JP2009250610A - 保護基で保護されたイオン交換基を有する化合物の分析方法 - Google Patents

保護基で保護されたイオン交換基を有する化合物の分析方法 Download PDF

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Abstract

【課題】特に高分子化合物の簡便な工程管理分析法を提供すること。
【解決手段】保護基で保護されたイオン交換基を有する化合物(被験物質と称する。)を、有機溶媒に溶解、もしくは希釈し、ガスクロマトグラフィー装置に注入し、注入口で加熱分解されて発生する分解成分を定量することで被験物質の構成や組成を分析・定量することを特徴とする分析方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、保護基で保護されたイオン交換基を有する化合物の分析方法に関するものである。
スルホン酸基等のイオン交換基を有するポリアリーレンは、固体高分子型燃料電池用の高分子電解質等として有用である。その製造方法として、ポリアリーレンスルホン酸製造における有用な中間体であるスルホン酸のエステルを有するポリアリーレンの製造方法(特許文献1参照)が見出されており、その簡便な工程管理分析法が必要である。
一般的に高分子の分析方法はGPCやNMR、IR装置を使用した分析法が多く知られている。
但し、上記のポリアリーレンの製造のような高分子化合物から別の高分子化合物を製造するにあたっては、GPCは反応前後の変化が小さく、定量性が不十分であること、NMRは定量性があるものの、装置が高価であり、さらに前処理として金属の完全除去が必要であること、IRも定量性が乏しいなどの問題がある(例えば特許文献2参照)。
特開2007−284653号公報 特開2004−346163号公報 特開2005−194517号公報
スルホン酸基等のイオン交換基を有するポリアリーレン化合物の製造において、その製造方法はポリアリーレンのスルホン酸エステル化合物を中間体とする製造方法が見出されており、スルホン酸エステル化合物の分析方法が必要となった。高分子化合物における工程管理分析で一般的に使用されるNMR、IR等の分析装置はそれぞれ、高価であったり、定量性に乏しいなどの問題がある。さらに、これら分析装置を保有していない製造現場等での反応終点分析は困難である。
本発明は脱離基を有する高分子化合物あるいはその原料となる低分子化合物を安価な汎用分析機器を使用して簡便に製造管理できる分析方法を提供することを課題とする。
本発明者らは上記課題を解決するために、鋭意検討し、汎用機器であるガスクロマトグラフィー(以下、GCと略す。)装置を使用する高分子化合物の定量分析法を見出し本発明に至った。
すなわち、本発明は保護基で保護された官能基を数多く有する高分子化合物をGC分析し、注入口にて熱分解して発生した保護基、脱離基などを定量分析し、製造時においては該基の量・率が変化する反応の工程管理を行うものである。
熱分解はGC装置に付随する注入口で簡便に実施でき、更に試料調製を行う時点で脱保護剤を添加しておくことで、熱分解にて生じる特定物質をより容易に分析することが可能である。
被験物質は、−SO3H、−SO2H、−COOH、−PO(OH)2、−POH(OH)、−SO2NHSO2−、−Ph(OH)(ここで、Phはフェニル基を表す。)、−CO-SH、−CS-OH、−CONH2、等の酸基の陽イオン交換基を炭素数1〜20のアルキル基にて保護された化合物であり、好ましくはされたスルホン酸基(−SO3H)、カルボン酸基(−COOH)のイオン交換基を炭素数1〜20のアルキル基で保護された化合物であり、より好ましくはスルホン酸基(−SO3H)のイオン交換基を炭素数1〜20のアルキル基で保護された化合物である。
具体的には、以下のような保護基で保護されたイオン交換基を有する低分子化合物及び高分子化合物が被験物質として挙げられる。
