JP3959466B2 - キラルアルコキシ基を有する光学活性ポリフェニルアセチレン及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の吸収・発光スペクトルを可逆的に変化させ得る立体構造が新規な光学活性ポリマーに関し、より詳しくは、置換アセチレンの螺旋状の共役構造のキラルアルコキシ基を有する光学活性ポリアセチレンポリマーに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、本発明者が提供した置換アセチレン系のポリマーでは、ポリマー主鎖の二重結合を介したシス体とトランス体との間で構造変化を生じることが知られている。しかし、通常のポリアセチレンは不安定であり、空気中の酸素で酸化され易く、かつポリマー鎖同士の凝集構造を制御することが困難であった。
本発明者は、特定の置換基を有する置換アセチレン系のポリマーが、ラセン構造を取っているため、主鎖方向の共役がかなり阻害されているため、酸化に対して安定であることを見出した。
非特許文献1として示した高分子加工第50巻第5号(2001)第221〜223頁には、一般式(1)においてnが1.5〜1440.0x103であり、アセチレンモノマーの置換基がp−ニトロフェニル基、p−3−メチルブトキシ基である一般式(1)で表わされる化合物が開示されている。
【0003】
また、非特許文献2として示したMacromolecule,第34巻第11号第3776〜3782頁(2001)には、一般式(1)においてnが1.5〜1440.0x103であり、アセチレンモノマーの置換基がp−ニトロフェニル基、p−3−メチルブトキシ基である一般式(1)で表わされる化合物が記載されており、加圧によるシス−トランス構造変化により、吸収スペクトルのピーク値が430nmから460nmに変化することが記載されている。また、シス構造の上記ポリマーが凝集構造を形成し、加圧によりこの凝集構造における構造変化により、490nmから450nmに吸収スペクトルのピーク位置が変化することが記載されている。
【0004】
しかし、これらの先行文献には上記ポリマーが2級炭素原子を有する炭素数4以上のアルコキシ基すなわちキラルアルコキシ基を有する光学活性ポリフェニルアセチレンは記載されていない。
また、ポリマーがシストランソイド構造からトランストランソイド構造に変化することにより吸収スペクトルが変化することは記載されているものの、上記ポリマーを特定の有機溶剤雰囲気中に暴露する処理をおこなうと、二重結合に基づくπ電子によるスーパー螺旋共役構造を有するポリアセチレンが得られることについては記載されていない。
【非特許文献1】
高分子加工第50巻第5号第221〜223頁(2001)
【非特許文献2】
Macromolecule,第34巻第11号第3776〜3782頁(2001)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ポリアセチレンのうち、2級炭素原子を有する炭素数4以上のアルコキシ基すなわちキラルアルコキシ基を有する光学活性ポリフェニルアセチレンが、図1に示す螺旋構造を有するシストランソイド構造のポリアセチレンにおいて、擬ヘキサゴナル(Pseudo-hexagonal)構造を有するポリアセチレンが世界で初めて、同一平面内でない二重結合に基づくπ電子が共役していると考えられる構造(以下スーパー螺旋共役構造という)を見出し、このような共役が存在する共重合体を見出したばかりか、当該ポリマーがモノマーに比して10倍以上も光学活性の旋光度があることを見出し、このようなポリマー、その製造方法及び擬ヘキサゴナル(Pseudo-hexagonal)構造とその製造方法を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、
下記一般式
【化6】
(式中、Rは2級炭素原子を有する炭素数4以上のアルコキシ基、nは10以上の整数である。)
で表わされるキラルアルコキシ基を有する光学活性ポリフェニルアセチレンを、 一般式
