JP2007210919A - Aromatic sulfonic acid ester and sulfonated polyarylene-based polymer - Google Patents

Aromatic sulfonic acid ester and sulfonated polyarylene-based polymer Download PDF

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Teruhiko Umehara
輝彦 梅原
Kohei Goto
幸平 後藤
Toshitaka Otsuki
敏敬 大月
Toshiaki Kadota
敏明 門田
Shingo Takasugi
晋吾 高杉
Yoshitaka Yamakawa
芳孝 山川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sulfonated polymer having excellent hot water resistance and mechanical characteristics even on increasing the amount of introduction of sulfonic acid group, and an aromatic sulfonic acid ester derivative. <P>SOLUTION: This aromatic sulfonic acid ester is expressed by general formula (1) [wherein, X is an atom or a group selected from a group consisting of a halogen atom excluding F, -OSO<SB>2</SB>CH<SB>3</SB>and -OSO<SB>2</SB>CF<SB>3</SB>; Y is -CO- or -SO<SB>2</SB>-; Z is O, S, -CO-, -SO<SB>2</SB>- or -SO-; (l) is 0 to 4; (m) is ≥0 integer; Ar is a structure expressed by general formula (2) or (3); U is -CO-, -SO<SB>2</SB>- or -SO-; (n) is 0 to 4; (o) is 0 to 4, provided that (l+n+o)≥1; V is O, S, -CR'<SB>2</SB>-, -CO-, -SO<SB>2</SB>- or -SO-; (p) is 0 to 3; and (q) is 0 to 4, provided that the R' is a hydrocarbon group and (l+p+q)≥1]. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、新規な芳香族スルホン酸エステルおよびスルホン化ポリアリーレン系重合体に関する。   The present invention relates to a novel aromatic sulfonate ester and a sulfonated polyarylene polymer.

電解質は、通常、(水)溶液で用いられることが多い。しかし、近年、これを固体系に置き替えていく傾向が高まってきている。その第1の理由としては、例えば、上記の電気・電子材料に応用する場合のプロセッシングの容易さであり、第2の理由としては、軽薄短小・省電力化への移行である。   The electrolyte is usually used in a (water) solution. However, in recent years, there is an increasing tendency to replace this with a solid system. The first reason is, for example, the ease of processing when applied to the above-mentioned electric / electronic materials, and the second reason is the shift to light, thin, small, and power saving.

従来、プロトン伝導性材料としては、無機物からなるもの、有機物からなるものの両方が知られている。無機物の例としては、例えば水和化合物であるリン酸ウラニルが挙げられるが、これら無機化合物は界面での接触が十分でなく、伝導層を基板あるいは電極上に形成するには問題が多い。   Conventionally, both proton-conducting materials made of inorganic substances and organic substances are known. Examples of inorganic substances include uranyl phosphate, which is a hydrated compound, but these inorganic compounds do not have sufficient contact at the interface, and there are many problems in forming a conductive layer on a substrate or electrode.

一方、有機化合物の例としては、いわゆる陽イオン交換樹脂に属するポリマー、例えばポリスチレンスルホン酸などのビニル系ポリマーのスルホン化物、ナフィオン(商品名、
デュポン社製)を代表とするパーフルオロアルキルスルホン酸ポリマー、パーフルオロア
ルキルカルボン酸ポリマーや、ポリベンズイミダゾールやポリエーテルエーテルケトンなどの耐熱性高分子にスルホン酸基やリン酸基を導入したポリマー(たとえば、非特許文献
1〜3参照)などの有機系ポリマーが挙げられる。
On the other hand, as examples of organic compounds, polymers belonging to so-called cation exchange resins, for example, sulfonated products of vinyl polymers such as polystyrene sulfonic acid, Nafion (trade name,
Perfluoroalkyl sulfonic acid polymers such as Dupont), perfluoroalkyl carboxylic acid polymers, and polymers in which sulfonic acid groups or phosphoric acid groups are introduced into heat-resistant polymers such as polybenzimidazole and polyether ether ketone ( Examples thereof include organic polymers such as Non-Patent Documents 1 to 3).

上記有機系ポリマーは、通常、フィルム状で用いられるが、溶媒に可溶性であること、または熱可塑性であることを利用し、電極上に伝導膜を接合加工できる。しかしながら、これら有機系ポリマーの多くは、プロトン伝導度がまだ十分でないことに加え、高温(1
00℃以上)において耐久性、プロトン伝導性および力学的性質、特に弾性率が大きく低
下すること、湿度条件に対する依存性が大きいこと、電極との密着性が十分でないこと、含水ポリマー構造に起因する稼動中の過度の膨潤による強度の低下や形状の崩壊に至ることなどの問題がある。したがって、これらの有機系ポリマーは、上記の電気・電子材料などに応用するには種々問題がある。
The organic polymer is usually used in the form of a film, but a conductive film can be bonded on the electrode by utilizing its solubility in a solvent or thermoplasticity. However, many of these organic polymers have high proton conductivity in addition to high temperature (1
(00 ° C. or higher) durability, proton conductivity and mechanical properties, particularly, the elastic modulus is greatly reduced, the dependency on the humidity condition is large, the adhesion to the electrode is not sufficient, and the water-containing polymer structure There are problems such as reduction in strength and collapse of shape due to excessive swelling during operation. Therefore, these organic polymers have various problems when applied to the above-mentioned electric / electronic materials.

さらに、特許文献1には、スルホン化された剛直ポリフェニレンからなる固体高分子電
解質が提案されている。このポリマーはフェニレン連鎖からなる芳香族化合物を重合して得られるポリマーを主成分とし、これをスルホン化剤と反応させてスルホン酸基を導入している。しかしながら、スルホン酸基の導入量の増加によって、プロトン伝導度も向上するものの、同時に、得られるスルホン化ポリマーの機械的性質、例えば破断伸び、耐折曲げ性等の靭性や耐熱水性は著しく損なわれるという問題点があった。
米国特許第5,403,675号公報 Polymer Preprints, Japan, Vol.42, No.7, p.2490〜2492(1993) Polymer Preprints, Japan, Vol.43, No.3, p.735〜736 (1994) Polymer Preprints, Japan, Vol.42, No.3, p.730 (1993)
Further, Patent Document 1 proposes a solid polymer electrolyte made of sulfonated rigid polyphenylene. This polymer is mainly composed of a polymer obtained by polymerizing an aromatic compound composed of a phenylene chain, and this is reacted with a sulfonating agent to introduce a sulfonic acid group. However, although the proton conductivity is improved by increasing the amount of sulfonic acid groups introduced, at the same time, the mechanical properties of the resulting sulfonated polymer, such as toughness such as elongation at break and bending resistance, and hot water resistance are significantly impaired. There was a problem.
US Pat. No. 5,403,675 Polymer Preprints, Japan, Vol.42, No.7, p.2490-2492 (1993) Polymer Preprints, Japan, Vol.43, No.3, p.735〜736 (1994) Polymer Preprints, Japan, Vol.42, No.3, p.730 (1993)

本発明の課題は、スルホン酸基の導入量を増加しても優れた耐熱水性と機械的特性を有するスルホン化ポリマーおよびその原料である、芳香族スルホン酸エステル誘導体を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a sulfonated polymer having excellent hot water resistance and mechanical properties even when the amount of sulfonic acid groups introduced is increased, and an aromatic sulfonate derivative which is a raw material thereof.

本発明者らは、上記の問題点を解決すべく、鋭意研究した。その結果、特定の構成単位を有する、スルホン化ポリアリーレンによって、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。   The present inventors have intensively studied to solve the above problems. As a result, it has been found that the above problems can be solved by a sulfonated polyarylene having a specific structural unit, and the present invention has been completed.

本発明の態様は、以下[1]〜[7]に示される。
[1]下記一般式(1)で表される芳香族スルホン酸エステル誘導体。
Embodiments of the present invention are shown in [1] to [7] below.
[1] An aromatic sulfonic acid ester derivative represented by the following general formula (1).

Figure 2007210919
Figure 2007210919

[式(1)中、Xはフッ素を除くハロゲン原子(塩素、臭素、ヨウ素)、−OSO2CH3および−OSO2CF3からなる群より選ばれる原子または基を示し、Yは−CO−または−S
2−を示し、Zは酸素原子または硫黄原子または−CO−または−SO2−または−SO
−を示し、Rは独立に炭素数4〜20の炭化水素基を示す。lは0〜4の整数を示し、mは0以上の整数を示す。
Arは、下記一般式(2)または(3)で表される構造を示す。
[In the formula (1), X a halogen atom except fluorine (chlorine, bromine, iodine), - indicates OSO 2 CH 3 and atom or a group selected from the group consisting of -OSO 2 CF 3, Y is -CO- Or -S
Represents O 2 —, Z represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CO— or —SO 2 — or —SO
-And R independently represents a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms. l represents an integer of 0 to 4, and m represents an integer of 0 or more.
Ar represents a structure represented by the following general formula (2) or (3).

Figure 2007210919
Figure 2007210919

式(2)中、Uは−CO−または−SO2−または−SO−を示し、Rは独立に炭素数4
〜20の炭化水素基を示すし、nは0〜4の整数を示し、oは0〜4の整数を示す。ただし、l+n+o≧1である。
In the formula (2), U represents —CO— or —SO 2 — or —SO—, and R independently represents 4 carbon atoms.
N represents an integer of 0 to 4, and o represents an integer of 0 to 4. However, l + n + o ≧ 1.

式(3)中、Vは酸素原子または硫黄原子または−CR’2−または−CO−または−SO2−または−SO−を示し、R’は炭素数1〜20の炭化水素基を示し、Rは独立に炭素
数4〜20の炭化水素基を示し、pは0〜3の整数を示し、qは0〜4の整数を示す。ただし、l+p+q≧1である。]
[2]下記一般式(1’)で表される構成単位を有するポリアリーレン系重合体。
In the formula (3), V represents an oxygen atom, a sulfur atom, -CR ' 2 -or -CO-, -SO 2 -or -SO-, R' represents a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, R independently represents a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms, p represents an integer of 0 to 3, and q represents an integer of 0 to 4. However, l + p + q ≧ 1. ]
[2] A polyarylene polymer having a structural unit represented by the following general formula (1 ′).

Figure 2007210919
Figure 2007210919

[式(1’)中、Yは−CO−または−SO2−を示し、Zは酸素原子または硫黄原子または−CO−または−SO2−または−SO−を示す。lは0〜4の整数を示し、mは0以上
の整数を示す。
[In the formula (1 ′), Y represents —CO— or —SO 2 —, and Z represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CO—, —SO 2 — or —SO—. l represents an integer of 0 to 4, and m represents an integer of 0 or more.

