個又は少なくとも4個有する。Yに好適なアルキレン基は炭素原子を少なくとも1個有するものである一方、Yに好適なアルキレン基は炭素原子を少なくとも2個有するものである。Y又はYのいずれかに関し、例示的なアルキレン基は、炭素原子を少なくとも2個、少なくとも4個、少なくとも6個、少なくとも10個、少なくとも12個、少なくとも18個、又は少なくとも20個有し得る。
【0027】
式(VI)の一部の実施形態では、変数記号nは2に等しく、フッ化アミンは式(VIa)のものである。アミノ基がどちらも第一級アミノ基である場合、フッ化アミンは式(VIb)のものである。
【化9】

【0028】
式(VIa)及び(VIb)の一部のより具体的な実施形態では、Y基は単結合であり、フッ化アミンはそれぞれ式(VIc)及び(VId)のものである。
【化10】

【0029】
一部の更により具体的な式(VIa)、(VIb)、(VIc)、及び(VId)の化合物は、式
−CF(CF)[OCFCF(CF)]OCF−R−CFO[CF(CF)CFO]CF(CF)−のRf基を含み、
式中、Rは、炭素原子を1〜20個、1〜10個、1〜8個、1〜6個、1〜5個、又は1〜4個有するペルフルオロアルキレン基である。変数記号b及びdは、いずれも合計して0〜35、1〜35、2〜35、0〜30、1〜30、2〜30、0〜20、1〜20、2〜20、0〜10、1〜20、又は2〜10の範囲内の整数である。一部の例示的なRf基では、Rは炭素原子を2〜6個有し、b及びdの合計は4〜15の範囲内である。
【0030】
任意の既知の方法を用いて様々なフッ素化アミンを調製することができる。例えば、式A−Rf−Aの化合物を生成又は得ることで、フッ化アミンを調製することができる。この式において、A基はアルコキシカルボニル又はハロカルボニルなどのカルボニル含有基を指す。このような化合物の調製は例えば、米国特許第3,250,807号(Fritz et al.)に記載されている。該当特許中では、ペルフルオロスクシニルフッ化物などのフッ素化二塩基酸を、ビス(2−メトキシエチル)エーテル(すなわち、ジグリム)中で、触媒量のフッ化カリウムと共にヘキサフルオロプロピレンオキシドと反応させることで調製が開始される。この化合物A−Rf−Aを、次いで式RHN−Y−NHRのジアミンと反応させることで、式(VIc)のフッ化アミンを調製することができる。
【0031】
式Rf−(CHOCNHの化合物を調製するために、式Rf−(COF)の化合物をRf−(CHOH)へと還元することができる。次いで、アクリロニトリルを式Rf−(CHOH)の化合物に加えて、式Rf−(CHOCCN)の化合物を得ることができる。次いで、アンモニア及び白金触媒の存在下で、Rf−(CHOCCN)を水素により還元して、式Rf−(CHOCNHの化合物を生成することができる。
【0032】
式Rf−(CHOCNHの化合物を調製するために、式Rf−(COF)の化合物をRf−(CHOH)へと還元することができる。次いでRf−(CHOH)の化合物をエチレンカーボネートと反応させることで、式Rf−(CHOCOH)の化合物を生成することができる。次いでこの化合物をメタンスルホニルクロリドと反応させることで式Rf−(CHOCOSOCHの化合物を生成することができる。Rf−(CHOCOSOCHの化合物を、液体アンモニアと反応させることで、Rf−(CHOCNHを生成することができる。
【0033】
式Rf−(CNHの化合物を調製するために、式Rf−(COF)の化合物をヨウ化リチウムと反応させてRf−(I)を生成することができる。次いで、化合物Rf−(I)をエチレンと反応させることで、Rf−(CI)を生成することができる。この生成物を更に液体アンモニアと反応させることで、Rf−(CNHを生成することができる。
【0034】
式Rf−(CHNHの化合物を調製するために、式Rf−(COF)の化合物をアンモニアと反応させることで、Rf−(CONHを生成し、次いでBHによりRf−(CHNHへと還元することができる。代替的な合成方法は、米国特許第3,810,874号(Mitsch et al.)の実施例XIVに記載される。
【0035】
式(I)のシュウ酸塩化合物をフッ化アミンと反応させる。
【化11】


