JP2013151681A - Method for producing monomer, oligomer and polymer of phosphonic acid ester, phosphonic acid and sulfonic acid by aromatic nucleophilic substitution - Google Patents

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Thomas Haering
へーリング トーマス
Jochen Kerres
ケレス ヨッヒェン
Martin Hein
ハイン マルティン
Frank Schoenberger
シェーンベルガー フランク
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a monomer, oligomer and polymer of aromatic sulfonic acid or phosphonic acid (or these derivatives), wherein the monomer, oligomer and polymer are obtained by an aromatic nucleophilic substitution using a sulfur or phosphorus nucleophilic reagent.SOLUTION: The monomer, oligomer and polymer of unfluorinated, partially-fluorinated or perfluorinated (perfluoro) sulfonic acid are produced by a reaction of an oligomeric or polymeric arene, which is halogenated and has low molecular weight, with (hydrogen) sulfite, dithionite, sulfide or other reducing sulfur salt while using a suitable oxidizing agent by the sulfur oxidation degree of less than +6 as much as possible to oxidize a sulfur-containing arene intermediate formed together with the formation of corresponding sulfonic acid functional groups (the groups of a sulfonic acid, sulfohalogenide, sulfonamide and sulfonic acid ester).

Description

スルホン化したポリ(アリル)エーテルを製造するために現在行われる方法は、以下の2個のグループに分けられる(非特許文献1):
i)既存のポリマーを後からスルホン化する:
文献に記載された方法では、芳香族求電子置換反応(SEAr)が常に用いられる。典型的なスルホン化試薬としては、この場合、濃硫酸、発煙硫酸、クロロスルホン酸、三酸化硫黄およびこれらの複合体化合物(例えば三酸化硫黄−ピリジン、三酸化硫黄−リン酸トリエチル複合体など)が挙げられる。代替のスルホン化経路としては、ポリスルホンを例として、Kerres et al.に記載される(非特許文献2,3,4)。これによれば、ポリマーを最初にリチウム化し、次の段階で二酸化硫黄求電子剤によって変換し、最後に、得られたスルフィン酸ポリマーを酸化する。リチウム化したポリマーをスルフリルクロライドSO2Cl2によってスルホクロライドのポリマーに変換でき、続いてスルホクロライド基を水性溶媒中でスルホン酸基に加水分解する(非特許文献5)。
ii)スルホン化したポリマーを直接重合する(統計的な共重合体):
共重合するために投入するモノマーは同様に上述の方法によってスルホン化し、特に濃硫酸または発煙硫酸をスルホン化試薬として投入する(非特許文献6,7)。
ここ数年、ポリアリルエーテルのホスホン化に対する関心は年々高まってきた。ホスホン酸をポリマー鎖に共有結合することはしかし、合成上難しく、今までに僅かなポリマーでのみ実現されている(非特許文献8)。いくつかの例を以下に記載する。ポリ(ホスファゼン)主鎖のホスホン化は、Allcock et.alがリチウム化およびそれに続くクロロホスホン酸エステルの変換によって成功させた(非特許文献9)。同様にAllcock et.alによって、亜リン酸ジメチルナトリウムおよび亜リン酸ジブチルナトリウムを含むポリ(ホスファゼン)における、求核置換(ミヒャエリス−ベッカー反応)によるベンジル側鎖のホスホン化が記載されている。ホスホン化したポリアリルエーテルを得る他の合成経路としてはパラジウム触媒によるホスホン化がある(非特許文献10、特許文献1)。低分子化合物の領域では、ミヒャエリス−ベッカー反応を芳香族(フッ素化)ホスホン酸エステルの製造にも用いる(非特許文献11)。この芳香族(フッ素化)ホスホン酸エステルは様々な低分子のフルオロ芳香族(ペンタフルオロベンゾニトリル、オクタフルオロトルエン、ヘキサフルオロベンゾール、ペンタフルオロベンゾール、ペンタフルオロニトロベンゾール、ペンタフルオロアニゾール)から出発し、収量は約10−65%である。部分フッ素化したポリマーに関してはこの反応は、我々の知る限り記載されたことがない。
芳香族系に(CF2)XPO(OR)2側鎖(x=1−20、R=任意の有機部分)を導入する他の方法は、医化学または薬化学においてすでに確立されており、ハロゲン芳香族(多くヨウ素芳香族または臭素芳香族)とX(CF2)XPO(OR)2(X=ハロゲン、多くの場合臭素またはヨウ素、R=任意の有機部分)との、Zn粉末およびCuBrの存在下における、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)中での反応による(非特許文献12,13)。部分および過フッ素化した、一般化学式R−CF2X(R=非、部分または過フッ素化した芳香族、X=Br,I)を有する低分子の芳香族を、非特許文献14および非特許文献15に記載の方法(スルフィナートのハロゲン化およびそれに続く酸化)によって化学式R−CF2SO2Y(Y=Cl,OH,OMe,Me=任意のカチオン)の化合物に転移できる。上述の反応は、これまで我々の知る限りではポリマーに関しては記載されていない。
The methods currently performed to produce sulfonated poly (allyl) ethers can be divided into the following two groups (Non-patent Document 1):
i) Sulfonate the existing polymer later:
In the methods described in the literature, aromatic electrophilic substitution (SEAr) is always used. Typical sulfonation reagents in this case are concentrated sulfuric acid, fuming sulfuric acid, chlorosulfonic acid, sulfur trioxide and complex compounds thereof (for example, sulfur trioxide-pyridine, sulfur trioxide-triethyl phosphate complex, etc.) Is mentioned. An alternative sulfonation route is described in Kerres et al. Using polysulfone as an example (Non-Patent Documents 2, 3, and 4). According to this, the polymer is first lithiated and converted in the next step by a sulfur dioxide electrophile and finally the resulting sulfinic acid polymer is oxidized. The lithiated polymer can be converted to a sulfochloride polymer by sulfuryl chloride SO2Cl2, followed by hydrolysis of the sulfochloride group to a sulfonic acid group in an aqueous solvent (Non-Patent Document 5).
ii) directly polymerizing the sulfonated polymer (statistical copolymer):
Similarly, the monomer introduced for copolymerization is sulfonated by the above-described method, and particularly concentrated sulfuric acid or fuming sulfuric acid is added as a sulfonation reagent (Non-patent Documents 6 and 7).
In recent years, interest in phosphonation of polyallyl ether has increased year by year. However, covalently attaching phosphonic acid to a polymer chain is difficult in terms of synthesis and has been realized only with a few polymers so far (Non-patent Document 8). Some examples are described below. Phosphonation of the poly (phosphazene) backbone was successfully accomplished by Allcock et.al by lithiation followed by conversion of the chlorophosphonate (9). Similarly, Allcock et.al described phosphonation of the benzyl side chain by nucleophilic substitution (Michaelis-Becker reaction) in poly (phosphazenes) containing dimethyl sodium phosphite and dibutyl sodium phosphite. As another synthetic route for obtaining phosphonated polyallyl ether, there is phosphonation by a palladium catalyst (Non-patent Document 10 and Patent Document 1). In the area of low molecular weight compounds, the Michaelis-Becker reaction is also used for the production of aromatic (fluorinated) phosphonates (Non-Patent Document 11). This aromatic (fluorinated) phosphonic acid ester starts with various low molecular weight fluoroaromatics (pentafluorobenzonitrile, octafluorotoluene, hexafluorobenzole, pentafluorobenzole, pentafluoronitrobenzole, pentafluoroanisole). The yield is about 10-65%. This reaction has not been described to the best of our knowledge for partially fluorinated polymers.
Other methods of introducing (CF2) XPO (OR) 2 side chains (x = 1-20, R = any organic moiety) into aromatic systems have already been established in medicinal chemistry or medicinal chemistry, In the presence of Zn powder and CuBr of the group (mostly iodine aromatic or bromine aromatic) and X (CF2) XPO (OR) 2 (X = halogen, often bromine or iodine, R = any organic moiety) In the reaction in N, N-dimethylacetamide (DMAc) (Non-patent Documents 12 and 13). Partially and perfluorinated low molecular weight aromatics having the general chemical formula R-CF2X (R = non-partially or perfluorinated aromatic, X = Br, I) are described in Non-Patent Document 14 and Non-Patent Document 15 Can be transferred to a compound of the formula R—CF 2 SO 2 Y (Y═Cl, OH, OMe, Me = any cation) by the method described in (Sulfinate halogenation followed by oxidation). The reaction described above has not been described for polymers to the best of our knowledge.

本発明の課題は、芳香族求核置換反応(SNAr)によってスルホン酸またはホスホン酸もしくは、スルホン酸またはホスホン酸誘導体のモノマー、オリゴマーおよびポリマーを得ることにある。スルホン酸またはホスホン酸のモノマーを製造するためには部分または過ハロゲン化した(特に部分または過フッ素化した)芳香族から出発し、一方でスルホン酸またはホスホン酸のオリゴマーおよびポリマーを製造するためには、例として部分または過ハロゲン化した(特に部分または過フッ素化した)ポリ(アリル)エーテルが記載されている。この方法は、驚くべきことに他の適した部分および過ハロゲン化した(特に部分または過フッ素化した)ポリマーにも用いることができる。上述のスルホン酸の製造のための求核試薬としては、亜硫酸金属、亜硫酸水素金属、亜ジチオン酸金属または硫化金属を使用する。亜ジチオン酸金属もしくは亜ジチオン酸水素金属または亜硫酸金属、もしくは亜硫酸水素による、ハロゲン化アレーンのハロゲン配位における芳香族求核置換反応では、硫黄の酸化数が+6以下である硫黄性の官能基が生ずるため、本発明によれば、これらの官能基をハロゲン分子(臭素、ヨウ素、塩素)、次亜塩素酸金属、過マンガン酸カリウム、過酸化水素または他の適した酸化剤を用いることにより、酸化数を上げて適切な必要とするスルホン酸官能基とする。   An object of the present invention is to obtain monomers, oligomers and polymers of sulfonic acid or phosphonic acid or sulfonic acid or phosphonic acid derivatives by aromatic nucleophilic substitution reaction (SNAr). To prepare monomers of sulfonic or phosphonic acids, starting from partially or perhalogenated (especially partially or perfluorinated) aromatics, while preparing oligomers and polymers of sulfonic or phosphonic acids Describes by way of example poly (allyl) ethers which are partially or perhalogenated (particularly partially or perfluorinated). This method can be surprisingly applied to other suitable partially and perhalogenated (particularly partially or perfluorinated) polymers. As the nucleophile for the production of the sulfonic acid mentioned above, metal sulfite, metal hydrogen sulfite, metal dithionite or metal sulfide is used. In the aromatic nucleophilic substitution reaction in the halogen coordination of halogenated arenes with metal dithionite or hydrogen dithionite or metal sulfite or hydrogen sulfite, a sulfur functional group having an oxidation number of sulfur of +6 or less is obtained. Thus, according to the present invention, these functional groups can be converted to halogen molecules (bromine, iodine, chlorine), metal hypochlorite, potassium permanganate, hydrogen peroxide or other suitable oxidizing agents, Raise the oxidation number to the appropriate required sulfonic acid functionality.

