JPH03103428A - フッ素化チオフエン、これらのチオフエンから誘導された導電性ポリマー、それらの製造方法及びこれらのポリマーを含む装置 - Google Patents

フッ素化チオフエン、これらのチオフエンから誘導された導電性ポリマー、それらの製造方法及びこれらのポリマーを含む装置

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JPH03103428A
JPH03103428A JP2182556A JP18255690A JPH03103428A JP H03103428 A JPH03103428 A JP H03103428A JP 2182556 A JP2182556 A JP 2182556A JP 18255690 A JP18255690 A JP 18255690A JP H03103428 A JPH03103428 A JP H03103428A
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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】 (発明の産業上の利用分野) 本発明は、少なくとも部分的にフッ素化された脂肪族も
しくは芳香族の基により置換されたチオフエンに関する
。また、本発明は、これらの置換チオフエンから誘導さ
れた反覆単位を含む導電性ポリマー及び置換チオフェン
の製造方法及びポリマーの製造方法並びにこれらのポリ
マーを含む導電装置に関する。
(従来の技術) 一般式 (式中、R1は、とりわけ、エボキシ基、ハロゲン基ま
たはカルボン酸基により置換されたアルキル基を表わし
てもよく、且つR2は水素原子またはメチル基を表わす
)のモノマーから誘導された導電性ポリマーが、欧州特
許出願第203,438号(アライド・コーポレーショ
ン(Allied Corpo−ration)に記載
されている。
しかしながら、エレクトロクロξズム(electr−
ochromisn+)に基く装置(ディスプレイスク
リーン、スイッチ、記憶素子等〉の製造の如き、幾つか
の電気用途は、適用される外部電圧の変化により誘導さ
れる使用材料の光吸収特性または透過特性の改善を伴な
う。再充電可能な蓄電池、光電池及び電気化学電池の製
造、電磁波吸収装置の製造等は、特別な性質を有する導
電性ポリマーを必要とする.これらの特別な性質は、特
に、最も完全に可能な電気化学可逆性、ポリマー/ドー
ピング剤系の酸化形態と還元形態との間の酸化一還元サ
イクルの最高に可能な安定性、電位の最小の可能な変化
により得られるスペクトル特性の顕著な変化、良好な導
電率並びに近赤外線及び高周波輻射線の領域に於ける顕
著な吸収である。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は、特に、上記の特別な性質を高度に有する導電
性ポリマーを得ることを可能にする新規な系統の置換チ
オフェンを提供することを目的とする。
(課題を解決するための手段) この目的のため、本発明は、一般式 く式中、Rは水素原子または1〜4個の炭素原子を含む
脂肪族基を表わし、 X及びZは、同じであってもよく、または異なっていて
もよく、水素原子またはフッ素原子を表わし、 Yは少なくとも部分フッ素化された脂肪族もしくは芳香
族の基を表わし、 mはl以上の整数を表わし、且つ nはQ<n<12の整数を表わす) の置換チオフェンから誘導されるモノマーに関する。
通常、Rは水素原子を表わし、 X及びZは水素原子またはフン素原子を表わし、Yは、
・少なくともフッ素原子により、または−CF3基、−
CH2F基もしくはCHF.基により置換されたフェニ
ル基、または ・一般式−(CFz)p−CFi(式中、pはO<p<
15のような整数を表わす)の脂肪族基 を表わし、 mは1以上の整数を表わし、且つ nはQ<n< 1 2のような整数を表わす。
一般に、Rは水素原子を表わし、 X及びZはフッ素原子または水素原子を表わし、Yは・
フッ素原子により、もしくは一CF.基により置換され
