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JP2813057B2 - メタロセンの製造法 - Google Patents

メタロセンの製造法

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JP2813057B2
JP2813057B2 JP2288598A JP28859890A JP2813057B2 JP 2813057 B2 JP2813057 B2 JP 2813057B2 JP 2288598 A JP2288598 A JP 2288598A JP 28859890 A JP28859890 A JP 28859890A JP 2813057 B2 JP2813057 B2 JP 2813057B2
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Description

【発明の詳細な説明】 遷移金属塩およびリガンドとアルキルリチウムの固体
反応生成物の粉末を非−極性液体炭化水素で室温にて反
応させる。このようにして得たメタロセンはさらに精製
することなくオレフインの重合のための触媒として続け
て使用するのに十分な純度を有する。
本発明はメタロセンの製造法に関する。特に本発明は
金属カチオンをシクロペンタジエニル−型のアニオンと
反応させ、メタロセンを製造する新規方法に関するもの
である。
メタロセンはオレフインの重合のための触媒としてま
すます使われるようになつている。EvenおよびRazaviは
最近メタロセン触媒を、ポリプロピレンの立体異性の制
御に適するように調製することができると発表した。
(JACS、110、6255−6、1988)。しかしこのような制
御は触媒の純度に大きく依存し得る。
一般にメタロセン化合物の製造は、シクロペンタジエ
ニル又は置換シクロペンタジエニルリガンドの生成と単
離、およびそのハロゲン化又はアルキル化遷移金属化合
物との反応による錯体の形成および精製から成る。
欧州特許出願番号89870079.4はメタロセン製造の二方
法を発明している。
方法Aでは、n−ブチルリチウムをテトラヒドロフラ
ン(THF)中のリガンドの溶液に加え、その後THF中の金
属塩化物を激しく撹拌しながら加える。還流後溶媒を除
去するとLiClおよび赤色固体の混合物が残る。しかしこ
の方法は空気−および水分に非常に敏感なメタロセンを
与え、さらにいくらか不純なので、一般にペンタン抽
出、分別再結晶又はクロマトグラフイーにより精製しな
ければならない。それでも最終的な錯体にはいくらかTH
Fが含まれ金属に配位している。
方法Bでは、非配位溶媒としてメチレンクロリドを用
いる。n−ブチルリウチムとリガンドの反応精製物を単
離し、−78℃でメチレンクロリドに溶解し;メチレンク
ロリド中の金属塩化物のスラリーを同温度にて加え、混
合物をゆつくりと室温まで暖め、LiClを濾別する。しか
しこの方法はメチレンクロリド中の不純物なメタロセン
の溶液を与え、再結晶して洗浄しなければならない。さ
らにこの方法は非常な低温を用いなければならない。
従つて業界では上記の欠点を持たないメタロセン化合
物の製造法を必要としている。
さらに精製することなくオレフインの重合のための触
媒として続いて使用するのに十分な純度を持ったメタロ
センの製造法を提示するのが本発明の目的である。
本発明のもうひとつの目的は非常な低温で作業する必
要のないメタロセン製造法を提示することである。
さらに本発明のもうひとつの目的は高収率のメタロセ
ン製造法を提示することである。
従つてメタロセン製造のための本発明による方法は、 (i) (a)遷移金属塩および(b)リガンドとアル
キルリチウムの固体反応生成物の粉末を非−極性炭化水
素液体中で反応させ、 (ii) リチウム塩およびメタロセンの固体混合物を回
収する、 という段階から成る方法。
本発明の方法は多種のメタロセン合成に適用できる。
リガンドの例としては、シクロペンタジエニル、置換シ
クロペンタジエンおよび架橋ジシクロペンタジエンが挙
げられ、各架橋ジシクロペンタジエンの各シクロペンタ
ジエンは同一又は異なつていて良く、置換又は非置換で
も良い。
置換シクロペンタジエンの置換基は1個でも数個でも
良く、又同一でも異なつていても良い。置換基として
は、炭素数1〜20のヒドロカルビルラジカルが挙げられ
