JP7079494B2 - 新規化合物とその合成方法 - Google Patents
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Description
(式中、
Mは水素原子または配位子を有してもよい1価以上の金属イオンを表し;
R1及びR2は、それぞれ独立して、置換または無置換のアルキル基、アルケニル基、アリール基又は複素環基を表し、これらの基は重合性基を含んでいてもよく;
R3及びR4は、それぞれ独立して、水素原子、置換または無置換のアルキル基、アリール基又は複素環基を表し、これらの基は重合性基を含んでいてもよく;
R5は、置換または無置換のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、複素環基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルアミノ基又はアリールアミノ基を表し、これらの基は重合性基を含んでいてもよく;
R1~R5の各々には重合性基は含まれないか、または、R1~R5の少なくとも一つに重合性基が含まれる;
pは1または0を表し、但し、p=0のとき、R5は炭素数4以下のアルコキシ基ではない。)
[2]R1及びR2の少なくとも一つがトリフルオロメチル基である、[1]に記載の化合物。
[3]R5に重合性基が含まれる、[1]又は[2]に記載の化合物。
[4]R5に下記一般式(2)で表される二価残基が含まれる、[1]~[3]のいずれか1項に記載の化合物。
(式中、kは2または3を表し、mは1乃至20の整数を表す。)
[5]Mがリチウムイオンである、[1]~[4]のいずれか1項に記載の化合物。
[6]一般式(1)で表される化合物のpKaが3~6である、[1]~[5]のいずれか1項に記載の化合物。
[7]一般式(1)で表される化合物が液晶性を発現する、[1]~[6]のいずれか1項に記載の化合物。
[8]Mが配位子を有してもよい1価以上の金属イオンである、[1]~[7]のいずれか1項に記載の化合物からなる組成物。
[9]一般式(1) で表される化合物が重合性基を有し、当該化合物を構成単位とする重合体を含む重合組成物。
[10]一般式(1)におけるMが配位子を有してもよい1価以上の金属イオンである、[9]に記載の重合組成物。
[11]自己組織化による累積構造を有する、[8]~[10]のいずれか1項に記載の組成物。
[12][1]~[7]のいずれか1項に記載の化合物と、一般式(3)で表される化合物を含むことを特徴とする組成物。
(式中、R6、R7及びR8は、それぞれ独立して、置換または無置換のアルキル基、アリール基又は複素環基を表し、これらの基は重合性基を含んでいてもよく;
R6、R7及びR8のいずれか2つは一緒になって、これらが結合している燐原子を含む5~7員の環を形成してもよく;
R6、R7及びR8のいずれか1を介して2量体を形成してもよく;
R6~R8の各々には重合性基は含まれないか、またはR6~R8の少なくとも一つに重合性基が含まれる。)
[13]一般式(1) で表される化合物及び一般式(3)で表される化合物の少なくとも一つが重合性基を有し、重合性基を有する化合物を構成単位とする重合体を含む、[12]に記載の組成物。
[14]一般式(1)におけるMが配位子を有してもよい1価以上の金属イオンである、[12]又は[13]に記載の組成物。
[15]自己組織化による累積構造を有する、[12]~[14]のいずれか1項に記載の組成物。
[16]Mが配位子を有してもよい1価以上の金属イオンであり、R1~R5の少なくとも一つに重合性基が含まれる一般式(1)で表される化合物からなる組成物を重合した後、その金属塩を溶出し、Mを水素原子に置換したことを含む、重合組成物の製造方法。
[17]Mが配位子を有してもよい1価以上の金属イオンである一般式(1)で表される化合物及び一般式(3)で表される化合物を含み、両方の化合物の少なくとも一つが重合性基を有する、組成物を重合した後、その金属塩を溶出し、Mを水素原子に置換したことを含む、重合組成物の製造方法。
[18][16]又は[17]に記載の方法で得られる重合組成物を用いて、金属イオンを選択的に捕捉する方法。
[19]下記一般式(4)で表される化合物と一般式(5)で表される化合物を反応させることを含む、一般式(1)で表される化合物を製造する方法。
(式中、R9及びR10は置換または無置換のアルキル基、アリール基、複素環基を表し、これらの基は重合性基を含んでいてもよい。)
(式中、R11はハロゲン元素を表し、R12及びR13は、水素原子、置換または無置換のアルキル基、アリール基、複素環基を表し、R14は置換または無置換のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、複素環基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基を表し、R12~R14として定義される基は重合性基を含んでいてもよく、pは0または1を表し、但し、p=0のとき、R14は炭素数4以下のアルコキシ基ではない。)
[20]有機化合物のヨード塩の共存下で、一般式(4)で表される化合物と一般式(5)で表される化合物を反応させる、[19]に記載の方法。
これに対して、本発明においては、活性ハロゲン化合物であり、構造的な多様性の点でも好ましいα-ハロアセチル化合物を置換アセチルアセトンと一段階で、比較的穏和な条件で反応させ、容易にその3-位置換体を得ることができる。そのα-ハロアセチル化合物は、3-位置換基となるのであるが、ケトン、エステル、アミドとして多くの官能基や液晶メソゲンや重合性基を付与したままの状態で、その側鎖の末端にアセチル基を配していれば、直前にN-ブロモスクシンイミドで容易に末端を臭素化できるので、合成的に汎用性の高い合成中間体となる。
