JP2023547823A - イオン性ポリマー及びコポリマー - Google Patents

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Abstract

本開示は、第１のポリマー構造及び第２のポリマー構造を含む組成物に関し、ここで、これらのうちの少なくとも１種はイオン化可能部分又はイオン性部分を含み得る。そのような組成物を使用する、材料、デバイス、及び方法も記載されている。

Description

参照による組込み
本出願の一部として、本明細書と同時に、ＰＣＴ願書が提出されている。本出願が、同時に提出されているＰＣＴ願書中で特定されているものの利益又はそれらに対する優先権を主張する各出願は、参照によりそれらの全体が、かつ全ての目的のために本明細書に組み込まれる。本出願は、２０２０年１０月２０日に出願され、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国仮特許出願第６３／０９３，７９１号の利益を主張する。
本開示は、第１のポリマー構造及び第２のポリマー構造を含む組成物に関し、ここで、これらのうちの少なくとも１種はイオン化可能部分又はイオン性部分を含み得る。そのような組成物を使用する、材料、デバイス、及び方法も記載されている。
電気化学セルの１構成要素としては、ポリマー系電解質膜が挙げられる。ポリマー膜の物理的及び化学的特性は、そのようなセルの性能に影響を与え得る。
本開示は、第１のポリマー構造及び第２のポリマー構造を含む組成物に関し、ここで、これらのうちの少なくとも１種はイオン化可能部分又はイオン性部分を含む。組成物は、ポリマー、コポリマー、ポリマーブレンド、ブロックコポリマー、又は他のポリマー系の形態を含み得る。
したがって、第１の形態では、本開示は第１の構造を含む組成物を包含する：ここで：
（ｉ）第１の構造は以下：
（Ｉ）、
（ＩＩ）、
（ＩＩＩ）、
（ＩＶ）、
（Ｖ）、
又はその塩を含み、ここで：
Ｒ７及びＲ８の各々は、独立して、電子求引性部分、Ｈ、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族、任意選択的に置換されたヘテロアルキル、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリール、又は任意選択的に置換されたアリールアルキレンであり、Ｒ７又はＲ８のうちの少なくとも１種は電子求引性部分を含むか、又はＲ７及びＲ８は一緒になって、任意選択的に置換された環状基（例えば、それは、イオン化可能部分又はイオン性部分で任意選択的に置換され得る）を形成し得る；
Ｒ９及びＲ１０の各々は、独立して、Ｈ、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族、任意選択的に置換されたヘテロアルキル、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリール、又は任意選択的に置換されたアリールアルキレンであるか、又はＲ９及びＲ１０は一緒になって、任意選択的に置換された環状基（例えば、それは、イオン化可能部分又はイオン性部分で任意選択的に置換され得る）を形成し得る；
Ａｒは、任意選択的に置換された芳香族又は任意選択的に置換されたアリーレンを含むか、又はそれである；
ｎは、１又はそれを超える整数である；
環ａ、環ｂ、及び／又は環ｃの各々は、任意選択的に置換され得る；及び
ここで、環ａ～ｃ、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、及びＲ１０のうちの１又は複数は、イオン化可能部分又はイオン性部分を任意選択的に含み得る。
第２の態様では、本開示は、第１の構造及び第２の構造を含む組成物を包含し、ここで：
（ｉ）第１の構造は以下：
（Ｉ）、
（ＩＩ）、
（ＩＩＩ）、
（ＩＶ）、
（Ｖ）、
又はその塩を含み、ここで：
Ｒ７及びＲ８の各々は、独立して、電子求引性部分、Ｈ、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族、任意選択的に置換されたヘテロアルキル、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリール、又は任意選択的に置換されたアリールアルキレンであり、Ｒ７又はＲ８のうちの少なくとも１種は電子求引性部分を含むか、又はＲ７及びＲ８は一緒になって、任意選択的に置換された環状基（例えば、それは、イオン化可能部分又はイオン性部分で任意選択的に置換され得る）を形成し得る；
Ｒ９及びＲ１０の各々は、独立して、Ｈ、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族、任意選択的に置換されたヘテロアルキル、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリール、又は任意選択的に置換されたアリールアルキレンであるか、又はＲ９及びＲ１０は一緒になって、任意選択的に置換された環状基（例えば、それは、イオン化可能部分又はイオン性部分で任意選択的に置換され得る）を形成し得る；
Ａｒは、任意選択的に置換された芳香族又は任意選択的に置換されたアリーレンを含むか、又はそれである；
ｎは、１又はそれを超える整数である；
環ａ、環ｂ、及び／又は環ｃの各々は、任意選択的に置換され得る；及び
ここで、環ａ～ｃ、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、及びＲ１０のうちの１又は複数は、イオン化可能部分又はイオン性部分を任意選択的に含み得る；及び（ｉｉ）第２の構造は、任意選択的に置換された芳香族又は任意選択的に置換されたアリーレンを含む。
いくつかの（例えば、（ｉｉ）の）実施形態では、第２の構造は、
（Ｘ）、
（ＸＩ）、
（ＸＩＩ）、
（ＸＩＩＩ）、
（ＸＩＶ）、
（ＸＶ）、
（ＸＶＩ）、
（ＸＶＩＩ）、
（ＸＶＩＩＩ）、
（ＸＩＸ）、
（ＸＸ）、
（ＸＸＩ）、
（ＸＸＩＩ）、
（ＸＸＩＩＩ）、
（ＸＸＩＶ）、
（ＸＸＶ）、
（ＸＸＶＩ）、
（ＸＸＶＩＩ）、
（ＸＸＶＩＩＩ）、
（ＸＸＩＸ）、
（ＸＸＸ）、
（ＸＸＸＩ）、
（ＸＸＸＩＩ）
又はその塩を含み、ここで：
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、及びＲ１０の各々は、独立して、電子求引性部分、Ｈ、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族、任意選択的に置換されたヘテロアルキル、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリール、任意選択的に置換されたアリールオキシ、又は任意選択的に置換されたアリールアルキレンであり、Ｒ７及びＲ８は一緒になって、任意選択的に置換された環状基（例えば、それは、イオン化可能部分又はイオン性部分で任意選択的に置換され得る）を形成し得るか、又はＲ９及びＲ１０は一緒になって、任意選択的に置換された環状基（例えば、それは、イオン化可能部分又はイオン性部分で任意選択的に置換され得る）を形成し得る；
各Ａｋは、任意選択的に置換されたアルキレンを含むか、又はそれである；
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、及びＬ４の各々は、独立して、連結部分である；
ｍ、ｍ１、ｍ２、ｍ３、及びｍ４の各々は、独立して、１又はそれを超える整数である；
ｑは、０、１、２、又はそれを超える；
環ａ～ｉの各々は、任意選択的に置換され得る；及び
ここで、環ａ～ｉ、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、及びＲ１０のうちの１又は複数は、イオン化可能部分又はイオン性部分を任意選択的に含み得る。
本明細書の任意の実施形態では、第１の構造は、イオン化可能部分又はイオン性部分を含む。特定の実施形態では、Ｒ７は電子求引性部分であり、Ｒ８はイオン化可能部分又はイオン性部分を含む。
本明細書の任意の実施形態では、Ｒ７及びＲ８は一緒になって、任意選択的に置換された環状基を形成し得るか、又はＲ９及びＲ１０は一緒になって、任意選択的に置換された環状基を形成し得る。特定の実施形態では、任意選択的に置換された環状基は、イオン化可能部分又はイオン性部分で任意選択的に置換され得る。
本明細書の任意の実施形態では、第２の構造は、イオン化可能部分又はイオン性部分を含む。さらに他の実施形態では、第１の構造及び第２の構造の両方は、独立して、イオン化可能部分又はイオン性部分を含む。
本明細書の任意の実施形態では、環ａ～ｉのうちの少なくとも１種は、イオン化可能部分又はイオン性部分を含む。
本明細書の任意の実施形態では、Ｒ８は、イオン化可能部分又はイオン性部分を含む。
本明細書の任意の実施形態では、連結部分は、共有結合、－Ｏ－、－ＳＯ２－、－ＮＲＮ１－、－Ｃ（Ｏ）－、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキレン、任意選択的に置換されたハロアルキレン、任意選択的に置換されたヒドロキシアルキレン、任意選択的に置換されたアルキレンオキシ、任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族、任意選択的に置換されたヘテロアルキレン、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリーレン、任意選択的に置換されたアリーレンオキシ、任意選択的に置換されたヘテロ環、又は任意選択的に置換されたヘテロシクリルジイルであるか、又はそれを含む。
本明細書の任意の実施形態では、電子求引性部分は、任意選択的に置換されたハロアルキル、シアノ（ＣＮ）、ホスフェート（例えば、－Ｏ（Ｐ＝Ｏ）（ＯＲＰ１）（ＯＲＰ２）又は－Ｏ－［Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲＰ１）－Ｏ］Ｐ３－ＲＰ２）、スルフェート（例えば、－Ｏ－Ｓ（＝Ｏ）２（ＯＲＳ１））、スルホン酸（－ＳＯ３Ｈ）、スルホニル（例えば、－ＳＯ２－ＣＦ３）、ジフルオロボラニル（－ＢＦ２）、ボロノ（－Ｂ（ＯＨ）２）、チオシアナト（－ＳＣＮ）、又はピペリジニウムである。
本明細書の任意の実施形態では、イオン化可能部分又はイオン性部分は、－ＬＡ－ＸＡ又は－ＬＡ－（ＬＡ'－ＸＡ）Ｌ２又は－ＬＡ－（ＸＡ－ＬＡ'－ＸＡ'）Ｌ２又は－ＬＡ－ＸＡ－ＬＡ'－ＸＡ'又は－ＬＡ－ＸＡ－ＬＡ'－ＸＡ'－ＬＡ"－ＸＡ"を含み、ここで、各ＬＡ、ＬＡ'、及びＬＡ"は連結部分であり；各ＸＡ、ＸＡ'、及びＸＡ"は、独立して、酸性部分、塩基性部分、又は多イオン性部分を含み；Ｌ２は、１又はそれを超える整数である。いくつかの実施形態では、各ＬＡ、ＬＡ'、及びＬＡ"は、独立して、任意選択的に置換されたアルキレン、任意選択的に置換されたアルキレンオキシ、任意選択的に置換されたヘテロアルキレン、任意選択的に置換されたアリーレン、及び／又は任意選択的に置換されたアリーレンオキシを含む。他の実施形態では、各ＸＡ、ＸＡ'、及びＸＡ"は、独立して、スルホ（－ＳＯ２ＯＨ）、スルホネートアニオン（－ＳＯ２Ｏ－）、スルホニウムカチオン（例えば、－ＳＲＳ１ＲＳ２）、カルボキシ（－ＣＯ２Ｈ）、カルボキシレートアニオン（－ＣＯ２ －）、ホスホノ（例えば、－Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２）、ホスホネートアニオン、（例えば、－Ｐ（＝Ｏ）（Ｏ－）２又は－Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）（Ｏ－））、ホスホニウムカチオン（例えば、－Ｐ＋ＲＰ１ＲＰ２ＲＰ３）、ホスファゼニウムカチオン（例えば、－Ｐ＋（＝ＮＲＮ１ＲＮ２）ＲＰ１ＲＰ２）、アミノ（例えば、－ＮＲＮ１ＲＮ２）、アンモニウムカチオン（例えば、－Ｎ＋ＲＮ１ＲＮ２ＲＮ３又は－Ｎ＋ＲＮ１ＲＮ２－）、ヘテロ環式カチオン、ピペリジニウムカチオン、アゼパニウムカチオン、又はその塩形態を含む。
本明細書の任意の実施形態では、任意選択的に置換されたアリーレン又は任意選択的に置換された環ａ～ｉは、１又は複数の置換基で置換されており、ここで、置換基は、アルキル、アルコキシ、アルコキシアルキル、アミノ、アミノアルキル、アリール、アリールアルキレン、アリーロイル、アリールオキシ、アリールアルコキシ、シアノ、ヒドロキシ、ヒドロキシアルキル、ニトロ、ハロ、及びハロアルキルからなる群から選択される。
本明細書の任意の実施形態では、組成物は、ポリマー又はコポリマーを含む。
本明細書の任意の実施形態では、組成物は、フィルム、膜、又は架橋されたポリマーマトリックスを含む。
第３の態様では、本開示は、アノード；カソード；及びアノード及びカソードの間に設けられたポリマー電解質膜を備える電気化学セルを特徴付ける。いくつかの実施形態では、ポリマー電解質膜は、本明細書に記載の任意の組成物を含む。
第４の態様では、本開示は、ポリマーを作製する方法を特徴付けし、方法は、第１のポリマーユニット及び任意の第２のポリマーユニットをＦｒｉｅｄｅｌ－Ｃｒａｆｔｓアルキル化剤の存在下で提供する段階を含み、ここで、Ｆｒｉｅｄｅｌ－Ｃｒａｆｔｓアルキル化剤は、任意のハロアルキル基及び反応性基を含み、それによって反応性基を有する最初のポリマーを形成し；反応性基をイオン性部分で置換し、それによってイオン性ポリマーを提供する。いくつかの実施形態では、イオン性ポリマーは、本明細書に記載の任意の組成物を含む。
第５の態様では、本開示は、コポリマーを作製する方法を特徴付けし、方法は、第１のポリマーユニット及び第２のポリマーユニットをＦｒｉｅｄｅｌ－Ｃｒａｆｔｓアルキル化剤の存在下で提供する段階を含み、ここで、Ｆｒｉｅｄｅｌ－Ｃｒａｆｔｓアルキル化剤は、任意のハロアルキル基及び反応性基を含み、それによって反応性基を有する最初のコポリマーを形成し；反応性基をイオン性部分で置換し、それによってイオン性コポリマーを提供する。いくつかの実施形態では、イオン性コポリマーは、本明細書に記載の任意の組成物を含む。
第６の態様では、本開示は、コポリマーを作製する方法を特徴付けし、方法は、少なくとも１種の芳香族基又はアリール基を有する最初のコポリマーを提供する段階；アリール基をハロアルキル化剤又はＦｒｉｅｄｅｌ－Ｃｒａｆｔｓアルキル化剤と反応させる段階を含み、ここで、Ｆｒｉｅｄｅｌ－Ｃｒａｆｔｓアルキル化剤は反応性基を含み、それによってハロ又は反応性基を有する最初のコポリマーを形成し；ハロ又は反応性基をイオン性部分で置換し；それによってイオン性コポリマーを提供する。いくつかの実施形態では、イオン性ポリマーは、本明細書に記載の任意の組成物を含む。さらなる詳細が以下に続く。
定義
本明細書で使用される場合、用語「約」は任意の列挙された値の＋／－１０％を意味する。本明細書で使用される場合、この用語は任意の列挙された値、値の範囲、１又は複数の範囲の端点を修飾する。
本明細書で使用される場合、用語「最上」、「底部」、「より上」、「より下」、「上」、及び「下」は、構造間の相対的関係を提供するために使用される。これらの用語の使用は、特定の構造が装置の特定の位置に位置付けられなければならないことを示したり、要求するものではない。
「脂肪族」とは、少なくとも１の炭素原子～５０の炭素原子（Ｃ１～５０）、例えば、１～２５の炭素原子（Ｃ１～２５）、又は１～１０の炭素原子（Ｃ１～１０）を有する炭化水素基を意味し、これは、それらの環状バージョンを含み、直鎖及び分岐鎖アレンジメント、及びすべての立体及び位置異性体もさらに含む、アルカン（又はアルキル）、アルケン（又はアルケニル）、アルキン（又はアルキニル）を含む。そのような脂肪族は、非置換又は１又は複数の基、例えば、アルキル基について本明細書に記載されている基で置換され得る。
本明細書で互換的に使用されるように、用語「アシル」又は「アルカノイル」は、本明細書で定義されているような、カルボニル基を介して親分子群に付着されている、本明細書で定義されているような、アルキル基又は水素を表す。この基は、ホルミル、アセチル、プロピオニル、ブタノイルなどによって例示される。アルカノイル基は、置換されているか又は非置換であり得る。例えば、アルカノイル基は、アルキルについて本明細書に記載されているように、１又は複数の置換基で置換され得る。いくつかの実施形態では、非置換アシル基は、Ｃ２～７アシル又はアルカノイル基である。特定の実施形態では、アルカノイル基は－Ｃ（Ｏ）－Ａｋであり、ここで、本明細書で定義されているように、Ａｋはアルキル基である。
「アルコキシ」とは－ＯＲを意味し、ここで、本明細書に記載されているように、Ｒは任意選択的に置換されたアルキル基である。例示的なアルコキシ基としては、メトキシ、エトキシ、ブトキシ、トリハロアルコキシ、例えば、トリフルオロメトキシなどが挙げられる。アルコキシ基は、置換されているか又は非置換であり得る。例えば、アルコキシ基は、アルキルについて本明細書に記載されているように、１又は複数の置換基で置換され得る。例示的な非置換アルコキシ基としては、Ｃ１～３、Ｃ１～６、Ｃ１～１２、Ｃ１～１６、Ｃ１～１８、Ｃ１～２０、又はＣ１～２４アルコキシ基が挙げられる。
「アルコキシアルキル」とは、本明細書で定義されているように、アルコキシ基で置換された、本明細書で定義されているように、アルキル基を意味する。例示的な非置換アルコキシアルキル基としては、２から１２の間の炭素（Ｃ２～１２アルコキシアルキル）、並びに１～６の炭素を有するアルキル基及び１～６の炭素を有するアルコキシ基（すなわち、Ｃ１～６アルコキシ－Ｃ１～６アルキル）を有するものが挙げられる。
「アルキル」及び接頭辞「ａｌｋ」とは、１～２４の炭素原子の分岐又は非分岐の飽和炭化水素基、例えば、メチル、エチル、ｎ－プロピル、イソプロピル、ｎ－ブチル、イソブチル、ｓ－ブチル、ｔ－ブチル、ｎ－ペンチル、イソペンチル、ｓ－ペンチル、ネオペンチル、ヘキシル、へプチル、オクチル、ノニル、デシル、ドデシル、テトラデシル、ヘキサデシル、エイコシル、テトラコシルなどを意味する。アルキル基は、環状（例えば、Ｃ３～２４シクロアルキル）又は非環状であり得る。アルキル基は、分岐されているか又は非分岐であり得る。アルキル基はまた、置換されているか又は非置換であり得る。例えば、アルキル基は、以下からなる群から独立して選択される１、２、３、又は２個の炭素又はそれを超えるアルキル基の場合、４個の置換基で置換され得る：（１）Ｃ１～６アルコキシ（例えば、－Ｏ－Ａｋ、ここで、Ａｋは任意選択的に置換されたＣ１～６アルキルである）；（２）Ｃ１～６アルキルスルフィニル（例えば、－Ｓ（Ｏ）－Ａｋ、ここで、Ａｋは任意選択的に置換されたＣ１～６アルキルである）；（３）Ｃ１～６アルキルスルホニル（例えば、－ＳＯ２－Ａｋ、ここで、Ａｋは任意選択的に置換されたＣ１～６アルキルである）；（４）アミノ（例えば、－ＮＲＮ１ＲＮ２、ここで、ＲＮ１及びＲＮ２の各々は、独立して、Ｈ又は任意選択的に置換されたアルキルであるか、又はＲＮ１及びＲＮ２は、その各々が付着している窒素原子と一緒になって、ヘテロシクリル基を形成する）；（５）アリール；（６）アリールアルコキシ（例えば、－Ｏ－Ｌ－Ａｒ、ここで、Ｌは任意選択的に置換されたアルキルの二価形態であり、Ａｒは任意選択的に置換されたアリールである）；（７）アリーロイル（例えば、－Ｃ（Ｏ）－Ａｒ、ここで、Ａｒは任意選択的に置換されたアリールである）；（８）アジド（例えば、－Ｎ３）；（９）シアノ（例えば、－ＣＮ）；（１０）カルボキシアルデヒド（例えば、－Ｃ（Ｏ）Ｈ）；（１１）Ｃ３～８シクロアルキル（例えば、一価の飽和又は不飽和非芳香族環状Ｃ３～８炭化水素基）；（１２）ハロ（例えば、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、又はＩ）；（１３）ヘテロシクリル（例えば、別様に指定されない限り、１、２、３、又は４個の非炭素ヘテロ原子、例えば、窒素、酸素、リン、硫黄、又はハロを含む、５、６、又は７員環）；（１４）ヘテロシクリルオキシ（例えば、－Ｏ－Ｈｅｔ、ここで、Ｈｅｔは、本明細書に記載されているようなヘテロシクリルである）；（１５）ヘテロシクリロイル（例えば、－Ｃ（Ｏ）－Ｈｅｔ、ここで、Ｈｅｔは、本明細書に記載されているようなヘテロシクリルである）；（１６）ヒドロキシル（例えば、－ＯＨ）；（１７）Ｎ保護されたアミノ；（１８）ニトロ（例えば、－ＮＯ２）；（１９）オキソ（例えば、＝Ｏ）又はヒドロキシイミノ（例えば、＝Ｎ－ＯＨ）；（２０）Ｃ３～８スピロシクリル（例えば、アルキレン又はヘテロアルキレンジラジカル、その両端は親群の同じ炭素原子に結合している）；（２１）Ｃ１～６チオアルコキシ（例えば、－Ｓ－Ａｋ、ここで、Ａｋは任意選択的に置換されたＣ１～６アルキルである）；（２２）チオール（例えば、－ＳＨ）；（２３）－ＣＯ２ＲＡ、ここで、ＲＡは、（ａ）水素、（ｂ）Ｃ１～６アルキル、（ｃ）Ｃ４～１８アリール、及び（ｄ）（Ｃ４～１８アリール）Ｃ１～６アルキル（例えば、－Ｌ－Ａｒ、ここで、Ｌは任意選択的に置換されたアルキル基の二価形態であり、Ａｒは任意選択的に置換されたアリールである）からなる群から選択される；（２４）－Ｃ（Ｏ）ＮＲＢＲＣ、ここで、ＲＢ及びＲＣの各々は、独立して、以下からなる群から選択される：（ａ）水素、（ｂ）Ｃ１～６アルキル、（ｃ）Ｃ４～１８アリール、及び（ｄ）（Ｃ４～１８アリール）Ｃ１～６アルキル（例えば、－Ｌ－Ａｒ、ここで、Ｌは任意選択的に置換されたアルキル基の二価形態であり、Ａｒは任意選択的に置換されたアリールである）からなる群から選択される；（２５）－ＳＯ２ＲＤ、ここで、ＲＤは（ａ）Ｃ１～６アルキル、（ｂ）Ｃ４～１８アリール、及び（ｃ）（Ｃ４～１８アリール）Ｃ１～６アルキル（例えば、－Ｌ－Ａｒ、ここで、Ｌは任意選択的に置換されたアルキル基の二価形態であり、Ａｒは任意選択的に置換されたアリールである）からなる群から選択される；（２６）－ＳＯ２ＮＲＥＲＦ、ここで、ＲＥ及びＲＦの各々は、独立して、（ａ）水素、（ｂ）Ｃ１～６アルキル、（ｃ）Ｃ４～１８アリール、及び（ｄ）（Ｃ４～１８アリール）Ｃ１～６アルキル（例えば、－Ｌ－Ａｒ、ここで、Ｌは任意選択的に置換されたアルキル基の二価形態であり、Ａｒは任意選択的に置換されたアリールである）からなる群から選択される；及び（２７）－ＮＲＧＲＨ、ここで、ＲＧ及びＲＨの各々は、独立して、（ａ）水素、（ｂ）Ｎ保護基、（ｃ）Ｃ１～６アルキル、（ｄ）Ｃ２～６アルケニル（例えば、１又は複数の二重結合を有する任意選択的に置換されたアルキル）、（ｅ）Ｃ２～６アルキニル（例えば、１又は複数の三重結合を有する任意選択的に置換されたアルキル）、（ｆ）Ｃ４～１８アリール、（ｇ）（Ｃ４～１８アリール）Ｃ１～６アルキル（例えば、Ｌ－Ａｒ、ここで、Ｌは任意選択的に置換されたアルキル基の二価形態であり、Ａｒは任意選択的に置換されたアリールである）、（ｈ）Ｃ３～８シクロアルキル、及び（ｉ）（Ｃ３～８シクロアルキル）Ｃ１～６アルキル（例えば、－Ｌ－Ｃｙ、ここで、本明細書に記載されているように、Ｌは任意選択的に置換されたアルキル基の二価形態であり、Ｃｙは任意選択的に置換されたシクロアルキルである）、ここで、一実施形態では、２個の基は、カルボニル基又はスルホニル基を介して窒素原子に結合していない。アルキル基は、１又は複数の置換基（例えば、１又は複数のハロ又はアルコキシ）で置換された、第一級、第二級、又は第三級アルキル基であり得る。いくつかの実施形態では、非置換アルキル基は、Ｃ１～３、Ｃ１～６、Ｃ１～１２、Ｃ１～１６、Ｃ１～１８、Ｃ１～２０、又はＣ１～２４アルキル基である。
「アルキレン」とは、本明細書に記載されているように、アルキル基の多価（例えば、二価、三価、四価など）形態を意味する。例示的なアルキレン基としては、メチレン、エチレン、プロピレン、ブチレンなどが挙げられる。いくつかの実施形態では、アルキレン基は、Ｃ１～３、Ｃ１～６、Ｃ１～１２、Ｃ１～１６、Ｃ１～１８、Ｃ１～２０、Ｃ１～２４、Ｃ２～３、Ｃ２～６、Ｃ２～１２、Ｃ２～１６、Ｃ２～１８、Ｃ２～２０、又はＣ２～２４アルキレン基である。アルキレン基は、分岐されているか又は非分岐であり得る。アルキレン基は、飽和又は不飽和（例えば、１又は複数の二重結合又は三重結合を有する）であり得る。アルキレン基はまた、置換されているか又は非置換であり得る。例えば、アルキレン基は、アルキルについて本明細書に記載されているように、１又は複数の置換基で置換され得る。一例では、置換されたアルキレン基としては、任意選択的に置換されたハロアルキレン（例えば、本明細書で定義されているように、１又は複数のヒドロキシル基で置換された、任意選択的に置換されたアルキレン）、任意選択的に置換されたハロアルキレン（例えば、本明細書で定義されているように、１又は複数のハロ基で置換された、任意選択的に置換されたアルキレン）などが挙げられ得る。
