JP5798979B2 - Functional network polymer composition - Google Patents

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Description

本発明は、近年ポリマー合成の分野において化学合成分野で研究が進んでいるクリックケミストリー反応をさらに発展させた技術を用いた、反応と同時に共有結合により生成する電子ドナーアクセプター構造を有するネットワークポリマーの合成に関するものである。
詳しくは、ポリマー同士の反応によるネットワークポリマーの合成方法及びその方法により得られるネットワークポリマー並びにそのネットワークポリマーを用いた薄膜及びその作成方法、さらには、有機半導体、有機導電体のようなドナーアクセプター構造に基づく光電子機能性を付与する技術に関するものである。
The present invention relates to a network polymer having an electron donor acceptor structure that is generated by a covalent bond at the same time as the reaction, using a technique obtained by further developing the click chemistry reaction that has been studied in the field of chemical synthesis in the field of polymer synthesis in recent years. It relates to synthesis.
Specifically, a method for synthesizing a network polymer by reaction between polymers, a network polymer obtained by the method, a thin film using the network polymer and a method for producing the thin film, and a donor acceptor structure such as an organic semiconductor or an organic conductor The present invention relates to a technology for imparting optoelectronic functionality based on the above.

また、センサー材料分野における、上記ネットワークポリマー及びその薄膜が有する光電子機能に基づく化学センサーへのネットワークポリマーの応用、さらには、抗菌・殺菌材料分野における抗菌性組成物への応用に関するものである。   Further, the present invention relates to the application of the network polymer to a chemical sensor based on the optoelectronic function of the network polymer and its thin film in the sensor material field, and further to the application to an antibacterial composition in the antibacterial / sterilizing material field.

有機導電体、有機半導体の分野では、従来型の静電相互作用や超分子的な弱い分子間力から離れ、共有結合による強い連結を利用した交互積層膜が注目されている。また、銅触媒存在下でのアルキンとアジドの付加環化反応に代表されるクリックケミストリー反応は高効率・精製が容易・高選択性・副生成物が生じない、などの理由から有機合成から生物化学まで幅広い分野で利用されており、生理活性を示す化合物の合成、タンパク質やポリヌクレオチドの修飾機能化、色素の合成、ポリマーの高機能化、新規ポリマーの合成、刺激応答材料の創出、共有結合による表面構造修飾など、枚挙に暇がないが、アルキンとアジドの付加環化反応生成物である1,4−トリアゾール環自体は求める機能性を有していないという問題点がある。
さらに、静電相互作用を利用したポリマー薄膜では、強酸や強塩基中で容易に分解してしまうことが問題となっていた。
しかし近年、温和な条件下で進行する定量的な付加反応と定義されるクリックケミストリーの反応を用いれば、共有結合によるネットワークポリマー及びその薄膜形成が可能であり、加水分解しない結合の場合にはとくに化学的な安定性を保持できることが分かってきた。
In the field of organic conductors and organic semiconductors, attention has been paid to alternating laminated films that are separated from conventional electrostatic interactions and supramolecular weak intermolecular forces and use strong coupling by covalent bonds. The click chemistry reaction represented by the cycloaddition reaction of alkyne and azide in the presence of a copper catalyst is highly efficient, easy to purify, highly selective, and produces no by-products. Used in a wide range of fields, including chemistry, synthesis of bioactive compounds, functionalization of proteins and polynucleotides, synthesis of dyes, enhanced functionality of polymers, synthesis of new polymers, creation of stimulus response materials, covalent bonding However, there is a problem that the 1,4-triazole ring itself, which is a cycloaddition reaction product of alkyne and azide, does not have the required functionality.
Furthermore, the polymer thin film using electrostatic interaction has a problem that it easily decomposes in a strong acid or a strong base.
In recent years, however, click chemistry reactions defined as quantitative addition reactions that proceed under mild conditions can be used to form network polymers and their thin films by covalent bonds, especially in the case of non-hydrolyzed bonds. It has been found that chemical stability can be maintained.

例えば、Caruso(豪メルボルン大)らは、ポリマーそれぞれの側鎖にクリックケミストリーの代表であるアルキンとアジドを有したものの付加環化反応による1,4−トリアゾール環の生成を特長とする交互積層膜の作製を初めて発表した(非特許文献1)。しかし残念なことに1,4−トリアゾール環自体は求める機能を有していない。また最近ではチオールとアルケン付加やDiels−Alder反応等のクリックケミストリー反応を利用した機能性薄膜の作製も近年数多く報告されており、一大潮流となっている(非特許文献2〜10、特許文献13、14)。
このような方法で作製された薄膜は、静電相互作用や超分子的相互作用で集積された従来型の交互積層膜よりも化学的に安定かつ高い機械強度を有している。しかし、これら積層膜に機能性を持たせるためには、ポリマー中にクリックケミストリー反応の反応性官能基と機能性官能基あるいは部位とを予め組み込む必要がある。このために多段階反応の分子設計が要求され、合成の困難さ、多段階反応に伴う収率の低下も問題となっており、高効率・精製が容易・高選択性・副生成物が生じないというクリックケミストリー反応の利点を生かしきれていないのが現状である。
For example, Caruso (Melbourne University, Australia) et al. Have an alternating laminated film characterized by the formation of 1,4-triazole ring by cycloaddition reaction of alkyne and azide, which are representative of click chemistry, in the side chain of each polymer. For the first time (Non-Patent Document 1). Unfortunately, the 1,4-triazole ring itself does not have the desired function. Recently, many functional thin films using click chemistry reaction such as addition of thiol and alkene and Diels-Alder reaction have been reported, which has become a major trend (Non-Patent Documents 2 to 10, Patent Documents). 13, 14).
The thin film produced by such a method has a chemically stable and higher mechanical strength than the conventional alternating laminated film integrated by electrostatic interaction or supramolecular interaction. However, in order to impart functionality to these laminated films, it is necessary to incorporate in advance a reactive functional group of a click chemistry reaction and a functional functional group or site in the polymer. For this reason, molecular design of multi-stage reaction is required, and it is difficult to synthesize, and the yield is reduced due to multi-stage reaction, resulting in high efficiency, easy purification, high selectivity, and by-products. The current situation is that the advantage of the click chemistry reaction is not fully utilized.

一方、他の分野では、移動を含めた衣食住の生活分野において、原材料や製品の腐敗を
防ぐ、あるいは生活環境中の菌類の増殖を防ぐ、さらに医療・介護分野では様々な病気感染を防ぐために種々の抗菌・殺菌剤が使用されている。
これらは害となる各種の微生物に対して優れた抗菌活性を有し、かつ微量で効果を発揮することが望まれる。近年、銀イオンを利用した殺菌剤、抗菌剤、防腐剤等が開発され、生活用品に幅広く普及している。銀イオン、銅イオン、亜鉛イオン等が抗菌性を示すことは以前からよく知られており、水溶液をはじめ、いろいろな形態で殺菌剤または消毒剤として各種分野で広く用いられている。
On the other hand, in other fields, in order to prevent the decay of raw materials and products in the lifestyle field of clothing, food and housing, including transportation, or to prevent the growth of fungi in the living environment, and in the medical and nursing field, there are various ways to prevent various disease infections. Antibacterial and bactericidal agents are used.
It is desired that these have excellent antibacterial activity against various harmful microorganisms and exhibit an effect in a minute amount. In recent years, bactericides, antibacterial agents, preservatives and the like using silver ions have been developed and are widely used in daily necessities. It has been well known that silver ions, copper ions, zinc ions and the like have antibacterial properties, and they are widely used in various fields as disinfectants or disinfectants in various forms including aqueous solutions.

例えば、銀イオンを支持体に担持する検討がなされており、具体的にはゼオライト(特許文献1〜5)、非晶質アルミノ珪酸塩(特許文献6〜7)、チタン、マグネシウム、アルミニウム等の金属酸化物(特許文献8)などの無機粉体に銀などの抗菌性金属イオンを担持した物が開発されている。   For example, studies have been made to support silver ions on a support. Specifically, zeolite (Patent Documents 1 to 5), amorphous aluminosilicate (Patent Documents 6 to 7), titanium, magnesium, aluminum, etc. A material in which an antibacterial metal ion such as silver is supported on an inorganic powder such as a metal oxide (Patent Document 8) has been developed.

しかしながら、抗菌活性が銀などの金属イオンに由来するものであるため、使用中にイオンが消失してもそれを明示する手段を有しておらず、抗菌性が失活しているか否かが外部からは判断できないため、抗菌性能残存の有無にかかわらず、定期的に全てを取り替える必要があった。ただ、一部に情報記録分野では抗菌層が摩滅し抗菌作用が喪失しつつあることを確認できるようにし、使用者の注意を喚起する方法が提案されている例(特許文献9)もあるが、再利用する場合は回収して再コーティングする必要があり、その手間や回収コストを考えると現実的ではない。さらに光安定させた銀含有の、親水性、両性および陰イオンポリマーの新しい製造法が開示されている(特許文献10)。また銀含有コポリマーと有機系抗菌剤や過酸化水素、次亜塩素酸ナトリウムとの組み合わせによる水性(特に中性からアルカリ性)抗菌剤組成物が提案されている(特許文献11)。しかしながらこれらは主に水溶性あるいは水膨潤性ゲル等をターゲットとしていることから、水や他の有機溶剤、酸・アルカリへの耐性も無く、さらには吸収スペクトルによる抗菌活性の表示には全く触れておらず、本発明の目的には適していない。   However, since the antibacterial activity is derived from a metal ion such as silver, even if the ion disappears during use, there is no means for clearly indicating that the antibacterial activity has been deactivated. Since it cannot be judged from the outside, it was necessary to replace everything regularly regardless of the remaining antibacterial performance. However, in some information recording fields, there is an example (Patent Document 9) that proposes a method for making it possible to confirm that the antibacterial layer is worn out and the antibacterial action is being lost, and to attract the user's attention. In the case of reuse, it is necessary to collect and recoat, which is not realistic considering the labor and collection cost. Furthermore, a new method for producing light-stabilized silver-containing hydrophilic, amphoteric and anionic polymers has been disclosed (Patent Document 10). In addition, an aqueous (particularly neutral to alkaline) antibacterial composition comprising a combination of a silver-containing copolymer, an organic antibacterial agent, hydrogen peroxide, and sodium hypochlorite has been proposed (Patent Document 11). However, since these are mainly targeted for water-soluble or water-swellable gels, they are not resistant to water, other organic solvents, acids and alkalis. It is not suitable for the purposes of the present invention.

また、金属イオンに依らない抗菌性化合物として、4級アンモニウム塩が挙げられる。4級アンモニウム化合物のなかで、特に長鎖アルキル基を含んでいるものは逆性石鹸とも称されて、抗菌剤や消毒薬に使われる。たとえば塩化ベンザルコニウム、塩化ベンゼトニウム、塩化メチルベンゼトニウム、塩化セチルピリジニウム、セトリモニウム、塩化ドファニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、塩化ジデシルジメチルアンモニウム、臭化ドミフェンなどがある。これらは真菌、アメーバ、エンベロープを持つウイルスに対しても細胞膜を破壊することにより作用する。官能基としての4級アンモニウムを持つことにより殺菌、抗菌効果を発現することができ、高分子の側鎖に4級アンモニウム基を導入することによって抗菌性を持たせることも提案されている(特許文献12)。しかしながらこの場合に4級アンモニウム基の量はあらかじめ仕込みの該当するモノマー量によって決まるため、塗装後、あるいは使用時に使用条件と環境に適した必要量に4級アンモニウム基の量を調整することは難しく、使用条件と環境に合わせたポリマーをそれぞれに調整する必要がある。   Moreover, a quaternary ammonium salt is mentioned as an antimicrobial compound which does not depend on a metal ion. Among quaternary ammonium compounds, those containing long-chain alkyl groups are also called reverse soaps and are used for antibacterial agents and disinfectants. Examples include benzalkonium chloride, benzethonium chloride, methylbenzethonium chloride, cetylpyridinium chloride, cetrimonium, dophanium chloride, tetraethylammonium bromide, didecyldimethylammonium chloride, domifene bromide and the like. They also act against fungi, amoeba and enveloped viruses by disrupting the cell membrane. Bactericidal and antibacterial effects can be exhibited by having quaternary ammonium as a functional group, and it has also been proposed to impart antibacterial properties by introducing a quaternary ammonium group into the side chain of a polymer (patent) Reference 12). However, in this case, since the amount of quaternary ammonium groups is determined in advance by the amount of monomers to be charged, it is difficult to adjust the amount of quaternary ammonium groups to the required amount suitable for the use conditions and environment after coating or at the time of use. It is necessary to adjust the polymer according to the use conditions and the environment.

