JP2695517B2 - 3―アミノ酸誘導体置換ピロール重合体 - Google Patents

3―アミノ酸誘導体置換ピロール重合体

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、立体選択的に基質と反応する修飾電極や化
学電界効果型トランジスターなどへ応用可能な3位の水
素原子が不斉炭素を有するアミノ酸誘導体で置換された
ピロールの重合体に関する。
[従来の技術] 有機導電性ポリマーについてその導電性を損なうこと
なく光学活性を有するものが得られれば、例えば立体選
択的に基質と反応する修飾電極や化学電界効果型トラン
ジスターなどの作製が可能とになる。そのため、モノマ
ーに不斉原子を有する置換基を結合させることにより、
光学活性な有機導電性ポリマーを得る試みがなされてい
る。
しかしながら、不斉原子を有するカンファースルホネ
ート基を導入したN−置換ピロール重合体の場合には、
導電率が低く、ポリマー自体の安定性も悪いものであっ
た。
また、不斉原子を有する短鎖のアルキル基が導入され
た3−置換ヘテロ環ポリマーについては、導電率は高い
ものの光学活性なポリマーが得られたという実験的確認
はなされていない。
本発明者らは、最近不斉原子を有するフェニル基若し
くはテルペン類で3−位が置換された複素環化合物の重
合体が、高い導電性を保持しつつ大きな光学活性を有し
ていることを見い出した。
しかし、生体基質に対する立体選択性を上げるために
は、これらの置換基では不十分である。
[発明が解決しようとする課題] 本発明の目的は、高度の導電性を呈する共役主鎖を有
し、かつ大きな光学活性を示す導電性ポリマーを提供す
ることにある。そして、基質、特に生体基質と立体選択
的に相互作用する導電性ポリマーを提供することにあ
る。
[課題を解決するための手段] 本発明により、下記一般式(I) (式中、R1は水素原子または炭素原子数が1〜10のアル
キル基、R2は炭素原子数が1〜20のアルキル基、炭素原
子数が6〜30のアリール基、炭素原子数が7〜30のアラ
ルキル基、またはこれらの窒素、イオウ若しくは酸素含
有誘導体基、R3は水素原子または炭素原子数が1〜10の
アルキル基を表わし、R1とR2は化学結合により連結され
ていてもよく、*印を付した炭素原子は不斉炭素を表わ
し、nは2以上の整数を表わす。) で表わされる3−アミノ酸誘導体置換ピロール重合体が
提供される。
[作用] 本発明の導電性ポリマーの原料モノマーである下記一
般式(II) (式中、R1は水素原子または炭素原子数が1〜10のアル
キル基、R2は炭素原子数が1〜20のアルキル基、炭素原
子数が6〜30のアリール基、炭素原子数が7〜30のアラ
ルキル基、またはこれらの窒素、イオウ若しくは酸素含
有誘導体基、R3は水素原子または炭素原子数が1〜10の
アルキル基を表わし、R1とR2は化学結合により連結され
ていてもよく、*印を付した炭素原子は不斉炭素を表わ
し、nは2以上の整数を表わす。) で表わされる不斉炭素を有するアミノ酸置換基を3位に
有すピロールは、(3−ピロリル)酢酸とオキシメチル
エステル化されたアミノ酸との縮合反応により製造され
る。ここで(3−ピロリル)酢酸は、例えば特願平2−
409号に開示されているように3−アセチル−1−トシ
ルピロールのアシル基を酸化的転位反応させ、引き続い
てN−保護基(トシル基)を加水分解する方法により製
造することができる。アミノ酸としては、具体的には例
えば、 などが挙げられる。
本発明の前記一般式(I)で表わされる3−アミノ酸
誘導体置換ピロール重合体は、塩の存在下に、上記方法
等により得た3−アミノ酸誘導体置換ピロールを電解酸
化重合することにより製造することができる。電解酸化
重合法に用いることのできる塩としては、代表的には、 (a)H+、Li+、Na+、K+、R1 4N+およびR1 4P+(ここでR1
は互いに独立して水素原子、アルキル基、シクロアルキ
ル基またはアリール基を示す。)からなる群より選ばれ
た一種以上の陽イオンと、 (b)BF4 -,AsF4 -,AsF6 -,SbF6 -,SbCl6 -,PF6 -,ClO4 -,HSO
4 -,SO4 2-および からなる群より選ばれた一種以上の陰イオン との塩が上げられる。
電解酸化重合は、上記塩を0.001〜10モル/の濃度
で溶解した溶液を電解液として用いて、電解液中に前記
式(II)の3−アミノ酸誘導体置換ピロールを0.001〜1
0モル/の濃度で添加して、直流電流を印加すること