「アルキレンオキシ」とは、本明細書で定義されているように、酸素原子を介して親分子群に付着している、アルキレン基を意味する。
「アミノ」とは、－ＮＲＮ１ＲＮ２を意味し、ここで、ＲＮ１及びＲＮ２の各々は、独立して、Ｈ、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたシクロアルキル、又は任意選択的に置換されたアリールである；又はＲＮ１及びＲＮ２は、その各々が付着している窒素原子と一緒になって、本明細書で定義されているように、任意選択的に置換されたヘテロシクリル基はヘテロ環を形成する；又はＲＮ１及びＲＮ２は一緒になって、任意選択的に置換されたアルキレン又はヘテロアルキレン（例えば、本明細書に記載されているように）を形成する。
「アミノアルキル」とは、本明細書で定義されているように、アミノ基によって置換された、本明細書で定義されているように、アルキル基を意味する。非限定的なアミノアルキル基としては、－Ｌ－ＮＲＮ１ＲＮ２が挙げられ、ここで、Ｌは、本明細書で定義されているように、多価アルキル基であり；ＲＮ１及びＲＮ２の各々は、独立して、Ｈ、任意選択的に置換されたアルキル、又は任意選択的に置換されたアリールである；又はＲＮ１及びＲＮ２は、その各々が付着している窒素原子と一緒になって、本明細書で定義されているように、ヘテロシクリル基を形成する。
「アンモニウム」とは、プロトン化された窒素原子Ｎ＋を含む基を意味する。例示的なアンモニウム基としては、－Ｎ＋ＲＮ１ＲＮ２ＲＮ３が挙げられ、ここで、ＲＮ１、ＲＮ２、及びＲＮ３の各々は、独立して、Ｈ、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたシクロアルキル、又は任意選択的に置換されたアリールである；又はＲＮ１及びＲＮ２は、その各々が付着している窒素原子と一緒になって、任意選択的に置換されたヘテロシクリル基又はヘテロ環を形成する；又はＲＮ１及びＲＮ２は一緒になって、任意選択的に置換されたアルキレン又はヘテロアルキレン（例えば、本明細書に記載されているように）を形成する；又はＲＮ１及びＲＮ２及びＲＮ３は、その各々が付着している窒素原子と一緒になって、任意選択的に置換されたヘテロシクリル基又はヘテロ環、例えばヘテロ環式カチオンを形成する。
「芳香族」とは、環状のコンジュゲートされた基又は、別様に指定されない限り、単環（例えば、フェニル）又は少なくとも１個の環が芳香族（例えば、ナフチル、インドリル、又はピラゾロピリジニル）である多環式縮合環を有する５～１５個の環原子の部分を意味し；すなわち、少なくとも１個の環、及び任意選択的に多環式縮合環は、連続して非局在化したπ電子系を有する。典型的には、平面π電子からの数はＨｕｃｋｅｌ則（４ｎ＋２）に相当する。親構造への付着点は、典型的には、縮合された環系の芳香族部分を介してである。そのような芳香族は、非置換又は１又は複数の基、例えば、アルキル又はアリール基について本明細書に記載されている基で置換され得る。さらに他の置換基としては、脂肪族、ハロ脂肪族、ハロ、ニトレート、シアノ、スルホネート、スルホニル、又は他のものが挙げられ得る。
「アリール」とは、融合されたベンゾ－Ｃ４～８シクロアルキルラジカル（例えば、本明細書で定義されているように）、例えば、インダニル、テトラヒドロナフチル、フルオレニルなどを含む、フェニル、ベンジル、アントラセニル、アントリル、ベンゾシクロブテニル、ベンゾシクロオクテニル、ビフェニリル、クリセニル、ジヒドロインデニル、フルオランテニル、インダセニル、インデニル、ナフチル、フェナントリル、フェノキシベンジル、ピセニル、ピレニル、テルフェニルなどを含むがこれらに限定されない任意の炭素系芳香族基を含む基を意味する。アリールという用語はまた、「ヘテロアリール」を含み、これは、芳香族基の環内に取り込まれた少なくとも１個のヘテロ原子を有する芳香族基を含む基として定義される。ヘテロ原子の例としては、窒素、酸素、硫黄、及びリンが挙げられるが、これらに限定されない。同様に、アリールという用語にも含まれる非ヘテロアリールという用語は、ヘテロ原子を含まない芳香族基を含む基を定義する。アリール基は、置換されているか又は非置換であり得る。アリール基は、以下からなる群から独立して選択される、１、２、３、４、又は５個の置換基で置換され得る：（１）Ｃ１～６アルカノイル（例えば、－Ｃ（Ｏ）－Ａｋ、ここで、Ａｋは任意選択的に置換されたＣ１～６アルキルである）；（２）Ｃ１～６アルキル；（３）Ｃ１～６アルコキシ（例えば、－Ｏ－Ａｋ、ここで、Ａｋは任意選択的に置換されたＣ１～６アルキルである）；（４）Ｃ１～６アルコキシ－Ｃ１～６アルキル（例えば、－Ｌ－Ｏ－Ａｋ、ここで、Ｌは任意選択的に置換されたアルキル基の二価形態であり、Ａｋは任意選択的に置換されたＣ１～６アルキルである）；（５）Ｃ１～６アルキルスルフィニル（例えば、－Ｓ（Ｏ）－Ａｋ、ここで、Ａｋは任意選択的に置換されたＣ１～６アルキルである）；（６）Ｃ１～６アルキルスルフィニル－Ｃ１～６アルキル（例えば、－Ｌ－Ｓ（Ｏ）－Ａｋ、ここで、Ｌは任意選択的に置換されたアルキル基の二価形態であり、Ａｋは任意選択的に置換されたＣ１～６アルキルである）；（７）Ｃ１～６アルキルスルホニル（例えば、－ＳＯ２－Ａｋ、ここで、Ａｋは任意選択的に置換されたＣ１～６アルキルである）；（８）Ｃ１～６アルキルスルホニル－Ｃ１～６アルキル（例えば、－Ｌ－ＳＯ２－Ａｋ、ここで、Ｌは任意選択的に置換されたアルキル基の二価形態であり、Ａｋは任意選択的に置換されたＣ１～６アルキルである）；（９）アリール；（１０）アミノ（例えば、－ＮＲＮ１ＲＮ２、ここで、ＲＮ１及びＲＮ２の各々は、独立して、Ｈ又は任意選択的に置換されたアルキルであるか、又はＲＮ１及びＲＮ２は、その各々が付着している窒素原子と一緒になって、ヘテロシクリル基を形成する）；（１１）Ｃ１～６アミノアルキル（例えば、本明細書に記載されているように、１又は複数の－ＮＲＮ１ＲＮ２基によって置換された、本明細書で定義されているようなアルキル基）；（１２）ヘテロアリール（芳香族である、ヘテロシクリル基（例えば、別様に指定されない限り、１、２、３、又は４個の非炭素ヘテロ原子を含む、５、６、又は７員環）のサブセット）；（１３）（Ｃ４～１８アリール）Ｃ１～６アルキル（例えば、－Ｌ－Ａｒ、ここで、Ｌは任意選択的に置換されたアルキルの二価形態であり、Ａｒは任意選択的に置換されたアリールである）；（１４）アリーロイル（例えば、－Ｃ（Ｏ）－Ａｒ、ここで、Ａｒは任意選択的に置換されたアリールである）；（１５）アジド（例えば、－Ｎ３）；（１６）シアノ（例えば、－ＣＮ）；（１７）Ｃ１～６アジドアルキル（例えば、本明細書に記載されているように、１又は複数のアジド基によって置換された、本明細書で定義されているようなアルキル基）；（１８）カルボキシアルデヒド（例えば、－Ｃ（Ｏ）Ｈ）；（１９）カルボキシアルデヒド－Ｃ１～６アルキル（例えば、本明細書に記載されているように、１又は複数のカルボキシアルデヒド基によって置換された、本明細書で定義されているようなアルキル基）；（２０）Ｃ３～８シクロアルキル（例えば、一価の飽和又は不飽和非芳香族環状Ｃ３～８炭化水素基）；（２１）（Ｃ３～８シクロアルキル）Ｃ１～６アルキル（例えば、本明細書に記載されているように、１又は複数のシクロアルキル基によって置換された、本明細書で定義されているようなアルキル基）；（２２）ハロ（例えば、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、又はＩ）；（２３）Ｃ１～６ハロアルキル（例えば、本明細書に記載されているように、１又は複数のハロ基によって置換された、本明細書で定義されているようなアルキル基）；（２４）ヘテロシクリル（例えば、別様に指定されない限り、１、２、３、又は４個の非炭素ヘテロ原子、例えば、窒素、酸素、リン、硫黄、又はハロを含む、５、６又は７員環）；（２５）ヘテロシクリルオキシ（例えば、－Ｏ－Ｈｅｔ、ここで、Ｈｅｔは本明細書に記載されているようなヘテロシクリルである）；（２６）ヘテロシクリロイル（例えば、－Ｃ（Ｏ）－Ｈｅｔ、ここで、Ｈｅｔは本明細書に記載されているようなヘテロシクリルである）；（２７）ヒドロキシル（例えば、－ＯＨ）；（２８）Ｃ１～６ヒドロキシアルキル（例えば、本明細書に記載されているように、１又は複数のヒドロキシルによって置換された、本明細書で定義されているようなアルキル基）；（２９）ニトロ（例えば、－ＮＯ２）；（３０）Ｃ１～６ニトロアルキル（例えば、本明細書に記載されているように、１又は複数のニトロによって置換された、本明細書で定義されているようなアルキル基）；（３１）Ｎ保護されたアミノ；（３２）Ｎ保護されたアミノ－Ｃ１～６アルキル（例えば、１又は複数のＮ保護されたアミノ基によって置換された、本明細書で定義されているようなアルキル基）；（３３）オキソ（例えば、＝Ｏ）又はヒドロキシイミノ（例えば、＝Ｎ－ＯＨ）；（３４）Ｃ１～６チオアルコキシ（例えば、－Ｓ－Ａｋ、ここで、Ａｋは任意選択的に置換されたＣ１～６アルキルである）；（３５）チオ－Ｃ１～６アルコキシ－Ｃ１～６アルキル（例えば、－Ｌ－Ｓ－Ａｋ、ここで、Ｌは任意選択的に置換されたアルキルの二価形態であり、Ａｋは任意選択的に置換されたＣ１～６アルキルである）；（３６）－（ＣＨ２）ｒＣＯ２ＲＡ、ここで、ｒは０～４の整数であり、ＲＡは（ａ）水素、（ｂ）Ｃ１～６アルキル、（ｃ）Ｃ４～１８アリール、及び（ｄ）（Ｃ４～１８アリール）Ｃ１～６アルキル（例えば、－Ｌ－Ａｒ、ここで、Ｌは任意選択的に置換されたアルキルの二価形態であり、Ａｒは任意選択的に置換されたアリールである）からなる群から選択される；（３７）－（ＣＨ２）ｒＣＯＮＲＢＲＣ、ここで、ｒは０～４の整数であり、各ＲＢ及びＲＣは、（ａ）水素、（ｂ）Ｃ１～６アルキル、（ｃ）Ｃ４～１８アリール、及び（ｄ）（Ｃ４～１８アリール）Ｃ１～６アルキル（例えば、－Ｌ－Ａｒ、ここで、Ｌは任意選択的に置換されたアルキルの二価形態であり、Ａｒは任意選択的に置換されたアリールである）からなる群から独立して選択される；（３８）－（ＣＨ２）ｒＳＯ２ＲＤ、ここで、ｒは０～４の整数であり、ＲＤは、（ａ）Ｃ１～６アルキル、（ｂ）Ｃ４～１８アリール、及び（ｃ）（Ｃ４～１８アリール）Ｃ１～６アルキル（例えば、－Ｌ－Ａｒ、ここで、Ｌは任意選択的に置換されたアルキルの二価形態であり、Ａｒは任意選択的に置換されたアリールである）からなる群から選択される；（３９）－（ＣＨ２）ｒＳＯ２ＮＲＥＲＦ、ここで、ｒは０～４の整数であり、ＲＥ及びＲＦの各々は、独立して、（ａ）水素、（ｂ）Ｃ１～６アルキル、（ｃ）Ｃ４～１８アリール、及び（ｄ）（Ｃ４～１８アリール）Ｃ１～６アルキル（例えば、－Ｌ－Ａｒ、ここで、Ｌは任意選択的に置換されたアルキルの二価形態であり、Ａｒは任意選択的に置換されたアリールである）からなる群から選択される；（４０）－（ＣＨ２）ｒＮＲＧＲＨ、ここで、ｒは０～４の整数であり、ＲＧ及びＲＨの各々は、独立して、（ａ）水素、（ｂ）Ｎ保護基、（ｃ）Ｃ１～６アルキル、（ｄ）Ｃ２～６アルケニル（例えば、１又は複数の二重結合を有する任意選択的に置換されたアルキル）、（ｅ）Ｃ２～６アルキニル（例えば、１又は複数の三重結合を有する任意選択的に置換されたアルキル）、（ｆ）Ｃ４～１８アリール、（ｇ）（Ｃ４～１８アリール）Ｃ１～６アルキル（例えば、－Ｌ－Ａｒ、ここで、Ｌは任意選択的に置換されたアルキルの二価形態であり、Ａｒは任意選択的に置換されたアリールである）、（ｈ）Ｃ３～８シクロアルキル、及び（ｉ）（Ｃ３～８シクロアルキル）Ｃ１～６アルキル（例えば、－Ｌ－Ｃｙ、ここで、本明細書に記載されているように、Ｌは任意選択的に置換されたアルキルの二価形態であり、Ｃｙは任意選択的に置換されたシクロアルキルである）からなる群から選択され、ここで、一実施形態では、２個の基は、カルボニル基又はスルホニル基を介して窒素原子に結合してない；（４１）チオール（例えば、－ＳＨ）；（４２）パーフルオロアルキル（例えば、フッ素原子で置換された各水素原子を有するアルキル基）；（４３）パーフルオロアルコキシ（例えば、－ＯＲｆ、ここで、Ｒｆはフッ素原子で置換された各水素原子を有するアルキル基である）；（４４）アリールオキシ（例えば、－ＯＡｒ、ここで、Ａｒは任意選択的に置換されたアリールである）；（４５）シクロアルコキシ（例えば、－Ｏ－Ｃｙ、ここで、本明細書に記載されているように、Ｃｙは任意選択的に置換されたシクロアルキルである）；（４６）シクロアルキルアルコキシ（例えば、－Ｏ－Ｌ－Ｃｙ、ここで、本明細書に記載されているように、Ｌは任意選択的に置換されたアルキルの二価形態であり、Ｃｙは任意選択的に置換されたシクロアルキルである）；及び（４７）アリールアルコキシ（例えば、－Ｏ－Ｌ－Ａｒ、ここで、Ｌは任意選択的に置換されたアルキルの二価形態であり、Ａｒは任意選択的に置換されたアリールである）。特定の実施形態では、非置換アリール基は、Ｃ４～１８、Ｃ４～１４、Ｃ４～１２、Ｃ４～１０、Ｃ６～１８、Ｃ６～１４、Ｃ６～１２、又はＣ６～１０アリール基である。
「アリールアルコキシ」とは、本明細書で定義されているように、酸素原子を介して親分子群に付着している、アリールアルキレン基を意味する。いくつかの実施形態では、アリールアルコキシ基は－Ｏ－Ａｋ－Ａｒであり、ここで、Ａｋは、本明細書で定義されているように、任意選択的に置換されたアルキレンであり、Ａｒは、本明細書で定義されているように、任意選択的に置換されたアリールである。
「（アリール）（アルキル）エン」とは、本明細書に記載されているように、アルキレン又はヘテロアルキレン基に付着している、本明細書に記載されているように、アリーレン基を含む二価形態を意味する。いくつかの実施形態では、（アリール）（アルキル）エン基は、－Ｌ－Ａｒ－又は－Ｌ－Ａｒ－Ｌ－又は－Ａｒ－Ｌ－であり、ここで、Ａｒはアリーレン基であり、各Ｌは、独立して、任意選択的に置換されたアルキレン基又は任意選択的に置換されたヘテロアルキレン基である。
「アリールアルキレン」とは、本明細書で定義されているように、アルキレン基を介して親分子群に付着している、本明細書で定義されているようなアリール基を意味する。いくつかの実施形態では、アリールアルキレン基は－Ａｋ－Ａｒであり、ここで、Ａｋは、本明細書で定義されているように、任意選択的に置換されたアルキレンであり、Ａｒは、本明細書で定義されているように、任意選択的に置換されたアリールである。アリールアルキレン基は、置換されているか又は非置換であり得る。例えば、アリールアルキレン基は、アリール及び／又はアルキルについて本明細書に記載されているように、１又は複数の置換基で置換され得る。例示的な非置換アリールアルキレン基は、７～１６個の炭素（Ｃ７～１６アリールアルキレン）、並びに４～１８個の炭素を有するアリール基及び１～６個の炭素を有するアルキレン基（すなわち、（Ｃ４～１８アリール）Ｃ１～６アルキレン）を有するものである。
「アリーレン」とは、本明細書に記載されているように、アリール基の多価（例えば、二価、三価、四価など）形態を意味する。例示的なアリーレン基としては、フェニレン、ナフチレン、ビフェニレン、トリフェニレン、ジフェニルエーテル、アセナフテニレン、アンスリレン、又はフェナンスリレンが挙げられる。いくつかの実施形態では、アリーレン基は、Ｃ４～１８、Ｃ４～１４、Ｃ４～１２、Ｃ４～１０、Ｃ６～１８、Ｃ６～１４、Ｃ６～１２、又はＣ６～１０アリーレン基である。アリーレン基は、分岐されているか又は非分岐であり得る。アリーレン基はまた、置換されているか又は非置換であり得る。例えば、アリーレン基は、アリールについて本明細書に記載されているように、１又は複数の置換基で置換され得る。
「アリーレンオキシ」とは、酸素原子を介して親分子群に付着している、本明細書で定義されているようなアリーレン基を意味する。
「アリールオキシ」とは、酸素原子を介して親分子群に付着している、本明細書で定義されているようなアリール基を意味する。
「アリーロイル」とは、カルボニル基を介して親分子群に付着しているアリール基を意味する。いくつかの実施形態では、非置換アリーロイル基は、Ｃ７～１１アリーロイル又はＣ５～１９アリーロイル基である。特定の実施形態では、アリーロイル基は－Ｃ（Ｏ）－Ａｋであり、ここで、本明細書で定義されているように、Ａｋはアリール基である。
「ボラニル」とは、－ＢＲ２基を意味し、ここで、各Ｒは、独立して、Ｈ、ハロ、又は任意選択的に置換されたアルキルであり得る。
「ボロノ」とは、－ＢＯＨ２基を意味する。
「カルボキシル」とは、－ＣＯ２Ｈ基を意味する。
「カルボキシレートアニオン」とは、－ＣＯ２ －基を意味する。
「共有結合」とは、２つの構成要素間の共有結合の相互作用を意味する。非限定的な共有結合としては、単結合、二重結合、三重結合、又はスピロ環式結合が挙げられ、ここで、少なくとも２個の分子群は同じ炭素原子に結合している。
「シアノ」とは、－ＣＮ基を意味する。
「環状基」とは、本明細書で使用されて、アリール基、非アリール基（例えば、シクロアルキル又はヘテロシクロアルキル基）のいずれか、又は両方を指す。環状基は、置換されているか又は非置換であり得る１又は複数の環系を有する。環状基は、１又は複数のアリール基、１又は複数の非アリール基、又は１又は複数のアリール基及び１又は複数の非アリール基を含み得る。
「シクロアルキル」とは、３～１０個の炭素（例えば、Ｃ３～８又はＣ３～１０）の一価の飽和又は不飽和の非芳香族環状炭化水素基を意味し、別様に指定されない限り、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロへプチル、ビシクロ［２．２．１．］へプチルなどによって例示される。用語シクロアルキルはまた、「シクロアルケニル」を含み、これは、３～１０個の炭素原子で構成され、少なくとも１個の二重結合、すなわちＣ＝Ｃを含む非芳香族炭素系環として定義される。シクロアルケニル基の例としては、シクロプロペニル、シクロブテニル、シクロペンテニル、シクロペンタジエニル、シクロヘキセニル、シクロヘキサジエニルなどが挙げられるが、これらに限定されない。シクロアルキル基はまた、置換されているか又は非置換であり得る。例えば、シクロアルキル基は、アルキルについて本明細書に記載されているようなものを含む１又は複数の基で置換され得る。
「ハロ」とは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、又はＩを意味する。
「ハロアルキル」とは、１又は複数のハロで置換された、本明細書で定義されているようなアルキル基を意味する。
「ハロアルキレン」とは、１又は複数のハロで置換された、本明細書で定義されているようなアルキレン基を意味する。
「ヘテロ脂肪族」とは、少なくとも１個のヘテロ原子～２０個のヘテロ原子、例えば、１～１５個のヘテロ原子、又は１～５個のヘテロ原子を含む、本明細書で定義されているような脂肪族基を意味し、これは、酸素、窒素、硫黄、ケイ素、ホウ素、セレニウム、リン、及び基中のそれらの酸化された形態から選択され得るが、これらに限定されない。
「ヘテロアルキル」とは、１、２、３、又は４個の非炭素ヘテロ原子（例えば、窒素、酸素、リン、硫黄、セレニウム、又はハロからなる群から独立して選択される）を含む、本明細書で定義されているようなアルキル基を意味する。
「ヘテロアルキレン」とは、１、２、３、又は４個の非炭素ヘテロ原子（例えば、窒素、酸素、リン、硫黄、セレニウム、又はハロからなる群から独立して選択される）を含む、本明細書で定義されているようなアルキレン基を意味する。ヘテロアルキレン基は、飽和又は不飽和（例えば、１又は複数の二重結合又は三重結合を有する）であり得る。ヘテロアルキレン基は、置換されているか又は非置換であり得る。例えば、ヘテロアルキレン基は、アルキルについて本明細書に記載されているように、１又は複数の置換基で置換され得る。
「ヘテロアリール」とは、本明細書で定義されているように、ヘテロシクリル基のサブセットを意味し、これらは芳香族、すなわち、これらは、単一又は複環系内に４ｎ＋２のｐｉ電子を含む。
用語「ヘテロシクロアルキル」は、上記で定義されているようなシクロアルキル基の１種であり、炭素原子のうちの少なくとも１個、及び存在する場合には、その付着した水素原子は、Ｏ、Ｓ、Ｎ、又はＮＨによって置き換えられている。ヘテロシクロアルキル基及びヘテロシクロアルケニル基は、置換されているか又は非置換であり得る。シクロアルケニル基及びヘテロシクロアルケニル基は、本明細書に記載されているように、アルキル、アルコキシ、アルケニル、アルキニル、アリール、ヘテロアリール、アルデヒド、アミノ、カルボン酸、スルホン酸、スルフィン酸、フルオロ酸、ホスホン酸、エステル、エーテル、ハライド、ヒドロキシ、ケトン、ニトロ、シアノ、アジド、シリル、スルホニル、スルフィニル、又はチオールを含むがこれらに限定されない１又は複数の基で置換され得る。
「ヘテロ環」とは、１又は複数のヘテロシクリル部分を有する化合物を意味する。非限定的なヘテロ環としては、任意選択的に置換されたイミダゾール、任意選択的に置換されたトリアゾール、任意選択的に置換されたテトラゾール、任意選択的に置換されたピラゾール、任意選択的に置換されたイミダゾリン、任意選択的に置換されたピラゾリン、任意選択的に置換されたイミダゾリジン、任意選択的に置換されたピラゾリジン、任意選択的に置換されたピロール、任意選択的に置換されたピロリン、任意選択的に置換されたピロリジン、任意選択的に置換されたテトラヒドロフラン、任意選択的に置換されたフラン、任意選択的に置換されたチオフェン、任意選択的に置換されたオキサゾール、任意選択的に置換されたイソオキサゾール、任意選択的に置換されたイソチアゾール、任意選択的に置換されたチアゾール、任意選択的に置換されたオキサチオラン、任意選択的に置換されたオキサジアゾール、任意選択的に置換されたチアジアゾール、任意選択的に置換されたスルホラン、任意選択的に置換されたスクシンイミド、任意選択的に置換されたチアゾリジンジオン、任意選択的に置換されたオキサゾリドン、任意選択的に置換されたヒダントイン、任意選択的に置換されたピリジン、任意選択的に置換されたピぺリジン、任意選択的に置換されたピリダジン、任意選択的に置換されたピペラジン、任意選択的に置換されたピリミジン、任意選択的に置換されたピラジン、任意選択的に置換されたトリアジン、任意選択的に置換されたピラン、任意選択的に置換されたピリリウム、任意選択的に置換されたテトラヒドロピラン、任意選択的に置換されたジオキシン、任意選択的に置換されたジオキサン、任意選択的に置換されたジチアン、任意選択的に置換されたトリチアン、任意選択的に置換されたチオピラン、任意選択的に置換されたチアン、任意選択的に置換されたオキサジン、任意選択的に置換されたモルホリン、任意選択的に置換されたチアジン、任意選択的に置換されたチオモルホリン、任意選択的に置換されたシトシン、任意選択的に置換されたチミン、任意選択的に置換されたウラシル、任意選択的に置換されたチオモルホリンジオキシド、任意選択的に置換されたインデン、任意選択的に置換されたインドリン、任意選択的に置換されたインドール、任意選択的に置換されたイソインドール、任意選択的に置換されたインドリジン、任意選択的に置換されたインダゾール、任意選択的に置換されたベンズイミダゾ―ル、任意選択的に置換されたアザインドール、任意選択的に置換されたアザインダゾール、任意選択的に置換されたピラゾロピリミジン、任意選択的に置換されたプリン、任意選択的に置換されたベンゾフラン、任意選択的に置換されたイソベンゾフラン、任意選択的に置換されたベンゾチオフェン、任意選択的に置換されたベンズイソキサゾール、任意選択的に置換されたアントラニル、任意選択的に置換されたベンズイソチアゾール、任意選択的に置換されたベンゾキサゾール、任意選択的に置換されたベンズチアゾール、任意選択的に置換されたベンズチアジアゾール、任意選択的に置換されたアデニン、任意選択的に置換されたグアニン、任意選択的に置換されたテトラヒドロキノリン、任意選択的に置換されたジヒドロキノリン、任意選択的に置換されたジヒドロイソキノリン、任意選択的に置換されたキノリン、任意選択的に置換されたイソキノリン、任意選択的に置換されたキノリジン、任意選択的に置換されたキノキサリン、任意選択的に置換されたフタラジン、任意選択的に置換されたキナゾリン、任意選択的に置換されたシノリン、任意選択的に置換されたナフチリジン、任意選択的に置換されたピリドピリミジン、任意選択的に置換されたピリドピラジン、任意選択的に置換されたプテリジン、任意選択的に置換されたクロメン、任意選択的に置換されたイソクロメン、任意選択的に置換されたクロメノン、任意選択的に置換されたベンゾキサジン、任意選択的に置換されたキノリノン、任意選択的に置換されたイソキノリノン、任意選択的に置換されたカルバゾール、任意選択的に置換されたジベンゾフラン、任意選択的に置換されたアクリジン、任意選択的に置換されたフェナジン、任意選択的に置換されたフェノキサジン、任意選択的に置換されたフェノチアジン、任意選択的に置換されたフェノキサチイン、任意選択的に置換されたキヌクリジン、任意選択的に置換されたアザアダマンタン、任意選択的に置換されたジヒドロアゼピン、任意選択的に置換されたアゼピン、任意選択的に置換されたジアゼピン、任意選択的に置換されたオキセパン、任意選択的に置換されたチエピン、任意選択的に置換されたチアゼピン、任意選択的に置換されたアゾカン、任意選択的に置換されたアゾシン、任意選択的に置換されたチオカン、任意選択的に置換されたアゾナン、任意選択的に置換されたアゼシンなどが挙げられる。任意の置換には、アリールについて本明細書に記載されているいずれもが含まれる。ヘテロ環はまた、カチオン及び／又はこれらのいずれかの塩（例えば、本明細書に記載されているいずれか、例えば、任意選択的に置換されたピペリジニウム、任意選択的に置換されたピロリジニウム、任意選択的に置換されたピラゾリウム、任意選択的に置換されたイミダゾリウム、任意選択的に置換されたピリジニウム、任意選択的に置換されたキノリニウム、任意選択的に置換されたイソキノリニウム、任意選択的に置換されたアクリジニウム、任意選択的に置換されたフェナントリジニウム、任意選択的に置換されたピリダジニウム、任意選択的に置換されたピリミジニウム、任意選択的に置換されたピラジニウム、任意選択的に置換されたフェナジニウム、又は任意選択的に置換されたモルホリニウム）を含み得る。