特開昭60−100504号公報JP 60-100504 A 特開昭60−181002号公報JP 60-181002 A 特開昭63−79719号公報JP-A 63-79719 特開昭63−239205号広報JP-A-63-239205 特開昭63−265809号公報JP 63-265809 A 特開昭63−23960号公報JP 63-23960 A 特開昭63−222058号公報JP 63-2222058 特開昭63−88109号公報JP 63-88109 A 特開平10−44651号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-44651 特表2004−514505号公報Special table 2004-514505 gazette 特開2008−120812号公報JP 2008-120812 A 特開2011−511103号公報JP 2011-511103 A 特開2011−094066号公報JP 2011-094066 A 特開2009−270011号公報JP 2009-270011 A

共有結合による交互積層膜:
G. K. Such, J. F. Quinn, A. Quinn, E. Tjipto, F. Caruso, J. Am. Chem. Soc., 128, 9318, 2006. X. Zhang, H. Chen, H. Zhang, Chem. Commun., 1395, 2007 J. F. Quinn, A. P. R. Johnston, G. K. Such, A. N. Zelikin, F. Caruso, Chem. Soc. Rev., 36, 707, 2007.アルキン−TCNQ付加反応: T. Michinobu, Chem. Soc. Rev. 40, 2306, 2011. S.-i. Kato, F. Diederich, Chem. Commun. 46, 1994, 2010. Y. Washino, K. Murata, M. Ashizawa, S. Kawauchi, T. Michinobu, Polym. J.43, 364, 2011.シアノ基による金属イオン認識: Y. Li, M. Ashizawa, S. Uchida, T. Michinobu, Macromol. RapidCommun. 32, 1804, 2011. G. B. Gardner, D. Venkataraman, J. S. Moore, S. Lee, Nature 274, 792, 1995. D. Venkataraman, G. B. Gardner, S. Lee, J. S. Moore, J. Am. Chem. Soc. 117, 11600, 1995. K. A. Hirsch, S. R. Wilson, J. S. Moore, J. Am. Chem. Soc.119, 10401, 1997. T. Michinobu, Chem. Soc. Rev. 40, 2306, 2011 Y. Washino, K. Murata, M. Ashizawa, S. Kawauchi, T. Michinobu, Polym. J. 43, 364, 2011
Alternating layers by covalent bond:
GK Such, JF Quinn, A. Quinn, E. Tjipto, F. Caruso, J. Am. Chem. Soc., 128, 9318, 2006. X. Zhang, H. Chen, H. Zhang, Chem. Commun., 1395, 2007 JF Quinn, APR Johnston, GK Such, AN Zelikin, F. Caruso, Chem. Soc. Rev., 36, 707, 2007. Alkyne-TCNQ addition reaction: T. Michinobu, Chem. Soc. Rev. 40, 2306, 2011. S.-i.Kato, F. Diederich, Chem. Commun. 46, 1994, 2010. Y. Washino, K. Murata, M. Ashizawa, S. Kawauchi, T. Michinobu, Polym. J.43, 364, 2011. Metal ion recognition by cyano group: Y. Li, M. Ashizawa, S. Uchida, T. Michinobu, Macromol.RapidCommun. 32, 1804, 2011. GB Gardner, D. Venkataraman, JS Moore, S. Lee, Nature 274, 792, 1995. D. Venkataraman, GB Gardner, S. Lee, JS Moore, J. Am. Chem. Soc. 117, 11600, 1995. KA Hirsch, SR Wilson, JS Moore, J. Am. Chem. Soc. 119, 10401, 1997. T. Michinobu, Chem. Soc. Rev. 40, 2306, 2011 Y. Washino, K. Murata, M. Ashizawa, S. Kawauchi, T. Michinobu, Polym. J. 43, 364, 2011

ドナーアクセプター構造に基づく光電子機能性を有するポリマーを得るにあたり、静電相互作用に基づいたポリマーのように酸塩基に分解されることなく、さらにはアルキンとアジドの付加環化反応のような目的とする機能に寄与しない副生物である1,4-トリアゾール環を生成しないクリックケミストリー反応の利用、これらを高分子同士の直接反応で機能化と耐久性を一反応で実現することにあるが、これについては困難な点がいくつかある。高分子―高分子反応の場合、反応基同士の接触は多くは偶然に頼っており、定量的な反応が困難であること、反応基は一般的に高分子一次元鎖の端部に存在し、三次元化が困難であること、が挙げられる。
一方で抗菌性を有するポリマーについては沢山の事例、提案がなされているが、光電子機能性を有したものについては事例が無い。また抗菌性ポリマーについては、ポリリジンのように自身が抗菌性を有するものもあるが、これらの抗菌性を有するポリマーは耐水性や耐溶剤性に欠けている。また有機系・無機系の抗菌剤をポリマーに練りこんだりすることにより抗菌性を発現させ、耐久性についてはポリマー自身の物性に依る物も多く市販されている。ただこれらは添加されている抗菌剤が使用によって徐々に放出され、抗菌性の維持がなされているか、判断ができないものが殆どである。
In obtaining a polymer having photoelectron functionality based on a donor-acceptor structure, it is not decomposed into an acid-base like a polymer based on electrostatic interaction, and further, such as a cycloaddition reaction of alkyne and azide. The use of a click chemistry reaction that does not produce a 1,4-triazole ring, which is a by-product that does not contribute to the function, and to achieve functionalization and durability in one reaction by direct reaction between polymers, There are several difficulties with this. In the case of polymer-polymer reactions, contact between reactive groups often relies by chance, making quantitative reactions difficult, and reactive groups generally exist at the end of one-dimensional chains of polymers. It is difficult to make three-dimensional.
On the other hand, many examples and proposals have been made for polymers having antibacterial properties, but there are no examples for those having optoelectronic functionality. Some antibacterial polymers themselves have antibacterial properties such as polylysine, but these antibacterial polymers lack water resistance and solvent resistance. In addition, antibacterial properties are expressed by kneading organic / inorganic antibacterial agents into polymers, and many of the products that depend on the physical properties of the polymers themselves are commercially available. However, most of them cannot be judged whether the added antibacterial agent is gradually released by use and the antibacterial property is maintained.

本発明者らは、図1に示す、電子供与基を含む電子豊富アルキンと強力アクセプター分子の高収率付加反応に着目した。ここで、EDGは電子供与基を示す。   The present inventors paid attention to the high-yield addition reaction of an electron-rich alkyne containing an electron-donating group and a strong acceptor molecule shown in FIG. Here, EDG represents an electron donating group.

以前、本発明者らは、電子供与基を含む電子豊富アルキンを繰返し単位に含む高分子に低分子化合物である、1,1-ジシアノエチレン骨格を含んだテトラシアノエチレン(TCNE)やテトラシアノキノジメタン(TCNQ)及びその誘導体を付加させてドナーアクセプター部位を構築できることを見出した(先の非特許文献11および特許文献13、14)。
さらに最近、TCNQ部位を繰返し単位に含む高分子に電子豊富アルキンの低分子化合物を付加させてドナーアクセプター部位を構築できることも明らかにした(先の非特許文献12、特許文献13)。
Previously, the inventors of the present invention have proposed a low-molecular compound, such as tetracyanoethylene (TCNE) or tetracyanoquinoquinone having a 1,1-dicyanoethylene skeleton, which is a polymer having a repeating unit containing an electron-rich alkyne containing an electron-donating group. It was found that a donor acceptor site can be constructed by adding dimethane (TCNQ) and its derivatives (Non-patent Document 11 and Patent Documents 13 and 14).
Furthermore, recently, it has also been clarified that a donor acceptor site can be constructed by adding a low molecular weight compound of an electron-rich alkyne to a polymer containing a TCNQ site as a repeating unit (Non-Patent Document 12 and Patent Document 13).

その内容は、電子供与基として芳香族アミンが置換したアルキンとTCNQとの反応は、低温では反応が進行しないものの、穏やかな加熱(20〜100℃)により反応させることができること、すなわち、温度条件によって反応の生起を制御できることを見出したものである。
これらのことから、本発明者らは、高分子と低分子の反応で可溶性高分子を得る従来法ではなく、高分子と高分子の反応で不溶性高分子を得るアプローチを用いれば、交互積層膜やキャスト膜の高機能化が実現できる可能性があると考え、その開発に鋭意取り組み本発明を完成したものである。
高分子同士の反応は、反応基同士の偶然の接触に頼っており、定量的な反応が困難であること、反応基は一般的に高分子一次元鎖の端部に存在し、三次元化が困難であること等から、一般的ではない。これに対して、本発明の反応基は高分子一次元鎖内に修飾が可能であり、反応基同士はπ-πスタックによる精密な集積を可能とし、かつその後に加熱してクリックケミストリー反応を進めることで三次元化ができる点で画期的である。また一般的なクリックケミストリー反応であるアルキンとアジドの反応は、高選択性、高収率ではあるが、その際に生成する1,4−トリアゾール環は必ずしも求められる機能性を示さない。これに対して本発明の反応基は、目的とする光電子機能、配位機能といった機能性をあらかじめ有しているのでより優れており、有用性の高い高分子を得ることができる。
このようにして得られた三次元ポリマー、いわゆるネットワークポリマーは、電子ドナーアクセプター構造に伴う電荷移動吸収バンドを有している。また、電子ドナー部に電子供与基として芳香族アミンを用いている場合は、これにブレンステッド酸を作用させることによりアミン部を4級化することで、ネットワークポリマー自身に抗菌性を発現させることができる。さらにアクセプターとしてのTCNQは金属イオンの配位子として働くため、例えばトリフルオロメタンスルホン酸銀で処理することで殺菌、抗菌効果の高い銀イオンをネットワークポリマー自身に配位することができる。これらの、プロトン、金属イオンの配位は、本発明のネットワークポリマーの電荷移動吸収バンドに影響を及ぼすため、プロトン、金属イオンの配位量、すなわち抗菌性能が吸収スペクトルの変化により知ることができる。その内容は以下のとおりである。
The content is that although the reaction of alkyne substituted with an aromatic amine as an electron-donating group and TCNQ does not proceed at low temperature, it can be reacted by gentle heating (20 to 100 ° C.), that is, temperature conditions. It was found that the occurrence of reaction can be controlled by.
From these facts, the present inventors are not able to obtain a soluble polymer by a reaction between a polymer and a low molecule, but use an approach to obtain an insoluble polymer by a reaction between a polymer and a polymer. The present invention has been completed by eagerly working on the development of the cast film and the cast film.
Reactions between polymers depend on accidental contact between reactive groups, making quantitative reactions difficult, and reactive groups generally exist at the ends of one-dimensional chains of polymers, making them three-dimensional. This is not common because it is difficult. On the other hand, the reactive group of the present invention can be modified in the one-dimensional chain of the polymer, the reactive groups can be accurately accumulated by a π-π stack, and then heated to perform a click chemistry reaction. It is groundbreaking in that it can be made three-dimensional by proceeding. In addition, the reaction of alkyne and azide, which is a general click chemistry reaction, has high selectivity and high yield, but the 1,4-triazole ring produced at that time does not necessarily exhibit the required functionality. On the other hand, the reactive group of the present invention has higher functionality such as the desired optoelectronic function and coordination function in advance, so that it is superior and a highly useful polymer can be obtained.
The three-dimensional polymer thus obtained, so-called network polymer, has a charge transfer absorption band associated with the electron donor acceptor structure. In addition, when an aromatic amine is used as the electron donor group in the electron donor part, the network polymer itself is made to exhibit antibacterial properties by quaternizing the amine part by causing Bronsted acid to act on it. Can do. Furthermore, since TCNQ as an acceptor acts as a ligand for metal ions, for example, by treating with silver trifluoromethanesulfonate, silver ions having high bactericidal and antibacterial effects can be coordinated to the network polymer itself. Since the coordination of these protons and metal ions affects the charge transfer absorption band of the network polymer of the present invention, the coordination amount of the protons and metal ions, that is, the antibacterial performance can be known from the change in the absorption spectrum. . The contents are as follows.