類似のホスホン酸を製造する際は、ミヒャエリス−ベッカー試薬(例えば亜リン酸ジエチルナトリウム、亜リン酸フェニルナトリウム、亜リン酸ジブチルナトリウム)を、−93℃〜+200℃の反応温度において求核試薬として用いる。両方の場合において、離核性の基はCSP2結合したハロゲン(特にフッ素)とする。さらに、官能基性の非、部分、または過フッ素化した共重合体(代替の、統計に基づくブロックおよびグラフト共重合体)を、上述の方法によって部分または過フッ素化した、適するジフェノール、ジチオフェノールまたはその他の適切なモノマー(例えばシリルエーテルまたはカルバモイル保護基などのジフェノールの誘導体も(非特許文献16,17)を含む低分子のスルホン酸および/またはホスホン酸(もしくは、これらの誘導体)を投入して求核性の重縮合によって製造することは、本発明の構成要素である。この重縮合には、最も多く用いられる方法(塩基として炭酸カリウム、非プロトン性極性の溶媒、比較的高い温度:80−200℃、場合によっては水の投入下において引張するベンゾール、トルエンまたはキシロールなどの有機溶媒)の他にも、利点(ポリマーの樹状分岐および架橋結合を回避する)を有するように修正した、温和な条件下で実行できる方法も適用できる。ここでは特に、Robertson.et.alが記載した、比較的温和な温度において分子ふるいを投入することで生じた反応水を吸収する方法(非特許文献18)および上述した、塩基として水素化カルシウムと、触媒としてフッ化セシウムを用いてDMAc/ベンゾールまたはプロピレンカーボネート中での方法(非特許文献19、特許文献2)が挙げられる。   When producing similar phosphonic acids, Michaelis-Becker reagents (eg, diethyl sodium phosphite, phenyl sodium phosphite, dibutyl sodium phosphite) are used as nucleophiles at reaction temperatures of -93 ° C to + 200 ° C. Use. In both cases, the enucleating group is a CSP2 bonded halogen (especially fluorine). In addition, functional non-partial or perfluorinated copolymers (alternative, statistical block and graft copolymers) can be partially or perfluorinated by suitable methods, such as suitable diphenols, dithios. Phenol or other suitable monomers (eg, low molecular weight sulfonic and / or phosphonic acids (or derivatives thereof) including derivatives of diphenols such as silyl ethers or carbamoyl protecting groups (Non-Patent Documents 16 and 17)) The production by nucleophilic polycondensation by charging is a component of the present invention, which is the most commonly used method (potassium carbonate as base, aprotic polar solvent, relatively high Temperature: 80-200 ° C., possibly benzol, toluene or xylol that pulls under water input In addition to organic solvents, it is also possible to apply methods that can be carried out under mild conditions, modified to have advantages (avoid dendritic branching and crosslinking of the polymer), in particular Robertson. Et. al describes a method for absorbing reaction water generated by introducing a molecular sieve at a relatively mild temperature (Non-Patent Document 18) and the above-described method using calcium hydride as a base and cesium fluoride as a catalyst. And a method in DMAc / benzol or propylene carbonate (Non-patent Document 19, Patent Document 2).

独国特許出願公開第10148131号明細書German Patent Application Publication No. 10148131 米国特許出願第60/433574号明細書(2003年出願)US Patent Application No. 60/433574 (filed in 2003)

M.A.ヒックネル、W.クイ、H.ガッセミ、Y.S.キム、B.R.アインスラ、J.E.マックグラス氏らによるケミカルレビュー(Chem.Rev.)、2004年第104号、第4587〜4612頁の論文M.M. A. Hicknell, W. Kui, H. Gassemi, Y.M. S. Kim, B. R. Ainsla, J.H. E. Chemical Review by McGrath et al. (Chem. Rev.), 2004 No. 104, pp. 4587-4612 J.ケレス、W.クイ、S.リチエ氏らによる、「J.Polym. Sci., Part A:Polym. Chem」1996年第34巻第2421頁の論文J. et al. Ceres, W. Kui, S. "J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem", 1996, Vol. 34, p. 2421, by Richie et al. J.ケレス、W.ツァンW.クイ氏らによる、「J.Polym. Sci., Part A:Polym. Chem」1996年第36巻第1441頁の論文J. et al. Ceres, W. Tsang W. Kui et al., "J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem", 1996, Volume 36, page 1441 J.ケレス、W.クイ、M.ユンギンガー氏らによる、「J.Membr. Sci., Part A:Polym. Chem」1996年第36巻第1441頁の論文J. et al. Ceres, W. Kui, M.M. Jungergar et al., "J. Membr. Sci., Part A: Polym. Chem", 1996, Volume 36, page 1441 J.ケレス、A.Jファン・ツァイル氏らによる、「J.Appl. Polym. Sci., Part A:Polym. Chem」1999年第74巻第428〜438頁の論文J. et al. Ceres, A. "J.Appl. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem", 1999, 74, 428-438, by J. Van Zeil et al. F.ワング、M.ヒックネル、Y.S.キム、T.A.ザヴォツィンスキー、J.E.マックグラス氏らによる、「J.Membr. Sci., Part A:Polym. Chem」2002年第197巻第231頁の論文F. Wang, M.M. Hicknell, Y.M. S. Kim, T. A. Zavotzinsky, J.M. E. "J. Membr. Sci., Part A: Polym. Chem", 2002, 197, 231 pages, by McGrath et al. F.ワング、M.ヒックネル、Q.ジュ・W.ハリソン、Jマッカム、T.A.ザヴォツィンスキー、J.E.マックグラス氏らによる、「Macromol. Symp.」2001年第175巻第387頁の論文F. Wang, M.M. Hicknell, Q. Ju W. Harrison, J McCam, T.W. A. Zavotzinsky, J.M. E. Macgrass et al., “Macromol. Symp.” 2001, 175, 387 A.グリュッセン、D.ストルテン氏らによる、「Membranen fur Polymerelektorolyt-Brennstoffzellen, Chemie Ingenieur Technik」2003年75巻(11号)第1591〜1597頁の論文A. Grussen, D.C. Struten et al., "Membranen fur Polymerelektorolyt-Brennstoffzellen, Chemie Ingenieur Technik", 2003, 75 (11), 1591-1597 H.R.オールコック、M.A.ホフマン、C.M.アンブラー、R.V.モーフォード氏らによる、「Macromolecules」2002年35巻第3484頁の論文H. R. Allcock, M.C. A. Hoffman, C.I. M.M. Ambler, R.A. V. A paper by Morford et al., “Macromolecules” 2002, 35, 3484 K.ミヤタケ、A.S.ハイ氏らによる、「Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry」2001年39巻第3770〜3779頁の論文K. Miyatake, A. S. "Journal of Polymer Science: Part A: Polymer Chemistry", 2001, Vol. 39, pages 3770 to 3779 by Hai et al. L.N.マルコフシー、G.G.フリン、Y.G.シェルモロビッチ、G.G.ヤコブソン氏らによる、「Bulletin of the Academy of Science of the USSR/Division of Chemical Science」1981年第30巻(第4号)第646〜648頁の論文L. N. Markovcy, G. G. Flynn, Y. G. Shell Morovic, G. G. Jacobson et al., “Bulletin of the Academy of Science of the USSR / Division of Chemical Science,” 1981, volume 30 (4), pages 646-648 T.ヨコマツ、H.アベ、T.ヤマギシ、K.スエムネ、S.シブヤ氏らによる、「J. Org. Chem.」1999年第64巻第8413〜8418頁の論文T.A. Yokomatsu, H.C. Abe, T. Yamagi, K .; Sümne, S. Shibuya et al., “J. Org. Chem.” 1999, Vol. 64, pages 8413-8418 G.Sコッケリル、H.J.イースターフィールド、J.M.パーシー、S.ピンタット氏らによる、「J. Chem. Soc., Perkin. Trans. 1」2000年第2591〜2599頁の論文G. S Cockeryl, H.C. J. et al. Easter Field, J.M. M.M. Percy, S.M. "J. Chem. Soc., Perkin. Trans. 1", 2000, pages 2591 to 2599 by Pintat et al. J.T.ルイ、H.J.リュ・シン氏らによる、「Chem. Lett.」2000年第11巻第3号第189〜190頁の論文J. et al. T.A. Louis, H.C. J. et al. "Chem. Lett." 2000, Vol. 11, No. 3, pp. 189-190, by Ryu Shin et al. G.K.スルヤ・プラカッシュ、J.ヒュー、J.サイモン、D.R.ベレウ、G.A.オラー氏らによる、「J. Fluorine Chem.」2004年第1 25巻第595〜601頁の論文G. K. Surya Prakash, J.A. Hugh, J.H. Simon, D.D. R. Bereu, G. A. "J. Fluorine Chem." 2004, Vol. 125, pp. 595-601, by Olah et al. A.ティーガー、C.ヴォーゲル、D.レーマン、W.レンク、K.シュレンシュテット、J.マイヤー‐ハアック氏らによる、「Macromol. Symp.」2004年第210巻第175〜184頁の論文A. Tiger, C.I. Vogel, D.C. Lehmann, W. Lenk, K. Schlenstedt, J.M. A paper on “Macromol. Symp.” 2004, Volume 210, pages 175-184, by Meyer-Haack et al. L.ワン、Y.Z.メン、S.J.ワング、X.Y.シャン、L.リー、A.S.ハイ氏らによる、「Macromolecules」2004年第37巻第3151〜3158頁の論文L. One, Y. Z. Men, S.M. J. et al. Wang, X. Y. Shan, L. Lee, A. S. "Macromolecules" 2004, volume 37, pages 3151 to 1158, by Hai et al. F.リュー、J.ディン、M.リー、M.デイ、G.ロバートソン、M.ツォウ氏らによる、「Macromol. Rapid Commun.」2002年第23巻第844〜848頁の論文F. Liu, J. Din, M.D. Lee, M. Day, G. Robertson, M.C. Tsou et al., “Macromol. Rapid Commun.” 2002 Volume 23, 844-848 Y.クイ、J.ディン、M.デイ、J.ジャン、C.L.カレンダー氏らによる、「Chem. Mater.」2005年第17巻第676〜682頁の論文Y. Kui, J.H. Din, M.D. Day, J. Jean, C. L. Calender et al., “Chem. Mater.” 2005, Vol. 17, pp. 676-682 英国ロンドンのテムズ・ポリテクニックにおける化学科の教授A.N.セルギス氏による「Reactions of sulphone-stabilised carbanions with fluorinated aromatic compounds」1990年12月発表の論文Professor of Chemistry at Thames Polytechnic in London, UK N. "Reactions of sulphone-stabilised carbanions with fluorinated aromatic compounds" by Sergis published in December 1990

驚くべきことに、図1に示す部分および過ハロゲン化した(特に部分および過フッ素化した)芳香族を、亜硫酸または亜硫酸水素、もしくは、例えば亜ジチオン酸塩/亜ジチオン酸水素または硫化物/硫化水素など他の硫酸塩により芳香族求核置換によって反応でき、その際に、場合によっては酸化段階の後で適したスルホン酸またはその塩を生ずることが発見された。   Surprisingly, the partial and perhalogenated (especially partially and perfluorinated) aromatics shown in FIG. 1 can be converted to sulfurous acid or hydrogen sulfite, or, for example, dithionite / hydrogen dithionite or sulfide / sulfurized. It has been discovered that it can be reacted by aromatic nucleophilic substitution with other sulfates such as hydrogen, possibly resulting in a suitable sulfonic acid or salt thereof after the oxidation step.

図2に示す、部分および過ハロゲン化した(特に部分および過フッ素化した)アリル主鎖ポリマーを、亜硫酸金属または亜硫酸水素ナトリウムを芳香族求核置換のために反応させることができ、その際スルホン酸のポリマーまたはその塩を生ずることがさらに発見された。   The partially and perhalogenated (especially partially and perfluorinated) allyl backbone polymer shown in FIG. 2 can be reacted with metal sulfite or sodium bisulfite for aromatic nucleophilic substitution, with sulfone It has further been discovered to yield acid polymers or salts thereof.

亜リン酸金属を含む部分および過ハロゲン化した芳香族化合物のモノマーをホスホン酸塩(図3)(ミヒャエリス−ベッカー反応によって生ずるホスホン酸エステルを、HBrまたは他の適する加水分解試薬で加水分解することにより遊離ホスホン酸を得られる)に変換できることは、上述したとおり(非特許文献11)いくつかの低分子芳香族において既知である。驚くべきことに、亜リン酸金属を含む部分および過ハロゲン化したオリゴまたはポリアリル(ポリアリルエーテル、ポリアリルチオエーテル、ポリアリルスルホキシド、ポリアリルスルホンおよびこれらの共重合体)(図4参照)をミヒャエリス−ベッカー反応によって−93℃〜+200℃の反応温度において変換できることが分かった。   Hydrolysis of the phosphinate (Figure 3) (phosphoric acid ester produced by the Michaelis-Becker reaction) with a moiety containing metal phosphite and a perhalogenated aromatic monomer with HBr or other suitable hydrolysis reagent Can be converted into a free phosphonic acid (as described above (Non-patent Document 11)) in some low-molecular aromatics. Surprisingly, Michaelis replaced the moiety containing metal phosphite and perhalogenated oligo or polyallyl (polyallyl ether, polyallyl thioether, polyallyl sulfoxide, polyallyl sulfone and copolymers thereof) (see FIG. 4). It has been found that conversion can be carried out at a reaction temperature of −93 ° C. to + 200 ° C. by Becker reaction.

以下の低分子のハロゲン化芳香族のために記載した反応を、ポリマーによっても行えることが驚くべきことに分かった(図5)。   It was surprisingly found that the reactions described for the following small molecule halogenated aromatics can also be performed with polymers (FIG. 5).