「ヘテロシクリル」とは、別様に指定されない限り、１、２、３、又は４個の非炭素ヘテロ原子（例えば、窒素、酸素、リン、硫黄、セレニウム、又はハロからなる群から独立して選択される）を含む、３、４、５、６、又は７員環（例えば、５、６、又は７員環）を意味する。３員環は０～１個の二重結合を有し、４及び５員環は０～２個の二重結合を有し、６及び７員環は０～３個の二重結合を有する。「ヘテロシクリル」という用語はまた、二環式、三環式及び四環式基を含み、ここで、上記のヘテロ環式環のいずれかは、アリール環、シクロヘキサン環、シクロヘキセン環、シクロペンタン環、シクロペンテン環、及び別の単環式ヘテロ環式環、例えば、インドリル、キノリル、イソキノリル、テトラヒドロキノリル、ベンゾフリル、ベンゾチエニルなどからなる群から独立して選択される、１、２、又は３個の環に融合されている。ヘテロ環式としては、アクリジニル、アデニル、アロキサジニル、アザアダマンタニル、アザベンズイミダゾリル、アザビシクロノニル、アザシクロヘプチル、アザシクロオクチル、アザシクロノニル、アザヒポキサンチニル、アザインダゾリル、アザインドリル、アゼシニル、アゼパニル、アゼピニル、アゼチジニル、アゼチル、アジリジニル、アジリニル、アゾカニル、アゾシニル、アゾナニル、ベンズイミダゾリル、ベンズイソチアゾリル、ベンズイソキサゾリル、ベンゾジアゼピニル、ベンゾジアゾシニル、ベンゾジヒドロフリル、ベンゾジオキセピニル、ベンゾジオキシニル、ベンゾジオキサニル、ベンゾジオキソシニル、ベンゾジオキソリル、ベンゾジチエピニル、ベンゾジチイニル、ベンゾジオキソシニル、ベンゾフラニル、ベンゾフェナジニル、ベンゾピラノニル、ベンゾピラニル、ベンゾピレニル、ベンゾピロニル、ベンゾキノリニル、ベンゾキノリジニル、ベンゾチアジアゼピニル、ベンゾチアジアゾリル、ベンゾチアゼピニル、ベンゾチアゾシニル、ベンゾチアゾリル、ベンゾチエニル、ベンゾチオフェニル、ベンゾチアジノニル、ベンゾチアジニル、ベンゾチオピラニル、ベンゾチオピロニル、ベンゾトリアゼピニル、ベンゾトリアジノニル、ベンゾトリアジニル、ベンゾトリアゾリル、ベンゾキサチイニル、ベンゾトリオキセピニル、ベンゾオキサジアゼピニル、ベンゾオキサチアゼピニル、ベンゾオキサチエピニル、ベンゾオキサチオシニル、ベンゾオキサゼピニル、ベンゾオキサジニル、ベンゾオキサゾシニル、ベンゾオキサゾリノニル、ベンゾオキサゾリニル、ベンゾオキサゾリル、ベンジルスルタミル、ベンジルスルチミル、ビピラジニル、ビピリジニル、カルバゾリル（例えば、４Ｈ－カルバゾリル）、カルボリニル（例えば、β－カルボリニル）、クロマノニル、クロマニル、クロメニル、シノリニル、クマリニル、シチジニル、シトシニル、デカヒドロイソキノリニル、デカヒドロキノリニル、ジアザビシクロオクチル、ジアゼチル、ジアジリジンチオニル、ジアジリジノニル、ジアジリジニル、ジアジリニル、ジベンゾイソキノリニル、ジベンゾアクリジニル、ジベンゾカルバゾリル、ジベンゾフラニル、ジベンゾフェナジニル、ジベンゾピラノニル、ジベンゾピロニル（キサントニル）、ジベンゾキノキサリニル、ジベンゾチアゼピニル、ジベンゾチエピニル、ジベンゾチオフェニル、ジベンゾオキセピニル、ジヒドロアゼピニル、ジヒドロアゼチル、ジヒドロフラニル、ジヒドロフリル、ジヒドロイソキノリニル、ジヒドロピラニル、ジヒドロピリジニル、ジヒドロピリジル、ジヒドロキノリニル、ジヒドロチエニル、ジヒドロインドリル、ジオキサニル、ジオキサジニル、ジオキシインドリル、ジオキシラニル、ジオキセニル、ジオキシニル、ジオキソベンゾフラニル、ジオキソリル、ジオキソテトラヒドロフラニル、ジオキソチオモルホリニル、ジチアニル、ジチアゾリル、ジチエニル、ジチイニル、フラニル、フラザニル、フロイル、フリル、グアニニル、ホモピペラジニル、ホモピペリジニル、ヒポキサンチニル、ヒダントイニル、イミダゾリジニル、イミダゾリニル、イミダゾリル、インダゾリル（例えば、１Ｈ－インダゾリル）、インドレニル、インドリニル、インドリジニル、インドリル（例えば、１Ｈ－インドリル又は３Ｈ－インドリル）、イサチニル、イサチル、イソベンゾフラニル、イソクロマニル、イソクロメニル、イソインダゾイル、イソインドリニル、イソインドリル、イソピラゾロニル、イソピラゾリル、イソオキサゾリジニイル、イソオキサゾリル、イソキノリニル、イソキノリニル、イソチアゾリジニル、イソチアゾリル、モルホリニル、ナフチンダゾリル、ナフチンドリル、ナフチリジニル、ナフトピラニル、ナフトチアゾリル、ナフトチオキソリル、ナフトトリアゾリル、ナフトキシインドリル、ナフチリジニル、オクタヒドロイソキノリニル、オキサビシクロヘプチル、オキサウラシル、オキサジアゾリル、オキサジニル、オキサジリジニル、オキサゾリジニル、オキサゾリドニル、オキサゾリニル、オキサゾロニル、オキサゾリル、オキセパニル、オキセタノニル、オキセタニル、オキセチル、オキセテナイル、オキシインドリル、オキシラニル、オキソベンゾイソチアゾリル、オキソクロメニル、オキソイソキノリニル、オキソキノリニル、オキソチオラニル、フェナントリジニル、フェナントロリニル、フェナジニル、フェノチアジニル、フェノチエニル（ベンゾチオフラニル）、フェノキサチイニル、フェノキサジニル、フタラジニル、フタラゾニル、フタリジル、フタリミジニル、ピペラジニル、ピペリジニル、ピペリドニル（例えば、４－ピペリドニル）、プテリジニル、プリニル、ピラニル、ピラジニル、ピラゾリジニル、ピラゾリニル、ピラゾロピリミジニル、ピラゾリル、ピリダジニル、ピリジニル、ピリドピラジニル、ピリドピリミジニル、ピリジル、ピリミジニル、ピリミジル、ピロニル、ピロリジニル、ピロリドニル（例えば、２－ピロリドニル）、ピロリニル、ピロリジジニル、ピロリル（例えば、２Ｈ－ピロリル）、ピリリウム、キナゾリニル、キノリニル、キノリジニル（例えば、４Ｈ－キノリジニル）、キノキサリニル、キヌクリジニル、セレナジニル、セレナゾリル、セレノフェニル、スクシンイミジル、スルホラニル、テトラヒドロフラニル、テトラヒドロフリル、テトラヒドロイソキノリニル、テトラヒドロイソキノリル、テトラヒドロピリジニル、テトラヒドロピリジル（ピペリジル）、テトラヒドロピラニル、テトラヒドロピロニル、テトラヒドロキノリニル、テトラヒドロキノリル、テトラヒドロチエニル、テトラヒドロチオフェニル、テトラジニル、テトラゾリル、チアジアジニル（例えば、６Ｈ－１，２，５－チアジアジニル又は２Ｈ，６Ｈ－１，５，２－ジチアジニル）、チアジアゾリル、チアントレニル、チアニル、チアナフテニル、チアゼピニル、チアジニル、チアゾリジンジオニル、チアゾリジニル、チアゾリル、チエニル、チエパニル、チエピニル、チエタニル、チエチル、チイラニル、チオシアニル、チオクロマノニル、チオクロマニル、チオクロメニル、チオジアジニル、チオジアゾリル、チオインドキシル、チオモルホリニル、チオフェニル、チオピラニル、チオピロニル、チオトリアゾリル、チオウラゾリル、チオキサニル、チオキソリル、チミジニル、チミニル、トリアジニル、トリアゾリル、トリチアニル、ウラジニル、ウラゾリル、ウレチジニル、ウレチニル、ウリシル、ウリジニル、キサンテニル、キサンチニル、キサンチオニルなど、並びにそれらの改変された形態（例えば、１又は複数のオキソ及び／又はアミノを含む）及びそれらの塩が挙げられる。ヘテロシクリル基は、置換されているか又は非置換であり得る。例えば、ヘテロシクリル基は、アリールについて本明細書に記載されているように、１又は複数の置換基で置換され得る。
「ヘテロシクリルジイル」とは、本明細書に記載されているように、ヘテロシクリル基の二価形態を意味する。一例では、ヘテロシクリルジイルは、ヘテロシクリル基から水素を除去することによって形成される。例示的なヘテロシクリルジイル基としては、ピペリジリデン、キノリンジイルなどが挙げられる。ヘテロシクリルジイル基はまた、置換されているか又は非置換であり得る。例えば、ヘテロシクリルジイル基は、ヘテロシクリルについて本明細書に記載されているように、１又は複数の置換基で置換され得る。
「ヒドロキシル」とは、－ＯＨ基を意味する。
「ヒドロキシアルキル」とは、１又は複数のヒドロキシルで置換された、本明細書で定義されているようなアルキル基を意味する。
「ヒドロキシアルキレン」とは、本明細書で定義されているように、１又は複数のヒドロキシで置換された、アルキレン基を意味する。
「ニトロ」とは、－ＮＯ２基を意味する。
「ホスフェート」とは、リン酸に由来する基を意味する。ホスフェートの一例としては、－Ｏ－Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲＰ１）（ＯＲＰ２）又は－Ｏ－［Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲＰ１）－Ｏ］Ｐ３－ＲＰ２基が挙げられ、ここで、ＲＰ１及びＲＰ２の各々は、独立して、Ｈ、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたアルケニル、任意選択的に置換されたアリール、又は任意選択的に置換されたアリールアルキレンであり、Ｐ３は１～５の整数である。ホスフェートのさらなる他の例としては、オルトリン酸、ピロリン酸、トリポリリン酸、テトラポリリン酸、トリメタリン酸、及び／又は無水リン酸、又はそれらの組み合わせが挙げられる。
「ホスホノ」又は「ホスホン酸」とは、－Ｐ（Ｏ）（ＯＨ）２基を意味する。
「スピロシクリル」とは、アルキレンジラジカルを意味し、これらの両端は親群の同じ炭素原子に結合して、スピロシクリル基及びヘテロアルキレンジラジカルも形成し、これらの両端は同じ原子に結合している。スピロシクリル基内の使用のための非限定的なアルキレン及びヘテロアルキレン基としては、Ｃ２～１２、Ｃ２～１１、Ｃ２～１０、Ｃ２～９、Ｃ２～８、Ｃ２～７、Ｃ２～６、Ｃ２～５、Ｃ２～４、又はＣ２～３アルキレン基、並びに１又は複数のヘテロ原子を有する、Ｃ１～１２、Ｃ１～１１、Ｃ１～１０、Ｃ１～９、Ｃ１～８、Ｃ１～７、Ｃ１～６、Ｃ１～５、Ｃ１～４、Ｃ１～３、又はＣ１～２ヘテロアルキレン基が挙げられる。
「スルフェート」とは、硫酸に由来する基を意味する。スルフェートの一例としては、－Ｏ－Ｓ（＝Ｏ）２（ＯＲＳ１）基が挙げられ、ここで、ＲＳ１は、Ｈ、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたアルケニル、任意選択的に置換されたアリール、又は任意選択的に置換されたアリールアルキレンである。
「スルホ」又は「スルホン酸」とは、－Ｓ（Ｏ）２ＯＨ基を意味する。
「スルホニル」とは、－Ｓ（Ｏ）２－又は－Ｓ（Ｏ）２Ｒ基を意味し、ここで、Ｒは、Ｈ、任意選択的に置換されたアルキル、又は任意選択的に置換されたアリールであり得る。非限定的なスルホニル基としては、トリフルオロメチルスルホニル基（－ＳＯ２－ＣＦ３又はＴｆ）が挙げられ得る。
「チオシアナト」とは、－ＳＣＮ基を意味する。
「塩」とは、化合物又は構造（例えば、本明細書に記載の、任意の式、化合物、又は組成物）のイオン化形態を意味し、これには、電気的に中性な化合物又は構造を形成するためのカチオン又はアニオン化合物が含まれる。塩は、当技術分野で周知である。例えば、非毒性塩は、Ｂｅｒｇｅ Ｓ Ｍ ｅｔ ａｌ．，「Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ ｓａｌｔｓ，」Ｊ．Ｐｈａｒｍ．Ｓｃｉ．１９７７Ｊａｎｕａｒｙ；６６（１）：１－１９；及び「Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ Ｓａｌｔｓ：Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄ Ｕｓｅ，」Ｗｉｌｅｙ－ＶＣＨ，Ａｐｒｉｌ ２０１１（２ｎｄ ｒｅｖ．ｅｄ．，ｅｄｓ．Ｐ．Ｈ．Ｓｔａｈｌ ａｎｄ Ｃ．Ｇ．Ｗｅｒｍｕｔｈに記載されている。塩は、本発明の化合物の最終単離及び精製中にｉｎ ｓｉｔｕで又は別途、遊離塩基性基を適切な有機酸と反応（それによってアニオン性塩を生成する）させることによって又は酸性基を適切な金属又は有機塩と反応（それによってカチオン性塩を生成する）させることによって調製され得る。代表的なアニオン性塩としては、酢酸塩、アジピン酸塩、アルギン酸塩、アスコルビン酸塩、アスパラギン酸塩、ベンゼンスルホン酸塩、安息香酸塩、重炭酸塩、重硫酸塩、重酒石酸塩、ホウ酸塩、臭化物塩、酪酸塩、ショウノウ酸塩、ショウノウスルホン酸、塩化物塩、クエン酸塩、シクロペンタンプロピオン酸塩、ジグルコン酸塩、二塩酸塩、二リン酸塩、ドデシル硫酸塩、エデト酸塩、エタンスルホン酸塩、フマル酸塩、グルコへプトン酸塩、グルコン酸塩、グルタミン酸塩、グリセロリン酸塩、ヘミ硫酸塩、ヘプトン酸塩、ヘキサン酸塩、臭化水素酸塩、塩酸塩、ヨウ化水素酸塩、ヒドロキシエタン硫酸塩、ヒドロキシナフトエ酸塩、ヨウ化物塩、乳酸塩、ラクトビオン酸塩、ラウリン酸塩、ラウリル硫酸塩、リンゴ酸、マレイン酸塩、マロン酸塩、マンデル酸塩、メシル酸塩、メタンスルホン酸塩、メチル臭素酸塩、メチル硝酸塩、メチル硫酸塩、ムチン酸塩、２－ナフタレン硫酸塩、ニコチン酸塩、硝酸塩、オレイン酸塩、シュウ酸塩、パルミチン酸塩、パモ酸、ペクチン酸塩、過硫酸塩、３－フェニルプロピオン酸塩、リン酸塩、ピクリン酸塩、ピバル酸塩、ポリガラクツロン酸塩、プロピオン酸塩、サリチル酸塩、ステアリン酸塩、サブアセテート、コハク酸塩、硫酸塩、タンニン酸、酒石酸塩、テオフィリネート、チオシアン酸塩、トリエチオダイド、トルエン硫酸塩、ウンデカノエート、吉草酸塩などが挙げられる。代表的なカチオン性塩としては、金属塩、例えば、アルカリ又はアルカリ土類塩、例えば、バリウム、カルシウム（例えば、エデト酸カルシウム塩）、リチウム、マグネシウム、カリウム、ナトリウムなど；他の金属塩、例えば、アルミニウム、ビスマス、鉄、及び亜鉛；並びにアンモニウム、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、エチルアミン、ピリジニウムなどを含むが、これらに限定されない、非毒性アンモニウム、第四級アンモニウム、及びアミンカチオンが挙げられる。他のカチオン性塩としては、有機塩、例えば、クロロプロカイン、コリン、ジベンジルエチレンジアミン、ジエタノールアミン、エチレンジアミン、メチルグルカミン、及びプロカインが挙げられる。さらに他の塩としては、アンモニウム、スルホニウム、スルホキソニウム、ホスホニウム、イミニウム、イミダゾリウム、ベンズイミダゾリウム、アミジニウム、グアニジニウム、ホスファジニウム、ホスファゼニウム、ピリジニウムなど、並びに本明細書に記載されている他のカチオン性基（例えば、任意選択的に置換されたイソオキサゾリウム、任意選択的に置換されたオキサゾリウム、任意選択的に置換されたチアゾリウム、任意選択的に置換されたピロリウム、任意選択的に置換されたフラニウム、任意選択的に置換されたチオフェニウム、任意選択的に置換されたイミダゾリウム、任意選択的に置換されたピラゾリウム、任意選択的に置換されたイソチアゾリウム、任意選択的に置換されたトリアゾリウム、任意選択的に置換されたテトラゾリウム、任意選択的に置換されたフラザニウム、任意選択的に置換されたピリジニウム、任意選択的に置換されたピリミジニウム、任意選択的に置換されたピラジニウム、任意選択的に置換されたトリアジニウム、任意選択的に置換されたテトラジニウム、任意選択的に置換されたピリダジニウム、任意選択的に置換されたオキサジニウム、任意選択的に置換されたピロリジニウム、任意選択的に置換されたピラゾリジニウム、任意選択的に置換されたイミダゾリニウム、任意選択的に置換されたイソオキサゾリジニウム、任意選択的に置換されたオキサゾリジニウム、任意選択的に置換されたピペラジニウム、任意選択的に置換されたピペリジニウム、任意選択的に置換されたモルホリニウム、任意選択的に置換されたアゼパニウム、任意選択的に置換されたアゼピニウム、任意選択的に置換されたインドリウム、任意選択的に置換されたイソインドリウム、任意選択的に置換されたインドリジニウム、任意選択的に置換されたインダゾリウム、任意選択的に置換されたベンズイミダゾリウム、任意選択的に置換されたイソキノリニウム、任意選択的に置換されたキノリジニウム、任意選択的に置換されたデヒドロキノリジニウム、任意選択的に置換されたキノリニウム、任意選択的に置換されたイソインドリニウム、任意選択的に置換されたベンズイミダゾリニウム、及び任意選択的に置換されたプリニウム）が挙げられる。さらに他の塩としては、アニオン、例えば、ハライド（例えば、Ｆ－、Ｃｌ－、Ｂｒ－、又はＩ－）、ヒドロキシド（例えば、ＯＨ－）、ボレート（例えば、テトラフルオロボレート（ＢＦ４ －）、カルボネート（例えば、ＣＯ３ ２－又はＨＣＯ３ －）、又はスルフェート（例えば、ＳＯ４ ２－）が挙げられ得る。
「脱離基」とは、それと共に結合性電子を取る安定種として置き換えられ得る、電子求引能を有する原子（又は原子の群）、又は置換反応によって置き換えられ得る原子（又は原子の群）を意味する。適切な脱離基の例としては、トリフレート（－ＯＴｆ）、メシレート（－ＯＭｓ）、トシレート（－ＯＴｓ）、ブロシレート（－ＯＢｓ）、アセテート、Ｃｌ、Ｂｒ、及びＩを含むが、これらに限定されない、Ｈ、ハライド、及びスルホネートが挙げられる。
「付着している」、「付着」又は関連する語句形態は、２つの構成要素間の任意の共有又は非共有結合の相互作用を意味する。非共有結合の相互作用としては、水素結合、イオン性相互作用、ハロゲン結合、静電相互作用、π結合相互作用、疎水性相互作用、包接錯体、包接化、ファンデルワールス相互作用、及びそれらの組み合わせが挙げられる。
本開示は、第１のポリマー構造及び第２のポリマー構造を含む組成物に関し、ここで、これらの構造のうちの少なくとも１種はイオン化可能部分又はイオン性部分を含む。いくつかの実施形態では、第１及び第２の構造の両方はイオン化可能又はイオン性部分を含む。使用において、第１及び第２の構造は異なり、よってコポリマー、ポリマーブレンド、又は他の異種ポリマー組成物を形成する。材料を通した電荷伝導は、イオン化可能／イオン性部分によって提供される、電荷の種類及び量（例えば、第１及び／又は第２の構造でのアニオン性及び／又はカチオン性電荷）によって制御され得る。
組成物は、本明細書に記載されているように、第１の構造（例えば、式（Ｉ～Ｖ）のうちの１又は複数）及び第２の構造（例えば、式（Ｘ）～（ＸＸＸＩＶ）のうちの１又は複数）の任意の組み合わせを含み得る。２つの異なる構造を使用することによって、組成物の特性は、第１及び第２の構造の選択に基づいて変わり得る。第１及び第２の構造の各々は、独立して、ポリマーユニットを含み得る。ポリマーユニットは、ホモポリマー、コポリマー、ブロックコポリマー、又は繰り返しモノマーユニットの他の有用な組み合わせであり得る。
組成物は、第１の構造（例えば、本明細書に記載のいずれか、例えば、式（Ｉ～Ｖ）のうちの１又は複数）から選択されるポリマーユニットを含み得る。例えば、組成物は、複数の第１の構造を含み得、ここで、各第１の構造は同じ（例えば、各Ａｒ、Ｒ７～Ｒ１０、及び環ａ～ｃは、存在する場合、各モノマーユニットにおいて同一である）である。別の場合では、組成物は、複数の第１の構造を含み得、ここで、第１の構造の少なくとも２種は異なる（例えば、Ａｒ、Ｒ７～Ｒ１０、及び環ａ～ｃのうちの少なくとも１種は、存在する場合、２種のモノマーユニット間で異なる）。したがって、組成物が、第１の構造として特徴付けられるポリマーユニットのみを含む場合でさえ、組成物は、ホモポリマー、コポリマー、ブロックコポリマー、又は繰り返しモノマーユニットの他の有用な組み合わせであり得る。
したがって、一実施形態では、組成物は、複数の第１の構造を含み、ここで：
（ｉ）第１の構造は、
（Ｉ）、
（ＩＩ）、
（ＩＩＩ）、
（ＩＶ）、
（Ｖ）
又はその塩の群から選択され、ここで：
Ｒ７及びＲ８の各々は、独立して、電子求引性部分、Ｈ、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族、任意選択的に置換されたヘテロアルキル、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリール、又は任意選択的に置換されたアリールアルキレンであり、Ｒ７又はＲ８のうちの少なくとも１種は電子求引性部分を含むか、又はＲ７及びＲ８は一緒になって、任意選択的に置換された環状基を形成し得る；
Ｒ９及びＲ１０の各々は、独立して、Ｈ、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族、任意選択的に置換されたヘテロアルキル、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリール、又は任意選択的に置換されたアリールアルキレンであるか、又はＲ９及びＲ１０は一緒になって、任意選択的に置換された環状基を形成し得る；
Ａｒは、任意選択的に置換されたアリーレンを含むか、又はそれである；
ｎは、１又はそれを超える整数である；
環ａ、環ｂ、及び／又は環ｃの各々は、任意選択的に置換され得る；及び
環ａ～ｃ、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、及びＲ１０のうちの１又は複数は、イオン化可能部分又はイオン性部分を任意選択的に含み得る。
いくつかの実施形態では、第１の構造の各々は同じである。他の実施形態では、第１の構造の少なくとも２種は異なる（例えば、ここで、組成物はコポリマーを含む）。
本明細書の組成物は、繰り返しモノマーユニットの任意で有用な組み合わせを含み得る。一例では、組成物は、－Ａ－Ａ－Ａ－又は－［Ａ］－を含み得、ここで、Ａは、モノマーユニットを表し、［Ａ］はＡモノマーユニットのみを含むブロックを表す。Ａは、第１又は第２の構造として提供されるものから選択され得る。