また、単独または他のリガンド(配位子)と共に用いられ、種々の金属イオンとの良好な錯形成能を特徴とする本発明のアセチルアセトン誘導体は、その3-位に種々の機能性置換基を配することが可能であり、それが直鎖形状のメソゲン基の場合には隣接する親水性の金属アセトナート基同士が向かい合いメソゲン基がその両側に直線上に並ぶことで、過去に報告例のない(非特許文献4)新規な正4面体構造の金属アセトナート液晶の形成も期待され、その誘導体の新規な錯形成能の発現を含め、産業上の利用価値は高い。
他方、溶存する金属を選択的に捕捉するという本発明の用途の1つからは、Mとして、希少金属元素イオンが挙げられ、金属を保持した累積構造膜という機能からは、発光材料、磁石、水素吸蔵合金などに用いられる希土類元素イオンが挙げられる。具体的には、プラチナ、パラジウム、インジウム、ガリウム、セシウム、ルビジウム、モリブデン、バナジウム、スカンジウム、イットリウム、ウラニウム、リチウムなどのイオンが挙げられる。
また、近年の電気自動車(EV)等に用いられるリチウムイオン二次電池等の構成成分として炭酸リチウムの需要が高まっており、塩湖等から溶存するリチウムイオンを選択的に捕捉するという用途からは、Mはリチウムイオンであることが好ましい。
アルキル基には、直鎖、分岐、環状アルキル基が含まれ、直鎖、分岐のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、メトキシエトキシエチル基等が挙げられ、好ましくは、メチル基、トリフルオロメチル基、パーフルオロアルキル基、例えば、ペンタフルオロエチル基、ノナフルオロブチル基、ペンタフルオロヘプチル基等である。環状アルキル基(シクロアルキル基)としては、例えば、シクロヘキシル基、シクロペンチル基等が挙げられる。
アリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントラセニル基等が挙げられる。
複素環基としては、例えば、ピリジル基、チアゾリル基、オキサゾリル基、イミダゾリル基、フリル基、チエニル基、ピロリル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピリダジニル基、セレナゾリル基、スリホラニル基、ピペリジニル基、ピラゾリル基、テトラゾリル基等が挙げられる。
アルケニル基としては、例えば、エテニル基、プロペニル基、ブテニル基等、シクロアルケニル基、例えば、シクロプロベニル基、シクロヘキセニル基等が挙げられ、アルキニル基としては、例えば、エチニル基、プロパルギル基等が挙げられる。
上記アルキル基、アリール基、複素環基アルケニル基又はアルキニル基は置換されていてもよく、置換基としては、ハロゲン(フッ素、塩素、臭素、ヨウ素)、アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、エトキシエトキシ基、エトキシジエチレンオキシ基)、アミノ基(例えば、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジメチルアミノエチルアミノ基)が挙げられる。
また、上記した置換または無置換のアルキル基、アリール基、複素環基、アルケニル基又はアルキニル基の内部又は末端には、後述する重合性基が含まれていてもよい。
置換または無置換のアルケニル基としては、例えば、エテニル基、プロペニル基等が挙げられる。
置換または無置換のアルキニル基としては、例えば、エチニル基、プロパギル基等が挙げられる。
置換または無置換のアリール基としては、例えば、フェニル基、メトキシフェニル基、オクチルオキシフェニル基、アクリロイルオキシフェニル基、グリシジルオキシフェニル基、アクリロイルオキシエチルアミノカルボニルオキシフェニル基、ヘキサデシルオキシテトラエチレンオキシフェニル基、ヘキサデカジエニルオキシテトラエチレンオキシフェニル基等が挙げられる。
置換または無置換の複素環基としては、ピリジル基、チアゾリル基、オキサゾリル基、イミダゾリル基、ベンゾチアゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンズイミダゾリル基、フリル基、ピロリル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピリダジニル基、セレナゾリル基、スリホラニル基、ピペリジニル基、ピラゾリル基、テトラゾリル基、チアジアゾリル基等が挙げられる。
置換または無置換のアルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロピルオキシ基、ペンチルオキシ基、シクロペンチルオキシ基、ヘキシルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、プロペニルオキシ基、プロパギルオキシ基、アクリロイルオキシ基、アクリロイルオキシエチルアミノカルボニルオキシエチルアミノ基、グリシジルオキシ基、オクタデシルオキシ基、ヘプタデシルオキシ基、ヘキサデシルオキシテトラエチレンオキシ基、ヘキサデカジエニルオキシテトラエチレンオキシ基等が挙げられる。
置換または無置換のアリールオキシ基としては、例えば、フェノキシ基等が挙げられる。
置換または無置換のアルキルアミノ基としては、例えば、メチルアミノ基、エチルアミノ基、プロピルアミノ基、ペンチルアミノ基、シクロペンチルアミノ基、ヘキシルアミノ基、シクロヘキシルアミノ基、プロペニルアミノ基、プロパギルアミノ基、アクリロイルアミノ基、グリシジルアミノ基、オクタデシルアミノ基、ヘプタデシルアミノ基、ヘキサデシルオキシトリエチレンオキシエチルアミノ基、ヘキサデカジエニルオキシトリエチレンオキシエチルアミノ基等が挙げられる。
