JP4752843B2 - へテロ芳香環含有含フッ素ポリマー - Google Patents

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Description

本発明は、イオン液体として利用できるイオン性へテロ芳香環基含有含フッ素ポリマーの製造原料、およびエポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂などの硬化剤、金属をナノ分散させるために有用なへテロ芳香環含有含フッ素ポリマー、さらにはイオン性へテロ芳香環基含有含フッ素ポリマーに関する。
イミダゾール化合物の液状の塩は、イオン伝導性、難燃性、不揮発性、高極性、および溶解性を有しており、それらの性質を利用し、燃料電池、二次電池、キャパシター、色素増感太陽電池、エレクトロクロミックデバイスなどの電解質、または、反応媒体、触媒および化学セパレーション、核燃料再処理などの各種の機能を有するイオン液体として期待されている。
ポリマーによってイオン性液体を固定化して使用される例も多く、たとえば特開平11−306859号公報には高分子固体電解質の製造方法、高分子固体電解質およびこれを用いたリチウム二次電池と電気二重層キャパシタについて記載されており、この導電率は10-3S・cm-1という実用可能な高い値を示している。含フッ素ポリマー/イミダゾリウム塩/リチウム塩とを含有した高分子固体電解質が、イオン性液体を使用したことにより、水分を含んだ大気中でも安定で、従来の電解液、つまり、有機溶媒を含まないので、漏液、揮発といった問題がなく、信頼性、耐久性が高い高分子固体電解質が製造できることが記載されている。なお、含フッ素ポリマーが電解質用途として有用ということは、米国特許第5,296,318号明細書に記載されている。
さらに、例えばJ.Fullerらは、J.Electrochem.Soc.(1997)、144(4)、L67〜L70においてフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体および1−エチル−3−メチルイミダゾリニウム−トリフラートもしくはテトラフルオロボラートをベースとするイオン性液体からなるゴム状ゲル電解質について記載している。
また、Fullerらは、イオン性液体または他のイミダゾリニウム塩およびフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体からなる混合物を研究した(Molten Salt Forum5−6(1998)605−608)。この混合物は電池、燃料電池または高い導電性ポリマー電解質に使用するための高い導電性、熱安定性および寸法安定性を示す。
さらに、特開2005−176428号公報では、カーボンナノチューブとイオン性液体とのゲルを導電性と伸縮性のある活性層として用い、またイオン性液体とフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体やポリフッ化ビニリデン、パーフルオロスルホン酸(ナフィオン。デュポン社の商標)などの含フッ素ポリマーを含む層を伝導層とすることにより、空気中または真空中でも作動可能なアクチュエータ素子が提案されている。
これらの例から、含フッ素ポリマーが高分子電解質の材料として有用ということは明らかであるが、本来、イオン液体は含フッ素ポリマーと相溶性が良くなないため、現状、これらの用途に使用される含フッ素ポリマーは、フッ化ビニリデンをモノマー単位に含むポリマーに限定されている。
特表2005−530894号公報ではイオン性液体を含む電気光学デバイス用電解質について記載されており、その中で、エレクトロクロミックポリマー性固形フィルムにも使用できるとの記述もある。使用されるポリマーについての記述はないが、電気化学的にも良好な物性を有し、また光学的にも透明な性質を有する含フッ素ポリマーがイオン性液体とともに使用できるものと考えられる。
非イオン性ポリマーおよびイオン性液体からなる混合物において、イオン密度が高くない欠点を改善すべく、特表2005−527667号公報では非フッ素系のアミジニウム基を有するカチオン性ポリマーの製造法およびイオン性液体からなる組成物について記載されているが、プレポリマーに対する高分子反応で製造されており、反応率を上げることや、精製が困難なことがあるため、採用されにくい。また、へテロ芳香環含有含フッ素ポリマーを構築するため、記載の方法を用いるのは、含フッ素プレポリマーの合成が困難なことから適用し難い。
含フッ素イオン性液体に関しては、たとえば特開2003−62467号公報には、1−(2,2,2−トリフルオロエチル−3−メチルイミダゾリウム・トリフルオロメタンスルホネートを含むイオン液体組成物が記載されている。また、V.V. Rudyuk et al., J. Fluorine Chem., 125, pp1465-1471 (2004)には、イミダゾール化合物をカリウム塩にしたのちジメチルアセトアミド中でCF2=CFClと還流下に反応させるとイミダゾール化合物のN−K基がN−CF=CFCl基とN−CF2CFCl基に変換されたイミダゾール化合物が得られることが記載されている。さらにY.L. Yagupolskii et al., J. Fluorine Chem., 126, pp669-672 (2005)および米国特許第2861990号明細書には、金属カリウムまたは金属ナトリウム存在下、ピロール化合物またはインドール化合物をCF2=CF2、CF2=CFCl、CF2=CFCF3などのフルオロアルケンと反応させており、ピロール化合物またはインドール化合物のN−H基がフルオロアルケンに付加したピロール化合物またはインドール化合物が得られることが記載されている。
さらに得られたフルオロアルキル基を有するイミダゾール化合物のイオン化の方法としては、Y.L. Yagupolskii et al., J. Fluorine Chem., 126, pp669-672 (2005)に記載されているようなヨウ化メチルと置換反応させ、アニオンを変換する方法が採用されている。
しかしこれらはいずれも重合性基をもたない化合物である。
本発明者らは、先にヘテロ芳香環基含有含フッ素化合物を高収率で製造する方法を開発し、その途上に重合性基を有する新規ヘテロ芳香環基含有含フッ素化合物を取得し、さらに重合を試みた結果、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、式(1):
Figure 0004752843
[式中、構造単位Mは式(M):
Figure 0004752843
(式中、X1およびX2は同じかまたは異なり、HまたはF;X3はH、F、CH3またはCF3;X4およびX5は同じかまたは異なり、H、FまたはCF3;Rfは炭素数1〜40の含フッ素アルキル基または炭素数2〜100のエーテル結合を有する含フッ素アルキル基に−Y(Yは
Figure 0004752843
は、窒素原子と共にヘテロ芳香環を形成する部位であって、その水素原子の全部または一部が同一または異なる有機基で置換されていてもよい))
が結合している有機基;aは0〜3の整数;bおよびcは同じかまたは異なり、0または1)で示される含フッ素エチレン性単量体に由来する構造単位、構造単位Nは該構造単位Mを与える含フッ素エチレン性単量体と共重合可能な単量体に由来する構造単位である]で示され、構造単位Mを0.1〜100モル%および構造単位Nを0〜99.9モル%含み、数平均分子量が500〜1000000である含フッ素ポリマー(1)に関する。
本発明はまた、
式(2):
Figure 0004752843
[式中、構造単位MIは式(MI):
Figure 0004752843
(式中、X1およびX2は同じかまたは異なり、HまたはF;X3はH、F、CH3またはCF3;X4およびX5は同じかまたは異なり、H、FまたはCF3;Rfxは炭素数1〜40の含フッ素アルキル基または炭素数2〜100のエーテル結合を有する含フッ素アルキル基に−Ya(Ya
Figure 0004752843
は、窒素原子と共にヘテロ芳香環を形成する部位であって、その水素原子の全部または一部が同一または異なる有機基で置換されていてもよい;RdはHまたは1価の有機基;Xは対アニオン))
が結合している有機基;aは0〜3の整数;bおよびcは同じかまたは異なり、0または1)で示される含フッ素エチレン性単量体に由来する構造単位、構造単位Nは該構造単位Mを与える含フッ素エチレン性単量体と共重合可能な単量体に由来する構造単位である]で示され、構造単位MIを0.1〜100モル%および構造単位Nを0〜99.9モル%含み、数平均分子量が500〜1000000であるイオン性基含有含フッ素ポリマー(2)にも関する。
−Yaとしては、
Figure 0004752843
(式中、Raは同じかまたは異なりいずれもハロゲン原子、官能基または有機基であって、かつ存在していても存在していなくてもよく、存在する場合は、ヘテロ芳香環の水素原子の全部または一部を置換している;RdはHまたは1価の有機基;Xは対アニオン)であることが、金属粒子や炭素材料の分散性、イオン化合物の相溶性や炭素材料の分散性、他素材との密着性、電気物性、機械物性、熱物性などの調整が容易なことから好ましい。
また−Yaは、Rfxの主鎖および/または側鎖の末端に結合していることが、ヘテロ芳香環の特性が発揮しやすい点から好ましい。
構造単位MIとしては、式(MI1):
Figure 0004752843
(式中、X1、X2、X3、X4、X5、Rfx、aおよびcは式(MI)と同じ)で示される含フッ素エチレン性単量体に由来する構造単位MI1であることが好ましい。
より具体的には、たとえば
式(MI2):
Figure 0004752843
(式中、Rfxは式(MI)と同じ;dは1〜20の整数)で示される含フッ素エチレン性単量体に由来する構造単位MI2;
式(MI3):
Figure 0004752843
(式中、Rfxは式(MI)と同じ)で示される含フッ素エチレン性単量体に由来する構造単位MI3;
式(MI4):
Figure 0004752843
(式中、Rfxは式(MI)と同じ)で示される含フッ素エチレン性単量体に由来する構造単位MI4;
式(MI5):
Figure 0004752843
(式中、Rfxは式(MI)と同じ;eは0〜1の整数)で示される含フッ素エチレン性単量体に由来する構造単位MI5
があげられる。
本発明はまた、(I)本発明のヘテロ芳香環含有含フッ素ポリマー(1)および/またはイオン性基含有含フッ素ポリマー(2)と(II)ナノフィラーとを含むポリマー組成物にも関する。
本発明の含フッ素ポリマー(1)は、式(1):
Figure 0004752843
[式中、構造単位Mは式(M):
Figure 0004752843
(式中、X1およびX2は同じかまたは異なり、HまたはF;X3はH、F、CH3またはCF3;X4およびX5は同じかまたは異なり、H、FまたはCF3;Rfは炭素数1〜40の含フッ素アルキル基または炭素数2〜100のエーテル結合を有する含フッ素アルキル基に−Y(Yは
Figure 0004752843
は、窒素原子と共にヘテロ芳香環を形成する部位であって、その水素原子の全部または一部が同一または異なる有機基で置換されていてもよい))
が結合している有機基;aは0〜3の整数;bおよびcは同じかまたは異なり、0または1)で示される含フッ素エチレン性単量体に由来する構造単位、構造単位Nは該構造単位Mを与える含フッ素エチレン性単量体と共重合可能な単量体に由来する構造単位である]で示され、構造単位Mを0.1〜100モル%および構造単位Nを0〜99.9モル%含み、数平均分子量が500〜1000000である含フッ素ポリマーである。
本発明の含フッ素ポリマー(1)の特徴の1つである−Yとしては、イミダゾール(imidazole)骨格、ピロール(pyrrole)骨格、ピラゾール(pyrazole)骨格、1,2,3−トリアゾール(triazole)骨格、1,2,4−トリアゾール(triazole)骨格、インドール(indole)骨格、ベンズイミダゾール骨格、ベンゾトリアゾール骨格、プリン(purine)骨格、プリン誘導体骨格、またはカルバゾール骨格を有する基などが、合成の容易さ、入手の容易さの点で好ましく例示できる。
たとえばつぎの式(Y1−1)〜(Y1−7)の基が例示できる。
式(Y1−1):
Figure 0004752843
(式中、Raは同じかまたは異なりいずれもハロゲン原子、官能基または有機基であって、かつ存在していても存在していなくてもよく、存在する場合は、ヘテロ芳香環の水素原子の全部または一部を置換している)で示されるイミダゾール骨格含有基、
式(Y1−2):
Figure 0004752843
(式中、Raは同じかまたは異なりいずれもハロゲン原子、官能基または有機基であって、かつ存在していても存在していなくてもよく、存在する場合は、ヘテロ芳香環の水素原子の全部または一部を置換している)で示されるピロール骨格含有基、
式(Y1−3):
Figure 0004752843
(式中、Raは同じかまたは異なりいずれもハロゲン原子、官能基または有機基であって、かつ存在していても存在していなくてもよく、存在する場合は、ヘテロ芳香環の水素原子の全部または一部を置換している)で示されるピラゾール骨格含有基、
式(Y1−4):
Figure 0004752843
(式中、Raは同じかまたは異なりいずれもハロゲン原子、官能基または有機基であって、かつ存在していても存在していなくてもよく、存在する場合は、ヘテロ芳香環の水素原子の全部または一部を置換している)で示されるトリアゾール骨格含有基、
式(Y1−5):
Figure 0004752843
(式中、Raは同じかまたは異なりいずれもハロゲン原子、官能基または有機基であって、かつ存在していても存在していなくてもよく、存在する場合は、ヘテロ芳香環および/または芳香環の水素原子の全部または一部を置換している)で示されるインドール骨格含有基、
式(Y1−6):
Figure 0004752843
(式中、Raは同じかまたは異なりいずれもハロゲン原子、官能基または有機基であって、かつ存在していても存在していなくてもよく、存在する場合は、ヘテロ芳香環および/または芳香環の水素原子の全部または一部を置換している)で示されるプリン骨格含有基
または
式(Y1−7):
Figure 0004752843
(式中、Raはハロゲン原子、官能基または有機基であって、かつ存在していても存在していなくてもよく、存在する場合は、ヘテロ芳香環の水素原子の全部または一部を置換している;RおよびR’は同じかまたは異なり、いずれも水素原子、アルキル基、アリールアルキル基、有機珪素基、アルコキシ基またはカルボキシエステル基;Yは同じかまたは異なりいずれも=O、−NRR’、−OR、FまたはF2)で示されるプリン誘導体骨格含有基などのほか、後述する基が例示できる。
aとしては、たとえばつぎに示す基があげられる。
(1)ハロゲン原子:
好ましくはフッ素原子または塩素原子、特にフッ素原子である。
(2)官能基:
カルボキシル基(−COOH)、カルボン酸エステル基(−COOR)、ニトリル基(−CN)、アミノ基(−NH2)、アルキルアミノ基(−NR2、−NHR)、カルボン酸アミド基(−CONR2、−CONHR)、アルキルエーテル基(−OR)、シリルエーテル基(−OSiR3)、チオール基(−SH)、チオエーテル基(−SR)、ニトロ基、好ましくはカルボン酸エステル基、ニトリル基、アミノ基、アルキルアミノ基、カルボン酸アミド基、アルキルエーテル基、シリルエーテル基、チオール基、チオエーテル基などがあげられる。そのほかベンゼン環に結合する置換基としてはカルボキシル基(−COOH)、カルボン酸エステル基(−COOR)、ニトリル基(−CN)、アミノ基(−NH2)、アルキルアミノ基(−NR2、−NHR)、カルボン酸アミド基(−CONR2、−CONHR)、アルキルエーテル基(−OR)、シリルエーテル基(−OSiR3)、チオール基(−SH)、チオエーテル基(−SR)、ニトロ基なども許容される(なお、Rは同じかまたは異なり、好ましくは1価の炭化水素基)。
(3)有機基:
(3-1)ハロゲン原子、好ましくはフッ素原子で水素原子の一部または全部が置換されていてもよい直鎖状または分岐鎖状のアルキル基。炭素数は1〜1000が好ましい。
(3-2)カルボキシル基、水酸基、ニトリル基、アミノ基、アルキルアミノ基、カルボン酸エステル基、カルボン酸アミド基、アルキルエーテル基、シリルエーテル基、チオール基、チオエーテル基、ニトロ基などの官能基で置換されているアルキル基。炭素数は1〜20が好ましい。
(3-3)置換されていてもよいアリール基。
(3-4)ハロゲン原子、好ましくはフッ素原子で水素原子の一部または全部が置換されていてもよいエーテル結合を含むアルキル基。炭素数は1〜1000が好ましい。
(3-5)ハロゲン原子、好ましくはフッ素原子で水素原子の一部または全部が置換されていてもよいアルコキシ基。炭素数は1〜1000が好ましい。
なお、以下の表1〜13において、各置換基はそれぞれ当該の表限りの定義であり、また、原子数を表す数字は特に下付にはしていない。さらに、Phはフェニールの略である。
これらのうち、イオン性材料の原材料などとしての有用性の点から、式(Y1−1):
Figure 0004752843
で示されるイミダゾール基が好ましい。
式(Y1−1)のイミダゾール骨格含有基としては、たとえば表1に示されるRa1を有する基が例示できる。
Figure 0004752843
式(Y1−2)のピロール骨格含有基としては、たとえば表2に示されるRa2を有する基が例示できる。
Figure 0004752843
式(Y1−3)のピラゾール骨格含有基としては、たとえば表3に示されるRa3を有する基が例示できる。
Figure 0004752843
式(Y1−4)のトリアゾール骨格含有基としては、たとえば表4に示されるRa4を有する1,2,4−トリアゾール骨格含有基が例示できる。
Figure 0004752843
式(Y1−5)のインドール骨格含有基としては、たとえば表5に示されるRa5とRa6を有する基が例示できる。
Figure 0004752843
式(Y1−6)のプリン骨格含有基としては、たとえば表6に示されるRa7とRa8を有する基が例示できる。
Figure 0004752843
式(Y1−7)のプリン誘導体骨格含有基としては、たとえば表7に示されるRa9を有する基が例示できる。
Figure 0004752843
そのほか、つぎの表8に示すベンズイミダゾール(benzimidazole)骨格含有基、表9に示す1,2,3−トリアゾール骨格含有基、表10に示すテトラゾール(tetrazole) 骨格含有基、表11に示すイソインドール(isoindole) 骨格含有基、表12に示すインダゾール(indazole) 骨格含有基、表13に示すベンゾトリアゾール(benzotriazole) 骨格含有基、表14に示すカルバゾール骨格含有基などもあげられる。
Figure 0004752843
Figure 0004752843
Figure 0004752843
Figure 0004752843
Figure 0004752843
Figure 0004752843
Figure 0004752843
またこれらの−Yは、Rfの主鎖および/または側鎖の末端に結合していることが、ヘテロ芳香環の特性が発揮しやすい点から好ましい。Yは1個以上であればよく、特に限定されないが、Yが多い骨格はコスト高になるため、1〜3個が好ましい。
RfのY以外の部分は、炭素数1〜40の含フッ素アルキル基からYを除いた2価以上の基、または炭素数2〜100のエーテル結合を有する含フッ素アルキル基からYを除いた2価以上の基である。
それらのなかでも、
式(b−1):
−(CF2m1
(式中、m1は1〜10000の整数)、
式(b−2):
Figure 0004752843
(式中、m2は1〜10000の整数)、
式(b−3):
−(CF2−CH2m3
(式中、m3は1〜10000の整数)、
式(b−4):
Figure 0004752843
(式中、m4は1〜3000の整数)、
および/または
式(b−5):
−(RfbO)m5
(式中、Rfbはフッ素原子を有する直鎖状または分岐鎖状のアルキレン基;m5は1〜100の整数)
を有していることが好ましく、とくに室温で液状を呈しやすいという点から、式(b−4)の分岐鎖を有するパーフルオロアルキレン基および/または式(b−5)のフルオロエーテル単位を有するものが好ましい。
本発明の含フッ素ポリマー(1)は、つぎの方法で製造することができる。
(製法1)前記構造単位Mを与える単量体(m)を単独で重合するか、構造単位Nを与えかつ単量体(m)と共重合可能な単量体(n)と単量体(m)とを共重合する方法(重合法)。
(製法2)ヘテロ芳香環基含有化合物と反応して構造単位Mに変換し得る官能基含有構造単位を含む重合体または共重合体とヘテロ芳香環基含有化合物を高分子反応させる方法(高分子反応法)。
以下、まず製法1について、構造単位Mとそれを与える単量体(m)、さらには構造単位Nを与えかつ単量体(m)と共重合可能な単量体(n)と共に説明する。
構造単位Mは、式(M):
Figure 0004752843
(式中、X1およびX2は同じかまたは異なり、HまたはF;X3はH、F、CH3またはCF3;X4およびX5は同じかまたは異なり、H、FまたはCF3;Rfは炭素数1〜40の含フッ素アルキル基または炭素数2〜100のエーテル結合を有する含フッ素アルキル基に−Y(Yは
Figure 0004752843
は、窒素原子と共にヘテロ芳香環を形成する部位であって、その水素原子の全部または一部が同一または異なる有機基で置換されていてもよい))
が結合している有機基;aは0〜3の整数;bおよびcは同じかまたは異なり、0または1)で示される含フッ素エチレン性単量体に由来する構造単位である。
かかる構造単位Mを与え得る単量体(m)は、式(m):
Figure 0004752843
(式中、X1、X2、X3、X4、X5、Rf、a、bおよびcは式(M)と同じ)で示される含フッ素エチレン性単量体である。
前記構造単位Mとしては、式(M1):
Figure 0004752843
(式中、X1、X2、X3、X4、X5、Rf、aおよびcは式(M)と同じ)で示される構造単位M1であることが好ましい。
この構造単位M1を与える単量体(m1)は、式(m1):
Figure 0004752843
(式中、X1、X2、X3、X4、X5、Rf、aおよびcは式(M1)と同じ)で示される含フッ素エチレン性単量体である。
構造単位M1および単量体(m1)の具体例としては、たとえばつぎのものが好ましく例示できる。なお、以下の具体例の構造式において、Yは特に断らない限り上記のヘテロ芳香環構造を有する基である。
式(M2):
Figure 0004752843
(式中、Rfは式(M)と同じ;dは1〜20の整数)で示される構造単位M2、および構造単位M2を与える式(m2):
Figure 0004752843
(式中、Rfおよびdは式(M2)と同じ)で示される含フッ素エチレン性単量体(m2)。
具体例としては、
CH2=CFCF2O[CF(CF3)CF2O]nCHFCF2−Y(nは0〜20の整数)、
CH2=CFCF2O(CF2CF2O)nCHFCF2−Y(nは0〜20の整数)、
CH2=CFCF2O(CH2CF2CF2O)nCHZCF2−Y(ZはHまたはF;nは0〜20の整数)
などがあげられ、より具体的には、
CH2=CFCF2OCHFCF2−Y、
CH2=CFCF2OCF(CF3)CF2OCHFCF2−Y、
CH2=CFCF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)CF2OCHFCF2−Y、
CH2=CFCF2O[CF(CF3)CF2O]nCHFCF2−Y(nは3〜8の整数)、
CH2=CFCF2O(CF2CF2O)nCHFCF2−Y(nは0〜8の整数)、
CH2=CFCF2O(CH2CF2CF2O)nCH2CF2−Y(nは0〜8の整数)、
CH2=CFCF2O(CH2CF2CF2O)nCHFCF2−Y(nは0〜8の整数)
などがあげられる。
式(M3):
Figure 0004752843
(式中、Rfは式(M)と同じ)で示される構造単位、および構造単位M3を与える式(m3):
Figure 0004752843
(式中、Rfは式(M3)と同じ)で示される含フッ素エチレン性単量体(m3)。
具体例としては、
CF2=CFO[CF2CF(CF3)O]n(CF2mCHFCF2−Y(nは0〜20の整数、mは0〜20の整数)、
CF2=CFO(CF2CF2O)n(CF2mCHFCF2−Y(nは0〜20の整数、mは0〜20の整数)、
CF2=CFO(CH2lCF(CF3)[OCF2CF(CF3)]n(CF2mCHFCF2−Y(nは0〜10の整数;mは0〜10の整数;lは0〜6の整数)、
CF2=CFO(CH2l(CF2m(RfBnCHZCF2−Y(ZはHまたはF、RfBはCF2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;mは0〜10の整数、nは0〜10の整数、lは0〜4の整数)、
CF2=CFO(CH2l(RfBn(CF2mCHZCF2−Y(ZはHまたはF、RfBはCF2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;mは0〜10の整数、nは0〜10の整数、lは0〜4の整数)
などがあげられ、より具体的には、たとえば
CF2=CFOCHFCF2−Y、CF2=CFOCF2CHFCF2−Y、
CF2=CFOCF2CF2CHFCF2−Y、
CF2=CFOCF2CF2CF2CF2CHFCF2−Y、
CF2=CFOCF2CF2CF2CF2CF2CF2CHFCF2−Y、
CF2=CFOCF2CF(CF3)OCHFCF2−Y、
CF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CHFCF2−Y、
CF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2CHFCF2−Y、
CF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2CF2CF2CHFCF2−Y、
CF2=CFO[CF2CF(CF3)O]nCHFCF2−Y(nは1〜8の整数)、
CF2=CFO[CF2CF(CF3)O]nCF2CHFCF2−Y(nは1〜8の整数)、
CF2=CFO[CF2CF(CF3)O]nCF2CF2CHFCF2−Y(nは1〜8の整数)、
CF2=CFO[CF2CF(CF3)O]nCF2CF2CF2CF2CHFCF2−Y(nは1〜8の整数)、
CF2=CFOCF2CF2OCHFCF2−Y、
CF2=CFOCF2CF2OCF2CHFCF2−Y、
CF2=CFOCF2CF2OCF2CF2CHFCF2−Y、
CF2=CFOCF2CF2OCF2CF2CF2CF2CHFCF2−Y、
CF2=CFO(CF2CF2O)nCHFCF2−Y(nは1〜8の整数)、
CF2=CFO(CF2CF2O)nCF2CHFCF2−Y(nは1〜8の整数)、
CF2=CFO(CF2CF2O)nCF2CF2CHFCF2−Y(nは1〜8の整数)、
CF2=CFO(CF2CF2O)nCF2CF2CF2CF2CHFCF2−Y(nは1〜8の整数)、
CF2=CFO(CH2nCHFCF2−Y(nは1〜4の整数)、
CF2=CFO(CH2nCF2CHFCF2−Y(nは1〜4の整数)、
CF2=CFO(CH2nCF2CF2CHFCF2−Y(nは1〜4の整数)、
CF2=CFO(CH2nCF2CF2CF2CHFCF2−Y(nは1〜4の整数)、
CF2=CFOCH2CH2CF2CH2(CF2nCHFCF2−Y(nは0〜20の整数)、
CF2=CFOCF2CF2(CFClCF2m(CF2lCHFCF2−Y(mは1〜3の整数、lは0〜4の整数)、
CF2=CFO(CH2n(CFClCF2m(CF2lCHFCF2−Y(nは0〜4の整数、mは1〜2の整数、lは0〜4の整数)、
CF2=CFOCF(CF3)(CF2lCHFCF2−Y(lは0〜10の整数)、
CF2=CFO(CH2n(CF2CH2m(CF2lCHFCF2−Y(nは0〜4の整数、mは1〜4の整数、lは0〜4の整数)、
CF2=CFO(CH2n(CF2l(CH2CF2mCH2CF2−Y(nは0〜4の整数、mは1〜4の整数、lは0〜4の整数)
などがあげられる。
式(M4):
Figure 0004752843
(式中、Rfは式(M)と同じ)で示される構造単位、および式(m4):
Figure 0004752843
(式中、Rfは式(M4)と同じ)で示される含フッ素エチレン性単量体(m4)。
具体例としては、
CF2=CF(CF2m(CH2lO[CF(CF3)CF2O]nCHFCF2−Y(nは0〜10の整数;mは0〜20の整数;lは0〜6の整数)、
CF2=CF(CF2m(CH2lO(CF2CF2O)nCHFCF2−Y(nは0〜10の整数;mは0〜20の整数;lは0〜6の整数)、
CF2=CF(CF2CH2l(CF2n(CH2CF2mCHZCF2−Y(ZはHまたはF;lは0〜6の整数、nは0〜10の整数、mは0〜6の整数)、
CF2=CF(CF2l(CH2CF2n(CF2mCHZCF2−Y(ZはHまたはF;lは0〜10の整数、nは0〜10の整数、mは0〜10の整数)、
CF2=CF(CF2l(CF2CH2n(CF2mCHZCF2−Y(ZはHまたはF;lは0〜10の整数、nは0〜10の整数、mは0〜10の整数)、
CF2=CF(CF2l(RfBn(CF2mCHZCF2−Y(ZはHまたはF;RfBは、CF2CFCl、CF2CF(CF3);lは0〜8の整数、mは0〜8の整数、nは1〜5の整数)
などがあげられ、より具体的には、たとえば
CF2=CFCHFCF2−Y、
CF2=CFCF2CHFCF2−Y、
CF2=CFCF2CF2CHFCF2−Y、
CF2=CFCF2CF2CF2CF2CHFCF2−Y、
CF2=CF(CF2nCF(CF3)CHFCF2−Y(nは0〜8の整数)、
CF2=CF(CF2nCF(CF3)CH2CF2−Y(nは0〜8の整数)、
CF2=CFCF2CH2CHFCF2−Y、
CF2=CFCF2CH2CF2CF2CHFCF2−Y、
CF2=CFCH2CF2−Y、
CF2=CFCF2CH2CF2−Y、
CF2=CFCF2CF2CH2CF2−Y、
CF2=CFCH2CF2CH2CF2−Y、
CF2=CF(CF2n(CH2CF2mCHFCF2−Y(nは0〜10の整数、mは0〜5の整数)、
CF2=CFCF2OCHFCF2−Y、
CF2=CFCF2CF2OCHFCF2−Y、
CF2=CFCF2CF2CF2CF2OCHFCF2−Y、
CF2=CFCF2OCF(CF3)CF2OCHFCF2−Y、
CF2=CFCF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)CF2OCHFCF2−Y、
CF2=CFCF2O[CF(CF3)CF2O]nCHFCF2−Y(nは3〜8の整数)、
CF2=CFCF2CF2OCF(CF3)CF2OCHFCF2−Y、
CF2=CFCF2CF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)CF2OCHFCF2−Y、
CF2=CFCF2CF2O[CF(CF3)CF2O]nCHFCF2−Y(nは3〜8の整数)、
CF2=CFCF2O(CF2CF2O)nCHFCF2−Y(nは1〜8の整数)、
CF2=CFCF2CF2O(CF2CF2O)nCHFCF2−Y(nは1〜8の整数)、
CF2=CFCH2OCHFCF2−Y、
CF2=CFCF2CH2OCHFCF2−Y、
CF2=CFCF2CF2CF2CH2OCHFCF2−Y
などがあげられる。
式(M5):
Figure 0004752843
(式中、Rfは式(M)と同じ;eは0〜1の整数)で示される構造単位M5、および式(m5):
Figure 0004752843
(式中、Rfおよびeは式(M5)と同じ)で示される含フッ素エチレン性単量体(m5)。
具体例としては、