により実施される。このようにして、前記一般式(I)
で表わされる3−アミノ酸誘導体置換ピロール重合体が
白金やITO被覆ガラス等の陽極の表面上に析出し、成長
してフィルムとして得られる。なお、前記一般式(I)
において、nは10以上の整数であることが好ましい。
電解液の溶剤としては、3−アミノ酸誘導体置換ピロ
ールを溶解し得るものであればよく、例えばベンゾニト
リル、アセトニトリル、プロピレンカーボネート、ジメ
チルホルムアミド、テトラヒドロフラン、ニトロベンゼ
ン等の有機溶剤、水またはそれらの混合物が使用でき
る。
本発明の3−アミノ酸誘導体置換ピロール重合体は、
上記方法だけでなく、他のピロール類の重合体の場合と
同様に、原料の3−アミノ酸誘導体置換ピロールよりも
高い酸化電位を有する酸化剤、例えばFe3+化合物を用い
て化学的に酸化させることによっても製造することがで
きる。
化学酸化法において、反応は、溶剤系、非溶剤系のい
ずれでも行うことができ、重合体は、溶剤不溶性の粉末
またはフィルム状固体として直接得られる。反応溶剤と
しては、酸化剤と反応しない溶剤であれば、特に制限さ
れることなく使用できる。好ましくは水、低級アルコー
ル、アセトン、アセトニトリルまたはそれらの混合溶剤
を使用する。
溶剤系の反応において、原料の3−アミノ酸誘導体置
換ピロールおよび酸化剤の濃度は特に限定はなく、それ
ぞれ0.001モル/ないし飽和溶液の範囲で反応を行う
ことができる。
本発明において、このようにして得られた3−アミノ
酸誘導体置換ピロール重合体は、前記一般式(I)で表
わされる構造をとるが、重合反応に際して使用した塩ま
たは酸化剤の陰イオン種が重合体中にドープされてい
る。
本発明の3−アミノ酸誘導体置換ピロール重合体にお
いては、ピロールの電解重合ポテンシャルが0.8V程度と
からなり低いので、アミノ酸誘導体置換基を導入するこ
とが可能になっている。なお、ペプチド鎖中の極性基
は、良く知られた蛋白質のヘリックス構造を導く相互作
用の原因となるものである。
本発明の導電性ポリマーの原料である前記式(II)で
表わされるモノマーは、ピロール核からかなり離れた位
置にカルボキシルメチル基が存在するので、ピロール核
が電気的あるいは立体的効果による妨害を受けることが
ない。すなわち、本発明の導電性ポリマーは、導電度が
10-1〜10゜S.cm-1のオーダーでバルギーな置換基にも係
わらず極めて高いことから、ポリマー主鎖中に長い共役
系が存在していることが予想される。
[発明の効果] 本発明により、高度の導電性を呈し、かつ大きな光学
活性を示す機能性の導電性ポリマーが提供された。そし
て不斉原子を有する基質、特に生体関連基質と立体選択
的に相互作用する導電性ポリマーが提供された。この導
電性ポリマーを用いて新しい修飾電極や化学電界効果型
トランジスターなどの作成が可能となった。
[実施例] 合成例1 メチル[3−(1−トシルピロリル)]アセテート 温度計、コンデンサーおよび塩化カルシウム管の装着
された250cm3の三つ口フラスコに、3−アセチル−1−
トシルピロール5.26g(20ミリモル)を、メタノール100
cm3、タリウム(III)ナイトレートトリハイドレート10
gおよび70%過塩素酸1cm3とともに添加した。この溶液
を室温で24時間撹拌した。温度がゆっくりと上昇した後
安定し、その間にタリウム(I)ナイトレートの白色沈
澱物が生成した。この懸濁液を濾過し、得られた溶液は
乾燥することなく濃縮した。
ジエチルエーテルを添加し、得られた溶液を再度濾過
した。有機相を水、10%NaHCO3水溶液、および再度水の
順で洗浄し、乾燥、揮散させた。目的の生成物を酸化不
純物から分離するためにシリカゲル上で溶離(250g;60
−200μm;60/40=ヘプタン/エチルアセテート)した。
黄色の結晶物3.08gを得た。(分子量:293、収率52.5
%)。
融点=室温近傍 NMR(CDCl3)ppm 7.85d 2H;7.4d 2H;7.2 2H;6.36 1H;
3.8 s 3H;3.54 s 2H;2.5 s 3H IR(cm-1) 3138、2954、1737、1595、1436、1367、11
71、1100、1061 (3−ピロリル)酢酸 コンデンサー付きの100cm3のフラスコ中に、上記の生
成物(10.5ミリモル)をメタノール30cm3とともに添加
した。次いで5N水酸化ナトリウム水溶液30cm3を加え、
2.5時間還流下で反応させた。
溶剤を揮散させ、水相をエチルアセテートで洗浄した
