JPH0651757B2 - 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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JPH0651757B2
JPH0651757B2 JP1002424A JP242489A JPH0651757B2 JP H0651757 B2 JPH0651757 B2 JP H0651757B2 JP 1002424 A JP1002424 A JP 1002424A JP 242489 A JP242489 A JP 242489A JP H0651757 B2 JPH0651757 B2 JP H0651757B2
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites

Description

【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
又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。
一方、疎水性基と親水性基を持つ両親媒性のアセチレン
誘導体を用いれば、水面上で単分子膜を形成でき、さら
にラングミュア・ブロジェット(LB)法により累積膜
を形成することが出来ることがよく知られている。
LB法は、近年分子そのものに機能を持たせた分子デバ
イス開発において、構築手段の一つとして有望視されて
いる方法である。LB法によれば、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作成でき、さ
らにその累積膜も容易に得ることが出来る。
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 有機溶媒に溶解させたアセチレン基を含む物質を水面上
に展開し前記有機溶媒を蒸発させた後、水面上に残った
前記アセチレン基を含む物質の分子を水面上で水面方向
にバリヤでかき集め、所定の表面圧を加えながら基板を
上下させてアセチレン誘導体の単分子膜を基板上に累積
(この累積法をラングミュアー・プロジェット(LB)
法と言い、この方法により累積された単分子膜をLB膜
という)された単分子膜を、さらに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
属原子とを置換し、さらにハロゲン化金属触媒を含む有
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。
また、前記LB膜の累積時に面方向に直流バイアスを印
加しておく。
作用 上記の方法によれば、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金属化ポリアセチ
レン型超長共役ポリマーが形成される。即ち、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(超長共役ポリマー)のポリマーを作製す
ることができる。
また、アセチレン誘導体分子を水面上で面方向にバリヤ
でかき集める際、面方向に直流バイアスを印加しておく
と、更にモノマー分子の累積時の配向性がよくなり、よ
り共役系が長い金属化ポリアセチレン型超長共役ポリマ
ーを作ることが可能となる。
実施例 以下、実施例を用いて本発明の詳細を説明する。
使用したサンプルのうち、アセチレン誘導体の一種であ
るオメガトリコシノイック酸(TCA:CH≡C−(C
2−COOH、ここでnは20であるが14から
23の誘導体でも良好な結果が得られた)の場合を用い
て説明する。
LB膜の累積には、ジョイスレーベル社のトラフIV
(Joice-Loebl Trough IV)を用い、500nm以下
の光をカットしたイエロー光照明のクラス100のクリ
ーンルーム内で行った。このときクリーンルーム内は、
室温23±1℃、湿度40±5%に調節されている。L
B膜の累積に使用した基板は、直径3インチの酸化膜を
形成したSi基板である。重合反応に使用したハロゲン
化金属触媒はMoCl5、またはWCl6、またはNbC
5、またはTaCl5、またはMo(CO)5、または
W(CO)6、またはNb(CO)5、またはTa(C
O)5等が利用できた。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。
例えば、Si基板1上にオメガトリコシノイック酸(T
CA)LB膜をCaCl2等の無機塩累を含む水相上で
累積すると第1図(a)に示すような分子配列状態の単
分子膜2が得られる。また、分子末端のアセチレン基に
Me3Si−基を付けたシラン界面活性剤として1−
(トリメチルシリル)−ω−トリコシノイック酸(TM
S−TCA:SiMe3−C≡C−(CH2)n−COO
H、ここでnは20であるが14から23の誘導体でも
良好な結果が得られた)を用いて累積を行う方法があ
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基が脱離されて同様にCH≡C
−(CH2)28−COOH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
にオメガトリコシノイック酸LB酸が1層累積された基
板を浸漬し30〜70℃程度に溶媒を昇温すると第1図
(c)に示すような反応、即ち金属化トランス−ポリア
セチレン結合3が製造されたことがFTIR分折により
明かとなった。なお、触媒としてはWCl6やNbC
5、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基板上にオメガトリコシノイック酸LB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3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FTIR分析
により明かとなった。
なお、上述の方法で累積されたLB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シス型あ
るいはトランス型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。
また、アセチレン誘導体分子を水面上で面方向にバリヤ
でかき集めたり、累積を行う際、面方向に数十ボルトの
直流バイアスを印加しておくと更にモノマ分子の配向性
がよくなり、よく共役系が長い金属化ポリアセチレン型
超長共役ポリマーを作ることも可能なことが確認され
た。
以上の、実施例では、ω−トリコシノイック酸やTMS
