説明

新規ジアリールスルホン化合物、及びその製造方法

【課題】高屈折率で透明性に優れた合成樹脂を与える単量体として、従来の化合物と比較して安価であって、且つ少なくとも同等の性能を有する化合物、及びその製造方法を提供。
【解決手段】一般式(1):


(式中、R〜R及びR1’〜R4’は、同一又は異なって、それぞれ、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基又はハロゲン原子を示し、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基を示し、Aは酸素原子又は硫黄原子を示す。)で表されるジアリールスルホン化合物、並びにその製造方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、有機光学材料用樹脂を形成するための単量体として有用な新規ジアリールスルホン化合物、及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
合成樹脂よりなる光学材料は、ガラス等の無機材料と比較して軽量であり、成形加工性等にも優れており、取扱いが簡単であることから、近年、各種用途に広く用いられている。このような有機光学材料用樹脂として、従来から、ポリスチレン系樹脂、ポリメチルメタクリレート系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ジエチレングリコールジアリルカーボナート樹脂等が用いられている。
【0003】
しかしながら、従来の有機光学材料用樹脂は、低い屈折率、大きな複屈折、高い分散性等の欠点を有し、耐熱性や耐衝撃性にも劣るため、必ずしも満足できるものではなかった。特にレンズ用材料として用いられているジエチレングリコールジアリルカーボナート樹脂(CR−39)等は、屈折率が1.50と低いため、レンズとして使用した場合にはコバ厚や中心厚が厚くなるため、レンズの外観が悪くなり、また重量の増大を招くという欠点がある。
【0004】
このため、有機光学材料用樹脂用の材料について、屈折率を向上させる試みがなされている。例えば、下記特許文献1及び2には、高屈折率で透明性に優れた樹脂を与える単量体として、下記化学式(a):
【0005】
【化1】

【0006】
(式中、R及びRは、水素原子又はメチル基である)で表されるジアリールスルフィド化合物が記載されている。
【0007】
また、下記特許文献3にも、同様に、高屈折率で透明性に優れた樹脂を与える単量体として、下記化学式(b):
【0008】
【化2】

【0009】
で表されるジアリールスルフィド化合物が記載されている。
【0010】
これらのジアリールスルフィド化合物は、高屈折率で透明性に優れた樹脂を与える単量体とされているが、その製造には、高価な化合物である下記化学式:
【0011】
【化3】

【0012】
で表される4,4’−ジメルカプトジアリールスルフィド化合物が必要であり、該化合物を原料として得られる上記化学式(a)及び(b)のジアリールスルフィド化合物は高コストで経済性に劣るものとなる。このため、高屈折率で透明性に優れた樹脂を与えることができる単量体として、より安価な材料が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0013】
【特許文献1】WO 1990/04587
【特許文献2】特開平3−109368号公報
【特許文献3】特開平9−3058号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
本発明は、上記した従来技術の現状に鑑みてなされてものであり、その主な目的は、高屈折率で透明性に優れた合成樹脂を与える単量体として、従来の化合物と比較して安価であって、且つ少なくとも同等の性能を有する化合物を提供することであり、更に、その製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本発明者は、上記した目的を達成すべく鋭意研究を重ねてきた。その結果、特定の置換基を有する新規なジアリールスルホン化合物が、高屈折率及び高硬度を有し、且つ良好な透明性を有する樹脂を形成し得る単量体として優れた性能を有することを見出した。そして、該アリールスルホン化合物は、安価な物質であるジメルカプトアリールスルホン化合物を原料として、経済的に有利な条件で容易に製造できることを見出し、ここに本発明を完成するに至った。
【0016】
即ち、本発明は、下記の新規ジアリールスルホン化合物及びその製造方法を提供するものである。
項1. 一般式(1):
【0017】
【化4】

【0018】
(式中、R〜R及びR1’〜R4’は、同一又は異なって、それぞれ、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基又はハロゲン原子を示し、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基を示し、Aは酸素原子又は硫黄原子を示す。)で表されるジアリールスルホン化合物。
項2. 一般式(1)において、式
【0019】
【化5】

【0020】
で表される基が、グリシジル基又はチオグリシジル基である上記項1に記載のジアリールスルホン化合物。
項3. 一般式(1)において、
〜R及びR1’〜R4’がいずれも水素原子であり、式
【0021】
【化6】

【0022】
で表される基が、グリシジル基又はチオグリシジル基である上記項1に記載のジアリールスルホン化合物。
項4. 一般式(2):
【0023】
【化7】

【0024】
(式中、R〜R及びR1’〜R4’は、同一又は異なって、それぞれ、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基又はハロゲン原子を示す。)で表される4,4’−ジメルカプトアリールスルホン化合物と、一般式(3);
【0025】
【化8】

