JPH061832A - 導電性高分子金属錯体とその製造法 - Google Patents

導電性高分子金属錯体とその製造法

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JPH061832A
JPH061832A JP15941792A JP15941792A JPH061832A JP H061832 A JPH061832 A JP H061832A JP 15941792 A JP15941792 A JP 15941792A JP 15941792 A JP15941792 A JP 15941792A JP H061832 A JPH061832 A JP H061832A
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JP
Japan
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metal complex
conductive polymer
bpy
polymer
transition metal
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JP15941792A
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English (en)
Inventor
Yasuhiko Osawa
康彦 大澤
Katsunori Aoki
克徳 青木
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 化学的に安定で、高い導電性が期待でき、し
かも成形加工性のよい金属錯体導電性高分子およびその
製造方法を得る。 【構成】 次の一般式 【化1】 〔式中のL1 、L2 は配位子、Mは遷移金属イオン、A
- は電荷を中和するための陰イオンを示す〕を繰返し単
位として成る導電性高分子金属錯体。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は新規な導電性高分子金属
錯体とその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】〔 Ru(bpy)32+(ここでは2,2′−
ビピリジンをbpy または2,2′−bipyridineとも記述
する)は化学的に安定で、多くの酸化状態をとることが
てき、その多くが安定である。また、可視域に強い光吸
収があり、その光吸収で寿命の長い電子励起状態がで
き、その励起状態は強く発光し、また多くの物質と酸化
還元反応をしうるので、光エネルギー変換をはじめ、電
極触媒、高感度バイオイムノアッセイ、高密度光メモリ
ー、化学発光(更にレーザ)、水の酸化触媒、エレクト
ロクロミズム、さらに、近年非常に活発に研究された結
果として、分子の特性の理解が進み、数多く誘導体が開
発されてきたため、分子素子の実際的構成要素としても
有望である。しかしながら、実際的な応用のためには多
くの場合、この種の分子を固定化及び濃縮することが必
要または不可欠である。固定化・濃縮の為には、水溶液
中なら分子の疎水性を大きくして不溶化したり、高分子
の対イオンを用いる等いくつかの方法が考えられるが、
分子自体を高分子化するのがオーソドックスで、成形・
加工の自由度が多く好ましいと思われる。この例として
たとえば、4−ビニル−2,2′−ビピリジンを利用し
て、〔 Ru(bpy)32+単位を含むペンダントタイプの高
分子を利用した例がある〔特公平3−24747号公報
(特開昭58−157069号公報)〕。また、エステ
ル結合を介してアクリル高分子に:〔 Ru(bpy)32+
位を結合した例もある〔J. Electroanal. Chem., 197
(1986) 219 〕。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高分子
化するために使われるエステル結合や、アミド結合は種
々の分子を機能化するために便利に使用できるが、水等
が共存すると条件によっては次第に分解する。また、ど
ちらの例でも、高分子系での電子の移動は、反応サイト
の熱運動を介したホッピングによるとおもわれ、導電性
高分子等に比べると一般に抵抗が高く応用によっては問
題があった。これらの問題を解決するためには、:〔 R
u(bpy)3 2+単位の2,2′−ビピリジンが直接結合し
た高分子、(より好ましくは分子軌道計算の結果〔 Ino
rg. Chem., 23 (1984) 3426 〕から2,2′−ビピリジ
ンの5,5′−位で結合したもの)が望まれるが、これ
まで報告されたものはない。
【0004】最近、以下の比較例でもふれるように、
2,2′−ビピリジンの5,5′−位で結合した魅力的
な導電性高分子が合成された〔日本化学会、1990年春季
要旨集1C132,p978 〕。比較例で示すように、こ
のキレート性の導電性高分子を原料にして、本発明の導
電性高分子金属錯体を合成できる可能性があったので試
みたが、非常に長時間(1週間以上)反応させたが、ご
くわずかしか反応した形跡がなく、おそらく配位サイト
が一部しか使用されていないと推定される。また、この
キレート性高分子の重合度は50程度とのことなので、も
し高分子ができても当然重合度はこれ以下である。従っ
て本発明の目的は、化1を繰り返し単位とする導電性高
分子金属錯体およびその製造方法を提供することにあ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前述の新