CH2=CH(CF2nCHZCF2−Y(ZはHまたはF、nは0〜20の整数)、
CH2=CH(CF2n(CH2CF2mCH2CF2−Y(nは0〜20の整数、mは1〜10の整数)、
CH2=CH(CF2CH2m(CF2nCHFCF2−Y(nは0〜20の整数、mは1〜10の整数)、
CH2=CH(CF2CH2l(CF2n(CH2CF2mCH2CF2−Y(nは0〜20の整数、mは0〜10の整数、lは0〜10の整数)、
CH2=CH(CF2l(RfBn(CF2mCHZCF2−Y(ZはHまたはF;RfBは、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3);lは0〜8の整数、mは0〜8の整数、nは1〜5の整数)、
CH2=CHO(CH2k(CF2nCHZCF2−Y(ZはHまたはF、nは0〜20の整数、kは0〜6の整数)、
CH2=CHO(CH2k(CF2n(CH2CF2mCH2CF2−Y(nは0〜20の整数、mは1〜10の整数、kは0〜6の整数)、
CH2=CHO(CH2k(CF2CH2l(CF2n(CH2CF2mCH2CF2−Y(lは1〜10の整数、nは1〜20の整数、mは1〜10の整数、kは0〜6の整数)、
CH2=CH(CH2k(RfBn(CF2mCHZCF2−Y(ZはHまたはF;RfBは、CF2CFCl、CF2CF(CF3);kは0〜8の整数、mは0〜8の整数、nは1〜5の整数)
などがあげられ、より具体的には、たとえば
CH2=CHCHFCF2−Y、
CH2=CHCF2CF2CHFCF2−Y、
CH2=CHCF2CF2CF2CF2CHFCF2−Y、
CH2=CH(CF2nCHFCF2−Y(nは0〜10の整数)、
CH2=CHCF2CF2CH2CF2−Y、
CH2=CHCF2CF2CF2CF2CH2CF2−Y、
CH2=CH(CF2nCH2CF2−Y(nは0〜10の整数)、
CH2=CHCF2CH2CF2CF2CH2CF2−Y、
CH2=CHCF2CH2CF2CF2CF2CF2CH2CF2−Y、
CH2=CHCF2CH2(CF2nCH2CF2−Y(nは0〜10の整数)、
CH2=CHCF(CF3)CF2CHFCF2−Y、
CH2=CHCF(CF3)CF2CF2CF2CHFCF2−Y、
CH2=CHCF(CF3)(CF2nCHFCF2−Y(nは0〜10の整数)、
CH2=CHCF2CF(Cl)CHFCF2−Y、
CH2=CHCF2CF(Cl)CF2CF2CHFCF2−Y、
CH2=CHCF(Cl)CF2CHFCF2−Y、
CH2=CHCF(Cl)CF2CF2CF2CHFCF2−Y、
CH2=CHOCF2CHFCF2−Y、
CH2=CHOCF2CF2CHFCF2−Y、
CH2=CHOCF2CF2CF2CHFCF2−Y、
CH2=CHO(CF2nCHFCF2−Y(nは0〜10の整数)、
CH2=CHOCH2CHFCF2−Y、
CH2=CHOCH2CF2CHFCF2−Y、
CH2=CHOCH2(CF2nCF2CHFCF2−Y(nは0〜10の整数)、
CH2=CHOCH2CH2CHFCF2−Y、
CH2=CHOCH2CH2CF2CF2CHFCF2−Y、
CH2=CHOCH2CH2(CF2nCHFCF2−Y(nは0〜10の整数)
などがあげられる。
これら以外の単量体(m)としては、たとえばつぎのものが例示できる。
CH2=CF(CF2n(RfBmCHZ2CF2−Y(RfBはCH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;Z2はHまたはF;mは0〜8の整数;nは0〜10の整数)、
CX2=CZ1−C64−(RfBm(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z1はH、F、CH3またはCF3;Z2はHまたはF;RfBはCH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;mは0〜8の整数;nは0〜10の整数)、
CX2=CZ1−C64−O−(CH2l(RfBm(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z1はH、F、CH3またはCF3;Z2はHまたはF;RfBはCF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2、nは0〜10の整数、mは0〜8の整数、lは1〜4の整数)、
CX2=CZ1−C64−OCO−(RfBm(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z1はH、F、CH3またはCF3;Z2はHまたはF;RfBはCF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2、nは0〜10の整数、mは0〜8の整数)、
CX2=CZ1−C64−CO2−(CH2l(RfBm(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z1はH、F、CH3またはCF3;Z2はHまたはF;RfBはCF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2、nは0〜10の整数、mは0〜8の整数、lは1〜4の整数)、
CX2=CZ1−O−C64−O−(CH2l(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z1はH、F、CH3またはCF3;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数、lは1〜4の整数)、
CX2=CZ1−O−C64−(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z1はH、F、CH3またはCF3;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CX2=CZ1−O−C64−OCO−(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z1はH、F、CH3またはCF3;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CX2=CZ1−O−C64−CO2−(CH2l(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z1はH、F、CH3またはCF3;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数、lは1〜4の整数)、
CX2=CZ1−CO2−(CH2l(RfBm(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z1はH、F、CH3またはCF3;Z2はHまたはF;RfBはCF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜10の整数;mは0〜8の整数;lは1〜4の整数)、
CX2=CZ1−C(=O)S−(CH2l(RfBm(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z1はH、F、CH3またはCF3;Z2はHまたはF;RfBはCF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜10の整数;mは0〜8の整数;lは1〜4の整数)、
CX2=CZ1−O−CO2−(CH2l(RfBm(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z1はH、F、CH3またはCF3;Z2はHまたはF;RfBはCF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜10の整数;mは0〜15の整数;lは1〜4の整数)
より具体的には、以下の単量体があげられる。
CH2=CFCHFCF2−Y、
CH2=CFCF2CHFCF2−Y、
CH2=CFCF2CF2CHFCF2−Y、
CH2=CF(CF2nCHFCF2−Y(nは3〜10の整数)、
CH2=CFCH2CF2−Y、
CH2=CFCH2CF2CH2CF2−Y、
CH2=CFCF2CF(CF3)CHFCF2−Y、
CH2=CFCF2CF(CF3)CH2CF2−Y、
CH2=CH−C64−(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=CF−C64−(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=C(CF3)−C64−(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=CH−C64−O−CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=CF−C64−O−CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=C(CF3)−C64−O−CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=CH−C64−O−CH2CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=CF−C64−O−CH2CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=C(CF3)−C64−O−CH2CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=CH−C64−OCO−(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=CF−C64−OCO−(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=CH−C64−CO2−CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=CF−C64−CO2−CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=C(CF3)−C64−CO2−CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=CH−C64−CO2−CH2CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=CF−C64−CO2−CH2CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=C(CF3)−C64−CO2−CH2CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=CH−C64−O−CH2CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=CF−C64−O−CH2CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=C(CF3)−C64−O−CH2CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=CH−O−C64−(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CF2=CF−O−C64−(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=CH−O−C64−O−CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=CH−O−C64−O−CH2CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CF2=CF−O−C64−O−CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CF2=CF−O−C64−O−CH2CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数、)、
CH2=CH−O−C64−CO2−CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=CH−O−C64−CO2−CH2CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CF2=CF−O−C64−CO2−CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CF2=CF−O−C64−CO2−CH2CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=CH−O−C64−OCO−(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CF2=CF−O−C64−OCO−(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CF2=CF−O−C64−O−CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CF2=CF−O−C64−O−CH2CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(XはHまたはF;Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=CH−CO2−CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=CF−CO2−CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=C(CF3)−CO2−CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=CH−CO2−CH2CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=CF−CO2−CH2CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=C(CF3)−CO2−CH2CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=CH−CO2−CH2CH2(CF2CH2nCHZ2CF2−Y(Z2はHまたはF;nは1〜15の整数)、
CH2=CH−CO2−CH2CH2(CF2CH2nCF2CF2CHFCF2−Y(nは1〜15の整数)、
CH2=CH−CO2−CH2CH2CF2CF2(CH2CF2nCH2CF2−Y(nは1〜15の整数)、
CH2=CH−CO2−(CH2l(CF2m(CH2CF2nCH2CF2−Y(lは1〜3の整数、mは0〜10の整数;nは1〜15の整数)、
CH2=CF−CO2−CH2CH2(CF2CH2nCHZ2CF2−Y(Z2はHまたはF;nは1〜15の整数)、
CH2=CF−CO2−CH2CH2(CF2CH2nCF2CF2CHFCF2−Y(nは1〜15の整数)、
CH2=CF−CO2−CH2CH2CF2CF2(CH2CF2nCH2CF2−Y(nは1〜15の整数)、
CH2=CF−CO2−(CH2l(CF2m(CH2CF2nCH2CF2−Y(lは1〜3の整数、mは0〜10の整数;nは1〜15の整数)、
CH2=C(CH3)−CO2−CH2CH2(CF2CH2nCHZ2CF2−Y(Z2はHまたはF;nは1〜15の整数)、
CH2=C(CH3)−CO2−CH2CH2(CF2CH2nCF2CF2CHFCF2−Y(nは1〜15の整数)、
CH2=C(CH3)−CO2−CH2CH2CF2CF2(CH2CF2nCH2CF2−Y(nは1〜15の整数)、
CH2=C(CH3)−CO2−(CH2l(CF2m(CH2CF2nCH2CF2−Y(lは1〜3の整数、mは0〜10の整数nは1〜15の整数)、
CH2=C(CF3)−CO2−CH2CH2(CF2CH2nCHZ2CF2−Y(Z2はHまたはF;nは1〜15の整数)、
CH2=C(CF3)−CO2−CH2CH2(CF2CH2nCF2CF2CHFCF2−Y(nは1〜15の整数)、
CH2=C(CF3)−CO2−CH2CH2CF2CF2(CH2CF2nCH2CF2−Y(nは1〜15の整数)、
CH2=C(CF3)−CO2−(CH2l(CF2m(CH2CF2nCH2CF2−Y(lは1〜3の整数、mは0〜10の整数、nは1〜15の整数)、
CH2=CZ1−C(=O)S−CH2CH2(CF2CH2nCHZ2CF2−Y(Z1はH、F、CH3またはCF3;Z2はHまたはF;nは1〜15の整数)、
CH2=CZ1−C(=O)S−CH2CH2(CF2CH2nCF2CF2CHFCF2−Y(Z1はH、F、CH3またはCF3;nは1〜15の整数)、
CH2=CZ1−C(=O)S−CH2CH2CF2CF2(CH2CF2nCH2CF2−Y(Z1はH、F、CH3またはCF3;nは1〜15の整数)、
CH2=CZ1−C(=O)S−(CH2l(CF2m(CH2CF2nCH2CF2−Y(Z1はH、F、CH3またはCF3;lは1〜3の整数、mは0〜10の整数、nは1〜15の整数)、
CH2=CH−O−CO2−CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)、
CH2=CH−O−CO2−CH2CH2(CF2nCHZ2CF2−Y(Z2はHまたはF;nは0〜10の整数)
含フッ素エチレン性単量体(m)およびその具体例である単量体(m1)〜(m5)には文献未記載の新規な化合物も含まれる。その合成法については後述する。
本発明の含フッ素ポリマー(1)は、上記の含フッ素エチレン性単量体(m)の1種の単独重合体でもよいし、含フッ素エチレン性単量体(m)の2種以上の共重合体でもよい。含フッ素エチレン性単量体(m)の2種以上の共重合体の場合、共重合比は任意の広い範囲で選択できる。
また、本発明の含フッ素ポリマー(1)は、含フッ素エチレン性単量体(m)の1種または2種以上と、含フッ素エチレン性単量体(m)と共重合可能であり構造単位Nを与える単量体(n)との共重合体であってもよい。
かかる単量体(n)としては特に限定されず、構造単位Mに付与しようとする基材密着性、屈折率、機械的物性などの特性に応じて、使用する目的により、適宜選択すればよく、共重合体中に0.1モル%以上であればよい。炭素材料や金属粒子と安定的な構造を得るためには1モル%以上、さらには、5モル%以上とすることが好ましく、電解質用途として使用するには、3モル%以上、さらには、15モル%以上とすることが好ましい。
共重合体は、ブロック共重合体、グラフト共重合体、交互共重合体、ランダム共重合体であってもよい。
構造単位Nとしては、つぎのものが例示できるが、これらに限定されるものではない。
(i)Yを有しない官能基含有含フッ素エチレン性単量体から誘導される構造単位(N1)
これらは、硬化性含フッ素ポリマーおよびその硬化物の屈折率を低く維持しながら、基材への密着性や溶剤、特に汎用溶剤への溶解性を付与できる点で好ましく、そのほか架橋性などの機能を付与できる点で好ましい。官能基を有する好ましい含フッ素エチレン性単量体の構造単位は、一般式(N1):
Figure 0004752843
(式中、X11、X12、X13はHまたはF、X14はH、F、CF3、hは0〜2、iは0または1、Rf4は炭素数1〜40の含フッ素アルキレン基、炭素数2〜100のエーテル結合を有する含フッ素アルキレン基、Z1はハロゲン原子、−OH、−CH2OH、−COOH、カルボン酸誘導体、−SO3H、スルホン酸誘導体、エポキシ基、シアノ基から選ばれるもの)で示される構造単位である。
なお、カルボン酸誘導体およびスルホン酸誘導体としてはそれぞれ−COOMaおよび−SO3Maという塩が好ましい。ここでMaとしては、たとえばNH4、Li、Na、K、Rb、Cs、MgCl、MgBr、MgI、MgNO3、MgBF4、CaCl、CaBr、CaI、CaNO3、CaBF4、FeCl2、FeBr2、CoCl、CoBr、ZnCl、ZnBr、NiCl、NiBr、Ag、Cu、CuCl、CuBr、CuI、AuCl2、AuBr2またはAuI2などが例示できる。
構造単位N1はなかでも式(N1−1):
Figure 0004752843
で示される構造単位が好ましい。
より具体的には、
Figure 0004752843
などの含フッ素エチレン性単量体から誘導される構造単位が好ましくあげられる。
また式(N1−2):
Figure 0004752843
で示される構造単位も好ましく例示でき、より具体的には、
Figure 0004752843
などの単量体から誘導される構造単位があげられる。
その他、官能基含有含フッ素エチレン性単量体としては、
CF2=CFCF2−O−Rf−Z1 、CF2=CF−Rf−Z1
CH2=CH−Rf−Z1 、CH2=CHO−Rf−Z1
(Rfは式(M)のRfと同じ)
などがあげられ、より具体的には、
Figure 0004752843
などがあげられる。
(ii)Yおよび官能基を含まない含フッ素エチレン性単量体から誘導される構造単位(N2)
これらは汎用溶剤への溶解性を向上でき、イオン性液体などの添加剤との相溶性を向上することができる点で好ましい。また単量体を選択することでポリマーの機械的特性やガラス転移点などを調整でき、特に構造単位Mと共重合してガラス転移点を高くすることができ、好ましいものである。
含フッ素エチレン性単量体の構造単位としては一般式(N2):
Figure 0004752843
(式中、X15、X16、X18はHまたはF、X17はH、FまたはCF3、h1、i1、jは0または1、Z2はH、FまたはCl、Rf5は炭素数1〜20の含フッ素アルキレン基、炭素数2〜100のエーテル結合を含む含フッ素アルキレン基)で示されるものが好ましい。
具体例としては、
Figure 0004752843
などの単量体から誘導される構造単位が好ましくあげられる。
(iii)フッ素を有する脂肪族環状の構造単位(N3)
これらの構造単位を導入すると、高ガラス転移点の含フッ素ポリマーが得られる点で好ましい。
含フッ素脂肪族環状の構造単位としては式(N3):
Figure 0004752843
(式中、X19、X20、X23、X24、X25、X26は同じかまたは異なりHまたはF;X21、X22は同じかまたは異なりH、F、ClまたはCF3;Rf6は炭素数1〜10の含フッ素アルキレン基または炭素数2〜10のエーテル結合を有する含フッ素アルキレン基;n2は0〜3の整数;n1、n3、n4、n5は同じかまたは異なり0または1の整数)で示されるものが好ましい。
たとえば、
Figure 0004752843
(式中、Rf6、X21、X22は前記と同じ)で示される構造単位があげられる。
具体的には、
Figure 0004752843
Figure 0004752843
などがあげられる。
(iv)フッ素を含まないエチレン性単量体から誘導される構造単位(N4)
これらの単量体を導入することにより、汎用溶剤への溶解性が向上したり、添加剤との相溶性を改善できるので好ましい。
非フッ素系エチレン性単量体の具体例としては、
αオレフィン類:
エチレン、プロピレン、ブテン、塩化ビニル、塩化ビニリデンなど
ビニルエーテル系またはビニルエステル系単量体:
CH2=CHOR、CH2=CHOCOR(R:炭素数1〜20の炭化水素基)など
アリル系単量体:
CH2=CHCH2Cl、CH2=CHCH2OH、CH2=CHCH2COOH、CH2=CHCH2Brなど
アリルエーテル系単量体:
CH2=CHCH2OR (R:炭素数1〜20の炭化水素基) 、
CH2=CHCH2OCH2CH2COOH 、
Figure 0004752843
など
アクリル系またはメタクリル系単量体:
アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類のほか、無水マレイン酸、マレイン酸、マレイン酸エステル類などがあげられる。
なお共単量体(n)のうち、含フッ素単量体として好ましく利用できる単量体を以下にまとめて例示する。
CF2=CF2、CF2=CF(CF3)、CF2=C(CF32、CF2=C(CF3)Br、CF2=C(CF3)Cl、CF2=C(CF3)I、CF2=CFBr、CF2=CFCl、CF2=CFI、CF2=CCl2、CH2=CF2、CH2=C(CF32、CF2=CFH、
CF2=CF(RfBnCF2=CH2(RfBはCF2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜20の整数)、
CF2=CF(RfBn−CF=CF2(RfBはCF2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜20の整数)、
CX2=CY(RfBn−CH=CF2(XはHまたはF;YはH、FまたはCF3;RfBはCF2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜20の整数)、
CF2=CF(RfBn−F(RfBはCF2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜20の整数)、
CF2=CF(RfBn−Br(RfBはCF2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜20の整数)、
CF2=CF(RfBn−Cl(RfBはCF2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜20の整数)、
CF2=CF(RfBn−I(RfBはCF2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜20の整数)、
CF2=CF(RfBn−CH2OH(RfBはCF2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜20の整数)、
CF2=CF(RfBn−CO2R(RfBはCF2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;Rは水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基;nは0〜20の整数)、
CF2=CF(RfBn−CN(RfBはCF2、CH2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜20の整数)、
CH2=CF(RfBn−F(RfBはCF2、CH2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜20の整数)、
CH2=CF(RfBn−H(RfBはCF2、CH2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜20の整数)、
CH2=CF(RfBn−I(RfBはCF2、CH2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜20の整数)、
CH2=CF(RfBn−CH2OH(RfBはCF2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜20の整数)、
CH2=CF(RfBn−CO2R(RfBはCF2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;RはHまたは炭素数1〜20の炭化水素基;nは0〜20の整数)、
CH2=CF(RfBn−CN(RfBはCF2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜20の整数)、
CH2=CH(RfBn−H(RfBはCF2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは1〜20の整数)、
CH2=CH(RfBn−I(RfBはCF2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは1〜20の整数)、
CH2=CH(RfBn−CH2OH(RfBはCF2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは1〜20の整数)、
CH2=CH(RfBn−CO2R(RfBはCF2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;Rは水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基;nは0〜20の整数)、
CH2=CH(RfBn−CN(RfBはCF2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは1〜20の整数)、
CH2=C(CF3)−(RfBn−CO2R(RfBはCF2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;Rは水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基;nは0〜20の整数)、
CH2=C(CF3)−(RfBn−CN(RfBはCF2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは1〜20の整数)、
CH2=C(CH3)−(RfBn−CO2R(RfBはCF2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;Rは水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基;nは0〜20の整数)、
CH2=C(CH3)−(RfBn−CN(RfBはCF2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは1〜20の整数)、
CF2=C(CF3)−(RfBn−CO2R(RfBはCF2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;Rは水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基;nは0〜20の整数)、
CF2=C(CF3)−(RfBn−CN(RfBはCF2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは1〜20の整数)、
などの含フッ素オレフィン類;CF2=CFOR(Rはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、CF2=C(CF3)OR(Rはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、
CF2=CF[OCF2CF(CF3)]nOC37(nは0〜10の整数)、
CF2=CF[OCF2CF(CF3)]nO(CF2mCF=CF2(mは0〜10の整数;nは0〜10の整数)、
CF2=CF[OCF2CF(CF3)]nO(CF2mCF=CH2(mは0〜10の整数;nは0〜10の整数)、
CF2=CF[OCF2CF(CF3)]nO(CF2mSO3M(MはH、NH4、Li、Na、K、Rb、Cs、MgCl、MgBr、MgI、MgNO3、MgBF4、CaCl、CaBr、CaI、CaNO3、CaBF4、FeCl2、FeBr2、CoCl、CoBr、ZnCl、ZnBr、NiCl、NiBr、Ag、Cu、CuCl、CuBr、CuI、AuCl2、AuBr2またはAuI2;mは1〜10の整数;nは0〜10の整数)、
CF2=CF[OCF2CF(CF3)]nO(CF2mCO2R(mは1〜10の整数;nは0〜10の整数;Rは水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、
