JP6782481B2 - ポリ酸と重合性イミダゾリウム化合物の複合体モノマー - Google Patents
ポリ酸と重合性イミダゾリウム化合物の複合体モノマー Download PDFInfo
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Description
[項1]
下記一般式(I)で表される、重合性イミダゾリウム塩化合物。
ZpLqX (I)
式(I)中、
Zは下記一般式(II)で表される重合性イミダゾリウムを表し、
R1は重合性置換基を表し、
R2はHまたは炭素数1〜12のアルキル基またはオキシアルキレン基を表し、
mは1〜6の整数を表し、
Lは、T n+ (TはLi、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Agのいずれかの元素あるいは希土類元素であり、nは上記元素に応じた1〜3の整数である)を表し、
Xは、[MQ12O40]n-(Mは、P、Si、Ge、Co、As、Fe、Al、ZnまたはBのいずれかの元素あるいはH2であり、QはWまたはMoのいずれかの元素であり、nは上記元素に応じた1〜6の整数である)、[M'2Q'18O62]6-(M'はPまたはAsのいずれかの元素であり、Q'はWまたはMoのいずれかの元素である)、[Mo6O19]2-、[Mo8O26]4-、[V10O28]6-、または[W10O32]4-で表されるポリ酸を表し、
pは1〜6の整数を表し、
qは0〜5の整数を表し、
p+(Lの価数×q)の値はXの価数の絶対値に等しい。
前記R1が、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、スチリル基およびビニル基からなる群より選ばれる重合性置換基である、項1に記載の重合性イミダゾリウム塩化合物。
[項3]
項1または2に記載の重合性イミダゾリウム塩化合物に由来する構成単位と、その重合性イミダゾリウム塩化合物が有する重合性置換基と反応する重合性置換基を有する他の重合性化合物に由来する構成単位とを含む共重合体。
[項4]
前記他の重合性化合物が有する重合性置換基が、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、スチリル基およびビニル基からなる群より選ばれる重合性置換基である、項3に記載の共重合体。
本発明の重合性イミダゾリウム塩化合物は、一般式(I)で表される化合物である。
ZpLqX (I)
式(I)中の各記号の説明は次の通りである。
Zは下記一般式(II)で表される重合性イミダゾリウムを表す。
pは1〜6の整数を表し、qは0〜5の整数を表し、p+(Lの価数×q)の値はXの価数の絶対値に等しい。
本発明の重合性イミダゾリウム塩化合物は基本的に、重合性イミダゾリウムZとポリ酸Xとを適切な溶媒中で混合することにより、単結晶として得ることができる。反応ないし結晶化のための時間、温度、その他の条件は適宜調整することができる。
金属Lは、ポリ酸Xの調製のための原料(例えば[Mo8O26]4-の調製に用いられるNa2MoO4・2H2O)に含まれているものである場合もあるし、必要に応じてそのようにして導入された最初の金属Lを他の金属Lで置換したものである場合もある。
本発明の重合性イミダゾリウム塩化合物は、その重合性イミダゾリウム塩化合物が有する重合性置換基に応じた重合反応に基づく、単独重合体または共重合体を製造するためのモノマーとして利用することができる。
送液ポンプ:東ソー製CCPD
カラムオーブン:東ソー製CO−8010
分離カラム:東ソー製 TSKgel Multipore HXL-M 5本直列
検出器:東ソー製RI−8010(示差屈折計)
カラム温度:45℃
移動相: LiBrのジメチルホルムアミド溶液(濃度:2.0 mmol/L )
移動速度:1.0 mL/分
試料濃度:0.5 重量%
試料注入量:100 μL
標準物質:単分散ポリスチレン
リンタングステン酸(H3PW12O40、PW12)、ケイタングステン酸(H4SiW12O40、SiW12)、リンモリブデン酸(H3PMo12O40、PMo12)は市販品を用いた。
イソポリモリブデン酸([Mo8O26]4-)は、Na2MoO4・2H2O(1.0 g)を蒸留水(10 mL)に溶解させ、6M-HClを用いてpH 3.8に調整して、溶液として得た。
[2−1]1-(2-クロロエチル)-1H-イミダゾールの合成
[3−1]<実施例1>MA-ImC1-PW12の合成