本発明は、第1に化学合成分野で注目されているクリックケミストリー反応をさらに発展させた技術を用いた共有結合により生成するネットワークポリマーの合成に関するものである。具体的には、電子供与基を有する電子豊富アルキンを複数含むポリマーと電子アクセプターとして1,1−ジシアノエチレン骨格を有するテトラシアノキノジメタン(TCNQ)類を複数含むポリマーとの、ポリマー同士の反応によるネットワークポリマーの合成方法、該方法により製造されたネットワークポリマー、及び該ネットワークポリマーを用いた薄膜作製と同時に有機半導体、有機導電体のような光電子機能性をポリマーに付与する技術に関する。
上記ネットワークポリマーの合成では、2種のポリマーをあらかじめ混合した後そのまま加熱してネットワークポリマーとする方法、あるいはそのネットワークポリマーの薄膜を作製するだけでなく、交互積層法を用いて2種のポリマーによるさらに機能の優れたネットワークポリマー膜を製造する方法及び該方法により得られる交互積層ネットワークポリマー膜にも関するものである。
The present invention relates firstly to the synthesis of a network polymer produced by a covalent bond using a technique obtained by further developing the click chemistry reaction that has been attracting attention in the field of chemical synthesis. Specifically, a polymer-to-polymer reaction between a polymer containing a plurality of electron-rich alkynes having an electron-donating group and a polymer containing a plurality of tetracyanoquinodimethanes (TCNQ) having a 1,1-dicyanoethylene skeleton as an electron acceptor The present invention relates to a method for synthesizing a network polymer according to the present invention, a network polymer produced by the method, and a technique for providing a polymer with photoelectron functionality such as an organic semiconductor and an organic conductor simultaneously with the production of a thin film using the network polymer.
In the synthesis of the network polymer described above, two types of polymers are mixed in advance and heated as they are to form a network polymer, or a thin film of the network polymer is not only produced, but an alternate lamination method is used. Further, the present invention relates to a method for producing a network polymer film having an excellent function and an alternately laminated network polymer film obtained by the method.

本発明は、第2に合成時に共有結合して得られたネットワークポリマー及びその薄膜が、優れた強度と電気化学特性や酸・アルカリに対する耐久性を持つことに着目した独自の用途に関するものである。
すなわち、ネットワークポリマーが有する特定金属イオンやpHに応答して吸収スペクトルが変化する光電子機能に基づく化学センサーとしての(光電子機能)ネットワークポリマーに関するものである。
本発明は、第3に抗菌性組成物としても広範な抗細菌と抗真菌活性を有し、かつ抗菌性能をポリマー自身の官能基の変化によるもの、およびまたはこれに配位させる金属イオンにより得ることを特長とする機能性ネットワークポリマー組成物に関するものである。
本発明は、第4に化学センサー機能を有し、その吸収スペクトルの変化等で容易に抗菌活性の変化を判別できる抗菌性ポリマーに関するものである。
Secondly, the present invention relates to a unique application focusing on the fact that the network polymer obtained by covalent bonding at the time of synthesis and the thin film have excellent strength, electrochemical properties, and durability against acids and alkalis. .
That is, the present invention relates to (photoelectronic function) network polymer as a chemical sensor based on a photoelectronic function whose absorption spectrum changes in response to a specific metal ion or pH of the network polymer.
Thirdly, the present invention has a wide range of antibacterial and antifungal activities as an antibacterial composition, and the antibacterial performance is obtained by a change in the functional group of the polymer itself and / or metal ions coordinated thereto. The present invention relates to a functional network polymer composition.
Fourthly, the present invention relates to an antibacterial polymer having a chemical sensor function and capable of easily discriminating a change in antibacterial activity by a change in its absorption spectrum.

(電子供与基を有する電子豊富アルキンを複数含むポリマー)
電子豊富アルキンを複数含むポリマーとしては、ポリフェニルアセチレン誘導体、例えば、本発明者らがMacromolecules 43,5277(2010)に発表した4-[(4-Ethynylphenyl)ethynyl]-N,N-dihexadecylanilineを重合して得られるポリマー、または特許文献13に示したアジド−アルキン反応から得られるポリマー、または特許文献14に示した共役高分子化合物等が挙げられる。
ここでアジド基(−N)を有する前駆体高分子化合物としては、ポリ(4−アジドメチルスチレン)等のポリスチレン、ポリ(2,2-ビス(アジドメチル)-1,3-プロパンジオールグルタラート)等のポリエステル、ポリ(アジド化カプロラクトン)等のポリアミド、グリシジルアジドポリウレタン等のポリウレタン、ポリカーボネート、ポリ(6-アジドヘキシル(メタ)アクリレート)等のポリアクリル、そしてポリフェニレンビニレン、ポリ(ビニルカルバゾール)、ポリフルオレン、ポリフェナンスレン、ポリアセチレン等の共役高分子等が挙げられ、末端アルキンを含有する前駆体高分子化合物としては、ポリ(4−プロパギルオキシスチレン)等のポリスチレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリ(プロピイニル(メタ)アクリレート)等のポリアクリル、そしてポリフェニレンビニレン、ポリ(ビニルカルバゾール)、ポリフルオレン、ポリフェナンスレン、ポリアセチレン等の共役高分子等が挙げられる。
(Polymers containing multiple electron-rich alkynes with electron-donating groups)
Polymers containing multiple electron-rich alkynes include polyphenylacetylene derivatives, such as 4-[(4-Ethynylphenyl) ethynyl] -N, N-dihexadecylaniline, which was published by the present inventors in Macromolecules 43,5277 (2010). Or a polymer obtained from the azide-alkyne reaction shown in Patent Document 13, or a conjugated polymer compound shown in Patent Document 14.
Here, as the precursor polymer compound having an azide group (—N 3 ), polystyrene such as poly (4-azidomethylstyrene), poly (2,2-bis (azidomethyl) -1,3-propanediol glutarate), etc. Polyesters such as Poly (polyazidated caprolactone), Polyurethanes such as glycidyl azide polyurethane, Polycarbonate, Polyacrylic such as poly (6-azidohexyl (meth) acrylate), Polyphenylene vinylene, Poly (vinyl carbazole), Polyfluorene Conjugated polymers such as polyphenanthrene, polyacetylene, etc., and precursor polymer compounds containing terminal alkynes include polystyrene such as poly (4-propargyloxystyrene), polyester, polyamide, polyurethane, polycarbonate , Poly (Puropiiniru (meth) acrylate) such as polyacrylic and polyphenylene vinylene, poly (vinyl carbazole), polyfluorenes, poly phenanthrene, conjugated polymers such as polyacetylene.

これらの組み合わせによる電子豊富アルキンポリマー(以下、ポリマー1と称する)の電子供与基としては、縮合多環芳香族炭化水素であるナフタレン、アントラセン、ピレン、トリフェニレン、クリセン、テトラセンなどを含む、あるいはそれらの誘導体を含む基やアミン類、例えばアニリン、ジエチルアニリン、インドール、トリプトファン、セロトニン、イミダゾール、ビイミダゾールを含む、あるいはそれらの誘導体を含む基、さらにはアジン系のシアニン、カルバゾール、アクリジン、フェノチアジンやTTF系、TTP系、TIF系電子供与基、遷移金属配位錯塩系電子供与基(金属フタロシアニン、金属ポルフィリン、メタロセンなど)が挙げられる。これらのうちでアミン類、中でも芳香族アミン類はさらに高度な機能を発揮することができる。
ポリマー1の一例として、式[1](a)の構成単位を持つポリマーを挙げることができ、なかでも置換基R’がC−フェニル基であるポリスチレン誘導体(b)が好ましい。このポリマーの分子量としては、通常数平均分子量は3,000〜100,000であり、多分散指数は通常1.0〜3.0である。好ましくは、数平均分子量が30,000〜70,000程度のものを用いることができる。また、式[1](a)、(b)を構成単位として他のモノマーと任意に共重合したものも用いることができる。
The electron-donating group of the electron-rich alkyne polymer (hereinafter referred to as polymer 1) by a combination of these includes naphthalene, anthracene, pyrene, triphenylene, chrysene, tetracene, etc., which are condensed polycyclic aromatic hydrocarbons, or those Derivative-containing groups and amines such as aniline, diethylaniline, indole, tryptophan, serotonin, imidazole, biimidazole, or groups containing their derivatives, azine-based cyanines, carbazoles, acridines, phenothiazines and TTF-based compounds , TTP type, TIF type electron donating group, transition metal coordination complex type electron donating group (metal phthalocyanine, metal porphyrin, metallocene, etc.). Of these, amines, especially aromatic amines, can exhibit higher functions.
As an example of the polymer 1, a polymer having a structural unit of the formula [1] (a) can be mentioned. Among them, a polystyrene derivative (b) in which the substituent R ′ is a C-phenyl group is preferable. As the molecular weight of this polymer, the number average molecular weight is usually 3,000 to 100,000, and the polydispersity index is usually 1.0 to 3.0. Preferably, those having a number average molecular weight of about 30,000 to 70,000 can be used. Moreover, what copolymerized with another monomer arbitrarily by using Formula [1] (a), (b) as a structural unit can also be used.

式[1]
R;C原子、あるいはエステルもしくはアミドのカルボニルを含む骨格、もしくはカルバゾール系化合物
R’:C原子もしくはN原子若しくはC‐フェニル基若しくはN‐フェニル基
n:任意の整数
EDG:電子供与基
Formula [1]
R: C atom or skeleton containing carbonyl of ester or amide, or carbazole compound R ′: C atom or N atom, C-phenyl group or N-phenyl group n: any integer EDG: electron donating group

(電子アクセプターとしてのテトラシアノキノジメタン(TCNQ)類を含むポリマー)
ここでテトラシアノキノジメタン(TCNQ)類とは電子アクセプターとしての1,1−ジシアノエチレン骨格を含むポリマー化合物であり、例えばヘキサシアノブタジエン(HCBD)誘導体や、シアノキノジメタン骨格を含む、7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン(TCNQ)とその置換誘導体、テトラシアノアントラキノジメタン(TCAQ)、ベンゾテトラシアノキノジメタン(ベンゾ−TCNQ)、テトラシアノナフトキノジメタン(TNAP)、ヘテロTCNQと称されるチオフェンテトラシアノキノジメタン(チオフェン−TCNQ)、セレノフェンテトラシアノキノジメタン(セレノフェン−TCNQ)、並びに、それらのハロゲン化、特に弗素化誘導体、アルコキシル化誘導体及びアルキル化誘導体を言い、ポリマーとしてはそれらの骨格を主鎖に持つ電子アクセプターポリマー、もしくはそれら誘導体を側鎖に持つ電子アクセプターポリマー(以下、ポリマー2と称する)であればこの限りでない。とくに1,1−ジシアノキノジメタン骨格を含む誘導体が式[2]で示す化合物であり、ABCDのうちいずれかの置換基を介して結合する電子アクセプターポリマーが望ましい。また、これら誘導体骨格のホモポリマーのみならず、共縮合、共重合反応で得られるポリマーも使用することが可能であり、本発明を何ら限定するものではない。
(Polymers containing tetracyanoquinodimethane (TCNQ) as an electron acceptor)
Here, tetracyanoquinodimethane (TCNQ) is a polymer compound containing a 1,1-dicyanoethylene skeleton as an electron acceptor, for example, a hexacyanobutadiene (HCBD) derivative, a cyanoquinodimethane skeleton, 7,8,8-tetracyanoquinodimethane (TCNQ) and substituted derivatives thereof, tetracyanoanthraquinodimethane (TCAQ), benzotetracyanoquinodimethane (benzo-TCNQ), tetracyanonaphthoquinodimethane (TNAP) Thiophene tetracyanoquinodimethane (thiophene-TCNQ), hetero-TCNQ, selenophene tetracyanoquinodimethane (selenophene-TCNQ), and their halogenated, especially fluorinated, alkoxylated and alkylated derivatives Say derivatives, poly Electronic acceptor polymers as the chromatography with those skeleton in the main chain, or an electron acceptor polymer having their derivatives on the side chain not apply if (hereinafter Polymer 2 hereinafter). In particular, a derivative containing a 1,1-dicyanoquinodimethane skeleton is a compound represented by the formula [2], and an electron acceptor polymer bonded through any substituent in ABCD is desirable. In addition to homopolymers of these derivative skeletons, polymers obtained by cocondensation and copolymerization reactions can be used, and the present invention is not limited in any way.