別の場合では、組成物は、－［Ａ］－［Ａ－組み合わせ－Ｂ］－［Ｂ］－を含み、ここで、Ａ及びＢは、異なるモノマーユニットを表す。［Ａ］及び［Ｂ］は、それぞれ、Ａモノマーユニットのみ及びＢモノマーユニットのみから構成されるポリマーブロックを表す。［Ａ－組み合わせ－Ｂ］ブロックは、Ａ及びＢモノマーユニットのいくつかの組み合わせを含むブロックを示す。Ａ及びＢの各々は、第１及び／又は第２の構造として提供されるものから選択され得る。いくつかの実施形態では、Ａ及びＢは、両方とも第１の構造（例えば、式（Ｉ～Ｖ）から選択される）である。他の実施形態では、Ａは第１の構造（例えば、式（Ｉ～Ｖ）から選択される）であり、Ｂは第２の構造（例えば、式（Ｘ）～（ＸＸＸＩＶ）から選択される）である。
別の場合では、組成物は、少なくとも１種の交互／周期的なブロックを含み、ここで、異なるモノマーは秩序化された構造、例えば、－［Ａ－Ｂ－Ａ－Ｂ－...］－、－［Ａ－Ｂ－Ｃ－Ａ－Ｂ－Ｃ－...］－、－［Ａ－Ａ－Ｂ－Ｂ－Ａ－Ａ－Ｂ－Ｂ－...］－、－［Ａ－Ａ－Ｂ－Ａ－Ａ－Ｂ－...］－、－［Ａ－Ｂ－Ａ－Ｂ－Ｂ－Ａ－Ａ－Ａ－Ａ－Ｂ－Ｂ－Ｂ－...］－などを有する。Ａ、Ｂ、及びＣは、異なるモノマーユニットを表す。角括弧を付された例は、ポリマーブロックを表し、ここで、モノマー配列はブロックを通して繰り返される。Ａ、Ｂ、及びＣの各々は、第１及び／又は第２の構造（例えば、Ａ、Ｂ、及びＣの各々は、独立して、式（Ｉ）～（Ｖ）又は（Ｘ）～（ＸＸＸＩＶ）の構造を含むか、又はそれである）として提供されるものから選択され得る。いくつかの実施形態では、Ａ、Ｂ、及びＣの各々は、第１の構造（例えば、式（Ｉ～Ｖ）から選択される）である。他の実施形態では、Ａは第１の構造（例えば、式（Ｉ～Ｖ）から選択される）であり、Ｂは第２の構造（例えば、式（Ｘ）～（ＸＸＸＩＶ）から選択される）であり、Ｃは第１又は第２の構造（例えば、式（Ｉ～Ｖ）又は（Ｘ）～（ＸＸＸＩＶ）から選択される）である。
さらに別の例では、組成物は、少なくとも１ペアのブロック、例えば、［Ａ］－Ｄ－［Ｂ］又は［Ａ］－Ｄ－［Ｂ］－［Ｃ］間で共有結合的に結合している特定のユニットを含み、ここで、Ｄはモノマーユニット又は連結部分（例えば、本明細書に記載されているいずれか）であり得る。［Ａ］－Ｄ－Ｄ－［Ｂ］又は［Ａ］－Ｄ－Ｄ－Ｄ－［Ｂ］など１を超えるＤが存在し得、ここで、各Ｃは同じであるか又は異なり得る。［Ａ］はＡモノマーユニットのみを含むブロックを表し；［Ｂ］はＢモノマーユニットのみを含むブロックを表し；［Ｃ］はＣモノマーユニットのみを含むブロックを表し；Ｄは個々のモノマーユニット（例えば、本明細書に記載されているいずれか）又は連結部分（本明細書に記載されているいずれか）を表し得る。Ａ、Ｂ、及びＣの各々は、第１及び／又は第２の構造（例えば、Ａ、Ｂ、及びＣの各々は、独立して、式（Ｉ）～（Ｖ）又は（Ｘ）～（ＸＸＸＩＶ）の構造を含むか、又はそれである）として提供されるものから選択され得る。Ｄは、第１及び／又は第２の構造（例えば、式（Ｉ）～（Ｖ）又は（Ｘ）～（ＸＸＸＩＶ）から選択される）として提供されるもの又は連結部分（例えば、Ｌ）として提供されるものから選択され得る。
他の代替の構成、例えば、分岐構成、ジブロックコポリマー、トリブロックコポリマー、ランダム又は統計的コポリマー、ステレオブロックコポリマー、グラジエントコポリマー、グラフトコポリマー、及び本明細書に記載されている任意のブロック又は領域の組み合わせはまた、本明細書の組成物によって包含される。
本明細書の組成物は、第１の構造の第１の分子量（ＭＷ）（例えば、ポリマーユニットとして）、第２の構造の第２のＭＷ（例えば、ポリマーユニットとして）、又は組成物の全体のＭＷによって特徴付けられ得る。一実施形態では、第１のＭＷ、第２のＭＷ、又は全体のＭＷは、少なくとも１０，０００ｇ／ｍｏｌ、少なくとも２０，０００ｇ／ｍｏｌ、又は少なくとも５０，０００ｇ／ｍｏｌ；又は約５，０００～２，５００，０００ｇ／ｍｏｌ、例えば、１０，０００～２，５００，０００ｇ／ｍｏｌ、５０，０００～２，５００，０００ｇ／ｍｏｌ、１０，０００～２５０，０００ｇ／ｍｏｌ、２０，０００～２５０，０００ｇ／ｍｏｌ、又は２０，０００～２００，０００ｇ／ｍｏｌの重量平均分子量（Ｍｗ）である。別の実施形態では、第１のＭＷ、第２のＭＷ、又は全体のＭＷは、少なくとも２０，０００ｇ／ｍｏｌ又は少なくとも４０，０００ｇ／ｍｏｌ；又は約２，０００～２，５００，０００ｇ／ｍｏｌ、例えば、５，０００～７５０，０００ｇ／ｍｏｌ又は１０，０００～４００，０００ｇ／ｍｏｌの数平均分子量（Ｍｎ）である。
組成物は、任意の有用な数ｎ、ｍ、ｍ１、ｍ２、ｍ３、又はｍ４のモノマーユニットを含み得る。ｎ、ｍ、ｍ１、ｍ２、ｍ３、及びｍ４の各々に対する非限定的な例は、独立して、１又はそれを超える、２０又はそれを超える、５０又はそれを超える、１００又はそれを超える；並びに１～１，０００，０００、例えば、１０～１，０００，０００、１００～１，０００，０００、２００～１，０００，０００、５００～１，０００，０００、又は１，０００～１，０００，０００である。
［第１の構造］
組成物において、第１の構造はポリマーユニットを含み得、これは、次に１又は複数のイオン化可能又はイオン性部分を含み得る。非限定的な実施形態では、ポリマーユニットは、アリーレン含有骨格を有し得、これは、イオン化可能／イオン性部分が付加され得る際に、有機スキャフォールドを提供する。
アリーレン含有骨格はまた、反応性カルボカチオンの付加（例えば、Ｆｒｉｅｄｅｌ－Ｃｒａｆｔｓアルキル化試薬を用いた反応によって）を容易にする芳香族基を提供し得る。このようにして、芳香族基を有するモノマーユニットは、一緒に反応して、ポリマーユニットを形成し得る。そのような付加／重合反応は、任意の有用な様式にて、例えば、カルボカチオンに近接している電子求引基を含むことによって、促進され得る。このように、いくつかの非限定的な例では、第１の構造は、任意選択的に置換された芳香族基及び電子求引基の両方を含み得る。
反応性カルボカチオンはまた、さらに改変された得る官能基を提供し得る。例えば、反応性カルボカチオンは、－ＬＡ－ＲＧ基に付着し得、ここで、ＬＡは、連結部分（例えば、本明細書のいずれか）及びＲＧは反応性基（例えば、ハロ）である。カルボカチオン及び－ＬＡ－ＲＧ基をポリマーユニットに付加した後、ＲＧ基を、イオン化可能試薬（例えば、アミン、ＮＲＮ１ＲＮ２ＲＮ３など）を用いてさらに反応させて、イオン性部分（例えば、アンモニウム、－Ｎ＋ＲＮ１ＲＮ２ＲＮ３など）を提供し得る。
したがって、いくつかの非限定的な実施形態では、第１の構造は、イオン化可能／イオン性部分及び電子求引基を有するポリマーユニット（例えば、本明細書に記載されているいずれか）を含む。いくつかの場合、ポリマーユニットは、１又は複数のモノマーユニットを使用することによって形成される。非限定的なモノマーユニットは、以下のうちの１又は複数を含み得る：
又は
、ここで、Ａｒは、任意選択的に置換されたアリーレン又は任意選択的に置換された芳香族であり；Ａｋは、任意選択的に置換されたアルキレン、任意選択的に置換されたハロアルキレン、任意選択的に置換されたヘテロアルキレン、任意選択的に置換された脂肪族、又は任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族であり；Ｌは連結部分（例えば、本明細書に記載されているいずれか）であるか又は－Ｃ（Ｒ７）（Ｒ８）－（例えば、本明細書に記載されている任意のＲ７及びＲ８基について）であり得る。特定の例では、Ａｒ、Ｌ、及び／又はＡｋは、１又は複数のイオン化可能又はイオン性部分及び／又は１又は複数の電子求引基で任意選択的に置換され得る。
いくつかの実施形態では、第１の構造は、以下から選択されるポリマーユニットを含む：
（Ｉ）、
（ＩＩ）、
（ＩＩＩ）、
（ＩＶ）
及びその塩、ここで：
Ｒ７及びＲ８の各々は、独立して、電子求引性部分、Ｈ、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族、任意選択的に置換されたヘテロアルキル、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリール、又は任意選択的に置換されたアリールアルキレンであり、Ｒ７又はＲ８のうちの少なくとも１種は電子求引性部分を含むか、又はＲ７及びＲ８は一緒になって、任意選択的に置換された環状基を形成し得る；
Ａｒは、任意選択的に置換された芳香族又は任意選択的に置換されたアリーレン（例えば、本明細書に記載されているいずれか）を含むか、又はそれである；
ｎの各々は、独立して、１又はそれを超える整数である；
環ａ、環ｂ、及び／又は環ｃの各々は、任意選択的に置換され得る；及び
環ａ～ｃ、Ｒ７、及びＲ８のうちの１又は複数は、イオン化可能部分又はイオン性部分を任意選択的に含み得る。
環ａ、環ｂ、環ｃ、Ｒ７、及びＲ８に対するさらなる置換は、１又は複数の任意選択的に置換されたアリーレン、並びにアルキル又はアリールについて本明細書に記載されているいずれかを含み得る。Ａｒの非限定的な例としては、例えば、フェニレン（例えば、１，４－フェニレン、１，３－フェニレンなど）、ビフェニレン（例えば、４，４'－ビフェニレン、３，３'－ビフェニレン、３，４'－ビフェニレンなど）、テルフェニレン（例えば、４，４'－テルフェニレン）、トリフェニレン、ジフェニルエーテル、アントラセン（例えば、９，１０－アントラセン）、ナフタレン（例えば、１，５－ナフタレン、１，４－ナフタレン、２，６－ナフタレン、２，７－ナフタレンなど）、テトラフルオロフェニレン（例えば、１，４－テトラフルオロフェニレン、１，３－テトラフルオロフェニレン）など、並びに本明細書に記載されている他のものが挙げられる。
第１の構造は、電子求引性部分及びフルオレニル系骨格を有するポリマーユニットを含み得る。例えば、第１の構造は、以下のようなポリマーユニットを含み得る：
（Ｖ）
又はその塩、ここで：
Ｒ７及びＲ８の各々は、独立して、電子求引性部分、Ｈ、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族、任意選択的に置換されたヘテロアルキル、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリール、又は任意選択的に置換されたアリールアルキレンであり、Ｒ７又はＲ８のうちの少なくとも１種は電子求引性部分を含むか、又はＲ７及びＲ８は一緒になって、任意選択的に置換された環状基を形成し得る；
Ｒ９及びＲ１０の各々は、独立して、Ｈ、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族、任意選択的に置換されたヘテロアルキル、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリール、又は任意選択的に置換されたアリールアルキレンであるか、又はＲ９及びＲ１０は一緒になって、任意選択的に置換された環状基を形成し得る；
ｎは、独立して、１又はそれを超える整数である；
環ａ、環ｂ、及び／又は環ｃの各々は、任意選択的に置換され得る；及び
環ａ～ｂ、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、及びＲ１０のうちの１又は複数は、イオン化可能部分又はイオン性部分を任意選択的に含み得る。
特定の実施形態では、Ｒ９及びＲ１０の各々は、独立して、イオン化可能／イオン性部分を含む。
いくつかの（例えば、式（Ｉ）～（Ｖ）の）実施形態では、環ａ、環ｂ、及び／又は環ｃは、イオン化可能部分又はイオン性部分を含む。他の実施形態では、Ｒ８は、イオン化可能部分又はイオン性部分を含む。特定の実施形態では、イオン性部分は、－ＬＡ－ＸＡを含むか又はそれであり、ここで、ＬＡは連結部分（例えば、任意選択的に置換された脂肪族、アルキレン、ヘテロ脂肪族、ヘテロアルキレン、芳香族、又はアリーレン）であり；ＸＡは、酸性部分、塩基性部分、多イオン性部分、カチオン性部分、又はアニオン性部分である。ＸＡの非限定的な例としては、アミノ、アンモニウムカチオン、ヘテロ環式カチオン、ピペリジニウムカチオン、アゼパニウムカチオン、ホスホニウムカチオン、ホスファゼニウムカチオン、又は本明細書の他のものが挙げられる。
他の（例えば、式（Ｉ）～（Ｖ）の）実施形態では、Ｒ７は、電子求引性部分を含む。非限定的な電子求引性部分としては、任意選択的に置換されたハロアルキル、シアノ（ＣＮ）、ホスフェート（例えば、－Ｏ（Ｐ＝Ｏ）（ＯＲＰ１）（ＯＲＰ２）又は－Ｏ－［Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲＰ１）－Ｏ］Ｐ３－ＲＰ２）、スルフェート（例えば、－Ｏ－Ｓ（＝Ｏ）２（ＯＲＳ１））、スルホン酸（－ＳＯ３Ｈ）、スルホニル（例えば、－ＳＯ２－ＣＦ３）、ジフルオロボラニル（－ＢＦ２）、ボロノ（－Ｂ（ＯＨ）２）、チオシアナト（－ＳＣＮ）、又はピペリジニウムが挙げられるか、又はそれであり得る。さらなる実施形態では、Ｒ７は電子求引性部分を含み、Ｒ８はイオン化可能／イオン性部分を含む。さらに他の非限定的なホスフェート基としては、リン酸の誘導体、例えば、オルトリン酸、ピロリン酸、トリポリリン酸、テトラポリリン酸、トリメタリン酸、及び／又は無水リン酸、又はそれらの組み合わせが挙げられ得る。
いくつかの（例えば、本明細書のいずれかの構造について、例えば式（Ｉ）～（Ｖ）の）実施形態では、Ｒ７は任意選択的に置換された脂肪族基を含む。一実施形態では、Ｒ７は任意選択的にアルキル基を含む。
他の（例えば、本明細書のいずれかの構造について、例えば式（Ｉ）～（Ｖ）の）実施形態では、Ｒ８は任意選択的に置換された脂肪族基又は任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族基を含む。特定の実施形態では、脂肪族又はヘテロ脂肪族基は、オキソ基（＝Ｏ）又はヒドロキシイミノ基（＝Ｎ－ＯＨ）で置換されている。一実施形態では、Ｒ８は－Ｃ（＝Ｘ）－Ｒ８'であり、ここで、ＸはＯ又はＮ－ＯＨであり；Ｒ８'は、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族、任意選択的に置換されたヘテロアルキル、任意選択的に置換されたアルコキシ、任意選択的に置換されたハロアルキル、又は任意選択的に置換されたアルカノイルである。
さらに他の（例えば、本明細書のいずれかの構造について、例えば式（Ｉ）～（Ｖ）の）実施形態では、Ｒ７及びＲ８は一緒になって、任意選択的に置換された環状基を形成する。例えば、Ｒ７及びＲ８は一緒になって、本明細書で定義されているように、任意選択的に置換されたスピロシクリル基を形成し得る。特定の実施形態では、スピロシクリル基は、独立して、１又は複数のイオン化可能部分又はイオン性部分（例えば、本明細書に記載されているいずれか）で置換されている。いくつかの実施形態では、（Ｉ）～（Ｖ）の式は、以下のように表され得る：
（Ｉａ）、
（ＩＩａ）、
（ＩＩＩａ）、
（ＩＶａ）、
（Ｖａ）
又はその塩、ここで、Ｒ７'及びＲ８'は一緒になって、任意選択的に置換されたアルキレン基又は任意選択的に置換されたヘテロアルキレン基を形成する。特定の実施形態では、任意選択的に置換されたアルキレン基又は任意選択的に置換されたヘテロアルキレン基は、独立して、１又は複数のイオン化可能部分又はイオン性部分で置換されている。
さらなる非限定的なポリマーユニットは、以下のいずれか１又は複数の構造を含み得る：
又はその塩、ここで：
ｎは、１又はそれを超える；
各Ｌ８Ａ、ＬＢ'、及びＬＢ"は、独立して、連結部分である；及び
各Ｘ８Ａ、Ｘ８Ａ'、Ｘ８Ａ"、ＸＢ'、及びＸＢ"は、独立して、酸性部分又は塩基性部分である。
本明細書の任意の実施形態では、環ａ、環ｂ、環ｃ、Ａｋ、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、及びＲ１０は、イオン化可能部分又はイオン性部分を任意選択的に含み得る。環ａ、環ｂ、環ｃ、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、及びＲ１０についてのさらなる置換基は、１又は複数の任意選択的に置換されたアリーレンを含み得る。
本明細書の任意の実施形態では、電子求引性部分は、任意選択的に置換されたハロアルキル（例えば、ハロメチル、パーハロメチル、ハロエチル、パーハロエチルなどを含むＣ１～６ハロアルキル）、シアノ（ＣＮ）、ホスフェート（例えば、－Ｏ（Ｐ＝Ｏ）（ＯＲＰ１）（ＯＲＰ２）又は－Ｏ－［Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲＰ１）－Ｏ］Ｐ３－ＲＰ２）、スルフェート（例えば、－Ｏ－Ｓ（＝Ｏ）２（ＯＲＳ１））、スルホン酸（－ＳＯ３Ｈ）、スルホニル（例えば、－ＳＯ２－ＣＦ３）、ジフルオロボラニル（－ＢＦ２）、ボロノ（Ｂ（ＯＨ）２）、チオシアナト（－ＳＣＮ）、又はピペリジニウムであり得る。さらに他の非限定的なホスフェート基としては、リン酸の誘導体、例えば、オルトリン酸、ピロリン酸、トリポリリン酸、テトラポリリン酸、トリメタリン酸、及び／又は無水リン酸、又はそれらの組み合わせが挙げられ得る。
いくつかの（例えば、本明細書のいずれかの構造について、例えば、式（Ｉ）～（Ｖ）の）実施形態では、非限定的なハロアルキル基としては、フルオロアルキル（例えば、－ＣｘＦｙＨｚ）、パーフルオロアルキル（例えば、－ＣｘＦｙ）、クロロアルキル（例えば、－ＣｘＣｌｙＨｚ）、パークロロアルキル（例えば、－ＣｘＣｌｙ）、ブロモアルキル（例えば、－ＣｘＢｒｙＨｚ）、パーブロモアルキル（例えば、－ＣｘＢｒｙ）、ヨードアルキル（例えば、－ＣｘＩｙＨｚ）、又はパーヨードアルキル（例えば、－ＣｘＩｙ）が挙げられる。いくつかの実施形態では、ｘは１～６であり、ｙは１～１３であり、ｚは０～１２である。特定の実施形態では、ｚ＝２ｘ＋１－ｙである。他の実施形態では、ｘは１～６であり、ｙは３～１３であり、ｚは０（例えば、及びｙ＝２ｘ＋１）である。
ポリマーユニットは、ユニットの環部分（例えば、芳香族又はアリーレン基によって提供されるように）又は直鎖部分（例えば、脂肪族又はアルキレン基によって提供されるように）に、１又は複数の置換を含み得る。非限定的な置換としては、低級の非置換アルキル（例えば、Ｃ１～６アルキル）、低級の置換されたアルキル（例えば、任意選択的に置換されたＣ１～６アルキル）、低級のハロアルキル（例えば、Ｃ１～６ハロアルキル）、ハロ（例えば、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、又はＩ）、非置換アリール（例えば、フェニル）、ハロ置換されたアリール（例えば、４－フルオロ－フェニル）、置換されたアリール（例えば、置換されたフェニル）などが挙げられ得る。
［第２の構造］
第２の構造は、典型的には、第１の構造と異なるが、ポリマーユニットも含み得る。使用において、第１及び第２の構造は、一緒に、有益な化学的及び物理学的特性（例えば、有益なイオン交換能（ｉｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ：ＩＥＣ）、イオン伝導度、水の取込み、膨潤度、比伝導度、機械的安定性など）を有する組成物を提供し得る。
特定のポリマー構成要素（例えば、第１の構造、第２の構造、ポリマーユニット、イオン性部分、クロスリンカーなど）の選択は、組成物に対して有用な特性を提供し得る。一例では、ポリマー構成要素は、水の取込みを最小限にするように選択され得、ここで、過剰な水は電気化学セルのフロードをもたらし得る。別の場合では、ポリマー構成要素は柔軟化又は可塑化に対する抵抗性を提供するように選択され得る。他の実施形態では、組成物は、アニオン及び／又はカチオンに対する約１ｍＳ／ｃｍを超える比伝導度を有するイオン伝導性ポリマーであり得る。
一実施形態では、第２の構造は、以下のうちの１又は複数を含み得る：任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキレン、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリーレン、任意選択的に置換されたハロアルキレン、任意選択的に置換されたアルキレンオキシ、任意選択的に置換されたアリーレンオキシ、任意選択的に置換されたホスファゼン（例えば、－Ｐ（ＲＰ１ＲＰ２）＝Ｎ－）、及びそれらの組み合わせ。
第２の構造は、以下のモノマーユニットのうちの１又は複数を使用することによって形成されるポリマーユニットを含み得る：
又は
ここで、Ａｒは、任意選択的に置換されたアリーレン又は任意選択的に置換された芳香族であり；Ａｋは、任意選択的に置換されたアルキレン、任意選択的に置換されたハロアルキレン、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたヘテロアルキレン、又は任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族であり；Ｌは連結部分（例えば、本明細書に記載されているいずれか）であり；Ａｒ、Ｌ、又はＡｋは、１又は複数のイオン化可能又はイオン性部分で任意選択的に置換され得る。Ａｒの非限定的な例としては、例えば、フェニレン（例えば、１，４－フェニレン、１，３－フェニレンなど）、ビフェニレン（例えば、４，４'－ビフェニレン、３，３'－ビフェニレン、３，４'－ビフェニレンなど）、テルフェニレン（例えば、４，４'－テルフェニレン）、トリフェニレン、ジフェニルエーテル、アントラセン（例えば、９，１０－アントラセン）、ナフタレン（例えば、１，５－ナフタレン、１，４－ナフタレン、２，６－ナフタレン、２，７－ナフタレンなど）、テトラフルオロフェニレン（例えば、１，４－テトラフルオロフェニレン、１，３－テトラフルオロフェニレン）など、並びに本明細書に記載されている他のものが挙げられる。
第２の構造の任意の部分は、イオン化可能部分又はイオン性部分を任意選択的に含み得る。特定の実施形態では、イオン性部分は、－ＬＡ－ＸＡを含むか又はそれであり、ここで、ＬＡは連結部分（例えば、任意選択的に置換された脂肪族、アルキレン、ヘテロ脂肪族、ヘテロアルキレン、芳香族、又はアリーレン）であり；ＸＡは、酸性部分、塩基性部分、多イオン性部分、カチオン性部分、又はアニオン性部分である。ＸＡの非限定的な例としては、アミノ、アンモニウムカチオン、ヘテロ環式カチオン、ホスホニウムカチオン、ホスファゼニウムカチオン、又は本明細書の他のものが挙げられる。
第２の構造は、環状カチオン基を有する他のポリマーユニットを含み得る。例えば、第２の構造は、以下から選択されるポリマーユニットを含み得る：
（Ｘ）、
（ＸＩ）
又はその塩、ここで：
Ｒ９及びＲ１０の各々は、独立して、Ｈ、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族、任意選択的に置換されたヘテロアルキル、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリール、又は任意選択的に置換されたアリールアルキレンであるか、又はＲ９及びＲ１０は一緒になって、任意選択的に置換された環状基を形成し得る；
ｎは、１又はそれを超える整数である；
ｑは、０、１、２、又はそれを超える；
環ａ～ｃの各々は、任意選択的に置換され得る；及び
環ａ～ｃ、Ｒ９、及びＲ１０のうちの１又は複数は、イオン化可能部分又はイオン性部分を任意選択的に含み得る。
他の（例えば、本明細書のいずれかの構造について、例えば式（Ｘ）～（ＸＩ）の）実施形態では、Ｒ９及びＲ１０は一緒になって、任意選択的に置換された環状基を形成する。例えば、Ｒ９及びＲ１０は一緒になって、本明細書で定義されているように、任意選択的に置換されたスピロシクリル基を形成し得る。特定の実施形態では、スピロシクリル基は、独立して、１又は複数のイオン化可能部分又はイオン性部分（例えば、本明細書に記載されているいずれか）で置換されている。いくつかの実施形態では、（Ｘ）～（ＸＩ）の式は、以下のように表され得る：
（Ｘａ）、
（ＸＩａ）
又はその塩、ここで、Ｒ９'及びＲ１０'は一緒になって、任意選択的に置換されたアルキレン基又は任意選択的に置換されたヘテロアルキレン基を形成する。特定の実施形態では、任意選択的に置換されたアルキレン基又は任意選択的に置換されたヘテロアルキレン基は、独立して、１又は複数のイオン化可能部分又はイオン性部分で置換されている。他の実施形態では、任意選択的に置換されたアルキレン基又は任意選択的に置換されたヘテロアルキレン基は、独立して、１又は複数の脂肪族基又はアルキル基で置換されている。機序によって限定されることを望むものではないが、アルキレン又はヘテロアルキレン基の置換は嵩高い置換基を提供し、カチオン性窒素部分を分解されることから遮蔽し得る。