式(I)中、各R基は独立してアルキル、ハロアルキル、アラルキル、置換アラルキル、アルケニル、アリール、置換アリール、又は式−N=CRのイミノである。R基は水素、アルキル、アラルキル、置換アラルキル、アリール、又は置換アリールである。R基はアルキル、アラルキル、置換アラルキル、アリール、又は置換アリールである。
【0036】
に好適なアルキル基及びハロアルキル基は、多くの場合、1〜10個、1〜6個、又は1〜4個の炭素原子を有する。3級アルキル(例えば、t−ブチル)及び3級ハロアルキル基を使用することが可能ではあるが、多くの場合、1級又は2級炭素原子が、隣接したオキシ基に直接付着(すなわち、結合)している。例示のアルキル基としては、メチル、エチル、n−プロピル、イソ−プロピル、n−ブチル、及びイソ−ブチルが挙げられる。例示のハロアルキル基としては、クロロアルキル基及びフルオロアルキル基が挙げられ、この場合、対応するアルキル基上の水素原子のいくらか(すべてではない)は、ハロ原子により置き換えられている。例えば、クロロアルキル又はフルオロアルキル基は、2−クロロエチル、2,2,2−トリクロロエチル、3−クロロプロピル、4−クロロブチル、フルオロメチル、2−フルオロエチル、2,2−ジフルオロエチル、2,2,2−トリフルオロエチル、1−(トリフルオロメチル)−2,2,2−トリフルオロエチル(trifluorethyl)、3−フルオロプロピル、4−フルオロブチル、及び同様物であり得る。Rに好適なアルケニル基は、多くの場合、炭素原子を2〜10個、2〜8個、2〜6個、又は2〜4個有する。例示的なアルケニル基としては、エテニル、プロペニル、ブテニル、及びペンテニルが挙げられる。
【0037】
に好適なアリール基としては、6〜12個の炭素原子を有するもの、例えば、フェニルなどが挙げられる。アリールは、未置換であってもよく、あるいは、アルキル(例えば、メチル、エチル、又はn−プロピルなどの、炭素原子を1〜4個有するアルキル)、アルコキシ(例えば、メトキシ、エトキシ、又はプロポキシなどの、炭素原子を1〜4個有するアルコキシ)、ハロ(例えば、クロロ、ブロモ、又はフルオロ)、ハロアルキル(例えば、トリフルオロメチルなどの、炭素原子を1〜4個有するハロアルキル)、又はアルコキシカルボニル(例えば、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、又はプロポキシカルボニルなどの、炭素原子を2〜5個有するアルコキシカルボニル)により置換されてもよい。
【0038】
に好適なアラルキル基としては、炭素原子を1〜10個有するアルキル基を持つもの、及び炭素原子を6〜12個有するアリール基を持つものが挙げられる。例えば、アラルキルはフェニルで置換された、炭素原子を1〜10個、又は炭素原子を1〜4個有するアルキルであり得る。アラルキルのアリール部分は、未置換であってもよく、あるいは、アルキル(例えば、メチル、エチル、又はn−プロピルなどの、炭素原子を1〜4個有するアルキル)、アルコキシ(例えば、メトキシ、エトキシ、又はプロポキシなどの、炭素原子を1〜4個有するアルコキシ)、ハロ(例えば、クロロ、ブロモ、又はフルオロ)、ハロアルキル(例えば、トリフルオロメチルなどの、炭素原子を1〜4個有するハロアルキル)、又はアルコキシカルボニル(例えば、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、又はプロポキシカルボニルなどの、炭素原子を2〜5個有するアルコキシカルボニル)により置換されてもよい。
【0039】
に好適なイミノ基は式−N=CRの1価の基である。R又はRのいずれかに好適なアルキル基は、直鎖又は分枝鎖であってよく、典型的には炭素原子を1〜10個、炭素原子を1〜8個、炭素原子を1〜6個、又は炭素原子を1〜4個含有する。R又はRに好適なアリール、置換アリール、アラルキル、及び置換アラルキル基は、Rについて上記したものと同様のものである。
【0040】
式(I)のシュウ酸塩化合物は、例えば、式R−OHのアルコールを二塩化オキサリルと反応させることで生成することができる。式(I)のシュウ酸は市販されており(例えば、Sigma−Aldrich(Milwaukee、WI)及びVWR International(Bristol,CT)から市販)、限定するものではないが、シュウ酸ジメチル、シュウ酸ジエチル、シュウ酸ジ−n−ブチル、シュウ酸ジ−tert−ブチル、シュウ酸ビス(フェニル)、シュウ酸ビス(ペンタフルオロフェニル)、シュウ酸1−(2,6−ジフルオロフェニル)−2−(2,3,4,5,6−ペンタクロロフェニル)、及びシュウ酸ビス(2,4,6−トリクロロフェニル)が挙げられる。
【0041】
フッ化アミン(例えば、式(V)、(Va)、(Vb)、(Vc)、(VI)、(VIa)、(VIb)、(VIc)、(VIc)、又は(VId)のフッ化アミン)を式(I)のシュウ酸塩化合物と反応させてもよい。反応は、副生成物式R−OH(R−OHはアルコール、フェノール、又はオキシムであり得る)を生成する縮合反応である。任意の好適なシュウ酸塩化合物対フッ化アミン比(当量に基づく)を使用することができる。反応生成物は、当量比を変化させることで変更することができる。
【0042】
シュウ酸塩化合物対フッ化化合物の当量の比(すなわち当量比)は、約10超、約15超、又は約20超であり、反応生成物には式(II)の化合物が含まれる。
【化12】

【0043】
Rf、Y、R、及びR基、並びに変数記号nは、前述したものと同様である。変数記号nが2に等しい場合、生成物は式(IIa)のものである。
【化13】

【0044】
式(II)又は(IIa)の一部の実施形態では、各Y基は−Y−(CO)−NR−Y−に相当し、化合物はそれぞれ式(IIb)及び(IIc)のものである。
【化14】

【0045】
及びY基は、式(VI)について前述したものと同様のものである。
【0046】
シュウ酸塩化合物対フッ素化化合物の当量比が約2超の場合、フッ化アミンは式(Vb)のものであり、生成物は式(III)のものであり得る。
【化15】

【0047】
Rf基、R、R、及びYは、前述したものと同様のものである。変数記号qは少なくとも1に等しい整数であり、多くの場合、少なくとも2、少なくとも3、又は少なくとも5に等しい。変数記号qは、多くの場合、100以下、50以下、20以下、15以下、又は10以下である。変数記号qは、多くの場合、1〜20、2〜20、1〜15、1〜10、1〜8、1〜6、1〜4、又は1〜3の範囲である。変数記号qは、式(III)の化合物を生成するために反応させる成分の当量比に影響される。
【0048】
式(III)の反応生成物は多くの場合、可変要素qについて異なる値を有する物質の混合物である。例えば、反応生成物の少なくとも50重量パーセントは、1に等しい変数記号qを有し得、反応生成物の残りのものは、2〜20、2〜10、又は2〜5の範囲の変数記号qを有し得る。一部の実施例では、少なくとも60重量パーセント、少なくとも70重量パーセント、少なくとも80重量パーセント、少なくとも90重量パーセント、少なくとも95重量パーセント、又は少なくとも98重量パーセントの反応生成物は、1に等しい変数記号qを有し、反応生成物の残りのものは、2〜20、2〜10、又は2〜5の範囲の変数記号qを有する。
【0049】
シュウ酸塩化合物対フッ化アミンの当量比が1に近い場合、フッ化アミンは式(Vb)のものであり、次いでポリマー材料が得られる。ポリマー材料は式(IV)のものであり得る。
【化16】