スルホン酸メチル基、スルホン酸エチル基、スルホン酸n−プロピル基、スルホン酸イソプロピル基、スルホン酸n−ブチル基、スルホン酸イソブチル基、スルホン酸sec−ブチル基、スルホン酸tert−ブチル基、スルホン酸n−ペンチル基、スルホン酸2,2−ジメチルプロピル基、スルホン酸n−ヘキシル基、スルホン酸シクロヘキシル基、スルホン酸n−ヘプチル基、スルホン酸n−オクチル基、スルホン酸n−ノニル基、スルホン酸n−デシル基、スルホン酸n−ウンデシル基、スルホン酸n−ドデシル基、スルホン酸n−トリデシル基、スルホン酸n−テトラデシル基、スルホン酸n−ペンタデシル基、スルホン酸n−ヘキサデシル基、スルホン酸n−ヘプタデシル基、スルホン酸n−オクタデシル基、スルホン酸n−ノナデシル基、スルホン酸n−イコシル基
カルボン酸メチル基、カルボン酸エチル基、カルボン酸n−プロピル基、カルボン酸イソプロピル基、カルボン酸n−ブチル基、カルボン酸イソブチル基、カルボン酸sec−ブチル基、カルボン酸tert−ブチル基、カルボン酸n−ペンチル基、カルボン酸2,2−ジメチルプロピル基、カルボン酸n−ヘキシル基、カルボン酸シクロヘキシル基、カルボン酸n−ヘプチル基、カルボン酸n−オクチル基、カルボン酸n−ノニル基、カルボン酸n−デシル基、カルボン酸n−ウンデシル基、カルボン酸n−ドデシル基、カルボン酸n−トリデシル基、カルボン酸n−テトラデシル基、カルボン酸n−ペンタデシル基、カルボン酸n−ヘキサデシル基、カルボン酸n−ヘプタデシル基、カルボン酸n−オクタデシル基、カルボン酸n−ノナデシル基、カルボン酸n−イコシル基
これらの保護基で保護されたイオン交換基を有する被験物質については、低分子化合物、高分子化合物いずれも分析適用できるが、低分子化合物に関しては、熱分解反応せずともGCあるいはLCクロマト分析可能なことから、高分子化合物の分析方法としてより有用である。
以下により好ましい高分子化合物を挙げて詳しく説明する。
使用される高分子化合物は例えば、
式(1)
Figure 2009250610
(式中、Aは炭化水素基の炭素数の合計が1〜20のアルキル基等を表わす。Rは、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜20のアルキル基等を表わす。mは1又は2を表し、kは4−mを表す。)
で示される繰り返し単位を含むポリアリーレンがあり、スルホン酸アルキルエステル基で保護された高分子化合物の定量分析方法として有用である。さらには固体高分子型燃料電池用の高分子電解質等として有用な下記式(2)に示されるスルホン酸基を有するポリアリーレン製造時の反応の工程管理分析に有効である。
式(2)
Figure 2009250610
(式中、A、R、m及びkは前記と同じ意味を表わす。)
で示される繰り返し単位を含むポリアリーレン。
本発明によれば、保護されたイオン交換基を有する高分子化合物の構成や組成を分析でき、製造時における反応管理分析を高価で大型な分析機器を使用せずとも、汎用分析機器であるGCにより精度よく分析できる。
前記式(1)で示される構造を有する保護基で保護された官能基を数多く有するポリアリーレン化合物から製造される式(2)で示される構造を有するスルホン酸基を有するポリアリーレン化合物は、固体高分子型燃料電池用の高分子電解質として有用である。
式(1)で示される化合物から式(2)で示される化合物を製造する方法は特許文献1に記載されており、式(1)を有機溶媒中、酸もしくはアルカリ存在下、加水分解して目的化合物(2)を得る方法と、アルカリ金属ハロゲン化物もしくはハロゲン化第四級アンモニウムの脱保護剤を反応させ、スルホン酸塩とした後、酸処理して得る方法がある。
本発明は下記反応における反応マスをGC分析し、注入口にて熱分解して発生した保護基、脱離基などに由来する分解成分を定量分析することで、該基の量・率が変化する反応の工程管理において、非常に有用である。
また、式(1)で示される化合物の脱離基・保護基の含量及びそれに関する組成・構成の分析を行うことができる。
Figure 2009250610