後、濃塩酸(10cm3)でpH3まで酸性にし、次いでジエチ
ルエーテルで抽出した。有機相から溶剤を減圧下に揮散
させ、0.93gの茶色の結晶を得た(分子量125;収率70
%)。
融点 90℃ NMR(DMSOd6)ppm 12.0 1H;10.6 1H;6.7 2H;6.1 1H;3.3
6 s 2H IR(cm-1) 3383、1696、1416、1399、1340、1279、12
12、1071 合成例2 N−(3−ピロリル)酢酸−2S(+)バリンメチルエス
テル 塩化カルシウム管の装着されたフラスコに、(3−ピ
ロリプ)酢酸1g(8ミリモル)、ジクロロメタン20cm3
およびL−バリンメチルエステルの塩化物(ALDRICH)2
g(12ミリモル)およびトリエチルアミン1.65cm3(12ミ
リモル)を添加した。この混合物を6℃まで外部氷浴で
冷却した後、N,N′−ジシクロヘキシルカルボジイミド
(DCC)を添加した。氷浴を取り除き、混合物を室温下
で16時間撹拌し、0.5cm3の酢酸を添加し、過剰のDCCを
分解させるため1時間撹拌した。得られた混合物を濾過
し、残った白色固体(反応により生成した計算値の70%
のジシクロヘキシル尿素(DCU))を少量のジクロロメ
タンで洗浄した。有機相全体を水で洗浄し、硫酸マグネ
シウム上で乾燥した後、減圧下で濃縮した。得られた粗
生成物(2.4g)は、シリカゲル(250g,60−200μm、エ
チルアセテート/ヘプタン=70/30、Rv=800)上で溶出
し、1.55gの黄色オイルを得た(重合を阻害しないDCUが
6%残存していた)。(分子量238、化学収率76%) [α]D 25=+11.4(c=0.07 CHCl3) NMR(CDCl3)ppm 8.6 1H(NHピロール);6.73 1H(C
5H);6.65H(C2H);6.21 d J(Hz) 8.7 1H(CONH);6.
70 1H(C4H);4.445 dd J(Hz) 5.0J′(Hz) 8.9 1H
(CONHCH);3.625 s 3H(COOCH3);3.44 s 2H(ArC
H2);2.025 6重線 J(Hz) 5.0 1H(CH3CHCH3);J
(Hz) 6.883H(CH3) IR;(cm-1)3480,3300,3090,2960,2940,2880,1740,165
0,1520,1465,1435,1370,1310,1270,1210,1180,1155,107
0,755 合成例3 N−(3−ピロリル)酢酸−2S(+)セリンメチルエス
テル 合成例1と全く同様にして、L−セリンメチルエステ
ルの塩化物1.9gから有機相を濃縮して粗生成物を得た。
セリン誘導体が親水性に富んでいるので水洗を抑制し
た。シリカゲル(250g,60−200μm、メタノール/クロ
ロホルム=10/90,Rv=600)上で溶出し、1.25gのDCUを
含まないオイルを得た。(分子量226、化学収率69%) [α]D 25=+2.2(c=0.14 CH3OH) NMR(CDCl3)ppm 8.5 1H (NH ピロール);6.90 1H
(C5H);6.87 1H (CONH);6.85 1H (C2H);6.27 1H
(C4H);4.74 td J(Hz) 3.6 J′(Hz) 7.2 1H (CON
HCH);4.00 d J(Hz) 3.8 2H (CH2OH);3.86 s 3H
(COOCH3);3.59 s 2H (ArCHz);2.40 s 1H (OH) IR(cm-1)3381、3006、2955、1741、1651、1531、143
9、1414、1356、1318、1227、1183、1161、1073、985、
971、757 合成例4 N−(3−ピロリル)酢酸−2R(−)2−フェニルグリ
シンメチルエステル 合成例1と同様にして、2R(−)2−フェニルグリシ
ンメチルエステルの塩化物(2R(−)2−フェニルグリ
シンを塩化チオニルとメタノールとで引き続き反応させ
て得た)2gと(3−ピロリル)酢酸0.83gとから、粗生
成物242gを得、シリカゲル(260g,60−200μm、エチル
アセテート/ヘプタン=70/30,Rv=1000)上で溶出し、
1.32gのオイルを得た(DCUが7%残存していた)。(分
子量272、化学収率68%) [α]D 25=−90(c=0.04 CHCl3) NMR(CDCl3)ppm 8.3 1H(NHピロール);7.3 5H (Phe
−H);6.81 1H (C5H);6.77 1H (CONH);6.75 1H