【0050】
式(IV)中、R基、Y基、及びRfは前述したものと同様のものである。可変要素pは少なくとも1に等しい整数である。例えば、可変要素pは、少なくとも2、少なくとも3、少なくとも5、少なくとも10、少なくとも20、少なくとも30、少なくとも50、少なくとも100、少なくとも200、少なくとも500、又は少なくとも1000に等しい整数である。各星印は、ポリマー材料の他の基に結合する部位を示す。この他の基は、例えば、式(IV)の他の基、末端基、又はコポリマー構造内の更なる他のセグメントであり得る。
【0051】
式(IV)のポリマー材料はまた、式(IIa)又は(III)のフッ化オキサリルアミノ含有化合物を、ペルフルオロポリエーテルセグメントを有するフッ化アミン(例えば式(V)、(Va)、(Vb)、(Vc)、(VI)、(VIa)、(VIb)、(VIc)、(VIc)、又は(VId)のフッ化アミン)と反応させることで生成することもできる。フッ化アミンは、フッ化オキサリルアミノ含有化合物を生成するのに使用した化合物と同様のものであっても、あるいは異なっていてもよい。あるいは、ポリマー材料は、ペルフルオロポリエーテルセグメントを有する複数の異なるフッ化アミン化合物を、式(IV)のポリマー材料を生成するために使用した条件下で、式(I)のシュウ酸塩化合物と反応させることで生成することもできる。
【0052】
式(IV)の直鎖ポリマー材料以外の非直鎖ポリマー材料は、シュウ酸塩化合物と、第一級アミノ基を2つ超、第二級アミノ基を2つ超、あるいは第一級アミノ基を1つ超に加えて第二級アミノ基を1つ超有する、フッ化アミンとを反応させることで生成することもできる。これらのポリマーを調製するために使用されるシュウ酸塩化合物対フッ化アミンの当量比は、通常1に近く、例えば0.9:1〜1.1:1、又は0.8:1〜1.2:1の範囲である。
【0053】
式(II)、(III)、又は(IV)の化合物を生成するための、シュウ酸塩化合物とフッ化アミンとの縮合反応は、溶媒の存在下又は非存在下で生じ得る。一部の合成方法では、反応混合物には、溶媒は全く含まれず、あるいは溶媒はほんの少量だけ含まれる。溶媒の除去が、続いて生成物を縮合反応に使用する際に有利なものになり得る場合、溶媒が非存在であることが所望される。他の合成方法では、溶媒としては、例えば、トルエン、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、酢酸エチル、トリフルオロエタノール、トリフルオロトルエン、tert−ブチルメチルエーテル、ヘキサフルオロイソプロパノール、又は脂肪族炭化水素(例えば、ヘキサンなどのアルカン)を挙げることができる。
【0054】
過剰量のシュウ酸塩化合物は、典型的には除去プロセス(stripping process)を使用することで所望の凝縮反応生成物(すなわち、式(II)、(III)、又は(IV)の化合物)から除去することができる。例えば、反応させた混合物(すなわち、縮合反応による一種以上の生成物)は、過剰なシュウ酸塩を揮発させるために最高で150℃、最高で175℃、最高で200℃、最高で225℃、又は更には最高で250℃又は更にそれ以上の温度にまで加熱することができる。真空引きを行って、過剰なオキサラートの除去に必要な温度を下げることができる。式(II)、(III)、又は(IV)の化合物の分解は、典型的には最高で250℃の温度でも最小限であり、あるいはほとんど見られない。シュウ酸塩を除去するにあたり任意の他の既知の方法を使用することができる。
【0055】
縮合反応の副生成物は、式R−OH(式中、Rは、アルコール、フェノール、又はオキシムであり得る)のものである。R基は、多くの場合、約250℃以下の温度に加熱することにより除去(例えば、蒸発)することのできる副生成物を生成するよう選択される。このような副生成物は、反応させた混合物を加熱して、任意の過剰量のシュウ酸塩化合物を除去する際に除去することができる。
【0056】
式(IV)のポリマー材料は、オキサリルアミノ基及びペルフルオロポリエーテルセグメントをどちらも有する。オキサリルアミノ基は水素結合することができる。水素結合は、ポリマー材料の強度及び剛性を増加させる傾向がある。軟質でかつ粘着性である多くの既知のペルフルオロポリエーテル材料とは異なり、式(IV)のポリマー材料は、耐久性コーティングを提供するために使用することができる。このポリマー材料は、一般的に、ペルフルオロポリエーテル材料に関連付けられる、低表面エネルギー、撥油性及び/又は撥水性、並びに低屈折率などの望ましい特徴の多くを保有する。
【0057】
式(II)及び(III)の化合物は、ペルフルオロポリエーテルセグメントを有する様々なコポリマー材料を調製するための、フッ化物前駆体として使用することができる。例えば、これらのフッ化オキサリルアミノ含有前駆体は、他のアミン化合物と反応させることができる。より具体的には、式(II)及び(III)の化合物を、第一級アミノ基を少なくとも2つ、第二級アミノ基を少なくとも2つ、あるいは第二級アミノ基少なくとも1つに加えて第一級アミノ基を少なくとも1つ有するアミン化合物と縮合反応させて、複数のアミノオキサリルアミノ基及びペルフルオロポリエーテルセグメントを少なくとも1つ有する様々なコポリマーを生成することができる。これらのポリマー材料は、例えば、低表面エネルギー材料及び/又は低屈折率材料が所望される用途に使用することができる。
【0058】
得られるコポリマー材料は、多くのペルフルオロポリエーテル材料と比較して、より多くの水素結合を有する。この水素結合の増加が、コポリマー材料に更なる強度と剛性を与える。例えば、これらのコポリマー材料は、例えば、摩耗耐性が所望される用途に使用することができる。式(II)又は(III)の化合物と反応させたアミン化合物は、ペルフルオロポリエーテル材料の撥油性及び/又は撥水性などの性質は保ちつつ、ペルフルオロポリエーテル材料の特性を改質するために使用することができる。
【0059】
反応混合物、化合物、及びポリマーなどの様々な生成物を含む品物が提供される。
【0060】
第1の品物として、反応混合物の生成物を含むものを提供する。反応混合物は、a)ペルフルオロポリエーテルセグメントを有し、かつ第一級アミノ基を少なくとも2つ、第二級アミノ基を少なくとも2つ、又は第一級アミノ基を少なくとも1つに加えて第二級アミノ基を少なくとも1つ有するフッ化アミン、及びb)式(I)のシュウ酸塩化合物を含む。
【化17】


式(I)中、各Rは独立してアルキル、ハロアルキル、アラルキル、置換アラルキル、アルケニル、アリール、置換アリール、又は式−N=CRのイミノである。R基は水素、アルキル、アラルキル、置換アラルキル、アリール、又は置換アリールである。R基はアルキル、アラルキル、置換アラルキル、アリール、又は置換アリールである。
【0061】
第1の品物の別型であり得る第2の品物を提供する。第2の品物では、フッ素化アミンは式(V)の化合物である。
【化18】


式(V)中、Rfはペルフルオロポリエーテル基である。各Rは独立して水素、アルキル、アリール、又はアラルキルである。各Yは独立して、第1基を第2基と連結する(a)ヘテロアルキレン基、(b)アルキレン基、又は(c)カルボニルアミノ基であるか、あるいは(d)これらの組み合わせであり、各第1基及び第2基はヘテロアルキレン又はアルキレンである。変数記号nは、少なくとも2に等しい整数である。
【0062】
第1の品物又は第2の品物の別型であり得る第3の品物を提供する。第3の品物では、フッ素化アミンは式(Vb)のものである。
【化19】