リンタングステン酸n水和物(H3PW12O40・nH2O、PW12、1.70 g)にエタノール(10 mL)を加えて溶解した。溶けきらない場合はろ過を行い、ろ液を用いた。このポリ酸溶液に工程[2−3]で合成したMA-ImC1-I(0.50 g)を溶解したエタノール溶液(5 mL)を加え、撹拌した。生じた沈殿をひだ折りろ過し、蒸留水で洗浄後自然乾燥させてMA-ImC1-PW12(1.3 g、収率:57%)を得た。ろ液を6℃で保存し、得られた単結晶についてX線構造解析を行った。結晶データを下記、結晶構造を図1に示す。
結晶データ:monoclinic、C2/c (#15)、a = 18.9467(2)、b = 14.6994(2)、c = 22.9023(4) Å、α = 90.000、β = 103.390(1)、γ = 90.000°、V = 6205.02(15) Å3、Z = 4、R1 = 0.0943 (I > 2σ(I))、wR2 = 0.2486 (all data)。
FT-IR(KBr disk): 3161 (w)、2961(w)、2926(w)、1723(w)、1636(w)、1560(w)、1455(w)、1316(w)、1295(w)、1164(w)、1080(m)、1046(w)、978(s)、896(m)、808(s)、738(w)、649(w)、622(w)、597(w)、516(w)。
元素分析:Calcd(C30H45N6PW12O46): C: 10.41 , H: 1.31, N: 2.43%. Found: C: 13.70, H: 1.60, N: 2.33%。
ケイタングステン酸(H4SiW12O40、SiW12、1.5 g)にエタノール(10 mL)を加えて溶解した。溶けきらない場合はろ過を行い、ろ液を用いた。この溶液に工程[2−3]で合成したMA-ImC1-I(0.5 g)を溶解したエタノール溶液(5 mL)を加え、撹拌した。生じた沈殿をひだ折りろ過し、蒸留水で洗浄後自然乾燥させてMA-ImC1-SiW12(0.95 g、収率:47%)を得た。
FT-IR(KBr disk): 3149 (w)、3115 (w)、2960(w)、2925(w)、1719(w)、1637(w)、1562(w)、1450(w)、1319(w)、1296(w)、1166(w)、1012(w)、971(m)、920(s)、884(w)、795(s)、649(w)、622(w)、537(w)。
元素分析:Calcd(C40H60N8SiW12O48): C: 13.14, H: 1.65, N: 3.07%. Found: C: 14.78, H: 1.70, N: 3.00%。
Na2MoO4・2H2O(1.0 g)を蒸留水(10 mL)に溶解させ、6M-HClを用いてpH 3.8に調整した。この溶液に工程[2−3]で合成したMA-ImC1-I(0.52 g)を溶解したエタノール溶液(10 mL)を加え、10分間撹拌した。生成した薄黄色沈殿をひだ折りろ過し暗所で自然乾燥させ、MA-ImC1-Na-Mo8(0.54 g、収率:36%)を得た。得られた薄黄色沈殿(0.05 g)をアセトニトリル/エタノール混合溶媒(15 ml、1:1(v/v))に入れ、3時間、ホットスターラーを100℃に設定して(混合溶媒が沸騰しない温度で)加熱し、上澄み液を取り30℃にて放置して無色板状結晶を得た。得られた単結晶についてX線構造解析を行った。結晶データを下記、結晶構造を図2に示す。
結晶データ:triclinic、P1 (#2)、a = 12.4487(7)、b =14.0216(8)、c = 17.0849(9) Å、α = 112.2760(14)、β = 93.2135(15)、γ = 105.0970(15)°、V = 2624.1(3) Å3、Z = 2、R1 = 0.0765 (I > 2σ(I))、wR2 = 0.1728 (all data)。
FT-IR(KBr disk): 3151 (w)、3090 (w)、3014 (w)、2959(w)、2926(w)、1719(s)、1632(w)、1559(w)、1445(w)、1403(w)、1380(w)、1362(w)、1317(w)、1294(m)、1254(w)、1169(s)、1043(w)、939(s)、915(s)、841(m)、814(w)、764(w)、717(s)、653(m)、624(w)、553(w)、523(w)。
元素分析:Calcd(C30H45N6NaMo8O32): C: 20.10, H: 2.53, N: 4.69%. Found: C: 19.87, H: 2.52, N: 4.71%。
