JP2013527299A - ピレンおよびピロールのコポリマーならびに該コポリマーの生成方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】なし
Description
一態様では、本開示は、1つまたは複数のピレン単位および1つまたは複数のピロール単位を含むコポリマーを提供する。例示的な実施形態では、コポリマー中のピレンとピロールとのモル比は、99:1から1:99、99:1から75:25、99:1から70:30、99:1から60:40、99:1から50:50、99:1から40:60、99:1から30:70、80:20から30:70、80:20から40:60または80:20から50:50の範囲である。別の例示的な実施形態では、コポリマー中のピレンとピロールとのモル比は、70:30以上、75:25以上、80:20以上、85:15以上、90:10以上または95:5以上である。別の例示的な実施形態では、コポリマー中のピレンとピロールとのモル比は、約99:1、約95:5、約80:20、約75:25、約70:30、約60:40、約50:50、約40:60または約30:70である。
Bは、限定するものではないが、存在しない、上に定義の構造PN1、構造PN2、構造PN3、構造PY1、構造PP1(上に定義)、構造PP2(上に定義)、構造PP3、構造PP4、構造PP5、構造PP6の1つまたは複数を含み、
nは、1〜40の任意の整数であり、
R1は、限定するものではないが、H、構造PN2、構造PY2、構造PP7、構造PP8、構造PP9、構造PP10、構造PP11、構造PP12、構造PP13、構造PP14、構造PP15および構造PP16の1つまたは複数を含み、
R2は、限定するものではないが、H、上に定義の構造PN2、構造PY2、構造PP7、構造PP8、構造PP9、構造PP10、構造PP11、構造PP12、構造PP13、構造PP14、構造PP15および構造PP16の1つまたは複数を含み、
ピレン基上の任意の原子に連結していない化学結合は、ピレン環のそれぞれの上の任意の原子に連結することができる化学結合であり、ピロール基上の任意の原子に連結していない化学結合は、ピロール環上の任意の原子に連結することができる化学結合である]。
別の態様では、本開示は、ピレンモノマーおよびピロールモノマーを、酸化剤および反応溶媒の存在下でインキュベートすることを含む、ピレンおよびピロールを含むコポリマーを生成する方法を提供する。
本明細書で提供されるコポリマーは、バイオマーカーの検出のために使用することができる。バイオマーカーには、限定するものではないが、組織、細胞、タンパク質、ペプチド、核酸、ヌクレオチド、脂質、化合物、代謝産物、炭水化物、糖類、リポタンパク質、糖タンパク質、タンパク質−DNA複合体(たとえば、染色体)、タンパク質−脂質複合体およびタンパク質−タンパク質複合体などの生物学的複合体が含まれ得る。バイオマーカーは、当技術分野で公知の方法を使用して、コポリマーによって検出され得る(たとえば、米国特許第5,661,040号;T.A.Skotheimら、「Conjugated polymers:processing and applications」、第3編、CRC Press出版、第13章、13〜20ページ(2006年);S.Kumaraswamyら、「Fluorescent−conjugated polymer superquenching facilitates highly sensitive detection of proteases」、Proceedings of National Academy of Sciences、101(20):7511〜7515ページ(2004年);H.Xuら、「Magnetically assisted DNA assays:high selectivity using conjugated polymers for amplified fluorescent transduction」、Nucleic Acids Research、33(9):e83ページ(2005年)参照)。
ピレンモノマーおよびピロールモノマーを、化学的酸化方法によって、FeCl3を酸化剤として使用して、ニトロメタンの存在下で共重合する。一連の共重合反応を実施して、異なるモル比のピレンとピロールとを含有するコポリマーを得る。95/5、90/10、80/20、70/30および50/50の異なるモル比のピレンモノマーとピロールモノマーとを使用することを除き、共重合反応を同じ条件下で実施する(表1参照)。得られる生成物を、共重合反応で使用したピレンモノマーとピロールモノマーのそれぞれのモル比に従って命名し、すなわち、生成物を、コポリマー95/5、コポリマー90/10、コポリマー80/20、コポリマー70/30およびコポリマー50/50と命名する。
