JPH01210420A - 導電性物質 - Google Patents

導電性物質

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JPH01210420A
JPH01210420A JP3468588A JP3468588A JPH01210420A JP H01210420 A JPH01210420 A JP H01210420A JP 3468588 A JP3468588 A JP 3468588A JP 3468588 A JP3468588 A JP 3468588A JP H01210420 A JPH01210420 A JP H01210420A
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conductive substance
polymer compound
reducing
pyridinediyl
poly
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Ryuichi Yamamoto
隆一 山本
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電子吸引性を有する複素環を繰返し単位とし
、主鎖に沿ったπ共役系を持つ高分子化合物を還元する
ことによって得られる新しい導電性物質及びその製造法
に関するものである。
〔従来の技術の問題点〕
主鎖に沿った連続するπ共役系を有する導電性ポリマー
は、ポリマーバッテリー用電極、エレクトロクロミック
材料、トランジスター用素材としての応用が可能であり
現在注目されている材料である(たとえば、雑誌「高分
子」第34巻848頁(1985)、「電気化学および
工業物理化学」第54巻306頁(1986)及び同誌
、第56巻、9頁(1988)、「Appl.Phys
.Lett.」第49巻、1210頁(1986)、及
び特公昭59−42025等)。
主鎖に沿った連続するπ共役系を有する化合物は、それ
自身ではほとんど導電性を示さず、酸化又は還元によっ
て―いわゆるドーピングによって―導電性物質に変換さ
れる。そして、酸化においては、一般に主鎖π共役系中
に半導体工学で言う正孔に対応する正電荷を有するキャ
リアー種が正成し(この場合、導電性物質はp型導電性
物質となる)、還元においては反対に負電荷を有するキ
ャリアー種が生成し(この場合、導電性物質はn型導電
性物質となる)、導電性を担っている。
ところが、従来のポリ(アセチレン)、ポリ(2.5−
チエニレン)、ポリ(ピロール)、ポリ(アニリン)等
の代表的導電性ポリマーにおいては、酸化による導電化
は比較的容易であるが、還元による導電化は困難な場合
が多い、導電性ポリマーをポリマーバッテリーの負極材
に用いたり、導電性ポリマーを用いるp−n接合等のデ
バイスを作製する上で問題があった。
〔問題を解決するための手段〕
主鎖の沿った連続するπ共役系を有する高分子化合物を
還元により導電化するためには、主鎖を構成する繰返し
単位が電子を受取り易い電子吸引性を有することが望し
いと考えられる。
本発明は、ピリジン等の多くの複素六員環化合物が電子
吸引性の性質(又はπ−deficientな性質、G
.R.Newkome及びW.W.Paudler著“
第14章から第20章及び第22章を参照(本の出版者
はJohn Wiley&Sons社(ニューヨーク等
)、出版年は1982年))を有するため、たとえば次
式で表わされる2.5−ピリジンジイル基を繰返し単位
とするポリ(2.5−ピリジンジイル)が還元によって
容易に導電性物質に変換されることを見出し、電子吸引
性の複素六員環単位よりなる基を繰返し単位とし主鎖に
沿ったπ共役系を有する高分子化合物の還元を行なうこ
とにより前述の従来の技術の問題点を解決したものであ
る。
すわち、ピリジン等の6個の共役π電子を有する複素六
員環化合物のいくつかは、ベンゼン等の炭化水素芳香族
化合物及びピロール等の芳香族性を持つ複素五員環化合
物にくらべて、親電子試薬よりも親核試薬による置換反
応を受け易い性質を持ち、基本的に吸電子的な性質を持
っている。従って、このような化合物の骨格構造を繰返
し単位とし主鎖に沿ったπ共役系を有する高分子化合物
は電子を受取り易く、還元によって容易に電子を受取り
導電性物質に変換される。たとえば、前述のポリ(2.