式[2]

A,B,C,Dは水素またはハロゲン原子もしくは水酸基、アルコキシル基、アルキル基を表す
Formula [2]

A, B, C, and D represent hydrogen, a halogen atom, a hydroxyl group, an alkoxyl group, or an alkyl group.

上記式[2]を含むポリマー2の一例としては、式[3]のポリマーのうち、構造1〜4のうちのいずれかの構造をもつものを挙げることができ、これらのポリマーの分子量としては、通常1,000から50,000の数平均分子量を持ち、多分散指数は1.0〜3.0の範囲のものであり、好ましくは、数平均分子量3,000〜7,000で多分酸指数2.5以下のものを用いることができる。   As an example of the polymer 2 containing the said Formula [2], what has the structure in any one of the structures 1-4 among the polymers of Formula [3] can be mentioned, As molecular weight of these polymers, Usually having a number average molecular weight of 1,000 to 50,000 and a polydispersity index in the range of 1.0 to 3.0, preferably an acid having a number average molecular weight of 3,000 to 7,000. Those having an index of 2.5 or less can be used.

式[3]
A,B,C,D:H、C、O、N、またはハロゲン原子もしくは水酸基、アルコキシル基、アルキル基を表す
R,R’:エーテル、エステルもしくはアミド結合を含むアルキル鎖を表す
R”:エーテル、エステル、アミド結合もしくはフェニル基またはトリアゾール環を含む
アルキル鎖、もしくはフェニル基を表す
n:任意の整数
Formula [3]
A, B, C, D: H, C, O, N, or a halogen atom, a hydroxyl group, an alkoxyl group, an alkyl group R, R ′: an alkyl chain containing an ether, ester or amide bond R ″: an ether Represents an ester, an amide bond or an alkyl chain containing a phenyl group or a triazole ring, or a phenyl group n: any integer

本発明では、ネットワークポリマーの合成法として以下の方法を提示し新規なネットワークポリマーを提供する。
第1の方法としては、ポリマー1とポリマー2を溶媒中で混合し、均一溶液とした後に加熱反応してネットワークポリマーを得る方法を挙げることができる。
第2の方法としては、先に示した加熱前の均一溶液を基板表面に塗布することにより薄膜を作製したのち、加熱することでアルキン−TCNQ付加反応を生起させネットワークポリマー薄膜とする方法を挙げることができる。
薄膜法は塗布の条件を変えて膜厚を調節でき、そこで決定した膜厚が最終的な薄膜の厚さとなる。基板の種類を選ばず、穏やかな条件下で作製できることを特徴とする。塗布方法としてはスピンコート、キャスト、あるいはスプレーコートなどが挙げられる。また場合によってはスクリーン印刷、グラビア印刷、インクジェットによる印刷塗布方法などを用いることも考えられる。これらは特に限定されること無く、要求性能や塗布対象によって選択することができる。さらに複数の塗布方法を組み合わせることもできる。
In the present invention, the following method is presented as a method for synthesizing a network polymer to provide a novel network polymer.
As a first method, there can be mentioned a method in which the polymer 1 and the polymer 2 are mixed in a solvent to obtain a uniform solution and then heated to obtain a network polymer.
As the second method, a thin film is prepared by applying the above-mentioned uniform solution before heating to the substrate surface, and then heated to cause an alkyne-TCNQ addition reaction to form a network polymer thin film. be able to.
In the thin film method, the film thickness can be adjusted by changing the coating conditions, and the film thickness determined there becomes the final thin film thickness. It can be produced under mild conditions regardless of the type of substrate. Examples of the coating method include spin coating, casting, and spray coating. In some cases, it may be possible to use screen printing, gravure printing, ink jet printing application method, or the like. These are not particularly limited, and can be selected according to required performance and application target. Further, a plurality of coating methods can be combined.

第3の方法としては、交互積層法が挙げられる。この方法では、基板表面にポリマー1の溶液を塗布して薄膜作製した後、その上にポリマー2の溶液を塗布して積層する。引き続き、穏やかに加熱することで、界面でのアルキン−TCNQ付加反応を進行させた後、未反応の最表面ポリマーを洗い流す。この操作を繰り返すことで、膜厚を徐々に増やすことができ、すなわち、交互積層ネットワークポリマーを得ることができる。もちろん、ポリマー1とポリマー2のどちらを先に塗布するかは目的に応じて変えることができる。
途布方法としてはスピンコート、キャスト、あるいはスプレーコートなどが挙げられる。また場合によってはスクリーン印刷、グラビア印刷、インクジェットによる印刷塗布方法などを用いることも考えられる。これらは特に限定されること無く、要求性能や塗布対象によって選択することができる。さらに複数の塗布方法を組み合わせることもできる。
As the third method, an alternate lamination method is exemplified. In this method, a polymer 1 solution is applied to the substrate surface to form a thin film, and then a polymer 2 solution is applied and laminated thereon. Subsequently, the alkyne-TCNQ addition reaction at the interface is advanced by gentle heating, and then the unreacted outermost polymer is washed away. By repeating this operation, the film thickness can be gradually increased, that is, an alternately laminated network polymer can be obtained. Of course, which of the polymer 1 and the polymer 2 is applied first can be changed according to the purpose.
Examples of the spreading method include spin coating, casting, and spray coating. In some cases, it may be possible to use screen printing, gravure printing, ink jet printing application method, or the like. These are not particularly limited, and can be selected according to required performance and application target. Further, a plurality of coating methods can be combined.

いずれの方法でも、ドナーアクセプター構造からなるネットワークポリマーもしくはネットワークポリマーや交互積層ネットワークポリマーの薄膜を希望の厚さで得ることができる。生成するドナーアクセプター構造はpHや金属イオン認識によって吸収スペクトルが変化するため、吸収スペクトルの変化を追跡すれば化学センサーとして利用できる。ここで化学センサーとは、pH(水素イオン濃度)又は金属イオン濃度に応答して紫外可視吸収スペクトルが変化するものを言う。   In any method, it is possible to obtain a network polymer having a donor-acceptor structure, or a thin film of a network polymer or an alternately laminated network polymer with a desired thickness. Since the donor acceptor structure to be produced has an absorption spectrum that changes depending on pH and metal ion recognition, it can be used as a chemical sensor by tracking the change in the absorption spectrum. Here, the chemical sensor refers to a sensor whose ultraviolet-visible absorption spectrum changes in response to pH (hydrogen ion concentration) or metal ion concentration.

ここで得られるネットワークポリマー及び交互積層ネットワークポリマーは、前述するように化学センサーとして機能するが、さらにドナー側にアルキルアミンなどの官能基を有する場合は、ブレンステッド酸でプロトン化することができ、この場合にブレンステッド酸としては、ドナーアクセプター構造を有するネットワークポリマーであることから強い酸化性のあるもの以外は使用できる。例えば、塩酸や酢酸、クエン酸などのカルボン酸も使用でき、さらに好ましくは、揮発性あるいは昇華性の酸、例えばトリフルオロ酢酸、酢酸、などが工程数も省けるため都合がよい。昇華性の有機酸としては比較的強酸性を示す2H-Pyran-2-one-4,6-dicarboxylic acid(PDC)を用いることもできる。
さらに、ハロゲン化アルキルなどのルイス酸でドナー側のアルキルアミンなどの官能基をアルキル化し、4級アルキルアンモニウムとすることにより抗菌性機能を付与することもできる。
The network polymer and the alternately laminated network polymer obtained here function as a chemical sensor as described above, but when the donor polymer further has a functional group such as alkylamine, it can be protonated with a Bronsted acid, In this case, as the Bronsted acid, since it is a network polymer having a donor-acceptor structure, those other than those having strong oxidizing properties can be used. For example, carboxylic acids such as hydrochloric acid, acetic acid and citric acid can be used, and more preferable are volatile or sublimable acids such as trifluoroacetic acid and acetic acid because the number of steps can be omitted. As a sublimable organic acid, 2H-Pyran-2-one-4,6-dicarboxylic acid (PDC) which shows a relatively strong acidity can also be used.
Furthermore, an antibacterial function can be imparted by alkylating a functional group such as alkylamine on the donor side with a Lewis acid such as an alkyl halide to form a quaternary alkylammonium.

また、得られたネットワークポリマー及び交互積層ネットワークポリマーは、内部に生成するドナーアクセプター構造から金属イオンを配位することができる。既に本発明者らは可溶性ポリマーの研究において、シアノアクセプター部位が銀イオンを特異的に認識す
ることを見出している(Y. Li, M. Ashizawa, S. Uchida, T. Michinobu, Macromol. Rapid Commun. 32, 1804, 2011.)が、他の金属イオンも配位することも確認しており、目的に応じて金属イオンの種類と量を変えることが可能となる。例えば、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hgなどが配位金属イオンとして挙げられる。
Moreover, the obtained network polymer and the alternately laminated network polymer can coordinate a metal ion from the donor-acceptor structure produced inside. The present inventors have already found that a cyano acceptor site specifically recognizes a silver ion in the study of soluble polymers (Y. Li, M. Ashizawa, S. Uchida, T. Michinobu, Macromol. Rapid). Commun. 32, 1804, 2011.) confirmed that other metal ions also coordinate, and the type and amount of metal ions can be changed according to the purpose. For example, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, etc. are coordinate metal ions. Can be mentioned.

これら以外にもランタノイド、アクチノイド系列の金属が考えられる。また金属イオンを配位するために用いる金属化合物としては、金属のハロゲン化物等の無機塩類、金属酸化物、金属の有機酸塩などが挙げられる。
場合によっては配位する金属イオンの酸化数を制御するために複数の金属塩などを用いることもできる。配位する各種金属イオンの種類と濃度に応答して紫外可視吸収スペクトルが変化するため、金属イオンセンサーとして用いることができる。さらには銅イオンや銀イオンは強力な殺菌作用を有しているため、抗菌性ネットワークポリマー(膜)として応用できる。
In addition to these, lanthanoid and actinide series metals are considered. Examples of the metal compound used for coordination of metal ions include inorganic salts such as metal halides, metal oxides, and metal organic acid salts.
In some cases, a plurality of metal salts can be used to control the oxidation number of the coordinated metal ions. Since the ultraviolet-visible absorption spectrum changes in response to the types and concentrations of various metal ions to be coordinated, it can be used as a metal ion sensor. Furthermore, since copper ions and silver ions have a strong bactericidal action, they can be applied as antibacterial network polymers (membranes).

本発明では、新しいクリックケミストリーとして提唱している電子供与基を含む電子豊富アルキンと電子アクセプターとしての1,1−ジシアノエチレン骨格を含むテトラシアノキノジメタン(TCNQ)類の付加反応により、共有結合で形成された優れた物理化学的耐久性を持ち、かつ反応後の生成物が電子ドナーアクセプター型構造となるため、電荷移動吸収バンドを持ち、強く着色する。
さらにこの機能を用いて電子豊富アルキンポリマーと電子アクセプターとしての1,1−ジシアノエチレン骨格を含むテトラシアノキノジメタン(TCNQ)類を含むポリマーの反応を利用して作製したネットワークポリマー及びネットワークポリマー薄膜もしくは交互積層ネットワークポリマー薄膜は様々なルイス酸を認識してスペクトル変化を起こすため、化学センサーとして用いることが可能である。
さらに、得られた高分子を特定の金属イオンや酸で処理することによって得られたネットワークポリマーに抗菌活性を発現させることができる。
さらには化学センサー機能からくる吸収スペクトルの変化等で容易に抗菌活性の変化を判別できる抗菌性ネットワークポリマーを提供することが可能となる。
In the present invention, a covalent bond is formed by an addition reaction of an electron-rich alkyne containing an electron-donating group proposed as a new click chemistry and a tetracyanoquinodimethane (TCNQ) containing a 1,1-dicyanoethylene skeleton as an electron acceptor. It has excellent physicochemical durability formed by the above process, and the product after the reaction has an electron donor acceptor type structure, so it has a charge transfer absorption band and is strongly colored.
Furthermore, using this function, a network polymer and a network polymer thin film produced by using a reaction of an electron-rich alkyne polymer and a polymer containing tetracyanoquinodimethane (TCNQ) containing 1,1-dicyanoethylene skeleton as an electron acceptor. Alternatively, the alternately laminated network polymer thin film recognizes various Lewis acids and causes a spectral change, so that it can be used as a chemical sensor.
Furthermore, antibacterial activity can be expressed in the network polymer obtained by treating the obtained polymer with a specific metal ion or acid.
Furthermore, it is possible to provide an antibacterial network polymer that can easily discriminate a change in antibacterial activity based on a change in absorption spectrum resulting from a chemical sensor function.