共重合反応の開始および進行を調査するために、共重合中に、反応混合物の開路電位および重合温度をモニタする。無水塩化第二鉄を酸化剤として使用して、ニトロメタンの存在下で、ピレンおよびピロールを異なるモル比で反応させる。反応物に添加するピレンとピロール(Pyre/Pyrr)のモル比は、それぞれ90:10、70:30および30:70である。それぞれの反応に関する酸化剤とモノマーの総量のモル比は、5:1である。反応を、50℃で30時間実施する。
ピレン対ピロールのモル比と、コポリマーの伝導率と、反応収率との関係について調査する。実施例1から得られたコポリマーの導電率を分析する。電気的耐性を、5種類のコポリマー(すなわちコポリマー95/5、コポリマー90/10、コポリマー80/20、コポリマー70/30およびコポリマー50/50)、およびピレンホモポリマー(ポリマー100/0)、およびピロールホモポリマー(ポリマー0/100)についてそれぞれ測定する。厚さ約0.05cmおよび定係数(constant efficient)である面積0.785cm2を有する圧縮したコポリマーペレットの導電率を、2ディスク法によって、中国製のUT70Aマルチメーターを用いて室温で調査した。導電率を、以下の等式(2)を使用して算出する。
式中、σは、導電率(S/cm)であり、dは、ポリマー層の厚さ(cm)であり、Rは、ポリマー層の電気的耐性の測定値(Ω)であり、Sは、ポリマー層と2つの銅電極との間の接触面積(cm2)である。Sは、銅電極の表面積である約0.785cm2に等しいと測定される。伝導率分析の結果を、図3に示す。反応物におけるピロールのモル量が増大するにつれて、得られるコポリマーの導電率が上昇するが、このことは、コポリマーの鎖長が延長され、平面共役度が増大することを示唆している。
得られたピレンおよびピロールのコポリマーの構造を解明するために、フーリエ変換赤外(FT−IR)分光法分析を実施して、ピレンモノマー、ピレンホモポリマー、ピロールホモポリマーおよび異なるモル比のピレンとピロールとを含有するコポリマーを比較する。減衰全反射法(ATR)をFT−IR分析で使用して、KBrペレットの調製中に吸収される試料中の水による干渉を排除し、コポリマーのいくつの試料を、KBr粉末と十分にブレンドし、次にペレットに圧縮する。結果を図4aおよび図4bに示す。
異なるモル比のピレンとピロールとを含有する得られたコポリマーを、D/max2550分光器により、銅標的を用いてステップ長さ10°min−1で広角X線回折法を実施することによって分析して、コポリマー生成物の構造を解読する。ピレンモノマー、ピレンホモポリマーおよびピロールホモポリマーも分析する。結果を図5に示す。
実施例1で得られたピレンおよびピロールのコポリマーは、テトラヒドロフラン(THF)およびN−メチルピロリドン(NMP)に一部溶解することができ、相対的に低い分子量を有するその可溶性部分は、全コポリマーの約30〜40%である。コポリマー溶液を、UV−可視(UV−Vis)分光法を使用して分析して、コポリマーの電子遷移特性を試験する。コポリマーのNMP溶液を使用したUV−Visの結果を、図6に示す。
異なる温度におけるコポリマー溶液のUV吸収を試験して、コポリマー鎖の連結構造を調査する。実施例1で得られたコポリマー80/20を、NMPに溶解し、UV−Vis分光法を使用して試験する。結果を図8に示す。400nmにおけるコポリマーの吸収ピークは、温度が5℃から80℃まで上昇するにつれて徐々に弱まったが、このことは、共役度が徐々に低下することを示している。高温では、コポリマーの分子鎖は、より高いエネルギーおよび高い熱運動を得ることができ、それによって鎖構造に一定の度合いの歪みが生じ、したがって平面共役した構造が破壊される可能性がある。このことは、モノマー単位の間の連結が直鎖状であり、分枝または架橋構造がほとんどなく、それらの単位が単結合を介して回転して、高温で安定な立体配座を形成し得る別の態様から証明される。
異なる濃度のコポリマー溶液のUV吸収を試験して、吸収係数を算出する。コポリマー80/20を、NMPに溶解し、UV−Vis分光法を使用して試験する。結果を図9に示す。吸収係数は、以下の等式(5)を使用して算出する。