以下の図(図6、図7、図8、図9、図10、図11、図12、図13、図14、図15、図16、図17、図18、図19、図20、図21、図22、図23、図24、図25)には、亜リン酸金属、亜硫酸金属または、例えば亜ジチオン酸ナトリウムなど他の金属硫黄化合物による求核置換反応に適した、本発明の部分ハロゲン化した、特に部分フッ素化したアリルポリマーを示す。
図6、図7、図8、図9、図10、図11、図12、図13、図14、図15、図16、図17、図18、図19、図20、図21、図22、図23、図24、図25の図に示した繰り返しユニットを含む統計的な共重合体およびブロック共重合体は、本発明の亜リン酸金属、亜硫酸金属または、例えば亜ジチオン酸ナトリウムなど他の金属硫黄化合物による求核置換反応に適することが驚くべきことに示された。
さらに驚くべきことに、非塩状の亜リン酸化合物もまた芳香族求核置換反応に適している。これにより、亜リン酸トリス(トリメチルシリル)および他の任意のシリル亜リン酸により芳香族に結合したハロゲン原子を、ホスホン酸配位によって求核置換できる(図26)。
さらに、過フッ素化した側鎖によって修飾したポリマー、特にアリル主鎖ポリマーが亜リン酸、亜硫酸金属または、例えば亜ジチオン酸ナトリウムなど他の金属硫黄化合物による求核置換反応に適することが驚くべきことに示された。この際、これらの過フッ素化芳香族を側鎖として有するポリマーを、驚くべきことに、例えば適する過フッ素化芳香族(図式は図27参照)を有するリチウム化ポリマーによって製造できる。これまで文献には、低分子の、スルホンによって安定化したカルバニオンの反応と、部分または過フッ素化した芳香族との反応のみが記載されている(特許文献22)。このポリマーをリチウム化ポリマーから製造するには、例えば臭化したPPSU Radel Rと過フッ素化した芳香族ベンゾールを図27に示す。リチウム化ポリマーとの反応に適切な部分または過フッ素化した芳香族を図28に示す。
The following figures (FIG. 6, FIG. 7, FIG. 8, FIG. 9, FIG. 10, FIG. 11, FIG. 12, FIG. 13, FIG. 14, FIG. 15, FIG. 16, FIG. 17, FIG. 18, FIG. 21, FIG. 22, FIG. 23, FIG. 24, FIG. 25) shows parts of the invention suitable for nucleophilic substitution reactions with metal phosphites, metal sulfites or other metal sulfur compounds such as sodium dithionite. A halogenated, in particular partially fluorinated allyl polymer is shown.
6, 7, 8, 9, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 20, 21, 22 The statistical copolymers and block copolymers containing the repeating units shown in the diagrams of FIGS. 23, 24 and 25 are the metal phosphite, metal sulfite of the present invention, or others such as sodium dithionite. It was surprisingly shown to be suitable for nucleophilic substitution reactions with metal sulfur compounds.
Even more surprising, non-salt phosphite compounds are also suitable for aromatic nucleophilic substitution reactions. This allows nucleophilic substitution of the halogen atom bonded to the aromatic group by tris (trimethylsilyl) phosphite and any other silylphosphorous acid by phosphonic acid coordination (FIG. 26).
In addition, it is surprising that polymers modified by perfluorinated side chains, especially allyl backbone polymers, are suitable for nucleophilic substitution reactions with phosphorous acid, metal sulfites or other metal sulfur compounds such as sodium dithionite. It was shown in In this case, polymers having these perfluorinated aromatics as side chains can surprisingly be produced, for example, by lithiated polymers having suitable perfluorinated aromatics (see FIG. 27 for the schematic). So far, the literature only describes the reaction of low molecular weight, sulfone stabilized carbanions and partially or perfluorinated aromatics (Patent Document 22). To make this polymer from a lithiated polymer, for example, brominated PPSU Radel R and perfluorinated aromatic benzol are shown in FIG. A suitable moiety or perfluorinated aromatic for reaction with a lithiated polymer is shown in FIG.

亜硫酸または亜硫酸水素と、部分または過ハロゲン化し任意に置換したハロゲン芳香族(特にフッ素芳香族)とのSNAr反応である。SNAr reaction of sulfurous acid or hydrogen sulfite with partially or perhalogenated and optionally substituted halogen aromatics (especially fluorine aromatics). 亜硫酸または亜硫酸水素と、部分または過ハロゲン化したポリアリルエーテルとのSNAr反応である。SNAr reaction of sulfurous acid or hydrogen sulfite with partially or perhalogenated polyallyl ether. 亜リン酸金属と部分または過ハロゲン化した芳香族とのSNAr反応(ミヒャエリス−ベッカー反応)である。It is a SNAr reaction (Michaelis-Becker reaction) between a metal phosphite and a partially or perhalogenated aromatic. 亜リン酸金属と部分または過ハロゲン化したオリゴまたはポリアリルエーテルとのSNAr反応(ミヒャエリス−ベッカー反応)である。SNAr reaction (Michaelis-Becker reaction) of metal phosphite and partially or perhalogenated oligo or polyallyl ether. ハロゲン化したアリルポリマーとX(CF2)XPO(OR)2(X=ハロゲン、多くの場合臭素またはヨウ素、R=任意の有機部分)との、Zn粉末およびCuBrの存在下における、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)中での反応である。N, N- in halogenated allyl polymer and X (CF2) XPO (OR) 2 (X = halogen, often bromine or iodine, R = any organic moiety) in the presence of Zn powder and CuBr Reaction in dimethylacetamide (DMAc). デカフルオロビフェニルをモノマーから製造したポリマーとして使用した、亜リン酸金属、亜硫酸または他の適するリンまたは硫黄化合物との、本発明の継続反応である。FIG. 5 is a continuation reaction of the present invention with metal phosphite, sulfurous acid or other suitable phosphorus or sulfur compound using decafluorobiphenyl as a polymer made from monomers. デカフルオロベンゾフェノンをモノマーから製造したポリマーとして使用した、亜リン酸金属、亜硫酸または他の適するリンまたは硫黄化合物との、本発明の継続反応である。FIG. 5 is a continuation reaction of the present invention with metal phosphite, sulfurous acid or other suitable phosphorus or sulfur compound using decafluorobenzophenone as a polymer made from monomers. デカフルオロジフェニルスルホンをモノマーから製造したポリマーとして使用した、亜リン酸金属、亜硫酸または他の適するリンまたは硫黄化合物との、本発明の継続反応である。FIG. 5 is a continuation reaction of the present invention with metal phosphite, sulfurous acid or other suitable phosphorus or sulfur compound using decafluorodiphenylsulfone as a polymer made from monomers. デカフルオロジフェニルスルフィドをモノマーから製造したポリマーとして使用した、亜リン酸金属、亜硫酸または他の適するリンまたは硫黄化合物との、本発明の継続反応である。FIG. 5 is a continuation reaction of the present invention with metal phosphite, sulfurous acid or other suitable phosphorus or sulfur compound using decafluorodiphenyl sulfide as a polymer made from monomers. ヘキサフルオロベンゾールをモノマーから製造したポリマーとして使用した、亜リン酸金属、亜硫酸または他の適するリンまたは硫黄化合物との、本発明の継続反応である。FIG. 5 is a continuation reaction of the present invention with metal phosphite, sulfurous acid or other suitable phosphorus or sulfur compound using hexafluorobenzole as a polymer made from monomers. オクタフルオロトルエンをモノマーから製造したポリマーとして使用した、亜リン酸金属、亜硫酸または他の適するリンまたは硫黄化合物との、本発明の継続反応である。FIG. 3 is a continuation reaction of the present invention with metal phosphite, sulfurous acid or other suitable phosphorus or sulfur compound using octafluorotoluene as a polymer made from monomers. ペンタフルオロベンゾールスルホン酸をモノマーから製造したポリマーとして使用した、亜リン酸金属、亜硫酸または他の適するリンまたは硫黄化合物との、本発明の継続反応である。FIG. 4 is a continuation reaction of the present invention with metal phosphite, sulfurous acid or other suitable phosphorus or sulfur compound using pentafluorobenzoyl sulfonic acid as a polymer prepared from monomers. ヘプタフルオロベンジルスルホン酸をモノマーから製造したポリマーとして使用した、亜リン酸金属、亜硫酸または他の適するリンまたは硫黄化合物との、本発明の継続反応である。FIG. 4 is a continuation reaction of the present invention with metal phosphite, sulfurous acid or other suitable phosphorus or sulfur compound using heptafluorobenzyl sulfonic acid as a polymer made from monomers. 4−トリフルオロメチルフェニルホスホン酸をモノマーから製造したポリマーとして使用した、亜リン酸金属、亜硫酸または他の適するリンまたは硫黄化合物との、本発明の継続反応である。FIG. 4 is a continuation reaction of the present invention with metal phosphite, sulfurous acid or other suitable phosphorus or sulfur compound using 4-trifluoromethylphenylphosphonic acid as a polymer made from monomers. 過フッ素化ベンジルヨウ化物を製造した部分フッ素化したポリマーを、スルフィン酸ハロゲン化−酸化による継続反応および/または、亜リン酸金属、亜硫酸または他の適するリンまたは硫黄化合物との、本発明の継続反応である。Continued reaction of the partially fluorinated polymer prepared perfluorinated benzyl iodide by sulfinic acid halogenation-oxidation and / or with metal phosphite, sulfurous acid or other suitable phosphorus or sulfur compounds of the present invention It is. ペンタフルオロベンゾニトリルをモノマーから製造したポリマーとして使用した、亜リン酸金属、亜硫酸または他の適するリンまたは硫黄化合物との、本発明の継続反応である。FIG. 5 is a continuation reaction of the present invention with metal phosphite, sulfurous acid or other suitable phosphorus or sulfur compound using pentafluorobenzonitrile as a polymer made from monomers. テトラフルオロイソフタロニトリルをモノマーから製造したポリマーとして使用した、亜リン酸金属、亜硫酸または他の適するリンまたは硫黄化合物との、本発明の継続反応である。FIG. 5 is a continuation reaction of the present invention with metal phosphite, sulfurous acid or other suitable phosphorus or sulfur compound using tetrafluoroisophthalonitrile as a polymer made from monomers. ビス(4−ヒドロキシフェニル)フェニルホスフィンオキシドをジフェノールから製造したポリマーとして使用した、亜リン酸金属、亜硫酸または他の適する リンまたは硫黄化合物との、本発明の継続反応である。FIG. 5 is a continuation reaction of the present invention with metal phosphite, sulfurous acid or other suitable phosphorus or sulfur compound using bis (4-hydroxyphenyl) phenylphosphine oxide as a polymer prepared from diphenol. 亜硫酸水素金属または亜リン酸金属による芳香族求核置換の遊離物として適切なポリマーの選択肢である。A suitable polymer choice as an educt for aromatic nucleophilic substitution with metal hydrogen sulfite or metal phosphite. 亜硫酸水素金属または亜リン酸金属による芳香族求核置換の遊離物として適切なポリマーの選択肢である。A suitable polymer choice as an educt for aromatic nucleophilic substitution with metal hydrogen sulfite or metal phosphite. 亜硫酸水素金属または亜リン酸金属による芳香族求核置換の遊離物として適切なポリマーの選択肢である。A suitable polymer choice as an educt for aromatic nucleophilic substitution with metal hydrogen sulfite or metal phosphite. 亜硫酸水素金属または亜リン酸金属による芳香族求核置換の遊離物として適切なポリマーの選択肢である。A suitable polymer choice as an educt for aromatic nucleophilic substitution with metal hydrogen sulfite or metal phosphite. 亜硫酸水素金属または亜リン酸金属による芳香族求核置換の遊離物として適切なポリマーの選択肢である。A suitable polymer choice as an educt for aromatic nucleophilic substitution with metal hydrogen sulfite or metal phosphite. 亜硫酸水素金属または亜リン酸金属による芳香族求核置換の遊離物として適切なポリマーの選択肢である。A suitable polymer choice as an educt for aromatic nucleophilic substitution with metal hydrogen sulfite or metal phosphite. 亜硫酸水素金属または亜リン酸金属による芳香族求核置換の遊離物として適切なポリマーの選択肢である。A suitable polymer choice as an educt for aromatic nucleophilic substitution with metal hydrogen sulfite or metal phosphite. 亜リン酸トリス(トリメチルシリル)と部分フッ素化した芳香族のポリマーとの反応である。Reaction of tris phosphite (trimethylsilyl) with a partially fluorinated aromatic polymer. 過フッ素化した芳香族を側基として有するポリマーを、例としてポリフェニルスルホンを示すリチウム化したポリマーによって製造する方法である。This is a method for producing a polymer having perfluorinated aromatics as side groups with a lithiated polymer showing polyphenylsulfone as an example. リチウム化したポリマーとの反応に適する過フッ素化した芳香族である。Perfluorinated aromatics suitable for reaction with lithiated polymers. 部分フッ素化したポリマーPFS001を亜リン酸ナトリウムによって変換する反応の反応式である。It is a reaction formula of reaction which converts the partially fluorinated polymer PFS001 with sodium phosphite. 部分フッ素化したポリマーPFS001を亜リン酸ナトリウムによって変換する反応の反応式である。It is a reaction formula of reaction which converts the partially fluorinated polymer PFS001 with sodium phosphite. ホスホン化した反応産物XFS001DのH−NMRスペクトルである。2 is a 1 H-NMR spectrum of a phosphonated reaction product XFS001D. ポリマーの遊離物PFS001Dの比較H−NMRスペクトルである。A comparison 1 H-NMR spectrum of the educt PFS001D polymer. 反応産物XFS001Dの13C−NMRスペクトルである。It is a 13 C-NMR spectrum of the reaction product XFS001D. 反応産物XFS001Dの19F−NMRスペクトルである。(a=全体図、b=詳細図である)It is a 19 F-NMR spectrum of reaction product XFS001D. (A = overall view, b = detailed view) 反応遊離物PFS001の19F−スペクトルである。 19 is a 19 F-spectrum of reaction free product PFS001. 遊離物PFS001のIR−スペクトルである。It is IR-spectrum of free substance PFS001. 反応産物XFS001Dおよび加水分解した生成物(遊離ホスホン酸基)XFX001D−HのIR−スペクトルである。It is IR-spectrum of reaction product XFS001D and hydrolyzed product (free phosphonic acid group) XFX001D-H. PFS001,XFS001DおよびXFS001D−Hの比較のためのIR−スペクトルである。It is IR spectrum for the comparison of PFS001, XFS001D, and XFS001D-H. 反応産物AK51のH−NMRスペクトルである。It is a 1 H-NMR spectrum of the reaction product AK51. 反応産物AK51の13C−NMRスペクトルである。It is a 13 C-NMR spectrum of reaction product AK51. 反応産物AK51の19F−NMRスペクトルである。It is a 19 F-NMR spectrum of reaction product AK51. 反応産物A1179の19F−NMRスペクトルである。(DMSO中で測定)It is a 19 F-NMR spectrum of reaction product A1179. (Measured in DMSO) CDCl中の反応産物A1179の19F−NMRスペクトルである。A @ 19 F-NMR spectrum of the reaction product A1179 in CDCl 3. ヘキサフルオロベンゾールによって修飾したポリマー1179を亜リン酸トリエチルナトリウムによってホスホン化し反応産物A1184を製造する反応式である。It is a reaction formula in which a polymer 1179 modified with hexafluorobenzol is phosphonated with sodium triethyl phosphite to produce a reaction product A1184. CDCl中の反応産物A1184の19F−NMRスペクトルである。It is a 19 F-NMR spectrum of reaction product A1184 in CDCl 3 . DMSO中の反応産物A1184の19F−NMRスペクトルである。It is a 19 F-NMR spectrum of reaction product A1184 in DMSO. DMSO中の反応産物A1184のH−NMRスペクトルである。It is a 1 H-NMR spectrum of the reaction product A1184 in DMSO. CDCl中の反応産物A1184のH−NMRスペクトルである。 1 is a 1 H-NMR spectrum of reaction product A1184 in CDCl 3 . DMSO中の反応産物A1184の13C−NMRスペクトルである。It is a 13 C-NMR spectrum of reaction product A1184 in DMSO. DMSO中の反応産物A1184の31P−NMRスペクトルである。It is a 31 P-NMR spectrum of reaction product A1184 in DMSO. CDCl中の反応産物A1184の31P−NMRスペクトルである。It is a 31 P-NMR spectrum of reaction product A1184 in CDCl 3 . リチウム化したPSUとデカフルオロビフェニルとにより反応産物A1180を得る反応の反応式である。It is a reaction formula of reaction which obtains reaction product A1180 by lithiated PSU and decafluorobiphenyl. CDCl中の反応産物A1180のH−NMRスペクトルである。 1 is a 1 H-NMR spectrum of reaction product A1180 in CDCl 3 . DMSO中の反応産物A1180のH−NMRスペクトルである。It is a 1 H-NMR spectrum of reaction product A1180 in DMSO. CDCl中の反応産物A1180の13C−NMRスペクトルである。It is a 13 C-NMR spectrum of reaction product A1180 in CDCl 3 . CDCl中の反応産物A1180の19F−NMRスペクトルである。It is a 19 F-NMR spectrum of the reaction product A1180 in CDCl 3. DMSO中の反応産物A1180の19F−NMRスペクトルである。It is a 19 F-NMR spectrum of reaction product A1180 in DMSO. リチウム化したPSUをペンタフルオロピリジンによって反応産物A1181に変換する反応の反応式である。It is the reaction formula of reaction which converts lithiated PSU into reaction product A1181 by pentafluoropyridine. CDCl中の反応産物A1181のH−NMRスペクトルである。2 is a 1 H-NMR spectrum of reaction product A1181 in CDCl 3 . CDCl中の反応産物A1181の13C−NMRスペクトルである。 3 is a 13 C-NMR spectrum of reaction product A1181 in CDCl 3 . CDCl中の反応産物A1181の19F−NMRスペクトルである。It is a 19 F-NMR spectrum of the reaction product A1181 in CDCl 3. DMSO中の反応産物A1181の19F−NMRスペクトルである。It is a 19 F-NMR spectrum of reaction product A1181 in DMSO.