第２の構造は、柔らかい及び固いセグメントの組み合わせを含み得る。例えば、第２の構造は、以下のようなポリマーユニットを含み得る：
（ＸＩＩ）
又はその塩、ここで：
Ｒ７及びＲ８の各々は、独立して、電子求引性部分、Ｈ、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族、任意選択的に置換されたヘテロアルキル、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリール、又は任意選択的に置換されたアリールアルキレンであり、Ｒ７又はＲ８のうちの少なくとも１種は電子求引性部分を含む；
各Ａｋは、任意選択的に置換されたアルキレンである；
ｎ１、ｎ２、ｎ３、及びｎ４の各々は、独立して、１又はそれを超える整数である；
環ａ又は環ｂの各々は、任意選択的に置換され得る；及び
環ａ～ｂ、Ｒ７、及びＲ８のうちの１又は複数は、イオン化可能部分又はイオン性部分を任意選択的に含み得る。
いくつかの（例えば、本明細書のいずれかの構造について、例えば式（ＸＩＩ）の）実施形態では、Ｒ７は任意選択的に置換された脂肪族基を含む。一実施形態では、Ｒ７は任意選択的にアルキル基を含む。
いくつかの（例えば、本明細書のいずれかの構造について、例えば式（ＸＩＩ）の）実施形態では、電子求引性部分はハロアルキル基である。非限定的なハロアルキル基としては、フルオロアルキル（例えば、－ＣｘＦｙＨｚ）、パーフルオロアルキル（例えば、－ＣｘＦｙ）、クロロアルキル（例えば、－ＣｘＣｌｙＨｚ）、パークロロアルキル（例えば、－ＣｘＣｌｙ）、ブロモアルキル（例えば、－ＣｘＢｒｙＨｚ）、パーブロモアルキル（例えば、－ＣｘＢｒｙ）、ヨードアルキル（例えば、－ＣｘＩｙＨｚ）、又はパーヨードアルキル（例えば、－ＣｘＩｙ）が挙げられる。いくつかの実施形態では、ｘは１～６であり、ｙは１～１３であり、ｚは０～１２である。特定の実施形態では、ｚ＝２ｘ＋１－ｙである。他の実施形態では、ｘは１～６であり、ｙは３～１３であり、ｚは０（例えば、及びｙ＝２ｘ＋１）である。
第２の構造は、ポリフェニレンを含み得る。例えば、第２の構造は、以下のようなポリマーユニットを含み得る：
（ＸＩＩＩ）
又はその塩、ここで：
ｍは、１又はそれを超える整数である；及び
環ａ～ｉの各々は、任意選択的に置換され得る及び／又はイオン化可能部分又はイオン性部分を任意選択的に含み得る。
特定の実施形態では、イオン化可能／イオン性部分は、環ａ、ｂ、ｆ、ｇ、ｈ、又はｉのうちの１又は複数に存在する。いくつかの実施形態では、イオン性部分は、－ＬＡ－ＸＡを含むか又はそれであり、ここで、ＬＡは連結部分（例えば、任意選択的に置換された脂肪族、アルキレン、ヘテロ脂肪族、又はヘテロアルキレン）であり；ＸＡは、酸性部分、塩基性部分、多イオン性部分、カチオン性部分、又はアニオン性部分（例えば、アミノ、アンモニウムカチオン、ヘテロ環式カチオン、又は本明細書の他のものを含む）である。
第２の構造は、他のアリーレン含有モノマーユニットと任意選択的に組み合わされたポリベンズイミダゾールを含み得る。一例では、第２の構造は、以下から選択されるポリマーユニットを含み得る：
（ＸＩＶ）、
（ＸＶ）
又はその塩、ここで：
各Ｌは、独立して、連結部分である；
ｍは、１又はそれを超える整数である；及び
環ａ～ｆの各々は、任意選択的に置換され得る及び／又はイオン化可能部分又はイオン性部分を任意選択的に含み得る。
特定の実施形態では、環ａ及び／又はｂの窒素原子の各々は、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリール、イオン化可能部分、又はイオン性部分で置換されている。他の実施形態では、環ａ及び／又はｂの各々の１個の窒素原子は、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリール、イオン化可能部分、又はイオン性部分で置換されている。特定の実施形態では、イオン性部分は、－ＬＡ－ＸＡを含むか又はそれであり、ここで、ＬＡは連結部分（例えば、任意選択的に置換された脂肪族、アルキレン、又はヘテロ脂肪族、例えば、それらのＣ１～１２、Ｃ３～１２、Ｃ４～１２、又はＣ６～１２形態）であり；ＸＡは、酸性部分、塩基性部分、多イオン性部分、カチオン性部分、又はアニオン性部分（例えば、アミノ、アンモニウムカチオン、ヘテロ環式カチオン、又は本明細書の他のもの）である。
さらに他の実施形態では、連結部分（例えば、Ｌ）は共有結合、－Ｏ－、－ＳＯ２－、－Ｃ（Ｏ）－、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキレン（例えば、－ＣＲ２－、ここで、Ｒは、Ｈ、アルキル、又はハロアルキルである）、任意選択的に置換されたハロアルキレン、又は本明細書に記載されている任意の他の連結部分である。
他の第２の構造は、複数のアリーレン基を有するものを含む。いくつかの実施形態では、第２の構造は、以下から選択されるポリマーユニットを含む：
（ＸＶＩ）、
（ＸＶＩＩ）
又はその塩、ここで：
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、及びＬ４の各々は、独立して、連結部分である；
ｍは、１又はそれを超える整数である；及び
環ａ～ｅの各々は、任意選択的に置換され得る及び／又はイオン化可能部分又はイオン性部分を任意選択的に含み得る。
特定の実施形態では、環ａ～ｅのうちの少なくとも１種は、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリール、イオン化可能部分、又はイオン性部分で置換されている。いくつかの実施形態では、少なくとも環ａは、イオン化可能部分又はイオン性部分で置換されている。特定の実施形態では、イオン性部分は、－ＬＡ－ＸＡを含むか又はそれであり、ここで、ＬＡは連結部分（例えば、任意選択的に置換された脂肪族、アルキレン、ヘテロ脂肪族、又はヘテロアルキレン、例えば、それらのＣ１～１２、Ｃ１～６、Ｃ４～１２、又はＣ６～１２形態）であり；ＸＡは、酸性部分、塩基性部分、多イオン性部分、カチオン性部分、又はアニオン性部分（例えば、アミノ、アンモニウムカチオン、ヘテロ環式カチオン、又は本明細書の他のもの）である。
いくつかの実施形態では、連結部分（例えば、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、又はＬ４）は共有結合、－Ｏ－、－ＳＯ２－、－Ｃ（Ｏ）－、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキレン（例えば、－ＣＲ２－、ここで、Ｒは、Ｈ、アルキル、又はハロアルキルである）、任意選択的に置換されたハロアルキレン、任意選択的に置換されたアルキレンオキシ、任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族、任意選択的に置換されたヘテロアルキレン、又は本明細書に記載されている任意の他の連結部分である。
アリーレン含有基のセグメントも用いられ得る。例えば、第２の構造は、以下のようなポリマーユニットを含み得る：
（ＸＶＩＩＩ）、
又はその塩、ここで：
Ｌ１、Ｌ２、及びＬ３の各々は、独立して、連結部分である；
ｍ１、ｍ２、及びｍ３の各々は、独立して、１又はそれを超える整数である；
環ａ～ｃの各々は、任意選択的に置換され得る及び／又はイオン化可能部分又はイオン性部分を任意選択的に含み得る。
特定の実施形態では、環ａ～ｃのうちの少なくとも１種は、ハロ、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリール、イオン化可能部分、又はイオン性部分で置換されている。いくつかの実施形態では、環ａ～ｃのうちの少なくとも１種は、ハロ及び任意選択的に置換されたアルキルの両方で置換されている。他の実施形態では、環ａ～ｃのうちの少なくとも１種は、任意選択的に置換されたアルキル及びイオン化可能／イオン性部分の両方で置換されている。特定の実施形態では、イオン性部分は、－ＬＡ－ＸＡを含むか又はそれであり、ここで、ＬＡは連結部分（例えば、任意選択的に置換された脂肪族、アルキレン、ヘテロ脂肪族、又はヘテロアルキレン、例えば、それらのＣ１～１２、Ｃ１～６、Ｃ４～１２、又はＣ６～１２形態）であり；ＸＡは、酸性部分、塩基性部分、多イオン性部分、カチオン性部分、又はアニオン性部分（例えば、アミノ、アンモニウムカチオン、ヘテロ環式カチオン、又は本明細書の他のもの）である。
他の実施形態では、連結部分（例えば、Ｌ１、Ｌ２、又はＬ３）は共有結合、－Ｏ－、－ＳＯ２－、－Ｃ（Ｏ）－、任意選択的に置換されたアルキレン（例えば、－ＣＲ２－、ここで、Ｒは、Ｈ、アルキル、又はハロアルキルである）、又は本明細書に記載されている任意の他の連結部分である。さらに他の実施形態では、各連結部分（例えば、Ｌ１、Ｌ２、及びＬ３）は－Ｏ－である。
第２の構造は、ハロゲン化ポリマーユニットを含み得る。いくつかの実施形態では、第２の構造は、以下のようなポリマーユニットを含む：
（ＸＩＸ）、ここで、ｍは１又はそれを超える整数である。いくつかの実施形態では、１又は複数の水素又はフッ素原子は置換されて、イオン化可能部分又はイオン性部分を含み得る。特定の実施形態では、イオン性部分は、－ＬＡ－ＸＡ又は－ＬＡ－ＣＨ（－ＬＡ'－ＸＡ）－を含むか又はそれであり、ここで、ＬＡ及びＬＡ'の各々は、独立して、連結部分（例えば、任意選択的に置換された脂肪族、アルキレン、ヘテロ脂肪族、ヘテロアルキレン、芳香族、アリーレン、又は－Ａｒ－Ｌ－、ここで、Ａｒは任意選択的に置換されたアリーレンであり、Ａｋは任意選択的に置換されたアルキレンである）であり；ＸＡは、酸性部分、塩基性部分、多イオン性部分、カチオン性部分、又はアニオン性部分（例えば、アミノ、アンモニウムカチオン、ヘテロ環式カチオン、又は本明細書の他のもの）である。
他の実施形態では、第２の構造は、以下から選択されるポリマーユニットを含む：
（ＸＸ）、
（ＸＸＩ）、
（ＸＸＩＩ）
又はその塩、ここで：
Ｒ１及びＲ２の各々は、独立して、電子求引性部分、Ｈ、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族、任意選択的に置換されたヘテロアルキル、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリール、又は任意選択的に置換されたアリールアルキレンである；
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、及びＬ４の各々は、独立して、連結部分である；
ｍ１及びｍ２の各々は、独立して、１又はそれを超える整数である；及び
環ａは、任意選択的に置換され得る及び／又はイオン化可能部分又はイオン性部分を任意選択的に含み得る。
特定の実施形態では、環ａは、ハロ、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリール、イオン化可能部分、又はイオン性部分で置換されている。いくつかの実施形態では、環ａのうちの少なくとも１つは、任意選択的に置換されたアルキル及びイオン化可能／イオン性部分の両方で置換されている。特定の実施形態では、イオン性部分は、－ＬＡ－ＸＡを含むか又はそれであり、ここで、ＬＡは連結部分（例えば、任意選択的に置換された脂肪族、アルキレン、ヘテロ脂肪族、又はヘテロアルキレン）であり；ＸＡは、酸性部分、塩基性部分、多イオン性部分、カチオン性部分、又はアニオン性部分（例えば、アミノ、アンモニウムカチオン、ヘテロ環式カチオン、又は本明細書の他のもの）である。
他の実施形態では、連結部分（例えば、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、又はＬ４）は共有結合、－Ｏ－、－ＳＯ２－、－Ｃ（Ｏ）－、任意選択的に置換されたアルキレン（例えば、－ＣＲ２－、ここで、Ｒは、Ｈ、アルキル、又はハロアルキルである）、任意選択的に置換されたハロアルキレン、又は本明細書に記載されている任意の他の連結部分である。特定の実施形態では、Ｒ２はＨであり；Ｌ２及びＬ３の各々は、独立して、共有結合、任意選択的に置換されたアルキレン、又は任意選択的に置換されたアルキレンオキシである。Ｌ１は、任意選択的に置換されたアルキレン又は任意選択的に置換されたハロアルキレンであり得る。Ｌ４は、存在する場合、共有結合、－Ｏ－、任意選択的に置換されたアルキレン、又は任意選択的に置換されたアルキレンオキシであり得る。
第２の構造は、エポキシ由来又はビニルアルコール由来のポリマーユニットを含み得る。いくつかの実施形態では、第２の構造は、以下から選択されるポリマーユニットを含む：
（ＸＸＩＩＩ）、
（ＸＸＩＶ）、
（ＸＸＶ）、
（ＸＸＶＩ）、
（ＸＸＶＩＩ）
又はその塩、ここで：
Ｒ１及びＲ８の各々は、独立して、電子求引性部分、Ｈ、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族、任意選択的に置換されたヘテロアルキル、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリール、又は任意選択的に置換されたアリールアルキレンである；
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、及びＬ３の各々は、独立して、連結部分である；及び
ｍの各々は、独立して、１又はそれを超える整数である；
Ｒ８は、イオン化可能部分又はイオン性部分を任意選択的に含み得る。
特定の実施形態では、Ｒ８及び／又はイオン性部分は、－ＬＡ－ＸＡを含むか又はそれであり、ここで、ＬＡ及びＬＡ'の各々は、独立して、連結部分（例えば、任意選択的に置換された脂肪族、アルキレン、ヘテロ脂肪族、ヘテロアルキレン、芳香族、又はアリーレン）であり；ＸＡは、酸性部分、塩基性部分、多イオン性部分、カチオン性部分、又はアニオン性部分（例えば、アミノ、アンモニウムカチオン、ヘテロ環式カチオン、又は本明細書の他のもの）である。
いくつかの実施形態では、Ｒ１はＨであり：Ｌ１は、共有結合、－Ｏ－，－Ｃ（Ｏ）－、任意選択的に置換されたアルキレン、又は任意選択的に置換されたヘテロアルキレンを含む。いくつかの実施形態では、Ｒ８は、イオン化可能部分又はイオン性部分を含む。他の実施形態では、Ｌ２及びＬ３の各々は、独立して、共有結合、－Ｏ－、任意選択的に置換されたアルキレン、又は任意選択的に置換されたヘテロアルキレンである。
いくつかの実施形態では、第２の構造は、以下のようなポリマーユニットを含む：
（ＸＸＶＩＩＩ）
又はその塩、ここで：
Ｒ１及びＲ２の各々は、独立して、電子求引性部分、Ｈ、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族、任意選択的に置換されたヘテロアルキル、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリール、又は任意選択的に置換されたアリールアルキレンである；
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、及びＬ４の各々は、独立して、連結部分である；及び
ｍ１、ｍ２、及びｍ３の各々は、独立して、１又はそれを超える整数である。
特定の実施形態では、第２の構造中に存在する酸素原子は、アルカリドーパント（例えば、Ｋ＋）と会合し得る。他の実施形態では、連結部分（例えば、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、又はＬ４）は、任意選択的に置換されたアルキレン（例えば、－ＣＲ２－、ここで、Ｒは、Ｈ、アルキル、又はハロアルキルである）、任意選択的に置換されたヒドロキシアルキレン、又は本明細書に記載されている任意の他の連結部分である。
第２の構造は、ホスファゼン系ポリマーを含み得る。いくつかの実施形態では、第２の構造は、以下のようなポリマーユニットを含む：
（ＸＸＩＸ）
又はその塩、ここで：
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、及びＲ８の各々は、独立して、電子求引性部分、Ｈ、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族、任意選択的に置換されたヘテロアルキル、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリール、任意選択的に置換されたアリールオキシ、又は任意選択的に置換されたアリールアルキレンである；
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、及びＬ４の各々は、独立して、連結部分である；及び
ｍ１及びｍ２の各々は、独立して、１又はそれを超える整数である；
Ｒ８は、イオン化可能部分又はイオン性部分を任意選択的に含み得る。
特定の実施形態では、Ｒ８及び／又はイオン性部分は、－ＬＡ－ＸＡを含むか又はそれである、ここで、ＬＡは連結部分（例えば、任意選択的に置換された脂肪族、アルキレン、ヘテロ脂肪族、ヘテロアルキレン、芳香族、又はアリーレン）であり；ＸＡは、酸性部分、塩基性部分、多イオン性部分、カチオン性部分、又はアニオン性部分（例えば、ヘテロ環式カチオン、ホスホニウムカチオン、ホスファゼニウムカチオン、又は本明細書の他のもの）である。
いくつかの実施形態では、Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３の各々は、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリール、任意選択的に置換されたアリールオキシ、又は任意選択的に置換されたアリールアルキレンである。他の実施形態では、連結部分（例えば、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、又はＬ４）は共有結合、－Ｏ－、－ＳＯ２－、－Ｃ（Ｏ）－、任意選択的に置換されたアルキレン（例えば、－ＣＲ２－、ここで、Ｒは、Ｈ、アルキル、又はハロアルキルである）、任意選択的に置換されたハロアルキレン、又は本明細書に記載されている任意の他の連結部分である。
第２の構造は、ポリイミド系ポリマーを含み得る。いくつかの実施形態では、第２の構造は、以下から選択されるポリマーユニットを含む：
（ＸＸＸ）、
（ＸＸＸＩ）、
（ＸＸＸＩＩ）
及びその塩、ここで：
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、及びＬ３の各々は、独立して、連結部分である；
ｍは、１又はそれを超える整数である；及び
環ａ～ｅの各々は、任意選択的に置換され得る及び／又はイオン化可能部分又はイオン性部分を任意選択的に含み得る。
特定の実施形態では、環ａ～ｅのうちの少なくとも１種は、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリール、イオン化可能部分、又はイオン性部分で置換されている。いくつかの実施形態では、少なくとも環ｂ又はｃは、イオン化可能部分又はイオン性部分で置換されている。特定の実施形態では、イオン性部分は、－ＬＡ－ＸＡを含むか又はそれであり、ここで、ＬＡは連結部分（例えば、任意選択的に置換された脂肪族、アルキレン、ヘテロ脂肪族、又はヘテロアルキレン、例えば、それらのＣ１～１２、Ｃ１～６、Ｃ４～１２、又はＣ６～１２形態）であり；ＸＡは、酸性部分、塩基性部分、多イオン性部分、カチオン性部分、又はアニオン性部分（例えば、アミノ、アンモニウムカチオン、ヘテロ環式カチオン、又は本明細書の他のもの）である。
他の実施形態では、連結部分（例えば、Ｌ１、Ｌ２、又はＬ３）は共有結合、－Ｏ－、－ＳＯ２－、－Ｃ（Ｏ）－、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキレン（例えば、－ＣＲ２－、ここで、Ｒは、Ｈ、アルキル、又はハロアルキルである）、任意選択的に置換されたハロアルキレン、任意選択的に置換されたアルキレンオキシ、任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族、任意選択的に置換されたヘテロアルキレン、又は本明細書に記載されている任意の他の連結部分である。
第２の構造は、ポリエーテルを含み得る。非限定的な第２の構造としては、以下のようなポリマーユニットが挙げられ得る：
（ＸＸＸＩＩＩ）、ここで：
ｎは、１又はそれを超える整数である；及び
環ａは、任意選択的に置換され得る及び／又はイオン化可能部分又はイオン性部分を任意選択的に含み得る。環ａに対する非限定的な置換基としては、アリールについて本明細書に記載されている１又は複数、例えば、アルキル、アルコキシ、アルコキシアルキル、アミノ、アミノアルキル、アリール、アリールアルキレン、アリーロイル、アリールオキシ、アリールアルコキシ、シアノ、ヒドロキシ、ヒドロキシアルキル、ニトロ、ハロ、及びハロアルキルが挙げられる。
第２の構造は、芳香族であり得る。非限定的な第２の構造としては、以下のようなポリマーユニットが挙げられ得る：
（ＸＸＸＩＶ）、ここで、Ａｒは、任意選択的に置換されたアリーレン又は任意選択的に置換された芳香族であり；Ａｋは、任意選択的に置換されたアルキレン、任意選択的に置換されたハロアルキレン、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたヘテロアルキレン、又は任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族であり；Ｌは連結部分（例えば、本明細書に記載されているいずれか）であり；Ａｒ、Ｌ、又はＡｋは、１又は複数のイオン化可能又はイオン性部分で任意選択的に置換され得る。Ａｒの非限定的な例としては、例えば、フェニレン（例えば、１，４－フェニレン、１，３－フェニレンなど）、ビフェニレン（例えば、４，４'－ビフェニレン、３，３'－ビフェニレン、３，４'－ビフェニレンなど）、テルフェニレン（例えば、４，４'－テルフェニレン）、トリフェニレン、ジフェニルエーテル、アントラセン（例えば、９，１０－アントラセン）、ナフタレン（例えば、１，５－ナフタレン、１，４－ナフタレン、２，６－ナフタレン、２，７－ナフタレンなど）、テトラフルオロフェニレン（例えば、１，４－テトラフルオロフェニレン、１，３－テトラフルオロフェニレン）など、並びに本明細書に記載の他のものが挙げられる。Ａｒに対する非限定的な置換基としては、アリールについて本明細書に記載されている１又は複数、例えば、アルキル、アルコキシ、アルコキシアルキル、アミノ、アミノアルキル、アリール、アリールアルキレン、アリーロイル、アリールオキシ、アリールアルコキシ、シアノ、ヒドロキシ、ヒドロキシアルキル、ニトロ、ハロ、及びハロアルキルが挙げられる。
本明細書に記載されている任意の第２の構造については、ｍ、ｍ１、ｍ２、及びｍ３の各々は、独立して、１又はそれを超える整数である。本明細書の任意の実施形態（例えば、第２の構造について）では、連結部分（例えば、Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、及びＬ４）は、共有結合、－Ｏ－、－ＳＯ２－、－ＮＲＮ１－、－Ｃ（Ｏ）－、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキレン（例えば、－ＣＲ２－、ここで、Ｒは、Ｈ、アルキル、又はハロアルキルである）、任意選択的に置換されたハロアルキレン、任意選択的に置換されたヒドロキシアルキレン、任意選択的に置換されたアルキレンオキシ、任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族、任意選択的に置換されたヘテロアルキレン、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリーレン、任意選択的に置換されたアリーレンオキシ、任意選択的に置換されたヘテロ環、又は任意選択的に置換されたヘテロシクリルジイルであるか又はそれを含む。