【0063】
第1〜第3の品物のいずれか1つの別型であり得る第4の品物を提供する。第4の品物では、フッ化アミンは、Rf−(CHCHNH、Rf−(CHNH、Rf−(CHOCNH、Rf−(CHOCNH、又はこれらの混合物である。
【0064】
第1又は第2の品物の別型であり得る第5の品物を提供する。第5の品物では、フッ素化アミンは式(VI)のものである。
【化20】


式(V)中、Y基は、式(VI)における−Y−(CO)−NR−Y−に相当する。式(VI)中、各Yは独立して単結合、ヘテロアルキレン、アルキレン、又はこれらの組み合わせであり、各Yは独立してヘテロアルキレン、アルキレン、又はこれらの組み合わせである。
【0065】
第1〜第5の品物のいずれか1つの別型であり得る第6の品物を提供する。第6の品物では、Rfは次式のものである。
−CF(CF)[OCFCF(CF)]OCF−R−CFO[CF(CF)CFO]CF(CF)。この式においてR基は、炭素原子を1〜20個有するペルフルオロアルキレン基であり、変数記号b及びdはどちらも合計0〜35の範囲の整数である。
【0066】
第5の品物の別型であり得る第7の品物を提供する。第7の品物では、nは2に等しく、フッ化アミンは式(VIa)の化合物である。
【化21】

【0067】
式(II)の化合物である第8の品物を提供する。
【化22】


式(II)中、Rfはペルフルオロポリエーテル基である。各Yは独立して、第1基を第2基と連結する(a)ヘテロアルキレン基、(b)アルキレン基、又は(c)カルボニルアミノ基であるか、あるいは(d)これらの組み合わせであり、各第1基及び第2基はヘテロアルキレン又はアルキレンである。各Rは独立してアルキル、ハロアルキル、アラルキル、置換アラルキル、アルケニル、アリール、置換アリール、又は式−N=CRのイミノである。各Rは独立して水素、アルキル、アラルキル、又はアリールである。R基は水素、アルキル、アラルキル、置換アラルキル、アリール、又は置換アリールであり、R基はアルキル、アラルキル、アリール、又は置換アリールである。変数記号nは、少なくとも2に等しい整数である。
【0068】
第8の品物の別型であり得る第9の品物を提供する。第9の品物では、変数記号nは2に等しく、化合物は式(IIa)のものである。
【化23】

【0069】
第8の品物の別型であり得る第10の品物を提供する。第10の品物では、化合物は式(IIb)のものである。
【化24】


式(II)中、Y基は、式(IIb)における−Y−(CO)−NR−Y−に相当する。各Yは独立して単結合、ヘテロアルキレン、アルキレン、又はこれらの組み合わせである。各Yは独立してヘテロアルキレン、アルキレン、又はこれらの組み合わせである。
【0070】
第10の品物の別型であり得る第11の品物を提供する。第11の品物では、変数記号nは2に等しく、化合物は式(IIc)のものである。
【化25】

【0071】
第8〜第11の品物の別型であり得る第12の品物を提供する。Rf基は式
−CF(CF)[OCFCF(CF)]OCF−R−CFO[CF(CF)CFO]CF(CF)−のものである。R基は炭素原子を1〜20個有するペルフルオロアルキレン基である。変数記号b及びdは合計0〜35の範囲の整数である。
【0072】
式(III)の化合物である第13の品物を提供する。
【化26】


式(III)中、Rfはペルフルオロポリエーテル基である。各Yは独立して、第1基を第2基と連結する(a)ヘテロアルキレン基、(b)アルキレン基、又は(c)カルボニルアミノ基であるか、あるいは(d)これらの組み合わせであり、各第1基及び第2基はヘテロアルキレン又はアルキレンである。各Rは独立してアルキル、ハロアルキル、アラルキル、置換アラルキル、アルケニル、アリール、置換アリール、又は式−N=CRのイミノである。各Rは独立して水素、アルキル、アラルキル、又はアリールである。R基は水素、アルキル、アラルキル、置換アラルキル、アリール、又は置換アリールである。R基はアルキル、アラルキル、置換アラルキル、アリール、又は置換アリールである。変数記号qは、少なくとも1に等しい整数である。
【0073】
第13の品物の別型であり得る第14の品物を提供する。第14の品物では、各Yは式−Y−(CO)−NR−Y−の基に相当する。各Yは独立して単結合、ヘテロアルキレン、アルキレン、又はこれらの組み合わせであり、各Yは独立してヘテロアルキレン、アルキレン、又はこれらの組み合わせである。
【0074】
第13又は第14の品物の別型であり得る第15の品物を提供する。第15の品物では、Rf基は式
−CF(CF)[OCFCF(CF)]OCF−R−CFO[CF(CF)CFO]CF(CF)−のものである。この式において、R基は炭素原子を1〜20個有するペルフルオロアルキレン基であり、b及びdはどちらも合計0〜35の範囲の整数である。
【0075】
式(IV)の基を少なくとも1つ含有するポリマー材料である、第16の品物を提供する。
【化27】