工程[3−3]で合成したMAImC1-Na-Mo8(0.03 g)とKCl(0.02 g)をアセトニトリル/エタノール混合溶液(15 mL、1:1(v/v))に加えて3時間、ホットスターラーを100℃に設定して(混合溶媒が沸騰しない温度で)加熱した。上澄み液を取り、30℃恒温槽にて保存して、無色結晶を得た。得られた単結晶についてX線構造解析を行った。結晶データを下記、結晶構造を図3に示す。
結晶データ:triclinic、P1 (#2)、a = 9.7954(7)、b = 10.0798(9)、c = 12.3964(9) Å、α = 85.815(13)、β = 85.891(11)、γ = 78.704(12)°、V = 1194.99(17) Å3、Z = 1、R1 = 0.0442 (I > 2σ(I))、wR2 = 0.1274 (all data)。
FT-IR(KBr disk): 3146 (w)、3112 (w)、2984 (w)、2954(w)、2926(w)、1716(m)、1634(w)、1561(w)、1455(w)、1404(w)、1362(w)、1320(w)、1299(w)、1167(m)、1045(w)、938(s)、916(s)、843(m)、817(w)、721(s)、667(m)、634(w)、558(w)、518(w)。
元素分析:Calcd(C20H30N4K2Mo8O30): C: 14.54, H: 1.83, N: 3.39%. Found: C: 14.46, H: 1.96, N: 3.41%。
工程[3−3]で合成した合成したMAImC1-Na-Mo8(0.03 g)とAgNO3(0.02 g)をアセトニトリル/エタノール混合溶液(15 mL、1:1(v/v))に加えて75℃のホットスターラーで3時間加熱した。上澄み液を取り、30℃恒温槽にて保存して、無色結晶を得た。得られた単結晶についてX線構造解析を行った。結晶データを下記、結晶構造を図4に示す。
結晶データ:triclinic、P1 (#2)、a = 9.5969(7)、b = 10.9992(12)、c = 14.5293(12) Å、α = 87.894(12)、β = 72.005(9)、γ = 75.7836(10)°、V = 1412.7(2) Å3、Z = 1 、R1 = 0.0245 (I > 2σ(I))、wR2 = 0.0573 (all data)。
FT-IR(KBr disk): 3147(w)、3110(w)、3085(w)、2971(w)、2928(w)、1717(m)、1635(w)、1572(w)、1455(w)、1402(w)、1376(w)、1317(w)、1295(w)、1168(m)、1092(w)、1049(w)、1023(w)、938(s)、915(s)、884(m)、844(m)、717(s)、671(m)、622(w)、557(w)、525(w)。
元素分析:Calcd(C22H36N4Ag2Mo8O31): C: 14.39, H: 1.98, N: 3.05%. Found: C: 14.74, H: 2.00, N: 3.27%。
V2O5(0.40 g)とLiOH・H2O(0.25 g)に蒸留水40 mLを加え、撹拌・溶解させた。その後、CaCl2・2H2O(0.07 g)を加えて撹拌・溶解させ、6M HClを用いてpHを6に合わせ、アニオン溶液を調製した。この溶液を、工程[2−3]で合成したMA-ImC1-I(0.47 g)を溶解したエタノール溶液(14 mL)にゆっくり加え、常温で30分程度撹拌し、ひだ折りろ過後、ろ別した黄色沈殿(0.16 g、収率17%)をエタノール10 mLで洗浄した。ろ液を6℃で保存すると、橙黄色板状結晶が得られた。得られた単結晶についてX線構造解析を行った。結晶データを下記、結晶構造を図5に示す。
結晶データ:triclinic、P1 (#2)、a = 9.9837(4)、b = 11.00230(10)、c = 16.3145(9) Å、α = 75.069(9)、β = 82.657(9)、γ = 63.240(6)°、V = 1545.95(15) Å3、Z = 1 、R1 = 0.0295 (I > 2σ(I))、wR2 = 0.0826 (all data)。
FT-IR(KBr disk): 3153(w)、3106(w)、3069(w)、2927(w)、1704(m)、1634(w)、1575(w)、1562(w)、1451(w)、1405(w)、1383(w)、1362(w)、1321(w)、1301(w)、1166(m)、1040(w)、1021(w)、983(m)、962(s)、941(s)、845(m)、819(m)、746(m)、650(w)、599(m)、529(w)、454(w)。
