JPH0627140B2 - ポリアセチレン又はポリアセン型超長共役ポリマーの製造方法 - Google Patents

ポリアセチレン又はポリアセン型超長共役ポリマーの製造方法

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JPH0627140B2
JPH0627140B2 JP10631088A JP10631088A JPH0627140B2 JP H0627140 B2 JPH0627140 B2 JP H0627140B2 JP 10631088 A JP10631088 A JP 10631088A JP 10631088 A JP10631088 A JP 10631088A JP H0627140 B2 JPH0627140 B2 JP H0627140B2
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、電気材料に関するものである。更に詳しく
は、導電性や非線形光学効果を示すポリアセチレン結合
を有する有機物質に関するものである。
従来の技術 アセチレン誘導体のポリマーは、パイ電子共役系を持つ
一次元の主鎖を分子内に保有していることで、導電性や
非線形光学効果を持つことから光、電子機能材料として
広く研究されている。
また、ポリアセチレンの製造方法としては、チグラーナ
ッタ触媒を用いた白川らの重合方法がよく知られてい
る。
発明が解決しようとする課題 ところが、現在知られているポリアセチレン誘導体は、
酸素を含む雰囲気中では、熱や圧力あるいは紫外線など
にたいして不安定であるため、安定化させる研究が進め
られている。
しかしながら、未だにアセチレン誘導体ポリマーを安定
化する方法は見いだされていない。
課題を解決するための手段 一端に−Si−Cl基を持つ直鎖上の炭化水素誘導体を
用いれば、有機溶媒中で化学吸着により親水性基板表面
に単分子膜を形成でき、さらに前記累積された単分子膜
表面を酸素を含むガス中で高エネルギー線照射して表面
を親水性化することにより単分子膜を累積膜を形成する
ことが出来ることが知られている。
従って、直鎖状炭化水素の一部にアセチレン基を含むよ
うな物質を用い化学吸着法を行えば、数十オングストロ
ームオーダのアセチレン誘導体の単分子膜を形成でき、
さらに多層の累積膜も容易に得ることが出来る。
この方法により累積された単分子膜を、ハロゲン化金属
触媒を含む有機溶媒中に浸漬し、前記単分子膜のアセチ
レン基の部分を重合させると、超高分子量で共役系が非
常に長くしかも酸素を含む雰囲気中でも安定なポリアセ
チレンが形成されることを発見した。つまり、一定の配
向性を保った状態で金属触媒を用いてアセチレン誘導体
の分子を重合することにより、共役系が連続した直鎖状
で超高分子量のポリマー(超長共役ポリマー)を作れる
ことを見いだした。
作用 即ち、アセチレン(C≡C)基およびクロルシラン基
(−SiCl)を含む物質を溶解させた非水系有機溶媒
中に表面が親水性の基板を浸漬し、前記基板表面に前記
アセチレン(C≡C)基およびクロルシラン基(−Si
Cl)を含む物質を化学吸着させることにより基板上に
アセチレン(C≡C)基およびクロルシラン基(−Si
Cl)を含む物質の単分子膜を分子状態が並んだ状態で
作成することが出来、さらに所定の基板上に形成したア
セチレン誘導体の化学吸着膜を金属触媒を用いて重合す
ることにより、重合時の分子配向性を保った状態で、共
役系が連続した直鎖状の超高分子量のポリアセチレンを
作ることができる。また、重合反応には、ハロゲン化金
属触媒たとえばMoCl5やWCl6、NbCl5、Ta
Cl5、Mo(CO)5、W(CO)6、あるいはNb
(CO)5、やTa(CO)5等が利用できる。また、有
機溶媒はトルエン、ジオキサン、アニソール等が利用で
きる。
以下、実施例を用いて本発明の詳細を説明する。
実施例 使用したサンプルは、数々あるが、アセチレン誘導体の
一種であり末端にアセチレン基を1個含むω−ノナデシ
ルイノイックトリクロルシラン(MCS; CH C−
(CH2)n−SiCl3、ここでnは17であるが、1
4から24の範囲で良好な結果が得られた)の場合を用
いて説明する。
例えば、SiO2の形成されたSi基板1上にシラン系界
面活性剤(NCS:CH≡C−(CH2)17−SiC
3)を用いて基板表面に単分子膜を化学吸着して形成
する。この時、-SiCl基と基板表面のSiO2とともに形
成されている-OH基が反応して脱塩酸して、基板表面に CH≡C−(CH2)17−Si−O−の単分子膜2が形成
できる。例えば2.0X10-3〜5.0X10-3mol/l