ピレンモノマー溶液およびさまざまなコポリマー溶液の蛍光を観測する。等重量のピレンモノマーおよびコポリマーを、それぞれNMP溶液に溶解する。ピレンモノマーは、NMPに容易に溶解するが、ホモポリマーおよびコポリマーは、NMPに一部溶解し、底部の沈降部分は、ポリマーの高分子量部分である。UV光に曝してそれぞれ写真を撮る。結果を図11に示す。ポリマー溶液の蛍光は、ピレンモノマー溶液の蛍光よりも強い。コポリマーは、溶液中で異なる蛍光色を示す。コポリマー中のピロール含量が増大するにつれて、コポリマーの蛍光は、より長い波長域にシフトし、青色から黄色を帯びた緑色に変化する。これは、ピロールが組み込まれることによって、コポリマーの分子量が増大し、平面共役が改善されるからである。コポリマーの蛍光色の変化は、ピレンとピロールが共重合していることを証明しており、コポリマー構造に対するピロールの効果も反映している。
実施例1に記載の方法によって合成したピレン/ピロールコポリマーを、熱重量(TG)分析を使用して、それらのチャー収率について試験する。コポリマーを、窒素の存在下で、10℃/分の速度で室温から1,000℃に加熱する。加熱過程中に、コポリマーの重量変化および温度変化をモニタし、記録する。温度が1,000℃に到達した後、コポリマーの残部を重量について測定し、残部の重量と元のコポリマーの重量の比を、チャー収率として算出する。
実施例1に記載の方法によって合成したピレン/ピロールコポリマー80/20を、MALDI−TOF質量スペクトルによって分析する。簡潔には、実施例1に記載の方法によって得たコポリマー80/20を、マトリックスとしてアントラリンと共にTHFに溶解し、次にMALDI−TOF質量分析計に搭載し、そこでコポリマーをイオン化し、次に検出器に到達する前に公知の強度の電場によって加速する。イオン化コポリマーの質量と電荷比(m/z値)は、イオン化したコポリマーが検出器に到達するのにかかる時間を基にして算出する。結果を図17に示す。
本開示は、本出願に記載の特定の実施形態によって制限されるべきではなく、これらの実施形態は、さまざまな態様を例示することを企図する。当業者に明らかになる通り、本開示の精神および範囲から逸脱することなく、多くの改変および変更を加えることができる。本明細書に列挙された方法および装置に加えて、本開示の範囲に含まれる機能的に等価の方法および装置が、先の説明から当業者に明らかとなろう。かかる改変および変更は、添付の特許請求の範囲に含まれるものとする。本開示は、特許請求の範囲と共に、かかる特許請求の範囲が権利を付与される等価物の全範囲によってのみ制限されるべきである。本開示は、特定の方法、試薬、化合物、組成物または生物系に限定されず、当然のことながら変わり得ると理解すべきである。本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態を記載することだけを目的とし、限定することを企図しないことも理解すべきである。
Claims (42)
- 1つまたは複数のピレン単位および1つまたは複数のピロール単位を含む、コポリマー。
- コポリマー中のピレンとピロールとのモル比が、99:1から30:70である、請求項1に記載のコポリマー。
- コポリマー中のピレンとピロールとのモル比が、80:20から50:50である、請求項2に記載のコポリマー。
- コポリマー中のピレンとピロールとのモル比が、80:20である、請求項1から3のいずれか一項に記載のコポリマー。
- ピレンおよびピロールが、コポリマー上にランダムに分布している、請求項1から4のいずれか一項に記載のコポリマー。
- 構造1
[式中、
は、構造PP1および構造PP2からなる群から選択され、
Aは、存在しない、構造PN1、構造PY1、構造PP1、構造PP2、構造PP3、構造PP4、構造PP5および構造PP6からなる群から選択され、
Bは、存在しない、構造PN1、構造PN2、構造PN3、構造PY1、構造PP1、構造PP2、構造PP3、構造PP4、構造PP5および構造PP6からなる群から選択され、
nは、1〜40の任意の整数であり、
R1は、H、構造PN2、構造PY2、構造PP7、構造PP8、構造PP9、構造PP10、構造PP11、構造PP12、構造PP13、構造PP14、構造PP15および構造PP16からなる群から選択され、
R2は、H、構造PN2、構造PY2、構造PP7、構造PP8、構造PP9、構造PP10、構造PP11、構造PP12、構造PP13、構造PP14、構造PP15および構造PP16からなる群から選択される]
の構造を有する、請求項1から4のいずれか一項に記載のコポリマー。 - 構造CP1、構造CP2、構造CP3、構造CP4および構造CP5からなる群から選択される、請求項6に記載のコポリマー。
- 直鎖状である、請求項1から7のいずれか一項に記載のコポリマー。
- 分枝状である、請求項1から8のいずれか一項に記載のコポリマー。