CF2=CF[OCF2CF(CF3)]nO(CF2mCH2OR(mは1〜10の整数;nは0〜10の整数;Rは水素原子、水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、
CF2=CF[OCF2CF(CF3)]nO(CF2mCN(mは1〜10の整数;nは0〜10の整数)、
CF2=CF[OCF2CF(CF3)]nO(CF2m(CH2l−I(mは1〜10の整数;lは0〜4の整数;nは0〜10の整数)、
CF2=CF(OCF2CF2nO(CF2mCF=CF2(mは0〜10の整数;nは1〜10の整数)、
CF2=CF(OCF2CF2nO(CF2mSO3M(MはH、NH4、Li、Na、K、Rb、Cs、MgCl、MgBr、MgI、MgNO3、MgBF4、CaCl、CaBr、CaI、CaNO3、CaBF4、FeCl2、FeBr2、CoCl、CoBr、ZnCl、ZnBr、NiCl、NiBr、Ag、Cu、CuCl、CuBr、CuI、AuCl2、AuBr2またはAuI2;mは1〜10の整数;nは1〜10の整数)、
CF2=CF(OCF2CF2nO(CF2mCO2R(mは1〜10の整数;nは1〜10の整数;Rは水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、
CF2=CF(OCF2CF2nO(CF2mCH2OR(mは1〜10の整数;nは1〜10の整数;Rは水素原子、水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、
CF2=CF(OCF2CF2nO(CF2mCN(mは1〜10の整数;nは1〜10の整数)、
CF2=CF(OCF2CF2nO(CF2m(CH2l−I(lは0〜4の整数;mは1〜10の整数;nは1〜10の整数)などの含フッ素ビニルエーテル類;
CH2=CFCF2O[CF(CF3)CF2O]nCF(CF3)CO2R(nは0〜10の整数;Rは水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、
CH2=CFCF2O[CF(CF3)CF2O]nCF(CF3)CH2OR(nは0〜10の整数;Rは水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、
CH2=CFCF2O[CF(CF3)CF2O]nCF(CF3)CN(nは0〜10の整数)、
CH2=CFCF2O[CF(CF3)CF2O]nCHFCF3(nは0〜10の整数)、
CF2=CF(CF2mO[CF(CF3)CF2O]nCF(CF3)CO2R(mは1〜10の整数;nは0〜10の整数;Rは水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、
CF2=CF(CF2mO[CF(CF3)CF2O]nCF(CF3)CH2OR(mは1〜10の整数;nは0〜10の整数;Rは水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、
CF2=CF(CF2mO[CF(CF3)CF2O]nCF(CF3)CN(mは1〜10の整数;nは0〜10の整数)、
CF2=CF(CF2mO[CF(CF3)CF2O]nCHFCF3(mは1〜10の整数;nは0〜10の整数)などの含フッ素アルケニルエーテル類;
CX2=CY−C65(XはHまたはF;YはFまたはCF3)、
CX2=CY−C64−SO3M(XはHまたはF;YはH、FまたはCF3;MはH、NH4、Li、Na、K、Rb、Cs、MgCl、MgBr、MgI、MgNO3、MgBF4、CaCl、CaBr、CaI、CaNO3、CaBF4、FeCl2、FeBr2、CoCl、CoBr、ZnCl、ZnBr、NiCl、NiBr、Ag、Cu、CuCl、CuBr、CuI、AuCl2、AuBr2またはAuI2)、
Figure 0004752843
(A、Bは同一または異なっていても良くH、F、Cl、CF3またはOCF3;X、Yは同一または異なっていても良くH、FまたはCF3
含フッ素エチレン性単量体(m)、要すればさらに共単量体(n)との重合方法としては、たとえばラジカル重合法、アニオン重合法、カチオン重合などの方法が採用できる。また、重合形態としては、溶液重合、懸濁重合、乳化重合およびバルク重合などが採用できる。
ラジカル重合を開始するには、ラジカル的に進行するものであれば手段は何ら制限されないが、たとえば有機または無機ラジカル重合開始剤、熱、光、あるいは電離放射線などの活性エネルギー線によって開始される。重合の形態も溶液重合、バルク重合、懸濁重合、乳化重合などを用いることができる。また、分子量は重合に用いるモノマーの濃度、重合開始剤の濃度、連鎖移動剤の濃度、温度などによって制御される。共重合体組成は仕込み単量体のモノマー組成により制御可能である。
つぎに新規含フッ素エチレン性単量体(m)の合成法について説明する。
含フッ素エチレン性単量体(m)は、たとえば、N−H基を環中に有するヘテロ芳香環化合物(A)と式(B):
Figure 0004752843
(式中、Rb1、Rb2およびRb3は同じかまたは異なり、いずれもH、ハロゲン原子、官能基、またはハロゲン原子で置換されていてもよくエーテル結合を含んでいてもよく重合性基を有していてもよい1価の有機基)で示されるフルオロアルケン(B)とをアルカリ金属の存在下または不存在下に反応させ、要すれば脱ハロゲン化反応または脱炭酸反応に供することによって合成できる。
出発物質であるN−H基を環中に有するヘテロ芳香環化合物(A)としては、式(A1):
Figure 0004752843
は、窒素原子と共にヘテロ芳香環を形成する部位であって、その水素原子の全部または一部が同一または異なる有機基で置換されていてもよい)で示されるヘテロ芳香環化合物(A1)があげられる。
これらのうち、イミダゾール骨格、ピロール骨格、ピラゾール骨格、1,2,3−トリアゾール骨格、1,2,4−トリアゾール骨格、インドール骨格、ベンズイミダゾール骨格、ベンゾトリアゾール骨格、プリン骨格、プリン誘導体骨格、またはカルバゾール骨格を有する化合物などが、合成の容易さ、入手の容易さの点で好ましく例示できる。
特に、前記式(A1)で示されるヘテロ芳香環化合物(A1)としては、
式(A1−1):
Figure 0004752843
(式中、Raは同じかまたは異なり、いずれもハロゲン原子、官能基または有機基であって、かつ存在していても存在していなくてもよく、存在する場合は、ヘテロ芳香環の水素原子の全部または一部を置換している)で示されるイミダゾール化合物、
式(A1−2):
Figure 0004752843
(式中、Raは同じかまたは異なり、いずれもハロゲン原子、官能基または有機基であって、かつ存在していても存在していなくてもよく、存在する場合は、ヘテロ芳香環の水素原子の全部または一部を置換している)で示されるピロール化合物、
式(A1−3):
Figure 0004752843
(式中、Raは同じかまたは異なり、いずれもハロゲン原子、官能基または有機基であって、かつ存在していても存在していなくてもよく、存在する場合は、ヘテロ芳香環の水素原子の全部または一部を置換している)で示されるピラゾール化合物、
式(A1−4):
Figure 0004752843
(式中、Raは同じかまたは異なり、いずれもハロゲン原子、官能基または有機基であって、かつ存在していても存在していなくてもよく、存在する場合は、ヘテロ芳香環の水素原子の全部または一部を置換している)で示されるトリアゾール化合物、
式(A1−5):
Figure 0004752843
(式中、Raは同じかまたは異なり、いずれもハロゲン原子、官能基または有機基であって、かつ存在していても存在していなくてもよく、存在する場合は、ヘテロ芳香環および/または芳香環の水素原子の全部または一部を置換している)で示されるインドール化合物、
式(A1−6):
Figure 0004752843
(式中、Raは同じかまたは異なり、いずれもハロゲン原子、官能基または有機基であって、かつ存在していても存在していなくてもよく、存在する場合は、ヘテロ芳香環および/または芳香環の水素原子の全部または一部を置換している)で示されるプリン化合物
または
式(A1−7):
Figure 0004752843
(式中、Raはハロゲン原子、官能基または有機基であって、かつ存在していても存在していなくてもよく、存在する場合は、ヘテロ芳香環の水素原子の全部または一部を置換している;RおよびR’は同じかまたは異なり、いずれも水素原子、アルキル基、アリールアルキル基、有機珪素基、アルコキシ基またはカルボキシエステル基;Yは同じかまたは異なりいずれも=O、−NRR’、−OR、FまたはF2)で示されるプリン誘導体化合物などのほか、後述する化合物が例示できる。
aとしては、たとえばつぎに示す基があげられる。
(a1−1)ハロゲン原子:
好ましくはフッ素原子または塩素原子、特にフッ素原子である。
(a1−2)官能基:
カルボキシル基(−COOH)、カルボン酸エステル基(−COOR)、ニトリル基(−CN)、アミノ基(−NH2)、アルキルアミノ基(−NR2、−NHR)、カルボン酸アミド基(−CONR2、−CONHR)、アルキルエーテル基(−OR)、シリルエーテル基(−OSiR3)、チオール基(−SH)、チオエーテル基(−SR)、ニトロ基、好ましくはカルボン酸エステル基、ニトリル基、アミノ基、アルキルアミノ基、カルボン酸アミド基、アルキルエーテル基、シリルエーテル基、チオール基、チオエーテル基などがあげられる。そのほかベンゼン環に結合する置換基としてはカルボキシル基(−COOH)、カルボン酸エステル基(−COOR)、ニトリル基(−CN)、アミノ基(−NH2)、アルキルアミノ基(−NR2、−NHR)、カルボン酸アミド基(−CONR2、−CONHR)、アルキルエーテル基(−OR)、シリルエーテル基(−OSiR3)、チオール基(−SH)、チオエーテル基(−SR)、ニトロ基なども許容される(なお、Rは同じかまたは異なり、好ましくは1価の炭化水素基)。
(a1−3)有機基:
(a1-3-1)ハロゲン原子、好ましくはフッ素原子で水素原子の一部または全部が置換されていてもよい直鎖状または分岐鎖状のアルキル基。炭素数は1〜1000が好ましい。
(a1-3-2)カルボキシル基、水酸基、ニトリル基、アミノ基、アルキルアミノ基、カルボン酸エステル基、カルボン酸アミド基、アルキルエーテル基、シリルエーテル基、チオール基、チオエーテル基、ニトロ基などの官能基で置換されているアルキル基。炭素数は1〜20が好ましい。
(a1-3-3)置換されていてもよいアリール基。
(a1-3-4)ハロゲン原子、好ましくはフッ素原子で水素原子の一部または全部が置換されていてもよいエーテル結合を含むアルキル基。炭素数は1〜1000が好ましい。
(a1-3-5)ハロゲン原子、好ましくはフッ素原子で水素原子の一部または全部が置換されていてもよいアルコキシ基。炭素数は1〜1000が好ましい。
なお、以下の表15〜28において、各置換基はそれぞれ当該の表限りの定義であり、また、原子数を表す数字は特に下付にはしていない。さらに、Phはフェニールの略である。
式(A1−1)のイミダゾール化合物としては、たとえば表15に示されるRa1を有する化合物が例示できる。
Figure 0004752843
式(A1−2)のピロール化合物としては、たとえば表16に示されるRa2を有する化合物が例示できる。
Figure 0004752843
式(A1−3)のピラゾール化合物としては、たとえば表17に示されるRa3を有する化合物が例示できる。
Figure 0004752843
式(A1−4)のトリアゾール化合物としては、たとえば表18に示されるRa4を有する1,2,4−トリアゾール化合物が例示できる。
Figure 0004752843
式(A1−5)のインドール化合物としては、たとえば表19に示されるRa5とRa6を有する化合物が例示できる。
Figure 0004752843
式(A1−6)のプリン化合物としては、たとえば表20に示されるRa7とRa8を有する化合物が例示できる。
Figure 0004752843
式(A1−7)のプリン誘導体化合物としては、たとえば表21に示されるRa9を有する化合物が例示できる。
Figure 0004752843
そのほか、ヘテロ芳香環化合物(A)としては、つぎの表22に示すベンズイミダゾール(benzimidazole)化合物、表23に示す1,2,3−トリアゾール化合物、表24に示すテトラゾール(tetrazole)化合物、表25に示すイソインドール(isoindole)化合物、表26に示すインダゾール(indazole)化合物、表27に示すベンゾトリアゾール(benzotriazole)化合物、表28に示すカルバゾール化合物などもあげられる。
Figure 0004752843
Figure 0004752843
Figure 0004752843
Figure 0004752843
Figure 0004752843
Figure 0004752843
Figure 0004752843
また、ヘテロ芳香環化合物(A)と反応させる式(B):
Figure 0004752843
(式中、Rb1、Rb2およびRb3は同じかまたは異なり、いずれもH、ハロゲン原子、官能基、またはハロゲン原子で置換されていてもよくエーテル結合を含んでいてもよく重合性基を有していてもよい1価の有機基)で示されるフルオロアルケン(B)としては、ヘテロ芳香環化合物(A)のN−H基と付加反応し得るものであればよい。
これらのうち、前記Rb1、Rb2およびRb3の少なくとも1つ、特にRb1およびRb2の少なくとも一方が、
式(b−1):
−(CF2m1
(式中、m1は1〜10000の整数)、
式(b−2):
Figure 0004752843
(式中、m2は1〜10000の整数)、
式(b−3):
−(CF2−CH2m3
(式中、m3は1〜10000の整数)、
式(b−4):
Figure 0004752843
(式中、m4は1〜3000の整数)、
および/または
式(b−5):
−(RfbO)m5
(式中、Rfbはフッ素原子を有する直鎖状または分岐鎖状のアルキレン基;m5は1〜100の整数)
を有していることが好ましく、とくに室温で液状を呈しやすいという点から、式(b−4)の分岐鎖を有するパーフルオロアルキレン基および/または式(b−5)のフルオロエーテル単位を有するものが好ましい。
また、Rb1、Rb2およびRb3の少なくとも1つの末端が重合性の基(b−6)であってもよい。重合性の基としては、たとえば炭素−炭素二重結合、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、イソシアネート基、チオール基、チオイソシアネート基などがあげられ、特に好ましくは炭素−炭素二重結合である。
別の観点から、Rb1、Rb2およびRb3の好ましい具体例としてはつぎのものがあげられる。
(b1−1)水素原子
(b1−2)ハロゲン原子:
塩素原子、フッ素原子、臭素原子など、特にフッ素原子が好ましい。
(b1−3)官能基:
好ましくはカルボキシル基(−COOH)、カルボン酸エステル基(−COOR)、ニトリル基(−CN)、アミノ基である。
(b1−4)有機基:
(b1-4-1) ハロゲン原子、好ましくはフッ素原子で水素原子の一部または全部が置換されていてもよい直鎖状または分岐鎖状のアルキル基。
(b1-4-2) カルボキシル基、水酸基、ニトリル基、アミノ基などの官能基を有するアルキル基。
(b1-4-3) 置換されていてもよいアリール基。
(b1-4-4) ハロゲン原子、好ましくはフッ素原子で水素原子の一部または全部が置換されていてもよいエーテル結合を含むアルキル基。
(b1-4-5) ハロゲン原子、好ましくはフッ素原子で水素原子の一部または全部が置換されていてもよいアルコキシ基。
好ましいフルオロアルケン(B)の具体例としては、たとえばCF2=CF2、CF2=CF(CF3)、CF2=C(CF32、CF2=C(CF3)Br、CF2=C(CF3)Cl、CF2=C(CF3)I、CF2=CFBr、CF2=CFCl、CF2=CFI、(CF32CFCF2CF=CF2、(CF32CFCF=CFCF3、(CF32C=CFCF2CF3、CF2=CH2、CF2=CFH、CF2=CF(RfBn−CF=CF2(RfBはCF2CF2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜1000の整数)、CF2=CH(RfBn−CH=CF2(RfBはCF2CF2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜1000の整数)、CF2=CH(RfBn−CF=CF2(RfBはCF2CF2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜1000の整数)、CF2=CF(RfBnCF=CH2(RfBはCF2CF2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜1000の整数)、CF2=CF(RfBn−CH=CH2(RfBはCF2CF2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜1000の整数)、CF2=CH(RfBn−CF=CH2(RfBはCF2CF2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜1000の整数)、CF2=CH(RfBn−CH=CH2(RfBはCF2CF2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜1000の整数)、CF2=CF(RfBn−F(RfBはCF2CF2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜1000の整数)、CF2=CH(RfBn−F(RfBはCF2CF2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜1000の整数)、CF2=CF(RfBn(CH2m−Br(RfBはCF2CF2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜1000の整数;mは0〜10の整数)、CF2=CH(RfBn(CH2m−Br(RfBはCF2CF2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜1000の整数;mは0〜10の整数)、CF2=CF(RfBn(CH2m−Cl(RfBはCF2CF2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜1000の整数;mは0〜10の整数)、CF2=CH(RfBn(CH2m−Cl(RfBはCF2CF2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜1000の整数;mは0〜10の整数)、CF2=CF(RfBn(CH2m−I(RfBはCF2CF2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜1000の整数;mは0〜10の整数)、CF2=CH(RfBn(CH2m−I(RfBはCF2CF2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜1000の整数;mは0〜10の整数)、CF2=CF(RfBn(CH2m−CH2OH(RfBはCF2CF2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜1000の整数;mは0〜10の整数)、CF2=CH(RfBn(CH2m−CH2OH(RfBはCF2CF2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜1000の整数;mは0〜10の整数)、CF2=CF(RfBn(CH2m−COOH(RfBはCF2CF2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜1000の整数;mは0〜10の整数)、CF2=CH(RfBn(CH2m−COOH(RfBはCF2CF2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜1000の整数;mは0〜10の整数)などの含フッ素オレフィン類;CF2=CFOR(Rはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、CF2=C(CF3)OR(Rはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、(CF32C=CFOR(Rはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、CF2=CF[OCF2CF(CF3)]nOC37(nは0〜20の整数)、CF2=CF[OCF2CF(CF3)]nO(CF2mCF=CF2(nは0〜20の整数;mは0〜20の整数)、CF2=CF[OCF2CF(CF3)]nO(CF2mCYXCFZX(XはHまたはハロゲン原子;YはH、FまたはCF3;ZはH、FまたはCF3;nは0〜20の整数;mは0〜20の整数)、CFZ=CY(CF2mO[CF(CF3)CF2O]nCF(CF3)COOR(YはH、FまたはCF3;ZはH、FまたはCF3;nは0〜20の整数;mは0〜20の整数)、CF2=CF[OCF2CF(CF3)]nO(CF2mCF=CH2(nは0〜20の整数;mは0〜10の整数)、CF2=CF[OCF2CF(CF3)]nO(CF2mCF2CH2I(nは0〜20の整数;mは0〜10の整数)、CF2=CF[OCF2CF(CF3)]nOCF2CF2SO3M(MはLi、Na、K、Rb、Cs、BeCl、MgCl、MgBr、MgI、MgNO3、MgBF4、MgPF6、CaCl、CaBr、CaI、CaNO3、CaBF4、CaPF6、FeCl2、FeBr2、FeI2、CoCl、CoBr、CoI、ZnCl、ZnBr、ZnI、NiCl、NiBr、NiI、Ag、Cu、CuCl、CuBr、CuI、AuCl2、AuBr2またはAuI2;nは0〜20の整数)、CF2=CF[OCF2CF(CF3)]nO(CF2mCO2R(mは1〜10の整数;nは0〜20の整数;Rは水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、CF2=CF[OCF2CF(CF3)]nO(CF2mCH2OR(mは1〜10の整数;nは0〜20の整数;Rは水素原子、水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、CF2=CF[OCF2CF(CF3)]nO(CF2m−I(mは1〜10の整数;nは0〜20の整数)などの含フッ素ビニルエーテル類;CF2=CY(CX2nCOOR(XはHまたはF;YはH、FまたはCF3;nは0〜20の整数;Rは水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)などの含フッ素不飽和カルボン酸またはエステル類;CF2=CF(CX2nCH2OR(XはHまたはF;nは0〜20の整数;Rは水素原子、水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、CF2=CY−C64−CO2R(XはHまたはF;YはH、FまたはCF3;Rは水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、CF2=CY−C64−SO3M(XはHまたはF;YはH、FまたはCF3;MはLi、Na、K、Rb、Cs、BeCl、MgCl、MgBr、MgI、MgNO3、MgBF4、MgPF6、CaCl、CaBr、CaI、CaNO3、CaBF4、CaPF6、FeCl2、FeBr2、FeI2、CoCl、CoBr、CoI、ZnCl、ZnBr、ZnI、NiCl、NiBr、NiI、Ag、Cu、CuCl、CuBr、CuI、AuCl2、AuBr2、AuI2)などの含フッ素不飽和スルホン酸塩、CF2=CY−C64−CH2OR(XはHまたはF;YはH、FまたはCF3;Rは水素原子、水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基
)などがあげられる。
この合成法においては、N−H基を有するヘテロ芳香環化合物(A)とフルオロアルケン(B)とをアルカリ金属の存在下または不存在下に反応させる。
アルカリ金属の存在下で反応を進める場合は、たとえばディ.シー.イングランド(D. C. England)ら(J. Am. Chem. Soc., 82, pp5116-5122 (1960))、特表2005−530894号公報および米国特許第2861990号明細書におけるヘテロ芳香環化合物のアルカリ金属塩の形に誘導したり、アルカリ金属の存在下で反応を行ったりすることができる。
アルカリ金属の不存在下で反応を進める場合は、反応系に存在させない金属はアルカリ金属でよいが、反応に直接または触媒的に関与しうる他の金属の存在も不要である。また、塩や錯体などの形態でも特に存在させる必要はない。
反応は、ヘテロ芳香環化合物(A)の溶液中で行ってもよいし、ヘテロ芳香環化合物(A)を溶融状態にして行ってもよい。
溶液中で反応を行う場合、ヘテロ芳香環化合物(A)を均一な液体の状態とすることにより、触媒を使用しなくても反応が進行する。
使用可能な反応溶媒としては、たとえばジエチルエーテル、t−ブチルメチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメトキシメタン、ジメトキシエタン、ジグライム、トリグライム、テトラグライム、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、ジメチルスルホキシド、スルホラン、ヘキサメチルリン酸トリアミド、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、ジクロロペンタフルオロプロパン、ジクロロフルオロエタン、トリクロロトリフルオロエタン、テトラクロロヘキサフルオロブタン、ジクロロオクタフルオロブタン、ペンタクロロペンタフルオロヘキサン、ジブロモテトラフルオロエタン、パーフルオロヘキサン、パーフルオロ(ブチルテトラヒドロフラン)、パーフルオロトリブチルアミンなどが例示でき、ヘテロ芳香環化合物の溶解度の点からジエチルエーテル、t−ブチルメチルエーテル、ジブチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメトキシエタン、ジグライム、トリグライム、テトラグライム、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、ジメチルスルホキシド、スルホランが好ましい。
溶液の濃度はヘテロ芳香環化合物の種類、溶媒の種類、フルオロアルケンの種類、反応温度などによって適宜選定すればよいが、その一部が均一に溶解している限りで高い方が好ましく、30質量%以上、さらには60質量%以上であるのが好ましい。
反応圧力は、特に限定しない。ヘテロ芳香環化合物を含有する液体と接触できれば、いかなる圧でも反応は進行する。
反応は、特に、溶融状態のヘテロ芳香環化合物(A)を無溶媒状態で行うことが、溶媒の分離操作がなく、製造コストが低くなる点から好ましい。
ここでヘテロ芳香環化合物の溶融状態とは、ヘテロ芳香環化合物単体が融解している状態だけではなく、融点降下剤を配合してヘテロ芳香環化合物単体の融点未満で融解している状態をも含む。
融点降下剤としては、ヘテロ芳香環化合物を溶解または膨潤させ得る量の上記の反応溶媒が例示できる。
溶融状態で反応を行う場合、反応温度はヘテロ芳香環化合物(A)の融点(融点降下したときは降下した融点)またはそれ以上で分解温度未満である。
反応圧力は、特に限定しない。ヘテロ芳香環化合物を含有する溶融物と接触できれば、いかなる圧でも反応は進行する。
フルオロアルケン(B)の反応系への供給方法は特に限定されないが、たとえばヘテロ芳香環化合物(A)の溶液または溶融状態に、気化させたフルオロアルケンを加圧下で供給する方法、ヘテロ芳香環化合物(A)の溶液または溶融状態にフルオロアルケンを滴下する方法などが好ましく採用できる。
反応生成物がすでに重合性の炭素−炭素結合を含んでいる場合はそのまま含フッ素エチレン性単量体(m)として使用できる。
しかし、化合物(A)とフルオロアルケン(B)との反応生成物中に重合性の炭素−炭素結合が含まれていない場合でも、重合性の炭素−炭素結合を生成する(誘導する)反応を施せばよい。
そうした重合性の炭素−炭素結合を生成する反応としては、たとえばつぎの反応が例示できる。
(1)脱ハロゲン化反応
式(P):
Figure 0004752843
(式中、Rb1、Rb2およびRb3は同じかまたは異なり、いずれもH、ハロゲン原子、官能基、またはハロゲン原子で置換されていてもよくエーテル結合を含んでいてもよく重合性基を有していてもよい1価の有機基;L1およびL2は同じかまたは異なり、いずれもハロゲン原子(ただし、L1とL2は同時にFでない)
で表わされるvic−ハロゲン化物を出発原料として、溶媒存在下、または不存在下で、
これにZn、Li、Na、K、Mg、Ca、HgおよびCuよりなる群から選ばれる金属原子または、アルキルリチウム、アルキルマグネシウムハライド、およびアルキル亜鉛などの有機金属化合物を式(P)に対し1当量以上反応させることによって得ることができる。
(2)脱炭酸反応
式(Q):
Figure 0004752843
(式中、Rb1、Rb2およびRb3は同じかまたは異なり、いずれもH、ハロゲン原子、官能基、またはハロゲン原子で置換されていてもよくエーテル結合を含んでいてもよく重合性基を有していてもよい1価の有機基;L1およびL2は、いずれか一方がCOOM(MはLi、Na、K、Cs、MgCl、MgBr、MgI、MgNO3、CaCl、ZnCl、ZnBr、Ag、Cu、CuCl、CuBr、NH4、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、トリメチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム、トリプロピルアンモニウム、およびトリブチルアンモニウム)、他一方がハロゲン原子)
で表わされるカルボン酸塩を出発原料として、溶媒存在下、または不存在下で、式(Q)を熱分解することにより得られる。
(3)脱ハロゲン化水素反応
式(R):
Figure 0004752843
(式中、Rb1、Rb2およびRb3は同じかまたは異なり、いずれもH、ハロゲン原子、官能基、またはハロゲン原子で置換されていてもよくエーテル結合を含んでいてもよく重合性基を有していてもよい1価の有機基;L1およびL2は、いずれか一方が水素原子、他一方がハロゲン原子)
で表わされるハロゲン化物を出発原料として、溶媒存在下、または不存在下で、
これにアルカリ金属および、アルカリ土類金属の水酸化物、アルカリ金属および、アルカリ土類金属の炭酸塩、アルカリ金属および、アルカリ土類金属のハロゲン化物塩、アルカリ金属および、アルカリ土類金属の酸化物、ZnO、CuO、Ag2O、ZrO、Fe23、Al23、および、SiO2などの金属酸化物、
アルカリ金属および、アルカリ土類金属のアルコキシド、
アルカリ金属および、アルカリ土類金属のカルボン酸塩、
アルカリ金属および、アルカリ土類金属のアルキルアミド、
トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、ジエチルアミン、および、ジイソプロピルアミンなどのアミン化合物、
アルキルリチウム、アルキルマグネシウムハライドなどの有機金属化合物を式(R)に対し1当量以上反応させることによって得ることができる。
つぎに製法2(高分子反応法)について説明する。
高分子反応法は、ヘテロ芳香環含有基Yを含まない含フッ素単独重合体または含フッ素共重合体を製造し、この含フッ素ポリマー(C)にN−H基を環中に有するヘテロ芳香環化合物(D)を反応させる方法である。