Ar’は、下記一般式(2’)または(3’)で表される構造を示す。式(2’)中、Uは−CO−または−SO2−または−SO−を示す。nは0〜4の整数を示し、oは0〜4の
整数を示す。ただし、l+n+o≧1である。式(3’)中、Vは酸素原子または硫黄原子または−CR’2−または−CO−または−SO2−を示し、pは0〜3の整数を示し、qは0〜4の整数を示す。ただし、R’は炭素数1〜20の炭化水素基を示し、l+p+q≧1である。]
Ar ′ represents a structure represented by the following general formula (2 ′) or (3 ′). In the formula (2 ′), U represents —CO— or —SO 2 — or —SO—. n represents an integer of 0 to 4, and o represents an integer of 0 to 4. However, l + n + o ≧ 1. In the formula (3 ′), V represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CR ′ 2 —, —CO— or —SO 2 —, p represents an integer of 0 to 3, and q represents an integer of 0 to 4. Show. However, R 'shows a C1-C20 hydrocarbon group and it is l + p + q> = 1. ]

Figure 2007210919
Figure 2007210919

[3]さらに、一般式(4)で表される構成単位を有する[2]のポリアリーレン系共重合体。 [3] The polyarylene copolymer of [2] further having a structural unit represented by the general formula (4).

Figure 2007210919
Figure 2007210919

[4]一般式(1’)が下記一般式(1’a)で表される構成単位である[2]または[3]のポリア
リーレン系共重合体。
[4] The polyarylene copolymer of [2] or [3], wherein the general formula (1 ′) is a structural unit represented by the following general formula (1′a).

Figure 2007210919
Figure 2007210919

[式(1’a)中、Zは酸素原子または硫黄原子または−CO−または−SO2−または−S
O−を示す。lは0〜4の整数を示し、mは0以上の整数を示す。Arは、下記一般式(
2’a)または(3’a)で表される構造を示す。
[In the formula (1′a), Z represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CO—, —SO 2 — or —S.
O- is shown. l represents an integer of 0 to 4, and m represents an integer of 0 or more. Ar is represented by the following general formula (
The structure represented by 2′a) or (3′a) is shown.

Figure 2007210919
Figure 2007210919

式(2’a)中、Uは−CO−または−SO2−または−SO−を示し、nは0〜4の整数を示し、oは0〜4の整数を示す。ただし、l+n+o≧1である。式(3’a)中、Vは酸素原子または硫黄原子または−CR’2−または−CO−または−SO2−または−SO−を示し、pは0〜3の整数を示し、qは0〜4の整数を示す。ただし、ただしR’は炭素数1〜20の炭化水素基を示し、l+p+q≧1である。]
[5]前記構成単位が下記一般式(1'b)〜(1'e)で表される構成単位である[2]〜[4]の
ポリアリーレン系共重合体。
In formula (2′a), U represents —CO— or —SO 2 — or —SO—, n represents an integer of 0 to 4, and o represents an integer of 0 to 4. However, l + n + o ≧ 1. In formula (3′a), V represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CR ′ 2 — or —CO—, —SO 2 — or —SO—, p represents an integer of 0 to 3, and q represents 0 Represents an integer of ~ 4. However, R ′ represents a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and 1 + p + q ≧ 1. ]
[5] The polyarylene copolymer of [2] to [4], wherein the structural unit is a structural unit represented by the following general formulas (1′b) to (1′e).

Figure 2007210919
Figure 2007210919

[式(1’b)中、Zは酸素原子または硫黄原子または−CO−または−SO2−または−
SO−を示し、Uは−CO−または−SO2−または−SO−を示す。lは0〜4の整数
を示し、nは0〜4の整数を示し、oは0〜4の整数を示す。ただし、l+n+o≧1である。
[In the formula (1′b), Z represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CO— or —SO 2 — or —
Indicates SO-, U is -CO- or -SO 2 - shows the or -SO-. l represents an integer of 0 to 4, n represents an integer of 0 to 4, and o represents an integer of 0 to 4. However, l + n + o ≧ 1.

式(1'c)中、Uは−CO−または−SO2−または−SO−を示す。nは0〜4の整数を示し、oは0〜4の整数を示す。ただし、n+o≧1である。
式(1'd)中、Zは酸素原子または硫黄原子または−CO−または−SO2−または−SO−を示し、Vは酸素原子または硫黄原子または−CR’2−または−CO−または−S
2−または−SO−を示す。lは0〜4の整数を示し、pは0〜3の整数を示し、qは
0〜4の整数を示す。ただし、R’は炭素数1〜20の炭化水素基を示しl+p+q≧1である。
In formula (1′c), U represents —CO— or —SO 2 — or —SO—. n represents an integer of 0 to 4, and o represents an integer of 0 to 4. However, n + o ≧ 1.
In formula (1′d), Z represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CO—, —SO 2 — or —SO—, and V represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CR ′ 2 —, —CO— or —. S
O 2 — or —SO— is shown. l represents an integer of 0 to 4, p represents an integer of 0 to 3, and q represents an integer of 0 to 4. However, R 'shows a C1-C20 hydrocarbon group and is l + p + q> = 1.

式(1’e)中、Vは酸素原子または硫黄原子または−CR’2−または−CO−または−SO2−または−SO−を示す。lは0〜4の整数を示し、pは0〜3の整数を示し、q
は0〜4の整数を示す。ただし、R’は炭素数1〜20の炭化水素基を示し、l+p+q≧1である。]
[6]下記一般式(1’f)〜(1'i)で表される構成単位である[2]または[3]のポリアリーレン系共重合体。
In formula (1′e), V represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CR ′ 2 —, —CO—, —SO 2 — or —SO—. l represents an integer of 0 to 4, p represents an integer of 0 to 3, q
Represents an integer of 0 to 4. However, R 'shows a C1-C20 hydrocarbon group and it is l + p + q> = 1. ]
[6] A polyarylene copolymer of [2] or [3], which is a structural unit represented by the following general formulas (1′f) to (1′i).

Figure 2007210919
Figure 2007210919

[式(1’f)中、Zは酸素原子または硫黄原子または−CO−または−SO2−または−
SO−を示し、Uは−CO−または−SO2−または−SO−を示す。lは0〜1の整数
を示し、nは0〜1の整数を示し、oは0〜2の整数を示す。ただし、l+n+o≧1である。
[In the formula (1′f), Z represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CO— or —SO 2 — or —
Indicates SO-, U is -CO- or -SO 2 - shows the or -SO-. l represents an integer of 0 to 1, n represents an integer of 0 to 1, and o represents an integer of 0 to 2. However, l + n + o ≧ 1.

式(1’g)中、Uは−CO−または−SO2−または−SO−を示す。nは0〜1の整
数を示し、oは0〜2の整数を示す。ただし、n+o≧1である。
式(1’h)中、Zは酸素原子または硫黄原子または−CO−または−SO2−または−SO−を示し、Vは酸素原子または硫黄原子または−CR’2−または−CO−または−SO2−または−SO−を示す。lは0〜1の整数を示し、pは0〜1の整数を示し、qは0
〜2の整数を示す。ただし、R’は炭素数1〜20の炭化水素基を示し、l+p+q≧1である。
In the formula (1′g), U represents —CO— or —SO 2 — or —SO—. n represents an integer of 0 to 1, and o represents an integer of 0 to 2. However, n + o ≧ 1.
In formula (1′h), Z represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CO—, —SO 2 — or —SO—, and V represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CR ′ 2 —, —CO— or —. SO 2 — or —SO— is shown. l represents an integer of 0 to 1, p represents an integer of 0 to 1, and q represents 0.
An integer of ~ 2 is shown. However, R 'shows a C1-C20 hydrocarbon group and it is l + p + q> = 1.

式(1’i)中、Vは酸素原子または硫黄原子または−CR’2−または−CO−または−SO2−または−SO−を示す。pは0〜1の整数を示し、qは0〜2の整数を示す。た
だし、R’は炭素数1〜20の炭化水素基を示しp+q≧1である。]
[7][3]に記載のポリアリーレン系共重合体を含む固体高分子電解質。
In the formula (1′i), V represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CR ′ 2 —, —CO—, —SO 2 — or —SO—. p represents an integer of 0 to 1, and q represents an integer of 0 to 2. However, R 'shows a C1-C20 hydrocarbon group and is p + q> = 1. ]
[7] A solid polymer electrolyte comprising the polyarylene copolymer according to [3].

本発明によれば、複数のスルホン酸エステル基を有する芳香族化合物、該化合物から誘導される複数のスルホン酸基を有する芳香族ユニットと、スルホン酸基を有さないユニットとを有する共重合体を提供することができる。本発明の複数のスルホン酸基を有する芳香族ユニットの効果により、高いスルホン酸濃度の共重合体が合成でき、プロトン伝導度
の高い材料設計が可能となる。またこのような複数のスルホン酸基を有する芳香族ユニットを用いることで、共重合体中のスルホン酸基を有さないユニットの組成比を増加させても、高いスルホン酸濃度の共重合体が合成でき、熱水耐性や機械的特性に優れた材料設計が可能となる。
According to the present invention, a copolymer having an aromatic compound having a plurality of sulfonic acid ester groups, an aromatic unit having a plurality of sulfonic acid groups derived from the compound, and a unit having no sulfonic acid group Can be provided. Due to the effect of the aromatic unit having a plurality of sulfonic acid groups of the present invention, a copolymer having a high sulfonic acid concentration can be synthesized, and a material design with high proton conductivity can be achieved. Further, by using such an aromatic unit having a plurality of sulfonic acid groups, a copolymer having a high sulfonic acid concentration can be obtained even when the composition ratio of units having no sulfonic acid group in the copolymer is increased. It is possible to synthesize and design materials with excellent hot water resistance and mechanical properties.

以下、本発明の芳香族スルホン酸エステル誘導体について詳細に説明する。
<芳香族スルホン酸エステル誘導体>
本発明の芳香族スルホン酸エステル誘導体は、下記一般式(1)で表される。
Hereinafter, the aromatic sulfonic acid ester derivative of the present invention will be described in detail.
<Aromatic sulfonic acid ester derivative>
The aromatic sulfonic acid ester derivative of the present invention is represented by the following general formula (1).