本明細書に記載されている任意の第１又は第２の構造については、１又は複数のハロアルキル基が存在し得る（例えば、骨格群、アリール基、又は構造の別の部分に付着している）。非限定的なハロアルキル基としては、フルオロアルキル（例えば、－ＣｘＦｙＨｚ）、パーフルオロアルキル（例えば、－ＣｘＦｙ）、クロロアルキル（例えば、－ＣｘＣｌｙＨｚ）、パークロロアルキル（例えば、－ＣｘＣｌｙ）、ブロモアルキル（例えば、－ＣｘＢｒｙＨｚ）、パーブロモアルキル（例えば、－ＣｘＢｒｙ）、ヨードアルキル（例えば、－ＣｘＩｙＨｚ）、又はパーヨードアルキル（例えば、－ＣｘＩｙ）が挙げられる。いくつかの実施形態では、ｘは１～６であり、ｙは１～１３であり、ｚは０～１２である。特定の実施形態では、ｚ＝２ｘ＋１－ｙである。他の実施形態では、ｘは１～６であり、ｙは３～１３であり、ｚは０（例えば、及びｙ＝２ｘ＋１）である。
［さらなるポリマーユニット］
本明細書の組成物、第１の構造、及び第２の構造は、２又はそれを超えるポリマーユニットを含み得、これらは、互いに直接的又は間接的（例えば、連結部分によって）に付着されている。ポリマーユニットは、ホモポリマー、コポリマー、ブロックコポリマー、ポリマーブレンド、又は繰り返しモノマーユニットの他の有用な組み合わせであり得る。以下は、第１及び／又は第２の構造内で用いられ得る、さらなるモノマー及びポリマーユニットを提供する。
モノマーユニットは、任意選択的に置換された脂肪族基、任意選択的に置換された芳香族基、及びそれらの組み合わせを含み得る。非限定的なモノマーユニットとしては、任意選択的に置換されたアリーレン、任意選択的に置換されたアリーレンオキシ、任意選択的に置換されたアルキレン、又はそれらの組み合わせ、例えば、任意選択的に置換された（アリール）（アルキル）エン（例えば、－Ａｋ－Ａｒ－又は－Ａｋ－Ａｒ－Ａｋ－又は－Ａｒ－Ａｋ－、ここで、Ａｒは任意選択的に置換されたアリーレンであり、Ａｋは任意選択的に置換されたアルキレンである）が挙げられ得る。
さらに他のモノマーユニットは、
又は
を含み得、ここで、Ａｒは、任意選択的に置換されたアリーレン又は任意選択的に置換された芳香族であり；Ａｋは、任意選択的に置換されたアルキレン又は任意選択的に置換されたハロアルキレン、任意選択的に置換されたヘテロアルキレン、任意選択的に置換された脂肪族、又は任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族であり；Ｌは連結部分（例えば、本明細書に記載されているいずれか）であるか又は－Ｃ（Ｒ７）（Ｒ８）－であり得る。１又は複数のモノマーユニットは、１又は複数のイオン化可能又はイオン性部分（例えば、本明細書に記載されているように）で任意選択的に置換され得る。特定の実施形態では、少なくとも１種のモノマーユニットは、１又は複数のイオン化可能又はイオン性部分で置換されている。
１又は複数のモノマーユニットは組み合わされて、ポリマーユニットを形成し得る。非限定的なポリマーユニットは、以下のいずれかを含む：
又は
ここで、Ａｒは、任意選択的に置換されたアリーレン又は任意選択的に置換された芳香族であり、Ａｋは、任意選択的に置換されたアルキレン又は任意選択的に置換された脂肪族であり、Ｌは連結部分（例えば、本明細書に記載されているいずれか）であり、各ｎは、独立して、１又はそれを超える整数であり、各ｍは、独立して、０又は１又はそれを超える整数である。任意の数及び種類のモノマーユニットが組み合わされて、ポリマーユニットを形成し得る。
特定の実施形態では、ポリマーユニットは、１を超えるアリーレン基を含む。例えば、この構造
を有するポリマーユニットにおいて、ｎは１よりも大きいものであり得、及び／又はＡｒは２又はそれを超える芳香族又はアリーレン基を含み得る。そのような芳香族基の存在を使用して、組成物内に直鎖を構築し得る。
他の実施形態では、Ｌは、任意選択的に置換されたＣ１～６脂肪族、任意選択的に置換されたＣ１～６アルキレン、任意選択的に置換されたＣ１～６ヘテロアルキレンである。より短いリンカーは、自己環化反応を最小限にし得るので、短いリンカーの使用は、より広範囲なポリマーネットワークを提供し得る。
ポリマーユニットは、ユニットの環部分（例えば、芳香族又はアリーレン基によって提供されるように）又は直鎖部分（例えば、脂肪族又はアルキレン基によって提供されるように）に、１又は複数の置換を含み得る。非限定的な置換としては、低級の非置換アルキル（例えば、Ｃ１～６アルキル）、低級の置換されたアルキル（例えば、任意選択的に置換されたＣ１～６アルキル）、低級のハロアルキル（例えば、Ｃ１～６ハロアルキル）、ハロ（例えば、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、又はＩ）、非置換アリール（例えば、フェニル）、ハロ置換されたアリール（例えば、４－フルオロ－フェニル）、置換されたアリール（例えば、置換されたフェニル）などが挙げられ得る。
ポリマーユニットのいくつかの実施形態では、Ｌは、共有結合、－Ｏ－、－ＮＲＮ１－、－Ｃ（Ｏ）－、－ＳＯ２－、任意選択的に置換されたアルキレン（例えば、－ＣＨ２－又は－Ｃ（ＣＨ３）２－）、任意選択的に置換されたアルキレンオキシ、任意選択的に置換されたハロアルキレン（例えば、－ＣＦ２－又は－Ｃ（ＣＦ３）２－）、任意選択的に置換されたヘテロアルキレン、任意選択的に置換されたアリーレン、任意選択的に置換されたアリーレンオキシ、任意選択的に置換されたヘテロシクリルジイル、－ＳＯ２－ＮＲＮ１－Ａｋ－、－（Ｏ－Ａｋ）Ｌ１－ＳＯ２－ＮＲＮ１－Ａｋ－、－Ａｋ－、－Ａｋ－（Ｏ－Ａｋ）Ｌ１－、－（Ｏ－Ａｋ）Ｌ１－、－（Ａｋ－Ｏ）Ｌ１－、－Ｃ（Ｏ）Ｏ－Ａｋ－、－Ａｒ－、又は－Ａｒ－Ｏ－、並びにそれらの組み合わせである。特定の実施形態では、Ａｋは、任意選択的に置換されたアルキレン又は任意選択的に置換されたハロアルキレンであり；ＲＮ１は、Ｈ又は任意選択的に置換されたアルキル又は任意選択的に置換されたアリールであり；Ａｒは任意選択的に置換されたアリーレンであり；Ｌ１は１～３の整数である。
一例では、ポリマーサブユニットは、イオン性部分を欠き得る。代替的に、ポリマーサブユニットは、Ａｒ基、Ｌ基、Ａｒ及びＬ基の両方上のイオン性部分を含むか、又はＬ基の部分として統合され得る。イオン化可能及びイオン性部分の非限定的な例としては、本明細書に記載されているように、カチオン性、アニオン性、及び多イオン性基が挙げられる。
さらに他のポリマーユニットとしては、ポリ（ベンズイミダゾール）（ＰＢＩ）、ポリフェニレン（ＰＰ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリ（エチレンイミン）（ＰＥＩ）、スルホン化ポリイミド（ＳＰＩ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、スルホン化ポリスルホン（ＳＰＳＦ）、ポリ（エーテルエーテルケトン）（ＰＥＥＫ）、カーゴ群を有するＰＥＥＫ（ＰＥＥＫ－ＷＣ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、スルホン化ポリエーテルスルホン（ＳＰＥＳ）、スルホン化ポリ（エーテルエーテルケトン）（ＳＰＥＥＫ）、カーゴ群を有するＳＰＥＥＫ（ＳＰＥＥＫ－ＷＣ）、ポリ（ｐ－フェニレンオキシド）（ＰＰＯ）、スルホン化ポリフェニレンオキシド（ＳＰＰＯ）、エチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリ（エピクロロヒドリン）（ＰＥＣＨ）、ポリ（スチレン）（ＰＳ）、スルホン化ポリ（スチレン）（ＳＰＳ）、水素添加されたポリ（ブタジエン－スチレン）（ＨＰＢＳ）、スチレンジビニルベンゼンコポリマー（ＳＤＶＢ）、スチレン－エチレン－ブチレン－スチレン（ＳＥＢＳ）、スルホン化ビスフェノール－Ａ－ポリスルホン（ＳＰＳＵ）、ポリ（４－フェノキシベンゾイル－１，４－フェニレン）（ＰＰＢＰ）、スルホン化ポリ（４－フェノキシベンゾイル－１，４－フェニレン）（ＳＰＰＢＰ）、ポリ（ビニルアルコール）（ＰＶＡ）、ポリ（ホスファゼン）、ポリ（アリールオキシホスファゼン）、ポリエーテルイミド、並びにそれらの組み合わせが挙げられ得る。
［クロスリンカー］
材料内のさらなる架橋は、架橋試薬の使用によって促進され得る。例えば、組成物はポリマーユニットを含み得、架橋試薬を使用して、ポリマーユニット間に架橋を提供し得る。例えば、ポリマーユニット（Ｐ１及びＰ２）が脱離基を含む場合、ジアミン架橋試薬（例えば、Ｈ２Ｎ－Ａｋ－ＮＨ２）を使用して、脱離基を置き換え、組成物内のアミノ含有クロスリンカーを形成（例えば、それによってＰ１－ＮＨ－Ａｋ－ＮＨ－Ｐ２を形成する）することによって、ポリマーユニットと反応させ得る。そのようなクロスリンカーは、第１及び第２の構造の組み合わせの間（例えば、２個の第１の構造間、２個の第２の構造間、第１及び第２の構造間など）で形成され得る。クロスリンカーは、ポリマー組成物を形成することによって導入され得、次いで組成物を架橋試薬に曝露してクロスリンカーを形成する。
いくつかの場合、架橋試薬は、多価アミン、例えば、ジアミン、トリアミン、テトラアミン、ペンタアミンなどである。非限定的なアミン含有架橋試薬としては、
又は
又は
が挙げられ得、ここで、Ａｋは、任意選択的に置換された脂肪族又は任意選択的に置換されたアルキレンであり、Ａｒは、任意選択的に置換された芳香族又は任意選択的に置換されたアリーレンであり、Ｌは連結部分（例えば、本明細書のいずれか、例えば、共有結合、任意選択的に置換されたアルキレン、任意選択的に置換された脂肪族など）であり、Ｌ３は、２又はそれを超える（例えば、２、３、４、５、６、又はそれを超える）整数であり、ＲＮ１及びＲＮ２の各々は、独立して、Ｈ又は任意選択的に置換されたアルキルである。アミン含有リンカーのなおさらなる例としては、１，６－ジアミノヘキサン（ヘキサンジアミン）、１，４－ジアミノブタン、１，８－ジアミノオクタン、プロパン－１，２，３－トリアミン、［１，１'：３'，１''－テルフェニル］－４，４''，５'－トリアミンなどが挙げられる。
材料中に存在する官能基に依存して、架橋試薬には、求核基（例えば、アミン又はヒドロキシル）又は求電子基（例えば、カルボニル）が含まれ得る。したがって、非限定的な架橋試薬としては、アミン含有試薬、ヒドロキシル含有試薬、カルボン酸含有試薬、アシルハライド含有試薬、又は他のものが挙げられ得る。さらなる架橋試薬としては、
又は
又は
が挙げられ得、ここで、Ａｋは、任意選択的に置換された脂肪族又は任意選択的に置換されたアルキレンであり、Ａｒは、任意選択的に置換された芳香族又は任意選択的に置換されたアリーレンであり、Ｌは連結部分（例えば、本明細書のいずれか、例えば、共有結合、任意選択的に置換されたアルキレン、任意選択的に置換された脂肪族など）であり、Ｌ３は、２又はそれを超える（例えば、２、３、４、５、６、又はそれを超える）整数であり、Ｘは、ハロ、ヒドロキシル、任意選択的に置換されたアミノ、ヒドロキシル、カルボキシル、アシルハライド（例えば、－Ｃ（Ｏ）－Ｒ、ここでＲはハロである）、カルボキシアルデヒド（例えば、－Ｃ（Ｏ）Ｈ）、又は任意選択的に置換されたアルキルである。非限定的な架橋試薬としては、テレフタルアルデヒド、グルタルアルデヒド、オルト－キシレン、パラ－キシレン、又はメタ－キシレンが挙げられ得る。
架橋試薬を反応させた後、組成物は、組成物内に１又は複数のクロスリンカーを含み得る。架橋試薬が二価である場合、クロスリンカーは第１の構造、第２の構造、ポリマーユニット、及びイオン化可能／イオン性部分（例えば、２個のポリマーユニット間、２個のイオン化可能／イオン性部分間など）の任意の組み合わせの２個間に存在し得る。架橋試薬が三価又はそれを超えるｎ価である場合、クロスリンカーは数ｎ個のポリマーユニット、連結部分、イオン化可能部分、及び／又はイオン性部分の間に存在し得る。組成物中に存在する非限定的なクロスリンカーとしては、架橋試薬反応後に形成されるものが挙げられる。したがって、クロスリンカーの例としては、
又は
又は
が挙げられ得、ここで、Ａｋは、任意選択的に置換された脂肪族又は任意選択的に置換されたアルキレンであり、Ａｒは、任意選択的に置換された芳香族又は任意選択的に置換されたアリーレンであり、Ｌは連結部分（例えば、本明細書のいずれか、例えば、共有結合、任意選択的に置換されたアルキレン、任意選択的に置換された脂肪族など）であり、Ｌ３は、２又はそれを超える（例えば、２、３、４、５、６、又はそれを超える）整数であり、Ｘ'はＸの反応された形態である。いくつかの実施形態では、Ｘ'は存在しない、－Ｏ－、－ＮＲＮ１－、－Ｃ（Ｏ）－、又は－Ａｋ－であり、ここで、ＲＮ１は、Ｈ又は任意選択的に置換されたアルキルであり、Ａｋは、任意選択的に置換されたアルキレン、任意選択的に置換されたヘテロアルキレン、任意選択的に置換された脂肪族、又は任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族である。
［イオン化可能及びイオン性部分］
本明細書の組成物は、１又は複数のイオン化可能又はイオン性部分を含み得る。そのような部分は、例えば、イオン性部分では、アニオン性又はカチオン性電荷を含み得る。代替的に、イオン化可能部分は、イオン性部分に容易に変換され得る官能基、例えば、容易に脱プロトン化されて、カルボキシレートアニオン（－ＣＯ２ －）を形成し得る、カルボキシ基（－ＣＯ２Ｈ）のイオン化可能部分を含む。本明細書で使用される場合、用語「イオン化可能」及び「イオン性」は、互換的に使用される。
イオン化可能又はイオン性部分は、任意の有用な様式で組成物に提供され得る。一実施形態では、第１及び第２の構造のうちの少なくとも１種は、独立して、１又は複数のイオン化可能／イオン性部分を含む。別の実施形態では、第１及び第２の構造の両方は、独立して、１又は複数のイオン化可能／イオン性部分を含む。
部分は、酸性部分（例えば、脱プロトン化され得るか又は負の電荷を担持し得る部分）又は塩基性部分（例えば、プロトン化されるか又は正の電荷を担持し得る部分）として特徴付けられ得る。特定の実施形態では、部分は、多イオン性部分であり得、これは、複数の酸性部分、複数の塩基性部分、又はそれらの組み合わせ（例えば、双性イオン性部分においてなど）を含み得る。さらなる部分は、双性イオン部分、例えば、アニオン性部分（例えば、ヒドロキシル又は脱プロトン化されたヒドロキシル）及びカチオン性部分（例えば、アンモニウム）を含むものを含み得る。
本明細書のイオン性部分は、１又は複数の連結部分によって親構造に接続され得る。さらに、単一のイオン性部分は、単一の連結部分から伸長され得るか、又は複数のイオン性部分は、それらの間に１又は複数の連結部分を有し得る。
例えば、イオン性部分は、以下の構造のいずれかを有し得る：－ＬＡ－ＸＡ又は－ＬＡ－（ＬＡ'－ＸＡ）Ｌ２又は－ＬＡ－（ＸＡ－ＬＡ'－ＸＡ'）Ｌ２又は－ＬＡ－ＸＡ－ＬＡ'－ＸＡ'－ＬＡ"－ＸＡ"、ここで、各ＬＡ、ＬＡ'、及びＬＡ"は連結部分であり；各ＸＡ、ＸＡ'、及びＸＡ"は、独立して、酸性部分、塩基性部分、又は多イオン性部分を含み；Ｌ２は１、２、３、又はそれを超える（例えば、１～２０）整数である。
非限定的な連結部分（例えば、ＬＡ、ＬＡ'、及びＬＡ''）としては、共有結合、スピロ環式結合、－Ｏ－、－ＮＲＮ１－、－ＳＯ２－ＮＲＮ１－Ａｋ－、－（Ｏ－Ａｋ）Ｌ１－ＳＯ２－ＮＲＮ１－Ａｋ－、－Ａｋ－、－Ａｋ－（Ｏ－Ａｋ）Ｌ１－、－（Ｏ－Ａｋ）Ｌ１－、－（Ａｋ－Ｏ）Ｌ１－、－Ｃ（Ｏ）Ｏ－Ａｋ－、－Ａｒ－、又は－Ａｒ－Ｏ－が挙げられ、ここで、Ａｋは、任意選択的に置換されたアルキレン又は任意選択的に置換されたハロアルキレンであり、ＲＮ１は、Ｈ又は任意選択的に置換されたアルキルであり、Ａｒは任意選択的に置換されたアリーレンであり、Ｌ１は１～３の整数である。特定の実施形態では、ＬＡは、－（ＣＨ２）Ｌ１－、－Ｏ（ＣＨ２）Ｌ１－、－（ＣＦ２）Ｌ１－、－Ｏ（ＣＦ２）Ｌ１－、又は－Ｓ（ＣＦ２）Ｌ１－であり、ここで、Ｌ１は、１～３の整数である。
いくつかの場合、リンカーは、２又はそれを超えるイオン性部分に付着している。いくつかの実施形態では、イオン性部分は－ＬＡ－（ＬＡ'－ＸＡ）Ｌ２であり得、ここで、ＬＡ及びＬＡ'は連結部分であり、ＸＡは、酸性部分、塩基性部分、又は多イオン性部分である。一例では、ＬＡは、１、２、又は３個の連結を提供する。非限定的なＬＡは、－ＣＸ２（ＣＸ２－）、－ＣＸ（ＣＸ２－）２、又は－Ｃ（ＣＸ２－）３であり得、ここで、Ｘは、Ｈ、アルキル、又はハロである。ＬＡ'は、次いで、イオン性部分に付着点を提供し得る。例えば、ＬＡ１'は、－（ＣＨ２）Ｌ１－、－Ｏ（ＣＨ２）Ｌ１－、－（ＣＦ２）Ｌ１－、－Ｏ（ＣＦ２）Ｌ１－、又は－Ｓ（ＣＦ２）Ｌ１－であり得、ここで、Ｌ１は、１～３の整数であり；ＸＡは、本明細書に記載されている任意のイオン化可能又はイオン性部分である。
非限定的なイオン性部分としては、カルボキシ（－ＣＯ２Ｈ）、カルボキシレートアニオン（－ＣＯ２ －）、グアニジニウムカチオン（例えば、－ＮＲＮ１－Ｃ（＝ＮＲＮ２ＲＮ３）（ＮＲＮ４ＲＮ５）又は＞Ｎ＝Ｃ（ＮＲＮ２ＲＮ３）（ＮＲＮ４ＲＮ５））、又はその塩形態が挙げられる。ＲＮ１、ＲＮ２、ＲＮ３、ＲＮ４、及びＲＮ５の各々の非限定的な例は、独立して、Ｈ、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたアリール、任意選択的に置換されたアミノである；又はＲＮ１及びＲＮ２、ＲＮ２及びＲＮ３、ＲＮ３及びＲＮ４、ＲＮ１及びＲＮ２、又はＲＮ１及びＲＮ４は、本明細書で定義されているように、その各々が付着している窒素原子と一緒になって、任意選択的に置換されたヘテロシクリル、ヘテロ環、又はヘテロ環式カチオンを形成する。
いくつかのイオン性部分は、１又は複数の硫黄原子を含み得る。非限定的な硫黄含有部分としては、スルホ（－ＳＯ２ＯＨ）、スルホネートアニオン（－ＳＯ２Ｏ－）、スルホニウムカチオン（例えば、－ＳＲＳ１ＲＳ２）、スルフェート（例えば、－Ｏ－Ｓ（＝Ｏ）２（ＯＲＳ１））、スルフェートアニオン（－Ｏ－Ｓ（＝Ｏ）２Ｏ－）、又はその塩形態が挙げられる。ＲＳ１及びＲＳ２の各々の非限定的な例は、独立して、Ｈ、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたアリール、又は任意選択的に置換されたアミノである；又はＲＳ１及びＲＳ２は、本明細書で定義されているように、その各々が付着している硫黄原子と一緒になって、任意選択的に置換されたヘテロシクリル、ヘテロ環、又はヘテロ環式カチオンを形成する；又はＲＳ１及びＲＳ２は一緒になって、任意選択的に置換されたアルキレン又はヘテロアルキレン（例えば、本明細書に記載されているように）を形成する。
他のイオン性部分は、１又は複数のリン原子を含み得る。非限定的なリン含有部分としては、ホスホノ（例えば、－Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）２）、ホスホネートアニオン（例えば、－Ｐ（＝Ｏ）（Ｏ－）２又は－Ｐ（＝Ｏ）（ＯＨ）（Ｏ－））、ホスフェート（例えば、－Ｏ－Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲＰ１）（ＯＲＰ２）又は－Ｏ－［Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲＰ１）－Ｏ］Ｐ３－ＲＰ２）、ホスフェートアニオン（例えば、－Ｏ－Ｐ（＝Ｏ）（ＯＲＰ１）（Ｏ－）又は－Ｏ－Ｐ（＝Ｏ）（Ｏ－）２）、ホスホニウムカチオン（例えば、－Ｐ＋ＲＰ１ＲＰ２ＲＰ３）、ホスファゼニウムカチオン（例えば、－Ｐ＋（＝ＮＲＮ１ＲＮ２）ＲＰ１ＲＰ２が挙げられ、ここで、ＲＮ１及びＲＮ２の各々は、独立して、任意選択的に置換されたアルキル又は任意選択的に置換されたアリールである）、又はその塩形態である。ＲＰ１、ＲＰ２、及びＲＰ３の各々の非限定的な例は、独立して、Ｈ、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたアリール、又は任意選択的に置換されたアミノである；又はＲＰ１及びＲＰ２は、本明細書で定義されているように、その各々が付着しているリン原子と一緒になって、任意選択的に置換されたヘテロシクリル、ヘテロ環、又はヘテロ環式カチオンを形成する；又はＲＰ１及びＲＰ２及びＲＰ３は、本明細書で定義されているように、その各々が付着しているリン原子と一緒になって、任意選択的に置換されたヘテロシクリル、ヘテロ環、又はヘテロ環式カチオンを形成する；又は単、二重、又は非局在ｐｉ結合、ただし結合の組み合わせが四価のリンをもたらすことが条件である：又はＲＰ１、ＲＰ２、及びＲＰ３のうちの２種は一緒になって、任意選択的に置換されたアルキレン又はヘテロアルキレン（例えば、本明細書に記載されているように）を形成する。
さらに他のイオン性部分は、１又は複数の窒素原子を含み得る。非限定的な窒素含有部分としては、アミノ（例えば、－ＮＲＮ１ＲＮ２）、アンモニウムカチオン（例えば、－Ｎ＋ＲＮ１ＲＮ２ＲＮ３又は－Ｎ＋ＲＮ１ＲＮ２－）、ヘテロ環式カチオン（例えば、ピペリジニウム、１，１－ジアルキル－ピペリジニウム、ピロリジニウム、１，１－ジアルキル－ピロリジニウム、ピリジニウム、１－アルキルピリジニウム、（１，４－ジアザビシクロ［２．２．２］オクタン－１－イル）（ＤＡＢＣＯ）、４－アルキル－（１，４－ジアザビシクロ［２．２．２］オクタン－１－イル）など）、又はその塩形態が挙げられる。ＲＮ１、ＲＮ２、及びＲＮ３の各々の非限定的な例は、独立して、Ｈ、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたシクロアルキル、又は任意選択的に置換されたアリールである；又はＲＮ１及びＲＮ２は、本明細書で定義されているように、その各々が付着している窒素原子と一緒になって、任意選択的に置換されたヘテロシクリル、ヘテロ環、又はヘテロ環式カチオンを形成する；又はＲＮ１及びＲＮ２及びＲＮ３は、本明細書で定義されているように、その各々が付着している窒素原子と一緒になって、任意選択的に置換されたヘテロシクリル、ヘテロ環、又はヘテロ環式カチオンを形成する；又はＲＮ１、ＲＮ２、及びＲＮ３のうちの２種は一緒になって、任意選択的に置換されたアルキレン又はヘテロアルキレン（例えば、本明細書に記載されているように）を形成する；又は単、二重、又は非局在ｐｉ結合、ただし結合の組み合わせが四価の窒素をもたらすことが条件である。
さらに他のヘテロ環式カチオンとしては、ピペリジニウムカチオン、例えば、ジメチルピペリジニウム、メチルピペリジニウム（例えば、１－メチル－ピペリジニウム－１－イル）、エチルメチルピペリジニウム、エチルピペリジニウム（例えば、１－エチル－ピペリジニウム－１－イル）、プロピルメチルピペリジニウム、プロピルピペリジニウム（例えば、１－プロピル－ピペリジニウム－１－イル）、ブチルメチルピペリジニウム、ブチルピペリジニウム（例えば、１－ブチル－ピペリジニウム－１－イル）、ジエチルピペリジニウム、プロピルエチルピペリジニウム、ブチルエチルピペリジニウム、ブチルプロピルピペリジニウム、又はスピロ－１，１'－ビピペリジニウム；ピロリジニウムカチオン、例えば、ジメチルピロリジニウム、エチルメチルピロリジニウム、プロピルメチルピロリジニウム、ブチルメチルピロリジニウム、ジエチルピロリジニウム、プロピルエチルピロリジニウム、ブチルエチルピロリジニウム、ブチルプロピルピロリジニウム、スピロ－１，１'－ビピロリジニウム、スピロ－１－ピロリジニウム－１'－ピペリジニウム、又はスピロ－ピロリジニウム－１'－モルホリニウム；ピラゾリウムカチオン、例えば、ジメチルピラゾリウム、エチルメチルピラゾリウム、又はブチルメチルピラゾリウム；イミダゾリウムカチオン、例えば、３－アルキルイミダゾリウム、１，２－ジアルキルイミダゾリウム、例えば、１，２－ジメチル－１Ｈ－イミダゾ－ル－３－イウム；１個の窒素及び５又は６個の炭素環員を有するもの、例えば、ピリジニウム、２－メチルピリジニウム、３－メチルピリジニウム、４－メチルピリジニウム、２，６－ジメチルピリジニウム、キノリニウム、イソキノリニウム、アクリジニウム、又はフェナントリジニウム；２個の窒素及び４個の炭素環員を有するもの、例えば、ピリダジニウム、ピリミジニウム、ピラジニウム又はフェナジニウム；又は１個の窒素及び１個の酸素環員を有するもの、例えば、モルホリニウム、２－メチルモルホリニウム、又は３－メチルモルホリニウムが挙げられる。
