JP2010270013A - Manufacturing method for ionically dissociable functional polymer - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing an ionically dissociable functional polymer useful as a proton conductor in a higher yield than before. <P>SOLUTION: The manufacturing method for the ionically dissociable functional polymer comprises a step (1) of allowing a precursor (A) of an ionically dissociable functional molecule comprising fullerene and a precursor group of an ionically dissociable group bonded thereto via an at least partially fluorinated spacer group, at least one compound (B) selected from a precursor of an ionically dissociable functional molecule comprising fullerene, different in the molar number of precursor groups of the ionically dissociable group per gram from the precursor (A) of an ionically dissociable functional molecule, and a precursor of an ionically dissociable group bonded thereto via an at least partially fluorinated spacer group, and fullerene, and a linking molecule (C) to react thereby to obtain a reaction product comprising the precursor (A) of an ionically dissociable functional molecule and the compound (B) bonded via a linking chain derived from the linking molecule (C). <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、イオン解離性機能高分子の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing an ion dissociative functional polymer.

固体高分子電解質型燃料電池等に用いられるプロトン伝導体としては、ナフィオン(Nafion(商品名)、DuPont社製、パーフルオロスルホン酸樹脂)が最も広く使用されている。   As a proton conductor used for a solid polymer electrolyte fuel cell or the like, Nafion (Nafion (trade name), manufactured by DuPont, perfluorosulfonic acid resin) is most widely used.

ナフィオンの分子構造は、本質的に特性が異なる二つのサブ構造体、すなわち(1)疎水性の分子骨格をなす、パーフルオロ化された1本鎖の主鎖と、(2)親水性のスルホン酸基を含み、プロトン供与サイトとして機能する、パーフルオロ化された側鎖とからなる。この構造は、不飽和結合を含まずパーフルオロ化された構造であるため、熱的・化学的に安定であるが、乾燥雰囲気下や高温下では、プロトン伝導性を発現するために必要な、樹脂内部に吸蔵された水を失い、プロトン伝導度が低下しやすい。   Nafion's molecular structure consists of two substructures with essentially different properties: (1) a perfluorinated single-stranded main chain that forms a hydrophobic molecular skeleton, and (2) a hydrophilic sulfone. It consists of perfluorinated side chains that contain acid groups and function as proton donating sites. Since this structure is a perfluorinated structure that does not contain unsaturated bonds, it is thermally and chemically stable, but it is necessary for developing proton conductivity in dry and high temperatures. The water stored in the resin is lost, and the proton conductivity tends to decrease.

一方、フラーレン等のカーボンクラスターに硫酸水素エステル基(−OSO3H)またはスルホン酸基(−SO3H)のようなプロトン解離性の基を導入したカーボンクラスター誘導体を主成分とする材料が、固体構造内でプロトン伝導できることが知られている(例えば、特許文献1参照)。また、プロトン解離性の基を、スペーサー基を介してフラーレンに導入したカーボンクラスター誘導体も知られている(例えば、特許文献2参照)。 On the other hand, a material mainly composed of a carbon cluster derivative in which a proton dissociable group such as a hydrogen sulfate ester group (—OSO 3 H) or a sulfonic acid group (—SO 3 H) is introduced into a carbon cluster such as fullerene, It is known that proton conduction is possible within a solid structure (see, for example, Patent Document 1). A carbon cluster derivative in which a proton dissociable group is introduced into fullerene via a spacer group is also known (see, for example, Patent Document 2).

特許文献1および2には、フラーレン等のカーボンクラスターへ官能基を導入することにより、プロトン等のイオンを伝導させる材料が得られることが記載されているが、上記材料の有するプロトン伝導機能を燃料電池等の電気化学装置へ応用する際には、その電気化学装置で求められる条件下で、上記材料が化学的、熱的に安定であることが求められる。   Patent Documents 1 and 2 describe that a material that conducts ions such as protons can be obtained by introducing a functional group into a carbon cluster such as fullerene. When applied to an electrochemical device such as a battery, the material is required to be chemically and thermally stable under conditions required for the electrochemical device.

化学的、熱的に安定なプロトン伝導性フラーレン誘導体として、特許文献2には、フラーレンに、少なくとも一部がフッ素化されたスペーサー基を介してイオン解離性基が結合したイオン解離性機能分子が、連結分子由来の連結鎖を介して結合した構造を有するイオン解離性機能高分子が開示されている。該イオン解離性機能高分子は、化学的、熱的に安定であり、また水不溶性を有しており、固体高分子電解質型燃料電池等に用いられるプロトン伝導体として有用であった。   As a chemically and thermally stable proton conductive fullerene derivative, Patent Document 2 discloses an ion dissociative functional molecule in which an ion dissociable group is bonded to fullerene via a spacer group at least partially fluorinated. An ion dissociative functional polymer having a structure bonded via a linking molecule-derived linking chain is disclosed. The ion dissociative functional polymer is chemically and thermally stable and has water insolubility, and is useful as a proton conductor used in solid polymer electrolyte fuel cells and the like.

国際公開第01/006519号パンフレットInternational Publication No. 01/006519 Pamphlet 特開2003−303513号公報JP 2003-303513 A

前記特許文献2に記載のイオン解離性機能高分子は、上述のように化学的、熱的に安定であり、また水不溶性を有しており、固体高分子電解質型燃料電池等に用いられるプロトン伝導体として有用であるが、その製造条件についての検討は未だ充分ではなかった。   The ion-dissociative functional polymer described in Patent Document 2 is chemically and thermally stable as described above, has water insolubility, and is a proton used in a solid polymer electrolyte fuel cell or the like. Although it is useful as a conductor, its production conditions have not yet been fully examined.

本発明は、プロトン伝導体として有用なイオン解離性機能高分子を、従来よりも収率よく製造する方法を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the method of manufacturing the ion dissociative functional polymer useful as a proton conductor with a sufficient yield rather than before.

上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、イオン解離性機能分子前駆体(A)と、1g当たりのイオン解離性基の前駆体基のモル数がイオン解離性機能分子前駆体(A)と異なる、イオン解離性機能分子前駆体およびフラーレンから選ばれる少なくとも一種の化合物(B)とを原料として用いることにより、従来よりも収率よくイオン解離性機能高分子を製造することができることを見出し、本発明を完成させた。   In order to solve the above problems, the present inventors have conducted intensive studies, and as a result, the number of moles of the ion dissociable functional molecule precursor (A) and the precursor group of the ion dissociable group per gram is ion dissociative. By using at least one compound (B) selected from an ion dissociative functional molecule precursor and fullerene, which is different from the functional molecule precursor (A), as a raw material, an ion dissociative functional polymer can be obtained with higher yield than before. The present invention has been completed by finding that it can be produced.

すなわち本発明のイオン解離性機能高分子の製造方法は、フラーレンに、少なくとも一部がフッ素化されたスペーサー基を介してイオン解離性基の前駆体基が結合してなるイオン解離性機能分子前駆体(A)と、1g当たりのイオン解離性基の前駆体基のモル数がイオン解離性機能分子前駆体(A)と異なる、フラーレンに、少なくとも一部がフッ素化されたスペーサー基を介してイオン解離性基の前駆体基が結合してなるイオン解離性機能分子前駆体およびフラーレンから選ばれる少なくとも一種の化合物(B)と、連結分子(C)とを反応させ、連結分子(C)由来の連結鎖を介して、前記イオン解離性機能分子前駆体(A)および化合物(B)が結合してなる反応生成物を得る工程(1)を有することを特徴とする。   That is, the method for producing an ion dissociative functional polymer of the present invention comprises an ion dissociative functional molecule precursor in which a precursor group of an ion dissociable group is bonded to fullerene via a spacer group that is at least partially fluorinated. The number of moles of the precursor group of the ion dissociable group per gram of the body (A) is different from that of the ion dissociable functional molecule precursor (A), and through a spacer group at least partially fluorinated with the fullerene. Derived from a linking molecule (C) by reacting at least one compound (B) selected from an ion dissociable functional molecule precursor and a fullerene obtained by bonding a precursor group of an ionic dissociable group with a linking molecule (C). A step (1) of obtaining a reaction product obtained by bonding the ion dissociative functional molecule precursor (A) and the compound (B) through the connecting chain.

前記反応において、イオン解離性機能分子前駆体(A)、および少なくとも一部の化合物(B)を含む混合物と、少なくとも一部の連結分子(C)とを接触させる工程を有することが好ましい。   The reaction preferably includes a step of bringing the mixture containing the ion dissociative functional molecule precursor (A) and at least a part of the compound (B) into contact with at least a part of the linking molecule (C).

前記反応において、イオン解離性機能分子前駆体(A)と、少なくとも一部の連結分子(C)とを接触させ、次いで、前記接触により得られた配合物と、少なくとも一部の化合物(B)とを接触させる工程を有することが好ましい。前記配合物と、少なくとも一部の化合物(B)との接触が、前記配合物に化合物(B)を複数回に分割して添加することにより行われることが好ましい。   In the reaction, the ion-dissociative functional molecule precursor (A) is contacted with at least a part of the linking molecule (C), and then the blend obtained by the contact and at least a part of the compound (B) It is preferable to have a process of contacting with. It is preferable that the contact between the blend and at least a part of the compound (B) is performed by adding the compound (B) to the blend in multiple portions.

前記イオン解離性機能分子前駆体(A)が有する、1g当たりのイオン解離性基の前駆体基のモル数をa〔mmol/g〕とした際の、前記化合物(B)が有する、1g当たりのイオン解離性基の前駆体基のモル数が0a〜0.9a〔mmol/g〕であることが好ましい。   Per 1 g of the compound (B) when the number of moles of precursor group of the ion dissociable group per gram of the ion dissociative functional molecule precursor (A) is a [mmol / g] The number of moles of the precursor group of the ion dissociable group is preferably 0a to 0.9a [mmol / g].

前記イオン解離性機能分子前駆体(A)および化合物(B)の合計100モル%に対して、前記連結分子(C)を100〜500モル%用いることが好ましい。
前記イオン解離性機能分子前駆体(A)および化合物(B)において前記イオン解離性基の前駆体基が、−SO2F、−SO2Cl、−COF、−COClからなる群から選択される少なくとも1種の基であることが好ましい。
It is preferable to use 100 to 500 mol% of the linking molecule (C) with respect to 100 mol% in total of the ion dissociative functional molecule precursor (A) and the compound (B).
In the ion dissociative functional molecule precursor (A) and the compound (B), the precursor group of the ion dissociable group is selected from the group consisting of —SO 2 F, —SO 2 Cl, —COF, and —COCl. It is preferably at least one group.

前記連結分子(C)において前記連結鎖が、下記一般式(1)で表わされる鎖であることが好ましい。
−(CF2)n− ・・・(1)
(上記一般式(1)において、nは5〜10の整数である。)
In the linking molecule (C), the linking chain is preferably a chain represented by the following general formula (1).
- (CF 2) n- ··· ( 1)
(In the general formula (1), n is an integer of 5 to 10.)

前記イオン解離性機能分子前駆体(A)および化合物(B)において前記スペーサー基が、下記一般式(2)で表わされる構造を有することが好ましい。
−(CF2)m− ・・・(2)
(上記一般式(2)において、mは1〜10の整数である。)
In the ion dissociative functional molecule precursor (A) and the compound (B), the spacer group preferably has a structure represented by the following general formula (2).
-(CF 2 ) m- (2)
(In the general formula (2), m is an integer of 1 to 10.)

前記イオン解離性機能分子前駆体(A)および化合物(B)において前記スペーサー基が、下記一般式(3)で表わされる基であることが好ましい。
−(CF2)m−O−(CF2)m− ・・・(3)
(上記一般式(3)において、mはそれぞれ独立に1〜10の整数である。)
In the ion dissociative functional molecule precursor (A) and the compound (B), the spacer group is preferably a group represented by the following general formula (3).
- (CF 2) m-O- (CF 2) m- ··· (3)
(In the above general formula (3), m is each independently an integer of 1 to 10.)

本発明のイオン解離性機能高分子の製造方法は、化学的、熱的に安定であり、また水不溶性を有しており、固体高分子電解質型燃料電池等に用いられるプロトン伝導体として有用なイオン解離性機能高分子を、従来よりも収率よく製造することができる。   The method for producing an ion dissociative functional polymer of the present invention is chemically and thermally stable and water-insoluble, and is useful as a proton conductor used in a solid polymer electrolyte fuel cell or the like. An ion dissociative functional polymer can be produced with a higher yield than conventional ones.

なお、本発明のイオン解離性機能高分子の製造方法により得られるイオン解離性機能高分子は、従来のイオン解離性機能高分子と同等の物性を有しており、プロトン伝導体としても有用である。   The ion dissociative functional polymer obtained by the method for producing an ion dissociative functional polymer of the present invention has physical properties equivalent to those of conventional ion dissociative functional polymers, and is also useful as a proton conductor. is there.

次に本発明について具体的に説明する。
本発明のイオン解離性機能高分子の製造方法は、フラーレンに、少なくとも一部がフッ素化されたスペーサー基を介してイオン解離性基の前駆体基が結合してなるイオン解離性機能分子前駆体(A)と、1g当たりのイオン解離性基の前駆体基のモル数がイオン解離性機能分子前駆体(A)と異なる、フラーレンに、少なくとも一部がフッ素化されたスペーサー基を介してイオン解離性基の前駆体基が結合してなるイオン解離性機能分子前駆体およびフラーレンから選ばれる少なくとも一種の化合物(B)と、連結分子(C)とを反応させ、連結分子(C)由来の連結鎖を介して、前記イオン解離性機能分子前駆体(A)および化合物(B)が結合してなる反応生成物を得る工程(1)を有することを特徴とする。
Next, the present invention will be specifically described.
The method for producing an ionically dissociative functional polymer of the present invention includes an ion dissociative functional molecule precursor obtained by bonding a precursor group of an ion dissociable group to fullerene via a spacer group that is at least partially fluorinated. (A) and the number of moles of the precursor group of the ion dissociable group per gram are different from those of the ion dissociable functional molecule precursor (A), and ions are introduced through a spacer group at least partially fluorinated with fullerene. At least one compound (B) selected from an ion dissociable functional molecule precursor and a fullerene formed by bonding a precursor group of a dissociable group is reacted with a linking molecule (C) to derive from the linking molecule (C). It has the process (1) which obtains the reaction product which the said ion dissociative functional molecule precursor (A) and a compound (B) couple | bond together through a connection chain.