置換または無置換のアリールアミノ基としては、例えば、フェニルアミノ基、メトキシフェニルアミノ基、ペンチルオキシ基、シクロペンチルオキシフェニルアミノ基、シクロヘキシルオキシフェニルアミノ基、プロペニルオキシフェニルアミノ基、プロパギルオキシフェニルアミノ基、アクリロイルオキシフェニルアミノ基、グリシジルオキシフェニルアミノ基、オクタデシルオキシフェニルアミノ基、ヘキサデシルオキシテトラエチレンオキシフェニルアミノ基、ヘキサデカジエニルオキシテトラエチレンオキシフェニルアミノ基等が挙げられる。
置換または無置換のアルキルチオ基としては、例えば、メチルチオ基、ヘキサデシルチオ基等が挙げられ、置換または無置換のアリールチオ基としては、例えば、フェニルチオ基等が挙げられる。
また、置換または無置換のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、複素環基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、アルキルチオ基又はアリールチオ基の内部又は末端には、後述する重合性基が含まれていてもよい。
重合性基としては、エチニル基、プロパギル基、ビニル基、アリル基、ビニルフェニル基、アクリロイル基、メタアクリロイル基、エポキシ基、グリシジル基、ブタンジエニル基、ソルビル基等が挙げられる。これら重合性基は含まれなくともよいが、好ましくは、R1乃至R5の少なくとも一つに含まれ、R5に含まれるのが好ましく、R5の末端に含まれるのがより好ましい。
重合性基としては、エチニル基、プロパギル基、ビニル基、アリル基、ビニルフェニル基、アクリロイル基、メタアクリロイル基、エポキシ基、グリシジル基、ブタンジエニル基、ソルビル基等が挙げられる。これら重合性基は含まれなくともよいが、好ましくは、R1乃至R5の少なくとも一つに含まれ、R5に含まれるのが好ましく、R5の末端に含まれるのがより好ましい。
また、一般式(1)のR5に、好ましくはその末端に重合性基があると、分子の末端のアセチルアセトン基が金属塩となった際に期待する液晶性の発現に影響を与える懸念が小さく、より温和に迅速に3-位置換アセチルアセトン誘導体の配向を固定化することができると期待される。
本発明に用いられる液晶は、上記のサーモトロピック液晶とリオトロピック液晶、ネマティック液晶やスメクティック液晶のいずれであってもよい。液晶を用いる利点は、金属イオンの輸送、保持、水素イオンとの置換を柔軟に行い、且つ金属イオンの有無に関わらず、規則的な分子、ひいては様々な官能基が金属イオンを同じような配座で取り巻き、その状態を維持することで、金属イオンの選択性をより高められると期待されるからである。
理論に拘束されることを意図するものではないが、本発明の化合物からなる組成物は、所望の金属塩を含む液体から金属塩を捕捉し、次に溶出するという操作を繰り返すことを想定しているので、その組成物は膨張、収縮の繰り返しに対する耐久性が求められる。従って、剛直な結晶体や金属有機構造体MOF(Metal Organic Framework)では金属塩の捕捉時は安定であるが、溶出時、金属イオンが水素原子に置換された状態は熱力学的な不安定状態であり、その繰り返し耐久性が問題となる。また、捕捉と溶出とはいずれも金属イオンが多量に高速にその組成物内を移動する必要があり、金属イオンの捕捉部位の近傍には、その金属イオンの通り道となる部位が必要であり、構造的な柔軟性が求められる。その点で、本発明の化合物が液晶性を発現すると、化合物は柔軟性を有し、均質な加工性を有する点でも好ましい。
前記重合組成物の好ましい側面において、一般式(1)で表される化合物はMとして配位子を有してもよい1価以上の金属イオンを含む。アセチルアセトンが金属イオンと錯体を形成してなるいわゆるアセチルアセトナートとしては、はほぼ全ての金属イオンが該当する。従って、どの金属原子のイオンが好ましいと限定されるものではないが、アルカリ金属、アルカリ土類金属、第一乃至第四遷移金属、土類金属、ホウ素族のイオンが含まれる。
他方、溶存する金属を選択的に捕捉するという本発明の用途の1つからは、希少金属元素のイオンが挙げられ、具体的には、プラチナ、パラジウム、インジウム、ガリウム、セシウム、ルビジウム、モリブデン、バナジウム、スカンジウム、イットリウム、ウラニウム、リチウムなどのイオンが挙げられる。
また、近年の電気自動車(EV)等に用いられるリチウムイオン二次電池等の構成成分として炭酸リチウムの需要が高まっており、塩湖等から溶存するリチウムイオンを選択的に捕捉するという用途からは、Mはリチウムイオンであることが好ましい。
ここで、R6、R7及びR8のいずれか2つは一緒になって、これらが結合している燐原子を含む5~7員の環を形成してもよい。
また、R6、R7及びR8のいずれか1を介して2量体を形成してもよい。
R6~R8の各々には重合性基は含まれないか、またはR6~R8の少なくとも一つに重合性基が含まれる。
また、5~7員の環は、不飽和結合を含んでもよく、置換基を有していてもよい。置換基としては、ハロゲン(フッ素、塩素、臭素、ヨウ素)、アルコキシ基(例えば、メトキシ基、エトキシ基、エトキシエトキシ基、エトキシジエチレンオキシ基)、アミノ基(例えば、メチルアミノ基、ジメチルアミノ基、ジメチルアミノエチルアミノ基)が挙げられる。
従って、二官能のフォスフィンオキシド基が隣り合う炭素原子に置換された一分子のフォスフィンオキシド化合物はより好ましい。一般式(3)のR6、R7及びR8は、置換または無置換のアルキル基、アリール基、複素環基を表し、その各々には重合性基は含まれないか、またはR6乃至R8の少なくとも一つに含まれる。
