JP2001181292A - フェロセン−ビピリジン誘導体 - Google Patents

フェロセン−ビピリジン誘導体

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JP2001181292A
JP2001181292A JP37193199A JP37193199A JP2001181292A JP 2001181292 A JP2001181292 A JP 2001181292A JP 37193199 A JP37193199 A JP 37193199A JP 37193199 A JP37193199 A JP 37193199A JP 2001181292 A JP2001181292 A JP 2001181292A
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ferrocene
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nitrogen
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Masaki Minami
昌樹 南
Hiroshi Imafuku
浩 今福
Takaya Kubo
貴哉 久保
Yoshinori Nishikitani
禎範 錦谷
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Eneos Corp
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Nippon Mitsubishi Oil Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 新しいビオロゲン色素の提供。 【解決手段】 下記の一般式で示されるフェロセン−ビ
ピリジン誘導体。 【化1】 (式中、R1はアルキレン基を示し、Arは、例えば、
ピリジル基、ピリミジル基、イソキノリン基などを示
し、X-およびY-はそれぞれ個別にハロゲンアニオン、
ClO4 -、BF4 -、PF6 -、AsF6 -、SbF6 -、CH
3COO-、CH3(C64)SO3 -から選ばれる対アニ
オンを示す。)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、新規なフェロセン
−ビピリジン誘導体に関する。このフェロセン−ビピリ
ジン誘導体は、導電性材料、フォトクロミック材料、調
光ガラスなどの透過型素子、自動車等の防眩ミラー、装
飾用ミラー等の反射型素子、表示素子などとして有用な
エレクトロクロミック素子に利用可能である。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ビオ
ロゲン色素として使用可能な新規化合物を提供すること
にある。
【0003】
【課題を解決するための手段】本発明に係る新規な化合
物は、下記の一般式(1)で表される。
【化2】 (式中、R1は炭素数1〜20のアルキレン基を示し、
Arはピリジル基、ピリミジル基およびイソキノリニル
基から選ばれる含窒素複素環基または当該含窒素複素環
基の一部が炭素数1〜5のアルキル基および/またはア
ルコキシ基にて置換された含窒素複素環基を示し、X-
およびY-は同一でも異なっていてもよく、それぞれ個
別にハロゲンアニオン、ClO4 -、BF4 -、PF6 -、A
sF6 -、SbF6 -、CH3COO-、CH3(C64)S
3 -から選ばれる対アニオンを示す)また、本発明は、
上記一般式(1)で示される化合物をエレクトロクロミ
ック活物質として用いることを特徴とするエレクトロク
ロミック素子に関する。
【0004】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。一般式(1)で表される化合物は、フェロセン構
造とビピリジウムイオン対構造を有する有機化合物であ
る。式中、R1は炭素数1〜20、好ましくは1〜10
のアルキレン基を示し、その好適な具体例としては、メ
チレン、トリメチレン、テトラメチレン、ペンタメチレ