Figure 2007210919
Figure 2007210919

式(1)中、Xはフッ素を除くハロゲン原子(塩素、臭素、ヨウ素)、−OSO2CH3および−OSO2CF3からなる群より選ばれる原子または基を示し、ハロゲン原子が好ましい。Yは−CO−または−SO2−を示し、−CO−が好ましい。Zは酸素原子または硫黄原子または−CO−または−SO2−または−SO−を示す。 In the formula (1), X is a halogen atom other than fluorine (chlorine, bromine, iodine), - indicates OSO 2 CH 3 and atom or a group selected from the group consisting of -OSO 2 CF 3, halogen atoms are preferred. Y represents —CO— or —SO 2 —, preferably —CO—. Z represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CO—, —SO 2 — or —SO—.

lは0〜4の整数を示し、mは0以上の整数を示し、好ましくは0または1である。Arは、下記一般式(2)または(3)で表される構造を示す。
式(2)中、Uは−CO−または−SO2−または−SO−を示し、nは0〜4の整数を
示し、oは0〜4の整数を示す。ただし、l+n+o≧1である。
l represents an integer of 0 to 4, m represents an integer of 0 or more, and is preferably 0 or 1. Ar represents a structure represented by the following general formula (2) or (3).
In formula (2), U represents —CO— or —SO 2 — or —SO—, n represents an integer of 0 to 4, and o represents an integer of 0 to 4. However, l + n + o ≧ 1.

式(3)中、Vは酸素原子または硫黄原子または−CR'2−または−CO−または−SO2−を示し、pは0〜3の整数を示し、qは0〜4の整数を示す。ただしR'は炭素数1〜20の炭化水素基を示し、l+p+q≧1である。 In formula (3), V represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CR ′ 2 —, —CO— or —SO 2 —, p represents an integer of 0 to 3, and q represents an integer of 0 to 4. . R ′ represents a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and l + p + q ≧ 1.

Rは独立に炭素数4〜20の炭化水素基を示す。具体的には、t−ブチル基、sec−ブチル基、イソブチル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、ネオペンチル基、シクロペンチル基、n−ヘキシル基、シクロヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、シクロペンチルメチル基、アダマンチル基、シクロヘキシルメチル基、アダマンチルメチル基、テトラヒドロフルフリル基、2−メチルブチル基、3,3−ジメチル−2,4−ジオキソランメチル基、ビシクロ[2.2.1]ヘプチル基、ビシクロ[2.2.1]ヘプチルメチル基などの直鎖状炭化水素基、分岐状炭化水素基、脂環式炭化水素基などが挙げられる。   R independently represents a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms. Specifically, t-butyl group, sec-butyl group, isobutyl group, n-butyl group, n-pentyl group, neopentyl group, cyclopentyl group, n-hexyl group, cyclohexyl group, heptyl group, octyl group, 2- Ethylhexyl group, cyclopentylmethyl group, adamantyl group, cyclohexylmethyl group, adamantylmethyl group, tetrahydrofurfuryl group, 2-methylbutyl group, 3,3-dimethyl-2,4-dioxolanemethyl group, bicyclo [2.2.1] Examples thereof include straight chain hydrocarbon groups such as heptyl group and bicyclo [2.2.1] heptylmethyl group, branched hydrocarbon groups, and alicyclic hydrocarbon groups.

後述する、共重合体とする場合、これらの中でも、ネオペンチル基、テトラヒドロフルフリル基、シクロペンチルメチル基、シクロヘキシルメチル基、アダマンチルメチル基、ビシクロ[2.2.1]ヘプチルメチル基が好ましく、ネオペンチル基がより好ましい。   In the case of a copolymer described later, among these, a neopentyl group, a tetrahydrofurfuryl group, a cyclopentylmethyl group, a cyclohexylmethyl group, an adamantylmethyl group, a bicyclo [2.2.1] heptylmethyl group are preferable, and a neopentyl group Is more preferable.

Figure 2007210919
Figure 2007210919

このような芳香族スルホン酸エステルとしては、以下のものが例示される。   Examples of such aromatic sulfonic acid esters include the following.

Figure 2007210919
Figure 2007210919

このような芳香族スルホン酸エステル誘導体の合成方法としては、式(1)で表される化合物が合成できれば特に制限されるものではない。たとえば、特定のクロロベンゾフェノンとヒドロキシベンゾフェノンとを反応させたのち、硫酸エステル基を導入しても良い。また式(1)または(2)で表される官能基を誘導する化合物と、クロロスルホン化物を反応させて合成することも可能である。また式(1)または(2)で表される官能基を誘導する化合物を合成し、硫酸エステル基を導入した後に、酸化反応を行うことにより合成することも可能である。   The method for synthesizing such an aromatic sulfonic acid ester derivative is not particularly limited as long as the compound represented by the formula (1) can be synthesized. For example, a sulfate group may be introduced after reacting a specific chlorobenzophenone and hydroxybenzophenone. It can also be synthesized by reacting a compound that induces a functional group represented by formula (1) or (2) with a chlorosulfonated product. It is also possible to synthesize a compound that induces a functional group represented by the formula (1) or (2), introduce a sulfate ester group, and then perform an oxidation reaction.

得られた芳香族スルホン酸エステル誘導体は、必要に応じて精製され、また、末端Naをエステル交換される。
芳香族スルホン酸エステル誘導体の同定方法としては、特に制限されるものではなく、公知、NMRなどの方法が採用される。
The obtained aromatic sulfonic acid ester derivative is purified as necessary, and terminal Na is transesterified.
The identification method of the aromatic sulfonic acid ester derivative is not particularly limited, and a known method such as NMR is employed.

<スルホン化ポリアリーレン>
本発明に係るポリアリーレン系重合体は、下記一般式(1')で表される構成単位を有す
る。
<Sulfonated polyarylene>
The polyarylene polymer according to the present invention has a structural unit represented by the following general formula (1 ′).

Figure 2007210919
Figure 2007210919

式(1')中、Yは−CO−または−SO2−を示し、−CO−が好ましい。Zは酸素原子
または硫黄原子または−CO−または−SO2−または−SO−を示す。
lは0〜4の整数を示し、mは0以上の整数を示し、好ましくは0または1である。Ar’は、下記一般式(2')または(3')で表される構造を示す。
In formula (1 ′), Y represents —CO— or —SO 2 —, preferably —CO—. Z represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CO—, —SO 2 — or —SO—.
l represents an integer of 0 to 4, m represents an integer of 0 or more, and is preferably 0 or 1. Ar ′ represents a structure represented by the following general formula (2 ′) or (3 ′).

Figure 2007210919
Figure 2007210919

式(2)中、Uは−CO−または−SO2−または−SO−を示し、nは0〜4の整数を
示し、oは0〜4の整数を示す。ただし、l+n+o≧1である。式(3)中、Vは酸素原子または硫黄原子または−CR'2−または−CO−または−SO2−を示し、pは0〜3の
整数を示し、qは0〜4の整数を示す。ただし、ただしR'は炭素数1〜20の炭化水素基を示し、l+p+q≧1である。
In formula (2), U represents —CO— or —SO 2 — or —SO—, n represents an integer of 0 to 4, and o represents an integer of 0 to 4. However, l + n + o ≧ 1. In formula (3), V represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CR ′ 2 —, —CO— or —SO 2 —, p represents an integer of 0 to 3, and q represents an integer of 0 to 4. . However, R ′ represents a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and l + p + q ≧ 1.

<スルホン化ポリアリーレン系共重合体>
本発明に係るポリアリーレン系重合体は、上記式(1')で表される構成単位の単独重
合体であってもよく、通常、一般式(4)で表される構成単位を含むことが望ましい。このような構成単位を含んでいると、重合体の強度や耐水性を向上させることができる。
<Sulfonated polyarylene copolymer>
The polyarylene polymer according to the present invention may be a homopolymer of a structural unit represented by the above formula (1 ′), and usually contains a structural unit represented by the general formula (4). desirable. When such a structural unit is contained, the strength and water resistance of the polymer can be improved.

Figure 2007210919
Figure 2007210919

式(4)中、AおよびDは、それぞれ独立に直接結合、−O−、−S−、−CO−、−SO2−、−SO−、−CONH−、−COO−、−(CF2)i−(iは1〜10の整数である)、−(CH2)j−(jは1〜10の整数である)、−CR’2−(R’は脂肪族炭化水素基、
芳香族炭化水素基またはハロゲン化炭化水素基を示す。)、シクロヘキシリデン基および
フルオレニリデン基からなる群より選ばれる少なくとも1種の構造を示す。これらの中では、直接結合、−O−、−CO−、−SO2−、−CR’2−、シクロヘキシリデン基およびフルオレニリデン基が好ましい。R’としては、たとえば、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、t−ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、オクタデシル基、エチルヘキシル基、フェニル基、トリフルオロメチル基、これらの置換基中の水素原子の一部もしくはすべてがハロゲン化された置換基などが
挙げられる。
In formula (4), A and D are each independently a direct bond, —O—, —S—, —CO—, —SO 2 —, —SO—, —CONH—, —COO—, — (CF 2 ) i - (i is an integer of 1 to 10), - (CH 2) j - (j is an integer of 1 to 10), - CR '2 - ( R' is an aliphatic hydrocarbon group,
An aromatic hydrocarbon group or a halogenated hydrocarbon group is shown. ), At least one structure selected from the group consisting of a cyclohexylidene group and a fluorenylidene group. Among these, a direct bond, —O—, —CO—, —SO 2 —, —CR ′ 2 —, a cyclohexylidene group and a fluorenylidene group are preferable. Examples of R ′ include methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, t-butyl group, hexyl group, octyl group, decyl group, octadecyl group, ethylhexyl group, phenyl group, trifluoro group. Examples thereof include a methyl group and a substituent in which some or all of hydrogen atoms in these substituents are halogenated.

Bは独立に酸素原子または硫黄原子を示し、酸素原子が好ましい。
1〜R16は、互いに同一でも異なっていてもよく、水素原子、フッ素原子、アルキル
基、一部もしくはすべてがハロゲン化されたハロゲン化アルキル基、アリル基、アリール基、ニトロ基およびニトリル基からなる群より選ばれる少なくとも1種の原子または基を示す。
B independently represents an oxygen atom or a sulfur atom, preferably an oxygen atom.
R 1 to R 16 may be the same as or different from each other, and are a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group, a halogenated alkyl group, an allyl group, an aryl group, a nitro group, and a nitrile group, which are partially or completely halogenated. At least one atom or group selected from the group consisting of

上記アルキル基としては、たとえば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、アミル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基などが挙げられる。
上記ハロゲン化アルキル基としては、たとえば、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、パーフルオロプロピル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロペンチル基、パーフルオロヘキシル基などが挙げられる。
Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, an amyl group, a hexyl group, a cyclohexyl group, and an octyl group.
Examples of the halogenated alkyl group include a trifluoromethyl group, a pentafluoroethyl group, a perfluoropropyl group, a perfluorobutyl group, a perfluoropentyl group, and a perfluorohexyl group.

上記アリル基としては、たとえば、プロペニル基などが挙げられる。上記アリール基としては、たとえば、フェニル基、ペンタフルオロフェニル基などが挙げられる。
sおよびtは0〜4の整数を示す。rは0または1以上の整数を示し、上限は通常100、好ましくは1〜80である。
As said allyl group, a propenyl group etc. are mentioned, for example. Examples of the aryl group include a phenyl group and a pentafluorophenyl group.
s and t show the integer of 0-4. r shows 0 or an integer greater than or equal to 1, and an upper limit is 100 normally, Preferably it is 1-80.

