JP2644683B2 - 含ケイ素化合物、その製造方法、およびその用途 - Google Patents

含ケイ素化合物、その製造方法、およびその用途

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JP2644683B2 JP24502794A JP24502794A JP2644683B2 JP 2644683 B2 JP2644683 B2 JP 2644683B2 JP 24502794 A JP24502794 A JP 24502794A JP 24502794 A JP24502794 A JP 24502794A JP 2644683 B2 JP2644683 B2 JP 2644683B2
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祐子 内丸
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、所定の含ケイ素ブタジ
イン単位を有するポリマーと1,2,4,5‐テトラキ
ス(ジ低級アルキルシリル)ベンゼンとを脱水素的に反
応させることによる含ケイ素ポリマーの製造方法、およ
びそれにより得られる生成物中の新規な含ケイ素ポリマ
ー、及び該含ケイ素ポリマーを含有する耐熱性材料、プ
レセラミックス及び導電性材料に関するものである。
【0002】
【従来の技術】これまで、パラジウム触媒存在下、ジシ
ラン類による1,4‐ビス(トリメチルシリル)‐1,
3‐ブタジインのダブルシリル化反応が知られている
〔T.Hiyamaら、Tetrahedoron L
etters、28、1807(1987)〕。しか
し、この反応は、選択性が低い上に、反応原料、反応条
件及び目的化合物の構造の点で本発明の反応とは異なる
ものである。
【0003】また、後記一般式(II)で表わされる含
ケイ素ポリマーの製造方法は知られていない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、容易に入手
しうる原料を用い温和な条件で含ケイ素ポリマーを効率
よく製造する方法、及びそれにより得られる新規化合物
及びその用途を提供することを目的としてなされたもの
である。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは前記課題を
解決すべく鋭意研究を重ねた結果、容易に入手しうる
1,2,4,5‐テトラキス(ジ低級アルキルシリル)
ベンゼンと含ケイ素ブタジイン単位を有するポリマーと
が、白金化合物の存在下、温和な条件下に脱水素的に迅
速に反応し、含ケイ素ポリマーを与えること、このよう
な反応生成物中の所定のものが新規な含ケイ素ポリマー
であること、この新規含ケイ素ポリマーを含有する材料
が耐熱性材料、プレセラミックス及び導電性材料として
有用であることを見出し、これらの知見に基づいて本発
明をなすに至った。
【0006】すなわち、本発明は、一般式(I) (−SiR12−C≡C−C≡C−)a (式中のR1およびR2はアルキル基、アリール基、アラ
ルキル基、アルコキシ基、アリーロキシ基またはハロゲ
ン原子の中から選ばれる、互いに同一もしくは相異なる
1価の基、aは2以上の整数である)で表わされる含ケ
イ素ポリマーと1,2,4,5‐テトラキス(ジ低級ア
ルキルシリル)ベンゼンとを、白金化合物の存在下に、
反応させることを特徴とする、一般式(II)
【化3】 (式中のR1およびR2は前記と同じ意味をもち、k、m
およびnはそれぞれ、k≧1、m≧0、n≧0、k+m
=a、k+n=aを満たす整数、R5は低級アルキル基
である)で表わされる含ケイ素ポリマーの製造方法、及
びこれらの方法により得られる化合物中の、一般式(I
II)
【化4】 (式中のR3およびR4は、炭素数1から12のアルキル
基、または炭素数6から24のアリール基の中から選ば
れる、互いに同一もしくは相異なる1価の基、r、sお
よびtはそれぞれ、r≧1、s≧0、t≧0、300≧
r+s≧2、300≧r+t≧2を満たす整数、R5
低級アルキル基である)で表わされる含ケイ素ポリマ
ー、及び一般式(III)の含ケイ素ポリマーを含有し
てなる耐熱性材料、プレセラミックス及び導電性材料を
提供するものである。
【0007】本発明方法に用いられる一般式(I)で表
わされる含ケイ素ポリマーにおいて、式中のR1、R2
それぞれ、アルキル基、アリール基、アラルキル基、ア