N−H基を環中に有するヘテロ芳香環化合物と含フッ素重合体を反応させる手法としては、たとえば、含フッ素ポリマーの側鎖および/または主鎖末端に炭素−炭素二重結合基を導入し、この炭素−炭素二重結合基と後述するN−H基を環中に有するヘテロ芳香環化合物(D)とをアルカリ金属の存在下または不存在下に反応させる方法などが可能である。
この導入法において、側鎖および/または主鎖末端に炭素−炭素二重結合基を有する含フッ素ポリマーとしては、式(C):
Figure 0004752843
(式中、Rb1はポリマー鎖;Rb2およびRb3は同じかまたは異なり、いずれもH、ハロゲン原子、官能基、またはハロゲン原子で置換されていてもよくエーテル結合を含んでいてもよく重合性基を有していてもよい1価の有機基)で示される含フッ素ポリマー(C)があげられる。
これらのうち、前記Rb1、Rb2およびRb3の少なくとも1つ、特にRb1およびRb2の少なくとも一方が、
式(b−1):
−(CF2m1
(式中、m1は1〜10000の整数)、
式(b−2):
Figure 0004752843
(式中、m2は1〜10000の整数)、
式(b−3):
−(CF2−CH2m3
(式中、m3は1〜10000の整数)、
式(b−4):
Figure 0004752843
(式中、m4は1〜3000の整数)、
および/または
式(b−5):
−(RfbO)m5
(式中、Rfbはフッ素原子を有する直鎖状または分岐鎖状のアルキレン基;m5は1〜100の整数)
を有していることが好ましく、とくに室温で液状を呈しやすいという点から、式(b−4)の分岐鎖を有するパーフルオロアルキレン基および/または式(b−5)のフルオロエーテル単位を有するものが好ましい。
また、Rb2の末端が水酸基、カルボキシル基、アミノ基、イソシアネート基、チオール基、チオイソシアネート基などであってもよい。
別の観点から、Rb2の好ましい具体例としてはつぎのものがあげられる。
(b1−1)水素原子
(b1−2)ハロゲン原子:
塩素原子、フッ素原子、臭素原子など、特にフッ素原子が好ましい。
(b1−3)官能基:
好ましくはカルボキシル基(−COOH)、カルボン酸エステル基(−COOR)、ニトリル基(−CN)、アミノ基である。
(b1−4)有機基:
(b1-4-1) ハロゲン原子、好ましくはフッ素原子で水素原子の一部または全部が置換されていてもよい直鎖状または分岐鎖状のアルキル基。
(b1-4-2) カルボキシル基、水酸基、ニトリル基、アミノ基などの官能基を有するアルキル基。
(b1-4-3) 置換されていてもよいアリール基。
(b1-4-4) ハロゲン原子、好ましくはフッ素原子で水素原子の一部または全部が置換されていてもよいエーテル結合を含むアルキル基。
(b1-4-5) ハロゲン原子、好ましくはフッ素原子で水素原子の一部または全部が置換されていてもよいアルコキシ基。
側鎖および/または主鎖末端に炭素−炭素二重結合基を有する含フッ素ポリマー(C)の具体例としては、たとえば国際公開第02/072706号パンフレットに記載されている含フッ素ポリマーなどが例示できる。
国際公開第02/072706号パンフレットに記載されている含フッ素ポリマーは、本発明の含フッ素ポリマーの式(1)においてヘテロ芳香環含有基Yが炭素−炭素二重結合基Y1である式(C1):
Figure 0004752843
[式中、構造単位Mcは式(Mc):
Figure 0004752843
(式中、X1およびX2は同じかまたは異なり、HまたはF;X3はH、F、CH3またはCF3;X4およびX5は同じかまたは異なり、H、FまたはCF3;Rfbは炭素数1〜40の含フッ素アルキル基または炭素数2〜100のエーテル結合を有する含フッ素アルキル基にY1(Y1は末端にエチレン性炭素−炭素二重結合を有する炭素数2〜10の1価の有機基)が1〜3個結合している有機基;aは0〜3の整数;bおよびcは同じかまたは異なり、0または1)で示される含フッ素エチレン性単量体に由来する構造単位、構造単位Nは該構造単位Mcを与える含フッ素エチレン性単量体と共重合可能な単量体に由来する構造単位である]で示され、構造単位Mcを0.1〜100モル%および構造単位Nを0〜99.9モル%含む数平均分子量500〜1000000の含フッ素ポリマー(C1)である。
この含フッ素ポリマー(C1)において、構造単位Mcは本発明の含フッ素ポリマー(1)で説明した構造単位Mのヘテロ芳香環含有基CHZ2CF2−Yを炭素−炭素二重結合Y1に置き換えた構造単位であり、それ以外は例示も含めて前記の構造単位Mの説明を引用できる。
また、構造単位Nは式(1)における構造単位Nと例示も含めて同じであり、構造単位Nを与える単量体(n)についても、前記単量体(n)と例示も含めて同じである。
炭素−炭素二重結合Y1の具体例としては、たとえばつぎのものが例示できる。
−CF=CF2、−CH=CF2、−CH=CHF、−CF=CF(CF3)、−C(CF3)=CF2、−C(CF3)=CF(CF3)、−CCl=CF2、−CF=CFCl、−CF=CFOR(Rはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、−CF=C(CF3)OR(Rはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、−C(OR)=CF2(Rはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)
なお、含フッ素ポリマー(C1)において、側鎖に炭素−炭素二重結合を導入するために使用し得る単量体の特に好ましい具体例としては、たとえば、
CX2=CY(RfBnCF=CF2(XはHまたはF;YはH、FまたはCF3;RfBはCF2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜20の整数)、
CX2=CY(RfBn−CH=CF2(XはHまたはF;YはH、FまたはCF3;RfBはCF2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜20の整数)、
CH2=CH(CF2CH2p(CF2n(CH2CF2qCH=CF2(nは0〜10の整数;pは0〜10の整数;qは0〜10の整数)、
CH2=CH(CF2CH2p(CF2n(CH2CF2qCF=CF2(nは0〜10の整数;pは0〜10の整数;qは0〜10の整数)、
CF2=CF(CF2CH2p(CF2n(CH2CF2qCH=CF2(nは0〜10の整数;pは0〜10の整数;qは0〜10の整数)、
CF2=CF[OCF2CF(CF3)]nO(CF2mCF=CF2(mは0〜10の整数;nは0〜10の整数)、
CF2=CF[OCF2CF(CF3)]nO(CF2mCH=CF2(mは0〜10の整数;nは0〜10の整数)、
CF2=CF[OCF2CF(CF3)]nO(CF2mCF=CH2(mは0〜10の整数;nは0〜10の整数)、
CF2=CF(OCF2CF2nO(CF2mCF=CF2(mは0〜10の整数;nは1〜10の整数)、
CH2=CHO(CH2m(CF2nCF=CF2(mは0〜4の整数;nは0〜20の整数)、
CH2=CHO(CH2m(CF2CH2p(CF2n(CH2CF2qCH=CF2(mは0〜4の整数;nは0〜10の整数;pは0〜10の整数;qは0〜10の整数)、
CH2=CHOCH2CF(CF3)−[OCF2CF(CF3)]nO(CF2mCF=CF2(mは0〜10の整数;nは0〜10の整数)、
CX2=CYCO2(CH2m−(RfBnCZ=CF2(XはHまたはF;YはH、F、CH3またはCF3;ZはH、F、CF3;RfBはCF2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;mは1〜4の整数;nは0〜20の整数)、
CX2=CYCO2(CH2m−(RfBnCZ=CF2(XはHまたはF;YはH、F、CH3またはCF3;ZはH、F、CF3;RfBはCF2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;mは1〜4の整数;nは0〜20の整数)、
CX2=CY−C64−(CH2m(RfBnCZ=CF2(XはHまたはF;YはH、F、CH3またはCF3;ZはHまたはF;RfBはCF2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;mは0〜4の整数;nは0〜20の整数)、
CX2=CY−C64−CO2−(CH2m(RfBnCZ=CF2(XはHまたはF;YはH、F、CH3またはCF3;ZはHまたはF;RfBはCF2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;mは1〜4の整数;nは0〜20の整数)、
CX2=CY−C64−O−(CH2m(RfBnCZ=CF2(XはHまたはF;YはH、F、CH3またはCF3;ZはHまたはF;RfBはCF2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;mは1〜4の整数;nは0〜20の整数)
などが例示できるが、これらに限定されるものではない。
また、含フッ素ポリマー(C1)において、ポリマー末端に炭素−炭素二重結合を導入する方法としては、たとえばつぎの反応が採用できる。
(c−1)アルコール末端に対するエステル化反応
(c−2)カルボン酸末端に対するエステル化反応
(c−3)カルボン酸末端に対する脱炭酸反応
(c−4)1,2−ジハロゲン末端に対する脱ハロゲン化反応
(c−5)ケトン末端に対するウィティッヒ型反応
これらのうち特に温和な条件、収率の面および工程数の面でアルコール末端に対するエステル化反応(c−1)が好ましい。
方法(c−1)の典型的な方法は、水酸基含有単量体を共重合した含フッ素ポリマーを合成し、ついで炭素−炭素二重結合を含有するカルボン酸ハライドを反応させる方法である。
水酸基含有含フッ素ポリマーを合成するための水酸基含有単量体としては、たとえばつぎのものが例示できる。
CX2=CY(RfBn−CH2OH(XはHまたはF;YはH、F、CH3またはCF3;RfBはCF2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜20の整数)、
CH2=CH(CF2CH2p(CF2n(CH2CF2q(CH2m−CH2OH(nは0〜10の整数;mは0〜3の整数;pは0〜10の整数;qは0〜10の整数)、
CF2=CF(CF2CH2p(CF2n(CH2CF2q(CH2m−CH2OH(nは0〜10の整数;mは0〜3の整数;pは0〜10の整数;qは0〜10の整数)、
CF2=CF[OCF2CF(CF3)]nO(CF2mCH2OH(mは1〜10の整数;nは0〜10の整数)、
CF2=CF(OCF2CF2nO(CF2mCH2OH(mは1〜10の整数;nは1〜10の整数)、
CH2=CFCF2O[CF(CF3)CF2O]nCF(CF3)CH2OH(nは0〜10の整数)、
CF2=CF(CF2mO[CF(CF3)CF2O]nCF(CF3)CH2OH(mは1〜10の整数;nは0〜10の整数)、
CX2=CYO(CH2l−(CF2m−(CH2nOH(XはHまたはF;YはH、F、CH3またはCF3;lは0〜4の整数;mは0〜20の整数;nは1〜4の整数)、
CX2=CYCO2(CH2l−(CF2m−(CH2nOH(XはHまたはF;YはH、F、CH3またはCF3;lは0〜4の整数;mは0〜20の整数;nは1〜4の整数)、
CX2=CZ1CO2−(CH2l(RfBm(CF2n(RfBm(CH2nOH(XはHまたはF;Z1はH、F、CH3またはCF3;RfBはCF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2、nは0〜10の整数、mは0〜15の整数、lは1〜4の整数)、
CX2=CZ1OCO2−(CH2l(RfBm(CF2n(RfBm(CH2nOH(XはHまたはF;Z1はH、F、CH3またはCF3;RfBはCF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2、nは0〜10の整数、mは0〜15の整数、lは1〜4の整数)、
CX2=CY−C64−O−H(XはHまたはF;YはH、F、CH3またはCF3;ZはHまたはF)、
CX2=CY−C64−(CH2l−(CF2m−(CH2nOH(XはHまたはF;YはH、F、CH3またはCF3;ZはHまたはF;lは0〜4の整数;mは0〜20の整数;nは1〜4の整数)、
CX2=CY−C64−O−(CH2l−(CF2m−(CH2nOH(XはHまたはF;YはH、F、CH3またはCF3;ZはHまたはF;lは0〜4の整数;mは0〜20の整数;nは1〜4の整数)、
CX2=CY−C64−CO2(CH2l−(CF2m−(CH2nOH(XはHまたはF;YはH、F、CH3またはCF3;ZはHまたはF;lは0〜4の整数;mは0〜20の整数;nは1〜4の整数)
また、水酸基含有含フッ素ポリマーに反応させる炭素−炭素二重結合を含有するカルボン酸ハライドとしてはつぎのものが例示できる。
CF2=CX(RfBnCOY(XはH、F、CH3またはCF3;Yはハロゲン原子;RfBはCF2、CH2、CF2CFCl、CF2CF(CF3)、CF2CH2;nは0〜20の整数)、
CF2=CX−C64−COY(XはH、F、CH3またはCF3;Yはハロゲン原子;ZはHまたはF)、
CF2=CXO−C64−COY(XはH、F、CH3またはCF3;Yはハロゲン原子;ZはHまたはF)
含フッ素ポリマー(C1)の炭素−炭素二重結合と付加反応し、含フッ素ポリマー(C1)にヘテロ芳香環含有基を導入するためのN−H基を環中に有するヘテロ芳香環化合物(D)としては、式(D1):
Figure 0004752843
は、窒素原子と共にヘテロ芳香環を形成する部位であって、その水素原子の全部または一部が同一または異なる有機基で置換されていてもよい)で示されるヘテロ芳香環化合物(D1)があげられる。
この化合物(D1)は、前記の含フッ素エチレン性単量体(m)の合成で使用するN−H基含有ヘテロ芳香環化合物(A)において説明した化合物が使用できる。
高分子反応法においては、N−H基を有するヘテロ芳香環化合物(D)と含フッ素ポリマー(C)とをアルカリ金属の存在下または不存在下に反応させる。反応方法や条件は前記の含フッ素エチレン性単量体(m)の合成で使用する方法および条件が採用でき、個々での説明を省略する。
かかる高分子反応法(製法2)によれば、任意の種類のヘテロ芳香環基Yを任意の量、任意の位置に導入することができる。
これらの製法1(重合法)および製法2(高分子反応法)で得られる本発明の含フッ素ポリマー(1)は、Rfは合成の容易さ、入手の容易さなどの点からつぎのものが特に好ましい。
構造式(1−1):
Figure 0004752843
(式中、Raは同じかまたは異なり、いずれもハロゲン原子、官能基または有機基であって、かつ存在していても存在していなくてもよく、存在する場合は、ヘテロ芳香環の水素原子の全部または一部を置換している;Rfc1は式(1)からYを除いたポリマー残基)で示される含フッ素イミダゾール骨格含有ポリマー。
aとしては、同じかまたは異なり、いずれもH、F、Cl、−CH3、−C25、−C37、−C49、−COOR、−CN、−Ph(フェニル基)、−CH2CN、−CH2COOR、−CH2SR、−CH2CH(NR2)COOR、−(CF)nF、−(CF)nH、−CF2CF(CF3)H、−(CF2CH2nH(Rは同じかまたは異なり、いずれも炭素数1〜10の炭化水素基;nは1〜10000の整数)などが好ましい。
Rfc1としては、式(c−1):
Figure 0004752843
(式中、Rc-1aは式(1)からRfを除いたポリマー残基;Rc-1b
F、−(CF2qF、−O(CF2qF、−CF(CF32
−(OCF2CF(CF3))p−O(CF2qF、
−(OCF2CF(CF3))p−OCF2CF2CF=CH2
−(OCF2CF(CF3))p−OCF2CF2CF2CH2I、
−(OCF2CF(CF3))p−O(CF2qCFClCF2Cl、
−(OCF2CF(CF3))p−O(CF2qCF2I、
−(CF2q−(OCF(CF3)CF2pOCF(CF3)COOR、
−(CF2q−(OCF(CF3)CF2pOCF(CF3)CH2OR、
−(CF2CF2l−(CF2CF(CF3))m−(CF2CH2n−A、
−(OCF2CF(CF3))x−(OCF2CF2y−(OCF2CF2CF2z−(OCF2CF2CH2w−A、
−CF2CHFOCF2CF2CF=CF2−B、
−CF2CH2−(CF2r−CH2CF2−B
(Rは同じかまたは異なり、炭素数1〜10の1価の炭化水素基;AはH、Fまたはポリマー末端基;Bは式(1−1)からRfc1基を除いた残基;qは各式中で独立して1〜9の整数;pは各式中で独立して0〜20の整数;rは1〜10000の整数;l、mおよびnはそれぞれ独立して0〜5000の整数で、lとmとnの和が10〜10000の整数;w、x、yおよびzはそれぞれ独立して0〜30の整数で、wとxとyとzの和が3〜60の整数);Rc-1cはFまたはH、−CF3、−CF(CF32、−CF2CF(CF32)が好ましくあげられる。
構造式(1−2):
Figure 0004752843
(式中、Raは同じかまたは異なり、いずれもハロゲン原子、官能基または有機基であって、かつ存在していても存在していなくてもよく、存在する場合は、ヘテロ芳香環の水素原子の全部または一部を置換している;Rfc2は式(1)からYを除いたポリマー残基)で示される含フッ素ピロール骨格含有ポリマー。
aおよびRfc2の好ましい具体例は、それぞれ構造式(1−1)のRaおよびRfc1と同じである。
構造式(1−3):
Figure 0004752843
(式中、Raは同じかまたは異なり、いずれもハロゲン原子、官能基または有機基であって、かつ存在していても存在していなくてもよく、存在する場合は、ヘテロ芳香環の水素原子の全部または一部を置換している;Rfc3は式(1)からYを除いたポリマー残基)で示される含フッ素ピラゾール骨格含有ポリマー。
aおよびRfc3の好ましい具体例は、それぞれ構造式(1−1)のRaおよびRfc1と同じである。
構造式(1−4):
Figure 0004752843
(式中、Raは同じかまたは異なり、いずれもハロゲン原子、官能基または有機基であって、かつ存在していても存在していなくてもよく、存在する場合は、ヘテロ芳香環の水素原子の全部または一部を置換している;Rfc4は式(1)からYを除いたポリマー残基)で示される含フッ素トリアゾール骨格含有ポリマー。
aおよびRfc4の好ましい具体例は、それぞれ構造式(1−1)のRaおよびRfc1と同じである。
構造式(1−5):
Figure 0004752843
(式中、Raは同じかまたは異なり、いずれもハロゲン原子、官能基または有機基であって、かつ存在していても存在していなくてもよく、存在する場合は、ヘテロ芳香環および/または芳香環の水素原子の全部または一部を置換している;Rfc5は式(1)からYを除いたポリマー残基)で示される含フッ素インドール骨格含有ポリマー。
aおよびRfc5の好ましい具体例は、それぞれ構造式(1−1)のRaおよびRfc1と同じである。
構造式(1−6):
Figure 0004752843
(式中、Raはハロゲン原子、官能基または有機基であって、かつ存在していても存在していなくてもよく、存在する場合は、ヘテロ芳香環および/または芳香環の水素原子の全部または一部を置換している;Rfc6は式(1)からYを除いたポリマー残基)で示される含フッ素プリン骨格含有ポリマー。
aおよびRfc6の好ましい具体例は、それぞれ構造式(1−1)のRaおよびRfc1と同じである。
構造式(1−7):
Figure 0004752843
(式中、Raはハロゲン原子、官能基または有機基であって、かつ存在していても存在していなくてもよい;Yは同じかまたは異なりいずれも=O、−NRR’、−OR、FまたはF2;RおよびR’は同じかまたは異なり、いずれも水素原子、アルキル基、アリールアルキル基、有機珪素基、アルコキシ基またはカルボキシエステル基;Rfc7は式(1)からYを除いたポリマー残基)で示される含フッ素プリン誘導体骨格含有ポリマー。
aおよびRfc7の好ましい具体例は、それぞれ構造式(1−1)のRaおよびRfc1と同じである。
本発明のヘテロ芳香環含有含フッ素ポリマー(1)の具体例としては、以下に示す構造単位を単独または構造単位Nとともに有するポリマーがあげられるが、これらのみに限定されるものではない。
Figure 0004752843
Figure 0004752843
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Figure 0004752843
Figure 0004752843
Figure 0004752843
(式中、nは1〜5000;mは0〜8;pは0〜10;qは0〜8;rは1〜10)
構造単位Nを与える単量体(n)の好ましい具体例としては、含フッ素単量体の1種または2種以上があげられ、たとえばテトラフルオロエチレン(TFE)、フッ化ビニリデン(VdF)、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)、トリフルオロエチレン、CH2=CFCF2O[CF(CF3)CFCF2O]nCF(CF3)COOR(RはHまたはアルキル、nは0〜3)、CH2=CFCF2O[CF(CF3)CFCF2O]nCF(CF3)CH2OH(nは0〜3)、CH2=CFCF2O[CF(CF3)CFCF2O]nCFHCF3(nは0〜3)、CH2=CFCF2O[CF(CF3)CFCF2O]nCF(CF3)CN(nは0〜3)、VdF/ヘキサフルオロプロピレン(HFP)、VdF/TFE、VdF/CTFE、VdF/パーフルオロアルキルビニルエーテル(PAVE)、VdF−(メタ)アクリル酸、VdF−(メタ)アクリル酸エステル、エチレン/TFE、プロピレン/TFE、TFE/HFP、TFE/PAVE、TFE/CF2=CFO−[CF2CF(CF3)O]x−(CF2ySO2F(xは0〜8;yは1〜10)、TFE/CF2=CFO−[CF2CF(CF3)O]x−(CF2ySO3M(MはHまたはアルカリ金属;xは0〜8;yは1〜10)、テトラフルオロエチレン/パーフルオロ−2,2−ジメチル−1,3−ジオキソール、エチレン/クロロトリフルオロエチレン、VdF/TFE/HFP、VdF/TFE/PAVEなどが例示できるが、これらに限定されるものではない、
本発明の含フッ素ポリマー(1)は、本発明のイオン性基含有含フッ素ポリマー(2)の製造原料として有用であるほか、安定な含フッ素へテロ芳香環をもつ各種のヘテロ芳香環化合物を含む材料、たとえばエポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂などの硬化剤などとしても期待できる。
ところで、貴金属をはじめとする金属の微粒子は触媒として多く用いられ、その単位重量あたりの触媒活性は粒径が小さいほど大きいことが知られている。この場合、nm(ナノメートル)サイズの粒径を持つ金属超微粒子は表面の金属原子同士が結合して凝集しやすく、そのままで安定に存在することは困難であるため、界面活性剤やポリ(N−ビニル−2−ピロリドン)やポリ(2−ビニルピリジン)などの非フッ素系ポリマーで保護・安定化することが試みられている(Mathias Brust et al., J. Chem. Soc., Chem. Commun., 801, 1994. 、Naoki Toshima et. al., Chemistry Letters, 1245, 1985)。また、特開平11−60890号公報では、ポリビニルピリジンに金属超微粒子を含有された金属・有機ポリマー複合構造体を製造することで、従来の金属・有機ポリマー複合系材料には見られない特徴で高濃度に金属を含有でき、金属微粒子を大量に含むナノファイバーを形成することもできると記載されている。
本発明の含フッ素ポリマー(1)は、こうした金属をナノ分散させる材料としても有用である。
つぎに、本発明のイオン性基含有含フッ素ポリマー(2)について説明する。
本発明のイオン性基含有含フッ素ポリマー(2)は、式(2):
Figure 0004752843
[式中、構造単位MIは式(MI):
Figure 0004752843
(式中、X1およびX2は同じかまたは異なり、HまたはF;X3はH、F、CH3またはCF3;X4およびX5は同じかまたは異なり、H、FまたはCF3;Rfxは炭素数1〜40の含フッ素アルキル基または炭素数2〜100のエーテル結合を有する含フッ素アルキル基に−Ya(Ya
Figure 0004752843
は、窒素原子と共にヘテロ芳香環を形成する部位であって、その水素原子の全部または一部が同一または異なる有機基で置換されていてもよい;RdはHまたは1価の有機基;Xは対アニオン))
が結合している有機基;aは0〜3の整数;bおよびcは同じかまたは異なり、0または1)で示される含フッ素エチレン性単量体に由来する構造単位、構造単位Nは該構造単位Mを与える含フッ素エチレン性単量体と共重合可能な単量体に由来する構造単位である]で示され、構造単位MIを0.1〜100モル%および構造単位Nを0〜99.9モル%含み、数平均分子量が500〜1000000であるイオン性基含有含フッ素ポリマー(2)である。
−Yaとしては、
Figure 0004752843
(式中、Raは同じかまたは異なりいずれもハロゲン原子、官能基または有機基であって、かつ存在していても存在していなくてもよく、存在する場合は、ヘテロ芳香環の水素原子の全部または一部を置換している;RdはHまたは1価の有機基;Xは対アニオン)で示されるイミダゾール骨格含有基であることが、金属粒子や炭素材料の分散性、イオン化合物の相溶性や炭素材料の分散性、他素材との密着性、電気物性、機械物性、熱物性などの調整が容易なことから好ましい。
a、RdおよびXとしては、特に室温で液状を呈しやすいという点から、Rfxは、式(b−4)の分岐鎖を有するパーフルオロアルキレン基および/または式(b−5)のフルオロエーテル単位を有するものが好ましく、さらには、CF3基を2個以上または酸素原子を2個以上有する式(b−4)の分岐鎖を有するパーフルオロアルキレン基および/または式(b−5)のフルオロエーテル単位を有するものが特に好ましい。
また、Ra、Rfxの少なくとも1つの末端が重合性の基(b−6)であってもよい。重合性の基としては、たとえば炭素−炭素二重結合、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、イソシアネート基、チオール基、チオイソシアネート基などがあげられ、特に好ましくは炭素−炭素二重結合である。
また−Yaは、Rfxの主鎖および/または側鎖の末端に結合していることが、ヘテロ芳香環の特性が発揮しやすい点から好ましい。
構造単位MIとしては、式(MI1):
Figure 0004752843
(式中、X1、X2、X3、X4、X5、Rfx、aおよびcは式(MI)と同じ)で示される含フッ素エチレン性単量体に由来する構造単位MI1であることが、重合性が良好であり、特にホモ重合性および他の含フッ素エチレン系単量体との共重合性が良好という点から好ましい。
より具体的には、たとえば
式(MI2):
Figure 0004752843
(式中、Rfxは式(MI)と同じ;dは1〜20の整数)で示される含フッ素エチレン性単量体に由来する構造単位MI2;
式(MI3):
Figure 0004752843
(式中、Rfxは式(MI)と同じ)で示される含フッ素エチレン性単量体に由来する構造単位MI3;
式(MI4):
Figure 0004752843
(式中、Rfxは式(MI)と同じ)で示される含フッ素エチレン性単量体に由来する構造単位MI4;
式(MI5):
Figure 0004752843
(式中、Rfxは式(MI)と同じ;eは0〜1の整数)で示される含フッ素エチレン性単量体に由来する構造単位MI5
があげられる。
イオン性基含有含フッ素ポリマー(2)は、つぎの方法で製造できる。
(I)含フッ素ポリマー(1)に塩形成化合物(E)を作用させ、さらに要すればアニオン交換する。
(II)含フッ素ポリマー(1)を重合法(製造法1)で製造する際、含フッ素エチレン性単量体(m)として、Yが塩の形のYaとなった単量体(mi)を使用する。
(III)含フッ素ポリマー(1)を高分子反応法(製造法2)で製造する際、ヘテロ芳香環化合物(D)として塩の形のヘテロ芳香環化合物塩(DI)を使用する。
これらのいずれの製造法においても、塩の形成に使用する塩形成化合物(E)としては、たとえば式(E1):
Rd−X1
で示される酸またはアルキル化剤が好ましい。
酸(Rd=H)の場合、HF、HCl、HBr、HI、HClO4、HNO3、H2CO3、H2SO4、HBF4、HPF6、HSbF6、HAlCl4、HAlF4、HAsF6、HSO3Fなどの無機酸のほか、R−SO3H、R−COOH、R−P(O)(OH)2、R2−P(O)OHなどの有機酸も利用できる。
また、アルキル化剤(Rdがアルキル基)の場合、X1がF、Cl、Br、I、−OSO2R、−OCO2R、−OCOR、−OP(O)R2(Rは1価の炭化水素基)で示される化合物があげられる。
Rdの具体例としては、たとえば水素原子;CH3、C25、n−C37、i−C37、C49などの炭素数1〜10の直鎖状または分岐鎖状のアルキル基;CF3、C25、n−C37、i−C37、C49、CF2CF2Cl、CF2CF2Br、CF2CF2I、CH2CF3、(CF2CF2vH(vは1〜5の整数)、CF2CHFCF3、CF2CH3、CF2CFClH、CF2CH(CF32、CF3CH2CH2、C25CH2CH2、n−C37CH2CH2、i−C37CH2CH2、C49CH2CH2、C49CH2CH2などのほか、−CH2CH224CH2CH2−、−CH2CH248CH2CH2−、−CH2CH2612CH2CH2−などの単位を有する直鎖状または分岐鎖状のフルオロアルキル基;−(CF2vCH2−OR(vは0〜10の整数;Rは水素原子、水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、−CH2(CF2CF2vCH2−OR(vは1〜5の整数;Rは水素原子、水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、−CH2CH2(CF2CF2vCH2−OR(vは1〜5の整数;Rは水素原子、水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、−CH2CH2(CF2CF2vCH2CH2−OR(vは1〜5の整数;Rは水素原子、水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、−CH2(CF2CF2vCH2CH2−OR(vは1〜5の整数;Rは水素原子、水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)などの単位を有する直鎖状または分岐鎖状のフッ素を含んでいても良いヒドロキシアルキル基などがあげられる。
塩形成化合物(E)を作用させる反応条件としては、たとえばY.L. Yagupolskii et al., J. Fluorine Chem., 126, pp669-672 (2005)のほか、C. E. Song et al., Chem. Comm., pp1695(2000)、R. Hagiwara et al., J. Fluorine Chem., 99, pp1(1999) 、A. E. Visser et al., Green Chem., 2, pp1(2000)、M. Yoshizawa et al., Electrochem. Solid-State Lett., 4, E25(2001)などに記載されている通常の塩形成反応またはアルキル化反応の条件が採用できる。