たフェニル基、またはフッ素原子により完全に置換され
たフェニル基、または・一般式=(CF2)I)−CF
:+(式中、pはQ<p< 1 2のような整数を表わ
す)の脂肪族基 を表わし、 mはl<m< 5のような整数を表わし、且つnは0<
n<10のような整数を表わす。
好ましくは、Rは水素原子を表わし、 X及びZはフン素原子または水素原子を表わし、Yは一
般式−(Ch)l)−Ch(式中、pは1−≦一pニ8
のような整数を表わす)の脂肪族基を表わし、mは2ま
たは3であり、且つ nは0または1である。
特に好ましくは、Rは水素原子を表わし、X及びZはフ
ッ素原子を表わし、 Yは一般式−(CFz)p−Oh(式中、pは2,3ま
たは4に等しい整数を表わす)の脂肪族基を表わし、m
は3であり、且つ nは1である。
本発明の置換チオフェンは、異なる方法により合戒し得
る。
下記の一般式(式中、R,X,Z,Y,m及びnは上記
のとおりであり、m’=(m−1))の化合物の反応に
関して、反応式(1)及び(2)により示されるように
、幾つかの方法が使用し得る。
の化合物を、亜鉛、マグネシウム、マンガンもしくはカ
ドミウムの存在下で、好ましくは亜鉛の存在下で、且つ
20℃でビリジンの存在下、またはY− (CXZ) 
−− (CL).・−Mgl及びジエチルエーテルの存
在下で、 1  (C!Iz) ,一(CXZ) n−Y、または
Br  (CL)−・− (CXZ)−Yと反応させて
、下記の化合物を得、 ?の化合物をSOCβ2、CHC7!■の存在下で還流
下に反応させて、下記の化合物を得、 この化合物をL+Ajl!H4、PdCA2及びテトラ
ヒドロフランの存在下で反応させて、下記の化合物を得
る。
この化合物を塩化トシル及びビリジンの存在下で反応さ
せて、下記の化合物を得、 Ts この化合物を180℃でKHSO,及び硫黄の存在下で
反応させて、下記の化合物を得る。
コノ化合物をY (CXZ) − (CH2)−Mg−
[及びジエチル工一テルの存在下で反応させて、下記の
化合物を得、 これらの反応が行なわれる温度は、一般にO〜200℃
である。
これらの反応が行なわれる圧力は、一般に1〜4バール
であり、これらの反応は大気圧で行なわれることが好ま
しい。
反応は、特に、アルゴンの如き雰囲気下で、且つ、特に
、テトラヒドロフランの如き溶媒の存在下で行なわれる
ことが好ましく、上記の条件を組合わせることを可能に
する反応器または置換中で行なうことができる。
更に、本発明は、本発明の置換チオフヱンから誘導され
た反覆単位を含むポリマーに関する。
この目的のため、本発明は、 一般式 (式中、qは整数を表わし、 Rは水素原子またはl〜4個の炭素原子を含む脂肪族基
を表わし、 X及びZは同じであってもよく、または異なっっていて
もよく、水素原子またはフッ素原子を表わし、 Yは少なくとも部分フッ素化された脂肪族もしくは芳香
族の基を表わし、 mは1以上の整数を表わし、且つ nはQ<n<12のような整数を表わす)で表わされる
ポリマーに関する。
通常、qは2〜5000の整数を表わし、Rは水素原子
を表わし、 X及びZは水素原子またはフッ素原子を表わし、Yは・
少なくともフッ素原子により、または−CF.基、−c
ttzp基もしくはC}lF2基により置換されたフエ
ニル基、または ・一般式一(CFZ)p−CF3(式中、pはO < 
p < 1 5のような整数を表わす)の脂肪族基を表
わし、mは1以上の整数を表わし、且つ nはQ<n<12のような整数を表わす。
一般に、qは2〜3000の整数を表わし、Rは水素原
子を表わし、 X及びZはフッ素原子または水素原子を表わし、Yは、
・フッ素原子により、もしくはーCh基により置換され
たフエニル基、またはフッ素原子により完全に置換され
たフェニル基、または・一般式一(CFz)p−CFs
(式中、pはO−≦−pニ12のような整数を表わす)
の脂肪族基を表わし、mはl<m<5のような整数を表
わし、且つnは0<n<10のような整数を表わす。
好ましくは、qは2〜1000の整数を表わし、Rは水
素原子を表わし、 X及びZはフッ素原子または水素原子を表わし、Yは一