前記重合組成物の好ましい側面において、一般式(1)で表される化合物はMとして配位子を有してもよい1価以上の金属イオンを含む。
前記重合組成物の好ましい側面において、一般式(1)で表される化合物はMとして配位子を有してもよい1価以上の金属イオンを含む。
それゆえ重合組成物は、重合時にその自己組織化による累積構造を維持したまま固定化されることが好ましいので、重合性基を含む側鎖が一分子に複数本含まれるか、重合時には前述した重合性基が一分子に複数個含まれる分子、すなわち架橋性分子が含まれることも好ましい態様である。
重合性基としては、エチニル基、プロパギル基、ビニル基、アリル基、ビニルフェニル基、アクリロイル基、メタアクリロイル基、エポキシ基、グリシジル基、ブタンジエニル基、ソルビル基等が挙げられるが、非極性なブタンジエニル基は長鎖アルキル基末端に含まれてもその疎水性、立体構造に大きな変化を及ぼさないので、不安定な液晶相構造を再現しやすく、その異方性構造を維持しながら重合することが期待される。また、アクリロイル基などは極性基ではあるが、他官能アクリロイル基を含む架橋性化合物を共存させることで架橋反応が高速に進み、異方性構造を維持しつつ高分子量の架橋重合物が得られる。従って、どのような重合物が必要かによって、重合性基は適宜選択される。
更に、その組成物が重合される過程で、上記異方性配向状態が固定化されてなり、結果的に、その金属イオンMが溶出されたときに、その組成物が金属イオンMを選択的に捕捉できる鋳型構造機能を発現することができる。前記した本発明の重合組成物の製造方法には、この一連の製造過程が包含される。
次に、一般的には、溶媒の溜去または貧溶媒の添加及びまたは冷却操作により生成した有機金属塩を単離するが、溶液状態で熱、紫外線などにより重合させたのち、塗布法により薄膜化したり、または重合させる過程で微粒子化させるなどして、所望の形態の重合組成物として得ることができる。
好ましい重合組成物としては、液晶相構造を形成させ、その相分離構造、累積構造を重合により固定化して得られるものである。この時に、液晶相構造の配向秩序度が温度に依存し、低いほどその秩序度が大きいので、その低い温度下で重合することが好ましい。
一般式(1)で表される化合物(Mが水素イオンの場合)は、適切な塩基の存在下、一般式(4)で表されるアセチルアセトンまたはその誘導体と一般式(5)で表されるα-ハロアセチル化合物またはα-ハロクロトニル化合物の縮合反応により合成される。反応速度に応じて、加熱してもよい。
重合性基としては、エチニル基、プロパギル基、ビニル基、アリル基、ビニルフェニル基、アクリロイル基、メタアクリロイル基、エポキシ基、グリシジル基、ブタンジエニル基、ソルビル基等が挙げられる。これら重合性基は含まれなくともよいが、好ましくは、R9~R10、R12~R14の少なくとも一つに含まれ、R14に含まれるのが好ましく、R14の末端に含まれるのがより好ましい。
一般式(5)において、pは1または0を表す。但し、p=0のとき、R14は炭素数4以下のアルコキシ基ではない。
水はプロトン性溶剤であるから、系内が塩基性であると加水分解が副反応として並行して起こるため、反応系をできるだけ中性に保つことが好ましい。実際に低pKaのアセチルアセトン誘導体を反応原料に用いる場合は、予め用いる塩基との塩形成を見込んで当量性を調節することが好ましい。
または、捕捉する金属塩を溶解した水溶液または有機溶剤との混合溶液を、その溶液のpHで完全に解離するpKaの上記の一般式(1)で表される化合物またはその重合組成物の固体(微粒子あるいは薄膜)と接触させて溶液中の金属と水素が置換するような適切な条件を設定することで、所望の金属塩を得ることができる。
以下の実施例において、試薬および溶媒はすべて、アルドリッチケミカル社または東京化成工業(株)または和光純薬工業(株)から入手した。
1H-および13C{1H}-NMRスペクトルは、日本電子(株)(JEOL)製JNM-ECX400Delta V5スペクトロメータを用いて測定した。
FT-IRスペクトルの測定は、METTLER TOLEDO(株)製FP-90CentralProcessorで制御されたFP82HTホットステージを装備した日本分光(株)(JASCO)製IRT-5000顕微鏡およびJASCO製FT-IR6100スペクトロメータで行った。
X線回折(XRD)パターンは、加熱装置を装備したリガク社( Rigaku)製RINT-2500回折装置により、線源:CuKα線を用いて測定した。
化合物(1)-1の合成
2-ブロモ-1-(4-ヒドロキシフェニル)エタン-1-オン( 2.23g ,10.4 mmol)および2-イソシアノエチル メタクリレート(1.60mL、11.3mmol)の乾燥テトラヒドロフラン(4.0mL)溶液に、0 ℃で、ゆっくりとトリエチルアミン(0.35mL、2.5mmol)を添加した。その後、混合物を室温で3時間撹拌した。反応混合物を、希塩酸(ca.5%)中に加え、生成物を酢酸エチルで抽出した。有機相を水で洗浄した後、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。ろ過、次いで溶媒を留去した後、粗生成物をカラムクロマトグラフィー(シリカ、n-ヘキサン:酢酸エチル(2:1))で精製し、真空乾燥して、標題の化合物を白色固体で得た(収量3.01g、収率81%)。