なお、本明細書中で、フラーレンに、少なくとも一部がフッ素化されたスペーサー基を介してイオン解離性基の前駆体基が結合してなるイオン解離性機能分子前駆体(A)を、イオン解離性機能分子前駆体(A)とも記し、1g当たりのイオン解離性基の前駆体基のモル数がイオン解離性機能分子前駆体(A)と異なる、フラーレンに、少なくとも一部がフッ素化されたスペーサー基を介してイオン解離性基の前駆体基が結合してなるイオン解離性機能分子前駆体およびフラーレンから選ばれる少なくとも一種の化合物(B)を、化合物(B)とも記す。また、1g当たりのイオン解離性基の前駆体基のモル数がイオン解離性機能分子前駆体(A)と異なる、フラーレンに、少なくとも一部がフッ素化されたスペーサー基を介してイオン解離性基の前駆体基が結合してなるイオン解離性機能分子前駆体を、イオン解離性機能分子前駆体(B’)とも記す。   In the present specification, an ion dissociative functional molecule precursor (A) obtained by bonding a precursor group of an ion dissociable group to fullerene via a spacer group at least partially fluorinated is referred to as an ion. Also described as a dissociative functional molecule precursor (A), the number of moles of precursor groups of ion dissociable groups per gram is different from that of the ion dissociable functional molecule precursor (A), and at least a part of the fullerene is fluorinated. At least one compound (B) selected from an ion dissociable functional molecule precursor and a fullerene formed by bonding a precursor group of an ion dissociable group via a spacer group is also referred to as a compound (B). In addition, the number of moles of precursor group of the ion dissociable group per gram is different from that of the ion dissociable functional molecule precursor (A), and the ion dissociable group is formed via a spacer group that is at least partially fluorinated with the fullerene. The ion dissociative functional molecule precursor formed by bonding the precursor groups is also referred to as an ion dissociative functional molecule precursor (B ′).

〔イオン解離性機能分子前駆体(A)、化合物(B)〕
本発明のイオン解離性機能高分子の製造方法は、前述の工程(1)を有する。該工程(1)では、イオン解離性機能分子前駆体(A)および化合物(B)を用いる。
[Ion dissociative functional molecule precursor (A), compound (B)]
The manufacturing method of the ion dissociation functional polymer of this invention has the above-mentioned process (1). In the step (1), an ion dissociative functional molecule precursor (A) and a compound (B) are used.

前記イオン解離性機能分子前駆体(A)は前述のように、フラーレンに、少なくとも一部がフッ素化されたスペーサー基を介してイオン解離性基の前駆体基が結合してなるイオン解離性機能分子前駆体である。すなわち、イオン解離性機能分子前駆体(A)の原料の一種として、フラーレンが用いられる。   As described above, the ion dissociative functional molecule precursor (A) is an ion dissociative function in which a precursor group of an ion dissociable group is bonded to fullerene via a spacer group that is at least partially fluorinated. It is a molecular precursor. That is, fullerene is used as a kind of raw material for the ion dissociative functional molecule precursor (A).

化合物(B)は前述のように、1g当たりのイオン解離性基の前駆体基のモル数がイオン解離性機能分子前駆体(A)と異なる、フラーレンに、少なくとも一部がフッ素化されたスペーサー基を介してイオン解離性基の前駆体基が結合してなるイオン解離性機能分子前駆体およびフラーレンから選ばれる少なくとも一種の化合物である。すなわち、イオン解離性機能分子前駆体(B’)の原料の一種として、または化合物(B)自体として、フラーレンが用いられる。   As described above, the compound (B) is a fullerene spacer in which the number of moles of the precursor group of the ion dissociable group per gram is different from that of the ion dissociable functional molecule precursor (A). It is at least one compound selected from an ion dissociable functional molecule precursor and a fullerene formed by bonding a precursor group of an ion dissociable group through a group. That is, fullerene is used as a kind of raw material of the ion dissociative functional molecule precursor (B ′) or as the compound (B) itself.

前記フラーレンの炭素数としては特に限定はなく、C36、C60、C70、C76、C78、C82、C84、C90、C96、C266等、従来公知のフラーレンを用いることができる。なお、フラーレンは炭素数の異なるフラーレンの混合物であってもよい。前記フラーレンとしては、入手容易なC60やC70またはその混合物を用いることが好ましい。また、イオン解離性機能分子前駆体(A)におけるフラーレンと、化合物(B)におけるフラーレンは、同種のフラーレンでも、異なる種類のフラーレンでもよい。 The number of carbon atoms of the fullerene is not particularly limited, and a conventionally known fullerene such as C 36 , C 60 , C 70 , C 76 , C 78 , C 82 , C 84 , C 90 , C 96 , C 266, etc. should be used. Can do. The fullerene may be a mixture of fullerenes having different carbon numbers. As the fullerene, it is preferable to use a readily available C 60 or C 70 or mixtures thereof. The fullerene in the ion dissociative functional molecule precursor (A) and the fullerene in the compound (B) may be the same type of fullerene or different types of fullerenes.

また、前記フラーレンとして、ハロゲン原子、炭化水素基、フッ化炭化水素基、エーテル基、エステル基、アミド基、ケトン基等の官能基が付加されたフラーレンであってもよい。   The fullerene may be a fullerene to which a functional group such as a halogen atom, a hydrocarbon group, a fluorinated hydrocarbon group, an ether group, an ester group, an amide group, or a ketone group is added.

前記イオン解離性機能分子前駆体(A)、イオン解離性機能分子前駆体(B’)が有する、前記スペーサー基としては特に限定はないが熱的、化学的安定性の観点から、通常はフッ素原子を有する有機基が用いられる。   The spacer group of the ion dissociative functional molecule precursor (A) and the ion dissociative functional molecule precursor (B ′) is not particularly limited, but is usually fluorine from the viewpoint of thermal and chemical stability. Organic groups having atoms are used.

スペーサー基としては、下記(2)式で表わされる構造を有する基であることが好ましい。
−(CF2)m− ・・・(2)
(上記一般式(2)において、mは1〜10の整数である。)
The spacer group is preferably a group having a structure represented by the following formula (2).
-(CF 2 ) m- (2)
(In the general formula (2), m is an integer of 1 to 10.)

また、スペーサー基としては、エーテル構造を含む有機基が好ましく、具体的には、前記式(2)で表わされる構造を複数有し、かつエーテル構造を含む有機基が好ましく、下記一般式(3)で表わされる基であることがより好ましい。
−(CF2)m−O−(CF2)m− ・・・(3)
(上記一般式(3)において、mはそれぞれ独立に1〜10の整数である。)
The spacer group is preferably an organic group having an ether structure, and specifically, an organic group having a plurality of structures represented by the formula (2) and having an ether structure is preferable. And more preferably a group represented by
- (CF 2) m-O- (CF 2) m- ··· (3)
(In the above general formula (3), m is each independently an integer of 1 to 10.)

なお、イオン解離性機能分子前駆体(A)が有するスペーサー基と、イオン解離性機能分子前駆体(B’)が有するスペーサー基とは、同一でも異なっていてもよい。   The spacer group possessed by the ion dissociative functional molecule precursor (A) and the spacer group possessed by the ion dissociative functional molecule precursor (B ′) may be the same or different.

前記イオン解離性機能分子前駆体(A)、イオン解離性機能分子前駆体(B’)が有する、前記イオン解離性基の前駆体基としては、加水分解等の処理によりイオン解離性基に変換できる基であれば特に限定はない。イオン解離性基の前駆体基は、通常は−SO2F、−SO2Cl、−COF、−COClからなる群から選択される少なくとも1種の基であり、−SO2F、−COFからなる群から選択される少なくとも1種の基であることが好ましい。 The precursor group of the ion dissociable functional molecule precursor (A) and the ion dissociative functional molecule precursor (B ′), which is a precursor group of the ion dissociable group, is converted into an ion dissociable group by a treatment such as hydrolysis. If it is group which can be done, there will be no limitation in particular. The precursor group of the ion dissociable group is usually at least one group selected from the group consisting of —SO 2 F, —SO 2 Cl, —COF, and —COCl, and includes —SO 2 F and —COF. It is preferably at least one group selected from the group consisting of

なお、イオン解離性機能分子前駆体(A)が有するイオン解離性基の前駆体基と、イオン解離性機能分子前駆体(B’)が有するイオン解離性基の前駆体基とは、同一でも異なっていてもよい。   The precursor group of the ion dissociable group possessed by the ion dissociative functional molecule precursor (A) and the precursor group of the ion dissociable group possessed by the ion dissociable functional molecule precursor (B ′) may be the same. May be different.

前記イオン解離性機能分子前駆体(A)、イオン解離性機能分子前駆体(B’)は、フラーレンに、スペーサー基を介してイオン解離性基の前駆体基が結合してなる。スペーサー基をRf、イオン解離性基の前駆体基をYで表すと、イオン解離性機能分子前駆体はフラーレンに−Rf−Yが結合した構造である。フラーレンに結合する−Rf−Yの量としては、特に限定はないが、イオン解離性機能分子前駆体(A)の場合、通常はイオン解離性機能分子前駆体(A)1g当たり、1.0〜5.0mmolであることが好ましく、1.5〜3.0mmolであることがより好ましい。すなわち、イオン解離性機能分子前駆体(A)が有する、1g当たりのイオン解離性基の前駆体基のモル数は、1.0〜5.0mmolであることが好ましく、1.5〜3.0mmolであることがより好ましい。   The ion dissociative functional molecule precursor (A) and the ion dissociative functional molecule precursor (B ′) are formed by binding a precursor group of an ion dissociable group to a fullerene via a spacer group. When the spacer group is represented by Rf and the precursor group of the ion dissociable group is represented by Y, the ion dissociative functional molecule precursor has a structure in which -Rf-Y is bonded to fullerene. The amount of -Rf-Y bonded to the fullerene is not particularly limited. In the case of the ion dissociative functional molecule precursor (A), it is usually 1.0 per gram of the ion dissociative functional molecule precursor (A). It is preferably ˜5.0 mmol, and more preferably 1.5 to 3.0 mmol. That is, the number of moles of the precursor group of the ion dissociable group per gram which the ion dissociative functional molecule precursor (A) has is preferably 1.0 to 5.0 mmol, and 1.5 to 3. More preferably, it is 0 mmol.

また、イオン解離性機能分子前駆体(A)において、フラーレンに結合する−Rf−Yの数は、フラーレン1分子あたり平均3〜10であり、好ましくは平均5〜8である。
また、イオン解離性機能分子前駆体(B’)の、フラーレンに結合する−Rf−Yの量としては、イオン解離性機能分子前駆体(A)と異なっていれば良く、特に限定はないが、イオン解離性機能分子前駆体(A)よりも少ないことが好ましい。すなわち、イオン解離性機能分子前駆体(B’)は、1g当たりのイオン解離性基の前駆体基のモル数が、イオン解離性機能分子前駆体(A)よりも少ないことが好ましい。
In the ion dissociative functional molecule precursor (A), the number of -Rf-Y bonded to fullerene is 3 to 10 on average per fullerene molecule, and preferably 5 to 8 on average.
Further, the amount of -Rf-Y bonded to fullerene in the ion dissociative functional molecule precursor (B ') may be different from that of the ion dissociative functional molecule precursor (A), and is not particularly limited. It is preferable that the amount is smaller than that of the ion dissociative functional molecule precursor (A). That is, the ion dissociative functional molecule precursor (B ′) preferably has a smaller number of moles of precursor groups of ion dissociable groups per gram than the ion dissociable functional molecule precursor (A).

化合物(B)は、前述のように、イオン解離性機能分子前駆体(B’)およびフラーレンから選ばれる少なくとも一種の化合物であり、化合物(B)として、イオン解離性機能分子前駆体(B’)を用いても、フラーレンを用いても、イオン解離性機能分子前駆体(B’)およびフラーレンを用いてもよい。   As described above, the compound (B) is at least one compound selected from an ion dissociative functional molecule precursor (B ′) and fullerene, and the compound (B) is an ion dissociative functional molecule precursor (B ′). ), Fullerene, or an ion dissociative functional molecule precursor (B ′) and fullerene may be used.

化合物(B)は、イオン解離性機能分子前駆体(A)が有する、1g当たりのイオン解離性基の前駆体基のモル数をa〔mmol/g〕とした際の、1g当たりのイオン解離性基の前駆体基のモル数が0a〜0.9a〔mmol/g〕であることが好ましい。なお、化合物(B)がフラーレンである場合に、化合物(B)が有する1g当たりのイオン解離性基の前駆体基のモル数が0a〔mmol/g〕、すなわち0〔mmol/g〕となる。   Compound (B) is an ion dissociation per gram when the number of moles of the precursor group of the ion dissociable group per gram of the ion dissociative functional molecular precursor (A) is a [mmol / g]. The number of moles of the precursor group of the functional group is preferably 0a to 0.9a [mmol / g]. When the compound (B) is fullerene, the number of moles of the precursor group of the ion dissociable group per gram which the compound (B) has is 0 a [mmol / g], that is, 0 [mmol / g]. .

前記イオン解離性機能分子前駆体(A)、イオン解離性機能分子前駆体(B’)の1g当たりのイオン解離性基の前駆体基のモル数は、通常、イオン解離性基の前駆体基をプロトン解離性基に変換して求めた酸密度と等しい。これは、イオン解離性基の前駆体基をプロトン解離性基に変換する前後で、分子量の変化が少なく、前記イオン解離性基の前駆体基は、プロトン解離性基に容易に変換することができ、かつその変換効率が、ほぼ100mol%であることに由来する。なお、イオン解離性基の前駆体基が−SO2F基である場合には、プロトン解離性基はスルホン酸基(−SO2OH)であることが好ましい。 The number of moles of the precursor group of the ion dissociable group per gram of the ion dissociative functional molecule precursor (A) and the ion dissociative functional molecule precursor (B ′) is usually the precursor group of the ion dissociable group. Is the same as the acid density determined by converting to a proton dissociable group. This is because there is little change in molecular weight before and after converting the precursor group of an ion dissociable group into a proton dissociable group, and the precursor group of the ion dissociable group can be easily converted into a proton dissociable group. And the conversion efficiency is almost 100 mol%. When the precursor group of the ion dissociable group is a —SO 2 F group, the proton dissociable group is preferably a sulfonic acid group (—SO 2 OH).

また、前記イオン解離性機能分子前駆体(A)、イオン解離性機能分子前駆体(B’)の一分子当たりのイオン解離性基の前駆体基の数の平均の求め方は、通常、イオン解離性基の前駆体基をプロトン解離性基に変換して求めた、酸密度および、一分子当たりのイオン解離性基の前駆体基の数の平均をmとした場合の分子量から実施例に記載の方法により求めることができる。   The average number of precursor groups of ion dissociable groups per molecule of the ion dissociative functional molecule precursor (A) and ion dissociative functional molecule precursor (B ′) is usually determined by ion From the molecular weight when the average of the acid density and the number of precursor groups of the ion dissociable group per molecule obtained by converting the precursor group of the dissociable group into a proton dissociable group is used in the examples. It can be determined by the method described.

前記イオン解離性機能分子前駆体(A)、イオン解離性機能分子前駆体(B’)は、通常フラーレンに前記−Rf−Y構造を有する分子を結合させることにより得られる。前記−Rf−Y構造を有する分子としては、分子の末端にヨウ素原子を有するI−Rf−Yで表される分子等が用いられる。   The ion dissociative functional molecule precursor (A) and the ion dissociative functional molecule precursor (B ′) are usually obtained by bonding a molecule having the —Rf—Y structure to fullerene. As the molecule having the -Rf-Y structure, a molecule represented by I-Rf-Y having an iodine atom at the end of the molecule is used.

前記イオン解離性機能分子前駆体(A)、イオン解離性機能分子前駆体(B’)の製造方法としては、特に限定は無く、例えば特開2003−303513号公報、特開2006−131517号公報、特開2007−22996号公報等に記載された従来公知の製法で得ることができる。   The method for producing the ion dissociative functional molecule precursor (A) and the ion dissociative functional molecule precursor (B ′) is not particularly limited, and for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2003-303513 and 2006-131517. , And can be obtained by a conventionally known production method described in JP-A-2007-22996.