- 約500から10000の重量平均分子量を有する、請求項1から9のいずれか一項に記載のコポリマー。
- 400℃および800℃の間の熱分解温度を有する、請求項1から10のいずれか一項に記載のコポリマー。
- 102および10−11Scm−1の間の導電率を有する、請求項1から11のいずれか一項に記載のコポリマー。
- 1000℃で70%および95%の間のチャー収率を有する、請求項1から12のいずれか一項に記載のコポリマー。
- コポリマーの5%から100%が、有機溶媒に可溶である、請求項1から13のいずれか一項に記載のコポリマー。
- 有機溶媒が、N−メチルピロリドン(NMP)、テトラヒドロフラン(THF)、クロロホルム、ジメチルホルムアミド(DMF)およびジメチルスルホキシド(DMSO)からなる群から選択される、請求項14に記載のコポリマー。
- 250nmから800nmの範囲の波長にUV吸光度ピークを有する、請求項1から15のいずれか一項に記載のコポリマー。
- 400nmから700nmの範囲の波長に蛍光発光ピークを有する、請求項1から16のいずれか一項に記載のコポリマー。
- ピレンモノマーおよびピロールモノマーを酸化剤と共に反応溶媒の存在下でインキュベートすることを含む、ピレンおよびピロールを含むコポリマーの生成方法。
- 酸化剤が、FeCl3、FeBr3、AlCl3、AlBr3、AlI3、AlRCl2、AlR2Cl、AlR3、CuCl2、CuBr2、MoCl5、SnCl4、SnBr4、SnI4、MgCl2、MgBr2、MgI2、CaCl2、CaBr2、CaI2、ZnCl2、ZnBr2、ZnI2、BF3、TiCl4、TiBr4、SbCl5およびその任意の組合せからなる群から選択される、請求項18に記載の方法。
- 酸化剤が、FeCl3である、請求項19に記載の方法。
- 反応溶媒が、ニトロアルカン、芳香族ニトロ化合物、炭化水素、ハロゲン化炭化水素、ニトリルおよびその任意の組合せからなる群から選択される、請求項18から20のいずれか一項に記載の方法。
- 反応溶媒が、ニトロメタン、ニトロエタン、ニトロベンゼン、ジニトロベンゼン、ヘキサン、ベンゼン、ペンタン、イソオクタン、シクロヘキサン、ジクロロメタン、クロロホルム、ジクロロエタン、ジクロロベンゼン、ブロモエタン、ジブロモエタン、ブロモベンゼン、ジブロモベンゼン、ブロモペンタン、四塩化炭素、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリルおよびその任意の組合せからなる群から選択される、請求項18から21のいずれか一項に記載の方法。
- 反応溶媒が、ニトロメタンである、請求項22に記載の方法。
- 酸化剤とモノマーの総量とのモル比が、1:1から9:1である、請求項18から23のいずれか一項に記載の方法。
- 酸化剤とモノマーの総量とのモル比が、5:1である、請求項24に記載の方法。
- インキュベーション温度が、10℃から100℃である、請求項18から25のいずれか一項に記載の方法。
- インキュベーション温度が、50℃である、請求項26に記載の方法。
- インキュベーション時間が、1時間から48時間である、請求項18から27のいずれか一項に記載の方法。
- インキュベーション時間が、18時間から24時間である、請求項28に記載の方法。
- 請求項1から17のいずれか一項に記載のコポリマーを含む、バイオマーカーを検出するための検出剤。
- バイオマーカーの検出が、細胞または組織の検出用である、請求項30に記載の検出剤。
- 請求項1から17のいずれか一項に記載のコポリマーを含む、有機化学物質を検出するための検出剤。
- 有機化合物が、芳香族ニトロ化合物である、請求項32に記載の検出剤。
- 請求項1から17のいずれか一項に記載のコポリマーを含む、蛍光センサー。
- 請求項1から17のいずれか一項に記載のコポリマーを含む、発光ダイオード。
- 請求項1から17のいずれか一項に記載のコポリマーを含む、感圧性材料。
- 請求項1から17のいずれか一項に記載のコポリマーを含む、電池。
- 請求項1から17のいずれか一項に記載のコポリマーを含む、耐熱性材料。
- 請求項1から17のいずれか一項に記載のコポリマーを含む、耐アブレーション性材料。
- 請求項1から17のいずれか一項に記載のコポリマーを含む、炭素材料前駆体。
- 請求項1から17のいずれか一項に記載のコポリマーを含む、導電性材料。
- 請求項1から17のいずれか一項に記載のコポリマーを含む、帯電防止電気材料。
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