以下に、本発明の実施例及び比較例を示して、本発明をより詳細に説明する。しかし、本発明は、実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples of the present invention. However, the present invention is not limited to the examples.

4-エチニルスチレンは文献に従い合成した(J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 14942-14949)。4−ヨード−N,N−ジヘキシルアニリンは文献に従い合成した(Helv. Chim. Acta Vol.87, No.5, 1130-1157, 2004)。他の試薬は市販薬品(東京化成、関東化学、和光純薬、Aldrich製品)を使用した。   4-Ethynylstyrene was synthesized according to the literature (J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 14942-14949). 4-Iodo-N, N-dihexylaniline was synthesized according to the literature (Helv. Chim. Acta Vol. 87, No. 5, 1130-1157, 2004). Other reagents used were commercially available chemicals (Tokyo Kasei, Kanto Chemical, Wako Pure Chemical, Aldrich products).

(合成例1)
Ar風船を装着した100ml三口フラスコに4-エチニルスチレン(603.5mg,4.709mmol)、4−ヨード−N,N−ジヘキシルアニリン(2.709g,6.998mmol)、ジイソプロピルアミン(70ml)を仕込み、Arバブリングしながら超音波脱気した。その後、ビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)ジクロリド(49.0mg,0.07mmol)、ヨウ化第一銅(27.0mg,0.142mmol)、を加え、20℃で18時間反応させた。反応終了後、フィルターで濾過し、塩を除去した。ろ液の溶媒を減圧留去した後、シリカゲルカラム(ヘキサン→ヘキサン/酢酸エチル=5:1)により精製し、目的物N,N−ジヘキシル−4−[(4−ビニルフェニル)エチニル]アニリンを得た(1.55g,収率84.9%)。
(Synthesis Example 1)
4-Ethynylstyrene (603.5 mg, 4.709 mmol), 4-iodo-N, N-dihexylaniline (2.709 g, 6.998 mmol) and diisopropylamine (70 ml) were charged into a 100 ml three-necked flask equipped with an Ar balloon. Then, ultrasonic deaeration was performed while Ar bubbling was performed. Thereafter, bis (triphenylphosphine) palladium (II) dichloride (49.0 mg, 0.07 mmol) and cuprous iodide (27.0 mg, 0.142 mmol) were added and reacted at 20 ° C. for 18 hours. After completion of the reaction, the salt was removed by filtration through a filter. After evaporating the solvent of the filtrate under reduced pressure, the residue was purified by a silica gel column (hexane → hexane / ethyl acetate = 5: 1) to obtain the desired product N, N-dihexyl-4-[(4-vinylphenyl) ethynyl] aniline. Obtained (1.55 g, yield 84.9%).

1H NMR (400 MHz; C6D6) δ 0.89 (t, J = 6.0 Hz, 6 H), 1.18 (m, 12 H), 1.39 (m, 4 H), 2.99 (t, J = 8.0 Hz, 4 H), 5.05 (d, J = 12.0 Hz, 1 H), 5.53 (d, J = 16.0 Hz, 1 H), 6.47 (m, 1 H), 6.54 (d, J = 8.0 Hz, 2 H), 7.09 (d, J = 8.0 Hz, 2 H),7.53 (d, J = 8.0 Hz, 2 H), 7.65 ppm (d,J = 12.0 Hz, 2 H); 13C NMR (100 MHz; C6D6) d
14.31, 23.08, 27.08, 27.54, 32.06, 51.08, 88.22, 92.73, 109.97, 111.89, 114.03,
124.48, 126.61, 131.86, 133.50, 136.79, 136.90, 148.35 ppm;IR (neat) n 3088, 3040, 3004, 2953, 2926, 2855, 2206, 2164, 1909, 1871, 1820, 1714, 1608, 1598, 1520, 1465, 1421, 1401, 1367, 1316, 1294, 1254, 1227, 1196, 1178, 1135, 1110, 1027, 1014, 1004, 986, 950, 930, 904, 840, 811, 744, 725, 642, 615, 583, 570, 537, 526, 510 cm-1; MALDI-TOF MS calcd for C28H37N+ ([M]+): 387.29; found 387.08 ([M]+)。
1H NMR (400 MHz; C6D6) δ 0.89 (t, J = 6.0 Hz, 6 H), 1.18 (m, 12 H), 1.39 (m, 4 H), 2.99 (t, J = 8.0 Hz, 4 H) , 5.05 (d, J = 12.0 Hz, 1 H), 5.53 (d, J = 16.0 Hz, 1 H), 6.47 (m, 1 H), 6.54 (d, J = 8.0 Hz, 2 H), 7.09 ( d, J = 8.0 Hz, 2 H), 7.53 (d, J = 8.0 Hz, 2 H), 7.65 ppm (d, J = 12.0 Hz, 2 H); 13C NMR (100 MHz; C6D6) d
14.31, 23.08, 27.08, 27.54, 32.06, 51.08, 88.22, 92.73, 109.97, 111.89, 114.03,
124.48, 126.61, 131.86, 133.50, 136.79, 136.90, 148.35 ppm; IR (neat) n 3088, 3040, 3004, 2953, 2926, 2855, 2206, 2164, 1909, 1871, 1820, 1714, 1608, 1598, 1520, 1465, 1421, 1401, 1367, 1316, 1294, 1254, 1227, 1196, 1178, 1135, 1110, 1027, 1014, 1004, 986, 950, 930, 904, 840, 811, 744, 725, 642, 615, 583, 570, 537, 526, 510 cm-1; MALDI-TOF MS calcd for C28H37N + ([M] +): 387.29; found 387.08 ([M] +).

(合成例2:ポリマー1)
10mlのアンプル管に合成例1で得た、N,N−ジヘキシル−4−[(4−ビニルフェニル)エチニル]アニリン(496.2mg,1.280mmol)、アゾビスイソブチルニトリル(2.10mg,0.0128mmol)、脱水ベンゼン(1.19ml)を仕込んだ。真空ラインに繋いで十分に脱気した後、溶封して60℃で60時間重合した。重合終了後、反応液をメタノールに注ぎ、沈殿を回収した。少量のジクロロメタンを加えて溶解させた後、メタノールで再沈殿精製した。沈殿をろ過、回収して目的物を得た。(404.0mg、収率81.42%)
GPC測定は日本分光製分子量分布測定システム(インテリジェントHPLCポンプPU−2080、三連デガッサDG−2080−53、インテリジェントオートサンプラAS−2055、インテリジェント紫外可視検出器UV−2075、インテイリジェントカラムオーブンCO−2065、クロマトグラフィーデータステーションChromNAV)で測定し、溶媒はテトラヒドロフラン、流出速度は1.0mL・min−1とした。[化1]に化学式と分子量、多分散指数(Polydispersity index)を示す。このとき、多分散指数は平均重量分子量/平均数分子量である。
(Synthesis Example 2: Polymer 1)
N, N-dihexyl-4-[(4-vinylphenyl) ethynyl] aniline (496.2 mg, 1.280 mmol), azobisisobutylnitrile (2.10 mg, 0) obtained in Synthesis Example 1 in a 10 ml ampule tube. 0.128 mmol) and dehydrated benzene (1.19 ml) were charged. After connecting to a vacuum line and sufficiently degassing, it was sealed and polymerized at 60 ° C. for 60 hours. After completion of the polymerization, the reaction solution was poured into methanol and the precipitate was recovered. A small amount of dichloromethane was added for dissolution, followed by reprecipitation purification with methanol. The precipitate was filtered and collected to obtain the desired product. (404.0 mg, 81.42% yield)
GPC measurement was performed by JASCO's molecular weight distribution measurement system (intelligent HPLC pump PU-2080, triple degasser DG-2080-53, intelligent autosampler AS-2055, intelligent UV-visible detector UV-2075, intelligent column oven CO- 2065, chromatography data station ChromNAV), the solvent was tetrahydrofuran, and the outflow rate was 1.0 mL · min −1 . [Chemical Formula 1] shows the chemical formula, molecular weight, and polydispersity index. At this time, the polydispersity index is average weight molecular weight / average number molecular weight.

GPC (THF) Mn 51,000; 1H NMR (400 MHz; C6D6) d 0.92 (br, 6 H), 1.28 (br, 18 H), 2.02 (br, 1 H), 3.05 (br, 4 H), 6.53 (br, 4H), 7.69 (br, 4H); IR (neat) n 3092, 3080, 3042, 3029, 2952, 2925, 2855, 2208, 2166, 1907, 1873, 1601, 1520, 1465, 1399, 1367, 1294, 1254, 1227, 1195, 1135, 1107, 1017, 1004, 983, 887, 827, 811, 724,646, 617, 586, 562, 527, 519 cm-1。 GPC (THF) Mn 51,000; 1H NMR (400 MHz; C6D6) d 0.92 (br, 6 H), 1.28 (br, 18 H), 2.02 (br, 1 H), 3.05 (br, 4 H), 6.53 ( br, 4H), 7.69 (br, 4H); IR (neat) n 3092, 3080, 3042, 3029, 2952, 2925, 2855, 2208, 2166, 1907, 1873, 1601, 1520, 1465, 1399, 1367, 1294 , 1254, 1227, 1195, 1135, 1107, 1017, 1004, 983, 887, 827, 811, 724,646, 617, 586, 562, 527, 519 cm-1.

(合成例3:ポリマー2)
2,2’−[2,5−ビス(2−ヒドロキシエトキシ)シクロヘキサ-2,5-ジエン-1,4-ジイリデン]ジプロパンジニトリル(302mg、0.932mmol)とセバシン酸ジクロライド(0.200ml、0.937mmol)を脱水ジメチルアセトアミド(10ml)中、20℃で48時間撹拌した。得られた溶液をメタノールに注ぎ、沈殿を回収した。メタノールで再精製してTCNQポリエステル(302mg、収率92%)を得た。[化2]に化学式と分子量、多分散指数(Polydispersity index)を示す。
(Synthesis Example 3: Polymer 2)
2,2 ′-[2,5-bis (2-hydroxyethoxy) cyclohexa-2,5-diene-1,4-diylidene] dipropanedinitrile (302 mg, 0.932 mmol) and sebacic acid dichloride (0.200 ml, 0.937 mmol) was stirred in dehydrated dimethylacetamide (10 ml) at 20 ° C. for 48 hours. The resulting solution was poured into methanol and the precipitate was collected. Re-purification with methanol gave TCNQ polyester (302 mg, 92% yield). [Chemical Formula 2] shows the chemical formula, molecular weight, and polydispersity index.