たとえば、塩形成化合物(E)として酸を使用する場合、含フッ素ポリマー(1)や含フッ素エチレン性単量体(m)、含フッ素へテロ芳香環化合物(D)の種類にもよるが、無溶媒下、または溶媒としてジエチルエーテル、t−ブチルメチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメトキシエタン、ジグライム、トリグライム、テトラグライム、酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、ジメチルスルホキシド、スルホラン、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、ジクロロペンタフルオロプロパン、ジクロロフルオロエタン、トリクロロトリフルオロエタン、テトラクロロヘキサフルオロブタン、ジクロロオクタフルオロブタン、ペンタクロロペンタフルオロヘキサン、ジブロモテトラフルオロエタン、パーフルオロヘキサン、パーフルオロ(ブチルテトラヒドロフラン)、パーフルオロトリブチルアミンなどを用い、反応温度−30〜150℃とすることが好ましい(塩形成法1)。
また、塩形成化合物(E)としてアルキル化剤を使用する場合、含フッ素ポリマー(1)や含フッ素エチレン性単量体(m)、含フッ素へテロ芳香環化合物(D)の種類にもよるが、無溶媒下、または溶媒としてジエチルエーテル、t−ブチルメチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメトキシメタン、ジメトキシエタン、ジグライム、トリグライム、テトラグライム、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、酢酸エチル、酢酸メチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、ジメチルスルホキシド、スルホラン、ヘキサメチルリン酸トリアミド、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、ジクロロペンタフルオロプロパン、ジクロロフルオロエタン、トリクロロトリフルオロエタン、テトラクロロヘキサフルオロブタン、ジクロロオクタフルオロブタン、ペンタクロロペンタフルオロヘキサン、ジブロモテトラフルオロエタン、パーフルオロヘキサン、パーフルオロ(ブチルテトラヒドロフラン)、パーフルオロトリブチルアミンなどを用い、反応温度−30〜150℃とすることが好ましい(塩形成法2)。
かかる塩形成反応は、含フッ素ポリマー(1)や含フッ素エチレン性単量体(m)、含フッ素ヘテロ芳香環化合物(D)がイミダゾール骨格を有する化合物、たとえば含フッ素イミダゾール化合物や含フッ素ベンゾイミダゾール化合物、含フッ素プリン化合物、含フッ素プリン誘導体などの場合、特に良好に進み、含フッ素ヘテロ芳香環のRfに結合している窒素原子以外の窒素原子にRdが結合してカチオンとなり、X1が対アニオンとなる。
かかる塩形成化合物(E)を作用させて得られる含フッ素ヘテロ芳香環化合物塩の対アニオンを、さらに要すればアニオン交換することにより、対アニオンを種々のアニオンに変換することができる。
アニオン交換に使用できる化合物としては、たとえばM−ClO4、M−NO3、M2−SO4、M2−CO3、M−BF4、M−BCl4、M−PF6、M−SbF6、M−AlCl4、M−Al2Cl7、M−AlF4、M−AsF6、M−N(CN)2、M−F、M−FとHF混合物、M−N(SO2R)(SO2R’)、M−OSO2R、M−OCOR、M−OP(O)R2、(M−O)2P(O)R、M−C(SO2R)2(SO2R’)、M−[RCOCHCOR’](これらの式中、RおよびR’は同一または異なり、いずれも−(CF2nF(n=1〜20)または−CF(CF3)OCF3
−CF(CF3)−[OCF2CF(CF3)]n−O(CF2m−F、
−CF(CF3)−[OCF2CF(CF3)]n−O(CF2m−CFClCF2Cl、
−CF(CF3)−[OCF2CF(CF3)]n−O(CF2m−CF2I、
−CF(CF3)−[OCF2CF(CF3)]n−OCF2CF2CF=CH2
−CF(CF3)−[OCF2CF(CF3)]n−OCF2CF2CF2CH2I、
−CF(CF3)−[OCF2CF(CF3)]n−OCF2CF2SO2X、
−(CF2m−[OCF(CF3)CF2nOCF(CF3)COOX、
−(CF2m−[OCF(CF3)CF2nOCF(CF3)CH2OX、
−(CF2CF2p−(CF2CF(CF3))q−(CF2CH2r−(CF2CFCl)s−A、
−(OCF2CF(CF3))x−(OCF2CF2y−(OCF2CF2CF2z−(OCF2CF2CH2w−(OCF2v−A
(これらの式中、AはH、F、重合開始剤末端基またはその変性された基;nおよびmは同じかまたは異なり0〜10の整数;p、q、rおよびsはそれぞれ独立して0〜5000の整数で、pとqとrとsの和が10〜10000の整数;x、y、z、vおよびwはそれぞれ独立して0〜60の整数で、xとyとzとwとvの和が3〜60の整数);MはLi、Na、K,Rb、Cs、1/2Mg、1/3Al、Ag、1/2Zn、1/2Ni、1/3Fe、H、NH4;Xはハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数1〜20のアルキル基など)などがあげられる。
また、
Figure 0004752843
(式中、XはHまたはF;RはH、F、CH3またはCF3;Qは
−Q1-
−[OCF2CF(CF3)]0~10O(CF20~8−Q1-
−(CF20~8[OCF(CF3)CF20~10OCF(CF3)−Q1-
−(CH30~8(CF20~20(CH30~8−Q1-または
−(C64)(CH30~8−Q1-
(Q1-は同じかまたは異なり、COO-またはSO3-);nは1〜10000)で示される重合体単位を1〜100質量%含むポリマー鎖であってもよい。ポリマー鎖の数平均分子量としては、1×103〜8×105程度であることが、ポリマーの溶剤に対する溶解性の点から望ましい。
共重合可能な共単量体としては特に限定されず、付与したい特性に応じて適宜選定すればよい。好ましい共単量体としては、たとえばCF2=CF2、CF2=CF(CF3)、CF2=CFCl、CF2=CH2、CF2=CFH、パーフルオロブテニルビニルエーテル、パーフルオロ−2,2−ジメチルジオキソール、パーフルオロジオキソール、CH2=CH2、CH2=CH(CH3)、CH2=CHCH=CH2、CH2=CHCl、CH2=CCl2、CH2=CHCO2R(Rは水素原子、水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、CH2=C(CH3)CO2R(Rは水素原子、水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、CH2=CFCO2R(Rは水素原子、水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、CH2=C(CF3)CO2R(Rは水素原子、水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、CH2=CHC65(XはHまたはF)、CH2=C(CH3)C65(XはHまたはF)、CH2=CFC65(XはHまたはF)、CH2=C(CF3)C65(XはHまたはF)、CH2=CHCN、CH2=C(CH3)CN、CH2=CFCN、CH2=C(CF3)CN、CH2=CHOCO2R(Rは水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、CH2=CHOR(Rは水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、CH2=CFCF2CF2O[CF(CF3)CF2nOCF(CF3)COOR(nは0〜20の整数;Rは水素原子、水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、CH2=CFCF2CF2O[CF(CF3)CF2nOCF(CF3)CH2OR(nは0〜20の整数;Rは水素原子、水素原子またはハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基)、CH2=CFCF2CF2O[CF(CF3)CF2nOCHFCF3(nは0〜20の整数)、二酸化硫黄、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、テトラフルオロエチレンオキシド、ヘキサフルオロプロピレンオキシド、フルオロホスゲン、ヘキサフルオロアセトンなどが例示できるが、これらに限定されるものではない。
−Yaの塩の具体的な形態としては、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物、過塩素酸塩、硝酸塩、硫酸塩、炭酸塩、テトラフルオロホウ酸塩、ヘキサフルオロリン酸塩、ヘキサフルオロアンチモン酸塩、テトラクロロアルミン酸塩、テトラフルオロアルミン酸塩、ヘキサフルオロヒ酸塩、フルオロスルホン酸塩、ジシアンアミド塩、F(HF)n塩(n=1〜10)、(2つのアルキル基が同一または異なる)ビスペルフルオロ(C1〜20)アルキルスルホニルアミド塩、ペルフルオロ(C1〜C20)アルキルスルホン酸塩、ペルフルオロ(C1〜20)アルキルカルボン酸塩、ペルフルオロ(C1〜20)アルキルホスホン酸塩、(3つのアルキル基が同一または異なる)トリスペルフルオロ(C1〜20)アルキルスルホニル炭素塩、(2つのアルキル基が同一または異なる)1−ペルフルオロアルキル−3−パーフルオロ(C1〜10)アルキル−1,3−ジケトナート、ジクロロ銅酸化物、テトラクロロホウ酸塩、ヘプタクロロジアルミン酸塩、トリクロロ亜鉛酸塩などがあげられる。
本発明のイオン性基含有含フッ素ポリマー(2)のうち、イオン性イミダゾール骨格を含有するポリマーとしては、たとえばつぎにあげるものが例示できるが、これらのみに限定されるものではない。
Figure 0004752843
Figure 0004752843
Figure 0004752843
Figure 0004752843
Figure 0004752843
Figure 0004752843
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Figure 0004752843
Figure 0004752843
Figure 0004752843
Figure 0004752843
Figure 0004752843
Figure 0004752843
Figure 0004752843
Figure 0004752843
Figure 0004752843
Figure 0004752843
(式中、nは1〜4000;mは0〜8;pは0〜10;qは0〜8;rは1〜10;X-はF-、Cl-、Br-、I-、ClO4 -、NO3 -、H(HF)x -、1/2CO3 2-、1/2SO4 2-、BF4 -、PF6 -、SbF6 -、AlCl4 -、AlF4 -、(CN)2-、(CF3SO22-、(C25SO22-、[F(CF2xSO22-、[F(CF2xSO2](CF3SO2)N-、CF3SO3 -、C25SO3 -、F(CF2xSO3 -、CH3SO3 -、H(CH2ySO3 -、PhSO3 -、CH364SO3 -、CF3CO2 -、F(CF2xCO2 -、H(CF2xCO2 -、CF3O[CF(CF3)CF2O]xCF(CF3)CO2 -、C37O[CF(CF3)CF2O]xCF(CF3)CO2 -、CH3CO2 -、H(CH2yCO2 -、PhCO2 -、(CF3CO)2CH-、[F(CF2xCO]2CH-、[F(CF2xCO](CF3CO)CH-、(CF3SO23-、(C25SO23-、[F(CF2xSO23-、[F(CF2xSO2](CF3SO22-、1/2CF3P(O)(O-2、1/2C25P(O)(O-2、1/2F(CF2xP(O)(O-2、(CF32P(O)O-、(C252P(O)O-、[F(CF2x2P(O)O-、(CF3)[F(CF2x]P(O)O-、(CF3)[H(CH2y]P(O)O-、(C25)[H(CH2y]P(O)O-、[F(CF2x][H(CH2y]P(O)O-(xは1〜10;yは1〜8)
本発明のイオン性基含有含フッ素ポリマー(2)は、安定な含フッ素へテロ芳香環をもつ各種のヘテロ芳香環化合物を含む材料、たとえば燃料電池、二次電池、キャパシター、色素増感太陽電池、エレクトロクロミックデバイスなどの固体またはゲル状ポリ電解質や、化学反応における錯形成作用および/または安定作用を有する反応媒体や、化学反応の触媒や、ガス分離および液体分離における分離剤、イオン交換膜、殺菌作用および/または帯電防止作用を有する被覆剤、天然または合成繊維もしくは繊維織物、メリヤス、フリース、天然または合成繊維からなるネットまたはマット、フィルムおよびシートのための、分散性および/または電気泳動移動性を改良するための小さい部品の被覆剤、イオン交換膜としてなどの各種の機能を有するイオン性ポリマーとして利用できる。さらに、電気化学型アクチュエータ素子の材料としても有用である。
なお、通常では炭化水素系イオン液体はパーフルオロ溶剤と混合すると分液し混合しないが、フルオロアルキル鎖を有するイオン液体に炭化水素系イオン液体をパーフルオロ溶媒中に分散させる効果があることが知られており(T. L. Merrigan et al., Chem. Comm., pp2051-2052(2000))、また、炭化水素系イオン液体とスルホン酸基を含むフッ素樹脂であるNafion(デュポン社の登録商標)とを混合させるとカチオン交換が起こり、溶媒よりむしろ電解質としての性質を呈する効果があることも知られている(T. Schafer, et al., Chem. Comm., pp2594-2596(2005))。このような用途において、高濃度にフッ素原子を含有する樹脂に対して、フルオロアルキル鎖を有するイオン液体を用いれば、より効果的にカチオン交換できるものと考えられる。
したがって、イオン性基含有含フッ素ポリマー(2)は常温で固体であっても、これらの文献のように、イオン性基含有含フッ素ポリマー(2)を他のポリマーや溶媒およびイオン液体中に分散または溶解させることにより、含フッ素ヘテロ芳香環構造が関与することによって、イオン伝導性や添加剤の分散を促す機能を発揮させることができる。
本発明はまた、(I)本発明のヘテロ芳香環含有含フッ素ポリマー(1)および/またはイオン性基含有含フッ素ポリマー(2)と(II)ナノフィラーとを含むポリマー組成物にも関する。
ナノフィラー(II)としては、ナノカーボン材が好適である。
また、本発明の組成物に、さらに含フッ素系また非フッ素系のイオン性液体を配合してもよい。
ナノフィラー(II)の配合量は、目的、要求特性、用途、ナノフィラーの種類などによって適宜選択すればよいが、本発明の含フッ素ポリマー(I)100質量部に対し、0.1〜30質量部、好ましくは1.0〜15質量部である。
本発明の好適に使用できるナノフィラー(II)としては、つぎのものが例示できる。
ナノフィラーとしては、ナノカーボン材、金属へテロ原子化合物および金属ナノ粒子があげられ、これらのうち1種または2種以上を選択して用いることができる。ここにいう「ナノフィラー」とは、少なくとも1つの部分がナノレベル(0.1nmから1000nm)の構造(粒子状、シート状、層状、針状、棒状、繊維状、筒状)を有するフィラーを意味する。以下、上記各ナノフィラーについて詳述する。
(A)ナノカーボン材
ナノレベルの構造を有する炭素原子から構成される化合物で、具体的には以下のとおりである。
(a)フラーレン
球状に結合した構造をもつ炭素60個以上からなる炭素分子である。
(b)カーボンナノボール(カーボンブラック)
炭化水素の不完全燃焼が熱分解して生成される黒色か帯灰黒色の粉末である。
(c)カーボンナノファイバー
鉄やコバルト等の金属触媒を用いて、気相の炭素源を適切な条件下で熱分解することにより合成される。繊維状炭素の組織としては、炭素網面の繊維軸に対する配向が、平行(リボン型)、垂直(プレートレット型)、傾斜(へリングボーン型)の3種類が主に知られている。
(d)カーボンナノチューブ
カーボンナノファイバーの一種である。炭素によって作られる六員環ネットワーク(グラフェンシート)が単層あるいは多層の同軸管状になった"フラーレン"フラーレンの一種である。単層のものをシングルウォールナノチューブ(SWNT)、複層のものをマルチウォールナノチューブ(MWNT)という。特に二層のものはダブルウォールナノチューブ(DWNT)とも呼ばれる。
なお、これらのナノカーボン材としては、化学工業56巻、P50−62(2005)に記載されるものや、Langmuir、11巻、P3682−3866(1995)に記載のもの等も挙げられる。そして、これらカーボンナノ材の中では、カーボンナノファイバーが好ましく、さらにカーボンナノチューブが特に好ましい。
(B)金属へテロ原子化合物
金属とヘテロ原子とを主成分とする化合物である。金属としては、アルカリ金属(リチウム、ナトリウム、カリウム等)、アルカリ土類金属(カルシウム、マグネシウム、バリウム等)、遷移金属(チタン、バナジウム、ニオブ、クロム、モリブデン、タングステン、鉄、マンガン、ルテニウム、コバルト、ニッケル、パラジウム、白金、銅、銀、金、亜鉛、カドミウム、水銀、ランノイド群金属、アクチノイド群金属等)、典型金属元素(アルミニウム、ケイ素、ガリウム、インジウム、錫、ビスマス、鉛等)が挙げられる。また、ヘテロ原子としては、周期表13属のホウ素、周期表15属の窒素、リン、ヒ素、周期表16属の酸素、硫黄、セレン、テルル等、周期表17属のフッ素、塩素、臭素、ヨウ素等が挙げられる。なお、本実施の形態において、ヘテロ原子としては、ホウ素、窒素、リン、酸素、硫黄が好ましい。
この金属へテロ原子化合物としては、金属酸化物(粘土鉱物、複水酸化物、ペロブスカイト、その他金属酸化物)、金属リン酸塩、金属カルコゲン化物が挙げられる。これらの中でも金属酸化物が好ましい。そして、これらの金属へテロ原子化合物の中でも、特に粒子状の構造を有する金属へテロ原子化合物、層状やシート状の構造を有する金属へテロ化合物や針状、棒状、繊維状、筒状の構造を有する金属へテロ化合物が好ましい。また、これらの中でも層状金属へテロ原子化合物が特に好ましい。
金属へテロ原子化合物としては、具体的に以下のものが挙げられる。
(a)粘土鉱物
粘土鉱物(以下、「クレイ」ということもある。)とは、例えば、多数のシートが積層されて形成される層状構造を有するケイ酸塩鉱物等である。ここで、層を形成するシートは、ケイ酸で構成された四面体が平面に沿って多数結合されたものであってもよいし、アルミニウムやマグネシウムを含有する八面体が平面に沿って多数結合されたものであってもよい。また、この粘土鉱物は天然由来のものでも、天然物の処理品でも、膨潤性のフッ素化マイカのような合成品でもよい。
上記粘土鉱物の具体例としては、特に限定されるものではないが、例えば、モンモリロナイト、ベントナイト、カオリナイト、イモゴライト、マイカ、ヘクトライト、フルオロヘクトライト、サポナイト、ベイデライト、ノントロナイト、ステベンサイト、バーミキュライト、ハロイサイト、ボルコンスコイト、スコナイト、マガダイト及びケニアライト等が挙げられ、本実施の形態ではこれらのうち一種又は二種以上を選択して用いることができる。
これら粘土鉱物のなかでは、シート状(層状)粘土鉱物が好ましい。通常、シート状(層状)粘土鉱物のシート(層)の1層は数ナノメートル以下の厚みをもつ。シート(層)は厚み2nm以下のものが特に好ましい。
(b)複水酸化物
複水酸化物とは、例えば、下記一般式(3):
[MII 1-xIII x(OH)2x+[An- x/n・yH2O]x- (3)
(式中、MIIは2価金属、MIIIは3価金属、An−は芳香族アミノカルボン酸のアニオンを含むアニオン、nは前記アニオンの価数、xは0〜0.4の値、yは0より大きい実数である)で表される正に帯電した二価・三価金属の水酸化物シートが層状に積み重なった層状化合物の一つである。なお、層間には,水酸化物シートの正電荷を補うためにアニオンが取り込まれている。
本発明では、これらの中でも、特に粒子状の複水酸化物、層状やシート状の複水酸化物や針状、棒状、繊維状の複水酸化物が好ましく、さらには層状複水酸化物が特に好ましい。
(c)ペロブスカイト
正方晶系結晶構造の一種である。ペロブスカイトと同じ結晶構造をペロブスカイト構造と呼ぶ。例えば、BaTiO3(チタン酸バリウム)の様に、RMO3という3元系から成る遷移金属酸化物等がこの結晶構造をとる。理想的には立方晶系の単位格子をもち、立方晶の各頂点に金属Rが、体心に金属Mが、そして金属Mを中心として酸素Oが立方晶の各面心に配置している。なお、ペロブスカイトとしては、触媒、47巻、P.290―294(2005)に記載されるもの等が挙げられる。本実施の形態では、これらの中でも、特に粒子状のペロブスカイト、層状やシート状のペロブスカイトや針状、棒状、繊維状のペロブスカイトが好ましく、さらには層状ペロブスカイトが特に好ましい。
(d)その他金属酸化物
上記に分類されるもの以外の金属酸化物で、ナノレベルの大きさの粒子状、層状、シート状、針状、棒状、繊維状、筒状の構造を有するものが挙げられる。
上記に分類されるもの以外の金属酸化物としては、シリカ、アルミナ、酸化鉄、酸化亜鉛、ジルコニア、チタニア等が挙げられる。その他、例えば、触媒、47巻、P.279−294(2005)記載のもの等が挙げられる。
(e)金属リン酸塩
金属リン酸塩としては、例えば、下記一般式(4):
M(HPO42 (4)
(式中、Mは、Ti,Zr,Ce,又はSnである)で示されるものや、下記一般式(5):
Zr(ROPO32 (5)
(式中、Rは、H,Rh,又はMeである)で示されるもの等が挙げられる。
これらの中でも、特に、粒子状の金属リン酸塩、層状やシート状の金属リン酸塩や針状、棒状、繊維状の金属リン酸塩が好ましく、さらには層状金属リン酸塩が特に好ましい。
(f)金属カルコゲン(硫黄、セレン、テルル)化物
金属カルコゲン化物としては、例えば、下記一般式(6):
MX2 (6)
(式中、MはTi、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、又はWであり、XはS又はSeである)で示されるものや、下記一般式(7):
MPX3 (7)
(式中、MはMg、V、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Cd、又はInであり、XはS又はSeである)で示されるもの等が挙げられる。
(C)金属ナノ粒子
粒径が1〜100ナノメートル(1ナノメートル=100万分の1ミリメートル)の金属粒子である。金属ナノ粒子の構成金属は、Ag、Au、Cu、Pt、Pd、W、Ni、Ta、In、Sn、Zn、Cr、Fe、Co、及びSi等からなる群から選ばれた1種若しくは2種以上の金属又はこれら金属の少なくとも2種からなる合金であり、目的・用途に合わせて適宜選定する。
適宜添加してもよいイオン性液体(III)としては、常温溶融塩または単に溶融塩などとも称されるものであり、常温(室温)を含む幅広い温度域で溶融状態を呈する塩である。
本発明においては、従来より知られた各種のイオン性液体を使用することができるが、常温(室温)または可及的に常温に近い温度において液体状態を呈し安定なものが好ましい。本発明においては、常温溶融塩であって、導電率が0.1Sm-1以上のものが好ましい。
本発明において用いられる好適なイオン性液体としては、下記の一般式(I)〜(IV)で表わされるカチオン(好ましくは、イミダゾリウムイオン)と、アニオン(X-)よりなるものを例示することができる。
Figure 0004752843
式(III):
[NRx4-x+
式(IV):
[PRx4-x+
これらの式(I)〜(IV)において、Rはハロゲン原子を含んでいてもよい炭素数1〜12のアルキル基またはエーテル結合を含み炭素と酸素の合計数が3〜12のハロゲン原子を含んでいてもよいアルキル基であり、式(I)においてR1は炭素数1〜4のハロゲン原子を含んでいてもよいアルキル基または水素原子である。式(I)において、RとR1は同一ではないことが好ましい。式(III)および(IV)において、xはそれぞれ1〜4の整数である。
さらに式(V):
Figure 0004752843
(式中、Raは同じかまたは異なりいずれもハロゲン原子、官能基または有機基であって、かつ存在していても存在していなくてもよく、存在する場合は、ヘテロ芳香環の水素原子の全部または一部を置換している;Rfc1は式(c):
Figure 0004752843
(式中、Rc1、Rc2およびRc3は同じかまたは異なり、いずれもH、ハロゲン原子、官能基、またはハロゲン原子で置換されていてもよくエーテル結合を含んでいてもよく重合性基を有していてもよい1価の有機基)で示されるフルオロアルキル基、または式(V)からRfc1基を除いた残基を1個以上有していてもよい1価の有機基);RdはHまたは1価の有機基;Xは対アニオン)で示される含フッ素イミダゾール化合物塩も使用できる。
この含フッ素イミダゾール化合物塩のうち、Rfc1が−CFHCF3、−CF2CFZ3H、−CF=CFZ3(Z3はFまたはCl)である化合物以外は新規化合物である。
式(V)の含フッ素イミダゾール化合物塩は、式(A):
Figure 0004752843
(式中、Raは同じかまたは異なりいずれもハロゲン原子、官能基または有機基であって、かつ存在していても存在していなくてもよく、存在する場合は、ヘテロ芳香環の水素原子の全部または一部を置換している)で示されるイミダゾール化合物と、式(B):
Figure 0004752843
(式中、Rb1、Rb2およびRb3は同じかまたは異なり、いずれもH、ハロゲン原子、官能基、またはハロゲン原子で置換されていてもよくエーテル結合を含んでいてもよく重合性基を有していてもよい1価の有機基)で示されるフルオロアルケン(B)とを反応させ、式(C):
Figure 0004752843
(式中、Raは同じかまたは異なりいずれもハロゲン原子、官能基または有機基であって、かつ存在していても存在していなくてもよく、存在する場合は、ヘテロ芳香環の水素原子の全部または一部を置換している;RfはRf1(Rf1は式(c)と同じかまたは式(C)からRf基を除いた残基を1個以上有していてもよい1価の有機基))で示される含フッ素イミダゾール化合物を合成し、ついで、塩形成化合物を作用させ、要すればさらにアニオン交換することにより製造することができる。
イミダゾール化合物カチオンの好ましい具体例としては、たとえば1−エチル−3−メチルイミダゾリウムカチオン、1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムカチオン、1−イソプロピル−3−メチルイミダゾリウムカチオン、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムカチオン、1−イソブチル−3−メチルイミダゾリウムカチオン、1−secブチル−3−メチルイミダゾリウムカチオン、1−メトキシメチル−3−メチルイミダゾリウムカチオン、1−メトキシエチル−3−メチルイミダゾリウムカチオン、1−エチル−3−プロピルイミダゾリウムカチオン、1−エチル−3−イソプロピルイミダゾリウムカチオン、1−エチル−3−ブチルイミダゾリウムカチオン、1−エチル−3−イソブチルイミダゾリウムカチオン、1−エチル−3−secブチルイミダゾリウムカチオン、1−エチル−3−メトキシメチルイミダゾリウムカチオン、1−エチル−3−メトキシエチルイミダゾリウムカチオン、1−メチルイミダゾリウムカチオン、1−エチルイミダゾリウムカチオン、1−プロピルイミダゾリウムカチオン、1−イソプロピルイミダゾリウムカチオン、1−ブチルイミダゾリウムカチオン、1−イソブチルイミダゾリウムカチオン、1−secブチルイミダゾリウムカチオン、1−メトキシメチルイミダゾリウムカチオン、1−メトキシエチルイミダゾリウムカチオン、1,2−ジメチル−3−エチルイミダゾリウムカチオン、1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウムカチオン、1,2−ジメチル−3−イソプロピルイミダゾリウムカチオン、1,2−ジメチル−3−ブチルイミダゾリウムカチオン、1,2−ジメチル−3−イソブチルイミダゾリウムカチオン、1,2−ジメチル−3−secブチルイミダゾリウムカチオン、1,2−ジメチル−3−メトキシメチルイミダゾリウムカチオン、1,2−ジメチル−3−メトキシエチルイミダゾリウムカチオンなどの非フッ素系イミダゾール化合物カチオン;1−メチル−3−トリフルオロメチルイミダゾリウムカチオン、1−ジフルオロメチル−3−メチルイミダゾリウムカチオン、1−メチル−3−ペンタフルオロエチルイミダゾリウムカチオン、1−メチル−3−(2,2,2−トリフルオロエチル)イミダゾリウムカチオン、1−(1,1−ジフルオロエチル)−3−メチルイミダゾリウムカチオン、1−メチル−3−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾリウムカチオン、1−(2−クロロ−1,1,2−トリフルオロエチル)−3−メチルイミダゾリウムカチオン、1−ヘプタフルオロプロピル−3−メチルイミダゾリウムカチオン、1−ヘプタフルオロイソプロピル−3−メチルイミダゾリウムカチオン、1−(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)−3−メチルイミダゾリウムカチオン、1−メチル−3−(1,1,2,3,3,4,4,4−オクタフルオロブチル)イミダゾリウムカチオン、1−メチル−3−(2−トリフルオロメトキシ−1,1,2−トリフルオロエチル)イミダゾリウムカチオン、1−(2−ヘプタフルオロプロポキシ−1,1,2−トリフルオロエチル)−3−メチルイミダゾリウムカチオン、1−エチル−3−トリフルオロメチルイミダゾリウムカチオン、1−ジフルオロメチル−3−エチルイミダゾリウムカチオン、1−エチル−3−ペンタフルオロエチルイミダゾリウムカチオン、1−エチル−3−(2,2,2−トリフルオロエチル)イミダゾリウムカチオン、1−(1,1−ジフルオロエチル)−3−エチルイミダゾリウムカチオン、1−エチル−3−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾリウムカチオン、1−(2−クロロ−1,1,2−トリフルオロエチル)−3−エチルイミダゾリウムカチオン、1−エチル−3−ヘプタフルオロプロピルイミダゾリウムカチオン、1−エチル−3−ヘプタフルオロイソプロピルイミダゾリウムカチオン、1−エチル−3−(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)イミダゾリウムカチオン、1−エチル−3−(1,1,2,3,3,4,4,4−オクタフルオロブチル)イミダゾリウムカチオン、1−エチル−3−(2−トリフルオロメトキシ−1,1,2−トリフルオロエチル)イミダゾリウムカチオン、1−エチル−3−(2−ヘプタフルオロプロポキシ−1,1,2−トリフルオロエチル)イミダゾリウムカチオン、1−トリフルオロメチルイミダゾリウムカチオン、1−ジフルオロメチルイミダゾリウムカチオン、1−ペンタフルオロエチルイミダゾリウムカチオン、1−(2,2,2−トリフルオロエチル)イミダゾリウムカチオン、1−(1,1−ジフルオロエチル)イミダゾリウムカチオン、1−1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾリウムカチオン、1−(2−クロロ−1,1,2−トリフルオロエチル)イミダゾリウムカチオン、1−ヘプタフルオロプロピルイミダゾリウムカチオン、1−ヘプタフルオロイソプロピルイミダゾリウムカチオン、1−(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)イミダゾリウムカチオン、1−(1,1,2,3,3,4,4,4−オクタフルオロブチル)イミダゾリウムカチオン、1−(2−トリフルオロメトキシ−1,1,2−トリフルオロエチル)イミダゾリウムカチオン、1−(2−ヘプタフルオロプロポキシ−1,1,2−トリフルオロエチル)イミダゾリウムカチオン、2−フルオロ−1−エチル−3−メチルイミダゾリウムカチオン、2−フルオロ−1−メチル−3−プロピルイミダゾリウムカチオン、2−フルオロ−1−イソプロピル−3−メチルイミダゾリウムカチオン、2−フルオロ−1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムカチオン、2−フルオロ−1−イソブチル−3−メチルイミダゾリウムカチオン、2−フルオロ−1−secブチル−3−メチルイミダゾリウムカチオン、2−フルオロ−1−メトキシメチル−3−メチルイミダゾリウムカチオン、2−フルオロ−1−メトキシエチル−3−メチルイミダゾリウムカチオン、2−フルオロ−1−メチル−3−トリフルオロメチルイミダゾリウムカチオン、2−フルオロ−1−メチル−3−ペンタフルオロエチルイミダゾリウムカチオン、2−フルオロ−1−メチル−3−(2,2,2−トリフルオロエチル)イミダゾリウムカチオン、2−フルオロ−1−(1,1−ジフルオロエチル)−3−メチルイミダゾリウムカチオン、2−フルオロ−1−メチル−3−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾリウムカチオン、1−(2−クロロ−1,1,2−トリフルオロエチル)−2−フルオロ−3−メチルイミダゾリウムカチオン、2−フルオロ−1−ヘプタフルオロプロピル−3−メチルイミダゾリウムカチオン、2−フルオロ−1−ヘプタフルオロイソプロピル−3−メチルイミダゾリウムカチオン、2−フルオロ−1−(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)−3−メチルイミダゾリウムカチオン、2−フルオロ−1−メチル−3−(1,1,2,3,3,4,4,4−オクタフルオロブチル)イミダゾリウムカチオン、2−フルオロ−1−メチル−3−(2−トリフルオロメトキシ−1,1,2−トリフルオロエチル)イミダゾリウムカチオン、2−フルオロ−1−(2−ヘプタフルオロプロポキシ−1,1,2−トリフルオロエチル)−3−メチルイミダゾリウムカチオン、1,2−ジメチル−3−トリフルオロメチルイミダゾリウムカチオン、1,2−ジメチル−3−ペンタフルオロエチルイミダゾリウムカチオン、1,2−ジメチル−3−(2,2,2−トリフルオロエチル)イミダゾリウムカチオン、1,2−ジメチル−3−(1,1−ジフルオロエチル)イミダゾリウムカチオン、1,2−ジメチル−3−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾリウムカチオン、1,2−ジメチル−3−(2−クロロ−1,1,2−トリフルオロエチル)イミダゾリウムカチオン、1,2−ジメチル−3−ヘプタフルオロプロピルイミダゾリウムカチオン、1,2−ジメチル−3−ヘプタフルオロイソプロピルイミダゾリウムカチオン、1,2−ジメチル−3−(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)イミダゾリウムカチオン、1,2−ジメチル−3−(1,1,2,3,3,4,4,4−オクタフルオロブチル)イミダゾリウムカチオン、1,2−ジメチル−3−(2−トリフルオロメトキシ−1,1,2−トリフルオロエチル)イミダゾリウムカチオン、1,2−ジメチル−3−(2−ヘプタフルオロプロポキシ−1,1,2−トリフルオロエチル)イミダゾリウムカチオンなどのフッ素系イミダゾール化合物カチオンが例示できるが、これらに限定されるものではない。