【化7】
(式中、Rは2級炭素原子を有する炭素数4以上のアルコキシ基である。)
で示されるキラルアルコキシ基を有する光学活性フェニルアセチレンを、溶媒とロジウム錯体触媒の存在下で重合することにより得られる。
さらに、得られたキラルアルコキシ基を有する光学活性ポリフェニルアセチレンを有機溶剤雰囲気中に暴露することにより、ポリアセチレンが擬ヘキサゴナル(Pseudo-hexagonal)構造を持ち、ラセン軸方向の二重結合に基づくπ電子によるスーパー螺旋共役構造のキラルアルコキシ基を有する光学活性ポリアセチレンを得ることができる。
【0007】
本発明で用いる置換アセチレンモノマーの製造方法は、特に限定されないが、例えばR.D’Amato,T.Sone,M.Tabata,M.V.Russo,A.FdurlaniらによるMacromolecules,31,8660(1998)に記載の方法により得ることができる。
【0008】
Rh錯体としては、得に限定されないが、[Rh(norbornadiene)Cl]2、[Rh(cyclooctadiene)Cl]2、[Rh(bis−cyclooctene)Cl]2、等のジエンおよびモノエン配位子を有するRh錯体が挙げられ、特に[Rh(norbornadiene)Cl]2、が好ましく用いられる。
また、上記の製造方法において、溶媒は当該ポリマーを良く溶かす溶媒すなわち良溶媒若しくはあまり溶かさない溶媒、すなわち貧溶媒が用いられる。
良溶媒としては、トリエチルアミン(NEt3)やクロロフォルムがある。
貧溶媒としては、メタノール、エタノールなどのアルコール類や水及びこれらの混合溶媒が用いられる。
[Rh(norbornadiene)Cl]2は、トリエチルアミン(NEt3)中では、次のような活性状態があると考えられる。
【化8】
【0009】
得られるキラルアルコキシ基を有する光学活性ポリフェニルアセチレンは、溶媒が良溶媒か貧溶媒かによって、ポリマーの色彩が変わる。貧溶媒では、得られる粉末状のポリマーは黄色であり、良溶媒ではオレンジ、赤、赤黒、黒色である。
黒色ポリマーは、カラムナー<擬ヘキサゴナル(Pseudo-hexagonal)構造>を多く含んでいると考えられ、黄色ポリマーはカラムナー<擬ヘキサゴナル(Pseudo-hexagonal)構造>を殆ど含んでいないと考えられる。
黄色ポリマーを、有機溶剤とくにクロロフォルム、トリエチルアミンあるいはトルエンの蒸気に曝すと、黄色ポリマーは黒色に変化した。
この黒色ポリマーは、X線回折及び反射スペクトルの結果、黄色ポリマーとは明らかに異なる分子配列をしていることが確認され、新しいタイプ(スーパー螺旋共役タイプ)のポリマーであると考えられる。
X線回折の結果を図2に示す。
【0010】
【発明の実施の形態】
黄色ポリマーは、ほとんど無定形のポリマーである。
黒色ポリマーは、擬ヘキサゴナル(Pseudo-hexagonal)構造を持つ。
黒色ポリマーにおいて、可視光から近赤外光線を吸収するのは、このポリアセチレンが図1のように螺旋ピッチ3.3〜3.8Åの規則正しい形状をしている結果、上と下の螺旋鎖構造において、二重結合に基づくπ電子によるスーパー螺旋共役が起こっていると解せられる。
モノマーからポリマーを合成するに際して、トリエチルアミン(NEt3)を用いると、黒色のポリマーが得られる。
【0011】
本発明について実施例を用いてさらに詳しく説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
パラ2−メチルブトキシフェニルアセチレンのラセミ体(以下p2MBPAと言う)及びパラ2−キラルメチルブトキシフェニルアセチレン(以下ps2MBPAと言う)を用意し、二つの入口を有する逆U字型のガラスチューブの一方側に、上記の方法で合成されたモノマーの2・1×10-3モル及び乾燥されたトリエチルアミン50mlを、上記U逆字型のガラスチューブの片方側に、上記モノマーのモル量に対して1/100〜1/150モル量の触媒〔Rh(norbornadiene)Cl〕2及び乾燥されたトリエチルアミン50mlをそれぞれ入れ、ガラスチューブをひっくり返すことにより、その両液を混合し重合反応を開始させた。反応は20℃で、4時間行った。過剰のメタノールを添加することで反応を停止し、沈殿してきた黒色のポリマーを濾過し、メタノールで洗浄した後、24時間真空乾乾燥した。得られたポリマーの数平均分子量を、クロロフォルム溶媒を用いて測定した。