元素分析:Calcd(C20H56N4Ca2V10O45): C: 14.45, H: 3.40, N: 3.37%. Found: C: 14.48, H: 3.39, N: 3.26%。
リンタングステン酸n水和物(H3PW12O40・nH2O、PW12、1.70 g)にエタノール(10 mL)を加えて溶解した。溶けきらない場合はろ過を行い、ろ液を用いた。このポリ酸溶液に工程[2−2]で合成したMA-Im(0.50 g)を溶解したエタノール溶液(10 mL)を加え、撹拌した。生じた沈殿をひだ折りろ過し、蒸留水で洗浄後自然乾燥させてMA-Im-PW12(1.52 g、収率:69%)を得た。
FT-IR(KBr disk): 3154 (w)、2963(w)、2926(w)、1715(w)、1637(w)、1579(w)、1547(w)、1452(w)、1404(w)、1320(w)、1300(w)、1170(w)、1080(s)、1042(w)、979(s)、896(m)、808(s)、748(m)、666(w)、625(w)、596(w)、523(w)。
元素分析:Calcd(C27H39N6PW12O46): C: 9.48, H: 1.15, N: 2.46%. Found: C: 10.51, H: 1.26, N: 2.57%。
ケイタングステン酸26水和物(H4SiW12O40・26H2O、SiW12、2.00 g)にエタノール(10 mL)を加えて溶解した。溶けきらない場合はろ過を行い、ろ液を用いた。この溶液に工程[2−2]で合成したMA-Im(0.59 g)を溶解したエタノール溶液(10 mL)を加え、撹拌した。生じた沈殿をひだ折りろ過し、蒸留水で洗浄後自然乾燥させてMA-Im-SiW12(1.32 g、収率:51%)を得た。
FT-IR(KBr disk): 3145 (w)、3072 (w)、2963(w)、2927(w)、1715(m)、1634(w)、1578(w)、1547(w)、1449(w)、1404(w)、1319(w)、1297(w)、1168(m)、1085(w)、1013(w)、973(s)、922(s)、884(w)、796(s)、665(w)、622(w)、534(w)。
元素分析:Calcd(C36H52N8SiW12O48): C: 12.01, H: 1.46, N: 3.11%. Found: C: 12.03, H: 1.47, N: 3.04 %。
Na2MoO4・2H2O(1.0 g)を蒸留水(10 mL)に溶解し、6M-HClを用いてpH = 3.8付近に調整した(アニオン溶液)。一方で、工程[2−2]で合成したMA-Im(0.28 g)をエタノール(10 mL)に溶かし、1M-HClを2 mL加えた(カチオン溶液)。このアニオン溶液にカチオン溶液を加え、10分間撹拌した。得られた白色沈殿をひだ折りろ過し、暗所にて自然乾燥させて、MA-Im-Na-Mo8(0.73 g、収率:57%)を得た。得られた白色沈殿(0.05 g)をアセトニトリル/エタノール混合溶媒(15 ml、1:1(v/v))に入れ3時間加熱し、上澄み液を取り30℃にて放置して無色結晶を得た。得られた単結晶についてX線構造解析を行った。結晶データを下記に示す。
結晶データ:monoclinic、C2/c (#15)、a = 24.480(10)、b = 17.940(10)、c = 13.470(10) Å、α = 90.000、β = 117.58(5)、γ = 90.000°、V = 5243 Å3、Z = 4、R1 = 0.0591 (I > 2σ(I))、wR2 = 0.1834 (all data)。
FT-IR(KBr disk): 3144 (w)、3109 (w)、3010 (w)、2979(w)、2927(w)、2883(w)、1734(m)、1718(m)、1635(m)、1577(w)、1543(w)、1456(w)、1401(w)、1362(w)、1317(w)、1301(m)、1170(m)、1086(w)、1041(w)、942(s)、916(s)、846(m)、817(w)、724(s)、666(m)、626(w)、556(w)、523(w)。
元素分析:Calcd(C27H39N6NaMo8O32): C: 18.53, H: 2.25, N: 4.80%. Found: C: 18.97, H: 2.30, N: 4.98%。
[4−1]<参考例1>MA-ImC1-SiW12を用いた単独重合