前記イオン解離性機能分子前駆体(A)、イオン解離性機能分子前駆体(B’)の製造方法の一例を前記−Rf−Yが、-CF2-CF2-O-CF2-CF2-SO2Fである場合を例にして示す。まず、1,2,4−トリクロロベンゼン中、200℃程度の加熱下で、フラーレンおよびI-CF2-CF2-O-CF2-CF2-SO2Fを反応させる。該反応では、加熱によりI-CF2-CF2-O-CF2-CF2-SO2Fのヨウ素原子側の端部でヨウ素原子とラジカル(・CF2-CF2-O-CF2-CF2-SO2F)に分解し、該ラジカルがフラーレンに導入される。前記反応で得られた反応混合物を精製することによりフラーレンに-CF2-CF2-O-CF2-CF2-SO2F結合してなるイオン解離性機能分子前駆体を得ることができる。 An example of the production method of the ion dissociative functional molecule precursor (A) and the ion dissociative functional molecule precursor (B ′) is that —Rf—Y is —CF 2 —CF 2 —O—CF 2 —CF 2. An example of -SO 2 F is shown. First, fullerene and I—CF 2 —CF 2 —O—CF 2 —CF 2 —SO 2 F are reacted in 1,2,4-trichlorobenzene under heating at about 200 ° C. In the reaction, an iodine atom and a radical (• CF 2 —CF 2 —O—CF 2 — are formed at the end of the iodine atom side of I—CF 2 —CF 2 —O—CF 2 —CF 2 —SO 2 F by heating. It decomposes into CF 2 —SO 2 F) and the radical is introduced into fullerene. By purifying the reaction mixture obtained by the above reaction, an ion dissociative functional molecule precursor formed by bonding —CF 2 —CF 2 —O—CF 2 —CF 2 —SO 2 F to fullerene can be obtained.

なお、前記イオン解離性機能分子前駆体(A)、イオン解離性機能分子前駆体(B’)が有する一分子当たりの−Rf−Yの量、すなわち1g当たりのイオン解離性基の前駆体基のモル数は、例えば試薬として用いる前記I−Rf−Yで表される分子のフラーレンに対する当量を増減させたり、反応時間を増減させたりする等の製造条件を変えることにより、調節することができる。   The ion dissociative functional molecule precursor (A) and the ion dissociative functional molecule precursor (B ′) have an amount of —Rf—Y per molecule, that is, a precursor group of ion dissociable groups per gram. The number of moles can be adjusted, for example, by changing production conditions such as increasing or decreasing the equivalent of the molecule represented by I-Rf-Y used as a reagent with respect to fullerene or increasing or decreasing the reaction time. .

〔連結分子(C)〕
本発明のイオン解離性機能高分子の製造方法は、前述の工程(1)を有する。該工程(1)では、連結分子(C)を用いる。
[Linking molecule (C)]
The manufacturing method of the ion dissociation functional polymer of this invention has the above-mentioned process (1). In the step (1), a linking molecule (C) is used.

連結分子(C)としては、前記イオン解離性機能分子前駆体(A)および化合物(B)と反応することが可能な分子であり、連結分子(C)由来の連結鎖を介して、前記イオン解離性機能分子前駆体(A)および化合物(B)が結合してなる反応生成物を得ることができれば特に限定はない。前記連結鎖としては、アルキル基、アリール基、−(CF2)n−(nは5〜10の整数である。)で表されるフッ化アルキル基、エーテル基、エステル基、アミド基およびケトン基からなる郡から選択される少なくとも1種の基を有することが好ましい。 The linking molecule (C) is a molecule capable of reacting with the ion dissociative functional molecule precursor (A) and the compound (B), and the ions are connected via a linking chain derived from the linking molecule (C). If the reaction product which a dissociative functional molecule precursor (A) and a compound (B) couple | bond together can be obtained, there will be no limitation in particular. Examples of the linking chain include alkyl groups, aryl groups, fluorinated alkyl groups represented by — (CF 2 ) n — (n is an integer of 5 to 10), ether groups, ester groups, amide groups, and ketones. It is preferred to have at least one group selected from the group consisting of groups.

前記連結鎖の具体例としては、下記一般式(1)で表わされる鎖が挙げられる。
−(CF2)n− ・・・(1)
(上記一般式(1)において、nは5〜10の整数である。)
Specific examples of the connecting chain include a chain represented by the following general formula (1).
- (CF 2) n- ··· ( 1)
(In the general formula (1), n is an integer of 5 to 10.)

本発明に用いる連結分子(C)は、上記連結鎖を有する化合物であり、例えばX−R−Xで表される化合物(XはCl、BrまたはIであり、Rは連結鎖である)が用いられる。   The connecting molecule (C) used in the present invention is a compound having the above connecting chain, for example, a compound represented by X—R—X (X is Cl, Br or I, and R is a connecting chain). Used.

本発明において、連結分子(C)として前記X−R−Xで表される化合物を用いた場合には、工程(1)において、Xが脱離し、Rの端部が、前記イオン解離性機能分子前駆体(A)のフラーレン由来の構造や、化合物(B)としてイオン解離性機能分子前駆体(B’)を用いた場合には、イオン解離性機能分子前駆体(B’)のフラーレン由来の構造、化合物(B)としてフラーレンを用いた場合には、フラーレンに結合する。Rの端部が、それぞれ異なるフラーレン由来の構造やフラーレンに結合することにより、イオン解離性機能分子前駆体(A)および化合物(B)が結合した高分子量の反応生成物を得ることができる。すなわち、工程(1)において得られる反応性生物は、イオン解離性機能分子前駆体(A)のフラーレン由来の構造と、化合物(B)由来の構造とが、連結鎖を介して複数結合している。
前記X−R−Xで表される化合物としては、X−(CF2)n−Xで表される化合物(但し、nは5〜10の整数である。)が好ましい。
In the present invention, when the compound represented by X—R—X is used as the linking molecule (C), X is eliminated in step (1), and the end of R is the ion dissociative function. The structure derived from fullerene of the molecular precursor (A) and, when the ion dissociative functional molecular precursor (B ′) is used as the compound (B), derived from the fullerene of the ion dissociative functional molecular precursor (B ′) When fullerene is used as the structure of the compound (B), it binds to fullerene. By binding the ends of R to different fullerene-derived structures and fullerenes, a high molecular weight reaction product in which the ion dissociative functional molecule precursor (A) and the compound (B) are bonded can be obtained. That is, in the reactive organism obtained in the step (1), a plurality of fullerene-derived structures of the ion dissociative functional molecule precursor (A) and a structure derived from the compound (B) are bonded via a linking chain. Yes.
The compound represented by X—R—X is preferably a compound represented by X— (CF 2 ) n—X (where n is an integer of 5 to 10).

〔工程(1)〕
本発明のイオン解離性機能高分子の製造方法が有する工程(1)は、イオン解離性機能分子前駆体(A)と、化合物(B)と、連結分子(C)とを反応させ、連結分子(C)由来の連結鎖を介して、前記イオン解離性機能分子前駆体(A)および化合物(B)が結合してなる反応生成物を得る工程である。
[Step (1)]
In the step (1) of the method for producing an ion dissociative functional polymer of the present invention, the ion dissociative functional molecule precursor (A), the compound (B), and the connecting molecule (C) are reacted to form a connecting molecule. (C) is a step of obtaining a reaction product obtained by bonding the ion dissociative functional molecule precursor (A) and the compound (B) via a linking chain derived from (C).

なお、本発明において、連結分子(C)由来の連結鎖を介して、前記イオン解離性機能分子前駆体(A)および化合物(B)が結合してなる反応生成物を、反応生成物とも記す。   In the present invention, a reaction product obtained by bonding the ion dissociative functional molecule precursor (A) and the compound (B) through a linking molecule (C) -derived linking chain is also referred to as a reaction product. .

工程(1)は、通常は溶媒中で行われる。溶媒としては特に限定されず、例えば特開2003−303513号公報に記載されたC66およびCS2の混合溶媒や、特願2008−219836号に記載されたハロゲン化芳香族化合物およびパーフルオロ脂肪族化合物からなる群から選択される少なくとも1種を含む、沸点が160℃以上の溶媒を用いることができる。 Step (1) is usually performed in a solvent. The solvent is not particularly limited, and for example, a mixed solvent of C 6 F 6 and CS 2 described in JP-A No. 2003-303513, a halogenated aromatic compound and perfluoro described in Japanese Patent Application No. 2008-219636. A solvent having a boiling point of 160 ° C. or higher, which includes at least one selected from the group consisting of aliphatic compounds, can be used.

溶媒として、ハロゲン化芳香族化合物およびパーフルオロ脂肪族化合物からなる群から選択される少なくとも1種を含む、沸点が160℃以上の溶媒を用いると、C66およびCS2の混合溶媒を用いた場合と比べて、温和な条件で工程(1)を行うことができるため、好ましい。 When a solvent having a boiling point of 160 ° C. or higher and containing at least one selected from the group consisting of a halogenated aromatic compound and a perfluoroaliphatic compound is used as the solvent, a mixed solvent of C 6 F 6 and CS 2 is used. Compared with the case where it was, since a process (1) can be performed on mild conditions, it is preferable.

本発明において、ハロゲン化芳香族化合物およびパーフルオロ脂肪族化合物からなる群から選択される少なくとも1種を含む、沸点が160℃以上の溶媒を、沸点が160℃以上の溶媒とも記す。   In the present invention, a solvent having a boiling point of 160 ° C. or higher and containing at least one selected from the group consisting of a halogenated aromatic compound and a perfluoroaliphatic compound is also referred to as a solvent having a boiling point of 160 ° C. or higher.

工程(1)は、通常160〜300℃の高温下で行われる。前記工程(1)において、沸点が160℃以上の溶媒を用いると、該溶媒は沸点が160℃以上であるため、イオン解離性機能分子前駆体と、連結分子とを反応させる際に、常圧下で行うことができる。一方、C66およびCS2の混合溶媒中で工程(1)を行う場合には、CS2の沸点は46℃であり、前記混合溶媒は約50℃で沸騰するため、常圧下では工程(1)を160〜300℃で行うことができず、オートクレーブ等を用いて、加圧下で反応を行う必要がある。また、前記混合溶媒を用いる場合には、連結分子(C)を多量に用いる必要があったが、沸点が160℃以上の溶媒を用いることにより、連結分子(C)の使用量を低減することができる。 Step (1) is usually performed at a high temperature of 160 to 300 ° C. In the step (1), when a solvent having a boiling point of 160 ° C. or higher is used, the solvent has a boiling point of 160 ° C. or higher. Therefore, when the ion dissociative functional molecule precursor and the linking molecule are reacted, the reaction is performed under normal pressure. Can be done. On the other hand, when the step (1) is performed in a mixed solvent of C 6 F 6 and CS 2 , the boiling point of CS 2 is 46 ° C., and the mixed solvent boils at about 50 ° C. (1) cannot be performed at 160 to 300 ° C., and it is necessary to perform the reaction under pressure using an autoclave or the like. Further, when the mixed solvent is used, it is necessary to use a large amount of the linking molecule (C). However, by using a solvent having a boiling point of 160 ° C. or higher, the amount of the linking molecule (C) used can be reduced. Can do.

工程(1)は、溶媒として、沸点が160℃以上の溶媒を用い、160〜300℃の、常圧下または10kPa以下の僅かな加圧下で反応を行うことが好ましい。
工程(1)においては、前記イオン解離性機能分子前駆体(A)と、化合物(B)と、連結分子(C)とを反応させる際の、各原料を接触させる順番としては、特に限定はない。
In step (1), a solvent having a boiling point of 160 ° C. or higher is preferably used as the solvent, and the reaction is preferably performed at a normal pressure of 160 to 300 ° C. or a slight pressure of 10 kPa or lower.
In the step (1), the order of bringing the raw materials into contact when the ion dissociative functional molecule precursor (A), the compound (B), and the linking molecule (C) are reacted is not particularly limited. Absent.

前記反応において、イオン解離性機能分子前駆体(A)、および少なくとも一部の化合物(B)を含む混合物と、少なくとも一部の連結分子(C)とを接触させる工程(以下、工程(X)とも記す)を有することが好ましい。また、前記反応において、イオン解離性機能分子前駆体(A)と、少なくとも一部の連結分子(C)とを接触させ、次いで、前記接触により得られた配合物と、少なくとも一部の化合物(B)とを接触させる工程(以下、工程(Y)とも記す)を有することも好ましい。   In the reaction, a step of bringing the mixture containing the ion dissociative functional molecule precursor (A) and at least a part of the compound (B) into contact with at least a part of the linking molecule (C) (hereinafter, the process (X) It is also preferable to have In the reaction, the ion dissociative functional molecule precursor (A) and at least a part of the linking molecule (C) are brought into contact with each other, and then the formulation obtained by the contact and at least a part of the compound ( It is also preferable to have the process (henceforth a process (Y)) contacted with B).

なお、工程(Y)において、前記配合物と、少なくとも一部の化合物(B)との接触が、前記配合物に化合物(B)を複数回に分割して添加することにより行われることが好ましい。前記分割は、2回以上であればよく、通常は2〜10回に分割して添加される。   In the step (Y), it is preferable that the contact between the blend and at least a part of the compound (B) is performed by adding the compound (B) to the blend in multiple portions. . The said division | segmentation should just be 2 times or more, and is normally divided | segmented and added to 2-10 times.

すなわち、前記反応は、イオン解離性機能分子前駆体(A)と、少なくとも一部の連結分子(C)との接触が、少なくとも一部の化合物(B)と、少なくとも一部の連結分子(C)との接触よりも早いか、同時であることが好ましい。   That is, in the reaction, the contact between the ion dissociative functional molecule precursor (A) and at least a part of the linking molecule (C) results in at least a part of the compound (B) and at least a part of the linking molecule (C It is preferable that the contact is earlier or simultaneous with the contact with.

前記反応が工程(X)を有する場合には、前記反応が以下の態様(X−1)〜(X−4)のいずれかであることが好ましい。
態様(X−1)は、前記反応が、イオン解離性機能分子前駆体(A)、および化合物(B)を含む混合物と、連結分子(C)とを接触させることにより行われる態様である。すなわち、反応に用いるイオン解離性機能分子前駆体(A)の全量と、化合物(B)の全量とを含む混合物と、連結分子(C)の全量とを接触させる態様である。なお、混合物と、連結分子(C)との接触の際には、連結分子(C)を複数回に分けて、混合物と接触させてもよい。
When the reaction includes the step (X), the reaction is preferably any one of the following embodiments (X-1) to (X-4).
Aspect (X-1) is an aspect in which the reaction is carried out by bringing the mixture containing the ion dissociative functional molecule precursor (A) and the compound (B) into contact with the linking molecule (C). That is, it is an aspect in which the mixture containing the total amount of the ion dissociative functional molecule precursor (A) used in the reaction and the total amount of the compound (B) is brought into contact with the total amount of the linking molecule (C). When the mixture and the linking molecule (C) are contacted, the linking molecule (C) may be divided into a plurality of times and contacted with the mixture.