ン基が挙げられる。Arはピリジル基、ピリミジル基お
よびイソキノリニル基から選ばれる含窒素複素環基を示
すほか、当該含窒素複素環基の一部が炭素数1〜5、好
ましくは1〜3のアルキル基および/またはアルコキシ
基にて置換された含窒素複素環基を示す。ピリジル基に
は2−ピリジル基、4−ピリジル基が、ピリミジル基に
は2−ピリミジル基が含まれる。また、これら含窒素複
素環基の水素と置換するアルキル基としては、メチル
基、エチル基、プロピル基などが、アルコキシ基として
はメトキシ基などが挙げられる。含窒素複素環基におけ
るアルキル基やアルコキシ基の置換数は、通常1〜3、
好ましくは1である。一般式(1)におけるX-および
-は同一でも異なっていてもよく、それぞれ個別にハ
ロゲンアニオン、ClO4 -、BF4 -、PF6 -、As
6 -、SbF6 -、CH3COO-、CH3(C64)SO3
-から選ばれる対アニオンを示す。ハロゲンアニオンと
しては、F―、Cl―、Br―、I―が挙げられる。一
般式(1)で表される化合物の具体例としては以下のも
のが挙げられる。
【化3】
【0005】本発明の一般式(1)で示される有機化合
物は、適宜の方法で製造することができ、例えば、次の
方法で製造することができる(Scheme1)。
【化4】 Scheme1に示した反応1は、4,4‘−ビピリジンと、
クロロピリジンやクロロピリミジンなどのArに相当す
る含窒素複素環芳香族化合物を1対1の比で反応させ
る。この場合、反応溶媒として、アルコール類あるいは
テトラハイドロフラン(THF)、ジメチルホルムアミ
ド(DMF)などを用いることができ、反応温度は、通
常50℃〜還流温度,反応時間は通常2時間〜48時間
行うことで、含窒素複素環を置換基として導入すること
ができる(反応1)。更にフェロセン誘導体の導入は、
アルキル基末端にハロゲンあるいはトシル基などの脱離
基を有するフェロセン誘導体を、反応1で得た生成物
に、アルコール、THF、DMFなどの溶液中で反応さ
せる。反応温度は室温〜150℃、好ましくは40℃〜
100℃の範囲で選ばれる。反応2では、フェロセン誘
導体を4,4’−ビピリジル誘導体に対して過剰に用い
ることが好ましい。具体的には、4,4’−ビピリジル
誘導体1当量当たり、フェロセン誘導体を1〜20当
量、好ましくは1.1〜5当量用いることで、反応時間
10時間〜7日間でフェロセン誘導体を導入することが
できる。反応後は、貧溶媒としてジエチルエーテル、ト
ルエン等を加え、沈殿物を濾過し、目的物を得ることが
できる。更に水、メタノールなどにより再結晶すること
で精製することができる。対アニオンの交換は、対応す
る過剰のリチウム塩あるいはナトリウム塩、アンモニウ
ム塩などの飽和水溶液中に、ビピリジニウム塩の水、D
MF、ジメチルスルホキシド(DMSO)などの溶液を室温
にて添加することで行われる。生成する沈殿物を濾過し
回収することで目的物を得ることができる。更に水、メ
タノールなどにより再結晶することで精製することがで
きる。Scheme1において、反応1と反応2の順序を変え
て行うこともできる。その場合には、フェロセン部位の
酸化を抑えるため、反応温度を室温〜60℃とし、窒素
雰囲気下で反応させることが望ましい。
【0006】アルキル基末端にハロゲンあるいはトシル
基などの脱離基を有するフェロセン誘導体の合成方法
は、炭素数の違いにより幾つかの方法がある。 炭素数1の場合
【化5】 炭素数2の場合
【化6】 炭素数3以上の場合
【化7】 アルキル基の炭素数が1または2である場合は、市販の
カルボン酸を水素化リチウムアルミニウムなどにより還
元することでアルコール体を得ることができ、そのアル
コール体のハロゲン化反応あるいはトシル化反応を、常
法通り行うことにより、目的のアルキル基末端にハロゲ
ンあるいはトシル基などの脱離基を有するフェロセン誘
導体を得ることができる。(Scheme2、3)。アルキル
基の炭素数が3以上である場合は、フェロセンとジカル
ボン酸無水物等とのフリーデルクラフト反応を、塩化ア
ルミニウム触媒の存在下に、常法通り行うことによって
ケトカルボン酸を得ることができ、水素化リチウムアル
ミニウム/塩化アルミニウムなどによる還元反応で、ケ