る。ヒドロカルビルラジカルの例としてはメチル、エチ
ル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、ア
ミル、イソアミル、ヘキシル、ヘプチル、オクチル、ノ
ニル、デシル、セチル、フエニルおよび類似物が含まれ
る。本発明の触媒に有用な他のヒドロカルビルラジカル
には他のアルキル、アリール、アルケニル、アルキルア
リール又はアリールアルキルラジカルが含まれる。さら
に置換基にはシクロペタジエン環の1個の炭素に結合し
たヒドロカルビルラジカルと同様に、環の2個の炭素に
結合したラジカルも含まれる。
リガンドは選んだ特定の環置換基およびもしあれば架
橋に依存して、同業者には公知の種々の方法を用いて製
造できる。
リガンドとアルキルリチウムの反応は同業者には公知
であり;一般にリガンドの溶液へのアルキルリチウム溶
液の滴下により行う。メチルリチウムおよびn−ブチル
リチウムが化学量論的比で最も多く使用される。固体反
応精製物は溶媒を完全に蒸発させることにより回収でき
る。蒸発の条件により、該精製物は、例えば乳鉢で粉砕
して微粉にしなければならない。
遷移金属塩として一般的にハロゲン化誘導体を用い
る。該塩が固体の場合、微粉状であることが好ましく、
もしそうでない場合は例えば乳鉢で粉砕して微粉状にし
なければならない。
触媒がオレフインの重合に使用するためのものである
場合、金属は通常4.5又は6の属(正式にはIV b、V bお
よびVI b属として知られている)から選び、特にTi、Z
r、Hf、VおよびCrから成る群より選ぶ。しかし他の遷
移金属もこのために又は他の最終使用のために可能性が
ある。
非−極性炭化水素液体の例としては、C3〜C12のアル
カンが挙げられる。好ましい液体はC4〜C6のアルカンで
あり、最も好ましいのは除去し易いため、ペンタンであ
る。実際に、デカンのような高級アルカンも非極性炭化
水素液体として使用できるが、次の段階でそれを完全に
除去するにはペンタンのようなより低級の液体アルカン
で洗浄しなければならない。
同業者が反応触媒としてリチウム化リガンドと反応す
る液体を使用するメタロセン製造の分野においては、本
方法は全く新しいものであるが、出願者は、少くともリ
チウム化リガンド粉末が実質的に非−極性炭化水素と液
体に不溶の場合でさえ、粉末間の反応が比較的迅速に簡
潔することを見出した。遷移金属塩も実質的に該液体に
不溶な場合は、同業者は反応が起らないと信じるであろ
うから、これは驚くべきことでさえある。
反応段階の混合物の温度は非常に広い範囲、少くとも
−20℃〜100℃で調節することができ、好ましいものは
0〜60℃であり、従つて明らかに室温(約25℃)が最も
好ましい。通常の同業者には公知の通り、温度が低いと
より長い反応時間が必要であり、一方温度が高くなると
反応時間を短くすることができる。一般的方法として室
温で混合物を一晩撹拌することにより実質的に全反応を
行うことができる。混合物を少し加熱すると(例えばペ
ンタン分散液の還流)反応時間を数時間に減少させるこ
とができる。
液体ブテン又はプロパンを用いた操作には高圧が必要
であるが、通常反応圧力は大気圧である。
公知の通り、この種の反応およびメタロセンの保存に
は乾燥(水分を含まない)および酸素を含まない条件が
必要である。
反応段階が完結した後、リチウム塩およびメタロセン
の固体混合物は通常デカンテーシヨン又は濾過によつて
回収し、新しい非極性炭化水素液体、好ましくはペンタ
ンのような除去の容易なアルカンを用いて洗浄する。
本発明の方法によつて得られる収率は非常に高く、典
型的な場合、90%以上である。比較として示すと、メチ
レンクロリドを用いて以前の公知の方法では収量はわず
か40%の程度である。
得られるメタロセンは、リチウム塩が存在する以外は
非常に純粋であり、一般に精製段階を必要としない。も
し必要ならメタロセンの選択抽出を用いることができ
る。メタロセンをオレフインの重合の触媒として使用す
る場合、LiClのような純粋なリチウム塩が少量存在して
も触媒の活性に重大な影響は持たないようである。
ここで、本発明につき、以下の実施例および図1並び
に2を用いてさらに記述するが、実施例は本発明にどの
ような制限を加えるものでもなく: −図1は本発明の方法により製造したメタロセンの13C
−NMRスペクトルであり; −図2は慣用法により得たメタロセンの13C−NMRスペク