【0026】
(式中、Rは炭素数1〜4のアルキレン基であり、Xはハロゲン原子である)で表されるハロゲン化物とを、触媒の存在下に溶媒中で反応させて、一般式(4):
【0027】
【化9】

【0028】
(式中、R〜R、R1’〜R4’、Rは及びXは、上記に同じ)で表される化合物とした後、塩基を作用させて、脱ハロゲン化水素反応を行うことを特徴とする、一般式(1―1):
【0029】
【化10】

【0030】
(式中、R〜R、R1’〜R4’、及びRは上記に同じ)で表されるジアリールスルホン化合物の製造方法。
項5. 一般式(1―1):
【0031】
【化11】

【0032】
(式中、R〜R及びR1’〜R4’は、同一又は異なって、それぞれ、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基又はハロゲン原子を示し、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基を示す。)で表されるジアリールスルホン化合物を、有機溶媒中で、チオ尿素及びチオシアン酸塩からなる群から選ばれた少なくとも一種の化合物と反応させることを特徴とする、一般式(1−2):
【0033】
【化12】

【0034】
(式中、R〜R、R1’〜R4’、及びRは上記に同じ)で表されるジアリールジスルホン化合物の製造方法。
【0035】
以下、本発明の新規ジアリールスルホン化合物及びその製造方法について具体的に説明する。
【0036】
新規ジアリールスルホン化合物
本発明のジアリールスルホン化合物は、下記一般式(1):
【0037】
【化13】

【0038】
(式中、R〜R及びR1’〜R4’は、同一又は異なって、それぞれ、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基又はハロゲン原子を示し、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基を示し、Aは酸素原子又は硫黄原子を示す。)で表される文献未載の新規化合物である。該ジアリールスルホン化合物は、例えば、高い屈折率と良好な透明性を有する光学材料用合成樹脂を与える単量体等として有用な化合物である。
【0039】
上記一般式(1)において、R〜R及びR1’〜R4’で表される炭素数1〜4の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、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基等の直鎖状又は分枝鎖状のアルキル基を例示でき、特にメチル基が好ましい。また、ハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等を例示でき、特に、塩素原子が好ましい。
【0040】
で表される炭素数1〜4のアルキレン基としては、メチレン、エチレン、トリメチレン、テトラメチレン等の直鎖のアルキレン基、エチルエチレン、1,2−プロピレン等の分岐鎖を有するアルキレン基等を例示できる。
【0041】
式:
【0042】
【化14】

【0043】
で表される基の具体例としては、グリシジル基、チオグリシジル基などを例示できる。
【0044】
上記一般式(1)で表される化合物の内で、好適な化合物の具体例としては、R〜R及びR1’〜R4’が全て水素原子であって、Rがメチレン基、AがOである化合物;R〜R及びR1’〜R4’が全て水素原子であって、Rがメチレン基、AがSである化合物等を挙げることができる。
【0045】
ジアリールスルホン化合物の製造方法
一般式(1):
【0046】
【化15】

【0047】
(式中、R〜R、R1’〜R4’、Rは及びAは、上記に同じ)で表されるジアリールスルホン化合物の内で、Aが酸素原子である化合物、即ち、一般式(1―1):
【0048】
【化16】

【0049】
(式中、R〜R、R1’〜R4’、及びRは上記に同じ)で表される化合物は、例えば、下記一般式(2):
【0050】
【化17】

【0051】
(式中、R〜R及びR1’〜R4’は、上記に同じ)で表される4,4’−ジメルカプトアリールスルホン化合物と、一般式(3);
【0052】
【化18】

【0053】
(式中、Rは炭素数1〜4のアルキレン基であり、Xはハロゲン原子である)で表されるハロゲン化物とを、触媒の存在下に溶媒中で反応させて、一般式(4):
【0054】
【化19】