次に、図面につき本発明の好適な実施例を説明する。   Next, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

1. スルフィン化したポリスルホン、デカフルオロビフェニルおよび亜硫酸ナトリウムから得られたスルホン酸化ポリスルホン
ポリスルホンを背景技術に従って硬化し、二酸化硫黄によってスルフィン酸のポリマーに変換する。スルフィン酸基はポリスルホンのスルホン酸基に対してオルト位置にある。スルフィン酸リチウム塩ポリマーを濾過し、低温において真空乾燥する。次の反応のために、ポリマーの反復単位当たり1.5スルフィン酸リチウム基を有するポリスルホンを使用する。10グラムのデカフルオロビフェニルを50グラムのNMPと室温で混合する。10グラムの、反復単位当たり1.5スルフィン酸基を有するスルフィン酸ポリマーを90グラムのNMPに溶解する。デカフルオロビフェニルとNMPの混合物をしっかりと攪拌し(攪拌速度は300回転/分)、スルフィン酸ポリマーをゆっくりと(1ml/分)滴下漏斗によって添加する。混合物をさらに攪拌した後、ゆっくりと(加熱率は1℃/分)120℃まで加熱する。120℃の温度を10時間保つ。その後、10℃まで冷却し、混合物に500mlの十分に冷却した(T=10℃において)水和亜硫酸ナトリウム溶液を加える。その後、逆流下において110℃まで加熱し、10時間この温度を維持する。
冷却後、生成物を回転蒸発器によって真空蒸発させる。得られた生成物を1lの水と混合し、透析ホースに入れて透析し、脱塩水とする(高分子のための透析膜の除去サイズを3000ダルトンとする)。これにより、小さな分子をスルホン化した(スルホン酸塩が得られる)ポリマーから分離できる。透析ホースの残留物を蒸発させた後に、スルホン化したポリマーをナトリウム塩形態で得られる。
1. Sulfonated polysulfone obtained from sulfinated polysulfone, decafluorobiphenyl and sodium sulfite is cured according to the background art and converted to a polymer of sulfinic acid by sulfur dioxide. The sulfinic acid group is in the ortho position relative to the sulfonic acid group of the polysulfone. The sulfinic acid lithium salt polymer is filtered and vacuum dried at low temperature. For the next reaction, a polysulfone having 1.5 lithium sulfinate groups per polymer repeating unit is used. 10 grams of decafluorobiphenyl is mixed with 50 grams of NMP at room temperature. Ten grams of a sulfinic acid polymer having 1.5 sulfinic acid groups per repeating unit is dissolved in 90 grams of NMP. Stir the mixture of decafluorobiphenyl and NMP well (stirring speed is 300 rev / min) and add the sulfinic acid polymer slowly (1 ml / min) via the addition funnel. The mixture is further stirred and then heated slowly to 120 ° C. (heating rate is 1 ° C./min). Maintain a temperature of 120 ° C. for 10 hours. Then cool to 10 ° C. and add 500 ml of fully cooled (at T = 10 ° C.) hydrated sodium sulfite solution to the mixture. Thereafter, it is heated to 110 ° C. under backflow and maintained at this temperature for 10 hours.
After cooling, the product is evaporated in vacuo by a rotary evaporator. The resulting product is mixed with 1 liter of water and dialyzed into a dialysis hose to make demineralized water (dialysis membrane removal size for polymer is 3000 daltons). This allows separation of small molecules from the sulfonated polymer (which yields a sulfonate salt). After evaporating the dialysis hose residue, the sulfonated polymer is obtained in the sodium salt form.

2. 部分フッ化したアリル主鎖ポリマーと亜リン酸ナトリウムとのミヒャエリス−ベッカー反応(XFS001Aの合成) 2. Michaelis-Becker reaction of partially fluorinated allyl main chain polymer and sodium phosphite (synthesis of XFS001A)

Figure 2013151681
PFS001Bに基づいて2eq NaPO(OMe)
Figure 2013151681
2 eq NaPO (OMe) 2 based on PFS001B

この反応の反応式を図29に示す。0.519g(21.63mmol)の水素化ナトリウムを40mlの無水THFに溶解した溶液に、0℃において保護ガス下で21.3807g(21.63mmol)の亜リン酸ジメチルを(40mlの無水THFに)ゆっくりと滴下する。水素の発生が終了すると、反応溶液を室温まで温め、6.8180g(10.815mmol)の、無水THF80mlに溶解したPFS001Bを(約20分間)滴下して加える(THFに溶解したPFS001B:黄色がかっている;亜リン酸ジメチルナトリウムの滴下の際に反応溶液はピンク色/オレンジ色となる)。反応混合物を一晩中RTによって攪拌し、さらに3時間、65℃まで加熱する(この後で、溶液は黄色を呈し、均一に分散した固体−フッ化ナトリウム?−が出現し、これは濾過できなかった)。次に、溶液を回転蒸発器において濃縮する。残余物を約300mlの塩化メチレンによって吸収することを試みる(水で洗い流し、生じたNAFを除去するために)。しかし、黄色がかった(塩状ではない)残余物が残る。沈殿物を濾過分離し、約200mlの水に懸濁し透析する(XFS001A,CHCl不溶性の留分XFS001A−UF)。
CHCl濾液を新たに濃縮し、残余物を同様に200mlの水に再懸濁し、透析する(XFS001A,CHCl不溶性の留分=XFS001A−LF)。
The reaction formula of this reaction is shown in FIG. To a solution of 0.519 g (21.63 mmol) of sodium hydride in 40 ml of anhydrous THF, 21.3807 g (21.63 mmol) of dimethyl phosphite (40 ml of anhydrous THF) under protective gas at 0 ° C. ) Drip slowly. When the generation of hydrogen is finished, the reaction solution is warmed to room temperature, and 6.8180 g (10.815 mmol) of PFS001B dissolved in 80 ml of anhydrous THF is added dropwise (about 20 minutes) (PFS001B dissolved in THF: yellowish) The reaction solution becomes pink / orange upon the dropwise addition of dimethyl sodium phosphite). The reaction mixture is stirred overnight at RT and heated to 65 ° C. for an additional 3 hours (after which the solution appears yellow and a homogeneously dispersed solid—sodium fluoride? —Appears that can be filtered. Not) The solution is then concentrated in a rotary evaporator. Attempt to absorb the residue with about 300 ml of methylene chloride (to wash away with water and remove the resulting NAF). However, a yellowish (not salty) residue remains. The precipitate is filtered off, suspended in about 200 ml of water and dialyzed (XFS001A, CH 2 Cl 2 insoluble fraction XFS001A-UF).
The CH 2 Cl 2 filtrate is freshly concentrated and the residue is similarly resuspended in 200 ml of water and dialyzed (XFS001A, CH 2 Cl 2 insoluble fraction = XFS001A-LF).