の濃度で前記シラン系界面活性剤を溶かした80%n−ヘ
キサン、12%四塩化炭素、8%クロロホルム溶液中に、室
温で数分間SiO2の形成されたSi基板浸漬すると、
SiO2表面で−Si−O−の結合を形成できる。(第
1図(a)) ここで、基板表面に CH≡C−(CH2)17−Si−O−の単分子膜2が形成
できていることは、FTIRにて確認された。
なお、このとき化学吸着膜の形成は、湿気を含まないN
2雰囲気中で行った。化学吸着膜の形成に使用した基板
1は、直径3インチの酸化膜(SiO2)を形成したS
i基板である。
次に金属触媒としてMoCl5を溶かしたトリエン中に
NCS吸着膜が1層形成された基板を浸漬し30〜70
℃程度に溶媒を昇温すると第1図(b)に示すような反
応、即ちハロゲン化金属触媒による反応にてTrans
−ポリアセチレン結合3が製造されたことがFTIRに
より明かとなった。なお、触媒としてはWCl6、Nb
Cl5、TaCl5を用いても分子量は異なるが同様の重
合膜が得られた。さらにまた、触媒としてMo(CO)
6あるいはW(CO)6をCCl4溶媒に溶かした溶液に
基板を浸漬し紫外線を照射しても分子量は異なるが赤褐
色の重合膜が得られた。
さらに前記Si基板上に1−(トリメチルシリル)−ω
−ノナデシルイノイックトリクロロシラン(TMS−N
CS: SiMe3−C C(CH2)n−SiCl3
ここでnは17であるが、14から24の範囲で良好な
結果が得られた)吸着膜を1層累積した基板を(第2図
(a))、金属触媒としてWCl6と共触媒としてBu4
Sn(1:1)を溶かしたトルエン中に浸漬し30〜7
0℃程度に溶媒を昇温すると第2図(b)に示すような
反応、即ち−SiMe3基を含んだTrans−ポリア
セチレン結合3が製造されたことが明かとなった。
またSi基板上にNCS吸着膜を1層累積した基板を
(第3図(a))、金属触媒としてMoCl6を溶かし
た含酸素有機溶媒であるアニソール中に浸漬し30〜7
0℃程度に溶媒を昇温すると第3図(b)に示すような
反応、即ちCis−ポリアセチレン4が製造されたこと
が明かとなった。
さらにまたSi基板上にTMS−NCS吸着膜を1層累
積した基板を(第4図(a))、金属触媒としてMoC
6と共触媒としてph3Bi(1:1)を溶かした含酸
素有機溶媒であるアニソール中に浸漬し30〜70℃程
度に溶媒を昇温すると第4図(b)に示すような反応、
即ち−SiMe3基を含んだCis−ポリアセチレン4
が製造されたことが明かとなった。
一方、上述の方法で累積された吸着膜はアルコール溶媒
には不溶性であるることが確認された。
以上の結果より、本発明の重合方法を用いれば、Cis
型あるいはTrans型ポリアセチレンを容易に製造で
きることが確認された。
なお、この様にして製造されたポリアセチレンは、従来
チグラーナッタ系触媒法で製造されていたポリアセチレ
ン誘導体に比べ、酸素を含む雰囲気中でも、熱や圧力あ
るいは紫外線などにたいして著しく安定であった。
以上の、実施例では、NCSやTMS−NCSについて
のみ示したが、分子内にアセチレン(C≡C)基を含み
吸着膜形成が可能なものであれば、吸着条件は異なって
も同様の方法が利用出来ることは明らかであろう。
例えば、ジアセチレン基10を1個もつトリコサジイノ
イックトリクロロシラン(H−C≡C−C≡C−(CH
2)19−SiCl3:第5図(a)、(b))を用いた場
合にも、化学吸着膜作成後(第5図(c))、金属触媒
を用いて重合すると、Transポリアセチレン結合3
を有する単分子膜状のポリアセチレン型超長共役ポリマ
ー(第5図(d))が得られる。更に、ポリジアセチレ
ンより得られたポリアセチレン型超長共役ポリマーに電
子線(X線やガンマ線等の放射線でもよい)を照射して
重合するとポリアセン結合5を有するポリアセン型超長
共役ポリマー(第5図(e))が得られる。
また、前述の実施例では1層化学吸着膜を形成し重合を
行う方法について述べたが吸着膜を多層積層した後で重
合反応を行っても良いし、あるいは吸着膜の形成−重合
反応を交互に行ってもポリアセチレンの多層分子膜の作
製が可能なことは明らかであろう。
発明の効果 本発明の方法を用いることにより、導電性や非線形光学
効果の非常に優れ安定なポリアセチレンのポリマーを高
能率に製造できる。なお、この方法によると、理論的に
は共役系が連続して数mm或は数cm以上の長さを持つ直鎖
状の超高分子量のポリアセチレンの製造も可能であるた
め、非線形光学効果を利用したデバイスの製作には極め
て有効である。また、今後さらに原料となるアセチレン
やジアセチレン誘導体モノマーの種類や製造条件を適正
化することにより、共役系が連続して数十cm或は数m以