規な導電性高分子金属錯体を得るため、鋭意検討を重ね
た結果、前記日本化学会、春季要旨集に山本らによって
示された導電性高分子の合成法をより一般的に、また電
気化学的によく検討し、原料の金属錯体の還元電位が、
ゼロ価ニッケル錯体の酸化電位よりも負側であれば、ヘ
キサフルオロフォスフェート等のかさだかい対イオンを
用いて金属錯体を分離し、メタノール等の非水溶媒で再
結晶し、更に加熱・真空引きして十分乾燥すれば、金属
錯体からでもパイ共役系がつづかった導電性高分子金属
錯体を合成できるという結論に達し本発明を達成するに
至った。
【0006】従って本発明の第1発明は、次の一般式
【化3】 (式中のL1 、L2 は配位子、Mは遷移金属イオン、A
- は電荷を中和するための陰イオンを示す)を繰り返し
単位として成ることを特徴とする導電性高分子金属錯体
に関するものである。
【0007】また、本発明の第2発明は、次の一般式
【化4】 (式中のL1 、L2 は配位子、Mは遷移金属イオン、A
- は電荷を中和するための陰イオン、Xはハロゲン原子
を示す)で表される遷移金属錯体とゼロ価ニッケル化合
物をアミド系乾燥溶媒中で60℃〜70℃にて反応させるこ
とを特徴とする化3の導電性高分子金属錯体の製造方法
に関するものである。
【0008】本発明の導電性高分子金属錯体の遷移金属
イオンは、その混合配位子錯体を合成できるものなら可
能性があり、例えば Fe(II) , Ru(II) , Os(II) , Rh(I
II)等は混合配位子錯体の合成法が良く知られている。
また、配位子L1 , L2 はおなじものでもよく、2,
2′−ビピリジンおよび1,10−フェナントロリンのア
ルキル、及びフェニル誘導体はここでの目的にうまく用
いることができる。また、電荷を中和するための陰イオ
ンは PF6 - に限らず、 BF4 - , ClO4 - 等かさだかく、そ
の錯体を脱水しやすいものなら用いることができる。
【0009】また、本発明の方法で用いるゼロ価ニッケ
ル化合物は、Niの形式電価がゼロの錯体を意味し、ビス
(1,5−シクロオクタジエン)ニッケル〔Ni(cod)
2 〕の如きシクロオクタジエン(cod) 錯体以外にもトリ
フェニルフォスフィン等のリン系の配位子をもつ錯体、
例えばNi(PPh3)4 (但しPPh3はトリフェニルフォスフィ
ンを示す)が含まれる。
【0010】
【実施例】以下、本発明を実施例および比較例により説
明する。尚、例中合成を行うために必要な化合物は、そ
れぞれ次に示すように文献に記載の方法に従って合成し
た。 〔 Ru(bpy)2Cl 〕 (Inorg. Chem., 17 (1978) 3334) 5,5′−dibromo −2,2′−bpy (J. Heterocycl
ic Chem., 14 (1977)191) 〔 Ni(cod)2 〕 (Org. React., 19 (1972) 178) 〔 Ru(bpy)2 ( 5,5−dibromo −2,2′− bpy) 〕
(PF6)2 (J. Chem.Soc., PERKIN TRANS. II. (1984)
1293 を一部参考にした)
【0011】比較例1 山本らの方法に従って別途合成した次式、
【化5】 (式中のm′は約50を示す)で表されるポリ(2,2′
−ビピリジン−5,5′−ジイル)と、当量の〔Ru(bp
y)2Cl2 〕をエタノール中に加えて、1週間以上リフラ
ックスしたが、溶液の色から見てかなりの〔Ru(bpy)2Cl
2 〕が残っていて、せいぜい部分的にしか反応していな
いことがわかった。
【0012】実施例1 本例では次式
【化6】 で表される化合物を合成した。但し合成は部分的には特
開平2−2823号公報を参考にして以下のようにして
行った。尚反応は次式で表される。
【化7】
【0013】シュレンクチューブ(ガラス器具)に、
0.077gの2,2′−bpy と 0.5gの〔Ru(bpy)2(5,
5−ジブロモ−2,2′−bpy)〕(PF6)2 を入れ、真空
ラインで真空引きして内部を窒素置換した後、窒素雰囲
気のグローブボックス内で、このシュレンクチューブに
ビス(1,5−シクロオクタジエン)ニッケル〔Ni(co
d)2〕を 0.2g秤量して加え、真空ラインに取付け、乾
燥した約20 mL のN,N−ジメチルフォルムアミド(D
MF)を真空蒸留して加えた。窒素下で冷却管を取付
け、リフラックスできるようにセットし、磁気回転子を
いれて、攪拌しながら60〜70℃にて1日加熱した。
【0014】反応溶液を冷却した後、0.5 モル/リット
ルのテトラエチルアンモニウムクロライドのDMF溶液
を、展開溶媒として、シリカゲル担体を用いて、薄層ク
ロマトグラフフィーを行った。(この方法はあまり使わ
れないが、この方法によれば、〔 Ru(bpy)32+のよう
な錯イオンについてもクロマトグラフィーができる。)
比較のため〔 Ru(bpy)3 〕(PF6)2 と原料の〔 Ru(bpy)
2 ( 5,5−ジブロモ−2,2′− bpy) 〕(PF6)2
生成物と同時に展開したところ、これらの錯体のRf 値
は0.3 から0.4 であったが、生成物のスポットは同様に
オレンジ色をしているにもかかわらず、大部分が原点を
全く動いておらず、高分子になっていることが推定され
た。
【0015】反応溶液から、目的の高分子を分離精製す
るためセファデックスLH−20/DMFにてゲルクロ
マトグラフィーを行った。LH−20はファルマシア
(株)製の担体である。ゲルクロマトグラフィーでは、