特性解析:
A.元素分析(XFS001A−UF):
実験式:C312012(2ホスホン酸基、M=810.14gmol−1
実験式:C291413P(1ホスホン酸基、M=720.37gmol−1
Characteristic analysis:
A. Elemental analysis (XFS001A-UF):
Experimental formula: C 31 H 20 O 8 F 12 P 2 (2 phosphonic acid group, M = 810.14 gmol −1 )
Experimental formula: C 29 H 14 O 5 F 13 P (1 phosphonic acid group, M = 720.37 gmol −1 )

Figure 2013151681
Figure 2013151681

B.元素分析(XFS001A−LF):
実験式:C3120F12P(2ホスホン酸基)
実験式:C29H14O13P(1ホスホン酸基、M=689.40gmol−1
B. Elemental analysis (XFS001A-LF):
Experimental formula: C 31 H 20 O 8 F12P 2 (2 phosphonic acid group)
Experimental formula: C 29 H 14 O 5 F 13 P (1 phosphonic acid group, M = 689.40 gmol −1 )

Figure 2013151681
Figure 2013151681

3.部分フッ化したアリル主鎖ポリマーと亜リン酸ナトリウムとのミヒャエリス−ベッカー反応(XFS001Dの合成) 3. Michaelis-Becker reaction of partially fluorinated allyl main chain polymer and sodium phosphite (synthesis of XFS001D)

Figure 2013151681
括弧内の記述:理論値;その上の記述:実験値

註:使用したTHF(フィッシャー)は、計測したNaHにさらにTHFを加えると多かれ少なかれはっきりと水素合成が起こったことから、高いHO濃度を有すると考えられる。このため、ポリマーPFS001Dの量を実際に計測した量とは見込まない(実際に4倍の過剰量の原因がNaPO(OEt)であることを確実にするため)。

PFS001Dに基づいて4eq NaPO(OMt)
Figure 2013151681
Description in parentheses: theoretical value; description above: experimental value

Note: The THF (Fisher) used is considered to have a high H 2 O concentration because hydrogen synthesis occurred more or less clearly when additional THF was added to the measured NaH. For this reason, the amount of polymer PFS001D is not expected to be the amount actually measured (to ensure that the cause of the 4-fold excess is actually NaPO (OEt) 2 ).

4 eq NaPO (OMt) 2 based on PFS001D

この反応の反応式を図30に示す。1.155g(48.15mmol)の水素化ナトリウムを80mlの無水THFに溶解し、0℃で保護ガス下において6.6489g(48.15mmol)の亜リン酸ジメチルを(80mlの無水THFに)ゆっくりと滴下する。水素の発生が終了すると、反応溶液を室温まで温め、6.8180g(10.815mmol)の、無水THF80mlに溶解したPFS001Dを(約20分間)滴下して加える(THFに溶解したPFS001D:黄色がかっている;亜リン酸ジメチルナトリウムの滴下の際には反応溶液はピンク色/オレンジ色となる)。反応混合物を72時間RTによって攪拌し、さらに6時間、65℃まで加熱する。次に、溶液を回転蒸発器によって濃縮する。残余物を約300mlの水によって吸収し、透析する。溶媒を蒸発させた後、ポリマーを60℃で真空乾燥庫において乾燥する(一晩中)。
特性解析(XFS001D):
A.元素分析
実験式:C311813P(RU当り1PO(OEt)基、M=748.42gmol−1
実験式:C352812(RU当り2PO(OEt)基、M=866.52gmol−1
実験式:C39381111(RU当り3PO(OEt)基、M=984.62gmol−1
実験式:C43481410(RU当り4PO(OEt)基、M=1102.71gmol−1
The reaction formula of this reaction is shown in FIG. Dissolve 1.155 g (48.15 mmol) of sodium hydride in 80 ml of anhydrous THF and slowly add 6.689 g (48.15 mmol) of dimethyl phosphite (in 80 ml of anhydrous THF) under protective gas at 0 ° C. And dripping. When the generation of hydrogen is completed, the reaction solution is warmed to room temperature and 6.8180 g (10.815 mmol) of PFS001D dissolved in 80 ml of anhydrous THF is added dropwise (about 20 minutes) (PFS001D dissolved in THF: yellowish) The reaction solution becomes pink / orange when dimethyl sodium phosphite is added dropwise). The reaction mixture is stirred for 72 hours by RT and heated to 65 ° C. for a further 6 hours. The solution is then concentrated on a rotary evaporator. The residue is absorbed with about 300 ml of water and dialyzed. After evaporating the solvent, the polymer is dried in an oven at 60 ° C. (overnight).
Characteristic analysis (XFS001D):
A. Elemental analysis empirical formula: C 31 H 18 O 5 F 13 P ( 2 groups of 1PO (OEt) per RU, M = 748.42 gmol −1 )
Empirical formula: C 35 H 28 O 8 F 12 P 2 (2PO (OEt) 2 groups per RU, M = 866.52 gmol −1 )
Experimental formula: C 39 H 38 O 11 F 11 P 3 (3PO (OEt) 2 groups per RU, M = 984.62 gmol −1 )
Experimental formula: C 43 H 48 O 14 F 10 P 4 ( 2 groups of 4PO (OEt) per RU, M = 1102.71 gmol −1 )

Figure 2013151681
Figure 2013151681

B.H−NMR
図31参照
比較スペクトルPFS001D 図32参照

Figure 2013151681
溶媒: CDCl
基準: TMS
δ[ppm](200.13MHz): 7.06(d,J=8.51Hz,H,H,
H,4H)
7.42(d,J=8.72Hz,H,H,
H,4H)

C.13C−NMR 図33参照。

D.19F−NMR 図34参照。

19F−NMR比較スペクトルPFS001D 図35参照。 B. 1 H-NMR
Reference spectrum PFS001D see FIG. 31 See FIG.
Figure 2013151681
Solvent: CDCl 3
Standard: TMS
δ [ppm] (200.13 MHz): 7.06 (d, J = 8.51 Hz, 1 H, 3 H,
6 H 8 H, 4H)
7.42 (d, J = 8.72 Hz, 2 H, 4 H,
5 H 7 H, 4H)

C. 13 C-NMR See FIG.

D. 19 F-NMR See FIG.

19 F-NMR comparative spectrum PFS001D See FIG.

F.IR−スペクトル
遊離物PFS001のFTIR−スペクトルを図36に示す。
図37には反応産物XFS001Dおよび加水分解した生成物(遊離ホスホン酸基)XFX01D−HのIR−スペクトルを示す。
図38には、比較のためにPFS001,XFS001DおよびXFS001D−H(遊離ホスホン酸基)のIR−スペクトルを示す。
2983−2912cm−1のバンド(赤いカーブはXFS001D−H)はホスホン酸基のO−H伸縮振動の可能性がある。1394cm−1において同様に新たに生じたピークは、確実に分類することができない。文献 (Hesse,Meier,Zeeh) によれば、ホスホン酸のP=O−伸縮振動は1240−1180cm−1に位置する。エステル形態(緑色のカーブ)においてもこのような振動は見られるはずである(置換パターンが異なるためおそらく少しずれている、ただしピークは比較的大きくずれていなければならない)。
F. IR-spectrum The FTIR-spectrum of the free product PFS001 is shown in FIG.
FIG. 37 shows IR spectra of the reaction product XFS001D and the hydrolyzed product (free phosphonic acid group) XFX01D-H.
FIG. 38 shows IR spectra of PFS001, XFS001D and XFS001D-H (free phosphonic acid groups) for comparison.
The band of 2983-2912 cm −1 (red curve is XFS001D-H) has the possibility of OH stretching vibration of phosphonic acid group. Similarly, a newly generated peak at 1394 cm −1 cannot be reliably classified. According to the literature (Hesse, Meier, Zeeh), the P = O-stretching vibration of phosphonic acid is located at 1240-1180 cm- 1 . Such oscillations should also be seen in the ester form (green curve) (probably a little off due to different substitution patterns, but the peak should be relatively large).

XFS001D(XFS001D−H)の加水分解:
3.50gのXFS001Dを80mlの48%臭化水素酸に懸濁し、16時間100℃まで加熱する。反応溶液を約800mlの水で希釈し、沈殿物を濾過する。水に再懸濁した沈殿物を5日間透析する。次に、ポリマーを80℃において循環空気乾燥庫で乾燥する(ホスホン酸の濃縮を回避するため乾燥温度<110℃とする)。
収量(透析後):
2.507g
Hydrolysis of XFS001D (XFS001D-H):
3. Suspend 50 g of XFS001D in 80 ml of 48% hydrobromic acid and heat to 100 ° C. for 16 hours. The reaction solution is diluted with about 800 ml of water and the precipitate is filtered. The precipitate resuspended in water is dialyzed for 5 days. The polymer is then dried in a circulating air dryer at 80 ° C. (drying temperature <110 ° C. to avoid phosphonic acid concentration).
Yield (after dialysis):
2.507g

XFS001D−Hの特性解析:

A.元素分析
実験式:C2710513P(RU当り1PO(OH)基、M=692.32gmol−1
実験式:C271212(RU当り2PO(OH)基、M=754.31gmol−1
Characterization of XFS001D-H:

A. Elemental analysis <br/> Empirical formula: C 27 H 10 O 5 F 13 P (RU per 1PO (OH) 2 group, M = 692.32gmol -1)
Experimental formula: C 27 H 12 O 8 F 12 P 2 (2PO (OH) 2 groups per RU, M = 754.31 gmol −1 )

Figure 2013151681
B.IEC値の計測
Figure 2013151681
B. Measurement of IEC value

Figure 2013151681
[1]ポリマーは計測の際、上方で浮遊した(置換は完了?)
Figure 2013151681
[1] The polymer floated above during measurement (replacement complete?)

4.オクタフルオロトルエンとリチウム化したPSU(AK−51)との反応
材料:
22.1g PSU Udel P 1800(0.05mol)乾燥
800ml 無水THF
10ml n−BuLi 10N(0.1mol)
28.4ml=47.2gオクタフルオロトルエン(0.2mol,MW=236g/mol)
4. Reaction of octafluorotoluene with lithiated PSU (AK-51) Materials:
22.1 g PSU Udel P 1800 (0.05 mol) dried 800 ml anhydrous THF
10 ml n-BuLi 10N (0.1 mol)
28.4 ml = 47.2 g octafluorotoluene (0.2 mol, MW = 236 g / mol)

実行:
保護ガス下においてTHFを反応容器に満たす。その後、反応容器にアルゴンで攪拌および強く洗浄しながら乾燥させたポリマーを入れる。ポリマーが溶解すると、強いアルゴン風下において−50℃まで冷却する(可能な限り)。次に、反応混合物がもはや無水であることを示す薄い黄色/オレンジ色を呈するまで、ポリマー溶液を注意深く2.5Nのn−BuLiによって滴定する。10分以内に10Nのn−BuLiを添加する。最低でも2時間攪拌する。反応混合物の色がどのように変化するか待つ。色が変化しない場合は、一晩−30℃まで温める。反応混合物が無色になるまで、最高で一晩中−30℃で攪拌する。
Run:
Fill the reaction vessel with THF under protective gas. Then, the dried polymer is placed in the reaction vessel while stirring and intensive washing with argon. Once the polymer is dissolved, cool to -50 ° C (as much as possible) under strong argon. The polymer solution is then carefully titrated with 2.5N n-BuLi until the reaction mixture exhibits a light yellow / orange color indicating that it is no longer anhydrous. Add 10N n-BuLi within 10 minutes. Stir for a minimum of 2 hours. Wait for the color of the reaction mixture to change. If the color does not change, warm to -30 ° C overnight. Stir at −30 ° C. overnight at most until the reaction mixture is colorless.

溶液が無色にならない場合、翌朝温度を最高で−10℃まで上げる(溶液は高粘度のままである)。20mlのメタノールを反応混合物が無色にするまで添加する。その後、室温まで温める。   If the solution does not become colorless, raise the temperature the next morning up to -10 ° C (the solution remains highly viscous). 20 ml of methanol are added until the reaction mixture is colourless. Then warm to room temperature.