アニオン(X-)としては、テトラフルオロホウ酸アニオン、ヘキサフルオロリン酸アニオン、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド酸アニオン、過塩素酸アニオン、トリス(トリフルオロメタンスルホニル)炭素酸アニオン、トリフルオロメタンスルホン酸アニオン、ジシアンアミドアニオン、トリフルオロ酢酸アニオン、有機カルボン酸アニオンおよびハロゲンイオンより選ばれる少なくとも1種が好ましい。
イオン性液体(III)の添加量は、含フッ素ポリマー(I)100質量部に対して、1.0〜60質量部、好ましくは5.0〜40質量部である。
本発明のイオン性基含有含フッ素ポリマー(2)は上記のように、電気化学型アクチュエータ素子の材料として有用である。以下、本発明のイオン性基含有含フッ素ポリマー(2)を用いた電気化学型アクチュエータ素子について説明する。
電気化学型アクチュエータは、医療機器や産業用、およびパーソナルロボット、マイクロマシンなどの分野において小型かつ軽量で柔軟性に富むアクチュエータとして期待されている。
アクチュエータ素子としては、イオン伝導層の表面に電極層が相互に絶縁状態で少なくとも2個形成され、該電極層に電位差を与えることにより湾曲および変形を生じさせ得る3層構造のアクチュエータ素子と、イオン伝導層の表面に電極層が相互に絶縁状態で少なくとも2個形成され、該電極層の表面に導電層が形成され、該導電層に電位差を与えることにより湾曲および変形を生じさせ得る5層構造のアクチュエータ素子が代表例としてあげられる(特開2005−176428号公報)。
イオン伝導層はポリマーとイオン性液体とから基本的に構成され、また、電極層はポリマーとイオン性液体と導電性材料とから基本的に構成されている。
本発明のイオン性基含有含フッ素ポリマー(2)は、イオン伝導層および電極層を構成するイオン性ポリマー材料として、単独(従来のポリマーとイオン性液体の両方に代えて)で、または上記のイオン性液体と併用(従来のポリマーに代えて)して利用できる。
なお電極層に使用する導電性材料としては、導電性ナノフィラーが好ましく使用でき、上記のナノフィラーのうちで導電性のものが好ましく使用できる。特に好ましくは、導電性ナノカーボン材、特にカーボンナノチューブである。
本発明のイオン性基含有含フッ素ポリマー(2)を用いた電気化学型アクチュエータ素子は、低電圧で駆動でき、空気中および真空中で安定にかつ速い応答性で作動し、柔軟性も含めて機械的強度が高く、繰り返し耐久性が長く、しかも製造法が極めて簡単であり、かつ簡単な構造のため小型化が容易であり、幅広い用途への実用化を進め得るアクチュエータ素子を提供することができる。
つぎに本発明を合成例、実施例に基づいて説明するが、本発明はかかる合成例、実施例のみに限定されるものではない。
本明細書で使用した測定方法などは、以下のとおりである。
(化合物の同定方法)
1H−NMR分析と19F−NMR分析とIR分析と元素分析に基づいて同定する。
NMR測定装置:BRUKER社製
1H−NMR測定条件:300MHz(テトラメチルシラン=0ppm)
19F−NMR測定条件:282MHz(トリクロロフルオロメタン=0ppm)
IR分析:Perkin Elmer社製フーリエ変換赤外分光光度計1760Xで室温にて測定する。
合成例1
50mlのオートクレーブにイミダゾール6.81g(100mmol。融点89℃)を入れ、室温で真空−窒素置換を3回行った。系内を真空にした後、テトラフルオロエチレン(TFE)を系内圧力が0.1MPa・Gになるまで導入した。その後、反応系をイミダゾールの融点以上である100℃に上げ、さらに反応系内の圧力を0.3〜0.5MPa・Gに維持するようにTFEを導入した。TFEの添加量がイミダゾールの1.1当量(11g=110mmol)となった時点でTFEの供給を停止し、100℃で攪拌を続けた。攪拌開始8時間後に反応系内温度を室温に戻し、排気して、そのまま蒸留に供し、93℃/96mmHgの留分を14.5g得た(収率86%)。
このものをNMR分析したところ、1−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾールであることを確認した。反応粗生成物に対し、トリフルオロ酢酸エチル(2.84g=20mmol)を添加し、トリフルオロ酢酸エチル基準の19F−NMR分析による収率は98%であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−102.3(2F),−142.3(2F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ6.82(1H,tt),7.18(1H,s),7.48(1H,s),8.04(1H,s)ppm
合成例2
50mlのオートクレーブにイミダゾール1.36g(20mmol)とテトラヒドロフラン(30ml)を入れ、−78℃に冷却し、真空−窒素置換を3回行った。系内を真空にした後、TFEを系内圧力が0.1MPa・Gになるまで導入した。その後、反応系をイミダゾールの融点以上である100℃に上げ、さらに反応系内の圧力を0.3〜0.5MPa・Gに維持するようにTFEを導入した。TFEの添加量がイミダゾールの1.1当量(2.2g=22mmol)となった時点でTFEの供給を停止し、100℃で攪拌を続けた。攪拌開始15時間後に反応系内温度を室温に戻し、排気して、反応粗生成物に対し、トリフルオロ酢酸エチル(1.42g=10mmol)を添加し、トリフルオロ酢酸エチル基準の19F−NMR分析による収率は89%であった。
合成例3
50mlのオートクレーブにイミダゾール6.81g(100mmol)と融点降下剤としてテトラヒドロフラン(1.0ml)を入れ、−78℃に冷却し、真空−窒素置換を3回行った。系内を真空にした後、TFEを系内圧力が0.1MPa・Gになるまで導入した。その後、反応系を50℃に上げ、さらに反応系内の圧力を0.3〜0.5MPa・Gに維持するようにTFEを導入した。TFEの添加量がイミダゾールの1.1当量(11g=110mmol)となった時点でTFEの供給を停止し、50℃で攪拌を続けた。攪拌開始8時間後に反応系内温度を室温に戻し、排気し反応を終了させた。反応粗生成物に対し、トリフルオロ酢酸エチル2.84g(20mmol)を添加し、これを基準とした19F−NMR分析による収率は92%であった。
合成例4
50mlのオートクレーブにイミダゾールのカリウム塩10.6g(100mmol)とテトラヒドロフラン(30ml)を入れ、−78℃に冷却し、真空−窒素置換を3回行った。系内を真空にした後、TFEを系内圧力が0.1MPa・Gになるまで導入した。その後、反応系を100℃に上げ、さらに反応系内の圧力を0.3〜0.5MPa・Gに維持するようにTFEを導入した。TFEの添加量がイミダゾールのカリウム塩の1.1当量(11g=110mmol)となった時点でTFEの供給を停止し、100℃で攪拌を続けた。攪拌開始15時間後に反応系内温度を室温に戻し、排気し反応を終了させた。反応粗生成物に対し、トリフルオロ酢酸エチル2.84g(20mmol)を添加し、これを基準とした19F−NMR分析によると1−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾールを収率13%で、1−(1,2,2−トリフルオロエテニル)イミダゾールを収率56%で生成していることを確認した。また、ガスクロマトグラフ分析から、イミダゾールの14%が残存していることを確認した。
その後、この反応粗生成物の全てを水(30ml)にあけ、酢酸エチルを用い抽出した。有機層を分離後、硫酸マグネシウムを用い乾燥後、減圧下にて濃縮した。ベンゾトリフルオリド1.46g(10mmol)を添加し、これを基準とした19F−NMR分析によると1−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾールを収率7%で、1−(1,2,2−トリフルオロエテニル)イミダゾールを収率39%で生成していることを確認した。
合成例5
50mlのオートクレーブに金属カリウム0.20g(5mmol)とテトラヒドロフラン(10ml)を入れ、−78℃に冷却し、真空−窒素置換を3回行った。その後、10℃でイミダゾール1.36g(20mmol)をテトラヒドロフラン(10ml)に溶解させたものを窒素圧下、30分かけて添加した。その後、テトラフルオロエチレン(TFE)を系内圧力が0.1MPa・Gになるまで導入した。その後、反応系を100℃に上げ、さらに反応系内の圧力を0.3〜0.5MPa・Gに維持するようにTFEを導入した。TFEの添加量がイミダゾールの1.1当量(2.2g=22mmol)となった時点でTFEの供給を停止し、100℃で攪拌を続けた。攪拌開始8時間後に反応系内温度を室温に戻し、排気し反応を終了させた。反応粗生成物に対し、トリフルオロ酢酸エチル1.42g(10mmol)を添加し、これを基準とした19F−NMR分析によると1−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾールを収率55%で、1−(1,2,2−トリフルオロエテニル)イミダゾールを収率23%で生成していることを確認した。またガスクロマトグラフから、イミダゾールの9%が残存していることを確認した。
その後、この反応粗生成物の全てを水(30ml)にあけ、酢酸エチルを用い抽出した。有機層を分離後、硫酸マグネシウムを用い乾燥後、減圧下にて濃縮した。ベンゾトリフルオリド1.46g(10mmol)を添加し、これを基準とした19F−NMR分析によると1−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾールを収率41%で、1−(1,2,2−トリフルオロエテニル)イミダゾールを収率19%で生成していることを確認した。
合成例6
50mlのオートクレーブにイミダゾール6.81g(100mmol)を入れ、室温で真空−窒素置換を3回行った。系内を真空にした後、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)を系内圧力が0.1MPa・Gになるまで導入した。その後、反応系をイミダゾールの融点以上である100℃に上げ、さらに反応系内の圧力を0.3〜0.5MPa・Gに維持するようにHFPを導入した。HFPの添加量がイミダゾールの1.1当量(17g=110mmol)となった時点でHFPの供給を停止し、100℃で攪拌を続けた。攪拌開始8時間後に反応系内温度を室温に戻し、排気して、そのまま蒸留に供し、93℃/53mmHgの留分を16.5g得た(収率は76%)。
このものをNMR分析したところ、1−(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)イミダゾールであることを確認した。反応粗生成物に対し、トリフルオロ酢酸エチル2.84g(20mmol)を添加し、トリフルオロ酢酸エチル基準の19F−NMR分析による収率は83%であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−73.9(3F),−84.4(1F),−91.2(1F),−210.0(1F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ6.26(1H,m),7.18(1H,s),7.53(1H,s),8.09(1H,s)ppm
合成例7
50mlのオートクレーブにピロール6.71g(100mmol。融点−23℃)を入れ、室温で真空−窒素置換を3回行った。系内を真空にした後、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)を系内圧力が0.1MPa・Gになるまで導入した。その後、反応系を60℃に上げ、さらに反応系内の圧力を0.3〜0.5MPa・Gに維持するようにHFPを導入した。HFPの添加量がピロールの1.1当量(17g=110mmol)となった時点でHFPの供給を停止し、100℃で攪拌を続けた。攪拌開始8時間後に反応系内温度を室温に戻し、排気して、そのまま蒸留に供し、108℃の留分を18.0g得た(収率は83%)。
このものをNMR分析したところ、1−(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)ピロールであることを確認した。反応粗生成物に対し、トリフルオロ酢酸エチル2.84g(20mmol)を添加し、トリフルオロ酢酸エチル基準の19F−NMR分析による収率は94%であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−74.2(3F),−86.4(1F),−89.5(1F),−211.2(1F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ6.26(1H,m),6.24(2H,m),6.75(2H,m)ppm
合成例8
50mlのオートクレーブにピラゾール6.81g(100mmol。融点67℃)を入れ、室温で真空−窒素置換を3回行った。系内を真空にした後、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)を系内圧力が0.1MPa・Gになるまで導入した。その後、反応系を75℃に上げ、さらに反応系内の圧力を0.3〜0.5MPa・Gに維持するようにHFPを導入した。HFPの添加量がピラゾールの1.1当量(17g=110mmol)となった時点でHFPの供給を停止し、100℃で攪拌を続けた。攪拌開始8時間後に反応系内温度を室温に戻し、排気して、そのまま蒸留に供し、88℃/96mmHgの留分を19.2g得た(収率は88%)。
このものをNMR分析したところ、1−(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)ピラゾールであることを確認した。反応粗生成物に対し、トリフルオロ酢酸エチル2.84g(20mmol)を添加し、トリフルオロ酢酸エチル基準の19F−NMR分析による収率は91%であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−75.5(3F),−83.8(1F),−90.0(1F),−214.2(1F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ6.10(1H,m),6.26(1H,m),7.74(2H,s)ppm
合成例9
50mlのオートクレーブに1,2,4−トリアゾール6.91g(100mmol。融点120℃)を入れ、室温で真空−窒素置換を3回行った。系内を真空にした後、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)を系内圧力が0.1MPa・Gになるまで導入した。その後、反応系を135℃に上げ、さらに反応系内の圧力を0.3〜0.5MPa・Gに維持するようにHFPを導入した。HFPの添加量が1,2,4−トリアゾールの1.1当量(17g=110mmol)となった時点でHFPの供給を停止し、100℃で攪拌を続けた。攪拌開始8時間後に反応系内温度を室温に戻し、排気して、そのまま蒸留に供し、90℃/90mmHgの留分を17.5g得た(収率は80%)。
このものをNMR分析したところ、1−(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)−1,2,4−トリアゾールであることを確認した。反応粗生成物に対し、トリフルオロ酢酸エチル2.84g(20mmol)を添加し、トリフルオロ酢酸エチル基準の19F−NMR分析による収率は87%であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−72.6(3F),−88.9(1F),−93.4(1F),−211.4(1F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ6.25(1H,m),8.09(1H,s),8.38(1H,s)ppm
合成例10
50mlのオートクレーブに2−メチルイミダゾール8.21g(100mmol。融点142℃)と融点降下剤としてテトラヒドロフラン(3.0ml)を入れ、−78℃で真空−窒素置換を3回行った。系内を真空にした後、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)を系内圧力が0.1MPa・Gになるまで導入した。その後、反応系を100℃に上げ、さらに反応系内の圧力を0.3〜0.5MPa・Gに維持するようにHFPを導入した。HFPの添加量が2−メチルイミダゾールの1.1当量(17g=110mmol)となった時点でHFPの供給を停止し、100℃で攪拌を続けた。攪拌開始8時間後に反応系内温度を室温に戻し、排気して、そのまま蒸留に供し、78℃/24mmHgの留分を20.1g得た(収率は86%)。
このものをNMR分析したところ、2−メチル−1−(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)イミダゾールであることを確認した。反応粗生成物に対し、トリフルオロ酢酸エチル2.84g(20mmol)を添加し、トリフルオロ酢酸エチル基準の19F−NMR分析による収率は96%であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−73.9(3F),−84.4(1F),−91.2(1F),−210.0(1F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ2.65(3H,s),6.26(1H,m),7.15(1H,s),7.50(1H,s)ppm
合成例11
50mlのオートクレーブにインドール11.7g(100mmol。融点52℃)を入れ、室温で真空−窒素置換を3回行った。系内を真空にした後、テトラフルオロエチレン(TFE)を系内圧力が0.1MPa・Gになるまで導入した。その後、反応系を60℃に上げ、さらに反応系内の圧力を0.3〜0.5MPa・Gに維持するようにTFEを導入した。TFEの添加量がインドールの1.1当量(11g=110mmol)となった時点でTFEの供給を停止し、60℃で攪拌を続けた。攪拌開始8時間後に反応系内温度を室温に戻し、排気して、そのまま蒸留に供し、77℃/8.0mmHgの留分を16.0g得た(収率74%)。
このものをNMR分析したところ、1−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)インドールであることを確認した。反応粗生成物に対し、トリフルオロ酢酸エチル2.84g(20mmol)を添加し、トリフルオロ酢酸エチル基準の19F−NMR分析による収率は87%であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−98.1(2F),−144.6(2F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ6.23(1H,m),6.52(1H,s)、7.00−7.30(4H,m),7.65(1H,m)ppm
合成例12
50mlのオートクレーブにプリン12.0g(100mmol。融点214℃)と融点降下剤としてテトラヒドロフラン(3.0ml)を入れ、−78℃に冷却し、真空−窒素置換を3回行った。系内を真空にした後、融点降下剤としてテトラフルオロエチレン(TFE)を系内圧力が0.1MPa・Gになるまで導入した。その後、反応系を120℃に上げ、さらに反応系内の圧力を0.3〜0.5MPa・Gに維持するようにTFEを導入した。TFEの添加量がプリンの1.1当量(11g=110mmol)となった時点でTFEの供給を停止し、120℃で攪拌を続けた。攪拌開始8時間後に反応系内温度を室温に戻し、排気して、エタノールに溶解させ、ヘキサンから再結晶を行い、13.6gの固体を得た(収率62%)。
このものをNMR分析したところ、1−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)プリンであることを確認した。反応粗生成物に対し、トリフルオロ酢酸エチル2.84g(20mmol)を添加し、トリフルオロ酢酸エチル基準の19F−NMR分析による収率は77%であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−93.6(2F),−140.9(2F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ7.25(1H,s),8.70(1H,s),9.00(1H,s),9.21(1H,s)ppm
合成例13
50mlのオートクレーブにプリン誘導体であるセオフィリン18.1g(100mmol。融点274℃)と融点降下剤としてテトラヒドロフラン(5.0ml)を入れ、−78℃に冷却し、真空−窒素置換を3回行った。系内を真空にした後、テトラフルオロエチレン(TFE)を系内圧力が0.1MPa・Gになるまで導入した。その後、反応系を120℃に上げ、さらに反応系内の圧力を0.3〜0.5MPa・Gに維持するようにTFEを導入した。TFEの添加量がセオフィリンの1.1当量(11g=110mmol)となった時点でTFEの供給を停止し、120℃で攪拌を続けた。攪拌開始8時間後に反応系内温度を室温に戻し、排気して、エタノールに溶解させ、ヘキサンから再結晶を行い、14.5gの固体を得た(収率52%)。
このものをNMR分析したところ、1−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)セオフィリンであることを確認した。反応粗生成物に対し、トリフルオロ酢酸エチル2.84g(20mmol)を添加し、トリフルオロ酢酸エチル基準の19F−NMR分析による収率は81%であった。
19F−NMR(DMSO−d6):δ−95.8(2F),−140.1(2F)ppm
1H−NMR(DMSO−d6):δ3.24(3H,s),3.44(3H,s),7.30(1H,m),7.98(1H,s)ppm
合成例14
50mlのオートクレーブにイミダゾール化合物であるN−(t−ブトキシカルボニル)ヒスタミン21.2g(100mmol。融点83℃)を入れ、−78℃に冷却し、真空−窒素置換を3回行った。系内を真空にした後、テトラフルオロエチレン(TFE)を系内圧力が0.1MPa・Gになるまで導入した。その後、反応系を90℃に上げ、さらに反応系内の圧力を0.3〜0.5MPa・Gに維持するようにTFEを導入した。TFEの添加量がN−(t−ブトキシカルボニル)ヒスタミンの1.1当量(11g=110mmol)となった時点でTFEの供給を停止し、90℃で攪拌を続けた。攪拌開始8時間後に反応系内温度を室温に戻し、排気して、クロロホルムに溶解させ、ヘキサンから再結晶を行い、17.6gの固体を得た(収率63%)。
このものをNMR分析したところ、N−(t−ブトキシカルボニル)−N1−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)ヒスタミンであることを確認した。反応粗生成物に対し、トリフルオロ酢酸エチル2.84g(20mmol)を添加し、トリフルオロ酢酸エチル基準の19F−NMR分析による収率は91%であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−100.4(2F),−139.8(2F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ1.31(9H,s),2.70−3.10(4H,m),6.80(1H,s),7.27(1H,m),7.54(1H,s)ppm
合成例15
50mlのオートクレーブにインドール化合物であるNα−(t−ブトキシカルボニル)トリプトファンメチルエステル31.8g(100mmol)と融点降下剤としてテトラヒドロフラン(5.0ml)を入れ、−78℃に冷却し、真空−窒素置換を3回行った。系内を真空にした後、テトラフルオロエチレン(TFE)を系内圧力が0.1MPa・Gになるまで導入した。その後、反応系を120℃に上げ、さらに反応系内の圧力を0.3〜0.5MPa・Gに維持するようにTFEを導入した。TFEの添加量がプリンの1.1当量(11g=110mmol)となった時点でTFEの供給を停止し、120℃で攪拌を続けた。攪拌開始8時間後に反応系内温度を室温に戻し、排気して、そのまま反応粗生成物をヘキサン−酢酸エチル4:1の展開溶媒によるシリカゲルクロマトグラフィーを用い精製し、34.6gの生成物を得た(収率82%)。
このものをNMR分析したところ、Nα−(t−ブトキシカルボニル)−N1−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)トリプトファンメチルエステルであることを確認した。反応粗生成物に対し、トリフルオロ酢酸エチル2.84g(20mmol)を添加し、トリフルオロ酢酸エチル基準の19F−NMR分析による収率は87%であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−102.4(2F),−142.0(2F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ1.31(9H,s),2.80−3.80(2H,m),3.64(3H,s),6.50−7.80(6H,m)ppm
合成例16
50mlのオートクレーブにイミダゾール6.81g(100mmol)を入れ、室温で真空−窒素置換を3回行った。系内を真空にした後、フッ化ビニリデンを系内圧力が0.1MPa・Gになるまで導入した。その後、反応系をイミダゾールの融点以上である100℃に上げ、さらに反応系内の圧力を0.3〜0.5MPa・Gに維持するようにパーフルオロメチルビニルエーテル(PMVE)を導入した。フッ化ビニリデンの添加量がイミダゾールの1.1当量(7.1g=110mmol)となった時点でフッ化ビニリデンの供給を停止し、100℃で攪拌を続けた。攪拌開始8時間後に反応系内温度を室温に戻し、排気して、そのまま蒸留に供し、99℃の留分を11.9g得た(収率90%)。
このものをNMR分析したところ、1−(1,1−ジフルオロエチル)イミダゾールであることを確認した。反応粗生成物に対し、トリフルオロ酢酸エチル2.84g(20mmol)を添加し、トリフルオロ酢酸エチル基準の19F−NMR分析による収率は94%であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−93.2(2F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ1.96(3H,t),7.15(1H,s),7.46(1H,s),8.01(1H,s)ppm
合成例17
50mlのオートクレーブにイミダゾール6.81g(100mmol)を入れ、室温で真空−窒素置換を3回行った。窒素雰囲気下にした後、100℃に上げ、パーフルオロ−2−メチル−2−ペンテン33.0g(110mmol)を窒素圧の下で1時間かけて導入した。100℃で、8時間攪拌した後、反応系内温度を室温に戻し、排気して、そのまま蒸留に供し、76℃/4.0mmHgの留分を24.7g得た(収率67%)。
このものをNMR分析したところ、1−(2H−パーフルオロ−1−エチル−2−メチルプロピル)イミダゾールであることを確認した。反応粗生成物に対し、トリフルオロ酢酸エチル2.84g(20mmol)を添加し、トリフルオロ酢酸エチル基準の19F−NMR分析による収率は75%であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−72.9(3F),−71.8(3F),−78.9(3F),−121.7(2F),−139.7(1F,m)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ3.86(1H,m),7.15(1H,s),7.46(1H,s),8.01(1H,s)ppm
合成例18
50mlのオートクレーブにイミダゾール6.81g(100mmol)を入れ、室温で真空−窒素置換を3回行った。系内を真空にした後、パーフルオロメチルビニルエーテル(PMVE)を系内圧力が0.1MPa・Gになるまで導入した。その後、反応系をイミダゾールの融点以上である100℃に上げ、さらに反応系内の圧力を0.3〜0.5MPa・Gに維持するようにPMVEを導入した。PMVEの添加量がイミダゾールの1.1当量(18g=110mmol)となった時点でPMVEの供給を停止し、100℃で攪拌を続けた。攪拌開始8時間後に反応系内温度を室温に戻し、排気して、そのまま蒸留に供し、76℃/83mmHgの留分を18.5g得た(収率79%)。