大きい分子ほど先に溶出してくる。反応溶液の一部をと
り、これをゲルクロマトグラフィーにかけて、メインバ
ンドの先端から1/3程度までを収集して、KPF6
溶液を加えて析出させ、吸引濾過した後、真空ラインで
十分乾燥した。
【0016】生成物が〔 Ru(bpy)32+を繰り返し単位
として成る高分子であることを確かめるため、0.1 モル
/リットルのテトラ−N−ブチルアンニモウムヘキサフ
ルオロフォスフェートのDMF溶液に上記の生成物を溶
解してサイクリックボルタメトリーを行った。典型的な
サイクリックボルタモグラムを図1(a) および(b) に示
す。尚、図1(a) は正側への電位掃引によるボルタモグ
ラムを示し、図1(b)は負側への電位掃引によるボルタ
モグラムを示す。良く知られたモノマー単位である〔 R
u(bpy)32+のそれと比べると、酸化波は一電子可逆で
あり同様である。これは、ルテニウムに局在する酸化還
元軌道どうしの相互作用が小さいためと考えられる。他
方、還元側では第1波に対応する波が幅広く、多くの伝
導度の高い導電性高分子のボルタモグラムに似ている。
また、還元ピーク間の開きがはるかに大きい。さらに、
還元が進んで高分子の荷電が中和される第2波の後で
は、次の還元波も、またそこから電位掃引を折り返した
時の再酸化波も、非常にシャープになり、電荷が中和さ
れた高分子が電極に析出しているものと思われる(〔Ru
(bpy)32+では析出はおこらないので)。
【0017】酸化波は、一電子可逆でサイクリックボル
タモグラムのピーク電流値は、掃引速度の平方根に比例
するので、次の式
【数1】 ip=269A(Σni i )no 1/2 1/2 1/2 から拡散計数を見積ることができる。ここで、A:電極
の表面積 (cm2 ) 、ni : 高分子中の〔 Ru(bpy)32+
の数、Ci : 〔 Ru(bpy)32+を高分子中にCi 個もつ
高分子の濃度(モル/リットル)、no : 電位決定反応
の電子数(ここでは1)、D:荷重平均の拡散計数(cm2
・ sec-1)、掃引速度(V・ sec-1)である。また、こ
こでは、Σni i は〔Ru(bpy)32+単位の溶液中で
の濃度に等しい。この関係は例えば、文献 J. Electroa
nal. Chem., 136 (1982) 353 にも形式的に類似の例が
ある。この式から、拡散係数を見積ると、3×10-7 cm2
・ sec-1となる。
【0018】本発明の高分子はどちらかといえば、剛直
な棒状であると考えられる。棒状物質が拡散するとき
の、ストークスーアインシュタインの式は次のようにな
る。 D=(kT/3πnL)1n(L/b) ここで、k:ボルツマン定数、T:絶対温度、n:粘
度、L:円筒の長さ、b:円筒の直径である。前述の拡
散係数の値とこの式から、高分子を形成するモノマー単
位の数は、50から100 程度と見積れる。電気化学測定か
ら求めた拡散係数は、例えば一割が直径1/10のもので
あれば、拡散係数は2倍になってしまうので、実際には
本研究の高分子にはこの重合度がこれより大きいものが
含まれると考えられる。これに比べて、配位子bpy のみ
の高分子は、重合度が50程度といわれていてDMFには
殆ど溶けないので、本発明の合成法の方が重合度の大き
な高分子をつくれると思われる。おそらくこれは、重合
生成物の反応溶媒への溶解度の違いによるものと考えら
れる。
【0019】
【発明の効果】本発明は化3で表される金属錯体導電性
高分子及び、その製造方法を提供する。本発明によれ
ば、化学的に安定で、高い導電性が期待でき、しかも溶
ける溶媒があるので成形加工性がよく、光エネルギー変
換をはじめ、電極触媒、高感度バイオイムノアッセイ、
高密度光メモリー、化学発光(更にレーザ)、水の酸化
触媒、エレクトロクロミズム、さらに分子素子の構成要
素等に有効に利用できる新規な機能性材料を提供するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明によって合成された導電性高分
子金属錯体の正側の電位掃引によるサイクリックボルタ
モグラムであり、(b)は本発明によって合成された導
電性高分子金属錯体の負側への電位掃引によるサイクリ
ックボルタモグラムである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 次の一般式 【化1】 (式中のL1 、L2 は配位子、Mは遷移金属イオン、A
    - は電荷を中和するための陰イオンを示す)を繰り返し
    単位として成ることを特徴とする導電性高分子金属錯
    体。
  2. 【請求項2】 次の一般式 【化2】 (式中のL1 、L2 は配位子、Mは遷移金属イオン、A
    - は電荷を中和するための陰イオン、Xはハロゲン原子
    を示す)で表される遷移金属錯体とゼロ価ニッケル化合
    物をアミド系乾燥溶媒中で60℃〜70℃にて反応させるこ
    とを特徴とする請求項1記載の化1の導電性高分子金属
    錯体の製造方法。
JP15941792A 1992-06-18 1992-06-18 導電性高分子金属錯体とその製造法 Pending JPH061832A (ja)

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JP2016154086A (ja) * 2015-02-20 2016-08-25 株式会社豊田中央研究所 配位構造体及び蓄電デバイス

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