上記構成単位(4)の好ましい構造としては、上記式(4)において
(1)s=1およびt=1であり、Aが−CR’2−、シクロヘキシリデン基またはフルオ
レニリデン基であり、Bが酸素原子であり、Dが−CO−または−SO2−であり、R1〜R16が水素原子またはフッ素原子である構造、
(2)s=1およびt=0であり、Bが酸素原子であり、Dが−CO−または−SO2−で
あり、R1〜R16が水素原子またはフッ素原子である構造、
(3)s=0およびt=1であり、Aが−CR’2−、シクロヘキシリデン基またはフルオ
レニリデン基、Bが酸素原子であり、R1〜R16が水素原子、フッ素原子またはニトリル
基である構造
が挙げられる。
As a preferable structure of the structural unit (4), in the above formula (4),
(1) s = 1 and t = 1, A is —CR ′ 2 —, a cyclohexylidene group or a fluorenylidene group, B is an oxygen atom, and D is —CO— or —SO 2 —. , R 1 to R 16 are hydrogen atoms or fluorine atoms,
(2) a structure in which s = 1 and t = 0, B is an oxygen atom, D is —CO— or —SO 2 —, and R 1 to R 16 are a hydrogen atom or a fluorine atom,
(3) s = 0 and t = 1, A is —CR ′ 2 —, a cyclohexylidene group or a fluorenylidene group, B is an oxygen atom, and R 1 to R 16 are a hydrogen atom, a fluorine atom or a nitrile group The structure which is is mentioned.

上記構成単位(4)となりうるモノマーもしくはオリゴマー(以下「化合物(4’)」とも
いう)は、たとえば、特開2004−137444号公報に記載の方法を参照することに
より合成することができる。
The monomer or oligomer (hereinafter also referred to as “compound (4 ′)”) that can be the structural unit (4) can be synthesized, for example, by referring to the method described in JP-A No. 2004-137444.

<スルホン化ポリアリーレンの製造方法>
本発明のスルホン化ポリアリーレンは、たとえば、特開2004−137444号公報に記載の方法で合成することができる。
<Method for producing sulfonated polyarylene>
The sulfonated polyarylene of the present invention can be synthesized, for example, by the method described in JP-A No. 2004-137444.

具体的には、まず、上記式(1)で表される芳香族スルホン酸エステル誘導体、および上記化合物(4)の前駆体である下記一般式(4’)で表される化合物を触媒の存在下で共重合させ、スルホン酸エステル基を有するポリアリーレンを製造し、該スルホン酸エステル基を脱エステル化して、スルホン酸エステル基をスルホン酸基に変換することにより合成することができる。   Specifically, first, an aromatic sulfonic acid ester derivative represented by the above formula (1) and a compound represented by the following general formula (4 ′) which is a precursor of the above compound (4) are present in the presence of a catalyst. It can be synthesized by copolymerizing under the above to produce a polyarylene having a sulfonate group, deesterifying the sulfonate group, and converting the sulfonate group to a sulfonate group.

Figure 2007210919
Figure 2007210919

式(4’)中、Xは、フッ素を除くハロゲン原子(塩素、臭素、ヨウ素)、−OSO2CH3
よび−OSO2CF3からなる群より選ばれる原子または基を示し、塩素または臭素が好ましい。A、B、D、R1〜R16、s、t、rは、上記式(4)中のA、B、D、R1〜R16、s、t、rと同義である。
Wherein (4 '), X is a halogen atom other than fluorine (chlorine, bromine, iodine), - OSO 2 CH 3 and -OSO 2 CF 3 shows an atom or a group selected from the group consisting of chlorine or bromine preferable. A, B, D, R 1 ~R 16, s, t, r is, A, in the formula (4) B, which is D, R 1 ~R 16, s , t, synonymous with r.

上記重合の際に用いられる触媒は、遷移金属化合物を含む触媒系であり、このような触媒系としては、(i)遷移金属塩および配位子となる化合物(以下、「配位子成分」という。) 、または、配位子が配位された遷移金属錯体(銅塩を含む)と、(ii)還元剤とを必須成分とし、さらに、重合速度を上げるために「塩」を添加してもよい。   The catalyst used in the above polymerization is a catalyst system containing a transition metal compound, and such a catalyst system includes (i) a compound that becomes a transition metal salt and a ligand (hereinafter referred to as `` ligand component ''). Or a transition metal complex coordinated with a ligand (including a copper salt) and (ii) a reducing agent as essential components, and a salt is added to increase the polymerization rate. May be.

これらの触媒成分の具体例、各成分の使用割合、反応溶媒、濃度、温度、時間等の重合条件などは、特開2001−342241号公報に記載されている化合物および条件等を参考にして使用または設定することができる。   Specific examples of these catalyst components, use ratio of each component, polymerization conditions such as reaction solvent, concentration, temperature, time, etc. are used with reference to the compounds and conditions described in JP-A No. 2001-342241. Or can be set.

上記のような方法により製造されるスルホン化ポリアリーレンのイオン交換容量は、通常0.3〜5meq/g、好ましくは0.5〜4meq/g、さらに好ましくは0.8〜3.5meq/gである。イオン交換容量が上記範囲よりも低いと、プロトン伝導度が低く、発電性能が低くなる傾向にあり、上記範囲を超えると、耐水性が大幅に低下する傾向にある。   The ion exchange capacity of the sulfonated polyarylene produced by the above method is usually 0.3 to 5 meq / g, preferably 0.5 to 4 meq / g, more preferably 0.8 to 3.5 meq / g. It is. If the ion exchange capacity is lower than the above range, proton conductivity tends to be low and power generation performance tends to be low, and if it exceeds the above range, water resistance tends to be greatly reduced.

ただし、今回開発した多スルホン化モノマーを用いると、従来のモノスルホン化モノマーを用いた場合と比較して、イオン交換量を大幅に大きくできた。このため、今回合成したポリマーは、従来のポリマーと比較して高いプロトン伝導度を有する傾向にある。   However, the amount of ion exchange could be significantly increased by using the newly sulfonated monomer compared to the case of using a conventional monosulfonated monomer. For this reason, the polymer synthesized this time tends to have a higher proton conductivity than the conventional polymer.

上記イオン交換容量は、たとえば、上記化合物(1’)および化合物(4’)の種類、使用割合、組み合わせなどを変えることにより、調整することができる。なお、本発明のスルホン化ポリアリーレンは、構成単位(1)を0.5〜100モル%、好ましくは10〜99.999モル%の割合で、構成単位(4)を99.5〜0モル%、好ましくは90〜0.001モル%の割合で含有することが望ましい。   The ion exchange capacity can be adjusted, for example, by changing the types, use ratios, combinations, and the like of the compound (1 ′) and the compound (4 ′). In the sulfonated polyarylene of the present invention, the structural unit (1) is 0.5 to 100 mol%, preferably 10 to 99.999 mol%, and the structural unit (4) is 99.5 to 0 mol. %, Preferably 90 to 0.001 mol%.

このようにして得られるスルホン化ポリアリーレンの重量平均分子量は、ゲルパーミエションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算で、1万〜100万、好ましくは2万〜50万、より好ましくは3万〜30万である。   The weight average molecular weight of the sulfonated polyarylene thus obtained is 10,000 to 1,000,000, preferably 20,000 to 500,000, more preferably 30,000 to 30 in terms of polystyrene by gel permeation chromatography (GPC). It is ten thousand.

このようなポリアリーレン系重合体は、プロトン伝導性が高く、燃料電池のプロトン伝導膜、電極電解質、結着剤として好適に使用できる。また、このようなポリアリーレン系重合体を含む電極電解質は、膜電極接合体としても好適である。   Such a polyarylene polymer has high proton conductivity, and can be suitably used as a proton conductive membrane, an electrode electrolyte, and a binder for a fuel cell. An electrode electrolyte containing such a polyarylene polymer is also suitable as a membrane electrode assembly.

[実施例]
以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。なお、実施例における各種の測定項目は、下記のようにして求
めた。
[Example]
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further more concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples. The various measurement items in the examples were determined as follows.

(分子量)
重合体の分子量は、GPCによってポリスチレン換算の重量平均分子量を求めた。溶媒として臭化リチウムを添加したN−メチル−2−ピロリドンを用いた。
(Molecular weight)
As for the molecular weight of the polymer, the weight average molecular weight in terms of polystyrene was determined by GPC. N-methyl-2-pyrrolidone to which lithium bromide was added was used as a solvent.

(イオン交換容量)
得られたスルホン化ポリマーの水洗水がpH4〜6になるまで洗浄して、フリーの残存している酸を除去して十分に洗浄し、乾燥した後、所定量を秤量し、THF/水の混合溶剤に溶解させ、フェノールフタレインを指示薬とし、NaOHの標準液にて滴定し、中和点からイオン交換容量を求めた。
(Ion exchange capacity)
The obtained sulfonated polymer is washed with water until the pH becomes 4 to 6, the free remaining acid is removed and washed thoroughly, and after drying, a predetermined amount is weighed, and THF / water It was dissolved in a mixed solvent, phenolphthalein was used as an indicator, titrated with a standard solution of NaOH, and the ion exchange capacity was determined from the neutralization point.

<合成例1>
2,5-ジクロロ-4’-フルオロベンゾフェノン53.8g(0.2mol)、4―ヒドロキ
シベンゾフェノン39.6g(0.2mol)、炭酸カリウム35.9g(0.26mol)をフラスコにとり、ジメチルアセトアミドを200ml加えた。100℃で10時間反応溶液を攪拌した後、反応溶液に水を加えた。酢酸エチルを用いて有機物を抽出した。抽出溶液に硫酸マグネシウムを加えて乾燥させた後、エバポレーターをもちいて溶媒を留去した。ヘキサンと酢酸エチルの混合溶媒を用いて再結晶単離精製を行い、4-(2,5-ジクロロベ
ンゾイル)-4'-ベンゾイルジフェニルエーテルを54.5g得た。
<Synthesis Example 1>
2,5-dichloro-4'-fluorobenzophenone 53.8 g (0.2 mol), 4-hydroxybenzophenone 39.6 g (0.2 mol), potassium carbonate 35.9 g (0.26 mol) were placed in a flask, and dimethylacetamide was added. 200 ml was added. After stirring the reaction solution at 100 ° C. for 10 hours, water was added to the reaction solution. The organic substance was extracted using ethyl acetate. Magnesium sulfate was added to the extracted solution and dried, and then the solvent was distilled off using an evaporator. Recrystallization isolation purification was carried out using a mixed solvent of hexane and ethyl acetate to obtain 54.5 g of 4- (2,5-dichlorobenzoyl) -4′-benzoyldiphenyl ether.