トカルボン酸をアルコール体へと変換する。この場合、
エーテル、THFなどのエーテル系の溶媒を使用するこ
とが好ましく、反応温度は0℃〜加熱還流の範囲が好ま
しい。後段の反応は、水素化リチウムアルミニウムを1
〜5当量用いてケトカルボン酸を還元した後、塩化アル
ミニウムを水素化リチウムアルミニウムと同当量添加
し、脱アルコールを行うことで末端が水酸基であるアル
コール体を得ることができる。このアルコール体のハロ
ゲン化反応あるいはトシル化反応を、常法にて行うこと
により目的アルキル基末端にハロゲンあるいはトシル基
などの脱離基を有するフェロセン誘導体の得ることがで
きる(Scheme4)。
【0007】本発明のフェロセン−ビピリジン誘導体
は、導電性材料、フォトクロミック材料、調光ガラスな
どの透過型素子、自動車等の防眩ミラー、装飾用ミラー
等の反射型素子、表示素子などとして有用なエレクトロ
クロミック素子に利用可能であり、特にエレクトロクロ
ミック素子に好適に用いることができる。エレクトロク
ロミック素子に用いる場合、公知の使用態様が採用可能
であって、例えば、2枚の導電基板間に本発明の上記誘
導体を含有する電解質媒体を挟持し、その基板間に電圧
を印加する方法が挙げられる。エレクトロクロミック素
子に使用される2枚の導電基板は、少なくとも一方が透
明導電基板であり、他方は、同様の透明導電基板でもよ
く、導電電磁線、典型的には光を反射できる反射性導電
基板でもよい。前記電解質としては公知のものが使用で
き、例えば、液系電解質、ゲル化液系電解質あるいは固
体系電解質等を用いることができるが、特に固体系電解
質が望ましい。液系電解質としては、溶媒に塩類、酸
類、アルカリ類等の支持電解質を溶解したもの等を用い
ることができる。この場合の溶媒としては、支持電解質
を溶解できるものであれば特に限定されないが、特に極
性をするものが好ましい。具体的には水の外、メタノー
ル、エタノール、プロピレンカーボネート、エチレンカ
ーボネート、ジメチルスルホキシド、ジメトキシエタ
ン、アセトニトリル、γ−ブチロラクトン、スルホラ
ン、1、3ージオキサン、N,N−ジメチルホルムアミ
ド、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフランな
どの有機極性溶媒が挙げられ、好ましくは、プロピレン
カーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルスルホ
キシド、ジメトキシエタン、アセトニトリル、γ−ブチ
ロラクトン、スルホラン、1、3ージオキサン、N,N
−ジメチルホルムアミド、1,2−ジメトキシエタン、
テトラヒドロフランなどの有機極性溶媒が挙げられる。
これらは単独もしくは混合物として使用できる。支持電
解質として使用可能な塩類には、各種のアルカリ金属
塩、アルカリ土類金属塩などの無機イオン塩や4級アン
モニウム塩や環状4級アンモニウム塩、四級ホスホニウ
ム塩などがあげられ、具体的にはLiClO4 、LiS
CN、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、Li
PF6、LiI、NaI、NaSCN、NaClO4、N
aBF4、NaAsF6、KSCN、KCl等のLi、N
a、Kのアルカリ金属塩等や、(CH34NBF4
(C254NBF4、(n−C494NBF4、(C2
54NBr、(C254NClO4、(n−C49
4NClO4等の4級アンモニウム塩および環状4級アン
モニウム塩もしくはこれらの混合物が好適なものとして
挙げられる。支持電解質として使用可能な酸類には、無
機酸、有機酸などが使用でき、これには硫酸、塩酸、リ
ン酸類、スルホン酸類、カルボン酸類など包含される。
支持電解質として使用可能なアルカリ類には、水酸化ナ
トリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウムなどが例示
できる。
【0008】ゲル化液系電解質としては、前記液系電解
質にさらにポリマーを含有させたり、ゲル化剤を含有さ
せることにより粘稠液もしくはゲル状物としたもの等が
使用できる。この場合に使用されるポリマーには、例え