また、上記の反応において、DMSOの代わりにN,N'-ジメチルホルムアミド(DMF)を溶媒として用い、それ以外は同様にして重合および再沈殿を行ったところ、白色の重合体(PSiW12-2)が得られた。
工程[4−1]の反応において、モノマーMA-ImC1-SiW12にメタクリル酸ブチル(BMA)を加え、DMFおよびAIBNを用いて、それぞれの仕込量を変えて同様な重合反応を行ったところ、MA-ImC1-SiW12とメタクリル酸ブチルの共重合体CP-SiW12/BMA-1およびCP-SiW12/BMA-2をそれぞれ得た。これらの重合反応で用いたモノマー量、溶媒量、開始剤の量およびポリマーの収量、収率はそれぞれ表2に示す通りである。
また、上記の反応において、DMSOの代わりにDMFを溶媒として用い、仕込量を変えた以外は同様にして重合および再沈殿を行ったところ、白色の重合体(PPW12-2)が得られた。
工程[4−3]の反応において、モノマーMA-ImC1-PW12にメタクリル酸ブチル(BMA)を加え、DMFおよびAIBNを用いて仕込量を変えた以外は同様な重合反応を行ったところ、MA-ImC1-PW12とメタクリル酸ブチルの共重合体CP-PW12/BMA-1およびCP-PW12/BMA-2をそれぞれ得た。これらの重合反応で用いたモノマー量、溶媒量、開始剤の量およびポリマーの収量、収率はそれぞれ表4に示す通りである。
工程[3−8]で得られたMA-Im-SiW12の単独重合体PSiW12-3は溶媒に不溶であったため、分子量測定は行っていない。
工程[4−6]で得られた共重合体CP-SiW12/ ImC8Brは溶媒に不溶であったため、分子量測定は行っていない。
工程[4−6]で得られた共重合体CP-SiW12/ImC8Brの伝導率の測定結果を表6に示す。サンプル内のバルク体は40℃という室温に近い測定温度下で、加湿により2.7×10-3 S cm-1という良好な電気伝導性を示した。加湿雰囲気制御には小型環境試験器「SH-641」(エスペック株式会社製)を用い、伝導率の測定には「4284A LCRメーター」(株式会社Agilent Technologies株式会社社製)を用いた。
工程[4−7]で得られた共重合体CP-PW12/ImC8Brの粉末XRDパターンを図11に示す。結晶構造に由来するピークはみられなかった。
前記と同様にして伝導率を測定した結果、サンプル内のバルク体は40℃という室温に近い測定温度下で、加湿により5.7×10-4 S cm-1という比較的良好な電気伝導性を示した。
Claims (4)
- 下記一般式(I)で表される、重合性イミダゾリウム塩化合物。
ZpLqX (I)
式(I)中、
Zは下記一般式(II)で表される重合性イミダゾリウムを表し、
R1は重合性置換基を表し、
R2はHまたは炭素数1〜12のアルキル基またはオキシアルキレン基を表し、
mは1〜6の整数を表し、
Lは、T n+ (TはLi、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Agのいずれかの元素あるいは希土類元素であり、nは上記元素に応じた1〜3の整数である)を表し、
Xは、[MQ12O40]n-(Mは、P、Si、Ge、Co、As、Fe、Al、ZnまたはBのいずれかの元素あるいはH2であり、QはWまたはMoのいずれかの元素であり、nは上記元素に応じた1〜6の整数である)、[M'2Q'18O62]6-(M'はPまたはAsのいずれかの元素であり、Q'はWまたはMoのいずれかの元素である)、[Mo6O19]2-、[Mo8O26]4-、[V10O28]6-、または[W10O32]4-で表されるポリ酸を表し、
pは1〜6の整数を表し、
qは0〜5の整数を表し、
p+(Lの価数×q)の値はXの価数の絶対値に等しい。 - 前記R1が、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、スチリル基およびビニル基からなる群より選ばれる重合性置換基である、請求項1に記載の重合性イミダゾリウム塩化合物。
- 請求項1または2に記載の重合性イミダゾリウム塩化合物に由来する構成単位と、その重合性イミダゾリウム塩化合物が有する重合性置換基と反応する重合性置換基を有する他の重合性化合物に由来する構成単位とを含む共重合体。
- 前記他の重合性化合物が有する重合性置換基が、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、アクリロイル基、メタクリロイル基、スチリル基およびビニル基からなる群より選ばれる重合性置換基である、請求項3に記載の共重合体。
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