4-(2,5-ジクロロベンゾイル)-4'-ベンゾイルジフェニルエーテル38.0g(0.08
5mol)を冷却管、三方コック、温度計を取り付けた3口フラスコにとり、窒素置換を
行なった。ここに、クロロスルホン酸149g(1.28mol)を加えて攪拌し溶解させた。オイルバスで反応液を100℃まで加熱し、10時間攪拌した。反応終了後、室温まで放冷したのち、反応液を氷水に注いだ。有機物を酢酸エチルにより抽出した。得られた有機層を洗浄液が中性になるまで炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄し、さらに食塩水を用いて洗浄した。硫酸マグネシウムにより乾燥させた後、エバポレーターを用いて溶媒を留去することにより、クロロスルホン化物を57.3g得た。
4- (2,5-dichlorobenzoyl) -4'-benzoyldiphenyl ether 38.0 g (0.08
5 mol) was placed in a three-necked flask equipped with a condenser, a three-way cock, and a thermometer, and nitrogen substitution was performed. To this, 149 g (1.28 mol) of chlorosulfonic acid was added and dissolved by stirring. The reaction solution was heated to 100 ° C. in an oil bath and stirred for 10 hours. After the completion of the reaction, the reaction solution was allowed to cool to room temperature and then poured into ice water. The organics were extracted with ethyl acetate. The obtained organic layer was washed with an aqueous sodium hydrogen carbonate solution until the washing solution became neutral, and further washed with brine. After drying with magnesium sulfate, the solvent was distilled off using an evaporator to obtain 57.3 g of a chlorosulfonated product.

得られた、クロロスルホン化物49g(0.066mol)を、三方コックを取り付けた三口フラスコにとり、ピリジン200mlを加えた後、0℃に冷却した。ここに、2,2−ジメチル−1−プロパノール17.4g(0.198mol)を徐々に加えた、4時間氷冷下で攪拌した。反応終了後、反応溶液を塩酸水溶液に加えた。有機物を酢酸エチルを用いて抽出した。有機層を5%炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄し、次いで飽和食塩水で洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥させた後、エバポレーターを用いて溶媒を留去した。メタノール/ヘキサンから再結晶を行い、目的の化合物を40.5g得た。得られた化合物は下記式(I)で表される化合物であった。得られた化合物のNMRチャートを図1に示す
The obtained chlorosulfonated product 49 g (0.066 mol) was placed in a three-necked flask equipped with a three-way cock, 200 ml of pyridine was added, and the mixture was cooled to 0 ° C. To this, 17.4 g (0.198 mol) of 2,2-dimethyl-1-propanol was gradually added and stirred for 4 hours under ice cooling. After completion of the reaction, the reaction solution was added to an aqueous hydrochloric acid solution. The organic material was extracted with ethyl acetate. The organic layer was washed with 5% aqueous sodium hydrogen carbonate solution and then with saturated brine, dried over magnesium sulfate, and then the solvent was distilled off using an evaporator. Recrystallization from methanol / hexane gave 40.5 g of the desired compound. The obtained compound was a compound represented by the following formula (I). The NMR chart of the obtained compound is shown in FIG.

Figure 2007210919
Figure 2007210919

<合成例2>
ジフェニルチオエーテル18.63g(0.100mol)をフラスコにとり、塩化アルミニウム8.00g(0.060mol)を加えた。混合物を5℃に冷やした後、2,5−ジクロロベンゾイルクロライド10.5g(0.050mol)を30分かけて滴下した。
<Synthesis Example 2>
18.63 g (0.100 mol) of diphenylthioether was placed in a flask, and 8.00 g (0.060 mol) of aluminum chloride was added. After the mixture was cooled to 5 ° C., 10.5 g (0.050 mol) of 2,5-dichlorobenzoyl chloride was added dropwise over 30 minutes.

3時間反応溶液を室温で攪拌した後、反応溶液を氷水中に加えた。酢酸エチルを用いて有機物を抽出した。抽出後、有機層が中性になるまで、炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄し、さらに食塩水を用いて洗浄した。抽出溶液に硫酸マグネシウムを加えて乾燥させた後、エバポレーターをもちいて溶媒を留去した。ヘキサンと酢酸エチルの混合溶媒を用いて再結晶単離精製を行い、4-(2,5-ジクロロベンゾイル)−ジフェニルチオエーテルを12.4g得た。   The reaction solution was stirred at room temperature for 3 hours, and then the reaction solution was added to ice water. The organic substance was extracted using ethyl acetate. After extraction, the organic layer was washed with an aqueous sodium hydrogen carbonate solution until neutral, and further washed with brine. Magnesium sulfate was added to the extracted solution and dried, and then the solvent was distilled off using an evaporator. Recrystallization isolation and purification were performed using a mixed solvent of hexane and ethyl acetate to obtain 12.4 g of 4- (2,5-dichlorobenzoyl) -diphenylthioether.

4-(2,5-ジクロロベンゾイル)−ジフェニルチオエーテル10.06g(0.028mol)
を冷却管、三方コック、温度計を取り付けた3口フラスコにとり、窒素置換を行なった。ここに、硫酸8.3gを加えて攪拌し溶解させた。硫酸溶液に、30%発煙硫酸21.0gを加え80℃に加熱し、6時間加熱した。反応終了後、室温まで放冷したのち、反応液を氷水に注ぎ、水酸化ナトリウム水溶液を用いて中和し、不溶物をろ過した。ろ液を濃縮した後、ジメチルスルホキシドを加えた。不溶物をろ過し、ろ液を濃縮することにより、トリスルホン化物を15.0g得た。
4- (2,5-dichlorobenzoyl) -diphenylthioether 10.06 g (0.028 mol)
Was placed in a three-necked flask equipped with a condenser, a three-way cock, and a thermometer, and nitrogen substitution was performed. To this, 8.3 g of sulfuric acid was added and dissolved by stirring. To the sulfuric acid solution, 21.0 g of 30% fuming sulfuric acid was added and heated to 80 ° C. and heated for 6 hours. After completion of the reaction, the reaction solution was allowed to cool to room temperature, poured into ice water, neutralized with an aqueous sodium hydroxide solution, and insoluble matter was filtered off. After the filtrate was concentrated, dimethyl sulfoxide was added. Insoluble matter was filtered, and the filtrate was concentrated to obtain 15.0 g of a trisulfonated product.

攪拌機、温度計、窒素導入管、冷却管および滴下ロートを取り付けた三口フラスコに、トリスルホン化物39.9g(0.06mol)および酢酸420mlをはかりとった。そこに、過ホウ酸ナトリウム4水和物46.2g(0.271mol)くわえた。60℃で7時間攪拌した後、0℃まで冷やした。ろ過を行なってから、溶媒を留去した。水を100ml加えた後、水酸化ナトリウム水溶液をPHが6−7になるまで加えた。その後濃縮し、濃縮液をジイソプロピルエーテル溶液に加え、凝固させて化合物(II)を38.8g得た。   In a three-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer, a nitrogen introduction tube, a cooling tube and a dropping funnel, 39.9 g (0.06 mol) of trisulfonated product and 420 ml of acetic acid were weighed. Thereto was added 46.2 g (0.271 mol) of sodium perborate tetrahydrate. After stirring at 60 ° C for 7 hours, the mixture was cooled to 0 ° C. After filtration, the solvent was distilled off. After adding 100 ml of water, an aqueous sodium hydroxide solution was added until the pH was 6-7. After concentration, the concentrated solution was added to a diisopropyl ether solution and solidified to obtain 38.8 g of Compound (II).

Figure 2007210919
Figure 2007210919

窒素導入間管および攪拌機を取り付けた三口フラスコに、化合物(II)31.9g(0.
0457mol)、スルホラン10gをくわえ、塩化ホスホリルを69.9g(0.46mol)
室温で加えた。50℃で2時間攪拌後、反応液を氷水に加えたのち、酢酸エチルを用いて抽出した。有機層を5%炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄したのち、硫酸マグネシウムで乾燥した。ヘキサン、酢酸エチル混合溶媒から再結晶を行い、トリクロロスルホン化物30.6gを得た。
In a three-necked flask equipped with a nitrogen introduction tube and a stirrer, 31.9 g of compound (II) (0.
0457 mol), 10 g of sulfolane and 69.9 g (0.46 mol) of phosphoryl chloride.
Added at room temperature. After stirring at 50 ° C. for 2 hours, the reaction mixture was added to ice water and extracted with ethyl acetate. The organic layer was washed with 5% aqueous sodium hydrogen carbonate solution and then dried over magnesium sulfate. Recrystallization from a mixed solvent of hexane and ethyl acetate gave 30.6 g of trichlorosulfonate.

窒素導入管および攪拌機を取り付けた三口フラスコに、トリクロロスルホン化物31.6g(0.043mol)、ネオペンチルアルコール11.4g(0.143mol)およびピリジン70gをとり、0℃で12時間攪拌した。反応液をトルエンで希釈し、塩酸水溶液で2回洗浄した。さらに有機層を5%炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。メタノールから再結晶を行い、下記式(III)で表されるネオペンチル
エステル28.2gを得た。得られた化合物のNMRチャートを図2に示す。
In a three-necked flask equipped with a nitrogen introduction tube and a stirrer, 31.6 g (0.043 mol) of trichlorosulfonate, 11.4 g (0.143 mol) of neopentyl alcohol and 70 g of pyridine were taken and stirred at 0 ° C. for 12 hours. The reaction solution was diluted with toluene and washed twice with an aqueous hydrochloric acid solution. Further, the organic layer was washed with 5% aqueous sodium hydrogen carbonate solution and dried over magnesium sulfate. Recrystallization from methanol gave 28.2 g of neopentyl ester represented by the following formula (III). The NMR chart of the obtained compound is shown in FIG.

Figure 2007210919
Figure 2007210919

<合成例3>
攪拌機、温度計、窒素導入管を取り付けた三口フラスコに、9,9−ジメチルフルオレン9.7g(0.050mol)、塩化アルミニウム8.00g(0.060mol)をフラスコにとり、塩化メチレン50mlを加えた。反応溶液を5℃に冷やした後、2,5−ジクロロベンゾイルクロライド10.5g(0.050mol)を30分かけて滴下した。5時間反応溶液を室温で攪拌した後、反応溶液を氷水中に加えた。酢酸エチルを用いて有機物を抽出した。抽出後、有機層が中性になるまで、炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄し、さらに食塩水を用いて洗浄した。抽出溶液に硫酸マグネシウムを加えて乾燥させた後、エバポレーターをもちいて溶媒を留去した。ヘキサンと酢酸エチルの混合溶媒を用いて再結晶単離精製を行い、2−(2,5−ジクロロベンゾイル)−9,9−ジメチルフルオレンを16.4g得た。
<Synthesis Example 3>
9.7 g (0.050 mol) of 9,9-dimethylfluorene and 8.00 g (0.060 mol) of aluminum chloride were placed in a three-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer and a nitrogen introduction tube, and 50 ml of methylene chloride was added. . After cooling the reaction solution to 5 ° C., 10.5 g (0.050 mol) of 2,5-dichlorobenzoyl chloride was added dropwise over 30 minutes. After stirring the reaction solution for 5 hours at room temperature, the reaction solution was added to ice water. The organic substance was extracted using ethyl acetate. After extraction, the organic layer was washed with an aqueous sodium hydrogen carbonate solution until neutral, and further washed with brine. Magnesium sulfate was added to the extracted solution and dried, and then the solvent was distilled off using an evaporator. Recrystallization isolation and purification were performed using a mixed solvent of hexane and ethyl acetate to obtain 16.4 g of 2- (2,5-dichlorobenzoyl) -9,9-dimethylfluorene.