(式中、A、R、k及びmは前記と同じ意味を表わす。)
具体的には、以下のような部分構造(繰り返し単位)を有する高分子化合物の分析に本発明の方法を適用できる。

p−フェニレンスルホン酸メチル単位、m−フェニレンスルホン酸メチル単位
p−フェニレンスルホン酸エチル単位、m−フェニレンスルホン酸エチル単位
p−フェニレンスルホン酸n−プロピル単位、m−フェニレンスルホン酸n−プロピル単位
p−フェニレンスルホン酸イソプロピル単位、m−フェニレンスルホン酸イソプロピル単位
p−フェニレンスルホン酸n−ブチル単位、m−フェニレンスルホン酸n−ブチル単位
p−フェニレンスルホン酸イソブチル単位、m−フェニレンスルホン酸イソブチル単位
p−フェニレンスルホン酸sec−ブチル単位、m−フェニレンスルホン酸sec−ブチル単位
p−フェニレンスルホン酸tert−ブチル単位、m−フェニレンスルホン酸tert−ブチル単位
p−フェニレンスルホン酸n−ペンチル単位、m−フェニレンスルホン酸n−ペンチル単位
p−フェニレンスルホン酸2,2−ジメチルプロピル単位、m−フェニレンスルホン酸2,2−ジメチルプロピル単位
p−フェニレンスルホン酸n−ヘキシル単位、m−フェニレンスルホン酸n−ヘキシル単位
p−フェニレンスルホン酸シクロヘキシル単位、m−フェニレンスルホン酸シクロヘキシル単位
p−フェニレンスルホン酸n−ヘプチル単位、m−フェニレンスルホン酸n−ヘプチル単位
p−フェニレンスルホン酸n−オクチル単位、m−フェニレンスルホン酸n−オクチル単位
p−フェニレンスルホン酸n−ノニル単位、m−フェニレンスルホン酸n−ノニル単位
p−フェニレンスルホン酸n−デシル単位、m−フェニレンスルホン酸n−デシル単位
p−フェニレンスルホン酸n−ウンデシル単位、m−フェニレンスルホン酸n−ウンデシル単位
p−フェニレンスルホン酸n−ドデシル単位、m−フェニレンスルホン酸n−ドデシル単位
p−フェニレンスルホン酸n−トリデシル単位、m−フェニレンスルホン酸n−トリデシル単位
p−フェニレンスルホン酸n−テトラデシル単位、m−フェニレンスルホン酸n−テトラデシル単位
p−フェニレンスルホン酸n−ペンタデシル単位、m−フェニレンスルホン酸n−ペンタデシル単位
p−フェニレンスルホン酸n−ヘキサデシル単位、m−フェニレンスルホン酸n−ヘキサデシル単位
p−フェニレンスルホン酸n−ヘプタデシル単位、m−フェニレンスルホン酸n−ヘプタデシル単位
p−フェニレンスルホン酸n−オクタデシル単位、m−フェニレンスルホン酸n−オクタデシル単位
p−フェニレンスルホン酸n−ノナデシル単位、m−フェニレンスルホン酸n−ノナデシル単位
p−フェニレンスルホン酸n−イコシル単位、m−フェニレンスルホン酸n−イコシル単位
等が挙げられる。
上記のスルホン酸基を有するポリアリーレン化合物以外としては、下記式(3)〜式(6)で示される構造を繰り返し単位として有する高分子化合物の製造方法が、特開2004−346163号公報や特開2005−194517号公報に記載されており、そのような芳香族化合物から導かれる繰り返し構成単位を含むポリアリーレンの加水分解においても本発明は有効である。
Figure 2009250610
Figure 2009250610
以下、本分析方法について詳しく説明する。
本発明は保護された官能基を数多く有する高分子化合物をGC分析し、注入口にて熱分解して発生した保護基、脱離基などを定量分析し、保護基の種、保護基の含量及びそれに関する組成、構成の分析を実施できる。また、脱保護反応の進行率を測定し、脱保護反応の終点管理分析を行うものである。
熱処理はGC装置に付随する注入口で簡便に実施され、更に試料調製を行う時点で脱保護剤を添加しておくことで、熱分解にて生じる特定物質をより容易に分析することが可能である。尚、当該検出ピークの構造解析のためにGC−MS装置などが適用できる。
使用カラムは分析条件に応じて対象化合物がピークとして検出されれば、キャピラリーカラム、パックドカラムを問わず限定されない。更に、カラム径、カラムの長さ、液層の膜厚などは問わず、更にメーカーも問わない。
カラム温度条件は、対象化合物に応じて変更可能であり、限定されない。
例えば、式(1)で示される高分子ポリマーの場合、試料気化室温度(注入口温度)を150℃以上に設定することで、分解可能であるが、分解をより促進させるため、250℃以上が望ましい。ただし、液相保持の観点から使用するカラムのメーカー推奨使用最高温度はカラム毎に定められているため、それ以下が好ましい。尚、対象化合物によっては、気化室温度が低すぎると完全に分解せず、正しい分析値が得られない為、熱分解最適温度はTG−DTAやDSCなどの熱分析装置にてあらかじめ確認しておく事が望ましい。
キャリアーガスは、ヘリウムガス、窒素ガス等の不活性ガスであれば問題なく、使用カラムに応じて変更可能である。さらにキャリアーガス流量も使用カラム、対象化合物に応じて変更可能であり、限定されない。
検出器はFID、TCD、MS等、対象化合物が検出され、定量性が得られれば問題なく、特に限定されない。
スプリット比、注入量、波形処理パラメーター等は対象化合物により変更可能であり、限定されない。
反応追跡管理としては、例えば、式(1)で示される保護基で保護された官能基を数多く有するポリアリーレン化合物を変換して式(2)で示されるスルホン酸基を有するポリアリーレン化合物を得る製造法での工程管理分析が挙げられる。この反応ではアルカリ金属ハロゲン化物もしくはハロゲン化第四級アンモニウムを脱保護剤として使用しスルホン酸塩とし、その後、酸処理によりアルカリ金属塩もしくは四級アンモニウム塩をイオン交換し、式(2)で示されるスルホン酸基を有するポリアリーレン化合物を製造する。
この工程管理分析について以下に説明する。