このものをNMR分析したところ、1−(1,1,2−トリフルオロ−2−トリフルオロメトキシエチル)イミダゾールであることを確認した。反応粗生成物に対し、トリフルオロ酢酸エチル2.84g(20mmol)を添加し、トリフルオロ酢酸エチル基準の19F−NMR分析による収率は83%であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−58.6(3F),−93.4(1F),−95.0(1F),−144.0(1F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ7.09(1H,dt),7.18(1H,s),7.49(1H,s),8.04(1H,s)ppm
合成例19
50mlの三つ口フラスコにイミダゾール6.81g(100mmol)を入れ、室温で真空−窒素置換を3回行った。窒素雰囲気下にした後、90℃にてパーフルオロビニルエーテル:
CF2=CFOCF2CF(CF3)OC37
(N2VE)43.2g(100mmol)を1時間かけて滴下した後、反応系を100℃に上げて攪拌を続けた。攪拌開始8時間後に反応系内温度を室温に戻し、そのまま蒸留に供し、90℃/2.3mmHgの留分を40.0g得た(収率は80%)。
このものをNMR分析したところ、1−(2H−パーフルオロ−3,6−ジオキサ−5−メチルノニル)イミダゾール:
Im−CF2CHFOCF2CF(CF3)OC37
(Imはイミダゾール環)であることを確認した。反応粗生成物に対し、トリフルオロ酢酸エチル2.84g(20mmol)を添加し、トリフルオロ酢酸エチル基準の19F−NMR分析による収率は81%であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−78.5〜−81.5(10F),−92.3〜96.3(2F),−128.7(2F),−143.2〜−144.0(3F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ7.07〜7.25(1H,m),7.17(1H,s),7.44(1H,s),7.99(1H,s)ppm
合成例20
50mlの三つ口フラスコにイミダゾール6.81g(100mmol)を入れ、室温で真空−窒素置換を3回行った。窒素雰囲気下にした後、90℃にてフルオロビニルエーテル:
CF2=CFOCF2CF2CFClCF2Cl
34.9g(100mmol)を1時間かけて滴下した後、反応系を100℃に上げて攪拌を続けた。攪拌開始8時間後に反応系内温度を室温に戻し、そのまま蒸留に供し、83℃/3.4mmHgの留分を32.1g得た(収率は77%)。
このものをNMR分析したところ、1−(2H−パーフルオロ−6,7−ジクロロ−3−オキサヘプチル)イミダゾール:
Im−CF2CHFOCF2CF2CFClCF2Cl
(Imはイミダゾール環)であることを確認した。反応粗生成物に対し、トリフルオロ酢酸エチル2.84g(20mmol)を添加し、トリフルオロ酢酸エチル基準の19F−NMR分析による収率は80%であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−63.7(2F),−82.2(2F),−93.8(1F),−95.4(1F),−117.3(2F),−130.8(1F),−145.7(1F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ6.73(1H,dt,J=52.8,5.0Hz),7.19(1H,s),7.48(1H,s),8.04(1H,s)ppm
合成例21
50mlの三つ口フラスコに亜鉛6.83g(100mmol)とジオキサン(20g)を入れ、窒素雰囲気下、ジブロモエタンにより活性化させた。系内を100℃にし、1−(2H−パーフルオロ−6,7−ジクロロ−3−オキサヘプチル)イミダゾール:
Im−CF2CHFOCF2CF2CFClCF2Cl
(Imはイミダゾール環)20.9g(50mmol)を30分かけて滴下した。100℃で8時間攪拌した後、反応系内温度を室温に戻し、反応液をセライトろ過した後、そのまま蒸留に供し、76℃/11mmHgの留分を12.3g得た(収率は71%)。
このものをNMR分析したところ、1−(2H−パーフルオロ−3−オキサ−6−ヘプテニル)イミダゾール:
Im−CF2CHFOCF2CF2CF=CF2
(Imはイミダゾール環)であることを確認した。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−80.9(2F),−91.8(1F),−93.1(1F),−95.5(1F),−107.4(1F),−121.6(2F),−143.5(1F),−190.8(1F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ6.59(1H,dt,J=52.2,5.0Hz),7.20(1H,s),7.46(1H,s),8.02(1H,s)ppm
合成例22
50mlの三つ口フラスコにイミダゾール6.81g(100mmol)を入れ、室温で真空−窒素置換を3回行った。窒素雰囲気下にした後、90℃にてフルオロビニルエーテル:
CF2=CFCF2CF2OCF(CF3)COOCH3
35.6g(100mmol)を1時間かけて滴下した後、反応系を100℃に上げて攪拌を続けた。攪拌開始8時間後に反応系内温度を室温に戻し、排気して、そのまま反応粗生成物をヘキサン−酢酸エチル10:1の展開溶媒によるシリカゲルクロマトグラフィーを用い精製し、37.7gの生成物を得た(収率89%)。
このものをNMR分析したところ、7−(1−イミダゾリル)−6H−パーフルオロ−2−メチル−3−オキサヘプタン酸メチル:
Im−CF2CHFCF2CF2OCF(CF3)COOCH3
(Imはイミダゾール環)であることを確認した。反応粗生成物に対し、トリフルオロ酢酸エチル2.84g(20mmol)を添加し、トリフルオロ酢酸エチル基準の19F−NMR分析による収率は90%であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−72.8(2F),−82.4(3F),−87.4(1F),−93.4(1F),−114.3(2F),−133.0(1F),−207.8(1F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ4.38(1H,s),6.32(1H,m),7.19(1H,s),7.52(1H,s),8.09(1H,s)ppm
合成例23
100mlの三つ口フラスコに7−(1−イミダゾリル)−6H−パーフルオロ−2−メチル−3−オキサヘプタン酸メチル21.2g(50mmol)とメタノール50gを入れ、1N−水酸化ナトリウム水溶液50mlを1時間かけて滴下し、24時間室温で攪拌した。その後、系内を真空にし、溶媒を除去した後、60℃まで昇温していき、24時間乾燥し、カルボン酸塩の固体を得た。
50mlの蒸留塔を装着した三つ口フラスコにカルボン酸塩とテトラグライム20gを入れ、30mmHgの減圧下で200℃まで昇温していき、生成する液体を取り出した。得られた反応粗生成物をそのまま蒸留に供し、71℃/12mmHgの留分を7.61g得た(収率は44%)。
このものをNMR分析したところ、1−(2H−パーフルオロ−5−オキサ−6−ヘプテニル)イミダゾール:
Im−CF2CHFCF2CF2OCF=CF2
(Imはイミダゾール環)であることを確認した。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−76.4(2F),−86.2(1F),−92.0(1F),−112.9(1F),−115.6(2F),−121.2(1F),−135.8(1F),−210.8(1F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ6.25(1H,m),7.19(1H,s),7.52(1H,s),8.03(1H,s)ppm
合成例24
50mlの三つ口フラスコにイミダゾール6.81g(100mmol)を入れ、室温で真空−窒素置換を3回行った。窒素雰囲気下にした後、90℃にてフルオロビニルエーテル:
CF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF=CH2
35.8g(100mmol)を1時間かけて滴下した後、反応系を100℃に上げて攪拌を続けた。攪拌開始8時間後に反応系内温度を室温に戻し、そのまま蒸留に供し、90℃/2.6mmHgの留分を33.2g得た(収率は78%)。
このものをNMR分析したところ、1−(2H,9H,9H−パーフルオロ−3,6−ジオキサ−5−メチル−8−ノネニル)イミダゾール:
Im−CF2CHFOCF2CF(CF3)OCF2CF=CH2
(Imはイミダゾール環)であることを確認した。反応粗生成物に対し、トリフルオロ酢酸エチル2.84g(20mmol)を添加し、トリフルオロ酢酸エチル基準の19F−NMR分析による収率は81%であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−72.2(2F),−78.3(3F),−82.4〜−84.5(2F),−92.0〜−94.5(2F),−123.5(1F),−143.2(1F),−144.4(1F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ5.34〜5.59(2H,m),7.05〜7.20(1H,m),7.16(1H,s),7.43(1H,s),8.00(1H,s)ppm
合成例25
50mlのオートクレーブにイミダゾール6.81g(100mmol)を入れ、室温で真空−窒素置換を3回行った。窒素雰囲気下にした後、100℃に上げ、パーフルオロブテニルビニルエーテル:
CF2=CFOCF2CF2CF=CF2
12.5g(45mmol)を窒素圧の下で1時間かけて導入した。100℃で、8時間攪拌した後、反応系内温度を室温に戻し、そのまま反応粗生成物をヘキサン−酢酸エチル6:1の展開溶媒によるシリカゲルクロマトグラフィーを用い精製し、14.0gの生成物を得た(パーフルオロブテニルビニルエーテルを基準とした収率75%)。
このものをNMR分析したところ、2−(1−イミダゾリル)−1,2,2−トリフルオロエチル=4−(1−イミダゾリル)−1,1,2,2,3,4,4−ヘプタフルオロブチル=エーテル:
Im−CF2CHFOCF2CF2CHFCF2−Im
(Imはイミダゾール環)であることを確認した。反応粗生成物に対し、トリフルオロ酢酸エチル2.84g(20mmol)を添加し、トリフルオロ酢酸エチル基準の19F−NMR分析による収率は78%であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−82.2(2F),−86.4(1F),−90.4(1F),−92.5(1F),−96.4(1F),−118(2F),−138.0(1F),−203.9(1F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ6.05〜6.26(1H,m),6.98〜7.09(1H,m),7.18(1H,s),7.50(1H,s),8.06(1H,s)ppm
合成例26
100mlの三つ口フラスコにイミダゾール6.81g(100mmol)を入れ、室温で真空−窒素置換を3回行った。窒素雰囲気下にした後、90℃に上げ、テトラフルオロエチレンオリゴマー:
CF2=CH−(CF28−I
59.0g(100mmol)にジグライム50mlを加えた溶液を1時間かけて滴下した。滴下後、反応系を100℃に上げて攪拌を続け、攪拌開始8時間後に反応系内温度を室温に戻した。そのまま反応粗生成物をヘキサン−酢酸エチル8:1の展開溶媒によるシリカゲルクロマトグラフィーを用い精製し、56.1gの生成物を得た(収率85%)。
このものをNMR分析したところ、1−(2H,2H−パーフルオロ−10−ヨードデシル)イミダゾール:
Im−CF2CH2−(CF28−I
(Imはイミダゾール環)であることを確認した。反応粗生成物に対し、トリフルオロ酢酸エチル2.84g(20mmol)を添加し、トリフルオロ酢酸エチル基準の19F−NMR分析による収率は79%であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−54.6(2F),−94.2(2F),−114.5(2F),−122.0(2F),−122.3(4F),−123.2(2F),−124.2(2F),−126.7(2F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ4.32(2H,m),7.20(1H,s),7.46(1H,s),8.02(1H,s)ppm
合成例27
100mlの三つ口フラスコにイミダゾール7.49g(110mmol)を入れ、室温で真空−窒素置換を3回行った。窒素雰囲気下にした後、90℃に上げ、テトラフルオロエチレンオリゴマー:
CF2=CH−(CF28−CH=CF2
31.3g(50mmol)にジグライム50mlを加えた溶液を1時間かけて滴下した。滴下後、反応系を100℃に上げて攪拌を続け、攪拌開始8時間後に反応系内温度を室温に戻した。そのまま反応粗生成物をヘキサン−酢酸エチル3:1の展開溶媒によるシリカゲルクロマトグラフィーを用い精製し、23.6gの生成物を得た(ジエン化合物を基準とした収率71%)。
このものをNMR分析したところ、1,12−ビス(1−イミダゾリル)−2H,2H,11H,11H−パーフルオロドデカン:
Im−CF2CH2−(CF28−CH2CF2−Im
(Imはイミダゾール環)であることを確認した。反応粗生成物に対し、トリフルオロ酢酸エチル2.84g(20mmol)を添加し、トリフルオロ酢酸エチル基準の19F−NMR分析による収率は68%であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−92.9(4F),−119.4(4F),−122.7(4F),−123.7(4F),−124.2(4F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ4.28(4H,m),7.22(2H,s),7.46(2H,s),8.01(2H,s)ppm
合成例28
30mlの三つ口フラスコに合成例1で合成した1−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾール5.00g(29.7mmol)を入れ、氷浴中、窒素雰囲気下で、トリフルオロメタンスルホン酸メチル(Me−OTf)1.10当量(5.36g=32.7mmol)を30℃を超えない温度で滴下した。添加後、その状態で1時間攪拌した後、室温で6時間反応させた。その後、系内を真空にし、100℃まで昇温していき、6時間乾燥し、9.31gの生成物を得た(収率94%)。
このものをNMR分析したところ、トリフルオロメタンスルホン酸1−メチル−3−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾリウムであることを確認した。得られた生成物は室温で固体であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−77.6(3F),−98.7(2F),−136.4(2F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ4.21(3H,s),7.06(1H,tt),8.09(1H,s),8.19(1H,s),9.83(1H,s)ppm
合成例29
1−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾールに代えて合成例6で合成した1−(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)イミダゾールを用いたほかは合成例28と同様にして行い、1−(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)イミダゾール5.00g(22.9mmol)から、8.49gのトリフルオロメタンスルホン酸1−(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)−3−メチルイミダゾリウムを得た(収率97%)。得られた生成物は室温で固体であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−73.4(3F),−74.5(3F),−87.7(1F),−93.5(1F),−210.0(1F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ4.24(3H,s),6.52(1H,m),8.09(1H,s),8.26(1H,s),9.82(1H,s)ppm
合成例30
1−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾールに代えて合成例18で合成した1−(1,1,2−トリフルオロ−2−トリフルオロメトキシエチル)イミダゾールを用いたほかは合成例28と同様にして行い、1−(1,1,2−トリフルオロ−2−トリフルオロメトキシエチル)イミダゾール5.00g(21.4mmol)から、8.31gのトリフルオロメタンスルホン酸1−メチル−3−(1,1,2−トリフルオロ−2−トリフルオロメトキシエチル)イミダゾリウムを得た(収率98%)。得られた生成物は室温で固体であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−58.5(3F),−77.1(3F),−95.9(1F),−97.8(1F),−144.1(1F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ4.21(3H,s),7.30(1H,d),8.08(1H,s),8.20(1H,s),9.77(1H,s)ppm
合成例31
1−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾールに代えて合成例19で合成した1−(2H−パーフルオロ−3,6−ジオキサ−5−メチルノニル)イミダゾールを用いたほかは合成例28と同様にして行い、1−(2H−パーフルオロ−3,6−ジオキサ−5−メチルノニル)イミダゾール5.00g(10.0mmol)から、6.38gのトリフルオロメタンスルホン酸1−メチル−3−(2H−パーフルオロ−3,6−ジオキサ−5−メチルノニル)イミダゾリウムを得た(収率96%)。得られた生成物は室温で粘性の高い液体であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−78.5〜−81.5(13F),−92.3〜96.3(2F),−128.0(2F),−143.2〜−144.0(3F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ7.48(1H,dd),8.11(1H,s),8.18(1H,s),9.82(1H,s)ppm
合成例32
1−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾールに代えて合成例20で合成した1−(2H−パーフルオロ−6,7−ジクロロ−3−オキサヘプチル)イミダゾールを用いたほかは合成例28と同様にして行い、1−(2H−パーフルオロ−6,7−ジクロロ−3−オキサヘプチル)イミダゾール5.00g(12.0mmol)から、6.83gのトリフルオロメタンスルホン酸1−メチル−3−(2H−パーフルオロ−6,7−ジクロロ−3−オキサヘプチル)イミダゾリウムを得た(収率98%)。得られた生成物は室温で固体であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−73.4(3F),−62.3(2F),−80.0(2F),−92.2(1F),−94.6(1F),−115.9(2F),−128.7(1F),−145.3(1F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ4.21(3H,s),7.01(1H,dt),7.19(1H,s),7.48(1H,s),8.04(1H,s), 8.10(1H,s),8.21(1H,s),9.80(1H,s)ppm
合成例33
1−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾールに代えて合成例21で合成した1−(2H−パーフルオロ−3−オキサ−6−ヘプテニル)イミダゾールを用いたほかは合成例28と同様にして行い、1−(2H−パーフルオロ−3−オキサ−6−ヘプテニル)イミダゾール5.00g(14.4mmol)から、6.84gのトリフルオロメタンスルホン酸1−メチル−3−(2H−パーフルオロ−3−オキサ−6−ヘプテニル)イミダゾリウムを得た(収率93%)。得られた生成物は室温で固体であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−76.1(3F),−79.4(2F),−90.2(1F),−92.3(1F),−94.2(1F),−106.9(1F),−120.2(2F),−143.3(1F),−190.7(1F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ4.18(3H,s),6.36(1H,dt), 8.10(1H,s),8.21(1H,s),9.80(1H,s)ppm
合成例34
1−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾールに代えて合成例23で合成した1−(2H−パーフルオロ−5−オキサ−6−ヘプテニル)イミダゾールを用いたほかは合成例28と同様にして行い、1−(2H−パーフルオロ−5−オキサ−6−ヘプテニル)イミダゾール5.00g(14.4mmol)から、6.89gのトリフルオロメタンスルホン酸1−メチル−3−(2H−パーフルオロ−5−オキサ−6−ヘプテニル)イミダゾリウムを得た(収率94%)。得られた生成物は室温で固体であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−74.5(3F),−77.8(2F),−83.7(1F),−90.9(1F),−111.2(1F),−115.0(2F),−120.9(1F),−135.7(1F),−211.2(1F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ4.20(3H,s),6.41(1H,m),8.08(1H,s),8.19(1H,s),9.71(1H,s)ppm
合成例35
1−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾールに代えて合成例24で合成した1−(2H,9H,9H−パーフルオロ−3,6−ジオキサ−5−メチル−8−ノネニル)イミダゾールを用いたほかは合成例28と同様にして行い、1−(2H,9H,9H−パーフルオロ−3,6−ジオキサ−5−メチル−8−ノネニル)イミダゾール:Im−CF2CHFOCF2CF(CF3)OCF2CF=CH2/5.00g(11.7mmol)から、6.56gのトリフルオロメタンスルホン酸1−メチル−3−(2H,9H,9H−パーフルオロ−3,6−ジオキサ−5−メチル−8−ノネニル)イミダゾリウムを得た(収率95%)。得られた生成物は室温で粘性の高い液体であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−72.2(2F),−77.5(3F),−78.8(3F),−82.9(2F),−95.2(1F),−99.1(1F),−123.7(1F),−143.3(1F),−144.3(1F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ4.21(3H,s),5.42〜5.61(2H,m),7.36〜7.58(1H,m),8.12(1H,s),8.17(1H,s),9.83(1H,s)ppm
合成例36
1−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾールに代えて合成例26で合成した1−(2H,2H−パーフルオロ−10−ヨードデシル)イミダゾールを用い、かつTHFを溶媒として用いたほかは合成例28と同様にして行い、1−(2H,2H−パーフルオロ−10−ヨードデシル)イミダゾール5.00g(7.60mmol)から、5.35gのトリフルオロメタンスルホン酸1−メチル−3−(2H,2H−パーフルオロ−10−ヨードデシル)イミダゾリウムを得た(収率86%)。得られた生成物は室温で固体であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−54.8(2F),−74.1(3F),−94.3(2F),−114.4(2F),−121.9(2F),−122.3(4F),−123.2(2F),−123.9(2F),−126.8(2F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ4.21(3H,s),4.48(2H,m),8.10(1H,s),8.22(1H,s),9.79(1H,s)ppm
合成例37
1−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾールに代えて合成例27で合成した1,12−ビス(1−イミダゾリル)−2H,2H,11H,11H−パーフルオロドデカンを用い、THFを溶媒として用い、かつトリフルオロメタンスルホン酸メチル2.2当量用いたほかは合成例28と同様にして行い、1,12−ビス(1−イミダゾリル)−2H,2H,11H,11H−パーフルオロドデカン5.00g(7.55mmol)から、6.89gの2H,2H,11H,11H−パーフルオロテトラデカンの1位と12位がトリフルオロメタンスルホン酸1−メチルイミダゾリウムとなる化合物を得た(収率92%)。得られた生成物は室温で固体であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−74.8(6F),−90.8(4F),−119.3(4F),−122.5(4F),−123.7(4F),−124.3(4F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ4.20(6H,s),4.53(4H,m),8.11(2H,s)、8.27(2H,s)、9.77(2H,s)ppm
合成例38
50mlの三つ口オートクレーブに合成例1で合成した1−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾール10.0g(59.4mmol)とジクロロメタン20mlを入れ、ドライアイス−アセトン浴中、真空−窒素置換を3回行った。系内を真空にした後、臭化メチル8.46g(89.2mmol)を導入した。添加後、60℃で6時間反応させた。その後、系内を真空にし、100℃まで昇温していき、6時間乾燥し、13.7gの生成物を得た(収率88%)。得られた生成物は室温で固体であった。
このものをNMR分析したところ、1−メチル−3−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾリウムブロミドであることを確認した。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−96.5(2F),−134.1(2F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ4.17(3H,s),7.04(1H,tt),8.10(1H,s),8.21(1H,s),9.80(1H,s)ppm
合成例39
50mlの三つ口オートクレーブに合成例6で合成した1−(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロエチル)イミダゾール10.0g(45.9mmol)とジクロロメタン20mlを入れ、ドライアイス−アセトン浴中、真空−窒素置換を3回行った。系内を真空にした後、臭化メチル6.53g(68.8mmol)を導入した。添加後、60℃で6時間反応させた。その後、系内を真空にし、100℃まで昇温していき、6時間乾燥し、12.9gの生成物を得た(収率90%)。得られた生成物は室温で固体であった。
このものをNMR分析したところ、臭化1−(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロエチル)−3−メチルイミダゾリウムであることを確認した。
19F−NMR(CD3COCD3)δ:−75.1(3F),−88.9(1F),−92.0(1F),−210.3(1F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3)δ:6.51(1H,m),8.12(1H,s),8.27(1H,s),9.91(1H,s)ppm
合成例40
50mlの二つ口フラスコに合成例38で合成した1−メチル−3−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾリウムブロミド2.50g(9.50mmol)とジクロロメタン20mlを入れ、パーフルオロポリエーテル含有カルボン酸銀:
CH2=CFCF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COOAg
6.60g(9.50mmol)をジクロロメタン20mlに溶解させたものを滴下した。添加後、その状態で1時間攪拌した後、反応液をセライト濾過した後、減圧下で80℃まで昇温していき、6時間乾燥し、7.17gの生成物を得た(収率98%)。得られた生成物は室温で粘度の高い液体であった。
このものをNMR分析したところ、12H,12H−パーフルオロ−2,5,8−トリメチル−3,6,9−トリオキサ−11−ドデセン酸1−メチル−3−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾリウムであることを確認した。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−72.6(2F),87.5−85.0(13F),−96.5(2F),−113.6(1F),−123.2(1F),−133.5(2F),−144.3(2F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ4.21(3H,s),5.42〜5.62(2H,m),7.10(1H,tt),8.10(1H,s),8.19(1H,s),10.00(1H,s)ppm
合成例41
合成例40と同様にして、パーフルオロポリエーテル含有スルホン酸銀:
CF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2SO3Ag
を用い、1−メチル−3−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾリウムブロミド2.50g(9.50mmol)とジクロロメタン20mlを入れ、パーフルオロポリエーテル含有スルホン酸銀5.23g(9.50mmol)から5.88gのパーフルオロ−3,6−ジオキサ−4−メチル−7−ヘプテンスルホン酸1−メチル−3−(1,1,2,2−テトラフルオロエチルイミダゾリウムを得た(収率99%)。得られた生成物は室温で粘度の高い液体であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−80.0〜−87.0(7F),−95.5(2F),−113.3(2F),−114.2(1F),−122.8(1F),−133.9(2F),−136.8(1F),−146.0(1F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ4.18(3H,s),7.11(1H,tt),8.10(1H,s),8.20(1H,s),9.91(1H,s)ppm