5−ピリジンジイル)は還元によって(たとえば、ナフ
タリンナトリウムsodium naphthalid
eとの反応によって)導電性物質に容易に変換される。
本発明の対象となる高分子化合物としては、主鎖に沿っ
た連続するπ共役系を有しかつピリジン環のような基本
的に電子吸引性を有する骨格を繰返し単位とするものが
よく、たとえば前述の“Caontemporary 
Heterocyclic Chemistry”中に
π−deficientな(π−電子の不足したの意)
性質を有すると記述されている化合物の骨格を繰返し単
位とするものがよい。たとえば、下式で表わされる繰返
し単位などを有するものがよい。
又、この繰返し単位を構成する骨格単位は、次式で表わ
される繰返し単位のように置換基を有していてもよい。
特に、この置換基が電子吸引性置換基であれば、還元に
よる当該高分子化合物の導電化がより容易となり、かつ
得られる導電性物質の安定性が向上する。置換基の数は
複数でもよく、又、下式 で表わされる繰返し単位におけるように、置換基が閉環
を形成してもよい。そして、上記のような高分子化合物
を、還元剤を用いる還元や電気化学的還元などにより還
元することにより本発明の導電性物質が得られる。
〔実施例〕
〔実施例1〕 20mlのテトラヒドロフラン(無水、空気を除き不活
性ガス下で保存)に400mg(3.1mmol)のナ
フタレン(ナフタリンとも言う)をアルゴン雰囲気下で
溶解させ、ついで金属ナトリウム(150mg、6.5
mmol)を加えて室温で12時間かくはんすることに
よりナフタレンナトリウムのテトラヒドロフラン溶液を
調製した。このナフタレンナトリウムsodium n
aphthalide の濃緑色溶液を瀘過した後に、
この溶液に150mgの淡黄色粉末状ポリ(2.5−ピ
リジンジイル)(雑誌「Chemistry Lett
ers」1988年刊行の第153から154頁の方法
及び特願昭63−236に記載の方法により合成した高
分子化合物が約1910の平均分子量を持つもの)、を
加えた。ポリ(2.5−ピリジンジイル)自身は絶縁体
であった。このようにして、ポリ(2.5−ピリジンジ
イル)とナフタレンナトリウムを反応させた後(反応時
間は2日間、反応温度は室温)に得られたポリ(2.5
−ピリジンジイル)とナフタレンナトリウムの反応生成
物を瀘別し、無水の不活性ガス置換テトラヒドロフラン
で洗浄(10mlのテトラヒドロフランで3回) した後に真空乾燥し紫色ないし赤紫色の固体生成物得た
。以上の操作はすべてアルゴン雰囲気下又は真空下で行
なった。瀘過及び洗浄に際して生成物の損失が見られた
が、78.5mgの生成物が得られた。なお、ポリ(2
.5−ピリジンジイル)及び上記生成物は共にテトラヒ
ドロフランに不溶である。
又、ナフタレンナトリウムは代表的な還元剤であり、主
鎖に沿ったπ共役系を有する高分子化合物の還元による
導電化に用いられている(たとえば、雑誌「Chemi
stry Letters」1981年発行の1489
頁)。
上記赤紫色ないし紫色の固体生成物は、空気中では徐々
に淡黄色に戻り元の導電化されていないポリ(2.5−
ピリジンジイル)へと変化した。しかし、この変化はナ
フタレンナトリウムとの反応により導電化されたポリ(
アセチレン)やポリ(2.2−チエニレン)において見
られる変化よりも遅く、又ナフタレンナトリウムの反応
により導電化されたポリ(アセチレン)やポリ(2.5
−チエニレン)等において時々見られるような空気中で
の発火もポリ(2.5−ピリジンジイル)とナフタレン
ナトリウムの反応生成物については観測されなかった。
このことは、ポリ(2.5−ピリジンジイル)とナフタ
レンナトリウム(2.5−チエニレン)等の他のπ共役
系高分子化合物とナフタレンナトリウムの反応生成物よ
りも高い化学的安定性を持っていることを示している。
上記の方法で得た紫色ないし赤紫色の反応生成物(粉状
)を400kg/cm2の加圧下に成型し、ペレットを
作製した。このペレットを直方体に切出し、4端子法に
より導電率を測定した。その結果、上記ポリ(2.5−
ピリジンジイル)とナフタレンナトリウムの反応生成物
について室温で1.1×10−1Scm−1(ジーメン
ス毎センチメートル)の導電率を得た。測定は北斗電工
(株)製HA−301型ポテンショスタット/ガルバノ
スタットを用い上記試料についての電流−電圧の関係か