式(IV)中、Rfはペルフルオロポリエーテル基である。各Yは独立して、第1基を第2基と連結する(a)ヘテロアルキレン基、(b)アルキレン基、又は(c)カルボニルアミノ基であるか、あるいは(d)これらの組み合わせであり、各第1基及び第2基はヘテロアルキレン又はアルキレンである。各R基は独立して水素、アルキル、アリール、又はアラルキルである。変数記号pは、少なくとも1に等しい整数である。各星印は、ポリマー材料の他の基に結合する部位を示す。
【0076】
第16の品物の別型であり得る第17の品物を提供する。第17の品物では、各Yは式−Y−(CO)−NR−Y−の基に相当する。各Yは独立して単結合、ヘテロアルキレン、アルキレン、又はこれらの組み合わせであり、各Yは独立してヘテロアルキレン、アルキレン、又はこれらの組み合わせである。
【0077】
第16又は第17の品物の別型であり得る第18の品物を提供する。第18の品物では、Rfは式
−CF(CF)[OCFCF(CF)]OCF−R−CFO[CF(CF)CFO]CF(CF)−のものである。R基は炭素原子を1〜20個有するペルフルオロアルキレン基である。変数記号b及びdは合計0〜35の範囲の整数である。
【実施例】
【0078】
これらの実施例は、例示のためだけのものであり、添付の特許請求の範囲を限定することを意味しない。特に記載のない限り、実施例に記載される部、百分率、比率などはすべて、重量による。使用される溶媒及びその他の試薬は、特に記載のない限り、Sigma−Aldrich Chemical Company(Milwaukee,WI)より入手した。
【0079】
材料
本明細書で使用するとき、用語「HFPO」は、1価又は2価のポリ(ヘキサフルオロプロピレンオキシド)セグメントを指す。一部の実施形態では、HFPOセグメントは式
F(CF(CF)CFO)CF(CF)−の1価の基であり、
この場合、変数記号aは、約4〜約20の範囲の整数であり、あるいは式
−CF(CF)(OCFCF(CFOCFCFCFCFO(CF(CF)CFO)CF(CF)−の二価の基であり、
式中、和(b+d)は約4〜約15の範囲の整数である。
【0080】
予調製例1:
CO(CO)−HFPO−(CO)OCHの合成−方法1
HFPOオリゴマービス酸フッ化物を提供する米国特許第3,250,807号(Fritz,et al.)に記載の方法に従い、出発物質としてF(CO)CFCF(CO)Fを用い、ポリ(ヘキサフルオロプロピレンオキシド)のジメチルエステルを調製した。HFPOオリゴマービス酸フッ化物をメタノリシスし、米国特許第6,923,921号(Flynn,et.al.)に記載のように低沸点材料を分留により除去することで精製した。得られた物質は、式
CO(CO)CF(CF)(OCFCF(CFOCFCFCFCFO(CF(CF)CFO)CF(CF)(CO)OCHのものであった。
式中、和(b+d)は約4〜約15の範囲の整数である。この式は互換的にHCO(CO)−HFPO−(CO)OCH又はHFPO−((CO)OCH又はHFPOジメチルエステル又はHFPO−DMEとしても参照される。
【0081】
より詳細には、商品名PARRでParr Instrument Company(Moline,IL)から市販されている600mLのジャケットリアクタに、KF(15.1グラム,0.26モル)及びテトラグリム(125グラム)を充填する。リアクタを撹拌し、真空ポンプを用い大気圧を0.033気圧(3.3kPa)に真空引きし、4℃に冷却した。Exfluor Research Corporation(Austin,TX)から得たペルフルオロスクシニルフッ化物(85グラム,0.44モル)をリアクタに充填した。外部冷却することでリアクタの中身を0℃に冷却した後、ヘキサフルオロプロピレンオキシド(482グラム,2.9モル)を5時間かけてゆっくりと添加した。ヘキサフルオロプロピレンオキシドはDuPont(Wilmington,DE)から得た。最大圧力は2.38気圧(241.2kPa)であり、8℃の発熱が得られた。添加を完了させた後、リアクタを室温に加温し、窒素を用いて0.033気圧(3.3kPa)のリアクタの真空を破り、リアクタ内の圧力を大気圧に上昇させた。
【0082】
690グラムの粗混合物をリアクタから吸引し、メタノール(120グラム,3.8モル)と反応させて、二塩基酸フッ化物末端基をジメチルエステル末端基に転化させた。商品名FC77 FLUORINERTで3M Company(Saint Paul,MN)から市販のフッ素化溶媒(300グラム)を添加することで、フッ素化合物粗生成物を単離し、水で2回洗浄した。下部フッ化物層をフッ素化溶媒から除去し、130〜190℃で煮沸した切片を取り出すことで生成物を単離した。数平均分子量1250グラム/モルを有するHFPOジメチルエステル390グラム(71パーセント)が回収され、NMRによる末端基解析により、96パーセントの官能基が決定された。
【0083】
予調製例2:
−HFPO−(CO)OCHの合成−方法2
予調製例1に記載の方法と本質的に同様の方法で、5℃下、ペルフルオロスクシニルフッ化物(511グラム,2.6モル)及びKF(102グラム,1.75モル)の存在下、テトラグリム(1008グラム)中での、ヘキサフルオロプロピレンオキシド(5900グラム,35.5モル)のオリゴ重合反応により、ポリ(ヘキサフルオロプロピレンオキシド)ジメチルエステルを調製した。1500グラム/時間の速度でヘキサフルオロプロピレンオキシドを添加した。オリゴ重合反応の完了後、メタノールを添加し、HFPOジメチルエステルを真空蒸留したところ、収率は80パーセントであった。分子量は2400グラム/モルであった。