合成例42
50mlの二つ口フラスコにポリ(メタクリル酸ナトリウム):
[CH2CH(COONa)−]n
1.71g(重量平均分子量6500)と水20mlを入れ、1−メチル−3−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾリウムブロミド5.00g(19.0mmol)を滴下した。添加後、ポリマーが沈殿していき、それを水で洗浄し、60℃で8時間真空乾燥し、5.02gのポリマーを得た。
このものをNMR分析したところ、ポリマー側鎖がイミダゾリウムカチオンに変換されたポリ[メタクリル酸1−メチル−3−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾリウム]であることを確認した。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−94.8(2F),−134.7(2F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ1.30−1.55(3H),1.95−2.45(2H),3.97(3H),6.95−7.00(1H),8.10(1H,s),8.20(1H),10.0(1H)ppm
合成例43
50mlの二つ口フラスコにパーフルオロポリエーテル含有カルボン酸:
CH2=CFCF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)CF2OCF(CF3)COOH
6.18g(10.5mmol)とテトラヒドロフラン20mlを入れ、1−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾール1.95g(11.6mmol)を滴下した。添加後、その状態で1時間攪拌した後、減圧下で80℃まで昇温していき、6時間乾燥し、7.77gの生成物を得た(カルボン酸基準の収率98%)。得られた生成物は室温で粘度の高い液体であった。
このものをNMR分析したところ、12H,12H−パーフルオロ−2,5,8−トリメチル−3,6,9−トリオキサ−11−ドデセン酸1−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾリウムであることを確認した。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−72.4(2F),87.5−85.0(13F),−96.2(2F),−113.8(1F),−122.9(1F),−133.2(2F),−143.6(2F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ1.60(1H),5.42〜5.62(2H,m),6.99(1H,m),8.10(1H,s),8.20(1H,s),9.82(1H,s)ppm
合成例44
合成例42と同様にして、パーフルオロポリエーテル含有スルホン酸:
CF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2SO3
4.66g(10.5mmol)と1−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾール1.95g(11.6mmol)から6.31gのパーフルオロ−3,6−ジオキサ−4−メチル−7−ヘプテンスルホン酸1−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾリウムを得た(収率98%)。得られた生成物は室温で粘度の高い液体であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−80.0〜−87.0(7F),−94.9(2F),−113.0(2F),−113.9(1F),−122.9(1F),−133.6(2F),−137.2(1F),−145.0(1F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ1.60(1H),7.07(1H,tt),8.08(1H,s),8.21(1H,s),9.79(1H,s)ppm
合成例45
溶媒として水に代えてアセトン20mlを用いたほかは合成例42と同様にして、ポリ(4−スチレンスルホン酸):
[CH2CH(C64SO3H)−]n
3.87g(MW70000)と1−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾール3.90g(23.2mmol)から7.61gのポリマーを得た。
このものをNMR分析したところ、ポリマー側鎖がイミダゾリウムカチオンに変換されたポリ[4−スチレンスルホン酸1−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾリウム]を得た(収率98%)。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−94.8(2F),−134.7(2F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ1.40−1.60(2H),1.80−2.25(2H),6.30−7.10(5H),8.12(1H,s),8.22(1H),10.0(1H)ppm
合成例46
50mlの二つ口フラスコに1−(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)−3−メチルイミダゾリウムブロミド3.19g(10.2mmol)とジクロロメタン20mlを入れ、テトラフルオロホウ酸銀2.08g(10.7mmol)をジクロロメタン20mlに溶解させたものを滴下した。添加後、その状態で1時間攪拌した後、反応液をセライト濾過した後、減圧下で100℃まで昇温していき、6時間乾燥し、3.10gの生成物を得た(収率95%)。得られた生成物は室温で粘度の高い液体であった。
このものをNMR分析したところ、臭素がテトラフルオロホウ酸でアニオン交換されたテトラフルオロホウ酸1−(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)−3−メチルイミダゾリウムであることを確認した。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−77.0(3F),−87.8(1F),−91.2(1F),−150.0(4F),−209.8(1F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ6.62(1H,m),8.09(1H,s),8.24(1H,s),9.79(1H,s)ppm
合成例47
合成例46と同様にして、1−(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)−3−メチルイミダゾリウムブロミド3.19g(10.2mmol)とヘキサフルオロリン酸銀2.70g(10.7mmol)から、臭素がヘキサフルオロリン酸でアニオン交換されたヘキサフルオロリン酸1−メチル−3−(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)イミダゾリウムを3.70g得た(収率96%)。得られた生成物は室温で粘度の高い液体であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−61.6(6F),−73.6(3F),−86.9(1F),−94.6(1F),−210.3(1F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ6.56(1H,m),8.10(1H,s),8.26(1H,s),9.88(1H,s)ppm
合成例48
50mlの二つ口フラスコに1−(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)−3−メチルイミダゾリウムブロミド3.19g(10.2mmol)と水20mlを入れ、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド酸リチウム3.50g(12.2mmol)を添加した。その後系内を70℃にし、6時間攪拌した。室温に戻した後、有機層を分離後、クロロホルムで3回抽出を行い、硫酸マグネシウムで乾燥後、減圧下でクロロホルムを除去し、さらに減圧下で100℃まで昇温し、6時間乾燥した。4.70gの生成物を得た(収率89%)。得られた生成物は室温で液体であった。
このものをNMR分析したところ、臭素がビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド酸でアニオン交換されたビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド酸1−(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)−3−メチルイミダゾリウムであることを確認した。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−73.1(3F),−79.0(6F),−87.3(1F),−93.3(1F),−209.4(1F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ4.26(3H,s),6.78(1H,m),8.09(1H,s),8.25(1H,s),9.99(1H,s)ppm
合成例49
合成例48と同様にして、1−(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)−3−メチルイミダゾリウムブロミド3.19g(10.2mmol)とビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド酸ナトリウム4.93g(12.2mmol)から、臭素がビス(ペンタフルオロメタンスルホニル)イミド酸でアニオン交換されたビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド酸1−(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)−3−メチルイミダゾリウムを5.32g得た(収率85%)。得られた生成物は室温で粘度の高い液体であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−74.2(3F),−81.3(6F),−87.3(1F),−93.3(1F),−123.1(2F),−125.2(2F),−209.4(1F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ4.23(3H,s),6.79(1H,m),8.10(1H,s),8.26(1H,s),10.02(1H,s)ppm
合成例50
合成例48と同様にして、1−(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)−3−メチルイミダゾリウムブロミド3.19g(10.2mmol)とトリス(トリフルオロメタンスルホニル)炭素酸リチウム5.10g(12.2mmol)から、臭素がトリス(トリフルオロメタンスルホニル)炭素酸でアニオン交換されたトリス(トリフルオロメタンスルホニル)炭素酸1−(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)−3−メチルイミダゾリウムを5.40g得た(収率82%)。得られた生成物は室温で粘度の高い液体であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−73.0(3F),−78.5(9F),−87.4(1F),−91.7(1F),−210.2(1F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ4.20(3H,s),6.79(1H,m),8.09(1H,s),8.24(1H,s),9.96(1H,s)ppm
合成例51
合成例48と同様にして、1−(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)−3−メチルイミダゾリウムブロミド3.19g(10.2mmol)とジシアンイミド酸ナトリウム1.09g(12.2mmol)から、臭素がジシアンイミド酸でアニオン交換されたジシアンイミド酸1−(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)−3−メチルイミダゾリウムを2.47g得た(収率81%)。得られた生成物は固体であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−74.4(3F),−89.2(1F),−94.1(1F),−209.7(1F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ4.19(3H,s),6.81(1H,m)、8.11(1H,s),8.23(1H,s),10.02(1H,s)ppm
合成例52
合成例48と同様にして、1−(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)−3−メチルイミダゾリウムブロミド3.19g(10.2mmol)とリチウム・ヘキサフルオロアセチルアセトナート2.61g(12.2mmol)から、臭素がヘキサフルオロアセチルアセトナートでアニオン交換された1−(1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピル)−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロアセチルアセトナートを3.55g得た(収率79%)。得られた生成物は粘度の高い液体であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−73.8(3F),−77.4(6F),−86.8(1F),−92.6(1F),−209.6(1F)ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ4.23(3H,s),6.40(1H,s),6.84(1H,m),8.09(1H,s),8.24(1H,s),9.80(1H,s)ppm
合成例53
撹拌装置および温度計を備えた100mlのガラス製四ツ口フラスコに、9H,9H−パーフルオロ−3,6−ジオキサ−5−メチルノナン−1,8−ジエン:CH2=CFCF2OCF(CF3)CF2OCF=CF2(16.9g) とジ(7H−パーフルオロヘプタノイル)パーオキシド:[H−(CF2CF23COO]2の8.0重量%パーフルオロヘキサン溶液を8.5g入れ、充分に窒素置換を行なったのち、窒素気流下30℃で5時間撹拌を行なったところ、高粘度の固体が生成した。得られた固体をアセトンに溶解させたものをヘキサンに注ぎ、分離、真空乾燥させ、無色透明な重合体14.8gを得た。この重合体を19F−NMR、1H−NMR分析、IR分析により、ポリマー側鎖が−CF2=CF2基を有する9H,9H−パーフルオロ−3,6−ジオキサ−5−メチルノナン−1,8−ジエン:CH2=CFCF2OCF(CF3)CF2OCF=CF2ポリマーの単独重合体であることを確認した。また、テトラヒドロフラン(THF)を溶媒に用いるGPC分析により測定した数平均分子量は11000、重量平均分子量は13000であった。
実施例1
100mlの三つ口フラスコにイミダゾール1.36g(20mmol)とジグライム25mlを入れ、室温で真空−窒素置換を3回行った。窒素雰囲気下にした後、60℃に上げ、フッ化ビニリデンポリマー:
CF2=CH−(CF2CH221.4−CF3
15.0g(Mn=1500,−CH=CF2末端63モル%)にジグライム25mlを加えた溶液を1時間かけて滴下した。滴下後、反応系を60℃で攪拌を続け、攪拌開始8時間後に反応系内温度を室温に戻した。反応溶液をヘキサンにあけ、析出物を濾別し、60℃で真空乾燥し、13.6gのポリマーを得た。
このものをNMRで分析したところ、−CH=CF2末端(19F−NMR:δ−72〜−73ppm(−CH=C 2)、1H−NMR:δ4.7ppm(−C=CF2))は完全に消費され、イミダゾリル基を含有するフッ化ビニリデンポリマー:
Im−CF2CH2−(CF2CH221.4−CF3(Mn=1540)
(Imはイミダゾール環)であることを確認した。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−60.4,−90〜−115,−95.9ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ2.70〜4.00,7.20,7.45,8.00ppm
実施例2
100mlの三つ口フラスコにイミダゾール2.72g(40mmol)とジグライム25mlを入れ、室温で真空−窒素置換を3回行った。窒素雰囲気下にした後、60℃に上げ、フッ化ビニリデン/ヘキサフルオロプロピレン/テトラフルオロエチレン共重合体:
CF2=CH−(CF2CH212.8[CF2CF(CF3)]2.3(CF2CF24.1−CH=CF2
17.0g(Mn=1700,−CH=CF2末端79モル%)にジグライム25mlを加えた溶液を1時間かけて滴下した。滴下後、反応系を60℃で攪拌を続け、攪拌開始8時間後に反応系内温度を室温に戻した。反応溶液をヘキサンにあけ、析出物を濾別、60℃で真空乾燥し、16.3gのポリマーを得た。
このものをNMRで分析したところ、−CH=CF2末端(19F−NMR:−72〜−73ppm(−CH=C 2)、1H−NMR:4.7ppm(−C=CF2))は完全に消費され、イミダゾリル基を含有するフッ化ビニリデン/ヘキサフルオロプロピレン/テトラフルオロエチレン共重合体:
Im−CF2CHF−(CF2CH212.8[CF2CF(CF3)]2.3(CF2CF24.1−CHFCF2−Im(Mn=1800)
(Imはイミダゾール環)であることを確認した。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−70.2,−90.0〜−95.0,−96.2,−108.0〜−115.0,−120.0〜−123.0,−182.0ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ2.70〜4.00,7.20,7.45,8.00ppm
実施例3
撹拌装置および温度計を備えた100mlのガラス製四ツ口フラスコに、イミダゾール1.90gとジグライム25mlを入れ、室温で真空−窒素置換を3回行った。窒素雰囲気下にした後、60℃に上げ、−CF2=CF2末端ポリマー:
Figure 0004752843
(10.0g)にジグライム25mlを加えた溶液を1時間かけて滴下した。滴下後、反応系を60℃で攪拌を続け、攪拌開始8時間後に反応系内温度を室温に戻した。反応溶液をヘキサンにあけ、析出物を濾別し、60℃で真空乾燥し、11.2gのポリマーを得た。この重合体を19F−NMR、1H−NMR分析、IR分析によりポリマー側鎖がイミダゾイル基であることを確認した。また、ジメチルホルムアミド(DMF)を溶媒に用いるGPC分析により測定した数平均分子量は12000、重量平均分子量は14000であった。
実施例4
1−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾールに代えて実施例1で合成した末端63モル%イミダゾリル基を含有するフッ化ビニリデンポリマー(Mn=1540)を用い、かつTHFを溶媒として用いたほかは合成例28と同様にして行い、イミダゾリル基を含有するフッ化ビニリデンポリマー5.00gから、5.20gのトリフルオロメタンスルホン酸1−メチルイミダゾリウムを含有するフッ化ビニリデンポリマー(Mn=1630)を得た。得られた生成物は室温で固体であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−60.6,−75.3,−89.0〜−115.0,−98.9ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ2.70〜4.00,4.20,4.81,8.08,8.26,9.82ppm
実施例5
1−(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)イミダゾールに代えて実施例2で合成した末端79モル%イミダゾリル基を含有するフッ化ビニリデン/ヘキサフルオロプロピレン/テトラフルオロエチレン共重合体(Mn=1800)を用い、かつTHFを溶媒として用いたほかは合成例28と同様にして行い、イミダゾリル基を含有するフッ化ビニリデン/ヘキサフルオロプロピレン/テトラフルオロエチレン共重合体5.00gから、5.63gのポリマー両末端にトリフルオロメタンスルホン酸1−メチルイミダゾリウムを含有するフッ化ビニリデン/ヘキサフルオロプロピレン/テトラフルオロエチレン共重合体(Mn=2050)を得た。得られた生成物は室温で固体であった。
19F−NMR(CD3COCD3):δ−70.3,−73.8,−90〜−95,−96,−108.0〜−115.0,−120〜−123,−182.0ppm
1H−NMR(CD3COCD3):δ2.70〜4.00,4.20,4.79,8.10,8.25,9.77ppm
実施例6
撹拌装置および温度計を備えた100mlのガラス製四ツ口フラスコに、トリフルオロメタンスルホン酸1−メチル−3−(2H,9H,9H−パーフルオロ−3,6−ジオキサ−5−メチル−8−ノネニル)イミダゾリウム:CH2=CFCF2OCF(CF3)CF2OCHFCF2−Im+−Me・CF3SO3 -(27.9g)とジ(7H−パーフルオロヘプタノイル)パーオキシド:[H−(CF2CF23COO]2の8.0重量%パーフルオロヘキサン溶液を8.5g入れ、充分に窒素置換を行なったのち、窒素気流下30℃で5時間撹拌を行なったところ、高粘度の固体が生成した。得られた固体をアセトンに溶解させたものをヘキサンに注ぎ、分離、真空乾燥させ、無色透明な重合体23.0gを得た。この重合体を19F−NMR、1H−NMR分析、IR分析によりトリフルオロメタンスルホン酸1−メチル−3−(2H,9H,9H−パーフルオロ−3,6−ジオキサ−5−メチル−8−ノネニル)イミダゾリウム:CH2=CFCF2OCF(CF3)CF2OCHFCF2−Im+−Me・CF3SO3 -の単独重合体であることを確認した。また、ジメチルホルムアミド(DMF)を溶媒に用いるGPC分析により測定した数平均分子量は13000、重量平均分子量は17000であった。
実施例7
撹拌装置および温度計を備えた100mlのガラス製四ツ口フラスコに実施例3の1−(2H,9H,9H−パーフルオロ−3,6−ジオキサ−5−メチル−8−ノネニル)イミダゾール:CH2=CFCF2OCF(CF3)CF2OCHFCF2−Imの単独重合体(10.0g)とTHF30mlを入れた。氷浴下、トリフルオロメタンスルホン酸メチル(4.62g)を滴下し、滴下後、窒素気流下25℃で5時間撹拌を行なった。得られた固体をアセトンに溶解させたものをヘキサンに注ぎ、分離、真空乾燥させ、無色透明な重合体13.3gを得た。この重合体を19F−NMR、1H−NMR分析、IR分析により、ポリマー側鎖がメチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホナートであることを確認した。また、ジメチルホルムアミド(DMF)を溶媒に用いるGPC分析により測定した数平均分子量は12000、重量平均分子量は15000であった。
本発明によれば、安定な含フッ素へテロ芳香環をもつ各種のヘテロ芳香環化合物を含む材料、たとえば燃料電池、二次電池、キャパシター、色素増感太陽電池、エレクトロクロミックデバイスなどの固体またはゲル状ポリ電解質や電気化学型アクチュエータ素子の材料として、また、化学反応における錯形成作用および/または安定作用を有する反応媒体や、化学反応の触媒や、ガス分離および液体分離における分離剤、イオン交換膜、殺菌作用および/または帯電防止作用を有する被覆剤、天然または合成繊維もしくは繊維織物、メリヤス、フリース、天然または合成繊維からなるネットまたはマット、フィルムおよびシートのための、分散性および/または電気泳動移動性を改良するための小さい部品の被覆剤、イオン交換膜としてなどの各種の機能を有するイオン性基含有含フッ素ポリマー、さらにその原料として、または硬化剤としても有用なヘテロ芳香環含有含フッ素ポリマーを提供できる。

Claims (19)

  1. 式(1):
    Figure 0004752843
    [式中、構造単位Mは式(M):
    Figure 0004752843
    (式中、X1およびX2は同じかまたは異なり、HまたはF;X3はH、F、CH3またはCF3;X4およびX5は同じかまたは異なり、H、FまたはCF3;Rfは炭素数1〜40の含フッ素アルキル基または炭素数2〜100のエーテル結合を有する含フッ素アルキル基に−Y(Yは
    Figure 0004752843
    は、窒素原子と共にヘテロ芳香環を形成する部位であって、その水素原子の全部または一部が同一または異なる有機基で置換されていてもよい))
    が結合している有機基;aは0〜3の整数;bおよびcは同じかまたは異なり、0または1)で示される含フッ素エチレン性単量体に由来する構造単位、構造単位Nは該構造単位Mを与える含フッ素エチレン性単量体と共重合可能な単量体に由来する構造単位である]で示され、構造単位Mを0.1〜100モル%および構造単位Nを0〜99.9モル%含み、数平均分子量が500〜1000000であるヘテロ芳香環含有含フッ素ポリマー。
  2. 前記−Yが、
    Figure 0004752843
    (式中、Raは同じかまたは異なり、いずれもハロゲン原子、官能基または有機基であって、かつ存在していても存在していなくてもよく、存在する場合は、ヘテロ芳香環の水素原子の全部または一部を置換している)である請求の範囲第1項記載の含フッ素ポリマー。
  3. 前記−YがRfの主鎖および/または側鎖の末端に結合している請求の範囲第1項または第2項記載の含フッ素ポリマー。
  4. 前記構造単位Mが、式(M1):
    Figure 0004752843
    (式中、X1、X2、X3、X4、X5、Rf、aおよびcは式(M)と同じ)で示される含フッ素エチレン性単量体に由来する構造単位M1である請求の範囲第1項〜第3項のいずれかに記載の含フッ素ポリマー。
  5. 前記構造単位Mが、式(M2):
    Figure 0004752843
    (式中、Rfは式(M)と同じ;dは1〜20の整数)で示される含フッ素エチレン性単量体に由来する構造単位M2である請求の範囲第1項〜第3項のいずれかに記載の含フッ素ポリマー。
  6. 前記構造単位Mが、式(M3):
    Figure 0004752843
    (式中、Rfは式(M)と同じ)で示される含フッ素エチレン性単量体に由来する構造単位M3である請求の範囲第1項〜第3項のいずれかに記載の含フッ素ポリマー。
  7. 前記構造単位Mが、式(M4):
    Figure 0004752843
    (式中、Rfは式(M)と同じ)で示される含フッ素エチレン性単量体に由来する構造単位M4である請求の範囲第1項〜第3項のいずれかに記載の含フッ素ポリマー。
  8. 前記構造単位Mが、式(M5):
    Figure 0004752843
    (式中、Rfは式(M)と同じ;eは0〜1の整数)で示される含フッ素エチレン性単量体に由来する構造単位M5である請求の範囲第1項〜第3項のいずれかに記載の含フッ素ポリマー。
  9. 式(2):
    Figure 0004752843
    [式中、構造単位MIは式(MI):
    Figure 0004752843
    (式中、X1およびX2は同じかまたは異なり、HまたはF;X3はH、F、CH3またはCF3;X4およびX5は同じかまたは異なり、H、FまたはCF3;Rfxは炭素数1〜40の含フッ素アルキル基または炭素数2〜100のエーテル結合を有する含フッ素アルキル基に−Ya(Ya
    Figure 0004752843
    は、窒素原子と共にヘテロ芳香環を形成する部位であって、その水素原子の全部または一部が同一または異なる有機基で置換されていてもよい;RdはHまたは1価の有機基;Xは対アニオン))
    が結合している有機基;aは0〜3の整数;bおよびcは同じかまたは異なり、0または1)で示される含フッ素エチレン性単量体に由来する構造単位、構造単位Nは該構造単位Mを与える含フッ素エチレン性単量体と共重合可能な単量体に由来する構造単位である]で示され、構造単位MIを0.1〜100モル%および構造単位Nを0〜99.9モル%含み、数平均分子量が500〜1000000であるイオン性基含有含フッ素ポリマー。
  10. 前記−Yaが、
    Figure 0004752843
    (式中、Raは同じかまたは異なりいずれもハロゲン原子、官能基または有機基であって、かつ存在していても存在していなくてもよく、存在する場合は、ヘテロ芳香環の水素原子の全部または一部を置換している;RdはHまたは1価の有機基;Xは対アニオン)である請求の範囲第9項記載のイオン性基含有含フッ素ポリマー。
  11. 前記−YaがRfxの主鎖および/または側鎖の末端に結合している請求の範囲第9項または第10項記載のイオン性基含有含フッ素ポリマー。
  12. 前記構造単位MIが、式(MI1):
    Figure 0004752843
    (式中、X1、X2、X3、X4、X5、Rfx、aおよびcは式(MI)と同じ)で示される含フッ素エチレン性単量体に由来する構造単位MI1である請求の範囲第9項〜第11項のいずれかに記載のイオン性基含有含フッ素ポリマー。
  13. 前記構造単位MIが、式(MI2):
    Figure 0004752843
    (式中、Rfxは式(MI)と同じ;dは1〜20の整数)で示される含フッ素エチレン性単量体に由来する構造単位MI2である請求の範囲第9項〜第11項のいずれかに記載のイオン性基含有含フッ素ポリマー。
  14. 前記構造単位MIが、式(MI3):
    Figure 0004752843
    (式中、Rfxは式(MI)と同じ)で示される含フッ素エチレン性単量体に由来する構造単位MI3である請求の範囲第9項〜第11項のいずれかに記載のイオン性基含有含フッ素ポリマー。
  15. 前記構造単位MIが、式(MI4):
    Figure 0004752843
    (式中、Rfxは式(MI)と同じ)で示される含フッ素エチレン性単量体に由来する構造単位MI4である請求の範囲第9項〜第11項のいずれかに記載のイオン性基含有含フッ素ポリマー。
  16. 前記構造単位MIが、式(MI5):
    Figure 0004752843
    (式中、Rfxは式(MI)と同じ;eは0〜1の整数)で示される含フッ素エチレン性単量体に由来する構造単位MI5である請求の範囲第9項〜第11項のいずれかに記載のイオン性基含有含フッ素ポリマー。
  17. (I)請求の範囲第1項〜第8項のいずれかに記載のヘテロ芳香環含有含フッ素ポリマー(1)および/または請求の範囲第9項〜第16項のいずれかに記載のイオン性基含有含フッ素ポリマー(2)と、(II)ナノフィラーとを含むポリマー組成物。
  18. 前記ナノフィラー(II)が、ナノカーボン材である請求の範囲第17項記載のポリマー組成物。
  19. さらにイオン性液体(III)を含む請求の範囲第17項または第18項記載のポリマー組成物。
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