Figure 2009250610
(式中、A、R、k及びmは、前記と同じ意味を表わし、Mは、Li、Na等の金属原子及び第四級アンモニウム塩を表し、XはCl、Br、I等のハロゲン原子を表す。)
アルカリ金属ハロゲン化物もしくはハロゲン化第四級アンモニウムを脱保護剤として使用しスルホン酸塩を製造する際は、アルキルハライドが副生物として反応中に生成する。本反応においては、式(1)と式(2)のポリアリーレン化合物が混在する反応マス中のエステル残存量をアルキルハライド化合物の分析値から求める為、反応で副生したアルキルハライドを一旦、除去する必要がある。
分析前処理でのアルキルハライド化合物除去方法に関しては、反応マスに酸を加え、アルカリ金属塩もしくは四級アンモニウム塩をイオン交換し、溶液を濾別したのち、得られたポリアリーレン化合物の沈殿物を水あるいは有機溶媒にて洗浄濾過を繰り返し、乾燥する。ここで、使用する酸は塩酸、硫酸が挙げられ、使用する量は反応混合物を酸性にする量であればよい。また、洗浄する量は使用した酸を除去する為であり、使用量は特定されない。洗浄効果は洗浄水のpHを指標とする。pHは2.5以上が望ましい。
試料溶解液は過剰のアルカリ金属ハロゲン化物もしくはハロゲン化第四級アンモニウムを有機溶媒に溶解し、本溶液を試料溶解液として使用する。アルカリ金属ハロゲン化物としては例えば、塩化リチウム、臭化リチウム、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウム等が挙げられ、ハロゲン化第四級アンモニウムとしては、塩化テトラメチルアンモニウム、臭化テトラブチルアンモニウム、臭化テトラブチルアンモニウムなどが挙げられ、これらの中で臭化リチウム、臭化テトラブチルアンモニウムが好ましい。
使用する溶媒は、アルカリ金属ハロゲン化物もしくはハロゲン化第四級アンモニウムとモノマー組成物及び生成するポリアリーレンが溶解し得る溶媒であればよい。かかる溶媒の具体例としては、メタノール、エタノール等の親水性アルコール溶媒;トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素溶媒;テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等のエーテル溶媒;ジメチルスルホキシド、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ヘキサメチルホスホリックトリアミド等の非プロトン性極性溶媒;ジクロロメタン、ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素溶媒等が挙げられる。かかる溶媒は、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。なかでも、ポリアリーレン化合物が容易に溶解するエーテル溶媒及び非プロトン性極性溶媒が好ましく、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、N−メチル−2−ピロリドン及びN,N−ジメチルアセトアミドがより好ましい。
定量分析は絶対検量線法にて算出した。(この際、定量分析方法として内部標準法でも問題ない。)
絶対検量線法の検量線を作成するにあたり、例えば、対象化合物である式(1)〜式(6)において、Aで示される置換基が熱分解にて副生するアルキルハライドを予め測定しておき、重量及びクロマトグラムのピーク面積から得られた検量線を求め、ファクターを算出する。
熱分解により生成したアルキル基と溶解液中の脱保護剤との反応により生成したアルキルハライド化合物の定量は下記の算出式に従って定量する。
Figure 2009250610
Figure 2009250610