【0084】
予調製例3:
CHO(CO)CHOCH−HFPO−CHOCH(CO)OCHの合成
予調製例1の手順を用いてHFPOジメチルエステル(HFPO−((CO)OCH))を調製した。二官能基が99パーセント超になるよう、低沸点単官能材料を真空蒸留した。フッ素核磁気共鳴(FNMR)分光法末端基解析を用い、平均分子量を1534グラム/モルと測定した。水でHFを洗浄した後にメタノールと反応させることでジメチルエステルを得、真空乾燥させて水を除去した。
【0085】
以下の手順を用いてHFPOジメチルエステルをHFPOジオール(HFPO−(CHOH))へと還元した。水素化ホウ素ナトリウム(NaBH,44グラム,1.16mol)及びジメトキシエタン(620グラム)(グリムとしても既知)を、5Lの三つ口丸底フラスコに加えた。NaBH及びグリムは、どちらもAldrich Chemical Company(Milwaukee,WI)から得た。HFPOジメチルエステル(605グラム,0.40mol)を、商品名FC77 FLUORINERTとして3M Company(Saint Paul,MN)から市販のフッ化溶媒(400グラム)に溶解させた。この溶液を、室温で反応フラスコにゆっくりと加えた。わずかに発熱が得られた。溶液をすべて添加した後、反応混合物を1時間撹拌し、次いで濃硫酸(125グラム,1.28mol)を水(1000グラム)で希釈することで調製した硫酸溶液で反応をクエンチした。下相のフッ素性化学物質を回収した。フッ化溶媒を真空蒸留により除去した(110〜200℃で、真空度0.1ミリメートル)。85パーセントのHFPOジオール(496グラム)が生成された。
【0086】
500mLの3口丸底フラスコに、分子量1458グラム/モルのHFPOジオール(245グラム,0.17mol)、60重量パーセントNaH/鉱油(15グラム,0.38mol)、及びテトラヒドロフラン(THF)溶媒(400グラム)を加えた。フラスコ中の混合物を機械的に撹拌した。30分後、BrCH(CO)OCH(70グラム,0.45モル)を添加し、わずかに発熱を得た。温度は2時間80℃に保持した。生成混合物を真空蒸留し、ヘキサン、及び3M Company(St.Paul,MN))から商品名FC77 FLUORINERTで市販のフッ化溶媒で洗浄し、頂部有機層から鉱油を除去した。最終的に真空蒸留で、分子量1600グラム/モルであり、沸点195℃/3mmの、鎖長の延びたジエステル(CHO(CO)CHOCH)−HFPO)を210グラム(0.13モル)得た。収率は78パーセントであった。
【0087】
予調製例4:
NCHCH−NH(CO)−HFPO−(CO)NH−CHCHNHの合成−方法1
磁気撹拌棒、N導入口及び還流凝縮器を取り付けた1Lの3口丸底フラスコに、N雰囲気下でNH−CHCH−NH(420.0グラム,7モル)を充填した。充填物を75℃に加熱した。次いで75℃下で180分かけて調製例1のHFPOジメチルエステル−[COOMe](150.0グラム,8.75×10−2モル)を滴加した。反応混合物をN雰囲気下で12時間撹拌し、反応の進行をIR分光法により監視した。1792cm−1のエステルのピークが消失し、1719cm−1のNH−C=Oのピークが出現した後、反応混合物を分離漏斗に注ぎ入れ、下側の部分をフラスコに回収し、高真空下で更に8時間乾燥させた。得られた粘稠な油を使用した。
【0088】
予調製例5:
NCHCH−NH(CO)−HFPO−(CO)NH−CHCHNHの合成−方法2
100mLのフラスコに予調製例2のHFPOジメチルエステル(2400グラム/モル,0.04モル,96グラム)及びエチレンジアミン(0.8モル,48グラム)を充填した。不均一な溶液を撹拌して50℃に加熱し、50℃のまま1時間保持した。次いで、溶液を90℃に加熱し、0.0013気圧(0.13kPa)下でフラスコの未反応のエチレンジアミンを留去した。赤外分光法を用い、1760cm−1にてエステルピークが消失し、1666cm−1にてアミドピークが出現したことにより、変換が完了したことを確認した。所望の生成物を粘調な液体として生成した。
【0089】
予調製例6:
NCHCHNH(CO)CHOCH−HFPO−CHOCH(CO)NHCHCHNHの合成
予調製例3(1600グラム/モル,0.02モル,32グラム)のHFPOジエステルをエチレンジアミン(0.2モル,12グラム)と組み合わせた。不均一な溶液を撹拌して50℃に加熱し、50℃のまま1時間保持した。次いで、溶液を90℃に加熱し、0.0013気圧(0.13kPa)下でフラスコの未反応のエチレンジアミンを留去した。赤外分光法を用い、1760cm−1にてエステルピークが消失し、1666cm−1にてアミドピークが出現したことにより、変換が完了したことを確認した。
【0090】
予調製例7:
N[CHCHO]CHCHNH(CO)−HFPO−(CO)NHCHCH[OCHCHNHの合成
1000mLの3口丸底フラスコに磁気撹拌棒、N導入口及び還流凝縮器を取り付けた。N雰囲気下で、フラスコにNHCHCH−O−CHCH−O−CHCHNH(トリエチレングリコールジアミン−TEGDA)(52.9グラム,0.3モル)を充填した。充填物を75℃に加熱した。この溶液に75℃下で180分かけて予調製例1(5.0グラム,3.75×10−2モル)のHFPO−DMEを滴加した。反応混合物をN雰囲気下で12時間撹拌し、IRにより監視した。エステルのピークが消失した後、反応混合物を分離漏斗に注ぎ入れ、下側の部分をフラスコに回収し、高真空下で更に8時間乾燥させた。得られた粘稠な油を使用した。
【0091】
予調製例8:
ジ(メチルエチルケトオキシム)オキサラートの合成
【化28】