1,1,1,5,5,5-ヘキサフルオロペンタン-2,4-ジオン(1.15mL、8.13mmol)のアセトン(5.0mL)溶液に、0 ℃で、ゆっくりと水素化ナトリウムin Oil(60%)(0.324g、8.1mmol)を添加した。30分撹拌した後、2-(((4-(2-ブロモアセチル)フェノキシ)カルボニル)アミノ)エチル メタクリレート(1.5g、4.05mmol)を添加した。その後、この混合物にジメチルホルムアミド(15mL)を添加し、100℃で10時間撹拌した。反応混合物に、n-ヘキサン:酢酸エチル(2:1)50mLを加え、0 ℃で2時間撹拌した後、生成した白色沈積物をろ過した。これを酢酸エチル(10mL)に加熱溶解し、メタノール/氷浴中で2時間撹拌した後、30分間静置し、上澄み溶液をデカントした。この操作を6度繰り返し、標題の化合物を白色固体で得た(収量0.30g、収率15%)。
化合物(1)-2の合成
1,1,1,5,5,5-ヘキサフルオロペンタン-2,4-ジオン(5.31mL、37.5mmol)のアセトン(10.0mL)溶液に、室温下、水酸化カリウム( 2.18g、38.9mmol)とポリエチレングリコール400(0.75mL)を添加した。2時間撹拌した後、2-ブロモ-1-(4-ヒドロキシフェニル)エタン-1-オン(8.065g,37.5mmol)を添加した。その後、この混合物を10時間加熱還流した。反応混合物を濃縮した後、希塩酸(c a.5 %)を加え、生成物を酢酸エチルで抽出した。有機相を水で洗浄した後、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。ろ過、次いで溶媒を留去した後、粗生成物をカラムクロマトグラフィー(シリカ、クロロホルム:酢酸エチル(2:1))で精製し、真空乾燥して、標題の化合物を白色固体で得た(収量13.1g、収率70%)。
IR (neat) cm-1: 3417.2, 3250.4, 1676.8, 1606.4, 1592.9, 1518.7, 1456.0, 1413.6, 1312.3, 1279.5, 1227.5, 1171.5,1115.6, 1088.6, 978.7, 833.1, 700.0
化合物(1)-13の合成
ヘキサデカノール(84.3g、348 mmol)のテトラヒドロフラン(250mL)溶液に、氷冷下、ゆっくりとメタンスルホニルクロリド(41.84g、365mmol)を添加したのち、ゆっくりとピリジン(30.0mL、365mmol)を添加した。その後、混合物を室温で10時間撹拌した。反応混合物を濃縮し、希塩酸(c a.5 %)中に加え、生成物を酢酸エチルで抽出した。有機相を水で洗浄した後、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。ろ過、次いで溶媒を留去し、真空乾燥して、無色固体のヘキサデシルメタンスルホナートを得た。
テトラエチレングリコール(35.6g、183mmol)に、室温下、t-ブトキシカリウム( 6.06g、54.0mmol)を添加し、30分間撹拌した後、140℃に加熱した。2-ブロモ-1-(4-ヒドロキシフェニル)エタン-1-オン(8.065g、37.5mmol)を添加した。その混合物に、ヘキサデシルメタンスルホナート(17.3g、54.0mmol)を4回に分けて添加し、さらに5時間加熱した。反応混合物を冷却した後、希塩酸(ca.5%)を加え、生成物を酢酸エチルで抽出した。有機相を水で洗浄した後、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。ろ過、次いで溶媒を留去した後、粗生成物をカラムクロマトグラフィー(シリカ、酢酸エチル)で精製し、真空乾燥して、(1)-13bを白色固体で得た( 収量13.6g、 収率60% ) 。
3,6,9,12-テトラオキサオクタコサン-1-オール(5.0g、11.9mmol)のジクロロメタン(9.0mL)溶液に、トリエチルアミン(2.8mL、20.2mmol)を添加した。これに、ブロモアセチルクロリド(1.5mL、17.9mmol)を-78℃でゆっくりと添加した。3時間撹拌した後、終夜で室温まで戻した。希塩酸(ca.5%)を加え、生成物をジクロロメタンで抽出した。有機相を水で洗浄した後、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。ろ過、次いで溶媒を留去した後、粗生成物をカラムクロマトグラフィー(シリカ、酢酸エチル:クロロホルム(1:9))で精製し、真空乾燥して、(1)-13aを淡黄色wax状固体で得た(収量4.7g、収率73%)。
IR (neat) cm-1: 2952.5, 2917.8, 2850.3, 1756.8, 1467.6, 1415.5, 1376.9, 1351.9, 1293.0, 1251.6, 1184.1, 1133.0, 1036.6, 963.3, 870.7, 780.1, 721.2
1,1,1,5,5,5-ヘキサフルオロペンタン-2,4-ジオン(0.539mL、3.81mmol)のテトライドロフラン(5.0mL)溶液に、0 ℃で、ゆっくりと水素化ナトリウムin Oil(60%)(0.148g、3.7mmol)を添加した。30分撹拌した後、2-(((4-(2-ブロモアセチル)フェノキシ)カルボニル)アミノ)エチル メタクリレート(1.0g、1.85mmol)を添加した。その後、120℃で24時間撹拌した。反応混合物を、希塩酸(ca.5%)中に加え、生成物を酢酸エチルで抽出した。有機相を水で洗浄した後、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。ろ過、次いで溶媒を留去した後、粗生成物をカラムクロマトグラフィー(シリカ、クロロホルム:酢酸エチル(3:1))で精製し、真空乾燥して、(1)-13を淡褐色固体で得た( 収量0.60g、収率24% ) 。
化合物(1)-26の合成