態様(X−2)は、前記反応が、イオン解離性機能分子前駆体(A)、および一部の化合物(B)を含む混合物と、連結分子(C)とを接触させ配合物(i)を得た後に、該配合物(i)と、残部の化合物(B)とを接触させることにより行われる態様である。すなわち、反応に用いるイオン解離性機能分子前駆体(A)の全量と、化合物(B)の一部とを含む混合物に、連結分子(C)の全量を接触させ、得られた配合物(i)と、残部の化合物(B)とを接触させる態様である。なお、混合物と、連結分子(C)との接触の際には、連結分子(C)を複数回に分けて、混合物と接触させてもよい。また、配合物(i)と、残部の化合物(B)との接触の際には、化合物(B)を複数回に分けて、配合物(i)と接触させてもよい。   In the embodiment (X-2), the reaction is performed by bringing the mixture containing the ion dissociative functional molecule precursor (A) and a part of the compound (B) into contact with the linking molecule (C). Is obtained by contacting the compound (i) with the remaining compound (B). That is, the total amount of the linking molecule (C) is brought into contact with a mixture containing the total amount of the ion dissociative functional molecule precursor (A) used in the reaction and a part of the compound (B), and the resulting mixture (i ) And the remaining compound (B). When the mixture and the linking molecule (C) are contacted, the linking molecule (C) may be divided into a plurality of times and contacted with the mixture. Moreover, when contacting the compound (i) with the remaining compound (B), the compound (B) may be divided into a plurality of times and brought into contact with the compound (i).

態様(X−3)は、前記反応が、イオン解離性機能分子前駆体(A)、および一部の化合物(B)を含む混合物と、一部の連結分子(C)とを接触させ配合物(i)を得た後に、該配合物(i)と、残部の化合物(B)とを接触させ配合物(ii)を得た後に、該配合物(ii)と、残部の連結分子(C)とを接触させることにより行われる態様である。すなわち、反応に用いるイオン解離性機能分子前駆体(A)の全量と、化合物(B)の一部とを含む混合物に、連結分子(C)の一部を接触させ、得られた配合物(i)と、残部の化合物(B)とを接触させ、得られた配合物(ii)と、残部の連結分子(C)とを接触させる態様である。なお、混合物と、連結分子(C)との接触、および配合物(ii)と、連結分子(C)との接触の際には、連結分子(C)を複数回に分けて、混合物や配合物(ii)と接触させてもよい。また、配合物(i)と、残部の化合物(B)との接触の際には、化合物(B)を複数回に分けて、配合物(i)と接触させてもよい。   In the aspect (X-3), the reaction is performed by bringing a mixture containing the ion dissociative functional molecule precursor (A) and a part of the compound (B) into contact with a part of the linking molecule (C). After obtaining (i), the compound (i) and the remaining compound (B) are contacted to obtain a compound (ii), and then the compound (ii) and the remaining linking molecule (C ) Are brought into contact with each other. That is, a part of the linking molecule (C) is brought into contact with a mixture containing the total amount of the ion dissociative functional molecule precursor (A) used for the reaction and a part of the compound (B), and the resulting mixture ( In this embodiment, i) and the remaining compound (B) are brought into contact with each other, and the obtained compound (ii) is brought into contact with the remaining linking molecule (C). When contacting the mixture with the linking molecule (C), and when the mixture (ii) is contacted with the linking molecule (C), the linking molecule (C) is divided into a plurality of times. You may make it contact with a thing (ii). Moreover, when contacting the compound (i) with the remaining compound (B), the compound (B) may be divided into a plurality of times and brought into contact with the compound (i).

態様(X−4)は、前記反応が、イオン解離性機能分子前駆体(A)、および一部の化合物(B)を含む混合物と、一部の連結分子(C)とを接触させ配合物(i)を得た後に、残部の化合物(B)および連結分子(C)を交互に複数回に分けて、前記配合物(i)と接触させることにより行われる態様である。具体的には、前記配合物(i)に、化合物(B)の一部、連結分子(C)の残部、化合物(B)の残部をこの順で接触させる態様、前記配合物(i)に、化合物(B)の一部、連結分子(C)の一部、化合物(B)の残部、連結分子(C)の残部をこの順で接触させる態様、前記配合物(i)に、化合物(B)の一部、連結分子(C)の一部、化合物(B)の一部、連結分子(C)の残部、化合物(B)の残部をこの順で接触させる態様等が挙げられる。   In the aspect (X-4), the reaction is performed by bringing the mixture containing the ion dissociative functional molecule precursor (A) and a part of the compound (B) into contact with a part of the linking molecule (C). After obtaining (i), the remaining compound (B) and linking molecule (C) are alternately divided into a plurality of times and brought into contact with the compound (i). Specifically, the compound (i) is brought into contact with a part of the compound (B), the remainder of the linking molecule (C) and the remainder of the compound (B) in this order, and the composition (i). , A part of the compound (B), a part of the linking molecule (C), the rest of the compound (B), the rest of the linking molecule (C) in this order, the compound (i) Examples include a mode in which a part of B), a part of the linking molecule (C), a part of the compound (B), the remainder of the linking molecule (C), and the remainder of the compound (B) are contacted in this order.

前記反応が工程(Y)を有する場合には、前記反応が以下の態様(Y−1)〜(Y−4)のいずれかであることが好ましい。
態様(Y−1)は、前記反応が、イオン解離性機能分子前駆体(A)と、連結分子(C)とを接触させ、次いで、前記接触により得られた配合物(i)と、化合物(B)とを接触させることにより行われる態様である。すなわち、反応に用いるイオン解離性機能分子前駆体(A)の全量と、連結分子(C)の全量とを接触させ、得られた配合物(i)と、化合物(B)の全量とを接触させることにより行われる態様である。なお、イオン解離性機能分子前駆体(A)と、連結分子(C)とを接触させる際には、連結分子(C)を複数回に分けて、イオン解離性機能分子前駆体(A)と接触させてもよい。また、前記配合物(i)と、化合物(B)との接触の際には、化合物(B)を複数回に分けて、配合物(i)と接触させてもよい。
When the reaction includes a step (Y), the reaction is preferably any one of the following embodiments (Y-1) to (Y-4).
In the aspect (Y-1), the compound (i) obtained by the above-mentioned contact is obtained by bringing the ionic dissociative functional molecule precursor (A) and the linking molecule (C) into contact with each other, and the compound It is an aspect performed by making (B) contact. That is, the total amount of the ion dissociative functional molecule precursor (A) used for the reaction and the total amount of the linking molecule (C) are brought into contact, and the obtained formulation (i) is brought into contact with the total amount of the compound (B). It is an aspect performed by making it. When contacting the ion dissociative functional molecule precursor (A) with the linking molecule (C), the linking molecule (C) is divided into a plurality of times, and the ion dissociating functional molecule precursor (A) and You may make it contact. Moreover, when contacting the compound (i) with the compound (B), the compound (B) may be divided into a plurality of times and brought into contact with the compound (i).

態様(Y−2)は、前記反応が、イオン解離性機能分子前駆体(A)と、一部の連結分子(C)とを接触させ、次いで、前記接触により得られた配合物(i)と、化合物(B)とを接触させ、次いで該接触により得られた配合物(ii)と、残部の連結分子(C)とを接触させることにより行われる態様である。すなわち、反応に用いるイオン解離性機能分子前駆体(A)の全量と、連結分子(C)の一部とを接触させ、得られた配合物(i)と、化合物(B)の全量とを接触させ、得られた配合物(ii)と、連結分子(C)の残部とを接触させることにより行われる態様である。なお、イオン解離性機能分子前駆体(A)と、連結分子(C)とを接触、および配合物(ii)と、連結分子(C)とを接触させる際には、連結分子(C)を複数回に分けて、イオン解離性機能分子前駆体(A)や配合物(ii)と接触させてもよい。また、前記配合物(i)と、化合物(B)との接触の際には、化合物(B)を複数回に分けて、配合物(i)と接触させてもよい。   In the embodiment (Y-2), the compound (i) obtained by the reaction is obtained by bringing the ion-dissociative functional molecule precursor (A) into contact with a part of the linking molecule (C), and then the contact. And the compound (B), and then the compound (ii) obtained by the contact is brought into contact with the remaining linking molecule (C). That is, the total amount of the ion dissociable functional molecule precursor (A) used for the reaction and a part of the linking molecule (C) are brought into contact with each other, and the obtained formulation (i) and the total amount of the compound (B) It is an aspect performed by making it contact and making the obtained compound (ii) and the remainder of a connection molecule | numerator (C) contact. When contacting the ion dissociative functional molecule precursor (A) with the linking molecule (C) and bringing the compound (ii) into contact with the linking molecule (C), the linking molecule (C) You may make it contact with an ion dissociative functional molecule precursor (A) and a compound (ii) in several steps. Moreover, when contacting the compound (i) with the compound (B), the compound (B) may be divided into a plurality of times and brought into contact with the compound (i).

態様(Y−3)は、前記反応が、イオン解離性機能分子前駆体(A)と、一部の連結分子(C)とを接触させ、次いで、前記接触により得られた配合物(i)と、一部の化合物(B)とを接触させ、次いで該接触により得られた配合物(ii)と、残部の連結分子(C)とを接触させ、次いで該接触により得られた配合物(iii)と、残部の化合物(B)とを接触させることにより行われる態様である。すなわち、反応に用いるイオン解離性機能分子前駆体(A)の全量と、連結分子(C)の一部とを接触させ、得られた配合物(i)と、化合物(B)の一部とを接触させ、得られた配合物(ii)と、連結分子(C)の残部とを接触させ、得られた配合物(iii)と、化合物(B)の残部とを接触させることにより行われる態様である。なお、イオン解離性機能分子前駆体(A)と、連結分子(C)とを接触、および配合物(ii)と、連結分子(C)とを接触させる際には、連結分子(C)を複数回に分けて、イオン解離性機能分子前駆体(A)や配合物(ii)と接触させてもよい。また、前記配合物(i)と、化合物(B)との接触、および配合物(iii)と、化合物(B)との接触の際には、化合物(B)を複数回に分けて、配合物(i)や配合物(iii)と接触させてもよい。   In the aspect (Y-3), the compound (i) obtained by the reaction is obtained by bringing the ion dissociative functional molecule precursor (A) into contact with a part of the linking molecule (C), and then contacting the ionic dissociative functional molecule precursor (A). And a part of the compound (B) are contacted, and then the formulation (ii) obtained by the contact is brought into contact with the remaining linking molecule (C), and then the formulation obtained by the contact ( In this embodiment, iii) is brought into contact with the remaining compound (B). That is, the total amount of the ion dissociable functional molecule precursor (A) used for the reaction and a part of the linking molecule (C) are brought into contact with each other, and the obtained compound (i) and a part of the compound (B) Is carried out by contacting the resulting formulation (ii) with the remainder of the linking molecule (C), and contacting the resulting formulation (iii) with the remainder of the compound (B). It is an aspect. When contacting the ion dissociative functional molecule precursor (A) with the linking molecule (C) and bringing the compound (ii) into contact with the linking molecule (C), the linking molecule (C) You may make it contact with an ion dissociative functional molecule precursor (A) and a compound (ii) in several steps. In addition, when the compound (B) is contacted with the compound (B) and the compound (iii) is contacted with the compound (B), the compound (B) is divided into a plurality of times. You may make it contact with a thing (i) and a compound (iii).

態様(Y−4)は、前記反応が、イオン解離性機能分子前駆体(A)と、一部の連結分子(C)とを接触させ、次いで、前記接触により得られた配合物(i)と、一部の化合物(B)とを接触させ、次いで該接触により得られた配合物(ii)を得た後に、残部の連結分子(C)および化合物(B)を交互に複数回に分けて、前記配合物(ii)と接触させることにより行われる態様である。具体的には、前記配合物(ii)に、連結分子(C)の一部、化合物(B)の残部、連結分子(C)の残部をこの順で接触させる態様、前記配合物(ii)に、連結分子(C)の一部、化合物(B)の一部、連結分子(C)の残部、化合物(B)の残部をこの順で接触させる態様、前記配合物(ii)に、連結分子(C)の一部、化合物(B)の一部、連結分子(C)の一部、化合物(B)の残部、連結分子(C)の残部をこの順で接触させる態様等が挙げられる。   In the embodiment (Y-4), the compound (i) obtained by the reaction is obtained by bringing the ion-dissociative functional molecule precursor (A) into contact with a part of the linking molecule (C), and then the contact. And a part of the compound (B) are contacted, and then the mixture (ii) obtained by the contact is obtained, and then the remaining linking molecule (C) and compound (B) are alternately divided into a plurality of times. The embodiment is carried out by contacting with the formulation (ii). Specifically, a mode in which a part of the linking molecule (C), a remaining part of the compound (B), and a remaining part of the linking molecule (C) are brought into contact with the compound (ii) in this order, the compound (ii) A part of the linking molecule (C), a part of the compound (B), the remaining part of the linking molecule (C), the remaining part of the compound (B) in this order, and the compound (ii) Examples include a mode in which a part of the molecule (C), a part of the compound (B), a part of the linking molecule (C), the remainder of the compound (B), and the remainder of the linking molecule (C) are contacted in this order. .

また、工程(1)に用いる連結分子(C)の量は、通常イオン解離性機能分子前駆体(A)および化合物(B)の合計100モル%に対して、100〜500モル%であり、好ましくは100〜300モル%である。   The amount of the linking molecule (C) used in the step (1) is usually 100 to 500 mol% with respect to 100 mol% in total of the ion dissociable functional molecule precursor (A) and the compound (B), Preferably it is 100-300 mol%.

工程(1)に用いるイオン解離性機能分子前駆体(A)と、化合物(B)との量比は、特に限定はないが、イオン解離性機能分子前駆体(A)および化合物(B)の合計100モル%当たり、通常はイオン解離性機能分子前駆体(A)が15〜99モル%であり、化合物(B)が85〜1モル%であり、好ましくはイオン解離性機能分子前駆体(A)が50〜99モル%であり、化合物(B)が50〜1モル%である。   The amount ratio of the ion dissociative functional molecule precursor (A) and the compound (B) used in the step (1) is not particularly limited, but the ion dissociative functional molecule precursor (A) and the compound (B) are not limited. Usually, the ion dissociable functional molecule precursor (A) is 15 to 99 mol% and the compound (B) is 85 to 1 mol% per 100 mol% in total, and preferably the ion dissociable functional molecule precursor ( A) is 50 to 99 mol%, and compound (B) is 50 to 1 mol%.

また、溶媒の使用量は、特に限定はないが、通常はイオン解離性機能分子前駆体(A)および化合物(B)の合計100質量部に対して、100〜1000質量部である。
また、工程(1)は、その反応時間を低減するためにラジカル開始剤存在下で行っても良い。
Moreover, the usage-amount of a solvent does not have limitation in particular, Usually, it is 100-1000 mass parts with respect to a total of 100 mass parts of an ion dissociative functional molecule precursor (A) and a compound (B).
Further, step (1) may be performed in the presence of a radical initiator in order to reduce the reaction time.

ラジカル開始剤としては、過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過酸化カリウム、クメンヒドロペルオキシド、t−ブチルヒドロパーオキシド、ジクロミルパーオキシド、ジ−t−ブチルパーオキシド等の有機過酸化物が好ましく、ジ−t−ブチルパーオキシドがより好ましい。   The radical initiator is preferably an organic peroxide such as benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, potassium peroxide, cumene hydroperoxide, t-butyl hydroperoxide, dichromyl peroxide, di-t-butyl peroxide, Di-t-butyl peroxide is more preferred.