1H NMR (300MHz, CDCl3, 293K) d 1.27 (s, 8n H), 1.59 (m, 4n H), 2.36 (t,
J1/47.5Hz, 4n H), 4.00-4.80 (m, 8n H), 6.45 p.p.m. (s, 2n H); 13C NMR
(75MHz, CDCl3, 293K) d 24.6, 28.9, 29.0, 33.9, 60.6, 68.8, 82.8, 103.6, 112.7,
113.2, 147.6, 154.9, 173.5 p.p.m.; IR (neat): n 2915, 2849, 2359, 2217, 1727,
1562, 1527, 1457, 1369, 1332, 1239, 1173, 1153, 1042, 993, 843, 801, 719cm1;
elemental analysis calcd. (%) for (C26H26N4O6)n: C 63.66, H 5.34, N 11.42;
found: C 62.82, H 5.22, N 11.42.
1H NMR (300MHz, CDCl3, 293K) d 1.27 (s, 8n H), 1.59 (m, 4n H), 2.36 (t,
J1 / 47.5Hz, 4n H), 4.00-4.80 (m, 8n H), 6.45 ppm (s, 2n H); 13C NMR
(75MHz, CDCl3, 293K) d 24.6, 28.9, 29.0, 33.9, 60.6, 68.8, 82.8, 103.6, 112.7,
113.2, 147.6, 154.9, 173.5 ppm; IR (neat): n 2915, 2849, 2359, 2217, 1727,
1562, 1527, 1457, 1369, 1332, 1239, 1173, 1153, 1042, 993, 843, 801, 719cm1;
elemental analysis calcd. (%) for (C26H26N4O6) n: C 63.66, H 5.34, N 11.42;
found: C 62.82, H 5.22, N 11.42.

(実施例1:混合製膜法)
合成例2と合成例3で得た2つのポリマーをテトラヒドロフランに均一溶解させ、0.2μmのフィルターを通してガラス基板上にスピンコートした。1,000rpmで60秒の条件でスピンコートすると約50nmの膜厚となった。室温ではアルキンとTCNQ部位は反応しないため(あるいは非常に反応速度が遅いため)、ガラス基板上の薄膜は黄色である。100℃に加熱するとアルキン−TCNQ間の付加反応が進行し始め、ポリマー1に由来する330nm付近のピーク、ポリマー2に由来する420nm付近のピークが減少し、680nm付近に極大を有する電荷移動吸収バンドが現れた(図.2)。ネットワークポリマーの吸光度は、透明基板(ガラス、ITO、石英など)上に混合製膜法、交互積層法ともに成膜(スピンコート、キャスト、スプレーコートなど)した後に加熱して架橋させたものについて、紫外可視近赤外分光光度計V−670(日本分光社製)を用いて吸収スペクトルを測定した。さらに、原子間力顕微鏡(AFM)で薄膜表面を観察したところ、反応時間が長くなるにつれて凹凸の大きさを表す平均二乗偏差(RMS値:Root Mean Square value)が徐々に減少した(図.3)。これは、反応が進行すると共に膜内部の空隙が少なくなり、緻密膜が形成されていることを示唆している。
この時、AFMはSII社製Nanotechnology Nanocuteを用いて、カンチレバーPRC−DF40Pで測定した。
(Example 1: Mixed film-forming method)
The two polymers obtained in Synthesis Example 2 and Synthesis Example 3 were uniformly dissolved in tetrahydrofuran and spin-coated on a glass substrate through a 0.2 μm filter. When spin coating was performed at 1,000 rpm for 60 seconds, the film thickness was about 50 nm. Since the alkyne and the TCNQ site do not react at room temperature (or the reaction rate is very slow), the thin film on the glass substrate is yellow. When heated to 100 ° C., the addition reaction between alkyne and TCNQ begins to progress, the peak around 330 nm derived from polymer 1 and the peak around 420 nm derived from polymer 2 decrease, and the charge transfer absorption band has a maximum around 680 nm. Appeared (Fig. 2). The absorbance of the network polymer is the result of film formation (spin coating, casting, spray coating, etc.) on a transparent substrate (glass, ITO, quartz, etc.) and then cross-linking by heating. The absorption spectrum was measured using an ultraviolet-visible near-infrared spectrophotometer V-670 (manufactured by JASCO Corporation). Furthermore, when the surface of the thin film was observed with an atomic force microscope (AFM), the mean square deviation (RMS value: Root Mean Square value) representing the size of the unevenness gradually decreased as the reaction time increased (FIG. 3). ). This suggests that as the reaction proceeds, the voids inside the film are reduced and a dense film is formed.
At this time, AFM was measured with cantilever PRC-DF40P using Nanotechnology Nanocut made by SII.

図.2 電子豊富アルキンポリマーとTCNQポリエステルの混合薄膜の加熱(100℃)による吸収スペクトル変化、および加熱時間と反応率の相関 Fig. 2 Absorption spectrum change by heating (100 ℃) of mixed thin film of electron rich alkyne polymer and TCNQ polyester, and correlation between heating time and reaction rate

図.3 電子豊富アルキンポリマーとTCNQポリエステルの混合薄膜を加熱(100℃)する時間と原子間力顕微鏡(AFM)像の関係 Fig. 3 Relationship between time to heat (100 ° C) the mixed thin film of electron rich alkyne polymer and TCNQ polyester and atomic force microscope (AFM) image

図.4に混合製膜法による薄膜作製法のスキームをイメージで示す。   Fig. Fig. 4 shows an image of a scheme of a thin film manufacturing method by a mixed film forming method.

図.4 混合法による薄膜作製のスキームのイメージ図 Fig. 4 Image of scheme of thin film fabrication by mixing method

(実施例2:交互積層法)
ITOガラス基板上に合成例3で得られたTCNQポリエステルのジメチルアセトアミド溶液(10mM repeat unit−1)を1,000rpm、60秒の条件でスピンコートした。次に合成例2で得られた電子豊富アルキンポリマーのトルエン溶液(10mM repeat unit−1)を同様の条件でスピンコートした後、100℃で10分間加熱して付加反応を進行させた。その後、未反応の電子豊富アルキンポリマーをトルエンで洗浄して除去した。さらに、TCNQポリエステルのジメチルアセトアミド溶液(10mM repeat unit−1)をスピンコートした後、100℃で10分間加熱して付加反応を進行させた。未反応のTCNQポリエステルをジメチルアセトアミドで洗浄除去した。この操作を繰り返すことで20層まで膜厚を増やした。
(Example 2: alternating lamination method)
A dimethylacetamide solution of TCNQ polyester obtained in Synthesis Example 3 (10 mM repeat unit −1 ) was spin-coated on an ITO glass substrate at 1,000 rpm for 60 seconds. Next, the toluene solution of the electron-rich alkyne polymer obtained in Synthesis Example 2 (10 mM repeat unit −1 ) was spin-coated under the same conditions, and then heated at 100 ° C. for 10 minutes to advance the addition reaction. Thereafter, unreacted electron-rich alkyne polymer was removed by washing with toluene. Furthermore, after spin-coating a dimethylacetamide solution of TCNQ polyester (10 mM repeat unit −1 ), the addition reaction was allowed to proceed by heating at 100 ° C. for 10 minutes. Unreacted TCNQ polyester was washed away with dimethylacetamide. By repeating this operation, the film thickness was increased to 20 layers.

付加反応の進行は紫外可視近赤外吸収スペクトルから確かめた。図5(a)に実際の吸収スペクトルを示す。330nmの吸収は主に電子豊富アルキンポリマーに由来する吸収である。420nmの吸収は主にTCNQポリエステルに由来する吸収である。680nmの吸収は生成物であるドナーアクセプター構造に由来する吸収である。また、図5(b)に各吸収の強度と積層数の相関を示す。電子豊富アルキンは偶数層の時、隣接奇数層より330nmの強度が強く、最表面に十分な量の反応性アルキン部位が存在していることを意味している。同様に、TCNQポリエステルは奇数層の時、隣接偶数層より420nmの強度が強く、最表面に十分な量の反応性TCNQ部位が存在していることを意味している。一方、680nmの吸収強度は積層数が増えるにつれて増加している。これは電荷移動吸収バンドに相当し、ドナーアクセプターの付加反応が進行し、徐々に膜厚が増加していることを示唆している。20層積層した際の膜厚は約90−100nmであり、1層あたりの膜厚は4.5−5.0nmであった。   The progress of the addition reaction was confirmed from the UV-visible near-infrared absorption spectrum. FIG. 5A shows an actual absorption spectrum. The 330 nm absorption is mainly derived from the electron rich alkyne polymer. The absorption at 420 nm is mainly derived from TCNQ polyester. The absorption at 680 nm is derived from a donor acceptor structure as a product. FIG. 5B shows the correlation between the intensity of each absorption and the number of stacked layers. When the electron-rich alkyne is an even layer, the intensity of 330 nm is stronger than the adjacent odd layer, which means that a sufficient amount of reactive alkyne sites are present on the outermost surface. Similarly, when the TCNQ polyester is an odd layer, the strength of 420 nm is stronger than the adjacent even layer, which means that a sufficient amount of reactive TCNQ sites are present on the outermost surface. On the other hand, the absorption intensity at 680 nm increases as the number of layers increases. This corresponds to a charge transfer absorption band, suggesting that the donor-acceptor addition reaction proceeds and the film thickness gradually increases. When 20 layers were laminated, the film thickness was about 90-100 nm, and the film thickness per layer was 4.5-5.0 nm.

図.5 TCNQポリエステルを奇数層、電子豊富アルキンポリマーを偶数相としてITO基板上に積層した交互積層膜の(a)紫外可視近赤外吸収スペクトル変化および(b)積層数と吸収強度の相関 Fig. 5 (a) Change in UV-Vis near-infrared absorption spectrum and (b) Correlation between the number of layers and absorption intensity of an alternating layer film in which TCNQ polyester is odd-numbered and electron-rich alkyne polymer is even-numbered on an ITO substrate.

また、付加反応の進行はサイクリックボルタモグラムによる電気化学分析によっても確かめた。図6に交互積層膜の積層毎のサイクリックボルタモグラムを示した。交互積層膜の還元波は積層数が増加すると共に負電位にシフトし、準可逆的な挙動を示しており、応答電流も大きくなっている。これは、積層数が多くなり、付加反応が進行していることを示している。   The progress of the addition reaction was also confirmed by electrochemical analysis using a cyclic voltammogram. FIG. 6 shows a cyclic voltammogram for each lamination of the alternately laminated films. The reduction wave of the alternating laminated film shifts to a negative potential as the number of laminated layers increases, exhibiting a quasi-reversible behavior, and the response current is also increased. This indicates that the number of layers increases and the addition reaction proceeds.

図6 交互積層膜(1層〜10層)のサイクリックボルタモグラム Fig. 6 Cyclic voltammogram of alternating laminated films (1-10 layers)

(実施例3 :膜の安定性)
<耐溶剤性>
実施例1(混合製膜法)および実施例2(交互積層法)で加熱・架橋して作成したネットワークポリマーは、試料作製に用いた溶媒には全て不溶となった。実際、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等、各種有機溶媒にあらためて浸漬しても膜が剥がれることはなく、極めて強力に基板表面に密着していることは明らかで、それぞれの方法で作製した膜の耐溶剤性は著しく高いことがわかる。
(Example 3: stability of membrane)
<Solvent resistance>
All of the network polymers prepared by heating and crosslinking in Example 1 (mixed film forming method) and Example 2 (alternate lamination method) were insoluble in the solvent used for sample preparation. In fact, the film does not peel off when immersed in various organic solvents such as dichloromethane, 1,2-dichloroethane, chloroform, tetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethylacetamide, etc., and it is clear that it adheres extremely strongly to the substrate surface. Thus, it can be seen that the solvent resistance of the film produced by each method is remarkably high.

<電気化学的安定性>
実施例1について、サイクリックボルタモグラムと紫外可視吸収スペクトルの測定を同時に行い、電気化学的な安定性を評価した。ネットワークポリマーの繰返しサイクリックボルタモグラムを図7(a)に、吸光度変化の測定結果を図7(b)(c)に示した。サイクリックボルタモグラムの結果から、0.2〜−0.5Vまで繰り返し掃引しても還元波のピークに変化は現れない。また、電位を繰り返し掃引しても、電荷移動吸収バンドの730nm、822nmのピークの変化は可逆的である。これらの結果からアクセプター部位が可逆に還元された後、元の中性状態へ戻っていることが見て取れる。極めて電気化学的安定性の高いネットワークポリマーであることがわかる。
<Electrochemical stability>
About Example 1, the cyclic voltammogram and the ultraviolet-visible absorption spectrum were measured simultaneously, and electrochemical stability was evaluated. The cyclic cyclic voltammogram of the network polymer is shown in FIG. 7 (a), and the measurement result of the change in absorbance is shown in FIGS. 7 (b) and 7 (c). From the result of the cyclic voltammogram, no change appears in the peak of the reduction wave even if the sweep is repeatedly performed from 0.2 to -0.5V. Further, even when the potential is repeatedly swept, the change of the peak at 730 nm and 822 nm of the charge transfer absorption band is reversible. From these results, it can be seen that the acceptor site is reversibly reduced and then returned to the original neutral state. It turns out that it is a network polymer with extremely high electrochemical stability.