ら求めた。
上記試料の調製はアルゴン雰囲気下で行ない、測定中試
料はアルゴン雰囲気下に置かれた。
〔実施例2〕 実施例1で用いたポリ(2.5−ピリジンジイル)と同
様のポリ(2.5−ピリジンジイル)をギ酸に溶解させ
て得られる溶液を白金板上に塗布し、ギ酸を蒸発させる
ことによりポリ(2.5−ピリジンジイル)で被覆され
た白金電極を作製した。この白金電極を0.2mol/
lの濃度の[N(n−C4H9)4][BF4]を含む
テトラヒドロフラン(無水で不活性ガス置換されている
)溶液にアルゴン雰囲気下で浸し、サイクリックボルタ
モグラムを測定した。その結果、ポリ(2.5−ピリジ
ンジイル)は還元領域で電気化学的に活性であり、Ag
+/Agに対して−2.58Vに還元ピークを示し又−
2.19Vに還元されたものの元に戻る反応のピークを
示した。この還元に際して、淡黄色のポリ(2.5−ピ
リジンジイル)のフィルムは紫色ないし赤紫色に変色し
た。
又、還元されたものが元に戻る反応に際しては、紫色な
いし赤紫色のフィルムは元の淡黄色に変化した。
白金板上に厚き約50μmで形成させたポリ(2.5−
ピリジンジイル)の膜について、上記の場合と同様に0
.2mol/lの濃度の[N(n−C4H9)4][B
F4]テトラフルオロホウ酸(テトラブチルアンモニウ
ム)を含むテトラヒドロフラン(無水で不活性ガス置換
されている)溶液にアルゴン雰囲気下で浸し、Ag+/
Agに対して−2.78Vの電位で2時間還元した(電
気化学的還元)。このようにして得た紫色ないし赤紫色
のフィルムは室温で約1×10−4Scm−1の導電率
を示した。
上記の実施例1及び実施例2において主鎖に沿った連続
するπ共役系をもつ高分子化合物の還元によって得られ
る反応生成物が導電性を有することから、反応生成物は
高分子化合物主鎖中に負電荷キャリア一種を持つ物質で
あり、又おのおの対カチオンとしてNa+、N(a−C
4H9)4+を有する物質であることが分る。
又、実施例1及び実施例2で用いたポリ(2.5−ピリ
ジンジイル)と異なる分子量を有するポリ(2.5−ピ
リジンジイル)を用いた場合にも、実施例1及び実施例
2に示した結果と同様の結果が得られた。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)主鎖に沿った連続するπ共役系を有しかつ複素六
    員環単位よりなる基を繰返し単位とする高分子化合物を
    還元して生成する導電性物質。
  2. (2)当該複素六員環単位が電子吸引性置換基としての
    性質を有することを特徴とする特許請求の範囲第1項に
    記載の導電性物質。
  3. (3)当該複素六員環単位の隣接する繰返し単位と結合
    している位置の元素に、隣接する繰返し単位の代わりに
    水素原子を結合させて得られる化合物が親核置換反応を
    受け易い化合物であることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項又は第2項に記載の導電性物質。
  4. (4)当該複素六員環単位が次式 ▲数式、化学式、表等があります▼ で表される2,5−ピリジンジイル基又は置換基を有す
    る2,5−ピリジンジイル基であることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項から第3項までのいずれかに記載の
    導電性物質。
  5. (5)当該高分子化合物が、その高分子化合物で被覆さ
    れた電極を用いるサイクリックボルタンメトリーにおい
    てAg^+/Agに対して−2.1Vないし−3.1V
    の範囲のいずれかの位置に還元ピークを示すことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項から第4項までのいずれか
    に記載の導電性物質。
  6. (6)当該高分子化合物を還元剤により還元して特許請
    求の範囲第1項から第5項までのいずれかに記載の導電
    性物質を得る製造方法。
  7. (7)当該高分子化合物を電気化学的に還元して特許請
    求の範囲第1項から第5項までのいずれかに記載の導電
    性物質を得る製造法。
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