前記ラジカル開始剤の使用量は、特に限定はないが、通常は連結分子(C)1.0当量に対して、0.1当量を超えて10当量以下であり、1〜5等量が好ましい。
工程(1)の反応時間としては、特に限定はないが、ラジカル開始剤存在下で行った場合には通常は0.5〜3日間であり、ラジカル開始剤非存在下で行った場合には通常は3〜10日間である。
Although the usage-amount of the said radical initiator does not have limitation in particular, Usually, it is more than 0.1 equivalent and 10 equivalent or less with respect to 1.0 equivalent of connection molecule | numerator (C), and 1-5 equivalent is preferable. .
The reaction time in step (1) is not particularly limited, but is usually 0.5 to 3 days when performed in the presence of a radical initiator, and when performed in the absence of a radical initiator. Usually 3 to 10 days.

〔沸点が160℃以上の溶媒〕
前記沸点が160℃以上の溶媒について説明する。沸点が160℃以上の溶媒とは前述のように、ハロゲン化芳香族化合物およびパーフルオロ脂肪族化合物からなる群から選択される少なくとも1種を含む、沸点が160℃以上の溶媒である。なお、沸点とは1気圧における沸点である。
[Solvent having a boiling point of 160 ° C. or higher]
The solvent having a boiling point of 160 ° C. or higher will be described. As described above, the solvent having a boiling point of 160 ° C. or higher is a solvent having a boiling point of 160 ° C. or higher, including at least one selected from the group consisting of a halogenated aromatic compound and a perfluoroaliphatic compound. The boiling point is a boiling point at 1 atmosphere.

上記沸点が160℃以上の溶媒を用いることにより、工程(1)を常圧または、僅かな加圧下で行うことができる。
ハロゲン化芳香族化合物としては、沸点が160℃以上であれば特に限定はないが、通常は、トリクロロベンゼン、o−ジブロモベンゼン、m−ジブロモベンゼン、o−ジクロロベンゼン、m−ジクロロベンゼン、1−クロロナフタレンからなる群から選択される少なくとも1種のハロゲン化芳香族化合物が用いられる。
By using a solvent having a boiling point of 160 ° C. or higher, step (1) can be performed under normal pressure or slight pressure.
The halogenated aromatic compound is not particularly limited as long as it has a boiling point of 160 ° C. or higher. Usually, trichlorobenzene, o-dibromobenzene, m-dibromobenzene, o-dichlorobenzene, m-dichlorobenzene, 1- At least one halogenated aromatic compound selected from the group consisting of chloronaphthalene is used.

トリクロロベンゼンとしては、1,3,5−トリクロロベンゼン、1,2,3−トリクロロベンゼン、1,2,4−トリクロロベンゼンのいずれを用いてもよいが、価格や入手性の点で、1,2,4−トリクロロベンゼンが好ましい。   As trichlorobenzene, any of 1,3,5-trichlorobenzene, 1,2,3-trichlorobenzene, and 1,2,4-trichlorobenzene may be used, but in terms of price and availability, 1, 2,4-trichlorobenzene is preferred.

また、パーフルオロ脂肪族化合物としては、沸点が160℃以上であれば特に限定はないが、通常は、パーフルオロトリアルキルアミンおよび炭素数12〜30のパーフルオロアルカンからなる群から選択される少なくとも1種のパーフルオロ脂肪族化合物が用いられる。   Further, the perfluoroaliphatic compound is not particularly limited as long as the boiling point is 160 ° C. or higher, but is usually at least selected from the group consisting of perfluorotrialkylamines and perfluoroalkanes having 12 to 30 carbon atoms. One perfluoroaliphatic compound is used.

パーフルオロトリアルキルアミンとしては、例えばパーフルオロトリペンチルアミン、パーフルオロトリブチルアミン等が用いられ、炭素数12〜30のパーフルオロアルカンとしては、パーフルオロペンタデカン等が用いられる。   As the perfluorotrialkylamine, for example, perfluorotripentylamine, perfluorotributylamine and the like are used, and as the perfluoroalkane having 12 to 30 carbon atoms, perfluoropentadecane and the like are used.

前記沸点が160℃以上の溶媒としては、パーフルオロトリペンチルアミン、1,2,4−トリクロロベンゼンが好ましい。
なお、前記沸点が160℃以上の溶媒としては、ハロゲン化芳香族化合物およびパーフルオロ脂肪族化合物以外の成分を含む混合溶媒であってもよい。
As the solvent having a boiling point of 160 ° C. or higher, perfluorotripentylamine and 1,2,4-trichlorobenzene are preferable.
The solvent having a boiling point of 160 ° C. or higher may be a mixed solvent containing components other than the halogenated aromatic compound and the perfluoroaliphatic compound.

〔その他の工程〕
本発明のイオン解離性機能高分子の製造方法においては、上記工程(1)で得られる反応生成物が有する、イオン解離性基の前駆体基を、イオン解離性基に変換することにより、イオン解離性機能高分子を得る工程を有する。
[Other processes]
In the method for producing an ion dissociable functional polymer of the present invention, an ion dissociable group precursor group contained in the reaction product obtained in the above step (1) is converted into an ion dissociable group, thereby producing ions. A step of obtaining a dissociative functional polymer.

すなわち、本発明の製造方法で得られる、イオン解離性機能高分子は、フラーレンに、少なくとも一部がフッ素化されたスペーサー基を介してイオン解離性基が結合しており、複数のフラーレンが連結鎖を介して結合している。   That is, in the ion dissociable functional polymer obtained by the production method of the present invention, an ion dissociable group is bonded to fullerene via a spacer group that is at least partially fluorinated, and a plurality of fullerenes are linked. It is connected through a chain.

本発明のイオン解離性機能高分子の有するイオン解離性基としては、特に限定はないが、例えばスルホン酸基(−SO2OH)、カルボキシル基(−COOH)、スルホンアミド基(−SO2−NH2)、カルボキサミド基(−CO−NH2)からなる群から選択される少なくとも1種の基が挙げられる。 The ion dissociable group possessed by the ion dissociative functional polymer of the present invention is not particularly limited. For example, a sulfonic acid group (—SO 2 OH), a carboxyl group (—COOH), a sulfonamide group (—SO 2 —). NH 2), at least one group selected from the group consisting of carboxamide group (-CO-NH 2).

上記イオン解離性基は、イオンとしてプロトンを放出するプロトン解離性基であるが、本発明のイオン解離性機能高分子の有するイオン解離性基としては、上記イオン解離性基の水素原子がアルカリ金属原子で置換された基であってもよい。アルカリ金属原子としては、リチウム原子、ナトリウム原子、カリウム原子、ルビジウム原子、セシウム原子が挙げられる。   The ion dissociable group is a proton dissociable group that releases protons as ions, and the ion dissociable group of the ion dissociable functional polymer of the present invention includes an alkali metal in which the hydrogen atom of the ion dissociable group is an alkali metal. It may be a group substituted with an atom. Examples of the alkali metal atom include a lithium atom, a sodium atom, a potassium atom, a rubidium atom, and a cesium atom.

前記イオン解離性基の前駆体基をイオン解離性基に変換する方法としては、特に限定されないが、例えば、イオン解離性基の前駆体基が−SO2F基であり、イオン解離性基がスルホン酸基(−SO2OH)である場合には、前記反応生成物を、C66やTHF(テトラヒドロフラン)中で、水および水酸化ナトリウムと反応させ加水分解し、−SO2F基を、−SO3Na基に変換する。ついで、−SO2F基を、−SO3Na基に変換した反応混合物をHCl、H2SO4、HClO4、HNO3等の強酸と反応させることにより−SO3Na基を、スルホン酸基(−SO2OH)に変換し、イオン解離性機能高分子とすることができる。 The method for converting the precursor group of the ion dissociable group into an ion dissociable group is not particularly limited. For example, the precursor group of the ion dissociable group is a —SO 2 F group, and the ion dissociable group is In the case of a sulfonic acid group (—SO 2 OH), the reaction product is hydrolyzed by reacting with water and sodium hydroxide in C 6 F 6 or THF (tetrahydrofuran) to obtain a —SO 2 F group. and converted to -SO 3 Na groups. Subsequently, the reaction mixture obtained by converting the —SO 2 F group into —SO 3 Na group is reacted with a strong acid such as HCl, H 2 SO 4 , HClO 4 , HNO 3 to convert the —SO 3 Na group into a sulfonic acid group. It can be converted to (—SO 2 OH) to obtain an ion dissociative functional polymer.

本発明のイオン解離性機能高分子の製造方法により得られるイオン解離性機能高分子は、熱的、化学的安定性にすぐれており、イオンを好適に放出することができる。本発明のイオン解離性機能高分子の製造方法は、従来よりも収率よくイオン解離性機能高分子を得ることができる。   The ion dissociative functional polymer obtained by the method for producing an ion dissociative functional polymer of the present invention is excellent in thermal and chemical stability, and can suitably release ions. The method for producing an ion dissociative functional polymer of the present invention can obtain an ion dissociative functional polymer with a higher yield than conventional methods.

イオン解離性機能高分子が有するイオン解離性基が、プロトン解離性基である場合には、本発明のイオン解離性機能高分子は、プロトン伝導度に優れる。具体的には、イオン解離性機能高分子の温度19℃、相対湿度70%の雰囲気中に1日以上おいた条件で測定したプロトン伝導度が通常は、1.0×10-2S/cm以上である。 When the ion dissociable group of the ion dissociative functional polymer is a proton dissociable group, the ion dissociable functional polymer of the present invention is excellent in proton conductivity. Specifically, the proton conductivity measured in an atmosphere of an ion dissociative functional polymer at a temperature of 19 ° C. and a relative humidity of 70% for 1 day or longer is usually 1.0 × 10 −2 S / cm. That's it.

本発明のイオン解離性機能高分子は、燃料電池に用いるプロトン伝導体、イオン交換樹脂等の様々な用途に用いることができる。
特にイオン解離性基がプロトン解離性基である場合には燃料電池に用いるプロトン伝導体として用いることができる。
The ion dissociative functional polymer of the present invention can be used for various applications such as proton conductors and ion exchange resins used in fuel cells.
In particular, when the ion dissociable group is a proton dissociable group, it can be used as a proton conductor used in a fuel cell.

次に本発明について実施例を示してさらに詳細に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example is shown and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited by these.

〔イオン解離性機能分子前駆体(I)の製造〕
イオン解離性機能分子前駆体(I)を以下の方法で製造した。
滴下ロート、コンデンサー(冷却器)、温度計および攪拌機を装着した500mlのガラス製3つ口フラスコに、窒素気流雰囲気下で、フラーレン(フロンティアカーボン株式会社製 nanom (登録商標) mix ST(C60約60%、C70約25%))3.0gを加え、次いで1,2,4−トリクロロベンゼン300mlを加えた。
[Production of ion-dissociable functional molecule precursor (I)]
The ion dissociative functional molecule precursor (I) was produced by the following method.
In a 500 ml glass three-necked flask equipped with a dropping funnel, condenser (cooler), thermometer and stirrer, in a nitrogen stream atmosphere, fullerene (frontier carbon nanometer (registered trademark) mix ST (C 60 approx. 60%, C70 approx. 25%)) 3.0 g was added, followed by 300 ml of 1,2,4-trichlorobenzene.

前記フラーレンおよび1,2,4−トリクロロベンゼンを攪拌しながら、温度を200℃に保持して、スペーサー基およびイオン解離性基の前駆体基を有する分子としてI-CF2-CF2-O-CF2-CF2-SO2Fを42.6g(フラーレン1当量に対して24当量)を約1日かけて滴下ロートから滴下した。滴下終了後、攪拌しながら200℃にて6日間反応させた。 While stirring the fullerene and 1,2,4-trichlorobenzene, the temperature is maintained at 200 ° C., and a molecule having a spacer group and a precursor group of an ion dissociable group is used as I—CF 2 —CF 2 —O—. 42.6 g of CF 2 —CF 2 —SO 2 F (24 equivalents to 1 equivalent of fullerene) was dropped from the dropping funnel over about 1 day. After completion of dropping, the mixture was reacted at 200 ° C. for 6 days with stirring.

反応終了後、3つ口フラスコから反応混合物を取り出し、反応混合物から1,2,4−トリクロロベンゼンを減圧留去し、その残渣を150℃で終夜真空乾燥した。乾燥後の残渣にヘキサン200mlを加え、30分加熱還流させた。冷却後、デカンテーションにてヘキサン層を除き、残渣を真空乾燥し、暗茶色の粉末であるイオン解離性機能分子前駆体(I)9.2gを得た。   After completion of the reaction, the reaction mixture was taken out from the three-necked flask, 1,2,4-trichlorobenzene was distilled off from the reaction mixture under reduced pressure, and the residue was vacuum-dried at 150 ° C. overnight. To the residue after drying, 200 ml of hexane was added and heated to reflux for 30 minutes. After cooling, the hexane layer was removed by decantation, and the residue was vacuum-dried to obtain 9.2 g of ion-dissociative functional molecule precursor (I) as a dark brown powder.

上記の反応では、前記I-CF2-CF2-O-CF2-CF2-SO2Fは、ヨウ素原子側の端部でヨウ素原子とラジカル(・CF2-CF2-O-CF2-CF2-SO2F)に熱分解し、この結果生じたラジカルが、ヨウ素原子と結合していた不対電子によってフラーレン分子に付加する。 In the above reaction, the I—CF 2 —CF 2 —O—CF 2 —CF 2 —SO 2 F has an iodine atom and a radical (• CF 2 —CF 2 —O—CF 2) at the end on the iodine atom side. Thermally decomposed to -CF 2 -SO 2 F), and the resulting radical is added to the fullerene molecule by unpaired electrons bonded to the iodine atom.

なお、イオン解離性機能分子前駆体(I)の19F−NMRを測定したところ、イオン解離性機能分子前駆体(I)は、スペーサー基(−CF2-CF2-O-CF2-CF2−)を介して前駆体基(−SO2F)がフラーレンに付加した化合物であることが示された。 In addition, when 19 F-NMR of the ion dissociative functional molecule precursor (I) was measured, the ion dissociative functional molecule precursor (I) was converted into a spacer group (—CF 2 —CF 2 —O—CF 2 —CF 2 -) precursor group via the (-SO 2 F) was shown to be a compound added to the fullerene.

〔イオン解離性機能分子前駆体(II)の製造〕
イオン解離性機能分子前駆体(II)を以下の方法で製造した。
コンデンサー(冷却器)、温度計および攪拌機を装着した2lのガラス製3つ口フラスコに、窒素気流雰囲気下で、フラーレン(フロンティアカーボン株式会社製 nanom (登録商標) mix ST(C60約60%、C70約25%))16gを加え、次いでスペーサー基およびイオン解離性基の前駆体基を有する分子としてI-CF2-CF2-O-CF2-CF2-SO2Fを72g(フラーレン1当量に対して7.1当量)、および1,2,4−トリクロロベンゼン1.5lを加えた。
[Production of ion-dissociative functional molecule precursor (II)]
The ion dissociative functional molecule precursor (II) was produced by the following method.
In a 2 l glass three-necked flask equipped with a condenser (cooler), thermometer and stirrer, fullerene (frontier carbon Co., Ltd. nanom (registered trademark) mix ST (C 60 about 60%, C70 about 25%)) 16 g, and then 72 g (fullerene) of I—CF 2 —CF 2 —O—CF 2 —CF 2 —SO 2 F as a molecule having a spacer group and a precursor group of an ion dissociable group 7.1 equivalents to 1 equivalent), and 1.5 liters of 1,2,4-trichlorobenzene.