トルであり; −図3は本発明の方法によつて製造したメタロセン触媒
を用いて得たシンジオタクチツクポリプピレンの示差走
査型熱量測定を示す。熱の流れ(mWで示す)が温度(℃
を示す)の関数として示されている。
−図4は本発明の方法で製造したメタロセンを用いて得
たシンジオタクチツクポリプピレンの13C−NMRスペクト
ルを示す。
実施例1 a.リガンドの製造 滴下ロートおよび均圧器を備えた500mlの板付き丸底
フラスコ中で41.5g(0.25モル)のフルオレンを350mlの
テトラヒドロフラン(THF)に溶解した。
0.25モルのメチルリチウム(CH3Li)をエーテル中の
1.6は溶液として滴下した。橙赤色の溶液を3時間撹拌
し続けた。
期待の発生が止んだ後、26.5g(0.25モル)の6,6−ジ
メチルフルベンを含む100mlのTHFを溶液に滴下した。赤
色溶液の撹拌を1晩続けた。
得られた溶液を200mlのアンモニウムクロリド飽和水
溶液で洗浄し、その後水で洗浄した。
溶媒を蒸発させた後、黄色の粉末を水の表面にて回収
した。黄色粉末を2℃にて500mlのクロロホルムに溶解
し、過剰メタノールを加えて再結晶し、2,2−イソプロ
ペニルフルオレンシクロペンタジエンの白色粉末を得
た。
b.リガンドとアルキルリチウムの反応 滴下ロート枝を備えた500mlの丸底フラスコ中で10g
(0.0368モル)のリガンドを200mlのTHF中に溶解した。
0.0736モルのメチルリチウムを、エーテル中の1.6M溶液
として滴下した。赤色溶液の撹拌を3時間続けた。
気体の発生が止んだ後、40℃にて溶媒を蒸発させると
約2時間後、橙黄色の微粉末生成物が残った。
c.金属塩とリチウム化リガンドの反応 橙黄色の粉末を8.57gのZrCl4粉末と混合した。色が赤
くわずかに変化して、わずかな反応がわかる。
その後反応媒体に300mlのペンタンを加え、得られた
分散液を大気圧下、室温(23℃)にて1晩撹拌した。
その後上橙み液を除去し、赤色粉末をペンタンで洗
い、乾燥した。赤色粉末の13C−NMRスペクトルはメチレ
ンクロリドを用いて低温で製造した同一メタロセン(比
較例参照)と実質的に同一であつた。
この方法により17.49gの赤色粉末が得られ、100%収
率に相当する(計算値=15.93gメタロセン+1.56LiC
l)。図1はこの粉末の13C−NMRスペクトルを示す。こ
のスペクトルは、1個又は2個のクロリド原子がCH3
で置換されたイソプロペニルシクロペンタジエニルフル
オレニルジコニウムジクロリドに対応する小さなピーク
を除いて、反応媒体としてメチレンクロリドを用いて得
た同一化合物のもの(図2)と同一であり;このような
メタロセンはオレフインの重合に関してジクロリド触媒
と同じ位活性である。
d.プロピレンの重合 上記で得た(1.82mgのメタロセンおよび0.18mgのLiCl
を含む)2mgの混合物をトルエン中のメチルアルモキサ
ンの10重量%溶液2.5mlに溶解すると明紫色溶液を与え
る。250mlのオートクレーブに100mlの液体プロピレンを
満たし、撹拌しながら20℃の定温に保った。触媒溶液を
250ml容器の頭部のバルブボイドの隔壁を通って注入
し、100mlの液体プロピレンと共に250ml容器に瞬間的に
注ぎ混んだ。
3分後2個の反応容器の間の連結バルブを開け、容器
中の内容物を0.9のプロピレンと共に、前もつて別の
0.9の液体プロピレンで満たした4.5のオートクレー
ブに瞬間的に注ぎこんだ。全体を60℃の室温に1時間保
持して重合させ、その後未反応モノマーを排出して反応
を止め反応器を空気に解放した。羽毛状生成物を減圧下
50℃にて1晩乾燥した。シンジオタクツチクポリプロピ
レンの球形粒子の細かいさらさらした粉末173gを得た。
嵩密度をASTM−D−1898に従つて測定し、メルトフロー
インデツクスをASTM−D−1238に従つて測定した(5kg/
190℃)。ポリマーの融点(図3参照)および結晶化熱
の測定に、示差走査型熱量測定を用いた。ポリプロピレ
ンのタクチシテイの決定に、13C−NMRを用いた:欧州特
許出願番号89870079.4にはいくつかの誤りが見られ、そ
の中にメソジアドよりメソトリアドが多いということが
ある。結果を第1および2に示す。
比較例 a.リガンドの製造 実施例に記載した方法に従い、2,2−イソプロペニル
フルオレンシクロペンタジエンを製造した。