般式−(CFz)p−CFx(式中、pはl<p−≦−
8のような整数を表わす)の脂肪族基を表わし、mは2
または3であり、且つ nはOまたは1である。
特に好ましくは、qは2〜500の整数を表わし、 Rは水素原子を表わし、 X及びZはフッ素原子を表わし、 Yは一般式−(CFZ)p−CF:l(式中、pは2,
3,または4に等しい整数を表わす)の脂肪族基を表わ
し、 mは3であり、且つ nは1である。
ボリ (3−  (H{,  LH,2H.2H,3H
.3H−ベルフルオロヘプチル〕−チオフェン〉及びポ
リ(3− (IH,IH.2H,2H,3H,3H−ベ
ルフルオロノニル)−チオフエン)ヲ用いて、良好な結
果が得られた。
また、本発明は、本発明のポリマー及びドーピング剤を
含む導電性ポリマーに関する。ドーピング剤は、下記の
ア二オンまたはカチオンであり得る。
本発明の導電性ポリマーの調製は、例えば酸化剤の存在
下の化学経路により、または電気化学経路により行ない
得る。使用される操作が、特に、フランス特許出願第2
,5 2 7.8 4 3号Aに記載されているような
通常の技術に従って、適当な電解質の存在下で極性溶媒
中のモノマーの陽極酸化により、一般に電解槽中の、電
気化学重合である場合に、良好な結果が得られた。
これらの技術によれば、モノマー濃度は一般に溶媒if
当り104〜1モルである。
ポリマーの調製が行なわれる温度は、一般に0〜50℃
、好ましくは5〜40℃である。
ポリマーの調製が行なわれる圧力は、一般に大気圧付近
であり、好ましくは大気圧に等しい。
使用される溶媒は、モノマー及び運ばれた電解質の両方
に対して溶解性を有する極性溶媒であることが好ましく
、適用される電位の範囲で安定である。使用し得る溶媒
の例は、アセトニ} IJル、塩化メチレン、ニトロベ
ンゼン及びプロピレンカーボネートである。
電解質は、一般に、弐C”A−(式中、C+はカチオン
であり、A−はアニオンである)の導電性の塩から選ば
れる。
カチオンC+は、アルカリ金属イオン並びにイ才ンR.
N+及びイオンR.P″′ (Rは、例えばエチル基及
びブチル基の如き、アルキル基である)から選ばれるこ
とが好ましい。
アニオンA−は、CI!○,″′イオン、ASF6−イ
オン、SbF.−イオン、CbHsSO,−イオン、B
F.−イオン、PF.−イオン及びC F3S 03イ
オンから選ばれることが好ましい。
典型的な電解質は、例えば、テトラプチルアンモニウム
ヘキサフルオ口ホスホフエートの如き、フルオロホスフ
ェート、テトラエチルアンモニウムテトラフルオロボレ
ートの如き、フルオロボレート並びに過塩素酸リチウム
及び過塩素酸テトラブチルアンモニウムの如き、過塩素
酸塩である。
電解質濃度は、一般に溶媒II!当り10−3〜1モル
である。
本発明のモノマーの重合が行ない得る電解槽は、定電位
条件または定電流条件下で運転し得る。
第一の場合(定電位制御〉、電解槽は、外部の電源は別
として、三つの電極を含み、そのうちの一つは電位を監
視するための基準電極である。
電気分解の進行中に、ポリマーの層が、電解槽中でアノ
ードとして使用される導電要素に付着する。このアノー
ドは、金もしくは白金の如き、貴金属または金もしくは
白金でメソキした鋼、チタン、ニソケルあるいは導電性
ガラス(酸化スス゛、インジウム酸化物一スズ)の如き
、その他の金属から製造することができる。電気分解後
に、付着するポリマーで被覆された導電体からなり、且
つ電解質に由来する或る割合のアニオンを含む電極が、
こうして実質に利用可能になる。ポリマー及びアニオン
は、こうして電荷移動錯体を形或する。
ポリマーフィルムの化学組或は、実験式(M”Ay−)
q(式中、M+はモノマーを表わし、A一はアニオンま
たは対イオンを表わし、yはモノマー単位当りで表わさ
れるポリマー中のアニオンの割合(即ち、ドーピングの
程度)を表わし、これは、本発明のポリマーの場合には
、0.5の値に達することができ、且つqは重合度を表
わし、これは一般に測定し難い)により表わすことがで
きる。
モノマーの電気化学重合が電解槽のアノードで起こる際