前記の反応溶液を攪拌しながら、温度を200℃に保持して7日間反応させた。
反応終了後、3つ口フラスコから反応混合物を取り出し、反応混合物から1,2,4−トリクロロベンゼンを減圧留去し、その残渣を150℃で3日間真空乾燥し、暗茶色の粉末であるイオン解離性機能分子前駆体(II)47gを得た。
While stirring the reaction solution, the temperature was kept at 200 ° C. and reacted for 7 days.
After completion of the reaction, the reaction mixture is taken out from the three-necked flask, 1,2,4-trichlorobenzene is distilled off from the reaction mixture under reduced pressure, and the residue is vacuum-dried at 150 ° C. for 3 days to obtain an ion which is a dark brown powder. 47 g of dissociative functional molecule precursor (II) was obtained.

なお、イオン解離性機能分子前駆体(II)の19F−NMRを測定したところ、イオン解離性機能分子前駆体(II)は、スペーサー基(−CF2-CF2-O-CF2-CF2−)を介して前駆体基(−SO2F)がフラーレンに付加した化合物であることが示された。 In addition, when 19 F-NMR of the ion dissociative functional molecule precursor (II) was measured, the ion dissociative functional molecule precursor (II) was converted into a spacer group (—CF 2 —CF 2 —O—CF 2 —CF). 2 -) precursor group via the (-SO 2 F) was shown to be a compound added to the fullerene.

〔イオン解離性機能分子前駆体(III)の製造〕
イオン解離性機能分子前駆体(III)を以下の方法で製造した。
滴下ロート、コンデンサー(冷却器)、温度計および攪拌機を装着した500mlのガラス製3つ口フラスコに、窒素気流雰囲気下で、フラーレン(フロンティアカーボン株式会社製nanom (登録商標)purple ST(C60約99%))3.0gを加え、次いで1,2,4−トリクロロベンゼン300mlを加えた。
[Production of ion dissociable functional molecule precursor (III)]
The ion dissociative functional molecule precursor (III) was produced by the following method.
In a 500 ml glass three-necked flask equipped with a dropping funnel, condenser (cooler), thermometer and stirrer, fullerene (nanom (registered trademark) purple ST (C 60 approx. 99%)) 3.0 g was added, followed by 300 ml of 1,2,4-trichlorobenzene.

前記フラーレンおよび1,2,4−トリクロロベンゼンを攪拌しながら、温度を200℃に保持して、スペーサー基およびイオン解離性基の前駆体基を有する分子としてI-CF2-CF2-O-CF2-CF2-SO2Fを42.6g(フラーレン1当量に対して24当量)を約1日かけて滴下ロートから滴下した。滴下終了後、攪拌しながら200℃にて6日間反応させた。 While stirring the fullerene and 1,2,4-trichlorobenzene, the temperature is maintained at 200 ° C., and a molecule having a spacer group and a precursor group of an ion dissociable group is used as I—CF 2 —CF 2 —O—. 42.6 g of CF 2 —CF 2 —SO 2 F (24 equivalents to 1 equivalent of fullerene) was dropped from the dropping funnel over about 1 day. After completion of dropping, the mixture was reacted at 200 ° C. for 6 days with stirring.

反応終了後、3つ口フラスコから反応混合物を取り出し、反応混合物から1,2,4−トリクロロベンゼンを減圧留去し、その残渣を150℃で3日間真空乾燥し、暗茶色の粉末であるイオン解離性機能分子前駆体(III)11.2gを得た。   After completion of the reaction, the reaction mixture is taken out from the three-necked flask, 1,2,4-trichlorobenzene is distilled off from the reaction mixture under reduced pressure, and the residue is vacuum-dried at 150 ° C. for 3 days to obtain an ion which is a dark brown powder. 11.2 g of dissociative functional molecule precursor (III) was obtained.

なお、イオン解離性機能分子前駆体(III)の19F−NMRを測定したところ、イオン解離性機能分子前駆体(III)は、スペーサー基(−CF2-CF2-O-CF2-CF2−)を介して前駆体基(−SO2F)がフラーレンに付加した化合物であることが示された。 In addition, when 19 F-NMR of the ion dissociative functional molecule precursor (III) was measured, the ion dissociative functional molecule precursor (III) was converted into a spacer group (—CF 2 —CF 2 —O—CF 2 —CF). 2 -) precursor group via the (-SO 2 F) was shown to be a compound added to the fullerene.

〔イオン解離性機能分子前駆体1g当たりのイオン解離性基の前駆体基のモル数およびイオン解離性機能分子前駆体一分子当たりのイオン解離性基の前駆体基の数の平均の算出〕
前記イオン解離性機能分子前駆体が有する、1g当たりのイオン解離性基の前駆体基のモル数およびイオン解離性機能分子前駆体一分子当たりのイオン解離性基の前駆体基の数の平均は以下の方法で求めた。
[Calculation of the number of moles of precursor groups of ion dissociable groups per gram of ion dissociable functional molecule precursor and the average number of precursor groups of ion dissociable groups per molecule of ion dissociable functional molecule precursor]
The average number of moles of precursor groups of ion dissociable groups per gram and the number of precursor groups of ion dissociable groups per molecule of ion dissociable functional molecule precursor that the ion dissociative functional molecule precursor has is: It calculated | required with the following method.

前記製造例で得られたイオン解離性機能分子前駆体0.5gを試験管に入れ、そこにテトラヒドロフラン(THF)3mlおよび、1.0MのNaOH水溶液3mlを加えた。50℃で1時間加熱した後、室温で一晩おいた。過剰の水酸化ナトリウムを除去するために、カラム精製(カラム充填剤として、和光純薬工業株式会社製 ワコーゲル(登録商標)C300を3g用い、溶離液として、水:THF(重量比)=1:1の混合物を用いた)を行った。   0.5 g of the ion dissociative functional molecule precursor obtained in the above production example was put in a test tube, and 3 ml of tetrahydrofuran (THF) and 3 ml of 1.0 M NaOH aqueous solution were added thereto. After heating at 50 ° C. for 1 hour, it was left overnight at room temperature. In order to remove excess sodium hydroxide, 3 g of Wako Gel (registered trademark) C300 manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was used as the column filler, and water: THF (weight ratio) = 1: 1 was used).

次いで、エバポレーターを用いて減圧濃縮を行った。得られた固形物に蒸留水を適量足した水溶液を、陽イオン交換樹脂(ローム・アンド・ハース株式会社製アンバーライト (登録商標) IR124Na)のカラムに通し、得られた水溶液を、減圧乾燥した後、乳鉢で粉砕してさらに30℃で1晩真空乾燥し、イオン解離性機能分子前駆体が有するイオン解離性基の前駆体基が、イオン解離性基(−SO3H)に変換された、イオン解離性機能分子0.5gが得られた。 Next, vacuum concentration was performed using an evaporator. An aqueous solution obtained by adding an appropriate amount of distilled water to the obtained solid was passed through a column of a cation exchange resin (Amberlite (registered trademark) IR124Na manufactured by Rohm and Haas Co., Ltd.), and the obtained aqueous solution was dried under reduced pressure. After that, it was pulverized in a mortar and further vacuum-dried overnight at 30 ° C., and the precursor group of the ion dissociable group contained in the ion dissociable functional molecule precursor was converted into an ion dissociable group (—SO 3 H). As a result, 0.5 g of an ion dissociative functional molecule was obtained.

前記イオン解離性機能分子の酸密度(a’)〔mmol/g〕を中和滴定により求めた。該酸密度(a’)〔mmol/g〕は、イオン解離性機能分子前駆体が有する、1g当たりのイオン解離性基の前駆体基のモル数(a)〔mmol/g〕と同様であるとみなした。   The acid density (a ′) [mmol / g] of the ion dissociative functional molecule was determined by neutralization titration. The acid density (a ′) [mmol / g] is the same as the molar number (a) [mmol / g] of the precursor group of the ion dissociable group per gram which the ion dissociative functional molecule precursor has. Considered.

イオン解離性機能分子前駆体の構造は、(フラーレン)−(−CF2-CF2-O-CF2-CF2−SO2F)m、で表わされ、該mの値が、イオン解離性機能分子前駆体が有する、一分子当たりのイオン解離性基の前駆体基の数の平均に相当する。 The structure of the ion dissociative functional molecule precursor is represented by (fullerene)-(— CF 2 —CF 2 —O—CF 2 —CF 2 —SO 2 F) m, and the value of m is the ion dissociation. This corresponds to the average of the number of precursor groups of ion dissociable groups per molecule that the sexually functional molecule precursor has.

フラーレンがC60であると仮定すると、前記イオン解離性機能分子の分子量は、720+297m、で表わされる。
前記酸密度(a’)と、イオン解離性機能分子前駆体が有する一分子当たりのイオン解離性基の数の平均(m)との関係は、下記式(α)で表わされる。
a’〔mmol/g〕=1000m/(720+297m) ・・・(α)
式(α)を変形することにより、下記式(α’)がえられる。
m=720a’/(1000−297a’) ・・・(α’)
Assuming that the fullerene is C 60 , the molecular weight of the ion dissociative functional molecule is represented by 720 + 297 m.
The relationship between the acid density (a ′) and the average (m) number of ion dissociable groups per molecule of the ion dissociative functional molecule precursor is represented by the following formula (α).
a ′ [mmol / g] = 1000 m / (720 + 297 m) (α)
By transforming the formula (α), the following formula (α ′) is obtained.
m = 720a ′ / (1000-297a ′) (α ′)

前記方法により求められた酸密度(a’)〔mmol/g〕および、前記式(α’)より、イオン解離性機能分子前駆体のイオン解離性機能分子前駆体が有する、一分子当たりのイオン解離性基の前駆体基の数の平均(m)が求まる。   From the acid density (a ′) [mmol / g] determined by the above method and the formula (α ′), ions per molecule that the ion dissociative functional molecule precursor of the ion dissociative functional molecule precursor has The average (m) of the number of precursor groups of the dissociable group is obtained.

また、イオン解離性機能分子前駆体の平均分子量を、有効数字を2桁として前記mから求めた。
前記イオン解離性機能分子前駆体(I)〜(III)から変換されるイオン解離性機能分子の酸密度(a’)、 前記イオン解離性機能分子前駆体(I)〜(III)の一分子当たりのイオン解離性基の前駆体基の数の平均(m)および分子量を表1に示す。
Moreover, the average molecular weight of the ion dissociative functional molecule precursor was determined from the m, with two significant digits.
Acid density (a ′) of ion dissociative functional molecule converted from the ion dissociative functional molecule precursors (I) to (III), one molecule of the ion dissociative functional molecule precursors (I) to (III) Table 1 shows the average number (m) of the precursor groups of the ion-dissociable groups and the molecular weight.

〔イオン解離性機能分子前駆体の元素分析〕
前記イオン解離性機能分子前駆体(I)〜(III)の元素分析を燃焼−イオンクロマト法で行い、フッ素含有率および硫黄含有率を求めた。
[Elemental analysis of ion-dissociative functional molecular precursors]
Elemental analysis of the ion dissociative functional molecule precursors (I) to (III) was performed by combustion-ion chromatography, and the fluorine content and the sulfur content were determined.

フッ素含有率および硫黄含有率から、下記式(β)および(γ)に従いイオン解離性機能分子前駆体が有する、1g当たりのイオン解離性基の前駆体基のモル数(a)を算出した。
a〔mmol/g〕(フッ素含有量換算)
=10×フッ素含有率(wt%)/(19×9)・・・(β)
a〔mmol/g〕(硫黄素含有量換算)
=10×硫黄含有率(wt%)/(32)・・・(γ)
From the fluorine content and the sulfur content, the number of moles (a) of precursor groups of ion dissociable groups per gram which the ion dissociable functional molecule precursor has in accordance with the following formulas (β) and (γ) was calculated.
a [mmol / g] (fluorine content conversion)
= 10 × fluorine content (wt%) / (19 × 9) (β)
a [mmol / g] (in terms of sulfur content)
= 10 × sulfur content (wt%) / (32) (γ)

前記イオン解離性機能分子前駆体(I)〜(III)のフッ素含有率、硫黄含有率、フッ素含有率から求めたaおよび、硫黄含有率から求めたaを表1に示す。   Table 1 shows a obtained from the fluorine content, sulfur content, and fluorine content of the ion dissociative functional molecule precursors (I) to (III) and a obtained from the sulfur content.

Figure 2010270013
フラーレンをC60とした際のイオン解離性機能分子前駆体の構造を、下記一般式(4)で表す。
Figure 2010270013
The structure of the ion dissociable functional molecule precursor when fullerene is C 60 is represented by the following general formula (4).

Figure 2010270013
(上記式(4)において、mは表1中のmと同様である。)
Figure 2010270013
(In the above formula (4), m is the same as m in Table 1.)

〔実施例1〕
(工程(1))
攪拌器を取り付けたガラス製2Lの四つ口フラスコに、前記イオン解離性機能分子前駆体(I)50g(19mmol相当) とフラーレン(フロンティアカーボン株式会社製 nanom (登録商標) mix ST(C60約60%、C70約25%))0.7g(1mmol相当)とを取り、1,2,4,−トリクロロベンゼン130mlを加えて、窒素気流雰囲気下、200℃のオイルバスで加熱・攪拌した。そこへ、IC816I 11.5g(17.6mmol)とジ−t−ブチルパーオキシド(以下(t−BuO)2と表すことがある) 3.9g(27mmol)とをトリクロロベンゼン25mlに溶解したものを8分割して1時間おきに加え、終夜200℃で加熱・攪拌した。
[Example 1]
(Process (1))
In a glass 2 L four-necked flask equipped with a stirrer, 50 g (equivalent to 19 mmol) of the ion dissociative functional molecular precursor (I) and fullerene (frontier carbon Co., Ltd. nanom (registered trademark) mix ST (C 60 approx. 60%, C 70 approx. 25%)) 0.7 g (corresponding to 1 mmol), 130 ml of 1,2,4, -trichlorobenzene was added, and the mixture was heated and stirred in a 200 ° C. oil bath in a nitrogen stream. . Thereto, 11.5 g (17.6 mmol) of IC 8 F 16 I and 3.9 g (27 mmol) of di-t-butyl peroxide (hereinafter sometimes referred to as (t-BuO) 2 ) were added to 25 ml of trichlorobenzene. The dissolved product was divided into 8 portions and added every 1 hour, and the mixture was heated and stirred overnight at 200 ° C.

翌日、IC816I 6.9g(10.6mmol)と(t−BuO)2 2.3g(16mmol)とをトリクロロベンゼン18mlに溶解したものを8分割して1時間おきに加え、終夜200℃で加熱・攪拌した。 On the next day, 6.9 g (10.6 mmol) of IC 8 F 16 I and 2.3 g ( 16 mmol) of (t-BuO) 2 dissolved in 18 ml of trichlorobenzene were added in 8 portions every other hour, and 200 overnight. Heated and stirred at ℃.