b.リガンドとアルキルリチウムの反応 実施例の方法に従つた。
c.金属塩とリチウム化リガンドとの反応 0.025モルのリガンドジリチウム誘導体を125mlの冷メ
チレンクロリドに−78℃にて溶解した。
125mlの冷メチレンクロリド中の0.025モルのZrCl4
スラリーをリチウム化リガンド溶液を含むフラスコ中に
注いだ。混合物を−78℃にて2時間撹拌してからゆっく
りと室温まで暖め、さらに12時間撹拌した。
不溶の白いLiClを濾別し、赤色溶液を−20℃に12時間
冷却することにより赤色粉末を結晶化した。
デカンテーションの後、赤色結晶粉末をメチレンクロ
リドにより−20℃にて数回洗浄し、溶媒を真空下で除去
して単離した。この方法により4.1g(0.0095モル)、す
なわち収率38%のメタロセンを得た。
d.プロピレンの重合 2.06mgの触媒を使用することおよびプロピレンの圧力
が2.76MPaであること以外は実施例1と同様の条件で、
シンジオタクチツクポリプロピレンを得、その収率およ
び特性は実施例1によるものと実質的に同じであつた
(表1)。
実施例2 a.リガンドの製造 実施例1の方法を従い、2,2−イソプロペニルフルオ
レンシクロペンタジエンを製造した。
b.リガンドとアルキルリチウムの反応 実施例1の方法に従つた。
c.金属塩とリチウム化リガンドの反応 黄橙色のリチウム化リガンド粉末を当モル量のTiCl4
の10重量%ペンタン溶液と混合した。
混合物を室温で1時間撹拌し、濾過し、ペンタンで洗
い、LiClおよび2,2−イソプロピルフエニルフルオレニ
ルシクロペンタジエニルチタンジクロリドを含む褐色粉
末および少量のLiClを回収した。
本発明の主たる特徴および態様は以下の通りである。
1.メタロセンの製造法であつて、 (i) (a)遷移金属塩および(b)リガンドとア
ルキルリチウムの固体反応生成物の粉末を非−極性炭化
水素液体中で反応させ、 (ii) リチウム塩およびメタロセンの固体混合物を
回収する、 という段階から成る方法。
2.遷移金属を第4、5および6属から選ぶ第1項記載の
方法。
3.遷移金属をTi、Zr、Hf、VおよびCrから成る群より選
ぶ第2項記載の方法。
4.遷移金属塩がハロゲン化物である第1項記載の方法。
5.リガンドをシクロペンタジエン、置換シクロペンタジ
エン、および架橋ジシクロペンタジエンから成る群より
選び、架橋ジシクロペンタジエンの各シクロペンタジエ
ンは同一でも異なっていても良く、置換されていても、
いなくとも良いことを特徴とする第1項記載の方法。
6.非極性炭化水素液体が炭素数3〜12のアルカンである
第1項記載の方法。
7.非極性炭化水素液体が炭素数4〜6のアルカンである
第6項記載の方法。
8.非極性炭化水素液体がペンタンである第7項記載の方
法。
9.段階(i)を−20℃〜+100℃の温度で行う、第1項
記載の方法。
10.段階(i)を0℃〜60℃の温度で行う、第9項記載
の方法。
11.段階(i)を約25℃の温度で行う、第10項記載の方
法。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法により製造したメタロセンの13C
−NMRスペクトルである。 第2図は慣用法により得たメタロセンの13C−NMRスペク
トルである。 第3図は本発明の方法によつて製造したメタロセン触媒
を用いて得たシンジオタクチツクポリプピレンの示差走
査型熱量測定を示す。熱の流れ(mWで示す)が温度(℃
で示す)の関数として示されている。 第4図は本発明の方法で製造したメタロセンを用いて得
たシンジオタクチツクポリプピレンの13C−NMRスペクト
ルを示す。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】メタロセンの製造法であつて、 (i) (a)遷移金属塩および(b)リガンドとアル
    キルリチウムの固体反応生成物の粉末を非−極性炭化水
    素液体中で反応させ、 (ii) リチウム塩およびメタロセンの固体混合物を回
    収する、 という段階から成る方法。
JP2288598A 1989-10-30 1990-10-29 メタロセンの製造法 Expired - Fee Related JP2813057B2 (ja)

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