ヘテロ環式カチオンのいずれかは、ポリマーに直接的又は間接的に（例えば、リンカー又は連結部分によって）のいずれかで付着され得る。さらに、ヘテロ環式カチオン内（例えば、ヘテロ環式カチオンの環内）の任意の原子は、ポリマーに付着され得る。例えば、非限定的なヘテロ環式カチオンとしてピペリジニウムを取ると、そのようなカチオンは、カチオン性中心によって又は環内の原子によって、ポリマーに付着され得、そのような付着は共有結合によって直接又はＬＡ（本明細書に記載されているいずれかなどの連結部分）によって間接的であり得る：
（ピぺリジン－１－イウム－１－イル）、
（ＬＡによって付着されたピぺリジン－１－イウム－１－イル）、
（ピぺリジン－１－イウム－４－イル）、又は
（ＬＡによって付着されたピぺリジン－１－イウム－４－イル）。
ピぺリジン－１－イウムの１－又は４位での付着に加え、他の付着部位が環の任意の点で実装され得る。
いくつかの実施形態では、ヘテロ環式カチオンは、ピペリジニウムカチオン又はアゼパニウムカチオンであるか又はそれを含む。一実施形態では、ヘテロ環式カチオンは、以下の構造
又は
を含み、ここで：
ＲＮ１は、Ｈ、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族、任意選択的に置換されたヘテロアルキル、任意選択的に置換された芳香族、又は任意選択的に置換されたアリールである；
ｎは、１、２、３、４、又は５である；及び
各Ｒａは、独立して、Ｈ、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族、任意選択的に置換されたヘテロアルキル、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリール、イオン化可能部分、又はイオン性部分である；
ＲＮ１及び少なくとも１個のＲａは一緒になって、任意選択的に置換された環状基又は任意選択的に置換されたヘテロ環式基を形成し得る、及び／又は
少なくとも２個のＲａ基は一緒になって、任意選択的に置換された環状基又は任意選択的に置換されたヘテロ環式基を形成し得る。
一例では、ＲＮ１及びＲａは一緒になって、任意選択的に置換されたアルキレン基又は任意選択的に置換されたヘテロアルキレン基を形成し得る。特定の実施形態では、アルキレン又はヘテロアルキレン基は、独立して、１又は複数のイオン化可能部分又はイオン性部分（例えば、本明細書に記載されているいずれか）で置換されている。
別の場合では、少なくとも１個のＲａは、任意選択的に置換された脂肪族又は任意選択的に置換されたアルキルである。Ｒａの非限定的な例としては、メチル、エチル、ｎ－プロピル、イソプロピル、ｎ－ブチル、ｓｅｃ－ブチル、イソブチル、ｔｅｒｔ－ブチル、ｎ－ペンチル、ｓｅｃ－ペンチル、イソペンチル、ｔｅｒｔ－ペンチル、ネオペンチル、３－ペンチル、ｓｅｃ－イソペンチルなどが挙げられる。他の実施形態では、ヘテロ環式カチオンは、Ｈではない、１、２、３、４、５、又は６個のＲａ基を有する環を有する。さらに他の実施形態では、ヘテロ環式カチオンは、独立して、任意選択的に置換された脂肪族又は任意選択的に置換されたアルキルである、１、２、３、４、５、又は６個のＲａ基を有する環を有する。機序によって限定されることを望むものではないが、嵩高い置換基の存在は、より安定なカチオンを提供し得る。他の実施形態では、本明細書の任意のイオン化可能部分又はイオン性部分は、１又は複数のＲａ基で置換され得る。
さらに他の非限定的ピペリジニウムカチオン又はアゼパニウムカチオンは以下のいずれかを含む：
など。
他の部分としては、－ＬＡ－ＬＡ'－ＸＡが挙げられ得、ここで、ＬＡは、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリーレン、任意選択的に置換されたヘテロ環、又は任意選択的に置換されたヘテロシクリル（例えば、任意選択的に置換されたフェニレン又は任意選択的に置換されたアリーレンオキシ）であるか又はそれを含み；ＬＡ'は、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキレン、任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族、又は任意選択的に置換されたヘテロアルキレン（例えば、任意選択的に置換されたＣ１～６アルキレン又は任意選択的に置換されたＣ１～６ヘテロアルキレン）であるか又はそれを含み、ＸＡは、１又は複数の窒素原子を含む、イオン性部分であるか又はそれを含む。非限定的なイオン性部分としては、ピリジニウム（例えば、ピリジニウム－１－イル、Ｐｙｒｄ；アルキルピリジニウム、例えば、２－メチルピリジニウム－１－イル、２ＭＰｙｒｄ；又は芳香族ピリジニウム、例えば、１－ベンジルピリジニウム－４－イル）、イミダゾリウム（例えば、１，２－ジメチルイミダゾリウム－３－イルを含む１，２－ジアルキルイミダゾリウム－３－イル（１，２－ＤＭｉｍ））、４－アザ－１－アゾニアビシクロ［２．２．２］オクタン－１－イル（又は１，４－ジアザビシクロ［２．２．２］オクタン（ＤＡＢＣＯ）カチオン）、４－アルキル－１，４－ジアゾニアビシクロ［２．２．２］オクタン－１－イル（例えば、４－メチル－１，４－ジアゾニアビシクロ［２．２．２］オクタン－１－イル（ＭＡＡＢＣＯ）カチオン）、４－ベンジル－１，４－ジアゾニアビシクロ［２．２．２］オクタン－１－イル（又は１－ベンジル－１，４－ジアゾニアビシクロ［２．２．２］オクタン（ＢＡＢＣＯ）カチオン）、脂肪族アンモニウム（例えば、ヘキシルジメチルアンモニウム－１－イル（ＤＭＨＡ）、ジシクロヘキシルメチルアンモニウム－１－イル（ＭＣＨ）、メチルジ－ｎ－プロピルアンモニウム－１－イル（ＭｎＰｒ）、トリメチルアンモニウム－１－イル（ＴＭＡ）、又はトリエチルアンモニウム－１－イル（ＴＥＡ））、芳香族アンモニウム、（例えば、ジアルキルベンジルアンモニウム、例えば、ベンジルジメチルアンモニウム－１－イル、ベンジルジエチルアンモニウム－１－イル、ベンジルヘキシルメチルアンモニウム－１－イル、ベンジルジ－ｎ－プロピルアンモニウム－１－イル、ベンジルメチル－ｎ－プロピルアンモニウム－１－イル、ベンジルジシクロヘキシルアンモニウム－１－イル、ベンジルシクロヘキシルメチルアンモニウム－１－イル、（３－ニトロベンジル）ジメチルアンモニウム－１－イル、又は（３－メトキシベンジル）ジメチルアンモニウム－１－イル；又はジアルキル（フェニルアルキル）アンモニウム、例えば、ジメチル（フェニルヘキシル）アンモニウム－１－イル）、及びピペリジニウム（例えば、脂肪族ピペリジニウム、例えば、１－メチル－ピペリジニウム－１－イル（Ｍｅｐｉｐ）、１，２－ジアルキル－ピペリジニウム、又は１，２－ジメチル－ピペリジニウム－４－イル（ＤＭＰ）；又は芳香族ピペリジニウム、例えば、１－ベンジル－１－メチル－ピペリジニウム－４－イル（ＢＭＰ）、並びに本明細書に記載されている任意のピペリジニウムカチオン）が挙げられる。
さらに他の部分としては、－ＬＡ－ＸＡが挙げられ得、ここで、ＬＡは、共有結合（スピロ環式結合を含む）、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキレン、任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族、任意選択的に置換されたヘテロアルキレン、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリーレン、任意選択的に置換されたヘテロ環、又は任意選択的に置換されたヘテロシクリル（例えば、任意選択的に置換されたＣ１～６アルキレン、任意選択的に置換されたＣ１～６ヘテロアルキレン、任意選択的に置換されたフェニレン、又は任意選択的に置換されたアリーレンオキシ）であり、ＸＡは、１又は複数の窒素原子を含むイオン性部分であるか又はそれを含む。非限定的なイオン性部分としては、ピリジニウム（例えば、ピリジニウム－１－イル、Ｐｙｒｄ；アルキルピリジニウム、例えば、２－メチルピリジニウム－１－イル、２ＭＰｙｒｄ；又は芳香族ピリジニウム、例えば、１－ベンジルピリジニウム－４－イル）、イミダゾリウム（例えば、１，２－ジメチルイミダゾリウム－３－イルを含む１，２－ジアルキルイミダゾリウム－３－イル（１，２－ＤＭｉｍ））、４－アザ－１－アゾニアビシクロ［２．２．２］オクタン－１－イル（又は１，４－ジアザビシクロ［２．２．２］オクタン（ＤＡＢＣＯ）カチオン）、４－アルキル－１，４－ジアゾニアビシクロ［２．２．２］オクタン－１－イル（例えば、４－メチル－１，４－ジアゾニアビシクロ［２．２．２］オクタン－１－イル（ＭＡＡＢＣＯ）カチオン）、４－ベンジル－１，４－ジアゾニアビシクロ［２．２．２］オクタン－１－イル（又は１－ベンジル－１，４－ジアゾニアビシクロ［２．２．２］オクタン（ＢＡＢＣＯ）カチオン）、脂肪族アンモニウム（例えば、ヘキシルジメチルアンモニウム－１－イル（ＤＭＨＡ）、ジシクロヘキシルメチルアンモニウム－１－イル（ＭＣＨ）、メチルジ－ｎ－プロピルアンモニウム－１－イル（ＭｎＰｒ）、トリメチルアンモニウム－１－イル（ＴＭＡ）、又はトリエチルアンモニウム－１－イル（ＴＥＡ））、芳香族アンモニウム（例えば、ジアルキルベンジルアンモニウム、例えば、ベンジルジメチルアンモニウム－１－イル、ベンジルジエチルアンモニウム－１－イル、ベンジルヘキシルメチルアンモニウム－１－イル、ベンジルジ－ｎ－プロピルアンモニウム－１－イル、ベンジルメチル－ｎ－プロピルアンモニウム－１－イル、ベンジルジシクロヘキシルアンモニウム－１－イル、ベンジルシクロヘキシルメチルアンモニウム－１－イル、（３－ニトロベンジル）ジメチルアンモニウム－１－イル、又は（３－メトキシベンジル）ジメチルアンモニウム－１－イル；又はジアルキル（フェニルアルキル）アンモニウム、例えば、ジメチル（フェニルヘキシル）アンモニウム－１－イル）、及びピペリジニウム（例えば、脂肪族ピペリジニウム、例えば、１－メチル－ピペリジニウム－１－イル、１，２－ジアルキル－ピペリジニウム、又は１，２－ジメチル－ピペリジニウム－４－イル（ＤＭＰ）；又は芳香族ピペリジニウム、例えば、１－ベンジル－１－メチル－ピペリジニウム－４－イル（ＢＭＰ）、並びに本明細書に記載されている任意のピペリジニウムカチオン）が挙げられる。
そのような部分は、１又は複数のカウンターイオンと会合し得る。例えば、カチオン性部分は、１又は複数のアニオン性カウンターイオンと会合し得、アニオン性部分は、１又は複数のカチオン性カウンターイオンと会合し得る。
［アリーレン基］
本明細書の特定の部分（例えば、ポリマーユニット、連結部分、及びその他）は、任意選択的に置換されたアリーレンを含み得る。そのようなアリーレン基は、１又は複数の芳香族基を有する任意の多価（例えば、二価、三価、四価など）基を含み、これはヘテロ芳香族基を含み得る。非限定的な芳香族基は、以下のいずれかを含み得る：
ここで、環ａ～ｉの各々は、（例えば、アルキル又はアリールについて本明細書に記載されている任意の置換基で；又は本明細書に記載されている任意のイオン性部分で）任意選択的に置換され得；Ｌ'は連結部分（例えば、本明細書に記載されているいずれか）であり；Ｒ'及びＲ"の各々は、独立して、又は本明細書に記載されているように、Ｈ、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたアリール、又はイオン性部分である。環ａ～ｉに対する非限定的な置換基としては、アリールについて本明細書に記載されている１又は複数、例えば、アルキル、アルコキシ、アルコキシアルキル、アミノ、アミノアルキル、アリール、アリールアルキレン、アリーロイル、アリールオキシ、アリールアルコキシ、シアノ、ヒドロキシ、ヒドロキシアルキル、ニトロ、ハロ、及びハロアルキルが挙げられる。いくつかの実施形態では、Ｌ'は、共有結合、－Ｏ－、－ＮＲＮ１－、－Ｃ（Ｏ）－、任意選択的に置換されたアルキレン、任意選択的に置換されたヘテロアルキレン、又は任意選択的に置換されたアリーレンである。
さらに他の非限定的なアリーレンとしては、フェニレン（例えば、１，４－フェニレン、１，３－フェニレンなど）、ビフェニレン（例えば、４，４'－ビフェニレン、３，３'－ビフェニレン、３，４'－ビフェニレンなど）、テルフェニレン（例えば、４，４'－テルフェニレン）、９，１０－アントラセン、ナフタレン（例えば、１，５－ナフタレン、１，４－ナフタレン、２，６－ナフタレン、２，７－ナフタレンなど）、テトラフルオロフェニレン（例えば、１，４－テトラフルオロフェニレン、１，３－テトラフルオロフェニレン）などが挙げられ得る。
アリーレンに対する連結部分の非限定的な例としては、本明細書のいずれかが挙げられる。いくつかの実施形態では、Ｌ'は、本明細書に記載されている、置換された１又は複数のイオン化可能又はイオン性部分である。特定の実施形態では、Ｌ'は任意選択的に置換されたアルキレンである。Ｌ'に対するの非限定的な置換としては、－ＬＡ－ＸＡが挙げられ得、ここで、ＬＡは連結部分（例えば、本明細書に記載されているいずれか、例えば、－Ａｋ－、－Ｏ－Ａｋ－、－Ａｋ－Ｏ－、－Ａｒ－、－Ｏ－Ａｒ－、又は－Ａｒ－Ｏ－、ここで、Ａｋは任意選択的に置換されたアルキレンであり、Ａｒは任意選択的に置換されたアリーレンである）であり、ＸＡは、酸性部分、塩基性部分、又は多イオン性部分である。
［連結部分］
本明細書の特定の化学的機能部は、親構造及び別の部分（例えば、イオン性部分）の間又は２（又はそれを超える）他の部分の間のいずれかに連結部分を含み得る。連結部分（例えば、Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、ＬＡ、ＬＡ'、ＬＡ"、ＬＢ'、ＬＢ"、Ｌ８Ａ、及び他のもの）は、任意の有用な多価基、例えば、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族、任意選択的に置換された芳香族、又は任意選択的に置換されたヘテロ芳香族の多価形態であり得る。
非限定的な連結部分（例えば、Ｌ）としては、共有結合、スピロ環式結合、－Ｏ－、－ＮＲＮ１－、－Ｃ（Ｏ）－、－Ｃ（Ｏ）Ｏ－、－ＯＣ（Ｏ）－、－ＳＯ２－、任意選択的に置換されたアルキレン、任意選択的に置換されたアルキレンオキシ、任意選択的に置換されたハロアルキレン、任意選択的に置換されたヘテロアルキレン、任意選択的に置換されたアリーレン、任意選択的に置換されたアリーレンオキシ、任意選択的に置換されたヘテロシクリルジイル、－ＳＯ２－ＮＲＮ１－Ａｋ－、－（Ｏ－Ａｋ）Ｌ１－ＳＯ２－ＮＲＮ１－Ａｋ－、－Ａｋ－、－Ａｋ－（Ｏ－Ａｋ）Ｌ１－、－（Ｏ－Ａｋ）Ｌ１－、－（Ａｋ－Ｏ）Ｌ１－、－Ｃ（Ｏ）Ｏ－Ａｋ－、－Ａｒ－、又は－Ａｒ－Ｏ－、並びにそれらの組み合わせが挙げられる。特定の実施形態では、Ａｋは、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキレン、又は任意選択的に置換されたハロアルキレンであり；ＲＮ１は、Ｈ又は任意選択的に置換されたアルキル又は任意選択的に置換されたアリールであり；Ａｒは、任意選択的に置換された芳香族又は任意選択的に置換されたアリーレンであり；Ｌ１は１～３の整数である。
いくつかの実施形態では、連結部分は、－（ＣＨ２）Ｌ１－、－Ｏ（ＣＨ２）Ｌ１－、－（ＣＦ２）Ｌ１－、－Ｏ（ＣＦ２）Ｌ１－、又は－Ｓ（ＣＦ２）Ｌ１－であり、ここで、Ｌ１は１～３の整数である。他の実施形態では、連結部分は、－Ａｋ－Ｏ－Ａｒ－Ａｋ－Ｏ－Ａｋ－又は－Ａｋ－Ｏ－Ａｒ－であり、ここで、Ａｋは、任意選択的に置換されたアルキレン又は任意選択的に置換されたハロアルキレンであり、Ａｒは任意選択的に置換されたアリーレンである。Ａｒに対する非限定的な置換基としては、－ＳＯ２－Ｐｈが挙げられ、ここで、Ｐｈは非置換又は１又は複数のハロで置換され得る。
［ポリマーを作製する方法］
本開示はまた、ポリマーを作製する方法を包含する。１つの非限定的な方法は、反応性基（例えば、ハロ又は別の脱離基）を有する最初のポリマーを形成する段階及び反応性基をイオン性部分で置換し、それによってイオン性ポリマーを提供する段階を含み得る。任意の有用な合成スキーム、例えば、そのようなイオン化可能／イオン性部分を導入するためのスルホン化又は酸化、そのようなイオン化可能／イオン性部分を有するモノマーを用いた触媒重合によって、そのようなイオン化可能又はイオン性部分を提供するように用いられ得る。
さらなるステップには、イオン性ポリマー中に存在するカウンターイオンを、別のカウンターイオンと交換すること（例えば、ハライドカウンターイオンをヒドロキシドカウンターイオンと交換すること）が含まれ得る。なお他のステップには、イオン性ポリマーを架橋試薬に曝露して、ポリマーユニット、イオン化可能部分、又はイオン性部分の組み合わせ間に１又は複数のクロスリンカーを形成することが含まれ得る。
最初のポリマーは、任意の有用な様式で形成される、ホモポリマー又はコポリマーであり得る。一実施形態では、方法は、１又は複数のポリマーユニット（又はモノマーユニット）を提供し、それによってポリマーを形成する段階を含む。特定の実施形態では、Ｆｒｉｅｄｅｌ－Ｃｒａｆｔｓアルキル化剤を用いて、モノマーユニット（例えば、同じ又は異なるモノマーユニット）間を反応させる。例えば、Ｆｒｉｅｄｅｌ－Ｃｒａｆｔｓアルキル化剤は、電子求引性部分及び反応性基を有するカルボカチオン中間体を提供し得、ここで、カルボカチオン中心はモノマーユニットのアリール基と反応する。結果として生じる最初のポリマーは、次いで、ポリマーに付着した、電子求引性部分（例えば、式（Ｉ）のＲ７）及び反応性基を含み得る。
［スキーム１］
スキーム１は、ポリマーを作製するための非限定的な反応スキームを提供する。反応は、第１の構造剤（１）を第２の構造剤（２）と提供することにより進み得、各々は、任意選択的に置換されたアリーレン（－Ａｒ１－又は－Ａｒ２－）及び脱離基（ＬＧ、例えばＨ）を有する。任意の強酸（例えば、メタンスルホン酸）の存在下で非限定的なＦｒｉｅｄｅｌ－Ｃｒａｆｔｓアルキル化剤（３）も提供され、これを用いて、モノマーユニット（１及び２によって提供される）間を反応させ得る。例えば、Ｆｒｉｅｄｅｌ－Ｃｒａｆｔｓアルキル化剤は、ハロアルキル又は他の電子求引性部分（例えば、Ｒ７）、及び連結部分（ＬＡ）によってカルボニル炭素に付着している反応性基（ＲＧ、例えばハロ）を有するカルボカチオン中間体を提供し得る。求電子付加反応後、結果として生じる最初のポリマー（４）は、電子求引性部分（例えば、Ｒ７）及びアリーレン基（－Ａｒ１－及び－Ａｒ２－）の近位の炭素に、連結部分ＬＡによって付着された反応性基（ＲＧ）を含む。
さらなる反応は、反応性基ＲＧを例示的なイオン化可能試薬（５）で置換し、それによってイオン性部分（－ＸＡ＋）を有するイオン性ポリマー（６）を提供することを含み得る。さらに別のステップは、イオン性ポリマー（６）中に存在するカウンターイオン（ＲＧ－）を別のカウンターイオン（Ａ－）（７）と交換し、それによってさらなるイオン性ポリマー（８）を提供することを含み得る。見られ得るように、イオン性ポリマー（８）は、非限定的な第１の構造（Ｓ１）及び非限定的な第２の構造（Ｓ２）を含む。
他のステップは、最初のポリマー（４）又はイオン性ポリマー（６、８）を架橋試薬に曝露して、ポリマーユニット、イオン化可能部分、又はイオン性部分の組み合わせ間で１又は複数のクロスリンカーを形成することを含み得る。
［スキーム２］
スキーム２は、ポリマーを作製するための別の非限定的な反応スキームを提供する。反応は、任意選択的に置換されたアリーレン（－Ａｒ１－）及び脱離基（ＬＧ、例えばＨ）を有する第１の構造剤（９）をカルボニル炭素及びＳ２'部分（例えば、ヘテロ環又は環状脂肪族基）を有する第２の構造剤（１０）を提供することによって進み得る。任意の強酸（例えば、メタンスルホン酸）の存在下で非限定的なＦｒｉｅｄｅｌ－Ｃｒａｆｔｓアルキル化剤（３）も提供され、これを用いて、モノマーユニット（９によって提供される）間を反応させ得る。例えば、Ｆｒｉｅｄｅｌ－Ｃｒａｆｔｓアルキル化剤は、電子求引性部分（例えば、Ｒ７）、及び連結部分（ＬＡ）によってカルボニル炭素に付着している反応性基（ＲＧ、例えばハロ）を有するカルボカチオン中間体を提供し得る。ここで、（１０）及び（３）中の両方のカルボニル炭素は、薬剤（９）によって提供されるアリール基Ａｒ１への求電子付加のためのカルボカチオン反応性中間体を提供し得る。求電子付加反応後、結果として生じる最初のポリマー（１１）は、電子求引性部分（例えば、Ｒ７）、及びアリーレン基（－Ａｒ１－）の近位の炭素に、連結部分ＬＡによって付着された反応性基（ＲＧ）、並びにアリーレン基（－Ａｒ１－）の近位にＳ２'部分を含む。このようにして、コポリマーは、第１及び第２の構造の両方において、同じアリーレン部分（－Ａｒ－）を含み得る。
さらなる反応は、反応性基ＲＧを例示的なイオン化可能試薬（５）で置換し、それによってイオン性部分（－ＸＡ＋）を有するイオン性ポリマー（１２）を提供することを含み得る。さらに別のステップは、イオン性ポリマー（１２）中に存在するカウンターイオン（ＲＧ－）を別のカウンターイオン（Ａ－）（７）と交換し、それによってさらなるイオン性ポリマー（１３）を提供することを含み得る。見られ得るように、イオン性ポリマー（１３）は、非限定的な第１の構造（Ｓ１）及び非限定的な第２の構造（Ｓ２）を含む。他のステップは、最初のポリマー（１１）又はイオン性ポリマー（１２，１３）を架橋試薬に曝露して、ポリマーユニット、イオン化可能部分、又はイオン性部分の組み合わせ間で１又は複数のクロスリンカーを形成することを含み得る。
［スキーム３］
代替的に、コポリマーがまず形成され得、次いで、イオン化可能又はイオン性部分を提供するために官能化され得る。スキーム３は、ポリマーを作製するための非限定的な反応スキームを提供する。反応は、任意選択的に置換されたアリーレン（－Ａｒ１－又は－Ａｒ２－）、電子求引性部分（例えば、Ｒ７）、及び連結部分（ＬＡ）によって炭素に付着している反応性基（ＲＧ、例えばハロ）を有する最初のポリマー（１４）を提供することによって進み得る。ハロゲン化水素酸（例えば、ＨＺ（１６）、例えば、ＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＩ、又はＨＦ）及び触媒（例えば、ルイス酸、例えば、ＺｎＣｌ２又はＡｌＣｌ３）の存在下で非限定的なアルキル化剤（例えば、ホルムアルデヒド１５）も提供され、これを用いて、アリール基Ａｒ１及びＡｒ２（１４によって提供される）と反応させ得る。ここで、（１５）のカルボニル炭素は、アリール基Ａｒ１及びＡｒ２への求電子付加のためのカルボカチオン反応性中間体を提供し得る。求電子付加反応及びハライド（Ｚ）付加後、結果として生じる最初のポリマー（１７）は、アリール基にハロメチル（－ＣＨ２Ｘ）基を含む。
さらなる反応は、ハロ基Ｚ及び反応性基ＲＧを例示的なイオン化可能試薬（５）で置換し、それによってイオン性部分（－ＸＡ＋）を有するイオン性ポリマー（１８）を提供することを含み得る。さらに別のステップは、イオン性ポリマー（１８）中に存在するカウンターイオン（ＲＧ－）を別のカウンターイオン（Ａ－）（７）と交換し、それによってさらなるイオン性ポリマー（１９）を提供することを含み得る。見られ得るように、イオン性ポリマー（１９）は、非限定的な第１の構造（Ｓ１）及び非限定的な第２の構造（Ｓ２）を含む。他のステップは、最初のポリマー（１４、１７）又はイオン性ポリマー（１８，１９）を架橋試薬に曝露して、ポリマーユニット、イオン化可能部分、又はイオン性部分の組み合わせ間に１又は複数のクロスリンカーを形成することを含み得る。
［スキーム４］
スキーム４は、ポリマーを作製するための別の非限定的な反応スキームを提供する。反応は、任意選択的に置換されたアリーレン（－Ａｒ１－又は－Ａｒ２－）、電子求引性部分（例えば、Ｒ７）、及び連結部分（ＬＡ）によって炭素に付着している反応性基（ＲＧ、例えばハロ）を有する最初のポリマー（１４）を提供することによって進み得る。任意の強酸（例えば、メタンスルホン酸）の存在下で非限定的なＦｒｉｅｄｅｌ－Ｃｒａｆｔｓアルキル化剤（２０）も提供され、これを用いて、アリール基Ａｒ１及びＡｒ２（１４によって提供される）を反応させ得る。例えば、Ｆｒｉｅｄｅｌ－Ｃｒａｆｔｓアルキル化剤は、脱離基（ＬＧ、例えばヒドロキシル）、及び連結部分（ＬＡ）によって一緒に付着している反応性基（ＲＧ、例えばハロ）を有するカルボカチオン中間体を提供し得る。求電子付加反応後、結果として生じる最初のポリマー（２１）は、アリール基Ａｒ１及びＡｒ２上の連結部分ＬＡによって付着されたＲＧ（例えば、ハロ）を含む。