オーバーヘッドスターラー、滴加漏斗、氷浴、温度プローブ、及び窒素導入口を取り付けた1Lのフラスコに、2−ブタノンオキシム(93.23グラム,1.070モル)及びブチルメチルエーテル(500mL)を添加した。内容物を10℃に冷却し、内部温度を15℃以下に維持しながら30分かけて塩化オキサリル(67.9グラム,0.535モル)を添加した。次いで外部冷却により内部温度を30℃以下に維持しながら、30分かけてトリエチルアミン(108グラム,1.07モル)を滴加した。得られた固体を溶解するのに十分な水を添加し、次いで水層を取り除いた。有機層を0.1NのHClにより2回、2M炭酸ナトリウムで1回洗浄し、その後MgSOにより乾燥し、セライトのパッドを通してろ過した。溶媒をロータリーエバポレーターにより除去し、120グラムのジ(メチルエチルケトキシム)シュウ酸塩を無色透明の油として得た。H NMR(CDCl)は目的とされた構造と一致した。材料は立体異性体の混合物として存在した。
【0092】
(実施例1)
250mLの3口フラスコに、乾燥ジエチルオキサラート(DEO)(87.7グラム,1.20当量)を量り取った。フラスコにスターラーをはめ込ませ、フラスコのアルゴン掃引を穏やかに開始した。DEOを激しく撹拌しながら、約75分かけて予調製例4のフッ素化ジアミン(60.0グラム,3.27×10−2当量)を滴加漏斗から滴加した。フッ素化ジアミンをすべて添加した後、滴加漏斗を取り外し、フラスコの蒸留準備をした。0.0013気圧(0.13kPa)の高真空下で、温度は周囲温度から165℃にゆっくりと上昇した。反応時に生じた過剰量のDEO及びエタノールはフラスコから留去した。約65グラム(理論収率約94.5パーセント)のオキサリルアミノエステル末端化生成物を単離した。エタノールアミン及び1NのHClにより逆滴定したところ、1,006グラム/当量のエステル等量を示した。
【0093】
(実施例2)
250mLの3口フラスコに、DEO(64.9グラム)を量り取った。フラスコにスターラーをはめ込ませ、フラスコのアルゴン掃引を穏やかに開始した。DEOを激しく撹拌しながら、約120分かけて予調製例7のフッ化アミン(150.0グラム)を滴加漏斗から滴加した。フッ素化アミンをすべて添加した後、滴加漏斗を取り外し、フラスコの蒸留準備をした。高い真空下で、温度をゆっくりと室温から165℃に上昇させた。反応時に生じた過剰量のDEO及びエタノールはフラスコから留去した。約147.38グラム(理論収率94.2パーセント)のオキサリルアミノエステル末端化前駆体生成物を単離した。生成物をエタノールアミン及び1NのHClにより逆滴定したところ、1,950グラム/当量のエステル等量を示した。
【0094】
(実施例3)
HFPOジエステルを、予調製例2に記載される方法と同様の方法で調製した。数平均分子量は3000グラム/モルであった。50mLフラスコにHFPOジエステル(0.01モル,30グラム)及びエチレンジアミン(0.2モル,12グラム)を充填した。不均一な溶液を撹拌し、1時間にわたって60℃に加熱した。次いで、溶液を90℃に加熱し、0.0013気圧(0.13kPa)下でフラスコの未反応のエチレンジアミンを留去した。次いで、ジエチルオキサラート(0.01モル,1.46グラム)をフラスコに加えた。溶液を1時間ゆっくりと室温から150℃に加熱し、次いで2時間にわたって150℃に保持した。粘稠な溶液をガラス製のプレートに注ぎ込み、200℃にて2時間保持した。可撓性でかつ強靭な茶色のフィルムを調製した。ポリマーの屈折率は1.3323であった。
【0095】
(実施例4)
100mLのフラスコに、予調製例2(2400グラム/モル,0.02モル,48グラム)のHFPOジエステル及びエチレンジアミン(0.4モル,24グラム)を充填した。不均一な溶液を撹拌し、50℃で1時間加熱した。次いで、溶液を90℃に加熱し、0.0013気圧(0.13kPa)下でフラスコの未反応のエチレンジアミンを留去した。次いで、ジエチルオキサラート(0.02モル,2.92グラム)をフラスコに加えた。溶液を1時間ゆっくりと室温〜100℃に加熱し、次いで100℃で1時間保持した。粘稠な溶液をガラス製のプレートに注ぎ込み、200℃にて2時間保持した。可撓性でかつ強靭な茶色のフィルムを調製した。ポリマーの融解温度は96℃であり、分解開始温度は360.3℃であった。
【0096】
(実施例5)
100mLのフラスコに予調製例6のフッ化ジアミン(1658グラム/モル,0.005モル,8.29グラム)及びジエチルオキサラート(0.005モル,0.73グラム)を充填した。溶液を1時間ゆっくりと室温から150℃に加熱し、次いで10時間にわたって150℃に保持した。茶色の固体ポリマーを調製した。
【0097】
(実施例6)
バイアル瓶中で、予調製例4(1.0876グラム,1.19×10−3当量)のフッ化アミンを無水THF(10.0グラム)に溶解させた。次いで、予調製例8のジ(メチルエチルケトオキシム)オキサラート(0.1352グラム,1.19×10−3当量)を加え、実験室の周囲条件下でローラー上で1日混合した。得られるポリマーは、溶液から沈殿してゲルを形成した。反応混合物をLaunder−O−Meter(Atlas Electric Devices Co.(Chicago,IL)から入手)で50℃にて約65時間混合し、次いで実験室での周囲条件下で約1日ローラーで混合した。ポリマーをドラフト内でアルミニウム製の計量皿で乾燥させ、次いで60℃で一晩乾燥させた。得られたポリマーは屈折率1.3509の、透明であり、無色の樹脂であった。
【0098】
(実施例7)
バイアル瓶中で、予調製例7(1.0371グラム,8.53×10−4当量)のフッ化アミンを無水THF(10.0グラム)に溶解させた。次いで、予調製例8のジ(メチルエチルケトオキシム)オキサラート(0.0973グラム,8.53×10−4当量)を加えた。反応混合物をLaunder−O−Meter(Atlas Electric Devices Co.(Chicago,IL)から入手)で50℃にて約65時間混合し、次いで実験室での周囲条件下で約1日ローラーで混合した。ポリマーをドラフト内でアルミニウム製の計量皿で乾燥させ、次いで60℃で一晩乾燥させた。得られたポリマーはエラストマーであった。
【0099】
(実施例8)
バイアル瓶中で、予調製例4(0.9953グラム,1.08×10−3当量)のフッ化アミンを無水THF(10.1グラム)に溶解させた。TCI America(Portland,OR)から得たジフェニルオキサラート(0.1313グラム,1.08×10−3当量)を加えた。反応混合物を実験室の周囲条件下で、ローラー上で1日間混合した。ポリマーは、溶液から沈殿してゲルを形成した。反応混合物をLaunder−O−Meter(Atlas Electric Devices Co.(Chicago,IL)から入手)で50℃にて約65時間混合し、次いで実験室での周囲条件下で約1日ローラーで混合した。ポリマーをドラフト内でアルミニウム製の計量皿で乾燥させ、次いで60℃で一晩乾燥させた。得られたポリマーは屈折率1.3509の、透明であり、無色の樹脂であった。
【0100】
(実施例9)
バイアル瓶中で、予調製例7(1.1055グラム,9.09×10−4当量)のフッ化アミンを無水THF(9.15グラム)に溶解させた。ジフェニルオキサラート(0.1096グラム,9.09×10−4当量)を加え、実験室の周囲条件下でローラー上で1日混合した。次いで反応混合物を50℃にてLaunder−O−Meterで48時間混合し、次いで実験室の周囲条件下でローラー上で1日混合した。ポリマーをドラフト内でアルミニウム製の計量皿で乾燥させ、次いで60℃で一晩乾燥させた。得られたポリマーはエラストマーであった。
【0101】
(実施例10)
ガラス製バイアル瓶中で、実施例1のフッ化オキサリルアミノ含有化合物(4.8032グラム,4.77×10−3当量)をヘキサフルオロイソプロパノール(20.23グラム)に溶解させた。予調製例4に記載のように調製したフッ化ジアミン(4.3835グラム,4.77−3当量)を、気密シリンジにより加えた。次いで反応混合物を55℃にてLaunder−O−Meterで一晩混合し、次いで実験室の周囲条件下でローラー上で一週間混合した。ポリマーをドラフト内でアルミニウム製の計量皿で乾燥させ、次いで60℃で一晩乾燥させた。得られたポリマーは、透明のエラストマーであった。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
反応混合物の生成物であって:
a)ペルフルオロポリエーテルセグメントを有し、並びに第一級アミノ基を少なくとも2つ、第二級アミノ基を少なくとも2つ、又は第一級アミノ基を少なくとも1つに加えて第二級アミノ基を少なくとも1つ有する、フッ化アミン;並びに
b)式(I)のシュウ酸塩化合物であって、
【化1】