ルコキシ基、アリーロキシ基またはハロゲン原子の中か
ら選ばれる、互いに同一もしくは相異なる1価の基であ
り、R5は低級アルキル基であって、これは炭素数1〜
4のアルキル基をいい、メチル基、エチル基、プロピル
基、ブチル基等があげられ、また、aは2以上の整数で
ある。これらの含ケイ素ポリマーを具体的に例示する
と、ポリ(ジメチルシリレン‐1,3‐ブタジイニレ
ン)、ポリ(ジエチルシリレン‐1,3‐ブタジイニレ
ン)、ポリ(ジヘキシルシリレン‐1,3‐ブタジイニ
レン)、ポリ(フェニルメチルシリレン‐1,3‐ブタ
ジイニレン)、ポリ(ジメチルシリレン‐1,3‐ブタ
ジイニレン)、ポリ(ジエチルシリレン‐1,3‐ブタ
ジイニレン)、ポリ(ジヘキシルシリレン‐1,3‐ブ
タジイニレン)、ポリ(フェニルメチルシリレン‐1,
3‐ブタジイニレン)、ポリ(ジフェニルシリレン‐
1,3‐ブタジイニレン)、ポリ{(4‐メチルフェニ
ル)メチルシリレン‐1,3‐ブタジイニレン}、ポリ
{(4‐フルオロフェニル)メチルシリレン‐1,3‐
ブタジイニレン}、ポリ{(4‐メトキシフェニル)メ
チルシリレン‐1,3‐ブタジイニレン}、ポリ{(4
‐トリフルオロメチルフェニル)メチルシリレン‐1,
3‐ブタジイニレン}、ポリ(ジベンジルシリレン‐
1,3‐ブタジイニレン)、ポリ(フェネチルメチルシ
リレン‐1,3‐ブタジイニレン)、ポリ(メチルメト
キシシリレン‐1,3‐ブタジイニレン)、ポリ(メチ
ルフェノキシフェニルメチルシリレン‐1,3‐ブタジ
イニレン)、ポリ(フルオロメチルシリレン‐1,3‐
ブタジイニレン)等が挙げられる。
【0008】本発明方法に用いられる1,2,4,5‐
テトラキス(ジ低級アルキルシリル)ベンゼンの低級ア
ルキル基とは炭素数1〜4のアルキル基をいい、メチル
基、エチル基、プロピル基、ブチル基等があげられる。
【0009】本発明方法における反応は、通常1,2,
4,5‐テトラキス(ジ低級アルキルシリル)ベンゼン
と原料含ケイ素ポリマーのモル比が、1/10000〜
10の範囲で実施され、さらにこのモル比は好ましくは
1/1000〜1/2の範囲である。
【0010】本発明方法において白金化合物は触媒とし
て作用し、従来公知の各種のものを使用することができ
るが、反応系に少なくとも一部は可溶の化合物を用いる
のが反応速度的には好ましい。これらの化合物としては
配位子を含む錯体が特に好ましく用いられる。このよう
な配位子を例示すると、ホスフィン、ホスフィナイト、
ホスホナイト、ホスファイト、オレフィン、β‐ジケト
ナト配位子、共役ケトン、アミン、一酸化炭素等が挙げ
られる。これらを具体的に例示すると、トリメチルホス
フィン、トリブチルホスフィン、トリエチルホスフィ
ン、トリシクロヘキシルホスフィン、トリフェニルホス
フィン、トリ(p‐トリル)ホスフィン、トリ(p‐ア
ニシル)ホスフィン、ジフェニルメチルホスフィン、フ
ェニルジメチルホスフィン等の鎖状ホスフィン、P‐メ
チルホスホレン、P‐メチルホスホール、9‐メチル‐
9‐ホスファビシクロ[4.2.1]ノナン等の環状ホ
スフィン、1,2‐ビス(ジメチルホスフィノ)エタ
ン、1,3‐ビス(ジメチルホスフィノ)プロパン、
1,4‐ビス(ジメチルホスフィノ)ブタン、1,2‐
ビス(ジフェニルホスフィノ)エタン、1,3‐ビス
(ジフェニルホスフィノ)プロパン、1,4‐ビス(ジ
フェニルホスフィノ)ブタン、1,1′‐ビス(ジメチ
ルホスフィノ)フェロセン、1,1′‐ビス(ジフェニ
ルホスフィノ)フェロセン、α,α′‐ビス(ジメチル
ホスフィノ)‐o‐キシレン、1,2‐ビス(ジメチル
ホスフィノ)ベンゼン等のビスホスフィン、メチル ジ
メチルホスフィナイト、フェニル ジフェニルホスフィ
ナイト等のホスフィナイト、ジメチルメチルホスホナイ
ト、ジメチル フェニルホスホナイト等のホスホナイ
ト、およびトリエチルホスファイト、トリフェニルホス
ファイト、1‐ホスファ‐2,6,7‐トリオキサ‐4
‐エチルビシクロ[2.2.2]オクタン等のホスファ
イト、エチレン、プロぺン、シクロオクテン、無水マレ
イン酸、1,5‐ヘキサジエン、1,5‐シクロオクタ
ジエン、1,3‐シクロペンタジエン、2,5‐ノルボ
ルナジエン、1,3,5,7‐シクロオクタテトラエン
等のオレフィンやジエン、アセチルアセトナト等のβ‐
ジケトナト配位子、ジベンジリデンアセトン等の共役ケ
トン、およびエチレンジアミン、2,2′‐ビピリジル
等のアミンが挙げられる。従って本反応に用いられる白