攪拌機、温度計、窒素導入管を取り付けた三口フラスコに、2−(2,5−ジクロロベ
ンゾイル)−9,9−ジメチルフルオレンを18.4g(0.05mol)とり、ここに、
クロロスルホン酸58.3g(0.5mol)を加えて攪拌し溶解させた。オイルバスで反応液を100℃まで加熱し、10時間攪拌した。反応終了後、室温まで放冷したのち、反応液を氷水に注いだ。有機物を酢酸エチルにより抽出した。得られた有機層を洗浄液が中性になるまで炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄し、さらに食塩水を用いて洗浄した。硫酸マグネシウムにより乾燥させた後、エバポレーターを用いて溶媒を留去することにより、クロロスルホン化物を23.4g得た。
In a three-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer, and a nitrogen introduction tube, 18.4 g (0.05 mol) of 2- (2,5-dichlorobenzoyl) -9,9-dimethylfluorene was taken.
58.3 g (0.5 mol) of chlorosulfonic acid was added and dissolved by stirring. The reaction solution was heated to 100 ° C. in an oil bath and stirred for 10 hours. After the completion of the reaction, the reaction solution was allowed to cool to room temperature and then poured into ice water. The organics were extracted with ethyl acetate. The obtained organic layer was washed with an aqueous sodium hydrogen carbonate solution until the washing solution became neutral, and further washed with brine. After drying with magnesium sulfate, the solvent was distilled off using an evaporator to obtain 23.4 g of a chlorosulfonated product.

窒素導入管および攪拌機を取り付けた500mlの三口フラスコに、クロロスルホン化物18.0g(0.032mol)、ネオペンチルアルコール5.6g(0.064mol)およびピリジン40gをとり、0℃で12時間攪拌した。反応液をトルエンで希釈し、塩酸水溶液で2回洗浄した。さらに有機層を5%炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した。ヘキサン、酢酸エチル混合溶媒から再結晶を行い、下記式(IV)で表されるネオペンチルエステルを19.3g得た。   A 500 ml three-necked flask equipped with a nitrogen inlet tube and a stirrer was charged with 18.0 g (0.032 mol) of chlorosulfonated product, 5.6 g (0.064 mol) of neopentyl alcohol and 40 g of pyridine, and stirred at 0 ° C. for 12 hours. . The reaction solution was diluted with toluene and washed twice with an aqueous hydrochloric acid solution. Further, the organic layer was washed with 5% aqueous sodium hydrogen carbonate solution and dried over magnesium sulfate. Recrystallization from a mixed solvent of hexane and ethyl acetate gave 19.3 g of neopentyl ester represented by the following formula (IV).

Figure 2007210919
Figure 2007210919

<実施例1>
攪拌機、温度計、窒素導入管をとりつけた1Lの三口フラスコに、実施例1で得られたスルホン酸ネオペンチル62.9g(70mmol)、構造式(V)で示すMn10,500
の疎水性ユニット44.1g(4.2mmol)、ビス(トリフェニルホスフィン)ニッケルジクロリド1.94g(3mmol)、ヨウ化ナトリウム0.33g(2.22mmol)、トリフェニルホスフィン7.80g(30mmol)、亜鉛11.7g(178mmol)をはかりとり、乾燥窒素置換した。
<Example 1>
In a 1 L three-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer, and a nitrogen introduction tube, 62.9 g (70 mmol) of neopentyl sulfonate obtained in Example 1 and Mn of 10,500 represented by the structural formula (V)
Of hydrophobic units 44.1 g (4.2 mmol), bis (triphenylphosphine) nickel dichloride 1.94 g (3 mmol), sodium iodide 0.33 g (2.22 mmol), triphenylphosphine 7.80 g (30 mmol), 11.7 g (178 mmol) of zinc was weighed and replaced with dry nitrogen.

Figure 2007210919
Figure 2007210919

ここにN,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)320mLを加え、反応温度を80℃に保持しながら3時間攪拌を続けた後、DMAc750mLを加えて希釈し、不溶物を濾過した。   N, N-dimethylacetamide (DMAc) (320 mL) was added thereto, and stirring was continued for 3 hours while maintaining the reaction temperature at 80 ° C., and then DMAc (750 mL) was added for dilution, and insoluble matters were filtered.

得られた溶液を攪拌機、温度計、窒素導入管を取り付けた2Lの三口フラスコに入れ、115℃に加熱攪拌し、臭化リチウム44g(506mmol)を加えた。7時間攪拌後、アセトン5Lに注いで生成物を沈殿させた。ついで、1N塩酸、純水の順に洗浄後、乾燥して目的のスルホン化ポリマー18gを得た。得られた重合体の重量平均分子量(Mw)は170,000であった。得られた重合体は、式(VI)で表されるスルホン化ポリマーと推定される。このポリマーのイオン交換容量は2.3meq/gであった。   The obtained solution was put into a 2 L three-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer, and a nitrogen introduction tube, heated and stirred at 115 ° C., and 44 g (506 mmol) of lithium bromide was added. After stirring for 7 hours, the product was precipitated by pouring into 5 L of acetone. Subsequently, after washing with 1N hydrochloric acid and pure water in this order, it was dried to obtain 18 g of the desired sulfonated polymer. The weight average molecular weight (Mw) of the obtained polymer was 170,000. The obtained polymer is presumed to be a sulfonated polymer represented by the formula (VI). The ion exchange capacity of this polymer was 2.3 meq / g.

Figure 2007210919
Figure 2007210919

<実施例2>
攪拌機、温度計、窒素導入管をとりつけた1Lの三口フラスコに、実施例2で得られたスルホン酸ネオペンチル55.0g(65.3mmol)、下記構造式(VII)で示すMn9
,500の疎水性ユニット44.6g(4.7mmol)、ビス(トリフェニルホスフィン)ニッケルジクロリド1.83g(2.8mmol)、ヨウ化ナトリウム0.32g(2.1
mmol)、トリフェニルホスフィン7.34g(28mmol)、亜鉛11.0g(168mmol)をはかりとり、乾燥窒素置換した。
<Example 2>
In a 1 L three-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer, and a nitrogen introduction tube, 55.0 g (65.3 mmol) of neopentyl sulfonate obtained in Example 2 and Mn9 represented by the following structural formula (VII)
, 500 hydrophobic units 44.6 g (4.7 mmol), bis (triphenylphosphine) nickel dichloride 1.83 g (2.8 mmol), sodium iodide 0.32 g (2.1
mmol), 7.34 g (28 mmol) of triphenylphosphine and 11.0 g (168 mmol) of zinc were weighed and purged with dry nitrogen.

ここにN,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)300mLを加え、反応温度を80℃に保持しながら3時間攪拌を続けた後、DMAc690mLを加えて希釈し、不溶物を濾過した。   N, N-dimethylacetamide (DMAc) (300 mL) was added thereto, and stirring was continued for 3 hours while maintaining the reaction temperature at 80 ° C. Then, DMAc (690 mL) was added to dilute, and insoluble matters were filtered.

得られた溶液を攪拌機、温度計、窒素導入管を取り付けた2Lの三口フラスコに入れた。115℃に加熱攪拌し、臭化リチウム17g(196mmol)を加えた。7時間攪拌後、アセトン5Lに注いで生成物を沈殿させた。ついで、1N塩酸、純水の順で洗浄後、乾燥して目的の重合体70gを得た。得られた重合体の重量平均分子量(Mw)は135,000であった。得られた重合体は式(VIII)で表されるスルホン化ポリマーと推定される。このポリマーのイオン交換容量は2.3meq/gであった。   The obtained solution was put into a 2 L three-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer, and a nitrogen introduction tube. The mixture was heated and stirred at 115 ° C., and 17 g (196 mmol) of lithium bromide was added. After stirring for 7 hours, the product was precipitated by pouring into 5 L of acetone. Next, after washing with 1N hydrochloric acid and pure water in that order, the product was dried to obtain 70 g of the desired polymer. The weight average molecular weight (Mw) of the obtained polymer was 135,000. The obtained polymer is presumed to be a sulfonated polymer represented by the formula (VIII). The ion exchange capacity of this polymer was 2.3 meq / g.

Figure 2007210919
Figure 2007210919

<実施例3>
攪拌機、温度計、窒素導入管をとりつけた1Lの三口フラスコに、合成例3で得られた式(III)で表される化合物43.4g(65.0mmol)、下記構造式(IX)式に示すMn
10,500の疎水性ユニット52.6g(5.0mmol)、ビス(トリフェニルホスフ
ィン)ニッケルジクロリド1.83g(2.8mmol)、ヨウ化ナトリウム0.32g(mmol)、トリフェニルホスフィン7.4g(28mmol)、亜鉛11.0g(168mmol)をはかりとり、乾燥窒素置換した。ここにN,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)
288mLを加え、反応温度を80℃に保持しながら3時間攪拌を続けた後、DMAc670mLを加えて希釈し、不溶物を濾過した。
<Example 3>
In a 1 L three-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer, and a nitrogen inlet tube, 43.4 g (65.0 mmol) of the compound represented by the formula (III) obtained in Synthesis Example 3 was converted into the following structural formula (IX). Mn to show
10,500 hydrophobic units 52.6 g (5.0 mmol), bis (triphenylphosphine) nickel dichloride 1.83 g (2.8 mmol), sodium iodide 0.32 g (mmol), triphenylphosphine 7.4 g ( 28 mmol) and 11.0 g (168 mmol) of zinc were weighed and purged with dry nitrogen. Here, N, N-dimethylacetamide (DMAc)
288 mL was added and stirring was continued for 3 hours while maintaining the reaction temperature at 80 ° C. Then, 670 mL of DMAc was added for dilution, and insoluble matters were filtered.