【0055】
(式中、R〜R、R1’〜R4’、Rは及びXは、上記に同じ)で表される化合物とした後、塩基を作用させて脱ハロゲン化水素反応(脱HX反応)を行うことによって得ることができる。
【0056】
上記一般式(2)で表される4,4’−ジメルカプトアリールスルホン化合物は、公知化合物であり、式中のR〜R及びR1’〜R4’の具体例は、上記一般式(1)と同様である。該4,4‘−ジメルカプトジアリールスルホン化合物の具体例としては、4,4’−ジメルカプトジフェニルスルホン、1,1’−ジメチル−4,4’−ジメルカプトジフェニルスルホン、2,2’−ジメチル−4,4’−ジメルカプトジフェニルスルホン、1,1’−ジメチル−2,2’−ジメチル−4,4’−ジメルカプトジフェニルスルホン等を挙げることができ、特に、4,4’−ジメルカプトジフェニルスルホンが好ましい。
【0057】
一般式(3)で表されるハロゲン化物において、Rで表されるアルキレン基の具体例は、上記一般式(1)と同様である。Xで表されるハロゲン原子としては、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等を例示でき、特に、塩素原子が好ましい。
【0058】
一般式(3)で表されるハロゲン化合物の具体例としては、エピクロロヒドリン、エピブロモヒドリンなどを挙げることができ、特に、エピクロロヒドリンが好ましい。
【0059】
一般式(3)で表されるハロゲン化物の使用量は、一般式(2)で表される4,4’−ジメルカプトアリールスルホン化合物1モルに対して、2〜10モル程度とすることが好ましく、2〜2.4モル程度とすることがより好ましい。
【0060】
触媒としては、塩化リチウム、臭化リチウム等のリチウム塩等を用いることができる。特に、反応性と経済性の面から塩化リチウムが好ましい。触媒の使用量は、一般式(2)で表される4,4’−ジメルカプトアリールスルホン化合物1モルに対して0.001〜0.2モル程度とすることが好ましく、0.01〜0.1モル程度とすることがより好ましい。
【0061】
一般式(2)で表される4,4’−ジメルカプトアリールスルホン化合物と一般式(3)で表されるハロゲン化物との反応には、溶媒としては、例えば、n−ヘキサン、n−ヘプタン、シクロヘキサン、トルエン、キシレン等の炭化水素類、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類等の有機溶媒を用いることが好ましく、特にトルエン、メタノール等が好ましい。
【0062】
具体的な反応方法については、特に限定はなく、上記した溶媒中において、触媒の存在下に、一般式(2)で表される4,4’−ジメルカプトアリールスルホン化合物と、一般式(3)で表されるハロゲン化物とを均一に混合すればよい。各成分の添加順序については特に限定はなく、任意の方法を採用できる。
【0063】
反応溶液中の4,4’−ジメルカプトアリールスルホン化合物の濃度は、1〜30重量%程度とすることが好ましく、5〜15重量%程度とすることがより好ましい。
【0064】
反応温度については、特に限定的ではないが、0〜70℃程度とすることが好ましく、30〜60℃程度とすることがより好ましい。
【0065】
反応時間については、例えば0.5 〜20時間程度とすればよい。
【0066】
上記した方法によって、一般式(4):
【0067】
【化20】

【0068】
(式中、R〜R、R1’〜R4’、Rは及びXは、上記に同じ)で表される化合物を得ることができる。
【0069】
次いで、得られた一般式(4)の化合物に塩基を作用させて、脱ハロゲン化水素反応(脱HX反応)を行うことによって、一般式(1)において、Aが酸素原子である化合物、即ち、一般式(1―1):
【0070】
【化21】

【0071】
(式中、R〜R、R1’〜R4’、及びRは上記に同じ)で表される化合物を得ることができる。
【0072】
第一段階の反応で得られた一般式(4)の化合物は、反応終了後、反応溶媒に溶解した状態で引き続き塩基との反応に用いてもよく、或いは、一般式(4)の化合物を反応に用いた溶媒から分離した後、塩基と反応させてもよい。
【0073】
一般式(4)の化合物との反応に用いる塩基としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の金属水酸化物、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等の金属炭酸塩、水素化ナトリウム、水素化カリウム等の金属の水素化物等を用いることができる。反応性と経済性の面から、水酸化ナトリウムが好ましい。
【0074】
塩基の使用量は、一般式(4)の化合物1モルに対して、0.1〜10モル程度とすることが好ましく、2.0〜2.4モル程度とすることがより好ましい。
【0075】
一般式(4)の化合物と塩基との反応は、通常、溶媒中において両者を混合することによって行うことができる。溶媒としては、有機溶媒、水と有機溶媒の混合溶媒等を用いることができる。有機溶媒としては、第一段階の反応に用いる溶媒と同様の溶媒を用いることができる。
【0076】
水と有機溶媒の混合溶媒を用いる場合には、水の使用量は、有機溶媒1重量部に対して0.1〜100重量部程度が好ましい。
【0077】
反応溶液中の一般式(4)の化合物の濃度は、1〜30重量%程度が好ましく、10〜20重量%程度がより好ましい。
【0078】
水と有機溶媒の混合溶媒を用いる場合には、相間移動触媒の存在下に反応を行うことが好ましい。相間移動触媒としては、テトラブチルアンモニウムブロミド、テトラメチルアンモニウムブロミド、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレート等を用いることが出来る。特に、反応性と経済性の面から、テトラブチルアンモニウムブロミドが好ましい。相間移動触媒の使用量は、一般式(4)の化合物1モルに対して、0.001〜0.1モル程度とすることが好ましく、0.03〜0.07モル程度とすることがより好ましい。
【0079】
反応温度は0〜70℃程度が好ましく、30〜60℃程度がより好ましい。
【0080】
反応時間は、例えば、0.5〜20時間程度とすればよい。
【0081】
反応後は、混合溶媒を用いた場合には、有機層と水層を分液し、有機層を水洗した後、溶媒を留去することにより、上記一般式(1−1)で表されるジアリールスルホン化合物を得ることができる。また、有機溶媒を用いた場合には、反応終了後水を加えた後、上記混合溶媒と同様の手法で目的とする一般式(1−1)の化合物を容易に分離することができる。
【0082】
一般式(1)において、Aが硫黄原子である化合物、即ち、一般式(1―2):
【0083】
【化22】