上の長さを持つ直鎖状で超高分子量の安定なポリアセチ
レンあるいはポリアセンの製造も可能になると思われる
ため、この方法で冷却を必要としない有機超電導物質の
製造が可能となるかもしれない。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)はNCS吸着膜を1層形成した基板の分子
オーダーの拡大断面概念図、第1図(b)は重合後のT
rans型ポリアセチレンの形成された基板の分子オー
ダーの拡大断面概念図、第2図(a)はTMS−NCS
吸着膜を1層形成した基板の分子オーダーの拡大断面概
念図、第2図(b)は重合後のTrans型ポリアセチ
レンの形成された基板の分子オーダーの拡大断面概念
図、第3図(a)はNCS膜を1層形成した基板の分子
オーダーの拡大断面概念図、第3図(b)は重合後のC
is型ポリアセチレンの形成された基板の分子オーダー
の拡大断面概念図、第4図(a)はTMS−NCS吸着
膜を1層形成した基板の分子オーダーの拡大断面概念
図、第4図(b)は重合後のCis型ポリアセチレンの
形成された基板の分子オーダーの拡大断面概念図、第5
図(a)〜(e)は分子オーダーでのポリアセン型超長
共役ポリマー作成における工程概念図である。 1……SiO2/Si基板、2……単分子吸着膜、3…
…Trans−ポリアセチレン結合、4……Cis−ポ
リアセチレン結合、5……ポリアセン結合。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アセチレン(−C≡C−)基と−Si−C
    l基を含む物質を溶解させた非水系の第1の有機溶媒中
    に表面が親水性の基板を浸漬し化学吸着法により前記基
    板上に前記物質の分子膜を化学吸着で形成する工程と、
    ハロゲン化金属触媒を含む第2の有機溶媒中に前記単分
    子膜の累積された基板を浸漬し前記単分子膜のアセチレ
    ン基の部分を重合させる工程を含むことを特徴としたポ
    リアセチレン型超長共役ポリマーの製造方法。
  2. 【請求項2】アセチレン基がジアセチレン基であること
    を特徴とした特許請求の範囲第1項記載のポリアセチレ
    ン型超長共役ポリマーの製造方法。
  3. 【請求項3】アセチレン基に−SiMe3基が結合して
    いることを特徴とした特許請求の範囲第1項記載のポリ
    アセチレン型超長共役ポリマーの製造方法。
  4. 【請求項4】ハロゲン化金属触媒の金属がMo、または
    W、またはNb、またはTaであることを特徴とした特
    許請求の範囲第1項、第2項又は第3項記載のポリアセ
    チレン型超長共役ポリマーの製造方法。
  5. 【請求項5】有機溶媒中にハロゲン化金属触媒とさらに
    共触媒として有機Snあるいは有機Bi化合物を含むこ
    とを特徴とした特許請求の範囲第1項、第2項、第3項
    又は第4項記載のポリアセチレン型超長共役ポリマーの
    製造方法。
  6. 【請求項6】有機溶媒が含酸素有機溶媒で、ハロゲン化
    金属触媒がMoCl5であることを特徴とした特許請求
    の範囲第5項記載のCis型のポリアセチレン型超長共
    役ポリマーの製造方法。
  7. 【請求項7】アセチレン基に−SiMe3基が結合して
    いることを特徴とした特許請求の範囲第6項記載のCi
    s型のポリアセチレン型超長共役ポリマーの製造方法。
  8. 【請求項8】アセチレン基を含む物質がω−ノナデシル
    イノイックトリクロロシランであることを特徴とした特
    許請求の範囲第1項記載のポリアセチレン型超長共役ポ
    リマーの製造方法。
  9. 【請求項9】アセチレン基を含む物質が1−(トリメチ
    ルシリル)−ω−ノナデシルイノイックトリクロロシラ
    ンであることを特徴とした特許請求の範囲第1項又は第
    2項記載のポリアセチレン型超長共役ポリマーの製造方
    法。
  10. 【請求項10】ジアセチレン(−C≡C−C≡C−)基
    と−Si−Cl基を含む物質を溶解させた非水系の第1
    の有機溶媒中に表面が親水性の基板を浸漬し化学吸着法
    により前記基板上に前記物質の分子膜を化学吸着で形成
    する工程と、ハロゲン化金属触媒を含む第2の有機溶媒
    中に前記単分子膜の累積された基板を浸漬し前記単分子
    膜のアセチレン基の部分を重合させる工程と、高エネル
    ギーの放射線を照射する工程を含むことを特徴としたポ
    リアセン型超長共役ポリマーの製造方法。
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