に、カチオンによりドーピングされたポリマーにより被
覆された電極を直接得ることは不可能である。
このような電極(カソード)を得るためには、上で得ら
れたアノードを使用すること、及びそれを二重還元にか
けることが可能である。第一の電気化学還元は、アノー
ドを電解槽中に残し、電解槽の放電をもたらすことによ
り、重合直後に可能である。この放電は、ポリマーを“
ドービンク1するアニオンの抽出を生じる。その後、第
二の還元が、化学経路または電気化学経路により、不活
性雰囲気下で行ない得る。化学経路は、所望のカチオン
を含む溶液中にポリマーを浸漬することからなる。こう
して、例えばL+カチオン、Na+カチオン、またはK
′″カチオンにより“ドーピンク1されたポリマーを得
るためには、例えば、テトラヒドロフラン中のナフタレ
ンーリチウム、ナフタレンーナトリウムまたはナフタレ
ンーカリウムの溶液を使用することが可能である。電気
化学経路は、一般には、溶液中に所望のカチオンを含む
電解槽中にカソードとしてその電極を置くことからなる
。カチオンは、例えば、上記の如きアルカリ金属イオン
、好ましくはL1カチオンもしくはK+カチオン、また
はアセトニトリルもしくはプロピレンカーボネートの如
き溶媒中の溶液中の電解質(好ましくはLi(J!4、
K P F h、(Bu)4Nc42g及び(Et) 
aNc l O 4)に由来する(Bu) a N+も
しくは(Et)tN”の如き錯イオンであり得る。溶液
中の電解質濃度は、一般に溶媒11当り10−3〜1モ
ルである。
本発明の導電性ポリマーは、全く驚くべき性質の組を有
し、これらは主として下記のとおりである。
それらの酸化形態及び還元形態の間の酸化還元サイクル
の優れた可逆性及び安定性、電位の小さな変化により得
られるスペクトル特性の顕著な変化(これは、エレクト
ロクロミック材料としてのそれらの使用を有価で経済的
にする) 一般に1〜2×IO”S−cm−’の良好を導電率、 近赤外線及び高周波数輻射線の領域に於ける顕著な吸収
本発明の導電性ポリマーは、良好な熱安定性及び化学安
定性を有し、且つ疎水性及び生体適合性を有する。ポリ
 (3−(IH、IH、2H、2H、3H,3H−ベル
フルオロヘプチル)−チオフェンは、30%より大きい
弾性を有する。
本発明の導電性ポリマーのこれらの驚くべき性質は、そ
れらを、特に導電装置(その操作の原理はこれらの性質
に基くものであり、またその装置は本発明の主題である
)の製造のための使用に適するようにする。
本発明の置換芳香族複素環モノマーから誘導された導電
性ポリマーを含む導電装置の非限定例として、以下のも
のが挙げられる。
二次電池の蓄電池及び再充電可能であってもよく、また
は再充電可能でなくてもよい蓄電池(これらのアノード
(またはカソード)はアニ・オン(または、夫々、カチ
オン)によりドーピングされた上記のポリマーのフィル
ムで被覆された電極からなる)の如き、エネルギーを貯
蔵するための電気化学装置、 ポリマーの酸化状態に応じて上記のポリマーの光学スペ
クトルの変更に基くエレクトロクロミソク装置(そのス
ペクトルの変更は、充電及び放電中のこれらの装置のア
ノード(またはカソード)に付着されたポリマーのフィ
ルムの酸化還元サイクル中に現われる)、挙げることが
できる装置の例は、ディスプレースクリーン、オブトエ
レクトロニクス装置並びに光学の記憶素子及びスイッチ
である、 電磁波吸収装置。
本発明が、以下の実施例により説明される。
ジエチルエーテル20cc中の(3−チェニル)メタノ
ール2.9g(25.8ξリモル)の溶液を、塩化カル
シウムトラップが上に置かれた冷却器、アルゴン導入管
、滴下ロ一ト及び温度計を取りつけた100cm3の三
口フラスコに導入する。
マグネシウム0.6 5 g (0.0 2 7原子/
g)、IH.IH.2H.2H.2H−ベルフルオロオ
クチルヨージド1 1.9 g (0.0 2 5原子
/g)及びジエチルエーテル20ccを混合することに
より予め調製されたIH.LH,2H,2H−ベルフル
オロオクチルマグネシウムヨージドの溶液を、その後、
滴下ロートに導入する。