(C2H);6.18 1H (C4H);5.58 d J(Hz) 7.4 1H (CO
NHCH);3.69 s 3H (COOCH3);3.52 s 2H (ArCH2) IR(cm-1) 3382、3314、3091、3063、3032、3007、29
53、2932、2849、1748、1652、1515、1455、1437、141
3、1349、1319、1264、1216、1174、1074、984、757 実施例1 ポリ[N−(3−ピロリル)酢酸−2S(+)−バリンメ
チルエステル] 合成例1で得たN−(3−ピロリル)酢酸−2S(+)
−バリンメチルエステル0.595g(2.5ミリモル、0.1M)
および過塩素酸リチウム2.65g(1M)を含有する蒸留プ
ロピレンカーボネート溶液25cm3を3電極電気化学セル
中に導入した。この溶液にアルゴンを15分間バブルさせ
脱ガスした。参照電極には過塩素酸リチウムの0.1Mアセ
トニトリルの入った管を備え、Ag/AgNO3の0.1Mアセトニ
トリルを含有するものを用いた。面積4cm2の白金電極上
でアルミニウム・ホイルを対向電極として用いて、0.5V
の定電位下に電気化学的重合(1C/cm2)を実施しドープ
された導電性フィルムを得た。
このフィルムの4端子法で測定した導電度σは1.2S.c
m-1であった。また、フィルムの吸収スペクトルを分光
光度計(CARY 2415)により測定した。
得られた吸収バンドは第1図に示されるようなもので
465nmにピークを有し、これは共役した導電性ポリピロ
ール主鎖の良く知られているバイポーラロン遷移に対応
するものであった。更に、このフィルムを分光器JOBIN
YVON Mark5を用いて円偏向二色性分光学(circular dic
hroism specroscopy)で分析した結果、第2図に示され
るように明確な正のコットン効果が465nmを中心に観察
された。
実施例2 ポリ[N−(3−ピロリル)酢酸−2S(+)セリンメチ
ルエステル] 合成例3で得たN−(3−ピロリル)酢酸−2S(+)
セリンメチルエステルを用いたことを除き、実施例1と
同様にして電解酸化重合を実施した。
得られたフィルムの導電度σは1.4S.cm-1であった。
実施例3 ポリ[N−(3−ピロリル)酢酸−2R(−)2−フェニ
ルグリシンメチルエステル] 合成例3で得た[N−(3−ピロリル)酢酸−2R
(−)2−フェニルグリシンメチルエステルを用いたこ
とを除き、実施例1と同様にして電解酸化重合を実施し
た。
得られたフィルムの導電度σは0.2S.cm-1であった。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図はそれぞれ、ポリ[N−(3−ピロリ
ル)酢酸−2S(+)−バリンメチルエステル]の吸収ス
ペクトル、および円偏向二色性曲線を表わす。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記一般式(I) (式中、R1は水素原子または炭素原子数が1〜10のアル
    キル基、R2は炭素原子数が1〜20のアルキル基、炭素原
    子数が6〜30のアリール基、炭素原子数が7〜30のアラ
    ルキル基、またはこれらの窒素、イオウ若しくは酸素含
    有誘導体基、R3は水素原子または炭素原子数が1〜10の
    アルキル基を表わし、R1とR2は化学結合により連結され
    ていてもよく、*印を付した炭素原子は不斉炭素を表わ
    し、nは2以上の整数を表わす。) で表わされる3−アミノ酸誘導体置換ピロール重合体。
  2. 【請求項2】一般式(II) (式中、R1は水素原子または炭素原子数が1〜10のアル
    キル基、R2は炭素原子数が1〜20のアルキル基、炭素原
    子数が6〜30のアリール基、炭素原子数が7〜30のアラ
    ルキル基、またはこれらの窒素、イオウ若しくは酸素含
    有誘導体基、R3は水素原子または炭素原子数が1〜10の
    アルキル基を表わし、R1とR2は化学結合により連結され
    ていてもよく、*印を付した炭素原子は不斉炭素を表わ
    し、nは2以上の整数を表わす。) で表わされる3−アミノ酸誘導体置換ピロールを、塩の
    存在下に電解酸化重合することを特徴とする請求項1に
    記載の一般式(I)で表わされる3−アミノ酸誘導体置
    換ピロール重合体の製造方法。
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