ポリマーを2lのメタノールに投入し、濾過してメタノールで洗浄する。
投入したポリマーを新たに濾過し、乾燥させて800mlのMeOH中で攪拌する。その後、新たに濾過し、再び400mlのMeOHに浮遊させて攪拌および濾過し、50℃で真空乾燥する。乾燥させたポリマーをNMPに溶解することを試みる(溶解する場合、膜形成特性を確定できる)。変更したPSUの置換温度をH/13C−NMRおよび元素分析(C,H,S)によって決定する。

収量:35.4g(理論上の収量43.73gの81%〜〜)

元素分析

2基として算定

412014
874.64
874.085876
C 56.30% H2.30% F30.41% O7.32% S3.67%
The polymer is poured into 2 l of methanol, filtered and washed with methanol.
The charged polymer is freshly filtered, dried and stirred in 800 ml MeOH. Then, it is filtered again, suspended again in 400 ml of MeOH, stirred and filtered, and vacuum dried at 50 ° C. Attempt to dissolve the dried polymer in NMP (if dissolved, the film-forming properties can be determined). The substitution temperature of the modified PSU is determined by 1 H / 13 C-NMR and elemental analysis (C, H, S).

Yield: 35.4 g (81% of the theoretical yield 43.73 g ~)

Elemental analysis

Calculated as two units

C 41 H 20 F 14 O 4 S
874.64
874.085876
C 56.30% H 2.30% F 30.41% O 7.32% S 3.67%

Figure 2013151681
Figure 2013151681
フッ素含有量に関して、1.25基/F.E.が結合した!Regarding fluorine content, 1.25 units / F. E. Joined!

反応生成物AK51の1H−NMRスペクトルは図39を参照されたい。反応生成物AK51の13C−NMRスペクトルを図40に示す。反応生成物AK51の19F−NMRスペクトルを図41に示す。 See FIG. 39 for the 1H-NMR spectrum of reaction product AK51. The 13 C-NMR spectrum of the reaction product AK51 is shown in FIG. A 19F- NMR spectrum of the reaction product AK51 is shown in FIG.

5.ヘキサフルオロベンゾールとリチウム化したPSU A1179との反応
材料:
11.05g PSU Udel P 1800(0.025mol)乾燥させた800ml無水THF
5ml n−BuLi 10N(0.05mol)
11.54mol=18.6gヘキサフルオロベンゾール(0.1mol,MW=186.056g/mol)
5. Reaction of hexafluorobenzole with lithiated PSU A1179 Materials:
11.05 g PSU Udel P 1800 (0.025 mol) dried 800 ml anhydrous THF
5 ml n-BuLi 10N (0.05 mol)
11.54 mol = 18.6 g hexafluorobenzole (0.1 mol, MW = 186.056 g / mol)

実行:
保護ガス下においてTHFを反応容器に満たす。その後、反応容器にアルゴンで攪拌および強く洗浄しながら乾燥させたポリマーを入れる。ポリマーが溶解すると、強いアルゴン風下において−50℃まで冷却する(可能な限り)。次に、反応混合物がもはや無水であることを示す薄い黄色/オレンジ色染色が出現するまでポリマー溶液を注意深く2.5Nn−BuLiによって滴定する。10分以内に10N n−BuLiを添加する。最低でも2時間攪拌する。その後、ヘキサフルオロベンゾールを添加する。反応混合物の色がどのように変化するか待つ。色が変化しない場合は、一晩中−30℃まで温める(19F−NMR A 1179aの受容:CHClに不溶、DMSOに僅かに溶性)。反応混合物が無色になるまで、最高で一晩中−30℃において攪拌する。
Run:
Fill the reaction vessel with THF under protective gas. Then, the dried polymer is placed in the reaction vessel while stirring and intensive washing with argon. Once the polymer is dissolved, cool to -50 ° C (as much as possible) under strong argon. The polymer solution is then carefully titrated with 2.5Nn-BuLi until a light yellow / orange stain appears, indicating that the reaction mixture is no longer anhydrous. Add 10N n-BuLi within 10 minutes. Stir for a minimum of 2 hours. Thereafter, hexafluorobenzole is added. Wait for the color of the reaction mixture to change. If the color does not change, warm to −30 ° C. overnight ( 19 F-NMR A 1179a acceptance: insoluble in CHCl 3 and slightly soluble in DMSO). Stir at −30 ° C. overnight at most until the reaction mixture is colorless.

溶液が無色にならない場合、温度を翌朝最高で−10℃まで上げる(19F−NMR A 1179bの受容:CHClに不溶、DMSOに中程度溶性)。20mlのメタノールを反応混合物が無色になるまで添加する。その後、室温まで温める。 If the solution does not become colorless, the temperature is raised to -10 ° C up to the next morning ( 19 F-NMR A 1179b acceptance: insoluble in CHCl 3 and moderately soluble in DMSO). 20 ml of methanol are added until the reaction mixture is colorless. Then warm to room temperature.

ポリマーを2lのメタノールに投入して濾過し、0.5リットルのMeOHで抽出してメタノールによってフリット上で濾過および後洗浄する。   The polymer is poured into 2 l of methanol, filtered, extracted with 0.5 liters of MeOH, filtered and post-washed with methanol on a frit.

投入したポリマーを50℃で真空乾燥する。乾燥させたポリマーからをNMPに溶解することを試みる。変更したPSUの置換温度はH/13C/19F−NMRおよび元素分析(C,H,S,F)によって決定する。
ポリマーはNMP中では溶けにくく、完全に溶解するには12時間要する!!!

収量:16.8g(理論上の収量19.37gの86.7%)

元素分析 1179a(−30℃)

2基として算定する

392010
774.62
774.092263
C 60.47% H2.60% F24.53% O8.26% S4.14%
The charged polymer is vacuum-dried at 50 ° C. Attempt to dissolve from dried polymer in NMP. The substitution temperature of the modified PSU is determined by 1 H / 13 C / 19 F-NMR and elemental analysis (C, H, S, F).
The polymer is difficult to dissolve in NMP and takes 12 hours to completely dissolve! ! !

Yield: 16.8 g (theoretical yield 19.67% of 19.37 g)

Elemental analysis 1179a (-30 ° C)

Calculate as 2 units

C 39 H 20 F 10 O 4 S
774.62
774.009263
C 60.47% H2.60% F24.53% O8.26% S4.14%

Figure 2013151681
Figure 2013151681

元素分析 1179b(−10℃)

2基として算定する

392010
774.62
774.092263
C 60.47% H2.60% F24.53% O8.26% S4.14%
Elemental analysis 1179b (-10 ° C)

Calculate as 2 units

C 39 H 20 F 10 O 4 S
774.62
774.009263
C 60.47% H2.60% F24.53% O8.26% S4.14%

Figure 2013151681
Figure 2013151681
フッ素含有量に関して、1.59基/F.E.が結合した!Regarding the fluorine content, 1.59 groups / F. E. Joined!

溶媒DMSO中の反応生成物A1179の19F−NMRスペクトルを図42に示す。ヘキサフルオロベンゾールとリチウム化したPSUとの反応が弱まったことがはっきりと分かる。おおよその積分比が2:2:1(2オルト−F:2メタ−F:1パラ−F)である3個のピークが見られる。図43には溶媒CDCl3中の反応生成物A1179の19F−NMRスペクトルを示す。反応生成物がCDCl3に非常に溶けにくいことが分かる。   FIG. 42 shows a 19F-NMR spectrum of the reaction product A1179 in the solvent DMSO. It can be clearly seen that the reaction between hexafluorobenzole and lithiated PSU has weakened. Three peaks are seen with an approximate integration ratio of 2: 2: 1 (2 ortho-F: 2 meta-F: 1 para-F). FIG. 43 shows the 19F-NMR spectrum of the reaction product A1179 in the solvent CDCl3. It can be seen that the reaction product is very insoluble in CDCl3.

6. A1179(PSU/ヘキサフルオロベンゾール/n−BuLi)とジエチル亜リン酸ナトリウム(A1184)との反応
材料:
5g 1.59基を有するA1179(M=774.62g/mol,6.45mmol)、100mlのTHFに溶解/懸濁した1.78g ジエチル亜リン酸(M=138.10g/mol,12.9mmol)、20mlのTHFに溶解した。
Sdp=2mmHgにおいて50−51℃、密度:1.072g/cm3、屈折指数:1.407
0.31g 水素化ナトリウム(M=24.0g/mol,12.9mmol)、20mlのTHFに溶解した。
反応式:図44参照

実行:
保護ガス下において0℃で、1.78g(12.9mmol)の、無水THF20mlに溶解したジエチル亜リン酸を250mlの三つ口フラスコに入れる。この三つ口フラスコには0.31g(12.9mmol)の、THF20mlに溶解したNaHを入れてある。水素が発生しなくなると(約30分)溶液をRTにおいて温め、20分間、THL100mlに溶解した化合物1を滴下漏斗によって滴定する。混合物を6時間、65℃において攪拌し、次に反応溶液を20mlのMeOhによって加水分解して回転蒸発器においてTHFを除去してdestによってとる。水を加え(懸濁)48時間透析する(水の交換3回)。
大きな磁器製容器に入れて水をオーブンで80℃において蒸発させ、次に真空オーブンで80℃においてさらに後乾燥させる。
生成物からは以下の分析が得られる:H−,19F−,13C−NMR、元素分析(C,H,F,P)

収量:4.5g〜6.52g(理論上の収量の69.1%)

H,13C,19F,31P−NMR:DMSO中でA1184Dは中程度に溶解するCDCl3中でA1184Cは溶解しにくい
6. Reaction material of A1179 (PSU / hexafluorobenzole / n-BuLi) with sodium diethylphosphite (A1184):
A1179 having 5 g 1.59 groups (M = 774.62 g / mol, 6.45 mmol), 1.78 g diethylphosphorous acid (M = 138.10 g / mol, 12.9 mmol) dissolved / suspended in 100 ml THF ), Dissolved in 20 ml of THF.
Sdp = 2 mmHg, 50-51 ° C., density: 1.072 g / cm 3, refractive index: 1.407
0.31 g Sodium hydride (M = 24.0 g / mol, 12.9 mmol), dissolved in 20 ml THF.
Reaction formula: See FIG.

Run:
At 0 ° C. under protective gas, 1.78 g (12.9 mmol) of diethyl phosphorous acid dissolved in 20 ml of anhydrous THF is placed in a 250 ml three-necked flask. This three-necked flask contains 0.31 g (12.9 mmol) of NaH dissolved in 20 ml of THF. When no more hydrogen is generated (about 30 minutes), the solution is warmed at RT and compound 1 dissolved in 100 ml of THL is titrated with a dropping funnel for 20 minutes. The mixture is stirred for 6 hours at 65 ° C., then the reaction solution is hydrolyzed with 20 ml MeOh to remove THF in a rotary evaporator and taken up by dest. Add water (suspension) and dialyze for 48 hours (3 changes of water).
The water is evaporated in an oven at 80 ° C. in a large porcelain container and then further post-dried in a vacuum oven at 80 ° C.
The following analyzes are obtained from the product: 1 H-, 19 F-, 13 C-NMR, elemental analysis (C, H, F, P).

Yield: 4.5 g to 6.52 g (69.1% of theoretical yield)

1 H, 13 C, 19 F, 31 P-NMR: A1184C is difficult to dissolve in CDCl 3 where A1184D is moderately soluble in DMSO

図45にはCDCl中の反応産物A1184の19F−NMRスペクトルを示す。反応産物がCDClに溶解しにくいため、シグナルは非常に弱い。図46にはDMSO中の反応産物A1184の19F−NMRスペクトルを示す。DMSO中の反応産物A1179の19F−NMRスペクトル(図43)と比較すると、1個のシグナルが消えたことが分かり、これは、パラ−Fのジエチル亜リン酸ナトリウムとの反応が弱まったこと(置換したこと)および、これにより必要とする置換反応が起こったことを示す。図47にはDMSO中の反応産物A1184のH−NMRスペクトルを示し、図48にはCDCl中の反応産物A1184のH−NMRスペクトルを示す。図49にはDMSO中の反応産物A1184の13C−NMRスペクトルを示し、図50にはDMSO中の反応産物A1184の13C−NMRスペクトルを示す。図51ではホスホン酸塩Pと隣接したFとの結合がはっきりと見られる。 FIG. 45 shows a 19F-NMR spectrum of reaction product A1184 in CDCl 3 . The signal is very weak because the reaction product is difficult to dissolve in CDCl 3 . FIG. 46 shows a 19F-NMR spectrum of reaction product A1184 in DMSO. Compared with the 19F-NMR spectrum of reaction product A1179 in DMSO (FIG. 43), one signal was found to disappear, indicating that the reaction of para-F with sodium diethylphosphite was weakened ( This indicates that a substitution reaction has occurred, and that the necessary substitution reaction has occurred. The Figure 47 shows the 1 H-NMR spectrum of the reaction product A1184 in DMSO, in FIG. 48 shows the 1 H-NMR spectrum of the reaction product A1184 in CDCl 3. FIG. 49 shows a 13 C-NMR spectrum of the reaction product A1184 in DMSO, and FIG. 50 shows a 13C-NMR spectrum of the reaction product A1184 in DMSO. In FIG. 51, the bond between phosphonate P and adjacent F is clearly seen.