ついで、フラスコを5℃に冷却し、マグネシウム化合物
の溶液を、フラスコに滴下して導入する。
こうして得られた反応混合物を周囲温度で12時間攪拌
し、ついで塩酸の2N溶液20mnで加水分解する。
有機相をNaHS○3の38%溶液10+nj!で4回
抽出し、ついで水20mjl!で2回抽出する。ついで
有機相を硫酸マグネシウムで乾燥し、減圧下で蒸発させ
る。黄色の油を得、これを、溶離剤として7/3(容量
基準〉のへブタン/酢酸エチルを用いて、シリカで精製
する。
無色の油10.0g(これは結晶化かする〉を回収する
最後に、純粋なアルコール「チェニル(IH,IH,2
H,2H−ベルフルオロオクチル)メタノール)5.9
4gを、収率52%で得る。
b)塩素生上立艷旦金底 このアルコール(分子量= 4 5 9.25) 4.
5 g(0.01モル)、クロロホルム5cc及び塩化
チオニル2mJ(27ミリモル)を混合する。
この反応混合物を還流下に1時間保つ。
ついで、それを減圧下に蒸発させて、残渣をメタノール
10mβ中に二回吸収させ、溶液を再度減圧下で蒸発さ
せる。ついで残渣をクロロホルム20mjl!中に吸収
させる。
ついで溶液を重炭酸ナトリウムの飽和溶液で中性まで洗
浄する。
無色の油を、95%の収率で得る。
〔1−クロロー3− (LH,2H,2H,3H,3H
−ベルフルオロノニル)一チオフェン〕(分子量−47
8.7)。
C)フノ素化チオフェンの合成 得られた塩素化化合物4.5g(9.5ミリモル)、無
水Pdlz 2 g (1 1.3ミリモル)及び無水
テトラヒドロフラン10+++1を、塩化カルシウムト
ラップが上に置かれた冷却器、アルゴン導入管及び粉末
の導入装置(ソックス)を取り付けた100am”の三
口フラスコに導入する。
ついで水素リチウムアルミニウム0. 4 g (1 
0.55リモル)を、アルゴンでパージした後に、徐々
に導入する。
反応混合物を周囲温度で2時間撹拌する。ついで、それ
を、砕いた氷の上に徐々に注ぎ、20℃で12時間放置
する。
ついでパラジウムをデカントし、有機相ジエチルエーテ
ルで抽出する。抽出物を硫酸マグネシウムで乾燥する。
ついでそれを減圧下で蒸発させる。無色の油を得る。
溶離剤としてづンタンを用いて、それをシリカカラムで
精製する。
溶媒を蒸発する。
無色の油3.7g(これは−4℃で結晶化する)を得る
。収率は80%である。
3− (LH.IH.2H.2H3H,3H−ベルフル
オロノニル)一チオフエンを50%の全収率で得る。
実施例2 ポリマーの合或は、 実施例lのように調製したモノマーIXIO−’モル、 テトラブチルアンモニウムヘキサフルオロホスフエート
(フル力(Fluka)により提供された)2 X 1
0−”モル、 蒸留二トロベンゼン25mj2 を含む、サーモスタットで制御された単一区画の50c
m’の電解槽中で行なう。
溶液中にアルゴンを吹き込むことにより溶液を脱気した
後に、ポリマー付着物をアルゴン雰囲気下で20℃で生
或する。電気化学特性のために、ポリマーを、0. 0
 7 c++fの表面積を有する磨いた固体白金電極に
付着させる。使用した電荷の量は100mc/cm’で
あり、電流密度は2 mA/ cm 2である。カソー
ドは白金ワイヤーからなり、基準電極は飽和カロメル電
極である。
こうして得られたポリマーの導電率は、12S・cm=
程度である。
ポリマーの電気化学的性質を、パー(PAR)型式17
3ポテンシオスタットを用いて記録された環状ボルタモ
グラム(cycl icvoltamogram)及び
記録されたピーク強度から測定した。図は、CH.CN
中に溶解された過塩素酸リチウム0. 1モル中で20
mV/Sの走査速度で1,8Vの負荷電位で生じたボル
タモダラムを示す。横軸の単位はボルト(V)であり、
縦軸の単位はマイクロアンペア(μA)であり、最小値
(EPc)は0. 7 6 Vにあり、最大値(EPa
)は0. 9 2 Vにある。
酸化に関する電流の強さ( I pa)と還元に関する
電流の強さ( I pc)の間のI pa/ I pc
比(系pに関する)は、約1.2である。
ポリマーのドーピングp”は、高度に可逆性である. 