翌日、(t−BuO)2 3.9g(27mmol)とトリクロロベンゼン5.7mlの混合物を8分割して1時間おきに加え、終夜200℃で加熱・攪拌した。
翌日(反応開始日から3日後)に、オイルバスの温度を150℃にして、トリクロロベンゼンを減圧蒸留の形で留去し、さらに150℃で1時間減圧乾燥した。室温に戻した後、フラスコ内の残渣をクロロホルム50mlで5回洗浄して不溶物をろ取し、得られた固形物(不溶物)を室温で1晩減圧乾燥し、黒色固形物である反応生成物を得た。
On the next day, a mixture of 3.9 g (27 mmol) of (t-BuO) 2 and 5.7 ml of trichlorobenzene was added in 8 portions every other hour, followed by heating and stirring at 200 ° C. overnight.
On the next day (3 days after the start of the reaction), the temperature of the oil bath was set to 150 ° C., and trichlorobenzene was distilled off under reduced pressure, followed by drying under reduced pressure at 150 ° C. for 1 hour. After returning to room temperature, the residue in the flask was washed 5 times with 50 ml of chloroform and the insoluble material was collected by filtration. The resulting solid material (insoluble material) was dried under reduced pressure at room temperature overnight and reacted as a black solid. The product was obtained.

(加水分解工程)
前記黒色固形物である反応生成物を乳鉢で粉砕して、2L四つ口フラスコに移し、そこへTHF 50mlと1規定NaOH水溶液260mlを加えて室温で30分間混ぜ合わせた。次いで、フラスコにコンデンサー(冷却器)を取り付け、80℃のオイルバスで1時間還流させた。次いでオイルバスの温度を100℃に設定してTHFを常圧蒸留により留去した後、室温まで放冷した。
(Hydrolysis step)
The reaction product as a black solid was pulverized in a mortar and transferred to a 2 L four-necked flask, to which 50 ml of THF and 260 ml of 1N NaOH aqueous solution were added, and mixed at room temperature for 30 minutes. Next, a condenser (cooler) was attached to the flask and refluxed in an oil bath at 80 ° C. for 1 hour. Subsequently, the temperature of the oil bath was set to 100 ° C., and THF was distilled off by atmospheric distillation, and then allowed to cool to room temperature.

フラスコを氷水浴で冷やしながら、濃塩酸70mlを加え、この液体をHITACHI製冷却遠心機himac CR20B3(設定10℃、7000rpm×15min、以下同様)にかけて、沈殿物と上澄み液とに分離し、上澄み液を除去した。   While cooling the flask in an ice-water bath, 70 ml of concentrated hydrochloric acid was added, and this liquid was subjected to a HITACHI cooling centrifuge HIMAC CR20B3 (setting 10 ° C., 7000 rpm × 15 min, the same applies hereinafter) to separate the precipitate and the supernatant, and the supernatant Was removed.

沈殿物に10%塩酸150mlを加えてよく混ぜ合わせた後、同様に遠心分離機にかけて、沈殿物と上澄み液とに分離し、上澄み液を除去した。この操作を合計2回繰り返した。   After adding 150 ml of 10% hydrochloric acid to the precipitate and mixing well, the mixture was similarly centrifuged to separate the precipitate and the supernatant, and the supernatant was removed. This operation was repeated twice in total.

沈殿物に10%塩酸150mlを加えて、フラスコに移し、80℃のオイルバスで1時間加熱した後、氷水浴で充分に冷やし、再び遠心分離機にかけて、沈殿物と上澄み液とに分離し、上澄み液を除去した。   Add 150 ml of 10% hydrochloric acid to the precipitate, transfer to a flask, heat in an oil bath at 80 ° C. for 1 hour, sufficiently cool in an ice water bath, centrifuge again to separate the precipitate from the supernatant, The supernatant was removed.

沈殿物に10%塩酸150mlを加えてよく混ぜ合わせた後、同様に遠心分離機にかけて、沈殿物と上澄み液とに分離し、上澄み液を除去した。
沈殿物に水150mlを加えてよく混ぜ合わせた後、同様に遠心分離機にかけて、沈殿物と上澄み液とに分離し、上澄み液を除去した。この操作を合計5回繰り返した。
After adding 150 ml of 10% hydrochloric acid to the precipitate and mixing well, the mixture was similarly centrifuged to separate the precipitate and the supernatant, and the supernatant was removed.
After adding 150 ml of water to the precipitate and mixing well, it was similarly centrifuged to separate the precipitate and the supernatant, and the supernatant was removed. This operation was repeated a total of 5 times.

洗浄後の沈殿物をシャーレに移して、50℃の送風乾燥機内で3日間乾燥した。
乾燥後の沈殿物を乳鉢で粉砕した後、さらに40℃設定のサンプルオーブン中で、1晩真空乾燥を行い、23gのイオン解離性機能高分子(I)を得た。
なお、上記加水分解工程により、スルホニルフルオリド基−SO2Fは、スルホン酸基(−SO2OH)に変換される。
The washed precipitate was transferred to a petri dish and dried in a blow dryer at 50 ° C. for 3 days.
After the dried precipitate was pulverized in a mortar, it was further vacuum-dried overnight in a sample oven set at 40 ° C. to obtain 23 g of ion-dissociative functional polymer (I).
Incidentally, the above hydrolysis step, the sulfonyl fluoride groups -SO 2 F are converted to sulfonic acid groups (-SO 2 OH).

〔実施例2〕
(工程(1))
攪拌器を取り付けたガラス製2Lの四つ口フラスコに、前記イオン解離性機能分子前駆体(I)50g(19mmol相当) をとり取り、1,2,4,−トリクロロベンゼン130mlを加えて、窒素気流雰囲気下、200℃のオイルバスで加熱・攪拌した。そこへ、IC816I 11.5g(17.6mmol)と(t−BuO)2 3.9g(27mmol)をトリクロロベンゼン25mlに溶解したものを8分割して1時間おきに加えた。すべて入れ終えてから1時間経過後、さらに前記イオン解離性機能分子前駆体(II)3.0g(1.5mmol相当) を添加し、終夜攪拌した。
[Example 2]
(Process (1))
In a glass 2 L four-necked flask equipped with a stirrer, 50 g (corresponding to 19 mmol) of the ion dissociable functional molecule precursor (I) is taken, 130 ml of 1,2,4, -trichlorobenzene is added, and nitrogen is added. The mixture was heated and stirred in an oil bath at 200 ° C. in an air flow atmosphere. A solution prepared by dissolving 11.5 g (17.6 mmol) of IC 8 F 16 I and 3.9 g (27 mmol) of (t-BuO) 2 in 25 ml of trichlorobenzene was added in 8 portions every 1 hour. One hour after the completion of the addition, 3.0 g (corresponding to 1.5 mmol) of the ion dissociative functional molecule precursor (II) was further added and stirred overnight.

翌日、IC816I 6.9g(10.6mmol)と(t−BuO)2 2.3g(16mmol)およびトリクロロベンゼン18mlに溶解したものを8分割して1時間おきに加え、すべて入れ終えてから1時間経過後、さら前記イオン解離性機能分子前駆体(II)1.0g(0.5mmol相当)を添加し、終夜攪拌した。 The next day, 6.9 g (10.6 mmol) of IC 8 F 16 I, 2.3 g ( 16 mmol) of (t-BuO) 2 and 18 ml of trichlorobenzene were added in 8 portions every other hour, and everything was completely added. After 1 hour from the beginning, 1.0 g (corresponding to 0.5 mmol) of the ion dissociative functional molecule precursor (II) was further added and stirred overnight.

翌日、(t−BuO)2 3.9g(27mmol)とトリクロロベンゼン5.7mlの混合物を8分割して1時間おきに加え、200℃で終夜攪拌した。
翌日(反応開始日から3日後)に、オイルバスの温度を150℃にして、トリクロロベンゼンを減圧蒸留の形で留去し、さらに150℃で1時間減圧乾燥した。室温に戻した後、フラスコ内の残渣をクロロホルム50mlで5回洗浄して不溶物をろ取し、得られた固形物(不溶物)を室温で1晩減圧乾燥し、黒色固形物である反応生成物を得た。
On the next day, a mixture of 3.9 g (27 mmol) of (t-BuO) 2 and 5.7 ml of trichlorobenzene was added in 8 portions every other hour and stirred at 200 ° C. overnight.
On the next day (3 days after the start of the reaction), the temperature of the oil bath was set to 150 ° C., and trichlorobenzene was distilled off under reduced pressure, followed by drying under reduced pressure at 150 ° C. for 1 hour. After returning to room temperature, the residue in the flask was washed 5 times with 50 ml of chloroform and the insoluble material was collected by filtration. The resulting solid material (insoluble material) was dried under reduced pressure at room temperature overnight and reacted as a black solid. The product was obtained.

(加水分解工程)
加水分解工程は、実施例1と同様に行い、29gのイオン解離性機能高分子(II)を得た。
(Hydrolysis step)
The hydrolysis step was performed in the same manner as in Example 1 to obtain 29 g of ion dissociable functional polymer (II).

〔比較例1〕
(工程(1))
攪拌器を取り付けたガラス製2Lの四つ口フラスコに、前記イオン解離性機能分子前駆体(I)10g(3.7mmol相当)を取り、1,2,4,−トリクロロベンゼン26mlを加えて、窒素気流雰囲気下、200℃のオイルバスで加熱・攪拌した。そこへ、IC816I 2.3g(3.5mmol)とジ−t−ブチルパーオキシド(以下(t−BuO)2と表すことがある) 0.8g(5.4mmol)とをトリクロロベンゼン5mlに溶解したものを8分割して1時間おきに加え、終夜200℃で加熱・攪拌した。
[Comparative Example 1]
(Process (1))
In a glass 2 L four-necked flask equipped with a stirrer, 10 g (corresponding to 3.7 mmol) of the ion dissociable functional molecule precursor (I) is added, and 26 ml of 1,2,4, -trichlorobenzene is added, The mixture was heated and stirred in an oil bath at 200 ° C. in a nitrogen stream atmosphere. Thereto, 2.3 g (3.5 mmol) of IC 8 F 16 I and 0.8 g (5.4 mmol) of di-t-butyl peroxide (hereinafter sometimes referred to as (t-BuO) 2 ) were added to trichlorobenzene. The solution dissolved in 5 ml was added in 8 portions every 1 hour, and heated and stirred at 200 ° C. overnight.

翌日、IC816I 1.4g(2.1mmol)と(t−BuO)2 0.5g(3.2mmol)とをトリクロロベンゼン3.6mlに溶解したものを8分割して1時間おきに加え、終夜200℃で加熱・攪拌した。 The next day, IC 8 F 16 I 1.4 g (2.1 mmol) and (t-BuO) 2 0.5 g (3.2 mmol) dissolved in 3.6 ml of trichlorobenzene were divided into 8 portions every 1 hour. In addition, the mixture was heated and stirred overnight at 200 ° C.

翌日、(t−BuO)2 0.8g(5.4mmol)とトリクロロベンゼン1mlの混合物を8分割して1時間おきに加え、終夜200℃で加熱・攪拌した。
翌日(反応開始日から3日後)に、オイルバスの温度を150℃にして、トリクロロベンゼンを減圧蒸留の形で留去し、さらに150℃で1時間減圧乾燥した。室温に戻した後、フラスコ内の残渣をクロロホルム10mlで5回洗浄して不溶物をろ取し、得られた固形物(不溶物)を室温で1晩減圧乾燥し、黒色固形物である反応生成物を得た。
On the next day, a mixture of 0.8 g (5.4 mmol) of (t-BuO) 2 and 1 ml of trichlorobenzene was added in 8 portions every 1 hour, and heated and stirred at 200 ° C. overnight.
On the next day (3 days after the start of the reaction), the temperature of the oil bath was set to 150 ° C., and trichlorobenzene was distilled off under reduced pressure, followed by drying under reduced pressure at 150 ° C. for 1 hour. After returning to room temperature, the residue in the flask was washed 5 times with 10 ml of chloroform and the insoluble material was collected by filtration. The resulting solid material (insoluble material) was dried under reduced pressure at room temperature overnight and reacted as a black solid. The product was obtained.

(加水分解工程)
加水分解工程は、実施例1と同様に行い、3.7gのイオン解離性機能高分子(C1)を得た。
(Hydrolysis step)
The hydrolysis step was performed in the same manner as in Example 1 to obtain 3.7 g of an ion dissociative functional polymer (C1).

〔実施例3〕
(工程(1))
攪拌器を取り付けたガラス製2Lの四つ口フラスコに、前記イオン解離性機能分子前駆体(III)50g(21mmol相当)をとり取り、1,2,4,−トリクロロベンゼン130mlを加えて、窒素気流雰囲気下、200℃のオイルバスで加熱・攪拌した。そこへ、IC816I 11.5g(17.6mmol)と(t−BuO)2 3.9g(27mmol)をトリクロロベンゼン25mlに溶解したものを8分割して1時間おきに加えた。
Example 3
(Process (1))
Into a glass 2 L four-necked flask equipped with a stirrer, 50 g (equivalent to 21 mmol) of the ion dissociable functional molecule precursor (III) is taken, 130 ml of 1,2,4, -trichlorobenzene is added, and nitrogen is added. The mixture was heated and stirred in an oil bath at 200 ° C. in an air flow atmosphere. A solution prepared by dissolving 11.5 g (17.6 mmol) of IC 8 F 16 I and 3.9 g (27 mmol) of (t-BuO) 2 in 25 ml of trichlorobenzene was added in 8 portions every 1 hour.

すべて入れ終えてから1時間経過後、さらにフラーレン(フロンティアカーボン株式会社製 nanom (登録商標) purple ST(C60約99%))0.5g(0.7mmol相当)を添加し、終夜攪拌した。 One hour after the completion of all additions, 0.5 g (equivalent to 0.7 mmol) of fullerene (nanom (registered trademark) purple ST (C 60: 99%) manufactured by Frontier Carbon Co., Ltd.) was further added and stirred overnight.

翌日、IC816I 6.9g(10.6mmol)と(t−BuO)2 2.3g(16mmol)およびトリクロロベンゼン18mlに溶解したものを8分割して1時間おきに加え、すべて入れ終えてから1時間経過後、さらフラーレン(フロンティアカーボン株式会社製 nanom (登録商標) purple ST(C60約99%))0.2g(0.3mmol相当)を添加し、終夜攪拌した。 The next day, 6.9 g (10.6 mmol) of IC 8 F 16 I, 2.3 g ( 16 mmol) of (t-BuO) 2 and 18 ml of trichlorobenzene were added in 8 portions every other hour, and everything was completely added. 1 hour later, 0.2 g (corresponding to 0.3 mmol) of fullerene (nanom (registered trademark) purple ST (C 60 approx. 99%) manufactured by Frontier Carbon Co., Ltd.) was added and stirred overnight.