元素分析:
1基として算定する
3731PS
726.67
726.146426
C 61.16% H4.30% F10.46% O15.41% P4.26% S4.41%
Elemental analysis:
C 37 H 31 F 4 O 7 PS calculated as one unit
726.67
726.146426
C 61.16% H 4.30% F 10.46% O 15.41% P 4.26% S 4.41%

Figure 2013151681
リンによれば、0.93基/FE
Figure 2013151681
According to phosphorus, 0.93 units / FE

2基として算定する
474010P2S
1010.82
1010.168972
C 55.85% H3.99% F15.04% O15.83% P6.13% S3.17%
C 47 H 40 F 8 O 10 P2S calculated as two units
1010.82
1010.168972
C 55.85% H 3.99% F 15.04% O 15.83% P 6.13% S 3.17%

Figure 2013151681
リンによれば、1.28基/FE
Figure 2013151681
According to phosphorus, 1.28 units / FE

7.デカフルオロビフェニルとリチウム化したPSU A1180との反応材料:
5.53g PSU UdelP1800(0.0125mol)乾燥させた800ml 無水THF
2.5ml n−BuLi10N(0.025mol)
16.7g デカフルオロビフェニル(0.1mol,MW=334.11g/mol)
反応式:図52参照
実行:
保護ガス下においてTHFを反応容器に満たす。その後、反応容器にアルゴンで攪拌および強く洗浄しながら、乾燥させたポリマーを入れる。ポリマーが溶解すると、強いアルゴン風下において−60℃まで冷却する。次に、反応混合物がもはや無水であることを示す薄い黄色/オレンジ色染色が出現するまで、ポリマー溶液を注意深く2.5N n−BuLiによって滴定する。10分以内に10N n−BuLiを添加する。最低でも2時間攪拌する。その後、デカフルオロビフェニルを添加すると(THF100mlに溶解してある、滴下漏斗によって添加)、色はすぐに黒に変化する。−55℃において15時間反応させた後は色が明るい灰色に変化/明色化し、反応は中断して加水分解が起こる。ここで20mlのMeOHを反応混合物が無色になるまで添加する。その後、室温まで温める。
7. Reaction material of decafluorobiphenyl and lithiated PSU A1180:
5.53 g PSU UdelP1800 (0.0125 mol) dried 800 ml anhydrous THF
2.5 ml n-BuLi10N (0.025 mol)
16.7 g Decafluorobiphenyl (0.1 mol, MW = 334.11 g / mol)
Reaction formula: see FIG. 52
Fill the reaction vessel with THF under protective gas. Thereafter, the dried polymer is placed in the reaction vessel with stirring and vigorous washing with argon. When the polymer is dissolved, it is cooled to −60 ° C. under strong argon air. The polymer solution is then carefully titrated with 2.5N n-BuLi until a light yellow / orange stain appears, indicating that the reaction mixture is no longer anhydrous. Add 10N n-BuLi within 10 minutes. Stir for a minimum of 2 hours. Then, when decafluorobiphenyl is added (dissolved in 100 ml of THF, added by a dropping funnel), the color immediately changes to black. After reacting at -55 ° C for 15 hours, the color changes to light gray / light color, the reaction is interrupted and hydrolysis occurs. Now add 20 ml MeOH until the reaction mixture is colorless. Then warm to room temperature.

ポリマーを2lのMeOHに添加した後、回転によりメタノールを除去し、水に吸収させて混合物を透析する。その後、水を50℃において蒸発させ、ポリマーを50℃で真空乾燥する。乾燥したポリマーをNMPに溶解することを試みる。変更したPSUの置換温度は1H/13C/19F−NMRおよび元素分析(C,H,S,F)によって決定する。 After adding the polymer to 2 l of MeOH, the methanol is removed by rotation, and the mixture is dialyzed by absorption in water. The water is then evaporated at 50 ° C. and the polymer is vacuum dried at 50 ° C. Attempt to dissolve the dried polymer in NMP. The substitution temperature of the modified PSU is determined by 1H / 13 C / 19 F-NMR and elemental analysis (C, H, S, F).

収量:8.8g(理論上の収量13.86gの63.5%に相当する)
溶解性: アセトニトリルに不溶
CHClに難溶 A1180(NMR)
CHCl中でゲル化
Oに不溶
アセトンに不溶
DMSOに中程度可溶 A1180D(NMR)
Yield: 8.8 g (corresponding to 63.5% of the theoretical yield of 13.86 g)
Solubility: Insoluble in acetonitrile
Slightly soluble in CHCl 3 A1180 (NMR)
Gelation in CH 2 Cl 2
Insoluble in D 2 O
Insoluble in acetone
Moderately soluble in DMSO A1180D (NMR)

元素分析
2基として算定する
51H20F20
1108.74
1108.076296
C 55.25% H1.82% F34.27% O5.77% S2.89%
Elemental analysis
C 51 H20F 20 O 4 S calculated as two units
110.74
1108.076296
C 55.25% H1.82% F34.27% O 5.77% S2.89%

Figure 2013151681
Figure 2013151681
フッ素含有量に関して、1.24基/F.E.が結合した!Regarding fluorine content, 1.24 groups / F. E. Joined!

図53にはCDCl中の反応生成物A1180のH−NMRスペクトルを示し、図54にはDMSO中の反応生成物A1180のH−NMRスペクトルを示す。図55にはCDCl中の反応生成物A1180の13C−NMRスペクトルを示し、図56にはCDCl中の反応生成物A1180の19F−NMRスペクトルを示し、図57にはDMSO中の反応生成物A1180の19F−NMRスペクトルを示す。 The Figure 53 shows the 1 H-NMR spectrum of the reaction product A1180 in CDCl 3, in FIG. 54 shows the 1 H-NMR spectrum of the reaction product A1180 in DMSO. The Figure 55 shows a 13 C-NMR spectrum of the reaction product A1180 in CDCl 3, in FIG. 56 shows a 19 F-NMR spectrum of the reaction product A1180 in CDCl 3, in Figure 57 the reaction in DMSO 19 shows the 19 F-NMR spectrum of product A1180.

8.ペンタフルオロピリジンとリチウム化したPSU A1181との反応
材料:
5.53g 乾燥させたPSU Udel P1800(0.0125mol)800ml 無水THF
2.5ml n−BuLi 10N(0.025mol)
8.45g=5.3ml ペンタフルオロピリジン(0.05mol,MW=169.05g/mol)
反応式:図58参照
実行:
保護ガス下でTHFを反応容器に満たす。次に、反応容器にアルゴンで攪拌および強く洗浄しながら、乾燥させたポリマーを入れる。ポリマーが溶解したら、強いアルゴン風下において−60℃まで冷却する。次に、反応混合物がもはや無水であることを示す薄い黄色/オレンジ色が出現するまで、ポリマー溶液を注意深く2.5N n−BuLiによって滴定する。10分以内に10N n−BuLiを添加する。2時間攪拌する。その後、ペンタフルオロピリジンを滴下漏斗によって滴下する(THF100mlに溶解させて)。反応混合物の色がどのように変化するか観察する(反応時間:4時間、温度:−60℃)。色が変化しない場合は、96時間以上−55℃において反応させる。色は暗赤色/暗橙色から明るい橙色に変化する。
8. Reaction material of pentafluoropyridine and lithiated PSU A1181:
5.53 g dried PSU Udel P1800 (0.0125 mol) 800 ml anhydrous THF
2.5 ml n-BuLi 10N (0.025 mol)
8.45 g = 5.3 ml pentafluoropyridine (0.05 mol, MW = 169.05 g / mol)
Reaction formula: see FIG. 58 Execution:
Fill the reaction vessel with THF under protective gas. The dried polymer is then charged to the reaction vessel with stirring and vigorous washing with argon. Once the polymer is dissolved, cool to −60 ° C. under strong argon. The polymer solution is then carefully titrated with 2.5N n-BuLi until a light yellow / orange color appears, indicating that the reaction mixture is no longer anhydrous. Add 10N n-BuLi within 10 minutes. Stir for 2 hours. Thereafter, pentafluoropyridine is dropped by a dropping funnel (dissolved in 100 ml of THF). Observe how the color of the reaction mixture changes (reaction time: 4 hours, temperature: −60 ° C.). When the color does not change, the reaction is performed at -55 ° C for 96 hours or more. The color changes from dark red / dark orange to bright orange.

2lのMeOHを反応混合物が無色になるまで添加する。次に、室温まで温める。
ポリマーを2lのMeOHに投入し、濾過し、0.5lのMeOHで抽出してメタノールによってフリット上で濾過および後洗浄する。
投入したポリマーを60℃で真空乾燥する。乾燥したポリマーをNMPに溶解することを試みる。変更したPSUの置換温度は1H/13C/19F−NMRおよび元素分析(C,H,S,F)によって決定する。
2 l of MeOH is added until the reaction mixture is colorless. Then warm to room temperature.
The polymer is poured into 2 l MeOH, filtered, extracted with 0.5 l MeOH, filtered on a frit with methanol and post-washed.
The charged polymer is vacuum-dried at 60 ° C. Attempt to dissolve the dried polymer in NMP. The substitution temperature of the modified PSU is determined by 1H / 13 C / 19 F-NMR and elemental analysis (C, H, S, F).

収量:9.1g(理論上の収量13.86gに相当する)
溶解性: アセトニトリルに不溶
CHClに難溶
CHCl中でゲル化
Oに不溶
アセトンに不溶
DMSOに中程度可溶
1H,13C−NMR: DMSO中のA1181D
CDCl中のA1181C
Yield: 9.1 g (corresponding to a theoretical yield of 13.86 g)
Solubility: Insoluble in acetonitrile
Insoluble in CHCl 3
Gelation in CH 2 Cl 2
Insoluble in D 2 O
Insoluble in acetone
1H, 13C-NMR moderately soluble in DMSO: A1181D in DMSO
A1181C in CDCl 3

図59にはCDCl中の反応産物A1181のH−NMRスペクトルを示し、図60にはCDCl中の反応産物A1181の13C−NMRスペクトルを示す。図61にはCDCl3中の反応産物A1181の19F−NMRスペクトルを示し、図62にはDMSO中の反応産物A1181の19F−NMRスペクトルを示す。 The Figure 59 shows the 1 H-NMR spectrum of the reaction product A1181 in CDCl 3, in FIG. 60 shows a 13 C-NMR spectrum of the reaction product A1181 in CDCl 3. The Figure 61 shows the 19 F-NMR spectrum of the reaction product A1181 in CDCl3, in FIG. 62 shows a 19 F-NMR spectrum of the reaction product A1181 in DMSO.