金化合物を具体的に例示すると、(η‐エチレン)ビス
(トリフェニルホスフィン)白金、テトラキス(ジフェ
ニルメチルホスフィン)白金、ジクロロビス(フェニル
ジメチルホスフィン)白金、クロロヒドリドビス(トリ
ブチルホスフィン)白金、ジクロロ(テトラメチルエチ
レンジアミン)白金、ジブロモビス(トリエチルホスフ
ァイト)白金、ビス(η‐1,5‐シクロオクタジエ
ン)白金、ジクロロ(η‐1,5‐シクロオクタジエ
ン)白金、ジカルボニルビス(トリブチルホスフィン)
白金、カルボナトビス(トリシクロヘキシルホスフィ
ン)白金、ビス(ジベンジリデンアセトン)ビス(トリ
フェニルホスフィン)白金、ビス(ジベンジリデンアセ
トン)白金等が挙げられるが、これに制限されるもので
はない。
【0011】またこれらの白金化合物を単独でなく、2
種以上を共存させて実施してもよく、さらに白金化合物
と共に該白金化合物に含まれるものと同一、若しくは異
なる配位子を添加して実施することも、本発明の有利な
態様に含まれる。
【0012】これら白金化合物の使用量はいわゆる触媒
量でよく、1,2,4,5‐テトラキス(ジ低級アルキ
ルシリル)ベンゼンに対するモル比で、0.00001
〜0.5の範囲で使用され、また配位子は、白金原子に
対し、モル比で、1〜20、好ましくは1〜4の範囲で
使用される。
【0013】本発明方法において、溶媒を用いることは
反応の生起にとって障害となるものでなく、必要に応じ
溶媒中で反応が行われる。これらの溶媒の選択は、その
沸点、反応させるべき1,2,4,5‐テトラキス(ジ
低級アルキルシリル)ベンゼンの反応性、および原料含
ケイ素ポリマーの溶解性等を考慮して、一般に用いられ
る溶媒、例えば炭化水素系、またはエーテル系の溶媒の
中から選ぶのが好ましい。
【0014】本発明方法において反応は0℃以下でも進
行するが、好ましい速度を達するためには250℃まで
の温度に加熱することもできる。原料物質の構造にもよ
るが、一般的に好ましい温度領域は0〜150℃であ
る。
【0015】反応後の生成物の分離は、一般に蒸留、再
結晶、クロマトグラフィー、溶媒による抽出、または再
沈等の有機化学的に通常用いられる手段により、容易に
実施される。
【0016】本発明の含ケイ素ポリマーの分子量は、通
常500〜10,000,000、好ましくは1000
〜1,000,000であるが、これに限定されるもの
ではない。
【0017】本発明方法により、ヘリウム雰囲気下での
熱重量分析で、重量減少が1%になる温度が400℃以
上の含ケイ素ポリマー、または900℃までの加熱時
に、その残存率が70%以上の含ケイ素ポリマーを製造
することができる。このような含ケイ素ポリマーそれ自
体を、耐熱性材料またはプレセラミックスとして用いる
ことができる。
【0018】本発明方法により得られる含ケイ素ポリマ
ーは通常、電導度10-8S/cm以下である。しかしこ
の含ケイ素ポリマーにドーピングを行うことにより、電
導度は10-3〜10-7S/cmの範囲になる。従ってこ
の含ケイ素ポリマーは導電性材料として用いることがで
きる。
【0019】このドーピングの際にドーパントとして
は、例えば、I2、SbF5、AsF5、SO3、FeCl
3等の種々のものを用いることができる。これらのドー
パントは単独で、または2種以上組み合わせて用いるこ
とができる。
【0020】本発明方法により得られる含ケイ素ポリマ
ーにドーピングを行う方法は特に限定されるものではな
い。例えば本発明方法により得られる含ケイ素ポリマー
からなる薄膜を、キャスト法、スピンコート法等の方法
で形成した後、これをドーパントの蒸気にさらす方法お
よびドーパントの液体に浸す方法や、予め含ケイ素ポリ
マーとドーパントを含む溶液を用いて、キャスト法、ス
ピンコート法等の方法でドーピングされた薄膜を形成す
る方法、含ケイ素ポリマーをペレットに形成した後、ド
ーパントの蒸気にさらす方法またはドーパントの液体に
浸す方法等でドーピングする方法、または含ケイ素ポリ
マーとドーパントの混合物を用いてドーピングされたペ
レットを形成する方法等、種々の方法を用いることがで
きる。
【0021】実施例1 Pt(CH2=CH2)(PPh32(ここでPhはフェ
ニル基である)を0.005mmol、ポリ(フェニル
メチルシリレン‐1,3‐ブタジイニレン)〔重量平均
分子量3600、分子量分布指数(重量平均分子量/数
平均分子量)2.1〕を0.5mmolモノマーユニッ
トおよび、1,2,4,5‐テトラキス(ジメチルシリ