得られた溶液を攪拌機、温度計、窒素導入管を取り付けた2Lの三口フラスコに入れ、115℃に加熱攪拌し、臭化リチウム16.9g(195mmol)を加えた。7時間攪拌後、アセトン5Lに注いで生成物を沈殿させた。ついで、1N塩酸、純水の順に洗浄後、乾燥して目的のスルホン化ポリマー124gを得た。得られた重合体の重量平均分子量(
Mw)は170,000であった。得られた重合体は、式(X)で表されるスルホン化ポリマーと推定される。このポリマーのイオン交換容量は2.3meq/gであった。
The obtained solution was put into a 2 L three-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer, and a nitrogen introduction tube, heated and stirred at 115 ° C., and 16.9 g (195 mmol) of lithium bromide was added. After stirring for 7 hours, the product was precipitated by pouring into 5 L of acetone. Next, after washing in order of 1N hydrochloric acid and pure water, it was dried to obtain 124 g of the desired sulfonated polymer. Weight average molecular weight of the obtained polymer (
Mw) was 170,000. The obtained polymer is presumed to be a sulfonated polymer represented by the formula (X). The ion exchange capacity of this polymer was 2.3 meq / g.

Figure 2007210919
Figure 2007210919

<比較例1>
2,5−ジクロロ−4’−フェノキシベンゾフェノン50g(145mmol)を、冷却管、三方コックおよび温度計を取り付けた1L三口フラスコにとり、乾燥窒素置換した。ここにクロロスルホン酸263gを加えて、内温を20℃以下に維持して3時間攪拌した。反応終了後、反応液を氷水に注ぎ、酢酸エチルによる抽出を行った。得られた有機層を、洗浄液が中性になるまで食塩水で洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥した後、溶媒を除去してクロロスルホン化物60gを得た。得られた化合物は実施例1とは異なり、モノクロロスルホン化された化合物であった。
<Comparative Example 1>
50 g (145 mmol) of 2,5-dichloro-4′-phenoxybenzophenone was placed in a 1 L three-necked flask equipped with a condenser, a three-way cock and a thermometer, and purged with dry nitrogen. To this was added 263 g of chlorosulfonic acid, and the mixture was stirred for 3 hours while maintaining the internal temperature at 20 ° C. or lower. After completion of the reaction, the reaction solution was poured into ice water and extracted with ethyl acetate. The obtained organic layer was washed with brine until the washing solution became neutral and dried over magnesium sulfate, and then the solvent was removed to obtain 60 g of a chlorosulfonated product. Unlike Example 1, the obtained compound was a monochlorosulfonated compound.

得られたクロロスルホン化物を、冷却管、三方コックおよび温度計を取り付けた0.5L三口フラスコにとり、ピリジン75gを加えた後、約5℃に冷却した。ここに2,2−ジメチル−1−プロパノール13.2g(149mmol)を徐々に加えた後、4時間氷冷下で攪拌した。反応終了後、トルエンで希釈し、塩酸水溶液で2回洗浄した。さらに、有機層を5%炭酸水素ナトリウム水溶液で洗浄し、飽和食塩水で処理した後、硫酸マグネシウムで乾燥した。メタノール/ヘキサンから再結晶を行い、目的の化合物60gを得た。得られた化合物は下記の式(XI)で表される化合物であった。   The obtained chlorosulfonated product was placed in a 0.5 L three-necked flask equipped with a condenser, a three-way cock and a thermometer, 75 g of pyridine was added, and the mixture was cooled to about 5 ° C. To this, 13.2 g (149 mmol) of 2,2-dimethyl-1-propanol was gradually added, followed by stirring for 4 hours under ice cooling. After completion of the reaction, the reaction mixture was diluted with toluene and washed twice with an aqueous hydrochloric acid solution. Further, the organic layer was washed with 5% aqueous sodium hydrogen carbonate solution, treated with saturated brine, and dried over magnesium sulfate. Recrystallization from methanol / hexane gave 60 g of the desired compound. The obtained compound was a compound represented by the following formula (XI).

Figure 2007210919
Figure 2007210919

次に、攪拌機、温度計および窒素導入管を取り付けた1L三口フラスコに、得られた式(XI)で表される化合物78.1g(121mmol)、数平均分子量11,200の[4,4’−ジクロロベンゾフェノン・2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン]重縮合物47.8g(4.3mmol)、ビス(ト
リフェニルホスフィン)ニッケルジクロリド2.5g(3.8mmol)、ヨウ化ナトリウ
ム0.56g(3.8mmol)、トリフェニルホスフィン13.2g(50.2mmol)および亜鉛19.7g(301mmol)をはかりとり、乾燥窒素置換した。ここにN,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)295mLを加え、反応温度を80℃に保ちながら3時間攪拌した後、DMAc300mLを加えて希釈し、不溶物をろ過した。
Next, in a 1 L three-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer, and a nitrogen introducing tube, 78.1 g (121 mmol) of the compound represented by the formula (XI) obtained, [4,4 ′ having a number average molecular weight of 11,200, -Dichlorobenzophenone · 2,2-bis (4-hydroxyphenyl) -1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane] polycondensate 47.8 g (4.3 mmol), bis (triphenylphosphine) Weigh 2.5 g (3.8 mmol) of nickel dichloride, 0.56 g (3.8 mmol) of sodium iodide, 13.2 g (50.2 mmol) of triphenylphosphine and 19.7 g (301 mmol) of zinc, and replace with dry nitrogen. . 295 mL of N, N-dimethylacetamide (DMAc) was added thereto, and the mixture was stirred for 3 hours while maintaining the reaction temperature at 80 ° C. Then, 300 mL of DMAc was added for dilution, and insoluble matters were filtered.

得られたろ液を、攪拌機、温度計および窒素導入管を取り付けた3L三口フラスコに入れ、115℃に加熱攪拌し、臭化リチウム31.6g(364mmol)を加えた。7時間攪拌後、反応液をアセトン5Lに注いで生成物を沈殿させた。得られた生成物を、1N塩酸、純水の順に洗浄後、乾燥して目的のスルホン化ポリマー90gを得た。得られた重合体の重量平均分子量は145,000、イオン交換容量は2.2meq/gであった。得られた重合体は下記式(XII)で表されるスルホン化ポリマーであると推定される。   The obtained filtrate was put into a 3 L three-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer, and a nitrogen introduction tube, heated and stirred at 115 ° C., and 31.6 g (364 mmol) of lithium bromide was added. After stirring for 7 hours, the reaction solution was poured into 5 L of acetone to precipitate the product. The obtained product was washed with 1N hydrochloric acid and pure water in this order and then dried to obtain 90 g of the desired sulfonated polymer. The obtained polymer had a weight average molecular weight of 145,000 and an ion exchange capacity of 2.2 meq / g. The obtained polymer is presumed to be a sulfonated polymer represented by the following formula (XII).

Figure 2007210919
Figure 2007210919

<評価>
実施例1〜3および比較例1で得られた、各スルホン化ポリマーをNMPに溶解し、キ
ャスト法により膜厚50μmのプロトン伝導膜を作製した。各プロトン伝導膜のプロトン伝導度および含水率を測定した。結果を表1に示す。
<Evaluation>
Each sulfonated polymer obtained in Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 was dissolved in NMP, and a proton conductive membrane having a thickness of 50 μm was produced by a casting method. The proton conductivity and water content of each proton conducting membrane were measured. The results are shown in Table 1.

Figure 2007210919
Figure 2007210919

表1に示すように、本発明のスルホン化ポリマー(実施例1〜3)からなるプロトン伝導膜は、イオン交換容量を高くしても、引っ張り伸びが高く、靭性が優れているとともに、熱水中での溶出による重量減少が少ないことから、熱水耐性に優れている。   As shown in Table 1, the proton conducting membrane composed of the sulfonated polymer of the present invention (Examples 1 to 3) has high tensile elongation and excellent toughness even when the ion exchange capacity is increased. Since there is little weight loss due to elution in the water, it is excellent in hot water resistance.

図1は合成例1で得られた化合物のNMRチャートを示す。FIG. 1 shows an NMR chart of the compound obtained in Synthesis Example 1. 図2は合成例2で得られた化合物のNMRチャートを示す。FIG. 2 shows an NMR chart of the compound obtained in Synthesis Example 2.

Claims (7)