ここで、
Figure 2009250610

で示され、イオン交換容量(meq/g)は中和逆滴定法にて得られる。
以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
[実施例1]
特開2007−284653号公報の実施例18に記載の通り実施して、目的のポリアリーレンを合成した。

冷却装置を備えたガラス製反応容器に、窒素雰囲気下で、ニッケル(0)ビス(シクロオクタジエン)5.05g、2,2’−ビピリジン2.87g及びN−メチル−2−ピロリドン40mLを加え、70℃で30分撹拌し、ニッケル含有溶液を調製した。冷却装置を備えたガラス製反応容器に、窒素雰囲気下で、2,5−ジクロロベンゼンスルホン酸(2,2−ジメチルプロピル)9.09g、亜鉛粉末2.4g及びN−メチル−2−ピロリドン40mLを加え、70℃に調整した。これに、前記ニッケル含有溶液を注ぎ込み、70℃で重合反応を行った。重合反応開始から1.5時間を経過した時点で、下記式
Figure 2009250610
で示されるスミカエクセルPES 5200P(住友化学株式会社製;Mw=94,000、Mn=40,000:上記分析条件で測定)3.06gをN−メチル−2−ピロリドン40mLに溶解させて得られた溶液(内温70℃)を、反応混合物に加え、さらに、70℃で6.5時間重合反応を行った。反応終了後、反応混合物をメタノール300mL中に加え、次いで、6mol/L塩酸300mLを加え、1時間撹拌した。析出した固体を濾過により分離し、乾燥し、灰白色の下記
Figure 2009250610
で示される繰り返し単位と下記
Figure 2009250610
で示されるセグメントとを含むポリアリーレン8.75gを得た。収率:87%
Mw=192,000、Mn=49,000
1H−NMR(CDCl3,δ(ppm)):0.80−1.05(br),3.80−3.89(br),
7.25(d)、7.97(d)、7.00−8.50(c)
上記で得られたのポリアリーレン8gを、臭化リチウム・1水和物4.8gとN−メチル−2−ピロリドン90mLとの混合溶液に加え、120℃で24時間反応させることにより、下記で示すポリアリーレン
Figure 2009250610

で示される繰り返し単位と下記
Figure 2009250610
で示されるセグメントとを含むポリアリーレンを製造する際の工程管理分析法として以下の操作を実施した。
[試料の前処理]
6Nの塩酸 55gに反応マスのN−メチル−2−ピロリドン溶液を5g注加、攪拌してポリマーを析出させ、上抜き操作にて溶液を除去する。残固形物にメタノールと35%塩酸水の混合液を50g加えた後、ゆっくり攪拌し、再度上抜き操作にて溶液を除去する。100gの水にて4回洗浄後、pHが2.5以上を確認する。さらにメタノールを約100g加えてゆっくり攪拌洗浄し、上抜き操作にて溶液の除去を2回実施する。得られた残固形分を減圧乾燥器にて80℃にて乾燥し、ポリアリレーン混合物を0.3g得た。
[試料溶解液の調製]
100mLメスフラスコにリチウムブロマイド(無水物)1000mg程度を正確にはかりとり、N−メチル−2−ピロリドンにて溶解定容して、本溶液をLiBr含有試料溶解液とした。
[試料溶液の調製]
前記の[試料前処理]操作で得られたポリアリーレン混合物10mg程度を正確に3mLスクリュー管にはかりとり、LiBr含有試料溶解液を0.5mL加え、更にN−メチル−2−ピロリドンを0.5mL加えて溶解して得られた溶液を試料溶液とした。
[ネオペンチルブロマイド標準品試料の調製]
100mLメスフラスコにネオペンチルブロマイド標準品(和光純薬 一級試薬)50mg程度を正確にはかりとり、N−メチル−2−ピロリドンにて定容した。(A−1液とする)

20mLスクリュー管にA−1液を5mLはかりとり、LiBr含有試料溶解液を5mL加えた。(A−2液とする)

20mLメスフラスコにA−1液10mLをホールピペットにてはかりとり、N−メチル−2−ピロリドンにて定容した。(B−1液とする)
20mLスクリュー管にB−1液を5mLはかりとりLiBr含有試料溶解液を5mL加えた。(B−2液とする)