【0012】
(実施例2〜5)
同様にモノマーの反応条件を変えて、得られるポリマーの収率、数平均分子量、重量平均分子量と数平均分子量との比、ポリマーの色彩について調べた結果を表1に示す。
【表1】
【0013】
実施例6
(溶媒処理法による黄色ポリマーから黒色ポリマーへの転換)
上記重合法で得られた黄色ポリマーをクロロフォルムの蒸気に短時間曝した場合、黒色になった。
この黄色と黒色固体の反射スペクトルを図3に示した。
この時、黄色のポリマーの440nmの吸収極大が、黒色ポリマーでは490nmに移動し、400nmから1800nmの可視部から近赤外部まで、幅広く吸収強度が増大した。
(溶媒から再沈澱による黒色ポリマーから黄色ポリマーへの転換)
黄色のポリマーをクロロフォルムあるいはトルエンの蒸気に短時間曝した場合、黒色になるが、これを多量のクロロフォルムあるいはトルエンに溶解させ、これにポリマーの貧溶媒としてメタノールを添加すると、もとの黄色のポリマーが得られ、その時の固体の反射スペクトルは、図3と同じであった。
【0014】
【発明の効果】
本発明に係るキラルアルコキシ基を有する光学活性フェニルポリアセチレンはナトリウムD線の旋光度が135.7°であり、モノマーであるパラ2−キラルメチルブトキシフェニルアセチレン(以下ps2MBPA)のナトリウムD線の旋光度12.1°の約11倍であり、光学活性で旋光性の高いラセンポリマーを得ることができた。
このポリマーは、二重結合部分がシストランソイド構造を有し、分子鎖が規則的な螺旋構造を有し、図1に示すようなラセン分子鎖が、多数自己集合して形成された擬ヘキサゴナル(Pseudo-hexagonal)構造の結晶、即ちカラムナー構造(一種の液晶組織)を有していると考えられる。
黒色ポリマーにおいて、可視光から近赤外線光を吸収するのは、このポリアセチレンが図3のように螺旋ピッチ3.3〜3.8Åの規則正しい構造をしている結果、上と下の螺旋鎖において、二重結合に基づくπ電子によるスーパー螺旋共役が起こっていると解せられ、これは一種の単一ラセン鎖による可溶性グラファイトと言える。
また、本発明のポリマーは、光の波の一方向の光を吸収又は発光させることができる。
さらに、本発明のポリマーは、黄色から黒色、黒色、赤黒、赤、緑、オレンジ、黄色と色を変えることができる変色材料、また電気導電性および熱伝導性が良いことから、電子や熱を供給、吸収する材料として、さらにこのような非晶からカラムナー結晶への形態変化を利用した材料として応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】シストランソイド型ポリアセチレン
【図2】X線回折
【図3】黒色ポリマーと黄色ポリマーの反射スペクトル
Claims (3)
- 一般式
で示されるキラル2―メチルブトキシ基を有する光学活性フェニルアセチレンを、アミン系化合物又はアルコール系化合物から選ばれる溶媒中で
で表わされるキラル2―メチルブトキシ基を有する光学活性ポリフェニルアセチレンを良 溶媒雰囲気中に暴露することにより、擬ヘキサゴナル(Pseudo-hexagonal)構造を持ち、二重結合に基づくπ電子によるスーパー螺旋共役構造のキラル2―メチルブトキシ基を有する黒色光学活性パラ2―メチルブトキシフェニルアセチレン重合体の製造方法。 - 良溶媒が、クロロホルムまたはトリエチルアミンである請求項2に記載した二重結合に基づくπ電子によるスーパー螺旋共役構造の2―メチルブトキシ基を有する黒色光学活性パラ2―メチルブトキシフェニルアセチレン重合体の製造方法。
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