図7 混合製膜法によるネットワークポリマーの繰返しサイクリックボルタモグラム(a)と電位掃引したときの吸光度波長の変化(b)と730nm、822nmの吸光度変化 Fig. 7 Cyclic voltammogram (a) of network polymer by the mixed film forming method, changes in absorbance wavelength (b) when the potential is swept, and changes in absorbance at 730 nm and 822 nm

(応用例1)
(センサー機能1)
実施例1で得られた薄膜をクロロホルム中に浸し、pH応答を調査した。有機酸であるトリフルオロ酢酸(TFA)を添加していくと、徐々に680nm付近の電荷移動吸収バンドの強度が減少していき、31.0mM TFA溶液ではほぼ完全に消失した(図8(a))。これは、ジアルキルアニリン部位がプロトン化されて電子供与性が無くなったことを示唆している。
これらのことから、スペクトル測定を行うことで酸に対するセンサーとして機能することが確認できた。同時にジアルキルアニリン部位がプロトン化されることで、4級アンモニウム塩となるが、4級アンモニウム塩は抗菌性を示すことが知られている。これらの結果から、4級アンモニウム塩の割合、すなわち抗菌性が吸収スペクトルで判定することが可能となる。
(Application 1)
(Sensor function 1)
The thin film obtained in Example 1 was immersed in chloroform, and the pH response was investigated. As the organic acid trifluoroacetic acid (TFA) was added, the intensity of the charge transfer absorption band near 680 nm gradually decreased and disappeared almost completely in the 31.0 mM TFA solution (FIG. 8 (a )). This suggests that the dialkylaniline moiety has been protonated and has no electron donating property.
From these facts, it was confirmed that it functions as a sensor for acid by performing spectrum measurement. At the same time, the dialkylaniline moiety is protonated to form a quaternary ammonium salt, which is known to exhibit antibacterial properties. From these results, the ratio of the quaternary ammonium salt, that is, the antibacterial property can be determined by the absorption spectrum.

(応用例2)
(センサー機能2)
応用例1で示した、実施例1で得られた薄膜を浸し、TFAを加えたクロロホルム溶液に、塩基であるトリエチルアミン(TEA)を添加すると、徐々に電荷移動吸収バンドが回復し、中性〜塩基性条件下ではほぼ完全に元の強度に戻った(図.8(b))。これは、4級アンモニウム塩となっていたジアルキルアニリン部位が脱プロトン化され、電子供与性が回復したことを示している。 すなわち、680nm吸収の強度により、pHセンサーとして利用できる。また、静電相互作用で作製した薄膜では破壊されてしまうような
応用例1に示す強酸条件下でも、高い化学的安定性を有していた。
(Application example 2)
(Sensor function 2)
When the thin film obtained in Example 1 shown in Application Example 1 is dipped and triethylamine (TEA) as a base is added to the chloroform solution to which TFA is added, the charge transfer absorption band gradually recovers, and the neutral to Under basic conditions, the strength returned almost completely (Fig. 8 (b)). This indicates that the dialkylaniline portion that was a quaternary ammonium salt was deprotonated and the electron donating property was recovered. That is, it can be used as a pH sensor due to the intensity of absorption at 680 nm. In addition, it had high chemical stability even under the strong acid condition shown in Application Example 1 that would destroy a thin film produced by electrostatic interaction.

図8 (a)クロロホルムに浸した架橋薄膜にトリフルオロ酢酸(TFA)を添加した際の紫外可視近赤外吸収スペクトル変化および(b)その後、トリエチルアミン(TEA)を添加した際の吸収スペクトル変化 Fig. 8 (a) UV-Vis near-infrared absorption spectrum change when trifluoroacetic acid (TFA) is added to a crosslinked thin film immersed in chloroform, and (b) Absorption spectrum change when triethylamine (TEA) is added thereafter.

(応用例3)
(センサー機能3)
実施例1で得られたポリマー膜をトリフルオロメタンスルホン酸銀の0.2mM濃度の1,2-ジクロロエタン溶液に浸漬し、紫外可視吸収スペクトルの変化を観察した。測定間隔は5秒で600秒間測定した。得られた結果を図9に示す。トリフルオロメタンスルホン酸銀溶液への浸漬時間によって680nmの電荷移動吸収バンドが長波長側へシフトしている。これは、アクセプター側のTCNQのシアノ基が銀イオンに配位することで、電荷移動のバンド幅が変化したことを示している。
(Application 3)
(Sensor function 3)
The polymer film obtained in Example 1 was immersed in a 1,2-dichloroethane solution of silver trifluoromethanesulfonate having a concentration of 0.2 mM, and the change in the UV-visible absorption spectrum was observed. The measurement interval was 5 seconds and measured for 600 seconds. The obtained results are shown in FIG. The charge transfer absorption band at 680 nm is shifted to the longer wavelength side depending on the immersion time in the silver trifluoromethanesulfonate solution. This indicates that the band width of the charge transfer is changed by the coordination of the cyano group of TCNQ on the acceptor side to the silver ion.

図9 紫外可視吸収スペクトル変化 Fig. 9 Change in UV-visible absorption spectrum

この結果から、吸収スペクトルによって銀イオン濃度が判別できる 化学センサーとしての機能性膜として用いることができ、さらに架橋反応を行っていることから、1,2-ジクロロエタンのような有機溶媒中でも使用できる。   From this result, it can be used as a functional film as a chemical sensor capable of discriminating the silver ion concentration by the absorption spectrum, and further, since it undergoes a crosslinking reaction, it can be used even in an organic solvent such as 1,2-dichloroethane.

(応用例4)
(抗菌性評価)
実施例1で得られたポリマー膜をトリフルオロメタンスルホン酸銀それぞれ0.02mM(4−1)、0.2mM(4−2)、2.0mM(4−3)濃度の1,2−ジクロロエタン溶液に30分浸漬した後、溶液から取り出して1,2−ジクロロエタンで洗浄し、3
種類の銀担持ポリマー膜を得た。表1に各ポリマー膜の誘導結合プラズマ発光分光分析(ICP−AES分析)による銀イオン濃度を示す。この時、装置はLeeman Labs社製 Prodigy ICPを使用した。
(Application 4)
(Antimicrobial evaluation)
The polymer membrane obtained in Example 1 is a 1,2-dichloroethane solution having a concentration of 0.02 mM (4-1), 0.2 mM (4-2), and 2.0 mM (4-3), respectively, in silver trifluoromethanesulfonate. After 30 minutes of immersion in the solution, remove from the solution and wash with 1,2-dichloroethane.
A variety of silver-supported polymer films were obtained. Table 1 shows the silver ion concentration of each polymer film by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP-AES analysis). At this time, Prodigy ICP manufactured by Leeman Labs was used as the apparatus.

これらから銀イオンの量を任意にポリマーに担持できることがわかる。これらの銀担持膜(4−1〜3)と応用例1で作成したジアルキルアニリン部位を酸で処理して4級化したポリマー膜(応用例4−4)を用いて、大腸菌に対する抗菌試験を行った。結果を表2に示す。   It can be seen from these that the amount of silver ions can be arbitrarily supported on the polymer. Using these silver-supported membranes (4-1 to 3) and the polymer membrane (application example 4-4) in which the dialkylaniline site prepared in application example 1 is treated with acid and quaternized, an antibacterial test against E. coli is performed. went. The results are shown in Table 2.

コントロールとしてのガラス板、未処理の架橋ポリマーは抗菌、殺菌活性を示さなかったが、銀イオン担持処理した応用例4−1〜3、酸処理(応用例4−4)は抗菌、殺菌活性を示した。   The glass plate as a control and the untreated crosslinked polymer did not show antibacterial and bactericidal activity, but the application examples 4-1 to 3 and acid treatment (application example 4-4) treated with silver ions had antibacterial and bactericidal activity. Indicated.

なお、参考例として、0.002mM、0.0002mM Agについても抗菌試験を行なったが、それらの試験例では有利な抗菌・殺菌活性を得ることができなかった。   As reference examples, antibacterial tests were also performed on 0.002 mM and 0.0002 mM Ag. However, in these test examples, advantageous antibacterial / bactericidal activity could not be obtained.

〈活性値の計算方法〉
・生菌数の計算
各サンプルの生菌数を求める。
N=C×D×V
N:生菌数(試験片1個当たり)
C:コロニー数
D:希釈倍数
V:洗い出しに用いたSCDLP培地の液量(ml)
<Activity value calculation method>
・ Calculation of the number of viable bacteria Obtain the viable count of each sample.
N = C × D × V
N: Viable count (per test piece)
C: number of colonies D: multiple of dilution V: volume of SCDLP medium used for washing (ml)

・抗菌活性値の計算
上記で求めた生菌数より、抗菌活性値を求める。
・ Calculation of antibacterial activity value The antibacterial activity value is obtained from the viable count obtained above.

・殺菌活性値の計算
上記で求めた生菌数より、殺菌活性値を求める。
R:抗菌活性値
L:殺菌活性値
A:無加工(ブランク)試験片の接種直後の生菌数(個)
B:無加工(ブランク)試験片の24時間後の生菌数(個)
C:抗菌加工試験片の24時間後の生菌数(個)
なお、応用例、参考例で使用した各トリフルオロメタンスルホン酸銀濃度溶液で処理した後のポリマー膜の銀濃度をICP−AES分析で調べた結果を表3に示す。
-Calculation of bactericidal activity value The bactericidal activity value is determined from the number of viable bacteria determined above.
R: Antibacterial activity value L: Bactericidal activity value A: Unprocessed (blank) number of viable bacteria immediately after inoculation of test piece (pieces)
B: Viable count (pieces) after 24 hours of unprocessed (blank) test piece
C: Number of viable bacteria after 24 hours of antibacterial processed test piece
Table 3 shows the results of ICP-AES analysis of the silver concentration of the polymer film after treatment with each silver trifluoromethanesulfonate concentration solution used in Application Examples and Reference Examples.

以上のとおり、応用例4と参考例の結果から、単位面積あたりのポリマー中の銀濃度が少なくとも2.26×10−5mg/mm、好ましくは4.24×10−5mg/mm以上であれば、実用的な抗菌・殺菌活性を得ることができる。 As described above, from the results of Application Example 4 and Reference Example, the silver concentration in the polymer per unit area is at least 2.26 × 10 −5 mg / mm 2 , preferably 4.24 × 10 −5 mg / mm 2. If it is above, practical antibacterial and bactericidal activity can be obtained.