20mLメスフラスコにB−1液10mLをホールピペットにてはかりとり、N−メチル−2−ピロリドンにて定容した。(C−1液とする)
20mLスクリュー管にC−1液を5mLはかりとり、LiBr含有試料溶解液を5mL加えた。
(C−2液とする)

20mLメスフラスコにC−1液10mLをホールピペットにてはかりとり、N−メチル−2−ピロリドンにて定容した。(D−1液とする)
20mLスクリュー管にD−1液を5mLはかりとり、LiBr含有試料溶解液を5mL加えた。
(D−2液とする)

20mLメスフラスコにD−1液10mLをホールピペットにてはかりとり、N−メチル−2−ピロリドンにて定容した。(E−1液とする)
20mLスクリュー管にE液を5mLはかりとり、LiBr含有試料溶解液を5mL加えた。
(E−2液とする)

20mLメスフラスコにE−1液10mLをホールピペットにてはかりとり、N−メチル−2−ピロリドンにて定容した。(F−1液とする)
20mLスクリュー管にF液を5mLはかりとり、LiBr含有試料溶解液を5mL加えた。
(F−2液とする)

20mLメスフラスコにF−1液10mLをホールピペットにてはかりとり、N−メチル−2−ピロリドンにて定容した。(G−1液とする)
20mLスクリュー管にG−1液を5mLはかりとり、LiBr含有試料溶解液を5mL加えた。
(G−2液とする)
表―1 標準品調製濃度
Figure 2009250610
上表−1に記載する各濃度調製されたネオペンチルブロマイドのLiBr含有N−メチル−2−ピロリドン溶液のA−2液、B−2液、C−2液、D−2液、E−2液、F−2液、G−2液を以下の表―2に記載するガスクロマトグラフィー条件で分析した。
表−2
Figure 2009250610
検量線の作成
前記で調製したネオペンチルブロマイド標準品試料の分析にて得られたクロマトグラムより、横軸にネオペンチルブロマイド濃度(mg/mL)、縦軸にネオペンチルブロマイドのAREAをプロットし、検量線を作成した。ここで、ネオペンチルブロマイドの保持時間は4.4分で検出された。保持時間 Rt4.4ピークがネオペンチルブロマイドである事はガスクロマトグラフィー質量分析装置(GC/MS装置)にて確認した。
Figure 2009250610
試料溶液のガスクロマトグラフィー分析
[試料溶液の調製]で得た試料調製液を表−2のガスクロマトグラフィー条件にて分析する。ここで、ネオペンチルブロマイドが保持時間4.4分に検出され、同時に異性体ピークと推定される(GC/MS分析により同じ質量を確認)が4.5分に検出される為、ネオペンチルブロマイドは4.4分と4.5分ピーク面積値の合算値とした。

図1に示すような代表的クロマトグラムが得られた。
保持時間 Rt4.4ピークがネオペンチルブロマイドである事はガスクロマトグラフィー質量分析装置(GC/MS装置)にて確認できる。図面 図2に示すような代表的代表的マススペクトルが得られた。
[エステル残存率の算出方法]
得られたクロマトグラムとネオペンチルブロマイド標準品での検量線から求められたファクターを使用して、絶対検量線法により分析試料溶液中のネオペンチルブロマイドの重量を求め、さらに下記式に従ってエステル含有率を算出した。
Figure 2009250610
Figure 2009250610

ここで、
Figure 2009250610
ポリアリーレン化合物のイオン交換容量値(スルホン酸基の重量割合)は、中和逆滴定法にて得られ、2.5meq/gであった。
以下に中和逆滴定法によるイオン交換容量測定操作を記載する。
ポリアリーレン化合物をハロゲン水分計(メトラー・トレド製 HG63)に130mg程度はかりとり、温度110℃にて乾燥し、Dry固形分の重量を把握する。
攪拌子を入れた200mL蓋付きポリビーカーにDry固形分を仕込んだ後、0.1N NaOH水(和光純薬 容量分析用試薬)をホールピペットにて5mL加える。さらに、純水150mLを加えた後、室温にて1時間攪拌する。
その後、0.1N HCl(和光純薬 容量分析用試薬)にて中和滴定を行う。同時にポリアリーレン化合物を入れない、ブランク測定する。これら0.1N HCl滴定量とDry固形分重量より、下記式によりイオン交換容量値を算出する。
Figure 2009250610
[比較例1]
実施例1の試料前処理操作にて得られたポリアリレーン混合物10mgを重DMSOを0.6mLに溶解し、1H−NMRを測定した。同時に得られた反応原料のポリアリレーンに関しても同濃度、同条件にて1H−NMRを測定した。
ポリアリレーン混合物のNMRスペクトルを図3に示す。
反応原料のポリアリレーンのNMRスペクトルを図4に示す。
得られたNMRスペクトルからエステル残存率を下記式にて算出した。