1,3-ジエニル-12-ヨードウンデカン(4.0g、13.7 mmol)とテトラエチレングリコール(8.0g、41.6mmol)のテトラヒドロフラン(250mL)溶液に、氷冷下、水素化ナトリウム( 0.56g、14.0mmol)を添加し、3時間撹拌した後、40℃で24時間加熱した。反応混合物を冷却した後、希塩酸(ca.5%)を加え、生成物を酢酸エチルで抽出した。有機相を水で洗浄した後、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。ろ過、次いで溶媒を留去した後、粗生成物をカラムクロマトグラフィー(シリカ、酢酸エチル)で精製し、真空乾燥して、(1)-26bを無色液体で得た( 収量3.49g、 収率71% )。
3,6,9,12-テトラオキサオクタコシル-21,23-ジエニル-1-オールを用い、(1)-13aの方法に準じて合成し、3,6,9,12-テトラオキサテトラコサン-21,23-ジエニル 2-ブロモアセテート(1)-26a(=(5)-17)無色透明液体を得た(収量3.3g)。
3,6,9,12-テトラオキサテトラコサン-21,23-ジエニル 2-ブロモアセテート(0.992mL、2.07mmol)のアセトン(32.5mL)溶液に、室温下、 1,1,1,5,5,5-ヘキサフルオロペンタン-2,4-ジオン(0.585mL、4.06mmol)を滴下し、さらに、ヨウ化テトラエチルアンモニウム(0.535mg、2.08mmol)を添加したのち、ジメチルアミノピリジン(0.500mg、4.10mmol)をゆっくりと添加した。30分撹拌した後、水3.0mLを添加した。その後、24時間撹拌した。反応混合物を減圧濃縮したのち、3N塩酸と酢酸エチルの混合物を加え、生成物を酢酸エチルで抽出し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。ろ過、次いで溶媒を留去した後、粗生成物をカラムクロマトグラフィー(シリカ、n-ヘキサン:酢酸エチル(3:2))で精製し、真空乾燥して、淡々黄色粘性液体の(1)-26を得た( 収量0.77g、収率61% ) 。
上記で合成した化合物(1)-1、(1)-13、(1)-26のメタノール溶液に等当量の水酸化リチウムを加え、1時間撹拌後、溶媒を留去、真空乾燥して、(1)-1、(1)-13、(1)-26のリチウム塩(1)-1L、(1)-13L、(1)-26Lを得た。また、(1)-1のリチウム塩(1)-1Lについては、その二倍当量のトリオクチルフォスフィンオキシド(TOPO)を加えたメタノール溶液を、同様に1時間撹拌後、溶媒を留去、真空乾燥して、(1)-1L TOPO錯体を得た。さらに、その錯体をシリコン基板上で145℃15分間加熱し、(1)-1L TOPO錯体の加熱膜を得た。
図1の右は、(1)-13、及びそのリチウム塩(1)-13LのFT-IRスペクトルを示している。
一方、分子内にテトラエチレンオキシ基を有する化合物(1)-13は、単独しかも室温で完全に安定な共鳴環構造(B)のリチウム塩を形成する機能を有していることが分った。
すなわち、β-ジケトンを分子末端に有する化合物は、単独または適切なリガンドを選択することにより熱的に安定なリチウム塩を形成し、リチウムを保持できることが分かった。
上記で合成した化合物(1)-1、(1)-13および(1)-26のメタノール溶液に等当量の水素化ナトリウムを加え、1時間撹拌後、溶媒を留去、真空乾燥して、(1)-1、(1)-13および(1)-26のナトリウム塩(1)-1N、(1)-13Nおよび(1)-26Nを得た。
以下のX線回折(XRD)および偏光顕微鏡観察により、(1)-13は、層状構造をもったスメクチック液晶相を呈する液晶化合物であることが分かった。
<XRD>
23℃(液晶状態)における(1)-13のX 線回折パターンを表1に示す。d 格子面間隔比が1:1/2:1/3:1/4を示すことから層状構造をもつことを確認した。
<XRD>
23℃(液晶状態)における(1)-13LのX 線回折パターンを表2に示す。(1)-13と酷似しているが、水素イオンがリチウムイオンに置き換わったために、若干d 格子面間隔は大きくなっているが、格子面間隔比は同様に1:1/2:1/3:1/4を示すことから(1)-13Lも同様に層状構造をもつことを確認した。
< 偏光顕微鏡観察>
図3は、化合物(1)-13の室温での偏光顕微鏡観察像である。液晶状態(26℃)では、クロスニコル条件下、スメクチックB相に特有のテクスチャーが観察された。
図4は、化合物(1)-13Lの室温での偏光顕微鏡観察像である。液晶状態(50℃)では、クロスニコル条件下、スメクチックB相に特有のテクスチャーが観察された。
<光重合反応のFT-IRによる検証>
(1)-26のリチウム塩(1)-26Lが薄膜状態で重合することを確認した。
(1)-26Lに15wt%の光重合開始剤である2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノンを混合した2μm厚の薄膜を金蒸着基板上に形成し、紫外光を30分間照射し、その照射前後のFT-IRを測定した。その結果、図5に示すように、紫外光照射前(緑色曲線)に存在したブタンジエニル基の3086.5cm-1、3033.5cm-1および3003.6cm-1のC-H伸縮振動peakと1646.9cm-1および1600.6cm-1のC=C伸縮振動peakがすべて紫外光照射30分後(青色曲線)に消失したことによって、(1)-26L の重合が紫外光照射によって進行することを確認した。
Claims (22)
- 下記一般式(1)で表される化合物。
(式中、
Mは水素イオンまたは1価以上の金属イオンを表し;
R1及びR2は、それぞれ独立して、置換または無置換のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基又は複素環基を表し、アルキル基、アリール基、複素環基、アルケニル基又はアルキニル基が有することができる置換基は、ハロゲン、アルコキシ基、アミノ基から選択され、