本発明では、ドナーアクセプター構造を有する光電子機能を持ったネットワークポリマーを合成するに際し、クリックケミストリー反応を用いた高分子と高分子の反応により、共有結合を介した物理化学的安定性の高いものが得られる。その結果、これまでの材料が酸・アルカリに対して耐性が無く、物理化学的な強度面で実用的でなかったのに対し、本発明は、有機系の光電子機能を有するポリマーとして実用化への道を開くものである。
また、ドナーアクセプター構造から化学センサー材料として用いることができ、さらには、ドナー側のアミン構造をプロトン化すること、アクセプター側に金属イオンを配位することにより、抗菌性機能ネットワークポリマーとすることも可能である。さらには、化学センサー機能と合わせて抗菌活性を、紫外可視吸収スペクトルを用いて、あるいは可視領域であれば目視でも抗菌活性レベルを検知することができ、抗菌性の再生、あるいはポリマー自体の交換時期を的確に判断できるツールを提供するものである。
In the present invention, when synthesizing a network polymer having an optoelectronic function having a donor-acceptor structure, a polymer having high physicochemical stability via a covalent bond by a reaction between a polymer and a polymer using a click chemistry reaction. Is obtained. As a result, conventional materials have no resistance to acids and alkalis, and are not practical in terms of physicochemical strength. On the other hand, the present invention is put to practical use as a polymer having an organic photoelectron function. Open the way.
In addition, it can be used as a chemical sensor material from the donor acceptor structure, and further, it can be made into an antibacterial functional network polymer by protonating the amine structure on the donor side and coordinating metal ions on the acceptor side. Is also possible. Furthermore, antibacterial activity can be detected in combination with the chemical sensor function, UV-visible absorption spectrum, or visually in the visible region. It provides a tool that can accurately determine

Claims (9)

電子供与基を含む電子豊富アルキンポリマーと電子アクセプターとしての1,1−ジシアノエチレン骨格を含むテトラシアノキノジメタン(TCNQ)類含有ポリマーとをクリックケミストリー反応させて得られるネットワークポリマーの製造方法であって、
電子供与基を含む電子豊富アルキンポリマーが、下記式[1]で示す構造を有するポリマーであり、
電子アクセプターとしての1,1−ジシアノエチレン骨格を含むテトラシアノキノジメタン(TCNQ)類含有ポリマーは、1,1−ジシアノエチレン骨格を含むテトラシアノキノジメタン(TCNQ)類が下記式[2]で示す化合物であり、かつ置換基ABCDのうち1つもしくは2つのいずれかの置換基を介して結合する電子アクセプターポリマーであり、下記式[3]の構造1〜4のうちいずれかの構造を取ることを特徴とするネットワークポリマーの製造方法
式[1]
R;C原子、あるいはエステルもしくはアミドのカルボニルを含む骨格、もしくはカルバゾール系化合物
R’:C原子もしくはN原子若しくはC‐フェニル基若しくはN‐フェニル基
n:任意の整数
EDG:電子供与基
式[2]
A,B,C,Dは水素またはハロゲン原子もしくは水酸基、アルコキシル基、アルキル基を表す
式[3]
A,B,C,D:H、C、O、N、またはハロゲン原子もしくは水酸基、アルコキシル基、アルキル基を表す
R,R’:エーテル、エステルもしくはアミド結合を含むアルキル鎖を表す
R”:エーテル、エステル、アミド結合もしくはフェニル基またはトリアゾール環を含むアルキル鎖、もしくはフェニル基を表す
n:任意の整数
This is a method for producing a network polymer obtained by a click chemistry reaction between an electron-rich alkyne polymer containing an electron-donating group and a tetracyanoquinodimethane (TCNQ) -containing polymer containing a 1,1-dicyanoethylene skeleton as an electron acceptor. And
An electron-rich alkyne polymer containing an electron donating group is a polymer having a structure represented by the following formula [1],
The tetracyanoquinodimethane (TCNQ) -containing polymer containing a 1,1-dicyanoethylene skeleton as an electron acceptor is a tetracyanoquinodimethane (TCNQ) containing a 1,1-dicyanoethylene skeleton represented by the following formula [2]. And an electron acceptor polymer that is bonded through one or two substituents of the substituent ABCD, and is any one of structures 1 to 4 of the following formula [3] A method for producing a network polymer , characterized in that :
Formula [1]
R: C atom, or skeleton containing carbonyl of ester or amide, or carbazole compound R ′: C atom or N atom, C-phenyl group or N-phenyl group n: any integer EDG: electron donating group Formula [2 ]
A, B, C, and D represent hydrogen, a halogen atom, a hydroxyl group, an alkoxyl group, or an alkyl group. Formula [3]
A, B, C, D: H, C, O, N, or R, R ′ representing a halogen atom, a hydroxyl group, an alkoxyl group, or an alkyl group, R ″ representing an alkyl chain containing an ether, ester, or amide bond , An ester, an amide bond or an alkyl chain containing a phenyl group or a triazole ring, or a phenyl group, n: any integer
電子供与基を含む電子豊富アルキンポリマーと電子アクセプターとしての1,1−ジシアノエチレン骨格を含むテトラシアノキノジメタン(TCNQ)類含有ポリマーとを混合した後基材に塗布し、基材上で両ポリマーをクリックケミストリー反応させて得られる膜状のネットワークポリマーの製造方法であって、
電子供与基を含む電子豊富アルキンポリマーが、下記式[1]で示す構造を有するポリマーであり、
電子アクセプターとしての1,1−ジシアノエチレン骨格を含むテトラシアノキノジメタン(TCNQ)類含有ポリマーは、1,1−ジシアノエチレン骨格を含むテトラシアノキノジメタン(TCNQ)類が下記式[2]で示す化合物であり、かつ置換基ABCDのうち1つもしくは2つのいずれかの置換基を介して結合する電子アクセプターポリマーであり、下記式[3]の構造1〜4のうちいずれかの構造を取ることを特徴とする膜状のネッ
トワークポリマーの製造方法
式[1]
R;C原子、あるいはエステルもしくはアミドのカルボニルを含む骨格、もしくはカルバゾール系化合物
R’:C原子もしくはN原子若しくはC‐フェニル基若しくはN‐フェニル基
n:任意の整数
EDG:電子供与基
式[2]
A,B,C,Dは水素またはハロゲン原子もしくは水酸基、アルコキシル基、アルキル基を表す
式[3]
A,B,C,D:H、C、O、N、またはハロゲン原子もしくは水酸基、アルコキシル基、アルキル基を表す
R,R’:エーテル、エステルもしくはアミド結合を含むアルキル鎖を表す
R”:エーテル、エステル、アミド結合もしくはフェニル基またはトリアゾール環を含むアルキル鎖、もしくはフェニル基を表す
n:任意の整数
An electron-rich alkyne polymer containing an electron-donating group and a tetracyanoquinodimethane (TCNQ) -containing polymer containing a 1,1-dicyanoethylene skeleton as an electron acceptor are mixed and then applied to the substrate. A method for producing a film-like network polymer obtained by subjecting a polymer to a click chemistry reaction,
An electron-rich alkyne polymer containing an electron donating group is a polymer having a structure represented by the following formula [1],
The tetracyanoquinodimethane (TCNQ) -containing polymer containing a 1,1-dicyanoethylene skeleton as an electron acceptor is a tetracyanoquinodimethane (TCNQ) containing a 1,1-dicyanoethylene skeleton represented by the following formula [2]. And an electron acceptor polymer that is bonded through one or two substituents of the substituent ABCD, and is any one of structures 1 to 4 of the following formula [3] A process for producing a film-like network polymer , characterized in that
Formula [1]
R: C atom, or skeleton containing carbonyl of ester or amide, or carbazole compound R ′: C atom or N atom, C-phenyl group or N-phenyl group n: any integer EDG: electron donating group Formula [2 ]
A, B, C, and D represent hydrogen, a halogen atom, a hydroxyl group, an alkoxyl group, or an alkyl group. Formula [3]
A, B, C, D: H, C, O, N, or R, R ′ representing a halogen atom, a hydroxyl group, an alkoxyl group, or an alkyl group, R ″ representing an alkyl chain containing an ether, ester, or amide bond , An ester, an amide bond or an alkyl chain containing a phenyl group or a triazole ring, or a phenyl group, n: any integer
電子供与基を含む電子豊富アルキンポリマーを基材に塗布した後、電子アクセプターとしての1,1−ジシアノエチレン骨格を含むテトラシアノキノジメタン(TCNQ)類含有ポリマーを塗布し、引き続き両ポリマーをクリックケミストリー反応させ膜状ネットワークポリマーとする工程を繰り返すことにより得られる多層交互積層膜状ネットワークポリマーの製造方法であって、
電子供与基を含む電子豊富アルキンポリマーが、下記式[1]で示す構造を有するポリマーであり、
電子アクセプターとしての1,1−ジシアノエチレン骨格を含むテトラシアノキノジメタン(TCNQ)類含有ポリマーは、1,1−ジシアノエチレン骨格を含むテトラシアノキノジメタン(TCNQ)類が下記式[2]で示す化合物であり、かつ置換基ABCDのうち1つもしくは2つのいずれかの置換基を介して結合する電子アクセプターポリマーであり、下記式[3]の構造1〜4のうちいずれかの構造を取ることを特徴とする多層交互積層膜状ネットワークポリマーの製造方法
式[1]
R;C原子、あるいはエステルもしくはアミドのカルボニルを含む骨格、もしくはカルバゾール系化合物
R’:C原子もしくはN原子若しくはC‐フェニル基若しくはN‐フェニル基
n:任意の整数
EDG:電子供与基
式[2]
A,B,C,Dは水素またはハロゲン原子もしくは水酸基、アルコキシル基、アルキル基を表す
式[3]
A,B,C,D:H、C、O、N、またはハロゲン原子もしくは水酸基、アルコキシル基、アルキル基を表す
R,R’:エーテル、エステルもしくはアミド結合を含むアルキル鎖を表す
R”:エーテル、エステル、アミド結合もしくはフェニル基またはトリアゾール環を含むアルキル鎖、もしくはフェニル基を表す
n:任意の整数
After applying an electron-rich alkyne polymer containing an electron-donating group to the substrate, apply a tetracyanoquinodimethane (TCNQ) -containing polymer containing a 1,1-dicyanoethylene skeleton as an electron acceptor, and then click on both polymers A method for producing a multilayer alternately laminated film-like network polymer obtained by repeating a step of making a chemistry reaction to form a film-like network polymer,
An electron-rich alkyne polymer containing an electron donating group is a polymer having a structure represented by the following formula [1],
The tetracyanoquinodimethane (TCNQ) -containing polymer containing a 1,1-dicyanoethylene skeleton as an electron acceptor is a tetracyanoquinodimethane (TCNQ) containing a 1,1-dicyanoethylene skeleton represented by the following formula [2]. And an electron acceptor polymer that is bonded through one or two substituents of the substituent ABCD, and is any one of structures 1 to 4 of the following formula [3] A method for producing a multilayered network-like network polymer , characterized in that
Formula [1]
R: C atom, or skeleton containing carbonyl of ester or amide, or carbazole compound R ′: C atom or N atom, C-phenyl group or N-phenyl group n: any integer EDG: electron donating group Formula [2 ]
A, B, C, and D represent hydrogen, a halogen atom, a hydroxyl group, an alkoxyl group, or an alkyl group. Formula [3]
A, B, C, D: H, C, O, N, or R, R ′ representing a halogen atom, a hydroxyl group, an alkoxyl group, or an alkyl group, R ″ representing an alkyl chain containing an ether, ester, or amide bond , An ester, an amide bond or an alkyl chain containing a phenyl group or a triazole ring, or a phenyl group, n: any integer
電子供与基を含む電子豊富アルキンポリマーの電子供与基が、芳香族アミン類であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のネットワークポリマーの製造方法The method for producing a network polymer according to any one of claims 1 to 3, wherein the electron-donating group of the electron-rich alkyne polymer containing an electron-donating group is an aromatic amine. 請求項1〜4のいずれかに記載のネットワークポリマーを単独もしくは組合せて用い、ネットワークポリマーにおける紫外可視吸収スペクトルの測定又は色の変化により、プロトン、金属イオンの配位量を検知することを特徴とする化学センサーの製造方法The network polymer according to any one of claims 1 to 4 is used alone or in combination, and the amount of coordination of protons and metal ions is detected by measuring an ultraviolet-visible absorption spectrum or a color change in the network polymer. A method for manufacturing a chemical sensor. 請求項1〜4のいずれかに記載のネットワークポリマーに金属イオンを配位してなることを特徴とする抗菌性材料の製造方法A method for producing an antibacterial material , wherein a metal ion is coordinated to the network polymer according to claim 1. 請求項1〜4のいずれかに記載のネットワークポリマーに配位する金属が銀及び/又は銅であることを特徴とする請求項6に記載の抗菌性材料の製造方法The method for producing an antibacterial material according to claim 6, wherein the metal coordinated to the network polymer according to any one of claims 1 to 4 is silver and / or copper. 請求項4に記載のネットワークポリマーをブレンステッド酸、ルイス酸で処理してなることを特徴とする抗菌性材料の製造方法A method for producing an antibacterial material , wherein the network polymer according to claim 4 is treated with a Bronsted acid or a Lewis acid. ネットワークポリマーにおける紫外可視吸収スペクトルの測定又は色の変化を目視することにより抗菌効果の経時変化を確認することができることを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の抗菌性材料の製造方法The method for producing an antibacterial material according to any one of claims 6 to 8, wherein the time-dependent change of the antibacterial effect can be confirmed by measuring an ultraviolet-visible absorption spectrum in the network polymer or visually observing a change in color. .
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