元素分析
2基として算定する
372010
778.62
778.098411
C 57.08% H2.59% F24.40% N3.60% O8.22% S4.12%
Elemental analysis
C 37 H 20 F 10 N 2 O 4 S to calculate the 2 groups
778.62
778.009411
C 57.08% H2.59% F24.40% N3.60% O8.22% S4.12%

Figure 2013151681
Figure 2013151681
フッ素含有量によれば、1.59基/F.E.が結合したAccording to the fluorine content, 1.59 groups / F. E. Joined

Claims (9)

非フッ素化、部分フッ素化または過フッ素化した(特に非、部分、または過フッ素化した)、芳香族スルホン酸またはホスホン酸(またはこれらの誘導体)のモノマー、オリゴマー、およびポリマーであって、ポリマーの部分または過フッ素化した基を、ポリマーの主鎖だけでなく側鎖にも備えることができる該モノマー、オリゴマー、およびポリマーにおいて、硫黄またはリン求核試薬による芳香族求核置換によって得られることを特徴とするモノマー、オリゴマー、およびポリマー。   Non-fluorinated, partially fluorinated or perfluorinated (especially non-, partially or perfluorinated), aromatic sulfonic acid or phosphonic acid (or derivatives thereof) monomers, oligomers and polymers, polymers Obtained by aromatic nucleophilic substitution with sulfur or phosphorus nucleophiles in the monomers, oligomers and polymers which can be provided with side chains or perfluorinated groups in the main chain as well as in the polymer. Monomers, oligomers, and polymers characterized by 請求項1記載のモノマー、オリゴマー、およびポリマーにおいて、反応性の高いハロゲン芳香族(特にフルオロ芳香族)において幅広い置換パターンを有し、これにより即時にプロトン伝導基を保持することができ(図1および図3参照)、投入可能なハロゲン化したモノマーとしてはビス(ペンタフルオロフェニル)スルホン、ビス(ペンタフルオロフェニル)スルフィド、デカフルオロビフェニル、4,4‘−ジフルオロビフェニル、デカフルオロベンゾフェノン、4,4’−ジフルオロベンゾフェノン、ビス(4−フルオロフェニル)フェニルホスフィンオキシド、デカフルオロジフェニルスルフィド、ヘキサフルオロベンゾール、ペンタフルオロベンゾール、様々に置換したジ、トリおよびテトラフルオロベンゾール、オクタフルオロトルエン、2,2’,3,3’,5,5’,6,6’−オクタフルオロビフェニル、ペンタフルオロピリジン、様々に置換したジ−、トリ−およびテトラフルオロピリジン(例えば2,3,5,6−テトラフルオロピリジン、2,6−ジフルオロピリジン、3,5−ジフルオロピリジン、2,5−ジフルオロピリジン、2,4−ジフルオロピリジン、2,4,6−トリフルオロピリジン)、様々なトリアジン(例えば2,4,6−トリフルオロ−1,3,5−トリアジン、3,5,6−トリフルオロ−1,2,4−トリアジン、3,6−ジフルオロー1,2,4−トリアジン)、ピリミジン(例えば2,4,6−トリフルオロピリミジン)、ピリダジン(例えば3,6−ジフルオロピリダジン、3,4,5,6−テトラフルオロピリダジン)、ピラジン(例えば2,6−ジフルオロピラジン、2,3,5,6−テトラフルオロピラジン)、キノリン(例えばヘプタフルオロキノリン)、イソキノリン(例えばヘプタフルオロイソキノリン、)キノキサリン(例えばヘキサフルオロキノキサリン)、キナゾリン(例えばヘキサフルオロキナゾリン)並びに非、部分、または過フッ素化したイミダゾールおよびベンズイミダゾールなど、ジハロゲン化したヘテロアリル化合物、ペンタフルオロベンゾールスルホン酸またはそれらの塩、ペンタフルオロベンゾールホスホン酸またはその塩が適するものとし、ジフェノールとしてはあらゆる可能なジフェノールを投入可能であり、特に以下のジフェノール:ビスフェノールA(4,4‘−(イソプロピリデン)−ジフェノール)、ビスフェノールS(ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン)、ビス(4−ヒドロキシフェニル)チオエーテル、ビス(4−ヒドロキシフェニル)エーテル、4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)−ジフェノール、ビス(4−ヒドロキシフェニル)フェニルホスフィンオキシドおよびフェノールフタレインが適するものとし、モノマーを任意で、例えばホモポリマー、統計的な共重合体またはブロック共重合体などのポリマーに化合できるものとしたモノマー、オリゴマーおよびポリマー。   The monomers, oligomers and polymers according to claim 1 have a broad substitution pattern in highly reactive halogen aromatics (especially fluoroaromatics), so that proton-conducting groups can be retained immediately (FIG. 1). And the halogenated monomer that can be input include bis (pentafluorophenyl) sulfone, bis (pentafluorophenyl) sulfide, decafluorobiphenyl, 4,4′-difluorobiphenyl, decafluorobenzophenone, 4,4 '-Difluorobenzophenone, bis (4-fluorophenyl) phenylphosphine oxide, decafluorodiphenyl sulfide, hexafluorobenzole, pentafluorobenzole, variously substituted di, tri and tetrafluorobenzoles, octafluoro Ruene, 2,2 ′, 3,3 ′, 5,5 ′, 6,6′-octafluorobiphenyl, pentafluoropyridine, variously substituted di-, tri- and tetrafluoropyridines (for example 2,3,5 , 6-tetrafluoropyridine, 2,6-difluoropyridine, 3,5-difluoropyridine, 2,5-difluoropyridine, 2,4-difluoropyridine, 2,4,6-trifluoropyridine), various triazines ( For example, 2,4,6-trifluoro-1,3,5-triazine, 3,5,6-trifluoro-1,2,4-triazine, 3,6-difluoro-1,2,4-triazine), pyrimidine (Eg, 2,4,6-trifluoropyrimidine), pyridazine (eg, 3,6-difluoropyridazine, 3,4,5,6-tetrafluoropyridazine), Pyrazine (eg 2,6-difluoropyrazine, 2,3,5,6-tetrafluoropyrazine), quinoline (eg heptafluoroquinoline), isoquinoline (eg heptafluoroisoquinoline), quinoxaline (eg hexafluoroquinoxaline), quinazoline (eg Hexafluoroquinazoline) and dihalogenated heteroallyl compounds such as non-, partially or perfluorinated imidazoles and benzimidazoles, pentafluorobenzoylsulfonic acid or salts thereof, pentafluorobenzoylphosphonic acid or salts thereof are suitable, Any possible diphenol can be used as the phenol, and in particular, the following diphenols: bisphenol A (4,4 ′-(isopropylidene) -diphenol), bisphenol S (biphenol). (4-hydroxyphenyl) sulfone), bis (4-hydroxyphenyl) thioether, bis (4-hydroxyphenyl) ether, 4,4 ′-(hexafluoroisopropylidene) -diphenol, bis (4-hydroxyphenyl) phenyl Monomers, oligomers and polymers where phosphine oxide and phenolphthalein are suitable and the monomers can optionally be combined with polymers such as homopolymers, statistical copolymers or block copolymers. 請求項1記載のオリゴマーおよびポリマーにおいて、反応性の高いハロゲン芳香族(特にフルオロ芳香族)において幅広い置換パターンを有し、かつプロトン伝導基を保持できるものとし(図2および図4参照)、CSP結合したハロゲン(特にフッ素)を有する全てのポリマーが適するものとし、このための適するポリマーの選択肢を例えば図6、図7、図8、図9、図10、図11、図12、図13、図14、図15、図16、図17、図18、図19、図20、図21、図22、図23、図24、図25に示したオリゴマーおよびポリマー。 2. The oligomer and polymer according to claim 1, wherein a highly reactive halogen aromatic (especially fluoroaromatic) has a wide substitution pattern and can retain a proton conductive group (see FIGS. 2 and 4), and CSP. All polymers having two bonded halogens (especially fluorine) are suitable, and suitable polymer options for this are shown in FIGS. 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 for example. , 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 21, 22, 23, 24, and 25. 請求項1〜3に記載のモノマー、オリゴマー、およびポリマーの製造方法において、溶媒として、遊離物の置換パターンにそれぞれ従って、プロトン性溶媒または極性非プロトン性溶媒および水(スルホンの場合のみ)、THF、ジエチルエーテル、ジオキサン、グリム、ジグリム、トリグリム、DMAc、DMF、NMP、スルホラン、プロピレンカーボネート、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、ベンゾール、トルエン、キシロールな
どの非プロトン性溶媒およびこれらの任意の混合物を互いに使用できるものとした方法。
The method for producing monomers, oligomers and polymers according to claims 1 to 3, wherein the solvent is a protic or polar aprotic solvent and water (only for sulfones), THF, according to the substitution pattern of the educt, respectively. , Aprotic solvents such as diethyl ether, dioxane, glyme, diglyme, triglyme, DMAc, DMF, NMP, sulfolane, propylene carbonate, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, benzol, toluene, xylol and any mixtures thereof can be used together And the method.
請求項1〜4に記載のモノマー、オリゴマー、およびポリマーの製造方法において、溶媒および遊離物の反応性によって反応温度を−93℃から+200℃とし、反応を保護ガス(アルゴン、窒素)下または保護ガス無しでの環境で実行できるものとした方法。   The method for producing monomers, oligomers and polymers according to claims 1 to 4, wherein the reaction temperature is -93 ° C to + 200 ° C depending on the reactivity of the solvent and the free substance, and the reaction is carried out under a protective gas (argon, nitrogen) or protection. A method that can be performed in an environment without gas. 請求項1〜5に記載のモノマー、オリゴマー、およびポリマーの製造方法において、反応性求核試薬として亜硫酸金属または亜硫酸水素金属(例えば亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、亜硫酸カリウム、亜硫酸水素カリウム)、もしくは亜リン酸金属(例えば亜リン酸ジメチルナトリウム、亜リン酸ジエチルナトリウム、亜リン酸ジフェニルナトリウム)または、例えば亜リン酸トリス(トリメチルシリル)などの他の亜リン酸化合物を使用し、これらによってSNAr反応において1個または複数個のハロゲン化物イオン(特にフッ化物イオン)を適合する、部分または過ハロゲン化(特に部分または過フルオロ化)した出発化合物から遊離し、亜リン酸金属を原位置において、THFまたは他の無水溶媒中での水素化金属と、亜リン酸ジアルキルまたは亜リン酸ジアリルとの以下の反応により製造できる方法。   6. The method for producing monomers, oligomers and polymers according to claims 1-5, wherein the reactive nucleophile is a metal sulfite or metal bisulfite (e.g. sodium sulfite, sodium hydrogen sulfite, potassium sulfite, potassium hydrogen sulfite) or Metal phosphates (eg, dimethyl sodium phosphite, diethyl sodium phosphite, diphenyl sodium phosphite) or other phosphite compounds such as tris phosphite (trimethylsilyl) are used, which in the SNAr reaction One or more halide ions (especially fluoride ions) are liberated from a compatible, partially or perhalogenated (especially partially or perfluorinated) starting compound and the metal phosphite in situ, THF or Metal hydrides in other anhydrous solvents, Method can be produced by the following reaction with dialkyl or phosphorous acid diallyl. 請求項1〜6に記載のモノマー、オリゴマー、およびポリマーの製造方法において、モノマー化合物の場合、基準手段(例えばYakobson et al.(非特許文献12)に記載されている)または類似の処理によって必要とする生成物を製造でき、洗浄は液体状の化合物の場合は蒸留、固体の化合物の場合は再結晶によって行い、非、部分または過ハロゲン化(特に非、部分、または過フッ素化)した芳香族スルホン酸またはホスホン酸(またはこれらの誘導体)のポリマー(オリゴマー)の場合は処理および洗浄を繰り返しの沈殿および再溶解によって、また水溶性のスルホン酸およびホスホン酸ポリマーでは透析によって行う方法。   In the method for producing monomers, oligomers and polymers according to claims 1-6, in the case of monomeric compounds, it is required by standard means (for example described in Yakobson et al. (Non-patent Document 12)) or similar treatments. In the case of liquid compounds, washing is performed by distillation; in the case of solid compounds, recrystallization is performed, and a non-partially or perhalogenated (especially non-partially or perfluorinated) aroma is obtained. In the case of polymers (oligomers) of aliphatic sulfonic acids or phosphonic acids (or their derivatives), the treatment and washing are carried out by repeated precipitation and redissolution, and in the case of water-soluble sulfonic and phosphonic acid polymers by dialysis. 請求項1〜7に記載の1個または複数個の方法によって製造する化合物、特にポリマーおよびオリゴマー。   Compounds, especially polymers and oligomers, produced by one or more methods according to claims 1-7. 請求項1〜7に記載の1個または複数個の方法によって製造する化合物の使用法であって、膜処理(特に燃料電池、膜電気分解および電気透析処理)、コーティング(例えば織物繊維)、ナノ粒子、塗料、接着剤、パッキン、センサー、染料、除草剤および殺虫剤における使用法。   Use of a compound produced by one or more methods according to claims 1-7, comprising membrane treatment (especially fuel cells, membrane electrolysis and electrodialysis treatment), coating (eg textile fibers), nano Usage in particles, paints, adhesives, packings, sensors, dyes, herbicides and pesticides.
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