下記一般式(1)で表されることを特徴とする芳香族スルホン酸エステル誘導体。
Figure 2007210919
[式(1)中、Xはフッ素を除くハロゲン原子(塩素、臭素、ヨウ素)、−OSO2CH3および−OSO2CF3からなる群より選ばれる原子または基を示し、Yは−CO−または−S
2−を示し、Zは酸素原子または硫黄原子または−CO−または−SO2−または−SO
−を示し、Rは独立に炭素数4〜20の炭化水素基を示す。lは0〜4の整数を示し、mは0以上の整数を示す。
Arは、下記一般式(2)または(3)で表される構造を示す。
Figure 2007210919
式(2)中、Uは−CO−または−SO2−または−SO−を示し、nは0〜4の整数を
示し、oは0〜4の整数を示す。Rは独立に炭素数4〜20の炭化水素基を示す。ただし、l+n+o≧1である。
式(3)中、Vは酸素原子または硫黄原子または−CR’2−または−CO−または−SO2−または−SO−を示し、pは0〜3の整数を示し、qは0〜4の整数を示す。ただし
、ただしR’は炭素数1〜20の炭化水素基を示し、Rは独立に炭素数4〜20の炭化水素基を示す。ただし、l+p+q≧1である。]
An aromatic sulfonic acid ester derivative represented by the following general formula (1):
Figure 2007210919
[In the formula (1), X a halogen atom except fluorine (chlorine, bromine, iodine), - indicates OSO 2 CH 3 and atom or a group selected from the group consisting of -OSO 2 CF 3, Y is -CO- Or -S
Represents O 2 —, Z represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CO— or —SO 2 — or —SO
-And R independently represents a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms. l represents an integer of 0 to 4, and m represents an integer of 0 or more.
Ar represents a structure represented by the following general formula (2) or (3).
Figure 2007210919
In formula (2), U represents —CO— or —SO 2 — or —SO—, n represents an integer of 0 to 4, and o represents an integer of 0 to 4. R independently represents a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms. However, l + n + o ≧ 1.
In the formula (3), V represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CR ′ 2 —, —CO—, —SO 2 — or —SO—, p represents an integer of 0 to 3, and q represents 0 to 4 Indicates an integer. However, R ′ represents a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and R independently represents a hydrocarbon group having 4 to 20 carbon atoms. However, l + p + q ≧ 1. ]
下記一般式(1’)で表される構成単位を有することを特徴とするポリアリーレン系重合体。
Figure 2007210919
[式(1’)中、Yは−CO−または−SO2−を示し、Zは酸素原子または硫黄原子または
−CO−または−SO2−または−SO−を示す。lは0〜4の整数を示し、mは0以上
の整数を示す。
Arは、下記一般式(2’)または(3’)で表される構造を示す。式(2’)中、Uは−CO−または−SO2−または−SO−を示す。nは0〜4の整数を示し、oは0〜4の整
数を示す。ただし、l+n+o≧1である。式(3’)中、Vは酸素原子または硫黄原子ま
たは−CR’2−または−CO−または−SO2−を示し、pは0〜3の整数を示し、qは0〜4の整数を示す。ただし、R’は炭素数1〜20の炭化水素基を示し、l+p+q≧
1である。]
Figure 2007210919
A polyarylene polymer having a structural unit represented by the following general formula (1 ′).
Figure 2007210919
[In the formula (1 ′), Y represents —CO— or —SO 2 —, and Z represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CO—, —SO 2 — or —SO—. l represents an integer of 0 to 4, and m represents an integer of 0 or more.
Ar represents a structure represented by the following general formula (2 ′) or (3 ′). In the formula (2 ′), U represents —CO— or —SO 2 — or —SO—. n represents an integer of 0 to 4, and o represents an integer of 0 to 4. However, l + n + o ≧ 1. In the formula (3 ′), V represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CR ′ 2 —, —CO— or —SO 2 —, p represents an integer of 0 to 3, and q represents an integer of 0 to 4. Show. However, R 'shows a C1-C20 hydrocarbon group, l + p + q> =
1. ]
Figure 2007210919
さらに、一般式(4)で表される構成単位を有することを特徴とする請求項2に記載のポリアリーレン系共重合体。
Figure 2007210919
[式(4)中、A、Dはそれぞれ独立に直接結合、−O−、−S−、−CO−、−SO2
、−SO−、−CONH−、−COO−、−(CF2)i−(iは1〜10の整数である)、−(CH2)j−(jは1〜10の整数である)、−CR’’2−(R’’は脂肪族炭化水素基、芳香族炭化水素基およびハロゲン化炭化水素基を示す)、シクロヘキシリデン基、フルオレニ
リデン基からなる群より選ばれた少なくとも1種の構造を示し、
Bは独立に酸素原子または硫黄原子を示し、R1〜R16は、互いに同一でも異なってい
てもよく、水素原子、フッ素原子、アルキル基、一部またはすべてがハロゲン化されたハロゲン化アルキル基、アリル基、アリール基、ニトロ基およびニトリル基からなる群より選ばれる少なくとも1種の原子または基を示し、sおよびtは0〜4の整数を示し、rは0または1以上の整数を示す。]
Furthermore, it has a structural unit represented by General formula (4), The polyarylene-type copolymer of Claim 2 characterized by the above-mentioned.
Figure 2007210919
[In Formula (4), A and D are each independently a direct bond, —O—, —S—, —CO—, —SO 2 —.
, —SO—, —CONH—, —COO—, — (CF 2 ) i — (i is an integer of 1 to 10), — (CH 2 ) j — (j is an integer of 1 to 10) , —CR ″ 2 — (R ″ represents an aliphatic hydrocarbon group, an aromatic hydrocarbon group or a halogenated hydrocarbon group), a cyclohexylidene group, or a fluorenylidene group. Shows the structure of
B independently represents an oxygen atom or a sulfur atom, and R 1 to R 16 may be the same or different from each other, and are a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group, or a halogenated alkyl group in which part or all of them are halogenated. , At least one atom or group selected from the group consisting of an allyl group, an aryl group, a nitro group, and a nitrile group, s and t represent an integer of 0 to 4, and r represents an integer of 0 or 1 or more . ]
一般式(1’)が下記一般式(1’a)で表される構成単位であることを特徴とする請求項2または3に記載のポリアリーレン系共重合体。
Figure 2007210919
[式(1’a)中、Zは酸素原子または硫黄原子または−CO−または−SO2−または−S
O−を示す。lは0〜4の整数を示し、mは0以上の整数を示す。Ar’は、下記一般式(2’a)または(3’a)で表される構造を示す。
Figure 2007210919
式(2’a)中、Uは−CO−または−SO2−または−SO−を示し、nは0〜4の整数を示し、oは0〜4の整数を示す。ただし、l+n+o≧1である。式(3’a)中、Vは酸素原子または硫黄原子または−CR’2−または−CO−または−SO2−または−SO−を示し、pは0〜3の整数を示し、qは0〜4の整数を示す。ただし、ただしR’は炭素数1〜20の炭化水素基を示し、l+p+q≧1である。]
The polyarylene copolymer according to claim 2 or 3, wherein the general formula (1 ') is a structural unit represented by the following general formula (1'a).
Figure 2007210919
[In the formula (1′a), Z represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CO—, —SO 2 — or —S.
O- is shown. l represents an integer of 0 to 4, and m represents an integer of 0 or more. Ar ′ represents a structure represented by the following general formula (2′a) or (3′a).
Figure 2007210919
In formula (2′a), U represents —CO— or —SO 2 — or —SO—, n represents an integer of 0 to 4, and o represents an integer of 0 to 4. However, l + n + o ≧ 1. In formula (3′a), V represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CR ′ 2 — or —CO—, —SO 2 — or —SO—, p represents an integer of 0 to 3, and q represents 0 Represents an integer of ~ 4. However, R ′ represents a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and 1 + p + q ≧ 1. ]
前記構成単位が下記一般式(1'b)〜(1'e)で表される構成単位であることを特徴とする請求項2〜4に記載のポリアリーレン系共重合体。
Figure 2007210919
[式(1’b)中、Zは酸素原子または硫黄原子または−CO−または−SO2−または−
SO−を示し、Uは−CO−または−SO2−または−SO−を示す。lは0〜4の整数
を示し、nは0〜4の整数を示し、oは0〜4の整数を示す。ただし、l+n+o≧1である。
式(1'c)中、Uは−CO−または−SO2−または−SO−を示す。nは0〜4の整数を示し、oは0〜4の整数を示す。ただし、n+o≧1である。
式(1'd)中、Zは酸素原子または硫黄原子または−CO−または−SO2−または−SO−を示し、Vは酸素原子または硫黄原子または−CR’2−または−CO−または−S
2−または−SO−を示す。lは0〜4の整数を示し、pは0〜3の整数を示し、qは
0〜4の整数を示す。ただし、R’は炭素数1〜20の炭化水素基を示しl+p+q≧1である。
式(1’e)中、Vは酸素原子または硫黄原子または−CR’2−または−CO−または−SO2−または−SO−を示す。lは0〜4の整数を示し、pは0〜3の整数を示し、q
は0〜4の整数を示す。ただし、R’は炭素数1〜20の炭化水素基を示し、l+p+q≧1である。]
The polyarylene-based copolymer according to claim 2, wherein the structural unit is a structural unit represented by the following general formulas (1′b) to (1′e).
Figure 2007210919
[In the formula (1′b), Z represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CO— or —SO 2 — or —
Indicates SO-, U is -CO- or -SO 2 - shows the or -SO-. l represents an integer of 0 to 4, n represents an integer of 0 to 4, and o represents an integer of 0 to 4. However, l + n + o ≧ 1.
In formula (1′c), U represents —CO— or —SO 2 — or —SO—. n represents an integer of 0 to 4, and o represents an integer of 0 to 4. However, n + o ≧ 1.
In formula (1′d), Z represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CO—, —SO 2 — or —SO—, and V represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CR ′ 2 —, —CO— or —. S
O 2 — or —SO— is shown. l represents an integer of 0 to 4, p represents an integer of 0 to 3, and q represents an integer of 0 to 4. However, R 'shows a C1-C20 hydrocarbon group and is l + p + q> = 1.
In formula (1′e), V represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CR ′ 2 —, —CO—, —SO 2 — or —SO—. l represents an integer of 0 to 4, p represents an integer of 0 to 3, q
Represents an integer of 0 to 4. However, R 'shows a C1-C20 hydrocarbon group and it is l + p + q> = 1. ]
下記一般式(1’f)〜(1'i)で表される構成単位であることを特徴とする請求項2
または3に記載のポリアリーレン系共重合体。
Figure 2007210919
[式(1’f)中、Zは酸素原子または硫黄原子または−CO−または−SO2−または−
SO−を示し、Uは−CO−または−SO2−または−SO−を示す。lは0〜1の整数
を示し、nは0〜1の整数を示し、oは0〜2の整数を示す。ただし、l+n+o≧1である。
式(1’g)中、Uは−CO−または−SO2−または−SO−を示す。nは0〜1の整
数を示し、oは0〜2の整数を示す。ただし、n+o≧1である。
式(1’h)中、Zは酸素原子または硫黄原子または−CO−または−SO2−または−SO−を示し、Vは酸素原子または硫黄原子または−CR’2−または−CO−または−SO2−または−SO−を示す。lは0〜1の整数を示し、pは0〜1の整数を示し、qは0
〜2の整数を示す。ただし、R’は炭素数1〜20の炭化水素基を示し、l+p+q≧1である。
式(1’i)中、Vは酸素原子または硫黄原子または−CR’2−または−CO−または−SO2−または−SO−を示す。pは0〜1の整数を示し、qは0〜2の整数を示す。た
だし、R’は炭素数1〜20の炭化水素基を示しp+q≧1である。
The structural unit represented by the following general formulas (1'f) to (1'i):
Or the polyarylene-type copolymer of 3.
Figure 2007210919
[In the formula (1′f), Z represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CO— or —SO 2 — or —
Indicates SO-, U is -CO- or -SO 2 - shows the or -SO-. l represents an integer of 0 to 1, n represents an integer of 0 to 1, and o represents an integer of 0 to 2. However, l + n + o ≧ 1.
In the formula (1′g), U represents —CO— or —SO 2 — or —SO—. n represents an integer of 0 to 1, and o represents an integer of 0 to 2. However, n + o ≧ 1.
In formula (1′h), Z represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CO—, —SO 2 — or —SO—, and V represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CR ′ 2 —, —CO— or —. SO 2 — or —SO— is shown. l represents an integer of 0 to 1, p represents an integer of 0 to 1, and q represents 0.
An integer of ~ 2 is shown. However, R 'shows a C1-C20 hydrocarbon group and it is l + p + q> = 1.
In the formula (1′i), V represents an oxygen atom, a sulfur atom, —CR ′ 2 —, —CO—, —SO 2 — or —SO—. p represents an integer of 0 to 1, and q represents an integer of 0 to 2. However, R 'shows a C1-C20 hydrocarbon group and is p + q> = 1.
請求項3に記載のポリアリーレン系共重合体を含むことを特徴とする固体高分子電解質膜。

A solid polymer electrolyte membrane comprising the polyarylene copolymer according to claim 3.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104030949A (en) * 2013-03-08 2014-09-10 东丽先端材料研究开发(中国)有限公司 Sulphonate group-containing aromatic compound and preparation method thereof

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