ここで、R1及びR2の少なくとも一つがトリフルオロメチル基であり;
R3及びR4は、水素原子であり;
R5は、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクタデシルオキシエチル基、ヘプタデシルオキシメチル基、アクリロイルオキシメチル基、アクリロイルオキシエチルアミノカルボニルオキシプロピル基、グリシジルオキシメチル基、ヘキサデシルオキシテトラエチレンオキシメチル基及びヘキサデカジエニルオキシテトラエチレンオキシメチル基からなる群から選択される置換または無置換のアルキル基、又は、フェニル基、メトキシフェニル基、オクチルオキシフェニル基、アクリロイルオキシフェニル基、グリシジルオキシフェニル基、アクリロイルオキシエチルアミノカルボニルオキシフェニル基、ヘキサデシルオキシテトラエチレンオキシフェニル基、ヘキサデカジエニルオキシテトラエチレンオキシフェニル基及びヒドロキシフェニル基からなる群から選択される置換または無置換のアリール基を表し、これらの基は重合性基を含んでいてもよく、
前記重合性基は、エチニル基、プロパギル基、ビニル基、アリル基、ビニルフェニル基、アクリロイル基、メタアクリロイル基、エポキシ基、グリシジル基、ブタンジエニル基又はソルビル基から選択され;
pは1または0を表す。) - R1及びR2の両方がトリフルオロメチル基である、請求項1に記載の化合物。
- R5に重合性基が含まれる、請求項1又は2に記載の化合物。
- Mがリチウムイオンである、請求項1~4のいずれか1項に記載の化合物。
- 一般式(1)で表される化合物のpKaが3~6である、請求項1~5のいずれか1項に記載の化合物。
- 一般式(1)で表される化合物が液晶性を発現する、請求項1~6のいずれか1項に記載の化合物。
- 請求項8に記載の化合物のリチウム塩又はナトリウム塩。
- Mが1価以上の金属イオンである、請求項1~7のいずれか1項に記載の化合物からなる組成物。
- 一般式(1)で表される化合物が重合性基を有し、当該化合物を構成単位とする重合体を含む重合組成物。
- 一般式(1)におけるMが1価以上の金属イオンである、請求項11に記載の重合組成物。
- 自己組織化による累積構造を有する、請求項10~12のいずれか1項に記載の組成物。
- 一般式(1)で表される化合物及び一般式(3)で表される化合物の少なくとも一つが重合性基を有し、重合性基を有する化合物を構成単位とする重合体を含む、請求項14に記載の組成物。
- 一般式(1)におけるMが1価以上の金属イオンである、請求項14又は15に記載の組成物。
- 自己組織化による累積構造を有する、請求項14~16のいずれか1項に記載の組成物。
- Mが1価以上の金属イオンであり、重合性基が含まれる以下の一般式(1)で表される化合物からなる組成物を重合した後、その金属塩を溶出し、Mを水素原子に置換することを含む、重合組成物の製造方法。
(式中、
Mは水素イオンまたは1価以上の金属イオンを表し;
R 1 及びR 2 は、それぞれ独立して、置換または無置換のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基又は複素環基を表し、アルキル基、アリール基、複素環基、アルケニル基又はアルキニル基が有することができる置換基は、ハロゲン、アルコキシ基、アミノ基から選択され、
ここで、R 1 及びR 2 の少なくとも一つがトリフルオロメチル基であり;
R 3 及びR 4 は、水素原子であり;
R 5 は、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクタデシルオキシエチル基、ヘプタデシルオキシメチル基、アクリロイルオキシメチル基、アクリロイルオキシエチルアミノカルボニルオキシプロピル基、グリシジルオキシメチル基、ヘキサデシルオキシテトラエチレンオキシメチル基及びヘキサデカジエニルオキシテトラエチレンオキシメチル基からなる群から選択される置換または無置換のアルキル基、又は、フェニル基、メトキシフェニル基、オクチルオキシフェニル基、アクリロイルオキシフェニル基、グリシジルオキシフェニル基、アクリロイルオキシエチルアミノカルボニルオキシフェニル基、ヘキサデシルオキシテトラエチレンオキシフェニル基、ヘキサデカジエニルオキシテトラエチレンオキシフェニル基及びヒドロキシフェニル基からなる群から選択される置換または無置換のアリール基を表し、これらの基は重合性基を含んでいてもよく、
前記重合性基は、エチニル基、プロパギル基、ビニル基、アリル基、ビニルフェニル基、アクリロイル基、メタアクリロイル基、エポキシ基、グリシジル基、ブタンジエニル基又はソルビル基から選択され;
pは1または0を表す。) - Mが配位子を有してもよい1価以上の金属イオンである以下の一般式(1)で表される化合物及び一般式(3)で表される化合物を含み、両方の化合物の少なくとも一つが重合性基を有する、組成物を重合した後、その金属塩を溶出し、Mを水素原子に置換することを含む、重合組成物の製造方法。
(式中、
Mは水素イオンまたは1価以上の金属イオンを表し;
R 1 及びR 2 は、それぞれ独立して、置換または無置換のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基又は複素環基を表し、アルキル基、アリール基、複素環基、アルケニル基又はアルキニル基が有することができる置換基は、ハロゲン、アルコキシ基、アミノ基から選択され、
ここで、R 1 及びR 2 の少なくとも一つがトリフルオロメチル基であり;
R 3 及びR 4 は、水素原子であり;