翌日、(t−BuO)2 3.9g(27mmol)とトリクロロベンゼン5.7mlの混合物を8分割して1時間おきに加え、200℃で終夜攪拌した。
翌日(反応開始日から3日後)に、オイルバスの温度を150℃にして、トリクロロベンゼンを減圧蒸留の形で留去し、さらに150℃で1時間減圧乾燥した。室温に戻した後、フラスコ内の残渣をクロロホルム50mlで5回洗浄して不溶物をろ取し、得られた固形物(不溶物)を室温で1晩減圧乾燥し、黒色固形物である反応生成物を得た。
On the next day, a mixture of 3.9 g (27 mmol) of (t-BuO) 2 and 5.7 ml of trichlorobenzene was added in 8 portions every other hour and stirred at 200 ° C. overnight.
On the next day (3 days after the start of the reaction), the temperature of the oil bath was set to 150 ° C., and trichlorobenzene was distilled off under reduced pressure, followed by drying under reduced pressure at 150 ° C. for 1 hour. After returning to room temperature, the residue in the flask was washed 5 times with 50 ml of chloroform and the insoluble material was collected by filtration. The resulting solid material (insoluble material) was dried under reduced pressure at room temperature overnight and reacted as a black solid. The product was obtained.

(加水分解工程)
加水分解工程は、実施例1と同様に行い、45gのイオン解離性機能高分子(III)を得た。
(Hydrolysis step)
The hydrolysis step was performed in the same manner as in Example 1 to obtain 45 g of ion dissociable functional polymer (III).

〔比較例2〕
(工程(1))
攪拌器を取り付けたガラス製2Lの四つ口フラスコに、前記イオン解離性機能分子前駆体(III)50g(21mmol相当)をとり取り、1,2,4,−トリクロロベンゼン130mlを加えて、窒素気流雰囲気下、200℃のオイルバスで加熱・攪拌した。そこへ、IC816I 11.5g(17.6mmol)と(t−BuO)2 3.9g(27mmol)をトリクロロベンゼン25mlに溶解したものを8分割して1時間おきに加え、終夜200℃で加熱・攪拌した。
[Comparative Example 2]
(Process (1))
Into a glass 2 L four-necked flask equipped with a stirrer, 50 g (equivalent to 21 mmol) of the ion dissociable functional molecule precursor (III) is taken, 130 ml of 1,2,4, -trichlorobenzene is added, and nitrogen is added. The mixture was heated and stirred in an oil bath at 200 ° C. in an air flow atmosphere. Then, 11.5 g (17.6 mmol) of IC 8 F 16 I and 3.9 g (27 mmol) of (t-BuO) 2 dissolved in 25 ml of trichlorobenzene were divided into 8 portions and added every other hour. Heated and stirred at ℃.

翌日、IC816I 6.9g(10.6mmol)と(t−BuO)2 2.3g(16mmol)およびトリクロロベンゼン18mlに溶解したものを8分割して1時間おきに加え、終夜200℃で加熱・攪拌した。終夜200℃で加熱・攪拌した。 The next day, 6.9 g (10.6 mmol) of IC 8 F 16 I, 2.3 g ( 16 mmol) of (t-BuO) 2 and 18 ml of trichlorobenzene were added in 8 portions and added every other hour at 200 ° C. overnight. And heated and stirred. Heated and stirred at 200 ° C. overnight.

翌日、(t−BuO)2 3.9g(27mmol)とトリクロロベンゼン5.7mlの混合物を8分割して1時間おきに加え、200℃で終夜攪拌した。
翌日(反応開始日から3日後)に、オイルバスの温度を150℃にして、トリクロロベンゼンを減圧蒸留の形で留去し、さらに150℃で1時間減圧乾燥した。室温に戻した後、フラスコ内の残渣をクロロホルム50mlで5回洗浄して不溶物をろ取し、得られた固形物(不溶物)を室温で1晩減圧乾燥し、黒色固形物である反応生成物を得た。
On the next day, a mixture of 3.9 g (27 mmol) of (t-BuO) 2 and 5.7 ml of trichlorobenzene was added in 8 portions every other hour and stirred at 200 ° C. overnight.
On the next day (3 days after the start of the reaction), the temperature of the oil bath was set to 150 ° C., and trichlorobenzene was distilled off under reduced pressure, followed by drying under reduced pressure at 150 ° C. for 1 hour. After returning to room temperature, the residue in the flask was washed 5 times with 50 ml of chloroform and the insoluble material was collected by filtration. The resulting solid material (insoluble material) was dried under reduced pressure at room temperature overnight and reacted as a black solid. The product was obtained.

(加水分解工程)
加水分解工程は、実施例1と同様に行い、37gのイオン解離性機能高分子(CII)を得た。
(Hydrolysis step)
The hydrolysis step was performed in the same manner as in Example 1 to obtain 37 g of an ion dissociative functional polymer (CII).

〔イオン伝導度の測定〕
実施例および比較例で合成したイオン解離性機能高分子を、それぞれ室温下で12時間真空乾燥後、得られた粉末200mgを錠剤成型器で直径1.3cmの円形ペレット状になるようにプレス圧300MPaで加圧成型した。金メッキ電極で上記ペレットを密着できる状態で挟み込み、温度19℃、相対湿度70%の雰囲気中に3日置いた。

このペレット電極接合体について、交流インピーダンスアナライザーを用いて周波数1MHz〜1Hz、印加電圧10mVでインピーダンス測定を行った。
(Ion conductivity measurement)
The ion-dissociative functional polymers synthesized in the examples and comparative examples were vacuum-dried at room temperature for 12 hours, respectively, and 200 mg of the obtained powder was pressed with a tablet molding machine so as to form a circular pellet having a diameter of 1.3 cm. Pressure molding was performed at 300 MPa. The pellets were sandwiched between gold-plated electrodes in a state where they were in close contact, and placed in an atmosphere at a temperature of 19 ° C. and a relative humidity of 70% for 3 days.

The pellet electrode assembly was subjected to impedance measurement using an AC impedance analyzer at a frequency of 1 MHz to 1 Hz and an applied voltage of 10 mV.

測定終了後、ペレットの面積と厚みを測った。分析した測定データから、各イオン解離性機能高分子のプロトン伝導度を算出した。
実施例、比較例に用いた、イオン解離性機能分子前駆体(A)、化合物(B)、得られたイオン解離性機能高分子の収量および収率、並びに上記測定法で求めたイオン伝導度を表2に示す。
After completion of the measurement, the area and thickness of the pellet were measured. The proton conductivity of each ion dissociative functional polymer was calculated from the analyzed measurement data.
Yield and yield of ion-dissociative functional molecule precursor (A), compound (B), obtained ion-dissociative functional polymer used in Examples and Comparative Examples, and ion conductivity determined by the above measurement method Is shown in Table 2.

Figure 2010270013
原料としてイオン解離性機能分子前駆体(I)を用いた、本発明の実施例1、2と比較例1とを比較すると、実施例1、2の方が、比較例1よりも明らかに収率が向上していることがわかる。また、実施例1、2で得られたイオン解離性機能高分子のイオン伝導度は、比較例1で得られたイオン解離性機能高分子と同等以上であった。
Figure 2010270013
When Examples 1 and 2 of the present invention using Comparative Example 1 using the ion-dissociative functional molecule precursor (I) as a raw material were compared, Examples 1 and 2 clearly showed better results than Comparative Example 1. It can be seen that the rate has improved. Moreover, the ion conductivity of the ion dissociative functional polymer obtained in Examples 1 and 2 was equal to or higher than that of the ion dissociative functional polymer obtained in Comparative Example 1.

原料としてイオン解離性機能分子前駆体(III)を用いた、本発明の実施例3と比較例2とを比較すると、実施例3の方が、比較例2よりも明らかに収率が向上していることがわかる。また、実施例3で得られたイオン解離性機能高分子のイオン伝導度は、比較例2で得られたイオン解離性機能高分子よりも優れていた。   When Example 3 of the present invention and Comparative Example 2 using the ion dissociative functional molecule precursor (III) as a raw material were compared, the yield of Example 3 was clearly improved over that of Comparative Example 2. You can see that Moreover, the ionic conductivity of the ion dissociative functional polymer obtained in Example 3 was superior to that of the ion dissociative functional polymer obtained in Comparative Example 2.

なお、実施例1、2と比較例2とを比べると、比較例2の方が収率に優れるが、これは、原料である、イオン解離性機能分子前駆体(I)とイオン解離性機能分子前駆体(III)との差異に起因すると考えられる。   In addition, when Examples 1 and 2 are compared with Comparative Example 2, Comparative Example 2 is superior in yield, but this is a raw material, which is an ion dissociative functional molecular precursor (I) and an ion dissociative function. It is thought to be due to the difference from the molecular precursor (III).

本発明の製造方法は、同様のイオン解離性機能分子前駆体を用いた場合に、従来の製造方法(比較例)と比べて、収率よくイオン解離性機能高分子を得ることができる。   In the production method of the present invention, when a similar ion dissociable functional molecule precursor is used, an ion dissociable functional polymer can be obtained with a higher yield than the conventional production method (comparative example).

Claims (10)

フラーレンに、少なくとも一部がフッ素化されたスペーサー基を介してイオン解離性基の前駆体基が結合してなるイオン解離性機能分子前駆体(A)と、
1g当たりのイオン解離性基の前駆体基のモル数がイオン解離性機能分子前駆体(A)と異なる、フラーレンに、少なくとも一部がフッ素化されたスペーサー基を介してイオン解離性基の前駆体基が結合してなるイオン解離性機能分子前駆体およびフラーレンから選ばれる少なくとも一種の化合物(B)と、
連結分子(C)とを反応させ、
連結分子(C)由来の連結鎖を介して、前記イオン解離性機能分子前駆体(A)および化合物(B)が結合してなる反応生成物を得る工程(1)を有することを特徴とするイオン解離性機能高分子の製造方法。
An ion dissociable functional molecule precursor (A) formed by bonding a precursor group of an ion dissociable group to fullerene via a spacer group at least partially fluorinated;
The number of moles of precursor group of ion dissociable group per gram is different from that of the ion dissociable functional molecule precursor (A), and the precursor of the ion dissociable group through a spacer group that is at least partially fluorinated with fullerene. At least one compound (B) selected from an ion dissociative functional molecule precursor formed by bonding body groups and fullerene;
React with the linking molecule (C),
It has the process (1) which obtains the reaction product which the said ion dissociative functional molecule precursor (A) and a compound (B) couple | bond together through the coupling chain derived from a coupling molecule (C). A method for producing an ion dissociative functional polymer.
前記反応において、イオン解離性機能分子前駆体(A)、および少なくとも一部の化合物(B)を含む混合物と、少なくとも一部の連結分子(C)とを接触させる工程を有することを特徴とする請求項1に記載のイオン解離性機能高分子の製造方法。   The reaction includes a step of bringing the mixture containing the ion dissociative functional molecule precursor (A) and at least a part of the compound (B) into contact with at least a part of the linking molecule (C). The manufacturing method of the ion dissociation functional polymer of Claim 1. 前記反応において、イオン解離性機能分子前駆体(A)と、少なくとも一部の連結分子(C)とを接触させ、次いで、前記接触により得られた配合物と、少なくとも一部の化合物(B)とを接触させる工程を有することを特徴とする請求項1に記載のイオン解離性機能高分子の製造方法。   In the reaction, the ion-dissociative functional molecule precursor (A) is contacted with at least a part of the linking molecule (C), and then the blend obtained by the contact and at least a part of the compound (B) The method for producing an ion dissociative functional polymer according to claim 1, further comprising a step of bringing the ion dissociation functional polymer into contact with each other. 前記配合物と、少なくとも一部の化合物(B)との接触が、前記配合物に化合物(B)を複数回に分割して添加することにより行われることを特徴とする請求項3に記載のイオン解離性機能高分子の製造方法。   The contact between the blend and at least a portion of the compound (B) is performed by adding the compound (B) to the blend in multiple portions. A method for producing an ion dissociative functional polymer. 前記イオン解離性機能分子前駆体(A)が有する、1g当たりのイオン解離性基の前駆体基のモル数をa〔mmol/g〕とした際の、前記化合物(B)が有する、1g当たりのイオン解離性基の前駆体基のモル数が0a〜0.9a〔mmol/g〕であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のイオン解離性機能高分子の製造方法。   Per 1 g of the compound (B) when the number of moles of precursor group of the ion dissociable group per gram of the ion dissociative functional molecule precursor (A) is a [mmol / g] 5. The ion dissociative functional polymer according to claim 1, wherein the number of moles of the precursor group of the ion dissociable group is from 0a to 0.9a [mmol / g]. Production method. 前記イオン解離性機能分子前駆体(A)および化合物(B)の合計100モル%に対して、前記連結分子(C)を100〜500モル%用いることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のイオン解離性機能高分子の製造方法。   6. The linking molecule (C) is used in an amount of 100 to 500 mol% with respect to a total of 100 mol% of the ion dissociative functional molecule precursor (A) and the compound (B). A method for producing the ion dissociative functional polymer according to claim 1. 前記イオン解離性機能分子前駆体(A)および化合物(B)において前記イオン解離性基の前駆体基が、−SO2F、−SO2Cl、−COF、−COClからなる群から選択される少なくとも1種の基であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のイオン解離性機能高分子の製造方法。 In the ion dissociative functional molecule precursor (A) and the compound (B), the precursor group of the ion dissociable group is selected from the group consisting of —SO 2 F, —SO 2 Cl, —COF, and —COCl. It is at least 1 sort (s) of group, The manufacturing method of the ion dissociative functional polymer as described in any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. 前記連結分子(C)において前記連結鎖が、下記一般式(1)で表わされる鎖であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載のイオン解離性機能高分子の製造方法。
−(CF2)n− ・・・(1)
(上記一般式(1)において、nは5〜10の整数である。)
In the said connection molecule | numerator (C), the said connection chain | strand is a chain | strand represented by following General formula (1), The manufacture of the ion dissociative functional polymer as described in any one of Claims 1-7 characterized by the above-mentioned. Method.
- (CF 2) n- ··· ( 1)
(In the general formula (1), n is an integer of 5 to 10.)
前記イオン解離性機能分子前駆体(A)および化合物(B)において前記スペーサー基が、下記一般式(2)で表わされる構造を有することを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載のイオン解離性機能高分子の製造方法。
−(CF2)m− ・・・(2)
(上記一般式(2)において、mは1〜10の整数である。)
In the said ion dissociative functional molecule precursor (A) and a compound (B), the said spacer group has a structure represented by following General formula (2), It is any one of Claims 1-8 characterized by the above-mentioned. The manufacturing method of the ion dissociation functional polymer of description.
-(CF 2 ) m- (2)
(In the general formula (2), m is an integer of 1 to 10.)
前記イオン解離性機能分子前駆体(A)および化合物(B)において前記スペーサー基が、下記一般式(3)で表わされる基であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載のイオン解離性機能高分子の製造方法。
−(CF2)m−O−(CF2)m− ・・・(3)
(上記一般式(3)において、mはそれぞれ独立に1〜10の整数である。)
In the said ion dissociative functional molecule precursor (A) and a compound (B), the said spacer group is group represented by following General formula (3), It is any one of Claims 1-9 characterized by the above-mentioned. The manufacturing method of the ion dissociation functional polymer of description.
- (CF 2) m-O- (CF 2) m- ··· (3)
(In the above general formula (3), m is each independently an integer of 1 to 10.)
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