式中、
各Rは独立してアルキル、ハロアルキル、アラルキル、置換アラルキル、アルケニル、アリール、置換アリール、又は式−N=CRのイミノであり;
基は水素、アルキル、アラルキル、置換アラルキル、アリール、又は置換アリールであり;及び
はアルキル、アラルキル、置換アラルキル、アリール又は置換アリールである、式(I)のシュウ酸塩化合物、を含む、反応混合物の生成物。
【請求項2】
前記フッ化アミンが式(V)の化合物であり、
【化2】


式中、
Rfは、ペルフルオロポリエーテル基であり;
各Rは独立して水素、アルキル、アリール、又はアラルキルであり;
各Yは独立して、第1基を第2基と連結する(a)ヘテロアルキレン、(b)アルキレン、(c)カルボニルアミノ基、又は(d)これらの組み合わせであり、前記第1基及び前記第2基はそれぞれヘテロアルキレン又はアルキレンであり;並びに
nは、少なくとも2に等しい整数である、請求項1に記載の生成物。
【請求項3】
前記フッ化アミンが式(Vb)のものであり、
【化3】


請求項1又は2に記載の生成物。
【請求項4】
前記フッ化アミンが、Rf−(CHCHNH、Rf−(CHNH、Rf−(CHOCNH、Rf−(CHOCNH、又はこれらの混合物である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の反応生成物。
【請求項5】
前記フッ化アミンが式(VI)のものであり、
【化4】


式中、
式(V)のYが、式(VI)の−Y−(CO)−NR−Y−に相当し;
各Yが独立して単結合、ヘテロアルキレン、アルキレン、又はこれらの組み合わせであり;並びに
各Yが独立してヘテロアルキレン、アルキレン、又はこれらの組み合わせである、請求項1又は2に記載の生成物。
【請求項6】
Rfが式
−CF(CF)[OCFCF(CF)]OCF−R−CFO[CF(CF)CFO]CF(CF)−のものであり、
式中、
が炭素原子を1〜20個有するペルフルオロアルキレン基であり;並びに
b及びdが合計0〜35の範囲の整数である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の生成物。
【請求項7】
nが2に等しく、並びに前記フッ化アミンが式(VIa)の化合物である、請求項5に記載の生成物。
【化5】

【請求項8】
式(II)の化合物であって、
【化6】


式中、
Rfが、ペルフルオロポリエーテル基であり;
各Yが独立して、第1基を第2基と連結する(a)ヘテロアルキレン基、(b)アルキレン基、又は(c)カルボニルアミノ基であるか、あるいは(d)これらの組み合わせであり、前記第1基及び前記第2基はそれぞれヘテロアルキレン又はアルキレンであり;
各Rが独立してアルキル、ハロアルキル、アラルキル、置換アラルキル、アルケニル、アリール、置換アリール、又は式−N=CRのイミノであり;
各Rが独立して水素、アルキル、アラルキル、又はアリールであり;
基が水素、アルキル、アラルキル、置換アラルキル、アリール、又は置換アリールであり;並びに
がアルキル、アラルキル、アリール、又は置換アリールであり;並びに
nが少なくとも2に等しい整数である、式(II)の化合物。
【請求項9】
nが2に等しく、並びに前記化合物が式(IIa)のものである、
【化7】


請求項8に記載の化合物。
【請求項10】
前記化合物が式(IIb)のものであり、
【化8】


式中、
式(II)のY基が、式(IIb)の−Y−(CO)−NR−Y−に相当し;
各Yが独立して単結合、ヘテロアルキレン、アルキレン、又はこれらの組み合わせであり;並びに
各Yが独立してヘテロアルキレン、アルキレン、又はこれらの組み合わせである、請求項8に記載の化合物。
【請求項11】
nが2に等しく、化合物が式(IIc)のものである、
【化9】


請求項10に記載の化合物。
【請求項12】
Rfが式
−CF(CF)[OCFCF(CF)]OCF−R−CFO[CF(CF)CFO]CF(CF)−のものであり、
式中、
が炭素原子を1〜20個有するペルフルオロアルキレン基であり;並びに
b及びdが合計0〜35の範囲の整数である、請求項8〜11のいずれか一項に記載の生成物。
【請求項13】
式(III)の化合物であって、
【化10】


式中、
Rfは、ペルフルオロポリエーテル基であり、
各Yは独立して、第1基を第2基と連結する(a)ヘテロアルキレン基、(b)アルキレン基、(c)カルボニルアミノ基、又は(d)これらの組み合わせであり、前記第1基及び前記第2基はそれぞれヘテロアルキレン又はアルキレンであり;
各Rは独立してアルキル、ハロアルキル、アラルキル、置換アラルキル、アルケニル、アリール、置換アリール、又は式−N=CRのイミノであり;
各Rは独立して水素、アルキル、アラルキル、又はアリールであり;
は水素、アルキル、アラルキル、置換アラルキル、アリール、又は置換アリールであり;
はアルキル、アラルキル、置換アラルキル、アリール、又は置換アリールであり;並びに
qは、少なくとも1に等しい整数である、式(III)の化合物。
【請求項14】
各Yが式
−Y−(CO)−NR−Y−の基に相当し、
式中、
各Yが独立して単結合、ヘテロアルキレン、アルキレン、又はこれらの組み合わせであり;並びに
各Yが独立してヘテロアルキレン、アルキレン、又はこれらの組み合わせである、請求項13に記載の化合物。
【請求項15】
Rfが式
−CF(CF)[OCFCF(CF)]OCF−R−CFO[CF(CF)CFO]CF(CF)−のものであり、
式中、
が炭素原子を1〜20個有するペルフルオロアルキレン基であり;並びに
b及びdが合計0〜35の範囲の整数である、請求項13又は14に記載の化合物。
【請求項16】
式(IV)の基を少なくとも1つ含むポリマー材料であって、
【化11】


式中、
Rfは、ペルフルオロポリエーテル基であり;
各Yは独立して、第1基を第2基と連結する(a)ヘテロアルキレン基、(b)アルキレン基、又は(c)カルボニルアミノ基であるか、あるいは(d)これらの組み合わせであり、前記第1基及び前記第2基はそれぞれヘテロアルキレン又はアルキレンであり;
各Rは独立して水素、アルキル、アリール、又はアラルキルであり;
pは少なくとも1に等しい整数であり;並びに
各星印は、ポリマー材料の他の基に結合する部位を示す、ポリマー材料。
【請求項17】
各Yが式−Y−(CO)−NR−Y−の基に相当し、
式中、
各Yが独立して単結合、ヘテロアルキレン、アルキレン、又はこれらの組み合わせであり;並びに
各Yが独立してヘテロアルキレン、アルキレン、又はこれらの組み合わせである、請求項16に記載の化合物。
【請求項18】
Rfが式
−CF(CF)[OCFCF(CF)]OCF−R−CFO[CF(CF)CFO]CF(CF)−のものであり、
式中、
が炭素原子を1〜20個有するペルフルオロアルキレン基であり;並びに
b及びdが合計0〜35の範囲の整数である、請求項16又は17に記載のポリマー材料。

【公表番号】特表2013−516413(P2013−516413A)
【公表日】平成25年5月13日(2013.5.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−547154(P2012−547154)
【出願日】平成22年12月22日(2010.12.22)
【国際出願番号】PCT/US2010/061801
【国際公開番号】WO2011/082067
【国際公開日】平成23年7月7日(2011.7.7)
【出願人】(505005049)スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー (2,080)
【Fターム(参考)】