ル)ベンゼンを0.025mmol含むトルエン溶液4
mlを、窒素下100℃に加熱して2時間反応を行っ
た。濃縮後、ベンゼン−メタノールで再沈殿を2回おこ
なって、淡褐色粉末状の架橋型ポリマーを収率78%で
得た。本化合物の物性値、スペクトルデータは以下の通
りであった。
【0022】融点:121〜126℃ 重量平均分子量(標準ポリスチレン基準):9700 分子量分布指数(重量平均分子量/数平均分子量):
2.4 IR(KBr):2064、1249cm-1 UV(THF):262、278、292nm 熱重量分析(ヘリウム雰囲気下、10℃/分の昇温速度
で900℃まで加熱) 415℃ 残存率99% 613℃ 残存率95% 900℃ 残存率93%
【0023】実施例2 1,2,4,5‐テトラキス(ジメチルシリル)ベンゼ
ンを0.05mmol用いる他は実施例1と同様に反応
を行い、淡褐色の架橋型ポリマーを収率88%で得た。
本化合物の物性値、スペクトルデータは以下の通りであ
った。
【0024】軟化点:137〜142℃ 重量平均分子量(標準ポリスチレン基準):15000 分子量分布指数(重量平均分子量/数平均分子量):
2.9 IR(KBr):2068、1252cm-1 UV(THF):262、278、292nm 熱重量分析(ヘリウム雰囲気下、10℃/分の昇温速度
で900℃まで加熱) 408℃ 残存率99% 575℃ 残存率95% 900℃ 残存率92%
【0025】実施例3 実施例1で得られた架橋型ポリマーを1%トルエン溶液
とし、スピンコート法によりガラス基板上に薄膜を作成
した。3mm×10mmの長方形の部分以外を除去した
後、金ペーストによって銅線端子を接着し、二端子法で
薄膜の電導度を測定したところ10-8S/cm以下であ
った。この薄膜を25℃、常圧でヨウ素蒸気にさらして
ドーピングを行ったところ、電導度は10-5S/cmで
あった。
【0026】
【発明の効果】本発明によれば、−C≡C−C≡C−の
部分構造を有する含ケイ素ポリマーと1,2,4,5‐
テトラキス(ジ低級アルキルシリル)ベンゼンとの反応
で、含ケイ素ポリマーが得られ、その分離精製も容易で
あり、得られる生成物のうちの前記一般式(III)で
表わされる新規化合物は、高い耐熱性を示し、耐熱性材
料、特にエンジニアリングプラスチックとして有用であ
り、さらにそのうちの高温における熱分解時の残存率が
高いものはプレセラミックスとして有用であり、またこ
の含ケイ素ポリマーは、基本骨格が一次元の導電性ポリ
カルボシラン類の類縁ポリマーであり、導電性材料とし
て有用である。

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式 (−SiR12−C≡C−C≡C−)a (式中のR1およびR2はアルキル基、アリール基、アラ
    ルキル基、アルコキシ基、アリーロキシ基またはハロゲ
    ン原子の中から選ばれる、互いに同一もしくは相異なる
    1価の基、aは2以上の整数である)で表わされる含ケ
    イ素ポリマーと1,2,4,5‐テトラキス(ジ低級ア
    ルキルシリル)ベンゼンとを、白金化合物の存在下に、
    反応させることを特徴とする、一般式 【化1】 (式中のR1およびR2は前記と同じ意味をもち、k、m
    およびnはそれぞれ、k≧1、m≧0、n≧0、k+m
    =a、k+n=aを満たす整数、R5は低級アルキル基
    である)で表わされる含ケイ素ポリマーの製造方法。
  2. 【請求項2】 一般式 【化2】 (式中のR3およびR4は、炭素数1から12のアルキル
    基、または炭素数6から24のアリール基の中から選ば
    れる、互いに同一もしくは相異なる1価の基、r、sお
    よびtはそれぞれ、r≧1、s≧0、t≧0、300≧
    r+s≧2、300≧r+t≧2を満たす整数、R5
    低級アルキル基である)で表わされる含ケイ素ポリマ
    ー。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の含ケイ素ポリマーを含有
    することを特徴とする耐熱性材料。
  4. 【請求項4】 請求項2記載の含ケイ素ポリマーを含有
    することを特徴とするプレセラミックス。
  5. 【請求項5】 請求項2記載の含ケイ素ポリマーを含有
    することを特徴とする導電性材料。
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