【0084】
(式中、R〜R、R1’〜R4’、及びRは上記に同じ)で表される化合物は、上記した一般式(1−1):
【0085】
【化23】

【0086】
(式中、R〜R、R1’〜R4’、及びRは上記に同じ)で表される化合物と、チオ尿素及びチオシアン酸塩からなる群から選ばれた少なくとも一種の化合物とを有機溶媒中で反応させることにより得ることができる。
【0087】
チオシアン酸塩としてはチオシアン酸カリウム、チオシアン酸アンモニウム等を用いることができる。チオ尿素とチオシアン酸塩は、一種単独又は二種以上混合して用いることができる。
【0088】
チオ尿素及びチオシアン酸塩からなる群から選ばれた少なくとも一種の化合物の使用量は、一般式(1−1)で表される化合物1モルに対して、2〜8モル程度使用することが好ましく、2〜6モル程度使用することがより好ましい。
【0089】
有機溶媒としては、例えば、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン等のハロゲン化炭化水素類、n−ヘキサン、n−ヘプタン、シクロヘキサン、トルエン、キシレン等の炭化水素類、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等のエーテル類、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類を用いることができる。反応溶液中の一般式(1−1)で表される化合物の濃度としては1〜30重量%程度が好ましく、5〜15重量%程度がより好ましい。
【0090】
反応温度は、0〜80℃程度とすることが好ましく、10〜60℃程度とすることがより好ましい。
【0091】
反応時間は、例えば、0.5〜20時間程度とすればよい。
【0092】
反応後は水を添加し有機層と水層を分液し、有機層を水洗した後、溶媒を留去することにより、本発明の下記一般式(1−2);
【0093】
【化24】