ば、ポリアクリロニトリル、カルボキシメチルセルロー
ス、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンオキサイド、ポリウ
レタン、ポリウレタン、ポリアクリレート、ポリメタク
リレート、ポリアミド、ポリアクリルアミド、セルロー
ス、ポリエステル、ポリプロピレンオキサイド、ナフィ
オンなどが使用できる。また、ゲル化剤には、例えば、
オキシエチレンメタクリレート、オキシエチレンアクリ
レート、ウレタンアクリレート、アクリルアミド、寒天
などが使用できる。なお、ゲル化液系電解質は、ポリマ
ーの前駆体モノマーやゲル化剤の前駆体を液系電解質と
混合してこれをセル内に注入した後、重合又はゲル化さ
せることで対向する導電基板の間に挟持させることもで
きる。
【0009】固体系電解質としては、室温で固体であ
り、かつイオン導電性を有するものであれば特に限定さ
れず、その具体例としては、ポリエチレンオキサイド、
オキシエチレンメタクリレートのポリマー、ナフィオ
ン、ポリスチレンスルホン酸、などを挙げることができ
る。特にオキシアルキレンメタクリレート系化合物、オ
キシアルキレンアクリレート系化合物またはウレタンア
クリレート系化合物を前駆体の主成分とし、当該前駆体
を重合することによって得られる高分子化合物等を用い
た高分子固体電解質が好ましい。その一例として、単官
能アクリロイル変性ポリアルキレンオキシドおよび/ま
たは多官能アクリロイル変性ポリアルキレンオキシド
と、前記の有機極性溶媒と、前記支持電解質を含む組成
物を前駆体とし、当該前駆体を固化することにより得ら
れる高分子固体電解質等が挙げられる。もちろん、上記
以外の態様の他、他の用途にも好適に使用できる。
【0010】
【実施例】以下に実施例を挙げ、本発明を具体的に説明
するが、本発明はこれらに何ら制限されるものではな
い。実施例1 N−(2−ピリジル)−ビピリジニウム塩の合成
【化8】 4,4’−ビピリジル50g(0.32mol)と2−クロロピリジ
ン36g(0.32mol)を、エタノール300mlに溶解して4日間
加熱還流した。しかる後、反応液をエーテル1.5lに注入
し、析出した沈殿を回収してN−(2−ピリジル)−ビ
ピリジニウム塩54g(0.20mol)を得ることができた。4−フェロセニルブチルイオダイドの合成
【化9】 フェロセニルブタノール13.5g(52.3mmol)とヨウ化ナト
リウム23.5g(0.16mol)をアセトニトリル200mlに溶解
し、トリメチルシリルクロリド20ml(0.16mol)を徐々に
添加した後5時間攪拌した。反応終了後、エーテルにて
反応液を希釈し、水にてクエンチした後、エーテルにて
抽出し、有機層を水、希Na223水溶液、にて順次洗
浄してから、乾燥、濾過、減圧濃縮した。得られた残渣
をシリカゲルカラム(200g、hex/Et2O=6/1)にて精製
し、目的のヨウ素体10.6g(28.8mol、55%)を得た。1 H NMRスペクトル 4.05,4.00(9H),3.18(2H),2.36(2H),1.81(2H),1.60(2H)N−4−(フェロセニルブチル)−N’−2−ピリジル
−ビピリジニウム塩の合成
【化10】 N−2−ピリジル−ピリジニウム塩5g(18.5mmol)と4−
フェロセニルブチルイオダイド10.0g(27.2mmol)をエタ
ノール50mlに溶解し、50℃にて2日間攪拌した。次い
で、反応液をエーテル中に注入し、析出した沈殿を回収
後、更にメタノール/エーテルにて再沈殿しビピリジニ
ウム塩を得た。1 H NMRスペクトル 9.57(2H),9.34(2H),9.10-9.01(5H),8.05-7.85(3H),4.71
(2H),4.11,4.00(9H) 2.31(2H) ,2.00(2H),1.52(2H) 元素分析 計算値 C: 54.61, H:4.58, N:6.59 実測値 C: 54.48, H:4.75, N:6.51N−(4−フェロセニルブチル)−N’−2−ピリジル
−ビピリジニウム塩の塩交換
【化11】 ビピリジニウム塩3g(4.7mmol)を水に溶解し、飽和Na
BF4水溶液を添加した。析出した沈殿物を回収し目的