(ポリアリ−レン混合物のσ0.9〜0.74ppm(ネオペンチル基)の積分値)
ポリアレーン混合物の積分比=(ポリアリ−レン混合物のσ0.9〜0.74ppm(ネオペンチル基)の積分値)÷(ポリアリ−レン混合物のσ7.6〜6.8ppm(ベンゼン環)の積分値)
ここで、
各4HR、5HR、6HRでの各NMRスペクトルの積分値(自動積分)は以下の通り。
Figure 2009250610
Figure 2009250610
Figure 2009250610


ここで、反応原料でのNMRスペクトル積分値(自動積分)は以下の通り
反応原料のσ0.9〜0.74ppm(ネオペンチル基)の積分値:1.000
反応原料のσ7.6〜6.8ppm(ベンゼン環)の積分値 :0.300
よって、
反応原料の積分比:0.3333
Figure 2009250610
実施例1(GC法)と比較例1(NMR法)での分析方法の違いによるエステル残存率の比較を下記に記載する。実施例1(GC法)と比較例1(NMR法)でエステル残存率は差が少ない結果となった。

Figure 2009250610
[実施例2]
実施例1で製造されたポリアリーレン化合物を3mLスクリュー管に10mg程度正確にはかりとり、テトラブチルアンモニウム含有試料溶解液(15mg/mL)を0.5mL加え、更にN−メチル−2−ピロリドンを0.5mL加えて溶解して得られた溶液を試料溶液とし、実施例1のガスクロマトグラフィー条件にて分析した。Rt4.3分にアルキルエステル分解物のネオペンチルブロマイドが検出された。構造をGC/EI−MSで確認した。
[実施例3]
実施例1ので製造されたポリアリーレン化合物を3mLスクリュー管に10mg程度正確にはかりとり、DMSOにて調製したLiBr含有試料溶解液を0.5mL加え、更にDMSOを0.5mL加えて溶解して得られた溶液を試料溶液とし、実施例1のガスクロマトグラフィー条件にて分析した。Rt4.3分にアルキルエステル分解物のネオペンチルブロマイドが検出された。構造をGC/EI−MSで確認した。
[実施例4]
実施例1で製造されたポリアリーレン化合物を3mLスクリュー管に10mg程度正確にはかりとり、LiBr含有試料溶解液を0.5mL加え、更にN−メチル−2−ピロリドンを0.5mL加えて溶解して得られた溶液を試料溶液とし、実施例1のガスクロマトグラフィー条件を基に注入口温度を下表の通り変更して分析した。240℃以上が好ましい事が検証された。