R 5 は、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクタデシルオキシエチル基、ヘプタデシルオキシメチル基、アクリロイルオキシメチル基、アクリロイルオキシエチルアミノカルボニルオキシプロピル基、グリシジルオキシメチル基、ヘキサデシルオキシテトラエチレンオキシメチル基及びヘキサデカジエニルオキシテトラエチレンオキシメチル基からなる群から選択される置換または無置換のアルキル基、又は、フェニル基、メトキシフェニル基、オクチルオキシフェニル基、アクリロイルオキシフェニル基、グリシジルオキシフェニル基、アクリロイルオキシエチルアミノカルボニルオキシフェニル基、ヘキサデシルオキシテトラエチレンオキシフェニル基、ヘキサデカジエニルオキシテトラエチレンオキシフェニル基及びヒドロキシフェニル基からなる群から選択される置換または無置換のアリール基を表し、これらの基は重合性基を含んでいてもよく、
前記重合性基は、エチニル基、プロパギル基、ビニル基、アリル基、ビニルフェニル基、アクリロイル基、メタアクリロイル基、エポキシ基、グリシジル基、ブタンジエニル基又はソルビル基から選択され;
pは1または0を表す。)
(式中、R 6 、R 7 及びR 8 は、それぞれ独立して、置換または無置換のアルキル基、アリール基又は複素環基を表し、これらの基は重合性基を含んでいてもよく;
R 6 、R 7 及びR 8 のいずれか2つは一緒になって、これらが結合している燐原子を含む5~7員の環を形成してもよく;
R 6 、R 7 及びR 8 のいずれか1を介して2量体を形成してもよく;
R 6 ~R 8 の各々には重合性基は含まれないか、またはR 6 ~R 8 の少なくとも一つに重合性基が含まれる。) - 請求項18又は19に記載の方法で得られる重合組成物を用いて、金属イオンを選択的に捕捉する方法。
- 下記一般式(4)で表される化合物と一般式(5)で表される化合物を反応させることを含む、一般式(1)で表される化合物を製造する方法。
(式中、R9及びR10は置換または無置換のアルキル基、アリール基、複素環基、アルケニル基又はアルキニル基を表し、アルキル基、アリール基、複素環基、アルケニル基又はアルキニル基が有することができる置換基は、ハロゲン、アルコキシ基、アミノ基から選択され、
ここで、R9及びR10の少なくとも一つがトリフルオロメチル基である。)
(式中、R11はハロゲン元素を表し、R12及びR13は、水素原子を表し、R14はメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクタデシルオキシエチル基、ヘプタデシルオキシメチル基、アクリロイルオキシメチル基、アクリロイルオキシエチルアミノカルボニルオキシプロピル基、グリシジルオキシメチル基、ヘキサデシルオキシテトラエチレンオキシメチル基及びヘキサデカジエニルオキシテトラエチレンオキシメチル基からなる群から選択される置換または無置換のアルキル基、又は、フェニル基、メトキシフェニル基、オクチルオキシフェニル基、アクリロイルオキシフェニル基、グリシジルオキシフェニル基、アクリロイルオキシエチルアミノカルボニルオキシフェニル基、ヘキサデシルオキシテトラエチレンオキシフェニル基、ヘキサデカジエニルオキシテトラエチレンオキシフェニル基及びヒドロキシフェニル基からなる群から選択される置換または無置換のアリール基を表し、R14として定義される基は重合性基を含んでいてもよく、前記重合性基は、エチニル基、プロパギル基、ビニル基、アリル基、ビニルフェニル基、アクリロイル基、メタアクリロイル基、エポキシ基、グリシジル基、ブタンジエニル基又はソルビル基から選択され、pは0または1を表す。)
(式中、
Mは水素イオンまたは1価以上の金属イオンを表し;
R 1 及びR 2 は、それぞれ独立して、置換または無置換のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基又は複素環基を表し、アルキル基、アリール基、複素環基、アルケニル基又はアルキニル基が有することができる置換基は、ハロゲン、アルコキシ基、アミノ基から選択され、
ここで、R 1 及びR 2 の少なくとも一つがトリフルオロメチル基であり;
R 3 及びR 4 は、水素原子であり;
R 5 は、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、tert-ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクタデシルオキシエチル基、ヘプタデシルオキシメチル基、アクリロイルオキシメチル基、アクリロイルオキシエチルアミノカルボニルオキシプロピル基、グリシジルオキシメチル基、ヘキサデシルオキシテトラエチレンオキシメチル基及びヘキサデカジエニルオキシテトラエチレンオキシメチル基からなる群から選択される置換または無置換のアルキル基、又は、フェニル基、メトキシフェニル基、オクチルオキシフェニル基、アクリロイルオキシフェニル基、グリシジルオキシフェニル基、アクリロイルオキシエチルアミノカルボニルオキシフェニル基、ヘキサデシルオキシテトラエチレンオキシフェニル基、ヘキサデカジエニルオキシテトラエチレンオキシフェニル基及びヒドロキシフェニル基からなる群から選択される置換または無置換のアリール基を表し、これらの基は重合性基を含んでいてもよく、
前記重合性基は、エチニル基、プロパギル基、ビニル基、アリル基、ビニルフェニル基、アクリロイル基、メタアクリロイル基、エポキシ基、グリシジル基、ブタンジエニル基又はソルビル基から選択され;
pは1または0を表す。) - 有機化合物のヨード塩の共存下で、一般式(4)で表される化合物と一般式(5)で表される化合物を反応させる、請求項21に記載の方法。
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