のビピリジニウム塩を得ることができた。1 H NMRスペクトル 9.45(2H),9.26(2H),9.08-8.98(5H),7.95-7.81(3H),4.69
(2H),4.11,4.00(9H) 2.31(2H) ,2.00(2H),1.55(2H) 元素分析 計算値 C: 53.67, H:4.50, N:6.47 実測値 C: 53.45, H:4.71, N:6.52実施例2 N−(2−ピリミジル)−ビピリジニウム塩の合成
【化12】 4,4‘−ビピリジル50g(0.32mol)と2−クロロピリミ
ジン36g(0.32mol)をエタノール300mlに溶解して4日間
加熱還流した。しかる後、反応液をエーテル1.5lに注入
し、析出した沈殿を回収してN−(2−ピリミジル)−
ビピリジニウム塩54g(0.20mol)を得ることができた。N−4−(フェロセニルブチル)−N’−2−ピリミジ
ル−ビピリジニウム塩の合成
【化13】 N−2−ピリミジル−ピリジニウム塩5g(18.5mmol)と4
−フェロセニルブチルイオダイド12.0g(32.6mmol)をエ
タノール50mlに溶解し、50℃にて2日間攪拌した。しか
る後、反応液をエーテル中に注入し析出した沈殿を回収
し、更にメタノール/エーテルにて再沈殿することによ
りビピリジニウム塩を得た。1 H NMRスペクトル 9.64(2H),9.31(2H),9.10-9.02(6H),7.82(1H),4.72(2H),
4.13,4.00(9H) 2.34(2H) ,2.02(2H),1.56(2H) 元素分析 計算値 C: 52.65, H:4.42, N:8.77 実測値 C: 52.46, H:4.55, N:8.75N−(4−フェロセニルブチル)−N’−2−ピリミジ
ル−ビピリジニウム塩の塩交換
【化14】 ビピリジニウム塩3g(4.7mmol)を水に溶解し、飽和Na
BF4水溶液を添加した。析出した沈殿物を回収し目的
のビピリジニウム塩を得ることができた。1 H NMRスペクトル 9.68(2H),9.261(2H),9.10-9.00(6H),7.85(1H),4.72(2
H),4.11,4.00(9H) 2.31(2H) ,2.02(2H),1.56(2H) 元素分析 計算値 C: 51.74, H:4.34, N:8.62 実測値 C: 51.67, H:4.17, N:8.52実施例3 N−4−(フェロセニルメチル)−N‘−2−ピリミジ
ル−ビピリジニウム塩の合成
【化15】 N−2−ピリミジル−ピリジニウム塩5g(18.5mmol)と4
−フェロセニルメチルクロライド8.2g(35.0mmol)をTH
F50mlに溶解し、50℃にて2日間攪拌した。しかる後、
反応液をエーテル中に注入し、析出した沈殿を回収し、
更にメタノール/エーテルにて再沈殿することによりビ
ピリジニウム塩を得た。1 H NMRスペクトル 9.64(2H),9.31(2H),9.10-9.00(6H),7.81(1H),5.72(2H),
4.71,4.50-4.40(9H) 元素分析 計算値 C: 59.43, H:4.39, N:11.09 実測値 C: 59.23, H:4.55, N:11.21実施例4 ITO被覆された透明ガラス基板の周辺部に、溶液注入
口の部分を除いてエポキシ系接着剤を線状に塗布し、こ
の上に、同じくITO被覆された透明ガラス基板を、I
TO面が向かい合うように重ね合わせ、加圧しながら接
着剤を硬化させ、注入口付き空セルを作製した。他方
で、メトキシポリエチレングリコールモノメタクリレー
ト(新中村化学工業株式会社製 M40GN)[オキシ
エチレンユニット数4]1.0g、ポリエチレングリコ
ールジメタクリレート(新中村化学工業株式会社製 9
G)[オキシエチレンユニット数9]0.02g、プロ
ピレンカーボネート 4.0g、1−(4−イソプロピ
ルフェニル)−2−ヒドロキシ−2−メチルプロパン−
1−オン0.02g、3−(5−メチル−2H−ベンゾ
トリアゾール−2−イル)−5−(1−メチルエチル)
−4−ヒドロキシベンゼンプロパン酸0.15gの混合
溶液に、テトラフルオロホウ酸テトラブチルアンモニウ
ム塩を0.1M、以下の式で表される化合物を30mM
の濃度になるように添加し、均一溶液を得た。