Figure 2009250610
[実施例5]
Figure 2009250610
上記に記載するジハロベンゼン化合物を3mLスクリュー管に10mg程度正確にはかりとり、LiBr含有試料溶解液を0.5mL加え、更にN−メチル−2−ピロリドンを0.5mL加えて溶解して得られた溶液を試料溶液とし、実施例1のガスクロマトグラフィー条件にて分析した。Rt4.3分にアルキルエステル分解物のネオペンチルブロマイドが検出された。構造をGC/EI−MSにて確認した。
[実施例6]
Figure 2009250610
上記に記載するジハロベンゼン化合物を3mLスクリュー管に10mg程度正確にはかりとり、LiBr含有試料溶解液を0.5mL加え、更にN−メチル−2−ピロリドンを0.5mL加えて溶解して得られた溶液を試料溶液とし、実施例1のガスクロマトグラフィー条件にて分析した。Rt2.1分にアルキルエステル分解物のメチルブロマイドが検出された。構造をGC/EI−MSにて確認した。
図5に示すような代表的クロマトグラムが得られた。
Figure 2009250610
保持時間 Rt2.0分及び2.1分ピークがメチルブロマイドである事はガスクロマトグラフィー質量分析装置(GC/MS装置)にて確認できる。図6に示すような代表的代表的マススペクトルが得られた。
[実施例7]
Figure 2009250610
上記に記載するジハロベンゼン化合物を3mLスクリュー管に10mg程度正確にはかりとり、LiBr含有試料溶解液を0.5mL加え、更にN−メチル−2−ピロリドンを0.5mL加えて溶解して得られた溶液を試料溶液とし、実施例1のガスクロマトグラフィー条件にて分析した。Rt3.3分にアルキルエステル分解物のブロモシクロヘキサンが検出された。構造をGC/EI−MSにて確認した。
図7に示すような代表的クロマトグラムが得られた。
保持時間 Rt3.4分ピークがシクロヘキシルブロマイドである事はガスクロマトグラフィー質量分析装置(GC/MS装置)にて確認できる。図8に示すような代表的代表的マススペクトルが得られた。
[実施例8]
Figure 2009250610
上記に記載するジハロベンゼン化合物を3mLスクリュー管に10mg程度正確にはかりとり、LiBr含有試料溶解液を0.5mL加え、更にN−メチル−2−ピロリドンを0.5mL加えて溶解して得られた溶液を試料溶液とし、実施例1のガスクロマトグラフィー条件にて分析した。Rt4.3分にアルキルエステル分解物のネオペンチルブロマイドが検出された。構造をGC/EI−MSにて確認した。
[実施例9]
特開2005‐194517の[合成例1]及び[合成例2]に準じて下記化合物を以下の通り合成した。
Figure 2009250610

ネオペンチル基で保護されたスルホン酸誘導体からなる共重合体を3mLスクリュー管に10mg程度正確にはかりとり、LiBr含有試料溶解液を0.5mL加え、更にN−メチル−2−ピロリドンを0.5mL加えて溶解して得られた溶液を試料溶液とし、実施例1のガスクロマトグラフィー条件にて分析した。Rt4.3分にアルキルエステル分解物のネオペンチルブロマイドが検出された。構造はGC/EI−MSにて確認した。
本発明に係る保護基で保護されたイオン交換基を有する化合物のGCによる加熱分解反応での分析方法は、安価な汎用機器を使用して簡便に且つ精度よく分析管理でき、安全な製造プロセスを確保できる。
ネオペンチルブロマイドのGCクロマトグラム ネオペンチルブロマイドのGCMSマススペクトル ポリアリレーン混合物のNMRスペクトル 反応原料のポリアリレーンのNMRスペクトル メチルブロマイドのGCクロマトグラム メチルブロマイドのGCMS マススペクトル シクロヘキシルブロマイドの代表的クロマトグラム シクロヘキシルブロマイドのGCMS マススペクトル

Claims (9)

  1. 保護基で保護されたイオン交換基を有する化合物(被験物質と称する。)を、有機溶媒に溶解、もしくは希釈し、ガスクロマトグラフィー装置に注入し、注入口で加熱分解されて発生する分解成分を定量することで被験物質の構成や組成を分析・定量することを特徴とする分析方法。
  2. 被験物質を含有する反応溶液を請求項1に記載の分析方法にて反応追跡管理することを特徴とする管理分析方法。
  3. 被験物質に脱保護剤を添加することを特徴とする請求項1又は2に記載の分析方法。
  4. 被験物質の保護されたイオン交換基が、酸基である請求項1〜3のいずれかに記載の分析方法。
  5. 被験物質の保護されたイオン交換基がスルホン酸基又はカルボン酸基である請求項1〜4のいずれかに記載の分析方法。
  6. 被験物質の保護基が炭素数1〜20のアルキル基である請求項1〜5のいずれかに記載の分析方法。
  7. 被験物質が高分子化合物である請求項1〜6のいずれかに記載の分析方法。
  8. 被験物質が高分子化合物の原料となる低分子化合物である請求項1〜6のいずれかに記載の分析方法。
  9. 被験物質が、下記式(1)で示される繰り返し単位を有するポリアリーレンを含有するものである請求項1に記載の分析方法。
    式(1)
    Figure 2009250610

    (式中、Aは炭化水素基の炭素数の合計が1〜20のアルキル基を表わす。Rは、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜20のアルキル基等を表わす。mは1又は2を表し、kは4−mを表す。)
    で示される繰り返し単位を含むポリアリーレン。
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