JPH0651756B2 - 金属化ポリアセチレン又は金属化ポリアセン型超長共役ポリマーの製造方法 - Google Patents

金属化ポリアセチレン又は金属化ポリアセン型超長共役ポリマーの製造方法

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JPH0651756B2
JPH0651756B2 JP63333288A JP33328888A JPH0651756B2 JP H0651756 B2 JPH0651756 B2 JP H0651756B2 JP 63333288 A JP63333288 A JP 63333288A JP 33328888 A JP33328888 A JP 33328888A JP H0651756 B2 JPH0651756 B2 JP H0651756B2
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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、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である、金属化ポリアセチレン
叉は金属化ポリアセン型超長共役ポリマーの製造方法に
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。
そこで、安定化させる研究が進められているが、未だに
アセチレン誘導体ポリマ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 アセチエン(−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
質の単分子膜を化学吸着で形成する工程と、前記単分子
膜の形成された基板を金属イオンを含む水溶液中に浸漬
しアセチレン基の水素と前記金属イオンを置換する工程
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を含む製造方法を用
いる。
作用 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+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、さらにAgやC
uなどの金属イオンを含む水溶液中に浸漬し、金属アセ
チリド反応にてアセチレン基またはジアセチレン基の水
素と前記金属原子とを置換し、次に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金属化ポリアセ
チレンが形成される。
つまり、一定の配向性を保った状態で金属触媒を用いて
金属化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)を作できる。
実施例 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。
すなわち、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(−S
iCl)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(−
SiCl)を含む物質の単分子膜を分子が並んだ状態で
作成することが出来る。
次に、AgやCuなどの金属イオンを含む水溶液中に浸
漬し、金属アセチリド反応にてアセチレン基またはジア
セチレン基の水素と前記金属原子とを置換すると金属化
アセチレン誘導体の単分子膜を形成できる。
さらに所定の基板上に形成した金属化アセチレン誘導体
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金属化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Mo
Cl5やWCl6、NbCl5、TaCl5、Mo(CO)
5、W(CO)6、あるいはNb(CO)5、やTa(C
O)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。
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(N
CS;CH≡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)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−SiCl3
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 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、1
2%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
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 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。
また、分子末端のアセチレン基の安定かをはかるためシ
ラン界面活性剤として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−NC
S: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)を用いて化学吸着を行う方法がある。この
場合は、吸着後10パーセントKOH水溶液に浸漬する
と−SiMe3基が脱離させて同様に の単分子膜2が形成できる。
次に、金属イオンを含む化合物、例えば硝酸銀(AgN
3)の水溶液または水酸化銅アンモニウム(Cu(N
32OH)の水溶液に浸漬すると金属アセチリド反応
にて−C≡CH基のHとAg(またはCu)が置換され
る(第1図(b))。
次に、金属触媒としてMoCl5を溶かしたトルエン中
にNCS吸着膜が1層形成された基板を浸漬し30〜7
0℃程度に溶媒を昇温すると第1図(c)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金属化ト
ランス−ポリアセチレン結合3が製造されたことがUV
スペクトルにより明かとなった。なお、触媒としてはW
Cl6やNbCl5、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。
またSi基板上にNCS吸着膜を1層累積した基板を硝
酸銀(AgNO3)の水溶液または水酸化銅アンモニウ
ム(Cu(NH32OH)の水溶液に浸漬して金属アセ
チリド反応にて−C≡CH基のHとAgまたはCuに置
換した後(第2図(a))、金属触媒としてMoCl6
溶かした含酸素有機溶媒であるアニソール中に浸漬し3
0〜70℃程度に溶媒を昇温すると第2図(b)に示す
ような反応、即ち金属化シス−ポリアセチレン4が製造
されたことが明かとなった。
なお、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シス型あ
るいはトランス型の金属化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金属化ポリアセチレン
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個もうトリコサジイノ
イックトリクロロシラン(H−C≡C−C≡C−(CH
219−SiCl3:第3図(a)、(b))を用いた場
合にも、化学吸着膜作成後(第3図(c))、硝酸銀
(AgNO3)の水溶液または水酸化銅アンモニウム
(Cu(NH32OH)の水溶液に浸漬して金属アセチ
リド反応にて−C≡CH基のHとAgまたはCuに置換
し(第3図(d))、さらに金属触媒を用いて重合する
と、金属化トランスポリアセチレン結合3を有する単分
子膜状の金属化ポリアセチレン型超長共役ポリマー(第
3図(e))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
すると金属化ポリアセチレン結合5を有する金属化ポリ
アセン型超長共役ポリマー(第3図(f))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し
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。
なお、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+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金属化ポリアセチレンあ
るいは金属化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
の製造の可能性も予測される。
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金属化ポリアセチレンのポリマ
ーを高能率に製造できる。
また、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以上の長さをもつ直鎖状の超高分子量
の金属化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。
【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NCS吸着膜
の末端をAgで置換した基板の分子オーダーの拡大断面
概念図、第1図(c)は重合後の金属化トランス型ポリ
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、NCS膜を1層形成した後A
g置換した基板の分子オーダーの拡大断面概念図、第2
図(b)は重合後の金属化シス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)〜(f)は分子オーダーでの金属化ポリアセン型
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…
…金属化トランス−ポリアセチレン結合、4……金属化
シス−ポリアセチレン結合、5……金属化ポリアセン結
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
    板上に前記物質の単分子膜を化学吸着で形成する工程
    と、前記単分子膜の形成された基板を金属イオンを含む
    水溶液中に浸漬しアセチレン基の水素と前記金属イオン
    を置換する工程と、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を含
    むことを特徴とする金属化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
    を特徴とする請求項1記載の金属化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
    いる分子を用いることを特徴とする請求項1記載の金属
    化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、W、N
    b、またはTaであることを特徴とする請求項1、2叉
    は3記載の金属化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
    ことを特徴とする請求項1、2、3叉は4記載の金属化
    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する請求項5
    記載の金属化シス型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】金属イオンとしてAgまたはCuイオンを
    用いることを特徴とする請求項1記載の金属化シス型ポ
    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する請
    求項1記載の金属化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する請求項1叉は2記載の金属化
    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−)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単分子膜を化学吸着で形成する工
    程と、前記単分子膜の形成された基板を金属イオンを含
    む水溶液中に浸漬しアセチレン基の水素と前記金属イオ
    ンを置換する工程と、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
    とする金属化ポリアセン型超長共役ポリマーの製造方
    法。
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