【0094】
(式中、R〜R、R1’〜R4’、及びRは上記に同じ)で表されるジアリールジスルホン化合物を得ることができる。
【発明の効果】
【0095】
本発明の方法によれば、安価な物質である一般式(2)で表される4,4’−ジメルカプトアリールスルホン化合物を原料として、比較的簡単な製造工程によって、収率良く目的とするジアリールスルホン化合物を得ることができる。
【0096】
この方法で得られるジアリールスルホン化合物は、高い屈折率と良好な透明性を有する光学材料用合成樹脂を与える単量体等として有用な化合物であり、例えば、眼鏡用プラスチックレンズ、フレネルレンズ、レンチキュラーレンズ、光ディスク基盤、プラスチック光ファイバー等の光学材料の原料として有効に利用できる。
【発明を実施するための形態】
【0097】
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
実施例1 ビス[(4−グリシジルチオ)フェニル]スルホンの製造
攪拌機、温度計、冷却管およびガス導入管を備えた内容積100mlのフラスコに、4,4’−ジメルカプトジフェニルスルホン9.88g(35.0mmol)、塩化リチウム0.07g(1.8mmol)、トルエン20.00gおよびメタノール10.00gを加えた後、液温を50℃まで昇温し、エピクロロヒドリン6.70g(72.0mmol)を添加し、攪拌しながら50℃で2時間反応させた。
【0098】
反応終了後、液温を30℃まで冷却し、水9.8g、50重量%テトラブチルアンモニウムブロミド1.0gおよび30重量%の水酸化ナトリウム水溶液9.70g(72.8mmol)を添加し、攪拌しながら35℃で1時間反応させた。
【0099】
反応終了後、分液により油層を分離し、溶媒を留去することにより、ビス(4−オキシラニルメチルスルファニルフェニル)スルホン11.05gを得た。ビス[(4−グリシジルチオ)フェニル]スルホンに対する収率は、80%であった。
H NMR d 2.65(dd,J=2.4Hz、4.8Hz,2H)、2.83(dd, J=3.6Hz、4.4Hz,2H)、3.15−3.21(m, 6H)、7.41(d, J=8.8Hz,4H)、7.80(d, J=8.8Hz,4H);
元素分析(C1818として);
計算値 C:54.80%、H:4.60%、O:16.22%、S:24.38%
実測値 C:54.76%、H:4.62%、O:16.14%、S:24.48%
屈折率 ;1.645
実施例2 ビス[(4−チオグリシジルチオ)フェニル]スルホンの製造
攪拌機、温度計、冷却管およびガス導入管を備えた内容積100mlのフラスコに、ビス[(4−グリシジルチオ)フェニル]スルホン6.00g(15.0mmol)、塩化メチレン23.40gおよびメタノール31.00gを加えた後、液温を45℃まで昇温し、チオ尿素9.10g(120.0mmol)を添加し、攪拌しながら45℃で4時間反応させた。
【0100】
反応終了後、水37.00gを添加し、分液により油層を分離し、溶媒を留去することにより、ビス[(4−チオグリシジルチオ)フェニル]スルホン5.79gを得た。ビス[(4−グリシジルチオ)フェニル]スルホンに対する収率は、89%であった。
H NMR d 2.23(dd,J=1.2Hz、5.2Hz,2H)、2.83(m, 2H)、2.94−3.21(m, 6H)、7.41(d, J=8.8Hz,4H)、7.82(d, J=8.4Hz,4H);
元素分析(C1818として);
計算値 C:50.67%、H:4.25%、O:7.50%、S:37.58%
実測値 C:50.76%、H:4.22%、O:7.45%、S:37.57%
屈折率 ;1.664

【特許請求の範囲】
【請求項1】
一般式(1):
【化1】

(式中、R〜R及びR1’〜R4’は、同一又は異なって、それぞれ、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基又はハロゲン原子を示し、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基を示し、Aは酸素原子又は硫黄原子を示す。)で表されるジアリールスルホン化合物。
【請求項2】
一般式(1)において、式
【化2】

で表される基が、グリシジル基又はチオグリシジル基である請求項1に記載のジアリールスルホン化合物。
【請求項3】
一般式(1)において、
〜R及びR1’〜R4’がいずれも水素原子であり、式
【化3】

で表される基が、グリシジル基又はチオグリシジル基である請求項1に記載のジアリールスルホン化合物。
【請求項4】
一般式(2):
【化4】

(式中、R〜R及びR1’〜R4’は、同一又は異なって、それぞれ、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基又はハロゲン原子を示す。)で表される4,4’−ジメルカプトアリールスルホン化合物と、一般式(3);
【化5】

(式中、Rは炭素数1〜4のアルキレン基であり、Xはハロゲン原子である)で表されるハロゲン化物とを、触媒の存在下に溶媒中で反応させて、一般式(4):
【化6】

(式中、R〜R、R1’〜R4’、Rは及びXは、上記に同じ)で表される化合物とした後、塩基を作用させて、脱ハロゲン化水素反応を行うことを特徴とする、一般式(1―1):
【化7】

(式中、R〜R、R1’〜R4’、及びRは上記に同じ)で表されるジアリールスルホン化合物の製造方法。
【請求項5】
一般式(1―1):
【化8】

(式中、R〜R及びR1’〜R4’は、同一又は異なって、それぞれ、水素原子、炭素数1〜4のアルキル基又はハロゲン原子を示し、Rは、炭素数1〜4のアルキレン基を示す。)で表されるジアリールスルホン化合物を、有機溶媒中で、チオ尿素及びチオシアン酸塩からなる群から選ばれた少なくとも一種の化合物と反応させることを特徴とする、一般式(1−2):
【化9】

(式中、R〜R、R1’〜R4’、及びRは上記に同じ)で表されるジアリールジスルホン化合物の製造方法。

【公開番号】特開2011−195487(P2011−195487A)
【公開日】平成23年10月6日(2011.10.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−62875(P2010−62875)
【出願日】平成22年3月18日(2010.3.18)
【出願人】(000195661)住友精化株式会社 (352)
【Fターム(参考)】