さらなる反応は、反応性基ＲＧを例示的なイオン化可能試薬（５）で置換し、それによってイオン性部分（－ＸＡ＋）を有するイオン性ポリマー（２２）を提供することを含み得る。さらに別のステップは、イオン性ポリマー（２２）中に存在するカウンターイオン（ＲＧ－）を別のカウンターイオン（Ａ－）（７）と交換し、それによってさらなるイオン性ポリマー（２３）を提供することを含み得る。見られ得るように、イオン性ポリマー（２３）は、非限定的な第１の構造（Ｓ１）及び非限定的な第２の構造（Ｓ２）を含む。他のステップは、最初のポリマー（１４、２１）又はイオン性ポリマー（２２，２３）を架橋試薬に曝露して、ポリマーユニット、イオン化可能部分、又はイオン性部分の組み合わせ間で１又は複数のクロスリンカーを形成することを含み得る。
［使用］
本明細書の組成物を用いて、材料、例えば、フィルム、膜（例えば、イオン交換膜）、又は架橋されたポリマーマトリックスを形成させ得る。組成物及びその材料は、デバイス又は装置、例えば、電気化学セル内に用いられ得る。一実施形態では、電気化学セルは、アノード；カソード；及びアノード及びカソードの間に設けられたポリマー電解質膜（ｐｏｌｙｍｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ：ＰＥＭ）を備える。ＰＥＭ（又はその構成要素）は、本明細書に記載されている任意の組成物又は材料を含み得る。
本明細書の組成物は、膜電極アセンブリ（ｍｅｍｂｒａｎｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）のための構成要素として用いられ得る。非限定的なＭＥＡは、還元触媒及び第１のイオン伝導性ポリマーを有するカソード層；酸化触媒及び第２のイオン伝導性ポリマーを有するアノード層；アノード層及びカソード層の間で第３のイオン伝導性ポリマーを有する膜層；及びカソード層及び膜層の間で第４のイオン伝導性ポリマーを有するカソードバッファ層を備え得る。膜層（例えば、ＰＥＭ）は、カソード層及びアノード層の間のイオン性コミュニケーションを提供し得るか、又はカソード層及びアノード層を伝導的に接続し得る。カソードバッファ層は、カソード層及び膜層を伝導的に接続し得る。ＭＥＡにおけるポリマー（例えば、第１、第２、第３、及び／又は第４のイオン伝導性ポリマー）のいずれかは、本明細書に記載されているような組成物を含み得る。
いくつかの実施形態では、カソードバッファ層は、約０．０１及び９５体積パーセントの間の第１のポロシティ（例えば、ここで、第１のポロシティは、不活性なフィラー粒子、例えば、ダイヤモンド粒子、ホウ素ドープされたダイヤモンド粒子、ポリビニリデンジフルオリド（ＰＶＤＦ）粒子、及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粒子によって形成される）を有する。
他の実施形態では、第１、第２、第３、及び第４のイオン伝導性ポリマーのうちの少なくとも２種は、異なるクラスのイオン伝導性ポリマーに由来する。３つのクラスのイオン伝導性ポリマー；アニオン伝導体、カチオン伝導体、及びカチオン及びアニオン伝導体が存在する。イオン性又はイオン化可能部分は、これらのクラスのいずれか１種を提供するように選択され得る。
用語「イオン伝導性ポリマーは、アニオン及び／又はカチオンに対して、およそ１ｍＳ／ｃｍ超の比伝導度を有するポリマー電解質を記載するために、本明細書で使用される。用語「アニオン伝導体」及び／又は「アニオン伝導性ポリマー」は、主にアニオンを伝導（それでも、いくらか少量のカチオン伝導が存在しうるが）し、約１００ミクロンの厚さでおよそ０．８５超のアニオンの輸率を有するイオン伝導性ポリマーを記載する。用語「カチオン伝導体」及び／又は「カチオン伝導性ポリマー」は、主にカチオンを伝導（例えば、偶発的な量のアニオン伝導が依然として存在し得る）し、約１００ミクロンの厚さでおよそ０．８５超のカチオンの輸率を有するイオン伝導性ポリマーを記載する。アニオン及びカチオンの両方を伝導する（「カチオン及びアニオン伝導体」）として記載されるイオン伝導性ポリマーについては、アニオン及びカチオンのいずれも、約１００ミクロンの厚さでおよそ０．８５超又はおよそ０．１５未満の輸率を有しない。材料がイオン（アニオン及び／又はカチオン）を伝導するということは、材料がイオン伝導性材料であるということである。
本明細書の組成物は、反応器で用いられ得る。非限定的な反応器としては、電解槽、二酸化炭素還元電解槽、電気化学反応器、ガス相ポリマー電解質膜電解槽が挙げられるが、追加で又は代替的に任意の他の適切な反応器を含み得る。反応器は、１又は複数の、電極（例えば、アノード、カソード）、触媒（例えば、カソード及び／又はアノード内及び／又は隣接して）、ガス拡散層（例えば、カソード及び／又はアノードに隣接して）、及び／又は流れ場（例えば、電極及び／又はガス拡散層内及び／又は隣接すると定義される、例えば、ガス拡散層を通してカソードに対向すると定義される１又は複数のチャネル）を含み得る。いくつかの実施形態では、反応器は、１又は複数のポリマー電解質膜（ＰＥＭ）を有する、膜スタック又は膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）を含み、反応器のアノード及びカソードの間のイオン性コミュニケーションを提供する。ある特定の実施形態では、反応器は、還元触媒及びイオン伝導性ポリマーを含むカソード層；ＰＥＭ膜（例えば、バイポーラ膜、モノポーラ膜など；１又は複数のアニオン伝導体を含む膜、例えば、アニオン交換膜（ａｎｉｏｎ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｍｅｍｂｒａｎｅ：ＡＥＭ）、プロトン及び／又はカチオン伝導体、例えば、プロトン交換膜、及び／又は任意の他の適切なイオン伝導性ポリマー；１又は複数のバッファ層を含む膜など）；及び酸化触媒及びイオン伝導性ポリマーを含むアノード層を含む膜スタックを含む。各層のイオン伝導性ポリマーは、同じ又は異なるイオン伝導性ポリマーであり得る。特定の実施形態では、膜、膜スタック、膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）、ポリマー電解質膜（ＰＥＭ）、及び／又はイオン伝導性ポリマーは、本明細書に記載されている組成物を含む。
一実施形態では、二酸化炭素還元電解槽は、膜電極アセンブリ（ＭＥＡ）を備える。ＭＥＡは、１又は複数のイオン伝導性ポリマー層（例えば、本明細書に記載されている任意の組成物を含む）及び二酸化炭素の一酸化炭素への化学的還元を促進するためのカソード触媒を含み得る。
いくつかの構成では、バイポーラＭＥＡは、以下の積層された配置を有する：カソード層／カソードバッファ層（アニオン伝導層）／カチオン伝導層（ＰＥＭであり得る）／アノード層。いくつかの実装では、バイポーラＭＥＡは、アニオン伝導性ポリマーを含むカソード層及び／又はカチオン伝導層を含むアノード層を有する。いくつかの実装では、バイポーラＭＥＡは、カチオン伝導層及びアノード層の間にカチオン伝導性材料を含み得るアノードバッファ層を有する。カソード層、カソードバッファ層、アニオン伝導層、カチオン伝導層、及び／又はアノード層は、本明細書に記載されている任意の組成物を含み得る。
いくつかの構成では、バイポーラＭＥＡは、以下の積層された配置を有する：カソード層／カチオン伝導層（ＰＥＭであり得る）／アニオン伝導層／アノード層。いくつかの用途では、この配置を有するバイポーラＭＥＡは、カルボネート及び／又はバイカルボネートフィードストック、例えば、カルボネート及び／又はバイカルボネートの水溶液を還元するためのシステム中に構成される。カソード層、カチオン伝導層、アニオン伝導層、及び／又はアノード層は、本明細書に記載されている任意の組成物を含み得る。
いくつかの構成では、ＭＥＡは、以下の積層された配置を有する：カソード層／アニオン伝導層／バイポーラインターフェース／カチオン伝導層／アノード層。バイポーラインターフェースは、例えば、カチオン及びアニオン伝導性ポリマー、アニオン伝導性ポリマー層及びカチオン伝導性ポリマー層のポリマーとは異なる第３のポリマー、アニオン伝導性ポリマー及びカチオン伝導性ポリマーの混合物、又はカチオン伝導性ポリマー及びアニオン伝導性ポリマーの架橋物を含み得る。カソード層、アニオン伝導層、バイポーラインターフェース、カチオン伝導層、及び／又はアノード層は、本明細書に記載されている任意の組成物を含み得る。
いくつかの構成では、ＭＥＡは、以下の積層された配置を有する：カソード層／アニオン伝導層／アノード層。いくつかの実装では、このＭＥＡは、カソード層及びアノード層の間にカチオン伝導層を有しない。いくつかの用途では、カソード及びアノードの間にアニオン伝導性材料のみを含むＭＥＡは、一酸化炭素フィードストックを還元するためのシステム中に構成される。カソード層、アニオン伝導層、及び／又はアノード層は、本明細書に記載されている任意の組成物を含み得る。
本明細書の組成物は、任意の適切なポロシティ（例えば、ポロシティなし又は０．０１～９５％、０．１～９５％、０．０１～７５％、１～９５％、１～９０％の間などのポロシティを含む）を有する層（例えば、膜層又は本明細書の他のもの）に提供され得る。いくつかの実施形態では、組成物は、８０℃又はそれを超える、例えば、９０℃又はそれを超える、又は１００℃又はそれを超える温度で、化学的及び機械的に安定である層（例えば、膜）を提供し得る。他の実施形態では、組成物は、層の製造中に使用される溶媒（例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、テトラヒドロフラン、クロロホルム、トルエン、又はそれらの混合物などの有機溶媒）に可溶性である。特定の実施形態では、組成物、その層、又はその膜は、イオン交換容量（ＩＥＣ）約０．２～３ミリ当量／ｇ（ｍｅｑ．／ｇ）、例えば０．５～３ｍｅｑ．／ｇ、１～３ｍｅｑ．／ｇ、又は１．１～３ｍｅｑ．／ｇによって特徴付けられる。いくつかの実施形態では、組成物、その層、又はその膜は、水の取込み（重量％）約２～１８０重量％、例えば、１０～１８０重量％、２０～１８０重量％、５０～１８０重量％、１０～９０重量％、２０～９０重量％、又は５０～９０重量％によって特徴付けられる。他の実施形態では、組成物、その層、又はその膜は、約１０ｍＳ／ｃｍ超のイオン伝導度によって特徴付けられる。本明細書の任意の実施形態では、本明細書の組成物を含む、層、膜、又はフィルムは、約１０～３００μｍ、例えば、２０～３００μｍ、２０～２００μｍ、又は２０～１００μｍの厚さを有する。本明細書の任意の実施形態では、組成物、その層、又はその膜は、約３５０ｎｍ～９００ｎｍ、約４００ｎｍ～８００ｎｍ、又は約４００ｎｍ～９００ｎｍの波長で最小限又は光吸収がないことによって特徴付けられる。
層又は膜は、任意の有用な様式で形成され得る。一実施形態では、組成物（例えば、最初のポリマー又はイオン性ポリマー）は、溶媒（例えば、本明細書に記載されているいずれか、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、テトラヒドロフラン、クロロホルム、トルエン、ｏ－ジクロロベンゼン、ｍ－ジクロロベンゼン、ｐ－ジクロロベンゼン、ナフタレン、α－ナフトール、又はそれらの組み合わせを含む有機溶媒）に溶解され得、キャスティング溶液を形成する。キャスティング溶液は、任意選択的に濾過され、基板に適用され、次いで乾燥されてフィルムを形成し得る。基板への適用としては、ドクターブレードコーティング、溶液キャスティング、スプレー、ディップコーティング、スピンコーティング、押出し、メルトキャスティング、又は任意の技法の組み合わせが挙げられ得る。フィルムは、例えば、本明細書の任意の試薬（例えば、イオン化可能試薬、架橋試薬、カウンターイオン、水などを含む溶媒など、及びそれらの組み合わせへの浸漬によって、任意選択的にさらに処理され得る。
さらなる使用、膜、アセンブリ、及び構成は、Ｋｕｈｌらにより、「Ｒｅａｃｔｏｒ ｗｉｔｈ ａｄｖａｎｃｅｄ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｏｆ ＣＯ２，ＣＯ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ」と題され。２０１７年５月３日に出願され、米国特許出願公開第２０１７－０３２１３３４号で公開された米国特許出願第１５／５８６，１８２号；Ｆｌａｎｄｅｒｓらにより、「Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ ｒｅａｃｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ」と題され、２０２０年８月３日に出願された米国特許出願第６３／０６０，５８３号、及び２０２０年８月３日に出願された国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０２１／０４４３７８；及びＨｕｏらにより、「Ｍｅｍｂｒａｎｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｆｏｒ ＣＯｘ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ」と題され、２０１９年１１月２５日に出願された米国特許出願第６２／９３９，９６０号及び国際公開ＷＯ２０２１／１０８４４６に記載されており、これらの各々は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
当業者は、以上の詳細な説明から及び図及び特許請求の範囲から、改変及び変化が、本開示の開示されている実施形態に対して、以下の特許請求の範囲に定義される本開示の範囲を逸脱することなく行われ得ることを理解するであろう。

Claims (18)

  1. 第１の構造及び第２の構造を含む組成物であって、ここで：
    （ｉ）前記第１の構造は、
    （Ｉ）、
    （ＩＩ）、
    （ＩＩＩ）、
    （ＩＶ）、
    （Ｖ）、
    又はその塩を備え、ここで：
    Ｒ７及びＲ８の各々は、独立して、電子求引性部分、Ｈ、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族、任意選択的に置換されたヘテロアルキル、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリール、又は任意選択的に置換されたアリールアルキレンであり、Ｒ７又はＲ８のうちの少なくとも１種は電子求引性部分を備えるか、又はＲ７及びＲ８は一緒になって、任意選択的に置換された環状基を形成し得る；
    Ｒ９及びＲ１０の各々は、独立して、Ｈ、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族、任意選択的に置換されたヘテロアルキル、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリール、又は任意選択的に置換されたアリールアルキレンであるか、又はＲ９及びＲ１０は一緒になって、任意選択的に置換された環状基を形成し得る；
    Ａｒは、任意選択的に置換された芳香族又は任意選択的に置換されたアリーレンを含むか、又はそれである；
    ｎは、１又はそれを超える整数である；
    環ａ、環ｂ、及び／又は環ｃの各々は、任意選択的に置換され得る；及び
    環ａ、環ｂ、環ｃ、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、及びＲ１０のうちの１又は複数は、イオン化可能部分又はイオン性部分を任意選択的に備え得る；及び
    （ｉｉ）前記第２の構造は、
    （Ｘ）、
    （ＸＩ）、
    （ＸＩＩ）、
    （ＸＩＩＩ）、
    （ＸＩＶ）、
    （ＸＶ）、
    （ＸＶＩ）、
    （ＸＶＩＩ）、
    （ＸＶＩＩＩ）、
    （ＸＩＸ）、
    （ＸＸ）、
    （ＸＸＩ）、
    （ＸＸＩＩ）、
    （ＸＸＩＩＩ）、
    （ＸＸＩＶ）、
    （ＸＸＶ）、
    （ＸＸＶＩ）、
    （ＸＸＶＩＩ）、
    （ＸＸＶＩＩＩ）、
    （ＸＸＩＸ）、
    （ＸＸＸ）、
    （ＸＸＸＩ）、
    （ＸＸＸＩＩ）
    又はその塩を備え、ここで：
    Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、及びＲ１０の各々は、独立して、電子求引性部分、Ｈ、任意選択的に置換された脂肪族、任意選択的に置換されたアルキル、任意選択的に置換されたヘテロ脂肪族、任意選択的に置換されたヘテロアルキル、任意選択的に置換された芳香族、任意選択的に置換されたアリール、任意選択的に置換されたアリールオキシ、又は任意選択的に置換されたアリールアルキレンであり、Ｒ７及びＲ８は一緒になって、任意選択的に置換された環状基を形成し得るか、又はＲ９及びＲ１０は一緒になって、任意選択的に置換された環状基を形成し得る；
    各Ａｋは、任意選択的に置換されたアルキレンを備えるか、又はそれである；
    Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、及びＬ４の各々は、独立して、連結部分である；
    ｍ、ｍ１、ｍ２、ｍ３、及びｍ４の各々は、独立して、１又はそれを超える整数である；
    ｑは、０、１、２、又はそれを超える；
    環ａ～ｉの各々は、任意選択的に置換され得る；及び
    環ａ～ｉ、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９、及びＲ１０のうちの１又は複数は、イオン化可能部分又はイオン性部分を任意選択的に備え得る、
    組成物。
  2. 前記連結部分が、共有結合、－Ｏ－、－ＳＯ２－、－ＮＲＮ１－、－Ｃ（Ｏ）－、任意選択的に置換されたアルキレン、任意選択的に置換されたハロアルキレン、任意選択的に置換されたヒドロキシアルキレン、任意選択的に置換されたアルキレンオキシ、任意選択的に置換されたヘテロアルキレン、任意選択的に置換されたアリーレン、任意選択的に置換されたアリーレンオキシ、又は任意選択的に置換されたヘテロシクリルジイルであるか、又はそれを備える、請求項１に記載の組成物。
  3. 前記電子求引性部分が、任意選択的に置換されたハロアルキル、シアノ、ホスフェート、スルフェート、スルホン酸、スルホニル、ジフルオロボラニル、ボロノ、チオシアナト、又はピペリジニウムである、請求項１または２に記載の組成物。
  4. 前記第１の構造が、イオン化可能部分又はイオン性部分を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の組成物。
  5. Ｒ７が前記電子求引性部分であり、Ｒ８が前記イオン化可能部分又は前記イオン性部分を備える、請求項４に記載の組成物。
  6. 前記第２の構造が、イオン化可能部分又はイオン性部分を備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の組成物。
  7. 環ａ～ｉのうちの少なくとも１種が、イオン化可能部分又はイオン性部分を備える、請求項６に記載の組成物。
  8. Ｒ８が、イオン化可能部分又はイオン性部分を備える、請求項６または７に記載の組成物。
  9. 前記イオン化可能部分又は前記イオン性部分が、－ＬＡ－ＸＡ又は－ＬＡ－（ＬＡ'－ＸＡ）Ｌ２又は－ＬＡ－（ＸＡ－ＬＡ'－ＸＡ'）Ｌ２又は－ＬＡ－ＸＡ－ＬＡ'－ＸＡ'又は－ＬＡ－ＸＡ－ＬＡ'－ＸＡ'－ＬＡ"－ＸＡ"を備え、ここで：
    各ＬＡ、ＬＡ'、及びＬＡ"は連結部分である；
    各ＸＡ、ＸＡ'、及びＸＡ"は、独立して、酸性部分、塩基性部分、又は多イオン性部分を備える；及び
    Ｌ２は、１又はそれを超える整数である
    請求項１から８のいずれか一項に記載の組成物。
  10. 各ＬＡ、ＬＡ'、及びＬＡ"が、独立して、任意選択的に置換されたアルキレン、任意選択的に置換されたアルキレンオキシ、任意選択的に置換されたヘテロアルキレン、任意選択的に置換されたアリーレン、及び／又は任意選択的に置換されたアリーレンオキシを備える、請求項９に記載の組成物。
  11. 各ＸＡ、ＸＡ'、及びＸＡ"が、独立して、スルホ、スルホネートアニオン、スルホニウムカチオン、カルボキシ、カルボキシレートアニオン、ホスホノ、ホスホネートアニオン、ホスホニウムカチオン、ホスファゼニウムカチオン、アミノ、アンモニウムカチオン、ヘテロ環式カチオン、ピペリジニウムカチオン、アゼパニウムカチオン、又はその塩形態を備える、請求項９または１０に記載の組成物。
  12. 前記任意選択的に置換されたアリーレン又は任意選択的に置換された環ａ～ｉが、１又は複数の置換基で置換されており、前記置換基は、アルキル、アルコキシ、アルコキシアルキル、アミノ、アミノアルキル、アリール、アリールアルキレン、アリーロイル、アリールオキシ、アリールアルコキシ、シアノ、ヒドロキシ、ヒドロキシアルキル、ニトロ、ハロ、及びハロアルキルからなる群から選択される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の組成物。
  13. 前記組成物が、ポリマー又はコポリマーを備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載の組成物。
  14. 前記組成物が、フィルム、膜、又は架橋されたポリマーマトリックスを備える、請求項１から１３のいずれか一項に記載の組成物。
  15. アノード；
    カソード；及び
    前記アノード及び前記カソードの間に設けられたポリマー電解質膜、ここで、前記ポリマー電解質膜は請求項１から１４のいずれか一項に記載の組成物を含む、
    を備える電気化学セル。
  16. ポリマーを作製する方法であって、前記方法が、
    Ｆｒｉｅｄｅｌ－Ｃｒａｆｔｓアルキル化剤の存在下で第１のポリマーユニット及び任意の第２のポリマーユニットを提供する段階、ここで、前記Ｆｒｉｅｄｅｌ－Ｃｒａｆｔｓアルキル化剤は任意のハロアルキル基及び反応性基を含み、それによって反応性基を有する最初のポリマーを形成する；及び
    前記反応性基をイオン性部分で置換し、それによってイオン性ポリマーを提供する段階、ここで、前記イオン性ポリマーは請求項１から１４のいずれか一項に記載の組成物を含む、
    を備える方法。
  17. コポリマーを作製する方法であって、前記方法が、
    Ｆｒｉｅｄｅｌ－Ｃｒａｆｔｓアルキル化剤の存在下で第１のポリマーユニット及び第２のポリマーユニットを提供する段階、ここで、前記Ｆｒｉｅｄｅｌ－Ｃｒａｆｔｓアルキル化剤は任意のハロアルキル基及び反応性基を含み、それによって反応性基を有する最初のコポリマーを形成する；及び
    前記反応性基をイオン性部分で置換し、それによってイオン性コポリマーを提供する段階、ここで、前記イオン性コポリマーは請求項１から１４のいずれか一項に記載の組成物を含む
    を備える方法。
  18. コポリマーを作製する方法であって、前記方法が、
    少なくとも１個のアリール基を有する最初のコポリマーを提供する段階；
    前記アリール基をハロアルキル化剤又はＦｒｉｅｄｅｌ－Ｃｒａｆｔｓアルキル化剤を用いて反応させる段階、ここで、前記Ｆｒｉｅｄｅｌ－Ｃｒａｆｔｓアルキル化剤は反応性基を含み、それによってハロ又は反応性基を有する最初のコポリマーを形成する；及び
    前記ハロ又は前記反応性基をイオン性部分で置換し、それによってイオン性コポリマーを提供する段階、ここで、前記イオン性コポリマーは請求項１から１４のいずれか一項に記載の組成物を含む
    を備える方法。
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