【化16】 この溶液を脱気後、上述のようにして作成したセルの注
入口より注入した。注入口をエポキシ系接着剤で封止し
た後、両面から蛍光灯の光を当ててセル内の溶液を硬化
させ、エレクトロクロミック素子(調光ガラス)を得
た。この調光ガラスは組み立てた時点では着色しておら
ず、透過率は約80%であった。また、電圧を印加する
と応答性に優れ、青緑色に着色し良好なエレクトロクロ
ミック特性を示した。すなわち、1.0Vの電圧を印加
すると青緑色に着色し、633nmの波長の光の透過率
は約20%となった。また10秒毎に着消色を繰り返し
たが、約500時間経過後も消え残りなどが発生するこ
とはなかった。実施例5 実施例4において発色剤に下式化合物を用いた他は,同
様にエレクトロクロミック素子を作製した。
【化17】 この調光ガラスは組み立てた時点では着色しておらず、
透過率は約75%であった。また、電圧を印加すると応
答性に優れ、青緑色に着色し良好なエレクトロクロミッ
ク特性を示した。すなわち、1.0Vの電圧を印加する
と青緑色に着色し、633nmの波長の光の透過率は約
25%となった。また10秒毎に着消色を繰り返した
が、約500時間経過後も消え残りなどが発生すること
はなかった。実施例6 実施例4において発色剤に下式化合物を用いた他は,同
様にエレクトロクロミック素子を作製した。
【化18】 この調光ガラスは組み立てた時点では着色しておらず、
透過率は約75%であった。また、電圧を印加すると応
答性に優れ、青緑色に着色し良好なエレクトロクロミッ
ク特性を示した。すなわち、1.0Vの電圧を印加する
と青緑色に着色し、633nmの波長の光の透過率は約
29%となった。また10秒毎に着消色を繰り返した
が、約200時間経過後も消え残りなどが発生すること
はなかった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保 貴哉 神奈川県横浜市中区千鳥町8番地 日石三 菱株式会社中央技術研究所内 (72)発明者 錦谷 禎範 神奈川県横浜市中区千鳥町8番地 日石三 菱株式会社中央技術研究所内 Fターム(参考) 2K001 AA01 AA08 AA10 CA25 4H050 AA01 AB92 WB11 WB21 4H056 DD04 EA15

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記の一般式で表されるフェロセン−ビ
    ピリジン誘導体。 【化1】 (式中、R1は炭素数1〜20のアルキレン基を示し、
    Arはピリジル基、ピリミジル基およびイソキノリニル
    基から選ばれる含窒素複素環基または当該含窒素複素環
    基の一部が炭素数1〜5のアルキル基および/またはア
    ルコキシ基にて置換された含窒素複素環基をを示し、X
    -およびY-は同一でも異なっていてもよく、それぞれ個
    別にハロゲンアニオン、ClO4 -、BF4 -、PF6 -、A
    sF6 -、SbF6 -、CH3COO-、CH3(C64)S
    3 -から選ばれる対アニオンを示す。)
  2. 【請求項2】 一般式(1)で表されるフェロセン−ビ
    ピリジン誘導体をエレクトロクロミック活物質として用
    いることを特徴とするエレクトロクロミック素子。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7815135B2 (en) 2006-07-06 2010-10-19 Joytec Corporation Ice shaving machine
US7858817B2 (en) * 2008-03-10 2010-12-28 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Metallocene-substituted pyridyl amines, their metal complexes, and processes for production and use thereof

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