2 0 0mV/Sで−0. 2ボルト1.25ボルト
との間の5000サイクル後に交換された電荷は90%
であり、ポリマーは毎回10%でドーピングされ脱ドー
ピングされ(dedoped)、あるいは最大電荷の5
0%が遅いサイクル( 2 0 s+V/S)で交換さ
れる。
【図面の簡単な説明】
図は、実施例2に於いて、CH3CN中に溶解された過
塩素酸リチウム0. 1モル中において20mV/Sの
走査速度で1.8vの負荷電位で生じたボルタモグラム
を示す。横軸の単位はボルト(V)であり、縦軸の単位
はマイクロアンペア(μA)である。 pA

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、Rは水素原子または1〜4個の炭素原子を含む
    脂肪族基を表わし、 X及びZは、同じであってもよく、または 異なっていてもよく、水素原子またはフッ素原子を表わ
    し、 Yは少なくとも部分的にフッ素化された脂 肪族もしくは芳香族の基を表わし、 mは1以上の整数を表わし、且つ nは0≦n≦12の整数を表わす) で表わされる置換チオフェン。
  2. (2)Rが水素原子を表わし、 X及びZがフッ素原子を表わし、 Yが一般式−(CF_2)_p−CF_3(式中、pは
    2,3または4に等しい整数を表わす)の脂肪族基を表
    わし、 mが3であり、且つ nが1であることを特徴とする、請求項1 記載の置換チオフェン。
  3. (3)一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (式中、qは整数を表わし、 Rは水素原子または1〜4個の炭素原子を 含む脂肪族基を表わし、 X及びZは、同じであってもよく、または 異なっていてもよく、水素原子またはフッ素原子を表わ
    し、 Yは少なくとも部分的にフッ素化された脂 肪族もしくは芳香族の基を表わし、 mは1以上の整数を表わし、且つ nは0≦n≦12の整数を表わす) で表わされるポリマー。
  4. (4)qが2〜500の整数を表わし、 Rが水素原子を表わし、 X及びZがフッ素原子を表わし、 Yが一般式−(CF_2)_p−CF_3(式中、pは
    2,3,または4に等しい整数を表わす)の脂肪族基を
    表わし、 mが3であり、且つ nが1であることを特徴とする、請求項3 記載のポリマー。
  5. (5)請求項3または4記載のポリマー及びドーピング
    剤を含む、導電性ポリマー。
  6. (6)請求項5記載の導電性ポリマーの製造方法であっ
    て、 請求項1または2記載の置換チオフェンから選ばれたモ
    ノマーが極性溶媒中で適当な電解質の存在下で陽極酸化
    により電気化学的に重合されることを特徴とする、上記
    の導電性ポリマーの製造方法。
  7. (7)請求項5記載の導電性ポリマーを含む導電装置。
  8. (8)アノード(またはカソード)がアニオン(または
    、夫々、カチオン)によりドーピングされた請求項3ま
    たは4記載のポリマーのフィルムで被覆された電極から
    なる、エネルギーを貯蔵するための電気化学装置。
  9. (9)アノード(またはカソード)が請求項5記載のポ
    リマーのフィルムで被覆される、エレクトロクロミック
    装置。
  10. (10)請求項5記載のポリマーをベースとする、近赤
    外線及び高周波数輻射線の吸収のための装置。
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