−TCA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LB膜形成が可能なものであれば、
累積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
ペンタコサジイノイック酸(H−C≡C−C≡C−(C
220−COOH:第3図(a)、(b))を用いた
場合にも、LB膜形成後(第3図(c))、硝酸銀(A
gNO3)の水溶液または水銀化銅アンモニウム(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、単
分子膜状のトランスポリアセチレン結合3を有する金属
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金属
化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
リアセン型結合5を有する金属化ポリアセチレン型超長
共役ポリマー(第3図(f))が得られる。
また、実施例では1層LB膜を累積した後に重合する方
法を示したが、LB膜を多層累積した後重合反応を行っ
ても良いし、あるいは累積−重合反応の工程を交互に行
っても多分子層の金属化ポリアセチレン型超長共役ポリ
マー膜を作ることも可能なことが確認された。
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金属化ポリアセチレンあ
るいは金属化ポリアセチレン型超長共役ポリマーの製造
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型超長共
役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以上の長さを持つ直鎖状の超高分子量
の金属化ポリアセチレン型超長共役ポリマーの製造も可
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TCA・LB膜を1層累積した基板の分
子オーダーの拡大断面概念図、第1図(b)はAgを付
加させたTCA・LB膜を1層累積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Agを付加させ
たTCA・LB膜を1層累積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
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……Si基板、2……単分子累積膜(LB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 (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】有機溶媒に溶解させたアセチレン(−C≡
    C−)基を含む物質を水面上に展開し前記有機溶媒を蒸
    発させた後、水面上に残った前記アセチレン基を含む物
    質の分子を水面上で水面方向にバリヤでかき集め、所定
    の表面圧を加えて単分子膜を水面上に形成する工程と、
    所定の表面圧のもとで前記単分子膜を横切るように基板
    を上下させながらながら前記基板上に累積する工程と、
    前記単分子膜の累積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】所定の表面圧を加えると同時に水面と平行
    する方向に直流電界を印加しながら累積することを特徴
    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】水の中の無機塩が含まれていることを特徴
    とする請求項1又は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。
  4. 【請求項4】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又は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。
  5. 【請求項5】アセチレン基に−SiMe3基が結合して
    いることを特徴とする請求項1又は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。
  6. 【請求項6】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又は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。
  7. 【請求項7】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又は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。
  8. 【請求項8】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1
    又は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。
  9. 【請求項9】アセチレン基に−SiMe3基が結合して
    いることを特徴とする請求項8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】アセチレン基を含む物質がω−トリコシ
    ノイック酸であることを特徴とする請求項1又は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。
  11. 【請求項11】アセチレン基を含む物質が1−(トリメ
    チルシリル)−ω−トリコシノイック酸であることを特
    徴とする請求項1又は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。
  12. 【請求項12】有機溶媒に溶解させたジアセチレン(−
    C≡C−C≡C−)基を含む物質を水面上に展開し前記
    有機溶媒を蒸発させた後、水面上に残った前記ジアセチ
    レン基を含む物質の分子を水面上で水面方向にバリヤで
    かき集め、所定の表面圧を加えて単分子膜を水面上に形
    成する工程と、所定の表面圧のもとで前記単分子膜を横
    切るように基板を上下させながらながら前記基板上に累
    積する工程と、前記単分子膜の累積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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